KR20140023157A - 자체 보상 온도 감지 장치 및 자체 보상 온도 감지 방법 - Google Patents

자체 보상 온도 감지 장치 및 자체 보상 온도 감지 방법 Download PDF

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KR20140023157A
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박타준
권용일
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 자체 보상 온도 감지 장치 및 자체 보상 온도 감지 방법에 관한 것으로, 온도의존전압 출력부; 상기 온도의존전압 출력부의 출력단에 일단이 연결되며, 제1 출력단자 및 제2 출력단자가 구비되는 메인 스위치; 상기 메인 스위치의 제1 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 미리 정해진 기준전압의 차이값의 변화를 증폭한 출력전압을 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭부의 출력단 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 입력받아 온도를 산출하는 온도 산출부;를 포함할 수 있으며, 단순한 구조를 사용하면서도 공정편차로 인한 오차를 효율적으로 보상할 수 있으며, 매우 정밀한 온도 측정이 가능하게 된다.

Description

자체 보상 온도 감지 장치 및 자체 보상 온도 감지 방법{DEVICE AND METHOD FOR SENSING TEMPERATURE WITH SELF-CALIBRATION}
본 발명은 자체 보상 온도 감지 장치 및 자체 보상 온도 감지 방법에 관한 것이다.
일반적인 온도센서의 경우, 온도변화에 대하여 극히 큰 저항값 변화를 나타내는 써미스터(Thermister)를 사용하여 그 변화 값을 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 변화된 값을 읽어들임으로써 정밀한 온도 센싱을 수행하고 있었다.
그러나, 이와 같은 방식을 이용할 경우 온도센서의 집적화에 한계가 있었다.
일 예로써, CMOS 온도센서는 PTAT(Proportional to absolute temperature)와 CTAT(complementary to absolute temperature) 특성을 이용한다.
즉, CMOS 온도센서의 기본방식은 PTAT특성을 이용하여 그 변화된 값을 단순히 비교기 또는 ADC를 활용하여 변화된 값을 측정하였다.
예컨대, 비교기를 이용하는 경우를 살펴보면, 전류미러를 이용하여 온도에 비례하는 값을 갖는 미러링된 전류를 직렬 분배된 저항들을 통과시키고, 이에 따라 온도에 비례하는 분배저항에 따른 출력 전압을 비교기의 기준전압과 비교하여 써멀코드(thermal code)를 출력하게 된다. 이와 같은 방법은 매우 간단하지만, 온도 변화에 따르는 전류 변화가 매우 적기 때문에 매우 많은 비교기와 저항렬이 필요하므로 정확한 온도 센서를 만들기에는 다소 부족한 면이 있다.
또한, ADC를 사용하는 경우를 살펴보면, 온도에 따라 출력전압 VPTAT가 변경된다. 그러나, 이 경우에도 온도에 따른 전압의 변화가 0.1mV 미만이므로 정확한 측정을 위해서는 매우 정밀한 ADC가 필요하게 된다.
이와 같이, 종래의 CMOS 온도센서에서의 PTAT 및 CTAT 특성을 이용하는 방법은 간단하면서도 어느 정도의 정밀한 온도 측정값을 얻을 수 있다. 그러나, PTAT 및 CTAT의 온도 변화가 2mV/˚K 미만이므로 매우 정밀한 온도를 측정하기에는 부족함이 있었다.
한편, 전류소스에 연결된 바이폴라 트랜지스터는 온도에 반비례하는 전압을 출력하는 특성이 있다.
이러한 바이폴라 트랜지스터의 특성을 이용하여 온도센서를 구현할 수 있다.
이때, 온도센서를 구성하는 OP앰프 등 다양한 소자는 제조과정에서의 공정편차 등으로 인하여 특성값의 산포를 가질 수 있으며, 이러한 특성의 산포는 결국 온도센서의 정밀성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
따라서, 이러한 특성 산포로 인한 오차를 보상하기 위한 보상방법 내지 보상구조가 필요하다.
온도센서 등의 오차를 보상하기 위한 종래의 방법들 가운데 1-point calibration 방법을 대표적인 예로 들 수 있다.
그러나, 종래의 온도센서에 1-point calibration 방법을 적용하기 위해서는, 칩 양산 테스트 과정에서 정확한 온도를 측정하여 SPL 별로 보상을 해야만 했기 때문에, 공정이 까다롭고, 보상과정에 소요되는 비용이 크게 증가된다는 문제가 있었다.
미국 공개특허공보 US20070152649A(2007년 7월 5일 공개) 미국 공개특허공보 US20100219879A(2010년 9월 2일 공개) 미국 공개특허공보 US20120004880A(2012년 1월 5일 공개)
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 단순한 구조로 매우 정밀한 온도 측정이 가능한 동시에, 공정편차로 인한 오차를 효율적으로 보상할 수 있는 자체 보상 온도 감지 장치 및 자체 보상 온도 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치는, 온도 변화에 비례 또는 반비례되는 온도의존전압을 출력하는 온도의존전압 출력부; 상기 온도의존전압 출력부의 출력단에 일단이 연결되며, 제1 출력단자 및 제2 출력단자가 구비되는 메인 스위치; 상기 메인 스위치의 제1 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 미리 정해진 기준전압의 차이값의 변화를 증폭한 출력전압을 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭부의 출력단 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 입력받아 온도를 산출하는 온도 산출부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 메인 스위치는, 상기 온도의존전압을 입력받아 상기 제1 출력단자 및 상기 제2 출력단자 중 선택되는 한 출력단자로 출력하는 것일 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압에 의하여, 상기 온도의존전압 출력부 및 상기 증폭부의 제조공정에 따른 편차를 보상하는 보상 값을 결정하고, 상기 보상 값을 반영하여 상기 출력전압으로부터 온도를 산출하는 것일 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 증폭부의 출력전압에 따른 신호 및 상기 메인 스위치의 온도의존전압에 따른 신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 아날로그-디지털 컨버터와 연결되어 디지털신호로 변환된 온도의존전압과 디지털신호로 변환된 출력전압으로 상기 보상 값을 결정하는 제1 보상 결정부; 및 상기 아날로그-디지털 컨버터 및 상기 제1 보상 결정부와 연결되며, 상기 보상 값을 반영하여 온도를 연산하는 제1 온도 연산부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 증폭부의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 및 상기 전압분배부의 출력값을 미리 정해진 기준값들과 비교한 결과를 출력하는 비교부;를 포함하고, 상기 비교부에서 출력되는 값으로부터 온도를 산출하는 것일 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 비교부에서 출력되는 값을 이용하여 온도를 연산하는 제2 온도 연산부; 상기 제2 온도 연산부 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 제2 온도 연산부에서 연산된 온도 값을 이용하여 보상 값을 결정하는 제2 보상 결정부; 및 상기 보상 값을 상기 제2 온도 연산부에 제공하여 온도 연산의 오차를 보상하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 증폭부는, 상기 온도의존전압과 미리 정해진 기준전압을 차동증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 제1 증폭부; 및 상기 차동증폭전압의 변화를 증폭하여 상기 출력전압을 출력하는 제2 증폭부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 증폭부는, 상기 기준전압을 가변하여 상기 제1 증폭부에 제공하는 가변 기준전압부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 증폭부는, 피드백 가변저항을 이용하여 상기 차동증폭전압의 변화를 가변 증폭하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치는, 전류소스와 연결되어 온도에 반비례되는 온도의존전압을 출력하는 바이폴라트랜지스터를 포함하는 온도의존전압 출력부; 상기 온도의존전압 출력부의 출력단에 일단이 연결되며, 제1 출력단자 및 제2 출력단자가 구비되는 메인 스위치; 설정에 따라 가변되는 가변기준전압을 제공하는 가변 기준전압부; 상기 메인 스위치의 제1 출력단자와 상기 가변 기준전압부에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 가변기준전압을 차동 증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 제1 증폭부; 상기 제1 증폭부의 출력단에 연결되며, 상기 차동증폭전압의 변화를 가변증폭하여 출력전압을 출력하는 제2 증폭부; 및 상기 제2 증폭부의 출력단 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 입력받아 온도를 산출하되, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압에 의하여 상기 온도의존전압 출력부 및 상기 증폭부의 제조공정에 따른 편차를 보상하는 보상 값을 결정하고, 상기 보상 값을 반영하여 상기 출력전압으로부터 온도를 산출하는 온도 산출부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 바이폴라 트랜지스터는, 에미터가 접지되고, 콜렉터는 상기 전류원과 연결되며, 베이스는 상기 콜렉터와 피드백 연결되는 NPN 바이폴라 트랜지스터이며, 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스-에미터 전압이 상기 온도의존전압으로 출력되는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 증폭부는 제1 차동증폭기를 구비하되, 상기 제1 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R1을 통하여 상기 온도의존전압 V1을 입력받고, 저항 R2를 통해 출력단의 차동증폭전압 V2를 피드백 입력받으며, 상기 제1 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R1'을 통하여 상기 가변 기준전압부에서 출력되는 가변기준전압 Vsub 을 입력받고, 저항 R2'를 통해 접지되는 것일 수 있다.
또한, 상기 제2 증폭부는 제2 차동증폭기를 구비하되, 상기 제2 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R3를 통해 상기 제1 증폭부의 음(-) 단자 출력을 입력받고, 가변저항 R4를 통해 출력단의 출력전압 Vout를 피드백 입력받으며, 상기 제2 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R3'를 통해 제1 증폭부의 양(-) 단자에서 출력되는 차동증폭전압 V2를 입력받고, 가변저항 R4'를 통해 출력단의 음(-) 단자 출력을 피드백 입력받는 것일 수 있다.
여기서, 상기 R1 = R1', R2 = R2', R3 = R3', R4 = R4'인 관계일 때, 상기 제2 증폭부의 출력전압 Vout는 하기의 식에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00001
(상기 VCM 은 상기 제2 차동증폭기의 공통모드 전압이고, 상기 VDD는 상기 제2 차동증폭기의 전원 전압)
또한, 상기 보상 값을 C 라고 하면, 상기 C는 하기 식으로 표현되며,
Figure pat00002
상기 온도 산출부는, 상기 출력전압 Vout과 상기 온도의존전압 V1을 하기 식에 대입하여 상기 C를 산출하는 것일 수 있다.
Figure pat00003

또한, 상기 온도 산출부는, 상기 증폭부의 출력전압에 따른 신호 및 상기 메인 스위치의 온도의존전압에 따른 신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터; 상기 아날로그-디지털 컨버터와 연결되어 디지털신호로 변환된 온도의존전압과 디지털신호로 변환된 출력전압으로 상기 보상 값을 결정하는 제1 보상 결정부; 및 상기 아날로그-디지털 컨버터 및 상기 제1 보상 결정부와 연결되며, 상기 보상 값을 반영하여 온도를 연산하는 제1 온도 연산부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 온도 연산부는 상기 C를 반영하여 온도를 연산하는 것일 수 있다.
또한, 상기 온도 산출부는, 상기 증폭부의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 및 상기 전압분배부의 출력값을 미리 정해진 기준값들과 비교한 결과를 출력하는 비교부;를 포함하고, 상기 비교부에서 출력되는 값으로부터 온도를 산출하는 것일 수 있다.
이때, 상기 온도 산출부는, 상기 비교부에서 출력되는 값을 이용하여 온도를 연산하는 제2 온도 연산부; 상기 제2 온도 연산부 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 제2 온도 연산부에서 연산된 온도 값을 이용하여 보상 값을 결정하는 제2 보상 결정부; 및 상기 보상 값을 상기 제2 온도 연산부에 제공하여 온도 연산의 오차를 보상하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 방법은, (a) 전류소스와 연결된 바이폴라 트랜지스터에서 온도에 반비례하는 온도의존전압을 출력하는 단계; (b) 상기 온도에 반비례하는 온도의존전압과 설정에 따라 가변하는 가변기준전압을 입력받아 차동 증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 출력된 차동증폭전압의 변화를 가변증폭하여 출력전압을 출력하는 단계; (d) 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 이용하여 보상 값을 결정하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계에서 결정된 보상 값을 반영하여, 상기 (c) 단계에서 출력된 출력전압을 이용하여 온도를 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 (a) 단계에서, 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터가 접지 전원에 연결되고, 상기 전류소스와 연결된 상기 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터와 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스가 피드백 연결되어 온도에 반비례하는 베이스-에미터 전압 VBE 을 온도의존전압 V1으로 출력할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서는, 저항 R2'를 통해 접지 전원에 연결된 제1 차동증폭기의 비반전입력단이 저항 R1'을 통하여 상기 가변기준전압 Vsub 을 입력받고, 상기 제1 차동증폭기의 반전입력단이 저항 R1을 통하여 상기 바이폴라 트랜지스터에서 출력되는 온도의존전압 V1을 입력받고 저항 R2를 통해 출력단의 출력전압 V2를 피드백 입력받아, 상기 제1 차동증폭기의 출력단으로 차동증폭전압이 출력될 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서는, 제2 차동증폭기의 비반전입력단이 저항 R3를 통해 상기 제1 차동증폭기의 양(-) 단자 출력전압인 차동증폭전압 V2를 입력받고 가변저항 R4를 통해 출력단의 음(-) 단자 출력을 피드백 입력받고, 상기 제2 차동증폭기의 반전입력단이 저항 R3'를 통해 상기 제1 차동증폭기의 음(-) 단자 출력을 입력받고 가변저항 R4'를 통해 출력단의 출력전압 V3를 피드백 입력받아, 상기 제2 차동증폭기에서 상기 차동증폭전압 V2의 변화를 가변 증폭하여 출력전압 V3를 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 단순한 구조를 사용하면서도 공정편차로 인한 오차를 효율적으로 보상할 수 있으며, 매우 정밀한 온도 측정이 가능하게 된다.
또한, 온도 측정범위가 정밀도에 따라 확대 또는 축소될 수 있다.
또한, 정밀한 온도 측정을 매우 넓은 범위에서 간단한 ADC 또는 비교기 구조를 이용하여 구현할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치를 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치의 증폭부를 개략적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치를 개략적으로 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치의 온도 산출부를 개략적으로 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치의 온도 산출부를 개략적으로 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치의 온도 산출부를 개략적으로 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 방법을 개략적으로 보인 순서도이다.
도 8a는 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치에서 Vsub 변화에 따른 출력을 개략적으로 보인 그래프이다.
도 8b는 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치에서 가변저항 R4에 따른 출력을 개략적으로 보인 그래프이다.
도 9는 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치의 온도 측정범위를 개략적으로 보인 그래프이다.
도 10은 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치에서 가변기준전압이 Vsub1에서 Vsub8까지 설정됨에 따른 온도 측정범위를 개략적으로 보인 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도시의 간략화 및 명료화를 위해, 도면은 일반적 구성 방식을 도시하고, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다. 부가적으로, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 서로 다른 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내고, 유사한 참조부호는 반드시 그렇지는 않지만 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다.
명세서 및 청구범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 및 "제 4" 등의 용어는, 만약 있는 경우, 유사한 구성요소 사이의 구분을 위해 사용되며, 반드시 그렇지는 않지만 특정 순차 또는 발생 순서를 기술하기 위해 사용된다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 시퀀스로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 여기서 방법이 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 여기에 제시된 그러한 단계의 순서는 반드시 그러한 단계가 실행될 수 있는 순서인 것은 아니며, 임의의 기술된 단계는 생략될 수 있고/있거나 여기에 기술되지 않은 임의의 다른 단계가 그 방법에 부가 가능할 것이다.
명세서 및 청구범위의 "왼쪽", "오른쪽", "앞", "뒤", "상부", "바닥", "위에", "아래에" 등의 용어는, 만약 있다면, 설명을 위해 사용되는 것이며, 반드시 불변의 상대적 위치를 기술하기 위한 것은 아니다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 방향으로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 여기서 사용된 용어 "연결된"은 전기적 또는 비 전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 접속되는 것으로 정의된다. 여기서 서로 "인접하는" 것으로 기술된 대상은, 그 문구가 사용되는 문맥에 대해 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반적 범위 또는 영역에 있는 것일 수 있다. 여기서 "일 실시예에서"라는 문구의 존재는 반드시 그런 것은 아니지만 동일한 실시예를 의미한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)를 개략적으로 보인 도면, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)의 증폭부(1300)를 개략적으로 보인 도면, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)를 개략적으로 보인 도면, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)의 온도 산출부(1400)를 개략적으로 보인 도면, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)의 온도 산출부(1400)를 개략적으로 보인 도면, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)의 온도 산출부(1400)를 개략적으로 보인 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)는 온도의존전압 출력부(1100), 메인 스위치(1200), 증폭부(1300) 및 온도 산출부(1400)를 포함할 수 있다.
온도의존전압 출력부(1100)는 온도 변화에 따라 출력신호가 달라지는 것으로써, 예를 들면 바이폴라 트랜지스터(1111) 등으로 구현될 수 있다.
이때, 온도의존전압은 온도 변화에 선형적인 비례관계에 있거나 반비례관계에 있을 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 바이폴라 트랜지스터(1111)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)일 수 있다.
이때, NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)는 에미터가 접지되고, 콜렉터는 상기 전류원과 연결되며, 베이스는 상기 콜렉터와 피드백 연결될 수 있다.
또한, 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)의 베이스-에미터 전압이 상기 온도의존전압으로 출력될 수 있다.
여기서, 베이스-에미터 전압 VBE 의 온도에 따른 변화량을 수식으로 살펴보면 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00004
수학식 1을 참조하면, 베이스-에미터 전압 VBE 은 온도에 따라 선형적으로 반비례하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 베이스-에미터 전압 VBE 을 온도의존전압으로 반영하고, 후술될 증폭부(1300)를 통과시켜 출력되는 출력전압이 온도에 비례되도록 할 수 있다.
다음으로, 증폭부(1300)는 온도의존전압을 소정의 기준전압과 비교하여 그 차이값의 변화를 증폭하는 기능을 수행하며, 출력전압을 출력한다.
도 2를 참조하면, 증폭부(1300)는 제1 증폭부(1310), 제2 증폭부(1320) 및 가변 기준전압부(1330)를 포함할 수 있다.
제1 증폭부(1310)는 온도의존전압과 소정의 기준전압의 차이를 증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 기준전압은 가변 기준전압일 수 있으며, 상기 가변 기준전압부(1330)로부터 제공될 수 있다.
제2 증폭부(1320)는 제1 증폭부(1310)에서 출력된 차동증폭전압의 변화를 증폭하여 출력전압을 출력한다.
도 3을 참조하여 제1 증폭부(1310), 제2 증폭부(1320) 및 가변 기준전압부(1330)를 더욱 구체적으로 살펴본다.
가변 기준전압부(1330)는 설정에 따라 가변하는 가변기준전압을 제1 증폭부(1310)로 제공한다. 이때, 설정되는 가변기준전압 Vsub는 예컨대, 도 10에서와 같이 Vsub1에서 Vsub8까지 일정한 간격으로 가변되도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 가변기준전압 Vsub에 따라 온도측정 구간이 대략적으로 정해질 수 있다.
또한, 후술할 도 3의 제2 증폭부(1320)에 구비되는 가변저항 R4을 조절함에 따라 온도변화에 따른 출력전압의 변화가 상대적으로 커지도록 하거나 상대적으로 작아지도록 할 수 있다.
따라서, 필요에 따라 정밀한 온도측정을 수행하거나, 정밀도는 낮아지되 넓은 범위의 온도변화를 측정할 수 있도록 할 수 있다.
다음으로, 제1 증폭부(1310)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)의 출력전압인 온도의존전압과 가변 기준전압부(1330)에서 출력되는 가변기준전압을 입력받아 차동 증폭하여 출력한다. 도 3을 참조하면, 제1 증폭부(1310)에서는 NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)의 출력전압인 온도의존전압 V1에서 가변 기준전압 Vsub를 감산하여 증폭하는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
도 3을 참조하여 하나의 예를 구체적으로 살펴보면, 제1 증폭부(1310)는 제1 차동증폭기를 구비할 수 있다. 이때, 제1 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R1을 통하여 온도의존전압 V1을 입력받는다. 또한, 제1 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R2를 통해 출력단의 출력전압인 차동증폭전압 V2를 피드백 입력받는다. 한편, 제1 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R1'을 통하여 가변 기준전압부(1330)의 가변기준전압 Vsub 을 입력받고, 저항 R2'를 통해 접지된다.
계속하여, 도 3을 참조하면, 제2 증폭부(1320)는 가변저항을 이용하여 제1 증폭부(1310)의 출력전압인 차동증폭전압의 변화를 가변 증폭한다. 이때, 제2 증폭부(1320)의 증폭률 가변은 가변저항 R4'를 조절로써 수행될 수 있다.
도 3을 참조하여 하나의 예를 구체적으로 살펴보면, 제2 증폭부(1320)는 제2 차동증폭기를 구비할 수 있다. 이때, 제2 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R3를 통해 제1 증폭부(1310), 즉, 도 3의 제1 차동증폭기의 음(-) 단자 출력을 입력받는다. 또한, 제2 차동증폭기의 반전입력단은 가변저항 R4를 통해 출력단의 출력전압 V3를 피드백 입력받는다. 한편, 제2 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R3'를 통해 제1 증폭부(1310), 즉, 도 3의 제1 차동증폭기의 양(-) 단자 출력전압인 차동증폭전압 V2를 입력받고, 가변저항 R4'를 통해 출력단의 음(-) 단자 출력을 피드백 입력받을 수 있다. 여기서, 반전단자로 피드백되는 가변저항 R4와 비반전단자로 피드백되는 가변저항 R4'는 제2 차동증폭기의 증폭비를 결정한다. 즉, R4와 R4'의 저항값이 같다면 R4/R3의 증폭비로 제1 차동증폭기의 출력전압인 차동증폭전압 V2를 증폭시킨다.
도 3을 참조하면, 제1 증폭부(1310)의 제1 차동증폭기와 제2 증폭부(1320)의 제2 차동증폭기를 통하여 출력되는 출력전압 V3는 다음의 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00005
여기서, V1은 바이폴라 트랜지스터(1111)의 출력전압인 베이스-에미터 전압 VBE과 같고, Vsub는 가변 기준전압부(1330)의 가변기준전압이다. 또한, R1은 제1 증폭부(1310)의 제1 차동증폭기의 반전입력단과 온도의존전압 V1과의 사이에 구비되는 저항이고, R1'는 제1 차동증폭기의 비반전입력단과 가변기준전압 Vsub와의 사이의 저항이다. 또한, R2는 제1 차동증폭기의 반전입력단과 출력단 사이의 피드백 저항이고, R2'는 제1 차동증폭기의 비반전입력단과 접지 사이의 저항이다. 그리고, VDD는 제2 차동증폭기의 전원 전압이고, VCM 은 제2 차동증폭기의 공통모드(common mode) 전압이다. 일반적으로 VCM 은 VDD의 1/2 또는 회로에 따라서 GND 일 수 있다.
따라서, 전술한 식을 참조하면, R1 = R1', R2 = R2'라고 가정할 때, 출력전압 Vout이 온도의존전압의 온도 변화에 따른 값을 반영하는 것이며, 이에 따라, 출력전압 Vout을 온도 산출에 이용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
한편, 온도 산출부(1400)는 기본적으로 출력전압 Vout을 이용하여 온도를 산출하는 기능을 수행한다.
도 3을 참조하면, 하나의 예에서, 온도 산출부(1400)는 제2 증폭부(1320)의 출력신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터(1410)를 포함할 수 있다. 이때, 온도 산출부(1400)는 아날로그-디지털 컨버터(1410)에서 출력되는 값으로부터 온도를 산출할 수 있다.
예를 들어, 아날로그-디지털 컨버터(1410)의 입력으로 들어오는 전압의 범위가 0 ~ 2V 라고 가정하고, 출력전압 Vout이 1V일 때의 온도가 30℃ 였고, 출력전압 Voutdl 1.5V일 때의 온도가 50℃ 였음을 미리 확인하였다면, y = 40x - 10이라는 기울기 수식을 구할 수 있다. 여기서 y는 온도이며, x는 아날로그-디지털 컨버터(1410)로 입력되는 전압 또는 아날로그-디지털 컨버터(1410)에서 출력되는 디지털 값이다. 즉, x=1.2V라면, 온도는 38℃가 될 것이다.
도 4를 참조하면, 또 하나의 예에서, 온도 산출부(1400')는 전압 분배부(1420) 및 비교부를 포함할 수 있다. 이때, 전압 분배부(1420)는 제2 증폭부(1320)의 출력전압을 분배한다. 또한, 비교부는 전압 분배부(1420)의 출력들과 비교 기준 값을 비교하여 출력한다. 이에 따라, 온도 산출부(1400)는 비교부의 출력값으로부터 온도를 산출할 수 있다. 다수의 비교기(1430)를 사용하면, 도 3의 아날로그-디지털 컨버터(1410)를 적용한 경우와 유사해지기 때문에, 전술한 아날로그-디지털 컨버터(1410)를 이용한 온도산출방식과 동일한 방식으로 비교부의 출력값으로 온도를 산출할 수 있다. 다만, 비교기(1430)는 분해능은 아날로그-디지털 컨버터(1410) 보다 낮을 수 있다.
한편, 수학식 2를 간략화 하면 하기의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure pat00006
이때, C는 하기 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure pat00007
여기서, 수학식 4로 표현된 C는 온도 감지 장치의 차동증폭기 등의 특성에 따라 칩 별로 산포되며, 이에 따라 온도 감지의 정확성을 감소시키는 문제를 초래하게 되는 것이다.
한편, 전술한 바와 같이, 이러한 특성 산포로 인한 오차를 보상하기 위해서 종래에 사용되던 1-point calibration 방법 등은, 칩 양산 테스트 과정에서 정확한 온도를 측정하여 SPL 별로 보상을 해야만 했기 때문에, 공정이 까다롭고, 보상과정에 소요되는 비용이 크게 증가된다는 문제가 있었던 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 온도의존전압 및 출력전압 Vout을 이용하여 자체적으로 오차 보상이 가능해 지도록 한 것이다.
즉, 전술한 C를 하기 수학식 5를 이용하여 결정하고, 이를 온도 산출에 반영하도록 한 것이다.
Figure pat00008
이러한 원리를 이용하여 보상을 수행하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)에서는 메인 스위치(1200)를 구비하였다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 다른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)의 메인 스위치(1200)는 온도의존전압의 출력단에 일단이 연결되고, 제1 단자는 온도 산출부(1400)와 연결되며, 제2 단자는 증폭부(1300)와 연결되는 통상적인 스위치(1210)로 구현될 수 있다.
이에 따라, 메인 스위치(1200)는 온도 산출부(1400) 및 증폭부(1300) 중 어느 한 곳을 선택하여 온도의존전압을 제공할 수 있다.
여기서, 온도의존전압이 증폭부(1300)에 제공된 경우 출력전압 Vout이 출력되고, 이 출력전압 Vout을 이용하여 온도 산출부(1400)에서 온도를 산출할 수 있음은 이미 전술하였다.
이에 더하여, 온도 산출부(1400)는 메인 스위치(1200)의 제1 단자를 통해 온도의존전압을 제공받을 수 있으며, 온도의존전압과 출력전압을 수학식 5에 대입하여 증폭부(1300)의 제조공정에 따른 편차인 C를 결정할 수 있다.
이에 따라, 온도 산출부(1400)는 결정된 보상 값 C를 반영하여 온도를 산출할 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 온도 산출부(1400'')에 아날로그-디지털 컨버터(1410)가 구비된 경우, 디지털신호로 변환된 온도의존전압과 디지털신호로 변환된 출력전압으로 보상 값 C를 결정할 수 있으며, 이 기능을 수행하는 제1 보상 결정부(1460)가 온도 산출부(1400'')에 더 구비될 수 있다.
또한, 아날로그-디지털 컨버터(1410) 및 제1 보상 결정부(1460)와 연결되며, 보상 값을 반영하여 온도를 연산하는 제1 온도 연산부(1450)가 온도 산출부(1400)에 더 구비될 수 있다.
도 6을 참조하면, 온도 산출부(1400''')에 전압 분배부(1420) 및 비교부가 구비된 경우, 비교부에서 출력되는 값을 이용하여 온도를 연산하는 제2 온도 연산부(1450')가 온도 산출부(1400''')에 더 구비될 수 있다.
또한, 제2 온도 연산부(1450') 및 메인 스위치(1200)의 제2 출력단자에 연결되는 제2 보상 결정부(1460')를 더 구비하고, 제2 보상 결정부(1460')가 온도의존전압과 상기 제2 온도 연산부(1450')에서 연산된 온도 값을 이용하여 보상 값을 결정하도록 할 수도 있다.
이때, 제2 보상 결정부(1460')에서 결정된 보상 값을 제2 온도 연산부(1450')에 제공하여 온도 연산의 오차를 보상하는 제어부(1470)가 더 구비될 수 있다.
또한, 제어부(1470)는 메인 스위치(1200)가 온도의존전압을 증폭부(1300)로 제공할 것인지, 온도 산출부(1400)로 제공할 것인지를 선택할 수 있도록 스위치(1210)를 제어하는 제어신호 S1를 생성하여 스위치(1210)에 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 방법을 개략적으로 보인 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자체 보상 온도 감지 방법은 하기의 (a) 내지 (e) 단계(S110 ~ S150)를 포함할 수 있다.
먼저, (a) 단계에서는 전류소스(Isource)와 연결된 바이폴라 트랜지스터(1111)에서 온도에 반비례하는 온도의존전압이 출력된다(S110).
도 3을 추가로 참조하여 또 하나의 예를 살펴보면, (a) 단계(S110)에서는 바이폴라 트랜지스터(1111)에서 온도에 반비례하는 베이스-에미터 전압 VBE 을 온도의존전압 V1으로 출력할 수 있다. 이때, 바이폴라 트랜지스터(1111)의 에미터가 접지되고, 전류소스(Isource)와 연결된 바이폴라 트랜지스터(1111)의 콜렉터와 바이폴라 트랜지스터(1111)의 베이스가 피드백 연결되어, 온도에 반비례하는 베이스-에미터 전압 VBE 을 온도의존전압 V1으로 출력할 수 있다.
다음으로, (b) 단계에서는, 온도에 반비례하는 온도의존전압과 설정에 따라 가변하는 가변기준전압을 입력받아 차동 증폭하여 차동증폭전압을 출력한다(S120).
또한, 도 3을 추가로 참조하여 하나의 예를 살펴보면, (b) 단계(S120)에서는, 제1 차동증폭기를 통해 차동 증폭이 수행된다. 이때, 제1 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R2'를 통해 접지 전원에 연결된다. 또한, 제1 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R1'을 통하여 가변기준전압 Vsub 을 입력받는다. 한편, 제1 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R1을 통하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)의 온도의존전압 V1을 입력받고 피드백 저항 R2를 통해 출력단의 차동증폭전압 V2를 피드백 입력받는다. 이에 따라, 제1 차동증폭기에서 NPN 바이폴라 트랜지스터(1111)의 출력인 온도의존전압 V1과 가변기준전압 Vsub을 차동 증폭하여 차동증폭전압 V2를 출력할 수 있다.
계속하여, (c) 단계에서는, 가변저항을 이용하여 (b) 단계(S120)에서 차동 증폭된 차동증폭전압의 변화를 가변 증폭하여 출력전압 Vout을 출력한다(S130).
도 3을 추가로 참조하여 또 하나의 예를 살펴보면, (c) 단계(S130)에서는 제2 차동증폭기에서 가변저항 R4를 조절하여 제1 차동증폭기의 차동증폭전압 V2의 변화를 가변 증폭할 수 있다. 이때, 제2 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R3'를 통해 제1 차동증폭기의 양(-) 단자 출력인 V2를 입력받고 가변저항 R4'를 통해 출력단의 음(-) 단자 출력을 피드백 입력받는다. 또한, 제2 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R3를 통해 제1 차동증폭기의 음(-) 단자 출력을 입력받고 가변저항 R4를 통해 출력단의 출력전압 V3를 피드백 입력받는다. 이에 따라, 제2 차동증폭기에서 제1 차동증폭기의 차동증폭전압 V2의 변화를 가변 증폭할 수 있다.
다음으로, (d) 단계에서는 온도의존전압 V1과 출력전압 Vout을 이용하여 보상 값을 결정할 수 있다(S140). 이때, 보상 값은 전술한 수학식 4에 의하여 정의되는 C일 수 있으며, 이 C 값은 전술한 수학식 5에 의하여 산출될 수 있다.
다음으로, (e) 단계에서는 결정된 보상 값을 반영하여 오차가 보상된 온도를 산출할 수 있다(S150).
도 8a는 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)에서 Vsub 변화에 따른 출력을 개략적으로 보인 그래프, 도 8b는 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)에서 가변저항 R4에 따른 출력을 개략적으로 보인 그래프, 도 9는 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)의 온도 측정범위를 개략적으로 보인 그래프, 도 10은 도 3에 따른 자체 보상 온도 감지 장치(1000)에서 가변기준전압이 Vsub1에서 Vsub8까지 설정됨에 따른 온도 측정범위를 개략적으로 보인 그래프이다.
도 8a, 8b, 9 및 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 온도 감지 회로의 동작결과 내지 효과를 살펴본다.
도 8a를 참조하면, 가변 기준전압 Vsub의 변화에 따라 출력전압 Vout에 따른 온도측정 범위의가 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, 가변 기준전압 Vsub를 가변시킴에 따라 온도측정 범위를 확대하거나 축소할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 도 3의 가변저항 R4를 조절함에 따라 출력전압 Vout에 따른 온도변화의 기울기가 변하는 것을 알 수 있다. 가변저항 R4의 크기를 줄일수록 기울기가 급격해져 출력전압에 따른 온도 변화가 작게 된다. 이에 따라 정밀한 온도측정이 가능해진다. 반대로, 가변저항 R4의 크기가 커질수록 기울기가 완만해지며 출력전압에 따른 온도변화가 커지게 되고, 이에 따라 넓은 범위의 온도측정이 가능해진다.
도 9는 도 8a 및 8b의 특성을 혼합한 그래프이다. 즉, 도 3에서, 가변 기준전압 Vsub의 선정에 따라 온도측정 구간을 정하고, 가변저항 R4의 크기를 조절하여 온도를 정밀하게 측정하거나 넓은 구간의 온도를 측정할 수 있게 된다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이 가변저항 R4와 가변기준전압 Vsub를 조절하면 'T1 범위'와 'T2 범위'로 온도측정 범위를 변경할 수 있다. 이때, 'T1 범위'를 나타내는 실선은 온도측정 범위를 작게 하는 대신 온도 변화에 따른 출력 전압의 변화가 크기 때문에 매우 정밀한 온도를 측정할 수 있다.
도 10은 도 3에 따른 온도 감지회로에서 Vsub1에서 Vsub8까지 설정에 따른 온도 측정범위를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 예컨대, 도 10에서, Vsub1의 경우 -40℃ ~ -30℃의 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 된다고 하면, Vsub2의 경우 -30℃ ~ -20℃의 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타나고, Vusb3의 경우 -20℃ ~ -10℃ 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타나고, Vusb4의 경우 -10℃ ~ 0℃ 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타나고, Vusb5의 경우 0℃ ~ 10℃ 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타나고, Vusb6의 경우 10℃ ~ 20℃ 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타나고, Vusb7의 경우 20℃ ~ 30℃ 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타나고, Vusb8의 경우 30℃ ~ 40℃의 범위로 0 ~ 1.8V 출력이 나타난다고 볼 수 있다.
그러므로, 출력을 온도 산출부(1400)의 아날로그-디지털 컨버터(1410) (또는 비교기(1430))로 읽을 때, Vsub1로 설정된 경우에는 -40℃ ~ -30℃로 범위로 하여 아날로그-디지털 컨버터(1410)의 값을 읽고, Vsub2로 읽을 때는 -30℃ ~ -20℃의 온도를 읽게 된다. 즉, 각 Vusb로 인해 생성된 오프셋(offset)만큼 온도를 더하여 계산하면 매우 정밀하게 원하는 전 범위를 만족하면서 측정할 수 있다. 이에 따라, 매우 낮은 사양의 아날로그-디지털 컨버터(1410)를 활용하더라도 매우 넓은 범위의 온도 변화에 대해 측정 가능한 높은 정밀도의 온도 센서를 구현할 수 있다.
1000 : 자체 보상 온도 감지 장치
1100 : 온도의존전압 출력부
1111 : 바이폴라 트랜지스터
1200 : 메인 스위치
1210 : 스위치
1300 : 증폭부
1310 : 제1 증폭부
1311 : 제1 차동증폭기
1320 : 제2 증폭부
1321 : 제2 차동증폭기
1330 : 가변 기준전압부
1400, 1400', 1400'', 1400''' : 온도 산출부
1410 : 아날로그-디지털 컨버터
1420 : 전압 분배부
1430 : 비교기
1450 : 제1 온도 연산부
1460 : 제1 보상 결정부
1450' : 제2 온도 연산부
1460' : 제2 보상 결정부
1470 : 제어부
V1 : 온도의존전압
V2 : 차동증폭전압
Vout : 출력전압
VBE : 베이스-에미터 전압
Vsub : 가변기준전압
VCM : 제2 차동증폭기의 공통모드 전압
VDD : 제 차동증폭기의 전원 전압
Isource : 전류소스

Claims (27)

  1. 온도 변화에 비례 또는 반비례되는 온도의존전압을 출력하는 온도의존전압 출력부;
    상기 온도의존전압 출력부의 출력단에 일단이 연결되며, 제1 출력단자 및 제2 출력단자가 구비되는 메인 스위치;
    상기 메인 스위치의 제1 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 미리 정해진 기준전압의 차이값의 변화를 증폭한 출력전압을 출력하는 증폭부; 및
    상기 증폭부의 출력단 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 입력받아 온도를 산출하는 온도 산출부;
    를 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 스위치는,
    상기 온도의존전압을 입력받아 상기 제1 출력단자 및 상기 제2 출력단자 중 선택되는 한 출력단자로 출력하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 온도의존전압과 상기 출력전압에 의하여, 상기 온도의존전압 출력부 및 상기 증폭부의 제조공정에 따른 편차를 보상하는 보상 값을 결정하고,
    상기 보상 값을 반영하여 상기 출력전압으로부터 온도를 산출하는 것인
    자체 보상 온도 감지 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 증폭부의 출력전압에 따른 신호 및 상기 메인 스위치의 온도의존전압에 따른 신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 아날로그-디지털 컨버터와 연결되어 디지털신호로 변환된 온도의존전압과 디지털신호로 변환된 출력전압으로 상기 보상 값을 결정하는 제1 보상 결정부; 및
    상기 아날로그-디지털 컨버터 및 상기 제1 보상 결정부와 연결되며, 상기 보상 값을 반영하여 온도를 연산하는 제1 온도 연산부;
    를 더 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 증폭부의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 및
    상기 전압분배부의 출력값을 미리 정해진 기준값들과 비교한 결과를 출력하는 비교부;를 포함하고,
    상기 비교부에서 출력되는 값으로부터 온도를 산출하는 것인
    자체 보상 온도 감지 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 비교부에서 출력되는 값을 이용하여 온도를 연산하는 제2 온도 연산부;
    상기 제2 온도 연산부 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 제2 온도 연산부에서 연산된 온도 값을 이용하여 보상 값을 결정하는 제2 보상 결정부; 및
    상기 보상 값을 상기 제2 온도 연산부에 제공하여 온도 연산의 오차를 보상하는 제어부;
    를 더 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 증폭부는,
    상기 온도의존전압과 미리 정해진 기준전압을 차동증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 제1 증폭부; 및
    상기 차동증폭전압의 변화를 증폭하여 상기 출력전압을 출력하는 제2 증폭부;
    를 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 증폭부는,
    상기 기준전압을 가변하여 상기 제1 증폭부에 제공하는 가변 기준전압부;
    를 더 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 증폭부는,
    피드백 가변저항을 이용하여 상기 차동증폭전압의 변화를 가변 증폭하는 것인
    자체 보상 온도 감지 장치.
  11. 전류소스와 연결되어 온도에 반비례되는 온도의존전압을 출력하는 바이폴라트랜지스터를 포함하는 온도의존전압 출력부;
    상기 온도의존전압 출력부의 출력단에 일단이 연결되며, 제1 출력단자 및 제2 출력단자가 구비되는 메인 스위치;
    설정에 따라 가변되는 가변기준전압을 제공하는 가변 기준전압부;
    상기 메인 스위치의 제1 출력단자와 상기 가변 기준전압부에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 가변기준전압을 차동 증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 제1 증폭부;
    상기 제1 증폭부의 출력단에 연결되며, 상기 차동증폭전압의 변화를 가변증폭하여 출력전압을 출력하는 제2 증폭부; 및
    상기 제2 증폭부의 출력단 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 입력받아 온도를 산출하되, 상기 온도의존전압과 상기 출력전압에 의하여 상기 온도의존전압 출력부 및 상기 증폭부의 제조공정에 따른 편차를 보상하는 보상 값을 결정하고, 상기 보상 값을 반영하여 상기 출력전압으로부터 온도를 산출하는 온도 산출부;
    를 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 바이폴라 트랜지스터는,
    에미터가 접지되고, 콜렉터는 상기 전류원과 연결되며, 베이스는 상기 콜렉터와 피드백 연결되는 NPN 바이폴라 트랜지스터이며,
    상기 NPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스-에미터 전압이 상기 온도의존전압으로 출력되는 것인
    자체 보상 온도 감지 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    제1 증폭부는 제1 차동증폭기를 구비하되,
    상기 제1 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R1을 통하여 상기 온도의존전압 V1을 입력받고, 저항 R2를 통해 출력단의 차동증폭전압 V2를 피드백 입력받으며,
    상기 제1 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R1'을 통하여 상기 가변 기준전압부에서 출력되는 가변기준전압 Vsub 을 입력받고, 저항 R2'를 통해 접지되는,
    자체 보상 온도 감지 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 증폭부는 제2 차동증폭기를 구비하되,
    상기 제2 차동증폭기의 반전입력단은 저항 R3를 통해 상기 제1 증폭부의 음(-) 단자 출력을 입력받고, 가변저항 R4를 통해 출력단의 출력전압 Vout를 피드백 입력받으며,
    상기 제2 차동증폭기의 비반전입력단은 저항 R3'를 통해 제1 증폭부의 양(-) 단자에서 출력되는 차동증폭전압 V2를 입력받고, 가변저항 R4'를 통해 출력단의 음(-) 단자 출력을 피드백 입력받는,
    자체 보상 온도 감지 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 R1 = R1', R2 = R2', R3 = R3', R4 = R4'인 관계일 때,
    상기 제2 증폭부의 출력전압 Vout는 하기의 식에 따라 산출되고,
    Figure pat00009

    여기서, 상기 VCM 은 상기 제2 차동증폭기의 공통모드 전압이고, 상기 VDD는 상기 제2 차동증폭기의 전원 전압인,
    자체 보상 온도 감지 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 보상 값을 C 라고 하면, 상기 C는 하기 식으로 표현되며,
    Figure pat00010

    상기 온도 산출부는,
    상기 출력전압 Vout과 상기 온도의존전압 V1을 하기 식에 대입하여 상기 C를 산출하는 것인
    Figure pat00011

    자체 보상 온도 감지 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 증폭부의 출력전압에 따른 신호 및 상기 메인 스위치의 온도의존전압에 따른 신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 아날로그-디지털 컨버터와 연결되어 디지털신호로 변환된 온도의존전압과 디지털신호로 변환된 출력전압으로 상기 보상 값을 결정하는 제1 보상 결정부; 및
    상기 아날로그-디지털 컨버터 및 상기 제1 보상 결정부와 연결되며, 상기 보상 값을 반영하여 온도를 연산하는 제1 온도 연산부;
    를 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 보상 값을 C 라고 하면, 상기 C는 하기 식으로 표현되며,
    Figure pat00012

    상기 제1 보상 결정부는 상기 출력전압 Vout과 상기 온도의존전압 V1을 하기 식에 대입하여 상기 C를 산출하고,
    Figure pat00013

    상기 제1 온도 연산부는 상기 C를 반영하여 온도를 연산하는,
    자체 보상 온도 감지 장치.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 증폭부의 출력전압을 분배하는 전압분배부; 및
    상기 전압분배부의 출력값을 미리 정해진 기준값들과 비교한 결과를 출력하는 비교부;를 포함하고,
    상기 비교부에서 출력되는 값으로부터 온도를 산출하는 것인
    자체 보상 온도 감지 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 온도 산출부는,
    상기 비교부에서 출력되는 값을 이용하여 온도를 연산하는 제2 온도 연산부;
    상기 제2 온도 연산부 및 상기 메인 스위치의 제2 출력단자에 연결되며, 상기 온도의존전압과 상기 제2 온도 연산부에서 연산된 온도 값을 이용하여 보상 값을 결정하는 제2 보상 결정부; 및
    상기 보상 값을 상기 제2 온도 연산부에 제공하여 온도 연산의 오차를 보상하는 제어부;
    를 더 포함하는
    자체 보상 온도 감지 장치.
  21. (a) 전류소스와 연결된 바이폴라 트랜지스터에서 온도에 반비례하는 온도의존전압을 출력하는 단계;
    (b) 상기 온도에 반비례하는 온도의존전압과 설정에 따라 가변하는 가변기준전압을 입력받아 차동 증폭하여 차동증폭전압을 출력하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 출력된 차동증폭전압의 변화를 가변증폭하여 출력전압을 출력하는 단계;
    (d) 상기 온도의존전압과 상기 출력전압을 이용하여 보상 값을 결정하는 단계; 및
    (e) 상기 (d) 단계에서 결정된 보상 값을 반영하여, 상기 (c) 단계에서 출력된 출력전압을 이용하여 온도를 연산하는 단계;
    를 포함하는
    자체 보상 온도 감지 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터가 접지 전원에 연결되고, 상기 전류소스와 연결된 상기 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터와 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스가 피드백 연결되어 온도에 반비례하는 베이스-에미터 전압 VBE 을 온도의존전압 V1으로 출력하는,
    자체 보상 온도 감지 방법.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는,
    저항 R2'를 통해 접지 전원에 연결된 제1 차동증폭기의 비반전입력단이 저항 R1'을 통하여 상기 가변기준전압 Vsub 을 입력받고,
    상기 제1 차동증폭기의 반전입력단이 저항 R1을 통하여 상기 바이폴라 트랜지스터에서 출력되는 온도의존전압 V1을 입력받고 저항 R2를 통해 출력단의 출력전압 V2를 피드백 입력받아,
    상기 제1 차동증폭기의 출력단으로 차동증폭전압이 출력되는,
    자체 보상 온도 감지 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는,
    제2 차동증폭기의 비반전입력단이 저항 R3를 통해 상기 제1 차동증폭기의 양(-) 단자 출력전압인 차동증폭전압 V2를 입력받고 가변저항 R4를 통해 출력단의 음(-) 단자 출력을 피드백 입력받고,
    상기 제2 차동증폭기의 반전입력단이 저항 R3'를 통해 상기 제1 차동증폭기의 음(-) 단자 출력을 입력받고 가변저항 R4'를 통해 출력단의 출력전압 V3를 피드백 입력받아,
    상기 제2 차동증폭기에서 상기 차동증폭전압 V2의 변화를 가변 증폭하여 출력전압 V3를 출력하는,
    자체 보상 온도 감지 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 R1 = R1', R2 = R2', R3 = R3', R4 = R4'인 관계일 때,
    상기 (c) 단계에서 출력되는 출력전압 Vout는 하기의 식에 따라 산출되고,
    Figure pat00014

    여기서, 상기 VCM 은 상기 제2 차동증폭기의 공통모드 전압이고, 상기 VDD는 상기 제2 차동증폭기의 전원 전압인,
    자체 보상 온도 감지 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 보상 값을 C 라고 하면, 상기 C는 하기 식으로 표현되며,
    Figure pat00015

    상기 (d) 단계는,
    상기 출력전압 Vout과 상기 온도의존전압 V1을 하기 식에 대입하여 상기 C를 산출하는 것인
    Figure pat00016

    자체 보상 온도 감지 방법.
  27. 청구항 21에 있어서,
    상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에,
    상기 (c) 단계에서 출력되는 차동증폭전압의 아날로그 신호 및 상기 온도의존전압의 아날로그 신호를 각각 디지털신호로 변환하여 출력하는 단계(c1);
    를 포함하고,
    상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계는, 상기 (c1) 단계에서 출력된 디지털신호들을 이용하여 수행되는 것인
    자체 보상 온도 감지 방법.
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US11588494B2 (en) 2021-02-22 2023-02-21 SK Hynix Inc. Sample-and-hold amplifier and semiconductor device including the same

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