JP2000213992A - Temperature detection circuit and semiconductor device - Google Patents
Temperature detection circuit and semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は大電流化が進むパワ
ーＩＣなどの半導体装置に係り、特に半導体チップの温
度を検出する温度検出回路に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a power IC in which a current is increasing, and more particularly to a temperature detecting circuit for detecting a temperature of a semiconductor chip.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年のパワーＩＣの開発実用化はハイテ
ンポであり、電力容量の増大は着実に進展し、高耐圧化
と大電流化に適した多様な技術開発が進められている。
パワーＩＣは通常のＩＣに比べて格段に大きい電圧や電
流、電力環境の下で使用され、過渡的にはパワーＩＣの
定格を超える電流や電圧が到来することが少なくない。
このような場合でもパワーＩＣを破壊や誤動作から防ぐ
ために、各種の保護回路が内蔵されている。2. Description of the Related Art In recent years, the development and commercialization of power ICs has been at a high tempo, the increase in power capacity has been steadily progressing, and various technologies suitable for high breakdown voltage and large current have been developed.
Power ICs are used under significantly larger voltages, currents, and power environments than ordinary ICs, and currents and voltages that exceed the ratings of the power ICs often transiently arrive.
Even in such a case, various protection circuits are built in to prevent the power IC from being broken or malfunctioning.
【０００３】図８は保護回路システムの概念図である。
制御論理回路６で駆動回路７が制御され、駆動回路７に
よってパワー部８例えばパワースイッチ部等を動作させ
る。これによって負荷９での電力のＯＮ、ＯＦＦを行
う。パワー部８の温度を温度検出回路１０で検出し、そ
の出力を基準電圧回路５の出力とコンパレータ４で比較
する。検出温度が基準電圧に対応する温度以下の場合は
負荷９は制御論理回路６で制御された動作をする。検出
温度が基準電圧に対応する温度を超える場合は、駆動回
路７に反転信号を出力してパワー部８の動作を停止させ
るとともに、制御論理回路６にも反転信号を出力する。FIG. 8 is a conceptual diagram of a protection circuit system.
The drive circuit 7 is controlled by the control logic circuit 6, and the drive circuit 7 operates a power unit 8, for example, a power switch unit. Thus, the power at the load 9 is turned on and off. The temperature of the power section 8 is detected by the temperature detection circuit 10, and the output is compared with the output of the reference voltage circuit 5 by the comparator 4. When the detected temperature is equal to or lower than the temperature corresponding to the reference voltage, the load 9 operates under the control of the control logic circuit 6. If the detected temperature exceeds the temperature corresponding to the reference voltage, an inversion signal is output to the drive circuit 7 to stop the operation of the power section 8 and also output an inversion signal to the control logic circuit 6.
【０００４】図９は温度検出回路の従来例を示す図であ
る。ダイオードＤ0の順方向電圧Ｖ0の温度依存性を利用
し、定電流源Ｉ0を接続したダイオードＤ0の温度状態を
電圧Ｖ0として検出するものである。電圧Ｖ0と検出温度
Ｔ0（絶対温度）の関係は一般的に式（１）で現され
る。 Ｖ0＝（ｋ・Ｔ0／ｑ）・ｌｎ（Ｉ0／ＩS1） ……（１） ここでｋはボルツマン定数（ｋ＝１．３８×１０
-23（Ｊ／Ｋ））、ｑは電子電荷（ｑ＝１．６×１０-19
（Ｃ））である。式（１）より電圧Ｖ0は、温度Ｔ0によ
って変化する。FIG. 9 is a diagram showing a conventional example of a temperature detection circuit. By utilizing the temperature dependency of the forward voltage V 0 which diode D 0, and detects the temperature state of the diode D 0 that connects the constant current source I 0 as the voltage V 0. The relationship between the voltage V 0 and the detected temperature T 0 (absolute temperature) is generally expressed by equation (1). V 0 = (k · T 0 / q) · ln (I 0 / I S1 ) (1) where k is a Boltzmann constant (k = 1.38 × 10
-23 (J / K)), q is the electron charge (q = 1.6 × 10 -19)
(C)). According to the equation (1), the voltage V 0 changes depending on the temperature T 0 .
【０００５】しかしながら従来の温度検出回路は半導体
製造装置に生成されたダイオードＤ0の飽和電流ＩS1が
ばらつくため、精度良く温度検出することが困難であっ
た。電流ＩS1がばらつく原因は半導体装置の製造工程に
ある。特にホトリソグラフィ工程でホトマスクが傾いて
いたり、半導体基板に反りやうねりがあると接合面積が
ばらつく。また、不純物の注入、拡散においても半導体
基板内とロット毎で半導体製造装置に起因するばらつき
がある。これらによって、電流ＩS1が±３０％ばらつこ
とがあった。However the conventional temperature detection circuit for the saturation current I S1 of the diode D 0 generated in a semiconductor manufacturing apparatus varies, it is difficult to accurately temperature detection. The cause of the variation of the current I S1 lies in the manufacturing process of the semiconductor device. In particular, if the photomask is tilted in the photolithography process, or if the semiconductor substrate is warped or undulated, the bonding area varies. In addition, even in the implantation and diffusion of impurities, there are variations due to the semiconductor manufacturing apparatus in the semiconductor substrate and between lots. Due to these, the current I S1 sometimes varied by ± 30%.
【０００６】これより検出温度のばらつきを求める。式
（１）より検出温度Ｔ0は式（２）で表される。 Ｔ0＝（ｑ・Ｖ0／ｋ）／ｌｎ（Ｉ0／ＩS1） ……（２） ここでＶ0＝０．７７（Ｖ）、Ｉ0＝１×１０-6（Ａ）、
またＩS1＝１×１０-15±３０％（Ａ）である。検出温
度Ｔ0は中心の温度４３０．８°Ｋで約−１．７％から
約１．３％ばらつく。[0006] From this, the variation in the detected temperature is obtained. From Expression (1), the detected temperature T 0 is represented by Expression (2). T 0 = (q · V 0 / k) / ln (I 0 / I S1 ) (2) where V 0 = 0.77 (V), I 0 = 1 × 10 −6 (A),
Also, I S1 = 1 × 10 −15 ± 30% (A). The detected temperature T 0 varies from about -1.7% to about 1.3% at a central temperature of 430.8 ° K.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】以上、従来の温度検出
回路においては、ダイオードＤ０の飽和電流ＩＳ１の絶
対精度がばらつくため、精度良く温度検出することが困
難という問題がある。As described above, the conventional temperature detecting circuit has a problem that it is difficult to accurately detect the temperature because the absolute accuracy of the saturation current IS1 of the diode D0 varies.
【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、半導体製造装置と半
導体製造工程は従来のままで、精度良く温度検出ができ
る半導体装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of accurately detecting a temperature while maintaining the conventional semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing process. It is in.
【０００９】本発明の他の目的は、半導体製造装置と半
導体製造工程は従来のままで、精度良く温度検出ができ
る温度検出回路を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a temperature detecting circuit capable of detecting a temperature with high accuracy while keeping a conventional semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing process.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１記載の
発明は、電流１と電流２の比が１を超え１０００以下の
電流１を出力するトランジスタ１と、電流２を出力する
トランジスタ２と、アノード側に電流１を入力しカソー
ド側を接地するダイオード１と、アノード側に電流２を
入力しカソード側を接地するダイオード２と、ダイオー
ド１のアノード側の電圧１とダイオード２のアノード側
の電圧２の電圧差を増幅する差動増幅回路を有する温度
検出回路であることである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a transistor 1 for outputting a current 1 having a ratio of a current 1 to a current 2 exceeding 1 and not more than 1000, and a transistor 2 for outputting a current 2. A diode 1 for inputting a current 1 to the anode side and grounding the cathode side, a diode 2 for inputting a current 2 to the anode side and grounding the cathode side, a voltage 1 on the anode side of the diode 1 and an anode side of the diode 2 This is a temperature detection circuit having a differential amplifier circuit for amplifying the voltage difference between the voltages 2.
【００１１】請求項１記載の発明によれば、ダイオード
１と２のアノード電極とカソード電極間に発生する電圧
１と２の温度係数が入力電流の大きさによって異なるこ
とを利用できるので、電圧１と２の差から温度を検出で
きる。According to the first aspect of the invention, the fact that the temperature coefficients of the voltages 1 and 2 generated between the anode electrode and the cathode electrode of the diodes 1 and 2 differ depending on the magnitude of the input current can be used. And 2 can be used to detect the temperature.
【００１２】請求項２記載の発明は、トランジスタ１
と、トランジスタ２と、ダイオード１と、ダイオード２
を同一の半導体チップ上に搭載した温度検出回路である
ことである。According to a second aspect of the present invention, there is provided the transistor
, Transistor 2, diode 1, diode 2
Is a temperature detection circuit mounted on the same semiconductor chip.
【００１３】請求項２記載の発明によれば、２つのダイ
オードに関して、接合面積や不純物濃度の差を小さくで
きるので、入力電流以外の温度係数を変化させる要因で
ある飽和電流の大きさの差を小さくでき、温度の検出精
度が上げられる。２つのトランジスタに関しては、ゲー
ト幅や不純物濃度の差を小さくできるので、２つのダイ
オードへの出力電流の倍率を変動しにくく一定にできる
ので、温度の検出精度が上げられる。According to the second aspect of the present invention, the difference between the junction area and the impurity concentration of the two diodes can be reduced, so that the difference in the magnitude of the saturation current, which is a factor that changes the temperature coefficient other than the input current, can be reduced. The size can be reduced, and the temperature detection accuracy can be improved. With respect to the two transistors, the difference in gate width and impurity concentration can be reduced, and the magnification of the output current to the two diodes can be made hard to fluctuate, so that the temperature detection accuracy can be improved.
【００１４】請求項３記載の発明は、トランジスタ１と
トランジスタ２を有するカレントミラー回路を備えた温
度検出回路であることである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a temperature detecting circuit including a current mirror circuit having a transistor 1 and a transistor 2.
【００１５】請求項３記載の発明によれば、２つのダイ
オードへの出力電流の倍率を変動しにくく一定にできる
ので、温度の検出精度が上げられる。According to the third aspect of the present invention, since the magnification of the output current to the two diodes can be made to be constant and hard to fluctuate, the accuracy of detecting the temperature can be improved.
【００１６】請求項４記載の発明は、電流１と電流２の
比が１を超え１０００以下の電流１を出力するトランジ
スタ１と、電流２を出力するトランジスタ２と、アノー
ド側に電流１を入力しカソード側を接地するダイオード
１と、アノード側に電流２を入力しカソード側を接地す
るダイオード２と、ダイオード１のアノード側の電圧１
とダイオード２のアノード側の電圧２の電圧差を増幅す
る差動増幅回路と、ダイオード１とダイオード２に近接
するパワー部を同一の半導体チップ上に搭載した半導体
装置であることである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a transistor 1 for outputting a current 1 in which the ratio of the current 1 to the current 2 exceeds 1 and not more than 1000, a transistor 2 for outputting a current 2 and an input of the current 1 to the anode side. A diode 1 for grounding the cathode side, a diode 2 for inputting a current 2 to the anode side and grounding the cathode side, and a voltage 1 for the anode side of the diode 1
And a differential amplifier circuit for amplifying a voltage difference between the voltage 2 on the anode side of the diode 2 and a power unit close to the diode 1 and the diode 2 on the same semiconductor chip.
【００１７】請求項４記載の発明によれば、この半導体
装置は請求項１記載の発明である温度検出回路を備え、
発熱し最も高温となるパワー部の温度を測定できる。そ
して寸法精度や不純物濃度の半導体ウェーハの面内分布
は従来のままですなわち従来の半導体製造装置と半導体
製造工程を使用してこの半導体装置を製造することがで
きる。According to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor device includes the temperature detecting circuit according to the first aspect of the present invention,
It is possible to measure the temperature of the power section which generates heat and becomes the highest. Then, the in-plane distribution of the dimensional accuracy and the impurity concentration of the semiconductor wafer remains unchanged, that is, the semiconductor device can be manufactured using a conventional semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing process.
【００１８】請求項５記載の発明は、ダイオード１とダ
イオード２が近接して配置される半導体装置であること
である。A fifth aspect of the present invention is a semiconductor device in which the diode 1 and the diode 2 are arranged close to each other.
【００１９】請求項５記載の発明によれば、２つのダイ
オードの接合面積や不純物濃度の差を小さくできるの
で、入力電流以外の温度係数を変化させる要因である飽
和電流の大きさの差を小さくでき、温度の検出精度が上
げられる。According to the fifth aspect of the invention, the difference between the junction area and the impurity concentration of the two diodes can be reduced, so that the difference in the magnitude of the saturation current, which is a factor that changes the temperature coefficient other than the input current, is reduced. Temperature detection accuracy.
【００２０】請求項６記載の発明は、トランジスタ１
と、トランジスタ２が近接して配置される半導体装置で
あることである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the transistor
And a semiconductor device in which the transistor 2 is disposed in close proximity.
【００２１】請求項６記載の発明によれば、２つのトラ
ンジスタのゲート幅や不純物濃度の差を小さくできるの
で、２つのダイオードへの出力電流の倍率を変動しにく
く一定にでき、温度の検出精度が上げられる。According to the sixth aspect of the invention, the difference between the gate width and the impurity concentration of the two transistors can be reduced, so that the magnification of the output current to the two diodes can be made hard to fluctuate, and the temperature detection accuracy can be improved. Is raised.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体製造装置と半導体製造工程は従来のままで、精度良
く温度検出ができる半導体装置を提供することができ
る。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of accurately detecting a temperature while maintaining the conventional semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing process.
【００２３】本発明によれば、半導体製造装置と半導体
製造工程は従来のままで、精度良く温度検出ができる温
度検出回路を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a temperature detection circuit capable of detecting a temperature with high accuracy while maintaining the conventional semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing process.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。以下の図面の記載において同一又
は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。た
だし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との
関係、各層の厚みとの比率等は現実のものとは異なるこ
とに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸
法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。ま
た、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率の異
なる部分が含まれるのはもちろんである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. In addition, it goes without saying that parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
【００２５】図１は本発明の実施の形態に係る温度検出
回路の回路図である。本発明の実施の形態に係る温度検
出回路１は、電流Ｉ1に対する電流Ｉ2の倍率Ｎが１を超
え１０００以下の電流Ｉ1を出力するトランジスタＴｒ
１と、電流Ｉ2を出力するトランジスタＴｒ２と、アノ
ード側に電流Ｉ1を入力し、カソード側を接地するダイ
オードＤ1と、アノード側に電流Ｉ2を入力し、カソード
側を接地するダイオードＤ2と、ダイオードＤ1のアノー
ド側の電圧Ｖ1とダイオードＤ2のアノード側の電圧Ｖ2
の電圧差△Ｖを増幅する差動増幅回路２を有する。差動
増幅回路２は、オペアンプＯＰ、抵抗Ｒ3、抵抗Ｒ4、抵
抗Ｒ5と抵抗Ｒ6で構成されている。また、温度検出回路
１は、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２を有す
るカレントミラー回路３を備えている。カレントミラー
回路３は、半導体装置の電源電圧ＶCCと、トランジスタ
Ｔｒ３と、ゲート−ソース間電圧が同じになるようにト
ランジスタＴｒ３と並列接続されているトランジスタＴ
ｒ１とトランジスタＴｒ２と、定電流回路ＩＡで構成さ
れている。トランジスタＴｒ２はトランジスタＴｒ１の
ゲート長Ｌと同じ大きさだが、ゲート幅Ｗはトランジス
タＴｒ１の１倍を超え１０００倍以下である。この倍率
は上記の倍率Ｎと一致する。温度検出回路１は、差動増
幅回路２の出力電圧Ｖ3と、基準電圧回路５の出力電圧
とを比較し、反転信号を出力するコンパレータＣＭＰと
接続している。FIG. 1 is a circuit diagram of a temperature detecting circuit according to an embodiment of the present invention. Temperature detection circuit 1 according to the embodiment of the present invention, the transistor Tr of the magnification N of the current I 2 for the current I 1 and outputs a current I 1 of 1000 or less than 1
1, a transistor Tr2 for outputting the current I 2, enter the current I 1 to the anode side, a diode D 1 and grounding the cathode side, and enter the current I 2 on the anode side, the diode grounds the cathode side D 2, the diode D voltage V 1 of the anode side of a diode D 2 of the anode voltage V 2
Has a differential amplifying circuit 2 for amplifying the voltage difference ΔV. The differential amplifier circuit 2 includes an operational amplifier OP, resistors R 3, resistor R 4, is configured with resistors R 5 a resistor R 6. Further, the temperature detection circuit 1 includes a current mirror circuit 3 having a transistor Tr1 and a transistor Tr2. The current mirror circuit 3 includes a transistor T3 connected in parallel with the transistor Tr3 such that the power supply voltage V CC of the semiconductor device, the transistor Tr3, and the gate-source voltage are the same.
r1 and a transistor Tr2 and a constant current circuit IA. The transistor Tr2 has the same size as the gate length L of the transistor Tr1, but the gate width W is more than 1 time and not more than 1000 times that of the transistor Tr1. This magnification matches the above-mentioned magnification N. Temperature detecting circuit 1 includes an output voltage V 3 of differential amplifier circuit 2, compares the output voltage of the reference voltage circuit 5 and is connected to a comparator CMP which outputs the inverted signal.
【００２６】図２は本発明の実施の形態に係る半導体装
置の半導体チップ上の配置図である。本発明の実施の形
態に係る半導体装置は、トランジスタＴｒ１と、トラン
ジスタＴｒ２と、トタンジスタＴｒ１と接続するダイオ
ードＤ1と、トランジスタＴｒ２と接続するダイオード
Ｄ2と、差動増幅回路とカレントミラー回路の一部を有
する回路１１と、パワー部１２と、制御論理回路、駆動
回路、基準電圧回路とコンパレータを有する回路１３で
構成され、１つの半導体チップ１４上に形成されてい
る。パワー部１２はダイオードＤ1とダイオードＤ2に近
接しており、ダイオードＤ1とダイオードＤ2も互いに近
接して配置される。さらに、トランジスタＴｒ１とトラ
ンジスタＴｒ２も互いに近接して配置される。FIG. 2 is a layout view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention on a semiconductor chip. The semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the transistors Tr1, a transistor Tr2, a diode D 1 to be connected to Totanjisuta Tr1, the diode D 2 to be connected to the transistor Tr2, one differential amplifier circuit and a current mirror circuit And a circuit 13 having a control logic circuit, a drive circuit, a reference voltage circuit, and a comparator, and are formed on one semiconductor chip 14. Power unit 12 is close to the diode D 1 and diode D 2, a diode D 1 and diode D 2 are also arranged in proximity to each other. Further, the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are also arranged close to each other.
【００２７】次に本発明の実施の形態に係る温度検出回
路１の動作を説明する。まず、半導体製造装置や製造工
程によるばらつきは無視して検討する。図１のカレント
ミラー回路３により、Ｔｒ１にはＴｒ３を流れる電流と
等しいＩ1が流れる。Ｔｒ２にはＩ1のＮ倍の電流が流れ
る。また、図２に示すようにＤ1とＤ2は近接しているの
でＤ1とＤ2の温度Ｔ1（絶対温度）は等しい。電圧Ｖ1と
温度Ｔ1の関係は一般的に式（３）で表される。 Ｖ1＝（ｋ・Ｔ1／ｑ）・ｌｎ（Ｉ1／ＩS3） ……（３） また電圧Ｖ2と温度Ｔ1の関係は一般的に式（４）で表さ
れる。 Ｖ2＝（ｋ・Ｔ1／ｑ）・ｌｎ（Ｎ・Ｉ1／ＩS2） ……（４） ここでＩS3はＤ1の飽和電流、ＩS2はＤ2の飽和電流であ
る。これより電圧Ｖ1に対する電圧Ｖ４の電位差ΔＶは
式（５）で表される。 ΔＶ＝Ｖ2−Ｖ1＝（ｋ・T1/q）・ln｛Ｎ・（IS3／IS2）｝ ……（５） 式（５）より電位差ΔＶは、温度Ｔ1によって変化す
る。本発明の温度検出回路１は、電圧差ΔＶを差動増幅
回路２で増幅し電圧Ｖ3を出力する。そして、電圧Ｖ3と
基準電圧回路５から出力される電圧とをコンパレータ４
で比較することにより反転信号を出力することができ
る。なお、Ｖ1とＶ2はダイオードＤ1とＤ2の順方向の電
圧のみを検出することが必要なので、Ｖ1とＶ2のポイン
トと接地の間になるべく寄生抵抗が存在しないこと、特
にダイオードＤ2はダイオードＤ1に比べ大きな電流が流
れるので発熱による配線抵抗の増大によりＶ2が上昇し
ないように配線の太さを太くする。Next, the operation of the temperature detecting circuit 1 according to the embodiment of the present invention will be described. First, a variation due to a semiconductor manufacturing apparatus or a manufacturing process is ignored and considered. A current mirror circuit 3 of Figure 1, flows I 1 equal to the current through Tr3 to Tr1. Flows N times the current I 1 to Tr2. Further, as shown in FIG. 2, since D 1 and D 2 are close to each other, the temperature T 1 (absolute temperature) of D 1 and D 2 is equal. The relationship between the voltage V 1 and the temperature T 1 is generally represented by Expression (3). V 1 = (k · T 1 / q) · ln (I 1 / I S3 ) (3) Also, the relationship between the voltage V 2 and the temperature T 1 is generally represented by Expression (4). V 2 = (k · T 1 / q) · ln (N · I 1 / I S2 ) (4) where I S3 is the saturation current of D 1 and I S2 is the saturation current of D 2 . From this the potential difference ΔV of the voltage V4 for voltages V 1 represented by the formula (5). ΔV = V 2 −V 1 = (k · T 1 / q) · ln {N · (I S3 / I S2 )} (5) From the equation (5), the potential difference ΔV changes depending on the temperature T 1 . Temperature detection circuit 1 of the present invention outputs a voltage V 3 amplifies the voltage difference ΔV by the differential amplifier circuit 2. Then, the voltage V 3 and the voltage output from the reference voltage circuit 5 are compared with the comparator 4
, An inverted signal can be output. Since V 1 and V 2 need to detect only the forward voltage of the diodes D 1 and D 2 , there should be as little parasitic resistance as possible between the points of V 1 and V 2 and the ground. D 2 is V 2 by an increase in wiring resistance due to heat due to a large current flows as compared to the diode D 1 is thicker the thickness of the wiring so as not to rise.
【００２８】次に、半導体製造装置や製造工程によるば
らつきを考慮して温度Ｔ1と電位差ΔＶの関係を検討す
る。式５より検出温度Ｔ1は式（６）で表される。 Ｔ1＝（ｑ・ΔＶ／ｋ）／ｌｎ｛Ｎ・（IS3／IS2）｝ ……（６） 図２に示すようにダイオードＤ1とダイオードＤ2は近接
しているので、ダイオードＤ1の飽和電流ＩS3とダイオ
ードＤ2の飽和電流ＩS2は製品ロット毎や半導体ウェー
ハ内ではそれぞれ±数１０％のばらつきを持つが、相対
精度すなわちIS3とIS2の比である（IS3／IS2）のばらつ
きは±数％である。また、トランジスタＴｒ１とトラン
ジスタＴｒ２も互いに近接しているので、トランジスタ
Ｔｒ１の出力電流Ｉ1とトランジスタＴｒ２の出力電流
Ｎ・Ｉ1は製品ロット毎や半導体ウェーハ内ではそれぞ
れ±数１０％のばらつきを持つが、相対精度すなわち倍
率Ｎのばらつきは±数％である。Next, the relationship between the temperature T 1 and the potential difference ΔV will be examined in consideration of variations due to the semiconductor manufacturing apparatus and the manufacturing process. From Expression 5, the detected temperature T 1 is expressed by Expression (6). T 1 = (q · ΔV / k) / ln {N · (I S3 / I S2 )} (6) As shown in FIG. 2, since the diode D 1 and the diode D 2 are close to each other, the diode D saturation current I S2 of the saturation current I S3 and the diode D 2 of 1 is with each variation of ± several tens of percent in each product lot and the semiconductor wafer, which is the ratio of the relative accuracy i.e. I S3 and I S2 (I S3 / I S2 ) is ± several%. Further, since the closer to each other transistors Tr1 and Tr2, the output current N · I 1 of the output current I 1 and the transistor Tr2 of the transistor Tr1 has a respective variation of ± several tens of percent in the product lot or each in a semiconductor wafer However, the relative accuracy, that is, the variation in the magnification N is ± several%.
【００２９】図３は、ΔＶ＝０．１７（Ｖ）、Ｎ＝１０
０、ＩS2＝１×１０-15（Ａ）、ＩS 3／ＩS2が１００±
２％とした時の式（６）の飽和電流ＩS2に対する温度Ｔ
1のグラフである。ＩS3／ＩS2が±２％ばらついた時、
温度Ｔ1は約−０．４％から約０．４％までのばらつき
におさまる。FIG. 3 shows that ΔV = 0.17 (V) and N = 10
0, I S2 = 1 × 10 −15 (A), I S 3 / I S2 is 100 ±
The temperature T for the saturation current I S2 of the equation (6) when 2% is set
1 is a graph. When I S3 / I S2 fluctuates ± 2%,
Temperatures T 1 is fit to the variation of about -0.4% to about 0.4%.
【００３０】図４は、倍率Ｎに対する図３のグラフの傾
き（飽和電流ＩS2に対する温度Ｔ1の傾き）を示すグラ
フである。倍率Ｎが大きくなればなるほど傾きの絶対値
は小さくなる。したがって、ＩS3／ＩS2のばらつきの幅
が同じであれば、倍率Ｎが大きいほど温度Ｔ1のばらつ
きは小さくなる。ただし、倍率Ｎを大きくするというこ
とはトランジスタＴｒ２の面積を大きくすることになる
のと、図４のグラフの傾きが倍率Ｎを大きくする程小さ
くなるので、経済的な理由によるＮの上限値が存在し、
１０００程度であると考える。FIG. 4 is a graph showing the gradient of the graph of FIG. 3 with respect to the magnification N (the gradient of the temperature T 1 with respect to the saturation current I S2 ). As the magnification N increases, the absolute value of the inclination decreases. Therefore, if the variation width of I S3 / I S2 is the same, the variation of the temperature T 1 decreases as the magnification N increases. However, increasing the magnification N means increasing the area of the transistor Tr2, and the slope of the graph in FIG. 4 becomes smaller as the magnification N is increased. Exists,
It is considered to be about 1000.
【００３１】次に、倍率Ｎがばらついた場合について検
討する。図４より倍率Ｎが１００程度で±５％ばらつい
た時、傾きは±２％ばらつく。これより、ＩS3／ＩS2の
ばらつきと倍率Ｎのばらつきを合わせた温度検出回路１
全体で生じるばらつきは、０．４％と１０２％の積で±
０．４０８％となる。また、倍率Ｎが８００程度で±５
％ばらついた時、傾きは倍率Ｎが１００のときと同様に
±２％ばらつく。ただし、傾きが倍率１００のときの半
分程度に小さいので、温度検出回路１全体で生じるばら
つきは、±０．２％程度となる。Next, the case where the magnification N varies will be discussed. As shown in FIG. 4, when the magnification N is about 100 and varies by ± 5%, the inclination varies by ± 2%. Thus, the temperature detection circuit 1 that combines the variation of I S3 / I S2 and the variation of the magnification N is provided.
The variation that occurs as a whole is ± 0.4% and the product of 102%
0.408%. Further, when the magnification N is about 800, ± 5
When the percentage N varies, the inclination varies by ± 2% as in the case where the magnification N is 100. However, since the inclination is as small as about half that at the magnification of 100, the variation occurring in the entire temperature detection circuit 1 is about ± 0.2%.
【００３２】図５は、ダイオードＤ1とダイオードＤ2が
それぞれ１個づつではなく、直列接続した複数のダイオ
ードで構成される場合のダイオードＤ1、Ｄ2の配置図で
ある。図５（ｂ）のように、１６個の図５（ａ）のダイ
オード単位セル１７が４行４列に近接して配置される。
ダイオードＤ1用のダイオード単位セル１７とダイオー
ドＤ2用のダイオード単位セル１７がそれぞれ面分布と
して偏りがないように選択され直列に接続される。直列
にする単位セル１７の数は多ければ多い程電位差ΔＶを
大きくできるので好ましい。なお、単位セル１７の個数
はＤ1とＤ2で同数が好ましい。[0032] FIG. 5 is not a one by one diode D 1 and diode D 2 are each a layout view diodes D 1, D 2 of the case composed of a plurality of diodes connected in series. As shown in FIG. 5B, 16 diode unit cells 17 of FIG. 5A are arranged close to 4 rows and 4 columns.
Diode unit cell 17 and a diode diode unit cell 17 for D 2 of the diode D 1 is connected in series is selected such that no bias as each plane distribution. It is preferable to increase the number of unit cells 17 to be connected in series because the potential difference ΔV can be increased. The number of unit cells 17 is preferably the same for D 1 and D 2 .
【００３３】図６は、トランジスタＴｒ１とトランジス
タＴｒ２をトランジスタ単位セルで構成した場合の配置
図である。図６（ｂ）のように、８１個の図６（ａ）の
トランジスタ単位セル１９が９行９列に近接して配置さ
れる。トランジスタＴｒ１用の１個のトランジスタ単位
セル１９はトランジスタＴｒ２用の８０個のトランジス
タ単位セル１９の中央に配置される。このように、トラ
ンジスタＴｒ２をトランジスタＴｒ１と同じトランジス
タ単位セル１９に分割することにより、寄生抵抗やチャ
ネル領域の端部の効果を含めてトランジスタＴｒ１とト
ランジスタＴｒ２のトランジスタ特性をそろえることが
できる。FIG. 6 is an arrangement diagram in the case where the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are constituted by transistor unit cells. As shown in FIG. 6B, 81 transistor unit cells 19 of FIG. 6A are arranged close to 9 rows and 9 columns. One transistor unit cell 19 for the transistor Tr1 is arranged at the center of the 80 transistor unit cells 19 for the transistor Tr2. In this manner, by dividing the transistor Tr2 into the same transistor unit cell 19 as the transistor Tr1, the transistor characteristics of the transistor Tr1 and the transistor Tr2 including the effect of the parasitic resistance and the edge of the channel region can be made uniform.
【００３４】図７は、本発明の実施の形態の変形例に係
る温度検出回路１の回路図である。本発明の実施の形態
の変形例に係る温度検出回路１は、図１のトランジスタ
Ｔｒ３の代わりにダイオード接続されたｐｎｐ型バイポ
ーラトランジスタＴｒ６と、図１のトランジスタＴｒ１
の代わりに、トランジスタＴｒ６とベース−エミッタ間
電圧が同じとなるように接続されたｐｎｐ型バイポーラ
トランジスタＴｒ４と、図１のトランジスタＴｒ２の代
わりにトランジスタＴｒ６及びトランジスタＴｒ４とベ
ース−エミッタ間電圧が同じとなるように並列接続さ
れ、エミッタ面積はトランジスタＴｒ４の１倍を超え１
０００倍以下であるｐｎｐ型バイポーラトランジスタＴ
ｒ５を有する。この構成により図３と図４に示したと同
様の効果が得られる。また、図６のトランジスタ単位セ
ル１９適用も可能である。この場合図６（ａ）のドレイ
ン電極１８をコレクタ電極と見なせばよい。トランジス
タＴｒ５をトランジスタＴｒ４と同じトランジスタ単位
セル１９に分割することにより、ベース抵抗やエミッタ
領域の端部の効果を含めてトランジスタＴｒ４とトラン
ジスタＴｒ５のトランジスタ特性をそろえることができ
る。FIG. 7 is a circuit diagram of a temperature detecting circuit 1 according to a modification of the embodiment of the present invention. A temperature detection circuit 1 according to a modification of the embodiment of the present invention includes a pnp-type bipolar transistor Tr6 diode-connected in place of the transistor Tr3 of FIG. 1 and a transistor Tr1 of FIG.
1 and a pnp-type bipolar transistor Tr4 connected so that the voltage between the transistor Tr6 and the base-emitter becomes the same, and the same as the transistor Tr6 and the transistor Tr4 instead of the transistor Tr2 in FIG. And the emitter area exceeds one time of the transistor Tr4 and becomes one.
Pnp type bipolar transistor T which is less than 000 times
r5. With this configuration, the same effect as that shown in FIGS. 3 and 4 can be obtained. Further, the transistor unit cell 19 shown in FIG. 6 can be applied. In this case, the drain electrode 18 in FIG. 6A may be regarded as a collector electrode. By dividing the transistor Tr5 into the same transistor unit cell 19 as the transistor Tr4, the transistor characteristics of the transistor Tr4 and the transistor Tr5 including the effects of the base resistance and the end of the emitter region can be made uniform.
【００３５】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす
論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解す
べきでない。この開示から当業者には様々な代替しうる
実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになろう。(Other Embodiments) As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, it should not be understood that the description and drawings forming part of this disclosure limit the present invention. . From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
【００３６】例えば本発明の実施の形態では、ダイオー
ドＤ1、ダイオードＤ2を用いていたが、ダイオード接続
されたバイポーラ型トランジスタ又はＭＯＳ型トランジ
スタを用いた場合も適用できる。For example, in the embodiment of the present invention, the diode D 1 and the diode D 2 are used. However, a case where a diode-connected bipolar transistor or a MOS transistor is used can be applied.
【００３７】この様に、本発明はここでは記載していな
い様々な実施の形態を包含するということを理解すべき
である。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許
請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定される
ものである。Thus, it should be understood that the present invention covers various embodiments not described herein. Accordingly, the present invention is limited only by the matters specifying the invention according to the claims that are reasonable from this disclosure.
【図１】本発明の実施の形態に係る温度検出回路の回路
図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a temperature detection circuit according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の半導体
チップ上の配置図である。FIG. 2 is a layout view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention on a semiconductor chip.
【図３】飽和電流ＩS2に対する温度Ｔ1のグラフであ
る。FIG. 3 is a graph of a temperature T 1 with respect to a saturation current I S2 .
【図４】倍率Ｎに対する図３のグラフの傾き（飽和電流
ＩS2に対する温度Ｔ1の傾き）を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the slope of the graph of FIG. 3 with respect to the magnification N (the slope of the temperature T 1 with respect to the saturation current I S2 ).
【図５】直列接続した複数のダイオードで構成される場
合のダイオードＤ1、Ｄ2の配置図である。FIG. 5 is an arrangement diagram of diodes D 1 and D 2 in a case where the diodes D 1 and D 2 are constituted by a plurality of diodes connected in series.
【図６】トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２をト
ランジスタ単位セルで構成した場合の配置図である。FIG. 6 is a layout diagram in the case where the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are configured as a transistor unit cell.
【図７】本発明の実施の形態の変形例に係る温度検出回
路１の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a temperature detection circuit 1 according to a modification of the embodiment of the present invention.
【図８】保護回路システムの概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of a protection circuit system.
【図９】温度検出回路の従来例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional example of a temperature detection circuit.
１、１０ 温度検出回路 ２ 差動増幅回路 ３ カレントミラー回路 ４ コンパレータ ５ 基準電圧回路 ６ 制御論理回路 ７ 駆動回路 ８、１２ パワー部 ９ 負荷 １１ 差動増幅回路とカレントミラー回路の一部を有す
る回路 １３ 制御論理回路、駆動回路、基準電圧回路とコンパ
レータを有する回路 １４ 半導体チップ １５ アノード電極 １６ カソード電極 １７ ダイオード単位セル １８ ドレイン電極 １９ トランジスタ単位セルDESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10 Temperature detection circuit 2 Differential amplifier circuit 3 Current mirror circuit 4 Comparator 5 Reference voltage circuit 6 Control logic circuit 7 Drive circuit 8, 12 Power section 9 Load 11 Circuit having differential amplifier circuit and part of current mirror circuit 13 Circuit having control logic circuit, drive circuit, reference voltage circuit and comparator 14 Semiconductor chip 15 Anode electrode 16 Cathode electrode 17 Diode unit cell 18 Drain electrode 19 Transistor unit cell
Claims (6)
以下の前記電流１を出力するトランジスタ１と、前記電
流２を出力するトランジスタ２と、アノード側に前記電
流１を入力し、カソード側を接地するダイオード１と、
アノード側に前記電流２を入力し、カソード側を接地す
るダイオード２と、前記ダイオード１のアノード側の電
圧１と前記ダイオード２のアノード側の電圧２の電圧差
を増幅する差動増幅回路を有することを特徴とする温度
検出回路。1. The ratio of the current 1 to the current 2 is more than 1 and 1000
A transistor 1 that outputs the following current 1; a transistor 2 that outputs the current 2; a diode 1 that inputs the current 1 to the anode side and grounds the cathode side;
It has a diode 2 that inputs the current 2 to the anode side and grounds the cathode side, and a differential amplifier circuit that amplifies the voltage difference between the voltage 1 on the anode side of the diode 1 and the voltage 2 on the anode side of the diode 2. A temperature detection circuit characterized by the above-mentioned.
タ２と、前記ダイオード１と、前記ダイオード２を同一
の半導体チップ上に搭載したことを特徴とする請求項１
記載の温度検出回路。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said transistor, said transistor, said diode, and said diode are mounted on a same semiconductor chip.
The temperature detection circuit as described.
２を有するカレントミラー回路を備えたことを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載の温度検出回路。3. The temperature detection circuit according to claim 1, further comprising a current mirror circuit having the transistor and the transistor.
以下の前記電流１を出力するトランジスタ１と、前記電
流２を出力するトランジスタ２と、アノード側に前記電
流１を入力し、カソード側を接地するダイオード１と、
アノード側に前記電流２を入力し、カソード側を接地す
るダイオード２と、前記ダイオード１のアノード側の電
圧１と前記ダイオード２のアノード側の電圧２の電圧差
を増幅する差動増幅回路と、前記ダイオード１と前記ダ
イオード２に近接するパワー部を同一の半導体チップ上
に搭載したことを特徴とする半導体装置。4. The ratio of the current 1 to the current 2 is more than 1 and 1000
A transistor 1 that outputs the following current 1; a transistor 2 that outputs the current 2; a diode 1 that inputs the current 1 to the anode side and grounds the cathode side;
A diode 2 that inputs the current 2 to the anode side and grounds the cathode side; a differential amplifier circuit that amplifies a voltage difference between the voltage 1 on the anode side of the diode 1 and the voltage 2 on the anode side of the diode 2; A semiconductor device, wherein a power section close to the diode 1 and the diode 2 is mounted on the same semiconductor chip.
が近接して配置されることを特徴とする請求項４記載の
半導体装置。5. The diode 1 and the diode 2
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein are arranged close to each other.
タ２が近接して配置されることを特徴とする請求項４又
は請求項５記載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the transistor 1 and the transistor 2 are arranged close to each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11017595A JP2000213992A (en) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | Temperature detection circuit and semiconductor device |
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-
1999
- 1999-01-26 JP JP11017595A patent/JP2000213992A/en active Pending
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