TW201107726A - Providing linear relationship between temperature and digital code - Google Patents
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Description
201107726 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於提供數位碼與溫度間線性關係的方 法。各種實施例係應用於溫度感測器之中。 【先前技術】 溫度感測器可用來監控中央處理單元（Central
Processing Unit ’ CPU)、繪圖處理單元（Graphics Processing Unit，GPU)、微處理（Micro Processing Unit， MPU)、單晶片系統（System On Chip，SOC)等電子元件之 溫度。當溫度超出預設臨界值時，感測器可發出警報告 知電路降低運作速度，甚至關閉其運作以減少功率消耗 而降低溫度，進而避免元件因過熱而發生結構損壞。 一般來說，溫度感測器包括參考電路與溫度量測電 路’其溫度相依性不是與絕對溫度有正關係（pr〇p〇rti〇nal to absolute temperature，PTAT)就是與絕對溫度有互補關 係（Complementary to absolute temperature，CTAT)。正比 於絕對溫度，表示其具有正溫度係數，量測電路輸出之 電壓隨溫度上升而增加；互補於絕對溫度，表示其具有 負溫度係數，量測電路輸出之電壓隨溫度上升而降低。 此外’可使用一數位至類比轉換器（digital to analog converter，DAC)型溫度感測器，其係採用比較ρτΑΤ電 壓與CTAT基射電壓的方式運作。然而，此方法的DAC 碼與溫度間存在非線性的問題，此即表示，該方法無法 在大的溫度範圍下保持良好線性關係，使得溫度量測之 0503-A34809TWF/jim 4 201107726 準碟性不佳。 某些技術涉及CTAT電壓，其比較電壓會在設計的 溫度範圍中以高溫度係數變動。當比較電壓為PTAT時， 此方法本質上就會造成DAC碼相對溫度的非線性，而 且，在沒有其他溫度校正措施（例如多點校正技術）的情況 下，會有不良的溫度量測準確度。為了達到更好的DAC 碼對溫度線性度，其他技術試圖將比較電壓（或參考電壓） . 之曲線平行化，但是，由於該等曲線實際上無法彼此平 φ 行，所以這些技術是不成功的。該等習知技術也因此遭 受溫度量測不準確的問題。 【發明内容】 本發明提供一種方法，包括提供對應至一溫度的一 第一電壓；提供一第二電壓，其以複數個數位碼作為輸 入；以及利用該第一電壓與該第二電壓識別對應該溫度 的一數位碼；其中複數個該溫度係大體與該等數位碼呈 φ 線性關係。 本發明另提供一種方法，包括：提供一第一電壓， 其與溫度相依；以及提供一第二電壓，具有不顯著的溫 度係數，並以複數個數位碼為其輸入；其中在一識別的 溫度下，若該第一電壓不等於該第二電壓，則調整一數 位碼直到該第一電壓大致相等於該第二電壓；藉以使該 識別的溫度對應至該數位碼；複數個該識別的溫度大致 與該等數位碼線性相關。 本發明另提供一電路，包括一第一電路，用以產生[5i 0503-A34809TWF/jim 5 201107726 對應至一溫度的一第一電壓；以複數個數位碼作為輸入 而產生一第二電壓；以及使用該第一電壓與該第二電壓 以識別對應至該溫度的一數位碼；一改變手段，以改變 一數位碼的方式改變一數位至類比電流與一數位至類比 電阻值中之一者或兩者之組合以改變該第二電壓；其中 複數個該溫度大致與該等數位碼呈線性關係。 【實施方式】
本發明之實施例係關於一種能夠提供溫度與數位碼 間線性關係的方法。可在溫度感測器中應用各種實施 例。在某些實施例中，在特定溫度下（例如半導體裝置之 操作溫度），感測器中之一電路（例如溫度感測電路）可將 一溫度相依性參考電壓（例如vCTAT)與一比較電壓（例如 vCMP)提供至比較器。vCTAT以互補於絕對溫度的方式與 溫度相依。比較電壓VCMP則以D AC碼為輸入而產生。 若 VcTAT 與 VcMP 相等（例如大體相等）時，則比較器會輸 出訊號表示該事實（例如以邏輯高態表示）。若vCTAT與 VcMP並不相等時5則會將比較器輸出提供至另外的電路 (例如一校正電路）’該電路會改變該DAC碼直到Vctat 與vCMP兩者相等為止。實際上，在一特定時點，溫度感 測電路所感測之溫度係對應到當V CTAT 與 VcMP 相等時之 DAC碼。在各實施例中，各溫度感測電路所感測之溫度 與DAC碼大體呈線性相關。其他實施例中亦包括電壓與 絕對溫度呈正比關係的情形。 下文將說明本發明之實施例的特徵與優點。實施例 0503-A34809TWF/jim 6 201107726 中的溫度感測電路可與CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)製程的半導體電路整合。溫度與 DAC碼間之線性度會提升溫度感測電路的準確性，使溫 度容易被校準，進而得到精準的溫度感測結果。 下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說 明本發明之原理’但非用以限制本發明。任何熟習此項 技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許 的更動與潤飾。本發明中在各實施例中將重覆使用某些 # 數子’但其僅為簡化說明，並非表示各實施例間必然存 在何種關係。 電壓以互補於絕對溫度（Vctat)的方式與溫度相依 第1圖為CTAT型的比較器100之實施例。線路11〇 上之麥考電壓Vctat與線路120上之比較電壓VCMp係由 下述電路（例如溫度感測電路）所產生。比較器1〇〇之比較 電壓Vcmp與VCTAT，並提供線路13〇上之合成訊號 在各實施例中，VCMP為一電壓，其會在大溫度範圍上以 •非常小且不明顯的溫度係數變動。此外，各VCMP值係以 DAC(數位至類比轉換器）碼作為輸入而產生。為一 、、、巴對，皿度互補型（c〇mplementary t〇 temperature ’ CTAT)參考電壓，並在一對應溫度下由溫度 感測電路產生。舉例而言，在一應用中，該溫度感測電 路可為半導體裝置（例如CPU)中一感測器的一部分。操作 上CPU所承叉之特疋溫度（例如運作溫度）同樣被溫度感 測，路所感測，而VCTAT即以此溫度為輸入而產生。在某 些實施例中’ VGMP起先低於Vgtat’而為假值（具有【 0503-A34809TWF/jim 201107726 低邏輯）。之後vCMP增加至稍高於（大體相等於）VcTAT， 而cOUT為真值（具有高邏輯）β當VcMp低於Vctat時，則 訊號c0UT將供應至其他電路（例如一校正電路，圖未 示）’該電路可改變DAC碼進而改變VCMP，直到VCMP 猶高於（大體相等於)Vctat。實際上，當vcmp與vCTA1^g 等時’則CPU與溫度感測電路所承受的溫度（例如溫度 To)亦溫度感測電路提供vCTAT時之溫度。此外，此溫度 T〇對應至一 DAC碼，例如DAC碼c0。在各實施例中， 溫度感測電路提供Vctat時之溫與DAC碼大體為線性相 關。熟悉此技藝人士可了解到，當溫度與DAC碼大體相 關時，其在二維軸上之關係圖即為一直線。
Vctat，VCMP與對應溫度 第2圖為本發明中VCTAT、VCMP與溫度τ間冬關係 圖表 200。各線條 Lvcmp(包括 Lvcmpo、LVCMP1、Lvcmpn 等）表示在以一特定DAC碼作為輸入以產生vCMP時，電 壓vCMP與溫度τ間之關係。取得各溫度上Vcmp之值（例 如CPU在不同時點下的運作溫度）可得到各個線條 LVCMP。在各實施例中’線條lvcmp大致與溫度無關。由 最低有效位元（least significant bit，LSB)變動至最有效位 元（most significant bit，MSB)之 DAC 碼可產生線條 LVCMP。舉例而言，若DAC接收一 2位元輸入，例如輸 入（〇 : 1)，則位元0改變至位元1將產生4個DAC碼， 其對應至4條LVCMP。若DAC接收一 3位元輸入，例如 輸入（0 : 2)，則位元〇改變至2將產生8個DAC碼，其 對應至8條LVCMP，以此類推。此外，線條LvcMpG對應 0503-A34809TWF/jim 8 201107726 至一碼C〇，並顯示電壓VCMP與溫度T在數碼Co上之關 係。線條L VCMP1對應至一碼Ci，並顯示電壓VcMP與溫 度T在數碼C1上之關係。線條LVCMPN對應至瑪N ’並顯 示電壓VCMP與溫度T在數碼Cn上之關係。依據本發明 之實施例，由於VCMp之溫度係數甚小且可不重要，所以 線條LVCMP彼此非常接近平行（例如大致平行於）並大體 呈直線狀，但無須與X軸平行。由於線條LVCMP彼此平 行且為直線，所以本發明之實施例可使溫度T與DAC碼 φ 間具有線性關係。
線條LVCTAT表示VCTAT與溫度T間之關係。熟悉此 技藝人士可了解到’線條LvCTAT具有負的斜率，表示 Vctat具有一負的溫度係數。線條Lvctat與線條LVCMp 間之交叉，表示在與一特定DAC碼C對應的特定溫度τ 上 ’ vCTAT 與 V CMP 是相等的。舉例而言，點VCTATT〇表示 Vctat等於對應至DAC碼C〇的溫度T〇上的VCMP。相似 地’點VCTATT1表示VCTAT等於對應至DAC碼C]的溫度 鲁 T]上的Ycmp ’而點Vctattn表示VCTAT等於對應DAC石馬 Cn的溫度TN上之Vcmp ’以此類推。在各實施例中，各 點VcTATT對應至當VcMP與 Vctat 相等時比較器100之結 果’例如，在溫度感測電路所承受的特定溫度T下，訊 號C OUT 為真值。 溫度與DAC碼-CTAT型 第3圖以線條310指出溫度T與VCTAT相關DAC石馬 C間的關係圖300。舉例而言，T〇對應至碼c0、Τι對應 至碼C1、Τν對應至瑪Cn，以此類推。 ϋ 0503-A34809TWF/jim 9 201107726 本發明可使溫度T與DAC碼C間儘可能地保持線性 關係’因而較先前技術更具優勢。第2圖之LVCMP大致 為直線且彼此平行（但不必平行於X軸），此特點造就上述 線性關係。在100%線性的情況下，線條LVCMP為1〇〇〇/0 直線’並且100%彼此平行，故線條310為1〇〇%直線。 在其他方法中’線條LVCMP為曲線，或者彼此互不平行， 因而使得線條310亦為曲線。熟悉此技藝人士可了解到， 當線條310越不彎曲’則溫度τ與DAC碼間越具有線性 關係。圖300中DAC碼C與線條310上之溫度τ之線性 關係可使本發明深具優點，尤其在大量製造的環境下更 是如此。因此，對應溫度丁與！)八〇碼c可被輕易識別。 舉例而言，當給定水平軸上的DAC碼c時，則從線條 310即可從垂直軸上識別出對應溫度τ。相似地，當給你 垂直軸上的溫度T，則從線條310上即可識別出水平軸上 的對應DAC碼。 在一應用中，可依照溫度T與DAC碼c間之線性關 係，輕易且經濟地在室溫附近以簡單校正程序建立該線 條310。舉例而言，使用電路4〇〇或5〇〇(例如溫度感測電 路）的溫度感測器係受第-已知溫度，例如溫度L的影 響。對應溫度T!的一 DAC碼，例如碼Ci ’可被識別出 來。溫度感測電路之後受第二已知溫度，例如溫度 影響。對應溫度T2的一 DAC碼，例如碼。可被識別出 來。依據溫度T與DAC碼C間、溫度Τι與T2間、以 DAC碼Cl與C2間之線性關係，可使用各種習知技 線條310建立出來’而本發明之實施例不必以特定實施 〇503-A34809TWF/jim 10 201107726 例為限。在進階應用中’舉例而言，可利用本發明之實 施例分析並建立出線條310而設定一控制電路，並使兮 控制電路具有調節半導體晶片之溫度T的功能。舉例而 言，若DAC碼，例如碼C75，可在晶片的特定操作時刻 被識別出來時，則可將C75對應至一溫度，例如對應至 750C的溫度T75。因為溫度75GC的温度T75表示晶片係 以400MHz運作而產生太多熱能，所以控制電路會因應 晶片需求而設定成以較低速度運作，例如以300MHz運 φ 作以減少熱能產出。相似地，若DAC碼，例如碼C100， 可被識別出來時，則此碼對應至此溫度，例如100GC的 溫度T100。因為100GC的溫度T100可能會損壞晶片， 所以控制電路會被設定成能夠在偵得碼C100時將晶片 予以關閉。上述例子只為說明本發明，而本發明不必以 特定例子為限。 提供 VcTAT 與 VCMP之電路-第1實施例 第4圖為依據本發明第1實施例之電路400,其可提 • 供VCTAT與VCMP。為方便說明，第4圖亦包括比較器100。 電路400具有負溫度係數電路元件，可配合正溫度係數 電路元件以消除溫度消應，而VCMP可透過該電路而產生 低且微小的溫度係數。 電晶體Μ!、M2與放大器Ai形成一電流鏡，其中放 大器A]平衡電流IM1與IM2，以及平衡NODE 1與NODE 2 上之電壓。由於IM1等於IM2，為方便說明，故將IM1及 Im2皆稱為Im。在節點NODE 1上，Im1=I2i+Iqi，而在節 點NODE 2上，IM2=IQ2+I22。雙載子電晶體Q〗係作為一二£ 0503-A34809TWF/jim 201107726 極體，因為二極體具有貞的溫度健。實際上，v⑽即 為電晶體QK VBE(基極與射極電麗），為方便說明，在 匕稱為VBEQI。雙載子電晶體Q2亦可作為一二極體，為 方便說明，電邱體Q2上基極與射極之跨壓亦可稱為 VBEQ2。在第4圖之實施例中採用CM〇s技術，而電晶體 Q!與Q2係供作為二極體之用。然而，在本發明實施例亦 可採用二極體取代上述電晶體，或採用其他具有溫度相 依特性的裝置取代之。兩電阻器R2 ] # R 2 2可提供電流J 2! 與In電流路徑，如圖所示。由於第4圖的實施例中 R2fR22，故電阻器R2】或化2皆稱作R2。相似地，因為 L I22 ’故電流ISI或I22皆稱作“。電阻器係與電晶 _ Q】並‘而電阻為心與電晶體Q2兩者之串聯係與電 阻器R22並聯，VCTA々 N0DE !上之電壓，亦為電晶體 Ql之跨壓Vbe例（例如V_1)，因而具有負溫度係數。電 阻盗Rl之跨屢為電® VBEQ1# V_間之麼差。因此， 其具有正溫度係數。DAC電阻器〜或DAC電流j…提 供電壓VCMP，其中，在特定的-或&下，VcMp=iM4*R3。 依據本發明之貫施例，Vgmp幾乎為不具溫度相依性的電 壓。為了取得VcMP之差值，可透過改變對應各電流IM4 的DAC碼’或者透過改變電阻R3達成。 DAC電晶體M4係表示，DAC電晶® M4之組態所提 供之電流ιΜ4係對應至—dac碼。此外，DAC電晶體 M4提供複製電流k的鏡射電流IM4。此即表示， lM4=N*lM，其中N為其倍數。在第4圖的實施例中，DAC 電路控制著DAC電晶體M4。此即表示，DAC電路之數 05〇3^A348O9TWP/jim 12 201107726 位值係對應至電流Im4之值。為方便說明，若DAC電路 包括Μ個輸入位元以及N個輸出，則N=2M。舉例而言， 若 M=2，則 N=22 或 4。若 M=3，則 N=23 或 8。若 M=4， 貝|J N=24或16，以此類推。部分實施例可改變DAC碼以 得到不同的Im4值以及不同的VcMP。在'一貫施例中，改 變DAC電晶體M4中主動電晶體之數量即可改變DAC 碼，進而改變N值。改變N值即改變電流IM4之值。舉 例而言，2位元DAC(M=2)之N=4(22)，因而具有4個IM4 φ 值，3位元DAC(M=3)之N=8(23)，因而具有8個IM4值， 4位元DAC(M=4)之N=16(24)，因而具有16個IM4值， 以此類推。此外’因為電壓VcMP與電流Im4(VcMP=Im4*R3) 相依，若電流Im4係由4個值的DAC所提供，例如IM4(0 : 3) ’則Vcmp即對應至具有4個值的Vcmp(〇 : 3)。若電流 Im4係由8個值的DAC所提供’例如Im4(〇 . 7)，則Vcmp 即對應至具有8個值的Vcmp(〇 : 7)。若電流Im4係由16 個值的DAC所提供，例如Im4(〇 . 1 5) ’則Vcmp即對應至 鲁 具有16個值Vcmp(〇 · 15)，以此類推。 DAC電阻器R3係表示，電阻器R3之值亦可被DAC 碼改變。與DAC電晶體M4之情況相似，Μ位元輸入DAC 可提供Ν個輸出，其中Ν=2Μ。也外，假如此DAC控制 了 DAC電阻器R3，則Ν個DAC碼（例如Ν個DAC輸出）
會對應至N個電阻器R3之值。此外，因為Vcmp=IM4*R3， 對應一 DAC碼的各個電阻器R3之值亦對應至一 VCMP 值，此情況亦與上述DAC電晶體M4相同。部分實施例 藉由改變DAC碼以有效地改變R3及VCMP之值。熟悉此[S 0503-A34809TWF/jim 13 201107726 技在人士可了解到，已有相當多的習知技藝能夠透過 DAC碼並利用電阻器&的變化而產生多個VcMp值，而 本發明亦不限定於使用特定技術。 在節點NODE 3上，因為比較器1〇〇之輸入阻抗非 常的高，故線條120上之電流不甚重要而可被忽略。因 此：
VcmP=Im4*R3
因為 Im4=N* IM
Vcmp=(N*Im)*R3 因為 im=im1=iM2 且 iM2=iQ2+i2
Vcmp=N*(Iq2+I2)*R3 因為 0503-A34809TWF/jim 14 201107726 能夠提供vCTAT與VcMp的電路—第二實施例 第5圖為依照第二實施例之電路，其提供v⑽ 與vCMP。為方便說明，第5圖亦包括比較器ι〇〇。與電 路400相似，電路500包括一負溫度係數電路元件，其 可與正溫度係數電路元件配合而消除溫度效應。此外， 電路50G亦包括額外的溫度區率補償電路，並且，透過 電路500 ’可使VCMp產生更微小的溫度係數。 如圖所不，電路500除了電阻器、r5以及電晶體 • M3、’餘皆相似於第4圖。在第5圖的實施例中，由 於RrR5，故電阻器R4或皆可稱為電阻器Rc。電晶 體Q3係作為一二極體，與電晶體及相似。電晶體 Ms係作為一電流鏡，其中電流Im3具有與電流^(即工⑷ 或Im2)相同的值。在一實施例中，電晶體q3之面積與電 晶體Q1相等。 與電路400相似’因為比較器1〇〇之輸入阻抗非常 高’所以可忽略線條120上之電流。因此在節點NODE 3 • 有：
VcmP = Im4*R3 因為 Im4=N*Im
Vcmp=(N*Im)*R3 因為 IM=IM1=IM2andIM2=lQ2+I2+ICOMP VcmP=N(Iq2 + I2 + Ic〇Mp)*R3 因為 Iq2 —(Vt1i1(M2i))/R] , I2 = VbeQi/R2 而
Ic〇MP = (VbEQ1_VbeQ3)/R4 或（VbEQ3-VbEQ1)/R45 r
VcMP=N[(VTln(M2i))/Ri+VBEQl/R2+(VBEQ「VBEQ3)/^45]*R3(2) 0503-A34809TWF/jim 201107726 如上所述，此項（Vt1h(M21))具有正溫度係數，Vbeqi 有負/皿度係數。此外，vBEQ3_vBEQ〗亦具有正溫度係數。 (VtI ( 21)) Vbeqi與VBEq3_VBEqi之溫度係數可彼此對 消’進而使得VCMp具有非常小的溫度係數。 熟悉本技藝人士可了解到，第（2)式中的VcMp具有比 第（1)式的VCMP小的溫度係數。因此，第2圖中電路5〇〇 所造成的線條LVCMP會比電路400所造成線條LVCMP來得 更直。結果，電路500的線條31〇會比電路4〇〇的線條 310來的更直。簡單來說，電路5〇〇比電路4〇〇更加能夠 使度T與DAC石馬c間之關係保持線性。 與絕對溫度（Vptat)呈正比關係的溫度相依電壓 第6圖為本發明一實施例之PTAT型比較器600。線 條610之參考電壓vPTAT係由一電路(例如溫度感測電路) 所產生，下文將詳述該電路。與比較器1〇〇相似，比較 器600比較電壓VCMP與VpTAT，並提供線條“ο上之合 成訊號CPOlJT。在第6圖的實施例中之vCMP與上述CTAT 型的實施例中之VCMP相同。vPTAT與絕對溫度（PTAT)參 考電壓呈正比關係，係在一特定溫度下由一溫度感測電 路產生。舉例而言，與CTAT型實施例相同，溫度感測 電路亦可内建於CPU等半導體裝置之一感測器上。操作 上’ CPU承受一特定溫度（例如運作溫度），而溫度感測電 路亦同樣承受該特定溫度，以此溫度為輸可產生VptAt ° 在某些實施例中，若VCMP略大於（大體相等於）vPTAT ,則 訊號CP0UT為真值，具有高邏輯。若VcMp小於νΡΤΑτ， 則訊號cP0UT會被供應至其他電路（例如一校正電路，圖 0503-A34809TWF/jim 16 201107726 未示），該校正電路會改變DAC碼，進而改變vcMp，直 到vCMP略大於（大體相等於）VPTAT時為止。實際上，當 VcMP 與 VpTAT 相等時，CPU與溫度感測電路所承受的溫 度，例如溫度TG ’亦為溫度感測電路提供VpTAT時之溫 度。此外，該溫度TG會對應至一 DAC碼，例如DAC碼 C〇。在各實施例中，溫度感測電路提供VpTAT時之溫度， 大致會與DAC碼呈線性相關。如上所述，熟悉此技藝人 士可了解到，當溫度與DAC碼大體相關時，以兩方:軸 鲁 表示兩者關係的圖表上會呈現一直線。
VpTAT、VcMP與對應溫度 第7圖為依據本發明一實施例之一圖表7〇〇，用以說 明Vptat、VCMP與溫度τ間之關係。如同CTAT型實施 例中之說明’各線條LVCMP係表示，在以一特定〇ac石馬 作為輸入以產生VCMP時，電壓vCMP與溫度τ間之關係。 將DAC碼由最低有效位元（LSB)改變至最有效位元 (MSB) ’可產生線條LVCMP。在各實施例中，由於vCMp • 的溫度係數非常小且不甚重要，所以線條LVCMP彼此非 常接近平行’並且為直線。由於線條LVCMP彼此平行且 為直線，所以本發明能夠使溫度T與DAC碼間具有線性 關係。 線條LVPTAT表示νΡΤΑΤ與溫度T間之關係。熟悉此 技藝人士可了解到，線條LVPTAT具有正的斜率，並表示 VPTAT具有正的溫度係數。線條lvptat與線條LVCMP之交 點可表示在對應特定DAC碼C的特定溫度T下VPTAT會 與vCMP相等。舉例而言，點vPTATTG表示在對應dac<& 0503-A34809TWF/jim 201107726 C〇的溫度Τ〇下’ VpTAT會與VcMP相夢。相似地’點VpTATTl 表示在對應DAC碼C!的溫度T!下，VPTAT會與VCMP相 等，而在對應DAC碼CN的溫度TN下，V PTATTN 表示 VpTAT 會與VcMP 相等，以此類推。在各實施例中，各點 VpTATT 對應至溫度感測電路所感測的特定溫度下，當vCMP與 VPTAT相等時（例如當訊號CPOUT為真值時）比較器600的 結果。 溫度與DAC碼-PTAT型 第8圖為一圖表800,其以線條810表示在PTAT型 實施例中溫度T與DAC碼C間之關係。舉例而言，T〇 對應至碼C〇、T!對應至碼Ci，TN對應至碼CN，以此類 推。 本發明之實施例可使溫度T與DAC碼C間儘可能地 呈現線性，因此相對於無法達到線性關係的先前技術具 有優勢。從第7圖線條LVCMP大致為直線且彼此平行可 推論出上述的線性關係。如上所述，在100%線性的情況 下，線條Lvcmp為1 〇〇%的直線’因而彼此100%平行， 所以線條810為100%直線。在其他的方法中，線條Lvcmp 為曲線，或者並非彼此平行，將致使線條810彎曲。熟 悉此技藝人士可了解到，若線條810越不彎曲，則溫度T 與DAC碼間之關係越具有線性。本發明深具優點，尤其 在大量製造的環境下更是如此。此乃因為一旦建立了圖 表800，則DAC碼C與線條810上之溫度T間之線性關 係即可被輕易得知。因此，對應溫度T與DAC碼C可被 輕易的識別。舉例而言，透過線條810，當給定水平軸上 0503-A34809TWF/jim 18 201107726 的DAC碼C時，即可輕易識別出垂直軸上的對應溫度 τ。相似地，透過線條810,當給定垂直軸上的溫度τ時， 即可輕易識別出水平軸上的對應DAC碼。 在一應用中，可依據溫度T與D A C碼c間之線性關 係，輕易且經濟地在室溫附近以簡單校正程序建立該線 條810。舉例而言，溫度感測器具有電路4〇〇或5〇〇(例如 溫度感測電路），而VCTAT可被電路900所產生的VpTAT 取代，並受第一已知溫度（例如溫度τ])的影響。對應溫 • 度丁1 ’可識別出DAC碼，例如碥c〗。之後，溫度感測 電路受到第二已知溫度（例如溫度丁2)的影響。對應溫度 丁2，可識別出DAC碼’例如碼C2。依照溫度τ與DAC 碼c間、溫度τ]與乃間、以及DAC碼^與c2間之線 性關係，可以各種習知的方法穩當地建立出線條81〇，而 本發明不以特定的習知技術為限。在一進階應用中，舉 例而言，一旦建立丁線條810,可分析該線條81〇並設定 控制電路’使彳于該控制電路可依照本實施例調節半導 • 體晶片中的溫度τ。舉例而言，若在該晶片的特定運作時 識別出一 DAC碼（例如碼C75)，則碼C75即對應至一溫 度，例如75QC的溫度T75。因為該75GC的溫度T75指 出晶片係以400MHz之速度運作，已產生太多熱能，所 以控制電路可將晶片設定成以低速率（例如3〇〇MHz)運作 以減少熱能產出。相似地，若識別出一 DAC碼（例如碼 C125)，則此碼係對應至一溫度，例如125〇c的溫度 T125。因為該125〇C的溫度T125會損壞晶片，所以控制 電路可在發現碼C125時關閉晶片之運作。上述實例僅為 0503-A34809TWF/jim 19 201107726 說明本發明，但本發明不必以特定實施例為限。 提供v PTAT與VcMP的電路 在各實施例中，PTAT型實施例中的VCMP，與CTAT 型貫施例中之VcMP有相似的產生方法’其同樣使用上述 的電路400與500。 第9圖為本發明實施例中用以產生V PTAT之電路 900。為方便說明，第9圖亦包括比較器600。電路900 除了不包括對應電阻器R21與R22之電阻，其他部分皆與 電路400相似。此外，電晶體M6與]VI7分別對應電晶體 與M2 ;放大器A2對應至放大器A!;電阻器R7對應 至電阻器R!;電晶體Q4與Q5分別對應至電晶體與 Q2。電晶體M5對應至DAC電晶體M4而電阻器R6對應 至DAC電阻器R3。電晶體Μ6、Μ?與放大器A2形成一 電流鏡’其中放大A:可平衡電流Im6與Im7以及NODE 6與NODE 7上的電壓。為方便說明，Im6或Im7皆稱為 Im.67。電晶體M5提供與電流Im67鏡射的電流Im5。在 NODE4上，因為比較器600之輸入阻抗非常高，所以線 條610上之電流可被忽略。因此，
VpTAT=lM5*R6 因為 Im5 = Im6 = Im7 = (Vt1i1(M54))/R7，其中 M54 為電晶 體Q5與Q4間的面積比
VpTAT = ((VTln(M54))/R7)*R6 因為 VT=(k*T)/q VPTAT=((k*T)ln(M54)/(q*R7))*R6〇r =((k*R6)ln(M54)/(q*R7))*T (3) 0503-A34809TWF/jim 20 201107726 從第（3)式可以發現，VPTAT以正比於絕對溫度的方式 與T(或溫度）相依。與CTAT型實施例相似，電路900， 連同前述的電路400及DAC碼可使V"ptat的DAC碼與溫 度間之線性關係。此外，電路900搭配電路500可使較 電路900搭配電路400更具線性。 DAC電晶體與DAC石馬
第10圖為電路1000，用以說明DAC電晶體M4之 貫施例^其中DAC電晶體M4可提供電流Im4(以及 • Vcmp)。電路1〇〇〇包括四個電晶體M40、M41、M42以及 M43，分別由訊號CT〇、CT】、CT2以及CT3所控制（例如 開啟或關閉）。舉例而言’欲開啟電晶體M40、M41、M42 或M43，可分別將訊號CTG、CT】、CT2、或CT3激活（例 如拉至一低態或0)。相反地，欲關閉電晶體M4〇、Μ4ι、 M42或M43，可將各訊號CTG、CT!、CT2或CT3解除激活 (例如拉至一高態或1)。因為，在第10圖的實施例中，， Im4~Im40 + Im41+Im42 + Im43 5 所以電流IM4之值係與電流 I]V140、IM41、IM42 以及 IM43 相依。此外，當開啟電晶體M40、 M41、M42、或M43時，可將各電流I M40、Im41、Im42、或
Im43提供給電流〗M4。 第11圖為電晶體M4開啟或關閉次數與值L的對應 表1100。當L=0時，唯有電晶體M4〇是開啟的。當L=1 時，電晶體M4。與M41開啟。當L=2時，電晶體M40、 M41與M42開啟’而當L=3時’則所有電晶體M40、M41、 M42及M43皆開啟。 第12圖為值L與訊號CT間之關係表1200。因為，[ 0503-A34809TWF/jim 21 201107726 當L=0時，唯有電晶體M4〇開啟，訊號CT〇為低態（或0)， 而訊號CT】、CT2、CT3為高態（或1)。因為當L=1時，電 晶體M40與M41開啟’而電晶體M42與M43關閉’所以訊 號CT0與CT!為低態，而訊號CT2與CT3為高態。因為 當時’電晶體M40、M41與M42開啟’而電晶體M43 關閉，所以訊號CT〇、CTi與CT2為低態，而訊號CT3為 南態。相似地’因為當L=3時’所有電晶體M40、M41、 M42與m43皆開啟，所以所有訊號CT〇、CT!、CT2及CT3 為低態。L值或訊號CT的數位值可視為對應上述DAC 電流〗M4(或電壓VcMP)的數位碼。舉例而言，各個從〇到 3的值或DAC碼L皆存在對應的DAC電流IM4。其他的 例子中，表1200之訊號CT〇、CT】、（：丁2與CT3的各個碼 0000、0001、0011或0111皆存在對應的DAC電流IM4。 第10圖至第12圖表示對應至四個DAC電流1副值 的四個電晶體Im4、四個L值與四個訊號CT。此例僅為 方便說明，本發明不限於四個DAC碼，其可應用於多個 DAC碼，並可應用於各種提供DAC碼的方式。 上文已介紹本發明之數個實施例。任何熟習此項技 藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許的 更動與潤飾。舉例而言，雖然前文以電阻器（例如Rl、
等）為例，但該等電阻器可被其他電阻元件、電阻網路、 或其他等效電路所取代。前述實施例雖然採用電路400 與500以同時產生Vcmp與Vctat，但亦可使用不同的電 路分別產生V cmp 與 VCTat。 上述實施例中產生V CMP與 Vctat的電路僅為方便說明之用’在本發明之範圍内’亦 0503-A34809TWF/jim 22 201107726 可私用其他能夠提供正比於絕對溫度或互補於絕對溫度 的電壓之電路。本文中使用「相等於」或「不等於」等 詞彙，但尸、要兩件接近到足以被熟悉本技藝人士視為相 同即可。 雖然文中各項申請專利範圍分別代表一實施例， 對熟悉本技藝人士而言，不同申姓_直毛 ^ α 个μ甲明專利範圍以及前文實 施例之組合皆在本發明的申請專利範圍之中。
〇503-A34809TWF/jim 23 201107726 【圖式簡單說明】 第1圖為CTAT型的比較器100之實施例。 第2圖為本發明中VCTAT、VCMP與溫度T間之關 係圖表200。 第3圖以線條310指出溫度T與VCTAT相關DAC 碼C間的關係圖300。 第4圖為依據本發明第1實施例之電路400。 第5圖為依照第二實施例之電路500。 第6圖為本發明一實施例之PTAT型比較器600。 第7圖為依據本發明一實施例之一圖表700用以說 明VPTAT、VCMP與溫度T間之關係。 第8圖為一圖表800,其以線條810表示在PTAT型 實施例中溫度T與DAC碼C間之關係。 第9圖為本發明實施例中用以產生VPTAT之電路 900。 第10圖為電路1000，用以說明DAC電晶體M4之 實施例。 第11圖為電晶體M4開啟或關閉次數與值L的對應 表 1100 。 第12圖為一圖表120,用以說明第10圖中數位碼與 訊號C T間的關係。 【主要元件符號說明】 100〜比較器； 110、120〜線路； 0503^A34809TWF/jim 24 201107726
VcMP〜比較電壓； VcTAT〜多考電壓； 310〜線條； Μ!、M2電晶體； A1〜放大器；
Imi、Im2〜電流； NODE广節點1 ; NODE 2〜節點2 ; R21、R>22〜電阻器， R-3〜DAC電阻為， Im4〜DAC電流， C〇ut〜合成訊號。
0503-A34809TWF/jim 25
Claims (1)
- 201107726 七、申請專利範圍： i一種方法，包括： 提供對應至一溫度的一第一電壓； 提供一第二電壓，其以複數個數位碼作為輸入；以 及 利用該第一電壓與該第二電壓識別對應該溫度的一 數位碼； 其中複數個該溫度係大體與該等數位碼呈線性關 係。 2. 如申睛專利範圍第1項所述之方法，其中該第一電 壓以互補於（complementary t〇)絕對溫度的方式或以正比 於(proportional to)絕對溫度的方式與該溫度相依。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二電 壓文到至少一負溫度係數以及至少一正溫度係數的影 響。 ’、 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中： 該至少一負溫度係數係由橫跨一第一二極體上的該 第一電壓所產生，並且受到與該第一二極體並聯的一第 一電流之影響；以及 該至少一正溫度係數係由橫跨與一第二二極體串聯 的一電阻器上的一第三電壓所產生，並且受到與該電阻 器並聯的一第二電流之影響，其中該電阻器係與該第二 二極體串聯。 5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二電 壓受到（VTln(M))以及一電壓V的影響，其中ντ為一熱 0503-A34809TWF/jim 26 201107726 電壓、M為—第—二極體與—第二二極體的面積比、v 為横跨該第-二極體上之壓降；* 111(州為Μ 對數。 … 6. 如申6月專利範圍第5項所述之方法，其中該第二 壓更受到一電壓％的影響，#巾V】受到橫跨一第三二 極體上的電壓降以及橫跨該第一二極體上之電壓降的影 響。 / 7. 如申δ月專利範圍帛！項所述之方法，其中改變該數 位碼可改變一數位至類比電流’進而改變該第二電壓。 8. 如申明專利圍第i項所述之方法，其中改變該數 位碼可改變-數位至類比電阻器，進而改變該第二電壓。 …9.如中請專利範圍第i項所述之方法，其中該第 壓係又到數位至類比電晶體、一數位至類比電阻器、 或兩者之組合所影響。 ° 如申請專利範圍第！項所述之方法，其中當該第 電壓大致與該第二電麗相同時，可識別 度的該數位碼。 了〜至a皿 u.如申請專利範圍第〗項所述之方法，且中舍以一 線條表示對應至該制的數位碼的該第^ 時，複數個該線條彼此大致平Ί 皿度 12. —種方法，包括： ^供一第一電壓，其與溫度相依；以及 並以複 提供一第二電屋，具有不顯著的溫度係數， 數個數位碼為其輸入； S 其中： 〇503-A34809TWF/jim 27 201107726 在一識別的溫度下，若該第一電壓不等於該第二電 ，’則調整一數位碼直到該第一電壓大致相等於該第二 電壓’ ·藉以使該識別的溫度對應至該數位碼； 複數個該識別的溫度大致與該等數位碼線性相關。 β 13.如申凊專利範圍第丨2項所述之方法，其中該第二 電壓之—值係由改變一 DAC碼而得。 14·一電路，包括： 一第一電路，用以： 、產生對應至-溫度的-第―電s;以複數個數位碼 作為輸入而產生一第二電壓；以及 使用該第-電壓與該第二電壓以識別對應至該溫度 的一數位碼； 一改變手段，以改變一數位碼的方式改變一數位至 類比電流與—數位至類比電阻值中之—者或兩者之組合 以改變該第二電壓； σ 其中複數㈣溫度大致與該等數位碼呈線性關係。 15.如申請專利範圍第14項所述之電路，更包括一數 位至類比電晶體用以產生該數位至類比電流。 0503-A34809TWF/jim 28
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