JPS5849813B2 - 温度検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は同一基板上に集積可能な極小形の温度検出回
路に関するものである。

第１図は従来の温度検出回路を示す回路図である。

図において、１は温度が上がると抵抗値が増加する、つ
まり、正の温度係数をもつ正特性サーミスタ、２および
３はそれぞれ抵抗値の温度係数が比較的小さい炭素抵抗
、４はＮチャネルＭＯＳトランジスタ、５は直流電源で
ある。

正特性サーミスタ１と炭素抵抗２とが、直列に接続され
直流電源５の正極側に炭素抵抗２が接続されるとともに
その負極側に正特性サーミスタ１が接続されて、直流電
源５の電圧を抵抗分割している。

ＮチャネルＭＯＳトランジスタ４のゲートが正特性サー
ミスタ１と炭素抵抗２との接続点に接続されそのソース
が炭素抵抗３を介して直流電源５の正極側に接続される
とともにそのドレインが直流電源５の負極側に接続され
て、炭素抵抗３がＮチャネルＭＯＳトランジスタ４の負
荷抵抗になっている。

次に、このように構或された温度検出回路の動作につい
て説明する。

第２図はＮチャネルＭＯＳｔ−ランジスタ４の静特性の
一例を示す曲線図である。

図において、横軸はＮチャネルＭＯＳ｝ランジスタ４の
ドレイン電圧ＶＤを示し、縦軸はそのドレイン電流ＩＤ
を示す。

イ，口，ハおよび二はそれぞれＮチャネルＭＯＳトラジ
ジスタ４のゲート電圧が■。

１１■Ｇ２１■Ｇ３およびＶ Ｇ４ （ Ｖ Ｇｔ〈■
Ｇ２く■Ｇ３く■Ｇ４）であるときの特性曲線、ホは炭
素抵抗３を負荷としたＮチャネルＭＯＳトランジスタ４
の負荷線、Ｅは直流電源５の電圧、Ｒ３は炭素抵抗３の
抵抗値、Ｑ１は特性曲線イと負荷線ホとの交点、Ｑ２は
特性曲線二と負荷線ホとの交点、■Ａは交点Ｑ，におけ
るＮチャネルＭＯＳトランジスタ４のドレイン電圧、Ｖ
Ｂは交点Ｑ２におけるＮチャネルＭＯＳＩ−ランジスタ
４のドレイン電圧である。

第２図に示すように、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ４
のゲートへの入力電圧Ｖ ｉ ｎを電圧ＶＧｔから電圧
■。

４へ変化させると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ４か
らの出力電圧Ｖｏｕｔを電圧■Ａから電圧ＶＢへ変化さ
せることができる。

一方、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ４のゲートへの入
力電圧Ｖｉｎは次式で与えらる。

ここで、Ｒ１は正特性サーミスタ１の抵抗値、Ｒ２は炭
素抵抗２の抵抗値である。

通常、正特性サーミスタ１の抵抗値の温度係数Ｋ１は炭
素抵抗２．３の抵抗値の温度係数に比較して非常に大き
いので、炭素抵抗２．３の抵抗値の温度変化を無視する
ことができる。

従って、正特性サーミスタ１の抵抗値の温度変化を考慮
に入れて上記ＣＩ．）式を書き直せば次のようになる。

ここで、△Ｔは固囲温度の変化量である。

上記（ＩＩ）式において、温度変化量△Ｔ一・０のとき
の入力電圧Ｖｉ ｎをＶ ｉ ｎ Ｏとし、温度変化量
△Ｔのときの入力電圧Ｖ ｉ ｎをＶｉｎＴとして、Ｎ
チャネルＭＯＳトランジスタ４のゲート電圧をＶＧ１＝
ＶｉｎＯおよび■Ｇ４＝■ｉｎＴとなるようにすれば、
ＮチャネルＭＯＳトランジスタ４への入力電圧Ｖ ｉ
ｎが電圧ＶｉｎＯとＶｉｎＴとの間を変化すると、出力
電圧Ｖｏｕｔがドレイン電圧■ＡとＶＢとの間を変化す
るので、この出力電圧Ｖｏｕｔをモニターすることによ
って、周囲温度の変化量△Ｔを知ることができる。

しかしながら、上記温度検出回路では、正特性サーミス
タ１と炭素抵抗２および３とＮチャネルＭＯＳトランジ
スタ４とで構或されているために，コレヲ同一の半導体
基板上に作ることが不可能テあるので、個別部品の半田
付けによって構或されている。

このために、半田付けにもとづく欠陥の発生するおそれ
があり、信頼性の向上を図ることが容易ではなく、また
小形化を図ることも困難であり、高価であるという欠点
がある。

この発明は、上述の欠点に鑑みてなされたもので、相補
形電界効果トランジスタからなるインバータの両端に、
温度係数の互いに異なる第１および第２の半導体抵抗を
直列にして接続し、上記両抵抗の接続点をインバータの
人力点へ接続することによって、同一の半導体基板に集
積可能な、信頼性のよい、かつ極小形で安価な温度検出
回路を提供することを目的とする。

以下、上記第１の半導体抵抗にアイランド形或工程で形
或され不純物濃度が低く、温度係数の犬きいアイランド
抵抗を用い、上記第２の半導体抵抗に拡散抵抗を用いた
場合を例にとり説明する。

第′３図はこの発明の一実施例の温度検出回路を示す回
路図である。

図において、６はアイランド抵抗、７は拡散抵抗、８は
ＮチャネルＭＯＳトランジスタ、９はＰチャネルＭＯＳ
トランジスタである。

アイランド抵抗６と拡散抵抗７とが、直列に接続され、
直流電源５の正極側に拡散抵抗７が接続されるとともに
その負極側にアイランド抵抗６が接続されて、直流電源
５の電圧を抵抗分割している。

ＮチャネルＭＯＳ｝ランジスタ８のソースとＰチャネル
ＭＯＳトランジスタ９のソースとが接続されＮチャネル
ＭＯＳトランジスタ８のドレインが直流電源５の負極側
に接続されるとともにＰチャネルＭＯＳ ｝ランジスタ
９のドレインが直流電源５の正極側に接続されている。

なお、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ８のゲートとＰチ
ャネルＭＯＳトランジスタ９のゲートとが接続され、こ
れらのゲート間の接続点がアイランド抵抗６と拡散抵抗
７との接続点に接続されている。

１０はＮチャネルＭＯＳトランジスタ８とＰチャネルＭ
ＯＳトランジスタ９とで構或され、アイランド抵抗６の
両端間の電圧を入力電圧Ｖ ｉ ｎとして作動する相補
形ＭＯＳトランジスタのインバータである。

このインバータ１０の出力電圧ＶｏｕｔはＮチャネルＭ
ＯＳ｝ランジスタ８のドレインとＰチャネルＭＯＳトラ
ンジスタ９のドレインとの接続点から取り出される。

次に、この実施例の温度検出回路の動作について説明す
る。

第４図は相補形ＭＯＳトランジスタで構或されたインバ
ータ１０の人力電圧Ｖｉ ｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関
係特性の一例を示す曲線図である。

図において、横軸はインバータ１ｏの入力電圧Ｖ ｉ
ｎを示し、縦軸はインバータ１０の出力電圧Ｙｏｕｔを
示す。

ｖｔｈはインバータ１０のしきい電圧、Ｅは直流電源５
の電圧である。

第４図に示すように、入力電圧Ｖｉ ｎがしきい電圧Ｖ
ｔｈ以下であれば、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｅレベルに
なり、入力電圧Ｖ ｉ ｎがしきい電圧ｖｔｈ以上であ
れば、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧零レベルになるので、入
力電圧Ｖ ｉ ｎをしきい電圧ｖｔｈの前後に変化させ
ることによって、出カ電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｅレベルと電
圧零レベルとの間を変化させることができる。

一方、アイランド抵抗および拡散抵抗のそれぞれの温度
係数を不純物濃度によって変えることができる。

例えば、２×１０１６／Ｃ１ｒｔ程度の不純物濃度のア
イランド抵抗の温度係数は０． ９ ％／’Ｃ程度であ
り、５Ｘ１０１８／一程度の不純物濃度のＰ形拡散抵抗
の温度係数は０． ０ ８ ％／’Ｃ程度である。

このように、アイランド抵抗６の温度係数Ｋ６を拡散抵
抗７の温度係数より１０倍程度大きくすることができる
ので、インバータ１０への入力電圧Ｖ ｉ ｎとアイラ
ンド抵抗６の抵抗値Ｒ６と拡散抵抗７の抵抗値Ｒ７との
間に、次式のような，関係式が或立することは、上記（
Ｉｔ’）式から容易に理解できよう。

上記（ＩＩＩ）式において、温度変化量△Ｔ＝Ｏのとき
の入力電圧ＶｉｎをＶ ｉ ｎ Ｏとし、温度変化量△
Ｔのときの入力電圧Ｖ ｉ ｎをＶｉｎＴとして、イノ
バータ１０のしきい電圧ｖｔｈが、Ｖｉｎｅ＜Ｖｔｈ＜
ＶｉｎＴ，またはＶｉｎＴ＜Ｖｔｈ＜ＶｉｎＯの条件を
満足するようにすれば、インバータ１０の出力電圧Ｖｏ
ｕｔを、電圧Ｅレベルから電圧零レベルに、または電圧
零レベルから電圧Ｅレベルに変化させることができるの
で、この出力電圧Ｖｏｕｔをモニターすることによって
、間囲温度の変化を知ることができる。

この実施例の温度検出回路では、アイランド抵抗６と拡
散抵抗７とインバータ１０とを同一の半導体基板に構或
することができるので、従来例のような個別部品の半田
付けによる欠陥の発生するおそれがなく、信頼性の向上
を図ることができるとともに、極小形で安価なものにす
ることができる。

上記実施例において、アイランド抵抗６と拡散抵抗７と
を入れ替えてもよく、また拡散抵抗７にＰ十形もしくは
Ｎ十形の拡散抵抗のいずれを用いてもよい。

また、上記実施例では、アイランド抵抗および拡散抵抗
を用いた場合を例にとり説明したが、この発明は、同一
半導体基板に形戊することが可能であり、かつ温度係数
の互いに異なる第１および第２の半導体抵抗を用いた場
合にも適用することができる。

なお、これまで、相補形ＭＯＳトランジスタで構或され
たインバータを用いた場合について説明したが、相補形
電界効果トランジスタで構或されたインバータを用いて
もよい。

以上説明したように、この発明によれば、相補形電界効
果トランジスタで構戊されたインバータ、並びに上記相
補形電界効果トランジスタと同一半導体基板に形或され
、互いに異なる温度係数を有し、かつ互いに直列に接続
され電源電圧を分圧するとともにこの直列接続点が上記
インバータの入力へ接続された第１および第２の半導体
抵抗を備え、周囲温度の変化による上記インバータの入
力電圧の変化が上記インバータのしきい電圧の前後にま
たがって生ずるようにしたので、上記周囲温度の変化に
よって上記インバータの出力電圧を高電圧レベルと低電
圧レベルとの間に変化させることができる。

よって、上記インバータの出力電圧をモニタニすること
（こよって、上記闇囲温度の変化を知ることができる。

また、上記インバータと上記第１および第２の半導体抵
抗とを同一半導体基板に形或することができるので、従
来例のように、個別部品を半田付けする必要がなく、信
頼性の向上を図ることができるとともに、極少形で安価
な温度検出回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の温度検出回路を示す回路図、第２図はＮ
チャネルＭＯＳトランジスタの静特性の一例を示す曲線
図、第３図はこの発明の一実施例の温度検出回路を示す
回路図、第４図は相補形ＭＯＳトランジスタで構威され
たインバータの入力電圧と出力電圧との関係特性の一例
を示す曲線図である。 図において、６はアイランド抵抗（第１の半導体抵抗）
、７は拡散抵抗（第２の半導体抵抗）、８はＮチャネル
ＭＯＳトランジスタ、９はＰチャキルＭＯＳトランジス
タ、１０は相補形ＭＯＳ｝ランジスタ（相補形電界効果
トランジスタ）で構或サれたインバータである。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一もしくは相当部分を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相補形電界効果トランジスタで構或されたインバー
   タ、並びに上記相補形電界効果トランジスタと同一半導
   体基板に形或され、互いに異なる温度係数を有し、かつ
   互いに直列に接続され電源電圧を分圧するとともにこの
   直列接続点が上記インバータの入力へ接続された第１お
   よび第２の半導体抵抗を備え、周囲温度の変化による上
   記インバータの入力電圧の変化が上記インバータのしき
   い電圧の前後にまたがって生ずるようにしたことを特徴
   とする温度検出回路。 ２ 相補形電界効果トランジスタに相補形ＭＯＳトラン
   ジスタを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の温度検出回路。