(57)【要約】【課題】  複数のバイポーラトランジスタで構成した温度センサ回路において、バイポーラトランジスタの飽和電流ＩSが製造工程におけるばらつきにより変動をしても、絶対温度Ｔにのみに依存した特性を有する温度センサ回路を提供する。【解決手段】  １個のバイポーラトランジスタに、異なる２つのタイミングにおいて、任意の電流比に設定された２つの定電流をそれぞれ供給し、バイポーラトランジスタのエミッタに発生するそれぞれの電圧差を取り出すようにした。【選択図】  図１
2009204422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタとベースが接続されたバイポーラトランジスタを温度センサとして備えた半導体温度センサ回路であって、
第１のスイッチ回路を介して前記バイポーラトランジスタのエミッタと接続した、第１の定電流を出力する第１の定電流回路と、
第２のスイッチ回路を介して前記バイポーラトランジスタのエミッタと接続した、第２の定電流を出力する第２の定電流回路と、
入力端子を前記バイポーラトランジスタのエミッタと接続し、前記第１の定電流が前記バイポーラトランジスタに流れたときのエミッタ電圧と、前記第２の定電流が前記バイポーラトランジスタのエミッタに流れたときのエミッタ電圧との電圧差を出力する電圧差出力回路と、
を備えたことを特徴とする半導体温度センサ回路。
【請求項２】
前記電圧差出力回路は、
入力端子に第３のスイッチ回路を介して接続された第１の保持手段と、
入力端子に第４のスイッチ回路を介して接続された第２の保持手段と、
反転入力端子および非反転入力端子と出力端子を有する演算増幅回路とを備え、
前記演算増幅回路は、
前記反転入力端子が、前記第１の保持手段と第１の抵抗素子を介して接続され、かつ前記出力端子と第４の抵抗素子を介して接続され、
前記非反転入力端子が、前記第２の保持手段と第２の抵抗素子を介して接続され、かつ接地端子と第３の抵抗素子を介して接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体温度センサ回路。
【請求項３】
前記第１の定電流と前記第２の定電流の電流比を、１００倍以上１０００００倍以下に設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体温度センサ回路。
【請求項４】
前記第１の定電流と前記第２の定電流の電流比を、所望の電流比に調整するための定電流比調整回路を具備したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体温度センサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ回路に関するものであり、特にＭＯＳ構造で構成された半導体温度センサを用いた半導体温度センサ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の特にＭＯＳ構造で構成された半導体温度センサ回路としては、複数のバイポーラ型トランジスタで構成したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の半導体温度センサ回路は、ＭＯＳ構造で構成されたバイポーラ型トランジスタを複数個接続し、それぞれのエミッタ電極に定電流を供給することで半導体温度センサ回路を構成したものである。図３は、従来の半導体温度センサ回路の回路図である。図３に示す従来の半導体温度センサ回路は、コネクタが第１の定電位点に各々接続された複数個のＰＮＰバイポーラトランジスタと、第２の定電位点に接続され、複数の定電流を出力する複数のＭＯＳトランジスタにより構成された定電流回路とを有し、バイポーラトランジスタの各エミッタは各１つの定電流を受けるように接続され、かつ第１番目のバイポーラトランジスタのベースは前記第１の定電位点に接続され、第ｎ番目（ｎは２以上の整数）のバイポーラトランジスタのベースは第ｎ−１番目のバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、第ｎ番目のバイポーラトランジスタのエミッタから出力を得るようにした半導体温度センサ回路である。
【０００４】
従来の半導体温度センサ回路において、複数のＭＯＳトランジスタにより構成された定電流回路からそれぞれのエミッタ電極に供給する定電流をＩとすると、１個のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧ＶBEは式１であらわせる特性を示す。
【０００５】
ＶBE  ＝ｋＴ／ｑ ｌｎ（Ｉ／ＩS）  ・・・（式１）
ただし、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：単位電荷、Ｔ：全体温度、ＩS：飽和電流、Ｉ：バイポーラトランジスタのエミッタ電極に供給する電流。
【０００６】
バイポーラトランジスタのエミッタ電極に定電流回路から、温度依存性がほとんど無視できる一定電流Ｉを供給した場合、バイポーラトランジスタの特性の１つのパラメータである飽和電流ＩSが一定であれば上式よりＶBE電圧は、絶対温度Ｔにのみに依存した値となり高精度の温度センスが可能となる。
【特許文献１】特許第３１２８０１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来の半導体温度センサ回路は、実際には飽和電流ＩSは製造工程におけるばらつきにより変動をしてしまい、ＶBE電圧は式１で示すような絶対温度Ｔにのみに依存した特性とはならない。
【０００８】
すなわち、従来の半導体温度センサ回路では、製造工程のばらつきによりバイポーラトランジスタの特性が変動してしまい、第ｎ番目のバイポーラトランジスタのエミッタから得られる半導体温度センサ回路の出力がばらつきをもってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決し、絶対温度Ｔのみに依存した出力を得られる半導体温度センサ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】
【００１０】
従来の課題を解決するために、本発明の半導体温度センサ回路は以下のような構成とした。
【００１１】
半導体温度センサ回路は、コレクタが第１の定電位点に接続された１個のバイポーラトランジスタと、第２の定電位点に接続され、第１のタイミングにおいて定電流Ｉ１をバイポーラトランジスタのエミッタへと供給するＭＯＳトランジスタで構成された第１の定電流回路とにより、第１のタイミングにおいてはバイポーラトランジスタのエミッタには定電流Ｉ１に依存したベース・エミッタ間電圧ＶBE１が発生する。また、第１のタイミングにおいて、ベース・エミッタ間電圧ＶBE１は保持手段により保持される。
【００１２】
同様に、バイポーラトランジスタと第２の定電位点に接続され、第２のタイミングにおいて定電流Ｉ２をバイポーラトランジスタのエミッタへと供給するＭＯＳトランジスタで構成された第２の定電流回路とにより、第２のタイミングにおいてはバイポーラトランジスタのエミッタには定電流Ｉ２に依存したベース・エミッタ間電圧ＶBE２が発生する。また、第２のタイミングにおいて、ベース・エミッタ間電圧ＶBE２は保持手段により保持される。また、定電流Ｉ１とＩ２は任意の電流比に回路的に設定されている。そして、第１および第２のタイミングにより保持された電圧ＶBE１と電圧ＶBE２との差分電圧を取り出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたような本発明の半導体温度センサ回路によれば、１個のバイポーラトランジスタに、異なる２つのタイミングにおいて、任意の電流比に設定された２つの定電流をそれぞれ供給し、バイポーラトランジスタのエミッタに発生する電圧差を取り出すようにしたので、電圧差の値は定電流比と絶対温度にのみに依存する電圧となり、製造工程における飽和電流のばらつきに依存しない電圧を実現できるという効果がある。
【００１４】
さらに、定電流比の製造ばらつきについては、定電流比が所望の値になるように調整する定電流調整回路を具備すれば、簡単な回路で容易に調整することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（１）実施の形態の概要
図１は、本実施形態の半導体温度センサ回路の概略を示すブロック図である。
【００１６】
本実施形態の半導体温度センサ回路は、半導体温度センサ２であるバイポーラトランジスタ１０７と、第１の定電流回路３と、第２の定電流回路４と、電圧差分出力回路５を備えている。
【００１７】
第１の定電流回路３は、第１のタイミングにおいて定電流Ｉ１をバイポーラトランジスタ１０７のエミッタへと供給する。第１の定電流回路３は、例えばＭＯＳトランジスタで構成される。第２の定電流回路４は、第１のタイミングとは異なる第２のタイミングにおいて定電流Ｉ２をバイポーラトランジスタ１０７のエミッタへと供給する。第１の定電流回路３は、例えばＭＯＳトランジスタで構成される。電圧差分出力回路５は、バイポーラトランジスタ１０７のエミッタと入力端子ＩＮ１が接続され、第１のタイミングおよび第２のタイミングにおいてバイポーラトランジスタ１０７のエミッタに発生する電圧ＶBE１と電圧ＶBE２との差分をとり出力端子ＯＵＴ１より出力する。
【００１８】
第１のタイミングおよび第２のタイミングにおいて発生するバイポーラトランジスタ１０７のベース・エミッタ間電圧ＶBE１と電圧ＶBE２は、以下の式で表される。
【００１９】
ＶBE１＝ｋＴ／ｑ ｌｎ（Ｉ１／ＩS）  ・・・（式２）
ＶBE２＝ｋＴ／ｑ ｌｎ（Ｉ２／ＩS）  ・・・（式３）
ただし、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：単位電荷、Ｔ：全体温度、ＩS：飽和電流、Ｉ１：第１のタイミングでバイポーラトランジスタ１０７のエミッタに供給する電流、Ｉ２：第２のタイミングでバイポーラトランジスタ１０７のエミッタに供給する電流。ここで、飽和電流ＩSは、１個のバイポーラトランジスタ１０７の特性で決まるパラメータであるため、第１および第２のタイミングにおいても同じ値となる。
【００２０】
電圧差分出力回路５の入力端子ＩＮ１には、第１のタイミングで電圧ＶBE１が入力され、第２のタイミングで電圧ＶBE２が入力されるので、出力端子ＯＵＴ１からは以下の式に示されるような出力電圧ＶＯＵＴが出力される。
【００２１】
ＶＯＵＴ１＝ＶBE１−ＶBE２＝ｋＴ／ｑ ｌｎ（Ｉ１／Ｉ２）  ・・・（式４）
式４からわかるように、電圧ＶＯＵＴ１は電流比（Ｉ１／Ｉ２）と絶対温度Ｔにのみ依存する電圧となる。
【００２２】
このため、バイポーラトランジスタ１０７の１つのパラメータである飽和電流ＩSの値が、製造工程においてばらつきをもった場合でも、ばらつきには依存しない温度センサの出力電圧ＶＯＵＴ１を得ることができる
（２）実施の形態の詳細
図２は、本実施形態の半導体温度センサ回路の一例を示す回路図である。
【００２３】
Ｎｃｈデプレッション型トランジスタであるトランジスタ１０１と、Ｐｃｈエンハンスメント型トランジスタであるトランジスタ１０２、１０３および１０４は、定電流回路を構成している。そして、トランジスタ１０３は第１の定電流回路３、トランジスタ１０４は第２の定電流回路４を構成している。
【００２４】
温度センサ２は、バイポーラトランジスタ１０７で構成されている。トランジスタ１０５と１０６は、信号Ｔ１ＸとＴ２Ｘによって低電流Ｉ１とＩ２を切り替えて温度センサ２に供給する。
【００２５】
トランジスタ１０８および１０９、容量素子Ｃ１およびＣ２、バッファ回路１１１および１１２、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４、演算増幅回路１１０により電圧差出力回路を構成している。
【００２６】
ゲート電極およびソース電極が第１の定電位点ＧＮＤに接続されたトランジスタ１０１は、定電流ＩREFを発生する定電流発生回路を構成している。トランジスタ１０１のドレイン電極は、ソース電極が第２の定電位点ＶＤＤに接続されたトランジスタ１０２のゲート電極とドレイン電極に接続され、かつソース電極が第２の定電位点ＶＤＤに接続されたトランジスタ１０３、１０４のゲート電極へと接続されている。トランジスタ１０２、１０３、１０４は、それぞれのトランジスタのサイズ比に応じた電流をミラーする電流ミラー回路を構成している。
【００２７】
ここではトランジスタ１０２からトランジスタ１０３への電流ミラー比が１、トランジスタ１０２からトランジスタ１０４への電流ミラー比が１００の場合について説明する。
【００２８】
トランジスタ１０２は、ドレイン電極がトランジスタ１０５のドレイン電極と接続され、ゲート電極が図示しないタイミング発生回路からの信号Ｔ１Ｘが入力され、信号Ｔ１Ｘにより導通と遮断が制御される。第１のタイミングにおいて、トランジスタ１０５は導通となり、それ以外のタイミングでは遮断となるように設定される。同様に、トランジスタ１０４は、ドレイン電極がトランジスタ１０６のドレイン電極と接続され、ゲート電極が図示しないタイミング発生回路からの信号Ｔ２Ｘが入力され、信号Ｔ２Ｘにより導通と遮断が制御される。第２のタイミングにおいて、トランジスタ１０６は導通となり、それ以外のタイミングでは遮断となるように設定される。トランジスタ１０５、１０６のドレイン電極は、ベース電極とコレクタ電極が第１の定電位点ＧＮＤに接続されたバイポーラトランジスタ１０７のエミッタ電極に接続されている。
【００２９】
上述したような構成と制御をすることで、第１のタイミングにおいてバイポーラトランジスタ１０７のエミッタ電極に定電流（１×ＩREF）が供給され、バイポーラトランジスタ１０７のエミッタ・ベース間電圧に電圧ＶBE１が発生する。第２のタイミングにおいてバイポーラトランジスタ１０７のエミッタ電極に定電流（１００×ＩREF）が供給され、バイポーラトランジスタ１０７のエミッタ・ベース間電圧に電圧ＶBE２が発生される。
【００３０】
バイポーラトランジスタ１０７のエミッタ電極は、トランジスタ１０８およびトランジスタ１０９のソース電極に接続されている。トランジスタ１０８は、ゲート電極に図示しないタイミング発生回路からの信号Ｔ１が入力され、信号Ｔ１により導通と遮断が制御される。第１のタイミングにおいて、トランジスタ１０８は導通となり、それ以外のタイミングでは遮断となるように設定される。トランジスタ１０９は、ゲート電極に図示しないタイミング発生回路からの信号Ｔ２が入力され、信号Ｔ２により導通と遮断が制御される。第２のタイミングにおいて、トランジスタ１０９は導通となり、それ以外のタイミングでは遮断となるように設定される。
【００３１】
トランジスタ１０８のドレイン電極は、容量素子Ｃ１の一方の電極に接続される。容量素子Ｃ１の一方の電極は、バッファ回路１１１と抵抗素子Ｒ１を介して演算増幅回路１１０の反転入力端子に接続される。トランジスタ１０９のドレイン電極は、容量素子Ｃ２の一方の電極に接続される。容量素子Ｃ２の一方の電極は、バッファ回路１１２と抵抗素子Ｒ２を介して演算増幅回路１１０の非反転入力端子へと接続される。演算増幅回路１１０の非反転入力端子には、さらに抵抗素子Ｒ３を介して第１の定電位点ＧＮＤに接続される。演算増幅回路１１０の反転入力端子は、さらに抵抗素子Ｒ４を介して演算増幅回路１１０の出力端子へと接続される。演算増幅回路１１０と抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は差動増幅回路を構成している。
【００３２】
上述したような構成と制御をすることで、第１のタイミングにおいて、バイポーラトランジスタのエミッタ電極に発生した電圧ＶBE１が容量素子Ｃ１にチャージされ、第１のタイミングが終了しても容量素子Ｃ１には電圧ＶBE１が保持される。同様に、第２のタイミングにおいて、バイポーラトランジスタのエミッタ電極に発生した電圧ＶBE２が容量素子Ｃ２にチャージされ、第２のタイミングが終了しても容量素子Ｃ２には電圧ＶBE２が保持される。
【００３３】
抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値をＲ３＝Ｒ４＝Ａ×Ｒ１＝Ａ×Ｒ２のように設定した場合、演算増幅回路１１０の出力端子には式５に示すような電圧ＶＯＵＴ１が出力される。
【００３４】
ＶＯＵＴ１＝Ａ｛ＶBE１−ＶBE２｝＝Ａ｛ｋＴ／ｑ ｌｎ（１００ＩREF／ＩREF）｝
＝Ａ｛ｋＴ／ｑ ｌｎ（１００）｝  ・・・（式５）
従って、演算増幅回路１１０の出力ＶＯＵＴ１は、定電流比、抵抗比Ａ、および絶対温度Ｔにのみに依存する電圧を出力することができる。
【００３５】
本実施形態では、トランジスタ１０２からトランジスタ１０３への電流ミラー比が１、トランジスタ１０２からトランジスタ１０４への電流ミラー比が１００の場合、すなわち電流比が１００倍について説明したが、差電圧は小さな値であるので、電流比は大きいほうが電圧ＶＯＵＴ１の処理には有利となる。しかしながら、電流比をあまり大きくしすぎると消費電流への影響が大きくなるので、概ね１０００００倍程度が有効な範囲となる。
【００３６】
さらに、第１の定電流回路の定電流Ｉ１と第２の定電流回路の定電流Ｉ２との比が、製造工程によるばらつきを生じる場合には、第１の定電流回路および第２の定電流回路に定電流比調整回路を付加して、電流比が所望の値になるように調整すればよい。
【００３７】
以上説明したように、従来の半導体温度センサ回路では、製造工程によりバイポーラトランジスタの飽和電流がばらつくため、出力はばらつきをもってしまっていたが、本発明の半導体温度センサ回路は、バイポーラトランジスタの飽和電流に依存しない出力を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態の半導体温度センサの概略を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の半導体温度センサの一例を示す回路図である。
【図３】従来の半導体温度センサの回路図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  温度センサ
２  半導体温度センサ
３  第１の定電流回路
４  第２の定電流回路
５  電圧差出力回路
１１０  演算増幅回路
１１１、１１２  バッファ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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