[发明专利]一种温度传感器及温度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，尤其涉及温度传感器及温度检测方法。

背景技术

随着电子信息技术的发展和人们生活水平的提高，人们对芯片的要求也越来越高：芯片不仅需要支持更多的功能，还需要具有更高的性能，并且需要具有更低的成本。这些日益苛刻的要求，对芯片的设计提出了越来越多的挑战，芯片中的每一个模块都要做到精益求精。可惜的是，随着CMOS工艺特征尺寸越来越小，虽然芯片可以做到速度更快、面积更小，但是各种非理想因素，例如工艺偏差，温度特性等对芯片的影响也越来越大。芯片中的关键模块，必须要具有抵御这些非理想因素的能力，以维持其性能的稳定。这就需要在芯片中增加许多传感器，来检测各种器件的工艺偏差，检测芯片的温度，并利用传感器的输出结果对芯片中的关键模块进行校准或者补偿。

作为诸多传感器中的一种，温度传感器在芯片中具有尤为重要的地位，因为工艺偏差对芯片来说是固定不变的，但温度的变化却是时时存在的，因此温度的检测和补偿必须时时进行。

目前最好的温度传感器器件基于双极型晶体管，其具有良好的稳定性和线性度，能够实现高精度的测量。CMOS工艺能够提供衬底寄生纵向PNP管(VPNP)，被广泛用于在CMOS工艺上设计温度传感器，同样具有良好的特性。如图1所示，是一个典型的CMOS温度传感器组成框图，它包括模拟前端101，模数转换器(ADC)102以及数字接口103。

如图2所示，是图1的一个具体实施例，也是现有技术中被广泛应用的温度传感器架构，通过2个PNP管的V_BE电压之差实现温度检测目的。其中，PNP管Q1的面积为A，PNP管Q2的面积为m·A；也就是说PNP管Q2面积是PNP管Q1面积的m倍。电流源201和202，通常采用PMOS管进行设计，其中电流源201的电流为p·Ib，电流源202的电流为Ib；也就是说电流源201的电流是电流源202电流的p倍，将Vtsp、Vtsn以差分的方式送给模数转换器(ADC)203进行量化。该差分电压用数学公式表示为：

Vts=Vtsp-Vtsn=VBE,Q1-VBE,Q2=kTqln(p·IbIs)-kTqln(Ibm·Is)=kTqln(p·m)---(1)]]>

其中，k和q都是物理常数，而p和m是预先设定的比值，因此这些参数都是精确不变的值。表达式(1)表明，Vts严格正比于绝对温度T。