TWI646316B

TWI646316B - 溫度感測電路

Info

Publication number: TWI646316B
Application number: TW106146339A
Authority: TW
Inventors: 洪明哲; 童世勳; 蘇家彥
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-01-01
Also published as: CN109974878A; CN109974878B; TW201930836A

Abstract

一種溫度感測電路，包括感測晶片、雙接面元件及穩壓電容。感測晶片包括感測端、參考電壓端、低電壓端、電流源及感測放大電路。參考電壓端提供穩壓後的參考電壓。低電壓端接收接地電壓。電流源耦接感測端。感測放大電路耦接參考電壓端及感測端，以提供溫度相關電壓。雙接面元件具有正極端及負極端，其中正極端耦接參考電壓端，負極端耦接感測端。穩壓電容耦接於參考電壓端與接地電壓之間。

Description

溫度感測電路

本發明是有關於一種感測電路，且特別是有關於一種溫度感測電路。

電腦系統中，會透過溫度感測電路監控元件的溫度，以維持系統的穩定。在溫度感測電路中，會發送一電流以流經溫度感測器，以感測溫度感測器上橫跨的電壓，進而得到溫度感測器的環境溫度。由於橫跨在感測溫度感測器上的電壓值相當小，若溫度感測電路受到干擾（例如:雜訊載在電流廻路上、傳導線太長衍生的多餘電壓…等），感測到的電壓值就會失真，而將電壓值對溫度轉換後就會得到不正確、不精度的環境溫度值。

本發明提供一種溫度感測電路，可抑制電路上的干擾，以提高溫度感測的準確度，但不會增加硬體成本。

本發明的溫度感測電路，包括感測晶片、至少一雙接面元件及穩壓電容。感測晶片包括至少一感測端、參考電壓端、低電壓端、電流源及感測放大電路。參考電壓端提供穩壓後的參考電壓。低電壓端接收接地電壓。電流源耦接上述至少一感測端。感測放大電路耦接參考電壓端及上述至少一感測端，以提供溫度相關電壓。上述至少一雙接面元件分別具有正極端及負極端，其中正極端耦接參考電壓端，負極端耦接對應的感測端。穩壓電容耦接於參考電壓端與接地電壓之間。

本發明的溫度感測電路，包括感測晶片、至少一雙接面元件及穩壓電容。感測晶片包括至少一感測端、參考電壓端、低電壓端、電流源、穩壓器及感測放大電路。低電壓端接收接地電壓。電流源耦接上述至少一感測端。穩壓器耦接參考電壓端，以提供穩壓後的參考電壓至參考電壓端。感測放大電路的正感測端耦接上述至少一感測端，感測放大電路的負感測端耦接參考電壓端，感測放大電路的正感測輸出端與負感測輸出端提供溫度相關電壓。上述至少一雙接面元件分別具有一正極端及一負極端，其中正極端耦接對應的感測端，負極端耦接參考電壓端。穩壓電容耦接於參考電壓端與接地電壓之間。

基於上述，本發明實施例的溫度感測電路，其利用感測晶片的參考電壓端作為雙接面元件的電壓源，以透過穩壓器來抑制電路干擾。藉此，可提高溫度感測的準確度且不用配置額外的端點，以降低硬體成本。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1依據本發明一實施例的溫度感測電路的電路示意圖。請參照圖1，在本實施例中，溫度感測電路100包括感測晶片110、至少一雙接面元件（在此以4個雙接面電晶體BT1~BT4為例）及穩壓電容CX1。感測晶片110的輸入輸出介面具有多個接腳，這些接腳至少包括至少一感測端（在此以4個感測端PS1~PS4為例，對應4個雙接面電晶體BT1~BT4）、參考電壓端PVR及低電壓端PVL。

雙接面電晶體BT1~BT4被耦接成二極體型態，其中雙接面電晶體BT1~BT4的基極及集極共同耦接至參考電壓端PVR，以接收穩壓後的參考電壓VREF，並且雙接面電晶體BT1~BT4的射極分別耦接至感測端PS1~PS4。進一步來說，雙接面電晶體BT1的射極耦接至感測端PS1，雙接面電晶體BT2的射極耦接至感測端PS2，其餘則參照圖1所示，在此則不再贅述。穩壓電容CX1耦接於參考電壓端PVR與接地電壓之間。低電壓端PVL接收接地電壓以提供系統低電壓AVSS。

感測晶片110中至少配置有多工器MX1、多工器MX2、電流源Cu1、感測放大電路111、類比數位轉換器113、及穩壓器115。穩壓器115耦接參考電壓端PVR，以提供穩壓後的參考電壓VREF，亦即參考電壓端PVR所提供的參考電壓VREF經穩壓器115穩壓後，電壓漣波會被抑制，甚至被消除。

多工器MX1耦接於感測端PS1~PS4與感測放大電路111的負感測端NIN及電流源Cu1之間。進一步來說，多工器MX1的多個輸入端分別耦接於感測端PS1~PS4，多工器MX1的輸出端耦接感測放大電路111的負感測端NIN，以依序耦接感測放大電路111的負感測端NIN至感測端PS1~PS4的其中之一。多工器MX2耦接於感測端PS1~PS4與電流源Cu1之間。進一步來說，多工器MX2的多個輸入端分別耦接於感測端PS1~PS4，多工器MX2的輸出端耦接電流源Cu1，以依序耦接電流源Cu1至感測端PS1~PS4的其中之一。電流源Cu1耦接於多工器MX1的輸出端與系統低電壓AVSS之間。

在本實施例中，感測放大電路111的正感測端PIN耦接參考電壓端115，感測放大電路111的負感測端NIN透過多工器MX1耦接感測端PS1~PS4的其中之一。當感測放大電路111的負感測端NIN透過多工器MX1耦接感測端PS1時，由於參考電壓VREF是相對純淨的電壓源（亦即漣波極低），電晶體BT1的基極（對應雙接面元件的正極端）與射極（對應雙接面元件的負極端）的壓差會相關於電晶體BT1周遭的環境溫度及電流源Cu1提供的固定電流。接著，感測放大電路111分別對參考電壓VREF及感測端PS1上的電壓進行放大，以使感測放大電路111的正感測輸出端POT與負感測輸出端NOT分別提供正輸出電壓Voutp及負輸出電壓Voutn，正輸出電壓Voutp及負輸出電壓Voutn的壓差即為溫度相關電壓Vout1。

接著，類比數位轉換器113耦接至感測放大電路111的正感測輸出端POT與負感測輸出端NOT，以接收溫度相關電壓Vout1，並且對溫度相關電壓Vout1進行類比數位轉換後提供溫度資料DTR。

在本實施例中，多工器MX1具有開關SWX1~SWX4，其中開關SWX1~SWX4可依據溫度感測的需求而固定導通開關SWX1~SWX4的其中之一、依照特定順序導通開關SWX1~SWX4的其中之一、或者依照特定順序導通部分的開關SWX1~SWX4的其中之一（例如：選擇SWX1~SWX4中的SWX1, SWX3, SWX4，然後就照SWX4→SWX3→SWX1的順序導通，但並不限制於此），並且若沒有溫度感測的需求，則可將開關SWX1~SWX4全部斷開，此可依據外部電路（如控制器、晶片組）的電路運作而定。在本實施例中，多工器MX2具有開關SWY1~SWY4，其中開關SWY1~SWY4的操作與開關SWX1~SWX4同步，亦即開關SWY1與SWX1同時導通及關閉，開關SWY2與SWX2同時導通及關閉，其餘則以此類推。

另一方面，感測放大電路111包括第一電容C1至第四電容C4、第一開關SW1至第八開關SW8及運算放大器OP1。第一開關SW1耦接於第一電容C1的第一端與參考電壓端VREF之間。第二開關SW2耦接於第一電容C1的第一端與中間電壓Vcm之間。第三開關SW3耦接於第二電容C2的第一端與多工器MX1的輸出端之間。第四開關SW4耦接於第二電容C2的第一端與中間電壓Vcm之間。

第五開關SW5耦接於第一電容C1的第二端與中間電壓Vcm之間。第六開關SW6耦接於第一電容C1的第二端與運算放大器OP1的正輸入端之間。第七開關SW7耦接於第二電容C2的第二端與中間電壓Vcm之間。第八開關SW8耦接於第二電容C2的第二端與運算放大器OP1的負輸入端之間。第三電容C3耦接於運算放大器OP1的正輸入端與運算放大器OP1的正輸出端之間。第四電容C4耦接於運算放大器OP1的負輸入端與運算放大器OP1的負輸出端之間。並且，運算放大器OP1的正輸出端耦接感測放大電路111的正感測輸出端POT以輸出正輸出電壓Voutp，運算放大器OP1的負輸出端耦接感測放大電路111的負感測輸出端NOT以輸出負輸出電壓Voutn。

在本實施例中，第一電容C1及第三電容C3的比值決定正輸出電壓Voutp的增益值，第二電容C2及第四電容C4的比值決定負輸出電壓Voutn的增益值。為了準確的反應電晶體BT1~BT4的基極與射極的壓差，第一電容C1及第二電容C2的電容值會設定為相同，並且第三電容C3及第四電容C4的電容值會設定為相同。

在本實施例中，第一開關SW1、第三開關SW3、第五開關SW5及第七開關SW7受控於控制信號Φ1，第二開關SW2、第四開關SW4、第六開關SW6及第八開關SW8受控於控制信號Φ2，其中控制信號Φ1及Φ2在溫度感測期間會依序致能。

進一步來說，在第一感測期間，會先致能控制信號Φ1，並且禁能控制信號Φ2。此時，第一開關SW1、第三開關SW3、第五開關SW5及第七開關SW7受控於控制信號Φ1而導通，第二開關SW2、第四開關SW4、第六開關SW6及第八開關SW8受控於控制信號Φ2而截止。藉此，第一電容C1所儲存的電荷等於（VREF-Vcm）*C1，第二電容C2所儲存的電荷等於（VREF-VBE-Vcm）*C2，其中VBE為電晶體BT1~BT4的基極與射極的壓差，VREF為參考電壓VREF，Vcm為中間電壓Vcm，C1為電容C1的電容值，並且C2為電容C2的電容值。

接著，在第一感測期間之後的第二感測期間，會禁能控制信號Φ1，並且致能控制信號Φ2。此時，第一開關SW1、第三開關SW3、第五開關SW5及第七開關SW7受控於控制信號Φ1而截止，第二開關SW2、第四開關SW4、第六開關SW6及第八開關SW8受控於控制信號Φ2而導通。藉此，第三電容C3的跨壓等於（VREF-Vcm）*C1/C3，第四電容C4的跨壓等於（VREF-VBE-Vcm）*C2/C4。

在經過第一感測期間及第二感測期間後，正輸出電壓Voutp會為Vcm+（VREF-Vcm）*C1/C3，負輸出電壓Voutn會為Vcm+（VREF-VBE-Vcm）*C2/C4。由於第一電容C1的電容值相同於第二電容C2的電容值且第三電容C3的電容值相同於第四電容C4的電容值，以致於溫度相關電壓Vout1會為VBE*C1/C3。在雙接面電晶體中，電晶體的基極與射極的壓差與環境溫度相關，因此可以透過電晶體的基極與射極的壓差的變化，來感測環境溫度的變化。並且，由於參考電壓端PVR在感測晶片100為習知配置，因此可以減少接腳數。

在本實施例中，雙接面元件是以雙接面電晶體BT1~BT4為例，但在其他實施例中，可以二極體來實現，本發明實施例不以此為限。並且，在本實施例中，是以多個雙接面電晶體BT1~BT4，但在其他實施例中，可以僅配置單一雙接面電晶體（如BT1~BT4），亦即可以僅使用單一感測端（如PS1~PS4），此可依據應用環境而定。此時，感測放大電路111的負感測端NIN及電流源Cu1可直接耦接至此單一感測端（如PS1~PS4），而不需配置多工器MX1。

圖2依據本發明另一實施例的溫度感測電路的電路示意圖。請參照圖1及圖2，溫度感測電路200大致相同於溫度感測電路100，其不同之處在於雙接面電晶體BT1a~BT4a、電流源Cu2及感測放大電路111a，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。電流源Cu2耦接於多工器MX2的輸出端與系統高電壓OVDD之間。

在本實施例中，雙接面電晶體BT1a~BT4a的基極及集極分別耦接至對應的感測端PS1~PS4，雙接面電晶體BT1a~BT4a的射極共同耦接至參考電壓端PVR，以接收穩壓後的參考電壓VREF。進一步來說，雙接面電晶體BT1a的基極及集極耦接至感測端PS1，雙接面電晶體BT2a的基極及集極耦接至感測端PS2，其餘則參照圖2所示，在此則不再贅述。

並且，感測放大電路111a的正感測端PIN透過多工器MX1耦接感測端PS1~PS4的其中之一，感測放大電路111a的負感測端NIN耦接參考電壓端PVR。感測放大電路111分別對參考電壓VREF及感測端PS1~PS4的其中之一的電壓進行放大，以使感測放大電路111的正感測輸出端POT與負感測輸出端NOT分別提供正輸出電壓Voutp及負輸出電壓Voutn，正輸出電壓Voutp及負輸出電壓Voutn的壓差即為對應雙接面電晶體BT1a~BT4a的其中之一的溫度相關電壓Vout1。

進一步來說，在第一感測期間，第一電容C1所儲存的電荷等於（VBE+VREF-Vcm）*C1，第二電容C2所儲存的電荷等於（VREF-Vcm）*C2，其中VBE為電晶體BT1~BT4的基極與射極的壓差，VREF為參考電壓VREF，Vcm為中間電壓Vcm，C1為電容C1的電容值，並且C2為電容C2的電容值。

在第一感測期間之後的第二感測期間，第三電容C3的跨壓等於（VBE+VREF-Vcm）*C1/C3，第四電容C4的跨壓等於（VREF- Vcm）*C2/C4。在經過第一感測期間及第二感測期間後，正輸出電壓Voutp會為Vcm+（VBE+VREF-Vcm）*C1/C3，負輸出電壓Voutn會為Vcm+（VREF-Vcm）*C2/C4。在本實施例假設第一電容C1的電容值相同於第二電容C2的電容值且第三電容C3的電容值相同於第四電容C4的電容值，因此溫度相關電壓Vout1仍會為VBE*C1/C3。

綜上所述，本發明實施例的溫度感測電路，其利用感測晶片的參考電壓端作為雙接面元件的電壓源，以透過穩壓器來抑制電路干擾。藉此，可提高溫度感測的準確度且不用配置額外的端點，以降低硬體成本。並且，可透過差動放大電路來汲取雙接面元件的跨壓，以進一步抑制電路雜訊。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧溫度感測電路

110、110a‧‧‧感測晶片

111、111a‧‧‧感測放大電路

113‧‧‧類比數位轉換器

115‧‧‧穩壓器

AVSS‧‧‧系統低電壓

BT1~BT4、BT1a~BT4a‧‧‧雙接面電晶體

C1~C4‧‧‧第一電容至第四電容

Cu1、Cu2‧‧‧電流源

CX1‧‧‧穩壓電容

DTR‧‧‧溫度資料

MX1、MX2‧‧‧多工器

NIN‧‧‧負感測端

NOT‧‧‧負感測輸出端

OP1‧‧‧運算放大器

PIN‧‧‧正感測端

POT‧‧‧正感測輸出端

PS1~PS4‧‧‧感測端

PVL‧‧‧低電壓端

PVR‧‧‧參考電壓端

SW1~SW8‧‧‧第一開關至第八開關

SWX1~SWX4、SWY1~SWY4‧‧‧開關

Vcm‧‧‧中間電壓

Vout1‧‧‧溫度相關電壓

Voutn‧‧‧負輸出電壓

Voutp‧‧‧正輸出電壓

VREF‧‧‧參考電壓

Φ1、Φ2‧‧‧控制信號

圖1依據本發明一實施例的溫度感測電路的電路示意圖。圖2依據本發明另一實施例的溫度感測電路的電路示意圖。

Claims

一種溫度感測電路，包括：一感測晶片，包括：至少一感測端；一參考電壓端，提供經一穩壓器穩壓後的一參考電壓；一低電壓端，接收一接地電壓；一電流源，耦接該至少一感測端；一感測放大電路，耦接該參考電壓端及該至少一感測端，以提供一溫度相關電壓；至少一雙接面元件，分別具有一正極端及一負極端，其中該正極端耦接該參考電壓端，該負極端耦接對應的感測端；以及一穩壓電容，耦接於該參考電壓端與該接地電壓之間。
如申請專利範圍第1項所述的溫度感測電路，其中該至少一雙接面元件包括至少一二極體或至少一雙接面電晶體。
如申請專利範圍第1項所述的溫度感測電路，其中當該至少一感測端包含多個感測端時，該感測晶片更包括一多工器，其中該多工器的多個輸入端耦接於該些感測端，該多工器的一輸出端耦接該感測放大電路，以依序耦接該感測放大電路至該些感測端的其中之一。
如申請專利範圍第1項所述的溫度感測電路，其中該感測晶片更包括該穩壓器，耦接該參考電壓端，以提供穩壓後的該參考電壓。
如申請專利範圍第1項所述的溫度感測電路，其中該感測放大電路的一正感測端耦接該參考電壓端，該感測放大電路的一負感測端耦接該至少一感測端，該感測放大電路的一正感測輸出端與一負感測輸出端提供該溫度相關電壓。
如申請專利範圍第5項所述的溫度感測電路，其中該感測放大電路包括：一第一電容；一第一開關，耦接於該第一電容的第一端與該參考電壓端之間；一第二開關，耦接於該第一電容的第一端與一中間電壓之間；一第二電容；一第三開關，耦接於該第二電容的第一端與該至少一感測端之間；一第四開關，耦接於該第二電容的第一端與該中間電壓之間；一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端、耦接該正感測輸出端的一正輸出端及耦接該負感測輸出端的一負輸出端；一第五開關，耦接於該第一電容的第二端與該中間電壓之間；一第六開關，耦接於該第一電容的第二端與該正輸入端之間；一第七開關，耦接於該第二電容的第二端與該中間電壓之間；一第八開關，耦接於該第二電容的第二端與該負輸入端之間；一第三電容，耦接於該正輸入端與該正輸出端之間；以及一第四電容，耦接於該負輸入端與該負輸出端之間。
如申請專利範圍第6項所述的溫度感測電路，其中在一第一感測期間，導通該第一開關、該第三開關、該第五開關及該第七開關，並且截止該第二開關、該第四開關、該第六開關及該第八開關；在該第一感測期間之後的一第二感測期間，導通該第二開關、該第四開關、該第六開關及該第八開關，並且截止該第一開關、該第三開關、該第五開關及該第七開關。
如申請專利範圍第1項所述的溫度感測電路，其中該感測晶片更包括一數位類比轉換器，接收該溫度相關電壓，以提供一溫度資料。
一種溫度感測電路，包括：一感測晶片，包括：至少一感測端；一參考電壓端；一低電壓端，接收一接地電壓；一電流源，耦接該至少一感測端；一穩壓器，耦接該參考電壓端，以提供穩壓後的一參考電壓至該參考電壓端；一感測放大電路，其中該感測放大電路的一正感測端耦接該至少一感測端，該感測放大電路的一負感測端耦接該參考電壓端，該感測放大電路的一正感測輸出端與一負感測輸出端提供一溫度相關電壓；至少一雙接面元件，分別具有一正極端及一負極端，其中該正極端耦接對應的感測端，該負極端耦接該參考電壓端；以及一穩壓電容，耦接於該參考電壓端與該接地電壓之間。
如申請專利範圍第9項所述的溫度感測電路，其中該至少一雙接面元件包括至少一二極體或至少一雙接面電晶體。