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热传感器

阅读：1039发布：2021-02-25

IPRDB可以提供热传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种热传感器包括比较器单元和开关网络。比较器单元被配置成接收电压节点的第一电压值、第二电压值和第三电压值，并且提供控制信号。开关网络包括电压节点，并且被配置成基于控制信号在第一条件或第二条件下操作。基于第一条件，电压节点被配置成使电压值增大至第一电压值。基于第二条件，电压节点被配置成使电压降低至第二电压。，下面是热传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种传感器电路，包括：

比较器单元，被配置成接收第一电压值、第二电压值和电压节点的第三电压值，并且提供控制信号；以及开关网络，具有所述电压节点，并且被配置成基于所述控制信号在第一条件或第二条件下操作，其中，基于所述第一条件，所述电压节点被配置成将所述第三电压值增大至所述第一电压值，并且基于所述第二条件，所述电压节点被配置成将所述第三电压值降低至所述第二电压值，其中，

基于已知时间周期和所述第三电压值的所述时间周期和温度之间的关系，获取对应于所述已知时间周期的温度，或者基于已知温度和所述关系，获取对应于所述已知温度的时间周期，至少一个电阻器件，被配置成接收第一电流并且提供所述第一电压值和所述第二电压值。

2.根据权利要求1所述的传感器电路，其中，所述至少一个电阻器件中的至少一个电阻器件形成在半导体结构层中。

3.根据权利要求2所述的传感器电路，其中，所述半导体结构是FinFET。

4.根据权利要求1所述的传感器电路，进一步包括：电阻器件；

第一双极结型晶体管，被配置成在所述电阻器件的第一端提供所述第一电压值或所述第二电压值，所述电阻器件的第二端与所述第一双极结型晶体管相连接；以及第二双极结型晶体管，被配置成在所述第二双极结型晶体管的端部提供所述第一电压值或所述第二电压值中的另一个值。

5.根据权利要求1所述的传感器电路，其中，所述第一电压值或所述第二电压值包括双极结型晶体管的基极和发射极之间的压降。

6.根据权利要求1所述的传感器电路，进一步包括：电阻器件；

第一MOS晶体管，被配置成在所述电阻器件的第一端提供所述第一电压值或所述第二电压值，所述电阻器件的第二端与所述第一MOS晶体管相连接；以及第二MOS晶体管，被配置成在所述第二MOS晶体管的端部提供所述第一电压值或所述第二电压值中的另一个电压值。

7.根据权利要求1所述的传感器电路，其中，所述第一电压值或所述第二电压值包括MOS晶体管的栅极和源极之间的压降。

8.根据权利要求1所述的传感器电路，其中，所述电压节点与电容器件电连接；并且所述开关网络包括：

第一开关，被选择性地配置成将第一电流提供至所述电容器件，以对所述电压节点充电；以及第二开关，被选择性地配置成将第二电流提供至所述电容器件，以对所述电压节点放电。

9.根据权利要求1所述的传感器电路，其中，所述开关网络包括第一开关和第二开关；

所述电压节点与所述第一开关和所述第二开关相连接；

在所述第一条件下，所述第一开关闭合而所述第二开关打开；并且在所述第二条件下，所述第一开关打开而所述第二开关闭合。

10.一种传感器电路，包括：

电阻支路，被配置成接收电流并且提供第一电压值和第二电压值；

比较器单元，被配置成接收所述第一电压值、所述第二电压值和电压节点的电压值，并且提供控制信号；以及开关网络，具有所述电压节点，并且被配置成基于所述控制信号在第一条件下或第二条件下操作，其中，基于所述第一条件，所述电压节点被配置成将电压值增大至所述第一电压值，并且基于所述第二条件，所述电压节点被配置成将电压降低至所述第二电压值，以及基于已知时间周期和所述电压值的所述时间周期和温度之间的关系，获取对应于所述已知时间周期的温度，或者基于已知温度和所述关系，获取对应于所述已知温度的时间周期。

11.根据权利要求10所述的传感器电路，其中，所述开关网络包括第一开关和第二开关；

所述电压节点与所述第一开关和所述第二开关相连接；

在所述第一条件下，所述第一开关闭合而所述第二开关打开；并且在所述第二条件下，所述第一开关打开而所述第二开关闭合。

12.根据权利要求10所述的传感器电路，其中，所述电阻支路的电阻器件形成在半导体结构层中。

13.根据权利要求10所述的传感器电路，其中，所述电阻支路的电阻器件形成FinFET半导体结构层中。

14.根据权利要求10所述的传感器电路，进一步包括：第一电流源，被配置成提供所述电流；

第二电流源，被配置成提供充电电流，以对所述电压节点充电；以及第三电流源，被配置成提供放电电流，以对所述电压节点放电。

15.根据权利要求14所述的传感器电路，其中，所述电流的值、所述充电电流的值和所述放电电流的值基本相同。

16.根据权利要求10所述的传感器电路，其中，所述电压节点与电容器件电连接；并且所述开关网络包括：

第一开关，被选择性地配置成将第一电流提供给所述电容器件，以对所述电压节点充电；以及第二开关，被选择性地配置成将第二电流提供给所述电容器件，以对所述电压节点放电。

17.一种用于操作传感器的方法，包括：将电压充电至第一电压值，并且将所述电压放电到第二电压值，以获得所述电压的时间周期；

建立所述电压的所述时间周期和温度之间的关系；以及基于已知时间周期和所述关系，获取对应于所述已知时间周期的温度，或者基于已知温度和所述关系，获取对应于所述已知温度的时间周期，基于流过至少一个电阻器件的单个电流提供所述第一电压值和所述第二电压值。

18.根据权利要求17所述的用于操作传感器的方法，进一步包括：在半导体结构中提供所述至少一个电阻器件中的至少一个电阻器件。

说明书全文

热传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及热传感器。

背景技术

[0002] 很多热传感器都具有缺陷。例如，在一种方法中，双极型晶体管（BJT）被用作传感器的一部分。BJT具有施加在BJT的基极和发射极之间的电压Vbe降。通过BJT的操作，电压Vbe随着温度改变而改变。另外，传感器的温度系数不是线性的。因此，不能高度准确地测量关于Vbe改变的温度变化。

[0003] 在另一种方法中，在传感器的两个支路中使用两个BJT。在一些应用中，附加电路结合传感器使用。示例性附加电路包括温度不敏感的电流源和“消波”电路。消波电路被用于抵消噪声和电流失配。附加电路增大传感器的复杂性。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电路，包括：比较器单元，被配置成接收第一电压值、第二电压值和电压节点的第三电压值，并且提供控制信号；以及开关网络，具有所述电压节点，并且被配置成基于所述控制信号在第一条件或第二条件下操作，其中，基于所述第一条件，所述电压节点被配置成将电压值增大至所述第一电压值，并且基于所述第二条件，所述电压节点被配置成将电压降低至所述第二电压值。

[0005] 在所述电路中，进一步包括：至少一个电阻器件，被配置成接收第一电流并且提供所述第一电压值和所述第二电压值。

[0006] 在所述电路中，所述至少一个电阻器件中的至少一个电阻器件形成在半导体结构层中。

[0007] 在所述电路中，所述半导体结构是FinFET。

[0008] 在所述电路中，进一步包括：电阻器件；第一双极结型晶体管，被配置成在所述电阻器件的第一端提供所述第一电压值或所述第二电压值，所述电阻器件的第二端与所述第一双极结型晶体管相连接；以及第二双极结型晶体管，被配置成在所述第二双极结型晶体管的端部提供所述第一电压值或所述第二电压值中的另一个值。

[0009] 在所述电路中，所述第一电压值或所述第二电压值包括双极结型晶体管的基极和发射极之间的压降。

[0010] 在所述电路中，进一步包括：电阻器件；第一MOS晶体管，被配置成在所述电阻器件的第一端提供所述第一电压值或所述第二电压值，所述电阻器件的第二端与所述第一MOS晶体管相连接；以及第二MOS晶体管，被配置成在所述第二MOS晶体管的端部提供所述第一电压值或所述第二电压值中的另一个电压值。

[0011] 在所述电路中，所述第一电压值或所述第二电压值包括MOS晶体管的栅极和源极之间的压降。

[0012] 在所述电路中，所述电压节点与电容器件电连接；并且所述开关网络包括：第一开关，被选择性地配置成将第一电流提供至所述电容器件，以对所述电压节点充电；以及第二开关，被选择性地配置成将第二电流提供至所述电容器件，以对所述电压节点放电。

[0013] 在所述电路中，所述开关网络包括第一开关和第二开关；所述电压节点与所述第一开关和所述第二开关相连接；在所述第一条件下，所述第一开关闭合而所述第二开关打开；并且在所述第二条件下，所述第一开关打开而所述第二开关闭合。

[0014] 根据本发明的另一方面，提供了一种电路，包括：电阻支路，被配置成接收电流并且提供第一电压值和第二电压值；比较器单元，被配置成接收所述第一电压值、所述第二电压值和电压节点的电压值，并且提供控制信号；以及开关网络，具有所述电压节点，并且被配置成基于所述控制信号在第一条件下或第二条件下操作，其中，基于所述第一条件，所述电压节点被配置成将电压值增大至所述第一电压值，并且基于所述第二条件，所述电压节点被配置成将电压降低至所述第二电压值。

[0015] 在所述电路中，所述开关网络包括第一开关和第二开关；所述电压节点与所述第一开关和所述第二开关相连接；在所述第一条件下，所述第一开关闭合而所述第二开关打开；并且在所述第二条件下，所述第一开关打开而所述第二开关闭合。

[0016] 在所述电路中，所述电阻支路的电阻器件形成在半导体结构层中。

[0017] 在所述电路中，所述电阻支路的电阻器件形成FinFET半导体结构层中。

[0018] 在所述电路中，进一步包括：第一电流源，被配置成提供所述电流；第二电流源，被配置成提供充电电流，以对所述电压节点充电；以及第三电流源，被配置成提供放电电流，以对所述电压节点放电。

[0019] 在所述电路中，所述电流的值、所述充电电流的值和所述放电电流的值基本相同。

[0020] 在所述电路中，所述电压节点与电容器件电连接；并且所述开关网络包括：第一开关，被选择性地配置成将第一电流提供给所述电容器件，以对所述电压节点充电；以及第二开关，被选择性地配置成将第二电流提供给所述电容器件，以对所述电压节点放电。

[0021] 根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：将电压充电至第一电压值，并且将所述电压放电到第二电压值，以获得所述电压的时间周期；建立所述电压的所述时间周期和温度之间的关系；以及基于已知时间周期和所述关系，获取对应于所述已知时间周期的温度，或者基于已知温度和所述关系，获取对应于所述已知温度的时间周期。

[0022] 在所述方法中，进一步包括：基于流过至少一个电阻器件的单个电流提供所述第一电压值和所述第二电压值。

[0023] 在所述方法中，进一步包括：在半导体结构中提供所述至少一个电阻器件中的至少一个电阻器件。

附图说明

[0024] 在附图和以下说明书中阐述本发明的一个或多个实施例的详情。其他特征和优点将从说明书、附图和权利要求明显看出。

[0025] 图1是根据一些实施例的使用在热传感器中的电路的视图。

[0026] 图2是根据一些实施例的图1的电路的输出电压的波形图。

[0027] 图3是根据一些实施例的具有用于在权利要求1的电路中使用的多个电阻器的FinFET结构的横截面图。

[0028] 图4A、图4B、图5A和图5B是根据一些实施例的使用在热传感器中的其他电路的视图。

[0029] 图6是根据一些实施例的操作图1中的电路的方法的流程图。

[0030] 多个图中的类似参考符号指示类似元件。

具体实施方式

[0031] 以下使用特定语言公开图中所示的实施例或实例。然而，将理解，实施例和实例不用于限制。对于本领域普通技术人员来说，所公开的实施例中的任何更改和修改、以及在本文档中公开的原理的任何进一步应用都视作为为正常出现的。

[0032] 一些实施例具有以下特征和/或优点中的一个或其组合。在一些实施例中，基于电阻组件和单个电流生成两个电压。当器件的温度改变时，例如，基于两个电压测量改变后的温度。因为基于单个电流生成两个电压，所以一个电压的电流的温度变化将通过另一个电压的电流的温度变化来抵消。由此基于两个电压的温度测量来提高准确度。在一些实施例中，基于两个电压，测量多种器件关于时间的温度变化。

[0033] 温度传感器

[0034] 图1是根据一些实施例的电路100的视图。在一些实施例中，在温度传感器中使用电路100。

[0035] 基于提供流过电阻器支路130的电流I1的电流源110生成电压V1和V2。为了说明，电阻器支路130包括串联连接的四个电阻器R1、R2、R3和R4。电阻器R1、R2、R3和R4用作分压器。在一些实施例中，电阻器R1、R2、R3和R4中的每个都具有与另一个电阻器相同的电阻值。因此，V1=3*V2。为了说明，电压V1与电压V2的比率被称为RAT。在图1的实例中，RAT=V1/V2=
3。

[0036] 为了说明，使用电阻器支路130。用于电阻器R1、R2、R3或R4中的每个的其他电阻值和/或电阻器支路130的其他配置处在本发明的预期范围内。在一些实施例中，首先确定电压V1和电压V2之间的关系。然后，选择用于电阻器R1、R2、R3和R4中的每个的值，以满足电压V1和V2之间的关系。在一些实施例中，根据比率RAT表示电压V1和V2之间的关系。为了说明，预先确定基于比率RAT的值（诸如3）的电压V1和V2之间的关系。然后，选择电阻器R1、R2、R3和R4中的每个电阻器各自的值，以提供具有值3的比率RAT。参考图3解释在电阻器支路130中使用的不同类型的电阻器。

[0037] 被标记为比较器140的比较器单元接收输入电压V1和输入电压V2、以及输出电压Vo，以生成用于控制包括开关S1和S2的开关网络150的控制信号CTRL。例如，在充电模式下，电压Vo增大，并且比较器140比较电压V1和Vo。当电压Vo达到电压V1时，比较器140生成信号CTRL，以打开开关S1并且闭合S2，从而转换至放电模式。相反，在放电模式下，电压Vo减小，并且比较器140比较电压V2和电压Vo。当电压Vo达到电压V2时，比较器140生成信号CTRL，以打开开关S2并且闭合开关S1，从而转换至充电模式。有效地，当开关S1闭合并且开关S2打开时，电容器C被充电，并且电压Vo增大。在一些实施例中，比较器140将高逻辑值提供给控制信号CTRL，以打开开关S1并且闭合开关S2。相反，当开关S1打开并且开关S2闭合时，电容器C被放电，并且电压Vo减小。在一些实施例中，比较器140将低逻辑值提供给控制信号CTRL，以闭合开关S1并且打开开关S2。控制开关S1和S2的控制信号CTRL的其他值在本发明的预期范围内。

[0038] 开关S1和S2形成开关网络150并且作用于电容器C的端部处的电压Vo，以对电容器C充电和放电。有效地，响应于电容器C的这样的充电和放电，电压Vo改变。例如，在一些实施例中，当开关S1闭合并且开关S2打开时，电压Vo通过电容器C和电流源120的电流I2充电。相反，当开关S1打开并且开关S2闭合时，电压Vo通过电容器C和电流源130的电流I3放电。电流I3平行于电容器C流动。在一些实施例中，电流I1、I2和I3中的每个都具有与其他电流相同的值。为了说明，示出开关网络150的配置。给电压Vo充电和放电的开关网络150的其他配置在本发明的预期范围内。在一些实施例中，电容器C具有基于使用电路100的电路的定时特征确定的电容值。

[0039] 波形

[0040] 图2是根据一些实施例的波形200的图表。波形200表示随着时间的图1中的电压Vo关于电压V1和V2的动作。

[0041] 通过开关S1、S2的操作，控制信号CTRL、电流I2、电容器C和电流I3、电压Vo在电压V1和电压V2之间增大和减小，如图2中所示。例如，当电压Vo处于充电模式时，电压Vo增大。当电压Vo达到电压V1时，开关S2打开并且开关S2闭合。结果，电压Vo改变至放电模式。电压Vo由此减小。当电压Vo达到电压V2时，开关S1闭合并且开关S2打开。结果，电压Vo改变至充电模式。电压Vo由此增大。随着时间，电压Vo在充电模式下继续增大，并且在放电模式下减小，如由波形200所示。

[0042] 温度感应

[0043] 为了说明，P表示电压Vo的持续时间、时间周期、或时间循环。在一些实施例中，在特定温度T下，持续时间P具有特定值。结果，当温度T改变时，持续时间P改变至相应值。例如，温度T1对应于持续时间P1，并且温度T2对应于持续时间P2。当温度从T1改变至T2时，相应持续时间从P1改变至P2。在一些实施例中，获得对应于多个温度T的多个时间周期P，以生成温度T和持续时间P之间的关系。当已知持续时间P时，基于所生成的关系确定相应温度T。基于对应于多个温度T的多个时间周期P的关系被称为多点校准系统。

[0044] 在一些实施例中，在具有一对数据点T1和P1的单点校准中，当时间周期P2例如基于波形200实现时，基于SPICE仿真确定相应温度T2。换句话说，感应或测量温度T2。换句话说，温度从T1到T2的改变被监控和/或测量。

[0045] 特征

[0046] 为了说明，图1中的电阻器R1、R2、R3和R4中的每个都具有电阻值R。电压V1和电压V2之间的电压差被称为d(V1-V2)。电压Vo的改变被称为d(Vo)。对应于第一温度T1改变至第二温度T2的时间的改变被称为dt。有效地，dt是持续时间P1到持续时间P2的改变。在一些实施例中，d(V1-V2)与当温度改变时改变的电阻器R1、R2、R3和R4的电阻值成比例。换句话说，电阻R1、R2、R3和R4中的每个的多个电阻值是温度的函数。

[0047] 在数学上表示为：

[0048] V1-V2=Vo或

[0049] d(V1-V2)=d(V0)或

[0050] d(V1-V2)/dt=d(Vo)/dt

[0051] 而且，

[0052] V1=3R*I

[0053] V2=R*I

[0054] 结果，

[0055] V1–V2=2R*I以及

[0056] d(2R*I)/dt=I/C或

[0057] d(V1-V2)=d(Vo)=dt/C (1)

[0058] 基于以上等式（1），电压Vo的改变取决于时间和电容器C的电容值的改变，而不取决于由于在生成电压V1和V2时使用的电阻器R1、R2、R3和R4的温度导致的改变。换句话说，电压V1或V2中的每个都取决于单个电流I1。结果，由于关于电压V1的温度导致的电流I1的改变通过由于关于电压V2的温度导致的电流I1的改变抵消。而且，在一些实施例中，由于功率纹波导致的电压V1的改变通过由于功率纹波导致的电压V2的改变抵消。

[0059] FinFET中的应用

[0060] 图3是根据一些实施例的FinFET结构300的横截面图。FinFET结构300包括可以代替图1的电路100中的电阻器R1、R2、R3和R4使用的不同类型的电阻器。

[0061] 结构300包括多层。每层包括至少一种类型的电阻器。为了简单起见，在每层中示出一种类型的一个电阻器。例如，衬底310包括第一类型电阻器NWSTI-R和第二类型电阻器NW-R。为了简单起见，示出一个电阻器NWSTI-R和一个电阻器NW-R。在N阱和浅沟槽隔离（STI）之间形成电阻器NWSTI-R。在N阱中形成电阻器NW-R。为了说明，衬底310包括三个鳍。具有不同数量的鳍的衬底310在本发明的预期范围内。

[0062] 浅沟槽隔离层320在衬底310之上。

[0063] 示出金属栅极层330包括金属栅极电阻器金属栅极-R。

[0064] 介电层340包括介电电阻器。在一些实施例中，介电层340包括氮化钛（TiN）。在一些实施例中，介电层中的电阻器被称为电阻器TiN-R。在图中，因为介电层340太小以致不能在介电层340内绘制电阻器TiN-R，在介电层340外部示出电阻器TiN-R。

[0065] 氮化硅（SiN）层350在衬底310的鳍之上。

[0066] 例如，层间介电层（IDL）360包括多个金属层，包括金属层M1至Mx（未标记）。每个金属层都包括一种类型的金属电阻器。例如，金属层M1包括多个金属电阻器M1-R，同时金属层Mx包括多个金属电阻器Mx-R。

[0067] 在一些实施例中，扩散区在被称为OD层的扩散层上。用于连接扩散区和诸如M0层的金属层中的触点的层被称为MoOD层（未示出）。在一些实施例中，M0OD层包括电阻器M0OD-R（未示出）。

[0068] 为了说明，使用FinFET结构300。包括相应电阻器的其他结构在本发明的预期范围内。例如，平面半导体结构在本发明的预期范围内。对于进一步实例，平面结构的每层包括相应类型的电阻器。

[0069] 应用

[0070] 图4A是根据一些实施例的电路400A的视图。在一些实施例中，以类似于电路100的方式，在温度传感器中使用电路400A。

[0071] 为了说明，电压VbeQ1是施加在PNP BJT Q1的基极和发射极之间的电压降。电压VbeQ2是施加在PNP BJT Q2的基极和发射极之间的电压降。电压dVbe是电压VbeQ1和VbeQ2之间的电压差。

[0072] 与电路100相比，在电路400A中，电压Vbg对应于电压V1，并且电压VbeQ2对应于图1中的V2。通过晶体管Q1和Q2的特征，电压VbeQ1和VbeQ2中的每个的值根据相应晶体管Q1和Q2的尺寸改变。结果，电压dVbe根据晶体管Q1和Q2的尺寸而改变。在一些实施例中，晶体管Q1的尺寸是晶体管Q2的尺寸的N倍。晶体管Q1和Q2之间的尺寸关系被称为比率N:1。晶体管Q1和Q2之间的其他尺寸关系在本发明的预期范围内。电流源410提供电流I41以生成电压Vbg。电流源420提供用于晶体管Q2的电流I42。

[0073] 与图1中的电路100相比，R42对应于2R，并且d(Vo)或d(Vbg-VbeQ2)对应于d(V1-V2)。

[0074] 基于等式（1）；

[0075] d(Vo)=d(Vbg-VbeQ2)=dt/C (11)

[0076] 基于等式（11），电压Vo的改变取决于时间dt和电容器C的电容值的改变，而不取决于电阻器R42、电流I41或电流I42、VbeQ1或VbeQ2的温度的改变。

[0077] 图4B是根据一些实施例的电路400B的视图。在一些实施例中，以类似于电路400A的方式，在温度传感器中使用电路400B。

[0078] 为了说明，施加在晶体管Q3和晶体管Q4的基极和发射极之间的电压降分别被称为VbeQ3和VbeQ4。与电路400A相比，在电路400B中，NPNBJT Q3和Q4分别代替图4A中的PNP BJT Q1和Q2。电压VbeQ4对应于电压VbeQ2。电压Vbg2对应于电压Vbg。电压VbeQ4和Vbg2之间的电压差被称为dVbe2。

[0079] 基于等式（11）：

[0080] d(Vo)=dVbe2=VbeQ4-Vbg2=dt/C (16)

[0081] 基于等式（16），电压Vo的改变取决于时间dt和电容器C的电容值的改变，而不取决于电阻器R42、电流I41或电流I42、VbeQ3或VbeQ4的温度的改变。

[0082] 图5A是根据一些实施例的电路500A的视图。在一些实施例中，以类似于电路100的方式，在温度传感器中使用电路500A。

[0083] 为了说明，电压VsgM1和电压VsgM2分别是施加在PMOS晶体管M1和PMOS晶体管M2的源极和栅极之间的电压降。与电路400A相比，在电路500A中，电压VsgM2对应于图4A中的电压VbeQ2，并且电压Vbgm对应于电压Vbg。

[0084] 电压dVsg是电压VsgM1和VsgM2之间的电压差。通过晶体管M1和M2的特征，电压VsgM1和VsgM2中的每个的值根据相应晶体管M1和M2的尺寸而改变。结果，电压dVsg根据晶体管M1和M2的尺寸而改变。在一些实施例中，晶体管M1的尺寸是晶体管M2的尺寸的L倍。晶体管M1和M2之间的尺寸关系被称为比率L:1。

[0085] 与图4A中的电路400A相比，d(Vo)或d(Vbgm-Vsgm2)对应于d(Vbg-VbeQ2)。

[0086] 基于等式（11）：

[0087] d(Vo)=d(Vbgm-Vsgm2)=dt/C(21)

[0088] 基于等式（21），电压Vo的改变取决于时间和电容器C的电容值的改变，而不取决于电阻器R42、电流I41或电流I42、或者Vsgm1或Vsgm2的温度的改变。

[0089] 图5B是根据一些实施例的电路500B的视图。在一些实施例中，以类似于电路500A的方式，在温度传感器中使用电路500B。

[0090] 为了说明，施加在晶体管M3和晶体管M4的栅极和源极之间的电压降分别被称为VgsM3和VgsM4。与电路500A相比，在电路500B中，NMOS晶体管M3和M4分别代替图5A中的PMOS晶体管M1和M2。电压VgsM4对应于电压Vbgm。电压Vbgm2对应于电压VgsM2。电压VgsM4和Vbgm2之间的电压差被称为dVsg2。

[0091] 基于等式（11）：

[0092] d(Vo)=dVsg2=VgsM4-Vbgm2=dt/C (26)

[0093] 基于等式（26），电压Vo的改变取决于时间dt和电容器C的电容值的改变，而不取决于电阻器R42、电流I41或电流I42、VgsM3或VgsM4的温度的改变。

[0094] 关于电路100的多种实施例比使用MOS晶体管的其他方法更有利。例如，多种实施例不经受另外由MOS晶体管中的电流源失配而引生的电流变化。多种实施例不具有例如在其他方法中另外需要由消波技术抵消的噪声。而且，在本发明的多种实施例中，使用单个电阻器支路生成电压V1和/或V2，以提供电压Vo。从而，根据本发明的多种实施例获取温度的技术被称为电阻热感应。

[0095] 在一些实施例中，在平面或FinFET半导体结构中使用电路100。换句话说，本发明的技术与平面和FinFET工艺两者兼容。例如，在一些实施例中，电路100由FinFET工艺构造。诸如电流源110的电流源通过晶体管实现。基于FinFET技术，与当晶体管由另一种技术构造时的阻抗相比，被用作电流源110的晶体管的阻抗增大。结果，比较器140的增益带宽也增大。在一些实施例中，电路400A、400B、500A和/或500B使用FinFET工艺制造，并且从而具有与电路100类似的优点。

[0096] 由于半导体结构的每层包括不同类型的电阻器，由此可将本发明的多种实施例中的技术应用于监控不同层中的温度变化以及半导体结构的不同深度。而且，在相同电阻器支路130中生成电压V1和V2。结果，一个电压的温度的变化由另一个电压的温度的变化抵消。相反，在其他方法中，在两个不同支路中生成可与电压V1和V2相比的两个电压。在那些方法中，在不同支路中可能出现电流失配。结果，在那些方法中，一个电压的温度的变化不由另一个电压的温度的变化抵消。而且，在基于BJT的其他方法中，在衬底中形成BJT，并且在其他层中不形成BJT。结果，那些方法中的感应技术仅适用于衬底，不适用于半导体结构的其他层。在一些实施例中，电路100可用于探测衬底内的一层和/或多个互连层处的温度变化，其也公知为后段工艺（BEOL）层。在一些实施例中，电路400A、400B、500A和500B可用于探测衬底内的一层处的温度变化。

[0097] 如图1中所示，电路100用作单个电阻器支路。结果，操作VDD中的1/f噪声被抵消，从而避免了用于抵消1/f噪声的消波技术的电路和管芯区域。

[0098] 而且，本发明的多种实施例比使用BJT的其他方法更有利。例如，多种实施例的操作电压VDD不受BJT的正向结限制。结果，多种实施例的操作电压VDD的值低于0.7V。相反，在使用BJT的方法中，相关电路的操作电压VDD受BJT的正向结限制，并且不能低于0.7V。相反，在一些实施例中，电路100、500A和500B不具有该正向结偏压限制。

[0099] 在一些实施例中，获取在不同相应温度T下的图2中的电压Vo的时间周期P，以生成时间周期P和温度T之间的关系。结果，给出诸如时间周期Pi的时间周期，基于该关系确定例如相应温度Ti。

[0100] 方法

[0101] 图6是根据一些实施例的方法600的流程图。方法600示出图1中的电路100的操作。

[0102] 在操作605中，确定电压V1和V2之间的电压差d(V1-V2)。在一些实施例中，电压差d(V1-V2)由比率RAT表示。例如，选择具有预定数量3的比率RAT。换句话说，电压V1的值是电压V2的值的三倍。电压V1和V2之间的不同关系在本发明的预期范围内。

[0103] 在操作610中，确定电阻器R1、R2、R3和R4中的每个的值，以基于差d(V1-V2)和/或比率RAT提供电压V1和V2。为了说明，电阻器R1、R2、R3和R4中的每个被选择为具有相等电阻值R，以满足所示的比率RAT为3。

[0104] 在操作615中，在多个温度T下获取多个电压Vo。换句话说，获得用于电压Vo和温度T的多个数据点。在对应于温度T的特定数据点处，电压Vo如由图2中的波形200解释的那样表现。电压Vo还具有相应时间周期P。基于温度T和相应时间周期P的多个数据点，建立温度T和时间周期P之间的关系。为了说明，该关系被称为关系REL。在一些实施例中，基于多个数据点建立关系REL被称为多点校准。相反，如果对应于一个温度和一个时间周期的一个数据点被用于确定关系REL，获得关系REL则被称为一点校准。

[0105] 在操作620中，当在特定应用中使用电路100时，例如，获得具有应用周期PA的电压Vo。基于应用周期PA和关系REL，获得例如相应温度。换句话说，感应到温度TA。可替换地，基于温度TA和关系REL，获取相应PA。

[0106] 在一些实施例中，电路100在诸如室温的已知温度下操作，例如，温度为25℃。从而，电路100在25℃下提供已知时间周期P。当室内的温度改变时，时间周期P改变。基于改变的周期P和关系REL，确定或感应室内的改变后的温度。换句话说，使用电路100来监控或感应温度改变或温度变化。在一些实施例中，在一点校准系统中，从改变后的周期P和SPICE仿真获得感应温度变化。

[0107] 为了说明，图6使用电路100。关于图4A中的电路400A，操作615和620类似，其中，电压Vbg和VbeQ2代替图1中的相应电压V1和V2。同样地，关于图4B中的电路400B，操作615和620类似，其中，电压VbeQ4和Vbg2代替相应电压V1和V2。关于图5A中的电路500A，操作615和
620类似，其中，电压Vbgm和VsgM2代替相应电压V1和V2。关于图5B中的电路500B，操作615和
620类似，其中，电压VgsM4和VBgm2代替相应电压V1和V2。

[0108] 在一些实施例中，电路包括比较器单元和开关网络。比较器单元被配置成接收电压节点的第一电压值、第二电压值、以及第三电压值，并且提供控制信号。开关网络包括电压节点，并且被配置成基于控制信号在第一条件或第二条件下操作。基于第一条件，电压节点被配置成使电压值增大至第一电压值。基于第二条件，电压节点被配置成使电压降低至第二电压值。

[0109] 在一些实施例中，电路包括电阻支路、比较器单元和开关网络。电阻支路被配置成接收电流，并且提供第一电压值和第二电压值。比较器单元被配置成接收第一电压值、第二电压值、以及电压节点的电压值，并且提供控制信号。开关网络包括电压节点，并且被配置成基于控制信号在第一条件或第二条件下操作。基于第一条件，电压节点被配置成使电压值增大至第一电压值。基于第二条件，电压节点被配置成使电压值降低至第二电压值。

[0110] 在一些实施例中，公开了一种方法。将电压充电至第一电压值，并且放电至第二电压值，以获取电压的时间周期。建立电压的时间周期和温度之间的关系。基于已知时间周期和关系，获取对应于已知时间周期的温度。可替换地，基于已知温度和关系，获取对应于已知温度的时间周期。

[0111] 已经描述的多个实施例。然而，将理解，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以做出多种修改。例如，被示出为特定掺杂类型（例如，N型或P型金属氧化物半导体（NMOS或PMOS））的多种晶体管被用于说明目的。本发明的实施例不限于特定类型。选择用于特定晶体管的不同掺杂类型处在多种实施例的范围内。在以上说明中使用的多种信号的低或高逻辑值也被用于说明。当信号被激活和/或去激活时，多种实施例不限于特定逻辑值。选择不同逻辑值在多种实施例的范围内。在多种实施例中，晶体管用作开关。代替晶体管使用的开关电路在多种实施例的范围内。在多种实施例中，晶体管的源极可以被配置成漏极，并且漏极可以被配置成源极。

[0112] 为了说明，多个图示出离散的电阻器和电容器。可以使用等效电路。例如，可以使用电阻器件、电路或网络（例如，电阻器、电阻器件、电路等的组合）代替电阻器。类似地，可以使用电容器件、电路或网络（例如，电容器、电容器件、电路等的结合）代替电容器。

[0113] 以上说明包括示例性步骤，但是步骤不必以所示顺序执行。根据所披露的实施例的精神和范围，当合适时，可以添加、替换、改变顺序、和/或删除步骤。

标题	发布/更新时间	阅读量
氧传感器-专利编号CN104950029B	2020-05-11	999
湿度传感器-专利编号CN105486729A	2020-05-12	491
传感器装置-专利编号CN1738725A	2020-05-12	657
数字传感器-专利编号CN108291844A	2020-05-13	200
氧传感器-专利编号CN104950029A	2020-05-11	1031
压力传感器-专利编号CN110763393A	2020-05-13	914
传感器设备-专利编号CN105940316B	2020-05-13	1059
传感器设备-专利编号CN105940316A	2020-05-11	732
传感器组件-专利编号CN102713595B	2020-05-12	504
化学传感器-专利编号CN109564159A	2020-05-11	144

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