JP2018147931A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模の増大を抑制しつつ高精度な温度検出が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、感温ダイオードに電流を供給する電流供給部と、電流供給部を制御する制御部と、感温ダイオードの両端の電圧を検出して温度に相関する出力信号を出力する温度検出部とを備える。電流供給部は、所定の基準電流を流す単位電流源を、感温ダイオードに対して並列に３以上有するとともに、単位電流源に対応して設けられ、各単位電流源と感温ダイオードとの接続を個別にオンオフする電流源選択スイッチを有する。制御部は、感温ダイオードに第１電流を流すために電流源選択スイッチを制御して所定の単位電流源を感温ダイオードに接続するとともに、感温ダイオードに第１電流とは異なる第２電流を流すために電流源選択スイッチを制御して、所定の単位電流源を感温ダイオードに接続する。
【選択図】図１

Description

この明細書の開示は、感温ダイオードに２値の電流を流して高精度な温度検出を実現する半導体装置に関する。

ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧Ｖｆの温度特性を利用して対象の温度を検出することが一般に行われている。Ｖｆは、順方向電流密度Ｉと飽和電流密度Ｉｓの比（Ｉ／Ｉｓ）の自然対数と温度Ｔに比例する。つまり、感温ダイオードに所定の電流Ｉを流し、順方向電圧Ｖｆを検出することで、温度Ｔを知ることができる。

ここで、飽和電流密度Ｉｓは、製造ばらつきをもつため、ダイオードごとに温度校正が必要になったり、検出可能な温度範囲が狭くなったりという問題があった。これに対して、特許文献１には、２値の電流Ｊ１，Ｊ２を流し、対応する順方向電圧Ｖｆ１，Ｖｆ２の差分を求めることで、飽和電流密度Ｉｓの影響を相殺する方法が開示されている。ところが、この方法でも、２値の電流Ｊ１，Ｊ２がそれぞれ内包する誤差が、温度Ｔの誤差として現れてしまう。

この問題を解決するため、特許文献２には、ダイオードに直列に電流検出抵抗を接続し、電流Ｊ１，Ｊ２を直接測定して誤差を補正する方法が開示されている。

米国特許第３８１２７１７号明細書 特許第４０８６６１３号公報

しかしながら、電流検出抵抗における電圧降下によって温度の検出可能範囲が縮小すること、あるいは検出精度の低下を招く。また、検出された電流値Ｊ１，Ｊ２から温度Ｔを算出するにあたっては、電流検出抵抗の両端の電圧値から、温度Ｔに対する補正係数を導出するための演算回路が必要になる。特に、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に、電流検出抵抗の両端の電圧を検出する検出回路や上記演算回路を組み込む場合には、回路設計の複雑化や回路規模の増大が懸念される。

そこで、この明細書の開示は上記問題点に鑑み、回路規模の増大を抑制しつつ高精度な温度検出が可能な半導体装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、この明細書に開示される半導体装置は、感温ダイオード（２００）と、感温ダイオードに電流を供給する電流供給部（１０）と、電流供給部に対して所定の電流を出力するように制御する制御部（３０）と、感温ダイオードの両端の電圧を検出して温度に相関する出力信号（Ｖｏｕｔ）を出力する温度検出部（２０）と、を備える半導体装置であって、電流供給部は、所定の基準電流（Ｊ０）を流す単位電流源（１１〜１４）を、感温ダイオードに対して並列に３以上有するとともに、単位電流源に対応して設けられ、各単位電流源と感温ダイオードとの接続を個別にオンオフする電流源選択スイッチ（ＳＷ２１〜ＳＷ２４）を有し、制御部は、感温ダイオードに第１電流（Ｊ１）を流すために電流源選択スイッチを制御して所定の単位電流源を感温ダイオードに接続するとともに、感温ダイオードに第１電流とは異なる第２電流（Ｊ０）を流すために電流源選択スイッチを制御して、所定の単位電流源を感温ダイオードに接続する。

この半導体装置における電流供給部は、同一の電流値を出力する複数の単位電流源を用いて、２値に電流である第１電流と第２電流とを生成する。単位電流源はその系内において同一プロセスで形成されるので電流値のばらつきを最小限に抑制することができる。したがって、２値の電流を用いて温度検出を行う場合において、より高精度に、温度に相関する出力値を提供することができる。

さらに、半導体装置は、電流供給部が、校正用スイッチを介して単位電流源に個別に接続可能にされ、単位電流源が出力する電流値を基準電流に校正するための校正用電流源を有し、制御部は、電流供給部が第１電流あるいは第２電流を出力する際に、第１電流あるいは第２電流の生成に寄与しない単位電流源を校正用電流源に接続して、単位電流源の電流値の校正を行うことが好ましい。

これによれば、単位電流源の電流値が所定のタイミングで校正されるので、よりばらつきの少ない第１電流および第２電流を生成することができる。つまり、高精度に温度を検出することができる。

第１実施形態に係る半導体装置の回路構成を示す図である。 半導体装置の制御フローを示すフローチャートである。 変形例に係る半導体装置の制御フローを示すフローチャートである。 各実施形態に係る半導体装置の回路の概略構成を示す回路図である。 第１実施形態および第２実施形態に係る半導体装置の回路の概略構成を示す回路図である。 第２実施形態に係る半導体装置の回路構成を示す図である。 その他の実施形態に係る電流供給部の回路構成を示す図である。 その他の実施形態に係る電流供給部の回路構成を示す図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。

この半導体装置は、対象の温度を検出するための温度センサに採用できる。特に、感温ダイオードはｐｎ接合半導体により形成されるので、ＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタといった半導体デバイスの近傍にレイアウトされる。

図１に示すように、半導体装置１００は、複数のダイオードを直列にして接続して成る感温ダイオード２００の両端に接続され、順方向電圧Ｖｆに基づいた出力信号Ｖｏｕｔを出力する装置である。

半導体装置１００は、感温ダイオード２００に電流を供給する電流供給部１０と、供給された電流により生じる順方向電圧Ｖｆを検出して温度に相関する出力信号Ｖｏｕｔを出力する温度検出部２０と、電流供給部１０に含まれる後述の各スイッチを制御して感温ダイオード２００に供給する電流値を制御する制御部３０と、を備えている。

電流供給部１０は、電源電位Ｖ１の入力端子Ｐ１と、電流が出力される出力端子Ｐ２との間に、複数の単位電流源１１〜１４を有し、これら複数の単位電流源１１〜１４が並列に接続されている。単位電流源１１〜１４は、互いに等価な構造を成し、それぞれ３つの出力端子を有している。代表して、単位電流源１１の構成を説明する。

単位電流源１１は、ＭＯＳトランジスタＱ１を有し、所定のゲート電圧が印加されることで、ソース−ドレイン間に一定の電流が流れるようになっている。ＭＯＳトランジスタＱ１のソース端子は電源電位Ｖ１が接続されている。また、ゲート端子とソース端子の間にはキャパシタＣ１１が介在している。また、ゲート端子とドレイン端子の間には校正用スイッチＳＷ１１が介在している。ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン端子は、電流源選択スイッチＳＷ２１を介して３又に分岐している。すなわち、電流源選択スイッチＳＷ２１により選択された唯一つの経路にＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電流が流れる。ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン端子が接続されうる３つの出力端子は、それぞれ、校正用電流源１５と、第１電流Ｊ１が流れる端子ｑ１と、第２電流Ｊ２が流れる端子ｑ２に接続されている。

本実施形態における電流供給源１０は、４つの単位電流源１１〜１４を有しており、単位電流源１２〜１４についても単位電流源１１と等価な構成となっている。すなわち、単位電流源１２はＭＯＳトランジスタＱ２と、キャパシタＣ１２と、校正用スイッチＳＷ１２と、電流源選択スイッチＳＷ２２と、を有し、単位電流源１１と等価な接続がなされている。同様に、単位電流源１３はＭＯＳトランジスタＱ３と、キャパシタＣ１３と、校正用スイッチＳＷ１３と、電流源選択スイッチＳＷ２３と、を有し、単位電流源１１と等価な接続がなされている。単位電流源１４はＭＯＳトランジスタＱ４と、キャパシタＣ１４と、校正用スイッチＳＷ１４と、電流源選択スイッチＳＷ２４と、を有し、単位電流源１１と等価な接続がなされている。

第１電流Ｊ１を流すための端子ｑ１、および、第２電流Ｊ２を流すための端子ｑ２は、電流切り替えスイッチＳＷ３を介して、電流供給部１０の出力端子Ｐ２に接続されている。すなわち、電流切り替えスイッチＳＷ３が端子ｑ１側に接続された際には出力端子Ｐ２から電流Ｊ１が供給でき、電流切り替えスイッチＳＷ３が端子ｑ２側に接続された際には出力端子Ｐ２から電流Ｊ２が供給できるようになっている。

単位電流源１１〜１４がそれぞれ独立に定電流Ｊ０を流すことができるとする。この定電流Ｊ０が基準電流である。例えば、単位電流源１１におけるドレイン端子が校正用電流源１５に接続され、単位電流源１２におけるドレイン端子が端子ｑ１に接続され、単位電流源１３におけるドレイン端子が端子ｑ２に接続され、単位電流源１４におけるドレイン端子が端子ｑ２に接続された状態を想定する。このとき、電流切り替えスイッチＳＷ３が端子ｑ１側にオンすれば、電流供給部１０の出力端子Ｐ２からは単位電流源１２が供給する電流で生成された電流Ｊ１（＝１×Ｊ０）が出力され、電流切り替えスイッチＳＷ３が端子ｑ２側にオンすれば、電流供給部１０の出力端子Ｐ２からは単位電流源１３，１４が供給する電流で生成された電流Ｊ２（＝２×Ｊ０）が出力される。

また、ドレイン端子が校正用電流源１５に接続された単位電流源１１では、校正用スイッチＳＷ１１がオンされて、キャパシタＣ１１に電荷が蓄積される。この電荷は、ＭＯＳトランジスタＱ１が電流Ｊ０を供給できるだけのゲート電圧を生成できる程度の電荷である。すなわち、この校正動作によって、単位電流源１１は正しく電流Ｊ０を供給できるようになっている。

温度検出部２０は、ＣＤＳ回路部２１と、ＳＨ回路部２２と、ＤＳＣ回路２３とを有している。温度検出部２０は、感温ダイオード２００のハイサイド側の電圧と、ローサイド側の電圧とを入力信号として、その差分、すなわち順方向電圧Ｖｆに基づいて、温度に相関する出力信号Ｖｏｕｔを出力する回路である。

ＣＤＳ回路２１は、入力される２つの電圧に対して相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）を行う回路である。ＣＤＳ回路２１は、図１に示すように、電圧Ｖ２で動作する完全差動アンプＡ１と、キャパシタＣ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５とを有し、各々の素子の接続がスイッチＳＷ４１．ＳＷ４２，ＳＷ４３，ＳＷ４４，ＳＷ５１，ＳＷ５２で制御される。

完全差動アンプＡ１の−入力端子（反転入力端子）は、キャパシタＣ２を介して感温ダイオード２００のハイサイド側の電圧が入力される。一方、完全差動アンプＡ１の＋入力端子（非反転入力端子）は、キャパシタＣ３を介して感温ダイオード２００のローサイド側の電圧が入力される。

また、完全差動アンプＡ１の＋出力端子は直列接続されたスイッチＳＷ５１とキャパシタＣ４とを介して−入力端子に接続されて帰還回路を構成している。スイッチＳＷ５１は＋出力端子側に接続され、キャパシタＣ４は−入力端子とキャパシタＣ２との間の接続点に接続されている。また、キャパシタＣ４とスイッチＳＷ５１の間の中間点にはスイッチＳＷ４２を介して電圧Ｖ２が印加可能になっている。さらに、完全差動アンプＡ１の＋出力端子はスイッチＳＷ４１を介して−入力端子に直接接続される帰還回路も構成している。すなわち、スイッチＳＷ４１がオンされているときには＋出力端子と−入力端子とが直接的に接続され、スイッチＳＷ５１がオンされているときにはキャパシタＣ４を介して＋出力端子と−入力端子とが接続されるようになっている。

一方、完全差動アンプＡ１の−出力端子は直列接続されたスイッチＳＷ５２とキャパシタＣ５とを介して＋入力端子に接続されて帰還回路を構成している。スイッチＳＷ５２は−出力端子側に接続され、キャパシタＣ５は＋入力端子とキャパシタＣ３との間の接続点に接続されている。また、キャパシタＣ５とスイッチＳＷ５２の間の中間点にはスイッチＳＷ４３を介して電圧Ｖ２が印加可能になっている。さらに、完全差動アンプＡ１の−出力端子はスイッチＳＷ４４を介して＋入力端子に直接接続される帰還回路も構成している。すなわち、スイッチＳＷ４４がオンされているときには−出力端子と＋入力端子とが直接的に接続され、スイッチＳＷ５２がオンされているときにはキャパシタＣ５を介して−出力端子と＋入力端子とが接続されるようになっている。

ＳＨ回路２２は、ＣＤＳ回路２１の差動出力をサンプリング（Sampling）ならびにホールド（Hold）する回路である。ＳＨ回路２２は、キャパシタＣ６とキャパシタＣ７とを有している。キャパシタＣ６は、スイッチＳＷ６２を介してＣＤＳ回路２１における完全差動アンプＡ１の−出力端子に接続され、その出力信号（Ｖｏｍ）に対応した電荷が蓄積される。

一方、キャパシタＣ７は、スイッチＳＷ６１を介してＣＤＳ回路２１における完全差動アンプＡ１の＋出力端子に接続され、その出力信号（Ｖｏｐ）に対応した電荷が蓄積される。キャパシタＣ６とスイッチＳＷ６２の中間点、および、キャパシタＣ７とスイッチＳＷ６１の中間点は、それぞれ独立にＤＳＣ回路２３に接続される。

以上のように、ＳＨ回路２２においては、ＣＤＳ回路２１における−出力端子の出力信号がキャパシタＣ７にサンプリングされるとともに、＋出力端子の出力信号がキャパシタＣ６にサンプリングされる。

ＤＳＣ回路２３は、差動信号をシングルエンド信号に変換するための、差動−シングルエンド変換（Differential to Single-end Conversion）回路である。ＳＨ回路２２から入力される２つの信号は差動の関係にあり、このＤＳＣ回路２３によってシングルエンド信号に変換される。ＤＳＣ回路２３は、３つのオペアンプＡ２，Ａ３，Ａ４と、複数の抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と、を有している。ＣＤＳ回路２１における＋出力端子は、ＳＨ回路２２を経由してオペアンプＡ２の＋入力端子に入力されている。一方、ＣＤＳ回路２１における−出力端子は、ＳＨ回路２２を経由してオペアンプＡ３の＋入力端子に入力されている。そして、オペアンプＡ２およびオペアンプＡ３のそれぞれの−入力端子は、抵抗器Ｒ１を介して互いに接続されている。オペアンプＡ２の出力端子は抵抗器Ｒ２を介して−入力端子に接続されて帰還回路を構成し、オペアンプＡ３の出力端子は抵抗器Ｒ３を介して−入力端子に接続されて帰還回路を構成している。

また、オペアンプＡ４の＋入力端子には、オペアンプＡ２の出力信号が抵抗器Ｒ４を介して入力され、−入力端子には、オペアンプＡ２の出力信号が抵抗器Ｒ５を介して入力されている。加えて、オペアンプＡ４の＋入力端子は抵抗器Ｒ６を介して、ＳＨ回路２２におけるキャパシタＣ６，Ｃ７が接続される基準電位に接続されている。さらに、オペアンプＡ４の出力端子は抵抗器Ｒ７を介して−入力端子に接続されて帰還回路を構成している。オペアンプＡ４の出力端子は、ＳＨ回路２２から入力される差動信号をシングルエンド信号に変換した電圧Ｖｏｕｔが出力される。この出力信号Ｖｏｕｔは、感温ダイオード２００に流される２つの電流Ｊ１，Ｊ２に対応するそれぞれの順方向電流Ｖｆ１，Ｖｆ２の差分｜Ｖｆ１−Ｖｆ２｜に対応する電圧であり、これは感温ダイオード２００が置かれた環境温度Ｔに相関する。

制御部３０は、電流供給部１０を構成する校正用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１２、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４、電流切り替えスイッチＳＷ３、および、温度検出部２０を構成するスイッチＳＷ４１〜ＳＷ４４、スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２、スイッチＳＷ６１，ＳＷ６２のオンオフを制御する部分である。制御部３０は、予め決められたタイミングで各種スイッチをオン状態あるいはオフ状態にして感温ダイオード２００に流す電流値の切り替えや、対応する信号のサンプリングおよびホールドを行う。

次に、図２を参照して、半導体装置１００の動作について、時系列で説明する。

半導体装置１００における制御部３０は、例えば図２に例示するタイミングチャートに従って各種スイッチをオン状態あるいはオフ状態に切り替える。なお、本実施形態において、制御部３０は、スイッチＳＷ４１〜ＳＷ４４について同一のタイミングでオンまたはオフを行うため、図２においては一括してＳＷ４ｘと示している。同様に、スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２についてもＳＷ５ｘと示し、スイッチＳＷ６１，ＳＷ６２についてもＳＷ６ｘと示している。

校正用電流源１５は、基準電流Ｊ０を流す電流源である。また、各単位電流源１１〜１４は、校正用電流源１５により校正されることによって基準電流Ｊ０を流すことのできる電流源となっている。また、以下の説明において、第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２は、基準電流Ｊ０の整数倍となる電流であり、倍数は任意に設定できるが、本実施形態では、Ｊ１＝１×Ｊ０、Ｊ２＝２×Ｊ０に設定されている。

制御部３０は、時刻ｔ１において、電流切り替えスイッチＳＷ３を端子ｑ１側にオンする。すなわち、制御部３０は、感温ダイオード２００に第１電流Ｊ１を流すように電流供給部１０を制御する。制御部３０は、校正用スイッチＳＷ１１をオンし、スイッチＳＷ１２〜ＳＷ１４をオフする。同時に、電流源選択スイッチＳＷ２１を校正用電流源１５側にオンし、スイッチＳＷ２２を端子ｑ１側にオンし、スイッチＳＷ２３，ＳＷ２４を端子ｑ２側にオンする。

これにより、端子ｑ１には単位電流源１２に基づいた電流Ｊ１（＝Ｊ０）が流れる。時刻ｔ１においては、ＣＤＳ回路２１におけるスイッチＳＷ４ｘがオフされ、スイッチＳＷ５ｘがオンされる。時刻ｔ１以前にキャパシタＣ４，Ｃ５に蓄積されていた電荷に対応する信号がＣＤＳ回路２１の出力信号（ＣＤＳ ｏｕｔ）として出力されるとともに、第１電流Ｊ１に係る順方向電圧Ｖｆ１に対応する電荷がキャパシタＣ２，Ｃ３に蓄積される。制御部３０は、スイッチＳＷ３の切り替え前に、スイッチＳＷ６ｘをオンオフして、ＣＤＳ回路２１の出力信号であるＶｏｐに対応する電荷をキャパシタＣ７にサンプリングおよびホールドするとともに、Ｖｏｍに対応する電荷をキャパシタＣ６にサンプリングおよびホールドする。

時刻ｔ１では、校正用スイッチＳＷ１１がオンし、電流源選択スイッチＳＷ２１が校正用電流源１５に接続されるので、単位電流源１１を構成するＭＯＳトランジスタＱ１には校正用の基準電流Ｊ０が強制的に流される。そして、基準電流Ｊ０に対応したゲート電圧に相当する電荷がキャパシタＣ１１に蓄積される。これにより、単位電流源１１が端子ｑ１や端子ｑ２に接続された際には、ＭＯＳトランジスタＱ１が基準電流Ｊ０を流す基準電流源となるように校正される。

次いで、制御部３０は、時刻ｔ２において、電流切り替えスイッチＳＷ３を端子ｑ２側にオンする。すなわち、制御部３０は、感温ダイオード２００に第２電流Ｊ２を流すように電流供給部１０を制御する。制御部３０は、校正用スイッチＳＷ１２をオンし、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４をオフする。同時に、電流源選択スイッチＳＷ２２を校正用電流源１５側にオンし、スイッチＳＷ２１を端子ｑ２側にオンし、スイッチＳＷ２３を端子ｑ１側にオンし、ＳＷ２４を端子ｑ２側にオンする。

これにより、端子ｑ２には単位電流源１１，１４に基づいた電流Ｊ２（＝２×Ｊ０）が流れる。時刻ｔ２においては、ＣＤＳ回路２１におけるスイッチＳＷ４ｘがオンされ、スイッチＳＷ５ｘがオフされる。これにより、順方向電圧Ｖｆ１，Ｖｆ２の差分Ｖｆ１−Ｖｆ２に対応する電荷がキャパシタＣ４，Ｃ５に蓄積される。

時刻ｔ２では、校正用スイッチＳＷ１２がオンし、電流源選択スイッチＳＷ２２が校正用電流源１５に接続されるので、単位電流源１２を構成するＭＯＳトランジスタＱ２には校正用の基準電流Ｊ０が強制的に流される。そして、基準電流Ｊ０に対応したゲート電圧に相当する電荷がキャパシタＣ１２に蓄積される。これにより、単位電流源１２が端子ｑ１や端子ｑ２に接続された際には、ＭＯＳトランジスタＱ２が基準電流Ｊ０を流す基準電流源となるように校正される。

次いで、制御部３０は、時刻ｔ３において、電流切り替えスイッチＳＷ３を端子ｑ１側にオンする。すなわち、制御部３０は、感温ダイオード２００に第１電流Ｊ１を流すように電流供給部１０を制御する。制御部３０は、校正用スイッチＳＷ１３をオンし、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４をオフする。同時に、電流源選択スイッチＳＷ２３を校正用電流源１５側にオンし、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を端子ｑ２側にオンし、ＳＷ２４を端子ｑ１側にオンする。

これにより、端子ｑ１には単位電流源１４に基づいた電流Ｊ１（＝Ｊ０）が流れ、単位電流源１３が校正用電流源１５に接続されて電流の校正が行われる。なお、ＣＤＳ回路２１における各スイッチの動作は、時刻ｔ１の時点と同様である。

次いで、制御部３０は、時刻ｔ４において、電流切り替えスイッチＳＷ３を端子ｑ２側にオンする。すなわち、制御部３０は、感温ダイオード２００に第２電流Ｊ２を流すように電流供給部１０を制御する。制御部３０は、校正用スイッチＳＷ１４をオンし、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオフする。同時に、電流源選択スイッチＳＷ２４を校正用電流源１５側にオンし、スイッチＳＷ２１を端子ｑ１側にオンし、スイッチＳＷ２２，ＳＷ２３を端子ｑ２側にオンする。

これにより、端子ｑ２には単位電流源１２，１３に基づいた電流Ｊ２（＝２×Ｊ０）が流れ、単位電流源１４が校正用電流源１５に接続されて電流の校正が行われる。なお、ＣＤＳ回路２１における各スイッチの動作は、時刻ｔ２の時点と同様である。

時刻ｔ５以降の動作は時刻ｔ１から時刻ｔ５に至る動作と等価である。

以上のように、本実施形態における半導体装置１００は、４つの単位電流源１１〜１４のうち、いずれか１つを校正用電流源１５に接続して電流の校正を行うとともに、いずれか１つを端子ｑ１に接続して第１電流Ｊ１を生成し、残る２つを端子ｑ２に接続して第２電流Ｊ２を生成するように動作する。そして、校正される単位電流源が電流切り替えスイッチＳＷ３の切り替え毎に順次変更されるようになっている。

また、上記したように、本実施形態における制御部３０は、電流切り替えスイッチＳＷ３のオンオフの動作と、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のオンオフの動作とをほぼ同時に行うようになっている。

次に、半導体装置１００を採用することによる作用効果について説明する。

制御部３０は、感温ダイオード２００へ通電している間、該通電に寄与しないひとつの単位電流源を校正用電流源１５に接続する。このため、校正用電流源１５に接続された単位電流源は、校正用電流源１５が規定する基準電流Ｊ０を正確に維持することができる。

そして、制御部３０は、感温ダイオード２００に流す電流を切り替えるタイミングで、校正用電流源１５に接続するべき単位電流源を順次変更するようになっているので、すべての単位電流源１１〜１４について、万遍なく電流値の校正を行うことができる。

上記のように、正しく校正された基準電流Ｊ０を流す複数の単位電流源１１〜１４によって、感温ダイオード２００に流す第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２が生成される。このため、生成される第１電流および第２電流を、よりばらつきの少ないものにすることができる。つまり、高精度に温度Ｔを演算することができる。

さらに、本実施形態では、電流切り替えスイッチＳＷ３のオンオフの動作と、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のオンオフの動作とをほぼ同時に行うようになっている。換言すれば、例えば図２における時刻ｔ１から時刻ｔ２の間や、時刻ｔ３と時刻ｔ４の間といった、順方向電圧Ｖｆに基づく電荷のサンプリング期間において、電流源選択のためのスイッチング動作が存在しない。すなわち、サンプリング期間において、感温ダイオード２００に流す電流に、各種スイッチの切り替えに起因するノイズが重畳しないので、より高精度に温度に相関する出力信号Ｖｏｕｔを得ることができる。

そして、上記の作用効果は、感温ダイオード２００に流れる電流の電流値を検出するための電流検出抵抗を必要とせず、従来のように、温度Ｔに対する電流の補正を演算回路によって実行することなく、実現することができる。すなわち、回路規模を過剰に大きくすることなく、高精度に温度Ｔを演算することができる。

（変形例）
第１実施形態においては、電流切り替えスイッチＳＷ３のオンオフの動作と、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のオンオフの動作とをほぼ同時に行う態様について説明したが、必ずしも同時に行う必要はない。

第１実施形態と同様の電流供給部１０、温度検出部２０および制御部３０を備え、制御部３０の制御フローが図３に示すようなタイミングチャートに従う半導体装置１００について説明する。

図３に示すように、本変形例における制御部３０は、校正用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４、および、電流源切り替えスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の切り替えタイミングに係る位相を、第１実施形態と比較して進相して動作させる。なお、校正用スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４、電流源切り替えスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の各スイッチに相対的な動作タイミングは第１実施形態と同一である。

本変形例では、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２に至る間に、電流切り替えスイッチＳＷ３を端子ｑ１側に維持しつつ、校正対象の単位電流源を単位電流源１１から単位電流源１２に切り替え、第１電流Ｊ１を生成する単位電流源を単位電流源１２から単位電流源１３に切り替えている。よって、校正対象の単位電流源を切り替えつつも、感温ダイオード２００に流れる電流を第１電流Ｊ１に維持することができる。以降、時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ３〜時刻ｔ４、時刻ｔ４〜時刻ｔ５も同様であり、時刻ｔ５以降も同様である。

このような態様では、電流切り替えスイッチＳＷ３の切り替え時、すなわち感温ダイオード２００へ流す電流を切り替える際に、電流生成のための単位電流源の切り替えが行われない。換言すれば、すでに安定した第１電流Ｊ１あるいは第２電流Ｊ２が端子ｑ１あるいは端子ｑ２に供給された状態で、感温ダイオード２００へ流す電流を切り替えることができる。

ただし、図３に示すように、所定の電流（第１電流Ｊ１あるいは第２電流Ｊ２）を感温ダイオード２００に流している途中で、電流生成のための単位電流源が切り替わるので、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のオンオフに係るノイズが電流に重畳する虞がある。

第１実施形態の如く、電流切り替えスイッチＳＷ３のオンオフの動作と、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のオンオフの動作とをほぼ同時に行うようにするか、あるいは、本変形例のように、電流切り替えスイッチＳＷ３のオンオフの動作と、電流源選択スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４のオンオフの動作を互いに異なったタイミングで行うかは、求められる仕様等によって適宜選択が可能であり、どちらか一方に限定されるものではない。

（第２実施形態）
第１実施形態および変形例では、単位電流源１１〜１４がそれぞれＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４およびキャパシタＣ１１〜Ｃ１４により構成される例について説明した。しかしながら、単位電流源１１〜１４は、校正された基準電流Ｊ０を独立で供給することができるならば、その構成は問わない。つまり、図４に示すように、任意の単位電流源１１〜１４が端子ｑ１あるいは端子ｑ２に接続可能にされ、第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２を生成できるようになっていれば良い。

単位電流源１１〜１４が独立で正しく基準電流Ｊ０を流すように校正する手段として、図５に示すように、校正用電流源１５を備えると良い。第１実施形態および変形例において説明した態様は、校正用電流源１５を備える態様の一つの例である。

もう一つの例として、図６に示すように、単位電流源１１〜１４をＭＯＳトランジスタＱ５〜Ｑ８のみで構成することもできる。本実施形態における半導体装置１１０において、単位電流源１１〜１４は、第１実施形態における単位電流源に対して、キャパシタＣ１１〜Ｃ１４を除去し、ＭＯＳトランジスタＱ５〜Ｑ８のゲート端子−ソース端子間を接続しない構成となっている。制御部３０が従うタイミングチャートは、図２または図３に示すものと同様である。

本実施形態における単位電流源１１〜１４では、ＭＯＳトランジスタＱ５〜Ｑ８のゲート寄生容量が、第１実施形態におけるキャパシタＣ１１〜Ｃ１４の機能を兼用する。すなわち、校正用電流源１５との接続によって、ＭＯＳトランジスタＱ５〜Ｑ８が基準電流Ｊ０を流すことができる程度の電荷がゲート寄生容量に蓄積される。そして、ドレイン端子が端子ｑ１あるいは端子ｑ２に接続された際には、ゲート寄生容量に蓄積された電荷量に基づいて、電流値をＪ０とするドレイン電流が流れる。

（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態について説明したが、上記した実施形態になんら制限されることなく、この明細書に開示する主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態では、第１電流Ｊ１と第２電流Ｊ２を生成するための電流源として、４つの単位電流源１１〜１４を備える半導体装置１００，１１０を示したが、単位電流源の数は、要求される第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２の仕様や用途によって、適宜変更が可能である。第１電流Ｊ１あるいは第２電流Ｊ２の電流値は、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ８やキャパシタＣ１１〜Ｃ１４において発生するリーク電流などのノイズよりもある程度大きい必要があるし、感温ダイオード２００のＩ−Ｖ特性において抵抗成分が見えない程度に小さい必要がある。例えば、このような条件を満たすために、電流比Ｊ２／Ｊ１が１０程度必要であるとすれば、第１電流Ｊ１を生成するための単位電流源が１個、第２電流Ｊ２を生成するための単位電流源が１０個、校正用電流源１５に接続されて校正が行われる単位電流源が１個として、合計で１２個の単位電流源を用意すれば良い。

なお、図４に示したとおり、単位電流源が個々に正しく基準電流Ｊ０を供給できる状態にあれば、校正用電流源１５は必ずしも必要ではなく、感温ダイオード２００への電流供給中に電流の校正を行わなくとも良い。このような態様では、第１電流Ｊ１を生成するために単位電流源が１個と、第１電流Ｊ１とは異なる電流値である第２電流Ｊ２を生成するための２個以上の単位電流源とが必要であり、最小構成としては３個以上の単位電流源を有していれば良い。

校正用電流源１５を備えない例として、例えば図７に示す電流供給部１０ａは、１８個の単位電流源Ｑ１１〜Ｑ２８を有している。単位電流源Ｑ１１〜Ｑ２８は、同一ＩＣチップ内における半導体基板の面内において、予め測定されたＭＯＳトランジスタサイズの製造ばらつきの傾向に応じて、第１電流Ｊ１の生成を担う単位電流源Ｑ２０，Ｑ２１，Ｑ２２と、第２電流Ｊ２の生成を担う単位電流源Ｑ１１〜Ｑ１９，Ｑ２３〜Ｑ２８を定め、対応する結線を行うものである。

これによれば、第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２のばらつきができるだけ小さくなるように、半導体基板内に単位電流源Ｑ１１〜Ｑ２８がレイアウトされているから、従来に較べて高精度に温度Ｔを演算することができる。

また、校正用電流源１５を備えない別の例として、例えば図８に示す電流供給部１０ｂは、電流切り替えスイッチＳＷ３と端子Ｐ２との間に電流検出部１６を有している。電流検出部１６は、第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２の電流値を検出して制御部３０にその結果を出力する。制御部３０は、第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２のばらつきができるだけ小さくなるように、各電流Ｊ１，Ｊ２を生成するために使用される単位電流源１１〜１４の組み合わせを決定する。

これによれば、実際に生成される電流値をフィードバックすることによって、単位電流源１１〜１４の製造に係る出来に応じて第１電流Ｊ１および第２電流Ｊ２の生成を担う単位電流源１１〜１４を選択することができるので、従来に較べて高精度に温度Ｔを演算することができる。

なお、電流検出部１６の信号が入力される回路は制御部３０であっても良いが、独立してフィードバック回路を構成しても良い。

上記実施形態の制御部３０の機能は、例えばＥＣＵによって果たすことができる。しかし、制御部３０の機能を発揮する構成は、例えば車両に搭載された種々の演算装置、又は車両と通信可能に設けられた種々の演算装置であってよい。さらに、複数の演算装置が協働で制御部３０の機能を発揮してもよい。また、各演算装置に設けられたフラッシュメモリ及びハードディスク等の種々の非遷移的実体的記憶媒体が、制御部３０の実行するプログラムを記憶する記憶媒体として採用可能である。

１０…電流供給部，１１〜１４…単位電流源，１５…校正用電流源，２０…温度検出部，２１…ＣＤＳ回路，２２…ＳＨ回路，２３…ＤＳＣ回路，３０…制御部，ＳＷ１１〜ＳＷ１４…校正用スイッチ，ＳＷ２１〜ＳＷ２４…電流源選択スイッチ，ＳＷ３…電流切り替えスイッチ

Claims (5)

1. 感温ダイオード（２００）に電流を供給する電流供給部（１０）と、
   前記電流供給部に対して所定の電流を出力するように制御する制御部（３０）と、
   前記感温ダイオードの両端の電圧を検出して温度に相関する出力信号（Ｖｏｕｔ）を出力する温度検出部（２０）と、を備える半導体装置であって、
   前記電流供給部は、
   所定の基準電流（Ｊ０）を流す単位電流源（１１〜１４）を、前記感温ダイオードに対して並列に３以上有するとともに、
   前記単位電流源に対応して設けられ、各単位電流源と前記感温ダイオードとの接続を個別にオンオフする電流源選択スイッチ（ＳＷ２１〜ＳＷ２４）を有し、
   前記制御部は、
   前記感温ダイオードに第１電流（Ｊ１）を流すために前記電流源選択スイッチを制御して所定の前記単位電流源を前記感温ダイオードに接続するとともに、
   前記感温ダイオードに前記第１電流とは異なる第２電流（Ｊ２）を流すために前記電流源選択スイッチを制御して、所定の前記単位電流源を前記感温ダイオードに接続する半導体装置。
2. 前記電流供給部は、校正用スイッチ（ＳＷ１１〜ＳＷ１４）を介して前記単位電流源に個別に接続可能にされ、前記単位電流源が出力する電流値を前記基準電流に校正するための校正用電流源（１５）を有し、
   前記制御部は、前記電流供給部が前記第１電流あるいは前記第２電流を出力する際に、前記第１電流あるいは前記第２電流の生成に寄与しない前記単位電流源を前記校正用電流源に接続して、前記単位電流源の電流値の校正を行う請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記単位電流源は、ＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間に接続されたキャパシタ（Ｃ１１〜Ｃ１４）と、を有し、
   前記キャパシタには、前記校正用電流源が前記ＭＯＳトランジスタのドレインに接続されたときにソース−ドレイン間に流れる前記基準電流に応じた電荷が蓄積される請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記単位電流源は、ＭＯＳトランジスタを有し、
   前記ＭＯＳトランジスタにおけるゲート容量には、前記校正用電流源が前記ＭＯＳトランジスタのドレインに接続されたときにソース−ドレイン間に流れる前記基準電流に応じた電荷が蓄積される請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記第１電流と前記第２電流との切り替えと、前記校正用電流源と前記単位電流源との接続のオンオフの切り替えを同時に行う請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。

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