热传感器及芯片制造技术

本发明专利技术公开一种热传感器，包括：带隙电路，输出与温度有关的电压；双相电压频率转换器，在正常阶段耦合到所述带隙电路，以基于所述与温度有关的电压执行电压频率转换，并在系数截取阶段与所述带隙电路断开，以基于电源电压执行电压频率转换；以及频率计，耦合至所述双相电压频率转换器，以计算与所述双相电压频率转换器的正常阶段相对应的与温度有关的频率和与所述双相电压频率转换器的系数截取相对应的与温度无关的频率，其中提供与温度有关的频率和与温度无关的频率，以进行消除非理想系数的温度评估。

【技术实现步骤摘要】
热传感器及芯片
本专利技术涉及电学
，尤其涉及一种热传感器及芯片。
技术介绍
在电子设备中，例如使用快速应用处理器(applicationprocessor，AP)的现代移动设备中，最高工作速度通常受散热问题的限制。因此，准确的温度感测对于最大化电子设备的运行速度至关重要。通常，将热传感器(thermalsensor)放置在芯片中。热传感器的电阻器和电容器的老化可能会降低温度感测的准确性。或者，封装应力也可能会改变热传感器中使用的电阻器和电容器，从而影响温度感测。因此，需要提供一种准确性更高的热传感器。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种热传感器，具有更高的准确性。根据本专利技术的第一方面，公开一种热传感器，包括：带隙电路，输出与温度有关的电压；双相电压频率转换器，在正常阶段耦合到所述带隙电路，以基于所述与温度有关的电压执行电压频率转换，并在系数截取阶段与所述带隙电路断开，以基于电源电压执行电压频率转换；以及频率计，耦合至所述双相电压频率转换器，以计算与所述双相电压频率转换器的正常阶段相对应的与温度有关的频率和与所述双相电压频率转换器的系数截取相对应的与温度无关的频率，其中提供与温度有关的频率和与温度无关的频率，以进行消除非理想系数的温度评估。根据本专利技术的第二方面，公开一种芯片，包括：如上所述的热传感器；以及处理器，基于与温度有关的频率和与温度无关的频率来评估温度数据，并基于所述温度数据来评估温度值，其中，当评估所述温度数据时，所述处理器通过所述与温度无关的频率来消除所述与温度有关的频率的非理想系数。本专利技术的热传感器由于计算与所述双相电压频率转换器的正常阶段相对应的与温度有关的频率和与所述双相电压频率转换器的系数截取相对应的与温度无关的频率，这样就可以根据所提供与温度有关的频率和与温度无关的频率，以方便下一步进行消除非理想系数的温度评估，从而消除由于电子组件的老化效应或封装应力而导致的劣化，提高热传感器可以得到的温度的准确性。附图说明图1描绘了根据本专利技术示例性实施例的具有热传感器102的芯片100；图2描绘了根据本专利技术的示例性实施例的双相电压频率转换器108的细节；图3是示出根据本专利技术的示例性实施例的热传感器102的热感测过程的流程图。具体实施方式贯穿以下描述和权利要求书使用某些术语，其指代特定部件。如本领域的技术人员将理解的，电子设备制造商可以用不同的名称来指代组件。本文文件无意区分名称不同但功能相同的组件。在以下描述和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式方式使用，因此应解释为表示“包括但不限于...”。同样，术语“耦合”旨在表示间接或直接的电连接。因此，如果一个设备耦合到另一设备，则该连接可以是通过直接电连接，或者是通过经由其他设备和连接件的间接电连接。图1描绘了根据本专利技术示例性实施例的具有热传感器102的芯片100。热传感器(或称为温度传感器)102采用基于晶体管的设计(而不是使用电阻器或ETF(electrothermalfilter，电热滤波器))，基于晶体管的设计批量生产更为稳健，并且温度系数模型在设计时间更为精确。热传感器102具有电荷泵(chargepump)电路104、带隙(bandgap)电路106、双相(dual-phase)电压频率(voltage-to-frequency)转换器108和频率计(frequencymeter)110。电源电压VDD(例如，大约0.5V，例如0.568V)泵浦(pump)到更高电位(level)的CPV(例如1.2V左右)进行带隙电路106的操作(operation)，从而为带隙电路106提供更大的动态余量(headroom)。带隙电路亦可称为带差参考电路。带隙电路106包括晶体管，晶体管的结点(junction)正向偏置电压VBE(forward-biasvoltage)随结点温度而变化。带隙电路106输出与温度无关的(temperature-independent)参考电压VREF以及与温度有关的(temperature-dependent)电压VBE/2(其中与温度有关的电压VBE/2也可以是其他数值，例如1.2VBE、1.1VBE或VBE/3等等，本实施例中与温度有关的电压VBE/2仅为举例说明。此外与温度无关的参考电压VREF也可以根据与温度有关的电压的数值来确定)。也即，本实施例中例如带隙电路106可以包括双极结型晶体管，与温度有关的电压VBE/2可以是该双极结型晶体管的基极和发射极之间的电压差的一半，当然如上所述也可以是1.2VBE、1.1VBE或VBE/3等等。在正常阶段(normalphase)中，双相电压频率转换器108基于与温度有关的电压VBE/2和与温度无关的电压VREF执行电压频率转换。产生以与温度有关的频率F1振荡的振荡信号Sosc(因为VREF是与温度无关，VBE/2是与温度有关，因此最后振荡信号Sosc的温度系数(振荡的频率F1)会是VBE/2决定的)。除了正常阶段外，在本专利技术中还特别提供了系数截取阶段(coefficientcapturingphase)。在系数截取阶段，双相电压频率转换器108与带隙电路106断开。因此与正常阶段不同，双相电压频率转换器108基于电源电压(例如VDD和VDD/2(其中VDD/2仅为举例说明，并非限制，例如还可以使其他数值，如VDD/3、1.2VDD等等))进行电压频率转换。改变所产生的振荡信号Sosc，使振荡信号Sosc以与温度无关的频率F1_Coeff振荡。与温度无关的频率F1_Coeff用于消除非理想系数。系数截取阶段亦可称为系数捕捉阶段或系数捕获阶段。由频率计110计算与温度有关的频率F1和与温度无关的频率F1_Coeff。频率计110可以是基于晶体管的热传感器102的数字后端(digitalback-end)，并且频率计110耦合至芯片100的处理器。频率计110可以在计算出与温度有关的频率F1和与温度无关的频率F1_Coeff之后，将与温度有关的频率F1和与温度无关的频率F1_Coeff一起传给处理器112。例如频率计110在正常阶段先计算出与温度有关的频率F1，然后存储在寄存器中；接着在系数截取阶段计算出与温度无关的频率F1_Coeff，之后将与温度有关的频率F1和与温度无关的频率F1_Coeff一起传给处理器112。处理器112可以从与温度有关的频率F1推导与温度有关的周期Period_1，并且从与温度无关的频率F1_Coeff得出与温度无关的周期Period_2。与温度有关的周期Period_1的非理想系数显示在与温度无关的周期Period_2中。通过将与温度有关的周期Period_1除以与温度无关的周期Period_2，可以消除与温度有关的周期Period_1的非理想系数。此外，在另一个实施例中，频率计110将与温度有关的频率F1和与温度无关的频率F1_Coeff传给处理器112之后，处理器112直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热传感器，其特征在于，包括：/n带隙电路，输出与温度有关的电压；/n双相电压频率转换器，在正常阶段耦合到所述带隙电路，以基于所述与温度有关的电压执行电压频率转换，并在系数截取阶段与所述带隙电路断开，以基于电源电压执行电压频率转换；以及/n频率计，耦合至所述双相电压频率转换器，以计算与所述双相电压频率转换器的正常阶段相对应的与温度有关的频率和与所述双相电压频率转换器的系数截取相对应的与温度无关的频率，其中提供与温度有关的频率和与温度无关的频率，以进行消除非理想系数的温度评估。/n

【技术特征摘要】
20190606 US 62/857,932;20190612 US 62/860,299;20201.一种热传感器，其特征在于，包括：
带隙电路，输出与温度有关的电压；
双相电压频率转换器，在正常阶段耦合到所述带隙电路，以基于所述与温度有关的电压执行电压频率转换，并在系数截取阶段与所述带隙电路断开，以基于电源电压执行电压频率转换；以及
频率计，耦合至所述双相电压频率转换器，以计算与所述双相电压频率转换器的正常阶段相对应的与温度有关的频率和与所述双相电压频率转换器的系数截取相对应的与温度无关的频率，其中提供与温度有关的频率和与温度无关的频率，以进行消除非理想系数的温度评估。


2.如权利要求1所述的热传感器，其特征在于，还包括：
电荷泵电路，将所述电源电压泵浦到更高的电位以用于所述带隙电路的操作，
其中，所述带隙电路还产生与温度无关的参考电压，以耦合至具有所述与温度有关的电压的双相电压频率转换器。


3.如权利要求2所述的热传感器，其特征在于：
所述双相电压频率转换器包括开关电容器积分器回路；
在所述正常阶段，将所述与温度有关的电压和所述与温度无关的参考电压耦合到所述开关电容积分器回路，并且由所述开关电容积分器回路产生以所述与温度有关的频率振荡的振荡信号；以及
在所述系数截取阶段，从所述电源电压获得的第一直流电压和第二直流电压耦合到所述开关电容器积分器回路，从而由所述开关电容器积分器回路在所述与温度有关的频率下产生所述振荡信号。


4.如权利要求3所述的热传感器，其特征在于，所述开关电容器积分器回路包括：
积分器；
开关电容器电阻器，通过所述积分器的输入端子耦合到所述积分器，当所述与温度无关的参考电压耦合到所述积分器的参考端子时，接收所述与温度有关的电压；当所述与温度无关的参考电压耦合到所述积分器的参考端子时，接收所述第一直流电压；
压控振荡器，根据所述积分器的输出电压产生所述振荡信号；以及
除法器，基于所述振荡信号操作所述开关电容器电阻器来模仿电阻器。


5.如权利要求4所述的热传感器，其特征在于，所述开关电容器电阻器包括：
第一开关和第二开关，分别由所述除法器的输出信号和反相输出信号控制；以及
电容器，具有用于接收与温度有关的电压或第一直流电压的第一端子，以及通过第二开关耦合到积分器的输入端子的第二端子，
其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林大新，黄俊嘉，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71