[发明专利]一种全CMOS片上温度-频率转换电路

说明书

本发明公开了一种全CMOS片上温度‑频率转换电路，包括温度参考源电路和双稳态振荡电路，温度参考源电路以产生一对彼此相关的参考电流和参考电压，该电流和电压的比值与绝对温度成线性正比关系，双稳态振荡电路产生的振荡频率，正比于参考电流和参考电压的比值，即振荡频率也具有线性的温度系数，从而完成温度‑频率的转换，通过频率计数的方式可以很方便的得到数字化的片上温度信息。该结构采用全CMOS器件实现，即除CMOS器件外没有其他类型的器件，并采用尽量少的元器件实现完整的功能，具有低成本、低功耗、易集成的特点。

技术领域

本发明涉及一种CMOS片上温度-频率转换电路，具体地涉及一种全CMOS片上温度-频率转换电路。

背景技术

CMOS片上温度-频率转换电路通常用于实时监控超大规模集成电路(VLSI)的片上温度以保证芯片的可靠性及稳定性，也常用于射频标签系统(RFID)或无线传感器网络(WSN)等低功耗芯片上，用于监测芯片的温度并对芯片的工作状态做出调节。在这些应用中，由于成本和功耗的需要，通常要求这类温度传感器具备面积小、功耗低的特点。此外，对于超大规模数字集成电路来说，通常因为成本的限制，所采用的数字工艺通常不提供片上电阻和电容的掩膜，因此在超大规模数字集成电路系统中的片上温度传感器，需要完全采用CMOS器件来设计和完成。

低成本数字片上温度-频率转换电路实现的方式主要有两种，第一种是基于半导体器件的温度系数和多稳态振荡的方式，将半导体器件的温度系数通过电流和电压等方式提取出来并将其转化为振荡频率；第二种是利用数字电路的延迟与温度相关的特性，构成振荡电路，从而将温度信息通过频率体现出来。这两种方式都是将温度转化为频率并用计数器将温度信息数字化，这样就避免了使用功耗大、成本高、设计复杂的模数转换器电路。第一种方法和第二种方法相比，具有结构相对更为简单的特点，但由于其需要一个能体现半导体器件温度系数的模拟参考源，在传统的解决方案中通常都需要用到电阻，这就无法达到超大规模数字电路设计中全部采用CMOS器件的要求。尽管也有一些解决方案中用工作在线性区的MOS器件来代替传统的电阻，但这样的方法得出的频率-温度的关系通常是非线性的，往往需要对输出频率取对数才能获得温度信息，增加了后续温度信息提取和处理的复杂度。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明目的是：提供一种全CMOS片上温度-频率转换电路，包括温度参考源电路和双稳态振荡电路，温度参考源电路以产生一对彼此相关的参考电流和参考电压，该电流和电压的比值与绝对温度成线性正比关系，双稳态振荡电路产生的振荡频率，正比于参考电流和参考电压的比值，即振荡频率也具有线性的温度系数，从而完成温度-频率的转换，通过频率计数的方式可以很方便的得到数字化的片上温度信息。

本发明的技术方案是：

一种全CMOS片上温度-频率转换电路，包括：

一温度参考源电路，由CMOS器件组成，用于产生一对彼此相关的参考电流和参考电压，所述参考电流和参考电压的比值与绝对温度成线性关系；

一双稳态振荡电路，由CMOS器件组成，用于产生一振荡频率，该频率正比于参考电流和参考电压的比值。