JPH0569457B2 - - Google Patents

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JPH0569457B2
JPH0569457B2 JP62220651A JP22065187A JPH0569457B2 JP H0569457 B2 JPH0569457 B2 JP H0569457B2 JP 62220651 A JP62220651 A JP 62220651A JP 22065187 A JP22065187 A JP 22065187A JP H0569457 B2 JPH0569457 B2 JP H0569457B2
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JP
Japan
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voltage
circuit
emitter
inverting input
input terminal
Prior art date
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JP62220651A
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JPS6463828A (en
Inventor
Tsutomu Ishihara
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶対温度に比例した電圧を出力する温
度検出回路、特に集積回路に適した半導体温度検
出回路に関する。
〔従来の技術〕
従来、絶対温度に比例した電圧を出力するこの
種の半導体温度検出回路として、電流密度の異な
るバイポーラトランジスタのベース・エミツタ間
電圧の差ΔVBEが絶対温度に比例することを利用
した第3図に示すような回路が知られている(ア
イ・イー・イー・イー・ジヤーナル・オブ・ソリ
ツド・ステート・サーキツツ(IEEE J.Solid−
State Circuits)18巻、1983年、707−716ペー
ジ)。第3図の回路は、4つのバイポーラトラン
ジスタ1,2,3,4と、両側のトランジスタ
(1,3と2,4)を等しい電流で動作させるよ
うに働く電流ミラー回路5及びトランジスタ1と
トランジスタ2の間のベース・エミツタ間電圧の
差ΔVBEを電圧降下として検出するために抵抗6
からなつており、トランジスタ1のエミツタ面積
は他のトランジスタ2,3,4のそれの2倍に選
定されている。
第3図の回路においては、4つのバイポーラト
ランジスタを流れる電流が等しく、この結果、ト
ランジスタ2,3,4のベース・エミツタ間電圧
はすべて等しくなる。一方、トランジスタ1は、
トランジスタ2,3,4と同じ電流で動作する
が、そのエミツタ面積はトランジスタ2,3,4
の2倍であるので、電流密度はトランジスタ2,
3,4のそれの1/2となる。このため、トランジ
スタ1のベース・エミツタ間電圧は、トランジス
タ2,3,4のそれと、ΔVBE=(kT/q)ln
(2)だけ異なる。
この回路において、トランジスタ2,3,4の
ベース・エミツタ間電圧をVBEとすると、接地電
位に対してトランジスタ2のベースの電位は
VBE、トランジスタ3のベースの電位は2VBEとな
る。一方、トランジスタ1のベース電位は、トラ
ンジスタ3のベース電位2VBEからトランジスタ
4のベース電位VBEを引いた値、すなわちVBE
なる。トランジスタ1のベース・エミツタ間電圧
は、他のそれとΔVBEだけ異なるため、トランジ
スタ1のエミツタ電位は(kT/q)ln(2)とな
る。すなわち、この従来例によれば、絶対温度に
比例した電圧を、抵抗6の電圧降下として検出す
ることがきる。なお、抵抗6の抵抗値をRとする
と、回路の両側を流れる電流は〔(kT/q)ln
(2)〕/Rとなり、これも絶対温度に比例する。
ところで、現在、温度検出器をはじめとする多
くの集積化検出器は多機能化、インテリジエント
化を指向しており、これらの目標を実現する集積
回路技術としては、バイポーラ技術よりもMOS
技術の方が期待されている。すなわち、将来の集
積化検出器には、ある種の半導体検知回路と同一
シリコン基板上に、他の半導体検知素子を複合化
すること及び増幅機能、マルチプレツクス機能、
チツプ内での演算処理機能、コンピユータとのデ
イジタルインターフエースを可能にするA/D変
換機能及びデイジタル信号処理機能などを搭載す
ることが要求される。これらの要求には、スイツ
チトキヤパシタ回路、アナログ・スイツチ、A/
D変換、マイクロプロセツサなどを含むアナロ
グ・デイジタル混載回路の分野で実績があり、バ
イポーラ技術に比べ、高入力抵抗、低消費電力
で、大規模集積化が可能なMOS集積回路技術が
適している。
ところが、第3図に示した周知の集積化温度検
出回路の回路構成は、バイポーラ集積化を前提と
しており、標準のMOS集積化プロセスとは適合
し得ないものであつた。
上記問題点を解決するものとして、MOS集積
回路で実現できる第4図に示すような回路が報告
されている(センサーズ・アンド・アクチユエー
ターズ(Sensors and Actuators)6巻、1984
年、191−200ページ)。すなわち、第4図の回路
は、接合面積の異なる2つのダイオード11,1
2、これらの電流源として働くMOSFET13,
14及び該MOSFET13,14にバイアス電圧
を供給するバイアス回路を構成するMOSFET1
5〜18からなる。ダイオード11,12の順方
向電流Iiは次式で与えられる。
Ii=ISAiexp(qVi/kT) ここで、ISはダイオードの飽和電流、Aiは接合
面積、Viは順方向電圧降下をそれぞれ表してい
る。したがつて、第4図の回路における2つのダ
イオード11,12の順方向電圧降下V1,V2
差(V2−V1)は次式で与えられる。
V2−V1=(kT/q)ln(nA1/A2) ここで、nはダイオード11とダイオード12
を流れる電流I1とI2の比(I1/I2)であり、電流
ミラーを形成するMOSFET13,14の縦横比
(W/L比)の比によつて決定される。上式から
明らかなように、第4図の回路では、異なる電流
密度で動作する2つのダイオードの順方向電圧降
下の差として、絶対温度に比例した電圧が得られ
る。本従来例におけるp−n接合ダイオード1
1,12は、P型半導体基板中のN−ウエルをカ
ソード、p+拡散領域をアノードとして、N−ウ
エルCMOS製造プロセスで容易に実現可能であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上、MOS集積化に適した半導体温度検出回
路の従来例について述べた。しかしながら、第4
図の回路では、ダイオード11,12のアノード
電位が電源線電圧(この例では接地電圧)に近い
値となるため、増幅回路の同相入力範囲が非常に
大きくないとこれらの間の電位差を増幅すること
がむずかしいという欠点があつた。
また、バイポーラICに用いられていた前記第
3図の温度検出回路は、根本的にバイポーラ製造
プロセスを前提としており、コレクタが電源電圧
以外の電位となるため、その回路構成を標準の
MOS製造プロセスで実現することは不可能であ
つた。
以上のように、従来の半導体温度検出回路に
は、出力信号の処理が容易で、かつMOS集積化
に適したものがなかつた。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
になされたもので、その目的は、MOS集積化に
適した半導体温度検出回路を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はコレクタ及びベースがそれぞれ共通に
接続され、該コレクタが第1の電源線に接続され
たバイポーラトランジスタの対と、反転入力端子
が前記バイポーラトランジスタの対の一方のエミ
ツタに、非反転入力端子が第1の抵抗を介して他
方のエミツタに接続されるとともに、共通接続さ
れた前記ベースに出力端子が接続された演算増幅
器と、該演算増幅器の前記非反転入力端子及び反
転入力端子と第2の電源線との間にそれぞれ接続
された第2及び第3の抵抗とを備えたことを特徴
とする半導体温度検出回路である。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。図において、21,22はコレクタ及びベー
スが共通に接続されたバイポーラトランジスタの
対、31,32および33は抵抗、20は演算増
幅器であり、抵抗32の電圧降下として絶対温度
に比例した出力電圧が得られる構成になつてい
る。
本実施例における対のバイポーラトランジスタ
21,22のコレクタ及びベースは、それぞれ共
通に接続されて電源電圧供給端子23及び演算増
幅器20の出力端子24に導かれており、エミツ
タはそれぞれ抵抗33及び抵抗31,32を介し
て接地端子に導かれている。一方、演算増幅器2
0の反転入力端子25はトランジスタ21のエミ
ツタに、非反転入力端子26はトランジスタ22
のエミツタに接続された抵抗31と抵抗32の中
点にそれぞれ接続されている。
次に、本実施例において抵抗32の両端(抵抗
31と抵抗32の接続点26)に得られる出力電
圧の温度特性について説明する。第1図の回路に
おいて、トランジスタ21及び22のベース・エ
ミツタ間電圧をVbe1及びVbe2、コレクタ電流を
I1及びI2とし、抵抗31,32,33の抵抗値を
それぞれR1,R2,R3とする。本実施例における
演算増幅器20は、その高い開放利得と入力抵抗
とによつて、非反転入力端子と反転入力端子との
間の電圧差を増幅し、結果として、反転入力端子
25の電圧が、非反転入力端子26の電圧I2・R2
と等しくなるように該増幅器20の出力電圧、す
なわちトランジスタ21及び22のベース端子2
4の電圧を制御する。したがつて、共通接続され
たトランジスタ21,22のベース電圧をVB
すると、回路各部の電圧関係は次式で表される。
VB=Vbe1+I2・R2 ここで、 I2=(Vbe1−Vbe2)/R1 であるから、抵抗32の端子間電圧として得られ
る本検出回路の出力電圧V0は、次式で与えられ
る。
V0=I2・R2=(R2/R1)・ΔVBE 上式において、ΔVBEはVbe1とVbe2との差であ
り、Vbe1,Vbe2はそれぞれ、 Vbe1=(kT/q)・ln(I1/IS1) Vbe2=(kT/q)・ln(I2/IS2) k:ボルツマン定数 T:絶対温度 q:電子の電荷 IS1:トランジスタ21の飽和電流 IS2:トランジスタ22の飽和電流 であらわされるから、ΔVBEは、次式で与えられ
る。
ΔVBE=(kT/q)・ln(I1IS2/I2IS1) =(kT/q)・ln(R2IS2/R3IS1) したがつて、抵抗32の端子間に得られる出力
電圧V0は、絶対温度に比例したものとなる。
本実施例における回路構成上の大きな特徴は、
バイポーラトランジスタ21及び22のコレクタ
が電源電圧供給端子23に共通接続されている点
にある。バイポーラトランジスタを用いた従来の
温度検出回路では、コレクタが電源電圧供給端子
或いは接続端子などのコモン端子(回路中の最高
又は最低電位)に接続されるようには構成されて
おらず、そのような接続を許容するトランジスタ
を標準のMOSプロセスで製作することは不可能
であつた。
これに対して、本実施例に用いられるトランジ
スタ21及び22は、コレクタが共通でよいの
で、第2図にその断面を示すように、CMOS集
積回路を形成するためのN型半導体基板34をコ
レクタ、P−ウエル領域35をベース、Nチヤン
ネルトランジスタのソース・ドレインを形成する
ためのn+領域36をエミツタとする縦型バイポ
ーラトランジスタとして標準のMOSプロセスで
実現できる。また、第1図の抵抗31,32、3
3としては、例えばシリコン・クロム(SiCr)
薄膜抵抗など、トリミングが可能で精度が良く、
温度係数の小さい抵抗素子が容易に集積化可能で
ある。
また、本実施例では、抵抗31,32,33の
抵抗値の設定によりトランジスタの動作点を適当
に選ぶことができるので、出力電圧を、次段の増
幅回路の同相入力特性に過度の負担をかけない適
当な電圧範囲に設定できる。
したがつて、本実施例によれば、出力信号の後
処理が容易で、かつMOS集積化に適した優れた
半導体温度検出回路が得られる。
上記実施例では、N型半導体基板を用いるP−
ウエルCMOS製造プロセスを想定し、バイポー
ラトランジスタをn−p−n型としたが、P型半
導体基板を用いるN−ウエルCMOS製造プロセ
スの場合にも、p−n−pトランジスタを用いて
同様な回路が実現可能である。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、上記従来技術
の欠点がことごとく解消され、MOS集積化に適
した極めて有用な半導体温度検出回路が実現され
る。本発明による温度検出回路は半導体検出器の
マイクロコンピユータとの組合せによるインテリ
ジエント化に寄与し、その効果は大きいものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す回路図、第
2図はこの実施例の構成要素である縦型バイポー
ラトランジスタの構造の一例を示す模式的断面
図、第3図及び第4図はそれぞれ半導体温度検出
回路の従来例を示す回路図である。 11,12……ダイオード、13〜18……
MOSFET、20……演算増幅器、21,22…
…バイポーラトランジスタ、23……電流電圧供
給端子、24……共通ベース端子、25……反転
入力端子、26……非反転入力端子(温度検出回
路出力端子)、31,32,33……抵抗素子、
34……N型半導体基板、35……P−ウエル領
域、36……n+領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 コレクタ及びベースがそれぞれ共通に接続さ
    れ、該コレクタが第1の電源線に接続されたバイ
    ポーラトランジスタの対と、反転入力端子が前記
    バイポーラトランジスタの対の一方のエミツタ
    に、非反転入力端子が第1の抵抗を介して他方の
    エミツタに接続されるとともに、共通接続された
    前記ベースに出力端子が接続された演算増幅器
    と、該演算増幅器の前記非反転入力端子及び反転
    入力端子と第2の電源線との間にそれぞれ接続さ
    れた第2及び第3の抵抗とを備えたことを特徴と
    する半導体温度検出回路。
JP62220651A 1987-09-02 1987-09-02 Semiconductor temperature detecting circuit Granted JPS6463828A (en)

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JP4868918B2 (ja) * 2006-04-05 2012-02-01 株式会社東芝 基準電圧発生回路

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