本發(fā)明涉及電路電子設(shè)計(jì)，尤其涉及一種基于增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓生成結(jié)構(gòu)的片上溫度傳感器。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)電路性能的要求越來(lái)越高，芯片功耗不斷增加，芯片溫度對(duì)芯片性能和可靠性的影響也越來(lái)越顯著，溫度成為影響芯片性能和可靠性的重要因素。因此在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，溫度傳感器是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，被廣泛應(yīng)用于多種電子系統(tǒng)中，以確保電子電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2、其中傳統(tǒng)的vptat（voltage?proportional?to?absolute?temperature）技術(shù)是一種常用的電路方案，vptat技術(shù)主要利用較穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓和正溫度系數(shù)電壓來(lái)檢測(cè)芯片溫度變化的原理，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)電路系統(tǒng)，利用其中的電子器件特性（如線性電阻和雙極型三極管）與溫度呈線性的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量電路相關(guān)的輸出電壓或電流，可以推斷出芯片的溫度，由于該技術(shù)的低成本和較高檢測(cè)精度的優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛的用于芯片溫度檢測(cè)。

3、但隨著集成電路工藝的不斷進(jìn)步，特別是進(jìn)入深亞微米和納米時(shí)代，對(duì)更低功耗、更小面積和更高集成度的需求日益增長(zhǎng)，這使得傳統(tǒng)溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)面臨諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的vptat溫度檢測(cè)電路雖然在一定程度上滿足了之前的芯片溫度檢測(cè)需求，但仍存在諸多不足，如電路尺寸較大、對(duì)溫度敏感度較低、較窄的溫度測(cè)量范圍、所需的電路復(fù)雜度高、集成度偏低、易受電源電壓波動(dòng)影響等。因此，開(kāi)發(fā)一種高效、精確、簡(jiǎn)約可靠的芯片溫度檢測(cè)電路，能夠提供更寬的溫度測(cè)量范圍，同時(shí)減少所需的電路復(fù)雜度和提高電路集成度，并可以與硅基工藝平臺(tái)兼容，以適應(yīng)不斷發(fā)展的先進(jìn)集成電路工藝，具有重要顯著的現(xiàn)實(shí)意義和非常廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓生成結(jié)構(gòu)的片上溫度傳感器，在溫度不變的情況下優(yōu)化傳統(tǒng)的正溫度系數(shù)電壓斜率和擴(kuò)展幅值范圍生成優(yōu)化增強(qiáng)的正溫度系數(shù)電壓，拓展每度溫度對(duì)應(yīng)的電壓值，實(shí)現(xiàn)使用低精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器就可以有效識(shí)別溫度波動(dòng)對(duì)應(yīng)的電壓值變化，實(shí)現(xiàn)使用低精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器也可以實(shí)現(xiàn)小溫度波動(dòng)檢測(cè)，增強(qiáng)了電路對(duì)溫度變化的敏感度，拓展了電路的檢測(cè)范圍，通過(guò)產(chǎn)生的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓與增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓來(lái)控制低精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行芯片的片上溫度檢測(cè)。

2、技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

3、基于增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓生成結(jié)構(gòu)的片上溫度傳感器，包括：

4、用于輸出零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓vref和正溫度系數(shù)電壓vptat的第一部分電路；

5、用于增強(qiáng)零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓vref的驅(qū)動(dòng)能力的第二部分電路，第二部分電路用于接收第一部分電路輸出的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓vref、第五部分電路輸出的電流iz1,1，并輸出電壓vref_buf；

6、用于增強(qiáng)正溫度系數(shù)電壓vptat的第三部分電路，第三部分電路用于接收第二部分電路輸出的電壓vref_buf、第一部分電路輸出的正溫度系數(shù)電壓vptat、第五部分電路輸出的電流iz1,2，并輸出增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓vptat_e；

7、用于增強(qiáng)第三部分電路的輸出電壓vptat_e的第四部分電路，第四部分電路用于接收第三部分電路輸出的增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓vptat_e、第五部分電路輸出的電流iz1,3，并輸出電壓vptat_e_buf；

8、用于輸出零溫度系數(shù)偏置電流的第五部分電路，第五部分電路用于接收第一部分電路輸出的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓vref，輸出為4個(gè)零溫度系數(shù)偏置電流輸出端口輸出的電流iz1,1—iz1,4；

9、用于芯片片上溫度檢測(cè)的第六部分電路，第六部分電路用于接收第四部分電路輸出的電壓vptat_e_buf、第二部分電路輸出的電壓vref_buf、第五部分電路輸出的電流iz1,4，輸出片上溫度碼。

10、更進(jìn)一步地，所述第二部分電路包括第一放大器，第一放大器的正輸入端接收第一部分電路輸出的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓vref；第一放大器的負(fù)輸入端與第一放大器的輸出端連接，第一放大器的電流輸入端ib接收第五部分電路輸出的電流iz1,1，第一放大器的輸出端輸出電壓vref_buf。

11、更進(jìn)一步地，所述第三部分電路包括運(yùn)放，運(yùn)放的正輸入端接收第一部分電路輸出的正溫度系數(shù)電壓vptat，運(yùn)放的負(fù)輸入端通過(guò)第一輸入電阻接收第二部分電路輸出的電壓vref_buf，運(yùn)放的負(fù)輸入端通過(guò)第一反饋電阻連接運(yùn)放的輸出端，運(yùn)放的電流輸入端ib接收第五部分電路輸出的電流iz1,2，運(yùn)放的輸出端輸出電壓vptat_e。

12、更進(jìn)一步地，所述第四部分電路包括第二放大器，第二放大器的正輸入端接收第三部分電路輸出的電壓vptat_e；第二放大器的負(fù)輸入端通過(guò)第二輸入電阻接收第二部分電路輸出的電壓vref_buf，第二放大器的負(fù)輸入端通過(guò)第二反饋電阻與第二放大器的輸出端連接，第二放大器的電流輸入端ib接收第五部分電路輸出的電流iz1,3，第二放大器的輸出端輸出電壓vptat_e_buf。

13、更進(jìn)一步地，所述第五部分電路為多輸出電流鏡，其輸入端通過(guò)緩沖器實(shí)現(xiàn)連接第一部分電路的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓輸出端vref，多輸出電流鏡輸出端為4個(gè)零溫度系數(shù)偏置電流輸出端口，輸出電流iz1,1—iz1,4。

14、更進(jìn)一步地，所述第六部分電路包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器接收第四部分電路輸出的電壓vptat_e_buf、第二部分電路輸出的電壓vref_buf、第五部分電路輸出的電流iz1,4，輸出片上溫度碼。

15、更進(jìn)一步地，片上溫度傳感器的工作過(guò)程包括穩(wěn)定工作階段和溫度檢測(cè)輸出階段，其步驟包括：

16、1)、芯片上電，第一部分電路工作產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓vref與正溫度系數(shù)電壓vptat；

17、2)、判斷此時(shí)電路是否生成基準(zhǔn)電壓vref與正溫度系數(shù)電壓vptat；

18、3)、若此時(shí)電路不能生成基準(zhǔn)電壓vref與正溫度系數(shù)電壓vptat，則跳回步驟1）直至第一部分電路可以生成基準(zhǔn)電壓vref與正溫度系數(shù)電壓vptat；

19、4)、若此時(shí)電路可以生成基準(zhǔn)電壓vref與正溫度系數(shù)電壓vptat，則生成穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓和正溫度系數(shù)電壓，芯片進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)；

20、5)、進(jìn)入溫度檢測(cè)輸出階段1：第五部分生成與絕對(duì)溫度不相關(guān)的偏置電流，來(lái)提供給第二部分電路、第三部分電路、第四部分電路、第六部分電路模塊；

21、6)、進(jìn)入溫度檢測(cè)輸出階段2：第一部分電路與第二部分電路生成與絕對(duì)溫度不相關(guān)的基準(zhǔn)電壓vref_buf和第一部分電路、第三部分電路、第四部分電路生成與絕對(duì)溫度正相關(guān)的電壓vptat_e_buf作為輸入控制電壓，來(lái)提供給第六部分電路模-數(shù)轉(zhuǎn)換器電路；

22、7)、第六部分電路模-數(shù)轉(zhuǎn)換器電路生成并輸出片上溫度碼，完成片上溫度檢測(cè)。

23、有益效果：本發(fā)明可以在溫度不變的情況下通過(guò)第三部分電路優(yōu)化傳統(tǒng)的正溫度系數(shù)電壓斜率和擴(kuò)展幅值范圍生成優(yōu)化增強(qiáng)的正溫度系數(shù)電壓，拓展每度溫度對(duì)應(yīng)的電壓值，實(shí)現(xiàn)使用低精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器就可以有效識(shí)別溫度波動(dòng)對(duì)應(yīng)的電壓值變化，實(shí)現(xiàn)使用低精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器也可以實(shí)現(xiàn)小溫度波動(dòng)檢測(cè)，增強(qiáng)了電路對(duì)溫度變化的敏感度，拓展了電路的檢測(cè)范圍，通過(guò)產(chǎn)生的零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓與增強(qiáng)型正溫度系數(shù)電壓來(lái)控制模-數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行芯片的片上溫度檢測(cè)，通過(guò)精確設(shè)計(jì)各部分電路模塊控制總體電流在常溫（27℃）下不超過(guò)370μa，并選取低壓器件(3.3v及1.2v以下)，以及選用低精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以有效減少模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的功耗和電路面積，可以控制整體功耗處在較低的閾值，提升電路設(shè)計(jì)的集成度，降低電路總面積。實(shí)現(xiàn)可應(yīng)用于不同溫度條件下的高集成度、低功耗、較寬檢測(cè)范圍及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的片上溫度檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)。