CN114356020A - 远端温度传感器寄生电阻消除电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种远端温度传感器寄生电阻消除电路及其控制方法，所述电路包括：远端三极管，用于感测温度并具有寄生电阻；以及温度传感器，连接至所述远端三极管；其中，所述温度传感器被配置为：通过调整由外加时钟的时钟信号控制的时间周期，分别得到所述远端三极管的基极‑发射极电压的第一差值和第二差值；并将第一差值和第二差值加权相减，以便消除寄生电阻的影响。本公开通过积分电路经过两个周期采样可以得到消除所述寄生电阻的影响，降低了对外加时钟的时钟信号的频率的要求，优化了寄生电阻消除电路的电路结构。

Description

远端温度传感器寄生电阻消除电路及其控制方法

技术领域

本公开涉及电子电路技术领域，特别涉及一种远端温度传感器寄生电阻消除电路及其控制方法。

背景技术

随着集成电路的发展，芯片单位面积发热量急剧上升，致使现有计算系统的发热问题日益严重。常见的方法是使用远端温度传感器对系统进行热管理。远端温度传感器的工作原理是采样不同偏置电流下远端三极管的基极-发射极电压V_BE，并将其相减得到与温度呈正相关的基极-发射极电压差ΔV_BE，并通过ADC将ΔV_BE转换为温度信号。

然而远端三极管和温度传感器之间通常会有较长的引线，引线中存在的寄生电阻会影响远端温度传感器的测温精度。目前，通常的做法是使用寄生电阻消除技术来减小测温芯片与远端三极管之间的寄生电阻对测温精度的影响。

发明内容

有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种远端温度传感器寄生电阻消除电路，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本公开一方面提供了一种远端温度传感器寄生电阻消除电路，包括：

远端三极管，用于感测温度并具有寄生电阻；以及

温度传感器，连接至上述远端三极管；

其中，上述温度传感器被配置为：

通过调整由外加时钟的时钟信号控制的时间周期，分别得到上述远端三极管的基极-发射极电压的第一差值和第二差值；并将上述第一差值和上述第二差值加权相减，以便消除上述寄生电阻的影响。

根据本公开的一种实施例，其中，温度传感器包括：

可控电流源模块，用于向上述远端三极管施加可控偏置电流；

模数转换器模块，用于接收上述远端三极管的基极-发射极电压差，并加权相减。

根据本公开的一种实施例，其中上述可控电流源模块包括：

偏置电流源，用于产生偏置电流I_bias；

2N个电流镜，用于通过复制上述偏置电流I_bias产生2N个相同的偏置电流I_bias；以及

第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，用于控制上述可控偏置电流的大小。

根据本公开的一种实施例，其中，所述模数转换器模块包括：

第一电容开关组，与上述远端三极管的基极相连；

第二电容开关组，与上述远端三极管的发射极相连，其中，上述第二电容开关组与上述第一电容开关组相同；

积分电路，包括一个全差分运算放大器以及与上述全差分运算放大器相连的第三电容开关组和第四电容开关组，其中，上述第三电容开关组与上述第四电容开关组相同；

其中，上述第一电容开关组、上述第二电容开关组、上述积分电路和上述远端三极管以全差分电路结构的方式连接。

根据本公开的一种实施例，其中，上述模数转换器模块还包括第五开关；

其中上述第一电容开关组和上述第二电容开关组各自包括：

并联的两个第一电容，其中一个第一电容与上述第五开关串联。

根据本公开的一种实施例，其中，上述模数转换器模块的上述积分电路还包括第六开关和第七开关；

其中上述第三电容开关组和第四电容开关组各自包括：

并联的第六开关和第七开关，其中上述第六开关与上述第二电容串联。

根据本公开的一种实施例，其中，

上述第七开关由第一时钟信号控制；

上述第六开关由第二时钟信号控制，上述第二时钟信号与上述第一时钟信号反相；以及

上述第五开关由第三时钟信号控制，上述第三时钟信号与上述第一时钟信号同相，上述第三时钟信号的周期是上述第一时钟信号的周期的2倍。

根据本公开的一种实施例，其中上述可控电流源模块还包括：

上述第一时钟信号、上述第二时钟信号和上述第三时钟信号共同控制上述第一开关、上述第二开关、上述第三开关和上述第四开关各自的接通和断开状态。

根据本公开的一种实施例，其中上述远端三极管包括：

一个三极管；以及

与所述三极管的发射极相连的第一电阻、与所述三极管的基极相连的第二电阻；

上述第一电阻和上述第二电阻被等效为一个寄生电阻。

本公开另一方面提供了一种上述的电路进行消除寄生电阻的方法，包括：

在第一时段，第一时钟信号为有效电平，上述温度传感器向上述远端三极管施加可控偏置电流I_bias；

在第二时段，上述第一时钟信号的为非有效电平，向上述远端三极管施加可控偏置电流NI_bias，得到第一差值ΔV′_BE1为

在第三时段，上述第一时钟信号为有效电平，上述温度传感器在向上述远端三极管施加可控偏置电流2I_bias；

在第四时段，上述第一时钟信号为非有效电平，向上述远端三极管施加可控偏置电流2NI_bias，得到第二差值ΔV′_BE2为

将第一差值和第二差值加权相减，得到消除电阻影响的基极-发射极电压之差

其中，ΔV′_BE1是第一基极-发射极电压差；ΔV′_BE2是第二基极-发射极电压差；I_C是三极管集电极电流；V′_BE(·)是基极-发射极电压，由不同三极管集电极电流I_C得到不同基极-发射极电压；k是波耳兹曼常数，值为1.38×10^-23；q是元电荷，值为1.6×10^-19，T是开尔文温度；N是常数；R_S是寄生电阻；ΔV_BE，CANCEL是第三基极-发射极电压。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除电路结构图；

图2示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除电路时钟信号时序；

图3示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除电路部分开关工作时序；以及

图4示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除方法的流程图。

100-远端三极管；

200-温度传感器；

210-可控电流源模块；

220-模数转换器模块。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

图1示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除电路结构图。

如图1所示，本公开一实施例的寄生电阻消除电路包括：

远端三极管100，用于感测温度并具有寄生电阻。

以及，温度传感器200，连接至所述远端三极管100。

其中，所述温度传感器200被配置为：

通过调整由外加时钟的时钟信号控制的时间周期，分别得到远端三极管100的基极-发射极电压的第一差值和第二差值；并将所述第一差值和所述第二差值加权相减，以便消除所述寄生电阻的影响。

本公开一实施例通过积分电路采样两次可以得到消除所述寄生电阻的影响，降低了对外加时钟的时钟信号的频率的要求，优化了寄生电阻消除电路的电路结构。

根据本公开的实施例，温度传感器200包括：

可控电流源模块210，用于向所述远端三极管100施加可控偏置电流。

模数转换器模块220，用于接收所述远端三极管100的基极-发射极电压差，并加权相减。

更具体的，可控电流源模块210控制不同偏置电流流入远端三极管100，由于远端三极管100中具有不可消除的寄生电阻，使模数转换器模块220在采样过程中得到包含寄生电阻项的电压差值，通过对多个不同偏置电流下的电压差值加权相减，得到不包含寄生电阻项的电压差值。

根据本公开的实施例，可控电流源模块210包括：

偏置电流源，用于产生偏置电流I_bias。

2N个电流镜，用于通过复制所述偏置电流I_bias产生2N个相同的偏置电流I_bias。

以及，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，用于控制所述可控偏置电流的大小。

更具体的，由偏置电流源产生的偏置电流I_bias经过2N个电流镜复制，可以得到2N个相同的偏置电流I_bias，可控电流源模块210可以给远端三极管100施加I_bias-2NI_bias大小的偏置电流，通过第一开关、第二开关、第三开关和第四开关控制控制不同偏置电流流入远端三极管100。

可以设置，当第一开关处于接通状态时，可控电流源模块210给远端三极管100施加I_bias大小的偏置电流；当第二开关处于接通状态时，可控电流源模块210给远端三极管100施加NI_bias大小的偏置电流；当第一开关处于接通状态时，可控电流源模块210给远端三极管100施加2NI_bias大小的偏置电流；当第一开关处于接通状态时，可控电流源模块210给远端三极管100施加2I_bias大小的偏置电流。

根据本公开的实施例，模数转换器模块220包括：

第一电容开关组，与远端三极管100的基极相连。

第二电容开关组，与远端三极管100的发射极相连，其中，所述第二电容开关组与所述第一电容开关组相同。

积分电路，包括一个全差分运算放大器以及与全差分运算放大器相连的第三电容开关组和第四电容开关组，其中，第三电容开关组与第四电容开关组相同。

第一电容开关组、第二电容开关组、积分电路和远端三极管100以全差分电路结构的方式连接。

更具体的，第一电容开关组和第二电容开关组用于储存每一次偏置电流经过端三极管100得到的电荷，并将电荷转移到积分电路；积分电路在积分过程中基于转移的电荷得到基极-发射极电压差，并通过对多个不同偏置电流下的电压差值加权相减，得到不包含寄生电阻项的电压差值；全差分电路结构使电路精确度更高。

根据本公开的实施例，模数转换器模块220还包括第五开关；其中第一电容开关组和第二电容开关组各自包括：

并联的两个第一电容，其中一个第一电容与所述第五开关串联。

更具体的，当第五开关接通时，并联的两个第一电容都接入电路，当第五开关断开时，只有不与第五开关串联第一电容接入电路，通过改变第五开关的接通与断开的状态，改变对第一差值和第二差值的加权值。

根据本公开的实施例，数转换器模块220的所述积分电路还包括第六开关和第七开关；其中所述第三电容开关组和第四电容开关组各自包括：

并联的第六开关和第七开关，其中所述第六开关与所述第二电容串联。

更具体的，当第七开关接通时，第三电容开关组和第四电容开关组被并联的第七开关短路，此时积分电路不工作，第一电容开关组和第二电容开关组进行采样，得到第一差值或第二差值；当第七开关断开、第六开关接通时积分电路进行积分，对得到的第一差值和第二差值进行运算，得到不包含寄生电阻项的电压差值。

图2示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除电路时钟信号时序。

如图2所示，本公开一实施例的寄生电阻消除电路时钟信号包括：

第一时钟信号

为初始为有效电平，有效电平和非有效电平各为50％的周期信号；第二时钟信号

为与第一时钟信号

反相的周期信号；第三时钟信号

为第一时钟信号同相，初始为有效电平，周期是所述第一时钟信号的周期的2倍的周期信号。

更具体的，第一时钟信号通过控制第七开关的接通或断开来控制采样的开始或结束；第二时钟信号通过控制第六开关的接通或断开来控制积分的开始或结束；第三时钟信号通过控制第五开关的接通或断开来控制第一电容开关组和第二电容开关组的第一电容的电荷量的大小，上述第五开关、第六开关和第七开关开关在对应时钟信号有效电平时接通，在对应时钟信号非有效电平时断开。

图3示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除电路部分开关工作时序。

如图3所示，本公开一实施例的寄生电阻消除电路部分开关工作时序包括：

第一开关、第二开关、第三开关和第四开关各自的接通和断开状态由第一时钟信号、第二时钟信号和第三时钟信号共同控制。

更具体的：

当第一时钟信号为有效电平、第二时钟信号为非有效电平、第三时钟信号为有效电平时，第一开关断开，其余时序所述第一开关接通；

当第一时钟信号为非有效电平、第二时钟信号为有效电平、第三时钟信号为有效电平时，第二开关断开，其余时序所述第二开关接通；

当第一时钟信号为有效电平、第二时钟信号为非有效电平、第三时钟信号为非有效电平时，第三开关断开，其余时序第三开关接通；

当第一时钟信号为非有效电平、第二时钟信号为有效电平、第三时钟信号为非有效电平时，第四开关断开，其余时序第四开关接通；

第一时钟信号、第二时钟信号和第三时钟信号共同控制温度传感器200施加到远端三极管100上的偏置电流大小。

根据本公开的实施例，远端三极管100包括：

一个三极管；以及与所述三极管的发射极相连的第一电阻、与所述三极管的基极相连的第二电阻；由于流过第一电阻和第二电阻的电流相同，因此第一电阻和第二电阻可以被等效为一个寄生电阻。

根据本发明的实施例还提供了一种利用上述电路消除寄生电阻的方法，包括：

图4示意性示出了本公开一实施例的寄生电阻消除方法的流程图。

如图4所示，S1，在第一时段，上述温度传感器向上述远端三极管施加可控偏置电流I_bias；在第二时段，上述温度传感器向上述远端三极管施加可控偏置电流NI_bias，得到第一差值ΔV′_BE1，表示为：

S2，在第三时段，上述温度传感器向上述远端三极管施加可控偏置电流2I_bias；在第四时段，上述温度传感器向上述远端三极管施加可控偏置电流2NI_bias，得到第二差值ΔV′_BE2，可以表示为：

S3，将第一差值和第二差值加权相减，得到消除电阻影响的基极-发射极电压之差，可以表示为：

更具体的，在第一时段，第一时钟信号

为第一个周期的有效电平、第二时钟信号为第一个周期的非有效电平、第三时钟信号为第一个周期的有效电平，此时第一开关接通、第二开关断开、第三开关断开、第四开关断开、第五开关接通、第六开关断开、第七开关接通，第一电容开关组和第二电容开关组的两个第一电容接入电路、积分电路不工作、可控电流源模块210给远端三极管100施加I_bias大小的偏置电流，此时在第一电容开关组和第二电容开关组中的基极-发射极电压可以表示为：

基于基极-发射极电压，在采样过程中在积分电路的第二电容上得到的电荷可以表示为：

在第二时段，第一时钟信号

为第一个周期的非有效电平、第二时钟信号为第一个周期的有效电平、第三时钟信号为第一个周期的非有效电平，此时第一开关断开、第二开关接通、第三开关断开、第四开关断开、第五开关断开、第六开关接通、第七开关断开，第一电容开关组和第二电容开关组中只有不与第五开关串联第一电容接入电路、积分电路工作、可控电流源模块210给远端三极管100施加NI_bias大小的偏置电流，此时在积分电路中的基极-发射极电压可以表示为：

基于基极-发射极电压，在采样过程中在积分电路的第二电容上得到的电荷可以表示为：

所以，在第一个周期得到第一差值ΔV′_BE1，可以表示为：

第三时段的操作步骤与上述步骤类似，可以得到：

第四时段的操作步骤与上述步骤类似，可以得到：

所以，在第二个周期得到第二差值ΔV′_BE2，可以表示为：

将第一差值和第二差值加权相减，得到消除电阻影响的基极-发射极电压之差：

两个周期后在采样得到积分电路的第二电容上得到的电荷可以表示为：

其中，ΔV′_BE1是第一基极-发射极电压差ΔV′_BE2是第二基极-发射极电压差；I_C是三极管集电极电流；V′_BE(·)是基极-发射极电压，由不同三极管集电极电流I_C得到不同基极-发射极电压；Cs为第一电容开关组和第二电容开关组中的电容值；Q_(·)是采样过程中得到的电荷量，可以由公式Q_(·)＝Cs×V′_BE(·)或Q_(·)＝Cs×ΔV′_BE(·)得到；k是波耳兹曼常数，值为1.38×10^-23；q是元电荷，值为1.6×10^-19，T是开尔文温度；N是常数；R_S是寄生电阻；ΔV_BE，CANCEL是第三基极-发射极电压。

根据本发明的实施例提供的远端温度传感器寄生电阻消除电路及其控制方法，只需要经过两次采样周期就可以消除所述寄生电阻的影响，降低了外加时钟的频率，从而减小模数转换器模块中ADC的功耗提高ADC的性能；优化了温度传感器200的电路结构，降低了电路成本。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种远端温度传感器寄生电阻消除电路，包括：

远端三极管(100)，用于感测温度并具有寄生电阻；以及

温度传感器(200)，连接至所述远端三极管(100)；

其中，所述温度传感器(200)被配置为：

通过调整由外加时钟的时钟信号控制的时间周期，分别得到所述远端三极管(100)的基极-发射极电压的第一差值和第二差值；并将所述第一差值和所述第二差值加权相减，以便消除所述寄生电阻的影响。

2.如权利要求1所述的电路，其中，温度传感器(200)包括：

可控电流源模块(210)，用于向所述远端三极管(100)施加可控偏置电流；

模数转换器模块(220)，用于接收所述远端三极管(100)的基极-发射极电压差，并加权相减。

3.如权利要求2所述的电路，其中所述可控电流源模块(210)包括：

偏置电流源，用于产生偏置电流I_bias；

2N个电流镜，用于通过复制所述偏置电流I_bias产生2N个相同的偏置电流I_bias；以及

第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，用于控制所述可控偏置电流的大小。

4.如权利要求2所述的电路，其中，所述模数转换器模块(220)包括：

第一电容开关组，与所述远端三极管(100)的基极相连；

第二电容开关组，与所述远端三极管(100)的发射极相连，其中，所述第二电容开关组与所述第一电容开关组相同；

积分电路，包括一个全差分运算放大器以及与所述全差分运算放大器相连的第三电容开关组和第四电容开关组，其中，所述第三电容开关组与所述第四电容开关组相同；

其中，所述第一电容开关组、所述第二电容开关组、所述积分电路和所述远端三极管(100)以全差分电路结构的方式连接。

5.如权利要求4所述的电路，其中，所述模数转换器模块(220)还包括第五开关；

其中第一电容开关组和第二电容开关组各自包括：

并联的两个第一电容，其中一个第一电容与所述第五开关串联。

6.如权利要求5所述的电路，其中，所述模数转换器模块(220)的所述积分电路还包括第六开关和第七开关；

其中所述第三电容开关组和第四电容开关组各自包括：

并联的第六开关和第七开关，其中所述第六开关与所述第二电容串联。

7.如权利要求6所述的电路，其中，

所述第七开关由第一时钟信号控制；

所述第六开关由第二时钟信号控制，所述第二时钟信号与所述第一时钟信号反相；以及

所述第五开关由第三时钟信号控制，所述第三时钟信号与所述第一时钟信号同相，所述第三时钟信号的周期是所述第一时钟信号的周期的2倍。

8.如权利要求7所述的电路，其中所述可控电流源模块(210)还包括：

所述第一时钟信号、所述第二时钟信号和所述第三时钟信号共同控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关各自的接通和断开状态。

9.如权利要求8所述的电路，其中所述远端三极管(100)包括：

一个三极管；以及

与所述三极管的发射极相连的第一电阻、与所述三极管的基极相连的第二电阻；

所述第一电阻和所述第二电阻被等效为一个寄生电阻。

10.一种利用如权利要求1-9中任一项所述的电路进行消除寄生电阻的控制方法，包括：

在第一时段，所述温度传感器(200)向所述远端三极管(100)施加可控偏置电流I_bias；

在第二时段，所述温度传感器(200)向所述远端三极管(100)施加可控偏置电流NI_bias，得到第一差值ΔV′_BE1，表示为：

在第三时段，所述温度传感器(200)在向所述远端三极管(100)施加可控偏置电流2I_bias；

在第四时段，所述温度传感器(200)向所述远端三极管(100)施加可控偏置电流2NI_bias，得到第二差值ΔV′_BE2，表示为：

将第一差值和第二差值加权相减，得到消除电阻影响的基极-发射极电压之差：

其中，ΔV′_BE1是第一基极-发射极电压差ΔV′_BE2是第二基极-发射极电压差；I_C是三极管集电极电流；V′_BE(·)是基极-发射极电压，由不同三极管集电极电流I_C得到不同基极-发射极电压；k是波耳兹曼常数，值为1.38×10^-23；q是元电荷，值为1.6×10^-19，T是开尔文温度；N是常数；R_S是寄生电阻；ΔV_BE，CANCEL是第三基极-发射极电压。

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