DE102017208021A1

DE102017208021A1 - System und Verfahren zur Temperaturerfassung

Info

Publication number: DE102017208021A1
Application number: DE102017208021.3A
Authority: DE
Inventors: Elmar Bach; Kwan Siong Choong; Patrizia Greco; Michael Staber; Andreas Wiesbauer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2017-11-16
Also published as: CN107367336B; CN107367336A; US10228294B2; US20170328790A1

Abstract

Ein Verfahren umfasst ein Nachverarbeiten mehrerer Temperatursensoren, die in mehrere Sätze gruppiert sind. Für jeden Satz der mehreren Sätze empfängt ein Nachverarbeitungssystem, das mit entsprechenden Temperatursensoren gekoppelt ist, mehrere Ausgangssignale, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden. Für jeden Satz der mehreren Sätze berechnet das Nachverarbeitungssystem Werte, die zur absoluten Temperatur proportionale Spannungen (PTAT-Spannungen) darstellen, und Werte, die interne Referenzspannungen darstellen, basierend auf Ausgangssignalen, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden. Für jeden Satz der mehreren Sätze berechnet das Nachverarbeitungssystem einen Mittelwert der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, und relative PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten. Für jeden Satz der mehreren Sätze berechnet das Nachverarbeitungssystem Werte, die korrigierte PTAT-Spannungen darstellen, unter Verwendung der relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System und ein Verfahren für eine elektronische Vorrichtung und in speziellen Ausführungsformen auf ein System und ein Verfahren zur Temperaturerfassung.
Hintergrund
Temperatursensoren werden üblicherweise in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, was Thermostaten für Haushalte und industrielle Anwendungen, Sicherheitssysteme, Automobilsysteme sowie verschiedene selbstüberwachende elektronische Systeme umfasst. Beispielsweise kann ein Temperatursensor auf demselben Chip wie andere elektronische Schaltungen enthalten sein, um eine Erhöhung der Umgebungstemperatur zu erfassen. Wenn unter Verwendung eines solchen Temperatursensors eine hohe Temperatur erfasst wird, die eine bestimmte Grenze überschreitet, kann das System Schutzmaßnahmen ergreifen, wie beispielsweise das Herunterfahren des gesamten Systems oder von Teilen des Systems. Temperatursensoren können ferner in integrierten Schaltungen (ICs) wie beispielsweise einer CPU enthalten sein, um die Temperaturinformationen für die gesamte IC zum Zweck des Wärmemanagements bereitzustellen. Diese Informationen können von der integrierten Schaltung verwendet werden, um Parameter anzupassen, um die Leistungsfähigkeit der Schaltung über einen bestimmten Temperaturbereich zu verbessern.
Temperatursensoren können auf vielfältige Weise konstruiert sein. Beispielsweise kann ein Temperatursensor unter Verwendung eines bimetallischen Streifens, der zwei Metalle mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet, konstruiert sein. Die mechanische Auslenkung eines solchen bimetallischen Streifens dient als Hinweis auf die Temperatur des bimetallischen Streifens.
Eine weitere Möglichkeit, einen Temperatursensor zu implementieren, ist elektronisch unter Verwendung einer Festkörperschaltung. Zum Beispiel kann die Verbindungsspannung einer Diode, die eine nahezu lineare Temperaturabhängigkeit mit einer negativen Steigung aufweist, verwendet werden, um ein Maß für die Temperatur bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel kann auch eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Dioden mit zwei Stromdichten verwendet werden, um die Temperatur zu messen. Eine Schaltung, die eine solche Spannungsdifferenz verwendet, wird üblicherweise als zur absoluten Temperatur proportionaler Generator (PTAT-Generator) bezeichnet und erzeugt ein Ausgangssignal, das eine lineare Temperaturabhängigkeit mit einer positiven Steigung aufweist.
Kurzfassung
Ein Verfahren umfasst ein Nachverarbeiten mehrerer Temperatursensoren, die in mehrere Sätze gruppiert sind. Für jeden Satz der mehreren Sätze empfängt ein Nachverarbeitungssystem, das mit entsprechenden Temperatursensoren gekoppelt ist, mehrere Ausgangssignale, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden. Für jeden Satz der mehreren Sätze berechnet das Nachverarbeitungssystem Werte, die zur absoluten Temperatur proportionale Spannungen (PTAT-Spannungen) darstellen, und Werte, die interne Referenzspannungen darstellen, basierend auf Ausgangssignalen, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden. Für jeden Satz der mehreren Sätze berechnet das Nachverarbeitungssystem einen Mittelwert der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, und relative PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten. Für jeden Satz der mehreren Sätze berechnet das Nachverarbeitungssystem Werte, die korrigierte PTAT-Spannungen darstellen, unter Verwendung der relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zum vollständigeren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und der Vorteile davon wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Temperaturerfassungssystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
3 und 4 Temperaturerfassungsschaltungen gemäß einer Ausführungsform zeigen;
5 ein schematisches Blockdiagramm eines Temperaturerfassungssystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
6 ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform zeigt;
7 ein Ablaufdiagramm eines Temperaturerfassungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform zeigt; und
8 ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Entsprechende Ziffern und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich in der Regel auf entsprechende Teile, sofern es nicht anders angegeben ist. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen deutlich veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen deutlicher zu veranschaulichen, kann ein Buchstabe, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Prozessschrittes angibt, einer Figurzahl folgen.
Genaue Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen
Die Herstellung und Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen wird nachfolgend im Einzelnen erörtert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen in einer Vielzahl von spezifischen Zusammenhängen anwendbar sind. Die spezifischen Ausführungsformen, die erörtert werden, sind lediglich beispielhaft für spezifische Möglichkeiten, verschiedene Ausführungsformen herzustellen und zu verwenden, und sollten nicht in einem begrenzten Umfang interpretiert werden.
Die Beschreibung wird in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen in einem spezifischen Zusammenhang, nämlich in einem Temperaturerfassungssystem und insbesondere einem Temperaturerfassungssystem mit einer Festkörperschaltungsanordnung als Temperaturerfassungselement, vorgenommen. Verschiedene Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, umfassen ein Temperaturerfassungssystem mit einem Nachverarbeitungssystem, das dazu ausgelegt ist, Ausgangssignale aus einer Temperaturerfassungsschaltung zu verarbeiten, wobei das Nachverarbeitungssystem Hardware, Software oder eine Kombination davon sein kann. Weiterhin umfassen verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen ferner Kalibrierungs- und Temperaturerfassungsverfahren für ein Temperaturerfassungssystem. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können zudem auf verschiedene Systeme angewendet werden, die Temperaturerfassungsschaltungen und andere Erfassungsschaltungen einsetzen.
In einer Ausführungsform verwendet ein Temperaturerfassungssystem ein Nachverarbeitungssystem, das dazu ausgelegt ist, Fehler aufgrund einer statistischen Streuung von Eigenschaften von Temperaturerfassungsschaltungen, Prozesseckpunktvariationen von Temperaturerfassungsschaltungen und einer Krümmung einer Bandlückenspannung V_bg zu korrigieren, die in der folgenden Beschreibung auch als Streuungs-, Eckpunkt- bzw. Krümmungsfehler bezeichnet werden können. In einer Ausführungsform werden die Eckpunkt- und Krümmungsfehler durch Addieren eines linearen Korrekturterms zu einer geschätzten Temperatur korrigiert. In einer Ausführungsform wird der Streuungsfehler durch Mitteln der Antworten von mehreren Temperaturerfassungsschaltungen korrigiert.
Herkömmliche Temperatursensoren können eine Temperatur durch Messung einer PTAT-Spannung V_ptat erfassen, die proportional zu einer Spannungsdifferenz ΔV_be zwischen Spannungen über zwei Dioden oder zwei Basis-Emitter-Übergängen von Bipolartransistoren mit unterschiedlichen Stromdichten oder einer Spannungsdifferenz ΔV_be zwischen Spannungen über eine einzelne Diode oder einen einzelnen Basis-Emitter-Übergang eines Bipolartransistors mit unterschiedlichen Stromdichten ist. Diese PTAT-Spannung V_ptat kann mit einer Referenzspannung wie etwa einer Bandlückenspannung V_bg verglichen werden. Aufgrund der nichtlinearen Temperaturabhängigkeit der Diodenübergangs- und/oder Basis-Emitter-Spannung V_be des Bipolartransistors weist die Bandlückenspannung V_bg eine nichtlineare Abhängigkeit (Krümmung) von der Temperatur auf.
Eine Möglichkeit, die Streuungsfehler von Temperatursensoren zu kompensieren, besteht darin, die PTAT-Spannungen V_ptat mehrerer Temperatursensoren zu mitteln, die auf einem Wafer benachbart zueinander ausgebildet sind, bevor der Wafer in einzelne Temperatursensoren zerlegt wird. Basierend auf einer mittleren PTAT-Spannung werden Korrekturkoeffizienten erhalten und die PTAT-Spannungen V_ptat der mehreren Temperatursensoren werden korrigiert. In einer Ausführungsform wird eine statistische Streuung der korrigierten PTAT-Spannungen verglichen mit unkorrigierten PTAT-Spannungen reduziert.
Eine Möglichkeit, die Eckpunktfehler der Temperatursensoren zu kompensieren, besteht darin, die Spannung über dem Diodenübergang oder Basis-Emitter-Spannung V_be(T_ref) bei einer Referenztemperatur T_ref mit einer Zielspannung V_{be_target} zu vergleichen. Basierend auf einer Differenz zwischen V_be(T_ref) und V_{be_target} wird ein Eckpunktkorrekturkoeffizient K_{ptat_corner} erhalten.
Eine Möglichkeit, die Krümmungsfehler zu kompensieren, besteht darin, eine Mitte der Bandlückenspannung V_bg aus einem Zieltemperaturbereich der Temperatursensoren hinauszuschieben, so dass die Bandlückenspannung V_bg in etwa innerhalb des Zieltemperaturbereichs linear von der Temperatur abhängt. Die lineare Variation der Bandlückenspannung V_bg wird korrigiert, indem ein Krümmungskorrekturkoeffizient K_{ptat_curvature} erhalten wird. In einer Ausführungsform werden der Eckpunktkorrekturkoeffizient K_{ptat_corner} und der Krümmungskorrekturkoeffizient K_{ptat_curvature} zu einem kombinierten Korrekturkoeffizienten K_ptat kombiniert. In einer Ausführungsform bringen die Eckpunkt- und Krümmungsfehler lineare Fehler in eine geschätzte Temperatur ein. In einer solchen Ausführungsform ist der kombinierte Korrekturkoeffizient K_ptat eine Summe aus dem Eckpunktkorrekturkoeffizienten K_{ptat_corner} und dem Krümmungskorrekturkoeffizienten K_{ptat_curvature}.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Temperaturerfassungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform mit einem Temperatursensor 101, der mit einem Nachverarbeitungssystem 103 gekoppelt ist. Der Temperatursensor 101 enthält eine Temperaturerfassungsschaltung 105, die mit einem Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 107 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der ADC 107 unter Verwendung eines 1-Bit-Sigma-Delta-Modulators implementiert. In alternativen Ausführungsformen können auch andere ADC-Architekturen neben dem Sigma-Delta-Modulator verwendet werden. Der Temperatursensor 101 enthält ferner ein Dezimierungsfilter 109, das zwischen einem Ausgang des ADC 107 und einem Eingang des Nachverarbeitungssystems 103 eingekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Dezimierungsfilter 109 entfallen oder kann in dem Nachverarbeitungssystem 103 enthalten sein.
In einer Ausführungsform erzeugt die Temperaturerfassungsschaltung 105 eine interne Referenzspannung V_{ref_int} und eine PTAT-Spannung V_ptat. Die PTAT-Spannung V_ptat ist proportional zu einer absoluten Temperatur der Temperaturerfassungsschaltung 105 und wird von dem ADC 107 als Eingangssignal verwendet. Die interne Referenzspannung V_{ref_int} wird dem ADC 107 über einen analogen Multiplexer (AMUX) 111 als Referenzspannung V_ref zugeführt. Der Temperatursensor 101 enthält ferner einen Referenzspannungsgenerator 113, der eine Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} über den AMUX 111 als Referenzspannung V_ref an den ADC 107 liefert. Der Referenzspannungsgenerator 113 ist mit einem Testbus 115 zum Messen der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} verbunden, während der Temperatursensor 101 kalibriert wird. In einigen Ausführungsformen enthält der Temperatursensor ferner einen Schalter 121, der dazu ausgelegt ist, den Referenzspannungsgenerator 113 mit/von dem Testbus 115 zu koppeln oder zu entkoppeln. In einer Kalibrierungsbetriebsart ist der Schalter 121 eingeschaltet und die Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} wird unter Verwendung des Testbusses 115 gemessen. In einer Erfassungsbetriebsart ist der Schalter 121 ausgeschaltet und der Testbus 115 ist von dem Rest des Temperatursensors 101 entkoppelt.
Durch Einbeziehen des Referenzspannungsgenerators 113 in den Temperatursensor 101 kann eine Genauigkeit der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} verglichen mit einer externen Referenzspannungsquelle verbessert werden. Die Verbesserung der Genauigkeit der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} ermöglicht es, die Genauigkeit des Temperatursensors 101 zu verbessern. In einigen Ausführungsformen kann eine verbesserte Genauigkeit erhalten werden, indem eine hochpräzise Messung der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} ermöglicht wird, anstatt dem Temperatursensor 101 während der Kalibrierung eine externe Kalibrierungsreferenzspannung aufzuzwingen. Durch Einbeziehen des Referenzspannungsgenerators 113 in den Temperatursensor 101 können Nicht-Idealitäten wie beispielsweise Übersprechen, Rauschen, Reihenimpedanzen und dergleichen, die Einstellung- und Spannungsversätze zwischen internen und externen Versorgungsdomänen des Temperatursensors 101 und damit die Genauigkeit der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} während der Kalibrierung beeinflussen, reduziert oder vermieden werden. In einer Ausführungsform kann eine Gleichstrommessung der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} durchgeführt werden, während der Referenzspannungsgenerator 113 von dem Referenzspannungseingangsanschluss des ADC 107 getrennt ist, was die absolute Spannungsgenauigkeit ermöglicht, die besser als etwa 100 μV ist. Unter der Annahme, dass sich die Umgebungstemperatur während der Kalibrierung nicht wesentlich ändert, können ein großer absoluter Spannungsbereich sowie Temperaturschwankungen der internen Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} toleriert werden, solange der Absolutwert der Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} groß genug ist, um eine ADC-Überlastung zu vermeiden, während der Temperatursensor 101 kalibriert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} zwischen etwa 650 mV und etwa 750 mV variieren. In einigen Ausführungsformen kann die Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} eine Temperaturabhängigkeit von etwa ±5% einer Mediantemperatur des Zieltemperaturbereichs des Temperatursensors 101 zeigen.
In einer Ausführungsform verwendet der ADC 107 die PTAT-Spannung V_ptat und die Referenzspannung V_ref, um einen Bitstrom mit einer Pulsdichte X zu erzeugen, die mit der Eingangsspannung V_ptat des ADC 107 zusammenhängt. Der Bitstrom stellt ein analoges Eingangssignal als einen Strom von 1-Bit-Datenimpulsen dar, wobei die Dichte von Einsen den analogen Eingangswert darstellt. Die Pulsdichte X kann als Verhältnis der ADC-Eingangsspannung V_ptat und der ADC-Referenzspannung V_ref ausgedrückt werden. In der dargestellten Ausführungsform kann die Pulsdichte X durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei K_ADC ein Verstärkungskoeffizient des ADC 107 ist.
Das Dezimierungsfilter 109 wird verwendet, um die Ausgabedatenrate des Temperatursensors 101 zu verringern und die Pulsdichte X als einen Pulsdichtemodulationsprozentsatz (PDM%) auszugeben, der in einer M-Bit-Zweierkomplementdarstellung codiert ist. In einigen Ausführungsformen kann der PDM% der Pulsdichte X zwischen etwa 30% und etwa 80% liegen. In einigen Ausführungsformen kann M zwischen 16 und 24 liegen. Wie nachfolgend genauer beschrieben, wird die Pulsdichte X durch das Nachverarbeitungssystem 103 weiter verarbeitet, um den Temperatursensor 101 zu kalibrieren und eine erfasste Temperatur T_sensed zu berechnen.
In einigen Ausführungsformen kann der Temperatursensor 101 einen nichtflüchtigen Speicher (NVM) 117 umfassen, der mit dem Nachverarbeitungssystem 103 gekoppelt ist. Wie nachfolgend genauer beschrieben, kann der NVM 117 verwendet werden, um verschiedene Kalibrierungskoeffizienten und Nachverarbeitungsparameter, die von dem Nachverarbeitungssystem 103 verwendet werden, um die erfasste Temperatur T_sensed zu berechnen, zu speichern.
In einigen Ausführungsformen ist der Temperatursensor 101 über eine Schnittstelle 119 mit dem Nachverarbeitungssystem 103 gekoppelt. In einer Ausführungsform kann die Schnittstelle 119 eine geeignete digitale Schnittstelle wie etwa eine Schnittstelle zwischen integrierten Schaltungen (I²C-Schnittstelle), eine serielle Peripherieschnittstelle (SPI), eine Eindraht-Digitalschnittstelle, eine Versorgungsspannungsmodulationsschnittstelle oder dergleichen umfassen. Unter Verwendung der Schnittstelle 119 kann das Nachverarbeitungssystem 103 den Temperatursensor 101 in verschiedene Betriebszustände steuern, die während der Kalibrierung und des normalen Betriebs des Temperatursensors 101 erforderlich sind. Das Nachverarbeitungssystem 103 kann die Schnittstelle 119 ferner verwenden, um auf Kalibrierungsdaten und Nachverarbeitungsparameter, die in dem NVM 117 gespeichert sind, zuzugreifen und um Ausgabedaten aus dem Temperatursensor 101 zu empfangen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 können verschiedene Elemente des Temperaturerfassungssystems 100 in einem integrierten Schaltungssystem ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Temperatursensor 101 auf einem ersten Chip einer integrierten Schaltung (IC-Chip) ausgebildet sein, und das Nachverarbeitungssystem 103 kann auf einem zweiten IC-Chip, wie etwa einem einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC-Chip), ausgebildet sein. In solchen Ausführungsformen können der erste IC-Chip und der zweite IC-Chip miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Flip-Chip-Bonden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können der Temperatursensor 101 und das Nachverarbeitungssystem 103 auf einem monolithischen IC-Chip ausgebildet sein.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems 200 gemäß einer Ausführungsform, das als das Nachverarbeitungssystem 103 des in 1 dargestellten Temperaturerfassungssystems 100 implementiert sein kann. Das Verarbeitungssystem 200 kann beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 201, einen Speicher 203 und eine Massenspeichervorrichtung 205 umfassen, die mit einem Bus 207 verbunden sind und dazu ausgelegt sind, die hier beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann der NVM 117 des Temperatursensors 101 (siehe 1) entfallen und die Massenspeichervorrichtung 205 kann verwendet werden, um verschiedene Kalibrierungskoeffizienten und Nachverarbeitungsparameter zu speichern, die von dem Nachverarbeitungssystem 103 verwendet werden, um die erfasste Temperatur T_sensed zu berechnen. Das Verarbeitungssystem 200 kann ferner einen Videoadapter 209 zum Bereitstellen einer Verbindungsfähigkeit mit einer lokalen Anzeige 211 und einen Eingabe/Ausgabe-Adapter (I/O-Adapter) 213 zum Bereitstellen einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle für eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen 215 wie beispielsweise eine Maus, eine Tastatur, einen Drucker, ein Bandlaufwerk, ein CD-Laufwerk oder dergleichen umfassen.
Das Verarbeitungssystem 200 kann ferner eine Netzwerkschnittstelle 217 umfassen, die unter Verwendung eines Netzwerkadapters implementiert sein kann, der dazu ausgelegt ist, mit einer drahtgebundenen Verbindung wie einem Ethernet-Kabel, einer USB-Schnittstelle oder dergleichen und/oder einer Drahtlosverbindung/Mobilfunkverbindung zur Kommunikation mit einem Netzwerk 219 gekoppelt zu werden. Die Netzwerkschnittstelle 217 kann auch einen geeigneten Empfänger und geeigneten Sender für drahtlose Kommunikation umfassen. Es ist zu beachten, dass das Verarbeitungssystem 200 andere Komponenten enthalten kann. Beispielsweise kann das Verarbeitungssystem 200 Energieversorgungen, Kabel, eine Hauptplatine, entfernbare Speichermedien, Gehäuse und dergleichen umfassen. Obwohl diese anderen Komponenten nicht gezeigt sind, werden sie als Teil des Verarbeitungssystems 200 betrachtet.
3 zeigt eine Ausführungsform der Temperaturerfassungsschaltung 300, die als die Temperaturerfassungsschaltung 105 des Temperatursensors 101 implementiert sein kann (siehe 1). In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Temperaturerfassungsschaltung 300 eine Diode 301, die mit einer Stromquelle 303 gekoppelt ist, die einen Vorstrom I_d an die Diode 301 liefert. In einigen Ausführungsformen kann die Diode 301 unter Verwendung eines als Diode geschalteten Transistors, wie etwa eines als Diode geschalteten Bipolartransistors (PNP oder NPN), der unter Verwendung herkömmlicher CMOS-Prozesse ausgebildet sein kann, implementiert sein. Die Stromquelle 303 legt zwei unterschiedliche Vorströme I_d1 und I_d2 an die Diode 301 an, wobei beispielsweise der zeitverschachtelte Vorstrom verwendet wird, wobei I_d2 = m·I_d1 ist. In einigen Ausführungsformen kann der Faktor m zwischen etwa 4 und etwa 20 liegen. In der dargestellten Ausführungsform kann eine Spannungsdifferenz ΔV_be zwischen den Spannungen V_be2 und V_be1 über der Diode 301 bei zwei Vorströmen I_d2 bzw. I_d1 jeweils als PTAT-Spannung V_ptat implementiert sein, während die Spannung V_be1 als die interne Referenzspannung V_{ref_int} implementiert sein kann. In einer Ausführungsform, in der die interne Referenzspannung V_{ref_int} eine Basis-Emitter-Spannung V_be1 eines als Diode geschalteten Bipolartransistors ist, weist die interne Referenzspannung V_{ref_int} einen negativen Temperaturkoeffizienten von etwa –2 mV/K auf und die PTAT-Spannung V_ptat kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei q die Elektronenladung ist, k_B die Boltzmann-Konstante ist, der m-Faktor ein Verhältnis von Vorströmen ist, n ein Koeffizient ist, der von Prozesseckpunktvariationen abhängt, T eine absolute Temperatur ist, die in Kelvins (K) gemessen wird, und der Koeffizient A₀ durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
4 zeigt eine Temperaturerfassungsschaltung 400 gemäß einer Ausführungsform, die als die Temperaturerfassungsschaltung 105 des Temperatursensors 101 (siehe 1) implementiert sein kann. Die Temperaturerfassungsschaltung 400 verwendet zwei Dioden 401 und 403, um gleichzeitig eine Spannungsdifferenz ΔV_be und die Spannung V_be1 zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann die Spannungsdifferenz ΔV_be als die PTAT-Spannung V_ptat implementiert sein, während die Spannung V_be1 als die interne Referenzspannung V_{ref_int} implementiert sein kann. In anderen Ausführungsformen kann eine lineare Kombination der Spannungsdifferenz ΔV_be und der Spannung V_be1 als die interne Referenzspannung V_{ref_int} implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können die Dioden 401 und 403 unter Verwendung eines als Diode geschalteten Transistors, wie etwa eines als Diode geschalteten Bipolartransistors (PNP oder NPN), implementiert sein, der unter Verwendung herkömmlicher CMOS-Prozesse ausgebildet sein kann.
Die Temperaturerfassungsschaltung 400 umfasst zudem Schaltschaltungen 409 und 411, die mit den Dioden 401 und 403 gekoppelt sind. Die Schaltschaltungen 409 und 411 umfassen mehrere Schalter, die durch einen Takt mit einer Frequenz F_SW gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Abtastfrequenz F_SW mit dem Takt des ADC (wie etwa dem in 1 dargestellten ADC 107) synchronisiert sein. Die Schaltschaltung 409 ermöglicht eine dynamische Elementanpassung (DEM) der Stromquellen 405 und 407, die mit den Dioden 401 bzw. 403 verbunden sind. Die Schaltschaltung 409 ermöglicht ein dynamisches Austauschen der Ströme I_d1 und I_d2, die die Dioden 401 und 403 vorbelasten, um eine Fehlanpassung der Stromquellen 405 und 407 zu eliminieren. In ähnlicher Weise wird die Schaltschaltung 411 verwendet, um die Verbindungen der Anoden der Dioden 401 und 403 dynamisch zu vertauschen, um Spannungen ΔV_be und V_be1 zu erzeugen. Unter Verwendung von DEM werden die Spannungen ΔV_be und V_be1 über zwei Dioden 401 und 403 gemittelt und ein Fehler aufgrund einer Fehlanpassung wird verringert. In einer Ausführungsform können die Schaltschaltungen 409 und 411 als Teil eines Schemas mit korrelierter Doppelabtastung (CDS-Schemas) des ADC implementiert sein. In alternativen Ausführungsformen können die Schaltschaltungen 409 und 411 unter Verwendung irgendwelcher anderer Versatzaufhebungsschaltungen implementiert sein.
In einigen Ausführungsformen können Temperatursensoren (wie etwa der in 1 dargestellte Temperatursensor 101) auf einem Wafer ausgebildet sein und können vor dem Zerlegen des Wafers in einzelne Temperatursensoren kalibriert werden. In solchen Ausführungsformen können die Temperatursensoren in mehrere Sätze gruppiert werden, beispielsweise gemäß der Nähe zueinander auf dem Wafer. Wie weiter unten genauer beschrieben ist, werden Ausgangssignale der Temperatursensoren in jedem Satz gemittelt, um die Temperatursensoren zu kalibrieren. Ein derartiger Satz von Temperatursensoren ist in 5 dargestellt, in der mehrere der Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N in dem Satz mit einem Nachverarbeitungssystem 503 gekoppelt sind. In einigen Ausführungsformen können die Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N eine ähnliche Struktur wie der in 1 dargestellte Temperatursensor 101 aufweisen, das Nachverarbeitungssystem 503 kann dem in 2 dargestellten Verarbeitungssystem 200 ähnlich sein und die Beschreibungen werden hier der Kürze halber nicht wiederholt. In den dargestellten Ausführungsformen werden Ausgangssignale der Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N, die an das Nachverarbeitungssystem 503 geliefert werden, verwendet, um die Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N zu kalibrieren. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl N von Temperatursensoren in jedem Satz zwischen 8 und 128 liegen. In einigen Ausführungsformen kann ein paralleler Wafer-Test verwendet werden, um Kalibrierungsdaten der Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N zu erhalten, die bei einem einzigen Aufsetzen zugänglich sind, bevor zu dem nächsten Satz von Temperatursensoren übergegangen wird. Die Kalibrierungskoeffizienten der einzelnen Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N werden durch das Verarbeitungssystem 503 berechnet und in den NVMs (wie dem in 1 dargestellten NVM 117) der entsprechenden Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N gespeichert, während das Wafer-Testsystem in elektrischem Kontakt mit den Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N ist. In einigen Ausführungsformen kontaktiert das Wafer-Testsystem alle Sätze von Temperatursensoren auf dem Wafer und in einem einzigen Durchlauf werden alle Temperatursensoren auf dem Wafer kalibriert, entsprechende Kalibrierungskoeffizienten berechnet und in entsprechenden NVMs gespeichert.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierungsverfahrens 600 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 600 beginnt mit dem Schritt 601, in dem eine Temperatur für einen Wafer, der mehrere Temperatursensoren umfasst, beispielsweise unter Verwendung einer thermischen Aufspannvorrichtung auf eine Kalibrierungstemperatur T_calib eingestellt wird. In einigen Ausführungsformen kann die Kalibrierungstemperatur T_calib so gewählt werden, dass sie einer Durchschnittstemperatur des Zieltemperaturbereichs der Temperatursensoren entspricht. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform mit einem Zieltemperaturbereich zwischen etwa –40°C und etwa 100°C die Kalibrierungstemperatur T_calib auf etwa 25°C eingestellt werden. Im Schritt 603 wird eine Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib}, die von einem Referenzspannungsgenerator (wie beispielsweise dem in 1 dargestellten Referenzspannungsgenerator 113) jedes Temperatursensors geliefert wird, in einem Satz der Temperatursensoren (wie etwa der Temperatursensoren 501 ₁ bis 501 _N, die in 5 dargestellt sind) gemessen. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Messung an dem Satz von Temperatursensoren parallel, beispielsweise unter Verwendung einer Sondenkarte mit mehreren Stiften. Im Schritt 605 empfängt ein ADC (wie der in 1 dargestellte ADC 107) jedes Temperatursensors in dem Satz der Temperatursensoren eine PTAT-Spannung V_ptat und eine interne Referenzspannung V_{ref_int} aus einer entsprechenden Temperaturerfassungsschaltung (wie etwa den in 3 und 4 dargestellten Temperaturerfassungsschaltungen 300 bzw. 400). In einer Ausführungsform, in der die Temperaturerfassungsschaltungen als Diode geschaltete Bipolartransistoren aufweisen, entspricht die PTAT-Spannung V_ptat der Spannungsdifferenz ΔV_be und die interne Referenzspannung V_{ref_int} entspricht der Spannung V_be1 bei dem niedrigen Vorstrom I_d1. In alternativen Ausführungsformen entspricht die interne Referenzspannung V_{ref_int} der Spannung V_be2 bei dem hohen Vorstrom I_d2. In Schritt 607 erzeugt jeder Temperatursensor eine pulsdichte X₁, wobei die Pulsdichte X₁ durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
wobei ein Index ”calib” bedeutet, dass die PTAT-Spannung ΔV_{be_calib} und die interne Referenzspannung V_{be1_calib} bei der Kalibrierung erzeugt werden. Die Pulsdichte X₁ wird zur weiteren Verarbeitung an ein Nachverarbeitungssystem (wie etwa die in 5 dargestellten Nachverarbeitungssysteme 503) geliefert.
In Schritt 609 empfängt der ADC jedes Temperatursensors in dem Satz der Temperatursensoren die PTAT-Spannung V_ptat von einer entsprechenden Temperaturerfassungsschaltung und einer Kalibrierungsreferenzspannung V_{ref_calib} von einer entsprechenden Referenzspannungsquelle (wie etwa dem in 1 dargestellten Referenzspannungsgenerator 113), die mit dem ADC gekoppelt ist. In Schritt 611 erzeugt jeder Temperatursensor eine Pulsdichte X₂, wobei die Pulsdichte X₂ durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
Die Pulsdichte X₂ wird zur weiteren Verarbeitung an das Nachverarbeitungssystem geliefert.
In Schritt 613 wird jeder ADC kalibriert, um einen entsprechenden Verstärkungskoeffizienten K_ADC zu erhalten. In einigen Ausführungsformen können Eingangs- und Referenzspannungen jedes ADC so angepasst werden, dass eine Ausgabe jedes ADC gleich einem entsprechenden K_ADC ist. In anderen Ausführungsformen können auch alternative Kalibrierungsverfahren verwendet werden, um die ADCs der Temperatursensoren zu kalibrieren. Ein solches Kalibrierungsverfahren wurde in der US-Anmeldung Nr. 15/098,988, die am 14. April 2016 eingereicht wurde, beschrieben, wobei diese Anmeldung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird. In Schritt 615 berechnet das Nachverarbeitungssystem für jeden Temperatursensor die PTAT-Spannung ΔV_{be_calib} und die interne Referenzspannung V_{be1_calib} unter Verwendung der Pulsdichten X₁ und X₂ (siehe Gleichungen 4 und 5). In einigen Ausführungsformen kann die PTAT-Spannung ΔV_{be_calib} unter Verwendung von Gl. 5 bestimmt werden und die interne Referenzspannung V_{be1_calib} durch die folgende Gleichung bestimmt werden:
In Schritt 617 berechnet das Nachverarbeitungssystem eine mittlere PTAT-Spannung ΔV_{be_avg} für den Satz von Temperatursensoren. Durch Mitteln der PTAT-Spannungen der Temperatursensoren kann der Streuungsfehler der PTAT-Spannungen reduziert werden. Ferner berechnet das Nachverarbeitungssystem für jeden Temperatursensor einen relativen Spannungsvariationskoeffizienten
der durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
In Schritt 619 berechnet das Nachverarbeitungssystem für jeden Temperatursensor eine korrigierte PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib} und einen korrigierten Verstärkungskoeffizienten K_{ADC_corr}. Die korrigierte PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib} kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Durch Setzen der korrigierten PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib} für jeden Temperatursensor auf die mittlere PTAT-Spannung ΔV_{be_avg} wird sichergestellt, dass alle Temperatursensoren in dem Satz die gleiche Kalibrierungstemperatur T_calib aufweisen. Der korrigierte Verstärkungskoeffizient K_{ADC_corr} kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
In Schritt 621 werden für jeden Temperatursensor die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten, wie etwa die korrigierte PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib}, der korrigierte Verstärkungskoeffizient K_{ADC_corr} und die interne Referenzspannung V_{be1_calib}, und Nachverarbeitungsparameter wie Faktoren n und m in einem nichtflüchtigen Speicher (wie dem in 1 dargestellten NVM 117) eines entsprechenden Temperatursensors gespeichert. In alternativen Ausführungsformen werden die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten jedes Temperatursensors und die Nachverarbeitungsparameter in einer Massenspeichervorrichtung (wie beispielsweise der in 2 dargestellten Massenspeichervorrichtung 205) des Nachverarbeitungssystems gespeichert. In einer Ausführungsform werden Verschiebungen der korrigierten PTAT-Spannungen ΔV_{be_corr_calib}, der korrigierten Verstärkungskoeffizienten K_{ADC_corr} und der internen Referenzspannungen V_{be1_calib} in Bezug auf entsprechende Zielwerte gespeichert, um den erforderlichen Speicherplatz zu reduzieren. Wie nachfolgend genauer beschrieben, ermöglichen die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten und die Konstante A₀ (siehe Gl. 3) eine Berechnung der Kalibrierungstemperatur T_calib (siehe Gl. 2 und 5) und die korrigierte Bandlückenspannung V_{bg_corr_calib} bei der Kalibrierungstemperatur T_calib wird durch weitere Nachverarbeitungsschritte als vorrichtungsspezifische Referenzspannung verwendet. Die korrigierte Bandlückenspannung V_{bg_corr_calib} bei der Kalibrierungstemperatur T_calib wird unter Verwendung der folgenden Gleichung ausgedrückt:
In einigen Ausführungsformen kann der Koeffizient α so gewählt werden, dass die Bandlückenspannung V_bg innerhalb des Zieltemperaturbereichs der Temperatursensoren annähernd temperaturunabhängig ist. In einigen Ausführungsformen kann der Koeffizient α so gewählt werden, dass er zwischen etwa 9 und etwa 12 liegt. In einigen Ausführungsformen kann in Schritt 621 der Koeffizient α auch in dem NVM des entsprechenden Temperatursensors oder der Massenspeichervorrichtung des Nachverarbeitungssystems als einer der Nachbearbeitungsparameter gespeichert werden.
In Schritt 623 berechnet das Nachverarbeitungssystem eine durchschnittliche Kalibrierungstemperatur T_{calib_avg} für den Satz von Temperatursensoren. In einigen Ausführungsformen wird die durchschnittliche Kalibrierungstemperatur T_{calib_avg} unter Verwendung von Gl. 2 und 8 berechnet. Anschließend wiederholt das Nachverarbeitungssystem die Schritte 603 bis 623 für jeden verbleibenden Satz von Temperatursensoren auf dem Wafer und berechnet für jeden Satz von Temperatursensoren eine entsprechende durchschnittliche Kalibrierungstemperatur T_{calib_avg}. In einigen Ausführungsformen weisen die durchschnittlichen Kalibrierungstemperaturen aufgrund von Prozesseckpunkten und statistischen Variationen eine Streuung auf, die durch eine Verteilung gekennzeichnet ist, so dass einige der durchschnittlichen Kalibrierungstemperaturen außerhalb gewünschter Fehlergrenzen liegen können. Durch Mitteln der PTAT-Spannungen, wie oben in Bezug auf Schritt 617 beschrieben, wird die Verteilung der durchschnittlichen Kalibrierungstemperaturen verglichen mit einer Verteilung der Kalibrierungstemperaturen vor dem Mitteln verschmälert. In einigen Ausführungsformen können Ausreißer-Temperatursensoren, deren durchschnittliche Kalibrierungstemperaturen außerhalb der gewünschten Fehlergrenzen liegen, verworfen werden oder können in Anwendungen verwendet werden, die keine hochpräzisen Erfassungsfähigkeiten erfordern.
In einigen Ausführungsformen kann die thermische Aufspannvorrichtung die Verteilung der durchschnittlichen Kalibrierungstemperaturen nachteilig beeinflussen, indem sie die Verteilung verbreitert und eine Anzahl von Ausreißer-Temperatursensoren erhöht. In einer Ausführungsform kann eine Durchschnittstemperatur der thermischen Aufspannvorrichtung von Wafer zu Wafer driften und kann einen absoluten Temperaturfehler zwischen etwa –3°C und etwa 3°C aufweisen. Zusätzlich zur Durchschnittstemperaturdrift kann die thermische Aufspannvorrichtung einen Gleichförmigkeitsfehler erleiden. Aufgrund des Positionierens von Kühl-/Heizelementen unterhalb der thermischen Aufspannvorrichtung ist die Temperatur über einem Wafer, der auf der thermischen Aufspannvorrichtung angeordnet ist, ungleichförmig. In einigen Ausführungsformen kann der Gleichförmigkeitsfehler durch eine charakteristische Funktion f(x, y) charakterisiert werden, die gleich T(x, y) – T_avg ist, wobei x und y Koordinaten über dem Wafer sind, T(x, y) eine Temperatur des Wafers an einer Stelle mit den Koordinaten x und y ist und T_avg eine Durchschnittstemperatur des gesamten Wafers oder eines Teils des Wafers, von dem bekannt ist, dass er eine Temperatur aufweist, die der Zieltemperatur am nächsten liegt, sein. In einigen Ausführungsformen kann der Teil des Wafers ein zentraler Bereich des Wafers sein. In anderen Ausführungsformen kann der Teil des Wafers andere Bereiche des Wafers umfassen, abhängig von den Eigenschaften der während der Kalibrierung verwendeten thermischen Aufspannvorrichtung.
In einigen Ausführungsformen kann die charakteristische Funktion f(x, y) durch Messen einer Temperatur des Wafers T(x, y), bevor eine Kalibrierung von Temperatursensoren durchgeführt wird, bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann die gemessene charakteristische Funktion f(x, y) an eine Polynomfunktion angepasst werden und kann in der Massenspeichervorrichtung des Nachverarbeitungssystems als einer der Nachverarbeitungsparameter gespeichert werden.
In Schritt 625 verwendet das Nachverarbeitungssystem die Durchschnittstemperatur T_avg, um die Durchschnittstemperaturdrift der thermischen Aufspannvorrichtung zu korrigieren, und verwendet die charakteristische Funktion f(x, y), um den Gleichförmigkeitsfehler der thermischen Aufspannvorrichtung zu korrigieren. Um die Durchschnittstemperaturdrift der thermischen Aufspannvorrichtung zu korrigieren, zentriert das Nachverarbeitungssystem die Verteilung der Kalibrierungstemperaturen durch Verschieben der Durchschnittstemperatur der Verteilung auf null. In einigen Ausführungsformen wird die zentrierte Kalibrierungstemperatur T_{calib_centered}(x, y) eines Temperatursensors an einer Stelle mit den Koordinaten x und y durch die folgende Gleichung berechnet: T_{calib_centered}(x, y) = Tcalib(x, y) – Tavg. (11)
Zur Korrektur des Gleichmäßigkeitsfehlers der thermischen Aufspannvorrichtung verwendet das Nachverarbeitungssystem die charakteristische Funktion f(x, y), um eine korrigierte zentrierte Kalibrierungstemperatur T_{calib_centered_corr} für jeden Temperatursensor zu berechnen. In einigen Ausführungsformen wird die korrigierte zentrierte Kalibrierungstemperatur T_{calib_centered_corr}(x, y) eines Temperatursensors an einer Stelle mit den Koordinaten x und y durch die folgende Gleichung berechnet: T_{calib_centered_corr}(x, y) = T_{calib_centered}(x, y) – f(x, y). (12)
In einigen Ausführungsformen kann durch die Korrektur des Drift- und Gleichförmigkeitsfehlers die Verteilung der Kalibrierungstemperaturen weiter verschmälert werden, so dass vielleicht weniger Temperaturauslesungen außerhalb der gewünschten Fehlergrenzen liegen. Dementsprechend werden vielleicht weniger Ausreißer-Temperatursensoren verworfen werden, was die Ausbeute an hochpräzisen Temperatursensoren erhöht.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Temperaturerfassungsverfahrens 700 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 700 beginnt mit dem Schritt 701, in dem ein ADC (wie etwa der in 1 dargestellte ADC 107) eines Temperatursensors (wie beispielsweise des in 1 dargestellten Temperatursensors 101) eine PTAT-Spannung V_ptat und eine interne Referenzspannung V_{ref_int} aus einer Temperaturerfassungsschaltung (wie etwa den in 3 bzw. 4 dargestellten Temperaturerfassungsschaltungen 300 und 400) empfängt. In einer Ausführungsform, in der die Temperaturerfassungsschaltung einen als Diode geschalteten Bipolartransistor enthält, entspricht die PTAT-Spannung V_ptat der Spannungsdifferenz ΔV_be und die interne Referenzspannung V_{ref_int} entspricht der Spannung V_be1. In Schritt 703 erzeugt der Temperatursensor eine Pulsdichte X, wobei die Pulsdichte X durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
Die Pulsdichte X wird zur weiteren Verarbeitung an ein Nachverarbeitungssystem (wie etwa das in 1 dargestellte Nachverarbeitungssystem 103) geliefert. In Schritt 705 liest das Nachverarbeitungssystem vorrichtungsspezifische Kalibrierungskoeffizienten und die Nachverarbeitungsparameter, die in einem nichtflüchtigen Speicher (wie dem in 1 dargestellten NVM 117) des Temperatursensors gespeichert sind. In alternativen Ausführungsformen liest das Nachverarbeitungssystem die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten und die Nachverarbeitungsparameter, die in einer Massenspeichervorrichtung (wie der in 2 dargestellten Massenspeichervorrichtung 205) des Nachverarbeitungssystems gespeichert sind. In einigen Ausführungsformen können die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten unter Verwendung eines Verfahrens, das ähnlich dem in 6 dargestellten Verfahren 600 ist, bestimmt werden, und die Beschreibung dazu wird hier nicht wiederholt. In einer Ausführungsform umfassen die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten den korrigierten Verstärkungskoeffizienten K_{ADC_corr}, die korrigierte PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib} und die interne Referenzspannung V_{be1_calib}, die alle bei der Kalibrierungstemperatur T_calib gemessen sind. Die Nachverarbeitungsparameter umfassen die Faktoren n, m und α, die Ziel referenzspannung V_{be_target} und die Koeffizienten K_{ptat_corner_max} und K_{ptat_curvature}.
Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, verwendet das Nachverarbeitungssystem die Zielreferenzspannung V_{be_target} und den Koeffizienten K_{ptat_corner_max}, um die Eckpunktkorrekturkoeffizienten K_{ptat_corner} zu berechnen.
In Schritt 707 berechnet das Nachverarbeitungssystem einen Korrekturkoeffizienten K_ptat, um Eckpunkt- und Krümmungsfehler zu korrigieren. In einer Ausführungsform berechnet das Nachverarbeitungssystem die interne Referenzspannung V_be1 bei einer Referenztemperatur T_ref, die sich von der Kalibrierungstemperatur T_calib unterscheidet. In einigen Ausführungsformen kann die Referenztemperatur T_ref etwa 25°C betragen. Die interne Referenzspannung V_be1 bei der Referenztemperatur T_ref kann unter Verwendung der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: V_be1(T_ref) = V_{be1_calib} – (T_calib – T_ref)·KV_be1, (14) wobei der Koeffizient KV_be1 gleich etwa –2 mV/K ist und die Kalibrierungstemperatur T_calib durch das Nachverarbeitungssystem auf der Basis von Gl. 2 und 5 berechnet wird. Das Nachverarbeitungssystem vergleicht die interne Referenzspannung V_be1 bei der Referenztemperatur T_ref mit einer Zielreferenzspannung V_{be_target}, um eine Verschiebung aufgrund der Eckpunktfehler zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann die Zielreferenzspannung V_{be_target} durch Simulation der Temperatursensoren bei der Referenztemperatur T_ref bestimmt werden. Anschließend berechnet das Nachverarbeitungssystem für jeden Temperatursensor einen Eckpunktkorrekturkoeffizienten K_{ptat_corner}, um der Verschiebung aufgrund der Eckpunktfehler entgegenzuwirken. Der Eckpunktkorrekturkoeffizient K_{ptat_corner} kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: K_{ptat_corner} = K_{ptat_corner_max}·(V_{be_target} – V_be1(T_ref)), (15) wobei der Koeffizient K_{ptat_corner_max} unter Simulation des Temperatursensors 101 bestimmt wird und basierend auf Erfahrungsdaten, die aus Messungen des Temperatursensors 101 erhalten werden, angepasst wird.
Darüber hinaus verwendet das Nachverarbeitungssystem einen Krümmungskorrekturkoeffizienten K_{ptat_curvature}, um die Krümmungsfehler zu minimieren. In einer Ausführungsform kann zum Korrigieren der Krümmung der Bandlückenspannung V_{bg_corr} der Koeffizient α so gewählt werden, dass die Bandlückenspannung V_{bg_corr} innerhalb des Zieltemperaturbereichs der Temperatursensoren annähernd linear von der Temperatur abhängt. Der Krümmungskorrekturkoeffizient K_{ptat_curvature} wird verwendet, um dem resultierenden Fehler entgegenzuwirken, der innerhalb des Zieltemperaturbereichs des Temperatursensors etwa ein linearer Fehler ist. In der dargestellten Ausführungsform führen die Eckpunkt- und Krümmungsfehler zu annähernd linearen Fehlern in der erfassten Temperatur T_sensed. Dementsprechend können der Eckpunktkorrekturkoeffizient K_{ptat_corner} und der Krümmungskorrekturkoeffizient K_{ptat_curvature} zu einem kombinierten Korrekturkoeffizienten K_ptat kombiniert werden, der durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann: K_ptat = K_{ptat_corner} + K_{ptat_curvature}. (16)
In alternativen Ausführungsformen kann der Korrekturkoeffizient K_ptat in einer Kalibrierungsbetriebsart des Temperatursensors bestimmt werden und der Korrekturkoeffizient K_ptat kann in dem NVM des Temperatursensors zusammen mit den vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten und den Nachverarbeitungsparametern gespeichert werden. In solchen Ausführungsformen kann das Nachverarbeitungssystem den in dem NVM des Temperatursensors in Schritt 705 gespeicherten Korrekturkoeffizienten K_ptat lesen.
In Schritt 709 berechnet das Nachverarbeitungssystem ein PTAT-Verhältnis μ, das durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
wobei die Bandlückenspannung V_{bg_corr} unter Verwendung der folgenden Gleichung ausgedrückt wird:
und wobei der Koeffizient α so gewählt sein kann, dass er zwischen etwa 9 und etwa 12 liegt.
In Schritt 711 berechnet das Nachverarbeitungssystem eine geschätzte Temperatur Test aus dem PTAT-Verhältnis μ. Die geschätzte Temperatur Test kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: T_est = A·μ + B, (19) wobei der Koeffizient A durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
und wobei die korrigierte Bandlückenspannung V_{bg_corr_calib} bei der Kalibrierungstemperatur T_calib durch Gl. 10 ausgedrückt wird, der Koeffizient A₀ durch Gl. 3 ausgedrückt wird und der Koeffizient B gleich –273,15 K ist In einigen Ausführungsformen kann der Koeffizient B von diesem Wert abweichen, um einen Temperaturversatz zu korrigieren, der beispielsweise durch eine Selbstheizung des Temperatursensors innerhalb einer zu einer Baugruppe geformten Vorrichtung verursacht wird. Da die korrigierte Bandlückenspannung V_{bg_corr_calib} bei der Kalibrierungstemperatur T_calib nicht gleich der korrigierten Bandlückenspannung V_{bg_corr} bei der erfassten Temperatur T_sensed ist, ist die geschätzte Temperatur T_est nicht gleich der erfassten Temperatur T_sensed.
In Schritt 713 korrigiert das Nachverarbeitungssystem die geschätzte Temperatur ^Test, um die erfasste Temperatur T_sensed zu erhalten. In einer Ausführungsform verwendet das Nachverarbeitungssystem den Korrekturkoeffizienten K_ptat, um die Eckpunkt- und Krümmungsfehler zu korrigieren. Die erfasste Temperatur T_sensed kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: T_sensed = T_est + (T_est – T_calib)·K_ptat. (21)
In alternativen Ausführungsformen kann anstelle der Schritte 711 und 713 ein Schritt 715 durchgeführt werden, in dem die Eckpunkt- und Krümmungsfehler in Kombination mit einer Abbildung von dem PTAT-Verhältnis μ auf den Temperaturbereich korrigiert werden. In solchen Ausführungsformen verwendet das Nachverarbeitungssystem den Korrekturkoeffizienten K_ptat, um die Koeffizienten A und B zu korrigieren und die korrigierten Koeffizienten A' und B' zu berechnen. Unter Verwendung der korrigierten Koeffizienten A' und B' kann die erfasste Temperatur T_sensed durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: T_sensed = A'·μ + B', (22) wobei der korrigierte Koeffizient A' durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: A' = A·(1 + K_ptat), (23) und wobei der korrigierte Koeffizient B' durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: B' = B·(1 + Kptat) – K_ptat·T_calib. (24)
In einigen Ausführungsformen kann die erfasste Temperatur T_sensed einen absoluten Fehler zwischen etwa –0,4°C und etwa +0,4°C aufweisen. In alternativen Ausführungsformen können die korrigierten Koeffizienten A' und B' in der Kalibrierungsbetriebsart des Temperatursensors bestimmt werden und die korrigierten Koeffizienten A' und B' und ein Koeffizient α' = α/K_{ADC_corr} können anstelle der vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten (wie etwa des korrigierten Verstärkungskoeffizienten K_{ADC_corr}, der korrigierten PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib}, der internen Referenzspannung V_{be1_calib} und des Korrekturkoeffizienten K_ptat) und der Nachbearbeitungsparameter (wie etwa der Faktoren n, m und α, der Zielreferenzspannung K_{ptat_corner_max} und des Koeffizienten K_{ptat_corner_max}) in der NVM des Temperatursensors gespeichert werden. In solchen Ausführungsformen kann das Nachverarbeitungssystem die korrigierten Koeffizienten A' und B' und den Koeffizienten α' = α/K_{ADC_corr}, der in Schritt 705 in dem NVM des Temperatursensors gespeichert wird, lesen.
In alternativen Ausführungsformen können einige oder alle oben beschriebenen Nachverarbeitungsschritte unter Verwendung von Hardwarekomponenten des Temperatursensors implementiert sein. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen, in denen der ADC des Temperatursensors eine Pulsdichte, die gleich dem PTAT-Verhältnis μ = ΔV_be/V_bg ist, direkt ausgibt, der korrigierte Koeffizient A' mit Verstärkungseinstellungskoeffizienten eines Dezimierungsfilters (wie des in 1 gezeigten Dezimierungsfilters 109) kombiniert werden. Zusätzlich kann der Temperatursensor ferner eine Addiereinheit (nicht dargestellt) umfassen, die mit dem Dezimierungsfilter gekoppelt ist. Die Addiereinheit kann dazu ausgelegt sein, den korrigierten Koeffizienten B' zu einer Ausgabe des Dezimierungsfilters zu addieren.
Unter Bezugnahme auf 7 wird in der dargestellten Ausführungsform der Korrekturkoeffizient K_ptat in einer Erfassungsbetriebsart eines Temperatursensors berechnet. In alternativen Ausführungsformen kann der Korrekturkoeffizient K_ptat in einer Kalibrierungsbetriebsart eines Temperatursensors berechnet werden und kann zusammen mit den vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten und den Nachverarbeitungsparametern in einem NVM des Temperatursensors gespeichert werden. 8 stellt ein Ablaufdiagramm eines solchen Kalibrierungsverfahrens 800 gemäß einer Ausführungsform dar. In einigen Ausführungsformen sind die Schritte 801, 803, 805, 807, 809, 811, 813, 815, 817, 819, 825 und 827 des Verfahrens 800 ähnlich den Schritten 601, 603, 605, 607, 609, 611, 613, 615, 617, 619, 623 bzw. 625 des Verfahrens 600 (siehe 6) und ihre Beschreibung wird der Kürze halber nicht wiederholt. In Schritt 821 wird für jeden Temperatursensor ein Eckpunktkorrekturkoeffizient K_{ptat_corner}, ein Krümmungskorrekturkoeffizient K_{ptat_curvature} und ein kombinierter Korrekturkoeffizient K_ptat durch das Nachverarbeitungssystem berechnet. In einigen Ausführungsformen kann der Schritt 821 des Verfahrens 800 dem Schritt 707 des Verfahrens 700 (siehe 7) ähnlich sein und die Beschreibung wird der Kürze halber nicht wiederholt. In Schritt 823 werden für jeden Temperatursensor die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten wie etwa die korrigierte PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib}, der korrigierte Verstärkungskoeffizient K_{ADC_corr}, die interne Referenzspannung V_{be1_calib}, der Korrekturkoeffizient K_ptat und die Nachbearbeitungsparameter wie etwa die Faktoren n, m und α, die Zielreferenzspannung V_{be_target} und der Koeffizient K_{ptat_corner_max} in einem nichtflüchtigen Speicher (wie etwa dem in 1 dargestellten NVM 117) eines entsprechenden Temperatursensors gespeichert. In alternativen Ausführungsformen werden die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten, der Korrekturkoeffizient K_ptat jedes Temperatursensors und die Nachverarbeitungsparameter in einer Massenspeichervorrichtung (wie etwa der in 2 dargestellten Massenspeichervorrichtung 205) des Nachverarbeitungssystems gespeichert. In alternativen Ausführungsformen können die korrigierten Koeffizienten A' und B' (siehe Gl. 23 und 24) und der Koeffizient α' = α/K_{ADC_corr} in der Kalibrierungsbetriebsart berechnet werden und können statt der vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten (wie etwa des korrigierten Verstärkungskoeffizienten K_{ADC_corr}, der korrigierten PTAT-Spannung ΔV_{be_corr_calib}, der internen Referenzspannung V_{be1_calib} und des Korrekturkoeffizienten K_ptat) und der Nachverarbeitungsparameter (wie etwa der Faktoren n, m und α, der Zielreferenzspannung V_{be_target} und des Koeffizienten K_{ptat_corner_max}) in dem NVM des Temperatursensors gespeichert werden. In solchen Ausführungsformen berechnet das Nachverarbeitungssystem in Schritt 821 die korrigierten Koeffizienten A' und B' und den Koeffizienten α' = α/K_{ADC_corr} unter Verwendung von Gl. 23 und 24.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8 korrigiert in alternativen Ausführungsformen in Schritt 827 das Nachverarbeitungssystem die Durchschnittstemperaturdrift und den Gleichförmigkeitsfehler der thermischen Aufspannvorrichtung nachdem die Eckpunkt- und/oder Krümmungsfehler korrigiert worden sind und die erfassten Temperaturen T_sensed berechnet worden sind. In solchen Ausführungsformen verwendet das Nachverarbeitungssystem die Durchschnittstemperatur T_avg und die charakteristische Funktion f(x, y), um eine korrigierte zentrierte erfasste Temperatur T_{sensed_centered_corr} zu berechnen. In einigen Ausführungsformen wird die korrigierte zentrierte erfasste Temperatur T_{sensed_centered_corr}(x, y) eines Temperatursensors an einer Stelle mit den Koordinaten x und y durch die folgende Gleichung berechnet: T_{sensed_centered_corr}(x, y) = T_sensed(x, y) – T_avg – f(x, y)· (25)
Unter weiterer Bezugnahme auf 6, 7 und 8 werden die Verfahren 600, 700 und 800 in Bezug auf Ausführungsformen beschrieben, in denen die PTAT-Spannung V_ptat gleich ΔV_be ist und die interne Referenzspannung V_{ref_int} gleich V_be1 ist. Verfahren, die den Verfahren 600, 700 und 800 ähnlich sind, können auch auf alternative Ausführungsformen angewendet werden, in denen die PTAT-Spannung V_ptat gleich ΔV_be ist, die interne Referenzspannung V_{ref_int} gleich V_be1 ist und ADCs von Temperatursensoren dazu ausgelegt sind, eine Pulsdichte auszugeben, die gleich ΔV_be/V_bg ist. Verfahren, die den Verfahren 600, 700 und 800 ähnlich sind, können ferner auf alternative Ausführungsformen angewendet werden, in denen die PTAT-Spannung V_ptat gleich ΔV_be ist und die interne Referenzspannung V_{ref_int} gleich der Bandlückenspannung V_bg ist. Verfahren, die den Verfahren 600, 700 und 800 ähnlich sind, können auch auf alternative Ausführungsformen angewendet werden, in denen die Spannungen V_be1 und V_be2 nacheinander gemessen werden, um die PTAT-Spannung ΔV_be zu bestimmen, und in denen die interne Referenzspannung V_{ref_int} gleich der Spannung V_be1, der Bandlückenspannung V_bg oder einer alternativen Referenzspannung wie beispielsweise einer aus einem zweiten Bandlückenspannungsgenerator abgeleiteten Versorgungsspannung ist.
Verschiedene hier dargestellte Ausführungsformen ermöglichen die Korrektur von Streuungs-, Eckpunkt-, Krümmungs-, Drift- und Gleichförmigkeitsfehlern, um Temperatursensoren mit verbesserter Genauigkeit zu erhalten. In einigen Ausführungsformen werden die Eckpunkt- und Krümmungsfehler durch Anwenden einer annähernd linearen Korrektur in dem Temperaturbereich korrigiert und die Drift- und Ungleichheitsfehler unter Verwendung einer Durchschnittstemperatur eines Wafers und einer charakteristischen Funktion einer thermischen Aufspannvorrichtung als Teil eines Nachverarbeitungsalgorithmus korrigiert, der durch ein Nachverarbeitungssystem durchgeführt wird, das mit einem Temperatursensor gekoppelt ist. Verschiedene Ausführungsformen bieten ferner eine On-Chip-Kalibrierungsreferenzspannungserzeugung, einen dedizierten Testanschluss für die Gleichstrommessung der Kalibrierungsreferenzspannung, eine räumliche Mittelung von Daten aus mehreren Temperatursensoren, um die statistische Streuung zu minimieren, einen nichtflüchtigen On-Chip-Speicher, um verschiedene Kalibrierungskoeffizienten und Nachverarbeitungsparameter für die Verwendung durch das Nachverarbeitungssystem zu speichern, und eine Kommunikationsschnittstelle, die zwischen einen Temperatursensor und ein Nachverarbeitungssystem gekoppelt ist, um während der Kalibrierung verschiedene Schritte auszulösen und verschiedene Kalibrierungskoeffizienten und Nachbearbeitungsparameter, die in dem nichtflüchtigen On-Chip-Speicher gespeichert sind, zu lesen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier zusammengefasst. Andere Ausführungsformen können auch aus der Gesamtheit der Beschreibung und den hiermit eingereichten Ansprüchen verstanden werden. Ein allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Nachverarbeiten mehrerer Temperatursensoren, die in mehrere Sätze gruppiert sind, für jeden Satz der mehreren Sätze: Empfangen mehrerer Ausgangssignale, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden, durch ein Nachverarbeitungssystem, das mit entsprechenden Temperatursensoren gekoppelt ist; Berechnen von Werten, die zu absoluten Temperaturen proportionale Spannungen (PTAT-Spannungen) darstellen, und Werten, die interne Referenzspannungen darstellen, basierend auf Ausgangssignalen, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden, durch das Nachverarbeitungssystem; Berechnen eines Mittelwerts der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, und relativer PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen von Werten, die korrigierte PTAT-Spannungen darstellen, durch das Nachverarbeitungssystem unter Verwendung der relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Das Verfahren, in dem jeder Satz der mehreren Sätze die gleiche Anzahl von Temperatursensoren enthält. Wobei das Verfahren ferner umfasst, dass für jeden Satz der mehreren Sätze durch das Nachverarbeitungssystem Eckpunktkorrekturkoeffizienten und Krümmungskorrekturkoeffizienten für die entsprechenden Temperatursensoren berechnet werden. Das Verfahren, wobei das Berechnen der Eckpunktkorrekturkoeffizienten umfasst: Berechnen von Werten, die die internen Referenzspannungen bei einer Referenztemperatur darstellen, durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen von Differenzen zwischen den Werten, die die internen Referenzspannungen bei der Referenztemperatur darstellen, und einem Wert, der eine interne Zielreferenzspannung darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem. Das Verfahren, wobei das Berechnen der Krümmungskorrekturkoeffizienten umfasst: Berechnen von Werten, die verschobene Bandlückenreferenzspannungen darstellen, auf der Grundlage der Werte, die die internen Referenzspannungen darstellen, und der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, durch das Nachverarbeitungssystem, wobei die Werte, die die verschobenen Bandlückenreferenzspannungen darstellen, innerhalb eines Zieltemperaturbereichs der mehreren Temperatursensoren annähernd lineare Temperaturabhängigkeiten aufweisen. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Kalibrieren von Analog/Digital-Umsetzern (ADCs) der entsprechenden Temperatursensoren umfasst, um Verstärkungskoeffizienten zu erhalten. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Berechnen korrigierter Verstärkungskoeffizienten unter Verwendung der relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem umfasst. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Speichern der korrigierten Verstärkungskoeffizienten in nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Speichern der Werte, die entsprechende korrigierte PTAT-Spannungen darstellen, und der Werte, die entsprechende interne Referenzspannungen darstellen, in nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Speichern der Eckpunktkorrekturkoeffizienten und der Krümmungskorrekturkoeffizienten in den nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst. Wobei das Verfahren ferner ein Speichern von Nachverarbeitungsparametern in den nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze umfasst: Erzeugen erster Ausgangssignale der mehreren Ausgangssignale durch die entsprechenden Temperatursensoren, wobei die ersten Ausgangssignale auf den PTAT-Spannungen und den durch die Temperaturerfassungsschaltungen der entsprechenden Temperatursensoren erzeugten internen Referenzspannungen basieren; und Erzeugen zweiter Ausgangssignale der mehreren Ausgangssignale durch die entsprechenden Temperatursensoren, wobei die zweiten Ausgangssignale auf den von den Temperaturerfassungsschaltungen der entsprechenden Temperatursensoren erzeugten PTAT-Spannungen und von Referenzspannungsgeneratoren der entsprechenden Temperatursensoren erzeugten Kalibrierungsreferenzspannungen basieren. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Messen des Werts, der die Kalibrierungsreferenzspannungen darstellt, umfasst. Wobei das Verfahren ferner ein Einstellen einer Temperatur der mehreren Temperatursensoren auf eine Kalibrierungstemperatur unter Verwendung einer thermischen Aufspannvorrichtung umfasst. Wobei das Verfahren ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Berechnen einer durchschnittlichen erfassten Kalibrierungstemperatur für die entsprechenden Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem umfasst. Das Verfahren, in dem die Kalibrierungstemperatur über der thermischen Aufspannvorrichtung ungleichförmig ist. Das Verfahren, in dem ein Gleichförmigkeitsfehler der thermischen Aufspannvorrichtung durch eine charakteristische Funktion gekennzeichnet ist. Wobei das Verfahren ferner eine Verschmälerung einer Verteilung von durchschnittlichen erfassten Kalibrierungstemperaturen der mehreren Sätze unter Verwendung der charakteristischen Funktion umfasst. Wobei das Verfahren ferner ein Zentrieren der Verteilung der durchschnittlichen erfassten Kalibrierungstemperaturen der mehreren Sätze umfasst.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Empfangen eines Ausgangssignals, das von dem Temperatursensor erzeugt wird, durch ein Nachverarbeitungssystem, das mit einem Temperatursensor gekoppelt ist, wobei das Ausgangssignal auf einer zu einer absoluten Temperatur proportionalen Spannung (PTAT-Spannung) und einer internen Referenzspannung, die durch eine Temperaturerfassungsschaltung des Temperatursensors erzeugt wird, basiert; Lesen vorrichtungsspezifischer Kalibrierungskoeffizienten und von Nachverarbeitungsparametern, die in einem nichtflüchtigen Speicher des Temperatursensors gespeichert sind, durch das Nachverarbeitungssystem; Berechnen eines Eckpunktkorrekturkoeffizienten und eines Krümmungskorrekturkoeffizienten auf der Grundlage der vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem; Berechnen eines PTAT-Verhältnisses auf der Grundlage des Ausgangssignals durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen einer erfassten Temperatur auf der Grundlage des PTAT-Verhältnisses, des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Das Verfahren, wobei das Berechnen der erfassten Temperatur umfasst: Berechnen einer geschätzten Temperatur auf der Grundlage des PTAT-Verhältnisses durch das Nachverarbeitungssystem; und Korrigieren der geschätzten Temperatur durch das Nachverarbeitungssystem durch Addieren eines linearen Korrekturterms zu der geschätzten Temperatur, um die erfasste Temperatur zu erhalten, wobei der lineare Korrekturterm proportional zu einer Summe des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten ist. Das Verfahren, in dem das Berechnen der erfassten Temperatur umfasst: Korrigieren von Abbildungskoeffizienten, die zum Abbilden des PTAT-Verhältnisses auf einen Temperaturbereich verwendet werden, unter Verwendung des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem, um korrigierte Abbildungskoeffizienten zu erhalten; und Berechnen der erfassten Temperatur auf der Basis des PTAT-Verhältnisses und der korrigierten Abbildungskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem. Wobei das Verfahren ferner umfasst: Kalibrieren des Temperatursensors, um die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen; und Speichern der vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten in dem nichtflüchtigen Speicher. Wobei das Verfahren ferner ein Speichern der Nachverarbeitungsparameter in dem nichtflüchtigen Speicher umfasst. Das Verfahren, in dem das Kalibrieren des Temperatursensors umfasst: Einstellen einer Temperatur mehrerer Temperatursensoren auf eine Kalibrierungstemperatur, wobei der Temperatursensor einer der mehreren Temperatursensoren ist; Berechnen von Werten, die PTAT-Spannungen darstellen, und Werten, die interne Referenzspannungen darstellen, der mehreren Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen eines Mittelwerts der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, der mehreren Temperatursensoren und relativer PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten der mehreren Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem. Das Verfahren, in dem das Berechnen des Eckpunktkorrekturkoeffizienten umfasst: Berechnen eines Wertes, der eine interne Referenzspannung des Temperatursensors bei einer Referenztemperatur darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem, wobei sich die Referenztemperatur von einer Kalibrierungstemperatur unterscheidet; und Berechnen einer Differenz zwischen dem Wert, der die interne Referenzspannung des Temperatursensors bei der Referenztemperatur darstellt, und einem Wert, der eine interne Zielreferenzspannung darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem. Das Verfahren, in dem das Berechnen des Krümmungskorrekturkoeffizienten umfasst: Berechnen eines Wertes, der eine verschobene Bandlückenreferenzspannung des Temperatursensors darstellt, basierend auf dem Wert, der die interne Referenzspannung des Temperatursensors darstellt, und dem Wert, der die PTAT-Spannung des Temperatursensors darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem, wobei der Wert, der die verschobene Bandlückenreferenzspannung darstellt, innerhalb eines Zieltemperaturbereichs des Temperatursensors eine annähernd lineare Temperaturabhängigkeit aufweist.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein System, das Folgendes umfasst: einen Temperatursensor; und ein Nachverarbeitungssystem, das mit dem Temperatursensor gekoppelt ist, wobei das Nachverarbeitungssystem zu Folgendem ausgelegt ist: Empfangen eines ersten Signals und eines zweiten Signals, die durch den Temperatursensor erzeugt werden, wobei das erste Signal von dem zweiten Signal verschieden ist; Bestimmen, unter Verwendung des ersten Signals und des zweiten Signals, eines Eckpunktkorrekturkoeffizienten, um einen Eckpunktfehler zu korrigieren; Bestimmen eines Krümmungskorrekturkoeffizienten, um einen Krümmungsfehler zu korrigieren; und Bestimmen einer erfassten Temperatur unter Verwendung des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Das System, in dem das Nachverarbeitungssystem ferner zu Folgendem ausgelegt ist: Bestimmen vorrichtungsspezifischer Kalibrierungskoeffizienten unter Verwendung des ersten Signals und des zweiten Signals. Das System, in dem der Temperatursensor ferner einen nichtflüchtigen Speicher umfasst, der dazu ausgelegt ist, die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten und Nachverarbeitungsparameter zu speichern. Das System, in dem der Temperatursensor umfasst: eine Temperaturerfassungsschaltung; einen Analog/Digital-Umsetzer (ADC), der mit der Temperaturerfassungsschaltung gekoppelt ist; und einen Referenzspannungsgenerator, der mit dem ADC gekoppelt ist. Das System, in dem die Temperaturerfassungsschaltung dazu ausgelegt ist, eine zu einer absoluten Temperatur proportionale Spannung (PTAT-Spannung) und eine interne Referenzspannung zu erzeugen. Das System, in dem die Temperaturerfassungsschaltung mindestens eine Diode umfasst. Das System, in dem die mindestens eine Diode ein als Diode geschalteter Bipolartransistor ist. Das System, in dem die interne Referenzspannung eine Basis-Emitter-Spannung des als Diode geschalteten Bipolartransistors ist. Das System, in dem die PTAT-Spannung eine Differenz zwischen Basis-Emitter-Spannungen des als Diode geschalteten Bipolartransistors bei unterschiedlichen Vorströmen ist. Das System, in dem der Referenzspannungsgenerator dazu ausgelegt ist, eine Kalibrierungsreferenzspannung zu erzeugen. Das System, in dem der ADC zu Folgendem ausgelegt ist: Erzeugen des ersten Signals basierend auf der PTAT-Spannung und der internen Referenzspannung; und Erzeugen des zweiten Signals basierend auf der PTAT-Spannung und der Kalibrierungsreferenzspannung. Das System, in dem das Nachverarbeitungssystem ferner zu Folgendem ausgelegt ist: Bestimmen eines Werts, der die PTAT-Spannung darstellt, basierend auf dem zweiten Signal; Bestimmen eines relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten, um einen Streuungsfehler zu korrigieren; und Korrigieren des Werts, der die PTAT-Spannung darstellt, unter Verwendung des relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten. Das System, in dem der Temperatursensor ferner ein Dezimierungsfilter umfasst, das zwischen den ADC und das Nachverarbeitungssystem gekoppelt ist. Das System, in dem das Dezimierungsfilter dazu ausgelegt ist, die erfasste Temperatur unter Verwendung des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten zu bestimmen.
Es ist zu beachten, dass ein oder mehrere Schritte der hierin bereitgestellten Ausführungsformen von Verfahren durch entsprechende Einheiten oder Module durchgeführt werden können. Beispielsweise kann ein Signal von einer Sendeeinheit oder einem Sendemodul gesendet werden. Ein Signal kann von einer Empfangseinheit oder einem Empfangsmodul empfangen werden. Ein Signal kann von einer Verarbeitungseinheit oder einem Verarbeitungsmodul verarbeitet werden. Weitere Schritte können von einer Erzeugungseinheit/einem Erzeugungsmodul, einer Bestimmungseinheit/einem Bestimmungsmodul, einer Leseeinheit/einem Lesemodul, einer Speichereinheit/einem Speichermodul, einer Recheneinheit/einem Rechenmodul, einer Vergleichseinheit/einem Vergleichsmodul, einer Korrektureinheit/einem Korrekturmodul und/oder einer Einstellungseinheit/einem Einstellungsmodul durchgeführt werden. Die jeweiligen Einheiten/Module können Hardware, Software oder eine Kombination davon sein. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Einheiten/Module eine integrierte Schaltung sein, wie z. B. feldprogrammierbare Gateanordnungen (FPGAs) oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs).
Obwohl diese Offenbarung unter Bezugnahme auf erläuternde Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll diese Beschreibung nicht einschränkend interpretiert werden. Verschiedene Abwandlungen und Kombinationen der erläuternden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Offenbarung sind für Fachleute auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche jegliche derartige Abwandlungen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Nachverarbeiten mehrerer Temperatursensoren, die in mehrere Sätze gruppiert sind, für jeden Satz der mehreren Sätze: Empfangen mehrerer Ausgangssignale, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden, durch ein Nachverarbeitungssystem, das mit entsprechenden Temperatursensoren gekoppelt ist; Berechnen von Werten, die zu absoluten Temperaturen proportionale Spannungen (PTAT-Spannungen) darstellen, und Werten, die interne Referenzspannungen darstellen, basierend auf Ausgangssignalen, die durch die entsprechenden Temperatursensoren erzeugt werden, durch das Nachverarbeitungssystem; Berechnen eines Mittelwerts der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, und relativer PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen von Werten, die korrigierte PTAT-Spannungen darstellen, durch das Nachverarbeitungssystem unter Verwendung der relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Berechnen von Eckpunktkorrekturkoeffizienten und Krümmungskorrekturkoeffizienten für die entsprechenden Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen der Eckpunktkorrekturkoeffizienten Folgendes umfasst: Berechnen von Werten, die die internen Referenzspannungen bei einer Referenztemperatur darstellen, durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen von Differenzen zwischen den Werten, die die internen Referenzspannungen bei der Referenztemperatur darstellen, und einem Wert, der eine interne Zielreferenzspannung darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Berechnen der Krümmungskorrekturkoeffizienten Folgendes umfasst: Berechnen von Werten, die verschobene Bandlückenreferenzspannungen darstellen, basierend auf den Werten, die die internen Referenzspannungen darstellen, und den Werten, die die PTAT-Spannungen darstellen, durch das Nachverarbeitungssystem, wobei die Werte, die die verschobenen Bandlückenreferenzspannungen darstellen, innerhalb eines Zieltemperaturbereichs der mehreren Temperatursensoren annähernd lineare Temperaturabhängigkeiten aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Kalibrieren von Analog/Digital-Umsetzern (ADCs) der entsprechenden Temperatursensoren umfasst, um Verstärkungskoeffizienten zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Berechnen korrigierter Verstärkungskoeffizienten unter Verwendung der relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Speichern der korrigierten Verstärkungskoeffizienten in nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Speichern der Werte, die entsprechende korrigierte PTAT-Spannungen darstellen, und der Werte, die entsprechende interne Referenzspannungen darstellen, in nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Speichern der Eckpunktkorrekturkoeffizienten und der Krümmungskorrekturkoeffizienten in den nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das ferner ein Speichern von Nachverarbeitungsparametern in den nichtflüchtigen Speichern der entsprechenden Temperatursensoren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze umfasst: Erzeugen erster Ausgangssignale der mehreren Ausgangssignale durch die entsprechenden Temperatursensoren, wobei die ersten Ausgangssignale auf den PTAT-Spannungen und den durch die Temperaturerfassungsschaltungen der entsprechenden Temperatursensoren erzeugten internen Referenzspannungen basieren; und Erzeugen zweiter Ausgangssignale der mehreren Ausgangssignale durch die entsprechenden Temperatursensoren, wobei die zweiten Ausgangssignale auf den von den Temperaturerfassungsschaltungen der entsprechenden Temperatursensoren erzeugten PTAT-Spannungen und von Referenzspannungsgeneratoren der entsprechenden Temperatursensoren erzeugten Kalibrierungsreferenzspannungen basieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner ein Einstellen einer Temperatur der mehreren Temperatursensoren auf eine Kalibrierungstemperatur unter Verwendung einer thermischen Aufspannvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner für jeden Satz der mehreren Sätze ein Berechnen einer durchschnittlichen erfassten Kalibrierungstemperatur für die entsprechenden Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Kalibrierungstemperatur über der thermischen Aufspannvorrichtung ungleichförmig ist und wobei ein Gleichförmigkeitsfehler der thermischen Aufspannvorrichtung durch eine charakteristische Funktion gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner ein Verschmälern einer Verteilung von durchschnittlichen erfassten Kalibrierungstemperaturen der mehreren Sätze unter Verwendung der charakteristischen Funktion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner ein Zentrieren der Verteilung der durchschnittlichen erfassten Kalibrierungstemperaturen der mehreren Sätze umfasst.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Empfangen eines Ausgangssignals, das von dem Temperatursensor erzeugt wird, durch ein Nachverarbeitungssystem, das mit einem Temperatursensor gekoppelt ist, wobei das Ausgangssignal auf einer zu einer absoluten Temperatur proportionalen Spannung (PTAT-Spannung) und einer internen Referenzspannung, die durch eine Temperaturerfassungsschaltung des Temperatursensors erzeugt wird, basiert; Lesen vorrichtungsspezifischer Kalibrierungskoeffizienten und von Nachverarbeitungsparametern, die in einem nichtflüchtigen Speicher des Temperatursensors gespeichert sind, durch das Nachverarbeitungssystem; Berechnen eines Eckpunktkorrekturkoeffizienten und eines Krümmungskorrekturkoeffizienten basierend auf den vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem; Berechnen eines PTAT-Verhältnisses basierend auf dem Ausgangssignal durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen einer erfassten Temperatur basierend auf dem PTAT-Verhältnis, dem Eckpunktkorrekturkoeffizienten und dem Krümmungskorrekturkoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Berechnen der erfassten Temperatur umfasst: Berechnen einer geschätzten Temperatur basierend auf dem PTAT-Verhältnis durch das Nachverarbeitungssystem; und Korrigieren der geschätzten Temperatur durch das Nachverarbeitungssystem durch Addieren eines linearen Korrekturterms zu der geschätzten Temperatur, um die erfasste Temperatur zu erhalten, wobei der lineare Korrekturterm proportional zu einer Summe des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Berechnen der erfassten Temperatur umfasst: Korrigieren von Abbildungskoeffizienten, die zum Abbilden des PTAT-Verhältnisses auf einen Temperaturbereich verwendet werden, unter Verwendung des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem, um korrigierte Abbildungskoeffizienten zu erhalten; und Berechnen der erfassten Temperatur basierend auf dem PTAT-Verhältnis und den korrigierten Abbildungskoeffizienten durch das Nachverarbeitungssystem.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, das ferner Folgendes umfasst: Kalibrieren des Temperatursensors, um die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen; und Speichern der vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten in dem nichtflüchtigen Speicher.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verfahren ferner ein Speichern der Nachverarbeitungsparameter in dem nichtflüchtigen Speicher umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Kalibrieren des Temperatursensors umfasst: Einstellen einer Temperatur mehrerer Temperatursensoren auf eine Kalibrierungstemperatur, wobei der Temperatursensor einer der mehreren Temperatursensoren ist; Berechnen von Werten, die PTAT-Spannungen darstellen, und Werten, die interne Referenzspannungen darstellen, der mehreren Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem; und Berechnen eines Mittelwerts der Werte, die die PTAT-Spannungen darstellen, der mehreren Temperatursensoren und relativer PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten der mehreren Temperatursensoren durch das Nachverarbeitungssystem.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Berechnen des Eckpunktkorrekturkoeffizienten umfasst: Berechnen eines Wertes, der eine interne Referenzspannung des Temperatursensors bei einer Referenztemperatur darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem, wobei sich die Referenztemperatur von einer Kalibrierungstemperatur unterscheidet; und Berechnen einer Differenz zwischen dem Wert, der die interne Referenzspannung des Temperatursensors bei der Referenztemperatur darstellt, und dem Wert, der eine interne Zielreferenzspannung darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das Berechnen des Krümmungskorrekturkoeffizienten umfasst: Berechnen eines Werts, der eine verschobene Bandlückenreferenzspannung des Temperatursensors darstellt, basierend auf dem Wert, der die interne Referenzspannung des Temperatursensors darstellt, und dem Wert, der die PTAT-Spannung des Temperatursensors darstellt, durch das Nachverarbeitungssystem, wobei der Wert, der die verschobene Bandlückenreferenzspannung darstellt, innerhalb eines Zieltemperaturbereichs des Temperatursensors eine annähernd lineare Temperaturabhängigkeit aufweist.
System, das Folgendes umfasst: einen Temperatursensor; und ein Nachverarbeitungssystem, das mit dem Temperatursensor gekoppelt ist, wobei das Nachverarbeitungssystem zu Folgendem ausgelegt ist: Empfangen eines ersten Signals und eines zweiten Signals, die durch den Temperatursensor erzeugt werden, wobei das erste Signal von dem zweiten Signal verschieden ist; Bestimmen, unter Verwendung des ersten Signals und des zweiten Signals, eines Eckpunktkorrekturkoeffizienten, um einen Eckpunktfehler zu korrigieren; Bestimmen eines Krümmungskorrekturkoeffizienten, um einen Krümmungsfehler zu korrigieren; und Bestimmen einer erfassten Temperatur unter Verwendung des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten.
System nach Anspruch 25, wobei das Nachverarbeitungssystem ferner zu Folgendem ausgelegt ist: Bestimmen vorrichtungsspezifischer Kalibrierungskoeffizienten unter Verwendung des ersten Signals und des zweiten Signals.
System nach Anspruch 26, wobei der Temperatursensor ferner einen nichtflüchtigen Speicher umfasst, der dazu ausgelegt ist, die vorrichtungsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten und Nachverarbeitungsparameter zu speichern.
System nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei der Temperatursensor umfasst: eine Temperaturerfassungsschaltung; einen Analog/Digital-Umsetzer (ADC), der mit der Temperaturerfassungsschaltung gekoppelt ist; und einen Referenzspannungsgenerator, der mit dem ADC gekoppelt ist.
System nach Anspruch 28, wobei die Temperaturerfassungsschaltung dazu ausgelegt ist, eine zu einer absoluten Temperatur proportionale Spannung (PTAT-Spannung) und eine interne Referenzspannung zu erzeugen.
System nach Anspruch 29, wobei der Referenzspannungsgenerator dazu ausgelegt ist, eine Kalibrierungsreferenzspannung zu erzeugen.
System nach Anspruch 30, wobei der ADC zu Folgendem ausgelegt ist: Erzeugen des ersten Signals basierend auf der PTAT-Spannung und der internen Referenzspannung; und Erzeugen des zweiten Signals basierend auf der PTAT-Spannung und der Kalibrierungsreferenzspannung.
System nach Anspruch 31, wobei das Nachverarbeitungssystem ferner zu Folgendem ausgelegt ist: Bestimmen eines Werts, der die PTAT-Spannung darstellt, basierend auf dem zweiten Signal; Bestimmen eines relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten, um einen Streuungsfehler zu korrigieren; und Korrigieren des Werts, der die PTAT-Spannung darstellt, unter Verwendung des relativen PTAT-Spannungsvariationskoeffizienten.
System nach einem der Ansprüche 28 bis 32, wobei der Temperatursensor ferner ein Dezimierungsfilter umfasst, das zwischen den ADC und das Nachverarbeitungssystem gekoppelt ist.
System nach Anspruch 33, wobei das Dezimierungsfilter dazu ausgelegt ist, die erfasste Temperatur unter Verwendung des Eckpunktkorrekturkoeffizienten und des Krümmungskorrekturkoeffizienten zu bestimmen.