JP6032131B2 - Temperature sensor circuit - Google Patents
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Description
本明細書で開示される技術は、温度センサ回路に関する。本明細書で開示される技術は特に、IC化に適した温度センサ回路に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a temperature sensor circuit. The technology disclosed in this specification particularly relates to a temperature sensor circuit suitable for integration into an IC.
発振回路から出力されるクロック信号のパルス幅は、温度に対して変動する温度依存特性を有していることが多い。この温度依存特性を利用して温度を測定する温度センサ回路が開発されており、その一例が特許文献1及び2に開示されている。
The pulse width of the clock signal output from the oscillation circuit often has a temperature-dependent characteristic that varies with temperature. A temperature sensor circuit that measures temperature using this temperature-dependent characteristic has been developed, and examples thereof are disclosed in
この種の温度センサ回路は、2つの発振回路を備えており、一方の発振回路からは温度依存クロック信号が生成され、他方の発振回路からは温度に依存しない基準クロック信号が生成される。この種の温度センサ回路では、基準クロック信号を用いて温度依存クロック信号のパルス幅の変動を計測し、温度情報を得ることを特徴としている。 This type of temperature sensor circuit includes two oscillation circuits. One oscillation circuit generates a temperature-dependent clock signal, and the other oscillation circuit generates a temperature-independent reference clock signal. This type of temperature sensor circuit is characterized in that temperature information is obtained by measuring fluctuations in the pulse width of a temperature-dependent clock signal using a reference clock signal.
上記したように、この種の温度センサ回路では、温度依存特性を有しない高精度な基準クロック信号を必要とする。しかしながら、実際には、プロセスバラツキの影響によって、高精度な基準クロック信号を生成することは難しい。基準クロック信号を用いないで温度情報を得ることが可能な温度センサ回路が必要とされている。 As described above, this type of temperature sensor circuit requires a highly accurate reference clock signal that does not have temperature dependent characteristics. However, in practice, it is difficult to generate a highly accurate reference clock signal due to the influence of process variations. There is a need for a temperature sensor circuit that can obtain temperature information without using a reference clock signal.
本明細書で開示される温度センサ回路は、発振回路、遅延回路、遅延時間計測回路及び電流調整回路を備える。発振回路は、CMOSインバータの複数個がリング状に接続されているリングオシレータを有しており、クロック信号を生成する。遅延回路は、CMOSインバータの複数個が直列に接続されているインバータチェーンを有しており、クロック信号を利用して遅延信号を生成する。遅延時間計測回路は、遅延信号の遅延時間をクロック信号のクロック数に基づいて計測する。電流調整回路は、リングオシレータのCMOSインバータの出力端子とインバータチェーンのCMOSインバータの出力端子の少なくともいずれか一方に接続されている。本明細書で開示される温度センサ回路では、クロック信号のパルス幅の温度に対する温度依存特性と遅延信号の遅延時間の温度に対する温度依存特性の相違に基づいて、遅延時間計測回路で計測されるクロック数が温度に対して変動するように構成されている。 The temperature sensor circuit disclosed in this specification includes an oscillation circuit, a delay circuit, a delay time measurement circuit, and a current adjustment circuit. The oscillation circuit includes a ring oscillator in which a plurality of CMOS inverters are connected in a ring shape, and generates a clock signal. The delay circuit has an inverter chain in which a plurality of CMOS inverters are connected in series, and generates a delay signal using a clock signal. The delay time measuring circuit measures the delay time of the delay signal based on the number of clocks of the clock signal. The current adjustment circuit is connected to at least one of the output terminal of the CMOS inverter of the ring oscillator and the output terminal of the CMOS inverter of the inverter chain. In the temperature sensor circuit disclosed in this specification, the clock measured by the delay time measurement circuit based on the difference between the temperature dependency characteristic with respect to the temperature of the pulse width of the clock signal and the temperature dependency characteristic with respect to the temperature of the delay time of the delay signal. The number is configured to vary with temperature.
上記温度センサ回路では、クロック信号のパルス幅と遅延信号の遅延時間の温度依存特性の相違を利用することを特徴としている。このため、温度依存特性を有するクロック信号を用いて遅延信号の遅延時間を計測したとしても、計測されるクロック数は温度に依存して変動することができるので、そのクロック数から温度情報が得られる。上記温度センサ回路によると、温度依存特性を有しない高精度な基準クロック信号を用いないで温度情報を得ることができる。さらに、上記温度センサ回路では、電流調整回路が設けられているので、高温範囲においても正確な温度情報を得ることができる。 The temperature sensor circuit is characterized by utilizing the difference in temperature dependence characteristics of the pulse width of the clock signal and the delay time of the delay signal. For this reason, even if the delay time of the delay signal is measured using a clock signal having temperature dependent characteristics, the number of clocks to be measured can vary depending on the temperature, so temperature information can be obtained from the number of clocks. It is done. According to the temperature sensor circuit, temperature information can be obtained without using a highly accurate reference clock signal that does not have temperature dependent characteristics. Further, since the current sensor circuit is provided in the temperature sensor circuit, accurate temperature information can be obtained even in a high temperature range.
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。 The technical features disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.
(特徴1)温度センサ回路の一実施形態は、発振回路、遅延回路、遅延時間計測回路及び電流調整回路を備えていてもよい。発振回路は、CMOSインバータの複数個がリング状に接続されているリングオシレータを有しており、クロック信号を生成するものである。クロック信号のパルス幅は、温度に対して変動してもよい。クロック信号のパルス幅は、温度に対して増加する正の温度依存特性を有していてもよく、温度に対して減少する負の温度依存特性を有していてもよい。遅延回路は、CMOSインバータの複数個が直列に接続されているインバータチェーンを有しており、クロック信号を利用して遅延信号を生成するものである。ここで、「クロック信号を利用して」とは、クロック信号を直接的に遅延させて遅延信号を生成してもよく、クロック信号を起源とする信号を遅延させて遅延信号を生成してもよい。後者の例には、クロック信号を低周波化させた低周波信号を遅延させて遅延信号を生成する例が含まれる。遅延信号の遅延時間も、温度に対して変動してもよい。遅延信号の遅延時間は、温度に対して増加する正の温度依存特性を有していてもよく、温度に対して減少する負の温度依存特性を有していてもよい。なお、クロック信号のパルス幅が正の温度依存特性を有する場合、遅延信号の遅延時間が正の温度依存特性を有しているのが望ましい。なお、この実施形態では、発振回路と遅延回路の双方がCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成することができるので、1チップ化が容易である。遅延時間計測回路は、遅延信号の遅延時間をクロック信号のクロック数に基づいて計測するものである。遅延時間計測回路は、アナログ回路を利用して遅延時間を計測してもよく、デジタル回路を利用して遅延時間を計測してもよい。遅延時間計測回路は、回路構成の簡単化、小サイズ化のためには、デジタル回路を利用するのが望ましい。クロック信号のパルス幅の温度依存特性と遅延信号の遅延時間の温度依存特性が異なっている。電流調整回路は、リングオシレータのCMOSインバータの出力端子とインバータチェーンのCMOSインバータの出力端子の少なくともいずれか一方に接続されている。電流調整回路は、リングオシレータに設けられる場合、リングオシレータを構成する複数のCMOSインバータの各々の出力端子に接続されていてもよい。同様に、電流調整回路は、インバータチェーンに設けられる場合、インバータチェーンを構成する複数のCMOSインバータの各々の出力端子に接続されていてもよい。電流調整回路は、温度特性を有しており、高温範囲において、CMOSインバータの遅延時間の温度に対する変化率を調整可能に構成されている。電流調整回路の一例には、ダイオード、抵抗素子、容量素子、又はMOSFET等のトランジスタが含まれる。 (Feature 1) One embodiment of the temperature sensor circuit may include an oscillation circuit, a delay circuit, a delay time measurement circuit, and a current adjustment circuit. The oscillation circuit has a ring oscillator in which a plurality of CMOS inverters are connected in a ring shape, and generates a clock signal. The pulse width of the clock signal may vary with temperature. The pulse width of the clock signal may have a positive temperature-dependent characteristic that increases with temperature, or may have a negative temperature-dependent characteristic that decreases with temperature. The delay circuit has an inverter chain in which a plurality of CMOS inverters are connected in series, and generates a delay signal using a clock signal. Here, “using a clock signal” means that a delay signal may be generated by directly delaying the clock signal, or a delay signal may be generated by delaying a signal originating from the clock signal. Good. The latter example includes an example in which a delay signal is generated by delaying a low-frequency signal obtained by lowering the frequency of a clock signal. The delay time of the delay signal may also vary with temperature. The delay time of the delay signal may have a positive temperature-dependent characteristic that increases with temperature, or may have a negative temperature-dependent characteristic that decreases with temperature. When the pulse width of the clock signal has a positive temperature dependency characteristic, it is desirable that the delay time of the delay signal has a positive temperature dependency characteristic. In this embodiment, since both the oscillation circuit and the delay circuit can be constituted by CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), it is easy to make one chip. The delay time measuring circuit measures the delay time of the delay signal based on the number of clocks of the clock signal. The delay time measuring circuit may measure the delay time using an analog circuit, or may measure the delay time using a digital circuit. The delay time measuring circuit is desirably a digital circuit for simplifying the circuit configuration and reducing the size. The temperature dependency characteristic of the pulse width of the clock signal is different from the temperature dependency characteristic of the delay time of the delay signal. The current adjustment circuit is connected to at least one of the output terminal of the CMOS inverter of the ring oscillator and the output terminal of the CMOS inverter of the inverter chain. When the current adjustment circuit is provided in the ring oscillator, the current adjustment circuit may be connected to each output terminal of a plurality of CMOS inverters constituting the ring oscillator. Similarly, when the current adjustment circuit is provided in the inverter chain, the current adjustment circuit may be connected to each output terminal of a plurality of CMOS inverters constituting the inverter chain. The current adjustment circuit has a temperature characteristic and is configured to be able to adjust the rate of change of the delay time of the CMOS inverter with respect to the temperature in a high temperature range. An example of the current adjustment circuit includes a diode, a resistor, a capacitor, or a transistor such as a MOSFET.
(特徴2)インバータチェーンのCMOSインバータを構成する電界効果型トランジスタのゲート長が、リングオシレータのCMOSインバータを構成する電界効果型トランジスタのゲート長よりも長くてよい。この場合、電流調整回路は、インバータチェーンのCMOSインバータの出力端子に接続されていてもよい。ゲート長について上記関係が成立していると、温度センサ回路の出力が正の温度依存性を有することができる。ところが、上記関係を成立させるために、CMOSインバータを構成する電界効果型トランジスタのゲート長を長く設定すると、CMOSインバータの温度に対する遅延時間の変化率の線形性が崩れることが本願明細書において確認されている。したがって、遅延時間の変化率の線形性が崩れるCMOSインバータに対して電流調整回路を設けることで、遅延時間の変化率の線形性の崩れを改善することができ、正確な温度情報を取得可能な温度センサ回路が実現される。 (Feature 2) The gate length of the field effect transistor constituting the CMOS inverter of the inverter chain may be longer than the gate length of the field effect transistor constituting the CMOS inverter of the ring oscillator. In this case, the current adjustment circuit may be connected to the output terminal of the CMOS inverter of the inverter chain. When the above relationship is established for the gate length, the output of the temperature sensor circuit can have a positive temperature dependency. However, in this specification, it is confirmed that if the gate length of the field effect transistor constituting the CMOS inverter is set to be long in order to establish the above relationship, the linearity of the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the CMOS inverter is lost. ing. Therefore, by providing a current adjustment circuit for a CMOS inverter in which the linearity of the rate of change in delay time is lost, the change in linearity of the rate of change in delay time can be improved, and accurate temperature information can be acquired. A temperature sensor circuit is realized.
(特徴3)特徴2において、インバータチェーンのCMOSインバータを構成するp型の電界効果型トランジスタのゲート幅が、インバータチェーンのCMOSインバータを構成するn型の電界効果型トランジスタのゲート幅よりも長くてよい。この場合、p型の電界効果型トランジスタを流れるリーク電流値が、n型の電界効果型トランジスタを流れるリーク電流値と電流調整回路を流れる電流値の合計値に略等しくてもよい。この実施形態によると、インバータチェーンのCMOSインバータにおいて、温度に対する遅延時間の変化率が線形性を有することができる。
(Feature 3) In
(特徴4)リングオシレータのCMOSインバータを構成する電界効果型トランジスタとインバータチェーンのCMOSインバータを構成する電界効果型トランジスタが、異なるチャネル長変調効果を有するように構成されていてもよい。この実施形態によると、チャネル長変調効果の相違によって、リングオシレータの温度依存特性とインバータチェーンの温度依存特性が異なるものとなる。すなわち、リングオシレータで生成されるクロック信号のパルス幅の温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延信号の遅延時間の温度依存特性が異なることとなる。この実施形態では、リングオシレータとインバータチェーンの双方のCMOSインバータを構成する電界効果型トランジスタのチャネルのレイアウトを調整するだけで、異なる温度依存特性のクロック信号と遅延信号を生成することができる。 (Feature 4) The field effect transistor constituting the CMOS inverter of the ring oscillator and the field effect transistor constituting the CMOS inverter of the inverter chain may be configured to have different channel length modulation effects. According to this embodiment, the temperature dependency characteristic of the ring oscillator and the temperature dependency characteristic of the inverter chain are different due to the difference in the channel length modulation effect. That is, the temperature dependence characteristic of the pulse width of the clock signal generated by the ring oscillator is different from the temperature dependence characteristic of the delay time of the delay signal generated by the inverter chain. In this embodiment, it is possible to generate a clock signal and a delay signal having different temperature-dependent characteristics only by adjusting the channel layout of the field effect transistor constituting the CMOS inverter of both the ring oscillator and the inverter chain.
(特徴5)温度センサ回路は、クロック信号を低い周波数に変換した低周波信号を生成し、遅延回路に提供する分周回路をさらに備えていてもよい。この実施形態では、遅延時間が、低周波信号の立ち上がりと遅延信号の立ち上がりの時間差とすることができる。 (Feature 5) The temperature sensor circuit may further include a frequency dividing circuit that generates a low frequency signal obtained by converting the clock signal into a low frequency and provides the low frequency signal to the delay circuit. In this embodiment, the delay time can be the time difference between the rise of the low frequency signal and the rise of the delay signal.
(特徴6)分周回路は、複数段のバイナリカウンタを有していてもよい。この場合、遅延時間計測回路は、バイナリカウンタのカウント値を記憶可能に構成されている記憶装置を有していてもよい。さらに、記憶装置は、遅延回路の出力の立ち上がりに応答して、バイナリカウンタのカウント値を記憶してもよい。この実施形態によると、遅延時間の遅延時間において、バイナリカウンタがカウントしたクロック数が記憶装置に記憶される。また、バイナリカウンタの最上位ビットによって、記憶装置に記憶されるクロック数がリセットされるのが望ましい。 (Characteristic 6) The frequency dividing circuit may include a plurality of stages of binary counters. In this case, the delay time measuring circuit may have a storage device configured to be able to store the count value of the binary counter. Further, the storage device may store the count value of the binary counter in response to the rise of the output of the delay circuit. According to this embodiment, the number of clocks counted by the binary counter in the delay time is stored in the storage device. Further, it is desirable that the number of clocks stored in the storage device is reset by the most significant bit of the binary counter.
図1に示されるように、温度センサ回路1は、1チップ化された回路であり、発振回路2と分周回路3と遅延回路4と遅延時間計測回路5とを備えている。発振回路2は、クロック信号CLKを生成するように構成されている。クロック信号CLKは、例えばデューティー比が50%の矩形波である。分周回路3は、クロック信号CLKを低い周波数の低周波信号S1に変換するように構成されている。分周回路3は、例えばクロック信号CLKの周波数を1/1024倍又は1/2048倍に低周波化する。遅延回路4は、低周波信号S1を遅延させた遅延信号S2を生成するように構成されている。遅延時間計測回路5は、低周波信号S1と遅延信号S2の時間差(遅延信号S2の遅延時間に相当する)をクロック信号CLKのクロック数に基づいて計測するように構成されている。また、遅延時間計測回路5は、その計測されたクロック数をデジタルの温度情報Doutに変換して出力するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示されるように、発振回路2は、第1インバータINV1の複数個がリング状に接続されたリングオシレータで構成されている。リングオシレータは、例えば11段の第1インバータINV1を有している。
As shown in FIG. 2, the
図3に示されるように、遅延回路4は、第2インバータINV2の複数個が直列に接続されたインバータチェーンで構成されている。インバータチェーンは、例えば50段の第2インバータINV2を有している。
As shown in FIG. 3, the
図4に示されるように、リングオシレータの第1インバータINV1とインバータチェーンの第2インバータINV2はいずれも、正電源ライン(Vddライン)と負電源ライン(Vss)の間に直列に接続された第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2を有するCMOSを備えている。第1トランジスタTr1は、p型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ドレインがVddラインに接続されており、ソースが第2トランジスタTr2のドレインに接続されている。第2トランジスタTr2は、n型のMOSFETであり、ドレインが第1トランジスタTr1のソースに接続されており、ソースが負電源ラインVssに接続されている。第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2の接続点が、次段のCMOSインバータを構成するトランジスタのゲートに接続されている。なお、第1寄生ダイオードD1及び第2寄生ダイオードD2については、後述する高温範囲の対策の説明において詳細する。 As shown in FIG. 4, the first inverter INV1 of the ring oscillator and the second inverter INV2 of the inverter chain are both connected in series between the positive power supply line (Vdd line) and the negative power supply line (Vss). A CMOS having one transistor Tr1 and a second transistor Tr2 is provided. The first transistor Tr1 is a p-type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), the drain is connected to the Vdd line, and the source is connected to the drain of the second transistor Tr2. The second transistor Tr2 is an n-type MOSFET, the drain is connected to the source of the first transistor Tr1, and the source is connected to the negative power supply line Vss. The connection point between the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 is connected to the gate of the transistor constituting the next stage CMOS inverter. The first parasitic diode D1 and the second parasitic diode D2 will be described in detail in the description of measures for the high temperature range described later.
本実施例では、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2によるチャネル長変調効果とインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2によるチャネル長変調効果が異なるように構成されていることを特徴としている。具体的には、ゲート幅を一定としたときに、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長が、インバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長よりも短く構成されている。なお、この例では、第1インバータINV1の第1トランジスタTr1のゲート長が第2インバータINV2の第1トランジスタTr1のゲート長よりも短く、さらに、第1インバータINV1の第2トランジスタTr2のゲート長が第2インバータINV2の第2トランジスタTr2のゲート長よりも短い。この例に代えて、第1インバータINV1の第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のいずれか一方のゲート長のみが短くてもよい。 In this embodiment, the channel length modulation effect by the transistors Tr1 and Tr2 constituting the first inverter INV1 of the ring oscillator is different from the channel length modulation effect by the transistors Tr1 and Tr2 constituting the second inverter INV2 of the inverter chain. It is characterized by having. Specifically, when the gate width is constant, the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 constituting the first inverter INV1 of the ring oscillator are equal to the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 constituting the second inverter INV2 of the inverter chain. Shorter than that. In this example, the gate length of the first transistor Tr1 of the first inverter INV1 is shorter than the gate length of the first transistor Tr1 of the second inverter INV2, and the gate length of the second transistor Tr2 of the first inverter INV1 is The gate length of the second transistor Tr2 of the second inverter INV2 is shorter. Instead of this example, only the gate length of either the first transistor Tr1 or the second transistor Tr2 of the first inverter INV1 may be short.
通常、トランジスタTr1,Tr2は、低温よりも高温で動作電流が小さくなり、動作速度が低下する。このため、リングオシレータの第1インバータINV1では、低温よりも高温で動作速度が低下するので、発振するクロック信号CLKのパルス幅が増加する。すなわち、クロック信号CLKのパルス幅は、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。また、インバータチェーンの第2インバータINV2でも、低温よりも高温で動作速度が低下するので、遅延信号S2の遅延時間が増加する。すなわち、遅延信号S2の遅延時間も、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。ここで、チャネル長変調効果とは、IV特性の飽和領域における電流増加量をいう。このため、チャネル長変調効果が異なるとは、IV特性の飽和領域における電流増加量が異なることをいう。本実施例では、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長がインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のゲート長よりも短いので、IV特性の飽和領域における電流増加量に関しては、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2の方がインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2よりも大きい。このため、低温から高温に変化したときに、リングオシレータのトランジスタTr1,Tr2での電流変化量は相対的に小さく、インバータチェーンのトランジスタTr1,Tr2での電流変化量は相対的に大きくなる。この結果、低温から高温に変化したときに、リングオシレータの動作速度の低下量が相対的に小さく、インバータチェーンの動作速度の低下量が相対的に大きくなる。 Usually, the transistors Tr1 and Tr2 have a lower operating current at a higher temperature than a lower temperature, and the operating speed is reduced. For this reason, in the first inverter INV1 of the ring oscillator, the operation speed decreases at a temperature higher than the low temperature, so that the pulse width of the oscillating clock signal CLK increases. That is, the pulse width of the clock signal CLK has a positive temperature-dependent characteristic that increases with a substantially linear function with respect to the temperature. Also, in the second inverter INV2 of the inverter chain, the operation speed decreases at a temperature higher than the low temperature, so the delay time of the delay signal S2 increases. That is, the delay time of the delay signal S2 also has a positive temperature-dependent characteristic that increases with a substantially linear function with respect to the temperature. Here, the channel length modulation effect refers to the amount of current increase in the saturation region of the IV characteristics. For this reason, that the channel length modulation effect is different means that the amount of current increase in the saturation region of the IV characteristic is different. In this embodiment, the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 constituting the first inverter INV1 of the ring oscillator are shorter than the gate lengths of the transistors Tr1 and Tr2 constituting the second inverter INV2 of the inverter chain. Regarding the current increase amount at, the transistors Tr1 and Tr2 constituting the first inverter INV1 of the ring oscillator are larger than the transistors Tr1 and Tr2 constituting the second inverter INV2 of the inverter chain. For this reason, when the temperature changes from low to high, the amount of current change in the transistors Tr1 and Tr2 of the ring oscillator is relatively small, and the amount of current change in the transistors Tr1 and Tr2 of the inverter chain is relatively large. As a result, when the temperature changes from low to high, the amount of decrease in the operating speed of the ring oscillator is relatively small, and the amount of decrease in the operating speed of the inverter chain is relatively large.
図5〜7を参照して、本実施例の温度センサ回路1の特徴を説明する。まず、図5及び図6を参照し、比較例の温度センサ回路の動作を説明する。比較例の温度センサ回路は、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のチャネル長変調効果とインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のチャネル長変調効果が一致している例(第1インバータINV1と第2インバータINV2の双方のトランジスタTr1,Tr2のゲート幅及びゲート長が一致している)である。このため、比較例では、低温から高温に変化したときに、リングオシレータの動作速度の低下量とインバータチェーンの動作速度の低下量が一致するので、リングオシレータで生成されるクロック信号CLKの温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延信号S2の温度依存特性が一致する。前記したように、クロック信号CLKのパルス幅は、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。遅延信号S2の遅延時間も、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。さらに、クロック信号CLKのパルス幅の温度に対する変化率(基準温度のパルス幅を「1」としたときの任意温度におけるパルス幅の比)と遅延信号S2の遅延時間の温度に対する変化率(基準温度の遅延時間を「1」としたときの任意温度における遅延時間の比)が略等しい関係となっており、双方の温度依存特性が一致している。
The characteristics of the
図6A,6Bに示されるように、遅延信号S2が正の温度依存特性を有することから、低周波信号S1と遅延信号S2の時間差(遅延信号S2の遅延時間T1,T2)は、相対的に低い温度Ta(図5参照)のときよりも、相対的に高い温度Tb(図5参照)のほうが長くなる。しかしながら、クロック信号CLKのパルス幅も正の温度依存特性を有しており、また、クロック信号CLKと遅延信号S2の温度依存特性が一致していることから、相対的に低い温度Taと相対的に高い温度Tbのそれぞれの遅延時間T1,T2で計測されるクロック信号CLKのクロック数が同一数の5となる。このように、リングオシレータで生成されるクロック信号CLKの温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延信号S2の温度依存特性が一致すると、図5に示されるように、クロック信号CLKのカウント数は温度に対して変動しない。比較例では、高感度に温度を計測することが難しい。 As shown in FIGS. 6A and 6B, since the delay signal S2 has a positive temperature-dependent characteristic, the time difference between the low frequency signal S1 and the delay signal S2 (delay times T1 and T2 of the delay signal S2) is relatively The relatively high temperature Tb (see FIG. 5) is longer than that at the low temperature Ta (see FIG. 5). However, the pulse width of the clock signal CLK also has a positive temperature-dependent characteristic, and the temperature-dependent characteristics of the clock signal CLK and the delay signal S2 coincide with each other. The number of clocks of the clock signal CLK measured at the respective delay times T1 and T2 of the higher temperature Tb is the same number of 5. Thus, when the temperature dependency characteristic of the clock signal CLK generated by the ring oscillator matches the temperature dependency characteristic of the delay signal S2 generated by the inverter chain, the count number of the clock signal CLK is as shown in FIG. Does not vary with temperature. In the comparative example, it is difficult to measure temperature with high sensitivity.
一方、本実施例の温度センサ回路1では、リングオシレータの第1インバータINV1を構成するトランジスタTr1,Tr2のチャネル長変調効果とインバータチェーンの第2インバータINV2を構成するトランジスタTr1,Tr2のチャネル長変調効果が異なっており、このため、本実施例では、低温から高温に変化したときに、リングオシレータの動作速度の低下量とインバータチェーンの動作速度の低下量が異なっており、リングオシレータで生成されるクロック信号CLKの温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延信号S2の温度依存特性が異なっている。前記したように、クロック信号CLKのパルス幅は、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。遅延信号S2の遅延時間も、温度に対して略一次関数で増加する正の温度依存特性を有している。さらに、遅延信号S2の遅延時間の温度に対する変化率(基準温度のパルス幅を「1」としたときの任意温度におけるパルス幅の比)がクロック信号CLKのパルス幅の温度に対する変化率(基準温度の遅延時間を「1」としたときの任意温度における遅延時間の比)よりも大きい関係となっており、双方の温度依存特性が異なっている。
On the other hand, in the
このため、図7Aに示されるように、相対的に低い温度Taでは、遅延信号S2の遅延時間T3で計測されるクロック信号CLKのクロック数が6である。図7Bに示されるように、相対的に高い温度Tbでは、遅延信号S2の遅延時間T4で計測されるクロック信号CLKのクロック数が9である。このように、リングオシレータで生成されるクロック信号CLKの温度依存特性とインバータチェーンで生成される遅延信号S2の温度依存特性が相違していると、図5に示されるように、遅延時間計測回路5で計測されるクロック数が温度に対して変動する。本実施例では、クロック信号CLKの温度依存特性と遅延信号S2の温度依存特性の相違を利用して温度情報を得ることができる。 For this reason, as shown in FIG. 7A, at a relatively low temperature Ta, the number of clocks of the clock signal CLK measured at the delay time T3 of the delay signal S2 is six. As shown in FIG. 7B, at the relatively high temperature Tb, the number of clocks of the clock signal CLK measured at the delay time T4 of the delay signal S2 is nine. As described above, when the temperature dependency characteristic of the clock signal CLK generated by the ring oscillator is different from the temperature dependency characteristic of the delay signal S2 generated by the inverter chain, as shown in FIG. The number of clocks measured in 5 varies with temperature. In the present embodiment, temperature information can be obtained by utilizing the difference between the temperature dependency characteristic of the clock signal CLK and the temperature dependency characteristic of the delay signal S2.
(シミュレーション結果)
図8に、シミュレーションに用いた温度センサ回路10の構成を示す。この温度センサ回路10は、発振回路12と分周回路13と遅延回路14と遅延時間計測回路15とを備えている。発振回路12は、図2及び図4で例示したように、第1インバータINV1の11段で構成されたリングオシレータである。分周回路13は、NAND型のD型フリップフロップで構成された10ビットのバイナリカウンタである。このため、分周回路13は、クロック信号CLKの周波数を1/1024倍に低周波化する。遅延回路14は、図3及び図4で例示したように、第2インバータINV2の50段で構成されたインバータチェーンである。遅延時間計測回路15は、D型フリップフロップで構成された記憶装置(11ビット×2のラッチ回路である)を有するエンコーダである。遅延時間計測回路15は、分周回路13のカウンタ値を入力可能に構成されている。ここで、分周回路13の最上位ビットは、遅延回路14に入力するとともに、遅延時間計測回路15の記憶装置のリセット端子にも入力している。遅延回路14の出力は、遅延時間計測回路15の記憶装置のセット端子に入力している。遅延時間計測回路15の記憶装置は、セット端子に「1」が入力した時に分周回路13のカウント値を記憶し、リセット端子に「1」が入力した時に記憶していたカウント値を消去する。
(simulation result)
FIG. 8 shows the configuration of the
リングオシレータの第1インバータINV1では、第1トランジスタTrのサイズ(W/L)が1μm/0.35μmであり、第2トランジスタTr2のサイズ(W/L)が3μm/0.35μmである。今回のシミュレーションでは、インバータチェーンの第2インバータINV2において、第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2のゲート幅Wを一致させ、ゲート長Lをパラメータとした。 In the first inverter INV1 of the ring oscillator, the size (W / L) of the first transistor Tr is 1 μm / 0.35 μm, and the size (W / L) of the second transistor Tr2 is 3 μm / 0.35 μm. In this simulation, in the second inverter INV2 of the inverter chain, the gate widths W of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are matched, and the gate length L is used as a parameter.
まず、温度センサ回路10の動作を説明する。温度センサ回路10では、分周回路13の最上位ビットが「1」になる時(低周波信号S1の立ち上がり時に相当する)に、遅延時間計測回路15の記憶装置に記憶されていたカウント値が消去される。遅延回路14の出力が「1」になる時(遅延信号S2が立ち上がる時に相当する)に、遅延時間計測回路15の記憶装置が分周回路13のカウンタ値を記憶する。すなわち、低周波信号S1の立ち上がりから遅延信号S2の立ち上がりまで(遅延信号S2の遅延時間に相当する)において、分周回路13がクロック信号CLKに応じてカウントしたクロック数を遅延時間計測回路15が記憶する。遅延時間計測回路15は、計測されたクロック数をデジタル出力値である温度情報Doutに変換して出力する。
First, the operation of the
図9に、第1インバータINV1と第2インバータINV2のゲート長を一致させた場合のシミュレーション結果を示す。温度に対してデジタルの出力値が略一定であることが分かる。高感度に温度情報を得ることが難しい。 FIG. 9 shows a simulation result when the gate lengths of the first inverter INV1 and the second inverter INV2 are matched. It can be seen that the digital output value is substantially constant with respect to temperature. It is difficult to obtain temperature information with high sensitivity.
図10に、第2インバータINV2の第1トランジスタTr1と第2トランジスタTr2の双方のゲート長を0.35μm,5μm,10μmに変えたときの結果を示す。ゲート長を大きくするほど、デジタル出力値が温度に対して大きく変動することが分かる。このように、第1インバータINV1と第2インバータINV2のゲート長を変えることで、第1インバータINV1と第2インバータINV2の温度依存特性が相違し、その相違に基づいて温度情報が得られることが分かる。 FIG. 10 shows the results when the gate lengths of both the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 of the second inverter INV2 are changed to 0.35 μm, 5 μm, and 10 μm. It can be seen that the greater the gate length, the greater the digital output value varies with temperature. Thus, by changing the gate lengths of the first inverter INV1 and the second inverter INV2, the temperature dependence characteristics of the first inverter INV1 and the second inverter INV2 are different, and temperature information can be obtained based on the difference. I understand.
以下、本実施例の温度センサ回路1,10の他の特徴を列記する。
(1)本実施例の温度センサ回路1,10は、1つの発振回路2,12から出力されるクロック信号CLKが、直列に接続された回路要素間のラインを経由するように構成されている。例えば、従来の温度センサ回路のように、2つの発振回路から出力される温度依存クロック信号と基準クロック信号が、並列に設けられた2つのラインを経由する場合に比して、回路構成を簡単化できる。
(2)従来の温度センサ回路では、温度依存クロック信号の周波数と基準クロック信号の周波数の絶対値を利用するものであり、それぞれの周波数を正確に調整する必要がある。しかしながら、プロセスバラツキの影響により、それぞれの周波数の正確に調整することは困難である。一方、本実施例の温度センサ回路1,10では、リングオシレータの第1インバータINV1の温度依存特性とインバータチェーンの第2インバータINV2の温度依存特性の相対的な差を利用するので、プロセスバラツキの影響が抑制される。
(3)また、本実施例の温度センサ回路1,10は、全ての回路要素をデジタル回路で構成することが可能である。このため、設計が容易であること、異なる製造プロセスに柔軟に対応できること、プロセスバラツキが抑制されること、低電圧で低消費電力化に対応できること、等のメリットがある。
Hereinafter, other characteristics of the
(1) The
(2) The conventional temperature sensor circuit uses the absolute value of the frequency of the temperature-dependent clock signal and the frequency of the reference clock signal, and it is necessary to adjust each frequency accurately. However, it is difficult to accurately adjust each frequency due to the influence of process variations. On the other hand, in the
(3) In the
(高温範囲での対策)
図11に、リングオシレータ及びインバータチェーンを構成するCMOSのインバータINV1,INV2(図4参照)の断面図を模式的に示す。図11に示されるように、p型MOSFETである第1トランジスタTr1ではp+型ソースとn型ウェルの間に寄生の第1寄生ダイオードD1が存在しており、n型MOSFETである第2トランジスタTr2ではn+型ドレインとp型基板の間に寄生の第2寄生ダイオードD2が存在している。
(Measures in high temperature range)
FIG. 11 schematically shows a cross-sectional view of CMOS inverters INV1 and INV2 (see FIG. 4) constituting the ring oscillator and the inverter chain. As shown in FIG. 11, in the first transistor Tr1 which is a p-type MOSFET, a parasitic first parasitic diode D1 exists between the p + type source and the n-type well, and the second transistor which is an n-type MOSFET. In Tr2, a parasitic second parasitic diode D2 exists between the n + -type drain and the p-type substrate.
寄生ダイオードD1,D2においては、高温範囲で逆方向のリーク電流が流れる。このリーク電流に起因して、リングオシレータが生成するクロック信号CLKの温度依存特性及びインバータチェーンが生成する遅延信号S2の温度依存特性については、高温範囲でその線形性が崩れることがある。 In the parasitic diodes D1 and D2, a reverse leakage current flows in a high temperature range. Due to this leakage current, the linearity of the temperature dependency characteristic of the clock signal CLK generated by the ring oscillator and the temperature dependency characteristic of the delay signal S2 generated by the inverter chain may be lost in a high temperature range.
図12及び図13に、インバータINV1,INV2における温度と遅延時間の関係を示す。図12の例では、第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2のゲート長を0.25μmに固定し、第2トランジスタTr2のゲート幅を0.3μmに固定し、第1トランジスタTr1のゲート幅を変動させたときの結果である。図13の例では、第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2のゲート長を0.25μmに固定し、第1トランジスタTr1のゲート幅を0.9μmに固定し、第2トランジスタTr2のゲート幅を変動させたときの結果である。なお、リングオシレータは複数個の第1インバータINV1で構成されているので、個々の第1インバータINV1の遅延時間は、リングオシレータで生成されるクロック信号CLKのパルス幅の温度に対する温度依存特性に影響する。同様に、インバータチェーンは複数個の第2インバータINV2で構成されているので、個々の第2インバータINV2の遅延時間は、インバータチェーンで生成される遅延信号S2の温度に対する温度依存特性に影響する。 12 and 13 show the relationship between the temperature and the delay time in the inverters INV1 and INV2. In the example of FIG. 12, the gate length of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 is fixed to 0.25 μm, the gate width of the second transistor Tr2 is fixed to 0.3 μm, and the gate width of the first transistor Tr1 is changed. This is the result when In the example of FIG. 13, the gate length of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 is fixed to 0.25 μm, the gate width of the first transistor Tr1 is fixed to 0.9 μm, and the gate width of the second transistor Tr2 is changed. This is the result when Since the ring oscillator is composed of a plurality of first inverters INV1, the delay time of each of the first inverters INV1 affects the temperature dependence characteristics with respect to the temperature of the pulse width of the clock signal CLK generated by the ring oscillator. To do. Similarly, since the inverter chain is composed of a plurality of second inverters INV2, the delay time of each second inverter INV2 affects the temperature dependence characteristics with respect to the temperature of the delay signal S2 generated in the inverter chain.
図12に示されるように、p型MOSFETである第1トランジスタTr1のゲート幅が長くなると、高温範囲において温度に対する遅延時間の線形性が崩れ、遅延時間の変化率が低温範囲よりも高温範囲で低下する傾向にある。一方、図13に示されるように、n型MOSFETである第2トランジスタTr2のゲート幅が長くなると、高温範囲において温度に対する遅延時間の線形性が崩れ、遅延時間の変化率が低温範囲よりも高温範囲で増加する傾向にある。このように、インバータINV1,INV2を構成する第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2のゲートのサイズ(W/L)設計に基づいて、温度に対する遅延時間の変化率が高温範囲で低下することもあれば、増加することもある。 As shown in FIG. 12, when the gate width of the first transistor Tr1 which is a p-type MOSFET becomes longer, the linearity of the delay time with respect to the temperature is lost in the high temperature range, and the change rate of the delay time is higher in the high temperature range than in the low temperature range. It tends to decrease. On the other hand, as shown in FIG. 13, when the gate width of the second transistor Tr2 which is an n-type MOSFET becomes longer, the linearity of the delay time with respect to the temperature is lost in the high temperature range, and the change rate of the delay time is higher than that in the low temperature range. It tends to increase in range. As described above, based on the gate size (W / L) design of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 constituting the inverters INV1 and INV2, the rate of change in delay time with respect to temperature may decrease in the high temperature range. In some cases, it may increase.
例えば、リングオシレータを構成する第1インバータINV1の遅延時間の変化率が高温範囲で低下すると、リングオシレータが生成するクロック信号CLKのパルス幅の温度に対する変化率も高温範囲で低下する。このとき、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2の遅延時間の変化率が高温範囲で一定又は増加すると、インバータチェーンが生成する遅延信号S2の遅延時間の変化率が高温範囲において一定又は増加する。この結果、遅延時間計測回路15で計測されるクロック数の温度に対する変化率が低温範囲よりも高温範囲で増加し、クロック数と温度の関係の線形性が高温範囲で崩れ、正確な温度情報を得ることが困難になる。
For example, when the rate of change of the delay time of the first inverter INV1 constituting the ring oscillator is reduced in the high temperature range, the rate of change of the pulse width of the clock signal CLK generated by the ring oscillator with respect to temperature is also reduced in the high temperature range. At this time, when the rate of change of the delay time of the second inverter INV2 constituting the inverter chain is constant or increased in the high temperature range, the rate of change of the delay time of the delay signal S2 generated by the inverter chain is constant or increased in the high temperature range. As a result, the rate of change of the number of clocks measured by the delay
あるいは、リングオシレータを構成する第1インバータINV1の遅延時間の変化率が高温範囲で増加すると、リングオシレータが生成するクロック信号CLKのパルス幅の温度に対する変化率も高温範囲で増加する。このとき、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2の遅延時間の変化率が高温範囲で一定又は低下すると、インバータチェーンが生成する遅延信号S2の遅延時間の変化率が高温範囲において一定又は低下する。この結果、遅延時間計測回路15で計測されるクロック数の温度に対する変化率が低温範囲よりも高温範囲で低下し、クロック数と温度の関係の線形性が高温範囲で崩れ、正確な温度情報を得ることが困難になる。
Alternatively, when the rate of change of the delay time of the first inverter INV1 constituting the ring oscillator increases in the high temperature range, the rate of change of the pulse width of the clock signal CLK generated by the ring oscillator with respect to temperature also increases in the high temperature range. At this time, when the rate of change of the delay time of the second inverter INV2 constituting the inverter chain is constant or lowered in the high temperature range, the rate of change of the delay time of the delay signal S2 generated by the inverter chain is constant or lowered in the high temperature range. As a result, the rate of change of the number of clocks measured by the delay
このような問題に対策する一例を図14に示す。例えば、高温範囲において遅延時間の変化率が増加するようなインバータINV1,INV2に対しては、その出力端子とVddラインの間に第1ダイオードD11を接続する。第1ダイオードD11の向きは、インバータINV1,INV2を構成するp型MOSFETの第1トランジスタTr1に寄生する第1寄生ダイオードD1(図4参照)と同一の向きである。図12で例示するように、この向きに挿入される第1ダイオードD11は、インバータINV1,INV2の温度に対する遅延時間の変化率を高温範囲で低下させる傾向にある。この結果、第1ダイオードD11が挿入されたインバータINV1,INV2では、温度に対する遅延時間の変化率が低温範囲から高温範囲まで一定となる。また、高温範囲において温度に対する遅延時間の変化率が低下するようなインバータINV1,INV2に対しては、その出力端子とVssラインの間に第2ダイオードD12を接続する。第2ダイオードD12の向きは、インバータINV1,INV2を構成するn型MOSFETの第2トランジスタTr2に寄生する寄生ダイオードD2(図4参照)と同一の向きである。図13で例示するように、この向きに挿入された第2ダイオードD12は、インバータINV1,INV2の温度に対する遅延時間の変化率を高温範囲で増加させる傾向にある。この結果、第2ダイオードD12が挿入されたインバータINV1,INV2では、温度に対する遅延時間の変化率が低温範囲から高温範囲まで一定となる。 An example of countermeasures against such problems is shown in FIG. For example, the first diode D11 is connected between the output terminal and the Vdd line for the inverters INV1 and INV2 whose rate of change in delay time increases in the high temperature range. The direction of the first diode D11 is the same as that of the first parasitic diode D1 (see FIG. 4) parasitic on the first transistor Tr1 of the p-type MOSFET constituting the inverters INV1 and INV2. As illustrated in FIG. 12, the first diode D11 inserted in this direction tends to reduce the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the inverters INV1 and INV2 in the high temperature range. As a result, in the inverters INV1 and INV2 in which the first diode D11 is inserted, the rate of change of the delay time with respect to the temperature is constant from the low temperature range to the high temperature range. Further, for the inverters INV1 and INV2 whose rate of change in delay time with respect to temperature decreases in the high temperature range, the second diode D12 is connected between the output terminal and the Vss line. The direction of the second diode D12 is the same as that of the parasitic diode D2 (see FIG. 4) parasitic on the second transistor Tr2 of the n-type MOSFET constituting the inverters INV1 and INV2. As illustrated in FIG. 13, the second diode D12 inserted in this direction tends to increase the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the inverters INV1 and INV2 in the high temperature range. As a result, in the inverters INV1 and INV2 in which the second diode D12 is inserted, the rate of change of the delay time with respect to the temperature is constant from the low temperature range to the high temperature range.
図15に、理想的なインバータINV1,INV2の遅延時間を示す。リングオシレータの第1インバータINV1及びインバータチェーンの第2インバータINV2の各々において、温度に対する遅延時間の変化率が低温範囲から高温範囲まで一定であり、その変化率についてはインバータチェーンの第2インバータINV2の方が大きい。このような関係が得られていると、遅延時間計測回路15で計測されるクロック数の温度に対する変化率が低温範囲から高温範囲まで一定となり、クロック数と温度の関係の線形性が低温範囲から高温範囲まで維持され、正確な温度情報が得られる。
FIG. 15 shows ideal delay times of the inverters INV1 and INV2. In each of the first inverter INV1 of the ring oscillator and the second inverter INV2 of the inverter chain, the change rate of the delay time with respect to the temperature is constant from the low temperature range to the high temperature range, and the change rate is the same as that of the second inverter INV2 of the inverter chain. Is bigger. When such a relationship is obtained, the rate of change of the number of clocks measured by the delay
以下、様々な対策パターンを例示する。以下では、対策が施されていないときの温度と遅延時間の関係を実線で示し、対策を施したときの温度と遅延時間の関係を破線で示す。 Hereinafter, various countermeasure patterns will be exemplified. In the following, the relationship between the temperature and the delay time when no countermeasure is taken is indicated by a solid line, and the relationship between the temperature and the delay time when a countermeasure is taken is indicated by a broken line.
図16Aに示される例では、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2の温度に対する遅延時間の変化率が、高温範囲で増加している。このような場合、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2に対して第1ダイオードD11を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を低下させてもよい。あるいは、リングオシレータの第1インバータINV1に対して第2ダイオードD12を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を増加させてもよい。 In the example shown in FIG. 16A, the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the second inverter INV2 constituting the inverter chain increases in the high temperature range. In such a case, the first diode D11 may be inserted into the second inverter INV2 constituting the inverter chain to reduce the rate of change of the delay time in the high temperature range. Or you may insert the 2nd diode D12 with respect to 1st inverter INV1 of a ring oscillator, and may increase the rate of change of the delay time in a high temperature range.
図16Bに示される例では、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2の温度に対する遅延時間の変化率が、高温範囲で低下している。このような場合、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2に対して第2ダイオードD12を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を増加させてもよい。あるいは、リングオシレータの第1インバータINV1に対して第1ダイオードD11を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を低下させてもよい。 In the example shown in FIG. 16B, the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the second inverter INV2 constituting the inverter chain decreases in the high temperature range. In such a case, the second diode D12 may be inserted into the second inverter INV2 constituting the inverter chain to increase the rate of change of the delay time in the high temperature range. Alternatively, the first diode D11 may be inserted into the first inverter INV1 of the ring oscillator to reduce the change rate of the delay time in the high temperature range.
図17Aに示される例では、リングオシレータを構成する第1インバータINV1の温度に対する遅延時間の変化率が、高温範囲で増加している。このような場合、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2に対して第2ダイオードD12を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を増加させてもよい。あるいは、リングオシレータの第1インバータINV1に対して第1ダイオードD11を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を低下させてもよい。 In the example shown in FIG. 17A, the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the first inverter INV1 constituting the ring oscillator increases in the high temperature range. In such a case, the second diode D12 may be inserted into the second inverter INV2 constituting the inverter chain to increase the rate of change of the delay time in the high temperature range. Alternatively, the first diode D11 may be inserted into the first inverter INV1 of the ring oscillator to reduce the change rate of the delay time in the high temperature range.
図17Bに示される例では、リングオシレータを構成する第1インバータINV1の温度に対する遅延時間の変化率が、高温範囲で低下している。このような場合、インバータチェーンを構成する第2インバータINV2に対して第1ダイオードD11を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を低下させてもよい。あるいは、リングオシレータを構成する第1インバータINV1に対して第2ダイオードD12を挿入し、高温範囲における遅延時間の変化率を増加させてもよい。 In the example shown in FIG. 17B, the rate of change of the delay time with respect to the temperature of the first inverter INV1 constituting the ring oscillator is reduced in the high temperature range. In such a case, the first diode D11 may be inserted into the second inverter INV2 constituting the inverter chain to reduce the rate of change of the delay time in the high temperature range. Alternatively, the change rate of the delay time in the high temperature range may be increased by inserting the second diode D12 into the first inverter INV1 constituting the ring oscillator.
図16及び図17の例では、リングオシレータを構成する第1インバータINV1とインバータチェーンを構成する第2インバータINV2のいずれか一方の線形性が崩れている場合を例示しているが、第1インバータINV1と第2インバータINV2の双方の線形性が崩れる場合には、図16及び図17に例示される技術を適宜に組合せることで対策することが可能である。 16 and 17 exemplify the case where the linearity of one of the first inverter INV1 constituting the ring oscillator and the second inverter INV2 constituting the inverter chain is broken, the first inverter When the linearity of both INV1 and the second inverter INV2 is lost, it is possible to take measures by appropriately combining the techniques exemplified in FIGS.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
1,10:温度センサ回路
2,12:発振回路
3,13:分周回路
4,14:遅延回路
5,15:遅延時間計測回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
CMOSインバータの複数個が直列に接続されているインバータチェーンを有しており、前記クロック信号を利用して遅延信号を生成する遅延回路と、
前記遅延信号の遅延時間を前記クロック信号のクロック数に基づいて計測する遅延時間計測回路と、
前記リングオシレータの前記CMOSインバータの出力端子と前記インバータチェーンの前記CMOSインバータの出力端子の少なくともいずれか一方に接続されている電流調整回路と、を備えており、
前記クロック信号のパルス幅の温度に対する温度依存特性と前記遅延信号の前記遅延時間の温度に対する温度依存特性の相違に基づいて、前記遅延時間計測回路で計測される前記クロック数が温度に対して変動するように構成されている温度センサ回路。 An oscillation circuit that has a ring oscillator in which a plurality of CMOS inverters are connected in a ring shape and generates a clock signal;
A delay circuit which has an inverter chain in which a plurality of CMOS inverters are connected in series, and generates a delay signal using the clock signal;
A delay time measuring circuit for measuring the delay time of the delay signal based on the number of clocks of the clock signal;
A current adjustment circuit connected to at least one of the output terminal of the CMOS inverter of the ring oscillator and the output terminal of the CMOS inverter of the inverter chain,
The number of clocks measured by the delay time measurement circuit varies with temperature based on the difference between the temperature dependence characteristic of the pulse width of the clock signal with respect to the temperature and the temperature dependence characteristic of the delay signal with respect to the temperature of the delay time. A temperature sensor circuit configured to be.
前記電流調整回路は、前記インバータチェーンの前記CMOSインバータの出力端子に接続されている請求項1に記載の温度センサ回路。 The gate length of the field effect transistor constituting the CMOS inverter of the inverter chain is longer than the gate length of the field effect transistor constituting the CMOS inverter of the ring oscillator,
The temperature sensor circuit according to claim 1, wherein the current adjustment circuit is connected to an output terminal of the CMOS inverter of the inverter chain.
前記p型の電界効果型トランジスタを流れるリーク電流値が、前記n型の電界効果型トランジスタを流れるリーク電流値と前記電流調整回路を流れる電流値の合計値に略等しい請求項2に記載の温度センサ回路。 The gate width of the p-type field effect transistor constituting the CMOS inverter of the inverter chain is longer than the gate width of the n-type field effect transistor constituting the CMOS inverter of the inverter chain,
3. The temperature according to claim 2, wherein a leakage current value flowing through the p-type field effect transistor is substantially equal to a total value of a leakage current value flowing through the n-type field effect transistor and a current value flowing through the current adjustment circuit. Sensor circuit.
前記遅延時間は、前記低周波信号の立ち上がりと前記遅延信号の立ち上がりの時間差である請求項1〜5のいずれか一項に記載の温度センサ回路。 A frequency dividing circuit for generating a low-frequency signal obtained by converting the clock signal into a low frequency and providing the low-frequency signal to the delay circuit;
The temperature sensor circuit according to claim 1, wherein the delay time is a time difference between a rise of the low frequency signal and a rise of the delay signal.
前記遅延時間計測回路は、前記バイナリカウンタのカウント値を記憶可能に構成されている記憶装置を有しており、
前記記憶装置は、前記遅延回路の出力の立ち上がりに応答して、前記バイナリカウンタの前記カウント値を記憶する請求項6に記載の温度センサ回路。 The frequency divider circuit has a multi-stage binary counter,
The delay time measuring circuit has a storage device configured to be able to store the count value of the binary counter,
The temperature sensor circuit according to claim 6, wherein the storage device stores the count value of the binary counter in response to a rise of the output of the delay circuit.
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