[实用新型]用于亚微米级集成电路的温度检测电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及温度检测领域，更具体的说涉及一种用于亚微米级集成电路的温度检测电路。

背景技术

目前测试诸如微处理器、微控制器、专用集成电路以及FPGA等装置（以下简称被测试装置DUT）中的温度，一般都是通过测试其内置三极管来实现；由于被测试装置DUT中内置三极管的发射极E和基极B有引脚对外接口，故通过发射极E和基极B之间的电压Vbe的特性便可以测试出芯片内部的温度，其具体的推导过程如下：

ΔVbe= Vbe1-Vbe2=η*(kT/ q)*ln(Ic1/Ic2)；

其中，Ic是流过三极管集电极C的电流，Ic1流过集电极产生电压Vbe1, Ic2流过集电极产生电压Vbe2；

T为热力学绝对温度，单位是K；

q是电子的电荷量，q=1.6×10^?19C，为常数；

k为玻耳兹曼常数,k=1.38×10^?23 J/K；

η是非理想因子，与工艺有关，一旦工艺确定后基本为常数，约等于1，为了简便，除了特别需要外以下公式中将η设为1，公式中不出现η；

为了简便，可以设Vt=kT/q；因此上述公式简写为：ΔVbe= Vt* ln(Ic1/Ic2)；由以上公式推导出：T=q*ΔVbe /k/ln(Ic1/Ic2)；

由此，当Ic1/Ic2=常数D时，T= q*ΔVbe /k/lnD；在公式中，q、k和lnD均为常数，即T与ΔVbe成线性关系，测量ΔVbe的值后通过运算（如设定合适增益）即可得到T的值。在外围电路中，由于内置三极管的集电极C并没有引出，无法直接从集电极C端输入特定电流来保证Ic1/Ic2=D，因此如何保证Ic1/Ic2=D便是难题，也是成为温度测量误差的因素之一。

针对此难题，传统的解决方法都是通过向发射极E端输入不同的电流Ie来产生不同的Ic电流，由于Ic= Ie*β/(1+β),β为三极管的放大倍数，因此控制Ie1/Ie2=D来就能间接实现Ic1/Ic2≈D。

需要注意的是，β并不是一个常数，其与三极管工作的条件有关，如与Ie、Ic大小有关，与三极管所处的温度有关，而且是非线性的关系。

公式T=q*ΔVbe /k/ln(Ic1/Ic2)引入β因素进一步推导为：

当Ie1流经三极管时，产生Ic1= Ie1*β1/(1+β1), 这时的发射极E和基极B之间电压记为Vbe1，Vbe1=Vt*lnIc1；

当Ie2流经三极管时，产生Ic2= Ie2*β2/(1+β2), 这时的发射极E和基极B之间电压记为Vbe2；Vbe2=Vt*lnIc2；

两者电压差ΔVbe=Vt *ln(Ic2/Ic1)

代入Ic1= Ie1*β1/(1+β1)，Ic2= Ie2*β2/(1+β2)得到结果：

ΔVbe =Vt*ln{(Ie2/Ie1)*[1+(β2-β1)/(β1+β1β2)]}

=Vt*ln{(Ie2/Ie1)*[1+Δβ/(β1+β1β2)]}

如此，对于微米级及微米级以上工艺而言，即便β不是常数，但β比较大，因此Δβ/(β1+β1β2)与1比很小可以忽略，所以只要保证Ie2/Ie1为常数D，Ic2/Ic1即会约等于D，即ΔVbe ≈kT/q *lnD；

从而推导出T≈q*ΔVbe/k/lnD，测量ΔVbe加以运算便可以得到所测量的温度值T，较为准确。

请参照图1所示，其为应用上述检测方案的具体检测电路，其具有用于采集发射极E和基极B之间电压的采样检测单元以及呈并联关系的电源I1和电源I2，电源I2=（D-1）*I1，开关SW则与电源I2串联，通过控制开关SW的打开和关闭，从而能向DUT的发射极E供给具有D倍差距的电流。具体的，当开关SW断开时，I1电流流经发射极E即为Ie1电流，基极B、发射极E之间产生电压记为 Vbe1，由采样检测单元采样记录Vbe1（在大多情况下需要模数转换将结果保持在寄存器中）；当开关SW接通时，I1+I2=D*I1电流流经发射极E，即为Ie2电流，是Ie1电流的D倍，基极B、发射极E之间产生电压记为 Vbe2, 由采样检测单元采样记录Vbe2；接着由采样检测单元将两次记录结果相减，得到Vbe2-Vbe1，再乘以合适的增益N，并加偏移量（记为Ti）转换为摄氏温度值或是华氏温度值，输出结果。