TWI567372B - 溫度偵測電路 - Google Patents

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Description

溫度偵測電路
本揭露是有關於一種溫度偵測電路。
半導體元件被用於各種系統，例如一個光學系統和驅動系統，這些半導體元件的特性的變化取決於溫度。因此，為了正確測量溫度來控制半導體元件的特性的變化，通常安裝溫度偵測器。雖然這些溫度偵測器需要具有高偵測效率，這些溫度偵測器也被要求是小型且廉價的。例如有一種溫度偵測電路的架構是使用一個恆定電流流過一PN二極體，並且通過利用PN二極體順向偏壓是隨溫度的上升而增加(即正溫度係數)的特性來測定溫度。
一般而言，溫度係數指的是電壓與電流電路所輸出的電壓與電流隨外在操作溫度的變化的程度，可為正溫度係數或負溫度係數。正溫度係數指的是其輸出的電壓與電流隨外在操作溫度的升高而增加，而負溫度係數指的是其輸出的電壓與電流隨外在操作溫度的升高而減少。
另一種溫度偵測電路的架構是利用金屬氧化半導體 (Metal Oxide Semiconductor,MOS)電晶體的閾值電壓Vth和汲極電流Ids是與溫度相關的參數。此技術使用一電位控制電路提供一控制電壓到MOS電晶體的閘級(gate)，使得電晶體閘級電壓保持恆定平而與溫度無關，並以通過利用汲極電流Ids的溫度特性來測量溫度。
本揭露實施例可提供關於一種溫度偵測電路，特別是關於適用於半導體積體電路之一種溫度偵測電路。
所揭露的一實施例是關於一種溫度偵測電路，包含一正溫度係數參考電壓電路、一負溫度係數參考電壓電路以及一比較器。其中，該正溫度係數參考電壓電路係利用電晶體的閘級(gate)與源極(source)之間的電位(Vgs)差的正溫度係數來產生一個正溫度係數的電壓，而該負溫度係數參考電壓電路係利用BJT的負溫度特性來產生一個負溫度係數的電壓。進而使正溫度係數的電壓與負溫度係數的電壓經由比較器來產生一個較不隨電源電壓變化之溫度偵測電壓。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧溫度偵測電路設計架構
101‧‧‧正溫度係數參考電壓電路
102‧‧‧負溫度係數參考電壓電路
103‧‧‧比較器
201‧‧‧電流鏡
202‧‧‧電流鏡
第一圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明本發明之溫度偵測電路設計架構。
第二圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明本發明之溫度偵測電路。
第三圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明根據第二圖的的電路所模擬計算而得的電壓V1與電壓V2，以及比較器輸出的電壓V3。
第四圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明根據第二圖的電路以各種電源電壓所模擬計算比較器的輸出電壓V3。
本揭露提出一種溫度偵測電路的技術，可運用於半導體積體電路之中。
第一圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明一溫度偵測電路設計架構。如第一圖所示，溫度偵測電路設計架構100包含一正溫度係數參考電壓電路101以輸出正溫度係數的電壓V1、一負溫度係數參考電壓電路102以輸出負溫度係數的電壓V2，以及一比較器103以接收電壓V1和電壓V2來產生溫度偵測電壓V3。上述正溫度係數指的是其輸出的電壓隨操作溫度的升高而增加，而負溫度係數指的是其輸出的電壓隨操作溫度的升高而減少。
第二圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意 圖，說明一溫度偵測電路。如第二圖所示，此溫度偵測電路包含一正溫度係數參考電壓電路101、一負溫度係數參考電壓電路102、以及一比較器103。其中，正溫度係數參考電壓電路101係由一PMOS電流鏡201來實現。電流鏡201由電晶體MN1、電晶體MN4、電晶體MN2、電晶體MN3、電晶體MN5、以及一電阻R1所構成。其中電晶體MN4、電晶體MN3與電晶體MN5源極分別連接至電流源，所流入之電流分別以I1、I2與I5表示；電晶體MN4、電晶體MN3與電晶體MN5閘極相連接，且連至電晶體MN5的源極，並且輸出正溫度係數的電壓V1；電晶體MN1源極與電晶體MN4汲極相連接；電晶體MN2源極與電晶體MN3汲極相連接；電晶體MN1與電晶體MN2閘極相連接，且連至電晶體MN3的源極；電晶體MN2與電晶體MN5的汲極接地，而電晶體MN1的汲極則是串聯電阻R1後再接地。
負溫度係數參考電壓電路102係由一PMOS電流鏡202來實現。電流鏡202由雙極性電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)Q3、Q4、以及電阻R2、R3所構成。其中，電晶體Q3射極串聯電阻R2、R3後連接至電流源，所流入之電流由I3表示，並且在電阻R2和R3的連接點輸出負溫度係數的電壓V2；電晶體Q3基極連接至電晶體Q4射極；電晶體Q3與電晶體Q4集極接地，且連至電晶體Q4的基極。
比較器103的正端輸入是正溫度係數參考電壓電 路101輸出的電壓V1，而其負端輸入是負溫度係數參考電壓電路102輸出的電壓V2。電壓V1與電壓V2經由輸入到比較器103來產生溫度偵測電壓V3。比較器103還可具有遲滯(Hysteresis)的特性，例如設定輸入端的遲滯電壓為±100mV，即電壓V1大於電壓V2超過100mV時，電壓V3為高電位(例如5V)，而電壓V2大於電壓V1超過100mV時，電壓V3為低電位(例如0V)。
第二圖的實施範例中正溫度係數參考電壓電路101與負溫度係數參考電壓電路102所輸出的電壓V1與電壓V2，可以下列式子加以說明。
假設I 1=I 2,Vtn MN2=Vtn MN1則 假設則 假設Vtn MN 1=Vtn MN 5
由於Vtn具負溫度係數特性(其負溫度係數約為-2mV/℃)，因此當，則V1為正溫度係數電壓 T 0：參考溫度(通常為25度C),T J ：接面的溫度，而κ是一個接面能隙常數，A 0是接面面積
當，則V2為負溫度係數電壓。
由上列之式子可以得知，電壓V1與I5有關，而I5為I1的倍數而與電阻R1有關，因此變動電阻R1可以改變電壓V1隨溫度的變動率。電壓V2與電阻R2有關，變動電阻R2可以改變電壓V2隨溫度的變動率。
第三圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明根據第二圖的的電路所模擬計算而得的電壓V1與電壓V2，以及比較器103輸出的電壓V3。其中，X軸為溫度值，係由-40℃到200℃，而Y軸為電壓值(上圖是電壓V1與電壓V2的電壓值，下圖是電壓V3的電壓值)。如第三圖所示，電壓V1的電壓值隨溫度上升而增加，電壓V2的電壓值隨溫度上升而下降。此溫度偵測電路設定當室溫時電壓V2大於電壓V1。隨著溫度由低溫，例如是-40℃往上升，電壓V1繼續上升，而電壓V2繼續下降。當溫度到達一預定溫度，例如是150℃，此時電壓V1大於電壓V2超過比較器的遲滯電壓100mV時，比較器的輸出電壓V3為5V(高電位)。另一種情況是溫度由高溫(例如 200℃)往低溫下降，此時電壓V1繼續下降，而電壓V2繼續上升。當溫度到達一預定溫度，例如是105℃，此時電壓V2大於電壓V1超過比較器的遲滯電壓100mV時，比較器的輸出電壓V3為0V(低電位)。
第四圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明根據第二圖的電路以各種電源電壓所模擬計算比較器的輸出電壓V3。其中，X軸為溫度值，係由-40℃到200℃，而Y軸為電壓值。如第四圖所示，其中標示電源電壓由2V到6V每增加0.5V來模擬計算比較器的輸出電壓V3的電壓值變化。在第四圖中，針對各種電源電壓，模擬計算的結果如下：隨著溫度由-40℃往上升，當溫度到達150℃，比較器的輸出電壓V3由低電位變為高電位。再者溫度由200℃往下降，當溫度到達105℃，比較器的輸出電壓由高電位變為低電位。由第四圖的模擬計算比較器的輸出電壓V3的結果可以得知：正溫度係數的電壓V1與負溫度係數的電壓V2經由比較器可以產生一個較不隨電源電壓變化之溫度偵測電壓。
綜上所述，本揭露提出一種溫度偵測電路係利用電晶體的閘級與源極之間的電位差的正溫度係數來產生一個正溫度係數的電壓、並且利用BJT的負溫度特性來產生一個負溫度係數的電壓，以及經由調整溫度偵測電路的一些電阻值來改變上述兩個電壓的溫度變化率，利用一比較器比較上述兩個 電壓，來產生一個較不隨電源電壓變化之可設定溫度的偵測電壓。
以上所述者僅為依據本揭露的實施範例，當不能依此限定本揭露實施之範圍。即大凡發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本揭露專利涵蓋之範圍。
100‧‧‧溫度偵測電路設計架構
101‧‧‧正溫度係數參考電壓電路
102‧‧‧負溫度係數參考電壓電路
103‧‧‧比較器

Claims (5)

  1. 一種溫度偵測電路，包含：一正溫度係數參考電壓電路，係利用金屬氧化半導體(MOS)電晶體的閘級(gate)與源極(source)之間的電位(Vgs)差的正溫度係數來產生一個正溫度係數的電壓；一負溫度係數參考電壓電路，係利用雙極性電晶體(BJT)的負溫度特性來產生一個負溫度係數的電壓；以及一比較器；其中該正溫度係數的電壓與該負溫度係數的電壓經由該比較器來產生一個較不隨電源電壓變化之溫度偵測電壓；其中該正溫度係數的電壓與該負溫度係數的電壓輸入到該比較器的正端輸入與負端輸入來產生該溫度偵測電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度偵測電路，其中該正溫度係數參考電壓電路係為一電流鏡，其中該電流鏡係由一電晶體MN1、一電晶體MN4、一電晶體MN2、一電晶體MN3、一電晶體MN5、以及一電阻R1所構成。其中該電晶體MN4、該電晶體MN3與該電晶體MN5源極分別連接至一電流源；該電晶體MN4、該電晶體MN3與該電晶體MN5閘極相連接，且連至該電晶體MN5的源極；該電晶體MN1源極與該電晶體MN4汲極相連接；該電晶體MN2源極與該電晶體MN3汲極相連接；該電晶體MN1與該電晶體MN2閘極相連接，且連至該電晶體MN3的源極；該電晶體MN2與該電晶體MN5的汲極接地，而該電晶體MN1的汲極則是串聯該電阻R1後再接地。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之溫度偵測電路，其中該負溫度係數參考電壓電路係為一電流鏡，其中該電流鏡係由一電晶體Q3、一電晶體Q4、以及一電阻R2、以及一R3所構成。其中該電晶體Q3射極串聯該電阻R2、該電阻R3後連接至一電流源；該電晶體Q3基極連接至該電晶體Q4射極；該電晶體Q3與該電晶體Q4集極接地，且連至該電晶體Q4的基極。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之溫度偵測電路，其中變動該電阻R1來改變該電晶體MN5源極的電壓的正溫度係數。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之溫度偵測電路，其中變動該電阻R2來改變該電阻R2和該電阻R3的連接點電壓的負溫度係數。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090201067A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-13 Seiko Epson Corporation Reference voltage generating circuit, integrated circuit device, and signal processing apparatus
US20120250721A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Ting-Hao Wang Temperature measurement circuit and temperature measurement method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090201067A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-13 Seiko Epson Corporation Reference voltage generating circuit, integrated circuit device, and signal processing apparatus
US20120250721A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Ting-Hao Wang Temperature measurement circuit and temperature measurement method

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