TW202108995A - 溫度感測器、判定積體電路是否在常溫範圍內操作的方法以及積體電路 - Google Patents

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Abstract

一種判定積體電路的溫度是否在常溫範圍內的溫度感測器。溫度感測器包含低臨限值監控電路及高臨限值監控電路。低臨限值監控電路感測積體電路的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值。高臨限值監控電路經組態感測積體電路的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值。低臨限值監控電路包含第一對導電線，各自具有與另一者不同的電阻溫度係數；其中最低溫度臨限值由第一電阻溫度係數與第二電阻溫度係數的交叉點判定，第一電阻溫度係數及第二電阻溫度係數與第一對導電線相關聯。高臨限值監控電路包含第二對導電線，各自具有與另一者不同且亦與第一對導電線的電阻溫度係數不同的電阻溫度係數；其中最高溫度臨限值由第三電阻溫度係數與第四電阻溫度係數的交叉點判定，第三電阻溫度係數及第四電阻溫度係數與第二對導電線相關聯。

Description

溫度感測器、判定積體電路是否在常溫範圍內操作的方法以及積體電路
高性能積體電路的技術規模化已導致內連線及裝置中的更高電流密度，此繼而增加功率耗散。大體而言，大量此類耗散的功率轉化為熱量，此因而促使熱密度顯著上升。高性能積體電路中的功能區塊中的每一者的各別不同操作模式導致積體電路所形成的各別基底上的溫度梯度。上文所提及情況導致對能夠用於精確熱管理的輕型、穩固且功率高效的晶片上溫度感測裝置的需求。
以下揭露內容提供用於實施所提供主題的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置的特定實例以簡化本揭露內容。當然，此等組件及配置僅為實例且不意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方的形成可包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包含額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭露內容可在各種實例中重複附圖標號及/或字母。此重複本身並不指示各種實施例及/或所論述組態之間的關係。
概述
提供一種溫度感測器，其判定IC的溫度是否在常溫範圍內。溫度感測器包含低臨限值監控電路及高臨限值監控電路。低臨限值監控電路感測IC的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值。高臨限值監控電路感測積體電路（integrated circuit；IC）的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值。低臨限值監控電路包含第一對導電線，各自具有與另一者不同的電阻溫度係數（temperature coefficient of resistance；TCR）；其中最低溫度臨限值由第一TCR與第二TCR的交叉點判定，所述第一TCR及所述第二TCR與第一對導電線相關聯。高臨限值監控電路包含第二對導電線，各自具有與另一者不同且亦與第一對導電線的TCR不同的TCR；其中最高溫度臨限值由第三TCR與第四TCR的交叉點判定，所述第三TCR及所述第四TCR與第二對導電線相關聯。
圖1示出根據本揭露內容的實施例的實例積體電路（IC）100。IC 100可用於使用IC的任何數目電子產品及裝置，包含電腦、消費電子產品、運輸設備、通信設備以及其他。IC 100包含電源供應器102、控制器104、功能電路106以及溫度感測器108，皆安置於共用半導體基底101上。舉例而言，基底101可為互補金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor；CMOS）基底或如由本領域的技術人員所理解的其他類型的半導體基底。
在操作期間，電源供應器102向執行IC 100的預期電路功能的功能電路106提供電壓及/或電流。溫度感測器108安置於與功能電路106相同的共用基底101（例如在晶片上）上，且因此將經歷與功能電路106及IC 100的其他元件相同或類似的溫度梯度。溫度感測器108感測IC 100的溫度是否在預定常溫範圍內操作，且產生表示其的輸出訊號107，將所述輸出訊號107發送控制器104。本文中，常溫範圍大於最低溫度臨限值且小於最高溫度臨限值，其中最低臨限值及最高臨限值可例如基於操作者或製造商說明書而預定。溫度感測器108產生輸出訊號107以在IC 100在常溫範圍內操作時具有第一邏輯狀態（例如邏輯高），且在IC 100在常溫範圍之外操作時具有第二邏輯狀態（例如邏輯低）。一旦本領域的技術人員將認識到所述邏輯狀態可逆轉。
控制器104自溫度感測器108接收輸出訊號107，且可基於是否指定IC 100在常溫範圍內操作來控制電源供應器102及/或功能電路106的操作狀態。舉例而言，當IC 100超出最高溫度臨限值時，控制器104可使用控制訊號105命令電源供應器102以減小供電電壓或電流，從而降低IC 100的溫度。同樣地，當IC 100低於最低溫度臨限值時，控制器104可命令電源供應器增大操作電壓或電流，從而提高IC 100的溫度。此外，控制器104可使用控制訊號109命令功能電路106提高或降低其處理速度，從而進一步減少IC 100中所判定的任何異常溫度。此外，當偵測到異常溫度時，控制器104可使用控制訊號109命令功能電路106停用任何訊號輸出或資料輸出，此是因為當IC 100在常溫範圍之外操作時，訊號輸出或資料輸出可能無效。
圖2A示出根據本揭露內容的實施例的溫度感測器200，且是圖1中所繪示的溫度感測器108的一個實施例。溫度感測器200包含低臨限值監控電路216、高臨限值監控電路218以及邏輯閘208。邏輯閘208示出為「及」閘，然而，本領域中的技術人員將認識到可基於本文提供的揭露內容使用其他類型的邏輯閘。
如下文將詳細地描述，低臨限值監控電路216感測IC 100的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值，且產生指示其的邏輯訊號212。舉例而言，邏輯訊號212可在溫度高於最低溫度臨限值時為邏輯高（例如「1」）且在溫度低於最低溫度臨限值時為邏輯低（例如「0」）。同樣地，高臨限值監控電路218感測溫度升高高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值，且產生指示其的邏輯訊號214。舉例而言，邏輯訊號214可在溫度低於最高溫度臨限值時為邏輯高（例如「1」）且在溫度高於最高溫度臨限值時為邏輯低（例如「0」）。
邏輯閘208基於邏輯訊號212及邏輯訊號214判定IC 100的溫度是否在常溫範圍內，且產生指示其的輸出訊號107。圖2B示出基於各種輸入組合描述邏輯閘208的操作的「真值表」。參看圖2B，當邏輯訊號212及邏輯訊號214處於邏輯高時，邏輯閘208產生作為指示IC 100的溫度在常溫範圍內之邏輯高的輸出訊號107。當邏輯訊號212或邏輯訊號214中的任一者為邏輯低時，已違反最低溫度臨限值或最高溫度臨限值，因此邏輯閘208產生作為指示IC 100在異常溫度下操作之邏輯低的輸出訊號107。如上文所論述，控制器104接收且評估輸出訊號107，且可產生控制訊號105及控制訊號109以緩解如上文參看圖1所描述的IC 100在異常溫度下操作的判定。
如上文所論述，低臨限值偵測電路216感測IC 100的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值，且產生指示其的邏輯訊號212。低臨限值偵測電路216包含恆定電流源206.1至恆定電流源206.2以及導電線201.1、導電線202.1、導電線203.1、導電線204.1，其中每一導電線可為沈積於半導體基底101上的金屬跡線。導電線201.1及導電線202.1提供第一對導電線，所述導電線經製造為各自具有與另一者不同的電阻溫度係數（TCR）。如本領域中的技術人員將理解，TCR描繪特定導電線的電阻隨溫度的變化。此外，如本領域中的技術人員將理解，可藉由將導電線201.1及導電線202.1製造為具有不同橫截面寬度（本文中之「寬度」）來達成不同的TCR。
現將參看圖2C論述低臨限值監控電路216的結構及操作，所述圖2C示出用於與導電線201.1、導電線202.1、導電線203.1、導電線204.1相關聯的各種導電線寬度的TCR。亦即，導電線201.1具有第一寬度W1及對應的TCR 252。然而，導電線202.1具有比第一寬度W1窄的第二寬度W2，從而產生對應的TCR 254。應注意，與更寬寬度W1相關聯的TCR 252比與更窄寬度W2相關聯的TCR 254對溫度更敏感。因此，隨溫度增加，與TCR 252相關聯的電阻比與TCR 254相關聯的電阻以更快速率的增加，從而在特定溫度下產生TCR 252與TCR 254的交叉點256，所述特定溫度定義上文所論述的常溫範圍的最低溫度臨限值（Tmin）。同樣地，導電線203.1及導電線204.1提供第二對導電線，所述導電線經製造為各自具有與另一者不同的TCR。再參看圖2C，導電線203.1具有第三寬度W3及對應的TCR 258。然而，導電線204.1具有比第三寬度W3更窄的第四寬度W4，且產生對應的TCR 260。應注意，與更寬寬度W3相關聯的TCR 258比與更窄寬度W4相關聯的TCR 260對溫度更敏感。因此，隨溫度增加，與TCR 258相關聯的電阻比與TCR 260相關聯的電阻以更快的速率增加，從而在特定溫度下產生TCR 258與TCR 260的交叉點262，所述特定溫度定義上文所論述的常溫範圍的最高溫度臨限值（Tmax）。
在操作期間，導電線203.1及導電線201.1由恆定電流源206.1驅動，且操作以提供第一分壓器，從而在導電線203.1及導電線201.1的物理接合點處形成的節點220處產生電壓V1。同樣地，導電線204.1及導電線202.1由電流源206.2驅動，且操作以提供第二分壓器，從而在導電線204.1及202.1的物理接合點處形成的節點222處產生電壓V2。因此，V1量測導電線201.1（至接地）上的電壓降，且V2量測導電線202.1（至接地）上的電壓降。由於導電線的對應電阻如圖2C所繪示隨溫度發生改變，因此電壓V1及電壓V2受各別導電線的不同TCR影響。舉例而言，基於各別TCR，針對高於Tmin的任何既定溫度，第一導體201.1（與TCR 252相關聯）的電阻將高於第二導體202.1（與TCR 254相關聯）的電阻。但是，針對低於Tmin的任何既定溫度，第一導體201.1（與TCR 252相關聯）的電阻將低於第二導體202.1（與TCR 254相關聯）的電阻。因此，假設電流源206.1及電流源206.2具有等量幅值，針對高於Tmin的任何既定溫度，V1將大於V2，且因此可使用V1-V2的量測來指示溫度是否高於Tmin。因此，具有耦接至節點220及節點222的不同輸入的運算放大器209作為比較器操作，以量測電壓差（V1-V2）。特定言之，運算放大器209將邏輯訊號212作為邏輯高輸出以指示V1大於V2，藉此指示IC 100的溫度高於Tmin且因此並非為異常的。然而，運算放大器209將邏輯訊號212作為邏輯低輸出以指示V1小於V2，藉此指示IC 100的溫度低於Tmin且因此在常溫範圍之外。
現將參看圖2C論述高臨限值監控電路218的結構及操作。如上文所論述，高臨限值偵測電路218感測IC 100的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值，且產生指示其的邏輯訊號214。高臨限值偵測電路218包含導電線201.2、導電線202.2、導電線203.2、導電線204.2，其中每一導電線可為沈積於半導體基底101上的金屬跡線。導電線201.2、導電線202.2、導電線203.2、導電線204.2具有與各別導電線201.1、導電線202.1、導電線203.1、導電線204.1的寬度相同或實質上相同的各別寬度，使得：導電線201.2具有與導電線201.1相同的寬度W1及對應TCR 252；導電線202.2具有與導電線202.1相同的寬度W2及對應TCR 254；導電線203.2具有與導電線203.1相同的寬度W3及對應TCR 258；且導電線204.2具有與導電線204.1相同的寬度W4及對應TCR 260。同樣地，導電線201.2及導電線202.2提供第三對導電線，所述導電線經製造為各自具有與另一者不同的TCR。同樣地，導電線203.2及導電線204.2提供第四對導電線，所述導電線經製造為各自具有與另一者不同的TCR。與低臨限值偵測電路216相比，應注意，導電線203.2（寬度W3）及導電線204.2（寬度W4）在各別內部節點224、節點226與地面之間耦接。然而，針對低臨限值偵測電路216，導電線201.1（寬度W1）及導電線202.1（寬度W2）在各別內部節點220、節點222與地面之間耦接。
在操作期間，導電線202.2及導電線204.2由恆定電流源206.3驅動，且操作以提供第三分壓器，從而在導電線202.2及導電線204.2的物理接合點處形成的節點224處產生電壓V3。同樣地，導電線201.2及導電線203.2由恆定電流源206.4驅動，且操作以提供第四分壓器，從而在導電線201.2及導電線203.2的物理接合點處形成的節點226處產生電壓V4。因此，V3量測導電線204.2及地面上的電壓降，且V3量測導電線203.2及地面上的電壓降。由於導電線的對應電阻如圖2C所繪示隨溫度發生改變，因此電壓V3及電壓V4受各別導電線的不同TCR影響。舉例而言，基於各別TCR，針對低於Tmax的任何既定溫度，第四導體204.2（與TCR 260相關聯）的電阻將高於第三導體203.2（與TCR 258相關聯）的電阻。但是，超過Tmax，針對高於Tmax的任何既定溫度，第四導體204.2（與TCR 260相關聯）的電阻將低於第三導體203.2（與TCR 258相關聯）的電阻。因此，假設電流源206.3及電流源206.4具有等量幅值，針對低於Tmax的任何既定溫度，V3將大於V4，且因此可使用V3-V4的量測來指示溫度是否低於Tmax。因此，具有耦接至節點224及節點226的不同輸入的運算放大器220作為比較器操作，以量測電壓差（V3-V4）。特定言之，當V3大於V4時，運算放大器210將邏輯訊號214作為邏輯高輸出，藉此指示IC 100的溫度低於Tmax，且因此並非為異常的。然而，當V3小於V4時，運算放大器210將邏輯訊號214作為邏輯低輸出，藉此指示IC 100的溫度高於Tmax，且因此在常溫範圍之外。
圖3A示出根據本揭露內容的實施例的溫度感測器300，且為圖1中所繪示的溫度感測器108的第二實施例。溫度感測器300實質上與溫度感測器200類似，且因此將僅論述溫度感測器200與溫度感測器300之間的差異。亦即，溫度300包含代替邏輯閘208的邏輯閘308，其中除邏輯訊號212及邏輯訊號214以外，邏輯閘308亦包含時脈輸入302。邏輯閘308示出為「及」閘，然而，本領域中的技術人員將認識到可基於本文提供的揭露內容使用其他類型的邏輯閘。
邏輯閘308基於邏輯訊號212、邏輯訊號214以及時脈訊號302判定IC 100的溫度是否在正常操作範圍內，以產生指示其的輸出訊號107。如下文所論述，邏輯閘308與邏輯閘208類似地操作，不同之處在於額外時脈訊號302在輸出訊號107上提供閘控功能。圖3B至圖3C示出基於各種輸入組合描述邏輯閘808的操作的「真值表」。參看圖3B，當邏輯訊號212及邏輯訊號214皆處於邏輯高且時脈訊號302處於邏輯高時，邏輯閘308產生作為指示IC 100的溫度在正常操作範圍內之邏輯高的輸出訊號107。當邏輯訊號212或邏輯訊號214中的任一者為邏輯低時，已違反最低溫度臨限值或最高溫度臨限值，因此邏輯閘308產生作為指示IC 100在異常溫度下操作之邏輯低的輸出訊號107。參看圖3C，當脈訊號時302處於邏輯低時，則無論邏輯訊號212或邏輯訊號214的狀態如何，輸出訊號107為邏輯低。因此，除對上文所論述的邏輯訊號212、邏輯訊號214的需求以外，時脈訊號302的添加在輸出訊號107上提供閘控功能，使得邏輯高將僅發生在時脈訊號302的正向時脈循環期間。控制器104接收且評估輸出訊號107，且可產生控制訊號105及控制訊號109以緩解如上文參看圖1所描述的IC 100在異常溫度下操作的判定。
圖4示出電流鏡402，其為根據本揭露內容的實施例的用於實施恆定電流源206.1及恆定電流源206.2的一個實施例。電流鏡402包含配置於電流鏡組態中的參考電晶體404、鏡像電晶體406、鏡像電晶體408以及參考電流源410。鏡像電晶體406及鏡像電晶體408分別提供恆定電流源206.1及恆定電流源206.2。在操作期間，參考電流源410定義必須流經參考電晶體404的參考電流。將參考電晶體404及鏡像電晶體406、鏡像電晶體408的閘極連接在一起，使得所有電晶體404至電晶體408具有共閘極電壓，且各別源皆耦接電壓供應Vs。因此，至鏡像電晶體406、鏡像電晶體408的源電壓的各別閘極必須與參考電晶體404的各別閘極相同或類似。因此，假設電晶體404、電晶體406以及電晶體408具有相同尺寸，由電晶體406、電晶體408提供的各別電流由共閘極至源電壓判定，使得由電晶體406及電晶體408提供的各別電流與由參考電流源410提供的參考電流相同。或者，如本領域中的技術人員將理解，鏡像電晶體406及鏡像電晶體408的尺寸可相對參考電晶體410按比例調整，以便按比例調整由各別鏡像電晶體406及鏡像電晶體408的提供的電流。此外，如本領域中的技術人員將理解，恆定電流源206.3及恆定電流源206.4可使用類似結構來實施。
圖5示出根據本揭露內容的實施例的用於判定IC（例如IC 100）的溫度是否在常溫範圍內操作的例示性操作的流程圖500。流程圖500僅出於示例目的參考圖2A中的溫度感測器200及圖1中的IC 100。本揭露內容不限於本操作說明或其對溫度感測器200或IC 100的應用。實際上，於本領域具有通常知識者將顯而易見，其他操作性控制流程、系統以及應用在本揭露內容的範疇及精神內。
在操作502處，提供第一對導電線，所述第一對導電線具有彼此不同的TCR。舉例而言，參看圖2A，導電線201.1及導電線202.1提供第一對導電線，所述導電線經製造為各自具有與另一者不同的TCR，如圖2C中所繪示的由各別TCR 252、TCR 254所示出。
在操作504處，提供第二對導電線，所述第二對導電線具有彼此不同且亦與第一對導電線不同的TCR。舉例而言，參看圖2A，導電線204.2及導電線203.2提供第二對導電線，所述導電線經製造為各自具有與與另一者不同的TCR，如圖2C中所繪示的由各別TCR 258、TCR 260所示出。TCR 258、TCR 260亦與如圖2C中所繪示的第一對導電線的TCR 252、TCR 254不同。
在操作506處，使用第一對導電線判定IC的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值，且產生指示其的第一邏輯訊號。舉例而言，參看圖2A，電流源206.1及電流源206.2驅動第一對導電線201.1及導電線202.1，每一導電線以分壓器組態配置，以在連接節點220、節點221處產生電壓V1、電壓V2。此外，低臨限值監控電路216基於電壓差（V1-V2）感測IC 100的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值，且產生指示其的邏輯訊號212。舉例而言，邏輯訊號212可在溫度高於最低溫度臨限值時為邏輯高（例如「1」），且在溫度低於最低溫度臨限值時為邏輯低（例如「0」）。
在操作508處，使用第二對導電線判定IC的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值，且產生指示其的第二邏輯訊號。舉例而言，參看圖2A，電流源206.3及電流源206.4驅動第二對導電線204.2及導電線203.2，每一導電線以分壓器組態配置，以在各別連接節點224、節點226處產生電壓V3、電壓V4。此外，高臨限值監控電路218基於電壓差（V3-V4）感測IC 100的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值，且產生指示其的邏輯訊號214。舉例而言，邏輯訊號214可在溫度高於最低溫度臨限值時為邏輯高（例如「1」），且在溫度低於最低溫度臨限值時為邏輯低（例如「0」）。
在操作510處，基於第一邏輯訊號及第二邏輯訊號判定IC的溫度是否在正常操作範圍內，且產生指示其的輸出訊號。舉例而言，參看圖2A，邏輯閘208基於邏輯訊號212及邏輯訊號214判定IC 100的溫度是否在正常操作範圍內，且產生指示其的輸出訊號107。更特定言之，當邏輯訊號212及邏輯訊號214皆處於邏輯高時，邏輯閘208產生作為指示IC 100溫度在正常操作範圍內之邏輯高的輸出訊號107。當邏輯訊號212或邏輯訊號214中的任一者為邏輯低時，已違反最低溫度臨限值或所述最高溫度臨限值，因此邏輯閘208產生作為指示IC 100在異常溫度下操作之邏輯低的輸出訊號107。
在操作512處，在基於輸出訊號判定IC的溫度在正常操作範圍之外時啟動及/或執行校正動作。舉例而言，參看圖1，控制器104可自溫度感測器108接收輸出訊號107，且可基於如上文參看圖1所描述的是否指定IC 100在常溫範圍內操作而控制電源供應器102及/或功能電路106的操作狀態。
結論
前述實施方式揭露一種包含低臨限值監控電路、高臨限值監控電路以及邏輯閘的溫度感測器。低臨限值監控電路感測積體電路（IC）的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值，且產生指示其的第一邏輯訊號。低臨限值監控電路包含：第一導電線，其具有第一電阻溫度係數（TCR）；以及第二導電線，其具有與第一TCR不同的第二TCR，其中最低溫度臨限值由第一TCR與第二TCR的交叉點判定。高臨限值監控電路感測IC的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值，且產生指示其的第二邏輯訊號。高臨限值監控電路包含：第三導電線，其具有第三TCR；以及第四導電線，其具有與第三TCR不同的第四TCR，其中最高溫度臨限值由第三TCR與第四TCR的交叉點判定。邏輯閘基於第一邏輯訊號及第二邏輯訊號判定IC的溫度是否在常溫範圍內，且產生指示其的輸出訊號。
前述實施方式進一步揭露一種判定積體電路（IC）是否在常溫範圍內操作的方法。所述方法包含提供第一對導電線及第二對導電線。第一對導電線中的每一導電線具有與另一者不同的電阻溫度係數（TCR）。同樣地，第二對導電線中的每一導電線具有與另一者不同的TCR，且具有與第一對導電線的TCR不同的TCR。方法更包含使用第一對導電線判定IC的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於最低溫度臨限值，且產生指示其的第一邏輯訊號。方法更包含使用第二對導電線判定IC的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於最高溫度臨限值，且產生指示其的第二邏輯訊號。方法更包含基於第一邏輯訊號及第二邏輯訊號判定IC的溫度是否在正常操作範圍內，且產生指示其的輸出訊號。方法更包含基於指示IC的溫度在常溫範圍之外的輸出訊號來啟動校正動作。
前述實施方式進一步揭露一種積體電路（IC），其包含皆安置在半導體基底上的電源供應器、功能電路、溫度感測器以及控制器。電源供應器為IC提供供電電壓或電流。安置在半導體上的功能電路提供IC的電氣功能。溫度感測器判定半導體基底的溫度是否在常溫範圍內，且產生指示其的輸出訊號。溫度感測器包含具有第一電阻溫度係數（TCR）的第一導電線、具有第二TCR的第二導電線、具有第三TCR的第三導電線以及具有第四TCR的第四導電線。第一TCR、第二TCR、第三TCR、第四TCR中的每一者彼此不同，此外，第一TCR與第二TCR的交叉點判定常溫範圍的最低溫度臨限值，第三TCR與第四TCR的交叉點判定常溫範圍的最高溫度臨限值。控制器自溫度感測器接收輸出訊號且產生至少一個控制訊號，以基於半導體基底的溫度在常溫範圍之外而調整電源供應器或功能電路。
前述實施方式參看附圖以說明與本揭露內容一致的例示性實施例。前述實施方式對「例示性實施例」的參考指示所描述的例示性實施例可包含特定特徵、結構或特性，但每一例示性實施例可能未必包含特定特徵、結構或特性。此外，此類片語未必指代相同例示性實施例。另外，無論是否明確地描述其他例示性實施例的特徵、結構或特性，皆可獨立地包含或以任何組合形式包含結合例示性實施例描述的任何特徵、結構或特性。
前述實施方式並不意欲為限制性的。相反，僅根據以下申請專利範圍及其等效物來定義本揭露內容的範疇。應瞭解，前述實施方式而非以下發明摘要部分意欲用以解釋申請專利範圍。發明摘要部分可闡述本揭露內容的一或多個但並非所有例示性實施例，且因此並不意欲以任何方式限制本揭露內容及以下申請專利範圍及其等效物。
前述實施方式內描述的例示性實施例已經出於說明之目的提供，且不意欲為限制性的。其他例示性實施例是可能的，且可在保持於本揭露內容的精神及範疇內時對例示性實施例進行修改。已憑藉說明特定功能及其關係的實施的功能構建區塊來描述前述實施方式。為便於描述，本文中已任意地定義此等功能構建區塊的邊界。只要適當地執行指定功能及其關係，便可定義替代邊界。
本揭露內容的實施例可以硬體、韌體、軟體或其任何組合予以實施。本揭露內容的實施例亦可實施為儲存於機器可讀媒體上的可由一或多個處理器讀取並執行的指令。機器可讀媒體可包含用於以可由機器（例如計算電路系統）讀取的形式儲存或傳輸資訊的任何機制。舉例而言，機器可讀媒體可包含非暫時性機器可讀媒體，諸如唯讀記憶體（read only memory；ROM）、隨機存取記憶體（random access memory；RAM）、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體裝置以及其他媒體。作為另一實例，機器可讀媒體可包含暫時性機器可讀媒體，諸如電學、光學、聲學或其他形式之傳播訊號（例如載波、紅外線訊號、數位訊號等）。另外，韌體、軟體、常式、指令可在本文中描述為執行特定動作。然而，應瞭解，此類描述僅僅出於方便起見，且此類動作事實上是由計算裝置、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等之其他裝置引起。
前述實施方式充分揭示本揭露內容的一般性質：其他人可在不背離本揭露內容的精神及範疇的情況下藉由應用本領域的技術人員所瞭解的知識來針對各種應用容易地修改及/或調適此類例示性實施例而不進行過度實驗。因此，基於本文中所呈現的教示及指導，此等調適及修改意欲在例示性實施例的等效物的含義及數目內。應理解，本文中的措詞或術語是出於描述而非限制之目的，以使得本說明書的術語或措詞應由本領域的技術人員鑒於本文中的教示予以解釋。
100:積體電路 101:基底 102:電源供應器 104:控制器 105、109:控制訊號 106:功能電路 107:輸出訊號 108、200、300:溫度感測器 201.1、201.2、202.1、202.2、203.1、203.2、204.1、204.2:導電線/導體 206.1、206.2、206.3、206.4:恆定電流源/電流源 208、308:邏輯閘 209、210:運算放大器 212、214:邏輯訊號 216:低臨限值監控電路 218:高臨限值監控電路 220、222、224、226:節點 252、254、258、260:電阻溫度係數 256、262:交叉點 302:時脈輸入/時脈訊號 402:電流鏡 404:參考電晶體 406、408:鏡像電晶體 410:參考電流源 500:流程圖 502、504、506、508、510、512:操作 V1、V2、V3、V4:電壓 Vs:電壓供應 W1:第一寬度 W2:第二寬度 W3:第三寬度 W4:第四寬度
結合隨附圖式閱讀以下具體實施方式時會最佳地理解本揭露內容的態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。事實上，可出於論述清楚起見而任意地增加或減小各種特徵的尺寸。 圖1示出根據本揭露內容的一例示性實施例的積體電路。 圖2A至圖2C示出根據本揭露內容的一例示性實施例的溫度感測器。 圖3A至圖3C示出根據本揭露內容的另一例示性實施例的溫度感測器。 圖4示出根據本揭露內容的一例示性實施例的電流鏡。 圖5示出根據本揭露內容的另一例示性實施例的用於判定IC的溫度是否在常溫範圍內的例示性操作的流程圖。
107:輸出訊號
200:溫度感測器
201.1、201.2、202.1、202.2、203.1、203.2、204.1、204.2:導電線/導體
206.1、206.2、206.3、206.4:恆定電流源/電流源
208:邏輯閘
209、210:運算放大器
212、214:邏輯訊號
216:低臨限值監控電路
218:高臨限值監控電路
220、222、224、226:節點
V1、V2、V3、V4:電壓
W1:第一寬度
W2:第二寬度
W3:第三寬度
W4:第四寬度

Claims (20)

  1. 一種溫度感測器，包括： 低臨限值監控電路，經組態以感測積體電路的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於所述最低溫度臨限值且產生指示其的第一邏輯訊號，所述低臨限值監控電路包含： 第一導電線，具有第一電阻溫度係數；以及 第二導電線，具有與所述第一電阻溫度係數不同的第二電阻溫度係數， 其中所述最低溫度臨限值由所述第一電阻溫度係數與所述第二電阻溫度係數的交叉點判定； 高臨限值監控電路，經組態以感測所述積體電路的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於所述最高溫度臨限值且產生指示其的第二邏輯訊號，所述高臨限值監控電路包含： 第三導電線，具有第三電阻溫度係數；以及 第四導電線，具有與所述第三電阻溫度係數不同的第四電阻溫度係數， 其中所述最高溫度臨限值由所述第三電阻溫度係數與所述第四電阻溫度係數的交叉點判定；以及 邏輯閘，經組態以基於所述第一邏輯訊號及所述第二邏輯訊號判定所述積體電路的溫度是否在常溫範圍內且產生指示其的輸出訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的溫度感測器，其中： 所述第一電阻溫度係數比所述第二電阻溫度係數對溫度更敏感，使得所述第一導電線的電阻比所述第二導電線的電阻隨溫度增加得更快，以使得所述第一電阻溫度係數與所述第二電阻溫度係數的所述交叉點處於所述最低溫度臨限值；以及 所述第三電阻溫度係數比所述第四電阻溫度係數對溫度更敏感，使得所述第三導電線的電阻比所述第四導電線的電阻隨溫度增加得更快，以使得所述第三電阻溫度係數與所述第四電阻溫度係數的所述交叉點處於所述最高溫度臨限值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的溫度感測器，其中： 所述第一導電線具有第一寬度，所述第一寬度大於所述第二導電線的第二寬度；以及 所述第三導電線具有第三寬度，所述第三寬度大於所述第四導電線的第四寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的溫度感測器，其中所述邏輯閘經進一步組態以基於以下來產生具有第一邏輯狀態的所述輸出訊號： 指示所述積體電路的溫度高於所述最低溫度臨限值的所述第一邏輯訊號；以及 指示所述積體電路的溫度低於所述最高溫度臨限值的所述第二邏輯訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的溫度感測器，其中所述邏輯閘經進一步組態以基於以下來產生具有第二邏輯狀態的所述輸出訊號： 指示所述積體電路的溫度低於所述最低溫度臨限值的所述第一邏輯訊號；或 指示所述積體電路的溫度高於所述最高溫度臨限值的所述第二邏輯訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的溫度感測器，其中所述邏輯閘經進一步組態以： 基於具有第一邏輯狀態的所述第一邏輯訊號及所述第二邏輯訊號產生具有所述第一邏輯狀態的所述輸出訊號；以及 基於具有第二邏輯狀態的所述第一邏輯訊號或所述第二邏輯訊號產生具有所述第二邏輯狀態的所述輸出訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的溫度感測器，其中所述低臨限值監控電路更包含： 第一恆定電流源，經組態以使用恆定電流驅動所述第一導電線，從而在連接至所述第一導電線的第一節點處產生電壓V1； 第二恆定電流源，經組態以使用所述恆定電流驅動所述第二導電線，從而在連接至所述第二導電線的第二節點處產生電壓V2；以及 運算放大器，經組態以量測電壓差（V1-V2），且當所述電壓V1大於所述電壓V2時以第一邏輯狀態輸出所述第一邏輯訊號且當所述電壓V2大於所述電壓V1時以第二邏輯狀態輸出所述第一邏輯訊號， 其中所述電壓差（V1-V2）表示所述積體電路的溫度是高於所述最低溫度臨限值還是低於所述最低溫度臨限值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的溫度感測器，其中所述高臨限值監控電路更包含： 第三恆定電流源，經組態以使用所述恆定電流驅動所述第三導電線，從而在連接至所述第三導電線的第三節點處產生電壓V3； 第四恆定電流源，經組態以使用所述恆定電流驅動所述第四導電線，從而在連接至所述第四導電線的第四節點處產生電壓V4；以及 運算放大器，經組態以量測電壓差（V3-V4），且當所述電壓V3大於所述電壓V4時以所述第一邏輯狀態輸出所述第二邏輯訊號且當所述電壓V4大於所述電壓V3時以所述第二邏輯狀態輸出所述第二邏輯訊號， 其中所述電壓差（V3-V4）表示所述積體電路的溫度是高於所述最高溫度臨限值還是低於所述最高溫度臨限值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的溫度感測器，其中： 所述第一導電線配置於由所述第一恆定電流源驅動的第一分壓器中以產生所述電壓V1； 所述第二導電線配置於由所述第二恆定電流源驅動的第二分壓器中以產生所述電壓V2； 所述第三導電線配置於由所述第三恆定電流源驅動的第三分壓器中以產生所述電壓V3；以及 所述第四導電線配置於由所述第四恆定電流源驅動的第四分壓器中以產生所述電壓V4。
  10. 一種判定積體電路是否在常溫範圍內操作的方法，包括： 提供第一對導電線，所述第一對導電線中的每一導電線具有與另一者不同的電阻溫度係數； 提供第二對導電線，所述第二對導電線中的每一導電線具有與另一者不同的電阻溫度係數，且具有與所述第一對導電線的電阻溫度係數不同的電阻溫度係數； 使用所述第一對導電線判定所述積體電路的溫度是高於最低溫度臨限值還是低於所述最低溫度臨限值，且產生指示其的第一邏輯訊號； 使用所述第二對導電線判定所述積體電路的溫度是高於最高溫度臨限值還是低於所述最高溫度臨限值，且產生指示其的第二邏輯訊號； 基於所述第一邏輯訊號及所述第二邏輯訊號判定所述積體電路的溫度是否在正常操作範圍內，且產生指示其的輸出訊號；以及 基於指示所述積體電路的溫度在常溫範圍之外的所述輸出訊號來啟動校正動作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述第一對導電線包含具有對應第一電阻溫度係數的第一導電線以及具有對應第二電阻溫度係數的第二導電線，且其中所述第一電阻溫度係數比所述第二電阻溫度係數對溫度更敏感，使得第一導電線的電阻比所述第二導電線的電阻隨溫度增加得更快，以使得所述第一電阻溫度係數與所述第二電阻溫度係數的交叉點處於所述最低溫度臨限值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中所述第二對導電線包含具有對應第三電阻溫度係數的第三導電線以及具有對應第四電阻溫度係數的第四導電線，且其中所述第三電阻溫度係數比所述第四電阻溫度係數對溫度更敏感，使得第三導電線的電阻比所述第四導電線的電阻隨溫度增加得更快，以使得所述第三電阻溫度係數與所述第四電阻溫度係數的交叉點處於所述最高溫度臨限值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中： 所述第一導電線具有第一寬度，所述第一寬度大於所述第二導電線的第二寬度；以及 所述第三導電線具有第三寬度，所述第三寬度大於所述第四導電線的第四寬度。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中所述校正動作包含： 調整藉由所述積體電路的電源供應器提供的供電電壓或電流； 調整所述積體電路的功能電路的處理速度；或 停用所述功能電路的訊號輸出或資料輸出。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中產生所述輸出訊號包含： 基於具有第一邏輯狀態的所述第一邏輯訊號及所述第二邏輯訊號產生具有所述第一邏輯狀態的所述輸出訊號；以及 基於具有第二邏輯狀態的所述第一邏輯訊號或所述第二邏輯訊號產生具有所述第二邏輯狀態的所述輸出訊號。
  16. 一種積體電路，包括： 半導體基底； 電源供應器，安置於所述半導體基底上，經組態以為所述積體電路提供供電電壓或電流； 功能電路，安置於所述半導體基底上，經組態以提供所述積體電路的電氣功能； 溫度感測器，安置於所述半導體基底上，經組態以判定所述半導體基底的溫度是否在常溫範圍內且產生指示其的輸出訊號，所述溫度感測器包含： 第一導電線，具有第一電阻溫度係數； 第二導電線，具有第二電阻溫度係數； 第三導電線，具有第三電阻溫度係數；以及 第四導電線，具有第四電阻溫度係數， 其中所述第一電阻溫度係數、所述第二電阻溫度係數、所述第三電阻溫度係數、所述第四電阻溫度係數中的每一者彼此不同， 其中所述第一電阻溫度係數與所述第二電阻溫度係數的交叉點判定所述常溫範圍的最低溫度臨限值，且 其中所述第三電阻溫度係數與所述第四電阻溫度係數的交叉點判定所述常溫範圍的最高溫度臨限值，以及 控制器，經組態以接收所述輸出訊號且產生至少一個控制訊號，以基於所述半導體基底的溫度在所述常溫範圍之外而調整所述電源供應器或所述功能電路。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的積體電路，其中： 所述第一電阻溫度係數比所述第二電阻溫度係數對溫度更敏感，使得所述第一導電線的電阻比所述第二導電線的電阻隨溫度增加得更快，以使得所述第一電阻溫度係數與所述第二電阻溫度係數的所述交叉點處於所述最低溫度臨限值；以及 所述第三電阻溫度係數比所述第四電阻溫度係數對溫度更敏感，使得所述第三導電線的電阻比所述第四導電線的電阻隨溫度增加得更快，以使得所述第三電阻溫度係數與所述第四電阻溫度係數的所述交叉點處於所述最高溫度臨限值。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的積體電路，其中所述至少一個控制訊號包含： 第一控制訊號，經組態以調整藉由所述電源供應器提供的所述供電電壓或所述電流；或 第二控制訊號，經組態以停用所述功能電路的訊號輸出或資料輸出。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的積體電路，其中： 所述第一導電線配置於由第一恆定電流源驅動的第一分壓器中以產生電壓V1； 所述第二導電線配置於由第二恆定電流源驅動的第二分壓器中以產生電壓V2； 所述第三導電線配置於由第三恆定電流源驅動的第三分壓器中以產生電壓V3；以及 所述第四導電線配置於由第四恆定電流源驅動的第四分壓器中以產生電壓V4。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的積體電路，其中所述溫度感測器更包括邏輯閘，所述邏輯閘經組態以： 基於所述電壓V1與所述電壓V2的比較判定所述積體電路的溫度是高於所述最低溫度臨限值還是低於所述最低溫度臨限值，且基於所述電壓V3與所述電壓V4的比較判定所述溫度是高於所述最高溫度臨限值還是低於所述最高溫度臨限值； 當所述積體電路的溫度高於所述最低溫度臨限值且低於所述最高溫度臨限值時，產生具有第一邏輯狀態的所述輸出訊號；以及 當所述積體電路的溫度低於所述最低溫度臨限值或高於所述最高溫度臨限值時，產生具有第二邏輯狀態的所述輸出訊號。
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