(57)【要約】【課題】広域な検知温度範囲に亘って高い検知精度を実現することができるオンチップ温度センサを提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体装置の内部温度を検知し、検知温度に応じたレベルの電圧を出力する温度センサ１０と、温度センサ１０の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器とを備える。温度センサ１０は、検知温度に応じたレベルの電圧を出力する検知素子１２と、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧発生部１６と、検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉおよび基準電圧Ｖｒｅｆの差電圧を増幅する差動増幅部とを備える。基準電圧発生部１６は、互いに電圧レベルの異なる複数の基準電圧を生成可能に構成され、複数の基準電圧のうちから選択された１つの基準電圧を出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知温度に応じたレベルの電圧を出力する検知素子と、
基準電圧を生成する基準電圧発生部と、
前記検知素子の出力電圧および前記基準電圧の差電圧を増幅する差動増幅部とを備え、
前記基準電圧発生部は、互いに電圧レベルの異なる複数の基準電圧を生成可能に構成され、前記複数の基準電圧のうちから選択された１つの基準電圧を出力する、温度センサ。
【請求項２】
前記１つの基準電圧は、前記差動増幅部の出力電圧と所定の電圧範囲との比較結果に応じて前記複数の基準電圧のうちから選択される、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記基準電圧発生部は、所定電圧ずつ変化させて前記複数の基準電圧を生成可能に構成され、
前記所定電圧は、前記所定の電圧範囲の電圧幅を超えないように設定される、請求項１または２に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記基準電圧発生部は、第１の基準電圧の選択時に前記差動増幅部の出力電圧が前記所定の電圧範囲の限界値に達したときには、選択されている前記第１の基準電圧を、前記第１の基準電圧を前記所定電圧だけ変化させた第２の基準電圧に切替えて出力する、請求項３に記載の温度センサ。
【請求項５】
前記第１の基準電圧から前記第２の基準電圧に切替えたときには、前記所定電圧を用いて前記差動増幅部の出力電圧を換算する、請求項４に記載の温度センサ。
【請求項６】
前記差動増幅部に接続され、前記基準電圧発生部に接続される差動入力端子と、前記検知素子に接続される差動入力端子とを切替えるための切替部をさらに備える、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項７】
前記差動増幅部は、電圧増幅率を変更可能に構成される、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項８】
前記差動増幅部の出力電圧は、アナログ／デジタル変換器によってデジタル値に変換され、
前記所定の電圧範囲は、前記アナログ／デジタル変換器の入力可能な電圧範囲に応じて設定される、請求項２に記載の温度センサ。
【請求項９】
検知温度に応じたレベルの電圧を出力する検知素子と、
基準電圧を生成する基準電圧発生部と、
前記検知素子の出力電圧および前記基準電圧の差電圧を増幅する差動増幅部と、
前記差動増幅部に接続され、前記基準電圧発生部に接続される差動入力端子と、前記検知素子に接続される差動入力端子とを切替えるための切替部とを備える、温度センサ。
【請求項１０】
検知温度に応じたレベルの電圧を出力する温度センサと、
前記温度センサの出力電圧をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、
制御回路とを備え、
前記温度センサは、
検知温度に応じたレベルの電圧を出力する検知素子と、
基準電圧を生成する基準電圧発生部と、
前記検知素子の出力電圧および前記基準電圧の差電圧を増幅する差動増幅部とを含み、
前記基準電圧発生部は、互いに電圧レベルの異なる複数の基準電圧を生成可能に構成され、
前記制御回路は、前記差動増幅部の出力電圧と所定の電圧範囲との比較結果に応じて前記複数の基準電圧のうちの１つの基準電圧を選択する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、半導体装置の内部温度を検知する温度センサを搭載した半導体装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体装置においては、動作状態および環境温度等の影響により、ジャンクション温度が変化して特性を変動させる可能性がある。このような特性の変動を抑制するために、従来より、半導体装置の内部温度を検知するための温度センサを搭載し、温度センサの出力に応じて内部動作を制御することが行なわれている。
【０００３】
このような温度センサとして、特開２００２−７６８０４号公報（特許文献１）には、増幅率可変型の温度調整器の入力回路が開示される。特許文献１に記載される温度調整器の入力回路は、広い温度範囲にわたって温度測定を行なうときには小さい勾配の特性曲線を用いる一方で、狭い温度範囲で温度測定を行なうときには大きい勾配の特性曲線を用いる。特許文献１では、増幅率を増やすときには、連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせることにより、特性曲線の全体を、その基準点を高い側にシフトさせつつ回転して立ち上げる。これにより、狭い温度範囲の下限値に基準点を一致させる。このようにして、狭い温度範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲を、広い温度範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲と遜色のない大きなものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７６８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載される技術によれば、狭い温度範囲での温度測定においても、温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器のダイナミックレンジを有効に利用することができる。
【０００６】
その一方で、半導体装置が携帯機器などの電池駆動の機器に搭載される場合、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジは低い電圧範囲に制限される。そのため、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの制限を受けて、増幅率を大きくすることには限界が生じる。その結果、温度センサに要求される検知温度範囲が大きくなるに従って特性曲線の勾配が小さくなってしまい、温度センサの検知精度を低下させるという問題があった。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態による半導体装置は、半導体装置の内部温度を検知し、検知温度に応じたレベルの電圧を出力する温度センサと、温度センサの出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器とを備える。温度センサは、検知温度に応じたレベルの電圧を出力する検知素子と、基準電圧を生成する基準電圧発生部と、検知素子の出力電圧および基準電圧の差電圧を増幅する差動増幅部とを含む。基準電圧発生部は、互いに電圧レベルの異なる複数の基準電圧を生成可能に構成され、複数の基準電圧のうちから選択された１つの基準電圧を出力する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の一実施の形態によれば、広域な検知温度範囲に亘って高い検知精度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１におけるオンチップ温度センサの構成を示すブロック図である。
【図３】検知素子の出力電圧と検知温度との関係を示す図である。
【図４】オンチップ温度センサのモードごとの出力電圧と検知温度との関係の一例を示す図である。
【図５】一実施の形態によるオンチップ温度センサを用いた温度検知動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図７】実施の形態２によるオンチップ温度センサのモードごとの出力電圧と検知温度との関係の一例を示す図である。
【図８】実施の形態３による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図９】実施の形態３によるオンチップ温度センサのモードごとの出力電圧と検知温度との関係の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態４による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図１１】実施の形態４によるオンチップ温度センサの出力電圧と検知温度との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、一実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１１】
＜実施の形態１＞
（半導体装置の全体構成）
図１は、実施の形態１による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【００１２】
図１を参照して、実施の形態１による半導体装置１は、オンチップ温度センサ１０と、ＡＤＣ（Analog  to  Digital  Converter：ＡＤ変換器）３０と、ＭＣＵ（Micro  Control  Unit：マイクロコントロールユニット）４０と、周辺回路５０とを備える。
【００１３】
オンチップ温度センサ１０は、半導体装置１の内部温度を検知するための検知素子１２を含む。検知素子１２は、検知温度に応じたレベルの電圧Ｖｄｉを出力する。具体的には、検知素子１２は、一例として、定電流源１２０およびダイオード１２２から構成される。ダイオード１２２は、アノードが定電流源１２０に接続され、カソードが接地電圧ＶＳＳを受ける接地ノードに接続される。なお、検知素子１２の構成は、出力電圧が温度依存性を有するものであればこれに限定されない。
【００１４】
ダイオード１２２は、ＰＭＯＳ（Positive-channel  Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタで構成される。ＰＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間電圧（すなわち、ｐｎ接合の順方向電圧）をＶｄｉとすると、ｐｎ接合の順方向電圧Ｖｄｉと絶対温度との関係は、式（１）により表わすことができる。
【００１５】
Ｖｄｉ＝Ｖｅｇ−ａＴ  ・・・（１）
ここで、Ｖｅｇはシリコンのバンドギャップ電圧であり、ａはＶｄｉの温度依存性であり、Ｔは絶対温度である。電圧Ｖｄｉは、絶対温度の上昇に従って減少する負の温度依存性を有する。
【００１６】
また、定電流源１２０からダイオード１２２に供給される電流（すなわち、ＰＭＯＳトランジスタのドレイン電流）をＩｄｉとし、ＰＭＯＳトランジスタの逆方向飽和電流をＩｓとすると、電流Ｉｄｉと電圧Ｖｄｉとの関係は、式（２）により与えられる。
【００１７】
Ｖｄｉ＝ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉｄｉ／Ｉｓ）  ・・・（２）
ここで、ｑは電子の電荷であり、ｋはボルツマン定数である。
【００１８】
オンチップ温度センサ１０は、検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉを増幅して出力電圧ＶＯＵＴを生成し、その生成した出力電圧ＶＯＵＴをＡＤＣ３０へ出力する。ＡＤＣ３０は、オンチップ温度センサ１０の出力電圧ＶＯＵＴをデジタル値に変換してＭＣＵ４０へ出力する。
【００１９】
ＭＣＵ４０は、ＡＤＣ３０およびその他の周辺回路５０に接続され、ＡＤＣ３０および周辺回路５０を制御する。周辺回路５０には、半導体装置１の動作の基準となるクロックを生成するクロック生成回路および電源回路などが含まれる。ＭＣＵ４０はさらに、ＡＤＣ３０から与えられるデジタル値に応じてオンチップ温度センサ１０を制御する。
【００２０】
以下、一実地の形態によるオンチップ温度センサ１０の構成および動作について図面を参照して説明する。
【００２１】
（オンチップ温度センサの構成）
図２は、図１におけるオンチップ温度センサ１０の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図２を参照して、オンチップ温度センサ１０は、検知素子１２と、オペアンプ１４と、基準電圧発生部１６と、抵抗素子Ｒａ，Ｒｂとを含む。
【００２３】
検知素子１２は、上述したように、定電流源１２０およびダイオード１２２を含んで構成され、検知温度に応じたレベルの電圧Ｖｄｉを出力する。
【００２４】
オペアンプ１４は、非反転入力端子（＋端子）に検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉを受け、反転入力端子（−端子）に基準電圧Ｖｒｅｆを受ける。オペアンプ１４の出力端子および反転入力端子の間には抵抗素子Ｒｂが接続される。オペアンプ１４の反転入力端子および基準電圧発生部１６の出力端子の間には抵抗素子Ｒａが接続される。オペアンプ１４および抵抗素子Ｒａ，Ｒｂは、検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉおよび基準電圧Ｖｒｅｆの差電圧を増幅する「差動増幅部」を構成する。
【００２５】
具体的には、差動増幅部は、オペアンプ１４に入力される出力電圧Ｖｄｉおよび基準電圧Ｖｒｅｆの差電圧を抵抗素子Ｒａ，Ｒｂの抵抗値の比に応じた増幅率で増幅する。抵抗素子Ｒａ，Ｒｂの抵抗値をそれぞれＲａ，Ｒｂとすると、オペアンプ１４の出力端子の電圧ＶＯＵＴは、式（３）により表わすことができる。
【００２６】
ＶＯＵＴ＝（Ｖｄｉ−Ｖｒｅｆ）×Ｒｂ／Ｒａ＋Ｖｄｉ  ・・・（３）
ここで、増幅率Ｒｂ／Ｒａ＝αとおくと、上記式（３）は式（４）のように書換えられる。
【００２７】
ＶＯＵＴ＝（１＋α）×Ｖｄｉ−α×Ｖｒｅｆ  ・・・（４）
基準電圧発生部１６は、オペアンプ１４の反転入力端子に供給する基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。基準電圧発生部１６は、互いに電圧レベルの異なる複数の基準電圧を生成可能に構成される。具体的には、基準電圧発生部１６は、ＢＧＲ（Band  Gap  Reference：バンドギャップリファレンス）回路１８と、抵抗回路２０とを含む。
【００２８】
ＢＧＲ回路１８は、半導体装置１に設けられた電源回路から内部電源電圧ＶＤＤを受けて動作し、バンドギャップ基準電圧Ｖｂｇｒを生成する。ＢＧＲ回路１８は、正の温度依存性を有する電圧と負の温度依存性を有する電圧とを適当な比率で加算することによって温度に依存しないバンドギャップ基準電圧Ｖｂｇｒを生成するように構成される。なお、バンドギャップ基準電圧Ｖｂｇｒを生成する方法については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる説明は繰り返さない。
【００２９】
抵抗回路２０は、ＢＧＲ回路１８の出力端子と抵抗素子Ｒａとの間に接続される。抵抗回路２０は、ＢＧＲ回路１８の出力端子の電圧（バンドギャップ基準電圧）Ｖｂｇｒを分圧して基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。
【００３０】
具体的には、抵抗回路２０は、互いに直列に接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）の抵抗素子Ｒ１〜Ｒｎと、ｎ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎとを含む。抵抗素子Ｒ１〜Ｒｎはこの順でＢＧＲ回路１８の出力端子および接地ノードの間に接続される。なお、直列接続される抵抗素子の個数、およびスイッチの個数は、調整する基準電圧Ｖｒｅｆの精度に応じて必要数が設けられる。
【００３１】
ｎ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、一方端子が抵抗素子Ｒ１〜Ｒｎの接続ノードｎｄ１〜ｎｄｎにそれぞれ接続され、他方端子が抵抗素子Ｒａに共通に接続される。ＭＣＵ４０（図１）から与えられる制御信号ＳＣによって、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのいずれか１つが選択されてオン（導通）状態となる。すなわち、接続ノードｎｄ１〜ｎｄｎのうち、制御信号ＳＣによって１つのノードが選択されて抵抗素子Ｒａに接続される。
【００３２】
抵抗回路２０において、接続ノードｎｄ１〜ｎｄｎのうち、制御信号ＳＣによって選択されたノード（以下、選択ノードと称する）と接地ノードとの間の抵抗値をＲｆとし、抵抗素子Ｒ１〜Ｒｎの合計抵抗値をＲｏとすれば、抵抗回路２０により生成される電圧は、ＢＧＲ回路１８の出力端子の電圧（バンドギャップ基準電圧）ＶｂｇｒのＲｆ／Ｒｏ倍になる。この抵抗回路２０により生成された電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆとして抵抗素子Ｒａを介してオペアンプ１４の反転入力端子に入力される。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆは、式（５）により表わされる。
【００３３】
Ｖｒｅｆ＝Ｖｂｇｒ×Ｒｆ／Ｒｏ  ・・・（５）
上記式（５）において、抵抗値Ｒｆは制御信号ＳＣによって調整可能であるため、制御信号ＳＣによって基準電圧Ｖｒｅｆを切替えることができる。以下の説明では、選択ノードが接続ノードｎｄｉ（ｉは１以上ｎ以下の自然数）のときのオンチップ温度センサ１０の動作モードを「モードｉ」と表記する。例えば、選択ノードが接続ノードｎｄ１のときの動作モードは「モード１」となり、選択ノードが接続ノードｎｄ２のときの動作モードは「モード２」となる。
【００３４】
（オンチップ温度センサの動作）
上記式（１）に示したように、検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉは、検知温度Ｔに応じて変化する。図３に、検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉと検知温度Ｔとの関係を示す。図３には、オンチップ温度センサ１０に要求される検知温度範囲（最低温度Ｔｍｉｎ、最高温度Ｔｍａｘ）も併せて示される。
【００３５】
図３を参照して、出力電圧Ｖｄｉは、検知温度Ｔの上昇に従って減少する負の温度依存性を有する。以下の説明では、出力電圧Ｖｄｉの傾き（ｄＶｄｉ／ｄＴ）を「温度係数」とも称する。検知素子１２の温度係数が小さくなるほど、検知温度範囲における出力電圧Ｖｄｉの変化幅が小さくなる。出力電圧Ｖｄｉの変化幅が小さい場合、出力電圧Ｖｄｉをデジタル値に変換するＡＤＣ３０においては、所望の検知精度を実現するために分解能を上げることが必要となる。
【００３６】
図３に示すように、オンチップ温度センサ１０の出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を出力電圧Ｖｄｉの温度係数よりも大きくすれば、ＡＤＣ３０の分解能を上げずに所望の検知精度を得ることができる。なお、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数は、差動増幅部の増幅率αを上げることで大きくすることができる。
【００３７】
その一方で、ＡＤＣ３０では入力可能な電圧範囲（ダイナミックレンジ）が決まっているため、出力電圧ＶＯＵＴの電圧範囲の上限値ＶＨおよび下限値ＶＬは、ＡＤＣ３０のダイナミックレンジに制約される。例えば、半導体装置１が携帯機器などの電池駆動の機器に搭載される場合、ＡＤＣ３０のダイナミックレンジは低い電圧範囲に設定される。このように、ＡＤＣ３０のダイナミックレンジおよび検知温度範囲の制限を受けて、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を大きくすることには限界がある。その結果、オンチップ温度センサ１０に要求される検知温度範囲が大きくなるに従って出力電圧ＶＯＵＴの温度係数が小さくなり、オンチップ温度センサ１０の検知精度を低下させる可能性がある。
【００３８】
そこで、実施の形態１による半導体装置１では、単一のオンチップ温度センサにおいて複数の検知温度範囲を切替え可能とする。具体的には、半導体装置１は、オンチップ温度センサ１０の動作モードを複数のモード（モード１〜モードｎ）の間で切替える。これにより、オンチップ温度センサ全体として、広域な検知温度範囲に亘って高い検知精度を実現する。
【００３９】
図４は、オンチップ温度センサ１０のモードごとの出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとの関係の一例を示す図である。
【００４０】
図４を参照して、オンチップ温度センサ１０の動作モードを切替えることにより、基準電圧発生部１６で生成される基準電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルが切替わる。図中の実線ｋ１はモード１のときの出力電圧ＶＯＵＴを示し、実線ｋ２はモード２のときの出力電圧ＶＯＵＴを示し、実線ｋｎはモードｎのときの出力電圧ＶＯＵＴを示す。
【００４１】
出力電圧ＶＯＵＴは、基準電圧Ｖｒｅｆが切替わると、上記式（４）中の定数項α×Ｖｒｅｆのみが変化する。そのため、モードごとの出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとの関係は、温度係数（傾き）を一定に保ったまま横軸に沿って平行移動する。これにより、モードごとにオンチップ温度センサ１０の検知温度範囲が切替えられる。
【００４２】
このように、オンチップ温度センサ１０の検知温度範囲が切替え可能となったことにより、所望の検知温度範囲（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘ）を複数の検知温度範囲に分割することができる。これにより、図３に示したように出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとを１対１に対応させる構成と比較して、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を大きくすることができる。その結果、検知温度範囲ごとの検知精度が向上するため、所望の検知温度範囲の全域に亘って高い検知精度を保つことが可能となる。
【００４３】
図５は、実施の形態１によるオンチップ温度センサ１０を用いた温度検知動作の一例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、ＭＣＵ４０において予め格納しておいたプログラムを実行することで実現できる。
【００４４】
図５を参照して、まず、ステップＳ０１では、オンチップ温度センサ１０の動作モードを選択するために、所定の動作モード（モードｉ（ｉは１以上ｎ以下の自然数）とする）がデフォルト設定される。
【００４５】
次に、ステップＳ０２により、オンチップ温度センサ１０により温度検知動作が行なわれる。オンチップ温度センサ１０の出力電圧ＶＯＵＴは、ＡＤＣ３０によりデジタル値に変換された後、ＭＣＵ４０に与えられる。ＭＣＵ４０は、取得した出力電圧ＶＯＵＴと予め設定されたオンチップ温度センサ１０の出力電圧範囲とを比較する。ＭＣＵ４０は、比較結果に基づいて、オンチップ温度センサ１０の動作モードを決定する。
【００４６】
具体的には、ＭＣＵ４０は、出力電圧範囲の中間電圧よりも高電圧側に設定された閾値ＶＨｔｈと、出力電圧範囲の中間電圧よりも低電圧側に設定された閾値ＶＬｔｈとを有しており、出力電圧ＶＯＵＴとこれらの閾値との大小を比較する。ステップＳ０３では、ＭＣＵ４０は、出力電圧ＶＯＵＴが閾値ＶＨｔｈ以上であるか否かを判断する。出力電圧ＶＯＵＴが閾値ＶＨｔｈ以上であるとき（ステップＳ０３においてＹＥＳ）、ＭＣＵ４０は、ステップＳ０４により、オンチップ温度センサ１０の動作モードをデフォルト値であるモードｉからモード（ｉ−１）に切替える。
【００４７】
一方、出力電圧ＶＯＵＴが閾値ＶＨｔｈより小さいとき（ステップＳ０３においてＮＯ）、ＭＣＵ４０はステップＳ０５に進み、出力電圧ＶＯＵＴが閾値ＶＬｔｈ以下であるか否かを判断する。出力電圧ＶＯＵＴが閾値ＶＬｔｈ以下であるとき（ステップＳ０４においてＹＥＳ）、ＭＣＵ４０は、ステップＳ０６により、オンチップ温度センサ１０の動作モードをモードｉからモード（ｉ＋１）に切替える。
【００４８】
一方、出力電圧ＶＯＵＴが閾値ＶＬｔｈより大きいとき（ステップＳ０５においてＮＯ）、ＭＣＵ４０は、ステップＳ０７により、オンチップ温度センサ１０の動作モードを切替えず、デフォルト値であるモードｉに維持する。
【００４９】
ステップＳ０４，Ｓ０６，Ｓ０７によりオンチップ温度センサ１０の動作モードが設定されると、ＭＣＵ４０は、設定した動作モードに応じた制御信号ＳＣを生成して抵抗回路２０へ出力する。制御信号ＳＣに従って抵抗回路２０の抵抗値Ｒｆが切替わることにより、基準電圧Ｖｒｅｆが切替えられる。そして、設定された動作モードでの温度検知動作が行なわれる。具体的には、ＭＣＵ４０は、ＡＤＣ３０からオンチップ温度センサ１０の出力電圧ＶＯＵＴを取得すると、モードごとの出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとの関係（図４）が記憶されたマップを参照することにより、出力電圧ＶＯＵＴに基づいて検知温度Ｔを演算する。
【００５０】
このように、実施の形態１による半導体装置によれば、オンチップ温度センサ１０の出力電圧ＶＯＵＴに応じてオンチップ温度センサ１０の動作モード（すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ）を切替え可能としたことにより、限られた出力電圧範囲において各モードにおける検知精度を向上しつつ、広域な検知温度範囲での温度検知を実現できる。
【００５１】
なお、上記の実施の形態１による半導体装置では、オンチップ温度センサ１０の動作モードを自動で切替える構成について説明したが、必要な検知温度範囲に応じてユーザが手動で切替える構成であってもよい。
【００５２】
＜実施の形態２＞
上記の実施の形態１による半導体装置では、オンチップ温度センサ１０の複数の動作モード（基準電圧Ｖｒｅｆ）を出力電圧ＶＯＵＴに応じて切替える構成について説明したが、この複数の動作モードをシームレスに切替えることで、実質的に所望の検知温度範囲について一貫して温度検知することが可能となる。実施の形態２では、オンチップ温度センサ１０の動作モードをシームレスに切替える構成について説明する。
【００５３】
図６は、実施の形態２による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。実施の形態に２による半導体装置においてオンチップ温度センサ１０の構成は、図２と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００５４】
図６を参照して、実施の形態２による半導体装置では、ＭＣＵ４０は、温度検知動作に際して、周辺回路５０（図１）に含まれるメモリ５２との間で信号を授受する。メモリ５２には、隣り合う２つのモードの間での基準電圧Ｖｒｅｆの電圧差ΔＶｒｅｆが予め格納されている。
【００５５】
図７は、実施の形態２によるオンチップ温度センサ１０のモードごとの出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図中の実線ｋ４はモード１のときの出力電圧ＶＯＵＴを示し、実線ｋ５はモード２のときの出力電圧ＶＯＵＴを示し、実線ｋ６はモード３のときの出力電圧ＶＯＵＴを示す。
【００５６】
図７を参照して、実施の形態２による半導体装置では、隣り合う２つのモードをシームレスに切替え可能とする。具体的には、隣り合う２つのモードの間で、一方のモードの基準電圧Ｖｒｅｆと他方のモードの基準電圧Ｖｒｅｆとの電圧差ΔＶｒｅｆをオンチップ温度センサ１０の出力電圧範囲の電圧幅を超えないように設定する。これにより、隣り合う２つのモードの検知温度範囲を部分的に重なり合わせることができる。
【００５７】
一例として、図７に示すように、電圧差ΔＶｒｅｆを出力電圧範囲の電圧幅に等しくなるように設定した場合、一方のモードの検知温度範囲の最高温度と他方のモードの検知温度範囲の最低温度とが一致する。これにより、２つの検知温度範囲をシームレスにつなぐことができる。
【００５８】
上記の構成において、ＭＣＵ４０は、出力電圧ＶＯＵＴが出力電圧範囲の限界値（上限値ＶＨまたは下限値ＶＬ）に達したときに、オンチップ温度センサ１０の動作モードを切替える。具体的には、モード２の選択中に出力電圧ＶＯＵＴが出力電圧範囲の上限値ＶＨに達した場合、ＭＣＵ４０は、オンチップ温度センサ１０をモード２からモード１に切替える。一方、モード２の選択中に出力電圧ＶＯＵＴが出力電圧範囲の下限値ＶＬに達した場合、ＭＣＵ４０は、オンチップ温度センサ１０をモード２からモード３に切替える。
【００５９】
ＭＣＵ４０は、ＡＤＣ３０からオンチップ温度センサ１０の出力電圧ＶＯＵＴを受けると、選択中の動作モードとメモリ５２から読み出した電圧差ΔＶｒｅｆとに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴをデフォルト設定された動作モード（モードｉ）での出力電圧ＶＯＵＴに換算する。そして、ＭＣＵ４０は、換算された出力電圧ＶＯＵＴに基づいて検知温度Ｔを演算する。
【００６０】
このように、実施の形態２による半導体装置によれば、オンチップ温度センサ１０の動作モードをシームレスに切替え可能としたことにより、所望の検知温度範囲について一貫して温度検知することが可能となる。
【００６１】
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【００６２】
図８を参照して、実施の形態３による半導体装置１Ａは、図１に示す半導体装置１において、オンチップ温度センサ１０（図２）に代えてオンチップ温度センサ１０Ａを設けたものである。半導体装置の概略構成は、オンチップ温度センサ１０Ａを除いて図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
オンチップ温度センサ１０Ａは、図２に示したオンチップ温度センサ１０と比較して、スイッチ回路ＳＷ０をさらに備える。
【００６４】
スイッチ回路ＳＷ０は、検知素子１２および差動増幅部の間に接続されるスイッチＳＷ０１と、基準電圧発生部１６および差動増幅部の間に接続されるスイッチＳＷ０２とを含む。スイッチＳＷ０１は、検知素子１２の出力端子をオペアンプ１４の非反転入力端子に接続させた状態と、検知素子１２の出力端子を抵抗素子Ｒａを介してオペアンプ１４の反転入力端子に接続させた状態とを切替え可能に構成される。スイッチＳＷ０２は、基準電圧発生部１６の出力端子をオペアンプ１４の非反転入力端子に接続させた状態と、基準電圧発生部１６の出力端子を抵抗素子Ｒａを介してオペアンプ１４の反転入力端子に接続させた状態とを切替え可能に構成される。スイッチＳＷ０１，ＳＷ０２の切替えは、ＭＣＵ４０から出力される制御信号ＳＣによって制御される。
【００６５】
図８には、スイッチＳＷ０１により検知素子１２の出力端子がオペアンプ１４の非反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳＷ０２により基準電圧発生部１６の出力端子がオペアンプ１４の反転入力端子に接続された状態が示される。この場合、オペアンプ１４の出力端子からは、上記式（３），（４）に示す出力電圧ＶＯＵＴが出力される。
【００６６】
これに対して、スイッチＳＷ０１により基準電圧発生部１６の出力端子がオペアンプ１４の反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳＷ０２により基準電圧発生部１６の出力端子がオペアンプ１４の非反転入力端子に接続された状態では、オペアンプ１４の出力電圧ＶＯＵＴは、式（６）により表わされる。
【００６７】
ＶＯＵＴ＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｄｉ）×α＋Ｖｒｅｆ  ・・・（６）
このように、実施の形態３では、スイッチ回路ＳＷ０を制御することにより、オペアンプ１４では、検知素子１２の出力端子に接続される差動入力端子と、基準電圧発生部１６の出力端子に接続される差動入力端子とが切替えられる。すなわち、スイッチ回路ＳＷ０は、基準電圧発生部１６からの基準電圧Ｖｒｅｆを受ける差動入力端子と、検知素子１２の出力電圧Ｖｄｉを受ける差動入力端子とを切替えるための「切替部」を構成する。これにより、オペアンプ１４の出力電圧ＶＯＵＴは、正の温度依存性を有する状態と、負の温度依存性を有する状態とが切替えられる。
【００６８】
図９は、実施の形態３によるオンチップ温度センサ１０Ａのモードごとの出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図中の実線ｋ７，ｋ８はモード１のときの出力電圧ＶＯＵＴを示し、実線ｋ９，ｋ１０はモード２のときの出力電圧ＶＯＵＴを示す。
【００６９】
図９を参照して、１つのモードにおいて、上述したオペアンプ１４における差動入力端子の切替えを行なうと、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数の正負が切替わる。そのため、図９に示すように、所定値Ｖｔｈを境として出力電圧ＶＯＵＴの温度依存性が切替わる。これにより、モード１での検知温度範囲は、出力電圧ＶＯＵＴが負の温度依存性を有するとき（実線ｋ７に相当）の検知温度範囲と、出力電圧ＶＯＵＴが正の温度依存性を有するとき（実線ｋ８に相当）の検知温度範囲とを足し合わせた温度範囲（Ｔ３〜Ｔ４）となり、出力電圧ＶＯＵＴが正または負の温度依存性を有するときの検知温度範囲と比較して、より広域となる。
【００７０】
実施の形態３においては、ＭＣＵ４０は、ＡＤＣ３０から与えられる出力電圧ＶＯＵＴが所定値Ｖｔｈに一致したときに、スイッチ回路ＳＷ０（スイッチＳＷ０１，ＳＷ０２）の接続状態を切替える。
【００７１】
上記の実施の形態１および２は、基準電圧Ｖｒｅｆを切替えることによって検知温度範囲を切替え可能としたものであるのに対して、実施の形態３は出力電圧ＶＯＵＴの温度係数の正負を切替えることによって検知温度範囲を切替え可能としたものである。したがって、実施の形態３によれば、基準電圧Ｖｒｅｆを切替えずにオンチップ温度センサの検知温度範囲を広げることができるため、実施の形態１および２と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
なお、実施の形態３では、基準電圧Ｖｒｅｆの切替えと、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数の正負の切替えとを併用する構成について説明したが、温度係数の正負を切替える構成のみを採用してもよい。
【００７３】
＜実施の形態４＞
図１０は、実施の形態４による半導体装置の全体構成を概略的に示す図である。
【００７４】
図１０を参照して、実施の形態４による半導体装置１Ｂは、図１に示す半導体装置１において、オンチップ温度センサ１０（図２）に代えてオンチップ温度センサ１０Ｂを設けたものである。半導体装置の概略構成は、オンチップ温度センサ１０Ｂを除いて図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００７５】
オンチップ温度センサ１０Ｂは、図２に示したオンチップ温度センサ１０において、抵抗素子Ｒｂを可変抵抗素子Ｒｃに置き換えたものである。したがって、抵抗素子Ｒａおよび可変抵抗素子Ｒｃの抵抗値をそれぞれＲａ，Ｒｃとすると、差動増幅部の増幅率はＲｃ／Ｒａとなる。実施の形態４による半導体装置では、差動増幅部の増幅率が変更可能となったことにより、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を可変に設定することができる。
【００７６】
図１１は、実施の形態４によるオンチップ温度センサ１０Ｂの出力電圧ＶＯＵＴと検知温度Ｔとの関係の一例を示す図である。図中の実線ｋ１１、破線ｋ１２および一点鎖線ｋ１３は、１つのモードにおいて可変抵抗素子Ｒｃの抵抗値を３段階に切替えたときの出力電圧ＶＯＵＴを示す。
【００７７】
差動増幅部の増幅率（＝Ｒｃ／Ｒａ）は、可変抵抗素子Ｒｃの抵抗値が高くなるほど大きくなる。差動増幅部の増幅率を変化させることによって、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数も変化する。これにより、モードごとの検知温度範囲も変化する。
【００７８】
実施の形態４による半導体装置は、基準電圧Ｖｒｅｆの切替えに加えて、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数の切替えを可能に構成される。これにより、様々な出力電圧範囲および検知温度範囲の制約に対する設計の自由度を向上することができる。
【００７９】
具体的には、内部電源電圧の低電圧化に伴ない出力電圧範囲の縮小（上限値ＶＨの低減）が求められる場合には、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を小さくすることによってモードごとの検知温度範囲を広げることによって、オンチップ温度センサ１０Ｂ全体として広域な検知温度範囲を実現できる。
【００８０】
あるいは、出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を大きくするとともに、抵抗回路２０の抵抗素子およびスイッチの個数を増やして基準電圧発生部１６が生成可能な基準電圧Ｖｒｅｆの個数を増やすように構成すれば、ＡＤＣ４０の分解能を上げることなくオンチップ温度センサ１０Ｂ全体の検知温度範囲を広げることができる。
【００８１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８２】
例えば、実施の形態１〜４では、半導体装置の内部動作を制御するＭＣＵによってオンチップ温度センサの基準電圧Ｖｒｅｆまたは出力電圧ＶＯＵＴの温度係数を切替える構成について説明したが、オンチップ温度センサ自体が切替えを行なう構成とすることも可能である。
【００８３】
また、実施の形態１〜４において、基準電圧発生部１６の抵抗回路２０は、製造プロセスにより変動する特性値を調整するためにオンチップ温度センサに搭載されているトリミング用の抵抗回路を兼用するものであってもよい。これによれば、抵抗回路の増設が不要となるため、オンチップ温度センサの回路規模が大きくなるのを抑制できる。
【符号の説明】
【００８４】
１，１Ａ，１Ｂ  半導体装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ  オンチップ温度センサ、１２  検知素子、１４  オペアンプ、１６  基準電圧発生部、１８  ＢＧＲ回路、２０  抵抗回路、１２０  定電流源、１２２  ダイオード、Ｒ１〜Ｒｎ，Ｒａ，Ｒｂ  抵抗素子、Ｒｃ  可変抵抗素子、ＳＷ１〜ＳＷｎ，ＳＷ０１，ＳＷ０２  スイッチ、ＳＷ０  スイッチ回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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