CN112414578B - 温度传感器、集成电路及确定集成电路操作的方法 - Google Patents

温度传感器、集成电路及确定集成电路操作的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种确定集成电路(IC)的温度是否在正常温度范围内的温度传感器。温度传感器包括低阈值监测电路和高阈值监测电路。低阈值监测电路感测IC的温度是高于还是低于最小温度阈值。高阈值监控器电路配置为感测IC的温度是高于还是低于最大温度阈值。低阈值监测电路包括第一对导线，每个导线具有彼此不同的电阻温度系数(TCR)；其中最小温度阈值由与第一对导线相关的第一TCR和第二TCR的交点确定。高阈值监测电路包括第二对导线，每个导线具有彼此不同的并且也不同于第一对导线的TCR。其中最大温度阈值由与第二对导线相关的第三TCR和第四TCR的交点确定。本发明的实施例还涉及集成电路以及确定集成电路是否在正常温度范围内操作的方法。

Description

温度传感器、集成电路及确定集成电路操作的方法
技术领域
本发明的实施例涉及温度传感器、集成电路以及确定集成电路是否在正常温度范围内操作的方法。
背景技术
高性能集成电路技术上的按比例缩小导致了互连线和器件中更高的电流密度，进而增加了功率耗散。通常，大量的这种耗散的功率转化为热量，因此导致热量密度显著提高。高性能集成电路中每个功能块各自不同的操作模式在形成集成电路的相应衬底上引起温度梯度。上述情况导致了对于可用于精确热管理的轻便、坚固、省电的片上温度感测器件的需要。
发明内容
本发明的实施例提供了一种温度传感器，包括：低阈值监测电路，配置为感测集成电路(IC)的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号，低阈值监测电路包括：第一导线，具有第一电阻温度系数(TCR)；和第二导线，具有不同于第一电阻温度系数的第二电阻温度系数，其中，最小温度阈值由第一电阻温度系数和第二电阻温度系数的交点确定；高阈值监测电路，配置为感测集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号，高阈值监测电路包括：第三导线，具有第三电阻温度系数；和第四导线，具有不同于第三电阻温度系数的第四电阻温度系数，其中，最大温度阈值由第三电阻温度系数和第四电阻温度系数的交点确定；以及逻辑门，配置为基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定集成电路的温度是否在正常温度范围内，并生成指示集成电路的温度是否在正常温度范围内的输出信号。
本发明的另一实施例提供了一种确定集成电路(IC)是否在正常温度范围内操作的方法，包括：提供第一对导线，第一对导线中的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数(TCR)；提供第二对导线，第二对导线中的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数并且具有与第一对导线不同的电阻温度系数；使用第一对导线确定集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号；使用第二对导线确定集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号；基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定集成电路的温度是否在正常操作范围内，并生成指示集成电路的温度是否在正常操作范围内的输出信号；以及基于指示集成电路的温度超出正常温度范围的输出信号启动校正动作。
本发明的又一实施例提供了一种集成电路，包括：半导体衬底；电源，设置在半导体衬底上，配置为向集成电路提供电源电压或电源电流；功能电路，设置在半导体衬底上，配置为提供集成电路的电功能；温度传感器，设置在半导体衬底上，配置为确定半导体衬底的温度是否在正常温度范围内，并且生成指示半导体衬底的温度是否在正常温度范围内的输出信号，温度传感器包括：第一导线，具有第一电阻温度系数(TCR)；第二导线，具有第二电阻温度系数；第三导线，具有第三电阻温度系数；和第四导线，具有第四电阻温度系数，其中，第一电阻温度系数、第二电阻温度系数、第三电阻温度系数、第四电阻温度系数中的每个彼此不同，其中，第一电阻温度系数与第二电阻温度系数的交点确定正常温度范围的最小温度阈值；其中，第三电阻温度系数与第四电阻温度系数的交点确定正常温度范围的最大温度阈值；控制器，配置为接收输出信号，并且基于半导体衬底的温度在正常温度范围之外来生成至少一个控制信号，以调整电源或者功能电路。
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1示出根据本公开示例性实施例的集成电路。
图2A至图2C示出根据本公开示例性实施例的温度传感器。
图3A至图3C示出了根据本公开另一示例性实施例的温度传感器。
图4示出了根据本公开的示例性实施例的电流镜。
图5示出根据本公开另一示例性实施例的用于确定IC的温度是否在正常温度范围内的示例性操作的流程图。
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。
概述
提供了一种确定IC温度是否在正常温度范围内的温度传感器。温度传感器包括低阈值监测电路和高阈值监测电路。低阈值监测电路检测IC的温度是高于还是低于最小温度阈值。高阈值监测电路检测集成电路(IC)的温度是高于还是低于最大温度阈值。低阈值监测电路包括第一对导线，每个具有彼此不同的电阻温度系数(TCR)；其中最小温度阈值由与第一对导线相关的第一TCR和第二TCR的交点确定。高阈值监测电路包括第二对导线，每个具有彼此不同的TCR、并且也不同于第一对导线的TCR。其中最大温度阈值由与第二对导线相关的第三TCR和第四TCR的交点确定。
图1示出根据本公开的实施例的示例集成电路(IC)100。IC 100可以用于使用IC的任何数量的电子产品和器件(包括计算机、消费类电子产品、传输设备、通信设备等)中。IC100包括均设置在共同半导体衬底101上的电源102、控制器104、功能电路106和温度传感器108。例如，衬底101可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底或如本领域技术人员将理解的其他类型的半导体衬底。
在操作期间，电源102向执行IC 100的预期电路功能的功能电路106提供电压和/或电流。温度传感器108与功能电路106设置在相同的共同衬底101上(例如，片上)，并且因此将经历与IC 100的功能电路106和其他元件相同或相似的温度梯度。温度传感器108感测IC 100的温度是否在预定的正常温度范围内操作并生成代表IC 100温度的输出信号107，输出信号107被发送到控制器104。在此，正常温度范围大于最小温度阈值而小于最大温度阈值，其中最小阈值和最大阈值可以例如根据运营商或制造商的规范预先定义。温度传感器108生成输出信号107，以当IC 100在正常温度范围内操作时输出信号107具有第一逻辑状态(例如，逻辑高)，当IC 100在正常温度范围以外操作时输出信号107具有第二逻辑状态(例如，逻辑低)。本领域技术人员将认识到逻辑状态可以颠倒。
控制器104从温度传感器108接收输出信号107，并且可以基于IC 100是否指示为在正常温度范围内操作来控制电源102和/或功能电路106的操作状态。例如，当IC 100超过最大温度阈值时，控制器104可以使用控制信号105命令电源102减小电源电压或电源电流以降低IC 100的温度。同样地，当IC 100低于最小温度阈值时，控制器104可以命令电源增加操作电压或操作电流以增加IC 100的温度。此外，控制器104可以使用控制信号109命令功能电路106增加或降低其处理速度，以进一步减轻由IC 100决定的任何异常温度。此外，当检测到异常温度时控制器104可以使用控制信号109命令功能电路106禁用任何信号输出或数据输出，因为当IC 100在正常温度范围以外操作时信号输出或数据输出可以是无效的。
图2A示出了根据本公开实施例的温度传感器200并且是图1所示的温度传感器108的一个实施例。温度传感器200包括低阈值监测电路216、高阈值监测电路218和逻辑门208。逻辑门208被示出为“与(AND)”门，然而，本领域技术人员将认识到基于本文提供的公开内容可以使用其他类型的逻辑门。
如下面将详细描述的，低阈值监测电路216感测IC 100的温度是高于还是低于最小温度阈值，并且生成指示IC 100的温度是高于还是低于最小温度阈值的逻辑信号212。例如，当温度高于最小温度阈值时逻辑信号212可以是逻辑高(例如“1”)，以及当温度低于最小温度阈值时逻辑信号212可以是逻辑低(例如“0”)。同样，高阈值监测电路218感测温度是升高到高于还是低于最大温度阈值，并且生成指示温度是升高到高于还是低于最大温度阈值的逻辑信号214。例如，当温度低于最大温度阈值时逻辑信号214可以是逻辑高(例如“1”)，以及当温度高于最大温度阈值时逻辑信号214可以是逻辑低(例如“0”)。
逻辑门208基于逻辑信号212和214确定IC 100的温度是否在正常温度范围内，并且生成指示IC 100的温度是否在正常温度范围内的输出(OUT)信号107。图2B示出了“真值表”，真值表描述了基于多种输入(IN)组合的逻辑门208的操作。参考图2B，当逻辑信号212和214都处于逻辑高时，逻辑门208生成指示IC 100的温度(Temp)在正常温度范围内的逻辑高输出信号107。当逻辑信号212或214中的一个为逻辑低时，最小温度阈值(T_min)或最大温度阈值(T_max)已被违反，因此逻辑门208生成指示IC 100在异常温度下操作的逻辑低输出信号107。如上所述，控制器104接收并评估输出信号107，并且可以生成控制信号105和109以减轻对IC 100在异常温度下操作的决定，如上面参考图1所描述的。
如上所述，低阈值监测电路216感测IC 100的温度是高于还是低于最小温度阈值，并且生成指示感测IC 100的温度是高于还是低于最小温度阈值的逻辑信号212。低阈值监测电路216包括恒定电流源206.1-206.2和导线201.1、202.1、203.1、204.1，其中每条导线可以是沉积在半导体衬底101上的金属迹线。导线201.1和202.1提供了第一对导线，第一对导线被制造为每个都具有彼此不同的电阻温度系数(TCR)。如本领域技术人员将理解的，TCR描绘了特定导线的电阻随温度的变化。此外，本领域技术人员将理解，通过将导线201.1和202.1制造为具有不同的截面宽度(本文中的“宽度”)可以实现不同的TCR。
现在将参考图2C讨论低阈值监测电路216的结构和操作，图2C示出了与导线201.1、202.1、203.1、204.1相关联的多种导线宽度的TCR。即，导线201.1具有第一宽度W1和对应的TCR252。而导线202.1具有比第一宽度W1的宽度窄的第二宽度W2，并得到相应的TCR254。要注意的是，与较宽宽度W1相关联的TCR 252比与较窄宽度W2相关联的TCR 254对温度更敏感。因此，与TCR 252相关联的电阻比与TCR 254相关联的电阻以更快的速率随温度增加，得到在特定温度下TCR 252与TCR 254之间的交点256，交点256定义了以上讨论的正常温度范围的最小温度阈值(Tmin)。同样地，导线203.1和204.1提供了第二对导线，第二对导线被制造为每个都具有彼此不同的TCR。仍然参考图2C，导线203.1具有第三宽度W3和相应的TCR258。而导线204.1具有比第三宽度W3的宽度窄的第四宽度W4，并得到相应的TCR260。要注意的是，与较宽宽度W3相关联的TCR 258比与较窄宽度W4相关联的TCR 260对温度更敏感。因此，与TCR 258相关联的电阻比与TCR 260相关联的电阻以更快的速率增加，得到在特定温度下的TCR 258和TCR 260之间的交点262，交点262定义了以上讨论的正常温度的最大温度阈值(Tmax)。
在操作期间，导线203.1和201.1由恒定电流源206.1驱动并且操作以提供第一分压器，以在形成在导线203.1和201.1的物理结点处的节点220处生成电压V1。同样地，导线204.1和202.1由电流源206.2驱动并且操作以提供第二分压器，以在形成在导线204.1和202.1的物理结点处的节点222处生成电压V2。这样，V1测量跨导线201.1(到地)的电压降，而V2测量跨导线202.1(到地)的电压降。电压V1和V2受到相应导线的不同TCR的影响，因为导线的相应电阻随温度而变化，如图2C所示。例如，基于各自的TCR，对于高于Tmin的任何给定温度，第一导体201.1(与TCR 252相关联)的电阻将高于第二导体202.1(与TCR 254相关联)的电阻。然而，在Tmin以下，对于低于Tmin的任何给定温度，第一导体201.1(与TCR 252相关联)的电阻将低于第二导体202.1(与TCR 254相关联)的电阻。因此，假设电流源206.1和206.2具有相等的幅度，则对于高于Tmin的任何给定温度，V1将大于V2，因此可以使用V1-V2的测量值来指示温度是否高于Tmin。因此，具有耦合到节点220和222的差分输入的运算放大器208用作比较器以测量电压差(V1-V2)。具体地，运算放大器208将逻辑信号212输出为逻辑高电平以指示V1大于V2，从而指示IC 100的温度高于Tmin，并且因此不是异常。而运算放大器208将逻辑信号212输出为逻辑低电平以指示V1小于V2，从而指示IC 100的温度低于Tmin，并且因此在正常温度范围之外。
现在将参考图2C讨论高阈值监测电路218的结构和操作。如上所述，高阈值监测电路218感测IC 100的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示IC 100的温度是高于还是低于最大温度阈值的逻辑信号214。高阈值监测电路218包括导线201.2、202.2、203.2、204.2，其中每条导线可以是沉积在半导体衬底101上的金属迹线。导线201.2、202.2、203.2、204.2具有与相应导线201.1、202.1、203.1、204.1相同或基本相同的宽度，从而：导线201.2具有与导线201.1相同的宽度W1和相应的TCR 252；导线202.2具有与导线202.1相同的宽度W2和对应的TCR 254；导线203.2具有与导线203.1相同的宽度W3和对应的TCR258；导线204.2具有与导线204.1相同的宽度W4和对应的TCR 260。因此，导线201.2和202.2提供了第三对导线，第三对导线被制造成彼此具有不同的TCR。同样，导线203.2和204.2提供了第四对导线，第四对导线被制造成彼此具有不同的TCR。要注意的是，与低阈值监测电路216相比，导线203.2(宽度W3)和204.2(宽度W4)耦合在相应的内部节点224、226与地之间。而对于低阈值监测电路216，导线201.1(宽度W1)和202.1(宽度W2)耦合在相应的内部节点220、222与地之间。
在操作期间，导线202.2和204.2由恒定电流源206.3驱动并且操作以提供第三分压器，以在形成在导线202.2和204.2的物理结点处的节点224处生成电压V3。同样地，导线201.2和203.2由恒定电流源206.4驱动并且用于提供第四分压器，以在形成在导线201.2和203.2的物理结点处的节点226处生成电压V4。这样，V3测量跨导线204.2和地的电压降，而V3测量跨导线203.2和地的电压降。电压V3和V4受到相应导线的不同TCR的影响，因为导线的相应电阻随温度而变化，如图2C所示。例如，基于各自的TCR，对于任何低于Tmax的给定温度，第四导体204.2(与TCR 260相关联)的电阻将高于第三导体203.2(与TCR 258相关联)的电阻。然而，在Tmax以上，对于高于Tmax的任何温度，第四导体204.2(与TCR 260关联)的电阻将低于第三导体203.2(与TCR 258关联)的电阻。因此，假设电流源206.3和206.4的幅度相等，则对于低于Tmax的任何给定温度，V3将大于V4，因此可以使用V3-V4的测量值来指示温度是否低于Tmax。因此，具有耦合到节点224和226的差分输入的运算放大器210用作比较器以测量电压差(V3-V4)。具体地，当V3大于V4时，运算放大器210将逻辑信号214输出为逻辑高，从而指示IC 100的温度低于Tmax，并且因此不是异常。而当V3小于V4时，运算放大器210将逻辑信号214输出为逻辑低电平，从而指示IC 100的温度高于Tmax，并且因此超出正常温度范围。
图3A示出了根据本公开实施例的温度传感器300，并且温度传感器300是图1所示的温度传感器108的第二实施例。温度传感器300基本上类似于温度传感器200，因此将仅讨论温度传感器200和温度传感器300之间的差异。即，温度传感器300包括逻辑门308而不是逻辑门208，其中逻辑门308除了逻辑信号212和214之外还包括时钟输入302。然而，逻辑门308被示为“与”门。基于本文提供的公开，本领域技术人员将认识到可以使用其他类型的逻辑门。
逻辑门308基于逻辑信号212、214和时钟信号302确定IC 100的温度是否在正常操作范围内，以生成指示温度是否在正常操作范围内的输出信号107。除了如下所述的附加时钟信号302在输出信号107上提供门控功能，逻辑门308的操作类似于逻辑门208。图3B至图3C示出了“真值表”，真值表描述了基于多种输入组合的逻辑门808操作。参考图3B，当逻辑信号212和214都处于逻辑高并且时钟信号302处于逻辑高时，逻辑门308生成指示IC 100的温度在正常操作范围内的逻辑高输出信号107。当逻辑信号212或214中的一个为逻辑低时，已违反最小温度阈值或最大温度阈值，因此逻辑门308生成指示IC 100在异常温度下操作的逻辑低输出信号107。参考图3C，当时钟信号302为逻辑低时，则输出信号107为逻辑低，而与逻辑信号212或214的状态无关。因此，附件时钟信号302在输出信号107上提供门控功能，使得除以上讨论的对逻辑信号212、214的要求之外，逻辑高电平将仅发生在时钟信号302的正时钟周期内。控制器104接收并评估输出信号107，并且可以生成控制信号105和109以减轻对IC 100在异常温度下操作的决定，如上面参考图1所描述的。
图4示出了电流镜402，电流镜402是根据本公开实施例的用于实现恒定电流源206.1和206.2的一个实施例。电流镜402包括以电流镜配置布置的参考晶体管404、镜像晶体管406、408和参考电流源410。镜像晶体管406和408分别提供恒定电流源206.1和206.2。在操作期间，参考电流源410定义了必须流过参考晶体管404的参考(REF)电流。参考晶体管404与镜像晶体管406、408的栅极连在一起，以便所有晶体管404-408具有共同的栅极电压并且相应源极耦合电压源Vs。因此，镜像晶体管406、408各个的栅极至源极电压须与参考晶体管404的栅极至源极电压相同或相似。这样，假设晶体管404、406和408具有相同尺寸，由晶体管406、408提供的各个电流由共同的栅极至源极电压决定，使得晶体管406和408提供的各个电流与参考电流源410提供的参考电流相同。可选地，如本领域技术人员将理解的，镜像晶体管406和408可以相对于参考晶体管410按比例缩放，以便按比例缩放各个镜像晶体管406和408提供的电流。此外，如本领域技术人员将理解的，可以使用类似的构造来实现恒定电流源206.3和206.4。
图5示出了根据本公开实施例的用于确定IC(例如，IC 100)温度是否在正常温度范围内操作的示例性操作的流程图500。仅出于示例目的，流程图500参考图2A中的温度传感器200和图1中的IC 100。本公开不限于对温度传感器200或IC 100的操作说明或应用。相反，对于相关领域的普通技术人员而言显而易见的是，其他操作控制流程、系统和应用在本公开的范围和精神内。
在操作502处，提供第一对导线，其中第一对导线具有彼此不同的TCR。例如，参考图2A，导线201.1和202.1提供了第一对导线，第一对导线被制造成彼此具有不同的TCR，如图2C中所示的各个TCR 252、254示出的。
在操作504处，提供第二对导线，其中第二对导线具有彼此不同的TCR，并且也不同于第一对导线。例如，参考图2A，导线204.2和203.2提供了第二对导线，第二对导线被制造成彼此具有不同的TCR，如图2C中所示的各个TCR 258、260示出的。TCR 258、260也不同于如图1所示的第一对导线的TCR 252、254。
在操作506处，使用第一对导线来确定IC的温度是高于还是低于最小温度阈值，并且生成指示IC的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号。例如，参考图2A，电流源206.1和206.2驱动第一对导线201.1和202.1(每个以分压器配置布置)以在连接节点220、221处生成电压V1、V2。此外，低阈值监测电路216基于电压差(V1-V2)来感测IC 100的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示IC 100的温度是高于还是低于最小温度阈值的逻辑信号212。例如，当温度高于最小温度阈值时逻辑信号212可以是逻辑高(例如“1”)，而当温度低于最小温度阈值时逻辑信号212可以是逻辑低(例如“0”)。
在操作508处，使用第二对导线来确定IC的温度是高于还是低于最大温度阈值，并且生成指示IC的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号。例如，参考图2A，电流源206.3和206.4驱动第二对导线204.2和203.2(每个以分压器配置布置)以在相应的连接节点224、226处生成电压V3、V4。此外，高阈值监测电路218基于电压差(V3-V4)来感测IC100的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示IC 100的温度是高于还是低于最大温度阈值的逻辑信号214。例如，当温度高于最小温度阈值时逻辑信号214可以是逻辑高(例如“1”)，而当温度低于最小温度阈值时逻辑信号214可以是逻辑低(例如“0”)。
在操作510处，基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定IC的温度是否在正常操作范围内，并且生成指示IC的温度是否在正常操作范围内的输出信号。例如，参考图2A，逻辑门208基于逻辑信号212和214确定IC 100的温度是否在正常操作范围内，并且生成指示IC100的温度是否在正常操作范围内的输出信号107。更具体地，当逻辑信号212和214都处于逻辑高时，逻辑门208生成指示IC 100温度在正常操作范围内的逻辑高的输出信号107。当逻辑信号212或214中的一个为逻辑低时，已违反最小温度阈值或最大温度阈值，因此逻辑门208生成指示IC 100在异常温度下操作的逻辑低输出信号107。
在操作512处，当基于输出信号确定IC的温度在正常操作范围之外时，启动和/或执行校正动作。例如，参考图1，控制器104可以从温度传感器108接收输出信号107，并且可以基于IC 100是否指示为在正常温度范围内操作(如以上参考图1所述)来控制电源102和/或功能电路106的操作状态。
结论
前述的详细描述公开了一种温度传感器，温度传感器包括低阈值监测电路、高阈值监测电路和逻辑门。低阈值监测电路感测集成电路(IC)的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示IC的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号。低阈值监测电路包括具有第一电阻温度系数(TCR)的第一导线和具有与第一TCR不同的第二TCR的第二导线，其中最小温度阈值由第一TCR和第二个TCR的交点确定。高阈值监测电路感测IC的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示IC的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号。高阈值监测电路包括具有第三TCR的第三导线和具有不同于第三TCR的第四TCR的第四导线，其中最大温度阈值由第三TCR和第四TCR的交点确定。逻辑门基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定IC的温度是否在正常温度范围内，并生成指示IC的温度是否在正常温度范围内的输出信号。
前述的详细描述还公开了一种确定集成电路(IC)是否在正常温度范围内操作的方法。该方法包括提供第一对导线和第二对导线。第一对的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数(TCR)。同样地，第二对导线的每条导线具有彼此不同的TCR，并且与第一对导线的导线具有不同的TCR。该方法还包括使用第一对导线来确定IC的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示IC的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号。该方法还包括使用第二对导线来确定IC的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示IC的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号。该方法还包括基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定IC的温度是否在正常操作范围内，并生成指示IC的温度是否在正常操作范围内的输出信号。该方法还包括基于指示IC的温度在正常温度范围之外的输出信号来启动校正动作。
前述的详细描述还公开了一种集成电路(IC)，包括设置在半导体衬底上的电源、功能电路、温度传感器和控制器。电源为IC提供电源电压或电源电流。布置在半导体衬底上的功能电路提供IC的电功能。温度传感器确定半导体衬底的温度是否在正常温度范围内，并生成指示半导体衬底的温度是否在正常温度范围内的输出信号。温度传感器包括具有第一电阻温度系数(TCR)的第一导线，具有第二TCR的第二导线，具有第三TCR的第三导线和具有第四TCR的第四导线。第一TCR、第二TCR、第三TCR、第四TCR中的每个彼此不同。此外，第一TCR与第二TCR的交点确定正常温度范围的最小温度阈值，第三TCR与第四TCR的交点确定正常温度范围的最大温度阈值。控制器接收来自温度传感器的输出信号，并基于半导体衬底的温度在正常温度范围之外来生成至少一个控制信号，以调整电源或功能电路。
本发明的实施例提供了一种温度传感器，包括：低阈值监测电路，配置为感测集成电路(IC)的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号，低阈值监测电路包括：第一导线，具有第一电阻温度系数(TCR)；和第二导线，具有不同于第一电阻温度系数的第二电阻温度系数，其中，最小温度阈值由第一电阻温度系数和第二电阻温度系数的交点确定；高阈值监测电路，配置为感测集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号，高阈值监测电路包括：第三导线，具有第三电阻温度系数；和第四导线，具有不同于第三电阻温度系数的第四电阻温度系数，其中，最大温度阈值由第三电阻温度系数和第四电阻温度系数的交点确定；以及逻辑门，配置为基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定集成电路的温度是否在正常温度范围内，并生成指示集成电路的温度是否在正常温度范围内的输出信号。
在上述温度传感器中，第一电阻温度系数比第二电阻温度系数对温度更敏感，使得第一导线的电阻随温度的增加比第二导线的电阻更快，以引起第一电阻温度系数和第二电阻温度系数在最小温度阈值处的交点；以及第三电阻温度系数比第四电阻温度系数对温度更敏感，使得第三导线的电阻随温度的增加比第四导线的电阻更快，以引起第三电阻温度系数和第四电阻温度系数在最大温度阈值处的交点。
在上述温度传感器中，第一导线具有大于第二导线的第二宽度的第一宽度；以及第三导线具有大于第四导线的第四宽度的第三宽度。
在上述温度传感器中，逻辑门还配置为基于以下条件生成具有第一逻辑状态的输出信号：指示集成电路的温度高于最小温度阈值的第一逻辑信号；以及指示集成电路的温度低于最大温度阈值的第二逻辑信号。
在上述温度传感器中，逻辑门还配置为基于以下条件来生成具有第二逻辑状态的输出信号：指示集成电路的温度低于最小温度阈值的第一逻辑信号；或者指示集成电路的温度高于最大温度阈值的第二逻辑信号。
在上述温度传感器中，逻辑门还配置为：基于具有第一逻辑状态的第一逻辑信号和第二逻辑信号，生成具有第一逻辑状态的输出信号；以及基于具有第二逻辑状态的第一逻辑信号或第二逻辑信号，生成具有第二逻辑状态的输出信号。
在上述温度传感器中，低阈值监测电路还包括：第一恒定电流源，配置为以恒定电流驱动第一导线，以在连接到第一导线的第一节点处生成电压V1；第二恒定电流源，配置为以恒定电流驱动第二导线，以在连接到第二导线的第二节点处生成电压V2；以及运算放大器，配置为当V1大于V2时测量电压差(V1-V2)并且将第一逻辑信号输出为第一逻辑状态，以及当V2大于V1时将第一逻辑信号输出为第二逻辑状态，其中，电压差(V1-V2)代表集成电路的温度是高于还是低于最低温度阈值。
在上述温度传感器中，高阈值监控器电路还包括：第三恒定电流源，配置为以恒定电流驱动第三导线，以在连接到第三导线的第三节点处生成电压V4；第四恒定电流源，配置为以恒定电流驱动第四导线，以在连接到第四导线的第四节点处生成电压V3；以及运算放大器，配置为当V4大于V3时测量电压差(V3-V4)并且将第二逻辑信号输出为第一逻辑状态，以及当V3大于V4时将第二逻辑信号输出为第二逻辑状态，其中，电压差(V3-V4)代表集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值。
在上述温度传感器中，第一导线布置在由第一恒定电流源驱动的第一分压器中，以生成电压V1；第二导线布置在由第二恒定电流源驱动的第二分压器中，以生成电压V2；第三导线布置在由第三恒定电流源驱动的第三分压器中，以生成电压V3；以及第四导线布置在由第四恒定电流源驱动的第四分压器中，以生成电压V4。
本发明的另一实施例提供了一种确定集成电路(IC)是否在正常温度范围内操作的方法，包括：提供第一对导线，第一对导线中的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数(TCR)；提供第二对导线，第二对导线中的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数并且具有与第一对导线不同的电阻温度系数；使用第一对导线确定集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值的第一逻辑信号；使用第二对导线确定集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值的第二逻辑信号；基于第一逻辑信号和第二逻辑信号确定集成电路的温度是否在正常操作范围内，并生成指示集成电路的温度是否在正常操作范围内的输出信号；以及基于指示集成电路的温度超出正常温度范围的输出信号启动校正动作。
在上述方法中，第一对导线包括第一导线和第二导线，第一导线具有对应的第一电阻温度系数，第二导线具有对应的第二电阻温度系数，并且其中，第一电阻温度系数比第二电阻温度系数对温度更敏感，使得第一导线的电阻随温度的增加比第二导线的电阻更快，以引起第一电阻温度系数和第二电阻温度系数在最小温度阈值处的交点。
在上述方法中，第二对导线包括第三导线和第四导线，第三导线具有对应的第三电阻温度系数，第四导线具有对应的第四电阻温度系数，并且其中，第三电阻温度系数比第四电阻温度系数对温度更敏感，使得第三导线的电阻随温度的增加比第四导线的电阻更快，以引起第三电阻温度系数和第四电阻温度系数在最大温度阈值处的交点。
在上述方法中，第一导线具有大于第二导线的第二宽度的第一宽度；以及第三导线具有大于第四导线的第四宽度的第三宽度。
在上述方法中，校正动作包括：调整由集成电路的电源提供的电源电压或电源电流；调整集成电路的功能电路的处理速度；或者禁用功能电路的信号输出或者数据输出。
在上述方法中，生成输出信号包括：基于具有第一逻辑状态的第一逻辑信号和第二逻辑信号，生成具有第一逻辑状态的输出信号；以及基于具有第二逻辑状态的第一逻辑信号或第二逻辑信号，生成具有第二逻辑状态的输出信号。
本发明的又一实施例提供了一种集成电路，包括：半导体衬底；电源，设置在半导体衬底上，配置为向集成电路提供电源电压或电源电流；功能电路，设置在半导体衬底上，配置为提供集成电路的电功能；温度传感器，设置在半导体衬底上，配置为确定半导体衬底的温度是否在正常温度范围内，并且生成指示半导体衬底的温度是否在正常温度范围内的输出信号，温度传感器包括：第一导线，具有第一电阻温度系数(TCR)；第二导线，具有第二电阻温度系数；第三导线，具有第三电阻温度系数；和第四导线，具有第四电阻温度系数，其中，第一电阻温度系数、第二电阻温度系数、第三电阻温度系数、第四电阻温度系数中的每个彼此不同，其中，第一电阻温度系数与第二电阻温度系数的交点确定正常温度范围的最小温度阈值；其中，第三电阻温度系数与第四电阻温度系数的交点确定正常温度范围的最大温度阈值；控制器，配置为接收输出信号，并且基于半导体衬底的温度在正常温度范围之外来生成至少一个控制信号，以调整电源或者功能电路。
在上述集成电路中，第一电阻温度系数比第二电阻温度系数对温度更敏感，使得第一导线的电阻随温度的增加比第二导线的电阻更快，以引起第一电阻温度系数和第二电阻温度系数在最小温度阈值处的交点；以及第三电阻温度系数比第四电阻温度系数对温度更敏感，因此第三导线的电阻随温度的增加比第四导线的电阻更快，以引起第三电阻温度系数和第四电阻温度系数在最大温度阈值处的交点。
在上述集成电路中，至少一个控制信号包括：第一控制信号，配置为调整由电源提供的电源电压或者电源电流；或者第二控制信号，配置为禁用功能电路的信号输出或者数据输出。
在上述集成电路中，第一导线布置在由第一恒定电流源驱动的第一分压器中，以生成电压V1；第二导线布置在由第二恒定电流源驱动的第二分压器中，以生成电压V2；第三导线布置在由第三恒定电流源驱动的第三分压器中，以生成电压V3；以及第四导线布置在由第四恒定电流源驱动的第四分压器中，以生成电压V4。
在上述集成电路中，温度传感器还包括逻辑门，逻辑门配置为：基于电压V1和V2的比较确定集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值，并且基于电压V3和V4的比较确定温度是高于还是低于最大温度阈值；当集成电路的温度高于最小温度阈值并且低于最大温度阈值时，生成具有第一逻辑状态的输出信号；以及当集成电路的温度低于最小温度阈值或者高于最大温度阈值时，生成具有第二逻辑状态的输出信号。
前面的详细描述参考附图以示出与本公开一致的示例性实施例。前述详细描述中对“示例性实施例”的引用指示所描述的示例性实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个示例性实施例可以不必包括特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定是指相同的示例性实施例。此外，无论是否明确描述，结合示例性实施例描述的任何特征、结构或特性可以独立地或以任何组合包括在其他示例性实施例的特征，结构或特性中。
前面的详细描述并不意味着限制。而是，仅根据本公开及其等同物来限定本公开的范围。应当理解，前面的详细描述(而不是的概要部分)旨在用于解释本公开。概要部分可以阐述本公开的一个或多个但不是全部示例性实施例，因此，无意以任何方式限制本公开及其等同物。
出于详细说明的目的，提供了在前面的详细描述中描述的示例性实施例，而不是要进行限制。其他示例性实施例是可能的，并且可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对示例性实施例进行修改。已经借助于示出实现特定功能及其关系的功能构造块描述了前述详细描述。为了便于描述，在这里已经任意定义了这些功能构造块的边界。只要适当执行指定的功能及其关系，就可以定义其他边界。
本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本公开的实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算电路)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括非暂时性机器可读介质，例如只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；以及其他。作为另一个示例，机器可读介质可以包括瞬态机器可读介质，例如电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)。此外，固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应该意识到，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由执行固件、软件、例程、指令等的计算设备、处理器、控制器或其他设备引起的。
前述详细说明完全揭示了本公开的一般性质，他人可以通过应用相关领域技术人员的知识在不过度实验的情况下，容易地修改和/或适应诸如示例性实施例的各种应用，而不会背离本公开的精神和范围。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的修改和适应旨在在示例性实施例的等同形式的含义和数量之内。应当理解，本文的措词或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由相关领域的技术人员根据本文教导进行解释。

Claims (20)

1.一种温度传感器，包括：
低阈值监测电路，配置为感测集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示所述集成电路的温度是高于还是低于所述最小温度阈值的第一逻辑信号，所述低阈值监测电路包括：
第一导线，具有第一电阻温度系数，所述第一导线是在所述集成电路的半导体衬底上的第一金属迹线并且所述第一电阻温度系数与所述第一金属迹线的第一宽度相关联；和
第二导线，具有不同于所述第一电阻温度系数的第二电阻温度系数，所述第二导线是在所述半导体衬底上的第二金属迹线并且所述第二电阻温度系数与所述第二金属迹线的第二宽度相关联；
其中，所述最小温度阈值由所述第一电阻温度系数和所述第二电阻温度系数的交点确定；
高阈值监测电路，配置为感测所述集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示所述集成电路的温度是高于还是低于所述最大温度阈值的第二逻辑信号，所述高阈值监测电路包括：
第三导线，具有第三电阻温度系数；和
第四导线，具有不同于所述第三电阻温度系数的第四电阻温度系数，
其中，所述最大温度阈值由所述第三电阻温度系数和所述第四电阻温度系数的交点确定；以及
逻辑门，配置为基于所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号确定所述集成电路的温度是否在正常温度范围内，并生成指示所述集成电路的温度是否在所述正常温度范围内的输出信号。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其中：
所述第一电阻温度系数比所述第二电阻温度系数对温度更敏感，使得所述第一导线的电阻随温度的增加比所述第二导线的电阻更快，以引起所述第一电阻温度系数和所述第二电阻温度系数在所述最小温度阈值处的所述交点；以及
所述第三电阻温度系数比所述第四电阻温度系数对温度更敏感，使得所述第三导线的电阻随温度的增加比所述第四导线的电阻更快，以引起所述第三电阻温度系数和所述第四电阻温度系数在所述最大温度阈值处的所述交点。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其中：
所述第一宽度大于所述第二导线的第二宽度；以及
所述第三导线的第三宽度大于所述第四导线的第四宽度。
4.根据权利要求1所述的温度传感器，其中，所述逻辑门还配置为基于以下条件生成具有第一逻辑状态的所述输出信号：
指示所述集成电路的温度高于所述最小温度阈值的所述第一逻辑信号；以及
指示所述集成电路的温度低于所述最大温度阈值的所述第二逻辑信号。
5.根据权利要求4所述的温度传感器，其中，所述逻辑门还配置为基于以下条件来生成具有第二逻辑状态的所述输出信号：
指示所述集成电路的温度低于所述最小温度阈值的所述第一逻辑信号；或者
指示所述集成电路的温度高于所述最大温度阈值的所述第二逻辑信号。
6.根据权利要求1所述的温度传感器，其中，所述逻辑门还配置为：
基于具有第一逻辑状态的所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号，生成具有所述第一逻辑状态的所述输出信号；以及
基于具有第二逻辑状态的所述第一逻辑信号或所述第二逻辑信号，生成具有所述第二逻辑状态的输出信号。
7.根据权利要求1所述的温度传感器，其中，所述低阈值监测电路还包括：
第一恒定电流源，配置为以恒定电流驱动所述第一导线，以在连接到所述第一导线的第一节点处生成电压V1；
第二恒定电流源，配置为以所述恒定电流驱动所述第二导线，以在连接到所述第二导线的第二节点处生成电压V2；以及
运算放大器，配置为当V1大于V2时测量电压差(V1-V2)并且将所述第一逻辑信号输出为第一逻辑状态，以及当V2大于V1时将所述第一逻辑信号输出为第二逻辑状态，
其中，所述电压差(V1-V2)代表所述集成电路的温度是高于还是低于最低温度阈值。
8.根据权利要求7所述的温度传感器，其中，所述高阈值监测电路还包括：
第三恒定电流源，配置为以所述恒定电流驱动第三导线，以在连接到所述第三导线的第三节点处生成电压V3；
第四恒定电流源，配置为以所述恒定电流驱动第四导线，以在连接到所述第四导线的第四节点处生成电压V4；以及
运算放大器，配置为当V3大于V4时测量电压差(V3-V4)并且将所述第二逻辑信号输出为第一逻辑状态，以及当V4大于V3时将所述第二逻辑信号输出为所述第二逻辑状态，
其中，所述电压差(V3-V4)代表所述集成电路的温度是高于还是低于所述最大温度阈值。
9.根据权利要求8所述的温度传感器，其中：
所述第一导线布置在由所述第一恒定电流源驱动的第一分压器中，以生成所述电压V1；
所述第二导线布置在由所述第二恒定电流源驱动的第二分压器中，以生成所述电压V2；
所述第三导线布置在由所述第三恒定电流源驱动的第三分压器中，以生成所述电压V3；以及
所述第四导线布置在由所述第四恒定电流源驱动的第四分压器中，以生成所述电压V4。
10.一种确定集成电路是否在正常温度范围内操作的方法，包括：
提供第一对导线，所述第一对导线中的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数；
提供第二对导线，所述第二对导线中的每条导线具有彼此不同的电阻温度系数并且具有与所述第一对导线不同的电阻温度系数；
使用所述第一对导线确定所述集成电路的温度是高于还是低于最小温度阈值，并生成指示所述集成电路的温度是高于还是低于所述最小温度阈值的第一逻辑信号；
使用所述第二对导线确定所述集成电路的温度是高于还是低于最大温度阈值，并生成指示所述集成电路的温度是高于还是低于所述最大温度阈值的第二逻辑信号；
基于所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号确定所述集成电路的温度是否在正常操作范围内，并生成指示所述集成电路的温度是否在所述正常操作范围内的输出信号；以及
基于指示所述集成电路的温度超出所述正常温度范围的输出信号启动校正动作；
其中，所述第一对导线包括第一导线和第二导线，所述第一导线是在所述集成电路的半导体衬底上的第一金属迹线并且具有对应于第一电阻温度系数的第一宽度，所述第二导线是在所述半导体衬底上的第二金属迹线并且具有对应于第二电阻温度系数的第二宽度，并且
其中，所述第二对导线包括第三导线，所述第三导线具有对应于第三电阻温度系数的第三宽度，所述第三宽度不同于所述第一宽度和所述第二宽度，并且其中所述第二对导线还包括第四导线，所述第四导线具有对应于第四电阻温度系数的第四宽度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一电阻温度系数比所述第二电阻温度系数对温度更敏感，使得所述第一导线的电阻随温度的增加比所述第二导线的电阻更快，以引起所述第一电阻温度系数和所述第二电阻温度系数在所述最小温度阈值处的交点。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第三电阻温度系数比所述第四电阻温度系数对温度更敏感，使得所述第三导线的电阻随温度的增加比所述第四导线的电阻更快，以引起所述第三电阻温度系数和所述第四电阻温度系数在所述最大温度阈值处的交点。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述第一宽度大于所述第二导线的第二宽度；以及
所述第三宽度大于所述第四导线的第四宽度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述校正动作包括：
调整由所述集成电路的电源提供的电源电压或电源电流；
调整所述集成电路的功能电路的处理速度；或者
禁用所述功能电路的信号输出或者数据输出。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，生成所述输出信号包括：
基于具有第一逻辑状态的所述第一逻辑信号和所述第二逻辑信号，生成具有所述第一逻辑状态的所述输出信号；以及
基于具有第二逻辑状态的所述第一逻辑信号或所述第二逻辑信号，生成具有所述第二逻辑状态的输出信号。
16.一种集成电路，包括：
半导体衬底；
电源，设置在所述半导体衬底上，配置为向所述集成电路提供电源电压或电源电流；
功能电路，设置在所述半导体衬底上，配置为提供所述集成电路的电功能；
温度传感器，设置在所述半导体衬底上，配置为确定所述半导体衬底的温度是否在正常温度范围内，并且生成指示所述半导体衬底的温度是否在所述正常温度范围内的输出信号，所述温度传感器包括：
第一导线，具有第一电阻温度系数，所述第一电阻温度系数与所述第一导线的第一宽度相关联；
第二导线，具有第二电阻温度系数，所述第二电阻温度系数与所述第二导线的第二宽度相关联；
第三导线，具有第三电阻温度系数，所述第三导线是在所述半导体衬底上的第一金属迹线并且所述第三电阻温度系数与所述第一金属迹线的不同于所述第一宽度和所述第二宽度的第三宽度相关联；和
第四导线，具有第四电阻温度系数，所述第四导线是在所述半导体衬底上的第二金属迹线并且所述第四电阻温度系数与所述第二金属迹线的第四宽度相关联，
其中，所述第一电阻温度系数、所述第二电阻温度系数、所述第三电阻温度系数以及所述第四电阻温度系数中的每个彼此不同，
其中，所述第一电阻温度系数与所述第二电阻温度系数的交点确定所述正常温度范围的最小温度阈值；
其中，所述第三电阻温度系数与所述第四电阻温度系数的交点确定所述正常温度范围的最大温度阈值；
控制器，配置为接收所述输出信号，并且基于所述半导体衬底的温度在所述正常温度范围之外来生成至少一个控制信号，以调整所述电源或者所述功能电路。
17.根据权利要求16所述的集成电路，其中：
所述第一电阻温度系数比所述第二电阻温度系数对温度更敏感，使得所述第一导线的电阻随温度的增加比所述第二导线的电阻更快，以引起所述第一电阻温度系数和所述第二电阻温度系数在所述最小温度阈值处的所述交点；以及
所述第三电阻温度系数比所述第四电阻温度系数对温度更敏感，因此所述第三导线的电阻随温度的增加比所述第四导线的电阻更快，以引起所述第三电阻温度系数和所述第四电阻温度系数在所述最大温度阈值处的所述交点。
18.根据权利要求16所述的集成电路，其中，所述至少一个控制信号包括：
第一控制信号，配置为调整由所述电源提供的所述电源电压或者所述电源电流；或者
第二控制信号，配置为禁用所述功能电路的信号输出或者数据输出。
19.根据权利要求16所述的集成电路，其中：
所述第一导线布置在由第一恒定电流源驱动的第一分压器中，以生成电压V1；
所述第二导线布置在由第二恒定电流源驱动的第二分压器中，以生成电压V2；
所述第三导线布置在由第三恒定电流源驱动的第三分压器中，以生成电压V3；以及
所述第四导线布置在由第四恒定电流源驱动的第四分压器中，以生成电压V4。
20.根据权利要求19所述的集成电路，其中，所述温度传感器还包括逻辑门，所述逻辑门配置为：
基于电压V1和V2的比较确定所述集成电路的温度是高于还是低于所述最小温度阈值，并且基于电压V3和V4的比较确定所述温度是高于还是低于所述最大温度阈值；
当所述集成电路的温度高于所述最小温度阈值并且低于所述最大温度阈值时，生成具有第一逻辑状态的所述输出信号；以及
当所述集成电路的温度低于所述最小温度阈值或者高于所述最大温度阈值时，生成具有第二逻辑状态的所述输出信号。
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