CN108007594A - 一种温度检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度检测电路，包括：负温度系数电压产生模块、电压输出模块；所述负温度系数电压产生模块，用于根据环境温度的变化，产生负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；所述电压输出模块，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。本发明还同时公开了一种温度检测方法。

Description

一种温度检测电路和方法

技术领域

本发明涉及温度检测技术，尤其涉及一种温度检测电路和方法。

背景技术

随着集成电路芯片的特征尺寸越来越小和芯片集成度的迅速提高，使得器件密度、能耗密度和耗散功率都越来越大，热量发散到周围环境中的速度也越来越慢，芯片温度上升所产生的不良效果也越明显。已有研究表明，芯片温度平均每升高1℃，金属-氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOS-FET）的驱动能力将下降约4%，连线延迟将增加5%，集成电路失效率将增加1倍。因此，为了保证电路性能和提高电路的可靠性，设计一种集成于集成电路比如电源管理芯片或者自动测试机（Automatic Test Equipment，ATE）中的温度检测电路具有重要的意义。

一般而言，在设计的过温点产生高转换速度的翻转信号是衡量过温保护电路性能的一个重要指标。当在比较器和带隙基准精度一定的情况下，需要通过提高温度检测电路的温度系数，从而保证在过温点的准确性以及产生保护信号的高转换速度。因此，设计高灵敏度的温度检测电路是过温保护的难点之一。

现有技术中，温度检测电路一般采用以下三种方案：

方案一：如图1所示，将温度检测电路集成在带隙基准中，即在设计带隙基准过程中，同时将温度检测电路嵌入设计于带隙基准中；其中，n≥4且为正整数；在实际应用中可选择n=9，即有8个三极管并联在一起。

方案二：如图2所示，利用MOS管中载流子迁移率u的温度特性产生与绝对温度成正比（Proportional To Absolute Temperature，PTAT）的电压；

方案三：如图3所示，利用二极管的导通电压V_BE的负温度系数来检测温度变化，并使多个二极管相串联来增大温度系数。

上述三种方案中分别存在的问题是：在方案一中，电路的温度系数主要来自于热电压且而此温度系数较小，即使通过增加电路中电阻的阻值来调大温度系数，电路整体的温度系数仍然较小；在方案二中，电路的温度系数受电阻工艺参数变化的影响，易造成输出理论值与实际测量值之间的偏差较大；此外，方案一和方案二中所描述的这两类传统的温度检测电路的输出级恒流特性不好，电压稳定性较差；在方案三中，需要采用多个二极管，这会使芯片面积大大增加，且这种多个二极管的串联形式对工艺会有较大的限制。因此，目前亟需研制适合应用于集成电路中的新型的、高灵敏度的温度检测电路。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种温度检测电路和方法，能够解决传统温度检测电路灵敏度低、电压稳定性差、且易受工艺参数变化影响的不足之处。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种温度检测电路，所述温度检测电路包括：负温度系数电压产生模块、电压输出模块；其中，

所述负温度系数电压产生模块，用于根据环境温度的变化，产生负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；

所述电压输出模块，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。

上述方案中，所述负温度系数电压产生模块包括：第一MOS电流镜模块、与所述第一MOS电流镜模块连接的第二MOS电流镜模块、与所述第二MOS电流镜模块连接的第一负载和具有负温度系数的半导体器件；

所述第一MOS电流镜模块，用于使流入所述第二MOS电流镜模块的第一电流和第二电流的大小相等及方向相同；

所述第二MOS电流镜模块，用于根据所述第一电流和所述第二电流使所述第一负载上的第一电压与所述具有负温度系数的半导体器件上的负温度系数电压的大小相等；

所述具有负温度系数的半导体器件，用于根据环境温度的变化，生成负温度系数电压、以及与所述第二电流大小相等的负温度系数电流。

上述方案中，所述电压输出模块包括：与所述负温度系数电压产生模块连接的第三MOS电流镜模块、与所述第三MOS电流镜模块连接的第二负载；

所述第三MOS电流镜模块，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并使所述第三电流作用于所述第二负载以获取输出电压。

上述方案中，所述电压输出模块还包括：与所述第三MOS电流镜模块连接的第三负载，所述第三电流流过所述第三负载生成第二电压，以根据所述第二电压获取输出电压。

上述方案中，所述电压输出模块还包括：与所述第三MOS电流镜模块连接的电容，用于对所述第二电压进行滤波。

上述方案中，所述具有负温度系数的半导体器件为PNP型三极管或二极管。

上述方案中，所述负载为电阻或开关电容。

上述方案中，

所述第一MOS电流镜模块包括第一PMOS管、第二PMOS管；所述第二MOS电流镜模块包括第一NMOS管、第二NMOS管；所述第三MOS电流镜模块包括第三NMOS管；所述具有负温度系数的半导体器件为PNP型三极管；所述第一负载为第一电阻、第二负载为第二电阻、第三负载为第三电阻；

第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极连接电源电压；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极且第一PMOS管的漏极连接第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极，以使第一PMOS管和第二PMOS管构成第一PMOS电流镜；第一PMOS管的漏极还连接第一NMOS管的漏极；第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管的漏极；第一NMOS管的栅极连接第二NMOS管的栅极且第二NMOS管的漏极连接第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极，以使第一NMOS管和第二NMOS管构成第一NMOS电流镜；第一电阻的一端连接第一NMOS管的源极、另一端接地；PNP型三极管的发射极连接第二NMOS管的源极、基极和集电极接地；

第三NMOS管的栅极连接所述第二PMOS管的漏极、第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极和漏极；第二电阻的一端连接第三NMOS管的源极、另一端接地；第三电阻的一端连接电源电压、另一端连接第三NMOS管的漏极。

上述方案中，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻的阻值；或，所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的N倍，N为正数。

上述方案中，所述第三NMOS管的宽长比等于所述第一NMOS管的宽长比；或，所述第三NMOS管的宽长比为所述第一NMOS管的宽长比的N倍，N为正数。

本发明实施例还提供了一种温度检测方法，所述方法包括：

负温度系数电压产生模块根据环境温度的变化，获取负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；

电压输出模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。

上述方案中，所述负温度系数电压产生模块包括：第一MOS电流镜模块、与所述第一MOS电流镜模块连接的第二MOS电流镜模块、与所述第二MOS电流镜模块连接的第一负载和具有负温度系数的半导体器件；

所述负温度系数电压产生模块根据环境温度的变化，获取负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流，包括：

所述第一MOS电流镜模块使流入所述第二MOS电流镜模块的第一电流和第二电流的大小相等及方向相同；

所述第二MOS电流镜模块根据所述第一电流和所述第二电流使所述第一负载上的第一电压与所述具有负温度系数的半导体器件上的负温度系数电压的大小相等；

所述具有负温度系数的半导体器件根据环境温度的变化，生成负温度系数电压、以及与所述第二电流大小相等的负温度系数电流。

上述方案中，所述电压输出模块包括：与所述负温度系数电压产生模块连接的第三MOS电流镜模块、与所述第三MOS电流镜模块连接的第二负载；

所述电压输出模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，包括：

所述第三MOS电流镜模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并使所述第三电流作用于所述第二负载以获取输出电压。

本发明实施例提供的温度检测电路和方法，该温度检测电路包括：负温度系数电压产生模块、电压输出模块；所述负温度系数电压产生模块，用于根据环境温度的变化，产生负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；所述电压输出模块，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度；可见，本发明实施例提供的温度检测电路能把芯片内部变化的温度转化为变化的电压来进行监测温度变化，且输出电压以及温度系数只与该温度检测电路中电阻的比值有关，能消除工艺参数漂移所带来的不良影响，降低对工艺的要求；同时，该温度检测电路的输出级采用垂直级联（cascode）结构，使输出端的电阻增大，能有效的抑制电源电压的变化对输出电压的影响。

此外，还可进一步通过控制该温度检测电路中电阻的比值来提高整个电路的温度系数和温度灵敏度。

附图说明

图1为现有技术中集成在带隙基准中的温度检测电路的组成结构示意图；

图2为现有技术中采用MOS管中载流子迁移率u的温度特性来设计的温度检测电路的组成结构示意图；

图3为传统技术中采用多个二极管相串联来设计的温度检测电路的组成结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的温度检测电路的结构示意框图；

图5为本发明实施例一提供的温度检测方法的实现流程示意图；

图6为本发明实施例二提供的温度检测电路的具体组成结构示意图；

图7为本发明实施例三提供的温度检测电路的具体组成结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的温度检测电路的输出电压随温度变化的仿真结果图；

图9为本发明实施例三提供的温度检测电路的输出电压随电源电压变化的仿真结果图；

图10为本发明实施例四提供的温度检测电路的具体组成结构示意图；

图11为本发明实施例四提供的温度检测电路的输出电压在不同温度下的仿真结果图；

图12为本发明实施例五提供的温度检测电路的具体组成结构示意图；

图13为本发明实施例六提供的过温保护电路的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

图4为本发明实施例一提供的温度检测电路的结构示意框图，该温度检测电路1包括：负温度系数电压产生模块11、电压输出模块12；其中，

所述负温度系数电压产生模块11，用于根据环境温度的变化，产生负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；

所述电压输出模块12，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。

其中，所述负温度系数电压产生模块11包括：第一MOS电流镜模块111、与所述第一MOS电流镜模块111连接的第二MOS电流镜模块112、与所述第二MOS电流镜模块112连接的第一负载113和具有负温度系数的半导体器件114；

所述第一MOS电流镜模块111，用于使流入所述第二MOS电流镜模块112的第一电流和第二电流的大小相等及方向相同；

所述第二MOS电流镜模块112，用于根据所述第一电流和所述第二电流使所述第一负载113上的第一电压与所述具有负温度系数的半导体器件114上的负温度系数电压的大小相等；

所述具有负温度系数的半导体器件114，用于根据环境温度的变化，生成负温度系数电压、以及与所述第二电流大小相等的负温度系数电流。

所述电压输出模块12包括：与所述负温度系数电压产生模块11连接的第三MOS电流镜模块121、与所述第三MOS电流镜模块121连接的第二负载122；

所述第三MOS电流镜模块121，与所述第一MOS电流镜模块111和所述第二MOS电流镜模块112连接，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并使所述第三电流作用于所述第二负载122以获取输出电压。

进一步地，所述电压输出模块12还可包括：与所述第三MOS电流镜模块121连接的第三负载123，所述第三电流流过所述第三负载123生成第二电压，以根据所述第二电压获取输出电压。

进一步地，所述电压输出模块12还可包括：与所述第三MOS电流镜模块121连接的电容124，用于对所述第二电压进行滤波。

这里，所述具有负温度系数的半导体器件124为PNP型三极管或二极管；所述负载为电阻或开关电容，即所述第一负载113、第二负载122、第三负载123为电阻或开关电容；所述第一MOS电流镜模块111为PMOS电流镜、第二MOS电流镜模块112为NMOS电流镜、第三MOS电流镜模块121为PMOS电流镜或NMOS电流镜。

图5为本发明实施例一提供的温度检测方法的实现流程示意图，该温度检测方法包括：

步骤101：负温度系数电压产生模块根据环境温度的变化，产生负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；

步骤102：电压输出模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。

所述负温度系数电压产生模块包括：第一MOS电流镜模块、与所述第一MOS电流镜模块连接的第二MOS电流镜模块、与所述第二MOS电流镜模块连接的第一负载和具有负温度系数的半导体器件；

其中，所述负温度系数电压产生模块根据环境温度的变化，获取负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流，包括：所述第一MOS电流镜模块使流入所述第二MOS电流镜模块的第一电流和第二电流的大小相等及方向相同；所述第二MOS电流镜模块根据所述第一电流和所述第二电流使所述第一负载上的第一电压与所述具有负温度系数的半导体器件上的负温度系数电压的大小相等；所述具有负温度系数的半导体器件根据环境温度的变化，生成负温度系数电压、以及与所述第二电流大小相等的负温度系数电流。

所述电压输出模块包括：与所述负温度系数电压产生模块连接的第三MOS电流镜模块、与所述第三MOS电流镜模块连接的第二负载；

其中，所述电压输出模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，包括：所述第三MOS电流镜模块根据所述第一电流获取第三电流，并使所述第三电流作用于所述第二负载以获取输出电压。

本发明实施例中，通过负温度系数电压产生模块能够获取到与环境温度对应的负温度系数电压和负温度系数电流，然后通过电压输出模块获取到与所述环境温度对应的输出电压，以基于所述输出电压获取到所述环境温度，从而实现温度检测的目的。

需要说明的是，本发明实施例提供的温度检测方法的实现是循环实现的，可以通过上述温度检测电路实现。

实施例二

图6为本发明实施例二提供的温度检测电路的具体组成结构示意图，该温度检测电路包括：第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、PNP型三极管Q、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3；其中，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、PNP型三极管Q、第一电阻R1构成负温度系数电压产生模块，第三NMOS管NM3、第二电阻R2、第三电阻R3构成电压输出模块；

其中，图6所示的温度检测电路中的连接关系为：

在负温度系数电压产生模块中，第一PMOS管PM1的源极、第二PMOS管PM2的源极连接电源电压V_dd；第一PMOS管PM1的栅极连接第二PMOS管PM2的栅极且第一PMOS管PM1的漏极连接第一PMOS管PM1的栅极和第二PMOS管PM2的栅极，以使第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2构成第一PMOS电流镜；第一PMOS管PM1的漏极还连接第一NMOS管NM1的漏极；第二PMOS管PM2的漏极连接第二NMOS管NM2的漏极；第一NMOS管NM1的栅极连接第二NMOS管NM2的栅极且第二NMOS管NM2的漏极连接第一NMOS管NM1的栅极和第二NMOS管NM2的栅极，以使第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2构成第一NMOS电流镜；第一电阻R1的一端连接第一NMOS管NM1的源极、另一端接地；PNP型三极管Q的发射极连接第二NMOS管NM2的源极，而PNP型三极管Q的基极和集电极接地；

在电压输出模块中，第三NMOS管NM3的栅极连接所述第二PMOS管PM2的漏极、第一NMOS管NM1的栅极、第二NMOS管NM2的栅极和漏极，以使第一NMOS管NM1和第三NMOS管NM3构成第二NMOS电流镜；第二电阻R2的一端连接第三NMOS管的源极、另一端接地；第三电阻R3的一端连接电源电压V_dd、另一端连接第三NMOS管NM3的漏极。

这里，所述电路在正常工作时，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3都工作在饱和区；由于PNP型三极管Q的基极和集电极接地，从而使PNP型三极管Q在导通后当作二极管使用；第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2所构成的第一PMOS电流镜保证第一电流I₁和第二电流I₂的大小相等、方向相同，即使得流入第一NMOS管NM1的第一电流I₁和流入第二NMOS管NM2的第二电流I₂的大小相等及方向相同；根据所述第一电流I₁和第二电流I₂的作用，第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2所构成的第一NMOS电流镜保证第一电阻R1上的第一电压和PNP型三极管Q上的负温度系数电压相同；第一NMOS管NM1和第三NMOS管NM3所构成第二NMOS电流镜能够实现“拷贝”第一电流I₁，获取到第三电流I₃，并使I₃=I₁或I₃=NI₁，N表示第二电阻R2的阻值与第一电阻R1的阻值之间的比值或第三NMOS管NM3的宽长比与第一NMOS管NM1的宽长比之间的比值。

这里，当第二电阻R2的阻值等于第一电阻R1的阻值或者第三NMOS管NM3的宽长比等于第一NMOS管NM1的宽长比时，则I₃=I₁；当第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的阻值的N倍或者第三NMOS管NM3的宽长比为第一NMOS管NM1的宽长比的N倍时，则I₃=NI₁。

这里，由于PNP型三极管Q具有负温度系数的特性，则所述PNP型三极管Q导通后的电压即基极与发射极之间的电压V_BE可称为负温度系数电压，即随着环境温度的升高，V_BE随之减小；同时，由于所述PNP型三极管Q的温度系数源已知，则根据所述温度系数源可获知随着环境温度的变化，PNP型三极管Q上的负温度系数电压即V_BE的大小；需要说明的是，本实施例中的电源电压V_dd为直流电压。

这里，根据所述负温度系数电压V_BE可获取所述第一电流I₁和第二电流I₂；随着环境温度的变化，所述负温度系数电压V_BE会发生变化，导致电路中所述第一电流I₁和第二电流I₂的大小也相应会发生变化；由于第一NMOS管NM1工作在饱和区，使得流过第一电阻R1的电流和第一电流I₁的大小相等及方向相同；此外，第一电阻R1上的第一电压和PNP型三极管Q上的负温度系数电压V_BE的大小相同；因此，根据所述负温度系数电压V_BE与所述第一电阻R1，可获得第一电流I₁的大小，进而可根据所述第一电流I₁的大小求取输出电压V_PTAT。

在图6中，可通过控制第一电阻R1、第二电阻R2的大小以设置电路中第三电流I₃的大小；当第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值或第一NMOS管NM1的宽长比等于第三NMOS管NM3的宽长比时，则有：

其中，V_R3表示第三电阻上的电压即第二电压；V_BE0表示PNP型三极管Q在环境温度为T₀时的电压；T表示当前的环境温度；K_M表示PNP型三极管Q的温度系数源，这里可以采用较大的温度系数源，比如采用由上述公式可知，通过调节第一电阻R1与第三电阻R3之间的大小比值可实现调节该温度检测电路的输出电压V_PTAT与温度系数并且通过版图中第一电阻R1和第三电阻R3做匹配可消除由于电阻工艺参数变化引起的输出量漂移。

这里，根据本发明实施例提供的温度检测电路获取到输出电压V_PTAT后，可利用上述公式推导出当前的环境温度T或温度变化差T-T₀，以实现温度检测。

此外，第二电阻R2与第三NMOS管NM3构成cascode结构，使得由第三NMOS管NM3和第二电阻R2所构成的输出端的输出电阻R₀大大增加，即：

R₀=G_m3×R2×Rds3+Rds3+R3>>Rds3

其中，Rds3是第三NMOS管NM3的输出阻抗，G_m3是第三NMOS管NM3的跨导。

这里，相比采用单个MOS管作为恒流源的传统温度检测电路而言，本发明实施例中采用cascode结构后使得输出端的输出电阻增大了约G_m3×R2倍，因此，输出电流源具有更强的抑制电源电压波动的能力。

实施例三

图7为本发明实施例三提供的温度检测电路的具体组成结构示意图，该温度检测电路包括：第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、PNP型三极管Q、第一电阻R1、第二电阻R2；其中，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、PNP型三极管Q、第一电阻R1构成负温度系数电压产生模块，第三PMOS管PM3、第二电阻R2构成电压输出模块；

其中，图7所示的温度检测电路中的连接关系为：

在负温度系数电压产生模块中，第一PMOS管PM1的源极、第二PMOS管PM2的源极连接电源电压V_dd；第一PMOS管PM1的栅极连接第二PMOS管PM2的栅极且第二PMOS管PM2的漏极连接第一PMOS管PM1的栅极和第二PMOS管PM2的栅极，以使第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2构成第一PMOS电流镜；第一PMOS管PM1的漏极连接第一NMOS管NM1的漏极；第二PMOS管PM2的漏极还连接第二NMOS管NM2的漏极；第一NMOS管NM1的栅极连接第二NMOS管NM2的栅极且第一NMOS管NM1的漏极连接第一NMOS管NM1的栅极和第二NMOS管NM2的栅极，以使第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2构成第一NMOS电流镜；PNP型三极管Q的发射极连接第一NMOS管NM1的源极，而PNP型三极管Q的基极和集电极分别接地；第一电阻R1的一端连接第二NMOS管NM2的源极、另一端接地；

在电压输出模块中，第三PMOS管PM3的栅极连接所述负温度系数电压产生模块中第一PMOS管PM1的栅极、第二PMOS管PM2的栅极和漏极、第二NMOS管NM2的漏极；第三PMOS管PM3的源极连接电源电压V_dd；第二电阻R2的一端连接第三PMOS管PM3的漏极、另一端接地。

这里，所述电路在正常工作时，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2都工作在饱和区；由于PNP型三极管Q的基极和集电极接地，从而使PNP型三极管Q在导通后当作二极管使用；第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2所构成的第一PMOS电流镜保证第一电流I₁和第二电流I₂的大小相等和方向相同，即使得流入第一NMOS管NM1的第一电流I₁和流入第二NMOS管NM2的第二电流I₂的大小相等及方向相同；根据所述第一电流I₁和第二电流I₂的作用，第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2所构成的第一NMOS电流镜保证第一电阻R1上的第一电压和PNP型三极管Q上的负温度系数电压相同；第一PMOS管PM1和第三PMOS管PM3所构成第二PMOS电流镜能够实现“拷贝”电流I₁，获取到第三电流I₃，并使I₃=I₁或I₃=NI₁，N表示第二电阻R2的阻值与第一电阻R1的阻值之间的比值或第三PMOS管PM3的宽长比与第一PMOS管PM1的宽长比之间的比值。

这里，当第二电阻R2的阻值等于第一电阻R1的阻值或者第三PMOS管PM3的宽长比等于第一PMOS管PM1的宽长比时，则I₃=I₁；当第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的阻值的N倍或者第三PMOS管PM3的宽长比为第一PMOS管PM1的宽长比的N倍时，则I₃=NI₁。

这里，由于PNP型三极管Q具有负温度系数的特性，则所述PNP型三极管Q导通后的电压即基极与发射极之间的电压V_BE可称为负温度系数电压，即随着环境温度的升高，V_BE随之减小；同时，由于所述PNP型三极管Q的温度系数源已知，则根据所述温度系数源可获知随着环境温度的变化，PNP型三极管Q上的负温度系数电压即V_BE的大小；需要说明的是，本实施例中的电源电压V_dd为直流电压。

这里，随着环境温度的变化，所述负温度系数电压V_BE会发生变化，导致电路中所述第一电流I₁和第二电流I₂的大小也相应会发生变化；由于第二NMOS管NM2工作在饱和区，使得流过第一电阻R1的电流和第二电流I₂的大小相等及方向相同；此外，第一电阻R1上的第一电压和PNP型三极管Q上的负温度系数电压V_BE的大小相同；因此，根据所述负温度系数电压V_BE与所述第一电阻R1，可获得第二电流I₂的大小，进而可根据所述第二电流I₂的大小求取输出电压V_CTAT。

图8为本发明实施例三提供的温度检测电路的输出电压随温度变化的仿真结果图，从图8中可以看出，本实施例提供的温度检测电路的输出电压V_CTAT与温度T成反比；其中，曲线V_con为图1中现有的温度检测电路的输出电压与温度之间的关系，温度系数为3.5mV/℃；曲线V_CTAT1、V_CTAT3、V_CTAT5分别是N为1、3、5时，本实施例提供的温度检测电路的输出电压V_CTAT在温度为-20～180℃范围内的变化情况，N=R2/R1；由于在一定范围内可通过调整第一电阻R1和第二电阻R2之间的相对比值即N来提高电路的温度系数，从图中可以看出，当N=5时，该温度检测电路的温度系数为11.2mV/℃，是图1中现有的温度检测电路的温度系数的3倍多；曲线V_des1、V_des3、V_des5分别是N为1、3、5且V_BE=700mV、时的理论计算曲线，各自与仿真曲线V_CTAT1、V_CTAT3、V_CTAT5的吻合程度较高，最大偏差小于2%。

图9为本发明实施例三提供的温度检测电路的输出电压随电源电压变化的仿真结果图，从图9中可以看出，曲线自下而上分别是N为1、3、5时，输出电压V_CTAT随电源电压V_dd在0～8V范围内时的变化情况；从图9中的仿真结果可以看出，电源电压V_dd在4～8V范围内时，输出电压V_CTAT的变化虽然不太明显，但存在一定的波动，这是因为本实施例中采用第三PMOS管PM3作为输出电流源，与实施例二相比，本实施例提供的温度检测电路的输出电压易受电源电压的影响；此外，由于CMOS工艺下的MOS管的阈值较高（V_thn≈1.9V，|V_thp|≈2V），因此在电源电压V_dd小于2V时，该电路工作截止。

实施例四

图10为本发明实施例四提供的温度检测电路的具体组成结构示意图，该温度检测电路包括：第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、PNP型三极管Q、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2；其中，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、PNP型三极管Q、第一电阻R1构成负温度系数电压产生模块，第三PMOS管PM3、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2构成电压输出模块；

其中，图10所示的温度检测电路中的连接关系为：

在负温度系数电压产生模块中，第一PMOS管PM1的源极、第二PMOS管PM2的源极连接电源电压V_dd；第一PMOS管PM1的栅极连接第二PMOS管PM2的栅极且第一PMOS管PM1的漏极连接第一PMOS管PM1的栅极和第二PMOS管PM2的栅极，以使第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2构成第一PMOS电流镜；第一PMOS管PM1的漏极还连接第一NMOS管NM1的漏极；第二PMOS管PM2的漏极连接第二NMOS管NM2的漏极；第一NMOS管NM1的栅极连接第二NMOS管NM2的栅极且第二NMOS管NM2的漏极连接第一NMOS管NM1的栅极和第二NMOS管NM2的栅极，以使第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2构成第一NMOS电流镜；第一电阻R1的一端连接第一NMOS管NM1的源极、另一端接地；PNP型三极管Q的发射极连接第二NMOS管NM2的源极，而PNP型三极管Q的基极和集电极接地；

在电压输出模块中，第三PMOS管PM3的源极连接电源电压V_dd；第三PMOS管的栅极PM3连接第三NMOS管NM3的栅极且第三PMOS管PM3的栅极和第三NMOS管NM3的栅极都连接第一矩形波输入端；第三PMOS管PM3的漏极连接第三NMOS管NM3的漏极；第三NMOS管NM3的源极连接第四NMOS管NM4的漏极；第一电容C1的一端连接第三PMOS管PM3的漏极和第三NMOS管NM3的漏极、另一端接地；第四NMOS管NM4的栅极连接所述负温度系数电压产生模块中第一NMOS管NM1的栅极、第二NMOS管NM2的栅极和漏极、第二PMOS管PM2的漏极；第二电容C2的一端连接第三NMOS管NM3的源极和第四NMOS管NM4的漏极、另一端接地；第二电阻R2的一端连接第四NMOS管NM4的源极、另一端接地。

这里，在所述电路在正常工作时，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第四NMOS管NM4都工作在饱和区，而第三PMOS管PM3、第三NMOS管NM3都工作在线性区；由于PNP型三极管Q的基极和集电极接地，使PNP型三极管Q在导通后当作二极管使用；第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2所构成的第一PMOS电流镜保证第一电流和第二电流的大小相等和方向相同，即使得流入第一NMOS管NM1的第一电流和流入第二NMOS管NM2的第二电流的大小相等及方向相同；根据所述第一电流和第二电流的作用，第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2所构成的第一NMOS电流镜保证第一电阻R1上的第一电压和PNP型三极管Q上的负温度系数电压相同；第一NMOS管NM1和第四NMOS管NM4所构成第二NMOS电流镜能够实现“拷贝”第一电流，获取到第三电流，并使第三电流的大小等于第一电流的大小或者第三电流的大小为第一电流的大小的N倍，N表示第二电阻R2的阻值与第一电阻R1的阻值之间的比值或第四NMOS管NM4的宽长比与第一NMOS管NM1的宽长比之间的比值。

这里，当第二电阻R2的阻值等于第一电阻R1的阻值或者第四NMOS管NM4的宽长比等于第一NMOS管NM1的宽长比时，则第三电流的大小等于第一电流的大小；当第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的阻值的N倍或者第四NMOS管NM4的宽长比为第一NMOS管NM1的宽长比的N倍时，则第三电流的大小为第一电流的大小的N倍。

这里，由于PNP型三极管Q具有负温度系数的特性，则所述PNP型三极管Q导通后的电压即基极与发射极之间的电压V_BE可称为负温度系数电压，即随着环境温度的升高，V_BE随之减小；同时，由于所述PNP型三极管Q的温度系数源已知，则根据所述温度系数源可获知随着环境温度的变化，PNP型三极管Q上的负温度系数电压即V_BE的大小；需要说明的是，本实施例中的电源电压V_dd为直流电压。

这里，第三PMOS管PM3、第三NMOS管NM3和第一电容C1构成一个开关电容，等效于一个电阻；并且，第二电容C2当作滤波电容，用于对所述开关电容上的第二电压进行滤波，以更好的获取输出电压V_out。

图11为本发明实施例四提供的温度检测电路的输出电压在不同温度下的仿真结果图，图11展示了本实施例提供的温度检测电路的输出电压V_out分别在-20℃和180℃下的仿真曲线，从图11中可以看出，该温度检测电路在180℃时的输出电压明显高于在-20℃时的输出电压，与设计相符。

与实施例二相比，本实施例提供的温度检测电路采用第三PMOS管PM3、第三NMOS管NM3和第一电容C1构成一个开关电容，以取代实施例二中的第三电阻R3；由于在版图中MOS管的面积小，采用开关电容替代电阻更能节省版图面积，减少电路的制作成本。

实施例五

图12为本发明实施例五提供的温度检测电路的具体组成结构示意图，该温度检测电路包括：第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、PNP型三极管Q、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；其中，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、PNP型三极管Q、第一电容C1构成负温度系数电压产生模块，第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第二电容C2、第三电容C3构成电压输出模块；

其中，图12所示的温度检测电路中的连接关系为：

在负温度系数电压产生模块中，第一NMOS管NM1的源极和第二NMOS管NM2的源极分别接地；第一NMOS管NM1的栅极连接第二NMOS管NM2的栅极且第一NMOS管NM1的漏极连接第一NMOS管NM1的栅极和第二NMOS管NM2的栅极，以使第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2构成第一NMOS电流镜；第一PMOS管PM1的栅极连接第二PMOS管PM2的栅极且第二PMOS管PM2的漏极连接第一PMOS管PM1的栅极和第二PMOS管PM2的栅极，以使第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2构成第一PMOS电流镜；第一PMOS管PM1的漏极连接第一NMOS管NM1的漏极；第二PMOS管PM2的漏极连接第二NMOS管NM2的漏极；PNP型三极管Q的发射极连接第二PMOS管PM2的源极，而PNP型三极管Q的基极和集电极连接电源电压V_dd；第一PMOS管PM1的源极连接第三NMOS管NM3的源极；第三NMOS管NM3的栅极连接第三PMOS管PM3的栅极且第三NMOS管NM3的栅极和第三PMOS管PM3的栅极分别连接第一矩形波输入端；第三NMOS管NM3的漏极连接第三PMOS管PM3的漏极；第三PMOS管PM3的源极连接电源电压V_dd；第一电容C1的一端连接第三NMOS管NM3的漏极和第三PMOS管PM3的漏极、另一端接地；

在电压输出模块中，第四PMOS管PM4的源极连接电源电压V_dd；第四PMOS管PM4的栅极连接第四NMOS管NM4的栅极且第四PMOS管PM4的栅极和第四NMOS管NM4的栅极分别连接第二矩形波输入端；第四PMOS管PM4的漏极连接第四NMOS管NM4的漏极；第二电容C2的一端连接第四PMOS管PM4的漏极和第四NMOS管NM4的漏极、另一端接地；第四NMOS管NM4的源极连接第六PMOS管PM6的源极；第六PMOS管PM6的栅极连接第一PMOS管PM1的栅极、第二PMOS管PM2的栅极和漏极、第二NMOS管NM2的漏极；第六PMOS管PM6的漏极连接第五PMOS管PM5的源极；第五PMOS管PM5的栅极连接第五NMOS管NM5的栅极且第五PMOS管PM5的栅极和第五NMOS管NM5的栅极分别连接第三矩形波输入端；第五PMOS管PM5的漏极连接第五NMOS管NM5的漏极；第五NMOS管NM5的源极接地；第三电容C3的一端连接第五PMOS管PM5的漏极和第五NMOS管NM5的漏极、另一端接地。

这里，第三PMOS管PM3、第三NMOS管NM3和第一电容C1构成第一开关电容；第四PMOS管PM4、第四NMOS管NM4和第二电容C2构成第二开关电容；第五PMOS管PM5、第五NMOS管NM5和第三电容C3构成第三开关电容。

这里，在所述电路在正常工作时，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第六PMOS管PM6、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2都工作在饱和区，而第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5都工作在线性区；由于PNP型三极管Q的基极和集电极接电源电压V_dd，使PNP型三极管Q在导通后当作二极管使用；第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2所构成的第一NMOS电流镜保证第一电流和第二电流的大小相等和方向相同，即使得流入第一PMOS管PM1的第一电流和流入第二PMOS管PM2的第二电流的大小相等及方向相同；根据所述第一电流和第二电流的作用，第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2所构成的第一PMOS电流镜保证第一开关电容上的第一电压和PNP型三极管Q上的负温度系数电压相同；第一PMOS管PM1和第六PMOS管PM6所构成第二PMOS电流镜能够实现“拷贝”第一电流，获取到第三电流，并使第三电流的大小等于第一电流的大小或者第三电流的大小为第一电流的大小的N倍，N表示第二开关电容的等效电阻值与第一开关电容的等效电阻值之间的比值或第六PMOS管PM6的宽长比与第一PMOS管PM1的宽长比之间的比值。

这里，当第二开关电容的等效电阻值等于第一开关电容的等效电阻值或者第六PMOS管PM6的宽长比等于第一PMOS管PM1的宽长比时，则第三电流的大小等于第一电流的大小；当第二开关电容的等效电阻值为第一开关电容的等效电阻值的N倍或者第六PMOS管PM6的宽长比为第一PMOS管PM1的宽长比的N倍时，则第三电流的大小为第一电流的大小的N倍。

这里，由于PNP型三极管Q具有负温度系数的特性，则所述PNP型三极管Q导通后的电压即基极与发射极之间的电压V_BE可称为负温度系数电压，即随着环境温度的升高，V_BE随之减小；同时，由于所述PNP型三极管Q的温度系数源已知，则根据所述温度系数源可获知随着环境温度的变化，PNP型三极管Q上的负温度系数电压即V_BE的大小；需要说明的是，本实施例中的电源电压V_dd为直流电压。

这里，所述PNP型三极管Q可用二极管替代；第一开关电容、第二开关电容、第三开关电容中当作开关的NMOS管都可以是PMOS管；第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3可以根据需要选择不同类型的电容，例如MOS电容。

与实施例二相比，本实施例中采用开关电容取代了所有电阻；由于在版图中电阻的面积很大，而在版图中MOS管的面积很小，因此采用开关电容取代电阻能够更加节省版图面积，减少电路的制作成本。

实施例六

图13为本发明实施例六提供的过温保护电路的结构示意框图，该过温保护电路2包括：包括一正相输入端、一反相输入端以及一输出端的比较电路21、与所述比较电路21的正相输入端连接的基准电压提供电路22、与所述比较电路21的反相输入端连接的温度检测电路23、与所述比较电路21的输出端连接的控制电路24；其中，

所述基准电压提供电路22，用于为比较电路21提供预设最大温度值所对应的基准电压；

所述温度检测电路23，用于根据待测电路中环境温度的变化，生成与所述环境温度对应的电压；

比较电路21，用于将所述温度检测电路22输入的电压与所述基准电压提供电路22输入的基准电压进行比较，并输出比较结果；

控制电路24，用于响应所述比较电路21输出的比较结果，以控制所述待测电路。

其中，所述比较电路21，具体用于：当检测到所述温度检测电路22输入的电压大于或等于所述基准电压提供电路22输入的基准电压时，产生一个使所述待测电路停止工作的信号，并将该停止工作的信号输出至控制电路24，以使所述控制电路24根据该停止工作的信号执行相应的操作从而使所述待测电路停止工作；当检测到所述温度检测电路22输入的电压小于所述基准电压提供电路22输入的基准电压时，产生一个使所述待测电路继续工作的信号，并将该继续工作的信号输出至控制电路24，以使所述控制电路24根据该继续工作的信号执行相应的操作从而使所述待测电路继续工作；或者，当检测到所述温度检测电路22输入的电压小于所述基准电压提供电路22输入的基准电压时，不产生任何信号，以使所述待测电路继续保持原来的状态工作。

这里，所述温度检测电路23可以是上述实施例一至五中任意一种温度检测电路；所述比较电路21可以是比较器。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种温度检测电路，其特征在于，所述温度检测电路包括：负温度系数电压产生模块、电压输出模块；其中，

所述负温度系数电压产生模块，用于根据环境温度的变化，产生负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；

所述电压输出模块，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。

2.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，

所述负温度系数电压产生模块包括：第一MOS电流镜模块、与所述第一MOS电流镜模块连接的第二MOS电流镜模块、与所述第二MOS电流镜模块连接的第一负载和具有负温度系数的半导体器件；

所述第一MOS电流镜模块，用于使流入所述第二MOS电流镜模块的第一电流和第二电流的大小相等及方向相同；

所述第二MOS电流镜模块，用于根据所述第一电流和所述第二电流使所述第一负载上的第一电压与所述具有负温度系数的半导体器件上的负温度系数电压的大小相等；

所述具有负温度系数的半导体器件，用于根据环境温度的变化，生成负温度系数电压、以及与所述第二电流大小相等的负温度系数电流。

3.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，

所述电压输出模块包括：与所述负温度系数电压产生模块连接的第三MOS电流镜模块、与所述第三MOS电流镜模块连接的第二负载；

所述第三MOS电流镜模块，用于根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并使所述第三电流作用于所述第二负载以获取输出电压。

4.根据权利要求3所述的温度检测电路，其特征在于，所述电压输出模块还包括：与所述第三MOS电流镜模块连接的第三负载，所述第三电流流过所述第三负载生成第二电压，以根据所述第二电压获取输出电压。

5.根据权利要求4所述的温度检测电路，其特征在于，所述电压输出模块还包括：与所述第三MOS电流镜模块连接的电容，用于对所述第二电压进行滤波。

6.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述具有负温度系数的半导体器件为PNP型三极管或二极管。

7.根据权利要求2至4任一项所述的温度检测电路，其特征在于，所述负载为电阻或开关电容。

8.根据权利要求7所述的温度检测电路，其特征在于，

所述第一MOS电流镜模块包括第一PMOS管、第二PMOS管；所述第二MOS电流镜模块包括第一NMOS管、第二NMOS管；所述第三MOS电流镜模块包括第三NMOS管；所述具有负温度系数的半导体器件为PNP型三极管；所述第一负载为第一电阻、第二负载为第二电阻、第三负载为第三电阻；

第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极连接电源电压；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极且第一PMOS管的漏极连接第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极，以使第一PMOS管和第二PMOS管构成第一PMOS电流镜；第一PMOS管的漏极还连接第一NMOS管的漏极；第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管的漏极；第一NMOS管的栅极连接第二NMOS管的栅极且第二NMOS管的漏极连接第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极，以使第一NMOS管和第二NMOS管构成第一NMOS电流镜；第一电阻的一端连接第一NMOS管的源极、另一端接地；PNP型三极管的发射极连接第二NMOS管的源极、基极和集电极接地；

第三NMOS管的栅极连接所述第二PMOS管的漏极、第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极和漏极；第二电阻的一端连接第三NMOS管的源极、另一端接地；第三电阻的一端连接电源电压、另一端连接第三NMOS管的漏极。

9.根据权利要求8所述的温度检测电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻的阻值；或，所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的N倍，N为正数。

10.根据权利要求8或9所述的温度检测电路，其特征在于，所述第三NMOS管的宽长比等于所述第一NMOS管的宽长比；或，所述第三NMOS管的宽长比为所述第一NMOS管的宽长比的N倍，N为正数。

11.一种温度检测方法，其特征在于，所述方法包括：

负温度系数电压产生模块根据环境温度的变化，获取负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流；

电压输出模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，以基于所述输出电压获取所述环境温度。

12.根据权利要求11所述的温度检测方法，其特征在于，

所述负温度系数电压产生模块包括：第一MOS电流镜模块、与所述第一MOS电流镜模块连接的第二MOS电流镜模块、与所述第二MOS电流镜模块连接的第一负载和具有负温度系数的半导体器件；

所述负温度系数电压产生模块根据环境温度的变化，获取负温度系数电压，并根据所述负温度系数电压获取大小相等、方向相同的第一电流和第二电流，包括：

所述第一MOS电流镜模块使流入所述第二MOS电流镜模块的第一电流和第二电流的大小相等及方向相同；

所述第二MOS电流镜模块根据所述第一电流和所述第二电流使所述第一负载上的第一电压与所述具有负温度系数的半导体器件上的负温度系数电压的大小相等；

所述具有负温度系数的半导体器件根据环境温度的变化，生成负温度系数电压、以及与所述第二电流大小相等的负温度系数电流。

13.根据权利要求11所述的温度检测方法，其特征在于，

所述电压输出模块包括：与所述负温度系数电压产生模块连接的第三MOS电流镜模块、与所述第三MOS电流镜模块连接的第二负载；

所述电压输出模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并根据所述第三电流获取输出电压，包括：

所述第三MOS电流镜模块根据所述第一电流和第二电流获取第三电流，并使所述第三电流作用于所述第二负载以获取输出电压。