一种芯片温度传感器电路和音频功率放大器的制作方法

1.本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种芯片温度传感器电路和音频功率放大器。


背景技术：

2.温度传感器电路的主要作用是感应外界环境温度变化，输出对应变化电压，以通过后端的数模转换器译码后得到温度示数。
3.温度传感器电路的检测电压随温度变化的曲线如图1所示。理想情况下电压与温度呈线性关系，可表示为v＝k0t a0；其中，v表示检测电压，t表示环境温度，ko表示斜率，a0表示截距。然而，在生产制造中，温度传感器电路的检测电压随温度变化的曲线可能产生偏差，变成v＝knt an；其中，表示两条曲线上下平移的直流偏差为a
n-a0，斜率偏差为k
n-k0。
4.在量产测试中，一般根据测试环境的温度对芯片进行校准，也即采用单点校准的方式对偏差进行校准。虽然，该单点校准方式成本低且应用广泛，但是仅能校准直流偏差，无法温度传感器电路本身的斜率偏差，校准精度差。


技术实现要素：

5.对此，本技术提供一种芯片温度传感器电路和音频功率放大器，以解决现有单点校准方式仅能校准直流偏差，无法温度传感器电路本身的斜率偏差，校准精度差的问题。
6.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
7.本发明第一方面公开了一种芯片温度传感器电路，包括：温度采样单元、缓冲比较放大单元以及数字逻辑控制单元；其中：
8.所述数字逻辑控制单元用于输出第一控制信号；所述第一控制信号用于控制所述温度采样单元中相应电流源调整电路的通断；
9.所述温度采样单元用于输出第一采样电压和第二采样电压；
10.所述缓冲比较放大单元用于根据所述第一采样电压和所述第二采样电压，得到温度采样电压；
11.所述数字逻辑控制单元用于根据所述温度采样单元分别处于不同状态下所述温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理以消除所述芯片温度传感器电路的斜率偏差，得到所述芯片的温度；其中，所述数字电压信号是由数字模拟转换电路将所述温度采样电压进行转换得到的。
12.可选地，上述的芯片温度传感器电路，所述数字逻辑控制单元还用于：对多次连续得到的同一所述芯片的温度进行平均，并以所述平均结果作为所述芯片的温度。
13.可选地，上述的芯片温度传感器电路，所述温度采样单元包括：第一电流源、第一开关管、第二电流源、第二开关管以及至少一个所述电流源调整电路；
14.其中，所述第一电流源的一端和所述第二电流源的一端均接收供电电压；
15.所述第一电流源的另一端与所述第一开关管的第一端相连，连接点作为所述温度
采样单元的第一输出端，输出所述第一采样电压；所述第一开关管的控制端和所述第一开关管的第二端相连，并接地；
16.所述第二电流源的另一端与所述第二开关管的第一端相连，连接点作为所述温度采样单元的第二输出端，输出所述第二采样电压。
17.可选地，上述的芯片温度传感器电路，所述电流源调整电路的个数为1，所述电流源调整电路与所述第一电流源并联，包括：n条电流源支路；n为正整数；
18.每条所述电流源支路包括：第三电流源和第一支路开关；所述第三电流源与所述第一支路开关串联，所述第一支路开关通断受控于所述第一控制信号。
19.可选地，上述的芯片温度传感器电路，所述电流源调整电路的个数为1，所述电流源调整电路与所述第二电流源并联，包括：n条电流源支路；n为正整数；
20.每条所述电流源支路包括：第三电流源和第一支路开关；所述第三电流源与所述第一支路开关串联，所述第一支路开关通断受控于所述第一控制信号。
21.可选地，上述的芯片温度传感器电路，所述电流源调整电路的个数为2，一个所述电流源调整电路与所述第一电流源并联，另一个所述电流源调整电路与所述第二电流源并联；
22.所述电流源调整电路包括：n条电流源支路；n为正整数；
23.每条所述电流源支路包括：第三电流源和第一支路开关；所述第三电流源与所述第一支路开关串联，所述第一支路开关通断受控于所述第一控制信号。
24.可选地，上述的芯片温度传感器电路，还包括：比例调整电路，所述比例调整电路与所述第一开关管，和/或，所述第二开关管并联，所述比例调整电路包括：m条比例支路；m为正整数；
25.每条所述比例支路包括：第三开关管和第二支路开关；所述第三开关管与所述第二支路开关串联；
26.所述数字逻辑控制单元还用于输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制比例调整电路中所述第二支路开关的通断。
27.可选地，上述的所述的芯片温度传感器电路，所述缓冲比较放大单元，包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容；
28.其中，所述第一运算放大器的同相输入端作为所述缓冲比较放大单元的第一输入端，接收所述第一采样电压；所述第一运算放大器的输出端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一电阻的一端相连；所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻和所述第三运算放大器的同相输入端相连；所述第二电阻的另一端接地；
29.所述第二运算放大器的同相输入端作为所述缓冲比较放大单元的第二输入端，接收所述第二采样电压；所述第二运算放大器的输出端分别与所述第二运算放大器的反相输入端和所述第三电阻的一端相连；所述第三电阻的另一端分别与所述第三运算放大器的反相输入端和所述第四电阻的一端相连；
30.所述第三运算放大器的输出端分别与所述第四电阻的另一端和所述第五电阻的一端相连；所述第五电阻的另一端与所述第一电容的一端相连，连接点作为所述缓冲比较放大单元的输出端，输出所述温度采样电压。
31.本发明第二方面公开了一种音频功率放大器，包括：如第一方面公开的任一项所述的芯片温度传感器电路。
32.可选地，上述的音频功率放大器，还包括：处理器，所述处理器与所述芯片温度传感器电路中的数字模拟转换电路的输出端相连；
33.处理器用于根据所述数字模拟转换电路输出的数字电压信号以及数字电压信号与温度的对应关系获得所述芯片的温度。
34.本发明提供的芯片温度传感器电路，包括：温度采样单元、缓冲比较放大单元、数字模拟转换电路以及数字逻辑控制单元；其中：数字逻辑控制单元用于输出第一控制信号；第一控制信号用于控制温度采样单元中相应电流源调整电路的通断；温度采样单元用于输出第一采样电压和第二采样电压；缓冲比较放大单元用于根据第一采样电压和第二采样电压，得到温度采样电压；数字逻辑控制单元用于根据温度采样单元分别处于不同状态下温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理以消除芯片温度传感器电路的斜率偏差，得到芯片的温度；其中，数字电压信号是由数字模拟转换电路将温度采样电压进行转换得到的；也即，本技术通过数字逻辑控制单元控制温度采样单元中相应的电流源调整电路通断以获得不同状态下对应的温度采样电压，并基于不同状态下的温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理，得到芯片的温度，抵消了由于工艺偏差导致的温度检测不准确问题，也能够避免单点校准方式仅能校准直流偏差，无法温度传感器本身的斜率偏差，校准精度差的问题。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
36.图1为本技术实施例提供的一种温度传感器电路中电压随温度变化的曲线图；
37.图2为本技术实施例提供的一种现有的芯片温度传感器电路；
38.图3为本技术实施例提供的一种芯片温度传感器电路的结构示意图；
39.图4至图7为本技术提供的四种芯片温度传感器电路的电路图；
40.图8为本技术提供的一种现有芯片温度传感器电路的mc曲线图；
41.图9为本技术提供的一种现有芯片温度传感器电路的偏差仿真示意图；
42.图10为本技术提供的一种芯片温度传感器电路的偏差仿真示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.首先，需要说明的是，图2所示的现有方案默认了所有的运放失调，例如图中的运算放大器a1的失调v
os1
、运算放大器a2的失调v
os2
、i5中运算放大器的失调v
os3
全部为一个与
温度无关的直流量，也即可以通过单点校准的an。经发明人研究发现，当工艺逐步走向先进时，运放的失调将会与温度呈线性关系且无法忽略。
45.假设图2中的电阻r1和电阻r4之间的比值为12，则考虑失调后可以有：v
out
＝12
×
(v
be2-v
be1
)-13v
os3
12v
os2-12v
os1
；设失调的温度系数为ko，则-13v
os3
12v
os2-12v
os1
＝kot，因此v
out
＝(23.2 ko)v
t
；可以看出斜率出现了偏差，且此时的偏差无法再使用单点校准进行消除。
46.基于上述，本技术提供一种芯片温度传感器电路，以解决现有单点校准方式仅能校准直流偏差，无法温度传感器电路本身的斜率偏差，校准精度差的问题。
47.请参见图3，该芯片温度传感器电流可以包括：温度采样单元101、缓冲比较放大单元102、数字模拟转换电路104以及数字逻辑控制单元103。其中：
48.数字逻辑控制单元103用于输出第一控制信号；第一控制信号用于控制温度采样单元101中相应电流源调整电路1011的通断。
49.温度采样单元101用于输出第一采样电压vbe1和第二采样电压vbe2。
50.实际应用中，如图4所示，该温度采样单元101可以包括：第一电流源ci、第一开关管bjt1、第二电流源bi、第二开关管bjt2以及至少一个电流源调整电路1011。
51.其中，第一电流源ci的一端和第二电流源bi的一端均接收供电电压。
52.实际应用中，该供电电压的具体类型可视具体应用环境和用户需求确定，本技术不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
53.第一电流源ci的另一端与第一开关管bjt1的第一端相连，连接点作为温度采样单元101的第一输出端，输出第一采样电压vbe1；第一开关管bjt1的控制端和第一开关管bjt1的第二端相连，并接地。
54.第二电流源bi的另一端与第二开关管bjt2的第一端相连，连接点作为温度采样单元101的第二输出端，输出第二采样电压vbe2。
55.具体的，如图5所示，若电流源调整电路1011的个数为1，电流源调整电路1011可以与第一电流源ci并联，包括：n条电流源支路(图5中仅以一条电流源支路为例)；n为正整数。
56.每条电流源支路包括：第三电流源ai和第一支路开关k1；第三电流源ai与第一支路开关k1串联，第一支路开关k1通断受控于第一控制信号。
57.当然，也可如图4所示，若电流源调整电路1011的个数为1，电流源调整电路1011也可以与第二电流源bi并联，包括：n条电流源支路(图4中仅以一条电流源支路为例)；n为正整数。
58.每条电流源支路包括：第三电流源ai和第一支路开关k1；第三电流源ai与第一支路开关k1串联，第一支路开关k1通断受控于第一控制信号。
59.实际应用中，如图6所示，若电流源调整电路1011的个数为2，一个电流源调整电路1011与第一电流源ci并联，另一个电流源调整电路1011与第二电流源bi并联。
60.电流源调整电路1011包括：n条电流源支路(图6中仅以一条电流源支路为例)；n为正整数。
61.每条电流源支路包括：第三电流源ai和第一支路开关k1；第三电流源ai与第一支路开关k1串联，第一支路开关k1通断受控于第一控制信号。
62.能够理解的是，可以视具体应用环境和用户需求，设定电流源调整电路1011的个
数和设置位置，无论电流源调整电路1011设置在温度采样电路中的任意一个电流源上，均不影响本技术的实现。
63.实际应用中，第一电流源ci、第二电流源bi、第三电流源ai一般选用同一类型的电流源，例如，可以均为数字控制电流源；当然，还可以视具体应用环境和用户需求确定，本技术不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
64.缓冲比较放大单元102用于根据第一采样电压vbe1和第二采样电压vbe2，得到温度采样电压。
65.实际应用中，如图4至图7所示，该缓冲比较放大单元102可以包括：第一运算放大器a1、第二运算放大器a2、第三运算放大器a3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第一电容c1。
66.其中，第一运算放大器a1的同相输入端作为缓冲比较放大单元102的第一输入端，接收第一采样电压vbe1；第一运算放大器a1的输出端分别与第一运算放大器a1的反相输入端和第一电阻r1的一端相连；第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2和第三运算放大器a3的同相输入端相连；第二电阻r2的另一端接地。
67.第二运算放大器a2的同相输入端作为缓冲比较放大单元102的第二输入端，接收第二采样电压vbe2；第二运算放大器a2的输出端分别与第二运算放大器a2的反相输入端和第三电阻r3的一端相连；第三电阻r3的另一端分别与第三运算放大器a3的反相输入端和第四电阻r4的一端相连。
68.第三运算放大器a3的输出端分别与第四电阻r4的另一端和第五电阻r5的一端相连；第五电阻r5的另一端与所述第一电容c1的一端相连，连接点作为缓冲比较放大单元102的输出端，输出温度采样电压。
69.数字逻辑控制单元103用于根据温度采样单元101分别处于不同状态下温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理以消除芯片温度传感器电路的斜率偏差，得到芯片的温度。
70.其中，数字电压信号是由数字模拟转换电路104将温度采样电压进行转换得到的。换言之，该数字模拟转换电路104可以设置于数字逻辑控制单元103的前级，用于将温度采样电压由模拟电压信号转换为数字电压信号。
71.实际应用中，数字逻辑控制单元103可以根据温度采样单元101中电流源调整电路1011处于通路状态下温度采样电压对应的数字电压信号，和电流调整电路处于短路状态下温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理以消除芯片温度传感器电路的斜率偏差，得到芯片的温度。
72.需要说明的是，通过数字模拟转换电路104将温度采样电压由模拟电压信号转换为数字电压之后，可以降低数字逻辑控制单元103的运算难度。
73.还需要说明的是，该数字模拟转换电路104的具体结构可参见现有技术，本技术不再赘述，均属于本技术的保护范围。
74.需要说明的是，数字逻辑控制单元103可以是dsp(digital signal processing，数字信号处理)；当然，并不仅限于此，也可以是其他具有逻辑控制的器件，本技术对其不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
75.基于上述，本实施了提供的芯片温度传感器电路，通过数字逻辑控制单元103控制
温度采样单元101中相应的电流源调整电路1011通断以获得不同状态下对应的温度采样电压，并基于不同状态下的温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理以消除芯片温度传感器电路的斜率偏差，得到芯片的温度，抵消了由于工艺偏差导致的温度检测不准确问题，也能够避免单点校准方式仅能校准直流偏差，无法温度传感器本身的斜率偏差，校准精度差的问题。
76.值得说明的是，图2示出的现有方案也是通过检测第一采样电压vbe1和第二采样电压vbe2作差运算后得到一个随温度线性变化的电压，然后经过一个adc将模拟电压信号转化为数字电压信号以得到温度值，但是现有技术通过控制k1-k8开关切换消除a2和a3的失调的，无法消除i5中运放的失调，而该运放失调会引入ko的斜率偏差；而本技术可以通过数字逻辑控制单元103控制温度采样单元101中相应的电流源调整电路1011通断以获得不同状态下对应的温度采样电压，并基于不同状态下的温度采样电压对应的数字电压信号进行作差处理，得到芯片的温度，消除了斜率偏差；并且，该现有技术还引入了8个开关，增加了模拟电路设计的复杂度；此外，开关切换也会引入例如电荷注入，耦合等额外偏差；而本技术只需设置电流源调整电路1011，并通过数字逻辑控制单元103控制电流源调整电流的通断，减少了模拟电路设计的复杂度和减少了因电荷注入、耦合带来的额外偏差。
77.还值得说明的是，虽然现有还可以通过两点校准的方式提供芯片温度的检测精度，也即在产线上除了常温测试，再测试一次高温，采样两点拟合出检测温度随室温变化的斜率，从而对斜率与直流偏差都进行校准，但是此种校准方式实现难度大，成本高，不适用于量产的工业芯片；而本技术提供的方式通过单点校准的方式也能够实现较高精度的温度检测，更适于应用在量产的工业芯片中。
78.可选地，在本技术提供的另一实施例中，该数字逻辑控制单元103还用于：对多次连续得到的同一芯片的温度进行平均，并以平均结果作为芯片的温度。
79.实际应用中，为了提高最终所得芯片温度的准确度，可以通过多次测量的方式，对多次连续得到的同一芯片的温度进行平均，然后以平均结果作为芯片的温度。
80.当然，还可以采用其他数据处理方式，对多次连续获得的同一芯片的温度进行处理，以提高最终所得的芯片温度的准确度，本技术对数据处理方式不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
81.可选地，在本技术提供的另一实施例中，请参见图7(在图6的基础之上进行展示的)，该芯片温度传感器电流还包括：比例调整电路1012，比例调整电路1012与第一开关管bjt1，和/或，第二开关管bjt2并联，比例调整电路112包括：m条比例支路(图7中仅以一条比例支路为例)；m为正整数。
82.每条比例支路包括：第三开关管bjt3和第二支路开关k2；第三开关管bjt3与第二支路开关k2串联。
83.数字逻辑控制单元103还用于输出第二控制信号，第二控制信号用于控制比例调整电路1012中第二支路开关k2的通断。
84.实际应用中，还可以通过比例调整电流，调节芯片温度传感器电路中相应开关管的比例，以达到二次校准的目的。
85.具体的，数字逻辑控制单元103输出的第一控制信号和第二控制信号的控制时序相同。换言之，第一控制信号在控制第一支路开关k1断开时，第二控制开关信号也控制第二
支路开关k2处于断开状态；第一控制开关在控制第一支路开关k1闭合时，第二控制信号控制第二支路开关k2处于闭合状态。
86.当然，数字逻辑控制单元103输出的第一控制信号和第二控制信号的控制时序也可以不同，视具体应用环境和用户需求确定即可，本技术不作具体限定，均属于本技术的保护范围。
87.需要说明的是，图7仅以比例调整电路1012与第二开关管bjt2并联为例，实际应用中，比例调整电路1012与第一开关管bjt1并联的方式与上述的方式相同，相互参见即可，就不再一一赘述，均属于本技术的保护范围。
88.还需要说明的是，实际应用中，第一开关管bjt1和第二开关管bjt2之间的比例一般为1：1；当然，并不仅限于此，还可以视具体应用环境和用户确定，均属于本技术的保护范围。
89.基于上述实施例提供的芯片温度传感器电路，针对上述实施例内容提供对应的实施例，为方便理解，假设芯片温度传感器电路结构如图4所示，第一电流源ci、第二电流源bi以及第三电流源ai之间的比例关系为：1:2:8，第三电阻r3和第四电阻r4的比值为12，本技术具体有如下实施过程：
90.首先，闭合第一支路开关k1，测量温度采样电压vout1，可以得到：
[0091]vout1
＝12v
t
log(10)-13v
os2
12v
os2-12v
os1
＝(23.02 ko)v
t
；其中，为玻尔兹曼常数，q为电子电荷量，v
os1
表示第一运算放大器a1的失调电压，v
os2
表示第二运算放大器a2的失调电压，v
os3
表示第三运算放大器a3的失调电压。
[0092]
然后，打开第一支路开关k1，测量温度采样电压vout1，可以得到：
[0093]vout2
＝12v
t
log(2)-13v
os2
12v
os2-12v
os1
＝(8.32 ko)v
t
。
[0094]
数字逻辑控制单元103对经过数模转换后的电压进行作差处理，可以得到：
[0095]vout
＝v
out2-v
out1
＝12v
t
(log(10)-log(2))＝14.7v
t
。
[0096]
从上述式子，可以看出将两个输出相减之后，得到一个不受ko影响的随温度有一个固定斜率的变化电压曲线。
[0097]
此外，以某工艺的仿真结果为例，用现有方案设计后其输出电压随温度的100个点的mc曲线如图8。而根据单点校准方法，可以模拟出芯片在经过产线校准后的温度检测偏差，现有方案的偏差如图9所示。从图9显示的仿真结果，可知在-40℃至150℃的检测范围内，现有方案的检测偏差超过了12℃。而本发明的偏差仿真结果可如图10所示，在相同点数的mc仿真后，温度偏差降低至5℃以内。
[0098]
可选地，本技术另一实施例还提供了一种音频功率放大器，包括：如上任一实施例所述的芯片温度传感器电路。
[0099]
实际应用中，该音频功率放大器还可以包括：处理器，处理器与芯片温度传感器电路中的数字模拟转换电路的输出端相连。
[0100]
处理器用于根据数字模拟转换电路输出的数字电压信号以及数字电压信号与温度的对应关系获得芯片的温度。
[0101]
需要说明的是，关于芯片温度传感器电路的相关说明可参见图3至图10对应的实施例，此处不再赘述；关于音频功率放大器的相关说明也可以参见现有技术，此处也不再赘
述。
[0102]
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0103]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0104]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0105]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。