JP5591294B2 - 温度情報出力装置及びこれを含むメモリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度情報出力装置（Ｏｎ Ｄｉｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｅｎｓｏｒ）及び温度情報出力装置の温度情報出力方法、これを備えるメモリ装置に関し、より詳しくは、温度情報出力装置の温度感知領域を増やすためのものに関する。

温度情報出力装置ＯＤＴＳは、様々な半導体装置などにおいて、温度を測定するために使用されるが、温度情報出力装置が半導体装置の１つであるメモリ装置ＤＲＡＭにどのように応用されているのかを説明する。

メモリ装置のセルは、スイッチの役割を果たすトランジスタと、電荷（データ）を格納するキャパシタとから構成されている。メモリセル内のキャパシタに電荷があるか否かによって、すなわち、キャパシタの端子電圧が高いか否かによってデータの「ハイ（論理１）」又は「ロー（論理０）」に区分される。

データの保管は、キャパシタに電荷が蓄積された形になっているため、原理的には電力の消費がない。しかし、ＭＯＳトランジスタのＰＮ結合などによる漏れ電流があり、格納された初期の電荷量が消滅するため、データが消失し得る。これを防止するために、データを失う前にメモリセル内のデータを読み出し、その読み出した情報に合せて更に正常な電荷量を再充電しなければならない。

この動作を周期的に繰り返してこそデータの記憶が維持される。このようなセル電荷の再充電過程をリフレッシュ動作と呼び、このようなリフレッシュ動作の必要に応じて、メモリ装置ではリフレッシュ電力が消費される。より低電力が要求されるバッテリー稼動システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）において、電力の消費を低減することは極めて重要、かつ、重大な問題である。

リフレッシュに必要な電力の消費を低減するための試みの１つが、リフレッシュ周期を温度に応じて変化させることである。メモリ装置におけるデータ保有タイムは、温度が低くなるほど長くなる。したがって、温度領域をいくつかの領域に分割し、低い温度領域ではリフレッシュクロックの周波数を相対的に下げれば、電力の消費は低減するに違いない。したがって、メモリ装置内部の温度を正確に感知し、その感知した温度の情報を出力できる装置が必要となる。

図１は、従来の温度情報出力装置の概念を説明するためのブロック図である。

同図に示すように、従来の温度情報出力装置は、大別して、バンドギャップ部１０とアナログ・デジタル変換部２０とから構成されている。

具体的には、バンドギャップ部１０は、温度や電源電圧の影響を受けないバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）回路のうち、バイポーラトランジスタＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のベース・エミッタ電圧ＶＢＥの変化が約−１．８ｍＶ／℃であることを利用して温度を感知する。また、微細に変動するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧ＶＢＥを増幅することにより、温度に一対一で対応する第１の電圧ＶＴＥＭＰを出力する。すなわち、温度が高いほど、低くなるバイポーラトランジスタＢＪＴのベース・エミッタ電圧ＶＢＥを出力する。

アナログ・デジタル変換部（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）２０は、バンドギャップ部１０から出力された第１の電圧ＶＴＥＭＰをデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥに変換して出力するが、一般的に、追跡型アナログ・デジタル変換部（Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）が多く利用されている。

追跡型アナログ・デジタル変換部は、追跡型アナログ・デジタル変換部内部の第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを用いて第１の電圧ＶＴＥＭＰを追跡し、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを生成するが、その過程について簡略に説明する。まず、第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとの大きさを比較し、その比較結果にしたがってデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを増加又は減少させる。このとき、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの大きさもデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥと共に増加又は減少させ、増加又は減少させた第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを更に第１の電圧ＶＴＥＭＰと比較する。上記のような方法を繰り返すと、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴは、第１の電圧ＶＴＥＭＰを追跡することになり、第１の電圧ＶＴＥＭＰに該当するデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが生成される。

整理すると、バンドギャップ部１０で温度情報を有する第１の電圧ＶＴＥＭＰを出力すると、アナログ・デジタル変換部２０で第１の電圧ＶＴＥＭＰを温度情報を有するデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥに変換して出力する。

温度情報出力装置が、広い範囲の温度に対して感知することができると、温度情報出力装置を利用するメモリ装置のパワー管理（ｐｏｗｅｒ ｍａｎａｇｅ）やシステム管理（ｓｙｓｔｅｍ ｍａｎａｇｅ）の側面は更に良くなる。これは、広い範囲に対するメモリ装置の温度情報がわかるため、各温度によって精密な管理（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍａｎａｇｉｎｇ）が可能なためである。

特開２００６−１３３２２８号公報

しかしながら、温度情報出力装置が広い範囲の温度をカバーしようとすれば、追加情報を出力するための回路の増加によるダイ（Ｄｉｅ）面積の増加とパワーの消費とを伴うようになるという問題がある。

本発明は、上記した従来の技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度情報出力装置の面積を増やさなくとも動作可能な温度範囲を増やすことにある。

そこで、上記の目的を達成するための本発明は、温度情報出力装置（Ｏｎ Ｄｉｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｅｎｓｏｒ）が温度区間によって異なる解像度を有するようにする。すなわち、温度情報が重要な区間では、微細な温度変化を感知し、温度情報が重要でない区間では、温度変化の感知を鈍感にすることにより、全体的に温度情報出力装置の動作可能な温度範囲を増やすことを主な内容とする。

温度情報出力装置は、各種半導体装置に利用されるが、温度情報出力装置を利用する半導体装置は、全ての温度区間で正確な温度情報を要求するものではなく、各々の温度区間ごとに要求される温度の正確度が異なる。これと関連し、温度情報出力装置を利用するメモリ装置の場合について説明する。

図２は、メモリ装置が要求する温度情報の正確度を各温度区間別に示したグラフである。

メモリ装置の温度区間は、アクティブ区間（Ａｃｔｉｖｅ Ｒａｎｇｅ）、モニタ区間（Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｒａｎｇｅ）、及びデバイスオペレーション区間（Ｄｅｖｉｃｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｒａｎｇｅ）に分けられ、各温度区間は、それぞれ異なる正確度の温度情報を要求する。

メモリ装置は、温度が高い（ｈｏｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）区間では、セルのデータ保持（ｃｅｌｌ ｄａｔａ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）を維持するために、リフレッシュ周期を温度に応じて適切に制御することが重要である。したがって、温度が高い区間に該当するアクティブ区間（Ａｃｔｉｖｅ Ｒａｎｇｅ、７５℃〜９５℃）では、精密な温度の測定を必要とするため、高い解像度及び正確度が必要である。（誤差３℃〜５℃の範囲）
それに対し、アクティブ区間（Ａｃｔｉｖｅ Ｒａｎｇｅ、７５℃〜９５℃の範囲）を除いたモニタ区間（Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｒａｎｇｅ、４０℃〜７５℃の範囲、９５℃〜）は、アクティブ区間より相対的に緩い解像度及び正確度を有してもよい。また、それ以外の範囲であるデバイスオペレーションレンジ（Ｄｅｖｉｃｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｒａｎｇｅ）では、それより更に低い解像度を有してもよい。

メモリ装置が温度区間によって上記のような解像度を有してもよい理由は、次のとおりである。ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ ＪＥＤＥＣ ｓｐｅｃでは、普通、温度区間（ｎｏｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ）を０℃〜８５℃の範囲に規定し、拡張温度区間（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ）を０℃〜９５℃の範囲に規定する。そのため、９５℃以上の温度では、安定した動作を保障（ｇｕａｒａｎｔｅｅ）する必要性が減る。また、７５℃以下の温度におけるメモリ装置の温度測定の目的は、リフレッシュ周期の調整によるセルのデータ保持（ｃｅｌｌ ｄａｔａ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）ではなく、リフレッシュ動作を減らすことによって待機状態（ｓｔａｎｄｂｙ）の電流を減らすことが目的であるためである。

したがって、温度情報出力装置が全ての温度範囲で正確な温度情報を出力する必要はなく、温度区間ごとに出力される温度情報の解像度が異なってもよい。

本発明に係る温度情報出力装置は、温度を感知し、当該温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、前記第１の電圧を受信して、温度情報を有するデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを出力し、当該デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが、温度区間別に異なる解像度を有することを特徴とするアナログ・デジタル変換部とを備える。

さらに、温度情報出力装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、前記第１の電圧と第２の電圧とを比較して、前記デジタルコードと前記第２の電圧とを加減する追跡方式で前記デジタルコードを生成し、温度区間別に前記第２の電圧の加減の幅が異なることを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較して、増加信号又は減少信号を出力する電圧比較部と、前記増加信号又は減少信号に応答して前記デジタルコードを出力し、当該デジタルコードをデコードした調整コードを出力するコード生成部と、前記調整コードに対応する前記第２の電圧を生成する第２の電圧生成部とを備え、温度区間による前記第２の電圧の傾きが前記調整コードによって異なることを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、電圧比較部の増加信号又は減少信号をフィルタリングしてコード生成部に伝達するローパスフィルタ部を更に備えることを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記第２の電圧生成部が、第１のノードと、前記調整コードのうち、自体に該当するコードを受信して、前記第１のノードをプルダウン駆動し、前記自体に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有するプルダウン駆動部と、前記第１のノードと電流ミラーを形成する第２のノードとを備え、前記第２の電圧が、第１のノードに流れる電流量によって第２のノードから出力されることを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記プルダウン駆動部が、前記自体に該当する調整コードを自体のゲートに受信してスイッチの役割を果たすスイッチトランジスタと、該スイッチトランジスタに直列に接続され、第１のバイアス電圧を自体のゲートに受信して、前記第１のノードの電流を漏洩する電流シンクトランジスタとを備え、前記電流シンクトランジスタが、前記プルダウン駆動部の属する温度区間によって異なる幅を有することを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記コード生成部が、前記増加信号又は減少信号をカウントして、前記デジタルコードを生成するアップダウンカウンタ部と、バイナリコードである前記デジタルコードをデコードし、当該デジタルコードの表す数字の分「ハイレベル」信号を有する前記調整コードを生成するデコーダ部とを備えることを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、前記温度情報出力装置が利用されるシステムで要求される温度情報の正確度が高くなければならない区間であるほど、前記第２の電圧の加減の幅が小さくなることを特徴とする。

さらに、温度情報出力装置は、前記バンドギャップ部が、前記第２の電圧の限界値を設定するための最大変動電圧及び最小変動電圧を発生し、該最大変動電圧及び最小変動電圧が、前記第２の電圧の生成に用いられるバイアス電圧の形成に使用されることを特徴とする。

また、本発明に係る温度情報出力装置を備えるメモリ装置は、メモリ装置の温度を感知して温度情報を含むデジタルコードを出力し、前記デジタルコードが、温度区間別に異なる解像度を有することを特徴とする温度情報出力装置と、前記デジタルコードを受信して、メモリ装置内において必要な形に変換して出力する信号変換部と、当該信号変換部から出力された信号に応じてメモリ装置のセルフリフレッシュ周期を制御するセルフリフレッシュオシレータ部とを備える。

さらに、メモリ装置は、前記温度情報出力装置が、前記メモリ装置の温度を感知し、当該温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、前記第１の電圧を受信して温度情報を有するデジタルコードを出力し、前記デジタルコードが、温度区間別に異なる解像度を有することを特徴とするアナログ・デジタル変換部とを備えることを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、前記第１の電圧と第２の電圧とを比較して、前記デジタルコードと前記第２の電圧とを加減する追跡方式で前記デジタルコードを生成し、温度区間別に前記第２の電圧の加減の幅が異なることを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較して、増加信号又は減少信号を出力する電圧比較部と、前記増加信号又は前記減少信号に応答して前記デジタルコードを出力し、当該デジタルコードをデコードした調整コードを出力するコード生成部と、前記調整コードに対応する前記第２の電圧を生成し、温度区間によって前記調整コードに対応する前記第２の電圧の幅が異なることを特徴とする第２の電圧生成部とを備えることを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、アナログ・デジタル変換部が、電圧比較部の増加信号又は減少信号をフィルタリングしてコード生成部に伝達するローパスフィルタ部を更に備えることを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記第２の電圧生成部が、前記調整コードのうち、自体に該当するコードを受信して第１のノードをプルダウン駆動し、前記自体に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有するプルダウン駆動部と、前記第１のノードと電流ミラーを形成し、流れる電流量による第２の電圧を出力する第２のノードとを備えることを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記プルダウン駆動部が、前記自体に該当するコードを自体のゲートに受信してスイッチの役割を果たすトランジスタと、該スイッチの役割を果たすトランジスタに直列に接続され、バイアス電圧を自体のゲートに受信して前記第１のノードの電流を漏洩する電流シンクトランジスタとを備え、前記電流シンクトランジスタが、前記プルダウン駆動部の属する温度区間によって異なる幅を有することを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記コード生成部が、前記増加信号又は前記減少信号をカウントして、前記デジタルコードを生成するアップダウンカウンタ部と、バイナリコードである前記デジタルコードをデコードして、当該デジタルコードが表す数字の分「ハイレベル」信号を有する前記調整コードを生成するデコーダ部とを備えることを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記アナログ・デジタル変換部が、前記メモリ装置が要求する温度情報の正確度が高くなければならない区間の順（アクティブレンジ、モニタレンジ、デバイスオペレーションレンジの順）に前記第２の電圧の加減の幅が小さいことを特徴とする。

さらに、メモリ装置は、前記信号変換部が、前記デジタルコードを受信して各々の温度を基準としてアクティブになるフラグ信号を生成することを特徴とし、前記セルフリフレッシュオシレータ部が、前記フラグ信号により区分される区間別にセルフリフレッシュ周期を調整することを特徴とする。

従来の温度情報出力装置の概念を説明するためのブロック図である。 メモリ装置が要求する温度情報の正確度を各温度区間別に示したグラフである。 本発明に係る温度情報出力装置及びこれを備えるメモリ装置の一実施形態の構成図である。 図３の第２の電圧生成部２４０の一実施形態の構成図である。 図４の第２の電圧生成部から出力される第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを示したグラフである。 最大変動電圧ＶＵＬＩＭＩＴと最小変動電圧ＶＬＬＩＭＩＴとに応じてバイアス電圧ＢＩＡＳ１、ＢＩＡＳが生成されることを説明するための図である。 信号変換部３００から生成されるフラグ信号ＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞を説明するための図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態を更に詳細に説明する。

図３は、本発明に係る温度情報出力装置及びこれを含むメモリ装置の一実施形態の構成図である。

同図に示すように、メモリ装置は、信号変換部３００、セルフリフレッシュオシレータ４００、及び温度情報出力装置５００を備える。温度情報出力装置５００は、温度情報を有するデジタルコードを出力するためにメモリ装置の温度を感知する。信号変換部３００は、フラグ信号グループＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞（Ｍは整数）を出力するために、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをメモリ装置において必要な形に変換する。セルフリフレッシュオシレータ部４００は、フラグ信号グループＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞に応じてメモリ装置のセルフリフレッシュ周期を調整する。

更に詳細には、温度情報出力装置５００は、バンドギャップ部１００及びアナログ・デジタル変換部２００を備える。バンドギャップ部１００は、感知された温度に対応する第１の電圧ＶＴＥＭＰを出力するために、メモリ装置の温度を感知する。アナログ・デジタル変換部２００は、各々の温度区間によって異なる解像度を有するデジタルコードを出力する。

温度情報出力装置５００について説明すると、バンドギャップ部１００は、従来の技術において詳述したように、温度に一対一で対応する第１の電圧ＶＴＥＭＰを出力する。具体的には、バンドギャップ部１００は、温度や電源電圧に影響されないバンドギャップ回路のうち、バイポーラトランジスタＢＪＴのベース・エミッタ電圧ＶＢＥの変化が約−１．８ｍＶ／℃であることを利用することによって温度を感知する。また、微細に変動するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧ＶＢＥを増幅することにより、温度に対応する第１の電圧ＶＴＥＭＰを出力する。また、バンドギャップ部１００は、それぞれ温度変動に関係なく、一定の電位を有する、最大変動電圧と最小変動電圧、ＶＵＬＩＭＩＴとＶＬＬＩＭＩＴを出力する。

アナログ・デジタル変換部２００は、アナログ形の第１の電圧ＶＴＥＭＰをデジタル形のデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥに変換して出力するが、第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較し、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを加減する追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式でデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを生成する。このとき、温度区間別に第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの加減幅が異なることを特徴とし、このような特徴は、温度区間によって温度情報出力装置５００から出力される温度情報（すなわち、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥ）の解像度が異なるようにする。

アナログ・デジタル変換部２００は、電圧比較部２１０、ローパスフィルタ部２２０、コード生成部２３０、及び第２の電圧生成部２４０を備えて構成される。

電圧比較部２１０は、第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較し、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを増加させるアップ信号ＵＰ、又はデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを減少させるダウン信号ＤＯＷＮを出力する。

ローパスフィルタ部２２０は、電圧比較部２１０のアップ信号ＵＰ又はダウン信号ＤＯＷＮをコード生成部２３０に伝達する役割を果たす。ローパスフィルタ部２２０は、速やかに変わる信号を無視し、緩やかな変化を有する信号のみを出力する役割を果たす。すなわち、外部ノイズに対する影響を最小化する目的で利用される。このようなローパスフィルタ部２２０は、単にノイズを除去するために備えられるものであるため、必要に応じてローパスフィルタ部２２０を除去してコード生成部への伝達を行うこともできる。

コード生成部２３０は、アップ信号ＵＰ又はダウン信号ＤＯＷＮを受信して温度情報出力装置１００、２００の出力となるデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを出力し、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成するために、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをデコードした調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞を出力する。

コード生成部２３０は、アップダウンカウンタ部２３１とデコーダ部２３２とを備えて構成される。アップダウンカウンタ部２３１は、増加信号ＵＰ又は減少信号ＤＯＷＮをカウントし、内部に予め設定されたデジタル値を増加又は減少させてデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを生成する。デコーダ部２３２は、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成し易い形のコードにデコードするために備えられる。すなわち、バイナリ（ｂｉｎａｒｙ）コードであるデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをデコードしてデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが表す数字の分の「ハイ」信号を有する調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞を出力する。

第２の電圧生成部２４０は、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞を受信して調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞に対応する第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成する。このとき、従来とは異なり、温度区間によって調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞に対応する第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの傾きが異なることを特徴とする。すなわち、解像度が高くなければならない温度区間では、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞が１つ異なるとき（デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが１つ異なるとき）、これに対応する第２の電圧ＤＡＣＯＵＴ値は少しだけ変化し、解像度が低くてもよい温度区間では、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞が１つ異なるとき、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴ値は更に大きく変化する。第２の電圧生成部２４０は、本発明の核心となる部分であり、これについての詳細な説明は、図４と共に後述する。

バンドギャップ部１００から出力される最大変動電圧ＶＵＬＩＭＩＴ及び最小変動電圧ＶＬＬＩＭＩＴは、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが有する最大及び最小の限界値を設定する。具体的には、最大変動電圧ＶＵＬＩＭＩＴ及び最小変動電圧ＶＬＬＩＭＩＴは、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの生成に用いられるバイアス電圧の形成に利用されるが、これについての説明は、図６と共に後述する。

温度情報出力装置５００の全体動作を説明すると、電圧比較部２１０は、比較結果によってアップ信号ＵＰとダウン信号ＤＯＷＮとを出力するために、第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較する。コード生成部２３０では、アップ信号ＵＰとダウン信号ＤＯＷＮとによってデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥと調整コードＳＷ＜０：Ｎ＞とを加減する。第２の電圧生成部２４０は、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞を用いて調整することにより、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを出力する。加減された第２の電圧ＤＡＣＯＵＴは、第１の電圧ＶＴＥＭＰと繰り返し的に比較される。第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを再度第１の電圧ＶＴＥＭＰと比較して上述した過程を繰り返す。このような過程を繰り返すと、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴは第１の電圧ＶＴＥＭＰを追跡するようになり、結果的に、第１の電圧ＶＴＥＭＰに相応するデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが出力される。（アナログ・デジタル変換する。）

クロック信号ＣＬＫにしたがって動作順序を定義すると、電圧比較部２１０がクロック信号ＣＬＫに応答して第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較すると、クロック信号ＣＬＫを一定時間（例えば、３回比較する時間）遅延させて発生させる第１のクロック遅延信号Ｄ＿ＣＬＫ＿１に応答してローパスフィルタ部２２０を動作させる。同様に、第１のクロック遅延信号Ｄ＿ＣＬＫ＿１を一定時間（例えば、ローパスフィルタ部２２０の動作時間の分）遅延させた第２のクロック遅延信号Ｄ＿ＣＬＫ＿２に応答してアップダウンカウンタ部２３１を動作させる。ここで、クロック信号ＣＬＫは、外部コントロール回路から出力される信号である。

上記のように、本発明のメモリ装置は、当該メモリ装置の温度を測定するための前述した温度情報出力装置５００と、当該温度情報出力装置５００から出力されるデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをメモリ装置で必要な形に変換して出力する信号変換部３００と、当該信号変換部３００から出力された信号（ＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞）に応じてメモリ装置のセルフリフレッシュ周期を制御するセルフリフレッシュオシレ−タ４００とを備えて構成される。信号変換部３００では、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをフラグ信号（ＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞）の形に転換して出力するが、これは、図７と共に後述する。

図４は図３の第２の電圧生成部２４０の一実施形態の構成図である。

同図に示すように、第２の電圧生成部２４０は、調整コードＳＷ＜０：Ｎ＞のうち、自体に該当するコードを受信して第１のノードＮＯＤＥ１をプルダウン駆動し、自体に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有するプルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）、及び第１のノードＮＯＤＥ１と電流ミラー４５０を形成して流れる電流量による第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを出力する第２のノードＮＯＤＥ２を備えて構成される。前記電流ミラー４５０は、第１のバイアス電圧ＢＩＡＳ１に応答してイネーブルされる。

プルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）は、調整コードグループＳＷ＜０：Ｍ＞のうち、自体に該当するコードを自体のゲートで受信してスイッチ動作を行うスイッチトランジスタ及びスイッチトランジスタに直列に接続され、第２のバイアス電圧ＢＩＡＳを自体のゲートに受信して第１のノードＮＯＤＥ１の電流を漏洩する電流シンクトランジスタを備え、電流シンクトランジスタは、前記プルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）の属する温度区間によって異なる幅を有することを特徴とする。

その動作を説明すると、第１のノードＮＯＤＥ１に流れる電流は、プルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）によって制御され、多くのプルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）が作動するほど第１のノードＮＯＤＥ１に流れる電流量は多くなる。

プルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）は、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞のうち、自体に該当するコードを１つずつ受信して動作する。第１のプルダウン駆動部４１０は、第１のコードセット、例えば、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞のうち、第１の調整コードないし第（Ａ＋１）の調整コードＳＷ＜０＞ないしＳＷ＜ａ＞を受信してデバイスオペレーション区間（ｄｅｖｉｃｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ）において動作する。第２のプルダウン駆動部４２０は、第２のコードセット、例えば、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞のうち、第（Ａ＋２）の調整コードないし第（Ｂ＋１）の調整コードＳＷ＜Ａ＋１＞ないしＳＷ＜Ｂ＞を受信してモニタ区間（ｍｏｎｉｔｏｒ ｒａｎｇｅ）において動作する。第３のプルダウン駆動部４３０は、第３のコードセット、例えば、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞のうち、第（Ｂ＋２）の調整コードないし第（Ｃ＋１）の調整コードＳＷ＜Ｂ＋１＞ないしＳＷ＜Ｃ＞を受信してアクティブ区間（ａｃｔｉｖｅ ｒａｎｇｅ）において動作する。第４のプルダウン駆動部４４０は、第４のコードセット、例えば、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞のうち、第（Ｃ＋２）の調整コードないし第（Ｎ＋１）の調整コードＳＷ＜Ｃ＋１＞ないしＳＷ＜Ｎ＞を受信してオーバアクティブ区間（ｏｖｅｒ ａｃｔｉｖｅ ｒａｎｇｅ）において動作する。各区間別にプルダウン駆動部（４１０、４２０、４３０、４４０）内の電流シンクトランジスタのプルダウン駆動能力（電流漏れ能力）に差がある。解像度が最も高くなければならない区間であるアクティブ区間４３０（ａｃｔｉｖｅ ｒａｎｇｅ）の電流漏れ能力がＸ１であれば、他の区間は、図面に示すように、Ｘ６、Ｘ６、Ｘ３などの電流漏れ能力を有している。（これは、電流シンクトランジスタの幅で調整する。）

したがって、調整コードＳＷ＜０：Ｎ＞によって変わる第１のノードＮＯＤＥ１に流れる電流の変化量は、どの区間のコードが変わるかによって異なる。すなわち、アクティブ区間の第３のコードセット、例えば、（Ｃ＋２）ないし（Ｃ＋１）番目の調整コードＳＷ ＜Ｂ＋１＞ないしＳＷ＜Ｃ＞が変わると、第１のノードＮＯＤＥ１に流れる電流量は少しだけ変わるが、デバイスオペレーション区間の第１のコードセット、例えば、第１の調整コードないし（Ａ＋１）の調整コードＳＷ＜０＞ないしＳＷ＜Ａ＞が変わると、第１のノードＮＯＤＥ１に流れる電流量は大きく変わることになる。

第１のノードＮＯＤＥ１と第２のノードＮＯＤＥ２とは、電流ミラー４５０を形成しており、第１のノードＮＯＤＥ１に流れる電流量が変わると、第２のノードＮＯＤＥ２に流れる電流量もこれにしたがって変わる。また、第２のノードＮＯＤＥ２に流れる電流量によって第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが決定されるため、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞の変化によって第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが変わることになる。

すなわち、調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞の値によって第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが生成されるが、どの温度区間の調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞が変わるかによってコードが１つ変わるときに第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの大きさの変わり方が異なる。これは、温度区間が存在せず、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの変動幅が一定していた従来の第２の電圧生成部とは異なる点である。

上述したように第２の電圧生成部を構成すれば、それぞれのデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥに対応する第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの傾きが温度区間別に異なる。したがって、温度区間別にデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが１ビット変わるたびに表われる温度の幅が異なり、これは、つまり、温度情報出力装置の解像度が温度区間ごとに異なることを意味する。

プルダウン駆動部のプルダウン駆動能力は、上述したように、トランジスタの幅を互いに異なるように実現することもできるが、電流シンクトランジスタに加えられるバイアス電圧のレベルを温度区間別に異なるようにするなど、他の様々な方法で実現することもできる。

図５は、第１の電圧ＶＴＥＭＰ（第２の電圧ＤＡＣＯＵＴ）と、各温度区間に対応するデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥ値との関係を示したグラフである。

グラフをみると、温度の高まりにつれて出力される第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの傾きは、温度区間によって異なることが確認でき、これは、つまり、温度情報出力装置の解像度が区間ごとに異なることを表わす。

デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥの解像度を温度区間によって異なるよう設定することが可能になると、解像度が高くなくてもよい温度区間では、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの傾きを大きく設定することが可能である。したがって、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが第１の電圧ＶＴＥＭＰをカバーする追跡範囲が広くなり得る。すなわち、温度情報出力装置が動作可能な温度範囲が広くなる。

図６は、最大変動電圧ＶＵＬＩＭＩＴと最小変動電圧ＶＬＬＩＭＩＴとによって、バイアス電圧ＢＩＡＳ１、ＢＩＡＳを生成する上位リミッタ及び下位リミッタを説明するための図である。

同図に示すように、下位リミッタは、第１のバイアス電圧ＢＩＡＳ１の電位レベルに応答して第３のノードＮＯＤＥ３の電位レベルを変動させる第１の電流ミラー６１０と、第３のノードＮＯＤＥ３の電位と最小変動電圧ＶＬＬＩＭＩＴの電位レベルとを比較し、その値に応じて第１のバイアス電圧ＢＩＡＳ１のレベルを変動する第１の比較器６２０とを備える。したがって、下位リミッタは、第１のバイアス電圧ＢＩＡＳ１を調整して出力することができる。

また、上位リミッタは、第２のバイアス電圧ＢＩＡＳの電位レベルに応答して第４のノードＮＯＤＥ４の電位レベルを変動させる第２の電流ミラー６３０と、第４のノードＮＯＤＥ４の電位と最大変動電圧ＶＵＬＩＭＩＴの電位レベルとを比較し、その値に応じて第２のバイアス電圧ＢＩＡＳのレベルを変動する第２の比較器６４０とを備える。したがって、上位リミッタは、第２のバイアス電圧ＢＩＡＳを調整して出力することができる。

上述したように生成された第１のバイアス電圧ＢＩＡＳ１及び第２のバイアス電圧ＢＩＡＳは、図４の第２の電圧生成部２４０に入力されて、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの生成において、バイアスのための電圧として用いられ、これにより、第２の電圧生成部２４０は、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの最大値と最小値とを定義する最小変動電圧ＶＬＬＩＭＩＴ及び最大変動電圧ＶＵＬＩＭＩＴを出力する。

図７は、信号変換部３００から生成されるフラグ信号ＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞を説明するための図である。

信号変換部３００では、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをフラグ信号ＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞に変換して出力する。同図に示すように、フラグ信号ＴＲＩＰ＿ＰＯＩＮＴ＿ＦＬＡＧ＜０：Ｍ＞が第１のプラグ信号ないし第３のプラグ信号ＴＥＭＰＡ、ＴＥＭＰＢ、ＴＥＭＰＣで構成されているものと仮定して説明する。第１のプラグ信号ないし第３のプラグ信号ＴＥＭＰＡ、ＴＥＭＰＢ、及びＴＥＭＰＣ信号は、それぞれ一定温度においてアクティブになる信号である。温度が最も低いところで高まり始めると、最も低い温度を感知する第１のプラグ信号ＴＥＭＰＡが「ハイレベル」となる。温度が更に高まると、第２のプラグ信号ＴＥＭＰＢも「ハイレベル」となり、温度が高まり続けると、第３のプラグ信号ＴＥＭＰＣも「ハイレベル」となる。

信号変換部３００では、デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを第１のプラグ信号ないし第３のプラグ信号ＴＥＭＰＡ、ＴＥＭＰＢ、及びＴＥＭＰＣのようなフラグ信号に変換して出力し、これは、セルフリフレッシュオシレータ４００に伝達される。セルフリフレッシュオシレータ４００は、第１のプラグ信号ないし第３のプラグ信号ＴＥＭＰＡ、ＴＥＭＰＢ、及びＴＥＭＰＣのようなフラグ信号が表す温度区間にしたがって、メモリ装置のセルフリフレッシュ周期を調整するようになる。

更に、図２及び図３を参照して本発明に係る温度情報出力装置の温度情報出力方法について説明する。

本発明に係る温度情報出力装置の温度情報出力方法は、温度を感知し、当該温度に対応する第１の電圧ＶＴＥＭＰを出力するステップと、前記第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較するステップと、前記比較結果に基づいてデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを加減するステップと、前記デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥにしたがって変化する前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成するステップとを含み、前記デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥにしたがって変化する前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの変化幅は、温度区間別に異なることを特徴とする。

また、前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの変化幅は、温度情報出力装置が利用されるシステムにおいて要求される温度情報の正確度が高くなければならない区間であるほど、小さいことを特徴とする。

詳しくは、前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成するステップは、バイナリコードである前記デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥをデコードして、前記デジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥが表す数字の分の「ハイレベル」信号を有する調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞を生成するステップと、前記調整コードグループＳＷ＜０：Ｎ＞を用いて前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが生成されるノード（図４のＮＯＤＥ２）に流れる電流量を調整して、前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成するステップとを含む。

また、前記第１の電圧ＶＴＥＭＰと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較してデジタルコードＤＩＧＩＴＡＬ＿ＣＯＤＥを加減し、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを生成するステップは、数回繰り返されて、前記第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが前記第１の電圧ＶＴＥＭＰを追跡することを特徴とする。

上述した本発明は、温度区間別に温度情報出力装置の解像度が異なるよう設定できるという長所がある。したがって、温度情報出力装置の面積を増やさなくとも動作可能な温度範囲を増やすことが可能になる。

また、従来と同様に温度範囲をカバーする場合には、温度情報出力装置の面積を減らすことも可能であるという効果がある。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

１００ バンドギャップ部
２００ アナログ・デジタル変換部
２１０ 電圧比較部
２２０ ローパスフィルタ部
２３０ コード生成部
２３１ アップダウンカウンタ部
２３２ デコーダ部
３００ 信号変換部
４００ セルフリフレッシュオシレータ部

Claims (15)

1. 温度を感知し、当該温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、
   前記第１の電圧を受信して、温度情報を有するデジタルコードを出力し、当該デジタルコードが、温度区間別に異なる解像度を有するアナログ・デジタル変換部と
   を備え、
   前記アナログ・デジタル変換部が、
   前記第１の電圧と第２の電圧とを比較して、増加信号又は減少信号を出力する電圧比較
   部と、
   前記増加信号又は前記減少信号をフィルタリングするローパスフィルタ部と、
   前記ローパスフィルタ部から出力される前記増加信号又は前記減少信号に応答して前記デジタルコードを出力し、当該デジタルコードをデコードした調整コードを出力するコード生成部と、
   前記調整コードに対応する前記第２の電圧を生成する第２の電圧生成部と
   を備え、
   前記第２の電圧生成部が、
   前記調整コードのうち、自身に該当するコードを受信して、前記自身に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有する複数のプルダウン駆動部を
   備えることを特徴とする温度情報出力装置。
2. 前記アナログ・デジタル変換部が、
   前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較して、前記デジタルコードと前記第２の電圧とを加減する追跡方式で前記デジタルコードを生成し、
   温度区間別に前記第２の電圧の加減の幅が異なることを特徴とする請求項１に記載の温度情報出力装置。
3. 前記第２の電圧の傾きが前記調整コードによって異なることを特徴とする請求項１に記載の温度情報出力装置。
4. 前記第２の電圧生成部が、
   第１のノードと、
   前記調整コードのうち、自身に該当するコードを受信して前記第１のノードをプルダウン駆動し、前記自身に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有する前記複数のプルダウン駆動部と、
   前記第１のノードと電流ミラーを形成する第２のノードと
   を備え、
   前記第２の電圧が、前記第１のノードに流れる電流量によって前記第２のノードから出力されることを特徴とする請求項１に記載の温度情報出力装置。
5. 前記プルダウン駆動部のそれぞれが、
   前記自身に該当する調整コードを自身のゲートに受信してスイッチの役割を果たすスイッチトランジスタと、
   該スイッチトランジスタに直列に接続され、バイアス電圧を自身のゲートに受信して、前記第１のノードの電流を漏洩する電流シンクトランジスタと
   を備え、
   前記電流シンクトランジスタが、前記プルダウン駆動部の属する温度区間によって異なる幅を有することを特徴とする請求項４に記載の温度情報出力装置。
6. 前記コード生成部が、
   前記増加信号又は前記減少信号をカウントして、前記デジタルコードを生成するアップダウンカウンタ部と、
   バイナリコードである前記デジタルコードをデコードして、当該デジタルコードの表す数字の分「ハイレベル」信号を有する前記調整コードを生成するデコーダ部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度情報出力装置。
7. 前記アナログ・デジタル変換部が、
   前記温度情報出力装置が利用されるシステムで要求される温度情報の正確度が高くなければならない区間であるほど、前記第２の電圧の加減の幅が小さくなることを特徴とする請求項１に記載の温度情報出力装置。
8. 前記バンドギャップ部が、前記第２の電圧の限界値を設定するための最大変動電圧及び最小変動電圧を発生し、
   該最大変動電圧及び最小変動電圧が、前記第２の電圧の生成に用いられるバイアス電圧の形成に使用されることを特徴とする請求項１に記載の温度情報出力装置。
9. メモリ装置の温度を感知して温度情報を含むデジタルコードを出力する温度情報出力装置と、
   前記デジタルコードを受信して、メモリ装置内において必要な形に変換して出力する信号変換部と、
   該信号変換部から出力された信号に応じてメモリ装置のセルフリフレッシュ周期を制御するセルフリフレッシュオシレータ部と
   を備え、
   前記温度情報出力装置が、
   前記メモリ装置の温度を感知し、当該温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、
   前記第１の電圧を受信して、温度情報を有するデジタルコードを出力し、当該デジタルコードが、温度区間別に異なる解像度を有するアナログ・デジタル変換部と
   を備え、
   前記アナログ・デジタル変換部が、
   前記第１の電圧と第２の電圧とを比較して、増加信号又は減少信号を出力する電圧比較部と、
   前記増加信号又は前記減少信号をフィルタリングするローパスフィルタ部と、
   前記ローパスフィルタ部から出力される前記増加信号又は前記減少信号に応答して前記デジタルコードを出力し、当該デジタルコードをデコードした調整コードを出力するコード生成部と、
   前記調整コードに対応する前記第２の電圧を生成する第２の電圧生成部と
   を備え、
   前記第２の電圧生成部が、
   前記調整コードのうち、自身に該当するコードを受信して、前記自身に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有する複数のプルダウン駆動部を備えることを特徴とするメモリ装置。
10. 前記アナログ・デジタル変換部が、
    前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較して、前記デジタルコードと前記第２の電圧とを加減する追跡方式で前記デジタルコードを生成し、
    温度区間別に前記第２の電圧の加減の幅が異なることを特徴とする請求項９に記載のメモリ装置。
11. 前記第２の電圧生成部が、
    第１のノードと、
    前記調整コードのうち、自身に該当するコードを受信して前記第１のノードをプルダウン駆動し、前記自身に該当するコードの属する温度区間によって異なるプルダウン駆動能力を有する前記複数のプルダウン駆動部と、
    前記第１のノードと電流ミラーを形成し、流れる電流量による第２の電圧を出力する第２のノードと
    を備えることを特徴とする請求項９に記載のメモリ装置。
12. 前記プルダウン駆動部のそれぞれが、
    前記自身に該当するコードを自身のゲートに受信してスイッチの役割を果たすトランジスタと、
    該スイッチの役割を果たすトランジスタに直列に接続され、バイアス電圧を自身のゲートに受信して、前記第１のノードの電流を漏洩する電流シンクトランジスタと
    を備え、
    前記電流シンクトランジスタが、前記プルダウン駆動部の属する温度区間によって異なる幅を有することを特徴とする請求項１１に記載のメモリ装置。
13. 前記コード生成部が、
    前記増加信号又は前記減少信号をカウントして、前記デジタルコードを生成するアップダウンカウンタ部と、
    バイナリコードである前記デジタルコードをデコードして、当該デジタルコードが表す数字の分「ハイレベル」信号を有する前記調整コードを生成するデコーダ部と
    を備えることを特徴とする請求項９に記載のメモリ装置。
14. 前記アナログ・デジタル変換部が、
    前記メモリ装置が要求する温度情報の正確度が高くなければならない区間の順（アクティブレンジ、モニタレンジ、デバイスオペレーションレンジの順）に前記第２の電圧の加減の幅が小さいことを特徴とする請求項９に記載のメモリ装置。
15. 前記信号変換部が、前記デジタルコードを受信して各々の温度を基準としてアクティブになるフラグ信号を生成することを特徴とし、
    前記セルフリフレッシュオシレータ部が、前記フラグ信号により区分される区間別にセルフリフレッシュ周期を調整することを特徴とする請求項９に記載のメモリ装置。