TW200819716A - Full digital temperature sensing circuit and method - Google Patents

Description

200819716 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種溫度感測電路及方法，特別是關於一種應用於 積體電路(1C)的溫度感測電路及方法。 【先前技術】 一 士類，常生活中常常運用到溫度資料，例如空調系統、冰箱及 消防為材等。用來感測溫度的元件有多種，它可能是利用電阻的變 化、電動勢的產生、顏色的改變或體積的改變等各種方式來表現溫

Ο 度的變化，而半導體材料其導電性受溫度的影響很大，因此以半導 體材料所構成的積體電路(IC)之導電性也會受到溫度的影響，由此 可利用積體電路特性隨溫度來改變的方式以製造感溫用的積體電 路0 、 ^ 一敢賴脰笔路所使用之溫度感測器，許多採用全客戶設計，較 系見之杀構由溫度感測器、參考源電路及類比數、 三個單元域4巾，溫度«騎常是轉殊触雙j m晶體祕互補式金氧半(CMQS)製程之寄生性基底或水平式 J®taBa^(parasitic substrate or lateral bipolar transistor)^i 成，t功能主要用來產生隨溫度變化之電壓或電流， 源，1於&能縣產生與溫度無_能’考電壓或電流 電壓差&流溫麟㈣齡麵電路兩者之 器之、 i===，S3i 的面積以及消耗更多的功率。 ^此彺彺冒佔據更大 5 200819716 戍偏i二iti術皆採用全客戶方式設計’所有元件尺寸與偏屋 i皆需寺性而隨之調整或改變’每次製程—微縮或轉 重新下線驗^可git重iff 尺寸，必要時還需 缺失，因此，如何改善上述習知手段之 究，ίΓίϋί案發日狀餘上述習職術之缺失，經悉心之研 及方法γ $的精神，終創作出本案之『全數位溫度感測電路 【發明内容】 的變化，她m度再據㈣換為對應之數位值 流源，使結構及校正變得簡單，進而縮小電 路所佔用的體積，並減少功率的消耗。 數位想為：提出―種全數位溫度感測電路及方法，以 iif ’不需再採用全客戶方式設計，可節省試 數有利於大型積體電路與系統晶片整合此種全 罩ί構ϊ ’本案之全數位溫度感測電路包括—溫度脈鐘遮 早兀及-計數器；其中，溫度脈鐘遮罩訊號轉 ΐ^ϊΐ階訊號’並據以產生—脈鐘遮罩訊號，脈鐘遮罩訊號的 度Ik溫度的改變而改變；計數器根據—第—參考脈鐘 轉換脈鐘鮮訊料寬度成―對應之數位值。 拖时為I f據溫度的變化產錄鐘遮罩訊號，溫度脈鐘遮罩訊號轉 換:=括-全數位延遲單元及―互斥或閘；其中，全數位延以 ϊί收ϊί步階喊’在㈣—傳輸延遲時間後’輸出一結束步階 錢’、、、。束步階訊號的延遲時間長度隨溫度的改變而改變；互斥或 200819716 =3或_運算啟始步階訊號與結束步階訊號，據讀出脈鐘 度鐘遮罩訊躺麟寬度對應於結束步階訊號的傳輸延 單元號轉換單元之一較佳實施例中，全數位延遲 較轉施射，全數位延遲 ί，式遲早兀、一循環計數器及-脈數比較器； ^舰歧料711触啟鱗階職，雜喊生一循環 :财期隨溫度的改變而改變；循環計數器用以ΐί ί^ ί ’並產生—脈波計數值；脈數比較器預先設ί一 步階訊，用以比較脈波計數值麵設循環次數，並產生結束 位元二is:广改變而改變;循環計數器具有複數個 最衝之週期數；正反器用以檢測循環計數哭之 取同位兀的轉態，並產生結束步階訊號。 Τ歎时之 -數=線上式延遲單元包括-固定脈衝產生器及 參考jt、鐘，並r ^ 衝ΐ生!"接收啟始步階訊號與一第二 ^ + 見又固疋脈衝；數位延遲線用以延遲寬;# ^疋脈衝-延遲時間並回授至岐脈衝產生哭 衝應於該延遲時間，並隨溫度的改變而·^脈 車乂”由上34之固定脈衝產生器包括一第一正衫、又 反盗、-覓度計數器、_寬度比較器及— ^正 ^收循環脈衝’用以檢職環脈衝的上升緣1' ^ 号=用叫數*二*考脈鐘的週期數 設定，寬度數值’用以比較寬度 、又、I S清除致能訊號；或閑用以產生寬度固定脈 7 200819716 衝。 在溫度脈鐘遮罩訊號轉換單元之一入 波，震魏’並據以產生一震盡脈 ίίϊΐΐί 生—脈波計數值；脈數_預先設定- 步階訊號。 tbl邊波計餘翻設練缝’並產生結束

閘；其中，數位位可觸發震盪器包括—數位延遲線及-反及 間的長度隨溫度的改變遲訊號—延遲時間’延遲時 步階訊號衫準简^ ㈣步階域，於啟始 輸入端，據簡環輸出震盪脈波。“雜並回授至數位延遲線之 僂幹度ί變化產生脈鐘遮罩訊號’啟始步階訊號經過一 改增產生—結束步階訊號，傳輸延遲時間的長度隨溫 斥翅係運算啟始步階訊號與結束步 為了產生結束步階訊號，一較佳方法敘述如下：啟 數循ϊίί的週鑛溫度的改變而改變，計算魏脈衝經過 階訊號。田^ ^脈衝經過的週期數達到預設數值時，產生結束步 去π 生猶5脈衝，一較佳方法敘述如下：供應一第二參 二參二-於么用t—寬度固定脈衝，寬度固定脈衝之寬度約略為第 問^月的倍數，延遲寬度固定脈衝一延遲時間，延遲時 曰又、k而改遞迴重複產生寬度固定脈衝及延遲時間， 8 200819716 形成週期為延遲 為了產生結束挪訊號，一 時間的循環脈衝 盛脈波，震盡脈波的佳方法敘述如下:/靖產生一震 的週期數，當震盡脈度的改變而改變，計算震盪脈波經過 階訊號。 波、、、工過的週期數達到預設數值時，產生結束步 生-產^^脈波’ 一較佳方法敘述如下：啟動轉態，產 而改變，雜能第—準位一延遲時間，延遲時間隨溫度的改變 態，形成間產的生兩^^1波遞迴重複延遲時間及轉 【實施方式】 細％=nt ΐ楚本案所提出之全數位溫度感測電路及方法之詳 11，原理，下面列舉複數個實施例加以說明： Μ 弟J ’其為本案所提出之全數位溫度感測電路之電路 梦中，全數位溫度感測電路7G包括一溫度脈 ϋ- "ULI、早703及一計數器4;其中，溫度脈鐘遮罩訊號轉 ϋΐ—啟始步階訊號Sstart，並據以產生—脈鐘遮罩訊號 二罩訊，Sekms #遮罩寬度T—sk隨溫度的改變而改 =:/之L端電連接於溫度脈鐘遮罩減轉換單元 ’弟-==-第-參考脈鐘_，_轉換脈鐘遮罩 Sckms的遮罩寬度Tmask成一對應之數位值。 …睛，•，閱$二圖’其為本案所提出之溫度脈鐘遮罩訊號轉換 早兀之弟-較佳實施例之電路功能方塊圖與時序圖。在第二 溫度脈鐘料訊雜換單元3包括—全數位延遲單元31及一 或閘32 ·’其中’全數位延遲單元31接收啟始步階訊號如姐，在 經過-傳輸延遲時間後’輸出-結束步階訊號s卿，傳輸延 間的長度隨溫度的改變而改變；互斥或閘32之第—輸人端電 於全數位延遲單元31 ’第-輸人端接收啟始步卩皆訊號如奶，以互 斥或關係運算啟始步階訊號Sstart與結束步階訊號如叩，輸 I里遮罩§fl號Sckms ’脈鐘遮罩訊號Sckms的遮罩寬度Tmask對應 9 200819716 而全數位延遲單元31在較簡單的情形下 如欲全數位延遲單元31係為數位延遲線祀時， 則需使用為數=之^遮罩寬度T_k， 犯；因此進一步提出全婁 =仏组3f=長4之數t延遲線 式大幅擴展其延遲時間遲據 遮罩訊號Sckms。 虿足约‘罩見度Tmask的脈鐘 單元ί^ί以:之之溫度脈鐘遮罩訊號轉換 -脈數比較器314 ;其中，數位循*衣卞數為313及 訊號Sstart，並據以產生一彳^^ 12接收啟始步階 溫度的改變而改變；循環計1=；^脈衝SCPS的週期隨 illr Scps ? 5 設=:===== 佳實施:之電 s福產生循 式延遲單元312接收啟始步階訊號

Sstart亚據以產生-舰脈衝Seps，循環脈 的改•變而改變；循環計數器313電連接於數 ^ 3i2，具有複數個餘，肋計數循環脈衝 定為ί準位，脈鐘輸入端CLK電連接^ ίί結^訊“環計數器313之最高位元轉態時， 接著介紹產生循環脈衝SCps之電路，請繼續參閱第五圖，其 10 200819716 ，本案所提出之數位循環式延遲單元 二;式=單元312包括-固定脈=== 43=，,，f脈衝產生器3122之第—輸人端接收啟 弟二輸入端接收一第二參考脈鐘Sdk2，並據以 產生哭SWldP ;触延觀3121電連接棚定脈衝 屋生态3122,輸出端電連接於固定脈衝產生器 遲ίί?定脈衝Sw•一延遲時間並回授至固定二 生扣3122，使再z人觸發產生寬度固定脈衝Swidp並進行延遲 循環叫的週期對應於延遲時間，並

接著介紹產生寬度固定脈衝Swidp之，請繼續參閱第六 圖’其為本案所提$之@定脈魅生力能桃圖。在第六 圖中，固定脈衝產生器3122包括一第一正反器31221、一第二正 反器31222、一或閘31223、一寬度計數器31224及一寬度比較器 31225 ;其中，第一正反器31221之資料輸入端〇設定為高準位， 脈鐘輸入端CLK接收循環脈衝Scps，用以檢測循環脈衝Scps的上 升緣；第二正反器31222之資料輸入端D設定為高準位，脈鐘輸 入端CLK接收啟始步階訊號Sstart，用以檢測啟始步階訊號Sstart 的上升緣，或閘31223之第一輸入端電連接於第一正反器31221， 第二輸入端電連接於第二正反器31222，輸出端電連接於寬度計數 态31224之清除輸入端CLR，當第一正反器31221接收循環脈衝 Scps的上升緣或第二正反器31222接收啟始步階訊號Sstart的上升 緣，使或閘31223輸出轉態為高準位，解除寬度計數器31224之清 除輸入端CLR之清除功能，讓寬度計數器31224開始計數；寬度 計數器31224之脈鐘輸入端CLK接收第二參考脈鐘Sclk2,用以計 數第二參考脈鐘Sclk2的週期數，並產生一寬度計數值；寬度比較 器31225之第一輸入端P電連接於寬度計數器31224，第二輸入端 Q設定一預設寬度數值Μ，輸出端同時電連接於第一正反器31221 之清除輸入端CLR、第二正反器31222之清除輸入端CLR與寬度 計數器31224之致能輸入端ΕΝ，用以比較寬度計數值與預設寬度 200819716 止寬度計數器Gi2，1 S二正反器31222，並停 以清除寬度計數器助4之寬度，、、;ϋ·^ 一下降緣’ Swidp的產生，JL寬产约略Α亚兀成一次見度固定脈衝 設寬度數值）。 略&二_脈鐘Sdk2週期_倍(預 單元ΐ^'ΐί^ϊ七圖’其為本案所提出之溫度脈鐘遮罩訊押換 S Γί細狀f路辦_®。在第七财全Ϊΐί 括一數位可觸發震盈器316、—循環計數哭313月-

Sstan, 的改變而改變，·循環盧脈波S⑽的週期隨溫度 用以計數震盪脈波S〇U週I可f f震盪器训， 較器314第-輸入端P電連接 生。脈波计數值；脈數比 定一般猶環次數，用以第："輸入端Q設 計數ΐί=，-致時，產生結束步當脈波 為本案所提出之數閱第八圖’其 3162;其中，數位证、严綠^括數位延遲線3161及一反及閘 延遲時間的長度隨溫度的改變而^遲延遲時間， 電連接於數位延遲線3⑹，第 1 62之弟一輸入端 輸出端電連接於數位延遲線3161^ S_， a'經過延遲時間後再次轉態並 湯' 61之輸 晨碰波_的週期為延遲時間的兩倍據輸出辰盟脈波S〇SC， 之體積内建位之元件，有利於縮小溫度感測器 線、計數Ϊ 使用標準元件如數位延遲 標準化與触化的触。、 更於不同製關轉換’達成 12 200819716 目的所設^ m全數位溫度麵電路及方細實能達到發明 熟悉本案技蓺之I上所述者僅為本案之較佳實施例’舉凡 應涵蓋於以;的巾請補it案精神所作之等效㈣或變化，皆 本案得藉打顺式及詳細制，俾得更深人之了解： 【圖式簡單說明】 H· ti所提出之全數位溫度感測電路之電路功能方塊圖· 電料訊_解元之第—較佳實

;電==溫度脈_訊_單元之第二較佳實 第四圖：本案所提出之溫度脈鐘—斤一 施例之電路功能方塊圖； σ〜軺換早兀之乐二較佳實 U所提出之數位循環式延遲單元 弟/、圖·本案所提出之固定 塊圖’ 第七圖··本案所提出之溫度脈鐘遮罩;^$力，方塊圖； ，之電路功能方塊圖；及又㈣罩如虎轉換早破第四較佳實 第八圖：杨所提出之數位可觸發震細之電路魏方塊圖。 【主要元件符號說明】 70 ··全數位溫度感測電路 3:溫度脈鐘遮罩訊號轉換單元 4 :計數器 31 ·全數位延遲單元 311、3121、3161 :數位延遲線 32 ·互斥或閘 312 :數位循環式延遲單元 3122 :固定脈衝產生器 31221 :第一正反器 13 200819716 31222 :第二正反器 31223 :或閘 31224 :寬度計數器 31225 :寬度比較器 313 :循環計數器 314 :脈數比較器 315 :正反器 316 :數位可觸發震盪器 3162 ··反及閘

Sstart :啟始步階訊號 ( Sckms :脈鐘遮罩訊號

Tmask :遮罩寬度 Sclkl :第一參考脈鐘 Sstop :結束步階訊號 Scps :循環脈衝 Sclk2 :第二參考脈鐘 Swidp :寬度固定脈衝 Sclr :清除致能訊號 Sosc :震盪脈波

Claims (1)

1. 200819716 十、申請專利範圍： 1·一種全數位溫度感測電路，包括： -溫度脈鐘遮罩訊雜換單元，魏—啟始步階職，並據以 產生-脈鐘遮罩訊號，該脈鐘遮罩訊號的遮罩寬度隨溫度的改變而 改變；及 了計數器，第-輸人端電連接於該溫度脈鐘遮罩訊號轉換單 人端接H參考脈鐘，用哺換該脈鐘遮罩訊號的 遮罩I度成一對應之數位值。 2如立申明專·圍第i項所述之全數位溫度感測電路，其中該溫度 脈鐘遮罩訊號轉換單元包括： 、 日士 ^全i丈ίΐίΐ ’接收該啟始步階訊號，在經過一傳輸延遲 ΐ—、、、°束 號’該傳輸延遲時間的長度隨溫度的改 、交而改變，及 山I互斥或閘，第―輸人端電連接於該全數位延遲單元，第二輸 Λ號的h罩覓度對應於該傳輸延遲時間的長产。 ‘雜鮮元，其中 所述之溫度脈鐘遮罩訊號轉換單元’其中 循产rHH,遲單凡’接收該啟始步階訊號，並據以產生一 循衣脈衝脈衝的隨溫度的改變而改變； 德ΜΪίΐίΓ電連接於該數位循環式延遲單元，用以計數該 舰脈衝之週期數，並產生—脈波計數值；及 端机定2一輪入端電連接於該循環計數器，第二輸人 數=產Γΐί以比較該脈波計數值與該預設循環次 4項所述之全數位延料元，其巾該數位循環 固疋脈衝產生n，第—輸人端接收該啟始步階訊號，第二輸 200819716 入離f—第二參考脈鐘，並據以產生—寬度固定脈衝；及 該固，電連接於該固定脈衝產生器，輸出端電連接於 時間並二ίί，弟r輸人端’用以延遲該寬度固定脈衝一延遲 環‘衝二二C定脈衝產生器，據以循環輪出該循環脈衝’該循 衣脈，的週麟應於該延遲時間，並隨溫度的改變而 脈ΪΙΐίϋ料5賴狀錄彳練歧料元，射該固定 擺产rr= ΐ反=，貧料輸人端設定為高準位，脈鐘輸人端接收該 循衣脈衝，用以檢測該循環脈衝的上升緣；

   啟二ίΐΐ反Ξ:f料輸人端設定為高準位，脈鐘輸人端接收該 口 y 虎，用以檢測該啟始步階訊號的上升緣，· 楚一 4^數&，脈鐘輸人端接收該第二參考脈鐘，用以計數該 弟一芩1脈鐘的週期數，並產生一寬度計數值； _二見纽Ϊ11，第—輸人端電連接於該寬度計數器，第二輸入 =又疋-預設1度數值’輸出端同時電連接於該第—正反器之清除 ，入，、_二正反ϋ之清除輸人端與該寬度計數器之致能輸入 二較該寬度計數值與該預設寬度數值，並產生一清除致能 机親，及 Ϊ閘’第—輸人端電連接於該第—正反器，第二輸入端電連 、，正反裔，輸出端電連接於該寬度計數器之清除輸入端， 亚據以產生該寬度固定脈衝。 /二j睛專機圍第2項所狀溫度脈鐘遮罩喊轉元 该全數位延遲單元包括： T π ^數位循環式延遲單元，接收該啟始步階訊號，並據以產生-循裱脈衝L該循環脈衝的週期隨溫度的改變而改變； β 一猶環計數H，f連接於該數_環式延遲單元，具有複數個 位元，用以計數該循環脈衝之週期數；及 π班▲正，1_料輸入端設定為高準位，脈鐘輸入端電連接於該 ΐ壞計數11之最高位元，肋檢測該循環計數器之最高位元的轉 悲，並產生該結束步階訊號。 16 200819716 8式圍第7賴述之全數位延遲單元’其中該數位循環 入以衝產生器，第—輸人端接收該啟始步階職，第二輸 而，收一弟—苓考脈鐘，並據以產生一寬度固定脈衝；及 該因遲Ϊ’電連接於該固定脈衝產生器，輸出端電連接於 U ^產生器之第三輸入端，用以延遲該寬度固定脈衝一延遲 至該固定脈衝產生器，據以循環輸出該循環脈衝，該循 衣脈衝的週崎應於該延辦間，並隨溫度的改變而改變。 ㈣8項舰之數蝴赋延料元，其巾該固定 ί—正反器’資料輸人端設定為高準位，脈鐘輸人端接收該 循衣脈，，用以檢測該循環脈衝的上升緣； 啟妒反器’資料輸人端設定為高準位，脈鐘輪人端接收該 ^汛號，用以檢測該啟始步階訊號的上升緣； 第-ιίίΐ數器’ _輸入端接收該第二參考脈鐘’用以計數該 弟一參1脈釦的週期數，並產生一寬度計數值； C, 端;’第—輸人端電連接於該寬度計數器，第二輸入 ‘二^見度數值，輸出端同時電連接於該第—正反器之清除 二用而以、之清除輸入端與該寬度計數器之致能輸入 ί號i 度計數值與該預設寬度數值，並產生一清除致能 接於^閘輸，電連接於該第—正反器，第二輸入端電連 並據====連接於該寬度計數器之清除輪入端， =全u雜鐘料域賴單元，其 摄數Ϊ巧發震盡器，接收該啟始步階訊號，並據以產生一震 脈ΐ展盥脈波的週期隨溫度的改變而改變； 連接於該數位可觸發震盪器，用以計數該震 盈脈波之週期數，並產生一脈波計數值；及 17 200819716 -脈數比較器’第-輸人端電連接於該循環計數哭，第 =;==以比較該脈波計數“ 圍第1G酬狀全數姆料元，射該數位可 -數位延遲線，肖崎遲輪人侧·u 間的長度隨溫度的改變而改變；及 您才门3之遲日才 ;-反及閘，第-輸人端電連接於該數位延遲線，第二輸

   C/ ΓΓΐ，為高，時產生—轉態準位並回ίίϊί位S 線之輸入知，據以循環輸出該震盪脈波。 12·—種全數位溫度感測方法，包括下列步驟： (al)供應一啟始步階訊號； (a2)根巧啟始步階訊號，產生一脈鐘遮罩訊號，該脈鐘遮罩 讯號的遮罩寬度隨溫度的改變而改變； (a3)供應一第一參考脈鐘；以及 立（a4)计异该脈鐘遮罩訊號的遮罩寬度内所包含的該第一參考脈 鐘之脈波的數目，產生該脈鐘遮罩訊號的遮罩寬度所對應溫度之一 數位值。 13·如申請專利範圍第12項所述之全數位溫度制方法，其中步 (a2)更包括下列步驟： 〇 ^1)延遲該啟始步階訊號一傳輸延遲時間，產生一結束步階訊 號’该傳輸延遲時間的長度隨溫度的改變而改變；以及 ^b2)並列該啟始步階訊號與該結束步階訊號，藉由互斥或關係 運算該啟始步階訊號與該結束步階訊號，產生該脈鐘遮罩訊號。 14·如申請專利範圍第13項所述之步驟(a2)，其中步驟(Μ)更包括 列步驟： 、（cl)藉由該啟始步階訊號啟動產生一循環脈衝，該循環脈衝的 週期隨溫度的改變而改變； (c2)計异該循環脈衝經過的週期數，產生一脈波計數值； 18 200819716 (c3)預先設定一預設循環次數；以及 分比5該脈波計數值與該預設循環次#丈，在該脈波計數值與 以預设循環次數一致時，產生該結束步階訊號。 ^ lltm nmm f 14 t (dl)供應一第二參考脈鐘； (d2)藉由該啟始步階峨啟動產生 定脈衝之寬度約略為該第二參考脈鐘之週期的倍衝心度固 Γ 抑(=1 延^寬賴定輯—輯時間，產生-輯脈衝，該延 遲日T間隨溫度的改變而改變；以及 (cH)遞迴重複產生該寬度固定脈衝及該延遲時間，形 脈衝，该循環脈衝的週期為該延遲時間。 、 =驟申請專利細第13項所述之步綱，其中步_)更包括下 週期啟動鼓—雜驗，縣舰波的 ίΐίϋί該巧脈波經過的週期數，產生—脈波計數值； (e3)預先没定一預設循環次數；以及 兮預脈断練触職姆錄，在該脈波計數值斑 顧叹顧缝-致時，產生該結束 Τ数值” =申請專利範圍第16項所述之步._，其°中步_更包括下 藉由該啟始步階訊號啟動轉態，產生—第一準位； (^)延遲該第一準位一延遲時間 延遲時間隨溫度的改變而改變；缝U的#丰位’该 (β)轉態該第一準位，產生一第二準位；以及 波的週期為及轉‘⑮’形成該錢驗，該震盪脈 19