CN114690843A - 一种低功耗的mos管温度传感器电路 - Google Patents

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李靖
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    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
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Abstract

本发明涉及模拟集成电路领域，具体涉及一种低功耗的MOS管温度传感器电路。本发明根据MOS管的亚阈区特性，将工作在相等的栅极电压下的两个相同的NMOS管MA1和MB1给予不同的漏源电压，得到与温度相关的不同大小的电流值，对这两条支路I1和I2的电流作比，然后进行两点校正处理，得到该电路的温度误差值。由于本发明当输入特定的电源电压时，可以使电路模块的MOS管均工作在亚阈区，且输出感温电流受工艺偏差的影响较小；输出电流可以通过电流镜结构复制输出到所需要的其他模块里区，且本电路的器件工作均在亚阈区，能够得到与温度有关的电流值，且电流值较小，能实现低功耗的特点。

Description

一种低功耗的MOS管温度传感器电路
技术领域
本发明涉及模拟集成电路领域，具体涉及一种低功耗的MOS管温度传感器电路。
背景技术
随着物联网的不断发展，电子产品越来越便携化，对于现在电子产品的性能需求越来越高，最主要的就是功耗问题。
图1为传统检测温度的电路结构，它可以产生PTAT(与温度成正比)电压。电路正常工作时，需要PTAT电流保持平衡，就要求运放正负输入端的电压相等，P1、P2两管的漏电相同。为了避免工艺引起的误差，就引入R1、R2、R3来调节支路电流。但这个结构需要加入运放才能实现功能，且运放需要工作在饱和区，这就增加了运放的功耗，整体电路的功耗增加了许多，这对于现在便携设备的功耗需求增加了难度。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有温度检测电路功耗过高的问题，本发明提出了一种低功耗的MOS管温度传感器电路。
本发明的技术方案如下：
一种低功耗的MOS管温度传感器电路，包括检测温度模块和分压模块。
所述检测温度模块包括完全相同的2个PMOS管和完全相同的m+2个NMOS管，m≥10，构成小电流支路I1和大电流支路I2两条支路。
小电流支路I1支路，包括m个NMOS管和PMOS管MP1；PMOS管MP1的源极接外部电源，MP1栅极与漏极短接在一起，且MP1的漏极接在第m NMOS管MAm的漏极上；小电流支路I1的m个NMOS管分别为第一NMOS管MA1、第二NMOS管MA2、依此直至第m NMOS管MAm，按编号从大至小以在前的NMOS管源极接在后NMOS管漏极的方式依次串联构成；第一NMOS管MA1的源极接地。
大电流支路I2支路包括第m+1NMOS管MB2、第m+2NMOS管MB1和PMOS管MP2。PMOS管MP2的源极接外部电源，MP2栅极与漏极短接在一起；MP2的漏极接第m+1NMOS管MB2的漏极上，第m+1NMOS管MB2的源极接第m+2NMOS管MB1的漏极，第m+2NMOS管MB1的源极接地。且第m+1NMOS管MB2的栅极接第m NMOS管MAm的栅极，第m+2NMOS管MB1的栅极接第一NMOS管MA1的栅极。
检测温度模块连接外部电源和地，输入端接分压模块，PMOS管MP1和MP2分别构成的电流镜作为输出端复制并输出。
所述分压模块由n个PMOS管构成，n≥12，各PMOS管的栅极和漏极短接形成二极管连接形式，n个PMOS管按编号大小以在前的PMOS管漏极接在后PMOS管源极的方式依次串联构成；对于第一个PMOS管P1，其源极接基准电压作为分压模块的输入端，第n个PMOS管Pn的漏极接地。
第i个PMOS管Pi的漏极接第m NMOS管MAm栅极，1≤i<n，以在后的PMOS管Pi+1的漏极接I1支路在前NMOS管MAm-1的栅极，第i+m-1PMOS管Pi+m-1接第一NMOS管MA1栅极，i+m<n。PMOS管Pi至Pi+m-1的栅极作为分压模块的输出端接检测温度模块，分压模块把基准电压提供的电压分压成需要的电压值。
进一步的，所述基准电压提供的电压为300～600mV，以进一步的降低功耗。
进一步的，所述n个PMOS管完全相同，均分基准电压，以使得两点校正处理的误差值更小。
本发明根据MOS管的亚阈区特性，将工作在相等的栅极电压下的两个相同的NMOS管MA1和MB1给予不同的漏源电压，得到与温度相关的不同大小的电流值，对这两条支路I1和I2的电流作比，然后进行两点校正处理，得到该电路的温度误差值。由于本发明的MOS管均工作在亚阈值区，能够得到与温度有关的电流值，且电流值较小，能实现低功耗的特点。
综上所述，本发明提供的低功耗的MOS管温度传感器电路，实现了：当输入特定的电源电压时，可以使电路模块的MOS管均工作在亚阈区，且输出感温电流受工艺偏差的影响较小；输出电流可以通过电流镜结构复制输出到所需要的其他模块里区，且本电路的器件工作均在亚阈区，能够得到与温度有关的电流值，且电流值较小，能实现低功耗的特点。
附图说明
图1为现有PTAT电压电路结构图；
图2为本发明的MOS管温度传感器电路框图；
图3为实施例的分压模块电路图；
图4为实施例的检测温度模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
如图2所示，当一个基准电压源输出电压为400mV时，会通过栅漏短接的二极管形式的相同PMOS管串联通路，这些PMOS管均分这400mV的基准电压。然后通过特定的PMOS管的漏极分别接在温度检测模块的NMOS管的栅极上，根据MOS管的亚阈区特性，从而生成与温度有关的电流，对这两条支路的电流作比之后得到的比值进行两点校准，就能得到该电路的温度误差值，整个模块电路能实现检测温度的特点。
本实施例的分压模块具体参见图3，n＝100，这100个PMOS管采用栅漏短接的二极管形式。对基准电压源输出的400mV电压进PMOS进行均分，每个PMOS管分得的电压为4mV。
图4为本实施例的检测温度模块，m＝25，将分压模块中的部分特定(i＝46)PMOS管的栅极接在检测温度模块里的NMOS栅极上，就形成了完整的电路结构。从MA1-MA25依次连续接在分压模块中不同PMOS管的漏极上，以在后的PMOS管的漏极接I1支路在前NMOS管的栅极；第二十五NMOS管MA25的栅极接第四十六PMOS管P46的漏极，第一NMOS管MA1的栅极接第七十PMOS管P70的漏极。
根据MOS管亚阈值电流公式可得，I1支路，第一NMOS管MA1的Vds值为4mV，第二个指数项不能省略，产生的电流为：
Figure BDA0003512034180000031
I2支路，第二十五NMOS管MA25的Vds为96mV，所以第二个指数项可以省掉，即产生的电流为：
Figure BDA0003512034180000032
将这两条支路的电流进行作比，得到I2/I1＝1/1-exp((-Vds)/VT)。然后对这个公式进行级数展开得到I2/I1＝VT/Vds+C。C为常数，VT为与温度成正比的热电压。对这两条支路的电流比值进行两点校正处理，就可以得到所测温度范围的温度误差值。如若需要对这两条支路的电流进行下一步处理，可以通过图4中的PMOS管做电流镜复制到所需的电路中去。
通过以上实施例可见：本发明提供的低功耗的MOS管温度传感器电路，实现了当输入特定的电源电压时，可以使电路模块的MOS管均工作在亚阈区，且输出感温电流受工艺偏差的影响较小；输出电流可以通过电流镜结构复制输出到所需要的其他模块里区，且本电路的器件工作均在亚阈区，能够得到与温度有关的电流值，且电流值较小，能实现低功耗的特点。

Claims (3)

1.一种低功耗的MOS管温度传感器电路，包括检测温度模块和分压模块，其特征在于：
所述检测温度模块包括完全相同的2个PMOS管和完全相同的m+2个NMOS管，m≥10，构成小电流支路I1和大电流支路I2两条支路；
小电流支路I1支路，包括m个NMOS管和PMOS管MP1；PMOS管MP1的源极接外部电源，MP1栅极与漏极短接在一起，且MP1的漏极接在第m NMOS管MAm的漏极上；小电流支路I1的m个NMOS管分别为第一NMOS管MA1、第二NMOS管MA2、依此直至第mNMOS管MAm，按编号从大至小以在前的NMOS管源极接在后NMOS管漏极的方式依次串联构成；第一NMOS管MA1的源极接地；
大电流支路I2支路包括第m+1NMOS管MB2、第m+2NMOS管MB1和PMOS管MP2；PMOS管MP2的源极接外部电源，MP2栅极与漏极短接在一起；MP2的漏极接第m+1NMOS管MB2的漏极上，第m+1NMOS管MB2的源极接第m+2NMOS管MB1的漏极，第m+2NMOS管MB1的源极接地；且第m+1NMOS管MB2的栅极接第m NMOS管MAm的栅极，第m+2NMOS管MB1的栅极接第一NMOS管MA1的栅极；
检测温度模块连接外部电源和地，输入端接分压模块，PMOS管MP1和MP2分别构成的电流镜作为输出端复制并输出；
所述分压模块由n个PMOS管构成，n≥12，各PMOS管的栅极和漏极短接形成二极管连接形式，n个PMOS管按编号大小以在前的PMOS管漏极接在后PMOS管源极的方式依次串联构成；对于第一个PMOS管P1，其源极接基准电压作为分压模块的输入端，第n个PMOS管Pn的漏极接地；
第i个PMOS管Pi的漏极接第m NMOS管MAm栅极，1≤i<n，以在后的PMOS管Pi+1的漏极接I1支路在前NMOS管MAm-1的栅极，第i+m-1PMOS管Pi+m-1接第一NMOS管MA1栅极，i+m<n；PMOS管Pi至Pi+m-1的栅极作为分压模块的输出端接检测温度模块，分压模块把基准电压提供的300～600mV的电压分压成需要的电压值。
2.如权利要求1所述低功耗的MOS管温度传感器电路，其特征在于：所述n个PMOS管完全相同，以均分基准电压。
3.如权利要求1所述低功耗的MOS管温度传感器电路，其特征在于：所述基准电压提供的电压为300～600mV，以进一步的降低功耗。
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