【技术实现步骤摘要】
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，具体为一种基于rc振荡器的温度传感器。
技术介绍
1、温度在许多物理、化学和生物过程中起着重要作用。因此，温度传感器被广泛用于对其进行监测和控制。传统上，温度传感器基于分立元件，如热敏电阻或热电偶。然而，在过去的几十年里，智能温度传感器，即具有片上读出电路和数字输出的集成温度传感器，由于其低成本、小尺寸和易于使用而越来越受欢迎。
2、如今，片上系统和存储器已经发展到相当高的性能。芯片所需要的速度在近几年来逐渐升高。随着速度的增长，小线宽工艺带来的高集成度进一步引起温度快速升高。电路工作期间内部温度升高，必须通过热检测来保证系统的可靠性和稳定性。然而，我们很难辨别主要热点从而防止过热；因此，需要在不同位置放置很多片上温度传感器来监测热点。为了布局多个温度传感器，传感器的尺寸必须足够小，并且性能要很高。高精度的监测才能确保模块或系统中更高效的热管理。
3、集成电路温度传感器主要分为bjt型温度传感器、mos型温度传感器以及电阻型温度传感器。基于bjt感温的方式精度高但是adc读出电路复杂度较高，且整体难以应用在低功耗的场景。基于mosfet感温的方式采用fdc量化，整体规模较小且整体功耗较低，但难以达到足够高的测温精度。基于电阻感温的方式通常采取电压域读出或相位域读出，与bjt读出方式类似，均需要引入σδ-adc；这种感温方式可以充分利用电阻阻值的温度线性度，且可以在功耗和精度之间折中。
技术实现思路
2、一种基于rc振荡器的温度传感器，包括：输出频率为负温系数的rc振荡器、输出频率为零温系数的rc振荡器和fdc读出模块。
3、所述输出频率为负温系数的rc振荡器由电阻rn、电容cl、开关φ、开关比较器comp、延时链和锁存器latch构成。rc振荡器输出方波，其频率与电阻阻值的倒数呈正比，采取具有正温度系数的电阻rn则得到负温度系数的输出频率fn。
4、输出频率为负温系数的rc振荡器中：电阻rn的正端通过开关φ接到电源电压；电阻rn的负端通过开关接到地；电容cl的上极板与电阻rn的正端和比较器comp的输入端相连，cl的上极板电压为vn；电容cl的下极板接到地；比较器comp的输出端与延时链的输入端和锁存器latch的第一个输入端相连；延时链的输出端与锁存器latch的第二个输入端相连，延时链的延时时间内电容cl的上极板电压的电位必须完全复位到电源电压，且该延时时间在一个振荡周期中的占比小于0.1％；锁存器latch的输出端控制开关φ和开关的开启和关断：当锁存器latch输出高电平时，开关φ闭合，开关断开；当锁存器latch输出低电平时，开关φ断开，开关闭合。
5、所述输出频率为零温系数的rc振荡器与输出频率为负温系数的rc振荡器结构完全一致，且二者接到相同的电源电压，区别仅在于采用具有零温度系数的电阻rs替代电阻rn，从而得到零温度系数的输出频率fs；其相应电容cl的上极板电压为vs。
6、所述fdc读出模块的输入端分别接收输出频率为负温系数的rc振荡器产生的频率信号fn和输出频率为零温系数的rc振荡器产生的频率信号fs，输出端产生表征频率比值的数字码值，作用是计算两个频率信号的比值fs/fn。
7、上述基于rc振荡器的温度传感器，其工作流程具体有：
8、在正常工作状态下，对于输出频率为零温系数的rc振荡器：当锁存器latch的输出电平为低时，开关φ断开，而开关闭合。此时电容cl通过电阻rs缓慢放电，并且电压vs从电源电压vdd缓慢下降至后级比较器comp的触发电平vinv，从而拉低比较器的输出电平。于是，锁存器latch的输出电平翻转，开关φ闭合，而开关断开。电容cl进入充电状态，电压vs快速复位至电源电压vdd。与此同时，比较器comp的输出电压经过延时链得到延时后的信号fs，触发锁存器latch的输出电平再次翻转。因此电容cl开始放电，进行下一轮循环。
9、在正常工作状态下，对于输出频率为负温系数的rc振荡器：当锁存器latch的输出电平为低时，开关φ断开，而开关闭合。此时电容cl通过电阻rn缓慢放电，并且电压vn从电源电压vdd缓慢下降至后级比较器的触发电平vinv，从而拉低比较器的输出电平。于是，锁存器latch的输出电平翻转，开关φ闭合，而开关断开。电容cl进入充电状态，电压vn快速复位至电源电压vdd。与此同时，比较器comp的输出电压经过延时链得到延时后的信号fn，触发锁存器latch的输出电平再次翻转，因此电容cl开始放电，进行下一轮循环。
10、上述输出频率为零温系数的rc振荡器和输出频率为负温系数的rc振荡器同时工作，产生的两路频率信号fs和fn送到fdc读出模块中的计数器1和计数器2中，如图1所示。待频率信号fs和fn稳定后，fdc读出模块输出的代表频率比值fs/fn的码值则包含温度信息。
11、综上所述，本专利技术利用具有正温特性和零温特性的电阻分别构成的rc振荡器输出两组具有一定温度特性的频率信号fn和fs，并将二者作比值得到温度线性度高的频率比值信号fs/fn，实现宽温度范围内的高精度感温；同时，由于fn和fs的频率表达式中都具有包含电源电压vdd的项，因此在作比值的过程中可以约掉，从而抵消部分电源电压波动的影响，使得该温度传感器具有较强的电源波动抑制能力；只需外部电源电压vdd的接入，而由自身产生参考基准频率和逻辑控制信号，扩大了传感器的应用范围。
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1.一种基于RC振荡器的温度传感器，其特征在于：包括输出频率为负温系数的RC振荡器、输出频率为零温系数的RC振荡器和FDC读出模块；
2.如权利要求1所述基于RC振荡器的温度传感器，其特征在于：所述电阻RN为两点校准后温度误差小于0.5℃的电阻，电阻RS为温漂小于50ppm/℃的电阻。
3.如权利要求1所述基于RC振荡器的温度传感器，其特征在于，工作流程有：
【技术特征摘要】
1.一种基于rc振荡器的温度传感器，其特征在于：包括输出频率为负温系数的rc振荡器、输出频率为零温系数的rc振荡器和fdc读出模块；
2.如权利要求1所述基于rc振荡器的温度传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：李靖，杨璐含，张树航，袁熠，张雨恒，陈东键，宁宁，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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