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专利名称：片上温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及片上温度传感器技术。
背景技术：
在现代生活中，温度信息的检测和监控一直是关注的焦点，尤其在食品、医疗、卫生等与日常生活息息相关的领域更是必不可少。因此，检测和控制温度的芯片及产品具有广泛的应用，作为核心技术的温度传感器产品同样种类繁多。如用于片外温度检测的热电偶、采用三极管的PN结温度特性实现温度检测的片上温度传感器等。与片上温度传感器相比，片外温度传感器具有更高的精度和准确性，然而，由于处于片外，其占用面积大，在集成度不断提高的发展趋势下，越来越成为温度传感器的发展瓶颈。此外，由于芯片在工作状态下，内外部温差较大，诸如热电偶这样的片外温度传感器是无法满足芯片内部温度检测需求的。在这种情况下，可实时监测芯片温度的片上温度传感器逐渐引起业内重视。然而，由于大多温度传感器均采用PN结温度特性来实现检测，且PN结温度特性受工艺、电压等影响较大，对于一般半导体结构，片上温度传感器的精度，尤其是不同芯片的片上温度传感器之间的精度差别较大。

图1为现有技术中片上温度传感器电路结构图。如图1所示，现有技术中，片上温度传感器包括若干场效应晶体管MlOfMl 12、双极晶体管QlOf Q103以及运算放大器1101、电阻R101、R102，其中，场效应晶体管M101 M112的特征参数是完全相同的，假设运算放大器IlOl没有失调电压Vqs，且双极晶体管Q101 Q103和场效应晶体管MlOfMl 12是完全匹配的，则该片上温度传感器中各路电流均相同，且在运算放大器IlOl的作用下，其两输入端VN和VP的电压也相同，根据双极晶体管的基本电压电流公式可得双极晶体管QlOl
发射结电压，双极晶体管Q102发射结电压
权利要求
1.一种片上温度传感器，包括基本电路单元和斩波单元，其中 所述基本电路单元包括电流镜电路，提供所述片上温度传感器工作所需的电流镜电流及所述斩波单元的偏置电流；PTAT电流偏置电路，包括共基极、共集电极的第一、第二双极晶体管；第三双极晶体管，用于产生输出电压； 所述斩波单元包括斩波控制电路，包括场效应晶体管形成的时钟控制电路；斩波运算放大器，包括场效应晶体管形成的电流镜电路、运放输入电路、运放负载、反相器以及斩波控制开关。
2.根据权利要求1所述的片上温度传感器，其特征在于，所述片上温度传感器还包括R-C滤波网络，所述R-C滤波网络包括一个或多个电阻-电容对，用于实现输出电压的归一化。
3.根据权利要求2所述的片上温度传感器，其特征在于，所述R-C滤波网络包括7个电阻-电容对。
4.根据权利要求2所述的片上温度传感器，其特征在于，所述片上温度传感器还包括电阻微调单元，用于实现对输出电压的微调。
5.根据权利要求4所述的片上温度传感器，其特征在于，所述电阻微调单元包括n个电阻，所述电阻串联形成电阻串；(n+l)个场效应晶体管，其中，n彡2且n为整数，所述场效应晶体管漏极连接所述电阻各端，源极连接在一起作为所述电阻微调单元的输出，栅极连接控制电压。
6.根据权利要求5所述的片上温度传感器，其特征在于，所述电阻微调单元的输出连接所述R-C滤波网络，所述电阻串连接于所述第三双极晶体管发射极和电流镜电路之间。
7.根据权利要求4或5或6所述的片上温度传感器，其特征在于，所述片上温度传感器还包括电熔丝阵列，用于实现对电阻微调单元的控制。
8.根据权利要求7所述的片上温度传感器，其特征在于，所述电熔丝阵列包括多个电熔丝单元，所述电熔丝单元包括熔丝，电阻，第一、第二电流源，第一、第二场效应晶体管，以及电压比较器电路，其中所述第一、第二场效应晶体管的栅极连接Read信号，源极分别经由熔丝和电阻接地，漏极分别连接第一、第二电流源，且分别连接所述电压比较器电路的两输入端，所述电压比较器电路的输出即为所述电熔丝单元的输出信号。
9.根据权利要求7所述的片上温度传感器，其特征在于，所述第一、第二电流源输出电流相等，所述电阻阻值为500 Q 1500 Q。
10.根据权利要求7所述的片上温度传感器，其特征在于，所述电熔丝阵列包括(n+1)个电熔丝单元，其中，n彡2且n为整数。
全文摘要
本发明涉及半导体技术领域，提供一片上温度传感器，包括基本电路单元，斩波单元，电阻微调单元，电熔丝阵列以及R-C滤波网络。采用斩波单元来消除片上温度传感器的非理想因素失调电压、失配和噪声；同时，进一步采用电阻微调单元实现精度的进一步提高，并以电熔丝阵列将电阻微调单元所需的控制位集成在芯片内，有效控制封装成本，并保证了器件的高集成度。此外，本发明提供的片上温度传感器还通过R-C滤波网络来实现输出电压的归一化，最终得到消除工艺影响、在不同芯片上具有一致性的输出结果的高精度片上温度传感器。
文档编号G01K7/00GK103063317SQ201210552748
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者皮常明, 张远, 范红梅 申请人:上海集成电路研发中心有限公司