JPH076847B2 - 温度センサ回路 - Google Patents
温度センサ回路Info
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- JPH076847B2 JPH076847B2 JP15624887A JP15624887A JPH076847B2 JP H076847 B2 JPH076847 B2 JP H076847B2 JP 15624887 A JP15624887 A JP 15624887A JP 15624887 A JP15624887 A JP 15624887A JP H076847 B2 JPH076847 B2 JP H076847B2
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- transistor
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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、絶対温度に比率した電流量が変化
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。W1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R1は電流源W1からの電流源による絶
対温度Ｔに比例した電圧降下V outを得る抵抗である。
また、第３図において、Q1′,Q2′，・・・,Q8′はトラ
ンジスタ、Rxは抵抗であり、Q1′のn1,Q3′のn2,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の電流量の温度係数を求め
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、絶対温度に比率した電流量が変化
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。W1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R1は電流源W1からの電流源による絶
対温度Ｔに比例した電圧降下V outを得る抵抗である。
また、第３図において、Q1′,Q2′，・・・,Q8′はトラ
ンジスタ、Rxは抵抗であり、Q1′のn1,Q3′のn2,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の電流量の温度係数を求め
てみる。
第３図において、Q6′のベース・エミツタ間電圧をV be
6,Q8′のベース・エミッタ間電圧をV be8,Q6′のエミッ
タ電流をI6,Q8′のエミッタ電流をI8とし、Q8′のエミ
ッタ飽和電流をIsとするとQ6′のエミッタ飽和電流はnI
sとなることから、 V be6＝（kT/q）ln｛I6/（nls）｝ V be8＝（kT/q）ln（I8/ls） となる。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、
ｑは電子の電気量である。抵抗Rxによる電圧降下は、 RxI6＝V be8−V be6 ＝（KT/q）ln（nI8/I6） 故に、 I6＝（k/q）（T/Rx）ln（nI8/I6） （１） となる。
6,Q8′のベース・エミッタ間電圧をV be8,Q6′のエミッ
タ電流をI6,Q8′のエミッタ電流をI8とし、Q8′のエミ
ッタ飽和電流をIsとするとQ6′のエミッタ飽和電流はnI
sとなることから、 V be6＝（kT/q）ln｛I6/（nls）｝ V be8＝（kT/q）ln（I8/ls） となる。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、
ｑは電子の電気量である。抵抗Rxによる電圧降下は、 RxI6＝V be8−V be6 ＝（KT/q）ln（nI8/I6） 故に、 I6＝（k/q）（T/Rx）ln（nI8/I6） （１） となる。
第３図のトランジスタQ1′のエミッタ面積倍数n1とトラ
ンジスタQ3′のエミッタ面積倍数n2とが等しければ、ト
ランジスタQ1′とトランジスタQ3′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′
とは共通エミツ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I6とトランジス
タQ8′のエミッタ電流I8とが等しくなる。よって、
（１）式のI8/I6は１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とほゞ等しく、結
局、電流源W1の全電流Iw1は、 Iw1＝I6＋I7＋I8 ＝３（k/q）（T/Rx）ln（ｎ） ここで、k,q,nは定数であるから、 ３（k/q）ln（ｎ）＝Ａ （A:定数） （２） とおくと、 Iw1＝（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。
ンジスタQ3′のエミッタ面積倍数n2とが等しければ、ト
ランジスタQ1′とトランジスタQ3′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′
とは共通エミツ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I6とトランジス
タQ8′のエミッタ電流I8とが等しくなる。よって、
（１）式のI8/I6は１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とほゞ等しく、結
局、電流源W1の全電流Iw1は、 Iw1＝I6＋I7＋I8 ＝３（k/q）（T/Rx）ln（ｎ） ここで、k,q,nは定数であるから、 ３（k/q）ln（ｎ）＝Ａ （A:定数） （２） とおくと、 Iw1＝（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R1の電圧
降下によって得られる出力電圧Vw1は、 Vw1＝R11w1＝Ａ（R1/Rx）Ｔ （４） となる。（４）式において、抵抗１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Vw1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Vw1の温度係数はAR1/Rx（＝定数）というこ
とになる。
降下によって得られる出力電圧Vw1は、 Vw1＝R11w1＝Ａ（R1/Rx）Ｔ （４） となる。（４）式において、抵抗１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Vw1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Vw1の温度係数はAR1/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） 上記の温度係数を大きくするには、R1を大きくし、Rx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W1を動作させる動作電圧を低
くすることになる。電流源W1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、2V be＋1Vce≒2V（ボルト）必要で
あり、温度センサ回路の動作電源電圧V cc＝5Vとする
と、出力電圧Vw1の上限は3Vとなる。仮に、出力電圧Vw1
の温度係数を10mV/゜Ｋと仮定すると、温度センサ回路
の出力電圧Vw1が3Vとなる絶対温度Ｔは、：（４）式よ
り、 Ｔ＝Vw1/（AR1/Rx）≒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。
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W1を動作させる動作電圧を低
くすることになる。電流源W1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、2V be＋1Vce≒2V（ボルト）必要で
あり、温度センサ回路の動作電源電圧V cc＝5Vとする
と、出力電圧Vw1の上限は3Vとなる。仮に、出力電圧Vw1
の温度係数を10mV/゜Ｋと仮定すると、温度センサ回路
の出力電圧Vw1が3Vとなる絶対温度Ｔは、：（４）式よ
り、 Ｔ＝Vw1/（AR1/Rx）≒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。
温度センサ回路としては、前述したように、25℃±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、
10mV/゜Ｋ程度の低い温度係数であっては高々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。
の広い温度範囲について動作することが必要であるが、
10mV/゜Ｋ程度の低い温度係数であっては高々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、該直列接続した
ダイオードに電流を供給する電流源と、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
したものである。
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、該直列接続した
ダイオードに電流を供給する電流源と、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
したものである。
（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、W1,R1は第４図の同一符号と
同一、A1は差動増幅器、A2は接地型増幅器、D1,D2,・・
・,Dmはダイオード、Q1,Q2,・・・,Q5はトランジスタ、
R2,R3,R4は抵抗、V ccは電源電圧、V out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Q1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A1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A1のアクテイブ負
荷である。また、抵抗R3と抵抗R4は、アクテイブ負荷の
安定用抵抗で、抵抗R2は、接地型増幅器A2の出力端であ
るトランジスタQ5のコレクタから、差動増幅器A1の一方
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、W1,R1は第４図の同一符号と
同一、A1は差動増幅器、A2は接地型増幅器、D1,D2,・・
・,Dmはダイオード、Q1,Q2,・・・,Q5はトランジスタ、
R2,R3,R4は抵抗、V ccは電源電圧、V out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Q1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A1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A1のアクテイブ負
荷である。また、抵抗R3と抵抗R4は、アクテイブ負荷の
安定用抵抗で、抵抗R2は、接地型増幅器A2の出力端であ
るトランジスタQ5のコレクタから、差動増幅器A1の一方
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） 差動増幅器A1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、電流源W3から電流が供給されたダイオードの順方向
電圧V beが約−2mV/℃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個とする
と、トランジスタQ2のベース電圧はm V beとなる。ここ
で、負帰還を施した差動増幅器の入力端子間は仮想接続
すなわち零電位であるので、トランジスタQ1のベース電
圧もm V beとなる。従って、電流源W1からの電流によっ
て抵抗R1に流れる電流はm V be/R1となる。また、電流
源W1から流れる電流Iw1は前記（３）式より（A/Rx）Ｔ
である。しかるに、トランジスタQ1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、電流源W1の電流
（A/Rx）Ｔから抵抗R1に流れる電流m V be/R1を差し引
いた電流が抵抗R2に流れると考えてよい。従って、抵抗
R2による電圧降下は、R2｛（A/Rx）Ｔ−mV be/R1｝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V outは、前記のトランジスタQ1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、 V out＝m V be−R2｛（A/Rx）Ｔ−m V be/R1｝ ＝ｍ（１＋R2/R1）V be−Ａ（R2/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/Rx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D
1,D2,・・・,Dmの順方向電圧V beと絶対温度Ｔというこ
とになる。（５）式には電源電圧V ccの項が含まれてい
ないので、この回路は電源電圧V cc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が明らかである。さらに、
差動増幅器A1の他方の入力端であるトランジスタQ1のベ
ースに接続した複数個のダイオードD1,D2.・・・,Dmに
よって、（５）式から明らかなように、式の第１項のｍ
（１＋R2/R1）V beの項のV beが示す−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
（R1/Rx）が加わって、全体として温度係数が大きくな
る。また、出力電圧V outは、その上限が電源電圧V cc
から電流源W4の高々0.2V〜0.3Vのコレクタ・エミッタ間
飽和電圧V w4satを差し引いたV cc−V w4satから、その
下限のトランジスタQ5の同じく0.2V〜0.3Vのコレクタ・
エミッタ間飽和電圧V q5satまでの、広い出力電圧範囲
が得られる。
ースに接続した複数個のダイオードD1,D2,・・・,Dm
は、電流源W3から電流が供給されたダイオードの順方向
電圧V beが約−2mV/℃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個とする
と、トランジスタQ2のベース電圧はm V beとなる。ここ
で、負帰還を施した差動増幅器の入力端子間は仮想接続
すなわち零電位であるので、トランジスタQ1のベース電
圧もm V beとなる。従って、電流源W1からの電流によっ
て抵抗R1に流れる電流はm V be/R1となる。また、電流
源W1から流れる電流Iw1は前記（３）式より（A/Rx）Ｔ
である。しかるに、トランジスタQ1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、電流源W1の電流
（A/Rx）Ｔから抵抗R1に流れる電流m V be/R1を差し引
いた電流が抵抗R2に流れると考えてよい。従って、抵抗
R2による電圧降下は、R2｛（A/Rx）Ｔ−mV be/R1｝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V outは、前記のトランジスタQ1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、 V out＝m V be−R2｛（A/Rx）Ｔ−m V be/R1｝ ＝ｍ（１＋R2/R1）V be−Ａ（R2/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/Rx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D
1,D2,・・・,Dmの順方向電圧V beと絶対温度Ｔというこ
とになる。（５）式には電源電圧V ccの項が含まれてい
ないので、この回路は電源電圧V cc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が明らかである。さらに、
差動増幅器A1の他方の入力端であるトランジスタQ1のベ
ースに接続した複数個のダイオードD1,D2.・・・,Dmに
よって、（５）式から明らかなように、式の第１項のｍ
（１＋R2/R1）V beの項のV beが示す−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
（R1/Rx）が加わって、全体として温度係数が大きくな
る。また、出力電圧V outは、その上限が電源電圧V cc
から電流源W4の高々0.2V〜0.3Vのコレクタ・エミッタ間
飽和電圧V w4satを差し引いたV cc−V w4satから、その
下限のトランジスタQ5の同じく0.2V〜0.3Vのコレクタ・
エミッタ間飽和電圧V q5sat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、電源電圧から高々
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することができ、また、回路定数
を変えることによって、任意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。
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することができ、また、回路定数
を変えることによって、任意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図は通常
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、D1,D2,……,D
m……ダイオード、Q1,Q2,……,Q5……トランジスタ、R
1,R2,R3,R4……抵抗、 W1……温度センサ電流源、W2,W3,W4……通常の電流源。
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、D1,D2,……,D
m……ダイオード、Q1,Q2,……,Q5……トランジスタ、R
1,R2,R3,R4……抵抗、 W1……温度センサ電流源、W2,W3,W4……通常の電流源。
Claims (1)
- 【請求項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、該直列接続したダイオードに電流を供給する電流源
とを供え、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 JPH01429A (ja) | 1989-01-05 |
| JPS64429A JPS64429A (en) | 1989-01-05 |
| JPH076847B2 true 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS64429A (en) | 1989-01-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |