CN111521284A - 温度检测电路及集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度检测电路及集成电路，包括基准电源模块、电压电流转换模块、第一镜像电流模块、第二镜像电流模块、减法运算模块以及电流电压转换模块，通过第一镜像电流模块对正温度系数电流进行放大，通过第二镜像电流模块对零温度系数电流进行放大，通过减法运算模块将放大后的正温度系数电流和零温度系数电流进行减法运算，从而产生适合温度检测的电流，进而实现高灵敏度的温度检测，由于采用了减法运算模块以及PMOS管和NMOS管的电路结构，使温度检测电路受电源电压变换和电路工艺的影响不明显，可以很大程度的改善温度检测电路的检测性能。

Description

温度检测电路及集成电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种温度检测电路及集成电路。

背景技术

高压集成电路技术始于功率器件智能化的理念，是现代电力电子技术领域内一种不可或缺的技术。高压集成电路是一种由高压栅极驱动芯片、低压栅极驱动芯片、保护电路和高压功率器件组成的栅极驱动电路，高压集成电路主要特点是内置驱动与保护电路，应用设计更简捷，系统可靠性更高；内部电路布线设计优化可有效抑制干扰；通态损耗和开关损耗较低，所需散热器面积较小；具备强有力的自动保护和故障检测功能。

高压集成电路在提供功率驱动功能力的同时，具有接口兼容、信号处理、逻辑控制、检测、保护等功能。然而，高压集成电路通过工作在极苛刻的环境，这使得在内部短路、极热环境等异常情况下，芯片会产生额外的功耗，但是，由于封装或集成度等原因其产生的热能却不能迅速地从芯片中散发，一旦发生异常情况，芯片内部温度将迅速地上升，如果此时芯片上温度检测不准确，即温度检测输出值与实际值不符或相差很大，可能因为芯片温度过高将使芯片工作不准确，更有甚者可能烧坏芯片。

如图1所示，现有技术给出了高压集成电路的一种温度检测电路，包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q3，PMOS管MP1和PMOS管MP2形成电流镜，则可以保证NMOS管MN1和NMOS管MN2的源极电压相等，三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3都是PNP管，且基极和集电极短接，流过电阻R1的电流为：I＝(VBE1-VBE2)/R1＝△VBE/R1，其中，VBE1为三极管Q1的基极和集电极之间的电压，VBE2为三极管Q2的基极和集电极之间的电压，通过PMOS管MP3的镜像，流过R2的电流也是I。则输出检测电压VOT＝I*R2+VBE3＝R2*△VBE/R1+VBE3，其中，VBE3为三极管Q3的基极和集电极之间的电压，但是，该温度检测电路由于电源电压的变化和工艺的不匹配，导致很难实现精确地输出检测电压VOT。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度检测电路及集成电路，旨在解决现有由于电源电压的变化和工艺的不匹配，导致很难实现精确地输出检测电压的问题。

本发明是这样实现的，第一方面提供一种温度检测电路，包括：

基准电源模块，用于提供基准电压和基准电流；

电压电流转换模块，用于将所述基准电压转换成工作电流；

第一镜像电流模块，用于将所述工作电流进行放大后输出第一电流；

第二镜像电流模块，用于将所述基准电流进行放大后输出第二电流；

减法运算模块，用于对所述第一电流和第二电流进行减法运算以获取第一电流和第二电流之间的差值电流；

电流电压转换模块，用于将所述差值电流转换成差值电压。

本发明的另一目的在于提供一种集成电路，所述集成电路包括上述的温度检测电路。

本发明提供一种温度检测电路及集成电路，包括基准电源模块、电压电流转换模块、第一镜像电流模块、第二镜像电流模块、减法运算模块以及电流电压转换模块，通过第一镜像电流模块对正温度系数电流进行放大，通过第二镜像电流模块对零温度系数电流进行放大，通过减法运算模块将放大后的正温度系数电流和零温度系数电流进行减法运算，从而产生适合温度检测的电流，进而实现高灵敏度的温度检测，由于采用了减法运算模块以及PMOS管和NMOS管的电路结构，使温度检测电路受电源电压变换和电路工艺的影响不明显，可以很大程度的改善温度检测电路的检测性能。

附图说明

图1是现有技术提供的温度检测电路的电路图；

图2本发明一实施例所提供的温度检测电路的模块结构示意图；

图3本发明一实施例所提供的温度检测电路的工作示意图；

图4本发明另一实施例所提供的温度检测电路的模块结构示意图；

图5本发明另一实施例所提供的温度检测电路的电路图；

图6是本发明另一实施例所提供的温度检测电路在不同工艺角下的DC仿真波形；

图7是本发明一实施例所提供的温度检测电路与电源电压变化之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

图2示出了本发明一实施例所提供的温度检测电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明一种实施例所提供的温度检测电路，如图2所示，包括：

基准电源模块1，用于提供基准电压和基准电流；

电压电流转换模块2，用于将基准电压转换成工作电流；

第一镜像电流模块3，用于将工作电流进行放大后输出第一电流；

第二镜像电流模块4，用于将基准电流进行放大后输出第二电流；

减法运算模块5，用于对第一电流和第二电流进行减法运算以获取第一电流和第二电流之间的差值电流；

电流电压转换模块6，用于将差值电流转换成差值电压。

其中，如图2所示，温度检测电路中各模块的连接关系为基准电源模块1的第一输出端连接电压电流转换模块2的输入端，电压电流转换模块2的输出端连接第一镜像电流模块3的输入端，基准电源模块1的第二输出端连接第二镜像电流模块4的输入端，第一镜像电流模块3的输出端连接减法运算模块5的第一输入端，第二镜像电流模块4的输出端连接减法运算模块5的第二输入端，减法运算模块5的输出端连接电流电压转换模块6的输入端，电流电压转换模块6的输出端为温度检测电路的输出端。

其中，如图3所示，基准电源模块1即可以提供基准电压又可以提供基准电流；电压电流转换模块2用于实现将电压转换成工作电流，可以通过运算放大器、晶体管以及电阻组成，通过电阻的分压将电压转换成电流；第一镜像电流模块3可以为PMOS管和电阻构成的电流镜电路，实现对工作电流(正温度系数电流)进行放大预设倍数K1形成第一电流；第二镜像电流模块4可以为PMOS管构成的电流镜电路，实现对基准电流(零温度系数电流)进行放大预设倍数K2形成第二电流；减法运算模块5可以为NMOS管构成的共源共栅结构，实现对第一电流和第二电流进行减法运算得到电流差值；电流电压转换模块6可以通过电阻和电压跟随器组成，通过电阻将电流差值转换成检测电压，通过电压跟随器输出检测电压，所以可以通过调节第一镜像电流模块3和第二镜像电流模块4的放大系数以及电流电压转换模块6中电阻的大小来改变输出检测电压的变化，可以实现电路的温度检测。

本发明提供一种温度检测电路，包括基准电源模块1、电压电流转换模块2、第一镜像电流模块3、第二镜像电流模块4、减法运算模块5以及电流电压转换模块6，通过第一镜像电流模块3对正温度系数电流进行放大，通过第二镜像电流模块4对零温度系数电流进行放大，通过减法运算模块5将放大后的正温度系数电流和零温度系数电流进行减法运算，从而产生适合温度检测的电流，进而实现高灵敏度的温度检测，由于采用了减法运算模块5以及PMOS管和NMOS管的电路结构，使温度检测电路受电源电压变换和电路工艺的影响不明显，可以很大程度的改善温度检测电路的检测性能。

作为一种实施方式，如图4所示，温度检测电路还包括自偏置电流模块7，自偏置电流模块7连接在减法运算模块5的输出端和电流电压转换模块6的输入端之间。

其中，自偏置电流模块7可以为PMOS管和电阻采用自偏置方式连接的电路结构，提高了检测电压的输出范围。

对于电压电流转换模块2，作为一种实施方式，如图5所示，电压电流转换模块2包括运算放大器OP1、NMOS管MN5以及电阻R1，运算放大器OP1的同相输入端为电压电流转换器的输入端，运算放大器OP1的反相输入端连接电阻R1的第一端以及NMOS管MN5的源极和衬底，运算放大器OP1的接地端和电阻R1的第二端共接于地，运算放大器OP1的输出端连接NMOS管MN5的栅极，NMOS管MN5的漏极为电压电流转换器的输出端。

其中，运算放大器OP1的反相输入端和NMOS管MN5的源极组成负反馈回路，目的是控制电阻R1两端的电压不会发生变化，基准电源模块1输出的基准电压为VREF，则通过电阻R1的电流为：ICONST＝VREF/R1。

对于第一镜像电流模块3，作为一种实施方式，如图5所示，第一镜像电流模块3包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4以及电阻R2，电阻R2的第一端连接PMOS管MP1的栅极、PMOS管MP2的栅极以及PMOS管MP3的漏极，电阻R2的第二端、PMOS管MP3的栅极以及PMOS管MP4的栅极共接形成第一镜像电流模块3的输入端，PMOS管MP1的漏极连接PMOS管MP3的源极，PMOS管MP2的漏极连接PMOS管MP4的源极，PMOS管MP1的源极和衬底、PMOS管MP2的源极和衬底、PMOS管MP3的衬底以及PMOS管MP4的衬底共接于电源输入端VCC，PMOS管MP4的漏极为第一镜像电流模块3的输出端。

其中，第一镜像电流模块3是零温度系数电流镜像电路，通过PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4和电阻R2组成的自偏置电路，实现对零温度系数电流ICONGT放大K1倍，得到放大后的第一电流为：I1＝K1·ICONST。

对于第二镜像电流模块4，作为一种实施方式，如图5所示，第二镜像电流模块4包括PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7以及PMOS管MP8，PMOS管MP7的漏极为第二镜像电流模块4的输入端，PMOS管MP5的栅极连接PMOS管MP6的栅极，PMOS管MP7的栅极连接PMOS管MP8的栅极，PMOS管MP5的漏极连接PMOS管MP7的源极，PMOS管MP6的漏极连接PMOS管MP8的源极，PMOS管MP5的源极和衬底、PMOS管MP6的源极和衬底、PMOS管MP7的衬底以及PMOS管MP8的衬底共接于电源输入端VCC，PMOS管MP8的漏极为二镜像电流模块的输出端。

其中，第二镜像电流模块4为正温度系数电流镜像结构，由共源共栅电流源PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7和PMOS管MP8组成，其中，PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7和PMOS管MP8的栅极电压由偏置模块提供，将正温度系数电流IPTAT放大K2倍，得到放大后的第二电流为：I2＝K2·IPTAT。

对于减法运算模块5，作为一种实施方式，如图5所示，减法运算模块5包括NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MN9、NMOS管MN10、NMOS管MN11、NMOS管MN12以及NMOS管MN13，NMOS管MN6的漏极和栅极以及NMOS管MN6的栅极共接并构成减法模块的第一输入端，NMOS管MN6的源极和衬底连接NMOS管MN8的漏极和栅极以及NMOS管MN9的栅极，NMOS管MN7的源极连接NMOS管MN9的漏极，NMOS管MN7的漏极、NMOS管MN10的漏极和栅极以及NMOS管MN11的栅极共接并构成减法模块的第二输入端，NMOS管MN10的源极连接NMOS管MN12的漏极和栅极以及NMOS管MN13的栅极，NMOS管MN11的源极和衬底连接NMOS管MN13的漏极，NMOS管MN11的漏极为减法模块的输出端，NMOS管MN8的衬底和源极、NMOS管MN9的衬底和源极、NMOS管MN12的衬底和源极以及NMOS管MN13的衬底和源极共接于地。

其中，NMOS管MN6、NMOS管MN8、NMOS管MN7和NMOS管MN9形成共源共栅结构，将正温度系数电流K1·I CONST镜像到运算电路的一条通路上，采用共源共栅结构目的是为了实现K1·I CONST的精确复制，同时将NMOS管MN6和NMOS管MN7的源极和衬底短接，目的是降低“体效应”，。NMOS管MN7、NMOS管MN9、NMOS管MN10和NMOS管MN12主要作用是对电流I1和另一条通路上的零温度系数电流K2·I PTAT做减法运算，NMOS管MN10、NMOS管MN11、NMOS管MN12和NMOS管MN13形成共源共栅结构，得到准确的镜像电流K2·I PTAT-K1·I CONST。

对于自偏置电流模块7，作为一种实施方式，如图5所示，自偏置电流模块7包括PMOS管MP9、PMOS管MP10、PMOS管MP11、PMOS管MP12以及电阻R3，电阻R3的第一端连接PMOS管MP9的栅极、PMOS管MP10的栅极以及PMOS管MP11的漏极，电阻R3的第二端、PMOS管MP11的栅极以及PMOS管MP12的栅极共接形成第一镜像电流模块3的输入端，PMOS管MP9的漏极连接PMOS管MP11的源极，PMOS管MP10的漏极连接PMOS管MP12的源极，PMOS管MP9的源极和衬底、PMOS管MP10的源极和衬底、PMOS管MP11的衬底以及PMOS管MP12的衬底共接于电源输入端VCC，PMOS管MP12的漏极为自偏置电流模块7的输出端。

对于电流电压转换模块6，作为一种实施方式，如图5所示，电流电压转换模块6包括运算放大器OP2、NMOS管MN14、NMOS管MN15、电阻R4以及电阻R5，运算放大器OP2的同相输入端和电阻R4的第一端共接并形成电流电压转换模块6的输入端，运算放大器OP2的反相输入端连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端连接NMOS管MN14的源极和NMOS管MN14的漏极并构成电流电压转换模块6的输出端，运算放大器OP2的放大器连接NMOS管MN14的栅极，NMOS管MN14的漏极连接电源输入端VCC，电阻R4的第二端与NMOS管MN15的源极共接于地。

其中，流过电阻R4的电流为I(I＝K2·I PTAT-K1·I CONST)，所以，电阻R4压降为：VTEMP＝(K2·I PTAT-K1·I CONST)*R4，运算放大器OP2、NMOS管MN14和电阻R5组成电压跟随器，故VOT＝(K2·I PTAT-K1·I CONST)*R4，所以可以通过调节K1、K2和R4的大小来改变输出电压VOT的变化，这样就可以实现电路的温度检测。

本发明所提出的温度检测电路将正温度系数电流和零温度系数电流通过减法运算，从而产生适合温度检测的电流，之后通过电流电压转换模块6实现高灵敏度的检测电压输出。

图6给出了本发明的温度检测电路在不同工艺角下的DC仿真波形，从图6中可以看出在-20-150℃的温度变化范围内具有很好的线性度，输出电压灵敏度为：

图7是电源电压变化对温度检测电路输出电压的关系图，从图7中可以看出在电源电压变化时，温度检测电路输出曲线变化不大。

本发明还提供了一种集成电路，集成电路包括上述的温度检测电路。

需要说明的是，由于本发明实施例所提供的集成电路包括图5所示的温度检测电路，因此，本发明实施例所提供的集成电路的具体工作原理，可参考前述关于图5的详细描述，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度检测电路，其特征在于，包括：

基准电源模块，用于提供基准电压和基准电流；

电压电流转换模块，用于将所述基准电压转换成工作电流；

第一镜像电流模块，用于将所述工作电流进行放大后输出第一电流；

第二镜像电流模块，用于将所述基准电流进行放大后输出第二电流；

减法运算模块，用于对所述第一电流和所述第二电流进行减法运算以获取第一电流和第二电流之间的差值电流；

电流电压转换模块，用于将所述差值电流转换成差值电压。

2.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，所述基准电源模块的第一输出端连接所述电压电流转换模块的输入端，所述电压电流转换模块的输出端连接所述第一镜像电流模块的输入端，所述基准电源模块的第二输出端连接所述第二镜像电流模块的输入端，所述第一镜像电流模块的输出端连接所述减法运算模块的第一输入端，所述第二镜像电流模块的输出端连接所述减法运算模块的第二输入端，所述减法运算模块的输出端连接所述电流电压转换模块的输入端，所述电流电压转换模块的输出端为所述温度检测电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，还包括自偏置电流模块，所述自偏置电流模块连接在所述减法运算模块的输出端和所述电流电压转换模块的输入端之间。

4.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述电压电流转换模块包括运算放大器OP1、NMOS管MN5以及电阻R1，所述运算放大器OP1的同相输入端为所述电压电流转换器的输入端，所述运算放大器OP1的反相输入端连接所述电阻R1的第一端以及所述NMOS管MN5的源极和衬底，所述运算放大器OP1的接地端和所述电阻R1的第二端共接于地，所述运算放大器OP1的输出端连接所述NMOS管MN5的栅极，所述NMOS管MN5的漏极为所述电压电流转换器的输出端。

5.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述第一镜像电流模块包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4以及电阻R2，所述电阻R2的第一端连接所述PMOS管MP1的栅极、所述PMOS管MP2的栅极以及所述PMOS管MP3的漏极，所述电阻R2的第二端、所述PMOS管MP3的栅极以及所述PMOS管MP4的栅极共接形成所述第一镜像电流模块的输入端，所述PMOS管MP1的漏极连接所述PMOS管MP3的源极，所述PMOS管MP2的漏极连接所述PMOS管MP4的源极，所述PMOS管MP1的源极和衬底、所述PMOS管MP2的源极和衬底、所述PMOS管MP3的衬底以及所述PMOS管MP4的衬底共接于电源输入端VCC，所述PMOS管MP4的漏极为所述第一镜像电流模块的输出端。

6.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述第二镜像电流模块包括PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7以及PMOS管MP8，所述PMOS管MP7的漏极为所述第二镜像电流模块的输入端，所述PMOS管MP5的栅极连接所述PMOS管MP6的栅极，PMOS管MP7的栅极连接所述PMOS管MP8的栅极，所述PMOS管MP5的漏极连接所述PMOS管MP7的源极，所述PMOS管MP6的漏极连接所述PMOS管MP8的源极，所述PMOS管MP5的源极和衬底、所述PMOS管MP6的源极和衬底、所述PMOS管MP7的衬底以及所述PMOS管MP8的衬底共接于电源输入端VCC，所述PMOS管MP8的漏极为所述二镜像电流模块的输出端。

7.根据权利要求3所述的温度检测电路，其特征在于，所述自偏置电流模块包括PMOS管MP9、PMOS管MP10、PMOS管MP11、PMOS管MP12以及电阻R3，所述电阻R3的第一端连接所述PMOS管MP9的栅极、所述PMOS管MP10的栅极以及所述PMOS管MP11的漏极，所述电阻R3的第二端、所述PMOS管MP11的栅极以及所述PMOS管MP12的栅极共接形成所述第一镜像电流模块的输入端，所述PMOS管MP9的漏极连接所述PMOS管MP11的源极，所述PMOS管MP10的漏极连接所述PMOS管MP12的源极，所述PMOS管MP9的源极和衬底、所述PMOS管MP10的源极和衬底、所述PMOS管MP11的衬底以及所述PMOS管MP12的衬底共接于电源输入端VCC，所述PMOS管MP12的漏极为所述自偏置电流模块的输出端。

8.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述减法运算模块包括NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MN9、NMOS管MN10、NMOS管MN11、NMOS管MN12以及NMOS管MN13，所述NMOS管MN6的漏极和栅极以及所述NMOS管MN6的栅极共接并构成所述减法模块的第一输入端，所述NMOS管MN6的源极和衬底连接所述NMOS管MN8的漏极和栅极以及所述NMOS管MN9的栅极，所述NMOS管MN7的源极连接所述NMOS管MN9的漏极，所述NMOS管MN7的漏极、所述NMOS管MN10的漏极和栅极以及所述NMOS管MN11的栅极共接并构成所述减法模块的第二输入端，所述NMOS管MN10的源极连接所述NMOS管MN12的漏极和栅极以及所述NMOS管MN13的栅极，所述NMOS管MN11的源极和衬底连接所述NMOS管MN13的漏极，所述NMOS管MN11的漏极为所述减法模块的输出端，所述NMOS管MN8的衬底和源极、所述NMOS管MN9的衬底和源极、所述NMOS管MN12的衬底和源极以及所述NMOS管MN13的衬底和源极共接于地。

9.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，所述电流电压转换模块包括运算放大器OP2、NMOS管MN14、NMOS管MN15、电阻R4以及电阻R5，所述运算放大器OP2的同相输入端和所述电阻R4的第一端共接并形成所述电流电压转换模块的输入端，所述运算放大器OP2的反相输入端连接所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端连接所述NMOS管MN14的源极和所述NMOS管MN14的漏极并构成所述电流电压转换模块的输出端，所述运算放大器OP2的放大器连接所述NMOS管MN14的栅极，所述NMOS管MN14的漏极连接电源输入端VCC，所述电阻R4的第二端与所述NMOS管MN15的源极共接于地。

10.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括如权利要求1至9任一项所述的温度检测电路。

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