温度传感器器件及感测系统技术方案

提供了温度传感器器件及感测系统。一种温度传感器器件，包括：感测元件，集成在半导体材料芯片中并对温度敏感；以及耦合到感测元件的感测级，其中感测元件包括被配置为反向偏置的结型的感测二极管。一种集成在半导体材料芯片中的感测元件，具有结型的感测二极管，其配置为反向偏置，因此它的结电容对局部温度敏感。读取级连接到感测元件，用于检测感测二极管的结电容的变化并输出正比于感测二极管局部温度的读取获取信号。感测二极管具有连接到偏置节点的阴极端子和连接到读取级的第一输入的阳极端子。偏置节点接收相对于读取级的第一输入为正的电压，用于保持感测二极管反向偏置。一种感测系统包括感测元件以及耦合到所述感测元件的读取电路。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种包含温度传感器的集成电子器件。
技术介绍
众所周知，温度传感器具有多种应用。例如，它们可以是独立部件，其在输出提供环境的温度值。此外，它们可以是包括其性能随温度变化的其他元件的更复杂系统的部件。这些变化经常是不期望的，所以检测现有温度并补偿性能变化并使它们与温度无关是有用的。而且当随着温度的性能变化是复杂系统的预期效果时，在任何情况下具有局部绝对温度值的直接信息经常是有用的。温度传感器构建为多种不同的方式，特别是根据应用和它们是否是独立型或它们是集成在更复杂的系统中。在前一种情况下，事实上，经常不存在尺寸问题，而且可以使用更简单但是更笨重的方案：然而在后一种情况下，除尺寸和消耗之外，与系统的其它部件的集成实施方式是重要的。在温度传感器集成在电子电路中的情况下，已知的是，利用双极型晶体管的基极发射极电压的温度易变性。事实上，众所周知，此电压具有每摄氏度几毫伏的变化。通过使用感测电路来检测电压变化并放大，用适当算法可以确定电子电路内的局部温度。此方案，尽管极其广泛采用，并不是没有缺点，例如由于需要为MOS技术电路实施双极部件和/或对温度传感器和关联部件的高消耗，例如与温度传感器关联的调节和放大级。此外，此方案的缺点是引起高噪声，其可能是某些应用中的缺点。另一方面，已知方案的消耗等级越高，最大可接受噪声的等级越低。尤其地，此方案不总是解决问题，因为基极发射极电压读数通常与参考值相比较，参考值通过不同的级产生，例如带隙电路，其也可随着温度改变。此性能在输出信号中引入误差，所以温度值读数可能不具有所期望的精确度。在一些已知方案中，感测电路包括电阻性的桥，用于补偿参考元件或电路中的温度依赖性。然而，目前为止，此方案也不是没有缺点，因为它引入不期望的消耗水平。更创新的方案包括，例如，MEMS(微型机电系统)技术的使用，其构建了当温度变化时可以承受机械形变的元件(例如参见“AMicromachinedSiliconCapacitiveTemperatureSensorforRadiosondeApplications”，Hong-YuMa,Qing-AnHuang,MingQin,TingtingLu,E-ISBN:978-1-4244-5335-1/09,2009IEEE)。其他已知的方案是基于使用新材料(例如参见“High-performancebulksiliconinterdigitalcapacitivetemperaturesensorbasedongrapheneoxide”，Chun-HuaCaiandMingQin,ELECTRONICSLETTERS,28thMarch2013Vol.49No.7,ISSN:0013-5194)。然而，这些方案难以整合在数字系统中，因此并非普遍地可适用。
技术实现思路
本公开的一个目标是提供一种温度传感器，其克服了现有技术的缺陷。根据本公开，集成电子器件利用以下事实，即反向偏置的PN结具有以已知方式随温度变化的等效电容。此电容可以与提供的参考电容相比较，以具有微不足道的温度依赖性。已知的感测电路，例如切换电容器运算放大器，然后可以检测随温度的电容变化并输出一电压，该电压随电容变化而直接变化。本技术的实施例提出一种温度传感器器件，包括：感测元件，所述感测元件集成在半导体材料芯片中并对温度敏感；以及耦合到所述感测元件的感测级，其中所述感测元件包括被配置为反向偏置的结型的感测二极管。在一个实施例中，所述感测二极管具有耦合到偏置节点的阴极端子和耦合到所述读取级的第一输入的阳极端子，其中所述偏置节点耦合到电压源，所述电压源被配置为偏置节点提供相对于所述读取级的第一输入是正的电压。在一个实施例中，进一步包括参考电容元件，所述参考电容元件具有耦合到所述偏置节点的第一端子和耦合到所述读取级的第二输入的第二端子。在一个实施例中，进一步包括：补偿二极管，所述补偿二极管具有耦合到所述读取级的所述第二输入的阳极端子和耦合到参考电位线的阴极端子；以及对称电容器，所述对称电容器具有耦合到所述读取级的所述第一输入的第一端子和耦合到所述参考电位线的第二端子。在一个实施例中，所述读取级是开关电容器差分放大器。本技术的实施例还提出一种感测系统，包括：感测元件，所述感测元件包括感测结型二极管；以及耦合到所述感测元件的读取电路，所述读取级被配置为反向偏置所述感测结型二极管并检测所述感测结型二极管的结电容，并基于检测的所述结电容产生输出信号，所述输出信号指示含有所述结型二极管的环境的温度。在一个实施例中，进一步包括补偿电路，所述补偿电路耦合到所述感测结型二极管并配置为补偿穿过所述感测结型二极管的漏电流。在一个实施例中，所述补偿电路包括补偿二极管，所述补偿二极管形成为具有约等于所述感测结型二极管的所述漏电流的泄漏值。在一个实施例中，所述读取电路包括开关电容器差分放大器，其产生具有以下值的输出信号：Vo(t)∝ΔCCiΔV]]>其中ΔV是施加到所述感测结型二极管的偏置电压值的变化，ΔC是所述感测结型二极管的结电容和所述开关电容器差分放大器的参考电容器的值之间的差值，并且电容Ci是所述开关电容器差分放大器的反馈电容器的值。在一个实施例中，所述开关电容器差分放大器包括完全差分放大器。在一个实施例中，所述感测结型二极管具有耦合到偏置节点的阴极和耦合到所述读取电路的第一输入的阳极，其中所述偏置节点被耦合到电压源，所述电压源被配置为对所述偏置节点提供相对于所述读取电路的第一输入是正的电压。附图说明为了更好地理解本技术，现在参考附图纯粹地通过非限制性示例描述其优选实施例，其中：图1示出了结型二极管的结电容Cj作为所施加电压Vd的函数的绘图；图2示出了结型二极管的结电容Cj作为温度的函数的变化；图3示出了根据本公开的第一实施例的本器件的简化电路图；图4示出了图3的电路中的电信号的绘图；图5示出了根据本公开的第二实施例的本器件的简化电路图；图6示出了图5的电路中的电信号的绘图；图7示出了图5的电路的输出电压Vo的绘图；图8示出了根据图3和5的实施例的温度传感器的可行实施方式。具体实施方式根据本公开实施例的本传感器利用对反向偏置的PN结二极管的电容的温度依赖性。事实上，如已知的，反向偏置的PN二极管的接触电位(或内置电压)Vbi由此给出：Vbi(T)=k·Tq&Cent本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度传感器器件，其特征在于，包括：感测元件，所述感测元件集成在半导体材料芯片中并对温度敏感；以及耦合到所述感测元件的感测级，其中所述感测元件包括被配置为反向偏置的结型的感测二极管。

【技术特征摘要】
2015.03.30 IT TO2015A0001891.一种温度传感器器件，其特征在于，包括：感测元件，所述感测元件集成在半导体材
料芯片中并对温度敏感；以及耦合到所述感测元件的感测级，其中所述感测元件包括被配
置为反向偏置的结型的感测二极管。
2.根据权利要求1所述的温度传感器器件，其特征在于，所述感测二极管具有耦合到偏
置节点的阴极端子和耦合到所述读取级的第一输入的阳极端子，其中所述偏置节点耦合到
电压源，所述电压源被配置为偏置节点提供相对于所述读取级的第一输入是正的电压。
3.根据权利要求2所述的温度传感器器件，其特征在于，进一步包括参考电容元件，所
述参考电容元件具有耦合到所述偏置节点的第一端子和耦合到所述读取级的第二输入的
第二端子。
4.根据权利要求3所述的温度传感器器件，其特征在于，进一步包括：补偿二极管，所述
补偿二极管具有耦合到所述读取级的所述第二输入的阳极端子和耦合到参考电位线的阴
极端子；以及对称电容器，所述对称电容器具有耦合到所述读取级的所述第一输入的第一
端子和耦合到所述参考电位线的第二端子。
5.根据权利要求4所述的温度传感器器件，其特征在于，所述读取级是开关电容器差分
放大器。
6.一种感测系统，其特征在于，包括：
感测元件，所述感测元件包括感测结型二极管；以及
耦合到所述感测元件的读取电路，所述读...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·韦亚纳，D·卡塞拉，G·布鲁诺，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT