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熱檢測電路.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610384182.6

申請日:

2016.06.02

公開號:

CN106257427A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 11/30申請日:20160602|||公開
IPC分類號: G06F11/30; H03K17/687 主分類號: G06F11/30
申請人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
發明人: 洪照俊; 劉思麟
地址: 中國臺灣新竹
優先權: 2015.06.17 US 62/181,102; 2015.11.19 US 14/946,559
專利代理機構: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409 代理人: 章社杲;李偉
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610384182.6

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

一種熱檢測電路。本發明的實施例公開了一種電路,電路包括第一差分輸入對和第二差分輸入對。第一差分輸入對根據第二差分輸入對的輸出而激活,并且接收第一與溫度相關的電壓和輸出信號。第二差分輸入對根據第一差分輸入對的輸出而激活,并且接收第二與溫度相關的電壓和輸出信號。開關電路根據第一差分輸入對的輸出來將電容元件連接至第一電源電壓,并且根據第二差分輸入對的輸出來將電容元件連接至第二電源電壓,以生成輸出信號。本發明還提供了一種操作電路的方法。

權利要求書

1.一種電路,包括:
第一差分輸入對和第二差分輸入對,其中
所述第一差分輸入對被配置為根據所述第二差分輸入對的輸出而激活,并且被配置為
接收第一與溫度相關的電壓和輸出信號,和
所述第二差分輸入對被配置為根據所述第一差分輸入對的輸出而激活,并且被配置為
接收第二與溫度相關的電壓和所述輸出信號;以及
開關電路,被配置為:根據所述第一差分輸入對的輸出來將電容元件連接至第一電源
電壓,并且根據所述第二差分輸入對的輸出來將所述電容元件連接至第二電源電壓,以生
成所述輸出信號。
2.根據權利要求1所述的電路,還包括:
至少一個轉換電路,被配置為:響應于所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸
入對的輸出中的至少一個,生成用于控制所述開關電路并且交替激活所述第一差分輸入對
和所述第二差分輸入對的至少一個控制信號。
3.根據權利要求2所述的電路,其中,所述至少一個轉換電路包括至少一個反相器,所
述至少一個反相器被配置為將所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出
中的至少一個反相,以生成所述至少一個控制信號。
4.根據權利要求2所述的電路,其中,所述至少一個轉換電路包括至少一個開關,所述
至少一個開關被配置為根據所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出中
的至少一個而閉合,以生成所述至少一個控制信號。
5.根據權利要求2所述的電路,還包括:
第一開關單元,被配置為根據所述至少一個控制信號而閉合以將所述第一差分輸入對
連接至提供工作電壓的第一有源負載;以及
第二開關單元,被配置為根據所述至少一個控制信號而閉合以將所述第二差分輸入對
連接至提供工作電壓的第二有源負載。
6.一種電路,包括:
感測電路,被配置為生成至少一個與溫度相關的電壓;
第一比較電路,被配置為對來自所述感測電路的第一與溫度相關的電壓與在連接至電
容元件的節點處生成的輸出信號進行比較,從而生成第一控制信號;
第二比較電路,被配置為對來自所述感測電路的第二與溫度相關的電壓與所述輸出信
號進行比較,從而生成第二控制信號,其中,所述第一比較電路被配置為響應于所述第二控
制信號而激活,并且所述第二比較電路被配置為響應于所述第一控制信號而激活;以及
開關電路,被配置為響應于所述第一控制信號和所述第二控制信號,將所述電容元件
交替連接至第一電源電壓和第二電源電壓,以交替地對所述電容元件進行充電和放電,從
而生成所述輸出信號。
7.根據權利要求6所述的電路,其中:
所述第一比較電路包括第一差分輸入對,所述第一差分輸入對被配置為接收所述第一
與溫度相關的電壓和所述輸出信號,并且生成第一中間信號,以及
所述第二比較電路包括第二差分輸入對,所述第二差分輸入對被配置為接收所述第二
與溫度相關的電壓和所述輸出信號,并且生成第二中間信號。
8.根據權利要求7所述的電路,還包括:
第一轉換電路,被配置為響應于所述第一中間信號而生成所述第一控制信號;以及
第二轉換電路,被配置為響應于所述第二中間信號而生成所述第二控制信號。
9.一種操作電路的方法,包括:
響應于第一控制信號,對來自感測電路的第一與溫度相關的電壓與在連接至電容元件
的節點處生成的輸出信號進行比較,從而生成第二控制信號;
響應于所述第二控制信號,對來自所述感測電路的第二與溫度相關的電壓與所述輸出
信號進行比較,從而生成所述第一控制信號;以及
響應于所述第一控制信號和所述第二控制信號,通過開關電路交替地對所述電容元件
進行充電和放電,從而生成所述輸出信號。
10.根據權利要求9所述的方法,其中,
比較所述第一與溫度相關的電壓與所述輸出信號還包括:
通過所述第一控制信號來激活第一差分輸入對以接收所述第一與溫度相關的電壓和
所述輸出信號,并且生成第一中間信號以作為響應;以及
比較所述第二與溫度相關的電壓與所述輸出信號還包括:
通過所述第二控制信號來激活第二差分輸入對以接收所述第二與溫度相關的電壓和
所述輸出信號,并且生成第二中間信號以作為響應。

說明書

熱檢測電路

相關申請的交叉參考

本申請要求于2015年6月17日提交的美國臨時申請第62/181,102號的優先權,其
內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明總體涉及電子電路領域,更具體地,涉及熱檢測電路。

背景技術

熱性能正成為包括例如集成電路(IC)的半導體器件的重要特性。半導體器件在不
同的溫度下的表現不同。例如,溫度對集成電路的效應顯著影響集成電路的操作特性。此
外,除非監測熱量,否則由于高溫,擴散進集成電路中的熱量會導致可靠性問題。

發明內容

根據本發明的一個方面,提供了一種電路,包括:第一差分輸入對和第二差分輸入
對,其中所述第一差分輸入對被配置為根據所述第二差分輸入對的輸出而激活,并且被配
置為接收第一與溫度相關的電壓和輸出信號,和所述第二差分輸入對被配置為根據所述第
一差分輸入對的輸出而激活,并且被配置為接收第二與溫度相關的電壓和所述輸出信號;
以及開關電路,被配置為:根據所述第一差分輸入對的輸出來將電容元件連接至第一電源
電壓,并且根據所述第二差分輸入對的輸出來將所述電容元件連接至第二電源電壓,以生
成所述輸出信號。

優選地,該電路還包括:至少一個轉換電路,被配置為:響應于所述第一差分輸入
對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出中的至少一個,生成用于控制所述開關電路并且交
替激活所述第一差分輸入對和所述第二差分輸入對的至少一個控制信號。

優選地,所述至少一個轉換電路包括至少一個反相器,所述至少一個反相器被配
置為將所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出中的至少一個反相,以生
成所述至少一個控制信號。

優選地,所述至少一個轉換電路包括至少一個開關,所述至少一個開關被配置為
根據所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出中的至少一個而閉合,以生
成所述至少一個控制信號。

優選地,該電路還包括:第一開關單元,被配置為根據所述至少一個控制信號而閉
合以將所述第一差分輸入對連接至提供工作電壓的第一有源負載;以及第二開關單元,被
配置為根據所述至少一個控制信號而閉合以將所述第二差分輸入對連接至提供工作電壓
的第二有源負載。

優選地,所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出交叉鎖存。

優選地,該電路還包括:第一開關單元,被配置為根據所述第二差分輸入對的輸出
而將所述第一差分輸入對連接至第一有源負載,以激活所述第一差分輸入對;以及第二開
關單元,被配置為根據所述第一差分輸入對的輸出而將所述第二差分輸入對連接至第二有
源負載,以激活所述第二差分輸入對。

根據本發明的另一方面,提供了一種電路,包括:感測電路,被配置為生成至少一
個與溫度相關的電壓;第一比較電路,被配置為對來自所述感測電路的第一與溫度相關的
電壓與在連接至電容元件的節點處生成的輸出信號進行比較,從而生成第一控制信號;第
二比較電路,被配置為對來自所述感測電路的第二與溫度相關的電壓與所述輸出信號進行
比較,從而生成第二控制信號,其中,所述第一比較電路被配置為響應于所述第二控制信號
而激活,并且所述第二比較電路被配置為響應于所述第一控制信號而激活;以及開關電路,
被配置為響應于所述第一控制信號和所述第二控制信號,將所述電容元件交替連接至第一
電源電壓和第二電源電壓,以交替地對所述電容元件進行充電和放電,從而生成所述輸出
信號。

優選地,所述第一比較電路包括第一差分輸入對,所述第一差分輸入對被配置為
接收所述第一與溫度相關的電壓和所述輸出信號,并且生成第一中間信號,以及所述第二
比較電路包括第二差分輸入對,所述第二差分輸入對被配置為接收所述第二與溫度相關的
電壓和所述輸出信號,并且生成第二中間信號。

優選地,該電路還包括:第一轉換電路,被配置為響應于所述第一中間信號而生成
所述第一控制信號;以及第二轉換電路,被配置為響應于所述第二中間信號而生成所述第
二控制信號。

優選地,所述第一轉換電路包括第一反相器,所述第一反相器被配置為接收所述
第一中間信號并且輸出所述第一控制信號,或所述第二轉換電路包括第二反相器,所述第
二反相器被配置為接收所述第二中間信號并且輸出所述第二控制信號。

優選地,所述第一轉換電路包括被配置為根據所述第一中間信號而閉合以輸出所
述第一控制信號的開關,或所述第二轉換電路包括被配置為根據所述第二中間信號而閉合
以輸出所述第二控制信號的開關。

優選地,該電路還包括:第一開關單元,被配置為根據所述第二控制信號而閉合,
以將所述第一差分輸入對連接至提供工作電壓的第一有源負載,以及第二開關單元,被配
置為根據所述第一控制信號而閉合,以將所述第二差分輸入對連接至提供工作電壓的第二
有源負載。

優選地,所述第一差分輸入對的輸出和所述第二差分輸入對的輸出交叉鎖存。

優選地,所述第一差分輸入對的一個輸出端和所述第二差分輸入對的一個輸出端
鎖存。

根據本發明的又一方面,提供了一種方法,包括:響應于第一控制信號,對來自感
測電路的第一與溫度相關的電壓與在連接至電容元件的節點處生成的輸出信號進行比較,
從而生成第二控制信號;響應于所述第二控制信號,對來自所述感測電路的第二與溫度相
關的電壓與所述輸出信號進行比較,從而生成所述第一控制信號;以及響應于所述第一控
制信號和所述第二控制信號,通過開關電路交替地對所述電容元件進行充電和放電,從而
生成所述輸出信號。

優選地,比較所述第一與溫度相關的電壓與所述輸出信號還包括:通過所述第一
控制信號來激活第一差分輸入對以接收所述第一與溫度相關的電壓和所述輸出信號,并且
生成第一中間信號以作為響應;以及比較所述第二與溫度相關的電壓與所述輸出信號還包
括:通過所述第二控制信號來激活第二差分輸入對以接收所述第二與溫度相關的電壓和所
述輸出信號,并且生成第二中間信號以作為響應。

優選地,該方法還包括:將所述第一中間信號轉換為所述第二控制信號;以及將所
述第二中間信號轉換為所述第一控制信號。

優選地,激活所述第一差分輸入對還包括:閉合開關單元以將所述第一差分輸入
對連接至提供工作電壓的有源負載。

優選地,交替地對所述電容元件進行充電和放電還包括:通過所述第一控制信號
來控制所述開關電路,以將所述電容元件連接至第一電源電壓;以及通過所述第二控制信
號來控制所述開關電路,以將所述電容元件連接至第二電源電壓。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時,根據下面詳細的描述可以最佳地理解本發明的各個方
面。應該注意,根據工業中的標準實踐,各種部件沒有被按比例繪制。實際上,為了清楚的討
論,各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。

圖1是根據本發明的一些實施例的檢測電路的框圖;

圖2是示出了根據本發明的一些實施例的圖1中示出的輸出電壓Vo的變化的波形
圖;

圖3是根據本發明的一些實施例的圖1中的控制電路的電路圖;

圖4是示出了根據本發明的一些實施例的圖3中的控制電路的操作的方法的流程
圖;以及

圖5A和圖5B均為根據本發明的各個實施例的與圖3中的比較電路相關聯的轉換電
路的電路圖。

具體實施方式

以下公開內容提供了許多不同實施例或實例,用于實現所提供主題的不同特征。
以下將描述組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然,這些僅是實例并且不意欲限制本
發明。例如,在以下描述中,在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部
件直接接觸的實施例,也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部
件和第二部件不直接接觸的實施例。而且,本發明在各個實例中可以重復參考數字和/或字
母。這種重復僅是為了簡明和清楚,其自身并不表示所論述的各個實施例和/或配置之間的
關系。

本說明書中使用的術語通常具有其在本領域中以及在使用每一個術語的具體的
內容中的普通含義。本說明書中使用的實例,包括本文所討論的任何術語的實例,僅是示例
性的,并且絕不是限制本發明的或任何示例性術語的范圍和意義。同樣,本發明不限于本說
明書中給出的各個實施例。

盡管本文可以使用術語“第一”、“第二”等以描述各個元件,但是這些元件不應被
這些術語限制。這些術語用于將一個元件與另一個元件區別開。例如,在不背離本發明的范
圍的情況下,可以將第一元件叫做第二元件,并且類似地,可以將第二元件叫做第一元件。
如本文所使用的,術語“和/或”包括一個或多個所列的相關聯項目的任何以及所有的組合。

圖1是根據本發明的一些實施例的檢測電路100的框圖。在一些實施例中,檢測電
路100應用在熱/溫度傳感器或熱/溫度檢測電路中。如在圖1中示例性地示出,檢測電路100
包括感測電路110、控制電路120、開關電路130和電容器C。

感測電路110被配置為基于提供電流I1的電流源102來生成與溫度相關的電壓V1
和V2。在一些實施例中,感測電路110包括串聯連接并且用作分壓器的感測元件(未示出)。
在連接兩個感測元件的相應的節點處生成與溫度相關的電壓V1和V2。

在一些實施例中,例如,通過包括例如氮化鈦(TiN)電阻器、多晶硅柵極電阻器
(poly gate resistor)、金屬電阻器、n阱電阻器、注入(implant)電阻器等或它們的組合的
電阻器來實現感測電路110中的感測元件。在其他的一些實施例中,通過例如包括金屬氧化
物半導體(MOS)晶體管、雙極結型晶體管(BJT)等或它們的組合的晶體管來實現感測電路
110中的感測元件。為了說明的目的給出前述器件以實現感測元件。各種類型的感測元件都
在本發明所考慮的范圍內。

控制電路120被配置為接收與溫度相關的電壓V1和V2并且接收輸出電壓Vo以生成
控制信號CTRL1和CTRL2。控制信號CTRL1和CTRL2被配置為控制開關電路130。

開關電路130在節點Q處連接至電容器C。開關電路130被配置為:響應于控制信號
CTRL1,將電容器C連接至電源電壓VDD,或者響應于控制信號CTRL2,將電容器C連接至地電
壓GND,以在節點Q處生成輸出電壓Vo。

在一些實施例中,通過例如MOS電容器、金屬-氧化物-金屬(MOM)電容器、金屬-絕
緣體-金屬(MIM)電容器或它們的組合來實現電容器C。在其他的一些實施例中,通過包括例
如電解電容器、陶瓷電容器、鉭電容器或它們的組合的復合型電容器來實現電容器C。為了
說明的目的給出前述器件以實現電容器C。各種類型的電容元件都在本發明所考慮的范圍
內。

如在圖1中示例性地示出,在一些實施例中,開關電路130包括開關S1和S2。開關S1
和S2分別由控制信號CTRL1和CTRL2控制,從而交替導通以對電容器C進行充電和放電。有效
地,輸出電壓Vo響應于電容器C的充電和放電而變化。

在一些實施例中,如圖1所示,開關S1連接在電源電壓VDD與提供電流I2的電流源
104之間。在不同實施例中,開關S1連接在電流源104與節點Q之間。此外,在一些實施例中,
如圖1所示,開關S2連接在地電壓GND與提供電流I3的電流源106之間。在不同實施例中,開
關S2連接在電流源106與節點Q之間。因此,為了說明的目的給出了圖1中的開關電路130的
配置。開關電路130的不同配置都在本發明所考慮的范圍內。

圖2是示出了根據本發明的一些實施例的圖1中示出的輸出電壓Vo的變化的波形
圖200。如圖2示例性地示出,波形200表示圖1中的輸出電壓Vo隨時間而相對于與溫度相關
的電壓V1和V2的變化。

對于圖1和圖2中的說明,在充電模式中,控制電路120生成控制信號CTRL1以使開
關S1閉合,而開關S2斷開。因此,電容器C通過開關S1連接至電源電壓VDD,并且由提供電流
I2的電流源104進行充電。結果,輸出電壓Vo增加。

當輸出電壓Vo增加到達至與溫度相關的電壓V1時,控制電路120變為放電模式,并
且生成控制信號CTRL2以用于使開關S2閉合,而開關S1斷開。因此,電容器C通過開關S2連接
至地電壓GND,并且通過提供電流I3的電流源106進行放電。結果,輸出電壓Vo減小。當輸出
電壓Vo減小到達至與溫度相關的電壓V2時,控制電路120再次變為充電模式。

隨著時間流逝,開關S1和S2響應于控制信號CTRL1和CTRL2而交替閉合,以交替地
對電容器C進行充電和放電。因此,如波形200所示,輸出電壓Vo在充電模式中增加而在放電
模式中減小。

對于圖2中的說明,ΔP表示輸出電壓Vo的時間周期。在一些實施例中,在特定的溫
度T下,時間周期ΔP具有特定的值。當溫度T改變時,時間周期ΔP變為對應的值。因此,當時
間周期基于波形200實現時,確定對應的溫度。結果,能夠感測或測量對應的溫度。或者說,
監測和/或測量一個溫度到另一溫度的變化。

圖3主要示出了根據本發明的一些實施例的圖1中的控制電路120的電路圖。為了
方便說明和完全理解,圖3中的控制電路120與圖1中的開關電路130和電容器C一起示出。如
圖3示例性地示出,控制電路120包括比較電路210和220。比較電路210被配置為響應于控制
信號CTRL1而激活,并且被配置為比較與溫度相關的電壓V1與輸出電壓Vo。比較電路220被
配置為響應于控制信號CTRL2而激活,并且被配置為比較與溫度相關的電壓V2與輸出電壓
Vo。如以上所述,開關S1響應于控制信號CTRL1而交替閉合,而開關S2響應于控制信號CTRL2
而交替閉合。在一些實施例中,通過運算放大器來實現比較電路210和220。用于實現比較電
路210和220的不同器件都在本發明所考慮的范圍內。

對于圖3中的說明,在一些實施例中,比較電路210包括差分輸入對212,并且比較
電路220包括差分輸入對222。差分輸入對212連接至節點Q處的電容器C并且連接至圖1中的
感測電路110。差分輸入對212接收與溫度相關的電壓V1和輸出電壓Vo。差分輸入對212響應
于與溫度相關的電壓V1和輸出電壓Vo而生成中間信號VX。為了說明,中間信號VX表明差分
輸入對212的輸出電壓,和/或表明差分輸入對212的輸出端A和B之間的電壓差。

差分輸入對222連接至節點Q處的電容器C并且連接至圖1中的感測電路110。差分
輸入對222接收并且比較與溫度相關的電壓V2和輸出電壓Vo。差分輸入對222響應于與溫度
相關的電壓V2和輸出電壓Vo而生成中間信號VY。為了說明,中間信號VY表明差分輸入對222
的輸出電壓,和/或表明差分輸入對222的輸出端C和D之間的電壓差。

為了說明,在一些實施例中,差分輸入對212包括兩個NMOS晶體管M11和M12以及提
供電流I4的電流源213。NMOS晶體管M11和M12的柵極被配置為分別接收與溫度相關的電壓
V1和輸出電壓Vo。NMOS晶體管M11和M12的漏極分別被配置為輸出端A和B。NMOS晶體管M11和
M12的源極連接至電流源213。利用與溫度相關的電壓V1和輸出電壓Vo,NMOS晶體管M11和
M12分別導通,并且在輸出端A和B處相應生成電壓。根據輸出端A和B處的電壓,生成表明輸
出端A和B之間的電壓差的中間信號VX。

相應地,在一些實施例中,差分輸入對222包括兩個PMOS晶體管M21和M22以及提供
電流I5的電流源223。PMOS晶體管M21和M22的柵極被配置為分別接收輸出電壓Vo和與溫度
相關的電壓V2。PMOS晶體管M21和M22的漏極分別被配置為輸出端D和C。PMOS晶體管M21和
M22的源極連接至電流源223。利用輸出電壓Vo和與溫度相關的電壓V2,PMOS晶體管M21和
M22分別導通,并且在輸出端D和C處相應生成電壓。根據輸出端D和C處的電壓,生成表明輸
出端D和C之間的電壓差的中間信號VY。

為了說明的目的,給出了圖3中所示的差分輸入對212和222的配置。差分輸入對
212和222的不同配置都在本發明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,差分輸入對212
和22中的每一個都是被配置為接收全擺幅差分輸入的全擺幅差分輸入對。

在一些實施例中,如圖3所示,控制電路120還包括轉換電路230和240。轉換電路
230被配置為響應于來自差分輸入對212的中間信號VX而生成控制信號CTRL2。轉換電路240
被配置為響應于來自差分輸入對222的中間信號VY而生成控制信號CTRL1。在其他實施例
中,轉換電路230將中間信號VX轉換為控制信號CTRL2,和/或轉換電路240將中間信號VY轉
換為控制信號CTRL1。

在一些實施例中,轉換電路230是相位調整電路,并且通過調整中間信號VX的相位
來將中間信號VX轉換為控制信號CTRL2。為了說明,通過轉換電路230使中間信號VX的相位
反相,并且輸出反相的中間信號VX以作為控制信號CTRL2。在一些實施例中,轉換電路240是
相位調整電路,并且通過調整中間信號VY的相位來將中間信號VY轉換為控制信號CTRL1。為
了說明,通過轉換電路240使中間信號VY的相位反相,并且輸出反相的中間信號VY以作為控
制信號CTRL1。

為了說明的目的給出了圖3中的轉換電路的數目。圖3中的轉換電路的不同數目都
在本發明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,控制電路120中需要單個轉換電路。在這
種實施例中,單個轉換電路響應于中間信號VX而生成控制信號CTRL2,并且還響應于中間信
號VY而生成控制信號CTRL1。在可選的實施例中,省略圖3中的轉換電路230和240,因此,例
如,如圖5A和圖5B所示,將中間信號VX和VY分別配置作為控制信號CTRL2和CTRL1。

此外,為了說明的目的還給出了圖3中的轉換電路的配置。圖3中的轉換電路的不
同配置都在本發明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,將轉換電路230配置在比較電
路210中,和/或將轉換電路240配置在比較電路220中。

如圖3示例性地示出,在一些實施例中,比較電路210還包括開關單元214,和/或比
較電路220還包括開關單元224。開關單元214被配置為通過控制信號CTRL1來閉合,以將差
分輸入對212連接至提供工作電壓的有源負載216。開關單元224被配置為通過控制信號
CTRL2來閉合,以將差分輸入對222連接至提供工作電壓的有源負載226。

對于圖3中的說明,在一些實施例中,開關單元214包括開關S11和S12,并且開關單
元224包括開關S21和S22。開關S11連接在輸出端A與有源負載216之間。開關S12連接在輸出
端B與有源負載216之間。通過控制信號CTRL1來控制開關S11和S12的閉合或斷開。開關S21
連接在輸出端C與有源負載226之間。開關S22連接在輸出端D與有源負載226之間。通過控制
信號CTRL2來控制開關S21和S22的閉合或斷開。

為了說明的目的,給出了開關單元214和/或開關單元224的配置。開關單元214和/
或開關單元224的不同配置都在本發明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,開關單元
214連接在有源負載216與電源電壓VDD之間。又例如,在不同實施例中,開關單元224連接在
有源負載226與地電壓GND之間。

對于圖3中的說明,在一些實施例中,有源負載216包括兩個PMOS晶體管MP1和MP2。
PMOS晶體管MP1和MP2被電壓VB1偏置,并且分別連接至開關S11和S12。在一些實施例中,有
源負載226包括兩個NMOS晶體管MN1和MN2。NMOS晶體管MN1和MN2被電壓VB2偏置,并且分別
連接至開關S21和S22。

為了說明的目的,給出了有源負載216和/或有源負載226的配置。有源負載216和/
或有源負載226的不同配置都在本發明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,有源負載
216包括交叉連接的兩個PMOS晶體管。對于交叉連接的兩個PMOS晶體管的說明,第一PMOS晶
體管的柵極連接至第二PMOS晶體管的漏極,第一PMOS晶體管的漏極連接至第二PMOS晶體管
的柵極,并且第一和第二PMOS晶體管的源極配置為接收電源電壓。又例如,在不同實施例
中,有源負載226包括交叉連接的兩個NMOS晶體管。

為了說明的目的給出了圖3中的控制電路120的配置。控制電路120的不同配置都
在本發明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,有源負載216和開關單元214被配置為在
比較電路210的外部,和/或有源負載226和開關單元224被配置為在比較電路220的外部。在
可選的實施例中,將有源負載216和開關單元214與轉換電路230集成,和/或將有源負載226
和開關單元224與轉換電路240集成。

圖4是示出了根據本發明的一些實施例的圖3中的控制電路120的操作的方法400
的流程圖。方法400包括以下參考圖2和圖3所描述的操作S402至S412。

在操作S402中,差分輸入對222比較與溫度相關的電壓V2與輸出電壓Vo,以生成中
間信號VY。

在操作S404中,轉換電路240將中間信號VY轉換為控制信號CTRL1以使開關S1以及
開關S11和S12斷開。根據開關S11和S12的斷開,差分輸入對212禁止。

在一些實施例中,通過調整中間信號VY的相位來轉換中間信號VY,以生成控制信
號CTRL1。在其他的一些實施例中,通過放大中間信號VY來轉換中間信號VY,以生成控制信
號CTRL1。為了說明的目的給出轉換中間信號VY的前述方法。轉換中間信號VY的不同方法都
在本發明所考慮的范圍內。

在操作S406中,當輸出電壓Vo小于或達到與溫度相關的電壓V2時,轉換電路240輸
出控制信號CTRL1(從中間信號VY轉換而來)以使開關S1以及開關S11和S12閉合。在開關S11
和S12閉合的情況下,相應地激活差分輸入對212。

在操作S408中,差分輸入對212比較與溫度相關的電壓V1與輸出電壓Vo,以生成中
間信號VX。

在操作S410中,轉換電路230將中間信號VX轉換為控制信號CTRL2以使開關S2以及
開關S21和S22斷開。在開關S21和S22斷開的情況下,差分輸入對222禁止。

此外,在開關S2斷開以及開關S1閉合的情況下,如以上所討論的,檢測電路100變
為充電模式。因此,通過閉合的開關S1將電容器C連接至電源電壓VDD,以進行充電。結果,根
據充電的電容器C,輸出電壓Vo增加。

在一些實施例中,通過調整中間信號VX的相位來轉換中間信號VX,以生成控制信
號CTRL2。在其他的一些實施例中,通過放大中間信號VX來轉換中間信號VX,以生成控制信
號CTRL2。為了說明的目的給出轉換中間信號VX的前述方法。轉換中間信號VX的不同方法都
在本發明所考慮的范圍內。

在操作S412中,當輸出電壓Vo增大至大于或達到與溫度相關的電壓V1時,轉換電
路230輸出控制信號CTRL2(從中間信號VX轉換而來)以使開關S2以及開關S21和S22閉合。在
開關S21和S22閉合的情況下,相應地激活差分輸入對222。然后再次執行操作S402和S404,
以使開關S1以及開關S11和S12斷開。

在開關S1斷開以及開關S2閉合的情況下,如以上所討論的,檢測電路100變為放電
模式。因此,通過閉合的開關S2將電容器C連接至地電壓GND,以進行放電。結果,根據放電的
電容器C,輸出電壓Vo減小。

當輸出電壓Vo減小至小于或達到與溫度相關的電壓V2時,再次執行操作S406。

在一些方法中,對于檢測電路,比較電路與開關電路之間有不同的信號處理電路
(如,數字RS鎖存電路)。不同的信號處理電路處理比較電路的輸出并且生成用于控制開關
電路的控制信號,從而對電容元件進行充電或放電以生成輸出信號。然而,各個信號處理電
路導致生成輸出信號的延時。

與其他方法中的檢測電路相比,本發明的檢測電路100能夠在比較電路與開關電
路之間沒有數字RS鎖存電路的情況下生成輸出信號。因此,減少比較電路與開關電路之間
的延時。結果,與其他方法中的檢測電路的速度相比,本發明的檢測電路100中生成輸出信
號的速度相對更快。

此外,在沒有以上所述的數字RS鎖存電路的情況下,本發明的比較電路的輸出仍
能夠用于控制開關電路。因此,源于差分輸入對的輸出且控制開關電路的控制信號不需要
用于觸發數字RS鎖存電路所需要的全數字擺幅。結果,與其他方法中的比較電路的功率相
比,本發明的比較電路能夠以更低的功率工作。

為了說明的目的給出了圖4中的方法。圖3中的控制電路120的不同配置都在本發
明所考慮的范圍內。例如,在不同實施例中,圖4中的方法400還包括在圖4所示的操作之前
初始化或啟動控制電路120的操作。另外,控制電路120中的與開關電路130和/或感測電路
110相關聯的操作也都在本發明所考慮的范圍內。

以上所示包括示例性操作,但是沒有必要以所示出的順序執行操作。根據本發明
的各個實施例的精神和范圍,可以視情況添加、替換、重排和/或消除操作。

如圖3示例性的示出,在一些實施例中,差分輸入對212的輸出和差分輸入對222的
輸出交叉鎖存。為了說明,差分輸入對212的輸出端A連接至差分輸入對222的輸出端D,而差
分輸入對212的輸出端B連接至差分輸入對222的輸出端C。在這種實施例的操作中,當生成
中間信號VX時,根據中間信號VX,輸出端C和D具有對應的電壓。有效地,這加速了差分輸入
對222生成中間信號VY的操作。當生成中間信號VY時,根據中間信號VY,輸出端A和B具有對
應的電壓。有效地,這加速了差分輸入對212生成中間信號VX的操作。

在不同實施例中,差分輸入對212的一個輸出端和差分輸入對222的一個輸出端鎖
存。為了說明,差分輸入對212的輸出端B連接至差分輸入對222的輸出端D。有效地,這還加
速了差分輸入對212生成中間信號VX的操作,以及差分輸入對222生成中間信號VY的操作。

圖5A和圖5B均為根據本發明的不同實施例的與圖3中的比較電路210相關聯的轉
換電路230的電路圖。

如圖5A示例性地示出,在一些實施例中,轉換電路230包括反相器232。為了說明,
輸出端B連接至反相器232的輸入,并且利用電壓VB1使輸出端A偏置。在輸出端B處生成中間
信號VX。反相器232被配置為使中間信號VX反相,并且輸出反相的中間信號VX以作為控制信
號CTRL2。

與圖5A中的實施例相比,在圖5B所示的不同實施例中,轉換電路230包括開關234
和提供電流I6的電流源236。開關234在節點P處連接至電流源236。開關234被配置為由中間
信號VX來閉合,并且將節點P連接至電源電壓VDD,以生成控制信號CTRL2。有效地,開關234
用作放大器以放大中間信號VX。

在又一實施例中,通過PMOS晶體管MP來實現開關234。為了說明,PMOS晶體管MP的
源極連接至電源電壓VDD。PMOS晶體管MP的柵極連接至輸出端B以接收中間信號VX。PMOS晶
體管MP的漏極在節點P處連接至電流源234。

為了說明的目的給出了圖5A和圖5B中的與比較電路210相關聯的轉換電路230的
配置。與比較電路210相關聯的轉換電路230的不同配置都在本發明所考慮的范圍內。

此外,在一些實施例中,與圖3中的比較電路220相關聯的轉換電路240包括與圖5A
和圖5B中示出的配置對應的配置。例如,在不同實施例中,圖3中的轉換電路240還包括與圖
5A中的反相器232對應的反相器(未示出),或包括與圖5B中的開關234對應的開關(未示
出)。或者說,與比較電路220相關聯的轉換電路240的不同配置也都在本發明所考慮的范圍
內。

在本文檔的一些實施例中,利用至少一個MOS晶體管來實現至少一個開關。在又一
實施例中,利用堆疊的MOS晶體管或級聯的MOS晶體管來實現至少一個MOS晶體管中的每一
個。在不同實施例中,利用一個或多個控制信號來控制至少一個MOS晶體管中的每一個。

在本文中,術語“耦合”也可以被稱為“電耦合”,并且術語“連接”可以被稱為“電連
接”。“耦合”和“連接”也可以用于指示兩個或多個元件相互配合或相互作用。

在一些實施例中,公開了一種電路,電路包括第一差分輸入對和第二差分輸入對。
第一差分輸入對配置為根據第二差分輸入對的輸出而激活,并且配置為接收第一與溫度相
關的電壓和輸出信號。第二差分輸入對配置為根據第一差分輸入對的輸出而激活,并且配
置為接收第二與溫度相關的電壓和輸出信號。開關電路配置為:根據第一差分輸入對的輸
出來將電容元件連接至第一電源電壓,并且根據第二差分輸入對的輸出來將電容元件連接
至第二電源電壓,以生成輸出信號。

還公開了一種電路,電路包括感測電路、第一比較電路、第二比較電路和開關電
路。感測電路配置為生成至少一個與溫度相關的電壓。第一比較電路配置為比較來自感測
電路的第一與溫度相關的電壓與連接至電容元件的節點處生成的輸出信號,從而生成第一
控制信號。第二比較電路配置為比較來自感測電路的第二與溫度相關的電壓與輸出信號,
從而生成第二控制信號,其中第一比較電路配置為響應于第二控制信號而激活,并且第二
比較電路配置為響應于第一控制信號而激活。開關電路配置為:響應于第一控制信號和第
二控制信號,將電容元件交替連接至第一電源電壓和第二電源電壓,以交替地對電容元件
進行充電和使電容元件放電,從而生成輸出信號。

還公開了一種方法,方法包括以下列出的操作。形成比較電路并且配置為:響應于
第一控制信號,比較來自感測電路的第一與溫度相關的電壓與連接至電容元件的節點處生
成的輸出信號,從而生成第二控制信號。形成比較電路并且配置為:響應于第二控制信號,
比較來自感測電路的第二與溫度相關的電壓與輸出信號,從而生成第一控制信號。形成開
關電路并且配置為:響應于第一控制信號和第二控制信號而開關,以交替地對電容元件進
行充電和使電容元件放電,從而生成輸出信號。

以上論述了若干實施例的部件,使得本領域的技術人員可以更好地理解本發明的
各個方面。本領域技術人員應該理解,他們可以很容易地使用本發明作為基礎來設計或更
改其他用于達到與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優點的工藝和結構。本領
域技術人員也應該意識到,這些等效結構并不背離本發明的精神和范圍,并且在不背離本
發明的精神和范圍的情況下,可以進行多種變化、替換以及改變。

關 鍵 詞:
檢測 電路
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