TWI546526B - 溫度感測器、組合電流產生器以及溫度感測器系統 - Google Patents

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    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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    • G05F3/222—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
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Description

溫度感測器、組合電流產生器以及溫度感 測器系統
本案係關於一種溫度感測電路以及一種電流產生器，特別係關於一種低區域預算與低功率消耗的溫度感測器。
對於積體電路(Integrated Circuit，IC)，特別是對於應用互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)技術的積體電路來說，如何有效地監控積體電路中的溫度一直是非常重要的議題。因為在高溫的環境下，積體電路裝置的特性會隨溫度而改變，進而對積體電路裝置本身造成不良的影響，如積體電路裝置的運作速度及可靠性的降低。
對於低成本但高性能的溫度感測器的需求便因此產生，且此需求同樣地反應在目前的可攜式以及物聯網(Internet-of-Things，IoT)裝置。傳統的溫度感測器通常需要至少兩個可個別產生溫度相關暫態的電流產生器，例如產生與絕對溫度成正比關係電流(Proportional To Absolute Tempera- ture，PTAT)的電流產生器以及產生與絕對溫度成反比關係電流(Complimentary To Absolute Temperature，CTAT)的電流產生器，用以產生溫度指示訊號。然而，將產生與絕對溫度成正比關係電流的電流產生器以及產生與絕對溫度成反比關係電流的電流產生器各自使用，將導致電路複雜度的增加，進而佔用晶片上寶貴的空間並增加功率消耗。
有鑒於此，本案提出一種小型的低功率溫度感測器，用以突破上述的瓶頸。
本案揭露的一態樣是關於一種溫度感測器，包含組合電流產生器、電流供給泵以及轉換器。組合電流產生器用以選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流其一，電流供給泵耦合於組合電流產生器，用以反映組合電流產生器產生的電流，轉換器耦合於電流供給泵，用以接收電流供給泵反映的電流。其中根據轉換器的輸出狀態，組合電流產生器選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流。
本案揭露的另一態樣是關於一種組合電流產生器，連接至轉換器，用以選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流其一，包含第一溫度相關支線與第二溫度相關支線。第一溫度相關支線連接於正電源供應器與負電源供應器之間，且第二溫度相關支線與第一溫度相關支線並聯配置。其中根據轉換器的輸出狀態，組合電流產生器選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比 關係電流。
本案揭露的又另一態樣是關於一種溫度感測器系統，包含轉換器、組合電流產生器以及電流重用供給泵。轉換器包含同步比較器，同步比較器具有輸出端。組合電流產生器包含第一溫度相關支線、第二溫度相關支線以及第一對輔助開關，第二溫度相關支線包含第一子支線與第二子支線，第一對輔助開關，分別配置於第一子支線與第二子支線。電流重用供給泵耦合於轉換器與組合電流產生器之間，且電流重用供給泵包含第二對輔助開關，用以選擇性建立通往轉換器的充電與放電路徑。其中第二對輔助開關在運作上耦合於轉換器中的同步比較器的輸出端，根據同步比較器的輸出訊號的狀態，選擇性啟動第二對輔助開關，藉此影響組合電流產生器選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流，用以選擇性為轉換器進行充電與放電。
綜上所述，本案之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有產業上的廣泛利用價值，本案透過於溫度感測器中配置組合電流產生器，可在減少電路設計複雜度的同時，減少溫度感測器於晶片上佔用的空間，並降低其功率消耗。
100、200、300、800‧‧‧溫度感測器
110、210、310‧‧‧組合電流產生器
120、220‧‧‧電流供給泵
130、230、330、860‧‧‧轉換器
211、311‧‧‧第一溫度相關支線
212、312‧‧‧第二溫度相關支線
212a、312a、321a‧‧‧第一子支線
212b、312b、321b‧‧‧第二子支線
213‧‧‧運算放大器
214、314‧‧‧第一電流反映單元
224、324‧‧‧第二電流反映單元
221‧‧‧第一支線
222‧‧‧第二支線
231、331‧‧‧電容元件
232、332‧‧‧同步比較器
233、333‧‧‧計數器電路
234、334‧‧‧反相器
313‧‧‧偏壓單元
320‧‧‧電流重用供給泵
710、720、730、740、742、744、750、760、770‧‧‧步驟
810‧‧‧與絕對溫度成反比關係的電流產生器
820‧‧‧與絕對溫度成正比關係的電流產生器
830、840‧‧‧電流反映/縮放單元
850‧‧‧電流加法單元
DEM‧‧‧動態元件匹配
IC、IP‧‧‧電流
M1、M2、M3、M4、M5、M7、M8‧‧‧金屬氧化半導體電晶體
N0、N1、N2、N3、N4、N5‧‧‧節點
Q1、Q2‧‧‧溫度感測元件
R1、R2‧‧‧電阻元件
Vdd‧‧‧正電源供應器
VREF‧‧‧參考電壓
SW1、SW2、SW3、SW4‧‧‧輔助開關
第1圖為根據本案揭露的多個實施例繪製的溫度感測器電路的方塊圖。
第2圖為根據本案揭露的多個實施例繪製的溫度感測器的示意圖。
第3圖為根據本案揭露的多個實施例繪製的溫度感測器的示意圖。
第4圖為根據本案揭露的多個實施例繪製於一種運作模式下的溫度感測器的示意圖。
第5圖為根據本案揭露的多個實施例繪製於另一種運作模式下的溫度感測器的示意圖。
第6a圖與第6b圖為根據本案揭露的多個實施例繪製的對應於溫度感測器輸出的情境圖。
第7圖為根據本案揭露的一實施例繪製用以說明溫度感測器運作的流程圖。
第8圖為運用分離的溫度相關訊號源的溫度感測器的方塊圖。
本案揭露提供許多不同實施例，例如實施所揭露專利標的不同特徵構造。元件與配置之特定範例如下所述以簡化本案揭露內容，並且僅為舉例說明並非用以限定本案。
實施例的描述在閱讀時搭配附圖，其可認為是書面描述整體的部分。描述中，相對術語例如「之前」、「之後」、「之上」、「之下」、「上」、「下」、「頂」與「底」以及其衍生詞(例如「水平」、「向下」、「向上」等)應當理解為係如討論圖式接著所述或所示的方位。這些相對術語便於描述，並且不要求系統以特定方位構成或運作。關於附屬裝置(attachment)、接合器(coupling)或其類似物的術語，例如 「連接(connected)」與「互連(interconnected)」係指一種關係，其中結構透過介於中間結構直接或非直接地固定或附著至另一結構，除非特別描述之外。
構成溫度感測器的基本要素通常包含使用至少兩個獨立的溫度相關源，此兩獨立的溫度相關源會各自產生可預測但極性相反的溫度相關訊號，(如，與絕對溫度成正比關係訊號以及與絕對溫度成反比關係訊號)。溫度相關訊號可以由電流或電壓的形式呈現。兩獨立溫度相關源產生的訊號隨後分別藉由溫度不變因子進行縮放，即當兩溫度相關訊號相加，兩溫度相反極性相關便會消失，藉此產生擁有零溫度係數(Temperature Coefficient，TC)的參考訊號。此參考訊號可作為取得具體溫度資訊的比較基準。
第8圖為運用分離的溫度相關訊號源的溫度感測器的方塊圖。具體來說，溫度感測器800，包含與絕對溫度成反比關係的電流產生器810、與絕對溫度成正比關係的電流產生器820、第一電流反映/縮放單元830、第二電流反映/縮放單元840，且第一電流反映/縮放單元830連接至與絕對溫度成反比關係的電流產生器810，第二電流反映/縮放單元840連接至與絕對溫度成正比關係的電流產生器820、電流加法單元850以及轉換器860。
與絕對溫度成反比關係的電流產生器810包含產生電流幅值與絕對溫度成反比關係(負溫度係數)的電路。另一方面，與絕對溫度成正比關係的電流產生器820包含產生電流幅值與絕對溫度成正比關係(正溫度係數)的電路。
第一電流反映/縮放單元830耦合於與絕對溫度成 反比關係的電流產生器810，用以複製與絕對溫度成反比關係的電流產生器810產生的電流，並將與絕對溫度成反比關係電流乘上縮放因子。第一電流反映/縮放單元830的反映與縮放功能可由具有合適通道寬長比的電晶體實施。同樣地，第二電流反映/縮放單元840耦合於與絕對溫度成正比關係的電流產生器820，第二電流反映/縮放單元840包含用以複製與縮放與絕對溫度成正比關係的電流產生器820產生的電流。第二電流反映/縮放單元840的反映與縮放功能可由具有合適通道寬長比的電晶體實施。此外，第一電流反映/縮放單元830耦合於第二電流反映/縮放單元840，第二電流反映/縮放單元840更耦合於電流加法單元850。
電流加法單元850包含可將與絕對溫度成反比關係的電流產生器810產生的反映與縮放電流以及與絕對溫度成正比關係的電流產生器820產生的反映與縮放電流進行加總的電路，用以提供本質上不受溫度影響的參考電流。轉換器860將參考電流作為參考基準，用以產生與溫度相關的數位輸出。
由此可知，若同時存在多個電流產生器(如，與絕對溫度成反比關係的電流產生器810以及與絕對溫度成正比關係的電流產生器820)，電路的複雜度必然增加，並佔用晶片上寶貴的空間以及導致較高的功率消耗。
第1圖為根據本案揭露的多個實施例繪製的溫度感測器電路的方塊圖。於此實施例中，溫度感測器100包含組合電流產生器110、電流供給泵120以及轉換器130。組合電流產生器110用以選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流，電流供給泵120耦合於組合電流產生器 100，轉換器130耦合於電流供給泵120。實際上，根據本案揭露的實施例，組合電流產生器110可由兩種模式選擇其一進行運作。此兩種模式分別為：與絕對溫度成正比關係的電流產生模式以及與絕對溫度成反比關係電流產生模式。電流供給泵120用以反映組合電流產生器110產生的電流，以及輸送反映電流至轉換器130。轉換器130用以產生數位輸出，且數位輸出對應於電流供給泵120反映的電流。更甚者，轉換器130的輸出狀態會回授至組合電流產生器110與電流供給泵120，用以控制電流產生模式的切換(如，與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式切換，以及電流供給泵120對轉換器130的充電/放電操作)。舉例來說，轉換器130的輸出狀態可以是元件輸出訊號的數位狀態，如轉換器130中的比較器(轉換器230中的同步比較器232，以及轉換器330中的同步比較器332)，關於比較器的細節會在後續有更詳盡的說明。在多個實施例中，當轉換器130的輸出狀態是數位狀態「1」，即高電平狀態，組合電流產生器110會根據數位狀態的結果，產生與絕對溫度成反比關係電流。另一方面，當轉換器130的輸出狀態是數位狀態「0」，即低電平狀態，組合電流產生器110會改為產生與絕對溫度成正比關係電流。然而，存在於轉換器130的數位輸出，和與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式之間的對應關係有可能反轉。在多個實施例中，當轉換器130的輸出狀態是高電平狀態，則組合電流產生器110會產生與絕對溫度成正比關係電流。運用一種簡單而小巧的產生器電路(如，組合電流產生器110)，選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的功能，有 利於節省區域預算與降低功率消耗。
第2圖為根據本案揭露的一實施例繪製的溫度感測器200的示意圖。實施例中，溫度感測器200包含組合電流產生器210、電流供給泵220以及轉換器230。電流供給泵220耦合於組合電流產生器210，轉換器230耦合於電流供給泵220。組合電流產生器210用以選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流，分別以IPTAT與ICTAT表示，電流供給泵220用以反映組合電流產生器210產生的溫度相關電流，轉換器230用以產生數位輸出，且數位輸出對應於通過電流供給泵220的反映電流。更甚者，轉換器230包含用以產生具有輸出狀態的輸出訊號(如，數位輸出狀態「0」或「1」)的元件(如，同步比較器232)，轉換器230的輸出狀態回授至組合電流產生器210與電流供給泵220(如，經由節點N0)，用以控制與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式之間的切換(甚至是控制充電與放電之間的狀態切換，細節會在後續做更詳盡的說明)。
組合電流產生器210包含第一金屬氧化半導體(Metal Oxide Semiconductor，MOS)電晶體M1、第二金屬氧化半導體電晶體M2、運算放大器213、第一溫度感測元件Q1、第一電阻元件R1、第二電阻元件R2以及第二溫度感測元件Q2。具體來說，第一金屬氧化半導體電晶體M1與第二金屬氧化半導體電晶體M2各自具有耦合的閘極與源極，第一金屬氧化半導體電晶體M1與第二金屬氧化半導體電晶體M2的閘極皆經由節點N3耦合於運算放大器213的輸出端，同時第一金屬氧化半導體電晶體M1與第二金屬氧化半導體電晶體M2的源極分別耦合於正電 源供應器Vdd。運算放大器213具有反相輸入端(即「-」)，經由第一節點N1耦合於第一金屬氧化半導體電晶體M1的汲極，以及正相輸入端(即「+」)，經由第二節點N2耦合於第二金屬氧化半導體電晶體M2的汲極，其中第一節點N1與第二節點N2的電壓位準分別為V1與V2。第一溫度感測元件Q1包含第一端點以及第二端點，第一端點耦合於第一節點N1，第二端點連接至負電源供應器(如，接地端)。第二溫度感測元件Q2包含第一端點以及第二端點，第一端點經由第二電阻元件R2耦合於第二節點N2，第二端點連接至負電源供應器(如，接地端)，第二溫度感測元件Q2與第二電阻元件R2的位置可以互相交換。
第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2的本質為溫度相關元件。其中，基於雙載子接面電晶體(Binary Junction Transistor，BJT)的基射極間電壓(Base-Emitter Volt-age，VBE)變化近似-1.8mV/℃，雙載子接面電晶體為第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2可行的選項其一。換句話說，雙載子接面電晶體的基射極間電壓會隨著溫度上升而降低，即負溫度相關，且其於一些溫度區間中大致呈線性關係。第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2根據一比值設計，用以使第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2之間的電壓差與絕對溫度成正比關係。實際上，第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2的可行元件選擇包含二極體型感測元件、雙載子接面電晶體型感測元件、電阻型感測元件、動態臨界電壓金屬氧化半導體(Dynamic Threshold-Voltage MOS，DTMOS)型感測元件，以及其他具有可比較特性的適合元件與其組合。
上述的組合電流產生器210的元件構成第一溫度相 關支線211與第二溫度相關支線212。實際上，所謂的「支線」可以視為始於正電源供應器Vdd終於負電源供應器(如，接地端)的電路路徑。第一溫度相關支線211與第二溫度相關支線212分別連接至正電源供應器Vdd與負電源供應器(如，接地端)之間，且第一溫度相關支線211與第二溫度相關支線212為並聯配置。具體來說，第一溫度相關支線211包含第一金屬氧化半導體電晶體M1以及第一溫度感測元件Q1。另一方面，第二溫度相關支線212包含第二金屬氧化半導體電晶體M2，連接至一對子支線，一對子支線包含第一子支線212a與第二子支線212b，第一子支線212a由運算放大器213的正相輸入端N2，經由第一電阻元件R1延伸至接地端。第二子支線212b由節點N2，經由串聯配置的第二電阻元件R2與第二溫度感測元件Q2延伸至接地端。
此外，組合電流產生器210包含第一對輔助開關SW1與SW2，分別配置於第一子支線212a與第二子支線212b中，輔助開關SW1與輔助開關SW2用以使組合電流產生器210可在與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式之間進行選擇。實際上，輔助開關SW1與輔助開關SW2用以於同一時間選擇性接取第一子支線212a與第二子支線212b其一。具體來說，將輔助開關SW1配置於運算放大器213的反相端與第一電阻元件R1之間，用以控制第一子支線212a的電流接取，同時將輔助開關SW2配置於節點N2的下游側，用以控制第二子支線212b的電流接取。
於本案實施例中，將運算放大器213作為偏壓單元，用以建立跨第一節點N1與第二節點N2之間的相等電位。具體來說，運算放大器213配置於第一溫度相關支線211與第二溫度相關 支線212之間，用以建立於第一溫度相關支線211的節點N1與第二溫度相關支線212的節點N2之間相同的端電壓。因為運算放大器213輸入端之間虛擬短路的關係，故第一節點N1與第二節點N2的電壓位準基本上相等(如，V1=V2)。
根據輔助開關SW1與輔助開關SW2的開關選擇結果，組合電流產生器210選擇性運作於與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式。具體來說，當輔助開關SW1啟動時，電流即可從正電源供應器Vdd分別經由第一溫度相關支線211與第一子支線212a導通至負電源供應器(如，接地端)。
此外，由於第一金屬氧化半導體電晶體M1與第二金屬氧化半導體電晶體M2基本上具有相同的通道寬長比，因此於並聯配置的第一溫度相關支線211與第二溫度相關支線212上的電流幅值基本上相同。由於第一節點N1與第二節點N2的電壓位準基本上相同(如，V1=V2)，因此由下述關係式可推導出經由第一溫度感測元件Q1的電流幅值：
V1=V2=VbeQ1=ICTAT * R1、ICTAT=VbeQ1/R1。
其中VbeQ1為第一溫度感測元件Q1的基射極間電壓，以及ICTAT為由組合電流產生器210產生的溫度相關電流。具體來說，電流ICTAT會隨著溫度的下降而降低，產生負溫度係數電流。
同樣地，當輔助開關SW2啟動時，電流就可以從正電源供應器Vdd分別經由第一溫度相關支線211與第二子支線212b導通至負電源供應器(如，接地端)。如上所述，第一溫度相關支線211與第二溫度相關支線212之間的電流幅值基本上相同。 由於偏壓單元(如，運算放大器213)，導致第一節點N1與第二節點N2的電壓位準基本上相同，因此由下述關係式可推導出經由第二溫度感測元件Q2的電流幅值：V1=VbeQ1=V2=VbeQ2+IPTAT * R2、IPTAT=(VbeQ1-VbeQ2)/R2。
其中VbeQ1為第一溫度感測元件Q1的基射極間電壓，VbeQ2為第二溫度感測元件Q2的基射極間電壓，以及IPTAT為組合電流產生器210產生的溫度相關電流。具體來說，由第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2之間的電位差產生的電流IPTAT會隨著溫度的上升而提高，產生正溫度係數電流。
組合電流產生器110更包含第三金屬氧化半導體電晶體M3與第四金屬氧化半導體電晶體M4，且第三金屬氧化半導體電晶體M3與第四金屬氧化半導體電晶體M4的閘極耦合於第一金屬氧化半導體電晶體M1與第二金屬氧化半導體電晶體M2的閘極。金屬氧化半導體電晶體M1、金屬氧化半導體電晶體M2、金屬氧化半導體電晶體M3，以及金屬氧化半導體電晶體M4皆具有電流反映功能，用以構成第一電流反映單元214。於本案實施例中，第一電流反映單元214中的金屬氧化半導體電晶體M1、金屬氧化半導體電晶體M2、金屬氧化半導體電晶體M3，以及金屬氧化半導體電晶體M4皆有應用動態元件匹配(Dynamic Element Matching，DEM)技術。第一電流反映單元214結合動態元件匹配DEM可降低由製程變化與各元件間的不匹配造成的負面影響。更甚者，於本案實施例中，金屬氧化半導體電晶體M3包含源極，連接至正電源供應器Vdd，以及汲極，連接至電流供給泵220的第一支線221。另一方面，金屬氧化半導體電晶體M4包含源極，連接至正電源供 應器Vdd，以及汲極，連接至電流供給泵220的第二支線222。
電流供給泵220經由第一電流反映單元214中的金屬氧化半導體電晶體M3，耦合於組合電流產生器210。電流供給泵220中的第一支線221與第二支線222更連接至第二電流反映單元224中的第一金屬氧化半導體電晶體M7與第二金屬氧化半導體電晶體M8。具體來說，金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8配置於電流反映結構中，且金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8的閘極互相連接。金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8的源極皆連接至負電源供應器(如，接地端)，以及金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8的汲極分別連接至金屬氧化半導體電晶體M3與金屬氧化半導體電晶體M4的汲極。此外，金屬氧化半導體電晶體M7配置於二極體連接構造中，且金屬氧化半導體電晶體M7的閘極與汲極互相連接。於本案實施例中，第二電流反映單元224中的金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8同樣結合動態元件匹配DEM，用以降低由製程變化與各元件間的不匹配造成的負面影響。
電流供給泵220更包含第二對輔助開關SW3與SW4，配置於第一電流反映單元214與第二電流反映單元224之間。於本案實施例中，第一輔助開關SW4配置於電流供給泵220中的第二支線222的金屬氧化半導體電晶體M4的汲極與充電/放電節點N4之間。如下所述，輔助開關SW4用以控制轉換器230中的電容元件231的充電路徑接取。另一方面，第二輔助開關SW3配置於電流供給泵220中的第二支線222的充電/放電節點N4與第二電流反映單元224中的金屬氧化半導體電晶體M8的汲極之間。 同樣地，輔助開關SW3，用以控制轉換器230中的電容元件231的放電路徑接取。因此，第二對輔助開關SW3/輔助開關SW4可以選擇性建立經由充電/放電節點N4通往/來自轉換器230中的電容元件231的充電/放電路徑。
轉換器230包含類比轉數位(Analog to Digital，AD)轉換器。於本案多個實施例中，轉換器230為類比轉數位轉換器，用以轉換類比溫度相關電流訊號(如，ICTAT/IPTAT)成對應於數位輸出的電壓訊號。轉換器230包含電容元件231，經由充電/放電節點N4連接至電流供給泵220，電容元件231連接至負電源供應器(如，接地端)。轉換器230更包含同步比較器232，同步比較器232包含第一輸入、第二輸入以及計數器電路233，第一輸入用以接收參考電壓VREF，第二輸入連接至電容元件231，計數器電路233耦合於同步比較器232的輸出端。計數器電路233可為積累與轉儲(accumulate-and-dump)計數器電路，用以計數同步比較器232產生的脈波，並根據此脈波計數結果，產生溫度指示數位輸出(如，二進位溫度碼)。
更甚者，將同步比較器232的輸出作為指示訊號，用以控制於本案實施例中溫度感測器的模式切換。具體來說，第一對輔助開關(如，輔助開關SW1/輔助開關SW2)與第二對輔助開關(如，輔助開關SW3/輔助開關SW4)分別經由節點N0耦合於轉換器230中的同步比較器232的輸出。於本案實施例中，電流供給泵220中的輔助開關SW3，與組合電流產生器210中的第一子支線212a的輔助開關SW1運作於同相位。另一方面，於本案多個實施例中，反相器(如，反相器234)用於輔助開關SW1與輔助開關SW3。於此一範例，輔助開關SW4與輔助開關SW1運作於同相位，而輔助開 關SW3與輔助開關SW2亦運作於同相位，即輔助開關SW1與輔助開關SW2為互補關係以及輔助開關SW3與輔助開關SW4亦為互補關係，且轉換器230的數位輸出與溫度的上升成反相關係。於多個實施例中，第一對輔助開關中的輔助開關SW1與第二對輔助開關中的輔助開關SW4運作於同相位，同時輔助開關SW2與輔助開關SW3亦運作於同相位。根據本案實施例，只要輔助開關SW1/輔助開關SW2與輔助開關SW3/輔助開關SW4分別運作於反相位(互補關係)，溫度感測器即可運作。
在運作中，輔助開關SW1、輔助開關SW2、輔助開關SW3以及輔助開關SW4的開關動作由同步比較器232產生的輸出訊號的輸出狀態決定。於本案多個實施例中，輔助開關以金屬氧化半導體裝置的方式實施。於本案一實施例中，同步比較器232輸出低電平狀態訊號(如，邏輯狀態為「0」的訊號)，低電平狀態訊號會關閉位於放電路徑中的輔助開關SW3，以及組合電流產生器210中的第一子支線212a的輔助開關SW1(開關開路)。同時，反相器234接收來自同步比較器232輸出的低電平狀態訊號，因此高電平狀態訊號(如，邏輯狀態為「1」的訊號)輸出至位於充電路經的輔助開關SW4，以及組合電流產生器210中的第二子支線212b的輔助開關SW2。針對高電平狀態訊號，輔助開關SW2與輔助開關SW4以開啟開關應對(開關短路)。結果，第二子支線212b啟動，以及組合電流產生器210運作於與絕對溫度成正比關係的電流產生模式。
因此，金屬氧化半導體電晶體M4的反映結構，可以複製溫度相關電流(與絕對溫度成正比關係電流)，由組合電流產生器210產生，用以經由節點N4為轉換器230中的電容元件231進行 充電。
當電容元件231充電至預設位準時(由參考電壓VREF的位準決定)，同步比較器232的輸出狀態會隨之改變。於此範例中，同步比較器232輸出高電平狀態訊號(如，邏輯狀態為「1」的訊號)。高電平狀態訊號會開啟位於放電路徑中的輔助開關SW3，以及組合電流產生器210中的第一子支線212a的輔助開關SW1(開關短路)。同時，反相器234接收來自同步比較器232輸出的高電平狀態訊號，因此低電平狀態訊號(如，邏輯狀態為「0」的訊號)輸出至位於充電路經的輔助開關SW4，以及組合電流產生器210中的第二子支線212b的輔助開關SW2。因此，低電平狀態訊號會關閉位於充電路徑中的輔助開關SW4，以及組合電流產生器210中的第二子支線212b的輔助開關SW2(開關開路)。結果，第一子支線212a啟動，以及組合電流產生器210運作於與絕對溫度成反比關係的電流產生模式。
因此，金屬氧化半導體電晶體M3的反映結構，可以複製由組合電流產生器210產生，於電流供給泵220中的第一支線221的溫度相關電流(與絕對溫度成反比關係電流)。第二電流反映單元224反映位於放電路徑上(起始於節點N4，經由輔助開關SW3)的溫度相關電流(如，ICTAT)，用以響應輔助開關SW1與輔助開關SW4的選擇。當放電路徑建立起時，電容元件231經由輔助開關SW3至接地端進行放電。
第3圖為根據本案揭露的另一實施例繪製的溫度感測器的示意圖。於本案實施例中，溫度感測器300包含組合電流產生器310，用以選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流。溫度感測器300包含電流重用供給泵320， 耦合於組合電流產生器310，電流重用供給泵320用以反映組合電流產生器310產生的電流。溫度感測器300更包含轉換器330，耦合於電流重用供給泵320，轉換器330用以產生對應於電流重用供給泵320反映的電流的數位輸出。更甚者，轉換器330包含用以產生具有輸出狀態的輸出訊號(如，數位輸出狀態「0」或「1」)的元件(如，同步比較器332)。轉換器330的輸出狀態回授至組合電流產生器310與電流重用供給泵320(經由節點N0)，用以控制與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式之間的模式切換，並藉以建立轉換器330的充電或放電狀態。
組合電流產生器310包含第一金屬氧化半導體電晶體M1、第二金屬氧化半導體電晶體M2，位於二極體連接配置、偏壓單元313、第一溫度感測元件Q1、第一電阻元件R1、第二電阻元件R2以及第二溫度感測元件Q2。
第一溫度感測元件Q1與第二溫度感測元件Q2的特性是溫度相關，且可行的元件選擇包含二極體式感測元件、雙載子接面電晶體式感測元件、電阻式感測元件、動態臨界電壓金屬氧化半導體電晶體(Dynamic Threshold-Voltage MOS，DTMOS)式感測元件或其他具有可比較特性的適合元件與其組合。
實際上，上述組合電流產生器310的元件構成第一溫度相關支線311與第二溫度相關支線312。第一溫度相關支線311與第二溫度相關支線312分別連接於正電源供應器Vdd與負電源供應器(如，接地端)之間，且第一溫度相關支線311與第二溫度相關支線312為並聯配置。具體來說，第一溫度相關支線311包含第一金屬氧化半導體電晶體M1以及第一溫度感測元件Q1(經由偏壓單元313連接至金屬氧化半導體電晶體M1)，第二溫度相關支線 312包含第二金屬氧化半導體電晶體M2，經由偏壓單元313連接至一對子支線，一對子支線包含第一子支線312a與第二子支線312b。實際上，第一子支線312a與第二子支線312b分別由節點N2延伸至接地端。第一子支線312a包含第一電阻元件R1，同時第二子支線312b包含串聯配置的第二電阻元件R2與第二溫度感測元件Q2，金屬氧化半導體電晶體M1的閘極經由節點N3耦合於金屬氧化半導體電晶體M2的閘極。
組合電流產生器310更包含一對輔助開關SW1與輔助開關SW2，分別配置於第一子支線312a與第二子支線312b中。實際上，輔助開關SW1與輔助開關SW2用以於同一時間選擇性接取第一子支線312a與第二子支線312b其一，藉以使組合電流產生器310可在與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式之間進行選擇。具體來說，將輔助開關SW1配置於第一子支線312a中，用以控制第一子支線312a的電流接取，並將輔助開關SW2配置於第二子支線312b中，用以控制第二子支線312b的電流接取。
於本案實施例中，偏壓單元313包含金屬氧化半導體電晶體M4，位於二極體連接配置，以及金屬氧化半導體電晶體M5，其閘極連接至金屬氧化半導體電晶體M4的閘極。本案實施例利用二極體連接pnp雙載子接面電晶體(如，金屬氧化半導體電晶體M2、金屬氧化半導體電晶體M4)創造矽電壓相關的能帶間隙。實際上，金屬氧化半導體電晶體M1、金屬氧化半導體電晶體M2、金屬氧化半導體電晶體M4與金屬氧化半導體電晶體M5構成回授迴路，導致n-通道的場效電晶體的源極基本上電位相等。具體來說，負回授迴路控制電流，導致節點N1的電壓基本上相等於節點 N2的電壓(如，V1=V2)。更甚者，偏壓單元313中的金屬氧化半導體電晶體M4與金屬氧化半導體電晶體M5結合動態元件匹配DEM的特性，可降低由製程變化與各元件間的不匹配造成的負面影響。利用配置於二極體連接偏壓單元313中的電晶體取代運算放大器，減少電路元件的數量並簡化電路的複雜度。
根據輔助開關SW1與輔助開關SW2的開關選擇，組合電流產生器310選擇性運作於與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式。具體來說，當輔助開關SW1啟動時，電流即可從正電源供應器Vdd分別經由第一溫度相關支線311與第一子支線312a導通至接地端。於本案實施例中，金屬氧化半導體電晶體M1與金屬氧化半導體電晶體M2基本上具有相同的通道寬長比，因此於兩並聯配置的第一溫度相關支線311與第二溫度相關支線312上的電流幅值基本上相同。因為偏壓單元313的存在，位於第一節點N1與第二節點N2的電壓位準基本上相同，所以根據組合電流產生器310運作的模式，可選擇性取得一具有負溫度係數(ICTAT)與一具有正溫度係數的電流(IPTAT)。可供比較的範例已於先前揭露，故不在此多做詳述。
組合電流產生器310更包含第三金屬氧化半導體電晶體M3，其閘極耦合於金屬氧化半導體電晶體M1與金屬氧化半導體電晶體M2的閘極。金屬氧化半導體電晶體M1、金屬氧化半導體電晶體M2與金屬氧化半導體電晶體M3皆具有電流反映功能，用以構成第一電流反映單元314。於本案實施例中，第一電流反映單元314中的金屬氧化半導體電晶體M1、金屬氧化半導體電晶體M2與金屬氧化半導體電晶體M3皆應用動態元件匹配DEM技術，用以降低由製程變化與各元件間的不匹配造成的負面影響。更甚者，金 屬氧化半導體電晶體M3包含連接至正電源供應器Vdd的源極，以及連接至電流重用供給泵320的汲極。
電流重用供給泵320經由第一電流反映單元314中的金屬氧化半導體電晶體M3，耦合於組合電流產生器310。於本案實施例中，電流重用供給泵320包含第一子支線321a與第二子支線321b分歧於節點N5。第一子支線321a與第二子支線321b更分別連接至第二電流反映單元324中的第一金屬氧化半導體電晶體M7與第二金屬氧化半導體電晶體M8。具體來說，金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8配置於電流反映結構中，且金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8的閘極互相連接。金金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8的源極皆連接至負電源供應器(如，接地端)，以及金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8的汲極分別連接至輔助開關SW3與節點N4。此外，金屬氧化半導體電晶體M7配置於二極體連接構造中，且金屬氧化半導體電晶體M7的閘極與汲極互相連接。第二電流反映單元324中的金屬氧化半導體電晶體M7與金屬氧化半導體電晶體M8同樣結合動態元件匹配DEM，用以降低由製程變化與裝置不匹配造成的負面影響。
電流重用供給泵320更包含第二對輔助開關SW3與SW4，配置於第一電流反映單元314與第二電流反映單元324之間。於本案實施例中，第一輔助開關SW3配置於電流重用供給泵320中的第一子支線321a中，即節點N5與金屬氧化半導體電晶體M7的汲極(第二電流反映單元324)之間。另一方面，第二輔助開關SW4配置於電流重用供給泵320中的第二子支線321b中，即金屬氧化半導體電晶體M3的汲極與一充電/放電節點N4之間。輔助開 關SW3與輔助開關SW4可以選擇性建立經由充電/放電節點N4通往/來自轉換器330中的電容元件331的充電/放電路徑。第一子支線321a/第二子支線321b)的實施更降低溫度感測器300的電路複雜度與提高功率效率。
轉換器330包含電容元件331，用以經由充電/放電節點N4連接至電流重用供給泵320，電容元件331連接至負電源供應器(如，接地端)。轉換器330更包含同步比較器332，同步比較器332包含第一輸入以及第二輸入，第一輸入用以接收參考電壓VREF，第二輸入連接至電容元件331。轉換器330更包含計數器電路333，耦合於同步比較器332的輸出端，計數器電路333可為積累與轉儲計數器電路，用以計數同步比較器332產生的脈波，並根據此脈波計數結果，產生指示溫度狀態的二進位溫度碼。
更甚者，以同步比較器232的輸出作為指示訊號，用以控制本案實施例中溫度感測器的模式切換。實際上，第一對輔助開關(輔助開關SW1/輔助開關SW2)與第二對輔助開關(輔助開關SW3/輔助開關SW4)分別經由節點N0耦合於轉換器330中的同步比較器332的輸出。具體來說，電流重用供給泵320中的輔助開關SW3，與組合電流產生器310中的第一子支線312a的輔助開關SW1運作於同相位。同時，電流重用供給泵320中的輔助開關SW4，經由反相器334，與組合電流產生器310中的第二子支線312b的輔助開關SW2運作於同相位。另一方面，於本案多個實施例中，額外的反相器可以用於輔助開關SW1與輔助開關SW2。配置方式使得輔助開關SW4與輔助開關SW1運作於同相位，而輔助開關SW3與輔助開關SW2亦運作於同相位，即輔助開關SW1與輔助開關SW2為互補關係以及輔助開關SW3與輔助開關SW4亦為互補關 係，且轉換器330的數位輸出與溫度的上升成反相關係。於多個實施例中，第一對輔助開關中的輔助開關SW1與第二對輔助開關中的輔助開關SW4運作於同相位，同時輔助開關SW2與輔助開關SW3亦運作於同相位。根據本案實施例，只要輔助開關SW1/輔助開關SW2與輔助開關SW3/輔助開關SW4運作於反相位(互補關係)，溫度感測器即可運作。
第4圖為根據本案揭露的多個實施例繪製於一種運作模下的溫度感測器的示意圖。以下揭露以本案實施例中的溫度感測器300為範例。為了清楚說明本案揭露，將會省略圖中多個元件的符號標示。
在運作中，輔助開關SW1、輔助開關SW2、輔助開SW3以及輔助開關SW4的開關動作由同步比較器332產生的輸出訊號的輸出狀態決定。於多個實施例中，輔助開關以金屬氧化半導體裝置的方式實施。於一實施例中，同步比較器332輸出低電平狀態訊號(如，邏輯狀態為「0」的訊號)，低電平狀態訊號關閉位於第一子支線321a中的輔助開關SW3，以及組合電流產生器310中的第一子支線312a的輔助開關SW1(開關開路)。同時，位於充電路徑中的輔助開關SW4，以及位於組合電流產生器310中的第二子支線312b的輔助開關SW2分別接收到反相訊號(如，高電平狀態「1」)。因此，高電平狀態訊號開啟輔助開關SW2與輔助開關SW4(開關短路)。結果，第二子支線312b啟動，以及組合電流產生器310運作於與絕對溫度成正比關係的電流產生模式。
因此，金屬氧化半導體電晶體M3的反映結構，可以複製由組合電流產生器310產生的溫度相關電流(與絕對溫度成正比關係電流)，用以經由充電/放電節點N4為轉換器330中的電容元 件331進行充電。
第5圖為根據本案揭露的多個實施例繪製於另一種運作模式下的溫度感測器的示意圖。以下揭露以本案實施例中的溫度感測器300為範例。為了清楚說明本案揭露，將會省略圖中多個元件的符號標示。
當電容元件331充電至預設位準時(由參考電壓VREF的位準決定)，同步比較器332的輸出狀態會隨之改變。於此範例中，同步比較器332輸出高電平狀態訊號(如，邏輯狀態為「1」的訊號)，高電平狀態訊號會開啟位於放電路徑中的輔助開關SW3，以及組合電流產生器310中的第一子支線312a的輔助開關SW1(開關短路)。同時，位於充電路徑中的輔助開關SW4，以及位於組合電流產生器310中的第二子支線312b的輔助開關SW2分別接收到反相訊號(如，低電平狀態「0」)。因此，低電平狀態訊號關閉輔助開關SW2與輔助開關SW4(開關開路)。結果，第一子支線312a啟動，以及組合電流產生器310運作於與絕對溫度成反比關係的電流產生模式。
因此，金屬氧化半導體電晶體M3的反映結構，可以複製由組合電流產生器310產生的溫度相關電流(與絕對溫度成反比關係電流)，於電流重用供給泵320中的第一子支線321a。第二電流反映單元324反映溫度相關電流(如，ICTAT)於第二子支線321b中的放電路徑(由節點N4至接地端)。因此，電容元件331可以經由充電/放電節點N4至接地端進行放電。
第6a圖與第6b圖為根據本案揭露的多個實施例繪製的對應於溫度感測器輸出的情境圖。組合電流產生器(如，組合電流產生器310)中的與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成 反比關係電流的電流產生模式的切換，可以提供溫度相關資訊，且溫度指示的數位輸出可由其擷取出。
如第6a圖所示，與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的情境圖相對於溫度變化，通常形成交叉的圖樣。實際上，與絕對溫度成正比關係電流IP通常會隨著溫度的上升呈線性關係提高。同時與絕對溫度成反比關係電流IC通常會隨著溫度的上升呈線性關係降低。
第6b圖為電容元件(如，轉換器330中的電容元件331)中的一系列電壓與時間情境圖(溫度隨著頁面朝下增加)。頂端的情境圖為具有固定脈波寬度(如，參考切換週期，tSW)與固定振幅的參考訊號。參考訊號可作為時脈計數器。實際上，於電壓-時間情境圖中的上升區段對應於電容元件的充電週期(如，以與絕對溫度成正比關係電流進行充電)，並於以下的電壓-溫度情境圖中令其為週期tP。於電壓-時間情境圖中的下降區段對應於電容元件的放電週期(如，以與絕對溫度成反比關係電流進行放電)，並於以下的圖中令其為週期tC。如圖所示，因為與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式的切換時間周期與溫度相關，所以電容元件的充電與放電週期隨著溫度的不同而改變。與絕對溫度成正比關係模式(對應於轉換器330中的電容元件331的充電週期)以及與絕對溫度成反比關係模式(對應於轉換器330中的電容元件331的放電週期)的關係可以由以下揭露得知。
轉換器中的電容元件(如，電容元件331)的充電/放電對應於隨時間改變的電壓位準：dV/dt=I/C。
其中C為轉換器中的電容元件(如，電容元件331)的電容值。當電容元件以與絕對溫度成正比關係電流進行充電， I=IP。令與絕對溫度成正比關係週期為tP，可以得到：dV=IP/C*tP。
反之，當電容元件以與絕對溫度成反比關係電流進行放電，I=IC。令與絕對溫度成反比關係週期為tC，可以得到：dV=IC/C * tC。
然而，實際上會運用與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流其一為轉換器中的電容元件進行充電/放電，由此可知dV=IP/C * tP=IC/C * tC。
其中tP與tC分別代表充電與放電時間週期，且其對應於組合電流產生器選擇性運作於與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式的時間週期。因此，充電與放電週期的比值tP/tC可用與絕對溫度成反比關係電流以及與絕對溫度成正比關係電流的比值來表示(與絕對溫度成反比關係電流以及與絕對溫度成正比關係電流皆基本上與溫度呈線性相關，如第6a圖所示)：tP/tC=tP/(N * tSW-tP)=IC/IP=(mC * T+KC)/(mP * T+KP)。
實際上，充電與放電週期的總和(tP+tC)可用參考切換週期的倍數來表示，如(tP+tC)=N*tSW。其中N為(tP+tC)和參考切換週期tSW的比值。更甚者，令溫度為T、與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流分別對應的斜率為mP與mC(如，溫度係數)、與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流分別對應的補償溫度相關係數為KP與KC，以及參考切換週期為tSW。實際上：tP+tC=N * tSW(由此可知：tC=N * tSW-tP)。
因此，充電週期tP與放電週期tC由下可知：tp=[(mc * T+Kc)/(mp * T+Kp+mc * T+Kc)]*(N * tsw)、 tc=N * tsw-tp=M * tsw(令與絕對溫度成反比關係週期tC=M * tSW，其中M為tC和參考週期tSW的比值)。
將上式的兩側同除以N * tsw，由此可知：tc/(N * tsw)=1-tp/(N * tsw)=(mp * T+Kp)/(mp * T+Kp+mc* T+Kc)=Ip/(Ip+Ic)。
因此，藉由令與絕對溫度成正比關係電流(IP)和電流總和(IP+IC)的比值為一溫度係數α：IP/(IP+IC)=M/N=α1。
可以得知溫度指示係數α小於或等於1(其中M為放電週期tC和參考時間週期tSW的比值，N為切換週期總和(tP+tC)和參考時間週期tSW的比值)。
如上所述，溫度指示係數α隨著溫度的變化而改變。參照第6b圖，當溫度上升時，與絕對溫度成正比關係電流的幅值提高，以及與絕對溫度成反比關係電流的幅值降低。因為與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的幅值改變，其比值亦會改變，因此溫度指示係數α會隨著溫度變化而改變。舉例來說，於本案圖式中，溫度指示係數α隨著溫度上升，從數值1/4(通常對應於第一溫度T1)變動至數值3/4(通常對應於第五溫度T5)。因此，溫度指示係數α可用以產生指示溫度狀態的數位輸出(如，二進位溫度碼)。舉例來說，經由同步比較器(如，轉換器330中的同步比較器332)，可以得知電壓-溫度情境圖具有溫度指示係數α=1/4(如第6a圖中的第一電壓-溫度情境圖所示)。溫度指示係數α=1/4可以反映第一溫度T1，以及於給定時間週期內，對應於三脈波峰值。因此，積累轉儲計數器(如，轉換器330中的計數器電路333)可用以於給定時間內，計算脈波峰值出現的次數(於本範例中，次數即為3)，並輸出二進位溫度碼(如，011)，用以表 示第一溫度T1。同樣地，當溫度上升時，溫度指示係數α=1/3可以反映第二溫度T2，以及於給定時間週期內，對應於四脈波峰值(如第6a圖中的第二電壓-溫度情境圖所示)。因此，積累轉儲計數器可用以於給定時間內，計算脈波峰值出現的次數(於本範例中，次數即為4)，並輸出二進位溫度碼(如，100)，用以表示第二溫度T2。相同的運作原則可應用於其他溫度狀態與其對應的係數，故不在此重覆。
第7圖為根據本案揭露的一實施例繪製用以說明溫度感測器運作的流程圖。實際上，此實施例為溫度感測器(如，溫度感測器300)含組合電流產生器(如，組合電流產生器310)訊號通訊耦合於轉換器(如，轉換器330)。轉換器包含比較單元(如，同步比較器332)，用以輸出具有兩輸出狀態(如，數位輸出狀態0/數位輸出狀態1)的控制訊號，組合電流產生器包含第一子支線與第二子支線(如，第一子支線312a與第二子支線312b)，根據控制訊號的輸出狀態，用以選擇性產生第一溫度相關電流或第二溫度相關電流(如，與絕對溫度成正比關係電流/與絕對溫度成反比關係電流)。
在步驟710中，根據轉換器產生的控制訊號的第一輸出狀態，第一子支線選擇性啟動。因此，組合電流產生器運作於第一電流產生模式，且產生第一溫度相關電流。根據具體電路的實施方法，第一溫度相關電流為與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流其一。
在步驟720中，基本上幅值相等於第一溫度相關電流的電流輸出至轉換器，任何適合的電路配置皆可用以產生此電流(如，先前範例中揭露的第一電流反映單元314)。
在步驟730中，轉換器藉由接收溫度相關電流，用以決定控制訊號的輸出狀態。具體來說，轉換器中的比較單元，用輔助開關SW1與輔助開關SW2以比較相對於第一溫度相關電流的電壓與預先設定的臨界電壓(如，參考電壓VREF)。
在步驟740中，如果相對於接收到的溫度相關電流的電壓未達到預先設定的臨界電壓，比較器繼續輸出具有第一輸出狀態的控制訊號。另一方面，如果相對於接收到的溫度相關電流的電壓達到預先設定的臨界電壓，比較器會輸出具有第二輸出狀態的控制訊號。於本案實施例中，控制訊號基本上對準於時脈訊號的觸發邊緣。
舉例來說，如果未達到臨界值，在步驟742中，具有第一輸出狀態的控制訊號輸出至組合電流產生器。針對具有第一輸出狀態的控制訊號，組合電流產生器會繼續運作於第一電流產生模式。
對另一範例來說，如果達到臨界值，在步驟744中，轉換器改為輸出具有第二輸出狀態的控制訊號至組合電流產生器。於本案實施例中，控制訊號基本上對準於時脈訊號的觸發邊緣。
針對具有第二輸出狀態的控制訊號(來自步驟744)，在步驟750，組合電流產生器選擇性啟動第二子支線，隨後切換成第二電流產生模式。因此，其結果為組合電流產生器產生第二溫度相關電流。在具體實施電路中，第二溫度相關電流為溫度相關電流，且具有相對於第一溫度相關電流的負溫度係數，以及其為與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流其一。
在步驟760中，基本上幅值相同於第一溫度相關電流的電流輸出至轉換器，任何適合的電路配置皆可用以產生此電流(如，先前範例中揭露的第一電流反映單元314/第二電流反映單元324)。
返回至步驟730，轉換器藉由接收溫度相關電流，決定控制訊號的輸出狀態。如前述的方式，轉換器中的比較單元，用以比較相對於第二溫度相關電流的電壓與預先設定的臨界電壓(如，參考電壓VREF)，並將此資訊作為決定控制訊號的輸出狀態的基準。
同時，在步驟770中，轉換器藉由組合電流產生器(如，經由計數器電路333)的模式切換動作(如，與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流的電流產生模式切)，產生數位溫度碼。實際上，數位溫度碼的產生可以由本案揭露的先前實施例實施，故不在此重覆。
因此，本案揭露的一態樣是關於一種小型低功率溫度感測器，包含組合電流產生器、電流重用供給泵以及轉換器。組合電流產生器用以選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流，電流重用供給泵耦合於組合電流產生器，用以反映組合電流產生器產生的電流，轉換器耦合於電流重用單元，用以產生數位輸出，且數位輸出對應於電流重用供給泵反映的電流。其中根據轉換器的輸出狀態，組合電流產生器選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流。
其次，本案揭露的另一態樣是關於一種組合電流產生器，組合電流產生器連接至電流至電壓的轉換器，用以選擇性 產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流，包含第一溫度相關支線與第二溫度相關支線。第一溫度相關支線連接於正電源供應器與負電源供應器之間，且第二溫度相關支線與第一溫度相關支線為並聯配置。其中根據電流至電壓轉換器的輸出狀態，組合電流產生器選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流。
再者，本案揭露的又另一態樣是關於一種溫度感測器，包含轉換器、組合電流產生器以及電流重用供給泵。轉換器包含同步比較器，組合電流產生器包含第一溫度相關支線、第二溫度相關支線以及一對輔助開關，第二溫度相關支線包含第一子支線與第二子支線，一對輔助開關分別配置於第一子支線與第二子支線。電流重用供給泵包含另一對輔助開關，用以控制位於轉換器輸入端的電容元件進行充電/放電。輔助開關操作上耦合於轉換器中的同步比較器的輸出端，其中比較器的輸出訊號狀態選擇性啟動位於第一子支線與第二子支線的輔助開關，影響組合電流產生器選擇性產生與絕對溫度成正比關係電流以及與絕對溫度成反比關係電流於充電或放電模式其一。
技術領域通常知識者可以容易理解到揭露的實施例實現一或多個前述舉例的優點。閱讀前述說明書之後，技術領域通常知識者將有能力對如同此處揭露內容作多種類的更動、置換、等效物以及多種其他實施例。因此本發明之保護範圍當視申請專利範圍所界定者與其均等範圍為準。
100‧‧‧溫度感測器
110‧‧‧組合電流產生器
120‧‧‧電流供給泵
130‧‧‧轉換器

Claims (10)

  1. 一種溫度感測器，包含一組合電流產生器，用以選擇性產生一與絕對溫度成正比關係電流以及一與絕對溫度成反比關係電流其一；一電流供給泵，耦合於該組合電流產生器，用以反映該組合電流產生器產生的電流；以及一轉換器，耦合於該電流供給泵，用以接收該電流供給泵反映的電流，其中根據該轉換器的一輸出狀態，該組合電流產生器選擇性產生該與絕對溫度成正比關係電流以及該與絕對溫度成反比關係電流。
  2. 如請求項1所述之溫度感測器，其中該轉換器包含：一電容元件；一同步比較器，包含一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端用以接收一參考電壓，該第二輸入端連接至該電容元件；以及一計數器電路，連接至該同步比較器的該輸出端，其中根據該轉換器的該輸出狀態，該電流供給泵選擇性為該轉換器中的該電容元件進行充電與放電，其中該電流供給泵包含一第二對輔助開關，運作上耦合於該同步比較器的該輸出端，其中電流供給泵更包含一第二電流反映單元，結合動態元件匹配，連接至該第二對輔助開關，該第二對輔助開關經 由一充電/放電節點，選擇性為該電容元件進行充電與放電。
  3. 如請求項2所述之溫度感測器，其中該組合電流產生器包含：一第一溫度相關支線，連接於一正電源供應器與一負電源供應器之間；以及一第二溫度相關支線，該第二溫度相關支線與該第一溫度相關支線為並聯配置，其中該第一溫度相關支線包含一第一溫度感測元件，其中該第二溫度相關支線包含一第一子支線與一第二子支線，該第一子支線包含一第一電阻元件，該第二子支線包含一第二電阻元件與一第二溫度感測元件，且該第二電阻元件與該第二溫度感測元件為串聯配置。
  4. 如請求項3所述之溫度感測器，其中該第二溫度相關支線包含一第一對輔助開關，分別配置於該第一子支線與該第二子支線，用以選擇性接取該第一子支線與該第二子支線，該第一對輔助開關分別耦合於該同步比較器的該輸出端，且該組合電流產生器於該第一對輔助開關接取第一子支線時，產生該與絕對溫度成反比關係電流，於該第一對輔助開關接取第二子支線時，產生該與絕對溫度成正比關係電流。
  5. 如請求項3所述之溫度感測器，其中該組合電流產生器更包含一偏壓單元，耦合於該第一溫度相關支線 與該第二溫度相關支線之間，用以建立於該第一溫度相關支線的一第一節點與該第二溫度相關支線的一第二節點之間相同的端電壓；以及一第一電流反映單元，結合動態元件匹配，分別耦合於該第一溫度相關支線與該第二溫度相關支線，其中該偏壓單元包含一電晶體，或者該偏壓單元包含動態元件匹配，或者該偏壓單元為一放大器，其中在該偏壓單元包含該電晶體的情形下，該電晶體以二極體連接方式配置，其中在該偏壓單元為該放大器的情形下，該放大器包含一反相輸入端、一正相輸入端以及一輸出端，該反相輸入端連接至該第一節點，該正相輸入端連接至該第二節點，以及該輸出端連接至該第一電流反映單元的一第三節點，其中該電流供給泵經由該第一電流反映單元耦合於該組合電流產生器。
  6. 一種組合電流產生器，連接至一轉換器，用以選擇性產生一與絕對溫度成正比關係電流以及一與絕對溫度成反比關係電流其一，包含：一第一溫度相關支線，連接於一正電源供應器與一負電源供應器之間；以及一第二溫度相關支線，該第二溫度相關支線與該第一溫度相關支線為並聯配置，其中根據該轉換器的一輸出狀態，該組合電流產生器選擇性產生該與絕對溫度成正比關係電流以及該與絕對溫度成反比關係電流。
  7. 如請求項6所述之組合電流產生器，其中該第一溫度相關支線包含一第一溫度感測元件，該第二溫度相關支線包含一第一子支線與一第二子支線，該第一子支線包含一第一電阻元件，該第二子支線包含一第二電阻元件與一第二溫度感測元件，且該第二電阻元件與該第二溫度感測元件為串聯配置，其中該第二溫度相關支線包含一第一對輔助開關，分別配置於該第一子支線與該第二子支線，用以選擇性接取該第一子支線與該第二子支線，且該組合電流產生器於該第一對輔助開關接取該第一子支線時，產生該與絕對溫度成反比關係電流，於該第一對輔助開關接取該第二子支線時，產生該與絕對溫度成正比關係電流，其中該溫度感測元件為雙載子接面電晶體型感測元件、電阻型感測元件或動態臨界電壓金屬氧化半導體型感測元件。
  8. 如請求項6所述之組合電流產生器，其中該組合電流產生器更包含一偏壓單元，連接於該第一溫度相關支線與該第二溫度相關支線之間，用以建立於該第一溫度相關支線的一第一節點與該第二溫度相關支線的一第二節點之間相同的端電壓、一第一電流反映單元，結合動態元件匹配，分別耦合於該第一溫度相關支線與該第二溫度相關支線，其中該偏壓單元包含一電晶體，或者該偏壓單元包含動態元件匹配，或者該偏壓單元為一放大器，其中在該偏壓單 元包含該電晶體的情形下，該電晶體以二極體連接方式配置，其中在該偏壓單元為該放大器的情形下，該放大器包含一反相輸入端、一正相輸入端以及一輸出端，該反相輸入端連接至該第一節點，該正相輸入端連接至該第二節點，以及該輸出端連接至該第一電流反映單元的一第三節點。
  9. 一種溫度感測器系統，包含：一轉換器，該轉換器包含一同步比較器，該同步比較器具有一輸出端；一組合電流產生器，包含：一第一溫度相關支線；一第二溫度相關支線，該第二溫度相關支線包含一第一子支線與一第二子支線；一第一對輔助開關，分別配置於該第一子支線與該第二子支線；以及一電流重用供給泵，耦合於該轉換器與該組合電流產生器之間，且該電流重用供給泵包含一第二對輔助開關，用以選擇性建立通往該轉換器的一充電與一放電路徑，其中該第二對輔助開關運作上偶合於該轉換器中的該同步比較器的該輸出端，根據該同步比較器的一輸出訊號的一狀態，選擇性啟動該第二對輔助開關，藉此影響該組合電流產生器選擇性產生該與絕對溫度成正比關係電流以及該與絕對溫度成反比關係電流，用以選擇性為該轉換器進行充電與放電。
  10. 如請求項9所述之溫度感測器系統，其中該電流重用供給泵包含一第一子支線與一第二子支線，該第二對輔助開關分別配置於該電流重用供給泵中的該第一子支線與該第二子支線。
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