CN1262813A - 定时电路 - Google Patents

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D·J·米勒斯
R·戈尔德曼
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Infineon Technologies AG
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Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
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Abstract

一种定时电路,用在集成电路中产生较长的时间周期。向其中一个部件提供热的同时,测量一对匹配部件的电性质(例如电阻值)。当部件的热相关性质的值相差某个数量时,定时周期结束。成对的匹配部件位于IC内的隔热的结构中。

Description

定时电路
本发明涉及定时电路，特别涉及在集成电路中使用的定时电路。
在电路设计中通常需要定时电路，该定时电路能产生其值以较慢的速率例如约一秒以上周期从一个状态改变到另一状态(例如导通/截止)的信号。通常，在集成电路中，通过使用包括时钟电路在内的数字计数电路，或通过使用能以较长的周期充电或放电的大电容器提供所述延迟。
然而，由于它们在集成电路中占据了较大的面积，和/或需要额外的外部部件，例如为数字延迟电路提供时钟的晶体或被充电和放电的电容器，这些解决方法的效率较低。
前者的一个例子图解在Horowitz和Hill的“电子技术(The Art ofElectronics)”第2版的图8.68中，而后者的一个例子介绍在同一本书的5.14部分中。
本发明试图提供一种定时电路，能在集成电路中使用少得多的空间实现，并提供一种准确度至少在一些情况下可以接受的较长延迟，并且不使用外部部件。
由此本发明试图提供一种能完全地在集成电路中实现的定时电路，并且不占用大的集成电路表面积。
根据本发明的定时电路包括两个或多个匹配部件，具有至少一种与部件的温度有关的性质。例如，采用两个匹配部件时，每个部件制造在集成电路内它自身的隔热结构中，并且其中一个部件与加热元件相邻设置。从每个部件中取出随与温度有关性质的值而变化的电信号并对比，加热元件将热施加到其中一个部件，直到随温度变化参数的值相差得足以使电信号的值相差预定的数值。此时，产生输出，表示定时周期结束，可以切断加热元件。
隔热结构优选包括沟槽，环绕各部件，含有一种绝缘材料。例如，当在硅上形成集成电路时，沟槽结构可以便利地含有二氧化硅，其热导率约为硅热导率的1％。
根据本发明的电路的优点为能在集成电路中容易地实现，并提供较长时间周期的延迟，具有至少一些用途可以接受的准确性。
图1为根据本发明的定时电路的示意图。
图2为电路的隔热结构形成部分的示意剖面图。
图1为根据本发明的定时电路的示意图。所述图示例使用了二极管的随温度变化的性质，但同样也可以使用如电阻器或晶体管(MOS或双极)、或齐纳二极管等的其它部件。在一对匹配的二极管2，4周围形成电路，每个二极管由集成电路内的各恒流源6，8提供正向偏置电流。通过控制电路10控制电流源6，8，此时分别向两个二极管2，4提供等量的电流。二极管2，4上的正向压降V2，V4提供到比较器12的输入端，比较的结果提供到控制电路10。
可以为集成的电阻器但也可以为如二极管或连接为二极管的双极或MOS晶体管或齐纳二极管等一些其它器件的加热元件14靠近二极管2设置，到该加热元件的电流也由控制电路10提供。
这里参考具有两个绝缘沟槽结构的电路介绍本发明，每个沟槽包括一个随温度变化的部件。然而，应该理解也可以使用多于两个的所述结构，和/或每个绝缘结构可以含有两个或多个串联或并联连接的部件。
随温度变化的部件在这里介绍为“匹配”，意思是它们具有相同的尺寸、形状和电参数，但也表示它们的尺寸或其它参数在已知的比例内或相差已知的数量，假设比较器可以补偿测量参数中的任何预期差异。
本发明的一个主要特征是二极管2和加热元件14由集成电路内的隔热结构环绕。类似地，二极管4包含在另一隔热结构中。具体地，二极管2和加热元件14由在硅的集成电路内形成并含有绝缘材料的沟槽16，18环绕，也许最便利的是二氧化硅。类似地，环绕二极管4的沟槽结构包括一对沟槽20，22。
每个沟槽的结构实质上类似于在集成电路中提供部件电隔离使用的沟槽，本领域的技术人员公知多种这样的制造技术。
图2为在二氧化硅的水平层40上硅的有源层42内形成的一个沟槽16的剖面图。
作为一个例子，硅的有源层42可以具有5.5μm的深度，沟槽16在硅的上表面处具有约1.8μm的宽度，在底部具有约1μm的宽度，在该处它与水平层40相接触，此时厚度约3μm。然而如果需要，沟槽16的底部可以与水平层40分离。沟槽的壁44由二氧化硅形成，而沟槽46的其余部分由未掺杂的多晶硅填充。壁44的厚度例如在350nm的范围中。
这里图示的结构包括在每个沟槽结构中的一对沟槽，完全地环绕相关的部件。然而，应该注意该结构可以包括任何数量的沟槽，可以环绕部件到任何需要的程度，以提供需要程度的隔热。因此，不必要得到彻底的电隔离，通过其内有间隙的沟槽结构可以获得满意程度的隔热。
沟槽结构的目的是将加热的二极管2和参考二极管4与外部温度源隔离，将来自加热元件14的热提供到二极管2。
在工作周期开始时，二极管2，4在集成电路的本体内温度相同。因此，它们的正向压降也相同，比较器12检测到这两个电压V2和V4之间没有差异。当电流提供到加热元件14时，它开始加热，二极管2的温度增加。由此，二极管2的正向压降V2以约-2mV/K的速率下降。当温度达到特定点时，比较器12检测到电压V2与未加热的二极管上的压降V4相差预定的数量，控制电路10检测到比较器输出表示定时周期已结束。
然后中断到加热元件14的电流，随着时间的推移，二极管2的温度降到与参考二极管4近似相同的温度时，周期重新开始。
在这些周期期间当需要加热时，提供到加热元件14的电流不间断，或以短脉冲接通。
通过改变提供到加热元件14的电流可以改变二极管加热的速率。此外，可以通过控制比较器12控制触发定时周期结束需要的电压差(以及因此的温度差)。这些参数中的差异可以用于改变定时周期的持续时间。
代替加热部件，可以通过冷却具有随温度变化参数的部件得到电压差。
这样介绍了可以用于在集成电路内提供定时周期的电路。
根据本发明的电路在较高压的应用中可以有特殊的用途，其中使用高密度数字工艺(以别外的方式形成定时电路)是不可能的。
仅作为例子，本发明的电路可以用做电话终端显示电路的灯节奏控制器，用做控制汽车应用中几个可能功能中一种功能(例如闪光指示灯)的定时电路，或作为电荷泵型低通滤波器电路的一种替代。
在这些例子中，以及在许多其它例子中，根据本发明的电路可以低成本地实现，并且在集成电路中不需要大的空间区域。

Claims (12)

1.一种定时电路，包括匹配的随温度变化的第一和第二集成电路部件，
第一和第二部件分别位于集成电路内的第一和第二隔热结构内，
第一隔热结构还包含一个改变第一部件温度的器件，以及
电路还包括一个比较第一和第二部件的与温度有关参数的值的器件。
2.根据权利要求1要求的定时电路，包括比较在第一和第二匹配的随温度变化的集成电路部件两端电压的装置。
3.根据权利要求2要求的定时电路，其中第一和第二部件为电阻器。
4.根据权利要求2要求的定时电路，其中第一和第二部件为二极管。
5.根据权利要求2要求的定时电路，其中第一和第二部件为晶体管。
6.根据以上任意一个权利要求中要求的定时电路，包括向加热器件提供热直到第一和第二部件的随温度变化参数的值之间的差达到预定值的装置。
7.根据以上任意一个权利要求中要求的定时电路，其中加热器件为电阻器或二极管或晶体管。
8.根据以上任意一个权利要求中要求的定时电路，其中第一和第二隔热结构为沟槽结构的形式，环绕各部件，沟槽结构含有隔热材料。
9.根据权利要求8要求的定时电路，其中隔热材料含有二氧化硅。
10.一种集成电路，包括以上任意权利要求中要求的定时电路。
11.一种定时电路，包括：
匹配的随温度变化的第一和第二集成电路部件；
集成电路内的第一和第二隔热结构，分别环绕第一和第二部件；
向第一和第二部件中的一个提供热的装置；
得到代表第一和第二部件的随温度变化参数的值的第一和第二电信号的装置；以及
比较第一和第二信号的值的装置。
12.根据权利要求11要求的定时电路，其中得到第一和第二电信号的装置包括向第一和第二部件提供电流的装置，以及检测在所述部件两端的电压用做第一和第二电信号的装置。
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