[发明专利]亚阈值CMOS温度检测器

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及温度检测电路，更确切地说，涉及低电源电压和低功耗温度检测器。

背景技术

热性能已经日益成为集成电路(IC)的重要特性。举例来说，该种电路在不同的温度表现不同。例如，随着电路温度变化，该电路的诸如阈值电压电平、电子迁移率、配线/接触电阻等的电特征也变化。而且，在IC中的各种子系统所使用的内部生成的电压对于温度变化敏感，从而这些系统的性能可能被打折扣，除非存在某种方法来补偿这种温度变化。因此，为了确定电路何时在预定正常操作条件之外操作，准确的温度检测器是必要的。然后，可以发起一些方法来补偿高或低温度，即，在预定正常操作温度之外的温度。

例如，如果电路过热，系统频率可能被降低，以降低电路温度。相反，如果温度低，可以提高系统频率，以改善性能。此外，当温度超过预定阈值水平时，某些电路或组件可能需要被关闭，并且在诸如存储器的某些应用中，存在如下的实例，其中，在存储器由于在非常低或高的温度操作而故障之前，机密信息应被擦除。

此外，诸如便携式计算机、蜂窝电话、手持游戏设备和个人数字助理的许多电子设备对于功耗敏感。即，为了维持电池电量，低功耗是理想的。因此，温度检测器电路应消耗尽可能少的功率。

而且，随着IC的特征尺寸被缩小，这些电路所使用的电源电压降低。例如，一个0.7μm CMOS器件在大约5V的电压下操作，而一个0.18μm CMOS器件在大约1.8V或更低的电压下操作。这种更低的操作电压使得温度传感器的设计更具挑战性，因为在更低的操作电压下，半导体器件的特性变得更不一致。因此，存在对于能够在非常低的电压下操作并且消耗极少功率的温度传感器的需求。

附图说明

通过示例的方式示出本发明，并且本发明不受附图的限制，在附图中，相同的参考符号表示相似元件。为了简明和清楚目的，示出在附图中的元件，并且这些元件不必按比例绘制。

图1是根据本发明的实施例的温度传感器电路的示意性电路图；

图2是示出了通过图1的电路可检测的报警界限的温度对电压的曲线图；以及

图3是根据本发明的另一实施例的与绝对温度成比例(PTAT，Proportional to Absolute Temperature)电流发生器的示意性电路图。

具体实施方式

对附图的具体描述的目的是作为对本发明的当前优选实施例的描述，并且其目的并不代表本发明可以被实施的唯一形式。应理解的是，通过应被包含在本发明的精神和范围内的不同实施例，可以实现相同或等效功能。

此处所使用的术语“耦合(couple)”的目的不限于直接耦合或机械耦合。此外，除非另有说明，诸如“第一”和“第二”的术语用于在该种术语所描述的元素之间进行任意地区别。因此，这些术语的目的并不必然表示该种元素的临时或其他优先次序。当涉及使信号、状态位、或类似装置分别进入其逻辑真或逻辑假的状态的描述时，此处使用术语“断定(assert)”或“置位(set)”和“取负(negate)”(或者“解除断定(de-assert)”或“清零(clear)”)。如果逻辑真状态是逻辑电平1，则逻辑假状态是逻辑电平0，并且，如果逻辑真状态是逻辑电平0，则逻辑假状态是逻辑电平1。

此处所描述的每个信号可以被设计成正或负逻辑，其中，负逻辑可以由在信号名称上面的横线或名称后面的斜线(/)来表示。在负逻辑信号的情形下，信号是低电平有效，其中，逻辑真状态对应于逻辑电平0。在正逻辑信号的情形下，该信号是高电平有效，其中，逻辑真状态对应于逻辑电平1。应注意的是，此处所描述的任何信号可以被设计成负或正逻辑信号。因此，在可选实施例中，那些被描述为正逻辑信号的信号可以实现为负逻辑信号，并且那些被描述为负逻辑信号的那些信号可以被实现为正逻辑信号。

本发明提供低电源电压和低功耗温度检测器，当达到目标温度时，该温度检测器生成报警信号。将CMOS技术的亚阈值特性用于生成PTAT电流。PTAT电流通过电阻器和PNP双极型晶体管，生成PTAT电压和反向PTAT电压。比较器将该反向PTAT电压与被用作报警界限的PTAT电压相比较，并且生成检测结果或报警信号。

通过简单地改变电阻器的值，可以改变报警界限。即，如下文将更详细讨论的，通过改变用于生成PTAT电压的电阻器的值，可以改变生成的PTAT电压的斜率。温度检测器不需要恒定的参考电压来生成报警界限。而且，温度检测器可以使用小于1V的电源电压、大约2.5uA的电流进行操作。