JPH01429A - 温度センサ回路 - Google Patents
温度センサ回路Info
- Publication number
- JPH01429A JPH01429A JP62-156248A JP15624887A JPH01429A JP H01429 A JPH01429 A JP H01429A JP 15624887 A JP15624887 A JP 15624887A JP H01429 A JPH01429 A JP H01429A
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- JP
- Japan
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- temperature sensor
- transistor
- voltage
- current source
- temperature
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は集積回路の温度補償を行うため同じ基板上に組
み込む温度センサ回路に関する。
み込む温度センサ回路に関する。
(従来の技術)
集積回路の温度補償を正確に行うためには、同じ基板上
で同じ型の半導体接合構造をした温度センサ回路が不可
欠である。 第4図は、絶対温度に比例した電流量が変
化する温度センサ電流源を用いた従来の温度センサ回路
である。 Wlは前記の温度センサ電流源で、第3図に
その一例を示す。 第4図のRI J、!電流源w1が
らの電流9による絶対温度Tに比例した電圧降下Vou
Lを得る抵抗である。 また、第3図において、Ql’
、Q2°、・・・、Q8°はトランジスタ、Rxは抵抗
であり、Ql’のn+、Q3°のnt、Q6’のnは、
他のトランジスタのエミッタ面積を1としたときの、そ
れぞれのエミッタ面積の倍数で、例えばn=4とはエミ
ッタ面積が他のトランジスタのエミッタ面積の4倍とい
うことである。 このような温度センサ回路で要求され
る温度範囲は、25℃を中心として±50℃以上必要で
ある。 つまり、100℃以上の温度範囲をカバーしな
ければならない。 以下、電流源W1の電流積の温度係
数を求めてみる。
で同じ型の半導体接合構造をした温度センサ回路が不可
欠である。 第4図は、絶対温度に比例した電流量が変
化する温度センサ電流源を用いた従来の温度センサ回路
である。 Wlは前記の温度センサ電流源で、第3図に
その一例を示す。 第4図のRI J、!電流源w1が
らの電流9による絶対温度Tに比例した電圧降下Vou
Lを得る抵抗である。 また、第3図において、Ql’
、Q2°、・・・、Q8°はトランジスタ、Rxは抵抗
であり、Ql’のn+、Q3°のnt、Q6’のnは、
他のトランジスタのエミッタ面積を1としたときの、そ
れぞれのエミッタ面積の倍数で、例えばn=4とはエミ
ッタ面積が他のトランジスタのエミッタ面積の4倍とい
うことである。 このような温度センサ回路で要求され
る温度範囲は、25℃を中心として±50℃以上必要で
ある。 つまり、100℃以上の温度範囲をカバーしな
ければならない。 以下、電流源W1の電流積の温度係
数を求めてみる。
第3図において、96°のベース・エミッタ間電圧をV
be6 、 Q8’のベース・エミッタ間電圧をVbe
8.Q6°のエミッタ電流を16.Q8°のエミッタ電
流を■8とし、Q8°のエミッタ飽和電流を■Sとする
とQ6°のエミッタ飽和電流はnfsとなることから、 V be6= (kT /q 月n(I 6/(n
I 5))V be8 = (kT /q)In(1
8/ I s)となる。 ここで、kはポルツマン定数
、Tは絶対温度、qは電丘の電気端である。 抵抗Rx
による電圧降下は、 Rx T 6= V be8−V be6”= (K’
l’ /q)In(n I g/ I 6)故に、 16=(k/q)(T/Rx)In(nl 8/I 6
) (+ )となる。
be6 、 Q8’のベース・エミッタ間電圧をVbe
8.Q6°のエミッタ電流を16.Q8°のエミッタ電
流を■8とし、Q8°のエミッタ飽和電流を■Sとする
とQ6°のエミッタ飽和電流はnfsとなることから、 V be6= (kT /q 月n(I 6/(n
I 5))V be8 = (kT /q)In(1
8/ I s)となる。 ここで、kはポルツマン定数
、Tは絶対温度、qは電丘の電気端である。 抵抗Rx
による電圧降下は、 Rx T 6= V be8−V be6”= (K’
l’ /q)In(n I g/ I 6)故に、 16=(k/q)(T/Rx)In(nl 8/I 6
) (+ )となる。
第3図のトランジスタQl’のエミッタ面積倍数n、と
トランジスタQ3’のエミッタ面積倍数n。
トランジスタQ3’のエミッタ面積倍数n。
とが等しければ、トランジスタQl’とトランジスタQ
3°のコレクタ電流は等しくなる。、また、トランジス
タQ4°とトランジスタQ5°とは共通エミッタ接続の
差動増幅器であるので、トランジスタQ4’とトランジ
スタQ5°のベース電圧は等しく、従ってトランジスタ
Q6°のエミッタ電流■6とトランジスタQ8’のエミ
ッタ電流■8とが等しくなる。 よって、(1)式のI
8/I 6は菫となる。
3°のコレクタ電流は等しくなる。、また、トランジス
タQ4°とトランジスタQ5°とは共通エミッタ接続の
差動増幅器であるので、トランジスタQ4’とトランジ
スタQ5°のベース電圧は等しく、従ってトランジスタ
Q6°のエミッタ電流■6とトランジスタQ8’のエミ
ッタ電流■8とが等しくなる。 よって、(1)式のI
8/I 6は菫となる。
また、トランジスタQ7’のコレクタ電圧は、トランジ
スタQ8°のコレクタ電圧よりトランジスタQ5′のベ
ース・エミッタ間電圧分だけ低いのみであるから、トラ
ンジスタQ7’のエミッタ電流I7はトランジスタQ8
’のエミッタ電流I8とはゾ等しく、結局、電流源wt
の全電流It、は、IW+=f6トl7−11.!! = 3 (k/q)(T /Rx)In(n )ここで
、k、q、nは定数であるから、3 (k/q)In(
n )−A (A :定数) (2)とおくと、 E w、=(A/Rx)T (3
)となり、電流源W1の温度係数はA / Rxという
ことになる。
スタQ8°のコレクタ電圧よりトランジスタQ5′のベ
ース・エミッタ間電圧分だけ低いのみであるから、トラ
ンジスタQ7’のエミッタ電流I7はトランジスタQ8
’のエミッタ電流I8とはゾ等しく、結局、電流源wt
の全電流It、は、IW+=f6トl7−11.!! = 3 (k/q)(T /Rx)In(n )ここで
、k、q、nは定数であるから、3 (k/q)In(
n )−A (A :定数) (2)とおくと、 E w、=(A/Rx)T (3
)となり、電流源W1の温度係数はA / Rxという
ことになる。
第4図の従来の温度センサ回路において、抵抗RIの電
圧降下によって得られる出力電圧Vw+は、V w+=
RII v+= A (R1/RX)T (4
)となる。 (4)式において、抵抗R1と抵抗RX
の温度係数が等しいことから、R1/ Rxの温度係数
は零となり、出力電圧Vw+は絶対温度Tに比例するこ
とになる。 この場合の出力電圧Vw。
圧降下によって得られる出力電圧Vw+は、V w+=
RII v+= A (R1/RX)T (4
)となる。 (4)式において、抵抗R1と抵抗RX
の温度係数が等しいことから、R1/ Rxの温度係数
は零となり、出力電圧Vw+は絶対温度Tに比例するこ
とになる。 この場合の出力電圧Vw。
の温度係数はARI/Rx(=定数)ということになる
。
。
(発明が解決しようとする問題点)
L記の温度係数を大きくするには、R1を大きくし、R
xを小さくし、nを大きくすればよい。
xを小さくし、nを大きくすればよい。
しかし、Rxを小さくし、nを大きくすることは。
いずれも電流源W1の電流量を多くすることで、好まし
い方法ではない。 また、R1を大きくすることは、電
流源Wlを動作させる動作電圧を低くすることになる。
い方法ではない。 また、R1を大きくすることは、電
流源Wlを動作させる動作電圧を低くすることになる。
電流源Wlの動作電圧としては、ベース・エミッタ間
電圧2個分とコレクタ・エミッタ間電圧1個分、すなわ
ち、2Vbet−IVce= 2 V (ボルト)必要
であり、温度センサ回路の動作電源電圧Vcc=5Vと
すると、出力電圧VW、の上限は3vとなる。 仮に、
出力電圧Vw、の温度係数をIOmV/’にと仮定する
と、温度センサ回路の出力電圧Vw+が3vとなる絶対
温度Tは、(4)式より、 T−Vw+/(A R1/nx)吋300 (” k
)すなわち、27℃までしか温度センサとして働かない
ことになる。
電圧2個分とコレクタ・エミッタ間電圧1個分、すなわ
ち、2Vbet−IVce= 2 V (ボルト)必要
であり、温度センサ回路の動作電源電圧Vcc=5Vと
すると、出力電圧VW、の上限は3vとなる。 仮に、
出力電圧Vw、の温度係数をIOmV/’にと仮定する
と、温度センサ回路の出力電圧Vw+が3vとなる絶対
温度Tは、(4)式より、 T−Vw+/(A R1/nx)吋300 (” k
)すなわち、27℃までしか温度センサとして働かない
ことになる。
?A度センサ回路としては、前述したように、25℃と
50℃の広い温度範囲について動作することが必要であ
るが、lOmV/’に程度の低い温度係数てあっては高
々27℃までしか動作せず、このような従来の温度セン
サ回路では、広い温度範囲でしかも大きい温度係数の出
力を得ることができない欠点があった。
50℃の広い温度範囲について動作することが必要であ
るが、lOmV/’に程度の低い温度係数てあっては高
々27℃までしか動作せず、このような従来の温度セン
サ回路では、広い温度範囲でしかも大きい温度係数の出
力を得ることができない欠点があった。
(問題点を解決するための手段)
本発明は前述した欠点を除くために、絶対温度に比例し
て電流量が変化する温度センサ電流源と、該温度センサ
電流源と接地間に接続した抵抗とから成る温度センサ回
路の出力端に、一方の入力端を接続した差動増幅器と、
該差動増幅器の他方の入力端と接地間に接続した複数個
の同方向に直列接続したダイオードと、前記差動増幅器
の出力端に接地型増幅器の入力端を接続し、該接地型増
幅器の出力端と前記差動増幅器の一方の入力端との間に
負帰還用の抵抗を接続した前記の接地型増幅器とで構成
したらのである。
て電流量が変化する温度センサ電流源と、該温度センサ
電流源と接地間に接続した抵抗とから成る温度センサ回
路の出力端に、一方の入力端を接続した差動増幅器と、
該差動増幅器の他方の入力端と接地間に接続した複数個
の同方向に直列接続したダイオードと、前記差動増幅器
の出力端に接地型増幅器の入力端を接続し、該接地型増
幅器の出力端と前記差動増幅器の一方の入力端との間に
負帰還用の抵抗を接続した前記の接地型増幅器とで構成
したらのである。
(実施例)
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は通常
の電流源を示す回路図で、Wl、R1は第3図の同一符
号と同一・、Δlは差動増幅器、A2は接地型増幅器、
DI、D2. ・・・、Dmはダイオード、Ql、Q
2. ・・・、Q5はトランジスタ、R2,R3,R
4は抵抗、Vccは電源電圧、Voutは出力電圧、W
2.W3.W4は通常の電流源である。 トランジス
タQlとトランジスタQ2とは、電流源W2を電流源と
して共通エミッタ接続した差動増幅器AIを形成してお
り、トランジスタQ3とトランジスタQ4とは、該差動
増幅器AIのアクティブ負荷である。 また、抵抗R3
と抵抗R4は、アクティブ負荷の安定用抵抗で、抵抗R
2は、接地型増幅器Δ2の出力端であるトランジスタQ
5のコレクタから、差動増幅器A1の−・方の入力端で
あるトランジスタQ1のベースへ接続した、負帰還用の
抵抗である。
の電流源を示す回路図で、Wl、R1は第3図の同一符
号と同一・、Δlは差動増幅器、A2は接地型増幅器、
DI、D2. ・・・、Dmはダイオード、Ql、Q
2. ・・・、Q5はトランジスタ、R2,R3,R
4は抵抗、Vccは電源電圧、Voutは出力電圧、W
2.W3.W4は通常の電流源である。 トランジス
タQlとトランジスタQ2とは、電流源W2を電流源と
して共通エミッタ接続した差動増幅器AIを形成してお
り、トランジスタQ3とトランジスタQ4とは、該差動
増幅器AIのアクティブ負荷である。 また、抵抗R3
と抵抗R4は、アクティブ負荷の安定用抵抗で、抵抗R
2は、接地型増幅器Δ2の出力端であるトランジスタQ
5のコレクタから、差動増幅器A1の−・方の入力端で
あるトランジスタQ1のベースへ接続した、負帰還用の
抵抗である。
(作用)
差動増幅iAIの他方の入力端であるトランジスタQ2
のベースに接続した複数個のダイオードD1.D2.
・・・、Dmは、ダイオードの順方向電圧Vbeが約
−2m V / ℃の温度係数を持っているのを利用す
るためのものである。 ダイオードの数をm Kgとす
ると、トランジスタQ2のベース電圧はm V beと
なり、同様にトランジスタQ1のベース電圧もm V
beとなる。 従って、トランジスタQ+のベース電圧
によって、抵抗R1に流れる電流はm V be/ R
Iであり、また、電流源Wlから抵抗R1に流れる電流
は、前記(3)式より(A/Rx)Tであるから、抵抗
R1に流れろ合成電流は(A/Rx)T−mVbe/T
?、Iである。
のベースに接続した複数個のダイオードD1.D2.
・・・、Dmは、ダイオードの順方向電圧Vbeが約
−2m V / ℃の温度係数を持っているのを利用す
るためのものである。 ダイオードの数をm Kgとす
ると、トランジスタQ2のベース電圧はm V beと
なり、同様にトランジスタQ1のベース電圧もm V
beとなる。 従って、トランジスタQ+のベース電圧
によって、抵抗R1に流れる電流はm V be/ R
Iであり、また、電流源Wlから抵抗R1に流れる電流
は、前記(3)式より(A/Rx)Tであるから、抵抗
R1に流れろ合成電流は(A/Rx)T−mVbe/T
?、Iである。
しかるに、トランジスタQlのベースと接地間のインピ
ーダンスは極めて大きいので、抵抗R1に流れる全電流
は抵抗R2に流れると考えてよく、従って抵抗R2によ
る電圧降下は、R2((Δ/Rx ) T−mVbe/
Rl )となる。 それで、接地型増幅器A2のトラン
ジスタQ5のコレクタからの出力電圧VouLは、前記
のトランジスタQ!のベース電圧から、前記の抵抗R2
による電圧降下を引いたものであるから、 Vout=mVbe−R2((A/Rx)T−mVbc
/R1)= m (1+R2/IL l)V be−A
(Rl/Rx)T・・・(5) となる。 同じIC基板上に形成した抵抗毎の温度係数
は等しいから、(5)式のR2/R1とR1/ n x
の温度係数は零となり、出力電圧V outの温度に依
存する項は、ダイオードDi、D2. ・・・、Dm
の順方向電圧Vbeと絶対温度Tということになる。
(5)式には電源電圧Vccの項が含まれていないの
で、この回路は電源電圧Vccの変動に影響されること
がない温度センサ回路である。 また、(5)式から、
抵抗R1,R2,RX、ダイオード数mの値を変えるこ
とにより、任意の温度係数(ただし負の温度係数である
が)を実現することのできることか明らかである。 さ
らに、差動増幅WAIの他方の入力端であるトランジス
タQ2のベースに接続した複数個のダイオードD1.D
2. ・・*、Dmによって、(5)式から明らかな
ように、式の第1項のm (1←Yζ2/rtl)Vb
eの項のVbeが示す一2mV/℃という負の温度係数
に、同じく負の温度係数である第2項の−A (Rl
/ Rx )が加わって、全体として温度係数が大きく
なる。 また、出力Iu圧■outは、その上限が電源
電圧vccから電流源W4の高々0.2v〜0.3■の
コレクタ・エミッタ間飽和電圧V v、satを差し引
いis V cc−V w4satから、そのド限のト
ランジスタQ5の同じ<0.2V〜0.3V のコレク
タ・エミッタ間飽和電圧VQsSatまでの、広い出力
電圧範囲が得られる。
ーダンスは極めて大きいので、抵抗R1に流れる全電流
は抵抗R2に流れると考えてよく、従って抵抗R2によ
る電圧降下は、R2((Δ/Rx ) T−mVbe/
Rl )となる。 それで、接地型増幅器A2のトラン
ジスタQ5のコレクタからの出力電圧VouLは、前記
のトランジスタQ!のベース電圧から、前記の抵抗R2
による電圧降下を引いたものであるから、 Vout=mVbe−R2((A/Rx)T−mVbc
/R1)= m (1+R2/IL l)V be−A
(Rl/Rx)T・・・(5) となる。 同じIC基板上に形成した抵抗毎の温度係数
は等しいから、(5)式のR2/R1とR1/ n x
の温度係数は零となり、出力電圧V outの温度に依
存する項は、ダイオードDi、D2. ・・・、Dm
の順方向電圧Vbeと絶対温度Tということになる。
(5)式には電源電圧Vccの項が含まれていないの
で、この回路は電源電圧Vccの変動に影響されること
がない温度センサ回路である。 また、(5)式から、
抵抗R1,R2,RX、ダイオード数mの値を変えるこ
とにより、任意の温度係数(ただし負の温度係数である
が)を実現することのできることか明らかである。 さ
らに、差動増幅WAIの他方の入力端であるトランジス
タQ2のベースに接続した複数個のダイオードD1.D
2. ・・*、Dmによって、(5)式から明らかな
ように、式の第1項のm (1←Yζ2/rtl)Vb
eの項のVbeが示す一2mV/℃という負の温度係数
に、同じく負の温度係数である第2項の−A (Rl
/ Rx )が加わって、全体として温度係数が大きく
なる。 また、出力Iu圧■outは、その上限が電源
電圧vccから電流源W4の高々0.2v〜0.3■の
コレクタ・エミッタ間飽和電圧V v、satを差し引
いis V cc−V w4satから、そのド限のト
ランジスタQ5の同じ<0.2V〜0.3V のコレク
タ・エミッタ間飽和電圧VQsSatまでの、広い出力
電圧範囲が得られる。
(発明の効果)
以上説明したように本発明によれば、電源型1ビから高
々0.4V−0,6Vを差し引いた広い出力電圧範囲が
得られる利点があり、ダイオードによる温度係数が加わ
って全体として温度係数を大きくvることができ、また
、回路定数を変えることによって、任きの温度係数に設
定することができ、さらに、電源電圧の変動に影響され
ない等の利点がある。
々0.4V−0,6Vを差し引いた広い出力電圧範囲が
得られる利点があり、ダイオードによる温度係数が加わ
って全体として温度係数を大きくvることができ、また
、回路定数を変えることによって、任きの温度係数に設
定することができ、さらに、電源電圧の変動に影響され
ない等の利点がある。
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2又はif
1常の電流源を示す回路図、第3図は温度センサ電流源
の一例を示す回路図、第4図は従来の温度センサ回路を
示す図である。 A1・・・差動増幅器、 A2・・・接地型増幅器、
Di、D2. ・・・、Dm・・・ダイオード、
Ql、Q2. ・・・ Q5 ・ ・・トランジス
タ、 R1,R2,R3,R4・・・抵抗、Wl・・・
温度センサ電流源、 W2.W3゜W4・・・通常の電
流源。 特許出願人 11本無線株式会社 第1図 第2図
1常の電流源を示す回路図、第3図は温度センサ電流源
の一例を示す回路図、第4図は従来の温度センサ回路を
示す図である。 A1・・・差動増幅器、 A2・・・接地型増幅器、
Di、D2. ・・・、Dm・・・ダイオード、
Ql、Q2. ・・・ Q5 ・ ・・トランジス
タ、 R1,R2,R3,R4・・・抵抗、Wl・・・
温度センサ電流源、 W2.W3゜W4・・・通常の電
流源。 特許出願人 11本無線株式会社 第1図 第2図
Claims (1)
- 絶対温度に比例して電流量が変化する温度センサ電流
源と該温度センサ電流源と接地間に接続した抵抗とから
成る温度センサ回路の出力端に一方の入力端を接続した
差動増幅器と、該差動増幅器の他方の入力端と接地間に
複数個の同方向に直列接続したダイオードと、前記差動
増幅器の出力端に接地型増幅器の入力端を接続し該接地
型増幅器の出力端と前記差動増幅器の一方の入力端との
間に負帰還用の抵抗を接続した前記接地型増幅器とで構
成したことを特徴とする温度センサ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15624887A JPH076847B2 (ja) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | 温度センサ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15624887A JPH076847B2 (ja) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | 温度センサ回路 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01429A true JPH01429A (ja) | 1989-01-05 |
| JPS64429A JPS64429A (en) | 1989-01-05 |
| JPH076847B2 JPH076847B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=15623622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15624887A Expired - Fee Related JPH076847B2 (ja) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | 温度センサ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076847B2 (ja) |
-
1987
- 1987-06-23 JP JP15624887A patent/JPH076847B2/ja not_active Expired - Fee Related
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