一种基于MOS管的超小面积片上智能温度传感器及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MOS管的超小面积片上智能温度传感器及方法，通过用随温度变化呈负相关的CTAT参考源代替随温度变化恒定的CWT参考源，量化随温度变化呈正相关的PTAT感应电压，然后分析输出数据温度函数的泰勒级数，以此配置CTAT支路的MOS管参数，从而减小由于CTAT参考源引入的非线性；本发明专利技术中的温度传感器结构通过开关控制接入处于不同位置的温度感应模块，从而读取不同位置的温度信息，并通过复用占据主要面积的量化模块，可以满足超小面积的需求。本发明专利技术可作为温度监测模块应用于片上系统和物联网等领域。片上系统和物联网等领域。片上系统和物联网等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOS管的超小面积片上智能温度传感器及方法


[0001]本专利技术涉及CMOS温度传感器领域，特别涉及一种基于MOS管的超小面积片上智能温度传感器及方法。

技术介绍

[0002]随着摩尔定律的发展，工艺尺寸的日益缩小，使得微处理器的性能有了进一步提升，与此同时，芯片上MOS管的密度以及核心模块的数目也大大增加。这意味着，会不可避免地造成热扩散的问题，因此，需要大量的片上智能温度传感器进行芯片的温度检测及温度管理，确保不会因为温度过高引起芯片的工作异常甚至是损坏。CMOS温度传感器有集成度高，成本低，功耗低，与标准数字工艺兼容好等优点。因此，目前，CMOS温度传感器广泛应用于片上系统(SoC,System on Chip)作为温度检测模块、物联网(IoT,Internet of Things)，以及需要随温度变化输出恒定的振荡器的频率补偿等领域。透明市场研究(Transparency Market Research)的最新研究报告显示，2027年CMOS温度传感器全球市场量约为6.88亿个，其市值可达5.23亿美元，具有广泛的市场发展前景本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MOS管的超小面积片上智能温度传感器，其特征在于，包括模拟电路模块和数字电路模块，所述模拟电路模块，由CTAT支路和PTAT支路组成，所述CTAT支路和PTAT支路结构相同，均由四个MOS管、电压到电流转换器、电流控制振荡器组成，第一MOS管M1和第二MOS管M2组成2T结构，为温度感应前端的核心，并产生输出电压；第三MOS管M3和第四MOS管M4组成电压调制器，为2T结构提供电源电压；第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4共同组成4T结构的温度感应前端的电路；温度感应前端的输出电压通过放大器的负输入端接入由放大器、PMOS以及电阻组成的电压到电流转换器，从而将4T结构产生的输出电压复制到电阻上；支路的电流通过PMOS通入由三个延迟单元构成的电流控制振荡器中；然后将4T结构的温度感应前端作为所述传感器的温度感应模块，同时位于本地或者远端，并通过开关控制本地或者远端的温度感应模块，接入后面的放大器负输入端进行后续的量化工作，从而实现本地或者远端的温度感应；所述数字电路模块，使用所述CTAT支路的输出频率量化PTAT支路的输出频率从而得到相应的温度信息；所述CTAT支路的输出频率与PTAT支路的输出频率同时并分别通入第一计数器以及第二计数器，当第一计数器数满N个比特数时，其中N为7～9，通过逻辑控制模块停掉第二计数器，并将第二计数器中的数据传输至并行到串行数据转换器中，然后逻辑控制模块给第一计数器和第二计数器同时发送重置信号，开启下一轮量化；此时收到第二计数器中数据的并行到串行数据转换器先将数据存储起来，然后再利用下一轮计数的CTAT支路的输出频率将数据转换为串行数据并依次送出。2.一种权利要求1所述的基于MOS管的超小面积片上智能温度传感器的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将两个处于亚阈值区且彼此串联的NMOS管的电流公式联立，通过配置两个NMOS管的长和宽实现PTAT输出电压和CTAT输出电压；(2)将步骤(1)中得到的PTAT输出电压和CTAT输出电压分别通过电压到电流转换器转换成PTAT电流和CTAT电流；(3)将步骤(2)中得到的PTAT电流和CTAT电流分别通入结构相同但参数配置不同的电流控制振荡器中，得到相应的CTAT输出频率和PTAT输出频率；(4)将步骤(3)中得到的CTAT输出频率、PTAT输出频率分别通入计数器1、计数器2进行计数，所述计数器1具有N个比特数，其中N为7～9；当计数器1数满之后停掉计数器2，然后读取计数器2的数值，得到输出数据；(5)对步骤(4)中输出数据的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱丽，水宇航，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：