TWI428576B - 溫度感測器及溫度感測方法 - Google Patents

Description

溫度感測器及溫度感測方法

本發明係關於溫度感測器及溫度感測方法，更係關於在各種溫度範圍下有不同靈敏度的溫度感測器及溫度感測方法。

電子溫度感測器，通常與其他電子元件整合於一半導體晶片中，可用來量測該電子元件或其周遭環境的溫度。

在一應用中，溫度感測器可與一CPU整合，藉以提供溫度資訊給CPU。當CPU得到溫度資訊時，即可判斷是否必須減緩運作速度或進入休眠模式，藉以防止自身過熱。在另一應用中，面板驅動晶片必須隨時調整其溫度相依閘極電壓(temperature-dependent gate voltage)以達到較佳顯示效能，因此需要能夠提供周遭環境溫度之溫度感測器。

然而，習知的溫度感測器需要複雜的校正電路以保持其線性度。此外，習知的溫度感測器僅可用以量測特定溫度範圍，並且在靈敏度的調整方面並無彈性。

因此，需要一種能夠運用於各種溫度範圍，並且可針對不同的溫度範圍改變靈敏度的新式溫度感測器。

本發明提供一種溫度感測器，包括：一溫度感測單元，用以感測溫度並輸出一溫度感測訊號；一類比數位轉換器(ADC)，耦接至該溫度感測單元，用以將該溫度感測訊號轉換成一數位訊號值，其中該ADC具有一ADC輸出範圍；一校正單元，耦接至該ADC，用以使該ADC輸出範圍與至少一溫度範圍相關聯；一記憶單元，耦接至該校正單元，用以記錄該ADC輸出範圍、該至少一溫度範圍，以及其間之關聯性。

本發明另提供一種溫度感測方法，包括：感測一溫度並輸出一溫度感測訊號；以一類比數位轉換器(ADC)將該溫度感測訊號轉換成一數位訊號值，其中該ADC具有一ADC輸出範圍；使該ADC輸出範圍與至少一溫度範圍相關聯；以及以記憶單元記錄ADC輸出範圍、該至少一溫度範圍，以及其間之關聯性。

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。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。

第1圖為依據本發明一實施例之溫度感測器示意圖。在一實施例中，溫度感測器100可與一電子元件(例如一中央處理器)整合於一半導體晶片，藉以量測其中的溫度，但本發明不必以此實施例為限。該溫度感測器100包括一溫度感測單元110、一類比數位轉換器(ADC)120、一校正單元130以及一記憶單元140。

本發明之溫度感測單元110用以感測一溫度並輸出一溫度感測訊號。在此實施例中，該溫度感測訊號之值係對應至該半導體晶片中之溫度。在一較佳實施例中，溫度感測單元110可為(但不限於)一正比絕對溫度(proportional to absolute temperature，PTAT)單元。此即表示，該溫度感測單元110輸出之電壓或電流會隨溫度的上升而增加，並具有正的溫度係數。為方便說明本實施例，該溫度訊號為一電壓訊號。第2A圖為該電壓與溫度感測單元110之溫度間之關係圖。如第2A圖所示，該溫度感測單元110感測出溫度T並輸出電壓值為VTEP之溫度感測訊號。

本發明之ADC 120耦接至溫度感測單元110，用以將溫度感測訊號VTEP轉換成一數位訊號值。第2B圖為該數位訊號值與該電壓之關係圖。如第2A及2B圖所示，ADC 120輸出之數位訊號值DTEP係對應至溫度感測訊號VTEP，並可進一步對應至溫度值T。一般來說，ADC通常具有固有的ADC輸出範圍。舉例而言，一個4位元的ADC具有從值為「0000」至值為「1111」的ADC輸出範圍，如第2B圖所示。

本發明之目的是以可變的靈敏度量測一個以上的溫度度範圍。為了達到此目的，本發明提供一個特別的校正單元130，可用來調整ADC 120之精確度。本發明之校正單元130與該ADC 120耦接，可用來將上述ADC輸出範圍關聯至一個或一個以上的ADC輸入範圍，並進一步關聯至一個或一個以上溫度範圍。第3A圖為一實施例之示意圖，說明用於從溫度TB_1至溫度TA_1的第一溫度範圍的一溫度感測器100；而第3B圖為另一實施例之示意圖，說明用於從溫度TB_2至溫度TA_2之第二溫度範圍之溫度感測器100。因為使用相同的溫度感測單元110，所以第3A圖與第3B圖具有相同的電壓-溫度關係。從溫度TB_1至溫度TA_1的第一溫度範圍係對應至(映射至)從電壓VB_1至電壓VA_1的第一感測輸出範圍，而從溫度TB_2至溫度TA_2之第二溫度範圍係對應至(映射至)從電壓VB_2至電壓VA_2的第二感測輸出範圍，其中該第一與第二感測輸出範圍分別為該溫度感測單元110在該第一與第二溫度範圍下的實際輸出範圍。如第3A圖與第3B圖所示，第一溫度範圍窄於第二溫度範圍，而該第一感測輸出範圍同樣窄於第二感測輸出範圍。當溫度感測器100用於一窄小的溫度範圍(例如第一溫度範圍)時，該校正單元130可將該固定的ADC輸出範圍(例如，從值「0000」至值「1111」)關聯至一窄小的ADC輸入範圍，藉此增加ADC的精確度。更明確地說，請參照3A與3B圖，當本發明用於該第一溫度範圍時，該校正單元130使從值「0000」至值「1111」的ADC輸出範圍關聯至從電壓VL_1至電壓VH_1的ADC輸入範圍(因此，進一步使該ADC輸出範圍關聯至從溫度TB_1至溫度TA_1的第一溫度範圍)，並且，當本發明用於該第二溫度範圍時，該校正單元130可使從值「0000」至值「1111」的ADC輸出範圍關聯至從電壓VL_2至電壓VH_2的ADC輸入範圍(因此，進一步使該ADC輸出範圍關聯至從溫度TB_2至溫度TA_2的第二溫度範圍)。

在一較佳實施例中，該ADC輸出範圍(例如，由值「0000」至值「1111」)所對應的ADC輸入範圍(例如，由電壓VL_1至電壓VH_1)可被調整成略大於該溫度範圍(例如由溫度TB_1至溫度TA_1)所對應的該感測輸出範圍(例如由電壓VB_1至電壓VA_1)，如第3A圖所示。然而，在另一實施例中，該ADC輸出範圍所對應的ADC輸入範圍可被調整成與該溫度範圍所對應的感測輸出範圍完全一致(圖未示)。

本發明之記憶單元140係耦接至該校正單元130，用以記錄該ADC輸出範圍與至少一溫度範圍之間的關聯性。更明確地說，在第一溫度範圍的實施例中，該校正單元130使該ADC輸出範圍(例如，從值「0000」至值「1111」)關聯至該第一溫度範圍(從溫度TB_1至溫度TA_1)，而該記憶單元140可進一步記錄該校正單元130進行關聯操作後的結果，換句話說，記錄該ADC輸出範圍與該第一溫度範圍間之關聯性。相似地，在該第二溫度範圍之實施例中，校正單元130將ADC輸出範圍(例如，由值「0000」至值「1111」)關聯至第二溫度範圍(由溫度TB_2至溫度TA_2)，而該記憶單元140進一步記錄該校正單元130進行關聯操作後的結果，換句話說，記錄該ADC輸出範圍與該第二溫度範圍間之關聯性。值得注意的是，雖然第3A圖及第3B圖共只揭露了兩種溫度範圍，但熟悉技藝人士可了解本發明所揭露之溫度感測器對於任何數量的溫度範圍皆可適用。本發明能夠應用的溫度範圍數量，取決於記憶單元140之容量。此外，舉例而言，上述的記錄程序，可在本發明上市前的製造階段實施，亦可在本發明被運用前的設定階段實施。記憶單元140可為快閃記憶體、單次可程式化記憶體(once timing programmable，OTP)、電熔絲(eFuse)、雷射熔絲(laserfuse)、可抹除可編程唯讀記憶體(EPROM)，或電子式可抹除可編程唯讀記憶體(EEPROM)。

本發明之溫度感測器100可用以進一步計算出該量測的溫度。在一實施例中，當溫度感測器100用以量測上述第一溫度範圍中之溫度時，校正單元130可依據該ADC 120提供之數位訊號值、該記憶單元140記錄的該ADC輸出範圍，以及該第一溫度範圍，計算出一第一溫度取值。在另一實施例中，當溫度感測器100用以量測上述第二溫度範圍中之溫度時，校正單元130可依據該ADC 120提供之數位訊號值、該記憶單元140記錄的該ADC輸出範圍，以及該第二溫度範圍，計算出一第二溫度取值。第4圖說明該溫度取值的計算方法。舉例而言，校正單元130可依據從該ADC取得之數位訊號值TDA，以及記錄於記憶單元140之ADC輸出範圍(從值「1111」至值「0000」)以及溫度範圍(從溫度TA至溫度TB)，並利用線性內插法計算溫度取值Tnow。此線性內插方程式如下所示：Tnow=(TA-TB)*(TDA-「0000」)/(「1111」-「0000」)+TB。

除了上述溫度感測器100，本發明另提供一溫度感測方法。第5圖為依據本發明一實施例之溫度感測方法。下文將參照第1圖之溫度感測器100說明該量測方法之子步驟。該溫度感測方法包括：在步驟S510中，感測一溫度並輸出一溫度感測訊號，舉例而言，可利用該溫度感測單元110達成；在步驟S520中，將該溫度感測訊號轉換成一數位訊號值，舉例而言，可利用該ADC 120達成，其中該ADC具有一ADC輸出範圍；在步驟S530中，使該ADC輸出範圍與至少一溫度範圍相關聯，舉例而言，可利用該校正單元130達成；以及在步驟S540中，記錄該ADC輸出範圍、該至少一溫度範圍，以及其間之關聯性，舉例而言，可利用該記憶單元140達成。在一較佳實施例中，溫度感測方法更包括：在步驟S550中，將該ADC輸出範圍所對應的一ADC輸入範圍調整成等於或略大於該溫度範圍所對應的一感測輸出範圍。

在一實施例中，當本發明之溫度感測方法係用於量測一第一溫度範圍時，本方法可依據該ADC 120提供之數位訊號值、該記憶單元140記錄之該ADC輸出範圍與該第一溫度範圍，計算出一第一溫度取值(圖未示)。在另一實施例中，當本發明之溫度感測方法係用於量測一第二溫度範圍時，本方法可依據該ADC 120提供之數位訊號值、該記憶單元140記錄之該ADC輸出範圍與該第二溫度範圍，計算出一第二溫度取值。在這些實施例中，溫度感測方法可利用線性內括法計算該第一與第二溫度取值。

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‧‧‧溫度感測器

110‧‧‧溫度感測單元

120‧‧‧ADC

130‧‧‧校正單元

140‧‧‧記憶單元

VTEP‧‧‧溫度感測訊號

TA_1、TB_1、TA_2、TB_2‧‧‧溫度

VA_1、VB_1、VA_2、VB_2‧‧‧電壓

第1圖為依據本發明一實施例之溫度感測器示意圖。

第2A圖為該電壓與溫度感測單元110之溫度間之關係圖。

第2B圖為該數位訊號值與該電壓之關係圖。

第3A圖為一實施例之示意圖，說明用於從溫度TB_1至溫度TA_1的第一溫度範圍的一溫度感測器100。

第3B圖為另一實施例之示意圖，說明用於從溫度TB_2至溫度TA_2之第二溫度範圍之溫度感測器100。

第4圖說明該溫度取值的計算方法。

第5圖為依據本發明一實施例之溫度感測方法。

100．．．溫度感測器

110．．．溫度感測單元

120．．．ADC

130．．．校正單元

140．．．記憶單元

Claims (13)

1. 一種溫度感測器，包括：一溫度感測單元，用以感測溫度並輸出一溫度感測訊號；一類比數位轉換器(ADC)，耦接至該溫度感測單元，用以將該溫度感測訊號轉換成一數位訊號值，其中該ADC具有一ADC輸出範圍；一校正單元，耦接至該ADC，用以使該ADC輸出範圍與至少一溫度範圍相關聯；一記憶單元，耦接至該校正單元，用以記錄該ADC輸出範圍、該至少一溫度範圍，以及其間之關聯性，其中該ADC輸出範圍所對應的一ADC輸入範圍將被調整成等於或略大於該溫度範圍所對應的一感測輸出範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測器，其中，當該溫度感測器用以量測一第一溫度範圍中之溫度時，該校正單元依據該ADC提供之該數位訊號值、該記憶單元提供之該ADC輸出範圍與該第一溫度範圍計算出一第一溫度取值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度感測器，其中，當該溫度感測器用以量測一第二溫度範圍中之溫度時，該校正單元依據該ADC提供之該數位訊號值、該記憶單元提供之該ADC輸出範圍與該第二溫度範圍計算出一第二溫度取值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之溫度感測器，其中該校正單元利用線性內插法計算該第一與第二溫度取值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測器，其中該溫度感測單元係一正比絕對溫度(proportional to absolute temperature，PTAT)單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測器，其中該溫度感測器與一電子元件整合於一半導體晶片，藉以量測該電子元件之溫度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之溫度感測器，其中該電子元件係一中央處理單元(center processing unit，CPU)。
8. 如申請專利範圍第1項所述之溫度感測器，其中該記憶單元係一快閃記憶體、單次可程式化記憶體(once timing programmable，OTP)、電熔絲(eFuse)、雷射熔絲(laser fuse)、可抹除可編程唯讀記憶體(EPROM)，或電子式可抹除可編程唯讀記憶體(EEPROM)。
9. 一種溫度感測方法，包括：感測一溫度並輸出一溫度感測訊號；以一類比數位轉換器(ADC)將該溫度感測訊號轉換成一數位訊號值，其中該ADC具有一ADC輸出範圍；使該ADC輸出範圍與至少一溫度範圍相關聯；以及以記憶單元記錄該ADC輸出範圍、該至少一溫度範圍，以及其間之關聯性，將該ADC輸出範圍所對應的一ADC輸入範圍調整成等於或略大於該溫度範圍所對應的一感測輸出範圍。
10. 如申請專利範圍第9所述之溫度感測方法，更包括： 當量測一第一溫度範圍中之溫度時，該校正單元依據該ADC提供之該數位訊號值、該記憶單元提供之該ADC輸出範圍與該第一溫度範圍計算出一第一溫度取值。
11. 如申請專利範圍第10所述之溫度感測方法，更包括：當量測一第二溫度範圍中之溫度時，該校正單元依據該ADC提供之該數位訊號值、該記憶單元提供之該ADC輸出範圍與該第二溫度範圍計算出一第二溫度取值。
12. 如申請專利範圍第9所述之溫度感測方法，更包括：將該ADC輸出範圍所對應的一ADC輸入範圍調整成等於或略大於該溫度範圍所對應的一感測輸出範圍。
13. 如申請專利範圍第11所述之溫度感測方法，更包括：利用線性內插法計算該第一與第二溫度取值。