(57)【要約】【課題】基準電圧と、温度に応じて変化する電圧とを出力することができるバンドギャップ回路、およびそのようなハンドギャップ回路を備えるデジタル温度センサを提供する。【解決手段】ＰＭＯＳトランジスタＰ１は電源端子ＶＣＣとノードＮＤ１との間に、抵抗Ｒ１はノードＮＤ１とノードＮＤ２との間に、ダイオードＤ１はノードＮＤ２とグランドＧＮＤとの間に、抵抗Ｒ２はノードＮＤ１とノードＮＤ３との間に配置される。抵抗Ｒ３およびダイオードＤ２は、ノードＮＤ３とグランドＧＮＤとの間に直列に接続される。オペアンプＯＰ１の反転端子はノードＮＤ２に、非反転端子はノードＮＤ３に、出力端子はＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲートに接続される。ノードＮＤ１とノードＮＤ３との間の電圧ΔＶ２がＡＤＣ４によってデジタルデータに変換され、ノードＮＤ１の電圧が基準電圧ＶＲＥＦとしてＡＤＣ４に供給される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源端子と第１のノードとの間に配置されたトランジスタと、
前記第１のノードと第２のノードとの間に配置された第１の抵抗と、
前記第１のノードと第３のノードとの間に配置された第２の抵抗と、
前記第２のノードと第２の電源端子との間に配置された第１のダイオードと、
前記第３のノードと前記第２の電源端子との間に直列に接続された第３の抵抗および第２のダイオードと、
前記第２のノードに接続される反転端子と、前記第３のノードに接続される非反転端子と、前記トランジスタのゲートに接続される出力端子とを有するオペアンプとを備え、
前記第１のノードの電圧と前記第３のノードの電圧の差が入力アナログ電圧としてＡＤＣに供給されるとともに、前記第１のノードの電圧が基準電圧として前記ＡＤＣに供給される、バンドギャップ回路。
【請求項２】
前記第２の抵抗および前記第３の抵抗が可変抵抗である、請求項１記載のバンドギャップ回路。
【請求項３】
前記第２の抵抗の値が、前記第３の抵抗の値よりも大きい、請求項１記載のバンドギャップ回路。
【請求項４】
前記第１の抵抗の値と前記第２の抵抗の値が、同一である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンドギャップ回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のバンドギャップ回路と、
前記基準電圧に基づいて、前記入力アナログ電圧をデジタル値に変換する前記ＡＤＣとを備えた、デジタル温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドギャップ回路、およびデジタル温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電界効果トランジスタで構成された定電圧回路が知られている。
たとえば、特許文献１に記載の定電圧回路は、電界効果トランジスタのソース又はドレインに直列に接続された第１の抵抗と第２の抵抗と第１のダイオードと、電界効果トランジスタのソース又はドレインに直列に接続された第３の抵抗及び第２のダイオードと、第１の抵抗と第２の抵抗の接続中点の電圧と、第３の抵抗と第２のダイオードの接続中点の電圧とを比較する比較手段と、比較手段より出力される比較結果を電界効果トランジスタのゲートに印加するとともに、起動電流を流す起動回路とを備える。電界効果トランジスタのソース又はドレインに生じる電圧が定電圧の出力電圧として出力される。
【０００３】
特許文献１に記載されている定電圧回路は、定電圧を出力するので、デジタル温度センサを構成する基準電圧源として利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５５４１２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、デジタル温度センサを構成するためには、特許文献１に記載の定電圧回路に加えて、温度に応じて出力する電圧が変化する温度検出回路を設けなくてはならない。デジタル温度センサが、定電圧回路と、温度検出回路との両方を備える場合に、それぞれの回路に独立して、製造プロセスなどに起因して特性のばらつきが発生する。その結果、出力される温度のデジタル値のばらつきが大きいという問題がある。
【０００６】
それゆえに、本発明の目的は、基準電圧と、温度に応じて変化する電圧とを出力することができるバンドギャップ回路、およびそのようなハンドギャップ回路を備えるデジタル温度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のバンドギャップ回路は、第１の電源端子と第１のノードとの間に配置されたトランジスタと、第１のノードと第２のノードとの間に配置された第１の抵抗と、第１のノードと第３のノードとの間に配置された第２の抵抗と、第２のノードと第２の電源端子との間に配置された第１のダイオードと、第３のノードと第２の電源端子との間に直列に接続された第３の抵抗および第２のダイオードと、第２のノードに接続される反転端子と、第３のノードに接続される非反転端子と、トランジスタのゲートに接続される出力端子とを有するオペアンプとを備える。第１のノードの電圧と第３のノードの電圧の差が入力アナログ電圧としてＡＤＣに供給されるとともに、第１のノードの電圧が基準電圧としてＡＤＣに供給される。
【０００８】
好ましくは、第２の抵抗および第３の抵抗が可変抵抗である。
好ましくは、第２の抵抗の値が、第３の抵抗の値よりも大きい。
【０００９】
好ましくは、第１の抵抗の値と第２の抵抗の値が、同一である。
本発明のデジタル温度センサは、前述のバンドギャップ回路と、基準電圧に基づいて、入力アナログ電圧をデジタル値に変換するＡＤＣとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のバンドギャップ回路によれば、基準電圧と、温度に応じて変化する電圧とを出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】参考例のデジタル温度センサ１の構成を表わす図である。
【図２】実施の形態のデジタル温度センサ１０の構成を表わす図である。
【図３】参考例のデジタル温度センサ１に含まれるアナログ温度センサ２の具体例を説明するための図である。
【図４】参考例のデジタル温度センサ１における温度Ｔに対する基準電圧ＶＲＥＦの関係のばらつきを表わす図である。
【図５】参考例のデジタル温度センサ１における温度Ｔに対する電圧ΔＶ１の関係のばらつきを表わす図である。
【図６】参考例のデジタル温度センサ１における温度Ｔに対する電圧ΔＶ１の関係を表わす図である。
【図７】実施の形態のデジタル温度センサ１０に含まれるバンドギャップ回路１２の具体例を説明するための図である。
【図８】バンドギャップ回路１２における温度Ｔに対する基準電圧ＶＲＥＦおよび電圧ΔＶ２の関係のばらつき表わす図である。
【図９】実施の形態のデジタル温度センサ１０における温度Ｔに対する電圧ΔＶ２の関係を表わす図である。
【図１０】ＤＲＡＭモジュール５００を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、参考例のデジタル温度センサ１の構成を表わす図である。
【００１３】
参考例のデジタル温度センサ１は、アナログ温度センサ２と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）４と、基準電圧源６を備える。
【００１４】
アナログ温度センサ２は、ダイオードを備える。アナログ温度センサ２は、温度に応じて変化する電圧ΔＶ１を出力する。
【００１５】
基準電圧源６は、ＡＤＣ４に基準電圧ＶＲＥＦを供給する。
ＡＤＣ４は、アナログ温度センサ２から出力される電圧ΔＶ１を基準電圧源６から供給される基準電圧ＶＲＥＦに基づいて、デジタルデータに変換する。
【００１６】
アナログ温度センサ２と、基準電圧源６は、それぞれ、独立して特性にばらつきがある。その結果、ＡＤＣ４から出力される温度を表わすデジタルデータのばらつきが大きくなるという問題がある。
【００１７】
図２は、実施の形態のデジタル温度センサ１０の構成を表わす図である。
実施の形態のデジタル温度センサ１０は、バンドギャップ回路１２と、ＡＤＣ４とを備える。
【００１８】
バンドギャップ回路１２は、基準電圧源とアナログ温度センサの役割を有する。バンドギャップ回路１２は、ＡＤＣ４に基準電圧ＶＲＥＦを供給する。バンドギャップ回路１２は、温度に応じて変化する電圧ΔＶ２を出力する。
【００１９】
ＡＤＣ４は、バンドギャップ回路１２から出力される電圧ΔＶ２をバンドギャップ回路１２から供給される基準電圧ＶＲＥＦに基づいて、デジタルデータに変換する。
【００２０】
基準電圧ＶＲＥＦと電圧ΔＶ２とは、いずれもバンドギャップ回路１２によって生成される。基準電圧ＶＲＥＦと電圧ΔＶ２とは、同じ方向に変動する。よって、図２の本実施の形態のデジタル温度センサ１０は、図１の参考例のデジタル温度センサ１よりも、出力する温度のデジタル値のばらつきが小さくなる。
【００２１】
次に、参考例のデジタル温度センサ１と、本実施の形態のデジタル温度センサ１０のより詳細な構成および動作について説明する。
【００２２】
図３は、参考例のデジタル温度センサ１に含まれるアナログ温度センサ２の具体例を説明するための図である。
【００２３】
アナログ温度センサ２は、ＰＭＯＳトランジスタＰ１，Ｐ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを備える。
【００２４】
ＰＭＯＳトランジスタＰ１は、電源端子ＶＣＣとノードＮＤＸの間に配置される。ダイオードＤ１は、ノードＮＤＸとグランドＧＮＤとの間に配置される。ＰＭＯＳトランジスタＰ２は、電源端子ＶＣＣとノードＮＤＹの間に配置される。ダイオードＤ２は、ノードＮＤＹとグランドＧＮＤとの間に配置される。ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲートおよびＰＭＯＳトランジスタＰ２のゲートには、バイアス電圧ＢＩＡＳが入力される。
【００２５】
ノードＮＤＸとノードＮＤＹとの間の電圧ΔＶ１がＡＤＣ４によって、デジタルデータに変換される。
【００２６】
ダイオードＤ１の両端の電圧をＶＦ１、ダイオードＤ２の両端の電圧をＶＦ２とする。ダイオードＤ１に流れる電流をＩ１、ダイオードＤ２に流れる電流をＩ２とする。電圧ＶＦ１および電圧ＶＦ２は、以下の式で表される。
【００２７】
VF1=(KT/q)×ln(I1/Is1)…(A1)
VF2=(KT/q}×ln(I2/Is2)…(A2)
ここで、ｋはボルツマン定数、ｑは電子の電荷[c]、Ｔは温度[k}、Ｉｓ１はダイオードＤ１の逆方向飽和電流、Ｉｓ２はダイオードＤ２の逆方向飽和電流である。
【００２８】
ノードＮＤＸとノードＮＤＹの間の電圧ΔＶ１は、以下の式で表される。
ΔV1=VF1-VF2= (KT/q)×ln{(I1×Is2)/(I2×Is1)} …(A3)
ここで、以下の式（Ａ４）が成り立つときには、式（Ａ３）は、式（Ａ５）の形となる。
【００２９】
Is2=N×Is1…(A4)
ΔV1=(KT/q)×ln｛(I1/I2)×N} …(A5)
ここで、式（Ａ６）に示すように、ダイオードＤ１に流れる電流Ｉ１とダイオードＤ２に流れる電流Ｉ２が等しいとすると、式（Ａ５）は、式（Ａ７）の形となる。
【００３０】
I1=I2…(A6)
ΔV1=(KT/q)×ln(N) …(A7)
式（Ａ５）または（Ａ７）に示すように、電圧ΔＶ１は、温度Ｔに比例する。したがって、ＡＤＣ４によって、ΔＶ１が変換されたデジタルデータは、温度Ｔを表わす。
【００３１】
図４は、参考例のデジタル温度センサ１における温度Ｔに対する基準電圧ＶＲＥＦの関係のばらつきを表わす図である。図４に示すように、製造プロセスなどに起因して、基準電圧発生回路ごとに、発生する基準電圧ＶＲＥＦにばらつきが発生する。
【００３２】
図５は、参考例のデジタル温度センサ１における温度Ｔに対する電圧ΔＶ１の関係のばらつきを表わす図である。製造プロセスなどに起因して、アナログ温度センサごとに、生成される電圧ΔＶ１にばらつきが発生する。
【００３３】
図６は、参考例のデジタル温度センサ１における温度Ｔに対する電圧ΔＶ１の関係を表わす図である。
【００３４】
図６では、式（Ａ７）の温度ＴとΔＶ１との関係が表わされている。たとえば、最低温度Ｌに対するΔＶ１がＶＬａであり、最高温度Ｈに対するΔＶ１がＶＨａである。温度ＴとΔＶ１との関係を表わす直線の傾きは、（Ｋ／ｑ）×ｌｎ（Ｎ）である。電圧ＶＦ１と電圧ＶＦ２との比、ＰＭＯＳトランジスタＰ１およびＰＭＯＳトランジスタＰ２の電流比を変えることによって、この直線の傾きは、ある程度調整できるが、調整できる量は、極めて小さい。
【００３５】
図７は、実施の形態のデジタル温度センサ１０に含まれるバンドギャップ回路１２の具体例を説明するための図である。
【００３６】
バンドギャップ回路１２は、ＰＭＯＳトランジスタＰ１と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、オペアンプＯＰ１とを備える。
【００３７】
ＰＭＯＳトランジスタＰ１は、第１の電源端子ＶＣＣとノードＮＤ１との間に配置される。
【００３８】
抵抗Ｒ１は、ノードＮＤ１とノードＮＤ２との間に配置される。
ダイオードＤ１は、ノードＮＤ２と第２の電源端子（グランドＧＮＤ）との間に配置される。
【００３９】
抵抗Ｒ２は、ノードＮＤ１とノードＮＤ３との間に配置される。
抵抗Ｒ３およびダイオードＤ２は、ノードＮＤ３と第２の電源端子（グランドＧＮＤ）との間に直列に接続される。
【００４０】
オペアンプＯＰ１の反転端子は、ノードＮＤ２と接続される。
オペアンプＯＰ１の非反転端子は、ノードＮＤ３に接続される。
【００４１】
オペアンプＯＰ１の出力端子は、ＰＭＯＳトランジスタＰ１のゲートに接続される。
ノードＮＤ１と、ノードＮＤ３との間の電圧ΔＶ２が、入力アナログ電圧としてＡＤＣ４に供給される。ノードＮＤ１の電圧が基準電圧ＶＲＥＦとして、ＡＤＣ４に供給される。ＡＤＣ４は、基準電圧ＶＲＥＦに基づいて、電圧ΔＶ２をデジタルデータに変換する。
【００４２】
以下の説明では、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３として説明する。
【００４３】
ノードＮＤ２およびノードＮＤ３からオペアンプＯＰ１に電流が流れないので、抵抗Ｒ１、およびダイオードＤ１に流れる電流をＩ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、およびダイオードＤ２に流れる電流をＩ２とする。抵抗Ｒ１の両端の電圧をＶＲ１、抵抗Ｒ２の両端の電圧をＶＲ２、抵抗Ｒ３の両端の電圧をＶＲ３とすると、以下の式が成り立つ。
【００４４】
I1=VR1/R1…(B1)
I2=VR2/R2…(B2)
I2=VR3/R3…(B3)
式（Ｂ２）、（Ｂ３）から以下の式が成り立つ。
【００４５】
VR2/R2=VR3/R3…(B4)
ダイオードＤ１の両端の電圧をＶＦ１、ダイオードＤ２の両端の電圧をＶＦ２とすると、以下の式が成り立つ。
【００４６】
VF1=(KT/q)×ln(I1/Is1)…(B5)
VF2=(KT/q}×ln(I2/Is2)…(B6)
ここで、ｋはボルツマン定数、ｑは電子の電荷[c]、Ｔは温度[k}、Ｉｓ１はダイオードＤ１の逆方向飽和電流、Ｉｓ２はダイオードＤ２の逆方向飽和電流である。
【００４７】
ノードＮＤ２の電位は、ＶＦ１となる。ノードＮＤ２は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続され、ノードＮＤ３は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ１の２つの入力端子間の電圧は、等しくなるので、ノードＮＤ２の電位とノードＮＤ３の電位は、等しい。よって、ノードＮＤ３の電位もＶＦ１となる。
【００４８】
一方、ノードＮＤ３の電位は、ＶＦ２とＶＲ３の和でもある。したがって、以下の式が成り立つ。
【００４９】
VF1=VR3+VF2…(B7)
式（Ｂ５）〜（Ｂ７）から、以下の式が成り立つ。
【００５０】
VR3=VF1-VF2= (KT/q)×ln{(I1×Is2)/(I2×Is1)} …(B8)
ここで、以下の式（Ｂ９）が成り立つときには、式（Ｂ８）は、式（Ｂ１０）の形となる。
【００５１】
Is2=N×Is1…(B9)
VR3=(KT/q)×ln{(I1/I2)×N}…(B10)
ノードＮＤ２の電位とノードＮＤ３の電位が等しいので、以下が成り立つ。
【００５２】
VR1=VR2…(B11)
式（Ｂ１）、（Ｂ２）、および（Ｂ１１）よって、以下が成り立つ。
【００５３】
I1=(R2/R1)×I2…(B12)
式（Ｂ１０）および（Ｂ１２）より、以下の式が成り立つ。
【００５４】
VR3=(KT/q)×ln｛(R2/R1)×N｝ …(B13)
ノードＮＤ１とノードＮＤ３の間の電圧ΔＶ２は、以下の式で表される。
【００５５】
ΔV2=VR2…(B14)
式（Ｂ２）、（Ｂ３）、（Ｂ１４）より、以下の式が成り立つ。
【００５６】
ΔV2=（R2/R3）×VR3…(B15)
式（Ｂ１３）および（Ｂ１５）より、以下の式が成り立つ。
【００５７】
ΔV2=｛(R2/R3)×(KT/q)｝×ln{(R2/R1)×N} …(B16)
ここで、式（Ｂ１７）に示すように、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが等しい場合には、式（Ｂ１６）は、式（Ｂ１８）となる。
【００５８】
R2=R1…(B17)
ΔV2=｛(R2/R3)×(KT/q)｝×ln(N) …(B18)
式（Ａ７）および（Ｂ１８）より、以下の式が成り立つ。
【００５９】
ΔV2=(R2/R3)×ΔV1…(B19)
基準電圧ＶＲＥＦは、以下の式で表される。
【００６０】
VREF=VF1+ΔV2…(B20)
図８は、バンドギャップ回路１２における温度Ｔに対する基準電圧ＶＲＥＦおよび電圧ΔＶ２の関係のばらつき表わす図である。製造プロセスなどに起因して、バンドギャップ回路ごとに、基準電圧ＶＲＥＦおよび生成される電圧ΔＶ２にばらつきが発生する。しかしながら、基準電圧ＶＲＥＦと電圧ΔＶ２とは、同じ方向にばらつく。すなわち、基準電圧ＶＲＥＦが大きくなる方向にずれるときには、電圧ΔＶ２も大きくなる方向にずれる。基準電圧ＶＲＥＦが小さくなる方向にずれるときには、電圧ΔＶ２も小さくなる方向にずれる。よって、実施の形態のデジタル温度センサ１０は、参考例のデジタル温度センサ１よりも、ばらつきが小さい。
【００６１】
図９は、実施の形態のデジタル温度センサ１０における温度Ｔに対する電圧ΔＶ２の関係を表わす図である。
【００６２】
図９では、式（Ｂ１８）または（Ｂ１９）の温度ＴとΔＶ２との関係が表わされている。たとえば、最低温度Ｌに対するΔＶ２がＶＬｂであり、最高温度Ｈに対するΔＶ２がＶＨｂである。温度ＴとΔＶ２との関係を表わす直線の傾きは、（Ｒ２／Ｒ３）×（Ｋ／ｑ）×ｌｎ（Ｎ）である。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とを可変抵抗とし、Ｒ２とＲ３の大きさを調整することによって、傾きを変化させることができる。たとえば、Ｒ２＞Ｒ３として、（Ｒ２／Ｒ３）を１よりも大きくすることによって、傾きを参考例の傾きよりも大きくすることができる。
【００６３】
傾きを大きくすることによって、ＡＤＣ４の入力レンジを大きくすることができるので、ＡＤＣ４における１ビットごとの温度変化量を大きくすることができる。これによって、電圧ΔＶ２を増幅するために、別途増幅回路を設ける必要がなくなる。
【００６４】
次に、実施の形態のデジタル温度センサ１０が配置される箇所の例について説明する。
図１０は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）モジュール５００を表わす図である。
【００６５】
ＤＲＡＭモジュール５００は、ＤＲＡＭ＃１〜ＤＲＡＭ＃８を備える。
ＤＲＡＭモジュール５００は、ＳＰＤ（Serial Presence Detect）５０１を備える。本実施の形態では、ＳＰＤ５０１は、ＤＲＡＭ＃１〜ＤＲＡＮ＃８が配置される領域の中心に配置されるものとするが、他の位置に配置されてもよい。
【００６６】
ＤＲＡＭモジュール５００は、ホスト側の装置、たとえばパソコンに接続されることができる。
【００６７】
ＳＰＤ５０１は、デジタル温度センサ１０を備える。
ＳＰＤ５０１は、デジタル温度センサ１０が検出した温度をホスト側の装置に通知する。
【００６８】
ホスト側の装置は、通知された温度に基づいて、ＤＲＡＭ＃１〜ＤＲＡＭ＃８のリフレッシュレートを指示する信号をＤＲＡＭ＃１〜ＤＲＡＭ＃８へ送信する。たとえば、ホスト側の装置は、通知された温度が一定温度よりも高くなると、リフレッシュレートを増加させる。
【００６９】
ＤＲＡＭ＃１〜ＤＲＡＭ＃８内の制御回路は、指示されたリフレッシュレートに従って、メモリセルのリフレッシュを実行する。
【００７０】
本実施の形態のデジタル温度センサによれば、参考例のデジタル温度センサに比べて、温度の測定精度が高くなるとともに、回路の面積を小さくすることができる。また、デジタル温度センサの製造プロセスなどに起因する個体差（ばらつき）を小さくすることができるので、ずれを補正するための補正用の回路を設けたり、ずれを補正するために出荷前にテストおよびリペアする工程を実行する必要がなくなる。また、本実施の形態では、基準電圧ＶＲＥＦと電圧ΔＶ２を１つの回路で生成するので、参考例よりも、消費電流を削減できる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１，１０  デジタル温度センサ、２  アナログ温度センサ、４  ＡＤＣ、６  基準電圧源、１２  バンドギャップ回路、５００  ＤＲＡＭモジュール、Ｐ１，Ｐ２  ＰＭＯＳトランジスタ、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  抵抗、ＯＰ１  オペアンプ。
【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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