CN217716710U - 温度传感器电路 - Google Patents

Abstract

一种温度传感器电路，包括：被配置为产生正温度系数电流的正温度系数模块、被配置为基于正温度系数电流产生基准电压的基准电压发生模块、以及被配置为基于正温度系数电流产生感应电压的感应电压发生模块。正温度系数模块包括：第一三极管、第二三极管、第一电阻和设置在第二三极管的基极和第一公共电压端之间的补偿电路，其中，第一三极管的集电极和基极以及第二三极管的集电极均与第一公共电压端相连接，第一电阻的第一端与第二三极管的发射极相连接，且第一电阻的两端之间的电压差被设置为等于第一三极管和第二三极管的基极‑发射极电压差之间的差值。该补偿电路可以补偿三极管的电流增益引入的误差，提高温度传感器电路的准确度。

Description

温度传感器电路

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感器电路。

背景技术

随着片上系统(SoC)的发展，高精度的温度传感器的重要性越发突出。通常，系统会依赖温度传感器来监测芯片工作温度。当监测到的温度超出危险温度时，系统降频以避免芯片烧毁，而当监测到的温度较低时，系统升频以发挥其最大性能。因此，温度传感器的准确度影响着系统整体的可靠性与性能。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型至少一实施例提供了一种包括补偿电路的温度传感器电路，该补偿电路可以补偿由电路中的三极管的电流增益引入的误差，从而提高温度传感器电路的准确度。

本实用新型至少一实施例提供了一种温度传感器电路。该温度传感器电路包括：被配置为产生正温度系数电流的正温度系数模块、被配置为基于正温度系数电流产生基准电压的基准电压发生模块、以及被配置为基于正温度系数电流产生感应电压的感应电压发生模块。正温度系数模块包括：第一三极管、第二三极管、第一电阻和补偿电路，其中，第一三极管的集电极和基极以及第二三极管的集电极均与第一公共电压端相连接，第一电阻的第一端与第二三极管的发射极相连接，且第一电阻的两端之间的电压差被设置为等于第一三极管的基极-发射极电压差和第二三极管的基极-发射极电压差之间的差值。补偿电路设置在第二三极管的基极和第一公共电压端之间。该补偿电路一方面在所产生的正温度系数电压的基础上增加β相关的补偿分量，另一方面，在所产生的基准电压中引入额外的正温度系数分量以及与β相关的补偿分量，从而使得经ADC得到的温度曲线斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化减小，提高温度传感器的准确度。并且，也无需额外的恒定电压输入，降低了成本。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，正温度系数模块还包括第一钳位模块，其中，第一钳位模块的第一输入端连接到第一节点并与第一三极管的发射极相连接，第一钳位模块的第二输入端连接到第二节点并与第一电阻的第二端相连接，并且第一钳位模块被配置为使第一节点处相对于第一公共电压端的电压与第二节点处相对于第一公共电压端的电压相同。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第一钳位模块包括：第一比较电路、第一晶体管和第二晶体管。其中，第一比较电路的第一输入端和第二输入端分别作为第一钳位电路单元的第一输入端和第一钳位电路单元的第二输入端；第一晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第一晶体管的第二源漏极连接到第一节点并与第一三极管的发射极相连接，第一晶体管的栅极与第一比较电路的输出端相连接；并且，第二晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第二晶体管的第二源漏极连接到第二节点并与第一电阻的第二端相连接，第二晶体管的栅极与第一比较电路的输出端相连接，其中，第二公共电压端不同于第一公共电压端。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第一比较电路为第一运算放大器。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，基准电压发生模块包括：第三三极管、第二电阻、第一电流镜电路单元、以及第一基准电压产生电路。其中，第三三极管的集电极和基极与第一公共电压端相连接，第二电阻的第一端与第三三极管的发射极相连接，第一电流镜电路单元被配置为按第一比例复制正温度系数电流以得到第一复制电流的，并且第一基准电压产生电路基于第一复制电流产生基准电压。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第一电流镜电路单元包括第三晶体管。其中，第三晶体管的栅极与第一钳位电路单元相连接，第三晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第三晶体管的第二源漏极与第二电阻的第二端相连接。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第三三极管基极-发射极电压差等于第一三极管的基极-发射极电压差。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第三三极管的增益是第一三极管的增益的m倍，其中，m为大于等于1的整数。

例如，在本实用新型至少又一实施例提供的温度传感器电路中，温度传感器电路还包括被配置为产生负温度系数电流的负温度系数模块。基准电压发生模块被配置为基于正温度系数电流和负温度系数电流产生基准电压，并且基准电压发生模块包括：第三电阻、第二电流镜电路单元、第三电流镜电路单元、以及第二基准电压产生电路。其中，第三电阻的第一端与第一公共电压端相连接；第二电流镜电路单元与正温度系数模块对应，并被配置为按第二比例复制正温度系数电流以得到第二复制电流；第三电流镜电路单元与负温度系数模块对应，并被配置为按第三比例复制负温度系数电流以得到第三复制电流；并且，第二基准电压产生电路基于第二复制电流和第三复制电流产生基准电压，其中，所述正温度系数电流为流过所述第一电阻的电流，所述负温度系数电流为流过所述第三电阻的电流。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，负温度系数模块包括：第二钳位电路单元和第四电阻。第二钳位电路单元的第一输入端连接到第三节点并与第四电阻的第一端相连接，第二钳位电路单元的第二输入端连接到第一节点并与第一三极管的发射极相连接，并且第二钳位电路单元使得第一节点处的相对于第一公共电压端的电压与第三节点处相对于第一公共电压端的电压相同。第四电阻的第二端与第一公共电压端相连接。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第二钳位电路单元包括：第二比较电路和第四晶体管。第二比较电路的第一输入端和第二输入端分别作为第二钳位电路单元的第一输入端和第二输入端；第四晶体管的栅极与第二比较电路的输出端相连接，第四晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第四晶体管的第二源漏极与第四电阻的第一端相连接。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第二比较电路为第二运算放大器。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，在基准电压发生模块中：第二电流镜电路单元包括第五晶体管，其中，第五晶体管的栅极与第一钳位电路单元相连接，第五晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第五晶体管的第二源漏极与第三电阻的第一端相连接；并且，第三电流镜电路单元包括第六晶体管，其中，第六晶体管的栅极与第二钳位电路单元相连接，第六晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第六晶体管的第二源漏极与第三电阻的第一端相连接。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，感应电压发生模块包括：第五电阻、第四电流镜电路单元以及感应电压产生电路，其中，第五电阻的第一端与第一公共电压端相连接，第四电流镜电路单元被配置为按第四比例复制正温度系数电流以得到第四复制电流，感应电压产生电路基于第四复制电流产生感应电压。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第四电流镜电路单元包括第七晶体管，其中，第七晶体管的栅极与第一钳位电路单元相连接，第七晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，第七晶体管的第二源漏极与第五电阻的第二端相连接。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第二三极管的增益是第一三极管的增益的n倍，其中，n为大于1的整数。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，补偿电路包括线性电阻等效电路。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，补偿电路为补偿电阻，或者包括第六电阻和第八晶体管，其中，第六电阻的第一端和第二端分别与第八晶体管的第一源漏极和第二源漏极相连接。

例如，在本实用新型至少一实施例提供的温度传感器电路中，第一公共电压端为接地电压端，第二公共电压端为电源电压端。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1示出了产生正温度系数电压的带隙基准电路的示意图。

图2A和图2B示出了温度传感器的电路结构示意图。

图3示出了根据本实用新型的至少一实施例的温度传感器电路的电路图。

图4示出了根据本实用新型的至少又一实施例的温度传感器电路的电路图。

图5示出了根据本实用新型的至少一实施例的补偿电路的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

由前面所述，由于片上系统(SoC)依赖温度传感器来监测其中的各个芯片的工作温度，温度传感器的准确度影响着SoC整体的可靠性与性能。因此，随着片上系统(SoC)的发展，需要更高精度的温度传感器。带隙基准源(Bandgap Reference)由于其具有优异的温度稳定性，不仅可以用作提供不随工艺、温度、电源电压等变化的恒定电流源或电压源，也可以用在温度传感器的电路中以提供随温度变化而变化的电压或电流，从而读取芯片温度。

图1示出了产生正温度系数电压V_ptat的带隙基准电路100的示意图。

如图1所示，带隙基准电路100包括两个三级管，这两个三级管的基极-发射极电压的差值为ΔV_be，其可以表示为：

ΔV_be＝V_Tlnn

其中，热电压V_T＝kT/q(k为波尔兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学温度)，n为常数，因此，ΔV_be与温度成正比的关系，即具有正温度系数。换言之，可以由ΔV_be来表示带隙基准电路100所产生的正温度系数电压V_ptat。

下面将参照图2A和图2B，简要描述包含带隙基准电路的温度传感器的电路结构示意图。

图2A示出了由其中的带隙基准电路210A本身提供恒定电压的温度传感器200A的电路结构示意图。

如图2A所示，带隙基准电路210A在图1的带隙基准电路100的基础上，还包括一个附加的三极管。由于三极管中的基极-发射极电压V_be本身具有负温度系数，如果将V_be和Δ_be加以适当的权重(系数)并叠加，正温度系数和负温度系数可以相互抵消，从而获得几乎不随温度变化而变化的恒定电压，又称基准电压V_ref。例如，如图2A所示，由带隙基准电路210A产生的基准电压V_ref可以表示为：

V_ref＝V_be+α*ΔV_be

此时，带隙基准电路210A所产生的正温度系数电压V_ptat可以表示为：

V_ptat＝α*ΔV_be

若进一步将ΔV_be与V_ref输入到一个经过适当设计的模拟数字转换器(ADC)中，就可以得到一个与热力学温度T成正比的数值μ，即：

这里，μ也可以视为温度曲线的斜率。

然而，由于V_ref和V_ptat容易受到工艺角(Process Corner)的影响，并且带隙基准电路210A中用到的三极管的电流增益β同样也会影响V_ref和V_ptat，导致温度曲线的斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化较大，从而使得温度传感器200A的准确度较低。

在一些情况下，也可以由片外提供恒定电压作为基准电压V_ref，如图2B所示。

图2B示出了外接恒定电压的温度传感器200B的电路结构示意图。

如图2B所示，当温度传感器200B在工作时，由外接恒定电压得到基准电压V_ref，而非通过其中的带隙基准电路210B(例如，类似于图1的带隙基准电路100)获得。尽管一定程度上可以避免带隙基准电路210B中用到的三极管的电流增益β对V_ref的影响，但是需要额外的焊球或引脚(bump)以及静电释放(ESD)保护电路，使得流片和测试成本较高。

针对上述问题，本实用新型提供了一种新的温度传感器电路，该温度传感器电路通过增加补偿电路来补偿电流增益β对V_ref和V_ptat的影响，从而优化温度曲线斜率μ，使得温度传感器具有较高的准确度。

本实用新型至少一实施例提供了一种温度传感器电路。该温度传感器电路包括：被配置为产生正温度系数电流的正温度系数模块、被配置为基于正温度系数电流产生基准电压的基准电压发生模块、被配置为基于正温度系数电流产生感应电压的感应电压发生模块。正温度系数模块包括：第一三极管、第二三极管、第一电阻和补偿电路，其中，第一三极管的集电极和第二三极管的集电极均与第一公共电压端相连接，第一电阻的第一端与第二三极管的发射极相连接，且第一电阻的两端之间的电压差被设置为等于第一三极管的基极-发射极电压差和第二三极管的基极-发射极电压差之间的差值。补偿电路设置在第二三极管的基极和第一公共电压端之间。该补偿电路一方面在所产生的正温度系数电压的基础上增加β相关的补偿分量，另一方面，在所产生的基准电压中引入额外的正温度系数分量以及与β相关的补偿分量，从而使得经ADC得到的温度曲线斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化减小，提高温度传感器的准确度。并且，该温度传感器电路也无需额外的恒定电压输入，降低了成本。

图3示出了根据本实用新型的至少一实施例的温度传感器电路300的电路图。

如图3所示，温度传感器电路300可以包括被配置为产生正温度系数电流I_ptat的正温度系数模块310、被配置为基于正温度系数电流I_pt产生基准电压的基准电压发生模块320、被配置为基于正温度系数电流I_pta产生感应电压的感应电压发生模块330。

在如图3所示的实施例中，温度传感器电路300中的正温度系数模块310可以包括第一三极管Q₁和第二三极管Q₂。第一三极管Q₁具有第一放大系数β₁，并且第一三极管Q₁的集电极和基极与第一公共电压端V_ss相连接。第二三极管Q₂具有第一放大系数β₂，并且第二三极管Q₂的集电极与第一公共电压端V_ss相连接。这里，第一公共电压端V_ss可以是公共接地电压端。在一些示例中，第一三极管Q₁的第一放大系数β₁可以与第二三极管Q₂的第一放大系数β₂相同。这里，为了简洁起见，假设第一三极管Q₁和第二三极管Q₂的放大系数均为β。在另一示例中，第二三极管Q₂可以是由多个三极管并联实现的，例如，第二三极管Q₂可以是由多个与第一三极管Q₁相同的三极管并联实现。在这种情况下，当第一三极管Q₁的电流密度为I_s时，第一三极管Q₁的基极-发射极电压差V_be1和第二三极管Q₂的基极-发射极电压差V_be2可以分别表示为：

其中，n(n为常数)是第二三极管Q₂与第一三极管Q₁的比例，例如，数量上的比例关系，即第二三极管Q₂是由n个与第一三极管Q₁相同的三极管并联实现的。在一些示例中，n可以为大于1的任意整数，例如，n为8或15等等，本公开的实施例对此不作限制。此外，I_e为发射极电流。

如图3所示，正温度系数模块310还可以包括第一电阻R₁。第一电阻R₁的第一端与第二三极管Q₂的发射极相连接。其中，第一电阻R₁的两端之间的电压差被设置为等于第一三极管Q₁的基极-发射极电压差V_be1和第二三极管Q₂的基极-发射极电压差V_be2之间的差值ΔV_be。

如图3所示，正温度系数模块310还可以包括补偿电路Comp，其设置在第二三极管Q₂的基极和第一公共电压端V_ss之间。根据本实用新型的至少一实施例，补偿电路Comp可以为线性等效电阻R_C，例如，电阻或其他在电气上等效于电阻的电路。此时，正温度系数模块310所产生的正温度系数电流I_ptat可以表示为：

因此，该补偿电路Comp可以在正温度系数电流I_pt中引入与放大系数β相关的补偿分量。

如图3所示，在至少一个示例中，正温度系数模块310还可以包括第一钳位电路单元315。第一钳位电路单元315的第一输入端连接到第一节点A并与第一三极管Q₁的发射极相连接，而该第一钳位电路单元315的第二输入端连接到第二节点B并与第一电阻R₁相连接。该第一钳位电路单元315可以被配置为使第一节点A处相对于第一公共电压端V_ss的电压与第二节点B处相对于第一公共电压端V_ss的电压相同。

进一步地，如图3所示，根据本实用新型的至少一实施例的第一钳位电路单元315可以包括第一比较电路C₁、第一晶体管M₁和第二晶体管M₂。

参照图3，第一晶体管M₁的第一源漏极与第二公共电压端V_dd相连接，第一晶体管M₁的第二源漏极连接到第一节点A并与第一三极管Q₁的发射极相连接。第二晶体管M₂的第一源漏极也与第二公共电压端V_dd相连接，第二晶体管M₂的第二源漏极连接到第二节点B并与第一电阻R₁的第二连接端相连接。应理解，第二公共电压端V_dd不同于上述第一公共电压端V_ss，例如，第二公共电压端V_dd可以是公共供电电压端，例如第二公共电压端Vdd是电源电压端，其提供的电压高于第一公共电压端提供的电压。第一比较电路C₁的第一输入端和第二输入端分别作为第一钳位电路单元315的第一输入端和第二输入端。具体地，第一比较电路C₁的第一输入端连接到第一节点A并与第一三极管Q₁的发射极相连接，第一比较电路C₁的第二输入端连接到第二节点B并与第一电阻R₁的第二连接端相连接。并且，如图3所示，第一晶体管M₁的栅极和第二晶体管M₂的栅极均与第一比较电路C₁的输出端相连接。在一些实施例中，第一比较电路C₁可以是第一运算放大器，通过将其输出端与连接到第一节点A的第一晶体管M₁的栅极和连接到第二节点B的第二晶体管M₂的栅极相连接，以调节使第一节点A处相对于第一公共电压端V_ss的电压与第二节点B处相对于第一公共电压端V_ss的电压相同。

在如图3所示的实施例中，温度传感器电路300中的基准电压发生模块320可以包括第一电流镜电路单元，其被配置为按第一比例复制正温度系数电流I_ptat以得到第一复制电流。基准电压发生模块320还包括第一基准电压产生电路，以基于所得到的第一复制电流产生基准电压V_ref。例如，如图3所示，基准电压发生模块320可以包括第二电阻R₂和第三三极管Q₃。第二电阻R₂的第一端与第三三极管Q₃的发射极相连接，第二电阻R₂的第二端与第一电流镜电路单元相连接，第三三极管Q₃的集电极和基极与第一公共电压端V_ss相连接。

具体地，如图3所示，在一些示例中，第一电流镜电路单元可以包括一个或多个第三晶体管M₃，第三晶体管M₃用于实现电流复制，例如镜像复制，其中，第三晶体管M₃的栅极与第一钳位电路单元315相连接，第三晶体管M₃的第一源漏极与第二公共电压端V_dd相连接，第三晶体管M₃的第二源漏极与第二电阻R₂的第二端相连接。因此，可以基于按第一比例复制正温度系数电流I_ptat所得到的第一复制电流得到流过第二电阻R₂的电流，然后可以进一步得到第二电阻R₂的两端的电压降。例如，第一电流镜电路单元按第一比例k₁复制正温度系数电流I_ptat，可以得到第一复制电流k₁*I_ptat，即流过第二电阻R₂的电流为k₁*I_ptat，此时，第二电阻R₂的两端的电压降为k₁*I_ptat*R₂。

此外，在至少一实施例中，第三三极管Q₃可以是与第一三极管Q₁相同的三极管，也可以与第一三极管Q₁具有一定的比例关系，诸如数量上的比例关系。例如，在一些示例中，第三三极管Q₃可以是由m个与第一三极管Q₁相同的三极管并联实现的，m可以为大于等于1的任意整数，例如，m为1、3或6等等，本公开的实施例对此不作限制。在这种情况下，第三三极管Q₃基极-发射极电压差V_be3可以表示为：

因此，可以进一步基于第二电阻R₂的两端的电压降以及第三三极管Q₃基极-发射极电压差V_be3得到基准电压V_ref，该基准电压V_ref可以表示为：

因此，补偿电路Comp通过在正温度系数电流I_ptat中引入与放大系数β相关的补偿分量而进一步在基准电压V_ref中引入与放大系数β相关的补偿分量，并且该基准电压V_ref还可以通过增大第二电阻R₂，引入额外的正温度系数分量。

在如图3所示的实施例中，温度传感器电路300中的感应电压发生模块330可以包括第四电流镜电路单元，其被配置为按第四比例复制正温度系数电流I_ptat以得到第四复制电流。感应电压发生模块330还包括感应电压产生电路以基于所得到的第四复制电流产生感应电压V_sense，相当于如上所述的正温度系数电压V_ptat。例如，如图3所示，感应电压发生模块330可以包括第五电阻R₅。第五电阻R₅的第一端与第一公共电压端V_ss相连接。第五电阻R₅的第二端与第四电流镜电路单元相连接。在一些示例中，与上述第三电流镜电路单元的描述类似，第四电流镜电路单元可以包括一个或多个第七晶体管M₇，第七晶体管M₇用于实现电流复制，例如镜像复制。如图3所示，第七晶体管M₇的栅极与第一钳位电路单元315相连接，第七晶体管M₇的第一源漏极与第二公共电压端V_dd相连接，第七晶体管M₇的第二源漏极与第五电阻R₅的第二端相连接。因此，可以基于按第四比例复制正温度系数电流I_ptat所得到的第四复制电流得到流过第五电阻R₅的电流，然后可以进一步得到第五电阻R₅的两端的电压降，也就是感应电压V_sense。与上面关于第三电流镜电路单元的描述类似，例如，第四电流镜电路单元可以按第二比例k₂复制正温度系数电流I_pta，从而得到第二复制电流k₂*I_ptat，即流过第五电阻R₅的电流为k₂*I_ptat，此时，第五电阻R₅的两端的电压降为k₂*I_ptat*R₅。因此，感应电压V_sense可以进一步表示为：

因此，补偿电路Comp通过在正温度系数电流I_ptst中引入与放大系数β相关的补偿分量而进一步在感应电压V_sense中引入与放大系数β相关的补偿分量。并且，在一些示例中，可以通过第五电阻R₅来调节感应电压V_sense的电压范围。

结合如上所述的基准电压V_ref，可以进一步推导出经模拟数字转换器ADC采样后的得到的温度曲线的斜率μ可以表示为：

化简可得：

由于所设置的补偿电路Comp使得在基准电压V_ref和感应电压V_sense中分别引入了与放大系数β相关的补偿分量R_C/β，从而可以通过调节补偿电路Comp(例如，调节等效电阻R_C的阻值)、基准电压发生模块320中的第二电阻R₂(又可称为“基准电阻”)以及感应电压发生模块330中的第五电阻R₅(又可称为“感应电阻”)，使温度曲线的斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化最小，以实现温度传感器的高准确度。

例如，若要实现温度曲线的斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化最小，即使温度曲线的斜率μ与放大系数β无关，则补偿电路Comp的等效电阻R_C应满足：

即，补偿电路Comp的等效电阻R_C可以表示为：

换言之，当温度传感器中的补偿电路Comp可以视为如上的等效电阻R_C，温度曲线的斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化最小，温度传感器的准确度最高。

在本实用新型的至少又一些实施例中，温度传感器电路还可以包括被配置为产生负温度系数电流的负温度系数模块，并且温度传感器电路的基准电压发生模块可以被配置为基于正温度系数电流和负温度系数电流产生基准电压。下面将结合图4进行详细描述。

图4示出了根据本实用新型的至少一实施例的温度传感器电路400的电路图。

如图4所示，温度传感器电路400可以包括被配置为产生正温度系数电流I_ptat的正温度系数模块410以及被配置为基于正温度系数电流I_ptat产生感应电压的感应电压发生模块430。其中，正温度系数模块410包括的元件及其连接方式和功能与上述关于图3中的正温度系数模块310所描述的内容相同，这里不再详述。感应电压发生模块430包括的元件及其连接方式和功能与上述关于图3中的感应电压发生模块330所描述的内容相同，这里也不再详述。

不同于图3所示的温度传感器300，在如图4所示的实施例中，温度传感器电路400还可以包括负温度系数模块415，在这种情况下，温度传感器电路400中的基准电压发生模块420可以被配置为基于正温度系数电流I_ptat和负温度系数电流I_cta两者来产生基准电压。

如图4所示，负温度系数模块415可以包括第二钳位电路单元425和第四电阻R₄。如图4所示，第二钳位电路单元425的第一输入端连接到第三节点D并与第四电阻R₄的第一端相连接。例如，进一步地，第二钳位电路单元425的第二输入端可以连接到第一节点A并与第一三极管Q₁的发射极相连接，由此第二钳位电路单元425使得第三节点D处相对于第一公共电压端V_ss的电压与第一节点A处的相对于第一公共电压端V_ss的电压相同。还如图4所示，第四电阻R₄的第二端与第一公共电压端V_ss相连接。因此，第二钳位电路单元425可以被配置为使得第四电阻R₄的两端的电压降V_R4等于第一三极管Q₁的基极-发射极电压差V_be1，即：

V_R4＝V_be1

因此，流过第四电阻R4的负温度系数电流I_ctat可以表示为：

进一步地，如图4所示，例如，第二钳位电路单元425可以包括第二比较电路C₂和第四晶体管M₄。参照图4，第四晶体管M₄的第一源漏极与第二公共电压端V_dd相连接，第四晶体管M₄的第二源漏极与第四电阻R4的第二端相连接。第二比较电路C₂的第一输入端和第二输入端分别作为第二钳位电路单元425的第一输入端和第二输入端。具体地，第二比较电路C₂的第一输入端连接到第三节点D并与第四电阻R4的第一端相连接，第二比较电路C₂的第二输入端连接到第一节点A并与第一三极管Q₁的发射极相连接。并且，如图4所示，第四晶体管M₄的栅极与第二比较电路C₂的输出端相连接。在一些实施例中，第二比较电路C₂可以是第二运算放大器，通过将其输出端与连接到第三节点D的第四晶体管M₄的栅极相连接，以调节第三节点D处相对于第一公共电压端V_ss的电压，使得第三节点D处相对于第一公共电压端V_ss的电压等于第一节点A处相对于第一公共电压端V_ss的电压。

在至少一个示例中，温度传感器电路400的基准电压发生模块420可以包括与正温度系数模块410对应的第二电流镜电路单元以及与负温度系数模块415对应的第三电流镜电路单元，其中，第二电流镜电路单元被配置为按第二比例复制正温度系数电流I_ptat以得到第二复制电流，第三电流镜电路单元被配置为按第三比例复制负温度系数电流I_ctat以得到第三复制电流。如图4所示，基准电压发生模块420还可以包括第三电阻R₃，其中，第三电阻R₃的第一端与第一公共电压端V_ss连接，第三电阻R₃的第二端与第二电流镜电路单元和第三电流镜电路单元连接。

根据本实用新型的至少一实施例，第二电流镜电路单元可以被配置为是可进行编程调整(code trimming)的以调整第二比例，第三电流镜电路单元也可以被配置为是可进行编程调整以调整第三比例。具体地，可以通过编程来控制处于工作状态的电流镜(用于进行镜像的晶体管)的个数，以调节正温度系数电流I_ptat和负温度系数电流I_ctat的大小，从而得到最优基准电压V_ref。在一些示例中，也可以通过自动化测试设备(ATE)得到最优基准电压的编码，以达到校准误差电压的目的，从而进一步使电路产生最优基准电压V_ref。

例如，如图4所示，第二电流镜电路单元可以包括一个或多个第五晶体管M₅，第五晶体管M₅用于实现电流复制，例如镜像复制，其中，第五晶体管M₅的栅极与第一钳位电路单元中的第一比较电路C₁的输出端相连接，第五晶体管M₅的第一源漏极与第二公共电压端V_dd相连接，第五晶体管M₅的第二源漏极与第三电阻R₃的第一端相连接。类似地，第三电流镜电路单元可以包括一个或多个第六晶体管M₆，第六晶体管M₆用于实现电流复制，例如镜像复制，其中，第六晶体管M₆的栅极与第二钳位电路单元中的第二比较电路C₂的输出端相连接，第六晶体管M₆的第一源漏极与第二公共电压端V_dd相连接，第六晶体管M₆的第二源漏极与第三电阻R₃的第一端相连接。

基准电压发生模块430还可以包括第二基准电压产生电路，以基于第二复制电流和第三复制电流产生基准电压V_ref。如前所述，如图4所示，第三电阻R₃的第一端与第一公共电压端V_ss连接，第三电阻R₃的第二端与第二电流镜电路单元和第三电流镜电路单元连接，因此第二电流镜电路单元和第三电流镜电路单元相对于第三电阻R₃是并联的，所以第三电阻R₃可以基于第二复制电流和第三复制电流来产生基准电压V_ref。也就是说，可以基于按第二比例复制正温度系数电流I_ptat所得到的第二复制电流和按第三比例复制负温度系数电流I_ctat所得到的第三复制电流得到流过第三电阻R₃的电流，然后可以进一步得到第三电阻R₃的两端的电压降，也就是基准电压V_ref。换言之，基准电压V_ref可以表示为：

在这一实施例中，补偿电路Comp同样可以通过在正温度系数电流I_ptat中引入与放大系数β相关的补偿分量而进一步在基准电压V_ref中引入与放大系数β相关的补偿分量。

进一步地，在如图4所示的实施例中，经模拟数字转换器ADC采样后的得到的温度曲线的斜率μ可以表示为：

同样地，所设置的补偿电路Comp使得在基准电压V_ref和感应电压V_sense中分别引入了与放大系数β相关的补偿分量R_C/β，因此，同样可以通过调节例如补偿电路Comp(例如，调节等效电阻R_C的阻值)使温度曲线的斜率μ与放大系数β无关，即，使得温度曲线的斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化最小，从而温度传感器的准确度最高。具体可参见如上在图3中的有关描述，这里不再详述。

图5示出了根据本实用新型的至少又一实施例的补偿电路的示意图。

如图5所示，在一个示例中，补偿电路500包括第六电阻R₆和第八晶体管M₈，其中，第六电阻R₆的两个连接端分别与第八晶体管M₈的第一源漏极和第二源漏极相连接。可以通过控制信号来控制是否开启补偿电路500。例如，如图5所示，第八晶体管M₈的栅极与控制信号Comp_en相连接，该控制信号Comp_en可以是用于控制是否开启补偿电路500的补偿功能的信号。例如，当控制信号Comp_en为高电平时，第八晶体管M₈导通，因而电流不经过第六电阻R₆，使得补偿电路500处于关闭状态。换言之，补偿电路500此时不提供对如图3所示的温度传感器电路300或如图4所示的温度传感器电路400的补偿功能。当控制信号Comp_en为低电平时，第八晶体管M₈截止，电流通过第六电阻R₆，即补偿电路500处于开启状态，以对如图3所示的温度传感器电路300或如图4所示的温度传感器电路400进行补偿。但应理解，根据本实用新型的补偿电路的电路组成不限于此，例如，补偿电路Comp在基于CMOS的集成电路中可以是电阻本身(例如，由多晶硅等指标的电阻)，也可以是由MOS管制备的等效电阻或任意等效为线性电阻的电路实现。

本实用新型的实施例所提供的带有补偿电路的温度传感器电路，与传统的温度传感器电路相比，通过引入补偿电压以在基准电压V_ref和感应电压V_sense中分别引入与放大系数β相关的补偿分量，抵消由三极管电流放大系数β引入的误差电压，并且还在基准电压V_ref中增加了正温度系数电压分量，从而进一步优化了温度曲线斜率μ，使温度曲线的斜率μ随工艺、温度、电源电压的变化最小，以实现温度传感器的高准确度。并且，根据本实用新型所提供的带有补偿电路的温度传感器电路，无需额外的恒定电压输入，降低了生产和测试成本。

此外，还有以下几点需要说明：

(1)本实用新型实施例附图只涉及到与本实用新型实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种温度传感器电路，其特征在于，包括：

正温度系数模块，被配置为产生正温度系数电流，其中，所述正温度系数模块包括：

第一三极管，其中，所述第一三极管的集电极和基极与第一公共电压端相连接；

第二三极管，其中，所述第二三极管的集电极与所述第一公共电压端相连接，

第一电阻，其中，所述第一电阻的第一端与所述第二三极管的发射极相连接，且所述第一电阻的两端之间的电压差被设置为等于所述第一三极管的基极-发射极电压差和所述第二三极管的基极-发射极电压差之间的差值，和

补偿电路，设置在所述第二三极管的基极和所述第一公共电压端之间；

基准电压发生模块，被配置为基于正温度系数电流产生基准电压；以及

感应电压发生模块，被配置为基于正温度系数电流产生感应电压。

2.根据权利要求1所述的温度传感器电路，其特征在于，所述正温度系数模块还包括第一钳位电路单元，其中，

所述第一钳位电路单元的第一输入端连接到第一节点并与所述第一三极管的发射极相连接，所述第一钳位电路单元的第二输入端连接到第二节点并与所述第一电阻的第二端相连接，并且

所述第一钳位电路单元被配置为使所述第一节点处相对于所述第一公共电压端的电压与所述第二节点处相对于所述第一公共电压端的电压相同。

3.根据权利要求2所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第一钳位电路单元包括第一比较电路、第一晶体管和第二晶体管，其中，

所述第一比较电路的第一输入端和第二输入端分别作为所述第一钳位电路单元的第一输入端和所述第一钳位电路单元的第二输入端，

所述第一晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，所述第一晶体管的第二源漏极连接到所述第一节点并与所述第一三极管的发射极相连接，所述第一晶体管的栅极与所述第一比较电路的输出端相连接，并且

所述第二晶体管的第一源漏极与所述第二公共电压端相连接，所述第二晶体管的第二源漏极连接到所述第二节点并与所述第一电阻的第二端相连接，所述第二晶体管的栅极与所述第一比较电路的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第一比较电路为第一运算放大器。

5.根据权利要求2-4中任一所述的温度传感器电路，其特征在于，所述基准电压发生模块包括：

第三三极管，其中，所述第三三极管的集电极和基极与所述第一公共电压端相连接；

第二电阻，其中，所述第二电阻的第一端与所述第三三极管的发射极相连接；

第一电流镜电路单元，被配置为按第一比例复制所述正温度系数电流以得到第一复制电流；和

第一基准电压产生电路，基于所述第一复制电流产生所述基准电压。

6.根据权利要求5所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第一电流镜电路单元包括第三晶体管，其中，

所述第三晶体管的栅极与所述第一钳位电路单元相连接，所述第三晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，所述第三晶体管的第二源漏极与所述第二电阻的第二端相连接。

7.根据权利要求5所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第三三极管基极-发射极电压差等于所述第一三极管的基极-发射极电压差。

8.根据权利要求5所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第三三极管的增益是所述第一三极管的增益的m倍，其中，m为大于等于1的整数。

9.根据权利要求2-4中任一所述的温度传感器电路，其特征在于，所述温度传感器电路还包括负温度系数模块，所述负温度系数模块被配置为产生负温度系数电流；

所述基准电压发生模块被配置为基于所述正温度系数电流和所述负温度系数电流产生基准电压，并且所述基准电压发生模块包括：

第三电阻，其中，所述第三电阻的第一端与所述第一公共电压端相连接；

第二电流镜电路单元，与所述正温度系数模块对应，被配置为按第二比例复制所述正温度系数电流以得到第二复制电流；

第三电流镜电路单元，与所述负温度系数模块对应，被配置为按第三比例复制所述负温度系数电流以得到第三复制电流；和

第二基准电压产生电路，基于所述第二复制电流和所述第三复制电流产生所述基准电压，

其中，所述正温度系数电流为流过所述第一电阻的电流，所述负温度系数电流为流过所述第三电阻的电流。

10.根据权利要求9中所述的温度传感器电路，其特征在于，所述负温度系数模块包括第二钳位电路单元和第四电阻，

所述第二钳位电路单元的第一输入端连接到第三节点并与所述第四电阻的第一端相连接，所述第二钳位电路单元的第二输入端连接到所述第一节点并与所述第一三极管的发射极相连接，并且所述第二钳位电路单元使得所述第一节点处的相对于所述第一公共电压端的电压与所述第三节点处相对于所述第一公共电压端的电压相同，以及

所述第四电阻的第二端与所述第一公共电压端相连接。

11.根据权利要求10所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第二钳位电路单元包括第二比较电路和第四晶体管，

所述第二比较电路的第一输入端和第二输入端分别作为所述第二钳位电路单元的第一输入端和第二输入端；

所述第四晶体管的栅极与所述第二比较电路的输出端相连接，所述第四晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，所述第四晶体管的第二源漏极与所述第四电阻的第一端相连接。

12.根据权利要求11所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第二比较电路为第二运算放大器。

13.根据权利要求10中所述的温度传感器电路，其特征在于，在所述基准电压发生模块中：

所述第二电流镜电路单元包括第五晶体管，其中，所述第五晶体管的栅极与所述第一钳位电路单元相连接，所述第五晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，所述第五晶体管的第二源漏极与所述第三电阻的第一端相连接；并且

所述第三电流镜电路单元包括第六晶体管，其中，所述第六晶体管的栅极与所述第二钳位电路单元相连接，所述第六晶体管的第一源漏极与所述第二公共电压端相连接，所述第六晶体管的第二源漏极与所述第三电阻的第一端相连接。

14.根据权利要求1-4任一所述的温度传感器电路，其特征在于，所述感应电压发生模块包括：

第五电阻，其中，所述第五电阻的第一端与所述第一公共电压端相连接；

第四电流镜电路单元，被配置为按第四比例复制所述正温度系数电流以得到第四复制电流；以及

感应电压产生电路，基于所述第四复制电流产生所述感应电压。

15.根据权利要求14所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第四电流镜电路单元包括第七晶体管，其中，

所述第七晶体管的栅极与第一钳位电路单元相连接，所述第七晶体管的第一源漏极与第二公共电压端相连接，所述第七晶体管的第二源漏极与所述第五电阻的第二端相连接。

16.根据权利要求1-4任一所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第二三极管的增益是所述第一三极管的增益的n倍，其中，n为大于1的整数。

17.根据权利要求1-4任一所述的温度传感器电路，其特征在于，所述补偿电路包括线性电阻等效电路。

18.根据权利要求1-4任一所述的温度传感器电路，其特征在于，所述补偿电路为补偿电阻；或者

所述补偿电路包括第六电阻和第八晶体管，其中，所述第六电阻的第一端和第二端分别与所述第八晶体管的第一源漏极和第二源漏极相连接。

19.根据权利要求3所述的温度传感器电路，其特征在于，所述第一公共电压端为接地电压端，所述第二公共电压端为电源电压端。

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