JP2005031077A - 温度測定回路及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度測定回路及び方法を提供する。
【解決手段】温度センシング部２１０、保存部２４０及び制御部２５０を備える温度測定回路である。温度センシング部２１０は、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２に応答して、温度の上昇によって電流レベルが上昇する第１電流ＰＴＡＴと温度の上昇によって電流レベルが低下する第２電流ＣＴＡＴとを利用し、半導体装置内部の温度が基準温度より高いか、または低いかに関する情報を有する温度信号ＴＳを出力する。保存部２４０は温度信号を保存した後に出力する。制御部２５０は保存部２４０から出力される温度信号ＴＳに応答して第１電流ＰＴＡＴまたは第２電流ＣＴＡＴの電流レベルを変化させて基準温度を制御する第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を発生する。
【選択図】図２

Description

本発明は温度測定回路に係り、特に、半導体装置の内部温度を正確に測定し、現在温度が分かる温度測定回路に関する。

従来使われた温度センサは、半導体装置の内部温度を測定し、その結果を“Ｈｉｇｈ”あるいは“Ｌｏｗ”としてだけ出力することができた。
例えば、設計時に一つの特定の基準温度を測定するように設計された温度センサは、特定の基準温度より半導体装置の内部の現在温度が高い場合、“Ｈｉｇｈ”を出力し、特定の基準温度より半導体装置の内部の現在温度が低い場合、“Ｌｏｗ”を出力する構造である。

したがって、半導体装置の内部温度を正確に測定するためには複数の温度センサを備えなければならない。例えば、半導体装置の動作温度範囲が１００℃であり、測定温度を１℃単位に測定するためには９９個の温度センサが必要である。

図１は、従来の温度センサの動作原理を説明する図である。
従来の温度センサは、Ｐ−Ｎ接合の順方向バイアスによって生成され、温度が上昇するほど電流の大きさが小さくなる特性を有する電流ＣＴＡＴと、温度が上昇するほど電流の大きさが大きくなる特性を有する電流ＰＴＡＴとを利用する。
相異なる特性を有する二つの電流ＰＴＡＴ，ＣＴＡＴを比較器（図示せず）の入力に印加し、比較器（図示せず）の出力を観察する。電流ＰＴＡＴを比較器（図示せず）の正の端子に印加し、電流ＣＴＡＴを比較器（図示せず）の負の端子に印加する。

図１を参照すれば、低い温度では電流ＣＴＡＴが電流ＰＴＡＴより大きいので、比較器（図示せず）はローレベルを出力する。高い温度では電流ＰＴＡＴが電流ＣＴＡＴより大きいので、比較器（図示せず）はハイレベルを出力する。
二つの電流ＰＴＡＴ，ＣＴＡＴが交差する地点が基準温度ＲＥＦＴとなる。基準温度ＲＥＦＴは、温度センサを設計する時に設計者が任意に設定できる。

したがって、比較器（図示せず）の出力を観察すれば、半導体装置の内部の現在温度が基準温度ＲＥＦＴより高いか、または低いかが分かる。しかし、従来の温度センサは、設計初期に設定された基準温度ＲＥＦＴを基準として、それより高いか、または低いかの結果だけを予測できるだけであり、半導体装置の内部の正確な温度測定は不可能であるという問題がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、半導体装置の内部温度を正確に測定し、その結果をデジタル化して出力できる温度測定回路を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、半導体装置の内部温度を正確に測定し、その結果をデジタル化して出力できる温度測定方法を提供することである。

前記課題を達成するための本発明の実施例による温度測定回路は、温度センシング部、保存部及び制御部を備えることを特徴とする。
温度センシング部は、第１電流制御信号または第２電流制御信号に応答して、温度の上昇によって電流レベルが上昇する第１電流と温度の上昇によって電流レベルが低下する第２電流とを利用して半導体装置の内部温度が基準温度より高いか、または低いかに関する情報を有する温度信号を出力する。

保存部は、前記温度信号を保存した後に出力する。制御部は、前記保存部から出力される温度信号に応答して前記第１電流または前記第２電流の電流レベルを変化させて前記基準温度を制御する前記第１電流制御信号または前記第２電流制御信号を発生する。
前記温度センシング部は、温度センサ及び比較部を備える。

温度センサは、前記第１電流制御信号に応答して前記第１電流の電流レベルを上昇または低下させ、前記第２電流制御信号に応答して前記第２電流の電流レベルを上昇または低下させて前記基準温度を変化させる。

比較部は、前記温度センサから出力される前記第１電流及び前記第２電流を比較して前記温度信号を第１レベルまたは第２レベルに発生する。
前記保存部は、前記温度信号を保存する第１ないし第ｎラッチ、前記温度信号を対応する前記第１ないし第ｎラッチに伝達する第１ないし第ｎ伝送ゲート及びゲート制御部を備える。

ゲート制御部は、前記第１ないし第ｎ伝送ゲートをターンオンまたはターンオフさせる第１ないし第ｎゲート制御信号を発生する。
前記温度信号は、前記温度センシング部から出力されるごとに前記第１ないし第ｎラッチに順次に保存され、前記第１ないし第ｎラッチは保存された前記温度信号を順次に前記制御部に出力する。

前記第１ないし第ｎ伝送ゲートは、以前伝送ゲートがターンオンされていてターンオフされた後、次の伝送ゲートがターンオンされる。前記第１ないし第ｎゲート制御信号は活性化区間が互いに重畳されていない。
前記制御部は、第１及び第２電流制御信号発生部を備える。第１電流制御信号発生部は、前記保存部から出力される前記温度信号に応答して前記第１電流制御信号を発生する。

第２電流制御信号発生部は、前記保存部から出力される前記温度信号に応答して前記第２電流制御信号を発生する。前記第１及び第２電流制御信号は、前記温度信号に応答して電流量が増加または減少する。
前記温度信号が第１レベルであれば、前記第１電流制御信号の電流量が減少するか、または前記第２電流制御信号の電流量が増加し、前記温度信号が第２レベルであれば、前記第１電流制御信号の電流量が増加するか、または前記第２電流制御信号の電流量が減少する。

前記第１電流制御信号発生部は、前記温度信号に応答して前記第１電流制御信号の電流量を制御する第１ないし第ｎ正極電流量制御部を備える。
前記第２電流信号発生部は、前記温度信号に応答して前記第２電流制御信号の電流量を制御する第１ないし第ｎ負極電流量制御部を備える。

前記第１ないし第ｎ正極電流量制御部はそれぞれ、電源電圧に第１端が連結され、ゲートに対応する温度信号が印加され、第２端が前記第１電流制御信号を発生するＰＭＯＳトランジスタである。
前記第１ないし第ｎ負極電流量制御部はそれぞれ、電源電圧に第１端が連結され、ゲートに対応する温度信号が印加され、第２端が前記第２電流制御信号を発生するＮＭＯＳトランジスタである。

前記他の課題を達成するための本発明の実施例による半導体装置の温度測定方法は、（ａ）第１電流と第２電流とを利用して前記半導体装置の内部温度が基準温度より高いか、または低いかに関する情報を有する温度信号を出力する段階、（ｂ）前記温度信号が発生するごとに順次に保存した後に順次に出力する段階、及び（ｃ）前記（ｂ）段階で出力される温度信号に応答して前記第１電流または前記第２電流の電流レベルを変化させて前記基準温度を制御する前記第１電流制御信号または前記第２電流制御信号を発生する段階を備える。

前記課題を達成するための本発明の他の実施例による半導体装置の内部温度を測定する温度測定回路は、温度センシング部、保存部及び制御部を備える。
温度センシング部は第１及び第２電流制御信号を受信し、温度信号を出力する。保存部は前記温度信号を受信し、保存された前記温度信号を出力する。

制御部は前記第１電流制御信号、前記第２電流制御信号及び前記温度信号に連結され、前記保存された温度信号に応答して前記第１及び第２電流制御信号を変化させる。
前記課題を達成するための本発明の他の実施例による半導体装置の内部温度を測定する方法において、第１及び第２電流の比較から温度信号を発生する段階、前記温度信号を保存された温度信号として保存する段階、前記保存された温度信号に応答して前記第１電流または前記第２電流を変化させる段階及び前記第１電流または前記第２電流が少なくても一回変化するまで前記発生、保存及び変化段階を反復する。

本発明による温度測定回路及び温度測定方法は、半導体装置の内部温度を正確に測定でき、測定結果をデジタルビットとして出力して温度によるセルフリフレッシュ周期の制御など半導体装置の内部温度によって変化するパラメータを制御するのに利用することができる。

本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施例を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に付された同一参照符号は同一部材を表わす。

図２は、本発明の実施例による温度測定回路を示すブロック図である。
図２を参照すれば、本発明の実施例による温度測定回路２００は、温度センシング部２１０、保存部２４０及び制御部２５０を備える。
温度センシング部２１０は、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２に応答して、温度の上昇によって電流レベルが上昇する第１電流ＰＴＡＴと、温度の上昇によって電流レベルが低下する第２電流ＣＴＡＴと、を利用して半導体装置の内部温度が基準温度ＲＥＦＴより高いか、または低いかに関する情報を有する温度信号ＴＳを出力する。

さらに説明すれば、温度センシング部２１０は、温度センサ２２０及び比較部２３０を備える。
温度センサ２２０は、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１に応答して第１電流ＰＴＡＴの電流レベルを上昇または低下させ、第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２に応答して第２電流ＣＴＡＴの電流レベルを上昇または低下させて基準温度ＲＥＦＴを変化させる。

比較部２３０は、温度センサ２２０から出力される第１電流ＰＴＡＴ及び第２電流ＣＴＡＴを比較して温度信号ＴＳを第１レベルまたは第２レベルに発生する。
保存部２４０は、温度信号ＴＳを保存した後に出力する。制御部２５０は、保存部２４０から出力される温度信号ＴＳに応答して第１電流ＰＴＡＴまたは第２電流ＣＴＡＴの電流レベルを変化させて基準温度ＲＥＦＴを制御する第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を発生する。

本発明の温度測定回路２００は、ＳＡＲ（Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）アルゴリズムを利用して温度センサ２２０の基準温度ＲＥＦＴを自動的に変更させて半導体装置の内部温度を正確に測定できる。
すなわち、ＳＡＲアルゴリズムによって温度測定回路２００が現在温度を測定するごとに基準温度ＲＥＦＴと現在温度の範囲とを次第に狭めて、結局には現在温度の範囲を正確に測定できる。
ＳＡＲアルゴリズムによる本発明の温度測定回路２００の動作原理は、図３を利用して説明する。

図３は、図２の温度測定回路がＳＡＲアルゴリズムを利用して現在温度を測定する動作を説明する図である。
ＳＡＲアルゴリズムは、本来、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇｕｅ／Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータに使われた原理である。

温度センシング部２１０の比較部２３０の最初の出力、すなわち、温度信号ＴＳを保存部２４０のＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）ラッチ（図示せず）に保存した後、ＭＳＢラッチ（図示せず）に保存された温度信号ＴＳが制御部２５０に印加され、制御部２５０は、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を利用して温度センサ２２０の基準温度ＲＥＦＴを変化させる。

変化された基準温度ＲＥＦＴを基準として、温度センサ２２０は再び現在温度を測定し、比較部２３０は測定された現在温度を温度信号ＴＳとして出力する。出力された温度信号ＴＳは、保存部２４０の二番目のラッチ（図示せず）に保存される。
このような方式で保存部２４０の内部のｎ個のラッチ（図示せず）とｎ回の比較部２３０との比較によって半導体装置の内部温度を正確に測定できる。

例えば、半導体装置（図示せず）の動作温度範囲が０℃から１２０℃であると仮定すれば、温度センサ２２０の最初の基準温度ＲＥＦＴは、中間温度である６０℃となる。現在、半導体装置の内部温度を７０℃とすれば、比較部２３０の最初の出力、すなわち、温度信号ＴＳはハイレベルに出力されてＭＳＢラッチ（図示せず）に保存される。
保存された温度信号ＴＳは、温度センサ２２０を制御して温度センサ２２０の基準温度ＲＥＦＴを最初の６０℃と半導体装置の動作温度範囲の最大値である１２０℃との中間値、すなわち９０℃に変化させる。

再び半導体装置の内部温度の７０℃と基準温度ＲＥＦＴである９０℃とを比較し、比較部２３０は温度信号ＴＳをローレベルに出力して保存部２４０の二番目のラッチ（図示せず）に保存する。
保存された温度信号ＴＳは、温度センサ２２０を制御して温度センサ２２０の基準温度ＲＥＦＴを９０℃と６０℃との中間値、すなわち、７５℃に変化させる。
このような方法を所望の温度範囲に適した回数（ｎ回）だけ反復すれば、半導体装置の内部の正確な温度測定が可能であり、測定された温度をデジタル出力として出力することもできる。

上述したように、新しい基準温度ＲＥＦＴは、以前基準温度ＲＥＦＴの値と基準温度ＲＥＦＴの一側の限界値間の中間値に決定される。例えば、半導体装置の現在温度が現在の基準温度より低ければ、次の基準温度ＲＥＦＴは、以前基準温度ＲＥＦＴの値と半導体装置の現在温度より低い温度限界値との間で中間値に決定される。
当業者ならば、当該基準温度ＲＥＦＴが以前基準温度と温度限界値との間のどこかで決定されるということが分かるであろう。

図３の例のように、半導体装置の動作温度範囲が０〜１２０℃であり、半導体チップの内部温度を１℃単位で測定しようとすれば、保存部２４０に７個のラッチ（図示せず）を備えて温度センシング部２１０を７回動作させれば良い。
したがって、行われる反復回数と使われるラッチの数とを変化させることによって本発明の実施例は、いかなる温度範囲に対しても温度を正確に測定できる。

図４は、図２の保存部を説明する回路図である。
図５は、図４のゲート制御部から出力される第１ないし第ｎゲート制御信号の波形図である。

図４及び図５を参照すれば、保存部２４０は、温度信号ＴＳを保存する第１ないし第ｎラッチＬＴ１，ＬＴ２〜ＬＴｎ、温度信号ＴＳを対応する第１ないし第ｎラッチＬＴ１，ＬＴ２〜ＬＴｎに伝達する第１ないし第ｎ伝送ゲートＴＧ１，ＴＧ２〜ＴＧｎ及びゲート制御部４１０を備える。
ゲート制御部４１０は、第１ないし第ｎ伝送ゲートＴＧ１，ＴＧ２〜ＴＧｎをターンオンまたはターンオフさせる第１ないし第ｎゲート制御信号Ｓ１，Ｓ２〜Ｓｎ，ＢＳ１，ＢＳ２〜ＢＳｎを発生する。

前述したように、温度信号ＴＳは、温度センシング部２１０から出力されるごとに第１ないし第ｎラッチＬＴ１，ＬＴ２〜ＬＴｎに順次に保存され、第１ないし第ｎラッチＬＴ１，ＬＴ２〜ＬＴｎは保存された温度信号ＴＳを順次に制御部２５０に出力する。
すなわち、第１ゲート制御信号Ｓ１，ＢＳ１が第１伝送ゲートＴＧ１をターンオンさせれば、温度センシング部２１０によって最初に測定された現在温度が温度信号ＴＳとして出力されて第１ラッチＬＴ１に保存される。

第１伝送ゲートＴＧ１がターンオンされる間に残りの伝送ゲートＴＧ２〜ＴＧｎはターンオフされる。図５を参照すれば、第１ないし第ｎゲート制御信号Ｓ１，Ｓ２〜Ｓｎ，ＢＳ１，ＢＳ２〜ＢＳｎは活性化区間が互いに重畳されない。したがって、第１ないし第ｎ伝送ゲートＴＧ１，ＴＧ２〜ＴＧｎは、以前伝送ゲートがターンオンされていてターンオフされた後、次の伝送ゲートがターンオンされる。

第１ラッチＬＴ１に保存された温度信号ＳＴＳは制御部２５０に印加され、制御部２５０は第１電流制御信号または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を出力して温度センシング部２１０の温度センサ２２０を制御する。それにより、基準温度ＲＥＦＴが変化する。制御部２５０の動作は後述する。

変化された基準温度ＲＥＦＴを基準として温度センシング部２１０が現在温度を測定すれば、測定結果は温度信号ＴＳとして出力される。この時、第２ゲート制御信号Ｓ２，ＢＳ２が第２伝送ゲートＴＧ２をターンオンさせ、温度センシング部２１０によって二番目に出力された温度信号ＴＳが第２ラッチＬＴ２に保存される。

第２ラッチＬＴ２に保存された温度信号ＳＴＳは制御部２５０に印加され、制御部２５０は第１電流制御信号または第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を出力して温度センシング部２１０の温度センサ２２０を制御する。それにより、基準温度ＲＥＦＴが再び変化する。このような方式によって、保存部２４０は温度信号ＴＳを制御部２５０に伝達する。
ｎ番目の温度測定が行われれば、保存部２４０から出力される温度信号ＳＴＳはｎビットデジタル信号となる。ｎビットデジタル信号によってユーザは半導体装置の内部の現在温度が正確に分かる。

図６は、図２の制御部を説明する回路図である。
図７は、第１電流の電流量を増加させて基準温度を低下させる原理を説明した図である。
図８は、第２電流の電流量を増加させて基準温度を上昇させる原理を説明した図である。
制御部２５０は、第１電流制御信号発生部６１０及び第２電流制御信号発生部６２０を備える。第１電流制御信号発生部６１０は、保存部２４０から出力される温度信号ＳＴＳに応答して第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１を発生する。

第２電流制御信号発生部６２０は、保存部２４０から出力される温度信号ＳＴＳに応答して第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を発生する。第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１及び第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２は、温度信号ＳＴＳに応答して電流量が増加または減少する。
第１電流制御信号発生部６１０は、対応する温度信号ＳＴＳに応答して第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１の電流量を制御する第１ないし第ｎ正極電流量制御部ＰＣＣ１，ＰＣＣ２〜ＰＣＣｎを備える。

第１ないし第ｎ正極電流量制御部ＰＣＣ１，ＰＣＣ２〜ＰＣＣｎはそれぞれ、電源電圧ＶＤＤに第１端が連結され、ゲートに対応する温度信号ＳＴＳが印加され、第２端が第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１を発生するＰＭＯＳトランジスタである。
第１電流制御信号発生部６１０は、第１ないし第ｎ正極電流源ＩＳＰ１，ＩＳＰ２〜ＩＳＰｎをさらに備えてもよい。第１ないし第ｎ正極電流源ＩＳＰ１，ＩＳＰ２〜ＩＳＰｎは、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１の電流量を多様に調節できる。

第２電流制御信号発生部６２０は、対応する温度信号ＳＴＳに応答して第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量を制御する第１ないし第ｎ負極電流量制御部ＮＣＣ１，ＮＣＣ２〜ＮＣＣｎを備える。
第１ないし第ｎ負極電流量制御部ＮＣＣ１，ＮＣＣ２〜ＮＣＣｎは、電源電圧ＶＤＤに第１端が連結され、ゲートに対応する温度信号ＳＴＳが印加され、第２端が第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２を発生するＮＭＯＳトランジスタである。

第２電流制御信号発生部６２０は、第１ないし第ｎ負極電流源ＩＳＮ１，ＩＳＮ２〜ＩＳＮｎをさらに備えてもよい。第１ないし第ｎ負極電流源ＩＳＮ１，ＩＳＮ２〜ＩＳＮｎは、第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量を多様に調節できる。
前述した例のように、半導体装置の内部温度が７０℃であり、最初の基準温度ＲＥＦＴが６０℃であって、比較部２３０が温度信号ＴＳをハイレベルに出力し、ハイレベルの温度信号が第１ラッチＬＴ１に保存されると仮定する。

第１ラッチＬＴ１に保存された温度信号ＳＴＳを、便宜上、ＳＴＳ１とする。温度信号ＳＴＳ１は、制御部２５０の第１電流制御信号発生部６１０及び第２電流制御信号発生部６２０に印加される。
第１正極電流量制御部２５０はＰＭＯＳトランジスタであるので、ハイレベルの温度信号ＳＴＳ１の影響を受けない。しかし、第１負極電流量制御部２５０はＮＭＯＳトランジスタであるので、ハイレベルの温度信号ＳＴＳ１によってターンオンされる。

それにより、第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量が増加する。第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２は温度センシング部２１０の温度センサ２２０に印加され、第２電流ＣＴＡＴを制御する。第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量が増加すれば、第２電流ＣＴＡＴの電流量も増加して、第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量が減少すれば、第２電流ＣＴＡＴの電流量も減少する。

図８に示されたように、第２電流ＣＴＡＴの電流量が増加すれば、第１電流ＰＴＡＴとの交差点の温度が高まる。第１電流ＰＴＡＴと第２電流ＣＴＡＴとの交差点が基準温度ＲＥＦＴであるので、第２電流ＣＴＡＴの電流量が増加するにつれて新しい基準温度ＲＥＦＴ２は以前の基準温度ＲＥＦＴ１より上昇する。
新しい基準温度ＲＥＦＴ２を９０℃とすれば、半導体装置の現在温度は７０℃であるので、比較部２３０は温度信号ＴＳをローレベルに出力する。そして、ローレベルの温度信号ＴＳが第２ラッチＬＴ２に保存される。

第２ラッチＬＴ２に保存された温度信号ＳＴＳを、便宜上、ＳＴＳ２とする。温度信号ＳＴＳ２は、制御部２５０の第１電流制御信号発生部６１０及び第２電流制御信号発生部６２０に印加される。
第２正極電流量制御部２５０はＰＭＯＳトランジスタであるので、ローレベルの温度信号ＳＴＳ２によってターンオンされる。しかし、第２負極電流量制御部２５０はＮＭＯＳトランジスタであるので、ローレベルの温度信号ＳＴＳ２によって影響を受けない。

それにより、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１の電流量が増加する。第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１は温度センシング部２１０の温度センサ２２０に印加され、第１電流ＰＴＡＴを制御する。第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１の電流量が増加すれば、第１電流ＰＴＡＴの電流量も増加し、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１の電流量が減少すれば、第１電流ＰＴＡＴの電流量も減少する。

図７に示すように、第１電流ＰＴＡＴの電流量が増加すれば、第２電流ＣＴＡＴとの交差点の温度が低くなる。第１電流ＰＴＡＴと第２電流ＣＴＡＴとの交差点が基準温度ＲＥＦＴであるので、第１電流ＰＴＡＴの電流量が増加するにつれて新しい基準温度ＲＥＦＴ２は以前の基準温度ＲＥＦＴ１より低くなる。

以上、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１や第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量が増加する場合だけを説明したが、制御部２５０の回路の構成によっては、第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１や第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量が減少することもある。そして、減少した第１電流制御信号ＣＴＲＬＳ１や第２電流制御信号ＣＴＲＬＳ２の電流量によって新しい基準温度ＲＥＦＴが設定される。

図９は、本発明の他の実施例による温度測定方法を説明するフローチャートである。
図９を参照すれば、半導体装置の温度測定方法９００はまず、第１電流と第２電流とを利用して半導体装置の内部温度が基準温度より高いか、または低いかに関する情報を有する温度信号を出力する（９１０段階）。
そして、温度信号が発生するごとに順次に保存した後に順次に出力する（９２０段階）。９１０段階で出力される温度信号に応答して第１電流または第２電流の電流レベルを変化させて、基準温度を制御する第１電流制御信号または第２電流制御信号を発生する（９３０段階）。

次いで、所望の正確度を得たかを判定する（９４０段階）。所望の正確度が得られれば、温度測定方法９００の動作は終わり、そうでなければ９１０段階が再び始まる。
９１０段階は、図２の温度センシング部２１０の比較部２３０の動作に対応する。９２０段階は保存部２４０の動作に対応する。９３０段階は制御部２５０及び温度センシング部２１０の温度センサ２２０の動作に対応する。すなわち、図９の温度測定方法９００は、図２の温度測定回路２００の動作に対応するので、ここで詳細な説明は省略する。

図２の温度測定回路２００は多様に利用されうる。例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）装置において、セルフリフレッシュ周期を温度によって調節できる回路を実現できる。
セルフリフレッシュ周期を温度によって調節できる回路は、従来の温度センサを利用して多様に試みられた。しかし、温度センサが有する限界、すなわち、一つの基準温度を基準としてハイレベルあるいはローレベルの出力だけを有することによって、セルフリフレッシュ周期を温度別に多様に制御することが不可能である。

従来の温度センサを利用して温度別にセルフリフレッシュ周期を多様に制御するためには、数個の温度センサを備えなければならない短所がある。
したがって、本発明の温度測定回路を利用すれば、図２の保存部２４０から出力されるデジタル信号によってセルフリフレッシュ周期を多様に制御できる。

例えば、保存部２４０が７個のラッチを備えれば、ラッチの出力が０００００００である場合には、ＤＲＡＭが０℃のセルフリフレッシュ周期を有するように設計し、ラッチの出力が１１１１１１１である場合には、１２７℃のセルフリフレッシュ周期を有するように設計できる。

以上、図面と明細書とで最適の実施例が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。

本発明は半導体装置に利用され、特に、セルフリフレッシュを行う半導体メモリ装置の温度測定に利用されうる。

従来の温度センサの動作原理を説明する図である。 本発明の実施例による温度測定回路を示すブロック図である。 図２の温度測定回路がＳＡＲアルゴリズムを利用して現在温度を測定する動作を説明する図である。 図２の保存部を説明する回路図である。 図４のゲート制御部から出力される第１ないし第ｎゲート制御信号の波形図である。 図２の制御部を説明する回路図である。 第１電流の電流量を増加させて基準温度を低下させる原理を説明した図である。 第２電流の電流量を増加させて基準温度を上昇させる原理を説明した図である。 本発明の他の実施例による温度測定方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

２００ 温度測定回路
２１０ 温度センシング部
２２０ 温度センサ
２３０ 比較部
２４０ 保存部
２５０ 制御部
ＰＴＡＴ 第１電流
ＣＴＡＴ 第２電流
ＴＳ 温度信号
ＳＴＳ 温度信号
ＣＴＲＬＳ１，ＣＴＲＬＳ２ 第１及び第２電流制御信号

Claims (34)

1. 半導体装置の内部温度を測定する温度測定回路において、
   第１電流制御信号または第２電流制御信号に応答して、温度の上昇によって電流レベルが上昇する第１電流と温度の上昇によって電流レベルが低下する第２電流とを利用して、前記半導体装置の内部の温度が基準温度より高いかまたは低いかに関する情報を有する温度信号を出力する温度センシング部と、
   前記温度信号を保存した後に出力する保存部と、
   前記保存部から出力される温度信号に応答して前記第１電流または前記第２電流の電流レベルを変化させて、前記基準温度を制御する前記第１電流制御信号または前記第２電流制御信号を発生する制御部と、を備えることを特徴とする温度測定回路。
2. 前記温度センシング部は、
   前記第１電流制御信号に応答して前記第１電流の電流レベルを上昇または低下させ、前記第２電流制御信号に応答して前記第２電流の電流レベルを上昇または低下させて前記基準温度を変化させる温度センサと、
   前記温度センサから出力される前記第１電流及び前記第２電流を比較して前記温度信号を第１レベルまたは第２レベルに発生する比較部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度測定回路。
3. 前記保存部は、
   前記温度信号を保存する第１ないし第ｎラッチと、
   前記温度信号を対応する前記第１ないし第ｎラッチに伝達する第１ないし第ｎ伝送ゲートと、
   前記第１ないし第ｎ伝送ゲートをターンオンまたはターンオフさせる第１ないし第ｎゲート制御信号を発生するゲート制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度測定回路。
4. 前記温度信号は、
   前記温度センシング部から出力されるごとに前記第１ないし第ｎラッチに順次に保存され、
   前記第１ないし第ｎラッチは、
   保存された前記温度信号を順次に前記制御部に出力することを特徴とする請求項３に記載の温度測定回路。
5. 前記第１ないし第ｎ伝送ゲートは、
   以前伝送ゲートがターンオンされていてターンオフされた後、次の伝送ゲートがターンオンされることを特徴とする請求項３に記載の温度測定回路。
6. 前記第１ないし第ｎゲート制御信号は、
   活性化区間が互いに重畳されていないことを特徴とする請求項３に記載の温度測定回路。
7. 前記制御部は、
   前記保存部から出力される前記温度信号に応答して前記第１電流制御信号を発生する第１電流制御信号発生部と、
   前記保存部から出力される前記温度信号に応答して前記第２電流制御信号を発生する第２電流制御信号発生部と、を備え、
   前記第１及び第２電流制御信号は、
   前記温度信号に応答して電流量が増加または減少することを特徴とする請求項１に記載の温度測定回路。
8. 前記温度信号が第１レベルであれば、
   前記第１電流制御信号の電流量が減少するか、または前記第２電流制御信号の電流量が増加し、
   前記温度信号が第２レベルであれば、
   前記第１電流制御信号の電流量が増加するか、または前記第２電流制御信号の電流量が減少することを特徴とする請求項７に記載の温度測定回路。
9. 前記第１電流制御信号発生部は、
   対応する温度信号に応答して前記第１電流制御信号の電流量を制御する第１ないし第ｎ正極電流量制御部を備え、
   前記第２電流制御信号発生部は、
   対応する温度信号に応答して前記第２電流制御信号の電流量を制御する第１ないし第ｎ負極電流量制御部を備えることを特徴とする請求項７に記載の温度測定回路。
10. 前記第１ないし第ｎ正極電流量制御部はそれぞれ、
    電源電圧に第１端が連結され、ゲートに対応する温度信号が印加され、第２端が前記第１電流制御信号を発生するＰＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項９に記載の温度測定回路。
11. 前記第１ないし第ｎ負極電流量制御部はそれぞれ、
    電源電圧に第１端が連結され、ゲートに対応する温度信号が印加され、第２端が前記第２電流制御信号を発生するＮＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項９に記載の温度測定回路。
12. 半導体装置の温度測定方法において、
    （ａ）第１電流と第２電流とを利用して前記半導体装置の内部の温度が基準温度より高いか、または低いかに関する情報を有する温度信号を出力する段階と、
    （ｂ）前記温度信号が発生するごとに順次に保存した後に順次に出力する段階と、
    （ｃ）前記（ｂ）段階で出力される温度信号に応答して前記第１電流または前記第２電流の電流レベルを変化させて、前記基準温度を制御する前記第１電流制御信号または前記第２電流制御信号を発生する段階と、を備えることを特徴とする温度測定方法。
13. 前記（ａ）段階は、
    （ａ１）前記第１電流制御信号に応答して第１電流の電流レベルを上昇または低下させ、第２電流制御信号に応答して前記第２電流の電流レベルを上昇または低下させて前記基準温度を変化させる段階と、
    （ａ２）前記第１電流及び前記第２電流を比較して前記温度信号を第１レベルまたは第２レベルに発生する段階と、を備えることを特徴とする請求項１２に記載の温度測定方法。
14. 前記第１電流は、
    温度の上昇によって電流レベルが上昇し、
    前記第２電流は温度の上昇によって電流レベルが低下することを特徴とする請求項１２に記載の温度測定方法。
15. 半導体装置の内部温度を測定する温度測定回路において、
    第１電流制御信号と第２電流制御信号とを受信して温度信号を出力する温度センシング部と、
    前記温度信号を受信し、保存された前記温度信号を出力する保存部と、
    前記第１電流制御信号、前記第２電流制御信号及び前記温度信号に連結され、前記保存された温度信号に応答して前記第１及び第２電流制御信号を変化させる制御部と、を備えることを特徴とする温度測定回路。
16. 前記温度センシング部は、
    前記第１及び第２電流制御信号を受信して少なくとも二つの出力を有する温度センサと、
    前記少なくとも二つの出力を比較し、前記温度信号を発生する比較部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定回路。
17. 前記保存部は、
    それぞれのラッチが入力及び出力を有する複数のラッチであって、前記保存された温度信号を出力する複数のラッチと、
    それぞれの伝送ゲートが入力、出力、制御入力を有する複数の伝送ゲートであって、前記伝送ゲートの出力はラッチ入力に連結され、前記伝送ゲートの入力は前記温度信号に連結される複数の伝送ゲートと、
    複数の制御出力を備え、前記制御出力が前記伝送ゲートの制御入力に連結されるゲート制御部と、を備えることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定回路。
18. 前記制御部は、
    前記保存された温度信号に連結され、前記第１電流制御信号を発生する第１制御信号発生部と、
    前記保存された温度信号に連結され、前記第２電流制御信号を発生する第２制御信号発生部と、を備えることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定回路。
19. 前記第１制御信号発生部は、
    電源電圧、前記保存された温度信号及び前記第１電流制御信号に連結される複数の正極電流量制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の温度測定回路。
20. 前記第１制御信号発生部は、
    電源電圧に連結される複数の正極電流ソースと、
    前記それぞれの正極電流ソース、前記保存された温度信号及び前記第１電流制御信号に連結される複数の正極電流量制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の温度測定回路。
21. 前記第２制御信号発生部は、
    電源電圧、前記保存された温度信号及び前記第２電流制御信号に連結される複数の負極電流量制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の温度測定回路。
22. 前記第２制御信号発生部は、
    電源電圧に連結される複数の負極電流ソースと、
    前記それぞれの負極電流ソース、前記保存された温度信号及び前記第１電流制御信号に連結される複数の負極電流量制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定回路。
23. 前記複数の正極電流量制御部は、
    複数のＰＭＯＳトランジスタを備えることを特徴とする請求項１９に記載の温度測定回路。
24. 前記複数個の負極電流量制御部は、
    複数のＮＭＯＳトランジスタを備えることを特徴とする請求項２１に記載の温度測定回路。
25. 半導体装置の内部温度を測定する方法において、
    第１及び第２電流の比較から温度信号を発生する段階と、
    前記温度信号を保存された温度信号として保存する段階と、
    前記保存された温度信号に応答して前記第１電流または前記第２電流を変化させる段階と、
    前記第１電流または前記第２電流が少なくとも一回変化するまで前記発生、保存及び変化段階と、を反復することを特徴とする半導体装置の内部温度を測定する方法。
26. 前記第１電流または前記第２電流を変化させる段階は、
    前記保存された温度信号に応答して第１電流制御信号を発生する段階と、
    前記保存された温度信号に応答して第２電流制御信号を発生する段階と、
    前記第１電流制御信号及び前記温度に応答して前記第１電流を変化させる段階と、
    前記第２電流制御信号及び前記温度に応答して前記第２電流を変化させる段階と、を備えることを特徴とする請求項２５に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
27. 前記第１電流を変化させる段階は、
    前記第１電流を前記温度に比例するように変化させることを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
28. 前記第２電流を変化させる段階は、
    前記第２電流を前記温度に反比例するように変化させることを特徴とする請求項２７に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
29. 前記第２電流を変化させる段階は、
    前記第２電流を前記温度に比例するように変化させることを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
30. 前記第１電流を変化させる段階は、
    前記第１電流を前記温度に反比例するように変化させることを特徴とする請求項２９に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
31. 前記温度は、
    基準温度であり、前記第１電流は前記第２電流と同一であることを特徴とする請求項２５に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
32. 前記基準電流を温度範囲の平均値と同じ値に調整するために前記第１及び第２電流を初期化する段階をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
33. 前記半導体装置は、
    セルフリフレッシュ周期を有するＤＲＡＭであることを特徴とする請求項２５に記載の半導体装置の内部温度を測定する方法。
34. 前記保存された温度に応答して前記セルフリフレッシュ周期を変化させる段階をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の半導体装置の内部温度測定方法。

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