本发明涉及一种温度感测技术，且特别涉及一种温度感测电路。
背景技术：
在低电压的系统单芯片电路中，可采用根据时间变化或信号延迟随温度而具有差异的特性来感测芯片内部的温度。然而，常见的温度感测电路不论是利用延迟路径(delayline)产生具有时间差的信号进行温度的感测，或是利用电流镜支路间的电流差异来进行温度的感测，都容易受到电路中的金属氧化物半导体晶体管的工艺偏移或是通道长度改变的效应，而造成温度感测的不精确。
因此，如何设计一个新的温度感测电路，以解决上述的缺失，乃为此一业界亟待解决的问题。
技术实现要素：
发明内容旨在提供本公开内容的简化摘要，以使阅读者对本公开内容具备基本的理解。此发明内容并非本公开内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。
本发明内容的一目的是在于提供一种温度感测电路，借此改善现有技术的问题。
为达上述目的，本发明内容的一技术实施方式涉及一种温度感测电路，包含：带隙电压产生电路、电流镜支路、可变电阻、比较电路、控制电路以及温度判断电路。带隙电压产生电路配置以产生具有第一温度系数的带隙电压。电流镜支路配置以自带隙电压产生电路镜像出具有与第一温度系数不同的第二温度系数的镜像电流。可变电阻包含电性耦接于电流镜支路的第一端，以接收镜像电流并在第一端产生可变电压。比较电路配置以比较带隙电压以及可变电压，以产生比较结果。控制电路配置以根据比较结果产生控制信号持续调整可变电阻的电阻值，并在控制信号的信号值使可变电压与带隙电压实质相等时输出信号值。温度判断电路配置以根据信号值产生温度值。
本发明的温度感测电路在感测完成时，用以进行比较来感测温度的电压彼此相等，而消除用以产生这两个电压的晶体管间的通道长度调制效应，大幅提升温度感测的精确度。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：
图1为本发明一实施例中，一种温度感测电路的电路图；
图2为本发明一实施例中，一种温度感测电路的电路图；
图3a为本发明一实施例中，一种温度感测电路的电路图；以及
图3b为本发明一实施例中，一种运算放大器的电路图。
符号说明
100、200、300：温度感测电路110：带隙电压产生电路
112：电流源电路114：电压等化电路
120：电流镜支路130：比较电路
140：控制电路150：温度判断电路
310：平均电路320：运算放大器
b1、b2：基极c1、c2：集极
cl：控制信号cr：比较结果
d1、d2、d3：漏极dout：信号值
e1、e2：射极f1：第一端
f2：第二端g1、g2、g3：栅极
gnd：接地端i1、i2：电流
in1、in2：输入端iptat、iztc：镜像电流
out：输出端p1、p2、p3：p型金属氧化物
q1、q2：双极性接面型晶体管半导体晶体管
rg：电阻rb：平衡电阻
s1、s2、s3：源极rv：可变电阻
t2：第二端t1：第一端
va：可变电压tp：温度值
vdd：电压源vctat：带隙电压
具体实施方式
请参照图1。图1为本发明一实施例中，一种温度感测电路100的电路图。温度感测电路100包含：带隙电压产生电路110、电流镜支路120、可变电阻rv、比较电路130、控制电路140以及温度判断电路150。
带隙电压产生电路110配置以产生具有第一温度系数的带隙电压vctat。于一实施例中，带隙电压产生电路110包含电流源电路112、电阻rg、一对双极性接面型晶体管q1、q2以及电压等化电路114。
于一实施例中，电流源电路112包含对应第一电流输出端的第一电流源支路以及对应第二电流输出端的第二电流源支路。其中，第一电流源支路包含p型金属氧化物半导体晶体管p1，第二电流源支路包含p型金属氧化物半导体晶体管p2。
p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2的一对源极s1、s2电性耦接于电压源vdd。p型金属氧化物半导体晶体管p1的漏极d1作为第一电流输出端，以输出电流i1。p型金属氧化物半导体晶体管p2的漏极d2则作为第二电流输出端，以输出电流i2。
电阻rg包含电性耦接于第一电流输出端的第一端t1以及第二端t2。
双极性接面型晶体管q1、q2的一对基极b1、b2相电性耦接，且这对基极b1、b2还电性耦接于接地端gnd。双极性接面型晶体管q1、q2的一对集极c1、c2电性耦接于接地端gnd。
并且，双极性接面型晶体管q1的射极e1电性耦接于电阻rg的第二端t2。因此，双极性接面型晶体管q1的射极e1与第一电流输出端之间，亦即与p型金属氧化物半导体晶体管p1的漏极d1之间，是通过电阻rg相电性耦接。而双极性接面型晶体管q2的射极e2电性耦接于第二电流输出端，亦即p型金属氧化物半导体晶体管p2的漏极d2。
电压等化电路114为配置以电性耦接第一电流输出端以及第二电流输出端(p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2的漏极d1、d2)，并控制电流源电路112，使第一电流输出端以及第二电流输出端的电压相等。
更详细地说，于一实施例中，电压等化电路114为运算放大器，并包含在图1中分别以‘ ’、‘-’以及‘o’记号标示的正输入端、负输入端以及输出端。
其中，正输入端电性耦接于第一电流输出端(p型金属氧化物半导体晶体管p1的漏极d1)以及通过电阻rg电性耦接于双极性接面型晶体管q1的射极e1。负输入端电性耦接于第二电流输出端(p型金属氧化物半导体晶体管p2的漏极d2)以及双极性接面型晶体管q2的射极e2。
输出端电性耦接于p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2的一对栅极g1、g2，并配置以控制p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2，达到使第一电流输出端以及第二电流输出端的电压相等的技术效果。
通过上述的结构，带隙电压产生电路110可在电阻rg的第一端t1产生具有第一温度系数的带隙电压vctat。于一实施例中，电流源电路112所输出的电流i1以及电流i2均具有正温度系数，亦即电流i1以及电流i2的电流值均随着温度感测电路100所处的环境的温度的上升而变大。因此，对于带隙电压vctat而言，其第一温度系数为负温度系数。亦即带隙电压vctat的电压值随温度感测电路100所处的环境的温度的上升而变小。
电流镜支路120配置以自带隙电压产生电路110镜像出具有与第一温度系数不同的第二温度系数的镜像电流iptat。
更详细地说，于一实施例中，电流镜支路120包含p型金属氧化物半导体晶体管p3。其中，p型金属氧化物半导体晶体管p3的源极s3电性耦接于电压源vdd，栅极g3电性耦接于p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2的栅极g1、g2，漏极d3作为第三电流输出端。
因此，电流镜支路120与电流源电路112中，包含p型金属氧化物半导体晶体管p2的第二电流源支路共同形成电流镜，以根据电流i2镜像产生镜像电流iptat，自p型金属氧化物半导体晶体管p3的漏极d3输出。由于第二电流源支路所产生的电流i2具有正温度系数，因此镜像电流iptat的第二温度系数同样为正温度系数。
可变电阻rv包含电性耦接于电流镜支路120的第一端f1，以及电性耦接于接地端gnd的第二端f2。可变电阻rv接收镜像电流iptat并在第一端f1产生可变电压va。
比较电路130配置以比较带隙电压vctat以及可变电压va，以产生比较结果cr。
于一实施例中，控制电路140为渐近式(successiveapproximation)控制电路，并配置以根据比较结果cr产生控制信号cl持续调整可变电阻rv的电阻值，在控制信号cl的信号值dout使可变电压va与带隙电压vctat实质相等时输出信号值dout。于一实施例中，控制信号cl为数字控制信号，且信号值dout为数字码。
于一实施例中，“实质相等”一词，表示可变电压va与带隙电压vctat之间可存在合理的误差，而不必须完全相等。更详细地说，在最理想的状况下，可变电阻rv的电阻值在控制电路140的控制下，是使可变电压va完全相等于带隙电压vctat。但实作上，可变电压va能够最趋近带隙电压vctat的程度，取决于可变电阻rv可调整的精确度。
因此，当控制电路140持续调整可变电阻rv的电阻值之际，发现比较结果cr显示可变电压va与带隙电压vctat间的差距最小时，即判断可变电压va与带隙电压vctat为实质相等，并输出对应的控制信号cl的信号值dout。
需注意的是，可变电压va即为p型金属氧化物半导体晶体管p3的漏极d3的电压，且带隙电压vctat即为p型金属氧化物半导体晶体管p1的漏极d1的电压。因此，当可变电压va与带隙电压vctat实质相等时，p型金属氧化物半导体晶体管p1、p3的漏极d1、d3的电压也实质相等。
温度判断电路150配置以根据信号值dout产生温度值tp。于一实施例中，温度判断电路150可通过例如，但不限于查询信号值dout与温度的对照表或是关系计算出温度值tp。
以信号值dout与温度的关系为例，由于可变电压va与带隙电压vctat实质相等，且可变电压va的值为iptat×rv，因此可变电压va与带隙电压vctat的关系可表示为：
iptat×rv＝iptat×dout×ru＝vctat(式1)
其中，ru为可变电阻rv的单位电阻。
进一步地，带隙电压vctat与可变电压va分别可表示为：
vctat＝v0-at(式2)
va＝bt(式3)
其中，v0为一个初始电压，t为温度，a为第一温度系数，b为第二温度系数。
通过上述式1至式3的整理，可得到温度t：
t＝v0/(dout×b×ru a)(式4)
在部分技术中，温度感测电路100在进行温度感测时，常采用不同的电流对于温度变化反应的不同进行比较，达到感测的技术效果。但是，这样的方式容易因为用以产生这些电流的晶体管的通道长度调制(channellengthmodulation)所影响而造成精确度下降。
本发明的温度感测电路100在感测完成时，用以进行比较来感测温度的电压彼此相等，而消除用以产生这两个电压的晶体管间的通道长度调制效应，大幅提升温度感测的精确度。
请参照图2。图2为本发明一实施例中，一种温度感测电路200的电路图。
温度感测电路200与图1所示出的温度感测电路100近似，包含：带隙电压产生电路110、电流镜支路120、可变电阻rv、比较电路130、控制电路140以及温度判断电路150。与图1所示出的温度感测电路100的不同之处在于，温度感测电路200还包含平衡电阻rb。
如图2所示，平衡电阻rb与双极性接面型晶体管q2相并联，以达到平衡电流的目的。更详细地说，电流源电路112的第一电流源支路以及第二电流源支路所产生的电流i2原本具有正温度系数。平衡电阻rb的加入将可产生具有负温度系数的电流，在适当的电阻阻值选择下将电流i2的正温度系数效应抵销，并在电流镜支路120镜像出具有使镜像电流iztc与温度零相关的一零温度系数的镜像电流iztc。
类似于前述温度感测电路100的运行方式，可变电阻rv可接收镜像电流iztc并在第一端f1产生可变电压va，以由比较电路130配置以比较带隙电压vctat以及可变电压va产生比较结果cr，再由控制电路140根据比较结果cr产生控制信号cl持续调整可变电阻rv的电阻值，在控制信号cl的信号值dout使可变电压va与带隙电压vctat实质相等时输出信号值dout。接着，温度判断电路150配置以根据信号值dout产生温度值tp。
请参照图3a。图3a为本发明一实施例中，一种温度感测电路300的电路图。
温度感测电路300与图1所示出的温度感测电路100近似，包含：带隙电压产生电路110、电流镜支路120、可变电阻rv、比较电路130、控制电路140以及温度判断电路150。与图1所示出的温度感测电路100的不同之处在于，温度感测电路300还包含多个平均电路310。
于一实施例中，平均电路310是设置于第一电流源支路与第二电流源支路之间以及第一电流源支路与电流镜支路之间，并包含斩波器(chopper)与动态元件匹配(dynamicelementmatching；dem)电路，以分别将所对应的一对电压信号进行平均，更进一步提升精确度。
请同时参照图3b。图3b为本发明一实施例中，一种运算放大器320的电路图。
运算放大器320可用以实现温度感测电路300中的电压等化电路114以及比较电路130，并包含两个输入端in1、in2以及输出端out。其中，以电压等化电路114为例，两个输入端in1、in2可分别电性耦接于p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2的漏极d1、d2，输出端out可电性耦接于p型金属氧化物半导体晶体管p1、p2的栅极g1、g2。比较电路130两个输入端in1、in2可分别电性耦接于可变电阻rv的第一端f1以及电阻rg的第一端t1，输出端out可用以产生比较结果cr。
于一实施例中，运算放大器320亦可设置有平均电路310，以分别将所对应的一对电压信号进行平均，进一步提升精确度。
需注意的是，图1、图2以及图3a所示出的温度感测电路100、200、300的电路结构仅为范例。在其他实施例中，温度感测电路100、200、300可在不影响上述的电路运行下，增加其他的电路元件。本发明并不为其所限。
进一步地，上述的实施例中是以第一温度系数为负温度系数，且第二温度系数为正温度系数或零温度系数为例进行说明。在其他实施例中，亦可在第一温度系数以及第二温度系数不同的情形下，适当地调整电路结构，使第一温度系数为正温度系数或零温度系数，或使第二温度系数为负温度系数。本发明并不为上述实施方式所限。
虽然上文实施方式中公开了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中技术人员，在不悖离本发明的原理与构思的情形下，当可对其进行各种变动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随权利要求所界定者为准。
1.一种温度感测电路，包含：
一带隙电压产生电路，配置以产生具有一第一温度系数的一带隙电压；
一电流镜支路，配置以自该带隙电压产生电路镜像出具有与该第一温度系数不同的一第二温度系数的一镜像电流；
一可变电阻，包含电性耦接于该电流镜支路的一第一端，以接收该镜像电流并在该第一端产生一可变电压；
一比较电路，配置以比较该带隙电压以及该可变电压，以产生一比较结果；
一控制电路，配置以根据该比较结果产生一控制信号持续调整该可变电阻的一电阻值，并在该控制信号的一信号值使该可变电压与该带隙电压实质相等时输出该信号值；以及
一温度判断电路，配置以根据该信号值产生一温度值。
2.如权利要求1所述的温度感测电路，其中该带隙电压的该第一温度系数为一负温度系数，该第二温度系数为一正温度系数。
3.如权利要求1所述的温度感测电路，其中该带隙电压的该第一温度系数为一负温度系数，该第二温度系数为使该镜像电流与温度零相关的一零温度系数。
4.如权利要求1所述的温度感测电路，其中该控制信号为一数字控制信号，该信号值为一数字码。
5.如权利要求1所述的温度感测电路，其中该控制电路为一渐近式控制电路。
6.如权利要求1所述的温度感测电路，其中该带隙电压产生电路还包含：
一电流源电路，具有一第一电流输出端以及一第二电流输出端；
一电阻，包含电性耦接于该第一电流输出端的一第一端以及一第二端，其中该电阻的该第一端配置以产生该带隙电压；
一对双极性接面型晶体管，该对双极性接面型晶体管的一第一者电性耦接于该电阻的该第二端，一第二者电性耦接于该第二电流输出端；以及
一电压等化电路，配置以电性耦接该第一电流输出端以及该第二电流输出端，并控制该电流源电路，使该第一电流输出端以及该第二电流输出端等电压。
7.如权利要求6所述的温度感测电路，其中该电流源电路包含对应该第一电流输出端的一第一电流源支路以及对应该第二电流输出端的一第二电流源支路，该电流镜支路配置以根据该第二电流源支路镜像产生该镜像电流。
8.如权利要求7所述的温度感测电路，其中该第一电流源支路包含一第一金属氧化物半导体晶体管，该电流镜支路包含一第三金属氧化物半导体晶体管，当该可变电压与该带隙电压实质相等时，使该第一金属氧化物半导体晶体管以及该第三金属氧化物半导体晶体管各具有的一漏极电压实质相等。
9.如权利要求7所述的温度感测电路，其中该第一电流源支路与该第二电流源支路之间、该第一电流源支路与该电流镜支路之间、该电压等化电路中以及该比较电路中各包含一平均电路，该平均电路具有一斩波器与一动态元件匹配电路，以分别将对应的一对电压信号进行平均。
10.如权利要求7所述的温度感测电路，其中该对双极性接面型晶体管的该第二者与一平衡电阻相并联。
技术总结