JP2003273654A

JP2003273654A - 温度特性補償装置

Info

Publication number: JP2003273654A
Application number: JP2002073079A
Authority: JP
Inventors: Takashi Abe; 崇阿部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-26
Also published as: US6870421B2; US20030227756A1; CN1210636C; CN1445634A

Abstract

(57)【要約】【課題】感温センサを応用した制御回路等の温度特性
を線形または任意の傾斜に補正し、正確かつ安定した動
作の保証できる温度特性補償装置を提供する。【解決手段】第一の抵抗Ｒ１を介挿した定電流経路３
１を含んだ複数の定電流経路３１，３２，３３がカレン
トミラー回路を多段階に構成された定電流源と、前記定
電流経路３１，３２のそれぞれに接続された一対のトラ
ンジスタ５，６によるバンドギャップ回路２０と、それ
らを含む定電圧源１０で得られる基準電圧ＶＳＴを低イ
ンピーダンスにて供給するボルテージフォロワ回路６０
と、前記一対のトランジスタ５，６のエミッタ面積Ｅ
１，Ｅ２の比率（両トランジスタのサイズ比）に関連
し、前記第一，第二の抵抗Ｒ１，Ｒ２の比率を選択自在
にすることにより、出力電圧ＶＳＴの温度係数ＴＣ［ｍ
Ｖ／℃］の傾斜を自在に設定する温度傾斜管理手段と、
を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、各種の電気電子
応用機器における固有の温度特性を任意に補正する温度
特性補償装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度特性を持つ感温抵抗体、導電
体および半導体などの感温素子とその他の構成要素の組
み合わせにより構成された電気電子応用機器において、
感温素子の温度特性を積極的に応用する場合または、そ
の温度特性による弊害があって補正することが必要な場
合は、当該電気電子応用機器に用いられた感温素子に固
有の温度特性を任意に補正して利用するか、相殺する温
度特性を持つ感温素子を配設して対応することが一般的
であった。

【０００３】例えば、温度によって抵抗の変化する感温
抵抗体としてサーミスタがあり、温度の上昇に伴って抵
抗も高くなるように正相関で変化するものと、温度の上
昇に伴って抵抗が下がるように逆相関で変化するものが
ある。このサーミスタを電子回路の要部に配設し、温度
特性による弊害を相殺するように回路設計（図示せず）
する。すなわち、大半の導電体は温度上昇とともに抵抗
が高くなるが、半導体では逆に導電率が上がるものもあ
る。これらの温度特性は線型であるよりは多次関数曲線
や指数関数または対数関数による変化が多い。そして、
そのような導電体および半導体で構成された電子機器で
は、その温度特性に弊害があれば、その弊害を除去する
ように相殺関係になるような補正をする。

【０００４】図４は従来のバンドギャップ電圧源を用い
た基準電圧供給回路２００を示す回路図であり、第１の
電源（以下「電源ＶＤＤ」または「ＶＤＤ」とも称す）
と第２の電源（以下「電源ＶＳＳ」または「ＶＳＳ」と
も称す）が供給され、バンドギャップ回路４０を含む定
電圧源５０と、バンドギャップ回路４０により発生した
基準電圧ＶＳＴを端子ＶＲＥＦから低インピーダンスで
定電圧出力するボルテージフォロワ回路６０により構成
されている。バンドギャップ回路４０はＮチャンネル・
ＭＯＳ・Ｔｒ・（以下、「Ｎ・Ｔｒ」と略す）５３と、
Ｎ・Ｔｒ５４が定電流経路４１，４２に接続されて構成
され、バンドギャップ回路４０を含む複数の定電流経路
４１，４２，４３，４４を有する多段階のカレントミラ
ー回路により定電圧源５０が構成されている。なお、図
４においてＮ・Ｔｒ５３のみがデプレッション型で、そ
の他のＭＯＳ・Ｔｒは全てエンハンスメント型を用いて
いる。

【０００５】そして、定電圧源５０の最終段階をなす定
電流経路４４にＶＤＤ側から順に直列接続して介挿され
たＰ・Ｔｒ５１に続けてエンハンスメント型Ｐ＋ゲート
Ｎチャンネルトランジスタ（以下、「ＰＧＮ・Ｔｒ」と
略す）５６が定電圧源５０の出力端子Ｖ６をなしてい
る。その出力端子Ｖ６にマイナス入力端子が接続された
オペアンプ６１と、そのオペアンプ６１の出力端子Ｊに
ゲートＧを接続されたＰ・Ｔｒ６２とでボルテージフォ
ロワ回路６０が構成されている。ＶＤＤ側から順にＰ・
Ｔｒ６２のソースＳおよびドレインＤに続いて直列接続
した負荷抵抗（以下、「Ｒ４」と略すこともある）から
ＶＳＳに接続されている。このＴｒ６２のドレインＤと
Ｒ４の接続点か端子ＲＥＦであり。端子ＶＲＥＦから基
準電圧ＶＳＴが低インピーダンスにて出力される。

【０００６】詳しくは、基準電圧供給回路２００が電源
ＶＤＤ，ＶＳＳに接続されると、Ｎ・Ｔｒ５３により一
定の電流が流れ始め、Ｐ・Ｔｒ５８，５９によって構成
されるカレントミラー回路がＮ・Ｔｒ５３により決定し
た電流を流し、Ｎ・Ｔｒ５５を駆動し、Ｐ・Ｔｒ５０，
Ｐ・Ｔｒ５１によって構成されるカレントミラー回路が
ＰＧＮ・Ｔｒ５６を駆動し、端子Ｖ６にはＮ・Ｔｒ５と
ＰＧＮ・Ｔｒ６のフェルミ準位の差分が基準電圧ＶＳＴ
＝１．０５Ｖとして出力され、オペアンプ６１がＰ・Ｔ
ｒ６２を駆動し、Ｒ４に電流を流し始め、入力インピー
ダンスが高く、出力インピーダンスの低いオペアンプ６
１の特性により端子ＶＲＥＦからは端子Ｖ６と同一の基
準電圧ＶＳＴが出力される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱電対または
感温抵抗体を温度センサとする電子温度計、あるいは構
成要素の温度変化にも適合するシステムおよび温度変化
そのものを制御要素として発展的に応用したシステムな
どで高精度かつ安定した動作が求められる場合は、当該
センサまたは制御対象の出力電圧を厳密に温度補償する
必要がある。すなわち、固定かつ一律に相殺するだけで
なく、当該センサの温度特性が非線形であっても、その
温度特性を完全な線形に任意補正する補正手段と、その
補正手段の動作に基準指標を与えられる基準電圧供給回
路を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、バンドギャップ回路２０で得られる定電
圧を基礎にして生成された基準電圧ＶＳＴを出力する定
電圧源１０と、前記定電圧源１０が出力する基準電圧Ｖ
ＳＴを低インピーダンスにて安定供給するボルテージフ
ォロワ回路６０と、前記基準電圧ＶＳＴの温度係数ＴＣ
［ｍＶ／℃］を自在に管理する温度傾斜管理手段と、を
備えた電気電子応用機器の要部の温度特性を相殺または
調整する温度特性補償装置であって、前記定電圧源１０
には第一の抵抗Ｒ１を介挿した定電流経路３２を含む複
数の定電流経路３１，３２を有しカレントミラー型に構
成し前記複数の定電流経路３１，３２にそれぞれ介挿さ
れたトランジスタ５，６の一対による前記バンドギャッ
プ回路２０を含む定電流回路３０と、前記定電流回路３
０に従属接続され多段階のカレントミラー型に構成され
第二の抵抗Ｒ２を介挿された定電流経路３３と、前記一
対のトランジスタ５，６のサイズ比率に関連した所定の
公式に基づいて前記第一の抵抗Ｒ１に対する前記第二の
抵抗Ｒ２の比率を選択自在にする前記温度傾斜管理手段
と、を備えた。

【０００９】このようにしたので、温度係数ＴＣ［ｍＶ
／℃］の傾斜をゼロを含んで正の傾斜から負の傾斜まで
自在に設定することが可能となり、組み合わせる電気電
子応用機器から除去すべき温度特性の弊害を相殺でき
る。設定方法は簡単な数式に基づき、（バイポーラ）ト
ランジスタ５のエミッタ面積Ｅ１と（バイポーラ）トラ
ンジスタ６のエミッタ面積Ｅ２との比率、（両トランジ
スタのサイズ比）および補償抵抗である抵抗Ｒ１と抵抗
Ｒ２の比率を適切にするだけでよい。

【００１０】また、本発明は、前記定電流経路３１，３
２，３３はチャンネルドープを行ってスレッショルド電
圧ＶＴＨを低下させるように生成されたエンハンスメン
ト型トランジスタにより構成したので、最低動作電源電
圧を下げられる。

【００１１】また、本発明は、前記温度傾斜管理手段
は、前記第一の抵抗Ｒ１と前記第二の抵抗Ｒ２の少なく
とも一方は、前記不揮発性メモリの記憶データに応じて
ＯＮ−ＯＦＦ動作するトランジスタスイッチＴｒ２０〜
Ｔｒｎにより任意の抵抗値を設定自在にする多段階切換
式可変抵抗ＶＲ２０で構成した。

【００１２】このようにしたので、不揮発性メモリ８０
を備えたコンピュータ装置などでは、プログラムの中で
前記記憶データを呼出しながら、その記憶データに応じ
てトランジスタスイッチＴｒ２０〜Ｔｒｎを適切にＯＮ
−ＯＦＦ動作するにより多段階切換式可変抵抗ＶＲ２０
を任意の抵抗値に設定自在である。したがって前述した
ように、組み合わせた電気電子応用機器から除去すべき
温度特性の弊害を相殺する効果が、電源ＯＦＦしても維
持できる。なお、ほとんどのフラッシュメモリには不揮
発性メモリを内蔵しているので、本発明の応用範囲は広
い。

【００１３】また、本発明は、前記トランジスタ５，６
がＯＮ開始し前記バンドギャップ回路をＯＦＦからＯＮ
へと起動させるのに必要なショック電圧を前記トランジ
スタ５，６のベースＢに与えるワンショットトリガ回路
１１を備えた。

【００１４】このようにしたので、温度特性補償装置１
００および温度特性補償装置１００に組み合わせて動作
する電気電子応用機器に電源投入して起動するかまたは
ＯＮ−ＯＦＦ制御する際の消費電力を軽減できる。すな
わち、従来の前記定電圧源１０に不可欠だったパルス電
圧発生用の大容量コンデンサＣ１を不要にできる。した
がってその大容量コンデンサＣ１がパルス電圧発生する
際に大電流を消費していた無駄が省け、ソフトウェアな
どによる簡素な制御で速やかに起動できる。

【００１５】また、本発明は、マイクロコンピュータに
組み合わせて構成された温度特性補償装置であって、前
記バンドギャップ回路２０を動作させる前記定電流経路
３２，３２には前記マイクロコンピュータの内部に設け
られた定電圧安定化電源ＶＯＳＣから電源供給した。こ
のようにしたので、電源電圧の変動に対して前記バンド
ギャップ回路の作る基準電圧の変動が少ないので、より
安定かつ精密な制御が可能である。

【００１６】また、本発明は、前記基準電圧ＶＳＴを計
測しオフセット調整するために前記ボルテージフォロワ
回路６０の負荷抵抗Ｒ３または前記第二の抵抗Ｒ２のう
ち少なくとも一方の値を最低値に仮設定するオフセット
調整モードを備えた。

【００１７】このようにしたので、例えば、図２に示す
前記多段階切換式可変抵抗ＶＲ２０におけるトランジス
タスイッチＴｒ２０をＯＮし、端子Ｘ−Ｙ間の抵抗Ｒ＝
０Ωを式（２）（３）におけるＲ２＝０Ωと代入すれ
ば、

【００１８】ＶＳＴ＝ＶＢＥ＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……（２）式（２）よりＶＳＴ＝ＶＢＥと単純になる。ただし、Ｒ
２：図１のＴｒ８のエミッタとＴｒ７のドレインＤに介
挿された抵抗Ｒ２の抵抗値、ＶＢＥ：バイポーラＴｒ８
のベース・エミッタ間電圧。

【００１９】温度係数＝偏微分（Ｔ）ＶＳＴ＝偏微分（Ｔ）ＶＢＥ＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）＝−２ｍＶ／℃＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１） ……（３）温度係数＝温度傾斜＋設計定数……（３）また、前記基準電圧ＶＳＴの温度係数は式（３）で表さ
れるなかで、Ｒ２＝０Ωと代入できなくても、Ｒ２が小
さな値である程に、式（３）における「設計定数の影
響」が少なくなるので、設計定数を定める以前のオフセ
ット調整が正確にできるようになり、温度特性補償装置
１００による温度補正を精密に設定できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本願発明に
よる実施形態について説明する。図１は正常な動作に対
して有害な温度特性を持った液晶パネル１０１に対し、
その温度特性を相殺補償するために必要な温度特性補償
装置１００を端子ＶＲＥＦを介して接続した回路図であ
る。図１において、液晶パネル１０１には温度特性補償
装置１００の端子ＶＲＥＦから基準電圧ＶＳＴを安定供
給される。なお、液晶パネル１０１を動作させるための
周知の配線接続は省略しているが、液晶パネル１０１は
通常の動作をするものとして説明を続ける。また、定電
圧源１０とボルテージフォロワ回路６０には電圧ＶＤＤ
と電圧ＶＳＳが供給されている。

【００２１】なお、一般的にマイクロコンピュータで
は、そのマイクロコンピュータを構成するＩＣの内部に
設けられた定電圧安定化電源ＶＯＳＣを備えている。し
たがって、定電圧源１０とボルテージフォロワ回路６０
には、図示しない低電圧安定化電源ＶＯＳＣを供給する
と、電源電圧の変動に対してバンドギャップ回路２０が
生成する基準電圧の変動をより少なくできるので、より
安定かつ精密な制御が可能である。

【００２２】定電圧源１０は、Ｐ・ＭＯＳ・Ｔｒ１，２
とＮ・ＭＯＳ・Ｔｒ３，４のほか、ＰＮＰバイポーラＴ
ｒ５，６と、抵抗Ｒ１とを備え、後述する回路を構成し
ている。またワンショットトリガ回路１１が端子Ｖ１に
接続され、電源投入時にトリガを発生し端子Ｖ１に接続
されたＴｒ５，６のベースにワンショットトリガによる
ショックを与えて、定電圧源１０を起動させる。なお、
このように起動させる手段として、従来は電源ＶＤＤと
端子Ｖ１の間にコンデンサＣ１が介在させて、電源投入
時の過渡現象により発生するトリガを利用していたが、
図示せぬソフトウェアにより適宜に入力されるワンショ
ットトリガ回路１１が機能することによりコンデンサＣ
１は不用となる。図１には比較説明のためにコンデンサ
Ｃ１を記入しているが、実施形態にはコンデンサＣ１を
用いていない。また、Ｔｒ５，６と、抵抗Ｒ１によりバ
ンドギャップ回路２０を構成している。

【００２３】ここで、図１に示した定電圧源１０にはＴ
ｒ１とＴｒ３とＴｒ５、およびＴｒ２とＴｒ４とＴｒ６
がそれぞれ直列接続されている。その理由はＰチャンネ
ルタイプとＮチャンネルタイプのトランジスタは、一般
的に反対の温度特性を有するので、温度特性を厳密に管
理する場合には、予め温度特性を相殺する回路設計にす
るためである。しかし、前述のＴｒ１とＴｒ３とＴｒ
５、およびＴｒ２とＴｒ４とＴｒ６がそれぞれ直列接続
された回路を、通常のＩＣ製造工程と同じ生成されたＭ
ＯＳトランジスタで構成すると、直列接続したＴｒの接
続段数に応じて高い動作電圧を必要とするので、定電圧
源１０の最低動作電圧が上昇する。すなわち、電源ＶＤ
Ｄと電源ＶＳＳの電位差を高くする必要があり、設計上
不利になる欠点がある。そこで、定電流回路３０を構成
するＴｒ１〜Ｔｒ４を生成する際にチャンネルドープを
行うことにより、前記スレッショルド電圧ＶＴＨを３０
％下落させる。そうすることにより、定電圧源１０の最
低動作電圧を従来の７０％程度で済ませることができ
る。すなわち、Ｔｒ１とＴｒ３とＴｒ５、またはＴｒ
２，４，６の各スレッショルド電圧ＶＴＨ＝０．６Ｖを
積算すれば０．６Ｖ×３＝１．８となるところを、各ス
レッショルド電圧ＶＴＨ＝０．４Ｖまで下落させて積算
すれば０．４Ｖ×３＝１．２となる。なお、ここでは説
明のために数値を略算している。

【００２４】図１に示した回路図に沿って、本願発明に
よる温度特性補償装置１００の動作原理について説明す
る。電源投入時にワンショットトリガ回路１１でＴｒ
５，６の共通接続されたベースＢへショックを与えるよ
うに、端子Ｖ１に電圧ＶＤＤが一瞬の時間だけ付与され
ると、Ｔｒ５，６が構成するカレントミラー回路に電流
が流れはじめる。ワンショットトリガ回路１１で設定し
た一定のトリガ付与時間が過ぎると、Ｔｒ５，６で構成
されるカレントミラー回路は、電源電圧の変動に伴う電
流変化の少ない安定した定電流をＴｒ３，４のソースＳ
とドレインＤにわたって供給するのでバンドギャップ回
路２０が高い精度で動作する。Ｔｒ３，４はＴｒ１，２
のドレイン電圧の電圧変動を減少させる効果がある。

【００２５】Ｔｒ１，２とＴｒ３，４で構成されるカレ
ントミラー型の定電流回路３０に流れる定電流Ｉ１＝Ｉ
２を決定しているのがバンドギャップ回路２０であり、
ＰＮＰバイポーラＴｒ５，６のエミッタ面積比（Ｅ２／
Ｅ１）と、Ｔｒ６のエミッタとＴｒ４のソースＳに介挿
された抵抗Ｒ１により次式で表される。Ｉ１＝Ｉ２＝（１／Ｒ１）・（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……………… （１）ただし、上式（１）中の各定数は以下の通りである。Ｒ１：図１のＴｒ６のエミッタとＴｒ４のソースＳに介
挿された抵抗の抵抗Ｋ：ボルツマン定数Ｔ：絶対温度、ｑ：クーロン電荷Ｅ１：バイポーラＴｒ５のエミッタ面積Ｅ２：バイポーラＴｒ６のエミッタ面積

【００２６】Ｔｒ１〜４で構成されたカレントミラー回
路およびバンドギャップ回路２０による定電流回路３０
には、式（１）に規定された定電流Ｉ１＝Ｉ２が流れ
る。そして、多段階に従属するカレントミラー回路がＴ
ｒ７，Ｔｒ８でも構成されているので、Ｔｒ７も定電流
回路３０で生成された電流Ｉ１＝Ｉ２と同一値の電流Ｉ
３を流し始める。すなわち電流Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３で表さ
れ、端子Ｖ４に発生する基準電圧ＶＳＴは、Ｔｒ８のベ
ース−エミッタ電圧と抵抗Ｒ２の両端にかかる電圧の和
として次式（２）で表される。なお、図１中のＲ２は可
変抵抗のシンボル表示になっており、その意味は後述す
るが、ここでは所定の抵抗Ｒ２として説明する。

【００２７】なお、バンドギャップ回路２０により式
（１）に規定された電流Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３がＴｒ７に流
れると、Ｔｒ８はオペアンプ６１の消費電流を動作可能
な下限まで絞ることができるように節電の機能を果た
す。

【００２８】ここで、ＶＳＴ＝ＶＢＥ＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……（２）Ｒ２：図１のＴｒ８のエミッタとＴｒ７のドレインＤに
介挿された抵抗の抵抗ＶＢＥ：バイポーラＴｒ８のベース・エミッタ間電圧また、前記基準電圧の温度係数の式は次式（３）で表さ
れる。

【００２９】式（２）は未知関数が多変数でなる方程式
であり、これを絶対温度Ｔで偏微分（以下、「偏微分
（Ｔ）」と表記）し、（２）で示したＶＳＴにおける温
度係数を明確にする。温度係数＝偏微分（Ｔ）ＶＳＴ＝偏微分（Ｔ）ＶＢＥ＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）＝−２ｍＶ／℃＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）温度係数＝温度傾斜＋設計定数……（３）

【００３０】（３）における温度傾斜−２ｍＶ／℃を相
殺して余りあるように、前記設計定数を増減することに
より、温度係数を＋にも−にも任意に設定できる。例えば設計定数（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……（４）において、１＜（Ｅ２／Ｅ１）とすれば、０＜ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……（５）１＞（Ｅ２／Ｅ１）とすれば、０＞ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……（６）（Ｋ・／ｑ）は固定された物理定数であり、（Ｒ２／Ｒ
１）は任意である。したがって、（１）〜（６）より、
Ｅ１，Ｅ２，Ｒ１，Ｒ２を最適値に設定することによ
り、温度係数を＋にも−にも任意に設定できる。前述し
たオペアンプ６１の動作によりＶＳＴ＝ＶＲＥＦなの
で、液晶パネル１０１の温度係数を相殺するように最適
な状態を維持できる。

【００３１】さらに後述する方法によりＲ１および／ま
たはＲ２を可変抵抗にすれば、応用範囲が広げられる。
ただし、図１においてＲ１のシンボルは固定抵抗として
記入しているが、固定抵抗に限定する必要はない。

【００３２】式（３）を決める要因は、ＰＮＰバイポー
ラＴｒ８のベース−エミッタ電圧が持つ温度傾斜−２ｍ
Ｖ／℃と、ＰＮＰバイポーラＴｒ５，６のエミッタ面積
比と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の比を調整することで任意の温
度係数を設定できるので、出力電圧の温度補正が行える
ようになる。

【００３３】また、基準電圧ＶＳＴは、オペアンプがＴ
ｒ・Ｐ９を駆動し、負荷抵抗Ｒ３に電流を流し始め、オ
ペアンプの特性により端子ＶＲＥＦに基準電圧ＶＳＴが
出力され、その基準電圧ＶＳＴを定電圧として液晶パネ
ル１０１が駆動される。したがって、式（３）よりＴｒ
５，６のエミッタ面積比と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の比を液
晶パネル１０１の温度係数に合わせるように設計し、誤
動作のない回路を実現する。

【００３４】なお、端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，ＶＲ
ＥＦは回路図において、該当箇所の電圧などを説明する
便宜上の呼称としての端子であり、当該回路の内部と外
部とを接続する構成を備えた端子に限定するものではな
い。また、各図にわたり「端子」と称する部位はほぼ同
様の意味に用いている。

【００３５】図２は多段階切換式可変抵抗ＶＲ２０（以
下、「ＶＲ２０」と略す）の回路図およびその周辺のブ
ロック説明図であり、ＶＲ２０の端子Ｘと端子Ｙの間で
任意の抵抗ＲΩを作り出せる。また、ＶＲ２０に任意の
抵抗ＲΩを作り出すために、信号発生手段７０が抵抗値
設定信号ＰＴ１，ＰＴ２，……，ＰＴｎを適宜に発生
し、抵抗値設定信号ＰＴ１，ＰＴ２，……，ＰＴｎの違
いに対応した各種の制御信号パタンが呼出されるように
不揮発性メモリ８０に記録されている。また、ＶＲ２０
と同等の多段階切換式可変抵抗ＶＲ１０，ＶＲ３０も不
揮発性メモリ８０の発生する制御信号により独立した制
御を受けて、適切な抵抗値を設定される。

【００３６】ＶＲ２０の内部には端子Ｘから始まって順
番に直列接続された１ＫΩの固定抵抗Ｒ２１〜Ｒｎがあ
り、これらの各接続段階Ｑ１〜Ｑｎにはバイパススイッ
チ用のエンハンスメント型Ｐチャンネル・ＭＯＳ・Ｔｒ
２０〜Ｔｒｎの各ドレインＤがそれぞれ接続され、Ｔｒ
２０〜Ｔｒｎの各ソースＳが共通に端子Ｙへと接続され
ている。Ｔｒ２０〜Ｔｒｎの各ゲートＧは制御端子Ｓ０
〜Ｓｎとして機能する。

【００３７】すなわち、制御端子Ｓ０〜Ｓｎに適宜Ｈｉ
−Ｌｏｗの制御信号を付与することにより、Ｐチャンネ
ルのＴｒ２０〜Ｔｒｎのうちのいずれか任意のＴｒをＬ
ｏｗアクティブでＯＮ−ＯＦＦし、固定抵抗Ｒ２１〜Ｒ
ｎの直列接続段数を適宜に加減できる。例えば、少なく
とも制御端子Ｓ０にＬｏｗの制御信号を付与すると、す
くなくともＴｒ２０はＯＮするので、端子Ｘ−Ｙ間の抵
抗は０Ωとなる。ただし、各ＴｒのＯＮ抵抗は無視して
説明する。

【００３８】つぎに、制御端子Ｓ１にのみＬｏｗの制御
信号を付与し、他の制御端子Ｓ０，Ｓ２〜ＳｎにはＨｉ
の制御信号を付与すると、Ｔｒ２１のみＯＮし、Ｔｒ２
０およびＴｒ２２〜ＴｒｎはＯＦＦするので、端子Ｘ−
Ｙ間にはＲ２１のみが介挿され抵抗Ｒ＝１ＫΩとなる。

【００３９】また、制御端子Ｓ２にのみＬｏｗの制御信
号を付与し、他の制御端子Ｓ０，Ｓ１，Ｓ３〜Ｓｎには
Ｈｉの制御信号を付与すると、ＴＲ２２のみＯＮし、Ｔ
ｒ２０，Ｔｒ２１，Ｔｒ２３〜ＴｒｎはＯＦＦするの
で、端子Ｘ−Ｙ間にはＲ２１，Ｒ２２が直列に介挿され
抵抗Ｒ＝Ｒ２１＋Ｒ２２＝１ＫΩ＋１ＫΩ＝２ＫΩとな
る。

【００４０】同様に、制御端子Ｓ３にのみＬｏｗの制御
信号を付与すれば、ＴＲ２３のみＯＮし、端子Ｘ−Ｙ間
の抵抗Ｒ＝Ｒ２１＋Ｒ２２＋Ｒ２３＝３ＫΩとなり、制
御端子Ｓ４にのみＬｏｗの制御信号を付与すれば、端子
Ｘ−Ｙ間にはＲ２１〜Ｒ２４の抵抗４個が直列に介挿さ
れ抵抗Ｒ＝４ＫΩとなる。

【００４１】さらに、制御端子ＳｎにのみＬｏｗの制御
信号を付与し、Ｓｎ以外の他の制御端子にはＨｉの制御
信号を付与すると、ＴｒｎのみＯＮし、Ｔｒｎ以外はＯ
ＦＦするので、端子Ｘ−Ｙ間にはＲ２１〜Ｒｎの抵抗
（ｎ−２０）個が直列に介挿され抵抗Ｒ＝（ｎ−２０）
個×１ＫΩ＝（ｎ−２０）ＫΩとなる。このように、制
御端子Ｓ０，Ｓ２〜Ｓｎに対する制御信号の与え方次第
で多段階の抵抗Ｒを加減自在である。（ｎ−２０）個で
示す固定抵抗Ｒ２１〜Ｒｎの直列接続段数や１ＫΩの各
抵抗を如何なる値にするかは設計上の要求次第である。
なお、ｎ個とせずに（ｎ−２０）個としているのは、Ｖ
Ｒ２０における第一段目の固定抵抗の符号がＲ１でなく
Ｒ２１から始まっているため、表記上の整合を確保した
だけに過ぎない。

【００４２】信号発生手段７０はＶＲ２０に任意の抵抗
ＲΩを作り出すために、抵抗値設定信号ＰＴ１，ＰＴ
２，……，ＰＴｎを適宜に発生し、抵抗値設定信号ＰＴ
１，ＰＴ２，……，ＰＴｎの違いに対応した各種の制御
信号パタンを不揮発性メモリ８０から呼出す。例えば、
信号発生手段７０が抵抗値設定信号ＰＴ１を発生した場
合に、制御端子Ｓ１にのみＬｏｗの制御信号を付与し、
Ｔｒ２１のみＯＮし、Ｒ＝１ＫΩにする。同様に信号発
生手段７０が抵抗値設定信号ＰＴ２を発生した場合に、
制御端子Ｓ２にのみＬｏｗ制御信号を付与し、Ｔｒ２２
のみＯＮし、Ｒ＝２ＫΩにする。さらに、信号発生手段
７０が抵抗値設定信号ＰＴｎを発生した場合に、制御端
子ＳｎにのみＬｏｗの制御信号を付与し、ＴｒｎのみＯ
Ｎし、Ｒ＝（ｎ−２０）ＫΩにする。

【００４３】この実施形態ではエンハンスメント型Ｐチ
ャンネルＴｒ２０〜ＴｒｎをＬｏｗアクティブでＯＮ−
ＯＦＦ制御するようにしているが、この構成に限定する
必要はない。

【００４４】なお、前記温度傾斜管理手段に関しては、
図１に示す温度特性補償装置の回路図および図２に示す
多段階切換式可変抵抗の回路図およびその周辺のブロッ
ク説明図に沿った説明により、構成と作用および効果が
開示されている。

【００４５】図３は温度補償装置１００における抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３のうち少なくとも一つ以上の抵抗を温度
補償の対象に応じて適切にするための制御態様の説明図
である。図３に示すように信号発生手段７０は本願発明
の温度特性補償装置１００が組み合わされて温度特性補
償する対象の違いに応じて、発生させる信号を適切に決
定するように切換自在にするとよい。不揮発性メモリ８
０の記憶は電源ＯＦＦ時にも保存されるので、初期設定
した後は、不使用時のバックアップ電源が不要である。
すなわち、不揮発性メモリ８０の記憶を適宜に呼出して
実行するソフトウェアの制御によれば、非線形の温度傾
斜であっても、各段階ごとの温度傾斜に対する補償程度
を適切に加減することにより、希望するフラットまたは
線形の温度傾斜を実現できる。

【００４６】具体的には、信号発生手段７０を図示せぬ
ＥＥＰＲＯＭで構成し、そのＥＥＰＲＯＭに前記対象の
区別によって予め定められた初期設定情報をユーザ側で
書き込むことにする。例えば、温度補償対象が図１に示
した液晶パネル１０１である場合、図３の該当する欄に
液晶パネルと記入してあるので、そこから同じ行を右側
へと読んでいけば、抵抗値設定信号ＰＴ１が発生すると
され、制御端子Ｓ１がＨｉになり、Ｔｒ２１がＯＮする
と、Ｒ＝１ＫΩと設定されることがわかる。

【００４７】同様に、温度補償対象が図示せぬ体温計で
ある場合、図３の該当する欄に液晶パネルと記入してあ
るので、そこから同じ行を右側へとたどれば、抵抗値設
定信号ＰＴ５が発生するとされ、制御端子Ｓ５がＨｉに
なり、Ｔｒ２５がＯＮすると、Ｒ＝５ＫΩと設定される
ことがわかる。なお、Ｒ２１〜Ｒｎを一律に１ＫΩとし
ているのは、説明を容易にするための仮の数値である
が、実際の抵抗は設計上の課題なので、さらなる具体的
な数値を代入した数式による説明は省略する。

【００４８】結果的には、温度係数ＴＣ［ｍＶ／℃］の
傾斜をゼロを含んで正の傾斜０．６１［ｍＶ／℃］から
負の傾斜−０．４５［ｍＶ／℃］まで自在に設定するこ
とが可能となった。そして、温度特性補償装置１００は
組み合わせる電気電子応用機器から除去すべき温度特性
の弊害を相殺できる。設定方法は簡単な数式（１）〜
（６）に基づき、（バイポーラ）トランジスタ５のエミ
ッタ面積Ｅ１と（バイポーラ）トランジスタ６のエミッ
タ面積Ｅ２との比率、（両トランジスタのサイズ比）お
よび補償抵抗である抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の比率を適切に
するだけでよい。

【００４９】図２および図３から読み取れるように、温
度補償対象が何であれ、信号発生手段７０はＶＲ２０に
任意の抵抗ＲΩを作り出すために、抵抗値設定信号ＰＴ
１，ＰＴ２，……，ＰＴｎを適宜に発生し、抵抗値設定
信号ＰＴ１，ＰＴ２，……，ＰＴｎの違いに対応した各
種の制御信号パタンを不揮発性メモリ８０から呼出し
て、抵抗Ｒを自在に設定できる。不揮発性メモリ８０の
記憶内容次第では複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２および／または
Ｒ３に対してそれぞれの抵抗を独立して制御することも
可能である。その場合は、図２に示したＶＲ２０と同等
の多段階切換式可変抵抗ＶＲ１０，ＶＲ３０が不揮発性
メモリ８０の発生する制御信号により、独立した制御を
受ける。

【００５０】なお、信号発生手段７０が抵抗値設定信号
ＰＴ０を出力したときを「オフセット調整モード」と定
めてもよい。例えば、図２に示す前記多段階切換式可変
抵抗ＶＲ２０におけるトランジスタスイッチＴｒ２０を
ＯＮし、端子Ｘ−Ｙ間の抵抗Ｒ＝０Ωを式（２）（３）
におけるＲ２＝０Ωと代入すれば、

【００５１】ＶＳＴ＝ＶＢＥ＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）……（２）式（２）よりＶＳＴ＝ＶＢＥと単純になる。ただし、Ｒ２：図１のＴｒ８のエミッタとＴｒ７のドレインＤに
介挿された抵抗Ｒ２の抵抗値ＶＢＥ：バイポーラＴｒ８のベース・エミッタ間電圧。

【００５２】温度係数＝偏微分（Ｔ）ＶＳＴ＝偏微分（Ｔ）ＶＢＥ＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１）＝−２ｍＶ／℃＋（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｋ・／ｑ）・ｌｎ（Ｅ２／Ｅ１） ……（３）温度係数＝温度傾斜＋設計定数……（３）また、前記基準電圧ＶＳＴの温度係数は式（３）で表さ
れるなかで、Ｒ２＝０Ωと代入できなくても、Ｒ２が小
さな値である程に、式（３）における「設計定数の影
響」が少なくなるので、設計定数を定める以前のオフセ
ット調整が正確にできるようになり、温度特性補償装置
１００による温度補正を精密に設定できる。なお、前記
基準電圧ＶＳＴを計測しオフセット調整するために前記
ボルテージフォロワ回路６０の負荷抵抗Ｒ３または前記
第二の抵抗Ｒ２のうち少なくとも一方の値を最低値に仮
設定するオフセット調整モードを備え、負荷抵抗Ｒ３の
みを最低値に仮設定しても、Ｒ２＝０Ωとした場合と類
似の効果が得られる。

【００５３】図１に示した、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が図２に
示すＲ１０，Ｒ２０，Ｒ３０で構成されているとすれ
ば、前述の式（１）〜（６）より、Ｅ１，Ｅ２，Ｒ１，
Ｒ２を最適値に設定することにより、温度係数を＋にも
−にも任意に設定できる。前述したオペアンプ６１の動
作によりＶＲＥＦ＝ＶＳＴなので、少なくとも液晶パネ
ル１０１の温度係数［ｍＶ／℃］を相殺するように最適
な状態を維持できる。Ｒ３の定数設定は固定でも可変で
もよい。

【００５４】そして、前記対象が体温計であれば、抵抗
値設定信号ＰＴ５を前記ＥＥＰＲＯＭ同様に書き込んで
あれば、信号発生手段７０や不揮発性メモリ８０および
多段階切換式可変抵抗ＶＲ２０を含めた温度補償装置１
００を汎用的な商品として販売できる。あるいは、温度
補償装置１００を携帯電話やビデオカメラに用いる充放
電可能なバッテリーパックに内蔵し、そのバッテリーパ
ックの温度によって充放電の状態を感知し、その状態に
適応した充放電に関する制御を行う際に、付設された温
度センサに正確な定電流を与え、発生する変化量を検出
することにより前記制御する場合などに効果的である。
すなわち、基準となる定電流または定電圧を前記温度セ
ンサを含んだ制御回路の温度特性補償に役立てると、温
度に対応した精密な管理または制御ができる。

【００５５】なお、バイポーラＴｒ５のエミッタ面積Ｅ
１とバイポーラＴｒ６のエミッタ面積Ｅ２との比率に関
しては、前記両トランジスタのサイズ比であり、そのサ
イズ比のことをミラー係数ｍ１と呼ぶこともあるが、ミ
ラー係数ｍ１との表現であっても本発明の技術思想に含
まれる

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように構成したので、本発
明によれば、温度係数ＴＣ［ｍＶ／℃］の傾斜をゼロを
含んで正の傾斜から負の傾斜まで自在に設定することが
可能となり、組み合わせる電気電子応用機器から除去す
べき温度特性の弊害を相殺できる。設定方法は簡単な数
式に基づき、Ｔｒ５のエミッタ面積Ｅ１とＴｒ６のエミ
ッタ面積Ｅ２との比率、（両トランジスタのサイズ比）
および温度係数設定用の抵抗である抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２
の比率を適切にするだけでよい。

【００５７】また、本発明によれば、前記定電流経路３
１，３２，３３はチャンネルドープを行ってスレッショ
ルド電圧を低下させるように生成されたエンハンスメン
ト型トランジスタにより構成したので、最低動作電源電
圧を下げられる。

【００５８】また、本発明によれば、不揮発性メモリ８
０を備えたコンピュータ装置などでは、プログラムの中
で前記記憶データを呼出しながら、その記憶データに応
じてトランジスタスイッチＴｒ２０〜Ｔｒｎを適切にＯ
Ｎ−ＯＦＦ動作するにより多段階切換式可変抵抗ＶＲ２
０を任意の抵抗値に設定自在である。したがって前述し
たように、組み合わせた電気電子応用機器から除去すべ
き温度特性の弊害を相殺する効果が、電源ＯＦＦしても
維持できる。

【００５９】また、本発明によれば、温度特性補償装置
１００および温度特性補償装置１００に組み合わせて動
作する電気電子応用機器に電源投入して起動するかまた
はＯＮ−ＯＦＦ制御する際の消費電力を軽減できる。す
なわち、従来の前記定電圧源１０に不可欠だったパルス
電圧発生用の大容量コンデンサＣ１を不要にできる。し
たがってその大容量コンデンサＣ１がパルス電圧発生す
る際に大電流を消費していた無駄が省け、ソフトウェア
などによる簡素な制御で速やかに起動できる。

【００６０】また、本発明によれば、電源電圧の変動に
対して前記バンドギャップ回路２０の作る基準電圧ＶＳ
Ｔの変動が少ないので、より安定かつ精密な制御が可能
である。

【００６１】また、本発明は、基準電圧ＶＳＴを計測し
オフセット調整するために第一の抵抗Ｒ１と第二の抵抗
Ｒ２のうち少なくとも一方の値を最低値に仮設定するオ
フセット調整モードを備えた。

【００６２】このようにしたので、第二の抵抗Ｒ２が小
さな値である程に、式（３）における「設計定数の影
響」が少なくなるので、設計定数を定める以前のオフセ
ット調整が正確にできるようになり、温度特性補償装置
による温度補正を精密に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温度特性補償装置の回路図であ
る。

【図２】多段階切換式可変抵抗の回路図およびその周
辺のブロック説明図である。

【図３】温度補償装置における抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３
のうち少なくとも一つ以上の抵抗を温度補償の対象に応
じて適切にするための制御態様の説明図である。

【図４】従来のバンドギャップ電圧源を用いた基準電
圧供給回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１，２，７，９，５０，５１，５８，５９，６２エン
ハンスメント型Ｐ・ＭＯＳ・Ｔｒ３，４，５４，５５エンハンスメント型Ｎ・ＭＯＳ・
Ｔｒ５，６，８ＰＮＰバイポーラＴｒ１０定電圧源１１ワンショットトリガ回路２０，４０バンドギャップ回路３０定電流回路３１，３２，３３，４１，４２，４３，４４定電流経
路５０定電圧源５３デプレッション型Ｎ・ＭＯＳ・Ｔｒ５６エンハンスメント型Ｐ＋ゲートＮチャンネルトラ
ンジスタ（ＰＧＮ・Ｔｒ）６０ボルテージフォロワ回路６１オペアンプ７０信号発生手段８０不揮発性メモリ１００温度特性補償装置１０１液晶パネル２００従来の基準電圧供給回路ＢベースＣコレクタＣ１コンデンサＥエミッタＥ１バイポーラＴｒ５のエミッタ面積Ｅ２バイポーラＴｒ６のエミッタ面積ＤドレインＧゲートＩ１，Ｉ２，Ｉ３定電流Ｊオペアンプ６１の出力端子Ｋボルツマン定数ＰＴ０，ＰＴ１，ＰＴ２，……，ＰＴｎ抵抗値設定信
号ｑクーロン電荷Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，……，Ｑｎ接続段階Ｒ１第一の抵抗Ｒ２第二の抵抗Ｒ３，Ｒ４抵抗Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４，……，Ｒｎ固定抵
抗ＳソースＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，……，Ｓｎ制御端子Ｔ絶対温度ＴＣ温度係数［ｍＶ／℃］Ｔｒ２０，Ｔｒ２１，Ｔｒ２２，Ｔｒ２３，Ｔｒ２４，
……，ＴｒｎトランジスタスイッチＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，ＶＲＥＦ，Ｘ，Ｙ端
子ＶＢＥバイポーラＴｒ８のベース・エミッタ間電圧ＶＤＤ第１の電源ＶＲ１０，ＶＲ２０，ＶＲ３０多段階切換式可変抵抗ＶＳＳ第２の電源ＶＳＴ基準電圧ＶＴＨＴｒ１〜Ｔｒ４のスレッショルド電圧

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バンドギャップ回路２０で得られる定電
圧を基礎にして生成された基準電圧ＶＳＴを出力する定
電圧源１０と、前記定電圧源１０が出力する基準電圧Ｖ
ＳＴを低インピーダンスにて安定供給するボルテージフ
ォロワ回路６０と、前記基準電圧ＶＳＴの温度係数ＴＣ
［ｍＶ／℃］を自在に管理する温度傾斜管理手段と、を
備えた電気電子応用機器の要部の温度特性を相殺または
調整する温度特性補償装置であって、前記定電圧源１０
には第一の抵抗Ｒ１を介挿した定電流経路３２を含む複
数の定電流経路３１，３２を有しカレントミラー型に構
成し前記複数の定電流経路３１，３２にそれぞれ介挿さ
れたトランジスタ５，６の一対による前記バンドギャッ
プ回路２０を含む定電流回路３０と、前記定電流回路３
０に従属接続され多段階のカレントミラー型に構成され
第二の抵抗Ｒ２を介挿された定電流経路３３と、前記一
対のトランジスタ５，６のサイズ比率に関連した所定の
公式に基づいて前記第一の抵抗Ｒ１に対する前記第二の
抵抗Ｒ２の比率を選択自在にする前記温度傾斜管理手段
と、を備えたことを特徴とする温度特性補償装置。
【請求項２】前記定電流経路３１，３２，３３はチャ
ンネルドープを行ってスレッショルド電圧ＶＴＨを低下
させるように生成されたエンハンスメント型トランジス
タにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の温
度特性補償装置。
【請求項３】前記温度傾斜管理手段は、前記第一の抵
抗Ｒ１と前記第二の抵抗Ｒ２の少なくとも一方は、不揮
発性メモリの記憶データに応じてＯＮ−ＯＦＦ動作する
トランジスタスイッチＴｒ２０〜Ｔｒｎにより任意の抵
抗値を設定自在にする多段階切換式可変抵抗ＶＲ２０で
構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の温度特性補償装置。
【請求項４】前記トランジスタ５，６がＯＮ開始し前
記バンドギャップ回路をＯＦＦからＯＮへと起動させる
のに必要なショック電圧を前記トランジスタ５，６のベ
ースＢに与えるワンショットトリガ回路１１を備えたこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちの何れか
１項に記載の温度特性補償装置。
【請求項５】マイクロコンピュータに組み合わせて構
成された温度特性補償装置であって、前記バンドギャッ
プ回路２０を動作させる前記定電流経路３２，３２には
前記マイクロコンピュータの内部に設けられた定電圧安
定化電源ＶＯＳＣから電源供給したことを特徴とする請
求項１ないし請求項４のうちの何れか１項に記載の温度
特性補償装置。
【請求項６】前記基準電圧ＶＳＴを計測しオフセット
調整するために前記ボルテージフォロワ回路６０の負荷
抵抗Ｒ３または前記第二の抵抗Ｒ２のうち少なくとも一
方の値を最低値に仮設定するオフセット調整モードを備
えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちの
何れか１項に記載の温度特性補償装置。