CN103235627A - 温度补偿***及温度补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度补偿***及温度补偿的方法，用于对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，所述温度补偿***包括第一电阻、放大电路及场效应管，所述第一电阻的一端与芯片内部的大功耗电路的一端连接，且芯片内部的大功耗电路的另一端接地，所述第一电阻的另一端与外部电源连接，所述放大电路的两输入端分别对应与所述第一电阻的两端连接，所述放大电路的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的源极与外部电源连接，其漏极与芯片。本发明的温度补偿***当芯片工作状态发生变化时，可有效地对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，使得芯片在工作状态之间可平稳地过渡，提高了芯片的工作性能与精确度。

Description

温度补偿***及温度补偿的方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种对芯片内部电路进行温度补偿的温度补偿***及温度补偿的方法。

背景技术

众所周知地，芯片按其功能作用其内部电路模块通常可分为大功耗电路与温度敏感电路，该两电路相互配合以实现和完成芯片本身的功能作用。其中，芯片在工作过程中其工作状态会发生改变，而大功耗电路在芯片工作时功耗较大，同时其功耗会随着芯片工作状态的变化而发生变化，且芯片内部温度的变化主要由大功耗电路产生；而温度敏感电路则会因芯片内部温度的变化而其工作状态发生变化，即因大功耗电路产生的功耗的变化而可能使温度敏感电路工作不稳定，需要对温度敏感电路进行温度补偿。

通常，芯片工作在至少两种不同的状态，当芯片的工作状态改变后，大功耗电路的功耗也会发生改变，从而导致芯片温度也随着变化；这种温度变化必然会对温度敏感电路产生影响，从而导致其性能发生改变，比如会改变振荡器电路的振荡频率，改变基准电流的输出电流等。

现在技术中，通常在芯片的设计过程中会对温度敏感电路进行温度补偿设计，但这种补偿设计并未考虑芯片工作状态切换后带来的温度变化，对温度敏感电路的影响，而这种影响在对芯片的精度和性能要求更高的设计中，这较大地影响整个芯片的工作性能和精度。

因此，有必要提供一种改进的对芯片内部电路进行温度补偿的温度补偿***及温度补偿的方法来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度补偿***及温度补偿的方法，所述温度补偿***当芯片工作状态发生变化时，可有效地对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，使得芯片在工作状态之间可平稳地过渡，提高了芯片的工作性能与精确度。

为实现上述目的，本发明提供一种温度补偿***，用于对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，所述温度补偿***包括第一电阻、放大电路、及场效应管，所述第一电阻的一端分别与所述放大电路的一输入端及外部电源相连，所述第一电阻的另一端分别与所述放大电路的另一输入端、芯片内部的大功耗电路的一端相连，所述大功耗电路的另一端接地，所述放大电路的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的源极与外部电源连接，且所述场效应管的漏极与所述温度敏感电路的一端相连，所述温度敏感电路的另一端接地。

较佳地，所述放大电路包括第二电阻、第三电阻及运算放大器，所述第二电阻一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的正向输入端与所述第一电阻的另一端连接，所述运算放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述第三电阻的两端分别与所述运算放大器的反向输入端及其输出端连接。

较佳地，所述第三电阻为变阻器。

相应的，本发明还提供一种温度补偿的方法，用于对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，该方法包括如下步骤：a、第一电阻检测芯片内部的大功耗电路的电流变化；b、放大电路将第一电阻两端的电压按比例放大；c、场效应管将经放大电路放大后的电压转换为电流并输出至芯片内部的温度敏感电路，以对温度敏感电路进行温度补偿。

较佳地，所述第三电阻为变阻器，在所述步骤b中，调节变阻器的阻值而调节所述放大电路的放大倍数。

与现有技术相比，本发明的温度补偿***及温度补偿的方法通过所述第一电阻检测大功耗电路的电流变化，而所述大功耗电路的功耗变化同步于其电流的变化，使得所述第一电阻何准确地检测所述大功耗电路的功耗变化，也即检测所述芯片的工作状态的变化，所述放大电路将所述第一电阻两端的电压相应进行放大，并通过所述场效应管将放大后的电压转换为电流，且所述场效应管将转换后的电流输入至芯片内部的温度敏感电路，从而对温度敏感电路进行温度补偿，使得芯片在工作状态之间可平稳地过渡，提高了芯片的工作性能与精确度。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为本发明温度补偿***与芯片内部电路连接的结构示意图。

图2为本发明温度补偿的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种温度补偿***及温度补偿的方法，所述温度补偿***当芯片工作状态发生变化时，可有效地对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，使得芯片在工作状态之间可平稳地过渡，提高了芯片的工作性能与精确度。

请参考图1，图1为本发明温度补偿***与芯片内部电路连接的结构示意图。本发明的温度补偿***用于对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，所述温度补偿***包括第一电阻R1、放大电路及场效应管M1；所述第一电阻R1的一端与芯片内部的大功耗电路的一端连接，且芯片内部的大功耗电路的另一端接地，所述第一电阻R1的另一端与外部电源VCC连接，所述第一电阻R1用于检测大功耗电路的电流变化，由于芯片内部的工作温度与大功耗电路的功耗成正比，而由所述第一电阻R1与大功耗电路的连接可知，大功耗电路的功耗与其上流过的电流成正比，即可检测芯片内部温度的变化，也即可检测芯片工作状态的变化；所述放大电路的两输入端分别对应与所述第一电阻R1的两端连接，在本发明的实际应用中，为保证外部电源VCC给大功耗电路提供其正常工作所需的电压，所述第一电阻R1的阻值较小，从而使得所述第一电阻R1上的电压值也较小，不能满足对温度敏感电路的温度补偿的要求，从而所述放大电路将所述第一电阻R1两端的电压按比例放大；所述放大电路的输出端与所述场效应管M1的栅极连接，从而所述放大电路将放大后的电压输入至所述场效应管M1的栅极；所述场效应管M1的源极与外部电源VCC连接，其漏极与芯片内部的温度敏感电路的一端连接，且芯片内部的温度敏感电路的另一端接地，从而所述场效应管M1将所述放大电路输出的电压转换为电流而对温度敏感电路进行温度补偿，避免了因芯片工作状态的变化，使得大功耗电路的功耗发生变化而导致温度敏感电路工作的不稳定。

具体地，本发明的温度补偿***的放大电路包括第二电阻R2、第三电阻R3及运算放大器OP；所述第二电阻R2的一端与所述第一电阻R1的另一端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述运算放大器OP的反向输入端连接，所述运算放大器OP的正向输入端与所述第一电阻R1的一端连接，所述运算放大器OP的输出端与所述场效应管M1的栅极连接，所述第三电阻R3的两端分别与所述运算放大器OP的反向输入端及其输出端连接；所述第三电阻R3与所述第二电阻R2的比值加上1即为所述运算放大器OP的放大倍数，从而在本发明温度补偿***的具体应用中，可根据具体芯片的温度敏感电路需要进行正温补偿还是负温补偿而选择具有相应比值的第三电阻R3与第二电阻R2，以对芯片内部的温度敏感电路进行相应的温度补偿，以保证芯片内部温度因工作状态发生变化而变化时，温度敏感电路仍可正常而稳定的工作；在本发明的优选实施方式中，所述第三电阻R3为变阻器，从而当将本发明的温度补偿***应用于不同的芯片上，不需相应选择更换第二电阻R2或第三电阻R3，只需相应调节所述第三电阻R3的阻值即可对不同的芯片的温度敏感电路进行相应的温度补偿，提高了所述温度补偿***的使用灵活性及使用范围。

下面结合图1描述本发明温度补偿***的工作原理：

由于芯片的工作电流变化是引起芯片温度变化的主要原因，具体为当芯片工作状态发生变化时，芯片的工作电流升高时，芯片温度升高，其工作电流降低时，芯片温度降低；故为了检测芯片的温度变化，可检测芯片工作电流的变化，又由于芯片工作电流变化主要集中在大功耗电路，而所述第一电阻R1连接于外部电源VCC与大功耗电路之间，故所述第一电阻R1可检测大功耗电路的电流变化，且所述第一电阻R1两端的电压正比于其流过所述第一电阻R1的电流，即所述第一电阻R1两端的电压的变化即为其上流过的电流的变化。如图1所示，设流过所述第一电阻R1的电流为It，大功耗电路两端的电压为Vt，所述第一电阻R1的阻值为Rt，

VCC-Vt＝It*Rt            （1）

（1）式中It*Rt为所述第一电阻R1两端的电压为，为了避免影响大功耗电路的正常工作，所述第一电阻R1的阻值较小，从而所述第一电阻R1两端的电压一般较小，需要对其进行放大；由所述第二电阻R2、所述第三电阻R3和所述运算放大器OP组成一个高精度的放大电路，对所述第一电阻R1两端的电压进行放大；设所述第二电阻R2的阻值为Re，设所述第三电阻R3的阻值为k*R，其中k为所述第三电阻R3的调节系数，因为所述第三电阻R3为变阻器，该放大电路的放大系数Aop为：

$\mathrm{Aop}=\frac{k*R}{\mathrm{Re}}+1---\left(2\right)$

由（2）式可知，调节所述第三电阻R3的阻值，便可调节放大电路的放大系数Aop。

根据（1）、（2）式可得到所述运算放大器OP的输出电压Vg为:

$\mathrm{Vg}=(\frac{k*R}{\mathrm{Re}}+1)*(\mathrm{VCC}-\mathrm{Vt})$

因为运算放大器OP的输出电压Vg是所述场效应管M1的栅极电压，设所述场效应管M1的宽长比为W/L，其阈值电压为Vth，定义up为所述场效应管M1的电子迁移率，Cox为所述场效应管M1的栅单位电容，则所述场效应管M1产生的补偿电流Ic为：

$\mathrm{Ic}=\frac{1}{2}\mathrm{up}*\mathrm{Cox}*\frac{W}{L}*{((\frac{k*R}{\mathrm{Re}}+1)*(\mathrm{VCC}-\mathrm{Vt})-\mathrm{Vth})}^2---\left(3\right)$

在（3）式中，由于VCC-Vt是所述第一电阻R1两端的电压值，该电压值与芯片工作电流（即大功耗电路的工作电流）成正比，而芯片工作电流与芯片工作温度成正比，故可得到VCC-Vt与温度成正比，由于场效应管M1的阈值电压Vth也与温度成正比，则在多项式

$(\frac{k*R}{\mathrm{Re}}+1)*(\mathrm{VCC}-\mathrm{Vt})-\mathrm{Vth}---\left(4\right)$

中的温度系数可以为正温或负温，具体为当

的正温系数大于VCC-Ct的温度系数时，则（4）式为正温，当

的正温系数小于VCC-Ct的温度系数时，则（4）式为负温。由于

的温度系数可以通过调节所述第三电阻R3的阻值来改变，故所述场效应管M1的产生的补偿电流Ic的温度系数可以通过所述第三电阻R3来进行调节，即可为正温补偿电流，也可为负温补偿电流。具体为，当温度敏感电路的温度特性为正温时，则可以通过所述场效应管M1的漏极对其提供负温特性的补偿电流，以抵消由于芯片温度变化带来的影响，反之，当温度敏感电路的温度特性为负温时，则可以通过所述场效应管M1的漏极对其提供正温特性的补偿电流，以抵消由于芯片温度变化带来的影响。

下面结合图2，描述本发明温度补偿的方法。如图所示，所述温度补偿的方法包括如下步骤：

步骤S101，第一电阻检测芯片内部的大功耗电路的电流变化；在本步骤中，所述第一电阻的一端与芯片内部的大功耗电路的一端连接，且芯片内部的大功耗电路的另一端接地，所述第一电阻的另一端与外部电源连接；从而所述第一电阻可用于检测大功耗电路的电流变化，由于芯片内部的工作温度与大功耗电路的功耗成正比，而由图1所示中所述第一电阻与大功耗电路的连接可知，大功耗电路的功耗与其上流过的电流成正比，即通过检测大功耗电路上电流的变化而可检测芯片内部温度的变化，也即可检测芯片工作状态的变化。

步骤S102，放大电路将第一电阻两端的电压按比例放大；在本步骤中，放大电路包括第二电阻、第三电阻及运算放大器；所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的正向输入端与所述第一电阻的一端连接，所述运算放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述第三电阻的两端分别与所述运算放大器的反向输入端及其输出端连接；所述第三电阻与所述第二电阻的比值加上1即为所述运算放大器的放大倍数；且，所述第三电阻为变阻器，从而在本发明温度补偿的方法的具体应用中，当将本发明的温度补偿***应用于不同的芯片上，只需相应调节所述第三电阻的阻值即可对不同的芯片的温度敏感电路进行相应的温度补偿，提高了所述温度补偿的方法的应用范围。

步骤S103，效应管将经放大电路放大后的电压转换为电流并输出至芯片内部的温度敏感电路，以对温度敏感电路进行温度补偿；在本步骤中，所述场效应管的源极与外部电源连接，其漏极与芯片内部的温度敏感电路的一端连接，且芯片内部的温度敏感电路的另一端接地；从而所述场效应管将所述放大电路输出的电压转换为电流并将转换后的电流输入至温度敏感电路，而对温度敏感电路进行温度补偿，避免了因芯片工作状态的变化，使得大功耗电路的功耗发生变化而导致温度敏感电路工作的不稳定，保证了芯片的正常稳定地工作。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种温度补偿***，用于对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，其特征在于，包括第一电阻、放大电路、及场效应管，所述第一电阻的一端分别与所述放大电路的一输入端及外部电源相连，所述第一电阻的另一端分别与所述放大电路的另一输入端、芯片内部的大功耗电路的一端相连，所述大功耗电路的另一端接地，所述放大电路的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的源极与外部电源连接，且所述场效应管的漏极与所述温度敏感电路的一端相连，所述温度敏感电路的另一端接地。

2.如权利要求1所述的温度补偿***，其特征在于，所述放大电路包括第二电阻、第三电阻及运算放大器，所述第二电阻一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的正向输入端与所述第一电阻的另一端连接，所述运算放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述第三电阻的两端分别与所述运算放大器的反向输入端及其输出端连接。

3.如权利要求2所述的温度补偿***，其特征在于，所述第三电阻为变阻器。

4.一种温度补偿的方法，用于对芯片内部的温度敏感电路进行温度补偿，其特征在于，包括如下步骤：

a、第一电阻检测芯片内部的大功耗电路的电流变化；

b、放大电路将第一电阻两端的电压按比例放大；

c、场效应管将经放大电路放大后的电压转换为电流并输出至芯片内部的温度敏感电路，以对温度敏感电路进行温度补偿。

5.如权利要求4所述的温度补偿的方法，其特征在于，所述放大电路包括第二电阻、第三电阻及运算放大器，所述第二电阻一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的反向输入端连接，所述运算放大器的正向输入端与所述第一电阻的另一端连接，所述运算放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述第三电阻的两端分别与所述运算放大器的反向输入端及其输出端连接。

6.如权利要求5所述的温度补偿的方法，其特征在于，所述第三电阻为变阻器，在所述步骤b中，调节变阻器的阻值而调节所述放大电路的放大倍数。

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