專利名稱：提供溫度與數(shù)字碼間線性關系的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及提供數(shù)字碼與溫度間線性關系的方法。各種實施例應用于溫度感測器 之中。
背景技術：
溫度感測器可用來監(jiān)控中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、繪圖處 理單元(Graphics Processing Unit，GPU)、微處理(Micro Processing Unit，MPU)、單芯片 系統(tǒng)(System On Chip，S0C)等電子元件的溫度。當溫度超出預設臨界值時，感測器可發(fā)出 警報告知電路降低運作速度，甚至關閉其運作以減少功率消耗而降低溫度，進而避免元件 因過熱而發(fā)生結構損壞。一般來說，溫度感測器包括參考電路與溫度測量電路，其溫度相依性不是與絕對 溫度有正關系(proportional to absolute temperature, PTAT)就是與絕對溫度有互補 關系(Complementary to absolute temperature,CTAT)。正比于絕對溫度，表示其具有正 溫度系數(shù)，測量電路輸出的電壓隨溫度上升而增加；互補于絕對溫度，表示其具有負溫度系 數(shù)，測量電路輸出的電壓隨溫度上升而降低。此外，可使用一數(shù)字至模擬轉換器(digital to analog converter, DAC)型溫度感測器，其采用比較PTAT電壓與CTAT基射電壓的方式 運作。然而，此方法的DAC碼與溫度間存在非線性的問題，此即表示，該方法無法在大的溫 度范圍下保持良好線性關系，使得溫度測量的準確性不佳。某些技術涉及CTAT電壓，其比較電壓會在設計的溫度范圍中以高溫度系數(shù)變動。 當比較電壓為PTAT時，此方法本質上就會造成DAC碼相對溫度的非線性，而且，在沒有其他 溫度校正措施(例如多點校正技術)的情況下，會有不良的溫度測量準確度。為了達到更 好的DAC碼對溫度線性度，其他技術試圖將比較電壓(或參考電壓)的曲線平行化，但是， 由于所述多個曲線實際上無法彼此平行，所以這些技術是不成功的。該等公知技術也因此 遭受溫度測量不準確的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種方法，包括提供對應至一溫度的一第一電壓；提供一第二電壓，其 以多個數(shù)字碼作為輸入；以及利用該第一電壓與該第二電壓識別對應該溫度的一數(shù)字碼； 其中多個該溫度大體與所述多個數(shù)字碼呈線性關系。本發(fā)明另提供一種方法，包括提供一第一電壓，其與溫度相依；以及提供一第二 電壓，具有不顯著的溫度系數(shù)，并以多個數(shù)字碼為其輸入；其中在一識別的溫度下，若該第 一電壓不等于該第二電壓，則調整一數(shù)字碼直到該第一電壓大致相等于該第二電壓；以使 該識別的溫度對應至該數(shù)字碼；多個該識別的溫度大致與所述多個數(shù)字碼線性相關。本發(fā)明另提供一電路，包括一第一電路，用以產(chǎn)生對應至一溫度的一第一電壓；以 多個數(shù)字碼作為輸入而產(chǎn)生一第二電壓；以及使用該第一電壓與該第二電壓以識別對應至 該溫度的一數(shù)字碼；一改變手段，以改變一數(shù)字碼的方式改變一數(shù)字至模擬電流與一數(shù)字至模擬電阻值中的一者或兩者的組合以改變該第二電壓；其中多個該溫度大致與所述多個 數(shù)字碼呈線性關系。



圖1為CTAT型的比較器100的實施例。圖2為本發(fā)明中VCTAT、VCMP與溫度T間的關系圖表200。圖3以線條310指出溫度T與VCTAT相關DAC碼C間的關系圖300。圖4為依據(jù)本發(fā)明第1實施例的電路400。圖5為依照第二實施例的電路500。圖6為本發(fā)明一實施例的PTAT型比較器600。圖7為依據(jù)本發(fā)明一實施例的一圖表700用以說明VPTAT、VCMP與溫度T間的關系。圖8為一圖表800，其以線條810表示在PTAT型實施例中溫度T與DAC碼C間的關系。圖9為本發(fā)明實施例中用以產(chǎn)生VPTAT的電路900。圖10為電路1000，用以說明DAC晶體管M4的實施例。圖11為晶體管M4開啟或關閉次數(shù)與值L的對應表1100。圖12為一圖表120，用以說明圖10中數(shù)字碼與信號CT間的關系。并且，上述附圖中的附圖標記說明如下100 比較器；110、120 線路；Vcmp 比較電壓；Vctat 參考電壓；310 線條；厘”厘⑶曰日體管；A1 放大器；Imi、Im2 電流；NODE1 節(jié)點 1 ；NODE2 節(jié)點 2 ；R21、R22 電阻器；R3 DAC電阻器；Im4 DAC 電流；Cqut 合成信號。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例關于一種能夠提供溫度與數(shù)字碼間線性關系的方法?？稍跍囟雀?測器中應用各種實施例。在某些實施例中，在特定溫度下(例如半導體裝置的操作溫度)， 感測器中的一電路(例如溫度感測電路)可將一溫度相依性參考電壓(例如Vctat)與一比 較電壓(例如Vcmp)提供至比較器。Vctat以互補于絕對溫度的方式與溫度相依。比較電壓VeMP則以DAC碼為輸入而產(chǎn)生。若VCTAT與VeMP相等(例如大體相等)時，則比較器會輸出信 號表示該事實(例如以邏輯高態(tài)表示)。若VCTAT與VeMP并不相等時，則會將比較器輸出提供 至另外的電路(例如一校正電路)，該電路會改變該DAC碼直到VCTAT與VeMP兩者相等為止。 實際上，在一特定時點，溫度感測電路所感測的溫度對應到當VCTAT與VeMP相等時的DAC碼。 在各實施例中，各溫度感測電路所感測的溫度與DAC碼大體呈線性相關。其他實施例中亦 包括電壓與絕對溫度呈正比關系的情形。下文將說明本發(fā)明的實施例的特征與優(yōu)點。實施例中的溫度感測電路可與 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝的半導體電路整合。溫度與 DAC 碼間的線性度會提升溫度感測電路的準確性，使溫度容易被校準，進而得到精準的溫度感 測結果。下文為介紹本發(fā)明的最佳實施例。各實施例用以說明本發(fā)明的原理，但非用以限 制本發(fā)明。任何本領域普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許的更動 與潤飾。本發(fā)明中在各實施例中將重復使用某些數(shù)字，但其僅為簡化說明，并非表示各實施 例間必然存在何種關系。電壓以互補于絕對溫度(VCTAT)的方式與溫度相依圖1為CTAT型的比較器100的實施例。線路110上的參考電壓VCTAT與線路120 上的比較電壓veMP由下述電路(例如溫度感測電路)所產(chǎn)生。比較器100的比較電壓VCMP 與VCTAT，并提供線路130上的合成信號(■。在各實施例中，VeMP為一電壓，其會在大溫度范 圍上以非常小且不明顯的溫度系數(shù)變動。此外，各乂，值以DAC(數(shù)字至模擬轉換器)碼 作為輸入而產(chǎn)生。Vctat為一絕對溫度互補型(complementary to absolute temperature, CTAT)參考電壓，并在一對應溫度下由溫度感測電路產(chǎn)生。舉例而言，在一應用中，該溫度感 測電路可為半導體裝置(例如CPU)中一感測器的一部分。操作上，CPU所承受的特定溫度 (例如運作溫度)同樣被溫度感測電路所感測，而VCTAT即以此溫度為輸入而產(chǎn)生。在某些 實施例中，VeMP起先低于VCTAT，而為假值(具有低邏輯)。之后VeMP增加至稍高于(大體 相等于)VCTAT,而COTT為真值(具有高邏輯)。當VeMP低于VCTAT時，則信號COTT將供應至其他 電路(例如一校正電路，圖未示)，該電路可改變DAC碼進而改變VeMP，直到VeMP稍高于(大 體相等于)VCTAT。實際上，當VeMP與VCTAT相等時，則CPU與溫度感測電路所承受的溫度(例 如溫度TJ亦溫度感測電路提供VeTAT時的溫度。此外，此溫度L對應至一 DAC碼，例如DAC 碼Q。在各實施例中，溫度感測電路提供VCTAT時的溫度與DAC碼大體為線性相關。本領域 普通技術人員可了解到，當溫度與DAC碼大體相關時，其在二維軸上的關系圖即為一直線。VCTAT, VCMP 與對應溫度圖2為本發(fā)明中VCTAT、VCMP與溫度T間的關系圖表200。各線條LveMP (包括LveMP(1、 L胃:、、_等)表示在以一特定DAC碼作為輸入以產(chǎn)生VeMP時，電壓VeMP與溫度T間的關系。 取得各溫度上VeMP的值(例如CPU在不同時點下的運作溫度)可得到各個線條LveMP。在各 實施例中，線條LTCMP大致與溫度無關。由最低有效位元(least significant bit, LSB)變 動至最高有效位元(most significant bit,MSB)的DAC碼可產(chǎn)生線條LVCMP。舉例而言，若 DAC接收一 2位元輸入，例如輸入(0:1)，則位元0改變至位元1將產(chǎn)生4個DAC碼，其對應 至4條Ltcmp。若DAC接收一 3位元輸入，例如輸入(0:2)，則位元0改變至2將產(chǎn)生8個DAC 碼，其對應至8條Ltcmp，以此類推。此外，線條LTCMro對應至一碼Q，并顯示電壓V,與溫度T在數(shù)碼Ctl上的關系。線條Ltcmpi對應至一碼C1，并顯示電壓Vw與溫度T在數(shù)碼C1上的關系。線條Ltcmpn對應至碼N，并顯示電壓Vcmp與溫度T在數(shù)碼Cn上的關系。依據(jù)本發(fā)明的實 施例，由于Vqip的溫度系數(shù)甚小且可不重要，所以線條Ltcmp彼此非常接近平行(例如大致平 行于)并大體呈直線狀，但無須與χ軸平行。由于線條Ltcmp彼此平行且為直線，所以本發(fā)明 的實施例可使溫度T與DAC碼間具有線性關系。線條Ltctat表示VeTAT與溫度T間的關系。本領域普通技術人員可了解到，線條Ltctat 具有負的斜率，表示Vctat具有一負的溫度系數(shù)。線條Lvctat與線條Ltcmp間的交叉，表示在與 一特定DAC碼C對應的特定溫度T上，VeTAT與Vqip是相等的。舉例而言，點VeTATTO表示VeTAT 等于對應至DAC碼Ctl的溫度Ttl上的VeMP。相似地，點VeTATT1表示VeTAT等于對應至DAC碼C1 的溫度T1上的VeMP，而點VeTATTN表示Vctat等于對應DAC碼Cn的溫度Tn上的VeMP，以此類推。 在各實施例中，各點Vctatt對應至當Vqip與Vctat相等時比較器100的結果，例如，在溫度感測 電路所承受的特定溫度T下，信號Cot為真值。溫度與DAC碼-CTAT型圖3以線條310指出溫度T與Vctat相關DAC碼C間的關系圖300。舉例而言，T0 對應至碼Q、T1對應至碼Cp Tn對應至碼CN，以此類推。本發(fā)明可使溫度T與DAC碼C間盡可能地保持線性關系，因而較先前技術更具優(yōu) 勢。圖2的Ltcmp大致為直線且彼此平行(但不必平行于χ軸)，此特點造就上述線性關系。 在100%線性的情況下，線條Ltcmp為100%直線，并且100%彼此平行，故線條310為100%直 線。在其他方法中，線條Ltcmp為曲線，或者彼此互不平行，因而使得線條310亦為曲線。本 領域普通技術人員可了解到，當線條310越不彎曲，則溫度T與DAC碼間越具有線性關系。 圖300中DAC碼C與線條310上的溫度T的線性關系可使本發(fā)明深具優(yōu)點，尤其在大量制 造的環(huán)境下更是如此。因此，對應溫度T與DAC碼C可被輕易識別。舉例而言，當給定水平 軸上的DAC碼C時，則從線條310即可從垂直軸上識別出對應溫度T。相似地，當給你垂直 軸上的溫度T，則從線條310上即可識別出水平軸上的對應DAC碼。在一應用中，可依照溫度T與DAC碼C間的線性關系，輕易且經(jīng)濟地在室溫附近以 簡單校正程序建立該線條310。舉例而言，使用電路400或500 (例如溫度感測電路)的溫 度感測器受第一已知溫度，例如溫度T1的影響。對應溫度T1的一 DAC碼，例如碼C1，可被 識別出來。溫度感測電路之后受第二已知溫度，例如溫度T2的影響。對應溫度T2的一 DAC 碼，例如碼C2可被識別出來。依據(jù)溫度T與DAC碼C間、溫度T1與T2間、以及DAC碼C1與 C2間的線性關系，可使用各種公知技藝將線條310建立出來，而本發(fā)明的實施例不必以特 定實施例為限。在進階應用中，舉例而言，可利用本發(fā)明的實施例分析并建立出線條310而 設定一控制電路，并使該控制電路具有調節(jié)半導體芯片的溫度T的功能。舉例而言，若DAC 碼，例如碼C75，可在芯片的特定操作時刻被識別出來時，則可將C75對應至一溫度，例如對 應至75°C的溫度T75。因為溫度75°C的溫度T75表示芯片系以400MHz運作而產(chǎn)生太多熱 能，所以控制電路會因應芯片需求而設定成以較低速度運作，例如以300MHz運作以減少熱 能產(chǎn)出。相似地，若DAC碼，例如碼ClOO，可被識別出來時，則此碼對應至此溫度，例如100°C 的溫度T100。因為100°C的溫度TlOO可能會損壞芯片，所以控制電路會被設定成能夠在偵 得碼ClOO時將芯片予以關閉。上述例子只為說明本發(fā)明，而本發(fā)明不必以特定例子為限。提供Vctat與Vcmp的電路-第1實施例
圖4為依據(jù)本發(fā)明第1實施例的電路400，其可提供VCTAT與VCMP。為方便說明，圖 4亦包括比較器100。電路400具有負溫度系數(shù)電路元件，可配合正溫度系數(shù)電路元件以消 除溫度消應，而VeMP可通過該電路而產(chǎn)生低且微小的溫度系數(shù)。晶體管MpM2與放大器~形成一電流鏡，其中放大器~平衡電流IM1與IM2，以及平 衡N0DE1與N0DE2上的電壓。由于IM1等于IM2，為方便說明，故將IM1及IM2皆稱為IM。在節(jié) 點N0DE1上，IM1 = I21+IQ1，而在節(jié)點N0DE2上，= IQ2+I22。雙載子晶體管Qi作為一二極 管，因為二極管具有負的溫度系數(shù)。實際上，VCTAT即為晶體管Qi的VBE(基極與射極電壓)， 為方便說明，在此稱為VBEQ1。雙載子晶體管Q2亦可作為一二極管，為方便說明，晶體管Q2上 基極與射極的跨壓亦可稱為VBEQ2。在圖4的實施例中采用CMOS技術，而晶體管Qi與Q2供 作為二極管之用。然而，在本發(fā)明實施例亦可采用二極管取代上述晶體管，或采用其他具有 溫度相依特性的裝置取代之。兩電阻器R21與R22可提供電流121與122電流路徑，如圖所示。 由于圖4的實施例中R21 = R22，故電阻器R21或R22皆稱作R2。相似地，因為121 = 122，故電 流121或122皆稱作12。電阻器R21與晶體管Qi并聯(lián)，而電阻器隊與晶體管Q2兩者的串聯(lián)與 電阻器R22并聯(lián)，VeTAT為NODEi上的電壓，亦為晶體管Qi的跨壓VBE例(例如VBEQ1)，因而具 有負溫度系數(shù)。電阻器隊的跨壓為電壓VBEQ1與VBEQ2間的壓差。因此，其具有正溫度系數(shù)。 DAC電阻器R3或DAC電流IM4提供電壓VCMP，其中，在特定的IM4或R3下，Vcmp = IM4*R3。依據(jù) 本發(fā)明的實施例，VeMP幾乎為不具溫度相依性的電壓。為了取得VeMP的差值，可通過改變對 應各電流IM4的DAC碼，或者通過改變電阻R3達成。DAC晶體管M4系表示，DAC晶體管M4的組態(tài)所提供的電流IM4對應至一 DAC碼。 此夕卜，DAC晶體管M4提供復制電流IM的鏡射電流1 。此即表示，IM4 = N*IM，其中N為其倍 數(shù)。在圖4的實施例中，DAC電路控制著DAC晶體管M4。此即表示，DAC電路的數(shù)字值對應 至電流IM4的值。為方便說明，若DAC電路包括M個輸入位元以及N個輸出，則N=2m。舉 例而言，若M = 2，則N = 22或4。若M = 3，則N = 23或8。若M = 4，則N = 24或16，以 此類推。部分實施例可改變DAC碼以得到不同的IM4值以及不同的VeMP。在一實施例中，改 變DAC晶體管M4中主動晶體管的數(shù)量即可改變DAC碼，進而改變N值。改變N值即改變電 流IM4的值。舉例而言，2位元DAC (M = 2)的N = 4 (22)，因而具有4個IM4值，3位元DAC (M =3)的N = 8(23)，因而具有8個IM4值，4位元DAC(M = 4)的N= 16(24)，因而具有16個 1 4值，以此類推。此外，因為電壓VCMP與電流IM4(VCMP = IM4*R3)相依，若電流IM4由4個值的 DAC所提供，例如IM4(0:3),則VCMP即對應至具有4個值的VCMP(03)。若電流IM4由8個值的 DAC所提供，例如IM4(0:7),則VCMP即對應至具有8個值的VCMP(0:7)。若電流IM4由16個值 的DAC所提供，例如IM4 (0 15)，則VCMP即對應至具有16個值VCMP (0 15)，以此類推。DAC電阻器R3系表示，電阻器R3的值亦可被DAC碼改變。與DAC晶體管M4的情 況相似，M位元輸入DAC可提供N個輸出，其中N = 2m。也外，假如此DAC控制了 DAC電阻 器R3，則N個DAC碼(例如N個DAC輸出)會對應至N個電阻器R3的值。此外，因為VCMP = IM4*R3，對應一 DAC碼的各個電阻器R3的值亦對應至一 VCMP值，此情況亦與上述DAC晶體管 M4相同。部分實施例通過改變DAC碼以有效地改變R3&VCMP的值。本領域普通技術人員可 了解到，已有相當多的公知技藝能夠通過DAC碼并利用電阻器民的變化而產(chǎn)生多個VeMP值， 而本發(fā)明亦不限定于使用特定技術。在節(jié)點NODE 3上，因為比較器100的輸入阻抗非常的高，故線條120上的電流不甚重要而可被忽略。因此Vcmp = IM4*R3因為ΙΜ4 = N*Im,Vcmp = (N*Im)*R3 因為Im = Imi = Im2 且 Im2 = IQ2+I2，Vcmp = N*(IQ2+I2)*R3因為IQ2 = (Vbeqi-Vbeq2) /R1 = (VTln (M21)) /R1BndI2 = V驟/R2,Vcmp = N* ((VTln (M21)) /R1+V驟/R2) *R3 (1)在上述第(1)式中，Vt為熱電壓，而VT = kT/q，其中k為波茲曼常數(shù)，而q為單位 電荷。此夕卜，M21為兩二極管(晶體管)Q2與Q1間的面積比。依據(jù)第(1)式，R1與R2的溫度 系數(shù)會被R3的溫度系數(shù)消去，此乃因為R1與R2為分母，而R3為分子之故。因此，Vcmp之溫 度系數(shù)與該項(VtIi1(M21))與^01有關系，其中In(M21)為M21的自然對數(shù)。本領域普通技術 人員可了解到，Vbeqi的溫度系數(shù)為負數(shù)，(V1In(M21))的溫度系數(shù)則為正數(shù)，而兩者大致可相 互對消，使得Vqip具有低且微小的溫度系數(shù)。當Vw的溫度系數(shù)甚小時，圖2的線條Ltcmp大 致為直線且彼此平行。 能夠提供Vctat與Vcmp的電路_第二實施例圖5為依照第二實施例的電路500，其提供Vctat與V,。為方便說明，圖5亦包括 比較器100。與電路400相似，電路500包括一負溫度系數(shù)電路元件，其可與正溫度系數(shù)電 路元件配合而消除溫度效應。此外，電路500亦包括額外的溫度區(qū)率補償電路，并且，通過 電路500，可使Vcmp產(chǎn)生更微小的溫度系數(shù)。如圖所示，電路500除了電阻器R4、R5以及晶體管M3、Q3,余皆相似于圖4。在圖5 的實施例中，由于R4 = R5，故電阻器R4或R5皆可稱為電阻器R45。晶體管Q3作為一二極管， 與晶體管Q1及Q2相似。晶體管M3作為一電流鏡，其中電流Im3具有與電流IM(即Imi或IM2) 相同的值。在一實施例中，晶體管Q3的面積與晶體管Q1相等。與電路400相似，因為比較器100的輸入阻抗非常高，所以可忽略線條120上的電 流。因此，在節(jié)點NODE3有Vcmp = IM4*R3因為IM4 = N*ImVcmp= (N*Im)*R3因為 Im = Imi = IM2andIM2 = IQ2+I2+IC0MP，Vcmp = N(IQ2+I2+Ic。mp)*R3因為IQ2 = (VTln (M21)) /R1, I2 = V醒/R2 而 Icomp = (Vbeqi-Vbeq3) /R4 或(VBEQ3_V驟)/ R45， Vcmp = N [ (VTln (M21)) /R^VbeqiZR2+ (Vbeqi-Vbeq3) /R45] *R3 (2)如上所述，此項(VtIii(M21))具有正溫度系數(shù)，Vbeqi具有負溫度系數(shù)。此外， Vbeq3-Vbeqi亦具有正溫度系數(shù)。(VTln (M21))、Vbeqi與Vbeq3-Vbeqi的溫度系數(shù)可彼此對消，進而 使得Vw具有非常小的溫度系數(shù)。本領域普通技術人員可了解到，第(2)式中的V-具有比第⑴式的V-小的溫度 系數(shù)。因此，圖2中電路500所造成的線條Ltcmp會比電路400所造成線條Ltcmp來得更直。結果，電路500的線條310會比電路400的線條310來的更直。簡單來說，電路500比電路 400更加能夠使溫度T與DAC碼C間的關系保持線性。與絕對溫度(VPTAT)呈正比關系的溫度相依電壓圖6為本發(fā)明一實施例的PTAT型比較器600。線條610的參考電壓VPTAT由一電 路(例如溫度感測電路)所產(chǎn)生，下文將詳述該電路。與比較器100相似，比較器600比較 電壓VeMP與VPTAT，并提供線條630上的合成信號CPQUT。在圖6的實施例中的VeMP與上述CTAT 型的實施例中的VeMP相同。VPTAT與絕對溫度(PTAT)參考電壓呈正比關系，在一特定溫度下 由一溫度感測電路產(chǎn)生。舉例而言，與CTAT型實施例相同，溫度感測電路亦可內建于CPU等 半導體裝置的一感測器上。操作上，CPU承受一特定溫度(例如運作溫度)，而溫度感測電 路亦同樣承受該特定溫度，以此溫度為輸可產(chǎn)生VPTAT。在某些實施例中，若VeMP略大于(大 體相等于)VPTAT，則信號CrouT為真值，具有高邏輯。若VeMP小于VPTAT，則信號CrouT會被供應至 其他電路(例如一校正電路，圖未示)，該校正電路會改變DAC碼，進而改變VeMP，直到VeMP略 大于(大體相等于)VPTAT時為止。實際上，當VeMP與VPTAT相等時，CPU與溫度感測電路所承 受的溫度，例如溫度L，亦為溫度感測電路提供VPTAT時的溫度。此外，該溫度I；會對應至一 DAC碼，例如DAC碼Q。在各實施例中，溫度感測電路提供VPTAT時的溫度，大致會與DAC碼 呈線性相關。如上所述，本領域普通技術人員可了解到，當溫度與DAC碼大體相關時，以兩 方向軸表示兩者關系的圖表上會呈現(xiàn)一直線。VPTAT、VCMP 與對應溫度圖7為依據(jù)本發(fā)明一實施例的一圖表700，用以說明VPTAT、VCMP與溫度T間的關 系。如同CTAT型實施例中的說明，各線條LveMP系表示，在以一特定DAC碼作為輸入以產(chǎn)生 VCMP時，電壓Vcmp與溫度T間的關系。將DAC碼由最低有效位元(LSB)改變至最高有效位元 (MSB)，可產(chǎn)生線條Ltcmp。在各實施例中，由于VCMP的溫度系數(shù)非常小且不甚重要，所以線條 LveMP彼此非常接近平行，并且為直線。由于線條LveMP彼此平行且為直線，所以本發(fā)明能夠使 溫度T與DAC碼間具有線性關系。線條Lvptat表示VPTAT與溫度T間的關系。本領域普通技術人員可了解到，線條Lvptat 具有正的斜率，并表示VPTAT具有正的溫度系數(shù)。線條Lvptat與線條LVeMP的交點可表示在對 應特定DAC碼C的特定溫度T下VPTAT會與VeMP相等。舉例而言，點VPTATTO表示在對應DAC碼 Co的溫度L下，VPTAT會與VeMP相等。相似地，點VPTATT1表示在對應DAC碼Ci的溫度下， VPTAT會與VeMP相等，而在對應DAC碼CN的溫度Tn下，VPTATTN表示VPTAT會與VeMP相等，以此類 推。在各實施例中，各點VPTATT對應至溫度感測電路所感測的特定溫度下，當VeMP與VPTAT相 等時(例如當信號CPQUT為真值時)比較器600的結果。溫度與DAC碼-PTAT型圖8為一圖表800，其以線條810表示在PTAT型實施例中溫度T與DAC碼C間的 關系。舉例而言，T0對應至碼Q、對應至碼Q，Tn對應至碼CN，以此類推。本發(fā)明的實施例可使溫度T與DAC碼C間盡可能地呈現(xiàn)線性，因此相對于無法達 到線性關系的先前技術具有優(yōu)勢。從圖7線條LveMP大致為直線且彼此平行可推論出上述的 線性關系。如上所述，在100%線性的情況下，線條LveMP為100%的直線，因而彼此100%平 行，所以線條810為100%直線。在其他的方法中，線條Ltcmp為曲線，或者并非彼此平行，將 致使線條810彎曲。本領域普通技術人員可了解到，若線條810越不彎曲，則溫度T與DAC
10碼間的關系越具有線性。本發(fā)明深具優(yōu)點，尤其在大量制造的環(huán)境下更是如此。此乃因為 一旦建立了圖表800，則DAC碼C與線條810上的溫度T間的線性關系即可被輕易得知。因 此，對應溫度T與DAC碼C可被輕易的識別。舉例而言，通過線條810，當給定水平軸上的 DAC碼C時，即可輕易識別出垂直軸上的對應溫度T。相似地，通過線條810，當給定垂直軸 上的溫度T時，即可輕易識別出水平軸上的對應DAC碼。在一應用中，可依據(jù)溫度T與DAC碼C間的線性關系，輕易且經(jīng)濟地在室溫附近以 簡單校正程序建立該線條810。舉例而言，溫度感測器具有電路400或500 (例如溫度感測 電路)，而VCTAT可被電路900所產(chǎn)生的VPTAT取代，并受第一已知溫度(例如溫度1\)的影響。 對應溫度1\，可識別出DAC碼，例如碼Q。之后，溫度感測電路受到第二已知溫度(例如溫 度T2)的影響。對應溫度T2，可識別出DAC碼，例如碼C2。依照溫度T與DAC碼C間、溫度
與T2間、以及DAC碼Q與C2間的線性關系，可以各種公知的方法穩(wěn)當?shù)亟⒊鼍€條810， 而本發(fā)明不以特定的公知技術為限。在一進階應用中，舉例而言，一旦建立了線條810，可分 析該線條810并設定一控制電路，使得該控制電路可依照本實施例調節(jié)半導體芯片中的溫 度T。舉例而言，若在該芯片的特定運作時識別出一 DAC碼(例如碼C75)，則碼C75即對應 至一溫度，例如75°C的溫度T75。因為該75°C的溫度T75指出芯片以400MHz的速度運作， 已產(chǎn)生太多熱能，所以控制電路可將芯片設定成以低速率(例如300MHz)運作以減少熱能 產(chǎn)出。相似地，若識別出一 DAC碼(例如碼C125)，則此碼對應至一溫度，例如125°C的溫度 T125。因為該125°C的溫度T125會損壞芯片，所以控制電路可在發(fā)現(xiàn)碼C125時關閉芯片的 運作。上述實例僅為說明本發(fā)明，但本發(fā)明不必以特定實施例為限。提供VPTAT與VCMP的電路在各實施例中，PTAT型實施例中的VeMP，與CTAT型實施例中的VeMP有相似的產(chǎn)生 方法，其同樣使用上述的電路400與500。圖9為本發(fā)明實施例中用以產(chǎn)生VPTAT的電路900。為方便說明，圖9亦包括比較 器600。電路900除了不包括對應電阻器R21與R22的電阻，其他部分皆與電路400相似。此 外，晶體管M6與M7分別對應晶體管Mi與M2 ；放大器A2對應至放大器~ ；電阻器R7對應至 電阻器隊；晶體管04與05分別對應至晶體管仏與02。晶體管M5對應至DAC晶體管M4而電 阻器R6對應至DAC電阻器R3。晶體管M6、M7與放大器A2形成一電流鏡，其中放大器A2可平 衡電流1 6與1 以及上的電壓。為方便說明，1 或1 皆稱為IM67。晶體管 M5提供與電流IM67鏡射的電流IM5。在N0DE4上，因為比較器600的輸入阻抗非常高，所以線 條610上的電流可被忽略。因此，VPTAT = IM5*R6因為IM5 = IM6 = IM7 = (VTln (M54)) /R7，其中M54為晶體管Q5與Q4間的面積比VPTAT = ((VTln (M54)) /R7) *R6因為VT=(k*T)/qVPTAT = ((k*T) In (M54) / (q*R7)) *R6or= ((k*R6) In (M54) / (q*R7)) *T (3)從第(3)式可以發(fā)現(xiàn)，VPTAT以正比于絕對溫度的方式與T(或溫度)相依。與CTAT 型實施例相似，電路900，連同前述的電路400及DAC碼可使VPTAT的DAC碼與溫度間的線性 關系。此外，電路900搭配電路500可使較電路900搭配電路400更具線性。
DAC晶體管與DAC碼圖10為電路1000，用以說明DAC晶體管M4的實施例，其中DAC晶體管M4可提供 電流1 (以及Vcmp)。電路1000包括四個晶體管M4Q、M41, M42以及M43,分別由信號CTQ、CT1, CT2以及CT3所控制(例如開啟或關閉)。舉例而言，欲開啟晶體管M4Q、M41、M42或M43，可分 別將信號0；、0\、CT2、或CT3激活(例如拉至一低態(tài)或0)。相反地，欲關閉晶體管M4Q、M41、 M42或M43，可將各信號Cl；、CT1, CT2或CT3解除激活(例如拉至一高態(tài)或1)。因為，在圖10 的實施例中，，Im4 = IM4Q+IM41+IM42+IM43，所以電流Im4的值系與電流IM4Q、I14I> Im42以及Im43相 依。此外，當開啟晶體管M4tl、M41、M42、或M43時，可將各電流Im4q、Im41、Im42、或Im43提供給電流
1耐。 圖11為晶體管M4開啟或關閉次數(shù)與值L的對應表1100。當L = 0時，唯有晶體 管M4tl是開啟的。當L = 1時，晶體管M4tl與M41開啟。當L = 2時，晶體管M4(1、M41與M42開 啟，而當L = 3時，則所有晶體管M40, M41、M42及M43皆開啟。圖12為值L與信號CT間的關系表1200。因為，當L = 0時，唯有晶體管M4tl開啟， 信號CTtl為低態(tài)(或0)，而信號CI\、CT2, CT3為高態(tài)(或1)。因為當L = 1時，晶體管M40 與M41開啟，而晶體管M42與M43關閉，所以信號CTtl與CT1為低態(tài)，而信號CT2與CT3為高態(tài)。 因為當L = 2時，晶體管M40, M41與M42開啟，而晶體管M43關閉，所以信號CT0, CT1與CT2為 低態(tài)，而信號CT3為高態(tài)。相似地，因為當L = 3時，所有晶體管M40, M41, M42與M43皆開啟， 所以所有信號Cl；、CT1, CT2及CT3為低態(tài)。L值或信號CT的數(shù)字值可視為對應上述DAC電 流Im4(或電壓Vqip)的數(shù)字碼。舉例而言，各個從0到3的值或DAC碼L皆存在對應的DAC 電流1 。其他的例子中，表1200的信號Cl；、CT1, CT2與CT3的各個碼0000、0001、0011或 0111皆存在對應的DAC電流Im4。圖10至圖12表示對應至四個DAC電流Im4值的四個晶體管Im4、四個L值與四個 信號CT。此例僅為方便說明，本發(fā)明不限于四個DAC碼，其可應用于多個DAC碼，并可應用 于各種提供DAC碼的方式。上文已介紹本發(fā)明的數(shù)個實施例。任何本領域普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的 精神和范圍內，當可做些許的更動與潤飾。舉例而言，雖然前文以電阻器(例如隊、1 2等) 為例，但該等電阻器可被其他電阻元件、電阻網(wǎng)絡、或其他等效電路所取代。前述實施例雖 然采用電路400與500以同時產(chǎn)生VeMP與Vctat，但亦可使用不同的電路分別產(chǎn)生Vqip與VeTAT。 上述實施例中產(chǎn)生Vqip與Vctat的電路僅為方便說明之用，在本發(fā)明的范圍內，亦可采用其他 能夠提供正比于絕對溫度或互補于絕對溫度的電壓的電路。本文中使用“相等于”或“不等 于”等詞匯，但只要兩件接近到足以被本領域普通技術人員視為相同即可。雖然文中各權利要求分別代表一實施例，但對本領域普通技術人員而言，不同權 利要求以及前文實施例的組合均在本發(fā)明的權利要求范圍之中。
權利要求
一種方法，包括提供對應至一溫度的一第一電壓；提供一第二電壓，其以多個數(shù)字碼作為輸入；以及利用該第一電壓與該第二電壓識別對應該溫度的一數(shù)字碼；其中多個該溫度大體與所述多個數(shù)字碼呈線性關系。
2.如權利要求1所述的方法，其中該第一電壓以互補于絕對溫度的方式或以正比于絕 對溫度的方式與該溫度相依。
3.如權利要求1所述的方法，其中該第二電壓受到至少一負溫度系數(shù)以及至少一正溫 度系數(shù)的影響。
4.如權利要求3所述的方法，其中該至少一負溫度系數(shù)由橫跨一第一二極管上的該第一電壓所產(chǎn)生，并且受到與該第 一二極管并聯(lián)的一第一電流的影響；以及該至少一正溫度系數(shù)由橫跨與一第二二極管串聯(lián)的一電阻器上的一第三電壓所產(chǎn)生， 并且受到與該電阻器并聯(lián)的一第二電流的影響，其中該電阻器與該第二二極管串聯(lián)。
5.如權利要求1所述的方法，其中該第二電壓受到(VTln(M))以及一電壓V的影響，其 中Vt為一熱電壓、M為一第一二極管與一第二二極管的面積比、V為橫跨該第一二極管上的 壓降；而In(M)為M的該自然對數(shù)。
6.如權利要求5所述的方法，其中該第二電壓更受到一電壓V1的影響，其中V1受到橫 跨一第三二極管上的電壓降以及橫跨該第一二極管上的電壓降的影響。
7.如權利要求1所述的方法，其中改變該數(shù)字碼可改變一數(shù)字至模擬電流，進而改變 該第二電壓。
8.如權利要求1所述的方法，其中改變該數(shù)字碼可改變一數(shù)字至模擬電阻器，進而改 變該第二電壓。
9.如權利要求1所述的方法，其中該第二電壓受到一數(shù)字至模擬晶體管、一數(shù)字至模 擬電阻器、或兩者的組合所影響。
10.如權利要求1所述的方法，其中當該第一電壓大致與該第二電壓相同時，可識別出 對應至該溫度的該數(shù)字碼。
11.如權利要求1所述的方法，其中當以一線條表示對應至該識別的數(shù)字碼的該第二 電壓與該溫度時，多個該線條彼此大致平行。
12.一種方法，包括提供一第一電壓，其與溫度相依；以及提供一第二電壓，具有不顯著的溫度系數(shù)，并以多個數(shù)字碼為其輸入； 其中在一識別的溫度下，若該第一電壓不等于該第二電壓，則調整一數(shù)字碼直到該第一電 壓大致相等于該第二電壓；以使該識別的溫度對應至該數(shù)字碼； 多個該識別的溫度大致與所述多個數(shù)字碼線性相關。
13.如權利要求12所述的方法，其中該第二電壓的一值由改變一DAC碼而得。
14.一電路，包括 一第一電路，用以產(chǎn)生對應至一溫度的一第一電壓；以多個數(shù)字碼作為輸入而產(chǎn)生一第二電壓；以及 使用該第一電壓與該第二電壓以識別對應至該溫度的一數(shù)字碼； 一改變手段，以改變一數(shù)字碼的方式改變一數(shù)字至模擬電流與一數(shù)字至模擬電阻值中 的一者或兩者的組合以改變該第二電壓；其中多個該溫度大致與所述多個數(shù)字碼呈線性關系。
15.如權利要求14所述的電路，還包括一數(shù)字至模擬晶體管用以產(chǎn)生該數(shù)字至模擬電
全文摘要
一種提供溫度與數(shù)位數(shù)字碼間線性關系的方法，該方法包括提供對應至一溫度的一第一電壓；提供一第二電壓，其以多個數(shù)字碼作為輸入；以及利用該第一電壓與該第二電壓識別對應該溫度的一數(shù)字碼；其中多個該溫度大體與所述多個數(shù)字碼呈線性關系。
文檔編號G01K7/00GK101871820SQ20101016513
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權日2009年4月22日
發(fā)明者陳建宏, 隋彧文 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司