[发明专利]在高准确度热传感器中的受控制曲率校正

说明书

本公开的实施例涉及在高准确度热传感器中的受控制曲率校正。电路装置生成以不同电流密度被偏置的两个BJT的基极至发射极电压、被偏置成使得基极至发射极电压与绝对温度互补且具有跨温度的弯曲非线性BJT的基极至发射极电压，以及由与温度无关的恒定电流和与绝对温度成比例的电流偏置的两个BJT的基极至发射极电压。采样电路对这些电压进行采样并且向环路滤波器的输入提供该电压。滤波器输出被量化成产生比特流。采样电路：当比特流的接收到的比特是零时，引起Vbe1－Vbe2的积分以产生与绝对温度成比例的电压；当比特流接收到的比特是一时，引起Vbe2_c－Vbe_Vbe1_c的积分以在不具有跨温度的非线性的情况下产生与绝对温度互补的负电压。

相关申请

本申请要求2020年1月31日提交的美国临时专利申请No.62/968,539号的优先权，其内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本申请涉及温度感测电路领域，并且具体地涉及一种利用基于西格玛-德尔塔(sigma-delta)的模数转换器来产生高度准确的温度值的温度感测电路，根据该高度准确的温度值，可以确定放置温度感测电路的集成电路芯片的温度。

背景技术

片上系统(SOC)在移动设备(诸如智能电话和平板)以及若干嵌入式系统中被使用。一些现有SOC能够进行温度感知任务调度以及相对于温度的自校准，以帮助减少功耗。为了使能该功能性，此类SOC包括与SOC的其他组件集成的片上温度传感器。

可以产生与绝对温度Vptat成比例的电压，作为以不同电流密度偏置的两个双极结型晶体管的在基极-发射极结电压之间的差。在数学上，这可以被表示为：Vptat＝ΔVbe＝Vbe1-Vbe2。因为由于缺乏晶体管的理想性能而导致的Vbe1和Vbe2的误差相互抵消，所以与绝对温度成比例的该电压Vptat是相对不含误差的。

在Vptat与温度之间的关系可以在数学上被表示为其中T是以开尔文(Kelvin)为单位的温度，其中k是波兹曼(Boltzmann)常数，q是电子电荷的量值，并且p是用于生成Vptat的双极结型晶体管的电流密度的比率。模数转换器(ADC)相对于参考电压Vref将Vptat数字化，并且因此，输出比率μ，可以将该比率μ计算为可以适当地缩放该比率以产生在期望单位中的数字温度读数，例如：Temperature(C°)＝A*μ+B，其中A和B是常数。

该温度读数的准确度主要取决于独立于参考电压Vref的温度。为了实现温度独立性，通常生成参考电压Vref作为与绝对温度Vptat成比例的电压和与绝对温度Vctat互补的电压的总和，如在图1A中可看出，这在理想情况下将产生真正地与温度无关的参考电压。

产生与绝对温度Vctat互补的电压，作为双极结型晶体管的基极-发射极结电压Vbe。然而，由于缺乏晶体管的理想性能，因此引入了误差。在数学上，所产生的真实世界Vbe可以被表示为：Vbe＝Vbe₀-λT+C(T)，其中Vbe₀是Vbe在0°K处的值，λ是Vbe0随着温度衰减的斜率，并且C(T)是非线性量。

斜率λ是与工艺相关的，并且因此，引入了Vbe的不准确度。可以在图1B中看出由斜率λ的不同值产生的Vbe值的采样扩散，在图1B中可以注意到，由斜率λ引入Vbe中的不准确度是线性的。由于该不准确度是线性的，因此这可以容易地经由校准进行校正。

如所陈述的，C(T)是非线性量，并且对在跨温度存在于Vctat中的非线性曲率负责。C(T)可以在数学上被表示为：

其中k是波兹曼常数，q是电子电荷的量值，n对于硅通常为4，T为以开尔文为单位的温度，m是偏置电流与T的指数的比例性(Ibias∝T^m)，并且Tr是参考温度。