CN1216458C - 带有温度补偿电路的半导体器件 - Google Patents

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Abstract

一种带有温度补偿功能而不需要额外的安装空间的半导体器件与一种精确检测温度变化而不需要额外的安装空间的温度变化检测器件。一个传感器单元由具有某个温度系数的第一半导体元件(第一型电阻器)与具有一个不同的温度系数的第二半导体元件(第二型电阻器)组成。它们位于一个需要温度补偿的处理电路的附近。通过一个观测构成传感器单元的第一与第二半导体元件的某个特性(例如电阻)的温度变化检测器来检测处理电路的温度变化。一个温度校正器根据由温度变化检测器提供的检测结果校正处理电路的功能。

Description

带有温度补偿电路的半导体器件
技术领域
本发明涉及一种半导体器件与一种温度变化检测器件。更详细地说，本发明涉及一种包括一个需要温度补偿以正确提供预期功能的处理电路的半导体器件，与一种检测关心对象的温度变化的温度变化检测器件。
背景技术
已知形成在半导体衬底上的电子电路元件的特性具有某些温度依赖关系。例如，芯片上电阻器当温度变化时显示电阻变化。由于这个原因，如果不适当校正它的温度敏感元件，在半导体芯片上制作的有源滤波器的截止频率会随着温度的变化而变化。
研究者们提出了各种温度补偿方法以致力于上述问题。图10表示一个其中实施这种方法的常规补偿电路。图示电路由一个第一恒流源10、一个内部元件11、一个第二恒流源12、一个外部元件13、一个电压差检测器14与一个需要温度校正的电路15组成。除外部元件13之外，这些电路元件都形成在一个半导体器件上。
第一恒流源10供给内部元件11一个恒定电流。内部元件11为例如构成半导体器件一部分的电阻元件。第二恒流源12供给外部元件13一个恒定电流。外部元件13为放置在半导体器件的外部以便不受器件温度影响的另一个电阻元件。
电压差检测器14检测内部元件11与外部元件13之间的电压差并产生一个代表此差别的n位信号。此信号供给需要温度补偿的电路15(例如有源滤波器)。
图10的电路工作如下。当通电时，第一恒流源10与第二恒流源12开始向它们各自的负载电路11与13(前者位于器件的内部而后者位于器件的外部)供给恒定电流。例如，考虑恒流源10与12、内部元件11及外部元件13设计为在室温(25℃)下产生OV的内部元件11与外部元件13的上节点之间的电压差。由于在器件刚一通电后的一个相当长的时间内保持此情况，电压差检测器14供给电路15一个指示检测到无电压差的n位信号。在此n位信号作用下，电路15以它的默认电路参数对给定的输入信号施加一个规定的信号处理功能(例如滤波)。
假定一个相当长的时间已过去因而半导体器件的温度已升高。当内部元件11的温度相应升高时，位于半导体器件外部的外部元件13仍停留在原来的温度。如果内部元件11与外部元件13都有正的温度系数(即它们的电阻随温度的升高而增大)，内部元件11将呈现比外部元件13较大的电阻。这意味着内部元件11两端之间产生的电压将大于外部元件13两端之间产生的电压(假定恒定电流源10与12输出同量的电流)。
这时电压差检测器14检测到内部元件11与外部元件13之间的一个非零的电压差因而产生一个代表此电压差的n位信号并发送至电路15。假定内部元件11的电压降为5.2V而外部元件13的电压降为5.1V，则电压差检测器14通过发送一个代表0.1V值的n位信号将此电压差通知电路15。
电路15根据从电压差检测器14接收的n位信号校正自己。由于在本例中电压差是0.1V，电路15以这样的方法控制一个集成的电阻元件使得它的电阻将减小以抵消温度引起的增大。通过这样做，即使器件的温度升高，电路15仍能保持自己的工作特性。
然而，以上图10中说明的常规配置需要一个除半导体器件本身以外的用于外部元件13的安装空间。在某些空间限制紧张的环境下，这是一个缺点。此常规电路的另一个问题是恒流源10与12的输出电流因为它们中使用的电路元件的温度依赖关系而可能随着温度的变化而变化。这意味着会把测量误差引入被检测的电压差。
接着参看图11，它表示常规温度补偿方法的另一个例子。图示的电路图包括一个电路20、一个减法与积分器21、一个求值电路22、一个电阻控制器23与一个时钟发生器24。
电路20是一个由电阻器、电容器、积分器及其它元件组件的有源滤波器。减法器与积分器21积分电路20中诸电阻器之一的两端之间产生的电压。它从那个电压中减去直流偏压(如果有的话)，以便在积分的结果中不包括此偏压。
求值电路22比较减法器与积分器21的输出跟预定的参考信号并把结果发送至电阻控制器23。根据比较结果，电阻控制器23控制决定电路20特性的某个电阻元件。时钟发生器24向减法器与积分器21和求值电路22提供时钟信号，因为它们应用开关电容器技术。
图11的电路工作如下。当半导体器件通电时，电路20开始作为一个有源滤波器工作。根据由时钟发生器24供给的时钟信号计时，减法器与积分器21积分电路20中某个特定电阻器两端之间产生的电压并把结果发送至求值电路22。积分结果不包括所关心电压的直流偏压分量，因为减法器与积分器21在积分前已将它舍弃。
求值电路22比较减法器与积分器21的输出信号跟预定的参考信号并把结果发送至电阻控制器23。例如，假定在室温(25℃)下这两个信号彼此相符。由于刚一通电后器件的温度与环境温度几乎相同因而求值电路22把两个信号之间的相符通知电阻控制器23。虽然设计为根据比较结果修正电路20中某个电阻元件的阻值，但由于观测到的差值为0，因而此时电阻控制器23对电路20不采取校正行动。
随着通电后时间的过去，关心的电阻元件的温度随着器件温度的上升而上升，从而引起电路参数(即电阻)的变化。这个变化可从减法器与积分器21的输出中观测到。通过比较此输出信号与预定的参考信号，求值电路22检测到此变化并通知电阻控制器23。电阻控制器23把它看作为电路20中电阻参数的变化，据此修正电路20的内部设置以补偿此变化。在关心的电阻元件有正的温度系数(即电阻随温度上升而增大)的情况下，电路控制器23采取动作以减小电阻从而补偿温度上升。通过上述处理，即使器件的温度上升，仍能保持它的内部电路20的工作特性。
然而，上述图11的常规电路在它的产生参考信号的电路模块之一处呈现某种温度依赖关系。这意味着参考信号可能随着温度变化而变化，从而把误差引入温度测量。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种带有一个精确检测温度变化的温度补偿电路而不需要额外的安装空间的半导体器件。
本发明的又一个目的是提供一种精确检测温度变化而不需要额外的安装空间的温度变化检测器件。
为实现上述第一个目的，本发明提供一种包括工作如下的诸元件的半导体器件。一个处理电路执行一个具有某种温度依赖关系的预定功能。一个传感器单元位于处理电路的附近，它包括具有彼此不同的温度系数的第一与第二半导体元件。一个温度变化检测器通过观测构成传感器单元的第一与第二半导体元件的某个特性的变化来检测温度变化。一个温度校正器修正处理电路的某个电路参数以补偿由温度变化检测器检测到的温度变化。
为实现上述第二个目的，本发明提供一个检测所关心对象的温度变化的温度变化检测器件。此器件包括一个位于关心对象附近的传感器单元，它包括具有彼此不同的温度系数的第一与第二半导体元件。一个温度变化检测器通过观测构成传感器单元的第一与第二半导体元件的某个特性的变化来检测温度变化。
概括地讲，本发明提供一种半导体器件，包括：(a)一个执行预定功能的处理电路；(b)一个位于所述处理电路附近的传感器单元，包括：多个第一型半导体元件，与多个具有与所述第一型半导体元件不同的温度系数的第二型半导体元件，所述第一型半导体元件和所述第二型半导体元件形成一个桥接电路；(c)一个通过观测所述桥电路的变化来检测温度变化的温度变化检测器；(d)一个修正所述处理电路的一个电路参数以补偿由所述温度变化检测器检测到的温度变化的温度校正器。
根据本发明的上述半导件器件，其中：所述第一型半导体元件包括第一型电阻元件；所述第二型半导体元件包括具有与所述第一型电阻元件不同的温度系数的第二型电阻元件；所述温度变化检测器通过观测桥接电路的输出电压来检测所述处理电路的温度变化。
根据本发明的上述半导体器件，其中：所述第二型电阻元件具有非线性的温度特性；而所述桥接电路包括位于它的输出部分的另一个电阻元件，该元件具有与所述第二型电阻元件相同的非线性的温度特性。
根据本发明的上述半导体器件，其中当半导体器件通电时启动所述温度校正器。
根据本发明的上述半导体器件，其中以预定的时间间隔启动所述温度校正器。
根据本发明的上述半导体器件，还包括：一个记录由所述温度变化检测器检测到的温度变化的存贮电路；与一个控制供给所述传感器单元与所述温度变化检测器的电源电压的供电控制器，其中所述供电控制器允许只有当所述温度校正器启动时才向所述传感器单元与所述温度变化检测器馈送电源电压，且其中当所述供电控制器停止向所述传感器单元与所述温度变化检测器馈送电源电压时，所述温度校正器根据存贮电路中记录的温度变化而操作。
根据本发明的上述半导体器件，其中所述第一型半导体元件具有正的温度系数，而所述第二型半导体元件具有负的温度系数。
本发明还提供一种检测一个对象的温度变化的温度变化检测器件，包括：一个位于该对象附近的传感器单元，它包括：多个第一型半导体元件，与多个具有与所述第一型半导体元件不同的温度系数的第二型半导体元件，所述第一型半导体元件和所述第二型半导体元件形成一个桥接电路；以及一个通过观测所述桥电路的变化来检测温度变化的温度变化检测器。
根据本发明的上述温度变化检测器件，其中：所述第一型半导体元件包括第一型电阻元件；所述第二型半导体元件包括具有与所述第一型电阻元件不同的温度系数的第二型电阻元件；所述温度检测器通过观测桥接电路的输出电压来检测所述对象的温度变化。
根据本发明的上述温度变化检测器件，其中：所述第二型电阻元件具有非线性的温度特性；而所述桥接电路包括位于它的输出部分的另一个电阻元件，该元件具有与所述第二型电阻元件相同的非线性的温度特性。
本发明还提供一种半导体器件，包括：(a)一个执行预定功能的处理电路；(b)一个位于所述处理电路附近的桥接电路，包括：一个第一半导体元件，其一端同第一恒压源连接，一个具有与所述第一半导体元件不同的温度系数的第二半导体元件；其一端同所述第一半导体元件的另一端连接，而其另一端同第二恒压源连接，一个具有与所述第二半导体元件相同的温度系数的第三半导体元件，其一端同第一恒压源连接，与一个具有与所述第一半导体元件相同的温度系数的第四半导体元件，其一端同所述第三半导体元件的另一端连接，而其另一端同第二恒压源连接；(c)一个通过观测所述桥接电路的第一与第二节点之间的电压差的变化来检测温度变化的温度变化检测器，第一节点为所述第一与第二半导体元件的结合点，第二节点为所述第三与第四半导体元件的结合点；与(d)一个校正所述处理电路的功能以补偿由所述温度变化检测器检测到的温度变化的温度校正器。
根据本发明的上述半导体器件，其中所述第一至第四半导体元件为电阻元件。
根据本发明的上述半导体器件，其中：所述第二和第三半导体元件具有非线性的温度系数；而所述桥接电路还包括一个位于所述第一节点与第二节点之间的第五半导体元件，该元件具有与所述第二和第三半导体元件相同的非线性的温度系数。
根据本发明的上述半导体器件，其中所述第一半导体元件具有正的温度系数，而所述第二半导体元件具有负的温度系数。
本发明还提供一种半导体元件，包括：(a)一个包括一个电阻器部分与一个电容器部分的滤波器，所述滤波器具有一个由所述电阻器的电阻与所述电容器的电容确定的截止频率；(b)一个位于所述滤波器附近的传感器单元，它包括：多个第一型半导体元件，与多个具有与所述第一型半导体元件不同的温度系数的第二型半导体元件，所述第一型半导体元件和所述第二型半导体元件形成一个桥接电路；(c)一个温度变化检测器，它通过观测构成所述桥接电路的变化来检测由温度引起的所述电阻器部分的电阻的变化与/或所述电容器部分的电容的变化；与(d)温度校正器，它根据由所述温度变化检测器检测到的温度引起的变化，通过改变所述电阻器部分的电阻与所述电容器的电容的至少一个而对所述滤波器作出校正。
根据本发明的上述半导体器件，其中：所述电阻器部分包括：多个电阻器，与多个开关，每个同所述多个电阻器之一耦合，其状态受所述温度校正器控制；而所述温度校正器根据由所述温度变化检测器检测到的由温度引起的变化，接通所述多个开关的至少一个，从而选择与其相应的所述多个电阻器的至少一个并改变所述电阻器部分的电阻。
根据本发明的上述半导体器件，其中：所述电容器部分包括：多个电容器，与多个开关，每个同所述多个电容器之一耦合，其状态受温度校正器控制；而所述温度校正器根据由所述温度变化检测器检测到的由温度引起的变化接通所述多个开关的至少一个，从而选择与其相应的所述多个电容器的至少一个并改变所述电容器部分的电容。
根据本发明的上述半导体器件，其中所述第一型半导体元件具有正的温度系数，而所述第二型半导体元件具有负的温度系数。
根据下列描述连同图示说明作为例子的本发明的优选实施例，本发明的上述与其它的目的、特征与优点将变为显而易见。
附图说明
图1是一个本发明的原理图；
图2是一个本发明的第一实施例的框图；
图3表示图2中表示的恒压源的详细结构；
图4表示图2中表示的A型检测电阻器的详细结构；
图5表示图2中表示的B型检测电阻器的详细结构；
图6表示A型与B型检测电阻器的温度特性的一个例子；
图7表示图2中表示的桥接电路的温度响应；
图8表示图2提出的半导体器件的温度与它的截止频率偏移之间的关系；
图9是一个本发明的第二实施例的框图；
图10表示一个用于常规的半导体器件的温度补偿电路的例子；而
图11表示另一个用于常规的半导体器件的温度补偿电路的例子。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1是一个根据本发明的一种半导体器件的原理图。如图中所见，提出的半导体器件包括下列元件：一个传感器单元30(包括第一型电阻器30b与30d和第二型电阻器30a与30c)。一个温度变化检测器31，一个温度校正器32，与一个处理电路33。这里，处理电路33是一个需要温度校正的电路部分。
第一型电阻器30b与30d具有跟第二型电阻器30a与30c不同的温度特性。在传感器单元30内，这四个电阻器30a至30d组成一个桥接电路如下。第二型电阻器30a与第一型电阻器30d的上引线同一个电源电压连接，而第一型电阻器30b与第二型电阻器30c的下引线同低于上一个的另一个电源电压连接。此外，第一型电阻器30d与第二型电阻器30c串联，第二型电阻器30a与第一型电阻器30b串联。前两个电阻器30c与30d的连接点在此称为节点N1，而后两个电阻器30a与30b的连接点称为节点N2。这两个节点N1与N2的电压引至温度变化检测器31以检测它们的差别。通过检测此电压差，温度变化检测器31检测在具有某种温度依赖关系因而需要适当补偿的处理电路33上的温度变化。
温度校正器32接收来自温度变化检测器31的温度检测结果并相应地校正处理电路33的工作。处理电路33利用温度校正器32的输出以处理电路33的输出将不受任何温度变化影响的这样一种方法来改变例如它的集成电阻元件的电阻值。
上述电路将工作如下。当图1的半导体器件通电时，它的供电电路(未表示)开始激励传感器单元30。这里假定所有四个电阻器30a至30d设计为在室温下具有相同的电阻。由于半导体器件的温度在通电后的一个初始周期内十分接近于环境温度(室温)，所以桥接电路处于平衡状态。因此传感器单元30输出OV，指示节点N1与N2之间没有电压差。
由于检测到在节点N1与N2之间没有电压差，因此温度变化检测器31确定半导体器件工作在室温下，并这样通知温度校正器32。于是温度校正器32认定当前工作情况正常。由于不需要向工作在室温下的处理电路33提供补偿，因而温度校正器32在此刻不采取校正行动。
半导体器件的温度随时间而上升，引起提出的电路工作如下。如上面提到，传感器单元30中的两组电阻器具有不同的温度特性。更详细地说，假定第一型电阻器30b与30d具有正的温度系数(即电阻随温度升高而增大)，而第二型电阻器30a与30c具有负的温度系数(即电阻随温度升高而减小)。
由于它们不同的温度电阻系数，升高的温度使第一型电阻器30b与30d显示较大的电压降而第二型电阻器30a与30c显示较小的电压降。由于二者差别的结果，第二节点N2上的电压变为高于第一节点N1上的电压。温度变化检测器31观测到此电压差并将它看作为相对于室温的温度升高。于是温度变化检测器31向温度校正器32输出一个正比于检测到的电压差的检测信号。
当接收到此通知时，温度校正器32校正处理电路33的某个电路参数以便使处理电路33的特性与温度升高无关。例如，假定处理电路33包括一个具有正温度系数的电阻器，且作为一个整体来看它决定处理电路33的特性。由于此电阻器随温度升高而显示较大的电阻，温度校正器32操纵此电阻器以减小它的阻值，或采取间接措施以带来大致相等的效果，从而消除电阻的增大。由于这种温度补偿的结果，处理电路33将能不管温度升高而不改变它的特性地工作。
环境温度还可能降至标称室温25℃以下，这种情况在例如某个人把器件带到了空调正在其中工作的室内时实际发生。在这种情况下，器件的温度降低，引起第一节点N1上的电压变为高于第二节点N2上的电压。这时温度校正器32以将减小它的电阻这样一种方法操纵处理电路33中的电阻器。以此方法，温度校正器32防止处理电路33的特性受到温度降低的影响。
如从上述说明所见，本发明提供一种包括第一型电阻器30b与30d和第二型电阻器30a与30c以检测温度变化的半导体器件。同图10中讨论的常规电路相比，提出的温度补偿电路因不需要外部元件使它占用较小的安装空间而有利。
还有，根据本发明，提出的半导体器件使用一个由具有不同温度特性的第一型电阻器30b与30d和第二型电阻器30a与30c构成的桥接电路以便检测温度变化。在测量精度方面，此提供的温度变化检测电路如同将在下面讨论具有超过图10与图11中表示的常规电路的优点。
回顾图10的常规电路，有一个第二恒流源12以提供一个流向外部元件13的电流。然而，此电流呈现某种对温度的依赖关系。这里考虑外部元件13有一个电阻R。这时电流源输出的一个变化ΔI将被观测为外部元件13两端之间的电压变化。这个变化(或误差)的幅度表示为ΔI×R，它意味着电压差检测器14接收R乘上温度引起的电流变化ΔI作为一个误差。
不同于常规电路，图1提出的电路使用一个只要桥接电路处于平衡就对它的电源电压的变化不敏感的有利的传感器单元30。这是因为不管电源电压如何，在处于平衡状态的桥接电路的差动输出中不出现电压。当桥接电路变为稍离开平衡时，电源电压的变化ΔV会导致桥接电路输出的一个误差。然而，这个误差只是ΔV/(R1+R2)，式中R1是第一型电阻器30b与30d的阻值，而R2是第二型电阻器30a与30c的阻值。这意味着温度变化检测器接收1/(R1+R2)乘上电源电压变化ΔV。即是说，同图10的常规电路相比，此提出的电路对电源电压的变化较不敏感得多。
接着参看图2，下面将说明本发明的一个较具体的实施例。图2是一个本发明的第一实施例的框图。图示的实施例包括下列元件；一个第一恒压源50与一个第二恒压源51，一个B型检测电阻器52，一个A型检测电阻器53，另一个B型检测电阻器54，另一个A型检测电阻器55，再另一个B型检测电阻器56，一个模/数(A/D)变换器57，一个计时器58，一个控制电路59，电阻器61至63，开关64至66，与一个电容器67。
第一恒压源50与第二恒压源51承担从供给半导体器件的电压产生预定水平电压的责任。产生的电压馈送给由电阻器52至56组成的桥接电路的一对对立的节点。
图3表示图2中表示的第一恒压源50与第二恒压源51的详细结构。如从此图所见，第一恒压源50与第二恒压源51每个包括下列元件：两个P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS-FETs)70与71和两个n沟道MOS-FETs72与73。此电路从一个高电源电压VDD与一个低电源电压VSS产生一个预定的电压以供给桥接电路。
往回参看图2，A型检测电阻器53与55具有跟B型检测电阻器52、54与56不同的温度系数。它们一起布置在应受温度控制的电阻器61至63的附近。现在将在下面说明这些检测电阻器的结构。
图4表示A型检测电阻器53与55的详细结构。如从此图所见，A型检测电阻器53与55为形成在半导体衬底上的硅化物电阻器，每个由一个硅化物层80、一个多晶硅层81、一层氧化膜82与一个p沟道阱83构成。
图5表示B型检测电阻器52、54与56的详细结构。如从此图所见，B型检测电阻器52、54与56是形成在半导体衬底上的多晶硅电阻器，每一个由一个多晶硅层90、一层氧化膜91与一个P沟道阱92构成。如从图4与图5所见，除图4的硅化物电阻器有一个在多晶硅层81上的硅化物层80之外，这两种芯片上的电阻器有相似的结构。
图6表示A型检测电阻器53与55和B型检测电阻器52、54与56的典型温度特性。在此图中，实心圆表示A型检测电阻器(硅化物电阻器)的特性，而实心方块表示B型检测电阻器(多晶硅电阻器)的特性。A型检测电阻器具有正的温度系数，它们的电阻随温度升高而线性增大。另一方面，B型检测电阻器具有负的温度系数，显示一条随温度升高而逐渐减小的非线性的电阻曲线。
往回参看图2的框图，A/D变换器57接收来自桥接电路的模拟输出信号并把它们变换为数字形式。计时器58计时并在一天的预定时间或当自从一个特定的时间以来已经过一个预定时间时把计时信号发送至控制电路59。控制电路59由例如一个中央处理器(CPU)、若干个只读存贮器(ROM)与若干个随机存取存贮器(RAM)构成。在计时器58触发下，它根据由A/D变换器57提供的数字信号控制开关64至66。
电阻器61至63通过串联插入的开关64至66同一个电容器67连接。通过此电容器67与电阻器61至63的(至少)一个(当与它对应的开关64至66接通时)将构成一个具有某个截止频率的简单阻容(RC)滤波器。开关64至66为半导体开关，它们的通/断状态由控制电路59确定。
根据第一实施例，提出的半导体器件工作如下，当器件通电时，第一恒压源50与第二恒压源51由高电源压VDD与低电源电压VSS供电(图3)。于是两个恒压源50与51开始向桥接电路施加预定的电压。中央的B型检测电阻器56两端之间的电压称为桥接电路的输出电压Vo，它由下式给出：
Vo＝E(Ra-Rb)/(3Ra+Rb)                 (1)
式中Ra是A型检测电阻器53与55的电阻，Rb是B型检测电阻器52、54与56的电阻，而E表示施加于桥接电阻的电源电压。
图7表示温度与桥接电路输出电压Vo之间的关系。如此图表示，输出电压Vo随温度升高而增高。假定器件设计成使电阻Ra与Rb在室温(25℃)下彼此一致，则当接通电源时预期图示的桥接电路的输出电压为OV，因为假定器件(包括关心的电阻器61至63)的温度在通电时几乎等于室温，因而分数表达式(1)的分子等于零。A/D变换器57将此OV信号变换为代表“0”的数字代码并将它发送至控制电路59。控制电路59把此代码看作室温(25℃)的指示，因此它接通与代码“0”有关的第一开关64，而使其它的开关65与66处于关断状态。这时选定的电阻器61与电容器67起RC滤波器作用，从给定的输入信号中滤除它的截止频率以上的高频谱分量。
当自从通电以来已经过一个预定时间(例如3分钟)时，计时器58发出一个计时信号，引起控制电路59接收A/D变换器输出的另一个取样。此动作基于下述理由。图2的半导体器件的温度随着通电后时间的经过而升高。这影响电阻器61的电阻，导致由电阻器61与电容器67组成的RC滤波器的截止频率的变化。在电阻器61为类似于A型检测电阻器53与55的硅化物电阻器的情况下，它的电阻如图6中表示随温度升高而增大，意味着截止频率随温度升高而降低。为检测这样的温度变化，当计时器58指示自从通电以来已经过预定时间时，控制电路59检查A/D变换器57的输出。如果观测到温度上升，控制电路59以适当的方式操纵开关64至66，使得RC滤波器的截止频率将不改变。
图8表示图2提出的半导体器件的温度与它的截止频率之间的关系。此图显示三条表示截止频率的温度特性的下降线。中间的线表示第一电阻器61与电容器67连接的情况。上面的线表示第二电阻器62与电容器67连接的情况。下面的线表示第三电阻器63与电容器67连接的情况。
图2提出的电路如图8中黑粗线表示通过联合使用这三个特性来补偿温度变化。即是说，在10至40℃的中间温度范围内选择第一电阻器61；在40℃以上的高温范围内选择第二电阻器62；而在10℃以下的低温范围内选择第三电阻器63。
假定本例中当前温度为50℃。在此情况下，如从图7可见桥接电路输出约为10mV。控制电路59根据A/D变换器57的输出认出这个电压因而接通第二开关65而使其它的开关处于关断状态。(为确定当给定一个特定的桥电压时选择哪个开关，控制电路可在它的内部ROM中贮存一个查阅表。)由于上述选择的结果，第二电阻器62与电容器67组成一个用于滤除给定的输入信号的低频分量的RC滤波器。
上述本发明的第一实施例减弱RC滤波器对温度的依赖关系。控制它的截止频率的偏差不超过它的标称值的1％，只要器件的温度在-20℃至70℃范围内。
本实施例的另一个有利的特点是检测电阻器52至56可布置在接近温度校正对象电阻器61至63的位置上。除了使可能精确测量之外，提出的器件不需要离开芯片的元件，因此使能充分利用插件板的空间。
本实施例的又另一个明显的特点是使用一个由具有不同温度系数的电阻器组成的桥接电路。此桥接电路使会把误差引入温度测量的电源电压波动的影响减至最小。
如已看到，第一实施例中的桥接电路使用一个在其两端之间检测输出电压的B型检测电阻器56。此电阻器56的存在实际地减弱桥接电路中B型电阻器的非线性特性的影响，更详细地说，如果在B型检测电阻器56的位置上使用A型电阻器，桥接电路输出电压Vo将由下面的公式给出：
Vo＝E(Ra-Rb)/(3Rb+Ra)            (2)
比较此公式(2)同前面的公式(1)。这时希望注意公式(1)右边部分的分母(3Ra+Rb)意指Ra比Rb较占优势，而公式(2)右边部分的分母(3Rb+Ra)指示相反的意义。即是说，桥接电路输出Vo受给出对温度变化线性响应的A型检测电阻器特性的支配，而这说明为什么图7中桥接电路的温度响应呈现良好的线性。
如从以上讨论所见，当桥接电路以线性电阻器与非线性电阻器的组合构成时，使用一个非线性的检测电阻器来连接它的两个输出节点作为一个整体来看会改进桥接电路的线性。通过以此方法线性化桥接电路可简化后面的控制电路59的结构。
接着参看图9，下面将说明本发明的另一个实施例。
图9是一个根据本发明的第二实施例的带有一个温度补偿电路的半导体器件的框图。由于图2与图9之间的相似，下面的说明将集中在第二实施例的不同特点上，而对同样的元件标志相同的数字。实际上，第二实施例同第一实施例的区别在于增加一个供电管理器100与触发器(FF)101至103(其它元件与图2中说明的元件相同)。
供电管理器100的作用是当器件通电时或当计时器58指示自从通电以来已经过预定时间时使工作电源能供给两个恒压源50与51、A/D变换器57与控制电路59。在其它情况下它停止供电。
触发器101至103在某些特定时间取样控制电路59的控制输出并保持它们供开关64至66之用。由于它们总是被通电，因而即使控制电路59不被激励时这些触发器101至103也能保持开关64至66的状态。
第二实施例工作如下。当电源施加于图9的半导体器件时，供电管理器100变为有效而开始向第一恒压源50与第二恒压源51、A/D变换器57和控制电路59供电。桥接电路向A/D变换器57输出一个指示关心的电阻器61至63的温度变化的电压信号。A/D变换器57将此信号变换为数字代码并将它发送至控制电路59。
根据从A/D变换器57的输出识别的当前温度，控制电路59确定接通哪个开关。例如，假定控制电路59认定最左边的控制信号以开动第一开关64。这意味着触发器101的输出变高，而其它的触发器102与103保持在低状态。触发器101至103保持控制电路59这样的输出供开关64至66之用。这时被开动的开关64选定的第一电阻器61同电容器67联合，从而起RC滤波器的作用，从给定的输入信号中滤除它的截止频率以上的频谱分量。
当自从通电以来或自从控制电路59最后发出控制信号以来已经过某个时间时，供电管理器100从计时器58认定它并中断供电，从而使两个恒压源50与51、A/D变换器57和控制电路59断电。
当自从上面的供电中断以来已经过另一个预定时间(例如3分钟)时，供电管理器100从计时器58认定它并重新开始供电。两个恒压源50与51、A/D变换器57和控制电路59重新通电并从而开始以与前述相同的方法修正开关64至66每个的通/断状态。以此方法，即使当温度升高时RC滤波器的截止频率保持在规定范围内。虽然供电管理器100可能再次停止供电，开关64至66的最后状态被总是通电的触发器101至103保持。
如从上面说明所见，本发明的第二实施例通过只有当真正需要时才给大部分温度补偿电路供电而节省电力。换句话说电力只由触发器101至103消耗以保持开关64至66的当前状态。
在本发明的两个实施例中，桥接电路在它的两个输出节点上使用一个B型检测电阻器56以改善线性。然而，当B型检测电阻器56具有线性的温度特性时不一定需要这样做。
虽然图示RC滤波器为了控制截止频率而准备多个电阻器，也可用多个电容器代替电阻器以构成一个相似的滤波器。如果情况是这样，控制电路将根据A/D变换器的输出通过接通有关的开关而选择一个特定的电容器。
作为另一种控制RC滤波器的方法，可一次选择两个或更多个电阻器61至63。即使备有少数电阻器，可通过按需要联合两个或更多个电阻器以得到各种电阻值。
虽然两个实施例都假定把一个RC滤波器作为需要补偿的对象，但这并不意味着限制本发明于此专门应用。相反，本发明可应用于任何种类的对温度敏感的电子电路。
在上述实施例中，使用一个布置在半导体器件上的桥接电路以控制布置在同一芯片上的其它电路。也可通过在提出的器件外部的某些其它器件或电路使用这种桥接电路的输出。为此，该器件可有一个界面与发出桥接电路信号的端子。
上述实施例中描述的桥接电路由电阻元件组成。然而，不应把本发明限制于此专门类型的元件，而也可用其它类型的元件来实现。
此外，本发明不限于使用一个桥接电路以检测温度变化的配置。也可使用以许多具有不同温度特性的元件构成的其它电路作为提出的器件中的传感器单元。将通过观测流入这种元件的电流或通过测量这种元件两端之间的电压来检测温度变化。
上述讨论总结如下。根据本发明，提出的半导体器件包括下列元件。一个处理电路执行一个预定的功能。一个传感器单元位于处理电路附近，它包括具有彼此不同的温度系数的第一与第二半导体元件。一个温度变化检测器通过观测构成传感器单元的第一与第二半导体元件的某个特性的变化来检测温度变化。然后一个温度校正器修正处理电路中的一个电路参数以补偿由温度变化监测器检测到的温度变化。这个结构布置使它能较精确地检测对温度的敏感的处理电路的温度而不需要额外的安装空间，并根据检测到的值校正处理电路的特性。
上述内容应看作只是本发明原理的说明性描述。此外，由于对本领域内的技术人员来说将容易产生许多修改与改变，不希望把本发明限制于已表示与描述的精确结构与应用，因此，可把所有合适的修改与等效物看作在按照附录的权利要求与它们的等效物的本发明范围之内。

Claims (18)

1.一种半导体器件，包括：
(a)一个执行预定功能的处理电路；
(b)一个位于所述处理电路附近的传感器单元，包括：
多个第一型半导体元件，与
多个具有与所述第一型半导体元件不同的温度系数的第二型半导体元件，所述第一型半导体元件和所述第二型半导体元件形成一个桥接电路；
(c)一个通过观测所述桥接电路的变化来检测温度变化的温度变化检测器；
(d)一个修正所述处理电路的一个电路参数以补偿由所述温度变化检测器检测到的温度变化的温度校正器。
2.根据权利要求1的半导件器件，其中：
所述第一型半导体元件包括第一型电阻元件；
所述第二型半导体元件包括具有与所述第一型电阻元件不同的温度系数的第二型电阻元件；
所述温度变化检测器通过观测桥接电路的输出电压来检测所述处理电路的温度变化。
3.根据权利要求2的半导体器件，其中：
所述第二型电阻元件具有非线性的温度特性；而
所述桥接电路包括位于它的输出部分的另一个电阻元件，该元件具有与所述第二型电阻元件相同的非线性的温度特性。
4.根据权利要求1的半导体器件，其中当半导体器件通电时启动所述温度校正器。
5.根据权利要求1的半导体器件，其中以预定的时间间隔启动所述温度校正器。
6.根据权利要求1的半导体器件，还包括：
一个记录由所述温度变化检测器检测到的温度变化的存贮电路；与
一个控制供给所述传感器单元与所述温度变化检测器的电源电压的供电控制器，
其中所述供电控制器允许只有当所述温度校正器启动时才向所述传感器单元与所述温度变化检测器馈送电源电压，且
其中当所述供电控制器停止向所述传感器单元与所述温度变化检测器馈送电源电压时，所述温度校正器根据存贮电路中记录的温度变化而操作。
7.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一型半导体元件具有正的温度系数，而所述第二型半导体元件具有负的温度系数。
8.一种检测一个对象的温度变化的温度变化检测器件，包括：
一个位于该对象附近的传感器单元，它包括：
多个第一型半导体元件，与
多个具有与所述第一型半导体元件不同的温度系数的第二型半导体元件，所述第一型半导体元件和所述第二型半导体元件形成一个桥接电路；以及
一个通过观测所述桥接电路的变化来检测温度变化的温度变化检测器。
9.根据权利要求8的温度变化检测器件，其中：
所述第一型半导体元件包括第一型电阻元件；
所述第二型半导体元件包括具有与所述第一型电阻元件不同的温度系数的第二型电阻元件；
所述传感器单元包括一个由所述第一型与第二型电阻元件组成的桥接电路；而所述温度变化检测器通过观测桥接电路的输出电压来检测所述对象的温度变化。
10.根据权利要求9的温度变化检测器件，其中：
所述第二型电阻元件具有非线性的温度特性；而
所述桥接电路包括位于它的输出部分的另一个电阻元件，该元件具有与所述第二型电阻元件相同的非线性的温度特性。
11.一种半导体器件，包括：
(a)一个执行预定功能的处理电路；
(b)一个位于所述处理电路附近的桥接电路，包括：
一个第一半导体元件，其一端同第一恒压源连接，
一个具有与所述第一半导体元件不同的温度系数的第二半导体元件；其一端同所述第一半导体元件的另一端连接，而其另一端同第二恒压源连接，
一个具有与所述第二半导体元件相同的温度系数的第三半导体元件，其一端同第一恒压源连接，与
一个具有与所述第一半导体元件相同的温度系数的第四半导体元件，其一端同所述第三半导体元件的另一端连接，而其另一端同第二恒压源连接；
(c)一个通过观测所述桥接电路的第一与第二节点之间的电压差的变化来检测温度变化的温度变化检测器，第一节点为所述第一与第二半导体元件的结合点，第二节点为所述第三与第四半导体元件的结合点；与
(d)一个校正所述处理电路的功能以补偿由所述温度变化检测器检测到的温度变化的温度校正器。
12.根据权利要求11的半导体器件，其中所述第一至第四半导体元件为电阻元件。
13.根据权利要求12的半导体器件，其中：
所述第二和第三半导体元件具有非线性的温度系数；而
所述桥接电路还包括一个位于所述第一节点与第二节点之间的第五半导体元件，该元件具有与所述第二和第三半导体元件相同的非线性的温度系数。
14.根据权利要求11的半导体器件，其中所述第一半导体元件具有正的温度系数，而所述第二半导体元件具有负的温度系数。
15.一种半导体元件，包括：
(a)一个包括一个电阻器部分与一个电容器部分的滤波器，所述滤波器具有一个由所述电阻器的电阻与所述电容器的电容确定的截止频率；
(b)一个位于所述滤波器附近的传感器单元，它包括：
多个第一型半导体元件，与
多个具有与所述第一型半导体元件不同的温度系数的第二型半导体元件，所述第一型半导体元件和所述第二型半导体元件形成一个桥接电路；
(c)一个温度变化检测器，它通过观测构成所述桥接电路的变化来检测由温度引起的所述电阻器部分的电阻的变化与/或所述电容器部分的电容的变化；与
(d)温度校正器，它根据由所述温度变化检测器检测到的温度引起的变化，通过改变所述电阻器部分的电阻与所述电容器的电容的至少一个而对所述滤波器作出校正。
16.根据权利要求15的半导体器件，其中：
所述电阻器部分包括：
多个电阻器，与
多个开关，每个同所述多个电阻器之一耦合，其状态受所述温度校正器控制；而
所述温度校正器根据由所述温度变化检测器检测到的由温度引起的变化，接通所述多个开关的至少一个，从而选择与其相应的所述多个电阻器的至少一个并改变所述电阻器部分的电阻。
17.根据权利要求15的半导体器件，其中：
所述电容器部分包括：
多个电容器，与
多个开关，每个同所述多个电容器之一耦合，其状态受温度校正器控制；而
所述温度校正器根据由所述温度变化检测器检测到的由温度引起的变化接通所述多个开关的至少一个，从而选择与其相应的所述多个电容器的至少一个并改变所述电容器部分的电容。
18.根据权利要求15的半导体器件，其中所述第一型半导体元件具有正的温度系数，而所述第二型半导体元件具有负的温度系数。
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