(57)【要約】【課題】現在のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧と予め記憶させておいた順方向電圧とから容易に現在の温度を検出する。【解決手段】不揮発性メモリ１４は、温度管理されている環境下で、ＰＮＰトランジスタ１１のＰＮ接合ダイオードに定電流Ｉ１を流したときの順方向電圧ＶＦ１を予め記憶している。その後ＬＳＩの動作時に、メモリデータの書き込み／読出し回路１３は、ＰＮＰトランジスタ１１のＰＮ接合ダイオードに定電流Ｉ１を流したときの順方向電圧ＶＦ２を測定する。出力回路１５は、現在の測定順方向電圧ＶＦ２と、不揮発性メモリ１４から読み出した順方向電圧ＶＦ１とを用いた演算により現在のＬＳＩ内の温度を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の装置内に設けられたＰＮ接合ダイオードと、
前記ＰＮ接合ダイオードに既知の温度下で既知の定電流を流した時の第１の順方向電圧に関連した電圧値を予め記憶させてある記憶手段と、
前記所定の装置の動作時に前記ＰＮ接合ダイオードに前記既知の定電流を流した時点の第２の順方向電圧を測定する測定手段と、
前記第２の順方向電圧と、前記記憶手段から読み出した前記第１の順方向電圧に関連した電圧値とを用いて、所定の演算式により前記測定手段による測定時の温度を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする温度検出回路。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記第１の順方向電圧に関連した電圧値として、前記第１の順方向電圧と予め定めた基準電圧値との差分の電圧を予め記憶していることを特徴とする請求項１記載の温度検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度検出回路に係り、特に大規模集積回路（ＬＳＩ;Large Scale Integrated circuit）内のＰＮ接合ダイオードを利用してＬＳＩ内の温度を検出する温度検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＬＳＩは小さなチップの中での電力消費が大きいため発熱による温度上昇といった課題を有する。パッケージを通しての放熱とともに、ＬＳＩ内での温度補償などにより、ＬＳＩが温度変化に対しても安定に動作するような工夫が数多くなされている。
【０００３】
一方で、小型化・高密度化・高速化・高性能化などによりＬＳＩの消費電力が大きくなり、セット全体で温度管理をする必要性も高まっている。例えば、冷却ファンやペルチェ素子などによる積極的な放熱も行われる。このようなセットでは、ＬＳＩ内の温度をセットのコントローラに伝えて効率良く温度管理するのが望ましい。具体的には、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタ（ＩＬＡプロジェクタ）では、高輝度ランプを内蔵するために温度が上昇し易く、その放熱と合せて冷却ファンによる風量制御などが行われている。
【０００４】
ＬＳＩで温度変化を検出したり温度補償をしたりする時に、ＬＳＩ内のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧の変化を利用することが多い。順方向電圧ＶＦは次式で表される。
【０００５】
ＶＦ＝（ｋＴ／ｑ）＊ｌｎ（Ｉo／Ｉs）          （１）
ここで、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：電子の電荷量、
Ｉs：ダイオードの逆方向飽和電流、Ｉo：ダイオードを流れる電流
シリコン基板上のＰＮ接合ダイオードの場合、その面積や電流Ｉoの値にもよるが、室温における順方向電圧ＶＦは通常６００ｍＶ程度になる。一方、ダイオードの逆方向飽和電流Ｉsは半導体プロセスに依存することの多いｆＡオーダーの電流であるため、製造上のばらつきが出易く、絶対温度Ｔや電流Ｉoを固定しても、順方向電圧ＶＦは数十ｍＶ単位でばらついてしまうことが多い。
【０００６】
一方で、同じ電流を流している時に絶対温度Ｔが１℃変化した時の順方向電圧ＶＦの変化量は、ダイオードの逆方向飽和電流Ｉsのばらつきの影響は受けるものの約-２ｍＶ／℃であり、順方向電圧ＶＦの絶対値のばらつきよりもはるかに小さい。
【０００７】
このようなＰＮ接合ダイオードに定電流を流して、順方向電圧ＶＦを測定してもそこから絶対温度Ｔを求めるのは難しいため、ダイオードの逆方向飽和電流Ｉsの影響を受けない工夫をして温度を検出する回路が従来提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
図４は、特許文献１や特許文献２に開示された従来の温度検出回路の一例の基本回路図を示す。同図に示す温度検出回路は、ＰＮＰトランジスタ１のエミッタ・ベース間のＰＮ接合ダイオードに、同じ温度の下で２つの定電流回路２Ａ、２Ｂから２種類の定電流Ｉ１とＩ２を流して、それぞれの順方向電圧ＶＦ１、ＶＦ２を測定し、それらの差分ΔＶＦを電圧差出力回路４１で計算することでダイオードの逆方向飽和電流Ｉsの影響を除去しようとする温度検出回路である。
【０００９】
すなわち、上記の順方向電圧の差分ΔＶＦは次式で表わされる。
【００１０】
ΔＶＦ＝ＶＦ１−ＶＦ２＝(ｋＴ／ｑ)＊ｌｎ（Ｉ１／Ｉ２）        （２）
ここで、上式中、ΔＶＦ、Ｉ１、Ｉ２はすべて既知の値であるため、（２）式から演算により絶対温度Ｔを求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２０４４２２号公報
【特許文献２】特許第４０８６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来の温度検出回路では、温度測定のたびに定電流切替制御が必要だったり、（２）式に基づく演算又は変換テーブルを用いて温度を求めるなど、温度のコントローラにとっての負担は必ずしも軽いとはいえない場合もあるなどの課題もある。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、現在のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧と予め記憶させておいた順方向電圧とから容易に現在の温度を検出することができる温度検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明の温度検出回路は、所定の装置内に設けられたＰＮ接合ダイオードと、ＰＮ接合ダイオードに既知の温度下で既知の定電流を流した時の第１の順方向電圧に関連した電圧値を予め記憶させてある記憶手段と、所定の装置の動作時にＰＮ接合ダイオードに既知の定電流を流した時点の第２の順方向電圧を測定する測定手段と、第２の順方向電圧と、記憶手段から読み出した第１の順方向電圧に関連した電圧値とを用いて、所定の演算式により測定手段による測定時の温度を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
ここで、上記記憶手段は、第１の順方向電圧に関連した電圧値として、第１の順方向電圧と予め定めた基準電圧値との差分の電圧を予め記憶していてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、現在のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧と予め記憶させておいた順方向電圧とから容易に現在の温度を検出することができ、これにより低コストで、かつ、効率良く温度制御などが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例。
【図２】メモリからのデータ読出しタイミングチャートの例。
【図３】ポリシリコン・ヒューズを用いたメモリ回路の例。
【図４】従来の温度検出回路の一例の基本回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１９】
図１は、本発明になる温度検出回路の一実施の形態の回路系統図を示す。同図に示すように、本実施の形態の温度検出回路１０は、所定の装置であるＬＳＩ内に設けられており、ＰＮＰトランジスタ１１と、そのエミッタに接続された定電流回路１２と、書き込み／読出し回路１３と、不揮発性メモリ１４と、出力回路１５とで構成されている。
【００２０】
本実施の形態の温度検出回路１０は、ＰＮＰトランジスタ１１のエミッタ・ベース間のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧を既知の環境下で測定して予め不揮発性メモリ１４に基準電圧として記憶させておき、その後ＬＳＩ動作時にＰＮＰトランジスタ１１のエミッタ・ベース間のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧を測定し、その測定した順方向電圧と不揮発性メモリ１４から読み出した基準電圧とを用いた演算により、現在のＬＳＩ内の温度を検出するようにしたものである。なお、定電流回路１２はＬＳＩ内には持たずにＬＳＩの外部から定電流を供給してもよい。
【００２１】
次に、本実施の形態の温度検出回路１０の動作について説明する。まず、ウェハ検査工程など温度管理されている環境下で、ＰＮＰトランジスタ１１のＰＮ接合ダイオードに、定電流回路１２から定電流Ｉ１を流して書き込み／読出し回路１３によりＰＮＰトランジスタ１１のエミッタ電圧（すなわち、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧）を測定する。この測定電圧値をＶＦ１として不揮発性メモリ１４に書き込む。ここまでの処理はＬＳＩテストプログラムを利用して行い、ＬＳＩテスト全体の一部として実施すればよい。
【００２２】
次に、このＬＳＩがセット内に実装されると全体は中央処理装置（ＣＰＵ）などのコントローラによって制御されることになる。例えば、ＣＰＵがＬＳＩの温度を読み取って、それに応じて冷却ファンの風量を制御して温度調整をすることなどが考えられる。
【００２３】
この場合、ＣＰＵは上記のＶＦ１測定に使った時と同じ定電流Ｉ１を定電流回路１２からＰＮＰトランジスタ１１のＰＮ接合ダイオードに流して書き込み／読出し回路１３によりＰＮＰトランジスタ１１のエミッタ電圧（すなわち、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧）を測定させる。この時の測定電圧値をＶＦ２とする。
【００２４】
続いて、出力回路１５は、書き込み／読出し回路１３から出力される、現在のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ２と、不揮発性メモリ１４に予め記憶されている同じＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ１とに基づいて、次式により現在のＬＳＩ内の温度Ｔ２を簡易的に算出する。
【００２５】
Ｔ２＝｛（ＶＦ１−ＶＦ２）／２｝＋Ｔ１          （３）
ここで、上式中、Ｔ１はＶＦ１を測定した時の絶対温度である。また、ＰＮ接合ダイオードの温度係数は-２ｍＶ／℃としており、電圧ＶＦ１及びＶＦ２はｍＶ単位の値とする。
【００２６】
このように、温度の精度がそれほど要求されないシステム用途においては、決められた絶対温度Ｔ１下で予め順方向電圧ＶＦ１を測定して記録しておくことで、簡単な制御と従来に比べて簡単な演算で現在のＬＳＩ内の絶対温度Ｔ２を求めることができる。
【００２７】
一方で、精度が要求される場合でも、上記の絶対温度Ｔ１と定電流回路１２からＰＮＰトランジスタ１１のエミッタに供給する定電流Ｉ１とが既知の状態で、順方向電圧ＶＦ１を測定し不揮発性メモリ１４に記憶しているので、（１）式にこれらを代入してダイオードの逆方向飽和電流Ｉsを求め、その後に同じ（１）式に現在の順方向電圧ＶＦ２と定電流Ｉ１と先に求めたダイオードの逆方向飽和電流Ｉsとを代入することにより、より精度の高い温度として絶対温度Ｔ２を求めることも可能である。
【００２８】
なお、メモリデータの書き込み／読出し回路１３は、図２（Ａ）に示すリセット信号ＲＥＳＥＴと、同図（Ｂ）に示す読出しクロックＣＫと、同図（Ｃ）に示すシリアルデータＤＡＴＡとを用いて図２の読出しのタイミングで構成すれば、使用ピン数も少なくて済む。
【００２９】
図２のタイミングチャートでは、図２（Ａ）にハイレベルで示すリセット信号ＲＥＳＥＴで読出しの初期化をした後に、同図（Ｂ）に示す読出しクロックＣＫの立上りに同期して、１０ビットのＶＦ１値Ｂ９〜Ｂ０がＭＳＢ（Ｂ９）から順に読み出される様子を示している。なお、この図２は一例であり、使用ピンなどを含めてこれに限定するものではない。
【００３０】
また、メモリデータの読出しは毎回行う必要はなく、例えば電源を入れた初期化の時に１度読み出してＣＰＵのメモリに格納しておけば、以降はこのデータを参照すればよいのでＣＰＵの負担は非常に少なくて済む。
【００３１】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図１に示した実施の形態の基準となる順方向電圧ＶＦ１を書込む不揮発性メモリ１４のビット数の削減を図る構成としたものである。
【００３２】
通常、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ１はばらつきを考慮して６００ｍＶ〜７００ｍＶ程度の値になる。これを２値化して不揮発性メモリ１４に書き込もうとすると図２と共に説明したようにメモリデータは１０ビット必要になる。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ１そのものではなく、６５０ｍＶの差分値として表現するとＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ１は±５０ｍＶで表現されるので、不揮発性メモリ１４にはＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ１を予め定めた基準電圧である６５０ｍＶの差分値として記憶するものとする。この場合、上記の差分値は７ビットで表現できるので前記１０ビットの場合に比べてチップ面積の削減などを図れる。
【００３４】
また、不揮発性メモリ１４の種類はいろいろ考えられ、そのいずれかに限定するものではないが、例えば、ポリシリコンを用いたヒューズ型のメモリは、ＣＭＯＳのＬＳＩプロセスでそのまま作れるので便利であり、コスト増加もほとんど無い。
【００３５】
図３は、不揮発性メモリ１４としてヒューズ型のメモリを用いた回路例を示す。同図において、不揮発性メモリ１４は、複数のプロービングパッド３１と、複数のポリシリコンヒューズ３２と、ヒューズの切断・非切断判断回路３３とからなる。ヒューズの切断・非切断判断回路３３はメモリデータの書き込み／読出し回路１３に接続されている。
【００３６】
メモリデータの書き込みは、各ビット毎に設けたポリシリコンヒューズ３２を、書込む値に応じて断線または非断線にすることで行うが、ポリシリコンヒューズ３２は電流を流して溶断することが可能なのでＬＳＩテスタで各ビットに必要な電流を流すか否かの制御で書込める。そこで、図３に示すように各ポリシリコンヒューズ３２毎にプロービングパッド３１を設けておいて、そこに溶断のための電流を印加するかどうかで制御すれば特別な書込み回路も不要になる。そしてこのプロービングパッド３１は、測定した順方向電圧ＶＦ１を書込むのに使うだけであり、ウェハ検査の時だけあればよい。よって、ＬＳＩパッケージの外に取り出す必要は無いのでピン数の増加をもたらすことはない。
【００３７】
読出しはメモリデータの書き込み／読出し回路１３を通して行われる。例えば、メモリデータの書き込み／読出し回路１３はパラレル入力シリアル出力のシフトレジスタで構成され、リセット信号ＲＥＳＥＴでポリシリコンヒューズ３２の切断・非切断の情報をヒューズの切断・非切断判定回路３３から並列に取り込み、読出しＣＫに応じて順にこのヒューズ切断・非切断の情報をシフトし、シリアルＤＡＴＡとして出力する。この動作のタイミングは図２のタイミングチャートと同じである。
【００３８】
以上のように、本実施の形態の温度検出回路１０では、ＬＳＩ内のＰＮ接合ダイオードによる温度センサと不揮発性メモリ１４とを併せ持ち、そこにこの温度センサ固有の基準電圧値ＶＦ１を書込んでおき、測定した現在のＬＳＩ内のＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ２と上記の基準電圧値ＶＦ１との差分を取る程度の演算で現在の絶対温度Ｔ２を容易に検出することができ、これにより低コストで、かつ、効率良く温度制御などが可能になるなどの効果が得られる。また、セット内に特別な温度センサを設ける必要もなくなる。
【００３９】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、ＰＮ接合ダイオードはＰＮＰトランジスタ以外のＮＰＮトランジスタやＰＮ接合ダイオードそのものも使用可能であることは勿論である。また、上記例ではＰＮ接合ダイオードの順方向電圧ＶＦ１を６５０ｍＶの差分値として記憶するものとして説明したが、６５０ｍＶに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１０  温度検出回路
１１  ＰＮＰトランジスタ（エミッタ・ベース間のＰＮ接合ダイオード）
１２  定電流回路
１３  メモリデータの書き込み／読出し回路
１４  不揮発性メモリ
１５  出力回路
３１  プロービングパッド
３２  ポリシリコンヒューズ
３３  ヒューズの切断・非切断判定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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