[发明专利]一种可重构的全数字温度传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种可重构的全数字温度传感器及其应用，可重构的全数字温度传感器包括一个与非门和K个延时单元；与非门包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端用于外接启动控制信号；K个延时单元串联连接，且第一个延时单元的输入端连接到与非门的输出端，最后一个延时单元的输出端连接到与非门的另外一个输入端，形成环形振荡器结构；每个延时单元由n级串联的反相器组成，每级反相器均分别连接有一个PMOS和一个NMOS，以控制该级反相器实现导通、关断；其中，K是大于0的偶数，n是大于1的奇数。本发明还公开了应用上述传感器进行测温、电压测量以及工艺角评估的方法。本发明能在数字供电下正常工作，并能解决电压灵敏度问题。

技术领域

本发明是关于温度传感器领域，特别涉及一种可重构的全数字温度传感器及其应用。

背景技术

随着CMOS工艺节点进一步缩小，芯片功能越来越复杂，集成度越来越高，随之带来的芯片发热问题也越来越严重。因此在先进工艺下SoC、处理器以及DRAM等设计中片上热管理必不可少。在片上热管理应用中，往往需要在多个位置检测温度，并且放置位置大多在复杂数字模块周边，因此所采用的温度传感器需要具有面积小、抗干扰能力强、成本低的特点。

传统CMOS温度传感器大多采用寄生三极管作为感温器件，能够获得高精度和高线性度，如图1所示，BJT(双极结型晶体管)发射极基准电压V_BE与温度线性负相关，两个BJT的发射极基准电压△V_BE与温度线性正相关，取参考电压V_REF＝V_BE+α×△V_BE，与温度无关。对图1中两个BJT的发射极基准电压△V_BE进行放大，并经过数模转换输出V_PTAT与V_REF的比值，数值越大则温度也越大(PTAT:proportional to absolutetemperature)，具体可参考图2。该类传统CMOS温度传感器，工作电压往往需要大于1V，并且面积较大、设计复杂，并不适合片上热管理中多点数字集成。因此，研究高精度、小面积、低电压、低成本的全数字温度传感器成为行业热点和难点。

采用电阻做感温器件的温度传感器，可参考图3，该类型的传感器虽然能在低电压下工作，电阻与温度的关系是非线性的，因此还需要额外的电路进行数字拟合，导致设计复杂度增高而且占用片上面积大。

基于热电效应的片上温度传感器，可参考图4，利用热电势和温度的关系来检测的温度，该类型的传感器虽然能在低于1V的电压下工作且占用面积小，但因为需要很大的工作电流，导致存在功耗高、本身发热等问题。

现有的全MOS温度传感器，可参考图5，利用由于MOS管温度特性，将温度转换为延时，该类型的传感器虽然能满足小面积、低电压的要求，但由于MOS工艺参数的非线性，以及电源电压对电路延时的干扰，导致精度不足，另外，现有方案大多还是采用模拟的方法设计，不利于工艺迁移。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能在数字供电下正常工作，并且解决了电压灵敏度问题的新型可重构的全数字温度传感器。

本发明的目的还在于提供上述可重构的全数字温度传感器的应用。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

本发明提供一种可重构的全数字温度传感器，包括一个与非门和K个延时单元；与非门包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端用于外接启动控制信号；K个延时单元串联连接，且第一个延时单元的输入端连接到与非门的输出端，最后一个延时单元的输出端连接到与非门的另外一个输入端，形成环形振荡器结构；每个延时单元由n级串联的反相器组成，每级反相器均分别连接有一个PMOS和一个NMOS，以控制该级反相器实现导通、关断；其中，K是大于0的偶数，n是大于1的奇数。

MOS管漏电(Ioff)和温度(T)成指数关系，具体为：