KR100412991B1

KR100412991B1 - 온도계 회로

Info

Publication number: KR100412991B1
Application number: KR10-2002-0012865A
Authority: KR
Inventors: 정인철
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-12-31
Also published as: KR20030073339A

Abstract

본 발명은 반도체 장치의 동작 온도를 감지하는 온도계 회로를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 온도변화에 지연시간이 변화하는 특성을 가진 제1 딜레이; 온도변화에 상기 제1 딜레이보다는 상대적으로 지연시간이 작게 변화하는 특성을 가진 제2 딜레이; 및 상기 제1 및 제2 딜레이의 출력신호를 감지하여 온도감지된 신호를 출력하는 온도감지부를 구비하는 온도계 회로가 제공된다. 또한 본 발명의 타측면에 따르면, 온도변화에 따라 지연시간이 변화하는 제1 딜레이; 온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 제1 딜레이와 같으나 상기 제1 딜레이보다 작은 지연시간을 가지는 제2 딜레이; 온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 상기 제1 딜레이와 다른 제3 딜레이; 온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 상기 제3 딜레이와 같으나 상기 제3 딜레이보다 작은 지연시간을 가지는 제4 딜레이; 상기 제1 내지 제4 딜레이에서 출력되는 신호에 따라 다수의 온도레벨을 감지한 신호를 출력하는 온도감지부를 구비하는 온도계 회로가 제공된다.

Description

온도계 회로{Circuit for detecting Temperature}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치 내부의 온도를 감지하는 반도체 장치의 온도 감지 회로에 관한 것이다.

일반적으로 트랜지스터와 같은 반도체 소자들의 동작 특성은 온도에 따라 크게 달라진다. 트랜지스터의 컨턱턴스, 게이트산화막의 항복 전압(breakdown voltage, 산화막의 절연성이 파괴되는 전압)등이 그 대표적인 예이다.

또한, 메모리 소자와 같은 칩은 매우 정확한 타이밍 제어가 필요한데 일정한 온도 범위 이외에서는 그 동작 특성이 현저히 변화되므로, 온도의 영향을 고려하지 않고 동작을 시키면 불량이 발생할 가능성이 매우 높으며, 이를 내장하는 컴퓨터 시스템은 오동작을 유발할 수 있다.

특히, 디램(DRAM)의 경우 셀에 저장된 데이터를 보존하기 위하여 일정한 시간마다 리프레쉬하는 동작이 필요한데, 셀에 저장된 데이터가 사라지는 시간은 온도에 강한 의존성을 가지고 있다. 즉, 고온에서는 데이터가 빨리 사라지고, 저온에서는 데이터가 사라지는 속도가 느리다.

종래에 디램은 내부에 온도를 알려주는 장치가 없으므로 동작특성이 가장 나쁜 조건(고온)에 맞춘 리프레쉬 주기로 리프레쉬를 수행하였다. 따라서 상온이나 저온에서 디램이 동작할 때에는 필요이상으로 많은 리프레쉬를 하게 되어 전류가 낭비되는 측면이 있었다. 그러므로 내부에 온도를 감지하는 온도 감지 회로가 반도체 칩에 필요하다.

본 발명은 반도체 장치의 동작 온도를 감지하는 온도계 회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도계 회로의 블럭구성도.

도2는 도1에 나타나 있는 온도계회로의 구체적인 회로도.

도3a내지 도3b는 도2의 온도계회로에 대한 동작타이밍도.

도4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 온도계회로의 블럭구성도.

도5는 도4에 나타나 있는 온도게회로를 구성하는 각 딜레이의 온도에 대한 지연시간의 기울기를 나타내는 도.

도6은 도4의 온도계회로에 사용되는 온도에 대해 음의 특성을 가지는 저항의 일실시예를 나타내는 도.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 온도변화에 지연시간이 변화하는 특성을 가진 제1 딜레이; 온도변화에 상기 제1 딜레이보다는 상대적으로 지연시간이 작게 변화하는 특성을 가진 제2 딜레이; 및 상기 제1 및 제2 딜레이의 출력신호를 감지하여 온도감지된 신호를 출력하는 온도감지부를 구비하는 온도계 회로가 제공된다.

또한 본 발명의 타측면에 따르면, 온도변화에 따라 지연시간이 변화하는 제1 딜레이; 온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 제1 딜레이와 같으나 상기 제1 딜레이보다 작은 지연시간을 가지는 제2 딜레이; 온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 상기 제1 딜레이와 다른 제3 딜레이; 온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 상기 제3 딜레이와 같으나 상기 제3 딜레이보다 작은 지연시간을 가지는 제4 딜레이; 상기 제1 내지 제4 딜레이에서 출력되는 신호에 따라 다수의 온도레벨을 감지한 신호를 출력하는 온도감지부를 구비하는 온도계 회로가 제공된다.

본 발명은 온도의 변화에 따른 지연시간의 변화정도가 큰 딜레이와 온도의 변화에 따른 지연시간의 변화정도가 작은 성질을 가진 딜레이를 구성하여 각 딜레이에서 출력되는 신호에 따라 온도를 감지하는 회로에 관한 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도계 회로의 블럭구성도이다.

도1을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 온도계 회로는 입력신호를 받아 온도의 변화에 따라 지연시간의 변화량이 크게 변하는 특성을 가지는 제1 딜레이(100)와, 입력신호를 받아 온도의 변화에 따라 지연시간의 변화량이 제1 딜레이(100)보다 상대적으로 작게 변하는 제2 딜레이(200)와, 제1 및 제2 딜레이(100,200)에서 출력되는 신호의 출력을 이용하여 온도를 감지하는 온도감지부(300)로 구성된다.

즉, 본 실시예의 온도계 회로는 온도에 따라 지연시간의 변하는 정도가 다른 두 딜레이를 이용하여 지연시간의 차에 따라 다르게 출력되는 신호에 의해 온도를 감지하는 것이다.

도2는 도1에 나타나 있는 온도계회로의 구체적인 회로도이다.

도2를 참조하여 살펴보면, 제1 딜레이(100)는 입력신호(INPUT)를 지연시켜 출력(INV_D)하는 인버터 체인(110)과, 인버터 체인(110)의 출력신호를 제1 펄스(INV_P)로 만들어 출력하는 제1 펄스생성부(120)로 구성된다.

인버터 체인(110)은 직렬연결된 다수개의 인버터(IN1 ~ IN8)로 구성된다.

제1 펄스생성부(120)은 인버터(I8)의 출력을 반전하여 출력하며 직렬연결된 인버터(I9,I10,I11)와, 인버터(I8) 및 인버터(I11)의 출력을 받는 앤드게이트(AND1)로 구성된다.

또한, 제2 딜레이(200)는 입력신호(INPUT)를 입력받아 RC지연값만큼 신호를 지연시켜 출력(RC_D)하는 RC지연부(210)와, RC지연부(210)의 출력을 버퍼링하여 출력하는 버퍼부(220)와, 버퍼부(220)의 출력을 제2 펄스(RC_P)로 만들어 출력하는 제2 펄스생성부(230)로 구성된다.

RC지연부(210)는 입력신호(INPUT)를 받는 저항(R1)과, 접지단과 저항(R1)을 연결하는 캐패시터(C1)로 구성된다. 버퍼부(220)은 입력이 저항(R1)과 연결된 인버터(I12)와, 인버터(I12)와 직렬연결된 인버터(I13)로 구성된다.

제2 펄스생성부(230)은 인버터(I13)의 출력을 반전하여 출력하며 직렬연결된 인버터(I14,I15,I16)와, 인버터(I13) 및 인버터(I116)의 출력을 받는 앤드게이트(AND2)로 구성된다.

온도감지부(300)는 일측으로 제1 펄스(INV_P)를 입력받고 타측으로 제2 노어게이트(NOR2)의 출력을 입력받아 저온에서 온도감지된 신호(COLD)를 출력하는 제1 노어게이트(NOR1)와, 일측으로 제2 펄스(RC_P)를 입력받고 타측으로 제1 노어게이트(NOR1)의 출력을 입력받아 고온에서 온도감지된 신호(HOT)를 출력하는 제2 노어게이트(NOR2)로 구성된다.

도3a는 도2의 온도계 회로에서 고온일 때에 동작타이밍도이고, 도3b는 도2의 온도계 회로가 저온일 때의 동작타이밍도이다.

먼저, 도3a를 참조하여 고온일 때를 살펴보면, 입력신호(INPUT)가 온도계회로에 입력되면 제1 딜레이(100)의 인버터 체인(110)는 지연시간이 상대적으로 크게 증가된 신호(INV_D)를 제1 펄스생성부(120)로 출력하고 제1 펄스생성부(120)는 이 신호(INV_D)를 입력받아 제1 펄스(INV_P)를 만들어 온도감지부(300)로 출력한다.

또한, 제2 딜레이(200)의 RC지연부(210)는 입력신호(INPUT)를 입력받아 지연시간이 상대적으로 제1 딜레이(100)의 인버터 체인(110)보다 적게 증가된 신호를 출력하고, 이 신호가 버퍼부(220)를 거쳐 제2 펄스생성부(230)에 출력되면, 제2 펄스생성부(230)은 버퍼부(220)의 출력신호(RC_D)를 제2 펄스(RC_P)로 생성하여 온도감지부(300)로 출력한다. 따라서 고온일 때에는 지연시간의 증가가 크게된 제1 펄스(INV_P)가 지연시간의 증가가 상대적으로 적게된 제2 펄스(RC_P)보다 늦게 생성된다. 이는 통상적으로 RC지연을 이용한 딜레이는 인버터를 이용한 딜레이보다 온도변화에 대해 지연시간의 변화가 둔감하기 때문이다.

온도감지부(300)은 입력신호(INPUT)가 로우일 때에는 제1 및 제2 펄스 생성부(120,230)의 출력은 로우로 되어 있고, 이때 제2 노어게이트(NOR2)의 출력(COLD)은 하이, 제1 노어게이트(NOR1)의 출력(HOT)은 로우인 상태라고 생각해보면, 고온에서 제1 펄스(INV_P) 보다 상대적으로 빨리 생성되는 제2 펄스(RC_P)에 의해 제2 노어게이트(NOR2)의 출력이 로우로 천이하게 되고 이 신호를 고온 감지신호로 사용할 수 있다.

한편 도3b를 참조하여 저온에서 동작을 살펴보면, 이때는 제1 딜레이(100)의 인버터 체인(110)이 제2 딜레이(200)의 RC지연부(210)보다 지연시간변화가 작아 제1 펄스(INV_P)가 제2 퍼스(RC_P)보다 빨리 생성된다.

따라서 입력신호(INPUT)가 입력되지 않을 때, 제1 및 제2 펄스(INV_P, RC_P)는 로우로 되고, 제2 노어게이트(NOR2)의 출력(COLD)은 하이, 제1 노어게이트(NOR1)의 출력(HOT)은 로우인 상태에서, 저온에서 상태적으로 빨리 생성되는 제1 펄스(RC_P)에 의해 제1 노어게이터(NOR1)의 출력신호인저온감지신호(COLD)가 하이로 천이하게 되고, 이신호를 저온감지신호로 사용할 수 있다.

한편, 온도변화에 따라 지연시간의 변화가 다른 딜레이를 다수 사용하고, 각각의 딜레이에서 지연시간의 크기를 조정하면 여러레벨의 온도를 감지할 수 있는 온도계회로를 구성할 수 있다.

도4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라 여러 온도레벨을 감지할 수 있는 온도계 회로의 블럭구성도이다.

도4를 참조하여 살펴보면, 제2 실시예에 따른 온도계회로는 인버터로 구성된 제1 딜레이(40)와, 인버터로 구성하되 제1 딜레이보(40)보다는 지연시간이 작게 구성된 제2 딜레이(50)와, RC딜레이를 이용하여 구성한 제3 딜레이(60)와, RC딜레이를 이용하여 제3 딜레이(60)보다 지연시간을 상대적으로 작게 구성한 제4 딜레이(70)와, 제1, 2, 3 ,4 딜레이(40,50,60,70)의 출력신호를 감지하여 온도감지된 신호를 출력하는 온도감지부(80)로 구성된다.

도5는 도4에 나타나 있는 온도게회로의 각 딜레이의 온도에 대한 지연시간의 증감에 대한 기울기를 나타내는 도이다. 이하 도4 내지 도5를 참조하여 제2 실시예에 따른 온도계회로의 동작을 설명한다.

먼저 인버터를 이용하여 지연시간이 다른 제1 및 제2 딜레이를 구성하면, 각각 딜레이의 온도에 대한 지연시간에 대한 기울기 그래프는 C,D로 나타나고, RC딜레이를 이용하여 지연시간이 다른 제3 및 제4 딜레이를 구성하면, 각각 딜레이의 온도에 대한 지연시간에 대한 기울기 그래프는 A,B로 나타난다.

이 때, 인버터로 구성된 제1 및 제2 딜레이(100,200)는 RC딜레이로 구성된 제3 및 제4 딜레이(300, 400)보다 기울기가 크게 나타나게 되며, 제1 및 제2 딜레이는 온도변화에 따라 지연시간의 변화의 비율이 같기 같으나 같은 온도에서는 제1 딜레이가 제2 딜레이보다 지연시간을 크기 때문에 제1 딜레이의 기울기 곡선이 제2 딜레이의 기울기 곡선보다 도면의 윗쪽에 형성된다. 여기서 각각의 기울기를 가진 네 직선이 만나는 네 곳이 온도감지부(80)에서 감지할 수 있는 경계온도가 된다.

상기와 같이 온도계회로를 구성하면 원하는 다수개의 온도 레벨을 감지할 수있는 온도계회로를 구성할 수 있다.

한편, 각 딜레이중 특정 딜레이를 온 도감소함에 따라 지연시간이 증가하는, 즉 온도에 대해 음의 특성을 가진 딜레이를 온도계회로에 사용할 수도 있다.

도6은 온도에 대해서 음의 특성을 가지는 딜레이를 구현한 일실시예의 도면이다.

도6에서 100은 반도체 기판이며 400은 금속배선이고 300은 콘택플러그, 200은 기판상에 불순물영역으로 구성된 저항을 나타낸다. 도6에 도시된 'A'는 금속과 불순물영역과의 접합영역으로 쇼트키 접합(Schottky junction)이 되어 온도가 낮아질수록 저항값이 증가하는 특성을 가지게 되며, 따라서 이를 이용하여 딜레이를 구성하면 온도가 증가함에 따라 지연시간이 감소하고, 온도가 감소함에 따라 지연시간이 증가하는 딜레이를 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명의 온도계 회로에 의해 반도체 소자의 저온시의 동작과 고온시의 동작을 구분하여 제어하는 것이 가능하며, 특히 디램의 온도별 리프레쉬 주기를 다르게 제어하여, 상온 또는 저온에서 동작전류를 크게 줄일 수 있다.

Claims

온도변화에 지연시간이 변화하는 특성을 가진 제1 딜레이;

온도변화에 상기 제1 딜레이보다는 상대적으로 지연시간이 작게 변화하는 특성을 가진 제2 딜레이; 및

상기 제1 및 제2 딜레이의 출력신호를 감지하여 온도감지된 신호를 출력하는 온도감지부

를 구비하는 온도계 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 딜레이는 다수개의 인버터를 직렬연결한 인버터 체인를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도계 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 제2 딜레이는 RC딜레이를 이용하여 지연시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 온도계 회로.
제 3 항에 있어서,

상기 온도감지부는 일측으로 상기 제1 및 제2 딜레이의 출력을 각각 입력받고, 타측으로는 각각의 출력이 서로 크로스커플된 제1 및 제2 노어게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 온도계 회로.
온도변화에 따라 지연시간이 변화하는 제1 딜레이;

온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 제1 딜레이와 같으나 상기 제1 딜레이보다 작은 지연시간을 가지는 제2 딜레이;

온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 상기 제1 딜레이와 다른 제3 딜레이;

온도변화에 따라 지연시간의 변화량이 상기 제3 딜레이와 같으나 상기 제3 딜레이보다 작은 지연시간을 가지는 제4 딜레이;

상기 제1 내지 제4 딜레이에서 출력되는 신호에 따라 다수의 온도레벨을 감지한 신호를 출력하는 온도감지부

를 구비하는 온도계 회로.
제 5 항에 있어서,

상기 제1 딜레이는 온도가 증가함에 따라 지연시간이 감소하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 온도계회로.
제 6 항에 있어서,

상기 제1 딜레이는 금속배선과 반도체 불순물영역간의 접합특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 온도계 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 딜레이는 다수개의 인버터를 직렬연결한 인버터 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도계 회로.
제 8 항에 있어서,

상기 제3 딜레이는 RC딜레이를 이용하여 지연시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 온도계 회로.