单芯片温度感应装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种单芯片温度感应装置，特別是一种不需外部参考时脉信号的单芯 片温度感应装置。
【背景技术】
[0002] 温度感应在现代集成电路设计中已成为一必要的重要角色。集成电路的特征会随 着集成电路的温度变化而改变，然而，当集成电路工作时，集成电路的温度也会同时变化。 在某些集成电路的应用中，集成电路的特征为度量的关键，因此有必要对于集成电路特征 的变化做补偿。其中，一种简单的补偿方法是依据集成电路的温度来补偿，因此可应用于集 成电路的温度感应技术已是现代集成电路设计中的必要技术。
[0003] 在传统的技术中，应用于集成电路的温度感应技术需要一个外部的时脉信号来当 作参考信号，然而在某些应用中，由于成本的考虑以及应用本身无法提供一个与温度独立 的稳定时脉来源来当作参考信号，因此需要一个不需外部参考时脉信号的单芯片温度感应 装置来解决前述问题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于以上的问题，本发明提出一种单芯片温度感应装置，藉由计算两个振荡信 号之间的频率比，再计算出环境温度。
[0005] 本发明提出一种单芯片温度感应装置，包括一个参考生成电路、一个第一振荡器、 一个第二振荡器与一个逻辑运算模块。前述参考生成电路用以产生一个第一控制电压。前 述第一振荡器耦接于参考生成电路并且被第一控制电压控制以输出一个第一振荡信号。前 述第二振荡器耦接于参考生成电路并且被第一控制电压控制以输出一个第二振荡信号，其 中第一振荡器的温度特性与第二振荡器的温度特性不同。前述逻辑运算模块耦接于第一振 荡器与第二振荡器，用以依据第一振荡信号与第二振荡信号计算一个环境温度。其中第一 振荡器与第二振荡器皆为温度变动振荡器。
[0006] 本发明的温度感应装置当振荡信号皆为稳定时，本发明揭露的装置可计算两个振 荡信号之间的频率比。由于本发明所计算出的频率比会随着环境温度变化而改变，因此本 发明的频率比可用于计算出环境温度。
[0007] 以上的关于本
【发明内容】
的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明 的精神与原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步的解释。
【附图说明】
[0008] 图1为根据本发明一实施例的单芯片温度感应装置的示意图；
[0009] 图2A为根据本发明一实施例的振荡器的示意图；
[0010] 图2B为根据本发明另一实施例的振荡器的示意图；
[0011] 图2C为根据本发明又一实施例的振荡器的示意图；
[0012] 图3为根据本发明一实施例的逻辑运算模块的示意图；
[0013] 图4A为根据本发明一实施例的第一检测单元的示意图；
[0014] 图4B为根据本发明另一实施例的第一检测单元的示意图；
[0015] 图4C为对应图4B的多个信号的时序图；
[0016] 图5为根据本发明一实施例的比例计算单元的示意图；
[0017] 图6A为根据本发明一实施例的逻辑运算模块的示意图；
[0018] 图6B为根据本发明一实施例的比例计算单元的示意图；
[0019] 图7A为根据本发明一实施例的码字反转装置的示意图；
[0020] 图7B为根据本发明一实施例的递减温度码字与环境温度的关系的码字对温度示 意图；
[0021] 图7C为根据本发明一实施例的递增温度码字与环境温度的关系的码字对温度示 意图。
[0022] 其中，附图标记：
[0023] 11 参考生成电路
[0024] 13 振荡器
[0025] 15 振荡器
[0026] 17 逻辑运算模块
[0027] 13a、13b、13c 振荡器
[0028] 131、132、133 反向器
[0029] 0SC1、0SC2 振荡信号
[0030] 171 第一检测单元
[0031] 173 第二检测单元
[0032] 175a、175b 比例计算单元
[0033] 1711、1751、1757 或栅
[0034] 1713、1753、1758 计数器
[0035] 1715 放大器
[0036] 1716 二极管
[0037] 1717 电容
[0038] 1718 缓冲器
[0039] 1719 比较器
[0040] 1752 反向器
[0041] 1754 异或逻辑栅
[0042] 1755 反或栅
[0043] 1756 及栅
[0044] 1759 反及栅
[0045] 180 减法器
[0046] 181 多工器
【具体实施方式】
[0047] 以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习 相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请权利 要求范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实 施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
[0048] 请参照第1图。图1为根据本发明一实施例的单芯片温度感应装置的示意图。如 第1图所示，单芯片温度感应装置1可包含一个参考生成电路11、一个振荡器13、一个振荡 器15与一个逻辑运算模块17。在一实施例中，参考生成电路11被一个启动信号EN启动 以产生一个控制电压Vcl来控制振荡器13与振荡器15。振荡器13与振荡器15皆親接于 前述参考生成电路并且分別产生一个振荡信号OSCl与一个振荡信号0SC2。逻辑运算模块 17耦接于振荡器13与振荡器15,并依据振荡信号OSCl与振荡信号0SC2计算出用以做为 一温度码字TPC的频率比，其中温度码字TPC与环境温度一一对应。
[0049] 每一个振荡器13与振荡器15可以是一个包含2N+1个反向器的环式振荡器。请 参照图2A，图2A为根据本发明一实施例的振荡器的示意图。如图2A所示，本发明的振荡 器，例如振荡器13或振荡器15可以包含三个反向器。以振荡器13为例，于本发明一实施 例中，振荡器13a可以包含一个第一反向器131、一个第二反向器132以及一个第三反向器 133。第一反向器131由一个P型金属氧化物半导体场效晶体管（P-type M0SFET)MP1与一 个N型金属氧化物半导体场效晶体管（N-type M0SFET)MN1组成。同样的，第二反向器132 由一个P型金属氧化物半导体场效晶体管Mp2与一个N型金属氧化物半导体场效晶体管M N2组成，第三反向器133由一个P型金属氧化物半导体场效晶体管Mp3与一个N型金属氧化物 半导体场效晶体管Mn3组成。每一个反向器親接于第一参考端口 Vdd与第二参考端口 Gnd之 间，其中第一参考端口 Vdd连接芯片的供应电压源，第二参考端口 Gnd连接芯片的接地端。
[0050] 此外，如图2A所示，供应给第一反向器131的第一电流可以被耦接于第一反向器 131与第一参考端口 Vdd之间的第一电流限制器Md所限制，以及供应給第二反向器132的 第二电流可以被耦接于第二反向器132与第一参考端口 Vdd之间的第二电流限制器^2所限 制，供应给第三反向器133的第三电流可以被耦接于第三反向器133与第一参考端口 Vdd之 间的第三电流限制器Me3所限制。第一电流限制器Mel、第二电流限制器兄2与第三电流限制 器I3皆被控制电压V ^所控制。
[0051] 在本发明另一实施例中，请参照图2B，图2B为根据本发明另一实施例的振荡器的 示意图。相较于图2A中的振荡器，本实施例中的振荡器13b更包含一个耦接于第一反向器 131与第二参考端口 Gnd之间的第四电流限制器Mrf、一个耦接于第二反向器132与第二参考 端口 Gnd之间的第五电流限制器Me5与一个耦接于第三反向器133与第二参考端口 Gnd之间 的第六电流限制器Mrf5。第四电流限制器兄4被控制电压V。2所控制以定义一个自第一反向 器131流出至第二参考端口 Gnd的第四电流的最大值。控制电压^2也可以是被参考生成电 路11所产生。第五电流限制器札5被控制电压V。2所控制以定义一个自第二反向器132流 出至第二参考端口 Gnd的第五电流的最大值。第六电流限制器Mrf5被控制电压