KR102600683B1 - 온도 센서를 구성하기 위한 전자 회로 - Google Patents

온도 센서를 구성하기 위한 전자 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따르면, 전자 회로는 제 1 전류 생성기, 제 2 전류 생성기, 제 3 전류 생성기, 및 제 4 전류 생성기를 포함할 수 있다. 제 1 전류 생성기는 제 1 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 1 미러링된 전류 및 제 2 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 2 미러링된 전류를 출력할 수 있다. 제 2 전류 생성기는 제 1 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 3 미러링된 전류 및 제 2 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 4 미러링된 전류를 출력할 수 있다. 제 3 전류 생성기는 제 1 미러링된 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 5 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 1 전류 미러를 포함하고, 제 2 미러링된 전류의 레벨로부터 제 5 미러링된 전류의 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 1 전류를 출력할 수 있다. 제 4 전류 생성기는 제 4 미러링된 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 6 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 2 전류 미러를 포함하고, 제 3 미러링된 전류의 레벨로부터 제 6 미러링된 전류의 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 2 전류를 출력할 수 있다.

Description

온도 센서를 구성하기 위한 전자 회로{ELECTRONIC CIRCUIT FOR CONFIGURING TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 전자 회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 온도 센서에 포함되는 전자 회로에 관한 것이다.
모바일 장치들은 다양한 반도체 칩들을 포함한다. 반도체 칩들의 동작에 의하여 발생하는 열 뿐만 아니라, 주변에 위치한 다른 장치들로부터 발생하는 열에 의해 모바일 장치들의 온도는 상승한다. 모바일 장치의 온도가 상승함에 따라, 반도체 칩들의 성능은 크게 저하된다.
모바일 장치들은 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 포함한다. 온도 센서는 모바일 장치의 온도를 감지하고, 온도와 관련되는 신호를 출력한다. 온도와 관련되는 신호를 출력하기 위해, 온도 센서는 온도와 관련되는 전압 및/또는 전류를 생성할 수 있다. 온도 센서는 온도와 관련되는 전압 및/또는 전류를 생성하기 위해, 온도에 따른 동작 특성들을 갖는 전자 회로들을 포함할 수 있다.
모바일 장치 내의 온도 센서들은 온도를 감지하기 위해 전력을 소모할 수 있다. 또한, 온도 센서는 모바일 장치 내의 칩 상에 배치될 수 있다. 최근, 모바일 장치의 소형화에 따라, 적은 전력을 소모하고, 작은 면적에 배치되는 온도 센서가 요구되고 있다.
본 발명은 적은 전력을 소비하고 작은 면적에 배치될 수 있는 온도 센서를 구성하기 위한 전자 회로를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전자 회로는 제 1 전류 생성기, 제 2 전류 생성기, 제 3 전류 생성기, 및 제 4 전류 생성기를 포함할 수 있다. 제 1 전류 생성기는 제 1 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 1 미러링된 전류 및 제 2 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 2 미러링된 전류를 출력할 수 있다. 제 2 전류 생성기는 상기 제 1 참조 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 3 미러링된 전류 및 상기 제 2 참조 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 4 미러링된 전류를 출력할 수 있다. 제 3 전류 생성기는 상기 제 1 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 5 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 1 전류 미러를 포함하고, 상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 5 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 1 전류를 출력할 수 있다. 제 4 전류 생성기는 상기 제 4 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 6 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 2 전류 미러를 포함하고, 상기 제 3 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 6 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 2 전류를 출력할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 온도 센서가 적은 전력을 소비하고, 작은 면적에 배치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 예시적인 온도 센서를 보여주는 블록도 이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 예시적인 온도 센서를 보여주는 블록도 이다.
도 3은 도 2의 온도 센서의 예시적인 구성을 보여주는 회로도 이다.
도 4는 도 2의 온도 센서의 예시적인 구성을 보여주는 회로도 이다.
도 5는 온도에 따라 도 2의 온도 센서에 의해 생성되는 예시적인 전류들을 보여주는 그래프 이다.
도 6은 온도에 따라 도 2의 온도 센서에 의해 생성되는 예시적인 전류들을 보여주는 그래프 이다.
도 7은 온도에 따라 도 2의 ADC에 의해 생성되는 예시적인 코드 값들을 보여주는 그래프 이다.
도 8은 도 1의 온도 센서를 포함하는 예시적인 전자 장치를 보여주는 블록도 이다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 예시적인 온도 센서를 보여주는 블록도 이다.
도 1을 참조하면, 온도 센서(100)는 밴드갭 참조(Bandgap Reference) 전류 생성기(110), 전류 기울기 생성기(120), 및 ADC(Analog to Digital Converter, 130)를 포함할 수 있다. 전류 기울기 생성기(120)는 미러링 전류 생성기(121), PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류 생성기(122), 및 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류 생성기(123)를 포함할 수 있다.
밴드갭 참조 전류 생성기(110)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 생성할 수 있다. 밴드갭 참조 전류 생성기(110)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 미러링 전류 생성기(121)로 출력할 수 있다.
전자 회로 등에 의해 출력되는 전류는 온도에 비례하는 레벨을 갖는 전류 성분 및 온도에 역으로(inversely) 비례 하는 레벨을 갖는 전류 성분을 포함할 수 있다. 전자 회로에 의해 출력되는 전류가 온도에 비례하는 레벨을 갖는 전류 성분 및 온도에 역으로 비례 하는 레벨을 갖는 전류 성분을 특정 비율로 포함할 경우, 전자 회로에 의해 출력되는 전류의 레벨은 온도에 따라 균일할 수 있다. 또는, 전자 회로에 의해 출력되는 전류의 레벨은 온도에 비례할 수 있다. 따라서, 설계자는 온도에 비례하는 레벨을 갖는 전류 성분 및 온도에 역으로 비례 하는 레벨을 갖는 전류 성분의 비율을 조정하여, 온도와 관련되는 전류를 출력하기 위한 전자 회로를 설계할 수 있다.
밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)는 밴드갭 참조 전류 생성기(110)에 포함되는 전자 회로 등에 의해 출력될 수 있다. 예로서, 설계자는 온도에 비례하는 레벨을 갖는 전류 성분 및 온도에 역으로 비례 하는 레벨을 갖는 전류 성분의 비율을 조정하여, 온도와 관련되는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 출력하기 위한 밴드갭 참조 전류 생성기(310)를 설계할 수 있다. 도 1의 예에서, 밴드갭 참조 전류(IBGR)의 레벨은 온도에 따라 균일할 수 있다. 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 레벨은 온도에 비례할 수 있다.
밴드갭 참조 전류 생성기(310)가 온도에 따라 균일한 레벨을 갖는 밴드갭 참조 전류(IBGR)를 출력하도록 구성됨에도 불구하고, 실질적으로 밴드갭 참조 전류(IBGR)의 레벨은 온도에 따라 미세하게 변할 수 있다. 본 명세서에서, 온도는 온도 센서(100)를 포함하는 전자 장치의 온도를 의미할 수 있다(도 8 참조).
밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)는 온도와 관련되는 다른 전류들을 생성하는데 사용되는 기준 전류일 수 있다. 온도 센서(100)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)에 기초하여, 온도에 따라 균일한 레벨을 갖는 다른 전류들을 생성할 수 있다. 또는, 온도 센서(100)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여, 온도에 비례하는 레벨을 갖는 다른 전류들을 생성할 수 있다. 이하 본 명세서에서, 참조 전류는 다른 전류를 만드는데 사용되는 기준 전류를 의미할 수 있다. 이하, 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여 다른 전류들이 생성되는 과정이 설명된다.
미러링 전류 생성기(121)는 밴드갭 참조 전류 생성기(110)로부터 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 수신할 수 있다. 미러링 전류 생성기(121)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)에 기초하여, m배의 비율로 미러링된 전류(IBGRm)를 생성할 수 있다. 또한, 미러링 전류 생성기(121)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여, m배의 비율로 미러링된 전류(IPTRm)를 생성할 수 있다. 미러링 전류 생성기(121)의 미러링 비율(mirroring ratio)은 1:m일 수 있다. 본 명세서에서, 미러링 비율은 전류 미러(Current mirror) 회로를 포함하는 전자 회로로 수신되는 전류, 및 전류 미러 회로를 포함하는 전자 회로로부터 출력되는 전류의 비율을 의미할 수 있다.
예로서, m이 1인 경우, 미러링 전류 생성기(121)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 전류(IBGRm)를 PTAT 전류 생성기(122) 및 CTAT 전류 생성기(123)로 출력할 수 있다. 또한, 미러링 전류 생성기(121)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 전류(IPTRm)를 PTAT 전류 생성기(122) 및 CTAT 전류 생성기(123)로 출력할 수 있다.
밴드갭 참조 전류(IBGR)의 레벨이 온도에 따라 균일하기 때문에, 전류(IBGRm)의 레벨은 온도에 따라 균일할 수 있다. 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 레벨이 온도에 비례하기 때문에, 전류(IPTRm)의 레벨은 온도에 비례할 수 있다.
전류(IPTRm)의 레벨이 온도에 비례하기 때문에, 전류(IPTRm)의 레벨은 온도에 대한 변화율을 가질 수 있다. 또한, 전류(IPTRm)의 레벨은 미러링 비율(1:m)에 따라 변하기 때문에, 전류(IPTRm)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 미러링 비율(1:m)에 따라 변할 수 있다. 예로서, 전류(IPTRm)의 온도에 대한 변화율은 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 온도에 대한 변화율의 m배일 수 있다.
미러링 전류 생성기(121)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 미러링 하기 위해, 전류 미러(current mirror) 회로 등과 같은 전자 회로를 포함할 수 있다. 전류 미러 회로는 미러링된 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 출력할 수 있다. 미러링 전류 생성기(121)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 PTAT 전류 생성기(122) 및 CTAT 전류 생성기(123)로 출력할 수 있다.
PTAT 전류 생성기(122)는 미러링 전류 생성기(121)로부터 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 수신할 수 있다. PTAT 전류 생성기(122)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)에 기초하여, 온도에 비례하는 레벨을 갖는 PTAT 전류를 생성할 수 있다. PTAT 전류 생성기(122)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 참조 전류로서 이용할 수 있다.
PTAT 전류 생성기(122)는 PTAT 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 PTAT 전압(VPTAT)을 생성할 수 있다. PTAT 전류의 레벨이 온도에 비례하므로, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨도 온도에 비례할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여, PTAT 전류 생성기(122)가 PTAT 전류 및 PTAT 전압(VPTAT)을 생성하는 과정이 구체적으로 설명될 것이다.
CTAT 전류 생성기(123)는 미러링 전류 생성기(121)로부터 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 수신할 수 있다. CTAT 전류 생성기(123)는 수신되는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)에 기초하여 온도에 역으로 비례하는 CTAT 전류를 생성할 수 있다. CTAT 전류 생성기(123)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 참조 전류로서 이용할 수 있다. 또한, CTAT 전류 생성기(123)는 CTAT 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 CTAT 전압(VCTAT)을 생성할 수 있다. CTAT 전류의 레벨이 온도에 역으로 비례하므로, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨도 온도에 역으로 비례할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여, CTAT 전류 생성기(123)가 CTAT 전류 및 CTAT 전압(VCTAT)을 생성하는 과정이 구체적으로 설명될 것이다.
도 1의 예에서, 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)의 레벨은 m에 비례할 수 있다. PTAT 전류의 레벨 및 CTAT 전류의 레벨은 m에 비례할 수 있다. 또한, PTAT 전류의 레벨은 온도에 비례하고, CTAT 전류의 레벨은 온도에 역으로 비례할 수 있다. 따라서, PTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 m에 비례하고, CTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 m에 역으로 비례할 수 있다. 또한, PTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 전류(IPTRm)의 레벨의 온도에 대한 변화율에 비례할 수 있다. CTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 전류(IPTRm)의 레벨의 온도에 대한 변화율에 역으로 비례할 수 있다.
PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 PTAT 전류의 레벨에 비례하고, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 CTAT 전류의 레벨에 비례할 수 있다. PTAT 전압(VPTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 m에 비례하고, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 m에 역으로 비례할 수 있다.
설계자는 미러링 비율(1:m)을 다양하게 설정하여, 온도에 대한 변화율들을 다양하게 갖는 PTAT 전류, PTAT 전압(VPTAT), CTAT 전류, 및 CTAT 전압(VCTAT)을 생성하도록 구성된, 전류 기울기 생성기(120)를 설계할 수 있다.
ADC(130)는 PTAT 전류 생성기(122)로부터 PTAT 전압(VPTAT)을 수신할 수 있다. 또한, ADC(130)는 CTAT 전류 생성기(123)로부터 CTAT 전압(VCTAT)을 수신할 수 있다. ADC(130)는 PTAT 전압(VPTAT) 및 CTAT 전압(VCTAT)에 기초하여 코드 값들을 생성할 수 있다. 이하 본 명세서에서, 코드 값은 특정 아날로그 신호들(예로서, 전류 및 전압 등)에 대응하는 디지털 값을 의미할 수 있다.
ADC(130)는 PTAT 전압(VPTAT)의 레벨 및 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨의 차에 대응하는 코드 값을 생성할 수 있다. 예로서, ADC(130)는 PTAT 전압(VPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 전압을 생성할 수 있다. ADC(130)는 생성된 전압에 기초하여, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨 및 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨 사이의 차에 대응하는 코드 값을 생성할 수 있다. PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 온도에 비례하고 및 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 온도에 역으로 비례하기 때문에, ADC(130)에서 생성되는 코드 값들은 온도에 비례할 수 있다.
온도 센서(100)를 포함하는 전자 장치는 프로세서에 의해, ADC(130)에서 생성되는 코드 값들에 기초하여 전자 장치의 온도를 계산하고, 계산되는 온도에 기초하여 전자 장치를 제어할 수 있다(도 8 참조).
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 예시적인 온도 센서를 보여주는 블록도 이다.
도 2의 온도 센서(200) 및 도 1의 온도 센서(100)를 비교하면, 온도 센서(200)는 미러링 전류 생성기(121) 대신 제 1 미러링 전류 생성기(221) 및 제 2 미러링 전류 생성기(223)를 포함할 수 있다.
제 1 미러링 전류 생성기(221)는 밴드갭 참조 전류 생성기(210)로부터 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 수신할 수 있다. 제 1 미러링 전류 생성기(221)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)에 기초하여, m배의 비율로 미러링된 전류(IBGRm)를 생성할 수 있다. 또한, 제 1 미러링 전류 생성기(221)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여, m배의 비율로 미러링된 전류(IPTRm)를 생성할 수 있다. 즉, 제 1 미러링 전류 생성기(221)의 미러링 비율은 1:m일 수 있다.
제 1 미러링 전류 생성기(221)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 미러링 하기 위해, 전류 미러 회로 등과 같은 전자 회로를 포함할 수 있다. 전류 미러 회로는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 출력할 수 있다. 제 1 미러링 전류 생성기(221)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 PTAT 전류 생성기(222)로 출력할 수 있다.
예로서, m이 1인 경우, 제 1 미러링 전류 생성기(221)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 전류(IBGRm)를 PTAT 전류 생성기(222)로 출력할 수 있다. 또한, 제 1 미러링 전류 생성기(221)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 전류(IPTRm)를 PTAT 전류 생성기(222)로 출력할 수 있다.
제 2 미러링 전류 생성기(223)는 밴드갭 참조 전류 생성기(210)로부터 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 수신할 수 있다. 제 2 미러링 전류 생성기(223)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)에 기초하여, n배의 비율로 미러링된 전류(IBGRn)를 생성할 수 있다. 또한, 제 2 미러링 전류 생성기(223)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여, n배의 비율로 미러링된 전류(IPTRn)를 생성할 수 있다. 즉, 제 2 미러링 전류 생성기(223)의 미러링 비율은 1:n일 수 있다.
제 2 미러링 전류 생성기(223)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 미러링 하기 위해, 전류 미러 회로 등과 같은 전자 회로를 포함할 수 있다. 전류 미러 회로는 전류(IBGRn) 및 전류(IPTRn)를 출력할 수 있다. 제 2 미러링 전류 생성기(223)는 전류(IBGRn) 및 전류(IPTRn)를 CTAT 전류 생성기(224)로 출력할 수 있다.
예로서, n이 1인 경우, 제 2 미러링 전류 생성기(223)는 밴드갭 참조 전류(IBGR)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 전류(IBGRn)를 CTAT 전류 생성기(224)로 출력할 수 있다. 또한, 제 2 미러링 전류 생성기(224)는 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는 전류(IPTRn)를 CTAT 전류 생성기(224)로 출력할 수 있다.
PTAT 전류 생성기(222)는 제 1 미러링 전류 생성기(221)로부터 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 수신할 수 있다. PTAT 전류 생성기(222)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)에 기초하여, 온도에 비례하는 레벨을 갖는 PTAT 전류를 생성할 수 있다. PTAT 전류 생성기(122)는 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)를 참조 전류로서 이용할 수 있다.
PTAT 전류 생성기(122)는 PTAT 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 PTAT 전압(VPTAT)을 생성할 수 있다. PTAT 전류의 레벨이 온도에 비례하기 때문에, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨도 온도에 비례할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여, PTAT 전류 생성기(222)가 PTAT 전류 및 PTAT 전압(VPTAT)을 생성하는 과정이 구체적으로 설명될 것이다.
CTAT 전류 생성기(224)는 제 2 미러링 전류 생성기(223)로부터 전류(IBGRn) 및 전류(IPTRn)를 수신할 수 있다. CTAT 전류 생성기(224)는 수신되는 전류(IBGRn) 및 전류(IPTRn)에 기초하여 온도에 역으로 비례하는 CTAT 전류를 생성할 수 있다. 즉, CTAT 전류 생성기(224)는 전류(IBGRn) 및 전류(IPTRn)를 참조 전류로서 이용할 수 있다.
CTAT 전류 생성기(224)는 CTAT 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 CTAT 전압(VCTAT)을 생성할 수 있다. CTAT 전류의 레벨이 온도에 역으로 비례하기 때문에, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨도 온도에 역으로 비례할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여, CTAT 전류 생성기(224)가 CTAT 전류 및 CTAT 전압(VCTAT)를 생성하는 과정이 구체적으로 설명될 것이다.
PTAT 전류 생성기(222) 및 CTAT 전류 생성기(224)는 각각 서로 다른 미러링 전류 생성기들(221 및 223)로부터 전류들(IBGRm, IPTRm, IBGRn, 및 IPTRn)을 수신할 수 있다. 미러링 전류 생성기들(221 및 223)은 서로 다른 미러링 비율들(1:m 및 1:n)을 각각 가질 수 있다.
도 2의 예에서, 전류(IBGRm) 및 전류(IPTRm)의 레벨은 m에 비례하고, 전류(IBGRn) 및 전류(IPTRn)의 레벨은 n에 비례할 수 있다. PTAT 전류의 레벨은 m에 비례하고, CTAT 전류의 레벨은 n에 비례할 수 있다. 또한, PTAT 전류의 레벨은 온도에 비례하고, CTAT 전류의 레벨은 온도에 역으로 비례할 수 있다. 따라서, PTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 m에 비례하고, CTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 n에 역으로 비례할 수 있다. 또한, PTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 전류(IPTRm)의 레벨의 온도에 대한 변화율에 비례할 수 있다. CTAT 전류의 레벨의 온도에 대한 변화율은 전류(IPTRn)의 레벨의 온도에 대한 변화율에 역으로 비례할 수 있다.
PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 PTAT 전류의 레벨에 비례하고, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 CTAT 전류의 레벨에 비례할 수 있다. 따라서, PTAT 전압의 레벨의 온도에 대한 변화율은 m에 비례하고, CTAT 전압의 레벨의 온도에 대한 변화율은 n에 역으로 비례할 수 있다.
따라서, 설계자는 서로 다른 미러링 비율들(1:m 및 1:n)을 다양하게 설정하여, 온도에 대한 변화율들을 다양하게 갖는 PTAT 전류, PTAT 전압(VPTAT), CTAT 전류, 및 CTAT 전압(VCTAT)을 생성하도록 구성된, 전류 기울기 생성기(220)를 설계할 수 있다.
도 2의 예에서, 제 1 미러링 전류 생성기(221) 및 제 2 미러링 전류 생성기(223)를 제외한 구성요소들의 동작들은 도 1을 참조하여 설명된 것과 유사하므로 이하 설명 생략한다.
도 3은 도 2의 온도 센서의 예시적인 구성을 보여주는 회로도 이다.
도 3을 참조하면, 온도 센서(300)는 밴드갭 참조 전류 생성기(310), 전류 기울기 생성기(320), 및 ADC(330)를 포함할 수 있다. 전류 기울기 생성기(320)는 제 1 미러링 전류 생성기(321), PTAT 전류 생성기(322), 제 2 미러링 전류 생성기(323), 및 CTAT 전류 생성기(324)를 포함할 수 있다.
도 2를 도 3과 함께 참조하면, 도 2의 온도 센서(200)는 도 3의 온도 센서(300)를 포함할 수 있다. 도 2의 밴드갭 참조 전류 생성기(210)는 도 3의 밴드갭 참조 전류 생성기(310)를 포함할 수 있다. 도 2의 제 1 미러링 전류 생성기(221)는 도 3의 제 1 미러링 전류 생성기(321)를 포함할 수 있다. 도 2의 PTAT 전류 생성기(222)는 도 3의 PTAT 전류 생성기(322)를 포함할 수 있다. 도 2의 제 2 미러링 전류 생성기(223)는 도 3의 제 2 미러링 전류 생성기(323)를 포함할 수 있다. 도 2의 CTAT 전류 생성기(224)는 도 3의 CTAT 전류 생성기(324)를 포함할 수 있다. 도 3의 ADC(330)는 도 2의 ADC(230)일 수 있다.
밴드갭 참조 전류 생성기(310)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 생성하기 위한 전자 회로들을 포함할 수 있다. 밴드갭 참조 전류(IBGR)를 생성하기 위한 전자 회로들은 전류원(I1)으로 모델링 될 수 있다. 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 생성하기 위한 전자 회로들은 전류원(I2)으로 모델링 될 수 있다.
전류원(I1) 및 전류원(I2)는 등전위단과 연결될 수 있다. 등전위단은 특정 전압을 수신할 수 있다. 예로서, 등전위단은 접지단일 수 있다. 전류원(I1)은 밴드갭 참조 전류(IBGR)를 제 1 미러링 전류 생성기(321) 및 제 2 미러링 전류 생성기(323)로 출력할 수 있다. 전류원(I2)은 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 제 1 미러링 전류 생성기(321) 및 제 2 미러링 전류 생성기(323)로 출력할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제 1 미러링 전류 생성기(321)는 1:m의 미러링 비율을 가질 수 있다. 이하 도 3을 참조하여, 1:1의 미러링 비율을 갖는 제 1 미러링 전류 생성기(321)가 설명된다.
제 1 미러링 전류 생성기(321)는 밴드갭 참조 전류 생성기(310)로부터 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 수신할 수 있다. 제 1 미러링 전류 생성기(321)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 미러링 하기 위한 전자 회로들을 포함할 수 있다. 예로서, 제 1 미러링 전류 생성기(321)는 전류 미러 회로를 포함할 수 있다. 전자 회로들은 전류원(I3) 및 전류원(I4)으로 모델링 될 수 있다. 전류원(I3)은 밴드갭 참조 전류(IBGR)에 기초하여 미러링된 전류(IBGR1a)를 PTAT 전류 생성기(322)로 출력할 수 있다. 전류원(I4)은 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여 미러링된 전류(IPTR1a)를 PTAT 전류 생성기(322)로 출력할 수 있다.
PTAT 전류 생성기(322)는 합산기(322_1) 및 제 1 저항(R1)을 포함할 수 있다. 제 1 저항(R1)은 합산기(322_1) 및 등전위단 사이에 연결될 수 있다. 합산기(322_1)는 제 1 미러링 전류 생성기(321)로부터 전류(IBGR1a) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR1a)를 수신할 수 있다. 합산기(322_1)는 전류(IPTR1a)의 레벨로부터 전류(IBGR1a)의 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 PTAT 전류(IPTAT)를 제 1 저항(R1)으로 출력할 수 있다. 합산기(322_1)는 전류 미러 회로 등과 같은 전자 회로를 포함할 수 있다. 합산기(322_1)의 구체적인 구성 및 동작은 도 4를 참조하여 설명된다.
PTAT 전류(IPTAT)가 제 1 저항(R1)을 통해 등전위단으로 흐름에 따라, 제 1 저항(R1)의 양단에 PTAT 전압(VPTAT)이 형성될 수 있다. PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨과 제 1 저항(R1)의 크기를 곱한 값일 수 있다. 따라서, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨에 비례할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 제 2 미러링 전류 생성기(323)는 1:n의 미러링 비율을 가질 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 미러링 비율이 1:1인 제 2 미러링 전류 생성기(323)가 설명된다.
제 2 미러링 전류 생성기(323)는 밴드갭 참조 전류 생성기(310)로부터 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 수신할 수 있다. 제 2 미러링 전류 생성기(323)는 밴드갭 참조 전류(IBGR) 및 온도 비례 참조 전류(IPTR)를 미러링 하기 위한 전자 회로들을 포함할 수 있다. 예로서, 제 2 미러링 전류 생성기(323)는 전류 미러 회로를 포함할 수 있다. 전자 회로들은 전류원(I5) 및 전류원(I6)으로 모델링 될 수 있다. 전류원(I5)은 밴드갭 참조 전류(IBGR)에 기초하여, 미러링된 전류(IBGR1b)를 CTAT 전류 생성기(324)로 출력할 수 있다. 전류원(I6)은 온도 비례 참조 전류(IPTR)에 기초하여, 미러링된 전류(IPTR1b)를 CTAT 전류 생성기(324)로 출력할 수 있다.
CTAT 전류 생성기(324)는 합산기(324_1) 및 제 2 저항(R2)을 포함할 수 있다. 제 2 저항(R2)은 합산기(324_1) 및 등전위단 사이에 연결될 수 있다. 합산기(324_1)는 제 2 미러링 전류 생성기(323)로부터 전류(IBGR1b) 및 전류(IPTR1b)를 수신할 수 있다. 합산기(324_1)는 전류(IBGR1b)의 레벨로부터 전류(IPTR1b)의 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 CTAT 전류(ICTAT)를 노드(324_2)로 출력할 수 있다. 합산기(324_1)는 전류 미러 회로 등과 같은 전자 회로를 포함할 수 있다. 합산기(324_1)의 구체적인 구성 및 동작은 도 4를 참조하여 설명된다.
CTAT 전류(IPTAT)가 제 2 저항(R2)을 통해 등전위단으로 흐름에 따라, 제 2 저항(R2)의 양단에 CTAT 전압(VCTAT)이 형성될 수 있다. CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨과 제 2 저항(R2)의 크기를 곱한 값일 수 있다. 따라서, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨에 비례할 수 있다.
ADC(330)는 PTAT 전류 생성기(322)의 제 1 노드(322_1)로부터 PTAT 전압(VPTAT)을 수신하고, CTAT 전류 생성기(324)의 제 2 노드(324_1)로부터 CTAT 전압(VCTAT)을 수신할 수 있다. 도 3의 ADC(330)의 동작은 도 1의 ADC(130)의 동작과 유사하므로 이하 설명 생략한다.
도 1을 도 3과 함께 참조하면, 도 1의 온도 센서(100)는 도 3의 온도 센서(300)를 포함할 수 있다. 단, 도 1의 온도 센서(100)는 제 1 미러링 전류 생성기(321) 및 제 2 미러링 전류 생성기(323) 중 하나를 포함할 수 있다. 예로서, 도 1의 온도 센서(100)가 제 1 미러링 전류 생성기(321)를 포함하는 경우, 제 2 합산기(322_1)는 전류(IBGR1a) 및 전류(IPTR1a)를 수신할 수 있다. 또한, CTAT 전류 생성기는 전류(IBGR1a) 및 전류(IPTR1a)에 기초하여, 이상 설명된 과정을 통해 CTAT 전류(ICTAT) 및 CTAT 전압(VCTAT)을 생성 및 출력할 수 있다.
도 4는 도 2의 온도 센서의 예시적인 구성을 보여주는 회로도 이다.
도 4를 참조하면, 온도 센서(500)는 밴드갭 참조 전류 생성기(510), 전류 기울기 생성기(520), 및 ADC(530)를 포함할 수 있다. 전류 기울기 생성기(520)는 제 1 미러링 전류 생성기(521), PTAT 전류 생성기(522), 제 2 미러링 전류 생성기(523), 및 CTAT 전류 생성기(524)를 포함할 수 있다.
도 4의 밴드갭 참조 전류 생성기(510), 제 1 미러링 전류 생성기(521), PTAT 전류 생성기(522), 제 2 미러링 전류 생성기(523), CTAT 전류 생성기(524), 및 ADC(530)의 동작 및 구성은 각각 도 3의 밴드갭 참조 전류 생성기(310), 제 1 미러링 전류 생성기(321), PTAT 전류 생성기(322), 제 2 미러링 전류 생성기(323), CTAT 전류 생성기(324), 및 ADC(330)의 동작 및 구성과 유사하므로 이하 설명 생략한다. 이하 도 4를 참조하여 PTAT 전류 생성기(522) 및 CTAT 전류 생성기(524)의 구체적인 구성 및 동작이 설명된다.
도 3의 PTAT 전류 생성기(322)는 도 4의 PTAT 전류 생성기(522)를 포함할 수 있다. PTAT 전류 생성기(522)는 제 1 트랜지스터(TR1), 제 2 트랜지스터(TR2), 제 1 저항(R1)을 포함할 수 있다. 도 3의 합산기(322_1)는 도 4의 제 1 트랜지스터(TR1) 및 제 2 트랜지스터(TR2)를 포함할 수 있다.
제 1 트랜지스터(TR1)의 일단은 제 1 미러링 전류 생성기(521)로부터 전류(IBGR1a)를 수신할 수 있다. 또한, 제 1 트랜지스터의 일단은 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트 단과 연결될 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1)의 타단은 등전위단과 연결될 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트 단은 제 2 트랜지스터(TR2)의 게이트 단과 연결될 수 있다. 제 2 트랜지스터(TR2)의 일단은 노드(522_1)와 연결될 수 있다. 제 2 트랜지스터(TR2)의 타단은 등전위단과 연결될 수 있다. 제 1 저항(R1)은 노드(522_1) 및 등전위 단 사이에 연결될 수 있다.
제 1 트랜지스터(TR1) 및 제 2 트랜지스터(TR2)는 전류 미러 회로를 구성할 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1) 및 제 2 트랜지스터(TR2)로 구성되는 전류 미러 회로는 미러링 비율을 가질 수 있다. 제 1 트랜지스터(TR1) 및 제 2 트랜지스터(TR2)는 전류(IBGR1a)의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 전류(IBGR1a')를 출력할 수 있다. 전류 미러 회로의 미러링 비율이 1:1인 경우, 제 1 트랜지스터(TR1)로 수신되는 전류(IBGR1a)의 레벨과 실질적으로 동일한 레벨의 전류(IBGR1a')가 제 2 트랜지스터(TR2)를 통해 흐를 수 있다. 즉, 제 2 트랜지스터(TR2)는 전류(IBGR1a')를 등전위단으로 통과시킬 수 있다.
제 2 트랜지스터(TR2)를 통해 전류(IBGR1a')가 흐름에 따라, 전류 미러 회로 및 등전위단 사이에 연결된 제 1 저항(R1)을 통해 PTAT 전류(IPTAT)가 흐를 수 있다. 즉, 제 1 저항(R1)은 PTAT 전류(IPTAT)를 등전위단으로 통과시킬 수 있다. 따라서, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨은 전류(IPTR1a)의 레벨로부터 전류(IBGR1a')의 레벨을 뺀 값일 수 있다. 전류(IBGR1a')의 레벨은 전류(IBGR1a)의 레벨과 실질적으로 동일하므로, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨은 전류(IPTR1a)의 레벨로부터 전류(IBGR1a)의 레벨을 뺀 값일 수 있다.
제 1 저항(R1)을 통해 PTAT 전류(IPTAT)가 흐름에 따라, 제 1 저항(R1)의 양단에 PTAT 전압(VPTAT)이 형성될 수 있다. 즉, 제 1 저항(R1)이 PTAT 전류(IPTAT)를 등전위단으로 통과시킴에 따라, 노드 PTAT 전압(VPTAT)이 형성될 수 있다. PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨에 제 1 저항(R1)의 크기를 곱한 값일 수 있다. 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 온도에 비례할 수 있다. ADC(530)는 노드(522_1)로부터 PTAT 전압(VPTAT)을 수신할 수 있다.
도 3의 CTAT 전류 생성기(324)는 도 4의 CTAT 전류 생성기(524)를 포함할 수 있다. CTAT 전류 생성기(524)는 제 3 트랜지스터(TR3), 제 4 트랜지스터(TR4), 및 제 2 저항(R2)을 포함할 수 있다. 도 3의 합산기(324_1)는 제 3 트랜지스터(TR3) 및 제 4 트랜지스터(TR4)를 포함할 수 있다.
제 3 트랜지스터(TR3)의 일단은 노드(524_1)와 연결될 수 있다. 제 3 트랜지스터(TR3)의 타단은 등전위단과 연결될 수 있다. 제 2 저항(R2)은 노드(524_1) 및 등전위단 사이에 연결될 수 있다. 제 4 트랜지스터(TR4)의 일단은 제 2 미러링 전류 생성기(523)로부터 전류(IPTR1b)를 수신할 수 있다. 또한, 제 4 트랜지스터의 일단은 제 4 트랜지스터(TR4)의 게이트 단과 연결될 수 있다. 제 4 트랜지스터(TR4)의 타단은 등전위단과 연결될 수 있다. 제 4 트랜지스터(TR1)의 게이트 단은 제 3 트랜지스터(TR3)의 게이트 단과 연결될 수 있다.
제 3 트랜지스터(TR3) 및 제 4 트랜지스터(TR4)는 전류 미러 회로를 구성할 수 있다. 제 3 트랜지스터(TR3) 및 제 4 트랜지스터(TR4)로 구성되는 전류 미러 회로는 미러링 비율을 가질 수 있다. 제 3 트랜지스터(TR3) 및 제 4 트랜지스터(TR4)는 전류(IPTR1b)의 레벨에 비례하는 레벨의 전류(IPTR1b')를 생성할 수 있다. 전류 미러 회로의 미러링 비율이 1:1인 경우, 제 4 트랜지스터(TR4)로 수신되는 전류(IPTR1b)와 실질적으로 동일한 레벨의 전류(IPTR1b')가 제 3 트랜지스터(TR3)를 통해 흐를 수 있다. 즉, 제 3 트랜지스터(TR2)는 전류(IPTR1b')를 등전위단으로 통과시킬 수 있다.
제 3 트랜지스터(TR3)를 통해 전류(IPTR1b')가 흐름에 따라, 전류 미러 회로 및 등전위단 사이에 연결된 제 2 저항(R2)으로 CTAT 전류(ICTAT)가 흐를 수 있다. 즉, 제 2 저항(R2)은 CTAT 전류(ICTAT)를 등전위단으로 통과시킬 수 있다. 따라서, CTAT 전류(ICTAT)는 전류(IBGR1b)의 레벨로부터 전류(IPTR1b')의 레벨을 뺀 값일 수 있다. 전류(IPTR1b')의 레벨은 전류(IPTR1b)의 레벨과 실질적으로 동일하므로, CTAT 전류(ICTAT)의 레벨은 전류(IBGR1b)의 레벨로부터 전류(IPTR1b)의 레벨을 뺀 값일 수 있다.
제 2 저항(R2)을 통해 CTAT 전류(ICTAT)가 흐름에 따라, 제 2 저항(R2)의 양단에 CTAT 전압(VCTAT)이 형성될 수 있다. CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨에 제 2 저항(R2)의 크기를 곱한 값일 수 있다. 따라서, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 온도에 역으로 비례할 수 있다. ADC(530)는 노드(524_1)로부터 CTAT 전압(VCTAT)을 수신할 수 있다.
도 4를 참조하여, PTAT 전류 생성기(522) 및 CTAT 전류 생성기(524)에 포함되는 전류 미러들의 미러링 비율이 1:1인 실시 예가 설명되었으나, 본 발명의 PTAT 전류 생성기(522) 및 CTAT 전류 생성기(524)는 각각 임의의 미러링 비율을 갖는 전류 미러의 모든 실시 예들을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 온도 비례 참조 전류(IPTR)의 레벨은 온도에 비례할 수 있다. 따라서, 전류(IPTR1a), 전류(IPTR1a'), 전류(IPTAT), 전류(IPTRb), 및 전류(IPTRb')의 레벨은 온도에 비례할 수 있다. 또한, 전류(IPTRb')의 레벨이 온도에 비례하므로, 전류(ICTAT)의 레벨은 온도에 역으로 비례할 수 있다.
예로서, PTAT 전류 생성기(522)에 포함되는 전류 미러 회로의 미러링 비율이 1:x인 경우, 전류(IPTAT)의 레벨은 x에 비례할 수 있다. 따라서, 전류(IPTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율도 x에 비례할 수 있다. CTAT 전류 생성기(524)에 포함되는 전류 미러 회로의 미러링 비율이 1:y인 경우, 전류(ICTAT)의 레벨은 y에 비례할 수 있다. 따라서, 전류(ICTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 y에 역으로 비례할 수 있다.
따라서, 설계자는 미러링 비율들(1:x 및 1:y)의 설정을 통해, 온도에 대한 변화율을 다양하게 갖는 PTAT 전류(IPTAT), PTAT 전압(VPTAT), CTAT 전류(ICTAT), 및 CTAT 전압(VCTAT)을 생성하도록 구성된 전류 기울기 생성기(520)를 설계할 수 있다.
도 1을 도 4와 함께 참조하면, 도 1의 온도 센서(100)는 도 4의 온도 센서(500)를 포함할 수 있다. 단, 도 1의 온도 센서(100)는 제 1 미러링 전류 생성기(521) 및 제 2 미러링 전류 생성기(523) 중 하나를 포함할 수 있다. 예로서, 도 1의 온도 센서(100)가 제 1 미러링 전류 생성기(521)를 포함하는 경우, CTAT 전류 생성기(524)는 전류(IBGR1b) 대신, 제 1 미러링 전류 생성기(521)로부터 전류(IBGR1a)를 수신할 수 있다. 또한, CTAT 전류 생성기(524)는 전류(IPTR1b) 대신, 제 1 미러링 전류 생성기(521)로부터 전류(IPTR1a)를 수신할 수 있다. 이상 설명된 과정을 통해, CTAT 전류 생성기(524)는 전류(IBGR1a) 및 전류(IPTR1a)에 기초하여, CTAT 전류(ICTAT) 및 CTAT 전압(VCTAT)을 생성할 수 있다.
도 5는 온도에 따라 도 2의 온도 센서에 의해 생성되는 예시적인 전류들을 보여주는 그래프 이다. 도 5의 그래프에서, x축은 [℃] 단위의 온도를 나타내고, y축은 [㎄] 단위의 전류의 레벨을 나타낼 수 있다.
도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 미러링 전류 생성기(221)는 1:m의 미러링 비율을 가질 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 1:2 비율로 미러링된 전류(IPTR2) 및 1:1 비율로 미러링된 전류(IPTR1)에 대해 설명된다.
도 1을 참조하여 설명된 것과 같이, 전류(IPTR1) 및 전류(IPTR2)의 레벨들은 온도에 비례할 수 있다. 따라서, 전류(IPTR2)의 레벨의 온도에 대한 변화율(2k)은 전류(IPTR1)의 레벨의 온도에 대한 변화율(k)의 2배일 수 있다.
전류(IPTR1) 및 전류(IPTR2)가 미러링 전류 생성기(221)에 의해 생성 될 때, 전류(IPTR1) 및 전류(IPTR2)는 오차 성분을 포함할 수 있다. 온도 참조 전류(IPTR)가 미러링 되는 과정에서, 오차 성분 또한 미러링 비율에 따라 증폭될 수 있다. 따라서, 전류(IPTR1) 및 전류(IPTR2)에 포함되는 오차 성분은 미러링 전류 생성기(221)의 미러링 비율에 따른 크기를 가질 수 있다. 따라서, 전류(IPTR2)에 포함되는 오차 성분의 크기는 전류(IPTR1)에 포함되는 오차 성분의 크기의 2배일 수 있다. 즉, 미러링 비율이 커질수록 미러링된 전류에 포함되는 오차도 커질 수 있다.
또한, 도 1의 미러링 전류 생성기(121)는 전류(IPTR2)를 생성할 때, 전류(IPTR1)를 생성할 때 소모되는 것보다 많은 전력을 소모할 수 있다.
도 6은 온도에 따라 도 2의 온도 센서에 의해 생성되는 예시적인 전류들을 보여주는 그래프 이다. 도 6의 그래프에서, x축은 [℃] 단위의 온도를 나타내고, y축은 [㎄] 단위의 전류의 레벨을 나타낼 수 있다.
이하 도 6을 참조하여, 도 2의 제 1 미러링 전류 생성기(221), 제 2 미러링 전류 생성기(223), PTAT 전류 생성기(222), 및 CTAT 전류 생성기(224)에 포함되는 전류 미러 회로들의 미러링 비율이 1:1인 경우, PTAT 전류(IPTAT) 및 CTAT 전류(ICTAT)에 대해 설명된다.
도 6을 참조하면, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨은 온도에 비례하고, CTAT 전류(ICTAT)의 레벨은 온도에 역으로 비례할 수 있다. PTAT 전류(IPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨을 뺀 값의 레벨은 온도에 비례할 수 있다.
도 6의 예에서, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율의 부호는 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율의 부호와 상이할 수 있다. 예로서, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 k이고, CTAT 전류(ICTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 -k일 수 있다(단, k는 양수). 따라서, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨을 뺀 값의 온도에 대한 변화율은 2k일 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, PTAT 전류(IPTAT) 및 CTAT 전류(ICTAT)는 각각 PTAT 전압(VPTAT) 및 CTAT 전압(VCTAT)에 대응할 수 있다. PTAT 전압(VPAT)의 레벨 및 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 각각 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨 및 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨에 비례할 수 있다. PTAT 전압(VPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨을 뺀 값은 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨을 뺀 값에 비례할 수 있다.
따라서, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 k에 비례할 수 있다. CTAT 전압(VCTAT)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 -k에 비례할 수 있다. PTAT 전압(VPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨을 뺀 값의 온도에 대한 변화율은 2k에 비례할 수 있다.
PTAT 전압(VPTAT) 및 CTAT 전압(VCTAT)의 온도에 대한 변화율들이 작을수록, 특정 온도 변화에 대해 PTAT 전압(VPTAT)의 레벨 및 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 작게 변할 수 있다. 특정 온도 변화에 대해 PTAT 전압(VPTAT)의 레벨 및 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨이 작게 변할수록, ADC에 의해 출력되는 코드 값의 LSB(Least significant Bit)는 더 작은 전압의 레벨에 대응할 수 있다. 따라서 ADC의 민감도는 더 높을 수 있다. ADC의 민감도가 높을수록, ADC는 더 많은 전자 회로들을 포함할 수 있다. ADC가 더 많은 전자 회로들을 포함할수록, ADC는 더 많은 전력을 소모하고, 더 넓은 면적에 배치될 수 있다.
ADC는 전류(IPTRm)의 레벨에 기초하여 생성되는 전압을 이용하여 코드 값을 생성할 수 있다. 예로서, 전류(IPTRm)가 제 1 저항(R1)을 통해 흐름에 따라, 제 1 저항(R1)의 양단에 전압(이하, VPTR)이 생성될 수 있다. ADC는 전압(VPTR)을 수신하고, 전압(VPTR)에 기초하여 코드 값을 생성할 수 있다. 전압(VPTR)의 레벨은 전류(IPTRm)의 레벨에 비례할 수 있다. 예로서, 전압(VPTR)의 레벨은 전류(IPTRm)의 레벨과 제 1 저항(R1)의 크기를 곱한 값일 수 있다.
도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, m이 1인 경우의 전류(IPTRm), 즉 전류(IPTR1)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 k일 수 있다. 전압(VPTR)의 레벨의 온도에 대한 변화율은 k에 비례할 수 있다. 위에서 설명되었듯이, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨을 뺀 값의 온도에 대한 변화율은 2k에 비례할 수 있다.
온도에 대한 변화율이 2k인 전압을 사용하는 ADC의 민감도는 온도에 대한 변화율이 k인 전압을 사용하는 ADC의 민감도 보다 낮을 수 있다. 따라서, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전압(VCTAT)의 레벨을 뺀 값에 기초하여 코드 값을 출력하는 ADC의 민감도는, 전압(VPTR)의 레벨에 기초하여 코드 값을 출력하는 ADC의 민감도보다 낮을 수 있다.
따라서, 도 1의 ADC(130) 및 도 2의 ADC(230)는, 전압(VPTR)에 기초하여 코드 값을 생성하는 ADC보다 적은 전력을 소모하고, 작은 면적에 배치될 수 있다.
도 6을 도 5와 비교하면, 도 6의 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨을 뺀 값이 갖는 온도에 대한 변화율(2k)은 도 5의 전류(IPTR2)의 온도에 대한 변화율(2k)과 동일할 수 있다. 도 5의 전류(IPTR2)를 생성하기 위한 미러링 전류 생성기(221)의 미러링 비율은 1:2일 수 있다. 도 6의 PTAT 전류(IPTAT) 및 CTAT 전류(ICTAT)를 생성하기 위한 미러링 전류 생성기(221)의 미러링 비율은 1:1일 수 있다.
도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 미러링된 전류에 포함되는 오차 성분의 크기는 미러링 전류 생성기(221)의 미러링 비율에 대응할 수 있다. 따라서, 도 6의 PTAT 전류(IPTAT) 및 CTAT 전류(ICTAT)에 포함되는 오차 성분의 크기는 도 5의 전류(IPTR2)에 포함되는 오차 성분의 크기보다 작을 수 있다. 따라서, 도 6의 PTAT 전류(IPTAT)로부터 CTAT 전류(ICTAT)를 뺀 값에 포함되는 오차 성분의 크기는 도 5의 전류(IPTR2)에 포함되는 오차 성분의 크기보다 작을 수 있다. 즉, 설계자가 PTAT 전류 생성기(222) 및 CTAT 전류 생성기(223)를 사용할 경우, 전류 기울기 생성기(220)로부터 출력되는 전류에 포함되는 오차 성분의 크기는 감소될 수 있다.
도 6을 참조하여, 도 2의 제 1 미러링 전류 생성기(221), 제 2 미러링 전류 생성기(223), PTAT 전류 생성기(222), 및 CTAT 전류 생성기(224)에 포함되는 전류 미러 회로들의 미러링 비율이 1:1인 경우가 설명되었지만, 본 발명은 임의의 미러링 비율들(1:m, 1:n, 1:x, 1:y)을 각각 갖는 제 1 미러링 전류 생성기(221), 제 2 미러링 전류 생성기(223), PTAT 전류 생성기(222), 및 CTAT 전류 생성기(224)를 포함할 수 있다. 따라서, PTAT 전류(IPTAT)의 레벨로부터 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨을 뺀 값의 온도에 대한 변화율은 임의의 비율로 PTAT 전류(IPTAT)에 비례할 수 있다.
도 7은 온도에 따라 도 1의 ADC에 의해 생성되는 예시적인 코드 값들을 보여주는 그래프 이다. 도 7의 그래프에서, x축은 [℃] 단위의 온도를 나타내고, y축은 [DEC]단위의 코드 값을 나타낼 수 있다.
도 4 및 도 6을 도 7과 함께 참조하면, 도 4의 제 1 저항(R1)에 의해 도 6의 PTAT 전류(IPTAT)에 대응하는 PTAT 전압(VPTAT)이 생성될 수 있다. 또한, 도 4의 제 2 저항(R2)에 의해 도 6의 CTAT 전류(ICTAT)에 대응하는 CTAT 전압(VCTAT)이 생성될 수 있다. 예로서, PTAT 전압(VPTAT)의 레벨은 PTAT 전류(IPTAT)의 레벨에 비례하고, CTAT 전압(VCTAT)의 레벨은 CTAT 전류(ICTAT)의 레벨에 비례할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, ADC(130)는 PTAT 전압(PTAT) 및 CTAT 전압(VCTAT)에 기초하여 코드 값들을 생성할 수 있다. 따라서, 도 7의 코드 값들은 온도에 비례할 수 있다.
도 7의 예에서, 인접한 두 코드 값들 사이의 간격들은 실질적으로 동일할 수 있다. 인접한 코드 값들 사이의 간격들은 특정 온도 간격에 대응할 수 있다. 따라서, 코드 값들은 각각 특정 온도에 대응할 수 있다.
도 8은 도 1의 온도 센서를 포함하는 예시적인 전자 장치를 보여주는 블록도 이다.
도 8를 참조하면, 전자 장치(1000)는 프로세서(1100), 메모리(1200), 스토리지(1300), 온도 센서(1400), 통신 장치(1500), 사용자 인터페이스(1600), 및 버스(1700)를 포함할 수 있다. 전자 장치(1000)는 도 8에 나타나지 않은 다른 구성 요소(예컨대, 파워 서플라이 등)들을 더 포함할 수 있다. 또는, 전자 장치(1000)는 도 8에 나타낸 구성 요소들 중 하나 이상을 포함하지 않을 수 있다.
프로세서(1100)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 프로세서(1100)는 전자 장치(1000)의 동작들을 제어하기 위한 데이터를 처리할 수 있다. 예로서, 프로세서(1100)는 온도 센서(1400)로부터 출력되는 코드 값을 이용하여 전자 장치(1000) 내부의 온도를 계산할 수 있다. 또는, 프로세서(1100)는 온도 센서(1400)로부터 출력되는 코드 값을 이용하여 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예로서, 프로세서(1100)는 범용 프로세서, 워크스테이션 프로세서, 어플리케이션(Application) 프로세서 등 중 하나일 수 있다. 프로세서(1100)는 하나의 프로세서 코어(Single Core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어(Multi-Core)를 포함할 수 있다. 예로서, 프로세서(1100)는 듀얼 코어(Dual-Core), 쿼드 코어(Quad-Core), 헥사 코어(Hexa-Core) 등의 멀티 코어(Multi-Core)를 포함할 수 있다.
메모리(1200)는 프로세서(1100)에 의해 처리된 또는 처리될 데이터를 저장할 수 있다. 예로서, 메모리(1200)는 SRAM(Static Random Access Memory), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, 또는 플래시(Flash) 메모리, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magneto-resistive RAM), ReRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferro-electric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또는, 메모리(1200)는 이종의 메모리들을 포함할 수 있다. 예로서, 메모리(1200)는 온도 센서(1400)에 의해 생성되는 코드 값을 저장할 수 있다.
스토리지(1300)는 전원 공급과 관계없이 데이터를 저장할 수 있다. 예로서, 스토리지(1300)는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), SD(Secure Digital) 카드, USB(Universal Serial Bus)메모리 장치 등과 같이 불휘발성 메모리를 포함하는 기록 매체(Storage Medium)일 수 있다. 예로서, 스토리지(1300)는 온도 센서(1400)에 의해 생성되는 코드 값을 저장할 수 있다.
온도 센서(1400)는 전자 장치(1000)의 온도를 감지할 수 있다. 온도 센서(1400)는 도 1의 온도 센서(100), 도 2의 온도 센서(200), 도 3의 온도 센서(300), 및 도 4의 온도 센서(500) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 온도 센서(1400)는 전자 장치(1000)의 온도에 대응하는 코드 값을 출력할 수 있다. 출력된 코드 값은 전자 장치(1000)의 성능 측정 및 성능 개선 등에 이용될 수 있다.
통신 장치(1500)는 송신부 및 수신부를 포함할 수 있다. 전자 장치(1000)는 통신 장치(1500)에 의해 다른 전자 장치와 통신하여 데이터를 송신 및/또는 수신 할 수 있다.
사용자 인터페이스(1600)는 사용자와 전자 장치(1000) 사이에서 명령 또는 데이터의 입/출력을 전달할 수 있다. 예로서, 사용자 인터페이스(1600)는 키보드, 마우스, 터치스크린, 스캐너, 조이스틱, 음성인식장치, 동작인식장치 또는 안구인식장치 등과 같은 입력장치, 및/또는 모니터, 디스플레이 장치, 프로젝터, 스피커 또는 플로터 등의 출력장치 등과 같은 물리 장치를 포함할 수 있다.
버스(1700)는 전자 장치(1000)의 구성 요소들 사이에서 통신 경로를 제공할 수 있다. 예로서, 프로세서(1100), 메모리(1200), 스토리지(1300), 온도 센서(1400), 통신 장치(1500), 및 사용자 인터페이스(1600)는 버스(1700)를 통해 서로 데이터를 교환할 수 있다. 버스(1700)는 전자 장치(1000)에서 이용되는 다양한 유형의 통신 포맷을 지원하도록 구성될 수 있다.
도 8의 예에서, 온도 센서(1400)는 별로의 블록으로 도시되어 있으나, 온도 센서(1400)는 프로세서(1100), 메모리(1200), 스토리지(1300), 통신장치(1500), 및 사용자 인터페이스(1600)의 내부에 포함될 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제 1 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 1 미러링된 전류 및 제 2 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 2 미러링된 전류를 출력하도록 구성되는 제 1 전류 생성기;
    상기 제 1 참조 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 3 미러링된 전류 및 상기 제 2 참조 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 4 미러링된 전류를 출력하도록 구성되는 제 2 전류 생성기;
    상기 제 1 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 5 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 1 전류 미러를 포함하고, 상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 5 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 1 전류를 출력하도록 구성되는 제 3 전류 생성기; 및
    상기 제 4 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 6 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 2 전류 미러를 포함하고, 상기 제 3 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 6 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 2 전류를 출력하도록 구성되는 제 4 전류 생성기를 포함하는 전자 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨 및 상기 제 4 미러링된 전류의 상기 레벨은 온도에 비례하는 전자 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 참조 전류 및 상기 제 2 참조 전류를 생성하도록 구성되는 참조 전류 생성기를 더 포함하되,
    상기 제 2 참조 전류의 상기 레벨은 온도에 비례하는 전자 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전류 미러는,
    상기 제 1 미러링된 전류를 수신하도록 구성되는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트단에 연결되는 게이트단을 포함하고, 상기 제 5 미러링된 전류를 통과시키도록 구성되는 제 2 트랜지스터를 포함하는 전자 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 전류 생성기는 제 1 저항을 더 포함하고, 상기 제 4 전류 생성기는 제 2 저항을 더 포함하되,
    상기 제 1 전류가 상기 제 1 저항을 통해 흐름에 따라 상기 제 1 저항의 양단에 제 1 전압이 형성되고, 상기 제 2 전류가 상기 제 2 저항을 통해 흐름에 따라 상기 제 2 저항의 양단에 제 2 전압이 형성되는 전자 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율은 상기 제 2 참조 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율에 비례하고, 상기 제 2 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율은 상기 제 4 미러링된 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율에 역으로 비례하는 전자 회로.
  7. 제 1 미러링된 전류 및 제 2 미러링된 전류를 출력하도록 구성되는 제 1 전류 생성기;
    상기 제 1 미러링된 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 3 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 1 전류 미러를 포함하고, 상기 제 2 미러링된 전류의 레벨로부터 상기 제 3 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 1 전류를 출력하도록 구성되는 제 2 전류 생성기; 및
    상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 4 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 2 전류 미러를 포함하고, 상기 제 1 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 4 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 2 전류를 출력하도록 구성되는 제 3 전류 생성기를 포함하는 전자 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율은 상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율에 비례하고, 상기 제 2 전류의 상기 레벨의 온도에 대한 변화율은 상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨의 상기 온도에 대한 변화율에 역으로 비례하는 전자 회로.
  9. 제 1 참조 전류를 생성하고, 온도에 비례하는 레벨을 갖는 제 2 참조 전류를 생성하도록 구성되는 참조 전류 생성기; 및
    상기 제 1 참조 전류의 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 1 미러링된 전류 및 상기 제 2 참조 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 2 미러링된 전류를 생성하고,
    상기 제 1 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 3 미러링된 전류를 생성하고, 상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 3 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 1 전류를 출력하고,
    상기 제 2 미러링된 전류의 상기 레벨에 비례하는 레벨을 갖는 제 4 미러링된 전류를 생성하고, 상기 제 1 미러링된 전류의 상기 레벨로부터 상기 제 4 미러링된 전류의 상기 레벨을 뺀 값의 레벨을 갖는 제 2 전류를 출력하도록 구성되는 전류 기울기 생성기를 포함하는 전자 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류 기울기 생성기는,
    상기 제 3 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 1 전류 미러;
    상기 제 1 전류를 등전위단으로 통과시키도록 구성되는 제 1 저항;
    상기 제 4 미러링된 전류를 생성하도록 구성되는 제 2 전류 미러; 및
    상기 제 2 전류를 상기 등전위단으로 통과시키도록 구성되는 제 2 저항을 포함하되,
    상기 제 1 전류가 상기 제 1 저항을 통과함에 따라 상기 제 1 저항의 양단에 제 1 전압이 형성되고, 상기 제 2 전류가 상기 제 2 저항을 통과함에 따라 상기 제 2 저항의 양단에 제 2 전압이 형성되는 전자 회로.
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