專利名稱：片上溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及片上溫度傳感器技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代生活中，溫度信息的檢測和監(jiān)控一直是關(guān)注的焦點，尤其在食品、醫(yī)療、衛(wèi)生等與日常生活息息相關(guān)的領(lǐng)域更是必不可少。因此，檢測和控制溫度的芯片及產(chǎn)品具有廣泛的應(yīng)用，作為核心技術(shù)的溫度傳感器產(chǎn)品同樣種類繁多。如用于片外溫度檢測的熱電偶、采用三極管的PN結(jié)溫度特性實現(xiàn)溫度檢測的片上溫度傳感器等。與片上溫度傳感器相比，片外溫度傳感器具有更高的精度和準確性，然而，由于處于片外，其占用面積大，在集成度不斷提高的發(fā)展趨勢下，越來越成為溫度傳感器的發(fā)展瓶頸。此外，由于芯片在工作狀態(tài)下，內(nèi)外部溫差較大，諸如熱電偶這樣的片外溫度傳感器是無法滿足芯片內(nèi)部溫度檢測需求的。在這種情況下，可實時監(jiān)測芯片溫度的片上溫度傳感器逐漸引起業(yè)內(nèi)重視。然而，由于大多溫度傳感器均采用PN結(jié)溫度特性來實現(xiàn)檢測，且PN結(jié)溫度特性受工藝、電壓等影響較大，對于一般半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，片上溫度傳感器的精度，尤其是不同芯片的片上溫度傳感器之間的精度差別較大。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中片上溫度傳感器電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，片上溫度傳感器包括若干場效應(yīng)晶體管MlOfMl 12、雙極晶體管QlOf Q103以及運算放大器1101、電阻R101、R102，其中，場效應(yīng)晶體管M101 M112的特征參數(shù)是完全相同的，假設(shè)運算放大器IlOl沒有失調(diào)電壓Vqs，且雙極晶體管Q101 Q103和場效應(yīng)晶體管MlOfMl 12是完全匹配的，則該片上溫度傳感器中各路電流均相同，且在運算放大器IlOl的作用下，其兩輸入端VN和VP的電壓也相同，根據(jù)雙極晶體管的基本電壓電流公式可得雙極晶體管QlOl
發(fā)射結(jié)電壓，雙極晶體管Q102發(fā)射結(jié)電壓
權(quán)利要求
1.一種片上溫度傳感器，包括基本電路單元和斬波單元，其中 所述基本電路單元包括電流鏡電路，提供所述片上溫度傳感器工作所需的電流鏡電流及所述斬波單元的偏置電流；PTAT電流偏置電路，包括共基極、共集電極的第一、第二雙極晶體管；第三雙極晶體管，用于產(chǎn)生輸出電壓； 所述斬波單元包括斬波控制電路，包括場效應(yīng)晶體管形成的時鐘控制電路；斬波運算放大器，包括場效應(yīng)晶體管形成的電流鏡電路、運放輸入電路、運放負載、反相器以及斬波控制開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述片上溫度傳感器還包括R-C濾波網(wǎng)絡(luò)，所述R-C濾波網(wǎng)絡(luò)包括一個或多個電阻-電容對，用于實現(xiàn)輸出電壓的歸一化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述R-C濾波網(wǎng)絡(luò)包括7個電阻-電容對。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述片上溫度傳感器還包括電阻微調(diào)單元，用于實現(xiàn)對輸出電壓的微調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述電阻微調(diào)單元包括n個電阻，所述電阻串聯(lián)形成電阻串；(n+l)個場效應(yīng)晶體管，其中，n彡2且n為整數(shù)，所述場效應(yīng)晶體管漏極連接所述電阻各端，源極連接在一起作為所述電阻微調(diào)單元的輸出，柵極連接控制電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述電阻微調(diào)單元的輸出連接所述R-C濾波網(wǎng)絡(luò)，所述電阻串連接于所述第三雙極晶體管發(fā)射極和電流鏡電路之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述片上溫度傳感器還包括電熔絲陣列，用于實現(xiàn)對電阻微調(diào)單元的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述電熔絲陣列包括多個電熔絲單元，所述電熔絲單元包括熔絲，電阻，第一、第二電流源，第一、第二場效應(yīng)晶體管，以及電壓比較器電路，其中所述第一、第二場效應(yīng)晶體管的柵極連接Read信號，源極分別經(jīng)由熔絲和電阻接地，漏極分別連接第一、第二電流源，且分別連接所述電壓比較器電路的兩輸入端，所述電壓比較器電路的輸出即為所述電熔絲單元的輸出信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述第一、第二電流源輸出電流相等，所述電阻阻值為500 Q 1500 Q。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的片上溫度傳感器，其特征在于，所述電熔絲陣列包括(n+1)個電熔絲單元，其中，n彡2且n為整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，提供一片上溫度傳感器，包括基本電路單元，斬波單元，電阻微調(diào)單元，電熔絲陣列以及R-C濾波網(wǎng)絡(luò)。采用斬波單元來消除片上溫度傳感器的非理想因素失調(diào)電壓、失配和噪聲；同時，進一步采用電阻微調(diào)單元實現(xiàn)精度的進一步提高，并以電熔絲陣列將電阻微調(diào)單元所需的控制位集成在芯片內(nèi)，有效控制封裝成本，并保證了器件的高集成度。此外，本發(fā)明提供的片上溫度傳感器還通過R-C濾波網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)輸出電壓的歸一化，最終得到消除工藝影響、在不同芯片上具有一致性的輸出結(jié)果的高精度片上溫度傳感器。
文檔編號G01K7/00GK103063317SQ201210552748
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者皮常明, 張遠, 范紅梅 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司