CN106840446B - 温度检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度检测电路，包括能带隙电压产生电路以及偏置调整电路。能带隙电压产生电路依据偏压电压来产生参考电压。能带隙电压产生电路并具有分压电路，分压电路针对参考电压进行分压并产生多个输出电压。偏置调整电路包括电流源以及电阻串。电流源提供参考电流。电阻单元接收参考电流并产生多个调整后输出电压。其中，参考电流的电流值与各电阻单元的电阻值的至少其中之一被提供以进行调整，并藉以使电流源的输出端上的电压实质上等于参考电压及输出电压的其中之一。本发明的温度检测电路能够提升温度侦测的准确性。

Description

温度检测电路

技术领域

本发明涉及一种温度检测电路，尤其涉及一种可补偿参考电压偏置的温度检测电路。

背景技术

在现今的集成电路中，在很多的应用上，需要在芯片上设置温度检测电路。例如，通过温度检测电路来检测温度是否过热以启动电路的过热保护机制，并藉以确保电路的工作效能。

在已知的技术领域中，常利用提供与温度无关的参考电压，并在电路中设置与温度有关的电路元件。这些与温度有关的电路元件，其电性参数可以是具有正温度系数，或也可以具有负温度系数。再通过电路元件所提供随温度变化的电性参数(例如电压)来与与温度无关的参考电压相比较，就可以检测出当时的温度。

然而，请参照图1显示的已知技术的温度检测波形图。在已知的技术领域中，参考电压Vref可能产生一定的范围的偏置(如虚线的范围)，而与温度有关的电路元件所提供的电压V1～V3也可能发生同样的状态，如此一来，会使参考电压Vref与电压V1～V3的比较结果产生一定的误差，而导致温度检测的不准确。

发明内容

本发明提供一种温度检测电路，可补偿因作为基准的参考电压产生偏置时所造成的误差。

本发明的温度检测电路，包括能带隙电压产生电路以及偏置调整电路。能带隙电压产生电路依据偏压电压来产生参考电压。能带隙电压产生电路并具有分压电路，分压电路针对参考电压进行分压并产生多个输出电压。偏置调整电路耦接能带隙电压产生电路。偏置调整电路包括电流源以及电阻串。电流源提供参考电流。电阻串耦接电流源的输出端，并具有串接的多个电阻单元。电阻单元接收参考电流并产生多个调整后输出电压。其中，参考电流的电流值与各电阻单元的电阻值的至少其中之一被提供以进行调整，并藉以使电流源的输出端上的电压实质上等于参考电压及输出电压的其中之一。

基于上述，本发明通过提供偏置调整电路中的参考电流的电流值与各电阻单元的电阻值的至少其中之一以进行调整，如此一来，在参考电压因各种可能的原因所产生的偏置时，所产生的温度检测的误差可以有效的得到补偿，提升温度检测的准确性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1显示的已知技术的温度检测波形图；

图2显示本发明一实施例的温度检测电路的示意图；

图3显示本发明另一实施例的温度检测电路的示意图；

图4显示本发明再一实施例的温度检测电路的示意图；

图5显示本发明实施例的偏置调整电路中的电流源的一实施方式；

图6A～图6C显示本发明实施例的电阻单元的实施方式。

附图标记：

Vref：参考电压

V1～V3：电压

200、300、400：温度检测电路

210、310、410：带隙电压产生电路

220、320、420：偏置调整电路

211、311、411：分压电路

VBG1～VBG(N-1)：输出电压

GND：参考接地端

RBG1～RBG(N)：电阻单元

221、321、421、500：电流源

222、322、422：电阻串

VCT1～VCT(N)：调整后输出电压

VTN、VA1、VA2：电压

312、412：电流生成器

OP：操作放大器

RU1、RU2：参考电阻

D1～D4：二极管

VB：偏压电压

I1～I3：电流

R11、R12：电阻

VDD：电源电压

M1～M3、M4、M41、M51：晶体管

M52～M54：辅助晶体管

F1～F3、610、620：熔丝单元

Iref：参考电流

RGBx、RCTx：电阻单元

RB1～RB2、RC1～RC5：单位电阻

RC11、RC21、RC31、RC41、RC51：单位电阻

RC12、RC22、RC32、RC42、RC52：单位电阻

具体实施方式

以下请参照图2，图2显示本发明一实施例的温度检测电路的示意图。温度检测电路200包括能带隙电压产生电路210以及偏置调整电路220。能带隙电压产生电路210依据偏压电压VB来产生参考电压Vref。能带隙电压产生电路210并具有分压电路211，分压电路211接收参考电压Vref，并通过针对参考电压Vref进行分压来产生多个输出电压VBG1～VBG(N-1)。

在本实施例中，分压电路211包括多个电阻单元RBG1～RBG(N)，其中，电阻单元RBG(N)至RBG1依序串接在能带隙电压产生电路210产生参考电压Vref的端点以及参考接地端GND间。

在另一方面，偏置调整电路220耦接至能带隙电压产生电路210。偏置调整电路220包括电流源221以及电阻串222。其中，电流源221依据偏压电压VB来产生参考电流。电阻串222则耦接至电流源221的输出端来接收电流源221所提供的参考电流。电阻串222由串接的多个电阻单元RCT1～RCT(N)所构成，其中，电阻串222依据所接收的参考电流在相邻的两电阻单元RCT1～RCT(N)相互耦接的节点上产生调整后输出电压VCT1～VCT(N)。通过将调整后输出电压VCT1～VCT(N)与预设的标准数值进行比较，就可以精准的检测出目前芯片上的温度。

请注意，在本实施例中，电流源221所提供的参考电流的电流值以及电阻单元RCT1～RCT(N)的电阻值中的至少其中之一是可以被调整的。并且，在当参考电压Vref发生偏置的情况下，通过调整电流源221所提供的参考电流的电流值以及电阻单元RCT1～RCT(N)的电阻值中的至少其中之一，来调整电流源221以及电阻串222耦接的端点上的电压VTN，并使电压VTN实质上等于参考电压Vref及输出电压VBG1～VBG(N-1)的其中之一，如此，参考电压Vref偏置所造成的误差可以获得补偿。

关于电流源221所提供的参考电流的电流值以及电阻单元RCT1～RCT(N)的电阻值的调整动作，在本发明实施例中，皆可应用校正(trim)的技术来完成。也就是说，本发明实施例仅需通过单次的校正动作，就可完成温度检测电路200的补偿动作。

请参照图3，图3显示本发明另一实施例的温度检测电路的示意图。温度检测电路300包括能带隙电压产生电路310以及偏置调整电路320。能带隙电压产生电路310包括分压电路311、电流生成器312、操作放大器OP、参考电阻RU1及RU2以及二极管D1～D3。操作放大器OP的正、负输入端分别接收电压VA2以及VA1，并在输出端产生偏压电压VB。电流生成器312耦接至操作放大器OP并接收偏压电压VB，电流生成器312依据偏压电压VB产生电流I1～I3。

参考电阻RU1、RU2分别接收电流I1及I2并串接在电流生成器312与参考接地端GND间。通过电流I1及I2，参考电阻RU1、RU2耦接电流生成器312的端点分别产生电压VA1以及VA2。参考电阻RU2由两个电阻R11、R12串接而成，其中，电阻R11的电阻值可以与参考电阻RU1的电阻值相同。也就是说，参考电阻RU2的电阻值大于参考电阻RU1的电阻值。另外，二极管D1以及D2的阳极分别接收电流I1及I2，二极管D1以及D2的阴极耦接至参考接地端GND。

电流I3被提供至分压电路311，并在分压电路311与电流生成器312耦接的端点上产生参考电压Vref。分压电路311另耦接至二极管D3的阳极，二极管D3的阴极耦接至参考接地端。分压电路311包括多个串接的电阻单元RBG1～RBG(N)。分压电路311针对参考电压Vref进行分压并产生多个输出电压VBG1～VBG(N-1)。

另外，在本实施例中，电流生成器312包括晶体管M1～M3。其中，晶体管M1～M3的第一端接收电源电压VDD，晶体管M1～M3的控制端皆接收偏压电压VB，而晶体管M1～M3的第二端分别产生电流I1、I2以及I3。

在另一方面，偏置调整电路320包括电流源321、电阻串322以及二极管D4。电阻串322包括串接的多个电阻单元RCT1～RCT(N)。电流源321接收电源电压VDD，并接收偏压电压VB，以依据偏压电压VB产生参考电流。参考电流被传送至电阻串322，其中电阻单元RCT1～RCT(N)的电阻值可以被调整，并产生调整后输出电压VCT1～VCT(N)。

电流源321包括晶体管M4，其中晶体管M4的第一端接收电源电压VDD，其第二端耦接至电阻串322，而其控制端接收偏压电压VB。

关于动作细节，在本实施例中，参考电压Vref可以表示如下式(1)：

Vref＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1+RBG2+…+RBG(N))(1)

其中，Vf为二极管D1的导通电压，Q为二极管D2与D1的通道面积比，VT则为热电压。

由式(1)可以得知，参考电压Vref中包括与温度成正比的VT*ln(N)*1/R12*(RBG1+RBG2+…+RBG(N))项，以及与温度成反比的Vf项，因此可以得知，参考电压Vref与温度变化较不相关。

依据式(1)，可以计算出输出电压VBG1～VBG(N-1)如式(2)所示：

VBG1＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1)

VBG2＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1+RBG2)

:

VBG(N-1)＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1+RBG2+…+RBG(N-1))(2)

上述的输出电压VBG1～VBG(N-1)皆为与温度变化成反比的电压。而这些输出电压可以用来进行温度检测的电压。

在当电流I2及I3间的比例匹配关系产生误差时，参考电压Vref会发生偏置，此时式(2)中的出输出电压VBG1～VBG(N-1)的电压值也会对应产生改变，变化后的情况如下式(3)所示：

VBG1’＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1’)

VBG2’＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1’+RBG2’)

:

VBG(N-1)’＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RBG1’+RBG2’+…+RBG(N-1)’)(3)

上式(3)中的每一个电阻单元的电阻值RBGx’可以被改写为＝RBGx+ΔR，其中，当ΔR为正值，表示参考电压Vref正值，相对的，当ΔR为负值，表示参考电压Vref负值。

在偏置调整电路320中，当参考电压Vref发生偏置时，最高的调整后输出电压VCT(N)可以表示如式(4)所示：

VCT(N)’＝Vf+VT*ln(Q)*1/R12*(RCT1+RCT2+…+RCT(N)+N*ΔR)(4)

由式(4)可以清楚发现，当电阻单元的电阻值满足RBGx＝RCTx+ΔR的关系时，参考电压Vref会等于电压VTN，并且，准确的温度检测就可以有效的被完成。

也就是说，在本实施例中，通过调整各电阻单元RCT1～RCT(N)的电阻值，并使参考电压Vref实质上等于电压VTN及输出电压VBG1～VBG(N-1)的其中之一就可以补偿参考电压Vref所产生的电压偏置，并确保温度检测的精准度。

以下请参照图4，图4显示本发明另一实施例的温度检测电路的示意图。温度检测电路400包括能带隙电压产生电路410以及偏置调整电路420。能带隙电压产生电路410包括分压电路411、电流生成器412、操作放大器OP、参考电阻RU1及RU2以及二极管D1～D3。偏置调整电路420则包括电流源421以及电阻串422。与图3的实施例不相同的，本实施例是通过调整电流源421所提供的参考电流的电流值的大小来进行参考电压Vref的偏置补偿的。在本实施例中，电流源421为可变电流源，其中的晶体管M41的通道的有效宽长比可以被调整，并进以调整其所产生的参考电流的电流值。并且，通过调整参考电流的电流值来使电压VTN与参考电压Vref及输出电压VBG1～VBG(N-1)的其中之一实质上相等，可以完成参考电压Vref偏置的补偿动作，确保温度检测的准确度。

当然，本实施例可以配合图3的实施例来实施，也就是说，电流源421产生的参考电流以及电阻串422中的电阻单元的电阻值也可以同时进行调整，并不限定只能调整电流源421以及电阻串422的其中之一。

以下请参照图5，图5显示本发明实施例的偏置调整电路中的电流源的一实施方式。在图5中，偏置调整电路中的电流源500包括晶体管M51、辅助晶体管M52～M54以及熔丝单元F1～F3。晶体管M51的第一端耦接至电源电压VDD，另一端产生参考电流Iref，其控制端则接收偏压电压VB。辅助晶体管M52～M54的控制端共同接收偏压电压VB，而辅助晶体管M52、M53的第一端直接接收电源电压VDD，其第二端则分别通过熔丝单元F1及F2来耦接至晶体管M51的第二端。另外，辅助晶体管M54的第一端通过熔丝单元F3耦接至电源电压VDD，其第二端则直接连接至晶体管M51的第二端。

在本实施方式中，通过是否烧断熔丝单元F1～F3可以调整参考电流Iref的电流值的大小，其中，当熔丝单元F1～F3都保持完整不被烧断时，参考电流Iref的电流值最大，相对的，当熔丝单元F1～F3被烧断时，参考电流Iref的电流值最小。

另外，辅助晶体管的数量并没有一定的限制，辅助晶体管M52～M54间的通道宽长比关系也没有一定的限制，辅助晶体管M52～M54间的通道宽长比可以相同或也可以不相同。

关于烧断熔丝单元F1～F3的实施方式，凡本领域具普通技术人员惯用技术手段都可以应用于本发明，并没有固定的限制。

以下则请参照图6A～图6C，图6A～图6C显示本发明实施例的电阻单元的实施方式。其中，图6A显示构成能带隙电压产生电路中的分压电路的电阻单元RGBx的实施方式的示意图，电阻单元RGBx包括多个串接的单位电阻RB1～RB2来构成。各个单位电阻RB1～RB2的电阻值可以是相同的。在本实施例中，电阻单元RGBx的电阻值可以是固定的，而每一电阻单元RGBx中包括的单位电阻的数量没有一定的限制。

另外，图6B显示偏置调整电路中的电阻串的电阻单元RCTx。其中，电阻单元RCTx包括相互串接的多个单位电阻RC1～RC5，并包括一个或多个熔丝单元610～620。在本实施方式中，单位电阻RC4、RC5为受调整电阻。熔丝单元610～620分别与单位电阻RC4、RC5并连耦接。具体来说明，熔丝单元610的一端耦接至单位电阻RC4的一端，熔丝单元610的另一端耦接至单位电阻RC4的另一端。相类似的，熔丝单元620的一端耦接至单位电阻RC5的一端，熔丝单元620的另一端耦接至单位电阻RC5的另一端。

通过熔丝单元610～620有无被烧断，电阻单元RCTx的电阻值可以被调整。其中，当熔丝单元610～620皆未被烧断时，电阻单元RCTx的电阻值等于单位电阻RC1～RC3的电阻值总合。若熔丝单元610被烧断且熔丝单元620未被烧断，电阻单元RCTx的电阻值等于单位电阻RC1～RC3、RC5的电阻值总合，若熔丝单元620被烧断且熔丝单元610未被烧断，电阻单元RCTx的电阻值等于单位电阻RC1～RC4的电阻值总合，而若熔丝单元610、620皆被烧断，电阻单元RCTx的电阻值等于单位电阻RC1～RC5的电阻值总合。

在此，各单位电阻RC1～RC5的电阻值可以是相同的，也可以与各单位电阻RB1～RB2相同或不相同。

此外，图6C显示偏置调整电路中的电阻串的电阻单元RCTx的另一种实施方法。其中单位电阻RC11、RC21、RC31、RC41以及RC51相互串接，且每一个单位电阻RC11、RC21、RC31、RC41以及RC51可分别与单位电阻RC12、RC22、RC32、RC42以及RC52相并连。熔丝单元610以及620则分别与单位电阻RC51及RC41相并连。当单位电阻RC11～RC52的电阻值皆与各单位电阻RB1～RB2相同时，且当熔丝单元610以及620中的其中之一被烧断，其中的另一未被烧断的情况下，电阻单元RCTx的电阻值与电阻单元RBGx的电阻值可以是相同的。

值得注意的，图6A～图6C显示的电阻单元的实施方式仅只是示范性的例子。事实上，本领域普通技术人员所熟知的固定电阻的电阻单元以及可调变电阻的电阻单元的实施方式有很多种，也皆可应用于本发明。本发明并不限制其相关的实施方式。

综上所述，本发明通过复制能带隙电压产生电路中的分压电路来产生偏置调整电路，并藉由调整电流源产生的参考电流，或电阻串中各电阻单元的电阻值，或同时调整电流源产生的参考电流及电阻串中各电阻单元的电阻值来进行参考电压的补偿动作。如此一来，温度产生电路中，因各种原因所产生的不匹配现象将可以有效的得到补偿，提升温度检测的精准度。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求所界定范围为准。

Claims (11)

1.一种温度检测电路，其特征在于，包括：

能带隙电压产生电路，依据偏压电压来产生参考电压，该能带隙电压产生电路并具有分压电路，该分压电路针对该参考电压进行分压并产生多个输出电压；以及

偏置调整电路，耦接该能带隙电压产生电路，包括：

电流源，依据偏压电压提供参考电流；以及

电阻串，耦接该电流源的输出端，并具有串接的多个电阻单元，所述多个电阻单元接收该参考电流并产生多个调整后输出电压，

其中，该参考电流的电流值与各该电阻单元的电阻值的至少其中之一被提供以进行调整，并藉以使该电流源的输出端上的电压实质上等于该参考电压及所述多个输出电压的其中之一。

2.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，该电流源包括：

晶体管，其第一端接收电源电压，其第二端耦接至该电阻串，且其控制端接收该偏压电压。

3.根据权利要求2所述的温度检测电路，其特征在于，该电流源还包括：

至少一辅助晶体管，其第一端接收该电源电压，其第二端耦接至该电阻串，且其控制端接收该偏压电压；以及

至少一熔丝单元，串接在该辅助晶体管接收该电源电压的路径间或串接在该辅助晶体管耦接至该电阻串的路径间，

其中，该熔丝单元被切断或被导通以调整该电流源所提供的电流值大小。

4.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，各所述多个电阻单元包括多个单位电阻，所述多个单位电阻相互串接，且所述多个单位电阻的电阻值相等。

5.根据权利要求4所述的温度检测电路，其特征在于，各所述多个电阻单元还包括：

至少一熔丝单元，其中该熔丝单元的一端耦接至所述多个单位电阻其中之一受调整电阻的一端，该熔丝单元的另一端耦接至该受调整电阻的另一端。

6.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，该偏置调整电路还包括：

二极管，其阴极耦接至参考接地电压，其阳极耦接至该电阻串。

7.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，该能带隙电压产生电路还包括：

操作放大器，其负输入端接收第一电压，其正输入端接收第二电压，其输出端产生该偏压电压；

电流生成器，耦接至该操作放大器及该分压电路，接收该偏压电压，依据该偏压电压产生第一电流、第二电流以及第三电流，其中该第三电流提供至该分压电路；以及

第一参考电阻，串接在该电流生成器与参考接地端间，接收该第一电流以产生该第一电压；

第二参考电阻，串接在该电流生成器与该参考接地端间，接收该第二电流以产生该第二电压，其中，该第一参考电阻的电阻值小于该第二参考电阻的电阻值；

第一二极管，其阴极耦接至该参考接地端，其阳极耦接至该第一参考电阻；

第二二极管，其阴极耦接至该参考接地端，其阳极耦接至该第二参考电阻；以及

第三二极管，其阴极耦接至该参考接地端，其阳极耦接至该分压电路，

其中该电流生成器包括：

第一晶体管，其第一端接收电源电压，其第二端产生该第一电流，其控制端接收该偏压电压；

第二晶体管，其第一端接收该电源电压，该第二晶体管的第二端产生该第二电流，且该第二晶体管的控制端接收该偏压电压；以及

第三晶体管，其第一端接收该电源电压，该第三晶体管的第二端产生该第三电流，且该第三晶体管的控制端接收该偏压电压。

8.根据权利要求7所述的温度检测电路，其特征在于，该第二参考电阻包括：

第一电阻，其第一端耦接至该电流生成器；

第二电阻，其第一端耦接至该第一电阻的第二端，该第二电阻的第二端耦接至该参考接地端，

其中，该第一电阻的电阻值与该第一参考电阻的电阻值相同。

9.根据权利要求8所述的温度检测电路，其特征在于，该参考电压的电压值不随温度变化而改变，所述多个输出电压以及所述多个调整后输出电压则具有负温度系数。

10.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，该分压电路包括串接的多个电阻单元。

11.根据权利要求10所述的温度检测电路，其特征在于，各该电阻单元由多个单位电阻串接而成。