CN112904924B - 用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法 - Google Patents

用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法 Download PDF

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CN112904924B CN201911225032.0A CN201911225032A CN112904924B CN 112904924 B CN112904924 B CN 112904924B CN 201911225032 A CN201911225032 A CN 201911225032A CN 112904924 B CN112904924 B CN 112904924B
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    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

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Abstract

本发明涉及一种用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法，其中，所述的用于检测芯片温度的电路中设置温度检测电路模块及温度计算模块，温度检测电路模块分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压，而温度计算模块利用温度检测电路模块输出的电压，求取与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以该与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T，即芯片的温度，计算过程中运用了差分的概念，使得测量的精度有效提高。采用该种用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法具备结构灵活，适应性好，测量精度高，CPU算法简单的特点。

Description

用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法
技术领域
本发明涉及电学领域，尤其涉及电路检测领域，具体是指一种用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法。
背景技术
集成电路应用广泛，在很多应用场景中，需要对集成电路自身的温度进行监测，防止温度过高烧毁电路，甚至引起事故。
如一些集成电路需要在工作电流较大的场景中应用，当集成电路存在短路或者工作电流异常增大时，电路温度会升高；而为了避免温度过高带来不良影响，必须对电路进行温度保护，具体来说就是要能够检测到温度的异常升高，然后及时切断电路的电源，防止电路烧毁甚至引发火灾。
以前一般是在集成电路的***连接温度传感器来监测温度，而这种方式存在如下缺点：
1、增加温度传感器会增加***成本，并且占用更多的空间；
2、电路温度升高后，需要一定时间才能传递给***的温度传感器，这一段时间内可能电路已经烧毁了，及时性差。
为了解决上述问题，现有技术中在集成电路内部设置一个PN结二极管，通过测量PN结二极管的正向电压，利用PN结二极管的正向电压负温系数，推出PN结二极管正向电压和温度间的表达式，此时只需要使用模数转换器对PN结二极管正向电压进行测量，就可以得到当前温度，但这种解决方案存在如下缺点：
1、PN结二极管的正向电压和温度之间是二阶函数，计算比较复杂、困难；
2、PN结二极管正向电压随温度变化率较小，这对电压测量精度要求较高，很小的测量误差就会导致较大的温度测量误差、检测精度差。
发明内容
本发明的目的是克服至少一个上述现有技术的缺点，提供了一种易于实现、无需复杂的电路结构及复杂电路控制方法，且操作简便的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法。
为了实现上述目的或其他目的，本发明的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法如下：
该用于检测芯片温度的电路，其主要特点是，所述的用于检测芯片温度的电路包括：
温度检测电路模块，设置于所述的芯片内部，并分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压；
温度计算模块，根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
较佳地，所述的温度计算模块内置下列式1，并利用下列式1计算出与所述的待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文：
Figure BDA0002301954960000021
其中，VTr为：与***预设的温度Tr对应的、预设于所述的温度计算模块中的基准电压值；
G可由下式2求得：
Figure BDA0002301954960000022
其中，K：电子运动的波矢函数，大小为电子的波长除以2π，q：单个电子的电荷，
Figure BDA0002301954960000023
是常量。
较佳地，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块，
所述的电流产生子模块用于为所述的电压采样子模块提供所述的第一电流I1和第二电流I2；
所述的电压采样子模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压给所述的温度计算模块。
更佳地，所述的电流产生子模块包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管组、第一PMOS管及第二PMOS管；
所述的第一NMOS管的源极和栅极、第二NMOS管的栅极及第三NMOS管组的第一端均与外部电流源相连接；
所述的第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的源极、第三NMOS管组的第二端、第一PMOS管的漏极及第二PMOS管的漏极均接地；
所述的第二NMOS管的漏极与第一PMOS管的源极相连接，所述的第三NMOS管组的第三端与所述的第二PMOS管的源极相连接；
所述的第一PMOS管的栅极用于输出所述的第一电流I1，所述的第二PMOS管的栅极用于输出所述的第二电流I2。
进一步地，所述的第三NMOS管组包括至少一个第三NMOS管；
各个所述的第三NMOS管的栅极均与所述的第三NMOS管组的第一端相连接；
各个所述的第三NMOS管的源极均与所述的第三NMOS管组的第二端相连接；
各个所述的第三NMOS管的漏极均与所述的第三NMOS管组的第三端相连接。
更进一步地，当所述的第三NMOS管组包括二个及以上的第三NMOS管时，各个所述的第三NMOS管的漏极均通过第一开关与所述的第三NMOS管组的第三端相连接，所述的第一开关与控制模块相连接；
通过控制第一开关导通的数量，改变第一电流I1与第二电流I2的比值大小。
更佳地，所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及至少一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均包括第二开关、第三开关及三极管；
所述的第二开关的第一端与所述的第一电流I1相连接，所述的第二开关的第二端与所述的三极管的发射极相连接；
所述的第三开关的第一端与所述的第二电流I2相连接、所述的第三开关的第二端与所述的三极管的发射极相连接；所述的三极管的基极及集电极均接地；
所述的第二开关及第三开关的控制端均与控制模块相连接；
所述的温度计算模块分别与所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中所述的三极管的发射极相连接。
进一步地，所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均还包括第三PMOS管及第四PMOS管；
所述的第二开关的第一端通过所述的第三PMOS管与所述的第一电流I1相连接，所述的第三开关的第一端通过所述的第四PMOS管与所述的第二电流I2相连接；
其中，所述的第三PMOS管的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管的栅极接入所述的第二电流I2；所述的第三PMOS管的漏极及第四PMOS管的漏极均接地；
所述的第三PMOS管的源极与所述的第二开关的第一端相连接，所述的第四PMOS管的源极与所述的第三开关的第一端相连接。
进一步地，所述的控制模块包括第一控制线及第二控制线；
所述的第一控制线分别与所述的第一电压采样单元中的第二开关及各个所述的第二电压采样单元中的第三开关相连接；
所述的第二控制线分别与所述的第一电压采样单元中的第三开关及各个所述的第二电压采样单元中的第二开关相连接。
较佳地，所述的温度计算模块包括：
模数转换器，用于将所述的温度检测电路模块输出的与所述的芯片的温度对应的电压的幅值信号转换为数字信号；
温度计算子模块，与所述的模数转换器相连接，根据所述的模数转换器输出的与所述的芯片的温度对应的电压的数字信号，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
该基于上述用于检测芯片温度的电路实现检测芯片温度的方法，其主要特点是，所述的方法包括：
(1)所述的温度检测电路模块分别将在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压输送给所述的温度计算模块；
(2)所述的温度计算模块根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
较佳地，所述的温度计算模块内置下列式1：
Figure BDA0002301954960000041
其中，VTr为：与***预设的温度Tr对应的、预设于所述的温度计算模块中的基准电压值；
G可由下式2求得：
Figure BDA0002301954960000042
其中，K：电子运动的波矢函数，大小为电子的波长除以2π，q：单个电子的电荷，
Figure BDA0002301954960000043
是常量；
所述的步骤(2)包括以下步骤：
(21)所述的温度计算模块根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX；
(22)所述的温度计算模块根据所述的式1计算出所述的与待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文。
更佳地，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块；所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及至少一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二开关、第三开关及三极管；所述的第三PMOS管的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管的栅极接入所述的第二电流I2；
所述的步骤(1)具体为：
通过控制所述的第一电压采样单元及各个第二电压采样单元中的第二开关和第三开关的通断，控制所述的温度检测电路模块分别将接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，各个所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块。
进一步地，当所述的电压采样子模块包括m-1组第二电压采样单元时，且m≥2，所述的ΔVX可由下列式3-1求得：
Figure BDA0002301954960000051
其中，
Figure BDA0002301954960000052
为：当所述的第一电压采样单元中的三极管接通所述的第一电流I1、且各组所述的第二电压采样单元中的三极管接通所述的第二电流I2时，所述的第一电压采样单元中的三极管上的电压与各个所述的第二电压采样单元中的三极管上的电压的差值的绝对值的总和；
Figure BDA0002301954960000053
为：当所述的第一电压采样单元中的三极管接通所述的第二电流I2、且各组所述的第二电压采样单元中的三极管接通所述的第一电流I1时，所述的第一电压采样单元中的三极管上的电压与各个所述的第二电压采样单元中的三极管上的电压的差值的绝对值的总和。
更佳地，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块；所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中均包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二开关、第三开关及三极管；所述的第三PMOS管的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管的栅极接入所述的第二电流I2；
所述的步骤(1)具体为：
控制所述的第一电压采样单元中的第二开关导通、第三开关关断，并控制所述的第二电压采样单元中的第二开关关断、第三开关导通，将此时所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块；
此时，ΔVX可由下列式3-2求得：
ΔVX＝|V1-1-V2-2| (3-2)；
其中，V1-1为所述的第一电压采样单元接通所述的第一电流I1时，该第一电压采样单元中三极管上的电压，V2-2为所述的第二电压采样单元接通所述的第二电流I2时，该第二电压采样单元中三极管上的电压；
或所述的步骤(1)具体为：
控制所述的第一电压采样单元中的第二开关关断、第三开关导通，并控制所述的第二电压采样单元中的第二开关导通、第三开关关断，将此时所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块；
此时，ΔVX可由下列式3-3求得：
ΔVX＝|V1-2-V2-1| (3-3)；
其中，V1-2为所述的第一电压采样单元接通所述的第二电流I2时，该第一电压采样单元中三极管上的电压，V2-1为所述的第二电压采样单元接通所述的第一电流I1时，该第二电压采样单元中三极管上的电压。
本发明的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法，可对芯片温度进行实时检测，在用于检测芯片温度的电路中设置温度检测电路模块及温度计算模块，温度检测电路模块分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压，而温度计算模块利用温度检测电路模块输出的电压，求取与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以该与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T，即芯片的温度，由于测量过程中运用了差分的概念，使得测量的精度有效提高。采用本发明的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法，具备结构灵活，适应性好，测量精度高，CPU算法简单的特点。
附图说明
图1为一实施例中本发明的用于检测芯片温度的电路的模块原理图。
图2为一实施例中本发明的用于检测芯片温度的电路中的温度检测电路模块的电路图。
图3为一实施例中本发明的用于检测芯片温度的电路中的电流产生子模块的电路图。
图4为一实施例中本发明的用于检测芯片温度的电路中的电压采样子模块的电路图。
图5为另一实施例中本发明的用于检测芯片温度的电路的电路图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例进行进一步的描述。
如图1～4所示，在一实施例中，本发明的用于检测芯片温度的电路包括：
温度检测电路模块，设置于所述的芯片内部，并分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压；
温度计算模块，根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
在该实施例中，所述的温度计算模块内置下列式1，并利用下列式1计算出与所述的待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文：
Figure BDA0002301954960000071
其中，ΔVX为：以所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压为依据，得到的与待测温度对应的电压的差值的平均值；
VTr为：与***预设的温度Tr对应的、预设于所述的温度计算模块中的基准电压值；
G可由下式2求得：
Figure BDA0002301954960000072
其中，K：电子运动的波矢函数，大小为电子的波长除以2π，q：单个电子的电荷，
Figure BDA0002301954960000073
是常量，约为0.087。
在该实施例中，所述的温度计算模块包括：
模数转换器，用于将所述的温度检测电路模块输出的与所述的芯片的温度对应的电压的幅值信号转换为数字信号，即将温度检测电路模块输出的电压所对应的模拟信号转换为数字信号，即将模拟值转换为一串二进制的数字值，其可由常规的电压型模数转换器构成；
温度计算子模块，与所述的模数转换器相连接，根据所述的模数转换器输出的与所述的芯片的温度对应的电压的数字信号，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX(此处的ΔVX为将模拟信号转换为数字信号后的电压值)，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T；
该实施例中，该温度计算子模块内置所述的式1，并根据所述的式1计算出所述的待测温度对应的温度值T，该温度计算子模块可由CPU构成，即该温度计算子模块对经模数转换器转换得到的数字值进行进一步计算，利用式1计算出芯片的实时待测温度值，并且将温度值输出。
该用于检测芯片温度的电路中的电路的连接方式可参阅图1所示，图1为一实施例中本发明的用于检测芯片温度的电路的模块原理图，由于温度计算模块直接设于芯片内部，可以更准确、快速的反应出芯片的实时温度所对应的电压，并通过模数转换器将与相关电压对应的模拟信号转换为数字信号供温度计算子模块进行相关计算，由于计算过程仅涉及一阶函数，计算更为便捷，降低对温度计算子模块的电路要求，成本较低，且计算速度更快，可以快速、准确地输出与待测温度对应的温度值T。
如图2所示，在该实施例中，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块，其中，图2中上半部分为该实施例中的电流产生子模块的结构示意图，图2中的下半部分为电压采样子模块的结构示意图：
所述的电流产生子模块用于为所述的电压采样子模块提供所述的第一电流I1和第二电流I2；
所述的电压采样子模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压给所述的温度计算模块。
如图3所示，在该实施例中，所述的电流产生子模块包括第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管组、第一PMOS管P1及第二PMOS管P2；
所述的第一NMOS管N1的源极和栅极、第二NMOS管N2的栅极及第三NMOS管组的第一端均与外部电流源相连接；该外部电流源不受电源和温度的影响，可由芯片中的带隙基准模块产生，也可由***电路提供；
所述的第一NMOS管N1的漏极、第二NMOS管N2的源极、第三NMOS管组的第二端、第一PMOS管P1的漏极及第二PMOS管P2的漏极均接地；
所述的第二NMOS管N2的漏极与第一PMOS管P1的源极相连接，所述的第三NMOS管组的第三端与所述的第二PMOS管P2的源极相连接；
所述的第一PMOS管P1的栅极用于输出所述的第一电流I1，所述的第二PMOS管P2的栅极用于输出所述的第二电流I2。
在该实施例中，所述的第三NMOS管组包括至少一个第三NMOS管；
各个所述的第三NMOS管的栅极均与所述的第三NMOS管组的第一端相连接；
各个所述的第三NMOS管的源极均与所述的第三NMOS管组的第二端相连接；
各个所述的第三NMOS管的漏极均与所述的第三NMOS管组的第三端相连接。
如图3所示，该实施例中，总共有N个第三NMOS管，由于每个第三NMOS管的结构及连接方式均相同因此仅在图中绘制了第1个、第2个及第N个第三NMOS管，并以N31、N32及N3N进行了标明，其他的均由“…”来代替。
在该实施例中，当所述的第三NMOS管组包括二个及以上的第三NMOS管时，各个所述的第三NMOS管的漏极均通过第一开关与所述的第三NMOS管组的第三端相连接，所述的第一开关与控制模块相连接，由于每个第一开关的结构及连接方式均相同，因此图中仅绘制了第1个、第2个及第N个第一开关，并以K1、K2及KN进行标号；
控制模块通过输出SEL信号来控制第一开关导通的数量，改变第一电流I1与第二电流I2的比值大小。
在该实施例中可采用尺寸相同的NMOS管构成第一NMOS管N1、第二NMOS管N2及各个第三NMOS管，该电流产生子模块通过对外部电流源产生的电流I进行复制，得到第一电流I1和第二电流I2，该实施例中，第一电流I1的大小等于电流I的大小，并通过SEL信号来控制第一开关K1、K2、……、KN的开合，从而选择接入第三NMOS管的数量，来选择第二电流I2的大小，该实施例中，第二电流I2的值可在I，2I，3I…NI之间选择，即
Figure BDA0002301954960000091
的值可在1，2，3、…、N之间选择，其他实施例中，第二电流I2也可小于第一电流I1。
在其他实施例中，也可采用其他电路生成固定的第一电流I1及第二电流I2，也可实现测量的目的。
如图4所示，在该实施例中，所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及至少一组第二电压采样单元；
从图4中可以看出，所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均包括第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第二开关、第三开关及三极管；
所述的第三PMOS管P3的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管P4的栅极接入所述的第二电流I2；所述的第三PMOS管P3的漏极及第四PMOS管P4的漏极均接地；
所述的第三PMOS管P3的源极通过第二开关与所述的三极管的发射极相连接，所述的第四PMOS管P4的源极通过第三开关与所述的三极管的发射极相连接；所述的三极管的基极及集电极均接地；
所述的第二开关与第三开关均与控制模块相连接；
所述的温度计算模块分别与所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中所述的三极管的发射极相连接。
所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中三极管均采用相同尺寸的PNP型的三极管构成，第三PMOS管P3及第四PMOS管P4的尺寸与电流产生子模块中的第一PMOS管P1及第一PMOS管P1的尺寸一致，由电流镜的原理可以知道，电压采样子模块中获得的第一电流I1和第二电流I2的大小与电流产生子模块上的第一电流I1和第二电流I2的大小相同，在该实施例中，第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中的第二开关与第三开关均由控制信号SEL1及SEL2来控制打开或者闭合；
测试过程中，所选用的电压采样子模块中的第二电压采样单元的数量可调，可根据实际需要选择合适数量的第二电压采样单元参与测量，所使用的第二电压采样单元的数量越多，温度测量的误差越小，相应地会增加电路的复杂程度，降低测温的速度。
在该实施例中，所述的控制模块包括第一控制线SEL1及第二控制线SEL2；
所述的第一控制线SEL1分别与所述的第一电压采样单元中的第二开关及各个所述的第二电压采样单元中的第三开关相连接；
所述的第二控制线SEL2分别与所述的第一电压采样单元中的第三开关及各个所述的第二电压采样单元中的第二开关相连接。
由于每组第二电压采样单元的结构基本相同，因此图4中仅绘制了第一电压采样单元及第一组第二电压采样单元与第m-1组第二电压采样单元，其余的第二电压采样单元用“……”代替，的第一电压采样单元中的第二开关及第三开关分别用S1、S2进行了标明，三极管用PNP1来标明，第一组第二电压采样单元中的第二开关及第三开关分别用S3、S4进行了标明，三极管用PNP2来标明，第m-1组第二电压采样单元中的第二开关及第三开关分别用S(2m-1)、S(2m)进行了标明，三极管用PNPm来标明。
如图2所示，电压采样子模块中的第一电压采样单元及各个第二电压采样单元中的第三PMOS管P3的栅极bias1与电流产生子模块中的第一PMOS管P1的栅极bias1相连接，电压采样子模块中的第一电压采样单元及各个第二电压采样单元中的第四PMOS管P4的栅极bias2与电流产生子模块中的第二PMOS管P2的栅极bias2相连接。
该实施例中对第一开关、第二开关及第三开关进行控制的控制模块可由CPU或者其他控制器件构成，通过输出逻辑信号对开关进行控制。而三极管PNP1、PNP2、PNP3的发射极在第一电流I1、和第二电流I2的电流密度下，其电压差的平均值是随着温度一阶线性变化的，基于该原理，所以只要已知某个温度下的平均电压，可以通过计算得到当前的测试温度。
一种采用上述实施例中的用于检测芯片温度的电路实现检测芯片温度的方法，包括：
(1)所述的温度检测电路模块分别将在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压输送给所述的温度计算模块；
(2)所述的温度计算模块根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
在该实施例中，所述的温度计算模块内置下列式1：
Figure BDA0002301954960000111
其中，VTr为：与***预设的温度Tr对应的、预设于所述的温度计算模块中的基准电压值；
G可由下式2求得：
Figure BDA0002301954960000112
其中，K：电子运动的波矢函数，大小为电子的波长除以2π，q：单个电子的电荷，
Figure BDA0002301954960000113
是常量；
所述的步骤(2)包括以下步骤：
(21)所述的温度计算模块根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX；
(22)所述的温度计算模块根据所述的式1计算出所述的与待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文。
在该实施例中，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块；所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及至少一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均包括第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第二开关、第三开关及三极管；所述的第三PMOS管P3的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管P4的栅极接入所述的第二电流I2；
所述的步骤(1)具体为：
通过控制所述的第一电压采样单元及各个第二电压采样单元中的第二开关和第三开关的通断，控制所述的温度检测电路模块分别将接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，各个所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块。
在该实施例中，当所述的电压采样子模块包括m-1组第二电压采样单元时，且m≥2，所述的ΔVX可由下列式3-1求得：
Figure BDA0002301954960000121
其中，
Figure BDA0002301954960000122
为：当所述的第一电压采样单元中的三极管接通所述的第一电流I1、且各组所述的第二电压采样单元中的三极管接通所述的第二电流I2时，所述的第一电压采样单元中的三极管的发射极上的电压与各个所述的第二电压采样单元中的三极管的发射极上的电压的差值的绝对值的总和；
Figure BDA0002301954960000123
为：当所述的第一电压采样单元中的三极管接通所述的第二电流I2、且各组所述的第二电压采样单元中的三极管接通所述的第一电流I1时，所述的第一电压采样单元中的三极管的发射极上的电压与各个所述的第二电压采样单元中的三极管的发射极上的电压的差值的绝对值的总和。
为了更方便的理解本发明中的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法，下面结合图5以电压采样子模块包括一组第一电压采样单元1及二组第二电压采样单元2、3进行相应的说明，且在该实施例中，第一电压采样单元1及二组第二电压采样单元2、3直接接入第一电流I1和第二电流I2，而不采用额外的电流产生子模块提供第一电流I1和第二电流I2，相应的，电路中也省略了第三PMOS管及第四PMOS管，测试过程如下：
1、首先可控制图3中的电流产生子模块选择接入n个第三NMOS管，可得到I1＝I，
I2＝n×I，进而可知
Figure BDA0002301954960000124
2、对电压采样子模块中的第一控制线及第二控制线进行控制，闭合第一开关S1\S4\S6，断开第一开关S2\S3\S5，此时，令模数转换器对此时的三极管PNP1、PNP2及PNP3上的电压V1、V2、V3进行转换，得到此时三极管PNP1上的电压V1-1、三极管PNP2上的电压V2-2、三极管PNP3上的电压V3-2；
3、断开第一开关S1\S4\S6，闭合第一开关S2\S3\S5，此时，令模数转换器对此时的三极管PNP1、PNP2及PNP3上的电压V1、V2、V3进行转换，得到此时三极管PNP1上的电压V1-2、三极管PNP2上的电压V2-1、三极管PNP3上的电压V3-1；
4、由下列式3-1求得ΔVX：
Figure BDA0002301954960000131
即
Figure BDA0002301954960000132
Figure BDA0002301954960000133
5、利用式1计算出与待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文：
Figure BDA0002301954960000134
其中，
Figure BDA0002301954960000135
Figure BDA0002301954960000136
是常量，约为0.087，
Figure BDA0002301954960000137
由此可知，G≈0.087×In(n)，单位为mv/K。n值越大，G值越大，单位温度变化引起的ΔVX变化值越大，更易被检测，所以可以根据模数转换器的精度选取合适的n，使得G的值大小适中。基准电压值VTr可以选用在室温25℃时求得的ΔVX的电压值构成，其为是常量在25℃的时候测试可得，298为与25℃对应的开尔文温度。
采用上述实施例中的用于检测芯片温度的电路进行测量时，十分灵活，可通过调节电流产生子模块中第一开关及电压采样子模块中第二开关及第三开关的通断的数量，调整第一电流I1和第二电流I2的比值、以及测量的电压的数量，从而根据实际需求调整测试精度；
第一电流I1和第二电流I2的比值越大，温度变化得到的温度检测采样电压变化值越大，此时更易被检测出，对模数转换器的转换精度要求更低，但相应的电路功耗会增大；
所选用的第二电压采样单元的数量越多，温度检测采样电压更精确，温度检测精度更高，电路本身噪声等干扰引起的误差降低，相应地电路功耗增大，电路结构变复杂，检测一次温度的时间变长。
该实施例中，分别将第一电流I1和第二电流I2接入温度检测电路模块，使其输出不同的电压值，以求取到的与待测温度对应的电压的差值的平均值为依据，利用
Figure BDA0002301954960000138
Figure BDA0002301954960000139
求出对应的芯片温度，测量过程中仅需求解一阶函数，使得温度的计算更为简单，且采用了类似于“差分”的概念来对温度检测电压进行采样，有效提高测量精度。且可通过对开关器件的控制，调节测量精度；通过灵活的调整接入的三极管数量，以适应使用环境的不同需求；并通过调节第一电流与第二电流的比值，调整温度检测采样电压随温度的变化率，以适应不同精度的模数转换器，以适应不同应用场景对速度和精度的要求。
上述实施例，在实施过程中主要利用了PNP管的负温特性对进行芯片温度进行测量。
当然，考虑到成本及其他问题，在其他实施例中也可采用固定第一电流I1和第二电流I2比值、第二电压采样单元数量的电路进行测量，虽然灵活性不然上述实施例中的电路好，但也可通过计算得到三极管发射极压差的变化来得到温度。
如在一实施例中，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块；所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中均包括第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第二开关、第三开关及三极管；所述的第三PMOS管P3的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管P4的栅极接入所述的第二电流I2；
所述的步骤(1)具体为：
控制所述的第一电压采样单元中的第二开关导通、第三开关关断，并控制所述的第二电压采样单元中的第二开关关断、第三开关导通，将此时所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块；
此时，ΔVX可由下列式3-2求得：
ΔVX＝|V1-1-V2-2| (3-2)；
其中，V1-1为所述的第一电压采样单元接通所述的第一电流I1时，该第一电压采样单元中三极管的发射极上的电压，V2-2为所述的第二电压采样单元接通所述的第二电流I2时，该第二电压采样单元中三极管的发射极上的电压；
或所述的步骤(1)具体为：
控制所述的第一电压采样单元中的第二开关关断、第三开关导通，并控制所述的第二电压采样单元中的第二开关导通、第三开关关断，将此时所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块；
此时，ΔVX可由下列式3-3求得：
ΔVX＝|V1-2-V2-1| (3-3)；
其中，V1-2为所述的第一电压采样单元接通所述的第二电流I2时，该第一电压采样单元中三极管的发射极上的电压，V2-1为所述的第二电压采样单元接通所述的第一电流I1时，该第二电压采样单元中三极管的发射极上的电压。
如上所述，在采用较为固定的方式进行测量时，仅需一组第一电压采样单元及一组第二电压采样单元参与ΔVX的计算即可，其他控制及计算方式与上述实施例中的方式一致，此处不再赘述，在该实施例中，直接通过计算得到三极管发射极压差的变化来得到温度，电路设计式，也可不设置第二开关及第三开关，直接将一个三极管与第一电流I1连接，另一三极管与第二电流I2连接即可，这种设置虽然缺乏了灵活性，但成本也可有效降低。
上述的实施例中的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法采用温度检测电路模块分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压，而温度计算模块则利用温度检测电路模块输出的电压结合公式
Figure BDA0002301954960000151
计算出芯片的温度，只需通过一阶函数即可完成对芯片温度的测量，有效降低计算的复杂程度。
本发明的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法，可对芯片温度进行实时检测，在用于检测芯片温度的电路中设置温度检测电路模块及温度计算模块，温度检测电路模块分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压，而温度计算模块利用温度检测电路模块输出的电压，求取与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX，并以该与待测温度对应的电压的差值的平均值ΔVX为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T，即芯片的温度，计算过程中运用了差分的概念，使得测量的精度有效提高。采用本发明的用于检测芯片温度的电路及相应的检测芯片温度的方法，具备结构灵活，适应性好，测量精度高，CPU算法简单的特点。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (13)

1.一种用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的用于检测芯片温度的电路包括：
温度检测电路模块，设置于所述的芯片内部，并分别在接通第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压；
温度计算模块，根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure 981320DEST_PATH_IMAGE002
为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T；
所述的温度计算模块内置下列式1，并利用下列式1计算出与所述的待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（式1）；
其中，VTr为：与***预设的温度Tr对应的、预设于所述的温度计算模块中的基准电压值；
G可由下式2求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（式2）；
其中，K：电子运动的波矢函数，大小为电子的波长除以2π，q：单个电子的电荷，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是常量；
所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块，
所述的电流产生子模块用于为所述的电压采样子模块提供所述的第一电流I1和第二电流I2；
所述的电压采样子模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出与所述的芯片的温度对应的电压给所述的温度计算模块。
2.根据权利要求1所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的电流产生子模块包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管组、第一PMOS管及第二PMOS管；
所述的第一NMOS管的源极和栅极、第二NMOS管的栅极及第三NMOS管组的第一端均与外部电流源相连接；
所述的第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的源极、第三NMOS管组的第二端、第一PMOS管的漏极及第二PMOS管的漏极均接电源电压；
所述的第二NMOS管的漏极与第一PMOS管的源极相连接，所述的第三NMOS管组的第三端与所述的第二PMOS管的源极相连接；
所述的第一PMOS管的源极用于输出所述的第一电流I1，所述的第二PMOS管的源极用于输出所述的第二电流I2。
3.根据权利要求2所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的第三NMOS管组包括至少一个第三NMOS管；
各个所述的第三NMOS管的栅极均与所述的第三NMOS管组的第一端相连接；
各个所述的第三NMOS管的源极均与所述的第三NMOS管组的第二端相连接；
各个所述的第三NMOS管的漏极均与所述的第三NMOS管组的第三端相连接。
4.根据权利要求3所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，当所述的第三NMOS管组包括二个及以上的第三NMOS管时，各个所述的第三NMOS管的漏极均通过第一开关与所述的第三NMOS管组的第三端相连接，所述的第一开关与控制模块相连接；
通过控制第一开关导通的数量，改变第一电流I1与第二电流I2的比值大小。
5.根据权利要求1所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及至少一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均包括第二开关、第三开关及三极管；
所述的第二开关的第一端与所述的第一电流I1相连接，所述的第二开关的第二端与所述的三极管的发射极相连接；
所述的第三开关的第一端与所述的第二电流I2相连接、所述的第三开关的第二端与所述的三极管的发射极相连接；所述的三极管的基极及集电极均接地；
所述的第二开关及第三开关的控制端均与控制模块相连接；
所述的温度计算模块分别与所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中所述的三极管的发射极相连接。
6.根据权利要求5所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均还包括第三PMOS管及第四PMOS管；
所述的第二开关的第一端通过所述的第三PMOS管与所述的第一电流I1相连接，所述的第三开关的第一端通过所述的第四PMOS管与所述的第二电流I2相连接；
其中，所述的第三PMOS管的源极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管的源极接入所述的第二电流I2；所述的第三PMOS管的漏极及第四PMOS管的漏极均接电源电压；
所述的第三PMOS管的源极与所述的第二开关的第一端相连接，所述的第四PMOS管的源极与所述的第三开关的第一端相连接。
7.根据权利要求5所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的控制模块包括第一控制线及第二控制线；
所述的第一控制线分别与所述的第一电压采样单元中的第二开关及各个所述的第二电压采样单元中的第三开关相连接；
所述的第二控制线分别与所述的第一电压采样单元中的第三开关及各个所述的第二电压采样单元中的第二开关相连接。
8.根据权利要求1所述的用于检测芯片温度的电路，其特征在于，所述的温度计算模块包括：
模数转换器，用于将所述的温度检测电路模块输出的与所述的芯片的温度对应的电压的幅值信号转换为数字信号；
温度计算子模块，与所述的模数转换器相连接，根据所述的模数转换器输出的与所述的芯片的温度对应的电压的数字信号，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
9.一种基于权利要求1～8中任一项所述的用于检测芯片温度的电路实现检测芯片温度的方法，其特征在于，所述的方法包括：
（1）所述的温度检测电路模块分别将在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压输送给所述的温度计算模块；
（2）所述的温度计算模块根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure 6782DEST_PATH_IMAGE011
，并以所述的与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure 583257DEST_PATH_IMAGE012
为依据，计算出与所述的待测温度对应的温度值T。
10.根据权利要求9所述的实现检测芯片温度的方法，其特征在于，所述的温度计算模块内置下列式1：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（式1）；
其中， VTr为：与***预设的温度Tr对应的、预设于所述的温度计算模块中的基准电压值；
G可由下式2求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（式2）；
其中，K：电子运动的波矢函数，大小为电子的波长除以2π，q：单个电子的电荷，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
是常量；
所述的步骤（2）包括以下步骤：
（21）所述的温度计算模块根据所述的温度检测电路模块分别在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，输出的与所述的芯片的温度对应的电压，计算得到与待测温度对应的电压的差值的平均值
Figure 430996DEST_PATH_IMAGE011
；
（22）所述的温度计算模块根据所述的式1计算出所述的与待测温度对应的温度值T，其单位为开尔文。
11.根据权利要求10所述的实现检测芯片温度的方法，其特征在于，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块；所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及至少一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及各组第二电压采样单元中均包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二开关、第三开关及三极管；所述的第三PMOS管的栅极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管的栅极接入所述的第二电流I2；
所述的步骤（1）具体为：
通过控制所述的第一电压采样单元及各个第二电压采样单元中的第二开关和第三开关的通断，控制所述的温度检测电路模块分别将接通所述的第一电流I1和第二电流I2时，各个所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块。
12.根据权利要求11所述的实现检测芯片温度的方法，其特征在于，当所述的电压采样子模块包括m-1组第二电压采样单元时，且
Figure DEST_PATH_IMAGE017
2，所述的
Figure 99830DEST_PATH_IMAGE012
可由下列式3-1求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
（式3-1）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为：当所述的第一电压采样单元中的三极管接通所述的第一电流I1、且各组所述的第二电压采样单元中的三极管接通所述的第二电流I2时，所述的第一电压采样单元中的三极管上的电压与各个所述的第二电压采样单元中的三极管上的电压的差值的绝对值的总和；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为：当所述的第一电压采样单元中的三极管接通所述的第二电流I2、且各组所述的第二电压采样单元中的三极管接通所述的第一电流I1时，所述的第一电压采样单元中的三极管上的电压与各个所述的第二电压采样单元中的三极管上的电压的差值的绝对值的总和。
13.根据权利要求10所述的实现检测芯片温度的方法，其特征在于，所述的温度检测电路模块包括电流产生子模块及电压采样子模块；所述的电压采样子模块包括第一电压采样单元及一组第二电压采样单元；
所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中均包括第三PMOS管、第四PMOS管、第二开关、第三开关及三极管；所述的第三PMOS管的源极接入所述的第一电流I1，所述的第四PMOS管的源极接入所述的第二电流I2；
所述的步骤（1）具体为：
控制所述的第一电压采样单元中的第二开关导通、第三开关关断，并控制所述的第二电压采样单元中的第二开关关断、第三开关导通，将此时所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块；
此时，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
可由下列式3-2求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
（3-2）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为所述的第一电压采样单元接通所述的第一电流I1时，该第一电压采样单元中三极管上的电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为所述的第二电压采样单元接通所述的第二电流I2时，该第二电压采样单元中三极管上的电压；
或所述的步骤（1）具体为：
控制所述的第一电压采样单元中的第二开关关断、第三开关导通，并控制所述的第二电压采样单元中的第二开关导通、第三开关关断，将此时所述的第一电压采样单元及第二电压采样单元中所述的三极管上的电压作为在接通所述的第一电流I1和第二电流I2时输出的与所述的芯片的温度对应的电压，输送给所述的温度计算模块；
此时，
Figure 109243DEST_PATH_IMAGE024
可由下列式3-3求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
（3-3）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为所述的第一电压采样单元接通所述的第二电流I2时，该第一电压采样单元中三极管上的电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为所述的第二电压采样单元接通所述的第一电流I1时，该第二电压采样单元中三极管上的电压。
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