专利名称：温度检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现低电压操作和低耗电操作的高精度温度检测电路。
背景技术：
以往，半导体电路用作温度检测电路时，如图1所示，一般设置有用于产生具有温度系数的PTAT(Proportional To Absolute Temperature与绝对温度成比例)电压的第一电压源电路101，以及用于产生不受周围温度影响的给定基准电压的第二电压源电路102。
图2是图1所示第一电压源电路101及第二电压源电路102的电路例图。虽然图2中第一及第二电压源电路101及102具有相同电路结构，但是第一电压源电路101和第二电压源电路102的两只场效应晶体管的栅极宽度W/栅极长度L之比不同。在图2中，括号内符号是在第二电压源电路102时的符号。
第一电压源电路101通过适当调整具有高浓度n型栅极的耗尽型场效应晶体管M101a与具有高浓度p型栅极的场效应晶体管M102a的沟道长度L之比，提供PTAT电压。同样，第二电压源电路102通过适当调整具有高浓度n型栅极的耗尽型场效应晶体管M101b与具有高浓度p型栅极的场效应晶体管M102b的沟道长度L之比，提供给定基准电压。
从第一电压源电路101输出的PTAT电压因对温度变化的变化量小而仅靠第一电压源电路101无法实现高感度温度检测电路。因此，如图1所示那样，通过减法运算放大器103对从第一电压源电路101输出的PTAT电压和从第二电压源电路102输出的基准电压进行减法运算，进而使其放大，来实现具有高感度且可实行低电压动作的温度检测电路。
在第一电压源电路101的具有高浓度n型栅极的耗尽型场效应晶体管M101a中，设阈值电压为Vth101，导电系数为β101，并且在具有高浓度p型栅极的场效应晶体管M102a中，设阈值电压为Vth102，导电系数为β102时，由实际测定结果可知，{Vth102-(β101/β102)1/2×Vth101}中存在有由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差。
在第二电压源电路102产生的基准电压也具有制造工艺偏差，而由实际测定结果可知，由制造工艺偏差导致的有关DC电压的偏差决不小。
进而，在减法放大器103的各输入端之间有输入偏移，该输入偏移与{Vth102-(β101/β102)1/2×Vth101}一样，具有由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差。
通过减法运算放大器103对从第一电压源电路101输出的PTAT电压和从第二电压源电压102输出的基准电压进行减法运算后所输出的电压Vtemp可用下式(a)表示。
Vtemp＝k1×T+k2+σtemp1×T+σtemp2 …(a) 式中，T为温度，k1、k2为由减法运算放大器103的减率和放大率决定的常数，σtem1、σtem2为由减法运算放大器103的倍率、{Vth102-(β101/β102)1/2×Vth101}的偏差以及减法运算放大器103的输入偏移决定的常数。
另外，虽与本发明不同，但也由这样的温度检测电路，即设有利用两只场效应晶体管的栅极功函差来产生具有温度系数的第一电压的第一电压源电路，以及利用多个场效应晶体管的栅极功函差来产生不依靠温度变化的给定基准电压的第二电压源电路(例如，参照日本特开2006-242894号公报)。
但是，上述式(a)表示输出电压Vtemp同时具有有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差，存在减法预算放大器103的放大率越大，PTAT电压和基准电压的偏差、以及减法预算放大器103的输入偏移的偏差越显著的问题。这意味着，温度检测电路无法正确测定周围温度。
发明内容
本发明就是为解决上述先有技术所存在的问题而提出来的。本发明的目的在于提供一种高精度且可实行低电压输入动作的温度检测电路，通过测定两点温度，保证同时修改输出信号中所包含的由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差。
为了实现上述目的，本发明提供以下方案 (1)一种温度检测电路，产生与所检测温度相对应的电压，并输出所产生的电压作为输出电压，其中，包括 第一电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生具有温度系数的第一电压； 第二电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生不依靠温度变化的给定基准电压； 修改电路部，将所述基准电压修改后输出； 减法运算放大电路部，将所述第一电压和所述修改电路部的输出电压进行减法运算，进而放大后作为输出电压输出，且可修改该输出电压的温度系数。
(2)如(1)所述的温度检测电路，其中 所述修改电路部将所述第一电压分压后输出，通过改变该第一电压的分压比来进行所述修改。
(3)如(2)所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部包括 第一阻抗变换电路，对所述基准电压进行阻抗变换后输出； 分压电路，将所述第一阻抗变换电路的输出电压分压后输出，其分压比可变； 第二阻抗变换电路，对所述分压电路的输出电压进行阻抗变换后输出。
(4)如(1)所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部将所述第一电压升压后输出，通过改变该第一电压的升压率来进行所述修改。
(5)如(4)所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部包括 第一阻抗变换电路，对所述基准电压进行阻抗变换后输出； 升压电路，将所述第一阻抗变换电路的输出电压升压后输出，其升压比可变； 第二阻抗变换电路，对所述升压电路的输出电压进行阻抗变换后输出； (6)如(1)-(5)中任一个所述的温度检测电路，其中，所述减法运算电路部包括 运算放大电路，所述第一电压输入到作为一方输入端的第一输入端，而从输出端输出的电压构成输出电压； 固定电阻，连接在所述修改电路部的输出端与所述运算放大电路的作为另一方输入端的第二输入端之间； 可变电阻，连接在所述运算放大电路的所述输出端与所述第二输入端之间； 其中，通过改变所述可变电阻的阻值，来修改所述输出信号的温度系数。
(7)一种温度检测电路，产生与所检测温度相对应的数位值，并输出所产生的数位值作为输出信号，其中，包括 第一电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生具有温度系数的第一电压； 第二电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生不依靠温度变化的给定基准电压； 减法运算放大电路部，将所述第一电压和所述基准电压进行减法运算，进而放大后输出； A/D变换电路部，以给定方法对所述减法运算电路部的输出电压进行A/D变换后输出； 修改电路部，与所设定值相应修改所述A/D变换电路部的输出电压后，作为所述输出信号输出。
(8)如(7)所述的温度检测电路，其中，所述减法运算放大电路包括 运算放大电路，所述第一电压输入到作为一方输入端的第一输入端，所述基准电压输入到作为另一方输入端的第二输入端，而从输出端输出的电压输入到A/D变换电路； 固定电阻，连接在所述第一电压源电路部的输出端与所述运算放大电路的第一输入端之间； 可变电阻，连接在所述运算放大电路中所述输出端与所述第一输入端之间； 其中，通过改变所述可变电阻的阻值，来修改所述输出信号的温度系数。
(9)如(7)或(8)所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部从所述A/D变换电路部的输出数据减去所设定值，作为所述输出信号输出。
(10)如(7)或(8)所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部包括 设定电路，用于设定为实行所述减法运算的减去值； 减法运算电路，从所述A/D变换电路部的输出数据减去所述减去值，作为所述输出信号输出。
(11)如(7)-(10)中任一个所述的温度检测电路，其中，所述A/D变换电路部包括 切换开关，根据输入的控制信号，选择所述减法运算放大电路部的输出电压和来自外部的输入电压中某个后输出； A/D变换电路，以给定方法对通过所述切换开关输入的电压进行A/D变换后，向所述修改电路部输出； 控制电路，控制所述切换开关的动作。
(12)如(1)-(11)中任一个所述的温度检测电路，其中，所述第一电压源电路设有具有高浓度n型栅极的耗尽型第一场效应晶体管和具有高浓度p型栅极的第二场效应晶体管，具有导电型的极性不同的多晶硅栅极的所述第一场效应晶体管和第二场效应晶体管之间，存在有栅极功函差，利用该栅极功函差，产生具有温度系数的第一电压。
(13)如(12)所述的温度检测电路，其中，所述第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的沟道长度不同。
(14)如(1)-(13)中任一个所述的温度检测电路，其中，所述第二电压源电路设有具有高浓度n型栅极的耗尽型第三场效应晶体管和具有高浓度p型栅极的第四场效应晶体管，具有导电型的极性不同的多晶硅栅极的所述第三场效应晶体管和第四场效应晶体管之间，存在有栅极功函差，利用该栅极功函差，产生不依靠温度变化的基准电压。
(15)如(14)所述的温度检测电路，其中，所述第三场效应晶体管和第四场效应晶体管的沟道长度不同。
(16)如(15)所述的温度检测电路，其中，设定所述第三场效应晶体管和第四场效应晶体管的各沟道长度之比，以便使得所述基准电压不具有温度特性。
下面说明本发明的效果。
如上所述可知，按照本发明的温度检测电路，设置有利用多个场效应晶体管的栅极功函差来产生具有温度系数的第一电压的第一电压源电路部、利用多个场效应晶体管的栅极的功函差来产生不依靠温度变化的给定基准电压的第二电压源电路部、对所述基准电压进行电压修改后输出的修改电路部、以及对所述第一电压和所述修改电路部的输出电压进行减法运算，进而放大后作为输出电压Vremp输出的、可修改该输出电压Vtemp的温度系数的减法运算放大电路5。因此，在产生并输出与所检测的温度相对应的电压作为输出电压的温度检测电路中，保证能同时修改由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差，实现高精度且低电压输入动作。
另外，按照本发明的温度检测电路，设置有利用多个场效应晶体管的栅极功函差来产生具有温度系数的第一电压的第一电压源电路部、利用多个场效应晶体管的栅极功函差来产生不依靠温度变化的给定基准电压的第二电压源电路部、对所述第一电压和所述基准电压进行减法运算，进而放大后作为输出电压输出，且可修改该输出电压的温度系数的减法运算放大电路部、对所述减法运算放大电路部的输出电压以给定方法进行A/D变换后输出的A/D变换电路部、以及对所述A/D变换电路部的输出数据进行与所设定值相应的修改后作为输出信号输出的修改电路部。因此，在产生并输出与所检测温度相对应的数位值作为输出电压的温度检测电路中，保证能同时修改由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差，实现高精度且低电压输入动作。
图1是以往的温度检测电路例图； 图2是图1所示第一及第二电压源电路101、102的电路例图； 图3是本发明第一实施例的温度检测电路例图； 图4是图3所示第一及第二电压源电路2、3的电路例图； 图5是本发明第一实施例的温度检测电路另一例图； 图6是表示具有偏差的输出电压Vt(T)经修改后变成具有所需温度系数和DC电压的输出电压Vt1(T)的图。
图7是本发明第二实施例的温度检测电路例图； 图8是图7所示输出信号DW的特性例图； 图9是图7所示A/D变换器13的电路例图； 图10是时间t与图7所示运算放大电路32的输出电压Vout之间的关系例图； 图11是输入电压Vin与数位值Nx之间的关系例图。
具体实施例方式 下面，结合附图和实施例对本发明进行说明。
第一实施例 图3是本发明第一实施例的温度检测电路例图。
如图3，温度检测电路1包括第一电压源电路2、第二电压源电路3、修改电路4、以及减法运算放大电路5。第一电压源电路2利用两只场效应晶体管的栅极功函差，来产生具有温度系数的PTAT电压Vp后输出。
第二电压源电压3利用两只场效应晶体管的栅极功函差，来产生不依靠温度变化的基准电压Vref后输出。修改电路4对从第二电压源电压3输出的基准电压Vref进行修改后输出。减法运算放大电路5为实现温度感度的提高和低耗电化，对来自第一电压源电路的PTAT电压Vp和来自第二电压源电路3的经修改电路4输入的基准电压Vref进行减法运算后将其放大，然后作为输出电压Vtemp输出。
修改电路4由运算放大电路AMP1、AMP2及电阻R1、R2构成，减法运算放大电路5由运算放大电路AMP3及电阻R3、R4构成。电阻R1及R3分别为固定电阻，电阻R2及R4分别为可变电阻。
在修改电路4中，运算放大电路AMP1及AMP2的各自输出端与各自反相输入端连接，形成电压跟随器电路。基准电压Vref输入运算放大电路AMP1的同相输入端，运算放大电路AMP1的输出端与地之间串联连接电阻R2及R1。电阻R1与电阻R2的连接点与运算放大电路AMP2的同相输入端连接，运算放大电路AMP2的输出端构成修改电路4的输出端。
在减法运算放大电路5中，运算放大电路AMP2的输出端与运算放大电路AMP3的反相输入端之间连接电阻R3，运算放大电路AMP3的输出端与反相输入端之间连接电阻R4。PTAT电压Vp输入运算放大电路AMP3的同相输入端，从运算放大电路AMP3的输出端输出输出电压Vtemp。
第一电压源电路2构成第一电压源电路部，第二电压源电路3构成第二电压源电路部，修改电路4构成修改电路部，减法运算放大电路5构成减法运算放大电路部。另外，运算放大电路AMP1构成第一阻抗变换电路，运算放大电路AMP2构成第二阻抗变换电路，电阻R1及R2构成分压电路。
图4是图3所示第一及第二电压源电路2、3的各电路例图。
虽然图4中第一及第二电压源电路2、3具有相同电路结构，但是第一电压源电路2和第二电压源电路3的两只场效应晶体管的栅极宽度W/栅极长度L之比不同。在图4中，括号内符号是在第二电压源电路3时的符号，下面以第一电压源电路2为例进行说明。
如图4，第一电压源电路2包括具有高浓度n型栅极的耗尽型场效应晶体管M1a，以及具有高浓度p型栅极的场效应晶体管M2a，拥有导电型的极性不同的多晶硅栅极的各场效应晶体管M1a和M2a的栅极之间，存在有功函差，利用该栅极功函差，产生具有温度系数的PTAT电压Vp。场效应晶体管M1a构成第一场效应晶体管，场效应晶体管M2a构成第二场效应晶体管，PTAT电压Vp构成第一电压。
在电源电压VDD和地电压之间，串联场效应晶体管M1a和M2a。场效应晶体管M1a和M2a的各栅极连接，该连接点与场效应晶体管M1a和M2a的连接点相连接而构成输出PTAT电压Vp的输出端。在场效应晶体管M1a和M2a中，各衬底栅极与各源极相连接。
同样，第二电压源电路3包括具有高浓度n型栅极的耗尽型场效应晶体管M1b，以及具有高浓度p型栅极的场效应晶体管M2b，拥有导电型的极性不同的多晶硅栅极的各场效应晶体管M1b和M2b的栅极之间，存在有功函差，利用该栅极功函差，产生不依靠温度变化的基准电压Vref。场效应晶体管M1b构成第三场效应晶体管，场效应晶体管M2b构成第四场效应晶体管。
在电源电压VDD和地电压之间，串联场效应晶体管M1b和M2b。场效应晶体管M1b和M2b的各栅极连接，该连接点与场效应晶体管M1b和M2b的连接点相连接而构成输出基准电压Vref的输出端。在场效应晶体管M1b和M2b中，各衬底栅极与各源极相连接。
设第一电压源电路2的场效应晶体管M1a的阈值电压为Vth1，栅极浓度为Ng，设场效应晶体管M2a的阈值电压为Vth2，栅极浓度为Pg时，阈值电压Vth1及Vth2可用如下式(1)及(2)表示。
Vth1＝φm(Ng)-φs-Qf/Cox+2×φf-Qb/Cox…(1) Vth2＝φm(Pg)-φs-Qf/Cox+2×φf-Qb/Cox…(2) 式中，φm为栅极的功函，φs为衬底的功函，Qf为氧化膜中固定电荷，Cox为单位面积氧化膜中静电容量，Qb为反型层与衬底之间的耗尽层中电荷，φf为衬底的费米能级。
进而，栅极的功函φm可用如下式(3)表示。
Φm＝χ+Eg/2±φf…(3) 式中，右边第三项的±号对P型栅极取正号，对N型栅极取负号。Eg表示硅的带隙间隔。
设场效应晶体管M1a的导电系数为β1，场效应晶体管M2a的导电系数为β2，则如下式(4)成立。
Vth2-(β1/β2)1/2×Vth1 ＝φm(Ng)-(β1/β2)1/2×φm(Pg)-{1-(β1/β2)1/2} ×(φs+Qf/Cox-2×φf+Qb/Cox) ＝-{log(Ng/Ni)+(β1/β2)1/2log(Pg/Ni)}×kT/q +{1-(β1/β2)1/2}×{χ+Eg/2-(φs+Qf/Cox-2×φf+Qb/Cox)}…(4) 式中，k为玻尔兹曼常数，q为电子的电荷量，T为绝对温度，Ni为本征半导体的载流子浓度。
上式(4)中的右边第-项系数，即-{log(Ng/Ni)+(β1/β2)1/2log(Pg/Ni)}具有温度系数，但其值很小。
同样，上式(4)中的右边第二项系数，即{1-(β1/β2)1/2}×{χ+Eg/2-(φs+Qf/Cox-2×φf+Qb/Cox)}也具有温度系数，但其值很小。
但是，由实际测定结果可知，上式(4)中的{Vth2-(β1/β2)1/2×Vth1}具有由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差。因此，简化上述式(4)后，得出如下式(5)。
Vth2-(β1/β2)1/2×Vth1＝(av+σa)×T+bv+σb…(5) 式中，σa及σb分别表示制造工艺偏差，σa为由制造工艺偏差导致的{Vth2-(β1/β2)1/2×Vth1}中有关温度系数的偏差，σb为由制造工艺偏差导致的{Vth2-(β1/β2)1/2×Vth1}中有关DC电压的偏差。
另外，由实际测定结果也可知，通过第二电压源电路3生成的基准电压Vref也同样具有制造工艺偏差，而由制造工艺偏差导致的有关DC电压的偏差决不小。
于是，在常温T1和高温T2下，分别测定运算放大电路AMP3的输出电压Vtemp，根据测定而得的两点输出电压Vtemp数据，调整电阻R4的阻值，从而保证能从温度检测电路1的输出端输出具有所需温度系数和DC电平的电压。对电阻R2和电阻4的阻值调整方法，一般采用通过激光装置调整的方法。下面，稍详说明电阻R2和R4阻值调整方法。
不依靠温度的基准电压Vref从第二电压源电路3输入到运算放大电路AMP1的同相输入端。另外，作为绝对温度一次函数且具有负的一次系数的PTAT电压Vp从第一电压源电路2输入到运算放大电路AMP3的同相输入端，假设电阻R1-R4的阻值分别为r1-r4，则运算放大电路AMP3的输出电压Vtemp可用如下式(6)表示。
Vtemp＝(r4/r3+1)×Vp-r4/r3×{r1/(r1+r 2)}×Vref…(6) 在此，假设电阻R2和电阻R4通过激光装置调整前的输出电压Vtemp为Vt，经调整后具有所需温度系数和DC电平的输出电压Vtemp为Vt1。此外，设定电阻比r4/r3和r2/r1，以使输出电压Vt的温度系数比输出电压Vt1小，且在整个动作温度范围内输出电压Vt比输出电压Vt1小。
首先，在常温T1下测定基准电压Vref和输出电压Vt，其次，在高温T2下测定输出电压Vt。设输出电压Vt1的温度系数为av，温度T1下的输出电压Vt1为Vt1(T1)，且Vt1(T1)＝Vobj。另外，假设电阻R2的阻值r2经调整后变为r2t，而电阻R4的阻值r4经调整后变为r4t。设在温度T下的输出电压Vt为Vt(T)，则作为在温度T下的输出电压Vt1的Vt1(T)可用如下表达式(7)表示 Vt1(T)＝(r4t/r3+1)×Vt(T)-r4t/r3{r1/(r1+r2t)}×Vref…(7) 因输出电压Vt1的温度系数为av，且Vt1(T1)＝Vobj，则以下表达式(8)及(9)成立。
{Vt1(T2)-Vt1(T1)}/(T2-T1)＝av …(8) (r4t/r3+1)×Vt(T1)-(r4t/r3)×r1/(r1+r2t)×Vref ＝Vobj＝Vt1(T1) …(9) 从上式(8)和(9)，得出r2t/r1及r4t/r3的表达式(10)及(11)如下 r4t/r3＝av×(r4/r3+1)×(T2-T1)/{Vt1(T2)-Vt1(T1)}-1…(10) r2t/r1＝r4t/r3×Vref/[(1+r4t/r3)×{r3×Vt(T)/(r4+r3)+r4×r1×Vref/{(r4+r3)×(r1+r2)}-Vobj}-1 …(11) 按照上式(10)及(11)，分别调整电阻R2及R4的阻值以使得电阻R2及R4的阻值分别为r2t及r4t。
调整电阻R2的阻值可调整在给定温度如25℃下的输出电压Vtemp的DC电压，调整电阻R4的阻值可调整输出电压Vtemp对温度变化的变化量。
另外，在图3中，修改电路4将基准电压Vref分压后进行修改，但也可以将基准电压Vref升压后进行修改，此时图3变为图5。图5与图3的不同点在于，运算放大电路AMP1的反相输入端与电阻R1和R2的连接点相连接。
图6表示具有由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差的输出电压Vt(T)经修改后变成了具有所需温度系数和DC电压的输出电压Vt1(T)。
这样，本第一实施例的温度检测电路，能同时修改由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差，实现高精度且可实行低电压操作的温度检测电路。
第二实施例 在上述第一实施例中，使用模拟电压作为温度检测电路的输出信号，但也可以使用数字信号作为温度检测电路的输出信号，将该方案作为本发明第二实施例。
图7是本发明第二实施例的温度检测电路例图。在图7中，与图3相同者标以相同符号，说明省略。
在图7中，温度检测电路10输出如图8所示那样的与温度T成正比的输出信号DW(数位值)。假设其比例系数(温度系数)为16，并假定在0℃下输出数位值为0。随之，温度检测电路10的分辨率为0.0625℃。
温度检测电路10包括第一电压源电路2、第二电压源电路3、减法运算放大电路5、切换开关12、双重积分型的模拟/数字(以下，简记为A/D)变换器13、数字减法运算电路14、控制电路15。切换开关12、A/D变换器13及控制电路15构成A/D变换电路部，数字减法运算电路14构成修改电路部。
从第一电压源电路2输出的PTAT电压Vp经电阻R3输入到运算放大电路AMP3的反相输入端，从第二电压源电路3输出的基准电压Vref输入到运算放大电路AMP3的同相输入端。运算放大电路AMP3的输出端与切换开关12的输入端in1连接，切换开关12的输入端in2连接外部端子16。
切换开关12根据来自控制电路15的控制信号将输出端OUT连接到输入端in1和in2中某个。切换开关12的输出端OUT与A/D变换器13的输入端连接，另外，基准电压Vref输入到A/D变换器13的另一输入端。
数字减法电路14由设定减去值的设定电路21和减法运算电路22构成，从A/D变换器13输出的数位值输入到减法运算电路22，从来自A/D变换器13的数位值减去用设定电路21设定的数位值，输出所求得的数位值作为温度检测电路10的输出信号DW。
在这样结构中，减法运算放大电路5用激光装置调整电阻R4的阻值，来修改温度检测电路10的输出信号DW中由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差。而数字减法运算电路14当从A/D变换器13输入的数位值不是所需值时，则对所输入的数位值进行修改。
因通过调整运算放大电路5中的电阻R4，修改温度检测电路10的输出信号DW的温度系数，应设定好电阻比r4/r3值，以便使得经调整前的运算放大电路5的输出电压小于所希望的温度系数16，且小于在所有温度范围内可用A/D变换器13作A/D变换的最大电压。
接着，双重积分型A/D变换器13是公知技术，下面简单说明A/D变换器13。
图9是双重积分型A/D变换器13的构成例图。
如图9，A/D变换器13包括切换开关31、运算放大电路32、比较器33、控制电路34及35、计数器36、电容器37、电阻38。
在切换开关31中，一方的输入端与切换开关12的输出端OUT(参见图7)连接，基准电压Vref输入另一方的输入端。切换开关31根据来自控制电路35的控制信号将来自切换开关12的输入信号和基准电压Vref中某个输入到电阻38的一端，电阻38的另一端与运算放大电路32的反相输入端连接。
在运算放大电路32的输出端与反相输入端之间连接电容器37，运算放大电路32的同相输入端接地。另外，运算放大电路32的输出端与比较器33的反相输入端连接，比较器33的同相输入端接地。来自比较器33的输出信号输入到控制电路34，控制电路34根据来自比较器33的输出信号实行对计数器36的动作控制。计数器36的计数值作为A/D变换器13的输出信号输出到数字减法运算电路14中减法运算电路22。控制电路35根据计数器36的计数值实行对切换开关31的切换控制。
图10是A/D变换器13开始A/D变换的时间t与A/D变换器13中运算放大电路32的输出电压Vout之间的关系例图，下面利用图10说明检测A/D变换器13的特性偏差的操作。在图10中，设电容器37为C，设电阻38的阻值为R。
这种场合，切换开关12通过控制电路15连接到输入端in2，切换开关12的输出端OUT则变成输入到外部端子16的输入电压Vin。由图10可知，此时的A/D变换动作可分为两个阶段。在第一阶段，切换开关31与切换开关12的输出端OUT连接，即与应变换成数位值的输入电压Vin连接，在给定时间tc，对电容器37进行充电。另外，假设计数器36的一个脉冲(周期)为t，并假定在该充电开始时刻计数为0。对电容器7充电结束后，即在时刻tc，计数器36的计数值Nc为Nc＝tc/t。
接着，在第二阶段，切换开关31通过控制电路35连接到基准电压Vref，同时计数器36复位到零。此时连接到切换开关31的电压是不依靠输入电压Vin、周围温度或其他环境因数的偏置电压，如基准电压Vref。下面，以使用基准电压Vref场合为例进行说明。一旦切换开关31与基准电压Vref连接，电容器就释放在第一阶段所储存的电荷。若电容器37完全释放出所储存电荷，则比较器33的输出信号的信号电平翻转，利用此，用测定器测定从电容器37开始释放所储存电荷起到释放完全结束为止的时间。
假设该测出的时间为tx，并电荷释放结束时计数器36的计数值为Nx，则tx＝Nx×t成立。输入电压Vin，如图11所示，用如下表达式(12)变换成数位值Nx。
Nx＝Nc/Vref×Vin …(12) 此外，由于基准电压Vref具有制造工艺偏差，A/D变换器13的输入-输出特性也具有偏差。
图7情况也与图3一样，作为第一电压源电路2的输出电压的PTAT电压Vp具有由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差，作为第二电压源电路3的输出电压的基准电压Vref也具有由制造工艺偏差导致的有关DC电压的偏差。从而温度检测电路10的输出信号也具有由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关信号电平的偏差。因此，在图7的温度检测电路10中，也与图3情况一样，对常温下和高温下的温度检测电路的输出信号中由制造工艺偏差导致的有关温度系数的偏差和有关信号电平的偏差进行修改。下面，对该修改顺序进行说明。
首先，决定所述式(12)的输入电压Vin的系数Nc/Vref，从而将A/D变换器13的输入-输出特性特定化。在通常室温下，将切换开关12连接到外部端子16，将切换开关31连接到切换开关12的输出端OUT。将给定电压如基准电压输入到外部端子16，A/D变换器13将该基准电压Vref变换成数位值，并将该来自A/D变换器13的输出数位值设为Nvref。对输入到A/D变换器13的基准电压Vref进行A/D变换结果，可使基准电压Vref与输出数位值NVref一对一对应，从而能决定所述式(12)中的输入电压Vin的系数Nc/Vref。结果，作为输入电压的基准电压Vref与数位值NVref的关系为Nx＝NVref/Vref×Vin。
接着，将切换开关12连接到输入端in1，使得运算放大电路AMP3的输出电压输入到A/D变换器13。用测定器测定在室温T1下的温度检测电路10的输出值，并将该测定值作为DW(T1)。另外，用测定器测定在给定高温T2下的温度检测电路10的输出值，并将该测定值作为DW(T2)。
为了保证温度检测电路10的输出值的温度系数和电平达到所需目标，调整电阻R4，以使电阻R4的阻值r4变为阻值r4t，从而电阻比r4/r3变为r4t/r3。r4t/r3的表达式(13)如下 r4t/r3＝16/{DW(T2)-DW(T1)}/(T2-T1)…(13) 在对电阻R4加以调整阶段，温度检测电路10的输出值的温度系数达到了所需目标，但温度检测电路10的输出值的电平还未达到所需目标。因此，需要用减法运算电路14减去由如下表达式(14)表示的值。
(1+r4t/r3)×Vref-(r4t/r3)×{DW(T1)/Nvref/Vref}-16×T1…(14) 将上式(14)的值变换成二进制数，用激光调整数字减法运算电路14中对应的位(bit)，产生应减去的值，并从A/D变换器13的输出值减去所产生的值。此外，也可以使用RAM等存储电路，代替通过调整来设定应减去的数。
这样，本第二实施例的温度检测电路只要能得到室温T1下的温度检测电路10输出值DW(T1)和高温T2下的温度检测电路10输出值DW(T2)的信息，就可以按照所述表达式(13)及(14)同时调整电阻R4和与数字减法运算器14中应减去的数相对应的位(bit)，从而实现能输出具有所需温度系数和电平的数位值的高精度温度检测电路。
上面参照
了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述实施例。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种温度检测电路，产生与所检测的温度相对应的电压，并输出所产生的电压作为输出电压，其中，包括
第一电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生具有温度系数的第一电压；
第二电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生不依靠温度变化的给定基准电压；
修改电路部，将所述基准电压修改后输出；
减法运算放大电路部，可修改所述输出电压的温度系数，将所述第一电压和所述修改电路部的输出电压进行减法运算，进而放大后作为输出电压输出。
2.如权利要求1所述的温度检测电路，其中
所述修改电路部将所述第一电压分压后输出，通过改变该第一电压的分压比来进行所述修改。
3.如权利要求2所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部包括
第一阻抗变换电路，对所述基准电压进行阻抗变换后输出；
分压电路，将所述第一阻抗变换电路的输出电压分压后输出，其分压比可变；
第二阻抗变换电路，对所述分压电路的输出电压进行阻抗变换后输出。
4.如权利要求1所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部将所述第一电压升压后输出，通过改变该第一电压的升压率来进行所述修改。
5.如权利要求4所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部包括
第一阻抗变换电路，对所述基准电压进行阻抗变换后输出；
升压电路，将所述第一阻抗变换电路的输出电压升压后输出，其升压比可变；
第二阻抗变换电路，对所述升压电路的输出电压进行阻抗变换后输出；
6.如权利要求1-5中任一个所述的温度检测电路，其中，所述减法运算电路部包括
运算放大电路，所述第一电压输入到作为一方输入端的第一输入端，从输出端输出的电压构成输出电压；
固定电阻，连接在所述修改电路部的输出端与所述运算放大电路中作为另一方输入端的第二输入端之间；
可变电阻，连接在所述运算放大电路的所述输出端与所述第二输入端之间；
其中，通过改变所述可变电阻的阻值，来修改所述输出信号的温度系数。
7.一种温度检测电路，产生与所检测温度相对应的数位值，并输出所产生的数位值作为输出信号，其中，包括
第一电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生具有温度系数的第一电压；
第二电压源电路部，利用多个场效应晶体管的栅极功函差，产生不依靠温度变化的给定基准电压；
减法运算放大电路部，将所述第一电压和所述基准电压进行减法运算，进而放大后输出；
A/D变换电路部，以给定方法对所述减法运算电路部的输出电压进行A/D变换后输出；
修改电路部，改变所述A/D变换电路部的输出电压的与所设定值相应部分来进行修改后，作为所述输出信号输出。
8.如权利要求7所述的温度检测电路，其中，所述减法运算放大电路包括
运算放大电路，所述第一电压输入到作为一方输入端的第一输入端，所述基准电压输入到作为另一方输入端的第二输入端，从输出端输出的电压输入到A/D变换电路；
固定电阻，连接在所述第一电压源电路部的输出端与所述运算放大电路的第一输入端之间；
可变电阻，连接在所述运算放大电路的所述输出端与所述第一输入端之间；
其中，通过改变所述可变电阻的阻值，来修改所述输出信号的温度系数。
9.如权利要求7或8所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部从所述A/D变换电路部的输出数据减去所设定值，作为所述输出信号输出。
10.如权利要求7或8所述的温度检测电路，其中，所述修改电路部包括
设定电路，用于设定为实行所述减法运算的减去值；
减法运算电路，从所述A/D变换电路部的输出数据减去所述减去值，作为所述输出信号输出。
11.如权利要求7-10中任一个所述的温度检测电路，其中，所述A/D变换电路部包括
切换开关，根据输入的控制信号，选择所述减法运算放大电路部的输出电压和来自外部的输入电压中某个后输出；
A/D变换电路，以给定方法对通过所述切换开关输入的电压进行A/D变换后，向所述修改电路部输出；
控制电路，控制所述切换开关的动作。
12.如权利要求1-11中任一个所述的温度检测电路，其中，所述第一电压源电路设有具有高浓度n型栅极的耗尽型第一场效应晶体管和具有高浓度p型栅极的第二场效应晶体管，具有导电型的极性不同的多晶硅栅极的所述第一场效应晶体管和第二场效应晶体管之间，存在有栅极功函差，利用该栅极功函差，产生具有温度系数的第一电压。
13.如权利要求12所述的温度检测电路，其中，所述第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的沟道长度不同。
14.如权利要求1-13中任一个所述的温度检测电路，其中，所述第二电压源电路设有具有高浓度n型栅极的耗尽型第三场效应晶体管和具有高浓度p型栅极的第四场效应晶体管，具有导电型的极性不同的多晶硅栅极的所述第三场效应晶体管和第四场效应晶体管之间，存在有栅极功函差，利用该栅极功函差，产生不依靠温度变化的基准电压。
15.如权利要求14所述的温度检测电路，其中，所述第三场效应晶体管和第四场效应晶体管的沟道长度不同。
16.如权利要求15所述的温度检测电路，其中，设定所述第三场效应晶体管与第四场效应晶体管的沟道长度之比，以使所述基准电压不具有温度特性。
全文摘要
本发明提供一种实现低电压操作和低耗电操作的高精度温度检测电路。本发明的温度检测电路包含利用两只场效应晶体管的栅极的功函差来产生具有温度系数的PTAT电压Vp的第一电压源电路2；利用两只场效应晶体管的栅极的功函差来产生不依靠温度变化的给定基准电压Vref的第二电压源电路3；对基准电压Vref进行修改后输出的修改电路4；以及对PTAT电压Vp和修改电路4的输出电压进行减法运算，进而放大后作为输出电压Vremp输出，可修改所述输出电压Vtemp的温度系数的减法运算放大电路5。只要测定两点温度，就可以同时修改输入信号所包含的由制造工艺的偏差导致的有关温度系数的偏差和有关DC电压的偏差。
文档编号G01K7/01GK101339079SQ20081012847
公开日2009年1月7日 申请日期2008年7月1日 优先权日2007年7月2日
发明者长久武 申请人:株式会社理光