JP2010216810A

JP2010216810A - 温度検出回路

Info

Publication number: JP2010216810A
Application number: JP2009060476A
Authority: JP
Inventors: Naoya Kishimoto; 直也岸本
Original assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Current assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP5247544B2

Abstract

【課題】温度が最適値にあるかあるいはその最適値からいずれの方向にずれているかを検出できるようにする。
【解決手段】ＢＧＲ回路１内の電圧Ｖ１がゲートに入力され、ＢＧＲ回路の出力段の電流がミラーされるトランジスタＭＰ１と、Ｇｍ一定回路２内の電圧Ｖ２がゲートに入力されＧｍ一定回路２の出力段の電流がミラーされるトランジスタＭＰ２と、トランジスタＭＰ１のドレインに接続された抵抗Ｒ１と、トランジスタＭＰ２のドレインに直列接続された抵抗Ｒ２，Ｒ３と、ノードＮ１の電圧ＶａとノードＮ２の電圧Ｖｂを比較するコンパレータ３と、ノードＮ１の電圧ＶａとノードＮ３の電圧Ｖｃを比較するコンパレータ４とを備える。コンパレータ３，４の出力電圧の組合せから、現在の温度が目標値か、それより低いか、あるいは高いかを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を使用した温度検出回路に関するものである。

温度検出回路として、例えば、図６に示すように、定電流源３１で発生させた電流を複数直列接続したダイオード群３２に流して、そこに温度に比例した電圧Ｖ３１を発生させ、その電圧Ｖ３１を、バンドギャップ基準電圧発生回路（以下、「ＢＧＲ回路」と呼ぶ。）３３で発生させた電圧Ｖ_ＢＧＲを増幅部３４で増幅した電圧Ｖ３２から、加算器３５で減算して電圧Ｖ３３を得、その電圧Ｖ３３を増幅部３６で抵抗Ｒ３１，Ｒ３２の比（＝Ｒ３２／Ｒ３１）により増幅して、出力端子３７に温度に比例して変化する電圧Ｖoutを取り出すようにした回路がある（例えば、特許文献１）。

ところが、図６に示す温度検出回路では、増幅部３４から出力する電圧Ｖ３２からダイオード群３２で発生した電圧Ｖ３１を減算するので、ある温度Ｔ１ではその減算値が０Ｖになってしまい、その温度Ｔ１より高い温度についてはその温度を示す出力電圧Ｖoutを得ることができるが、その温度Ｔ１より低い温度を検出することができない。

本発明の目的は、簡単な構成で、温度が所望値にあるかあるいはその所望値からいずれの方向にずれているかを検出でき、また検出できない温度がないようにした温度検出回路を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の温度検出回路は、ＢＧＲ回路の出力段の電流がミラーされる第１のトランジスタと、Ｇｍ一定回路の出力段の電流がミラーされる第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタのドレインに接続された第１の抵抗と、前記第２のトランジスタのドレインに直列接続された第２および第３の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第１のトランジスタのドレインの共通接続点である第１の共通接続点の電圧と前記第２の抵抗と前記第２のトランジスタのドレインの共通接続点である第２の共通接続点の電圧とを比較する第１のコンパレータと、前記第１の共通接続点の電圧と前記第２の抵抗と前記第３の抵抗の共通接続点である第３の共通接続点の電圧とを比較する第２のコンパレータとを備え、前記第１のコンパレータの出力電圧と前記第２のコンパレータの出力電圧との組合せにより、現在を温度を検出することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、温度が所望値にあるかあるいはその所望値からいずれの方向にずれているかを検出できる。その所望値は３個の抵抗の抵抗値の設定により容易に行うことができ、特定の温度を検出できないような事態は発生しない。

本発明の１つの実施例の温度検出回路の回路図である。図１の温度検出回路の電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの温度特性図である。図１の温度検出回路の動作説明図である。一般的なＢＧＲ回路の回路図である。一般的なＧｍ一定回路の回路図である。従来の温度検出回路の回路図である。

図１は本発明の１つの実施例の温度検出回路の構成を示すブロック図である。１はＢＧＲ回路であり、電源電圧や温度の変化に拘わらず一定の電圧Ｖrefを出力するものである。このＢＧＲ回路１には、本温度検出回路が組み込まれる電子回路に内蔵されるものを使用できる。２はＧｍ一定回路であり、温度変化、デバイスパラメータに依存しないＧｍを得ることができる回路である。ＭＰ１はゲートに後述するＢＧＲ回路１内の電圧Ｖ１が印加されるＰＭＯＳトランジスタ、ＭＰ２はゲートに後述するＧｍ一定回路２内の電圧Ｖ２が印加されるＰＭＯＳトランジスタである。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は抵抗値がＲ２＜Ｒ３＜Ｒ１の関係（例えば、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３＝１０：１：９）に設定された抵抗である。また、３，４はヒステリシスコンパレータである。

図４にＢＧＲ回路１の一例を示す。このＢＧＲ回路１は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１１〜ＭＰ１３、ダイオード接続のＰＮＰトランジスタＱ１１，Ｑ１２、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、および演算増幅器１１からなる。トランジスタＭＰ１１〜ＭＰ１３は同じサイズ、トランジスタＱ１２はトランジスタＱ１１に対してエミッタ面積比がＮ倍、抵抗Ｒ１１，Ｒ１３は同値である。この回路では、ノードＮ１１，Ｎ１２の電圧が同じになるように演算増幅器１１によってトランジスタＭＰ１１、ＭＰ１２が制御され、このとき、トランジスタＭＰ１３を流れる電流Ｉ₁は、

で得られる。Ｖ_BEQ11はトランジスタＱ１１のベース・エミッタ間電圧、Ｖ_ＴはトランジスタＱ１１，Ｑ１２のサーマル電圧である。Ｖ_BEQ11、Ｒ１３／Ｒ１２は温度によらず一定であり、抵抗Ｒ１３の温度依存性により、Ｉ₁∝１／Ｔとなる。図１のトランジスタＭＰ１のゲートには電圧Ｖ１が入力され、トランジスタＭＰ１１〜ＭＰ１３とカレントミラー回路が形成されて、トランジスタＭＰ１３の電流Ｉ₁がミラーされるため、トランジスタＭＰ１に流れる電流Ｉ₁₁も、Ｉ₁₁∝１／Ｔとなる。よって、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４（但し、Ｒ１１＝Ｒ１３）、Ｒ１の値を適宜設定することで、温度や電源電圧に依存しない電圧Ｖａを得ることができる。

図５にＧｍ一定回路２の一例を示す。このＧｍ一定回路２は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２１，ＭＰ２２，ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２１〜ＭＮ２３、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２からなる。トランジスタＭＮ２２はトランジスタＭＮ２１に対して面積比がＫ倍である。このとき、トランジスタＭＰ２３を流れる電流Ｉ₂は、

となる。抵抗Ｒ１２の温度依存性により、Ｉ₂∝１／Ｔ²となる。ここで、μpは移動度、Coxはゲート容量、Ｗ，Ｌはゲート幅およびゲート長である。トランジスタＭＰ２のゲートには電圧Ｖ２が入力されており、トランジスタＭＰ２２とカレントミラー回路が形成されて、トランジスタＭＰ２３の電流Ｉ₂がミラーされてトランジスタＭＰ２を流れる電流も、Ｉ₂₂∝１／Ｔ²となる。

さて、本実施例の図１に示した温度検出回路では、温度が変化したとき、例えばＴ１→Ｔ２→Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）のように上昇したとき、電圧Ｖａは変化しない。これに対し、電圧Ｖｂ又はＶｃは、図２に示すように、温度がＴ１→Ｔ２→Ｔ３と高くなると、これに応じて低くなる。

したがって、図１において、ノードＮ１の電圧Ｖａ、ノードＮ２の電圧Ｖｂ、ノードＮ３の電圧Ｖｃを検出し、電圧ＶａとＶｂをコンパレータ３で比較し、電圧ＶａとＶｃをコンパレータ４で比較すると、電圧Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃの値に応じて、図３に示すようにコンパレータ３，４の出力電圧Ｖout１，Ｖout2の組合せを得ることができる。

例えば、温度がＴ２のときに、Ｖｃ＜Ｖａ＜Ｖｂであれば、出力電圧はＶout1＝Ｈ、Ｖout2＝Ｌとなる。これに対し、温度がＴ３に高くなると、トランジスタＭＰ２のドレイン電流が減少するので、電圧Ｖｂ，Ｖｃが低下する。Ｖｃ＜Ｖｂの関係は崩れないので、Ｖｂ＜Ｖａの関係になると、Ｖｃ＜Ｖｂ＜Ｖａとなり、出力電圧はＶout1＝Ｌ、Ｖout2＝Ｌとなる。一方、温度がＴ１に低くなると、トランジスタＭＰ２のドレイン電流が増大するので、電圧Ｖｂ，Ｖｃが高くなる。しかし、Ｖｃ＜Ｖｂの関係は崩れないので、Ｖａ＜Ｖｂの関係になると、Ｖａ＜Ｖｃ＜Ｖｂとなり、出力電圧はＶout1＝Ｈ、Ｖout2＝Ｈとなる。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ３も温度係数を持つので温度によって変化するが、影響はない。

したがって、目標の温度をＴ２として、この温度Ｔ２のときに、出力電圧がＶout1＝Ｈ、Ｖout2＝Ｌとなるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の値を設定しておけば、コンパレータ３，４の出力電圧Ｖout1，Ｖout2の組合せによって、現在の温度が目標値のＴ２か、それより高いＴ３か、それより低いＴ１かを確認することができる。

本実施例では、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の値の設定によって、あらゆる温度を検出することができる。また、ＢＧＲ回路１は内蔵されたものをそのまま使用でき、Ｇｍ一定回路２やコンパレータ３，４は構成が簡単であるので、小さな回路規模で温度検出回路を実現できる。

１：ＢＧＲ回路、２：Ｇｍ一定回路、３，４：コンパレータ、１１：演算増幅器、３４：増幅部、３５：加算器、３６：増幅部

特開２００８−５８２９８号公報

Claims

ＢＧＲ回路の出力段の電流がミラーされる第１のトランジスタと、Ｇｍ一定回路の出力段の電流がミラーされる第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタのドレインに接続された第１の抵抗と、前記第２のトランジスタのドレインに直列接続された第２および第３の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第１のトランジスタのドレインの共通接続点である第１の共通接続点の電圧と前記第２の抵抗と前記第２のトランジスタのドレインの共通接続点である第２の共通接続点の電圧とを比較する第１のコンパレータと、前記第１の共通接続点の電圧と前記第２の抵抗と前記第３の抵抗の共通接続点である第３の共通接続点の電圧とを比較する第２のコンパレータとを備え、
前記第１のコンパレータの出力電圧と前記第２のコンパレータの出力電圧との組合せにより、現在を温度を検出することを特徴とする温度検出回路。