(57)【要約】【課題】  ノイズの影響を受けることが少ない温度センサを提供する。【解決手段】  電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続された電流制御素子（抵抗Ｒ１）または電流制御回路とセンサ素子（ダイオードＤ１）とを有し、電流制御素子または電流制御回路とダイオードＤ１間に接続され、検出温度に応じた電位を出力する出力端子ＴＥＭＰが形成された温度センサ回路を備え、ダイオードＤ１に並列に容量Ｃ１が接続されている。センサ素子はダイオード以外にＰＮＰ及びＮＰＮバイポーラトランジスタ等を用いることができる。容量は電源電圧の変動によって変化したダイオードＤ１を流れる電流の変化分Ｉnoise を受容することにより、ダイオードＤ１の両端に発生する電圧Ｖtempを一定に保つことができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と接地との間に接続された電流制御素子または電流制御回路とセンサ素子とを有し、前記電流制御素子または電流制御回路と前記センサ素子間に接続され、検出温度に応じた電位を出力する出力端子が形成された温度センサ回路を備え、前記センサ素子に並列に容量が接続されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
前記センサ素子は、ダイオード、ＰＮＰ及びＮＰＮバイポーラトランジスタのいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記電流制御素子は、抵抗からなることを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズの影響を受け難い温度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ素子の温度特性を用いて温度を検出する温度センサは、例えば、温度補償回路に用いられ、温度補償回路は、水晶発振器などに利用される。センサ素子としては、ダイオード、ＮＰＮ、ＰＮＰバイポーラトランジスタ等が用いられる。ここで、従来のダイオードを用いた温度センサを説明する。
図１１（ａ）に示すダイオードの順方向特性を利用して作成した基準電圧は、Ｖtemp＝Ｖｇ−ＢＴで表される。Ｖｇは、バンドギャップ電圧である。Ｂは、（ｋ／ｅ）・（ｌｎ（Ａ／Ｉｄ））で表され、ｋはボルツマン定数、ｅは電子の電荷、Ｔは絶対温度、Ａは定数であり、Ｉｄが一定であればＢは一定である。したがって、温度とＶtempは、Ｉｄが一定の時には、−Ｂを比例定数とした比例関係にある（図１１（ｂ））。この特性を利用して、温度センサとして用いられる。Ｉｄは、Ａｅｘｐ（−Ｅｇ／ｋＴ）（Ｅｇは、バンドギャップエネルギー）で表される。
【０００３】
従来の温度センサは、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に電流制御回路とセンサ素子を有し、電流制御回路とセンサ素子間に接続され、検出温度に応じた電位を出力する出力端子ＴＥＭＰが形成される温度センサ回路から構成されている。図１０ではセンサ素子としてダイオードを用い、電流制御回路として抵抗を用いている。温度センサは、抵抗Ｒ１を流れる電流により、ダイオードＤ１に一定電流を流し、その順方向降下電圧（図１１（ａ）参照）を測定することにより温度の変化を検出する（図１１（ｂ）参照）ことができる。順方向降下電圧は、出力端子ＴＥＭＰから出力される。
【０００４】
特許文献１には簡便な構成で検出精度が高い温度検出回路が開示されている。温度検出回路は、環境温度に応じた電位を生成する電位生成部と、電位生成部により生成された検出電位に基づき温度を検出する温度検出部とを有する。温度検出部は、生成電位が閾値電圧となった時点で検出信号を出力する抵抗負荷型インバータ回路である。このインバータ回路の閾値電圧を決定するのはＮｃｈＭＯＳＦＥＴＭ１であるが、電位生成部は、多段接続されたダイオードと、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴと同一特性のＮｃｈＭＯＳＦＥＴＭ２とを有する温度センサにより検出電位をインバータ回路に出力する。回路を構成する素子の製造条件などのバラツキの影響を受けることなく、検出温度のバラツキを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８４１８２号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０に示す従来のものは、電源電圧Ｖｄｄにノイズが乗り、Ｖｄｄ電圧が変動したときに、Ｖtempの平均電圧にオフセット電圧が生じてしまい、温度センサとして正確でなくなるという問題があった。ノイズによりダイオードＤ１に流れる電流Ｉｄが変化する（ダイオードＤ１に流れる電流は、図１２に示すように、Ｉｄ＋Ｉnoise となる）とＶtempの瞬間電圧は変動する。その際のＩ−Ｖ変換は、非線形であるダイオードのＩ−Ｖ特性に従って行われる（図１１（ａ）参照）ため、Ｖtempの平均電圧はノイズがないときに比較してオフセットを生じた形になる。また、このオフセット電圧はノイズが大きいほど大きくなる。即ち、電源電圧Ｖｄｄにノイズが加わると、図１３（ａ）に示すように、電源電圧が不安定になり、ダイオードＤ１を流れる電流Ｉｄも、電源電圧Ｖｄｄと同じように不安定になり（図１３（ｂ））、図１３（ｃ）に示すように、Ｖtempの平均電圧にオフセット電圧（Ｖｄｄ−Ｖｂ）が生ずる。ノイズによって生じたオフセット電圧は、電源電圧のノイズがない時の平均電圧Ｖｄｄとノイズがある時の平均電圧Ｖｂとの差（平均電圧のズレ）を示す。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、ノイズの影響を受けることが少ない温度センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度センサは、電源と接地との間に接続された電流制御機能を有する電流制御素子または電流制御回路とセンサ素子とを有し、前記電流制御素子または電流制御回路と前記センサ素子間に接続され、検出温度に応じた電位を出力する出力端子が形成された温度センサ回路を備え、前記センサ素子に並列に容量を接続することを特徴としている。前記センサ素子は、ダイオード、ＰＮＰ及びＮＰＮバイポーラトランジスタの中から選択することができる。前記電流制御素子として抵抗を用いることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、センサ素子に並列に付加した容量によりノイズの影響を受けることが少ない温度センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を説明する温度センサの回路図。
【図２】本発明を説明する温度センサの回路図。
【図３】実施例１に係る温度センサの回路図。
【図４】図３に係る温度センサのノイズの影響を説明する回路図。
【図５】実施例２に係る温度センサの回路図。
【図６】実施例２に係る温度センサのノイズの影響を説明する特性図。
【図７】実施例２に係る温度センサのノイズの影響を説明する特性図及び回路図。
【図８】実施例に係る温度センサが用いられる水晶発振器の回路図。
【図９】図８に係る温度センサが用いられる温度補償回路の回路図。
【図１０】従来のダイオードを用いた温度センサの回路図。
【図１１】図１０の温度センサのＩ−Ｖ特性を示す特性図及びノイズの影響を説明する特性図。
【図１２】図１０の温度センサのノイズの影響を説明する回路図。
【図１３】図１０の温度センサのノイズの影響を説明する回路図。
【図１４】従来の温度センサのノイズの影響を説明する特性図。
【図１５】従来の温度センサのノイズの影響を説明する特性図及び回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、ノイズの影響を受け難い温度センサに関するものであり、その基本的な構造は、図１の回路図に示される。当該温度センサは、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に接続された電流制御機能を有する電流制御素子または電流制御回路とセンサ素子とを有し、前記電流制御素子または電流制御回路と前記センサ素子間に接続され、検出温度に応じた電位を出力する出力端子ＴＥＭＰが形成された温度センサ回路を構成として備えている。そして、前記センサ素子に並列に容量Ｃ１を接続することを特徴としている。図１（ａ）は、電流制御回路を使用した温度センサを示しており、図１（ｂ）は、電流制御回路としてカレントミラー回路を用いている。図２は、電流制御回路の一例である。図２（ａ）は、図１（ｂ）に記載された温度センサであり、電流制御回路にＭＯＳトランジスタを使用したカレントミラー回路を用いている。図２（ｂ）は、電流制御回路にバイポーラトランジスタを使用したカレントミラー回路を用いている。図２（ｃ）は、ＭＯＳトランジスタをスイッチング素子とし、基準電圧以上の電流を制限する電流制御回路を用いている。図２（ｄ）は、バイポーラトランジスタをスイッチング素子とし、基準電圧以上の電流を制限する電流制御回路を用いている。実施例の説明においては電流制御素子を使用し、この電流制御素子として抵抗を用いる。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図３及び図４を参照して実施例１を説明する。
図３は、実施例１に係る温度センサの回路構成を示す図、図４は、図３に示す温度センサのノイズの影響を説明する回路図である。この実施例ではセンサ素子としてダイオードを用いる。温度センサ回路は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に直列接続された抵抗Ｒ１とダイオードＤ１とが直列接続されている。抵抗Ｒ１とダイオードＤ１間の中点に出力端子ＴＥＭＰが接続されている。出力端子ＴＥＭＰからは、検出温度に応じて生成された温度センサ電位Ｖtempが出力される。抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１が構成する直列回路において、ダイオードＤ１には並列に容量Ｃ１が接続されている。
温度センサ回路にノイズが加わると、電源ＶＤＤからＶｄｄ＋Ｖnoise の電圧が発生してノイズ電流Ｉnoise が流れて、温度センサ回路にはＩｄ＋Ｉnoise の電流が流れる。この実施例では、ダイオードＤ１に並列に容量Ｃ１を設けているため、ダイオードＤ１と容量Ｃ１とのインピーダンスの違いによりノイズ電流Ｉnoise の殆どが容量Ｃ１を流れるようになる。そのため、ダイオードＤ１のＩ−Ｖ変換でノイズの影響が現れ難くなる。その結果、Ｖtempの平均電圧にオフセットが生じ難くなる。
【００１２】
以上、この実施例では、ダイオードに並列に容量を設けることにより、電源ＶＤＤへのノイズによる電源電圧Ｖｄｄの変動によって変化した電流Ｉｄ→Ｉｄ＋Ｉnoise の変化分Ｉnoise を容量に流すことにより、ダイオードの両端に発生する電圧Ｖtempを一定に保つことができ、ノイズの影響を受け難い。
【実施例２】
【００１３】
図５乃至図９、図１４及び図１５を参照して実施例２を説明する。
図５は、この実施例に係る温度センサの回路構成を示す図、図６は、図５に示す温度センサのノイズの影響を説明する特性図、図７は、図５に示す温度センサのノイズの影響を説明する特性図及び回路図、図８は、この実施例に係る温度センサが用いられる水晶発振器の回路図、図９は、図８に係る温度センサが用いられる温度補償回路の回路図、図１４は、従来の温度センサのノイズの影響を説明する特性図、図１５は、従来の温度センサのノイズの影響を説明する特性図及び回路図である。この実施例ではセンサ素子としてバイポーラトランジスタを用いる。
【００１４】
図５（ａ）は、ＰＮＰバイポーラトランジスタを用いた温度センサである。温度センサ回路は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に抵抗Ｒ２とＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２とが直列接続されている。抵抗Ｒ２とＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２間の中点に出力端子ＴＥＭＰが接続されている。出力端子ＴＥＭＰからは、検出温度に応じて生成された温度センサ電位Ｖtempが出力される。抵抗Ｒ２は、一端が電源ＶＤＤに接続され、他端がＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２のエミッタに接続されている。ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２のコレクタは、接地され、ベースはコレクタに接続されている。ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２には容量Ｃ２が並列接続されており、容量Ｃ２の一端及び他端はＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２のエミッタ及びコレクタに接続されている。
【００１５】
温度センサ回路にノイズが加わると、電源ＶＤＤからＶｄｄ＋Ｖnoise の電圧が発生してノイズ電流Ｉnoise が流れて、温度センサ回路にはＩｄ＋Ｉnoise の電流が流れる。この実施例では、ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２に並列に容量Ｃ２を設けているため、ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２と容量Ｃ２とのインピーダンスの違いにより、ノイズ電流Ｉnoise の殆どが容量Ｃ２を流れるようになる。そのため、ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ２のＩ−Ｖ変換でノイズの影響が現れ難くなる。その結果、Ｖtempの平均電圧にオフセットが生じ難くなる。  図５（ｂ）は、ＮＰＮバイポーラトランジスタを用いた温度センサである。温度センサ回路は、電源ＶＤＤと接地ＧＮＤとの間に抵抗Ｒ３とＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３とが直列接続されている。抵抗Ｒ３とＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３間の中点に出力端子ＴＥＭＰが接続されている。出力端子ＴＥＭＰからは、検出温度に応じて生成された温度センサ電位Ｖtempが出力される。抵抗Ｒ３は、一端が接地され、他端がＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３のエミッタに接続されている。ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３のコレクタは、電源ＶＤＤに接続され、ベースはコレクタに接続されている。ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ３には容量Ｃ３が並列接続されており、容量Ｃ３の一端及び他端は、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ及びコレクタに接続されている。
【００１６】
温度センサ回路にノイズが加わると、電源ＶＤＤからＶｄｄ＋Ｖnoise の電圧が発生してノイズ電流Ｉnoise が流れて、温度センサ回路にはＩｄ＋Ｉnoise の電流が流れる。この実施例では、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３に並列に容量Ｃ３を設けているため、ＰＮＰバイポーラトランジスタＱ３と容量Ｃ３とのインピーダンスの違いにより、ノイズ電流Ｉnoise の殆どが容量Ｃ３を流れるようになる。そのため、ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ３のＩ−Ｖ変換でノイズの影響が現れ難くなる。その結果、Ｖtempの平均電圧にオフセットが生じ難くなる。
【００１７】
次に、図６及び図７を参照して容量の効果を説明する。
図６は、ノイズにより電源電圧が変動している場合の本発明の温度センサ各部の信号波形を示す図、図７は、本発明の温度センサのノイズの影響を説明する特性図及び回路図である。図７（ａ）の回路は、図５（ａ）の温度センサの電源ＶＤＤと抵抗Ｒ２間にノイズ発生源として正弦波発生回路を入れたものであり、ノイズとしてｓｉｎ波を入れて電源電圧変動をシミュレートしている。図６（ａ）に示すように、入力信号としてＶｄｄ（１．２Ｖ）にＶnoise を付加する。Ｖnoise は、例えば、０Ｖ、０．５Ｖ、１Ｖである。ノイズ電圧の平均値が０の場合、電源電圧Ｖｄｄの平均値は、ノイズの大きさに関係なく変化しない。
電源電圧に入ったノイズは、抵抗Ｒ２によって電流ＩＲ２に変換される。ＩＲ２は、ＩＱ２＋ＩＣ２で表される。ＩＲ２の平均値もノイズの大きさに関係なく変化しない。ＩＱ２は、バイポーラトランジスタＱ２を流れる電流であり、ＩＣ２は、容量Ｃ２を流れる電流である。この容量Ｃ２を設けることにより、ノイズによって変化する電流（ＩＣ２）を容量Ｃ２に流して、バイポーラトランジスタＱ２に流れる電流を変化させないようにする。ＩＲ２、ＩＱ２及びＩＣ２の時間的特性は、図６（ｃ）〜（ｅ）に示される。
【００１８】
電圧Ｖtempは、電流ＩＱ２に依存し、Ｖtempは、Ｖtemp＝（Ｅｇ／ｅ）−（ｋＴ／ｅ）・（ｌｎ（Ａ／ＩＱ２））で表されるように非線形特性を示す。ＩＱ２は、ノイズで変化しないので、Ｖtempも変化しない。
次に、ノイズで電源電圧が変動している場合の従来の温度センサの特性について説明する。図１４は、ノイズにより電源電圧が変動している場合の従来の温度センサ各部の信号波形を示す図、図１５は、従来の温度センサのノイズの影響を説明する特性図及び回路図である。図１５（ａ）の回路は、従来の温度センサの電源ＶＤＤと抵抗Ｒ２間にノイズ発生源としての正弦波発生回路を入れたものであり、ノイズとしてｓｉｎ波を入れて電源電圧変動をシミュレートしている。図１４（ａ）に示すように、入力信号としてＶｄｄ（１．２Ｖ）にＶnoise を付加する。Ｖnoise は、例えば、０Ｖ、０．５Ｖ、１Ｖである。ノイズ電圧の平均値が０の場合、電源電圧Ｖｄｄの平均値は、ノイズの大きさに関係なく変化しない。
【００１９】
Ｖtempは、図１４（ｂ）に示す時間的な変化を示す。電源電圧に入ったノイズは、抵抗Ｒ２によって電流ＩＲ２に変換される。ＩＲ２の平均値はノイズの大きさに関係なく変化しない。ＩＱ２は、バイポーラトランジスタＱ２を流れる電流であり、ＩＲ２＝ＩＱ２である。
Ｖtempは、電流ＩＱ２に依存し、Ｖtemp＝（Ｅｇ／ｅ）−（ｋＴ／ｅ）・（ｌｎ（Ａ／ＩＱ２））で表されるような非線形特性を示す。ＩＱ２はノイズによって変化するので、ノイズの大きさによってＶtempの平均電圧は変化する。
以上、この実施例では、バイポーラトランジスタに並列に容量を設けることにより、電源電圧Ｖｄｄの変動によって変化した電流Ｉｄ→Ｉｄ＋Ｉnoise の変化分Ｉnoise を容量に流すことにより、バイポーラトランジスタの両端に発生する電圧Ｖtempを一定に保つことができ、ノイズの影響を受け難くする。
【００２０】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の温度センサの使用方法について説明する。
図８は、温度補償回路を備えた周波数温度補償型水晶発振器の回路図である。この水晶発振器は、水晶振動子を有する発振回路、出力バッファ、発振回路の温度補償を行う温度補償回路、電源端子（ＶＤＤ）及び接地端子（ＶＳＳ）を有している。図９は、温度補償回路の回路図である。温度補償回路は、Ｖtempを出力する温度センサと、この温度センサのセンサ素子に並列接続された容量と、Ｖtemp出力端子に接続された比較器とを備えている。ここで示す温度センサは、図５に示される温度センサを用いている。温度センサ出力電圧（Ｖtemp）と基準電圧を比較することにより、温度に依存した電圧を発生し、その電圧を発振回路のバリキャップに印加することによりバリキャップの容量が変化し、結果として周波数を可変にすることができる。
【００２１】
図９（ａ）は、比較器をオペアンプで構成し、温度センサと基準電圧の比較結果を発振部バリキャップのＶＣ電圧として出力する。温度に対する感度は、オペアンプを構成する抵抗の抵抗比を変えることで調整する。
図９（ｂ）は、比較器を差動回路で構成し、温度センサと基準電圧の比較結果を電流出力する。電流出力は抵抗にてＩＶ変換され、発振部バリキャップのＶＣ電圧として出力する。
【符号の説明】
【００２２】
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・容量
Ｄ１・・・ダイオード
ＧＮＤ・・・接地
Ｑ２、Ｑ３・・・バイポーラトランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・抵抗
ＴＥＭＰ・・・出力端子
ＶＤＤ・・・電源
【図１】
2011007545.tif 000003
【図２】
2011007545.tif 000004
【図３】
2011007545.tif 000005
【図４】
2011007545.tif 000006
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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