JP4768461B2 - 温度検出手段調整回路およびその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、通常のＣＭＯＳプロセス技術を利用し、定常的な消費電流を抑制した温度検出手段の出力を調整する温度検出手段調整技術に係り、特に、温度検出手段への外乱要因を遮断し安定した出力を得ることができる温度検出手段調整回路およびその調整方法に関する。

ＭＯＳトランジスタのしきい値を利用する温度検出手段としての従来技術が、特公昭６３−２６５４７号公報（特許文献１）や特開平３−１３９８７３号公報（特許文献２）で提案され、同時に出力値の調整方法や製造ばらつきについての対策も提案されている。

図３は、特公昭６３−２６５４７号公報（特許文献１）で提案されている温度検出用半導体集積回路を示す図であり、図４は、同公報の従来例のヒューズによる検出温度調整回路を示す図である。

本従来例は温度依存のない基準電圧を発生する回路ブロック３７と、同様の構成で温度依存のある出力電圧を発生する回路ブロック３８の出力値を比較する構成であり、各回路ブロックでは、しきい値の異なる２種類のＭＯＳトランジスタがカレントミラーで駆動されており、該２種類のＭＯＳトランジスタのしきい値の差で規定される出力電圧を発生する構成である。

すなわち、回路ブロック３７においては該２種類のトランジスタのチャネルコンダクタンスを揃えてあるのに対して、回路ブロック３８では２種類のトランジスタのチャネルコンダクタンスを意図的に異なったものにしている。

このため、回路ブロック３７の出力Ｖｓ１は温度依存のない基準電圧となるが、回路ブロック３８の出力Ｖｓ２は温度依存のある基準電圧となるので、温度センシング素子として使用することができる。この基準電圧Ｖｓ２は、抵抗３２０と３２１とオペアンプ３９により、所定電圧で検出できるようにＶｓ’２に変換され、その後にコンパレータ３１０によりＶｓ１とＶｓ’２とを比較して所定温度になったことを検出し、出力バッファ３１１を介して出力する。

また、検出温度の微調整が必要な場合は、図４に示す回路を用いて、ヒューズ群４６〜４９を選択的に切断することにより行われる。すなわち、ヒューズ４６〜４９の中で切断されなかったヒューズに接続されている抵抗ＲＮが、抵抗４２〜４５の中より選択され、コンパレータ３１０の入力電圧Ｖｓ’２の値が調整される。

図５は、特開平３−１３９８７３号公報（特許文献２）で提案されている温度検出回路の実施例を示す図であり、図６は、同公報に示された別の実施例を示す図である。

本回路は、ＭＯＳトランジスタのしきい値の温度依存性を温度検出手段として利用する温度検出回路であり、ゲートとドレインが共通接続された、いわゆるダイオード接続状態のＭＯＳトランジスタを複数直列接続したもの（図５ではＭＯＳトランジスタ５１２_１，５１２_２，・・５１２_ｍ、図６ではＭＯＳトランジスタ６１２_１，６１２_２，６１２_３，６１２_４）を微小な定電流で駆動し、両端に生ずる電圧を温度検出手段として利用している。

また、次段のＡＤ変換器においてこの出力の比較対象となる定電圧を、図５では抵抗５２２，５２５に定電流を流すことで発生させ、図６では複数直列接続されたＭＯＳトランジスタ６２７_１，６２７_２をしきい値と移動度の温度特性が互いに打ち消しあう電流量で駆動することで発生させている。

さらに、以上の構成における製造ばらつきの対策として、図５に示す温度検出回路では、温度検出手段の出力変動に応じて抵抗５２２，５２５の抵抗値をトリミングする方法が提案されており、図６に示す形式では電圧発生回路が全て同一の形式で構成されているため、ばらつきの影響はキャンセルされてトリミングは不要と説明されている。

特公昭６３−２６５４７号公報 特開平３−１３９８７３号公報

上記特公昭６３−２６５４７号公報（特許文献１）で提案されている温度検出用半導体集積回路は、特定温度での検出動作に焦点を当てているために、両ブロックでの出力が何度で交差するかが注目点であり、各ブロックが出力する電圧の絶対値についてはあまり議論されていない。したがって、例えば、温度検出手段であるブロック３８の出力値に注目し、広い温度範囲で連続的に利用可能な温度比例電圧を得ようという用途には適当ではなく、この場合２種類のトランジスタの製造ばらつきに起因する出力電圧のばらつきや、出力の直線性などが問題となる。

また、上記特開平３−１３９８７３号公報（特許文献２）で提案されている温度検出回路は、その出力をＡＤ変換器に入力することを前提にし、図５に示す調整方法では温度検出手段の出力ばらつきはそのままにして、ＡＤ変換器へ入力する定電圧を調整するようにしている。このため合計二つの電圧を調整しなければならないという煩雑さがあり、また抵抗の温度特性によっては定電圧が変動するがその問題については言及されていない。

さらに、図６に示した従来例の場合は、温度検出手段と同じ構成の出力比較により製造ばらつきの影響を回避するものであるが、本従来例はしきい値と移動度という２種類の性質が異なる温度特性を利用するため、出力特性が湾曲しやすく直線性の点で不利である。また全体の性能は図中で記号化されている定電流源６３２にも大きく左右されるが、その構成方法については言及されていない。

そこで本発明は、上記問題点を解消し、温度検出手段の出力調整に好適な、より自由度の高い温度検出手段調整回路およびその調整方法を提案することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために次の如き構成を有する。以下、請求項毎の構成を記す。

ａ）請求項１記載の発明は、同一の導電型で異なったチャネルサイズに形成され、ゲートとソースが接続された第１のディプレッション型トランジスタと、ゲートとドレインが接続された第２のディプレッション型トランジスタと、前記第1のディプレッション型トランジスタと前記第２のディプレッション型トランジスタを貫通する電流を等しくする、あるいは電流比を一定にする構成とを有し、前記第２のディプレッション型トランジスタのドレインから温度に比例した電圧を出力するようにした温度検出手段と、ボルテージフォロアを介して前記温度検出手段の出力信号が入力される加算回路を具備することを特徴とする温度検出手段調整回路である。

ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１に記載の温度検出手段調整回路において、前記第1のディプレッション型トランジスタと前記第２のディプレッション型トランジスタを貫通する電流を等しくする、あるいは電流比を一定にする構成は、前記第１および第２のディプレッション型トランジスタとは異なる導電型の第３のトランジスタと第４のトランジスタと第５のトランジスタと第６のトランジスタを有し、前記第３のトランジスタは、ドレインが前記第１のディプレッション型トランジスタのドレインへ接続され、ソースが前記第５のトランジスタのドレインに接続され、前記第４のトランジスタは、ドレインが前記第２のディプレッション型トランジスタのドレインへ接続され、ソースが前記第６のトランジスタのドレインに接続され、前記第５のトランジスタおよび第６のトランジスタのソースは電源に接続され、前記第５のトランジスタおよび第６のトランジスタのゲートは共通接続されて前記第1のディプレッション型トランジスタのドレインに接続され、前記第３および第４のトランジスタのゲートは共通接続され、別回路で生成される定電圧を入力するように接続された構成であることを特徴としている。

ｃ）請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の温度検出手段調整回路において、前記ボルテージフォロアの出力電圧と調整用電圧を前記加算回路に入力し、該加算回路から調整された温度比例電圧を出力することを特徴としている。

ｄ）請求項４記載の発明は、請求項３に記載の温度検出手段調整回路において、前記調整用電圧は、基準電圧を分圧手段で分圧し第２のボルテージフォロアを介して供給される電圧であることを特徴としている。

ｅ）請求項５記載の発明は、請求項４に記載の温度検出手段調整回路において、前記分圧手段が直列接続された複数の抵抗素子から構成され、前記複数の抵抗素子の一部が物理的に切断可能な短絡配線により短絡されている構造を有することを特徴としている。

ｆ）請求項６記載の発明は、請求項５に記載の温度検出手段調整回路の調整方法であって、予め校正された同回路の周囲温度と出力値の関係表を作成し、被調整回路を搬送する装置の温度情報を取得し、該取得した温度情報と前記関係表とを参照して目標値を特定し、該特定した目標値に等しくなるように被調整回路における物理的に切断可能な短絡配線をトリミングすることを特徴としている。

ｇ）請求項７記載の発明は、請求項５に記載の温度検出手段調整回路の調整方法であって、被調整回路と同じ温度環境に設置された校正済の同回路の出力値を監視し、該校正済の同回路と等しくなるように被調整回路における物理的に切断可能な短絡配線をトリミングすることを特徴としている。

以下、本発明の効果を請求項毎に述べる。
ａ）請求項１および２に記載の本発明によると、温度検出手段の出力を、ボルテージフォロアを介して取り出したため、加算回路などを併用して出力値の調整をする際に、温度検出手段への外乱要因が遮断され、安定した出力調整ができる。

ｂ）請求項３に記載の本発明によると、温度検出手段における、しきい値ばらつきによる出力の絶対値（ＤＣ成分）の変動を、調整用電圧を加減することにより容易に補正することができる。

ｃ）請求項４に記載の本発明によると、本回路とは別に存在する、他の目的のために用意された基準電圧を本回路の調整用電圧に利用することができる。

ｄ）請求項５に記載の本発明によると、請求項４の作用効果に加えて温度検出手段の出力調整がより簡単に行える。

ｆ）請求項６および７に記載の本発明によると、温度検出回路の生産工程における温度制御という制約を軽減し、温度検出回路の生産性を大いに向上させうる。

本発明の実施例を説明する前に、本出願人が先に提案した温度検出回路（特願平２００５−２０６５８１参照）について簡単に説明する。

上記出願において次の如き温度検出手段を提案している。それは、主な構成要素として１種類のディプレッション型トランジスタのみを用いたものである。

同一の導電型で異なったチャネルサイズに形成された一対のディプレッション型トランジスタＭ１，Ｍ２を電源Ｖｄｄ，Ｖｓｓ間に直列接続し、第１のトランジスタＭ１はゲートとソースが接続され、ドレインが第１の電源Ｖｄｄへ、第２のトランジスタＭ２はゲートとドレインが接続され、ソースが第２の電源Ｖｓｓへ、それぞれ接続された構成を有し、第１のトランジスタＭ１のソースと第２のトランジスタＭ２のドレインとの接続点から温度に比例した電圧を出力するようにしたものである。

その場合、出力はそのしきい値の温度変化によってのみ決定されるため、移動度の製造ばらつきと温度特性の影響を受けることがない。したがってディプレッション型トランジスタとエンハンスメント型トランジスタを併用する従来例やしきい値と移動度という２種類の温度特性が介在する従来例と比べて、特性の安定性、直線性の点で有利である。しかしながら出力の絶対値（ＤＣ成分）はしきい値の製造ばらつきによる影響を受けて変動するため、これを補正するには加算回路などによる出力値の調整が必要である。

上記出願の第４実施例では、温度検出手段の出力を増幅回路へ入力する一方、該増幅回路へＤＣ的なバイアス電圧を加えることによって出力の絶対値を可変する方法の一例が示されている。しかし、この従来例では出力の絶対値を上げようとすると増幅回路の増幅率を大きく設定するという方法しか選択できず、自由度が低い。このような問題点を解消した本発明の実施例を以下に説明する。

＜実施例＞
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す図である。
本発明の第１実施例は、同図に示すような温度検出手段１０を用いるものである。

まず、温度検出手段１０の回路構成について説明する。
本温度検出手段１０の回路構成は、上記特願平２００５−２０６５８１において第２の実施例として提案されたもので、ＭＯＳトランジスタを用いた温度検出手段において、移動度の製造ばらつきや、温度依存性に影響を受けない安定した出力特性を有する温度検出回路である。

温度検出手段１０は、低電圧動作に対応したカスコードカレントミラー回路を採用した形式であって、ＰチャネルトランジスタＭ３，Ｍ４と高電源端子Ｖｄｄとの間にＰチャネルトランジスタＭ５，Ｍ６をそれぞれ直列に接続し、ＰチャネルトランジスタＭ５およびＭ６のゲートを共通接続してＰチャネルトランジスタＭ３のドレイン端子へ接続し、ＰチャネルトランジスタＭ３，Ｍ４と低電源端子Ｖｓｓとの間にディプレッション型トランジスタＭ１，Ｍ２をそれぞれ直列に接続し、また、ＰチャネルトランジスタＭ３およびＭ４のゲートへは、直列接続されたＰチャネルトランジスタＭ８とディプレッション型トランジスタＭ７から生成される定電圧が入力されている。これによると、カレントミラー回路の左右のトランジスタ対におけるソース−ドレイン間電圧が高精度に保たれるため、電流比が正確に再現されて出力電圧の精度が向上し、広い電源電圧範囲において電流比が正確に保たれるようになり、最低動作電圧の上昇も抑制される（詳細は特願平２００５−２０６５８１参照）。

上述の如き温度検出手段１０の出力端子は、ボルテージフォロアを成す演算増幅器Ａ１の非反転入力端子へ接続され、該演算増幅器Ａ１の出力端子は自身の反転入力端子に帰還接続されると共に抵抗Ｒ１を介して演算増幅器Ａ３の反転入力端子へ接続されている。

また、演算増幅器Ａ３の反転入力端子へは同様に抵抗Ｒ２を介して調整用電圧Ｖｔが入力され、さらに抵抗Ｒｆを介して演算増幅器Ａ３自身の出力端子へ帰還接続されている。一方、演算増幅器Ａ３の非反転入力端子へは固定電圧Ｖｂｉａｓが入力されている。

以上より演算増幅器Ａ３および抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｆは加算回路を構成し、出力電圧Ｖｏｕｔは次式のように導かれる。

ここで、Ｖａは温度検出手段１０の出力端子の出力電圧値である。

（１）式から明らかなように、本実施例では加算回路として反転増幅させているので最終的な出力特性は温度検出手段１０とは逆になる。先に述べたように温度検出手段１０の出力Ｖａは、しきい値の製造ばらつきに応じて出力の絶対値が変動するが、ばらつきに応じて調整用電圧Ｖｔを変化させることにより最終的な出力値を調整することが可能となる。もちろん調整用電圧Ｖｔの代わりに固定電圧としているＶｂｉａｓを変化させてもよいし、あるいはその両方を変化させる方法でもよい。またこの時、加算回路での増幅率は抵抗Ｒ１およびＲｆの値により任意に設定可能である。

図２は、本発明の第２実施例を示す図である。
本第２実施例も温度検出手段１０自体は第１実施例と同じ回路構成であり、調整回路部分のみ異なる。第２実施例では、同図に示すように、調整用電圧Ｖｔを基準電圧Ｖｒｅｆの分圧により得ている。調整用電圧Ｖｔを生成するための構成以外は、図１と同じである。すなわち基準電圧Ｖｒｅｆの分圧成分を第２のボルテージフォロアを成す演算増幅器Ａ２の非反転入力端子に入力し、演算増幅器Ａ２の反転入力端子を自身の出力端子へ帰還接続すると共に、抵抗Ｒ２を介して演算増幅器Ａ３の反転入力端子へ接続している。すなわち、図２の演算増幅器Ａ２の出力が、図１における調整用電圧Ｖｔに相当している。

また、Ｖｒｅｆの分圧手段は、図２に示すように、直列接続した抵抗Ｒ２１、Ｒｔ０〜Ｒｔｎ、Ｒ２２、およびＲｔ０〜Ｒｔｎを短絡するヒューズＦ０〜Ｆｎで構成してもよく、この場合、特定温度での出力値Ｖｏｕｔに応じてヒューズを適宜切断することで調整が可能となる。

本発明に係る温度検出手段調整回路の調整方法を図７に示す。
本発明における温度検出手段１０は、広い温度範囲で利用が可能なアナログ出力であって直線性が高いという特徴を有し、出力の絶対値は製造ばらつきの影響を受けるが、温度傾斜はほぼ一定であると見なし得るものである。従って図７に示す本発明の調整方法を採用することにより、個々の回路の調整工程にあっては試験する際の環境温度について厳密に管理する必要がなくなる。

すなわち図７のフロー７１の７０に示す如く、予め校正済の同回路７０２を使用して出力特性を評価し（特性評価７０１）、周囲温度と出力値の関係を示す特性表（特性表７０３）を作成しておく。

次に、温度検出手段調整回路の調整にあっては、被調整回路７を搬送する搬送装置の温度情報７１１を取得し、その温度情報７１１と特性表７０３を照合して本来あるべき目標値を特定する。

最後に目標値に合わせこむトリミングを実施する（７１３）。あるいはフロー７２に示すごとく、校正済の同回路７２１を搬送する装置と温度条件が等しい環境に配置し、該校正済み回路７２１の出力値をモニターして（７２２）、それと等しくなる様にトリミングを実施する（７２３）。

この時、校正済み回路の出力や特性表を参照しているため、各回路の調整後の特性はその直線性で確保されており、試験中の温度条件は特に一定である必要はない。なお、もちろんトリミングは外部メモリーに補正量を記憶させて、オフラインで複数個同時にレーザー照射を実施する方法など公知の技術を利用可能である。

この調整工程における優位性は本発明における温度検出手段調整回路の生産性を大いに向上させる。また温度検出手段がアナログ出力でかつ直線性が良好なために成しえるものであって、前述の従来例では実現不可能なものである。

本発明に係る温度検出手段調整回路の第１実施例を説明するための図である（請求項１〜３）。 本発明に係る温度検出手段調整回路の第２実施例を説明するための図である（請求項４、５） 特公昭６３−２６５４７号公報（特許文献１）に記載の従来例を説明するための図である。 特公昭６３−２６５４７号公報（特許文献１）に記載の検出温度調整回路例を説明するための図である。 特開平３−１３９８７３号公報（特許文献２）に記載の従来例を説明するための図である。 特開平３−１３９８７３号公報（特許文献２）に記載の第２実施例を説明するための図である。 本発明の温度検出手段調整回路における調整方法を説明するフロー図である（請求項６，７）。

符号の説明

１０：温度検出手段
３７，３８：回路ブロック
３１２〜３１９：トランジスタ
３２０，３２１：抵抗
３９：オペアンプ
３１０：コンパレータ
３１１：出力バッファ
４２〜４５：抵抗
４６〜４９：ヒューズ
５１：温度検出手段
５２：定電圧発生回路
５１１，５２１，５２４：ＭＯＳトランジスタ
５１２_１，５１２_２，・・５１２_ｍ，６１１．６１４，６２１，６３１，６１５_１，６１５_２，６１２_１，６１２_２，６１２_３，６１２_４，６２７_１，６２７_２：ＭＯＳトランジスタ
５２２．５２５：抵抗
６３２：定電流源
７：被調整回路
７１，７２：フロー
７０１：特性評価
７０２，７２１：校正済回路
７０３：特性表
７１１：搬送装置温度情報
７１２：照合
７１３，７２３：トリミング
７２２：出力モニター

Claims (7)

1. 同一の導電型で異なったチャネルサイズに形成され、ゲートとソースが接続された第１のディプレッション型トランジスタと、ゲートとドレインが接続された第２のディプレッション型トランジスタと、前記第1のディプレッション型トランジスタと前記第２のディプレッション型トランジスタを貫通する電流を等しくする、あるいは電流比を一定にする構成とを有し、前記第２のディプレッション型トランジスタのドレインから温度に比例した電圧を出力するようにした温度検出手段と、
   ボルテージフォロアを介して前記温度検出手段の出力信号が入力される加算回路と
   を具備することを特徴とする温度検出手段調整回路。
2. 請求項１に記載の温度検出手段調整回路において、
   前記第1のディプレッション型トランジスタと前記第２のディプレッション型トランジスタを貫通する電流を等しくする、あるいは電流比を一定にする構成は、
   前記第１および第２のディプレッション型トランジスタとは異なる導電型の第３のトランジスタと第４のトランジスタと第５のトランジスタと第６のトランジスタを有し、
   前記第３のトランジスタは、ドレインが前記第１のディプレッション型トランジスタのドレインへ接続され、ソースが前記第５のトランジスタのドレインに接続され、
   前記第４のトランジスタは、ドレインが前記第２のディプレッション型トランジスタのドレインへ接続され、ソースが前記第６のトランジスタのドレインに接続され、
   前記第５のトランジスタおよび第６のトランジスタのソースは電源に接続され、
   前記第５のトランジスタおよび第６のトランジスタのゲートは共通接続されて前記第1のディプレッション型トランジスタのドレインに接続され、
   前記第３および第４のトランジスタのゲートは共通接続され、別回路で生成される定電圧を入力するように接続された構成であることを特徴とする温度検出手段調整回路。
3. 請求項１または２に記載の温度検出手段調整回路において、
   前記ボルテージフォロアの出力電圧と調整用電圧を前記加算回路に入力し、該加算回路から調整された温度比例電圧を出力することを特徴とする温度検出手段調整回路。
4. 請求項３に記載の温度検出手段調整回路において、
   前記調整用電圧は、基準電圧を分圧手段で分圧し第２のボルテージフォロアを介して供給される電圧であることを特徴とする温度検出手段調整回路。
5. 請求項４に記載の温度検出手段調整回路において、
   前記分圧手段が直列接続された複数の抵抗素子から構成され、前記複数の抵抗素子の一部が物理的に切断可能な短絡配線により短絡されている構造を有することを特徴とする温度検出手段調整回路。
6. 請求項５に記載の温度検出手段調整回路の調整方法であって、予め校正された同回路の周囲温度と出力値の関係表を作成し、被調整回路を搬送する装置の温度情報を取得し、該取得した温度情報と前記関係表とを参照して目標値を特定し、該特定した目標値に等しくなるように被調整回路における物理的に切断可能な短絡配線をトリミングすることを特徴とする温度検出手段調整回路の調整方法。
7. 請求項５に記載の温度検出手段調整回路の調整方法であって、被調整回路と同じ温度環境に設置された校正済の同回路の出力値を監視し、該校正済の同回路と等しくなるように被調整回路における物理的に切断可能な短絡配線をトリミングすることを特徴とする温度検出手段調整回路の調整方法。

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