CN114397037A - Cmos温度感应电路及温度传感器 - Google Patents

Cmos温度感应电路及温度传感器 Download PDF

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CN114397037A CN202111285177.7A CN202111285177A CN114397037A CN 114397037 A CN114397037 A CN 114397037A CN 202111285177 A CN202111285177 A CN 202111285177A CN 114397037 A CN114397037 A CN 114397037A
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Abstract

本公开提供了一种CMOS温度感应电路及温度传感器，CMOS温度感应电路包括：电容，包括第一端和第二端，第二端接地；恒流源，输出端用于输出恒定电流；第一电流镜，输入端与恒流源的输出端连接；第一电压控制开关，两端分别与第一端和第一电流镜的输出端连接；第二电流镜，输入端与恒流源的输出端连接；第二电压控制开关，两端分别与第一端和第二电流镜的输出端连接，第二电压控制开关与第一电压控制开关的相位相反；施密特触发器，输入端与第一端连接；输出端口，与施密特触发器的输出端连接，用于输出方波信号；方波信号的频率的对数与温度的倒数线性相关；方波信号包括高电平和低电平，第一电压控制开关和第二电压控制开关根据高/低电平开启或关闭。

Description

CMOS温度感应电路及温度传感器
技术领域
本公开涉及温度传感器技术领域，尤其涉及一种CMOS温度感应电路及温度传感器。
背景技术
温度传感器被广泛应用于现代工业、医疗、交通、智能家居等领域。随着集成电路快速发展，基于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的集成温度传感器因其易于系统集成、成本低、可直接输出数字信号等优点，受到学术界和工业界的关注。相关技术中的CMOS集成温度传感器利用三极管基极-发射极电压的温度特性进行感温，以高精度模数转换器(ADC)等作为读出电路，配合动态元件匹配技术(DEM)、斩波技术(Chopping)等，可以实现高精度测温。
上述方案中存在如下缺陷，受限于使用了三极管作为感温元件，相关技术中的CMOS集成温度传感器在先进工艺下的使用受到了限制，设计难度较大，高精度ADC、动态元件匹配等电路也占用了较大的面积，同时，传感器很难实现超低功耗，限制了CMOS温度传感器在处理器及大型SoC片(系统级芯片)上热管理、物联网以及无线传感网络等领域中的应用。
发明内容
为了解决所述技术问题，本公开实施例提供了一种CMOS温度感应电路，包括：
电容，包括第一端和第二端，所述第二端接地；
恒流源，输出端用于输出恒定电流；
第一电流镜，所述第一电流镜的输入端与所述恒流源的输出端连接，用以镜像所述恒定电流；
第一电压控制开关，两端分别与所述第一端和所述第一电流镜的输出端连接；
第二电流镜，所述第二电流镜的输入端与所述恒流源的输出端连接，用以镜像所述恒定电流；
第二电压控制开关，两端分别与所述第一端和所述第二电流镜的输出端连接，所述第二电压控制开关的相位与所述第一电压控制开关的相位相反；
施密特触发器，所述施密特触发器的输入端与所述第一端连接；
输出端口，与所述施密特触发器的输出端连接，用于输出方波信号；
其中，所述方波信号的频率的对数与温度的倒数线性相关；所述方波信号包括高电平和低电平，所述第一电压控制开关和所述第二电压控制开关根据所述高电平和所述低电平开启或关闭。
在本公开的一些实施例中，所述恒流源包括：
第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的栅极接入偏置电压，源极接地，漏极分别与所述充电回路和所述放电回路连接。
在本公开的一些实施例中，所述第一电流镜包括多个共源共栅的P型MOS管。
在本公开的一些实施例中，所述多个共源共栅的P型MOS管包括：
第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的源极与Vdd端连接；
第二P型MOS管，所述第二P型MOS管的源极与所述第一P型MOS管的漏极和栅极连接，所述第二P型MOS管的漏极和栅极与所述恒流源的输出端连接；
第五P型MOS管，所述第五P型MOS管的源极与Vdd端连接，所述第五P型MOS管的栅极与所述第一P型MOS管的栅极连接；
第六P型MOS管，所述第六P型MOS管的源极与所述第五P型MOS管的漏极连接，所述第六P型MOS管的栅极与所述恒流源的输出端连接，所述第六P型MOS管的漏极与所述第一电压控制开关连接；
其中，所述第一P型MOS管和所述第五P型MOS管尺寸相同，所述第二P型MOS管和所述第六P型MOS管尺寸相同。
在本公开的一些实施例中，所述第二电流镜包括多个共源共栅的N型MOS管和多个共源共栅的P型MOS管。
在本公开的一些实施例中，所述第二电流镜包括：
所述第一P型MOS管；
所述第二P型MOS管；
第三P型MOS管，所述第三P型MOS管的源极与Vdd端连接，所述第三P型MOS管的栅极与所述第一P型MOS管的栅极连接；
第四P型MOS管，所述第四P型MOS管的源极与所述第三P型MOS管的漏极连接，所述第四P型MOS管的栅极与所述恒流源的输出端连接；
第二N型MOS管，所述第二N型MOS管的漏极和栅极与所述第四P型MOS管的漏极连接；
第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的漏极和栅极与所述第二N型MOS管的源极连接，所述第三N型MOS管的源极接地；
第四N型MOS管，所述第四N型MOS管的漏极与所述第二电压控制开关连接，所述第四N型MOS管的栅极与所述第四P型MOS管的漏极连接；
第五N型MOS管，所述第五N型MOS管的漏极与所述第四N型MOS管的源极连接，所述第五N型MOS管栅极与所述第三N型MOS管的栅极连接，所述第五N型MOS管的源极接地；
其中，所述第三P型MOS管与所述第一P型MOS管尺寸相同，所述第四P型MOS管与所述第二P型MOS管尺寸相同，所述第二N型MOS管和所述第四N型MOS管的尺寸相同，所述第三N型MOS管与所述第五N型MOS管的尺寸相同。
在本公开的一些实施例中，还包括充电导通回路，所述充电导通回路包括：
第六N型MOS管，所述第六N型MOS管的漏极与所述第六P型MOS管的漏极连接，所述第六N型MOS管的栅极与所述输出端口连接；
第七N型MOS管，所述第七N型MOS管的漏极和栅极与所述第六N型MOS管的源极连接，所述第七N型MOS管的源极接地；
其中，所述第一电压控制开关断开时，所述第六N型MOS管处于导通状态，所述第七N型MOS管用于为所述第五P型MOS管和所述第六P型MOS管提供导通路径以维持电流；所述第一电压控制开关闭合时，所述第六N型MOS管处于截止状态。
在本公开的一些实施例中，还包括放电导通回路，所述放电导通回路包括：
第七P型MOS管，所述第七P型MOS管的漏极与Vdd端连接；
第八P型MOS管，所述第八P型MOS管的漏极与所述第七P型MOS管的栅极和源极连接，所述第八P型MOS管的栅极与所述输出端口连接，所述第八P型MOS管的源极与所述第四N型MOS管的漏极连接；
其中，所述第二电压控制开关断开时，所述第八P型MOS管处于导通状态，所述第六N型MOS处于截止状态，所述第七P型MOS管为所述第四N型MOS管和所述第五N型MOS管提供导通路径以维持电流；所述第二电压控制开关闭合时，所述第八P型MOS管处于截止状态，所述第六N型MOS处于导通状态。
在本公开的一些实施例中，还包括：
反相器，设置在所述施密特触发器和所述输出端口之间，所述反相器的两端分别与所述施密特触发器和所述输出端口连接。
本公开实施例提供了一种温度传感器，包括所述的CMOS温度感应电路，还包括：
处理器，所述处理器与所述输出端口连接用于接收所述方波信号，所述处理器能够通过所述方波信号的频率数据计算获得温度数据。
通过所述技术方案，本公开实施例通过利用MOS管工作在亚阈值区时的温度特性进行感温，将温度信号转换为频率信号，电路结构简单，能够更方便的在先进工艺下实现，具有小面积、低功耗、低电压供电等特点。
附图说明
图1示意性示出了相关技术中温度传感器原理示意图；
图2示意性示出了相关技术中温度与电压的关系；
图3示意性示出了相关技术中典型的1阶∑-Δ调制器原理图；
图4示意性示出了本公开的实施例的温度传感器原理示意图；
图5示意性示出了本公开的实施例的FRQ和VA的波形图；
图6示意性示出了本公开的实施例的不同工艺角温度传感器输出的典型曲线图；
图7示意性示出了本公开的实施例的MOS管漏极电流和的VG关系对比图；
图8示意性示出了本公开的实施例的Von和MOS管宽长比的关系对比图。
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。
但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
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”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
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。
图1示意性示出了相关技术中温度传感器原理示意图。
在相关技术中，常用的CMOS集成温度传感器，如图1所示，其内部电路关键的节点包括三极管偏置电流源、感温核心电路、DEM电路、Chopping电路以及高精度ADC等。
图2示意性示出了相关技术中温度与电压的关系。
如图2所述，三极管的基极-发射极电压VBE的计算公式包括
Figure BDA0003332576740000061
其中，T为开尔文温度，IS为饱和电流，IC为集电极电流，k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷。由于IS是温度敏感变量，VBE整体表现为负的温度特性。
当三极管通过不同的偏置电流时，三极管基极-发射极的电压差ΔVBE的计算公式包括
Figure BDA0003332576740000062
其中，p表示两个不同偏置电流的比值。
通过公式(2)可以看出，IS对ΔVBE没有影响，ΔVBE整体表现为正的温度特性。
结合VBE和ΔVBE，就可以得到与温度不相关的电压参考VREF，计算公式包括
VREF＝VBE+αΔVBE (3)
其中，由于ΔVBE的温度系数更小，因此需要加入比例系数α来调整VREF的温度系数，使其接近为0。因为ΔVBE具有正的温度系数(proportional to absolute temperature，PTAT)，则可以用VPTAT表示αΔVBE。典型的VREF与VBE、ΔVBE的关系如图2所示。
图3示意性示出了相关技术中典型的1阶∑-Δ调制器原理图。
如图3所示，将VPTAT和VREF分别作为ADC的输入和电压参考，即可将温度转换为数字输出Dout，Dout的计算公式包括
Figure BDA0003332576740000063
用于温度传感器的ADC通常采用高精度∑-ΔADC来保障转换精度，典型的1阶∑-Δ调制器原理图如图3所示。
从图1和图3可以看出，相关技术中的CMOS温度传感器结构复杂，∑-ΔADC需要使用大量的电容，因此会占用较大的面积。在另一方面，相关技术中电路大部分均为模拟电路，随着工艺的迭代更新，设计难度变大，不易进行工艺移植。在另一方面，运放、ADC等模拟电路也会消耗较大的电流，不能做到低功耗、低压供电等。
本公开实施例提供了一种CMOS温度感应电路，包括电容、恒流源、第一电流镜、第二电流镜、第一电压控制开关、第二电压控制开关、施密特触发器和输出端口。
在本公开的一些实施例中，电容包括第一端和第二端，其中，电容的第二端接地。
在本公开的一些实施例中，恒流源的输出端用于输出恒定电流。
在本公开的一些实施例中，第一电流镜的输入端与恒流源的输出端连接，用以镜像上述恒定电流。
在本公开的一些实施例中，第一电压控制开关的两端分别与第一端和第一电流镜的输出端连接。
在本公开的一些实施例中，第二电流镜的输入端与恒流源的输出端连接，用以镜像上述恒定电流。
在本公开的一些实施例中，第二电压控制开关的两端分别与第一端和第二电流镜的输出端连接，第二电压控制开关的相位与第一电压控制开关的相位相反。
在本公开的一些实施例中，施密特触发器的输入端与电容的第一端连接。
在本公开的一些实施例中，输出端口与施密特触发器的输出端连接，输出端口用于输出方波信号。
在本公开的一些实施例中，方波信号的频率的对数与温度的倒数线性相关；方波信号包括高电平和低电平，第一电压控制开关和第二电压控制开关根据高电平和低电平开启或关闭。
图4示意性示出了本公开实施例的温度传感器原理图。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，CMOS温度感应电路包括MOS管P1～P8和N1～N7，第一P型MOS管至第八P型MOS管分别对应P1～P8，第一N型MOS管至第七N型MOS管分别对应N1～N8，第一电压控制开关S1(简称开关S1)和第二电压控制开关S2(简称开关S2)、电容器C、施密特触发器。
在本公开的一些实施例中，N型MOS管N1的栅极为输入端口，接入偏置电压Vin。
在本公开的一些实施例中，MOS管P1～P6、N2～N5组成共源共栅电流镜，其中P1和P2、P3和P4、P5和P6、N2和N3、N4和N5为共源共栅部分。
在本公开的一些实施例中，MOS管P7、N7为二极管连接形式。
在本公开的一些实施例中，MOS管P8和N6作为开关，P8和N6的栅极分别与输出端口FRQ相连。
在本公开的一些实施例中，开关S1和S2为电压控制开关，控制信号与输出端口FRQ相连，两个开关的控制信号相位相反。
在本公开的一些实施例中，电容器C为CMOS工艺电容。可选的为MIM电容(极板电容)或者MOM电容(finger电容)。
在本公开的一些实施例中，MOS管N1通过外接偏置电压形成电流源I，电流I通过P1、P2、P5、P6复制到电容C的充电回路；电流I通过P1～P4、N2～N5复制到电容C的放电回路。
在本公开的一些实施例中，MOS管P1～P6、N2～N5组成共源共栅电流镜，其中，P1、P3、P5的尺寸相同，P2、P4、P6的尺寸相同，N2、N4的尺寸相同，N3、N5的尺寸相同。
在本公开可选的一些实施例中，例如，初始状态FRQ端口为低电平，FRQ控制S1闭合、S2打开，同时，MOS管N6处于截止状态，MOS管P8处于导通状态，P5、P6和电容C形成充电回路，电容充电，充电电流为I，节点A的电压上升，当节点A的电压VA达到施密特触发器的正向阈值电压VH后，FRQ翻转为高电平，进入下一状态。
在本实施例中，P7为N4、N5提供导通路径来维持其电流，准备为下一状态使用。
FRQ端口为高电平，FRQ控制S2闭合、S1打开，同时，MOS管P8处于截止状态，MOS管N6处于导通状态，N4、N5和电容C形成放电回路，电容放电，放电电流为I，节点A的电压下降，当节点A的电压下降至施密特触发器的反向阈值电压VL后，FRQ再翻转为低电平，回到充电状态。
在本实施例中，N7为P5、P6提供导通路径来维持其电流，准备为下一状态使用。
图5示意性示出了本公开实施例的FRQ和VA的波形图。
在本公开的一些实施例中，充、放电状态反复进行，FRQ端口输出频率为f的方波信号，FRQ和VA的关系如图5所示。
在本公开的一些实施例中，放电时间t1和充电时间t2的计算公式包括
Figure BDA0003332576740000091
在本公开的一些实施例中，FRQ输出方波的频率的计算公式包括
Figure BDA0003332576740000092
在本公开的一些实施例中，VIN端口对MOS管N1施加合适的偏压值VG，可以使N1工作在亚阈值区，形成亚阈值电流，亚阈值电流的计算公式包括
Figure BDA0003332576740000093
其中，W、L分别为MOS管沟道的宽和长，μ为载流子迁移率，Cox为单位面积的栅氧化层电容，η为亚阈值斜率因子，VT＝kT/q，VTH为MOS管的阈值电压，VDS为MOS管的漏源电压。
在本实施例中，当VDS>3VT时，公式(7)可以表示为
Figure BDA0003332576740000094
在本公开的一些实施例中，VT在125℃的值约为35mV，基于此可以得出，当VDS≥150mV时，亚阈值电流可以用公式(8)计算。
在本实施例中，公式(8)中，μ和VTH与温度相关，计算公式包括
Figure BDA0003332576740000095
VTH＝VTH(T0)+β(T-T0) (10)
其中，T0为一参考温度，km和为工艺拟合参数。
在本实施例中，将公式(9)和公式(10)代入公式(8)中，并对公式(8)等式两边求对数运算，整理后可以得到如下公式
Figure BDA0003332576740000096
Figure BDA0003332576740000101
Figure BDA0003332576740000102
其中，a和b是与工艺相关的系数。
在本实施例中，参数km可以近似为1.5，其中，T2-km在求对数后的结果与lna相比，可以忽略不计，基于此，可以得到MOS管亚阈值区的温度特性计算公式包括
Figure BDA0003332576740000103
由此可以得到亚阈值电流与温度相关的线性关系lnI-(1/T)。
在本实施例中，将公式(6)代入到公式(14)中，得到下列计算公式
Figure BDA0003332576740000104
其中，在公式(15)中，电容C的温度系数很小，(VH-VL)的温度系数近似为VTH的温度系数，因此也很小。另外，对数运算也可以在很大程度地弱化C和(VH-VL)温度系数的影响。因此，可以近似的得到方波频率f的对数lnf与1/T呈线性关系。
图6示意性示出了本公开实施例的不同工艺角温度传感器输出的典型曲线图。
仿真得到不同工艺角下，温度传感器输出的典型曲线如图6所示。
在本公开的一些实施例中，当VG小于VTH时，MOS管进入亚阈值区。
图7示意性示出了本公开实施例的MOS管漏极电流和的VG关系对比图。
在本实施例中，当VG很小时，MOS管的漏电流占主要成分，而流过MOS管的电流会偏离公式(7)。
在本公开的一些实施例中，如图7所示，通过仿真可以得到MOS管漏极电流和VG的关系。其中，图中虚线为电流的对数值，实线为lnI的对VG的导数。
在本实施例中，可以从图中看出，VG从0增加到Von时，lnI的斜率为上升趋势，VG大于Von时，lnI的斜率为下降趋势。以Von为分界点，VG大于Von并小于VTH时标志着MOS进入亚阈值区，此区域内可以用公式(7)表示MOS管的漏极电流。
在本公开的一些实施例中，为了保证温度传感器的性能，VG的上限应该小于测温上限、FF工艺角下MOS管的VTH值，VG的下限为测温下限、SS工艺角下Von的值。
图8示意性示出了本公开实施例的Von和MOS管宽长比的关系对比图。
在本公开的一些实施例中，Von的值和MOS管的宽长比有关，如图8所示，随着宽长比增加，Von值下降，可以通过调整MOS管宽长比，调整VG的取值范围，从而选出合适的VG值。
本公开的实施例提供了一种采用MOS管作为感温元件的CMOS集成温度传感器，将温度信号转换为频率信号，具备结构简单、低功耗、可以低电压供电等特点。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，恒流源包括第一N型MOS管，第一N型MOS管的栅极接入偏置电压，源极接地，漏极分别与充电回路和放电回路连接。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，第一电流镜包括多个共源共栅的P型MOS管。
在本公开的一些实施例中，多个共源共栅的P型MOS管包括第一P型MOS管、第二P型MOS管、第五P型MOS管和第六P型MOS管。
在本公开的一些实施例中，第一P型MOS管的源极与Vdd端连接。
在本公开的一些实施例中，第二P型MOS管的源极与第一P型MOS管的漏极和栅极连接，第二P型MOS管的漏极和栅极与恒流源的输出端连接。
在本公开的一些实施例中，第五P型MOS管的源极与Vdd端连接，第五P型MOS管的栅极与第一P型MOS管的栅极连接。
在本公开的一些实施例中，第六P型MOS管的源极与第五P型MOS管的漏极连接，第六P型MOS管的栅极与恒流源的输出端连接，第六P型MOS管的漏极与第一电压控制开关连接。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，第一P型MOS管和第五P型MOS管尺寸相同，第二P型MOS管和第六P型MOS管尺寸相同。
在本公开的一些实施例中，其中，第二电流镜包括多个共源共栅的N型MOS管和多个共源共栅的P型MOS管。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，第二电流镜包括第一P型MOS管、第二P型MOS管、第三P型MOS管、第四P型MOS管、第二N型MOS管、第三N型MOS管、第四N型MOS管和第五N型MOS管。
在本公开的一些实施例中，第三P型MOS管的源极与Vdd端连接，第三P型MOS管的栅极与第一P型MOS管的栅极连接。
在本公开的一些实施例中，第四P型MOS管的源极与第三P型MOS管的漏极连接，第四P型MOS管的栅极与恒流源的输出端连接。
在本公开的一些实施例中，第二N型MOS管的漏极和栅极与第四P型MOS管的漏极连接。
在本公开的一些实施例中，第三N型MOS管的漏极和栅极与第二N型MOS管的源极连接，第三N型MOS管的源极接地。
在本公开的一些实施例中，第四N型MOS管的漏极与第二电压控制开关连接，第四N型MOS管的栅极与第四P型MOS管的漏极连接。
在本公开的一些实施例中，第五N型MOS管的漏极与第四N型MOS管的源极连接，第五N型MOS管栅极与第三N型MOS管的栅极连接，第五N型MOS管的源极接地。
在本公开的一些实施例中，第三P型MOS管与第一P型MOS管尺寸相同，第四P型MOS管与第二P型MOS管尺寸相同，第二N型MOS管和第四N型MOS管的尺寸相同，第三N型MOS管与第五N型MOS管的尺寸相同。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，CMOS温度感应电路还包括充电导通回路，充电导通回路包括第六N型MOS管和第七N型MOS管。
在本公开的一些实施例中，第六N型MOS管的漏极与第六P型MOS管的漏极连接，第六N型MOS管的栅极与输出端口连接。
在本公开的一些实施例中，第七N型MOS管的漏极和栅极与第六N型MOS管的源极连接，第七N型MOS管的源极接地。
在本公开的一些实施例中，第一电压控制开关断开时，第六N型MOS管处于导通状态，第七N型MOS管用于为第五P型MOS管和第六P型MOS管提供导通路径以维持电流；第一电压控制开关闭合时，第六N型MOS管处于截止状态。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，CMOS温度感应电路还包括放电导通回路，放电导通回路包括第七P型MOS管和第八P型MOS管。
在本公开的一些实施例中，第七P型MOS管，第七P型MOS管的漏极与Vdd端连接。
在本公开的一些实施例中，第八P型MOS管的漏极与第七P型MOS管的栅极和源极连接，第八P型MOS管的栅极与输出端口连接，第八P型MOS管的源极与第四N型MOS管的漏极连接。
在本公开的一些实施例中，第二电压控制开关断开时，第八P型MOS管处于导通状态，第六N型MOS处于截止状态，第七P型MOS管为第四N型MOS管和第五N型MOS管提供导通路径以维持电流；第二电压控制开关闭合时，第八P型MOS管处于截止状态，第六N型MOS处于导通状态。
在本公开的一些实施例中，如图4所示，CMOS温度感应电路还包括反相器，反相器设置在施密特触发器和输出端口之间，反相器的两端分别与施密特触发器和输出端口连接。
本公开实施例提供了一种温度传感器，包括上述的CMOS温度感应电路和处理器，处理器与上述输出端口连接以便接收上述方波信号，处理器能够通过上述方波信号的频率数据计算获得温度数据。
本公开实施例提供的CMOS温度感应电路结构简单，占用面积小，便于产品的小型化。
本公开实施例提供的CMOS温度感应电路的核心感温元件MOS管的温度特性不受VDS的影响，因此也不受电源电压变化的影响，同时可以实现低电压供电，能够与集成工艺相匹配，便于集成。
本公开实施例提供的CMOS温度感应电路的MOS管工作在亚阈值区，工作电流小，功耗低，有利于节能减排。
本公开实施例提供的CMOS温度感应电路设计简单，可以容易地实现工艺移植。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，在本公开的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
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。
以上上述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上上述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CMOS温度感应电路，包括：
电容，包括第一端和第二端，所述第二端接地；
恒流源，输出端用于输出恒定电流；
第一电流镜，所述第一电流镜的输入端与所述恒流源的输出端连接，用以镜像所述恒定电流；
第一电压控制开关，两端分别与所述第一端和所述第一电流镜的输出端连接；
第二电流镜，所述第二电流镜的输入端与所述恒流源的输出端连接，用以镜像所述恒定电流；
第二电压控制开关，两端分别与所述第一端和所述第二电流镜的输出端连接，所述第二电压控制开关的相位与所述第一电压控制开关的相位相反；
施密特触发器，所述施密特触发器的输入端与所述第一端连接；
输出端口，与所述施密特触发器的输出端连接，用于输出方波信号；
其中，所述方波信号的频率的对数与温度的倒数线性相关；所述方波信号包括高电平和低电平，所述第一电压控制开关和所述第二电压控制开关根据所述高电平和所述低电平开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述恒流源包括：
第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的栅极接入偏置电压，源极接地，漏极分别与所述充电回路和所述放电回路连接。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一电流镜包括多个共源共栅的P型MOS管。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述多个共源共栅的P型MOS管包括：
第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的源极与Vdd端连接；
第二P型MOS管，所述第二P型MOS管的源极与所述第一P型MOS管的漏极和栅极连接，所述第二P型MOS管的漏极和栅极与所述恒流源的输出端连接；
第五P型MOS管，所述第五P型MOS管的源极与Vdd端连接，所述第五P型MOS管的栅极与所述第一P型MOS管的栅极连接；
第六P型MOS管，所述第六P型MOS管的源极与所述第五P型MOS管的漏极连接，所述第六P型MOS管的栅极与所述恒流源的输出端连接，所述第六P型MOS管的漏极与所述第一电压控制开关连接；
其中，所述第一P型MOS管和所述第五P型MOS管尺寸相同，所述第二P型MOS管和所述第六P型MOS管尺寸相同。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第二电流镜包括多个共源共栅的N型MOS管和多个共源共栅的P型MOS管。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述第二电流镜包括：
所述第一P型MOS管；
所述第二P型MOS管；
第三P型MOS管，所述第三P型MOS管的源极与Vdd端连接，所述第三P型MOS管的栅极与所述第一P型MOS管的栅极连接；
第四P型MOS管，所述第四P型MOS管的源极与所述第三P型MOS管的漏极连接，所述第四P型MOS管的栅极与所述恒流源的输出端连接；
第二N型MOS管，所述第二N型MOS管的漏极和栅极与所述第四P型MOS管的漏极连接；
第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的漏极和栅极与所述第二N型MOS管的源极连接，所述第三N型MOS管的源极接地；
第四N型MOS管，所述第四N型MOS管的漏极与所述第二电压控制开关连接，所述第四N型MOS管的栅极与所述第四P型MOS管的漏极连接；
第五N型MOS管，所述第五N型MOS管的漏极与所述第四N型MOS管的源极连接，所述第五N型MOS管栅极与所述第三N型MOS管的栅极连接，所述第五N型MOS管的源极接地；
其中，所述第三P型MOS管与所述第一P型MOS管尺寸相同，所述第四P型MOS管与所述第二P型MOS管尺寸相同，所述第二N型MOS管和所述第四N型MOS管的尺寸相同，所述第三N型MOS管与所述第五N型MOS管的尺寸相同。
7.根据权利要求4所述的电路，其中，还包括充电导通回路，所述充电导通回路包括：
第六N型MOS管，所述第六N型MOS管的漏极与所述第六P型MOS管的漏极连接，所述第六N型MOS管的栅极与所述输出端口连接；
第七N型MOS管，所述第七N型MOS管的漏极和栅极与所述第六N型MOS管的源极连接，所述第七N型MOS管的源极接地；
其中，所述第一电压控制开关断开时，所述第六N型MOS管处于导通状态，所述第七N型MOS管用于为所述第五P型MOS管和所述第六P型MOS管提供导通路径以维持电流；所述第一电压控制开关闭合时，所述第六N型MOS管处于截止状态。
8.根据权利要求6所述的电路，其中，还包括放电导通回路，所述放电导通回路包括：
第七P型MOS管，所述第七P型MOS管的漏极与Vdd端连接；
第八P型MOS管，所述第八P型MOS管的漏极与所述第七P型MOS管的栅极和源极连接，所述第八P型MOS管的栅极与所述输出端口连接，所述第八P型MOS管的源极与所述第四N型MOS管的漏极连接；
其中，所述第二电压控制开关断开时，所述第八P型MOS管处于导通状态，所述第六N型MOS处于截止状态，所述第七P型MOS管为所述第四N型MOS管和所述第五N型MOS管提供导通路径以维持电流；所述第二电压控制开关闭合时，所述第八P型MOS管处于截止状态，所述第六N型MOS处于导通状态。
9.根据权利要求1所述的电路，其中，还包括：
反相器，设置在所述施密特触发器和所述输出端口之间，所述反相器的两端分别与所述施密特触发器和所述输出端口连接。
10.一种温度传感器，包括如权利要求1至9任一项所述的CMOS温度感应电路，还包括：
处理器，所述处理器与所述输出端口连接用于接收所述方波信号，所述处理器能够通过所述方波信号的频率数据计算获得温度数据。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1026560A (ja) * 1996-07-11 1998-01-27 Seiko Epson Corp 測温用発振回路及びこれを具備する温度計
CN1731113A (zh) * 2005-08-19 2006-02-08 清华大学 数字cmos片上温度传感器
JP2008131650A (ja) * 2006-11-20 2008-06-05 Samsung Electro Mech Co Ltd シュミットトリガーを用いたオシレータ
US20130272341A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Temperature sensor and temperature measurement method thereof
CN106059538A (zh) * 2016-05-19 2016-10-26 深圳大学 一种自带工艺偏差校准功能的张弛振荡器
CN107463200A (zh) * 2017-07-31 2017-12-12 苏州大学 一种全cmos片上温度‑频率转换电路
EP3617672A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-04 ams International AG Temperature sensor arrangement and light sensor arrangement including the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1026560A (ja) * 1996-07-11 1998-01-27 Seiko Epson Corp 測温用発振回路及びこれを具備する温度計
CN1731113A (zh) * 2005-08-19 2006-02-08 清华大学 数字cmos片上温度传感器
JP2008131650A (ja) * 2006-11-20 2008-06-05 Samsung Electro Mech Co Ltd シュミットトリガーを用いたオシレータ
US20130272341A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Temperature sensor and temperature measurement method thereof
CN106059538A (zh) * 2016-05-19 2016-10-26 深圳大学 一种自带工艺偏差校准功能的张弛振荡器
CN107463200A (zh) * 2017-07-31 2017-12-12 苏州大学 一种全cmos片上温度‑频率转换电路
EP3617672A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-04 ams International AG Temperature sensor arrangement and light sensor arrangement including the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孔德钰等: "低功耗小尺寸片上温度传感器设计", 《仪表技术与传感器》 *
葛兴杰等: "0.25 μm CMOS新型过温保护电路的设计", 《电子与封装》 *

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