JP2010048628A

JP2010048628A - 温度センサ回路

Info

Publication number: JP2010048628A
Application number: JP2008212156A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hasegawa; 和男長谷川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-03-04
Also published as: CN101655396B; US20100046580A1; CN101655396A; US8210743B2

Abstract

【課題】温度補償を行う際、任意の温度係数を有する電圧を選択可能に得ることができる温度センサ回路を提供する。
【解決手段】温度センサ回路は、バンドキャップ基準電圧回路（定電圧回路）１と、正および負の温度係数を有する出力電圧をバンドギャップ定電圧回路１から取り出す出力回路２と、出力回路２の正の温度係数を有する出力電圧と負の温度係数を有する出力電圧とをバッファアンプ３、４を介して分圧し、任意の温度係数を有する電圧を取り出すための分圧回路５とで構成されている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、温度センサ回路、特に半導体温度センサ回路の一つであって、例えば周囲温度を検出し電子回路の温度補償を行う際に好適に用いられる、温度センサ回路に関する。

従来、例えばこの種の温度センサ回路として、バンドギャップ基準電圧回路を基本構成要素としたものであって、所定の温度係数を有する出力電圧を出力するようになされたものが公知である。

この種の温度センサ回路にあっては、電子回路における温度補償を行う目的で、例えばオフセットや利得の調整をする際に好適に使用することができる。
特許第２８９７４０１号公報特許第２６６６６２０号公報特公平７−６８４７号公報特開平５−４５２３３号公報特許第３６０６８７６号公報

しかしながら、上記従来の温度センサ回路は、正または負の予め定められた所定値の温度係数を有する電圧を出力するように構成されたものであり、任意の温度係数を有する所定の出力電圧を選択的に得るように構成されたものではなかった。従って、実際の電子回路において周囲温度に応じて何らかの調整を行う場合には、周囲温度に応じて必要な所定の温度係数を有する出力電圧を作り出すための別の回路が必要となるという難を有するものであった。

本願発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、正の所定範囲の温度係数、負の所定範囲の温度係数、あるいは正および負の双方に亘る所定範囲の温度係数を有する出力電圧を選択的に得ることができ、しかも選択可能な温度係数の出力温度特性のクロスポイントが所定の温度に設定可能な、温度センサ回路を提供することを目的とする。

而して、本願発明に係る温度センサ回路においては、抵抗に表れる電圧の正の温度係数とダイオード接続されたバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧の負の温度係数とを打ち消すように構成されたバンドギャップ基準電圧回路を基本構成要素として備えた温度センサ回路において、前記抵抗と前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタとが、バイポーラトランジスタと前記抵抗とのトランジスタ・抵抗直列回路と、バイポーラトランジスタと前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタとのトランジスタ・ダイオード直列回路と、に分離され、前記トランジスタ・抵抗直列回路は、前記バイポーラトランジスタのエミッタが電源電圧端子に接続され、コレクタが前記抵抗の一端に接続され、同抵抗の他端が接地されたものであり、また、前記トランジスタ・ダイオード直列回路は、前記バイポーラトランジスタのエミッタが電源電圧端子に接続され、コレクタが前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、同トランジスタのエミッタが接地されたものであり、更に、入力端子が前記トランジスタ・抵抗直列回路における前記抵抗の一端に接続された第１バッファ回路と、入力端子が前記トランジスタ・ダイオード直列回路における前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタのコレクタに接続された第２バッファ回路と、前記第１バッファ回路の出力端と前記第２バッファ回路の出力端との間に接続され、両出力端の間の電圧を分圧して温度係数の異なる任意の電圧を取り出すようになされた、分圧回路とを備えるようにしたものである。

前記分圧回路は抵抗ラダー回路からなり、該ラダー抵抗に設けた複数の端子のうちのいずれか１つの端子から電圧を取り出すようになされたものを用いることが好ましい。抵抗ラダー回路としては、例えばＭＯＳトランジスタを直列接続したものを好適に用いることができる。

また、前記分圧回路から取り出された温度係数が異なる複数の電圧の出力温度特性のクロスポイントは、前記トランジスタ・抵抗直列回路における前記抵抗の抵抗値を調整することにより、例えば常温である２５°Ｃ等、任意の所定の温度にクロスポイントが来るように調整することが望ましい。

更に、前記抵抗ラダー回路から取り出される電圧が正の所定範囲のみ、負の所定範囲のみ、あるいは正および負の双方に亘る所定範囲の温度係数を有する電圧を取り出すことができるようにする目的で、前記第１バッファ回路と、ＭＯＳトランジスタ群からなる前記抵抗ラダー回路の一端との間に更に１または複数個のＭＯＳトランジスタを介在させると共に、前記第２バッファ回路と、ＭＯＳトランジスタ群からなる前記抵抗ラダー回路の他端との間に更に１または複数個のＭＯＳトランジスタを介在させるようにしても良い。

本願発明に係る温度センサ回路よれば、正の所定範囲の温度係数、負の所定範囲の温度係数、あるいは正および負の双方に亘る所定範囲の温度係数を有する電圧を任意に選択可能に得ることができ、しかもこれら温度係数のクロスポイントを複雑な回路を要することなく、抵抗値の設定のみで所定の温度に設定することができる。

以下、この発明に係る実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明するが、もとより、この発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば、任意に構成を変更することができるものである。

図１に、本発明の第一実施形態に係る温度センサ回路の概略ブロック図を示す。この温度センサ回路は、バンドギャップ基準電圧回路（定電圧回路）１と、正および負の温度係数を有する出力電圧を取り出すために前記バンドギャップ定電圧回路１に接続された出力回路２と、その出力回路２の正の温度係数を有する出力電圧と負の温度係数を有する出力電圧とをバッファアンプを介して分圧し、任意の温度係数を有する電圧を取り出すための分圧回路とで構成されている。

図１において左側の破線で囲まれた部分は、バンドギャップ基準定電圧回路１と称されるものである。本発明にかかる温度センサ回路おいては、このバンドギャップ基準定電圧回路部分の具体的構成は特に限定されるものではなく、従来既知の任意の回路を適宜選択し、採用し得るものである。しかしながら、図１に示した具体的回路は、従来既知のバンドギャップ基準定電圧回路を改良したものであり、バンドギャップ基準定電圧回路としてそれ自体新規な構成を有するものであって、特有の作用効果を奏するものである。従って、この回路１は、もとより本発明にかかる温度センサ回路においても好適に使用することができるものである。

この実施形態におけるバンドギャップ基準定電圧回路１について、従来既知のものと比較しつつ詳細に説明する。図６は、従来既知のバンドギャップ基準電圧回路を示す。この基準電圧回路においては、バイポーラトランジスタＱ２１〜Ｑ２９と、抵抗素子Ｒ２１およびＲ２２とで構成されている。上記トランジスタのうち、トランジスタＱ２１およびＱ２９はダイオード接続されている。

ダイオード接続されたトランジスタＱ２１と、トランジスタＱ２４とが直列に接続されて第１直列回路を構成している。トランジスタＱ２１のエミッタが電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタがトランジスタＱ２４のコレクタに接続され、トランジスタＱ２４のエミッタは接地されている。また、トランジスタＱ２２と、互いに並列接続されたトランジスタＱ２５〜Ｑ２８と、抵抗Ｒ２２とが直列に接続されて第２直列回路を構成している。トランジスタＱ２２のエミッタが電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタがトランジスタＱ２５〜Ｑ２８のコレクタに接続され、トランジスタＱ２５〜Ｑ２８のエミッタが抵抗Ｒ２２を介して接地されている。第１直列回路を構成するダイオード接続されたトランジスタＱ２１と第２直列回路を構成するトランジスタＱ２２とはベースどおしが接続されて、カレントミラー回路を構成しているしている。また、第１直列回路を構成するトランジスタＱ２４のベースと、第２直列回路を構成するトランジスタＱ２５〜Ｑ２８のベースとが接続されている。

また、トランジスタＱ２３、抵抗Ｒ２１、およびダイオード接続されたトランジスタＱ２９が直列に接続されて第３直列回路を構成している。トランジスタＱ２３のエミッタは電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタが抵抗Ｒ２１を介して、ダイオード接続されたトランジスタＱ２９のコレクタに接続され、トランジスタＱ２９のエミッタが接地されている。この第３直列回路を構成するトランジスタＱ２３のベースは第２直列回路を構成するトランジスタＱ２２のコレクタに接続されている。また、第２直列回路を構成するトランジスタＱ２５〜Ｑ２８と第３直列回路を構成するトランジスタＱ２９とはベースどおしが接続されて、カレントミラー回路を構成している。

上記回路において、トランジスタＱ２４のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ２４）}、トランジスタＱ２５〜Ｑ２８のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ２５）}およびトランジスタＱ２９のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ２９）}は、電源電圧Ｖｃｃの変動に拘わらず相互にほぼ等しくなり、
Ｉ_{Ｃ（Ｑ２４）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ２５）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ２９）}
上記の条件が成立している。従って、この回路において、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１は定電圧特性となる。

この状態で、図７に示すように、バイポーラトランジスタＱ３０、抵抗Ｒ２３および、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ３１を直列接続した出力系統を追加すると、電流増加に伴って矢印で示したようにコレクタ電流の増加分の１／ｈｆｅに相当するベース電流の増加が必要となる。ところが、この回路においては、抵抗Ｒ２２に流れる電流と抵抗Ｒ２１に流れる電流とがほぼ等しい時に平衡するものであるため、抵抗Ｒ２２の電流は変化しない。換言すると、トランジスタＱ３０とトランジスタＱ２３の合計ベース電流は図６に示す１回路のときと同じであるため、１回路あたりのベース電流が減少してしまう。そのためコレクタ電流も減少し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１および出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２が低下してしまうという難を有するものであった。別の見方をすると、トランジスタＱ３０のコレクタ電流を定電流源としてみた場合、負荷抵抗（Ｒ２３、Ｑ３１）の変動に伴って、電流の変化が起こる。つまり定電流特性が悪いという難を有するものであった。

そこで、本実施形態においては、図６の破線で囲んだ部分を図８の破線で囲んだ部分に示すように、図６におけるトランジスタＱ２５〜Ｑ２８を図８に示すようにトランジスタＱ４６〜Ｑ４９およびトランジスタＱ５０〜Ｑ５３とに分離してカレントミラー回路に構成したものである。

図８に示す回路を詳細に説明する。ダイオード接続されたトランジスタＱ４１と、トランジスタＱ４５とが直列に接続されて第１直列回路を構成している。トランジスタＱ４１のエミッタは電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタはトランジスタＱ４５のコレクタに接続され、トランジスタＱ４５のエミッタは接地されている。また、トランジスタＱ４２と、互いに並列接続されたトランジスタＱ４６〜Ｑ４９とが直列に接続されて第２直列回路を構成している。トランジスタＱ４２のエミッタは電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタはトランジスタＱ４６〜Ｑ４９のコレクタに接続され、トランジスタＱ４６〜Ｑ４９のエミッタは接地されている。第１直列回路を構成するトランジスタＱ４１と第２直列回路を構成するトランジスタＱ４２とはベースどおしが接続されてカレントミラー回路を構成している。また、トランジスタＱ４３、抵抗Ｒ４２、およびダイオード接続されたトランジスタＱ５０〜Ｑ５３が直列に接続されて第３直列回路を構成している。トランジスタＱ４３のエミッタは電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタは抵抗Ｒ４２を介して、ダイオード接続されたトランジスタＱ５０〜Ｑ５３のコレクタに接続され、トランジスタＱ５０〜５３のエミッタは接地されている。この第３直列回路を構成するトランジスタＱ４３のベースは第２直列回路を構成するトランジスタＱ４２のコレクタに接続されている。また、第２直列回路を構成するトランジスタＱ４６〜Ｑ４９と第３直列回路を構成するトランジスタＱ５０〜Ｑ５３とはベースどおしが接続されて、カレントミラー回路を構成している。更に、第３直列回路を構成する抵抗４２の一端（トランジスタＱ４３のコレクタ側接続端子）が第１直列回路を構成するトランジスタＱ４５のベースに接続されている。また、トランジスタＱ４４，抵抗Ｒ４１、およびダイオード接続されたトランジスタＱ５４が直列に接続されて第４直列回路を構成している。トランジスタＱ４４のエミッタは電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタは、抵抗Ｒ４１の一端に接続され、抵抗Ｒ４１の他端はダイオード接続されたトランジスタＱ５４のコレクタに接続されている。トランジスタＱ５４のエミッタは接地されている。そしてトランジスタＱ４４のベースは第３直列回路のトランジスタＱ４３のベースに接続されている。

上記回路において、第１直列回路を構成するトランジスタＱ４５のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ４５）}、第３直列回路を構成するトランジスタＱ５０〜Ｑ５３のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ５０）}および第４直列回路を構成するトランジスタＱ５４のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ５４）}は、電源電圧Ｖｃｃの変動に拘わらず相互にほぼ等しくなり、
Ｉ_{Ｃ（Ｑ４５）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ５０）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ５４）}
上記の条件が成立して平衡状態となる。従って、この回路において、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１は定電圧特性となる。

この状態で、図９に示すように、バイポーラトランジスタＱ５５、抵抗Ｒ４３および、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ５６を直列接続した出力系統を追加すると、電流増加に伴って矢印で示したようにコレクタ電流の増加分の１／ｈｆｅに相当するベース電流が増加する。ところが、この改良された回路においては、この増加分は第２直列回路を構成するトランジスタＱ４６〜Ｑ４９のコレクタを流れるため、第３直列回路を構成する抵抗Ｒ４２への影響は小さく、従って出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１およびＶ_ＯＵＴ２の電圧低下を回避することができる。即ち、図６に示す従来の回路におけるトランジスタＱ２５〜Ｑ２８を、図８に示すようにトランジスタＱ４６〜Ｑ４９およびＱ５０〜Ｑ５３のカレントミラー回路に分離することで動作基準をトランジスタＱ５０〜Ｑ５３、抵抗Ｒ４２およびトランジスタＱ４５で受け持ち、トランジスタＱ４３、Ｑ４４（およびＱ５５）の駆動をトランジスタＱ４６〜Ｑ４９が受け持つようにすることで、次段への影響を小さくしたものである。

上述の次第で、図６に示す従来既知の回路においては、出力系統のトランジスタＱ３０のコレクタ電流を定電流源としてみた場合、負荷抵抗（Ｒ２３、Ｑ３１）の変動により電流の変化が生じるものであった。換言すると、定電流特性が悪いものであった。これに対して、図８に示す改良された新規な回路においては、出力系統のトランジスタＱ５５のコレクタ電流を定電流源としてみた場合、負荷抵抗（Ｒ４３、Ｑ５６）の変動に対する電流の変化が小さくなる。換言すると、定電流特性が良好なものとなる。従って、本実施形態においては、図８に示すバンドギャップ基準定電圧回路が好適に用いられるものであるが、もとより、図６に示す従来の回路あるいはその他の既知の任意の回路をも用いることができるものである。

図１に戻って、同図の左側の破線で囲まれた部分は、図８に示す回路に相当するものである。この回路においては、トランジスタＱ０〜Ｑ２０としてはいずれもバイポーラトランジスタが用いられている。即ち、ダイオード接続されたトランジスタＱ１５、トランジスタＱ５および抵抗Ｒ８が直列に接続されて第１直列回路を構成している。トランジスタＱ１８、トランジスタＱ６および抵抗Ｒ７が直列に接続されて第２直列回路を構成している。また、トランジスタＱ１７、抵抗Ｒ０、ダイオード接続されたトランジスタＱ１および抵抗Ｒ９が直列に接続されて第３直列回路を構成している。更に、トランジスタＱ１６、抵抗Ｒ１、およびダイオード接続されたトランジスタＱ０が直列に接続されて第４直列回路を構成している。図中、ｍは並列接続されたトランジスタの数である。その他の構成は図８に示す回路と同様であるので、重複した説明は省略する。

なお、トランジスタＱ５、Ｑ６およびＱ１のエミッタに接続されたエミッタ抵抗Ｒ８、Ｒ７およびＲ９は、低温時の起動特性とばらつき改善のために挿入されたものであり、いずれも同一の抵抗値を有する同一種類の抵抗素子である。

上記回路において、第１直列回路を構成するトランジスタＱ５のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ５）}、第２直列回路を構成するトランジスタＱ６のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}および第３直列回路を構成するトランジスタＱ１のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}、第４直列回路を構成するトランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ０）}は、電源電圧Ｖｃｃの変動に拘わらず相互に等しくなり、
Ｉ_{Ｃ（Ｑ５）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ０）}
上記の条件が成立した状態で平衡している。

ここに、トランジスタＱ５のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}は以下の式で表される。

Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}＝Ｖ_Ｔｌｎ（Ｉ_{Ｃ（Ｑ５）}/Ｉｓ）
但し、Ｖ_Ｔは熱電圧(kT/q)、Ｉｓは逆方向コレクタ飽和電流、Ｔは絶対温度である。

同様に、トランジスタＱ６のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ６）}は
Ｖ_{ＢＥ（Ｑ６）}＝Ｖ_Ｔｌｎ（Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}/４Ｉｓ）
で表される。

またトランジスタＱ５のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}は、抵抗Ｒ０の両端の電圧をＶ_Ｒ０とすると以下の式で表される。

Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}＝Ｖ_Ｒ０＋Ｖ_{ＢＥ（Ｑ１）}
Ｖ_{ＢＥ（Ｑ６）}＝Ｖ_{ＢＥ（Ｑ１）}であるから、
Ｖ_Ｒ０＝Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}−Ｖ_{ＢＥ（Ｑ６）}
＝Ｖ_Ｔｌｎ（Ｉ_{Ｃ（Ｑ５）}/Ｉｓ）−Ｖ_Ｔｌｎ（Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}/４Ｉｓ）
＝Ｖ_Ｔｌｎ４
上記から、抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ_Ｒ０はＶ_Ｔの関数となり、正の温度特性を有することになる。

また、トランジスタＱ５のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}とトランジスタＱ０のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ０）}とは等しく、これらは抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ_Ｒ０とトランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}との和に等しいから、次式が成立する。

Ｖ_{ＢＥ（Ｑ５）}＝Ｖ_{ＢＥ（Ｑ０）}＝Ｖ_Ｒ０＋Ｖ_{ＢＥ（Ｑ１）}
ここで第３直列回路を構成するトランジスタＱ１のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}と第４直列回路を構成するトランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ０）}とは等しくなるので、次式が成立する。

Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}＝Ｉ_{Ｃ（Ｑ０）}
従って、抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖ_Ｒ１は、
Ｖ_Ｒ１＝Ｒ１・Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}
＝Ｒ１・［（Ｖ_Ｔｌｎ４）/Ｒ０）
＝（Ｒ１・Ｒ０）・（Ｖ_Ｔｌｎ４）
となる。従って、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１６のコレクタとの接続点の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、
Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_{ＢＥ（Ｑ０）}＋（Ｒ１・Ｒ０）・（Ｖ_Ｔｌｎ４）
となる。一方、トランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}は
Ｉ_{Ｃ（Ｑ１）}＝（Ｖ_Ｔｌｎ４）/Ｒ０
となる。

上述の次第で、この定電圧回路１においては、抵抗Ｒ１の両端に表れる正の温度係数の電圧と、トランジスタＱ０のベースエミッタ間電圧Ｖ_{Ｃ（Ｑ０）}である負の温度係数の電圧とを組合せることによって、温度変化に拘わらず一定の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを得るようにしたものである。ここに上記定電圧回路１の出力端子の電圧Ｖ_ＯＵＴ、抵抗Ｒ１の端子電圧Ｖ_Ｒ１およびトランジスタＱ０のベースエミッタ間電圧Ｖ_{ＢＥ（Ｑ０）}の温度特性は、図２に示すとおり、Ｖ_Ｒ１は正の温度係数を有し、Ｖ_{ＢＥ（Ｑ０）}は負の温度係数を有するものとなっている。

この実施例に係る温度センサ回路では、上記定電圧回路１を利用して正の所定範囲の温度係数、負の所定範囲の温度係数、または正および負の双方に亘る所定範囲の温度係数を有する出力電圧を取り出すために、上記定電圧回路１に接続された破線で囲まれた出力回路２と、その出力回路２の正の温度係数を有する出力電圧と負の温度係数を有する出力電圧とをそれぞれバッファアンプに入力しこれらバッファアンプの出力端間の電位を分圧して任意の温度係数を有する電圧を取り出すための分圧回路とを備えている。

上記出力回路２は、トランジスタＱ２１、Ｑ２０、Ｑ１９、Ｑ１２および抵抗Ｒ２で構成されたもので、トランジスタＱ１９およびＱ１２はダイオード接続されている。トランジスタＱ２１と抵抗Ｒ２とは直列に接続され、トランジスタＱ２１のエミッタが前記定電圧回路１の電源電圧Ｖ_ＣＣに接続され、ベースがトランジスタＱ１６のベースに接続され、コレクタが抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は接地されている。また、トランジスタＱ２０も同様に、そのエミッタが電源電圧Ｖ_ＣＣに接続され、ベースがトランジスタＱ１６のベースに接続されている。トランジスタＱ２０のコレクタはトランジスタＱ１９のコレクタに接続され、トランジスタＱ１９のエミッタはトランジスタＱ１２のコレクタに接続され、トランジスタＱ１２のエミッタは接地されている。

上記出力回路２においては、トランジスタＱ２１とトランジスタＱ２０に流れる電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ２１）}およびＩ_{Ｃ（Ｑ２０）}がいずれも前記定電圧回路１の電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ０）}と同じ値になる。従って、トランジスタＱ２１と抵抗Ｒ２との接続点Ａに表れる電位Ｖ_Ａは正の温度特性を有するものとなり、トランジスタＱ２０とトランジスタＱ１９との接続点Ｂの電位Ｖ_Ｂは負の温度特性を有するものとなる。なお、この実施例に係る回路においては、バンドギャップ電圧が１．２Ｖ付近にあるためその電圧に合わせる目的でダイオード接続した２個のトランジスタＱ１９およびＱ１２が直列に設けられている。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とはその比が１：２の関係になるように設定されている。従って、この状態における出力端子の電圧Ｖ_ＯＵＴ、接続点Ａの電圧Ｖ_Ａ、接続点Ｂの電圧Ｖ_Ｂの温度特性は図３に示すようになる。同図に示すように、これら各電圧の温度特性のクロスポイントは約５７°Ｃになっている。

前記出力回路２の接続点Ａから取り出した正の温度係数を有する電圧Ｖ_Ａはバッファアンプ３に入力される一方、接続点Ｂから取り出した負の温度係数を有する電圧Ｖ_Ｂはバッファアンプ４に入力されている。そして、バッファアンプ３の出力端とバッファアンプ４の出力端との間にラダー抵抗を含む分圧回路５が設けられている。この分圧回路５は、バッファアンプ３の出力端に接続された抵抗Ｒ１１と、バッファアンプ４の出力端に接続された抵抗Ｒ１２と、前記両抵抗Ｒ１１およびＲ１２との間に直列に接続されたラダー抵抗とを備え、複数の出力端子（図示実施形態においては９から−９まで）から分圧された電圧を取り出すようになされている。なお、このラダー抵抗は、特に限定されるものではないが、例えば複数のＭＯＳトランジスタを直列に接続したものを好適に採用することができる。また端子の数も任意に設定することができる。

また、ラダー抵抗５の両端に更に抵抗を追加挿入することによって、前記各端子（図示実施形態では端子９から端子−９迄）から正の温度係数を有する所定範囲の電圧のみを取り出したり、負の温度係数を有する所定範囲の電圧のみを取り出したり、あるいは所定の正の温度係数から所定の負の温度係数を有する所定範囲の電圧を取り出したりする等、任意の正または負の温度係数あるいは正ないし負の所定範囲にある温度係数の電圧を取り出すことができる。

ところで、上述したとおり、通常の設計では各出力端子に表れる電圧の出力温度特性のクロスポイントは約５７°Ｃであるが、実際の電子回路に適用する場合にはその周囲温度が例えば常温（２５°Ｃ）である。このため実際に使用する場合にはその使用温度（例えば２５°Ｃ）では設定した電圧とは異なる電圧が発生してしまうという不都合がある。従って、上記クロスポイントの温度を使用状況に応じて、例えば常温（２５°Ｃ）あるいはその他の温度に設定する必要がある。

ここで端子Ｂの電圧Ｖ_Ｂはほぼ一定であるため調整はできないが、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することにより前記クロスポイントを変更することができる。その調整の様子を示したのが図４である。この実施形態では、クロスポイントが約５７°Ｃから２５°Ｃになるように調整している。前述したとおり、クロスポイントの温度は２５°Ｃに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に設定すれば足りるものである。

図５は、クロスポイントを２５°Ｃに設定した実施形態における各端子の温度特性を示したものである。従って、この温度センサ回路のいずれかの端子から取り出した電圧を用いて各種電子回路の温度補償を行うことができる。この実施形態においては、いずれの端子から電圧を取り出してクロスポイントが２５°Ｃであるので、選択した端子如何によって電圧が異なることがない。

次に、この発明の第２実施形態に係る温度センサについて説明する。図１０は、この第２実施形態にかかる温度センサ回路を示す。この第２実施形態は、図１に示す第１実施形態とは、この温度センサ回路の基本構成回路としてのバンドギャップ基準電圧回路１（左側の破線で囲まれた部分）のみが異なり、出力回路２、バッファアンプ３、４、および分圧回路５は第１実施形態と同様であるので、ここではバンドギャップ基準電圧回路１のみについて説明し、他の構成については対応箇所に同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

このバンドギャップ基準電圧回路（定電圧回路）１は、図１０の左側の増幅回路と、その右側の第１〜４直列回路とで構成されている。

増幅回路は、バイポーラトランジスタＱ７、ＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ２６、Ｍ１２およびＭ１とで構成されたものである。バイポーラトランジスタＱ７のエミッタは電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、コレクタがＭＯＳトランジスタＭ１１およびＭ２６のソースに共通接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１１およびＭ２６のドレインはそれぞれＭＯＳトランジスタＭ１２およびダイオード接続されたＭ１のドレインに接続されている。これらＭＯＳトランジスタＭ１２およびＭ１のゲートどおしが接続されて、カレントミラー回路を形成している。ＭＯＳトランジスタＭ１２およびＭ１のソースはいずれも接地されている。

第１直列回路は、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ４と、ＭＯＳトランジスタＭ２とが直列に接続されたものであり、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ４のエミッタが電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、コレクタがＭＯＳトランジスタＭ２のドレインに接続され、同トランジスタＭ２のソースが接地されている。このバイポーラトランジスタＱ４のベースは、増幅回路のバイポーラトランジスタＱ７のベースに接続されており、トランジスタＱ４とＱ７とでカレントミラー回路を構成している。また、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレインとゲートは抵抗Ｒ０とコンデンサＣ０を介して接続されており、ゲートが増幅回路のＭＯＳトランジスタＭ１２のドレインに接続されている。

第２直列回路は、バイポーラトランジスタＱ１と、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ５とが直列に接続されたものであり、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタは電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、コレクタはダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ５のコレクタに接続されている。トランジスタＱ５のエミッタは接地されている。バイポーラトランジスタＱ１のコレクタは、増幅回路のＭＯＳトランジスタＭ２６のゲートに接続されている。

第３直列回路は、バイポーラトランジスタＱ０と、抵抗Ｒ１２と、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ６とが直列に接続されたものであり、バイポーラトランジスタＱ０のエミッタは電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、コレクタは抵抗Ｒ１２の一端に接続されている。この抵抗Ｒ１２の他端は、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ６のコレクタに接続され、同トランジスタＱ６のエミッタは接地されている。バイポーラトランジスタＱ０のコレクタは、増幅回路のＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続されている。

第４直列回路は、バイポーラトランジスタＱ２と、抵抗Ｒ１０と、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタＱ１１とが直列に接続されたものであり、バイポーラトランジスタＱ２のエミッタは電源電圧端子Ｖｃｃに接続され、コレクタは抵抗Ｒ１０の一端（図９において上端）に接続され、同抵抗Ｒ１０の他端は、バイポーラトランジスタＱ１１のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１１のエミッタは接地されている。

上記直列回路１〜４を構成するバイポーラトランジスタＱ４、Ｑ１、Ｑ０、Ｑ２および出力回路を構成するバイポーラトランジスタＱ２１およびＱ２０は、ベースが共通接続されている。なお、図中、ｍは並列接続されたトランジスタの数である。

この実施形態においては、第２直列回路を構成するバイポーラトランジスタＱ５と第３直列回路を構成するバイポーラトランジスタＱ６とのトランジスタの数の比は１：４に設定されている。もっとも、本発明においては、これらトランジスタの数の比は、この実施形態に示したものに限定されるものではなく、適宜任意に設定することを許容するものである。

この実施形態に係る上記バンドギャップ基準電圧回路１は、従来既知の定電流回路とその動作原理は同様である。即ち、第２直列回路のバイポーラトランジスタＱ５のコレクタ端子の電圧と第３直列回路の抵抗Ｒ１２の一端の電圧とが増幅回路のＭＯＳトランジスタＭ２６のゲートおよびＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートにそれぞれ印加され両電圧が比較されて、第２直列回路の電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ５）}と第３直列回路の電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}とが同じ値の定電流となるように制御されるものである。

なお、第２直列回路のトランジスタＱ５と第３直列回路のトランジスタＱ６のトランジスタの数（図中、ｍとして示している）の比は、この実施形態においては１：４に設定されているため、周知のように第３直列回路に流れる電流Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}は次式で求められる。

Ｉ_{Ｃ（Ｑ６）}＝（Ｖ_Ｔｌｎ４）／Ｒ１２
但し、Ｖ_Ｔは熱電圧(kT/q)、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子の単位電荷である。

従って、第４直列回路にもＩ_{Ｃ（Ｑ１１）}＝（Ｖ_Ｔｌｎ４）／Ｒ１２で特定された電流と同じ値の電流が流れる。

上述の次第で、この実施形態に係る温度センサ回路においても、図１に示す第１実施形態に係る温度センサ回路と同様に任意の温度係数を有する電圧を取り出すことができる等、同様の効果が得られるものである。

以上、上記実施形態に係る温度センサ回路は、電子回路の温度補償に好適に用いられるものであるが、もとより単純に温度を測定する温度センサとしても使用することができるものである。

本発明の第１実施形態に係る温度センサ回路の概略ブロック図である。定電圧回路の各電圧の出力温度特性図である。出力回路の各電圧の出力温度特性図である。クロスポイントの調整の様子を示す出力温度特性図である。本件実施形態に係る温度センサ回路の出力温度特性図である。従来のバンドギャップ基準電圧回路（定電圧回路）の回路図である。従来のバンドギャップ基準電圧回路に負荷を接続した状態を示す回路図である。改良されたバンドギャップ基準電圧回路（定電圧回路）の回路図である。改良されたバンドギャップ基準電圧回路に負荷を接続した状態を示す回路図である。本発明の第２実施形態に係る温度センサ回路の概略ブロック図である。

符号の説明

１バンドギャップ基準電圧回路
２出力回路
３第１バッファ回路
４第２バッファ回路
５分圧回路
Ｑ１〜Ｑ２０バイポーラトランジスタ
Ｍ１〜Ｍ２６ＭＯＳトランジスタ
Ｒ０〜Ｒ１０抵抗

Claims

抵抗に表れる電圧の正の温度係数とダイオード接続されたバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧の負の温度係数とを打ち消すように構成されたバンドギャップ基準電圧回路を基本構成要素として備えた温度センサ回路において、
前記抵抗と前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタとが、バイポーラトランジスタと前記抵抗とのトランジスタ・抵抗直列回路と、バイポーラトランジスタと前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタとのトランジスタ・ダイオード直列回路と、に分離され、
前記トランジスタ・抵抗直列回路は、前記バイポーラトランジスタのエミッタが電源電圧端子に接続され、コレクタが前記抵抗の一端に接続され、同抵抗の他端が接地されたものであり、また、前記トランジスタ・ダイオード直列回路は、前記バイポーラトランジスタのエミッタが電源電圧端子に接続され、コレクタが前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、同トランジスタのエミッタが接地されたものであり、
更に、入力端子が前記トランジスタ・抵抗直列回路における前記抵抗の一端に接続された第１バッファ回路と、
入力端子が前記トランジスタ・ダイオード直列回路における前記ダイオード接続されたバイポーラトランジスタのコレクタに接続された第２バッファ回路と、
前記第１バッファ回路の出力端と前記第２バッファ回路の出力端との間に接続され、両出力端の間の電圧を分圧して温度係数の異なる任意の電圧を取り出すようになされた、分圧回路と
を備えていることを特徴とする、温度センサ回路。
前記分圧回路は、抵抗ラダー回路からなり、該ラダー抵抗に設けた複数の端子のうちのいずれか１つの端子から電圧を取り出すようになされている、請求項１に記載の温度センサ回路。
前記抵抗ラダー回路は、複数のＭＯＳトランジスタを直列接続したものである、請求項２に記載の温度センサ回路。
前記分圧回路から取り出された異なる温度係数を有する複数の電圧の出力温度特性のクロスポイントが所定の温度となるように、前記トランジスタ・抵抗回路を構成する抵抗の抵抗値が設定されている、請求項１ないし３のいずれか１に記載の温度センサ回路。
前記クロスポイントの所定の温度が２５°Ｃである、請求項３に記載の温度センサ回路。
前記第１バッファ回路と前記抵抗ラダー回路の一端との間に更に１または複数個のＭＯＳトランジスタが介在されると共に、前記第２バッファ回路と前記抵抗ラダー回路の他端との間に更に１または複数個のＭＯＳトランジスタが介在され、前記抵抗ラダー回路から取り出される電圧が正の所定範囲の温度係数のみ、負の所定範囲の温度係数のみ、あるいは正および負の双方にまたがる所定範囲の温度係数を有する複数の電圧を取り出すことができるようになされた、請求項３に記載の温度センサ回路。
前記トランジスタ・ダイオード直列回路におけるダイオード接続された少なくとも１つのバイポーラトランジスタは、ダイオード接続された２つのバイポーラトランジスタを順方向バイアスがかかるように直列に接続されたものである、請求項１ないし５のいずれか１に記載の温度センサ回路。
前記バンドギャップ基準電圧回路は、エミッタが電源電圧端子に接続された、ダイオード接続された第１バイポーラトランジスタと、抵抗を介してエミッタ接地された第２バイポーラトランジスタとが直列に接続された第１直列回路と、
エミッタが電源電圧端子に接続された第３バイポーラトランジスタと、抵抗を介してエミッタ接地された第４バイポーラトランジスタとが直列に接続された第２直列回路と、
エミッタが電源電圧端子に接続された第５バイポーラトランジスタと、抵抗と、抵抗を介してエミッタ接地されたダイオード接続された第６バイポーラトランジスタと、が直列に接続された第３直列回路と、
エミッタが電源電圧端子に接続された第７バイポーラトランジスタと、抵抗と、エミッタ接地されたダイオード接続された第８バイポーラトランジスタと、が直列に接続された第４直列回路と、を備え、
前記ダイオード接続された第１バイポーラトランジスタと前記第３バイポーラトランジスタとは、ベースどおしが互いに接続されてカレントミラー回路を構成するものであり、
前記第４バイポーラトランジスタと前記ダイオード接続された第６バイポーラトランジスタとは、ベースどおしが互いに接続されてカレントミラー回路を構成するものであり、
前記第３バイポーラトランジスタのコレクタが前記第５バイポーラトランジスタのベースに接続され、
前記第５バイポーラトランジスタのベースと、第７バイポーラトランジスタのベースとが接続され、かつ
前記第５バイポーラトランジスタのコレクタが前記第２バイポーラトランジスタのベースに接続されてなる、
請求項１ないし６のいずれか１に記載の温度センサ回路。