CN207816483U - 芯片内核温度检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于检测电路技术领域，具体涉及一种芯片内核温度检测电路。该芯片内核温度检测电路包括基准产生模块、多路选择模块、第一电阻、比较模块和处理模块；其中，所述基准产生模块包括两个输出端，用于产生与温度成正比的温度表征电流以及不随温度变化的参考电流；所述多路选择模块电连接所述基准产生模块；所述第一电阻电连接于所述基准产生模块与接地端之间；所述比较模块的第一输入端电连接所述第一电阻，其第二输入端电连接所述多路选择模块；所述处理模块分别电连接所述多路选择模块与所述比较模块。所述芯片内核温度检测电路占用面积小，检测精确且功耗较低。
Description
技术领域
本实用新型属于检测电路技术领域，具体涉及一种芯片内核温度检测电路。
背景技术
目前很多通信设备(包括计算机)内部的重要芯片，如处理器芯片、数据交换芯片等都具有内核温度检测功能，以避免温度过高导致芯片烧毁。在产品开发过程中，需要测试这些重要芯片的内核温度，如果外界因素或芯片异常导致芯片温度升高，需要设定一个温度保护值，当温度高于某一点时就断开芯片的电源。现有的芯片内核温度采集方案所采用的温度测试仪只能测试芯片的表面温度，不能测试内核温度，需要通过表面温度，再根据芯片的发热功率和热阻来间接推算芯片内核温度，这样导致推算的内核温度与实际温度的偏差较大。
目前的方法通常是采用模数转换(ADC)电路对温度进行转换，请参见图1，图1是一种现有温度传感器的温度检测电路。该温度传感器包括基准产生电路、信号放大电路和数模转换电路，通过第三个三级晶体管生成第三个与温度有关的BE结电压VBE3，ADC电路的输入分别是VBE3和不随温度变化的基准电压VREF，通过数模转换电路进行数模转换产生代表两路比较信号比值的数字信号，实现温度的数字读取，但是VBE3引起的曲率非线性的温度变化会导致比较大的温度偏差。
芯片内核是芯片的核心电路，其频率最快，功耗最大，温度也最高，需要实时检测芯片内核的温度以防超过芯片的使用温度而损坏芯片。为了准确检测芯片的内核温度，温度检测电路需要设置在芯片内核附近，但是现有技术使用的是ADC电路，其电路复杂，占用面积大，功耗较大，且检测的准确度较低。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种芯片内核温度检测电路。
具体地，本实用新型的一个实施例提供了一种芯片内核温度检测电路，包括：基准产生模块101、多路选择模块102、第一电阻R1、比较模块103和处理模块104；其中，
所述基准产生模块101包括两个输出端，用于产生与温度成正比的温度表征电流IPTAT和不随温度变化的参考电流IREF；
所述多路选择模块102电连接所述基准产生模块101，用于在所述处理模块104的控制下将所述不随温度变化的参考电流IREF转换成不同的参考电压VREF；
所述第一电阻R1电连接于所述基准产生模块101与接地端GND之间，用于将所述温度表征电流IPTAT转换为温度表征电压VPTAT；
所述比较模块103的第一输入端电连接所述第一电阻R1，其第二输入端电连接所述多路选择模块102，分别用于接收所述温度表征电压VPTAT和所述参考电压VREF，并比较所述温度表征电压VPTAT与所述参考电压VREF；
所述处理模块104分别电连接所述多路选择模块102和所述比较模块103，用于根据所述比较模块103的比较结果输出芯片温度测试结果，并控制所述多路选择模块102的工作状态。
在本实用新型的一个实施例中，所述基准产生模块101包括基准电压产生模块1011和基准电流产生模块1012，其中，
所述基准电压产生模块1011的第一输出端电连接所述第一电阻R1，用于产生与温度成正比的温度表征电流IPTAT；所述基准电压产生模块1011的第二输出端电连接所述基准电流产生模块1012的输入端，用于产生不随温度变化的基准电压VBG；所述基准电流产生模块1012的输出端电连接所述多路选择模块102，用于产生不随温度变化的参考电流IREF。
在本实用新型的一个实施例中，所述基准电流产生模块1012包括运算放大器IC、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3和第二电阻R2；其中，
所述第二电阻R2、所述第三开关管M3与所述第一开关管M1依次串联于接地端GND与电源端VCC之间；
所述运算放大器IC的正输入端电连接所述基准电压产生模块1011的第二输出端，其负输入端电连接至所述第二电阻R2与所述第三开关管M3串联形成的节点处，其输出端电连接所述第三开关管M3的控制端；
所述第一开关管M1的控制端电连接至所述第一开关管M1与所述第三开关管M3串联形成的节点处；
所述第二开关管M2串接于电源端VCC与所述多路选择模块102之间，并且其控制端电连接所述第一开关管M1的控制端。
在本实用新型的一个实施例中，所述多路选择模块102包括电阻网络阵列RL和2n选1多路选择器I1，其中，
所述电阻网络阵列RL包括2n个串联电阻，所述电阻网络阵列RL的一端电连接所述基准电流产生模块1012的输出端，另一端电连接至接地端GND；
所述2n选1多路选择器I1具有2n个输入端，其中，2n-1个输入端分别电连接至相邻两个所述串联电阻串接形成的节点处，1个输入端电连接至所述基准电流产生模块1012的输出端与其连接的所述串联电阻串接形成的节点处；所述2n选1多路选择器I1的输出端电连接至所述比较模块103，其控制端电连接至所述处理模块104，其中，所述2n个串联电阻的电阻值是可调节的。
在本实用新型的一个实施例中，所述2n个串联电阻包括靠近基准电流产生模块1012的2n-1个第三电阻R3和靠近接地端GND的2n-1个第四电阻R4，其中，所述第四电阻R4的阻值是所述第三电阻R3的阻值的两倍。
在本实用新型的一个实施例中，所述比较模块103为比较器I2，所述比较器I2的负输入端电连接至所述基准产生模块101与所述第一电阻R1串联形成的节点处，其正输入端电连接至所述多路选择模块102。
在本实用新型的一个实施例中，所述比较器I2与所述处理模块104之间设置有D触发器I3，其中，所述D触发器I3的clk端输入时钟信号clk，其D端电连接所述比较器I2的输出端，其Q端电连接所述处理模块104。
在本实用新型的一个实施例中，所述处理模块104包括RS锁存器I4、计数器I5、译码器I6和与门I7，其中，
所述RS锁存器I4的S端电连接所述比较模块103，其R端输入清零信号RST；
所述与门I7的第一输入端输入时钟信号clk，其第二输入端电连接所述RS锁存器I4的Q端；
所述计数器I5的输入端电连接所述与门I7的输出端，其控制端输入清零信号RST，其输出端电连接所述译码器I6；
所述译码器I6的输出端电连接所述多路选择模块102，用于将所述计数器I5产生的计数信号进行译码形成控制信号并发送至所述多路选择模102，以控制所述多路选择模块102输出的所述参考电压VREF。
在本实用新型的一个实施例中，所述计数器I5的输出端作为所述芯片内核温度检测电路的输出端，在所述计数器I5锁定时，所述计数器I5的输出计数结果作为所述芯片温度检测结果。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型的芯片内核温度检测电路采用2n选1多路选择器进行电压的选择比较，电路设计简单、占用面积小且功耗较小。
2、本实用新型的芯片内核温度检测电路在比较模块与处理模块之间设置有D触发器，D触发器只采样比较器的稳定输出再发送给RS触发器，可以防止RS触发器的错误触发。
3、该芯片内核温度检测电路中的计数器位数和电阻网络阵列RL的输出个数都是可编程的，可以根据不同应用环境进行编程，以满足不同温度检测范围和不同检测精度的应用要求。基准电压VBG的值也是可编程的，由此可以改变基准电压的范围，以满足不同温度检测范围和不同检测精度的应用要求。
4、该芯片内核温度检测电路可以根据不同应用调整电阻阵列RL中串联电阻的电阻值，以分段定义温度检测的分辨率，从而既减少成本，又保证检测的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的一种芯片内核温度检测电路的示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种芯片内核温度检测电路的逻辑示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种芯片内核温度检测电路的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种基准电流产生模块的电路示意图；
图5是本实用新型实施例提供的一种多路选择模块的结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的一种芯片内核温度检测电路的结构示意图；
图7是本实用新型实施例提供的一种计数器的二进制码与十进制码之间的对应关系图；
图8是本实用新型实施例提供的一种26选1多路选择器的工作示意图；
图9是本实用新型实施例提供的一种比较器的比较过程示意图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例一：
请参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种芯片内核温度检测电路的逻辑示意图。所述芯片内核温度检测电路包括基准产生模块101、多路选择模块102、第一电阻R1、比较模块103和处理模块104；其中，
基准产生模块101包括两个输出端，用于产生与温度成正比的温度表征电流IPTAT和不随温度变化的参考电流IREF；
多路选择模块102电连接基准产生模块101，用于在处理模块104的控制下将不随温度变化的参考电流IREF转换成不同的参考电压VREF；
第一电阻R1电连接于基准产生模块101与接地端GND之间，用于将温度表征电流IPTAT转换为温度表征电压VPTAT；
比较模块103的第一输入端电连接第一电阻R1，其第二输入端电连接多路选择模块102，分别用于接收温度表征电压VPTAT和参考电压VREF，并比较温度表征电压VPTAT与参考电压VREF；
处理模块104分别电连接多路选择模块102和比较模块103，用于根据比较模块103的比较结果输出芯片温度测试结果，并控制多路选择模块102的工作状态。
具体地，请参见图3，基准产生模块101包括基准电压产生模块1011和基准电流产生模块1012，其中，
基准电压产生模块1011的第一输出端电连接第一电阻R1，用于产生与温度成正比的温度表征电流IPTAT；基准电压产生模块1011的第二输出端电连接基准电流产生模块1012的输入端，用于产生不随温度变化的基准电压VBG；基准电流产生模块1012的输出端电连接多路选择模块102，用于产生不随温度变化的参考电流IREF。
进一步地，与温度成正比的温度表征电流IPTAT经第一电阻R1，输出与温度成正比的温度表征电压VPTAT，温度表征电压VPTAT用于表征芯片内核温度。
本实施例的芯片内核温度检测电路相比现有的温度检测电路，省去了ADC数模转换电路，设计简单，占用面积小，因此可以更加接近芯片内核，检测精确度更高。
实施例二：
为了便于理解本实用新型的工作原理，本实施例在上述实施例的基础上对基准电流产生模块1012和多路选择模块102的电路结构进行详细说明。
具体地，请参见图4，图4是本实用新型实施例提供的一种基准电流产生模块的电路示意图。基准电流产生模块1012包括运算放大器IC、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3和第二电阻R2，
其中，第二电阻R2、第三开关管M3与第一开关管M1依次串联于接地端GND与电源端VCC之间；
运算放大器IC的正输入端电连接基准电压产生模块1011的第二输出端，其负输入端电连接至第二电阻R2与第三开关管M3串联形成的节点处，其输出端电连接第三开关管M3的控制端；
第一开关管M1的控制端电连接至第一开关管M1与第三开关管M3串联形成的节点处；
第二开关管M2串接于电源端VCC与多路选择模块102之间，并且其控制端电连接所述第一开关管M1的控制端。
基准电压VBG经基准电流产生模块1012产生不随温度变化的基准电流IREF。
进一步地，请参见图5，图5是本实用新型实施例提供的一种多路选择模块的结构示意图。所述多路选择模块102包括电阻网络阵列RL和2n选1多路选择器I1，其中，
电阻网络阵列RL包括2n个串联电阻，电阻网络阵列RL的一端电连接基准电流产生模块1012的输出端，另一端连接至接地端GND；
2n选1多路选择器I1具有2n个输入端，其中，2n-1个输入端分别电连接至相邻两个所述串联电阻串接形成的节点处，1个输入端电连接至所述基准电流产生模块1012的输出端与其连接的串联电阻串接形成的节点处，2n选1多路选择器I1的输出端电连接至比较模块103，其控制端电连接至处理模块104，其中，所述串联电阻中的每个电阻的电阻值均是可调节的。
在本实施例中，本实用新型的芯片内核温度检测电路采用2n选1多路选择器进行电压的选择，电路设计简单且功耗较小，此外，电阻阵列RL可以根据不同应用调整电阻值，从而分段定义温度检测的分辨率。
实施例三：
参见图6，图6是本实用新型实施例提供的一种芯片内核温度检测电路的结构示意图。在本实施例中，比较模块103为比较器I2，比较器I2的负输入端电连接至基准产生模块101与第一电阻R1串联形成的节点处，其正输入端电连接至多路选择模块102。
进一步地，比较器I2与处理模块104之间设置有D触发器I3。D触发器I3的clk端输入时钟信号clk，其D端电连接比较器I2的输出端，其Q端电连接处理模块104。
由于比较器I2是实时比较的，输入一旦发生变化，输出就会发生变化。在2n选1多路选择器I1切换开关时，输出到比较器I2正输入端的参考电压VREF有可能会产生毛刺，比较器I2可能产生错误的输出，为此，加入D触发器并使其时钟信号与开关切换信号处于不同时钟沿。在本实施例中，开关切换采用时钟上升沿，D触发器I3采用时钟下降沿，比较器I2在被采样前有半个时钟的稳定时间，这样D触发器I3就可以在采样到比较器I2的稳定输出之后再输入到处理模块104，也就是说，D触发器I3只采样比较器的稳定输出，因此加入D触发器可以避免在开关切换时采样，从而防止输出错误的比较结果。
进一步地，处理模块104包括RS锁存器I4、计数器I5、译码器I6和与门I7。RS锁存器I4的S端电连接比较模块103，其R端输入清零信号RST。RS锁存器I4的Q端输出的是标志温度检测是否完成的DONE信号，当温度检测过程完成时，DONE信号为0，当温度检测过程未完成时，DONE信号为1。
与门I7的第一输入端输入时钟信号clk，其第二输入端电连接RS锁存器I4的Q端。
计数器I5的输入端电连接与门I7的输出端，其控制端输入清零信号RST，其输出端电连接译码器I6，用于产生n位二进制数字编码。计数器I5用于实现计数功能，在时钟信号clk有效的情况下开始计数，从0开始，每过一个时钟,计数器的码值加1。译码器I6的输出端电连接2n选1多路选择器I1，用于将计数器I5的n位二进制数字编码值进行译码并产生2n个控制信号。
在本实施例中，本实用新型的芯片内核温度检测电路在比较器与处理模块之间设置有D触发器，所述D触发器只采样比较器的稳定输出发送给RS触发器，避免对比较器的错误输出进行采样，防止RS触发器的错误触发，从而保证了所述芯片内核温度检测电路的检测精度。
实施例四：
在本实施例中，多路选择模块102包括电阻网络阵列RL和26选1多路选择器I1，其中，电阻网络阵列RL包括64个串联电阻。
在本实施例中，将以26选1多路选择器为例详细说明本实用新型的工作原理。
请参见图7，图7是本实用新型实施例提供的一种计数器I5的二进制码与十进制码之间的对应关系图。当DONE信号为1时，计数器I5的时钟有效，计数器的码值加1；当DONE信号为0时，计数器I5的时钟无效，计数器锁定，温度检测完成。
请参见图8，图8是本实用新型实施例提供的一种26选1多路选择器I1的工作示意图。当温度检测开始时，计数器I5从0开始计数，输出第一个数字码经译码器I6译码后送给26选1多路选择器I1，26选1多路选择器I1选择输出一个最低的电压1作为参考电压VREF送到比较器I2的正输入端，与温度表征电压VPTAT进行比较。如果电压1低于温度表征电压VPTAT，则比较器I2的输出为0。RS触发器I4输出为1，计数器I5的时钟有效，计数器的码值加1，生成第二个数字码，随后26选1多路选择器输出电压2作为参考电压VREF，并在比较器I2中与温度表征电压VPTAT进行比较。如果比较器I2输出结果为0，计数器I5继续加1，重复上述过程。
请参见图9，图9是本实用新型实施例提供的一种VPTAT与VREF的比较过程示意图。从图9中可以看出，随着计数器数字码值的增大，VREF成阶梯式上升，当计数器数字码值到达某一个值时，对应的电压N高于VPTAT，比较器I2输出为1，这时RS锁存器I4状态翻转，DONE信号从1变化到0，DONE信号与时钟信号clk作逻辑与运算后，输出为0，此时计数器I5的时钟停止，计数器I5就此锁定，温度检测完成。此时，计数器I5的输出端作为所述芯片内核温度检测电路的输出端，在计数器I5锁定时，计数器I5的输出端输出计数器码值，当前计数器码值就是该时刻温度的数字码。计数器I5可以输入清零信号RST，当接收到清零信号RST后，对RS触发器和计数器进行清零，以开始下一次检测。
此外，请参见图5，在本实施例中，所述26个串联电阻包括靠近基准电流产生模块1012的32个第三电阻R3和靠近接地端GND的32个第四电阻R4，其中，第四电阻R4的阻值是第三电阻R3的阻值的两倍。计数器I5的输出端总共输出64个码值，对应-56℃到145℃的温度范围，该温度范围覆盖FPGA芯片的工作范围。通过电阻网络阵列RL中串联电阻值的前后两段的变化，所述芯片内核温度检测电路的设计精度可以分为2段，例如，低于80℃为芯片的安全温度，分辨率设计为4℃；当高于80℃时，为了防止芯片温度过高损坏，分辨率设计为2℃。
在本实施例中，通过调整电阻阵列RL中各串联电阻的阻值，可以分段定义温度检测的分辨率，做到既减少成本，又保证检测的精确度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种芯片内核温度检测电路，其特征在于，包括：基准产生模块(101)、多路选择模块(102)、第一电阻(R1)、比较模块(103)和处理模块(104)；其中，
所述基准产生模块(101)包括两个输出端，用于产生与温度成正比的温度表征电流(IPTAT)和不随温度变化的参考电流(IREF)；
所述多路选择模块(102)电连接所述基准产生模块(101)，用于在所述处理模块(104)的控制下将所述不随温度变化的参考电流(IREF)转换成不同的参考电压(VREF)；
所述第一电阻(R1)电连接于所述基准产生模块(101)与接地端(GND)之间，用于将所述温度表征电流(IPTAT)转换为温度表征电压(VPTAT)；
所述比较模块(103)的第一输入端电连接所述第一电阻(R1)，其第二输入端电连接所述多路选择模块(102)，分别用于接收所述温度表征电压(VPTAT)和所述参考电压(VREF)，并比较所述温度表征电压(VPTAT)与所述参考电压(VREF)；
所述处理模块(104)分别电连接所述多路选择模块(102)和所述比较模块(103)，用于根据所述比较模块(103)的比较结果输出芯片温度测试结果，并控制所述多路选择模块(102)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述基准产生模块(101)包括基准电压产生模块(1011)和基准电流产生模块(1012)，其中，
所述基准电压产生模块(1011)的第一输出端电连接所述第一电阻(R1)，用于产生与温度成正比的温度表征电流(IPTAT)；所述基准电压产生模块(1011)的第二输出端电连接所述基准电流产生模块(1012)的输入端，用于产生不随温度变化的基准电压(VBG)；所述基准电流产生模块(1012)的输出端电连接所述多路选择模块(102)，用于产生不随温度变化的参考电流(IREF)。
3.根据权利要求2所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述基准电流产生模块(1012)包括运算放大器(IC)、第一开关管(M1)、第二开关管(M2)、第三开关管(M3)和第二电阻(R2)；其中，
所述第二电阻(R2)、所述第三开关管(M3)与所述第一开关管(M1)依次串联于接地端(GND)与电源端(VCC)之间；
所述运算放大器(IC)的正输入端电连接所述基准电压产生模块(1011)的第二输出端，其负输入端电连接至所述第二电阻(R2)与所述第三开关管(M3)串联形成的节点处，其输出端电连接所述第三开关管(M3)的控制端；
所述第一开关管(M1)的控制端电连接至所述第一开关管(M1)与所述第三开关管(M3)串联形成的节点处；
所述第二开关管(M2)串接于电源端(VCC)与所述多路选择模块(102)之间，并且其控制端电连接所述第一开关管(M1)的控制端。
4.根据权利要求2所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述多路选择模块(102)包括电阻网络阵列(RL)和2n选1多路选择器(I1)，其中，
所述电阻网络阵列(RL)包括2n个串联电阻，所述电阻网络阵列(RL)的一端电连接所述基准电流产生模块(1012)的输出端，另一端电连接至接地端(GND)；
所述2n选1多路选择器(I1)具有2n个输入端，其中，2n-1个输入端分别电连接至相邻两个所述串联电阻串接形成的节点处，1个输入端电连接至所述基准电流产生模块(1012)的输出端与其连接的所述串联电阻串接形成的节点处；所述2n选1多路选择器(I1)的输出端电连接至所述比较模块(103)，其控制端电连接至所述处理模块(104)，其中，所述2n个串联电阻的电阻值是可调节的。
5.根据权利要求4所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述2n个串联电阻包括靠近基准电流产生模块(1012)的2n-1个第三电阻(R3)和靠近接地端(GND)的2n-1个第四电阻(R4)，其中，所述第四电阻(R4)的阻值是所述第三电阻(R3)的阻值的两倍。
6.根据权利要求1所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述比较模块(103)为比较器(I2)，所述比较器(I2)的负输入端电连接至所述基准产生模块(101)与所述第一电阻(R1)串联形成的节点处，其正输入端电连接至所述多路选择模块(102)。
7.根据权利要求6所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述比较器(I2)与所述处理模块(104)之间设置有D触发器(I3)，其中，所述D触发器(I3)的clk端输入时钟信号(clk)，其D端电连接所述比较器(I2)的输出端，其Q端电连接所述处理模块(104)。
8.根据权利要求1所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述处理模块(104)包括RS锁存器(I4)、计数器(I5)、译码器(I6)和与门(I7)，其中，
所述RS锁存器(I4)的S端电连接所述比较模块(103)，其R端输入清零信号(RST)；
所述与门(I7)的第一输入端输入时钟信号(clk)，其第二输入端电连接所述RS锁存器(I4)的端；
所述计数器(I5)的输入端电连接所述与门(I7)的输出端，其控制端输入清零信号(RST)，其输出端电连接所述译码器(I6)；
所述译码器(I6)的输出端电连接所述多路选择模块(102)，用于将所述计数器(I5)产生的计数信号进行译码形成控制信号并发送至所述多路选择模块(102)，以控制所述多路选择模块(102)输出的所述参考电压(VREF)。
9.根据权利要求8所述的芯片内核温度检测电路，其特征在于，所述计数器(I5)的输出端作为所述芯片内核温度检测电路的输出端，在所述计数器(I5)锁定时，所述计数器(I5)的输出计数结果作为所述芯片温度检测结果。
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