JP2666620B2 - 温度センサ回路 - Google Patents
温度センサ回路Info
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- JP2666620B2 JP2666620B2 JP3224897A JP22489791A JP2666620B2 JP 2666620 B2 JP2666620 B2 JP 2666620B2 JP 3224897 A JP3224897 A JP 3224897A JP 22489791 A JP22489791 A JP 22489791A JP 2666620 B2 JP2666620 B2 JP 2666620B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、温度センサ回路に係
り、特にＣＭＯＳ集積回路上に実現される温度センサ回
路に関する。
り、特にＣＭＯＳ集積回路上に実現される温度センサ回
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、温度センサ回路は、従
来、ＣＭＯＳ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで構成
した例はなく、例えば図３や図４に示すようにバイポー
ラトランジスタ回路で構成するのが一般的である。以
下、従来例回路の動作を説明する。
来、ＣＭＯＳ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで構成
した例はなく、例えば図３や図４に示すようにバイポー
ラトランジスタ回路で構成するのが一般的である。以
下、従来例回路の動作を説明する。
【０００３】図３及び図４において、定電流源Ｉj （ｊ
＝１、２、……、ｎ−１、ｎ）は、ＩS をトランジスタ
の飽和電流、ｋをボルツマン定数、Ｔを絶対温度、ｑを
単位電子電荷、ＶBEj をトランジスタＱj のベース・エ
ミッタ電圧とすると、次の数式１で示される。
＝１、２、……、ｎ−１、ｎ）は、ＩS をトランジスタ
の飽和電流、ｋをボルツマン定数、Ｔを絶対温度、ｑを
単位電子電荷、ＶBEj をトランジスタＱj のベース・エ
ミッタ電圧とすると、次の数式１で示される。
【０００４】
【数１】
【０００５】従って、トランジスタＱj のベース・エミ
ッタ間電圧ＶBEj は、トランジスタの直流増幅率が十分
高いのでベース電流を無視すると、次の数式２と表せ
る。
ッタ間電圧ＶBEj は、トランジスタの直流増幅率が十分
高いのでベース電流を無視すると、次の数式２と表せ
る。
【０００６】
【数２】
【０００７】それ故、図３においては、出力電圧Ｖ0
は、次の数式３で表せる。また、図４においては、ＶCC
−Ｖ0 は、次の数式４で表せる。何れも絶対温度Ｔに比
例した電圧が得られる。
は、次の数式３で表せる。また、図４においては、ＶCC
−Ｖ0 は、次の数式４で表せる。何れも絶対温度Ｔに比
例した電圧が得られる。
【０００８】
【数３】
【０００９】
【数４】
【００１０】なお、上述したように、従来では、ＣＭＯ
Ｓ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで構成した温度セ
ンサ回路は存在しなかった。これは、概略次のような理
由に基づく。即ち、ＣＭＯＳ集積回路上に実現する場合
には、従来では寄生トランジスタを利用するようにして
いるので、十分に大きな直流増幅率を得ることが困難
で、前記数式３や同４からのずれが大きくなり、実用上
支障を来すことによる。
Ｓ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで構成した温度セ
ンサ回路は存在しなかった。これは、概略次のような理
由に基づく。即ち、ＣＭＯＳ集積回路上に実現する場合
には、従来では寄生トランジスタを利用するようにして
いるので、十分に大きな直流増幅率を得ることが困難
で、前記数式３や同４からのずれが大きくなり、実用上
支障を来すことによる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、温度センサ
回路は種々の用途に用いられるが、例えば温度センサ回
路の出力をＡ／Ｄコンバータで受ける場合、従来の温度
センサ回路は差動出力となっていないので、別に基準電
源が必要となるという問題がある。また、その場合、基
準電源の持つ温度特性が温度センサ回路の特性を劣化さ
せるという問題もある。
回路は種々の用途に用いられるが、例えば温度センサ回
路の出力をＡ／Ｄコンバータで受ける場合、従来の温度
センサ回路は差動出力となっていないので、別に基準電
源が必要となるという問題がある。また、その場合、基
準電源の持つ温度特性が温度センサ回路の特性を劣化さ
せるという問題もある。
【００１２】本発明の目的は、ＣＭＯＳ集積回路上にＣ
ＭＯＳトランジスタで構成した差動出力形の温度センサ
回路を提供することにある。
ＭＯＳトランジスタで構成した差動出力形の温度センサ
回路を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の温度センサ回路は次の如き構成を有する。即
ち、本発明の温度センサ回路は、ゲート長とゲート幅の
比が異なる２つのＭＯＳトランジスタからなり定電流源
で駆動される差動対トランジスタと； 前記差動対トラ
ンジスタの負荷であってゲート長とゲート幅の比が異な
る２つのＭＯＳトランジスタからなるカレントミラー回
路と； 前記差動対トランジスタのドレイン電流比が前
記カレントミラー回路のミラー比となるようにカレント
ミラー回路の出力を差動対トランジスタの一方のＭＯＳ
トランジスタのゲートへ帰還する帰還回路と； を備え
たことを特徴とするものである。
に本発明の温度センサ回路は次の如き構成を有する。即
ち、本発明の温度センサ回路は、ゲート長とゲート幅の
比が異なる２つのＭＯＳトランジスタからなり定電流源
で駆動される差動対トランジスタと； 前記差動対トラ
ンジスタの負荷であってゲート長とゲート幅の比が異な
る２つのＭＯＳトランジスタからなるカレントミラー回
路と； 前記差動対トランジスタのドレイン電流比が前
記カレントミラー回路のミラー比となるようにカレント
ミラー回路の出力を差動対トランジスタの一方のＭＯＳ
トランジスタのゲートへ帰還する帰還回路と； を備え
たことを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】次に、前記の如く構成される本発明の温度セン
サ回路の作用を説明する。本発明では、ゲート長とゲー
ト幅の比が異なる２つのＭＯＳトランジスタで差動対を
構成し、この差動対トランジスタの負荷にゲート長とゲ
ート幅の比が異なる２つのＭＯＳトランジスタからなる
カレントミラー回路を設け、カレントミラー回路のミラ
ー比と差動対トランジスタのドレイン電流比が等しくな
るようにカレントミラー回路の出力を差動対トランジス
タに帰還制御する。
サ回路の作用を説明する。本発明では、ゲート長とゲー
ト幅の比が異なる２つのＭＯＳトランジスタで差動対を
構成し、この差動対トランジスタの負荷にゲート長とゲ
ート幅の比が異なる２つのＭＯＳトランジスタからなる
カレントミラー回路を設け、カレントミラー回路のミラ
ー比と差動対トランジスタのドレイン電流比が等しくな
るようにカレントミラー回路の出力を差動対トランジス
タに帰還制御する。
【００１５】その結果、差動対トランジスタの２入力間
に温度に比例した電圧が得られ、差動出力形の温度セン
サ回路をＣＭＯＳ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで
実現できる。
に温度に比例した電圧が得られ、差動出力形の温度セン
サ回路をＣＭＯＳ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで
実現できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る温度センサ回路
を示す。図１において、Ｍ０ＳトランジスタＭ１と同Ｍ
２は定電流源Ｉ0 で駆動される差動対トランジスタであ
り、両トランジスタのゲート長とゲート幅の比は例えば
Ｍ１：Ｍ２＝１：Ｋ１となっている。また、ＭＯＳトラ
ンジスタＭ３と同Ｍ４は差動対トランジスタ（Ｍ１、Ｍ
２）のアクティブロードたるカレントミラー回路を構成
するが、両トランジスタのゲート長とゲート幅の比は、
例えばＭ３：Ｍ４＝Ｋ２：１となっている。
する。図１は、本発明の一実施例に係る温度センサ回路
を示す。図１において、Ｍ０ＳトランジスタＭ１と同Ｍ
２は定電流源Ｉ0 で駆動される差動対トランジスタであ
り、両トランジスタのゲート長とゲート幅の比は例えば
Ｍ１：Ｍ２＝１：Ｋ１となっている。また、ＭＯＳトラ
ンジスタＭ３と同Ｍ４は差動対トランジスタ（Ｍ１、Ｍ
２）のアクティブロードたるカレントミラー回路を構成
するが、両トランジスタのゲート長とゲート幅の比は、
例えばＭ３：Ｍ４＝Ｋ２：１となっている。
【００１７】そして、カレントミラー回路の出力段には
帰還回路が設けられる。この帰還回路は、差動対トラン
ジスタ（Ｍ１、Ｍ２）のドレイン電流比がカレントミラ
ー回路（Ｍ３、Ｍ４）のミラー比となるように、カレン
トミラー回路の出力を差動対トランジスタの一方のＭＯ
Ｓトランジスタのゲートに帰還する回路であり、種々の
構成方式があるが、例えば図示するように、ＭＯＳトラ
ンジスタＭ５と定電流源Ｉ1 とで構成されるレベルシフ
ト回路と、これに並設されるＰチャネルＭＯＳトランジ
スタＭ６とＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ７とからな
るコンプリメンタリ回路とで構成し、コンプリメンタリ
回路の出力を例えばＭＯＳトランジスタＭ１のゲート入
力とする。従って、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに
は直流電源Ｖ1 が接続される。なお、抵抗Ｒとコンデン
サＣは位相補償回路である。
帰還回路が設けられる。この帰還回路は、差動対トラン
ジスタ（Ｍ１、Ｍ２）のドレイン電流比がカレントミラ
ー回路（Ｍ３、Ｍ４）のミラー比となるように、カレン
トミラー回路の出力を差動対トランジスタの一方のＭＯ
Ｓトランジスタのゲートに帰還する回路であり、種々の
構成方式があるが、例えば図示するように、ＭＯＳトラ
ンジスタＭ５と定電流源Ｉ1 とで構成されるレベルシフ
ト回路と、これに並設されるＰチャネルＭＯＳトランジ
スタＭ６とＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ７とからな
るコンプリメンタリ回路とで構成し、コンプリメンタリ
回路の出力を例えばＭＯＳトランジスタＭ１のゲート入
力とする。従って、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに
は直流電源Ｖ1 が接続される。なお、抵抗Ｒとコンデン
サＣは位相補償回路である。
【００１８】以上の構成において、差動対トランジスタ
（Ｍ１、Ｍ２）では、ドレイン電流Ｉd1、同Ｉd2は次の
数式５、同６と表され、定電流源Ｉ0 は数式７と表さ
れ、またオフセット電圧（差動出力）ΔＶi は数式８と
表される。
（Ｍ１、Ｍ２）では、ドレイン電流Ｉd1、同Ｉd2は次の
数式５、同６と表され、定電流源Ｉ0 は数式７と表さ
れ、またオフセット電圧（差動出力）ΔＶi は数式８と
表される。
【００１９】
【数５】
【００２０】
【数６】
【００２１】
【数７】
【００２２】
【数８】
【００２３】但し、数式５と同６において、ＶGS1 、Ｖ
GS2 は、ＭＯＳトランジスタＭ１、同Ｍ２のゲート・ソ
ース間電圧、ＶT はスレッショルド電圧である。又、β
は、μをモビリティ、Ｃ0Xをゲート酸化膜容量、Ｌをゲ
ート長、Ｗをゲート幅とすると、次の数式９で示され
る。
GS2 は、ＭＯＳトランジスタＭ１、同Ｍ２のゲート・ソ
ース間電圧、ＶT はスレッショルド電圧である。又、β
は、μをモビリティ、Ｃ0Xをゲート酸化膜容量、Ｌをゲ
ート長、Ｗをゲート幅とすると、次の数式９で示され
る。
【００２４】
【数９】
【００２５】ここで、カレントミラー回路（Ｍ３、Ｍ
４）のミラー比はＫ２：１であるから、差動対トランジ
スタ（Ｍ１、Ｍ２）には次の数式１０の関係を維持する
ように帰還がかかる。
４）のミラー比はＫ２：１であるから、差動対トランジ
スタ（Ｍ１、Ｍ２）には次の数式１０の関係を維持する
ように帰還がかかる。
【００２６】
【数１０】
【００２７】そこで、ドレイン電流Ｉd1、同Ｉd2をミラ
ー比Ｋ２と定電流源Ｉ0 とで表すと、数式７と同８から
次の数式１１、同１２となる。
ー比Ｋ２と定電流源Ｉ0 とで表すと、数式７と同８から
次の数式１１、同１２となる。
【００２８】
【数１１】
【００２９】
【数１２】
【００３０】そして、数式５と同１１とから数式１３、
従って、数式１４が得られる。
従って、数式１４が得られる。
【００３１】
【数１３】
【００３２】
【数１４】
【００３３】また同様に、数式６と同１２とから数式１
５、従って、数式１６が得られる。
５、従って、数式１６が得られる。
【００３４】
【数１５】
【００３５】
【数１６】
【００３６】従って、数式８は、次の数式１７のように
なる。
なる。
【００３７】
【数１７】
【００３８】つまり、ＭＯＳトランジスタＭ１、同Ｍ２
のゲート電圧間電位差（オフセット電圧）ΔＶi は、モ
ビリティμの平方根に反比例する。ここで、モビリティ
μは温度特性を持ち、温度Ｔ１と同Ｔ２でのモビリティ
μ（Ｔ１）と同μ（Ｔ２）との関係は、次の数式１８と
表せる。
のゲート電圧間電位差（オフセット電圧）ΔＶi は、モ
ビリティμの平方根に反比例する。ここで、モビリティ
μは温度特性を持ち、温度Ｔ１と同Ｔ２でのモビリティ
μ（Ｔ１）と同μ（Ｔ２）との関係は、次の数式１８と
表せる。
【００３９】
【数１８】
【００４０】従って、温度Ｔについてのオフセット電圧
ΔＶi は、次の数式１９となる。
ΔＶi は、次の数式１９となる。
【００４１】
【数１９】
【００４２】図２は、数式１９の関係をＴ0 ＝３００°
Ｋとして表したものである。よって、オフセット電圧Δ
Ｖi は、温度に比例するということが分かる。
Ｋとして表したものである。よって、オフセット電圧Δ
Ｖi は、温度に比例するということが分かる。
【００４３】また、数式１７において、オフセット電圧
ΔＶi は、Ｋ２＝１とおくと、数式２０となり、同様
に、Ｋ１＝１とおくと数式２１となる。
ΔＶi は、Ｋ２＝１とおくと、数式２０となり、同様
に、Ｋ１＝１とおくと数式２１となる。
【００４４】
【数２０】
【００４５】
【数２１】
【００４６】数式２０、同２１から理解できるように、
数式１７はＫ１、Ｋ２に対して等価な式とはなっていな
いが、Ｋ２＞１で考えると、次の数式２２となる。
数式１７はＫ１、Ｋ２に対して等価な式とはなっていな
いが、Ｋ２＞１で考えると、次の数式２２となる。
【００４７】
【数２２】
【００４８】数式２２において、√｛Ｋ２／（Ｋ２＋
１）｝の値は、Ｋ２の値の変化に対してルート（√）圧
縮され、その変化の幅は数式２２に示す範囲となり、狭
くなっている。従って、Ｋ１＞１、Ｋ２＞１で考える
と、概略オフセット電圧ΔＶi はＫ１とＫ２の積の平方
根の逆数で決まると考えて良い。
１）｝の値は、Ｋ２の値の変化に対してルート（√）圧
縮され、その変化の幅は数式２２に示す範囲となり、狭
くなっている。従って、Ｋ１＞１、Ｋ２＞１で考える
と、概略オフセット電圧ΔＶi はＫ１とＫ２の積の平方
根の逆数で決まると考えて良い。
【００４９】即ち、１個のトランジスタ対のみでオフセ
ット電圧を発生させるよりも、２個のトランジスタ対で
オフセット電圧を発生させる方がより大きな効果が得ら
れ、同じオフセット電圧を得るのに小さなトランジスタ
サイズで実現でき、チップ面積を小さくできるのであ
る。
ット電圧を発生させるよりも、２個のトランジスタ対で
オフセット電圧を発生させる方がより大きな効果が得ら
れ、同じオフセット電圧を得るのに小さなトランジスタ
サイズで実現でき、チップ面積を小さくできるのであ
る。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の温度セン
サ回路によれば、ゲート長とゲート幅の比が異なる２つ
のＭＯＳトランジスタで差動対を構成し、この差動対ト
ランジスタの負荷にゲート長とゲート幅の比が異なる２
つのＭＯＳトランジスタからなるカレントミラー回路を
設け、カレントミラー回路のミラー比と差動対トランジ
スタのドレイン電流比が等しくなるようにカレントミラ
ー回路の出力を差動対トランジスタに帰還制御するよう
にしたので、差動対トランジスタの２入力間に温度に比
例した電圧が得られ、差動出力形の温度センサ回路をＣ
ＭＯＳ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで実現できる
効果がある。
サ回路によれば、ゲート長とゲート幅の比が異なる２つ
のＭＯＳトランジスタで差動対を構成し、この差動対ト
ランジスタの負荷にゲート長とゲート幅の比が異なる２
つのＭＯＳトランジスタからなるカレントミラー回路を
設け、カレントミラー回路のミラー比と差動対トランジ
スタのドレイン電流比が等しくなるようにカレントミラ
ー回路の出力を差動対トランジスタに帰還制御するよう
にしたので、差動対トランジスタの２入力間に温度に比
例した電圧が得られ、差動出力形の温度センサ回路をＣ
ＭＯＳ集積回路上にＣＭＯＳトランジスタで実現できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る温度センサ回路の回路
図である。
図である。
【図２】オフセット電圧ΔＶi と温度Ｔとの関係図であ
る。
る。
【図３】従来のバイポーラトランジスタによる温度セン
サ回路の回路図である。
サ回路の回路図である。
【図４】従来のバイポーラトランジスタによる温度セン
サ回路の回路図である。
サ回路の回路図である。
Ｍ１ 差動対トランジスタ Ｍ２ 差動対トランジスタ Ｍ３ カレントミラー回路を構成するトランジスタ Ｍ４ カレントミラー回路を構成するトランジスタ Ｍ５ 帰還回路を構成するトランジスタ Ｍ６ 帰還回路を構成するトランジスタ Ｍ７ 帰還回路を構成するトランジスタ Ｉ0 定電流源 Ｉ1 定電流源 ΔＶi オフセット電圧 ＶDD 電圧源 Ｖ1 電圧源 Ｒ 抵抗 Ｃ コンデンサ
Claims (1)
- 【請求項１】 ゲート長とゲート幅の比が異なる２つの
ＭＯＳトランジスタからなり定電流源で駆動される差動
対トランジスタと； 前記差動対トランジスタの負荷で
あってゲート長とゲート幅の比が異なる２つのＭＯＳト
ランジスタからなるカレントミラー回路と； 前記差動
対トランジスタのドレイン電流比が前記カレントミラー
回路のミラー比となるようにカレントミラー回路の出力
を差動対トランジスタの一方のＭＯＳトランジスタのゲ
ートへ帰還する帰還回路と；を備えたことを特徴とする
温度センサ回路。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3224897A JP2666620B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 温度センサ回路 |
| CA002066929A CA2066929C (en) | 1991-08-09 | 1992-04-23 | Temperature sensor circuit and constant-current circuit |
| EP92107075A EP0531615A2 (en) | 1991-08-09 | 1992-04-24 | Temperature sensor circuit and constant-current circuit |
| US07/873,228 US5357149A (en) | 1991-08-09 | 1992-04-24 | Temperature sensor circuit and constant-current circuit |
| AU15128/92A AU647261B2 (en) | 1991-08-09 | 1992-04-24 | Temperature sensor circuit and constant-current circuit |
| KR1019920006946A KR950005018B1 (ko) | 1991-08-09 | 1992-04-24 | 온도 감지 회로 |
| SG1996005710A SG49782A1 (en) | 1991-08-09 | 1992-04-24 | Temperature sensor circuit and constant-current circuit |
| AU53167/94A AU657441B2 (en) | 1991-08-09 | 1994-01-12 | Temperature sensor circuit and constant-current circuit |
| US08/198,581 US5512855A (en) | 1990-10-24 | 1994-02-18 | Constant-current circuit operating in saturation region |
| KR1019950007229A KR950005521B1 (ko) | 1991-08-09 | 1995-03-31 | 정전류 회로 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3224897A JP2666620B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 温度センサ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545233A JPH0545233A (ja) | 1993-02-23 |
| JP2666620B2 true JP2666620B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=16820873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3224897A Expired - Lifetime JP2666620B2 (ja) | 1990-10-24 | 1991-08-09 | 温度センサ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666620B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009017156A (ja) | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Omron Corp | 撮像装置、並びに、監視装置および方法 |
| JP2012145540A (ja) * | 2011-01-14 | 2012-08-02 | Seiko Instruments Inc | 温度センサ装置 |
| JP2016121907A (ja) | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 株式会社ソシオネクスト | 温度センサ回路及び集積回路 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3224897A patent/JP2666620B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0545233A (ja) | 1993-02-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20060526 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
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