JP2001013011A - 温度検出回路 - Google Patents

温度検出回路

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昌典 衣笠
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勝 水田
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Yoshimitsu Ito
佳充 伊藤
Shinji Inada
真次 稲田
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    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02—Details
    • H03B5/04—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature
    • H—ELECTRICITY
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    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/36—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device

Abstract

(57)【要約】 【課題】環境温度に応じた電気信号を生成する素子の製
造工程時における各種変動要因によらずに、同一温度下
においては実質的に同じディジタル出力を得ることがで
きることを特徴とする。 【解決手段】環境温度に応じて変化する電気信号を生成
するダイオード１２と、この電気信号をディジタルデー
タに変換するＡＤコンバータ１３と、既知の任意の温度
下においてＡＤコンバータ１３で得られるディジタルデ
ータに応じた補正データを記憶する記憶回路２１と、未
知の温度下においてＡＤコンバータ１３で得られるディ
ジタルデータと記憶回路２１で記憶されている補正用デ
ータとの間で減算を行う演算回路２２とを具備すること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、置かれた環境の
温度に応じたディジタルデータを出力する温度検出回路
に係り、特に温度に応じた電気信号を発生する素子の製
造バラツキに起因する出力誤差の発生を抑制するように
した改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体機器システムには、その置かれた
環境の温度に応じて調整を図る必要があるものが多々あ
る。例えば、クロック信号を発生する水晶振動子を用い
た発振器は、環境温度に応じて発振周波数が変化するこ
とが知られている。すなわち、一般に、水晶振動子はそ
のカッティンク方法、厚みなどにより固有の振動数が決
まるが、その置かれた環境の温度変化によって発振周波
数が変動し、温度に対する周波数変動特性は三次関数で
表現される。
【０００３】このような発振器を環境温度によらない
で、常に一定周波数で発振させるためには、環境温度に
応じた制御信号を生成し、この制御信号に基づいて発振
器の動作を制御する必要がある。そして、環境温度に応
じた制御信号を生成するために温度検出回路が用いられ
ている。
【０００４】図５は、従来、使用されているＩＣ化され
た温度検出回路のブロック図である。この回路では、定
電流回路５１からの一定電流をダイオード５２に流し、
そのときにダイオード５２のアノードに得られる順方向
降下電圧（Ｖｆ）をＡＤコンバータ５３でディジタル変
換することによって、環境温度に応じたディジタル出力
を得る。すなわち、この温度検出回路は、ダイオード５
２の順方向降下電圧（Ｖｆ）が持つ温度係数（一般に−
１．５ｍＶ／℃）を利用して温度を計測するものであ
る。
【０００５】ところが、ＩＣの製造工程時における各種
変動要因により、ダイオード５２の特性にバラツキが生
じ、これにより、同一温度下においてディジタル出力に
差が生じるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の温度
検出回路では、環境温度に応じた電気信号を生成する素
子の製造工程時における各種変動要因により、同一温度
下においてディジタル出力に差が生じてしまう。この結
果、この温度検出回路からのディジタル出力に基づいて
動作が制御されるシステムでは、制御性と安定性が損な
われるという問題かある。
【０００７】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、環境温度に応じた電気
信号を生成する素子の製造工程時における各種変動要因
によらずに、同一温度下においては実質的に同じディジ
タル出力を得ることができる温度検出回路を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の温度検出回路
は、環境温度に応じて変化する電気信号を生成する電気
信号生成手段と、上記電気信号をディジタルデータに変
換する変換手段と、既知の任意の温度下において上記変
換手段で得られるディジタルデータに応じた補正用デー
タを記憶する記憶手段と、未知の温度下において上記変
換手段で得られるディジタルデータと上記記憶手段で記
憶されている補正用データとの間で減算を行う演算手段
とを具備している。
【０００９】また、上記発明における電気信号生成手段
及び変換手段は、環境温度が１度変化する毎に、電気信
号をディジタル変換して得られるディジタルデータが１
ビット変化するように構成されている。
【００１０】また、上記発明における記憶手段には、既
知の任意の温度下において変換手段で得られるディジタ
ルデータをＳａ、基準温度の際に演算手段から出力され
るディジタルデータの期待値をＳｋ、既知の任意の温度
のデータをＴａ、基準温度のデータをＴｋとしたとき
に、Ｓａ−（Ｔａ−Ｔｋ）−Ｓｋで与えられるデータが
補正用データとして記憶される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明を
実施の形態により説明する。
【００１２】図１は、この発明の温度検出回路の一実施
の形態に係るブロック図である。この温度検出回路はＩ
Ｃ化され、温度検出部１０と補正部２０とから構成され
ている。
【００１３】温度検出部１０は、一定電流を出力する定
電流回路１１と、ダイオード１２と、ＡＤコンバータ１
３とから構成されている。定電流回路１１とダイオード
１２のアノード・カソード間は、電源電圧Ｖｃｃの供給
ノードと接地電圧のノードとの間に直列接続されてい
る。すなわち、定電流回路１１から出力される一定電流
がダイオード１２に流れ、このときにダイオード１２の
アノードに順方向降下電圧（Ｖｆ）が生じる。そして、
ダイオード１２に生じた電圧が上記ＡＤコンバータ１３
に供給され、ディジタルデータに変換される。
【００１４】補正部２０は、補正用データを記憶する例
えば不揮発性メモリ素子などからなる記憶回路２１と、
上記温度検出部１０から出力されるディジタルデータと
上記記憶回路２１に記憶されこの記憶回路２１から読み
出される上記補正用データとの間で減算を行って、補正
されたディジタルデータを出力する演算回路２２とから
構成されている。
【００１５】ここで、上記記憶回路２１には、予め、あ
る既知温度の環境下で得られたＡＤコンバータ１３のデ
ィジタルデータを元にして計算された補正用データが書
き込まれている。
【００１６】このような構成において、任意の環境温度
下でＡＤコンバータ１３でディジタル変換されたディジ
タルデータが演算回路２２に供給されると、演算回路２
２はこのディジタル変換されたディジタルデータと、予
め、記憶回路２１に記憶されている補正用データとの間
で減算を行って、補正されたディジタルデータを出力す
る。
【００１７】ここで、上記記憶回路２１に記憶される補
正用データの作成方法について説明する。なお、温度検
出部１０は、ＡＤコンバータ１３から出力されるディジ
タルデータが、環境温度が１℃変化する毎に１ビット変
化するような構成にされているとする。
【００１８】まず、ある基準温度Ｔｋを決めておく。こ
の基準温度Ｔｋを例えば２５℃とする。そして、いま、
既知の環境温度Ｔａ（例えば２８℃）下において、ＡＤ
コンバータ１３から出力されるディジタルデータを測定
する。このディジタルデータをＳａとし、例えば８ビッ
ト出力を１６進表示したときに、Ｓａが（８７Ｈ）であ
ったとする。そして、基準温度Ｔｋ（２５℃）の時に演
算回路２２から出力したい期待値Ｓｋを（８０Ｈ）（同
様に１６進表示）とする。
【００１９】既知の環境温度Ｔａ（２８℃）下における
ディジタルデータＳａ（８７Ｈ）と基準温度Ｔｋ（２５
℃）下におけるディジタルデータの期待値Ｓｋ（８０
Ｈ）との関係を図２の特性図に示す。
【００２０】このとき、上記補正用データをＹとする
と、Ｙは以下の式で与えられる。
【００２１】 Ｙ＝Ｓａ−（Ｔａ−Ｔｋ）−Ｓｋ … （１） ここで、上記（１）式に各値を代入すると、次式のよう
になる。
【００２２】 Ｙ＝８７Ｈ−（２８−２５）−８０Ｈ ＝８７Ｈ−０３Ｈ−８０Ｈ ＝０４Ｈ … （２） すなわち、記憶回路２１には１６進表示で（０４Ｈ）と
いうデータが記憶される。
【００２３】そして、未知の温度下において、ＡＤコン
バータ１３でディジタル変換されたディジタルデータが
演算回路２２に供給されると、演算回路２２はこのディ
ジタル変換されたディジタルデータから、予め、記憶回
路２１に記憶されている補正用データ（０４Ｈ）を減算
することによって、補正されたディジタルデータを出力
する。
【００２４】いま、環境温度が２８℃の場合、ＡＤコン
バータ１３でディジタル変換されたディジタルデータは
１６進表示で（８７Ｈ）となり、演算回路２２はこのデ
ータ（８７Ｈ）から補正用データ（０４Ｈ）を減算す
る。すると、減算結果のデータは（８３Ｈ）となる。こ
のデータ（８３Ｈ）は、基準温度Ｔｋ（２５℃）下にお
けるディジタルデータの期待値Ｓｋ（８０Ｈ）に対して
３℃高いことを示しているので、補正後の出力データ
（８３Ｈ）は基準温度Ｔｋ（２５℃）よりも３℃高い２
８℃の温度に対応したディジタルデータとなっている。
【００２５】環境温度が３０℃の場合、ＡＤコンバータ
１３でディジタル変換されたディジタルデータは１６進
表示で（８９Ｈ）となり、演算回路２２はこのデータ
（８９Ｈ）から補正用データ（０４Ｈ）を減算する。す
ると、減算結果のデータは（８５Ｈ）となる。このデー
タ（８５Ｈ）は、基準温度Ｔｋ（２５℃）下におけるデ
ィジタルデータの期待値Ｓｋ（８０Ｈ）に対して５℃高
いことを示しているので、補正後の出力データ（８５
Ｈ）は基準温度Ｔｋ（２５℃）よりも５℃高い３０℃の
温度に対応したディジタルデータとなっている。
【００２６】さらに、環境温度が例えば２３℃の場合、
ＡＤコンバータ１３ディジタル変換されたディジタルデ
ータは１６進表示で（８２Ｈ）となり、演算回路２２は
このデータ（８２Ｈ）から補正用データ（０４Ｈ）を減
算する。すると、減算結果のデータは（７ＥＨ）とな
る。このデータ（７ＥＨ）は、基準温度Ｔｋ（２５℃）
下におけるディジタルデータの期待値Ｓｋ（８０Ｈ）に
対して２℃低いことを示しているので、補正後の出力デ
ータ（７ＥＨ）は基準温度Ｔｋ（２５℃）よりも２℃低
い２３℃の温度に対応したディジタルデータとなってい
る。
【００２７】このように、上記実施の形態によれば、既
知の温度（例えば上述した２８℃）の下でディジタル変
換して得られるディジタルデータに基づいて補正用デー
タを生成し、この補正用データを記憶回路２１に記憶さ
せ、未知の温度を測定する際にこの補正用データを用い
て補正を行うようにしている。このため、製造工程時に
おける各種変動要因により、個々の温度検出回路内のダ
イオード１２の特性にバラツキが生じ、これにより、同
一温度下においてＡＤコンバータ１３から出力されるデ
ィジタルデータに差が生じたとしても、演算回路２２か
ら出力されるディジタルデータには実質的に差が生じな
くなる。
【００２８】なお、上記補正用データＹは、例えば演算
回路２２に対し必要なデータを与えることによって、こ
の演算回路２２で作成するようにしてもよい。
【００２９】次に、この発明の応用例について説明す
る。図３は、この発明の温度検出回路で得られる環境温
度に応じたディジタルデータを利用することによって、
環境温度の変化によらないで常に一定周波数で発振させ
ることができる発振器の構成を示している。
【００３０】この発振器は発振源として水晶振動子３１
を用いたものであり、この水晶振動子３１の両端子相互
間にはインバータ３２及び帰還用抵抗３３が並列接続さ
れている。上記水晶振動子３１の各端子と接地電圧のノ
ードとの間にはそれぞれ容量性負荷としてのキャパシタ
３４、３５が挿入されており、さらに一方のキャパシタ
３４に対して直列にバリキャップ素子３６が接続されて
いる。
【００３１】一般に、水晶振動子を用いた発振器は、水
晶振動子に接続される容量性負荷を変化させることで、
その発振周波数が変化することが知られている。従っ
て、バリキャップ素子３６に入力する制御信号の電圧値
を変えることで、発振周波数が変化する。
【００３２】いま、環境温度が変化すると、これに応じ
て水晶振動子固有の振動数が変化し、発振周波数か変化
することになる。そこで、バリキャップ素子３６に対
し、環境温度の変化に応じた電圧を持つ制御信号を与
え、温度変化による水晶振動子固有の振動数の変化を打
ち消す方向にバリキャップ素子３６の容量を変化させる
ことで、環境温度によらずに常に一定周波数で発振させ
ることができる。この場合、バリキャップ素子３６に与
えられる制御信号の電圧値は、前記図１に示す温度検出
回路から出力される補正後のディジタルデータに基づい
て設定される。
【００３３】なお、この発明は上記した実施の形態に限
定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形できることはいうまでもない。例えば、上記し
た実施の形態では、環境温度に応じた電気信号を得るた
めに定電流回路とダイオードを用いた回路を用いる場合
について説明したが、これは他に、例えば図４（ａ）に
示すように所定の温度係数を持つ一対の抵抗４１、４２
による電圧分割回路を用いるように変形してもよく、ま
たは、図４（ｂ）に示すように先の定電流回路１１の代
わりに抵抗４３を用いた回路を用いるように変形しても
よく、さらには図４（ｃ）に示すよう先のにダイオード
１２の代わりに所定の温度係数を持つ抵抗４４を用いた
回路を用いるように変形してもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
環境温度に応じた電気信号を生成する素子の製造工程時
における各種変動要因によらずに、同一温度下において
は実質的に同じディジタル出力を得ることができる温度
検出回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の温度検出回路の一実施の形態に係る
ブロック図。
【図２】既知の環境温度Ｔａ下におけるディジタルデー
タＳａと基準温度Ｔｋ下におけるディジタルデータの期
待値Ｓｋとの関係を示す特性図。
【図３】この発明の応用例に係る発振器の回路図。
【図４】この発明の変形例の回路図。
【図５】従来の温度検出回路のブロック図。
【符号の説明】
１０…温度検出部、 １１…定電流回路、 １２…ダイオード、 １３…ＡＤコンバータ、 ２０…補正部、 ２１…記憶回路、 ２２…演算回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧場 明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 伊藤 佳充 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 稲田 真次 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Ｆターム(参考） 2F056 JT06 JT08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環境温度に応じて変化する電気信号を生
    成する電気信号生成手段と、 上記電気信号をディジタルデータに変換する変換手段
    と、 既知の任意の温度下において上記変換手段で得られるデ
    ィジタルデータに応じた補正用データを記憶する記憶手
    段と、 未知の温度下において上記変換手段で得られるディジタ
    ルデータと上記記憶手段で記憶されている補正用データ
    との間で減算を行う演算手段とを具備したことを特徴と
    する温度検出回路。
  2. 【請求項２】 前記電気信号生成手段及び変換手段は、
    環境温度が１度変化する毎に、前記電気信号をディジタ
    ル変換して得られるディジタルデータが１ビット変化す
    るように構成されていることを特徴とする請求項１に記
    載の温度検出回路。
  3. 【請求項３】 前記記憶手段には、 既知の任意の温度下において前記変換手段で得られるデ
    ィジタルデータをＳａ、基準温度の際に前記演算手段か
    ら出力されるディジタルデータの期待値をＳｋ、既知の
    任意の温度のデータをＴａ、基準温度のデータをＴｋと
    したときに、Ｓａ−（Ｔａ−Ｔｋ）−Ｓｋで与えられる
    データが前記補正用データとして記憶されることを特徴
    とする請求項２に記載の温度検出回路。
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