(57)【要約】【課題】  参照電圧回路に対する温度変動に対する制約が厳しくなると、トリミングや出力点切替をすることで対策を実施してきた。しかしながら、温度変動に対する制約のほか雑音に対する仕様が厳しくなった場合、面積が急増してしまうと言う問題点があった。 【解決手段】  参照電圧回路周辺に温度センサおよびヒータを配置し、環境温度が一定の温度を下回った場合、自動的にヒータ加熱する事で参照電圧回路周辺の環境温度を上昇させ、参照電圧回路が実際に動作する温度範囲を狭くすることで、トリミング/切替に必要な回路規模を低減させる。 【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照電圧源回路素子と、前記参照電圧源回路素子に近接して配置され、かつ、前記参照電圧源回路素子の温度を計測するための温度センサと、
前記参照電圧源回路素子に近接して配置され、かつ、前記参照電圧源回路素子を温調するための温調素子と、
前記温度センサ出力の出力端子に電気的に接続されたコンパレータ回路とを有し、
前記温調素子は、前記コンパレータ回路の一の出力が電気的に接続され、
前記温調素子のデジタル出力がONまたはOFFのいずれか一方のときに、前記温調素子がONとなって、前記温調素子は前記参照電圧源回路素子を温調するように構成されていることを特徴とする温度補償型参照電圧回路装置。
【請求項２】
前記参照電圧源回路素子は封止されており、前記温度センサは、前記封止された前記参照電圧源回路素子の一表面に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の温度補償型参照電圧回路装置。
【請求項３】
前記温調は、加熱手段、冷却手段または加熱冷却するものであることを特徴とする請求項１記載の温度補償型参照電圧回路装置。
【請求項４】
前記温調素子をオンする第1の閾値と、前記温調素子をオフする第２の閾値を有し、前記第１の閾値と前記第２の閾値とは異なる値であることを特徴とする請求項１記載の温度補償型参照電圧回路装置。
【請求項５】
前記温調素子と前記コンパレータ回路とのセットを複数個有し、
前記温調素子の出力値の大きさに応じて、前記複数個の温調素子をオンまたはオフにする個数を所定に設定することを特徴とする請求項１記載の温度補償型参照電圧回路装置。
【請求項６】
前記温調素子に流す電流値を制御するためのPID制御回路を有し、
前記温調素子の出力値の大きさに応じて前記PID制御回路を用いて前記温調素子に流す電流を制御することを特徴とする請求項5記載の温度補償型参照電圧回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型参照電圧回路装置に関し、特に、電源電圧および温度の依存度を低減した参照電圧源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献1に記載ように、ICの周囲温度をIC内部のセンサを用いてセンシングし、回路定数を内部のトリミングコードを用い調整することで、発振周波数などの参照電圧値を調整するような回路構成は従来から存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特許第4258897号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
LTEなどの次世代無線通信用基地局の発振器や高精度テスタでは、受信感度や評価精度に影響することから、出力雑音が非常に小さく、電源電圧や温度に対する出力値変動の非常に小さい参照電圧源への要求が高まってきている。
【０００５】
それら装置用途での、参照電圧源に対する出力値変動の要求性能は、電源変動±10%／温度が‐40〜+125℃の条件に対して±0.2%以下である。
【０００６】
一般的に、可能な限り電源電圧／温度に依存しない参照電圧を生成する手段として、図1に示すようなBGR回路が存在する。上記用途に用いるなどの理由で、BGR回路について雑音が非常に重要なパラメータである場合、回路全体の雑音を下げるには電流を増やす必要がある。
【０００７】
電流を増やし雑音を低減させるには、図5の抵抗501、抵抗502および抵抗503の並列数を大きくしていくことが必須であるため、BGR回路サイズは一般的に0.25μm世代を用いた場合1.5mm sqまで大きくなる。
【０００８】
また、温度変動による出力電圧値の変動を、上述装置の要求性能まで抑制するには、図6に示すような、トリミングタップ追加型BGR回路を用いて、図7に示すように出荷時にトリミングを行ったり、特許文献1に記載されているとおり、トリミングビットを環境温度により切替える(図8)必要がある。
【０００９】
BGR回路はバイアス変動/使用環境も考慮した場合、0.5%~5%程度の出力変動をしてしまうため、トリミングビット用のタップを取り出すためにタップ間の抵抗は抵抗602〜603の総和の5%以下で16タップ分程度取り出すような構成とする必要が有る。 
したがって、雑音性能と温度変動に対する出力変動双方に関し非常に厳しい用途である場合、BGR回路サイズは前述したよりもさらに50%程度増加するという問題点があった。
【００１０】
それゆえ本発明の目的は、電源変動/温度変動に対する参照電圧値の変動量を抑えながら、トリミング取り出し口を多く取ることによる、参照電圧源(BGR)面積を極力抑えることが可能な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の基本的な考え方を示すと以下の通りである。
【００１２】
一般的に、ICは室温で使用することが多いため、高温領域や低温領域ではその領域で最も目標の特性に近くなるように設計する。その結果、高温領域/低温領域がIC特性の最小側および最大側を決めることとなる。そこで、一定以上の低温となった場合に参照電圧源の周囲を暖め実際に使用する領域を仕様で規定された領域より狭めることが可能である。
【００１３】
そのため、参照電圧源の周囲温度をモニタする温度モニタ回路と、設定温度以下となった場合にHigh信号を出力するコンパレータ回路と、前記コンパレータ回路の出力がHighとなった場合に発熱するヒータ回路により熱帰還を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、素子面積をあまり大きくすることなく、参照電圧源の温度変動を低減することが可能である。 
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】温度補償型参照電圧回路
【図２】温度補償型参照電圧回路動作概要
【図３】ヒステリシス付コンパレータを用いた温度補償型参照電圧回路
【図４】ヒステリシス付コンパレータの効果
【図５】BGR回路例
【図６】トリミングタップ追加型BGR回路
【図７】トリミングの効果
【図８】トリミングタップ切替の効果
【図９】ヒータ切替による温度補償型参照電圧回路
【図１０】ヒータ切替の効果
【図１１】電流制御ヒータによる温度補償型参照電圧回路
【図１２】PID制御を用いた温度補償型参照電圧回路
【図１３】冷却素子を用いた温度補償型参照電圧回路
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
以下本発明の実施例について、図面を用いて詳述する。実施例の各ブロックを構成する素子は公知の集積回路技術により1個の半導体基板上に形成する。
【００１７】
図1は本実施の形態の温度補償型参照電圧回路である。
【００１８】
温度モニタ素子102は参照電圧源101周辺に配置され、局所的な温度を測定する。コンパレータ104は温度モニタ102と切替温度リファレンス103とを比較し、温度モニタ102出力の値が切替温度リファレンス103の値より小さい場合、Highを出力する。ヒータ105（ヒータに代えて、冷却素子または温調素子を用いてもよい。以下、同じ。）は参照電圧源101の直近に配置され、コンパレータ104の出力がHighとなった場合に電源Onとなりヒータ周辺を加熱する。ヒータ素子は、BJTでも抵抗素子でも、発熱するものであればその種類は問わない。即ち、図2に示すように、温度範囲201に示すような参照電圧源の周辺温度が一定以上低い場合に、ヒータを加熱することで参照電圧源周辺を加熱し、温度範囲202に示す範囲内で参照電圧源を動作させることが可能となる。その結果ヒータ加熱無し時のBGR出力変動値203に対し、ヒータ加熱有りで到達可能な出力変動値204は小さくすることが可能となる。
【実施例２】
【００１９】
実施例1では、コンパレータ104がHigh/Lowを切替える閾値が同一であったため、図4に示すように温度領域401にある場合、加熱状態403と非加熱状態404を行き来してしまい、出力が定期的にゆらぎ、問題となるケースも想定できる。前記問題を解決した実施の形態を図３に示す。実施例1でのコンパレータ104をHighからLowへ遷移のときの閾値とLowからHighへ遷移のときの閾値の異なるヒステリシス機能付きのコンパレータ304に変更する。こうすることで、加熱状態405、前状態保持406、非加熱状態407を切り分けることができ、加熱状態/非加熱状態を遷移することを抑制でき、参照電圧源出力ゆらぎを低減可能である。
【実施例３】
【００２０】
実施例2では一つのヒータをon/offするだけの制御であったため、制御できる温度範囲が狭い。そこで、制御できる温度範囲を狭くする実施例を図9に示す。切替温度リファレンス903/ヒステリシス機能付きのコンパレータ904/ヒータ905を複数用意し温度によってonするヒータ個数を変化させる。こうすることで、図10に示すように参照回路周辺の温度変動が非常に小さくなり、参照電圧源出力値変動も抑制できる。
【実施例４】
【００２１】
実施例3では、全てのヒータを参照電圧源から等距離に配置するのが困難なため、参照電圧源からを遠いヒータをONしても、参照電圧源付近が暖まらず想定どおりの周辺温度曲線とならないことがあった。そこで、前記問題を解決した実施の形態を図11に示す。コンパレータ1104とヒータ1105の間に電流制御回路1106を挿入する。これによりヒータ個数から、ヒータに流れる電流量による加熱制御になるため、必ず全てのヒータがONをするため、ヒータ1105と参照電圧源1101間の距離による影響を抑制可能である。
【実施例５】
【００２２】
実施例4では制御後の温度範囲を小さくするには、多量のコンパレータと切替温度リファレンス回路が必要になり面積が大きくなるという問題があった。前記問題を解決した実施の形態を図12に示す。PID制御回路1204は温度リファレンス1203と温度モニタ1202を入力とし、その差分を比例制御(P)、積分制御（I）、微分制御(D)を組合せることでオーバーヘッド少なく回路を設計可能である。
【実施例６】
【００２３】
実施例1〜6では、温度制御の手段としてヒータ(または、加熱素子。)を使用していたためどうしても回路付近の温度が上がる。通常IC動作などにより周囲は気温より高温になっていることが多く、加熱制御が出来ないケースがある。加熱制御できないケースのため、ヒータの代わりにPN接合などを用いた冷却素子1305を用いて高温環境でも同様の制御を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
101：参照電圧源
102：温度モニタ回路
103：切替温度リファレンス生成回路
104：コンパレータ
105：ヒータ
201：加熱する温度領域
202：加熱しない温度領域
203：加熱無し時の参照電圧源出力範囲
204：加熱有り時の参照電圧源出力範囲
301：参照電圧源
302：温度モニタ回路
303：切替温度リファレンス生成回路
304：ヒステリシス付コンパレータ
305：ヒータ
401：加熱する温度領域
402：加熱しない温度領域
403：ヒータ加熱時の参照電圧源の周辺温度
404：ヒータ加熱なし時の参照電圧源の周辺温度
405：加熱する温度領域
406：状態保持の温度領域
407：加熱しない温度領域
501：参照電圧源の出力電圧/温度特性を決める抵抗
502：参照電圧源の出力電圧/温度特性を決める抵抗
503：参照電圧源の電流量を決める抵抗
601：トリミングタップ
602：参照電圧源の出力電圧/温度特性を決める抵抗
603：参照電圧源の出力電圧/温度特性を決める抵抗
901：参照電圧源
902：温度モニタ回路
903：切替温度リファレンス生成回路
904：ヒステリシス付コンパレータ
905：ヒータ
1001：ヒータ加熱なしの温度領域
1002：ヒータひとつのみをONしている温度領域
1003：全てのヒータがONしている温度領域
1101：参照電圧源
1102：温度モニタ回路
1103：切替温度リファレンス生成回路
1104：ヒステリシス付コンパレータ
1105：ヒータ
1106：電流制御回路
1201：参照電圧源
1202：温度モニタ回路
1203：切替温度リファレンス生成回路
1204：PID制御回路
1205：ヒータ
1301：参照電圧源
1302：温度モニタ回路
1303：切替温度リファレンス生成回路
1304：ヒステリシス付コンパレータ
1305：冷却素子
【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】
2015153121.tif 000009
【図８】
2015153121.tif 000010
【図９】
2015153121.tif 000011
【図１０】
2015153121.tif 000012
【図１１】
2015153121.tif 000013
【図１２】
2015153121.tif 000014
【図１３】
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