CN110967128B - 热传感器和温度测量的方法 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，热传感器包括两个温度敏感支路，每个支路包括热感测器件，诸如一个或多个双极结晶体管，以及用于在热感测器件中生成电流密度以生成温度依赖性信号的电流源。热传感器还包括信号处理器，该信号处理器配置为将来自支路的温度依赖性信号乘以相应和不同的增益因子，并且将得到的信号组合以生成输出信号，该输出信号基本上与热传感器所设置的绝对温度成比例。本发明的实施例还涉及温度测量的方法。

Description

热传感器和温度测量的方法
技术领域
本发明的实施例涉及热传感器和温度测量的方法。
背景技术
本发明通常涉及热传感器。本发明更具体地涉及减小热传感器的温度误差。
热传感器具有广泛的用途。对于许多应用来说，热传感器的准确性很重要，甚至是至关重要的。在仅在一个或有限数量的温度下校准热传感器的情况下，由于传感器特性与理想特性的偏差，可能难以确保热传感器在整个预期用途范围内的精度。正在努力提高热传感器的精确度。
发明内容
本发明的实施例提供了一种热传感器，包括：第一温度敏感器件，适于生成第一温度依赖性信号；第二温度敏感器件，适于生成第二温度依赖性信号；以及信号处理电路，可操作地连接以从所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件接收所述第一温度依赖性信号和所述第二温度依赖性信号，并且适于使用彼此不同的处理参数处理所接收的信号，以分别生成第一处理信号和第二处理信号，并且基于所述第一处理信号和所述第二处理信号生成输出信号。
本发明的另一实施例提供了一种温度测量的方法，包括：在设置在温度T的第一热感测器件中生成第一电流密度；在设置在T处的第二热感测器件中生成第二电流密度，所述第二电流密度不同于所述第一电流密度；在设置在T处的第三热感测器件中生成第三电流密度；在设置在T处的第四热感测器件中生成第四电流密度，所述第四电流密度不同于所述第三电流密度；在通过所述第一热感测器件一方面响应于所述第一电流密度和T生成的第一电压和通过所述第二热感测器件另一方面响应于所述第二电流密度和T生成的第二电压之间获得第一差分电压；在通过所述第三热感测器件一方面响应于所述第三电流密度和T生成的第三电压和通过所述第四热感测器件另一方面响应于所述第四电流密度和T生成的第四电压之间获得第二差分电压；在所述第一差分电压乘以第一增益因子和所述第二差分电压乘以第二增益因子之间获得第三差分电压dV，所述第二增益因子不同于所述第一增益因子；以及基于所述第三差分电压确定T。
本发明的又一实施例提供了一种温度测量的方法，包括：在设置在温度T处的第一热感测器件中生成第一电流密度，以响应于所述第一电流密度和T生成第一电压；在设置在T处的第二热感测器件中生成第二电流密度，以响应于所述第二电流密度和T生成第二电压，并且所述第二电流密度不同于所述第一电流密度；获得所述第一电压乘以第一增益因子和所述第二电压乘以第二增益因子之间的差分电压dV，所述第二增益因子不同于所述第一增益因子；以及基于所述差分电压确定T。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1A示意性地示出了根据本发明的一个方面的热传感器中的组件热传感器。
图1B是根据本发明的一个方面的图1A中的每个组件热传感器的理想和实际电压-温度关系的图示。
图2A是根据本发明的一个方面的近似于组件热传感器的操作温度范围中的电压-温度关系的图示。
图2B示出了根据本发明的一个方面的匹配偏移的两个组件热传感器的修改的相对电压-温度关系。
图3示意性地示出了根据本发明的一个方面的离散定时型热传感器电路。
图4示意性地示出了根据本发明的一个方面的连续DC型热传感器电路。
图5示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有差分反馈的连续DC型热传感器电路。
图6示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有单端反馈的连续DC型热传感器电路。
图7示出了图6中所示类型的原型热传感器在各个工艺拐角处的温度性能数据。
图8A示出了根据本发明的一个方面的差分电流密度热传感器中的两个晶体管的电压-温度关系以及晶体管之一的电压-温度关系的分数斜率调整。
图8B示出了具有图8A中所示的电压-温度关系的热传感器的差分电压-温度关系。
图9示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有分数斜率调整的离散定时型热传感器电路。
图10示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有电阻比分数斜率调整的连续DC型热传感器电路。
图11示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有电阻比和运算放大器-驱动器分数斜率调整的连续DC型热传感器电路。
图12示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有Vbe复制分数斜率调整的连续DC型热传感器电路。
图13示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有由数字控制单元(例如，微控制器(“MCU”)控制的分数斜率调整的开关单晶体管支路热传感器电路。
图14示出了图11中所示类型的原型热传感器的工艺拐角处的温度性能数据。
图15示意性地示出了根据本发明的一个方面的具有差分反馈的连续DC型热传感器电路，类似于图5中所示的电路，但是双极结晶体管被场效应晶体管代替。
图16概述了根据本发明的一个方面的温度测量的方法。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本发明。当然这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。如本文使用的，在第二部件上形成第一部件是指形成与第二部件直接接触的第一部件。此外，本发明可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
热传感器或温度传感器广泛用于各种应用中。例如，热传感器用于集成电路，诸如存储器模块，以监测和控制集成电路的温度，以确保它们的正常操作。热传感器的示例包括采用双极结型晶体管(“BJT”)的传感器，其端子对之间的电压(诸如基极-发射极电压或VBE)具有一定的温度依赖性，该温度依赖性具有某些特性，诸如理想(理论上)情况下的指数依赖性。偏离理想特性会导致温度测量误差。本文公开的某些实施例具有比传统热传感器更低的温度误差
在一些实施例中，温度传感器包括两对BJT。在每对中，两个BJT具有不同的电流密度，或者通过使相同的电流通过两个不同尺寸的BJT，或者使不同的电流通过两个相同尺寸的BJT，或者两种方法的组合。每个BJT产生VBE作为结果。获得每对中的差分VBE(dVBE或ΔVBE)或两个VBE之间的差值，并且将两对中的dVBE之间的差值作为输出信号。来自这些对的dVBE可以被不同地放大，使得dVBE在参数中具有基本相同的偏移值(S1)，诸如在参考温度(例如，0K)处的偏移电压，其中偏移电压可以被定义为在校准点(例如，25℃)的dVBE温度曲线的切线(或操作温度范围内的dVBE温度曲线的一些其他线性近似)的参考温度处的偏移电压。也可以使用电压-温度关系的其他形式的近似。可以使用其他类型的晶体管(诸如MOSFET)代替BJT。
在一些实施例中，可以使用单对BJT，但是可以不同地放大VBE，使得放大的VBE温度曲线在预期的操作温度范围内紧密匹配。
参考图1A，两个BJT对(110、140)配置为生成dVBE(分别为dVBE1和dVBE2)，它们将被组合以提供更接近具有比任一个BJT对(110、140)更理想的温度依赖性的电压信号。更理想的温度依赖性可以通过例如线性依赖性，其中电压基本上与绝对温度成比例(“PTAT”)，使得单点温度校准(例如，在25℃)针对电子器件的操作在整个预期的温度范围内(例如，从约-50℃到约150℃，从-40℃到约125℃，从约-25℃到约110℃，或从约0℃到约100℃)对于温度感测足够可靠。
图1A中所示的示例中的每个BJT对(110、140)包括彼此并联的两个支路(对(110)中的120、130和对(140)中的(150、160))。每个支路包括分别与二极管连接的晶体管(124、134、154、164)串联连接的电流源(122、132、152、162)。每个二极管连接的晶体管中的基极和集电极彼此连接并且连接到公共参考点(在该示例中为接地)；发射器连接到电流源。
每个二极管连接的晶体管(124、134、154、164)被设计成以其各自的发射极电流密度工作。每个二极管连接的晶体管中的电流密度由相应支路中的电流和二极管连接的晶体管的发射极-基极结(“发射极区域”)的横截面积n、m、p或q确定。因此，可以通过来自电流源(122、132、152、162)的不同幅度的电流产生不同的电流密度，其中二极管连接的晶体管(124、134、154、164)中的发射极-基极结的横截面积相同。不同的电流密度也可以由来自电流源(122、132、152、162)的相同幅度的电流产生，但是对于二极管连接的晶体管(124、134、154、164)，分别具有不同的发射极区域n、m、p和q。在另一替代方案中，可以通过来自电流源(122、132、152、162)的不同幅度的电流产生不同的电流密度，其中二极管连接的晶体管(124、134、154、164)中的发射极-基极结的横截面积不同。
给定每个BJT对(110、140)的两个支路中的不同电流密度，在BJT对中的两个二极管连接的晶体管的发射极之间生成差分电压，作为两个二极管连接的晶体管所处的温度的函数。因此，在二极管连接的晶体管(124、134)的发射极之间生成差分电压dVBE1；在二极管连接的晶体管(154、164)的发射极之间生成差分电压dVBE2。
参照图1B，对于每个BJT对(110、140)，差分基极-发射极电压(dVBE1或dVBE2)使它具有温度依赖性。差分基极-发射极电压(dVBE(＝dVBE1或dVBE2))与电流密度之间的关系，
Figure BSA0000191389300000061
其中T是BJT对的绝对温度，η是理想因子，k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷，r是BJT对中的发射极电流密度之间的比率，
Figure BSA0000191389300000062
在每个BJT对的两个支路中的电流相等的情况下，r＝n/m并且r＝p/q。
对于理想的热传感器，其中η是所有温度的常数，C是常数，VBE与绝对温度T成比例，dVBE作为温度的函数的曲线是通过原点的直线，即，在T＝0K时dVBE＝0V。因此，对于BJT对(110、140)，理想的dVBE1-T和dVBE2-T曲线将分别是图1B中的直线(170、180)。然而，在实际的热传感器中，理想因子η通常不随温度而变化。因此，dVBE-T关系通常不是线性的，分别如BJT对(110、140)的曲线(172、182)所示。
参考图2A，并且使用BJT对(140)作为示例，对于理想的BJT对，dVBE2的PTAT关系将导致dVBE2-T图中的直线(210)，如上所述。在这种情况下，单点校准(即通过在单一温度(诸如25℃)下测量dVBE2进行校准)将导致精确的温度测量，因为单个常数C(或直线的斜率(210))，需要确定所有温度下dVBE2的所有值。然而，由于随着温度变化，C通常不是常数，实际的dVBE2-T图通常是曲线，诸如概念性地示出的曲线(182)。结果，单点校准(例如，在25℃下)将在远离校准点的温度下导致误差，在某些情况下是显著的(例如，-40℃下的ε1和125℃下的ε2)。
在实际应用中，温度传感器的校准精度仅涉及预期的操作温度范围，诸如约40℃至约125℃。根据本发明的某些方面，可以适当地组合来自两个BJT对(110、140)的差分基极-发射极电压，以至少在预期的操作温度范围内获得基本上为PTAT的信号，使得单点校准对于电子器件的预期操作是足够的。例如，在图2A中，dVBE2-T曲线(182)可以在约40℃至约125℃的温度范围内由直线(220)充分近似。直线(220)可以基于任何近似方法，该方法在预期的操作温度范围内导致误差在可接受的水平内。例如，线(220)可以是校准温度(例如，25℃)下dVBE2-T曲线的切线；在另一个示例中，线(220)是在预期温度范围内连接曲线(182)的段的两端(例如，在-40℃和125℃)的线；在另一示例中，线(220)可以是在预期温度范围内与曲线的最小二乘拟合。
类似地，如dVBE1-T曲线(172)所示，可以在与dVBE2-T曲线(182)相同的温度范围内通过直线(图中未示出)近似。在这种情况下，dVBE2-T曲线(182)的线(220)在y轴(即0K)上具有交点S1；在这种情况下，dVBE1-T曲线(172)的线在y轴上具有交叉点S2。根据本发明的方面，dVBE1可以通过因子M(可以更大，等于或小于1)放大，使得M·S2＝S1。如图2B所示，近似放大的差分电压曲线(272)的线(280)M×dVBE1具有与dVBE2-T曲线(182)相同的交点S1。差分电压dVBE12就是这样的形式，
dVBE12＝M·dVBE1-dVBE2≈C′T+M·S2-C″T-S1＝(C′-C″)T，
其中C′和C″是常数。因此组合的差分电压基本上是PTAT，并且产生这种差分电压的热传感器适合于单点校准。也就是说，可以获得差分电压值dV0和在单个已知温度T0(例如，25℃(或298K))下的dVBE12，温度T可以确定为T＝dV·T0/dV0，其中T和T0以K测量。
dVBE12＝M·dVBE1-N·dVBE2，
基本上是PTAT信号。
因此，为了在温度测量中获得基本上PTAT信号，根据一些实施例，可以采取以下步骤：在设置在温度T的第一热感测器件中生成第一电流密度(1610)；在设置在T的第二热感测器件中生成第二电流密度，第二电流密度不同于第一电流密度(1620)；在设置在T的第三热感测器件中生成第三电流密度(1630)；在设置在T处的第四热感测器件中生成第四电流密度，第四电流密度不同于第三电流密度(1640)；在第一热感测器件一方面响应第一电流密度和T生成的第一电压和第二热感测器件另一方面响应第二电流密度和T生成的第二电压之间获得第一差分电压(1650)；在第三热感测器件一方面响应第三电流密度和T生成的第三电压和第四热感测器件另一方面响应第四电流密度和T生成的第四电压之间获得第二差分电压(1660)；在第一差分电压乘以第一增益因子和第二差分电压乘以第二增益因子之间获得第三差分电压dV，第二增益因子不同于第一增益因子(1670)；以及基于第三差分电压确定T(1680)。
参考图3，根据本发明的一个方面的热传感器电路(300)实现上述用于获得基本PTAT热传感器的方案。在该示例中，电路(300)是离散定时型电路。它包括上述BJT对(110、140)和信号处理电路，在该示例中，信号处理电路是一对开关电容放大器(310、340)。开关电容放大器(310)包括运算放大器(312)、输入电容器(314)、反馈电容器(316)和开关(318、320、322)，开关可以是任何合适的开关器件，包括开关晶体管。类似地，开关电容放大器(340)包括运算放大器(342)、输入电容器(344)、反馈电容器(346)和开关(348、350、352)，开关可以是任何合适的开关器件，包括开关晶体管。放大器(310)的开关输入连接到二极管连接的晶体管(124、134)的相应发射极，以接收差分信号dVBE1，dVBE1是二极管连接的晶体管(124)的发射极处的电压VBE1a和二极管连接的晶体管(134)的发射极处的电压VBE1b之间的差。类似地，放大器(340)的开关输入连接到二极管连接的晶体管(154、164)的相应发射极，以接收差分信号dVBE2，该差分信号dVBE2是二极管连接的晶体管(154)的发射极处的电压VBE2a和二极管连接的晶体管(164)的发射极处的电压VBE2b之间的差值。
在一个示例中，放大器(310、340)分别具有增益M和N，其中M·S2-NS1＝0，其中S1和S2分别是在预期的操作温度范围内(例如，从约40℃至约125℃)近似dVBE2-T曲线(182)和dVBE1-T曲线(172)的线的y-交叉。如上所述，差分输出信号dVBE12基本上与预期操作温度范围内的绝对温度成比例。因此，热传感器(300)易受单点校准的影响。
如在本发明中所使用的，“增益”或“放大”意味着输入到电路(“放大器”)中的信号被乘以的因子以生成电路的输出；因子不限于大于1的数字。
也可以使用其他离散定时型电路，诸如开关电容器采样/保持电路。
用于获得两个BJT对的不同增益的信号处理电路可以是适合于这种目的的任何类型。例如，也可以使用连续DC型电路。例如，在图4中，可以使用连续DC型放大器(400)代替图3所示的开关电容放大器(310、340)。放大器(400)包括一对求和放大器(410、430)和差分放大器(450)。第一求和放大器(410)包括运算放大器(412)、两个输入电阻器(414、416)和反馈电阻器(418)。类似地，第二求和放大器(430)包括运算放大器(432)、两个输入电阻器(434、436)和反馈电阻器(438)。差分放大器(450)包括一对或运算放大器(452、454)、与运算放大器(452)相关联的输入电阻器(456)和反馈电阻器(458)，以及与运算放大器(454)相关联的输入电阻器(460)和反馈电阻器(462)。求和放大器(410、430)接收两对输入：放大器(410)的VBE1a和VBE2b，以及放大器(430)的VBE2a和VBE1b。求和放大器(410、430)的输出是差分放大器(450)的输入。差分放大器(450)的输出ΔV是输入VBE1a、VBE2b、VBE2a和VBE1b的线性组合。通过适当选择电阻器的电阻值，ΔV可以设置为dVBE1和dVBE2的线性组合。例如，对于图4中符号化的电阻值，对于R1＝R2＝R3＝R4，ΔV＝M·dVBE1-dVBE2，其中M是使ΔV与绝对温度基本成比例的值(例如，M·S2-S1＝0)。
参考图5，根据本发明另一方面，热传感器电路(500)包括BJT对(510、540)的两个支路。第一BJT对(510)包括一对二极管连接的晶体管(524、534)，以及电流偏置晶体管M1(522)、M2(526)、M3(532)和M4(536)，其中标号“M1”、“M2”、“M3”和“M4”还表示各个晶体管(522、526、532、536)的尺寸，诸如沟道宽度。类似地，第二BJT对(540)包括一对二极管连接的晶体管(554、564)，以及电流偏置晶体管M5(552)、M6(556)、M7(562)和M8(566)，其中标号“M5”、“M6”、“M7”和“M8”也表示各个晶体管(552、556、562、566)的尺寸，诸如沟道宽度。该示例中的晶体管M1-M8是场效应晶体管(FET)，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但可以是任何合适类型的晶体管。第一支路(510)中的第一二极管连接的晶体管(524)的发射极直接连接到晶体管M2(526)和M5(552)的漏极；第二支路(540)中的第一二极管连接的晶体管(554)的发射极直接连接到晶体管M6(556)和M1(522)的漏极。第一支路(510)中的第二二极管连接的晶体管(534)的发射极通过电阻器R1(538)连接到晶体管M3(532)和M8(566)的漏极。第二支路(540)中的第二二极管连接的晶体管(564)的发射极通过电阻器R2(568)连接到晶体管M7(562)和M4(536)的漏极。
每个支路(510、540)与相应的放大器(570、580)相关联。第一放大器(570)的输入是通过电阻器R1(538)的在二极管连接的晶体管(524、534)的发射极之间的差分电压dVBE1；第二放大器(580)的输入是通过电阻器R2(568)的在二极管连接的晶体管(554、564)的发射极之间的差分电压dVBE2。第一放大器(570)的输出连接到晶体管M1(522)、M2(526)、M3(532)和M4(536)的控制电极(在该示例中为栅极)；第二放大器(580)的输出连接到晶体管M5(552)、M6(556)、M7(562)和M8(566)的控制电极(在该示例中为栅极)。
热传感器(500)的第一输出Vout1提供在第一输出电阻器R4(598)和第一输出晶体管M10(596)的漏极之间的结点处；热传感器(500)的第二输出Vout2提供在第二输出电阻器R3(594)和第二输出晶体管M9(592)的漏极之间的结处。第一输出晶体管M10(596)的控制电极(在该示例中为栅极)连接到晶体管M1(522)、M2(526)、M3(532)和M4(536)的控制电极；第二输出晶体管M9(592)的控制电极(在该示例中为栅极)连接到晶体管M5(552)、M6(556)、M7(562)和M8(566)的控制电极。晶体管M1至M10的源电极连接在一起。晶体管M10和电阻器R4与晶体管M1形成第一电流镜，从电阻器R4生成电压输出Vout1，并且通过晶体管M1生成电流I2的镜像电流。同样，晶体管M9和电阻器R3与晶体管M8形成第二电流镜，从电阻器R3生成电压输出Vout2，并通过晶体管M8生成电流I1的镜像电流。
在该示例中，输出Vout1和Vout2各自是dVBE1和dVBE2的函数，每个dVBE1和dVBE2是BJT对(510、540)中的电流密度比的函数。与图3所示的配置类似，每个BJT对中的电流密度比可以通过相同的BJT尺寸(n＝m；p＝q)设置，但通过晶体管M2和M3(用于BJT对(510))(IM2∶IM3)，或M6和M7(用于BJT对(540)(IM6∶IM7)的电流之间的比率不一致。可选地，每个BJT对中的电流密度比可以通过晶体管M2和M3(IM2∶IM3＝1)或M6和M7(IM6∶IM7＝1)的相同电流但是BJT尺寸不同来设定。也可以采用上述两种配置的组合(即，不同的BJT尺寸和晶体管电流)。
电流比IM2∶IM3和IM6∶IM7进而分别是dVBE1/R1和dVBE2/R2的函数。电流比又是晶体管M1和M2、M4和M3、M5和M6以及M8和M7之间的W/L比的函数，其中晶体管的W/L比是晶体管的沟道的纵横比(宽度：长度)。在一个示例中，晶体管M1和M2之间以及晶体管M4和M3之间的W/L比是1∶m；晶体管M5和M6之间以及晶体管M8和M7之间的W/L比是1∶k。在这种配置中，输出Vout1是k1(m1dVBE1-dVBE2)，其中k1和m1是R1、R2、m、k和R4的函数；类似地，输出Vout2是k2(m2dVBE2-dVBE1)，其中k2和m2是R1、R2、m、k和R3的函数。因此，通过适当选择电阻值R1、R2、R3和R4以及比率m和k，可以设置dVBE2和/或dVBE1的电压偏移以生成适合于单点校准的PTAT电压。
参考图6，根据本发明另一方面，热传感器电路(600)包括BJT对(610、640)的两个支路。第一BJT对(610)包括一对二极管连接的晶体管(624、634)，以及电流偏置晶体管M1(522)、M2(626)和M3(632)，其中标号“M1”、“M2”和“M3”还表示各个晶体管(622、626、632)的尺寸，诸如沟道宽度。类似地，第二BJT对(640)包括一对二极管连接的晶体管(654、664)和电流偏置晶体管M4(656)、M5(662)和M6(666)，其中标号“M4”、“M5”和“M6”还表示各个晶体管(656、662、666)的尺寸，诸如沟道宽度。该示例中的晶体管M1-M6是场效应晶体管(FET)，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但可以是任何合适类型的晶体管。第一支路(610)中的第一二极管连接的晶体管(624)的发射极直接连接到晶体管M2(626)和M6(666)的漏极；第二支路(640)中的第一二极管连接的晶体管(654)的发射极直接连接到晶体管M4(656)的漏极。第一支路(610)中的第二二极管连接的晶体管(634)的发射极通过电阻器R1(638)连接到晶体管M3(632)的漏极；第二支路(640)中的第二二极管连接的晶体管(664)的发射极通过电阻器R2(668)连接到晶体管M5(662)和M1(622)的漏极。
每个支路(510、540)与相应的放大器(670、680)相关联。第一放大器(670)的输入是通过电阻器R1(638)的在二极管连接的晶体管(624、634)的发射极之间的差分电压dVBE1；第二放大器(680)的输入是通过电阻器R2(668)的在二极管连接的晶体管(654、664)的发射极之间的差分电压dVBE2。第一放大器(570)的输出连接到晶体管M1(622)、M2(626)和M3(632)的控制电极(在该示例中为栅极)；第二放大器(680)的输出连接到晶体管M4(656)、M5(662)和M6(666)的控制电极(在该示例中为栅极)。
热传感器(600)的第一输出Vout1提供在第一输出电阻器R4(698)与第一输出晶体管M7(696)的漏极之间的结点处；热传感器(600)的第二输出Vout2提供在第二输出电阻器R3(694)和第二输出晶体管M8(692)的漏极之间的结处。第一输出晶体管M7(696)的控制电极(在该示例中为栅极)连接到晶体管M1(622)、M2(626)和M3(632)的控制电极；第二输出晶体管M8(692)的控制电极(在该示例中为栅极)连接到晶体管M4(656)、M5(662)和M6(666)的控制电极。晶体管M1至M8的源电极连接在一起。晶体管M7和电阻器R4与晶体管M1形成第一电流镜，从电阻器R4生成电压输出Vout1，并且通过晶体管M1生成电流I2的镜像电流。同样地，晶体管M8和电阻器R3与晶体管M6形成第二电流镜，从电阻器R3生成电压输出Vout2，并且通过晶体管M6生成电流I1的镜像电流。
在该示例中，输出Vout1和Vout2各自是dVBE1和dVBE2的函数，每个dVBE1和dVBE2是BJT对(610、640)中的电流密度比的函数。与图3和图5中所示的配置类似，每个BJT对中的电流密度比可以通过BJT尺寸(n/m；P/q)和通过晶体管M1、M2和M3(对于BJT对(610))(IM1∶IM2∶IM3)，或M4、M5和M6(对于BJT对(640))(IM4∶IM5∶IM6)的电流之间的比率的组合来设定。电流比进而分别是dVBE1/R1和dVBE2/R2的函数。电流比又是晶体管M1、M2和M3之间以及M4、M5和M6之间的W/L比的比率的函数。与图5所示的配置类似，在图6的配置中，输出Vout1为k1(m1dVBE1-dVBE2)，其中k1和m1为R1、R2和R4以及M1、M2和M3的W/L比的函数；类似地，输出Vout2是k2(m2dVBE2-dVBE1)，其中k2和m2是R1、R2和R3以及M4、M5和M6的W/L比的函数。因此，通过适当选择电阻值R1、R2、R3和R4以及W/L比，可以设置dVBE2和/或dVBE1的电压偏移以生成适合于单点校准的PTAT电压。例如，图7示出了图6所示的热传感器的几个工艺拐角(TT、FF和SS)的温度误差作为温度的函数的图。单点校准在25℃下完成。温度范围为-25℃至110℃时的温度误差在约3℃内。也就是说，在dVBE12-T图中通过(T＝0K，dVBE12＝0V)和(T＝273K+25K，dVBE12在25℃)的直(PTAT)线确定的温度与实际温度的差异不超过3℃。更一般地，如果由通过(T＝0K，dVBE12＝0V)的直(PTAT)线和在dVBE12-T曲线中的校准点(例如，T＝273K+25K，dVBE12在25℃)确定的温度与实际温度的差异不超过器件(例如，集成电路)在预期温度范围内的正确操作所认为的可接受的量(例如，3、2或1℃)，则热传感器的输出基本上是PTAT。
在本发明的另一方面，代替组合两个晶体管对的输出信号以实现更线性的温度依赖性，来自两个单个晶体管的温度依赖电压可以适当地组合以获得比单个晶体管更线性的信号(温度)。例如，在本发明的一个方面中，相对于晶体管(124、134)的VBE，可以适当地组合单个BJT对(诸如BJT对(110))中的基极-发射极电压(VBE)以产生与绝对温度更线性的信号。
如图8A所示，BJT对中的每个晶体管，诸如图1A中所示的BJT对(110)，生成温度依赖的VBE。因此，例如，二极管连接的晶体管(124)的发射极处的电压VBE1具有VBE温度曲线(810)，并且二极管连接的晶体管(134)的发射极处的电压VBE2具有VBE温度曲线(820)。如图8B所示，差分电压dVBE(840)可以显著偏离理想的PTAT温度依赖性(850)，除了在校准点处或附近(例如，25℃)。然而，根据本发明的一个方面，可以相对于彼此调整(诸如放大)VBE1和VBE3中的任一个以实现更线性的dVBE。例如，在一个实施例中，相对于VBE2调整(例如，通过放大)VBE1，使得VBE温度曲线(810)有效地移动(旋转)到调整的曲线，VBE1′-温度(830)。差分电压dVBE′＝VBE2-VBE1′具有更线性的温度依赖性，如图8B中的dVBE′-温度曲线(860)所示。
作为具体示例，在图1A中的BJT对(120)中，如上所述，差分电压由下式给出：
Figure BSA0000191389300000141
其中r是两个支路之间的电流密度比。在通过两个二极管连接的晶体管的电流相同的情况下，电流密度比是发射极面积比的倒数，n/m＝N.如果η随温度变化而不是常数，则dVBE不是PTAT。然而，根据本发明的一个方面，可以不同地放大VBE1和VBE2以使dVBE更接近PTAT。例如，VBE1被因子Cs放大。通过适当选择Cs，可以使差分电压dVBE＝CsVBE1-VBE更加PTAT。
具体地，通过第一支路(120)中的二极管连接的晶体管(124)的电流I1是
Figure BSA0000191389300000142
其中，Is是与工艺依赖的饱和电流；通过第二支路(130)中的二极管连接的晶体管(134)的电流I2是
Figure BSA0000191389300000143
用Cs放大VBE1相当于具有电流I1 Cs：
Figure BSA0000191389300000144
因此，
Figure BSA0000191389300000145
并且差分电压是
Figure BSA0000191389300000151
对于I1＝I2＝I的情况，
Figure BSA0000191389300000152
其中C″，dVBE-T关系中的系数(或“斜率”)是
Figure BSA0000191389300000153
因此，系数从对于dVBE＝VBE1-VBE2的
Figure BSA0000191389300000154
(即，Cs＝1)修改为对于dVBE＝CsVBE1-VBE2的
Figure BSA0000191389300000155
通过适当选择Cs和I(或I1和I2)，因子
Figure BSA0000191389300000156
的引入可用于补偿理想因子η的温度依赖性，使得系数C″作为一个整体的温度依赖性小于η，并且dVBE更加PTAT，特别是在预期的操作温度范围内。
更一般地，VBE1和VBE2可以通过除简单放大之外的其他方式彼此区别处理。例如，可以配置VBE1和VBE2的放大器，使得Cs是温度相关因子而不是常数。
上面概述的dVBE-T关系的线性化可以通过各种电路实现。例如，如图9所示，离散定时型电路(诸如图3所示的那些)可用于不同地放大VBE1和VBE2。在该示例中，热传感器(900)包括两个BJT支路(920、930)。第一支路(920)包括第一电流源(922)和第一二极管连接的晶体管(924)；第二支路(930)包括第二电流源(932)和第二二极管连接的晶体管(934)。该示例中的信号处理电路包括与图3中所示的开关电容放大器(310、340)相同类型的一对开关电容放大器(970、980)。放大器(970、980)连接以从各个支路(920、930)接收发射极电压VBE1和VBE2作为输入。放大器(970、980)分别具有不同的增益S1和S2。放大器(970、980)的输出提供差分信号VBE。可以选择S1和S2以产生在预期的操作温度范围(例如，从约-40℃到约125℃)内令人满意的PTAT的dVBE。
在另一个实施例中，如图10所示，连续DC型热传感器(1000)包括两个BJT支路(1020、1030)。第一支路(1020)包括第一电流源，在该示例中是MOSFET M1(1022)，以及第一二极管连接的晶体管(1024)；第二支路(1030)包括第二电流源，其在该示例中是MOSFET M2(1032)，以及第二二极管连接的晶体管(1034)。M1和M2与另一个晶体管(在该示例中，另一晶体管是MOSFET M3(1040))形成电流镜，并且通过M3提供与电流I1相同的电流。第一晶体管(1024)的发射极电压VBE1施加到放大器，在该示例中，放大器是由串联连接的电阻器R1(1052)和R2(1054)组成的分压器，并且具有Cs＝R1/(R1+R2)的增益。第一支路(1020)的输出电压V1取自R1和R2之间的连接处。第二支路(1030)的输出电压V2取自第二晶体管(1034)的发射极处，即V2＝VBE2。热传感器(1000)的差分输出电压是dVBE＝V1-V2。
在另一个实施例中，如图11所示，除了使用驱动器(电压跟随器)(1160)以将VBE1提供给由串联连接的电阻器R1(1052)和R2(1054)形成的分压器之外，连续DC型热传感器(1100)与图10中的传感器(1000)相同。
在另一个实施例中，如图12所示，连续DC型热传感器(1200)类似于图10和图11中所示的热传感器(1000、1100)，除了第一支路(1220)包括两个子支路(1220A、1220B)。子支路(1220A、1220B)每个包括第一电流源，在该示例中是MOSFET M1或M2(1222A、1222B)，以及第一二极管连接的晶体管(1224A、1224B)；第二支路(1230)包括第二电流源，其在该示例中是MOSFET M3(1232)，以及第二二极管连接的晶体管(1234)。M1、M2和M3与另一个晶体管(在该示例中，晶体管是MOSFET M4(1240))形成电流镜，并通过M4提供与电流I1相同的电流。在该示例中，第一和第二子支路(1220A、1220B)中的电流密度相同但不同于第二支路(1230)中的电流密度。第一晶体管(1224A)的发射极电压VBE1被施加到系数(Cs)发生器，即放大器(例如，分压器)(1252)。系数发生器(1252)的输出由VBE调整电路(1256)微调，VBE调整电路(1256)可以是放大器，诸如可变电阻器，它与分压器(1252)中的电阻器组合可以调整分压器的输出电压。VBE调整电路(1256)的输出电压V1连接到第一二极管连接的晶体管(1224B)的发射极。第二支路(1230)的输出电压V2取自第二晶体管(1234)的发射极，即V2＝VBE2。热传感器(1200)的差分输出电压是dVBE＝V1-V2。
在另一实施例中，如图13所示，在根据本发明的一个方面的热传感器(1300)中，单个二极管连接的晶体管(1324)用于在不同的偏置电流下交替地生成VBE，并且交替生成的VBE被组合以产生基本上是PTAT的信号。
在该实施例中，两个电流源(1322、1332)经由相应的开关(例如，开关晶体管)SW1和SW2(1326、1336)连接到二极管连接的晶体管(1324)的发射极。电流源(1322、1332)向二极管连接的晶体管(1324)提供不同的电流电平。VBE调整电路(1356)通过开关(例如，开关晶体管)SW3(1358)连接在二极管连接的晶体管(1324)两端。开关SW1、SW2和SW3(1326、1336、1358)由来自处理单元(未示出)(诸如微控制器单元(“MCU”))的控制信号(1360)操作。二极管连接的晶体管(1324)的发射极电压输入到模数转换器(“ADC”)；ADC的输出连接到处理器，处理器可以是该处理单元或单独的处理单元。
在根据一个实施例的操作中，处理单元输出控制信号(1360)以交替地导通SW1和SW2，以交替地向二极管连接的晶体管(1324)提供两个不同的电流。当SW1导通或SW2导通时，处理单元输出控制信号(1360)以导通SW3。因此，根据控制信号(1360)，可以生成四个VBE，VBE可以用于产生基本PTAT温度信号：VBE1是由第一电流源(1322)生成的发射极电压，没有VBE调整；VBE2是由第二电流源(1332)生成的发射极电压，没有VBE调整；VBE3是由第一电流源(1322)生成的经VBE调整的的发射极电压；和VBE4是由第二电流源(1332)生成的经VBE调整的发射极电压。从ADC(1380)接收VBE2和VBE3的数字表示的处理器(未示出)可以计算dVBE＝VBE3-VBE2，通过VBE调整电路的适当设置，dVBE基本上是PTAT。可选地，处理器可以从ADC(1380)接收VBE1和VBE4的数字表示，并计算dVBE＝VBE4-VBE1，通过VBE调整电路的适当设置，dVBE基本上是PTAT。获得的开关组合和相应的dVBE总结在下表中：
Figure BSA0000191389300000171
Figure BSA0000191389300000181
图14示出了在图11的原型热传感器的TT工艺拐角处在-40℃至125℃的温度范围内的温度误差，其中在25℃下进行单点校准。可以看出，温度误差在2℃以内。
虽然BJT用于在上述许多热传感器中产生温度依赖性电压，但是可以使用具有温度依赖性输出的其他器件。例如，可以使用任何带隙热感测器件。作为示例，在一些实施例中，使用二极管代替BJT晶体管。在其他示例中，可以在图1A、图3至图6和图9至图13中所示的所有热传感器中使用诸如MOSFET的场效应晶体管(FET)代替BJT。更具体地，可以使用在亚阈值条件下操作的FET。在更具体的示例中，如图15所示，热传感器(1500)基本上与图5中所示的一个(500)相同；不同之处在于，图5中的传感器(500)中的二极管连接的BJT(524、534、554、564)被二极管连接的MOSFET(1524、1534、1554、1564)代替，在图15中的传感器(1500)中，这些MOSFET在亚阈值条件下操作。
本发明的实施例提供了一种热传感器，包括：第一温度敏感器件，适于生成第一温度依赖性信号；第二温度敏感器件，适于生成第二温度依赖性信号；以及信号处理电路，可操作地连接以从所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件接收所述第一温度依赖性信号和所述第二温度依赖性信号，并且适于使用彼此不同的处理参数处理所接收的信号，以分别生成第一处理信号和第二处理信号，并且基于所述第一处理信号和所述第二处理信号生成输出信号。
在上述热传感器中，其中，所述信号处理电路适于以第一增益因子处理接收到的所述第一温度敏感器件的信号，并且以第二增益因子处理接收到的所述第二温度敏感器件的信号，所述第二增益因子与所述第一增益因子不同，其中，所述信号处理电路的所述输出信号是处理后的信号之间的差分信号。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件中的每个包括两个支路电路，所述两个支路电路中的每个包括带隙热感测器件和适于使电流通过相应的带隙热感测器件的电流源，每个所述带隙热感测器件适于响应于通过所述带隙热感测器件的电流而生成信号。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件中的每个包括两个支路电路，所述两个支路电路中的每个包括带隙热感测器件和适于使电流通过相应的带隙热感测器件的电流源，每个所述带隙热感测器件适于响应于通过所述带隙热感测器件的电流而生成信号，其中，所述第一温度依赖性信号指示由第一支路中的两个带隙热感测器件生成的信号之间的差异，并且所述第二温度依赖性信号指示第二支路中的两个带隙热感测器件生成的信号之间的差异。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件中的每个包括带隙热感测器件和适于使电流通过相应的带隙热感测器件的电流源，所述带隙热感测器件适于响应于通过所述带隙热感测器件的电流生成信号，其中，所述信号处理电路适于以第一增益因子处理由所述带隙热感测器件生成的信号，并且以第二增益因子处理由所述带隙热感测器件生成的信号，所述第二增益因子不同于所述第一增益因子，其中，所述信号处理电路的所述输出信号是处理后的信号之间的差分信号。
在上述热传感器中，其中，所述输出信号与所述热传感器处的温度范围为-50℃至150℃的绝对温度成比例。
在上述热传感器中，其中，所述输出信号与所述热传感器处的温度范围为-50℃至150℃的绝对温度成比例，其中，对应于所述温度范围内的所述输出信号的每个温度与由所述绝对温度和所述输出信号之间的比例关系确定的温度相差不超过5℃。
在上述热传感器中，其中，所述输出信号与所述热传感器处的温度范围为-50℃至150℃的绝对温度成比例，其中，作为整个所述温度范围的所述绝对温度的函数的第一处理信号的线性近似具有0K处的第一偏移，并且整个所述温度范围的所述绝对温度的函数的第二处理信号的线性近似具有0K处的第二偏移，并且所述第一偏移和所述第二偏移相同。
在上述热传感器中，其中，所述信号处理电路包括离散定时型放大器。
在上述热传感器中，其中，所述信号处理电路包括连续DC型放大器。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件中的每个包括两个支路电路，所述两个支路电路中的每个包括带隙热感测器件和适于使电流通过相应的带隙热感测器件的电流源，每个所述带隙热感测器件适于响应于通过所述带隙热感测器件的电流而生成信号，其中，所述带隙热感测器件中的每个包括双极结晶体管，其中，每个支路中的所述电流源和所述双极结晶体管配置为在所述双极结晶体管中生成电流密度，并且其中，两个支路之间的电流密度不同。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件和所述第二温度敏感器件中的每个包括两个支路电路，所述两个支路电路中的每个包括带隙热感测器件和适于使电流通过相应的带隙热感测器件的电流源，每个所述带隙热感测器件适于响应于通过所述带隙热感测器件的电流而生成信号，其中，所述带隙热感测器件中的每个包括场效应晶体管，其中，每个支路中的所述电流源和所述场效应晶体管配置为在所述场效应晶体管中生成电流密度，并且其中，两个支路之间的电流密度不同。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件设置在一定温度处，并且包括带隙热感测器件和第一电流源，所述第一电流源适于通过第一开关器件使第一值的电流通过所述带隙热感测器件；第二电流源适于通过第二开关器件使与所述第一值不同的第二值的电流通过所述带隙热感测器件，所述带隙热感测器件适于响应于温度和所述第一值和所述第二值中的每个的电流生成输出信号；其中，所述信号处理电路通过第三开关器件可操作地连接到所述带隙热感测器件；其中，所述第一开关器件、所述第二开关器件和所述第三开关器件适于协同致动，以交替地将所述第一电流源连接到所述带隙热感测器件，并且当所述第一电流源连接到所述带隙热感测器件时将所述信号处理电路连接到所述带隙热感测器件，并且当所述第二电流源连接到所述带隙热感测器件时将所述信号处理电路与所述带隙热感测器件断开。
在上述热传感器中，其中，所述第一温度敏感器件设置在一定温度处，并且包括带隙热感测器件和第一电流源，所述第一电流源适于通过第一开关器件使第一值的电流通过所述带隙热感测器件；第二电流源适于通过第二开关器件使与所述第一值不同的第二值的电流通过所述带隙热感测器件，所述带隙热感测器件适于响应于温度和所述第一值和所述第二值中的每个的电流生成输出信号；其中，所述信号处理电路通过第三开关器件可操作地连接到所述带隙热感测器件；其中，所述第一开关器件、所述第二开关器件和所述第三开关器件适于协同致动，以交替地将所述第一电流源连接到所述带隙热感测器件，并且当所述第一电流源连接到所述带隙热感测器件时将所述信号处理电路连接到所述带隙热感测器件，并且当所述第二电流源连接到所述带隙热感测器件时将所述信号处理电路与所述带隙热感测器件断开，还包括：控制器，适于操作所述第一开关器件、所述第二开关器件和所述第三开关器件，并且响应于所述第一值的电流和响应于所述第二值的电流而交替地接收所述输出信号，并且从所述输出信号生成指示所述温度的信号。
本发明的另一实施例提供了一种温度测量的方法，包括：在设置在温度T的第一热感测器件中生成第一电流密度；在设置在T处的第二热感测器件中生成第二电流密度，所述第二电流密度不同于所述第一电流密度；在设置在T处的第三热感测器件中生成第三电流密度；在设置在T处的第四热感测器件中生成第四电流密度，所述第四电流密度不同于所述第三电流密度；在通过所述第一热感测器件一方面响应于所述第一电流密度和T生成的第一电压和通过所述第二热感测器件另一方面响应于所述第二电流密度和T生成的第二电压之间获得第一差分电压；在通过所述第三热感测器件一方面响应于所述第三电流密度和T生成的第三电压和通过所述第四热感测器件另一方面响应于所述第四电流密度和T生成的第四电压之间获得第二差分电压；在所述第一差分电压乘以第一增益因子和所述第二差分电压乘以第二增益因子之间获得第三差分电压dV，所述第二增益因子不同于所述第一增益因子；以及基于所述第三差分电压确定T。
在上述方法中，其中确定温度T包括：在单个已知温度T0处获得所述第三差分电压的值dV0；以及将所述温度T确定为T＝dV·T0/dV0，其中T和T0以K测量。
在上述方法中，其中确定温度T包括：在单个已知温度T0处获得所述第三差分电压的值dV0；以及将所述温度T确定为T＝dV·T0/dV0，其中T和T0以K测量，其中：作为温度范围内的绝对温度的函数的所述第一差分电压和所述第一增益因子之间的乘积的线性近似在0K处具有第一偏移；作为温度范围内的绝对温度的函数的所述第二差分电压和所述第二增益因子之间的乘积的线性近似在0K处具有第二偏移；并且获得所述第三差分电压包括选择所述第一增益因子和所述第二增益因子，使得所述第一偏移和所述第二偏移相同。
本发明的又一实施例提供了一种温度测量的方法，包括：在设置在温度T处的第一热感测器件中生成第一电流密度，以响应于所述第一电流密度和T生成第一电压；在设置在T处的第二热感测器件中生成第二电流密度，以响应于所述第二电流密度和T生成第二电压，并且所述第二电流密度不同于所述第一电流密度；获得所述第一电压乘以第一增益因子和所述第二电压乘以第二增益因子之间的差分电压dV，所述第二增益因子不同于所述第一增益因子；以及基于所述差分电压确定T。
在上述方法中，其中确定所述温度T包括：在单个已知温度T0处获得差分电压的值dV0；以及将所述温度T确定为T＝dV·T0/dV0，其中T和T0以K测量。
在上述方法中，其中确定所述温度T包括：在单个已知温度T0处获得差分电压的值dV0；以及将所述温度T确定为T＝dV·T0/dV0，其中T和T0以K测量，其中：所述第二热感测器件是所述第一热感测器件；交替地实施生成所述第一电流密度和所述第二电流密度，以分别响应于所述第一电流密度和所述第二电流密度与T交替地生成第一电压和第二电压；并且获得所述差分电压包括在生成所述第一电流密度期间将所述第一电压乘以所述第一增益因子，以及在生成所述第二电流密度期间将所述第二电压乘以所述第二增益因子。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基底来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并且不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (19)

1.一种热传感器，包括：
第一温度敏感器件，适于生成第一温度依赖性信号；
第二温度敏感器件，适于生成第二温度依赖性信号；以及
第一信号处理电路，从所述第一温度敏感器件接收所述第一温度依赖性信号，并且适于使用第一增益因子处理所接收的信号，以生成第一处理信号，
第二信号处理电路，从所述第二温度敏感器件接收所述第二温度依赖性信号，并且适于使用第二增益因子处理所接收的信号，以生成第二处理信号，
其中，所述第一温度敏感器件包括第一对带隙热感测器件和第一多个电流偏置晶体管，所述第二温度敏感器件包括第二对带隙热感测器件和第二多个电流偏置晶体管，所述第一多个电流偏置晶体管和所述第二多个电流偏置晶体管均包括四个电流偏置晶体管，所述第一对带隙热感测器件和所述第二对带隙热感测器件适于响应于通过所述第一对带隙热感测器件和所述第二对带隙热感测器件的电流而生成所述第一温度依赖性信号和所述第二温度依赖性信号，
其中，所述第一对带隙热感测器件的第一带隙热感测器件的输出连接至所述第一信号处理电路的第一输入端以及所述第一多个电流偏置晶体管中的第二电流偏置晶体管的漏极和所述第二多个电流偏置晶体管中的第一电流偏置晶体管的漏极，所述第一对带隙热感测器件的第二带隙热感测器件的输出通过第一电阻连接至所述第一信号处理电路的第二输入端以及所述第一多个电流偏置晶体管中的第三电流偏置晶体管的漏极和所述第二多个电流偏置晶体管中的第四电流偏置晶体管的漏极，所述第二对带隙热感测器件的第一带隙热感测器件的输出连接至所述第二信号处理电路的第一输入端以及所述第二多个电流偏置晶体管中的第二电流偏置晶体管的漏极和所述第一多个电流偏置晶体管中的第一电流偏置晶体管的漏极，所述第二对带隙热感测器件的第二带隙热感测器件的输出通过第二电阻连接至所述第二信号处理电路的第二输入端以及所述第二多个电流偏置晶体管中的第三电流偏置晶体管的漏极和所述第一多个电流偏置晶体管中的第四电流偏置晶体管的漏极，
其中，所述第一信号处理电路的输出的所述第一处理信号连接至所述第一多个电流偏置晶体管的每个的栅极和第一输出晶体管的栅极，所述第二信号处理电路的输出的所述第二处理信号连接至所述第二多个电流偏置晶体管的每个的栅极和第二输出晶体管的栅极，在所述第一输出晶体管的漏极和第三电阻的连接点处生成第一差分输出信号，在所述第二输出晶体管的漏极和第四电阻的连接点处生成第二差分输出信号。
2.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第二增益因子与所述第一增益因子不同。
3.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一信号处理电路包括一对开关电容放大器。
4.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一温度依赖性信号指示由所述第一对带隙热感测器件中的所述第一带隙热感测器件和所述第二带隙热感测器件的输出之间的差异，并且所述第二温度依赖性信号指示所述第二对带隙热感测器件中的所述第一带隙热感测器件和所述第二带隙热感测器件的输出之间的差异。
5.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一差分输出信号或所述第二差分输出信号与所述热传感器处的温度范围为-50℃至150℃的绝对温度成比例。
6.根据权利要求5所述的热传感器，其中，对应于所述温度范围内的所述第一差分输出信号或所述第二差分输出信号的每个温度与由所述绝对温度和所述第一差分输出信号或所述第二差分输出信号之间的比例关系确定的温度相差不超过5℃。
7.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一信号处理电路包括离散定时型放大器。
8.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一信号处理电路包括连续DC型放大器。
9.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一对带隙热感测器件和所述第二对带隙热感测器件中的每个带隙热感测器件包括双极结晶体管，其中，所述第一多个电流偏置晶体管和第一相应的所述双极结晶体管配置为在所述第一相应的所述双极结晶体管中生成电流密度，所述第二多个电流偏置晶体管和第二相应的所述双极结晶体管配置为在所述第二相应的所述双极结晶体管中生成电流密度。
10.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一对带隙热感测器件和所述第二对带隙热感测器件中的每个包括场效应晶体管。
11.根据权利要求10所述的热传感器，其中，所述场效应晶体管在亚阈值条件下工作。
12.根据权利要求1所述的热传感器，其中，所述第一对带隙热感测器件包括第一对双极结晶体管，所述第二对带隙热感测器件包括第二对双极结晶体管，其中，所述第一对双极结晶体管具有彼此不同的电流密度，所述第二对 双极结晶体管具有彼此不同的电流密度。
13.根据权利要求12所述的热传感器，其中，流过所述第一对双极结晶体管中的每个的电流不相同，流过所述第二对双极结晶体管中的每个的电流不相同。
14.一种温度测量的方法，包括：
在设置在温度T的第一热感测器件中，通过具有第一电流值的第一电流，以产生第一电流密度；
在设置在T处的第二热感测器件中，通过具有所述第一电流值的第二电流，以产生第二电流密度，所述第二电流密度不同于所述第一电流密度；
在设置在T处的第三热感测器件中，通过具有第二电流值的第三电流，以产生第三电流密度；
在设置在T处的第四热感测器件中，通过具有所述第二电流值的第四电流，以产生第四电流密度，所述第四电流密度不同于所述第三电流密度；
在通过所述第一热感测器件一方面响应于所述第一电流密度和T生成的第一电压和通过所述第二热感测器件另一方面响应于所述第二电流密度和T生成的第二电压之间获得第一差分电压；
在通过所述第三热感测器件一方面响应于所述第三电流密度和T生成的第三电压和通过所述第四热感测器件另一方面响应于所述第四电流密度和T生成的第四电压之间获得第二差分电压；
将所述第一差分电压通过第一信号处理电路输出至第一多个电流偏置晶体管和第一输出晶体管的栅极，并且将所述第一电压输出至所述第一多个电流偏置晶体管的第二晶体管的漏极以及第二多个电流偏置晶体管的第一晶体管的漏极，将所述第二电压通过第一电阻输出至所述第一多个电流偏置晶体管的第三晶体管的漏极以及所述第二多个电流偏置晶体管的第四晶体管的漏极，其中，所述第一多个电流偏置晶体管和所述第二多个电流偏置晶体管均包括四个电流偏置晶体管；
将所述第二差分电压通过第二信号处理电路输出至所述第二多个电流偏置晶体管和第二输出晶体管，将所述第三电压输出至所述第二多个电流偏置晶体管的第二晶体管的漏极以及所述第一多个电流偏置晶体管的第一晶体管的漏极，将所述第四电压通过第二电阻输出至所述第二多个电流偏置晶体管的第三晶体管的漏极以及所述第一多个电流偏置晶体管的第四晶体管的漏极，使得所述第一差分电压乘以第一增益因子和所述第二差分电压乘以第二增益因子以在所述第一输出晶体管的漏极和第三电阻的连接点处提供第一差分输出电压，使得所述第二差分电压乘以第三增益因子和所述第一差分电压乘以第四增益因子以在所述第二输出晶体管的漏极和第四电阻的连接点处得到第二差分输出电压，其中，所述第一增益因子和所述第二增益因子与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻以及所述电流偏置晶体管的沟道纵横比相关，所述第三增益因子和所述第四增益因子与所述第一电阻、所述第二电阻和所述第四电阻以及所述电流偏置晶体管的沟道纵横比相关；以及
基于所述第一差分输出电压或所述第二差分输出电压确定T。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定温度T包括：
在单个已知温度T0处获得所述第一差分输出电压或所述第二差分输出电压的值dV0；以及
将所述温度T确定为T＝dV·T0/dV0，其中T和T0以K测量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：所述第一信号处理电路包括离散定时型放大器。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一热感测器件至所述第四热感测器件中的每个包括双极结晶体管。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一热感测器件至所述第四热感测器件中的每个包括场效应晶体管。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：所述场效应晶体管在亚阈值条件下工作。
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