KR20100020146A - 공정 드리프트에 대한 보정 기능을 가지는 온도 센서 회로 및 그 방법 - Google Patents

공정 드리프트에 대한 보정 기능을 가지는 온도 센서 회로 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 메모리 장치 등에서 사용되는 밴드갭 타입 온도 센서의 제조 공정 변화에 따른 감지 온도 오차를 디지털 신호로 트리밍하여 센싱 온도에 대응되는 출력 전압의 오프셋 전압과 감도 오차를 보정함으로써, 적은 회로 면적으로도 감지 온도의 정확성을 높일 수 있고 다양한 온도 감지 영역에 맞춰 재트리밍하여 감지 온도에 대한 출력 전압의 범위를 가변적으로 조절할 수 있는 온도 센서 회로에 관한 것이다. 본 발명에 따른 온도 센서 회로는, 전류원의 출력 전류에 기초하여 생성한 기준온도전압(VREF)을 가변 이득 증폭하여 튜닝된 전압(VTU)을 생성하는 오프셋 보정부 및 상기 전류원의 출력 전류에 대한 미러 전류에 기초하여 생성한 감지온도 출력전압(Vout)을 상기 튜닝된 전압(VTU)과 비교하여 주위 온도에 대응되는 해당 출력 전압을 생성하는 출력 스팬 보정부를 포함한다.
Figure P1020080078813
공정 드리프트(변화), 온도 센서, 오프셋 보정, 감도 오차 보정

Description

공정 드리프트에 대한 보정 기능을 가지는 온도 센서 회로 및 그 방법{Temperature Sensor Circuit with Calibration Function for Process Variation and Method thereof}
본 발명은 온도 센서 회로에 관한 것으로서, 특히, 반도체 메모리 장치 등에서 사용되는 밴드갭 타입 온도 센서의 제조 공정 변화에 따른 감지 온도 오차를 디지털 신호로 트리밍하여 센싱 온도에 대응되는 출력 전압의 오프셋 전압과 감도 오차를 보정함으로써, 적은 회로 면적으로도 감지 온도의 정확성을 높일 수 있고 다양한 온도 감지 영역에 맞춰 재트리밍하여 감지 온도에 대한 출력 전압의 범위를 가변적으로 조절할 수 있는 온도 센서 회로에 관한 것이다.
휘발성 메모리에 속하는 DRAM은 메모리 셀에 저장된 데이터를 계속적으로 보존하기 위해 자체적으로 메모리 셀의 데이터를 리프레쉬 해주어야 한다. 이러한 셀프 리프레쉬(self refresh) 동작으로 인하여 DRAM에서는 셀프 리프레쉬 전력을 소모하게 되는데, 저전력을 요구하는 시스템에서는 이러한 셀프 리프레쉬 전력을 줄이는 것은 매우 중요한 이슈이다.
셀프 리프레쉬 전력을 줄이는 하나의 방법으로 리프레쉬 주기를 온도에 따라 변화시키는 방법이 있는데, 이는 DRAM에서의 데이터 보유 시간이 온도가 낮아 질수록 길어지는 것을 이용하는 방법이다. 따라서, 온도 영역을 복수개의 영역들로 분할하여 낮은 온도 영역에서는 리프레쉬 주기를 길게 하면 셀프 리프레쉬 전력을 줄일 수 있다. 그러므로, DRAM의 내부 온도를 감지하기 위한 저전력 내장형 온도 센서 회로가 요구되고 있다.
여기서, 온도 센서 회로가 DRAM 등 반도체 메모리 장치에 사용되는 예를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 다루는 온도 센서 회로는 컴퓨터, 에어컨, 산업용 기계 등 주위 온도에 따라 동작의 변경을 필요로 하는 모든 회로나 시스템 등에 적용될 수 있다.
도 1은 통상적인 밴드갭(band gap) 기준 회로를 이용한 온도 센서(Bandgap type temeprature sensor) 회로를 설명하기 위한 도면이다. 　
도 1을 참조하면, 통상적인 온도 센서 회로는 전류 미러 타입의 전류원(M1, M2, M3), 브렌치 A와 브렌치 B를 동일 전압으로 맞추어 주는 증폭기(OP1), 저항(R1)과 각 브렌치에 연결된 다이오드들(PN 접합 다이오드들 D1, D2), 감지온도전류(IOUT)에 비례하는 출력전압(또는 감지온도 출력 전압)(Vout)을 발생시키는 저항(R2), 기준온도전압(VREF)과 감지온도 출력전압(Vout)을 서로 비교한 결과를 전압(OUT)으로 출력하는 비교기(OP2)로 구성된다.
다이오드(D1)은 1개의 PN접합 다이오드일 수 있고, 다이오드(D2)는 N개의 PN접합 다이오드들의 병렬 연결 형태일 수 있다. 이와 같은 밴드갭 타입 온도 센서 회로는 특정 온도에서 트립 포인트(trip point)를 가져야만 정상적인 온도 센서 동작을 수행하며, 트립 포인트는 다음과 같은 원리에 의해 결정된다. 예를 들어, 브렌치 B에 연결된 저항(R1)의 다른 단에 연결되는 다이오드(D2)의 순방향 바이어스 전압(VD2)은 온도 증가에 따라 감소되는 네거티브 온도계수(negative temeprature coefficient, NTC)를 가지며, 다이오드들(D1, D2) 사이의 순방향 바이어스 전압차(△VD)는 온도 증가에 따라 증가되는 포지티브 온도계수(positive temperature coefficient, PTC)를 갖는다. 온도가 증가될 때, 반대 극성을 갖는 두 온도 계수(NTC, PTC)가 서로의 증감분을 상쇄하도록 회로를 설계함으로써 온도 변화에 안정적인 트립 포인트가 구현될 수 있다.
[수학식 1] 내지 [수학식 3]은 기준온도전압(VREF)을 발생하는 밴드갭 기준회로(R1, D1, D2)에서의 트립 포인트 구현에 대한 관계식을 표현한 것이다. 이와 같은 수학식들에서 다이오드 D1의 순방향 바이어스는 VD1=VTln(Io/Is)이며, 다이오드 D2의 순방향 바이어스는 VD2=VTln[(Io/N)/Is]이다. 여기서, VT는 써멀 전압(thermal voltage)으로서 VT = KT/q이며, Is는 PN접합 다이오드에서의 포화전류, Io는 PN접합 다이오드에서의 출력전류를 나타낸다. 따라서, [수학식 3]에서 온도 변화에 따른 트립 포인트는 저항(R1)의 온도에 따른 저항값과, 다이오드(D2)로서 연결된 PN접합 다이오드들의 갯수 N값에 의해 결정된다. 따라서, 도 1의 밴드갭 타입 온도 센서 회로는 제조공정변화에 따라 매우 민감하게 트립 포인트를 바꾸어 안정적인 온도 감지 동작을 수행하기 어렵고, 변화된 트립 포인트를 설계된 온도 포인트에 맞추기 위해 온도 튜닝 작업이 웨이퍼 레벨에서 개별 칩(chip)마다 수행되어야 하는 문제점이 있다.
[수학식 1]
Figure 112008057583998-PAT00001
[수학식 2]
Figure 112008057583998-PAT00002
[수학식 3]
Figure 112008057583998-PAT00003
도 2는 도 1의 밴드갭 타입 온도 센서 회로의 트립 포인트 튜닝을 위해 사용되는 종래의 저항 스트링 회로(210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 밴드갭 타입 온도 센서의 트립 포인트 튜닝은 동작 온도 범위에 대한 출력 전압(OUT)의 모니터링을 통해 온도편이를 측정한 후, 도 2에 도시된 것과 같은 튜닝용의 저항 스트링 회로(210)에 대한 물리적이거나 전기적인 개방(open) 혹은 단락(short)을 통해 수행된다. 예를 들어, 저항 스트링 회로(210)를 구성하는 저항들(RU1, RU2, RU3, RU4) 중 일부만을 동작시키기 위하여 MOSFET 스위치들의 개방 혹은 단락을 제어하는 신호들(AU0, AU1, AU2, AU3)을 적절히 인가할 수 있다.
이와 같은 트립 포인트 튜닝을 위한 저항 스트링 회로(210)는 증폭기(OP1)나 비교기(OP2)의 오프셋(offset) 값에 의한 오차를 보정하지 못하므로 온도 감지의 정확도가 떨어진다. 튜닝의 정확도를 향상시키기 위해서 더많은 저항과 스위치들을 사용하여야 하는데, 이에 따라 튜닝 회로의 면적 증가에 따라 생산 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 다른 예로서 MOSFET 스위치를 이용하는 위와 같은 저항 스트링 회로(210)의 경우에, 스위치 턴온(turn on) 시 스위치 자체의 저항값으로 인하여 튜닝 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 이와 같은 저항 스트링 회로(210)를 적용하는 온도 센서 회로는 설계된 특정 온도 영역에서만 튜닝되고 사용되므로 범용적인 채용은 불가능하다.
그리고, 저항 스트링 회로로서 퓨즈(fuse) 형태를 이용하는 경우에는, 일회성의 회로에 그쳐 회로 열화나 노화 등의 요인에 의해 추후 요구되는 재튜닝 작업에 사용될 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 적은 회로 면적을 소모하면서 제조공정변화에도 감지 온도의 정확성이 높은 온도 센서 회로를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 온도 감지 범위에 대한 적용 및 튜닝이 가능한 온도 센서 회로를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 채용되는 시스템에 맞춰 감지온도에 대한 출력전압의 범위를 가변적으로 조절할 수 있는 온도 센서 회로를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 감지 온도 오차를 디지털 신호로 트리밍하여 센싱 온도에 대응되는 출력 전압의 오프셋 전압과 감도 오차를 보정함으로써, 재튜닝이 가능하고 온도 튜닝에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 온도 센서 회로를 제공하는 데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 전력절감을 위해 반도체 메모리 장치 등의 칩 내에 채용 가능한 밴드갭 기준회로 타입의 오프셋 보정 회로와 감도 오차 트리밍용 보정 회로를 적용한 온도 센서 회로를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 온도 센서 회로는, 전류원의 출력 전류에 기초하여 생성한 기준온도전압(VREF)을 가변 이득 증폭하여 튜닝된 전압(VTU)을 생성하는 오프셋 보정부; 및 상기 전류원의 출력 전류에 대한 미러 전류에 기초하여 생성한 감지온도 출력전압(Vout)을 상기 튜닝된 전압(VTU)과 비교하여 주위 온도에 대응되는 해당 출력 전압을 생성하는 출력 스팬 보정부를 포함한다.
상기 오프셋 보정부는, 상기 출력 전압에 대한 센싱 시작 온도에서의 오프셋을 보정한다.
상기 오프셋 보정부는, 상기 기준온도전압(VREF)에 기초하여 생성한 전류가 디지털 신호에 따라 조절되어 증폭기로 입력될 때의 가변 이득을 이용한다.
상기 오프셋 보정부는, 직렬 연결된 복수의 저항들 사이에 각각 연결된 저항을 가지는 래더 구조의 저항을 포함하고, 상기 직렬 연결된 복수의 저항들 사이에 각각 연결된 저항이 디지털 스위치에 의하여 선택적으로 증폭기의 입력단과 연결된다.
상기 출력 스팬 보정부는, 상기 출력 전압의 센싱 감도를 보정한다.
상기 출력 스팬 보정부는, 상기 튜닝된 전압(VTU)을 증폭하는 제1 증폭 수단; 상기 감지온도 출력전압(Vout)을 증폭하는 제2 증폭 수단; 상기 제1 증폭 수단과 상기 제2 증폭 수단 사이에 결합된 감도 오차 보정 회로; 및 상기 제1 증폭 수단의 출력과 상기 제2 증폭 수단의 출력을 비교하여 상기 출력 전압을 생성하는 제3 증폭 수단을 포함한다.
상기 감도 오차 보정 회로는, 직렬 연결된 복수의 저항들과 각 저항의 양끝단에 연결된 스위치들을 포함하고, 상기 스위치들 각각은 디지털 신호에 의하여 해당 저항의 양끝단을 개방 또는 단락시킨다.
상기 감도 오차 보정 회로는, 상기 디지털 신호에 따라 상기 출력 전압의 센싱 감도를 트리밍한다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 온도 감지 방법은, 전류원의 출력 전류에 기초하여 생성한 기준온도전압(VREF)을 가변 이득 증폭하여 튜닝된 전압(VTU)을 생성하는 단계; 및 상기 전류원의 출력 전류에 대한 미러 전류에 기초하여 생성한 감지온도 출력전압(Vout)을 상기 튜닝된 전압(VTU)과 비교하여 주위 온도에 대응되는 해당 출력 전압을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 온도 센서 회로에 따르면, 디지털 신호로 제어할 수 있는 오프셋 보정 회로와 감도 오차 트리밍용 보정 회로를 통하여 적은 회로 면적을 소모하면서 감지 온도의 정확성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 온도 센서 회로에 따르면, 온도 튜닝에 걸리는 시간이　단축되며 다양한 온도 센싱 영역에 맞게 재트리밍이 가능하다.
그리고, 본 발명에 따른 온도 센서 회로에 따르면, 채용되는 시스템에 맞춰 감지 온도에 대한 출력 전압의 범위가 가변 가능하다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기준 온도 전압 트리밍 회로를 갖는 온도 센서 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 온도센서 회로는, 전류 미러 타입의 전류원을 위하여 전원(VDD)에 소스(source) 단자가 연결된 MOSFET들(M1, M2, M3), 브렌치 A 와 브렌치 B를 동일 전압으로 맞추어 주는 증폭기(OP1), 저항(R1)과 브렌치(A)에 연결된 다이오드(예를 들어, PN 접합 다이오드 D1) 및 저항(R1)에 연결된 다이오드(예를 들어, PN 접합 다이오드 D2)을 포함하는 밴드갭 기준회로(310), 감지온도전류(IOUT)에 비례하는 출력전압(또는 감지온도 출력 전압)(Vout)을 발생시키는 저항(R2), 오프셋(offset) 보정부(320), 및 출력스팬(output span) 보정부(330)를 포함한다.
연산 증폭기(operational amplifier) 형태의 증폭기(OP1)는 MOSFET들(M1, M2)의 드레인(drain) 단자들 각각에 해당하는 브렌치 A와 브렌치 B를 입력으로 받고 그 출력은 MOSFET들(M1, M2, M3)의 모든 게이트(gate) 단자에 연결된다. 다이오드(D1)은 브렌치 A와 접지 사이에 연결되고, 저항(R1)과 다이오드(D2)는 브렌치 B와 접지 사이에 직렬 연결된다. MOSFET(M3)의 드레인 단자로 출력되는 감지온도전류(IOUT)에 의하여 저항(R2)에 나타나는 감지온도 출력전압(Vout)은 오프셋 보정부(320)와 출력스팬 보정부(330)의 동작에 따라 브렌치 B의 기준온도전압(VREF)와 서로 비교되어 주의의 감지된 온도에 상응하는 전압(Vo)이 최종적으로 출력된다.
도 1과 같은 기존의 온도 센서 회로는 제조 공정 상에서 발생된 트립 포인트의 오차를 밴드갭 기준회로 내에서 보정함으로써 감지온도 출력 전압(Vout)을 튜닝하고자 하였지만, 본 발명에서는 밴드갭 기준회로(310)와 연결된 브렌치 B에서 발생되는 기준온도전압(VREF)의 오차를 튜닝함으로써 정확도를 높일 수 있는 온도 센 서 회로를 제공하고자 한다. 이하에서도 설명하는 바와 같이 오프셋(offset) 보정부(320)를 통하여 주의의 감지된 온도에 상응하는 최종 전압(Vo)의 오프셋을 보정할 수 있고, 출력스팬 보정부(330)를 통하여 최종 출력 전압(Vo)의 센싱 감도 오차를 보정할 수 있다.
이에 따라, 적은 회로 면적을 소모하면서 감지 온도의 정확성을 높일 수 있으며, 짧은 시간에 트립 포인트 튜닝으로 다양한 온도 센싱 영역에 맞게 재트리밍할 수 있다. 따라서, 채용되는 시스템에 맞춰 감지 온도에 대한 최종 출력 전압(Vo)의 범위가 가변 가능하다.
한편, 도 3에서, 감지온도전류(IOUT)는 포지티브 온도계수에 의해 발생된다(도 1의 설명 참조). [수학식 2]의 순방향 바이어스 전압차(△VD)는 온도에 비례하여 증가하며, 따라서, 브렌치 B에 연결된 저항(R1)에서 구해진 감지온도전류(IOUT)는 전류미러 회로(M1, M2, M3)에 의하여 브렌치 C로 미러링되며, [수학식 4]와 같이 표현된다. 이에 따라 최종적인 감지온도전압(VOUT)는 [수학식 5]와 같이 표현된다.
[수학식 4]
Figure 112008057583998-PAT00004
[수학식 5]
Figure 112008057583998-PAT00005
여기서, α는 상수를 나타내며, 제조공정변화에 의해 크게 영향을 받는 저항들(R1, R2)과 다이오드(D2)로서 적용될 수 있는 PN접합 다이오드들의 병렬 연결 수 N에 의해 결정된다. 따라서, 상기 요소들(R1, R2, N)에 대한 제조공정상에서의 변화는 트립 포인트의 오차와 감지온도 출력전압(VOUT)의 오차를 발생시킨다.
제조공정변화에 의해 온도 센서 회로의 감지온도 출력전압(VOUT)에서는 오프셋 전압 오차와 센싱 감도 오차가 도 5와 같이 발생될 수 있다. 도 1과 같은 밴드갭 타입 온도 센서 회로는 특정 온도 영역에서의 동작을 고려하여 설계되며 센싱 시작 온도점(T0)에서는 오프셋 전압(△αT0)을 갖는다. 제조공정변화에 의해 발생된 오차를 △α 라 하였을 때, 센싱 시작점 T0에서 발생되는 감지온도 출력전압(VOUT)은 [수학식 6]과 같고, 이때 오프셋 전압 오차, △VOFF는 [수학식 7]과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure 112008057583998-PAT00006
[수학식 7]
Figure 112008057583998-PAT00007
또한, 도 1과 같은 밴드갭 타입 온도 센서 회로에서는 센싱 시작점(T0)부터 종료점(임의의 TEMP)까지의 온도 영역에 대해서 [수학식 5]에서 α의 감도를 갖으며, 제조공정오차 △α에 의한 센싱 감도 오차(△VOUT)는 [수학식 8]과 같다.
[수학식 8]
Figure 112008057583998-PAT00008
이와 같은 오프셋 전압(△αT0)을 설계 목표(design target)까지 줄이기 위한 보정은 오프셋 보정부(320)를 통하여 이루어질 수 있고, 센싱 감도 오차(△VOUT) △αT를 설계 목표까지 줄이기 위한 보정은 출력스팬 보정부(330)를 통하여 이루어질 수 있다.
도 4는 도 3의 오프셋 보정부(320)의 구체 회로도이다. 도 4와 같이, 오프셋 보정부(320)는 가변이득 증폭기(VGA: Variable Gain Amplifier) 형태로서, R-to-R 래더(Resister-to Resisiter Ladder) 구조로 구현될 수 있다. 즉, 오프셋 보정부(320)는 기준온도전압(VREF)으로부터 튜닝된 전압(VTU)을 생성하기 위하여, 래더 저항들(R/2R), 증폭기(OP), 및 저항(RF)을 포함한다.
저항(RF)는 증폭기(OP)의 출력(VTU)과 증폭기(OP)의 제1 입력단(-) 사이에 연결되고, 증폭기(OP)의 제2 입력단(+)에는 공통 전압(VCM)이 인가된다. 또한, 증폭기(OP)의 제1 입력단(-)에는 래더 저항이 연결되는데, 래더 저항은 직렬 연결된 저항값 R의 저항들 사이마다 저항값 2R을 가지는 저항들을 연결해 놓은 구조이며, 디 지털 신호(AU0, AU1,...AUN-2, AUN-1)의 제어를 받는 스위치들에 의하여 저항값 2R을 가지는 저항들의 다른 쪽단이 제1 입력단(-)에 연결되거나 공통 전압(VCM)에 연결되어 증폭기(OP)의 제1 입력단(-)으로 입력되는 전류가 제어될 수 있다. 래더 저항 중 가장 왼쪽의 저항 2R은 제1 입력단(-)에 연결될 수 있고, 가장 오른쪽의 저항 2R은 공통 전압(VCM)에 연결될 수 있다. N 비트의 디지털 신호(AU0, AU1,...AUN-2, AUN-1)의 코드를, 예를 들어, 0000~1111로 변화시키면서, 기준온도전압(VREF)에 기초하여 생성된 입력 전류(IIN) 중 IIN /2N 단위로 증폭기(OP)의 제1 입력단(-)으로 흐르도록 조절할 수 있다.
이와 같이 오프셋 보정부(320)를 R-to-R 래더 구조로 구현함으로써, 저항 소자의 수를 최소화하여 회로면적을 대폭 줄임과 동시에 같은 면적에 보다 고정밀도의 트리밍 회로를 구현하는 것이 가능하다.
이와 같이 구조의 오프셋 보정부(320)는 N비트로 제어되는 가변 이득 증폭기로써, N비트 디지털 제어에 의해 가변된 전압 이득으로 기준온도전압(VREF)을 증폭하여 튜닝된 전압(VTU)을 출력하며, 출력스팬 보정부(330)의 동작에 따라 감지온도 출력전압(VOUT)과 기준온도전압(VREF)의 튜닝된 전압(VTU) 사이의 차이를 최종적인 출력전압(VO)으로써 제공할 수 있다. 제조공정변화에 의한 오차가 존재할 경우, 온도 감지 시작점 T0에서의 최종 출력 전압(VO)은 [수학식 9]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112008057583998-PAT00009
따라서, 출력스팬 보정부(330)의 최종 출력 전압(VO)에서의 오프셋 전압 오차는 △αT0 = AVREF의 관계를 가지도록 가변 이득 증폭기인 오프셋 보정부(320)의 전압 이득을 N비트 디지털 신호로 트리밍해 줌으로써 제거될 수 있다. 도 6과 같이, 오프셋 보정부(320)에서 4비트 디지털 신호로 트리밍한 경우에, 디지털 코드를 0000에서 1111까지 변화시킴에 따라 기준온도전압(VREF)이 선형 특성을 보이도록 튜닝될 수 있음을 알 수 있다.
도 3에서, 출력스팬 보정부(330)는 센싱 감도 오차에 대한 트리밍 회로로서, 계측용 차동입력형 증폭기(instrumentation amplifier)(OP4)를 이용하여 센싱 감도에 대한 트리밍 작업을 수행하고, 감지온도 출력전압(VOUT)과 기준온도전압(VREF)의 튜닝된 전압(VTU) 사이의 비교를 통하여 최종 출력 전압(VO)을 출력한다. 이를 위하여, 증폭기(OP2)가 상기 튜닝된 전압(VTU)을 증폭한 전압이 저항 R3를 통과한 전압을 증폭기(OP4)의 제1 입력단으로 입력하며, 증폭기(OP3)가 감지온도 출력전압(VOUT)을 증폭한 전압이 다른 저항 R3(여기서, 저항 부호가 같은 것은 같은 저항값을 가질 수 있음을 의미)를 통과한 전압을 증폭기(OP4)의 제2 입력단으로 입력한다. 증폭기(OP4)의 출력과 제1 입력단 사이에는 저항 R4가 연결되고, 증폭기(OP4)의 제2 입력단에는 접지와 연결된다.
이외에도, 증폭기(OP2)의 상기 튜닝된 전압(VTU)을 입력받는 단자 이외의 다른 제2 입력 단자와 증폭기(OP2)의 출력 사이에는 저항 R2가 연결되며, 증폭기(OP3)의 감지온도 출력전압(VOUT)을 입력받는 단자 이외의 다른 제2 입력 단자와 증폭기(OP3)의 출력 사이에도 다른 저항 R2가 연결된다.
또한, 증폭기(OP2)의 제2 입력 단자와 증폭기(OP3)의 제2 입력 단자 사이에는 감도 오차 보정 회로(331)가 연결된다. 감도 오차 보정 회로(331)는 증폭기(OP2)의 제2 입력 단자와 증폭기(OP3)의 제2 입력 단자 사이에 직렬 연결된 저항들(RU1, RU2, RU3, RU4)을 포함하고, 이들 각 저항의 두 단자 사이에 MOSFET 스위치가 연결될 수 있다. 각 저항의 두 단자 사이에 소스와 드레인이 연결된 MOSFET 스위치들은 게이트에 인가되는 디지털 신호들(AU4, AU5, AU6, AU7)에 의하여 개방 또는 단락이 제어된다. 감도 오차 보정 회로(331)는, 예를 들어, 디지털 신호들(AU4, AU5, AU6, AU7)의 코드 0000 내지 1111에 따라 최종 출력 전압(Vo)의 기울기를 보정하여 도 5의 설계 목표의 최종 출력 전압(Vo)이 가지는 기울기와 같이 감도 오차를 제거하여 센싱 감도가 넓은 범위로 확장될 수 있도록 한다.
이와 같은 출력스팬 보정부(330)의 동작에 따라 계측용 차동입력형 증폭기(OP4)는 [수학식 10]과 같이 두 입력 전압에 대한 차동 전압을 출력할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112008057583998-PAT00010
도 3에서, 계측용 차동입력형 증폭기(OP4)에 연결된 저항들의 저항값 R3, R4는 1:1의 비로 고정되어 있으며, [수학식 10]에서 A·(VOUT - VREF)항은 센싱 감도 오차(△VOUT = △αT)를 포함한 출력값이며, (B/R1)(VOUT - VREF)항은 이를 보정하기 위한 것이다(상수항 A는 R4/R3). 저항 R2 역시 고정된 저항값을 가지며 상수항 B는 (R4·R2)/R3이다.
따라서, 저항값 R1을 N비트 디지털 신호(예를 들어, AU4~AU7)로 트리밍 해줌으로써 감지 온도의 최종적인 출력전압(Vo)에 대한 전압 이득 튜닝이 가능하며, 결과적으로 공정 변화에 따른 센싱 감도 오차(△Vout = △αT)가 보정될 수 있다.
또한, 일반적인 온도 감지 센서의 경우, 시스템에 채용시 트리밍된 출력전압(도 1의 OUT 참조)에 대해 시스템과 출력전압의 레벨을 맞추기 위하여 외부에 증폭회로가 추가적으로 사용되어야 한다. 그러나, 도 3과 같은 출력스팬 보정부(330)와 같은 트리밍 회로는 R1의 저항값에 대한 트리밍을 통해 센싱 감도 오차(△Vout = △αT)에 대한 트리밍과 함께 최종 출력 전압(Vo)의 범위 조정이 가능하므로, 추가적인 증폭기를 필요로 하지 않는다. 또한, R1의 트리밍 범위를 확대함으로써 구현된 온도감지 센서는 채용되는 시스템의 입력범위에 독립적으로 유연하게 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므 로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 통상적인 밴드갭 기준회로를 이용한 온도 센서 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 밴드갭 타입 온도 센서 회로의 트립 포인트 튜닝을 위해 사용되는 종래의 저항 스트링 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 전압 트리밍 회로를 갖는 온도 센서 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 오프셋 보정부의 구체 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서 회로에 의한 감지 온도 출력 전압의 오프셋전압 오차와 센싱 감도 오차의 보정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오프셋 보정부의 기준 온도 전압에 대한 트리밍 형태를 설명하기 위한 그래프이다.

Claims (9)

  1. 전류원의 출력 전류에 기초하여 생성한 기준온도전압(VREF)을 가변 이득 증폭하여 튜닝된 전압(VTU)을 생성하는 오프셋 보정부; 및
    상기 전류원의 출력 전류에 대한 미러 전류에 기초하여 생성한 감지온도 출력전압(Vout)을 상기 튜닝된 전압(VTU)과 비교하여 주위 온도에 대응되는 해당 출력 전압을 생성하는 출력 스팬 보정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오프셋 보정부는,
    상기 출력 전압에 대한 센싱 시작 온도에서의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오프셋 보정부는,
    상기 기준온도전압(VREF)에 기초하여 생성한 전류가 디지털 신호에 따라 조절되어 증폭기로 입력될 때의 가변 이득을 이용하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 오프셋 보정부는,
    직렬 연결된 복수의 저항들 사이에 각각 연결된 저항을 가지는 래더 구조의 저항을 포함하고,
    상기 직렬 연결된 복수의 저항들 사이에 각각 연결된 저항이 디지털 스위치에 의하여 선택적으로 증폭기의 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 출력 스팬 보정부는,
    상기 출력 전압의 센싱 감도를 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 출력 스팬 보정부는,
    상기 튜닝된 전압(VTU)을 증폭하는 제1 증폭 수단;
    상기 감지온도 출력전압(Vout)을 증폭하는 제2 증폭 수단;
    상기 제1 증폭 수단과 상기 제2 증폭 수단 사이에 결합된 감도 오차 보정 회로; 및
    상기 제1 증폭 수단의 출력과 상기 제2 증폭 수단의 출력을 비교하여 상기 출력 전압을 생성하는 제3 증폭 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감도 오차 보정 회로는,
    직렬 연결된 복수의 저항들과 각 저항의 양끝단에 연결된 스위치들을 포함하고,
    상기 스위치들 각각은 디지털 신호에 의하여 해당 저항의 양끝단을 개방 또는 단락시키는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감도 오차 보정 회로는,
    상기 디지털 신호에 따라 상기 출력 전압의 센싱 감도를 트리밍하는 것을 특징으로 하는 온도 센서 회로.
  9. 전류원의 출력 전류에 기초하여 생성한 기준온도전압(VREF)을 가변 이득 증폭하여 튜닝된 전압(VTU)을 생성하는 단계; 및
    상기 전류원의 출력 전류에 대한 미러 전류에 기초하여 생성한 감지온도 출력전압(Vout)을 상기 튜닝된 전압(VTU)과 비교하여 주위 온도에 대응되는 해당 출력 전압을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 감지 방법.
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