JP2004501376A - 電圧又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路 - Google Patents
電圧又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004501376A JP2004501376A JP2002504499A JP2002504499A JP2004501376A JP 2004501376 A JP2004501376 A JP 2004501376A JP 2002504499 A JP2002504499 A JP 2002504499A JP 2002504499 A JP2002504499 A JP 2002504499A JP 2004501376 A JP2004501376 A JP 2004501376A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- transition
- temperature
- circuit
- converter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0084—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring voltage only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Read Only Memory (AREA)
Abstract
本発明は、電圧及び温度を測定するための、並びに調節可能な任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路に関する。本発明の方法は、第1電流(I1)が流れる半導体素子のpnトランジションの第1順方向電圧(U(I1,T))についての第1測定値(M1)を求めるステップと、第2電流(I2)が流れる同じpnトランジションの第2順方向電圧(U(I2,T))についての第1測定値(M2)を求めるステップと、求めた前記測定値から、前記pnトランジションの特性を示すパラメータから、また必要に応じて所望の温度依存性から、測定すべき電圧(U0,U(I1,T),U(I2,T))に比例する値を演算するステップとを含んでいる。本発明の回路は、A/D変換器(W)と、該A/D変換器(W)の入力部に並列に配置されたpnトランジションを有する半導体素子(D)と、該pnトランジションを介して第1及び第2電流(I1;I2)を供給するための電圧源とを備えている。A/D変換器の出力部は演算回路に接続されている。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
【0001】
本発明は、電圧及び/又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路に関するものである。
【0002】
本発明の目的は、電圧及び/又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための簡単な方法を開示することであり、またこの方法を実施するための特に簡単な回路を開示することである。
【0003】
本発明によると、この目的は、第1電流が流れる例えばダイオードである半導体素子のpn遷移もしくはトランジション(transition)の第1順方向電圧を求めるステップと、次いで第2電流が流れる同じpnトランジションの第2順方向電圧を求めるステップとを含む方法により達成され、2つの電流の大きさは10の数乗だけ異なっていることが好ましい。2つの測定値は、双方の読みを取得するときに同じ測定条件が存在するように、即ち、pnトランジションの温度が同一であり、実施のために使用される回路の供給電圧が一定であるように、直ぐ続いて取り出されるのが好ましい。その後、演算回路を使用して、測定すべき電圧に比例する値を同測定値とpnトランジションの特性を表すパラメータとから求める。このパラメータは、第1及び第2電流がそれぞれ印加されるときの順方向電圧の温度ドリフトの関係によって与えられる。また、このパラメータは、pnトランジションの特性群からも導出することができる。
【0004】
測定すべき電圧の絶対値を演算するには適当な比例係数が必要である。温度を求めるために、演算回路は、少なくとも一電流の場合、pnトランジションの順方向電圧と温度との関係を知っている必要がある。この関係は、pnトランジションの特性群から求めることができるパラメータ、従ってpnトランジションの特性を表す更なるパラメータによって表される。演算した温度から、所定の温度依存性をもつ電圧を演算することができる。所望の温度依存性は、更なるパラメータにより又は関数により求められる。
【0005】
本発明による回路は、A/D変換器と、制御可能なスイッチと、例えばダイオードであるpnトランジションを有する半導体素子と、電圧源と、演算回路と、制御可能なスイッチ及びA/D変換器のための制御回路とを備えている。電圧源により供給される電流はpnトランジションを流れることができ、この電流の大きさは制御可能なスイッチにより2つの値の間で切り換えることができる。各切換え後、A/D変換器がpnトランジションのところに発生する順方向電圧をスキャンして、対応するディジタル測定値を供給する。演算回路は、該ディジタル測定値と、pnトランジションの特性を表すパラメータとから、pnトランジションの順方向電圧に比例する値と、A/D変換器の供給電圧に比例する値とを演算し、或いは必要なら、適当な比例係数を使用して、該演算回路は、それらの値の絶対値の他に、pnトランジションの温度も演算することができる。この温度から、続いて、予め決めうる任意の温度依存性をもつ電圧を演算し、必要なら、アナログ又はディジタルの形で発生することができる。パラメータ及び比例定数は演算回路に保存しておくのが好ましい。選択された電流でのpnトランジションの順方向電圧とpnトランジションの温度との関係は、発生すべき電圧の所望の温度依存性はもちろんのこと、温度を求めるために必要であり、この関係はそれ自体既知の方法で、例えば、テーブルに又は数式として、また好ましくは、演算回路に又は該演算回路がアクセスできるメモリに保存される。
【0006】
本発明による方法又は回路では、温度依存電圧U(T)を発生することができ、その温度依存性は設定できる。このような電圧は、例えば、蓄電池の放電/充電プロセスを制御するために使用することができる。しかし、本発明による方法又は回路は、バッテリ電圧もしくは蓄電池電圧及び/又はバッテリ作動式もしくは蓄電池作動式の装置の温度を測定するのにも使用することができる。マイクロコントローラを備える諸装置において、本発明は、基準電圧接続だけでなく、温度補償用の基準電圧を発生するための内部回路も備えておらず、従って、格別に経済的であるマイクロコントローラを使用してこれらの測定を行うことができる点で特別の利点をもたらす。
【0007】
以下に、本発明による回路の諸実施例を用いて、本発明について説明する。また、本発明による方法に必要なパラメータの決定について、特性群を用いて説明する。
【0008】
図1に示した本発明の回路は、マス(mass)に関連した電圧U0を電圧源から供給されるA/D変換器Wを備えている。A/D変換器Wの入力側は、流れの方向に切り換えられる半導体素子のpn遷移もしくはトランジション(transition)を介してマスに接続されており、この半導体素子はダイオードDである。電圧U1を有する別の電圧源は、第1及び第2の抵抗R1,R2を介してA/D変換器Wの入力側に、また、制御可能なスイッチS及び第2の抵抗R2を介してA/D変換器Wの入力側に接続されている。スイッチSが開いている場合、第1電流I1が第1及び第2の抵抗R1,R2を通って流れることができ、スイッチSが閉じている場合、第2電流I2がスイッチS及び第2の抵抗R2を通り、ダイオードDを経由して流れることができる。制御可能なスイッチSは制御回路Tにより発生されるクロックパルス信号により制御することができ、該クロックパルス信号はA/D変換器Wにも送信される。A/D変換器Wの出力側は、アナログ及び/又はディジタル出力部を備えることができる演算回路Rに接続されており、該アナログ及び/又はディジタル出力部のところで、所望の電圧を引き出すことができ、或いはアナログ及び/又はディジタル出力部に、ディスプレイ装置(図示せず)を接続することができる。制御可能のスイッチS、制御回路T、演算回路R及びA/D変換器Wは、マイクロコントローラMに組み込まれるのが好ましい。この回路では、スイッチSが開いて第1電流I1がそこに流れているときに、ダイオードDの第1順方向電圧を測定することがで、そしてスイッチSが閉じ、第2電流I2がそこを流れているときに、同ダイオードDの第2順方向電圧を測定することができ、これら2電流I1,I2の大きさは10の数乗だけ異なることが好ましい。電圧源の電圧U1,U0及び抵抗R1,R2は、一方では所望の電流I1,I2が結果として生じ、他方ではA/D変換器Wの入力部での電圧がその供給電圧U0を決して超えないような大きさにされている。
【0009】
図1に示した本発明による回路の変形例においては、2つの電圧源の電圧U1及びU0が同じとなっている。即ち、2つの電圧源の代わりに、1つの電圧源だけが存在している。この場合、回路が2つの電圧源を備えている場合と同じ測定精度を実現すべきであるのなら、A/D変換器の変換能はもっと高くしなければならない。
【0010】
本発明に従って予め決定可能な任意の温度依存性を有する電圧を発生するために、先ず、所望の温度依存性を関数としてプログラム化して回路に書き込んでおくか、メモリにテーブルとして保存しておく。好ましいのは、使用したpnトランジションの特性を表しているパラメータも同じ場所に保存しておくことである。該特性の決定については、図3に示されたpnトランジションの特性群を使って以下に説明する。この特性群は、pnトランジションの種々の温度でのpnトランジションの順方向電圧とpnトランジションを流れる電流との関係を半対数表現で示している。この半対数表現において、上述した関係は広い領域にわたり線形である。
【0011】
該特性群の線形領域から、異なって選択された2種の温度T1,T2での異なる2種の選択電流I1,I2について、各順方向電圧U(I,T)、即ち4つの順方向電圧U(I1,T1),U(I1,T2),U(I2,T1),U(I2,T2)の総計が得られる。該特性群から分かるように、順方向電圧の温度ドリフトΔU
ΔU(I1)= U(I1,T2)− U(I1,T1)及び
ΔU(I2)= U(I2,T2)− U(I2,T1)(1)
は、温度依存係数nだけ選択された電流I1,I2及び温度T1,T2が異なっており、ここで温度依存係数nは、pnトランジションの特性を表す第1パラメータを表し、
n = ΔU(I1)|ΔU(I2)(2)
である。
【0012】
式(1)を挿入して式(2)を変換することによって、
n*U(I2,T2)−U(I1,T2)=n*U(I2,T1)−U(I1,T1)= k (3)
が得られる。ここで、kはpnトランジションを特徴付ける第2パラメータを表す温度依存係数である。特性群から分かるように、パラメータn及びkは、例えば変動する供給電圧のため、選択された電流I1,I2ではなく、本発明による回路のダイオードDを通り流れる電流が選択された電流I1,I2よりも大きいか小さいかに左右されない。しかし、パラメータn及びkは、I1/I2の関係に左右される。他の半導体素子、例えばトランジスタのpnトランジションの特性群は同じ方法で評価できる。
【0013】
パラメータnを用いて、回路は、pnトランジションの任意の温度におけるA/D変換器の供給電圧U0に比例する値を決定することができるか、或いは任意の供給電圧U0におけるpnトランジションの温度に比例する値を決定することができる。また、特定の温度関数を演算回路に入力すれば、演算回路はそれぞれの温度依存関係で電圧を演算すると共に、必要であれば、それをアナログ又はディジタルの形で演算回路の出力部に出す。
【0014】
先ず、図1に示した回路による供給電圧U0の決定について説明する。A/D変換器は、その入力部に電圧U(T)があれば(A/D変換器のオーバーフローは起こらないものとする)、その出力部に測定値M(T)を供給する。
M(T)= Mmax*U(T)/U0(4)
ここで、U0はA/D変換器の供給電圧、MmaxはA/D変換器により表すことができる最大値である。同様に、以下の式を入力電圧U(I1,T),U(I2,T)及び対応の測定値M1(T),M2(T)に適用する。
U(I1,T)= M1(T)*U0/Mmax及び
U(I2,T)= M2(T)*U0/Mmax(5)
【0015】
式(5)を式(3)に挿入すれば、以下の結果になる。
n*M2(T)*U0/Mmax− M1(T)*U0/Mmax= k 又は
U0= k*Mmax/(n*M2(T)− M1(T)) (6)
【0016】
式(6)は、測定値M1,M2から求められる値1/(n*M2(T)− M1(T))の供給電圧U0が比例定数としてのk*Mmaxに比例することを表している。供給電圧U0は、k/(n*M2(T)− M1(T))が温度依存性であるから(式(3)と比較のこと)、pnトランジションの温度に関係なく求められる。
【0017】
以下に、図1に示した回路によるpnトランジションの温度の決定について説明する。式(6)を式(4)に挿入すれば、
U(T)= k*M(T)/(n*M2(T)− M1(T)) (7)
が得られる。ここで、電圧U(T)の温度依存性は、図4に示すように、pnトランジションの特性により定義される。図4によると、pnトランジションの順方向電圧U(I,T)と温度Tの間の関係は、主として線形である。即ち、特性群の線形領域において、順方向電圧U(I1,T)及びU(I2,T)は温度Tに比例している。従って、式(6)を式(5)に挿入した後、以下の結果が得られる。
U(I1,T)=k*M1(T)/(n*M2(T)− M1(T))=a1*T+b1
及び U(I2,T)=k*M2(T)/(n*M2(T)− M1(T))=a2*T+b2(8)
又は U(I2)/a2− b2/a2= T(U)= U(I1)/a1− b1/a1(9)
【0018】
パラメータa1,b1又はa2,b2はpnトランジションの特性群から求めることができ、好ましくは、該パラメータは、パラメータn及びkと共に、演算回路に、或いは該演算回路がアクセスするメモリに保存される。従って、pnトランジションの温度Tの絶対値を求めるために、本発明による方法を使用して順方向電圧U(I1,T)又はU(I2,T)が測定され、続いて温度Tが演算される。温度Tの決定は供給電圧U0の大きさとは無関係である。
【0019】
任意の温度依存性を有することができる電圧U(T)を発生するため、例えば関数U(T)として、電圧の温度依存性をプログラム化して演算回路に書き込んでおくか、或いは該演算回路がアクセスするメモリにテーブルとして保存しておかねばならない。このテーブル又はプログラムは入力装置を使用し希望に応じて変更しうることが好ましい。式(9)により温度を求めた後、対応の温度依存性を有する電圧U(T)を演算回路により演算して、アナログ又はディジタルの形で出力することができる。
【0020】
例えばパラメータa,bで定義された電圧U(T)= a*T + bを発生すべきであれば、例えば最初に温度T’において、順方向電圧U(I2,T’)を式(8)に従って求める。そうすれば所望の電圧U(T’)は、式(9)から以下のようになる。U(T’)= U(I2,T’)*a/a2− b2*a/a2+ b
【0021】
図2に示した本発明による回路が図1に記載された回路と異なる主な点は、ダイオードDを経由するA/D変換器Wの入力がマスではなく電圧源U1に接続されていることと、第1及び第2抵抗R1,R2並びに制御可能なスイッチSを経由するA/D変換器Wの入力が電圧源に接続されているのではなくマスに接続されていることである。しかし、第1及び第2抵抗R1,R2は直列に接続されておらず、その代わりに、第2抵抗R2が制御可能なスイッチSに直列に接続されている。第1抵抗R1はこれに並列に配置されている。従って、スイッチSが開くと、第1電流I1は第1抵抗R1を経由して流れ、一方、スイッチSが閉じると、第2電流I2はダイオードDを介し双方の抵抗R1,R2並びに制御可能なスイッチSを経由して流れる。更に、唯一つの電圧源U1が存在しており、これが、第3及び第4抵抗R3,R4から形成される分圧器を介してA/D変換器の供給電圧U0を提供する。
【0022】
図2に示した本発明による回路の変形例においては、第3及び第4抵抗R3,R4は存在していない。即ち、A/D変換器は電圧源U1とマスとの間に配置される。この場合、図2に示した本発明による回路と同じ測定精度を実現すべきであれば、A/D変換器の変換能はもっと高くなければならない。
【0023】
図2に示した回路で測定すべきA/D変換器Wの供給電圧U0の演算及び/又はダイオードDの温度Tの演算について以下に説明する。A/D変換器Wは、その出力部で、電圧UがダイオードDで低下すれば、従って、A/D変換器Wの入力部に電圧U0−Uがあれば(ダイオードDの順方向電圧UがA/D変換器の供給電圧U0を決して超えないこととする)、測定値Mを送信する。
M = Mmax*(U0− U)/U0(4’)
ここで、U0はA/D変換器の供給電圧であり、MmaxはA/D変換器により表すことのできる最大値である。同様に、以下の式を入力電圧U(I1),U(I2)及び対応の測定値M1,M2に適用する。
U(I1)= U0− M1*U0/Mmax 及び
U(I2)= U0− M2*U0/Mmax(5’)
【0024】
式(5’)を式(3)に代入すれば、以下の結果となる。
U0=k*Mmax/(n(Mmax−M2)−(Mmax−M1)) (6’)
【0025】
式(6’)を式(5’)に代入すれば、次式が電流I1,I2に対する順方向電圧U(I1),U(I2)にそれぞれ適用される。
U(I1)=k*(Mmax−M1)/(n(Mmax−M2)−(Mmax−M1)) 及び
U(I2)=k*(Mmax−M2)/(n(Mmax−M2)−(Mmax−M1)) (8’)
【0026】
式(6’),(8’)の関係を式(6),(8)の関係と比較すると、図2の回路では、測定値M1,M2を(Mmax−M1)又は(Mmax−M2)とそれぞれ置き換えるべき点を除いて、図1による回路と全く同じ方法で電圧の演算を行うことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による第1回路の概略図である。
【図2】
本発明による第2回路の概略図である。
【図3】
半導体素子のpnトランジションの特性群である。
【図4】
図3による特性群の別の図である。
【符号の説明】
D…ダイオード(半導体素子)、I1…第1電流、I2…第2電流、R…演算回路、S…制御可能なスイッチ、T…制御回路、W…A/D変換器。
本発明は、電圧及び/又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路に関するものである。
【0002】
本発明の目的は、電圧及び/又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための簡単な方法を開示することであり、またこの方法を実施するための特に簡単な回路を開示することである。
【0003】
本発明によると、この目的は、第1電流が流れる例えばダイオードである半導体素子のpn遷移もしくはトランジション(transition)の第1順方向電圧を求めるステップと、次いで第2電流が流れる同じpnトランジションの第2順方向電圧を求めるステップとを含む方法により達成され、2つの電流の大きさは10の数乗だけ異なっていることが好ましい。2つの測定値は、双方の読みを取得するときに同じ測定条件が存在するように、即ち、pnトランジションの温度が同一であり、実施のために使用される回路の供給電圧が一定であるように、直ぐ続いて取り出されるのが好ましい。その後、演算回路を使用して、測定すべき電圧に比例する値を同測定値とpnトランジションの特性を表すパラメータとから求める。このパラメータは、第1及び第2電流がそれぞれ印加されるときの順方向電圧の温度ドリフトの関係によって与えられる。また、このパラメータは、pnトランジションの特性群からも導出することができる。
【0004】
測定すべき電圧の絶対値を演算するには適当な比例係数が必要である。温度を求めるために、演算回路は、少なくとも一電流の場合、pnトランジションの順方向電圧と温度との関係を知っている必要がある。この関係は、pnトランジションの特性群から求めることができるパラメータ、従ってpnトランジションの特性を表す更なるパラメータによって表される。演算した温度から、所定の温度依存性をもつ電圧を演算することができる。所望の温度依存性は、更なるパラメータにより又は関数により求められる。
【0005】
本発明による回路は、A/D変換器と、制御可能なスイッチと、例えばダイオードであるpnトランジションを有する半導体素子と、電圧源と、演算回路と、制御可能なスイッチ及びA/D変換器のための制御回路とを備えている。電圧源により供給される電流はpnトランジションを流れることができ、この電流の大きさは制御可能なスイッチにより2つの値の間で切り換えることができる。各切換え後、A/D変換器がpnトランジションのところに発生する順方向電圧をスキャンして、対応するディジタル測定値を供給する。演算回路は、該ディジタル測定値と、pnトランジションの特性を表すパラメータとから、pnトランジションの順方向電圧に比例する値と、A/D変換器の供給電圧に比例する値とを演算し、或いは必要なら、適当な比例係数を使用して、該演算回路は、それらの値の絶対値の他に、pnトランジションの温度も演算することができる。この温度から、続いて、予め決めうる任意の温度依存性をもつ電圧を演算し、必要なら、アナログ又はディジタルの形で発生することができる。パラメータ及び比例定数は演算回路に保存しておくのが好ましい。選択された電流でのpnトランジションの順方向電圧とpnトランジションの温度との関係は、発生すべき電圧の所望の温度依存性はもちろんのこと、温度を求めるために必要であり、この関係はそれ自体既知の方法で、例えば、テーブルに又は数式として、また好ましくは、演算回路に又は該演算回路がアクセスできるメモリに保存される。
【0006】
本発明による方法又は回路では、温度依存電圧U(T)を発生することができ、その温度依存性は設定できる。このような電圧は、例えば、蓄電池の放電/充電プロセスを制御するために使用することができる。しかし、本発明による方法又は回路は、バッテリ電圧もしくは蓄電池電圧及び/又はバッテリ作動式もしくは蓄電池作動式の装置の温度を測定するのにも使用することができる。マイクロコントローラを備える諸装置において、本発明は、基準電圧接続だけでなく、温度補償用の基準電圧を発生するための内部回路も備えておらず、従って、格別に経済的であるマイクロコントローラを使用してこれらの測定を行うことができる点で特別の利点をもたらす。
【0007】
以下に、本発明による回路の諸実施例を用いて、本発明について説明する。また、本発明による方法に必要なパラメータの決定について、特性群を用いて説明する。
【0008】
図1に示した本発明の回路は、マス(mass)に関連した電圧U0を電圧源から供給されるA/D変換器Wを備えている。A/D変換器Wの入力側は、流れの方向に切り換えられる半導体素子のpn遷移もしくはトランジション(transition)を介してマスに接続されており、この半導体素子はダイオードDである。電圧U1を有する別の電圧源は、第1及び第2の抵抗R1,R2を介してA/D変換器Wの入力側に、また、制御可能なスイッチS及び第2の抵抗R2を介してA/D変換器Wの入力側に接続されている。スイッチSが開いている場合、第1電流I1が第1及び第2の抵抗R1,R2を通って流れることができ、スイッチSが閉じている場合、第2電流I2がスイッチS及び第2の抵抗R2を通り、ダイオードDを経由して流れることができる。制御可能なスイッチSは制御回路Tにより発生されるクロックパルス信号により制御することができ、該クロックパルス信号はA/D変換器Wにも送信される。A/D変換器Wの出力側は、アナログ及び/又はディジタル出力部を備えることができる演算回路Rに接続されており、該アナログ及び/又はディジタル出力部のところで、所望の電圧を引き出すことができ、或いはアナログ及び/又はディジタル出力部に、ディスプレイ装置(図示せず)を接続することができる。制御可能のスイッチS、制御回路T、演算回路R及びA/D変換器Wは、マイクロコントローラMに組み込まれるのが好ましい。この回路では、スイッチSが開いて第1電流I1がそこに流れているときに、ダイオードDの第1順方向電圧を測定することがで、そしてスイッチSが閉じ、第2電流I2がそこを流れているときに、同ダイオードDの第2順方向電圧を測定することができ、これら2電流I1,I2の大きさは10の数乗だけ異なることが好ましい。電圧源の電圧U1,U0及び抵抗R1,R2は、一方では所望の電流I1,I2が結果として生じ、他方ではA/D変換器Wの入力部での電圧がその供給電圧U0を決して超えないような大きさにされている。
【0009】
図1に示した本発明による回路の変形例においては、2つの電圧源の電圧U1及びU0が同じとなっている。即ち、2つの電圧源の代わりに、1つの電圧源だけが存在している。この場合、回路が2つの電圧源を備えている場合と同じ測定精度を実現すべきであるのなら、A/D変換器の変換能はもっと高くしなければならない。
【0010】
本発明に従って予め決定可能な任意の温度依存性を有する電圧を発生するために、先ず、所望の温度依存性を関数としてプログラム化して回路に書き込んでおくか、メモリにテーブルとして保存しておく。好ましいのは、使用したpnトランジションの特性を表しているパラメータも同じ場所に保存しておくことである。該特性の決定については、図3に示されたpnトランジションの特性群を使って以下に説明する。この特性群は、pnトランジションの種々の温度でのpnトランジションの順方向電圧とpnトランジションを流れる電流との関係を半対数表現で示している。この半対数表現において、上述した関係は広い領域にわたり線形である。
【0011】
該特性群の線形領域から、異なって選択された2種の温度T1,T2での異なる2種の選択電流I1,I2について、各順方向電圧U(I,T)、即ち4つの順方向電圧U(I1,T1),U(I1,T2),U(I2,T1),U(I2,T2)の総計が得られる。該特性群から分かるように、順方向電圧の温度ドリフトΔU
ΔU(I1)= U(I1,T2)− U(I1,T1)及び
ΔU(I2)= U(I2,T2)− U(I2,T1)(1)
は、温度依存係数nだけ選択された電流I1,I2及び温度T1,T2が異なっており、ここで温度依存係数nは、pnトランジションの特性を表す第1パラメータを表し、
n = ΔU(I1)|ΔU(I2)(2)
である。
【0012】
式(1)を挿入して式(2)を変換することによって、
n*U(I2,T2)−U(I1,T2)=n*U(I2,T1)−U(I1,T1)= k (3)
が得られる。ここで、kはpnトランジションを特徴付ける第2パラメータを表す温度依存係数である。特性群から分かるように、パラメータn及びkは、例えば変動する供給電圧のため、選択された電流I1,I2ではなく、本発明による回路のダイオードDを通り流れる電流が選択された電流I1,I2よりも大きいか小さいかに左右されない。しかし、パラメータn及びkは、I1/I2の関係に左右される。他の半導体素子、例えばトランジスタのpnトランジションの特性群は同じ方法で評価できる。
【0013】
パラメータnを用いて、回路は、pnトランジションの任意の温度におけるA/D変換器の供給電圧U0に比例する値を決定することができるか、或いは任意の供給電圧U0におけるpnトランジションの温度に比例する値を決定することができる。また、特定の温度関数を演算回路に入力すれば、演算回路はそれぞれの温度依存関係で電圧を演算すると共に、必要であれば、それをアナログ又はディジタルの形で演算回路の出力部に出す。
【0014】
先ず、図1に示した回路による供給電圧U0の決定について説明する。A/D変換器は、その入力部に電圧U(T)があれば(A/D変換器のオーバーフローは起こらないものとする)、その出力部に測定値M(T)を供給する。
M(T)= Mmax*U(T)/U0(4)
ここで、U0はA/D変換器の供給電圧、MmaxはA/D変換器により表すことができる最大値である。同様に、以下の式を入力電圧U(I1,T),U(I2,T)及び対応の測定値M1(T),M2(T)に適用する。
U(I1,T)= M1(T)*U0/Mmax及び
U(I2,T)= M2(T)*U0/Mmax(5)
【0015】
式(5)を式(3)に挿入すれば、以下の結果になる。
n*M2(T)*U0/Mmax− M1(T)*U0/Mmax= k 又は
U0= k*Mmax/(n*M2(T)− M1(T)) (6)
【0016】
式(6)は、測定値M1,M2から求められる値1/(n*M2(T)− M1(T))の供給電圧U0が比例定数としてのk*Mmaxに比例することを表している。供給電圧U0は、k/(n*M2(T)− M1(T))が温度依存性であるから(式(3)と比較のこと)、pnトランジションの温度に関係なく求められる。
【0017】
以下に、図1に示した回路によるpnトランジションの温度の決定について説明する。式(6)を式(4)に挿入すれば、
U(T)= k*M(T)/(n*M2(T)− M1(T)) (7)
が得られる。ここで、電圧U(T)の温度依存性は、図4に示すように、pnトランジションの特性により定義される。図4によると、pnトランジションの順方向電圧U(I,T)と温度Tの間の関係は、主として線形である。即ち、特性群の線形領域において、順方向電圧U(I1,T)及びU(I2,T)は温度Tに比例している。従って、式(6)を式(5)に挿入した後、以下の結果が得られる。
U(I1,T)=k*M1(T)/(n*M2(T)− M1(T))=a1*T+b1
及び U(I2,T)=k*M2(T)/(n*M2(T)− M1(T))=a2*T+b2(8)
又は U(I2)/a2− b2/a2= T(U)= U(I1)/a1− b1/a1(9)
【0018】
パラメータa1,b1又はa2,b2はpnトランジションの特性群から求めることができ、好ましくは、該パラメータは、パラメータn及びkと共に、演算回路に、或いは該演算回路がアクセスするメモリに保存される。従って、pnトランジションの温度Tの絶対値を求めるために、本発明による方法を使用して順方向電圧U(I1,T)又はU(I2,T)が測定され、続いて温度Tが演算される。温度Tの決定は供給電圧U0の大きさとは無関係である。
【0019】
任意の温度依存性を有することができる電圧U(T)を発生するため、例えば関数U(T)として、電圧の温度依存性をプログラム化して演算回路に書き込んでおくか、或いは該演算回路がアクセスするメモリにテーブルとして保存しておかねばならない。このテーブル又はプログラムは入力装置を使用し希望に応じて変更しうることが好ましい。式(9)により温度を求めた後、対応の温度依存性を有する電圧U(T)を演算回路により演算して、アナログ又はディジタルの形で出力することができる。
【0020】
例えばパラメータa,bで定義された電圧U(T)= a*T + bを発生すべきであれば、例えば最初に温度T’において、順方向電圧U(I2,T’)を式(8)に従って求める。そうすれば所望の電圧U(T’)は、式(9)から以下のようになる。U(T’)= U(I2,T’)*a/a2− b2*a/a2+ b
【0021】
図2に示した本発明による回路が図1に記載された回路と異なる主な点は、ダイオードDを経由するA/D変換器Wの入力がマスではなく電圧源U1に接続されていることと、第1及び第2抵抗R1,R2並びに制御可能なスイッチSを経由するA/D変換器Wの入力が電圧源に接続されているのではなくマスに接続されていることである。しかし、第1及び第2抵抗R1,R2は直列に接続されておらず、その代わりに、第2抵抗R2が制御可能なスイッチSに直列に接続されている。第1抵抗R1はこれに並列に配置されている。従って、スイッチSが開くと、第1電流I1は第1抵抗R1を経由して流れ、一方、スイッチSが閉じると、第2電流I2はダイオードDを介し双方の抵抗R1,R2並びに制御可能なスイッチSを経由して流れる。更に、唯一つの電圧源U1が存在しており、これが、第3及び第4抵抗R3,R4から形成される分圧器を介してA/D変換器の供給電圧U0を提供する。
【0022】
図2に示した本発明による回路の変形例においては、第3及び第4抵抗R3,R4は存在していない。即ち、A/D変換器は電圧源U1とマスとの間に配置される。この場合、図2に示した本発明による回路と同じ測定精度を実現すべきであれば、A/D変換器の変換能はもっと高くなければならない。
【0023】
図2に示した回路で測定すべきA/D変換器Wの供給電圧U0の演算及び/又はダイオードDの温度Tの演算について以下に説明する。A/D変換器Wは、その出力部で、電圧UがダイオードDで低下すれば、従って、A/D変換器Wの入力部に電圧U0−Uがあれば(ダイオードDの順方向電圧UがA/D変換器の供給電圧U0を決して超えないこととする)、測定値Mを送信する。
M = Mmax*(U0− U)/U0(4’)
ここで、U0はA/D変換器の供給電圧であり、MmaxはA/D変換器により表すことのできる最大値である。同様に、以下の式を入力電圧U(I1),U(I2)及び対応の測定値M1,M2に適用する。
U(I1)= U0− M1*U0/Mmax 及び
U(I2)= U0− M2*U0/Mmax(5’)
【0024】
式(5’)を式(3)に代入すれば、以下の結果となる。
U0=k*Mmax/(n(Mmax−M2)−(Mmax−M1)) (6’)
【0025】
式(6’)を式(5’)に代入すれば、次式が電流I1,I2に対する順方向電圧U(I1),U(I2)にそれぞれ適用される。
U(I1)=k*(Mmax−M1)/(n(Mmax−M2)−(Mmax−M1)) 及び
U(I2)=k*(Mmax−M2)/(n(Mmax−M2)−(Mmax−M1)) (8’)
【0026】
式(6’),(8’)の関係を式(6),(8)の関係と比較すると、図2の回路では、測定値M1,M2を(Mmax−M1)又は(Mmax−M2)とそれぞれ置き換えるべき点を除いて、図1による回路と全く同じ方法で電圧の演算を行うことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による第1回路の概略図である。
【図2】
本発明による第2回路の概略図である。
【図3】
半導体素子のpnトランジションの特性群である。
【図4】
図3による特性群の別の図である。
【符号の説明】
D…ダイオード(半導体素子)、I1…第1電流、I2…第2電流、R…演算回路、S…制御可能なスイッチ、T…制御回路、W…A/D変換器。
Claims (9)
- 電圧を測定するための方法であって、
第1電流(I1)が流れる半導体素子のpnトランジションの第1順方向電圧(U(I1,T))についての第1測定値(M1)を求めるステップと、
第2電流(I2)が流れる同じpnトランジションの第2順方向電圧(U(I2,T))についての第1測定値(M2)を求めるステップと、
求めた前記測定値から及び前記pnトランジションの特性を示すパラメータ(n)から、測定すべき電圧(U0,U(I1,T),U(I2,T)に比例する値を演算するステップと、
を含むことを特徴とする電圧測定の方法。 - 前記パラメータ(n)は、前記両順方向電圧の温度ドリフト(ΔU(I1),ΔU(I2))と選ばれた前記電流(I1,I2)との関係を表していることを特徴とする請求項1の方法。
- 前記2つの電流(I1,I2)の大きさは10の数乗だけ異なっていることを特徴とする請求項1又は2の方法。
- 測定すべき前記電圧(U0,U(I1,T),U(I2,T)は、前記比例する値と比例定数とから演算されることを特徴とする請求項1,2又は3の方法。
- 温度を測定するための方法であって、
先行請求項のうちのいずれか1項による電圧測定の方法を使用して、所定の電流(I)における半導体素子のpnトランジションの順方向電圧(U(I,T))を測定するステップと、
測定された前記順方向電圧(U(I,T))と、前記所定の電流(I)における前記pnトランジションの前記順方向電圧(U(I,T))及び温度間の予め求められた関係とから前記pnトランジションの温度(T)を演算するステップと、
を含む温度測定の方法。 - 予め決めうる温度依存性をもつ電圧を発生するための方法であって、
請求項5により半導体素子のpnトランジションの温度を求めるステップと、 前記求めた温度及び前記予め決めた温度依存性から、前記予め決めた温度依存性をもつ電圧を演算するステップと、
を含むことを特徴とする電圧発生の方法。 - 特に先行請求項のうちのいずれか1項による方法を実施するため、電圧、温度を測定し及び/又は予め決めうる温度依存性をもつ電圧を発生する回路であって、
A/D変換器(W)と、該A/D変換器(W)の入力部に並列に配置されたpnトランジションを有する半導体素子(D)と、該pnトランジションを介して第1及び第2電流(I1;I2)を供給するための電圧源とを備えると共に、前記A/D変換器(W)の出力部に接続された演算回路(R)を備える、
ことを特徴とする回路。 - 制御可能なスイッチ(S)と、該制御可能なスイッチ(S)及び前記A/D変換器(W)を制御するための制御回路(T)とを更に備えると共に、前記電圧源により供給される前記電流(I1;I2)の大きさが前記制御可能なスイッチ(S)により切り換えることができる、
ことを特徴とする請求項7の回路。 - 前記pnトランジションの特性を表す及び/又は前記予め決めうる温度依存性を特徴付けるパラメータを保存できるメモリが存在していると共に、前記演算回路(R)は該メモリにアクセスすることができる、
ことを特徴とする請求項7又は8の回路。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10029446A DE10029446A1 (de) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung einer Spannung und/oder einer Temperatur |
PCT/EP2001/006972 WO2001098790A1 (de) | 2000-06-21 | 2001-06-20 | Verfahren und schaltungsanordnung zur messung einer spannung oder einer temperatur sowie zum erzeugen einer spannung mit einer beliebig vorgebbaren temperaturabhängigkeit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004501376A true JP2004501376A (ja) | 2004-01-15 |
Family
ID=7645796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002504499A Pending JP2004501376A (ja) | 2000-06-21 | 2001-06-20 | 電圧又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20040041573A1 (ja) |
EP (1) | EP1292835B1 (ja) |
JP (1) | JP2004501376A (ja) |
KR (1) | KR20030017531A (ja) |
CN (1) | CN1249441C (ja) |
AT (1) | ATE373242T1 (ja) |
AU (1) | AU2001272494A1 (ja) |
DE (2) | DE10029446A1 (ja) |
HK (1) | HK1053355A1 (ja) |
WO (1) | WO2001098790A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10351843B4 (de) * | 2003-11-06 | 2013-11-21 | Converteam Gmbh | Verfahren und elektrische Schaltungen zur Ermittlung einer Temperatur eines Leistungshalbleiters |
CN100445712C (zh) * | 2005-10-24 | 2008-12-24 | 圆创科技股份有限公司 | 通过平移转换参考电平以进行校正的温度测量电路 |
DE102008055696A1 (de) | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Elektronische Schaltungseinrichtung zur Erfassung eines Detektionselementstroms und/oder einer Temperatur in diesem Detektionselement |
EP2336741B1 (en) * | 2009-12-18 | 2016-09-07 | Nxp B.V. | Self-calibration circuit and method for junction temperature estimation |
JP5687134B2 (ja) * | 2011-05-26 | 2015-03-18 | 三菱電機株式会社 | エネルギー計測ユニット |
JP5786571B2 (ja) * | 2011-09-07 | 2015-09-30 | 富士電機株式会社 | パワー半導体装置の温度測定装置 |
JP5744712B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2015-07-08 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | 電力検波回路 |
US10132696B2 (en) * | 2014-07-11 | 2018-11-20 | Infineon Technologies Ag | Integrated temperature sensor for discrete semiconductor devices |
DE102019217376A1 (de) * | 2019-11-11 | 2021-05-12 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zur Prüfung eines Batteriesensors und Batteriesensor |
TWI796190B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-03-11 | 力晶積成電子製造股份有限公司 | 用於調整記憶體裝置的參考電壓訊號的電壓控制電路 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD80952A (ja) * | ||||
US3212001A (en) * | 1961-08-30 | 1965-10-12 | Western Electric Co | Electrical circuit for testing the current-voltage relationship of electrical devices |
US3812717A (en) * | 1972-04-03 | 1974-05-28 | Bell Telephone Labor Inc | Semiconductor diode thermometry |
DE2414340C3 (de) * | 1974-03-25 | 1980-12-18 | Evgenia Iosifovna Chimki Model Geb. Lifschits | Verfahren und Einrichtung zur Gütepriifung für Halbleiterbauelemente und integrierte Schaltungen mit mindestens einem isoliert zugänglichen PN-Übergang |
US4228684A (en) * | 1979-06-04 | 1980-10-21 | General Motors Corporation | Remote temperature measuring system with semiconductor junction sensor |
US4636092A (en) * | 1984-06-19 | 1987-01-13 | Hegyi Dennis J | Diode thermometer |
JPH05283749A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Clarion Co Ltd | 温度検出装置 |
DE4434266B4 (de) * | 1994-09-24 | 2005-05-25 | Byk Gardner Gmbh | Verfahren zur Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit von optoelektronischen Dioden |
US6008685A (en) * | 1998-03-25 | 1999-12-28 | Mosaic Design Labs, Inc. | Solid state temperature measurement |
-
2000
- 2000-06-21 DE DE10029446A patent/DE10029446A1/de not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-06-20 DE DE50113009T patent/DE50113009D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-20 CN CNB01808754XA patent/CN1249441C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-20 JP JP2002504499A patent/JP2004501376A/ja active Pending
- 2001-06-20 US US10/297,868 patent/US20040041573A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-20 EP EP01951613A patent/EP1292835B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-20 WO PCT/EP2001/006972 patent/WO2001098790A1/de active IP Right Grant
- 2001-06-20 AU AU2001272494A patent/AU2001272494A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-20 KR KR1020027016652A patent/KR20030017531A/ko not_active Application Discontinuation
- 2001-06-20 AT AT01951613T patent/ATE373242T1/de not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-08-01 HK HK03105548A patent/HK1053355A1/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1292835B1 (de) | 2007-09-12 |
HK1053355A1 (en) | 2003-10-17 |
KR20030017531A (ko) | 2003-03-03 |
WO2001098790A1 (de) | 2001-12-27 |
CN1426537A (zh) | 2003-06-25 |
DE50113009D1 (de) | 2007-10-25 |
CN1249441C (zh) | 2006-04-05 |
ATE373242T1 (de) | 2007-09-15 |
AU2001272494A1 (en) | 2002-01-02 |
DE10029446A1 (de) | 2002-01-03 |
US20040041573A1 (en) | 2004-03-04 |
EP1292835A1 (de) | 2003-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8021042B1 (en) | Beta variation cancellation in temperature sensors | |
TWI276788B (en) | A precise temperature sensor with smart programmable calibration | |
CN100434886C (zh) | 低功率消耗和小电路面积温度感测器 | |
KR100532445B1 (ko) | 온도 측정 회로 및 방법 | |
US6783274B2 (en) | Device for measuring temperature of semiconductor integrated circuit | |
CN107305147B (zh) | 温度传感器和具有高准确度的温度传感器校准方法 | |
US9739669B2 (en) | Temperature sensor peripheral having independent temperature coefficient and offset adjustment programmability | |
US10612981B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2004501376A (ja) | 電圧又は温度を測定するための、並びに予め決めうる任意の温度依存性を有する電圧を発生するための方法及び回路 | |
EP3680745B1 (en) | Self-biased temperature-compensated zener reference | |
JP2003240620A (ja) | 気体流量測定装置 | |
EP1751511A1 (en) | Pn-junction temperature sensing apparatus | |
KR100816150B1 (ko) | 온도 감지 장치 | |
CN110907807B (zh) | 芯片电路功耗测量电路及方法、芯片 | |
JPH09243466A (ja) | 半導体温度センサ | |
CN104236735B (zh) | 热传感器 | |
US20070069709A1 (en) | Band gap reference voltage generator for low power | |
IT9022470A1 (it) | Generatore di tensione di riferimento con deriva termica programmabile | |
JP3360814B2 (ja) | A/d変換器 | |
CN104422543A (zh) | 使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置 | |
JPH05216550A (ja) | 電圧発生装置 | |
JP4295896B2 (ja) | Cmos集積回路及びこれを用いたタイミング信号発生装置 | |
US6346802B2 (en) | Calibration circuit for a band-gap reference voltage | |
US20100138207A1 (en) | Method and Apparatus for Circuit Simulation | |
JP2004228104A (ja) | 半導体集積回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080522 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101008 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101019 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110315 |