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专利名称：提供温度与数字码间线性关系的方法
技术领域：
本发明涉及提供数字码与温度间线性关系的方法。各种实施例应用于温度感测器 之中。
背景技术：
温度感测器可用来监控中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、绘图处 理单元(Graphics Processing Unit，GPU)、微处理(Micro Processing Unit，MPU)、单芯片 系统(System On Chip，S0C)等电子元件的温度。当温度超出预设临界值时，感测器可发出 警报告知电路降低运作速度，甚至关闭其运作以减少功率消耗而降低温度，进而避免元件 因过热而发生结构损坏。一般来说，温度感测器包括参考电路与温度测量电路，其温度相依性不是与绝对 温度有正关系(proportional to absolute temperature, PTAT)就是与绝对温度有互补 关系(Complementary to absolute temperature,CTAT)。正比于绝对温度，表示其具有正 温度系数，测量电路输出的电压随温度上升而增加；互补于绝对温度，表示其具有负温度系 数，测量电路输出的电压随温度上升而降低。此外，可使用一数字至模拟转换器(digital to analog converter, DAC)型温度感测器，其采用比较PTAT电压与CTAT基射电压的方式 运作。然而，此方法的DAC码与温度间存在非线性的问题，此即表示，该方法无法在大的温 度范围下保持良好线性关系，使得温度测量的准确性不佳。某些技术涉及CTAT电压，其比较电压会在设计的温度范围中以高温度系数变动。 当比较电压为PTAT时，此方法本质上就会造成DAC码相对温度的非线性，而且，在没有其他 温度校正措施(例如多点校正技术)的情况下，会有不良的温度测量准确度。为了达到更 好的DAC码对温度线性度，其他技术试图将比较电压(或参考电压)的曲线平行化，但是， 由于所述多个曲线实际上无法彼此平行，所以这些技术是不成功的。该等公知技术也因此 遭受温度测量不准确的问题。

发明内容
本发明提供一种方法，包括提供对应至一温度的一第一电压；提供一第二电压，其 以多个数字码作为输入；以及利用该第一电压与该第二电压识别对应该温度的一数字码； 其中多个该温度大体与所述多个数字码呈线性关系。本发明另提供一种方法，包括提供一第一电压，其与温度相依；以及提供一第二 电压，具有不显著的温度系数，并以多个数字码为其输入；其中在一识别的温度下，若该第 一电压不等于该第二电压，则调整一数字码直到该第一电压大致相等于该第二电压；以使 该识别的温度对应至该数字码；多个该识别的温度大致与所述多个数字码线性相关。本发明另提供一电路，包括一第一电路，用以产生对应至一温度的一第一电压；以 多个数字码作为输入而产生一第二电压；以及使用该第一电压与该第二电压以识别对应至 该温度的一数字码；一改变手段，以改变一数字码的方式改变一数字至模拟电流与一数字至模拟电阻值中的一者或两者的组合以改变该第二电压；其中多个该温度大致与所述多个 数字码呈线性关系。



图1为CTAT型的比较器100的实施例。图2为本发明中VCTAT、VCMP与温度T间的关系图表200。图3以线条310指出温度T与VCTAT相关DAC码C间的关系图300。图4为依据本发明第1实施例的电路400。图5为依照第二实施例的电路500。图6为本发明一实施例的PTAT型比较器600。图7为依据本发明一实施例的一图表700用以说明VPTAT、VCMP与温度T间的关系。图8为一图表800，其以线条810表示在PTAT型实施例中温度T与DAC码C间的关系。图9为本发明实施例中用以产生VPTAT的电路900。图10为电路1000，用以说明DAC晶体管M4的实施例。图11为晶体管M4开启或关闭次数与值L的对应表1100。图12为一图表120，用以说明图10中数字码与信号CT间的关系。并且，上述附图中的附图标记说明如下100 比较器；110、120 线路；Vcmp 比较电压；Vctat 参考电压；310 线条；厘”厘⑶曰日体管；A1 放大器；Imi、Im2 电流；NODE1 节点 1 ；NODE2 节点 2 ；R21、R22 电阻器；R3 DAC电阻器；Im4 DAC 电流；Cqut 合成信号。
具体实施例方式本发明的实施例关于一种能够提供温度与数字码间线性关系的方法。可在温度感 测器中应用各种实施例。在某些实施例中，在特定温度下(例如半导体装置的操作温度)， 感测器中的一电路(例如温度感测电路)可将一温度相依性参考电压(例如Vctat)与一比 较电压(例如Vcmp)提供至比较器。Vctat以互补于绝对温度的方式与温度相依。比较电压VeMP则以DAC码为输入而产生。若VCTAT与VeMP相等(例如大体相等)时，则比较器会输出信 号表示该事实(例如以逻辑高态表示)。若VCTAT与VeMP并不相等时，则会将比较器输出提供 至另外的电路(例如一校正电路)，该电路会改变该DAC码直到VCTAT与VeMP两者相等为止。 实际上，在一特定时点，温度感测电路所感测的温度对应到当VCTAT与VeMP相等时的DAC码。 在各实施例中，各温度感测电路所感测的温度与DAC码大体呈线性相关。其他实施例中亦 包括电压与绝对温度呈正比关系的情形。下文将说明本发明的实施例的特征与优点。实施例中的温度感测电路可与 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺的半导体电路整合。温度与 DAC 码间的线性度会提升温度感测电路的准确性，使温度容易被校准，进而得到精准的温度感 测结果。下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限 制本发明。任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动 与润饰。本发明中在各实施例中将重复使用某些数字，但其仅为简化说明，并非表示各实施 例间必然存在何种关系。电压以互补于绝对温度(VCTAT)的方式与温度相依图1为CTAT型的比较器100的实施例。线路110上的参考电压VCTAT与线路120 上的比较电压veMP由下述电路(例如温度感测电路)所产生。比较器100的比较电压VCMP 与VCTAT，并提供线路130上的合成信号(■。在各实施例中，VeMP为一电压，其会在大温度范 围上以非常小且不明显的温度系数变动。此外，各乂，值以DAC(数字至模拟转换器)码 作为输入而产生。Vctat为一绝对温度互补型(complementary to absolute temperature, CTAT)参考电压，并在一对应温度下由温度感测电路产生。举例而言，在一应用中，该温度感 测电路可为半导体装置(例如CPU)中一感测器的一部分。操作上，CPU所承受的特定温度 (例如运作温度)同样被温度感测电路所感测，而VCTAT即以此温度为输入而产生。在某些 实施例中，VeMP起先低于VCTAT，而为假值(具有低逻辑)。之后VeMP增加至稍高于(大体 相等于)VCTAT,而COTT为真值(具有高逻辑)。当VeMP低于VCTAT时，则信号COTT将供应至其他 电路(例如一校正电路，图未示)，该电路可改变DAC码进而改变VeMP，直到VeMP稍高于(大 体相等于)VCTAT。实际上，当VeMP与VCTAT相等时，则CPU与温度感测电路所承受的温度(例 如温度TJ亦温度感测电路提供VeTAT时的温度。此外，此温度L对应至一 DAC码，例如DAC 码Q。在各实施例中，温度感测电路提供VCTAT时的温度与DAC码大体为线性相关。本领域 普通技术人员可了解到，当温度与DAC码大体相关时，其在二维轴上的关系图即为一直线。VCTAT, VCMP 与对应温度图2为本发明中VCTAT、VCMP与温度T间的关系图表200。各线条LveMP (包括LveMP(1、 L胃:、、_等)表示在以一特定DAC码作为输入以产生VeMP时，电压VeMP与温度T间的关系。 取得各温度上VeMP的值(例如CPU在不同时点下的运作温度)可得到各个线条LveMP。在各 实施例中，线条LTCMP大致与温度无关。由最低有效位元(least significant bit, LSB)变 动至最高有效位元(most significant bit,MSB)的DAC码可产生线条LVCMP。举例而言，若 DAC接收一 2位元输入，例如输入(0:1)，则位元0改变至位元1将产生4个DAC码，其对应 至4条Ltcmp。若DAC接收一 3位元输入，例如输入(0:2)，则位元0改变至2将产生8个DAC 码，其对应至8条Ltcmp，以此类推。此外，线条LTCMro对应至一码Q，并显示电压V,与温度T在数码Ctl上的关系。线条Ltcmpi对应至一码C1，并显示电压Vw与温度T在数码C1上的关系。线条Ltcmpn对应至码N，并显示电压Vcmp与温度T在数码Cn上的关系。依据本发明的实 施例，由于Vqip的温度系数甚小且可不重要，所以线条Ltcmp彼此非常接近平行(例如大致平 行于)并大体呈直线状，但无须与χ轴平行。由于线条Ltcmp彼此平行且为直线，所以本发明 的实施例可使温度T与DAC码间具有线性关系。线条Ltctat表示VeTAT与温度T间的关系。本领域普通技术人员可了解到，线条Ltctat 具有负的斜率，表示Vctat具有一负的温度系数。线条Lvctat与线条Ltcmp间的交叉，表示在与 一特定DAC码C对应的特定温度T上，VeTAT与Vqip是相等的。举例而言，点VeTATTO表示VeTAT 等于对应至DAC码Ctl的温度Ttl上的VeMP。相似地，点VeTATT1表示VeTAT等于对应至DAC码C1 的温度T1上的VeMP，而点VeTATTN表示Vctat等于对应DAC码Cn的温度Tn上的VeMP，以此类推。 在各实施例中，各点Vctatt对应至当Vqip与Vctat相等时比较器100的结果，例如，在温度感测 电路所承受的特定温度T下，信号Cot为真值。温度与DAC码-CTAT型图3以线条310指出温度T与Vctat相关DAC码C间的关系图300。举例而言，T0 对应至码Q、T1对应至码Cp Tn对应至码CN，以此类推。本发明可使温度T与DAC码C间尽可能地保持线性关系，因而较先前技术更具优 势。图2的Ltcmp大致为直线且彼此平行(但不必平行于χ轴)，此特点造就上述线性关系。 在100%线性的情况下，线条Ltcmp为100%直线，并且100%彼此平行，故线条310为100%直 线。在其他方法中，线条Ltcmp为曲线，或者彼此互不平行，因而使得线条310亦为曲线。本 领域普通技术人员可了解到，当线条310越不弯曲，则温度T与DAC码间越具有线性关系。 图300中DAC码C与线条310上的温度T的线性关系可使本发明深具优点，尤其在大量制 造的环境下更是如此。因此，对应温度T与DAC码C可被轻易识别。举例而言，当给定水平 轴上的DAC码C时，则从线条310即可从垂直轴上识别出对应温度T。相似地，当给你垂直 轴上的温度T，则从线条310上即可识别出水平轴上的对应DAC码。在一应用中，可依照温度T与DAC码C间的线性关系，轻易且经济地在室温附近以 简单校正程序建立该线条310。举例而言，使用电路400或500 (例如温度感测电路)的温 度感测器受第一已知温度，例如温度T1的影响。对应温度T1的一 DAC码，例如码C1，可被 识别出来。温度感测电路之后受第二已知温度，例如温度T2的影响。对应温度T2的一 DAC 码，例如码C2可被识别出来。依据温度T与DAC码C间、温度T1与T2间、以及DAC码C1与 C2间的线性关系，可使用各种公知技艺将线条310建立出来，而本发明的实施例不必以特 定实施例为限。在进阶应用中，举例而言，可利用本发明的实施例分析并建立出线条310而 设定一控制电路，并使该控制电路具有调节半导体芯片的温度T的功能。举例而言，若DAC 码，例如码C75，可在芯片的特定操作时刻被识别出来时，则可将C75对应至一温度，例如对 应至75°C的温度T75。因为温度75°C的温度T75表示芯片系以400MHz运作而产生太多热 能，所以控制电路会因应芯片需求而设定成以较低速度运作，例如以300MHz运作以减少热 能产出。相似地，若DAC码，例如码ClOO，可被识别出来时，则此码对应至此温度，例如100°C 的温度T100。因为100°C的温度TlOO可能会损坏芯片，所以控制电路会被设定成能够在侦 得码ClOO时将芯片予以关闭。上述例子只为说明本发明，而本发明不必以特定例子为限。提供Vctat与Vcmp的电路-第1实施例
图4为依据本发明第1实施例的电路400，其可提供VCTAT与VCMP。为方便说明，图 4亦包括比较器100。电路400具有负温度系数电路元件，可配合正温度系数电路元件以消 除温度消应，而VeMP可通过该电路而产生低且微小的温度系数。晶体管MpM2与放大器~形成一电流镜，其中放大器~平衡电流IM1与IM2，以及平 衡N0DE1与N0DE2上的电压。由于IM1等于IM2，为方便说明，故将IM1及IM2皆称为IM。在节 点N0DE1上，IM1 = I21+IQ1，而在节点N0DE2上，= IQ2+I22。双载子晶体管Qi作为一二极 管，因为二极管具有负的温度系数。实际上，VCTAT即为晶体管Qi的VBE(基极与射极电压)， 为方便说明，在此称为VBEQ1。双载子晶体管Q2亦可作为一二极管，为方便说明，晶体管Q2上 基极与射极的跨压亦可称为VBEQ2。在图4的实施例中采用CMOS技术，而晶体管Qi与Q2供 作为二极管之用。然而，在本发明实施例亦可采用二极管取代上述晶体管，或采用其他具有 温度相依特性的装置取代之。两电阻器R21与R22可提供电流121与122电流路径，如图所示。 由于图4的实施例中R21 = R22，故电阻器R21或R22皆称作R2。相似地，因为121 = 122，故电 流121或122皆称作12。电阻器R21与晶体管Qi并联，而电阻器队与晶体管Q2两者的串联与 电阻器R22并联，VeTAT为NODEi上的电压，亦为晶体管Qi的跨压VBE例(例如VBEQ1)，因而具 有负温度系数。电阻器队的跨压为电压VBEQ1与VBEQ2间的压差。因此，其具有正温度系数。 DAC电阻器R3或DAC电流IM4提供电压VCMP，其中，在特定的IM4或R3下，Vcmp = IM4*R3。依据 本发明的实施例，VeMP几乎为不具温度相依性的电压。为了取得VeMP的差值，可通过改变对 应各电流IM4的DAC码，或者通过改变电阻R3达成。DAC晶体管M4系表示，DAC晶体管M4的组态所提供的电流IM4对应至一 DAC码。 此夕卜，DAC晶体管M4提供复制电流IM的镜射电流1 。此即表示，IM4 = N*IM，其中N为其倍 数。在图4的实施例中，DAC电路控制着DAC晶体管M4。此即表示，DAC电路的数字值对应 至电流IM4的值。为方便说明，若DAC电路包括M个输入位元以及N个输出，则N=2m。举 例而言，若M = 2，则N = 22或4。若M = 3，则N = 23或8。若M = 4，则N = 24或16，以 此类推。部分实施例可改变DAC码以得到不同的IM4值以及不同的VeMP。在一实施例中，改 变DAC晶体管M4中主动晶体管的数量即可改变DAC码，进而改变N值。改变N值即改变电 流IM4的值。举例而言，2位元DAC (M = 2)的N = 4 (22)，因而具有4个IM4值，3位元DAC (M =3)的N = 8(23)，因而具有8个IM4值，4位元DAC(M = 4)的N= 16(24)，因而具有16个 1 4值，以此类推。此外，因为电压VCMP与电流IM4(VCMP = IM4*R3)相依，若电流IM4由4个值的 DAC所提供，例如IM4(0:3),则VCMP即对应至具有4个值的VCMP(03)。若电流IM4由8个值的 DAC所提供，例如IM4(0:7),则VCMP即对应至具有8个值的VCMP(0:7)。若电流IM4由16个值 的DAC所提供，例如IM4 (0 15)，则VCMP即对应至具有16个值VCMP (0 15)，以此类推。DAC电阻器R3系表示，电阻器R3的值亦可被DAC码改变。与DAC晶体管M4的情 况相似，M位元输入DAC可提供N个输出，其中N = 2m。也外，假如此DAC控制了 DAC电阻 器R3，则N个DAC码(例如N个DAC输出)会对应至N个电阻器R3的值。此外，因为VCMP = IM4*R3，对应一 DAC码的各个电阻器R3的值亦对应至一 VCMP值，此情况亦与上述DAC晶体管 M4相同。部分实施例通过改变DAC码以有效地改变R3&VCMP的值。本领域普通技术人员可 了解到，已有相当多的公知技艺能够通过DAC码并利用电阻器民的变化而产生多个VeMP值， 而本发明亦不限定于使用特定技术。在节点NODE 3上，因为比较器100的输入阻抗非常的高，故线条120上的电流不甚重要而可被忽略。因此Vcmp = IM4*R3因为ΙΜ4 = N*Im,Vcmp = (N*Im)*R3 因为Im = Imi = Im2 且 Im2 = IQ2+I2，Vcmp = N*(IQ2+I2)*R3因为IQ2 = (Vbeqi-Vbeq2) /R1 = (VTln (M21)) /R1BndI2 = V驟/R2,Vcmp = N* ((VTln (M21)) /R1+V驟/R2) *R3 (1)在上述第(1)式中，Vt为热电压，而VT = kT/q，其中k为波兹曼常数，而q为单位 电荷。此夕卜，M21为两二极管(晶体管)Q2与Q1间的面积比。依据第(1)式，R1与R2的温度 系数会被R3的温度系数消去，此乃因为R1与R2为分母，而R3为分子之故。因此，Vcmp之温 度系数与该项(VtIi1(M21))与^01有关系，其中In(M21)为M21的自然对数。本领域普通技术 人员可了解到，Vbeqi的温度系数为负数，(V1In(M21))的温度系数则为正数，而两者大致可相 互对消，使得Vqip具有低且微小的温度系数。当Vw的温度系数甚小时，图2的线条Ltcmp大 致为直线且彼此平行。 能够提供Vctat与Vcmp的电路_第二实施例图5为依照第二实施例的电路500，其提供Vctat与V,。为方便说明，图5亦包括 比较器100。与电路400相似，电路500包括一负温度系数电路元件，其可与正温度系数电 路元件配合而消除温度效应。此外，电路500亦包括额外的温度区率补偿电路，并且，通过 电路500，可使Vcmp产生更微小的温度系数。如图所示，电路500除了电阻器R4、R5以及晶体管M3、Q3,余皆相似于图4。在图5 的实施例中，由于R4 = R5，故电阻器R4或R5皆可称为电阻器R45。晶体管Q3作为一二极管， 与晶体管Q1及Q2相似。晶体管M3作为一电流镜，其中电流Im3具有与电流IM(即Imi或IM2) 相同的值。在一实施例中，晶体管Q3的面积与晶体管Q1相等。与电路400相似，因为比较器100的输入阻抗非常高，所以可忽略线条120上的电 流。因此，在节点NODE3有Vcmp = IM4*R3因为IM4 = N*ImVcmp= (N*Im)*R3因为 Im = Imi = IM2andIM2 = IQ2+I2+IC0MP，Vcmp = N(IQ2+I2+Ic。mp)*R3因为IQ2 = (VTln (M21)) /R1, I2 = V醒/R2 而 Icomp = (Vbeqi-Vbeq3) /R4 或(VBEQ3_V驟)/ R45， Vcmp = N [ (VTln (M21)) /R^VbeqiZR2+ (Vbeqi-Vbeq3) /R45] *R3 (2)如上所述，此项(VtIii(M21))具有正温度系数，Vbeqi具有负温度系数。此外， Vbeq3-Vbeqi亦具有正温度系数。(VTln (M21))、Vbeqi与Vbeq3-Vbeqi的温度系数可彼此对消，进而 使得Vw具有非常小的温度系数。本领域普通技术人员可了解到，第(2)式中的V-具有比第⑴式的V-小的温度 系数。因此，图2中电路500所造成的线条Ltcmp会比电路400所造成线条Ltcmp来得更直。结果，电路500的线条310会比电路400的线条310来的更直。简单来说，电路500比电路 400更加能够使温度T与DAC码C间的关系保持线性。与绝对温度(VPTAT)呈正比关系的温度相依电压图6为本发明一实施例的PTAT型比较器600。线条610的参考电压VPTAT由一电 路(例如温度感测电路)所产生，下文将详述该电路。与比较器100相似，比较器600比较 电压VeMP与VPTAT，并提供线条630上的合成信号CPQUT。在图6的实施例中的VeMP与上述CTAT 型的实施例中的VeMP相同。VPTAT与绝对温度(PTAT)参考电压呈正比关系，在一特定温度下 由一温度感测电路产生。举例而言，与CTAT型实施例相同，温度感测电路亦可内建于CPU等 半导体装置的一感测器上。操作上，CPU承受一特定温度(例如运作温度)，而温度感测电 路亦同样承受该特定温度，以此温度为输可产生VPTAT。在某些实施例中，若VeMP略大于(大 体相等于)VPTAT，则信号CrouT为真值，具有高逻辑。若VeMP小于VPTAT，则信号CrouT会被供应至 其他电路(例如一校正电路，图未示)，该校正电路会改变DAC码，进而改变VeMP，直到VeMP略 大于(大体相等于)VPTAT时为止。实际上，当VeMP与VPTAT相等时，CPU与温度感测电路所承 受的温度，例如温度L，亦为温度感测电路提供VPTAT时的温度。此外，该温度I；会对应至一 DAC码，例如DAC码Q。在各实施例中，温度感测电路提供VPTAT时的温度，大致会与DAC码 呈线性相关。如上所述，本领域普通技术人员可了解到，当温度与DAC码大体相关时，以两 方向轴表示两者关系的图表上会呈现一直线。VPTAT、VCMP 与对应温度图7为依据本发明一实施例的一图表700，用以说明VPTAT、VCMP与温度T间的关 系。如同CTAT型实施例中的说明，各线条LveMP系表示，在以一特定DAC码作为输入以产生 VCMP时，电压Vcmp与温度T间的关系。将DAC码由最低有效位元(LSB)改变至最高有效位元 (MSB)，可产生线条Ltcmp。在各实施例中，由于VCMP的温度系数非常小且不甚重要，所以线条 LveMP彼此非常接近平行，并且为直线。由于线条LveMP彼此平行且为直线，所以本发明能够使 温度T与DAC码间具有线性关系。线条Lvptat表示VPTAT与温度T间的关系。本领域普通技术人员可了解到，线条Lvptat 具有正的斜率，并表示VPTAT具有正的温度系数。线条Lvptat与线条LVeMP的交点可表示在对 应特定DAC码C的特定温度T下VPTAT会与VeMP相等。举例而言，点VPTATTO表示在对应DAC码 Co的温度L下，VPTAT会与VeMP相等。相似地，点VPTATT1表示在对应DAC码Ci的温度下， VPTAT会与VeMP相等，而在对应DAC码CN的温度Tn下，VPTATTN表示VPTAT会与VeMP相等，以此类 推。在各实施例中，各点VPTATT对应至温度感测电路所感测的特定温度下，当VeMP与VPTAT相 等时(例如当信号CPQUT为真值时)比较器600的结果。温度与DAC码-PTAT型图8为一图表800，其以线条810表示在PTAT型实施例中温度T与DAC码C间的 关系。举例而言，T0对应至码Q、对应至码Q，Tn对应至码CN，以此类推。本发明的实施例可使温度T与DAC码C间尽可能地呈现线性，因此相对于无法达 到线性关系的先前技术具有优势。从图7线条LveMP大致为直线且彼此平行可推论出上述的 线性关系。如上所述，在100%线性的情况下，线条LveMP为100%的直线，因而彼此100%平 行，所以线条810为100%直线。在其他的方法中，线条Ltcmp为曲线，或者并非彼此平行，将 致使线条810弯曲。本领域普通技术人员可了解到，若线条810越不弯曲，则温度T与DAC
10码间的关系越具有线性。本发明深具优点，尤其在大量制造的环境下更是如此。此乃因为 一旦建立了图表800，则DAC码C与线条810上的温度T间的线性关系即可被轻易得知。因 此，对应温度T与DAC码C可被轻易的识别。举例而言，通过线条810，当给定水平轴上的 DAC码C时，即可轻易识别出垂直轴上的对应温度T。相似地，通过线条810，当给定垂直轴 上的温度T时，即可轻易识别出水平轴上的对应DAC码。在一应用中，可依据温度T与DAC码C间的线性关系，轻易且经济地在室温附近以 简单校正程序建立该线条810。举例而言，温度感测器具有电路400或500 (例如温度感测 电路)，而VCTAT可被电路900所产生的VPTAT取代，并受第一已知温度(例如温度1\)的影响。 对应温度1\，可识别出DAC码，例如码Q。之后，温度感测电路受到第二已知温度(例如温 度T2)的影响。对应温度T2，可识别出DAC码，例如码C2。依照温度T与DAC码C间、温度
与T2间、以及DAC码Q与C2间的线性关系，可以各种公知的方法稳当地建立出线条810， 而本发明不以特定的公知技术为限。在一进阶应用中，举例而言，一旦建立了线条810，可分 析该线条810并设定一控制电路，使得该控制电路可依照本实施例调节半导体芯片中的温 度T。举例而言，若在该芯片的特定运作时识别出一 DAC码(例如码C75)，则码C75即对应 至一温度，例如75°C的温度T75。因为该75°C的温度T75指出芯片以400MHz的速度运作， 已产生太多热能，所以控制电路可将芯片设定成以低速率(例如300MHz)运作以减少热能 产出。相似地，若识别出一 DAC码(例如码C125)，则此码对应至一温度，例如125°C的温度 T125。因为该125°C的温度T125会损坏芯片，所以控制电路可在发现码C125时关闭芯片的 运作。上述实例仅为说明本发明，但本发明不必以特定实施例为限。提供VPTAT与VCMP的电路在各实施例中，PTAT型实施例中的VeMP，与CTAT型实施例中的VeMP有相似的产生 方法，其同样使用上述的电路400与500。图9为本发明实施例中用以产生VPTAT的电路900。为方便说明，图9亦包括比较 器600。电路900除了不包括对应电阻器R21与R22的电阻，其他部分皆与电路400相似。此 外，晶体管M6与M7分别对应晶体管Mi与M2 ；放大器A2对应至放大器~ ；电阻器R7对应至 电阻器队；晶体管04与05分别对应至晶体管仏与02。晶体管M5对应至DAC晶体管M4而电 阻器R6对应至DAC电阻器R3。晶体管M6、M7与放大器A2形成一电流镜，其中放大器A2可平 衡电流1 6与1 以及上的电压。为方便说明，1 或1 皆称为IM67。晶体管 M5提供与电流IM67镜射的电流IM5。在N0DE4上，因为比较器600的输入阻抗非常高，所以线 条610上的电流可被忽略。因此，VPTAT = IM5*R6因为IM5 = IM6 = IM7 = (VTln (M54)) /R7，其中M54为晶体管Q5与Q4间的面积比VPTAT = ((VTln (M54)) /R7) *R6因为VT=(k*T)/qVPTAT = ((k*T) In (M54) / (q*R7)) *R6or= ((k*R6) In (M54) / (q*R7)) *T (3)从第(3)式可以发现，VPTAT以正比于绝对温度的方式与T(或温度)相依。与CTAT 型实施例相似，电路900，连同前述的电路400及DAC码可使VPTAT的DAC码与温度间的线性 关系。此外，电路900搭配电路500可使较电路900搭配电路400更具线性。
DAC晶体管与DAC码图10为电路1000，用以说明DAC晶体管M4的实施例，其中DAC晶体管M4可提供 电流1 (以及Vcmp)。电路1000包括四个晶体管M4Q、M41, M42以及M43,分别由信号CTQ、CT1, CT2以及CT3所控制(例如开启或关闭)。举例而言，欲开启晶体管M4Q、M41、M42或M43，可分 别将信号0；、0\、CT2、或CT3激活(例如拉至一低态或0)。相反地，欲关闭晶体管M4Q、M41、 M42或M43，可将各信号Cl；、CT1, CT2或CT3解除激活(例如拉至一高态或1)。因为，在图10 的实施例中，，Im4 = IM4Q+IM41+IM42+IM43，所以电流Im4的值系与电流IM4Q、I14I> Im42以及Im43相 依。此外，当开启晶体管M4tl、M41、M42、或M43时，可将各电流Im4q、Im41、Im42、或Im43提供给电流
1耐。 图11为晶体管M4开启或关闭次数与值L的对应表1100。当L = 0时，唯有晶体 管M4tl是开启的。当L = 1时，晶体管M4tl与M41开启。当L = 2时，晶体管M4(1、M41与M42开 启，而当L = 3时，则所有晶体管M40, M41、M42及M43皆开启。图12为值L与信号CT间的关系表1200。因为，当L = 0时，唯有晶体管M4tl开启， 信号CTtl为低态(或0)，而信号CI\、CT2, CT3为高态(或1)。因为当L = 1时，晶体管M40 与M41开启，而晶体管M42与M43关闭，所以信号CTtl与CT1为低态，而信号CT2与CT3为高态。 因为当L = 2时，晶体管M40, M41与M42开启，而晶体管M43关闭，所以信号CT0, CT1与CT2为 低态，而信号CT3为高态。相似地，因为当L = 3时，所有晶体管M40, M41, M42与M43皆开启， 所以所有信号Cl；、CT1, CT2及CT3为低态。L值或信号CT的数字值可视为对应上述DAC电 流Im4(或电压Vqip)的数字码。举例而言，各个从0到3的值或DAC码L皆存在对应的DAC 电流1 。其他的例子中，表1200的信号Cl；、CT1, CT2与CT3的各个码0000、0001、0011或 0111皆存在对应的DAC电流Im4。图10至图12表示对应至四个DAC电流Im4值的四个晶体管Im4、四个L值与四个 信号CT。此例仅为方便说明，本发明不限于四个DAC码，其可应用于多个DAC码，并可应用 于各种提供DAC码的方式。上文已介绍本发明的数个实施例。任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的 精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。举例而言，虽然前文以电阻器(例如队、1 2等) 为例，但该等电阻器可被其他电阻元件、电阻网络、或其他等效电路所取代。前述实施例虽 然采用电路400与500以同时产生VeMP与Vctat，但亦可使用不同的电路分别产生Vqip与VeTAT。 上述实施例中产生Vqip与Vctat的电路仅为方便说明之用，在本发明的范围内，亦可采用其他 能够提供正比于绝对温度或互补于绝对温度的电压的电路。本文中使用“相等于”或“不等 于”等词汇，但只要两件接近到足以被本领域普通技术人员视为相同即可。虽然文中各权利要求分别代表一实施例，但对本领域普通技术人员而言，不同权 利要求以及前文实施例的组合均在本发明的权利要求范围之中。
权利要求
一种方法，包括提供对应至一温度的一第一电压；提供一第二电压，其以多个数字码作为输入；以及利用该第一电压与该第二电压识别对应该温度的一数字码；其中多个该温度大体与所述多个数字码呈线性关系。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一电压以互补于绝对温度的方式或以正比于绝 对温度的方式与该温度相依。
3.如权利要求1所述的方法，其中该第二电压受到至少一负温度系数以及至少一正温 度系数的影响。
4.如权利要求3所述的方法，其中该至少一负温度系数由横跨一第一二极管上的该第一电压所产生，并且受到与该第 一二极管并联的一第一电流的影响；以及该至少一正温度系数由横跨与一第二二极管串联的一电阻器上的一第三电压所产生， 并且受到与该电阻器并联的一第二电流的影响，其中该电阻器与该第二二极管串联。
5.如权利要求1所述的方法，其中该第二电压受到(VTln(M))以及一电压V的影响，其 中Vt为一热电压、M为一第一二极管与一第二二极管的面积比、V为横跨该第一二极管上的 压降；而In(M)为M的该自然对数。
6.如权利要求5所述的方法，其中该第二电压更受到一电压V1的影响，其中V1受到横 跨一第三二极管上的电压降以及横跨该第一二极管上的电压降的影响。
7.如权利要求1所述的方法，其中改变该数字码可改变一数字至模拟电流，进而改变 该第二电压。
8.如权利要求1所述的方法，其中改变该数字码可改变一数字至模拟电阻器，进而改 变该第二电压。
9.如权利要求1所述的方法，其中该第二电压受到一数字至模拟晶体管、一数字至模 拟电阻器、或两者的组合所影响。
10.如权利要求1所述的方法，其中当该第一电压大致与该第二电压相同时，可识别出 对应至该温度的该数字码。
11.如权利要求1所述的方法，其中当以一线条表示对应至该识别的数字码的该第二 电压与该温度时，多个该线条彼此大致平行。
12.一种方法，包括提供一第一电压，其与温度相依；以及提供一第二电压，具有不显著的温度系数，并以多个数字码为其输入； 其中在一识别的温度下，若该第一电压不等于该第二电压，则调整一数字码直到该第一电 压大致相等于该第二电压；以使该识别的温度对应至该数字码； 多个该识别的温度大致与所述多个数字码线性相关。
13.如权利要求12所述的方法，其中该第二电压的一值由改变一DAC码而得。
14.一电路，包括 一第一电路，用以产生对应至一温度的一第一电压；以多个数字码作为输入而产生一第二电压；以及 使用该第一电压与该第二电压以识别对应至该温度的一数字码； 一改变手段，以改变一数字码的方式改变一数字至模拟电流与一数字至模拟电阻值中 的一者或两者的组合以改变该第二电压；其中多个该温度大致与所述多个数字码呈线性关系。
15.如权利要求14所述的电路，还包括一数字至模拟晶体管用以产生该数字至模拟电
全文摘要
一种提供温度与数位数字码间线性关系的方法，该方法包括提供对应至一温度的一第一电压；提供一第二电压，其以多个数字码作为输入；以及利用该第一电压与该第二电压识别对应该温度的一数字码；其中多个该温度大体与所述多个数字码呈线性关系。
文档编号G01K7/00GK101871820SQ20101016513
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者陈建宏, 隋彧文 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司