(57)【要約】【課題】  温度とデジタルコード間の線形関係を提供する。【解決手段】  温度に対応した第１電圧を提供するステップと、入力となる複数のデジタルコードを有する第２電圧を提供するステップと、前記第１電圧と前記第２電圧を用いて、前記温度に対応したデジタルコードを識別するステップとを含み、複数の前記温度は、前記複数のデジタルコードに実質的に線形的に関連する方法。【選択図】  図１
2010256355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に対応した第１電圧を提供するステップと、
入力となる複数のデジタルコードを有する第２電圧を提供するステップと、
前記第１電圧と前記第２電圧を用いて、前記温度に対応したデジタルコードを識別するステップとを含み、
複数の前記温度は、前記複数のデジタルコードに実質的に線形的に関連することを特徴とする温度とデジタルコード間の線形関係の提供方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記第１電圧は、
絶対温度に対して相補的か、または絶対温度に対して比例的かのいずれかの温度に依存することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記第２電圧は、少なくとも１つの正の温度係数とともに少なくとも１つの負の温度係数によって影響されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記少なくとも１つの負の温度係数は、第１ダイオードにかかっている前記第１電圧より生じ、前記第１ダイオードと並列した第１電流によって影響を受け、且つ
前記少なくとも１つの正の温度係数は、第２ダイオードと直列したレジスタにかかっている第３電圧より生じ、前記第２ダイオードと直列したレジスタと並列した第２電流によって影響を受けることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記第２電圧は、電圧Ｖとともに（ＶＴｌｎ（Ｍ））によって影響を受け、ＶＴは、熱電圧であり、Ｍは第１ダイオードと第２ダイオードの面積比であり、Ｖは、前記第１ダイオードにおける電圧降下であり、ｌｎ（Ｍ）は、Ｍの自然対数であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記第２電圧は、電圧Ｖ１によって更に影響を受け、Ｖ１は、第３ダイオードにおける電圧降下と前記第１ダイオードにおける前記電圧降下によって影響を受けることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記デジタルコードを変えることは、デジタル−アナログ電流を変え、前記第２電圧を変えることになることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記デジタルコードを変えることは、デジタル−アナログレジスタを変え、前記第２電圧を変えることになることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記第２電圧は、デジタル−アナログトランジスタとデジタル−アナログレジスタの１つ、またはその組み合わせによって影響を受けることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
前記温度に対応した前記デジタルコードは、前記第１電圧が前記第２電圧に実質的に等しい時、識別されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記第２電圧と前記識別されたデジタルコードに対応する温度は、ラインによって表され、複数の前記ラインは、互いに実質的に平行することを特徴とする方法。
【請求項１２】
温度に依存した第１電圧を提供するステップと、
わずかな温度係数と入力となる複数のデジタルコードを有する第２電圧を提供するステップとを含み、
識別された温度では、前記第１電圧が前記第２電圧と等しくない場合、前記第１電圧が前記第２電圧と実質的に等しくなるまでデジタルコードを調整し、前記識別された温度は、前記デジタルコードに対応し、
複数の前記温度は、前記複数のデジタルコードに実質的に線形的に関連することを特徴とする温度とデジタルコード間の線形関係の提供方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記第２電圧の値は、ＤＡＣコードを変えることで得られることを特徴とする方法。
【請求項１４】
温度に対応した第１電圧を生成し、入力となる複数のデジタルコードを有する第２電圧を生成し、且つ
前記第１電圧と前記第２電圧を用いて前記温度に対応したデジタルコードを識別するように構成された第１回路と、
デジタルコードを変えて、デジタル−アナログ電流の１つ、またはその組み合わせを変え、前記第２電圧を変える手段とを含み、
複数の前記温度は、前記複数のデジタルコードに実質的に線形的に関連することを特徴とする温度とデジタルコード間の線形関係の提供回路。
【請求項１５】
請求項１４に記載の回路において、
前記デジタル−アナログ電流を生成するように構成されたデジタル−アナログトランジスタを更に含むことを特徴とする回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度とデジタルコード間の線形関係を作り出すことに関するものである。各種の実施例は、温度センサに用いられる。
【背景技術】
【０００２】
温度センサは、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）などの電子素子の温度を測定するのに用いられることができる。温度が既定のしきい値を超えた時、センサは回路に警報を出し、ユニットの速度を下げるか、またはシャットダウンをして消費電力を下げるため、温度を下げ、ユニットに対して破壊故障を招く可能性のある過熱温度を防ぐことができる。
【０００３】
一般的に温度センサは、基準回路と温度測定回路を含み、その温度依存性は、絶対温度に対して比例的（ＰＴＡＴ）、即ち、測定回路が温度上昇に比例して増加する電圧を出力するか、正温度係数を有するか、または絶対温度に対して相補的（ＣＴＡＴ）、即ち、測定回路が温度上昇に比例して低下する電圧を出力するか、負温度係数を有するかのどちらかである。また、ＰＴＡＴ電圧とＣＴＡＴベース−エミッタ電圧の比較に基づいたデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）ベースの温度センサが用いられることができる。しかし、この方法は、ＤＡＣコードと温度間に非線形問題が存在する。即ち、広温度範囲上で良好な線形を得ることができず、低い温度測定精度となる。
【０００４】
ＣＴＡＴ電圧にかかわるいくつかの取り組みでは、比較された電圧は、設計の温度範囲上で高温度係数によって変化する。比較された電圧がＰＴＡＴの時、実施法は本質的なＤＡＣコードと温度の非線形性を導入し、結果として、広範囲な温度校正（例えば多点校正）が実施されない限り、低い温度測定精度となる。他の取り組みは、比較（または基準）電圧の曲線族（ｆａｍｉｌｙ  ｃｕｒｖｅｓ）が平行になるように試み、より良好なＤＡＣコードと温度の線形を得ることだが、実際にはその曲線のために平行でなく、成功にはほど遠い。よってこれらの取り組みも低い温度測定精度となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の技術的課題は、温度とデジタルコード間の線形関係を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の方法は、温度に対応した第１電圧を提供するステップ、入力となる複数のデジタルコードを有する第２電圧を提供するステップ、及び前記第１電圧と前記第２電圧を用いて、前記温度に対応したデジタルコードを識別するステップを含み、複数の前記温度は、前記複数のデジタルコードに実質的に線形的に関連する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例に基づいたＣＴＡＴ型の実施に関連した回路１００を表している。
【図２】ＣＴＡＴ型の実施例に基づいた温度と各種電圧間の関係を示すグラフ２００を表している。
【図３】ＣＴＡＴ型の実施例に基づいたＤＡＣコードと温度間の関係を示すグラフ３００を表している。
【図４】実施例１に基づいてＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを生成するのに用いられる回路４００を表している。
【図５】実施例２に基づいてＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを生成するのに用いられる回路５００を表している。
【図６】実施例に基づいたＰＴＡＴ型の実施に関連した回路６００を表している。
【図７】ＰＴＡＴ型の実施例に基づいた温度と各種電圧間の関係を示すグラフ７００を表している。
【図８】ＰＴＡＴ型の実施例に基づいたＤＡＣコードと温度間の関係を示すグラフ８００を表している。
【図９】実施例に基づいてＶＰＴＡＴを生成するのに用いられる回路９００を表している。
【図１０】ＤＡＣトランジスタＭ４の実施を示す模範的な回路１０００を表している。
【図１１】デジタルコードとして用いることができる値と回路１０００のトランジスタＭ４がオンオフされる回数との対応を示す表１１００を表している。
【図１２】図１０のデジタルコードとして用いることができる値と信号ＣＴ間の関係を示す表１２００を表している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
本発明のいくつかの実施例は、温度とデジタルコード間の線形関係を提供することに関する。各種実施例は温度センサに用いられる。いくつかの実施例では、特定温度（例えば半導体デバイスの動作温度）で、センサ内の回路（例えば温度センサ回路）は、温度依存性の基準電圧（例えばＶＣＴＡＴ）と比較電圧（例えばＶＣＭＰ）を比較器に提供する。ＶＣＴＡＴは、絶対温度に対して相補的な温度に依存（ｄｅｐｅｎｄｓ  ｏｎ）する。比較電圧ＶＣＭＰは、ＤＡＣコードを有する入力として生成される。ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しい（例えば実質的に等しい）場合、比較器は出力し、例えば真理論理（ｔｒｕｅ  ｌｏｇｉｃ）を提供して示す。ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しくない場合、比較器の出力は、ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しくなるまでＤＡＣコードを変える、他の回路（例えば調整回路）に提供される。実際、特定時点では、温度センサ回路によって検出された温度は、ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しい時、ＤＡＣコードに対応する。各実施例では、温度センサ回路とＤＡＣコードによって検出された各温度は、実質的に線形的に関連する。他の実施例と絶対温度に対して比例的な温度（例えばＶＰＴＡＴ）に依存する電圧に関連した実施例も提示される。
【００１０】
本発明の実施例は、１つまたは以下の特徴と、または利点の組み合わせを有することができる。温度センサ回路の実施例は、進んだ相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）プロセスで製作された半導体回路に統合されることができる。温度とＤＡＣコード間の線形関係は、温度センサ回路の精度を上げ、簡単な温度校正をし、正確な温度検出を可能にする。
【００１１】
（絶対温度に対して相補的な温度（ＶＣＴＡＴ）に依存した電圧）
図１は、ＣＴＡＴ型の実施に関連した実施例に基づいた回路１００を表している。ライン１１０の基準電圧ＶＣＴＡＴとライン１２０の比較電圧ＶＣＭＰが回路（例えば温度センサ回路）で生成され、以下に詳述される。比較器１００は、電圧ＶＣＭＰとＶＣＴＡＴを比較し、その結果の信号ＣＯＵＴをライン１３０に提供する。各実施例では、ＶＣＭＰは、広温度範囲上で非常に小さい、またはわずかな温度係数で変化する電圧である。また、各ＶＣＭＰ値は、ＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）コードを入力として生成される。ＶＣＴＡＴは、絶対温度に対して相補的な（ＣＴＡＴ）基準電圧であり、対応する温度で温度センサ回路によって生成される。例えば、アプリケーションでは、温度センサ回路は、例えばＣＰＵの半導体デバイスのセンサの一部として内蔵される。動作では、ＣＰＵは、温度センサ回路でも検出された特定温度（例えば動作温度）を受け、ＶＣＴＡＴは、この温度を有する入力として生成される。いくつかの実施例では、ＶＣＭＰは、まずＶＣＴＡＴより低く、ＣＯＵＴは、真偽値（例えば低論理を有する）である。続いてＶＣＭＰは、ＶＣＭＰがＶＣＴＡＴよりやや高くなる（例えば実質的に等しい）まで上げられる。ＣＯＵＴは、真理値（例えば高論理を有する）である。ＶＣＭＰがＶＣＴＡＴより低い時、信号ＣＯＵＴは、ＤＡＣコードを変え、ＶＣＭＰがＶＣＴＡＴよりやや高くなる（例えば実質的に等しい）までＶＣＭＰを変える、他の回路（例えば調整回路（図示せず））に提供される。実際、ＶＣＭＰがＶＣＴＡＴと等しい時、ＣＰＵと温度センサ回路が受けた温度（例えば温度Ｔ０）も温度センサ回路がＶＣＴＡＴを提供する温度である。また、この温度Ｔ０は、ＤＡＣコード（例えばＤＡＣコードＣ０）に対応する。各実施例では、温度センサ回路がＶＣＴＡＴを提供する温度とＤＡＣコードは、実質的に線形的に関連する。当業者は、温度とＤＡＣコードが線形的に関連した時、それらの関係を二次元軸で表しているグラフが直線であることがわかるであろう。
【００１２】
（ＶＣＴＡＴ、ＶＣＭＰと対応温度）
図２は、実施例に基づいたＶＣＴＡＴ、ＶＣＭＰと、温度Ｔ間の関係を示すグラフ２００を表している。各ラインＬＶＣＭＰ（ＬＶＣＭＰ０、ＬＶＣＭＰ１、ＬＶＣＭＰＮなどを含む）は、特定のＤＡＣコードで、ＶＣＭＰが生成される入力となる電圧ＶＣＭＰと温度Ｔ間の関係を表している。各ラインＬＶＣＭＰは、各温度（例えば異なる時点のＣＰＵの動作温度）でのＶＣＭＰの各値を得ることで作られることができる。いくつかの実施例では、ラインＬＶＣＭＰは、実質的に温度に依存する。ＤＡＣコードを最下位ビット（ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ、ＬＳＢ）から最下上位ビット（Ｍｏｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ、ＭＳＢ）に変え、ラインＬＶＣＭＰを提供する。例えば、ＤＡＣが２ビットの入力、例えば入力（０：１）を受けた場合、ビット０を１に変えるには、４つのラインＬＶＣＭＰに対応した４つのＤＡＣコードを提供する。ＤＡＣが３ビットの入力、例えば入力（０：２）を受けた場合、ビット０を２に変えるには、８つのラインＬＶＣＭＰに対応した８つのＤＡＣコードを提供するなどである。また、ラインＬＶＣＭＰ０は、コードＣ０に対応しており、コードＣ０で、電圧ＶＣＭＰと温度Ｔ間の関係を表している。ラインＬＶＣＭＰ１は、コードＣ１に対応しており、コードＣ１で、電圧ＶＣＭＰと温度Ｔ間の関係を表している。ラインＬＶＣＭＰは、コードＮに対応し、コードＣＮで、電圧ＶＣＭＰと温度Ｔ間の関係を表している。いくつかの実施例に基づいて、ＶＣＭＰの非常に小さい、またはわずかな温度係数の性質により、ラインＬＶＣＭＰは、互いに平行（例えば実質的に平行）に非常に近く、ｘ軸に必ずしも平行でないが実質的に垂直である。ラインＬＶＣＭＰの平行性とそれらの直線であることに基づいて、実施例は温度ＴとＤＡＣコード間の線形線を提供する。
【００１３】
ラインＬＶＣＴＡＴは、ＶＣＴＡＴと温度Ｔ間の関係を示している。当業者は、ラインＬＶＣＴＡＴが負の傾斜を有し、ＶＣＴＡＴが負の温度係数を有することを示していることがわかるであろう。ラインＬＶＣＴＡＴとラインＬＶＣＭＰ間の交差は、特定ＤＡＣコードＣに対応した特定温度ＴでＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことを示している。例えば、点ＶＣＴＡＴＴ０は、ＤＡＣコードＣ０に対応した温度Ｔ０でＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことを示している。同様に、点ＶＣＴＡＴＴ１は、ＤＡＣコードＣ１に対応した温度Ｔ１でＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことを示しており、ＶＣＴＡＴＴＮは、ＤＡＣコードＣＮに対応した温度ＴＮでＶＣＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことなどを示している。各実施例では、例えば、温度センサ回路によって受けた特定温度Ｔで信号ＣＯＵＴが真偽値の時、各点ＶＣＴＡＴＴは、ＶＣＭＰとＶＣＴＡＴが等しい時の比較器１００の結果に対応する。
【００１４】
（温度とＤＡＣコード−ＣＴＡＴ型）
図３は、ＶＣＴＡＴに関連した温度ＴとＤＡＣコードＣ間の関係を示すライン３１０を有するグラフ３００を表している。例えば、Ｔ０は、コードＣ０に対応し、Ｔ１は、コードＣ１に対応し、ＴＮは、コードＣＮに対応する、などである。
【００１５】
実施例は、可能な限り温度ＴとＤＡＣコードＣ間の線形を提供し、これはこのような線形を提供しない従来の方法に比べ有利である。この線形性は、図２のラインＬＶＣＭＰが、ｘ軸に平行である必要はないが互いに実質的に垂直、且つ実質的に平行であることによる結果である。１００％の線形状態では、ラインＬＶＣＭＰは、１００％垂直であるため、１００％互いに平行し、ライン３１０を１００％垂直にする。他の方法では、ラインＬＶＣＭＰは、曲線であり、または互いに平行せず、これもライン３１０を曲線にする。当業者は、ライン３１０の湾曲が小さければ小さいほど温度ＴとＤＡＣコード間の関係は、より線形性であることがわかるであろう。本実施例は、特に大量製造の環境下で有利であり、グラフ８００が一旦作成されれば、ライン３１０のＤＡＣコードＣと温度Ｔ間の線形関係を提供する。よって、対応の温度ＴとＤＡＣコードＣは、容易に識別されることができる。例えば、ＤＡＣコードＣを水平軸に与えた時、垂直軸の対応の温度Ｔは、ライン３１０を用いて識別されることができる。同様に、温度Ｔを垂直軸に与えた時、水平軸の対応のＤＡＣコードＣは、ライン３１０を用いて識別されることができる。
【００１６】
アプリケーションでは、ライン３１０は、温度ＴとＤＡＣコードＣ間の線形関係に基づいて室温に近いシンプルな校正プロセスで容易且つ経済的に作成されることができる。例えば、回路４００または５００（例えば温度センサ回路）を内蔵した温度センサは、例えば温度Ｔ１の第１既知温度を受ける。温度Ｔ１に対応して、ＤＡＣコード、例えばコードＣ１が識別される。温度センサ回路は、例えば温度Ｔ２の第２既知温度を受ける。温度Ｔ２に対応して、ＤＡＣコード、例えばコードＣ２が識別される。温度ＴとＤＡＣコードＣ間の線形関係に基づいて、温度Ｔ１と温度Ｔ２と、ＤＡＣコードＣ１とＣ２、ライン３１０は、各種の従来技術によって容易に作成されることができ、本実施例は、特定技術に限定されない。更なるアプリケーションでは、例えば、一旦作成されたライン３１０は、本実施例を用いて半導体チップの温度Ｔを調整できる制御回路をプログラムするように分析される。例えば、ＤＡＣコード、例えばコードＣ７５は、チップの特定動作の時に識別されることができ、続いてこのコードＣ７５は、例えば７５℃の温度Ｔ７５の温度に対応する。この７５℃の温度Ｔ７５は、例えば、チップが４００ＭＨｚで動作し、過剰な熱を発生するため、制御回路がチップに例えば３００ＭＨｚのより低い速度で動作し、発生された熱を下げるようにプログラムされることを示している。同様に、例えばコードＣ１００のＤＡＣコードが識別された場合、このコードは例えば１００℃の温度Ｔ１００の温度に対応する。この１００℃の温度Ｔ１００は、例えばチップにダメージを与える可能性があるため、制御回路は、コードＣ１００を認識した時、チップをシャットダウンするようにプログラムされる。上述の実施例は、本発明のアプリケーションを説明するのに用いられており、特定の例を限定するものではない。
【００１７】
（ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを提供する回路‐実施例１）
図４は、実施例１に基づいてＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを提供する回路４００を表している。説明のために、図４は、比較器１００も含む。ＶＣＭＰは、正の温度係数回路素子の温度効果を相殺する負の温度係数回路素子を有する回路４００を通過し、低い、またはわずかな温度係数となる。
【００１８】
トランジスタＭ１、Ｍ２と、増幅器Ａ１は、カレントミラーを構成し、増幅器Ａ１は、電流ＩＭ１とＩＭ２とＮＯＤＥ１とＮＯＤＥ２の電圧を等しくする。ＩＭ１とＩＭ２は等しいため、説明の目的のためにＩＭ１またはＩＭ２のいずれかを言うのにＩＭが用いられる。節点ＮＯＤＥ１では、ＩＭ１＝Ｉ２１＋ＩＱ１であり、節点ＮＯＤＥ２  ＩＭ２＝ＩＱ２＋Ｉ２２である。ダイオードが負温度係数を有するため、バイポーラトランジスタＱ１は、ダイオードのように構成される。ＶＣＴＡＴは、実際はトランジスタＱ１のＶＢＥ（ベースからエミッタの電圧）であり、説明の目的のためにＶＢＥＱ１と言われる。バイポーラトランジスタＱ２もダイオードのように構成され、トランジスタＱ２のベースとエミッタにおける電圧は、説明の目的のためにＶＢＥＱ２と言われる。図４の実施例では、ＣＭＯＳ技術が用いられ、トランジスタＱ１とＱ２がダイオードとして実施される。しかし、本発明の実施例は、トランジスタの変わりにダイオードを用いるか、それらの動作が温度に依存する任意の他のデバイスを用いることができる。２つのレジスタＲ２１とＲ２２は、図示されるように２つの電流Ｉ２１とＩ２２は電流経路を提供する。図４の実施例では、Ｒ２１とＲ２２は等しいため、レジスタＲ２１またはＲ２２のいずれでもＲ２と言うことができる。同様に、Ｉ２１とＩ２２は等しいため、電流Ｉ２１またはＩ２２のいずれでもＩ２と言うことができる。レジスタＲ２１は、トランジスタＱ１と並列であり、レジスタＲ２２は、レジスタＲ１とトランジスタＱ２の直列に並列する。ＶＣＴＡＴは、ＮＯＤＥ１の電圧であり、トランジスタＱ１のＶＢＥ（ベースからエミッタにおける電圧）でもあり、よって、負の温度係数を有する。レジスタＲ１における電圧は、ＶＢＥＱ１とＶＢＥＱ２間の電圧差である。よって、正の温度係数を有する。ＤＡＣレジスタＲ３またはＤＡＣ電流ＩＭ４は、電圧ＶＣＭＰを提供し、ＩＭ４またはＲ３の特定値では、ＶＣＭＰ＝ＩＭ４＊Ｒ３である。いくつかの実施例に基づくと、ＶＣＭＰは、わずかな温度依存電圧である。ＶＣＭＰの異なる値を得るために、ＤＡＣ電流ＩＭ４と、またはＲ３の異なる値が各電流ＩＭ４または変更のレジスタＲ３に対応してＤＡＣコードを変えることで得られることができる。
【００１９】
ＤＡＣトランジスタＭ４は、ＤＡＣトランジスタＭ４の構造によって提供された各電流Ｍ４を示している。また、ＤＡＣトランジスタＭ４は、電流ＩＭを増加したカレントミラー（ｍｉｒｒｏｒｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ＩＭ４を提供する。即ち、ＩＭ４＝Ｎ＊ＩＭであり、Ｎは、倍数である。図４の実施例では、ＤＡＣ回路はＤＡＣトランジスタＭ４を制御する。即ち、ＤＡＣ回路のデジタル値は、電流ＩＭ４の値に対応する。説明のために、ＤＡＣ回路が入力ビットのＭ数を含む場合、出力のＮ数は、Ｎ＝２Ｍである。例えば、Ｍ＝２の場合、Ｎ＝２２または４である。Ｍ＝３の場合、Ｎ＝２３または８である。Ｍ＝４の場合、Ｎ＝２４または１６などである。いくつかの実施例は、ＤＡＣコードを変えて効果的に異なる値のＩＭ４と、異なるＶＣＭＰを得る。実施例では、ＤＡＣトランジスタＭ４のアクティブトランジスタの数を変えることは、ＤＡＣコードを変えるため、Ｎ値を変える。Ｎ値を変えることは、電流ＩＭ４の値を変える。例えば、２ビットＤＡＣ（Ｍ＝２）は、Ｎ＝４（２２）となり、よって４つのＩＭ４値を有し、３ビットＤＡＣ（Ｍ＝３）は、Ｎ＝８（２３）となり、よって８つのＩＭ４値を有し、４ビットＤＡＣ（Ｍ＝４）となり、よって、Ｎ＝１６（２４）となり、よって１６個のＩＭ４値を有する、などである。また、電圧ＶＣＭＰは、電流ＩＭ４の（ＶＣＭＰ＝ＩＭ４＊Ｒ３）に依存するため、電流ＩＭ４が４つの値、例えばＩＭ４（０：３）のＤＡＣによって提供された場合、ＶＣＭＰは、４つの値、ＶＣＭＰ（０：３）に対応する。電流ＩＭ４が８つの値、例えばＩＭ４（０：７）のＤＡＣによって提供された場合、ＶＣＭＰは、８つの値、ＶＣＭＰ（０：７）に対応する。電流ＩＭ４が１６個の値、例えばＩＭ４（０：１５）のＤＡＣによって提供された場合、ＶＣＭＰは、１６個の値、ＶＣＭＰ（０：１５）に対応する、などである。
【００２０】
ＤＡＣレジスタＲ３は、レジスタＲ３のちがＤＡＣコードによっても変えられることを示している。ＤＡＣトランジスタＭ４の状態と類似して、Ｍビット入力ＤＡＣがＮ＝２ＭのＮ出力を提供する。また、このＤＡＣがＤＡＣレジスタＲ３を制御する場合、ＤＡＣコードのＮ数（例えばＤＡＣ出力のＮ数）は、レジスタＲ３のＮ値に対応する。また、ＶＣＭＰ＝ＩＭ４＊Ｒ３であるため、ＤＡＣコードに対応するレジスタＲ３の各値は、ＶＣＭＰの値にも対応し、上述のＤＡＣトランジスタＭ４の状態と類似する。いくつかの実施例は、ＤＡＣコードを変えて効果的にＲ３と、ＶＣＭＰの値を変える。当業者は、ＤＡＣコードによって各種のレジスタＲ３を用いて数個のＶＣＭＰの値を提供する多くの周知技術があることがわかるだろうが、本発明の実施例は特定の技術を限定していない。
【００２１】
節点ＮＯＤＥ３では、比較器１００の入力インピーダンスは、非常に高く、ライン１２０の電流は、わずかで無視されることができる。よって、次の数１式で示される。
【００２２】
【数１】
2010256355.tif 000003
【００２３】
上述の式（１）では、ＶＴは、熱電圧であり、ＶＴ＝ｋＴ／ｑは、ｋがボルツマン定数でｑが単位電荷である。また、Ｍ２１は、ダイオード（またはトランジスタ）Ｑ２とＱ１間の面積比である。式（１）に基づくと、Ｒ１とＲ２の温度係数は、Ｒ１とＲ２が分母でＲ３が分子であるため、Ｒ３の温度係数が相殺される。よって、ＶＣＭＰの温度係数は、前記項（ＶＴｌｎ（Ｍ２１））とＶＢＥＱ１によって決まり、ｌｎ（Ｍ２１）は、Ｍ２１の自然対数である。当業者は、ＶＢＥＱ１の温度係数は負であり、（ＶＴｌｎ（Ｍ２１））の温度係数は正であり、それらは実質的に互いに相殺し、低い、またはわずかな温度係数を有するＶＣＭＰとなる。ＶＣＭＰが低い、またはわずかな温度係数を有する時、図２のラインＬＶＣＭＰは、実質的に垂直で且つ実質的に互いに平行する。
【００２４】
（ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを提供する回路‐実施例１）
図５は、実施例２に基づいたＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを提供する回路５００を表している。説明のために、図５は、比較器１００も含む。回路４００と同様に、回路５００は、正の温度係数回路素子の温度効果を相殺する負の温度係数回路素子を含む。また、回路５００は、温度曲率補正回路も含み、よって、回路５００を通過するＶＣＭＰは、更にわずかな温度係数となる。
【００２５】
回路５００は、図示されるように、レジスタＲ４、Ｒ５と、トランジスタＭ３とＱ３の追加以外は、回路４００と類似する。図５の実施例では、Ｒ４＝Ｒ５であるため、レジスタＲ４またはＲ５は、レジスタＲ４５と言われることができる。トランジスタＱ３は、トランジスタＱ１とＱ２に類似したダイオードとしても構成される。トランジスタＭ３は、カレントミラーとなり、電流ＩＭ３は、電流ＩＭ（即ちＩＭ１またはＩＭ２）と同じ値を有する。実施例では、トランジスタＱ３の面積はトランジスタＱ１の面積と同じである。
【００２６】
回路４００と同様に、比較器１００の入力インピーダンスは、非常に高く、ライン１２０の電流は、ごくわずかである。よって、ＮＯＤＥ３では、次の数２式が成り立つ。
【００２７】
【数２】
2010256355.tif 000004
【００２８】
上述のように、前記項（ＶＴｌｎ（Ｍ２１））は、正の温度係数を有し、ＶＢＥＱ１  は、負の温度係数を有する。また、ＶＢＥＱ３−ＶＢＥＱ１も正の温度係数を有する。項（ＶＴｌｎ（Ｍ２１））、ＶＢＥＱ１と、ＶＢＥＱ３−ＶＢＥＱ１の温度係数は、互いに相殺し、非常に低い、またはわずかな温度係数を有するＶＣＭＰとなる。
【００２９】
当業者は、式（２）のＶＣＭＰが式（１）のＶＣＭＰより小さい温度係数を有することがわかる。よって、回路５００より生じた図２のラインＬＶＣＭＰは、より垂直であるため、回路４００より生じたラインＬＶＣＭＰより、より平行である。結果、回路５００より生じたライン３１０は、回路４００より生じたライン３１０より、より垂直である。簡単に言うと、回路５００は、回路４００よりも、温度ＴとＤＡＣコードＣ間のより線形的な関係を提供する。
【００３０】
（絶対温度（ＶＰＴＡＴ）に対して比例的な温度に依存する電圧）
図６は、ＰＴＡＴ型の実施に関連した実施例に基づいた回路６００を表している。ライン６１０の基準電圧ＶＰＴＡＴは、回路（例えば温度センサ回路）で生成され、以下に詳述される。比較器１００に類似して、比較器６００は、電圧ＶＣＭＰとＶＰＴＡＴを比較し、その結果の信号ＣＰＯＵＴをライン６３０に提供する。図６の実施例のＶＣＭＰは、上述のＣＴＡＴ型の実施に関連した実施例に類似している。ＶＰＴＡＴは、絶対温度に対して比例的な（ＣＴＡＴ）基準電圧であり、特定温度で温度センサ回路によって生成される。例えば、ＣＴＡＴ型の実施例とアプリケーションに類似して、温度センサ回路は、例えばＣＰＵの半導体デバイスのセンサの一部として内蔵される。動作では、ＣＰＵは、温度センサ回路でも検出された特定温度（例えば動作温度）を受け、ＶＰＴＡＴは、この温度を有する入力として生成される。いくつかの実施例では、ＶＣＭＰは、がＶＰＴＡＴよりやや高い（例えば実質的に等しい）場合、信号ＣＰＯＵＴは、真理値（例えば高論理を有する）である。ＶＣＭＰがＶＰＴＡＴより低い場合、信号ＣＰＯＵＴは、ＤＡＣコードを変え、ＶＣＭＰがＶＰＴＡＴよりやや高くなる（例えば実質的に等しい）までＶＣＭＰを変える、他の回路（例えば調整回路（図示せず））に提供される。実際、ＶＣＭＰがＶＰＴＡＴと等しい時、ＣＰＵと温度センサ回路が受けた温度（例えば温度Ｔ０）も温度センサ回路がＶＰＴＡＴを提供する温度である。また、この温度Ｔ０は、ＤＡＣコード（例えばＤＡＣコードＣ０）に対応する。各実施例では、温度センサ回路がＶＰＴＡＴを提供する温度とＤＡＣコードは、実質的に線形的に関連する。上述のように当業者は、温度とＤＡＣコードが線形的に関連した時、それらの関係を二次元軸で表しているグラフが直線であることがわかるであろう。
【００３１】
（ＶＰＴＡＴ、ＶＣＭＰと対応温度）
図７は、実施例に基づいたＶＰＴＡＴ、ＶＣＭＰと、温度Ｔ間の関係を示すグラフ７００を表している。ＣＴＡＴ型の実施に関連した実施例に説明されたように、各ラインＬＶＣＭＰは、特定のＤＡＣコードで、ＶＣＭＰが生成される入力となる電圧ＶＣＭＰと温度Ｔ間の関係を表している。ＤＡＣコードを最下位ビット（ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ、ＬＳＢ）から最下上位ビット（Ｍｏｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ、ＭＳＢ）に変え、ラインＬＶＣＭＰを提供する。各実施例では、ＶＣＭＰの非常に小さい、またはわずかな温度係数の性質により、ラインＬＶＣＭＰは、互いに平行（例えば実質的に平行）に非常に近く、実質的に垂直である。ラインＬＶＣＭＰの平行性とそれらの直線であることに基づいて、実施例は温度ＴとＤＡＣコード間の線形線を提供する。
【００３２】
ラインＬＶＰＴＡＴは、ＶＰＴＡＴと温度Ｔ間の関係を示している。当業者は、ラインＬＶＰＴＡＴが正の傾斜を有し、ＶＰＴＡＴが正の温度係数を有することを示していることがわかるであろう。ラインＬＶＰＴＡＴとラインＬＶＣＭＰ間の交差は、特定ＤＡＣコードＣに対応した特定温度ＴでＶＰＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことを示している。例えば、点ＶＰＴＡＴＴ０は、ＤＡＣコードＣ０に対応した温度Ｔ０でＶＰＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことを示している。同様に、点ＶＰＴＡＴＴ１は、ＤＡＣコードＣ１に対応した温度Ｔ１でＶＰＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことを示しており、ＶＰＴＡＴＴＮは、ＤＡＣコードＣＮに対応した温度ＴＮでＶＰＴＡＴとＶＣＭＰが等しいことなどを示している。各実施例では、例えば、温度センサ回路によって受けた特定温度Ｔで信号ＣＰＯＵＴが真偽値の時、各点ＶＰＴＡＴＴは、ＶＣＭＰとＶＰＴＡＴが等しい時の比較器１００の結果に対応する。
【００３３】
（温度とＤＡＣコード−ＰＴＡＴ型）
図８は、ＰＴＡＴに関連した温度ＴとＤＡＣコードＣ間の関係を示すライン８１０を有するグラフ８００を表している。例えば、Ｔ０は、コードＣ０に対応し、Ｔ１は、コードＣ１に対応し、ＴＮは、コードＣＮに対応する、などである。
【００３４】
本発明の実施例は、可能な限り温度ＴとＤＡＣコードＣ間の線形を提供し、これはこのような線形を提供しない従来の方法に比べ有利である。この線形性は、図７のラインＬＶＣＭＰが互いに実質的に垂直、且つ実質的に平行であることによる結果である。上述のように、１００％の線形状態では、ラインＬＶＣＭＰは、１００％垂直であるため、１００％互いに平行し、ライン８１０を１００％垂直にする。他の方法では、ラインＬＶＣＭＰは、曲線であり、または互いに平行せず、これもライン８１０を曲線にする。当業者は、ライン８１０の湾曲が小さければ小さいほど温度ＴとＤＡＣコード間の関係は、より線形性であることがわかるであろう。本実施例は、特に大量製造の環境下で有利であり、グラフ８００が一旦作成されれば、ライン８１０のＤＡＣコードＣと温度Ｔ間の線形関係を提供する。よって、対応の温度ＴとＤＡＣコードＣは、容易に識別されることができる。例えば、ＤＡＣコードＣを水平軸に与えた時、垂直軸の対応の温度Ｔは、ライン８１０を用いて識別されることができる。同様に、温度Ｔを垂直軸に与えた時、水平軸の対応のＤＡＣコードＣは、ライン８１０を用いて識別されることができる。
【００３５】
アプリケーションでは、ライン８１０は、温度ＴとＤＡＣコードＣ間の線形関係に基づいて室温に近いシンプルな校正プロセスで容易且つ経済的に作成されることができる。例えば、回路４００または５００（例えば温度センサ回路）を内蔵し、ＶＣＴＡＴが回路９００によって生成されたＶＰＴＡＴに置き換えられた温度センサは、例えば温度Ｔ１の第１既知温度を受ける。温度Ｔ１に対応して、ＤＡＣコード、例えばコードＣ１が識別される。温度センサ回路は、例えば温度Ｔ２の第２既知温度を受ける。温度Ｔ２に対応して、ＤＡＣコード、例えばコードＣ２が識別される。温度ＴとＤＡＣコードＣ間の線形関係に基づいて、温度Ｔ１と温度Ｔ２と、ＤＡＣコードＣ１とＣ２、ライン８１０は、各種の従来技術によって容易に作成されることができ、本実施例は、特定技術に限定されない。更なるアプリケーションでは、例えば、一旦作成されたライン８１０は、本実施例を用いて半導体チップの温度Ｔを調整できる制御回路をプログラムするように分析される。例えば、ＤＡＣコード、例えばコードＣ７５は、チップの特定動作の時に識別されることができ、続いてこのコードＣ７５は、例えば７５℃の温度Ｔ７５の温度に対応する。この７５℃の温度Ｔ７５は、例えば、チップが４００ＭＨｚで動作し、過剰な熱を発生するため、制御回路がチップに例えば３００ＭＨｚのより低い速度で動作し、発生された熱を下げるようにプログラムされることを示している。同様に、例えばコードＣ１２５のＤＡＣコードが識別された場合、このコードは例えば１２５℃の温度Ｔ１２５の温度に対応する。この１２５℃の温度Ｔ１２５は、例えばチップにダメージを与える可能性があるため、制御回路は、コードＣ１２５を認識した時、チップをシャットダウンするようにプログラムされる。上述の実施例は、本発明のアプリケーションを説明するのに用いられており、特定の例を限定するものではない。
【００３６】
（ＶＣＴＡＴとＶＣＭＰを提供する回路）
各実施例では、ＰＴＡＴ型の実施例に関連したＶＣＭＰは、ＣＴＡＴ型に関連したＶＣＭＰに類似して生成され、上述の回路４００と５００を用いている。
【００３７】
図９は、実施例に基づいてＶＰＴＡＴを生成する回路９００を表している。説明のために、図９は、比較器６００も含む。回路９００は、回路９００がレジスタＲ２１とＲ２２に対応するレジスタを含まない以外は回路４００に類似する。また、トランジスタＭ６とＭ７は、トランジスタＭ１とＭ２にそれぞれ対応し、増幅器Ａ２は、増幅器Ａ２に対応し、レジスタＲ７は、レジスタＲ１に対応し、トランジスタＱ４とＱ５は、トランジスタＱ１とＱ２にそれぞれ対応する。トランジスタＭ５は、ＤＡＣトランジスタＭ４に対応し、レジスタＲ６は、ＤＡＣレジスタＲ３に対応する。よって、トランジスタＭ６、Ｍ７と、増幅器Ａ２は、カレントミラーを構成し、増幅器Ａ２は、電流ＩＭ６とＩＭ７とＮＯＤＥ６とＮＯＤＥ７の電圧を等しくする。説明の目的のためにＩＭ６またはＩＭ７のいずれかがＩＭ６７として言われる。トランジスタＭ５は、電流ＩＭ６７と同じ（ｍｉｒｒｏｒ）電流ＩＭ５を提供する。よって、ＮＯＤＥ４では、比較器６００の入力インピーダンスは、非常に高く、ライン６１０の電流は、ごくわずかである。
【００３８】
【数３】
2010256355.tif 000005
【００３９】
式（３）に見られるように、ＶＰＴＡＴは、絶対温度に対して比例してＴ（または温度）に依存する。ＣＴＡＴ型の実施例に類似して、回路９００は上述の回路４００とＤＡＣコードとに併せられてＶＰＴＡＴのＤＡＣコードと温度間の線形関係を提供する。また、回路９００は、回路５００と併せられ、回路４００と併せられた回路９００に比べてより線形的な関係を提供する。
【００４０】
（ＤＡＣトランジスタとＤＡＣコード）
図１０は、電流ＩＭ４（とＶＣＭＰ）を提供するＤＡＣトランジスタＭ４の実施例を示す回路１０００を表している。回路１０００は、４つのトランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２と、Ｍ４３を含み、信号ＣＴ０、ＣＴ１、ＣＴ２と、ＣＴ３によってそれぞれ制御（例えばオンまたはオフにされる）される。例えば、各トランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２、またはＭ４３をオンにするには、各信号ＣＴ０、ＣＴ１、ＣＴ２、またはＣＴ３はそれぞれアクティブにされる（例えば低状態または０に引き下げられる）。逆に、各トランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２、またはＭ４３をオフにするには、各信号ＣＴ０、ＣＴ１、ＣＴ２、またはＣＴ３はそれぞれ非アクティブにされる（例えば高状態または１に引き上げられる）。図１０の実施例では、ＩＭ４＝ＩＭ４０＋ＩＭ４１＋ＩＭ４２＋ＩＭ４３であるため、電流ＩＭ４の値は、各電流ＩＭ４０、ＩＭ４１、ＩＭ４２と、ＩＭ４３に依存する。また、各トランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２、またはＭ４３をオンにすると、各電流ＩＭ４０、ＩＭ４１、ＩＭ４２と、ＩＭ４３を電流ＩＭ４に提供する。
【００４１】
図１１は、値ＬとオンオフされるトランジスタＭ４の回数との対応を示す表１１００を表している。Ｌ＝０の時、トランジスタＭ４０のみがオンとなる。Ｌ＝１の時、トランジスタＭ４０とＭ４１がオンとなる。Ｌ＝２の時、トランジスタＭ４０、Ｍ４１と、Ｍ４２がオンとなり、Ｌ＝３の時、トランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２と、Ｍ４３がオンとなる。
【００４２】
図１２は、値Ｌと信号ＣＴ間の関係を示す表１２００を表している。Ｌ＝０の時、トランジスタＭ４０のみがオンとなるため、信号ＣＴ０は、低状態（または０）となり、信号ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３は、高状態（または１）となる。Ｌ＝１の時、トランジスタＭ４０とＭ４１がオンとなり、トランジスタＭ４２とＭ４３がオフとなるため、信号ＣＴ０とＣＴ１は低状態となり、信号ＣＴ２とＣＴ３は高状態となる。Ｌ＝２の時、トランジスタＭ４０、Ｍ４１と、Ｍ４２がオンとなり、トランジスタＭ４３がオフとなるため、信号ＣＴ０、ＣＴ１と、ＣＴ２は低状態となり、信号ＣＴ３は高状態となる。同様にＬ＝３の時、全てのトランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２と、Ｍ４３がオンとなるため、全ての信号ＣＴ０、ＣＴ１、ＣＴ２と、ＣＴ３は低状態となる。実施によってＬ値または信号ＣＴのデジタル値は、上述のようにＤＡＣ電流ＩＭ４（または電圧ＶＣＭＰ）に対応したデジタルコードと見なされることができる。例えば、０〜３の各値またはＤＡＣコードＬには、対応するＤＡＣ電流ＩＭ４が存在する。もう１つの例では、表１２００の信号ＣＴ０、ＣＴ１、ＣＴ２と、ＣＴ３  の各コード００００、０００１、００１１、または０１１１には、対応するＤＡＣ電流ＩＭ４が存在する。
【００４３】
図１０〜図１２は、説明の目的のために、ＤＡＣ電流ＩＭ４の４つの値に対応した４つのトランジスタＩＭ４、４つのＬ値と、４つの信号ＣＴのみを表している。本発明は４つのＤＡＣコードを限定するものではなく、複数のＤＡＣコードに用いることができ、ＤＡＣコードを提供する各種の方法に用いることができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。例えば、レジスタ（レジスタＲ１、Ｒ２など）が上述の実施例に示されているが、抵抗素子、抵抗回路網、または、その等価回路によって置き換えられることができる。回路４００と５００は、ＶＣＭＰとＶＣＴＡＴを同時に生成するのに用いられるが、異なる回路がＶＣＭＰとＶＣＴＡＴを個別に生成するのに用いられることもできる。上述の実施例のＶＣＴＡＴとＶＰＴＡＴを生成する回路は、説明の目的のためだけであり、必要に応じて、絶対温度に対して相補的な、または絶対温度に対して比例的な電圧を提供する他の回路も本発明の実施例の範囲内にある。“に等しい”または“等しくない”などの語彙を用いた実施形態でも、当業者によって等しい（例えば実質的に等しい）と見なされるほど２つの素子が近似した場合、これらも本発明の実施例の範囲内となる。
【００４５】
本文の各請求項は、別々の実施例を構成しているが、当業者にとっては、異なる請求項と、または上述の実施例を組み合わせた実施例は、本発明の範囲内であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上の説明の通り、本発明に係る温度とデジタルコード間の線形関係の提供方法及び回路は、温度測定方法や温度センサに適用される。
【符号の説明】
【００４７】
１００  比較器
１１０、１２０、１３０  ライン
ＶＣＭＰ  比較電圧
ＶＣＴＡＴ  基準電圧
３１０  ライン
Ｍ１、Ｍ２  トランジスタ
Ａ１  増幅器
ＩＭ１、ＩＭ２  電流
ＮＯＤＥ１  節点１
ＮＯＤＥ２  節点２
Ｒ２１、Ｒ２２  レジスタ
Ｒ３  ＤＡＣレジスタ
ＩＭ４  ＤＡＣ電流
ＣＯＵＴ  信号
【図１】
2010256355.tif 000006
【図２】
2010256355.tif 000007
【図３】
2010256355.tif 000008
【図４】
2010256355.tif 000009
【図５】
2010256355.tif 000010
【図６】
2010256355.tif 000011
【図７】
2010256355.tif 000012
【図８】
2010256355.tif 000013
【図９】
2010256355.tif 000014
【図１０】
2010256355.tif 000015
【図１１】
2010256355.tif 000016
【図１２】
2010256355.tif 000017
【外国語明細書】
2010256355000001.pdf