[发明专利]全MOS电压及温度监测方法及电路

说明书

本发明提供一种全MOS电压及温度监测方法和监测电路，包括两个环形振荡器RO1和RO2、两个时间/数字转换器TDC1和TDC2、一个温度映射模块、一个电压映射模块、一个基准时钟分频器模块以及两个补偿模块。其中，基准时钟是由晶体振荡器提供，环形振荡器RO1由core域电源电压VDD_CORE供电，而环形振荡器RO2由电池电压VBAT供电。基准时钟经分频器后分别连接到TDC1和TDC2，TDC1和TDC2的输出端分别连接到温度映射模块和电压映射模块。本发明能实现真正的全MOS，不需要增加额外的掩膜版，对PVT进行了有效的校准，提高了监测的精度；本发明还具有结构简单、面积小、无静态功耗的优点。

技术领域

本发明涉及芯片设计领域，特别涉及芯片中的全MOS电压及温度监测方法及电路。

背景技术

在集成电路中，对芯片的电源电压及温度的监测是尤为重要的。一方面，由于工艺耐压的限制，过高的电源电压会降低芯片的工作寿命，甚至导致芯片器件的永久损坏；另一方面，过低的电源电压可能影响芯片的功能，导致系统的错误操作。另外，由于半导体器件对温度的敏感性，当温度超出一定范围时，芯片的正常工作可能受到影响。因此，需要对芯片的温度进行监测，并根据需要对芯片进行必要的温度补偿，以保证芯片具有足够宽的温度工作范围。

在传统的技术中，芯片通过集成辅助ADC(模数转换器)对电源电压或温度传感器(片外或片上)的输出电压转换成相应的数字信号，实现对芯片电源和温度的监测。该方案要求大量的模拟器件，如运算放大器、比较器等，导致了较大的功耗和芯片面积。随着CMOS工艺的不断演进，芯片的供电电压不断的降低，模拟实现方法的局限性日益明显。

近年来，具有更好的数字工艺兼容性的模拟—时间—数字(ATD：Analog-Time-Digital)转换技术越来越受欢迎。ATD转换的过程可以分为模拟/时间转换(Analog-to-Time Conversion，简称ATC)和时间/数字(Time-to-Digital，简称TDC)两个阶段，即先把模拟电压信号转换成时钟域信号，再对时钟域的信号进行数字量化，得到与模拟电压信号相对应的数字信号。

采用传统ADC的方案不仅成本高、功耗大，而且不适合数字工艺的实现。而现有基于ATC技术的监测方法，虽然很好的解决了传统模拟方案的缺点，但也存在着各种不足。这些不足集中表现在“完全兼容数字工艺”与“对PVT(Process、Voltage、Temperature：工艺、电压及温度，简称PVT)的补偿”之间的矛盾，如：

在《中国集成电路》2009,18(3)期中刊载的论文“全数字ADC设计与仿真[J].”(作者：沙亚兵,李文石)中提出的ADC由于采用了电阻、电容等模拟的无源元器件来组成环形振荡器，在数字工艺中需要增加额外的掩膜版才能实现，无法做到真正的“全数字”实现，且其未考虑温漂及工艺变化的影响，实用性不强。

公开号为CN105071801A的中国专利申请文件中，采用晶体管及外部精密电阻来产生PTAT(proportional to absolute temperature，与绝对温度成正比)电流，用于补偿PVT的变化。成本较高，不适合数字工艺的实现。

公开号为CN101751062A的中国专利申请文件中，通过低噪声基准电压产生电路及线性调节器的方法补偿环形振荡器的温漂，但是此电路结构复杂，使用了修调电阻，制作工艺复杂，成本高。

公开号为CN103684354A的中国专利申请文件中，采用正、负温度系数的两种反相器构成环形振荡器，虽然解决了温漂的问题，但是未考虑工艺带来的离散，实用性较差。

通过以上的例子可以看出，在全数字工艺下实现的设计往往缺少了对PVT的全面补偿，导致了实用性不强；而考虑了PVT补偿的设计，则大多采用额外的模拟器件，导致无法正真实现全数字。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种全MOS电压及温度监测方法和监测电路。具体方案如下：