KR101549341B1 - 센서 저항을 이용한 온도 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치는, 적어도 하나의 센서 저항을 포함하고, 동작 전압이 인가되면 온도에 따라 상기 센서 저항에 의해 가변되는 센싱신호를 출력하는 센서부, 상기 센서부로부터 출력되는 센싱신호에 기초하여 측정된 온도 변화를 시간 신호로 변환하고, 변환된 시간 신호에 기초하여 온도 정보를 생성하는 데이터 변환부 및 상기 센서부 및 상기 데이터 변환부를 제어하고, 상기 온도 정보에 따라 결정된 온도 값을 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

센서 저항을 이용한 온도 측정 장치 및 그 방법{AN APPRATUS FOR SENSING TEMPERATURE USING A SENSOR RESISTOR AND A METHOD THEREOF}

본 발명은 센서 저항을 이용한 온도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로 센서 저항의 온도에 따른 값 변화를 이용한 온도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 개인용 컴퓨터나 전자 통신 기기 등과 같은 전자적 시스템의 고성능화에 부응하여, 메모리로서 탑재되는 디램 등과 같은 휘발성 반도체메모리장치도 나날이 고속화 및 고집적화되고 있다. 핸드폰이나 노트북 컴퓨터 등과 같이 배터리로 동작하는 시스템에 탑재되는 반도체메모리장치의 경우에는 특히 저전력 소모 특성이 절실히 요구되므로, 동작(오퍼레이팅) 전류 및 스탠바이 전류를 감소시키기 위한 노력과 연구가 활발히 진행되고 있다.

하나의 트랜지스터와 하나의 스토리지 커패시터로 구성되는 디램 메모리 셀의 데이터 리텐션(retention) 특성은 온도에 따라서도 매우 민감하게 나타난다. 따라서, 주변온도의 변화에 따라서 반도체 집적회로 내에 있는 회로블럭들의 동작조건을 조절할 필요가 생길 수 있다. 예를 들어, 모바일 제품에 사용되는 디램(DRAM, DynamicRandom Access Memory)의 경우에는 주위온도의 변화에 따라 리프레쉬 주기(refresh period)를 조절하고 있다.

이와 같은 주변온도 변화에 따른 동작 조건 조절에는 일반적으로 DTSR(Digital Temp Sensor Regulator) 및 ATSR(AnalogTemp Sensor Regulator) 등의 온도센서가 사용된다. 이와 같은 온도센서는 고온을 센싱하고, 셀프 리프래시 모드에서 전류 소모를 감소시키기 위해 동작주기를 제어하며, 노멀동작에서 주위온도를 모니터링하는 등의 기능을 수행한다.

그러나, 이와 같은 반도체 칩 제작 공정상에서 온도 센서 1개당 차지하는 면적에 의한 전체적인 칩 크기가 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한, 온도 센서 자체에서 소모되는 전력도 무시할 수 없는 수준이며, 특히 칩 면적이 넓어지는 경우 이와 같은 문제점이 급격히 증가할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그러나, 온도 센서 1개당 차지하는 면적을 감소시킬 수 있는 센서 저항을 이용한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제안하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 선형적인 센서 저항을 이용하여 온도 센서 자체에서 소모되는 전력을 낮출수 있으며 낮은 온도에러를 가질 수 있는 센서 저항을 이용한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제안하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 온도 저항의 캘리브레이션 과정을 단축시킬 수 있는 온도 측정 장치, 온도 측정 방법 및 그 캘리브레이션 방법을 제안하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치는 적어도 하나의 센서 저항을 포함하고, 동작 전압이 인가되면 온도에 따라 상기 센서 저항에 의해 가변되는 센싱신호를 출력하는 센서부; 상기 센서부로부터 출력되는 센싱신호에 기초하여 측정된 온도 변화를 시간 신호로 변환하고, 변환된 시간 신호에 기초하여 온도 정보를 생성하는 데이터 변환부; 및 상기 센서부 및 상기 데이터 변환부를 제어하고, 상기 온도 정보에 따라 결정된 온도 값을 출력하는 제어부를 포함한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 방법은 동작 전압이 인가되면, 적어도 하나의 센서 저항으로부터 온도에 따라 상기 센서 저항에 의해 가변 측정되는 센싱신호를 출력하는 단계; 상기 센싱신호에 기초하여 측정된 온도 변화를 시간 신호로 변환하고, 상기 시간 신호에 기초하여 온도 정보를 생성하는 단계; 및 상기 온도 정보에 따라 결정된 온도 값을 출력하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 방법은 상기와 같은 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 기존의 온도 센서처럼 트랜지스터를 사용하지 않아 온도 센서 1개당 차지하는 면적을 감소시킬 있다.

또한, 본 발명의 본 발명의 실시 예에 따르면, 선형적인 센서 저항을 이용하여 온도 센서 자체에서 소모되는 전력을 낮출수 있으며 낮은 온도에러를 가질 수 있는 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법을 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따르면, 온도 저항의 캘리브레이션 과정을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 온도 센서 구조를 예시하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 구현한 회로도 예시이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 제어부를 구현한 회로도예시이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 센서 저항부와 더미저항부를 비교 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들 뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 제어부(110), 온도 센서부(120) 및 데이터 변환부(130)를 포함한다.

온도 센서부(120)는 적어도 하나의 센서 저항을 포함하고, 동작 전압이 인가되면 온도에 따라 상기 센서 저항에 의해 가변되는 센싱신호를 출력한다.

그리고, 데이터 변환부(130)는 상기 온도 센서부(120)로부터 출력되는 센싱신호에 기초하여 측정된 온도 변화를 시간 신호로 변환하고, 변환된 시간 신호에 기초하여 온도 정보를 생성한다.

한편, 제어부(110)는 상기 센서부 및 상기 데이터 변환부를 제어하고, 상기 온도 정보에 따라 결정된 온도 값을 출력한다.

보다 구체적으로, 온도 센서부(120)는 상기 센서 저항을 포함하며, 상기 센서 저항으로 인가되는 선택 신호에 따라 제1 신호를 출력하는 센서 저항부(121); 및 상기 센서 저항과는 독립적으로, 상기 센서 저항으로 인가되는 선택 신호에 따라 제2 신호를 출력하는 더미저항부(122)를 포함할 수 있다.

상기 더미저항부(122)는 상기 센서 저항부의 회로 연결구조로부터 상기 센서 저항만 생략된 회로 연결구조를 갖질 수 있으며, 상기 더미저항부(122)에서 출력되는 제2 신호는 상기 더미저항부에 포함된 선 저항에 의해 형성되는 신호 성분을 포함할 수 있다.

또한, 데이터 변환부(130)는 상기 제1 신호로부터 획득되는 제1 시간 정보 및 상기 제2 신호로부터 획득되는 제2 시간 정보간 차이에 기초하여 상기 온도 정보를 생성할 수 있다.

이를 위해, 데이터 변환부(130)는 상기 제1 시간 정보를 획득하기 위한 제1 전압-시간 컨버터(131), 상기 제2 시간 정보를 획득하기 위한 제2 전압-시간 컨버터(132) 및 상기 제1 전압-시간 컨버터 및 상기 제2 전압-시간 컨버터 출력에 따른 시간차를 연산하는 시간차 연산부(133)를 포함할 수 있다.

한편, 제어부(110)는 상기 데이터 변환부 출력에 따른 온도 값을 결정하기 위한 온도 정보 테이블을 생성하고, 이를 저장할 수 있다. 이를 위해, 캘리브레이션 과정이 수행될 수 있으며, 이에 대하여는 후술하도록 한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 센서부(120)는 상기 제어부의 선택 전압이 인가되면 상기 센서 저항과 연결된 제1 캐패시터에 전하를 충전하고, 상기 선택 신호가 해제된 시점부터 상기 제1 캐패시터로 전하가 방전되는 제1 시간 동안 제1 전압을 출력할 수 있다. 그리고, 온도 센서부(120)는 상기 제어부의 선택 전압이 인가되면 상기 센서 저항과 연결되지 않은 제2 캐패시터에 전하를 충전하고, 상기 선택 신호가 해제된 시점부터 상기 제2 캐패시터로 전하가 방전되는 제2 시간 동안 제2 전압을 출력할 수 있다.

이 경우, 데이터 변환부(130)는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 출력 시간 차이에 기초하여 상기 온도 정보를 생성할 수 있다.

도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 온도 센서 구조를 예시하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시 예에 따른 온도 센서부(120)는 온도를 센싱하기 위한 적어도 하나의 센서 저항을 포함할 수 있다. 센서 저항은 순수한 저항만으로 구성될 수 있다. 특히, 센서 저항은 반도체 칩 공정에서 제공되는 저항이 이용될 수 있다. 각각의 저항은 여러 종류가 있을 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 센서부(120)의 저항은 바람직하게는 선형적 특성을 갖는 저항일 수 있다.

예를 들어, 메탈 저항의 경우 저항 값이 작음에도 불구하고, 온도변화에 따라 굉장히 선형적으로 저항 값이 변하는 장점이 있어, 선형적인 값의 변화를 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)에 적합할 수 있다. 온도변화에 선형적으로 값이 변하는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 센서부(120)의 저항에 연관된 온도 식은 다음과 같다.

여기서, R(T)는 온도에 의해 변화되는 저항 값을 나타낼 수 있으며, R0는 상수인자 기본 저항값, T는 온도 변화값, 그리고 TC는 온도 계수(Temperature coefficient)를 의미할 수 있다. TC는 공정변화에 따라 변하지 않고, 항상 일정한 값으로 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)에 포함되는 센서 저항은 온도에 대해 TC를 기울기로 하는 1차 함수 형태를 갖는 특성을 포함할 수 있다.

한편, 도 3에서는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 저항의 예시구조를 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 저항은 메탈 저항일 수 있다. 다만, 메탈 저항의 경우 저항 값이 과도하게 낮을 수 있어, 이를 증폭시키기 위해 도 3과 같은 형태의 적층 구조로 형성할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 저항은 지그재그 형태로 비틀어 형성한 적어도 하나의 메탈 저항을 포함할 수 있다. 그리고 아래 층부터 특성이 같은 메탈 저항들을 적층 구조로 형성하여 직육면체 형태의 값이 큰 메탈 저항을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 저항은 폴리(Poly) 저항 또는 웰(well)저항을 포함할 수 있다. 다만, 이 저항들의 경우 선형적인 특성은 다소 떨어지지만 기본적으로 큰 저항 값을 가지고 있기 때문에, 굉장히 작은 면적을 가지는 온도센서를 만들 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치를 구현한 회로도 예시이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 상술한 제어부(110), 온도 센서부(120) 및 데이터 변환부(130)를 포함하고, 보다 구체적으로 제어부(110)는 전원부(111)를 포함하며, 온도 센서부(120)는 하나 이상의 센서 저항부(121) 및 더미저항부(122)를 포함하고, 데이터 변환부(130)는 제1 전압-시간 컨버터(131), 제2 전압-시간 컨버터(132) 및 시간차 연산부(133)를 포함할 수 있다.

상기한 온도 측정 장치(100)의 제어부(110)의 경우, 스위치를 통해 반도체 칩 전체에 퍼져있는 온도 센서부(120)의 센서 저항부(121)와 스위치로 연결될 수 있으며, 따라서, 센서 저항부(121)는 개수제한 없이 제어부(110)와 연결될 수 있다.

전원부(111)는 제어부(110)의 제어에 따라 온도 센서부(120) 및 데이터 변환부(130) 동작을 위한 전원을 인가한다. 특히, 전원부(111)는 선택 신호에 따라 적어도 하나의 센서 저항부(121)를 동작시키기 위한 동작 전원을 개별적으로 인가시킬 수 있다.

예를 들어, 각 센서 저항부(121)의 일단은 제어부(110)에 의해 제어되는 전원부(111)에 연결되고, 타단은 한쪽은 PMOS 형식의 스위치에 연결될 수 있다. 그리고 각 스위치들은 제어부(110)의 제어에 의한 선택 신호에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 센서 저항부(121)가 선택되었을 때, 한 스위치에만 클럭(CLK) 신호가 인가되고, 나머지 스위치들은 오프될 수 있다.

예를 들어, 각 센서 저항부(121)에는 선택된 회로의 스위치에는 클럭신호가 들어가서 스위치가 켜졌을 때는 회로에 연결된 캐패시터에 전류 소스(Current Source, Is)로 전하를 충전하고, 스위치가 꺼졌을때는 전류 소스전하를 방전할 수 있다. 그러나, 바로 제어부(110) 회로로부터 물리적으로 멀리 떨어진 센서가 존재하는 경우, 이에 따른 선 또한 저항성분을 가지고 있기 때문에 이 저항성분도 최종 값에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)의 온도 센서부(120)는 더미저항부(122)를 더 포함할 수 있다.

더미저항부(122)는 센서 저항부(121)와는 독립적으로 구동되어, 상기 센서 저항으로 인가되는 선택 신호에 따라 제2 신호를 출력할 수 있다.

특히, 더미저항부(122)는 상기 센서 저항부의 회로 연결구조로부터 상기 센서 저항만 생략된 회로 연결구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 더미저항부(122)에서 출력되는 제2 신호는 상기 더미저항부(122)에 포함된 선 저항에 의해 형성되는 신호 성분을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 센서 저항부(121)에서 출력되는 센서 저항에 의해 측정된 신호를 제1 신호라고 할 수 있으며, 방전에 의해 제1 전압을 갖는 신호가 제1 시간동안 출력될 수 있다. 반면 더미저항부(122)의 경우 제2 전압을 갖는 신호가 제2 시간동안 출력될 수 있다.

한편, 데이터 변환부(130)는 센서 저항부(121) 제1 신호로부터 획득되는 제1 시간 정보 및 상기 제2 신호로부터 획득되는 제2 시간 정보간 차이에 기초하여 상기 온도 정보를 생성할 수 있다.

이를 위해, 상기 데이터 변환부는 상기 제1 시간 정보를 획득하기 위한 제1 전압-시간 컨버터(131), 상기 제2 시간 정보를 획득하기 위한 제2 전압-시간 컨버터(132) 및 상기 제1 전압-시간 컨버터 및 상기 제2 전압-시간 컨버터 출력에 따른 시간차를 연산하는 시간차 연산부(133)를 포함할 수 있다.

최종적인 출력은 하기 수식의 과정을 통해 예시될 수 있다.

상기와 같은 식은 하기와 같이 유도될 수 있다. 도 5에 도시된 회로도를 참조하면,

이고,

이므로,

,

라 하면,

이고,

이기 때문에 T2-T1을 연산함으로써, 상기와 같은 수학식 2가 유도될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기와 같은 수학식이 적용되는 회로도가 도 5 내지 도 8에 도시되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 제어부(110)를 나타내며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 센서 저항부(121)와 더미저항부(122)를 비교 설명하기 위한 도면들이다.

도 6내지 도 8을 참조하면, 각 센서 저항부(121) 및 더미저항부(122)는 각각 제1 전압-시간 변환부(131) 및 제2 전압-시간 변환부(132)에 연결될 수 있으며, 제1 전압-시간 변환부(131)는 온도 센서와 연결된 라인과 연결될 수 있고, 제2 전압-시간 변환부(132)는 센서가 없는 더미 라인과 연결 될 수 있다.

각각의 회로 구성에 따라, 각각의 제1 전압-시간 변환부(131) 및 제2 전압-시간 변환부(132)는 클럭으로 인해 스위치가 꺼지고 방전이 시작된 시간 이후로부터 T1만큼의 시간 후에 도 8(A)의 전압 파형이 출력되며, T2만큼의 시간 후에 도 8(B)의 전압 파형이 출력될 수 있다.

이에 따라, T1과 T2의 크기가 앞서 수학식 2에서 개시된 값으로 지정될 있다. 시간차 연산부(133)는 이 두 시간의 차이인 T0를 연산하여, 온도 정보를 포함하는 시간 신호를 생성할 수 있다. 수학식 2에서 Tth는 캐패시터에 저장된 전압이 떨어지다가 인버터의 한계(threshold) 전압보다 아래로 떨어진 순간에 인버터의 출력에서 상승 펄스(rising pulse)가 생성되기 때문에 그 한계(threshold)만큼의 시간을 나타내며, 시간차 연산부(133) 이를 연산하여 제외시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 센서 저항부(121) 출력에서 더미저항부(122) 출력을 제외시켜 줌으로써, 센서와 회로를 이어주는 금속 선(metal wire)의 저항성분을 제거할 뿐만 아니라, 수학식 2에서와 같이, T1과 T2을 유도하는 과정에서 나타나는 다른 여러가지 offset term들을 모두 제거할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 VDD와 Is가 불안정하더라도, 이에 영향받지 않고 정확한 시간 신호를 생성할 수 있게 한다.

한편, 데이터 변환부(130)는 TDC(Time to digital converter)를 더 포함할 수 있다. TDC는 온도에 따라 변하지 않고 일정하게 동작할 수 있으며, 온도 정보를 포함하는 시간 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

제어부(110)는 이와 같이 생성된 온도 정보에 기초하여 온도변화에 따른 저항 특성이 반영된 온도 값을 결정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(110)는 각 센서에 대응되는 출력 테이블을 저장할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 출력 테이블을 생성하기 위한 캘리브레이션을 더 수행할 수 있으며, 이에 대하여는 도 10 및 도 11에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는, 먼저 온도 측정 장치(100)에 전원을 인가한다(S101).

전원부(111)는 제어부(110)의 제어에 의해 온도 측정 장치(100)의 동작을 위한 클럭 구동 전원 및 인가 전압(VDD) 등을 전반적인 온도 측정 장치(100)의 각각의 구성 요소로 인가할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 전원이 인가되면, 선서 선택을 위한 클럭 신호를 입력한다(S103).

제어부(110)는 특정 센서 저항부(120)를 선택하기 위한 클럭 신호를 생성하여, 선택 대상 센서 저항부(121)의 스위치로 인가할 수 있다.

그리고, 온도 측정 장치(100)는 선택된 센서 저항부(121)에 포함된 캐패시터에 전하를 충전한다(S105).

전원부(111)로부터 공급되는 전류는 제어부(110)에서 제어되는 스위치에 의해, 센서 저항부(121)에 포함된 캐패시터로 공급될 수 있다.

이후, 선택 클럭 신호가 해제되면 온도 측정 장치(100)는 충전된 캐패시터의 전하를 방전한다(S107).

전술한 바와 같이, 클럭 신호 해제에 의한 스위치 제어에 의해 전원 인가가 차단되면, 센서 저항부(121)에 포함된 캐패시터는 직렬연결된 전류 소스(Is)의 동작에 의해 일정한 속도로 방전될 수 있다. 이 때, 더미저항부(122)에서는 센서 저항부(121)에 전원이 인가되는 동일한 시점에 동일한 충전 및 방전 동작을 수행할 수 있다. 그러나, 센서 저항부(121)에 포함된 센서 저항 자체의 특성에 의해 더미저항부(122)와 센서 저항부(121)의 시간당 전압 변화는 상이할 수 있다.

이에 따라, 온도 측정 장치(100)는 방전에 의해 발생되는 센서 저항부(121)의 한계(threshold) 전압 이상 값의 출력 시간 및 더미저항부(122)의 한계(threshold) 전압 이상 값의 출력 시간 간 시간 차를 연산한다(S109).

전술한 바와 같이, 센서 저항부(121)에 포함된 센서 저항은 온도 특성에 따라 서로 다른 계수값을 갖는 선형적 특성을 가질 수 있다. 이와 같은 선형적 특성을 추출하기 위해, 시간차 연산부(133)는 도 8에 도시된 바와 같이, 센서 저항부(121)의 한계(threshold) 전압 이상 값의 출력 시간 및 더미저항부(122)의 한계(threshold) 전압 이상 값의 출력 시간 간 시간 차를 연산하여 그 결과값으로 TO라는 시간 전압 파형을 획득할 수 있다.

마지막으로, 온도 측정 장치(100)는 연산된 시간차에 기초하여 온도 값을 결정하고(S111), 외부로 출력한다.

먼저 데이터 변환부(130)의 시간-디지털 변환부(134)는 시간 전압 파형에 기초하여 디지털 변환된 시간 값을 획득하고, 제어부(110)로 전달할 수 있다. 그리고, 제어부(110)는 디지털 변환된 시간 값에 기초하여 온도 계수를 획득할 수 있으며, 미리 저장된 출력 테이블에 기초하여 측정 대상의 현재 온도를 획득하여 다른 마이크로 시스템 또는 외부로 출력할 수 있다.

한편, 이와 같은 출력 테이블을 생성하기 위해, 제어부(110)는 캘리브레이션 과정을 수행할 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

보다 구체적으로, 온도 측정 장치(100)가 실제 반도체 ? 위에 구현되어 온도 센서로서의 역하을 수행하기 위하여는, 실제적인 온도 측정 장치(100)의 출력 대비 온도 값을 결정할 수 있는 출력 테이블이 존재할 필요성이 있다. 그러나, 각각의 센서 저항에 대하여 모든 방식의 출력 테이블을 생성하기에는 실용적이지 않은 측면이 존재한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 적어도 2개의 지점에 대한 캘리브레이션만을 수행함으로써 출력 테이블을 미리 생성하는 기능을 제공할 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 센서 저항이 아닌 캘리브레이션을 위한 제1 저항(센서 저항과 저항 값 및 종류가 동일한 저항) 및 이와 상이한 제2 저항을 온도 측정 장치(100)가 설치된 칩의 적어도 2 이상의 위치에 형성할 수 있다.

이와 같은 제1 저항 및 제2 저항은 하나의 캘리브레이션 세트로 호칭할 수 있다. 이와 같은 캘리브레이션 세트의 구조는 도 10에 도시된 바와 같이 예시될 수 있다. 캘리브레이션 세트는 제1 저항(201) 및 제2 저항(202)을 포함하여 온도 측정 장치(100)의 제어부(110)와 연결될 수 있다.

앞서 설명한 수학식 2의 최종 출력 식을 참조하면, 선형 특성을 갖는 저항의 최종 출력은 온도에 대해 선형적인 직선의 식으로 표현됨을 알 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 점의 위치를 알거나, 한 개의 점의 위치를 알고 그 기울기를 파악하면 다른 지점의 온도 값을 모두 추정할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(110)는 직선의 식을 완성하기 위해, 적어도 항상 2 지점의 온도에 대한 출력 값 측정을 통해 선형 계수를 추정함으로서, 다른 지점에 대한 캘리브레이션 필요 없이도 캘리브레이션을 완료시킬 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 반도체 칩이 최초 제작되는 시점에, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 캘리브레이션을 적어도 2 이상의 지점에 대하여 수행함으로써, 수학식 2에 대응되는 TC(Temperature Coefficient)의 값을 추정할 수 있다.

그리고, 온도 측정 장치(100)는 미리 추정된 TC값을 다른 지점에 위치한 모든 센서 저항에 적용할 수 있다. 따라서, 온도 측정 장치(100)는 실제 센서로서 동작하는 경우 1 지점의 온도에 대해서만 캘리브레이션을 진행하면 각 센서 저항별 출력에 대응되는 온도 값을 갖는 출력 테이블을 생성할 수 있다. 이에 제어부(110)는 생성된 출력 테이블을 별도 메모리 등의 저장 공간에 미리 저장할 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 캘리브레이션 횟수를 효과적으로 줄이는 결과를 이끌어낼 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(100)는 캘리브레이션 세트를 식별하고(S201), 제1 지점의 온도에 대한 제1 캘리브레이션을 수행하며(S203), 제2 지점의 온도에 대한 제2 캘리브레이션을 수행한다(S205).

앞서 설명한 바와 같이, 제어부(110)는 적어도 2 이상의 캘리브레이션 세트를 식별하고, 각 캘리브레이션 세트로부터 측정되는 측정 결과에 기초하여 캘리브레이션을 수행할 수 있다.

캘리브레이션 세트는 전술한 제1 저항(201) 및 제2 저항(202)을 포함할 수 있으며, 제1 저항(201)은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 저항부(121)의 센서 저항과 동일한 값 및 동일한 종류를 가질 수 있다. 그리고, 제2 저항(202)은 상기 센서 저항과는 상이한 저항을 포함할 수 있으며, 전압에 따라 온도를 가변하는 히터(HEATER) 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 저항(201)은 메탈 소재의 저항일 수 있으며, 제2 저항(202)은 폴리(POLY)소재의 저항일 수 있다.

이에 따라, 제어부(110)는 식별된 각 지점별 캘리브레이션 세트를 제어하여, 제1 지점의 온도에 대한 제1 캘리브레이션을 수행하고, 제2 지점의 온도에 대한 제2 캘리브레이션을 수행할 수 있다.

이후, 온도 측정 장치(100)는 제1 지점 및 제2 지점에 대한 캘리브레이션 수행 결과에 기초하여 온도 계수값을 산출한다(S207).

앞서 설명한 수학식 2와 같이, 2 지점에 대한 캘리브레이션이 수행되면 각 센서 저항에 대한 온도 변수로서, 온도 계수값 TC가 산출될 수 있다. 이는 제어부(110)의 제어에 의해 수행될 수 있다.

그리고, 온도 측정 장치(100)는 온도 계수값을 이용하여 다른 일 지점에 대한 캘리브레이션을 수행한다(S209).

앞서 설명한 바와 같이, 제어부(110)는 수학식 2에 기초하여, 미리 산출된 온도 계수값 TC가 존재하는 경우, 다른 지점의 실제 센서 저항부(121)의 센서 저항에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있게 된다. 이에 따라, 제어부(110)는 각 센서 저항부(121)의 온도 대비 출력 테이블을 생성할 수 있으며, 별도 저장 공간에 미리 저장할 수 있다.

이를 위해, 제어부(110)는 별도의 저장부 등에 연결될 수 있으며, 저장부는 예를 들어, 제어부(110)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들을 임시 저장할 수도 있다. 저장부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 제어 방법은 프로그램 코드로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장된 상태로 각 서버 또는 기기들에 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (17)

1. 온도 측정 장치에 있어서,
   적어도 하나의 센서 저항을 포함하고, 동작 전압이 인가되면 온도에 따라 상기 센서 저항에 의해 가변되는 센싱신호를 출력하는 센서부;
   상기 센서부로부터 출력되는 센싱신호에 기초하여 측정된 온도 변화를 시간 신호로 변환하고, 변환된 시간 신호에 기초하여 온도 정보를 생성하는 데이터 변환부;
   상기 온도 정보에 따라 온도 값을 결정하는 제어부; 및
   상기 제어부와 연결되며, 상기 센서 저항과 동일 특성을 갖는 제1 저항 및 온도 가변을 위한 제2 저항을 포함하는 적어도 하나의 캘리브레이션 세트를 포함하고,
   상기 데이터 변환부는
   상기 제1 신호의 전압에 따라 제1 시간 동안 한계 전압 이상 값을 출력하는 제1 전압-시간 컨버터;
   상기 제2 신호의 전압에 따라 제2 시간 동안 상기 한계 전압 이상 값을 출력하기 위한 제2 전압-시간 컨버터; 및
   상기 제1 전압-시간 컨버터 및 상기 제2 전압-시간 컨버터 출력의 상기제1 시간 및 상기 제2 시간 간 시간차를 연산하는 시간차 연산부를 포함하고,
   상기 시간차 연산부로부터 출력되는 상기 시간차에 대응하는 시간 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 온도 독립적 TDC(Time to digital converter);를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 각 캘리브레이션 세트로 전압을 인가하여 상기 센서 저항의 선형 계수를 추정함으로써 캘리브레이션하기 위한 온도 계수값을 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 캘리브레이션 세트는 제1 지점에 대응되는 제1 캘리브레이션 세트 및 제2 지점에 대응되는 제2 캘리브레이션 세트를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제1 지점의 온도에 대한 제1 캘리브레이션을 수행하고, 상기 제2 지점의 온도에 대한 제2 캘리브레이션을 수행하며,
   상기 제1 캘리브레이션 세트 및 제2 캘리브레이션 세트로부터 측정되는 측정 결과에 기초하여 상기 온도 계수값을 산출하는
   온도 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 저항은 메탈 소재의 저항을 포함하고, 상기 제2 저항은 폴리 소재의 저항인 것을 특징으로 하는
   온도 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 온도 계수값을 이용하여 상기 센서 저항 각각에 대한 캘리브레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는
   온도 측정 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 센서 저항 각각에 대한 캘리브레이션에 기초하여, 온도 대비 출력 테이블을 생성하는
   온도 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 생성된 온도 대비 출력 테이블을 별도 저장 공간에 미리 저장하는
   온도 측정 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 온도 측정 방법에 있어서,
   적어도 하나의 센서 저항이, 동작 전압이 인가되면 온도에 따라 상기 센서 저항에 의해 가변되는 센싱신호를 출력하는 단계;
   상기 센싱신호에 기초하여 측정된 온도 변화를 시간 신호로 변환하고, 상기 시간 신호에 기초하여 온도 정보를 생성하는 단계; 및
   제어부가, 상기 센싱신호에 따라 온도 값을 결정하는 단계를 포함하고,
   상기 센싱신호를 출력하는 단계는,
   상기 동작 전압 인가에 따라, 센서 저항부에서 상기 센서 저항에 의한 제1 신호를 출력하는 단계; 및
   상기 동작 전압 인가에 따라, 상기 센서 저항부의 회로 연결구조로부터 상기 센서 저항이 생략된 연결구조를 가지는 더미저항부에서 제2 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
   상기 온도 정보를 생성하는 단계는,
   제1 전압-시간 컨버터에서 상기 제1 시간 동안 한계 전압 이상 값을 출력하는 단계;
   제2 전압-시간 컨버터에서 상기 제2 시간 동안 상기 한계 전압 이상 값을 출력하는 단계; 및
   상기 제1 전압-시간 컨버터 및 상기 제2 전압-시간 컨버터 출력의 상기제1 시간 및 상기 제2 시간 간 시간차를 연산하는 단계를 포함하며,
   상기 시간차에 대응하는 시간 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 단계; 및
   상기 제어부가, 상기 제어부와 연결되며 상기 센서 저항과 동일 특성을 갖는 제1 저항 및 온도 가변을 위한 제2 저항을 포함하는 적어도 하나의 캘리브레이션 세트로 전압을 인가하여 상기 센서 저항의 선형 계수를 추정함으로써 캘리브레이션하기 위한 온도 계수값을 산출하는 단계를 더 포함하는
   온도 측정 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캘리브레이션 세트는 제1 지점에 대응되는 제1 캘리브레이션 세트 및 제2 지점에 대응되는 제2 캘리브레이션 세트를 포함하고,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 제1 지점의 온도에 대한 제1 캘리브레이션을 수행하고, 상기 제2 지점의 온도에 대한 제2 캘리브레이션을 수행하는 단계; 및
    상기 제1 캘리브레이션 세트 및 제2 캘리브레이션 세트로부터 측정되는 측정 결과에 기초하여 상기 온도 계수값을 산출하는 단계를 포함하는
    온도 측정 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 저항은 메탈 소재의 저항을 포함하고, 상기 제2 저항은 폴리 소재의 저항인 것을 특징으로 하는
    온도 측정 방법.
12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 온도 계수값을 이용하여 상기 센서 저항 각각에 대한 캘리브레이션을 수행하는 단계를 더 포함하는
    온도 측정 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 센서 저항 각각에 대한 캘리브레이션에 기초하여, 온도 대비 출력 테이블을 생성하는 단계를 더 포함하는
    온도 측정 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 생성된 온도 대비 출력 테이블을 별도 저장 공간에 미리 저장하는 단계를 더 포함하는
    온도 측정 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 온도 값을 산출하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 온도 대비 출력 테이블과 상기 온도 정보를 이용하여 상기 센서 저항의 온도 값을 산출하는 단계를 포함하는
    온도 측정 방법.
16. 삭제
17. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체.

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