CN109556757A - 在电子电路系统中感测温度的装置和相关的方法 - Google Patents

在电子电路系统中感测温度的装置和相关的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了在电子电路系统中感测温度的装置和相关的方法。一种装置包括温度测量电路。温度测量电路包括带隙电路，该带隙电路包括具有通过使用修整位的集合来补偿的偏移电压的放大器。带隙电路提供与待测量的温度有关的第一电压和第二电压。温度测量电路还包括测量电路，该测量电路经耦合以接收第一电压和第二电压。测量电路还包括比较器，该比较器经耦合以接收第一电压和第二电压，其中测量电路从第一电压和第二电压导出温度测量。

Description

在电子电路系统中感测温度的装置和相关的方法
技术领域
本公开总体上涉及温度测量，并且更具体地涉及用于具有改进性能的电子感测或测量温度的装置及相关的方法。
背景技术
温度是一种物理量，它提供了(例如，在物体中)感知的热量或冷量的一种测量。各种装置(例如，电子设备或电路)可用于测量温度。一般来说，这种装置被称为温度计。
在某些情形中，可使用电子温度计以便于测量物体的温度。电子温度计可用于测量空气温度、液体温度、气体温度等。在某些情况下，电子温度计(例如，温度传感器)被包括在诸如集成电路(IC)的设备中以测量IC内的各种电路系统的温度。
本节中的描述和任何相应的(一个或更多个)图形被包括作为背景信息材料。在本节中的材料不应该被认为承认这样的材料构成本专利申请的现有技术。
发明内容
根据示例性实施例，设想了各种装置和相关的方法。根据一个示例性实施例，一种装置包括温度测量电路。温度测量电路包括带隙电路，该带隙电路包括具有通过使用修整位的集合来补偿的偏移电压的放大器。带隙电路提供与待测量的温度有关的第一电压和第二电压。温度测量电路还包括测量电路，该测量电路经耦合以接收第一电压和第二电压。测量电路还包括比较器，该比较器经耦合以接收第一电压和第二电压，其中测量电路从第一电压和第二电压导出温度测量。
根据另一个示例性实施例，IC包括温度测量电路。温度测量电路包括带隙电路，该带隙电路包括具有(或者可能具有)偏移电压的放大器。带隙电路提供与IC的温度有关的第一电压和第二电压。带隙电路具有第一操作模式和第二操作模式，并且放大器的偏移电压是在带隙电路的第一操作模式下被补偿的。
根据另一个示例性实施例，一种测量温度的方法包括通过使用修整位的集合来补偿放大器的偏移电压，以及通过使用放大器，通过使用带隙电路生成与温度有关的第一电压和第二电压。该方法还包括使用第一电压和第二电压以通过生成对应于第一电压和第二电压的计数值来导出温度。
附图说明
附图只说明了示例性实施例，并且因此不应该被认为限制申请或者权利要求的范围。本领域的普通技术人员将理解的是，所公开的概念使他们本身适于其他同样有效的实施例。在附图中，在多于一个附图中使用的相同数字指示符指代相同、相似或者等效的功能、元件或块。
图1示出了根据一个示例性实施例的用于温度感测/测量的电路布置。
图2示出了根据一个示例性实施例的用于测量电路的电路布置。
图3示出了根据一个示例性实施例的用于带隙电路的电路布置。
图4示出了根据一个示例性实施例的用于针对温度感测/测量所使用的比较器和多路复用器(MUX)的电路布置。
图5示出了根据一个示例性实施例的用于针对温度感测/测量所使用的计数器的电路布置。
图6示出了根据一个示例性实施例在温度感测/测量装置中各种电压的曲线图。
图7示出了根据一个示例性实施例的用于针对温度感测/测量所使用的斜坡发生器的电路布置。
图8示出了根据一个示例性实施例的用于针对温度感测/测量所使用的电压发生器的电路布置。
图9示出了根据一个示例性实施例的用于在IC中的温度感测/测量的电路布置。
图10示出了根据另一个示例性实施例的用于在IC中的温度感测/测量的电路布置。
图11示出了根据另一个示例性实施例的用于在IC中的温度感测/测量的电路布置。
图12示出了根据另一个示例性实施例的用于在IC中的温度感测/测量的电路布置。
图13示出了根据另一个示例性实施例的用于在IC中的温度感测/测量的电路布置。
具体实施方式
本公开的概念总体涉及用于电子感测或测量温度的装置。更具体地，所公开的概念提供用于具有改善性能的温度的电子测量(或者感测或感测和测量二者)的方法和装置。
更具体地，根据各种实施例的温度测量装置和相关方法提供了许多好处。一般来说，根据示例性实施例的温度测量电路具有比率度量(ratio-metric)体系结构。因此，温度测量电路不受电路或元件非理想性(例如，半导体制造过程的变化)的影响(或者如在实际的物理实施方式中实现的，温度测量电路几乎不受电路或元件非理想性的影响)。
图1示出了根据一个示例性实施例的温度测量电路系统5。电路布置包括带隙电路15。如下文详细描述的，带隙电路15依赖于测量具有相对电流密度比为n的两个双极结型晶体管(BJT)的基极-发射极电压(VBE)，其中n指代大于单位元素(unity)的正数。
带隙电路15包括开关，其用于移除(或者如在实际的物理实施方式中实现的，几乎移除)某些电路非理想性，如下文详细描述的。控制器10控制带隙电路15的操作，如下文详细描述的。
测量电路20接收带隙电路15的输出。如下文详细描述的，测量电路20对带隙电路15的输出进行操作以导出温度测量，该测量电路20提供温度测量作为输出。控制器10耦合到测量电路20并控制测量电路20的操作。更具体地，控制器10控制测量电路20中的各种元件(或者块或电路)的操作。
图2示出了根据一个示例性实施例的用于测量电路20的电路布置。测量电路20从带隙电路15接收基极-发射极电压VBE1和VBE2。基极-发射极电压VBE1和VBE2被提供给多路复用器(MUX)25。
MUX 25也从VL发生器电路30接收电压VL。此外，MUX 25也从VH发生器电路35接收电压VH。电压VL和VH是固定的(或者如由实际的实施方式实现的，是相对固定的)，并且被用在(如由带隙电路15感测的)温度水平的计算中。在下文详细描述VL发生器电路30和VH发生器电路35的操作和细节。
MUX 25的输出驱动比较器电路40的输入。由斜坡发生器电路45生成的斜坡电压Vramp驱动比较器电路40的另一个输入。比较器电路40将MUX 25的输出与斜坡电压Vramp比较。比较器电路40的输出驱动/控制一个或更多个计数器(如下文详细地描述，通常显示为计数器50，虽然在各种实施例中，计数器的数量范围从一个到若干个)。
图3示出了根据一个示例性实施例的用于带隙电路15的电路布置。带隙电路包括BJT Q1和Q2。如上所述，晶体管Q1和Q2具有n：1的电流-密度比，其中n指代大于单位元素的正数。因此，该两个晶体管的基极-发射极电压是不同的。
更具体地，众所周知的BJT方程可用于使集电极电流与基极-发射极电压关联：
将方程应用到晶体管Q1和Q2，在基极-发射极电压中的差可以表示为：
其中VBEn表示晶体管Q2的基极-发射极电压，代表晶体管Q1和Q2之间的n：1的相对电流密度比；T表示温度；q表示电子的电荷(1.6×10-19库伦)；并且K表示玻尔兹曼常数(1.38×10-23)。因此，温度T可以表示为晶体管Q1和Q2的基极-发射极电压之间的差的函数：
换句话说，通过测量晶体管Q1和Q2的基极-发射极电压之间的差，可以获得温度T的测量。如上所示并且如下文详细描述的，例如如图2中所示的，温度测量电路接收晶体管Q1和Q2的基极-发射极电压，并且基于基极-发射极电压导出温度T。
再次参考图3中的带隙电路15，带隙电路15还包括标记为“AMP”的放大器。放大器的反相输入耦合到晶体管Q1的发射极并且耦合到电阻器R1。放大器的非反相输入耦合到电阻器R2。电阻器R2耦合到晶体管Q2的发射极，并且耦合到具有值nrR1的电阻器，其中nr表示晶体管Q1和Q2的电流密度比(两个BJT(Q1和Q2)的电流密度比n是通过将两个BJT的发射极电流的比(其通过值nr来设置)乘以两个BJT的发射极面积的比来给出的)。
电阻器R1还耦合到开关SW3。类似地，电阻器nrR1还耦合到开关SW3。开关SW3选择性地将电阻器R1和电阻器nrR1耦合到晶体管Mp的漏极或者耦合到共模电流源ICM。更具体地，在偏移修整模式期间，开关SW3将共模电流源ICM耦合到电阻器R1和电阻器nrR1。相反地，在温度测试模式期间，开关SW3将晶体管Mp的漏极耦合到电阻器R1和电阻器nrR1。
放大器生成输出电压，该输出电压迫使放大器的输入端子具有理想上相等的电压。换句话说，放大器生成输出电压，该输出电压迫使晶体管Q1的发射极电压(假定基极接地)等于电阻器R2两端的电压加上晶体管Q2的发射极电压。为此，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Mp耦合到放大器的输出。更具体地，放大器的输出驱动晶体管Mp的栅极。晶体管Mp的源极耦合到电源电压VDD。晶体管Mp的漏极耦合到开关SW2和开关SW3。
当开关SW2(如下所述，在偏移修整模式期间)闭合时，其将晶体管Mp的漏极耦合到偏置电流源Icomp。然而，在温度测量模式期间，开关SW2是断开的。如上所述，注意，在温度测量模式期间，开关SW3将晶体管Mp的漏极耦合到电阻器R1和电阻器nrR1。
在实际的实施方式中，放大器表现出非理想性，诸如偏移电压(指代为电压源Vos)。如果不对其进行补偿或者如果不对其进行处理，则偏移电压降低带隙电路作为温度感测电路的性能。为了克服偏移电压的影响，(例如，如图1所示的，在控制器10的控制下)每次执行温度测量时，放大器被修整。更具体地，再次参考图3，带隙电路15具有两种操作模式，感测模式和偏移修整模式。
在偏移修整模式中，放大器作为比较器来操作，该放大器的输出将是接地电势或者是对于放大器/比较器增益的足够大值的电源电压(VDD)。由于电阻器R1和电阻器nrR1(经由开关SW3)耦合到共模电流源ICM，所以当带隙电路15处于温度测量模式时，放大器的输入电压相对地接近于它们的值。
开关SW1被闭合以将放大器的两个输入缩短连接在一起。因此，放大器将具有与其偏移电压(指代为电压源VOS)相等的差分输入电压。晶体管Mp和偏置电流Icomp作为第二放大级来放大放大器的输出电压。偏置电流源Icomp的值被选择使得其值接近于温度测量模式下流过晶体管Mp的电流的值。注意，重复使用晶体管Mp作为偏移修整电路系统的一部分，也消除其对偏移的贡献。
考虑到在温度测量模式下流过晶体管Mp的电流与绝对温度(称为PTAT电流)成比例，使用单独的PTAT电流发生器来生成Icomp和ICM。PTAT电流发生器电路是本领域普通技术人员众所周知的。
m个修整位的集合(图3中标记为“修整＜m:1＞”)用于补偿电路中的偏移电压。更具体地，如本领域的普通技术人员将理解的，修整位被添加到放大器，以便使用二进制搜索技术，或者任何其他合适的技术，将其偏移电压减少或者驱动到零(或者在实际的实施方式中，几乎为零)。
在一些实施例中，根据修整位的值，电流被注入到在放大器AMP中使用的差分放大器的左分支或者右分支。在一些实施例中，根据修整位的值，不同的值的电阻器被用在输入电路系统中，其受到产生偏置电压的输入偏置电流的影响。在示例性实施例中，如本领域普通技术人员将理解，可以使用各种偏移修整技术和电路系统。
如上所述，晶体管Q1和晶体管Q2具有相对的电流密度比n。在一些实施例中，该比n可以通过将一个设备中的电流相对于另一个设备进行缩放来完成。在一些是实施例中，该比可通过将一个设备的面积相对于另一个设备进行缩放来完成。在一些实施例中，例如，在期望更大电流密度比的情况下，使用前述技术二者。
如上所述，带隙电路15将晶体管Q1和晶体管Q2的发射极基极电压之间的差，即，ΔVBE(或者可替代地晶体管Q1和晶体管Q2的基极发射极电压之间的差，其将由测量电路20使用来计算ΔVBE)提供给测量电路20。反相电路系统(未显示)诸如具有增益-1的缓冲器对被用于分别地将电压-VBE1和-VBE2(在图3中示出)转换为电压VBE1和VBE2，并且将这些电压提供给测量电路20。如上进一步所示，测量电路20部分地使用MUX 25和比较器40以测量温度值。图4示出了根据示例性实施例MUX 25和比较器40如何操作的进一步细节。
更具体地，MUX 25接收电压VL、电压VH、(用于晶体管Q1的)基极发射极电压VBE1以及(用于晶体管Q2的)基极发射极电压VBEn。控制器10使用比较器40的输出信号以设置MUX 25的控制(或者选择)信号，该MUX 25选择四个输入电压中的一个以耦合到比较器40的非反相输入。在控制器10中的有限状态机(FSM)(或如本领域普通技术人员将理解的，其他合适的电路系统)被初始化以选择VH，并且一旦比较器40的输出触发，FSM改变MUX 25的控制信号以选择VBE1使得比较器40的输出再次降低(假定电压VBE1在那个时刻小于斜坡电压)。一旦斜坡电压越过VBE1，FSM移动到下一个状态，并且选择VBEn。类似地，一旦比较器40再次触发，FSM设置MUX 25的控制信号使得VL耦合到比较器40的非反相输入。斜坡电压Vramp驱动比较器40的反相或者负输入。
在示例性实施例中，电压VL具有小于电压VH的值。例如，在示例性实施例中，电压VL具有值0.3伏特，其中电压VH具有一伏特的值。然而，如本领域普通技术人员将理解的，电压VL和电压VH的其他的值是可能的和被设想的。电压VL和电压VH的值的选择取决于诸如用于给定的实施方式的设计和性能规格或目标的因素，如本领域普通技术人员将理解的。一般来说，在感兴趣的温度范围(试图被测量的温度范围)内，电压VH大于电压VBE1，并且在感兴趣的温度范围内，电压VL小于电压VBEn。
如上所述，测量电路20使用一个或更多个计数器。图5示出了根据一个示例性实施例的用于温度感测/测量所使用的计数器组50。尽管图5示出了四个计数器50A-50D，其他数量的计数器可用在其他实施例中，如下文详细描述的。
参考图5中所示的实施例，计数器50A-50D通过由时钟电路60提供的时钟信号被时钟控制。通过各种方法可实现时钟电路60，如本领域普通技术人员将理解的。例如，在一些实施例中，晶体振荡器可用来生成时钟信号。其他布置是可能的和被设想的，如本领域普通技术人员将理解的。一般地，针对给定的实施方式的电路系统的选择取决于各种因素，如本领域普通技术人员将理解的。这些因素包括设计规格、性能规格(例如，温度测量的精度或精确性)、成本、IC或者设备面积、可用技术(诸如半导体制造技术)、目标市场、目标终端用户等。
计数器50A-50D具有相应的使能输入，相应的使能输入被用于致使相应的计数器对由时钟电路60提供的时钟周期进行计数。计数器50A-50D具有相应的输出CNT1-CNT4，该相应的输出CNT1-CNT4对应于在针对相应计数器的使能信号的断言和取消断言(de-assertion)之间计数的时钟周期的数量。
计数器50A-50D如下操作。假设由斜坡发生器电路45(参见图2)提供负向的斜坡电压Vramp，起初，其斜坡将在高于电压VH的电压处开始，而此时MUX 25(参见图2-3)将电压VH耦合到比较器40(参见图2-3)的正输入。再次参考图4，计数器50A-50D从相同复位值开始，其可以通过许多方式来设置，例如，通过使用控制器10(参见图1)。一旦斜坡电压变为等于电压VH，比较器40输出的输出变高(逻辑高)，计数器50A被停用，并且它所具有的计数的数量NH被保留。
接着，MUX 25将比较器输入从电压VH切换到电压VBE1。假定电压VBE1小于在那时刻的斜坡电压，则比较器输出回到低。一旦斜坡电压变为等于电压VBE1，则比较器40的输出再次变高，并且该时间计数器50B(通过取消断言其使能输出)被停用，并且其输出计数N1被保留。接着MUX 25将比较器输入切换到电压VBEn。类似地，当比较器40的输出变高时，计数器50C被停用并且其输出Nn被保留。然后，MUX 25将比较器40的输入切换到电压VL。一旦斜坡电压等于电压VL时，计数器50D被停用并且其输出NL被保留。
控制器10监测比较器40的输出信号(参见图4)，如上所述。基于测量电路20的电流状态，在控制器10中的FSM(或者其他合适的电路)启用/停用计数器50A-50D。
计数器50A-50D的被保留的计数(即，NH、N1、Nn和NL)分别地用于计算由基极-发射极电压差(ΔVBE)表示的温度。更具体地，被保留的计数NH、N1、Nn和NL分别地对应于电压VH、VBE1、VBEn和VL。因此，被保留的计数被用于计算基极-发射极电压差(ΔVBE)，假定电压VH和VL是已知的。
更具体地，通过从被保留的计数NL减去被保留的计数NH，可以获得对应于电压差VH-VL(已知电压，假定电压VH和VL是已知的)的计数数量。相似地，通过从被保留的计数Nn中减去被保留的计数N1，得到对应于量VBE1-VBEn的时钟周期的数量。
假定量VH-VL是已知的，量VBE1-VBEn被计算为
基极-发射极电压差ΔVBE进而被用于计算温度。
更具体地，温度T与电压ΔVBE成比例，如下：
图6示出根据一个示例性实施例在温度测量装置中各种电压的曲线图。在所示示例中，电压VH具有一伏特的值，然而电压VL具有0.3伏特的值。此外，电流密度比是48，因此使用标记VBE48来说明晶体管Q2的基极-发射极电压(参见图3)。
上文所述的温度测量方案可以根据需要被改进。例如，除了计数对应于MUX 25(参见图4)的每个输入电压的时钟周期的数量，可以捕获并且保留在比较器40输出的输出变高时刻处的时钟相位。如果计数器50A-50D在时钟信号的正边缘上操作(递增他们的相应的计数值)，并且当时钟为低时，比较器40的输出变高，那么计数的数量可以增加0.5。在另一方面，如果当时钟为高时，比较器40的输出变高，那么计数的数量可保持不变。通过采用在比较器40的输出变高的时刻的时钟相位的信息，可以使温度测量分辨率加倍。
如上所述，温度测量电路20使用斜坡电压发生器45。图7示出了根据一个示例性实施例的用于斜坡发生器45的电路布置。如图中所示的斜坡发生器电路45中的斜坡生成，在使用晶体管M11和晶体管M12实施的电流源被用来将电容器C2放电之前，该斜坡生成最初将电容器C2充电到起始电压Vstart。假设电容器C2具有恒定电容值，并且假设恒定放电电流，电容器C2两端的电压是负向的线性斜坡，该斜坡从电压Vstart开始并且斜降到零或者接地电势。
在温度测量之前，电流发生器(标记为“电流发生器”)生成输入电流，使用二极管连接的晶体管M1将该输入电流转换为电压Vcsn。根据需要并且如本领域的普通技术人员将理解的，可使用互补MOS(CMOS)、n沟道金属氧化物半导体(NMOS)、或者p沟道MOS(PMOS)电路系统来实施电流发生器。
再次参考图7，此刻闭合的开关SW1将电压Vcsn传递到晶体管M2的栅极。晶体管M3和晶体管M8将晶体管M2的电流镜像到n沟道金属氧化物半导体(NMOS)输出级镜像，该镜像由晶体管M10和M12来实施。对于使电容器C2放电的电流源，为了实现相对大的输出阻抗(即，为了改善斜坡电压的线性度)，级联(cascode)晶体管M9和M11被使用。
使用M4至M7来生成级联电压。在另一方面，还闭合开关SW2，设置电容器C2两端的初始电压为Vstart，该电压大于VH。在温度测量模式开始处，断开开关SW2，使得电流源(晶体管M11和晶体管M12)可使电容器C2放电。此外，断开开关SW1，并且其输入电压Vcsn被采样并保持在电容器C1上。
假定开关SW1是断开的，来自电流发生器的输入电流中的任何改变不会影响放电电流。相反地，电流发生器和晶体管M1的电流噪声不会不利地影响斜坡电压。
在所示的实施例的变体中，初始电压在电压VL以下的电压处开始，并且对电容器C2充电，以便朝向电压VH增加其端电压。该方案用图7所示的电路的镜像的版本来实施，如本领用户的普通技术人员将理解的。更具体地，PMOS晶体管用NMOS被交换或替换，反之亦然。此外，电源电压(VDD)和接地电势被交换。在这种方案中，比较顺序将是VL、VBEn、VBE1和最后的VH。
图8示出了根据一个示例性实施例的用于生成电压VH和VL的电压发生器的电路布置100。在电路布置100中，放大器110接收作为其输入之一的带隙电压VBG。可使用常规带隙电路或者提供随温度变化被固定的(或者在实际的实施方式中，基本上或几乎固定的)电压的任何电路来生成带隙电压VBG，如本领域普通技术人员将理解的。
放大器110和晶体管105耦合到负反馈环路。更具体地，放大器110致使晶体管105的漏极处的电压等于(或者在实际的实施方式中，基本上或几乎等于)带隙电压VBG。因此，由电阻器115A-115C实现的电阻器串两端的电压等于(或者在实际的实施方式中，基本上或者几乎等于)带隙电压VBG。
假定电阻器串两端的电压是已知的，电阻器串的两个抽头(tap)被用于提供电压VH和VL。为了改善温度测量的精度，可测量电压VH和VL(例如，在包括温度测量电路系统的IC的生产期间)，并且他们的值可用在上文描述的温度计算中。电压VH和VL的测量的值可存储在芯片上(例如，根据需要存储在闪存或一次性可编程(OTP)存储器中)。
假定带隙电压VBG与温度是相对恒定的，电压VH和VL与温度也是相对恒定的。可使用偏移修整电路系统和上文所描述的技术根据需要来修整放大器110的偏移电压。
尽管示出的该实施例中电路布置100生成电压VH和VL二者，但是根据需要并且如本领域普通技术人员将理解的，可以使用单独的或个别的电路生成这些电压。此外，如果合适的电压是可用的(例如，来自片上参考电压发生器)，则可以使用这些电压来提供电压VH和VL中的一者或两者。
如本领域普通技术人员将理解的，所示的斜坡电压生成和电压VH和VL的生成的实施例只是示例性的和说明性的。可以使用和考虑多种其他电路。用于给定实施方式的电路系统的选择取决于各种因素，如本领域普通技术人员将理解的。这种因素包括设计规格、性能规格、成本、IC或设备面积、可用技术(诸如半导体制造技术)、目标市场、目标终端用户等。
在各个图形中所述的电路系统(例如，图3和图7)，使用多个开关。开关可以使用各种技术和电路或者元件/设备来实现或者实施，如本领域普通技术人员将理解的。例如，在一些实施例中，并且在不受限制的情况下，开关中的一个或更多个可以使用MOSFET(n沟道或者p沟道，取决于特定的开关，如本领域普通技术人员将理解的)来实施。用于实现给定的实施方式的开关的电路系统的选择取决于各种因素，如本领域普通技术人员将理解的。这些因素包括设计规格、性能规格、成本、IC或设备面积、可用技术(诸如半导体制造技术)、目标市场、目标终端用户等。
根据各种实施例的温度感测/测量装置和相关方法提供许多好处。例如，斜坡电压的绝对斜率不影响温度测量的精度。因此，如果斜坡的斜率从一种IC到另一种IC是不同的或者从一种测量到另一种测量是不同的，则温度测量的精度将不受影响。
在另一个示例中，温度测量不取决于时钟信号的绝对频率。具有相对类似频率的各种时钟源可以在各种实施例中被使用。只要在给定温度测量期间，时钟频率不改变(或者在实际的实施方式中，改变相对较小的量)，时钟频率可以在不同的测量之间改变，而不影响测量的精度。因此，在某些情况下，诸如在低功率电路(例如，使用便携式电源(诸如电池)操作的电路)中温度测量的情况下，时钟源60(参见图5)可在测量之间关闭(或者停用或禁用或放置在低功率模式中)。
作为好处的另一个示例，在温度测量中消除了比较器40的偏移电压的影响。更具体地，偏移电压以相同的方式影响对应于上述电压比较的四个被保留的计数。因此，比较器40的偏移电压不影响温度测量的精度。
根据各种实施例的温度测量电路系统和技术可用于各种电路、块、子系统和/或系统。例如，在一些实施例中，温度测量电路系统和技术可以被集成在IC(诸如MCU)中。图9示出了用于这种示例性实施例的电路布置。
电路布置包括IC 550，其构成或包括MCU。IC 550包括使用链路560彼此通信的多个块(例如，(一个或更多个)处理器565、(一个或更多个)数据转换器605、I/O电路系统585等)。在示例性实施例中，链路560可以构成耦合机制，诸如总线、导体组或半导体组件(例如，迹线、设备等)，用于传送信息，诸如数据、命令、状态信息等。
IC 550可包括耦合到一个或更多个处理器565、时钟电路系统575和电源管理电路系统或电源管理单元(PMU)580的链路560。在一些实施例中，(一个或更多个)处理器565可以包括用于提供信息处理(或数据处理或计算)功能的电路系统或块，诸如中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)等。在一些实施例中，另外，或者作为替代，(一个或更多个)处理器565可以包括一个或更多个DSP。DSP可以根据需要提供各种信号处理功能，诸如算术函数、滤波、延迟块等。
时钟电路系统575可生成一个或更多个时钟信号，该时钟信号有助于或控制IC550中的一个或更多个块的操作时序。时钟电路系统575也可以根据需要控制使用链路560的操作的时序。在一些实施例中，时钟电路系统575可以经由链路560向IC 550中的其他块提供一个或更多个时钟信号。
在所示的实施例中，温度测量电路系统5耦合到时钟电路系统575。温度测量电路系统5将IC 550的温度(或IC 550中的期望元件、块、电路或设备的温度)提供给时钟电路系统575。基于由温度测量电路系统5提供的温度，时钟电路系统575可以改变或变化被提供给IC 550中的一个或更多个块的(一个或更多个)时钟信号。
例如，如果温度测量电路系统5提供超过期望或给定阈值的温度值，则时钟电路系统575可以降低提供给IC 550中的一个或更多个块的一个或更多个时钟信号的频率。作为降低(一个或更多个)时钟信号的频率的结果，期望的(一个或更多个)块中的电路系统以较低的时钟频率操作，并且因此减少较少的功率。因此，这样的块的温度被降低，例如被降低到安全值或由(一个或更多个)块(或(一个或更多个)块中的电路、设备、元件等)的安全操作区特性指示的值。
在一些实施例中，PMU 580可以降低装置(例如，IC 550)的时钟速度、关闭时钟、降低功率、关闭电源、禁用(或断电或置于较低的功耗或睡眠或非激活或空闲状态中)、启用(或加电或置于更高功率或者正常或者激活状态中)或前述关于电路的一部分或电路的所有元件的任何组合，诸如IC 550中的一个或更多个块。此外，响应于从非激活状态过渡到激活状态，PMU 580可以打开时钟、增加时钟速率、打开电源、增加功率或前述的任何组合(包括但不限于，当(一个或更多个)处理器565从低功耗或空闲或睡眠状态过渡到正常操作状态时)。
链路560可通过串行接口595耦合到一个或更多个电路600。通过串行接口595，耦合到链路560的一个或更多个电路或块可以与电路600通信。电路600可以使用一个或更多个串行协议(例如，SMBUS、I2C、SPI等)进行通信，如本领域的普通技术人员将理解的。
链路560可以通过I/O电路系统585耦合到一个或更多个外围设备590。通过I/O电路系统585，一个或更多个外围设备590可以耦合到链路560，并且因此可以与耦合到链路560的一个或更多个块通信，例如，(一个或更多个)处理器365、存储器电路625等。
在示例性实施例中，外围设备590可以包括各种电路系统、块等。示例包括I/O设备(键区、键盘、扬声器、显示设备、存储设备、定时器、传感器等)。注意，在一些实施例中，一些外围设备590可以在IC 550外部。示例包括键区、扬声器等。
在一些实施例中，关于一些外围设备，I/O电路系统585可以被设为旁路。在这种实施例中，一些外围设备590可以与链路560耦合并与之通信，而不使用I/O电路系统585。在一些实施例中，这种外围设备可以在IC 550外部，如上所述。
链路560可以经由(一个或更多个)数据转换器605耦合到模拟电路系统620。(一个或更多个)数据转换器605可以包括一个或更多个ADC 605A和/或一个或更多个DAC 605B。(一个或更多个)ADC 605A从模拟电路系统620接收(一个或更多个)模拟信号，并将(一个或更多个)模拟信号转换成数字格式，它们将该数字格式的信号通信给耦合到链路560的一个或更多个块。相反，(一个或更多个)DAC 605B从耦合到链路560的一个或更多个块接收(一个或更多个)数字信号，并将(一个或更多个)数字信号转换为模拟格式，它们将该模拟格式的信号通信给模拟电路系统620。
模拟电路系统620可包括提供和/或接收模拟信号的各种电路系统。示例包括传感器、换能器等，如本领域普通技术人员将理解的。在一些实施例中，模拟电路系统620可以与IC 550外部的电路系统通信以根据需要形成更复杂的系统、子系统、控制块或系统、反馈系统和信息处理块。
控制电路系统570耦合到链路560。因此，控制电路系统570可以通过提供控制信息或信号来与耦合到链路560的各种块通信和/或控制耦合到链路560的各种块的操作。在一些实施例中，控制电路系统570还接收来自耦合到链路560的各种块的状态信息或信号。此外，在一些实施例中，控制电路系统570促进(或控制或监督)耦合到链路560的各种块之间的通信或合作。
在一些实施例中，控制电路系统570可以启动或响应于复位操作或信号。复位操作可致使耦合到链路560的、IC 550等的一个或更多个块的复位，如本领域普通技术人员将理解。例如，控制电路系统570可以致使PMU 580和诸如控制器10(参见图1)的电路系统重置到初始状态或已知状态。
再次参考图9，在示例性实施例中，控制电路系统570可以包括各种电路系统的类型和电路系统的块。在一些实施例中，控制电路系统570可以包括逻辑电路系统、FSM或其他电路系统以执行操作(诸如上述操作)。
通信电路系统640耦合到链路560，并且也耦合到IC 550外部的电路系统或块(未示出)。通过通信电路系统640，耦合到链路560(或一般地IC 550)的各种块可以经由一个或更多个通信协议与外部电路系统或块(未示出)通信。通信的示例包括USB、以太网等。在示例性实施例中，根据诸如给定应用的设计或性能规范之类的因素，可以使用其他通信协议，如本领域的普通技术人员将理解的。
如所述，存储器电路625耦合到链路560。因此，存储器电路625可以与耦合到链路560的一个或更多个块通信，诸如(一个或更多个)处理器365、控制电路系统570、I/O电路系统585等。
存储器电路625为IC 550中的各种信息或数据(诸如操作数、标志、数据、指令等)提供存储，如本领域普通技术人员将理解的。存储器电路625可以根据需要支持各种协议，诸如双倍数据速率(DDR)、DDR2、DDR3、DDR4等。
在一些实施例中，由存储器电路625进行的存储器读操作和/或写操作涉及使用IC550中的一个或更多个块(诸如(一个或更多个)处理器565)。直接存储器存取(DMA)布置(未示出)允许在某些情况下提高存储器操作的性能。更具体地，DMA(未示出)提供了一种用于在数据的源或目的地和存储器电路625之间直接执行存储器读操作和写操作的机制，而不是通过诸如(一个或更多个)处理器565的块。
存储器电路625可包括各种存储器电路或块。在所示的实施例中，存储器电路625包括非易失性(NV)存储器635。此外，或者替代地，存储器电路625可以包括易失性存储器(未示出)，诸如随机存取存储器(RAM)。
NV存储器635可用于存储与IC 550中的一个或更多个块的性能、控制或配置有关的信息。例如，NV存储器635可以存储与测量的电压有关的配置信息(例如，电压VL和VH)，如上所述。替代性地，或者另外，NV存储器635可以存储与温度测量有关的各种参数，诸如所使用的时钟频率等，如本领域普通技术人员将理解的。
图10示出了根据另一示例性实施例的用于IC 550中的温度感测/测量的电路布置。在这个实施例中，温度测量电路系统5耦合到控制电路系统570。温度测量电路系统5将IC 550的温度(或者IC 550中的期望元件、块、电路或设备的温度)提供给控制电路系统570。
基于由温度测量电路系统5提供的温度，控制电路系统570可控制IC 550中的一个或更多个块以改变或变化其操作。例如，如果温度测量电路系统5提供超过期望的或给定的阈值的温度值，则控制电路系统570可致使IC 550中的一个或更多个块被关闭(或被禁用或禁止)，以便保护(一个或更多个)块，并且因此保护IC 550。
作为另一个示例，控制电路系统570可以使用由温度测量电路系统5提供的温度值来控制电池的充电率。因此，在IC 550耦合到对(例如，在移动电话或其他设备，诸如便携式设备中的)电池充电的电池充电器或包括电池充电器的情况下，温度值可以用作电池温度的代用(proxy)。充电参数(诸如电流、电压或充电持续时间或类型(浮动等))可根据需要调整或变化。
图11示出了根据另一示例性实施例的用于IC 550中的温度感测/测量的电路布置。在所示的实施例中，温度测量电路系统5耦合到(一个或更多个)数据转换器605。(一个或更多个)数据转换器605中的数据转换器电路系统可用于改变温度测量电路系统5的输出信号的格式(模拟与数字)，并将结果提供给IC 550中的一个或更多个块，包括模拟电路系统620。
图12示出了根据另一示例性实施例的用于IC 550中的温度感测/测量的电路布置。在所示的实施例中，温度测量电路系统5耦合到偏置电路系统700。温度测量电路系统5将IC 550的温度(或IC 550中的期望元件、块、电路或设备的温度)提供给偏置电路系统700。
基于由温度测量电路系统5提供的温度，偏置电路系统700可以改变或变化它提供给IC 550中的一个或更多个块的一个或更多个偏置信号(例如，(一个或更多个)偏置电流、(一个或更多个)偏置电压)的大小。作为一个示例，通过使用温度值，偏置电路系统700可以提供(一个或更多个)偏置信号，不依赖(或者在实际的实施方式中，几乎不依赖)于温度。作为另一个示例，相反地，偏置电路系统700可以基于温度值改变(一个或更多个)偏置信号的值。结果，(一个或更多个)偏置信号可以具有期望的温度依赖性。
图13示出了根据另一示例性实施例的用于IC 550中的温度感测/测量的电路布置。在该实施例中，使用一组N个的温度测量电路系统5。该组温度测量电路系统5被放置在IC 550中的不同位置。例如，该组中的温度测量电路系统5中的每个可以被放置在相对地接近其温度值待测量的块、设备、电路等。该组中的温度测量电路系统5的组可以将它们的输出温度值提供给IC 550中的一个或更多个块(例如，控制电路系统570、时钟电路系统575等，如上所述)。
作为另一个示例，该组中的温度测量电路系统5可以被放置在跨越IC 550的几何布置中。例如，在该组中的温度测量电路系统5可以被定位在跨越IC 550的网格中，或者IC550的各个象限中等。通过使用该组中的温度测量电路系统5的输出温度值，可以确定在对应于温度测量电路系统5的定位的位置处的温度。根据需要，可以以各种方式使用温度值(例如，提供给控制电路系统570、时钟电路系统575等，如上所述)。基于温度值，根据需要并且如本领域的普通技术人员将理解的，可以采取各种动作，诸如控制IC 550中的一个或更多个块、控制(一个或更多个)时钟信号等。
注意，在图13所示的实施例中，该组温度测量电路系统5中的每个可以根据需要使用其本身的控制器10(参见图10)。在一些实施例中，这些控制器的功能和/或电路系统可以组合在一个或更多个控制器10中，这些控制器用于根据需要控制温度测量电路系统5。例如，在一些实施例中，一个控制器10可以以时间复用的方式被使用，以根据需要控制该组中的温度测量电路系统5。
上述各种电路和块以及在示例性实施例中使用的各种电路和块，可以以多种方式并使用各种电路组件或块实施。例如，控制器10、计数器50A-50D、时钟电路60或IC 550中的各种块通常可以使用数字电路系统来实施。根据需要并且如本领域的普通技术人员将理解的，数字电路系统可以包括电路组件或块，例如门、数字多路复用器(MUX)、锁存器、触发器、寄存器、有限状态机(FSM)、处理器、可编程逻辑(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或其他类型的可编程逻辑)、算术逻辑单元(ALU)、标准单元、定制单元等。此外，可以根据需要包括模拟电路系统或混合信号电路系统或两者，例如，功率转换器、分立器件(晶体管、电容器、电阻器、电感器、二极管等)等。根据需要并且如本领域的普通技术人员将理解的，模拟电路系统可以包括偏置电路、去耦电路、耦合电路、电源电路、电流镜、电流和/或电压源、滤波器、放大器、转换器、信号处理电路(例如，乘法器)、检测器、换能器、分立元件(晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器)、模拟MUX等。如上所述以及如本领域的普通技术人员将理解的，除了模拟电路系统和数字电路系统，混合信号电路系统可以包括模拟数字转换器(ADC)、数字模拟转换器(DAC)等。如本领域普通技术人员将理解的，对于一个给定实施方式的电路系统的选择取决于各种因素。这些因素包括设计规格、性能规格、成本、IC或设备面积、可用技术(诸如半导体制造技术)、目标市场、目标终端用户等。
上述各种电路和块以及在示例性实施例中使用的各种电路和块，可以以多种方式并使用各种电路组件或块实施。例如，各种放大器、比较器、斜坡电压发生器、VH和VL电压发生器等通常可以使用模拟电路系统来实施。根据需要并且如本领域的普通技术人员将理解的，模拟电路系统可以包括偏置电路、去耦电路、耦合电路、电源电路、电流镜、电流和/或电压源、滤波器、放大器、转换器、信号处理电路(例如，乘法器)、传感器或检测器、换能器、分立元件(晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器)、模拟MUX等。此外，可以包括数字电路系统或混合信号电路系统或两者。根据需要并且如本领域的普通技术人员将理解的，数字电路系统可以包括电路组件或块，诸如门、数字多路复用器(MUX)、锁存器、触发器、寄存器、有限状态机(FSM)、处理器、可编程逻辑(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或其他类型的可编程逻辑)、算术逻辑单元(ALU)、标准单元、定制单元等。如上所述以及如本领域的普通技术人员将理解的，除了模拟电路系统和数字电路系统，混合信号电路系统可以包括模拟数字转换器(ADC)、数字模拟转换器(DAC)等。如本领域普通技术人员将理解的，对于一个给定实施方式的电路系统的选择取决于各种因素。这些因素包括设计规格、性能规格、成本、IC或设备面积、可用技术(诸如半导体制造技术)、目标市场、目标终端用户等。
参考这些图，本领域的普通技术人员将注意到，所示的各种模块可能主要描绘概念上的功能和信号流程。实际的电路实施方式可能包含或可能不包含各种功能块的单独可识别硬件，并且可能或者可能不使用所示的特定电路系统。例如，可以根据需要将各种块的功能组合为一个电路块。此外，还可以根据需要在若干个电路块中实现单个块的功能。电路实施方式的选择取决于各种因素，诸如给定实施方式的特定的设计和性能规格。除了本公开中的实施例之外，其他修改和替代实施例对本领域的普通技术人员来说将是明显的。相应地，本公开根据示例性实施例教导本领域技术人员实施所公开的概念的方式，并且仅被解释为说明性的。在适用的情况下，这些图形可能或者可能不按比例被绘制，如本领域普通技术人员将理解的。
所示和所描述的特定形式和实施例仅构成示例性实施例。在本领域中技术人员可以在不偏离本公开范围的情况下对零件的形状、大小和布置进行各种改变。例如，本领域的技术人员可以替代所说明的和所描述的组件的等价组件。另外，本领域的技术人员可以独立于其他特征的使用而使用所公开的概念的某些特征，而不偏离本公开的范围。

Claims (20)

1.一种装置，包含：
温度测量电路，包含：
带隙电路，其包括具有通过使用修整位的集合来补偿的偏移电压的放大器，所述带隙电路提供与待测量的温度有关的第一电压和第二电压；以及
测量电路，其经耦合以接收所述第一电压和所述第二电压，所述测量电路包括比较器，所述比较器经耦合以接收所述第一电压和所述第二电压，并且所述测量电路从所述第一电压和所述第二电压导出温度测量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述比较器经耦合以在第一输入处接收电压的集合，其中所述电压的集合包含所述第一电压和所述第二电压。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电压的集合进一步包含第三电压和第四电压，其中所述第三电压和所述第四电压具有固定的值。
4.根据权利要求3所述的装置，进一步包含多路复用器即MUX，其经耦合以将所述电压的集合提供给所述比较器的所述第一输入。
5.根据权利要求2所述的装置，进一步包含斜坡发生器电路，以将斜坡电压提供给所述比较器的第二输入。
6.根据权利要求5所述的装置，进一步包含至少一个计数器，其耦合到时钟源，所述至少一个计数器根据所述比较器的输出信号提供计数值的集合。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述计数值的集合包括对应于所述第一电压和所述第二电压的第一计数值和第二计数值。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述温度测量从所述第一计数值和所述第二计数值被导出。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述计数值的集合包括对应于固定电压的第三计数值和第四计数值。
10.一种集成电路即IC，包含：
温度测量电路，包含：
带隙电路，其包括具有偏移电压的放大器，所述带隙电路提供与所述IC的温度有关的第一电压和第二电压，
其中所述带隙电路具有第一操作模式和第二操作模式，并且
其中所述放大器的所述偏移电压在所述带隙电路的所述第一操作模式中被补偿。
11.根据权利要求10所述的IC，其中所述IC的所述温度在所述带隙电路的所述第二操作模式期间被测量。
12.根据权利要求10所述的IC，进一步包含比较器，其耦合到至少一个计数器以从所述第一电压和所述第二电压导出所述IC的所述温度。
13.根据权利要求12所述的IC，其中所述比较器经耦合以选择性地接收所述第一电压、所述第二电压、第三电压和第四电压，其中所述第三电压和所述第四电压具有固定值。
14.根据权利要求13所述的IC，其中所述至少一个计数器提供分别对应于所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压和所述第四电压的计数值的集合，并且其中所述IC的所述温度从所述计数值的集合被导出。
15.一种测量温度的方法，所述方法包含：
通过使用修整位的集合来补偿放大器的偏移电压；
通过使用带隙电路生成与所述温度有关的第一电压和第二电压；以及
使用所述第一电压和所述第二电压，以通过生成对应于所述第一电压和所述第二电压的计数值来导出所述温度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中通过使用所述修整位的集合来补偿所述放大器的所述偏移电压在所述带隙电路的第一操作模式中被执行。
17.根据权利要求16所述的方法，其中通过使用所述带隙电路生成与所述温度有关的所述第一电压和所述第二电压在所述带隙电路的第二操作模式中被执行。
18.根据权利要求15所述的方法，其中生成计数值进一步包含生成对应于第一固定电压和第二固定电压的计数值，并且其中通过使用对应于所述第一电压和所述第二电压的所述计数值和对应于所述第一固定电压和所述第二固定电压的所述计数值导出所述温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中通过对时钟信号的周期进行计数来生成所述计数值。
20.根据权利要求18所述的方法，其中生成计数值进一步包含将所述第一电压和所述第二电压以及所述第一固定电压和所述第二固定电压与斜坡电压比较。
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