(57)【要約】      （修正有）【課題】完全空乏型ＳＯＩ等のプロセス技術を用いて作製されるアナログ回路において高精度な温度検知を可能にする。【解決手段】回路の温度に対応する電圧を発生する電圧発生回路において、第１の電源電位、第２の電源電位、第１の電源電位との電位差が固定された固定電位を供給する手段と、固定電流を供給する電流源と１４、ゲート端子が固定電位に接続され、ソース端子が第１の電源電位に接続され、ドレイン端子が電流源に接続されてソース／ドレイン間に固定電流が流れるＭＯＳトランジスタ１３と、ＭＯＳトランジスタ１３のドレイン端子から、温度に対応するソース／ドレイン間電圧を出力電圧として取り出す出力端子とを備え、固定電位と第１の電源電位との電位差からＭＯＳトランジスタの閾値を引いた値が、出力端子の電位と第１の電源電位との電位差よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図１
2010210508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路の温度に対応する電圧を発生する電圧発生回路において、
第１の電源電位、第２の電源電位、第１の電源電位との電位差が固定された固定電位を供給する手段と、
固定電流を供給する電流源と、
ゲート端子が前記固定電位に接続され、ソース端子が前記第１の電源電位に接続され、ドレイン端子が前記電流源に接続されてソース／ドレイン間に固定電流が流れるＭＯＳトランジスタと、
前記ＭＯＳトランジスタのドレイン端子から、温度に対応するソース／ドレイン間電圧を出力電圧として取り出す出力端子と
を備え、前記固定電位と前記第１の電源電位との電位差から前記ＭＯＳトランジスタの閾値を引いた値が、前記出力端子の電位と前記第１の電源電位との電位差よりも大きい
ことを特徴とする電圧発生回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧発生回路と、
前記電圧発生回路の出力電圧をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、
電圧−温度の関係を示す電圧−温度データを格納した記憶手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるディジタルデータと、前記記憶手段に格納されている電圧−温度データとを比較し、ディジタルデータに対応する温度値を出力する比較器と
を備えたことを特徴とする温度検知回路。
【請求項３】
回路の温度と設定温度の大小関係を示す２値信号を出力する温度検知回路において、
第１の電源電位、第２の電源電位、第１の電源電位との電位差が互いに異なる値に固定された第１の固定電位および第２の固定電位を供給する手段と、
固定電流を供給する電流源と、
ソース端子が前記第１の電源電位に接続され、ドレイン端子が前記電流源に接続された複数のＭＯＳトランジスタと、
前記複数のＭＯＳトランジスタのゲート端子をそれぞれ前記第１の固定電位または前記第１の電源電位に接続し、前記設定温度に応じて前記ゲート端子と前記第1 の固定電位を接続する前記ＭＯＳトランジスタの組合せを選択する複数のスイッチと、
前記スイッチによって前記ゲート端子が前記第１の固定電位に接続され、ソース／ドレイン間に前記固定電流が流れるＭＯＳトランジスタのドレイン端子の電位と前記第２の固定電位とを比較し、前記２値信号を出力するアナログ比較器と
を備え、前記第１の固定電位と前記第１の電源電位との電位差から前記ＭＯＳトランジスタの閾値を引いた値が、前記第２の固定電位と前記第１の電源電位との電位差よりも大きい
ことを特徴とする温度検知回路。
【請求項４】
請求項３に記載の温度検知回路において、
前記複数のＭＯＳトランジスタのゲート幅が２の指数乗倍で変化する構成である
ことを特徴とする温度検知回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、完全空乏型ＳＯＩ（Silicon on Insulator：絶縁膜上シリコン結晶）技術を用いたアナログ回路において、温度変化によるアナログ回路の性能変動を補正するために用いる、温度に対応する電圧を発生する電圧発生回路および温度検知回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス情報社会の実現に向けて、センサを備えた多数の情報発信端末によるセンサネットワークの研究開発が進んでいる。これらの情報発信端末は間欠動作することにより消費電力を低減する必要がある。このため、情報発信端末に用いられる無線回路には動作停止時のリーク電流の少ないＳＯＩ技術が適している。また、これらの情報発信端末は使用温度範囲が広く、回路の温度が高い場合の無線性能劣化、特に無線送信出力低下の補正をする必要がある。このため、情報発信端末内に温度検知回路を搭載し、例えば回路の温度に合せて無線送信回路のゲインの温度補償を行う構成になっている。
【０００３】
図４は、温度検知に用いる従来の電圧発生回路の構成例を示す（非特許文献１）。
図４において、従来の電圧発生回路は、ｐｎ接合ダイオード４１に電流源４２から固定電流を流し、ｐｎ接合ダイオード４１にかかる順方向電圧を評価する回路である。電流密度が一定なｐｎ接合にかかる順方向電圧は、温度上昇に対して線形的に減少する性質があり、出力電圧値から温度を検知することができる。例えば、電圧−温度の関係を示す電圧−温度テーブルに基づいて、出力電圧値に対応する温度を特定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Analog Integrated Circuit Design (ISBN 0-471-14448-7), D. A. Johns and K. Martin, John Wiley & Sons. Inc., (1997) pp.353-364
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電圧発生回路は接合リークがなく、接合面積を高精度に制御できるｐｎ接合が必要である。しかし、完全空乏型ＳＯＩなどの薄膜シリコンプロセス技術では、接合リークが少なく、かつ接合面積制御性のよいｐｎ接合の形成が非常に困難である。このため、高精度な温度検知に用いる電圧発生回路を完全空乏型ＳＯＩ等のプロセス技術を用いて作製することが困難であった。
【０００６】
本発明は、完全空乏型ＳＯＩ等のプロセス技術を用いて作製されるアナログ回路において、高精度な温度検知を可能にする電圧発生回路および温度検知回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、回路の温度に対応する電圧を発生する電圧発生回路において、第１の電源電位、第２の電源電位、第１の電源電位との電位差が固定された固定電位を供給する手段と、固定電流を供給する電流源と、ゲート端子が固定電位に接続され、ソース端子が第１の電源電位に接続され、ドレイン端子が電流源に接続されてソース／ドレイン間に固定電流が流れるＭＯＳトランジスタと、ＭＯＳトランジスタのドレイン端子から、温度に対応するソース／ドレイン間電圧を出力電圧として取り出す出力端子とを備え、固定電位と第１の電源電位との電位差からＭＯＳトランジスタの閾値を引いた値が、出力端子の電位と第１の電源電位との電位差よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明の温度検知回路は、第１の発明の電圧発生回路と、電圧発生回路の出力電圧をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、電圧−温度の関係を示す電圧−温度データを格納した記憶手段と、Ａ／Ｄ変換器から出力されるディジタルデータと、記憶手段に格納されている電圧−温度データとを比較し、ディジタルデータに対応する温度値を出力する比較器とを備える。
【０００９】
第３の発明は、回路の温度と設定温度の大小関係を示す２値信号を出力する温度検知回路において、第１の電源電位、第２の電源電位、第１の電源電位との電位差が互いに異なる値に固定された第１の固定電位および第２の固定電位を供給する手段と、固定電流を供給する電流源と、ソース端子が第１の電源電位に接続され、ドレイン端子が電流源に接続された複数のＭＯＳトランジスタと、複数のＭＯＳトランジスタのゲート端子をそれぞれ第１の固定電位または第１の電源電位に接続し、設定温度に応じてゲート端子と第1 の固定電位を接続するＭＯＳトランジスタの組合せを選択する複数のスイッチと、スイッチによってゲート端子が第１の固定電位に接続され、ソース／ドレイン間に固定電流が流れるＭＯＳトランジスタのドレイン端子の電位と第２の固定電位とを比較し、２値信号を出力するアナログ比較器とを備え、第１の固定電位と第１の電源電位との電位差からＭＯＳトランジスタの閾値を引いた値が、第２の固定電位と第１の電源電位との電位差よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明の温度検知回路において、複数のＭＯＳトランジスタのゲート幅が２の指数乗倍で変化する構成である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電圧発生回路および温度検知回路では、非飽和領域で動作するＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン間に固定電流を流し、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン間電圧が温度上昇に対して線形的に増加する特性が得られる。この非飽和領域で動作するＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン間電圧をモニタすることにより、完全空乏型ＳＯＩ技術で作製されるアナログ回路において、高精度な温度検知を可能にする電圧発生回路および温度検知回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の電圧発生回路の実施例構成を示す図である。
【図２】本発明の温度検知回路の実施例１の構成例を示す図である。
【図３】本発明の温度検知回路の実施例２の構成例を示す図である。
【図４】温度検知に用いる従来の電圧発生回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（電圧発生回路の実施例）
図１は、本発明の電圧発生回路の実施例構成を示す。
図１の電圧発生回路では、電圧変動のある電池１１からの供給電圧（第２の電源電位、例えば 2.5〜3.6 Ｖ）がレギュレータ等の電源回路１２によって固定電位（例えば 2.0Ｖ）に変換される。なお、第１の電源電位を接地電位としている。
【００１４】
ＭＯＳトランジスタ１３のゲート端子を電源回路１２の固定電位に接続し、ＭＯＳトランジスタ１３のソース端子を接地電位に接続し、ＭＯＳトランジスタ１３のゲート／ソース間に固定電圧を印加する。ＭＯＳトランジスタ１３のドレイン端子を電流源１４に接続し、ＭＯＳトランジスタ１３のソース／ドレイン間に微少な固定電流（例えば 100μＡ）を流す。ＭＯＳトランジスタ１３のドレイン端子を出力端子に接続し、ＭＯＳトランジスタ１３のソース／ドレイン間電圧を電圧発生回路の出力電圧として取り出す。
【００１５】
ここで、固定電位と第１の電源電位（接地電位）との電位差からＭＯＳトランジスタ１３の閾値を引いた値が、出力端子の電位と第１の電源電位（接地電位）との電位差よりも大きくなるように設定することにより、ＭＯＳトランジスタ１３は非飽和領域で動作し、ゲート幅に応じた線形抵抗として機能する。ＭＯＳトランジスタ１３の抵抗値は温度に強く依存し、温度上昇に対して線形的に増加する。すなわち、ＭＯＳトランジスタ１３のソース／ドレイン間電圧（出力電圧）は温度上昇に対して線形的に増加する特性を示す。したがって、出力電圧値と温度の対応関係を把握しておき、この対応関係に基づき出力電圧値から温度を検知することが可能となる。
【００１６】
（温度検知回路の実施例１）
図２は、本発明の温度検知回路の実施例１の構成例を示す。
図２において、実施例１の温度検知回路は、図１に示す電圧発生回路に、Ａ／Ｄ変換器１５、比較器１６、図１に示す電圧発生回路の電圧−温度の関係を示すデータ（電圧−温度テーブルなど）を格納したメモリなどの記憶手段１７を追加した構成である。なお、電圧−温度データは、予め測定により入手してメモリなどに格納しておけばよい。図１に示す電圧発生回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換器１５でディジタルデータに変換し、このディジタルデータを比較器１６に入力し、記憶手段１７に格納されている電圧−温度データ１８と比較することにより、出力電圧に対する温度出力が得られる。
【００１７】
なお、電圧発生回路の出力電圧と温度の関係はＭＯＳトランジスタ１３の温度特性に応じたものになるが、製造バラツキによる温度特性が変化する場合には、記憶手段１７に格納されている電圧−温度データ１８を変更することにより対応する。
【００１８】
（温度検知回路の実施例２）
図３は、本発明の温度検知回路の実施例２の構成例を示す。
図３に示す実施例２の温度検知回路では、電圧変動のある電池１１からの供給電圧（第２の電源電位、例えば 2.5〜3.6 Ｖ）がレギュレータ等の電源回路１２によって第１の固定電位（例えば 2.0Ｖ）に変換される。同様に、第２の固定電位（例えば 0.5Ｖ）が生成される。なお、第１の電源電位を接地電位としている。
【００１９】
複数のＭＯＳトランジスタ１３の各ゲート端子をそれぞれスイッチ２１を介して電源回路１２の固定電位に接続し、各ゲート端子をそれぞれスイッチ２２を介して接地電位に接続し、複数のＭＯＳトランジスタ１３の各ソース端子を接地電位に接続する。ここで、ゲート端子に接続されるスイッチ２１がオン、スイッチ２２がオフとなるＭＯＳトランジスタ１３は、ゲート／ソース間に第１の固定電位が印加されてオンになる。
【００２０】
複数のＭＯＳトランジスタ１３の各ドレイン端子を電流源１４に接続し、オンとなったＭＯＳトランジスタ１３の各ソース／ドレイン間に微少な固定電流を流す。複数のＭＯＳトランジスタ１３の各ドレイン端子をアナログ比較器２３の一方の入力端子に接続し、アナログ比較器２３の他方の入力端子に第２の固定電位を接続する。そして、オンとなったＭＯＳトランジスタ１３のソース／ドレイン間電圧（出力電圧）と、アナログ比較器２３に与えられる第２の固定電圧が比較され、High／Low の信号が出力される。
【００２１】
ここで、第１の固定電位と第１の電源電位（接地電位）との電位差からＭＯＳトランジスタ１３の閾値を引いた値が、第２の固定電位と第１の電源電位（接地電位）との電位差よりも大きくなるように設定することにより、オンとなったＭＯＳトランジスタ１３は非飽和領域で動作し、ゲート幅に応じた線形抵抗として機能する。
【００２２】
複数のＭＯＳトランジスタ１３は、各ゲート幅が同一のものを用いてもよいが、ここでは最小ゲート幅のトランジスタ、ゲート幅が最小ゲート幅の２倍のトランジスタ、ゲート幅が最小ゲート幅の４倍のトランジスタ、ゲート幅が最小ゲート幅の８倍のトランジスタのように、ゲート幅の大きさを２の指数乗倍で変化させたものを並べて配置する。各ＭＯＳトランジスタ１３のゲート端子に接続されるスイッチ２１，２２は、温度設定回路２４により相補的にオン・オフ設定され、スイッチ２１がオン、スイッチ２２がオフとなるＭＯＳトランジスタ１３をオンとし、その組合せにより設定温度に応じたゲート幅を選択する。
【００２３】
すなわち、温度設定回路２４の設定によりオンになるＭＯＳトランジスタ１３のソース／ドレイン間電圧が、設定温度のときに比較器２３に与えられる第２の固定電位と等しくなる構成である。温度が上昇すると、設定温度に対応するＭＯＳランジスタ１３のソース／ドレイン間電圧が徐々に上昇する。設定温度に対応するＭＯＳトランジスタ１３のソース／ドレイン間電圧が第２の固定電位より大きくなると、ヒステリシスを持ったアナログ比較器２３の出力信号が LowからHighに切り替わる。これにより、回路の温度が設定温度よりも低いか高いかを判断することができる。このような２値出力は無線回路のバイアス設定の切り替えトリガーとして利用される。
【００２４】
実施例２の構成では、温度設定回路２４の設定によりＭＯＳトランジスタ１３のゲート端子に、第１の固定電位または第１の電源電位（接地）のいずれかを接続し、ゲート端子に第１の固定電圧を印加するＭＯＳトランジスタ１３の組合せに応じた温度設定が可能になっている。特に、ゲート幅の大きさを２の指数乗倍で変化させたＭＯＳトランジスタ１３を並べて配置することにより、温度設定回路２４は少ない制御ビットで広範囲の温度設定が可能になる。
【００２５】
また、最小ゲート幅のトランジスタをもう一つ用意することにより、例えば製造バラツキによって設定温度に対応するゲート幅が得られない場合に、当該トランジスタを接続することにより設定温度の微調整が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の電圧発生回路および温度検知回路は、完全空乏型ＳＯＩ技術で作製されるアナログ回路において高精度な温度検知が可能であるので、回路の温度に応じてアナログ回路の性能変動を的確に補正することが容易になる。
【符号の説明】
【００２７】
１１  電池
１２  電源回路
１３  ＭＯＳトランジスタ
１４  電流源
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  比較器
１７  記憶手段
１８  電圧−温度データ
２１，２２  スイッチ
２３  アナログ比較器
２４  温度設定回路
４１  ｐｎ接合ダイオード
４２  電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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