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用于温度传感器的比率计制造技术

技术编号:15115933 阅读:52 留言:0更新日期:2017-04-09 12:19
在一些实施例中,提供了一种新的DTS实现方式,其采用现有的Vbe/ΔVbe温度相关原理,但是用基于电压-频率(V/F)的比率计代替基于DAC的比率计。这种新方式能够导致更加简化的电路,该电路可以有更大的变化容许度,并且能够需要更少的功率和面积。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
图1示出现有数字温度传感器(DTS),其使用与现有比率计(ratiometer)电路101耦合的公知类型带隙电路104。比率计电路101包括基于电流源的DAC(数模转换器)106,以基于对比较器108输出的Vout值的零位调整来生成温度相关函数M(用于DAC的乘数)。带隙电路104可以包括基于标准二极管的PTAT(与绝对温度成比例的)模块,其产生两种温度相关DC电压Vbe和ΔVbe。在一些实施例中,Vbe电压有负温度斜率,而ΔVbe电压有正温度斜率或者平坦(flat)温度斜率。通过DAC 106,将ΔVbe电压乘以因子M。DAC 106可以包括诸如在图2中示出的现有的电流源型DAC。在该示例中,M是与模拟电平相对应的离散的4位的值,其乘以ΔVbe,得到值MΔVbe(还被称为Vref电压)。Vref电压具有正温度相关性或者平坦温度相关性,其斜率和偏移由M确定。图3的视图示出了Vbe和在不同M值下的Vref的不同示例性曲线,并且示出了Vbe和Vref如何关联于温度。比较器108用于检测当负斜率的Vbe电压与正斜率或者平坦斜率的Vref电压相交时(即当Vbe-Vref=0时)的M值。M值对应于具体温度,能够通过使用任何适当的方式,例如通过查找表,来确定该温度。因为M是Vbe与ΔVbe的比率,所以能够看出电路101起到比率计的作用,其中该比率对应于带隙电路104的温度。然而,该方式由于采用了电流源型DAC而存在缺点。对于最低有效(LS)位,只使用了几个晶体管,但是每个后续位都使晶体管的数目倍增。(图2中示出,每一位的路径都具有单个基准晶体管PiA,但是,取决于电路如何被实施,每个晶体管实际上可以包含一个或多个晶体管,以得到适当的二进制加权DAC。)当有必要覆盖有效动态范围时,典型地会因正常的工艺变化而产生问题。例如,取决于设计方面的考虑,可能需要9位或者甚至10位的DAC范围。(当采用非二进制加权的实施例时,将会需要甚至更多位。)在这些情况下,晶体管数目变得惊人的高,并且这些晶体管可能分布在很大的面积上,这可能产生诸如过度泄露、VT变化、R0和沟道效应变化等副作用问题。这些副作用可能增加例如由校准与系统操作之间的DAC性能差异所引起的测量误差。另外,当在不同组电流源之间进行切换时,上述变化可能使电流成为数字位的非单调函数。这可能导致显著的温度误差。另一问题可能是DAC的较差的PSRR(电源抑制比),这典型地需要良好的SFR(超滤调节器(super filtered regulator))来对DTS供电。增加SFR会导致面积和功耗的增加以及对校准的额外需要。因此,需要一种新的方法。附图说明在附图的视图中以示例的方式而不是以限制的方式示出了本专利技术的实施例,其中同样的标号指代类似的元件。图1是现有温度感应电路的示意图。图2是用于图1的温度感应电路的数模转换器(DAC)的示意图。图3是示出图1的温度传感器的Vbe值以及在不同M值下的Vref值的视图。-->图4是根据一些实施例的具有基于振荡器的比率计的温度传感器的示意图。图5是根据一些实施例的适用于图4的比率计的振荡器电路的示意图。图6是根据一些实施例的适用于图4的比率计的频率比率计电路的示意图。图7是示出根据一些实施例的图4的电路的电压频率比率曲线与温度的相互关系的示意图。图8是根据附加实施例的具有基于振荡器的比率计的温度传感器的示意图。图9是根据一些实施例的具有处理器的计算机系统的示意图,其中,该处理器具有温度传感器,并且该温度传感器具有比率计。具体实施方式在一些实施例中,提供了新的DTS实现方式,其可以采用现有的Vbe/ΔVbe温度相关原理,但是用基于电压-频率(V/F)的比率计代替基于DAC的比率计。这种新方式能够导致更加简化的电路,该电路可以有更大的变化容许度,并且能够需要更少的功率和面积。图4示出了根据一些实施例的DTS的示意图。该DTS包括比率计401,该比率计401具有电压-频率(V/F)转换器(或者振荡器)404(V/F1)、406(V/F2)和作为比率计算器的分频器(F1/F2)408,该比率计401如所示耦合于现有带隙电路104以提供温度因子M,该温度因子M的值对应于带隙电路中的温度。带隙电路104包括基于二极管的PTAT模块,其产生两种温度相关DC电压,即Vbe和ΔVbe。在一些带隙电路中,ΔVbe有时可以被称作Vref等。(例如,参见例如Barba等人在1999年5月在IEEEJOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS的第34卷第5期中发表的“ACMOS Bandgap Reference Circuit with Sub-1-V Operation”)Vbe和ΔVbe电压具有不同的温度斜率。在一些具体实施中,Vbe具有负温度系数,而ΔVbe/Vref具有正温度系数或者零(平坦)温度系数。假设所述V/F电路是适当地类似的,即,具有适当地类似的增益常数(α),则从V/F1产生的频率(F1)将会是α/ΔVbe,并且从V/F2产生的频率(F2)将会是α/Vbe。因此,当在分频器408中F1被F2分频时,结果为Vbe/ΔVbe,该结果是电压(或者频率)比率M。然后,例如通过查找表等能够将该值M与具体温度相关联。图7是示出F的示例性比率函数(例如,F1/F2)以及V的示例性比率函数(例如,Vbe/ΔVbe)的曲线图,这些示例性比率函数是温度的函数。(在理想条件下,这两个函数会是相同的;但是,在采用实验得出的数据的情形下,作为非理想元件的结果,这两个函数尽管非常接近但会稍微偏离。)在两个V/F电路非常不同的情形下,作为随机偏移的结果,有可能对输入加以“斩波”。在该过程中有两种测量。在第一测量中,ΔVbe连接于V/F1,而Vbe连接于V/F2。F1/F2的值被存储为M1。在第二测量中,输入被切换,ΔVbe连接于V/F2,而Vbe连接于V/F1,并且F1/F2的值被存储为M2。M1和M2这两个值的平均值是更加准确的温度。图5示出根据一些实施例的可以在比率计中使用的电压-频率电路。该电路包括如所示耦合在一起的开关晶体管(N1、N2)、触发器(FF)、比较器(Cmp1、Cmp2)、充/放电电容器(C1、C2)和共射共基电流镜像晶体管(M)。在一些实施例中,充/放电电容器(C1、C2)是金属电容器。这两个电容器分别起到积分级的作用,并且被适当地恒定且相等的电流(I1、I2)加以充电,从而导致所期望的-->增益线性度和宽输入电压(Vin)范围。为了得到具有良好PSRR和低沟道效应的所期望的恒定电流,使用了升压共射共基电流镜像技术,其中从带隙模块自身对电流进行镜像。(这不是必需的,但是可以提高精度并且减少因工艺变化等引起的误差。)因为在许多情形下可以利用例如1.6~1.8V的充足电源,所以共射共基电流镜像晶体管能够有充足的余量。电容器耦合到比较器Cmp1和Cmp2,比较器的输出耦合到触发器。通过这种配置,电容器C1和C2中的每一个以交替的顺序被充电。在C1充电时,C2通过晶体管N2放电。当C1上的电压达到比较器(Cmp1)阈值(Vin)时,触发器翻转,然后,C2在C1通过N1放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片,包括:至少一个电压-频率(V/F)转换器,用于接收第一参数相关信号和第二参数相关信号;以及用于产生与所述参数的值相对应的数值或计数的电路,所述值对应于所述第一参数相关信号和所述第二参数相关信号。

【技术特征摘要】
2008.12.31 US 12/319,0031.一种芯片,包括:至少一个电压-频率(V/F)转换器,用于接收第一参数相关信号和第二参数相关信号;以及用于产生与所述参数的值相对应的数值或计数的电路,所述值对应于所述第一参数相关信号和所述第二参数相关信号。2.如权利要求1所述的芯片,其中,所述电路是计数器。3.如权利要求2所述的芯片,其中,所述第一参数相关信号和所述第二参数相关信号包括具有对于所述参数的不同相关性的第一参数相关电压和第二参数相关电压。4.如权利要求2所述的芯片,其中,所述参数代表温度。5.如权利要求4所述的芯片,其中,所述第一电压和所述第二电压间的比率与温度之间的对应关系是线性的。6.如权利要求4所述的芯片,其中,所述第一电压和所述第二电压由PTAT电路产生。7.如权利要求5所述的芯片,其中,所述第一电压是以负温度相关性下降的二极管电压Vbe,并且所述第二电压是具有零温度相关性或者正温度相关性的基准电压。8.如权利要求4所述的芯片,其中,用至少一个电流源实现所述V/F转换器,所述至少一个电流源对电容器进行充电以产生第一积分电压,所述积分电压被输入到比较器的输入端,并且所述第一信号和所述第二信号中的至少一个也被输入到所述比较器。9.如权利要求4所述的芯片,其中,所述V/F转换器包括至少两个电压-频率(V/F)转换器,第一V/F转换器接收所述第一电压并且输出第一频率,第二V/F转...

【专利技术属性】
技术研发人员:K·卢里亚J·绍尔O·达德谢乌
申请(专利权)人:英特尔公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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