TWI804338B - 電壓及溫度變異偵測器 - Google Patents
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Abstract
一種電壓及溫度變異偵測器具有一電壓變異偵測電路及一溫度變異偵測電路，該電壓變異偵測電路具有一延遲線、一可控制延遲電路及一暫存單元，該延遲線輸出複數個延遲訊號，該可控制延遲電路接收其中之一該延遲訊號進行延遲並輸出一延遲時脈訊號，該暫存單元由該延遲時脈訊號觸發儲存該些延遲訊號而測得電壓變異，該溫度變異偵測電路具有一電流產生器、一充放電電路及一窗口型比較器，該充放電電路根據該電流產生器之一輸出電流及該窗口型比較器之一輸出電壓進行充放電而測得溫度變異。
Description
本發明是關於一種變異偵測電路，特別是關於一種電壓及溫度變異偵測器。
隨著半導體製程的推演，積體電路的整體面積不斷縮小，其性能及功耗也不斷改進，導致在積體電路整合之晶片系統(SOC)中容易產生溫度升高及電壓落差的現象，令整體系統的運作不如預期或是無法驅動。在各種變異中，電壓偏移對於積體電路的影響最為嚴重，在先進製程中，任何的電壓偏移，無論是offset的偏移或是power supply的電壓準位偏移都會造成晶片的損壞。先前技術中多以偏壓電路(Bandgap)產生之電壓與分壓電路產生之分壓做比較來判定電壓變化，但這樣的作法並無法判斷1%的電壓變異。
本發明之一種電壓及溫度變異偵測器的主要目的在於偵測系統中的電壓及溫度變異，讓後端電路可針對電壓及溫度變異進行調整。
本發明之一種電壓及溫度變異偵測器包含一電壓變異偵測電路及一溫度變異偵測電路，該電壓變異偵測電路具有一延遲線、一可控制延遲電路及一暫存單元，該延遲線接收一時脈訊號，該延遲線具有複數個延遲器，該些延遲器用以對該時脈訊號進行延遲，且該些延遲器輸出複數個延遲訊號，該可控制延遲電路接收一電源電壓、一正端控制電壓、一負端控制電壓及其中之一該延遲器輸出之該延遲訊號，該可控制延遲電路依據該電源電壓、該正端控制電壓及該負端控制電壓延遲該延遲訊號而輸出一延遲時脈訊號，該暫存單元電性該延遲線及該可控制延遲電路以接收該些延遲訊號及該延遲時脈訊號，且該暫存單元被該延遲時脈訊號觸發而儲存該些延遲訊號，該電壓變異偵測電路將該些延遲訊號輸出為一電壓變異偵測訊號，該溫度變異偵測電路具有一電流產生器、一充放電電路及一窗口型比較器，該電流產生器用以輸出一輸出電流，該充放電電路電性連接該電流產生器以接收該輸出電流並輸出一充電電壓，該窗口型比較器電性連接該充放電電路以接收該充電電壓，且該窗口型比較器輸出一輸出電壓至該充放電電路，該充放電電路依據該輸出電壓進行充電或放電，其中該溫度變異偵測電路將該輸出電壓輸出為一溫度變異偵測訊號。
本發明藉由該電壓變異偵測電路及該溫度變異偵測電路分別測得系統之電壓變異及溫度變異，令後端電路可針對該電壓變異及該溫度變異進行控制或補償，由於該電壓變異偵測電路可測得0.5%之電壓變異，讓後端電路能夠針對電壓變異進行更精準地調整而避免損壞。
請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種電壓及溫度變異偵測器100的方塊圖，該電壓及溫度變異偵測器100包含一電壓變異偵測電路110及一溫度變異偵測電路120，該電壓變異偵測電路110接收一正端控制電壓Vc+、一負端控制電壓Vc-及一時脈訊號clk，且該電壓變異偵測電路110輸出一電壓變異偵測訊號V[4:0]。該溫度變異偵測電路120接收一高電位參考電壓VH、一低電位參考電壓VL及一初始電壓控制訊號In，且該溫度變異偵測電路120輸出一溫度變異偵測訊號T[12:8]。
請參閱第2圖，為該電壓變異偵測電路110的電路圖，在本實施例中，該電壓變異偵測電路110具有一延遲線111、一可控制延遲電路112、一暫存單元113及一邏輯閘組114。該延遲線111接收該時脈訊號clk，且該延遲線111具有複數個延遲器111a，該些延遲器111a用以對該時脈訊號clk進行延遲，且該些延遲器111a輸出複數個延遲訊號D1-D6。在本實施例中，各該延遲器111a為緩衝器，且各該延遲器111a所提供的延遲量皆相同。
請參閱第2及3圖，該可控制延遲電路接112收一電源電壓VDD、該正端控制電壓Vc+、該負端控制電壓Vc-及其中之一該延遲器111a輸出之該延遲訊號，該可控制延遲電路112依據該電源電壓VDD、該正端控制電壓Vc+及該負端控制電壓Vc-對接收之該延遲訊號進行延遲而輸出一延遲時脈訊號Dclk。在本實施例中，該可控制延遲電路接112是接收該延遲線111中最後一位元之該延遲器111a輸出之該延遲訊號D6並進行延遲。
請參閱第3圖，該可控制延遲電路112由複數個延遲單元112a串聯而成，各該延遲單元112a具有一正端負載112b、一負端負載112c及一反向器112d。該正端負載112b接收該電源電壓VDD及該正端控制電壓Vc+，該負端負載112c接收該負端控制電壓Vc-及接地，該反向器112d電性連接該正端負載112b及該負端負載112c並對輸入訊號進行反向。在本實施例中，該正端負載112b具有一第一PMOS高壓電晶體Mp1及一第二PMOS高壓電晶體Mp2，該第一、二PMOS高壓電晶體Mp1、Mp2之源極接收該電源電壓VDD，該第一PMOS高壓電晶體Mp1之閘極接收該正端控制電壓Vc+，該第一PMOS高壓電晶體Mp1之汲極、該第二PMOS高壓電晶體Mp2之閘極及汲極電性連接該反向器112d之一第三PMOS高壓電晶體Mp3。該負端負載112c具有一第一NMOS高壓電晶體Mn1及一第二NMOS高壓電晶體Mn2，該第一、二NMOS高壓電晶體Mn1、Mn2之源極接地，該第一NMOS高壓電晶體Mn1之閘極接收該負端控制電壓Vc-，該第一NMOS高壓電晶體Mn1之汲極、該第二NMOS高壓電晶體Mn2之閘極及汲極電性連接該反向器112d之一第三NMOS高壓電晶體Mn3。本實施例是由第一位元之該延遲單元112a接收該延遲訊號D6，再經由各該延遲單元112a的依序延遲後由最後一位元之該延遲單元112a輸出該延遲時脈訊號Dclk，此外，由於本實施例藉由該正端控制電壓Vc+及該負端控制電壓Vc-控制該正端負載112b及該負端負載112c的阻抗大小，可避免因為製程飄移導致該延遲時脈訊號Dclk的錯誤，讓電壓變異之偵測能夠更加準確。
請再參閱第3圖，該可控制延遲電路112之各該延遲單元112a的延遲量是由該正端負載112b、該負端負載112c、該反向器112d的寄生電阻之阻抗及其寄生電容的電容值決定，且由於該電源電壓VDD會改變各該延遲單元112a該正端負載112b的阻抗大小，因此該電源電壓VDD的變異會改變各該延遲單元112a的延遲量，進而改變該可控制延遲電路112輸出之該延遲時脈訊號Dclk的觸發時間，本實施例藉此測得該電源電壓VDD的電壓變異。此外，由於該可控制延遲電路112是接收該延遲訊號D6進行延遲，可讓該電壓變異偵測電路110測得0.5%之電壓變異。
請參閱第2圖，該暫存單元113電性該延遲線111及該可控制延遲電路112以接收該些延遲訊號D1-D6及該延遲時脈訊號Dclk，且該暫存單元113被該延遲時脈訊號Dclk觸發而儲存該些延遲訊號D1-D6。在本實施例中，該暫存單元113具有複數個暫存器113a，各該暫存器113a電性連接各該延遲器111a以接收並由該延遲時脈訊號Dclk的觸發暫存各該延遲訊號D1-D6。由於該電源電壓VDD的電壓變異會改變該可控制延遲電路112輸出之該延遲時脈訊號Dclk的觸發時間，因此，在不同電壓變異下之該些暫存器113a所儲存的該些延遲訊號D1-D6的電位並不相同，而可藉由該些暫存器113a儲存之該些延遲訊號D1-D6的電位判斷該電源電壓VDD的電壓變異。
該電壓變異偵測電路110之該邏輯閘組114具有複數個邏輯閘114a，該些邏輯閘114a電性連接該些暫存器113a以接收暫存之該些延遲訊號D1-D6，且該些邏輯閘114a輸出該電壓變異偵測訊號V[4：0]，在本實施例中，該些邏輯閘114a皆為互斥或閘。雖然藉由該些邏輯閘114a儲存之該些延遲訊號D1-D6的電位可判斷該電源電壓VDD的電壓變異，但些邏輯閘114a儲存之該些延遲訊號D1-D6
的電位變化可能較無規律性，較佳的，本實施例藉由該延遲線111及該可控制延遲電路112之延遲量的設計，讓該些邏輯閘114a輸出之該電壓變異偵測訊號V[4：0]在不同電壓變異下有著規律性的變化，以便於後端電路針對電壓變異進行控制。
請參閱第4圖，該溫度變異偵側電路120具有一電流產生器121、一充放電電路122、一窗口型比較器123及一編碼器124，該電流產生器121用以輸出一輸出電流Io。該充放電電路122電性連接該電流產生器121以接收該輸出電流Io並輸出一充電電壓Vc。該窗口型比較器123電性連接該充放電電路122以接收該充電電壓Vc，且該窗口型比較器123輸出一輸出電壓Vo至該充放電電路122，該充放電電路122依據該輸出電壓Vo進行充電或放電。該編碼器124電性連接該窗口型比較器123以接收該輸出電壓Vo並將該輸出電壓Vo輸出為該溫度變異偵測訊號T[12：8]。
請參閱第5圖，該電流產生器121具有一第一電流鏡121a、一電阻121b及一第二電流鏡121c，該電阻121b電性連接該第一電流鏡121a及該第二電流鏡121c，該電阻121b用以產生該輸出電流Io，該第二電流鏡121c電性連接該充放電電路122，該第二電流鏡121c用以將該輸出電流Io映射至該充放電電路122，較佳的，該輸出電流Io的電流值與溫度呈線性關係。
請參閱第5圖，該充放電電路122具有一充電電流鏡122a、一充放電電容122b、一充放電開關122c及一放電電流鏡122d。該充電電流鏡122a電性連接該第二電流鏡121c及該充放電電容122b，該充電電流鏡122a用以將該第二電流鏡121c的電流映射至該充放電電容122b。該充放電開關122c電性連接該充放電電容122b及該放電電流鏡122d，該充放電開關122c受該輸出電壓Vo的控制導通或截止該放電電流鏡122d與該充放電電容122b之間的電性連接，以切換該充電電流鏡122a對該充放電電容122b充電，或讓該充放電電容122b經由該放電電流鏡122d放電，該充放電電容122b的端電壓則輸出為該充電電壓Vc。在本實施例中，該輸出電壓Vo為高電位時，該充放電開關122c截止該放電電流鏡122d與該充放電電容122b之間的電性連接而進入充電模式，該輸出電壓Vo為低電位時，該充放電開關122c導通該放電電流鏡122d與該充放電電容122b之間的電性連接而進入放電模式。
其中，藉由該充電電流鏡122a及該放電電流鏡122d之電晶體尺寸差異的設計，可讓該放電電流鏡122d之電流大小為該充電電流鏡122a之電流大小的兩倍，因此，當該輸出電壓Vo控制該充放電開關122c讓該放電電流鏡122d與該充放電電容122b之間截止時，該充電電流鏡122a之電流會對該充放電電容122b進行充電使該充電電壓Vc上升。反之，當該輸出電壓Vo控制該充放電開關122c讓該放電電流鏡122d與該充放電電容122b之間導通時，雖然該充電電流鏡122a會持續提供電流，但由於該放電電流鏡122d之電流大小為該充電電流鏡122a之電流大小的兩倍，使得該充電電流鏡122a的電流會流向該放電電流鏡122d，且該充放電電容122b也會朝該放電電流鏡122d放電而讓充電電壓Vc下降。
請參閱第5及6圖，該窗口型比較器123具有一第一比較器123a、一第二比較器123b、一比較器切換開關123c、一初始電壓開關123d及一VWC(voltage windows comparator)反向器123e。該第一比較器123a電性連接該充放電電容122b以接收該充電電壓Vc及該高電位參考電壓VH進行比較而輸出一第一比較訊號op1。該第二比較器123b電性連接該充放電電容122b以接收該充電電壓Vc及該低電位參考電壓VL進行比較而輸出一第二比較訊號op2。該比較器切換開關123c電性連接該該第一、二比較器123a、123b及該VWC反向器123e，該比較器切換開關123c受該輸出電壓Vo的控制以選擇性地將該第一比較訊號op1或該第二比較訊號op2傳送至該VWC反向器123e進行反向，該初始電壓開關123d電性連接該VWC反向器123e及接地，該VWC反向器123e輸出該輸出電壓Vo。其中，該初始電壓開關123d受該初始電壓控制訊號In控制，用以在導通時將該VWC反向器123e接地，使該VWC反向器123e輸出之該輸出電壓Vo為高電位。其中，當該輸出電壓Vo為高電位時，該比較器切換開關123c切換至該第一比較器123a，以將該第一比較訊號op1傳送至該VWC反向器123e進行反向，相對地，當該輸出電壓Vo為低電位時，該比較器切換開關123c切換至該第二比較器123b，以將該第二比較訊號op2傳送至該VWC反向器123e進行反向。
請參閱第4圖，該編碼器124電性連接該窗口型比較器123以接收該輸出電壓Vo，該編碼器124依據該輸出電壓Vo輸出該溫度變異偵測訊號T[12:8]。該編碼器124用以將該輸出電壓Vo的電位變化轉換為數位訊號，以利後端電路針對溫度變異進行控制。
請參閱第5及6圖，該溫度變異偵側電路120的電路作動為：該電流產生器121輸出之該輸出電流Io映射至該充放電電路122讓該充電電流鏡122a及該放電電流鏡122d產生電流；該初始電壓控制訊號In導通該初始電壓開關123d，使該輸出電壓Vo為高電位，此時進入充電模式，該充放電開關122c截止該充放電電容122b與該放電電流鏡122d之間的電性連接，該充電電流鏡122a對該充放電電容122b充電，使該充電電壓Vc上升，當該充電電壓Vc上升至大於該高電位參考電壓VH時，該第一比較訊號op1上升至高電位而讓該VWC反向器123e輸出之該輸出電壓Vo轉為低電位；此時進入放電模式，該充放電開關122c導通該充放電電容122b與該放電電流鏡122d之間的電性連接，該充放電電容122b放電，使該充電電壓Vc下降，當該充電電壓Vc下降至小於該低電位參考電壓VL時，該第二比較訊號op2上升至低電位而讓該VWC反向器123e輸出之該輸出電壓Vo轉為高電位，又重新進入充電模式。該充放電電容122b反覆的充放電使得該輸出電壓Vo在高低電位之間振盪，且由於輸出電流Io的大小能改變充放電的速度，讓該輸出電壓Vo的振盪頻率與該輸出電流Io的大小呈線性關係，也由於該輸出電流Io與溫度為線性關係，而可讓該輸出電壓Vo的頻率與溫度為線性關係並測得溫度變異。
本發明藉由該電壓變異偵測電路110及該溫度變異偵測電路120分別測得系統之電壓變異及溫度變異，令後端電路可針對該電壓變異及該溫度變異進行控制或補償，由於該電壓變異偵測電路110可測得0.5%之電壓變異，讓後端電路能夠針對電壓變異進行更精準地調整而避免損壞。
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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100:電壓及溫度變異偵測器
110:電壓變異偵測電路
111:延遲線
111a:延遲器
112:可控制延遲電路
112a:延遲單元
112b:正端負載
112c:負端負載
112d:反向器
113:暫存單元
113a:暫存器
114:邏輯閘組
114a:邏輯閘
120:溫度變異偵測電路
121:電流產生器
121a:第一電流鏡
121b:電阻
121c:第二電流鏡
122:充放電電路
122a:充電電流鏡
122b:充放電電容
122c:充放電開關
122d:放電電流鏡
123:窗口型比較器
123a:第一比較器
123b:第二比較器
123c:比較器切換開關
123d:初始電壓開關
123e:VWC反向器
124:編碼器
VH:高電位參考電壓
VL:低電位參考電壓
op1:第一比較訊號
op2:第二比較訊號
clk:時脈訊號
D1-D6:延遲訊號
VDD:電源電壓
Vc+:正端控制電壓
Vc-:負端控制電壓
Dclk:延遲時脈訊號
V[4:0]:電壓變異偵測訊號
Io:輸出電流
Vc:充電電壓
Vo:輸出電壓
Mp1:第一PMOS高壓電晶體
Mp2:第二PMOS高壓電晶體
Mp3:第三PMOS高壓電晶體
Mn1:第一NMOS高壓電晶體
Mn2:第二NMOS高壓電晶體
Mn3:第三NMOS高壓電晶體
T[12:8]:溫度變異偵測訊號
In:初始電壓控制訊號
第1圖：依據本發明之一實施例，一種電壓及溫度變異偵測器的方塊圖。
第2圖：依據本發明之一實施例，一電壓變異偵測電路的電路圖。
第3圖：依據本發明之一實施例，一可控制延遲電路的電路圖。
第4圖：依據本發明之一實施例，一溫度變異偵測電路的方塊圖。
第5圖：依據本發明之一實施例，該溫度變異偵測電路的電路圖。
第6圖：依據本發明之一實施例，該窗口型比較器的電路圖。
100:電壓及溫度變異偵測器
110:電壓變異偵測電路
120:溫度變異偵測電路
In:初始電壓控制訊號
VH:高電位參考電壓
VL:低電位參考電壓
clk:時脈訊號
Vc+:正端控制電壓
Vc-:負端控制電壓
V[4：0]:電壓變異偵測訊號
T[12：8]:溫度變異偵測訊號
Claims (10)
- 一種電壓及溫度變異偵測器，其包含：一電壓變異偵測電路，具有一延遲線、一可控制延遲電路及一暫存單元，該延遲線接收一時脈訊號，該延遲線具有複數個延遲器，該些延遲器用以對該時脈訊號進行延遲，且該些延遲器輸出複數個延遲訊號，該可控制延遲電路接收一電源電壓、一正端控制電壓、一負端控制電壓及其中之一該延遲器輸出之該延遲訊號，該可控制延遲電路依據該電源電壓、該正端控制電壓及該負端控制電壓延遲該延遲訊號而輸出一延遲時脈訊號，該暫存單元電性該延遲線及該可控制延遲電路以接收該些延遲訊號及該延遲時脈訊號，且該暫存單元被該延遲時脈訊號觸發而儲存該些延遲訊號，該電壓變異偵測電路將該些延遲訊號輸出為一電壓變異偵測訊號；以及一溫度變異偵測電路，具有一電流產生器、一充放電電路及一窗口型比較器，該電流產生器用以輸出一輸出電流，該充放電電路電性連接該電流產生器以接收該輸出電流並輸出一充電電壓，該窗口型比較器電性連接該充放電電路以接收該充電電壓，且該窗口型比較器輸出一輸出電壓至該充放電電路，該充放電電路依據該輸出電壓進行充電或放電，其中該溫度變異偵測電路將該輸出電壓輸出為一溫度變異偵測訊號。
- 如請求項1之電壓及溫度變異偵測器，其中該暫存單元具有複數個暫存器，各該暫存器電性連接各該延遲器以接收並暫存各該延遲訊號。
- 如請求項2之電壓及溫度變異偵測器，其中該電壓變異偵測電路具有一邏輯閘組，該邏輯閘組具有複數個邏輯閘，該些邏輯閘電性連接該些暫存器以接收暫存之該些延遲訊號，且該些邏輯閘輸出該電壓變異偵測訊號。
- 如請求項3之電壓及溫度變異偵測器，其中該些邏輯閘為互斥或閘。
- 如請求項1之電壓及溫度變異偵測器，其中該可控制延遲電路由複數個延遲單元串聯而成，各該延遲單元具有一正端負載、一負端負載及一反向器，該正端負載接收該電源電壓及該正端控制電壓，該負端負載接收該負端控制電壓及接地，該反向器電性連接該正端負載及該負端負載並對輸入訊號進行反向。
- 如請求項5之電壓及溫度變異偵測器，其中該正端負載具有一第一PMOS高壓電晶體及一第二PMOS高壓電晶體，該第一、二PMOS高壓電晶體之源極接收該電源電壓，該第一PMOS高壓電晶體之閘極接收該正端控制電壓，該第一PMOS高壓電晶體之汲極、該第二PMOS高壓電晶體之閘極及汲極電性連接該反向器之一第三PMOS高壓電晶體，該負端負載具有一第一NMOS高壓電晶體及一第二NMOS高壓電晶體，該第一、二NMOS高壓電晶體之源極接地，該第一NMOS高壓電晶體之閘極接收該負端控制電壓，該第一NMOS高壓電晶體之汲極、該第二NMOS高壓電晶體之閘極及汲極電性連接該反向器之一第三NMOS高壓電晶體。
- 如請求項1之電壓及溫度變異偵測器，其中該電流產生器具有一第一電流鏡、一電阻及一第二電流鏡，該電阻電性連接該第一電流鏡及該第二電流鏡，該電阻用以產生該輸出電流，該第二電流鏡電性連接該充放電電路，該第二電流鏡用以將該輸出電流映射至該充放電電路。
- 如請求項7之電壓及溫度變異偵測器，其中該充放電電路具有一充電電流鏡、一充放電電容、一充放電開關及一放電電流鏡，該充電電流鏡電性連接該第二電流鏡，該充放電電容電性連接該充電電流鏡，該充放電開關電性連接該充放電電容及該放電電流鏡，該充放電開關受該輸出電壓的控制導通或截止該放電電流鏡與該充放電電容之間的電性連接，以切換該充電電流鏡對該充放電電容充電或讓該充放電電容經由該放電電流鏡放電，該充放電電容的端電壓為該充電電壓。
- 如請求項8之電壓及溫度變異偵測器，其中該窗口型比較器具有一第一比較器、一第二比較器、一比較器切換開關、一初始電壓開關及一VWC(voltage windows comparator)反向器，該第一比較器電性連接該充放電電容以接收該充電電壓及一高電位參考電壓進行比較而輸出一第一比較訊號，該第二比較器電性連接該充放電電容以接收該充電電壓及一低電位參考電壓進行比較而輸出一第二比較訊號，該比較器切換開關電性連接該該第一、二比較器及該VWC反向器，該比較器切換開關受該輸出電壓控制以選擇性地將該第一比較訊號或該第二比較訊號傳送至該VWC反向器，該初始電壓開關電性連接該VWC反向器及接地，該VWC反向器輸出該輸出電壓。
- 如請求項1之電壓及溫度變異偵測器，其中該溫度變異偵測電路具有一編碼器，該編碼器電性連接該窗口型比較器以接收該輸出電壓，該編碼器依據該輸出電壓輸出該溫度變異偵測訊號。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW111120762A TWI804338B (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 電壓及溫度變異偵測器 |
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| TW111120762A TWI804338B (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 電壓及溫度變異偵測器 |
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ID=87803385
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| TW111120762A TWI804338B (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 電壓及溫度變異偵測器 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201035738A (en) * | 2009-03-16 | 2010-10-01 | Univ Nat Chiao Tung | Adaptive power control apparatus with delay estimation scheme |
| TW201342242A (zh) * | 2011-12-21 | 2013-10-16 | Intel Corp | 用於反向溫度相依性之適應性補償的裝置、方法及系統 |
| CN107888056A (zh) * | 2013-07-10 | 2018-04-06 | 株式会社电装 | 驱动控制装置 |
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-
2022
- 2022-06-02 TW TW111120762A patent/TWI804338B/zh active
Patent Citations (5)
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