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专利名称：温度感测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种温度感测装置及其方法，尤其涉及一种设置于芯片内部的温度感测装置及其方法。
背景技术：
集成电路的效能常常受到内部元件温度变化的影响。因此，温度感测电路目前已被广泛地使用在许多集成电路上，借以测量其内部的温度。图1显示一公知的温度感测电路10的方框示意图。参照图1，该温度感测电路10包含一电压产生电路12和一电压至频率转换器14。该电压产生电路12用以产生一与温度相关的电压Vptat，而该电压至频率转换器14用以接收该温度相关电压Vptat，借以产生一频率信号fPTAT。由于该电压Vptat与温度的变化成一线性关系，因此该频率信号fPTAT的频率会随温度的变化而改变。在公知电路中，该频率信号fPTAT的频率通过一晶体震荡器(未绘出)以计数信号 fPTAT的脉波数。该晶体震荡器是一个外部的构件，使用该晶体震荡器会产生额外的成本及面积，且该芯片也需一额外的接脚以连接该晶体震荡器。因此，业界需要一种芯片内部的温度感测装置，以解决上述问题。

发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明揭示一种温度感测装置，其设置于一芯片内部。根据本发明一实施例，该温度感测装置包含一第一电流产生电路、一第二电流产生电路、一第一电流至频率转换器、一第二电流至频率转换器和一计数单元。该第一电流产生电路用以产生与该第一电流产生电路所处的一温度相关的一第一电流，而该第二电流产生电路用以产生与温度实质上无关的一第二电流。该第一电流至频率转换器用以接收该第一电流并产生一第一频率信号，其具有代表该第一电流的一第一频率。该第二电流至频率转换器用以接收该第二电流并产生一第二频率信号，其具有代表该第二电流的一第二频率。该计数单元用以根据该第一和第二频率的差异，以产生一数字信号，代表该温度。本发明的另一实施范例揭示一种感测温度的方法。该方法包含以下步骤产生与温度相关的一第一电流；产生与温度实质上无关的一第二电流；转换该第一电流以产生一第一频率信号，代表该第一电流的一第一频率；转换该第二电流以产生一第二频率信号，代表该第二电流的一第二频率；以及比较该第一和第二频率以产生一数字信号，代表该温度。本发明可以准确的检测集成电路的信号，且不会明显提升产品价格和工艺复杂度。


图1为显示一公知的温度感测电路的方框示意图；图2为显示本发明一实施例的温度感测装置的方框示意图；图3为显示本发明一实施例的该第一电流产生电路的电路示意图4为显示本发明一实施例的该第二电流产生电路的电路示意图；及图5为显示本发明一实施例的该第一和第二电流至频率转换器的电路示意图；及图6为显示本发明另一实施例的该第一和第二电流至频率转换器的电路示意图。上述附图中的附图标记说明如下10 温度感测电路12 电压产生电路14 电压至频率转换器20 温度感测装置21 第一电流产生电路23 第二电流产生电路25,25' 第一电流至频率转换器27，27 第二电流至频率转换器29 计数单元52 逻辑电路62环形震荡器M1 M3晶体管R1 R3 电阻Q1 ％双极结型晶体管OP1运算放大器COMP1 COMP2 比较器C1 电容CM1第一电流镜电路CM2第二电流镜电路
具体实施例方式本发明在此所探讨的方向为一种温度感测装置及其方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及结构。显然地，本发明的施行并未限定于本领域技术人员所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的结构或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。图2为显示本发明一实施例的温度感测装置20的方框示意图。该温度感测装置 20设置于一芯片内部，用以感测该芯片内部的温度并据以输出代表该温度的一数字信号。 参照图2，该温度感测装置20包含一第一电流产生电路21、一第二电流产生电路23、一第一电流至频率转换器25、一第二电流至频率转换器27和一计数单元四。该第一电流产生电路21用以根据该芯片内部的温度而产生与温度相关的一第一电流I1，而该第二电流产生电路23用以产生与温度实质上无关的一第二电流I2。该第一电流至频率转换器25连接于该第一电流产生电路21，用以接收该第一电流I1以产生一第一频率信号freqi，其中该第一频率信号freqi反应该第一电流I1的变化。该第二电流至频率转换器27连接于该第二电流产生电路23，用以接收该第二电流I2以产生一第二频率信号 freq2，其中该第二频率信号反应该第二电流I2的变化。该计数单元四用以根据该第一频率信号freqi和该第二频率信号fre%的差异，以产生一数字信号，其中该数字信号可以为一 η位元的数字码，用以表示该芯片内部的温度。图3为显示本发明一实施例的该第一电流产生电路21的电路示意图。参照图3， 该第一电流I1利用两个操作在相同电流的双极结型晶体管A和A所产生。该晶体管A为一单位晶体管，而该晶体管( 由η个单位晶体管并联组成。在该两个双极结型晶体管A和仏的基极至发射极上电压的差值QVbe电压)为一成比例于绝对温度的电压。因此，晶体管礼的电流可通过施加该AVbe电压至一电阻队而产生。晶体管M3的电流I1则为晶体管 M2的电流的复制。图3中所示的电路只是象征性的，因而并非代表该第一电流产生电路21 的实际的结构。在本实施例中，该电流I1为一成比例于绝对温度的电流。然而，在本发明另一实施例中，该电流I1可以为一互补于绝对温度的电流。也即，该电流I1会随绝对温度的增加而线性地减少。图4为显示本发明一实施例的该第二电流产生电路23的电路示意图。参照图4， 该第二电流产生电路23通过加总一成比例于绝对温度的电流Iia以及一互补于绝对温度的电流Ι1Β，借以产生与温度实质上无关的电流I1，并通过复制电流I1以产生该第二电流12。 在本实施例中，该电流Iia通过施加一 AVf电压至一电阻R3而产生，而该电流Iib通过施加 -Vf电压至一电阻R2而产生。图4中所示的电路只是象征性的，因而并非代表该第二电流产生电路23的实际的结构。参照图2，该第一和第二电流I1和I2分别传送至该第一和第二电流至频率转换器 25和27。在本发明一实施例中，该第一和第二电流至频率转换器25和27可为相同组态的电流至频率转换器，借以抵销转换器的不理想因素。举例而言，当该第一电流至频率转换器 25因为温度上升而改变输出频率值时，由于转换器25和27为相同组态，故该第二电流至频率转换器27的输出频率值也会以相同比例改变。图5显示本发明一实施例的该第一和第二电流至频率转换器25和27的电路示意图。参照图5，这些转换器25和27的每一者包含一电容C1、一第一比较器COMP1、一第二比较器COMP2和一逻辑电路52。该电容C1用以接收该第一电流I1或第二电流I2，借以产生一充电/放电电压\。在运作时，当电压Vc大于该第一比较器COMP1的一预设电压Vh时，该逻辑电路52的输出信号转态以导通晶体管M2，借以对该电容C1进行放电。当电压\小于该第二比较器COMP2的一预设电压\时，该逻辑电路52的输出信号再次转态以导通晶体管M1，以对该电容C1进行充电。通过该电容C1的重复充放电过程和比较器COMP1,COMP2的比较结果，该逻辑电路52根据该第一电流I1或第二电流I2，分别产生该第一频率信号freqi或第二频率信号freq2。图6为显示本发明另一实施例的该第一和第二电流至频率转换器25'和27'的电路示意图。参照图6，这些转换器25'和27'的每一者包含一第一电流镜电路CM1、一第二电流镜电路CM2和一环形震荡器62。该第一电流镜电路CM1用以接收该第一电流I1或第二电流I2，并复制电流I1或I2以产生多个槽电流(sink current)。该第二电流镜电路CM2 的一部份耦接于该第一电流镜电路CM1，其用以复制电流I1或I2以产生多个源电流(source current)。该环形震荡器62由多个反向器所组成。该环形震荡器62耦接于该第一电流镜电路CM1和该第二电流镜电路CM2之间，其用以产生该第一频率信号freqi或第二频率信号freq2。除了上述实施范例外，本发明的该第一和第二电流至频率转换器25和27可以为任何形式的电流至频率转换器。参照图2，该计数单元四用以根据该第一频率信号freqi和第二频率信号fre%的差异，以产生一数字信号，代表该芯片内部的温度。在本发明一实施例中，该第二频率信号 freq2的频率大于该第一频率信号freqi的频率十倍以上。因此该第一频率信号freqi的脉波宽度可通过计数该第二频率信号打叫2的脉波数而获得。该计数单元四可以设计为一同步计数器或一非同步计数器。在本发明另一实施例中，该计数单元四包含一预置数据库， 而该预置数据库包含温度与频率的对应数据。因此该计数单元可根据该第一和第二频率信号的差异，查找该预置数据库，借以产生代表该芯片温度的数字信号。根据本发明的温度感测装置，首先产生与温度相关的一第一电流和与温度实质上无关的一第二电流。接着，转换该第一电流以产生一第一频率信号，并转换该第二电流以产生一第二频率信号。由于该第一频率信号代表该第一电流，故该第一频率信号的频率反应环境温度的变化。最后，利用与温度实质上无关的该第二频率信号的脉波数计数该第一频率信号以获得一数字信号。该数字信号可为一 η位元的数字码，其代表该温度感测装置所检测的温度。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为所附的权利要求所涵
至
ΓΤΠ ο
权利要求
1.一种温度感测装置，包含一第一电流产生电路，用以产生与该第一电流产生电路所处的一温度相关的一第一电流；一第二电流产生电路，用以产生与温度实质上无关的一第二电流； 一第一电流至频率转换器，用以接收该第一电流并产生一第一频率信号，其具有代表该第一电流的一第一频率；一第二电流至频率转换器，用以接收该第二电流并产生一第二频率信号，其具有代表该第二电流的一第二频率；以及一计数单元，用以根据该第一和第二频率的差异，以产生一数字信号，代表该温度。
2.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该第一电流为一第一成比例于绝对温度的电流。
3.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该第一电流为一第一互补于绝对温度的电流。
4.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该第二电流产生电路包含一第一子电流产生电路，以产生一第一子电流，其成比例于绝对温度，以及一第二子电流产生电路，以产生一第二子电流，其互补于绝对温度，该第二电流产生电路用以加权该第一子电流以及该第二子电流，以产生该第二电流。
5.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该第一和第二电流至频率转换器为相同组态的电流至频率转换器。
6.根据权利要求5所述的温度感测装置，其中该第一和第二电流至频率转换器分别包含一电容，用以接收该第一或第二电流，借以产生一充电/放电电压；一第一比较器，用以比较该充电/放电电压和一第一预设电压，借以产生一第一信号；一第二比较器，用以比较该充电/放电电压和一第二预设电压，借以产生一第二信号；以及一逻辑电路，用以接收该第一和第二信号，借以对应该第一或第二电流，分别产生该第一或第二频率，其中该第一与第二频率不相同。
7.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该第二频率大于该第一频率十倍以上。
8.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该第一频率同步于该第二频率。
9.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该计数单元，用以根据该第一和第二频率的差异，查找一预置数据库，其包含温度与频率的对应数据，并产生代表该温度的该数字信号。
10.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中该计数单元为一同步或非同步计数器。
11.一种感测温度的方法，包含以下步骤 产生与温度相关的一第一电流；产生与温度实质上无关的一第二电流；转换该第一电流以产生一第一频率信号，其具有代表该第一电流的一第一频率； 转换该第二电流以产生一第二频率信号，其具有代表该第二电流的一第二频率；以及比较该第一和第二频率以产生一数字信号，代表该温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该第一电流为一第一成比例于绝对温度的电流。
13.根据权利要求11所述的方法，其中该第一电流为一第一互补于绝对温度的电流。
14.根据权利要求11所述的方法，其中产生该第二电流的步骤包含 产生一第一子电流，成比例于绝对温度；产生一第二子电流，互补于绝对温度；以及加权该第一子电流以及该第二子电流，以产生该第二电流。
15.根据权利要求11所述的方法，其中该第二频率大于该第一频率十倍以上。
16.根据权利要求11所述的方法，其中该第一频率同步于该第二频率。
17.根据权利要求11所述的方法，其中该产生该数字信号的步骤，包含根据该第一和第二频率的差异，查找一预置数据库，其包含温度与频率的对应数据，并产生代表该温度的该数字信号。
18.根据权利要求11所述的方法，其中该产生该数字信号的步骤，通过一同步或非同步计数步骤以比较该第一和第二频率。
全文摘要
本发明揭示一种温度感测装置及其方法，该装置设置于一芯片内部。该温度感测装置包含第一和第二电流产生电路、第一和第二电流至频率转换器和一计数单元。该第一电流产生电路用以产生与该第一电流产生电路所处的一温度相关的一第一电流，而该第二电流产生电路用以产生与温度实质上无关的一第二电流。该第一电流至频率转换器用以产生一第一频率信号，其具有代表该第一电流的一第一频率，而该第二电流至频率转换器用以产生一第二频率信号，其具有代表该第二电流的一第二频率。该计数单元用以根据该第一和第二频率的差异，以产生代表该温度的一数字信号。本发明可以准确的检测集成电路的信号，且不会提升产品价格和工艺复杂度。
文档编号G01K7/01GK102538991SQ20101058795
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者叶梅昭 申请人:原相科技股份有限公司