TW201323843A - 溫度感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種溫度感測裝置，包括溫度感測器、多工器與比較器。溫度感測器耦接至一電流源，用以透過至少一具有負溫度係數之溫度感測元件根據電流源於一感測端點產生一感測電壓。多工器耦接至複數參考端點，用以接收複數電壓，根據一選擇信號選擇並於一輸出端點輸出電壓之一者作為一參考電壓。比較器耦接至感測端點與多工器之輸出端點，用以接收並比較感測電壓與參考電壓之大小，以產生一溫度感測信號。

Description

溫度感測裝置

本發明係關於一種溫度感測裝置，特別關於一種可有效感測出電路中溫度變化之溫度感測裝置。

一般而言，電路僅能工作於既定的溫度範圍內，過高或過低的溫度都有可能造成電路無法正常工作、或降低電路的工作效能。在一些情況下，系統必須根據溫度調整電路，甚至關閉電路。舉例而言，熱保護(thermal shutdown)電路是一種廣泛被應用於一般電路中的保護電路，用以當感測到電路過熱時，關閉整個電路，以保護電路元件不受到高溫損傷。

因此，需要一種溫度感測裝置，可有效感測出電路中溫度變化。

根據本發明之一實施例，一種溫度感測裝置，包括溫度感測器、多工器與比較器。溫度感測器耦接至一電流源，用以透過至少一具有負溫度係數之溫度感測元件根據電流源於一感測端點產生一感測電壓。多工器耦接至複數參考端點，用以接收複數電壓，根據一選擇信號選擇並於一輸出端點輸出該等電壓之一者作為一參考電壓。比較器耦接至感測端點與多工器之輸出端點，用以接收並比較感測電壓與參考電壓之大小，以產生一溫度感測信號。

根據本發明之另一實施例，一種溫度感測裝置，包括溫度感測器、多工器與比較器。溫度感測器耦接至一電流源，包括複數疊接之雙極性接面電晶體，用以根據電流源於一感測端點產生一感測電壓。多工器耦接至複數參考端點，用以接收複數電壓，根據一選擇信號選擇並於一輸出端點輸出該等電壓之一者作為一參考電壓。比較器耦接至感測端點與多工器之輸出端點，用以接收並比較感測電壓與參考電壓之大小，以產生一溫度感測信號。

為使本發明之製造、操作方法、目標和優點能更明顯易懂，下文特舉幾個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

實施例：

第1圖係顯示出根據本發明之一實施例所述之溫度感測裝置方塊圖。溫度感測裝置100包括溫度感測器101、多工器102與比較器103。溫度感測器101耦接至一電流源104，用以接收一電流I’，並透過至少一具有負溫度係數之溫度感測元件根據電流源I’於一感測端點NS產生一感測電壓Vctat。多工器102耦接至複數參考端點(例如，圖中所示之N1、N2與N3)，用以接收複數電壓(例如，圖中所示之Vr1、Vr2與Vr3)，根據選擇信號S1、S2以及/或S3選擇該等電壓之一者，並於一輸出端點輸出所選之電壓作為參考電壓Vref。比較器103用以接收並比較感測電壓Vctat與參考電壓Vref的大小，以產生一溫度感測信號Valarm。

根據本發明之一實施例，電流I’可透過一電流鏡電路產生。如第1圖所示，電流源104可包括由電晶體M3與M4所組成之一電流鏡電路。於本發明之實施例中，電流鏡電路可耦接至電壓VDD與一電流模式能隙電路(Current mode bandgap circuit)，例如第1圖中所示之能隙電路200，用以根據能隙電路200中的電晶體M1與M2所產生之電流I鏡射出電流I’，其中電流I與I’之比例關係與電晶體M1與M2以及M3與M4之尺寸比例相關。值得注意的是，雖第1圖中顯示出能隙電路200為溫度感測裝置100之外部電路，然而，於本發明之其它實施例中，能隙電路也可為溫度感測裝置之一部分，而本發明並不限於任一種實施方式。

由於能隙電路200中的電晶體M1與M2所產生之電流I在流經電阻R1、R2與R3時可分別產生不同的電壓(例如，圖中所示之Vr1、Vr2與Vr3)，因此，溫度感測裝置100可利用這些電壓作為感測溫度時的參考電壓。如圖所示，多工器102可根據選擇信號S1、S2以及/或S3選擇電壓Vr1、Vr2與Vr3之一者作為參考電壓Vref。值得注意的是，第1圖中僅顯示出能隙電路之部分電路圖，以突顯出能隙電路200與溫度感測裝置100之間的耦接關係。任何熟習此技藝者當可在閱讀本說明書後輕易推導出能隙電路之其它部分電路圖。此外，串聯之電阻的數量也可視系統需求作調整，以得到不同數量之參考電壓。

根據本發明之另一實施例，電流鏡電路也可耦接至其它電流源，用以根據電流源所產生之電流鏡射出電流I’。第3圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電流源電路。如圖所示，電流源電路300可包括一定電流源303，以及包含一電阻串，其中電阻R4、R5與R6以選擇無溫度係數之電阻元件為較佳。值得注意的是，雖第1圖中顯示之溫度感測裝置100並不包括如第3圖所示之電流源電路，然而，於本發明之其它實施例中，電流源電路也可為溫度感測裝置之一部分，而本發明並不限於任一種實施方式。

參考回第1圖，根據本發明之一實施例，溫度感測器101可由溫度感測元件組成，其中溫度感測元件可以是雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，簡稱BJT)，例如圖中所示之雙極性接面電晶體B01與B02。如圖所示，雙極性接面電晶體B01之射極耦接至電流源104，用以接收電流I’，雙極性接面電晶體B01之基極耦接雙極性接面電晶體B02之射極，而雙極性接面電晶體B01之集極、以及雙極性接面電晶體B02之基極與集極共同耦接至接地電壓。雙極性接面電晶體B01與B02用以根據電流I’於感測端點NS產生感測電壓Vctat。

值得注意的是，本發明所提出之溫度感測器的實施方式並不限於第1圖所示之內容。根據本發明之概念，溫度感測器可包括一或多個疊接之雙極性接面電晶體，用以產生感測電壓Vctat。第3圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之溫度感測器電路圖。於此實施例中，溫度感測器301僅包括一個雙極性接面電晶體B11，其具有一射極用以接收電流I’，以及一集極與一基極耦接至接地電壓。第4圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之溫度感測器電路圖。於此實施例中，溫度感測器401包括三個雙極性接面電晶體B21、B22與B23，其中雙極性接面電晶體B21之一射極用以接收電流I’，雙極性接面電晶體B21之一基極耦接雙極性接面電晶體B22之一射極，雙極性接面電晶體B22之一基極耦接雙極性接面電晶體B23之一射極，並且雙極性接面電晶體B21之一集極、雙極性接面電晶體B22之一集極、以及雙極性接面電晶體B23之一基極與一集極共同耦接至接地電壓。

值得注意的是，溫度感測器可更包括三個以上雙極性接面電晶體，任何熟習此技藝者當可在閱讀本說明書後，當可根據以上所介紹之雙極性接面電晶體的耦接方式輕易推導出包括三個以上雙極性接面電晶體之溫度感測器電路的電路耦接方式，因此以下不再贅述關於溫度感測器之其它實施電路。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之多工器電路圖。根據本發明之一實施例，多工器可包括複數傳輸閘，如圖所示之傳輸閘TG1、TG2與TG3。各傳輸閘分別耦接於比較器之一輸入端點與參考端點N1、N2與N3之一者之間，並且根據對應的選擇信號S1與/S1、S2與/S2以及S3與/S3導通或不導通，其中信號S1與/S1、S2與/S2以及S3與/S3互為反相。

第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之感測電壓與溫度之關係圖。由於溫度感測器係透過具有負溫度係數之溫度感測元件根據電流I’產生一感測電壓Vctat，因此當溫度上升時，感測電壓Vctat會下降。第6圖中同樣顯示出電壓Vr1、Vr2、Vr3與感測電壓Vctat之關係，其中於本發明之實施例中，透過如第1圖或如第2圖所示之電阻串所產生之電壓以不隨溫度變化之定電壓為較佳。根據本發明之概念，當感測電壓Vctat與電壓Vr1、Vr2、Vr3交會時，比較器所輸出之溫度感測信號Valarm會轉態，由此可判斷出感測到的電路溫度。

第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之溫度感測信號Valarm之波形圖。於此實施例中，參考電壓Vref被選擇為電壓Vr2。如圖所示，當感測電壓Vctat低於參考電壓Vref時，溫度感測信號Valarm會轉態，由此可判斷出目前感測到的電路溫度為T1。舉例而言，電壓Vr1、Vr2、Vr3可分別對應為1.2V、1.1V與1.0V，其中1.2V之電壓可對應於溫度30℃、1.1V之電壓可對應於溫度40℃而1.0V之電壓可對應於溫度50℃。當感測電壓Vctat下降至1.1V時，可判斷出電路溫度已升高到40℃。在判斷出感測到的電路溫度後，若系統認定有需要，則可對電路採取對應的保護措施，以避免電路元件受到高溫損傷。

值得注意的是，傳統的溫度感測裝置通常包括類比至數位轉換器，以提高溫度感測的準確度。然而，類比至數位轉換器會使得溫度感測裝置的電路設計變得複雜。於本發明之溫度感測裝置中，不需使用類比至數位轉換器，僅使用精簡的電路，就可以準確地感測溫度變化，其中感測溫度的準確度(解析度)可藉由增加或減少雙極性接面電晶體的數量而調整。一般而言，疊接越多的雙極性接面電晶體，可具有越高的準確度。如此一來，本發明之溫度感測裝置可具有較小的電路面積，以節省設計成本。此外，為了達到較佳的抗雜訊效果，本發明之比較器也可使用磁滯式(hysteresis)比較器，使溫度感測裝置可不易受雜訊干擾，以得到更精準的感測結果。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．溫度感測裝置

101、301、401．．．溫度感測器

102、502．．．多工器

103．．．比較器

104、303．．．電流源

200．．．能隙電路

300．．．電流源電路

B01、B02、B11、B21、B22、B23．．．雙極性接面電晶體

I、I’．．．電流

S1、/S1、S2、/S2、S3、/S3、Valarm．．．信號

M1、M2、M3、M4．．．電晶體

N1、N2、N3、NS．．．端點

R1、R2、R3、R4、R5、R6．．．電阻

T1．．．溫度

TG1、TG2、TG3．．．傳輸閘

Vctat、VDD、Vr1、Vr2、Vr3、Vref．．．電壓

第1圖係顯示出根據本發明之一實施例所述之溫度感測裝置方塊圖。

第2圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電流源電路。

第3圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之溫度感測器電路圖。

第4圖係顯示根據本發明之又另一實施例所述之溫度感測器電路圖。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之多工器電路圖。

第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之感測電壓與溫度之關係圖。

第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之溫度感測信號之波形圖。

100．．．溫度感測裝置

101．．．溫度感測器

102．．．多工器

103．．．比較器

104．．．電流源

200．．．能隙電路

B01、B02．．．雙極性接面電晶體

I、I’．．．電流

S1、S2、S3、Valarm．．．信號

M1、M2、M3、M4．．．電晶體

N1、N2、N3、NS．．．端點

R1、R2、R3．．．電阻

Vctat、VDD、Vr1、Vr2、Vr3、Vref．．．電壓

Claims (13)

1. 一種溫度感測裝置，包括：一溫度感測器，耦接至一電流源，用以透過至少一具有負溫度係數之溫度感測元件根據該電流源於一感測端點產生一感測電壓；一多工器，耦接至複數參考端點，用以接收複數電壓，根據一選擇信號選擇並於一輸出端點輸出該等電壓之一者作為一參考電壓；以及一比較器，耦接至該感測端點與該多工器之該輸出端點，用以接收並比較該感測電壓與該參考電壓之大小，以產生一溫度感測信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測裝置，其中該溫度感測元件為一雙極性接面電晶體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度感測裝置，其中該雙極性接面電晶體之一射極耦接至該電流源，並且該雙極性接面電晶體之一集極與一基極耦接至一接地電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測裝置，其中該溫度感測器包括複數疊接之雙極性接面電晶體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之溫度感測裝置，其中該等雙極性接面電晶體至少包括一第一雙極性接面電晶體與一第二雙極性接面電晶體，該第一雙極性接面電晶體之一射極耦接至該電流源，該第一雙極性接面電晶體之一基極耦接該第二雙極性接面電晶體之一射極，並且該第一雙極性接面電晶體之一集極、該第二雙極性接面電晶體之一基極與該第二雙極性接面電晶體之一集極耦接至一接地電壓。
6. 如申請專利範圍第4項所述之溫度感測裝置，其中該等雙極性接面電晶體至少包括一第一雙極性接面電晶體、一第二雙極性接面電晶體與一第三雙極性接面電晶體，該第一雙極性接面電晶體之一射極耦接至該電流源，該第一雙極性接面電晶體之一基極耦接該第二雙極性接面電晶體之一射極，該第二雙極性接面電晶體之一基極耦接該第三雙極性接面電晶體之一射極，並且該第一雙極性接面電晶體之一集極、該第二雙極性接面電晶體之一集極、該第三雙極性接面電晶體之一基極與該第三雙極性接面電晶體之一集極耦接至一接地電壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測裝置，其中該多工器包括複數傳輸閘，各傳輸閘分別耦接於該比較器之一輸入端點與該等參考端點之一者之間，並且根據該選擇信號導通或不導通。
8. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測裝置，更包括一電流鏡電路，其中該電流源係由該電流鏡電路所產生。
9. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測裝置，更包括一電流模式能隙電路，其中該電流源係藉由鏡射該電流模式能隙電路內之一電流而產生。
10. 一種溫度感測裝置，包括：一溫度感測器，耦接至一電流源，包括複數疊接之雙極性接面電晶體，用以根據該電流源於一感測端點產生一感測電壓；一多工器，耦接至複數參考端點，用以接收複數電壓，根據一選擇信號選擇並於一輸出端點輸出該等電壓之一者作為一參考電壓；以及一比較器，耦接至該感測端點與該多工器之該輸出端點，用以接收並比較該感測電壓與該參考電壓之大小，以產生一溫度感測信號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之溫度感測裝置，其中該等雙極性接面電晶體至少包括一第一雙極性接面電晶體與一第二雙極性接面電晶體，該第一雙極性接面電晶體之一射極耦接至該電流源，該第一雙極性接面電晶體之一基極耦接該第二雙極性接面電晶體之一射極，並且該第一雙極性接面電晶體之一集極、該第二雙極性接面電晶體之一基極與該第二雙極性接面電晶體之一集極耦接至一接地電壓。
12. 如申請專利範圍第10項所述之溫度感測裝置，其中該多工器包括複數傳輸閘，各傳輸閘分別耦接於該比較器之一輸入端點與該等參考端點之一者之間，並且根據該選擇信號導通或不導通。
13. 如申請專利範圍第10項所述之溫度感測裝置，更包括一電流鏡電路，其中該電流源係由該電流鏡電路所產生。