一种基于MOS管栅极泄漏电流的温度传感器

本发明属于模拟集成电路领域，涉及集成电路中的温度传感器，具体为一种基于mos管栅极泄漏电流的温度传感器。

背景技术：

1、温度作为一种重要的环境因素,对电子器件的性能参数有着不可忽略的影响。因此，需要用温度传感器将温度信号转化为可识别的电信号，以便用于监测和控制。温度传感器可分为传统的分立式温度传感器，如基于热敏电阻或热电偶的温度传感器，和新兴的集成电路温度传感器。

2、传统的分立式温度传感器通常体积较大，不便于集成到微型设备或芯片中。而集成电路温度传感器可以通过利用半导体工艺在集成电路上制造，从而实现小尺寸和高度集成，有利于推动芯片性能的进一步提升。同时集成电路温度传感器还具有低功耗、响应快、成本低、可扩展性高等优点，因此研究集成电路温度传感器对于推进微电子技术和智能化设备的发展具有重要意义。

3、集成电路传感器主要可分为bjt型温度传感器、电阻型温度传感器和mos型温度传感器。bjt型温度传感器常采用adc量化，具有精度高、感温范围广的优点，但其电路结构复杂且功耗较大。电阻型温度传感器也常采用adc进行量化，可在功耗和精度之间做出折中，但通常存在着面积较大的问题。mos型温度传感器常采用fdc量化，具有整体电路小、功耗低的优势，但相比与bjt与电阻型温度传感器，其精度和感温范围有所不足。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题或不足，本发明提供了一种基于mosfet栅极泄露电流的温度传感器，由于栅极泄露电流极小，使得感温电路电流只有pa量级，即可实现较宽的感温范围内的低功耗测量。

2、一种基于mos管栅极泄漏电流的温度传感器，包括nmos管m1、m3和pmos管m2、m4。

3、所述nmos管m1和pmos管m2构成感温电路，产生负温度系数的电压，即ctat输出电压；m1接成mos电容的形式，产生栅极泄露电流；m2为pmos管，工作在亚阈区；整条感温电路上的电流由接成mos电容形式的m1决定，m1与m2一同产生ctat电压，即vctat。

4、所述nmos管m3和pmos管m4构成补偿电路，m3为nmos管接成mos电容的形式，m4为pmos管工作在亚阈区，m3和m4作为复制的电压基准，将m1的衬底电流引到复制的电压基准上，避免m1的衬底电流对vctat的温度线性度造成影响。

5、进一步的，所述mos管m1、m3、m2和m4的具体连接方式：

6、m1的栅极接电源电压vdd，m1的源极、漏极相连，并连接m2的源极，且该端口为感温电路的输出端；m1的衬底与m3的源极、漏极和衬底相连，并连接m4的源极。

7、m2的栅极和漏极相连并接地，衬底接电源电压vdd；m3的栅极接电源电压vdd；m4的栅极和漏极相连并接地，衬底接电源电压vdd。

8、感温电路输出的电压信号vctat即为整个温度传感器的输出。

9、进一步的，所述m2和m4采用小尺寸的mos管，使其工作在亚阈区。

10、进一步的，所述输出电压信号vctat可根据需求的不同，直接采用adc进行量化；或者通过转换模块转化为时间或频率信号，采用tdc或fdc量化。

11、综上所述，本发明利用mos管的栅极泄露电流进行感温，该电流流经工作在亚阈区的mos管产生ctat电压。由于栅极泄露电流极小，因此保证了感温前端极低的功耗。由于将输出信号建立了与阈值电压之间的线性关系，而阈值电压在较宽的温度范围内，与温度有着强线性关系，因此在电路结构简单的同时，也保证了较宽的感温范围和较高的温度线性度。同时本发明可扩展性较高，可根据性能需求，在不同的应用场景下采用不同的量化模块以满足相应的需求，有利于集成在芯片内部实现高精度感温。

技术特征：

1.一种基于mos管栅极泄漏电流的温度传感器，其特征在于：包括nmos管m1、m3和pmos管m2、m4；

2.如权利要求1所述基于mos管栅极泄漏电流的温度传感器，其特征在于：所述mos管m1、m3、m2和m4的具体连接方式有：

3.如权利要求1所述基于mos管栅极泄漏电流的温度传感器，其特征在于：所述m2和m4采用小尺寸的mos管，使其工作在亚阈区。

4.如权利要求1所述基于mos管栅极泄漏电流的温度传感器，其特征在于：

技术总结
本发明属于模拟集成电路领域，涉及集成电路中的温度传感器，具体为一种基于MOS管栅极泄漏电流的温度传感器。本发明利用MOS管的栅极泄露电流，使该电流流经工作在亚阈区的MOS管，从而产生CTAT电压。由于栅极泄露电流极小，因此保证了感温前端极低的功耗。由于将输出信号建立了与阈值电压之间的线性关系，而阈值电压在较宽的温度范围内，与温度有着强线性关系，因此在电路结构简单的同时，也保证了较宽的感温范围和较高的温度线性度。同时，本发明可扩展性较高，可根据性能需求，在不同的应用场景下采用不同的量化模块以满足相应的需求，有利于集成在芯片内部实现高精度感温。

技术研发人员：袁熠,李靖,杨璐含,张雨恒,陈东键,宁宁,于奇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7