JP2010014445A

JP2010014445A - 半導体温度センサ

Info

Publication number: JP2010014445A
Application number: JP2008172684A
Authority: JP
Inventors: Koji Nojima; 弘司野島
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-21
Also published as: US20100008398A1; CN101620014A

Abstract

【課題】温度検出の精度を高くできる半導体温度センサを提供する。
【解決手段】電流供給回路１０ａの定電流回路１３は、定電流を流す。電流供給回路１０ａのカレントミラー回路は、定電流回路１３の定電流に基づき、温度検出用電流を出力端子から供給する。温度検出回路１０ｂは、温度検出用電流及び温度に基づき、出力電圧を出力する。リーク電流吸収回路１０ｃのＭＯＳトランジスタ１９は、ＰＭＯＳトランジスタ１５と同一のサイズであって同一の導電型であり、温度検出用電流（ＰＭＯＳトランジスタ１５のドレイン電流）の中のリーク電流を吸収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体温度センサに関する。

従来の半導体温度センサについて説明する。図３は、従来の半導体温度センサを示す回路図である。図４は、従来の半導体温度センサを示す回路図である。

図３に示すように、定電流回路５３が定電流を流し、ＰＭＯＳトランジスタ５４〜５５によるカレントミラー回路により、定電流に基づいた温度検出用電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ５６のエミッタに流れる。ＰＮＰバイポーラトランジスタ５６のエミッタ電流に基づいたベース電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ５７のエミッタに流れ、ＰＮＰバイポーラトランジスタ５７のエミッタ電流に基づいたベース電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ５８のエミッタに流れ、出力端子５２に出力電圧が出力される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ５６〜５８は温度特性を有するので、温度が高くなると、出力電圧は低くなり、温度が低くなると、出力電圧は高くなり、温度に基づいた出力電圧が出力される。

図４に示すように、定電流回路７３が定電流を流し、ＰＭＯＳトランジスタ７４〜７７によるカレントミラー回路により、定電流に基づいた温度検出用電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ７８〜８０のエミッタに流れる。さらに、ＰＮＰバイポーラトランジスタ７８のエミッタ電流に基づいたベース電流もＰＮＰバイポーラトランジスタ７９のエミッタに流れ、ＰＮＰバイポーラトランジスタ７９のエミッタ電流に基づいたベース電流もＰＮＰバイポーラトランジスタ８０のエミッタに流れ、出力端子７２に出力電圧が出力される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ７８〜８０は温度特性を有するので、温度が高くなると、出力電圧は低くなり、温度が低くなると、出力電圧は高くなり、温度に基づいた出力電圧が出力される（例えば、特許文献１参照）。
特開平０５−２４８９６２号公報

しかし、従来の半導体温度センサでは、定電流回路の定電流に基づいた電流だけでなくてＰＭＯＳトランジスタのリーク電流もＰＮＰバイポーラトランジスタに流れてしまう。よって、リーク電流分、ＰＮＰバイポーラトランジスタによる出力電圧が不正確になってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、温度検出の精度を高くできる半導体温度センサを提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、半導体温度センサにおいて、定電流回路の定電流に基づき、温度検出用電流を出力端子から供給する電流供給回路と、前記電流供給回路の出力端子に設けられ、前記温度検出用電流及び温度に基づき、出力電圧を出力する温度検出回路と、前記電流供給回路の出力端子に設けられ、前記温度検出用電流の中のリーク電流を吸収するリーク電流吸収回路と、を備えることを特徴とする半導体温度センサを提供する。

本発明では、リーク電流吸収回路が温度検出用電流の中のリーク電流を吸収するので、リーク電流が温度検出回路に流れにくくなる。よって、温度検出回路による出力電圧がリーク電流に依存しにくくなり、出力電圧が正確になる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

＜第一実施形態＞
まず、半導体温度センサの構成について説明する。図１は、第一実施形態の半導体温度センサを示す回路図である。

［要素］半導体温度センサは、定電流回路１３、ＰＭＯＳトランジスタ１４〜１５、ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６〜１８及びＰＭＯＳトランジスタ１９を備える。半導体温度センサは、電源端子１０、接地端子１１及び出力端子１２を備える。

ＰＭＯＳトランジスタ１４〜１５は、カレントミラー回路を構成する。定電流回路１３及びＰＭＯＳトランジスタ１４〜１５は、電流供給回路１０ａを構成する。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６〜１８は、温度検出回路１０ｂを構成する。ＰＭＯＳトランジスタ１９は、リーク電流吸収回路１０ｃを構成する。

［要素の接続関係］ＰＭＯＳトランジスタ１４は、ゲート及びドレインをＰＭＯＳトランジスタ１５のゲート及び定電流回路１３の出力端子に接続され、ソースを電源端子１０に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１５は、ソースを電源端子１０に接続され、ドレインを出力端子１２に接続される。

ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６は、ベースをＰＮＰバイポーラトランジスタ１７のエミッタに接続され、エミッタを出力端子１２に接続され、コレクタを接地端子１１に接続される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１７は、ベースをＰＮＰバイポーラトランジスタ１８のエミッタに接続され、コレクタを接地端子１１に接続される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１８は、ベース及びコレクタを接地端子１１に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタ１９は、ゲート及びソースをＰＭＯＳトランジスタ１５のドレインに接続され、ドレインを接地端子１１に接続される。

［要素の機能］電流供給回路１０ａの定電流回路１３は、定電流を流す。電流供給回路１０ａのカレントミラー回路は、定電流回路１３の定電流に基づき、温度検出用電流を出力端子から供給する。温度検出回路１０ｂは、温度検出用電流及び温度に基づき、出力電圧を出力する。リーク電流吸収回路１０ｃのＭＯＳトランジスタ１９は、ＰＭＯＳトランジスタ１５と同一のサイズであって同一の導電型であり、温度検出用電流（ＰＭＯＳトランジスタ１５のドレイン電流）の中のリーク電流を吸収する。

次に、半導体温度センサの動作について説明する。

［半導体温度センサの動作］定電流回路１３が定電流を流し、ＰＭＯＳトランジスタ１４〜１５によるカレントミラー回路により、定電流に基づいた温度検出用電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ１６のエミッタに流れる。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６のエミッタ電流に基づいたベース電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ１７のエミッタに流れ、ＰＮＰバイポーラトランジスタ１７のエミッタ電流に基づいたベース電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ１８のエミッタに流れ、出力端子１２に出力電圧が出力される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６〜１８は温度特性を有するので、温度が高くなると、出力電圧は低くなり、温度が低くなると、出力電圧は高くなり、温度に基づいた出力電圧が出力される。

この時、ＰＭＯＳトランジスタ１５は、ソース・ドレイン間のチャネルリーク電流とＮ型ウェル（または、Ｎ型サブストレート）・ドレイン間のジャンクションリーク電流と定電流回路１３の定電流に基づいた電流とを含む温度検出用電流を供給する。しかし、ＰＭＯＳトランジスタ１９はＰＭＯＳトランジスタ１５のリーク電流とほぼ等しいリーク電流を流すので、ほぼ全てのＰＭＯＳトランジスタ１５のリーク電流はＰＭＯＳトランジスタ１９に流れ、定電流回路１３の定電流に基づいた電流だけがＰＮＰバイポーラトランジスタ１６に流れる。

［効果］このようにすると、リーク電流吸収回路１０ｃが温度検出用電流の中のリーク電流を吸収するので、リーク電流が温度検出回路１０ｂに流れにくくなる。よって、温度検出回路１０ｂによる出力電圧がリーク電流に依存しにくくなり、出力電圧が正確になる。ここで、温度が高くなると、その分、リーク電流も多くなるので、温度が高いほど、リーク電流を吸収するリーク電流吸収回路１０ｃの効果も高くなる。

なお、リーク電流吸収回路１０ｃは、ＰＭＯＳトランジスタ１９を有しているが、ＮＭＯＳトランジスタ（図示せず）を有しても良い。この時、ＮＭＯＳトランジスタのサイズは、ＰＭＯＳトランジスタ１５のリーク電流とほぼ等しいリーク電流を流すようなサイズである。

＜第二実施形態＞
まず、半導体温度センサの構成について説明する。図２は、第二実施形態の半導体温度センサを示す回路図である。

［要素］半導体温度センサは、定電流回路３３、ＰＭＯＳトランジスタ３４〜１７、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３８〜４０及びＰＭＯＳトランジスタ４１〜４３を備える。半導体温度センサは、電源端子３０、接地端子３１及び出力端子３２を備える。

ＰＭＯＳトランジスタ３４〜３７は、カレントミラー回路を構成する。定電流回路３３及びＰＭＯＳトランジスタ３４〜３７は、電流供給回路３０ａを構成する。ＰＮＰバイポーラトランジスタ３８〜４０は、温度検出回路３０ｂを構成する。ＰＭＯＳトランジスタ４１〜４３は、リーク電流吸収回路３０ｃを構成する。

［要素の接続関係］ＰＭＯＳトランジスタ３４は、ゲート及びドレインをＰＭＯＳトランジスタ３５〜３７のゲート及び定電流回路３３の出力端子に接続され、ソースを電源端子３０に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ３５は、ソースを電源端子３０に接続され、ドレインをＰＮＰバイポーラトランジスタ３９のベース及びＰＮＰバイポーラトランジスタ４０のエミッタに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ３６は、ソースを電源端子３０に接続され、ドレインをＰＮＰバイポーラトランジスタ３８のベース及びＰＮＰバイポーラトランジスタ３９のエミッタに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ３７は、ソースを電源端子３０に接続され、ドレインを出力端子３２及びＰＮＰバイポーラトランジスタ３８のエミッタに接続される。

ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６は、コレクタを接地端子３１に接続される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１７は、コレクタを接地端子３１に接続される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ１６は、ベース及びコレクタを接地端子３１に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ４１は、ゲート及びソースをＰＭＯＳトランジスタ３７のドレインに接続され、ドレインを接地端子３１に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタ４２は、ゲート及びソースをＰＭＯＳトランジスタ３６のドレインに接続され、ドレインを接地端子３１に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ４３は、ゲート及びソースをＰＭＯＳトランジスタ３５のドレインに接続され、ドレインを接地端子３１に接続される。

［要素の機能］リーク電流吸収回路３０ｃのＭＯＳトランジスタ４１は、ＰＭＯＳトランジスタ３７と同一のサイズであって同一の導電型であり、温度検出用電流（ＰＭＯＳトランジスタ３７のドレイン電流）の中のリーク電流を吸収する。リーク電流吸収回路３０ｃのＭＯＳトランジスタ４２は、ＰＭＯＳトランジスタ３６と同一のサイズであって同一の導電型であり、温度検出用電流（ＰＭＯＳトランジスタ３６のドレイン電流）の中のリーク電流を吸収する。リーク電流吸収回路３０ｃのＭＯＳトランジスタ４３は、ＰＭＯＳトランジスタ３５と同一のサイズであって同一の導電型であり、温度検出用電流（ＰＭＯＳトランジスタ３５のドレイン電流）の中のリーク電流を吸収する。

次に、半導体温度センサの動作について説明する。

［半導体温度センサの動作］定電流回路３３が定電流を流し、ＰＭＯＳトランジスタ３４〜３７によるカレントミラー回路により、定電流に基づいた温度検出用電流がＰＮＰバイポーラトランジスタ３８〜４０のエミッタに流れる。さらに、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３８のエミッタ電流に基づいたベース電流もＰＮＰバイポーラトランジスタ３９のエミッタに流れ、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３９のエミッタ電流に基づいたベース電流もＰＮＰバイポーラトランジスタ４０のエミッタに流れ、出力端子３２に出力電圧が出力される。ＰＮＰバイポーラトランジスタ３８〜４０は温度特性を有するので、温度が高くなると、出力電圧は低くなり、温度が低くなると、出力電圧は高くなり、温度に基づいた出力電圧が出力される。

この時、ＰＭＯＳトランジスタ３７は、ソース・ドレイン間のチャネルリーク電流とＮ型ウェル（または、Ｎ型サブストレート）・ドレイン間のジャンクションリーク電流と定電流回路３３の定電流に基づいた電流とを含む温度検出用電流を供給する。しかし、ＰＭＯＳトランジスタ４１はＰＭＯＳトランジスタ３７のリーク電流とほぼ等しいリーク電流を流すので、ほぼ全てのＰＭＯＳトランジスタ３７のリーク電流はＰＭＯＳトランジスタ４１に流れ、定電流回路３３の定電流に基づいた電流だけがＰＮＰバイポーラトランジスタ３８に流れる。ＰＭＯＳトランジスタ３５〜３６も同様である。

［効果］このようにすると、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３８のベース電流だけでなくてリーク電流をほとんど持たないＰＭＯＳトランジスタ３６の温度検出用電流も、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３９のエミッタに流れる。また、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３９のベース電流だけでなくてリーク電流をほとんど持たないＰＭＯＳトランジスタ３５の温度検出用電流も、ＰＮＰバイポーラトランジスタ４０のエミッタに流れる。よって、カレントミラー回路のミラー比が適宜調整されると、ＰＮＰバイポーラトランジスタ３８〜４０のエミッタ電流が等しくできるので、出力電圧が正確になる。

第一実施形態の半導体温度センサを示す回路図である。第二実施形態の半導体温度センサを示す回路図である。従来の半導体温度センサを示す回路図である。従来の半導体温度センサを示す回路図である。

符号の説明

１０電源端子１１接地端子
１２出力端子１３定電流回路
１４〜１５、１９ＰＭＯＳトランジスタ１６〜１８ＰＮＰバイポーラトランジスタ
１０ａ電流供給回路１０ｂ温度検出回路
１０ｃリーク電流吸収回路

Claims

半導体温度センサにおいて、
温度検出用電流を供給する電流供給回路と、
前記電流供給回路の出力端子に設けられ、前記温度検出用電流及び温度に基づき、出力電圧を出力する温度検出回路と、
前記電流供給回路の出力端子に設けられ、前記温度検出用電流の中のリーク電流を吸収するリーク電流吸収回路と、
を備えることを特徴とする半導体温度センサ。
前記電流供給回路は、
定電流を流す定電流回路と、
前記定電流に基づき、前記温度検出回路に前記温度検出用電流を供給するカレントミラー回路と、を有し、
前記リーク電流吸収回路は、
ゲートとソースとを互いに接続した、前記カレントミラー回路の出力用ＭＯＳトランジスタと同一サイズ且つ同一導電型のＭＯＳトランジスタ、を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体温度センサ。
前記電流供給回路は、
定電流を流す定電流回路と、
前記定電流に基づき、前記温度検出回路に前記温度検出用電流を供給するカレントミラー回路と、を有し、
前記リーク電流吸収回路は、
ゲートとソースとを互いに接続した、前記カレントミラー回路の出力用ＭＯＳトランジスタのリーク電流とほぼ等しい電流を流すサイズ且つ前記出力用ＭＯＳトランジスタと異なる導電型のＭＯＳトランジスタ、を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体温度センサ。