KR100898654B1

KR100898654B1 - 온도 감지 장치

Info

Publication number: KR100898654B1
Application number: KR1020070140149A
Authority: KR
Inventors: 유제일
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-05-22
Also published as: US20090168841A1; US7905657B2

Abstract

본원 발명은 반도체 장치 등에 사용될 수 있는 온도 감지 장치에 관한 것이다.

본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 전원전압을 분배하여 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부와, 제어신호의 변화에 따라 상이한 레벨의 비교전압을 출력하는 비교전압 생성부와, 상기 기준전압 및 MOS 트랜지스터의 문턱전압을 이용하여 온도전압을 생성하는 온도전압 생성부와, 증폭된 온도전압과 상기 비교전압의 크기를 비교하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

온도 감지 장치, 문턱전압

Description

온도 감지 장치{Temperature sensor}

반도체 장치의 동작은 온도변화에 민감하게 반응한다. 특히, 공정단계가 축소되고 집적도가 증가됨에 따라 그러한 변화정도를 정밀하게 감지해야 할 필요가 있다.

특히, MCP(multi chip package) 및 다양한 응용 제품에서는 사용자에 따라서 특정 온도 이상에서 칩의 성능을 보완할 수 있는 다양한 신호들을 생성시킬 필요가 있다.

종래의 감지회로 중 BJT(Bipolar Junction Transisor) 성분을 이용하여 온도를 감지하는 장치가 있었는바, BJT, CMOS, 저항등의 각 스큐(skew)를 모두 고려하여야 하는 어려움이 있었다.

전술한 필요성에 따라, 본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 BJT를 사용하지 않고서도 정밀한 온도 측정이 가능한 온도 감지 장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제에 따라 본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 전원전압을 분배하여 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부와, 제어신호의 변화에 따라 상이한 레벨의 비교전압을 출력하는 비교전압 생성부와, 상기 기준전압 및 MOS 트랜지스터의 문턱전압을 이용하여 온도전압을 생성하는 온도전압 생성부와, 증폭된 온도전압과 상기 비교전압의 크기를 비교하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 본원 발명의 구성에 따라, BJT 없이 CMOS와 저항만을 사용하여 설계할 수 있어, 스큐의 최소화를 유지할 수 있다. 또한 기존 감지회로에 비하여 크기를 줄일 수 있고, 동작전류도 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본원 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 온도 감지 장치를 도시한 회로도 이다.

상기 온도 감지 장치는 기준전압 생성부(110), 비교전압 생성부(120), 온도전압 생성부(130), 온도전압 증폭부(140), 비교부(150), 온도 감지 신호 출력부(160)를 포함한다.

상기 기준전압 생성부(110)는 온도 변화에 무관하게 일정한 기준전압(Vref)을 출력한다. 이를 위해, 전원 전압(VDD) 단자와 접지 전압 단자사이에 직렬접속된 저항들(R0, R1)을 포함한다. 상기 저항들의 접속노드에서 기준전압(Vref)이 출력되며 분배 법칙에 따라 상기 기준전압(Vref)의 값은 다음 수식을 따른다.

이때, 상기 제1 저항(R0)의 경우 비교전압 생성부(120)에 포함되는 것으로, 제어신호(CTL_TEMP<n:0>)에 의하여, 비교전압의 레벨을 조절하는 것이나, 전체 저항값은 제어신호와는 무관하게 일정한 값을 유지한다. 따라서, 상기 기준전압값은 제어신호와는 무관하게 상기 수식에 의하여 결정된다.

상기 비교전압 생성부(120)는 상기 온도 전압 증폭부(140)를 통하여 증폭된 온도전압과 비교대상이 될 비교전압을 생성한다.

도면을 통해 상기 비교전압 생성부(120)를 좀더 상세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 비교전압 생성부(120)를 도시한 회로도이다.

상기 비교전압 생성부(120)는 직렬접속된 n 개의 저항들(R01, R02, ... , R0n)을 포함한다. 또한, 상기 제어신호((CTL_TEMP<n:0>)에 의하여 턴온되며, 각 저항들의 접속노드와 비교전압 출력단(Vcom)단 사이에 접속되는 복수의 스위칭 소자들(SW1, SW2, ..., SWn)을 포함한다. 즉, 상기 전원전압 단자와 저항(R01)의 접속노드와 상기 비교전압 출력단(Vcom)단 사이에 제1 스위칭 소자(SW1)가 접속되고, 저항(R01)과 저항(R02)의 접속노드와 상기 비교전압 출력단(Vcom)단 사이에 제2 스위칭 소자(SW2)가 접속되는 방식이다.

따라서, 특정 제어신호(CTL_TEMP<m>)가 인가되면, 해당 스위칭 소자가 턴온되어 해당 접속노드에 인가되는 전압을 비교전압(Vcom)으로 출력하게 된다.

예를 들어, 제어신호(CTL_TEMP<1>)가 인가되면, 제2 스위칭 소자(SW2)가 턴온되어, 저항(R01)과 저항(R02)의 접속노드에 인가되는 전압이 상기 비교전압(Vcom)으로서 인가된다.

상기 비교전압의 레벨은 다음 수식에 의하여 결정된다.

제어신호(CTL_TEMP<m>) 이 인가된다고 가정할때,

한편, 상기 제어신호((CTL_TEMP<n:0>)에 의하여 출력단의 접속노드가 달라질 수는 있으나, 각 저항들(R01, R02, ... , R0n)의 접속관계 자체는 변하지 않기 때문에 제1 저항값(R0)은 변화하지 않는다. 따라서, 제어신호((CTL_TEMP<n:0>)의 변화에도 불구하고 상기 기준전압(Vref)값은 변하지 않게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 온도전압 생성부(130)는 상기 기준전압(Vref)과 온도에 따라 변화하는 MOS 트랜지스터의 문턱전압을 이용하여 온도전압을 생성한다.

이를 위해, 상기 기준전압(Vref)을 게이트로 입력받고 드레인이 전원전압단자(VDD)와 접속된 NMOS 트랜지스터(N130), 상기 NMOS 트랜지스터(N130)의 소스와 접지단자 사이에 접속된 저항(R2)을 포함한다.

그에 따라, 게이트에 기준전압(Vref)이 입력되므로 상기 NMOS 트랜지스터(N130)의 소스단에는 문턱전압 만큼 감소된 온도전압(Vref-Vt)이 출력된다.

상기 문턱전압(Vt)은 온도가 높아지면 작아지고, 온도가 낮아지면 커지게 된다. 따라서 상기 온도전압(Vref-Vt)은 온도가 높아지면 커지게 되고, 온도가 낮아 지면 작아지게 된다.

상기 온도전압 증폭부(140)는 상기 온도전압을 K 배 증폭시킨다.

이를 위해, 상기 온도전압을 비반전단자(+)로 입력받고, 반전단자와 접지사이에 접속된 저항(R)의 K 배에 해당하는 피드백 저항(KR)을 갖는 OP 앰프를 포함한다. 상기 구성에 따라 상기 온도전압 증폭부(140)의 출력값은 K*(Vref-Vt)와 같게 된다.

상기 비교부(150)는 상기 비교전압(Vcom)과 증폭된 온도전압(K*(Vref-Vt))으 크기를 비교한다. 이를 위해, 상기 비교전압(Vcom)을 비반전단자(+)로 입력받고, 증폭된 온도전압(K*(Vref-Vt))을 반전단자(-)로 입력받는다.

이때, 상기 비교전압이 증폭된 온도전압보다 큰 경우 하이레벨 신호를 출력하고, 반대의 경우에는 로우레벨 신호를 출력한다.

실시예에 따라, 상기 비교전압(Vcom)을 반전단자(-)로 입력받고, 증폭된 온도전압(K*(Vref-Vt))을 반전단자(+)로 입력받는 구성을 선택할 수도 있다. 이러한 경우에는 상기 비교전압이 증폭된 온도전압보다 큰 경우 로우레벨 신호를 출력하고, 반대의 경우에는 하이레벨 신호를 출력한다.

상기 온도감지신호 출력부(160)는 상기 비교부(150)의 출력에 따라 특정 레벨의 온도감지신호를 출력한다.

이를 위해, 상기 비교부의 출력신호와, 반전된 인에이블신호(EN)를 입력받는 NOR 게이트(NOR160)를 포함한다.

상기 인에이블 신호(EN)가 로우레벨인 경우에는 비교부의 출력신호와 관계 없이 상기 NOR 게이트(NOR160)는 로우레벨 신호를 출력한다.

상기 인에이블 신호(EN)가 하이레벨인 경우, 상기 비교부의 출력신호가 하이레벨이라면(즉, 비교전압이 온도전압보다 큰 경우) 상기 NOR 게이트(NOR160)는 로우레벨 신호를 출력한다. 그러나, 상기 비교부의 출력신호가 로우레벨이라면(즉, 비교전압이 온도전압보다 작은 경우) 상기 NOR 게이트(NOR160)는 하이레벨 신호를 출력한다.

한편, 상기 비교부(150)를 다른 실시예로 구성한다면, 즉 비교전압(Vcom)을 반전단자(-)로 입력받고, 증폭된 온도전압(K*(Vref-Vt))을 반전단자(+)로 입력받도록 구성하면, 비교부(150)의 출력을 반전시키는 인버터(미도시 됨)가 더 포함되도록 구성한다.

이러한 경우, 상기 인버터에 의하여 비교부의 출력이 반전되므로 도 1에 도시된 온도감지신호 출력부(160)를 그대로 사용할 수 있다.

이제 본 발명의 온도 감지 장치의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

도 3은 본원 발명의 일실시예에 따른 온도 감지 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.

현재 온도가 T1 이라고 가정하자.

온도를 측정하기 위해, 제어신호(CTL_TEMP<0>)가 인가되면, 비교전압(Vcom)은 V0가 되고, 현재 온도상태에서는 비교전압이 온도전압보다 크므로, 상기 온도 감지신호는 로우레벨 값을 가질 것이다.

이는 비교전압이 더 크다는 뜻을 의미하므로, 비교전압을 낮추기 위해 그다음 단계의 제어신호(CTL_TEMP<1>)를 인가시키게 되는데, 그때 비교전압은 V1이 되고, 이 상태에서도 비교전압이 온도전압보다 크므로, 상기 온도 감지신호는 로우레벨 값을 가질 것이다.

비교전압을 낮추기 위해 그다음 단계의 제어신호(CTL_TEMP<2>)를 인가시키게 되는데, 그때 비교전압은 V2가 되고, 이 상태에서는 비교전압이 온도전압보다 작으므로, 상기 온도 감지신호는 하이레벨 값을 가질 것이다.

이로 인해, 현재 온도는 T2와 T3 사이에 있음을 측정할 수 있게 된다.

상기 제어신호의 개수와 비교전압 생성부(120)에 포함된 저항의 개수를 증가시킬수록 더욱 정밀한 온도감지가 가능하게 된다.

도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 비교전압 생성부를 도시한 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100: 온도 감지 장치

110: 기준 전압 생성부

120: 비교 전압 생성부

130: 온도 전압 생성부

140: 온도 전압 증폭부

150: 비교부

160: 온도 감지 신호 출력부

Claims

전원전압을 분배하여 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부와,

제어신호의 변화에 따라 상이한 레벨의 비교전압을 출력하는 비교전압 생성부와,

상기 기준전압 및 MOS 트랜지스터의 문턱전압을 이용하여 온도전압을 생성하는 온도전압 생성부와,

증폭된 온도전압과 상기 비교전압의 크기를 비교하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준전압 생성부는 전원전압 단자와 접지단자 사이에 직렬접속된 제1 저항 및 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 비교전압 생성부는 전원전압 단자와 기준전압의 출력단 사이에 직렬접속된 복수의 저항과,

상기 제어신호에 의하여 상기 각 저항의 접속노드에 인가되는 전압을 비교전압으로 출력하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 비교전압은 상기 기준전압보다 큰 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준전압 생성부는 전원전압 단자와 접지단자 사이에 직렬접속된 제1 저항 및 제2 저항을 포함하되, 상기 제1 저항은 전원전압 단자와 기준전압의 출력단 사이에 직렬접속된 복수의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도전압 생성부는 상기 기준전압을 게이트로 입력받고 드레인이 전원전압단자와 접속된 NMOS 트랜지스터와,

상기 NMOS 트랜지스터의 소스와 접지단자 사이에 접속된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도전압은 기준전압에서 상기 MOS 트랜지스터의 문턱전압을 뺀값과 같은 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도전압은 온도의 증가에 비례하여 상승하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도전압을 K배 증폭시키는 온도전압 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제9항에 있어서, 상기 온도전압 증폭부는 온도전압을 비반전단자로 입력받고, 반전단자와 접지사이에 접속된 저항의 K 배에 해당하는 피드백 저항을 갖는 OP 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 비교부의 출력신호에 따라 특정 레벨의 온도감지 신호를 출력하는 온도감지신호 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.
제11항에 있어서, 상기 온도감지신호 출력부는 상기 비교전압이 상기 증폭된 온도전압보다 큰 경우 제1 레벨의 신호를 출력하고, 상기 비교전압이 상기 증폭된 온도전압보다 작은 경우 상기 제1 레벨의 신호를 논리적으로 반전한 제2 레벨의 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 장치.