一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路制造技术

一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，属于数字模拟集成电路技术领域。本发明专利技术利用N个第一延时单元首尾相连构成延时链产生第一振荡器输出，利用N个第二延时单元首尾相连构成延时链产生第二振荡器输出，N为正奇数，第二延时单元包括一个第一延时单元串联一个与温度线性度比第一延时单元更好的第一电阻；再利用分频器和计数器获得第一振荡器输出信号的周期和第二振荡器输出信号的周期，根据第一振荡器输出信号和第二振荡器输出信号的周期差获得温度信息。在低电源电压供电条件下降低了数字温度传感器的功耗，实现了数字温度传感器的高线性度。

A digital temperature sensor circuit based on resistance oscillator

【技术实现步骤摘要】
一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路
本专利技术属于数字模拟集成电路
，特别涉及一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路。
技术介绍
随着工艺尺寸的不断缩小和对功率消耗的不断降低，电源电压也随之不断降低，从而给模拟电路的设计带来了巨大挑战。电源电压下降带来最直接的影响就是电路内部信号摆幅的下降，在模拟电路中，信号的摆幅决定了电路的动态范围。现如今温度传感器逐渐向着微型化、数字化、智能化的方向发展，但是功耗、成本、高精度以及对电源噪声的敏感度等几个方面的挑战也越来越大。数字温度传感器由于在速度、面积、功耗和精度方面具有较好的折衷，在设计时留给设计师较大的优化空间，所以是实现高精度、低功耗的较好架构选择，但是高精度的数字温度传感器需要高精度和高线性度的反相器延时链。电源电压的下降，使实现高线性度的数字温度传感器变得非常困难。目前常见的数字温度传感器电路如附图1所示，其中振荡器VCO通常为由首尾相连的延时单元链构成的震荡环路，延时单元可以由CMOS反相器构成，CMOS反相器总延时Tp主要包括高电平到低电平延时(NMOS管放电)tpHL以及低电平到高电平延时(PMOS管放电)tpLH。NMOS管的放电电流分为三部分：1)当VGS-VTH>VDsat时的饱和电流；2)当0<VGS-VTH<VDsat时的线性区电流；3)当0<VGS<VTH时的亚阈区电流，其中VGS指的是NMOS管的栅源电压，VTH指的是NMOS管栅源电压的阈值电压，VDsat指的是NMOS管栅源电压的饱和电压。首先，NMOS管的饱和电流IDsat可表示为：μn表示NMOS管的电子迁移率，COX表示NMOS管的栅氧电容，表示NMOS管的沟道宽长比。其次，NMOS管的线性区电流IDL可表示为：VDS表示NMOS管的漏源电压。最后，NMOS管的亚阈区电流Isub可表示为：η表示大于1的常数，T为温度，k和q表示与温度T无关的常数。则由式经过数学近似得到CMOS反相器高电平到低电平延时tpHL的表达式：kN＝μCOX(W/L)N其中，CL表示负载电容，VTN表示NMOS管的阈值电压。同理，CMOS反相器低电平到高电平延时tpLH的表达式为：kP＝μCOX(W/L)PVTP表示PMOS管的阈值电压。因此反相器的总延时Tp为：VT表示VTN、VTP的绝对值。环形振荡器，是由三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接构成的环状器件，即环形振荡器是一种采用奇数个非门组成的环形电路，电路的输出是产生高电平和低电平两个电平。偶数个反向器无法形成环形振荡器，这是由于输出的情况和输入相同。如果用TP代表单个反向器的延迟时间，N代表反向器的个数，则环形振荡器的周期TVCO可以写成：其中VT和μ与温度T的关系为：VT(T)＝VT(T0)+α(T-T0)，α＝-0.5～-3.0mV/Kμ0、T0分别是温度为0度时μ和T的取值，由以上分析可得，当温度升高时，载流子的迁移率和阈值电压都会减小，在电源电压VDD远大于阈值电压的情况下，反相器的温度特性将由载流子的迁移率主导，也就是说，当温度升高时，延迟将变大。以上分析便是时间域感温电路的理论基础。
技术实现思路
针对传统数字温度传感器由于电源电压的下降导致难以实现高线性度的不足之处，本专利技术提出一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，能够在低电源电压供电条件下提高数字温度传感器的线性度，由第一延时单元构成第一振荡器，由第一延时单元和与温度线性度比第一延时单元更好的第一电阻构成第二振荡器，将两个振荡器回路的周期做差根据差值获取温度信息，从而实现数字温度传感器的高线性度。本专利技术的技术方案为：一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，包括第一振荡器、第二振荡器、第一分频器、第二分频器、第一计数器、第二计数器、减法器和温度校正模块，所述第一振荡器包括N个第一延时单元，N为正奇数，每个所述第一延时单元的输出端连接下一个所述第一延时单元的输入端，最后一个所述第一延时单元的输出端连接第一个所述第一延时单元的输入端并输出所述第一振荡器的输出信号；所述第二振荡器包括N个第二延时单元，每个所述第二延时单元的输出端连接下一个所述第二延时单元的输入端，最后一个所述第二延时单元的输出端连接第一个所述第二延时单元的输入端并输出所述第二振荡器的输出信号；所述第二延时单元包括第一延时单元和第一电阻，其中第一延时单元的输入端作为所述第二延时单元的输入端，其输出端通过所述第一电阻后作为所述第二延时单元的输出端，所述第一电阻与温度的线性度优于所述第一延时单元与温度的线性度；所述第一分频器的输入端连接所述第一振荡器的输出信号，其输出端连接所述第一计数器的输入端；所述第二分频器的输入端连接所述第二振荡器的输出信号，其输出端连接所述第二计数器的输入端；所述第一计数器用于产生所述第一振荡器输出信号的周期连接至所述减法器的减数输入端，所述第二计数器用于产生所述第二振荡器输出信号的周期连接至所述减法器的被减数输入端；所述减法器输出所述第二振荡器输出信号的周期与所述第一振荡器输出信号的周期的差值至所述温度校正模块的输入端；所述温度校正模块根据所述减法器的输出信号获取温度信息。具体的，所述第一延时单元为CMOS反相器，包括第一NMOS管和第一PMOS管，第一NMOS管的栅极连接第一PMOS管的栅极并作为所述第一延时单元的输入端，其漏极连接第一PMOS管的漏极并作为所述第一延时单元的输出端，其源极接地；第一PMOS管的源极连接电源电压。具体的，所述第一电阻为金属电阻。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种数字温度传感器电路，利用第一延时单元构成一条振荡器回路，利用第一延时单元串联一个与温度线性度更好的第一电阻形成第二延时单元构成另一条振荡器回路，能够工作于低电源电压供电条件下，根据两条振荡器回路的周期差获取温度信息，降低了数字温度传感器的功耗，实现了数字温度传感器的高线性度。附图说明图1为一种常见的数字温度传感器电路的结构示意图。图2为基于电阻的振荡器电路的结构示意图。图3为MOS电阻(反相器等效电阻Rinv)和普通电阻(金属电阻Rpoly)的阻值与温度的关系曲线示意图。图4为本专利技术提出的一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路在实施例中的一种结构示意图。具体实施方式本专利技术提出的基于电阻式振荡器VCO的数字温度传感器电路结合附图及实施例详细说明如下：本专利技术提出一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，如图4所示，401是数字温度传感器主体电路模块，包括第一振荡器VCO1、第二振荡器VCO2、第一分频器、第二分频器、第一计数器、第二计数器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，其特征在于，包括第一振荡器、第二振荡器、第一分频器、第二分频器、第一计数器、第二计数器、减法器和温度校正模块，/n所述第一振荡器包括N个第一延时单元，N为正奇数，每个所述第一延时单元的输出端连接下一个所述第一延时单元的输入端，最后一个所述第一延时单元的输出端连接第一个所述第一延时单元的输入端并输出所述第一振荡器的输出信号；/n所述第二振荡器包括N个第二延时单元，每个所述第二延时单元的输出端连接下一个所述第二延时单元的输入端，最后一个所述第二延时单元的输出端连接第一个所述第二延时单元的输入端并输出所述第二振荡器的输出信号；/n所述第二延时单元包括第一延时单元和第一电阻，其中第一延时单元的输入端作为所述第二延时单元的输入端，其输出端通过所述第一电阻后作为所述第二延时单元的输出端，所述第一电阻与温度的线性度优于所述第一延时单元与温度的线性度；/n所述第一分频器的输入端连接所述第一振荡器的输出信号，其输出端连接所述第一计数器的输入端；/n所述第二分频器的输入端连接所述第二振荡器的输出信号，其输出端连接所述第二计数器的输入端；/n所述第一计数器用于产生所述第一振荡器输出信号的周期连接至所述减法器的减数输入端，所述第二计数器用于产生所述第二振荡器输出信号的周期连接至所述减法器的被减数输入端；/n所述减法器输出所述第二振荡器输出信号的周期与所述第一振荡器输出信号的周期的差值至所述温度校正模块的输入端；/n所述温度校正模块根据所述减法器的输出信号获取温度信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电阻式振荡器的数字温度传感器电路，其特征在于，包括第一振荡器、第二振荡器、第一分频器、第二分频器、第一计数器、第二计数器、减法器和温度校正模块，
所述第一振荡器包括N个第一延时单元，N为正奇数，每个所述第一延时单元的输出端连接下一个所述第一延时单元的输入端，最后一个所述第一延时单元的输出端连接第一个所述第一延时单元的输入端并输出所述第一振荡器的输出信号；
所述第二振荡器包括N个第二延时单元，每个所述第二延时单元的输出端连接下一个所述第二延时单元的输入端，最后一个所述第二延时单元的输出端连接第一个所述第二延时单元的输入端并输出所述第二振荡器的输出信号；
所述第二延时单元包括第一延时单元和第一电阻，其中第一延时单元的输入端作为所述第二延时单元的输入端，其输出端通过所述第一电阻后作为所述第二延时单元的输出端，所述第一电阻与温度的线性度优于所述第一延时单元与温度的线性度；
所述第一分频器的输入端连接所述第一振荡器的输出信号，其输出端连接所述第一计数器的输入端；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李靖，储敬雅，田明，陈昱桦，于奇，宁宁，
申请(专利权)人：电子科技大学，上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51