JP5185772B2

JP5185772B2 - Ｐｄｍ出力型温度センサ

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Publication number: JP5185772B2
Application number: JP2008276302A
Authority: JP
Inventors: 亮一安斎
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2013-04-17
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Description

本発明は、ＰＤＭ出力型温度センサに関する。

現在、温度に基づいてデジタル信号を出力する温度センサが様々な電子機器に搭載されている。図１１は、従来の温度センサを示すブロック図である。

従来の温度センサは、バンドギャップ基準電圧Ｖ_REFを生成する基準電圧回路１０２、温度に基づいた電圧を修正することによって電圧Ｖ_CORRを生成する温度検出回路１０６、バンドギャップ基準電圧Ｖ_REF及び電圧Ｖ_CORRに基づいて基準電圧Ｖ_HREFを出力する回路１０８、基準電圧Ｖ_HREFと係数（１／Ｃ）とを乗算することによって基準電圧Ｖ_Oを出力する回路１１０、温度に基づいた電圧Ｖ_TEMPを生成する温度検出回路１０４、及び、基準電圧Ｖ_O及びＶ_TEMPに基づいてデジタル信号を出力するＡＤＣ（analog to digital converter）１１２を備える（例えば、特許文献１参照）。
米国特許ＵＳ６１８３１３１Ｂ１号明細書

しかし、従来の温度センサにおいて、基準電圧回路１０２が使用されるので、その分、面積が大きくなり、消費電力も多くなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、面積を小さくでき、消費電力を少なくできるＰＤＭ出力型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、ＰＤＭ出力型温度センサにおいて、電源端子と第７ノードとの間に設けられる第１定電流源と、電源端子と第８ノードとの間に設けられる第２定電流源と、前記第７ノードと第１ノードとの間に設けられる第１スイッチと、前記第７ノードと第４ノードとの間に設けられる第２スイッチと、前記第８ノードと前記第１ノードとの間に設けられる第３スイッチと、前記第８ノードと前記第４ノードとの間に設けられる第４スイッチと、ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第１ノードに接続される第１ＰＮＰバイポーラトランジスタと、ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第４ノードに接続される第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、前記第１ノードと第２ノードとの間に順番に設けられる第５スイッチ及び第１容量と、前記第２ノードと第３ノードとの間に設けられる第８スイッチと、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に順番に設けられる第６スイッチ及び第２容量と、前記第２ノードと前記第３ノードとの間に順番に設けられる第９スイッチ及び第３容量と、前記第６スイッチと前記第２容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第７スイッチと、前記第４ノードと第５ノードとの間に順番に設けられる第１０スイッチ及び第４容量と、前記第５ノードと第６ノードとの間に設けられる第１３スイッチと、前記第４ノードと前記第５ノードとの間に順番に設けられる第１１スイッチ及び第５容量と、前記第５ノードと前記第６ノードとの間に順番に設けられる第１４スイッチ及び第６容量と、前記第１１スイッチと前記第５容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第１２スイッチと、非反転入力端子を前記第２ノードに接続され、反転入力端子を前記第５ノードに接続され、非反転出力端子を前記第６ノードに接続され、反転出力端子を前記第３ノードに接続されるアンプと、非反転入力端子を前記第３ノードに接続され、反転入力端子を前記第６ノードに接続され、出力端子をラッチの入力端子に接続されるコンパレータと、出力端子をインバータの入力端子に接続される前記ラッチと、出力端子をＰＤＭ出力型温度センサの出力端子に接続される前記インバータと、各スイッチ及び前記ラッチを制御する発振回路と、を備えることを特徴とするＰＤＭ出力型温度センサを提供する。

また、本発明は、上記課題を解決するため、ＰＤＭ出力型温度センサにおいて、電源端子と第７ノードとの間に設けられる第１定電流源と、電源端子と第８ノードとの間に設けられる第２定電流源と、前記第７ノードと第１ノードとの間に設けられる第１スイッチと、前記第７ノードと第４ノードとの間に設けられる第２スイッチと、前記第８ノードと前記第１ノードとの間に設けられる第３スイッチと、前記第８ノードと前記第４ノードとの間に設けられる第４スイッチと、ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第１ノードに接続される第１ＰＮＰバイポーラトランジスタと、ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第４ノードに接続される第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、前記第１ノードと第２ノードとの間に順番に設けられる第５スイッチ及び第１容量と、前記第２ノードと第３ノードとの間に設けられる第８スイッチと、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に順番に設けられる第６スイッチと第１５スイッチと第２容量と、前記第２ノードと前記第３ノードとの間に順番に設けられる第９スイッチ及び第３容量と、前記第６スイッチと前記第２容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第７スイッチと、前記第４ノードと第５ノードとの間に順番に設けられる第１０スイッチ及び第４容量と、前記第５ノードと第６ノードとの間に設けられる第１３スイッチと、前記第４ノードと前記第５ノードとの間に順番に設けられる第１１スイッチと第１６スイッチと第５容量と、前記第５ノードと前記第６ノードとの間に順番に設けられる第１４スイッチ及び第６容量と、前記第１１スイッチと前記第５容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第１２スイッチと、非反転入力端子を前記第２ノードに接続され、反転入力端子を前記第５ノードに接続され、非反転出力端子を前記第６ノードに接続され、反転出力端子を前記第３ノードに接続されるアンプと、非反転入力端子を前記第３ノードに接続され、反転入力端子を前記第６ノードに接続され、出力端子をラッチの入力端子に接続されるコンパレータと、出力端子をインバータの入力端子に接続される前記ラッチと、出力端子をＰＤＭ出力型温度センサの出力端子に接続される前記インバータと、各スイッチ及び前記ラッチを制御する発振回路と、を備えることを特徴とするＰＤＭ出力型温度センサを提供する。

本発明では、ＰＤＭ出力型温度センサは基準電圧回路を使用しないので、その分、ＰＤＭ出力型温度センサの面積が小さくなり、ＰＤＭ出力型温度センサの消費電力も少なくなる。

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、本発明のＰＤＭ（Pulse Density Modulation）出力型温度センサの構成について説明する。図１は、本発明のＰＤＭ出力型温度センサを示すブロック図である。

［要素］本発明のＰＤＭ出力型温度センサは、電源端子４５、接地端子４６及び出力端子４７を備える。また、本発明のＰＤＭ出力型温度センサは、ノードＮ１〜Ｎ８を備える。

本発明のＰＤＭ出力型温度センサは、定電流源１１〜１２、ＰＮＰ（ＰＮＰバイポーラトランジスタ）１３〜１４、スイッチ１５〜１８、スイッチ２１〜２５、スイッチ３１〜３５、容量２６〜２８、容量３６〜３８、アンプ４１、コンパレータ４２、ラッチ４３、インバータ４４及び発振回路５１を備える。

［要素の接続関係］定電流源１１は、電源端子４５とノードＮ７との間に設けられる。定電流源１２は、電源端子４５とノードＮ８との間に設けられる。スイッチ１５は、ノードＮ７とノードＮ１との間に設けられる。スイッチ１６は、ノードＮ７とノードＮ４との間に設けられる。スイッチ１７は、ノードＮ８とノードＮ１との間に設けられる。スイッチ１８は、ノードＮ８とノードＮ４との間に設けられる。ＰＮＰ１３は、ベース及びコレクタを接地端子４６に接続され、エミッタをノードＮ１に接続される。ＰＮＰ１４は、ベース及びコレクタを接地端子４６に接続され、エミッタをノードＮ４に接続される。

スイッチ２１及び容量２６は、ノードＮ１とノードＮ２との間に順番に設けられる。スイッチ２４は、ノードＮ２とノードＮ３との間に設けられる。スイッチ２２及び容量２７は、ノードＮ１とノードＮ２との間に順番に設けられる。スイッチ２５及び容量２８は、ノードＮ２とノードＮ３との間に順番に設けられる。スイッチ２３は、スイッチ２２と容量２７との接続点と、接地端子４６と、の間に設けられる。

スイッチ３１及び容量３６は、ノードＮ４とノードＮ５との間に順番に設けられる。スイッチ３４は、ノードＮ５とノードＮ６との間に設けられる。スイッチ３２及び容量３７は、ノードＮ４とノードＮ５との間に順番に設けられる。スイッチ３５及び容量３８は、ノードＮ５とノードＮ６との間に順番に設けられる。スイッチ３３は、スイッチ３２と容量３７との接続点と、接地端子４６と、の間に設けられる。

アンプ４１は、非反転入力端子をノードＮ２に接続され、反転入力端子をノードＮ５に接続され、非反転出力端子をノードＮ６に接続され、反転出力端子をノードＮ３に接続される。コンパレータ４２は、非反転入力端子をノードＮ３に接続され、反転入力端子をノードＮ６に接続され、出力端子をラッチ４３の入力端子に接続される。ラッチ４３は、出力端子をインバータ４４の入力端子に接続される。インバータ４４は、出力端子を出力端子４７に接続される。

［各スイッチ及びラッチ４３を制御する信号の送受信］発振回路５１は、スイッチ１５とスイッチ１８とスイッチ２２とスイッチ２４とスイッチ３３〜３４とに信号Φ１を送信し、ラッチ４３に信号Φ１を送信し、スイッチ１６〜１７とスイッチ２３とスイッチ２５とスイッチ３２とスイッチ３５とに信号Φ２を送信する。ラッチ４３は、スイッチ２１及びスイッチ３１に信号ΦＸＤを送信する。インバータ４４は、スイッチ２２〜２３及びスイッチ３２〜３３に信号ΦＤを送信する。

［各信号による各スイッチ及びラッチ４３の動作］各信号がハイになると、各信号に対応する各スイッチはオンする。また、信号Φ１がハイになると、ラッチ４３はその時の電圧Ｖｃを記憶して出力する。

次に、温度変化に基づいたＰＮＰ１３のエミッタの電圧の変化について説明する。図２は、温度変化に基づいた電圧Ｖｂｅ１〜Ｖｂｅ２及び差分電圧ΔＶｂｅの変化を示す図である。

ＰＮＰ１３が定電流源１１の定電流ｉ１を流すと、ＰＮＰ１３のエミッタに電圧Ｖｂｅ１が発生する。ＰＮＰ１３が定電流源１２の定電流ｉ２を流すと、ＰＮＰ１３のエミッタに電圧Ｖｂｅ２が発生する。差分電圧ΔＶｂｅは、電圧Ｖｂｅ２から電圧Ｖｂｅ１を減算した電圧（Ｖｂｅ２−Ｖｂｅ１）である。

電圧Ｖｂｅ１〜Ｖｂｅ２は、負の温度係数を持つ。定電流ｉ２は定電流ｉ１よりも多いので、電圧Ｖｂｅ２は電圧Ｖｂｅ１よりも高く、電圧Ｖｂｅ２は電圧Ｖｂｅ１よりも緩やかな傾きを持つ。差分電圧ΔＶｂｅは、正の温度係数を持つ。

なお、ＰＮＰ１４も同様である。

次に、温度Ｔａの時の、本発明のＰＤＭ出力型温度センサの動作について説明する。図３は、温度Ｔａの時のタイムチャートである。ここで、信号Φ１・ΦＤは信号Φ１と信号ΦＤの論理積をとった信号であり、信号Φ２・ΦＤは信号Φ２と信号ΦＤの論理積をとった信号である。

［期間１の動作（ΔＶｂｅ転送モード）］信号Φ１がハイになり、信号Φ２がローになると、定電流ｉ１がＰＮＰ１３に流れ、電圧ＶｂｅＡは電圧Ｖｂｅ１になり、定電流ｉ２がＰＮＰ１４に流れ、電圧ＶｂｅＢは電圧Ｖｂｅ２になる。仮に、ノードＮ２の電圧が０Ｖになっているとする。すると、容量２６の容量値はＣ２であるとすると、容量２６にチャージされる電荷Ｑ２は
Ｑ２＝Ｃ２・（Ｖｂｅ１−０）＝Ｃ２・Ｖｂｅ１・・・（１）
によって算出される。この時、入力容量として、容量２６及び容量３６だけが機能している。なお、電圧Ｖｃが期間６でハイであるので、信号Φ１の立ち上がりエッジにより、信号ΦＸＤもハイになり（ＰＤＭ出力型温度センサがΔＶｂｅ転送モードになり）、インバータ４４により、信号ΦＤはローになる。よって、信号Φ１・ΦＤ及び信号Φ２・ΦＤもローになる。

［期間２の動作（ΔＶｂｅ転送モード）］信号Φ１がローになり、信号Φ２がハイになると、定電流ｉ２がＰＮＰ１３に流れ、電圧ＶｂｅＡは電圧Ｖｂｅ２になり、定電流ｉ１がＰＮＰ１４に流れ、電圧ＶｂｅＢは電圧Ｖｂｅ１になる。仮に、ノードＮ２の電圧が０Ｖになっているとする。すると、容量２６にチャージされる電荷Ｑ２は
Ｑ２＝Ｃ２・（Ｖｂｅ２−０）＝Ｃ２・Ｖｂｅ２・・・（２）
によって算出される。この時、入力容量として、容量２６及び容量３６だけが機能している。ここで、容量２６での差分電荷は容量２８に転送する。仮に、ノードＮ２の電圧が０Ｖになっているとする。すると、ノードＮ３の電圧はＶａＮであり、容量２８の容量値はＣ１であるとすると、容量２８にチャージされる電荷Ｑ１は
Ｑ１＝Ｃ１・（ＶａＮ−０）＝Ｃ１・ＶａＮ・・・（３）
によって算出される。ここで、式（１）〜（３）より、
Ｃ２・Ｖｂｅ１−Ｃ２・Ｖｂｅ２＝−Ｃ２・ΔＶｂｅ＝Ｃ１・ＶａＮ・・・（４）
が成立する。よって、
ＶａＮ＝−ΔＶｂｅ・Ｃ２／Ｃ１・・・（５）
が成立する。つまり、期間２の電圧ＶａＮは、式（５）の分、期間６の電圧ＶａＮよりも低くなる。また、電圧ＶａＮと反対の動きをするノードＮ６の電圧ＶａＰは
ＶａＰ＝ΔＶｂｅ・Ｃ２／Ｃ１・・・（５ａ）
によって算出される。つまり、期間２の電圧ＶａＰは、式（５ａ）の分、期間６の電圧ＶａＮよりも高くなる。しかし、電圧ＶａＮはバイアス点を基準にした正の電圧になっていて、電圧ＶａＰはバイアス点を基準にした負の電圧になっているので、電圧Ｖｃはハイである。なお、電圧Ｖｃが期間６でハイであるので、信号Φ１の立ち上がりエッジにより、信号ΦＸＤもハイになり（ＰＤＭ出力型温度センサがΔＶｂｅ転送モードになり）、インバータ４４により、信号ΦＤはローになる。よって、信号Φ１・ΦＤ及び信号Φ２・ΦＤもローになる。

［期間３の動作（ΔＶｂｅ転送モード）］ＰＤＭ出力型温度センサは、各信号において、期間１と同様に動作する。

［期間４の動作（ΔＶｂｅ転送モード）］期間２と期間４とで、信号Φ１〜Φ２、電圧ＶｂｅＡ及び電圧ＶｂｅＢは同様である。また、期間２と同様に式（５）が成立する。つまり、期間４の電圧ＶａＮは、式（５）の分、期間２の電圧ＶａＮよりも低くなる。また、期間２と同様に式（５ａ）が成立する。つまり、期間４の電圧ＶａＰは、式（５）の分、期間２の電圧ＶａＰよりも高くなる。ここで、電圧ＶａＮはバイアス点を基準にした負の電圧になっていて、電圧ＶａＰはバイアス点を基準にした正の電圧になっているので、電圧Ｖｃはローになる。なお、電圧Ｖｃが期間２でハイであるので、信号Φ１の立ち上がりエッジにより、信号ΦＸＤもハイになり（ＰＤＭ出力型温度センサがΔＶｂｅ転送モードになり）、インバータ４４により、信号ΦＤはローになる。よって、信号Φ１・ΦＤ及び信号Φ２・ΦＤもローになる。

ここで、期間１〜４において、信号ΦＤがローになっている時のマイナスの差分電圧ΔＶｂｅにより、電圧ＶａＮがバイアス点よりも低くなり、電圧ＶａＰがバイアス点よりも高くなり、電圧Ｖｃがローになる。すると、その後、期間５〜６において、信号ΦＤがハイになっている時のプラスの電圧Ｖｂｅ１により、電圧ＶａＮがバイアス点よりも高くなり、電圧ＶａＰがバイアス点よりも低くなり、電圧Ｖｃがハイになるように、ＰＤＭ出力型温度センサは動作する。つまり、コンパレータ４２の入力端子で電圧ＶａＮから電圧ＶａＰを減算した電圧が０Ｖになるように、ＰＤＭ出力型温度センサは動作する。具体的には、期間４の後に、ＰＤＭ出力型温度センサは電圧ＶａＮを低くして電圧ＶａＰを高くするΔＶｂｅ転送モードから電圧ＶａＮを高くして電圧ＶａＰを低くするＶｂｅ１転送モードになり、電圧Ｖｃがハイになるまで、電圧ＶａＮに電圧Ｖｂｅ１に基づいた電圧が加算され、電圧ＶａＰから電圧Ｖｂｅ１に基づいた電圧が減算される。

［期間５の動作（Ｖｂｅ１転送モード）］信号Φ１がハイになり、信号Φ２がローになると、定電流ｉ１がＰＮＰ１３に流れ、電圧ＶｂｅＡは電圧Ｖｂｅ１になり、定電流ｉ２がＰＮＰ１４に流れ、電圧ＶｂｅＢは電圧Ｖｂｅ２になる。仮に、ノードＮ２の電圧が０Ｖになっているとする。すると、容量２７の容量値はＣ３であるとすると、容量２７にチャージされる電荷Ｑ３は
Ｑ３＝Ｃ３・（Ｖｂｅ１−０）＝Ｃ３・Ｖｂｅ１・・・（６）
によって算出される。この時、入力容量として、容量２７及び容量３７だけが機能している。なお、電圧Ｖｃが期間４でローであるので、信号Φ１の立ち上がりエッジにより、信号ΦＸＤもローになり（ＰＤＭ出力型温度センサがＶｂｅ１転送モードになり）、インバータ４４により、信号ΦＤはハイになる。よって、信号Φ１・ΦＤはハイになり、信号Φ２・ΦＤはローになる。

［期間６の動作（Ｖｂｅ１転送モード）］信号Φ１がローになり、信号Φ２がハイになると、信号Φ１・ΦＤはローになり、信号Φ２・ΦＤはハイになる。すると、電圧ＶｂｅＡでなくて接地電圧ＶＳＳが容量２７に印加される。仮に、ノードＮ２の電圧が０Ｖになっているとする。すると、容量２７にチャージされる電荷Ｑ３は
Ｑ３＝Ｃ３・０＝０・・・（７）
によって算出される。この時、入力容量として、容量２７及び容量３７だけが機能している。ここで、容量２７での差分電荷は容量２８に転送する。仮に、ノードＮ２の電圧が０Ｖになっているとする。すると、容量２８にチャージされる電荷Ｑ１は
Ｑ１＝Ｃ１・（ＶａＮ−０）＝Ｃ１・ＶａＮ・・・（３）
によって算出される。ここで、式（３）及び式（６）〜（７）より、
Ｃ３・Ｖｂｅ１−０＝Ｃ３・Ｖｂｅ１＝Ｃ１・ＶａＮ・・・（８）
が成立する。よって、
ＶａＮ＝Ｖｂｅ１・Ｃ３／Ｃ１・・・（９）
が成立する。つまり、期間６の電圧ＶａＮは、式（９）の分、期間４の電圧ＶａＮよりも高くなる。また、電圧ＶａＮと反対の動きをするノードＮ６の電圧ＶａＰは
ＶａＰ＝−Ｖｂｅ１・Ｃ３／Ｃ１・・・（９ａ）
によって算出される。つまり、期間６の電圧ＶａＰは、式（９ａ）の分、期間４の電圧ＶａＰよりも低くなる。ここで、電圧ＶａＮはバイアス点を基準にした正の電圧になっていて、電圧ＶａＰはバイアス点を基準にした負の電圧になっているので、電圧Ｖｃはハイである。なお、電圧Ｖｃが期間４でローであるので、信号Φ１の立ち上がりエッジにより、信号ΦＸＤもローになり（ＰＤＭ出力型温度センサがＶｂｅ１転送モードになり）、インバータ４４により、信号ΦＤはハイになる。よって、信号Φ１・ΦＤはローになり、信号Φ２・ΦＤはハイになる。

ここで、期間５〜６において、信号ΦＤがハイになっている時のプラスの電圧Ｖｂｅ１により、電圧ＶａＮがバイアス点よりも高くなり、電圧ＶａＰがバイアス点よりも低くなり、電圧Ｖｃがハイになる。すると、その後、期間１〜４において、信号ΦＤがローになっている時のマイナスの差分電圧ΔＶｂｅにより、電圧ＶａＮがバイアス点よりも低くなり、電圧ＶａＰがバイアス点よりも高くなり、電圧Ｖｃがローになるように、ＰＤＭ出力型温度センサは動作する。つまり、コンパレータ４２の入力端子で電圧ＶａＮから電圧ＶａＰを減算した電圧が０Ｖになるように、ＰＤＭ出力型温度センサは動作する。具体的には、期間６の後に、ＰＤＭ出力型温度センサは電圧ＶａＮを高くして電圧ＶａＰを低くするＶｂｅ１転送モードから電圧ＶａＮを低くして電圧ＶａＰを高くするΔＶｂｅ転送モードになり、電圧Ｖｃがローになるまで、電圧ＶａＮから差分電圧ΔＶｂｅに基づいた電圧が減算され、電圧ＶａＰに差分電圧ΔＶｂｅに基づいた電圧が加算される。

この信号ΦＤのパルス密度がＤであり、Ｃ２／Ｃ１＝Ｇ１とし、Ｃ３／Ｃ１＝Ｇ２とすると、
Ｄ・Ｇ２・Ｖｂｅ１＝（１−Ｄ）・Ｇ１・ΔＶｂｅ・・・（１０）
が成立する。よって、パルス密度Ｄは
Ｄ＝Ｇ１・ΔＶｂｅ／（Ｇ１・ΔＶｂｅ＋Ｇ２・Ｖｂｅ１）・・・（１１）
によって算出される。式（１０）〜（１１）より、温度が低いと、差分電圧ΔＶｂｅも低く、電圧Ｖｂｅ１は高いので、パルス密度Ｄも低くなる。また、温度が高いと、差分電圧ΔＶｂｅも高く、電圧Ｖｂｅ１は低いので、パルス密度Ｄも高くなる。

なお、電圧ＶｂｅＢは、スイッチ１５〜１８により、電圧ＶｂｅＡと反対の動きをする。電圧ＶａＰは、スイッチ２１〜２５及びスイッチ３１〜３５により、電圧ＶａＮと反対の動きをする。

上記のように、例えば、温度Ｔａの時、図３に示すように、パルス密度Ｄは信号Φ１の３周期分の１周期である（Ｄ＝２／６）。

次に、温度Ｔａよりも高い温度Ｔｂの時の、本発明のＰＤＭ出力型温度センサの動作について説明する。図４は、温度Ｔｂの時のタイムチャートである。

［期間１〜２の動作（ΔＶｂｅ転送モード）］温度Ｔｂの時の期間１〜２の動作は、温度Ｔａの時の期間１〜４の動作に対応する。

ここで、温度Ｔｂが温度Ｔａよりも高いので、図２に示すように、温度Ｔｂの時の差分電圧ΔＶｂｅは温度Ｔａの時の差分電圧ΔＶｂｅよりも高くなる。つまり、電圧ＶａＮが速く低くなる。よって、電圧ＶａＮがバイアス点を基準にした負の電圧になるまでに、温度Ｔａの時では、信号Φ１の２周期が必要であったが、温度Ｔｂの時では、信号Φ１の１周期だけが必要になる。電圧ＶａＰも同様である。

［期間３〜４の動作（Ｖｂｅ１転送モード）］温度Ｔｂの時の期間３〜４の動作は、温度Ｔａの時の期間５〜６の動作に対応する。

上記のように、例えば、温度Ｔｂの時、図４に示すように、パルス密度Ｄは信号Φ１の２周期分の１周期である（Ｄ＝３／６）。

次に、温度Ｔｂよりも高い温度Ｔｃの時の、ＰＤＭ出力型温度センサの動作について説明する。図５は、温度Ｔｃの時のタイムチャートである。

［期間１〜２の動作（ΔＶｂｅ転送モード）］温度Ｔｃの時の期間１〜２の動作は、温度Ｔｂの時の期間１〜２の動作に対応する。

［期間３〜６の動作（Ｖｂｅ１転送モード）］温度Ｔｃの時の期間３〜６の動作は、温度Ｔｂの時の期間３〜４の動作に対応する。

ここで、温度Ｔｃが温度Ｔｂよりも高いので、図２に示すように、温度Ｔｃの時の電圧Ｖｂｅ１は温度Ｔｂの時の電圧Ｖｂｅ１よりも低くなる。つまり、電圧ＶａＮが遅く高くなる。よって、電圧ＶａＮがバイアス点を基準にした正の電圧になるまでに、温度Ｔｂの時では、信号Φ１の１周期だけが必要であったが、温度Ｔｃの時では、信号Φ１の２周期が必要になる。電圧ＶａＰも同様である。

上記のように、例えば、温度Ｔｃの時、図５に示すように、パルス密度Ｄは信号Φ１の３周期分の２周期である（Ｄ＝４／６）。

［効果］このようにすると、ＰＤＭ出力型温度センサは基準電圧回路を使用しないので、その分、ＰＤＭ出力型温度センサの面積が小さくなり、ＰＤＭ出力型温度センサの消費電力も少なくなる。

また、ＰＤＭ出力型温度センサは基準電圧回路を使用しないので、基準電圧回路から出力される基準電圧の精度を高めるための回路技術が不要になる。よって、その分、ＰＤＭ出力型温度センサの回路設計が簡単になる。

また、アンプ４１及びコンパレータ４２は、基準電圧に基づいて動作しないので、基準電圧のばらつきに依存しない。

また、第一実施形態は第三実施形態と比較される場合、ノードＮ１とノードＮ２との間のスイッチの数が少ないので、容量２７に対するスイッチングノイズも少なくなり、電圧ＶａＮの精度が高くなる。電圧ＶａＰも同様である。

＜第二実施形態＞
まず、第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサの構成について説明する。図６は、第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサを示すブロック図である。

第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサは、第一実施形態のＰＤＭ出力型温度センサとは回路構成において同一である。第一実施形態のＰＤＭ出力型温度センサとの違いは、スイッチ２２が信号ΦＸＤ＋Φ１・ΦＤによって制御され、スイッチ３２が信号ΦＸＤ＋Φ２・ΦＤによって制御されることである。ここで、信号ΦＸＤ＋Φ１・ΦＤは信号Φ１と信号ΦＤの論理積をとった信号と信号ΦＸＤと論理和をとった信号であり、信号ΦＸＤ＋Φ２・ΦＤは信号Φ２と信号ΦＤの論理積をとった信号と信号ΦＸＤと論理和をとった信号である。

［各スイッチ及びラッチ４３を制御する信号の送受信］ラッチ４３は、スイッチ２１及びスイッチ３１に信号ΦＸＤを送信するだけでなく、スイッチ２２及びスイッチ３２にも信号ΦＸＤを送信する。

次に、第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサの動作について説明する。図７は、第二実施形態の温度Ｔａの時のタイムチャートである。図８は、第二実施形態の温度Ｔｂの時のタイムチャートである。図９は、第二実施形態の温度Ｔｃの時のタイムチャートである。

第一実施形態のＰＤＭ出力型温度センサでは、信号ΦＸＤがハイになり、信号ΦＤがローになり、ΔＶｂｅモードになると、入力容量として容量２６だけが機能する。よって、入力容量の容量値は容量２６の容量値Ｃ２になる。この容量値Ｃ２に基づき、図３〜図５に示すように、電圧ＶａＮは信号Φ１の１周期で電圧（ΔＶｂｅ・Ｃ２／Ｃ１）分低くなる。しかし、第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサでは、ΔＶｂｅモードになると、入力容量として容量２６だけでなくて容量２６〜２７が機能する。よって、入力容量の容量値は容量２６の容量値Ｃ２から容量２６〜２７の合計の容量値（Ｃ２＋Ｃ３）に増える。この容量値（Ｃ２＋Ｃ３）に基づき、図７〜図９に示すように、電圧ＶａＮは信号Φ１の１周期で電圧（ΔＶｂｅ・（Ｃ２＋Ｃ３）／Ｃ１）分低くなる。容量３６についても同様である。

［効果］このようにすると、第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサは、ＰＤＭ出力型温度センサがΔＶｂｅモードになると、入力容量として容量２６だけでなくて容量２６〜２７が機能する。よって、入力容量の容量値は容量２６の容量値Ｃ２から容量２６〜２７の合計の容量値（Ｃ２＋Ｃ３）に増える。よって、その分、容量２６の容量値Ｃ２が小さくても良くなる。

また、第二実施形態のＰＤＭ出力型温度センサは、ノードＮ１とノードＮ２との間のスイッチの数が少ないので、容量２７に対するスイッチングノイズも少なくなり、電圧ＶａＮの精度が高くなる。電圧ＶａＰも同様である。

＜第三実施形態＞
まず、第三実施形態のＰＤＭ出力型温度センサの構成について説明する。図１０は、第三実施形態のＰＤＭ出力型温度センサを示すブロック図である。

［要素］第三実施形態のＰＤＭ出力型温度センサは、第一実施形態と比較すると、スイッチ５３及びスイッチ６３が追加されている。

［要素の接続関係］スイッチ２２とスイッチ５３と容量２７とは、ノードＮ１とノードＮ２との間に順番に設けられる。

スイッチ３２とスイッチ６３と容量３７とは、ノードＮ４とノードＮ５との間に順番に設けられる。

［各スイッチ及びラッチ４３を制御する信号の送受信］発振回路５１は、スイッチ１５とスイッチ１８とスイッチ２２とスイッチ２４とスイッチ３３〜３４とに信号Φ１を送信し、ラッチ４３に信号Φ１を送信し、スイッチ１６〜１７とスイッチ２３とスイッチ２５とスイッチ３２とスイッチ３５とに信号Φ２を送信する。ラッチ４３は、スイッチ２１及びスイッチ３１に信号ΦＸＤを送信する。インバータ４４は、スイッチ５３とスイッチ６３に信号ΦＤを送信する。

次に、ＰＤＭ出力型温度センサの動作について説明する。

第一実施形態では、信号Φ１及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ２２がオンし、ノードＮ１が容量２７に接続する。しかし、第三実施形態では、信号Φ１及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ２２及びスイッチ５３がオンし、ノードＮ１が容量２７に接続する。

第一実施形態では、信号Φ２及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ２３がオンし、接地端子４６が容量２７に接続する。しかし、第三実施形態では、信号Φ２及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ２３及びスイッチ５３がオンし、接地端子４６が容量２７に接続する。

第一実施形態では、信号Φ２及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ３２がオンし、ノードＮ４が容量３７に接続する。しかし、第三実施形態では、信号Φ２及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ３２及びスイッチ６３がオンし、ノードＮ４が容量３７に接続する。

第一実施形態では、信号Φ１及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ３３がオンし、接地端子４６が容量３７に接続する。しかし、第三実施形態では、信号Φ１及び信号ΦＤがハイになると、スイッチ３３及びスイッチ６３がオンし、接地端子４６が容量３７に接続する。

つまり、上記のように、第三実施形態のＰＤＭ出力型温度センサは、第一実施形態と同様に動作する。

［効果］このようにすると、第三実施形態は第一及び第二実施形態と比較される場合、各スイッチを制御する信号と各スイッチとが１対１に対応するので、各スイッチを制御する制御回路が簡単になる。

本発明のＰＤＭ出力型温度センサを示すブロック図である。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの、温度変化に基づいた電圧Ｖｂｅ１〜Ｖｂｅ２及び差分電圧ΔＶｂｅの変化を示す図である。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの温度Ｔａの時のタイムチャートである。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの温度Ｔｂの時のタイムチャートである。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの温度Ｔｃの時のタイムチャートである。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの他の実施形態を示すブロック図である。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの温度Ｔａの時のタイムチャートである。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの温度Ｔｂの時のタイムチャートである。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの温度Ｔｃの時のタイムチャートである。本発明のＰＤＭ出力型温度センサの他の実施形態を示すブロック図である。従来の温度センサを示すブロック図である。

符号の説明

１１〜１２…定電流源
１３〜１４…ＰＮＰ
１５〜１８、２１〜２５、３１〜３５…スイッチ
２６〜２８、３６〜３８…容量
４１…アンプ
４２…コンパレータ
４３…ラッチ
４４…インバータ
４５…電源端子
４６…接地端子
４７…出力端子
５１…発振回路
Ｎ１〜Ｎ８…ノード

Claims

ＰＤＭ出力型温度センサにおいて、
電源端子と第７ノードとの間に設けられる第１定電流源と、
電源端子と第８ノードとの間に設けられる第２定電流源と、
前記第７ノードと第１ノードとの間に設けられる第１スイッチと、
前記第７ノードと第４ノードとの間に設けられる第２スイッチと、
前記第８ノードと前記第１ノードとの間に設けられる第３スイッチと、
前記第８ノードと前記第４ノードとの間に設けられる第４スイッチと、
ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第１ノードに接続される第１ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第４ノードに接続される第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ノードと第２ノードとの間に順番に設けられる第５スイッチ及び第１容量と、
前記第２ノードと第３ノードとの間に設けられる第８スイッチと、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間に順番に設けられる第６スイッチ及び第２容量と、
前記第２ノードと前記第３ノードとの間に順番に設けられる第９スイッチ及び第３容量と、
前記第６スイッチと前記第２容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第７スイッチと、
前記第４ノードと第５ノードとの間に順番に設けられる第１０スイッチ及び第４容量と、
前記第５ノードと第６ノードとの間に設けられる第１３スイッチと、
前記第４ノードと前記第５ノードとの間に順番に設けられる第１１スイッチ及び第５容量と、
前記第５ノードと前記第６ノードとの間に順番に設けられる第１４スイッチ及び第６容量と、
前記第１１スイッチと前記第５容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第１２スイッチと、
非反転入力端子を前記第２ノードに接続され、反転入力端子を前記第５ノードに接続され、非反転出力端子を前記第６ノードに接続され、反転出力端子を前記第３ノードに接続されるアンプと、
非反転入力端子を前記第３ノードに接続され、反転入力端子を前記第６ノードに接続され、出力端子をラッチの入力端子に接続されるコンパレータと、
出力端子をインバータの入力端子に接続される前記ラッチと、
出力端子をＰＤＭ出力型温度センサの出力端子に接続される前記インバータと、
各スイッチ及び前記ラッチを制御する発振回路と、
を備えることを特徴とするＰＤＭ出力型温度センサ。
前記発振回路は、前記第１スイッチと前記第４スイッチと前記第６スイッチと前記第８スイッチと前記第１２スイッチと前記第１３スイッチと前記ラッチとに第１信号を送信し、前記第２スイッチと前記第３スイッチと前記第７スイッチと前記第９スイッチと前記第１１スイッチと前記第１４スイッチとに第２信号を送信し、
前記ラッチは、前記第５スイッチ及び前記第１０スイッチに第３信号を送信し、
前記インバータは、前記第６スイッチと前記第７スイッチと前記第１１スイッチと前記第１２スイッチとに第４信号を送信する、
ことを特徴とする請求項１記載のＰＤＭ出力型温度センサ。
前記発振回路は、前記第１スイッチと前記第４スイッチと前記第６スイッチと前記第８スイッチと前記第１２スイッチと前記第１３スイッチと前記ラッチとに第１信号を送信し、前記第２スイッチと前記第３スイッチと前記第７スイッチと前記第９スイッチと前記第１１スイッチと前記第１４スイッチとに第２信号を送信し、
前記ラッチは、前記第５スイッチと前記第６スイッチと前記第１０スイッチと前記第１１スイッチとに第３信号を送信し、
前記インバータは、前記第６スイッチと前記第７スイッチと前記第１１スイッチと前記第１２スイッチとに第４信号を送信する、
ことを特徴とする請求項１記載のＰＤＭ出力型温度センサ。
ＰＤＭ出力型温度センサにおいて、
電源端子と第７ノードとの間に設けられる第１定電流源と、
電源端子と第８ノードとの間に設けられる第２定電流源と、
前記第７ノードと第１ノードとの間に設けられる第１スイッチと、
前記第７ノードと第４ノードとの間に設けられる第２スイッチと、
前記第８ノードと前記第１ノードとの間に設けられる第３スイッチと、
前記第８ノードと前記第４ノードとの間に設けられる第４スイッチと、
ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第１ノードに接続される第１ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
ベース及びコレクタを接地端子に接続され、エミッタを前記第４ノードに接続される第２ＰＮＰバイポーラトランジスタと、
前記第１ノードと第２ノードとの間に順番に設けられる第５スイッチ及び第１容量と、
前記第２ノードと第３ノードとの間に設けられる第８スイッチと、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間に順番に設けられる第６スイッチと第１５スイッチと第２容量と、
前記第２ノードと前記第３ノードとの間に順番に設けられる第９スイッチ及び第３容量と、
前記第６スイッチと前記第２容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第７スイッチと、
前記第４ノードと第５ノードとの間に順番に設けられる第１０スイッチ及び第４容量と、
前記第５ノードと第６ノードとの間に設けられる第１３スイッチと、
前記第４ノードと前記第５ノードとの間に順番に設けられる第１１スイッチと第１６スイッチと第５容量と、
前記第５ノードと前記第６ノードとの間に順番に設けられる第１４スイッチ及び第６容量と、
前記第１１スイッチと前記第５容量との接続点と、接地端子と、の間に設けられる第１２スイッチと、
非反転入力端子を前記第２ノードに接続され、反転入力端子を前記第５ノードに接続され、非反転出力端子を前記第６ノードに接続され、反転出力端子を前記第３ノードに接続されるアンプと、
非反転入力端子を前記第３ノードに接続され、反転入力端子を前記第６ノードに接続され、出力端子をラッチの入力端子に接続されるコンパレータと、
出力端子をインバータの入力端子に接続される前記ラッチと、
出力端子をＰＤＭ出力型温度センサの出力端子に接続される前記インバータと、
各スイッチ及び前記ラッチを制御する発振回路と、
を備えることを特徴とするＰＤＭ出力型温度センサ。
前記発振回路は、前記第１スイッチと前記第４スイッチと前記第６スイッチと前記第８スイッチと前記第１２スイッチと前記第１３スイッチと前記前記ラッチとに第１信号を送信し、前記第２スイッチと前記第３スイッチと前記第７スイッチと前記第９スイッチと前記第１１スイッチと前記第１４スイッチとに第２信号を送信し、
前記ラッチは、前記第５スイッチ及び前記第１０スイッチに第３信号を送信し、
前記インバータは、前記第１５スイッチと前記第１６スイッチに第４信号を送信する、
ことを特徴とする請求項４記載のＰＤＭ出力型温度センサ。