KR100958717B1 - Temperature sensing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 온도 감지 회로는 온도의 변화에 대응되는 출력 전압의 기울기를 증가시키되, 전류 소스로 구성된 레벨조절회로를 이용하여 출력 전압을 전체 온도 구간에서 일정 레벨 낮추어 준다. 그 결과, 온도 감지 회로의 출력 전압의 변화 폭이 커지면서도 출력 전압이 동작전압 범위를 벗어나지 않게 되어, 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다.The temperature sensing circuit of the present invention increases the slope of the output voltage corresponding to the change in temperature, but lowers the output voltage by a certain level in the entire temperature range by using a level control circuit composed of a current source. As a result, the change in the output voltage of the temperature sensing circuit increases, but the output voltage does not go out of the operating voltage range, so that accurate temperature sensing results can be generated over the entire temperature range.
온도 감지 회로, 온도 변화 Temperature sensing circuit, temperature change
Description
본 발명은 온도 감지회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 온도의 변화를 정확하게 감지하는 온도 감지 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature sensing circuit, and more particularly to a temperature sensing circuit for accurately detecting a change in temperature.
집적회로 내에서 온도의 변화를 감지하는 온도 감지 회로는, 현재 매우 중요한 역할을 하는 회로 중 하나로 자리 잡고 있다. 온도 감지 회로는, 고온에서 회로를 보호하는 회로, 일정 온도에서 동작 특성이 변하는 회로, 그리고 온도계 등과 같은 회로에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. Temperature sensing circuits, which sense temperature changes within integrated circuits, are now one of the most important circuits. Temperature sensing circuits play a very important role in circuits that protect circuits at high temperatures, circuits whose operating characteristics change at constant temperatures, and circuits such as thermometers.
기존의 온도 감지 회로는 기본적으로 PTAT(Proportional to absolute temperature) 전류 생성 회로를 이용해서 설계된다. PTAT 전류 생성 회로를 이용한 온도 감지 회로의 구성은, 1991년 8월, Armstrong 등에 의해 취득된 미국특허공보 "TEMPERATURE SENSING CIRCUIT" 등에 게재되어 있다. Traditional temperature sensing circuits are basically designed using a proportional to absolute temperature (PTAT) current generation circuit. The configuration of the temperature sensing circuit using the PTAT current generating circuit is disclosed in US Patent Publication "TEMPERATURE SENSING CIRCUIT" obtained in August 1991 by Armstrong et al.
온도 감지 회로의 경우, 출력 전압의 변화 폭이 크면 클수록 온도 감지의 정확도가 높아진다. 출력 전압의 폭을 증가시키는 방법은, 온도에 따른 출력 전압의 변화율(즉, 기울기)을 증가시키는 것이다. 그러나, PTAT 전류 생성 회로를 이용한 온도 감지 회로는 출력 전압의 변화 폭을 일정 이상으로 증가시키는데 어려움이 있 다. 예를 들면, 기존의 온도 감지 회로의 경우 전체 온도 구간에서의 전압 변화율(즉, 기울기)을 증가시키게 되면, 전압의 크기도 같이 증가하게 되어, 회로의 출력 전압이 회로 동작전압 이상으로 증가하게 된다. 그 결과, 출력 전압이 더 이상 상승하지 못하고 클리핑(clipping) 되어, 온도 변화를 감지하지 못하게 되는 문제가 발생 된다. In the case of temperature sensing circuits, the larger the change in output voltage, the higher the accuracy of temperature sensing. The method of increasing the width of the output voltage is to increase the rate of change of the output voltage (ie, the slope) with temperature. However, the temperature sensing circuit using the PTAT current generation circuit has difficulty in increasing the variation of the output voltage by more than a certain level. For example, in the case of a conventional temperature sensing circuit, increasing the voltage change rate (ie, slope) over the entire temperature range also increases the magnitude of the voltage, thereby increasing the output voltage of the circuit above the circuit operating voltage. . As a result, the output voltage no longer rises and is clipped, causing a problem that the temperature change cannot be detected.
종래의 온도 감지 회로는 전체 온도 구간에서의 전압 변화 기울기를 증가시키게 되면, 회로의 출력 전압이 회로 동작전압 이상으로 증가하게 되어 온도 변화를 감지하지 못하게 되는 문제가 있다. In the conventional temperature sensing circuit, when the slope of the voltage change in the entire temperature range is increased, the output voltage of the circuit is increased above the circuit operating voltage, thereby preventing the sensing of the temperature change.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전체 온도구간에서 출력 전압의 변화폭을 증가시키되, 출력 전압이 회로의 동작 전압을 넘지 않도록 설계된 온도 감지 회로를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a temperature sensing circuit designed to increase the variation of the output voltage over the entire temperature range, but not to exceed the operating voltage of the circuit. .
본 발명의 다른 목적은 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있는 온도 감지 회로를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a temperature sensing circuit capable of producing accurate temperature sensing results over the entire temperature range.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 온도 감지 회로는, 온도의 변화에 대응되는 제 1 전압을 발생하되 전체 온도 구간에 대해 상기 제 1 전압의 기울기를 증가시키는 온도전압 발생회로; 그리고 상기 제 1 전압의 레벨을 강하시킨 제 2 전압을 온도 감지 결과로서 출력하는 레벨조절회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the temperature sensing circuit according to the present invention includes: a temperature voltage generating circuit generating a first voltage corresponding to a change in temperature but increasing a slope of the first voltage over an entire temperature section; And a level adjusting circuit for outputting a second voltage having the level of the first voltage lowered as a result of temperature sensing.
이 실시예에 있어서, 상기 제 2 전압의 레벨은 동작 전압을 넘지 않는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the level of the second voltage is characterized by not exceeding the operating voltage.
이 실시예에 있어서, 상기 온도전압 발생회로는 온도의 변화에 따른 제 1 및 제 2 온도 감지 소자들의 전압 차이에 해당되는 전류를 발생하는 전류 생성부; 상기 전류를 복사하여 출력하는 전류 공급부; 그리고 상기 복사된 전류에 대응되는 전압을 상기 제 1 전압으로서 출력하는 전압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the temperature voltage generating circuit includes a current generating unit for generating a current corresponding to the voltage difference between the first and second temperature sensing elements according to the change in temperature; A current supply unit which copies and outputs the current; And a voltage generator configured to output a voltage corresponding to the radiated current as the first voltage.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 온도 감지 소자는, 각각이 서로 다른 면적을 가지는 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the first and the second temperature sensing element, characterized in that each consisting of a diode having a different area.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 온도 감지 소자는, 각각이 서로 다른 면적을 가지는 바이폴라 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the first and the second temperature sensing element is characterized by being composed of bipolar transistors each having a different area.
이 실시예에 있어서, 상기 전류 생성부는 PTAT(Proportional to absolute temperature) 전류 생성 회로인 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the current generating unit is characterized in that the Proportional to absolute temperature (PTAT) current generating circuit.
이 실시예에 있어서, 상기 전압 발생부는 상기 복사된 전류에 의해 전압 강하가 발생되는 저항을 포함하며, 상기 저항에 흐르는 전류의 양은 상기 레벨 조절부에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the voltage generator comprises a resistor in which a voltage drop is generated by the radiated current, characterized in that the amount of current flowing through the resistor is adjusted by the level adjuster.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 전압의 기울기는, 상기 제 1 및 제 2 온도 감지 소자들의 사이즈, 상기 제 1 및 제 2 온도 감지 소자들로부터 복사된 전류의 양, 그리고 상기 저항의 크기 중 적어도 어느 하나를 조절함에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the slope of the first voltage is at least one of a size of the first and second temperature sensing elements, an amount of current radiated from the first and second temperature sensing elements, and a magnitude of the resistance. It is characterized by being carried out by adjusting any one.
이 실시예에 있어서, 상기 레벨조절회로는 상기 제 1 전압의 레벨을 일정한 레벨만큼 강하시키는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the level control circuit is characterized in that the level of the first voltage drop by a certain level.
이 실시예에 있어서, 상기 레벨조절회로는 상기 전압 발생부에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the level control circuit is characterized in that connected to the voltage generator in parallel.
이 실시예에 있어서, 상기 레벨조절회로는 접지 단자로 일정 레벨의 전류를 제공하는 전류소스인 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the level control circuit is characterized in that the current source for providing a constant level of current to the ground terminal.
이상과 같은 본 발명의 온도 감지 회로에 의하면 출력 전압이 회로의 동작 전압을 넘지 않으면서도 전체 온도 구간에서 출력 전압의 변화 폭을 넓게 생성할 수 있게 된다. According to the temperature sensing circuit of the present invention as described above, it is possible to generate a wide variation in the output voltage over the entire temperature range without the output voltage exceeds the operating voltage of the circuit.
그리고, 본 발명의 온도 감지 회로에 의하면 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다. 따라서, 온도 감지 회로가 적용된 여러 가지 어플리케이션들의 정확도가 높아지게 된다. In addition, according to the temperature sensing circuit of the present invention, an accurate temperature sensing result can be generated in the entire temperature section. Therefore, the accuracy of various applications to which the temperature sensing circuit is applied is increased.
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 신규한 온도 감지 회로는 출력 전압의 기울기를 증가시키되, 전류 소스로 구성된 레벨조절회로를 이용하여 출력 전압을 일정 레벨 낮추어 준다. 그 결과, 온도 감지 회로의 출력 전압의 변화 폭이 커지면서도 출력 전압이 동작전압 범위를 벗어나지 않게 되어, 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다.The novel temperature sensing circuit of the present invention increases the slope of the output voltage, but lowers the output voltage by a certain level using a level control circuit comprised of a current source. As a result, the change in the output voltage of the temperature sensing circuit increases, but the output voltage does not go out of the operating voltage range, so that accurate temperature sensing results can be generated over the entire temperature range.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 감지 회로(100)의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(100)는 온도전압 발생회로(110)와 레벨조절회로(150)를 포함한다. 온도전압 발생회로(110)는 온도의 변화에 대응되는 전압을 발생하는 동작과, 전체 온도 구간에 대해 상기 전압의 기울기를 증가시키는 동작을 수행한다. 레벨조절회로(150)는, 온도전압 발생회로(110)의 출력 전압을 일정 레벨 강하시켜 출력하는 동작을 수행한다. Referring to FIG. 1, the
이를 위해 온도전압 발생회로(110)는 전류 생성부(120), 전류 공급부(130), 그리고 전압 발생부(140)를 포함한다. 온도전압 발생회로(110)의 전압 발생부(140)에는 레벨조절회로(150)가 병렬로 연결된다. 레벨조절회로(150)는 전류 소스(current source)로 구성된다. 레벨조절회로(150)는 일정 레벨의 전류(IREF)를 접지 방향으로 흘려줌으로써, 온도 감지 회로(100)의 출력 전압(Vs)을 전체 온도구간에서 일정한 레벨만큼 내려 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 레벨조절회로(150)의 구성에 따르면, 전체 온도 범위 내에서 온도 감지 회로(100)의 출력전압(Vs)이 동작전압 범위를 벗어나지 않게 된다. 그 결과, 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다. To this end, the temperature
전류 생성부(120)는 반도체 P-N 접합의 온도에 따른 전압 차이 변화를 이용하는 PTAT 온도전압 발생회로이다. 전류 생성부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 n*A와 A로 각기 다른 면적을 가지는 제 1 및 제 2 다이오드(Q0, Q1)의 온도에 따라 VQ0, VQ1의 전압 값이 서로 다르게 나타나는 원리를 이용한다. 여기서, 제 1 및 제 2 다이오드(Q1, Q2)는 온도에 따라 전압 강하 결과가 각기 다르게 나타나는 온도 감지 소자로서의 기능을 수행한다. 제 1 및 제 2 다이오드(Q1, Q2)의 양단의 전압(VQ0, VQ1)은 [수학식 1]과 같이 정의된다.The
[수학식 1]에서, VT는 온도에 따라 바뀌는 열전압(thermal voltage) 값이고, m (m은 양의 정수)은 복사된 전류의 양(즉, m배수)을 나타낸다. 예를 들면, M0에 흐르는 전류의 양은 M2에 흐르는 전류(Io)의 m배에 해당 되고(즉, mIo), M1에 흐르는 전류의 양은 M3에 흐르는 전류(Io)의 m배에 해당된다(즉, mIo). 이를 위해, 트랜지스터 M2는 트랜지스터 M0의 면적의 m배의 면적을 갖도록 구성된다. 그리고, 트랜지스터 M3은 트랜지스터 M1의 면적의 m배의 면적을 갖도록 구성된다. 이와 같이 트랜지스터들의 면적이 서로 다르게 구성됨으로 인해, 전류 복사에 의해 각각의 다이오드 쪽으로 흐르는 전류의 양의 m배에 해당하는 차이가 발생하게 된다. In
제 1 내지 제 4 트랜지스터(M0~M3)로 구성된 증폭기에 의해서, 제 1 및 제 2 다이오드(Q1, Q2)의 양단의 전압(VQ0, VQ1)은 저항 R1의 양단 간의 전압을 설정하게 된다. 예를 들면, 저항 R1의 위쪽 노드의 전압은 VQ1과 같아지고, 아래쪽 노드의 전압은 VQ0와 같아지게 된다. 이 경우, 저항 R1의 위쪽 노드와 아래쪽 노드의 전압차이(△VQ)는 [수학식 2]와 같이 정의된다.By the amplifier composed of the first to fourth transistors M0 to M3, the voltages V Q0 and V Q1 at both ends of the first and second diodes Q1 and Q2 set the voltage between both ends of the resistor R1. . For example, the voltage at the upper node of resistor R1 is equal to V Q1, and the voltage at the lower node is equal to V Q0 . In this case, the voltage difference ΔV Q between the upper node and the lower node of the resistor R1 is defined as shown in [Equation 2].
[수학식 2]에서 알 수 있는 바와 같이, 저항 R1의 위쪽 노드와 아래쪽 노드의 전압차이(△VQ)는 온도에 따라 바뀌는 열전압 VT에 의해 결정된다. 그러므로, 상기 전압차이(△VQ)는 온도에 따라 전압 값이 변화하게 된다. 이 경우, 저항 R1의 위쪽 노드와 아래쪽 노드의 전압차이(△VQ)에 의해 저항 R1에 흐르는 전류(IR1)는 [수학식 3]과 같이 정의된다.As can be seen from
R1에 흐르는 전류(IR1)는 전류 복사 동작에 의해서 제 5 트랜지스터(M5)로 구성된 전류 공급부(130)에 흐르게 된다. 제 5 트랜지스터(M5)에 흐르는 전류(IPTAT) 는 결과적으로 온도의 변화량에 해당되는 온도 전류로서, 그 값은 [수학식 4]와 같이 정의된다.The current I R1 flowing in R1 flows to the
전류 공급부(130)에 흐르는 전류(IPTAT)는 저항 R0로 구성된 전압 발생부(140)로 제공된다. 전류(IPTAT)에 의해 저항 R0의 양단에 걸리는 전압(VS)은 결과적으로 온도의 변화량에 해당되는 전압으로, 온도에 따라 그 값이 변하게 된다. 전압 발생부(140)로부터 발생되는 전압(VS)은 [수학식 5]와 같이 정의된다.The current I PTAT flowing in the
온도에 따라 값이 변하는 열전압(VT)가 [수학식 5]에 포함된 것으로부터 전압(VS)가 온도에 따라 전압 값이 다르게 나타남을 알 수 있다. 이렇게 온도가 변함에 따라 다른 전압 값을 가지는 전압(VT, Vs)을 이용하여 온도를 감지할 수 있게 된다. It can be seen from the fact that the thermal voltage V T , which changes in value depending on temperature, is included in [Equation 5], the voltage V S appears differently depending on the temperature. As the temperature changes, the temperature can be sensed using voltages V T and Vs having different voltage values.
아래에서 상세히 설명되겠지만, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(100)는, 전압 발생부(140)로부터 발생되는 전압(VS)을 온도 감지 회로(100)의 출력 전압으로서 그대로 출력하지 않고, 레벨조절회로(150)를 통해 전압 레벨을 조절한 후 출력한다. 즉, 레벨조절회로(150)는 전압 발생부(140)와 병렬로 연결되어, 전압 발생부(140)로부터 발생되는 전압(VS)을 전체 온도구간에서 일정하게 내려 주는 역할을 수행한다. 출력 전압(VS)의 레벨 변화 과정은 도 2를 참조하여 설명될 것이다. As will be described in detail below, the
도 2는 온도의 변화에 따른 온도 감지 회로(100)의 출력 전압(VS)의 레벨 변화를 보여주는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a level change of the output voltage V S of the
도 2를 참조하면, 온도 감지 회로(100)는 온도에 따라 전압 값이 변하는 출력 전압(VS)을 통해 온도를 감지하게 된다. 온도 감지 회로(100)는 출력 전압(VS)의 변화 폭이 크면 클수록 정확하게 온도를 감지하는 특성을 갖는다. 따라서, 온도 감지 회로(100)가 (a)에 도시된 출력 전압(VS)의 변화(10)를 가지는 경우, 출력 전압(VS)의 변화 폭을 크게 하기 위해 기울기에 영향을 끼치는 값인 저항 R0의 값, 또는 n값 및 m값을 증가시키게 된다. 그 결과, (b) 및 (d)와 같이 출력 전압(VS)은 참조번호 10에서 20으로 변화하게 된다. 본 발명에 따른 온도 감지 회로(100)는 이와 같은 출력 전압(VS)의 기울기의 변화시, 출력 전압(VS)의 크기가 동작 전압의 범위를 넘지 않도록 (d)의 참조번호 20의 전압 레벨을 참조번호 30과 같이 일정 레벨 낮추어 준다. 이와 같은 출력 전압(VS)의 레벨 조절은 전류 소스로 구성된 레벨조절회로(150)에 의해 수행된다. 본 발명과 같은 레벨조절회로(150)의 전압 레벨 조절 동작에 따르면, 전체 온도 범위 내에서 온도 감지 회로(100)의 출력전압(Vs)이 동작전압 범위를 벗어나지 않게 된다. 따라서, 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다. Referring to FIG. 2, the
만일, 본 발명처럼 출력 전압(VS)의 레벨을 일정 전압 이하로 조절해 주지 않고 단순히 출력 전압(VS)의 기울기만 증가시킨다면, 출력 전압(VS)의 크기는 (b) 및 (c)의 참조번호 20 및 21과 같이 동작 전압의 범위를 초과하는 레벨까지 증가하게 될 것이다. 이 경우, 동작 전압의 범위를 초과하는 출력 전압(VS)은 (c)의 참조번호 21과 같이 클리핑 된다. 그 결과, 온도에 따른 출력 전압의 변화가 선형적이지 않게 되어, 정확한 온도의 감지가 어려워질 것이다. 하지만, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(100)는 (d)와 같이 출력 전압(VS)의 기울기를 증가시키면서도 전압의 출력 범위가 동작 전압 범위를 넘지 않도록, 출력 전압(VS)의 레벨을 조정한다. 따라서, (c)와 같은 문제를 미연에 방지할 수 있고, 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다. If only the slope of the output voltage V S is increased without adjusting the level of the output voltage V S below a predetermined voltage as in the present invention, the magnitudes of the output voltage V S are (b) and (c Will be increased to levels above the range of operating voltages, such as 20 and 21. In this case, the output voltage (V S) greater than the range of the operating voltage is clipped as shown in the
다시 도 1을 참조하여, 레벨조절회로(150)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Referring back to FIG. 1, the operation of the
앞에서 설명한 바와 같이, 전압 발생부(140)로부터 발생되는 전압(VS)은 [수학식 5]와 같이 정의된다. 전압 발생부(140)로부터 발생되는 전압(VS)은 온도에 따라 변화하는 전압이다. 상기 전압(VS)이 온도에 따라 변하는 추이를 확인하기 위해 온도에 관해서 편미분 해보면 [수학식 6]과 같다.As described above, the voltage V S generated from the
여기서, k 는 볼츠만 상수이고, q는 전하량(electron charge)을 나타낸다.Where k is Boltzmann's constant and q represents electron charge.
상기 편미분 결과에서 알 수 있는 바와 같이, [수학식 6]에서 저항 값 R0나 n, m의 크기를 증가시켜주면, 온도 전압 발생회로(110)의 출력 전압(Vs)의 기울기가 증가됨을 알 수 있다. 그러나 단순히 이러한 값들을 증가시키게 되면, 기울기는 증가 하지만 [수학식 5]에서 알 수 있는 바와 같이 최저 온도일 때의 출력 전압(Vs)의 크기 또한 증가하게 된다. 따라서, 최대 동작 전압과 최저 온도에서의 전압 레벨의 차이가 줄어들게 되고, 이로 인해 최고 전압이 증가할 수 있는 폭이 줄어들게 된다. As can be seen from the partial differential result, when the resistance values R0, n, and m are increased in Equation 6, the slope of the output voltage Vs of the
본 발명에서는 이러한 온도에 따른 전압의 변화폭이 제한되는 것을 해결하기 위해, 레벨조절회로(150)를 전압 발생부(140)와 병렬로 연결하여 출력 전압(Vs)을 일정 레벨 낮추어 준다. 이 경우, 레벨조절회로(150)로부터 제공되는 전류(IREF)는 전압 발생부(140)에 구비된 저항 R0에 흐르는 전류의 양을 줄여주는 역할을 수행한다. 레벨조절회로(150)로부터 제공되는 전류(IREF)에 의해 레벨이 조절된 출력 전압(Vs)의 값은 [수학식 7]과 같다.In the present invention, in order to solve the limitation of the change in voltage according to the temperature, the output voltage Vs is lowered by a certain level by connecting the
[수학식 7]에 표시된 출력 전압(Vs)을 온도에 대해서 편미분해 보면 [수학식 8]과 같다.When the output voltage (Vs) shown in [Equation 7] is partially decomposed with respect to temperature, it is as shown in [Equation 8].
[수학식 7] 및 [수학식 8]에서, 뒤의 항은 앞의 항에 비해 매우 작기 때문에 무시 가능하다. [수학식 7] 및 [수학식 8]을 살펴보면, 전류 소스(IREF)를 추가함에 의해서 출력 전압(Vs)의 기울기는 변하지 않고, 출력 전압(Vs)의 크기만 R0*IREF 만큼 일정하게 낮아지게 되고, 출력 전압(Vs)의 변화 폭은 커지게 된다. 이와 같이 온도에 따른 출력 전압(Vs)의 전압 변화 폭이 증가하게 되면, 온도의 변화를 용이하게 감지할 수 있게 된다. In Equations 7 and 8, the latter term is negligible because it is very small compared to the preceding term. Referring to Equation 7 and Equation 8, the current source slope of the output voltage (V s) by as (I REF) add is not changed, the output voltage (V s) size, only R0 * I REF by the It is constantly lowered, and the change width of the output voltage V s becomes large. As such, when the voltage change width of the output voltage V s increases with temperature, it is possible to easily detect the change in temperature.
도 3은 전압 발생부에 레벨조절회로가 연결되지 않은 종래의 온도 감지 회로의 출력 전압의 파형을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 4는 레벨조절회로(150)를 통해 전압 발생부(140)의 출력 전압을 조절하는 본 발명의 온도 감지 회로(100)의 출력 파형을 보여주는 도면이다.3 is a view showing the waveform of the output voltage of the conventional temperature sensing circuit is not connected to the level control circuit voltage generator. 4 is a view illustrating an output waveform of the
도 3 및 도 4의 출력 파형은, 표준 0.18um 공정을 통하여 컴퓨터 시뮬레이션(H-SPICE)를 통하여 검증된 것이다. 전체 시뮬레이션은 동작 전압 2.5V에서 수행되었다. 이와 같은 환경 하에서 시뮬레이션을 해 보면, PTAT 온도전압 발생회로를 기반으로 하는 온도 감지 회로에서 출력 전압의 폭이 약 0.9mV 정도인 출력 전압이 발생하게 된다. 이때 출력 전압의 변화 폭을 넓게 하기 위하여 저항값 R0나 n, m의 크기를 증가시켜주면, 온도 감지 회로의 출력 전압(Vs)의 기울기가 도 3 및 도 4와 같이 증가하게 된다. The output waveforms of FIGS. 3 and 4 were verified through computer simulation (H-SPICE) through a standard 0.18um process. The entire simulation was performed at 2.5V operating voltage. In this environment, the simulation results in an output voltage of about 0.9mV in the temperature sensing circuit based on the PTAT temperature voltage generator. At this time, if the resistance values R0, n, and m are increased in order to widen the variation of the output voltage, the slope of the output voltage Vs of the temperature sensing circuit increases as shown in FIGS. 3 and 4.
본 발명에 따른 온도 감지 회로(100)는, 전류 소스로 구성된 레벨조절회로를 통해 출력 전압의 레벨을 일정 레벨 낮추어 준다. 따라서, 도 4와 같이 동작 전압의 범위를 넘지 않으면서도 전체 온도 구간에서 출력 전압의 변화 폭이 넓게 형성될 수 있게 된다. 그러나, 같은 동작 조건이라 하더라도 종래의 온도 감지 회로는 온도 감지 회로의 출력 전압의 기울기를 조정하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 온도 감지 회로의 출력 전압의 레벨이 전체적으로 높아지게 된다. 그리고, 동작전압 이상으로 출력 전압이 증가하지 못하고 클리핑(clipping)이 발생하게 된다. The
이와 달리, 도 4에 도시된 본 발명의 온도 감지 회로(100)는 출력 전압이 매우 낮은 전압에서 시작하여 전체 온도 구간에서 일정한 기울기를 가진다. 그리고, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(100)의 출력 전압은 도 3과 같은 클리핑(clipping) 현상 없이 전체 온도 구간에서 약 1.5V 정도 출력 전압의 변화 폭이 형성된다. 그 결과, 온도의 변화를 용이하게 감지할 수 있고, 온도 감지 회로가 적용되는 회로들 에서의 온도 감지 정확도를 더욱 높여 줄 수 있게 된다.In contrast, the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 감지 회로(200)의 구성을 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 온도 감지 회로(200)는 도 1에 도시된 온도 감지 회로(100)의 구성과 비교할 때, 온도의 변화량에 해당하는 전류(IPTAT)를 발생하는 온도전압 발생회로(210)의 구성, 특히 전류 생성부(220)의 구성에 차이가 있다. 하지만, 전류 생성부(220)를 제외한 회로 구성은 사실상 도 1과 동일하다. 따라서, 도 1에 도시된 기능 블록과 동일한 회로 구성에 대해서는 동일한 참조 번호가 부가되었고, 중복되는 설명을 피하기 위해 이에 대한 상세 설명은 이하 생략하기로 한다. 한편, 도 5에 도시된 온도 감지 회로(200)의 구성은 본 발명이 적용되는 일 실시예에 불과하며, 다양한 형태로 변경 및 변형 가능하다.5 is a diagram illustrating a configuration of a
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(200)는 다이오드 대신 바이폴라 트랜지스터(bipolar junction transistor ; BJT)로 구성된 전류 생성부(220)를 이용하여 온도의 변화량에 해당하는 전류(IPTAT)를 발생한다. 전류 생성부(220)는 반도체 P-N 접합의 온도에 따른 전압 차이 변화를 이용하는 회로이다. 전류 생성부(220)는 도 5에 도시된 바와 같이 n*A와 A로 각기 다른 면적을 가지는 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q0, Q1)에서 온도에 따라 VQ0, VQ1의 전압 값이 서로 다르게 나타나는 원리를 이용한다. 비록, 도 5에 도시된 전류 생성부(220)에서는 BJT를 이용하여 전류를 발생하도록 구성되어 있지만, 온도의 변화에 따른 전류(IPTAT) 발생 원리는 다이오드를 이용하는 경우와 동일하다.Referring to FIG. 5, the
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 감지 회로(300)의 구성을 보여주는 도면이다. 도 6에 도시된 온도 감지 회로(300)는 출력 전압의 레벨을 조절하는 레벨조절회로(350)의 구성을 제외하면 도 1에 도시된 온도 감지 회로(100)의 구성과 사실상 동일하다. 따라서, 도 1에 도시된 기능 블록과 동일한 회로 구성에 대해서는 동일한 참조 번호가 부가되었고, 중복되는 설명을 피하기 위해 이에 대한 상세 설명은 이하 생략하기로 한다. 도 6에 도시된 온도 감지 회로(300)의 구성은 본 발명이 적용되는 일 실시예에 불과하며, 다양한 형태로 변경 및 변형 가능하다. 특히, 본 발명에 적용되는 레벨조절회로(350)의 구성은 다양한 형태로 변경 및 변형 가능하다. 6 is a diagram illustrating a configuration of a
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(300)는 도 1에 도시되어 있는 전류소스로 구성된 레벨조절회로(150) 대신, 2개의 커런트 미러로 구성된 레벨조절회로(350)를 구비한다. 본 발명의 레벨조절회로(350)는 온도전압 발생회로(110)의 전압 발생부(140)에 병렬로 연결되어, 전압 발생부(140)에 구비된 저항 R0에 흐르는 전류의 양을 줄여주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전압 조절 결과에 따르면, 온도 감지 회로의 출력 전압의 변화 폭이 커지면서도 출력 전압이 동작전압 범위를 벗어나지 않게 된다. 그 결과, 전체 온도구간에서 정확한 온도 감지 결과를 발생할 수 있게 된다.Referring to FIG. 6, the
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 감지 회로의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a temperature sensing circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2는 온도의 변화에 따른 온도 감지 회로의 출력 전압(VS)의 레벨 변화를 보여주는 도면이다. 2 is a view showing the change in level of the output voltage (V S) of the temperature sensing circuit in accordance with a change in temperature.
도 3은 전압 발생부에 레벨조절회로가 연결되지 않은 종래의 온도 감지 회로의 출력 전압의 파형을 보여주는 도면이다.3 is a view showing the waveform of the output voltage of the conventional temperature sensing circuit is not connected to the level control circuit voltage generator.
도 4는 레벨조절회로를 통해 전압 발생부의 출력 전압을 조절하는 본 발명의 온도 감지 회로의 출력 파형을 보여주는 도면이다.4 is a view showing an output waveform of the temperature sensing circuit of the present invention for adjusting the output voltage of the voltage generator through a level control circuit.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 감지 회로의 구성을 보여주는 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of a temperature sensing circuit according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 감지 회로의 구성을 보여주는 도면이다.6 is a view showing the configuration of a temperature sensing circuit according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100-300 : 온도 감지 회로 110 : 온도전압 발생회로100-300: temperature sensing circuit 110: temperature voltage generating circuit
120 : 전류 생성부 130 : 전류 공급부120: current generator 130: current supply unit
140 : 전압 발생부 150 : 레벨조절회로140: voltage generator 150: level control circuit
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Citations (3)
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| JP2000213992A (en) | 1999-01-26 | 2000-08-04 | Nissan Motor Co Ltd | Temperature detection circuit and semiconductor device |
| JP2005134298A (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Ricoh Co Ltd | Voltage generation circuit |
| KR20060122193A (en) * | 2005-05-25 | 2006-11-30 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor temperature sensor capable of adjusting sensing temperature |
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2007
- 2007-08-20 KR KR1020070083234A patent/KR100958717B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR20060122193A (en) * | 2005-05-25 | 2006-11-30 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor temperature sensor capable of adjusting sensing temperature |
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