JP3721119B2 - 温度センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、温度センサに関するもので、特にトリミング機能付きのディジタル式温度センサにおいて、温度検出用トランジスタの製造バラツキが検出精度に与える悪影響を解消するための技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
温度センサは、家電機器や医療機器等多くの分野において広く用いられており、近年では携帯電話等の移動体通信機器にも使用されるようになってきている。これらの温度センサは多種多様であり、それぞれの分野に必要とされる性能を十分に備えていることが重要である。
【０００３】
従来の温度センサについて図１０を用いて説明する。図１０はディジタル式温度センサの構成を示すブロック図である。
【０００４】
図示するように、温度センサ１００はｐＭＯＳトランジスタ１１０、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ１２０、Ａ／Ｄ変換器１３０及び加算器１４０を有している。トランジスタ１１０は、トランジスタ１２０に電流ＩＦを供給する電流源として機能する。トランジスタ１２０は、ベースとエミッタが共通接続されることでダイオードとして機能する。そして、電流ＩＦと周囲温度に応じた温度電圧ＶＦを出力する。Ａ／Ｄ変換器１３０は、温度電圧ＶＦをＡ／Ｄ変換してｎビットのディジタルデータを出力する。加算器１４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０の出力するディジタルデータと、同じくｎビットのディジタルデータであるオフセット値とを加算し、加算結果を検出温度データとして外部へ出力する。
【０００５】
このように、図示する温度センサではトランジスタ１２０で発生する電圧ＶＦが温度によって変化することを利用して温度センスを行っている。なお、オフセット値とはトランジスタ１２０の特性を補正するためのデータである。このオフセット値を用いたトランジスタ１２０の特性補正について図１１を用いて説明する。図１１は温度と温度電圧ＶＦとの関係を示すグラフである。
【０００６】
トランジスタ１２０は、各温度において予め設定された温度電圧ＶＦを発生するように設計・製造される。それが図１１における“設定特性”が示すグラフであったとする。しかし、トランジスタ１２０の製造バラツキ等の影響により、温度電圧ＶＦの温度依存性が当初の設定と異なる場合がある。これが、図１１における“実際の特性”が示すグラフである。従って、このような場合には実際の値が設定値からずれている分を補正する必要がある（これをトリミング（trimming）と呼ぶ）。
【０００７】
トリミングは次のようにして行われる。例えば図１１の例では、ある一点の温度Ｔ１おける実際の温度電圧ＶＦと設定温度電圧との差を観測する。更に、この値をディジタルデータに変換して、温度センサ内のメモリにオフセット値として記憶させておく。そして、実際の温度センサの使用時にはＡ／Ｄ変換器１３０が出力するディジタルデータに上記オフセット値を加算して、その結果を検出温度データとする。
【０００８】
このように、実際の測定値に予め用意しておいたオフセット値を加算することで、トランジスタ１２０の特性バラツキを補正し、正確な温度センスが実現できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の温度センサのトリミング機能では、補正能力が十分でないという問題があった。従来の方法では、ある一点の温度（温度Ｔ１）における設定温度電圧と実際の温度電圧とを比較し、その差をオフセット値としている。そして、実際の温度電圧ＶＦにオフセット値を加算することで補正を行っている。換言すれば、“トリミング”とは、図１１における温度電圧ＶＦの実際の温度特性を平行移動させて、設定特性に重ねることである。従って、両者の特性の傾きが異なる場合には、両者は温度Ｔ１以外の温度範囲では一致しない。すなわち、図１１に示すように、設定特性と補正後の特性とを比較すると、温度Ｔ１でのみ温度電圧ＶＦは一致するが、その他の温度（Ｔ２、Ｔ３）では全く一致しない。
【００１０】
このように、従来の温度センサであると、オフセット値を検出値に加算することでトリミングを行っており、実際の温度電圧ＶＦそのものの補正を行っていなかった。従って、温度依存性の傾きが設定特性と異なる場合には補正が十分には行われず、その結果、温度の検出精度が悪化するという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、温度検出の検出精度を向上できる温度センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る温度センサは、周囲温度と電流とに応じた第１温度電圧を発生する温度検出手段と、所定の周囲温度について予め設定された第２温度電圧をディジタル値で保持する設定値格納手段と、前記温度検出手段に前記電流を供給する電流供給手段とを具備し、前記電流供給手段は、前記第２温度電圧と、前記所定の周囲温度において前記温度検出手段で発生する前記第１温度電圧とが等しくなるように、前記電流を制御することを特徴としている。
【００１３】
更にこの発明に係る温度センサは、トリミング動作モードと通常動作モードとを有する温度センサであって、電流を供給する電流供給手段と、前記電流供給手段の供給する前記電流及び周囲温度に応じた第１温度電圧を発生する温度検出手段と、所定の周囲温度について予め設定された第２温度電圧をディジタル値で保持する設定値格納手段と、前記トリミング動作モードにおいては、前記第２温度電圧と、前記所定の周囲温度において前記温度検出手段が発生する前記第１温度電圧とを比較して、前記第１、第２温度電圧を等しくするように前記電流供給手段を制御するディジタル値の制御信号を生成する比較変換手段と、前記トリミング動作モードにおいては、前記第１、第２温度電圧を等しくする前記制御信号を格納する調整値格納手段とを具備することを特徴としている。
またこの発明に係る温度センサの調整方法は、所定の温度に対応するディジタル値の第１温度電圧を第１格納回路に格納するステップと、電流供給回路が所定の電流を供給するためのディジタル値の制御信号を設定するステップと、周囲温度と前記電流とに基づいて、前記周囲温度を第２温度電圧に変換するステップと、前記第１、第２温度電圧が等しくなるよう前記電流を制御するステップと、前記第１、第２温度電圧が等しくなる前記電流を前記電流供給回路に供給させる前記制御信号を、第２格納回路に格納するステップとを具備することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１６】
この発明の一実施形態に係る温度センサについて図１を用いて説明する。図１はトリミング機能を有する温度センサのブロック図である。
【００１７】
図示するように、温度センサ１０は電流供給部２０、温度検出部３０、設定値格納部４０、比較変換部５０及び調整値格納部６０を有している。
【００１８】
電流供給部２０は、複数の電流源２１、２１、…、及び電流源２１を制御するスイッチ２２、２２、…を有しており、出力ノードＮ１に電流ＩＦを供給する。
【００１９】
温度検出部３０は、例えばノードＮ１にアノードが接続され、接地電位にカソードが接続されたダイオード３１である。そして、電流ＩＦと周囲温度Ｔに応じた温度電圧ＶＦ（第１温度電圧）を発生する。
【００２０】
設定値格納部４０は、所定の温度における、予め設定された設定温度電圧（第２温度電圧）を格納する、例えば不揮発性半導体メモリである。
【００２１】
比較変換部５０は、通常動作時において、過去の温度データと現在の温度電圧ＶＦとを比較し、その比較結果に応じたデータを検出温度データ（現在温度）として出力する。またトリミング時には、設定値格納部４０に格納されている設定温度電圧と温度電圧ＶＦとを比較する。そして、この比較結果に応じて、設定温度電圧と温度電圧ＶＦとが等しくなるように、電流供給部２０が供給する電流ＩＦを制御する。
【００２２】
調整値格納部６０は、トリミング時において設定温度電圧と温度電圧ＶＦとが等しくなる上記制御信号情報（調整値）を格納する、例えば不揮発性半導体メモリである。
【００２３】
次に、上記構成の温度センサのトリミング動作について図１、図２を用いて説明する。図２は温度と温度電圧ＶＦとの関係を示すグラフである。図示するように、ダイオード３１で実際に発生する温度電圧ＶＦの温度特性（図中の“実際の特性”が示すグラフ）が、予め設定された温度特性（図中の“設定特性”が示すグラフ）と異なっていたとする。なお、以下では、温度検出部３０で実際に検出される温度電圧を温度電圧ＶＦ（real）、予め設定された理想的な温度電圧をＶＦ（ideal）と表記する。
【００２４】
まず、設定値格納部４０に所定の温度Ｔ１における設定温度電圧ＶＦ（ideal）の値を保持させる。これはある一点の温度における温度電圧ＶＦ（ideal）のみで良い。次に比較変換部５０は、温度Ｔ１においてダイオード３１で実際に検出される温度電圧ＶＦ（real）と、設定値格納部４０に格納されている設定電圧ＶＦ（ideal）とを比較し、その比較結果に応じて電流供給部２０に制御命令を送出する。この制御命令によって、電流供給部２０は、ダイオード３１で発生する温度電圧ＶＦ（real）が設定温度電圧ＶＦ（ideal）と等しくなるよう、供給電流ＩＦの値をコントロールする。そして、調整値格納部６０は、ＶＦ（real）＝ＶＦ（ideal）となる制御命令を格納する。すなわち、調整値格納部６０は、ＶＦ（real）＝ＶＦ（ideal）となるような電流ＩＦを生成する電流供給部２０の動作条件を記憶する。
【００２５】
このように、トリミング動作においては、電流ＩＦを制御することによって所定の温度Ｔ１における実際の温度電圧ＶＦ（real）自体を設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなるような補正を行う。
【００２６】
次に、通常動作時について説明する。通常動作時においては、電流供給部２０はトリミング動作時に調整値格納部６０に格納された制御命令に応じた電流ＩＦを温度検出部３０へ供給する。温度検出部３０のダイオード３１では、その電流ＩＦと周囲温度に応じた温度電圧ＶＦ（real）を出力する。比較変換部５０では、この温度電圧ＶＦ（real）と、直前の時刻における比較変換部５０の出力とを比較し、その比較結果を検出温度データとして外部へ出力する。
【００２７】
上記のような温度センサによれば、電流ＩＦの値を制御することによって、所定の温度における温度電圧ＶＦ（real）そのものを補正し、設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなるようにしている。このように電流ＩＦを制御してトリミングを行うことにより、図２に示すように補正対象となった温度Ｔ１における温度電圧ＶＦのみならず、その温度特性の傾きの補正も同時に行われる。従って、温度センサの検出精度を向上できる。
【００２８】
上記温度センサの具体的な構成及び動作について、図３を用いて説明する。図３は、図１に示す構成を具体化した、トリミング機能付きのディジタル式温度センサのブロック図である。
【００２９】
図示するように、電流供給部２０は電流源回路２３及びスイッチ２４を備えている。電流源回路２３は、ｐＭＯＳトランジスタ２５及びｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎを有している。ｐＭＯＳトランジスタ２５は、ソースが電源電位に接続され、ゲートが接地電位に接続されており、常時オン状態とされている。ｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎは、ソースが電源電位に接続され、ゲートがｎビットのディジタル信号を伝送する信号線Ｌ１に接続され、各ゲートに信号線Ｌ１を伝送するディジタル信号の各ビットに応じた信号が入力される。そして、ｐＭＯＳトランジスタ２５、２６−１〜２６−ｎのドレインは共通接続され、この共通ノードから電流ＩＦが出力される。スイッチ２４は、信号線Ｌ１と、比較変換部５０または調整値格納部６０の出力との接続をスイッチングする。すなわち、トランジスタ２５によって最小限の電流ＩＦが供給され、それに対する重み付けがトランジスタ２６−１〜２６−ｎによって行われる。
【００３０】
温度検出部３０のダイオード３１は、例えばベース及びコレクタが接地電位に接続され、エミッタが電流供給部２０の出力ノードに接続されたｐｎｐ型のバイポーラトランジスタ３２である。このトランジスタ３２のエミッタ・コレクタ間電圧が、電流ＩＦ及び周囲温度によって変動する温度電圧ＶＦ（real）となり、トランジスタ３２のエミッタと電流供給部２０の出力ノードとの接続ノードＮ１から取り出される。
【００３１】
設定値格納部４０は、所定の温度Ｔ１における設定温度電圧ＶＦ（ideal）の値を、ｎビットのディジタルデータ（設定値）として格納している。
【００３２】
比較変換部５０は、比較器５１、Ｄ／Ａ変換器５２、検出温度変換部５３及びスイッチ５４を有しており、周知の逐次比較型Ａ／Ｄ変換回路である。比較器５１は、ノードＮ１で検出される温度電圧ＶＦ（real）と、Ｄ／Ａ変換器５２が出力するアナログデータとを比較する。検出温度変換部５３は比較器５１での比較結果に応じたｎビットのディジタルデータを出力する。検出温度変換部における処理の詳細な説明は後述する。この検出温度変換部５３が、通常動作時には検出温度をｎビットのディジタルデータとして出力する。Ｄ／Ａ変換器５２は、設定値格納部５０または検出温度変換部５３が出力するディジタルデータをアナログデータに変換する。またスイッチ５４は、Ｄ／Ａ変換器５２への入力と、検出温度変換部５３または設定値格納部４０の出力との接続をスイッチングする。
【００３３】
調整値格納部６０は、トリミング時に検出温度変換部５３が出力するｎビットデジタルデータを格納する。
【００３４】
次に、上記構成を有する温度センサの動作について説明する。まず、トリミング時の動作について説明する。トリミング動作は、比較変換部５０の基準電圧を設定値格納部４０に格納された設定値とし、２分法を用いて電流値ＩＦを調整することにより、トランジスタ３２の出力する温度電圧ＶＦ（real）を設定電圧ＶＦ（ideal）に等しくすることで行われる。この２分法を用いた電流ＩＦの調整について、図３及び図４を用いて説明する。図４は２分法について説明するためのもので、比較回数とオントランジスタ数及び温度電圧ＶＦとの関係を示す図である。
【００３５】
まず設定値格納部４０に、所定の温度Ｔ１における設定温度電圧ＶＦ（ideal）に相当するｎビットのディジタルデータ（設定値）が格納される。また、電流供給部２０では、デフォルトとしてｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの内の半分（ｎ／２個）がオン状態とされる。そして、トリミングを行うにあたって、ノードＬ１はスイッチ２４によって検出温度変換部５３の出力ノードに接続され、Ｄ／Ａ変換器５２の入力ノードはスイッチ５４によって設定値格納部４０の出力ノードに接続される。その上で、周囲温度が温度Ｔ１に設定される。
【００３６】
Ｄ／Ａ変換器５２は、設定値格納部４０に格納されている設定値のＤ／Ａ変換を行う。このＤ／Ａ変換によって得られた設定温度電圧ＶＦ（ideal）は、比較器５１の一方の入力端子に入力される。また、ノードＮ１に現れる実際の温度電圧ＶＦ（real）が比較器の他方の入力端子に入力される。なお、上記のように電流源回路２３におけるｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの内の半分がオン状態の場合にノードＮ１に現れる実際の温度電圧ＶＦ（real）を、ＶＦ（real1）とする。そして、比較器５１は両者を比較する。この時、設定温度電圧ＶＦ（ideal）と実際の温度電圧ＶＦ（real1）との関係が、図４に示すようにＶＦ（real1）＜ＶＦ（ideal）であったとする。すると、検出温度変換部５３はこの比較結果に基づいて更にｎ／４個のｐＭＯＳトランジスタをオン状態にして、全体として３ｎ／４個のｐＭＯＳトランジスタをオン状態にする。その結果、電流ＩＦは増大し、トランジスタ３２で発生する温度電圧ＶＦ（real）も増大する。この時にノードＮ１に現れる温度電圧をＶＦ（real2）とする。そして、比較器５１によって両者の比較が行われるが、その比較結果はＶＦ（real2）＞ＶＦ（ideal）であったとする。すると、検出温度変換部５３は、オン状態とされている３ｎ／４個のトランジスタの内、ｎ／８個をオフ状態として、全体として５ｎ／８個のトランジスタをオン状態にする。これにより電流ＩＦは減少し、トランジスタ３２で発生する温度電圧ＶＦ（real）も減少する。引き続き、比較器はこの状態においてノードＮ１に現れる温度電圧と設定温度電圧とを比較し、一致しなければ、ｎ／１６個のトランジスタを追加、または削減して、ノードＮ１に現れる温度電圧と設定温度電圧とを比較する。この処理を、実際の温度電圧ＶＦ（real）＝設定温度電圧ＶＦ（ideal）となるまで繰り返す。
【００３７】
以上のように、２分法によって、オン状態とすべきトランジスタの個数をｎ／２個づつ増減しながら、実際の温度電圧ＶＦ（real）と設定温度電圧ＶＦ（ideal）との比較を逐次行い、実際の温度電圧ＶＦ（real）を設定温度電圧ＶＦ（ideal）に近づけていく。そして、ＶＦ（real）＝ＶＦ（ideal）を満たすのに必要なｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの個数に相当する制御信号（調整値）が、書き込み信号に基づいて調整値格納部６０に格納される。
【００３８】
次に通常動作時について説明する。通常動作時においては、ノードＬ１はスイッチ２４によって調整値格納部６０の出力ノードに接続され、Ｄ／Ａ変換器５２の入力ノードはスイッチ５４によって検出温度変換部５３の出力ノードに接続される。
【００３９】
電流源回路２３内に含まれるｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎは、上記トリミング時に調整値格納部６０に格納された調整値によって指定されたトランジスタのみがオン状態とされることにより、電流ＩＦが制御される。これにより、トランジスタ３２で発生する温度電圧ＶＦ（real）は、設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなる。
【００４０】
その上で、比較変換部５０は、温度電圧ＶＦ（real）をＡ／Ｄ変換して得たｎビットのディジタルデータを検出温度データとして出力する。通常動作時において比較変換部５０で行われる処理は基本的にはトリミング時と同様であるが、比較器５１において基準となる電圧は、ノードＮ１で検出される補正済みの温度電圧ＶＦ（real）である。この電圧ＶＦ（real）を基準とした２分法によって、検出温度変換部５３で得られるｎビットディジタルデータを、温度電圧ＶＦ（real）に相当する値に一致させる。
【００４１】
次に、上記温度センサの動作をより具体的に説明する。図５はトリミング時における温度センサの実質的な構成を示すブロック図であり、簡単化のために、ｎ＝８（ｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの数）の場合を示している。また、当該温度センサにおいて予め設定された設定温度電圧ＶＦ（ideal）、周囲温度、及びディジタルデータの関係を図６に示す。すなわち、設定温度電圧は０．００Ｖから８．００Ｖまでの範囲で変動し、それに対応する周囲温度は１０５℃から−６５℃、各温度に対応するディジタルデータは（００００００００）から（１１１１１１１１）である。例として、周囲温度２５℃でトリミングを行う場合について以下説明する。
【００４２】
まず図６に示すように、周囲温度２５℃に対応するディジタルデータは（１０００００００）であり、この８ビットディジタルデータが設定値格納部４０に設定値として格納される。
【００４３】
また、電流供給部２０を制御する制御信号として、（１１１１００００）が検出温度変換部５３に格納される。これは、トリミングを行うにあたってのデフォルト値であって、各ビットは、上位ビットから順次トランジスタ２６−１〜２６−８の制御命令に相当し、“１”でオン状態、“０”でオフ状態とするものである。従って、データ（１１１１００００）の意味するところは、８個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−８の内の半分、すなわち４つのトランジスタ２６−１〜２６−４をオン状態とし、トランジスタ２６−５〜２６−８をオフ状態にするということである。
【００４４】
更に、周囲温度が２５℃に設定されると共に、スイッチ２４によってノードＬ１は検出温度変換部５３の出力ノードに接続され、スイッチ５４によってＤ／Ａ変換器５２の入力ノードは設定値格納部４０の出力ノードに接続される。
【００４５】
設定値格納部４０内の設定値（１０００００００）は、Ｄ／Ａ変換器５２においてアナログデータに変換される。このＡ／Ｄ変換は、当然ながら図６に示す関係を満たすようにして行われる。すなわち、設定値（１０００００００）は４Ｖに変換されて、比較器５１の正転入力端子に入力される。他方、比較器５１の反転入力端子には、ノードＮ１に現れる温度電圧ＶＦ（real）が入力される。ここで、周囲温度２５℃における実際の温度電圧ＶＦ（real）が設定温度電圧ＶＦ（ideal）＝４Ｖと異なり３．５Ｖであったと仮定する。
【００４６】
すると、比較変換部５０は上記説明した２分法に基づいて、温度電圧ＶＦ（real）を設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなるよう処理を始める。図７は、本処理の流れを示すものであり、比較器での比較回数とオン状態のトランジスタの個数及び電圧ＶＦとの関係を示す特性図である。図示するように、電流供給部２０の供給する電流ＩＦがデフォルト（４個のトランジスタ２６−１〜２６−４がオン状態）である場合には、ＶＦ（real）＜ＶＦ（ideal）である（比較回数＝１）から、オン状態のトランジスタ数を増やして電流ＩＦを上昇させる必要がある。従って、検出温度変換部５３は全ｐＭＯＳトランジスタ数の１／４に相当する数（２個）のトランジスタを更にオン状態とし、全体として６個のトランジスタ２６−１〜２６−６をオン状態として、温度電圧ＶＦ（real）を上昇させる。すなわち制御信号（１１１１１１００）を発生する。
【００４７】
６個のトランジスタ２６−１〜２６−６をオン状態とすることにより電流ＩＦが増加し、温度電圧ＶＦ（real）は上昇する。その結果、温度電圧ＶＦ（real）は設定温度電圧（ideal）＝４Ｖを超えて４．５Ｖであったとする（比較回数＝２）。とすれば、次は電流ＩＦを小さくする必要があるから、検出温度変換部５３は、全トランジスタ数の１／８に相当する数（１個）のトランジスタをオフ状態とし、全体として５個のトランジスタ２６−１〜２６−５をオン状態として、温度電圧ＶＦ（real）を低減させる。すなわち制御信号（１１１１１０００）を発生する。その結果、温度電圧（real）も下降し、温度電圧ＶＦ（real）＝４Ｖとなり、設定温度電圧ＶＦ（ideal）に一致する。そして、温度電圧ＶＦ（real）＝設定温度電圧ＶＦ（ideal）とする制御信号（１１１１１０００）が、書き込み信号に基づいて調整値格納部６０に調整値として保持される。
以上のようにしてトリミング動作が完了する。
【００４８】
次に、通常動作について図６及び図８を用いて説明する。図８は通常動作時における温度センサの実質的な構成を示すブロック図である。例として、周囲温度が２５℃から４０℃に変化した場合の動作について以下説明する。
【００４９】
まず、ノードＬ１はスイッチ２４によって調整値格納部６０の出力ノードに接続され、Ｄ／Ａ変換器５２の入力ノードはスイッチ５４によって検出温度変換部５３の出力ノードに接続されている。そして、調整値格納部６０には、上記トリミング時に得た調整値（１１１１１０００）が格納されている。従って、電流源回路２３内の８個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−８のうち、５個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−５がオン状態、３個のｐＭＯＳトランジスタ２６−６〜２６−８がオフ状態とされることで、トランジスタ３２の出力する温度電圧ＶＦ（real）は設定温度電圧ＶＦ（ideal）に補正されている。
【００５０】
また、検出温度変換部５３には、周囲温度２５℃時のディジタルデータ（１０００００００）が格納されており、このデータがＤ／Ａ変換器５２で４Ｖに変換されて、比較器５１の正転入力端子に入力されている。更に、比較器５１の反転入力端子には、ノードＮ１に現れる温度電圧ＶＦ（real）＝４Ｖ（２５℃時の設定電圧）が入力されている。
【００５１】
このような状態で、周囲温度が２５℃から４０℃に変化したとする。それに伴って、ノードＮ１に現れる温度電圧ＶＦ（real）が、４Ｖから３．２５Ｖに減少する。
【００５２】
すると、比較変換部５０は上記説明した２分法に基づいて、温度電圧ＶＦ（real）を基準にして、検出温度変換部５３が出力する検出温度データがＶＦ（real）に相当するディジタルデータとなるよう処理を始める。図９は、本処理の流れを示すものであり、比較器での比較回数と検出温度変換部５３が出力するディジタル値の検出温度データに対応する電圧（Ｄ／Ａ変換器５２の出力Ｖ（dac））との関係を示す特性図である。
【００５３】
まず、当初、検出温度変換部５３が出力する検出温度データは２５℃に対応する４Ｖ（Ｖ（dac））である。従って、実際の温度電圧ＶＦ（real）が３．２５Ｖに低下したことにより、比較器５１での比較結果はＶ（dac）＞ＶＦ（real）である（比較回数＝１）。通常動作時では、Ｖ（dac）をＶＦ（real）に一致させるのであるから、Ｖ（dac）を小さくする必要がある。Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pは、図６に示すように８Ｖであるから、この振幅幅の１／４に相当する電圧（２Ｖ）を低減することにより、Ｖ（dac）＝２Ｖに設定する。そのために、検出温度変換部５３では、Ｖ（dac）＝２Ｖに対応するディジタルデータ（０１００００００）を発生する。
【００５４】
次に、Ｄ／Ａ変換器５２は上記データ（０１００００００）をＤ／Ａ変換して比較器５１の正転入力端子に入力する。すると、比較器５１での比較結果は、Ａ／Ｄ変換器出力Ｖ（dac）＝２Ｖ＜温度電圧ＶＦ（real）＝３．２５Ｖである（比較回数＝２）。従って、次はＶ（dac）を上昇させる必要がある。そこで検出温度変換部５３は、Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pの１／８に相当する電圧（１Ｖ）を上昇させたＶ（dac）＝３Ｖに相当するディジタルデータ（０１１０００００）を発生する。
【００５５】
更に、Ｄ／Ａ変換器５２は上記データ（０１１０００００）をＤ／Ａ変換して比較器５１の正転入力端子に入力する。すると、比較器５１での比較結果は、依然としてＡ／Ｄ変換器出力Ｖ（dac）＝３Ｖ＜温度電圧ＶＦ（real）＝３．２５Ｖである（比較回数＝３）。従って、更にＶ（dac）を上昇させる必要がある。そこで検出温度変換部５３は、Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pの１／１６に相当する電圧（０．５Ｖ）を上昇させたＶ（dac）＝３．５Ｖに相当するディジタルデータ（０１１１００００）を発生する。
【００５６】
そして、Ｄ／Ａ変換器５２は上記データ（０１１１００００）をＤ／Ａ変換して比較器５１の正転入力端子に入力する。すると、比較器５１での比較結果は、Ａ／Ｄ変換器出力Ｖ（dac）＝３．５Ｖ＜温度電圧ＶＦ（real）＝３．２５Ｖである（比較回数＝４）。従って、次はＶ（dac）を減少させる必要がある。そこで検出温度変換部５３は、Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pの１／３２に相当する電圧（０．２５Ｖ）を減少させたＶ（dac）＝３．２５Ｖに相当するディジタルデータ（０１１０１０００）を発生する。
【００５７】
以上の結果、Ｖ（dac）＝Ｖ（real）の関係が満たされ、現在温度４０℃に対応するディジタルデータ（０１１０１０００）が検出温度変換部５３より検出温度データとして出力される。
【００５８】
上記のような構成及び動作を有する温度センサによれば、ダイオードに流れ込む電流の値を制御することによって、ダイオードにて検知される温度電圧そのものを設定温度電圧に等しくなるように補正している。従って、ある一点の温度における温度電圧を設定温度電圧に合わせるだけで、温度電圧の温度特性を全温度範囲で設定とほぼ完全に一致させることが出来る。その結果、温度センサの検出精度を向上できる。また、温度センサの動作制御はディジタル信号を用いて行うことが可能であるから、ディジタル機器への温度センサの組み込みが大変容易となる。加えて、調整値及び設定値をディジタルデータとして設定することが出来るため、トリミングの精度向上を図ることができる。
【００５９】
なお、温度センサを構成する為の回路には多くの種類の構成があり、図示した回路構成に限られるものではない。すなわち、電流供給部２０や温度検出部３０の構成は、図示した構成に限られるものではないし、比較変換部５０も逐次比較型のＡ／Ｄ変換回路として機能するものであれば足りる。また、トリミング時の電流源回路２３の制御を、通常動作時と同様の処理で行っても良い。すなわち、上記実施形態では、電流源回路２３を制御する調整値の各ビットが、個々のｐＭＯＳトランジスタの制御信号に相当する信号となっていた。しかし、ｎビットからなる調整値を１つの制御信号として取り扱ってもよい。具体的には、調整値が（００００００００）の際に供給される電流ＩＦに対して、調整値（０００００００１）の際には２・ＩＦ、（００００００１０）の際には３・ＩＦ、…調整値（１１１１１１１１）の際には１２９・ＩＦという電流量になるようにしておき、この電流量自体を１／２づつ増減させてトリミングを行っても良い。
【００６０】
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、温度検出の検出精度を向上できる温度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る温度センサの構成を示すブロック図。
【図２】この発明の一実施形態に係る温度センサにおける温度と温度電圧との関係を示す特性図。
【図３】この発明の一実施形態に係る温度センサの構成を示すブロック図。
【図４】この発明の一実施形態に係る温度センサにおけるトリミング時の温度電圧の変化を示す特性図。
【図５】図３に示す温度センサのトリミング時における実質的構成を示すブロック図。
【図６】温度センサの電圧、温度、及びディジタルデータの関係を示す関係図。
【図７】図５に示す温度センサにおけるトリミング時の温度電圧の変化を示す特性図。
【図８】図３に示す温度センサの通常動作時における実質的構成を示すブロック図。
【図９】図８に示す温度センサにおける通常動作時に、Ｄ／Ａ変換器から出力される電圧の変化を示す特性図。
【図１０】従来の温度センサの構成を示すブロック図。
【図１１】図１０に示す温度センサにおける温度と温度電圧との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１０、１００…温度センサ
２０…電流供給部
２１…電流源
２２、２４、５４…スイッチ
２３…電流源回路
２５、２６−１〜２６−ｎ、１１０…ｐＭＯＳトランジスタ
３０…温度検出部
３１…ダイオード
３２、１２０…ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
４０…設定値格納部
５０…比較変換部
５１…比較器
５２…Ｄ／Ａ変換器
５３…検出温度変換部
６０…調整値格納部
１３０…Ａ／Ｄ変換器
１４０…加算器
【発明の属する技術分野】
この発明は、温度センサに関するもので、特にトリミング機能付きのディジタル式温度センサにおいて、温度検出用トランジスタの製造バラツキが検出精度に与える悪影響を解消するための技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
温度センサは、家電機器や医療機器等多くの分野において広く用いられており、近年では携帯電話等の移動体通信機器にも使用されるようになってきている。これらの温度センサは多種多様であり、それぞれの分野に必要とされる性能を十分に備えていることが重要である。
【０００３】
従来の温度センサについて図１０を用いて説明する。図１０はディジタル式温度センサの構成を示すブロック図である。
【０００４】
図示するように、温度センサ１００はｐＭＯＳトランジスタ１１０、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ１２０、Ａ／Ｄ変換器１３０及び加算器１４０を有している。トランジスタ１１０は、トランジスタ１２０に電流ＩＦを供給する電流源として機能する。トランジスタ１２０は、ベースとエミッタが共通接続されることでダイオードとして機能する。そして、電流ＩＦと周囲温度に応じた温度電圧ＶＦを出力する。Ａ／Ｄ変換器１３０は、温度電圧ＶＦをＡ／Ｄ変換してｎビットのディジタルデータを出力する。加算器１４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０の出力するディジタルデータと、同じくｎビットのディジタルデータであるオフセット値とを加算し、加算結果を検出温度データとして外部へ出力する。
【０００５】
このように、図示する温度センサではトランジスタ１２０で発生する電圧ＶＦが温度によって変化することを利用して温度センスを行っている。なお、オフセット値とはトランジスタ１２０の特性を補正するためのデータである。このオフセット値を用いたトランジスタ１２０の特性補正について図１１を用いて説明する。図１１は温度と温度電圧ＶＦとの関係を示すグラフである。
【０００６】
トランジスタ１２０は、各温度において予め設定された温度電圧ＶＦを発生するように設計・製造される。それが図１１における“設定特性”が示すグラフであったとする。しかし、トランジスタ１２０の製造バラツキ等の影響により、温度電圧ＶＦの温度依存性が当初の設定と異なる場合がある。これが、図１１における“実際の特性”が示すグラフである。従って、このような場合には実際の値が設定値からずれている分を補正する必要がある（これをトリミング（trimming）と呼ぶ）。
【０００７】
トリミングは次のようにして行われる。例えば図１１の例では、ある一点の温度Ｔ１おける実際の温度電圧ＶＦと設定温度電圧との差を観測する。更に、この値をディジタルデータに変換して、温度センサ内のメモリにオフセット値として記憶させておく。そして、実際の温度センサの使用時にはＡ／Ｄ変換器１３０が出力するディジタルデータに上記オフセット値を加算して、その結果を検出温度データとする。
【０００８】
このように、実際の測定値に予め用意しておいたオフセット値を加算することで、トランジスタ１２０の特性バラツキを補正し、正確な温度センスが実現できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の温度センサのトリミング機能では、補正能力が十分でないという問題があった。従来の方法では、ある一点の温度（温度Ｔ１）における設定温度電圧と実際の温度電圧とを比較し、その差をオフセット値としている。そして、実際の温度電圧ＶＦにオフセット値を加算することで補正を行っている。換言すれば、“トリミング”とは、図１１における温度電圧ＶＦの実際の温度特性を平行移動させて、設定特性に重ねることである。従って、両者の特性の傾きが異なる場合には、両者は温度Ｔ１以外の温度範囲では一致しない。すなわち、図１１に示すように、設定特性と補正後の特性とを比較すると、温度Ｔ１でのみ温度電圧ＶＦは一致するが、その他の温度（Ｔ２、Ｔ３）では全く一致しない。
【００１０】
このように、従来の温度センサであると、オフセット値を検出値に加算することでトリミングを行っており、実際の温度電圧ＶＦそのものの補正を行っていなかった。従って、温度依存性の傾きが設定特性と異なる場合には補正が十分には行われず、その結果、温度の検出精度が悪化するという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、温度検出の検出精度を向上できる温度センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る温度センサは、周囲温度と電流とに応じた第１温度電圧を発生する温度検出手段と、所定の周囲温度について予め設定された第２温度電圧をディジタル値で保持する設定値格納手段と、前記温度検出手段に前記電流を供給する電流供給手段とを具備し、前記電流供給手段は、前記第２温度電圧と、前記所定の周囲温度において前記温度検出手段で発生する前記第１温度電圧とが等しくなるように、前記電流を制御することを特徴としている。
【００１３】
更にこの発明に係る温度センサは、トリミング動作モードと通常動作モードとを有する温度センサであって、電流を供給する電流供給手段と、前記電流供給手段の供給する前記電流及び周囲温度に応じた第１温度電圧を発生する温度検出手段と、所定の周囲温度について予め設定された第２温度電圧をディジタル値で保持する設定値格納手段と、前記トリミング動作モードにおいては、前記第２温度電圧と、前記所定の周囲温度において前記温度検出手段が発生する前記第１温度電圧とを比較して、前記第１、第２温度電圧を等しくするように前記電流供給手段を制御するディジタル値の制御信号を生成する比較変換手段と、前記トリミング動作モードにおいては、前記第１、第２温度電圧を等しくする前記制御信号を格納する調整値格納手段とを具備することを特徴としている。
またこの発明に係る温度センサの調整方法は、所定の温度に対応するディジタル値の第１温度電圧を第１格納回路に格納するステップと、電流供給回路が所定の電流を供給するためのディジタル値の制御信号を設定するステップと、周囲温度と前記電流とに基づいて、前記周囲温度を第２温度電圧に変換するステップと、前記第１、第２温度電圧が等しくなるよう前記電流を制御するステップと、前記第１、第２温度電圧が等しくなる前記電流を前記電流供給回路に供給させる前記制御信号を、第２格納回路に格納するステップとを具備することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１６】
この発明の一実施形態に係る温度センサについて図１を用いて説明する。図１はトリミング機能を有する温度センサのブロック図である。
【００１７】
図示するように、温度センサ１０は電流供給部２０、温度検出部３０、設定値格納部４０、比較変換部５０及び調整値格納部６０を有している。
【００１８】
電流供給部２０は、複数の電流源２１、２１、…、及び電流源２１を制御するスイッチ２２、２２、…を有しており、出力ノードＮ１に電流ＩＦを供給する。
【００１９】
温度検出部３０は、例えばノードＮ１にアノードが接続され、接地電位にカソードが接続されたダイオード３１である。そして、電流ＩＦと周囲温度Ｔに応じた温度電圧ＶＦ（第１温度電圧）を発生する。
【００２０】
設定値格納部４０は、所定の温度における、予め設定された設定温度電圧（第２温度電圧）を格納する、例えば不揮発性半導体メモリである。
【００２１】
比較変換部５０は、通常動作時において、過去の温度データと現在の温度電圧ＶＦとを比較し、その比較結果に応じたデータを検出温度データ（現在温度）として出力する。またトリミング時には、設定値格納部４０に格納されている設定温度電圧と温度電圧ＶＦとを比較する。そして、この比較結果に応じて、設定温度電圧と温度電圧ＶＦとが等しくなるように、電流供給部２０が供給する電流ＩＦを制御する。
【００２２】
調整値格納部６０は、トリミング時において設定温度電圧と温度電圧ＶＦとが等しくなる上記制御信号情報（調整値）を格納する、例えば不揮発性半導体メモリである。
【００２３】
次に、上記構成の温度センサのトリミング動作について図１、図２を用いて説明する。図２は温度と温度電圧ＶＦとの関係を示すグラフである。図示するように、ダイオード３１で実際に発生する温度電圧ＶＦの温度特性（図中の“実際の特性”が示すグラフ）が、予め設定された温度特性（図中の“設定特性”が示すグラフ）と異なっていたとする。なお、以下では、温度検出部３０で実際に検出される温度電圧を温度電圧ＶＦ（real）、予め設定された理想的な温度電圧をＶＦ（ideal）と表記する。
【００２４】
まず、設定値格納部４０に所定の温度Ｔ１における設定温度電圧ＶＦ（ideal）の値を保持させる。これはある一点の温度における温度電圧ＶＦ（ideal）のみで良い。次に比較変換部５０は、温度Ｔ１においてダイオード３１で実際に検出される温度電圧ＶＦ（real）と、設定値格納部４０に格納されている設定電圧ＶＦ（ideal）とを比較し、その比較結果に応じて電流供給部２０に制御命令を送出する。この制御命令によって、電流供給部２０は、ダイオード３１で発生する温度電圧ＶＦ（real）が設定温度電圧ＶＦ（ideal）と等しくなるよう、供給電流ＩＦの値をコントロールする。そして、調整値格納部６０は、ＶＦ（real）＝ＶＦ（ideal）となる制御命令を格納する。すなわち、調整値格納部６０は、ＶＦ（real）＝ＶＦ（ideal）となるような電流ＩＦを生成する電流供給部２０の動作条件を記憶する。
【００２５】
このように、トリミング動作においては、電流ＩＦを制御することによって所定の温度Ｔ１における実際の温度電圧ＶＦ（real）自体を設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなるような補正を行う。
【００２６】
次に、通常動作時について説明する。通常動作時においては、電流供給部２０はトリミング動作時に調整値格納部６０に格納された制御命令に応じた電流ＩＦを温度検出部３０へ供給する。温度検出部３０のダイオード３１では、その電流ＩＦと周囲温度に応じた温度電圧ＶＦ（real）を出力する。比較変換部５０では、この温度電圧ＶＦ（real）と、直前の時刻における比較変換部５０の出力とを比較し、その比較結果を検出温度データとして外部へ出力する。
【００２７】
上記のような温度センサによれば、電流ＩＦの値を制御することによって、所定の温度における温度電圧ＶＦ（real）そのものを補正し、設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなるようにしている。このように電流ＩＦを制御してトリミングを行うことにより、図２に示すように補正対象となった温度Ｔ１における温度電圧ＶＦのみならず、その温度特性の傾きの補正も同時に行われる。従って、温度センサの検出精度を向上できる。
【００２８】
上記温度センサの具体的な構成及び動作について、図３を用いて説明する。図３は、図１に示す構成を具体化した、トリミング機能付きのディジタル式温度センサのブロック図である。
【００２９】
図示するように、電流供給部２０は電流源回路２３及びスイッチ２４を備えている。電流源回路２３は、ｐＭＯＳトランジスタ２５及びｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎを有している。ｐＭＯＳトランジスタ２５は、ソースが電源電位に接続され、ゲートが接地電位に接続されており、常時オン状態とされている。ｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎは、ソースが電源電位に接続され、ゲートがｎビットのディジタル信号を伝送する信号線Ｌ１に接続され、各ゲートに信号線Ｌ１を伝送するディジタル信号の各ビットに応じた信号が入力される。そして、ｐＭＯＳトランジスタ２５、２６−１〜２６−ｎのドレインは共通接続され、この共通ノードから電流ＩＦが出力される。スイッチ２４は、信号線Ｌ１と、比較変換部５０または調整値格納部６０の出力との接続をスイッチングする。すなわち、トランジスタ２５によって最小限の電流ＩＦが供給され、それに対する重み付けがトランジスタ２６−１〜２６−ｎによって行われる。
【００３０】
温度検出部３０のダイオード３１は、例えばベース及びコレクタが接地電位に接続され、エミッタが電流供給部２０の出力ノードに接続されたｐｎｐ型のバイポーラトランジスタ３２である。このトランジスタ３２のエミッタ・コレクタ間電圧が、電流ＩＦ及び周囲温度によって変動する温度電圧ＶＦ（real）となり、トランジスタ３２のエミッタと電流供給部２０の出力ノードとの接続ノードＮ１から取り出される。
【００３１】
設定値格納部４０は、所定の温度Ｔ１における設定温度電圧ＶＦ（ideal）の値を、ｎビットのディジタルデータ（設定値）として格納している。
【００３２】
比較変換部５０は、比較器５１、Ｄ／Ａ変換器５２、検出温度変換部５３及びスイッチ５４を有しており、周知の逐次比較型Ａ／Ｄ変換回路である。比較器５１は、ノードＮ１で検出される温度電圧ＶＦ（real）と、Ｄ／Ａ変換器５２が出力するアナログデータとを比較する。検出温度変換部５３は比較器５１での比較結果に応じたｎビットのディジタルデータを出力する。検出温度変換部における処理の詳細な説明は後述する。この検出温度変換部５３が、通常動作時には検出温度をｎビットのディジタルデータとして出力する。Ｄ／Ａ変換器５２は、設定値格納部５０または検出温度変換部５３が出力するディジタルデータをアナログデータに変換する。またスイッチ５４は、Ｄ／Ａ変換器５２への入力と、検出温度変換部５３または設定値格納部４０の出力との接続をスイッチングする。
【００３３】
調整値格納部６０は、トリミング時に検出温度変換部５３が出力するｎビットデジタルデータを格納する。
【００３４】
次に、上記構成を有する温度センサの動作について説明する。まず、トリミング時の動作について説明する。トリミング動作は、比較変換部５０の基準電圧を設定値格納部４０に格納された設定値とし、２分法を用いて電流値ＩＦを調整することにより、トランジスタ３２の出力する温度電圧ＶＦ（real）を設定電圧ＶＦ（ideal）に等しくすることで行われる。この２分法を用いた電流ＩＦの調整について、図３及び図４を用いて説明する。図４は２分法について説明するためのもので、比較回数とオントランジスタ数及び温度電圧ＶＦとの関係を示す図である。
【００３５】
まず設定値格納部４０に、所定の温度Ｔ１における設定温度電圧ＶＦ（ideal）に相当するｎビットのディジタルデータ（設定値）が格納される。また、電流供給部２０では、デフォルトとしてｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの内の半分（ｎ／２個）がオン状態とされる。そして、トリミングを行うにあたって、ノードＬ１はスイッチ２４によって検出温度変換部５３の出力ノードに接続され、Ｄ／Ａ変換器５２の入力ノードはスイッチ５４によって設定値格納部４０の出力ノードに接続される。その上で、周囲温度が温度Ｔ１に設定される。
【００３６】
Ｄ／Ａ変換器５２は、設定値格納部４０に格納されている設定値のＤ／Ａ変換を行う。このＤ／Ａ変換によって得られた設定温度電圧ＶＦ（ideal）は、比較器５１の一方の入力端子に入力される。また、ノードＮ１に現れる実際の温度電圧ＶＦ（real）が比較器の他方の入力端子に入力される。なお、上記のように電流源回路２３におけるｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの内の半分がオン状態の場合にノードＮ１に現れる実際の温度電圧ＶＦ（real）を、ＶＦ（real1）とする。そして、比較器５１は両者を比較する。この時、設定温度電圧ＶＦ（ideal）と実際の温度電圧ＶＦ（real1）との関係が、図４に示すようにＶＦ（real1）＜ＶＦ（ideal）であったとする。すると、検出温度変換部５３はこの比較結果に基づいて更にｎ／４個のｐＭＯＳトランジスタをオン状態にして、全体として３ｎ／４個のｐＭＯＳトランジスタをオン状態にする。その結果、電流ＩＦは増大し、トランジスタ３２で発生する温度電圧ＶＦ（real）も増大する。この時にノードＮ１に現れる温度電圧をＶＦ（real2）とする。そして、比較器５１によって両者の比較が行われるが、その比較結果はＶＦ（real2）＞ＶＦ（ideal）であったとする。すると、検出温度変換部５３は、オン状態とされている３ｎ／４個のトランジスタの内、ｎ／８個をオフ状態として、全体として５ｎ／８個のトランジスタをオン状態にする。これにより電流ＩＦは減少し、トランジスタ３２で発生する温度電圧ＶＦ（real）も減少する。引き続き、比較器はこの状態においてノードＮ１に現れる温度電圧と設定温度電圧とを比較し、一致しなければ、ｎ／１６個のトランジスタを追加、または削減して、ノードＮ１に現れる温度電圧と設定温度電圧とを比較する。この処理を、実際の温度電圧ＶＦ（real）＝設定温度電圧ＶＦ（ideal）となるまで繰り返す。
【００３７】
以上のように、２分法によって、オン状態とすべきトランジスタの個数をｎ／２個づつ増減しながら、実際の温度電圧ＶＦ（real）と設定温度電圧ＶＦ（ideal）との比較を逐次行い、実際の温度電圧ＶＦ（real）を設定温度電圧ＶＦ（ideal）に近づけていく。そして、ＶＦ（real）＝ＶＦ（ideal）を満たすのに必要なｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの個数に相当する制御信号（調整値）が、書き込み信号に基づいて調整値格納部６０に格納される。
【００３８】
次に通常動作時について説明する。通常動作時においては、ノードＬ１はスイッチ２４によって調整値格納部６０の出力ノードに接続され、Ｄ／Ａ変換器５２の入力ノードはスイッチ５４によって検出温度変換部５３の出力ノードに接続される。
【００３９】
電流源回路２３内に含まれるｎ個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎは、上記トリミング時に調整値格納部６０に格納された調整値によって指定されたトランジスタのみがオン状態とされることにより、電流ＩＦが制御される。これにより、トランジスタ３２で発生する温度電圧ＶＦ（real）は、設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなる。
【００４０】
その上で、比較変換部５０は、温度電圧ＶＦ（real）をＡ／Ｄ変換して得たｎビットのディジタルデータを検出温度データとして出力する。通常動作時において比較変換部５０で行われる処理は基本的にはトリミング時と同様であるが、比較器５１において基準となる電圧は、ノードＮ１で検出される補正済みの温度電圧ＶＦ（real）である。この電圧ＶＦ（real）を基準とした２分法によって、検出温度変換部５３で得られるｎビットディジタルデータを、温度電圧ＶＦ（real）に相当する値に一致させる。
【００４１】
次に、上記温度センサの動作をより具体的に説明する。図５はトリミング時における温度センサの実質的な構成を示すブロック図であり、簡単化のために、ｎ＝８（ｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−ｎの数）の場合を示している。また、当該温度センサにおいて予め設定された設定温度電圧ＶＦ（ideal）、周囲温度、及びディジタルデータの関係を図６に示す。すなわち、設定温度電圧は０．００Ｖから８．００Ｖまでの範囲で変動し、それに対応する周囲温度は１０５℃から−６５℃、各温度に対応するディジタルデータは（００００００００）から（１１１１１１１１）である。例として、周囲温度２５℃でトリミングを行う場合について以下説明する。
【００４２】
まず図６に示すように、周囲温度２５℃に対応するディジタルデータは（１０００００００）であり、この８ビットディジタルデータが設定値格納部４０に設定値として格納される。
【００４３】
また、電流供給部２０を制御する制御信号として、（１１１１００００）が検出温度変換部５３に格納される。これは、トリミングを行うにあたってのデフォルト値であって、各ビットは、上位ビットから順次トランジスタ２６−１〜２６−８の制御命令に相当し、“１”でオン状態、“０”でオフ状態とするものである。従って、データ（１１１１００００）の意味するところは、８個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−８の内の半分、すなわち４つのトランジスタ２６−１〜２６−４をオン状態とし、トランジスタ２６−５〜２６−８をオフ状態にするということである。
【００４４】
更に、周囲温度が２５℃に設定されると共に、スイッチ２４によってノードＬ１は検出温度変換部５３の出力ノードに接続され、スイッチ５４によってＤ／Ａ変換器５２の入力ノードは設定値格納部４０の出力ノードに接続される。
【００４５】
設定値格納部４０内の設定値（１０００００００）は、Ｄ／Ａ変換器５２においてアナログデータに変換される。このＡ／Ｄ変換は、当然ながら図６に示す関係を満たすようにして行われる。すなわち、設定値（１０００００００）は４Ｖに変換されて、比較器５１の正転入力端子に入力される。他方、比較器５１の反転入力端子には、ノードＮ１に現れる温度電圧ＶＦ（real）が入力される。ここで、周囲温度２５℃における実際の温度電圧ＶＦ（real）が設定温度電圧ＶＦ（ideal）＝４Ｖと異なり３．５Ｖであったと仮定する。
【００４６】
すると、比較変換部５０は上記説明した２分法に基づいて、温度電圧ＶＦ（real）を設定温度電圧ＶＦ（ideal）に等しくなるよう処理を始める。図７は、本処理の流れを示すものであり、比較器での比較回数とオン状態のトランジスタの個数及び電圧ＶＦとの関係を示す特性図である。図示するように、電流供給部２０の供給する電流ＩＦがデフォルト（４個のトランジスタ２６−１〜２６−４がオン状態）である場合には、ＶＦ（real）＜ＶＦ（ideal）である（比較回数＝１）から、オン状態のトランジスタ数を増やして電流ＩＦを上昇させる必要がある。従って、検出温度変換部５３は全ｐＭＯＳトランジスタ数の１／４に相当する数（２個）のトランジスタを更にオン状態とし、全体として６個のトランジスタ２６−１〜２６−６をオン状態として、温度電圧ＶＦ（real）を上昇させる。すなわち制御信号（１１１１１１００）を発生する。
【００４７】
６個のトランジスタ２６−１〜２６−６をオン状態とすることにより電流ＩＦが増加し、温度電圧ＶＦ（real）は上昇する。その結果、温度電圧ＶＦ（real）は設定温度電圧（ideal）＝４Ｖを超えて４．５Ｖであったとする（比較回数＝２）。とすれば、次は電流ＩＦを小さくする必要があるから、検出温度変換部５３は、全トランジスタ数の１／８に相当する数（１個）のトランジスタをオフ状態とし、全体として５個のトランジスタ２６−１〜２６−５をオン状態として、温度電圧ＶＦ（real）を低減させる。すなわち制御信号（１１１１１０００）を発生する。その結果、温度電圧（real）も下降し、温度電圧ＶＦ（real）＝４Ｖとなり、設定温度電圧ＶＦ（ideal）に一致する。そして、温度電圧ＶＦ（real）＝設定温度電圧ＶＦ（ideal）とする制御信号（１１１１１０００）が、書き込み信号に基づいて調整値格納部６０に調整値として保持される。
以上のようにしてトリミング動作が完了する。
【００４８】
次に、通常動作について図６及び図８を用いて説明する。図８は通常動作時における温度センサの実質的な構成を示すブロック図である。例として、周囲温度が２５℃から４０℃に変化した場合の動作について以下説明する。
【００４９】
まず、ノードＬ１はスイッチ２４によって調整値格納部６０の出力ノードに接続され、Ｄ／Ａ変換器５２の入力ノードはスイッチ５４によって検出温度変換部５３の出力ノードに接続されている。そして、調整値格納部６０には、上記トリミング時に得た調整値（１１１１１０００）が格納されている。従って、電流源回路２３内の８個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−８のうち、５個のｐＭＯＳトランジスタ２６−１〜２６−５がオン状態、３個のｐＭＯＳトランジスタ２６−６〜２６−８がオフ状態とされることで、トランジスタ３２の出力する温度電圧ＶＦ（real）は設定温度電圧ＶＦ（ideal）に補正されている。
【００５０】
また、検出温度変換部５３には、周囲温度２５℃時のディジタルデータ（１０００００００）が格納されており、このデータがＤ／Ａ変換器５２で４Ｖに変換されて、比較器５１の正転入力端子に入力されている。更に、比較器５１の反転入力端子には、ノードＮ１に現れる温度電圧ＶＦ（real）＝４Ｖ（２５℃時の設定電圧）が入力されている。
【００５１】
このような状態で、周囲温度が２５℃から４０℃に変化したとする。それに伴って、ノードＮ１に現れる温度電圧ＶＦ（real）が、４Ｖから３．２５Ｖに減少する。
【００５２】
すると、比較変換部５０は上記説明した２分法に基づいて、温度電圧ＶＦ（real）を基準にして、検出温度変換部５３が出力する検出温度データがＶＦ（real）に相当するディジタルデータとなるよう処理を始める。図９は、本処理の流れを示すものであり、比較器での比較回数と検出温度変換部５３が出力するディジタル値の検出温度データに対応する電圧（Ｄ／Ａ変換器５２の出力Ｖ（dac））との関係を示す特性図である。
【００５３】
まず、当初、検出温度変換部５３が出力する検出温度データは２５℃に対応する４Ｖ（Ｖ（dac））である。従って、実際の温度電圧ＶＦ（real）が３．２５Ｖに低下したことにより、比較器５１での比較結果はＶ（dac）＞ＶＦ（real）である（比較回数＝１）。通常動作時では、Ｖ（dac）をＶＦ（real）に一致させるのであるから、Ｖ（dac）を小さくする必要がある。Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pは、図６に示すように８Ｖであるから、この振幅幅の１／４に相当する電圧（２Ｖ）を低減することにより、Ｖ（dac）＝２Ｖに設定する。そのために、検出温度変換部５３では、Ｖ（dac）＝２Ｖに対応するディジタルデータ（０１００００００）を発生する。
【００５４】
次に、Ｄ／Ａ変換器５２は上記データ（０１００００００）をＤ／Ａ変換して比較器５１の正転入力端子に入力する。すると、比較器５１での比較結果は、Ａ／Ｄ変換器出力Ｖ（dac）＝２Ｖ＜温度電圧ＶＦ（real）＝３．２５Ｖである（比較回数＝２）。従って、次はＶ（dac）を上昇させる必要がある。そこで検出温度変換部５３は、Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pの１／８に相当する電圧（１Ｖ）を上昇させたＶ（dac）＝３Ｖに相当するディジタルデータ（０１１０００００）を発生する。
【００５５】
更に、Ｄ／Ａ変換器５２は上記データ（０１１０００００）をＤ／Ａ変換して比較器５１の正転入力端子に入力する。すると、比較器５１での比較結果は、依然としてＡ／Ｄ変換器出力Ｖ（dac）＝３Ｖ＜温度電圧ＶＦ（real）＝３．２５Ｖである（比較回数＝３）。従って、更にＶ（dac）を上昇させる必要がある。そこで検出温度変換部５３は、Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pの１／１６に相当する電圧（０．５Ｖ）を上昇させたＶ（dac）＝３．５Ｖに相当するディジタルデータ（０１１１００００）を発生する。
【００５６】
そして、Ｄ／Ａ変換器５２は上記データ（０１１１００００）をＤ／Ａ変換して比較器５１の正転入力端子に入力する。すると、比較器５１での比較結果は、Ａ／Ｄ変換器出力Ｖ（dac）＝３．５Ｖ＜温度電圧ＶＦ（real）＝３．２５Ｖである（比較回数＝４）。従って、次はＶ（dac）を減少させる必要がある。そこで検出温度変換部５３は、Ｖ（dac）の振幅幅Ｖp-pの１／３２に相当する電圧（０．２５Ｖ）を減少させたＶ（dac）＝３．２５Ｖに相当するディジタルデータ（０１１０１０００）を発生する。
【００５７】
以上の結果、Ｖ（dac）＝Ｖ（real）の関係が満たされ、現在温度４０℃に対応するディジタルデータ（０１１０１０００）が検出温度変換部５３より検出温度データとして出力される。
【００５８】
上記のような構成及び動作を有する温度センサによれば、ダイオードに流れ込む電流の値を制御することによって、ダイオードにて検知される温度電圧そのものを設定温度電圧に等しくなるように補正している。従って、ある一点の温度における温度電圧を設定温度電圧に合わせるだけで、温度電圧の温度特性を全温度範囲で設定とほぼ完全に一致させることが出来る。その結果、温度センサの検出精度を向上できる。また、温度センサの動作制御はディジタル信号を用いて行うことが可能であるから、ディジタル機器への温度センサの組み込みが大変容易となる。加えて、調整値及び設定値をディジタルデータとして設定することが出来るため、トリミングの精度向上を図ることができる。
【００５９】
なお、温度センサを構成する為の回路には多くの種類の構成があり、図示した回路構成に限られるものではない。すなわち、電流供給部２０や温度検出部３０の構成は、図示した構成に限られるものではないし、比較変換部５０も逐次比較型のＡ／Ｄ変換回路として機能するものであれば足りる。また、トリミング時の電流源回路２３の制御を、通常動作時と同様の処理で行っても良い。すなわち、上記実施形態では、電流源回路２３を制御する調整値の各ビットが、個々のｐＭＯＳトランジスタの制御信号に相当する信号となっていた。しかし、ｎビットからなる調整値を１つの制御信号として取り扱ってもよい。具体的には、調整値が（００００００００）の際に供給される電流ＩＦに対して、調整値（０００００００１）の際には２・ＩＦ、（００００００１０）の際には３・ＩＦ、…調整値（１１１１１１１１）の際には１２９・ＩＦという電流量になるようにしておき、この電流量自体を１／２づつ増減させてトリミングを行っても良い。
【００６０】
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、温度検出の検出精度を向上できる温度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る温度センサの構成を示すブロック図。
【図２】この発明の一実施形態に係る温度センサにおける温度と温度電圧との関係を示す特性図。
【図３】この発明の一実施形態に係る温度センサの構成を示すブロック図。
【図４】この発明の一実施形態に係る温度センサにおけるトリミング時の温度電圧の変化を示す特性図。
【図５】図３に示す温度センサのトリミング時における実質的構成を示すブロック図。
【図６】温度センサの電圧、温度、及びディジタルデータの関係を示す関係図。
【図７】図５に示す温度センサにおけるトリミング時の温度電圧の変化を示す特性図。
【図８】図３に示す温度センサの通常動作時における実質的構成を示すブロック図。
【図９】図８に示す温度センサにおける通常動作時に、Ｄ／Ａ変換器から出力される電圧の変化を示す特性図。
【図１０】従来の温度センサの構成を示すブロック図。
【図１１】図１０に示す温度センサにおける温度と温度電圧との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１０、１００…温度センサ
２０…電流供給部
２１…電流源
２２、２４、５４…スイッチ
２３…電流源回路
２５、２６−１〜２６−ｎ、１１０…ｐＭＯＳトランジスタ
３０…温度検出部
３１…ダイオード
３２、１２０…ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
４０…設定値格納部
５０…比較変換部
５１…比較器
５２…Ｄ／Ａ変換器
５３…検出温度変換部
６０…調整値格納部
１３０…Ａ／Ｄ変換器
１４０…加算器
Claims (12)
- トリミング動作モードと通常動作モードとを有する温度センサであって、
電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段の供給する前記電流及び周囲温度に応じた第１温度電圧を発生する温度検出手段と、
所定の周囲温度について予め設定された第２温度電圧をディジタル値で保持する設定値格納手段と、
前記トリミング動作モードにおいては、前記第２温度電圧と、前記所定の周囲温度において前記温度検出手段が発生する前記第１温度電圧とを比較して、前記第１、第２温度電圧を等しくするように前記電流供給手段を制御するディジタル値の制御信号を生成し、前記通常動作モードにおいては、前記第１温度電圧を基にディジタル値の検出温度データを生成する比較変換手段と、
前記トリミング動作モードにおいては、前記第１、第２温度電圧を等しくする前記制御信号を格納する調整値格納手段と
を具備し、前記電流供給手段は、前記通常動作モードにおいては、前記トリミングモードにおいて前記調整値格納手段に格納された前記制御信号に基づいた電流を前記温度検出手段に供給し、
前記比較変換手段は、前記通常動作モードにおいては前記第１温度電圧と前記検出温度データとを比較し、前記検出温度データに対応する電圧が前記第１温度電圧に一致するように前記検出温度データを制御する
ことを特徴とする温度センサ。 - 前記比較変換手段は前記通常動作モードにおいて、予め定められた前記第１温度電圧とそれに対応する前記検出温度データとの関係に基づいて、前記第１温度電圧と前記検出温度データとを一致させる
ことを特徴とする請求項１記載の温度センサ。 - 前記トリミング動作モードから前記通常動作モードに移行した直後において、前記比較変換手段は、前記設定値格納手段に保持された前記第２温度電圧のディジタル値を前記検出温度データの初期値として用いる
ことを特徴とする請求項１または２記載の温度センサ - 前記比較変換手段は、前記トリミング動作モードにおいて、前記第１温度電圧と前記第２温度電圧とを比較する比較器と、
前記トリミング動作モードにおいて、前記比較器における比較結果に基づいて、前記第１、第２温度電圧を等しくする前記電流を供給するように前記電流供給手段を制御する前記制御信号を生成する温度検出変換部と、
前記トリミング動作モードにおいて、前記設定値格納手段に保持されている前記第２温度電圧をアナログ値に変換して前記比較器へ入力するＤ／Ａ変換器と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記比較変換手段は、前記通常動作モードにおいて、前記第１温度電圧と前記検出温度データに対応する電圧とを比較する比較器と、
前記通常動作モードにおいて、前記比較器における比較結果に基づいて、前記検出温度データを前記第１温度電圧に対応する値に変換する温度検出変換部と、
前記通常動作モードにおいて、前記温度検出変換部の出力する前記検出温度データを対応する電圧に変換して前記比較器へ入力するＤ／Ａ変換器と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記比較変換手段は、前記トリミング動作モードにあっては前記第２温度電圧を基準値とする逐次比較型のＡ／Ｄ変換器である
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記比較変換手段は、前記通常動作モードにあっては前記第１温度電圧を基準値とする逐次比較型のＡ／Ｄ変換器である
ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記電流供給手段は複数のトランジスタを備え、オン状態にある該トランジスタの数によって供給する電流値を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記電流供給手段は、複数のトランジスタを備え、前記通常動作モードにおいては、前記調整値格納手段に保持された前記制御信号に基づく数の前記トランジスタがオン状態とされることにより、前記第１、第２温度電圧が一致する電流を供給する
ことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記電流供給手段は、前記トリミング動作モードにおいては、オン状態にある前記トランジスタの数を前記比較変換手段によって調整されることにより、前記第１、第２温度電圧が一致する電流を供給する
ことを特徴とする請求項８記載の温度センサ。 - 前記温度検出手段はダイオードである
ことを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項記載の温度センサ。 - 前記設定格納手段及び前記調整値格納手段は不揮発性の半導体メモリである
ことを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載の温度センサ。
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