JPH05306958A - 温度検出回路 - Google Patents

温度検出回路

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JPH05306958A
JPH05306958A JP11144092A JP11144092A JPH05306958A JP H05306958 A JPH05306958 A JP H05306958A JP 11144092 A JP11144092 A JP 11144092A JP 11144092 A JP11144092 A JP 11144092A JP H05306958 A JPH05306958 A JP H05306958A
Authority
JP
Japan
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voltage
circuit
transistor
temperature
comparator
Prior art date
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Application number
JP11144092A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Okiga
比呂志 沖賀
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH05306958A publication Critical patent/JPH05306958A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造プロセスに依存することなく、高精度の
温度検出が可能な温度検出回路を得る。 【構成】 電圧比較回路13の分圧抵抗R5,R6は電
源端子15に印加された電源電圧VCCを分圧して参照電
圧Vb を出力する。バンドギャップ回路11は、所定の
コレクタ電流IO を出力するトランジスタQ5と、この
トランジスタQ5のコレクタに接続された抵抗R2とを
備え、このコレクタの電位を測定電圧Vaとして出力す
る。電圧比較回路13のコンパレータ16は、Va とV
b を比較し、Va >Vb となったとき、“H”レベルの
出力電圧VO を出力する。参照電圧Vb は、分圧抵抗の
比“R5/R6”依存するが、この比は温度変化に依存
せず、また、製造プロセス上もばらつきがない。一方、
バンドギャップ回路11から出力される測定電圧Va は
絶対温度に比例する一方、この測定電圧Va を決定する
他のパラメータは製造プロセスに依存しない。これによ
り、両者を比較することにより高精度の温度検出が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は温度検出回路に係わり、
特にバンドギャップ回路を用いた温度検出回路の構成に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路においては、その性質上
使用環境の温度が動作に与える影響が大きく、一定温度
以上となった場合には何らかの保護等を行う必要があ
る。このため、集積回路に、例えば実開平2−3551
7号に示されているようにダイオードからなる温度検出
回路を組み込み、温度検出を行う場合が多い。
【0003】以下、図2とともに、従来の温度検出回路
について説明する。この回路には定電流原18が設けら
れ、電源端子15に印加される直流電圧VCCを基に一定
の電流IO を出力するようになっている。この出力電流
は、定電流原18に直列に接続されたm個のダイオード
D1〜Dmを接地(GND)へと流れ、ダイオードD1
のアノード端に電位(測定電圧)Va を生じさせる。こ
の測定電圧Va はコンパレータ16の(−)端子に入力
される。
【0004】一方、電源端子15とGND間には分圧抵
抗R1,R2が接続され、その接続点の電位(参照電
圧)Vb はコンパレータ16の(+)端子に入力される
ようになっている。
【0005】コンパレータ16は、測定電圧Va を参照
電圧Vb と比較し、Va >Vb となったとき、出力電圧
を“H”レベルにする。
【0006】以上のような構成の従来の温度検出回路の
動作を説明する。
【0007】一般に、ダイオードの順方向電圧VF は負
の温度係数(約−2mV/°C)を有しているが、上記
回路では、この負の温度係数を利用することにより温度
検出を行っている。すなわち、定電流原18からの定電
流IO がダイオードD1〜Dmを流れることにより生ず
る測定電圧Va は次の(1)式により表される。
【0008】 Va =VF (D1)+VF (D2)+……VF (Dm) ……(1) ここに、VF (Di)〔i=1〜m〕は、各ダイオード
の順方向電圧を示す。
【0009】これらのダイオードの順方向電圧は、上記
したように周囲温度Ta により変化し、次の(2)式の
ように表される。但し、VF はTa =25°Cにおける
順方向電圧を示す。
【0010】 Va =m・〔VF −0.002・(Ta −25)〕 ……(2) 一方、参照電圧Vb は次の(3)式のように表される。
【0011】 Vb =〔R2/(R1+R2)〕・VCC ……(3) 今、ある温度Ta ′における測定電圧Va をVa ′と
し、Va ′=Vb となるように分圧抵抗R1,R2を設
定する。この場合、測定点の温度がTa ′を越えるとV
a ′>Vb となり、コンパレータ16の出力は“H”レ
ベルとなる。これにより、温度Ta ′の検出が可能とな
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の温度検出回路
は、以上のような構成となっていたので、これを集積回
路に組み込む場合には、製造プロセスのばらつきによ
り、ダイオードの順方向電圧VF がばらつき、結果とし
て測定電圧Va の絶対値にもばらつきが生じるため、温
度検出の精度を向上させることが困難であった。
【0013】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、製造プロセスに依存することなく、高
精度の温度検出が可能な温度検出回路を得ることを目的
とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に係る温度検出
回路は、(i) 複数の直列接続抵抗からなり印加された電
源電圧を分圧して所定の参照電圧を出力する抵抗分圧回
路と、(ii)所定のコレクタ電流を出力するトランジスタ
と、このトランジスタのコレクタに接続された抵抗とを
含み、このコレクタの電位を測定電圧として出力するバ
ンドギャップ回路と、抵抗分圧回路から出力される参照
電圧とバンドギャップ回路から出力される測定電圧とを
比較し、測定電圧が参照電圧を越えたとき所定の検出電
圧を出力する比較回路、とを有するものである。
【0015】
【作用】この発明に係る温度検出回路では、参照電圧と
しての分圧回路出力電圧は温度変化に依存せず、測定電
圧としてのバンドギャップ回路出力は温度のみに依存し
その他のパラメータに依存しない。これにより、両者を
比較することにより高精度の温度検出が可能となる。
【0016】
【実施例】以下実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。
【0017】図1は本発明の実施例における温度検出回
路を表したものである。この図で、従来例(図2)と同
一部分には同一の符号を付す。
【0018】この温度検出回路は、定電流源として動作
するバンドギャップ回路11と、このバンドギャップ回
路11の起動を行う起動回路12と、測定電圧を参照電
圧と比較するための電圧比較回路13から構成される。
【0019】バンドギャップ回路11には、コレクタ・
ベース間が接続されたトランジスタQ4、及びこれと同
一の特性を有するトランジスタQ3,Q5が設けられ、
これらはいわゆるミラー接続されている。すなわち、ト
ランジスタQ3,Q4,Q5のエミッタは共に、直流電
圧VCCが印加される電源端子15に接続され、三者のベ
ース同士は相互に接続されている。
【0020】トランジスタQ3のコレクタはコレクタ・
ベース間が接続されエミッタが接地されたトランジスタ
Q1のコレクタに接続され、トランジスタQ4のコレク
タはトランジスタQ2のコレクタに接続される。また、
トランジスタQ5のコレクタは抵抗R2を介して接地接
続されている。
【0021】トランジスタQ1のベースはトランジスタ
Q2のベースに接続され、これら2つのトランジスタは
ミラー接続となっている。トランジスタQ2のエミッタ
はトランジスタQ1のエミッタのn倍の面積を有し、抵
抗R1を介して接地接続されている。
【0022】起動回路12には、コレクタ・ベース間が
接続されエミッタが接地されたトランジスタQ8が設け
られている。このトランジスタQ8のコレクタは、抵抗
R4を介して電源端子15に接続され、ベースは、トラ
ンジスタQ8と同一特性のエミッタ接地のトランジスタ
Q9のベースに接続される。これにより両者はミラー接
続となっている。トランジスタQ9のコレクタはバンド
ギャップ回路11のトランジスタQ4のコレクタに接続
されている。
【0023】また、この起動回路12には、バンドギャ
ップ回路11のトランジスタQ4と同一特性を有し、こ
れとベース同士を接続された(ミラー接続された)トラ
ンジスタQ6が設けられている。このトランジスタQ6
のエミッタは電源端子15に接続され、コレクタは抵抗
R3を介して接地されるとともにエミッタ接地のトラン
ジスタQ7のベースに接続されている。このトランジス
タQ7のコレクタはトランジスタQ8のコレクタに接続
されている。
【0024】電圧比較回路13にはコンパレータ16が
設けられ、その入力端子には、VCCと接地間に直列に接
続された分圧抵抗R5,R6の接続点の電位(以下参照
電圧という)Vb 、及びバンドギャップ回路11の抵抗
R2とトランジスタQ5のコレクタの接続点の電位(以
下、測定電圧という)Va が入力されるようになってい
る。このオペアンプ16は、これら2つの電圧を比較
し、Va >Vb となったとき、“H”レベルの電圧を出
力するようになっている。
【0025】以上のような構成の温度検出回路の動作を
説明する。
【0026】電源端子15に直流電圧VCCを印加する
と、まず起動回路12の抵抗R4を介してトランジスタ
Q8のコレクタ・エミッタ間に電流が流れ、トランジス
タQ8にはベース・エミッタ間電圧VBEが発生する。こ
れにより、トランジスタQ8のミラーとなっているトラ
ンジスタQ9がオンし、バンドギャップ回路11のトラ
ンジスタQ4のエミッタ・コレクタ間、及びトランジス
タQ9のコレクタ・エミッタ間の経路で電流が流れるた
め、トランジスタQ4にはベース・エミッタ間電圧VBE
が発生する。このため、トランジスタQ4のミラーとな
っているトランジスタQ3,Q5,Q6がオンとなり、
トランジスタQ4のコレクタ側に流れる定電流IO と同
一の電流がトランジスタQ3,Q5,Q6を流れる。
【0027】これにより、トランジスタQ1がオンとな
り、トランジスタQ1のミラーとなっているトランジス
タQ2がオンし、トランジスタQ1を流れる定電流IO
と同一の定電流IO が流れる。一方、トランジスタQ5
を流れる定電流IO は抵抗R2を流れ、この抵抗端に電
圧Va を生じさせる。
【0028】一方、トランジスタQ4の動作に伴ってト
ランジスタQ6がオンすると、抵抗R3の両端にはこれ
を流れる電流に応じた電圧が発生するため、トランジス
タQ7がオンとなる。このため、トランジスタQ8,Q
9はオフとなり、この起動回路12の動作が停止する。
【0029】このようにして得られる定電流IO は以下
のようにして求められる。すなわち、上記したように、
トランジスタQ3,Q4は同一特性のトランジスタであ
ること、トランジスタQ2のエミッタ面積はトランジス
タQ1のエミッタ面積のn倍であることを考慮すると、
トランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧VBE(Q
1)は次の(4),(5)式で表される。
【0030】 VBE(Q1)=VT ・ln(IO /IS ) ……(4) VT =(k/q)・T ……(5) 但し、IS は飽和電流で一定値、kはボルツマン定数
(1.38×10-23 J/K)、qは電子の電荷量
(1.6×10-19 C)、及びTは絶対温度(K)であ
る。また、ln( )は対数を表す。
【0031】一方、トランジスタQ2のベース・エミッ
タ間電圧VBE(Q2)は図より明らかなように次の
(6)式として表される。
【0032】 VBE(Q2)=VBE(Q2)+R1・IO =VT ・ln〔IO /(n・IS )〕+R1・IO ……(6) 従って、(4),(6)式より、定電流IO は次の
(7)式となる。
【0033】 IO =(VT /R1)・ln(n) ……(7) これにより、抵抗R2には次の(8)式に示される測定
電圧Va が生じ、これがコンパレータ16の(+)端子
に入力される。
【0034】 Va =IO ・R2 =(R2/R1)・ln(n)・VT ……(8) 一方、電圧比較回路13の分圧抵抗R5とR6の接続点
には、次の(9)式で表される参照電圧Vb が生じ、コ
ンパレータ16の(−)端子に入力される。
【0035】 Vb =〔R6/(R5+R6)〕・VCC ……(9) コンパレータ16は(8),(9)式の電圧を比較し、
Va >Vb になると、出力端子17から“H”レベルの
電圧VO を出力する。
【0036】ところで、(8)式のうち、“R2/R
1”は抵抗比であり製造プロセスにおけるばらつきがな
く精度よく一定値を取りうる。また、“ln(n)”は
定数である。そして、(5)式において“k/q”は定
数であるからVT は絶対温度Tに比例し、例えば、次の
(10.1),(10.2)式のようになる。
【0037】 T=25°C : VT =25.7mV ……(10.1) T=100°C : VT =32.2mV ……(10.2) 従って、測定電圧Va は絶対温度Tのみの関数となるか
ら、分圧抵抗R5,R6により、参照電圧Vb の値を、
所望の検出温度Tに対応する測定電圧Va に等しくして
おけば、Va >Vb となったときにコンパレータ16の
出力が“H”レベルとなり、この検出温度Tを越えたこ
とが検出されることとなる。
【0038】例えば、n=4,R2/R1=28.07
とすると、(8)式,(10.1)式,及び(10.
2)式より、測定点の温度Ta と測定電圧Va との関係
は次の(11.1)式,(11.2)式となる。
【0039】 Ta =25°C : Va =1.00V ……(11.1) Ta =100°C : Va =1.25V ……(11.2) 従って、例えば分圧抵抗R5,R6により参照電圧Vb
を1.25Vに設定しておけば、周囲温度が100°C
以上となったとき、出力電圧VO が“H”レベルとな
り、所望の温度検出が可能となる。
【0040】なお、上記したように、製造上、抵抗比
“R2/R1”のばらつきは極めて小さく、また、エミ
ッタの面積比nもばらつきが小さいため、温度に対する
測定電圧Va のばらつきは小さくなる。また、参照電圧
Vb は分圧抵抗の比“R5/R6”によって定まるが、
これもまた製造上のばらつきが小さい。従って、結果的
として温度検出を精度よく行うことができる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
参照電圧としての分圧回路出力電圧は温度変化に依存せ
ず、測定電圧としてのバンドギャップ回路出力は温度の
みに依存しその他のパラメータに依存しない。従って、
比較回路により両者を比較することによりばらつきのな
い高精度の温度検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における温度検出回路を示す
回路図である。
【図2】従来の温度検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
11 バンドギャップ回路 12 起動回路 13 電圧比較回路 15 電源端子 16 コンパレータ 17 出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の直列接続抵抗からなり印加され
    た電源電圧を分圧して所定の参照電圧を出力する抵抗分
    圧回路と、 所定のコレクタ電流を出力するトランジスタと、このト
    ランジスタのコレクタに接続された抵抗とを含み、前記
    コレクタの電位を測定電圧として出力するバンドギャッ
    プ回路と、 前記抵抗分圧回路から出力される参照電圧と、前記バン
    ドギャップ回路から出力される測定電圧とを比較し、測
    定電圧が参照電圧を越えたとき所定の検出電圧を出力す
    る比較回路とを具備することを特徴とする温度検出回
    路。
JP11144092A 1992-04-30 1992-04-30 温度検出回路 Pending JPH05306958A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000146711A (ja) * 1998-11-18 2000-05-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 温度センサ装置
JP2007192718A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Oki Electric Ind Co Ltd 温度センサ
KR100772594B1 (ko) * 2001-06-30 2007-11-02 매그나칩 반도체 유한회사 온도 센서

Cited By (4)

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