KR20170009308A - 온도 비례형 시간 영역 온도 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서는, 주변 온도의 변화에 무관한 밴드갭 전압과, 상기 주변 온도에 따라 변하는 온도 가변 밴드갭 전류를 이용하여 상기 주변 온도에 따라 변하는 온도 가변 전류와, 상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 발생시키는 전류 발생기; 상기 온도 고정 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 기준 온도 발생기; 상기 온도 가변 전류와 상기 온도 고정 전류를 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간의 합인 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 비례 온도 발생기; 상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응한 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 논리신호 발생기; 상기 옵셋 프리 논리신호를 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 계수하는 카운터; 및 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압을 생성하고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하여 상기 기준 온도 발생기 및 비례 온도 발생기에 전달하는 제어 전압 발생기를 포함한다.

Description

온도 비례형 시간 영역 온도 센서{TIME DOMAIN TEMPERATURE SENSOR PROPORTIONAL TO TEMPERATURE}

본 발명은 온도 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도에 비례한 시간 영역 온도 센서에 관한 것이다.

일반적으로 메모리 시스템은 데이터를 저장하기 위한 반도체 메모리와 반도체 메모리의 동작을 제어하기 위한 메모리 컨트롤러를 포함한다. 반도체 메모리는 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 메모리와, EEPROM, FRAM, PRAM, MRAM, Flash Memory 등과 같은 불휘발성 메모리로 분류된다. 휘발성 메모리는 차단될 때 저장된 데이터를 잃지만, 불휘발성 메모리는 전원이 차단되더라도 저장된 데이터를 보존한다. 불휘발성 메모리 중에서 플래시 메모리는 높은 프로그래밍 속도, 낮은 소비 전력, 대용량 데이터 저장 등의 장점 때문에 데이터 저장 매체로 광범위하게 사용되고 있다.

플래시 메모리는 데이터 저장을 위한 복수의 메모리 셀을 갖는다. 각각의 메모리 셀에는 싱글 비트 데이터 또는 멀티 비트 데이터가 저장된다. 싱글 비트 데이터를 저장하는 메모리 셀은 문턱 전압 분포에 따라 두 개의 레벨을 갖는다. 그리고 멀티 비트 데이터를 저장하는 메모리 셀은 문턱 전압 분포에 따라 네 개 이상의 레벨을 갖는다.

그런데, 플래시 메모리 셀의 집적도를 높이기 위한 방법으로 셀 사이즈를 감소시키는 것과 멀티 레벨 셀을 구현하는 노력이 진행되고 있다.

셀 사이즈의 감소는 멀티 레벨 셀에서 복수의 문턱 전압(Vth)을 두어야 하기 때문에 리드 마진(read margin)을 감소시킨다. 특히, 플래시 메모리 셀의 온도 쉬프트 특성은 멀티 레벨 셀의 문턱 전압 마진을 제한하는 요인이 된다. 예컨대, 플래시 메모리 셀은 냉온(cold temp.)에서 독출시 문턱 전압이 높아지는 현상이 있고, 고온(hot temp.)에서 독출시 문턱 전압이 낮아지는 현상이 있다.

이와 같은 플래시 메모리 셀의 온도 쉬프트 특성을 효율적으로 보상하기 위하여 플래시 메모리의 온도 정보를 알 수 있는 온도 센서가 필요하다.

이를 위하여 종래에는 아날로그 타입 온도 센서와 디지털 타입 온도 센서가 개발되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 아날로그 타입 온도 센서 회로도이다.

종래 기술에 따른 아날로그 타입 온도 센서 회로는 온도 반비례 전압 V_BE와 온도 정비례 차 전압 ΔV_BE을 생성하는 동일 크기의 두 다이오드 접합 기판 PNP 트랜지스터(110, 120), 온도 정비례 차 전압 ΔV_BE을 증폭하여 증폭전압 V_PTAT을 출력하는 증폭기(130), 온도 반비례 전압 V_BE와 증폭전압 V_PTAT을 가산하여 온도에 무관한 기준전압 Vref을 생성하는 가산기(140), 그리고 증폭전압 V_PTAT와 기준전압 Vref의 차이를 디지털 값으로 변환하는 A/D 컨버터(150)를 포함한다.

그런데, 순방향 영역에서 동작하는 바이폴라 트랜지스터의 온도 정비례 차 전압ΔV_BE은 수학식1과 같이 표현된다.

여기서, k는 볼츠만(boltsmann) 상수, q는 전하량, T는 절대 온도, Is는 트랜지스터의 포화 전류(saturation current)이다. Is는 온도 변화에 비례하는 특성을 가지며, V_BE는 대략 -2mV/℃의 온도계수를 가진다. 수학식1을 이용하여 동일 크기의 두 다이오드 접합 기판 PNP 트랜지스터 간의 차 전압 ΔV_BE은 수학식2와 같이 표현된다.

여기서, p는 바이폴라 트랜지스터에 공급되는 전류의 비율을 나타낸다. 수학식2에 따르면, 동일 크기의 두 다이오드 접합 기판 PNP 트랜지스터 간의 차 전압 ΔV_BE은 온도에 비례하는 특성을 갖는다는 사실을 알 수 있다. 그러나, 동일 크기의 두 다이오드 접합 기판 PNP 트랜지스터 간의 차 전압 ΔV_BE의 온도 계수가 약 0.1mv/℃의 매우 작은 값이기 때문에 이 신호를 증폭하기 위한 증폭기가 필요하다. 그리고, 이 증폭기의 dc 옵셋이 온도 센서의 정확도에 영향을 크게 미친다.

도 2a는 종래 기술에 따른 디지털 타입 온도 센서의 회로도이고, 도 2b는 온도 펄스 생성기 내 각부 파형도이다.

종래 기술에 따른 디지털 타입 온도 센서 회로는 온도 변화에 대한 정보를 펄스 폭으로 변환하는 온도 펄스 생성기(210)와, 온도 펄스 생성기로부터 출력되는 펄스를 디지털 신호로 변환하는 시간 디지털 변환기(220)를 포함한다.

온도 펄스 생성기(210)는 지연 옵셋값과 온도 변화에 비례하는 폭을 가지는 온도 비례 펄스를 생성하는 제1 지연 라인(211), 온도 변화에 무관하게 지연 옵셋값에 해당하는 일정 폭을 가지는 온도 무관 펄스를 생성하는 제2 지연 라인(213), 그리고 두 지연 라인으로부터 출력되는 온도 비례 펄스와 온도 무관 펄스를 배타적 논리합하여 옵셋을 제거함으로써 온도 변화에 비례하는 폭을 가진 펄스(Pin)을 생성한다.

시간 디지털 변환기(220)는 지연 소자의 수를 최소화하여 유효 면적을 감소시키기 위해 주기적(Cyclic) 방식의 지연 라인(225)을 사용한다. 시간 디지털 변환기(220)는 입력되는 펄스의 폭을 매 주기마다 일정한 간격으로 줄이며, 펄스의 폭이 0이 될 때까지 동일한 과정을 반복한다. 카운터(227)는 매 주기마다 지연 라인(225)으로부터 출력되는 펄스의 수를 카운트 하여 디지털 값을 출력한다.

그런데, 디지털 타입의 온도 센서는 시간 디지털 변환기(220) 내 지연 라인(225)에 인버터 체인 지연 소자를 사용하는바, 온도 뿐만 아니라 제조 공정에 따른 스큐에 의해 영향을 받는다, 이로 인해 각각의 온도 센서는 인버터 체인 지연 소자를 제조 공정에 따라 캘리브레이션(calibration) 해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 온도에 비례하는 양 이외에 다른 신호의 양은 온도에 무관한 온도 비례형 시간 영역 온도 센서를 제공한다.

또한, 본 발명은 디지털 코드의 변환시 옵셋 값을 제거할 수 있는 기준온도 발생기를 가진 온도 비례형 시간 영역 온도 센서를 제공한다.

또한, 본 발명은 센싱 회로의 온도 변동분(variation)을 상쇄할 수 있는 기준온도 발생기를 가진 온도 비례형 시간 영역 온도 센서를 제공한다.

본 발명에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서는, 주변 온도의 변화에 무관한 밴드갭 전압과, 상기 주변 온도에 따라 변하는 온도 가변 밴드갭 전류를 이용하여 상기 주변 온도에 따라 변하는 온도 가변 전류를 생성하는 온도 가변 전류원과, 상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 생성하는 온도 고정 전류원을 포함하는 전류 발생기; 상기 온도 고정 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 기준 온도 발생기; 상기 온도 가변 전류와 상기 온도 고정 전류를 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간의 합인 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 비례 온도 발생기; 상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응한 옵셋 프리 논리 신호를 발생시키는 논리신호 발생기; 상기 옵셋 프리 논리 신호를 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 계수하는 카운터; 및 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압을 생성하고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하여 상기 기준 온도 발생기 및 비례 온도 발생기에 전달하는 제어 전압 발생기를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서는, 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 생성하는 온도 고정 전류원; 외부에서 인가되는 온도 고정 제어 전압과 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 주변 온도에 따라 변화하는 온도 가변 제어 전압을 발생시키는 제어 전압 발생기; 상기 온도 고정 전류와 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 기준 온도 발생기; 상기 온도 고정 전류와 상기 온도 가변 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 비례 온도 발생기; 상기 옵셋 포함 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 논리 신호 발생기; 및 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 상기 옵셋 프리 논리 신호를 계수하는 카운터를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 검출 방법은, 주변 온도의 변화에 무관한 밴드갭 전압과 상기 주변 온도에 비례한 온도 가변 밴드갭 전류를 이용하여 상기 주변 온도에 비례한 온도 가변 전류와, 상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 발생시키는 단계; 상기 기준 온도 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계; 상기 온도 가변 전류와 상기 온도 고정 전류를 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 단계; 상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응한 옵셋 프리 논리 신호를 발생시키는 단계; 상기 옵셋 프리 논리 신호를 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 계수하는 단계; 및 상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압을 생성하고, 상기 프리차지신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 검출 방법은, 외부에서 인가되는 온도 고정 제어 전압과 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 주변 온도에 따라 변화하는 온도 가변 제어 전압을 발생시키는 단계; 상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류와 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계; 상기 온도 고정 전류와 상기 온도 가변 제어 전압을 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 단계; 상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리 신호를 발생시키는 단계; 및 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 상기 옵셋 프리 논리 신호를 계수하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 시간 영역 온도 센서는 플래시 메모리에 내장될 수 있다.

본 발명의 온도 비례형 시간 영역 온도 센서에 따르면, 온도에 비례하는 양 이외에 다른 신호의 양은 온도에 무관하고, 디지털 코드의 변환시 옵셋 값을 제거할 수 있는 기준 온도 발생기를 가지고, 센싱 회로의 온도 변동분을 상쇄할 수 있는 기준 온도 발생기를 가진다.

도 1은 종래기술에 따른 아날로그 타입 온도 센서 회로도,
도 2a는 종래 기술에 따른 디지털 타입 온도 센서 회로도,
도 2b는 종래 기술에 따른 디지털 타입 온도 센서의 온도 펄스 생성기 내 각부 파형도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서의 전체 블록도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서의 온도 센싱부 내 각부 파형도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기의 회로도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기의 각부 파형도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 비례온도 발생기의 회로도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 비례온도 발생기의 각부 파형도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서의 전체 블록도,
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 프리차지형 비례 온도 발생기의 회로도,
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비례온도 발생기의 각부 파형도,
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원의 회로도,
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원의 온도 대비 전류 그래프,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 고정 전류원의 회로도,
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱용 온도 반비례 전압 발생기의 회로도, 및
도 10b는 센싱용 온도 반비례 전압 발생기의 온도 대비 전압 그래프이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따르면, 온도 비례형 시간 영역 온도 센서는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서와 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서가 제공된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서와 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서의 전체 블록도이고, 도 3b는 본 발명의 온도 센싱부 내 각부 파형도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서는 밴드갭 회로(310), 전류 발생기(320), 기준 온도 발생기(330), 비례 온도 발생기(340), 논리신호 발생기(350), 카운터(360) 및 제어 전압 발생기(370)를 포함한다.

밴드갭 회로(310)는 전원 전압의 변동과 주변 온도의 변화에 무관한 안정된 정전압과, 주변 온도에 비례한 온도 가변 밴드갭 전류 I_PTAT,BG를 발생한다. 밴드갭 회로(310)는 당해 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 불과한 것이고, 본 발명의 본질을 흐리지 않기 위하여 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

전류 발생기(320)는 주변 온도에 비례하여 변화하는 온도 가변 전류 I_PTAT를 발생하는 온도 가변 전류원(321), 및 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류 I_ZTC를 발생하는 온도 고정 전류원(323, 325)을 포함한다.

기준 온도 발생기(330)는 온도 고정 전류 I_ZTC를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간 T_REF에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호 S1를 발생한다.

비례 온도 발생기(340)는 온도 가변 전류 I_PTAT와 온도 고정 전류 I_ZTC를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2를 발생한다.

논리신호 발생기(350)는 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2와 온도 고정 옵셋 신호 S1를 배타적 논리합하여 실제 온도에 비례한 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리 신호 S3를 발생한다. 여기서, 옵셋 프리 논리 신호 S3는 옵셋 값이 제외된 값이다.

카운터(360)는 외부에서 인가되는 클럭신호 Clk에 따라 논리 신호 S3를 계수하여 출력한다.

제어 전압 발생기(370)는 프리차지 신호 PRECHb가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압 Vpre을 생성하고, 프리차지 신호 PRECHb가 디스에이블 되는 동안 센스 전압 Vsen을 생성한다.

또한, 본 발명에 따른 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 검출 방법은, 주변 온도의 변화에 무관한 밴드갭 전압과 주변 온도에 비례한 온도 가변 밴드갭 전류를 이용하여 주변 온도에 비례한 온도 가변 전류와, 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 발생시키는 단계; 기준 온도 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계; 온도 가변 전류와 온도 고정 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 단계; 비례 온도 신호와 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 온도에 비례한 시간에 대응한 옵셋 프리 논리 신호를 발생시키는 단계; 옵셋 프리 논리 신호를 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 계수하는 단계; 및 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압을 생성하고, 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기의 회로도이고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기의 각부 파형도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기는, 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안, 전원전압을 기준 온도 센스 노드에 인가하고, 프리차지 전압에 턴온되어 기준 온도 캐패시터 노드에 프리차지 전압에 대응하는 프리차지 대응 전압을 공급하여 유지하고, 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 기준 온도 캐패시터 노드로부터 증폭 온도 고정 전류를 접지 측으로 통과시켜 기준 온도 캐패시터 노드의 전위를 하강시키고, 기준 온도 캐패시터 노드의 전위가 센스 전압에 대응하는 센스 대응 전압보다 낮아지면, 기준 온도 센스 노드와 기준 온도 캐패시터 노드의 전위를 동일하게 하고, 기준 온도 센스 노드의 전위 레벨을 반전시킨 반전신호와 프리차지 신호를 논리 조합하여 온도 고정 옵셋 시간의 폭을 가진 온도 고정 옵셋 신호를 발생시킬 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기는, 스위칭소자 M1(410), 스위칭소자 M2(420), 기준 온도 캐패시터 노드 Nc와 접지 사이에 배치되는 캐패시터 C(430), 스위칭소자 M3(440), 증폭 온도 고정 전류원(450), 인버터(460), 및 논리소자(470)를 포함할 수 있다.

스위칭소자 M1(410)는 프리차지 신호 PRECHb가 인에이블 되는 동안 턴온 되어 전원전압 V_DD을 기준 온도 센스 노드 Ns에 인가한다.

스위칭소자 M2(420)는 프리차지 전압 V_pre에 턴온 되어 기준 온도 캐패시터 노드 Nc에 프리차지 대응 전압 V_pre - V_th,M2을 공급한다.

스위칭소자 M3(440)는 프리차지 신호 PRECHb가 디스에이블 되는 동안 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 통과시킨다.

증폭 온도 고정 전류원(450)는 스위칭소자 M3(440)와 접지 사이에 배치되어 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 접지로 흘린다.

인버터(460)는 기준 온도 센스 노드 Ns에 인가되는 전압신호를 반전시킨다.

논리소자(470)는 프리차지 신호 PRECHb와 인버터(460)의 출력을 배타적 논리합하여 온도 고정 옵셋 시간 T_REF의 폭을 가진 온도 고정 옵셋 신호 S1를 출력한다.

여기서, 증폭 온도 고정 전류원(450)은 온도 고정 전류원(325)을 이용하여 온도 고정 전류를 기준 온도 발생기에서 사용하기에 적합한 소정 크기로 증폭시킨 증폭 온도 고정 전류를 발생시키는바, 온도 고정 전류원을 이용하여 증폭 온도 고정 전류원에 의한 증폭 온도 고정 전류를 생성하는 기술은 이 기술분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 불과하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 기준 온도 발생기의 동작은 프리차지 구간 T_PRECH과 센스 구간 T_EVALUATION으로 구분된다.

i) 프리차지 구간(T_PRECH)

인에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb가 스위칭소자 M1(410)를 턴온 시키면, 스위칭소자 M1(410)의 드레인 단자 D와 연결된 기준 온도 센스 노드 Ns에 전원전압 V_DD이 인가된다.

스위칭소자 M2(420)는 인에이블 되는 프리차지 전압 V_pre에 턴온 되고, 스위칭소자 M2(420)의 소스 단자 S와 연결되는 기준 온도 캐패시터 노드 Nc에 프리차지 대응 전압 V_pre - V_th,M2을 공급한다.

ii) 센스 구간(T_EVALUATION)

디스에이블 되는 프리차지신호 PRECHb가 스위칭소자 M1(410)를 턴오프 시킨다. 스위칭소자 M2(420)는 센스 전압 V_sen에 제어되어 턴오프 된다. 디스에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb가 스위칭소자 M3(440)를 턴온 시키면, 증폭 온도 고정 전류원 I_ZTCA(450)은 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 접지로 흘려 기준 온도 캐패시터 노드 Nc를 방전시킨다. 기준 온도 캐패시터 노드 Nc의 전압 V_Nc이 센스 대응 전압 V_sen - V_th,M2보다 낮게 되면, 스위칭소자 M2(420)는 턴오프 된다. 이에 따라, 기준 온도 센스 노드 Ns와 기준 온도 캐패시터 노드 Nc는 전하를 공유하게 되어 기준 온도 센스 노드 전위 V_Ns와 기준 온도 캐패시터 노드 전위 V_Nc는 동일한 레벨로 하강한다. 그런데, 기준 온도 캐패시터 노드 Nc의 캐패시턴스에 비해 기준 온도 센스 노드 Ns의 캐패시턴스가 훨씬 작기 때문에 기준 온도 센스 노드 전위 V_Ns는 기준 온도 캐패시터 노드 전위 V_Nc를 따라 변한다. 기준 온도 센스 노드 전위 V_Ns가 “H”레벨에서 “L”레벨로 천이하면, 논리소자(470)의 기준 온도 출력 노드 N_A에는 온도 고정 옵셋 시간 T_REF의 폭을 가진 온도 고정 옵셋 신호 S1가 출력된다.

온도 고정 옵셋 시간 T_REF은 수학식 3과 같다.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 비례 온도 발생기의 회로도이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 비례 온도 발생기의 각부 파형도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 비례 온도 발생기는, 인에이블 되는 프리차지 신호가 인가되는 동안 전원전압을 비례 온도 센스 노드에 인가하고, 프리차지 전압에 턴온 되어 비례 온도 캐패시터 노드에 프리차지 대응 전압을 공급하여 유지하고, 인에이블 되는 비례 온도 프리차지 신호가 인가되는 동안 비례 온도 캐패시터 노드를 비례 온도 캐패시터 노드 전위로 프리차지 시킨다. 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안, 증폭 온도 고정 전류를 비례 온도 캐패시터 노드로부터 접지 측으로 흘린다. 비례 온도 캐패시터 노드의 전위가 센스 전압에 대응하는 센스 대응 전압보다 낮아지면, 비례 온도 센스 노드와 비례 온도 캐패시터 노드의 전위를 동일하게 한다. 비례 온도 센스 노드에 인가되는 전위 레벨을 반전시킨 반전 신호와 프리차지 신호를 논리 조합하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 출력할 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 비례 온도 발생기는, 스위칭소자 M1(510), 스위칭소자 M2(520), 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT와 접지 사이에 배치되는 캐패시터 C(530), 스위칭소자 M3(540), 증폭 온도 고정 전류원 I_ZTCA(550), 인버터(560), 논리소자(570), 스위칭소자 M6(580), 증폭 온도 가변 전류원 I_PTATA (590)을 포함할 수 있다.

스위칭소자 M1(510)는 인에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb가 인가되는 동안 턴온 되어 전원전압 V_DD을 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT에 인가한다.

스위칭소자 M2(520)는 프리차지 전압 V_pre에 턴온 되어 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT에 프리차지 대응 전압 V_pre - V_th,M2을 공급한다.

스위칭소자 M3(540)는 디스에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb가 인가되는 동안 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 통과시킨다.

증폭 온도 고정 전류원 I_ZTCA(550)은 스위칭소자 M3(540)와 접지 사이에 배치되어 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 접지로 흘린다.

인버터(560)는 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT에 인가되는 전압신호를 반전시킨다.

논리소자(570)는 프리차지 신호 PRECHb와 인버터(560)의 출력을 배타적 논리합하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2를 출력한다.

스위칭소자 M6(580)는 인에이블 되는 비례 온도 프리차지 신호 PTAT_PRECHb가 인가되는 동안 턴온 되어 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT를 비례 온도 캐패시터 노드 전위 V_{c_PTAT}로 프리차지 시킨다.

증폭 온도 가변 전류원 I_PTATA (590)은 스위칭소자 M6(580)와 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT 사이에 배치된다.

여기서, 증폭 온도 고정 전류원(550)은 온도 고정 전류원(323)을 이용하여 온도 고정 전류를 비례 온도 발생기에서 사용하기에 적합한 소정 크기로 증폭시킨 전류를 발생시킨다. 또한, 증폭 온도 가변 전류원 I_PTATA (590)은 온도 가변 전류원(321)을 이용하여 온도 가변 전류를 비례 온도 발생기에서 사용하기에 적합한 소정 크기로 증폭시킨 전류를 발생시킨다.

본 발명의 일실시예에 따른 비례 온도 발생기의 동작은 프리차지 구간 T_PRECH과 센스 구간 T_EVALUATION으로 구분되고, 여기서 프리차지 구간 T_PRECH은 비례 온도 프리차지 구간 T_{PTAT_PRECH}을 포함한다.

i) 프리차지 구간(T_PRECH)

인에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb에 스위칭소자 M1(510)가 턴온 되면, 스위칭소자 M1(510)의 드레인 단자 D와 연결된 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT에 전원전압 V_DD이 인가된다. 스위칭소자 M2(520)는 프리차지 전압 V_pre에 턴온 되고, 스위칭소자 M2(520)의 소스 단자 S와 연결되는 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT에 프리차지 대응 전압 V_pre - V_th,M2을 공급한다.

비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT가 프리차지 대응 전압 V_pre - V_th,M2으로 안정화되면, 인에이블 되는 비례 온도 프리차지 신호 PTAT_PRECHb에 스위칭소자 M6(580)가 턴온된다. 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT에 증폭 온도 가변 전류원 I_PTATA(590)에 의한 증폭 온도 가변 전류 I_PTATA가 흐르면, 비례 온도 프리차지 구간(T_{PTAT _ PRECH}) 동안 비례 캐패시터 노드 Nc_PTAT는 비례 캐패시터 노드 전위 V_{c _ PTAT}로 프리차지 된다.

ii) 센스 구간(T_EVALUATION)

프리차지 신호 PRECHb가 디스에이블 되면, 스위칭소자 M1(510)은 턴오프 된다. 스위칭소자 M2(520)는 센스 전압 V_sen에 제어되어 턴오프 된다. 비례 온도 프리차지 신호 PTAT_PRECHb가 디스에이블 되면, 스위칭소자 M6(580)는 턴오프 되고, 디스에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb에 스위칭소자 M3(540)이 턴온 되어 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT를 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA로 방전시킨다.

비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT의 비례 온도 캐패시터 노드 전압 V_{Nc_PTAT}이 센스 대응 전압 V_sen - V_th,M2보다 낮게 되면, 스위칭소자 M2(520)는 턴온 된다. 이에 따라, 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT와 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT는 전하를 공유하게 되어 비례 온도 센스 노드 전위 V_{Ns _ PTAT}와 비례 온도 캐패시터 노드 전위 V_{Nc_PTAT}는 동일한 레벨로 하강한다.

그런데, 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT의 캐패시턴스에 비해 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT의 캐패시턴스가 훨씬 작기 때문에 비례 온도 센스 노드 전위 V_{Ns _ PTAT}는 비례 온도 캐패시터 노드 전위 V_{Nc _ PTAT}를 따라 변한다. 비례 온도 센스 노드 전위 V_{Ns _ PTAT}가 “H”레벨에서 “L”레벨로 천이하면, 논리소자(570)의 비례 온도 출력 노드 NB에는 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 시간(

)동안 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2가 출력된다.

온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 시간(

)은 수학식4와 같다.

논리신호 발생기(350)로부터 출력되는 옵셋 값이 제거된 실제 온도에 비례한 시간에 대응하는 논리신호 S3의 펄스 폭(T_PTAT)은 수학식 5와 같다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서의 전체 블록도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서는 밴드갭 회로(610), 전류 발생기(620), 기준 온도 발생기(630), 비례 온도 발생기(640), 논리신호 발생기(650), 카운터(660) 및 제어 전압 발생기(670)를 포함한다.

밴드갭 회로(610)는 전원 전압의 변동과 주변 온도의 변화에 무관한 안정된 정전압을 발생한다. 밴드갭 회로(610)는 당해 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 불과한 것이고, 본 발명의 본질을 흐리지 않기 위하여 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

전류 발생기(620)는 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류 I_ZTC를 발생시킨다.

기준 온도 발생기(630)는 온도 고정 전류 I_ZTC와 온도 고정 제어 전압 V_con을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간 T_REF에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호 S1를 발생한다.

비례 온도 발생기(640)는 온도 고정 전류 I_ZTC와 온도 가변 제어 전압 V_{con _ PTAT}을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 값이 포함된 비례 온도 신호 S2를 발생한다.

논리신호 발생기(650)는 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2와 온도 고정 옵셋 신호 S1를 배타적 논리합하여 옵셋 값이 제거된 실제 온도에 비례한 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리 신호 S3를 발생한다.

카운터(660)는 외부에서 인가되는 클럭신호 Clk에 따라 옵셋 프리 논리 신호 S3를 계수하여 출력한다.

제어 전압 발생기(670)는 온도 고정 제어 전압 V_con과 온도 가변 제어 전압 V_{con_PTAT}을 발생한다. 온도 고정 제어 전압 V_con과 온도 가변 제어 전압 V_{con _ PTAT}은 각각 프리차지 신호 PRECHb가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압 V_pre과 비례 온도 프리차지 전압 V_{pre _ PTAT}를 생성하고, 프리차지 신호 PRECHb가 디스에이블 되는 동안 센스 전압 V_sen을 생성한다. 여기서, 온도 고정 제어 전압 V_con은 외부에서 인가되는 전압이고, 온도 가변 제어 전압 V_{con _ PTAT}은 메모리 내부의 온도를 반영한 전압이다.

또한, 본 발명에 따른 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 검출 방법은, 외부에서 인가되는 온도 고정 제어 전압과 온도 고정 제어 전압을 이용하여 주변 온도에 따라 변화하는 온도 가변 제어 전압을 발생시키는 단계; 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류와 온도 고정 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계; 온도 고정 전류와 온도 고정 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계; 온도 고정 전류와 온도 가변 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 단계; 옵셋 포함 비례 온도 신호와 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 온도에 비례한 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 단계; 및 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 상기 옵셋 프리 논리신호를 계수하는 단계를 포함할 수 있다.

도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 프리차지형 비례 온도 발생기의 회로도이고, 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비례 온도 발생기의 각부 파형도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 프리차지형 비례 온도 발생기는, 스위칭소자 M1(710), 스위칭소자 M2(720), 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT와 접지 사이에 배치되는 캐패시터 C(730), 스위칭소자 M3(740), 증폭 온도 고정 전류원 I_ZTCA(750), 인버터(760), 및 논리소자(770)를 포함한다.

스위칭소자 M1(710)는 인에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb가 인가되는 동안 턴온 되어 전원전압 VDD을 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT에 인가한다.

스위칭소자 M2(720)는 프리차지 전압 V_pre에 턴온 되어 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT에 프리차지 대응 전압 V_pre - V_th,M2을 공급한다.

스위칭소자 M3(740)는 디스에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb가 인가되는 동안 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 통과시킨다.

증폭 온도 고정 전류원 I_ZTCA(750)은 스위칭소자 M3(740)와 접지 사이에 배치되어 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA를 접지로 흘린다. 여기서, 증폭 온도 고정 전류원(750)은 온도 고정 전류원(623)을 이용하여 온도 고정 전류를 비례 온도 발생기에서 사용하기에 적합한 소정 크기로 증폭시킨 전류를 발생시킨다.

인버터(760)는 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT에 인가되는 전압신호를 반전시킨다.

논리소자(770)는 프리차지 신호 PRECHb와 인버터(760)의 출력을 배타적 논리합하여 온도 고정 옵셋 시간과 온도에 비례한 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2를 출력한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 프리차지형 비례 온도 발생기의 동작은 프리차지 구간 T_PRECH과 센스 구간 T_EVALUATION으로 구분된다.

i) 프리차지 구간(T_PRECH)

인에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb에 스위칭소자 M1(710)가 턴온 되면, 스위칭소자 M1(710)의 드레인 단자 D와 연결된 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT에 전원전압 V_DD이 인가된다. 스위칭소자 M2(720)는 비례 온도 프리차지 전압 V_{pre _ PTAT}에 턴온 되고, 스위칭소자 M2(720)의 소스 단자 S와 연결되는 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT에 비례 온도 프리차지 대응 전압 V_{pre_PTAT} - V_th,M2을 공급한다.

ii) 센스 구간(T_EVALUATION)

프리차지 신호 PRECHb가 디스에이블 되면, 스위칭소자 M1(710)은 턴오프 된다. 스위칭소자 M2(720)는 센스 전압 V_sen에 제어되어 턴오프 된다. 디스에이블 되는 프리차지 신호 PRECHb에 스위칭소자 M3(740)가 턴온되어 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT를 증폭 온도 고정 전류 I_ZTCA로 방전시킨다.

비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT의 비례 온도 캐패시터 노드 전압 V_{Nc_PTAT}이 센스 대응 전압 V_sen - V_th,M2보다 낮게 되면, 스위칭소자 M2(720)는 턴온 된다. 이에 따라, 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT와 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT는 전하를 공유하게 되어 비례 온도 센스 노드 전위 V_{Ns _ PTAT}와 비례 온도 캐패시터 노드 전위 V_{Nc_PTAT}는 동일한 레벨로 하강한다.

그런데, 비례 온도 캐패시터 노드 Nc_PTAT의 캐패시턴스에 비해 비례 온도 센스 노드 Ns_PTAT의 캐패시턴스가 훨씬 작기 때문에 비례 온도 센스 노드 전위 V_{Ns _ PTAT}는 비례 온도 캐패시터 노드 전위 V_{Nc _ PTAT}를 따라 변한다. 비례 온도 센스 노드 전위 V_{Ns _ PTAT}가 “H”레벨에서 “L”레벨로 천이하면, 논리소자(770)의 비례 온도 출력 노드 NB에는 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 시간(

)동안 옵셋 포함 비례 온도 신호 S2가 출력된다.

온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 시간(

)은 수학식6과 같다.

논리신호 발생기(650)로부터 출력되는 옵셋 값이 제거된 실제 온도에 비례한 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리신호 S3의 펄스 폭(T_PTAT)은 수학식 7과 같다.

도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원의 회로도이고, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원의 온도 대비 전류 그래프이다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원은, 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서의 전류 발생기(320)에서 사용된다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원은, 온도 가변 밴드갭 전류를 A배 미러링 하여 A배 미러 전류를 통과시키는 A 배 전류 미러 유닛; 온도 고정 전류를 B배 미러링 하여 B배 미러 전류를 통과시키는 B배 전류 미러 유닛; 및 A배 미러 전류로부터 B배 미러 전류를 감산하여 온도 가변 전류를 출력하는 감산부를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원은, 온도 가변 밴드갭 전류 I_PTAT,BG를 생성하는 온도 가변 밴드갭 전류원(810), 온도 가변 밴드갭 전류 I_PTAT,BG를 미러링하여 온도 가변 밴드갭 미러 전류 I_PTAT,BG를 통과시키는 온도 가변 밴드갭 전류 미러(720), 온도 가변 밴드갭 미러 전류를 A배 증폭하여 온도 가변 밴드갭 증폭 전류 A*I_PTAT,BG를 통과시키는 온도 가변 밴드갭 증폭 전류 미러(730), 주변 온도의 변화와 무관한 온도 고정 전류 I_ZTC를 생성하는 온도 고정 전류원(740), 온도 고정 전류 I_ZTC를 통과시키는 온도 고정 전류 미러(750), 온도 고정 전류를 B배 증폭하여 증폭 온도 고정 전류 B*I_ZTC를 통과시키는 증폭 온도 고정 전류 미러(760), 및 온도 가변 밴드갭 전류로부터 증폭 온도 고정 전류를 감산한 온도 가변 전류 I_PTAT를 출력하는 감산부(770)를 포함한다. 이는 냉온에서 온도 가변 전류 I_PTAT를 거의 0uA로 만들기 위함이다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 가변 전류원은, 온도에 비례한 전류의 프리차지시 전류원으로 사용된다. 생성되는 온도 가변 전류 I_PTAT는 수학식 8과 같다.

여기서, 온도 가변 밴드갭 전류원(810)은 밴드 갭 회로 내에 배치될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 고정 전류원의 회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 고정 전류원은, 밴드갭 전압 V_BG과 저항 노드 전압 V_R의 차이를 증폭하여 저항 노드 N_R에 일정한 레벨의 전압을 제공함으로써 기준 전류 I_REF가 일정하게 흐르도록 한다. 기준 전류 I_REF는 수학식 9와 같다.

온도 고정 전류 I_ZTC는 전류 미러(930)를 사용하여 기준 전류 I_REF를 미러링한 값으로, 전류 미러 내 두 트랜지스터의 폭/길이 비율에 의해 크기가 결정되고, 수학식 10과 같다.

이때, 기준 전류 I_REF는 온도에 무관해야 하는데, 정온도 계수와 부온도 계수를 적절히 혼합함으로써 저항 R의 온도 특성을 보상할 수 있다. 이는 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 센싱용 온도 가변 제어 전압 발생기의 회로도이고, 도 10b는 센싱용 온도 가변 제어 발생기의 온도 대비 전압 그래프이다.

본 발명의 일실시예에 따른 센싱용 온도 가변 제어 발생기는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서에 사용된다. 본 발명의 일실시예에 따른 센싱용 온도 가변 제어 전압 발생기는 게이트 전압 V_G에 턴온되는 스위칭 소자(1010), 스위칭 소자(1010)의 소스 단자에 인가되는 소스 전압 VA를 단위 증폭하는 제1 증폭기(1020), 온도 고정 제어 전압 V_con과 소스 전압 VA의 차를 저항비로 증폭하여 온도 가변 제어 전압 V_{con _ PTAT}을 출력하는 제2 증폭기(1030)를 포함한다.

스위칭 소자(1010)의 문턱전압 V_th은 온도가 상승함에 따라 선형적으로 감소하는 특성을 가진다. 스위칭 소자(1010)의 소스 단자에 인가되는 소스 전압 V_A은 V_A = V_G - V_th이므로, 온도가 증가함에 따라 소스 전압 V_A은 낮아지게 된다. 따라서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제2 증폭기로부터 출력되는 온도 가변 제어 전압 V_{con_PTAT}은 온도가 상승함에 따라 선형적으로 낮아지게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

310: 밴드갭 회로
320: 전류 발생기
330: 기준 온도 발생기
340: 비례 온도 발생기
350: 논리신호 발생기
360: 카운터
370: 제어 전압 발생기

Claims (17)

1. 주변 온도의 변화에 무관한 밴드갭 전압과, 상기 주변 온도에 따라 변하는 온도 가변 밴드갭 전류를 이용하여 상기 주변 온도에 따라 변하는 온도 가변 전류를 생성하는 온도 가변 전류원과, 상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 생성하는 온도 고정 전류원을 포함하는 전류 발생기;
   상기 온도 고정 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 기준 온도 발생기;
   상기 온도 가변 전류와 상기 온도 고정 전류를 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간의 합인 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 비례 온도 발생기;
   상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응한 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 논리신호 발생기;
   상기 옵셋 프리 논리신호를 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 계수하는 카운터; 및
   프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압을 생성하고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하여 상기 기준 온도 발생기 및 비례 온도 발생기에 전달하는 제어 전압 발생기
   를 포함하는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도 발생기는,
   상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안, 전원전압을 제1 노드에 인가하고, 상기 프리차지 전압에 턴온 되어 제2 노드에 상기 프리차지 전압에 대응하는 프리차지 대응 전압을 공급하여 유지하고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 상기 제2 노드로부터 상기 온도 고정 전류에 대응하는 증폭 온도 고정 전류를 접지 측으로 통과시켜 상기 제2 노드의 전위를 하강시키고, 상기 제2 노드의 전위가 상기 센스 전압에 대응하는 센스 대응 전압보다 낮아지면, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드의 전위를 동일하게 하고, 상기 제1 노드의 전위 레벨을 반전시킨 반전신호와 상기 프리차지 신호를 논리 조합하여 상기 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는
   온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 기준 온도 발생기는,
   상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안, 턴온 되어 상기 전원전압을 기준 온도 센스 노드에 인가하는 제1 스위칭소자;
   상기 프리차지 전압에 턴온 되어 기준 온도 캐패시터 노드에 상기 프리차지 대응 전압을 공급하는 제2 스위칭소자;
   상기 기준 온도 캐패시터 노드와 상기 접지 사이에 배치되는 제1 캐패시터;
   상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 상기 증폭 온도 고정 전류를 통과시키는 제3 스위칭소자;
   상기 제3 스위칭소자와 상기 접지 사이에 배치되어 상기 증폭 온도 고정 전류를 상기 접지로 흘리는 증폭 온도 고정 전류원;
   상기 기준 온도 센스 노드에 인가되는 전압신호를 반전시키는 제1 인버터; 및
   상기 프리차지 신호와 상기 제1 인버터의 출력을 배타적 논리합하여 상기 온도 고정 옵셋 신호를 출력하는 논리소자
   를 포함하는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 비례 온도 발생기는,
   상기 프리차지 신호가 인이에블 되는 동안 전원전압을 제3 노드에 인가하고, 상기 프리차지 전압에 턴온 되어 제4 노드에 프리차지 대응 전압을 공급하여 유지하고, 비례 온도 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 상기 제4 노드를 상기 주변 온도의 변화에 비례한 전위의 비례 온도 캐패시터 노드 전위로 프리차지 시키고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안, 상기 온도 고정 전류에 대응하는 증폭 온도 고정 전류를 상기 제4 노드로부터 접지 측으로 흘리고, 상기 제4 노드의 전위가 상기 센스 전압에 대응하는 센스 대응 전압보다 낮아지면, 상기 제3 노드와 제4 노드의 전위를 동일하게 하고, 상기 제3 노드에 인가되는 전위 레벨을 반전시킨 반전신호와 상기 프리차지 신호를 논리 조합하여 상기 옵셋 포함 비례 온도 신호를 출력하는
   온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 비례 온도 발생기는,
   상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 턴온 되어 상기 전원전압을 비례 온도 센스 노드에 인가하는 제6 스위칭소자;
   상기 프리차지 전압에 턴온 되어 상기 비례 온도 캐패시터 노드에 상기 프리차지 대응 전압을 공급하는 제7 스위칭소자;
   상기 비례 온도 캐패시터 노드와 상기 접지 사이에 배치되는 제2 캐패시터;
   상기 프리차지신호가 디스에이블 되는 동안 상기 증폭 온도 고정 전류를 통과시키는 제8 스위칭소자;
   상기 제8 스위칭소자와 상기 접지 사이에 배치되어 상기 증폭 온도 고정 전류를 상기 접지로 흘리는 증폭 온도 고정 전류원;
   상기 비례 온도 센스 노드에 인가되는 전압신호를 반전시키는 제2 인버터;
   상기 프리차지 신호와 상기 제2 인버터의 출력을 배타적 논리합하여 상기 옵셋 포함 비례 온도 신호를 출력하는 논리소자;
   상기 비례 온도 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 턴온 되어 상기 비례 온도 캐패시터 노드를 상기 비례 온도 캐패시터 노드 전위로 프리차지 시키는 제9 스위칭소자; 및
   상기 제9 스위칭소자와 상기 비례 온도 캐패시터 노드 사이에 배치되고, 상기 온도 가변 전류에 대응하는 증폭 온도 가변 전류를 흘리는 증폭 온도 가변 전류원
   을 포함하는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 온도 가변 전류원은,
   상기 온도 가변 밴드갭 전류를 A배 미러링 하여 A배 미러 전류를 통과시키는 A 배 전류 미러 유닛;
   상기 온도 고정 전류를 B배 미러링 하여 B배 미러 전류를 통과시키는 B배 전류 미러 유닛; 및
   상기 A배 미러 전류로부터 B배 미러 전류를 감산하여 상기 온도 가변 전류를 출력하는 감산부
   를 포함하는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 온도 가변 전류원은,
   상기 온도 가변 밴드갭 전류를 미러링하여 온도 가변 밴드갭 미러 전류를 통과시키는 온도 가변 밴드갭 전류 미러;
   상기 온도 가변 밴드갭 미러 전류를 A배 증폭하여 온도 가변 밴드갭 증폭 미러 전류를 통과시키는 온도 가변 밴드갭 증폭 전류 미러;
   상기 온도 고정 전류를 미러링하여 온도 고정 미러 전류를 통과시키는 온도 고정 전류 미러;
   상기 온도 고정 미러 전류를 B배 증폭하여 온도 고정 증폭 미러 전류를 통과시키는 제4 전류 미러; 및
   상기 온도 가변 밴드갭 증폭 미러 전류로부터 상기 온도 고정 증폭 미러 전류를 감산한 온도 가변 전류를 출력하는 감산부
   를 포함하는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
8. 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 생성하는 온도 고정 전류원;
   외부에서 인가되는 온도 고정 제어 전압과 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 주변 온도에 따라 변화하는 온도 가변 제어 전압을 발생시키는 제어 전압 발생기;
   상기 온도 고정 전류와 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 기준 온도 발생기;
   상기 온도 고정 전류와 상기 온도 가변 제어 전압을 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 비례 온도 발생기;
   상기 옵셋 포함 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 논리 신호 발생기; 및
   외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 상기 옵셋 프리 논리신호를 계수하는 카운터
   를 포함하는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 제어 전압 발생기는,
   프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 상기 온도 고정 제어 전압과 상기 온도 가변 제어 전압을 각각 상기 프리차지 전압과 비례 온도 프리차지 전압으로 출력하고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하여 출력하는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 기준 온도 발생기는,
    상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안, 전원전압을 제1 노드에 인가하고, 상기 프리차지 전압에 턴온 되어 제2 노드에 상기 프리차지 전압에 대응하는 프리차지 대응 전압을 공급하여 유지하고, 상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 상기 제2 노드로부터 상기 온도 고정 전류에 대응하는 증폭 온도 고정 전류를 접지 측으로 흘려 상기 제2 노드의 전위를 하강시키고, 상기 제2 노드의 전위가 상기 센스 전압에 대응하는 센스 대응 전압보다 낮아지면, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드의 전위를 동일하게 하고, 상기 제1 노드의 전위 레벨을 반전시킨 반전신호와 상기 프리차지 신호를 논리 조합하여 상기 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는
    온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 비례 온도 발생기는,
    상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 턴온 되어 상기 전원전압을 비례 온도 센스 노드에 인가하는 제11 스위칭소자;
    상기 프리차지 전압에 턴온 되어 비례 온도 캐패시터 노드에 상기 프리차지 대응 전압을 공급하는 제12 스위칭소자;
    상기 비례 온도 캐패시터 노드와 상기 접지 사이에 배치되는 제3 캐패시터;
    상기 프리차지 신호가 디스에이블 되는 동안 상기 온도 고정 전류에 대응하는 증폭 온도 고정 전류를 통과시키는 제13 스위칭소자;
    상기 제13 스위칭소자와 상기 접지 사이에 배치되어 상기 증폭 온도 고정 전류를 상기 접지로 흘리는 증폭 온도 고정 전류원;
    상기 비례 온도 센스 노드에 인가되는 전압신호를 반전시키는 제3 인버터; 및
    상기 프리차지 신호와 상기 인버터의 출력을 배타적 논리합하여 상기 옵셋 포함 비례 온도 신호를 출력하는 논리소자
    를 포함하는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
    
12. 제8항에 있어서, 상기 온도 고정 전류원은,
    외부에서 인가되는 밴드갭 전압에 따라 스위칭하는 스위칭소자;
    상기 스위칭소자를 통과하는 전류가 접지로 흐르도록 상기 스위칭소자와 상기 접지 사이에 배치되는 저항; 및
    상기 스위칭소자를 통과하는 전류를 미러링하여 상기 온도 고정 전류를 출력하는 전류 미러
    를 포함하는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 저항은 정온도 계수 특성과 부온도 계수 특성을 갖는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
    
14. 제10항에 있어서, 상기 제어 전압 발생기는,
    외부에서 인가되는 게이트 전압에 턴온되는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 소스 단자에 인가되는 소스 전압을 단위 증폭하는 제1 증폭기; 및
    상기 프리차지 전압과 상기 소스 전압의 차를 소정의 저항비로 증폭하여 상기 온도 가변 제어 전압을 출력하는 제2 증폭기
    를 포함하는 온도 비례 프리차지형 시간 영역 온도 센서.
    
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한항의 시간 영역 온도 센서를 포함하는 플래시 메모리.
    
16. 주변 온도의 변화에 무관한 밴드갭 전압과 상기 주변 온도에 비례한 온도 가변 밴드갭 전류를 이용하여 상기 주변 온도에 비례한 온도 가변 전류와, 상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류를 발생시키는 단계;
    상기 기준 온도 전류를 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계;
    상기 온도 가변 전류와 상기 온도 고정 전류를 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 단계;
    상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응한 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 단계;
    상기 옵셋 프리 논리신호를 외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 계수하는 단계; 및
    상기 프리차지 신호가 인에이블 되는 동안 프리차지 전압을 생성하고, 상기 프리차지신호가 디스에이블 되는 동안 센스 전압을 생성하는 단계
    를 포함하는 온도 비례 전류 프리차지형 시간 영역 온도 검출 방법.
    
17. 외부에서 인가되는 온도 고정 제어 전압과 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 주변 온도에 따라 변화하는 온도 가변 제어 전압을 발생시키는 단계;
    상기 주변 온도에 무관한 온도 고정 전류와 상기 온도 고정 제어 전압을 이용하여 온도 고정 옵셋 시간에 대응하는 온도 고정 옵셋 신호를 발생시키는 단계;
    상기 온도 고정 전류와 상기 온도 가변 제어 전압을 이용하여 상기 온도 고정 옵셋 시간과 온도 비례 시간을 포함하는 옵셋 포함 비례 온도 신호를 발생시키는 단계;
    상기 비례 온도 신호와 상기 온도 고정 옵셋 신호를 논리 조합하여 상기 온도 비례 시간에 대응하는 옵셋 프리 논리신호를 발생시키는 단계; 및
    외부에서 인가되는 클럭신호에 따라 상기 옵셋 프리 논리신호를 계수하는 단계
    를 포함하는 온도 비례 전압 프리차지형 시간 영역 온도 검출 방법.

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