JPH0456935B2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は温度センサ回路に関し、特にMOSプ
ロセスと同一のプロセスでバイポーラトランジス
タが製造され、バイポーラトランジスタとMOS
トランジスタで構成された温度センサ回路に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a temperature sensor circuit, and in particular, bipolar transistors are manufactured in the same process as a MOS process, and bipolar transistors and MOS
The present invention relates to a temperature sensor circuit composed of transistors.
従来、この種の温度センサ回路の多くは、バイ
ポーラトランジスタのみにより構成されてきた。
近年、プロセス技術の進歩とともに、MOSトラ
ンジスタおよびバイポーラトランジスタを同一基
板上につくることができるようになつてきた。通
常、MOSプロセス中にバイポーラトランジスタ
をつくるには、埋込層等の層を追加するプロセス
とMOSプロセスのみでバイポーラトランジスタ
をつくる方法がある。前者はプロセス的に複雑と
なり、プロセス工程が増加し、好ましくないの
で、現在、後者のようにMOSプロセスでゲート
を用いず、MOSトランジスタのソースあるいは
ドレインの接合を用いてバイポーラトランジスタ
をつくることが多い。このプロセス技術では基板
(サブストレート)をコレクタとするため、すべ
てのバイポーラトランジスタは共通コレクタ接地
となる。
Conventionally, many of this type of temperature sensor circuits have been constructed only from bipolar transistors.
In recent years, with advances in process technology, it has become possible to fabricate MOS transistors and bipolar transistors on the same substrate. Normally, there are two ways to create a bipolar transistor using a MOS process: one is to add layers such as a buried layer, and the other is to create a bipolar transistor using only the MOS process. The former method is undesirable as it complicates the process and increases the number of process steps, so currently, bipolar transistors are often created using the source or drain junction of the MOS transistor instead of using the gate in the MOS process as in the latter method. . Since this process technology uses the substrate as the collector, all bipolar transistors have a common collector grounded.
従来、MOSプロセスで製造できる温度センサ
回路は第7図のようなものであつた。ダーリント
ン接続されたバイポーラトランジスタQk1,Qk2
のうちバイポーラトランジスタのQk2のエミツタ
をMOSトランジスタで構成された定電流回路Ik1
に接続し、バイポーラトランジスタQk2のエミツ
タを出力端子とすることでバイポーラトランジス
タQk1とQk2のベース=エミツタ間電圧の温度変
化を利用し温度センサとして利用したものであ
る。 Conventionally, a temperature sensor circuit that can be manufactured using a MOS process is as shown in FIG. Darlington connected bipolar transistors Q k1 , Q k2
Among them, the emitter of bipolar transistor Q k2 is connected to a constant current circuit I k1 consisting of a MOS transistor.
By connecting the emitter of the bipolar transistor Q k2 to the output terminal, the temperature change in the base-emitter voltage of the bipolar transistors Q k1 and Q k2 is used as a temperature sensor.
しかし、上述した従来の温度センサ回路はダー
リントン接続で構成されているので電流利得βの
ばらつきが出力感度のばらつきに対し相乗的に大
きい回路であるという欠点があつた。このため電
流利得βのばらつきをおさえるためベース領域の
ベース幅を比較的厚くし正確に制御する必要があ
り、プロセス的に複雑となる欠点があつた。
However, since the above-mentioned conventional temperature sensor circuit is configured with a Darlington connection, it has a disadvantage that the variation in current gain β is synergistically large with respect to the variation in output sensitivity. Therefore, in order to suppress variations in the current gain β, it is necessary to make the base width of the base region relatively thick and accurately control it, which has the disadvantage of complicating the process.
本発明の目的は通常のMOSプロセスで製造で
きる回路構成を有する温度センサ回路を提供する
ことにある。 An object of the present invention is to provide a temperature sensor circuit having a circuit configuration that can be manufactured using a normal MOS process.
本発明によれば、コレクタが第1の定電位点に
各々接続されたn個(nは2以上の整数)のバイ
ポーラトランジスタと、第2の定電位点に接続さ
れ、少くともn個の定電流を出力する、MOSト
ランジスタにより構成された定電流回路とを有
し、n個のバイポーラトランジスタの各エミツタ
は各1つの定電流を受けるように接続され、かつ
第1番目のバイポーラトランジスタのベースは自
身のコレクタに接続され、第i番目(iは2以上
n以下の整数)のバイポーラトランジスタのベー
スは第i−1番目のバイポーラトランジスタのエ
ミツタに接続され、第n番目のバイポーラトラン
ジスタのエミツタから出力を得るようにした温度
センサ回路を得る。
According to the present invention, n (n is an integer of 2 or more) bipolar transistors each having a collector connected to a first constant potential point, and at least n bipolar transistors each having a collector connected to a second constant potential point, a constant current circuit composed of MOS transistors that outputs a current, each emitter of the n bipolar transistors is connected to receive one constant current, and the base of the first bipolar transistor is The base of the i-th (i is an integer from 2 to n) bipolar transistor is connected to its own collector, and the base of the i-th bipolar transistor is connected to the emitter of the i-1-th bipolar transistor, and the output is output from the emitter of the n-th bipolar transistor. A temperature sensor circuit is obtained.
このように、本発明の温度センサ回路はダーリ
ントン接続されていないので、電流利得βの変動
に対しても出力電圧の温度変化分のばらつきを小
さく押さえることができ、またプロセス的に複雑
にならない。 As described above, since the temperature sensor circuit of the present invention is not connected in Darlington, the variation in the output voltage due to the temperature change can be kept small even when the current gain β changes, and the process is not complicated.
本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明による温度センサ回路の一実施
例の回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of one embodiment of a temperature sensor circuit according to the present invention.
n個(n1)のバイポーラトランジスタQp1
,Qp2,…,Qpoのコレクタは共通に接続されて、
負電圧(接地)端子2とされ、各バイポーラトラ
ンジスタQp1,Qp2,…,QpoのエミツタにMOSト
ランジスタにより構成された定電流回路Ip1,Ip2,
…,Ipoがそれぞれ接続されている。初段のバイ
ポーラトランジスタQp1のベースはコレクタとダ
イオード接続されて、次段以後のバイポーラトラ
ンジスタQp2,…,Qpoのベースは、その前段の
バイポーラトランジスタのエミツタと接続され
る。出力端子3はn段目のバイポーラトランジス
タQpoのエミツタよりとり出されている。 n (n1) bipolar transistors Q p1
, Q p2 ,…, the collectors of Q po are commonly connected,
A constant current circuit I p1 , I p2 , which is set as a negative voltage (ground) terminal 2 and constituted by a MOS transistor is connected to the emitter of each bipolar transistor Q p1 , Q p2 , ..., Q po .
..., I po are connected respectively. The base of the bipolar transistor Q p1 in the first stage is diode-connected to the collector, and the bases of the bipolar transistors Q p2 , . . . , Q po in the next stage are connected to the emitters of the bipolar transistors in the previous stage. The output terminal 3 is taken out from the emitter of the n-th stage bipolar transistor Qpo .
バイポーラトランジスタのベース・エミツタ間
電圧は、定電流回路により電流を流すことにより
ある電圧VBEを生じ、この電圧VBEが温度により
(1)式であらわせるような特性を示す。 The voltage between the base and emitter of a bipolar transistor is a certain voltage V BE produced by passing current through a constant current circuit, and this voltage V BE changes depending on the temperature.
It shows the characteristics expressed by equation (1).
VBE≒kT/qln(I/Is) ……(1)
ただし、
k:ボルツマン定数
q:単位電荷
T:絶対温度
Is:飽和電流
I:バイポーラトランジスタに流れる電流
バイポーラトランジスタに流れる電流Iを定電流
回路で駆動すると飽和電流Isが温度変化分の対数
をとることで無視でき電圧VBEは温度Tにほぼ単
調に比例する
第1図のバイポーラトランジスタQp1,Qp2,…,
Qpoのベース・エミツタ間電圧をそれぞれVBE1,
VBE2,…,VBEoとし、負電源端子2の電位を0V
とすれば出力電圧VOUTは
VOUT=VBE1+VBE2+…+VBEo ……(2)
となる。 V BE ≒kT/qln(I/ Is )...(1) where, k: Boltzmann's constant q: Unit charge T: Absolute temperature Is : Saturation current I: Current flowing through the bipolar transistor Current I flowing through the bipolar transistor When driven by a constant current circuit, the saturation current I s can be ignored by taking the logarithm of the temperature change, and the voltage V BE is almost monotonically proportional to the temperature T. The bipolar transistors Q p1 , Q p2 ,...
The base-emitter voltage of Q po is V BE1 ,
Let V BE2 ,...,V BEo and set the potential of negative power supply terminal 2 to 0V
Then, the output voltage V OUT is V OUT = V BE1 + V BE2 +...+V BEo (2).
ここで、各ベース・エミツタ間電圧VBE1,
VBE2,…,VBEoは、温度Tにより変化する。すな
わち(2)式に(1)式を代入すると温度T〓の時の出力
電圧は
VOUT(T)≒kT/qln(Ip1/Is)+kT/qln(Ip2/Is
)+…+kT/qln(Ipo/Is)=kT/q(ln(Ip1/Is)
+ln(Ip2/Is)+…+ln(Ipo/Is))
……(3)
となり、温度Tの単調関数となる温度特性を示
す。第2図は、NPNトランジスタを用いた実施
例で上記原理は同様に成り立つ。 Here, each base-emitter voltage V BE1 ,
V BE2 , ..., V BEo change depending on the temperature T. In other words, by substituting equation (1) into equation (2), the output voltage at temperature T〓 is V OUT (T)≒kT/qln (I p1 /I s ) + kT/qln (I p2 /I s
)+…+kT/qln( Ipo / Is )=kT/q(ln( Ip1 / Is )
+ln (I p2 / I s ) +… + ln (I po / I s ))
...(3), which shows a temperature characteristic that is a monotonic function of temperature T. FIG. 2 shows an embodiment using an NPN transistor, and the above principle holds true in the same way.
第3図、第4図はMOSプロセスを用いた具体
的な実施例の回路図である。第3図は、P形基板
を用いた場合の温度センサ回路の回路図である。
第5図はP形基板4のMOSプロセスでできる
PNPバーチカルバイポーラトランジスタの断面
図である。コレクタ5は基板4と同じP形であ
り、常に基板4の電位と同一となる。P形基板4
内にNウエル8をつくり、ここがベース領域とな
りベース端子7よりとり出す。また、Nウエル8
内にP形領域を形成し、ここがエミツタ6とな
る。こうしたプロセスでは必ずコレクタが基板と
接続するため基板の電位と同一となる。通常、P
形基板を用いる場合は、基板は負電位(接地)と
接続される。第3図では前述のようにP形基板を
用いているためコレクタが共通に接続されて負電
源2に接続された回路構成をとり、バイポーラト
ランジスタの数を4個(n=4)とした時の図で
ある。PチヤネルMOSトランシスタMA2,MA3
により構成されるMOS抵抗とPチヤネルMOSト
ランジスタMA1でカレントミラー回路が構成さ
れ、PチヤネルMOSトランジスタMp1,Mp2,
Mp3,Mp4はそれぞれPチヤネルMOSトランジス
タMA1に流れる電流に比例した電流が流れる定電
流回路を構成している。もし、PチヤネルMOS
トランジスタMp1〜Mp4に流れる電流がそれぞれ
温度に対して一定であれば(3)式より、1℃あたり
の出力電圧変化ΔVOUTは
ΔVOUT2.5mV×4=10mV ……(4)
となる。 FIGS. 3 and 4 are circuit diagrams of specific embodiments using a MOS process. FIG. 3 is a circuit diagram of a temperature sensor circuit using a P-type substrate.
Figure 5 shows the result of MOS process using P-type substrate 4.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a PNP vertical bipolar transistor. The collector 5 is of the same P type as the substrate 4, and is always at the same potential as the substrate 4. P type board 4
An N well 8 is created inside, and this becomes a base area and is taken out from the base terminal 7. Also, N well 8
A P-type region is formed inside, and this becomes the emitter 6. In such a process, the collector is always connected to the substrate, so the potential is the same as that of the substrate. Usually, P
When using a shaped substrate, the substrate is connected to a negative potential (ground). In Figure 3, since a P-type substrate is used as mentioned above, the collectors are connected in common and the circuit configuration is connected to the negative power supply 2, and the number of bipolar transistors is 4 (n = 4). This is a diagram. P channel MOS transistor M A2 , M A3
A current mirror circuit is constituted by the MOS resistor and the P-channel MOS transistor M A1 , and the P-channel MOS transistors M p1 , M p2 ,
M p3 and M p4 each constitute a constant current circuit through which a current proportional to the current flowing through the P-channel MOS transistor M A1 flows. If P channel MOS
If the currents flowing through transistors M p1 to M p4 are constant with respect to temperature, then from equation (3), the output voltage change ΔV OUT per 1°C is ΔV OUT 2.5 mV x 4 = 10 mV ... (4) .
第6図は、第3図の温度センサ回路の特性図で
ある。温度変化に対して出力電圧が若干曲がる特
性があるのはMOSトランジスタによる低電流回
路が温度により少し変動するためであるが、ほぼ
直線とみなしうる特性が得られる。 FIG. 6 is a characteristic diagram of the temperature sensor circuit of FIG. 3. The reason why the output voltage curves slightly with temperature changes is because the low current circuit using MOS transistors fluctuates slightly with temperature, but a characteristic that can be considered almost linear is obtained.
第4図は、N形基板を用いた場合の温度センサ
回路で、コレクタが共通に接続され、正電位端子
1としたNPNバイポーラトランジスタとNチヤ
ネルMOSトランジスタMo1,Mo2,Mo3,Mo4に
より駆動される定電流回路により構成され、第3
図と同様の特性が得られる。 Figure 4 shows a temperature sensor circuit using an N-type substrate, in which the collectors are commonly connected and the positive potential terminal 1 is an NPN bipolar transistor and N-channel MOS transistors M o1 , M o2 , M o3 , M o4 The third
Characteristics similar to those shown in the figure can be obtained.
第3図、第4図のような回路構成ではダーリン
トン接続のような接続をしていないので、電流利
得βの変動に対しても出力電圧の温度変化分のば
らつきを小さく抑えることができる。 Since the circuit configurations shown in FIGS. 3 and 4 do not use a connection such as a Darlington connection, it is possible to suppress variations in the output voltage due to temperature changes even when the current gain β changes.
以上説明したように本発明は、MOSプロセス
で作られ、コレクタが共通に接続されたn個のバ
イポーラトランジスタとMOSトランジスタによ
り構成されたn個の定電流回路を有し、第1のバ
イポーラトランジスタのベースとコレクタが接続
され、第iのバイポーラトランジスタのベースは
第(i−1)のバイポーラトランジスタのエミツ
タと接続され、n個のバイポーラトランジスタの
エミツタに前記各定電流回路が接続されているこ
とにより、MOSプロセスでバイポーラトランジ
スタをつくり、複雑なプロセスで構造やプロセス
追加をすることなく、簡単な回路構成で温度セン
サ回路が実現でき、さらにプロセス変動によるば
らつきに対しても出力電圧の温度変化量のばらつ
きを小さくできる効果がある。
As explained above, the present invention has n constant current circuits made by a MOS process and configured by n bipolar transistors and MOS transistors whose collectors are connected in common, and a first bipolar transistor. The base and collector are connected, the base of the i-th bipolar transistor is connected to the emitter of the (i-1)-th bipolar transistor, and each of the constant current circuits is connected to the emitter of the n bipolar transistors. By creating bipolar transistors using a MOS process, a temperature sensor circuit can be realized with a simple circuit configuration without the need for complex structures or process additions.Furthermore, it is possible to realize temperature sensor circuits with a simple circuit configuration, and the amount of temperature change in the output voltage can be controlled even against variations due to process fluctuations. This has the effect of reducing variations.
第1図は本発明のPNPバイポーラトランジス
タと定電流回路を用いた回路図、第2図はNPN
バイポーラトランジスタと定電流回路を用いた回
路図、第3図はPNPバイポーラトランジスタと
NチヤネルMOSトランジスタとPチヤネルMOS
トランジスタとで構成された具体的な定電流回路
とで構成された回路実施図、第4図はNPNバー
チカルトランジスタとNチヤネルMOSトランジ
スタとPチヤネルMOSトランジスタとで構成さ
れた具体的な定電流回路とで構成された回路実施
図、第5図はMOSプロセスによりつくられた
PNPバイポーラトランジスタの断面図、第6図
は第3図特性を示す図、第7図は従来より用いら
れた温度センサ回路の回路図である。
1……正電源端子、2……負電源端子、3……
出力端子、Qp1,Qp2,…,Qp(o-1),Qpo……PNP
バイポーラトランジスタ、Qo1,Qo2,…,
Qo(o-1),Qoo……NPNバイポーラトランジスタ、
Ip1,Ip2,…,Ip(o-1),Ipo……MOSトランジスタ
により構成された定電流回路、Io1,Io2,…,
Io(o-1),Ioo……MOSトランジスタにより構成され
た定電流回路、MA1,MA2,Mp1,Mp2,Mp3,
Mp4……PチヤネルMOSトランジスタ、MA3……
NチヤネルMOSトランジスタ、MB2,MB3,
Mo1,Mo2,Mo3,Mo4……NチヤネルMOSトラ
ンジスタ、MB1……PチヤネルMOSトランジス
タ、4……基板(サブストレート)、5……コレ
クタ端子、6……エミツタ端子、7……ベース端
子、8……Nウエル(ベース領域)。
Figure 1 is a circuit diagram using the PNP bipolar transistor of the present invention and a constant current circuit, and Figure 2 is an NPN
A circuit diagram using a bipolar transistor and a constant current circuit, Figure 3 shows a PNP bipolar transistor, an N-channel MOS transistor, and a P-channel MOS
Figure 4 shows a specific constant current circuit composed of an NPN vertical transistor, an N-channel MOS transistor, and a P-channel MOS transistor. The circuit diagram shown in Figure 5 was created using the MOS process.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a PNP bipolar transistor, FIG. 6 is a diagram showing the characteristics shown in FIG. 3, and FIG. 7 is a circuit diagram of a conventionally used temperature sensor circuit. 1...Positive power supply terminal, 2...Negative power supply terminal, 3...
Output terminal, Q p1 , Q p2 ,…, Q p(o-1) , Q po …PNP
Bipolar transistor, Q o1 , Q o2 ,...,
Q o(o-1) , Q oo ……NPN bipolar transistor,
I p1 , I p2 ,..., I p(o-1) , I po ... Constant current circuit composed of MOS transistors, I o1 , I o2 ,...,
I o(o-1) , I oo ... Constant current circuit composed of MOS transistors, M A1 , M A2 , M p1 , M p2 , M p3 ,
M p4 ……P channel MOS transistor, M A3 ……
N-channel MOS transistor, M B2 , M B3 ,
M o1 , M o2 , M o3 , M o4 ... N channel MOS transistor, M B1 ... P channel MOS transistor, 4 ... Substrate, 5 ... Collector terminal, 6 ... Emitter terminal, 7 ... ...Base terminal, 8...N well (base region).
Claims (1)
n個(nは2以上の整数)のバイポーラトランジ
スタと、第2の定電位点に接続され、少くともn
個の定電流を出力する、MOSトランジスタによ
り構成された定電流回路とを有し、前記n個のバ
イポーラトランジスタの各エミツタは前記n個の
定電流の1つをそれぞれ受けるように接続され、
かつ第1番目のバイポーラトランジスタのベース
は自身のコレクタに接続され、第i番目(iは2
以上n以下の整数)のバイポーラトランジスタの
ベースは第i−1番目のバイポーラトランジスタ
のエミツタに接続され、第n番目のバイポーラト
ランジスタのエミツタから出力を得るようにした
ことを特徴とする温度センサ回路。1. n bipolar transistors (n is an integer of 2 or more) whose collectors are each connected to a first constant potential point, and at least n bipolar transistors whose collectors are connected to a second constant potential point, respectively.
a constant current circuit composed of MOS transistors that outputs constant currents, and each emitter of the n bipolar transistors is connected to receive one of the n constant currents,
And the base of the first bipolar transistor is connected to its collector, and the base of the first bipolar transistor is connected to the collector of the first bipolar transistor,
A temperature sensor circuit characterized in that the bases of the bipolar transistors (an integer greater than or equal to n and less than or equal to n) are connected to the emitters of the i-1th bipolar transistors, and the output is obtained from the emitters of the nth bipolar transistors.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60074803A JPS61233330A (en) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | Temperature sensor circuit |
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JP60074803A JPS61233330A (en) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | Temperature sensor circuit |
Publications (2)
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JPS61233330A JPS61233330A (en) | 1986-10-17 |
JPH0456935B2 true JPH0456935B2 (en) | 1992-09-10 |
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ID=13557829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60074803A Granted JPS61233330A (en) | 1985-04-09 | 1985-04-09 | Temperature sensor circuit |
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Country | Link |
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JP (1) | JPS61233330A (en) |
Families Citing this family (4)
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JP2861755B2 (en) * | 1993-10-28 | 1999-02-24 | 日本電気株式会社 | Field emission type cathode device |
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-
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- 1985-04-09 JP JP60074803A patent/JPS61233330A/en active Granted
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Publication number | Publication date |
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JPS61233330A (en) | 1986-10-17 |
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