JPH0228363A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １目次］ 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１ 作用 実施例（第３〜７図） 発明の効果 ２図） ［概要］ 温度センサを備えた半導体集積回路に関し、チップ温度
が動作°温度範囲を越えて誤動作するのを防止し、また
、動作温度範囲を広げて高温環境下での使用を可能にす
ることを目的とし、半導体集積回路の一部として設けら
れ該半導体集積回路のチップ温度を検出する温度センサ
と、機能が同一で動作温度範囲が異なる複数の半導体集
積回路と、検出された該チップ温度に応じて、該複数の
半導体集積回路のうち適当な動作温度範囲を有する半導
体集積回路を選択してこれを動作状態にする切換回路と
を備えて第１発明を構成し、ＭＯ３Ｉ−ランジスタを備
えた半導体集積回路において、ＭＯＳ　）ランジスタの
ソース又はドレインに抵抗を接続して、該抵抗に流れる
電流による降下電圧によりチップ温度を検出する温度セ
ンサと、しきい値が異なる他の複数のＭＯＳトランジス
タのゲートを並列接続し、該ゲートに該降下電圧を供給
して該１ｌｌＯＳトランジスタをスイッチ動作させるこ
とにより該チップ温度が基準温度以上であるかどうかを
判定する該複数の比較回路とを備えて第２発明を構成す
る。

Ｌ産業上の利用分野］ 本発明は温度センサを備えた半導体集積回路（こ関する
。

［従来の技術］ 近年の半導体集積回路化の波により、あらゆる環境下で
半導体集積回路が用いられるようになった。ところが、
半導体特性であるキャリア密度、移動度は温度に太き（
依存するので、半導体集積回路の動作温度は限定されて
おり、その範囲は通常−２０〜７５℃である。このため
、特に高温環境Ｆで使用される半導体集積回路、例えば
車載用半導体集積回路では、半導体集積回路の温度力（
動作温度を越えないように工夫されている。

し発明が解決しようとする課題］ しかし、予想しなかった事態が発生して動作温度の上限
値を越えた場合には、誤動作の原因となる。

また、通常の状態で動作温度の上限値を越える高温環境
下では、半導体集積回路の使用を断念せざるを得なかっ
た。

本発明の第１の目的は、上記問題点に鑑み、動作温度範
囲を越えて誤動作する。のを防止することができる半導
体集積回路を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、動作温度範囲を広げて高
温環境下での使用を可能にする半導体集積回路を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ （１）第１図は本第１発明の構成を示す原理ブロック図
である。

図中、１は温度センサであり、半導体集積回路の一部と
して設けられ、該半導体集積回路のチップ温度を検出す
る。

ＩＣ，〜ＩＣ，は半導体集積回路であり、各々は機能が
同一で動作温度範囲が異なる。各半導体集積回路は、該
温度センサが設けられた半導体集積回路と同一チップで
あっても異なるチップであってもよい。

２は切換回路であり、検出された該チップ温度に応じて
、該複数の半導体集積回路のうち適当な動作温度範囲を
有する半導体集積回路を選択してこれを動作状態にする
。

（２）第２図は本第２発明の構成を示す原理ブロック図
である。

図中、ｌｏは温度センサであり、半導体集積回路の一部
として設けられ、ＭＯＳトランジスタＴｒｏのソース又
はドレインに抵抗Ｒを接続して、該抵抗Ｒに流れる電流
による降下電圧によりチップ温度を検出する。

Ｃｐｌ”ＣｐＨは比較回路であり、しきい値が異なる複
数のＭＯＳ　トランジスタＴ、１〜Ｔ、、、、のゲート
を並列接続し、該ゲートに該降下電圧を供給して該ＭＯ
ＳトランジスタＴ　ｒｌ””Ｔｒｎをスイッチ動作させ
ることによりチップ温度が基準温度以上であるかどうか
を判定する。

［作用］ 第１発明では、半導体集積回路のチップ温度を検出し、
機能が同一で動作温度範囲が異なる複数の半導体集積回
路を検出温度に応じて選択的に動作状態にするので、全
体として動作温度範囲が広がり、高温環境下での使用が
可能になるとともに、高温での誤動作を防止することが
できる。

また、第２発明では、チップ温度がどの範囲にあるかを
検出するので、誤動作防止対策を施すことができ、高温
での誤動作を防止することができる。

［実施例］ 図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

最初に、ＭＯＳトランジスタを用いて半導体集積回路の
チップ温度を検出することができることを説明する。

ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧Ｖ、は温度の関数で
あり、次式で表される。

ｖ、−２φ、−２εｍｉ”Ｎｓｔ＋ｂ”φｒ／Ｃ０８・
・（１）ここに、 φｔ−・（ｋＴ／ｑ）　Ｉｎ（Ｎ　ｓｕｂ／ｎ＋）　　
　　　　　＠　（２）εｍ＋：ｓＩ半導体基板の比誘電
率 Ｎ　ｓｕｂ　：　Ｓ　ｌ半導体基板の不純物濃度Ｃ，，
：（ゲート酸化膜の誘電率）／（ゲート酸化膜の膜厚） ｎｌ：真性半導体のキャリア濃度 このしきい値電圧■、は、１ｌＯ３）ランジスタに印加
される電圧によらず、温度変化により第４図に示す如く
変化する。したがって、しきい値電圧Ｖ、（Ｔ）の変化
によるドレイン電流Ｉｎの変化を検出することにより、
半導体集積回路のチップ温度Ｔを比較的正確に検出する
ことができる。

デツプ温度ＴがＴｏからＴ１に変化した場合のドレイン
電流■。の差ΔＩｎは、飽和領域において次式の如くな
る（第５図参照）。

Δ１ｏ−β／　２　（Ｖ　ａ　　Ｖ　ｔ（Ｔ　ｏ））”
β／２　（Ｖ　Ｃ−Ｖ　ｔ（Ｔ　Ｉ））”　　　　・（
３）ここに、 β　：’Ｑｉ流増幅率 ＶＧ：ゲート電圧 したがって、ΔＩｎは、ゲート電圧Ｖ６を大きくして飽
和領域を用いることにより、ソース・ドレイン間に印加
される電圧変動の影響を無視することができ、比較的正
確なチップ温度Ｔの検出が可能となる。

ΔＩＤは、抵抗Ｒの端子間電圧の変化ΔＶ＝Ｒ・Δ■。

として検出される。

具体例として、 β−１，ＯＸ　ｔｏ”Ａ　／Ｖ　”　　　Ｖ　、＝　５
ＶＶ　、（３００）−１，ＯＶ　　　　　Ｖ　、（６０
０）＝　３．ＯＶ　。

Ｒ＝　１００Ωとすると、 ΔＩ　ｏ＝　１２Ｘ　１０−ＩＡ１　　　ΔＶ　＝　１
．２Ｖとなる。

次に、動作温度範囲を拡大した半導体集積回路を第３図
に基づいて説明する。

図中、Ｔｒｏは温度検出素子としてのｎ−ＭＯＳ　トラ
ンジスタであり、そのドレインＤは電源端子ｖａｎに接
続され、ソースＳは抵抗Ｒを介してアースされ、ゲート
Ｇは一定の電圧Ｖｃを供給する配線に接続されている。

例えば、ＶＤＤ及びＶｃはいずれも＋−ＳＶである。

Ｔｒｌ、Ｔｒｙ、Ｔｒｓは比較素子としてのｎ−ＭＯＳ
　トランジスタであり、各ゲートＧは共通にトランジス
タＴ、、。のソースＳ（電圧Ｖ。）に接続され、各ドレ
インＤは共通に電源端子Ｖ。Ｄに接続され、ソースＳは
それぞれ抵抗Ｒ２、Ｒ７、Ｒ１、ホトダイオードＰ　Ｄ
　、、ＰＤ７、ＰＤ、を介してアースされている。谷ト
ランジスタＴ□、Ｔ　ｒｔ、Ｔ　１３のしきい値電圧Ｖ
０、Ｖｔ、、Ｖｔ３は異なり、第６図に示す如く、Ｖ　
、、＜　Ｖ　ｔ２＜　Ｖ　ｔｓとなっている。したがっ
て、Ｖ　、＜　Ｖ　１１では全てのトランジスタＴ　ｔ
、％’ｒ　ｒｔ、Ｔ１３がオフ状態となってホトダイオ
ードＰＤいＰＤ、及Ｕ　Ｐ　Ｄ　’ｓが消灯しており、
Ｖ　ｔｌ＜　Ｖ　ｏ＜　Ｖ　ｔｌテはトランジスタＴｒ
１のみオン状態になって、ホトダイオードＰＤ、のみが
点灯し、Ｖ　ｔｌ＜　Ｖ　ｏ＜　Ｖ　ｔｓではトランジ
スタＴ１もオン状態になって、ホトダイオードＦＤ、及
びＰＤ、が点灯し、Ｖｔ３＜Ｖ。

ではさらにトランジスタＴｒ３もオン状態になって、全
てのホトダイオードＰＤ、　　ｐＤｔ及びＰ　Ｄ　ｓが
点灯する。

ＩＣ−ＩＣｔ、ＩＣｓは機能が同一で動作温度範囲が異
なる半導体集積回路である。したがって、第７図に示す
如く、半導体集積回路ＩＣ８、Ｉｃｅ、ＩＣ３を構成す
るＭＯＳトランジスタのしきい値電圧Ｖ　ｔｌｌＳＶ　
ｔｌｓ、Ｖ　ｔｌｓは異なり、Ｖ　ｃ＋＋＜　Ｖ　ｔｌ
ｓ＜Ｖ　１１３となっている。チップ温度ＴがＴ、では
半導体集積回路ＩＣ＋のみが動作温度範囲内にあり、Ｔ
、では半導体集積回路Ｉｃｙのみが動作温度範囲内にあ
り、Ｔ、では半導体集積回路ＩＣ，のみが動作温度範囲
内にある。

２は切換回路であり、トランジスタＴ、、Ｉ、Ｔ、、！
、Ｔ、、３のソース電圧が人力され、トランジスタＴ　
ｒ＋のみがオン状態のときには半導体集積回路ＩＣを選
択してこれを動作状態にし、トランジスタＴｒ１及びＴ
、、！がオン状態でＴ、、３がオフ状態のときには半導
体集積回路ＩＣ，を選択してこれを動作状態にし、トラ
ンジスタＴ□、Ｔ’、ｒｔ及びＴｒｓがオン状態のとき
には半導体集積回路ＩＣ３を選択してこれを動作状態に
する。

なお、ホトダイ、オードＰ　Ｄ　Ｉ−Ｐ　Ｄ　３は表示
パネル３に備えられており、抵抗Ｒ９〜Ｒ３は外付であ
り、他は半導体集積回路である。半導体集積回路ｌ　Ｃ
＋−Ｉ　Ｃ３は、トランジスタＴ１゜を含む半導体集積
回路と同一ヂツブに形成されていてもよく、異なるチッ
プに形成されていてもよい。

次に、上記の如く構成された本実施例の動作を説明する
。

半導体集積回路のチップ温度Ｔが上昇すると、トランジ
スタＴ、、。のしきい値電圧ｖＩも上昇し、トランジス
タＴ、、。のドレイン電流ｒｏが増加して、抵抗Ｒの端
子間電圧■。が上昇する。

半導体集積回路ＩＣ１〜ＩＣ＋の動作温度範囲に応じて
トランジスタＴ、、Ｉ−Ｔ、、３が上記の如くオン状態
になり、切換回路２によりこの動作温度を有する半導体
集積回路が選択されて動作状態にされる。

例えば、半導体集積回路ＩＣ，〜ＩＣｓの動作温度範囲
をそれぞれ一２０〜７０℃、７０−１６０℃、１６０〜
２５０℃とすると、全体として動作温度範囲が一２０〜
２５０℃と広くなり、信頼性が向上すると共に、高温環
境下での用途が拡大する。

なお、通常は動作温度−２０〜７０’Ｃの半導体集積回
路ＩＣ１のみで充分である温度下で使用する場合には、
切換回路２及び半導体集積回路ＩＣ，、ＩＣ，を設けず
に、ホトダイオードＰＤ、〜ＰＤ。

でチップ温度が例えば６５℃以下、６５〜７０℃又は７
０℃以上であるかどうかを確認し、各温度に応じて記録
、点検、動作停止等の適切な処置を施すようにしても誤
動作を防止することができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本第１発明に係る半導体集積回路
によれば、半導体集積回路のチップ温度を検出し、機能
が同一で動作温度範囲が異なる複数の半導体集積回路を
検出温度に応じて選択的に動作状態にするので、全体と
して動作温度範囲が広がり、高温環境下での使用が可能
になるとともに、高温での誤動作を防止することができ
るという優れた効果を奏し、また、本第２発明に係る半
導体集積回路によれば、チップ温度がどの範囲にあるか
を検出するので、誤動作防止対策を施すことができ、高
温での誤動作を防止することができるという優れた効果
を奏し、いずれの発明も、半導体集積回路の信頼性の向
上及び用途の拡大に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本第１発明の原理構成を示すブロック図、 第２図は本第２発明の原理構成を示すブロック図である
。 第３図乃至第７図は本発明の一実施例に係り、第３図は
温度センサを内部に備えた半導体集積回路の要部構成を
示す回路図、 第４図はＭＯＳ　Ｉ−ランジスタのしきい値電圧ｖＩの
温度特性を示す線図、 第５図はＭＯＳトランジスタの■。−Ｖ６特性を示す線
図、 第６図は第３図のＩＣ３トランジスタＴ　Ｐｌ、、Ｔ　
ｒｔ、Ｔ、、、のＩｎ−Ｖｃ特性を示す線図、第７図（
Ａ）〜（Ｃ）は第３図の半導体集積回路ｒｃ、、ＩＣ９
、ＸＣＳに設けられたＭＯＳ　）ランジスタのＩｎ−Ｖ
Ｇ特性を示す線図である。 図中、 Ｔ　、、”＋−Ｔ　、、はｎ−ＩＣ３トランジスタＲ、
−Ｒ、は抵抗 ＰＤ、〜ＰＤ３はホトダイオード 発明の原理ブロック図 第１図 発明の原理ブロック図 第２図 丁Ｃ Ｃ２ 温度センサＭえた半導体集積回路 第３図 しきい値Ｖ＋の温度特性図 第４図 １０　　ＶＧ特性図 第５図 Ｉｏ−■特性図 第 図 ｖｔ＋＋（Ｔ、） Ｖｕ：＋（型 Ｖｔ＋３（Ｔ、） サート電圧Ｇ アート電」三Ｇ Ｖｏ　−Ｖｃ持性因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、半導体集積回路の一部として設けられ、該半導体
   集積回路のチップ温度を検出する温度センサ（１）と、 機能が同一で動作温度範囲が異なる複数の半導体集積回
   路（ＩＣ＿１〜ＩＣ＿ｎ）と、 検出された該チップ温度に応じて、該複数の半導体集積
   回路（ＩＣ＿１〜ＩＣ＿ｎ）のうち適当な動作温度範囲
   を有する半導体集積回路を選択してこれを動作状態にす
   る切換回路（２）と、 を有することを特徴とする半導体集積回路。 ２）、ＭＯＳトランジスタを備えた半導体集積回路にお
   いて、 ＭＯＳトランジスタ（Ｔｒｏ）のソース又はドレインに
   抵抗（Ｒ）を接続して、該抵抗（Ｒ）に流れる電流によ
   る降下電圧によりチップ温度を検出する温度センサ（１
   ′）と、 しきい値が異なる他の複数のＭＯＳトランジスタ（Ｔｒ
   ＿１〜Ｔｒｎ）のゲートを並列接続し、該ゲートに該降
   下電圧を供給して該ＭＯＳトランジスタ（Ｔｒ＿１〜Ｔ
   ｒ＿ｎ）をスイッチ動作させることにより該チップ温度
   が基準温度以上であるかどうかを判定する該複数の比較
   回路（Ｃｐ＿１〜Ｃｐ＿ｎ）と、 を有することを特徴とする半導体集積回路。