KR20090072816A - 온도 센서 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터를 이용하여 바이어스 인가 시 베이스-이미터 고유전압 신호를 출력하고, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터를 이용하여 바이어스 인가 시 상기 고유전압 신호에 응답하여 온도에 따라 선형적으로 변화하는 센싱 전압신호를 출력하는 제2센싱부를 포함하는 온도 센싱부와, 상기 온도 센싱부로부터 출력되는 센싱 전압신호를 증폭하여 출력하는 전압신호 출력부를 포함하는 온도 센서 회로에 관한 것이다.

온도, 센서, 바이어스, 전압

Description

온도 센서 회로{TEMPERATURE SENSOR CIRCUIT}

본 발명은 반도체 메모리에 관한 것으로, 더 상세하게는 온도 센서 회로에 관한 것이다.

온도센서 회로는 일반적으로 밴드 갭 기준 전압 발생 장치를 이용하는데, 이러한 밴드 갭 기준 전압 발생 장치는 온도나 외부 전압 변동에도 안정적으로 일정한 전압을 공급해 주는 장치로 반도체 메모리 장치나 온-다이(On-Die) 온도계의 열 센서 등과 같은 기준 전압을 필요로 하는 모든 어플리케이션 장치에 사용된다.

도 1 은 종래 기술에 의한 온도 센서 회로도이고, 도 2 는 도 1 의 온도 변화에 따른 출력 전압 레벨을 도시한 도면이다.

도 1 에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 의한 온도 센서 회로의 출력 전압신호(Vtemp)의 레벨은 저항 R1,R2의 비와 VBE1에 의해 결정되며, Vtemp는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

Vtemp = VBE1*(R1+R2)/R2

이때, VBE1 전압은 온도에 따라서 전압이 하강하게 되고 여기에 (R1+R2)/R2의 비율로 Vtemp가 결정된다.

이러한 Vtemp의 변화의 폭을 증가시키기 위해서 (R1+R2)/R2 의 값을 크게 가져 가야하는데 이는 Vtemp의 레벨 상승으로 인한 모스 트랜지스터(M2)의 포화 마진(Saturation margin)을 없게 하고, 또한 이러한 저항비의 상승은 도 2 에 도시한 바와 같이 Vtemp의 동작 영역의 전체적인 상승으로 인하여 VDD(공급전압) 이상인 영역에서 사용할 수가 없게 되므로 (R1+R2)/R2 의 값의 상승은 제한적이다.

그러므로 저전압(Low VDD) 마진을 확보하면서 온도 변화에 대한 충분한 출력 전압변화를 만들 수 있는 새로운 기술이 필요하다.

따라서, 본 발명은 온도 센서의 일정 공급 전압 내에서 동작 영역을 최대한 확보함과 동시에 온도 변화에 따른 전압의 변화 폭을 크게 가져갈 수 있는 온도 센서 회로를 제시한다.

또한, 본 발명은 낮은 전원전압에서도 온도 변화에 따른 출력전압의 변화 폭을 크게 가져갈 수 있도록 하여 정확한 온도정보를 출력할 수 있도록 하는 온도 센서 회로를 제시한다.

본 발명은 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터를 이용하여 바이어스 인가 시 베이스-이미터 고유전압 신호를 출력하고, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터를 이용하여 바이어스 인가 시 상기 고유전압 신호에 응답하여 온도에 따라 선형적으로 변화하는 센싱 전압신호를 출력하는 제2센싱부를 포함하는 온도 센싱부와, 상기 온도 센싱부로부터 출력되는 센싱 전압신호를 증폭하여 출력하는 전압신호 출력부를 포함한다.

그리고, 본 발명은 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터를 이용하여 온도에 반비례하는 제1전압신호를 출력하는 제1센싱부와, 상기 제1전압신호와 상기 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터를 이용하여 온도에 비례하는 제2전압신호를 출력하는 제2센싱부와, 상 기 제2전압신호와 분배전압 신호를 비교하여 증폭신호를 생성하고, 상기 증폭신호에 응답하여 온도에 선형적으로 변하는 전압신호를 출력하는 전압신호 출력부를 포함한다.

그리고, 본 발명은 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터의 온도 특성을 갖는 제1전압신호와, 상기 제1전압신호와 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터의 온도 특성을 이용하여 생성되는 온도에 선형적으로 변화하는 제2전압신호와, 상기 제2전압신호와 분배전압 신호를 비교하여 증폭신호를 생성하고, 상기 증폭신호에 응답하여 온도에 선형적으로 변하는 전압신호를 출력하는 전압신호 출력부를 포함한다.

이러한 본 발명은 낮은 전원전압에서도 온도변화에 따른 출력전압의 변화 폭을 최대화할 수 있도록 함으로써 보다 정확한 온도정보를 출력할 수 있도록 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 3 은 본 발명에 의한 온도 센서 회로도이고, 도 4 는 도 3 의 온도 변화에 따른 출력 전압 레벨을 도시한 도면이다.

도 3 에 도시한 바와 같이, 본 발명은 바이어스 신호(Bias)에 응답하되, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터(Q1)를 이용하여 온도에 반비례하는 제1전압신호(Vct)를 출력하는 제1센싱부(11)와, 상기 제1전압신호와 상기 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터(Q2)를 이용하여 온도에 비례하는 제2전압신호(Vpt)를 출력하는 제2센싱부(12)를 포함하는 온도 센싱부(10)를 포함한다.

그리고, 상기 제2전압신호(Vpt)와 전압신호(Vtemp)의 분배전압 신호(Vt)를 비교하여 증폭하는 증폭기(22)를 포함하고, 상기 증폭기(22)의 출력신호에 응답하여 온도에 선형적으로 변하는 상기 전압신호(Vtemp)를 출력하는 드라이버(M4)를 포함하고, 모스 트랜지스터(M5,M6)를 이용하여 상기 전압신호(Vtemp)를 전압 분배하는 전압 분배부(21)를 포함하는 전압신호 출력부(20)를 포함한다.

상기 온도 센싱부(10)는 상기 바이어스 신호(Bias)에 응답하여 제1전압신호(Vct)를 출력하는 제1드라이버(M1)와, 상기 제1드라이버(M1)와 연결되고 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터(Q1)로 이루어진 제1센싱부(11)와, 상기 바이어스 신호(Bias)에 응답하여 구동하는 제2드라이버(M2)와, 상기 제2드라이버(M2)와 연결되고 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터(Q2)와, 상기 제2바이폴라 트랜지스터(Q2)와 연결되고, 상기 제1전압신호(Vct)에 응답하여 제2전압신호(Vpt)를 출력하는 제3드라이버(M3)로 이루어진 제2센싱부(12)를 포함한다.

여기서, 상기 제1전압신호는 다이오드 온도 특성에 따라 변화하는 베이스-이미터 고유전압 신호이다.

상기 전압신호 출력부(20)는 상기 제2전압신호(Vpt)와 상기 전압신호(Vtemp)의 분배전압신호(Vt)를 비교하여 증폭하는 증폭기(22)와, 상기 증폭기(22)의 출력신호에 응답하여 상기 전압신호(Vtemp)를 출력하는 제4드라이버(M4)와, 상기 전압신호(Vtemp)를 전압 분배하여 상기 증폭기(22)로 출력하는 전압 분배부(21)를 포함한다.

여기서, 상기 전압 분배부(21)는 게이트와 드레인이 접속된 복수의 모스 트랜지스터(M5, M6)로 구성한다. 또한, 상기 전압 분배부(21)는 직렬 연결된 복수의 저항소자로 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명의 온도 센서 회로는 도면에 도시는 하지 않았지만 온도에 선형적으로 변하는 상기 전압신호(Vtemp)를 디지털 코드로 출력하는 아날로그 디지털 컨버터와 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 도 3과 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3 에 도시한 바와 같이 제1드라이버(M1)은 일정한 전압 바이어스(Vias)에 연결되어 있으므로 온도가 증가하게 되면 제1전압신호(Vct)의 레벨은 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 VBE의 온도 특성에 의해서 감소한다. 즉, Q1의 저항값이 작아지게 된다.

제1전압신호(Vct) 레벨의 감소는 제3드라이버(M3)의 Vgs 전압이 낮아져서 제3드라이버(M3)의 저항값 상승으로 인한 제2전압신호(Vpt)의 레벨을 상승시키며 동시에 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 저항 값은 작아지게 된다.

그러므로, 도 4 에 도시한 바와 같이 제2전압신호(Vpt)는 제3드라이버(M3)와 Q2의 저항비에 의해 더 상승하게 된다.

그러면, 증폭기(22)는 상승된 상기 제2전압신호(Vpt)와 전압 분배부(21)의 출력전압(Vt)을 비교 증폭하고, 그 증폭 신호는 제4드라이버(M4)를 구동시켜 전압신호(Vtemp) 값을 결정한다. 즉, 상기 제2전압신호(Vpt)와 전압 분배부의 M5, M6의 비에 따라 전압신호(Vtemp)의 온도에 따른 값이 결정된다.

한편, 제1드라이버(M1)와 제2드라이버(M2)는 온도가 상승하게 되면 전류 구동 능력이 떨어져서 제1전압신호(Vct)와 제2전압신호(Vpt)의 선형성에 영향을 줄 수 있는데 이를 Q1, Q2에 의한 VBE 전압강하로 제1드라이버(M1)와 제2드라이버(M2)의 Vgs 전압 상승으로 보상한다.

이와 같이 본 발명은 낮은 전원전압에서도 온도변화에 따른 출력 전압의 변화를 최대화할 수 있게 한다. 따라서 본 발명을 이용하면 정밀한 온도 정보를 추출할 수 있는 온도 센서 회로를 구성할 수 있다. 그 이유는 낮은 전원전압에서도 종래 기술에 비해 두 배 이상의 온도 변화에 따른 출력 전압의 획득이 가능하기 때문이다.

본 발명의 출력전압(Vtemp)을 아날로드 디지털 컨버터(ADC)로 연결하여 온도정보를 디지털 코드로 출력하는 것이 온도 센서의 구성인데, 온도에 따른 전압 변동폭이 크면 클수록 ADC의 정밀도를 높일 수 있다.

도 1 은 종래 기술에 의한 온도 센서 회로.

도 2 는 도 1 의 온도 변화에 따른 출력 전압 레벨을 도시한 도면.

도 3 은 본 발명에 의한 온도 센서 회로.

도 4 는 도 3 의 온도 변화에 따른 출력 전압 레벨을 도시한 도면.

Claims (21)

1. 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터를 이용하여 바이어스 인가 시 베이스-이미터 고유전압 신호를 출력하고, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터를 이용하여 바이어스 인가 시 상기 고유전압 신호에 응답하여 온도에 따라 선형적으로 변화하는 센싱 전압신호를 출력하는 온도 센싱부와;

   상기 온도 센싱부로부터 출력되는 센싱 전압신호를 증폭하여 출력하는 전압신호 출력부;

   를 포함하는 온도 센서 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도 센싱부는 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터를 이용하여 온도에 반비례하는 제1전압신호를 출력하는 제1센싱부와;

   상기 제1전압신호와 상기 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터를 이용하여 온도에 비례하는 제2전압신호를 출력하는 제2센싱부;

   를 포함하는 온도 센서 회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1센싱부는 상기 바이어스 신호에 응답하여 상기 고유전압 신호를 출력하는 제1드라이버와;

   상기 제1드라이버와 연결되고, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터;

   를 포함하고,

   상기 제2센싱부는 상기 바이어스 신호에 응답하여 구동하는 제2드라이버와;

   상기 제2드라이버와 연결되고, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터와;

   상기 제2바이폴라 트랜지스터와 연결되고, 상기 고유전압 신호에 응답하여 상기 센싱 전압신호를 출력하는 제3드라이버;

   를 포함하는 온도 센서 회로.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압신호 출력부는

   상기 센싱 전압신호와 분배전압신호를 비교하여 증폭하는 증폭기와;

   상기 증폭기의 출력신호에 응답하여 전압신호를 구동하는 제4드라이버와;

   상기 전압신호를 전압 분배하여 상기 증폭기로 출력하는 전압 분배부;

   를 포함하는 온도 센서 회로.
5. 제 5 항에 있어서,

   상기 전압 분배부는 게이트와 드레인이 접속된 복수의 모스 트랜지스터를 포함하는 온도 센서 회로.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 전압 분배부는 직렬 연결된 복수의 저항소자를 포함하는 온도 센서 회로.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도 센서 회로는 온도에 선형적으로 변하는 상기 출력 전압신호를 디지털 코드로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터;

   를 더 포함하는 온도 센서 회로.
8. 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터를 이용하여 온도에 반비례하는 제1전압신호를 출력하는 제1센싱부와;

   상기 제1전압신호와 상기 바이어스 신호에 응답하되, 다이오드 접속된 제2바 이폴라 트랜지스터를 이용하여 온도에 비례하는 제2전압신호를 출력하는 제2센싱부와;

   상기 제2전압신호와 분배전압 신호를 비교하여 증폭신호를 생성하고, 상기 증폭신호에 응답하여 온도에 선형적으로 변하는 전압신호를 출력하는 전압신호 출력부;

   를 포함하는 온도 센서 회로.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제1센싱부는 상기 바이어스 신호에 응답하여 상기 제1전압신호를 출력하는 제1드라이버와;

   상기 제1드라이버와 연결되고, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터;

   를 포함하는 온도 센서 회로.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제2센싱부는 상기 바이어스 신호에 응답하여 구동하는 제2드라이버와;

    상기 제2드라이버와 연결되고, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터와;

    상기 제2바이폴라 트랜지스터와 연결되고, 상기 제1전압신호에 응답하여 제2전압신호를 출력하는 제3드라이버;

    를 포함하는 온도 센서 회로.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 전압신호 출력부는 상기 제2전압신호와 상기 분배전압신호를 비교하여 증폭하는 증폭기와;

    상기 증폭기의 출력신호에 응답하여 전압신호를 구동하는 제4드라이버와;

    상기 전압신호를 전압 분배하여 상기 증폭기로 출력하는 전압 분배부;

    를 포함하는 온도 센서 회로.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전압 분배부는 게이트와 드레인이 접속된 복수의 모스 트랜지스터를 포함하는 온도 센서 회로.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 전압 분배부는 직렬 연결된 복수의 저항소자를 포함하는 온도 센서 회로.
14. 제 8 항에 있어서,

    상기 온도 센서 회로는 온도에 선형적으로 변하는 상기 전압신호를 디지털 코드로 출력하는 아날로그 디지털 컨버터;

    를 더 포함하는 온도 센서 회로.
15. 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터의 온도 특성을 갖는 제1전압신호와;

    상기 제1전압신호와 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터의 온도 특성을 이용하여 생성되는 온도에 선형적으로 변화하는 제2전압신호와;

    상기 제2전압신호와 분배전압 신호를 비교하여 증폭신호를 생성하고, 상기 증폭신호에 응답하여 온도에 선형적으로 변하는 전압신호를 출력하는 전압신호 출력부;

    를 포함하는 온도 센서 회로.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 제1바이폴라 트랜지스터와 제2바이폴라 트랜지스터의 온도 특성을 이용하여 상기 제1전압신호와 제2전압신호를 생성하는 온도 센싱부;

    를 더 포함하는 온도 센서 회로.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 온도 센싱부는 바이어스 신호에 응답하여 제1전압신호를 출력하는 제1드라이버와;

    상기 제1드라이버와 연결되고, 다이오드 접속된 제1바이폴라 트랜지스터와;

    상기 바이어스 신호에 응답하여 구동하는 제2드라이버와;

    상기 제2드라이버와 연결되고, 다이오드 접속된 제2바이폴라 트랜지스터와;

    상기 제2바이폴라 트랜지스터와 연결되고, 상기 제1전압신호에 응답하여 제2전압신호를 출력하는 제3드라이버;

    를 포함하는 온도 센서 회로.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 전압신호 출력부는

    상기 제2전압신호와 상기 분배전압신호를 비교하여 증폭하는 증폭기와;

    상기 증폭기의 출력신호에 응답하여 상기 전압신호를 구동하는 제4드라이버와;

    상기 전압신호를 전압 분배하여 상기 증폭기로 출력하는 전압 분배부;

    를 포함하는 온도 센서 회로.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 전압 분배부는 게이트와 드레인이 접속된 복수의 모스 트랜지스터를 포함하는 온도 센서 회로.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 전압 분배부는 직렬 연결된 복수의 저항소자를 포함하는 온도 센서 회로.
21. 제 15 항에 있어서,

    상기 온도 센서 회로는

    온도에 선형적으로 변하는 상기 전압신호를 디지털 코드로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터;

    를 더 포함하는 온도 센서 회로.

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