CN114353974A - 一种集成电路温度传感电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成电路温度传感电路，包括：感测单元，于一控制信号的作用下可控制的对一储能电容充电以及放电以将集成电路的温度转换为电压信号；比较单元，比较单元的输入端连接电压信号，比较单元对电压信号分别与第一参考电压、第二参考电压比较并进行逻辑处理生成比较信号；反馈单元，对比较信号进行处理产生控制信号；输出单元，输出端连接处理模块，并输出一计数信号；处理模块根据计数信号生成温度信号。本发明的有益效果在于：采用设置在集成电路内的感测单元直接获得集成电路内的温度，以实现较好的测量精度，避免芯片封装引起的温度检测延迟和温度值偏移的情况，能够更为实时、准确地获得当前集成电路内部的温度。

Description

一种集成电路温度传感电路

技术领域

本发明涉及温度传感器技术领域，具体涉及一种集成电路温度传感电路。

背景技术

随着社会的不断进步，各种精密仪器的不断诞生，使得对于检测精度的要求也随之提高，尤其是对于整个电路***的温度的监测，致使集成温度传感器在温度检测***和需要温度保护的集成芯片中应用越来越多，在大功率半导体器件、如，CPU、超高速AD转换器、超高速DA转换器、功率放大器等，都需及时有效检测其芯片工作温度。

现有技术中针对集成电路的温度监测通常是在芯片背面放置一温度传感器来测温，往往上述方式不能够准确测得芯片内部温度，特别是针对大功率器件，芯片内部温度分布不均衡，存在局部热点，使得测量的温度不能够准确反应电路温度，无法及时有效的保护。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种集成电路温度传感电路。

具体技术方案如下：

一种集成电路温度传感电路，包括：

感测单元，于一控制信号的作用下可控制的对一储能电容充电以及放电以将所述集成电路的温度转换为电压信号；

比较单元，所述比较单元的输入端连接所述电压信号，所述比较单元对所述电压信号分别与第一参考电压、第二参考电压比较并进行逻辑处理生成比较信号；

反馈单元，所述反馈单元的输入端连接所述比较信号，对所述比较信号进行处理产生所述控制信号；

输出单元，所述输出单元的输入端连接所述比较单元的输出端，所述输出单元的输出端连接一处理模块，并向所述处理模块输出一计数信号；

所述处理模块根据所述计数信号生成温度信号。

优选地，所述感测单元包括：

第一电流源，所述第一电流源通过一第一开关可控制地连接于电源电压与一开关节点之间；

第二电流源，所述第二电流源通过一第二开关可控制地连接于所述开关节点与接地端之间；

感测电流源，所述感测电流源连接于所述开关节点与所述接地端之间；

储能电容，所述储能电容的第一端连接所述开关节点，所述储能电容的第二端连接所述接地端；

所述感测电流源的输出电流随所述集成电路的温度的上升而递增。

优选地，所述比较单元包括：

第一比较器，所述第一比较器的正输入端连接所述电压信号，所述第一比较器的负输入端连接所述第一参考电压；

所述第一比较器根据所述电压信号和所述第一参考信号生成第一比较信号；

第二比较器，所述第二比较器的正输入端连接所述电压信号，所述第二比较器的负输入端连接所述第二参考电压；

所述第二比较器根据所述电压信号和所述第二参考信号生成第二比较信号；

时钟同步模块，所述时钟同步模块接收自所述第一比较器输出的第一比较信号和自所述第二比较器输出的第二比较信号，所述信号同步模块对所述第一比较信号和所述第二比较信号进行时钟同步后输出至一RS触发器；

所述RS触发器的第一输入端通过第一反相器接收经时钟同步后的所述第一比较信号；

所述RS触发器的第二输入端接收经时钟同步后的所述第二比较信号；

所述RS触发器根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出所述比较信号；

优选地，所述时钟同步模块包括：

第一缓冲器，所述第一缓冲器的输入端连接所述第一比较器的输出端；

第一延迟触发器，所述第一延迟触发器的第一输入端连接所述第一缓冲器的输出端，所述第一延迟触发器的第二输入端连接时钟信号，所述第一延迟触发器的输出端连接所述RS触发器的第一输入端；

第二缓冲器，所述第二缓冲器的输入端连接所述第二比较器的输出端；

第二延迟触发器，所述第二延迟触发器的第二输入端连接所述第二缓冲器的输出端，所述第二延迟触发器的第二输入端连接时钟信号，所述第二延迟触发器的输出端连接所述RS触发器的第二输入端。

优选地，所述反馈单元包括：

第一控制信号输出端，所述第一控制信号输出端连接所述比较单元的输出端，用于向所述第一开关输出第一控制信号；

第二反相器，所述第二反相器的输入端连接所述比较单元的输出端；

第二控制信号输出端，所述第二控制信号输出端连接所述比较单元的输出端，用于向所述第二开关输出第二控制信号。

优选地，所述输出单元包括：

至少一对串联的反相器，第一个反相器的输入端连接所述比较单元的输出端，最后一个反相器的输出端连接所述处理模块。

优选地，所述第一参考电压大于所述第二参考电压。

优选地，所述处理模块包括：

寄存器，所述寄存器接收并存储所述计数信号；

采样电路，所述采样电路自所述寄存器中读取所述计数信号，并根据所述温度信号的上升沿，或下降沿进行计数生成所述温度信号。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：采用设置在集成电路内的感测单元直接获得集成电路内的温度，以实现较好的测量精度，避免芯片封装引起的温度检测延迟和温度值偏移的情况，能够更为实时、准确地获得当前集成电路内部的温度。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明实施例的感测电流源输出电流示意图；

图4为本发明实施例的参考电压示意图；

图5为本发明实施例的比较信号示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括：

一种集成电路温度传感电路，如图1和图2所示，包括：

感测单元1，于一控制信号的作用下可控制的对一储能电容充电以及放电以将集成电路的温度转换为电压信号；

比较单元2，比较单元2的输入端连接电压信号，比较单元2对电压信号分别与第一参考电压、第二参考电压比较并进行逻辑处理生成比较信号；

反馈单元3，反馈单元3的输入端连接比较信号，对比较信号进行处理产生控制信号；

输出单元4，输出单元4的输入端连接比较单元2的输出端，输出单元4的输出端连接一处理模块5，并向处理模块5输出一计数信号；

处理模块5根据计数信号生成温度信号。

具体地，本技术方案针对现有技术中存在的问题提供一种集成电路温度传感器电路。在实际实施过程中，该电路作为集成电路的一部分布置在芯片内部，以起到对芯片内部的集成电路温度变化情况的直接监测。作为优选的实施方式，计数信号指该电路输出的、随温度高低调节占空比的电平信号，处理模块5中存在有一采样电路52，用于对该计数信号的上升沿或下降沿进行统计以实现对当前温度示数的直接读出。

在一种较优的实施例中，感测单元1包括：

第一电流源I_bn，第一电流源I_bn通过一第一开关K1可控制地连接于电源电压VCC与一开关节点A之间；

第二电流源I₃，第二电流源I₃通过一第二开关K2可控制地连接于开关节点A与接地端GND之间；

感测电流源I_ptat，感测电流源I_ptat连接于开关节点A与接地端GND之间；

储能电容C1，储能电容C1的第一端连接开关节点A，储能电容C1的第二端连接接地端GND；

感测电流源I_ptat的输出电流随集成电路的温度的上升而递增。

具体地，如图3所示，随着温度T的逐渐增大，感测电流源I_ptat的输出电流I也随之线性增加，而第一电流源I_bn和第二电流源I₃的输出电流则为固定值。

进一步地，第一开关K1和第二开关K2为受控开关，其根据反馈单元3输出的控制信号进行开断以控制储能电容C1的充放电过程。当K1闭合时，K2断开，储能电容C1的充电电流I为第一电流源I_bn的输出电流减去当前温度下感测电流源I_ptat的输出电流。当K1断开时，K2闭合，储能电容C1的输入电流仅有当前温度下感测电流源I_ptat的输出电流，因此储能电容C1处于放电状态。

在一种较优的实施例中，比较单元2包括：

第一比较器COM1，第一比较器COM1的正输入端连接电压信号，第一比较器COM1的负输入端连接第一参考电压Vref1；

第一比较器COM2根据电压信号和第一参考电压Vref1生成第一比较信号；

第二比较器COM2，第二比较器COM2的正输入端连接电压信号，第二比较器COM2的负输入端连接第二参考电压Vref2；

第二比较器COM2根据电压信号和第二参考电压Vref2生成第二比较信号；

时钟同步模块CS1，时钟同步模块CS1接收自第一比较器COM1输出的第一比较信号和自第二比较器COM2输出的第二比较信号，时钟同步模块对第一比较信号和第二比较信号进行时钟同步后输出至一RS触发器；

RS触发器RS1的第一输入端通过第一反相器INV1接收经时钟同步后的第一比较信号；

RS触发器RS1的第二输入端接收经时钟同步后的第二比较信号；

RS触发器RS1根据第一比较信号和第二比较信号输出比较信号。

具体地，基于上文，储能电容C1的充放电过程由第一开关K1和第二开关K2来进行调节，则随着储能电容C1的充放电过程，储能电容C1的电压则必然会如图4所示随时间变化。此时，分别设置第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2可以通过比较器对储能电容C1当前的电压状态进行检定，以通过比较器输出相应的信号，再由RS触发器RS1进行处理。

进一步地，RS触发器RS1的真值表如表1所示：

表1

则基于上述RS触发器RS1的真值表可以得出，该RS触发器的输出信号如图4所示。通过设置该类RS触发器可以对第一比较器COM1、第二比较器COM2检出的第一比较信号和第二比较信号进行进一步处理，以生成如图5所示的最终需要输出的比较信号C。比较信号C在后续电路中同时用作处理电路对感测到的计数信号进行读出、控制开关K1和开关K2的开断。

作为可选的实施方式，处理模块51中设置有采样电路52，该采样电路52的采样频率远高于温度信号的频率。处理模块根据数字采样电路的采样周期判断当前的温度值。

在一种较优的实施例中，时钟同步模块CS1包括：

第一缓冲器Buffer1，第一缓冲器Buffer1的输入端连接第一比较器COM1的输出端；

第一延迟触发器DFF1，第一延迟触发器DFF1的第一输入端连接第一缓冲器Buffer1的输出端，第一延迟触发器DFF1的第二输入端连接时钟信号clk，第一延迟触发器DFF1的输出端连接比较单元2的第一输出端；

第二缓冲器Buffer2，第二缓冲器Buffer2的输入端连接第二比较器COM2的输出端；

第二延迟触发器DFF2，第二延迟触发器DFF2的第二输入端连接第二缓冲器Buffer2的输出端，第二延迟触发器DFF2的第二输入端连接时钟信号clk，第二延迟触发器DFF2的输出端连接比较单元2的第二输出端。

具体地，通过设置第一缓冲器Buffer1、第一延迟触发器DFF1、第二缓冲器Buffer2、第二延迟触发器DFF2可以分别对第一比较器COM1和第二比较器COM2的输出信号进行时钟同步以使得RS触发器RS1可以输出所需要的比较信号C。

在一种较优的实施例中，反馈单元3包括：

第一控制信号输出端，第一控制信号输出端连接比较单元2的输出端，用于向第一开关K1输出第一控制信号；

第二反相器INV2，第二反相器INV2的输入端连接比较单元2的输出端；

第二控制信号输出端，第二控制信号输出端连接比较单元2的输出端，用于向第二开关K2输出第二控制信号。

具体地，通过在反馈单元中依次设置第一控制信号输出端、第二反相器inv2、第二控制信号输出端可以对RS触发器RS1输出的信号C进行反相处理，以控制第一开关K1和第二开关K2始终处于相反的开断状态。

在一种较优的实施例中，输出单元4包括：

至少一对串联的反相器，在如图1所示的实施例中第一个反相器INV3的输入端连接比较单元2的输出端，最后一个反相器INV4的输出端连接处理模块5。

具体地，通过设置至少一对串联的反相器inv3、inv4，可以增加信号C的带载驱动能力进而生成实际输出的计数信号，以实现对处理模块5较好的适应性。

在一种较优的实施例中，第一参考电压Vref1大于第二参考电压Vref2。

在一种较优的实施例中，处理模块5包括：

寄存器51，寄存器51接收并存储计数信号；

采样电路52，采样电路52自寄存器51中读取计数信号，并根据计数信号的上升沿，或下降沿进行计数生成温度信号。

本发明的有益效果在于：采用设置在集成电路内的感测单元直接获得集成电路内的温度，以实现较好的测量精度，避免芯片封装引起的温度检测延迟和温度值偏移的情况，能够更为实时、准确地获得当前集成电路内部的温度。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种集成电路温度传感电路，其特征在于，包括：

感测单元，于一控制信号的作用下可控制的对一储能电容充电以及放电以将所述集成电路的温度转换为电压信号；

比较单元，所述比较单元的输入端连接所述电压信号，所述比较单元对所述电压信号分别与第一参考电压、第二参考电压比较并进行逻辑处理生成比较信号；

反馈单元，所述反馈单元的输入端连接所述比较信号，对所述比较信号进行处理产生所述控制信号；

输出单元，所述输出单元的输入端连接所述比较单元的输出端，所述输出单元的输出端连接一处理模块，并向所述处理模块输出一计数信号；

所述处理模块根据所述计数信号生成温度信号。

2.根据权利要求1所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述感测单元包括：

第一电流源，所述第一电流源通过一第一开关可控制地连接于电源电压与一开关节点之间；

第二电流源，所述第二电流源通过一第二开关可控制地连接于所述开关节点与接地端之间；

感测电流源，所述感测电流源连接于所述开关节点与所述接地端之间；

储能电容，所述储能电容的第一端连接所述开关节点，所述储能电容的第二端连接所述接地端；

所述感测电流源的输出电流随所述集成电路的温度的上升而递增。

3.根据权利要求1所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述比较单元包括：

第一比较器，所述第一比较器的正输入端连接所述电压信号，所述第一比较器的负输入端连接所述第一参考电压；

所述第一比较器根据所述电压信号和所述第一参考信号生成第一比较信号；

第二比较器，所述第二比较器的正输入端连接所述电压信号，所述第二比较器的负输入端连接所述第二参考电压；

所述第二比较器根据所述电压信号和所述第二参考信号生成第二比较信号；

时钟同步模块，所述时钟同步模块接收自所述第一比较器输出的第一比较信号和自所述第二比较器输出的第二比较信号，所述时钟同步模块对所述第一比较信号和所述第二比较信号进行时钟同步后输出至一RS触发器；

所述RS触发器的第一输入端通过第一反相器接收经时钟同步后的所述第一比较信号；

所述RS触发器的第二输入端接收经时钟同步后的所述第二比较信号；

所述RS触发器根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出所述比较信号。

4.根据权利要求3所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述时钟同步模块包括：

第一缓冲器，所述第一缓冲器的输入端连接所述第一比较器的输出端；

第一延迟触发器，所述第一延迟触发器的第一输入端连接所述第一缓冲器的输出端，所述第一延迟触发器的第二输入端连接时钟信号，所述第一延迟触发器的输出端连接所述RS触发器的第一输入端；

第二缓冲器，所述第二缓冲器的输入端连接所述第二比较器的输出端；

第二延迟触发器，所述第二延迟触发器的第二输入端连接所述第二缓冲器的输出端，所述第二延迟触发器的第二输入端连接时钟信号，所述第二延迟触发器的输出端连接所述RS触发器的第二输入端。

5.根据权利要求2所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述反馈单元包括：

第一控制信号输出端，所述第一控制信号输出端连接所述比较单元的输出端，用于向所述第一开关输出第一控制信号；

第二反相器，所述第二反相器的输入端连接所述比较单元的输出端；

第二控制信号输出端，所述第二控制信号输出端连接所述比较单元的输出端，用于向所述第二开关输出第二控制信号。

6.根据权利要求1所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述输出单元包括：

至少一对串联的反相器，第一个反相器的输入端连接所述比较单元的输出端，最后一个反相器的输出端连接所述处理模块。

7.根据权利要求3所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述第一参考电压大于所述第二参考电压。

8.根据权利要求1所述的集成电路温度传感电路，其特征在于，所述处理模块包括：

寄存器，所述寄存器接收并存储所述计数信号；

采样电路，所述采样电路自所述寄存器中读取所述计数信号，并根据所述温度信号的上升沿，或下降沿进行计数生成所述温度信号。

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