溫度傳感器電路及其校準方法
2023-07-29 22:47:51
專利名稱：溫度傳感器電路及其校準方法
技術領域：
本發明涉及在半導體晶片上所安裝的測量預定溫度的溫度傳感器電路及其校準方法，更具體地說，本發明涉及有助於高精度校準的溫度傳感器電路及其校準方法。
背景技術：
由半導體電路所構成的溫度傳感器電路被廣泛使用。例如，在動態隨機訪問存儲器(DRAM)的情況下，需要定期刷新內部存儲單元中的數據，但是必須根據半導體晶片的溫度而改變刷新周期。就是說，當溫度低時，存儲單元中數據的改變可能很慢，並且可以延長刷新周期。但是，當溫度高時，存儲單元中數據的改變很快，並且必須縮短刷新周期。因此，在DRAM中安裝了溫度傳感器電路，並且根據溫度傳感器電路的傳感器輸出而改變刷新周期。
該溫度傳感器電路產生不同的依賴於溫度的電壓，並且利用差分放大電路對這些電壓進行比較和檢測，以產生輸出。此外，作為用於產生依賴於溫度的電壓的電路，可以使用帶隙參考電路，例如依照日本早期公開專利申請No.2002-149252(2002年5月24日公布)。
此外，溫度傳感器電路的差分放大電路通常會產生偏移。為了糾正所述偏移，已經提出了多種方法，例如依照日本早期公開專利申請No.2000-165241(2000年6月16日公布)。
發明內容
但是，在半導體晶片上所形成的溫度傳感器電路會受到由於工藝不同而產生的散布(scattering)的影響，並且因此會面對檢測溫度不同的問題。為了抑制這種檢測溫度的不同，要執行校準，以便通過對諸如電阻器一類的溫度傳感器電路的電路元件進行細微調整或微調(trimming)來檢測所需的溫度。此外，必須通過使用半導體集成電路測試器來執行校準步驟。但是，當要執行高精度的校準時，校準過程是一種負擔，並且會增大半導體集成電路的成本。此外，當以低成本執行校準時，由於溫度傳感器電路的差分放大電路的偏移，因此難以執行正確的檢測溫度的校準。
因此，本發明的目的在於，提供一種能夠以最少的過程步驟，來高精度地校準檢測溫度的溫度傳感器電路及其校準方法。
為了實現這個目的，根據本發明的第一方面，溫度傳感器電路包括第一監控電壓產生電路，所述第一監控電壓產生電路產生第一監控電壓，該電壓具有隨溫度改變的特性；第二監控電壓產生電路，所述第二監控電壓產生電路產生第二監控電壓，該電壓具有以與所述第一監控電壓不同的變化量而隨溫度改變的特性；以及差分放大電路，將所述第一和第二監控電壓輸入所述差分放大電路，並且所述差分放大電路輸出所述兩電壓的比較結果。此外，溫度傳感器電路的差分放大電路能夠切換到第一連接狀態和第二連接狀態，所述第一連接狀態輸出比較結果，並且所述第二連接狀態輸出通過將差分放大電路的偏移電壓添加到第一或第二監控電壓上，或者從其中減去偏移電壓而得到的偏移監控電壓。
根據所述第一方面，在優選的實施例中，所述第二連接狀態是一種如下的狀態，即在該狀態中禁止將監控電壓輸入到差分放大電路的一個輸入端，並且提供從所述差分放大電路的輸出到所述一個輸入端的負反饋電路。此外，該負反饋電路例如包括輸出電晶體，所述差分放大電路的輸出連接到該輸出電晶體的柵極；還包括反饋導線，該反饋導線將所述輸出電晶體的漏極連接到差分放大電路的所述一個輸入端。
為了實現以上目的，根據本發明的第二方面，所述方法包括在溫度傳感器電路中，檢測第一溫度狀態偏移監控電壓，所述第一溫度狀態偏移監控電壓是通過在第一溫度狀態中建立第二連接狀態，並且將偏移電壓添加到第一或第二監控電壓上，或者從其中減去偏移電壓而得到的；檢測第二溫度狀態偏移監控電壓，所述第二溫度狀態偏移監控電壓是通過在第二溫度狀態中，將偏移電壓添加到第一或第二監控電壓上，或者從其中減去偏移電壓而得到的；以及對第一或第二監控電壓產生電路的電路元件進行微調，以產生第一或第二監控電壓，以便使基於第一和第二溫度狀態偏移監控電壓而確定的檢測溫度成為所需的檢測溫度。
根據本發明的以上方面，可以利用最少的校準過程步驟來高精度地校準檢測溫度。
圖1示出了本實施例的溫度傳感器電路；圖2A和2B是溫度傳感器電路的特性圖；圖3示出了利用本實施例的雙溫電壓測量的微調方法；圖4示出了偏移電壓的問題；圖5A和5B示出了本實施例的差分放大電路的連接狀態；圖6是差分放大電路的電路圖，該差分放大電路允許本實施例的第一和第二連接狀態的切換；圖7是焊盤輸出緩衝電路的電路圖；圖8是本實施例的溫度傳感器的校準過程的流程圖；圖9A-9D示出了根據本實施例的差分放大電路的連接示例，該差分放大電路允許包括了偏移電壓的監控電壓測量；圖10是差分放大電路的電路圖，該差分放大電路允許切換到圖9A-9D中的四個連接狀態；圖11示出了切換單元的電路圖和真值表；圖12A和12B是示出了圖10中的控制邏輯電路10的操作的真值表；以及圖13是用於本實施例的溫度傳感器的校準過程的流程圖。
具體實施例下面將參考附圖，描述本發明的實施例。但是，本發明的技術範圍並不局限於該實施例，而是可以擴展到在權利要求書及其任意等同物中所出現的發明。
圖1示出了本實施例的溫度傳感器電路。該溫度傳感器電路包括第一監控電壓產生電路100、第二監控電壓產生電路200以及差分放大電路op3，所述第一監控電壓產生電路100產生第一監控電壓V1，該第一監控電壓V1具有關於溫度的正增長特性；所述第二監控電壓產生電路200產生第二監控電壓V2，該第二監控電壓V2具有關於溫度的負增長特性；將所述第一監控電壓V1和第二監控電壓V2輸入到所述差分放大電路op3，並且差分放大電路op3輸出兩電壓之差，以作為比較結果temphz。此外，溫度傳感器電路的差分放大電路op3能夠切換到第一連接狀態和第二連接狀態，所述第一連接狀態輸出比較結果，而所述第二連接狀態輸出通過向第一或第二監控電壓添加差分放大電路的偏移電壓，或者從第一或第二監控電壓中減去差分放大電路的偏移電壓而得到的電壓。在下文中將描述所切換的連接狀態。
在第一監控電壓產生電路100中，第一差分放大電路op1對輸入Va和Vb進行比較，並且將差分輸出OUT1分別連接到P溝道電晶體m1和m2的柵極，分別將這兩個電晶體的漏極端負反饋到各自的輸入Va和Vb。由於負反饋電路，因此差分放大電路op1的操作致使Va＝Vb，所述負反饋電路由P溝道電晶體m1和m2，以及用於反饋到輸入Va和Vb的反饋電路所組成。同時，經由二極體D1而將輸入Va連接到接地電勢VSS，因此輸入Va的電勢是二極體D1的正向電壓Vf1。正向電壓Vf1具有響應於溫度的負增長特性。此外，因為經由電阻器R1和二極體D2而將輸入Vb連接到接地電勢VSS，因此輸入Vb的電勢是二極體D2的正向電壓Vf2與電阻器R1的電壓dV(＝R1×I2)之和。因此，由於Va＝Vb，所以電阻器R1的電壓dV是dV＝(kT/q)×InN。這裡，k是玻耳茲曼常數，q是基本電荷，T是絕對溫度，並且N是二極體D2和D1的結面積比。就是說，電阻器R1的電壓具有關於溫度T的正比例關係，即正增長特性。電流I2也具有同樣的特性。
此外，因為將第一差分放大電路op1的輸出OUT1連接到P溝道電晶體m3的柵極，因此電晶體m2和m3構成了電流鏡像電路，並且流過電晶體m3的電流I3具有與流過電晶體m2的電流I2相同的趨勢。這樣一來，第一監控電壓V1＝I3×R3具有關於溫度T的正比例關係，即正增長特性。
同時，在第二監控電壓產生電路200中，第二差分放大電路op2對輸入Va和電壓V3進行比較，將其差分輸出OUT2連接到P溝道電晶體m5的柵極，並且電晶體m5的漏極反饋到輸入V3。由於負反饋電路，因此差分放大電路op2的操作致使Va＝V3。同時，因為輸入V3經由電阻器R2而連接到接地電勢VSS，因此該電壓是V3＝I5×R2。此外，因為電壓Va＝Vf1，因此電壓V3具有關於溫度T的負比例關係，即負增長特性。因此，電晶體m5的電流I5也具有相同的負比例關係，即負增長特性。此外，因為電晶體m5和m4構成了電流鏡像電路，因此電流I5和I4的大小分別與電晶體m5和m4的尺寸成比例，並且具有相同的特性。因此，第二監控電壓V2也具有與電壓V3相同的特性。就是說，第二監控電壓V2具有關於溫度T的負比例關係，即負增長特性。
圖2A和2B是溫度傳感器電路的特性圖。圖2A示出了第一監控電壓V1和第二監控電壓V2關於溫度的特性圖，並且圖2B示出了差分放大電路op3的輸出temphz關於溫度的特性圖。第一監控電壓V1具有關於溫度T的正增長特性，而第二監控電壓V2具有關於溫度T的負增長特性。這兩個電壓相交於某個檢測溫度Td。相應地，差分放大電路op3的輸出temphz分別在檢測溫度Td之前和之後轉化為低電平和高電平。因此，差分放大電路op3的輸出temphz是這樣的信號，該信號指示出檢測溫度Td以上的溫度(高電平)或檢測溫度Td以下的溫度(低電平)。如果利用輸出temphz，則可以將DRAM的刷新周期控制在適當的長度。
第一監控電壓V1和第二監控電壓V2不是必須分別具有關於溫度T的正的和負的增長特性。這兩個電壓可以具有不同的關於溫度T的變化量，以便具有如圖2A所示的特徵彼此相交的關係。只要第一監控電壓V1和第二監控電壓V2具有這種特徵關係，就可以實現相同的溫度傳感器電路功能。
如上所述，圖1所示的溫度傳感器電路可以對溫度是高於還是低於所需檢測溫度Td進行檢測。但是，在製造工藝中的不同的影響下，第一監控電壓V1和第二監控電壓V2發生散布，這樣一來，檢測溫度Td也發生散布。在圖2A中，如果第一監控電壓V1上升，檢測溫度Td則下降，並且如果V1下降，檢測溫度Td則上升。如果第二監控電壓V2上升，則檢測溫度Td也上升，並且如果V2下降，則檢測溫度Td也下降。因此，為了消除製造工藝中的不同的影響，溫度傳感器電路必須細微調整(微調)檢測溫度。更具體地說，利用熔絲元件和測試信號等等，可以可變地設置圖1的電路中的電阻器R3和R4。
對於利用這種微調的校準方法，可以考慮各種方法。例如，在改變電阻器R3或R4時，通過掃描每個電阻器R3或R4的溫度T，來檢查輸出temphz變化時的溫度，並且對於電阻器R3或R4的每個微調點，都要觀察輸出temphz改變時的溫度。然後，將輸出temphz在所需溫度Td處改變時的電阻器R3或R4的微調點設置為電阻器R3或R4的值。但是，由於在生產中的高成本和過多的過程步驟，因此不能說該方法是一種理想的方法。
圖3示出了利用本實施例的雙溫電壓測量的微調方法。根據該方法，在所需檢測溫度Td兩側的預定溫度Tm1和Tm2上測量第一監控電壓V1和第二監控電壓V2，並且通過從如圖3所示這樣測量的第一監控電壓V1和第二監控電壓V2的計算，來得到檢測溫度。對於電阻器R3或R4的每個微調點，都執行上述過程，以得到各個檢測溫度Tx0、Tx1和Tx2。此外，對於與最靠近所需檢測溫度Td的檢測溫度Tx0、Tx1或Tx2相對應的每個微調點，設置電阻器R3或R4。
在圖3的示例中，固定電阻器R4，並且確定電阻器R3的微調點。就是說，在溫度Tm1處，測量第二監控電壓V2，並且測量與電阻器R3的多個微調點tp0到tp2相對應的第一監控電壓V1。同樣，在溫度Tm2處，測量第二監控電壓V2，並且測量與電阻器R3的多個微調點tp0到tp2相對應的第一監控電壓V1。此外，通過從所測量電壓(圖3中用圓圈所標記的電壓)的計算，得到兩個監控電壓V1和V2相交時的檢測溫度Tx0到Tx2。計算方法例如按照圖3所示。因為兩個監控電壓具有正的或負的比例關係，因此利用上述四個測量點的線性插值，可以得到相交點處的檢測溫度Tx0到Tx2。然後，將電阻器R3設置在與檢測溫度Tx1相對應的微調點tp1上，所述檢測溫度Tx1最靠近所需檢測溫度Td。
相反地，可以固定電阻器R3，並且可以確定電阻器R4的微調點。在這種情況下，必須檢測關於多個微調點的第二監控電壓V2。可替換地，可以確定關於電阻器R3和R4兩者的多個微調點。
根據上述微調方法，通過直接測量第一監控電壓V1和第二監控電壓V2來確定電阻器R3或R4的最佳微調點。但是，該方法沒有考慮存在於差分放大電路op3中的偏移電壓，因此當偏移電壓很大時，則存在如下問題即使在相應地微調電阻器R3和R4時，也無法高精度地檢測所需的檢測溫度Td。由於差分放大電路op3的電晶體特性的散布等等的影響，差分放大電路平衡時的狀態不一定是輸入V1＝V2的狀態，而是V1＝V2+Vos的狀態，這是由於偏移電壓Vos的移位的結果。因此，因為從輸入電壓V1和V2來確定微調點的過程中沒有考慮偏移電壓Vos，因此通過偏移電壓造成了檢測溫度的移位。
圖4示出了偏移電壓的問題。在圖4中，圓圈標記了利用上述微調方法所測量的電壓，並且三角標記是從這些測量電壓中計算出的檢測溫度Tx。另一方面，如上所述，例如當在差分放大電路中存在偏移電壓Vos，並且差分放大電路的平衡使得V1＝V2+Vos時，正方形標記是實際檢測到的檢測溫度Ts。就是說，在計算出的檢測溫度Tx和實際的檢測溫度Ts之間存在移位。
因此，在本實施例中，差分放大電路op3具有能夠切換到第一連接狀態(正常狀態)和第二連接狀態(微調狀態)的結構，其中第一連接狀態輸出第一和第二監控電壓之間的比較結果，第二連接狀態輸出偏移監控電壓，所述偏移監控電壓是通過將差分放大電路的偏移電壓添加到第一或第二監控電壓上，或者從其中減去差分放大電路的偏移電壓而得到的。
圖5A和5B示出了本實施例的差分放大電路的連接狀態。圖5A是第一連接狀態，該狀態輸出構成了第一監控電壓V1和第二監控電壓V2的差分電壓的比較結果，所述第一連接狀態是正常的連接狀態。在圖5A和5B中，在第二監控電壓V2一側提供了偏移電壓Vos，以作為等效電路。但是，在第一監控電壓V1一側也可以提供偏移電壓Vos。在該連接狀態中，如圖4所示，差分放大電路op3產生作為輸出信號temphz的第一監控電壓V1和電壓V2+Vos之間的比較結果，所述電壓V2+Vos是通過將偏移電壓Vos添加到第二監控電壓V2上而得到的。
同時，圖5B代表了第二連接狀態，該狀態將通過將偏移電壓Vos添加到第二監控電壓V2(Vc1＝V2+Vos)上而得到的電壓輸出到Vout，所述第二連接狀態是當執行微調時，在監控電壓測量期間的連接狀態。就是說，在圖5B所示的連接1的狀態中，通過斷開開關SW10而禁止到差分放大電路的非倒相輸入端的第一監控電壓V1的輸入，將差分放大電路op3的輸出連接到P溝道電晶體m10的柵極，並且電晶體m10的漏極是輸出端Vout，並且將其反饋到差分放大電路op3的非倒相輸入端。利用電晶體m10和反饋導線FD構成用於差分放大電路op3的負反饋電路。由於該結構，在差分放大電路op3平衡的狀態中，兩輸入Vout(＝Vc1)與V2+Vos相等，並且將偏移監控電壓Vc1＝V2+Vos輸出到輸出端Vout。就是說，通過提供圖5B中的連接1的狀態，可以從輸出端Vout檢測到通過將偏移電壓Vos添加到第二監控電壓V2上所得到的電壓。
此外，即使在非倒相端一側存在偏移電壓Vos時，圖5B的連接狀態也同樣可以從輸出端Vout中計算出通過將偏移電壓Vos添加到第二監控電壓V2上(或者從其中減去偏移電壓)所得到的電壓。此外，在圖5B的連接狀態中，當交換第一監控電壓V1和第二監控電壓V2的位置時，則可以從輸出端Vout測量出通過將偏移電壓Vos添加到第一監控電壓V1上所得到的電壓。
因此，回到圖4，如果不測量第二監控電壓V2，而測量通過添加偏移電壓Vos而得到的偏移監控電壓V2+Vos，則可以通過對被測量的電壓值的計算而得到檢測溫度Ts。因此，在已經添加了差分放大電路的偏移電壓的影響的狀態中，可以得到檢測溫度Ts，並且可以高精度地執行微調。
圖6是差分放大電路的電路圖，該差分放大電路允許本實施例的第一和第二連接狀態的切換。在該電路中，利用電晶體m11到m16而形成差分放大電路op3。此外，在該電路中，提供了兩組由控制信號con1z進行切換的CMOS傳輸門TR1、TR11和TR2、TR12，從而在控制信號con1z處於低電平時，處於正常連接狀態(第一連接狀態)，並且在控制信號con1z處於高電平時，處於微調狀態，即連接1的狀態(第二連接狀態)。
在控制信號con1z處於低電平的正常連接狀態中，傳輸門TR1和TR2導通，並且傳輸門TR11和TR12兩者都不導通，這意味著將第一監控電壓V1輸入到差分放大電路op3的非倒相輸入端V+，並且經由傳輸門TR2而將節點N15連接到檢測輸出temphz。這裡，反相器INV1的輸出處於高電平，並且電晶體m17關斷。此外，電晶體m16導通，並且電晶體m10進入關斷狀態，這意味著所提供的反饋導線FD不起作用。
在控制信號con1z處於高電平的狀態，即電壓測量狀態中，傳輸門TR1和TR2不導通，並且傳輸門TR11和TR12兩者導通，這意味著第一監控電壓V1的輸入被禁止，並且反饋導線FD經由傳輸門TR11而被連接到非倒相輸入端V+。此外，電晶體m16關斷，並且節點N15經由傳輸門TR12而被連接到電晶體m10的柵極。這樣一來，差分放大電路op3的輸出N15則利用電晶體m10和反饋導線FD而被負反饋到非倒相輸入端V+，並且因此將偏移監控電壓V2+Vos輸出到輸出端Vout。在該狀態中，連接與圖5B中相同。
圖7是焊盤(pad)輸出緩衝電路的電路圖。在從圖6所示的差分放大電路的輸出端Vout測量偏移監控電壓V2+Vos，以及測量第一監控電壓V1的情況下，如果測量設備的輸入阻抗很低，則輸入到測量設備中的電流過多，並且測量電壓下降。為了避免這個問題，希望可以通過使用圖7中所示的焊盤輸出緩衝電路來測量輸出端Vout和第一監控電壓V1。
在圖7中，利用電晶體m21到m26而構成差分放大電路，使得電晶體m24的漏極連接到輸出P溝道電晶體m26，並且輸出電晶體m26的漏極負反饋到電晶體m23的柵極。通過提供運算放大器結構，可以從輸出焊盤Pad輸出施加到電晶體m24的柵極上的電壓，在所述運算放大器結構中，以如上方式在差分放大電路中提供了負反饋電路。此外，因為輸出電晶體m26很大，其具有足夠的電流驅動能力，因此即使在測量設備的輸入阻抗很低的情況下，也可以高精度地測量電壓。
因此，當將控制信號sw1z設置為高時，傳輸門TR21導通，並且圖6中的輸出端Vout連接到電晶體m24的柵極，並且將輸出端Vout的電壓V2+Vous輸出到輸出焊盤Pad。此外，當將控制信號sw1z設置為低時，傳輸門TR22導通，從而將第一監控電壓V1連接到電晶體m24的柵極，並且將第一監控電壓V1輸出到輸出焊盤Pad。
雖然在圖7的焊盤輸出緩衝電路中也存在偏移電壓，但是偏移電壓被施加到兩個被測量的電壓兩者，並且因此對校準沒有影響。
圖8是本實施例的溫度傳感器的校準過程的流程圖。在校準過程中，溫度首先是Tm1(S10)，在連接1的狀態中，從輸出端Vout測量Vc1＝V2+Vos(S12)，並且測量在多個微調點上的關於R3的第一監控電壓V1(S14)。接下來，溫度是Tm2(S16)，在連接1的狀態中，從輸出端Vout測量Vc1＝V2+Vos(S18)，並且測量在多個微調點上的關於R3的第一監控電壓V1(S20)。此外，通過計算得到在多個微調點上的關於R3的檢測溫度Tx#(S22)，並且檢測出與最靠近所需檢測溫度Td的檢測溫度Tx#相對應的電阻器R3的微調點(S24)。通過添加差分放大電路op3的偏移電壓Vos的影響而得到檢測溫度Tx#，並且從而與實際的檢測溫度相符。將如上所述所檢測到的電阻器R3的微調點設置為最優電阻器R3(S26)。然後將差分放大電路恢復到正常連接(S28)。
圖9A-9D示出了根據本實施例的差分放大電路的連接示例，所述差分放大電路允許包括了偏移電壓的監控電壓測量。在圖9A-9D的示例中，除了圖5A的正常連接示例和圖5B的連接1以外，還包括圖9C的連接2和圖9D的連接3的可切換連接狀態。如上所述，在圖9B的連接1中，從輸出端Vout檢測Vc1＝V2+Vos。此外，在圖9C的連接2中，將第二監控電壓V2提供到差分放大電路op3的倒相輸入端，禁止第一監控電壓V1的輸入，並且將P溝道電晶體m10的漏極Vout反饋到差分放大電路op3的非倒相輸入端。當建立該連接狀態時，在平衡狀態中V2＝Vc2+Vos，並且將Vc2＝V2-Vos輸出到輸出端Vout。
此外，在圖9D的連接3的情況下，禁止第二監控電壓V2的輸入，將第一監控電壓V1提供到差分放大電路op3的倒相輸入端，並且將反饋導線FD連接到差分放大電路op3的非倒相輸入端。當建立該連接狀態時，在平衡狀態中Vc3＝V1+Vos，並且將V1+Vos輸出到輸出端Vout。
利用連接1、2和3，從輸出端Vout所測量的電壓Vc1、Vc2和Vc3如下所述Vc1＝V2+Vos (1)Vc2＝V2-Vos (2)Vc3＝V1+Vos (3)因此，如果從等式(1)和(2)中得到偏移電壓Vos，並且基於等式(3)減去偏移電壓Vos，則可以得到第一監控電壓V1。
因此，如果在溫度Tm1和Tm2處，分別利用連接1、2和3測量(1)、(2)和(3)中每一個的電壓，則可以獲得第一監控電壓V1和偏移電壓第二監控電壓V2+Vos，從而可以檢測到如下的電阻器R3的微調點，即對於該微調點，檢測溫度是與偏移電壓的影響相耦合的所需溫度Td。
此外，可以用連接4(未示出)代替上述連接3，在所述連接4中，交換圖9C的連接2中的第一監控電壓V1和第二監控電壓V2的位置。在這種情況下，將Vc4＝V1-Vos輸出到輸出端Vout。因此，如果利用連接4來測量Vc4＝V1-Vos，並且加上上述偏移電壓Vos，則可以得到第一監控電壓V1。
圖10是差分放大電路的電路圖，該差分放大電路允許切換到圖9A-9D中的四個連接狀態。在圖10中，差分放大電路除了包括電晶體m11到m15的差分放大電路op3之外，還提供了與圖6類似的電晶體m10、m16和m17、電阻器R11和反饋導線FD，以及用於在前述電路元件之間進行切換的切換單元SW1到SW6。這些切換單元根據兩個控制信號f和s來改變三個端子a、b和c之間的連接。此外，利用控制邏輯電路10，作為控制信號S100而產生用於切換單元的控制信號f和s，以及分別用於電晶體m16和m17的柵極信號pg2和pg1。控制邏輯電路10根據輸入信號con1z、con2z和con3z來產生用於切換單元組的控制信號f和s，以及用於電晶體的控制信號pg1和pg2。
圖11示出了切換單元的電路圖和真值表。切換單元電路包括反相器INV10和INV11、與非門NAND2和NAND4、反相器INV12和INV14以及CMOS傳輸門TRa和TRb。此外，如真值表所指示，根據輸入控制信號f和s來執行控制，以產生與下述情況相對應的三種狀態，所述情況是輸出端c進入高阻狀態HiZ，輸出端c連接到輸入端a，以及輸出端c連接到輸入端b。
圖12A和12B是示出了圖10中的控制邏輯電路10的操作的真值表。圖12A的真值表示出了根據輸入控制信號con1z、con2z和con3z，用於切換單元SW1到SW6的控制信號f和s是什麼，以及用於電晶體的控制信號pg1和pg2是什麼，而圖12B的表示出了根據控制信號f、s、pg1和pg2的每個切換單元的狀態以及電晶體m16、m17的狀態。如圖12A所示，當輸入控制信號con1z、con2z和con3z是「0、0、0」時，切換到正常狀態(圖9A)；當輸入控制信號con1z、con2z和con3z是「1、0、0」時，切換到連接1的狀態(圖9B)；當輸入控制信號con1z、con2z和con3z是「0、1、0」時，切換到連接2的狀態(圖9C)；並且當輸入控制信號con1z、con2z和con3z是「0、0、1」時，切換到連接3的狀態(圖9D)。
圖13是本實施例的溫度傳感器的校準過程的流程圖。該流程圖是一個這樣的示例，即在該示例中，通過使用圖9A-9D中的連接1、2和3的狀態來執行用於校準的電壓測量。因此，由於與圖8的流程圖的相似性，因此為相同的過程分派了相同的標號。
在利用連接1、2和3的狀態的校準中，溫度首先是Tm1(S10)，並且在連接1的狀態中，從輸出端Vout測量Vc1＝V2+Vos(S12)，在連接2的狀態中，從輸出端Vout測量Vc2＝V2-Vos(S30)，並且在連接3的狀態中，從輸出端Vout測量關於多個電阻器R3的Vc3＝V1+Vos(S32)。接下來，溫度是Tm2(S16)，並且在連接1的狀態中，從輸出端Vout測量Vc1＝V2+Vos(S18)，在連接2的狀態中，從輸出端Vout測量Vc2＝V2-Vos(S34)，並且在連接3的狀態中，從輸出端Vout測量關於多個電阻器R3的Vc3＝V1+Vos(S36)。其後，與圖8相似，通過校準得到關於電阻器R3的多個微調點的檢測溫度Tx#(S22)，並且檢測與最靠近所需檢測溫度Td的檢測溫度Tx#相對應的電阻器R3的微調點(S24)。檢測溫度Tx#是考慮到差分放大電路op3的偏移電壓Vos的影響而得到的，並且因而與實際的檢測溫度相符。將如上所述所檢測到的電阻器R3設置為最優電阻器R3(S26)。然後將差分放大電路恢復到正常連接(S28)。
由於切換到連接1、2和3的狀態，因此利用如下電路可以檢測第一監控電壓V1和通過將偏移電壓添加到第二監控電壓上而得到的V2+Vos，在所述電路中P溝道電晶體m10的漏極是輸出端Vout。因此，即使在測量設備的輸入阻抗很小時，也可以正確地測量上述兩個電壓。這樣一來，無需使用焊盤輸出緩衝器，就可以執行對溫度傳感器電路的校準。
如上文所述，根據本實施例，可以將溫度傳感器電路的差分放大電路切換到如下的狀態，即在該狀態中，可以輸出第一監控電壓V1和通過將偏移電壓Vos添加到第二監控電壓V2上而得到的V2+Vos；或者也可以將溫度傳感器電路的差分放大電路切換到如下的狀態，即在該狀態中，可以輸出能夠從其中計算V2+Vos的電壓。因此，可以高精度地執行檢測溫度的校準。
本申請基於2004年6月7日遞交的在先日本專利申請No.2004-168699，並要求其優先權，這裡併入了其全部內容，以作為參考。
權利要求
1.一種溫度傳感器電路，包括第一監控電壓產生電路，所述第一監控電壓產生電路產生第一監控電壓，該電壓具有隨溫度改變的特性；第二監控電壓產生電路，所述第二監控電壓產生電路產生第二監控電壓，該電壓具有以與所述第一監控電壓不同的變化量而隨溫度改變的特性；以及差分放大電路，將所述第一和第二監控電壓輸入所述差分放大電路，並且所述差分放大電路輸出所述兩電壓的比較結果，其中所述差分放大電路能夠切換到第一連接狀態，以輸出所述比較結果，並且能夠切換到第二連接狀態，以輸出通過將所述差分放大電路的偏移電壓添加到所述第一或第二監控電壓上，或者從所述第一或第二監控電壓中減去所述偏移電壓而得到的電壓。
2.如權利要求1所述的溫度傳感器電路，其中所述第二連接狀態是一種如下的狀態，即在該狀態中禁止將所述監控電壓輸入到所述差分放大電路的一個輸入端，並且提供從所述差分放大電路的輸出到所述一個輸入端的負反饋電路。
3.如權利要求2所述的溫度傳感器電路，其中所述負反饋電路包括輸出電晶體，所述差分放大電路的輸出連接到該輸出電晶體的柵極；以及反饋導線，該反饋導線將所述輸出電晶體的漏極連接到所述差分放大電路的所述一個輸入端。
4.如權利要求1所述的溫度傳感器電路，還包括輸出緩衝電路，將偏移監控電壓或者所述第一或第二監控電壓輸入所述輸出緩衝電路，並且所述輸出緩衝電路將如此輸入的電壓放大以輸出。
5.如權利要求1所述的溫度傳感器電路，其中所述第二連接狀態包括輸出第一偏移監控電壓的狀態，所述第一偏移監控電壓是通過將所述偏移電壓添加到所述第一和第二監控電壓中的一個電壓上而得到的；輸出第二偏移監控電壓的狀態，所述第二偏移監控電壓是通過從所述第一和第二監控電壓中的一個電壓中減去所述偏移電壓而得到的；以及輸出第三偏移監控電壓的狀態，所述第三偏移監控電壓是通過將所述偏移電壓添加到所述第一和第二監控電壓中的另一個電壓上，或者從所述第一和第二監控電壓中的所述另一個電壓中減去所述偏移電壓而得到的。
6.如權利要求5所述的溫度傳感器電路，其中所述第二連接狀態是一種如下的狀態，即在該狀態中禁止將所述監控電壓輸入到所述差分放大電路的一個輸入端，並且提供包括了輸出電晶體和反饋導線的負反饋電路，以將所述差分放大電路的輸出連接到所述一個輸入端。
7.如權利要求6所述的溫度傳感器電路，還包括第一和第二開關，所述第一和第二開關將所述第一和第二監控電壓中的每個電壓連接到所述差分放大電路的非倒相輸入端或倒相輸入端；第五開關，所述第五開關將所述差分放大電路的輸出端連接到所述比較結果的輸出端或者輸出電晶體；以及第六開關，所述第六開關將所述輸出電晶體的漏極連接到所述差分放大電路的非倒相輸入端或倒相輸入端。
8.一種用於溫度傳感器電路的校準方法，所述溫度傳感器電路包括第一監控電壓產生電路，所述第一監控電壓產生電路產生第一監控電壓，該電壓具有隨溫度改變的特性；第二監控電壓產生電路，所述第二監控電壓產生電路產生第二監控電壓，該電壓具有以與所述第一監控電壓不同的變化量而隨溫度改變的特性；以及差分放大電路，將所述第一和第二監控電壓輸入所述差分放大電路，並且所述差分放大電路輸出所述兩電壓的比較結果，所述差分放大電路能夠切換到第一連接狀態，以輸出所述比較結果，並且能夠切換到第二連接狀態，以輸出通過將所述差分放大電路的偏移電壓添加到所述第一或第二監控電壓上，或者從所述第一或第二監控電壓中減去所述偏移電壓而得到的偏移監控電壓，所述校準方法包括以下步驟檢測第一溫度狀態偏移監控電壓，所述第一溫度狀態偏移監控電壓是通過在所述第一溫度狀態中建立所述第二連接狀態，並且將所述偏移電壓添加到所述第一或第二監控電壓上，或者從所述第一或第二監控電壓中減去所述偏移電壓而得到的；檢測第二溫度狀態偏移監控電壓，所述第二溫度狀態偏移監控電壓是通過在與所述第一溫度狀態不同的第二溫度狀態中，將所述偏移電壓添加到所述第一或第二監控電壓上，或者從所述第一或第二監控電壓中減去所述偏移電壓而得到的；以及對所述第一或第二監控電壓產生電路的電路元件進行微調，以產生所述第一或第二監控電壓，使得基於所述第一和第二溫度狀態偏移監控電壓而確定的檢測溫度成為所需的檢測溫度。
9.如權利要求8所述的溫度傳感器電路校準方法，還包括以下檢測步驟，即分別在所述第一和第二溫度狀態中，與多個微調值相對應地檢測所述第一和第二監控電壓中的一個電壓或所述第一和第二監控電壓中的另一個電壓的溫度狀態偏移監控電壓，所述多個微調值與所述第一或第二監控電壓產生電路的電路元件相關。
10.如權利要求8所述的溫度傳感器電路校準方法，其中所述第二連接狀態包括輸出第一偏移監控電壓的狀態，所述第一偏移監控電壓是通過將所述偏移電壓添加到所述第一和第二監控電壓中的一個電壓上而得到的；輸出第二偏移監控電壓的狀態，所述第二偏移監控電壓是通過從所述第一和第二監控電壓中的一個電壓中減去所述偏移電壓而得到的；以及輸出第三偏移監控電壓的狀態，所述第三偏移監控電壓是通過將所述偏移電壓添加到所述第一和第二監控電壓中的另一個電壓上，或者從所述第一和第二監控電壓中的所述另一個電壓中減去所述偏移電壓而得到的，其中分別在所述第一和第二溫度狀態中檢測所述第一、第二和第三偏移監控電壓，以作為所述第一和第二溫度狀態偏移監控電壓。
11.如權利要求8所述的溫度傳感器電路校準方法，還包括在所述微調步驟之後，返回所述第一連接狀態的步驟。
全文摘要
本發明公開了一種溫度傳感器電路，所述溫度傳感器電路包括產生第一監控電壓的第一監控電壓產生電路，所述第一監控電壓具有隨溫度改變的特性；產生第二監控電壓的第二監控電壓產生電路，所述第二監控電壓具有以與所述第一監控電壓不同的變化量而隨溫度改變的特性；以及差分放大電路，將所述第一和第二監控電壓輸入所述差分放大電路，並且所述差分放大電路輸出所述兩電壓的比較結果。此外，溫度傳感器電路的差分放大電路能夠切換到第一連接狀態和第二連接狀態，所述第一連接狀態輸出比較結果，並且所述第二連接狀態輸出通過將差分放大電路的偏移電壓添加到第一或第二監控電壓上，或者從其中減去偏移電壓而得到的偏移監控電壓。
文檔編號G01K7/01GK1707382SQ20051000881
公開日2005年12月14日 申請日期2005年2月23日 優先權日2004年6月7日
發明者竹內淳 申請人:富士通株式會社