JP2007187559A - Temperature detection circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly accurate temperature detection circuit capable of lowering operating voltage and reducing electric power consumption. <P>SOLUTION: The temperature detection circuit is provided with a first voltage source circuit 2 for generating a voltage VPN1 having a negative temperature coefficient through the use of the difference between work functions of gate electrodes of two field-effect transistors; a second voltage source circuit 3 for generating a voltage VPN2 having a negative temperature coefficient of a smaller absolute value than the temperature coefficient of the voltage VPN1 through the use of the difference between work functions of gate electrodes of two field-effect transistors; and a subtracting circuit 5 for performing subtraction on the voltage VPN1 and the voltage VPN2 and amplifying their difference. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、低電圧動作や低消費電力動作を行うことができる高精度な温度検出回路に関する。   The present invention relates to a highly accurate temperature detection circuit capable of performing a low voltage operation and a low power consumption operation.

従来、温度検出回路としてバイポーラトランジスタを用いた絶対温度に比例する電圧源(PTAT:Proportional−To−Absolute−Temperature)回路が知られている。バイポーラトランジスタのベース‐エミッタ間電圧Vbeは、温度上昇に伴って減少し、約−2mV/℃の負の温度係数を有する。バイポーラトランジスタがコレクタ電流i1でバイアスされるときのベース‐エミッタ間電圧Vbeは次式で表される。
Vbe=(kT/q)×ln(i1/is)………………(a)
前記(a)式において、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qはキャリアの電荷量である。また、isはトランジスタの飽和電流であり、プロセスに大きく依存する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a voltage source (PTAT: Proportional-To-Absolute-Temperature) circuit using a bipolar transistor as a temperature detection circuit is known. The base-emitter voltage Vbe of the bipolar transistor decreases with increasing temperature and has a negative temperature coefficient of about −2 mV / ° C. The base-emitter voltage Vbe when the bipolar transistor is biased with the collector current i1 is expressed by the following equation.
Vbe = (kT / q) × ln (i1 / is) ………… (a)
In the formula (a), k is a Boltzmann constant, T is an absolute temperature, and q is a charge amount of carriers. Further, is is the saturation current of the transistor and greatly depends on the process.

しかし、下記(b)式で示すように異なったコレクタ電流i1とi2でバイアスされる2つのバイポーラトランジスタのベース‐エミッタ間電圧の差を用いることでプロセス依存の大きい電流isの影響をなくすことができる。
Vptat=Vbe(i2)−Vbe(i1)=(kT/q)×ln(i2/is)−(kT/q)×ln(i1/is)=(kT/q)×ln(i2/i1)………………(b)
前記(b)式から分かるように、前記PTAT回路から出力される電圧Vptatは常数を除けば温度と電流比だけで決まるため、プロセスに依存せずに絶対温度に比例する電圧源を実現することができる。
However, by using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors biased by different collector currents i1 and i2 as shown in the following equation (b), the influence of the process-dependent current is can be eliminated. it can.
Vptat = Vbe (i2) −Vbe (i1) = (kT / q) × ln (i2 / is) − (kT / q) × ln (i1 / is) = (kT / q) × ln (i2 / i1) ……………… (b)
As can be seen from the equation (b), the voltage Vptat output from the PTAT circuit is determined only by the temperature and current ratio except for the constant, so that a voltage source proportional to the absolute temperature can be realized without depending on the process. Can do.

初期のPTAT回路の場合、電源電圧12Vで消費電流は数mAのレベルであったが、最近では電源電圧の低下と共に消費電流も数百μAのレベルまで小さくなり、消費電力は1mW以下にまで下がってきた。例えば、CMOS温度センサ回路の場合、消費電力は約120μWであった(例えば、非特許文献1参照。)。
なお、従来の関連技術として、80℃以上の高温でも安定動作し、絶対温度に比例する電圧を発生する電界効果トランジスタを使用した電圧発生回路があった(例えば、特許文献1参照。)。
ピー・クルムネーチャー、エイチ・オグエイ(P.Krummenacher and H.Oguey)著, 「スマート・テンペレーチャー・センサ・イン・CMOS・テクノロジー(Smart temperature sensor in CMOS technology)」,センサー・アンド・アクチュエーターズ(Sensors and Actuators), VolA21−A23,pp6363−638,1990 特開2001−284464号公報
In the case of the early PTAT circuit, the power consumption was at a level of several mA at a power supply voltage of 12 V, but recently the power consumption has decreased to a level of several hundred μA as the power supply voltage has decreased, and the power consumption has dropped to 1 mW or less. I came. For example, in the case of a CMOS temperature sensor circuit, the power consumption is about 120 μW (see Non-Patent Document 1, for example).
As a related art, there has been a voltage generation circuit using a field effect transistor that stably operates even at a high temperature of 80 ° C. or higher and generates a voltage proportional to the absolute temperature (see, for example, Patent Document 1).
P. Krummenacher and H. Oguey, “Smart temperature sensor in CMOS technology”, Sensor and Actuators ( Sensors and Actuators), Vol A21-A23, pp 6363-638, 1990. JP 2001-284464 A

しかし、このような消費電力ではまだ大きく、特に温度検出回路においては自己発熱による温度検出誤差の発生、バッテリ駆動システムの場合におけるバッテリ寿命の劣化、VLSIチップへの温度センサ追加時におけるシステム全体の消費電力増加等の問題を抱えているため、できるだけ温度検出回路の低消費電力化を図ることが要求されていた。   However, such power consumption is still large, especially in the temperature detection circuit, the occurrence of temperature detection errors due to self-heating, the deterioration of the battery life in the case of a battery-driven system, the consumption of the entire system when the temperature sensor is added to the VLSI chip Due to problems such as an increase in power, it has been required to reduce the power consumption of the temperature detection circuit as much as possible.

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電界効果トランジスタの仕事関数差を用いて、異なる負の温度係数を有する2つの電圧源回路と、それらの信号の減算かつ増幅を行う演算増幅回路を用いることによって、低電圧動作や低消費電力化を図ることができる高精度な温度検出回路を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem. By using the work function difference of the field effect transistor, two voltage source circuits having different negative temperature coefficients and subtraction of the signals are performed. Another object of the present invention is to obtain a highly accurate temperature detection circuit that can achieve low voltage operation and low power consumption by using an operational amplifier circuit that performs amplification.

この発明に係る温度検出回路は、2つの電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数差を用いて、負の温度係数を有した第1電圧を生成する第1の電圧源回路と、
2つの電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、前記第1電圧と異なる負の温度係数を有した第2電圧を生成する第2の電圧源回路と、
前記第1電圧と該第2電圧との減算を行い、該差分を増幅する減算回路と、
を備えるものである。
The temperature detection circuit according to the present invention includes a first voltage source circuit that generates a first voltage having a negative temperature coefficient using a work function difference between gate electrodes of two field effect transistors,
A second voltage source circuit that generates a second voltage having a negative temperature coefficient different from that of the first voltage by using a work function difference between the gate electrodes of the two field effect transistors;
A subtracting circuit that subtracts the first voltage from the second voltage and amplifies the difference;
Is provided.

具体的には、前記第1及び第2の各電圧源回路は、高濃度n型ゲートを有する第1の電界効果トランジスタと、高濃度p型ゲートを有する第2の電界効果トランジスタとをそれぞれ備え、導電型の極性が異なるポリシリコンゲートを有する該第1及び第2の各電界効果トランジスタのチャネル長の比がそれぞれ異なり、前記第1及び第2の各電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、異なる負の温度係数を有した前記第1電圧及び第2電圧を生成するようにした。   Specifically, each of the first and second voltage source circuits includes a first field effect transistor having a high concentration n-type gate and a second field effect transistor having a high concentration p-type gate. The channel length ratios of the first and second field effect transistors having polysilicon gates having different conductivity types are different, and the work function difference between the gate electrodes in the first and second field effect transistors is different. Is used to generate the first voltage and the second voltage having different negative temperature coefficients.

また、前記第1及び第2の各電圧源回路は、高濃度n型ゲートを有する第1の電界効果トランジスタと、低濃度n型ゲートを有する第2の電界効果トランジスタとをそれぞれ備え、導電型の極性が同一であるポリシリコンゲートを有する該第1及び第2の各電界効果トランジスタのチャネル長の比がそれぞれ異なり、前記第1及び第2の各電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、異なる負の温度係数を有した前記第1電圧及び第2電圧を生成するようにしてもよい。   Each of the first and second voltage source circuits includes a first field effect transistor having a high concentration n-type gate and a second field effect transistor having a low concentration n-type gate. The ratios of the channel lengths of the first and second field effect transistors having polysilicon gates having the same polarity are different from each other, and the work function difference of the gate electrodes in the first and second field effect transistors is obtained. The first voltage and the second voltage having different negative temperature coefficients may be used.

前記第1及び第2の各電圧源回路で生成された第1電圧及び第2電圧に対してそれぞれインピーダンス変換を行って前記減算回路に出力するインピーダンス変換回路を備えるようにした。   An impedance conversion circuit that performs impedance conversion on the first voltage and the second voltage generated by the first and second voltage source circuits and outputs the converted voltage to the subtraction circuit is provided.

前記第1の電圧源回路は、生成した第1電圧の電圧調整を行う電圧調整回路を備えるようにした。   The first voltage source circuit includes a voltage adjustment circuit for adjusting a voltage of the generated first voltage.

前記第2の電圧源回路は、生成した第2電圧の電圧調整を行う電圧調整回路を備えるようにした。   The second voltage source circuit includes a voltage adjustment circuit for adjusting a voltage of the generated second voltage.

本発明の温度検出回路によれば、2つの電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数差を用いて、負の温度係数を有した第1電圧を生成する第1の電圧源回路と、2つの電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、第1電圧と異なる負の温度係数を有した第2電圧を生成する第2の電圧源回路と、前記第1電圧と該第2電圧との減算を行い、該差分を増幅する減算回路とを備えるようにしたことから、低電圧動作や低消費電力化が可能であると共に、出力電圧の2次係数を低減させることができ出力電圧の直線性を向上させることができる。   According to the temperature detection circuit of the present invention, the first voltage source circuit that generates the first voltage having a negative temperature coefficient using the work function difference between the gate electrodes of the two field effect transistors, and the two electric fields A second voltage source circuit for generating a second voltage having a negative temperature coefficient different from that of the first voltage by using a work function difference of the gate electrode in the effect transistor, and the first voltage and the second voltage. Since a subtraction circuit that performs subtraction and amplifies the difference is provided, low voltage operation and low power consumption are possible, and the second-order coefficient of the output voltage can be reduced, and the output voltage linear Can be improved.

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における温度検出回路の構成例を示した図である。
図1において、温度検出回路1は、第1の電圧源回路2と、第2の電圧源回路3と、インピーダンス変換回路4と、減算回路5とで構成されている。第1の電圧源回路2は、2つの電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、負の温度係数を有する電圧VPN1を生成して出力する。第2の電圧源回路3は、2つの電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、電圧VPN1と異なる負の温度係数を有する電圧VPN2を生成して出力する。インピーダンス変換回路4は、電圧VPN1及びVPN2に対してそれぞれインピーダンス変換を行って減算回路5に出力する。減算回路5は、温度感度の上昇及び低消費電力化を実現するために、インピーダンス変換回路4を介して入力された、第1の電圧源回路2からの電圧VPN1と第2の電圧源回路3からの電圧VPN2との減算及びその差分の増幅を行って出力電圧VOUTを生成し出力する。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a temperature detection circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the temperature detection circuit 1 includes a first voltage source circuit 2, a second voltage source circuit 3, an impedance conversion circuit 4, and a subtraction circuit 5. The first voltage source circuit 2 generates and outputs a voltage VPN1 having a negative temperature coefficient using the work function difference between the gate electrodes of the two field effect transistors. The second voltage source circuit 3 generates and outputs a voltage VPN2 having a negative temperature coefficient different from the voltage VPN1, using the work function difference between the gate electrodes of the two field effect transistors. The impedance conversion circuit 4 performs impedance conversion on the voltages VPN1 and VPN2 and outputs the result to the subtraction circuit 5. The subtraction circuit 5 is supplied with the voltage VPN1 from the first voltage source circuit 2 and the second voltage source circuit 3 inputted via the impedance conversion circuit 4 in order to realize an increase in temperature sensitivity and a reduction in power consumption. Is subtracted from the voltage VPN2 and amplified, and the output voltage VOUT is generated and output.

インピーダンス変換回路4は、演算増幅回路AMP1,AMP2で構成されており、演算増幅回路AMP1の非反転入力端に電圧VPN1が入力され、演算増幅回路AMP1の出力端は減算回路5の対応する一方の入力端に接続されている。また、演算増幅回路AMP2の非反転入力端に電圧VPN2が入力され、演算増幅回路AMP2の出力端は減算回路5の対応する他方の入力端に接続されている。演算増幅回路AMP1において、出力端は反転入力端に接続されてボルテージホロワを形成している。同様に、演算増幅回路AMP2においても、出力端は反転入力端に接続されてボルテージホロワを形成している。   The impedance conversion circuit 4 includes operational amplifier circuits AMP1 and AMP2. The voltage VPN1 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP1, and the output terminal of the operational amplifier circuit AMP1 corresponds to one of the corresponding subtraction circuits 5. Connected to the input end. The voltage VPN 2 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP 2, and the output terminal of the operational amplifier circuit AMP 2 is connected to the corresponding other input terminal of the subtractor circuit 5. In the operational amplifier circuit AMP1, the output terminal is connected to the inverting input terminal to form a voltage follower. Similarly, also in the operational amplifier circuit AMP2, the output end is connected to the inverting input end to form a voltage follower.

また、減算回路5は、演算増幅回路AMPと、抵抗R1〜R4とで構成され、演算増幅回路AMPの非反転入力端と接地電圧との間に抵抗R2が接続され、演算増幅回路AMPの出力端と反転入力端との間に抵抗R4が接続されている。また、演算増幅回路AMPの非反転入力端には、インピーダンス変換された電圧VPN2が抵抗R1を介して入力され、演算増幅回路AMPの反転入力端には、インピーダンス変換された電圧VPN1が抵抗R3を介して入力されている。
このような構成において、図2は、図1の各電圧の温度変化に対する特性を示した図である。図2から分かるように、電圧VPN1は負の温度係数を有しており、電圧VPN2は電圧VPN1よりも絶対値が小さい負の温度係数を有しており、電圧VPN2から電圧VPN1を減算した電圧(VPN2−VPN1)及び該電圧(VPN2−VPN1)を増幅した出力電圧VOUTはそれぞれ正の温度係数を有しており、電圧(VPN2−VPN1)よりも出力電圧VOUTの方が温度係数の絶対値は大きくなっている。
The subtraction circuit 5 includes an operational amplifier circuit AMP and resistors R1 to R4. A resistor R2 is connected between the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP and the ground voltage, and the output of the operational amplifier circuit AMP. A resistor R4 is connected between the end and the inverting input end. The impedance-converted voltage VPN2 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP via the resistor R1, and the impedance-converted voltage VPN1 is input to the resistor R3 at the inverted input terminal of the operational amplifier circuit AMP. Is entered through.
In such a configuration, FIG. 2 is a diagram showing characteristics of each voltage in FIG. 1 with respect to temperature change. As can be seen from FIG. 2, the voltage VPN1 has a negative temperature coefficient, the voltage VPN2 has a negative temperature coefficient whose absolute value is smaller than that of the voltage VPN1, and a voltage obtained by subtracting the voltage VPN1 from the voltage VPN2. (VPN2-VPN1) and the output voltage VOUT obtained by amplifying the voltage (VPN2-VPN1) each have a positive temperature coefficient, and the output voltage VOUT has an absolute value of the temperature coefficient rather than the voltage (VPN2-VPN1). Is getting bigger.

図3は、図1の第1の電圧源回路2の回路例を示した図である。
図3において、第1の電圧源回路2は、nチャネル型の電界効果トランジスタM1,M2、出力バッファアンプAMP3及び抵抗R5,R6で構成されている。なお、電界効果トランジスタM1は第1の電界効果トランジスタを、電界効果トランジスタM2は第2の電界効果トランジスタを、電圧VPN1は第1電圧を、演算増幅回路AMP3及び抵抗R5,R6は電圧調整回路をそれぞれなす。電界効果トランジスタM1及びM2は、基板やチャネルドープの不純物濃度は等しく、n型基板のpウェル内に形成され、各基板電圧がソース電圧と等しくなるようにしてある。電源電圧VDDと接地電圧との間には、電界効果トランジスタM1及びM2が直列に接続され、電界効果トランジスタM1及びM2において、それぞれサブストレートゲートはソースに接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit example of the first voltage source circuit 2 of FIG.
In FIG. 3, the first voltage source circuit 2 includes n-channel field effect transistors M1 and M2, an output buffer amplifier AMP3, and resistors R5 and R6. The field effect transistor M1 is a first field effect transistor, the field effect transistor M2 is a second field effect transistor, the voltage VPN1 is a first voltage, the operational amplifier circuit AMP3 and the resistors R5 and R6 are voltage adjustment circuits. Make each. The field effect transistors M1 and M2 have the same substrate and channel-doped impurity concentrations, are formed in the p-well of the n-type substrate, and each substrate voltage is equal to the source voltage. Between the power supply voltage VDD and the ground voltage, field effect transistors M1 and M2 are connected in series, and in each of the field effect transistors M1 and M2, the substrate gate is connected to the source.

電界効果トランジスタM1は、高濃度n型ゲートを有し、デプレッション動作するようにチャネルドープの不純物濃度が調整されているため、ゲートとソースを接続することにより定電流源をなす。電界効果トランジスタM2は、高濃度p型ゲートを有し、ゲートとドレインが接続されており、該接続部は、出力バッファアンプAMP3の非反転入力端に接続されている。出力バッファアンプAMP3の出力端と接地電圧との間には抵抗R5及びR6が直列に接続され、抵抗R5とR6との接続部は出力バッファアンプAMP3の反転入力端に接続されている。電界効果トランジスタM2のゲート‐ソース間電圧が、出力バッファアンプAMP3と該出力バッファアンプAMP3の出力電圧を調整するための抵抗R5及びR6を介して電圧VPN1として出力される。電圧VPN1は、抵抗R5とR6の抵抗値を変えることにより調整することができる。   The field effect transistor M1 has a high-concentration n-type gate, and the impurity concentration of the channel dope is adjusted so that the depletion operation is performed. The field effect transistor M2 has a high-concentration p-type gate, the gate and the drain are connected, and the connection is connected to the non-inverting input terminal of the output buffer amplifier AMP3. Resistors R5 and R6 are connected in series between the output terminal of the output buffer amplifier AMP3 and the ground voltage, and the connection between the resistors R5 and R6 is connected to the inverting input terminal of the output buffer amplifier AMP3. The gate-source voltage of the field effect transistor M2 is output as the voltage VPN1 through the output buffer amplifier AMP3 and the resistors R5 and R6 for adjusting the output voltage of the output buffer amplifier AMP3. The voltage VPN1 can be adjusted by changing the resistance values of the resistors R5 and R6.

このような構成において、電界効果トランジスタM1及びM2は、トランジスタサイズを示すゲート幅W/ゲート長Lが等しくなるように設計されることによりペア電界効果トランジスタになる。ペア電界効果トランジスタには同一の電流が流れるため、電界効果トランジスタM2のゲート‐ソース間電圧は、電界効果トランジスタM1とM2とのゲート仕事関数の差になり、2つの電界効果トランジスタM1及びM2のゲート仕事関数の温度特性の違いから負の温度係数を持つ。このため、電圧VPN1は負の温度特性を有する。   In such a configuration, the field effect transistors M1 and M2 are paired field effect transistors by being designed such that the gate width W / gate length L indicating the transistor size are equal. Since the same current flows in the pair field effect transistor, the gate-source voltage of the field effect transistor M2 becomes a difference in gate work function between the field effect transistors M1 and M2, and the two field effect transistors M1 and M2 It has a negative temperature coefficient due to the difference in temperature characteristics of the gate work function. For this reason, the voltage VPN1 has a negative temperature characteristic.

図4は、図1の第1の電圧源回路2における他の回路例を示した図である。なお、図4では、図3と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図4において、第1の電圧源回路2は、nチャネル型の電界効果トランジスタM1〜M3及び出力電圧調整用の抵抗R11,R12で構成されている。なお、抵抗R11及びR12は電圧調整回路をなす。電源電圧VDDと接地電圧との間には、電界効果トランジスタM1及びM2が直列に接続されると共に、電界効果トランジスタM3、抵抗R11及びR12が直列に接続されている。電界効果トランジスタM1及びM3の各ゲートは接続され、該接続部は電界効果トランジスタM1のソースに接続されている。電界効果トランジスタM2のゲートは、抵抗R11と抵抗R12との接続部に接続され、電界効果トランジスタM3と抵抗R11との接続部から電圧VPN1が出力される。電界効果トランジスタM1〜M3において、それぞれサブストレートゲートはソースに接続されている。
FIG. 4 is a diagram showing another circuit example in the first voltage source circuit 2 of FIG. In FIG. 4, the same or similar parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 4, the first voltage source circuit 2 includes n-channel field effect transistors M1 to M3 and output voltage adjusting resistors R11 and R12. The resistors R11 and R12 form a voltage adjustment circuit. Between the power supply voltage VDD and the ground voltage, field effect transistors M1 and M2 are connected in series, and a field effect transistor M3 and resistors R11 and R12 are connected in series. The gates of the field effect transistors M1 and M3 are connected, and the connection is connected to the source of the field effect transistor M1. The gate of the field effect transistor M2 is connected to the connection portion between the resistors R11 and R12, and the voltage VPN1 is output from the connection portion between the field effect transistor M3 and the resistor R11. In the field effect transistors M1 to M3, the substrate gates are respectively connected to the sources.

電界効果トランジスタM1とM2は、基板やチャネルドープの不純物濃度は等しく、n型基板のpウェル内に形成され、各基板電圧がソース電圧と等しくなるようにしてある。電界効果トランジスタM1は、高濃度n型ゲートを有し、デプレッション動作するようにチャネルドープの不純物濃度が調整されているため、ゲートとソースを接続することにより定電流源を形成している。電界効果トランジスタM2は、高濃度p型ゲートを有し、nチャネル型の電界効果トランジスタM3及び抵抗R11,R12からなるソースフォロア回路によってドレイン電圧が与えられ、電界効果トランジスタM2のゲート‐ソース間電圧が抵抗R11及びR12で電圧調整されて電圧VPN1として出力される。   The field effect transistors M1 and M2 have the same substrate and channel-doped impurity concentrations, are formed in the p-well of the n-type substrate, and each substrate voltage is equal to the source voltage. The field effect transistor M1 has a high-concentration n-type gate, and the impurity concentration of the channel dope is adjusted so as to perform a depletion operation. Therefore, the constant current source is formed by connecting the gate and the source. The field effect transistor M2 has a high-concentration p-type gate, and is given a drain voltage by a source follower circuit composed of an n-channel field effect transistor M3 and resistors R11 and R12, and a gate-source voltage of the field effect transistor M2 Is adjusted by resistors R11 and R12 and output as voltage VPN1.

電界効果トランジスタM1及びM2の各トランジスタサイズW/Lが等しくなるように設計することにより、電界効果トランジスタM1及びM2はペア電界効果トランジスタになる。このペア電界効果トランジスタには同一の電流が流れるため、電界効果トランジスタM2のゲート‐ソース間電圧は、電界効果トランジスタM1とM2とのゲート仕事関数の差になり、2つの電界効果トランジスタM1及びM2のゲート仕事関数の温度特性の違いから負の温度係数を持つ。このため、電圧VPN1は負の温度特性を有し、抵抗R11とR12の抵抗を変えることにより電圧VPN1の電圧調整を行うことができる。   By designing the transistor sizes W / L of the field effect transistors M1 and M2 to be equal, the field effect transistors M1 and M2 are paired field effect transistors. Since the same current flows through the pair field effect transistor, the gate-source voltage of the field effect transistor M2 becomes a difference in gate work function between the field effect transistors M1 and M2, and the two field effect transistors M1 and M2 It has a negative temperature coefficient due to the difference in temperature characteristics of the gate work function. Therefore, the voltage VPN1 has a negative temperature characteristic, and the voltage VPN1 can be adjusted by changing the resistances of the resistors R11 and R12.

図5は、図1の第1の電圧源回路2における他の回路例を示した図である。なお、図5では、図3若しくは図4と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図5において、第1の電圧源回路2は、nチャネル型の電界効果トランジスタM1,M2、pチャネル型の電界効果トランジスタM5〜M7、定電流源7及び抵抗R11,R12で構成されている。電界効果トランジスタM1及びM2は、基板やチャネルドープの不純物濃度は等しく、n型基板のpウェル内に形成され、各電界効果トランジスタの基板電圧はソース電圧と等しくなるように形成されている。電界効果トランジスタM1は、高濃度n型ゲートを有し、電界効果トランジスタM2は高濃度p型ゲートを有している。
FIG. 5 is a diagram showing another circuit example in the first voltage source circuit 2 of FIG. In FIG. 5, the same or similar parts as those in FIG. 3 or FIG.
In FIG. 5, the first voltage source circuit 2 includes n-channel field effect transistors M1 and M2, p-channel field effect transistors M5 to M7, a constant current source 7, and resistors R11 and R12. The field effect transistors M1 and M2 have the same substrate and channel dope impurity concentrations, are formed in the p-well of the n-type substrate, and are formed so that the substrate voltage of each field effect transistor is equal to the source voltage. The field effect transistor M1 has a high concentration n-type gate, and the field effect transistor M2 has a high concentration p-type gate.

電界効果トランジスタM1及びM2のトランジスタサイズW/Lが等しくなるように設計することにより、電界効果トランジスタM1及びM2は、ペア電界効果トランジスタとなる。該ペア電界効果トランジスタM1及びM2は、差動増幅器の入力トランジスタをなし、更にpチャネル型の電界効果トランジスタM5及びM6でカレントミラー回路が形成されており、該差動増幅器の出力電圧は、pチャネル型の電界効果トランジスタM7との間でフィードバックループが形成されている。ペア電界効果トランジスタM1とM2は、前記差動増幅器の入力トランジスタをそれぞれなし、該差動増幅器は負の温度係数を有する電圧の入力オフセットを持っている。このため、電圧VPN1は負の温度特性を有し、抵抗R11とR12の抵抗を変えることにより電圧VPN1の電圧調整を行うことができる。   By designing the field effect transistors M1 and M2 so that the transistor sizes W / L are equal, the field effect transistors M1 and M2 are paired field effect transistors. The pair field effect transistors M1 and M2 constitute an input transistor of a differential amplifier, and a current mirror circuit is formed by p-channel field effect transistors M5 and M6. The output voltage of the differential amplifier is p A feedback loop is formed with the channel-type field effect transistor M7. The pair field effect transistors M1 and M2 are respectively input transistors of the differential amplifier, and the differential amplifier has an input offset of a voltage having a negative temperature coefficient. Therefore, the voltage VPN1 has a negative temperature characteristic, and the voltage VPN1 can be adjusted by changing the resistances of the resistors R11 and R12.

ここで、導電型の極性が異なるポリシリコンゲートを有する前記2つのペア電界効果トランジスタM1及びM2のチャネル長の比を変えることによって、電圧VPN1の温度係数を変えることができる。一般に、温度検出回路の重要な特性である出力精度の向上のためには、温度変化に対応する電圧変化(温度係数)をできるだけ大きくして温度変化に対する感度を高くすることが望ましい。
図6は、電界効果トランジスタM1及びM2のチャネル長Lの比と電圧VPN1の温度係数TCRとの関係例を示した図である。
図6から分かるように、出力電圧VPN1の温度係数TCRはチャネル長Lの比に応じて変化するため、チャネル長Lの比を調整することにより所望の温度係数を得ることができる。従って、チャネル長L比を選択することによって電圧VPN1の温度係数TCRの絶対値をより大きくすることが可能であり、温度検出回路の温度検出精度の向上を図ることができる。
Here, the temperature coefficient of the voltage VPN1 can be changed by changing the ratio of the channel lengths of the two pair field effect transistors M1 and M2 having polysilicon gates of different conductivity types. In general, in order to improve the output accuracy, which is an important characteristic of the temperature detection circuit, it is desirable to increase the sensitivity to the temperature change by increasing the voltage change (temperature coefficient) corresponding to the temperature change as much as possible.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship example between the ratio of the channel length L of the field effect transistors M1 and M2 and the temperature coefficient TCR of the voltage VPN1.
As can be seen from FIG. 6, since the temperature coefficient TCR of the output voltage VPN1 changes according to the ratio of the channel length L, a desired temperature coefficient can be obtained by adjusting the ratio of the channel length L. Therefore, by selecting the channel length L ratio, the absolute value of the temperature coefficient TCR of the voltage VPN1 can be increased, and the temperature detection accuracy of the temperature detection circuit can be improved.

また、図6から分かるように、電界効果トランジスタM1及びM2のチャネル長の比によって電圧VPN1の温度係数TCRを変えることができる。このことから、例えば、図3〜図5において、電圧VPN1の負の温度係数TCRの絶対値が小さくなるように電界効果トランジスタM1及びM2のチャネル長Lの比を小さくすることにより、図1の第2の電圧源回路3を形成することができる。   As can be seen from FIG. 6, the temperature coefficient TCR of the voltage VPN1 can be changed by the ratio of the channel lengths of the field effect transistors M1 and M2. Therefore, for example, in FIGS. 3 to 5, the ratio of the channel length L of the field effect transistors M1 and M2 is made small so that the absolute value of the negative temperature coefficient TCR of the voltage VPN1 becomes small. The second voltage source circuit 3 can be formed.

図7は、図1の第1の電圧源回路2における回路例を示した図である。
図7において、第1の電圧源回路2は、nチャネル型の電界効果トランジスタM11〜M13と抵抗R21,R22で構成されている。なお、電界効果トランジスタM11は第1の電界効果トランジスタを、電界効果トランジスタM12は第2の電界効果トランジスタを、抵抗R21,R22は電圧調整回路をそれぞれなす。電源電圧VDDと接地電圧との間には、電界効果トランジスタM11及びM12が直列に接続されると共に、電界効果トランジスタM13、抵抗R21及びR22が直列に接続されている。電界効果トランジスタM11及びM13の各ゲートは接続され、該接続部は電界効果トランジスタM11のソースに接続されている。電界効果トランジスタM12のゲートは、抵抗R21とR22との接続部に接続され、電界効果トランジスタM13と抵抗R21との接続部が電圧VPN1を出力する出力端をなしている。
FIG. 7 is a diagram showing a circuit example in the first voltage source circuit 2 of FIG.
In FIG. 7, the first voltage source circuit 2 includes n-channel field effect transistors M11 to M13 and resistors R21 and R22. The field effect transistor M11 forms a first field effect transistor, the field effect transistor M12 forms a second field effect transistor, and the resistors R21 and R22 form a voltage adjustment circuit. Between the power supply voltage VDD and the ground voltage, field effect transistors M11 and M12 are connected in series, and a field effect transistor M13 and resistors R21 and R22 are connected in series. The gates of the field effect transistors M11 and M13 are connected, and the connection is connected to the source of the field effect transistor M11. The gate of the field effect transistor M12 is connected to the connection portion between the resistors R21 and R22, and the connection portion between the field effect transistor M13 and the resistor R21 forms an output terminal that outputs the voltage VPN1.

電界効果トランジスタM11及びM12は、基板やチャネルドープの不純物濃度が等しく、n型基板のpウェル内にそれぞれ形成され、各基板電圧がソース電圧に等しくなるようにしてある。電界効果トランジスタM11は、高濃度n型ゲートを有し、デプレッション動作するようにチャネルドープの不純物濃度が調整されているため、ゲートとソースを接続することにより定電流源をなしている。電界効果トランジスタM12は、低濃度n型ゲートを有し、nチャネル型の電界効果トランジスタM13と抵抗R21,R22とからなるソースフォロア回路によってドレイン電圧が印加され、電界効果トランジスタM12のゲート‐ソース間電圧を基にして、電界効果トランジスタM13のソース電圧が電圧VPN1として出力される。   The field effect transistors M11 and M12 have the same substrate and channel-doped impurity concentrations and are formed in the p-well of the n-type substrate, respectively, so that each substrate voltage is equal to the source voltage. The field effect transistor M11 has a high-concentration n-type gate, and the impurity concentration of the channel dope is adjusted so as to perform a depletion operation. Therefore, the field effect transistor M11 forms a constant current source by connecting the gate and the source. The field effect transistor M12 has a low-concentration n-type gate, and a drain voltage is applied by a source follower circuit including an n-channel type field effect transistor M13 and resistors R21 and R22, and the field-effect transistor M12 has a gate-source connection. Based on the voltage, the source voltage of the field effect transistor M13 is output as the voltage VPN1.

電界効果トランジスタM11及びM12のトランジスタサイズW/Lが等しくなるように設計することで、電界効果トランジスタM11及びM12はペア電界効果トランジスタとなる。該ペア電界効果トランジスタには同一の電流が流れるため、電界効果トランジスタM12のゲート‐ソース間電圧は、電界効果トランジスタM11及びM12の各ゲート仕事関数の差となり、電界効果トランジスタM11及びM12における各ゲート仕事関数の温度特性の違いから負の温度係数を有する。電界効果トランジスタM12のゲート‐ソース間電圧が、抵抗R21及びR22で電圧調整されて負の温度係数を有する電圧VPN1となる。   By designing the transistor sizes W / L of the field effect transistors M11 and M12 to be equal, the field effect transistors M11 and M12 are paired field effect transistors. Since the same current flows through the pair field effect transistor, the gate-source voltage of the field effect transistor M12 is the difference between the gate work functions of the field effect transistors M11 and M12, and each gate of the field effect transistors M11 and M12 is the same. It has a negative temperature coefficient due to the difference in the temperature characteristics of the work function. The voltage between the gate and source of the field effect transistor M12 is adjusted by the resistors R21 and R22 to become a voltage VPN1 having a negative temperature coefficient.

このような構成において、電界効果トランジスタM11とM12のチャネル長Lが異なっており、例えば図6の電圧VPN1の結果と同様に、電界効果トランジスタM11及びM12のチャネル長の比によって電圧VPN1の温度係数TCRを変えることができる。このことから、図7において、電圧VPN1の負の温度係数TCRの絶対値が小さくなるように電界効果トランジスタM11及びM12のチャネル長Lの比を小さくすることにより、図1の第2の電圧源回路3を形成することができる。   In such a configuration, the channel lengths L of the field effect transistors M11 and M12 are different. For example, similarly to the result of the voltage VPN1 in FIG. 6, the temperature coefficient of the voltage VPN1 depends on the ratio of the channel lengths of the field effect transistors M11 and M12. The TCR can be changed. From this, in FIG. 7, the ratio of the channel length L of the field effect transistors M11 and M12 is reduced so that the absolute value of the negative temperature coefficient TCR of the voltage VPN1 is reduced, whereby the second voltage source of FIG. A circuit 3 can be formed.

図8は、図1の第1の電圧源回路2における他の回路例を示した図である。なお、図8では、図7と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図8において、第1の電圧源回路2は、nチャネル型の電界効果トランジスタM11,M12、pチャネル型の電界効果トランジスタM15〜M17、定電流源11及び抵抗R21,R22で構成されている。電界効果トランジスタM11及びM12は、基板やチャネルドープの不純物濃度は等しく、n型基板のpウェル内に形成され、各電界効果トランジスタの基板電圧はソース電圧と等しくなるように形成されている。電界効果トランジスタM11は、高濃度n型ゲートを有し、電界効果トランジスタM12は低濃度n型ゲートを有している。
FIG. 8 is a diagram showing another circuit example in the first voltage source circuit 2 of FIG. In FIG. 8, the same or similar parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 8, the first voltage source circuit 2 includes n-channel field effect transistors M11 and M12, p-channel field effect transistors M15 to M17, a constant current source 11, and resistors R21 and R22. The field effect transistors M11 and M12 have the same substrate and channel dope impurity concentrations, are formed in the p-well of the n-type substrate, and are formed so that the substrate voltage of each field effect transistor is equal to the source voltage. The field effect transistor M11 has a high concentration n-type gate, and the field effect transistor M12 has a low concentration n-type gate.

電界効果トランジスタM11及びM12のトランジスタサイズW/Lが等しくなるように設計することにより、電界効果トランジスタM11及びM12は、ペア電界効果トランジスタとなる。該ペア電界効果トランジスタM11及びM12は、差動増幅器の入力トランジスタをなし、更にpチャネル型の電界効果トランジスタM15及びM16でカレントミラー回路が形成されており、該差動増幅器の出力電圧は、pチャネル型の電界効果トランジスタM17との間でフィードバックループが形成されている。ペア電界効果トランジスタM11とM12は、前記差動増幅器の入力トランジスタをそれぞれなし、前記差動増幅器は負の温度係数を有する電圧の入力オフセットを持っている。このため、電圧VPN1は負の温度特性を有し、抵抗R21とR22の抵抗値を変えることにより電圧VPN1の電圧調整を行うことができる。   By designing the field effect transistors M11 and M12 to have the same transistor size W / L, the field effect transistors M11 and M12 are paired field effect transistors. The pair field effect transistors M11 and M12 form an input transistor of a differential amplifier, and a current mirror circuit is formed by p-channel field effect transistors M15 and M16. The output voltage of the differential amplifier is p A feedback loop is formed with the channel type field effect transistor M17. The pair field effect transistors M11 and M12 are respectively input transistors of the differential amplifier, and the differential amplifier has an input offset of a voltage having a negative temperature coefficient. For this reason, the voltage VPN1 has a negative temperature characteristic, and the voltage of the voltage VPN1 can be adjusted by changing the resistance values of the resistors R21 and R22.

このような構成において、電界効果トランジスタM11とM12のチャネル長Lが異なっており、例えば図6の電圧VPN1の結果と同様に、電界効果トランジスタM11及びM12のチャネル長の比によって電圧VPN1の温度係数TCRを変えることができる。このことから、図8において、電圧VPN1の負の温度係数TCRの絶対値が小さくなるように電界効果トランジスタM11及びM12のチャネル長Lの比を小さくすることにより、図1の第2の電圧源回路3を形成することができる。   In such a configuration, the channel lengths L of the field effect transistors M11 and M12 are different. For example, similarly to the result of the voltage VPN1 in FIG. 6, the temperature coefficient of the voltage VPN1 depends on the ratio of the channel lengths of the field effect transistors M11 and M12. The TCR can be changed. From this, in FIG. 8, the ratio of the channel length L of the field effect transistors M11 and M12 is reduced so that the absolute value of the negative temperature coefficient TCR of the voltage VPN1 is reduced, whereby the second voltage source of FIG. A circuit 3 can be formed.

次に、図9は、図1の減算回路5の回路例を示した図であり、図9を用いて図1の温度検出回路1の動作について説明する。
図9において、減算回路5は、演算増幅回路AMPと、抵抗R1〜R4とで構成され、演算増幅回路AMPは、差動対をなすエンハンスメント型のnチャネル型の電界効果トランジスタM21,M22、nチャネル型の電界効果トランジスタM21,M22の負荷をなすpチャネル型の電界効果トランジスタM23,M24、及び電界効果トランジスタM21,M22に定電流を供給する定電流源21からなる差動増幅段と、pチャネル型の電界効果トランジスタM25、及び定電流源をなすデプレッション型のnチャネル型電界効果トランジスタM26からなる増幅段とで構成されている。電界効果トランジスタM21のゲートは演算増幅回路AMPの非反転入力端をなし、電界効果トランジスタM22のゲートは演算増幅回路AMPの反転入力端をなしている。
Next, FIG. 9 is a diagram showing a circuit example of the subtraction circuit 5 in FIG. 1, and the operation of the temperature detection circuit 1 in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 9, the subtraction circuit 5 includes an operational amplifier circuit AMP and resistors R1 to R4. The operational amplifier circuit AMP includes enhancement-type n-channel field effect transistors M21, M22, n that form a differential pair. A differential amplifying stage comprising p-channel field effect transistors M23 and M24 forming loads of channel-type field effect transistors M21 and M22, and a constant current source 21 for supplying a constant current to the field effect transistors M21 and M22; The channel-type field-effect transistor M25 and an amplification stage including a depletion-type n-channel field-effect transistor M26 serving as a constant current source. The gate of the field effect transistor M21 forms the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP, and the gate of the field effect transistor M22 forms the inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP.

電界効果トランジスタM21及びM22の各ソースは接続され、該接続部と接地電圧との間に定電流源21が接続されている。電源電圧VDDと電界効果トランジスタM21のドレインとの間には電界効果トランジスタM23が接続され、電源電圧VDDと電界効果トランジスタM22のドレインとの間には電界効果トランジスタM24が接続されている。電界効果トランジスタM23及びM24はカレントミラー回路を形成しており、電界効果トランジスタM23及びM24の各ゲートは接続され、該接続部は電界効果トランジスタM24のドレインに接続されている。   The sources of the field effect transistors M21 and M22 are connected, and the constant current source 21 is connected between the connection portion and the ground voltage. A field effect transistor M23 is connected between the power supply voltage VDD and the drain of the field effect transistor M21, and a field effect transistor M24 is connected between the power supply voltage VDD and the drain of the field effect transistor M22. The field effect transistors M23 and M24 form a current mirror circuit, the gates of the field effect transistors M23 and M24 are connected, and the connection is connected to the drain of the field effect transistor M24.

また、電源電圧VDDと接地電圧との間には、電界効果トランジスタM25とM26が直列に接続され、電界効果トランジスタM25のゲートは、電界効果トランジスタM23とM21との接続部に接続されている。また、電界効果トランジスタM26において、ゲートはソースに接続され、電界効果トランジスタM25とM26との接続部が、演算増幅回路AMPの出力端をなし出力電圧VOUTが出力される。第2の電圧源回路3からの電圧VPN2は、演算増幅回路AMP2でインピーダンス変換された後、抵抗R1とR2で分圧されて電界効果トランジスタM21のゲートに入力され、第1の電圧源回路2からの電圧VPN1は、演算増幅回路AMP1でインピーダンス変換された後、抵抗R3を介して電界効果トランジスタM22のゲートに入力され、演算増幅回路AMPの出力電圧VOUTを帰還抵抗R4を介して電界効果トランジスタM22のゲートに戻す構成をなしている。   Further, field effect transistors M25 and M26 are connected in series between the power supply voltage VDD and the ground voltage, and the gate of the field effect transistor M25 is connected to a connection portion between the field effect transistors M23 and M21. In the field effect transistor M26, the gate is connected to the source, the connection between the field effect transistors M25 and M26 serves as the output terminal of the operational amplifier circuit AMP, and the output voltage VOUT is output. The voltage VPN2 from the second voltage source circuit 3 is subjected to impedance conversion by the operational amplifier circuit AMP2, then divided by the resistors R1 and R2, and input to the gate of the field effect transistor M21, whereby the first voltage source circuit 2 After being converted in impedance by the operational amplifier circuit AMP1, the voltage VPN1 is input to the gate of the field effect transistor M22 through the resistor R3, and the output voltage VOUT of the operational amplifier circuit AMP is input to the field effect transistor through the feedback resistor R4. It is configured to return to the gate of M22.

このような構成において、図2で示したように、電圧VPN1及びVPN2はそれぞれ負の温度係数を有するため温度上昇と共にそれぞれ減少するが、電圧VPN1の温度係数の絶対値が電圧VPN2よりも大きい。温度検出回路1の出力電圧VOUTは、電圧VPN2から電圧VPN1を減算した後、所望の温度係数により決まる増幅倍率nをかけた値になり、下記(1)式で示すことができる。
VOUT=n×(VPN2−VPN1)………………(1)
In such a configuration, as shown in FIG. 2, the voltages VPN1 and VPN2 each have a negative temperature coefficient and thus decrease as the temperature rises, but the absolute value of the temperature coefficient of the voltage VPN1 is larger than the voltage VPN2. The output voltage VOUT of the temperature detection circuit 1 becomes a value obtained by subtracting the voltage VPN1 from the voltage VPN2 and then multiplied by an amplification factor n determined by a desired temperature coefficient, and can be expressed by the following equation (1).
VOUT = n × (VPN2-VPN1) (1)

出力電圧VOUTの2次係数αVOUTは、電圧VPN2の2次係数αVPN2から電圧VPN1の2次係数αVPN1を減算して増幅倍率nをかけた値になり、下記(2)式のようになる。
αVOUT=n×(αVPN2−αVPN1)………………(2)
増幅倍率nは、下記(3)式で示すように所望の温度係数によって決まる。
n=所望の温度係数/(電圧VPN2の温度係数−電圧VPN1の温度係数)………………(3)
The secondary coefficient αVOUT of the output voltage VOUT is a value obtained by subtracting the secondary coefficient αVPN1 of the voltage VPN1 from the secondary coefficient αVPN2 of the voltage VPN2 and multiplying by the amplification factor n, and is expressed by the following equation (2).
αVOUT = n × (αVPN2-αVPN1) (2)
The amplification factor n is determined by a desired temperature coefficient as shown by the following equation (3).
n = desired temperature coefficient / (temperature coefficient of voltage VPN2−temperature coefficient of voltage VPN1) (3)

一方、温度検出回路1の出力電圧VOUTの直線性は、出力電圧カーブの2次回帰式での2次係数で表すことができる。出力電圧VOUTの2次係数は、前記(1)式に示すように、電圧VPN2の2次係数から電圧VPN1の2次係数を減算し、増幅倍率nをかけた値になる。従って、出力電圧VOUTの2次係数を小さくするためには、増幅倍率nを1にした場合、前記(1)式の右辺の2項目である(VPN2の2次係数−VPN1の2次係数)の値を小さくすればよい。   On the other hand, the linearity of the output voltage VOUT of the temperature detection circuit 1 can be expressed by a quadratic coefficient in the quadratic regression equation of the output voltage curve. The secondary coefficient of the output voltage VOUT is a value obtained by subtracting the secondary coefficient of the voltage VPN1 from the secondary coefficient of the voltage VPN2 and multiplying by the amplification factor n, as shown in the equation (1). Therefore, in order to reduce the secondary coefficient of the output voltage VOUT, when the amplification factor n is set to 1, there are two items on the right side of the equation (1) (secondary coefficient of VPN2−secondary coefficient of VPN1). The value of can be reduced.

図10は、電界効果トランジスタM1及びM2、又は電界効果トランジスタM11及びM12といった2つの電界効果トランジスタのチャネル長L比と、対応する電圧VPN1又はVPN2の2次係数αVPN1又はαVPN2との関係例を示した図である。なお、以下、第1の電圧源回路2を構成する電界効果トランジスタM1及びM2のチャネル長L比を電圧VPN1のL比と呼び、第2の電圧源回路3を構成する電界効果トランジスタM11及びM12のチャネル長L比を電圧VPN2のL比と呼ぶ。   FIG. 10 shows an example of the relationship between the channel length L ratio of two field effect transistors such as the field effect transistors M1 and M2 or the field effect transistors M11 and M12 and the secondary coefficient αVPN1 or αVPN2 of the corresponding voltage VPN1 or VPN2. It is a figure. Hereinafter, the channel length L ratio of the field effect transistors M1 and M2 constituting the first voltage source circuit 2 is referred to as the L ratio of the voltage VPN1, and the field effect transistors M11 and M12 constituting the second voltage source circuit 3 are referred to. Is referred to as the L ratio of the voltage VPN2.

図10から分かるように、電圧VPN1の2次係数αVPN1は電圧VPN1のL比に、電圧VPN2の2次係数αVPN2は電圧VPN2のL比にそれぞれ強く依存しており、電圧VPN1のL比が3付近で2次係数αVPN1がほぼ零になり、電圧VPN2のL比が3付近で2次係数αVPN2がほぼ零になる。
図11は、電圧VPN1のL比を、出力電圧VOUTの2次係数αVOUTがほぼ零になる3に固定した場合における、電圧VPN2のL比と出力電圧VOUTの2次係数αVOUTとの関係の例を示した図である。図11において、横軸は電圧VPN2のL比であり、縦軸は出力電圧VOUTの2次係数αVOUTである。
As can be seen from FIG. 10, the secondary coefficient αVPN1 of the voltage VPN1 is strongly dependent on the L ratio of the voltage VPN1, and the secondary coefficient αVPN2 of the voltage VPN2 is strongly dependent on the L ratio of the voltage VPN2, and the L ratio of the voltage VPN1 is 3 In the vicinity, the secondary coefficient αVPN1 becomes almost zero, and when the L ratio of the voltage VPN2 is around 3, the secondary coefficient αVPN2 becomes almost zero.
FIG. 11 shows an example of the relationship between the L ratio of the voltage VPN2 and the secondary coefficient αVOUT of the output voltage VOUT when the L ratio of the voltage VPN1 is fixed to 3 where the secondary coefficient αVOUT of the output voltage VOUT is substantially zero. FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents the L ratio of the voltage VPN2, and the vertical axis represents the secondary coefficient αVOUT of the output voltage VOUT.

図11において、電圧VPN2のL比の増加に伴って、出力電圧VOUTの2次係数αVOUTの絶対値が減少する傾向を示している。このことは、次のように説明することができる。まず、電圧VPN2のL比が0.5の場合、2次係数αVOUTは約−1.1E−6である。そこで、電圧VPN2のL比を大きくしていくと、図10から分かるように電圧VPN2の2次係数αVPN2は、絶対値が減少しながら零に近付く。従って、前記(2)式において、電圧VPN1の2次係数αVPN1がほぼ零で固定であるため、電圧VPN2と電圧VPN1との2次係数の差分は電圧VPN2のL比の増加と共に次第に小さくなり、最終的な2次係数αVOUTの値の減少をもたらす。例えば、電圧VPN2のL比が2.5の場合、2次係数αVOUTは約−1.9E−7になり、従来の約1/6まで2次係数の低減効果を得ることができる。これらの効果は、電圧VPN1のL比を3以外に変えた場合においても有効であり、出力電圧VOUTの2次係数αVOUTが小さく直線性を向上させることができる温度検出回路を実現することができる。   FIG. 11 shows a tendency that the absolute value of the secondary coefficient αVOUT of the output voltage VOUT decreases as the L ratio of the voltage VPN2 increases. This can be explained as follows. First, when the L ratio of the voltage VPN2 is 0.5, the secondary coefficient αVOUT is about −1.1E-6. Therefore, when the L ratio of the voltage VPN2 is increased, as can be seen from FIG. 10, the secondary coefficient αVPN2 of the voltage VPN2 approaches zero while the absolute value decreases. Therefore, in the above equation (2), since the secondary coefficient αVPN1 of the voltage VPN1 is substantially zero and fixed, the difference between the secondary coefficients of the voltage VPN2 and the voltage VPN1 gradually decreases as the L ratio of the voltage VPN2 increases. This results in a decrease in the final value of the secondary coefficient αVOUT. For example, when the L ratio of the voltage VPN2 is 2.5, the secondary coefficient αVOUT is about −1.9E-7, and the effect of reducing the secondary coefficient can be obtained up to about 1/6 of the conventional one. These effects are effective even when the L ratio of the voltage VPN1 is changed to a value other than 3, and a temperature detection circuit capable of improving the linearity with a small second-order coefficient αVOUT of the output voltage VOUT can be realized. .

次に、図3の回路を使用した場合を例にして温度検出回路1の最低動作電圧Vminについて考える。最低動作電圧Vminは、電界効果トランジスタM1のドレイン‐ソース間電圧VdsM1と、電界効果トランジスタM2のドレイン‐ソース間電圧VdsM2との和になり、下記(4)式で表される。
Vmin=VdsM1+VdsM2
=(VgsM1−VthM1)+(VgsM2−VthM2)
=(0−VthM1)+VPN1………………(4)
Next, the minimum operating voltage Vmin of the temperature detection circuit 1 will be considered taking the case of using the circuit of FIG. 3 as an example. The minimum operating voltage Vmin is the sum of the drain-source voltage VdsM1 of the field effect transistor M1 and the drain-source voltage VdsM2 of the field effect transistor M2, and is expressed by the following equation (4).
Vmin = VdsM1 + VdsM2
= (VgsM1-VthM1) + (VgsM2-VthM2)
= (0-VthM1) + VPN1 (4)

電界効果トランジスタM1及びM2の各しきい値VthM1及びVthM2がそれぞれ−0.4Vであり、電圧VPN1が1Vである場合、前記(4)式からVmin=1.4Vになる。
前記のように、温度検出回路1の最低動作電圧Vminは、電界効果トランジスタM1のしきい値VthM1と電圧VPN1によって決まり、温度検出回路1の消費電流は約3μAであるため、消費電力は3μA×1.4V=4.2μWになる。このように、本第1の実施の形態における温度検出回路は、低電圧動作及び低消費電力化を実現することができる。
When the threshold values VthM1 and VthM2 of the field effect transistors M1 and M2 are −0.4V and the voltage VPN1 is 1V, respectively, Vmin = 1.4V from the equation (4).
As described above, the minimum operating voltage Vmin of the temperature detection circuit 1 is determined by the threshold value VthM1 and the voltage VPN1 of the field effect transistor M1, and the current consumption of the temperature detection circuit 1 is about 3 μA, so the power consumption is 3 μA × 1.4V = 4.2 μW. As described above, the temperature detection circuit according to the first embodiment can realize low voltage operation and low power consumption.

なお、前記説明では、電界効果トランジスタM1、M2、M11及びM12がnチャネル型である場合を例にして説明したが、電界効果トランジスタM1、M2、M11及びM12としてpチャネル型の電界効果トランジスタを使用してもよい。   In the above description, the case where the field effect transistors M1, M2, M11, and M12 are n-channel types has been described as an example, but p-channel type field effect transistors are used as the field effect transistors M1, M2, M11, and M12. May be used.

本発明の第1の実施の形態における温度検出回路の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the temperature detection circuit in the 1st Embodiment of this invention. 図1の各電圧の温度変化に対する特性を示した図である。It is the figure which showed the characteristic with respect to the temperature change of each voltage of FIG. 図1の第1及び第2の各電圧源回路の回路例を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating circuit examples of first and second voltage source circuits in FIG. 1. 図1の第1及び第2の各電圧源回路における他の回路例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing another circuit example in each of the first and second voltage source circuits of FIG. 1. 図1の第1及び第2の各電圧源回路における他の回路例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing another circuit example in each of the first and second voltage source circuits of FIG. 1. 電界効果トランジスタM1及びM2のチャネル長Lの比と電圧VPN1の温度係数TCRとの関係例を示した図である。It is the figure which showed the example of a relationship between ratio of the channel length L of the field effect transistors M1 and M2, and the temperature coefficient TCR of the voltage VPN1. 図1の第1及び第2の各電圧源回路における回路例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a circuit example in each of the first and second voltage source circuits of FIG. 1. 図1の第1及び第2の各電圧源回路における他の回路例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing another circuit example in each of the first and second voltage source circuits of FIG. 1. 図1の減算回路5の回路例を示した図である。It is the figure which showed the circuit example of the subtraction circuit 5 of FIG. 電圧VPN1のL比と2次係数αVPN1、及び電圧VPN2のL比と2次係数αVPN2との関係例を示した図である。It is the figure which showed the example of relationship between L ratio of voltage VPN1, and secondary coefficient (alpha) VPN1, and L ratio of voltage VPN2, and secondary coefficient (alpha) VPN2. 電圧VPN2のL比と出力電圧VOUTの2次係数αVOUTとの関係例を示した図である。It is the figure which showed the example of relationship between L ratio of the voltage VPN2 and the secondary coefficient (alpha) VOUT of the output voltage VOUT.

符号の説明Explanation of symbols

1 温度検出回路
2 第1の電圧源回路
3 第2の電圧源回路
4 インピーダンス変換回路
5 減算回路
M1,M2,M11,M12 電界効果トランジスタ
AMP,AMP1〜AMP3 演算増幅回路
R1〜R6,R11,R12,R21,R22 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature detection circuit 2 1st voltage source circuit 3 2nd voltage source circuit 4 Impedance conversion circuit 5 Subtraction circuit M1, M2, M11, M12 Field effect transistor AMP, AMP1-AMP3 Operation amplifier circuit R1-R6, R11, R12 , R21, R22 resistance

Claims (6)

2つの電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数差を用いて、負の温度係数を有した第1電圧を生成する第1の電圧源回路と、
2つの電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、前記第1電圧と異なる負の温度係数を有した第2電圧を生成する第2の電圧源回路と、
前記第1電圧と該第2電圧との減算を行い、該差分を増幅する減算回路と、
を備えることを特徴とする温度検出回路。
A first voltage source circuit that generates a first voltage having a negative temperature coefficient using a work function difference between gate electrodes of two field effect transistors;
A second voltage source circuit that generates a second voltage having a negative temperature coefficient different from that of the first voltage by using a work function difference between the gate electrodes of the two field effect transistors;
A subtracting circuit that subtracts the first voltage from the second voltage and amplifies the difference;
A temperature detection circuit comprising:
前記第1及び第2の各電圧源回路は、高濃度n型ゲートを有する第1の電界効果トランジスタと、高濃度p型ゲートを有する第2の電界効果トランジスタとをそれぞれ備え、導電型の極性が異なるポリシリコンゲートを有する該第1及び第2の各電界効果トランジスタのチャネル長の比がそれぞれ異なり、前記第1及び第2の各電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、異なる負の温度係数を有した前記第1電圧及び第2電圧を生成することを特徴とする請求項1記載の温度検出回路。   Each of the first and second voltage source circuits includes a first field effect transistor having a high concentration n-type gate and a second field effect transistor having a high concentration p-type gate, and has a conductivity type polarity. The channel length ratios of the first and second field effect transistors having different polysilicon gates are different from each other by using the work function difference of the gate electrodes in the first and second field effect transistors. 2. The temperature detection circuit according to claim 1, wherein the first voltage and the second voltage having a negative temperature coefficient are generated. 前記第1及び第2の各電圧源回路は、高濃度n型ゲートを有する第1の電界効果トランジスタと、低濃度n型ゲートを有する第2の電界効果トランジスタとをそれぞれ備え、導電型の極性が同一であるポリシリコンゲートを有する該第1及び第2の各電界効果トランジスタのチャネル長の比がそれぞれ異なり、前記第1及び第2の各電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数差を用いて、異なる負の温度係数を有した前記第1電圧及び第2電圧を生成することを特徴とする請求項1記載の温度検出回路。   Each of the first and second voltage source circuits includes a first field effect transistor having a high concentration n-type gate and a second field effect transistor having a low concentration n-type gate, and has a conductivity type polarity. The channel length ratios of the first and second field effect transistors having the same polysilicon gate are different from each other, and the work function difference of the gate electrodes in the first and second field effect transistors is used. The temperature detection circuit according to claim 1, wherein the first voltage and the second voltage having different negative temperature coefficients are generated. 前記第1及び第2の各電圧源回路で生成された第1電圧及び第2電圧に対してそれぞれインピーダンス変換を行って前記減算回路に出力するインピーダンス変換回路を備えることを特徴とする請求項1、2又は3記載の温度検出回路。   2. An impedance conversion circuit that performs impedance conversion on the first voltage and the second voltage generated by each of the first and second voltage source circuits and outputs the converted voltage to the subtraction circuit. 2. The temperature detection circuit according to 2 or 3. 前記第1の電圧源回路は、生成した第1電圧の電圧調整を行う電圧調整回路を備えることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の温度検出回路。   5. The temperature detection circuit according to claim 1, wherein the first voltage source circuit includes a voltage adjustment circuit for adjusting a voltage of the generated first voltage. 前記第2の電圧源回路は、生成した第2電圧の電圧調整を行う電圧調整回路を備えることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の温度検出回路。
6. The temperature detection circuit according to claim 1, wherein the second voltage source circuit includes a voltage adjustment circuit that adjusts a voltage of the generated second voltage.
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