CN110857890A - 一种高精度温度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度温度检测方法及装置，应用于芯片中，所述方法包括：根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率；基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确定所述当前频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述第一温度值。应用本发明提供的温度检测方法提高了芯片温度检测的精准度。

Description

一种高精度温度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种温度检测方法及装置。

背景技术

在现有芯片应用中，温度检测方法是首先测量芯片内部三极管中电压的值， 再利用数模转换器(Analog-to-Digital Converter简称：ADC)对所测量的电压 值进行采样编码将电压转换为数字代码，通过预存的温度与电压的数字代码之 间的负线性关系计算得到当前温度值。但是通过该方法得到的温度精准度不高， 主要原因有两方面，一方面由于在实际中缺少高精度ADC，另一方面电压和 温度系数不一定是一个准确线性的对应关系，所以，得到的温度精准度不高。 鉴于上述问题，如何提高芯片温度检测的精准度，是本领域技术人员亟待解决 的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种高精度温度测量方法及装置，用于解决传统的芯 片内置温度测量方法精度不高的问题。

第一方面，提供一种高精度温度测量方法，包括：

根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下 所述RC时钟的当前频率；

基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确定所述当前 频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述第一温度值。

在上述方法中，提供了一种不依赖高精度数模转换器就可以得到精准度高 的温度的检测方法，利用芯片中内置RC时钟和晶振时钟，以晶振时钟作为基 准，通过二者的比例关系确定实时温度下的RC时钟频率，进而确定精准的实 时的环境温度，这样就能够提高芯片对所处的环境温度适应的灵敏度。

可选的，所述根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当 前温度环境下所述RC时钟的当前频率包括：

获取设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K和RC时钟的计数值为 N；

基于公式

确定RC时钟的频率为f1；其中，f2为晶振时钟的频率。

通过上述方式得到精准的RC时钟的频率f1，进而得到更精准的环境温 度，在本实施例所提供的方法中，规避了使用数模转换器，以及利用数模转换 器所处理过的电压与温度的关系确定温度，从而能够有效避免检测温度过程中 很多出现误差的操作流程，所以，测量出的RC时钟的频率f1相对于现有技术 而言更精准，进而基于RC时钟的频率f1所对应得到环境温度也更精准。

可选的，所述根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取 当前温度环境下所述RC时钟的当前频率之前还包括：

获取不同温度下所述RC时钟的频率；

根据获取到的RC时钟的频率确定所述RC时钟的频率与温度的关系。

可选的，在所述获取不同温度下所述RC时钟的频率之前还包括：

调节所述RC时钟中电容的电容值和电阻的电阻值，使得所述RC时钟的 输出频率与预设目标值的差值在设定范围内。

通过上述方法调整后的RC时钟频率可以在很大程度上缩小之后整个芯片 内置电路温度检测所产生的误差。

本申请实施例提供的检测方法可以克服传统测量方法中缺少高精度ADC 和电压的温度系数不一定是一个准确线性的对应关系两个缺点；而本申请实施 例所用的方案不需要高精度ADC，而是通过晶振时钟和RC时钟的频率比例关 系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率，所述晶振时钟是一个高精度 低温度系数的时钟，所以所述晶振时钟的频率不会随温度变化而变化，是一个 定值，而RC时钟的频率是随着温度的变化而变化的，通过对二者的频率进行 比较而确定的RC频率的精度高，进而可以高精度的确定芯片当前温度。

第二方面，提供一种高精度温度检测装置，所述装置包括：

确定频率模块：用于根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系 获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率；

确定温度模块：用于基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的 关系，确定所述当前频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度 值为所述第一温度值。

可选的，所述确定频率模块包括：

第一子模块：用于获取设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K和 RC时钟的计数值为N；

第二子模块：用于基于公式

确定RC时钟的频率为f1；其中，f2 为晶振时钟的频率。

可选的，所述装置还包括：

获取频率模块：用于获取不同温度下所述RC时钟的频率；

获取关系模块：用于根据获取到的RC时钟的频率确定所述RC时钟的频 率与温度的关系。

可选的，所述装置还包括：

调节模块：用于调节所述RC时钟中电容的电容值和电阻的电阻值，使得 所述RC时钟的输出频率与预设目标值的差值在设定范围内。

第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，包括：

所述计算机可读存储介质包括计算机程序，当计算机程序在计算机上运行 时，使得所述计算机执行上述方法中第一方面所述的方法。

第四方面，本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，包括：

当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述方法中第一方面 所述的方法。

附图说明

图1为申请实施例所提供的芯片温度检测结构图；

图2为申请实施例所提供的RC时钟结构图；

图3为申请实施例所提供的电流偏置结构图；

图4为申请实施例所提供的一种高精度温度检测方法流程示意图；

具体实施方式

在现有技术中，传统的芯片内置温度检测模式精准度不高，主要由于传统 的温度检测方法是首先测量芯片内部三极管中电压的值，再利用ADC对所测 量的电压值进行采样编码将电压转换为数字代码，通过预存的温度与电压的数 字代码之间的负线性关系计算得到当前温度值。这种测量方法用到的温度与电 压的关系不一定是线性的，在实际中也缺少高精度ADC所以测量的温度精准 度不高。

鉴于现有技术中对芯片的温度检测不够精准的问题。本申请实施例提供以 下解决方案，方案总体思路如下：

本申请实施例提供一种高精度温度检测方法，应用于芯片中，所述方法包 括：

根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下 所述RC时钟的当前频率；

基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确定所述当前 频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述第一温度值。

本申请实施例提供的检测方法可以克服传统测量方法中的缺点，通过晶振 时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率， 所述晶振时钟是一个高精度低温度系数的时钟，所以所述晶振时钟的频率不会 随温度变化，是一个定值，而RC时钟的频率是随着温度的变化而变化的，通 过对二者的频率进行比较确定的RC频率的精度高，进而可以高精度的确定芯 片当前温度。

本申请实施例所提供的方法可以应用于芯片内，与本申请实施例相同的芯 片结构可以是：

本申请实施例方法所使用的具体芯片结构可以是图1所示的结构，在芯片 中主要内置有一个RC时钟对应的电路，一个晶振时钟对应电路和一个时钟比 较模块，RC时钟产生一个时钟信号频率为CLK1，晶振时钟产生一个时钟信 号频率为CLK2，两个时钟信号都输入到所述时钟比较模块，经过所述时钟比 较模块输出当前温度下所述RC时钟频率；所述晶振时钟是一个确定的时钟， 所以把它作为基准，通过把RC时钟频率和晶振时钟频率作比较，得到较为精 准的当前温度下RC时钟频率，从而确定对应的环境温度。

所述RC时钟的结构图如附图2所示，该RC时钟的电路是一个上下对称 的电路，主要通过高低电平的交替来产生时钟，该电路主要包括：4个反相器 (反相器f1～反相器f4)，两个比较器(比较器U1和比较器U2)，两个电容(电 容C1和电容C2)，两个电流源(电流源I1和电流源I2)；两个电平信号CLK_A、 CLK_B分别输入反相器f1和反相器f2的正极，电流源I1和两个开关(开关 S1和开关S2)以及f1负极串联并接地，电流源I2和两个开关(开关S3和开关S4)以及f2负极串联并接地，电容C1一端与比较器U1正极连接一端接地， 电容C2一端与比较器U2正极连接一端接地，两个比较器U1、U2负极均输 入电压Vref，两个电平信号CLK_A、CLK_B分别经过比较器U1、U2后输入 到DIFF，最后再连接两个反相器f3和f4，将电平信号输出。例如，当所述输 入CLK_A为高电平时开关S1断开，开关S2闭合，此时为充电过程，电压升 高，当电压值大于Vref时，在DIFF的R端电平为低电平最后再经过反相器变 为高电平，同理，CLK_B开始为低电平，这样两个高低电平交替产生了RC时 钟。RC时钟频率只和电阻电容相关，如果电阻具有固定的温度系数，电容不 存在温度系数，RC时钟的频率和温度关系只和电阻的温度系数相关。

在上述图2所示的RC时钟结构图中有电流源，所述电流源的具体结构如 附图3所示，图示的电路是一个电流偏置电路，电压Vs与比较器正极相连， 电压Vs的值等于电压Vref的值，比较器负极经过电阻R接地，电源负极连接 比较器，正极分别连接Vref和电流Ibias。

如附图3所示的电流偏置电路在整个RC时钟电路中相当一个媒介，所述 电流偏置电路的主要作用是将电阻转化为电流作为载体，然后在电容端把电流 再转化回来。

结合附图2和附图3，首先，有一个电流偏置电路，则电流偏置大小为：

根据电荷充电公式得：

单个充电周期大小为，一个周期包括两个充电过程，所以t＝2RC

所以，显而易见，时钟频率只和电阻电容相关，如果电阻具有固定的温度 系数，电容不存在温度系数，RC时钟的频率和温度关系只和电阻的温度系数 相关；在本申请实施例中可以利用这种关系去监测系统的温度变化。

基于上述装置的连接结构，以下介绍本申请方案的实现原理：

首先，有一个电流偏置电路，则电流偏置大小为：

根据电荷充电公式得：

单个充电周期大小为t＝RC，一个周期包括两个充电过程，所以t＝2RC

利用RC时钟频率和晶振时钟频率之间进行对比，利用晶振时钟频率和温度无 关，RC时钟频率和温度相关的特点，从而利用这种方式进行温度监测。获取 设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K和RC时钟的计数值为N；

基于公式确定RC时钟的频率为f1；其中，f2为晶振时钟的频率。

通过上述公式可知RC时钟的频率为

则结合上述公式有：

当K、C、f2都属于定值的情况下，计数大小N随温度的变化即可反应电 阻的温度变化，如果电阻的温度系数为α，ΔN为在不同温度下的计数值之差， ΔT为温度差，即存在某特定温度下的电阻大小为

R_T＝(1+α·ΔT)R

通过对应关系就可以得到当前的环境温度。

如附图4所示，基于上述本申请方案的实现原理，本申请实施例提供一种 检测温度的方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤101：根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前 温度环境下所述RC时钟的当前频率；

步骤102：基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确 定所述当前频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述 第一温度值。

在进行所述步骤101之前，还需要对RC时钟的输出频率进行调整，对温 度与频率的关系进行预存包括：

第一，调节RC时钟的输出频率；具体可以是在芯片出厂之前对所述RC 时钟的输出频率进行调节，调节的方法主要是通过调节所述RC时钟中电容的 电容值和电阻的电阻值，使得所述RC时钟的输出频率与预设目标值的差值在 设定范围内。所述预设目标值是在芯片研发之前定下来的目标值，它的大小对 于整个检测电路具有一定的影响，在调整RC时钟输出频率时是通过在相同时 间内用RC时钟计数值和晶振时钟计数值进行对比来实现的。

例如，如果晶振时钟频率为10MHz，RC时钟目标频率为1MHz，在相同 的时间内晶振时钟频率与晶振时钟计数值的比值等于RC时钟频率与RC时钟 计数值的比值，所以，若晶振时钟计数值为1000，对应RC时钟计数值理论上 应该是100，但是在实际测试中测试到RC时钟的计数值可能是99、100或101， 实际测量计数值与理论计数值的差值与理论计数值的比值为存在的误差，若测 试到RC时钟的计数值是99，存在的误差为-1％；若测试到RC时钟的计数值 是101，存在的误差为1％。

若设定误差范围为±3％，则上述±1％的误差属于范围内，则不用调整RC， 但如果计算误差结果不在±3％范围，则需要进行RC的调整。

RC时钟在特定温度下预设有输出频率目标值，在后续步骤中获取不同温 度下所述RC时钟的频率是以所述特定温度和RC时钟预设目标值为基础的， 所以RC时钟的输出频率首先会影响芯片对应温度值与RC时钟频率的对应关 系，进而会影响最后的温度检测；可见，RC时钟的输出频率与预设目标值的 差值对整个测量电路是有一定影响的。所以，需要调节所述RC时钟中电容的 电容值和电阻的电阻值，使得所述RC时钟的输出频率与预设目标值的差值在 设定范围内。

第二，为了得到芯片对应温度值与RC时钟频率的对应关系，采用如下方 法：

调整RC时钟的输出频率完成之后，获取不同温度下所述RC时钟的频率， 确定温度与RC时钟的频率的对应关系，具体实现方式可以是：

将芯片加热到比当前温度高特定值M，计算出当前RC时钟的频率，调整 温度，多次计算当前RC时钟的频率，即可获取不同温度下所述RC时钟的频 率，从而获取到RC时钟的频率与温度的关系。

根据获取到不同温度下的RC时钟的频率确定所述RC时钟的频率与温度 的关系，所述RC时钟的频率与温度的关系叫做温度系数。在实际应用中，由 于在芯片或者其他电子设备中，状态信息的存储都是以数字代码的方式存储， 任何的信息都要转化为芯片系统可以识别的形式；其次，转化为数字代码之后， 系统就可以用自己的方式进行处理，温度是一个模拟的连续信号，任何的连续 性信号都是先转化成不连续的数字信号进行系统间交互，这个是一个系统工作 的基础条件，所以在此方法中将反应温度和频率关系的温度系数进行数字化， 进而可以记录温度系数大小所代表的代码，从而得到一个数字形式的温度系数， 进一步，将数字形式的温度系数存储到flash里面。

在完成了上述调整部分参数和预存温度频率关系后，进行步骤101：

根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下 所述RC时钟的当前频率；

如附图2所示，RC时钟和晶振时钟分别输出时钟信号，所述RC时钟信 号和晶振时钟信号输出的时钟信号经过一个时钟比较模块进行对比，利用晶振 时钟频率和温度无关，RC时钟频率和温度相关的特点，进行温度监测。获取 设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K和RC时钟的计数值为N；

基于公式确定RC时钟的频率为f1；其中，f2为晶振时钟的频 率。

在获取到当前温度环境下所述RC时钟的当前频率后接着进行步骤102： 基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确定所述当前频率 对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述第一温度值。

在本申请实施例提供的方案中，可以将所述芯片对应的温度值与RC时钟 频率的关系转化为数字代码进行存储，则对应的该实施例中确定所述当前频率 对应的第一温度值是基于预存的数字代码来确定的。

例如，预存的RC时钟频率与温度的对应关系为：当温度为20摄氏度时， RC时钟频率为10MHz，这组对应关系所对应的数字代码为1001，在实际中若 得到的代码为1001，则可以确定当前频率对应的第一温度值为20摄氏度。

本申请实施例提供的检测方法可以克服传统测量方法中的缺点，通过晶振 时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率， 所述晶振时钟是一个高精度低温度系数的时钟，所以所述晶振时钟的频率不会 随温度变化而变化，是一个定值，而RC时钟的频率是随着温度的变化而变化 的，通过对二者的频率进行比较确定的RC频率的精度高，进而可以高精度的 确定芯片当前温度。

如图5所示，提供一种高精度温度检测装置，所述装置包括：

确定频率模块501：用于根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例 关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率；

确定温度模块502：用于基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频 率的关系，确定所述当前频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的 温度值为所述第一温度值。

可选的，所述确定频率模块502包括：

第一子模块5011：用于获取设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K 和RC时钟的计数值为N；

第二子模块5012：用于基于公式确定RC时钟的频率为f1；其中，f2为 晶振时钟的频率。

可选的，所述装置还包括：

获取频率模块503：用于获取不同温度下所述RC时钟的频率；

获取关系模块504：用于根据获取到的RC时钟的频率确定所述RC时钟 的频率与温度的关系。

可选的，所述装置还包括：

调节模块505：用于调节所述RC时钟中电容的电容值和电阻的电阻值， 使得所述RC时钟的输出频率与预设目标值的差值在设定范围内。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，包括：

所述计算机可读存储介质包括计算机程序，当计算机程序在计算机上运行 时，使得所述计算机执行上如附图4所示的方法。

本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，包括：

当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如附图4所示的方法。 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机 程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软 件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有 计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学 存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入 式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算 机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一 个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中 的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申 请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及 其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高精度温度检测方法，应用于芯片中，其特征在于，所述方法包括：

根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率；

基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确定所述当前频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述第一温度值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率包括：

获取设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K和RC时钟的计数值为N；

基于公式

确定RC时钟的频率为f1；其中，f2为晶振时钟的频率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率之前还包括：

获取不同温度下所述RC时钟的频率；

根据获取到的RC时钟的频率确定所述RC时钟的频率与温度的关系。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述获取不同温度下所述RC时钟的频率之前还包括：

调节所述RC时钟中电容的电容值和电阻的电阻值，使得所述RC时钟的输出频率与预设目标值的差值在设定范围内。

5.一种高精度温度检测装置，应用于芯片中，其特征在于，所述装置包括：

确定频率模块：用于根据所述芯片中晶振时钟和RC时钟的频率比例关系获取当前温度环境下所述RC时钟的当前频率；

确定温度模块：用于基于预存的所述芯片对应的温度值与RC时钟频率的关系，确定所述当前频率对应的第一温度值，则确定所述当前温度环境的温度值为所述第一温度值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定频率模块包括：

第一子模块：用于获取设定时间段内所述芯片中晶振时钟的计数值K和RC时钟的计数值为N；

第二子模块：用于基于公式

确定RC时钟的频率为f1；其中，f2为晶振时钟的频率。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

获取频率模块：用于获取不同温度下所述RC时钟的频率；

获取关系模块：用于根据获取到的RC时钟的频率确定所述RC时钟的频率与温度的关系。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

调节模块：用于调节所述RC时钟中电容的电容值和电阻的电阻值，使得所述RC时钟的输出频率与预设目标值的差值在设定范围内。

9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至4任一所述的方法。

10.一种包含指令的计算机程序产品，其特征在于，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至4任一项所述的方法。

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