JP7283167B2 - 温度センサー、回路装置、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents

温度センサー、回路装置、発振器、電子機器及び移動体 Download PDF

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Description

本発明は、温度センサー、回路装置、発振器、電子機器及び移動体等に関する。
半導体のＰＮ接合において順方向電圧が温度特性を有しており、この温度特性を利用した温度センサーが知られている。温度特性を有する順方向電圧としては、例えばバイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧等が用いられる。
特許文献１の温度センサーは、直列に接続されたバイポーラートランジスターと第１の抵抗と第２の抵抗とを含む。バイポーラートランジスターのベースノードと、第１の抵抗と第２の抵抗の間のノードとが接続され、バイポーラートランジスターのコレクターノードから温度検出電圧が出力される。特許文献１には、バイポーラートランジスターに流す電流を変化させることで、温度検出電圧の感度補正を行う構成が開示されている。感度は、温度変化に対する温度検出電圧の傾きである。
特開２００９－９２４４９号公報
上記のような温度センサーにおいて、簡素な回路構成で温度検出電圧のオフセットを高精度に補正できることが望まれる。なお、特許文献１には温度検出電圧の感度補正について記載されているが、温度検出電圧のオフセット補正については記載されていない。
本発明の一態様は、温度検出電圧を出力する温度センサーであって、第１バイポーラートランジスターと、前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、前記第１バイポーラートランジスターのエミッターノードである第１エミッターノードとグランドノードとの間に設けられる第１可変抵抗回路と、を含む温度センサーに関係する。
回路装置及び発振器の構成例。 温度検出電圧の特性例。 補償電圧の特性例。 周波数偏差の特性例。 温度センサーの第１構成例。 温度センサーの第２構成例。 出力電圧の温度特性例。 可変抵抗回路の詳細構成例。 温度センサーの第３構成例。 バッファー回路及びバックゲート電圧制御回路の詳細構成例。 温度補償回路及び発振回路の詳細構成例。 発振器の第１の構造例。 発振器の第２の構造例。 電子機器の構成例。 移動体の構成例。
以下、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
１．発振器、回路装置
以下では、発振器における温度補償に温度センサーを用いる場合を例に説明するが、本開示の温度センサーの適用対象はこれに限定されない。例えば、温度センサー単体に対して本開示の温度センサーを適用できる。或いは、温度センサーと、温度センサーからの温度検出電圧に基づいて動作する回路と、を含む回路装置に、本開示の温度センサーを適用できる。
図１は、温度センサー４０を含む回路装置２０、及び回路装置２０を含む発振器４の構成例である。発振器４は振動子１０と回路装置２０とを含む。振動子１０は回路装置２０に電気的に接続されている。例えば振動子１０及び回路装置２０を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子１０と回路装置２０は電気的に接続されている。
振動子１０は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子１０は、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子１０は、カット角がＡＴカットやＳＣカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片などにより実現できる。例えば振動子１０は、ＳＰＸＯ（Simple Packaged Crystal Oscillator）の振動子であってもよい。或いは振動子１０は、恒温槽を備える恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）に内蔵されている振動子であってもよいし、恒温槽を備えない温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）に内蔵されている振動子であってもよい。なお本実施形態の振動子１０は、例えば厚みすべり振動型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片により実現できる。例えば振動子１０として、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等を採用してもよい。
回路装置２０は、ＩＣ（Integrated Circuit）と呼ばれる集積回路装置である。例えば回路装置２０は、半導体プロセスにより製造されるＩＣであり、半導体基板上に回路素子が形成された半導体チップである。回路装置２０は発振回路３０と温度センサー４０と温度補償回路６０と不揮発性メモリー７０と端子Ｔ１、Ｔ２、ＴＣＫとを含む。
端子Ｔ１、Ｔ２、ＴＣＫは回路装置２０の例えばパッドである。端子Ｔ１は、振動子１０の一端に電気的に接続され、端子Ｔ２は、振動子１０の他端に電気的に接続される。例えば振動子１０及び回路装置２０を収納するパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子１０と端子Ｔ１、Ｔ２は電気的に接続されている。端子ＴＣＫは、回路装置２０により生成されたクロック信号ＣＫが出力される端子である。端子ＴＣＫは、発振器４の外部接続用の外部端子に電気的に接続されている。例えばパッケージの内部配線、ボンディグワイヤー又は金属バンプ等を用いて、端子ＴＣＫと外部端子は電気的に接続されている。そして発振器４の外部端子は外部デバイスに電気的に接続される。
温度センサー４０は、温度を検出するセンサーである。具体的には、温度センサー４０は、ＰＮ接合の順方向電圧が有する温度依存性を用いることで、温度に依存して電圧値が変化する温度検出電圧ＶＴＳを出力する。また温度センサー４０は、不揮発性メモリー７０に記憶された０次補正データに基づいて、温度検出電圧ＶＴＳのオフセット補正を行う。即ち、温度センサー４０は、０次補正データが示すオフセットの分だけ、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整する。なお、温度検出電圧ＶＴＳのオフセット補正は、発振周波数の温度補償において０次補正に対応する。
温度補償回路６０は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて補償電圧ＶＣＯＭＰを出力することで、発振回路３０の発振周波数を温度補償する。補償電圧ＶＣＯＭＰは、発振周波数の温度特性をキャンセル又は低減する電圧である。温度補償回路６０は、温度を変数とする多項式近似によって補償電圧ＶＣＯＭＰを出力する。例えば５次多項式により温度検出電圧ＶＴＳが近似される場合、多項式の０次係数、１次係数、２次係数、３次係数、４次係数及び５次係数が、それぞれ０次補正データ、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データ、４次補正データ及び５次補正データとして不揮発性メモリー７０に記憶される。温度補償回路６０は、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データ、４次補正データ及び５次補正データに基づいて温度補償を行う。なお上述のように、０次補正は温度センサー４０が行う。なお、多項式近似は５次に限定されない。
不揮発性メモリー７０は、発振周波数の温度補償に用いられる温度補償データを記憶する。温度補償データは、上記の０次補正データ、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データ、４次補正データ及び５次補正データである。例えば発振器４の製造時等において、テスト装置は、発振器４が出力するクロック信号ＣＫに基づいて発振周波数の温度特性を測定する。テスト装置は、測定した温度特性を多項式近似して各項の係数を求め、その係数を温度補償データとして不揮発性メモリー７０に書き込む。
不揮発性メモリー７０は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）やフラッシュメモリーなどである。ＥＥＰＲＯＭは例えばフローティングゲート型のメモリーセルなどにより実現できる。フラッシュメモリーは、例えばＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）のメモリーセルなどにより実現できる。或いは不揮発性メモリー１５０は、ヒューズセルを用いたメモリーであってもよい。このタイプのメモリーでは、メモリーセルであるヒューズセルが、抵抗と、抵抗に直列接続されるセレクター素子を含む。セレクター素子は例えばＰＮ接合のダイオード、或いはＭＯＳトランジスターである。例えば抵抗の一端は、ビット線に接続され、抵抗の他端はダイオードのアノードに接続される。ダイオードのカソードはワード線に接続される。ヒューズ素子として機能する抵抗は、抵抗値が可変のプログラマブル抵抗である。この可変の抵抗値によって、ヒューズセルにデータが記憶される。
発振回路３０は振動子１０を発振させる回路である。例えば発振回路３０は、端子Ｔ１及び端子Ｔ２に電気的に接続され、振動子１０を発振させる。発振回路３０としては、例えばピアース型、コルピッツ型、インバーター型又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。発振回路３０は、補償電圧ＶＣＯＭＰに基づいて発振周波数の温度特性をキャンセル又は低減する。例えば発振回路３０は、両端の電位差により容量が可変に制御される可変容量キャパシターを含む。可変容量キャパシターの一端は端子Ｔ１又は端子Ｔ２に電気的に接続され、可変容量キャパシターの他端に補償電圧ＶＣＯＭＰが入力される。
クロック信号ＣＫは、発振信号に基づいて出力される。例えば、発振回路３０がバッファー回路を含み、バッファー回路が発振信号をバッファリングすることでクロック信号ＣＫを出力してもよい。或いは、回路装置２０は、不図示の出力回路を含んでもよい。出力回路は、発信信号を分周する分周回路と、分周回路の出力クロック信号をバッファリングすることでクロック信号ＣＫを出力するバッファー回路と、を含むことができる。
なお本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は能動素子等を介した接続であってもよい。
２．温度センサーの第１、第２構成例
次に、図２～図４を用いて、温度検出電圧のオフセットが発振周波数の温度補償に与える影響について説明する。そして図５以降において、温度センサー４０の詳細構成例について説明する。
図２は、温度検出電圧ＶＴＳの特性例である。図２に示すように、ＰＮ接合の順方向電圧に基づいて生成された温度検出電圧ＶＴＳは、負の温度特性を有しており、温度に対する１次関数となっている。Ａ１を、温度検出電圧ＶＴＳの理想的な特性とし、Ａ２を、Ａ１に対してオフセットが変動した温度検出電圧ＶＴＳの特性とする。１次関数のオフセット変動は、温度方向のシフトと考えることも可能である。図２に示すように、Ａ１に対するＡ２の温度シフト量をΔＴとする。
図３は、補償電圧ＶＣＯＭＰの特性例である。振動子１０の発振周波数が有する温度特性、或いは発振回路３０の可変容量キャパシターが有する温度特性によって、発振回路３０の発振周波数は温度特性を有している。この温度特性を補償するための補償電圧ＶＣＯＭＰは、例えば温度に対して５次の多項式関数となっている。Ｂ１を、発振周波数を理想的に温度補償できる補償電圧ＶＣＯＭＰの特性とする。即ち、温度補償回路は、図２のＡ１に示す温度検出電圧ＶＴＳが温度センサー４０から入力されたとき、Ｂ１に示す補償電圧ＶＣＯＭＰを出力するものとする。
図２のＡ２に示すように、オフセットによって、温度シフト量ΔＴだけ温度検出電圧ＶＴＳがシフトしたとする。これは、温度の測定結果がΔＴだけシフトしたということなので、図３のＢ２に示すように、補償電圧ＶＣＯＭＰもΔＴだけ温度方向にシフトすることになる。即ち、補償電圧ＶＣＯＭＰは、理想的な補償電圧ＶＣＯＭＰに対して誤差をもつことになる。
図４は、周波数偏差の特性例である。発振周波数と公称周波数の差の、公称周波数に対する比率が、周波数偏差である。Ｅ１は、図３のＢ１に示す理想的な補償電圧ＶＣＯＭＰにより温度補償されたときの周波数偏差の特性である。Ｅ１では、温度に対して周波数偏差がほぼ一定である。Ｅ２は、図３のＢ２に示す補償電圧ＶＣＯＭＰにより温度補償されたときの周波数偏差の特性である。この特性は、Ｅ１の理想的な特性よりも周波数偏差の変動が大きくなっている。これは、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットによって補償電圧ＶＣＯＭＰが温度方向にシフトしたことが原因である。
Ｅ２に示す特性は、温度に対して２次の成分を有している。温度補償回路が２次成分に対して行う補正の調整範囲が小さい場合、Ｅ２のような周波数偏差の２次成分を十分に補正できない。本実施形態の温度センサー４０は、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整することで、図２に示すような温度シフト量ΔＴをキャンセル又は低減できる。これにより、温度補償の精度を向上できる。即ち、温度補償後の周波数偏差を、図４のＥ１に示すような理想的な特性に近づけることができる。
図５は、温度センサー４０の第１構成例である。温度センサー４０は、バイポーラートランジスターＢＰＡと抵抗Ｒ１と可変抵抗回路ＲＡと定電流回路ＩＣ１とを含む。ＢＰＡ、Ｒ１、ＲＡは、それぞれ第１バイポーラートランジスター、第１抵抗、第１可変抵抗回路である。
定電流回路ＩＣ１は、電源ノードＮＶＤと第１ノードＮ１との間に設けられ、第１ノードＮ１に定電流ｉｃを出力する。例えば、定電流回路ＩＣ１は、電源ノードＮＶＤとグランドノードＮＧＮとの間に設けられる抵抗と、その抵抗に流れる電流をミラーすることで定電流ｉｃを出力するカレントミラー回路と、により構成される。
第１ノードＮ１は、バイポーラートランジスターＢＰＡのベースノードに接続される。抵抗Ｒ１は、第１ノードＮ１と、バイポーラートランジスターＢＰＡのコレクターノードとの間に設けられる。即ち、抵抗Ｒ１の一端は第１ノードＮ１に接続され、抵抗Ｒ１の他端はバイポーラートランジスターＢＰＡのコレクターノードに接続される。
可変抵抗回路ＲＡは、バイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードと、グランドノードＮＧＮとの間に設けられる。即ち、可変抵抗回路ＲＡの一端はバイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードに接続され、可変抵抗回路ＲＡの他端はグランドノードＮＧＮに接続される。可変抵抗回路ＲＡには、図１の不揮発性メモリー７０から０次補正データが入力され、その０次補正データにより可変抵抗回路ＲＡの抵抗値が設定される。
第１構成例において、バイポーラートランジスターＢＰＡのコレクター電圧を出力電圧ＶＯＵＴとする。図９で後述するように、バッファー回路４２が出力電圧ＶＯＵＴをバッファリングすることで温度検出電圧ＶＴＳを出力する。バッファー回路４２はユニティゲインバッファーである。即ち、温度検出電圧ＶＴＳは基本的に出力電圧ＶＯＵＴと同じである。但し、バッファー回路４２は温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを更に微調整する機能を有している。なおバッファー回路４２を設けずに、温度センサー４０が出力電圧ＶＯＵＴを温度検出電圧ＶＴＳとして出力する構成としてもよい。
出力電圧ＶＯＵＴを下式（１）に示す。ＶｂｅＡはバイポーラートランジスターＢＰＡのベース－エミッター間電圧である。
Figure 0007283167000001
上式（１）に示すように、ＶＯＵＴは、オフセット成分としてｉｃ×（ＲＡ－Ｒ１）を含んでいる。即ち可変抵抗回路ＲＡの抵抗値を変化させることで、ＶＯＵＴのオフセットを調整できる。
図７に、出力電圧ＶＯＵＴの温度特性例を示す。なお、ＶＢＥは、バイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧が有する温度特性である。
Ｖ１Ｒは、第１構成例における出力電圧ＶＯＵＴの特性である。Ｖ１は、第１構成例において可変抵抗回路ＲＡを設けなかったときの出力電圧ＶＯＵＴの特性である。Ｖ１Ｒは、Ｖ１に対して正のオフセットを有している。即ち、可変抵抗回路ＲＡを設けたことで出力電圧ＶＯＵＴにオフセットを付加できることが分かる。また上式（１）で説明したように、可変抵抗回路ＲＡの抵抗値を変化させることで、オフセットを調整可能である。
図６は、温度センサー４０の第２構成例である。温度センサー４０は、バイポーラートランジスターＢＰＡ、ＢＰＢと抵抗Ｒ１、Ｒ２と可変抵抗回路ＲＡ、ＲＢと定電流回路ＩＣ１、ＩＣ２とを含む。ＢＰＢ、Ｒ２、ＲＢは、それぞれ第２バイポーラートランジスター、第２抵抗、第２可変抵抗回路である。
定電流回路ＩＣ１と抵抗Ｒ１とバイポーラートランジスターＢＰＡと可変抵抗回路ＲＡの接続は第１構成例と同じである。
定電流回路ＩＣ２は、電源ノードＮＶＤと第２ノードＮ２との間に設けられ、第２ノードＮ２に定電流ｉｃを出力する。例えば、定電流回路ＩＣ２は、電源ノードＮＶＤとグランドノードＮＧＮとの間に設けられる抵抗と、その抵抗に流れる電流をミラーすることで定電流ｉｃを出力するカレントミラー回路と、により構成される。
第２ノードＮ２は、バイポーラートランジスターＢＰＢのベースノードに接続される。抵抗Ｒ２は、第２ノードＮ２と、バイポーラートランジスターＢＰＢのコレクターノードとの間に設けられる。即ち、抵抗Ｒ２の一端は第２ノードＮ２に接続され、抵抗Ｒ２の他端はバイポーラートランジスターＢＰＢのコレクターノードに接続される。
可変抵抗回路ＲＢは、バイポーラートランジスターＢＰＢのエミッターノードと、バイポーラートランジスターＢＰＡのコレクターノードとの間に設けられる。即ち、可変抵抗回路ＲＢの一端はバイポーラートランジスターＢＰＢのエミッターノードに接続され、可変抵抗回路ＲＢの他端はバイポーラートランジスターＢＰＡのコレクターノードに接続される。可変抵抗回路ＲＢには、図１の不揮発性メモリー７０から０次補正データが入力され、その０次補正データにより可変抵抗回路ＲＢの抵抗値が設定される。
第２構成例において、バイポーラートランジスターＢＰＡのコレクター電圧を電圧ＶＱＡとし、バイポーラートランジスターＢＰＢのコレクター電圧を出力電圧ＶＯＵＴとする。
電圧ＶＱＡを下式（２）に示す。また下式（２）を用いることで、出力電圧ＶＯＵＴは下式（３）となる。ＶｂｅＢはバイポーラートランジスターＢＰＡのベース－エミッター間電圧である。
Figure 0007283167000002
Figure 0007283167000003
上式（３）に示すように、ＶＯＵＴは、オフセット成分としてｉｃ×（２ＲＡ＋ＲＢ－Ｒ１－Ｒ２）を含んでいる。即ち、可変抵抗回路ＲＡの抵抗値と可変抵抗回路ＲＢの抵抗値を変化させることで、ＶＯＵＴのオフセットを調整できる。
図７に示すＶ２Ｒは、第２構成例における出力電圧ＶＯＵＴの特性である。Ｖ２は、第２構成例において可変抵抗回路ＲＡ及び可変抵抗回路ＲＢを設けなかったときの出力電圧ＶＯＵＴの特性である。Ｖ２Ｒは、Ｖ２に対して正のオフセットを有している。即ち、可変抵抗回路ＲＡ及び可変抵抗回路ＲＢを設けたことで出力電圧ＶＯＵＴにオフセットを付加できることが分かる。また上式（３）で説明したように、可変抵抗回路ＲＡの抵抗値と可変抵抗回路ＲＢの抵抗値を変化させることで、オフセットを調整可能である。また、第２構成例はバイポーラートランジスターを２段にしているため、２つのバイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧が加算される。これにより、第１構成例に比べて、温度に対する出力電圧ＶＯＵＴの傾きが大きくなる。即ち、第１構成例に比べて、温度に対する感度が高い温度検出電圧が得られる。
なお、温度センサー４０は、可変抵抗回路ＲＡ及び可変抵抗回路ＲＢの少なくとも一方を含んでいればよい。図６では温度センサー４０が可変抵抗回路ＲＡ及び可変抵抗回路ＲＢを含むが、可変抵抗回路ＲＡが省略されてもよい。この場合、バイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードがグランドノードＮＧＮに接続され、可変抵抗回路ＲＢの抵抗値により出力電圧ＶＯＵＴのオフセットが調整される。
図８は、可変抵抗回路ＲＡの詳細構成例である。可変抵抗回路ＲＡは、抵抗ＲＶ１～ＲＶ４とトランジスターＴＶ１～ＴＶ４とを含む。トランジスターＴＶ１～ＴＶ４はスイッチである。なお図８では可変抵抗回路ＲＡが４つの抵抗と４つのスイッチを含む場合を例に説明するが、可変抵抗回路ＲＡは複数の抵抗と複数のスイッチを含んでいればよい。
抵抗ＲＶ１～ＲＶ４は、ノードＮＶ１とノードＮＶ２との間に直列接続される。ノードＮＶ１は、バイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードに接続され、ノードＮＶ２は、グランドノードＮＧＮに接続される。
トランジスターＴＶ１～ＴＶ４は、例えばＮ型トランジスターである。各トランジスターは、抵抗ＲＶ１～ＲＶ４のいずれかの抵抗の一端とノードＮＶ２との間に接続される。具体的には、ＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３及びＴＶ４のドレインは、それぞれ抵抗ＲＶ１、ＲＶ２、ＲＶ３及びＲＶ４の一端に接続される。ＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３及びＴＶ４のソースはノードＮＶ２に接続される。なお抵抗ＲＶ４の一端はノードＮＶ１に接続され、抵抗ＲＶ１の他端はノードＮＶ２に接続される。
トランジスターＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３及びＴＶ４のゲートには、それぞれビット信号Ｄ［０］、Ｄ［１］、Ｄ［２］及びＤ［３］が入力される。Ｄ［３：０］は０次補正データである。Ｄ［３：０］の全ビットが“０”、又はＤ［３：０］のいずれか１ビットが“１”である。即ち、トランジスターＴＶ１～ＴＶ４の全てがオフ、又はトランジスターＴＶ１～ＴＶ４のいずれか１つがオンとなる。以上のようにして、０次補正データにより可変抵抗回路ＲＡの抵抗値が調整され、それにより温度検出電圧のオフセットが調整される。
なお可変抵抗回路ＲＢも図８と同様な構成である。図８の構成を可変抵抗回路ＲＢに適用した場合、ノードＮＶ１はバイポーラートランジスターＢＰＢのエミッターノードに接続され、ノードＮＶ２はバイポーラートランジスターＢＰＡのコレクターノードに接続される。
以上の図５～図８で説明した実施形態によれば、バイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードとグランドノードＮＧＮとの間に可変抵抗回路ＲＡを設けたことで、簡素な回路構成で高精度に温度検出電圧のオフセットが調整可能となっている。
例えば、上式（１）から、抵抗Ｒ１の抵抗値を可変にすることによっても、温度検出電圧のオフセットを調整できる。しかし、バイポーラートランジスターＢＰＡが動作可能な範囲内でしか抵抗Ｒ１の抵抗値を調整できないため、オフセット調整範囲が限定されてしまう。一方、本実施形態ではバイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードとグランドノードＮＧＮとの間に可変抵抗回路ＲＡを設けているため、オフセット調整範囲を確保できる。
また、上式（１）から、定電流ｉｃの電流値を可変にすることによっても、温度検出電圧のオフセットを調整できる。しかし、定電流回路ＩＣ１が電源ノードＮＶＤと第１ノードＮ１との間に設けられることから、定電流ｉｃの調整が電源電圧の影響を受けやすく、オフセット調整の精度が低下する。一方、本実施形態ではバイポーラートランジスターＢＰＡのエミッターノードとグランドノードＮＧＮとの間に可変抵抗回路ＲＡを設けているため、電源電圧に対する依存性が小さいオフセット調整が可能となる。
３．温度センサーの第３構成例
図９は温度センサー４０の第３構成例である。温度センサー４０は、センサー部４１とバッファー回路４２とバックゲート電圧制御回路４３とを含む。
センサー部４１は、温度に依存して電圧値が変化する出力電圧ＶＯＵＴを出力する。具体的には、センサー部４１は、図５又は図６で説明した回路である。
バッファー回路４２は、センサー部４１からの出力電圧ＶＯＵＴをバッファリングすることで温度検出電圧ＶＴＳを出力する。バッファー回路４２は、例えばゲイン１のアンプ回路である。バッファー回路４２は差動部を有し、差動部は、カレントミラー回路と、カレントミラー回路に電気的に接続される差動対トランジスターとを有する。
バックゲート電圧制御回路４３は、カレントミラー回路を構成するトランジスターのバックゲートに電圧ＢＧ１、ＢＧ２を出力することで、バックゲート電圧を制御する。カレントミラー回路を構成するトランジスターのバックゲートが制御されることで、差動部の出力電圧のオフセットが制御される。これにより、バッファー回路４２が出力する温度検出電圧ＶＴＳのオフセットが調整される。センサー部４１の可変抵抗回路によるオフセット調整は粗調整であり、バックゲート電圧の制御によるオフセット調整は微調整である。即ち、センサー部４１の可変抵抗回路によるオフセット調整の１ステップよりも、バックゲート電圧の制御によるオフセット調整の１ステップの方が、小さい。
図１０は、バッファー回路４２及びバックゲート電圧制御回路４３の詳細構成例である。
バッファー回路４２は、差動部ＤＦＳと定電流回路ＩＦとを含む。差動部ＤＦＳは、Ｐ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２とバイポーラートランジスターＢＰＧ１、ＢＰＧ２とを含む。ＴＧ１、ＴＧ２、ＢＰＧ１、ＢＰＧ２は、それぞれ第１トランジスター、第２トランジスター、第１差動対トランジスター、第２差動対トランジスターである。
Ｐ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２はカレントミラー回路を構成する。即ち、Ｐ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２のソースは電源ノードＮＶＤに接続され、Ｐ型トランジスターＴＧ２のゲートは、Ｐ型トランジスターＴＧ１のゲート及びＰ型トランジスターＴＧ２のドレインに接続される。
バイポーラートランジスターＢＰＧ１、ＢＰＧ２により構成される差動対は、カレントミラー回路に接続される。即ち、バイポーラートランジスターＢＰＧ１、ＢＰＧ２のコレクターノードは、それぞれＰ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２のドレインに接続される。バイポーラートランジスターＢＰＧ１、ＢＰＧ２のエミッターノードは定電流回路ＩＦの一端に接続される。定電流回路ＩＦの他端はグランドノードＮＧＮに接続される。
バッファー回路４２は、ボルテージフォロア回路である。具体的には、バイポーラートランジスターＢＰＧ１のベースノードに、センサー部４１からの出力電圧ＶＯＵＴが入力される。バイポーラートランジスターＢＰＧ１のコレクターノードがバッファー回路４２の出力ノードであり、その出力ノードはバイポーラートランジスターＢＰＧ２のベースノードに接続される。バッファー回路４２は、バイポーラートランジスターＢＰＧ１のコレクター電圧を温度検出電圧ＶＴＳとして出力する。
なお、バッファー回路４２は、差動部ＤＦＳの出力電圧を増幅する出力部を、更に含んでもよい。この場合、差動部ＤＦＳは、バイポーラートランジスターＢＰＧ１のコレクター電圧を出力部に出力し、出力部の出力ノードがバイポーラートランジスターＢＰＧ２のベースノードに接続される。そして出力部の出力ノードから温度検出電圧ＶＴＳが出力される。
バックゲート電圧制御回路４３は、Ｐ型トランジスターＴＧ１のバックゲート電圧、及びＰ型トランジスターＴＧ２のバックゲート電圧を制御する。バックゲート電圧制御回路４３は、抵抗ＲＧ１、ＲＧ２と可変抵抗回路ＲＶＧ１～ＲＶＧ４とを含む。
可変抵抗回路ＲＶＧ１、ＲＶＧ２と抵抗ＲＧ１は、電源ノードＮＶＤとグランドノードＮＧＮとの間に直列接続される。可変抵抗回路ＲＶＧ１、ＲＶＧ２と抵抗ＲＧ１は、電源電圧を分圧する分圧回路を構成し、分圧電圧である電圧ＢＧ１が、可変抵抗回路ＲＶＧ１とＲＶＧ２の間のノードから出力される。バックゲート電圧制御回路４３は、電圧ＢＧ１をＰ型トランジスターＴＧ１のバックゲートに出力する。可変抵抗回路ＲＶＧ３、ＲＶＧ４と抵抗ＲＧ２は、電源電圧を分圧する分圧回路を構成し、分圧電圧である電圧ＢＧ２が、可変抵抗回路ＲＶＧ３とＲＶＧ４の間のノードから出力される。バックゲート電圧制御回路４３は、電圧ＢＧ２をＰ型トランジスターＴＧ２のバックゲートに出力する。
下式（４）に、バックゲート電圧Ｖｂとトランジスターのしきい値電圧Ｖｔｈとの関係式を示す。ＶＦＢはフラットバンド電圧であり、ｑは素電荷量であり、φＦはフェルミ準位であり、εｓε０は比誘電率であり、ＮＡはウェルの不純物濃度である。
Figure 0007283167000004
上式（４）から、バックゲート電圧Ｖｂが変化するとしきい値電圧Ｖｔｈが変化することが分かる。即ち、バックゲート電圧制御回路４３がＰ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２のバックゲート電圧を制御することで、Ｐ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２のしきい値電圧が制御され、その結果としてＰ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２のドレイン電流が変化する。
図１の不揮発性メモリー７０は、バックゲート電圧を制御するバックゲート電圧制御データを記憶する。可変抵抗回路ＲＶＧ１～ＲＶＧ４の抵抗値は、バックゲート電圧制御データに基づいて設定される。例えば、電圧ＢＧ１と電圧ＢＧ２は逆方向に変化する。即ち、電圧ＢＧ１を上げたとき電圧ＢＧ２が下がり、電圧ＢＧ１を下げたとき電圧ＢＧ２が上がるように、可変抵抗回路ＲＶＧ１～ＲＶＧ４の抵抗値が設定される。或いは、電圧ＢＧ１、ＢＧ２が各々独立に設定されてもよい。
なお、バックゲート電圧制御データは、０次補正データに含まれる。即ち、０次補正データは、図５の可変抵抗回路ＲＡの抵抗値を設定するデータ、及びバックゲート電圧制御データを含む。或いは、０次補正データは、図６の可変抵抗回路ＲＡ、ＲＢの抵抗値を設定するデータ、及びバックゲート電圧制御データを含む。
本実施形態によれば、差動部ＤＦＳのカレントミラー回路を構成するＰ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２のバックゲート電圧が制御されることで、差動対を構成するバイポーラートランジスターＢＰＧ１、ＢＰＧ２に供給される電流が制御される。バイポーラートランジスターＢＰＧ１、ＢＰＧ２に供給される電流のバランスが変化すると、差動部ＤＦＳの出力電圧のオフセットが変化する。即ち、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットが変化する。以上のようにして、バックゲート電圧の制御により温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを制御することが可能となる。
トランジスターのバックゲートは電流が流れないため、バックゲート電圧の制御においてバックゲートに電流を供給する必要がない。このため、バックゲート電圧制御回路４３をコンパクトにできる。また、電圧ＢＧ１と電圧ＢＧ２が逆方向に変化する場合には、電圧ＢＧ１と電圧ＢＧ２の一方のみを変化させる場合に比べて、オフセット調整の分解能を１／２にできる。換言すると、２倍の精度でオフセット調整を行うことができる。
なお以上では、バックゲート電圧制御回路４３が、Ｐ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２の両方のバックゲート電圧を制御する場合を説明したが、バックゲート電圧制御回路４３が、Ｐ型トランジスターＴＧ１、ＴＧ２の少なくとも一方のバックゲート電圧を制御すればよい。
４．温度補償回路、発振回路
図１１は、温度補償回路６０及び発振回路３０の詳細構成例である。発振回路３０は、駆動回路３２と可変容量キャパシターＣＣＯＭＰとを含む。
駆動回路３２は、ノードＬ１を介して端子Ｔ１に接続され、ノードＬ２を介して端子Ｔ２に接続される。駆動回路３２は、端子Ｔ１、Ｔ２に接続された振動子１０を駆動することで、振動子１０を発振させる。駆動回路３２は、バイポーラートランジスター等のトランジスターと、キャパシター又は抵抗等の受動素子により実現できる。
可変容量キャパシターＣＣＯＭＰの一端はノードＬ１に接続される。或いは、可変容量キャパシターＣＣＯＭＰの一端はノードＬ２に接続されてもよい。可変容量キャパシターＣＣＯＭＰの他端は温度補償回路６０の出力ノードに接続される。可変容量キャパシターＣＣＯＭＰは、例えばＭＯＳキャパシターである。ＭＯＳキャパシターの一端は、ＭＯＳトランジスターのゲートであり、ＭＯＳキャパシターの他端はＭＯＳトランジスターのソース及びドレインである。
温度補償回路６０は、１次補正回路６１と高次補正回路６３と電流電圧変換回路６５とを含む。なお、本実施形態において「関数」は、温度を変数とする関数である。
１次補正回路６１は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、１次関数を近似する１次電流を出力する。１次補正回路６１は、演算増幅器ＯＰＣ１と可変抵抗回路ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＤとを含む。演算増幅器ＯＰＣ１と可変抵抗回路ＲＣ１、ＲＣ２は、正転増幅回路を構成し、正転増幅回路は、基準電圧ＶＲＣを基準に温度検出電圧ＶＴＳを増幅する。正転増幅回路は、可変抵抗回路ＲＤを介して電流電圧変換回路６５の入力ノードに１次電流を出力する。
高次補正回路６３は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、３次関数を近似する３次電流を、電流電圧変換回路６５の入力ノードに出力する。高次補正回路６３は、例えば、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて差動動作を行う第１差動回路と、第１差動回路の出力電圧と温度検出電圧ＶＴＳに基づいて差動動作を行うことで３次電流を出力する第２差動回路と、を含む。
電流電圧変換回路６５は、１次電流と３次電流を加算すると共に、その加算電流を電流電圧変換することで補償電圧ＶＣＯＭＰを出力する。これにより、多項式関数を近似する補償電圧ＶＣＯＭＰが得られる。補償電圧ＶＣＯＭＰは可変容量キャパシターＣＣＯＭＰの他端に入力される。補償電圧ＶＣＯＭＰにより可変容量キャパシターＣＣＯＭＰの容量値が制御されることで、発振回路３０の発振周波数が温度補償される。電流電圧変換回路６５は、演算増幅器ＯＰＣ２と抵抗Ｒ３とキャパシターＣＣとを含む。抵抗Ｒ３及びキャパシターＣＣは、演算増幅器ＯＰＣ２の出力ノードと反転入力ノードとの間に並列接続される。演算増幅器ＯＰＣ２の非反転入力ノードには基準電圧ＶＲＣが入力される。演算増幅器ＯＰＣ２の出力ノードは温度補償回路６０の出力ノードに接続される。
なお、高次補正回路６３は、４次以上の補正を行う補正回路を、更に含んでもよい。例えば、高次補正回路６３は、４次関数を近似する４次電流を出力する４次補正回路と、５次関数を近似する５次電流を出力する５次補正回路と、を更に含んでもよい。
５．発振器
次に本実施形態の発振器４の構造例を説明する。図１２に発振器４の第１の構造例を示す。発振器４は、振動子１０と、回路装置２０と、振動子１０及び回路装置２０を収容するパッケージ１５を有する。パッケージ１５は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間を有しており、この収容空間に振動子１０及び回路装置２０が収容されている。収容空間は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。パッケージ１５により、振動子１０及び回路装置２０を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。
パッケージ１５はベース１６とリッド１７を有する。具体的にはパッケージ１５は、振動子１０及び回路装置２０を支持するベース１６と、ベース１６との間に収容空間を形成するようにベース１６の上面に接合されたリッド１７とにより構成されている。そして振動子１０は、ベース１６の内側に設けられた段差部に端子電極を介して支持されている。また回路装置２０は、ベース１６の内側底面に配置されている。具体的には回路装置２０は、能動面がベース１６の内側底面に向くように配置されている。能動面は回路装置２０の回路素子が形成される面である。また回路装置２０のパッドである端子にバンプＢＭＰが形成されている。そして回路装置２０は、導電性のバンプＢＭＰを介してベース１６の内側底面に支持される。導電性のバンプＢＭＰは例えば金属バンプであり、このバンプＢＭＰやパッケージ１５の内部配線や端子電極などを介して、振動子１０と回路装置２０が電気的な接続される。また回路装置２０は、バンプＢＭＰやパッケージ１５の内部配線を介して、発振器４の外部端子１８、１９に電気的に接続される。外部端子１８、１９は、パッケージ１５の外側底面に形成されている。外部端子１８、１９は、外部配線を介して外部デバイスに接続される。外部配線は、例えば外部デバイスが実装される回路基板に形成される配線などである。これにより外部デバイスに対してクロック信号などを出力できるようになる。
なお図１２では、回路装置２０の能動面が下方に向くように回路装置２０がフリップ実装されているが、本実施形態はこのような実装には限定されない。例えば回路装置２０の能動面が上方に向くように回路装置２０を実装してもよい。即ち能動面が振動子１０に対向するように回路装置２０を実装する。
図１３に発振器４の第２の構造例を示す。図１３の発振器４は、振動子１０と回路装置２０と回路装置２１を含む。また発振器４は、振動子１０及び回路装置２０を収容するパッケージ１５と、パッケージ１５及び回路装置２１を収容するパッケージ５を含む。パッケージ１５、パッケージ５は、各々、第１パッケージ、第２パッケージである。第１パッケージ、第２パッケージは第１容器、第２容器と言うこともできる。
そして本実施形態では、パッケージ１５に収容される回路装置２０が第１温度補償処理を行い、パッケージ５に収容される回路装置２１が第２温度補償処理を行う。例えば振動子１０及び回路装置２０がパッケージ１５に収容されることで、例えばアナログ方式の第１温度補償処理を行う温度補償型の発振器１４が構成される。そして、アナログ方式の第１温度補償処理を行う発振器１４と、デジタル方式の第２温度補償処理を行う回路装置２１とがパッケージ５に収容されることで、高精度のクロック信号を生成する発振器４が構成される。回路装置２１は、デジタル方式で微調整の第２温度補償処理を行う補正ＩＣと呼ぶこともできる。
具体的にはパッケージ５は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間を有している。この収容空間に、振動子１０及び回路装置２０がパッケージ１５に収容された発振器１４と、回路装置２１とが収容されている。収容空間は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。パッケージ５により、回路装置２１及び発振器１４を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。
パッケージ５はベース６とリッド７を有する。具体的にはパッケージ５は、発振器１４及び回路装置２１を支持するベース６と、ベース６との間に収容空間を形成するようにベース６の上面に接合されたリッド７とにより構成されている。ベース６は、その内側に、上面に開口する第１凹部と、第１凹部の底面に開口する第２凹部を有する。回路装置２１は、第１凹部の底面に支持されている。例えば回路装置２１は、端子電極を介して底面の段差部に支持されている。また発振器１４は、第２凹部の底面に支持されている。例えば発振器１４は、端子電極を介して底面の段差部に支持されている。またベース６は、第２凹部の底面に開口する第３凹部を有しており、この第３凹部に回路部品１２が配置される。配置される回路部品１２としては、例えばコンデンサーや温度センサーなどを想定できる。
回路装置２１は、例えばボンディングワイヤーＢＷや、段差部に形成された端子電極や、パッケージ５の内部配線を介して、発振器１４の端子に電気的に接続される。これにより発振器１４からのクロック信号や温度検出信号を回路装置２１に入力できるようになる。また回路装置２１は、ボンディングワイヤーＢＷや、段差部に形成された端子電極や、パッケージ５の内部配線を介して、発振器４の外部端子８、９に電気的に接続される。外部端子８、９は、パッケージ５の外側底面に形成されている。外部端子８、９は、外部配線を介して外部デバイスに接続される。外部配線は、例えば外部デバイスが実装される回路基板に形成される配線などである。これにより外部デバイスに対してクロック信号などを出力できるようになる。なお発振器１４の端子と外部端子８、９を電気的に接続するようにしてもよい。
なお図１３では発振器１４の上方向に回路装置２１を配置しているが、発振器１４の下方向に回路装置２１を配置するようにしてもよい。ここで上方向はパッケージ５の底面からリッド７に向かう方向であり、下方向はその反対方向である。また発振器１４の側方に回路装置２１を設けてもよい。即ち発振器４の上面視において発振器１４と回路装置２１とが並ぶように配置する。
次に回路装置２１について説明する。回路装置２１は、発振器１４で生成されたクロック信号である第１クロック信号が、基準クロック信号として入力されるクロック信号生成回路を含む。そしてクロック信号生成回路が生成したクロック信号が、発振器４の出力クロック信号として外部に出力される。例えば回路装置２１のクロック信号生成回路は、発振器１４からの第１クロック信号が基準クロック信号として入力されるフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路により構成される。このＰＬＬ回路は、第１クロック信号である基準クロック信号と、ＰＬＬ回路の出力クロック信号を分周回路により分周したフィードバッククロック信号との位相比較を行う。そしてデルタシグマ変調回路を用いて小数の分周比を設定することで、フラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路が実現される。また回路装置２１が含む制御回路が、温度補償データに基づいて、ＰＬＬ回路に設定される分周比データの補正処理を行うことで、第２温度補償処理が実現される。なお発振器１４において行われる第１温度補償処理は、例えば図１、図１１の温度補償回路６０が行う多項式近似の温度補償処理により実現される。またクロック信号生成回路を、ダイレクトデジタルシンセサイザーにより構成してもよい。この場合には、第１クロック信号を基準クロック信号として動作するダイレクトデジタルシンセサイザーに対して、温度補償データにより補正された周波数制御データを入力することで、第２温度補償処理が実現される。
図１３の発振器４によれば、振動子１０を発振させる回路装置２０が第１温度補償処理を行うことで、第１回路装置である回路装置２０から出力される第１クロック信号の周波数温度特性での周波数変動量を小さくできる。そして第２回路装置である回路装置２１が、回路装置２０からの第１クロック信号に基づいてクロック信号を生成する際に第２温度補償処理を行う。このように回路装置２０により第１温度補償処理を行った後に、回路装置２１により第２温度補償処理を行うことで、温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプを小さくすることなどが可能になり、発振器４のクロック周波数の高精度化等を実現できるようになる。また図１３の発振器４では、回路装置２０に設けられる温度センサーを用いて第１温度補償処理を行うと共に、この温度センサーの温度検出信号が、回路装置２０から出力されて回路装置２１に入力されるようにしてもよい。そして回路装置２１が、入力された温度検出信号に基づいて第２温度補償処理を行ってもよい。このようにすれば、回路装置２０での第１温度補償処理と、回路装置２１での第２温度補償処理を、同じ温度センサーからの温度検出信号に基づいて行うことが可能になるため、より適正な温度補償処理を実現できるようになる。この場合に回路装置２０に内蔵される温度センサーと振動子１０との距離は、当該温度センサーと回路装置２１との距離よりも短くなる。従って、デジタル方式の温度補償処理を行うことで発熱量が多い回路装置２１と、振動子１０との距離を離すことができ、回路装置２１の発熱が温度センサーの温度検出結果に及ぼす悪影響を低減できる。従って、振動子１０についての温度を、回路装置２０に内蔵される温度センサーを用いて、より正確に計測することが可能になる。
６．電子機器、移動体
図１４に、本実施形態の回路装置２０を含む電子機器５００の構成例を示す。電子機器５００は、本実施形態の回路装置２０と、回路装置２０の発振回路３０の発振信号に基づくクロック信号により動作する処理装置５２０を含む。具体的には電子機器５００は、本実施形態の回路装置２０を有する発振器４を含み、処理装置５２０は、発振器４からのクロック信号に基づいて動作する。また電子機器５００は、アンテナＡＮＴ、通信インターフェース５１０、操作インターフェース５３０、表示部５４０、メモリー５５０を含むことができる。なお電子機器５００は図１４の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
電子機器５００は、例えば基地局又はルーター等のネットワーク関連機器、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する高精度の計測機器、生体情報を測定する生体情報測定機器、或いは車載機器などである。生体情報測定機器は例えば超音波測定装置、脈波計又は血圧測定装置等である。車載機器は自動運転用の機器等である。また電子機器５００は、頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、ロボット、印刷装置、投影装置、スマートフォン等の携帯情報端末、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などであってもよい。
また電子機器５００としては、５Ｇなどの次世代移動通信システムに用いられる機器がある。例えば次世代移動通信システムの基地局、リモートレディオヘッド（ＲＲＨ）又は携帯通信端末などの種々の機器に本実施形態の回路装置２０を用いることができる。次世代移動通信システムでは、時刻同期等のために高精度のクロック周波数が要望されており、高精度のクロック信号を生成できる本実施形態の回路装置２０の適用例として好適である。
通信インターフェース５１０は、アンテナＡＮＴを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。プロセッサーである処理装置５２０は、電子機器５００の制御処理や、通信インターフェース５１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。処理装置５２０の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。操作インターフェース５３０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイなどにより実現できる。表示部５４０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。メモリー５５０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーにより実現できる。
なお図１４では、電子機器５００が発振器４を含む場合を例に説明したが、電子機器５００の構成はこれに限定されず、電子機器５００は回路装置２０を含んでいればよい。即ち、回路装置２０は、温度センサーと、温度センサーからの温度検出電圧に基づいて動作する回路と、を含んでいればよい。このとき、処理装置５２０は、回路装置２０からの出力信号に基づいて動作する。回路装置２０からの出力信号は、例えば回路装置２０が温度検出電圧を用いて生成した信号である。
図１５に、本実施形態の回路装置２０を含む移動体の例を示す。移動体は、本実施形態の回路装置２０と、回路装置２０の発振回路３０の発振信号に基づくクロック信号により動作する処理装置２２０を含む。具体的には移動体は、本実施形態の回路装置２０を有する発振器４を含み、処理装置２２０は、発振器４からのクロック信号に基づいて動作する。本実施形態の回路装置２０は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図１５は移動体の具体例としての自動車２０６を概略的に示している。自動車２０６には、本実施形態の回路装置２０が組み込まれる。具体的には、移動体である自動車２０６は、制御装置２０８を含み、制御装置２０８は、本実施形態の回路装置２０を含む発振器４と、発振器４により生成されたクロック信号に基づき動作する処理装置２２０を含む。制御装置２０８は、例えば車体２０７の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪２０９のブレーキを制御する。例えば制御装置２０８により、自動車２０６の自動運転を実現してもよい。なお本実施形態の回路装置２０が組み込まれる機器は、このような制御装置２０８には限定されず、自動車２０６等の移動体に設けられるメーターパネル機器やナビゲーション機器などの種々の車載機器に組み込むことが可能である。
なお図１５では、移動体が発振器４を含む場合を例に説明したが、移動体の構成はこれに限定されず、移動体は回路装置２０を含んでいればよい。即ち、回路装置２０は、温度センサーと、温度センサーからの温度検出電圧に基づいて動作する回路と、を含んでいればよい。このとき、処理装置２２０は、回路装置２０からの出力信号に基づいて動作する。回路装置２０からの出力信号は、例えば回路装置２０が温度検出電圧を用いて生成した信号である。
以上に説明したように本実施形態の温度センサーは、温度検出電圧を出力する。温度センサーは、第１バイポーラートランジスターと第１抵抗と第１可変抵抗回路とを含む。第１抵抗は、第１ノードと第１コレクターノードとの間に設けられる。第１ノードは、第１ベースノードに接続される。第１ベースノードは、第１バイポーラートランジスターのベースノードである。第１コレクターノードは、第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである。第１可変抵抗回路は、第１エミッターノードとグランドノードとの間に設けられる。第１エミッターノードは、第１バイポーラートランジスターのエミッターノードである。
本実施形態によれば、第１バイポーラートランジスターのエミッターノードとグランドノードとの間に第１可変抵抗回路が設けられることで、第１バイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧に、第１可変抵抗回路における電圧降下が加算される。これにより、第１可変抵抗回路の抵抗値が可変に調整されることで、ベース－エミッター間電圧に基づく温度検出電圧のオフセットが可変に調整される。このように、第１可変抵抗回路を設けるという簡素な回路構成で、温度検出電圧のオフセットを補正できる。また、本実施形態によれば、第１バイポーラートランジスターのエミッターノードとグランドノードとの間に第１可変抵抗回路が設けられることで、電源電圧等の影響を低減することが可能となる。これにより、温度検出電圧のオフセットを高精度に補正することが可能となる。
また本実施形態では、温度センサーは、定電流回路を含んでもよい。定電流回路は、電源ノードと第１ノードとの間に設けられ、第１ノードに定電流を出力してもよい。
このようにすれば、第１抵抗と第１バイポーラートランジスターと第１可変抵抗回路に定電流が流れる。第１バイポーラートランジスターに定電流が流れることで、温度に依存するベース－エミッター間電圧が発生する。また、第１可変抵抗回路に定電流が流れることで、第１可変抵抗回路の抵抗値に応じた電圧降下が生じるので、第１可変抵抗回路の抵抗値が調整されることで温度検出電圧のオフセットが調整される。
また本実施形態では、第１可変抵抗回路は、複数の抵抗と複数のスイッチとを含んでもよい。複数の抵抗は、第１エミッターノードとグランドノードとの間に直列接続されてもよい。複数のスイッチの各スイッチは、複数の抵抗のいずれかの抵抗の一端とグランドノードとの間に接続されてもよい。
このようにすれば、複数のスイッチのいずれかのスイッチがオンであるとき、そのスイッチが接続される抵抗の一端とグランドノードとの間がスイッチにより接続される。即ち、その抵抗の一端とグランドノードとの間に、スイッチによる電流バイパス経路が設けられる。これにより、複数のスイッチのうちいずれのスイッチをオンさせるかが選択されることで、第１可変抵抗回路の抵抗値が調整される。
また本実施形態では、温度センサーは、バッファー回路とバックゲート電圧制御回路とを含んでもよい。バッファー回路は、第１コレクターノードからの出力電圧をバッファリングすることで温度検出電圧を出力してもよい。バッファー回路は、差動部を有してもよい。差動部は、カレントミラー回路と、カレントミラー回路に電気的に接続される差動対とを有してもよい。カレントミラー回路は、ＭＯＳトランジスターである第１トランジスター及び第２トランジスターにより構成されてもよい。差動対は、バイポーラ―トランジスターである第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターにより構成されてもよい。第１差動対トランジスターのベースノードに、第１コレクターノードからの出力電圧が入力されてもよい。第２差動対トランジスターのベースノードに、バッファー回路の出力ノードが電気的に接続されてもよい。バックゲート電圧制御回路は、第１トランジスターのバックゲート電圧及び第２トランジスターのバックゲート電圧の少なくも一方を、制御してもよい。
このようにすれば、差動部のカレントミラー回路を構成する第１トランジスター及び第２トランジスターのバックゲート電圧が制御されることで、差動対を構成する第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターに供給される電流が、制御される。第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターに供給される電流のバランスが変化すると、差動部の出力電圧のオフセットが変化する。即ち、温度検出電圧のオフセットが変化する。以上のようにして、バックゲート電圧の制御により温度検出電圧のオフセットを制御することが可能となる。
また本実施形態では、温度センサーは、第２バイポーラートランジスターと第２抵抗と第２可変抵抗回路とを含んでもよい。第２抵抗は、第２ノードと第２コレクターノードとの間に設けられてもよい。第２ノードは第２ベースノードに接続されてもよい。第２ベースノードは、第２バイポーラートランジスターのベースノードであってもよい。第２コレクターノードは、第２バイポーラートランジスターのコレクターノードであってもよい。第２可変抵抗回路は、第２エミッターノードと第１コレクターノードとの間に設けられてもよい。第２エミッターノードは、第２バイポーラートランジスターのエミッターノードであってもよい。
このようにすれば、第２バイポーラートランジスターのエミッターノードと第１バイポーラートランジスターのコレクターノードとの間に第２可変抵抗回路が設けられることで、第２バイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧に、第２可変抵抗回路における電圧降下が加算される。これにより、第２可変抵抗回路の抵抗値が可変に調整されることで、ベース－エミッター間電圧に基づく温度検出電圧のオフセットが可変に調整される。また本実施形態によれば、第１バイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧と、第２バイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧が加算されるので、温度に対する温度検出電圧の感度を向上できる。
また本実施形態の温度センサーは、次の構成であってもよい。即ち温度センサーは、温度検出電圧を出力する。温度センサーは、第１バイポーラートランジスターと第１抵抗と第２バイポーラートランジスターと第２抵抗と可変抵抗回路とを含む。第１抵抗は、第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる。第２抵抗は、第２バイポーラートランジスターのベースノードである第２ベースノードに接続される第２ノードと、第２バイポーラートランジスターのコレクターノードである第２コレクターノードとの間に設けられる。可変抵抗回路は、第２バイポーラートランジスターのエミッターノードである第２エミッターノードと第１コレクターノードとの間に設けられる。
このようにすれば、第２バイポーラートランジスターのエミッターノードと第１バイポーラートランジスターのコレクターノードとの間に可変抵抗回路が設けられることで、第２バイポーラートランジスターのベース－エミッター間電圧に、可変抵抗回路における電圧降下が加算される。これにより、可変抵抗回路の抵抗値が可変に調整されることで、ベース－エミッター間電圧に基づく温度検出電圧のオフセットが可変に調整される。
また本実施形態では、温度センサーは、バッファー回路とバックゲート電圧制御回路とを含んでもよい。バッファー回路は、第２コレクターノードからの出力電圧をバッファリングすることで温度検出電圧を出力してもよい。バッファー回路は、差動部を有してもよい。差動部は、カレントミラー回路と、カレントミラー回路に電気的に接続される差動対とを有してもよい。カレントミラー回路は、ＭＯＳトランジスターである第１トランジスター及び第２トランジスターにより構成されてもよい。差動対は、バイポーラ―トランジスターである第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターにより構成されてもよい。第１差動対トランジスターのベースノードに、第２コレクターノードからの出力電圧が入力されてもよい。第２差動対トランジスターのベースノードに、バッファー回路の出力ノードが電気的に接続されてもよい。バックゲート電圧制御回路は、第１トランジスターのバックゲート電圧及び第２トランジスターのバックゲート電圧の少なくも一方を、制御してもよい。
このようにすれば、差動部のカレントミラー回路を構成する第１トランジスター及び第２トランジスターのバックゲート電圧が制御されることで、差動対を構成する第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターに供給される電流が、制御される。第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターに供給される電流のバランスが変化すると、差動部の出力電圧のオフセットが変化する。即ち、温度検出電圧のオフセットが変化する。以上のようにして、バックゲート電圧の制御により温度検出電圧のオフセットを制御することが可能となる。
また本実施形態の回路装置は、上記のいずれかに記載の温度センサーと、温度センサーからの温度検出電圧に基づいて動作する回路と、を含む。
また本実施形態の回路装置は、次の構成であってもよい。即ち、回路装置は、上記のいずれかに記載の温度センサーと、振動子を発振させる発振回路と、温度補償回路とを含む。温度補償回路は、温度センサーからの温度検出電圧に基づいて、発振回路の発振周波数を温度補償する温度補償信号を出力する。
また本実施形態の発振器は、上記に記載の回路装置と、振動子と、を含む。
また本実施形態の電子機器は、上記のいずれかに記載の回路装置と、回路装置からの出力信号に基づいて動作する処理装置と、を含む。
また本実施形態の移動体は、上記のいずれかに記載の回路装置と、回路装置からの出力信号に基づいて動作する処理装置と、を含む。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また温度センサー、回路装置、発振器、電子機器及び移動体等の構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
４…発振器、５…パッケージ、６…ベース、７…リッド、８，９…外部端子、１０…振動子、１２…回路部品、１４…発振器、１５…パッケージ、１６…ベース、１７…リッド、１８，１９…外部端子、２０，２１…回路装置、３０…発振回路、３２…駆動回路、４０…温度センサー、４１…センサー部、４２…バッファー回路、４３…バックゲート電圧制御回路、６０…温度補償回路、６１…１次補正回路、６３…高次補正回路、６５…電流電圧変換回路、７０…不揮発性メモリー、１５０…不揮発性メモリー、２０６…自動車、２０７…車体、２０８…制御装置、２０９…車輪、２２０…処理装置、５００…電子機器、５１０…通信インターフェース、５２０…処理装置、５３０…操作インターフェース、５４０…表示部、５５０…メモリー、ＢＧ１，ＢＧ２…電圧、ＢＰＡ，ＢＰＢ…バイポーラートランジスター、ＣＣＯＭＰ…可変容量キャパシター、ＣＫ…クロック信号、ＤＦＳ…差動部、ＩＣ１，ＩＣ２…定電流回路、Ｎ１…第１ノード、Ｎ２…第２ノード、ＮＧＮ…グランドノード、ＮＶＤ…電源ノード、ＲＡ，ＲＢ…可変抵抗回路、ＶＣＯＭＰ…補償電圧、ＶＯＵＴ…出力電圧、ＶＴＳ…温度検出電圧、ｉｃ…定電流

Claims (14)

  1. 温度検出電圧を出力する温度センサーであって、
    第１バイポーラートランジスターと、
    前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、
    前記第１バイポーラートランジスターのエミッターノードである第１エミッターノードとグランドノードとの間に設けられる第１可変抵抗回路と、
    電源ノードと前記第１ノードとの間に設けられ、前記第１ノードに定電流を出力する定電流回路と、
    を含み、
    前記第１コレクターノードからの出力電圧を前記温度検出電圧として出力し、
    前記第１可変抵抗回路の抵抗値が調整されることで、前記温度検出電圧のオフセットが調整されることを特徴とする温度センサー。
  2. 温度検出電圧を出力する温度センサーであって、
    第１バイポーラートランジスターと、
    前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、
    前記第１バイポーラートランジスターのエミッターノードである第１エミッターノードとグランドノードとの間に設けられる第１可変抵抗回路と、
    電源ノードと前記第１ノードとの間に設けられ、前記第１ノードに定電流を出力する定電流回路と、
    前記第１コレクターノードからの出力電圧をバッファリングすることで前記温度検出電圧を出力するバッファー回路と、
    を含み、
    前記第１可変抵抗回路の抵抗値が調整されることで、前記温度検出電圧のオフセットが調整されることを特徴とする温度センサー。
  3. 請求項２に記載の温度センサーにおいて、
    バックゲート電圧制御回路を含み、
    前記バッファー回路は、カレントミラー回路と、前記カレントミラー回路に電気的に接続される差動対とを有する差動部を有し、
    前記カレントミラー回路は、ＭＯＳトランジスターである第１トランジスター及び第２トランジスターにより構成され、
    前記差動対は、バイポーラ―トランジスターである第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターにより構成され、
    前記第１差動対トランジスターのベースノードに、前記第１コレクターノードからの前記出力電圧が入力され、前記第２差動対トランジスターのベースノードに、前記バッファー回路の出力ノードが電気的に接続され、
    前記バックゲート電圧制御回路は、前記第１トランジスターのバックゲート電圧及び前記第２トランジスターのバックゲート電圧の少なくも一方を、制御することを特徴とする温度センサー。
  4. 温度検出電圧を出力する温度センサーであって、
    第１バイポーラートランジスターと、
    前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、
    前記第１バイポーラートランジスターのエミッターノードである第１エミッターノードとグランドノードとの間に設けられる第１可変抵抗回路と、
    第２バイポーラートランジスターと、
    前記第２バイポーラートランジスターのベースノードである第２ベースノードに接続される第２ノードと、前記第２バイポーラートランジスターのコレクターノードである第２コレクターノードとの間に設けられる第２抵抗と、
    前記第２バイポーラートランジスターのエミッターノードである第２エミッターノードと前記第１コレクターノードとの間に設けられる第２可変抵抗回路と、
    を含み、
    前記第２コレクターノードからの出力電圧を前記温度検出電圧として出力することを特徴とする温度センサー。
  5. 温度検出電圧を出力する温度センサーであって、
    第１バイポーラートランジスターと、
    前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、
    前記第１バイポーラートランジスターのエミッターノードである第１エミッターノードとグランドノードとの間に設けられる第１可変抵抗回路と、
    第２バイポーラートランジスターと、
    前記第２バイポーラートランジスターのベースノードである第２ベースノードに接続される第２ノードと、前記第２バイポーラートランジスターのコレクターノードである第２コレクターノードとの間に設けられる第２抵抗と、
    前記第２バイポーラートランジスターのエミッターノードである第２エミッターノードと前記第１コレクターノードとの間に設けられる第２可変抵抗回路と、
    前記第２コレクターノードからの出力電圧をバッファリングすることで前記温度検出電圧を出力するバッファー回路と、
    を含むことを特徴とする温度センサー。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温度センサーにおいて、
    前記第１可変抵抗回路は、
    前記第１エミッターノードと前記グランドノードとの間に直列接続される複数の抵抗と、
    各スイッチが、前記複数の抵抗のいずれかの抵抗の一端と前記グランドノードとの間に接続される複数のスイッチと、
    を有することを特徴とする温度センサー。
  7. 温度検出電圧を出力する温度センサーであって、
    第１バイポーラートランジスターと、
    前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、
    第２バイポーラートランジスターと、
    前記第２バイポーラートランジスターのベースノードである第２ベースノードに接続される第２ノードと、前記第２バイポーラートランジスターのコレクターノードである第２コレクターノードとの間に設けられる第２抵抗と、
    前記第２バイポーラートランジスターのエミッターノードである第２エミッターノードと前記第１コレクターノードとの間に設けられる可変抵抗回路と、
    を含み、
    前記第２コレクターノードからの出力電圧を前記温度検出電圧として出力することを特徴とする温度センサー。
  8. 温度検出電圧を出力する温度センサーであって、
    第１バイポーラートランジスターと、
    前記第１バイポーラートランジスターのベースノードである第１ベースノードに接続される第１ノードと、前記第１バイポーラートランジスターのコレクターノードである第１コレクターノードとの間に設けられる第１抵抗と、
    第２バイポーラートランジスターと、
    前記第２バイポーラートランジスターのベースノードである第２ベースノードに接続される第２ノードと、前記第２バイポーラートランジスターのコレクターノードである第２コレクターノードとの間に設けられる第２抵抗と、
    前記第２バイポーラートランジスターのエミッターノードである第２エミッターノードと前記第１コレクターノードとの間に設けられる可変抵抗回路と、
    前記第２コレクターノードからの出力電圧をバッファリングすることで前記温度検出電圧を出力するバッファー回路と、
    を含むことを特徴とする温度センサー。
  9. 請求項５又は８に記載の温度センサーにおいて、
    バックゲート電圧制御回路を含み、
    前記バッファー回路は、カレントミラー回路と、前記カレントミラー回路に電気的に接続される差動対とを有する差動部を有し、
    前記カレントミラー回路は、ＭＯＳトランジスターである第１トランジスター及び第２トランジスターにより構成され、
    前記差動対は、バイポーラ―トランジスターである第１差動対トランジスター及び第２差動対トランジスターにより構成され、
    前記第１差動対トランジスターのベースノードに、前記第２コレクターノードからの前記出力電圧が入力され、前記第２差動対トランジスターのベースノードに、前記バッファー回路の出力ノードが電気的に接続され、
    前記バックゲート電圧制御回路は、前記第１トランジスターのバックゲート電圧及び前記第２トランジスターのバックゲート電圧の少なくも一方を、制御することを特徴とする温度センサー。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の温度センサーと、
    前記温度センサーからの前記温度検出電圧に基づいて動作する回路と、
    を含むことを特徴とする回路装置。
  11. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の温度センサーと、
    振動子を発振させる発振回路と、
    前記温度センサーからの前記温度検出電圧に基づいて、前記発振回路の発振周波数を温度補償する温度補償信号を出力する温度補償回路と、
    を含むことを特徴とする回路装置。
  12. 請求項１１に記載の回路装置と、
    前記振動子と、
    を含むことを特徴とする発振器。
  13. 請求項１０又は１１に記載の回路装置と、
    前記回路装置からの出力信号に基づいて動作する処理装置と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
  14. 請求項１０又は１１に記載の回路装置と、
    前記回路装置からの出力信号に基づいて動作する処理装置と、
    を含むことを特徴とする移動体。
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