JP2006105870A

JP2006105870A - 温度センサおよび温度センサの補正方法

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Publication number: JP2006105870A
Application number: JP2004295139A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yasui; 彰司安井; Masayoshi Omura; 昌良大村; Makoto Kaneko; 誠金子
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】ヒューズメモリを設けて初期値および補正値を格納し、該値によって測定値を補正することにより、測定値について、バラツキの補正をして精度の向上を図ることができる温度センサおよび温度センサの補正方法を提供する。
【解決手段】温度センサ１において、コントロールロジック回路１１は温度センサ１の制御を行う。温度センサ１の作り込みにおいて、コントロールロジック回路１１は温度センサ回路１２から周囲温度に対する特性を測定した結果を読み込み、その結果から初期値および補正値を得て、該値をヒューズメモリ１３に記憶する。また、温度センサ１の動作時において、コントロールロジック回路１１は、初期値および補正値をヒューズメモリ１３から読み出し、該値を用いて温度センサ回路１２の測定値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、携帯電話機に搭載される方位測定用の地磁気センサの温度補償に用いられ、ヒューズメモリに格納された初期値および補正値を使用して測定値を補正する温度センサおよび温度センサの補正方法に関する。

従来、半導体チップ上に形成される温度センサには、例えば、図３に示す温度センサ回路１２が用いられる。温度センサ回路１２は、オペアンプＯＡと、ダイオードＤ1〜Ｄ2と、抵抗Ｒ1〜Ｒ3と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータＡＤＣとから構成される。オペアンプＯＡおよびダイオードＤ1〜Ｄ2ならびに抵抗Ｒ1〜Ｒ3は一般的なバンドギャップリファレンス回路を構成する。

オペアンプＯＡの非反転入力端がダイオードＤ1のアノードに接続され、ダイオードＤ1のカソードが接地される。オペアンプＯＡの反転入力端が抵抗Ｒ3の一端に接続され、抵抗Ｒ3の他端がダイオードＤ2のアノードに接続され、ダイオードＤ2のカソードが接地される。オペアンプＯＡの出力端が抵抗Ｒ1を介して非反転入力端に接続されると共に、抵抗Ｒ2を介して反転入力端に接続される。
尚、オペアンプＯＡの出力端に、該バンドギャップリファレンス回路の出力電圧Ｖrefを出力する出力端ＯｐＶrefが接続され、オペアンプＯＡの非反転入力端に、ダイオードＤ1にかかる電圧Ｖbeを出力する出力端ＯｐＶbeが接続される。

また、該バンドギャップリファレンス回路の出力端ＯｐＶrefがＡ／ＤコンバータＡＤＣの入力端ＩｐＶhに接続され、該バンドギャップリファレンス回路の出力端ＯｐbeがＡ／ＤコンバータＡＤＣの入力端ＩｐＶlに接続される。Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、入力端ＩｐＶhにて入力した電圧と入力端ＩｐＶlにて入力した電圧との差の電圧ＶinをＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換し、出力電圧の変換値である出力値Ｄoutを出力する出力端ＯｐＤoutを設けている。尚、上述したＡ／ＤコンバータＡＤＣは電圧Ｖinの範囲を０〜１．２５Ｖとし、該電圧Ｖinを１２５１ステップ（０〜１２５０）にてＡ／Ｄ変換して出力値Ｄoutを出力する。

次に、温度センサ回路１２の動作を説明する。オペアンプＯＡおよびダイオードＤ1〜Ｄ2ならびに抵抗Ｒ1〜Ｒ3から構成されるバンドギャップリファレンス回路が、電源電圧および温度依存性が少ない出力電圧Ｖref（＝１．２５Ｖ）を出力端ＯｐＶrefからＡ／ＤコンバータＡＤＣの入力端ＩｐＶhに出力し、約−２ｍＶ／℃の温度係数を有する出力電圧Ｖbeを出力端ＯｐＶbeからＡ／ＤコンバータＡＤＣの入力端ＩｐＶlに出力する。そして、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが、出力電圧Ｖrefと出力電圧Ｖbeとの差の電圧である電圧Ｖinを１２５１ステップにてＡ／Ｄ変換して出力値Ｄoutを出力する。

このとき、出力電圧Ｖrefは電源電圧および温度依存性が少ないため、定数として扱うことができ、出力電圧Ｖbeは約−２ｍＶ／℃の温度係数を有するので、電圧Ｖinは出力電圧Ｖbeに応じて温度によって変化する。よって、出力値Ｄoutが温度に応じて変化することになる。このとき、周囲温度Ｔが２５℃のとき出力電圧Ｖbeが０．６Ｖであるとすると、出力値Ｄoutは、下記の（式1）のようになる。
Ｄout＝−２（Ｔ−２５）＋６００・・・（式1）
（式1）より、周囲温度Ｔが３０℃のときは出力電圧Ｖbeが０．５９Ｖとなり、出力値Ｄoutが５９０となる。

尚、本発明に関連する文献として、例えば、特許文献１には、ヒューズと抵抗群とを組み合わせたヒューズ回路により、該抵抗群の分圧比を調整し、該ヒューズ回路によって調整された出力電圧によって、製造プロセス変動の影響をなくし、高精度な温度補償を行うことができる温度センサ回路が記載されている。
特開２００４−８５３８４号公報

しかしながら、上述した温度センサ回路１２においては、内部のバンドギャップリファレンス回路の出力電圧ＶrefおよびダイオードＤ1にかかる電圧Ｖbeについて、電圧値および温度特性が個体によるバラツキを有するため、測定値である出力値Ｄoutの精度を向上させることが難しいという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ヒューズメモリを設けて初期値および補正値を格納し、該値によって測定値を補正することにより、測定値について、バラツキの補正をして精度の向上を図ることができる温度センサおよび温度センサの補正方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明では、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、温度を検出する感温手段と、電流を流すことにより選択的に電気的切断が可能であり、その電気的切断状態により所定のデータを記憶するヒューズメモリと、製造時に、前記感温手段の測定値を入力し、前記測定値に基づいて前記感温手段の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、前記測定値に基づいて前記感温手段の感度のバラツキを補正する補正値を求めて、前記初期値および前記補正値に応じて前記ヒューズメモリの電気的切断を行うことにより、前記初期値および前記補正値を前記ヒューズメモリに書き込む補正データ書込手段と、製造後の実使用時に、前記ヒューズメモリから前記初期値および補正値を読み出す補正データ読出手段と、前記実使用時に、前記感温手段の測定値を入力し、前記補正データ読み出し手段によって読み出された初期値および補正値に基づいて前記感温手段の測定値の補正を行う補正手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、温度センサの製造前において、補正データ書込手段が感温手段の測定値から感温手段の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、該測定値から感温手段の感度のバラツキを補正する補正値を求めてヒューズメモリに書き込み、温度センサの実使用時において、補正データ読出手段がヒューズメモリから、初期値および補正値を読み出し、補正手段が該初期値および補正値に基づいて感温手段の測定値のバラツキを補正する。

請求項２に係る発明は、温度を検出する感温手段と、前記感温手段の測定値の処理を行う制御手段と、電流を流すことにより選択的に電気的切断が可能であり、その電気的切断状態により前記補正手段が補正に用いる補正データを記憶するヒューズメモリとを備えた温度センサにおける測定データを補正する温度センサの補正方法であって、製造時に、前記制御手段が前記感温手段の測定値を入力し、前記測定値に基づいて前記感温手段の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、前記測定値に基づいて前記感温手段の感度のバラツキを補正する補正値を求めて、前記初期値および前記補正値に応じて前記ヒューズメモリの電気的切断を行うことにより、前記初期値および前記補正値を前記ヒューズメモリに書き込む補正データ書込ステップと、製造後の実使用時に、前記制御手段が前記ヒューズメモリから前記初期値および補正値を読み出すステップと、前記実使用時に、前記制御手段が前記感温手段の測定値を入力し、前記補正データ読み出し手段によって読み出された初期値および補正値に基づいて前記感温手段の測定値の補正を行うステップとを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、温度センサの製造前において、補正データ書込手段が感温手段の測定値から感温手段の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、該測定値から感温手段の感度のバラツキを補正する補正値を求めてヒューズメモリに書き込み、温度センサの実使用時において、補正データ読出手段がヒューズメモリから、初期値および補正値を読み出し、補正手段が該初期値および補正値に基づいて感温手段の測定値のバラツキを補正する。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の温度センサの補正方法であって、前記補正データ書込ステップにて、前記感温手段の第１の温度に対する測定値から，予め定められた感温手段の第１の温度に対する理論値を減算して前記補正値を算出する処理と、前記感温手段の第２の温度に対する測定値から前記感温手段の第１の温度に対する測定値を減算した値を、前記第２の温度から前記第１の温度を減算した値によって除算し、予め定められた前記感温手段の理論上の感度によって除算して前記補正値を算出する処理と、前記初期値および前記補正値に応じて前記ヒューズメモリの電気的切断を行うことにより、前記初期値および前記補正値を前記ヒューズメモリに書き込む処理とが行われることを特徴とする。
この発明によれば、補正データ書込ステップにて、第１の温度と第２の温度と、該温度における感温手段の測定値と、第１の温度における感温手段の理論値と、感温手段の感度の理論値によって、初期値および補正地が算出され、該値がヒューズメモリに書き込まれる。

請求項１に記載の発明または請求項２に記載の発明によれば、ヒューズメモリによって記憶された感温手段の測定値の初期値および補正値に基づいて感温手段の測定値が補正され、感温手段の測定値を精度よく得ることができる効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、第1の温度および第２の温度における測定値等により、感温手段の初期値および補正値が算出され、小容量のデータの記憶に有利なヒューズメモリに効率よく記憶させることができる効果がある。また、物理的にヒューズが切断されることにより初期値および補正値が記憶されるので、該初期値および補正値の変化を皆無にすることができる効果がある。

以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、温度センサ１は、温度センサ１の制御を行うコントロールロジック回路１１（補正データ書込手段）（補正データ読出手段）（補正手段）（制御手段）と、温度センサ回路１２（感温手段）と、ヒューズメモリ１３とからなり、１チップ上に構成される。コントロールロジック回路１１は、温度センサ１の作り込みにおいて、温度センサ回路１２から周囲温度に対する特性を測定した結果を読み込み、該結果に基づいて温度センサ回路１２の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、また、該結果に基づいて温度センサ回路１２の感度のバラツキを補正する補正値を求めて、該値をヒューズメモリ１３に記憶する。また、コントロールロジック回路１１は、後述する、初期値ΔＤおよび補正値Δｋをヒューズメモリ１３から読み出し、該値を用いて温度センサ回路１２からの測定値を補正する。尚、温度センサ回路１２は従来によるものと同様のものである。

ヒューズメモリ１３は、コントロールロジック回路１１からのある特定の入力信号に応じて、内部のワード線とビット線との交点に設けられたヒューズに過電流パルスを与えて溶断させることにより、該交点にデータを書き込む。また、コントロールロジック回路１１からの別の入力信号に対して当該ワード線およびビット線との交点におけるヒューズの切断状態に応じて、該交点において書き込まれているデータを読み出し、コントロールロジック回路１１に出力する。

次に、本実施形態による温度センサ１の作り込みにおいて、初期値ΔＤおよび補正値Δｋをヒューズメモリ１３に設定する動作を、図３（ａ）に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、温度センサ１の回路が形成されたウエハがチャック（ウエハを固定する治具）の上に置かれる。該チャックの底面には加熱用のヒータが取り付けられ、該ヒータは該チャックに接続されたテスタによって所望の熱を発生するように制御され、該ウエハを加熱する。次に、以下の手順にてセンサの特性の測定が行われる（ステップＳａ１）。

すなわち、ヒータがテスタによって温度Ｔ1（第１の温度）に制御される（ステップＳａ１）。次に、温度センサ回路１２の特性の測定が行われる（ステップＳａ２）。そして、その結果をコントロールロジック回路１１が、温度Ｔ1に対する温度センサ回路１２の出力値Ｄoutを出力値Ｄ1’（第１の温度に対する測定値）として、プローバを介して、テスタ内のメモリに一旦、入力する（ステップＳａ３）。次に、ヒータがテスタによって温度Ｔ2（第２の温度）に制御され（ステップＳａ４）、温度センサ回路１２の特性の測定が行われ（ステップＳａ５）、その結果を、コントロールロジック回路１１が、温度Ｔ2に対する温度センサ回路１２の出力値Ｄoutを出力値Ｄ2’(第１の温度に対する測定値）として、テスタ内のメモリに一旦、入力する（ステップＳａ６）。

次に、前述した（式1）を用いて、温度Ｔ1に対する出力値Ｄoutの理論値Ｄ1（第1の温度に対する理論値）および温度Ｔ2に対する出力値Ｄoutの理論値Ｄ2が算出される。そして、出力値Ｄ1’、Ｄ2’、理論値Ｄ1、温度Ｔ1、Ｔ2、（式1）の温度係数ｍ（＝−２）を用いて、以下のような演算にて、初期値ΔＤおよび補正値Δｋが算出される（ステップＳａ７）。

すなわち、初期値ΔＤが、（式2）に示されるように、出力値Ｄ1’から理論値Ｄ1を減算することにより求められる。
ΔＤ＝Ｄ1’−Ｄ1 ・・・（式2）
また、補正値Δｋが、出力値Ｄ1’、Ｄ2’温度Ｔ1、Ｔ2、（式1）の温度係数ｍを用いて、（式3）に示される演算によって求められる。
Δｋ＝（Ｄ2’−Ｄ1’）／〔（Ｔ2−Ｔ1）ｍ〕・・・（式3）

次に、初期値ΔＤおよび補正値Δｋが、ヒューズメモリ１３に記憶される（ステップＳａ８）。そして、初期値ΔＤおよび補正値Δｋを、ヒューズメモリ１３に設定する動作が終了する。

次に、本実施形態による温度センサ１の実使用時の動作を説明する。尚、本実施形態においては、温度センサ１は測位動作を行う地磁気センサと共に携帯電話機に搭載され、該地磁気センサに付属する物理量センサとして該地磁気センサの温度補償に用いる周囲温度データを採取するのに用いられ、該地磁気センサの温度補償が必要になる場合のみ、該地磁気センサの指示によって動作する。

先ず、温度センサ１および地磁気センサを搭載した携帯電話機の電源が投入され、各部の動作が開始する。以下、図３（ｂ）に示すフローチャートを参照して、温度センサ１の動作を説明する。尚、温度センサ１内のヒューズメモリ１３には、前述した温度センサ回路１２の初期値ΔＤおよび補正値Δｋが記憶されているものとする。

先ず、地磁気センサが、方位を測定する過程において方位測定データ温度補償を行うために、温度センサ１に現在の周囲温度の測定を指示する。そして、コントロールロジック回路１１がヒューズメモリ１３から初期値ΔＤおよび補正値Δｋを読み出す（ステップＳｂ１）。次に、温度センサ回路１２が温度測定を行う（ステップＳｂ２）。次に、コントロールロジック回路１１が、温度センサ回路１２から温度測定データとして出力値Ｄoutを読み出し、以下のような演算によって、前述した初期値ΔＤおよび補正値Δｋを用いて、出力値Ｄoutを温度に変換した値である、温度出力値Ｔoutが出力される（ステップＳｂ３）。

すなわち、温度出力値Ｔoutが、測定値Ｄ、理論値Ｄ1、初期値ΔＤ、補正値Δｋ、（式1）の温度係数ｍを用いて、（式4）に示される演算によって求められる。
Ｔout＝〔Ｄ−（Ｄ1＋ΔＤ）〕×〔１／（Δｋ×ｍ）〕＋Ｔ1（℃）・・・（式4）
尚、初期値ΔＤおよび補正値Δｋをヒューズメモリ１３に設定する動作が温度Ｔ1を２５℃として行われた場合、（式4）におけるＴ1は２５℃となる。

そして、出力された温度出力値Ｔoutが地磁気センサに出力され、方位データの温度補償が行われ、該方位データに基づいて、携帯電話機の表示画面上に地図データが表示される。そして、温度センサ１の動作が終了する。

以上のように、本実施形態によれば、温度センサ１の作り込み時において、コントロールロジック回路１１が温度センサ回路１２の初期値ΔＤおよび補正値Δｋをヒューズメモリ１３に設定し、温度センサ１の実使用時において、コントロールロジック回路１１がヒューズメモリ１３から、ヒューズメモリ１３に設定されている温度センサ回路１２の初期値ΔＤおよび補正値Δｋを読み出して、該値により、温度出力値Ｔoutの出力を行うことが可能になる。そのため、測定値について、個体によるバラツキの補正をして温度センサの測定値の精度の向上を図ることができる。

また、本実施形態においては、温度センサ回路１２の感温素子としてサーミスタや熱電対を使用せず、ダイオードを使用しており、また、ヒューズをポリサイド（ポリシリコン）によって形成しているので、通常のＣＭＯＳプロセスによってメタルの配線層を新たに設けることなく、温度センサ１のチップを製造することができ、温度センサ１の製造工程を複雑にすることなくコストアップを回避することができる。

また、初期値ΔＤおよび補正値Δｋの格納用にヒューズメモリを用い、物理的にヒューズが切断されることにより初期値ΔＤおよび補正値Δｋが記憶されるので、該値の変化を皆無にすることができる。

また、初期値ΔＤおよび補正値Δｋを格納するためには３２ビット程度の容量があればよいので、小容量（４〜数百ビット）のメモリを作り易いヒューズメモリは該値の格納用として好適である。

尚、本実施形態のように、地磁気センサと併用される温度センサについては、地磁気センサに２種類の金属が用いられるので、感温素子として該２種類の金属から形成される熱電対を使用してもよい。

また、本実施形態においては、温度センサ１を携帯電話機に搭載される地磁気センサの温度補償に用いることを想定したが、用途はこれには限定されず、温度センサ１を、温度補償を要する電子機器に用いてもよい。

また、温度センサ１の初期値ΔＤおよび補正値Δｋを算出するためのデータを一時的に記憶するためのメモリは、テスタ内のメモリに限らず、温度センサ１のチップ上にＤＲＡＭのキャッシュメモリや、別のヒューズメモリが形成され、上記のデータを一時的に記憶することが可能であるなら、それらのメモリを用いてもよい。

また、温度センサ１の初期値ΔＤおよび補正値Δｋを算出するためのデータの測定は、ウエハの製造工程の中において使用されるチャックを使用するため、他のテストのための機材を共用することができる。また、ウエハから切り分け（ダイシング）が行われたチップを、加熱用のヒータが設けられた試験用治具に装着して、ウエハと同様にプローバにて出力値を測定することもできる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更も含まれる。

本発明の一実施形態における温度センサ１の構成を示す図である。同実施形態における温度センサ１の作り込みにおいて、初期値ΔＤおよび補正値Δｋをヒューズメモリ１３に設定する動作および温度センサ１の実使用時の動作を示すフローチャートである。従来および同実施形態における温度センサ回路１２の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・温度センサ、１１・・・コントロールロジック回路（補正データ書込手段）（補正データ読出手段）（補正手段）（制御手段）、１２・・・温度センサ回路（感温手段）、１３・・・ヒューズメモリ

Claims

温度を検出する感温手段と、
電流を流すことにより選択的に電気的切断が可能であり、その電気的切断状態により所定のデータを記憶するヒューズメモリと、
製造時に、前記感温手段の測定値を入力し、前記測定値に基づいて前記感温手段の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、前記測定値に基づいて前記感温手段の感度のバラツキを補正する補正値を求めて、前記初期値および前記補正値に応じて前記ヒューズメモリの電気的切断を行うことにより、前記初期値および前記補正値を前記ヒューズメモリに書き込む補正データ書込手段と、
製造後の実使用時に、前記ヒューズメモリから前記初期値および補正値を読み出す補正データ読出手段と、
前記実使用時に、前記感温手段の測定値を入力し、前記補正データ読み出し手段によって読み出された初期値および補正値に基づいて前記感温手段の測定値の補正を行う補正手段と、
を備えたことを特徴とする温度センサ。
温度を検出する感温手段と、前記感温手段の測定値の処理を行う制御手段と、電流を流すことにより選択的に電気的切断が可能であり、その電気的切断状態により前記補正手段が補正に用いる補正データを記憶するヒューズメモリとを備えた温度センサにおける測定データを補正する温度センサの補正方法であって、
製造時に、前記制御手段が前記感温手段の測定値を入力し、前記測定値に基づいて前記感温手段の測定値のバラツキを補正する初期値を求め、前記測定値に基づいて前記感温手段の感度のバラツキを補正する補正値を求めて、前記初期値および前記補正値に応じて前記ヒューズメモリの電気的切断を行うことにより、前記初期値および前記補正値を前記ヒューズメモリに書き込む補正データ書込ステップと、
製造後の実使用時に、前記制御手段が前記ヒューズメモリから前記初期値および補正値を読み出すステップと、
前記実使用時に、前記制御手段が前記感温手段の測定値を入力し、前記補正データ読み出し手段によって読み出された初期値および補正値に基づいて前記感温手段の測定値の補正を行うステップと、
を備えたことを特徴とする温度センサの補正方法。
前記補正データ書込ステップにて、
前記感温手段の第１の温度に対する測定値から，予め定められた感温手段の第１の温度に対する理論値を減算して前記補正値を算出する処理と、
前記感温手段の第２の温度に対する測定値から前記感温手段の第１の温度に対する測定値を減算した値を、前記第２の温度から前記第１の温度を減算した値によって除算し、予め定められた前記感温手段の理論上の感度によって除算して前記補正値を算出する処理と、
前記初期値および前記補正値に応じて前記ヒューズメモリの電気的切断を行うことにより、前記初期値および前記補正値を前記ヒューズメモリに書き込む処理と、
が行われることを特徴とする請求項２に記載の温度センサの補正方法。