CN108955930A - 温度测量电路 - Google Patents

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    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements

Abstract

一种温度测量电路，包括：第一MOS管，第一MOS管的栅极连接信号输入端；第一MOS管的源极、漏极与衬底相连接；比较器，第一MOS管的栅极连接比较器的正相输入端；第一MOS管的源极、漏极与衬底连接比较器的反相输入端；三极管，三极管的发射极连接比较器的反相输入端；三极管的集电极和基极共地；第二MOS管，第二MOS管的漏极连接第一MOS管的栅极，第二MOS管的源极与衬底共地；单脉冲逻辑电路单元，单脉冲逻辑电路单元的输入端连接比较器的输出端，单脉冲逻辑电路单元的输出端连接第二MOS管的栅极；电流源，电流源连接三极管的发射极。温度测量电路所占面积小，功耗小，可靠性高。

Description

温度测量电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种温度测量电路。
背景技术
逻辑集成电路应用广泛，其中许多情形下要求测量温度并转换成数字形式。
常用的温度测量电路是采用温敏电阻测量与温度相关的电压，然后用模数转换器，将此电压转换为数字形式。然而这种电路系统复杂，成本高，可靠性不好。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种温度测量电路，以采用更加简单地电路结构，实现对温度的测量，在保证温度测量可靠性的同时，节省成本。
为解决上述问题，本发明提供了一种温度测量电路，包括：第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接信号输入端；所述第一MOS管的源极、漏极与衬底相连接；比较器，所述第一MOS管的栅极连接所述比较器的正相输入端；所述第一MOS管的源极、漏极与衬底连接所述比较器的反相输入端；三极管，所述三极管的发射极连接所述比较器的反相输入端；所述三极管的集电极和基极共地；第二MOS管，所述第二MOS管的漏极连接所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极与衬底共地；单脉冲逻辑电路单元，所述单脉冲逻辑电路单元的输入端连接所述比较器的输出端，所述单脉冲逻辑电路单元的输出端连接所述第二MOS管的栅极；电流源，所述电流源连接所述三极管的发射极。
可选的，所述信号输入端包括反相器和连接在所述反相器输出端的电阻，所述电阻连接至所述第一MOS管的栅极。
可选的，所述第一MOS管为增强型PMOS。
可选的，所述三极管为PNP管或NPN管。
可选的，所述第二MOS管为增强型NMOS。
为解决上述问题，本发明提供另一种温度测量电路，包括：第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接信号输入端；所述第一MOS管的源极、漏极与衬底相连接；比较器，所述第一MOS管的栅极连接所述比较器的正相输入端；所述第一MOS管的源极连接所述比较器的反相输入端；二极管，所述二极管的正极连接所述比较器的反相输入端；所述二极管的负极接地；第二MOS管，所述第二MOS管的漏极连接所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极与衬底共地；单脉冲逻辑电路单元，所述单脉冲逻辑电路单元的输入端连接所述比较器的输出端，所述单脉冲逻辑电路单元的输出端连接所述第二MOS管的栅极；电流源，所述电流源连接所述二极管的正极。
可选的，所述信号输入端包括反相器和连接在反相器输出端的电阻，所述电阻连接至所述第一MOS管的栅极。
可选的，所述第一MOS管为增强型PMOS。
可选的，所述第二MOS管为增强型PMOS、增强型NMOS管、耗尽型PMOS管或耗尽型NMOS管。
本发明技术方案的其中一个方面中，电路结构简单，设计巧妙，所使用的器件为MOS管等，不需要使用温敏电阻和模数转换器等复杂器件，因此，所要占用的芯片面积较小、功耗小，并且电路的可靠性好，成本降低。
附图说明
图1是现有温度测量电路示意图；
图2是本发明实施例提供的温度测量电路示意图；
图3是本发明另一实施例提供的另一种温度测量电路示意图。
具体实施方式
现有一种温度测量电路如图1所示，它包括提供与温度相关电压的温敏电阻R1，模数转换器I1，以及主要由一些逻辑器件组成的逻辑电路I2。温敏电阻R1的电压，送给模数转换器I1作为输入，在逻辑电路I2输出的数字信号控制下，模数转换器I1把输入的电压转换为数字形式输出，如图中输出信号DO所示，从而获得了以数字形式表示的温度值。
图1这种温度测量电路中，主要由温敏电阻、模数转换器、逻辑电路组成，因此使用的元器件较多、占用面积较大、功耗大，并且电路设计复杂(例如需要温敏电阻)，可靠性不好。
为此，本发明提供一种新的温度测量电路，以简化电路结构，减小电路占用的芯片面积，降低功耗，节约成本。
为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。
本发明实施例提供一种温度测量电路，请参考图2。
所述温度测量电路包括第一MOS管21、比较器23、三极管24、第二MOS管22、单脉冲逻辑电路单元25、电流源28、反相器26和电阻27。第一MOS管21的栅极连接信号输入端(具体第一MOS管21的栅极连接图2中电阻27的一端，参考后续内容)。第一MOS管21的源极、漏极与衬底相连接。第一MOS管21的栅极同时还连接比较器23的正相输入端。第一MOS管21的源极、漏极与衬底同时还连接比较器23的反相输入端。比较器23的输出端输出相应的信号，这个信号作为整个温度测量电路的输出信号DO。三极管24的发射极连接比较器23的反相输入端。三极管24的集电极和基极共地。第二MOS管22的漏极连接第一MOS管21的栅极，第二MOS管22的源极与衬底共地。单脉冲逻辑电路单元25的输入端连接比较器23的输出端，单脉冲逻辑电路单元25的输出端连接第二MOS管22的栅极。电流源28连接三极管24的发射极。信号输入端具有上述反相器26和电阻27，其中，电阻27一端连接在反相器26输出端的，电阻27另一端连接至第一MOS管21的栅极。其中，反相器26和电阻27是设置在信号输入源与第一MOS管21的栅极之间，即从反相器26的输入端输入电路的使能信号。
通过将第一MOS管21的源极、漏极与衬底相连接，可知，本实施例的电路是利用第一MOS管21作为电容。
本实施例所提供的温度测量电路中，当第一MOS管21的栅极电压高于三极管24的发射极电压后，比较器23会输出一个高电平，该高电平所对应的上升沿经过单脉冲逻辑电路单元25后，会输出一个窄脉宽高电平(也就是说，单脉冲逻辑电路单元25的作用是在接收到高电平所对应的上升沿电压信号后，输出一个窄脉宽高电平，此窄脉宽高电平的脉宽很小，低于1微秒；称为窄脉宽高电平还有一个原因是，相对于比较器23输出信号DO的脉冲周期而言，此电平脉宽较窄)，这个窄脉宽高电平能够用于控制使得第二MOS管22导通(可知，当第二MOS管22为增强型NMOS时，窄脉宽高电平会高于第二MOS管22阈值电压)。而第二MOS管22一旦导通，会将第一MOS管21的栅极连接到地电位，此时，当第一MOS管21的栅极电压低于三极管24的发射极电压，比较器23变为输出低电平。而当单脉冲逻辑电路单元25输出窄脉宽高电平结束后，第二MOS管22随即关断。以此类推，第一MOS管21又开始下一轮充放电循环。比较器23的输出信号DO也随之周期性出现高低电平循环。
由于比较器23的输出信号DO的周期会与温度成反比，因此，温度越高，输出信号DO的周期越短，频率越高。通过测量比较器23的输出信号DO的频率就可以推测出温度值。
进一步分析本实施例的电路原理可知，假设第一MOS管21(即相当于电容)栅极电压为VG，设第一MOS管21的衬底电压为VB，当VG>VB后，比较器23会翻转输出高电平，该高电平有个上升沿，该上升沿经过单脉冲逻辑电路(即单脉冲逻辑电路单元25)后输出一个脉宽固定的高电平脉冲，即上述窄脉宽高电平，此窄脉宽高电平脉冲会用于将第二MOS管22导通，使得第一MOS管21的栅极端放电到地电位。此时，比较器23输出复位为低电平。随着窄脉宽高电平脉冲消失，第二MOS管22关断，第一MOS管21的栅极端开始从地电位充电，充电电流由输入端为低电平的反相器26经一个电阻27提供，直到再次出现VG>VB的情况，启动下一个循环。易知，当其他条件不变后，随温度升高，VB会变小，因此VG从地电位升到VB所需的时间也变少。故而，比较器23的输出信号DO频率会变高，即随着温度升高，输出信号DO的脉冲频率会变高。
由上述分析可知，电阻27与反相器26的作用是提供充电电流(使能电流或使能信号)。反相器26的输入端通常输入启动信号(SYN)，当启动信号变有有效电平之后，充放电循环才可以启动。
本实施例中，第一MOS管21为增强型PMOS。由上述分析可知，当第一MOS管21采用增强型PMOS时，随着VG从地电位升高，其电容值会变大。故当温度升高时，比较器23的输出信号DO的脉冲频率变化会更明显，即对温度的变化会更敏感。
本实施例中，第一MOS管21是被用作电容，故而，只要能满足作为电容的普通MOS管均可使用。当然，由于对应的器件制程不同，不同MOS管效果有所差异，因为其电容不同，电压-电容特性也不同。本实施例使用增强型PMOS管，因为增强型PMOS管容易制作获得。从使用增强型PMOS可以看出，本发明的一个优点是，所利用的是每个MOS都会具备的特性，相应的器件具体参数只是导致电路的具体数值有所差异而已。
本实施例中，三极管24可以为PNP管或NPN管。本实施例主要利用的是三极管24中，BE结(基极与发射极之间的PN结)。同样可以在此处看到，这是本发明的优点，所利用的是每个双极器件都会具备的特性，只是其具体数值和温度特性有差异而已，相应的器件具体参数只是导致电路的具体数值有所差异而已。
本实施例中，第二MOS管22为增强型NMOS。第二MOS管22被用作开关，因此，各类MOS均可使用。其中，可以采用易于制作的增强型NMOS，也可替换为其他器件，例如，考虑这些器件是制作在同一个芯片上的，因此，只要满足能够制作在同一芯片的工艺要求都可以(例如第二MOS管22同第一MOS管21均为PMOS管)。同时，单脉冲逻辑电路单元25输出的电压大小和极性都可以根据第二MOS管22进行调整，从而拓展了第二MOS管22的可选择范围，只要MOS管匹配相应的控制逻辑，均可采用。
本实施例中，电流源28提供的电流是个偏置电流，目的在于让三极管24的BE结导通。电流源28提供的电流大小可以控制在微安级别。
本实施例中，连接在反相器26输出端的电阻27影响对第一MOS管21的充电电流，从而影响比较器23输出信号DO的脉冲频率。而脉冲频率与制程有较密切的关系。如果采用先进制程，相应的可以支持较高的频率(如十兆赫兹)，相应的电阻27的值可以取小些，如数十千欧姆，如果要求脉冲频率较低，则电阻27的阻值可以取大些，如数兆欧姆。
由上述描述可知，本实施例所提供的温度测量电路，电路结构简单，设计灵巧，所使用的器件为MOS管等，不需要使用温敏电阻和模数转换器等复杂器件，因此，所要占用的芯片面积较小、功耗小，并且电路的可靠性好，成本降低。
本发明另一实施例提供一种温度测量电路，请参考图3，包括第一MOS管31、比较器33、二极管34、单脉冲逻辑电路单元35、电流源38、反相器36和连接在反相器36输出端的电阻37。第一MOS管31的栅极连接信号输入端。第一MOS管31的源极、漏极与衬底相连接。第一MOS管31的栅极连接比较器33的正相输入端。比较器33的输出端连接相应的信号引出线路，用于输出信号DO的输出与检测。第一MOS管31的源极连接比较器33的反相输入端。二极管34的正极连接比较器33的反相输入端。二极管34的负极接地。第二MOS管32，第二MOS管32的漏极连接第一MOS管31的栅极，第二MOS管32的源极与衬底共地。单脉冲逻辑电路单元35的输入端连接比较器33的输出端，单脉冲逻辑电路单元35的输出端连接第二MOS管32的栅极。电阻37连接至第一MOS管31的栅极。电流源38连接二极管34的正极。
本实施例中，与前一实施例的不同之处在于，将前一实施例的三极管替换为二极管34(在此处前述实施例和本实施例各自分别利用了三极管和二极管的负温度效应)，但相应的电路工作原理相同，可参考前述实施例相应内容。
本实施例中，第一MOS管31可以为增强型PMOS，第二MOS管32为增强型PMOS、增强型NMOS管、耗尽型PMOS管或耗尽型NMOS管，可参考前述实施例相应内容。
本实施例的更多结构、性质可优点可参考前述实施例相应内容。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种温度测量电路，其特征在于，包括：
第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接信号输入端；所述第一MOS管的源极、漏极与衬底相连接；
比较器，所述第一MOS管的栅极连接所述比较器的正相输入端；所述第一MOS管的源极、漏极与衬底连接所述比较器的反相输入端；
三极管，所述三极管的发射极连接所述比较器的反相输入端；所述三极管的集电极和基极共地；
第二MOS管，所述第二MOS管的漏极连接所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极与衬底共地；
单脉冲逻辑电路单元，所述单脉冲逻辑电路单元的输入端连接所述比较器的输出端，所述单脉冲逻辑电路单元的输出端连接所述第二MOS管的栅极；
电流源，所述电流源连接所述三极管的发射极。
2.如权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述信号输入端包括反相器和连接在所述反相器输出端的电阻，所述电阻连接至所述第一MOS管的栅极。
3.如权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述第一MOS管为增强型PMOS。
4.如权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述三极管为PNP管或NPN管。
5.如权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述第二MOS管为增强型NMOS。
6.一种温度测量电路，其特征在于，包括：
第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接信号输入端；所述第一MOS管的源极、漏极与衬底相连接；
比较器，所述第一MOS管的栅极连接所述比较器的正相输入端；所述第一MOS管的源极连接所述比较器的反相输入端；
二极管，所述二极管的正极连接所述比较器的反相输入端；所述二极管的负极接地；
第二MOS管，所述第二MOS管的漏极连接所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极与衬底共地；
单脉冲逻辑电路单元，所述单脉冲逻辑电路单元的输入端连接所述比较器的输出端，所述单脉冲逻辑电路单元的输出端连接所述第二MOS管的栅极；
电流源，所述电流源连接所述二极管的正极。
7.如权利要求6所述的温度测量电路，其特征在于，所述信号输入端包括反相器和连接在反相器输出端的电阻，所述电阻连接至所述第一MOS管的栅极。
8.如权利要求6所述的温度测量电路，其特征在于，所述第一MOS管为增强型PMOS。
9.如权利要求6所述的温度测量电路，其特征在于，所述第二MOS管为增强型PMOS、增强型NMOS管、耗尽型PMOS管或耗尽型NMOS管。
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