本发明专利技术提供一种温度传感器，涉及电路领域；所述系统，包括：第一环形振荡器，包括奇数级反相器前后级联组成的环路，用于输出与温度成正比的第一振荡周期，其中所述第一环形振荡器中的反相器分为高电压阈值反相器和低电压阈值反相器两类，其中所述高电压阈值反相器和低电压阈值反相器个数能够使所述第一振荡周期随供电电压的变化规律接近第二环形振荡器输出的第二振荡周期随供电电压的变化规律，用以使所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器的电压特性相似；所述第二环形振荡器，包括奇数级交叉耦合的反相器对，其中该反相器对前后级联形成环路，用于生成与温度无关的第二振荡周期。本发明专利技术提供的技术方案可应用于温度测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电路领域，尤其涉及一种温度传感器。
技术介绍
近年来，通过采用深亚微米技术CMOS电路集成度明显提高，高性能芯片的功率密 度和整体芯片功耗相应地不断增长，进而使得芯片在运用状态下片内温度不断升高，最高 可达120°C，而内部高温会严重影响芯片的性能和可靠性，还会使得CMOS电路的亚阈值漏 电增加，同时也直接限制了器件特征尺寸的一步缩小。因此，有效监视与控制芯片内部温度 成为了集成电路设计的一个重要内容。现有技术中，已提出多种面积小且功耗低的CMOS温度传感器，以在较小的设计代 价下，实现片内温度实时监控。其中CMOS温度传感器较小的面积还使得芯片内部允许集成 多个温度传感器，以探测不同点上的温度分布。以传统的基于环形振荡器的温度传感器为 例进行说明。传统的基于环形振荡器的温度探测技术环形振荡器的周期对工艺变化和供电 电压敏感，但用来采集数据的系统时钟周期对它们却不敏感。利用了振荡器和温度的相关 性，产生一个周期正比于温度的信号，并且利用系统时钟来捕捉这个信号。因此，对于传统 的环振传感器来说，由工艺变化和供电电压引起的误差很大。由于环形振荡器的振荡周期除了和温度有关之外，还和电源电压有很大的关系。 由于电源电压偏差具有动态特性，无法使用传统的校准方法来抵消，而存在电源电压偏差 会造成环形振荡器输出的振荡周期不稳定，因此记录的系统周期存在偏差，造成计算得到 的温度值存在偏差，因此是温度传感器的设计难点。
技术实现思路
本专利技术提供一种温度传感器，解决现有技术中因供电电压动态变化造成测量结果 存在误差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案一种温度传感器，包括第一环形振荡器，包括奇数级反相器前后级联组成的环路，用于输出与温度成正 比的第一振荡周期，其中所述第一环形振荡器中的反相器分为高电压阈值反相器和低电压 阈值反相器两类，其中所述高电压阈值反相器和低电压阈值反相器个数能够使所述第一振 荡周期随供电电压的变化规律接近第二环形振荡器输出的第二振荡周期随供电电压的变 化规律，用以使所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器的电压特性相似；所述第二环形振荡器，包括奇数级交叉耦合的反相器对，其中该反相器对前后级 联形成环路，用于生成与温度无关的第二振荡周期；其中每级交叉耦合反相器对包含第一反相器和第二反相器，在如下条件下，所述 第二环形振荡器中的电平信号按照所述第一反相器的反向传播方向产生振荡如果交叉耦合反相器对中的晶体管沟道长度不等，所述第一反相器的PMOS管的沟道宽度大于第二反相器的NMOS管的沟道宽度，且所述第一反相器的NMOS管的沟道宽度 大于第二反相器的PMOS管的沟道宽度；如果交叉耦合反相器对中的晶体管沟道长度相同时，第一反相器的PMOS管的沟 道宽度Wp1和第二反相器的NMOS管的沟道宽度Wn2满足下式条件时 其中，KI = km(-ri a~lT0T0 km 由Μ = //。y rΓ _ Γο/ V得到；α 由/ =得到；Li其中，μ为载流子迁移率，l·^为参考温度下的迁移率，Ttl是参考温度，T为实际温 度，km为工艺参数；VT为阈值电压，Vdd为所述第一、第二反相器中PMOS管漏极所连接的高 电平的电压；α χ表示阈值电压的温度系数；I为晶体管电流，Cra为单位面积的栅氧化层电 容，W为沟道宽度。进一步的，采用0. 13微米工艺的晶体管，α取1. 25。进一步的，所述系统还包括第一计数器，与所述第一环形振荡器相连，内部含有寄存器，用于在所述第一环形 振荡器每振荡一次产生一个上升沿信号时，记录一次，累加的结果计入其内部寄存器中，在 记录的数据达到预先设置的阈值时，触发或门与一个一位的寄存器向用于记录所述第二振 荡周期个数的第二计数器发送输出温度的使能信号；或门与一个一位的寄存器，与所述第一计数器相连，所述一位寄存器的时钟端接 所述第一环形振荡器，数据输入D端接或门的输出，其数据输出Q端接或门的一个输入以及 所述第二计数器的使能控制端en_n，或门的另外一个输入连接所述第一计数器的输出端， 用于使能所述第二计数器上输出温度；所述第二计数器，内部含有寄存器，用于在所述第二环形振荡器每振荡一次产生 一个上升沿信号时，每记录一次，累加的结果计入其内部寄存器中，并在接收到使能信号 后，输出本地内部寄存器记录的温度。进一步的，所述第一计数器用于通过采用输出信息的最高位来标识是否达到所述 阈值，并通过该最高位来触发所述或门与一个一位的寄存器向所述第二计数器发送使能信号。进一步的，所述温度传感器还包括至少一个缓冲器，位于所述第一环形振荡器和 所述第一计数器之间、所述第二环形振荡器和所述第二计数器之间或者上述两个位置，用 于暂时存储接收的信息。本专利技术提供的技术方案，采用对温度不敏感的第二环形振荡器来实现系统时钟的功能，根据该第二环形振荡器的振荡周期只有电压变化有关的特征，将与温度敏感的环形 振荡器的电压特征调整到与第二环形振荡器相似，使得在测量温度过程中，两个电压特性 相似的环形振荡器互补电压变化带来的影响，达到降低电压变化的影响，减小了电压变化 造成的偏差，提高温度测量的准确性。附图说明图1为本专利技术提供的温度传感器的结构示意图；图2为本专利技术提供的第二环形振荡器实施例的电路图；图3为图2所示实施例中反相器对的结构示意图；图4为图3所示实施例中信号流向的示意图；图5为本专利技术中晶体管饱和电流与温度的关系曲线；图6为本专利技术提供的温度传感器在不同温度点的模拟结果。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对 本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术提供一种温度传感器，包括第一环形振荡器，包括奇数级反相器前后级联组成的环路，用于输出与温度成正 比的第一振荡周期，其中所述第一环形振荡器中的反相器分为高电压阈值反相器和低电压 阈值反相器两类，其中所述高电压阈值反相器和低电压阈值反相器个数能够使所述第一振 荡周期随供电电压的变化规律接近第二环形振荡器输出的第二振荡周期随供电电压的变 化规律，用以使所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器的电压特性相似；所述第二环形振荡器，包括奇数级交叉耦合的反相器对，其中该反相器对前后级 联形成环路，用于生成与温度无关的第二振荡周期；其中每级交叉耦合反相器对包含第一反相器和第二反相器在如下条件下，所述第 二环形振荡器中的电平信号按照所述第一反相器的反向传播方向产生振荡如果交叉耦合反相器对中的晶体管沟道长度不等，所述第一反相器的PMOS管的 沟道宽度大于第二反相器的NMOS管的沟道宽度，且所述第一反相器的NMOS管的沟道宽度 大于第二反相器的PMOS管的沟道宽度；如果交叉耦合反相器对中的晶体管沟道长度相同时，第一反相器的PMOS管的沟 道宽度Wpi和第二反相器的NMOS管的沟道宽度Wn2满足下式条件时/■ \kmN-kmP 其中， α 由/ = //. C0厂一.(厂DD - & 广得到；L其中，μ为载流子迁移率，l·^为参考温度下的迁移率，Ttl是参考温度，T为实际温 度，km为工艺参数；VT为阈值电压，Vdd为所述第一、第二 PMOS管PI、P2的漏极所连接的高 电平的电压；α χ表示阈值电压的温度系数；I为晶体管电流，C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种温度传感器，其特征在于，包括：第一环形振荡器，包括奇数级反相器前后级联组成的环路，用于输出与温度成正比的第一振荡周期，其中所述第一环形振荡器中的反相器分为高电压阈值反相器和低电压阈值反相器两类，其中所述高电压阈值反相器和低电压阈值反相器个数能够使所述第一振荡周期随供电电压的变化规律接近第二环形振荡器输出的第二振荡周期随供电电压的变化规律，用以使所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器的电压特性相似；所述第二环形振荡器，包括奇数级交叉耦合的反相器对，其中该反相器对前后级联形成环路，用于生成与温度无关的第二振荡周期；其中每级交叉耦合反相器对包含第一反相器和第二反相器，在如下条件下，所述第二环形振荡器中的电平信号按照所述第一反相器的反向传播方向产生振荡：如果交叉耦合反相器对中的晶体管沟道长度不等，所述第一反相器的ＰＭＯＳ管的沟道宽度大于第二反相器的ＮＭＯＳ管的沟道宽度，且所述第一反相器的ＮＭＯＳ管的沟道宽度大于第二反相器的ＰＭＯＳ管的沟道宽度；如果交叉耦合反相器对中的晶体管沟道长度相同时，第一反相器的ＰＭＯＳ管的沟道宽度Ｗ↓［Ｐ１］和第二反相器的ＮＭＯＳ管的沟道宽度Ｗ↓［Ｎ２］满足下式条件时：μ↓［０Ｎ］／μ↓［０Ｐ］（Ｔ／Ｔ↓［０］）↑［ｋｍＮ－ｋｍＰ］.（４Ｖ↓［ＤＤ］－５Ｖ↓［ＴＮ］）／（４Ｖ↓［ＤＤ］＋５Ｖ↓［ＴＰ］）＜Ｗ↓［Ｐ１］／Ｗ↓［Ｎ２］＝μ↓［０Ｎ］ＫＩ↓［Ｎ］／μ↓［０Ｐ］ＫＩ↓［Ｐ］其中，ＫＩ＝ｋｍ（Ｔ／Ｔ↓［０］）↑［ｋｍ－１］［Ｖ↓［ＤＤ］－Ｖ↓［Ｔ］（Ｔ↓［０］）－α↓［Ｔ］（Ｔ－Ｔ↓［０］）］↑［α］－αα↓［Ｔ］（Ｔ／Ｔ↓［０］）↑［ｋｍ］［Ｖ↓［ＤＤ］－Ｖ↓［Ｔ］（Ｔ↓［０］）－α↓［Ｔ］（Ｔ－Ｔ↓［０］）］↑［α－１］ｋｍ由μ（Ｔ）＝μ↓［０］（Ｔ／Ｔ↓［０］）↑［ｋｍ］得到；α由Ｉ＝μ.Ｃ↓［ＯＸ］.Ｗ／Ｌ.（Ｖ↓［ＤＤ］－Ｖ↓［Ｔ］）↑［α］得到；其中，μ为载流子迁移率，μ↓［０］为参考温度下的迁移率，Ｔ↓［０］是参考温度，Ｔ为实际温度，ｋｍ为工艺参数；Ｖ↓［Ｔ］为阈值电压，Ｖ↓［ＤＤ］为所述第一、第二反相器中ＰＭＯＳ管漏极所连接的高电平的电压；α↓［Ｔ］表示阈值电压的温度系数；Ｉ为晶体管电流，Ｃ↓［ＯＸ］为单位面积的栅氧化层电容，Ｗ为沟道宽度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程旭，宋晓笛，帖猛，
申请(专利权)人：北京北大众志微系统科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。