KR20100009269A - 온도 감지 장치 및 그것을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치는 온도에 따라 가변되는 전류(이하, 온도 전류라 칭함)를 생성하는 전류 발생기, 상기 온도 전류를 이용하여 전하를 충전하는 충전 회로, 그리고 클럭 신호에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 상기 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 카운트 값을 온도 데이터로써 출력하는 카운트 로직을 포함한다.

Description

온도 감지 장치 및 그것을 포함하는 전자 장치{TEMPERATURE SENSING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 온도 감지 장치에 관한 것이다.
최근의 전자 장치들은 반도체 칩을 포함한다. 반도체 칩은 적은 면적을 차지하고 전력 소모가 적으므로, 전자 장치들의 구성 요소들이 반도체 칩으로 대체되고 있다. 반도체 공정 기술의 발전과 함께, 반도체 칩의 집적도는 꾸준히 증가하고 있다. 예시적으로, 반도체 메모리의 경우 나노 공정이 도입되고 있다.
반도체 칩의 집적도가 증가하면서, 반도체 칩에 의한 발열이 전자 장치의 온도를 결정하는 요인 중 하나로 대두되고 있다. 일반적으로, 주변 온도가 증가하면 반도체 칩의 동작 성능이 저하되거나 반도체 칩에서 오동작이 발생된다. 또한 주변 온도가 증가하면, 반도체 칩은 온도로 인한 스트레스를 받는다.
따라서, 전자 장치들은 주변 온도가 상승하면 냉각 시스템을 조절하거나 동작 속도를 조절하여, 주변 온도가 미리 설정된 값 이상으로 상승하는 것을 방지한다. 즉, 최근의 전자 장치들은 온도를 감지하기 위한 온도 감지 장치를 구비한다.
본 발명의 목적은 면적이 감소된 온도 감지 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도 감지 장치를 셋팅하기 위한 동작이 한 번의 온도 측정으로 가능한 온도 감지 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도 감지 장치를 셋팅하기 위한 동작이 디지털 방식으로 수행되는 온도 감지 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치는 온도에 따라 가변되는 전류(이하, 온도 전류라 칭함)를 생성하는 전류 발생기; 상기 온도 전류를 이용하여 전하를 충전하는 충전 회로; 그리고 클럭 신호에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 상기 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 카운트 값을 온도 데이터로써 출력하는 카운트 로직을 포함한다.
실시 예로서, 상기 카운트 로직은 상기 충전 전압이 상기 기준 전압에 도달하면 상기 온도 데이터를 출력한다.
실시 예로서, 상기 전류 발생기는 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드를 통해 흐르는 전류의 양이 온도에 따라 가변되는 성질을 이용하여 상기 온도 전류를 발생한다.
실시 예로서, 상기 전류 발생기는 상기 온도에 비례하도록 상기 온도 전류를 생성한다.
실시 예로서, 상기 전류 발생기는 제 1 및 제 2 단자를 통해 상기 온도 전류를 제공하는 전류 미러; 상기 전류 미러의 제 1 단자 및 접지 단자 사이에 연결되는 다이오드; 상기 전류 미러의 제 2 단자에 연결되는 저항부; 그리고 상기 저항부 및 접지 단자 사이에 연결되는 복수의 다이오드들을 포함한다. 상기 저항부는 상기 클럭 및 상기 클럭의 반전 신호에 응답하여 동작하는 스위치 커패시터이다. 상기 저항부에 연결되는 상기 복수의 다이오드들의 수는 상기 제 1 단자에 연결되는 다이오드의 수의 m (m은 자연수) 배이다.
실시 예로서, 상기 충전 회로는 활성 신호에 응답하여 상기 온도 전류에 의해 충전되고, 상기 활성 신호의 반전 신호에 응답하여 리셋되는 커패시터를 포함한다.
실시 예로서, 상기 카운트 로직은 상기 충전 회로와 동시에 활성화되며, 상기 클럭에 동기되는 카운트 값을 발생하는 카운터; 상기 온도 전류가 상기 기준 전압에 도달하면 제어 신호를 발생하는 비교기; 그리고 상기 제어 신호에 응답하여 상기 카운트 값을 저장하고, 상기 온도 데이터로써 출력하는 래치를 포함한다.
실시 예로서, 상기 기준 전압이 일정한 경우, 상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 일정하다.
실시 예로서, 상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 상기 기준 전압이 변화함에 따라 가변된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치는 온도를 검출하는 온도 감지 장치; 그리고 상기 온도 감지 장치에서 검출된 온도에 의거하여 상기 전자 장치를 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 온도 감지 장치는 온도에 따라 가변되는 전류를 생성하는 전류 발생기; 상기 온도 전류를 이용하여 전하를 충전하는 충전 회로; 그리고 클럭 신호에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 상기 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 카운트 값을 온도 데이터로써 출력하는 카운트 로직을 포함한다.
실시 예로서, 상기 기준 전압이 일정한 경우, 상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 일정하다. 상기 프로세서는 미리 측정된 온도 및 상기 미리 측정된 온도에 따른 온도 데이터의 곱을 기준값으로써 미리 저장한다. 상기 프로세서는 상기 온도 데이터 및 상기 기준값을 이용하여 상기 온도를 판별한다.
실시 예로서, 상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 상기 기준 전압이 변화함에 따라 가변된다. 상기 프로세서는 미리 측정된 복수의 온도들 및 상기 미리 측정된 복수의 온도들 각각에 따른 온도 데이터들의 곱을 이용하여, 상기 기준 전압의 변화를 보상하기 위한 기준값들을 미리 저장한다. 상기 프로세서는 상기 온도 데이터 및 상기 기준값들 중 상기 온도 데이터에 대응하는 값을 이용하여 상기 온도를 판별한다.
실시 예로서, 상기 온도 감지 회로 및 상기 프로세서는 하나의 반도체 장치로 집적된다.
실시 예로서, 상기 프로세서는 외부의 호스트와 통신한다.
본 발명에 따르면, 온도 감지 장치가 차지하는 면적이 감소된다. 따라서, 온 도 감지 장치를 포함하는 전자 장치의 면적 또한 감소된다.
본 발명에 따르면, 온도 감지 장치는 한 번의 온도 측정으로 셋팅된다. 따라서, 온도 감지 장치 및 그것을 포함하는 전자 장치의 셋팅 시간이 감소된다.
본 발명에 따르면, 온도 감지 장치는 디지털 방식으로 셋팅된다. 따라서, 온도 감지 장치 및 그것을 포함하는 전자 장치의 셋팅 시간이 감소되고, 수율이 향상된다.
일반적인 온도 감지 장치는 온도를 감지하여 아날로그 신호를 출력하는 온도 센서 및 온도 센서의 아날로그 출력을 디지털화하는 아날로그-디지털 컨버터로 구성된다. 아날로그-디지털 컨버터는 복수의 아날로그 회로들을 포함한다.
아날로그 회로들은 설계대로 제조되어도 설계대로의 동작 특성을 나타내지 않는다. 따라서, 아날로그-디지털 컨버터는 제조된 후에 복잡한 제어(Calibration) 과정을 거친다. 아날로그 회로들은 디지털 회로들에 비교하여 잡음(Noise)에 취약하다. 따라서, 아날로그-디지털 컨버터는 잡음의 영향을 감소시키기 위한 복잡한 설계 과정을 거친다.
아날로그 회로들은 디지털 회로들과 비교하여 공정에 더 민감하다. 즉, 공정상의 오류가 발생되면 아날로그-디지털 컨버터는 정상적으로 동작하지 않을 것이다. 따라서, 아날로그-디지털 컨버터의 수율은 디지털 회로들에 비해 낮다. 아날로그 회로들은 디지털 회로들과 비교하여 더 큰 면적을 차지한다. 따라서, 아날로그-디지털 컨버터를 다른 디지털 회로들과 함께 하나의 칩으로 형성하는 것은 디지털 회로를 다른 디지털 회로들과 함께 하나의 칩으로 형성하는 것보다 어렵다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치는 아날로그-디지털 컨버터를 이용하지 않으면서도 온도에 대한 데이터를 디지털 값으로 출력한다. 예시적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치는 온도에 따라 가변되는 전류(이하, 온도 전류라 칭함)를 생성하는 전류 발생기, 온도 전류를 이용하여 전하를 충전하는 충전 회로, 그리고 클럭 신호에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 카운트 값을 온도 데이터로써 출력하는 카운트 로직을 포함한다. 이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(10)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(10)는 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)를 포함한다.
온도 감지 장치(100)는 프로세서(200)로부터 활성 신호(EN), 기준 전압(Vref), 그리고 클럭(CLK)을 제공받는다. 온도 감지 장치(100)는 온도의 변화에 따라 가변되는 온도 전류를 발생한다. 활성 신호(EN)에 응답하여, 온도 감지 장치(100)는 카운팅 및 온도 전류를 이용한 충전 회로의 충전을 수행한다. 온도 감지 장치(100)는 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압(Vref)을 비교하고, 비교 결과에 따라 카운트 값을 온도 데이터(TEMP)로써 출력한다. 예시적으로, 온도 감지 장 치(100)는 충전 회로의 충전 전압이 기준 전압(Vref)에 도달하면 온도 데이터(TEMP)를 출력한다. 온도 데이터(TEMP)는 프로세서(200)에 전달된다. 온도 감지 장치(100)의 내부 구성 요소들 및 그것들의 동작은 이하에서 더 상세하게 설명된다.
프로세서(200)는 온도 감지 장치(100)에 활성 신호(EN), 기준 전압(Vref), 그리고 클럭(CLK)을 제공하고, 온도 감지 장치(100)로부터 온도 데이터(TEMP)를 제공받는다. 프로세서(200)는 온도 데이터(TEMP)를 이용하여 온도를 판별하고, 판별된 온도에 대응하는 동작을 수행한다. 예시적으로, 온도가 미리 설정된 값보다 높은 경우, 프로세서(200)는 냉각 시스템(미도시)을 가동하여 전자 장치(10)의 온도를 낮출 것이다. 다른 예로써, 프로세서(200)는 전자 장치(10)의 동작 속도를 감소시킴으로써 온도를 낮출 것이다.
예시적으로, 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)는 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 휴대용 멀티미디어 재생기(PMP), 휴대전화, UMPC, PDA 등의 전자 장치(10)를 형성할 것이다. 다른 예로써, 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)는 PC 카드(PCMCIA), 컴팩트 플래시 카드(CF), 스마트 미디어 카드(SM/SMC), 메모리 스틱, 멀티미디어 카드(MMC, RS-MMC, MMCmicro), SD 카드(SD, miniSD, microSD), 유니버설 플래시 기억장치(UFS) 등의 메모리 카드 형태의 전자 장치(10)를 형성할 것이다. 이때, 프로세서(200)는 외부의 호스트와 통신할 것이다. 다른 예로써, 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)는 반도체 디스크/드라이브(SSD, Solid State Disk/Drive)와 같은 전자 장치(10)를 형성할 것이다. 다른 예 로써, 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)는 메모리 장치와 같은 전자 장치(10)를 형성할 것이다.
온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)가 메모리 카드, 반도체 디스크/드라이브, 또는 메모리 장치와 같은 전자 장치(10)를 형성하는 경우, 전자 장치(10)는 데이터를 저장하기 위한 메모리(미도시)를 더 포함할 것이다. 예시적으로, 전자 장치(10)는 SRAM, DRAM, SDRAM 등의 휘발성 메모리들 및 ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, PRAM, MRAM, RRAM, FRAM 등의 불휘발성 메모리들 중 하나 또는 그 이상의 메모리를 포함할 것이다.
예시적으로, 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)는 하나의 반도체 칩에 집적되어 전자 장치(10)를 형성할 것이다. 예를 들면, 전자 장치(10)는 시스템-온-칩 및 칩-온-보드로 구현될 것이다.
예시적으로, 프로세서(200)는 범용 프로세서 또는 온도 감지 장치(100)를 제어하기 위해 특화된 프로세서이며, 온도 감지 장치(100) 및 프로세서(200)는 하나의 반도체 칩에 집적되어 온도 감지 시스템을 형성할 것이다. 온도 감지 시스템은 온도를 감지하고, 온도를 디지털 데이터로 출력하는 전자 장치(10)일 것이다.
도 2는 도 1의 온도 감지 장치(100)를 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치(100)는 전류 발생기(110), 전류 미러(120), 충전 회로(130), 그리고 카운트 로직(140)을 포함한다.
전류 발생기(110)는 온도의 변화에 따라 가변되는 전류(온도 전류, ITEMP)를 생성한다. 예시적으로, 전류 발생기(110)는 다이오드를 통해 흐르는 전류의 양이 온도에 따라 가변되는 성질을 이용하여 온도 전류(ITEMP)를 발생한다. 온도 전류(ITEMP)는 온도에 비례할 것이다. 전류 발생기(110)는 도 3을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
전류 미러(120)는 전류 발생기(110)로부터 온도 전류(ITEMP)를 전달받고, 온도 전류(ITEMP)에 대응하는 전류를 충전 회로(130)에 제공한다. 예시적으로, 전류 미러(120)는 온도 전류(ITEMP)의 M 배의 크기를 갖는 전류를 생성하여 충전 회로(130)에 제공할 것이다. 예를 들면, M은 1 또는 그 이상의 정수일 것이다.
충전 회로(130)는 전류 미러(120)로부터 온도 전류(ITEMP)에 대응하는 전류를 전달받는다. 예시적으로, 전류 미러(120)의 계수(M)가 1인 경우, 충전 회로(130)는 온도 전류(ITEMP)를 전달을 것이다. 전류 미러(120)의 계수(M)가 1보다 큰 정수인 경우, 충전 회로(130)는 온도 전류(ITEMP)의 M 배의 크기의 전류를 전달받을 것이다. 간결한 설명을 위하여, 충전 회로(130)는 전류 미러(120)로부터 온도 전류(ITEMP)를 전달받는 것으로 가정한다.
충전 회로(130)는 트랜지스터들(T1, T2) 및 커패시터(C1)를 포함한다. 트랜지스터(T1)는 전류 미러(120) 및 커패시터(C1) 사이에 연결된다. 커패시터(C1)는 트랜지스터(T1) 및 접지 단자 사이에 연결된다. 트랜지스터(T2)는 커패시터(C1)에 병렬 연결된다. 트랜지스터(T1) 및 커패시터(C1) 사이의 노드의 전압, 즉 커패시터(C1)의 전압(V_C1, 이하에서 충전 전압이라 칭함)은 카운트 로직(140)에 전달된다.
트랜지스터(T1)는 활성 신호(EN)에 응답하여 동작한다. 트랜지스터(T2)는 활성 신호의 반전 신호(/EN)에 응답하여 동작한다. 즉, 활성 신호(EN)가 활성화되면, 트랜지스터(T1)는 턴 온 되고 트랜지스터(T2)는 턴 오프 된다. 즉, 커패시터(C1)는 온도 전류(ITEMP)에 의해 충전된다. 활성 신호(EN)가 비활성화되면, 트랜지스터(T1)는 턴 오프 되고 트랜지스터(T2)는 턴 온 된다. 즉, 커패시터(C1)는 접지 전압으로 리셋된다.
카운트 로직(140)은 충전 회로(130)로부터 충전 전압(V_C1)을 전달받는다. 카운트 로직(140)은 프로세서(200, 도 1 참조)로부터 기준 전압(Vref), 활성 신호(EN), 그리고 클럭(CLK)을 제공받는다. 카운트 로직(140)은 클럭(CLK)에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 충전 회로(130)의 충전 전압(V_C1)과 기준 전압(Vref)을 비교하고, 비교 결과에 따라 카운트 값을 온도 데이터(TEMP)로써 출력한다. 예시적으로, 카운트 로직(140)은 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달하면 온도 데이터(TEMP)를 출력한다. 온도 데이터(TEMP)는 프로세서(200)에 전달된다.
카운트 로직(140)은 비교기(141), 카운터(143), 그리고 래치(145)를 포함한다. 비교기(141)는 충전 전압(V_C1) 및 기준 전압(Vref)을 전달받아 비교하고, 비교 결과를 제어 신호(LAT)로써 래치(145)에 전달한다. 예시적으로, 충전 전 압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달하면, 비교기(141)는 제어 신호(LAT)를 활성화한다.
카운터(143)는 활성 신호(EN) 및 클럭(CLK)을 제공받는다. 카운터(143)는 클럭(CLK)에 동기되어 카운트 값(CNT)을 발생한다. 카운트 값(CNT)은 래치(145)에 전달된다. 카운터(143)는 활성 신호(EN)에 응답하여 활성화된다. 즉, 카운터(143)는 충전 회로(130)와 동시에 활성화된다.
래치(140)는 비교기(141)로부터 제어 신호(LAT)를 전달받고, 카운터(143)로부터 카운트 값(CNT)을 전달받는다. 제어 신호(LAT)가 활성화되면, 래치(145)는 카운터(143)로부터 전달되는 카운트 값(CNT)을 저장하고, 온도 데이터(TEMP)로써 출력한다. 즉, 온도 데이터(TEMP)는 온도 전류(ITEMP)에 의해 충전되는 충전 회로(130)의 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달할 때 까지의 카운트 값(즉, 시간)을 나타내는 데이터이다. 즉, 온도 데이터(TEMP)는 온도 전류(ITEMP)의 크기를 나타내므로, 온도 데이터(TEMP)를 이용하여 온도가 판별될 수 있다.
도 3은 도 2의 전류 발생기(110)를 보여주는 회로도이다. 도 3을 참조하면, 전류 발생기(110)는 전류 미러(111), 저항부(113), 그리고 복수의 다이오드들(D0~Dm)을 포함한다. 전류 미러(111)는 노드들(A, B)에 각각 제공되는 전류를 동일하게 유지한다. 예시적으로, 전류 미러(111)는 도 3에 도시된 바와 같은 윌슨 전류 미러일 것이다. 전류 미러(111)는 P-형 트랜지스터들(T3, T4) 및 N-형 트랜지스터들(T5, T6)을 포함한다.
노드(B)에 저항부(113)가 연결된다. 저항부(113)는 트랜지스터들(T7, T8) 및 커패시터(C2)를 포함한다. 트랜지스터들(T7, T8)은 노드(B)에 직렬 연결된다. 트랜지스터들(T7, T8) 사이의 노드 및 접지 단자 사이에 커패시터(C2)가 연결된다. 트랜지스터(T7)는 클럭(CLK)에 응답하여 동작하고, 트랜지스터(T8)는 클럭의 반전 신호(/CLK)에 응답하여 동작한다. 즉, 트랜지스터들(T7, T8) 및 커패시터(C2)는 스위치 커패시터(Switched Capacitor)를 형성한다. 따라서, 저항부(113)의 저항값은 클럭(CLK)의 주기(TCLK) 및 커패시터(C2)의 커패시턴스(C2)의 비율인 것으로 이해될 것이다. 예시적으로, 저항부(113)의 저항값은 아래의 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00001
저항부(113) 및 접지 단자 사이에 복수의 다이오드들(D1~Dm)이 연결된다. 예시적으로, 복수의 다이오드들(D1~Dm)은 저항부(113) 및 접지 단자 사이에 병렬 연결된다. 그리고, 노드(A)에 다이오드(D0)가 연결된다.
전류 발생기(110)는 다이오드를 통해 흐르는 전류의 양이 온도에 따라 가변되는 성질을 이용하여 온도 전류(ITEMP)를 발생한다. 예시적으로, 전류 발생기(110)는 온도에 비례하도록 온도 전류(ITEMP)를 생성한다. 전류 발생기(110)는 노드들(A, B)에 온도 전류(ITEMP)를 제공한다. 이하에서, 수학식들을 참조하여, 전류 발생 기(110)의 동작이 더 상세하게 설명된다.
다이오드의 전압-전류 특성은 아래의 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00002
여기에서, i는 다이오드를 통해 흐르는 전류이고, Is는 일정한 온도에서 상수이고, v는 다이오드의 양단에 인가되는 전압이고, VT는 다이오드의 문턱 전압이다.
다이오드의 문턱 전압(VT)은 아래의 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00003
여기에서, k는 볼츠만 상수(약, 1.38 X 10^-23 J/K)이고, q는 단위 전하량(약, 1.60 X 10^-19 C)이고, T는 온도(절대 온도)이다.
전류 미러(111)는 노드들(A, B)을 통해 동일한 전류들을 제공한다. 즉, 노드(A)로부터 다이오드(D0)를 통해 흐르는 전류와 노드(C)로부터 다이오드들(D1~Dm)을 통해 흐르는 전류는 동일한 온도 전류(ITEMP)이다. 따라서, 수학식 2 및 3을 참조하면, 온도 전류는 아래의 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00004
여기에서, VA는 노드(A)의 전압이고, VC는 노드(C)의 전압이고, m은 노드(C)에 연결되는 다이오드들(D1~Dm)의 수이다.
수학식 4로부터, 전압들(VA, VC)은 온도 전류(ITEMP)의 함수로 나타내어진다. 전압들(VA, VC)은 아래의 수학식 5와 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00005
저항부(113)의 양단에 인가되는 전압은 저항부(113)의 저항값 및 저항부(113)를 통해 흐르는 전류의 양에 의해 결정된다. 그리고 노드(A)의 전압과 노드(B)의 전압은 동일하다. 즉, 노드들(B, C) 사이의 전압 차이는 노드(A)의 전압 및 노드(C)의 전압 사이의 차이인 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 수학식 1, 3, 그리고 5를 참조하면, 온도 전류(ITEMP)는 아래의 수학식 6과 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00006
이때, k, q, m, 그리고 C2는 상수이다. 따라서, 온도 전류(ITEMP)는 온도(T) 에 비례하고 클럭(CLK)의 주기(TCLK)에 반비례한다. 즉, 전류 발생기(110)는 다이오드들(D0~Dm)을 통해 흐르는 전류의 양이 온도(T)에 따라 가변되는 성질을 이용하여 온도(T)에 다라 가변되는 온도 전류(ITEMP)를 생성한다. 예시적으로, 전류 발생기(110)는 온도(T)에 비례하도록 온도 전류(ITEMP)를 생성한다.
도 2에서, 전류 발생기(110)에서 생성되는 온도 전류(ITEMP)는 충전 회로(130, 도 2 참조)에 제공된다. 활성 신호(EN)가 활성화되면, 온도 전류(ITEMP)는 충전 회로(130)의 커패시터(C1)를 충전한다. 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달하면, 카운트 로직(140)은 클럭(CLK)에 동기되는 카운트 값을 온도 데이터(TEMP)로써 출력한다.
전류는 단위 시간당 전하량(I=Q/t)으로 정의된다. 그리고, 커패시터에 충전되는 전하량은 커패시턴스 및 전압의 곱(Q=CV)으로 정의된다. 전류 공식(I=Q/t) 및 전하량 공식(Q-CV)을 결합하면, 커패시터에 전류가 제공될 때에 커패시터의 전압이 목표 전압에 도달하는 데에 요구되는 시간의 공식이 도출된다. 커패시터의 전압이 목표 전압에 도달하는 데에 요구되는 시간은 커패시턴스(C) 및 목표 전압(V)의 곱을 전류(I)로 나눈 값(t=CV/I)으로 정의된다.
충전 회로(130)의 기생 커패시턴스를 Cp로 정의하고, 목표 전압을 기준 전압(Vref)으로 설정하고, 전류를 온도 전류(ITEMP)로 설정하면 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달하는 데에 요구되는 센싱 시간(ST, Sensing Time, ST=(C2+Cp)Vref/Itemp)이 판별된다. 수학식 6을 참조하면, 센싱 시간(ST)은 아래의 수학식 7과 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00007
활성 신호(EN)에 응답하여, 충전 회로(130)가 충전되기 시작하고 카운트 로직(140)의 카운팅이 시작된다. 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달하면, 카운트 값(CNT)이 온도 데이터(TEMP)로써 출력된다. 그리고, 카운트 로직(140)은 클럭(CLK)에 동기되어 카운팅을 수행한다. 즉, 온도 데이터(TEMP)는 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달할 때까지의 카운트 값(CNT)을 나타낸다. 따라서, 온도 데이터(TEMP)는 센싱 시간(ST)을 클럭(CLK)의 주기(TCLK)로 나눈 값(TEMP=ST/TCLK)으로 정의된다. 온도 데이터(TEMP=ST/TCLK) 및 수학식 7을 참조하면, 온도 데이터(TEMP)와 온도(T)의 곱은 아래의 수학식 8과 같이 정의된다.
Figure 112008051813785-PAT00008
여기에서, q, k, m, C1, Cp, C2는 상수이며, Vref는 기준 전압이다. 따라서, 프로세서(200, 도 1 참조)로부터 제공되는 기준 전압(Vref)이 일정한 레벨을 유지하면, 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 상수이다. 그리고, 기준 전압(Vref)이 변화하는 경우, 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 기준 전압(Vref)에 따라 가변될 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(10, 도 1 참조)는 미리 측정된 온도(T') 및 미리 측정된 온도(T')에 따른 온도 데이터(TEMP')를 기준값(REF)으로써 저장한다. 예시적으로, 전자 장치(10)가 제조된 후에 전자 장치(10)의 온도(T')가 측정될 것이다. 그리고, 온도 감지 장치(100)로부터 온도 데이터(TEMP')가 획득될 것이다. 전자 장치(10)는 온도(T') 및 온도 데이터(TEMP')의 곱을 기준값(REF)으로써 저장할 것이다.
이후에, 온도는 온도 감지 장치(200)로부터 제공되는 온도 데이터(TEMP) 및 기준값(REF)을 이용하여 판별된다. 기준 전압(Vref)이 일정하게 유지되는 경우, 온도(T) 및 온도 데이터(TEMP)의 곱은 상수이며, 기준값(REF)과 일치할 것이다. 즉, 온도(T)는 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)로 나눈 값(T=REF/TEMP)이다. 이 동작은 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명된다.
기준 전압(Vref)이 가변되는 경우, 온도(T) 및 온도 데이터(TEMP)의 곱은 기준 전압(Vref)의 변화에 따라 가변된다. 이때, 전자 장치(10)는 기준값(REF)으로써 온도(T') 및 온도 데이터(TEMP')의 곱을 저장하고, 기준값(REF)은 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하도록 설정될 것이다. 따라서, 온도(T)는 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)로 나눈 값(T=REF/TEMP)이다. 이 동작은 도 5 및 6을 참조하여 도 상세하게 설명된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전류 발생기(110)의 저항부(113)는 클럭(CLK)에 동기되어 동작하는 스위치 커패시터로 구성된다. 수학식 8에서, 온도 데이터(TEMP)는 센싱 시간(ST)을 클럭(CLK)의 주기(TCLK)로 나눈 값이다. 즉, 저항부(113)의 저항값이 클럭(CLK)의 주기(TCLK)에 의존하는 함수이므로, 수학식 8에서 온도 데이터(TEMP)가 클럭(CLK)의 주기(TCLK)에 독립적인 것으로 정의된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)가 저항부(113)의 저항값을 클럭(CLK)의 주기(TCLK)에 의존하게 함으로써, 기준값(REF)이 클럭(CLK)의 주기(TCLK)에 독립적으로 정의되는 것이 이해될 것이다.
도 4는 도 1의 전자 장치(10)가 기준값(REF)을 결정하는 제 1 실시 예를 보여주는 다이어그램이다. 도 4에서, 가로 축은 온도 데이터(TEMP)를 나타내고, 세로 축은 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱을 나타낸다. 온도 데이터(TEMP)는 온도 전류(ITEMP)에 의해 충전되는 충전 회로(130)의 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달할 때까지의 카운트 값(CNT)을 나타낸다. 즉, 온도 데이터(TEMP)의 값이 상대적으로 크면, 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달할 때까지의 시간이 상대적으로 길다는 것을 나타낸다. 즉, 온도 전류(ITEMP)의 양이 상대적으로 적으므로, 온도(T)가 상대적으로 낮다는 것을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제 1 지점(TE1) 및 제 2 지점(TE2)의 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱이 동일하며, 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 상수이다. 즉, 도 4는 기준 전압(Vref)이 가변되지 않는 경우를 나타낸다. 이 경우에, 미리 온 도(T')를 측정하고, 온도(T')에 따른 온도 데이터(TEMP')를 온도 감지 장치(100)로부터 제공받음으로써 기준값(REF)이 결정된다. 이후에, 전자 장치(10)는 기준값(REF)을 온도 감지 장치(100)로부터 제공되는 온도 데이터(TEMP)로 나눔으로써 온도를 판별한다. 즉, 한 번의 조절(Calibration)을 통해, 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)는 온도 감지가 가능하게 된다. 따라서, 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)의 생산 시간이 단축될 수 있음이 이해될 것이다.
도 5는 도 1의 전자 장치(10)가 기준값(REF)을 결정하는 제 2 실시 예를 보여주는 다이어그램이다. 도 5를 참조하면, 제 1 지점(TE1) 및 제 2 지점(TE2)의 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱이 상이하며, 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 일차 함수 형태이다. 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 온도 데이터(TEMP)가 증가할수록 감소한다. 즉, 도 5는 기준 전압(Vref)이 가변되는 경우를 나타낸다.
온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 온도 데이터(TEMP)에 따른 일차 함수 형태로 정의된다. 이때, 기준값(REF)은 온도 데이터(TEMP)에 따른 일차 함수 형태로 저장될 것이다. 예시적으로, 시점(TE1)의 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱, 그리고 시점(TE2)의 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱이 판별되면, 온도 데이터(TEMP)에 따른 일차 함수 형태의 기준값(REF)이 결정될 것이다. 즉, 전자 장치(10)는 미리 측정된 복수의 온도들(T) 및 그에 따른 복수의 온도 데이터들(TEMP)의 곱을 이용하여, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하기 위한 기준값들(Vref)을 미 리 저장할 것이다.
기준값(REF)은 온도 데이터(TEMP)에 따른 함수이다. 온도 감지 장치(100)로부터 온도 데이터(TEMP)가 제공되면, 기준값(REF)이 결정된다. 그리고, 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)로 나누면 온도(T)가 결정된다. 즉, 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)에 의존하는 함수로 설정함으로써, 기준 전압(Vref)의 변화가 보상된다.
상술한 바와 같이, 기준 전압(Vref)이 가변되어도, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치(20)는 두 번의 조절(Calibration)을 통해 온도를 감지할 수 있는 상태가 된다. 따라서, 생산 시간이 단축될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하는 동작은 온도 데이터(TEMP)를 이용하여 디지털 방식으로 수행된다. 따라서, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하는 데에 요구되는 시간이 감소되고, 보상 시의 오류 또한 감소됨이 이해될 것이다. 그리고, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하기 위한 기준값(REF)을 설정하는 동작 또한 디지털 방식으로 수행된다. 따라서, 수행 시간 및 오류가 감소됨이 이해될 것이다.
도 6은 도 1의 전자 장치(10)가 기준값(REF)을 결정하는 제 3 실시 예를 보여주는 다이어그램이다. 도 6에서, 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱은 온도 데이터(TEMP)에 따른 다차 함수 형태이다. 즉, 도 6은 기준 전압(Vref)이 온도(T)에 다라 다차 함수 형태로 가변되는 경우를 나타낸다.
이 경우에, 기준값(REF)은 온도 데이터(TEMP)에 따른 다차 함수 형태로 설정된다. 예시적으로, 지점들(F, G, H, I, J, K)의 온도 데이터(TEMP) 및 온도(T)의 곱을 측정함으로써, 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)에 따른 다차 함수로 설정할 것이다. 다른 예로써, 지점들(TE1, TE2) 사이를 복수의 구간들(F-G, G-H, H-I, I-J, J-K)로 분할하고, 각각의 구간에 대응하는 함수들을 설정하고, 각각의 구간에 대응하는 함수들의 집합을 기준값(REF)으로 설정하는 것이 가능할 것이다. 이 경우에, 온도 데이터(TEMP)의 값에 따라, 대응하는 구간의 함수가 기준값(REF)으로 이용될 것이다.
기준값(REF)은 온도 데이터(TEMP)에 따른 함수이다. 온도 감지 장치(100)로부터 온도 데이터(TEMP)가 제공되면, 기준값(REF)이 결정된다. 그리고, 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)로 나누면 온도(T)가 결정된다. 즉, 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)에 의존하는 함수로 설정함으로써, 기준 전압(Vref)의 변화가 보상된다.
상술한 바와 같이, 기준 전압(Vref)이 가변되어도, 본 발명의 실시 예에 다른 전자 장치(20)는 아날로그-디지털 컨버털와 비교하여 적은 수의 조절(Calibration)을 통해 온도를 감지할 수 있는 상태가 된다. 따라서, 생산 시간이 단축될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하는 동작은 온도 데이터(TEMP)를 이용하여 디지털 방식으로 수행된다. 따라서, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하는 데에 요구되는 시간이 감소되고, 보상 시의 오류 또한 감소됨이 이해될 것이다. 그리고, 기준 전압(Vref)의 변화를 보상하기 위한 기준값(REF)을 설정하는 동작 또한 디지털 방식으로 수행된다. 따라서, 수행 시간 및 오류가 감소됨이 이해될 것이다.
도 7 및 8은 도 1의 전자 장치(10)가 동작하는 실시 예를 보여주는 다이어그램이다. 도 7에서, 시점(TE3)에 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달한다. 따라서, 시점(TE3)에 제어 신호(LAT)가 활성화되고, 도 2의 래치(145)는 카운트 값(CNT)을 온도 데이터(TEMP)로써 출력한다. 예시적으로, 시점(TE3) 까지의 카운트 수는 5이다.
도 8에서, 시점(TE4)에 충전 전압(V_C1)이 기준 전압(Vref)에 도달한다. 따라서, 시점(TE3)에 제어 신호(LAT)가 활성화되고, 도 2의 래치(145)는 카운트 값(CNT)을 온도 데이터(TEMP)로써 출력한다. 예시적으로, 시점(TE4) 까지의 카운트 수는 3이다.
도 7의 경우의 카운트 값이 도 8의 경우의 카운트 값보다 크므로, 도 7의 경우의 온도가 도 8의 경우의 온도보다 낮다는 것이 이해될 것이다. 프로세서(200, 도 1 참조)는 미리 저장되어 있는 기준값(REF)을 온도 데이터(TEMP)로 나눔으로써 온도(T)를 판별한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)는, 아날로그-디지털 컨버터를 대신하여, 충전 회로(130) 및 카운트 로직(140)을 이용하여 온도(T)를 판별한다. 따라서, 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)의 면적이 감소됨이 이해될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)는 디지털 방식으로 기준값(REF)을 결정한다. 그리고, 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)가 온도를 감지할 수 있도 록 조절(Calibration)하는 동작이 디지털 방식으로 수행된다. 따라서, 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)의 조절에 요구되는 시간이 감소되므로, 생산 시간이 감소됨이 이해될 것이다. 또한, 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)의 조절 시에 발생되는 오류의 수가 감소되므로, 수율이 향상됨이 이해될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 감지 장치(100) 및 그것을 포함하는 전자 장치(10)는 디지털 방식으로 온도(T)를 판별한다. 따라서, 온도 감지 속도가 향상되고, 오류가 감소됨이 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 온도 감지 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 전류 발생기를 보여주는 회로도이다.
도 4는 도 1의 전자 장치가 기준값을 결정하는 제 1 실시 예를 보여주는 다이어그램이다.
도 5는 도 1의 전자 장치가 기준값을 결정하는 제 2 실시 예를 보여주는 다이어그램이다.
도 6은 도 1의 전자 장치가 기준값을 결정하는 제 3 실시 예를 보여주는 다이어그램이다.
도 7 및 8은 도 1의 전자 장치(10)가 동작하는 실시 예를 보여주는 다이어그램이다.

Claims (20)

  1. 온도에 따라 가변되는 전류(이하, 온도 전류라 칭함)를 생성하는 전류 발생기;
    상기 온도 전류를 이용하여 전하를 충전하는 충전 회로; 그리고
    클럭 신호에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 상기 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 카운트 값을 온도 데이터로써 출력하는 카운트 로직을 포함하는 온도 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카운트 로직은 상기 충전 전압이 상기 기준 전압에 도달하면 상기 온도 데이터를 출력하는 온도 감지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 발생기는 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드를 통해 흐르는 전류의 양이 온도에 따라 가변되는 성질을 이용하여 상기 온도 전류를 발생하는 온도 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 발생기는 상기 온도에 비례하도록 상기 온도 전류를 생성하는 온 도 감지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 발생기는 제 1 및 제 2 단자를 통해 상기 온도 전류를 제공하는 전류 미러;
    상기 전류 미러의 제 1 단자 및 접지 단자 사이에 연결되는 다이오드;
    상기 전류 미러의 제 2 단자에 연결되는 저항부; 그리고
    상기 저항부 및 접지 단자 사이에 연결되는 복수의 다이오드들을 포함하는 온도 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 저항부는 상기 클럭 및 상기 클럭의 반전 신호에 응답하여 동작하는 스위치 커패시터인 온도 감지 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 저항부에 연결되는 상기 복수의 다이오드들의 수는 상기 제 1 단자에 연결되는 다이오드의 수의 m (m은 자연수) 배인 온도 감지 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 회로는 활성 신호에 응답하여 상기 온도 전류에 의해 충전되고, 상기 활성 신호의 반전 신호에 응답하여 리셋되는 커패시터를 포함하는 온도 감지 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 카운트 로직은
    상기 충전 회로와 동시에 활성화되며, 상기 클럭에 동기되는 카운트 값을 발생하는 카운터;
    상기 온도 전류가 상기 기준 전압에 도달하면 제어 신호를 발생하는 비교기; 그리고
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 카운트 값을 저장하고, 상기 온도 데이터로써 출력하는 래치를 포함하는 온도 감지 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 전압이 일정한 경우, 상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 일정한 온도 감지 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 상기 기준 전압이 변화함에 따라 가변되는 온도 감지 장치.
  12. 전자 장치에 있어서;
    온도를 검출하는 온도 감지 장치; 그리고
    상기 온도 감지 장치에서 검출된 온도에 의거하여 상기 전자 장치를 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 온도 감지 장치는
    온도에 따라 가변되는 전류를 생성하는 전류 발생기;
    상기 온도 전류를 이용하여 전하를 충전하는 충전 회로; 그리고
    클럭 신호에 동기되는 카운트 값을 발생하고, 상기 충전 회로의 충전 전압과 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 카운트 값을 온도 데이터로써 출력하는 카운트 로직을 포함하는 전자 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기준 전압이 일정한 경우, 상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 일정한 전자 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는 미리 측정된 온도 및 상기 미리 측정된 온도에 따른 온도 데이터의 곱을 기준값으로써 미리 저장하는 전자 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 온도 데이터 및 상기 기준값을 이용하여 상기 온도를 판별하는 전자 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 온도 및 상기 온도 데이터의 곱은 상기 기준 전압이 변화함에 따라 가변되는 전자 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는 미리 측정된 복수의 온도들 및 상기 미리 측정된 복수의 온도들 각각에 따른 온도 데이터들의 곱을 이용하여, 상기 기준 전압의 변화를 보상하기 위한 기준값들을 미리 저장하는 전자 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 온도 데이터 및 상기 기준값들 중 상기 온도 데이터에 대응하는 값을 이용하여 상기 온도를 판별하는 전자 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 온도 감지 회로 및 상기 프로세서는 하나의 반도체 장치로 집적되는 전자 장치.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는 외부의 호스트와 통신하는 전자 장치.
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