一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器制造技术

本发明专利技术属于模拟集成电路领域，涉及集成电路中的温度传感器，具体为一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器。本发明专利技术利用亚阈值区工作的MOS管进行感温，减小电路的功耗；并通过设定第一MOS管M1和第二MOS管M2类型一致，且M1的宽长比远大于M2的宽长比，从而保证输出电流的量级，实现低温补偿模块补偿MOS管的低温漏电，提高了低温下的感温线性度，从而拓宽了MOS管温度传感器的感温范围。本发明专利技术电路的结构简单，降低了面积，工作温度范围大，有利于集成在芯片的功能模块内部。片的功能模块内部。片的功能模块内部。

【技术实现步骤摘要】
一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器


[0001]本专利技术属于模拟集成电路领域，涉及集成电路中的温度传感器，具体为一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器。

技术介绍

[0002]温度作为环境变量，对电子元器件的工作状态影响很大，因此，在不同温度下，需要对系统的工作状态进行调整，如调整系统的工作电流、工作频率和电源电压。温度传感器是将温度信号转换为系统可识别的电信号，与芯片外部的温度传感器有所不同，芯片集成的温度传感器可直接获取芯片内部的温度。
[0003]传统温度传感器的体积较大，以及它的生产方式决定了不能集成在芯片中。在先进半导体工艺技术的发展下，集成电路温度传感器的性能逐步提升，以其体积小的优势，可集成在芯片内部，从而可以将芯片内部热管理进一步精细化。集成在芯片内部的温度传感器的工作温度范围与芯片设计温度一样，但随着集成电路领域的发展，芯片应用领域更广，工作温度更加宽，这对集成在芯片内部的温度传感器提出更高的要求：感温范围大，面积小，功耗低等。
[0004]集成电路温度传感器主要包括：电阻型温度传感器，双极型晶体管温度传感器，MOS管温度传感器。双极型温度传感器通常需要模数转换器和高于1V的电源电压，功耗高。电阻型温度传感器相比双极型温度传感器功耗低，但是需要更大的面积。MOS管温度传感器具有功耗低，面积小和低电源电压的优势，但是MOS管温度传感器在低温下存在漏电问题，这会导致MOS管温度传感器在低温下感温线性度变差。

技术实现思路

[0005]针对上述存在问题或不足，为解决现有集成电路温度传感器在功耗、面积、低温下感温线性度的问题，本专利技术提供了一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器，在保证功耗低的前提下，提升了其在低温下的感温线性度。
[0006]一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器，包括：感温模块、低温补偿模块、电流减法模块和输出模块。
[0007]所述感温模块为第一MOS管M1，第一MOS管M1产生与温度相关的电流信号I1。
[0008]所述低温补偿模块为第二MOS管M2，第二MOS管M2产生与温度相关的电流信号I2。其中，第一MOS管M1和第二MOS管M2类型一致，且第一MOS管M1的宽长比远大于第二MOS管M2的宽长比，使得电流信号I1和电流信号I2不同。
[0009]所述电流减法模块包括第一电流镜和第二电流镜，第一电流镜由第三MOS管M3和第四MOS管M4构成，复制第一MOS管M1产生的电流信号I1；第二电流镜由第五MOS管M5和第六MOS管M6构成，复制第二MOS管M2产生的电流信号I2。通过第一电流镜和第二电流镜2个结构将电流信号I1和电流信号I2相减后，并从第三MOS管M3的漏极输出。
[0010]所述感温模块、低温补偿模块和电流减法模块的所有MOS管均工作在亚阈值区。
[0011]所述输出模块包括电流频率转换器和频率比值量化器。
[0012]电流频率转换器的输入端接第三MOS管M3的漏极，接收M3输出的电流信号，并产生频率信号输出到频率比值量化器；
[0013]频率比值量化器的输入端分别接收电流频率转换器输入的频率信号，和外接参考时钟信号输入的频率信号，并计算产生这两个频率信号的比值信号，该比值信号即为整个带低温漏电补偿的MOS管温度传感器的输出信号。
[0014]进一步的，若电流减法模块的MOS管的源端和衬底接入地，则MOS管需使用NMOS；若电流减法模块的MOS管的源端和衬底接入电源，则MOS管需使用PMOS。感温模块、低温补偿模块所使用MOS管的种类需与电流减法模块相同。
[0015]进一步的，所述第二MOS管M2的宽长比、Finger和版图做进一步调节，使得I
M1
＞＞I
M2
更优，从而保证电流减法模块输出电流信号的量级更优，I
M1
为M1的漏源电流，I
M2
为M2的漏源电流。
[0016]综上所述，本专利技术利用亚阈值区工作的MOS管进行感温，减小了电路的功耗；通过调节第二MOS管M2的宽长比、Finger和版图，第一MOS管的宽长比远大于第二MOS的宽长比，从而保证输出电流的量级，进行低温漏电补偿，提高了低温下的感温线性度，从而拓宽了MOS管温度传感器的感温范围；利用MOS管的亚阈值电流产生随温度变化的电流信号，电路的结构简单，降低了面积，工作温度范围大，有利于集成在芯片的功能模块内部。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的结构框图。
[0018]图2为实施例的部分电路结构示意图。
[0019]图3为实施例的输出电流与温度关系的示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0021]本实施例提供的带低温漏电补偿的MOS管温度传感器，包括感温模块、低温补偿模块、电流减法模块和输出模块，共计四个部分。
[0022]所述感温模块为第一MOS管M1，M1产生与温度相关的电流信号I1。所述低温补偿模块为第二MOS管M2，M2产生与温度相关的电流信号I2。第二MOS管M2与第一MOS管M1的宽长比。
[0023]电流减法模块中的第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6均为NMOS管。
[0024]感温模块中的第一MOS管M1的漏极连接电源电压，M1的栅极、源极和衬底相连，并连接电流减法模块中的第三MOS管M3的栅极和第四MOS管M4的栅极、漏极。
[0025]低温补偿模块中的第二MOS管M2的漏极连接电源电压，M2的栅极、源极和衬底相连，并连接电流减法模块中的第五MOS管M5的栅极和第六MOS管M6的栅极、漏极。
[0026]电流减法模块中的第三MOS管M3的源极和衬底、第四MOS管M4的源极和衬底、第五MOS管M5的源极和衬底、第六MOS管M6的源极和衬底均接地。
[0027]下面对本专利技术感温模块、低温补偿模块和电流减法模块中MOS管的工作原理进行
分析。
[0028]由于感温模块、低温补偿模块和电流减法模块的MOS管均工作在亚阈值区，MOS管的亚阈值电流公式如公式(1)：
[0029][0030]其中I
D
是MOS管漏源电流；n＝1+C
D
/C
OX
，C
D
是沟道下的耗尽层电容，C
OX
是单位面积的栅氧化层电容，n与温度无关；β是与MOS管的宽长比有关的工艺因子，β＝μC
OX
W/L，μ为载流子的迁移率，W/L为MOS管的宽长比；V
T
为热力学电压；V
GS
为MOS管的栅极和源极电压差；V
TH
是MOS管的阈值电压；V
DS
为MOS管的漏极和源极电压差。
[0031]当MOS管的漏源电压差V
DS
大于3倍的热力学电压V
T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带低温漏电补偿的MOS管温度传感器，包括：感温模块、低温补偿模块、电流减法模块和输出模块；所述感温模块为第一MOS管M1，第一MOS管M1产生与温度相关的电流信号I1；所述低温补偿模块为第二MOS管M2，第二MOS管M2产生与温度相关的电流信号I2；其中，第一MOS管M1和第二MOS管M2类型一致，且第一MOS管M1的宽长比远大于第二MOS管M2的宽长比；所述电流减法模块包括第一电流镜和第二电流镜，第一电流镜由第三MOS管M3和第四MOS管M4构成，复制第一MOS管M1产生的电流信号I1；第二电流镜由第五MOS管M5和第六MOS管M6构成，复制第二MOS管M2产生的电流信号I2；通过第一电流镜和第二电流镜2个结构将电流信号I1和电流信号I2相减后，并从第三MOS管M3的漏极输出；所述感温模块、低温补偿模块和电流减法模块的所有MOS管均工作在亚阈值区；所述输出模块包括电流频率转换器和频率比值量化器；电流频率转换器的输入端接第三MOS管M3的漏极，接收第三MOS管M3输出的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁宁，陈东键，张艺馨，张天赐，杨璐含，李靖，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：