TWI294029B - Full digital temperature sensing circuit and method - Google Patents

Description

1294029 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(ic)的溫度感測電路及方法。 【先前技術】 "人類日常生活中常常運用到溫度資料，例如空調系統、冰箱及 消防器材等。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

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(1C)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^積體電 路。 、 A 肌销旭电格尸；r使用之溫度感測器，許多採用全客戶設計，較 常見之架動溫度❹彳器、參麵f路及類比至触轉換器(adc) 兀組成；其巾，溫度❹m通常是以特殊製程之垂直式雙極 互補式金氧半(CM〇s)製程之寄生性基底或水平式 ritic substrate or lateral bipolar 要生 將溫度感測器與參考‘‘ 由於溫度感測器在將溫度轉換至電壓戎帝、、* 甘t 線皆存在有相當曲率的問題，為了減^^二；；；：其^奐特性曲 的電路來做校正而造成晶#面似功 需要額外 量範圍超過觸輸出位元數^測 5 1294029 或偏流皆需元件尺寸與偏壓 :皆需花相當之時間與人力重新^整^電 程一微5或轉 電路或系統^之整合至為不和因此2=於超大型積體 缺失’，為發展本案之主_如何改善上述習知手段之 究，ΐΐίί ’ i案發明人鑑於上述習用技術之缺失，經来心之研 ;=_捨_，終麟_之『全數位溫度；= 【發明内容】 度的提出—種全數位溫度感測電路及方法，將溫 的=化，二再據以轉換為對應之數位值 路it 翏考源，使轉及校正變得簡單，進而縮小電 路所佔用的體積，並減少功率的消耗。 —it另Γ構?為··提出—種全數位溫度感測電路及方法，以 心憤g、正反11及比健的鮮化與模組化結構，達 念^触準化誠組化全客戶方式輯，可節省試 乂、=與人力，十分有利於A型積體電路與系統⑼整合此 数位溫度感測電路。 ，豕上，構想，本案之全數位溫度感測電路包括一溫度脈鐘遮 ^峨轉換單元及—計數器；射，溫度脈鐘鮮訊號轉換單元接 一，始步階訊號，並據以產生一脈鐘遮罩訊號，脈鐘遮罩訊號的 ，罩寬度隨溫度的改變而改變;計數器根據―第—參考脈鐘，用以 軲換脈鐘遮罩訊號的遮罩寬度成一對應之數位值。 μ ^為了根據溫度的變化產生脈鐘遮罩訊號，溫度脈鐘遮罩訊號轉 換單元包括一全數位延遲單元及一互斥或閘；其中，全數位延遲單 妾收啟始步階訊號，在經過一傳輸延遲時間後，輸出一結束步階 ❿號’結束步階訊號的延遲時間長度隨溫度的改變而改變；互斥或 1294029 ，係運算啟始步階訊號與結束步階訊號，據以輸出脈鐘 ϊίϊί度鮮減的鮮寬朗胁絲步階城的傳輪延 單元度f鐘遮罩訊號轉換單元之―較佳實施例中，全數位延遲 早凡係為一數位延遲線。 鐘鱗減觀單元之—她實施射，全數位 Ιΐί ί循環式延遲單元、—循環計數器及—脈數比較器； r^i- ’ ^魏式延群元接收啟始步階訊號，並據以產生一循環 心Η’/ΐ喊衝的週期隨溫度的改變而改變；循環計數11用以計^ 誠，並魅—脈波計數值；脈數妹_先設定_ 步i訊t數，用⑽祕波計數值與預設循環次數，並產生結束 =錄鐘鮮訊號轉換單元之—較佳實施例中，全數位 =括-數位循環式延遲單元、—循環計數器及—正反器；並 L it循環式延遲單元接收啟始步階峨，並據以產生一循環 H 的週麟溫度的改變而改變；彳練計數器具有複數個 最^用循環脈衝之週期數；正反器肋檢測循環計數器之 取阿位兀的轉悲，並產生結束步階訊號。 較佳者，上述之數位循環式延遲單元包括—@定 1位延舰：射，岐脈賊生雜倾始步階 ^及 =脈鐘，並據以產生-寬度固定脈衝；數位延遲線用以延遲^ ^疋脈衝-延遲時間並回授至目定脈衝產生器，據以輸出^ 衝’，Μ衝的週期對應於該延遲時間，並隨溫度的改變而改^。 較佳者，上述之固定脈衝產生器包括一第一正反器、一 反器'-寬度計數器、-寬度比較器及一或閘；其中一正^哭 ，收循環脈衝，肋檢賴環脈_上升緣；第二正反雜二 j訊號’用以制啟始步階訊號的上升緣；寬度計數器接收第二 乡考脈鐘，用以計數第二參考脈鐘的週期數，並產生 fii度比較器預先設定—預設寬度數值，肋比較寬度計iii 預设見度數值’並產生-清除致能峨；或_以產生寬度固定^ 7 1294029 全紐輯單元31在_單的情形下 ’當全數位延遲單元31係為數位延遲、線311睥 ιΓιί^Sckms Tmask * ί ^ίίίίϊΐ^ΐ 遮罩訊號^s 產生有足_罩寬度Tmask的脈鐘 一 闕第二圖’其為本案所提出之 〇 t ；ί1：ί 比較^314數ΪΪ壞ί延遲Ϊ元312、—循環計數器313及 以產生」循====== ^匕，314第一輸入端Ρ電連接於猶 j ❿ 脈波植值與預設循環次數一致時，產生結束步階訊號^田 請，參閱第四圖，其為本案所提出之溫度 】 =之第三較佳實關之電路魏方顧。在細财==^ 遲早元31包括-數位循環式延遲單幻12

Sst，域以產生一循環脈衝Scps，循㈡ ； mmnME sis 312 ’具—有複數個位凡’用以計數循環脈衝㈣之週期數；f 3一 15之貝料輸入端D §免定為高準位，脈鐘輸入端CLK電 =;元，當猶環計數器313之最高位元轉態時， 接著介紹產生卿崎Seps之電路，賴續參閱第五圖，其 1294029 為本案所提出之數位循環式延遽I开 :’數位循環式延遲單元j五圖 3121 ;其中，_脈衝產生器3122之第_:輸 產ί 疋Swidp;數位延遲線3121電連接於固定“ ί f定脈衝Swidp 一延遲時間並回授至固 °σ 3122，使再二人觸發產生寬度固定脈衝Swidp並進行延遲，攄 ，，環脈衝Scps ’猶環脈衝Seps的週期對應於延 ^

隨溫度的改變而改變。 J X 接著介紹纽寬度目鎌衝Swidp H請輔參閱第六 圖，其為本案所提出之@定脈衝產生器之電路魏方塊圖〔在第^ 圖1，固定脈衝產生器3122包括一第一正反器31221、一第二^ 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D設定為高準位， 脈鐘輸^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 11

Claims (1)

1294029 r-———---η %年"月r曰修(更)正替換頁 十、申請專利範圍：一一------- 1·一種全數位溫度感測電路，包括： 士 一全數位延遲單元，接收一啟始步階訊號，在經過一傳輸延遲 日寸間後’輸出一結束步階訊號，該傳輸延遲時間的長度隨溫度的改 變而改變； 上一邏輯電路，第一輸入端接收該結束步階訊號，第二輸入端接 收该啟始步階訊號’據以輸出一脈鐘遮罩訊號，該脈鐘遮罩訊號的 遮罩寬度對應於該傳輸延遲時間的長度；及 々一，數器，第一輸入端接收該脈鐘遮罩訊號，第二輸入端接收 一第一參考脈鐘，用以轉換該脈鐘遮罩訊號的遮罩寬度成一對應之 數位值。 2·如申請專利範圍第丨項所述之全數位溫度感測電路，其中該邏輯 電路更包括一互斥或閘。 3·如申請專利範圍第1項所述之全數位溫度感測電路，其中該全數 位延遲單元係為一數位延遲線。 4·如申請專利範圍帛1彻述之全數位溫度感測電路，其中該全數 位延遲單元更包括： ^ μ 了^位循環式延遲單元，接收該啟始步階訊號，並據以產生一 僱核脈衝，該循環脈衝的週期隨溫度的改變而改變； ί環計數器，電連接於該數位循環式延遲單元，用以計數該 盾哀脈衝之週期數，並產生一脈波計數值；及 :脈^較器’第一輸入端電連接於該循環計數器，第二輪入 啸舰料触触預設循環次 撕叙全數位溫输，射該數位 入端接’第一輸入端接收該啟始步階訊號，第二輪 一 弟一參考脈鐘，並據以產生一寬度固定脈衝；及 一數位延遲線，電連接於該固定脈衝產 該固定脈衝產生器之第三輸入端，用以延遲“度^^ 15 1294029 時間並回授至該固定脈衝產生器，據以猶環輸出 環脈衝的週期對應於該延遲時間，並隨溫度的改=衝5亥循 6.如申請專利範圍第5項所述之全數位溫度感 ^。定 脈衝產生器更包括： ㈣具中顧疋 一第一正反器，資料輸入端設定為高準位，脈 循環脈衝，用讀繼鄕脈衝的场緣；、輪人化接收該 -第二正反器’資料輸人端設定為高準位 啟始步階訊號，用以檢測該啟始步階訊號的上升緣讚4接㈣ 锺ΙΪ度計數器’脈鐘輸入端接收該第二參考脈鐘，用以古十數兮 第二參考脈鐘的週期數，並產生一寬度計數值； 用以》t數該 -寬度比較器，f-輸人端電連接於該寬度 =設^-預設寬度數值，輸出端同時電連接於該第 輸入女而、对二正反器之清除輸人端與該寬 = Ξ號用Γ較該寬度計數健該預設寬度數值，並產 一或閘，第一輸入端電連接於該第一正反哭， 接於該第二正反器，輸出端電連接於該寬“ 連 並據以產生該寬顏定脈衝。 以樣〜除輸入端， =申遲第1項所述之全數位溫度感測電路，其中該全數 德位ίΐί延遲單元，接收該啟始步階訊號，並據以產生-循％脈衝，该循裱脈衝的週期隨溫度的改變而改變； -循環計㈣’電連接於魏位循環式延 位儿，用輯數賴觀衝之獅數；及 〃有魏個 循輸人t設定為高準位，脈鐘輸人端電連接於該 t - 全數位溫度感測電路，其中該數位 固定脈衝產生益，第一輸入端接收該啟始步階訊號，第二輸 16 1294029 入鈿接收一第二參考脈鐘，並據以產生一寬度固定脈衝及 糊:ίϊϊΐ線’電連接於該固定脈衝產生11，輸出端電連接於 ^固福，產生H三輸人端’肋延频寬賴定脈衝一延遲 :亥固定脈衝產生器，據以循環輸出該循環脈衝，該循 %脈衝的週期對應於該延遲時間，並隨溫度的改變而改變。 第8項所述之全數位溫度感測電路，其中該固定 w 一第一正反器，資料輸入端設定為高準位，脈鐘輸入端接收該 循％脈衝，用以檢測該循環脈衝的上升緣； 一第二正反器，資料輸入端設定為高準位，脈鐘輸入端接收該 啟始步階訊號，用以檢測該啟始步階訊號的上升緣； 々 見度什數态，脈鐘輸入端接收該第二參考脈鐘，用以計數該 弟一參考脈鐘的週期數，並產生一寬度計數值； 一寬度比較器，第一輸入端電連接於該寬度計數器，第二輸入 端設定一預設寬度數值，輸出端同時電連接於該第一正反器之清除 輸入端、該第二正反器之清除輸入端與該寬度計數器之致能輸入 女而，用以比較該寬度計數值與該預設寬度數值，並產生一清除致能 訊號；及 一^閘，苐一輸入端電連接於該第一正反器，第二輸入端電連 • 接於該第二正反器，輸出端電連接於該寬度計數器之清除輸入端， 並據以產生該寬度固定脈衝。 10·如申請專利範圍第1項所述之全數位溫度感測電路，其中該全 數位延遲單元更包括： 、一數位可觸發振盪器，接收該啟始步階訊號，並據以產生一振 盈脈波，該振盡脈波的週期隨溫度的改變而改變； 、一循環計數器，電連接於該數位可觸發振盪器，用以計數該振 盈脈波之週期數，並產生一脈波計數值；及 山一脈數比較器，第一輸入端電連接於該循環計數器，第二輸入 端設定一預設循環次數，用以比較該脈波計數值與該預設循環次 數，並產生該結束步階訊號。 17 1294029 -年"凡^日修(更)正替換頁 11·如申請專利範圍» 10項所述之全數位溫度感測電路，該數 位可觸發振盪器更包括： 八" 一數位延遲線，用以延遲輸入端的訊號一延遲時間，該延遲時 間的長度隨溫度的改變而改變；及 一反及閘，第一輸入端電連接於該數位延遲線，第二輸入端接 收該啟始步階訊號，輸出端電連接於該數位延遲線之輸入端，用以 於啟始步階訊號為咼準位時產生一轉態準位並回授至該數位延遲 線之輸入端，據以循環輪出該振盪脈波。 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)根據该啟始步階訊號，產生一脈鐘遮罩訊號，該脈鐘遮罩 訊號的遮罩寬度隨溫度的改變而改變； (a3)供應一第一參考脈鐘；以及 (a4)計算該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g,產生該脈鐘遮罩訊號钓遮罩寬度所對應混度之一 數位值。 13·如申明專利範圍弟12項所述之全數位溫度感測方法，其中步驟 (a2)更包括下列步驟： ’、 (M)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，該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項所述之全數位溫度感測方法，其中步驟 (M)更包括下列步驟： ’、 (cl)藉由该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)计异该循環脈衝經過的週期數，產生一脈波計數值； (c3)預先設定一預設循環次數；以及 (c4)比較該脈波計數值與該預設循環次數，在該脈波計數值與 該預設循環次數一致時，產生該結束步階訊號。 1294029 9抨"月上日修(更)正替換頁 專利範圍第14項所述之全數位溫度感測方法，其中步驟 (丄)更包括下列步驟： (dl)供應一第二參考脈鐘； 始步階職啟動魅—寬度蚊脈衝，該寬度固 疋脈衝之見度約略為該第二參考脈鐘之週期的倍數； 延遲该寬度固定脈衝一延遲時㈤’產生一延遲脈衝，該延 遲％間ρ边溫度的改變而改變；以及 複魅該寬度目定脈賊該延斜間，形成該循環 脈衝，忒楯環脈衝的週期為該延遲時間。 16·如申請專利麵第13項舰之錄位溫度細方法， (bl)更包括下列步驟： 〃 (=藉Λ該啟始步階訊毅誠生—振盪脈波，該縫脈波的 週期隨溫度的改變而改變； (e2)計算該振盪脈波經過的週期數，產生一脈波計數值； ㈣預先設定一預設循環次數;以及 ㈣比較該脈波計數值與該職鄕次數，在該脈 該預設循環次數一致時，產生該結束步階訊號。 /、 17·如申請專利範圍第16項所述之全數位溫度感測方豆 (el)更包括下列步驟： ，、中^驟 (fl)藉由該啟始步階訊號啟動轉態，產生一第—準位； (£2)延遲該第一準位一延遲時間，產生一延遲的第一車 延遲時間隨溫度的改變而改變； ^ 5 (f3)轉態該第一準位，產生一第二準位；以及 (f4)遞迴重複該延遲時間及轉態，形成該振盪脈波， 波的週期為該延遲時間的兩倍。 盈 19