JP3408161B2 - 温度検出回路及び光電変換回路 - Google Patents
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Description
に構成される温度検出回路及び光電変換回路に関するも
のである。
来の温度検出回路の構成を示す図である。この回路は、
半導体基板上に形成されたバイポーラトランジスタQ1
1と、このトランジスタQ11のコレクタと直流電源
(Vcc)との間に接続された定電流源(I11)11
とから構成されている。
によりトランジスタQ11を構成しているダイオードに
定電流を流し込み、これによりトランジスタQ11に順
方向電圧Vfが発生する。このの順方向電圧Vfは半導
体基板の温度に応じた温度特性を持っており、したがっ
てこの温度特性から半導体の温度を検出することができ
る。
ような従来例では、製造上のバラツキによるトランジス
タの順方向電圧Vfの絶対値の変動や定電流I11の変
化による電圧Vfの変化、更には定電流源11の温度変
化により温度特性が変化するという問題点があった。
め、外部から定電流供給を行うことが考えられるが、こ
の場合端子数が増え、更に外付け部品が増えるため、コ
ストアップにつながるといった問題がある。
製する場合は、そのプロセス構造上ダイオードの片側端
子が電源電位あるいは接地電位に固定され、出力電位が
制限されるといった問題がある。
半導体基板上に作り込む場合、その光センサが持つ暗電
流の温度特性が無視できず、固定パターンノイズとして
現れる。その補正手段として上述の温度検出回路を同一
の基板上に作り込み、温度による補正を行うことが提案
されているが、上記の問題点によって精度的にまたコス
ト的に満足できないばかりでなく、製造プロセスが光セ
ンサ素子プロセスに限定されるため、使用できる回路素
子に制約があるといった問題がある。
なされたもので、安価な構成で、製造上のバラツキの影
響を受けにくい温度検出回路及び光電変換回路を提供す
ることを目的としている。
路は、次のように構成したものである。(1)コレクタが直流電圧源、ベースが温度依存特性の
ない基準電圧源、エミッタが第1の定電流源と演算増幅
器の一方の入力端子にそれぞれ接続された第1のバイポ
ーラトランシスタと、コレクタが前記直流電圧源、ベー
スが前記演算増幅器の出力端子、エミッタが第2の定電
流源と前記演算増幅器のもう一方の入力端子にそれぞれ
接続された第2のバイポーラトランジスタとを有し、前
記演算増幅器の出力から温度特性を得るようにした。 (2)上記第1のバイポーラトランジスタのエミッタサ
イズを第2のバイポーラトランジスタのエミッタサイズ
より大きくし、且つ第2の定電流源の電流値を第1の定
電流源の電流値より大きくしてエミッタ電流密度比を与
えるようにした。 (3)上記(1)または(2)に記載の温度検出回路
と、前記温度検出回路の検出結果により出力が補正され
る光電変換素子とを同一の半導体基板上に形成した。
いて説明する。なお、以下の説明でlnは自然対数、I
sは逆方向飽和電流、qは電荷量、kはボルツマン定数
を表している。
回路図である。同図において、Q1はコレクタが電圧V
ccの直流電圧源、ベースが温度依存特性のない電圧V
cの基準電圧源、エミッタが電流I1の第1の定電流源
1と演算増幅器3の一方の非反転入力端子にそれぞれ接
続されたNPN形の第1のバイポーラトランジスタ、Q
2は第1のバイポーラトランジスタQ1と並列に接続さ
れた同じ極性の第2のバイポーラトランジスタで、コレ
クタが上記直流電圧源、ベースが上記演算増幅器3の出
力端子、エミッタが電流I2の定電流源2と上記演算増
幅器3のもう一方の反転入力端子にそれぞれ接続されて
いる。
第2のトランジスタQ2は同一の半導体基板上に形成さ
れており、第1のトランジスタQ1のエミッタサイズ
(面積)は第2のトランジスタQ2のエミッタサイズよ
り大きく、ここではn(n>o)倍としてある。また、
第2の定電流源2の電流値は第1の定電流源1の電流値
より大きくしてあり、エミッタ電流密度比をより大きく
与えるようにしている。
のエミッタに上記のように電流密度比を与えることよっ
て得られる各々のベース・エミッタ間電圧の差電圧の温
度特性から半導体基板の温度を検出するようになってお
り、演算増幅器3から得られる出力電圧Voutは、ト
ランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧をVbe1ト
ランジスタQ2のベースエミッタ間電圧をVbe2とす
ると、次式で表される。
く、I1=I2とすると、上記の出力電圧Voutは次
式で表されるようになる(Vt:熱電圧KT/q)。
スタQ1,Q2のエミッタサイズ比により決定され、ま
た温度特性は次式のようになり、当然のことながらエミ
ッタサイズ比にのみ依存する。
q)は約0.086mV/℃と小さく、大きな出力電圧
変化を得るにはかなり大きなトランジスタQ1,Q2の
エミッタサイズ比を与えなくてはならない。そこで、定
電流源2の電流値を定電流源1の定電流値のm(m>
0)倍にしてI2=mI1とすれば、出力電圧Vout
は次式で表わされ、大きな出力電圧変化を得ることがで
きる。
板上に形成する場合、トランジスタQ1,Q2のサイズ
比のみより決定されるように構成することで、安価なバ
ラツキの少ない温度検出が可能となる。
回路図であり、図1と同一符号は同一構成要素を示して
いる。
1,Q2と極性の反対のPNP形の二つのバイポーラト
ランジスタQ3,Q4を用いたものであり、その出力電
圧Voutは次式によって表わされる。
例と同等の作用効果が得られる。
回路図である。同図中、Q5,Q6は並列接続された二
つのバイポーラトランジスタである。
電圧源に抵抗R1を介してトランジスタQ5のベースが
接続され、該トランジスタQ5のエミッタはI3の定電
流源4に接続されるとともに演算増幅器3の非反転入力
端子に接続され、コレクタはVccの直流電圧源に接続
されている。トランジスタQ6のエミッタは演算増幅器
3の反転入力端子と上記定電流源4の16倍の電流16
I3の定電流源5に接続され、コレクタはVccの直流
電圧源、ベースは演算増幅器3の出力端子と抵抗R2を
介して接続されており、抵抗R2は抵抗R3を介して温
度特性のない電圧Vrefの基準電圧源に接続されてい
る。ここで、上記トランジスタQ5はトランジスタQ6
に対して64倍のエミッタサイズを有している。
的に次式で表わされる。
=2KΩとすれば、出力として約12.4mV/℃が得
られる。
性ともにエミッタサイズ比、電流比によって変化するよ
うに構成されているため、製造上のプロセスのバラツキ
に対して影響を受けにくく、また演算増幅器3のゲイン
を上げて大きな温度特性の出力を得ることができる。
子となるバイポーラトランジスタQ1〜Q6のコレクタ
は半導体基板の基板電位に設定できるため、比較的プロ
セス(CMOSプロセスやセンサCMOSプロセス等)
に左右されることなく作り込むことができる。
光電変換素子を同一の半導体基板上に形成した光電変換
回路の実施例を図4,図5について説明する。
ブロック図である。同図中、6は半導体基板、7は半導
体基板6の温度を検出する上述の温度検出回路、8は光
センサ(光電変換素子)、9は温度検出回路7の出力に
よって光センサ8の出力を補正するための温度補正手
段、10は演算素子である。
8と先に説明した温度検出回路7を設け、各々の出力を
外部の温度補正手段9により処理させることで、温度特
性の良いセンサ出力を得ることが可能となる。
ブロック図であり、図4と同一符号は同一構成要素を示
している。本実施例では、温度補正手段9及び演算素子
10を半導体基板6上に形成している。
基板上に設けることにより、端子数も削減でき、温度特
性の良いセンサが使い易くなり、またシステム的にコス
トダウンを図ることも可能となる。
何れの実施例においても安価な構成で、精度が良く、製
造上のバラツキの影響を受けにくい温度検出を行うこと
ができる。また、回路構成的にプロセス制約を受けにく
いため、CMOSプロセスや光センサプロセス等で構成
しやすいものとなる。
よれば、第1のバイポ−ラトランジスタのベースに基準
電圧源を接続し、第2のバイポ−ラトランジスタのベー
スに演算増幅器の出力を接続したことにより、比較的容
易に温度検出回路の出力電圧の範囲を設定することが可
能となる。 請求項2の発明によれば、第1のバイポーラ
トランジスタのエミッタサイズを第2のバイポーラトラ
ンジスタのエミッタサイズより大きくし、さらに第2の
定電流源の電流値を第1の定電流値より大きくしたこと
により、エミッタ電流密度比をより大きく与えることが
可能となる。 請求項3の発明によれば、温度検出回路
と、光電変換回路とを同一半導体基板上に形成したこと
により、端子数を削減出来、温度特性が良い光電変換回
路を実現でき、さらに、コストダウンを図ることが可能
となる。
図
図
Claims (3)
- 【請求項1】 コレクタが直流電圧源、ベースが温度依
存特性のない基準電圧源、エミッタが第1の定電流源と
演算増幅器の一方の入力端子にそれぞれ接続された第1
のバイポーラトランシスタと、コレクタが前記直流電圧
源、ベースが前記演算増幅器の出力端子、エミッタが第
2の定電流源と前記演算増幅器のもう一方の入力端子に
それぞれ接続された第2のバイポーラトランジスタとを
有し、前記演算増幅器の出力から温度特性を得ることを
特徴とする温度検出回路。 - 【請求項2】 第1のバイポーラトランジスタのエミッ
タサイズを第2のバイポーラトランジスタのエミッタサ
イズより大きくし、且つ第2の定電流源の電流値を第1
の定電流源の電流値より大きくしてエミッタ電流密度比
を与えることを特徴とする請求項1記載の温度検出回
路。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の温度検出回路
と、前記温度検出回路の検出結果により出力が補正され
る光電変換素子とを同一の半導体基板上に形成したこと
を特徴とする光電変換回路。
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