WO2018211554A1 - 温度測定装置及び温度測定方法 - Google Patents

温度測定装置及び温度測定方法 Download PDF

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voltage
transistor
current
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寛之 濱野
敬史 宮崎
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株式会社ソシオネクスト
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/005Circuits arrangements for indicating a predetermined temperature
    • GPHYSICS
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    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2219/00Thermometers with dedicated analog to digital converters

Definitions

  • the present invention relates to a temperature measuring device and a temperature measuring method.
  • a current source unit that generates a current that is a reference for temperature measurement
  • a sensor unit that generates a voltage proportional to the absolute temperature based on the current value
  • an ADC unit that performs A / D conversion of the voltage
  • a temperature measuring device it is known to detect and correct a mismatch between transistors and resistors constituting each of the current source unit, the sensor unit, and the ADC unit by dynamically switching the temperature with a switch and measuring the temperature. Yes.
  • each of the current source unit and the sensor unit outputs a first transistor that passes a first current corresponding to the control voltage, and a second current that is different from the first current. It is known to have two transistors.
  • the second transistor included in the current source section and the second transistor included in the sensor section and between the first transistor included in the current source section and the first transistor included in the sensor section cannot be corrected.
  • the element sizes of the first and second transistors are set large enough to suppress the influence of mismatch in each of the current source unit and the sensor unit. Therefore, further downsizing was difficult.
  • the disclosed technology has been made in view of the above circumstances, and aims to improve the accuracy of temperature measurement and reduce the size.
  • the disclosed technique includes first and second semiconductor elements having a PN junction, and a plurality of transistors whose sources are connected to a power source and whose gates are connected to form a current source.
  • a transistor group that outputs a first current and a second current having a magnitude different from the first current, and at least one first transistor from the plurality of transistors;
  • a plurality of second transistors different from the first transistor are selected, a drain of the first transistor is connected to one of the first and second semiconductor elements, and a drain of the plurality of second transistors Is a temperature measuring device having a selector connected to the other of the first and second semiconductor elements.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a temperature measuring device according to the first embodiment.
  • the temperature measuring apparatus 100 includes a sensor unit 110, an ADC (Analog-to-Digital Converter) unit 120, a digital operation unit 130, and a control unit 140.
  • ADC Analog-to-Digital Converter
  • the sensor unit 110 includes a current source that supplies a current serving as a temperature measurement reference, and converts the temperature into a voltage value.
  • the temperature measuring device 100 is reduced in size by including a current source in the sensor unit 110. Details of the sensor unit 110 will be described later.
  • the ADC unit 120 converts the voltage output from the sensor unit 110 into a digital value by A / D (Analog-to-Digital) conversion.
  • the digital calculation unit 130 calculates the temperature measurement value T by calculating the digital value output from the ADC unit 120.
  • the control unit 140 controls the sensor unit 110, the ADC unit 120, and the digital calculation unit 130.
  • the temperature measurement device 100 includes the ADC unit 120 and the digital calculation unit 130, but is not limited thereto.
  • the ADC unit 120 and the digital calculation unit 130 may be provided outside the temperature measurement device.
  • the sensor unit 110 and the control unit 140 form the temperature measurement device 150. become.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the sensor unit according to the first embodiment.
  • the sensor unit 110 of this embodiment includes transistors Q1 and Q2, a transistor group 111, a resistor R1, a resistor R2, a selector 112, a selector 113, and an amplifier 114.
  • the influence on the temperature measurement due to the mismatch between the transistors included in the transistor group 111 of the sensor unit 110 and the mismatch between the transistors Q1 and Q2 is suppressed by the operation described later. Further, in the temperature measurement device 100 of the present embodiment, the influence on the temperature measurement due to the variation between the resistors R1 and R2 and the offset of the amplifier 114 is suppressed by the operation described later.
  • the base-emitter voltage Vbe1 of the transistor Q1 and the base-emitter voltage Vbe2 of the transistor Q2 caused by a mismatch between the transistors and resistances of the sensor unit 110 due to operations described later. And reduce the difference error.
  • the base-emitter voltage Vbe1 is the forward voltage of the PN junction of the transistor Q1
  • the base-emitter voltage Vbe2 is the forward voltage of the PN junction of the transistor Q2.
  • the influence of mismatch on the temperature measurement value T can be suppressed, and the temperature measurement Accuracy can be improved.
  • the mismatch between the transistors Q1 and Q2 indicates that the current characteristics of the base-emitter voltage are different between the transistors Q1 and Q2.
  • the mismatch between the resistor R1 and the resistor R2 indicates that there is a difference between the resistance value of the resistor R1 and the resistance value of the resistor R2.
  • the mismatch between the transistor M1 and the transistor M2 is a shift between the current ratio between the current flowing through the transistor M1 and the current flowing through the transistor M2 and the designed current ratio. It shows that.
  • mismatch in this embodiment indicates a variation in characteristics when two transistors having the same configuration are arranged adjacent to each other.
  • the accuracy of temperature measurement is improved by suppressing the influence of mismatch between transistors and resistors included in the sensor unit 110 and offset of the amplifier.
  • the sensor unit 110 will be further described.
  • the transistors Q1 and Q2 of this embodiment are a pair of bipolar transistors having a pn junction.
  • the transistors Q1 and Q2 are pnp transistors, but are not limited thereto.
  • Transistors Q1 and Q2 may be npn transistors.
  • a diode may be used instead of the transistors Q1 and Q2.
  • the transistor group 111 of this embodiment includes transistors M1, M2,..., Mn that are field effect transistors.
  • the transistors M1, M2,..., Mn of this embodiment are, for example, p-channel MOSMETs having the same size. Moreover, n can be selected by an arbitrary integer value.
  • the transistor group 111 of the present embodiment is a current source, and constitutes a current source circuit in which the sources of the transistors M1, M2,..., Mn are connected to a power source and the gates of the transistors are connected to each other.
  • the selector 112 of this embodiment includes switches SW1, SW2,..., SWn controlled by a control signal C1 supplied from the control unit 140.
  • the switches SW1, SW2,..., SWn of this embodiment each have a node n1 and a node n2.
  • Node n1 The node connected to the drain of each transistor in the transistor group 111 is a transistor Q1, and the node n2 is a node connected to the drain of each transistor in the transistor group 111 is the transistor Q2.
  • the bases and collectors of the transistors Q1 and Q2 are connected to a common potential (for example, ground potential).
  • the emitter of the transistor Q1 of this embodiment is connected to one end of the resistor R1, and the emitter of the transistor Q2 is connected to one end of the resistor R2.
  • the other end of the resistor R1 is connected to the node n1 of the switches SW1, SW2,..., SWn, and the other end of the resistor R2 is connected to the node n2 of the switches SW1, SW2,. Yes.
  • the other ends of the switches SW1, SW2,..., SWn are connected to the transistors M1, M2,.
  • the selector 113 of this embodiment switches the connection destination of the amplifier 114 by the control signal C2 supplied from the control unit 140. Specifically, the selector 113 sets the connection destination of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the amplifier 114 to the node n3 and the node n6, or the node n4 and the node n5 according to the control signal C2.
  • the amplifier 114 of the present embodiment has an output that generates a current I in each of the transistors M1, M2,..., Mn so that the voltage at the non-inverting input terminal becomes equal to the voltage at the inverting input terminal due to the negative feedback configuration.
  • the voltage V1 is supplied to the gates of the transistors in the transistor group 111.
  • the output terminal Tout1 is connected to the node n4, and the output terminal Tout2 is connected to the node n6. That is, in the sensor unit 110 of this embodiment, the base-emitter voltage Vbe1 of the transistor Q1 is output from the output terminal Tout1, and the base-emitter voltage Vbe2 of the transistor Q2 is output from the output terminal Tout2.
  • the voltage output from the sensor unit 110 is supplied to the ADC unit 120.
  • the ADC unit 120 outputs a difference voltage between the base-emitter voltage Vbe1 and the base-emitter voltage Vbe2 to the digital operation unit 130 as a digital value.
  • the selector 112 connects the drain of the transistor M1 of the transistor group 111 to the node n1 and the drains of the other transistors M2 to Mn to the node n2 by the control signal C1.
  • the transistor group 111 of this embodiment is controlled by the output voltage V1 of the amplifier 114, the currents flowing through the transistors M1, M2,.
  • the current I1 flowing through the resistor R1 and the transistor Q1 current I
  • the current I2 flowing through the resistor R2 and the transistor Q2 current I ⁇ (n ⁇ 1).
  • the selector 113 connects the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the amplifier 114 to the node n3 and the node n6 by the control signal C2.
  • the amplifier 114 supplies a voltage for generating the current I so that the voltage Va1 at the node n3 becomes the voltage Vbe2 at the node n6 to the gates of the transistors in the transistor group 111.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the temperature measuring apparatus according to the first embodiment.
  • the control unit 140 starts the operation (process) shown in FIG. 3 when receiving an instruction to start temperature measurement from a higher-level device of the temperature measurement device 100.
  • the upper device of the temperature measuring device 100 is, for example, a device that executes a predetermined process based on the detected temperature.
  • the control unit 140 when receiving the temperature measurement start instruction, sets the connection state of the selector 113 by the control signal C2 (step S301).
  • the selector 113 sets the connection destination of the amplifier 114 to the node n3 and the node n6.
  • the selector 113 applies the voltage Va1 to the non-inverting input terminal of the amplifier 114 and applies the voltage Vbe2 to the inverting input terminal.
  • the selector 112 connects the transistor Mj to the node n1, and connects the transistors M other than the transistor Mj to the node n2. That is, the selector 113 connects one transistor of the transistor group 111 to the node n1 and connects (n ⁇ 1) transistors to the node n2.
  • control unit 140 converts the voltage ⁇ Vbe1 (j), which is a difference between the voltage Vbe1 (j) and the voltage Vbe2 (j) supplied from the sensor unit 110, into a digital value by the ADC unit 120, and converts the digital value into a digital value.
  • the data is stored in the digital calculation unit 130 (step S304).
  • step S306 when the variable j is larger than n, the control unit 140 sets the connection state of the selector 113 by the control signal C2 (step S307).
  • the selector 113 sets the connection destination of the amplifier 114 to the node n4 and the node n5.
  • the selector 113 applies the voltage Va2 to the non-inverting input terminal of the amplifier 114 and applies the voltage Vbe1 to the inverting input terminal.
  • the selector 112 connects the transistor Ml to the node n2, and connects the transistors M other than the transistor Ml to the node n1. That is, the selector 113 connects one transistor of the transistor group 111 to the node n2 and connects (n ⁇ 1) transistors to the node n1.
  • control unit 140 converts the voltage ⁇ Vbe2 (l), which is the difference between the voltage Vbe1 (l) and the voltage Vbe2 (l) supplied from the sensor unit 110, into a digital value by the ADC unit 120, and converts the digital value into a digital value.
  • the data is stored in the digital calculation unit 130 (step S310).
  • step S312 when the variable l is larger than n, the control unit 140 calculates an average value of the voltage ⁇ Vbe1 (j) and the voltage ⁇ Vbe2 (l) stored in the digital calculation unit 130 (step S313), and this average value. Is used as an error to calculate and output the temperature measurement value T (step S314).
  • the digital calculation unit 130 calculates the average value of the voltage ⁇ Vbe1 (j) and the voltage ⁇ Vbe2 (l), but is not limited thereto.
  • the digital calculation unit 130 may obtain a median value or the like instead of the average value of the voltage ⁇ Vbe1 (j) and the voltage ⁇ Vbe2 (l).
  • the digital calculation unit 130 may calculate the average value of the voltage ⁇ Vbe1 (j) and the voltage ⁇ Vbe2 (l) as a substitute for the average value as long as the error can be smoothed.
  • step S315 the temperature measuring apparatus 100 determines whether or not the measurement end instruction has been received by the control unit 140.
  • step S315 when the measurement end instruction is not accepted, the control unit 140 returns to step S301.
  • step S314 when an instruction to end the measurement is received, the control unit 140 ends the process and stops the operation of the temperature measuring apparatus 100.
  • FIG. 4 is a first diagram for explaining the operation of the temperature measurement device of the first embodiment
  • FIG. 5 is a second diagram for explaining the operation of the temperature measurement device of the first embodiment.
  • the current Im1 of the transistor M1 flows through the transistor Q1, and the current Im2 + Im3 + Im4, which is the total current of the transistors M2, M3, and M4, flows through the transistor Q2.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 generated by this current and the difference voltage ⁇ Vbe1 (1) into a digital value, and stores the conversion result in the subsequent digital operation unit 130.
  • voltage ⁇ Vbe1 (1) voltage Vbe1 (1) ⁇ voltage Vbe2 (1).
  • variable j 2.
  • the transistor M2 is connected to the node 1 of the selector 112, and the transistors M1, M3, and M4 are connected to the node 2.
  • the current Im1 of the transistor M2 flows through the transistor Q1, and the current Im1 + Im3 + Im4, which is the total current of the transistors M1, M3, and M4, flows through the transistor Q2.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 generated by this current and the difference voltage ⁇ Vbe1 (2) into a digital value, and stores the conversion result in the subsequent digital operation unit 130.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 and the difference voltage ⁇ Vbe1 (3) into a digital value, and stores the conversion result in the subsequent digital operation unit 130.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1, the voltage Vbe2, and the difference voltage ⁇ Vbe1 (4) into a digital value, and stores the conversion result in the digital operation unit 130 at the subsequent stage.
  • FIG. 6 is a third diagram for explaining the operation of the temperature measurement device of the first embodiment
  • FIG. 7 is a third diagram for explaining the operation of the temperature measurement device of the first embodiment.
  • the current Im1 of the transistor M1 flows through the transistor Q2, and the current Im2 + Im3 + Im4, which is the total current of the transistors M2, M3, and M4, flows through the transistor Q1.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 generated by the current and the difference voltage ⁇ Vbe2 (1) into a digital value, and stores the conversion result in the subsequent digital operation unit 130.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1, the voltage Vbe2, and the difference voltage ⁇ Vbe2 (2) into a digital value, and stores the conversion result in the digital operation unit 130 at the subsequent stage.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 and the difference voltage ⁇ Vbe2 (3) into a digital value, and stores the conversion result in the subsequent digital operation unit 130.
  • the ADC unit 120 converts the voltage Vbe1, the voltage Vbe2, and the difference voltage ⁇ Vbe2 (4) into a digital value, and stores the conversion result in the digital operation unit 130 at the subsequent stage.
  • the voltage ⁇ Vbe1 (1) to voltage ⁇ Vbe1 (4) and the voltage ⁇ Vbe2 (1) to voltage ⁇ Vbe2 (4) are stored by the operations shown in FIGS.
  • the digital arithmetic unit 130 calculates an average value ⁇ Vave of these voltages, and smoothes an error of the voltage ⁇ Vbe, which is a difference between the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2, which is caused by a mismatch between transistors or resistors. A voltage ⁇ Vbe is obtained.
  • the digital calculation unit 130 calculates the temperature measurement value T with the average value ⁇ Vave as the true voltage ⁇ Vbe.
  • the relationship between the temperature measurement value T and the voltage ⁇ Vbe will be described.
  • the voltage Vbe1 is expressed by the following formula (1).
  • Vbe (kTa / e) ⁇ ln (Iq1 / Is) Formula (1)
  • k is a Boltzmann constant
  • e is an elementary electric charge
  • Ta is an absolute temperature
  • Iq1 is a current flowing through the transistor Q1
  • Is is a reverse bias with respect to the transistor Q1. Is the saturation current when.
  • Iq2 is a current flowing through the transistor Q2.
  • an error due to the mismatch occurs in the difference between the current Iq1 and the current Iq2.
  • An error in the difference between the current Iq1 and the current Iq2 caused by the mismatch is an error of ⁇ Vbe.
  • the variables j and l are sequentially set from 1 to n, and the voltages ⁇ Vbe1 (j) and ⁇ Vbe2 (l) including errors caused by mismatch between the transistors of the transistor group 111 are acquired. .
  • the digital operation unit 130 of the present embodiment calculates the absolute temperature Ta by using the average value ⁇ Vave of the voltages ⁇ Vbe1 (j) and ⁇ Vbe2 (l) as the voltage ⁇ Vbe in the equation (2), whereby the transistor group 111 is calculated.
  • the temperature measurement value T in which the error due to the mismatch between the transistors is smoothed is output. At this time, since k and e are physical constants, it can be seen that a highly accurate temperature measurement value T can be obtained.
  • the digital calculation unit 130 of the present embodiment may output the absolute temperature Ta [K] as the temperature measurement value T, or calculate the temperature measurement value T [° C.] from the absolute temperature Ta [K]. It may be output.
  • the digital operation unit 130 has a storage unit in which the equation (2), the Boltzmann constant k, and the electric elementary quantity e are stored in advance.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the first embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating an error in the current of the current source in the sensor unit 110.
  • FIG. 8B is a diagram showing a list of the voltage ⁇ Vbe1 (j) and the voltage ⁇ Vbe2 (l) output from the ADC unit 120.
  • FIG. 8 shows a case where only the current flowing through the transistor M1 of the transistor group 111 has an error of 10% due to mismatch between the transistors M, as shown in FIG. 8A.
  • the current flowing through the transistors M2 to M4 is I
  • the current flowing through the transistor M1 is 1.1I.
  • the transistor Q2 is supplied with a current of 3I from the transistors M2 to M4.
  • the voltage ⁇ Vbe1 (1) is (kTa / e) ⁇ (In3I / 1.1I).
  • the digital operation unit 130 receives the voltage ⁇ Vbe1 (1) to the voltage as shown in FIG. 8B.
  • ⁇ Vbe1 (4), voltage ⁇ Vbe2 (1) to voltage ⁇ Vbe2 (4) are stored.
  • the average value of the voltage ⁇ Vbe1 (1) to the voltage ⁇ Vbe1 (4) and the voltage ⁇ Vbe2 (1) to the voltage ⁇ Vbe2 (4) is calculated by the following equation (3).
  • the difference between the voltage Vbe1 and the voltage Vbe2 is expressed as ln (3.000225) / ln (3) ⁇ 1.007 from the ratio of the expressions (3) and (4). That is, it can be seen that it can be reduced to 0.07%.
  • the temperature measuring apparatus 100 of this embodiment is effective, for example, when detecting a plurality of local heat generation points on an LSI (large-scale integrated circuit).
  • the temperature measurement value can be calculated by the averaging process without performing logarithmic approximate calculation or the like, it is possible to reduce the load of digital calculation.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of the temperature measuring apparatus according to the second embodiment.
  • the temperature measurement apparatus 100A includes a sensor unit 110A, an ADC unit 120, a digital calculation unit 130, and a control unit 140A.
  • the temperature measuring device 100A includes the ADC unit 120 and the digital calculation unit 130, but is not limited thereto.
  • the ADC unit 120 and the digital calculation unit 130 may be provided outside the temperature measurement device.
  • the sensor unit 110A and the control unit 140A form the temperature measurement device 150A. .
  • the sensor unit 110A of the present embodiment includes transistors Q1 and Q2, a transistor group 111, a resistor R1, a resistor R2, a selector 112, and an amplifier 114.
  • the amplifier 114 of this embodiment has a non-inverting input terminal connected to the node n5 and an inverting input terminal connected to the node n4.
  • the control unit 140A of this embodiment outputs a control signal C1 to the selector 112, and controls the connection destination of each transistor in the transistor group 111. In other words, the control unit 140 only sets the variable j and does not set the variable l.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the temperature measuring apparatus according to the second embodiment.
  • control unit 140A starts the operation (process) shown in FIG. 10 when receiving an instruction to start temperature measurement from an upper apparatus of the temperature measurement apparatus 100A.
  • steps S1001 to S1005 in FIG. 10 are the same as the processes from step S302 to step S306 in FIG.
  • step S1005 when ⁇ Vbe (1) to ⁇ Vbe (n) are stored in the digital operation unit 130, the control unit 140A causes the digital operation unit 130 to calculate an average value thereof (step S1006).
  • control unit 140A causes the digital calculation unit 130 to calculate and output the temperature measurement value T using the average value of ⁇ Vbe (1) to ⁇ Vbe (n) (step S1007).
  • the temperature measurement apparatus 100A determines whether or not the measurement end instruction has been received by the control unit 140A (step S1008). If it is determined in step S1008 that an instruction to end measurement is not received, control unit 140A returns to step S1001.
  • step S1008 when an instruction to end the measurement is received, the control unit 140A ends the process and stops the operation of the temperature measuring device 100A.
  • the process of calculating the average value of ⁇ Vbe can be simplified as compared with the first embodiment, the processing load of the digital operation is reduced, and the processing speed is improved. Can be made.
  • the present invention has been described based on each embodiment, but the present invention is not limited to the requirements shown in the above embodiment. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without departing from the scope of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.
  • the transistor Q1 and the transistor Q2 in each embodiment are examples of the first and second semiconductor elements described in the claims, and the transistors M1 to Mn are a plurality of transistors described in the claims.
  • the transistor group 111 is an example, and is an example of a transistor group described in the claims.
  • the selector 112 of each embodiment is an example of a selector described in the claims
  • the selector 113 is an example of a switching unit described in the claims
  • the amplifier 114 is It is an example of description amplifier.
  • resistors R1 and R2 in each embodiment are examples of the first resistor element and the second resistor element described in the claims.

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Abstract

PN接合を有する第1及び第2の半導体素子と、ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを有し、前記第1及び第2の半導体素子に対し、第1の電流と、前記第1の電流とは異なる大きさの第2の電流を出力するトランジスタ群と、前記複数のトランジスタから、少なくとも1個の第1のトランジスタと前記第1のトランジスタと異なる複数の第2のトランジスタを選択し、前記第1のトランジスタのドレインを、前記第1及び第2の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第2のトランジスタのドレインを、前記第1および第2の半導体素子の他方に接続するセレクタと、を有する温度測定装置である。

Description

温度測定装置及び温度測定方法
 本発明は、温度測定装置及び温度測定方法に関する。
 従来から、面積の増大を抑制しつつ温度の測定の精度を向上させる温度測定装置が提案されている。
 その一例として、従来では、温度測定の基準となる電流を生成する電流源部と、電流値に基づいて絶対温度に比例した電圧を生成するセンサ部と、電圧をA/D変換するADC部と、を有する温度測定装置がある。この温度測定装置では、スイッチで動的に切り替えて温度を計測することで、電流源部、センサ部、ADC部のそれぞれを構成するトランジスタ、抵抗のミスマッチを検出して補正することが知られている。
 さらに、この温度測定装置では、電流源部とセンサ部のそれぞれが、制御電圧に応じた第一の電流を流す第一のトランジスタと、第一の電流とは異なる第二の電流を出力する第二のトランジスタと、を有することが知られている。
特開2015-190799号公報
 しかしながら、上述した従来の技術では、電流源部の有する第一のトランジスタとセンサ部の有する第一のトランジスタとの間、及び、電流源部の有する第二のトランジスタとセンサ部の有する第二のトランジスタとの間、のミスマッチを補正することができない。
 このため、従来の技術では、温度測定の精度を維持するためには、電流源部とセンサ部のそれぞれにおいて、第一及び第二のトランジスタの素子サイズを、ミスマッチの影響が抑えられる程度の大きさとする必要があり、更なる小型化が困難であった。
 開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度測定の精度を向上させ、且つ、小型化することを目的としている。
 開示の技術は、PN接合を有する第1及び第2の半導体素子と、ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを有し、前記第1及び第2の半導体素子に対し、第1の電流と、前記第1の電流とは異なる大きさの第2の電流を出力するトランジスタ群と、前記複数のトランジスタから、少なくとも1個の第1のトランジスタと前記第1のトランジスタと異なる複数の第2のトランジスタを選択し、前記第1のトランジスタのドレインを、前記第1及び第2の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第2のトランジスタのドレインを、前記第1および第2の半導体素子の他方に接続するセレクタと、を有する温度測定装置である。
 温度測定の精度を向上させ、且つ、小型化できる。
第一の実施形態の温度測定装置を説明する図である。 第一の実施形態のセンサ部の構成を説明する図である。 第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。 第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第一の図である。 第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第二の図である。 第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図である。 第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図である。 第一の実施形態の効果を説明する図である。 第二の実施形態の温度測定装置の構成を説明する図である。 第二の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。
 (第一の実施形態)
 以下に図面を参照して、第一の実施形態について説明する。図1は、第一の実施形態の温度測定装置を説明する図である。
 本実施形態の温度測定装置100は、センサ部110、ADC(Analog to Digital Converter)部120、デジタル演算部130、制御部140を有する。
 センサ部110は、温度測定の基準となる電流を供給する電流源を含んでおり、温度を電圧値に変換する。本実施形態では、センサ部110に電流源を含ませることで、温度測定装置100の小型化を実現する。センサ部110の詳細は後述する。
 ADC部120は、センサ部110から出力される電圧をA/D(Analog to Digital)変換によりデジタル値に変換する。デジタル演算部130は、ADC部120から出力されるデジタル値を演算処理することにより温度測定値Tを算出する。制御部140は、センサ部110、ADC部120、デジタル演算部130を制御する。
 尚、図1の例では、温度測定装置100は、ADC部120とデジタル演算部130とを含むものとしているが、これに限定されない。例えば、ADC部120とデジタル演算部130とは、温度測定装置の外部に設けられるものであっても良く、この場合には、センサ部110と制御部140とが温度測定装置150を形成することになる。
 次に、図2を参照して、本実施形態のセンサ部110について説明する。図2は、第一の実施形態のセンサ部の構成を説明する図である。
 本実施形態のセンサ部110は、トランジスタQ1及びQ2と、トランジスタ群111と、抵抗R1と、抵抗R2と、セレクタ112と、セレクタ113と、アンプ114と、を有する。
 本実施形態の温度測定装置100では、後述する動作によって、センサ部110のトランジスタ群111の有する各トランジスタ間のミスマッチと、トランジスタQ1及びトランジスタQ2間のミスマッチによる、温度測定に対する影響を抑制する。また、本実施形態の温度測定装置100では、後述する動作によって、抵抗R1と抵抗R2間のばらつきと、アンプ114のオフセットによる、温度測定に対する影響も抑制する。
 より具体的には、本実施形態では、後述する動作によって、センサ部110の有するトランジスタ間や抵抗間のミスマッチによって生じる、トランジスタQ1のベース-エミッタ間電圧Vbe1とトランジスタQ2のベース-エミッタ間電圧Vbe2との差分の誤差を低減する。ベース-エミッタ間電圧Vbe1とは、トランジスタQ1のPN接合の順方向電圧であり、ベース-エミッタ間電圧Vbe2とは、トランジスタQ2のPN接合の順方向電圧である。
 本実施形態では、トランジスタQ1のベース-エミッタ間電圧Vbe1とトランジスタQ2のベース-エミッタ間電圧Vbe2との差分の誤差を低減することで、温度測定値Tに対するミスマッチの影響を抑制でき、温度測定の精度を向上させることができる。
 尚、本実施形態において、トランジスタQ1及びトランジスタQ2間のミスマッチとは、トランジスタQ1とQ2との間でベース-エミッタ間電圧の電流特性に差異があることを
示す。また、本実施形態において、抵抗R1及び抵抗R2間のミスマッチとは、抵抗R1の抵抗値と抵抗R2の抵抗値に差異があることを示す。また、本実施形態において、トランジスタM1及びトランジスタM2間のミスマッチとは、トランジスタM1を流れる電流と、トランジスタM2を流れる電流との電流比と、設計された電流比との間にずれが生じていることを示す。
 尚、本実施形態のミスマッチとは、同じ構成のトランジスタを2つ隣接して配置した場合の特性のばらつきを示す。
 本実施形態では、このように、センサ部110が有するトランジスタ間、抵抗間のミスマッチ、アンプのオフセットによる影響を抑制することで、温度測定の精度を向上させる。以下に、センサ部110について、さらに説明する。
 本実施形態のトランジスタQ1及びQ2は、pn接合を有する一対のバイポーラトランジスタである。図2の例では、トランジスタQ1及びQ2は、pnpトランジスタとしたが、これに限定されない。トランジスタQ1及びQ2は、npnトランジスタであっても良い。また、本実施形態では、トランジスタQ1及びQ2の代わりに、ダイオードを用いても良い。
 本実施形態のトランジスタ群111は、電界効果トランジスタであるトランジスタM1、M2、・・・、Mnを有する。本実施形態のトランジスタM1、M2、・・・、Mnは、例えば、同じサイズのpチャネルMOSMETである。また、nは任意の整数値で選択することができる。
 本実施形態のトランジスタ群111は、電流源であり、トランジスタM1、M2、・・・、Mnのソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続された電流源回路を構成している。
 本実施形態のセレクタ112は、制御部140から供給される制御信号C1によって制御されるスイッチSW1、SW2、・・・、SWnを有する。本実施形態のスイッチSW1、SW2、・・・、SWnは、それぞれが、ノードn1とノードn2を有する。ノードn1は、
トランジスタ群111の各トランジスタのドレインの接続先をトランジスタQ1とするノードであり、ノードn2は、トランジスタ群111の各トランジスタのドレインの接続先をトランジスタQ2とするノードである。
 本実施形態のセンサ部110において、トランジスタQ1及びQ2は、ベースとコレクタとがそれぞれ共通電位(例えば接地電位)に接続されている。また、本実施形態のトランジスタQ1のエミッタは、抵抗R1の一端と接続され、トランジスタQ2のエミッタは、抵抗R2の一端と接続されている。
 抵抗R1の他端は、スイッチSW1、SW2、・・・、SWnのノードn1と接続されており、抵抗R2の他端は、スイッチSW1、SW2、・・・、SWnのノードn2と接続されている。スイッチSW1、SW2、・・・、SWnの他端は、トランジスタM1、M2、・・・、Mnと接続されている。
 本実施形態のセレクタ113は、制御部140から供給される制御信号C2によって、アンプ114の接続先を切り替える。具体的には、セレクタ113は、制御信号C2に応じて、アンプ114の非反転入力端子及び反転入力端子の接続先を、ノードn3及びノードn6、又は、ノードn4及びノードn5とする。
 本実施形態のアンプ114は、負帰還構成によって、非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧と等しくなるように、トランジスタM1、M2、・・・、Mnのそれぞれに電流Iを生成する出力電圧V1を、トランジスタ群111の各トランジスタのゲートに供給する。
 また、センサ部110では、ノードn4に出力端子Tout1が接続され、ノードn6に出力端子Tout2が接続される。つまり、本実施形態のセンサ部110では、トランジスタQ1のベース-エミッタ間電圧Vbe1が出力端子Tout1から出力され、トランジスタQ2のベース-エミッタ間電圧Vbe2が出力端子Tout2から出力される。センサ部110から出力された電圧は、ADC部120へ供給される。
 ADC部120では、ベース-エミッタ間電圧Vbe1と、のベース-エミッタ間電圧Vbe2の差分の電圧をデジタル値としてデジタル演算部130に出力する。
 図2の例では、セレクタ112は、制御信号C1によって、トランジスタ群111のうち、トランジスタM1のドレインをノードn1と接続させ、その他のトランジスタM2~Mnのドレインをノードn2と接続させている。
 ここで、本実施形態のトランジスタ群111は、アンプ114の出力電圧V1で制御されるため、トランジスタM1、M2、・・・、Mnに流れる電流はそれぞれ電流Iとなる。
 したがって、図2の例では、抵抗R1とトランジスタQ1に流れる電流I1=電流Iとなり、抵抗R2とトランジスタQ2に流れる電流I2=電流I×(n-1)となる。
 このとき、セレクタ113は、制御信号C2によって、アンプ114の非反転入力端子及び反転入力端子をノードn3及びノードn6と接続させている。この場合、アンプ114は、ノードn3の電圧Va1がノードn6の電圧Vbe2となるように電流Iを発生させる電圧を、トランジスタ群111の各トランジスタのゲートに供給する。
 以下に、本実施形態の温度測定装置100の動作について説明する。図3は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。
 本実施形態の温度測定装置100において、制御部140は、温度測定装置100の上位の装置から温度測定の開始の指示を受け付けると、図3に示す動作(処理)を開始する。尚、温度測定装置100の上位の装置とは、例えば、検出された温度に基づき、所定の処理を実行する装置等である。
 本実施形態の温度測定装置100において、制御部140は、温度測定の開始の指示を受け付けると、制御信号C2によって、セレクタ113の接続状態の設定を行う(ステップS301)。ここでは、セレクタ113によって、アンプ114の接続先を、ノードn3及びノードn6に設定する。言い換えれば、セレクタ113は、アンプ114の非反転入力端子に電圧Va1を印加させ、反転入力端子に電圧Vbe2を印加させる。
 続いて、温度測定装置100は、制御部140により、変数j=1に設定し(ステップS302)、制御信号C1によって、セレクタ112の接続状態の設定を行う(ステップS303)。ここでは、セレクタ112は、トランジスタMjをノードn1と接続させ、トランジスタMj以外のトランジスタMをノードn2と接続させる。つまり、セレクタ113は、トランジスタ群111のうち、1個のトランジスタをノードn1と接続させ、(n-1)個のトランジスタをノードn2と接続させる。
 続いて、制御部140は、ADC部120によって、センサ部110から供給される電圧Vbe1(j)と電圧Vbe2(j)の差分である電圧ΔVbe1(j)をデジタル値へ変換し、デジタル値をデジタル演算部130に格納させる(ステップS304)。
 続いて、温度測定装置100は、制御部140により、変数j=j+1とし(ステップS305)、変数jがnより大きいか否かを判定する(ステップS306)。ステップS306において、変数jがn以下である場合、制御部140は、ステップS303へ戻る。
 ステップS306において、変数jがnより大きい場合、制御部140は、制御信号C2によって、セレクタ113の接続状態の設定を行う(ステップS307)。ここでは、セレクタ113によって、アンプ114の接続先を、ノードn4及びノードn5に設定する。言い換えれば、セレクタ113は、アンプ114の非反転入力端子に電圧Va2を印加させ、反転入力端子に電圧Vbe1を印加させる。
 続いて、温度測定装置100は、制御部140により、変数l=1に設定し(ステップS308)、制御信号C1によって、セレクタ112の接続状態の設定を行う(ステップS309)。ここでは、セレクタ112は、トランジスタMlをノードn2と接続させ、トランジスタMl以外のトランジスタMをノードn1と接続させる。つまり、セレクタ113は、トランジスタ群111のうち、1個のトランジスタをノードn2と接続させ、(n-1)個のトランジスタをノードn1と接続させる。
 続いて、制御部140は、ADC部120によって、センサ部110から供給される電圧Vbe1(l)と電圧Vbe2(l)の差分である電圧ΔVbe2(l)をデジタル値へ変換し、デジタル値をデジタル演算部130に格納させる(ステップS310)。
 続いて、温度測定装置100は、制御部140により、変数l=l+1とし(ステップS311)、変数lがnより大きいか否かを判定する(ステップS312)。ステップS312において、変数lがn以下である場合、制御部140は、ステップS309へ戻る。
 ステップS312において、変数lがnより大きい場合、制御部140は、デジタル演算部130に格納された電圧ΔVbe1(j)と電圧ΔVbe2(l)の平均値を算出し(ステップS313)、この平均値を誤差として、温度測定値Tを算出して出力する(ステップS314)。
 尚、本実施形態では、デジタル演算部130は、電圧ΔVbe1(j)と電圧ΔVbe2(l)の平均値を算出するものとしたが、これに限定されない。デジタル演算部130は、電圧ΔVbe1(j)と電圧ΔVbe2(l)の平均値の代わりに、中央値等を求めても良い。デジタル演算部130は、電圧ΔVbe1(j)と電圧ΔVbe2(l)の平均値の誤差を平滑化することができる値であれば、平均値の代わりとして算出しても良い。
 続いて、温度測定装置100は、制御部140により、測定終了の指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS315)。ステップS315において、測定終了の指示を受け付けない場合、制御部140は、ステップS301に戻る。
 ステップS314において、測定終了の指示を受け付けた場合、制御部140は、処理を終了し、温度測定装置100の動作を停止させる。
 以下に、図4乃至図7を参照して、上述した図3の動作について、具体的に説明する。図4は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第一の図であり、図5は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第二の図である。
 図4及び図5では、n=4であり、アンプ114の接続先がノードn3及びノードn6に設定されたときのセンサ部110の動作を説明する。n=4とは、トランジスタ群111が、4つのトランジスタM1、M2、M3、M4を有することを示す。
 図4(A)は、制御部140にj=1が設定されたときのセンサ部110の状態を示す図である。図4(B)は、制御部140にj=2が設定されたときのセンサ部110の状態を示す図である。
 図4(A)では、j=1であるため、センサ部110では、トランジスタM1のみがセレクタ112のノード1と接続され、トランジスタM2、M3、M4がノード2と接続される。
 このとき、トランジスタQ1にはトランジスタM1の電流Im1が流れ、トランジスタQ2にはトランジスタM2、M3、M4の合計電流である電流Im2+Im3+Im4が流れる。
 よって、ADC部120は、この電流によって生じた電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe1(1)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。尚、電圧ΔVbe1(1)=電圧Vbe1(1)-電圧Vbe2(1)である。
 次に、変数j=2とする。この場合、図4(B)に示すように、センサ部110では、トランジスタM2のみがセレクタ112のノード1と接続され、トランジスタM1、M3、M4がノード2と接続される。このとき、トランジスタQ1にはトランジスタM2の電流Im1が流れ、トランジスタQ2にはトランジスタM1、M3、M4の合計電流である電流Im1+Im3+Im4が流れる。
 よって、ADC部120は、この電流によって生じた電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe1(2)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 図5(A)は、制御部140にj=3が設定されたセンサ部110の状態を示す図である。図5(B)は、制御部140にj=4が設定されたセンサ部110の状態を示す図である。
 図5(A)に示すように、変数j=3とされると、センサ部110では、トランジスタM3のみがセレクタ112のノード1と接続され、トランジスタM1、M2、M4がノード2と接続される。そして、ADC部120は、電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe1(3)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 また、変数j=4とされると、図5(B)に示すように、センサ部110では、トランジスタM4のみがセレクタ112のノード1と接続され、トランジスタM1、M2、M3がノード2と接続される。そして、ADC部120は、電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe1(4)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 図6は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図であり、図7は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図である。
 図6及び図7では、n=4であり、アンプ114の接続先がノードn4及びノードn5に設定されたときのセンサ部110の動作を説明する。
 図6(A)は、制御部140にl=1が設定されたセンサ部110の状態を示す図である。図6(B)は、制御部140にl=2が設定されたセンサ部110の状態を示す図である。
 図6(A)では、l=1であるため、センサ部110では、トランジスタM1のみがセレクタ112のノード2と接続され、トランジスタM2、M3、M4がノード1と接続される。
 このとき、トランジスタQ2にはトランジスタM1の電流Im1が流れ、トランジスタQ1にはトランジスタM2、M3、M4の合計電流である電流Im2+Im3+Im4が流れる。
 つまり、この場合、トランジスタQ1とトランジスタQ2に流れる電流の大小関係は、j=1~4の場合と逆の関係となる。
 ADC部120は、この電流によって生じた電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe2(1)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 次に、図6(B)に示すように、変数l=2とされると、センサ部110では、トランジスタM2のみがセレクタ112のノード2と接続され、トランジスタM1、M3、M4がノード1と接続される。そして、ADC部120は、電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe2(2)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 図7(A)は、制御部140にl=3が設定されたセンサ部110の状態を示す図である。図7(B)は、制御部140にl=4が設定されたセンサ部110の状態を示す図である。
 図7(A)に示すように、変数l=3とされると、センサ部110では、トランジスタM3のみがセレクタ112のノード2と接続され、トランジスタM1、M2、M4がノード1と接続される。そして、ADC部120は、電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe2(3)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 また、変数l=4とされると、図7(B)に示すように、センサ部110では、トランジスタM4のみがセレクタ112のノード2と接続され、トランジスタM1、M2、M3がノード1と接続される。そして、ADC部120は、電圧Vbe1と電圧Vbe2と差分の電圧ΔVbe2(4)をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部130に格納する。
 本実施形態のデジタル演算部130では、図4乃至図7で示した動作により、電圧ΔVbe1(1)~電圧ΔVbe1(4)、電圧ΔVbe2(1)~電圧ΔVbe2(4)が格納される。デジタル演算部130は、これらの電圧の平均値ΔVaveを算出することで、トランジスタ間や抵抗間のミスマッチによって生じる、電圧Vbe1と電圧Vbe2との差分である電圧ΔVbeの誤差を平滑化した、真の電圧ΔVbeを得る。
 そして、デジタル演算部130は、平均値ΔVaveを真の電圧ΔVbeとし、温度測定値Tを算出する。ここで、温度測定値Tと、電圧ΔVbeとの関係について説明する。本実施形態において、電圧Vbe1は、以下の式(1)によって示される。
   Vbe=(kTa/e)×ln(Iq1/Is)   式(1)
 尚、式(1)において、kはボルツマン定数であり、eは電気素量であり、Taは絶対温度であり、Iq1はトランジスタQ1を流れる電流であり、Isは、トランジスタQ1に対して逆バイアスをかけたときの飽和電流である。また、式(2)において、Iq2は、トランジスタQ2を流れる電流である。
 この式(1)から、電圧ΔVbeは、以下の式(2)で示される。
 ΔVbe=(kTa/e)×{ln(Iq1)-ln(Iq2)}
      =(kTa/e)×{ln(Iq2)/(Iq1)}
      =(kTa/e)×{ln(n-1)}    式(2)
 トランジスタ群111の各トランジスタ間のミスマッチが存在する場合、電流Iq1と電流Iq2との差に、ミスマッチによる誤差が生じる。ミスマッチによって生じる電流Iq1と電流Iq2との差の誤差は、ΔVbeの誤差となる。
 そこで、本実施形態では、変数j,lに対して1からnまで順次設定し、トランジスタ群111の各トランジスタ間のミスマッチによって生じる誤差を含む電圧ΔVbe1(j)、電圧ΔVbe2(l)を取得する。
 そして、本実施形態のデジタル演算部130は、式(2)において、電圧ΔVbe1(j)、電圧ΔVbe2(l)の平均値ΔVaveを電圧ΔVbeとして、絶対温度Taを算出することで、トランジスタ群111の各トランジスタ間のミスマッチによる誤差が平滑化された温度測定値Tを出力する。このとき、k,eは物理定数であることから、精度の高い温度測定値Tが得られることが分かる。
 尚、本実施形態のデジタル演算部130は、絶対温度Ta[K]を温度測定値Tとして出力しても良いし、絶対温度Ta[K]から、温度測定値T[℃]を算出して出力しても良い。
 また、デジタル演算部130は、式(2)、ボルツマン定数k、電気素量eが予め格納された記憶部を有しているものとした。
 以下に、本実施形態の効果について説明する。図8は、第一の実施形態の効果を説明する図である。図8(A)は、センサ部110における電流源の電流の誤差を示す図である。図8(B)は、ADC部120から出力される電圧ΔVbe1(j)、電圧ΔVbe2(l)の一覧を示す図である。
 図8の例では、図8(A)に示すように、トランジスタ群111のトランジスタM1に流れる電流だけが、トランジスタM間のミスマッチにより、10%の誤差を有している場合を示している。
 この場合、トランジスタM2~M4に流れる電流をIとした場合、トランジスタM1に流れる電流は、1.1Iとなる。
 また、図8(A)では、制御部140において、変数j=1が設定された状態を示している。したがって、トランジスタQ1には、トランジスタM1から、1.1Iの電流が供給されている。また、トランジスタQ2には、トランジスタM2~M4から、3Iの電流が供給されている。
 この場合、図8(B)に示すように、電圧ΔVbe1(1)は、(kTa/e)×(In3I/1.1I)となる。
 このようにして、変数j=1~4、変数l=1~4とする処理を行った結果、デジタル演算部130には、図8(B)に示すように、電圧ΔVbe1(1)~電圧ΔVbe1(4)、電圧ΔVbe2(1)~電圧ΔVbe2(4)が格納される。
 この場合、電圧ΔVbe1(1)~電圧ΔVbe1(4)、電圧ΔVbe2(1)~電圧ΔVbe2(4)の平均値は、以下の式(3)によって算出される。
 (1/8)×(kTa/e)×In{(3/1.1)×(In3/1.1)
  =(kTa/e)×In{(3/1.1)×(3/1.1)1/8
   ≒(kTa/e)×ln(3.002295)       式(3)
 また、トランジスタM1~M4を流れる電流値に誤差がない場合の、電圧ΔVbe1(1)~電圧ΔVbe1(4)、電圧ΔVbe2(1)~電圧ΔVbe2(4)の期待値は、以下の式(4)となる。
  (kTa/e)×ln(3)    式(4)
 したがって、本実施形態によれば、式(3)と式(4)の比から、電圧Vbe1と電圧Vbe2との差分の誤差を、ln(3.002295)/ln(3)≒1.0007、つまり、0.07%まで低減できることがわかる。
 これに対し、本実施形態を適用しない場合には、電圧Vbe1と電圧Vbe2との差分の誤差は、以下の式(5)によって示される。
 ln(3.1/1)/ln(3)≒1.03[%]  式(5)
 このことから、本実施形態を適用すれば、センサ部110の有するトランジスタ間のミスマッチや抵抗間のばらつき等によって生じる電圧Vbe1と電圧Vbe2との差分の誤差が、3%程度から0.07%程度まで低減されることがわかる。
 このように、本実施形態によれば、センサ部110に電流源を含めることで、温度測定装置100の小型化に貢献することができる。したがって、本実施形態の温度測定装置100は、例えば、LSI(large-scale integrated circuit)上において複数の局所的な発熱箇所を検出する場合等に効果的である。
 さらに、本実施形態によれば、対数の近似計算等を行わず、平均処理によって温度測定値を算出できるため、デジタル演算の負荷を低減することができる。
 (第二の実施形態)
 以下に、図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、センサ部がセレクタ113を有していない点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
 図9は、第二の実施形態の温度測定装置の構成を説明する図である。本実施形態の温度測定装置100Aは、センサ部110A、ADC部120、デジタル演算部130、制御部140Aを有する。
 尚、図9の例では、温度測定装置100Aは、ADC部120、デジタル演算部130を含む構成としているが、これに限定されない。ADC部120とデジタル演算部130は、温度測定装置の外部に設けられるものであっても良く、この場合には、センサ部110Aと、制御部140Aとが温度測定装置150Aを形成することになる。
 本実施形態のセンサ部110Aは、トランジスタQ1及びQ2と、トランジスタ群111と、抵抗R1と、抵抗R2と、セレクタ112と、アンプ114と、を有する。
 本実施形態のアンプ114は、非反転入力端子がノードn5と接続され、反転入力端子がノードn4と接続されている。
 本実施形態の制御部140Aは、セレクタ112に対して制御信号C1を出力し、トランジスタ群111の各トランジスタの接続先を制御する。言い換えれば、制御部140は、変数jの設定についてのみ行い、変数lの設定は行わない。
 次に、図10を参照して、本実施形態の温度測定装置100Aの動作について説明する。図10は、第二の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。
 本実施形態の温度測定装置100Aにおいて、制御部140Aは、温度測定装置100Aの上位の装置から温度測定の開始の指示を受け付けると、図10に示す動作(処理)を開始する。
 図10のステップS1001からステップS1005は、図3のステップS302からステップS306までの処理と同様であるから、説明を省略する。
 ステップS1005において、デジタル演算部130に、ΔVbe(1)~ΔVbe(n)が格納されると、制御部140Aは、デジタル演算部130により、これらの平均値を算出させる(ステップS1006)。
 続いて、制御部140Aは、デジタル演算部130により、ΔVbe(1)~ΔVbe(n)の平均値を用いて温度測定値Tを算出させ、出力させる(ステップS1007)。
 続いて、温度測定装置100Aは、制御部140Aにより、測定終了の指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS1008)。ステップS1008において、測定終了の指示を受け付けない場合、制御部140Aは、ステップS1001に戻る。
 ステップS1008において、測定終了の指示を受け付けた場合、制御部140Aは、処理を終了し、温度測定装置100Aの動作を停止させる。
 以上のように、本実施形態では、第一の実施形態と比較して、ΔVbeの平均値を算出する処理を簡略化することができ、デジタル演算の処理の負荷を軽減し、処理速度を向上させることができる。
 以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
 尚、各実施形態のトランジスタQ1及びトランジスタQ2は、特許請求の範囲の記載の第1及び第2の半導体素子の一例であり、トランジスタM1~Mnは、特許請求の範囲の記載の複数のトランジスタの一例であり、トランジスタ群111は、特許請求の範囲の記載のトランジスタ群の一例である。また、各実施形態のセレクタ112は、特許請求の範囲の記載のセレクタの一例であり、セレクタ113は、特許請求の範囲の記載の切り替え部の一例であり、アンプ114は、特許請求の範囲の記載のアンプの一例である。
 また、各実施形態の抵抗R1と抵抗R2は、特許請求の範囲の記載の第1の抵抗素子と第2の抵抗素子の一例である。
 100、100A 温度測定装置
 110、110A センサ部
 111 トランジスタ群
 112、113 セレクタ
 114 アンプ
 120 ADC部
 130 デジタル演算部
 140、140A 制御部

Claims (7)

  1.  PN接合を有する第1及び第2の半導体素子と、
     ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを有し、前記第1及び第2の半導体素子に対し、第1の電流と、前記第1の電流とは異なる大きさの第2の電流を出力するトランジスタ群と、
     前記複数のトランジスタから、少なくとも1個の第1のトランジスタと前記第1のトランジスタと異なる複数の第2のトランジスタを選択し、前記第1のトランジスタのドレインを、前記第1及び第2の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第2のトランジスタのドレインを、前記第1および第2の半導体素子の他方に接続するセレクタと、を有する温度測定装置。
  2.  前記第1の半導体素子のPN接合の順方向電圧と、前記第2の半導体素子のPN接合の順方向電圧の差分をデジタル値に変換して出力するADコンバータと、
     前記ADコンバータから出力された出力値に基づき演算結果を出力する演算部と、
    を有する、請求項1記載の温度測定装置。
  3.  前記演算部は、
     前記ADコンバータの複数の出力値に基づき、前記演算結果を出力することを特徴とする請求項2記載の温度測定装置。
  4.  前記演算結果は、前記複数の出力値の平均値であることを特徴とする、請求項3記載の温度測定装置。
  5.  前記第1の半導体素子のPN接合の順方向電圧と、前記第2の半導体素子のPN接合の順方向電圧に基づいて生成した電圧を、前記複数のトランジスタのゲートに供給するアンプを有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の温度測定装置。
  6.  一端が前記セレクタを介して前記複数のトランジスタの何れかと接続され、他端が前記第1の半導体素子と接続されており、前記第1の半導体素子に流れる電流に応じた電圧降下を生ずる第1の抵抗素子と、
     一端が前記セレクタを介して前記複数のトランジスタの何れかと接続され、他端が前記第2の半導体素子と接続されており、前記第2の半導体素子に流れる電流に応じた電圧降下を生ずる第2の抵抗素子と、を更に含み、
     前記第1の抵抗素子と前記複数のトランジスタの何れかとの接続点の電圧及び前記第2の半導体素子のPN接合の順方向電圧、又は、前記第2の抵抗素子と前記複数のトランジスタの何れかとの接続点の電圧及び前記第1の半導体素子のPN接合の順方向電圧の何れか一方を、前記アンプの非反転入力端子及び反転入力端子の入力とする、切り替え部を有することを特徴とする、請求項5記載の温度測定装置。
  7.  ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを含むトランジスタ群により、PN接合を有する第1及び第2の半導体素子に対し、第1の電流と、前記第1の電流とは異なる大きさの第2の電流を出力し、
     前記複数のトランジスタから、少なくとも1個の第1のトランジスタと前記第1のトランジスタと異なる複数の第2のトランジスタを選択し、前記第1のトランジスタのドレインを、前記第1及び第2の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第2のトランジスタのドレインを、前記第1および第2の半導体素子の他方に接続する、ことを特徴とする温度測定方法。
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