特許 6200727 電流比に基づく熱センサシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6200727

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】電流比に基づく熱センサシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/00 20060101AFI20170911BHJP

   G01K 7/01 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   G01K7/00 321J

   G01K7/01 C

【請求項の数】21

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2013-174166(P2013-174166)

(22)【出願日】2013年8月26日

(65)【公開番号】特開2014-71110(P2014-71110A)

(43)【公開日】2014年4月21日

【審査請求日】2016年8月24日

(31)【優先権主張番号】13/628,939

(32)【優先日】2012年9月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504199127

【氏名又は名称】エヌエックスピー ユーエスエイ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＸＰ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】リーポン カオ

(72)【発明者】

【氏名】トミー エム．ジョキナン

(72)【発明者】

【氏名】コイ マイ

(72)【発明者】

【氏名】ヘクター サンチェス

【審査官】 平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−４７１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９２５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２４６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６５５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１９２５９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ ７／００，７／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱センサシステムであって、
少なくとも１つの熱センサと、
基準電圧レベルおよび対応するデルタ電圧レベルを前記少なくとも１つの熱センサに印加する電圧制御ネットワークであって、前記少なくとも１つの熱センサは印加に応答して基準電流信号および対応するデルタ電流信号を生成する、電圧制御ネットワークと、
前記デルタ電流信号の利得を前記基準電流信号に対して調整するように構成される電流利得ネットワークと、
比較測度を提供するように構成される、前記基準電流信号および前記デルタ電流信号に応答する電流比較センサと、
複数の基準電圧レベルおよび対応する複数のデルタ電圧レベルの中から前記基準電圧レベルおよび前記デルタ電圧レベルを選択するように構成されるコントローラであって、前記選択される基準電圧レベルおよびデルタ電圧レベルは複数の温度サブレンジのうちの選択される温度サブレンジに対応する、コントローラとを備え、
前記基準電流信号と前記デルタ電流信号との電流比を示す差分利得値を決定するように前記比較測度を監視するに際し、前記コントローラは、前記デルタ電流信号の利得を調整するように前記電流利得ネットワークを制御するようにさらに構成されており、前記コントローラは前記差分利得値に基づいて温度値を決定する、熱センサシステム。

【請求項2】

前記コントローラは、有効な差分利得値が得られるまで、前記複数の温度サブレンジを最高温度サブレンジから最低温度サブレンジまで探索するように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項3】

前記複数の温度サブレンジのうちの少なくとも１つについて、前記コントローラは、前記選択された基準電圧レベルを前記少なくとも１つの熱センサに印加し、基準比較測度を決定するように前記電流利得ネットワークに初期利得値をプログラムし、次いで、前記デルタ電圧レベルを前記少なくとも１つの熱センサに印加し、次いで、最終利得測度を提供するように前記比較測度が前記基準比較測度に実質的に一致するまで前記電流利得ネットワークの利得を調整し、次いで、前記差分利得値を前記最終利得値と前記初期利得値との間の差として決定するように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項4】

前記電流利得ネットワークは、少なくとも１つのモード利得ブロックと少なくとも１つの探索利得ブロックとを備え、
前記コントローラは、前記複数の温度サブレンジのうちの前記選択された１つに基づいて前記少なくとも１つのモード利得ブロックをプログラムし、前記差分利得値を決定するために前記少なくとも１つの探索利得ブロックの利得をさらに調整するように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項5】

前記少なくとも１つの熱センサは複数の異なるサイズの熱センサを含み、
前記コントローラは、前記複数の温度サブレンジのうちの前記選択された１つに対応する熱センサを選択するべく、前記複数の異なるサイズの熱センサの中から選択を行うように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項6】

前記電流利得ネットワークは、少なくとも１つのモード利得ブロックと少なくとも１つの探索利得ブロックとを備え、
前記コントローラは、前記複数の温度サブレンジのうちの前記選択された１つに基づいて前記少なくとも１つのモード利得ブロックをプログラムし、前記差分利得値を決定するために前記少なくとも１つの探索利得ブロックの利得をさらに調整するようにさらに構成される、請求項５に記載の熱センサシステム。

【請求項7】

前記比較測度として発振器信号を提供するための、前記基準電流信号および前記デルタ電流信号に応答する電圧制御発振器を備える前記電流比較センサと、
前記発振器信号が発振しているか否かを検知し、前記発振器信号が発振しているか否かを示す周波数センス信号を提供する発振検出回路とをさらに備え、
前記コントローラは、有効な差分利得値が得られるまで前記複数の温度サブレンジを最高温度サブレンジから最低温度サブレンジまで探索し、前記周波数センス信号が前記発振器信号が発振していないことを示すときには次により低い温度サブレンジに進むように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項8】

前記電流比較センサは、前記比較測度として発振器信号を提供するための、前記基準電流信号および前記デルタ電流信号に応答する電圧制御発振器を備え、
前記複数の温度サブレンジのうちの少なくとも１つについて、前記コントローラは、前記選択された基準電圧レベルを前記少なくとも１つの熱センサに印加し、前記発振器信号の基準周期を決定するように前記電流利得ネットワークに初期利得値をプログラムし、次いで、前記デルタ電圧レベルを前記少なくとも１つの熱センサに印加し、次いで、最終利得測度を提供するように前記発振器信号の更新された周期が前記基準周期に実質的に一致するまで前記電流利得ネットワークの利得を調整し、次いで、前記差分利得値を前記最終利得値と前記初期利得値との間の差として決定するように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項9】

複数の利得値の各々に対する１つの温度値を含む複数の温度値を記憶するメモリをさらに備え、
前記コントローラは、対応する温度値を前記メモリから取り出すために前記差分利得値を使用するように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項10】

複数の利得値の各々に対する１つの温度値を含む複数の温度値を記憶するメモリをさらに備え、
前記コントローラは、前記差分利得値に最も近い温度値の一対および対応する利得値の一対を前記メモリから取り出すように構成されており、
前記コントローラは、前記少なくとも１つの温度値および前記少なくとも１つの対応する利得値から測定された温度値を補間するように構成される、請求項１に記載の熱センサシステム。

【請求項11】

温度を測定する方法であって、
複数の温度サブレンジのうちの１つを選択する工程と、
前記選択された温度サブレンジに対応する基準電圧レベルおよびデルタ電圧レベルを選択する工程と、
前記選択された基準電圧レベルおよび前記選択されたデルタ電圧レベルを、熱センサの印加に応答して基準電流信号およびデルタ電流信号を生成する少なくとも１つの熱センサに印加する工程と、
前記基準電流信号と前記デルタ電流信号とを比較して比較測度を提供する工程と、
前記デルタ電流信号の利得を、前記比較測度によって示される前記基準電流信号と実質的に一致するまで調整し、差分利得を決定する工程と、
前記差分利得に基づいて温度値を決定する工程とを含む、方法。

【請求項12】

前記複数の温度サブレンジのうちの１つを選択する工程は、有効な差分利得が決定されるまで、最高温度サブレンジから最低温度サブレンジまで前記複数の温度サブレンジの中から選択する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記複数の温度サブレンジのうちの少なくとも１つについて、
前記選択された基準電圧レベルを印加することによって初期利得値を適用し、基準比較測度を決定する工程をさらに備え、
前記利得を調整する工程は、最終利得値を決定するために調整された比較測度が前記基準比較測度に実質的に一致するまで、前記選択されたデルタ電圧レベルを印加することによって前記初期利得値から利得を調整する工程を含み、
前記差分利得を決定する工程は、前記最終利得値と前記初期利得値との間の差を決定する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記選択された温度サブレンジに対応するモード利得を選択する工程をさらに含み、
前記デルタ電流信号の利得を調整する工程は、探索利得を初期探索利得値に対して調整する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

複数の熱センサから、前記選択された温度サブレンジに対応するサイズを有する熱センサを選択する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記選択された温度サブレンジに対応するサイズを有する熱センサを選択する工程と、
前記選択された温度サブレンジに対応するモード利得を選択する工程とをさらに含み、
前記デルタ電流信号の利得を前記調整する工程は、探索利得を初期探索利得値に対して調整する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記複数の温度サブレンジのうちの１つを選択する工程は、有効な差分利得が決定されるまで、最高温度サブレンジから最低温度サブレンジまで前記複数の温度サブレンジの中から選択する工程を含み、
前記比較測度を提供する工程は、発振器信号を提供する工程を含み、前記方法は、
前記発振器信号が発振しているか否かを検出し、前記発振器信号が発振しているか否かを示す周波数センス信号を提供する工程と、
前記周波数センス信号が前記発振器信号が発振していないことを示すときには次により低い温度サブレンジに進む工程とをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

前記複数の温度サブレンジのうちの少なくとも１つについて、
発振器信号を提供する工程を含む、前記比較測度を提供する工程と、
前記選択された基準電圧レベルを印加することによって初期利得値を適用し、前記発振器信号の基準周期を決定する工程とを備え、
前記利得を調整する工程は、最終利得値を決定するように前記発振器信号の調整された周期が前記基準周期に実質的に一致するまで、前記選択されたデルタ電圧レベルを印加することによって前記初期利得値から利得を調整する工程を含み、
前記差分利得を決定する工程は、前記最終利得値と前記初期利得値との間の差を決定する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項19】

前記温度値を決定する工程は、前記決定された差分利得に対応する温度値をメモリから取り出す工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項20】

前記温度値を決定する工程は、複数の温度値および対応する利得値をメモリから取り出し、測定された温度値を補間する工程を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項21】

熱センサシステムであって、
複数の異なるサイズの熱センサと、
複数の温度サブレンジのうちの選択される１つに対応するサイズを有する熱センサを選択するために、前記複数の異なるサイズの熱センサの中から選択するように構成されるコントローラと、
基準電圧レベルおよび対応するデルタ電圧レベルを前記選択された熱センサに印加する電圧制御ネットワークであって、前記選択された熱センサは熱センサの印加に応答して基準電流信号および対応するデルタ電流信号を生成する、電圧制御ネットワークと、
前記デルタ電流信号の利得を前記基準電流信号に対して調整するように構成される電流利得ネットワークと、
比較測度を提供するように構成される、前記基準電流信号および前記デルタ電流信号に応答する電流比較センサとを備え、
前記コントローラは、前記基準電流信号と前記デルタ電流信号との電流比を示す差分利得値を決定するように前記比較測度を監視するに際し、前記デルタ電流信号の利得を調整するために前記電流利得ネットワークを制御するようにさらに構成されており、前記コントローラは前記差分利得値に基づいて温度値を決定する、熱センサシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概して熱センサに関し、より詳細には、温度を測定するために１つ以上のセンサを通じて電流比を求め、温度レンジを拡大するために１つ以上の動作パラメータを調整する熱センサシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の熱（または温度）センサは、熱抵抗係数に応じ、部品ごとの較正を必要とし得る。いくつかのセンサは、温度変動の測度として固定電流における２つのセンサの間のアナログ電圧差を検知する。ほとんどのセンサはＰＴＡＴ（絶対温度に比例する）電圧関係に応じ、一方で、他のセンサはＰＴＡＴおよびＣＴＡＴ（絶対温度に対して相補的）の比較に応じる。正確な温度監視は通常、大面積回路および／またはアナログコンポーネントの製造時に可能な較正（すなわち、トリミングまたはヒューズ制御）の使用のいずれかを必要とする。これらの解決策は、多大なダイ面積を必要とする、または、多大な追加のサポート（たとえば、テスト、ＰＥ、立ち上げなど）のいずれかに関して費用がかさむ傾向にある。

【0003】

なお、フィードバックセンサ回路について、特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第５，５４６，０４１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

広い温度レンジ内で温度を正確に測定することができる電流比に基づく熱センサシステムおよび方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前述の問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱センサシステムであって、少なくとも１つの熱センサと、基準電圧レベルおよび対応するデルタ電圧レベルを前記少なくとも１つの熱センサに印加する電圧制御ネットワークであって、前記少なくとも１つの熱センサは印加に応答して基準電流信号および対応するデルタ電流信号を生成する、電圧制御ネットワークと、前記デルタ電流信号の利得を前記基準電流信号に対して調整するように構成される電流利得ネットワークと、比較測度を提供するように構成される、前記基準電流信号および前記デルタ電流信号に応答する電流比較センサと、複数の基準電圧レベルおよび対応する複数のデルタ電圧レベルの中から前記基準電圧レベルおよび前記デルタ電圧レベルを選択するように構成されるコントローラであって、前記選択される基準電圧レベルおよびデルタ電圧レベルは複数の温度サブレンジのうちの選択される温度サブレンジに対応する、コントローラとを備え、前記基準電流信号と前記デルタ電流信号との電流比を示す差分利得値を決定するように前記比較測度を監視するに際し、前記コントローラは、前記デルタ電流信号の利得を調整するように前記電流利得ネットワークを制御するようにさらに構成されており、前記コントローラは前記差分利得値に基づいて温度値を決定する、ことを要旨とする。

【0007】

請求項１１に記載の発明は、温度を測定する方法であって、複数の温度サブレンジのうちの１つを選択する工程と、前記選択された温度サブレンジに対応する基準電圧レベルおよびデルタ電圧レベルを選択する工程と、前記選択された基準電圧レベルおよび前記選択されたデルタ電圧レベルを、熱センサの印加に応答して基準電流信号およびデルタ電流信号を生成する少なくとも１つの熱センサに印加する工程と、前記基準電流信号と前記デルタ電流信号とを比較して比較測度を提供する工程と、前記デルタ電流信号の利得を、前記比較測度によって示される前記基準電流信号と実質的に一致するまで調整し、差分利得を決定する工程と、前記差分利得に基づいて温度値を決定する工程とを含む、ことを要旨とする。

【0008】

請求項２１に記載の発明は、熱センサシステムであって、複数の異なるサイズの熱センサと、複数の温度サブレンジのうちの選択される１つに対応するサイズを有する熱センサを選択するために、前記複数の異なるサイズの熱センサの中から選択するように構成されるコントローラと、基準電圧レベルおよび対応するデルタ電圧レベルを前記選択された熱センサに印加する電圧制御ネットワークであって、前記選択された熱センサは熱センサの印加に応答して基準電流信号および対応するデルタ電流信号を生成する、電圧制御ネットワークと、前記デルタ電流信号の利得を前記基準電流信号に対して調整するように構成される電流利得ネットワークと、比較測度を提供するように構成される、前記基準電流信号および前記デルタ電流信号に応答する電流比較センサとを備え、前記コントローラは、前記基準電流信号と前記デルタ電流信号との電流比を示す差分利得値を決定するように前記比較測度を監視するに際し、前記デルタ電流信号の利得を調整するために前記電流利得ネットワークを制御するようにさらに構成されており、前記コントローラは前記差分利得値に基づいて温度値を決定する、ことを要旨とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に応じて実装される温度測定選択・制御ブロックおよび１つ以上の熱センサブロックを含む電子システムの簡略ブロック図。

【図2】Ｄ１，．．．，ＤＭと個別にラベリングされる「Ｍ」個のダイオードとして実装されて示される熱センサの１つ以上をインターフェースするための、一実施形態に応じて実装される図１の温度測定選択・制御ブロックのブロック図。

【図3】Ｎ個の熱検知ダイオードに結合される図１の温度測定選択・制御ブロックとして使用されてもよい比較器を使用する、一実施形態に応じた温度測定選択・制御システムの概略ブロック図。

【図4】図１の温度測定選択・制御ブロックとして使用されてもよい、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の実施形態に応じた温度測定選択・制御システムの概略ブロック図。

【図5】図１の温度測定選択・制御ブロックとして使用されてもよい、一対のＶＣＯを使用する別の実施形態に応じた温度測定選択・制御システムの概略ブロック図。

【図6】図１の温度測定選択・制御ブロックの一部が代わりに、中央温度制御ブロックに選択的に結合される熱センサの各々とともに配置される、代替的な実施形態に応じて実装される温度測定システムの概略ブロック図。

【図7】図１の温度測定選択・制御ブロックとして使用されてもよい、温度レンジを拡張するためのプログラム可能パラメータを用いる別の実施形態に応じた温度測定選択・制御システムの概略ブロック図。

【図8】一実施形態に応じて実装される図７のプログラム可能電流ミラーブロックの例示的な実施形態の概略図。

【図9】図７のメモリ内に記憶されてもよい、複数の所定の温度サブレンジの各々についてモード選択を容易にするための値を含む温度レンジモード選択テーブルの図。

【図10】図７のメモリ内に記憶されてもよい、温度レンジ全体のうちの各温度サブレンジ内の選択される温度値に関するＩＤＡＣ差分利得値をリストする温度対利得ルックアップテーブル。

【図11】一実施形態に応じた図７の発振検出器の簡略ブロック図。

【図12】温度値に対応する利得値を決定し記憶するための、図７のシステムによって実行されてもよい一実施形態に応じた較正手順のフローチャート。

【図13】温度を測定するための、図７のシステムによって実行されてもよい一実施形態に応じた温度測定手順のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明は例として示されており、添付の図面によって限定されない。図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。図面内の要素は簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。

【0011】

以下の説明は、当業者が本発明を、特定の用途およびその要件の文脈内で提供されるように作成および使用することを可能にするために提示される。しかしながら、好ましい実施形態に対するさまざまな改変が当業者には明らかであり、本明細書において定義される一般原則は他の実施形態にも適用され得る。それゆえ、本発明は、本明細書において示され説明される特定の実施形態に限定されることは意図されておらず、本明細書において開示される原則および新規な特徴と一致する最も広い範囲に従うべきである。

【0012】

本明細書に開示する熱センサシステムは、明示的な較正またはヒューズを必要とせず、プロセスおよびソース電圧に対して比較的影響されない、コンパクトでデジタル的に使い勝手のよい熱測定システムを提供する。当該熱センサシステムは、１つ以上の熱センサを通じて導出される電流を生成するネットワークを利用することによって達成される。しかしながら、温度を示すのは、熱センサに印加される１つの動作電圧における実際の測定電流ではなく、２つの異なる印加電圧に対する電流の比である。電圧は、同一のセンサに対して２つの異なる時点において連続して印加されてもよく、または、２つの異なるセンサに対して同時に印加されてもよい。一実施形態では、電流の比は、利得値を調整して、相対電流値を検知するために比較器などを使用することによって決定されてもよい。別の実施形態では、電流の比は、利得値を調整して、相対電流を検知するために電圧制御発振器（ＶＣＯ）などを使用することによって決定されてもよい。概して、温度は、少なくとも１つの熱センサに印加される少なくとも２つの異なる電圧レベルを印加する結果としてもたらされる電流レベルおよび／または周期の比に基づいて導出される。比の因子は、プロセスおよび他の実施形態特有のパラメータを相殺する傾向にある。

【0013】

様々な実施形態において、１つ以上のダイオードが熱センサ（複数の場合もあり）として使用される。順方向バイアスダイオードの電流レベルは指数関数的に変化し、それによって、所与のサイズのダイオードを通じた全体の電流変化は対応する電流レンジに制限され得る。固定の構成において、電流レンジが制限されることによって、測定値は対応する温度レンジ内に制限される。製造後調整を可能にする機構などの、確度を達成するに際し温度レンジを拡大するための特別な技法が使用され得る。また、順方向バイアスダイオードの電流は桁単位で変化し、温度は前もって分からないため、１つ以上のデバイスまたは構成要素の機能不全、または破滅的な障害をさらに引き起こすおそれがある過電流状態を防止するために、回路信頼性の問題が解決されるべきである。

【0014】

少なくとも１つの実施形態は、確度および信頼性管理を提供するに際し温度レンジを拡大させるように、複数の構成モードを用いて動作する。各構成モードは、拡大された温度レンジ内の異なる温度サブレンジに対して全体として最適化される異なるデバイスサイズ、異なる「実効」デバイスサイズ、および異なるダイオード電圧を有する。論理制御部は、温度を示す検知パラメータに基づいてモード間の遷移を管理する。少なくとも２つの異なるサイズの熱センサがデバイスサイズを調整するのに使用されてもよい。実効デバイスサイズは、バイアス利得を調整することによってさらに調整されてもよい。さらに、基準およびデルタ電圧は両方とも、特定の温度サブレンジごとに調整されてもよい。たとえば、熱センサ電圧は、電流限界を最適な動作レベル内に維持するように、より低い温度サブレンジにおいては対応する熱センサ電流を増大させるために増大されてもよく、より高い温度サブレンジにおいては対応する熱センサ電流を低減するように低減されてもよい。任意の実現可能な量だけ温度レンジ全体を増大させるように、これらの方法のうちのいずれか１つ以上は、単独で使用されてもよいし、または、組み合わせて使用されてもよい。

【0015】

図１は、一実施形態に応じて実装される温度測定選択・制御ブロック１０２および１つ以上の熱センサブロック１０４を含む電子システム１００の簡略ブロック図である。図示されるように、熱センサ１、熱センサ２，．．．熱センサＮと個々にナンバリングされるＮ個の熱センサ１０４がシステム内に配置され、Ｎは０よりも大きい任意の正の整数である。各熱センサ１０４は、各熱センサのロケーションにおける温度を決定するための対応する「サイト」に位置し、温度測定選択・制御ブロック１０２に提供される、対応するセンス信号Ｓ１〜ＳＮを生成する。温度測定選択・制御ブロック１０２は対応する１つ以上のサイトにおける温度を決定するために、熱センサ１０４のうちの選択される１つ以上にアクセスし、該熱センサ１０４のうちの選択される１つ以上を起動する。

【0016】

電子システム１００は、たとえば、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）内、または、埋め込み処理システムの一部などの、集積回路（ＩＣ）またはチップ上に実装されてもよい。この場合、チップの対応するロケーションにおける温度を決定するために、複数の熱センサ１０４が設けられてもよい。代替的に、電子システム１００は、別個に実装されてもよく、温度測定選択・制御ブロック１０２および１つ以上の熱センサ１０４は各々、別個の集積回路上に実装されてもよく、または１つ以上のＩＣまたは半導体チップなどの任意の組み合わせを含んでもよい。電子システム１００は、通信システム、コンピュータシステム、検知デバイスなどの任意のタイプの用途のために、および、消費者、産業、商用、コンピュータ、および／または自動車分野のいずれか１つ以上のために構成されてもよい。

【0017】

複数の熱センサ１０４が図示されるが、Ｎは、熱センサ１０４が１つのみである構成については１であってもよい。熱センサ１０４は各々、本明細書においてはダイオード（ＰＮ接合部）として示されるが、ダイオード結合ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）またはＮＰＮトランジスタなどの、代替的なセンサタイプまたは構成が可能であることを理解されたい。

【0018】

図２はＤ１，．．．，ＤＭと個別にラベリングされる「Ｍ」個のダイオードとして実装されて示される熱センサ１０４の１つ以上とインターフェースするための、一実施形態に応じて実装される温度測定選択・制御ブロック１０２のブロック図である。本明細書に記載の熱検知ダイオードは、グランドまたはＣＯＭ（カソード結合）を参照して図示されており、アノードをＶＤＤなどの上側ソース電圧に対して参照する、代替的な構成が企図されることを理解されたい。回路印加電圧は、同一または類似の結果を達成するために相応に改変されてもよい。数Ｍも０よりも大きい正の整数であり、Ｎと同一であってもよいし、または異なってもよい。一実施形態では、たとえば、各熱センサ１０４は複数の個々の熱検知デバイスを組み込み、ＭはＮの倍数である。代替的に、Ｍ＝Ｎであり、各熱センサ１０４は１つの熱検知デバイスを含む。電圧制御ブロック２０２は、電流利得制御ブロック２０４によって検知される、対応する基準およびオフセット電流Ｉ_１〜Ｉ_Ｍを生成するように、１つ以上の異なる基準およびオフセット電圧を、ダイオード（複数の場合もあり）Ｄ１〜ＤＭの対応する１つ以上に印加する。

【0019】

電流利得制御ブロック２０４は、電流比較センサ２０６に対して対応する電流ＸＩ_１〜ＹＩ_Ｍを生成するために、対応する利得（たとえば、Ｘ，．．．，Ｙ）を電流Ｉ_１〜Ｉ_Ｍの各々に適用する。一実施形態では、Ｘ＝Ｙであり、各電流に同じ利得値が適用される。別の実施形態では、各電流に異なる利得値が適用されてもよく、Ｘ，．．．，Ｙは対応する、および可能な異なる利得値を示す。電流比較センサ２０６は、適用された電流値を比較し、少なくとも１つの比較測度ＣＭをコントローラ２０８に対して生成する。

【0020】

コントローラ２０８は、選択されたサイトにおいて熱測定を行うために比較測度ＣＭを監視するに際し、電圧制御ブロック２０２および電流増幅制御ブロック２０４を制御する。一実施形態では、コントローラ２０８は、選択されたサイトまたはロケーションにあるダイオードを選択するようにサイト選択値ＳＳＥＬを適用する。コントローラ２０８は、選択されたダイオードに印加される電圧を選択するために電圧選択値ＶＳＥＬをアサートする。一実施形態では、コントローラ２０８は、基準電流とオフセット電流との比を示す、対応する差分利得値を提供するために、オフセット電流の利得を基準電流に対して調整するように、利得値Ｇを電流利得制御ブロック２０４に対してアサートする。本明細書に記載の「値」はデジタル値であってもよいが、アナログ値または信号も企図される。一実施形態では、比較測度ＣＭは、閾値条件を示す比較器の出力である。代替的な実施形態では、比較測度ＣＭは、ＶＣＯまたは電流制御発振器（ＩＣＯ）などの、制御式発振器の周波数信号出力である。コントローラ２０８は、差分利得値を決定するように利得を調整するに際し比較測度を監視する。次いで、差分利得値は出力値Ｔとして提供される温度を決定するように使用されてもよい。

【0021】

温度測定選択・制御ブロック１０２は一般化された形態で図示されており複数の実施形態または構成のうちの任意の１つ以上に当てはまる。一実施形態では、たとえば１つのみのダイオードＤ１が設けられてもよく、電圧制御ブロック２０２は２つの異なる基準およびオフセット電圧レベルを同一のダイオードに順次印加し、電流比較センサ２０６はＣＭを提供するために対応する増幅電流値を比較する。代替的な実施形態では、一対のダイオード（たとえばＤ１およびＤ２）が各サイトに設けられてもよく、電圧制御ブロック２０２は基準およびオフセット電圧レベルを、同一場所に位置する２つの異なるダイオードに同時に印加し、電流比較センサ２０６はＣＭを提供するために対応する増幅電流値を比較する。

【0022】

一実施形態では、たとえば、サイトの各々における各熱センサ１０４は、ダイオードＤ１〜ＤＭのうちの単一のダイオードなどの単一のセンサを含んでもよく、この場合、コントローラ２０８は、温度測定を行うために、電圧制御ブロック２０２を、基準電圧レベルおよびオフセット電圧レベルを単一のダイオードに順次印加するように制御する。別の実施形態では、サイトの各々における各熱センサ１０４は少なくとも一対の同等な（または整合された）ダイオードを含んでもよく、コントローラ２０８は、ダイオードのロケーションにおいて測定を行うために、電圧制御ブロック２０２を、基準およびオフセット電圧レベルを該一対のダイオードに印加するように制御する。また別の実施形態では、サイトの各々における各熱センサ１０４は、著しく異なるサイズを有する少なくとも一対のダイオードを含んでもよい。本明細書においてさらに説明されるように、順方向バイアスダイオードの電流レベルは指数関数的に変化するため、任意の所与のダイオードは、最大電流限界を超えることのない、対応する制限された温度レンジ内のみにおいて測定を可能にしてもよい。サイズの異なるダイオードは、異なる利得値および異なるダイオード電圧レベルとともに、異なる電流レンジ、したがって異なる温度サブレンジを可能にする。したがって、所与の構成について温度レンジ全体を拡大するために異なるサイズのダイオードが使用されてもよい。

【0023】

図３は、Ｎ個の熱検知ダイオードに結合される温度測定選択・制御ブロック１０２として使用されてもよい比較器を使用する、一実施形態に応じた温度測定選択・制御システム３００の概略ブロック図である。電圧選択ブロック３０２は第１のダイオード電圧ＶＤ１を、第１の増幅器３０４の正入力に提供しており、該第１の増幅器３０４の負入力がノード３０６に結合される。ノード３０６は、基準ダイオードＤＲのアノードおよびＮ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｎ１のソースに結合される。ＤＲのカソードは共通ノードＣＯＭに結合され、ＣＯＭは任意の共通の正、負、またはグランド基準電圧である。ラベリングされていない三角形のグランド記号は、別途指定されない限り、図面全体を通じてＣＯＭを指すのに使用される。増幅器３０４の出力はバイアス電圧ＶＢ１をＮ１のゲートに対してアサートし、Ｎ１のドレインはノード３０９においてＰ型ＦＥＴ Ｐ１のドレインおよびゲートに結合される。Ｐ１のソースはＶＤＤなどのソース電圧に結合される。ＶＤＤはＣＯＭに対するソース電圧であり、図面においてプルアップの水平なライン（たとえば、Ｐ１のソースに結合される「ＶＤＤ」とラベリングされる）によって表される。ラベリングされていないプルアップの水平なライン記号は、別途指定されない限り、ＶＤＤを参照するように意図される。

【0024】

ノード３０９は、Ｐ個のＰ型ＦＥＴから成る第１のアレイ３１０およびＰ個のＰ型ＦＥＴから成る第２のアレイ３１２を含む電流補償デジタル−アナログ変換器（ＩＤＡＣ）３０８にさらに結合される。アレイ３１０の各Ｐ型ＦＥＴはそのドレインをノード３１４に結合されており、そのゲートをノード３０９に結合されている。アレイ３１２の各Ｐ型ＦＥＴは各Ｐ型ＦＥＴのドレインをアレイ３１０の対応するＰ型ＦＥＴのソースに結合されており、該ソースはソース電圧ＶＤＤに結合される。アレイ３１２の各Ｐ型ＦＥＴのゲートは、ＰビットＯ_１、Ｏ_２，．．．Ｏ_Ｐによってデジタルオフセット補償値Ｏを記憶する、オフセット補償レジスタ３１６の対応するビットに結合される。ノード３１４は、比較器３１８の正入力に結合されており、該比較器３１８は、分圧されたソース電圧（たとえばＶＤＤ／２）を受け取る負入力を有し、該比較器３１８の出力は、比較測度ＣＸを提供する。

【0025】

電圧選択ブロック３０２は第２のダイオード電圧ＶＤ２を、第２の増幅器３２０の正入力に提供しており、該第２の増幅器３２０の負入力は、ノード３２２に結合される。ノード３２２は、アナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）３２４の出力およびＮ型ＦＥＴ Ｎ２のソースに結合される。ＭＵＸ３２４の各入力は、各々がＮ個の熱センサ１０４のうちの１つに対応するＮ個のダイオードＤ１，Ｄ２，．．．，ＤＮのうちの対応する１つのダイオードのアノードに結合される。ダイオードＤ１〜ＤＮの各々のカソードはＣＯＭに結合される。単一の熱センサ１０４のみ存在する代替的な実施形態では、ＭＵＸ３２４は省かれてもよく、ダイオードはＮ２に直接結合される。

【0026】

増幅器３２０の出力はバイアス電圧ＶＢ２をＮ２のゲートに対してアサートし、Ｎ２のドレインはＰ型ＦＥＴ Ｐ２のドレインおよびゲートに結合される。Ｐ２のソースはソース電圧ＶＤＤに結合され、該Ｐ２のゲートは、一次ＩＤＡＣ３２５に結合されるノード３２１にさらに結合される。ＩＤＡＣ３２５は、Ｑ個のＰ型ＦＥＴから成る第１のアレイ３２６およびＱ個のＰ型ＦＥＴから成る第２のアレイ３２８を含む。アレイ３２６の各Ｐ型ＦＥＴは該各Ｐ型ＦＥＴのドレインをノード３３０に結合されており、該各Ｐ型ＦＥＴのゲートをノード３２１に結合される。アレイ３２８の各Ｐ型ＦＥＴは該各Ｐ型ＦＥＴのドレインをアレイ３２６の対応するＰ型ＦＥＴのソースに結合されており、該ソースはソース電圧ＶＤＤに結合される。アレイ３２８の各Ｐ型ＦＥＴのゲートは、ＱビットＧ_１、Ｇ_２，．．．Ｇ_Ｑによって利得値Ｇを記憶するＤＡＣ利得レジスタ３３２の対応するビットに結合される。ノード３３０は、別のＮ型ＦＥＴ Ｎ３のドレインおよびゲートに結合されており、該Ｎ３のソースはＣＯＭに結合される。Ｎ３のゲートは、別のＮ型ＦＥＴ Ｎ４のゲートに結合されており、該Ｎ４のソースはＣＯＭに結合されており、該Ｎ４のドレインはノード３１４に結合される。

【0027】

比較器３１８のＣＸ出力は比較測度としてコントローラ３３４の入力に提供され、当該コントローラは、ダイオード電圧ＶＤ１およびＶＤ２のアサートを制御するために値ＶＳＥＬを電圧選択ブロック３０２に提供する第１の出力と、対応するロケーションに位置するダイオードＤ１〜ＤＮのうちの１つを選択するようにロケーションまたは「サイト」選択値ＳＳＥＬをＭＵＸ３２４の制御入力に提供する第２の出力と、オフセット補償値Ｏを提供する第３の出力と、利得値Ｇを提供する第４の出力と、温度を示す決定された温度値Ｔを提供する第５の出力とを有する。一実施形態では、値ＶＳＥＬ、ＳＳＥＬ、Ｇ、ＯおよびＴの各々は複数のビットデジタル制御値である。

【0028】

電圧選択ブロック３０２は、ダイオード電圧ＶＤ１およびＶＤ２を提供するための１つ以上のプログラム可能電圧源または１つ以上の静的電圧基準ブロックを含んでもよい。一実施形態では、各プログラム可能電圧源または静的電圧基準ブロックは、温度測定確度を向上させるために温度から独立したソースまたは基準電圧を提供する少なくとも１つのバンドギャップ電圧基準ソース（プログラム可能または静的）を用いて実装される。

【0029】

一実施形態では、補償ＩＤＡＣ３０８は概して一次ＩＤＡＣ３２５と整合される。したがって、たとえば、アレイ３１０および３１２の各Ｐ型ＦＥＴは概して、アレイ３２６および３２８内の対応するＰ型ＦＥＴと整合される。一実施形態では、ＩＤＡＣ３０８および３２５は両方とも線形的に実装され、電流ミラーレッグは互いに整合され、それによって、各ビットはほぼ同じ量の電流に寄与する。別の実施形態では、ＩＤＡＣ３０８および３２５は両方とも、バイナリ加重されるように実装され、各連続する電流レッグは複数レベルの電流に寄与する。代替的な電流ミラー利得構成が企図され、これらのおよび他の方法の組み合わせが企図される。

【0030】

温度測定選択・制御システム３００は、一方の電流分岐内に基準電流を生成し、第２の電流分岐内に「デルタ」電流を生成するように、第１の基準電圧を基準ダイオードＤＲに印加し、第２の「デルタ」電圧を選択されるサイトのダイオードに印加する。温度測定選択・制御システム３００は、異なる分岐内の電流が実質的に互いに整合するまで利得をデルタ電流に適用することによって、差分利得値を決定する。したがって、差分利得値は、温度を示す温度値Ｔを決定するように使用され得る電流比を示す。

【0031】

電圧ＶＤ１（基準電圧として使用される）が、ＤＲを通じて第１の電流ＩＤ１（基準電流）を誘起するために電圧フォロワ増幅器３０４を介して基準ダイオードＤＲに印加され、電圧ＶＤ２（デルタ電圧として使用される）が、選択される熱センサダイオードを通じて第２の電流ＩＤ２（デルタ電流）を誘起するために電圧フォロワ増幅器３２０を介してダイオードＤ１〜ＤＮのうちの選択されるダイオードに印加される。Ｐ１、オフセット補償ネットワーク３０８およびＮ４は全体としてＩＤ１をノード３１４へとミラーリングおよび増幅するように動作する。同様に、Ｐ２、ＩＤＡＣ３２５、Ｎ３およびＮ４は全体としてＩＤ２をノード３１４へとミラーリングおよび増幅するように動作する。比較器３１８は増幅およびミラーリングされた電流の間の差に応答してＣＸをアサートする。下記にさらに説明するように、コントローラ３３４は、分岐間の相対利得を調整することによって電流ミラー分岐間の電流を整合させ、次いで、測定された差分利得値に基づいて温度値Ｔを決定するように少なくとも１つの手順を実行する。

【0032】

ダイオードＤを通る電流ＩＤは以下の式（１）に応じて決定される：

【0033】

【数1】

【0034】

式中、Ｉ_Ｓは逆バイアス飽和電流（またはスケール電流）であり、ＡＤはダイオードの面積であり、ＶＤはダイオードにわたって印加されるダイオード電圧であり、ＶＴは熱電圧である。熱電圧ＶＴはＶＴ＝ｋ・Ｔ／ｑ・∝として決定され、式中、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、ｑは素電荷とも称される電子の電荷の大きさであり、∝は理想係数である。２つのダイオードＤ１（またはＤＲ）とＤ２（またはダイオードＤ１〜ＤＮのうちの選択されるもの）との電流比は、以下の式（２）に応じて決定され：

【0035】

【数2】

【0036】

式中、ＩＤ１はダイオードＤ１を通る電流であり、ＩＤ２はダイオードＤ２を通る電流であり、ＡＤ１はダイオードＤ１の面積であり、ＡＤ２はダイオードＤ２の面積であり、ΔＶＤはダイオード電圧の差であり、すなわち、ΔＶＤ＝ＶＤ１−ＶＤ２である。温度Ｔは以下の式（３）に応じて決定されることがさらに示され：

【0037】

【数3】

【0038】

式中、「ｌｎ」は自然対数を指す。このように、Ｔは電圧差およびダイオード面積ＡＤ１およびＡＤ２ならびにダイオード電流ＩＤ１およびＩＤ２の比に比例する。
ダイオード面積ＡＤ１およびＡＤ２ならびに電圧差ΔＶＤは所定のものであるか、または既知である。様々な実施形態において、複数の分岐間の電流は、利得値の差が２つのダイオード間の相対電流を示すように１つの分岐内の電流ミラー利得を調整することによって整合される。一実施形態では、利得値と温度値との間のマッピングが決定され、それによって、対応する利得値を使用して温度が決定されてもよい。一実施形態では、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）などが生成または他の様態で提供され、差分利得値が対応する温度値を取り出すためのインデックスとして使用される。代替的な実施形態では、温度は差分利得値に基づいて計算または導出されてもよい。

【0039】

ＩＤＡＣ３０８および３２５の両方について、「１」のビット値は対応するＰ型ＦＥＴのゲートをハイに（たとえば、ＶＤＤに）引っ張って（プルして）対応する電流ミラーレッグをオフにし、一方で「０」のビット値はゲートをローに（たとえば、ＣＯＭに）プルしてオフにする。各起動される電流ミラーレッグは共通ノード３１４に対して寄与される電流の利得を増大する。したがって、ＯおよびＧのデジタル値が各電流ミラー分岐に関する電流利得を決定する。本明細書において使用される場合、「利得値」は対応するデジタル値とは反対の意味において考えられ、デジタル値が低減する（０がより多くなる）と利得値が増大し、またその逆に、デジタル値が増減する（１がより多くなる）と利得値が減少する。したがって、ＩＤＡＣデジタル値がすべて０を含むとき、各電流ミラーは最高の利得を有し、ＩＤＡＣデジタル値がすべて１を含むとき、最低の利得を有する（またはオフになる）。

【0040】

なお、少なくとも最小量の電流がノード３１４に流れることを可能にするために、電流ミラー分岐ごとに少なくとも１つの電流ミラーレッグが起動されるべきである。代替的な実施形態では、少なくとも１つのレッグが、その対応するゲート接続をローにプルされて各ＩＤＡＣ３０８および３２５の外部に配置され、それによって、レッグがオンになったままになって、各電流ミラー分岐について少なくとも最小の電流がノード３１４に流れることが保証される。

【0041】

温度測定選択・制御システム３００の動作において、コントローラ３３４は、ＩＤＡＣ３０８と３２５との間の任意のオフセットを最小限に抑えるために、各温度測定の前にオフセット補償手順を実行してもよい。また、オフセット補償は、基準ダイオードと選択されるダイオードとが異なるロケーションにあるときに、該基準ダイオードと選択されるダイオードとの間の任意のオフセットも最小限に抑える。次に、コントローラ３３４は、電流ミラー利得を含む回路パラメータを調整することによって温度測定手順を実行する。次いで、コントローラ３３４は、差分利得値を含む測定されたパラメータを使用して、温度値Ｔを取り出し、決定し、または他の様態で計算する。

【0042】

コントローラ３３４は最初に、ＳＳＥＬをアサートして、サイトダイオードＤ１〜ＤＮのうちの対応するものを選択する。コントローラ３３４は、ＶＳＥＬをアサートしてダイオード電圧ＶＤ１およびＶＤ２を同じ電圧レベルにアサートし、またオフセット補償値Ｏおよび利得値Ｇの初期デジタル値を出力する。一実施形態では、ＯおよびＧの値は各々、最初はオフセット較正手順を開始するように同一の「設定点」値に設定される。設定点値は、Ｏ値がオフセット補償のために上方または下方に調整されることを可能にするように各ＩＤＡＣ３０８および３２５の中間点であってもよい。代替的に、設定点値は、反対方向においてより大きいレベルの調整を可能にするように、ＩＤＡＣ３０８および３２５の各々の最小デジタル値と最大デジタル値との間の一方の末端により近い。たとえば、１２８ビット構成について、デジタル中間点値は、設定点として使用されてもよい６４である。しかしながら、デジタル設定点は、十分なヘッドルームがＯデジタルオフセット値をより高くまたはより低く調整することを可能にし、次いでより多くのヘッドルームの量がデジタルＧ値を低減して利得を増大することを可能にするために、より低い利得（たとえば１００）に対する高い方の末端のように、デジタルレンジ全体の一方の末端により近く位置付けられてもよい。

【0043】

ＣＸを監視するに際し、コントローラ３３４は、オフセット補償デジタル値Ｏを調整して、電流ミラー分岐の各々を通る実質的に同等な電流を示す比較器３１８の切り替え点を決定する（オフセット補償についてＶＤ１＝ＶＤ２という条件を所与とする）。デジタルＧ値は初期設定点のままである。ＣＸがハイである場合、補償ＩＤＡＣ３０８の利得は高すぎ、ＩＤＡＣ３０８の利得はＣＸがローに切り替わるまで低減される。代替的に、ＣＸがローである場合、補償ＩＤＡＣ３０８の利得は低すぎ、ＩＤＡＣ３０８の利得はＣＸがハイになるまで増大される。いずれの場合も、比較器３１８の切り替え点におけるオフセット補償値Ｏの調整値は、ＩＤＡＣ３２５が設定点にプログラムされている間は電流ミラー分岐間の任意のオフセットデルタを最小限に抑える。このように、オフセット補償値Ｏの調整値は電流分岐間の不一致を最小限に抑える。

【0044】

オフセット補償手順が実行された後、コントローラ３３４は、ＶＳＥＬを調整して、電圧選択ブロック３０２を、ＶＤ１を基準電圧レベルに駆動し、ＶＤ２をデルタ電圧レベルに駆動して２つの電圧の間の電圧差ΔＶＤを提供するように制御する。一実施形態では、オフセット補償手順中、ＶＤ２の電圧レベルは低減され、一方でＶＤ１は同じレベルのままである。一実施形態では、基準電圧レベルは約０．５Ｖであり、デルタ電圧レベルは０．４５Ｖであり、電圧差ΔＶＤは０．０５Ｖになる。特定の電圧レベルは任意選択であり、種々の構成に対して調整されてもよい。ＣＸを監視するに際し、コントローラ３３４は、次いで、ＣＸが比較器３１８の切り替え点を示すまで利得値Ｇを調整することによってＩＤＡＣ３２５を「ウォーク」する。

【0045】

一実施形態では、ＶＤ２の電圧は低減され、それによって、下側電流ミラーのＩＤＡＣ３２５を通る電流が上側基準電流ミラーに対して低減され、ＣＸ値がハイにプルされる。この場合、比較器３１８がＣＸがローにプルされることによって指示されるように状態を切り替えるまで、利得値Ｇは初期設定点から一度に１ビット調整されて、利得を増分して増大させる。比較器３１８が状態を切り替えるときの初期設定点利得値と最終利得値との間の差は、基準ダイオードと選択されるダイオードとの間の電流比を示す。次いで、コントローラ３３４は、温度を示す対応する温度値Ｔを得るために差分利得値を使用する。

【0046】

一実施形態では、コントローラ３３４は、ＬＵＴなどのメモリ（たとえば、図１０のＬＵＴ１０００を参照）を使用して対応する温度値を取り出す。差分利得値はインデックスまたはアドレスなどとしてメモリに照会され、対応する温度値が取り出される。代替的な実施形態では、コントローラ３３４は差分利得値を電流比ＩＤ１／ＩＤ２に変換し、式（３）などを用いて温度値を計算するように構成される。前述されるように、ΔＶＤおよびＡＤ２／ＡＤ１は両方とも既知であり（またはそうでなければ決定可能であり）、それによって、温度は相対的に単純な計算である。しかしながら、計算回路は単純かつ高速のＬＵＴ構成を優先すると不要な複雑性をもたらす場合があることに留意されたい。

【0047】

代替的な実施形態では、補償ＩＤＡＣ３０８は静的構成として構成される（またはそうでなければ静的構成によって置き換えられる）。１つの静的構成実施形態では、オフセット補償レジスタ３１６は初期設定点を予めプログラムされる。別の静的構成では、補償レジスタ３１６は設けられず、代わりに、アレイ３１２のＰ型ＦＥＴのゲートが初期設定点に応じて配線接続される。静的構成では、アレイ３１０、３１２、３２６および３２８のＰ型ＦＥＴは測定を改善するようにより精密に整合されたデバイスとして構成されてもよい。静的構成では、オフセット補償手順は回避され、または実行されなくてもよい。

【0048】

温度測定の後、コントローラ３３４はＳＳＥＬを制御することによって同一のサイトまたは異なるサイトを選択し、別の温度測定を行うように上記のプロセスを反復してもよい。

【0049】

図４は、温度測定選択・制御ブロック１０２として使用されてもよい、ＶＣＯの実施形態に応じた温度測定選択・制御システム４００の概略ブロック図である。温度測定選択・制御システム４００はシステム３００と類似しており、類似の構成要素は同じ参照符号を用いて図示される。電圧選択ブロック３０２、増幅器３０４および３２０、基準ダイオードＤＲ、デバイスＮ１、Ｎ２、Ｐ１およびＰ２、ＩＤＡＣ３０８および３２５、ならびに、Ｎ個のダイオードＤ１〜ＤＮのうちの１つを選択するためのＭＵＸ３２４が設けられ、同様に動作するように結合される。

【0050】

システム３００の比較器３１８は、システム４００においては、ＶＤＤに結合される上側電源ノードおよび周波数信号Ｆを提供する出力を有するＶＣＯ４０２に置き換えられる。この場合、Ｎ４はそのゲートをノード３１４においてそのドレインに結合されてダイオード結合され、追加のＮ型ＦＥＴ Ｎ５およびＮ６のゲートにさらに結合される。Ｎ５およびＮ６のドレインは両方ともＶＣＯ４０２の下側電源ノード４０４に結合される。Ｎ５のソースはＣＯＭに結合され、Ｎ６のソースは別のＮ型ＦＥＴ ＳＮ１のドレインに結合され、別のＮ型ＦＥＴ ＳＮ１のソースはＣＯＭに結合され、該ＳＮ１のゲートはスイッチ信号ＳＷ１を受信する。なお、同一または類似の結果を達成するために下側電源ノード（たとえば、４０４）をグランドまたはＣＯＭに結合する、および、上側電源ノードを電流ミラー出力に結合するなどの、ＶＣＯ４０２および本明細書に記載の他のＶＣＯの代替的な構成が企図される。

【0051】

ノード３３０において結合されるダイオード結合Ｎ３のドレインおよびゲートは、追加のＮ型ＦＥＴ Ｎ７およびＮ８のゲートにさらに結合される。Ｎ７およびＮ８のドレインは両方ともＶＣＯ４０２の下側電源ノード４０４に結合される。Ｎ７のソースはＣＯＭに結合され、Ｎ８のソースは別のＮ型ＦＥＴ ＳＮ２のドレインに結合され、別のＮ型ＦＥＴ ＳＮ２のソースはＣＯＭに結合され、該ＳＮ２のゲートはスイッチ信号ＳＷ２を受信する。

【0052】

Ｎ５〜Ｎ８には、該Ｎ５〜Ｎ８のデバイスの各々が同一のサイズ値を有することを表す「Ｘ」がマーキングされており、Ｘは、起動されるとデバイスを通じて流れる電流のサイズまたは相対量を表す。ＳＮ１およびＳＮ２は両方とも、その回路動作に対する影響を最小限に抑えるためにオンに切り替わるとドレイン−ソース電圧が実質的にゼロを有するように構成される、相対的に大きいデバイスである。

【0053】

コントローラ３３４は、ＶＣＯ４０２から出力周波数信号Ｆを受信する類似のコントローラ４１２に置き換えられる。コントローラ４１２は同様にＶＳＥＬ、ＳＳＥＬ、Ｇ、ＯおよびＴ値を提供し、さらにスイッチ信号ＳＷ１およびＳＷ２を提供する。一実施形態では、コントローラ４１２は信号Ｆの周期を測定するためのカウンタ回路などを組み込み、周期はデジタルカウント値によって表される。別のＶＣＯ構成について図７にカウンタブロック７２４が図示されているが、用途は実質的に同様である。

【0054】

ＶＣＯ４０２は、３つの直列結合インバータゲート４０６、４０８および４１０から成るアレイを含む「リング発振器」として実装されて示されており、最後のインバータ４１０の出力は最初のインバータ４０６の入力にフィードバックされる。各インバータはノードＶＤＤに結合される正供給電圧ノード、および下側電源ノード４０４に結合される負電源ノードを有する。各インバータ４０６、４０８、４１０はその出力を次のインバータの入力（リングを形成する）、および対応するキャパシタＣ１、Ｃ２およびＣ３の一方の端部に結合されており、各キャパシタＣ１〜Ｃ３はその他方の端部をノード４０４に結合されている。キャパシタＣ１〜Ｃ３の各々は、温度から独立したキャパシタンス値を有する。一実施形態では、たとえば、キャパシタＣ１〜Ｃ３の各々は温度係数を有しない金属キャパシタとして実装される。

【0055】

ＶＣＯ４０２は奇数のインバータを含み、それによって、インバータ４０６〜４１０の各々の構成、キャパシタＣ１〜Ｃ３のキャパシタンス、および、残りの電流ミラー構成によってＶＤＤとノード４０４との間に提供される平均電流によって決定される周波数において発振する。一実施形態では、インバータおよびキャパシタは固定の構成にある。３つのインバータおよび対応するキャパシタが直列結合構成において図示されるが、特定の実施態様に応じて追加のインバータおよびキャパシタが含められてもよいことを理解されたい。

【0056】

上記で提供された式（３）はＶＣＯ構成のために調整されてもよい。ＶＣＯ４０２の電流はＶＣＯ４０２のキャパシタンス、ＶＣＯ４０２の両端の電圧、およびＶＣＯ４０２の発振周波数（または周期）によって決定される。キャパシタＣ１〜Ｃ３は温度係数を有しない金属型キャパシタなどであってもよい。下記にさらに説明するように、プロセスにおいてＦ信号の２つの異なる周期ＰＥＲ１およびＰＥＲ２をもたらす２回の異なる測定が行われる。周期の比は電圧差の比、ダイオードの面積の比、電圧差ΔＶＤおよび熱電圧ＶＴによって決定される。温度は以下の式（４）に応じて決定されてもよいことが示される。

【0057】

【数4】

【0058】

式中、β１およびβ２はＶＣＯ４０２のインバータ４０６、４０８および４１０のＭＯＳデバイスのＭＯＳトランジスタ利得係数である。「ベータ」係数またはトランジスタ利得係数は、トランジスタデバイスのチャネルキャリア移動度、ゲート絶縁膜誘電率、ゲート絶縁膜厚さ、およびチャネル寸法によって決定される。ベータ係数はプロセス依存であるが、２回の異なる測定に関して同一のＶＣＯについて両方とも同じ係数である。さらに、式（４）における比において提供されるため、それらは互いに相殺しあう。

【0059】

本明細書にさらに説明されるように、ＶＣＯ４０２を使用する温度測定選択・制御システム４００の測定プロセスは、発振周波数、およびすなわち、周期を等しくするように２回の異なる測定の間で前述と同様に利得を調整する。このように、プロセス変動およびソース電圧を含む回路パラメータから独立した温度値を得るために、結果もたらされる差分利得値が前述と同様に使用されてもよい。温度値はＬＵＴなどを使用して得られてもよく、または前述されるように計算されてもよい。

【0060】

温度測定選択・制御システム４００の動作は、温度測定選択・制御システム３００について記載された動作と同様である。コントローラ４１２は、ＩＤＡＣ３０８と３２５との間の任意のオフセットを最小限に抑えるように、各温度測定の前にオフセット補償手順を実行する。次に、コントローラ４１２は、電流ミラー利得を含む回路パラメータを調整することによって温度測定手順を実行する。次いで、コントローラ４１２は、温度を示す温度値Ｔを得るように差分利得値を使用する。ここでも、ＬＵＴ１０００に類似するＬＵＴなどを使用してもよい。システム３００と比較したシステム４００の主な差異は、ＶＣＯ４０２の出力周波数Ｆがダイオード対の間の電流の差を示すものとして使用されることである。

【0061】

コントローラ４１２は、ＳＳＥＬをアサートして対応するサイトにおけるダイオードを選択する。次いで、コントローラ４１２は、ＩＤＡＣ３２５のＧ値を初期設定点値にプログラムして、下側ミラー構成をオンにし、上側ミラー構成をオフにすることによってオフセット補償手順を開始する。特に、コントローラ４１２はＶＳＥＬをアサートしてＶＤ１を０Ｖに設定し、ＶＤ２を所定のより高い電圧レベル（たとえば０．５Ｖ）に設定する。さらに、コントローラ４１２はＳＷ１をアサートしてＳＮ１をオフにし、ＳＷ２をアサートしてＳＮ２をオンにする。Ｎ８を通る追加の電流路は、下側電流ミラー構成のためにＶＣＯ４０２に印加される、Ｎ７を通る電流を実効的に倍増（×２）し、より正確でバランスのとれたオフセット補償値を達成する。コントローラ４１２は、Ｆが安定することを可能にし、次いで、Ｆの周期を測定して基本周期値ＰＥＲ１を得る。

【0062】

次いで、コントローラ４１２は、補償ＩＤＡＣ３０８のＯ値を初期設定点値にプログラムし、ＶＳＥＬをアサートしてＶＤ２を０Ｖに設定しＶＤ１を所定のより高い電圧レベルに設定することによって下側ミラー構成をオフにして上側ミラー構成をオンにする。Ｇ値は初期設定点値のままである。さらに、コントローラ４１２はＳＷ１をアサートしてＳＮ１をオンにし、ＳＷ２をアサートしてＳＮ２をオフにする。ここでも、Ｎ６を通る追加の電流路は、上側電流ミラー構成のためにＶＣＯ４０２に印加される、Ｎ５を通る電流を実効的に倍増（×２）し、より正確でバランスのとれたオフセット補償値を達成する。次いで、コントローラ４１２は、Ｆの周期が実質的に基本周期値ＰＥＲ１に等しくなるまで補償ＩＤＡＣ３０８のデジタルＯ値を調整するに際しＦの周期を監視する。一実施形態では、コントローラ４１２は、Ｏを一度に１ビットずつ調整し、Ｆが安定するのを待ち、Ｆの新たな周期を測定し、測定された周期をＰＥＲ１と比較し、追加の調整が必要であるか否かを判定し、追加の調整が必要である場合には訂正の方向が上方または下方のいずれであるかを判定する。Ｆの新たな周期が基本周期ＰＥＲ１に実質的に等しいとき、オフセット補償は完了する。

【0063】

次いで、コントローラ４１２はＳＷ１およびＳＷ２をアサートして両方のスイッチＳＮ１およびＳＮ２をオフにし、ＶＳＥＬをアサートしてＶＤ２をより低いデルタ電圧レベル（たとえば、０．４５Ｖ）に調整してＶＤ１とＶＤ２との間の電圧差ΔＶＤをプログラムすることによって電流測定を開始する。したがって、ＶＤ１は基準電圧レベルにあり、ＶＤ２はデルタ電圧レベルにある。Ｎ６およびＮ８を通る電流はオフにされ、それによって、Ｎ５およびＮ６を通る集合的な電流はここでも、バランスのとれた測定値を得るために他に考えられる値の約２倍になる。コントローラ４１２は次いで、デジタルＧ値を初期設定点から、Ｆの新たな周期ＰＥＲ２が基準周期ＰＥＲ１に実質的に等しくなるまで調整する。一実施形態では、コントローラ４１２は、Ｇを一度に１ビットずつ調整し、Ｆが安定するのを待ち、Ｆの新たな周期を測定し、測定された周期ＰＥＲ２を基準周期ＰＥＲ１と比較し、追加の調整が必要であるか否かを判定する。ＶＤ２はＶＤ１よりも小さいため、利得は一般的に増大されて整合する電流レベルが達成される。Ｆの新たな周期ＰＥＲ２が基本周期ＰＥＲ１と実質的に等しくなると、利得値Ｇの調整は完了し、最終差分利得値が得られる。

【0064】

コントローラ４１２は、次いで、最終利得値と初期設定点利得値との間の差を使用してダイオードを通じての電流比を示す差分利得値を決定する。次いで、差分利得値は前述と同様に温度値Ｔを得るために使用されてもよい。

【0065】

補償ＩＤＡＣ３０８は、前述と同様に予めプログラムまたは配線接続される静的ＩＤＡＣに置き換えられてもよい。静的構成について、オフセット補償手順は回避されてもよい。

【0066】

図５は、温度測定選択・制御ブロック１０２として使用されてもよい、一対のＶＣＯを使用する別の実施形態に応じた温度測定選択・制御システム５００の概略ブロック図である。温度測定選択・制御システム５００はシステム３００および４００と類似するいくつかの部分を含み、類似の構成要素は同一の参照符号を用いて図示される。電圧選択ブロック３０２、増幅器３０４および３２０、デバイスＮ１、Ｎ２、Ｐ１およびＰ２、ＭＵＸ３２４、ならびにダイオードＤ１〜ＤＮは、実質的に同様に動作するように結合される。個別のＶＣＯ１および２として示される対応する対のＶＣＯ５０２を有する２つの別個の電流ミラー構成が形成されることを除いて、ＩＤＡＣ３０８および３２５も同様に含まれ結合される。ＶＣＯ５０２の各々は、前述のＶＣＯ４０２と実質的に同様に構成され、各々ＶＤＤに結合される上側電源ノードを有してもよい。

【0067】

補償ＩＤＡＣ３０８はＰ１のドレインおよびゲートとＮ４のドレインおよびゲートとの間に結合され、利得値Ｏを受信する。Ｎ４は該Ｎ４のソースをＣＯＭに結合され、該Ｎ４のドレインおよびゲートをさらにＮ型ＦＥＴ Ｎ６のゲートに結合されてダイオード結合される。Ｎ６のソースはＣＯＭに結合され、該Ｎ６のドレインはＶＣＯ１の下側電源ノードに結合される。一次ＩＤＡＣ３２５はＰ２のドレインおよびゲートとＮ３のドレインおよびゲートとの間に結合され、利得値Ｇを受信する。Ｎ３は該Ｎ３のソースをＣＯＭに結合され、該Ｎ３のドレインおよびゲートをさらにＮ型ＦＥＴ Ｎ５のゲートに結合されてダイオード結合される。Ｎ５のソースはＣＯＭに結合され、該Ｎ５のドレインはＶＣＯ２の下側電源ノードに結合される。ＶＣＯ１は第１の周波数信号Ｆ１を出力し、ＶＣＯ２は第２の周波数信号Ｆ２を出力する。Ｆ１およびＦ２を受信し、選択値ＶＳＥＬおよびＳＳＥＬ、利得値ＧおよびＯ、ならびに温度値Ｔを提供するコントローラ５０４が設けられる。

【0068】

システム５００の示される実施形態では、基準ダイオードＤＲが、それぞれダイオードＤ１〜ＤＮとともに配置されるＮ個の基準ダイオードＤＲ１〜ＤＲＮに置き換えられる。したがって、ＤＲ１はＤ１と同一の場所に配置され、ＤＲ２はＤ２と同一の場所に配置され、以下同様である。測定ごとに対応する同一の場所の基準ダイオードを選択するように、別のＭＵＸ５０６がＳＳＥＬを受信する。同一の場所の基準ダイオードを使用することによって、ダイオード対が同一のサイトに位置しない結果もたらされる場合がある任意の誤差がさらに低減される。システム３００および４００はそれに応じて変更されてもよく、単一の基準ダイオードＤＲがＭＵＸ５０６および同一の場所のダイオードＤＲ１〜ＤＲＮに置き換えられる。

【0069】

コントローラ５０４は、前述と実質的に同じように、ＳＳＥＬをアサートしてダイオードＤ１〜ＤＮのうちの１つおよび基準ダイオードＤＲ１〜ＤＲＮのうちの対応する１つを選択し、ＶＳＥＬをアサートして、電圧選択ブロック３０２をＶＤ１およびＶＤ２の電圧を制御および印加するように制御し、ＯおよびＧ値をアサートしてＩＤＡＣ３０８および３２５をプログラムする。しかしながら、この場合、上側基準電流ミラーは、電流ＩＤ１をミラーリングおよび増幅してＶＣＯ２を駆動し、下側デルタ電流ミラーは、電流ＩＤ２をミラーリングおよび増幅してＶＣＯ１を駆動して、コントローラ５０４に提供される第１の周波数信号Ｆ１および第２の周波数信号Ｆ２を生成する。

【0070】

温度測定選択・制御システム５００の動作において、前述と同様にオフセット補償手順が最初に実行され、続いて温度測定手順が実行される。オフセット補償手順のために、コントローラ５０４はＶＳＥＬをＶＤ１＝ＶＤ２になるように提供し、ＩＤＡＣ３０８および３２５の両方に所定設定点値をプログラムする。周波数信号Ｆ１およびＦ２は、電流ミラー分岐が実質的に同様に構成されたとするとほぼ同じ周波数レベルを有するべきである。コントローラ５０４は、Ｆ１およびＦ２の周期がオフセット補償のために、該Ｆ１およびＦ２が合理的に可能な程度に近くなるまで監視および比較するに際しオフセット補償値Ｏを調整する。オフセット補償は、２つの電流ミラーおよびＶＣＯ分岐の間の任意のオフセット不一致を調整する。

【0071】

次いで、コントローラ５０４は、ＶＤ２がより低いデルタ電圧レベルに変更されてＶＤ１とＶＤ２との間の電圧差ΔＶＤを生成するようにＶＳＥＬを調整し、ＶＤ１は基準電圧レベルのままである。次いで、コントローラ５０４は、利得値Ｇを初期設定点値から、Ｆ１およびＦ２を監視するに際し、該Ｆ１およびＦ２が合理的に可能な程度に近くなるまで調整する。Ｇの初期設定点利得値と最終利得値との間の差が、次いで、温度を示す温度値Ｔを決定するのに使用されてもよい差分利得値を決定する。

【0072】

代替的な構成において、オフセット補償手順の後、コントローラ５０４は温度補償手順のために、ＶＤ２がより低いデルタ電圧レベルに変更されてＶＤ１とＶＤ２との間の電圧差ΔＶＤを生成するようにＶＤＳＥＬを調整する。Ｇをさらに調整するのではなく、コントローラ５０４は、電圧差ΔＶＤが印加されるときにＦ１とＦ２との間の周期を使用するように構成される。周期の間の差は、ＬＵＴなどから対応する温度値を取り出すのに使用されてもよく、または温度値は計算されてもよい。

【0073】

温度測定選択・制御システム４００と５００との間の差異は、システム５００が測定を行うために２つの異なるＶＣＯを使用することである。しかしながら、ＶＣＯ５０２は実質的に同じように構成され、ベータ値の比に基づいてプロセス変動は実効的に相殺されることに留意されたい。また、同一の場所の基準ダイオードが、構成要素が追加されることを犠牲にして温度測定確度を向上させるために使用されてもよい。
図６は、温度測定選択・制御ブロック１０２の一部が代わりに、熱センサ１０４の各々とともに配置される、代替的な実施形態に応じて実装される温度測定システム６００の概略ブロック図である。温度測定システム６００は、中央温度制御ブロック６０２と、選択ロジック６０４と、温度が監視および測定されるべき各ロケーションに配置される１つ以上のローカル温度測定ネットワーク６０６とを含む。各々が実質的に同じように構成され、各々が選択ロジック６０４を介して中央温度制御ブロック６０２とインターフェースしている、１，．．．，ＮとナンバリングされるＮ個のローカル温度測定ネットワーク６０６が図示される。

【0074】

中央温度制御ブロック６０２は、選択ロジック６０４によって選択されるときのローカル温度測定ネットワーク６０６のうちのいずれか１つと共通の信号セットを共有する。一実施形態では、共通の信号セットは、ＩＤＡＣバイアス電圧ＶＩＤと、ＩＤＡＣ電圧レベルＶＤＡＣと、バイアス電圧ＶＢと、ダイオード電圧ＶＤと、周波数信号Ｆとを含む。中央温度制御ブロック６０２は、サイト選択値ＳＳＥＬをアサートしてローカルネットワーク６０６のうちの１つを選択する。選択ロジック６０４は、中央温度制御ブロック６０２と選択されるローカルネットワーク６０６との間で共通信号をインターフェースするように、スイッチマトリックス、バス構造、マルチプレクサロジックなどを組み込むなどの、任意の適切な様式で構成されてもよい。

【0075】

中央温度制御ブロック６０２は、コントローラ６１０と、電圧選択ブロック６１２（前述の電圧選択ブロック３０２と実質的に同じように動作する）と、増幅器６１４と、ＩＤＡＣ６１６とを含む。コントローラ６１０は、ローカル温度測定ネットワーク６０６のうちの１つを選択するように、ＳＳＥＬ値を選択ロジック６０４の選択入力にアサートする。コントローラ６１０はＶＳＥＬをアサートして、電圧選択ブロック６１２に、ダイオード電圧ＶＤを増幅器６１４の正入力にアサートするように命令する。増幅器６１４の出力は、選択ロジック６０４の１つの端子にバイアス電圧ＶＢを提供し、該増幅器６１４の負入力は、選択ロジック６０４の別の端子に結合されている。増幅器６１４は前述と同様に動作し、ローカル温度測定ブロック１ ６０６のダイオードＤ１などの、選択されるサイトのセンサダイオードの両端のＶＤ電圧を生成する。コントローラ６１０はデジタル利得値ＧをＩＤＡＣ６１６にアサートし、ＩＤＡＣは、対応する電圧ＶＤＡＣを選択ロジック６０４の別の端子に提供する。ＩＤＡＣ６１６はバイアス電圧ＶＩＤもインターフェースし、当該電圧は選択ロジック６０４の別の端子に提供される。コントローラ６１０は選択ロジック６０４の別の端子における周波数信号Ｆを受信する。

【0076】

ローカル温度測定ネットワーク１ ６０６のさらなる詳細が図示されており、ここで、ローカル温度測定ネットワーク６０６の各々は実質的に同様に構成されることを理解されたい。ローカル温度測定ネットワーク１は、Ｎ型ＦＥＴ Ｎ１〜Ｎ５と、Ｐ型ＦＥＴ Ｐ１〜Ｐ５と、ローカルダイオードＤ１と、ローカルＶＣＯ６２２とを含む。ＶＣＯ６２２は、前述のＶＣＯ４０２と実質的に同様に構成されてもよい。Ｄ１のアノードおよびＮ１のソースに結合されるノード６２０に電圧ＶＤが提供され、Ｄ１のカソードはＣＯＭに結合される。Ｎ１のゲートはバイアス電圧ＶＢを受け取り、該Ｎ１のドレインはＰ１のドレインおよびゲートに結合され、Ｐ１のソースはＶＤＤに結合される。Ｐ１のゲートはＰ２およびＰ３のゲートにさらに結合され、Ｐ２およびＰ３のソースは各々ＶＤＤに結合される。Ｐ３のドレインはＰ４のドレイン、およびＶＣＯ６２２の上側電源ノードに結合される。Ｐ４のゲートはＶＤＡＣ電圧を受け取り、Ｐ５のゲートにさらに結合される。Ｐ４およびＰ５のソースはＶＤＤに結合される。Ｐ２のドレインはＮ２のドレインおよびゲート、ならびにＮ３のゲートに結合される。Ｎ３およびＮ４のドレインはともに結合され、ＶＣＯ６２２の下側電源ノードに結合される。Ｎ４およびＮ５のゲートはともに結合され、Ｎ５およびＰ５のドレインに結合される。Ｎ２〜Ｎ５のソースはＣＯＭに結合される。ＶＣＯ６２２は周波数信号Ｆを生成する。

【0077】

温度測定システム６００の動作において、ローカル温度測定ネットワーク１がコントローラ６１０によって選択されるとき、増幅器６１４はＮ１を、Ｄ１の両端のＶＤ電圧を維持するように制御し、Ｄ１においてダイオード電流ＩＤ１が生成される。この実施形態では、一対のダイオードではなく、単一のダイオードが温度測定に採用される。この場合、第１の基準周期測定のための基準電流レベルを生成するように第１の選択される利得レベルにおいて基準電圧レベルが最初に印加され、次いで、デルタ電圧が印加される。新たな周期が基準周期と整合して差分利得値が決定されるまで、利得が調整される。Ｐ１〜Ｐ３およびＮ２〜Ｎ３は集合的にＶＣＯ６２２を通るダイオード電流を増幅およびミラーリングするように動作する。コントローラ６１０はＧをＩＤＡＣ６１６に提供し、ＩＤＡＣは、ＶＤＡＣの対応する電圧レベルをローカル温度測定ネットワーク１にアサートする。Ｐ４〜Ｐ５およびＮ４〜Ｎ５は集合的に、対応する電流をＶＣＯ６２２を通じて印加するように動作する。

【0078】

コントローラ６１０は、ＶＤが第１の選択される基準電圧レベルにあるようにＶＳＥＬをアサートし、また、ＩＤＡＣ６１６が対応する電圧レベルにおけるＶＤＡＣをアサートするように、Ｇを選択されるレベルにおいてアサートする。一実施形態では、Ｇは最初は所定の設定点レベルにおいてアサートされ、コントローラ６１０は対応するＦの周期を基準周期値ＰＥＲ１として測定する。次いで、コントローラ６１０は、ＶＤをデルタ電圧レベル（たとえば、より低い電圧値）に変更するようにＶＳＥＬをアサートする。Ｆの周期を監視するに際し、コントローラ６１０は次いで、Ｇを、Ｆの周期ＰＥＲ２が基準周期値ＰＥＲ１に実質的に等しくなるまで調整する。このように、Ｇの初期利得値と最終利得値との間の差は、同じダイオードに印加される２つの異なる電圧レベルに関する電流ＩＤ１の比を示す。次いで、コントローラ６１０は前述と同様に差分利得値を使用して温度を示す温度値Ｔを取り出し、または計算する。

【0079】

温度測定システム６００は、同一のＶＣＯが測定に使用される点においてシステム３００および４００と類似である。温度測定システム６００は、２つの異なるダイオードではなく単一のダイオードが両方の測定に使用される点において異なる。また、示される温度測定システム６００はオフセット補償を採用しない。なお、測定を行うために同一のＶＣＯ、電流ミラー構成およびダイオードが使用されているため、オフセット問題はシステム６００において問題になることが少ない。

【0080】

図７は、温度測定選択・制御ブロック１０２として使用されてもよい、温度レンジ全体を拡張するためのプログラム可能パラメータを用いる別の実施形態に応じた温度測定選択・制御システム７００の概略ブロック図である。電圧選択ブロック７０２が、前述と同様にＶＳＥＬを受信し、ダイオード電圧ＶＤを提供する。前述と同様に、ＶＤは増幅器７０４の正入力に提供され、当該増幅器は、増幅器７０４の出力にバイアス電圧ＶＢをＮ型ＦＥＴ Ｎ２のゲートに提供させ、増幅器７０４の負入力をノード７０５に結合され、当該ノードはＮ１のソースにさらに結合される。ノード７０５は、温度測定のためのサイトを選択するためにサイト選択値ＳＳＥＬを受信するサイト選択ＭＵＸ７０６の出力に結合される。一実施形態では、各サイトは、高温レンジダイオードＤＨおよび低温レンジダイオードＤＬを含む少なくとも２つのダイオードを有する。レンジ選択ＭＵＸ７０８はレンジ選択信号ＲＳＥＬに基づいてレンジダイオードの間で選択を行う。

【0081】

Ｎ１のドレインはノード７０７に結合され、当該ノードは第１のプログラム可能Ｐ型ミラーブロックＰＭＩＲ７１０に結合される。ＰＭＩＲ７１０は、第２のプログラム可能Ｐ型ミラーブロックＰＭＩＲ７１２にさらに結合される。ＰＭＩＲ７１０は利得値ＭＡをプログラムされ、ＰＭＩＲ７１２は利得値ＭＢをプログラムされる。ＰＭＩＲ７１２はノード７０９にさらに結合され、当該ノードはＮ型ＦＥＴ Ｎ２のドレインおよびゲートに結合される。ＩＤＡＣ７１４は利得値Ｇを受信し、ノード７０９に結合される。Ｎ２のソースはＣＯＭに結合され、Ｎ２のゲートおよびドレインは別のＮ型ＦＥＴ Ｎ３のゲートにさらに結合される。Ｎ３はそのソースをＣＯＭに結合され、Ｎ３のドレインをＶＣＯ７１６の下側電源ノードに結合される。ＶＣＯ７１６の上側電源ノードはＶＤＤに結合され、ＶＣＯ７１６の出力は周波数信号Ｆを提供する。ＶＣＯ７１６は、前述のＶＣＯ４０２と実質的に同様に構成されてもよい。

【0082】

温度測定選択・制御システム７００はコントローラ７２０をさらに含み、当該コントローラは、発振検出器７２２と、カウンタブロック７２４と、温度制御ブロック７２６と、メモリ７２８とをさらに含む。発振検出器７２２は発振検出器７２２の入力においてＦを受信し、発振検出器７２２の出力において周波数信号ＦＲをカウンタブロック７２４の入力に提供する。カウンタブロック７２４は、周期値ＰＥＲを温度制御ブロック７２６の入力に提供する出力を有する。温度制御ブロック７２６は、利得値ＭＡ、ＭＢおよびＧとともにＶＳＥＬ、ＳＳＥＬおよびＲＳＥＬ選択値をアサートし、Ｆの周期を示すＰＥＲ信号を受信する。温度制御ブロック７２６は、温度値Ｔを決定および提供するために利得値（複数の場合もあり）Ｇおよび対応するＰＥＲ値の１つ以上の各々を変換するように構成される。下記にさらに説明されるように、メモリ７２８は、モード選択に使用されるテーブル値を記憶し、デジタル利得値を対応する温度値Ｔに変換するための少なくとも１つのルックアップテーブル（ＬＵＴ）を含む。

【0083】

前述の関係によって理解されるように、順方向バイアスＰＮ接合部（たとえば、ダイオード）の電流は指数関数的に変化し、それによって、温度測定レンジは静的構成で３０〜４０度の温度レンジ内に制限される可能性があり得る。システム７００は、相対的に広い温度レンジ内において温度を正確に測定するために複数の構成モードを有して構成される。各構成モードは、異なる温度レンジに対して全体として最適化される異なるデバイスサイズ、異なる「実効」デバイスサイズ、および異なるダイオード電圧を有する。論理制御部は、周囲温度を示す測定パラメータに基づいてモード間の遷移を管理する。

【0084】

起動されるダイオードのサイズまたは面積がデバイスサイズを決定する。ダイオードＤＨは、より高い温度レンジに関連付けられるサイズを有し、ダイオードＤＬは、より低い温度レンジに関連付けられる異なるサイズを有する。一実施形態では、たとえば、ダイオードＤＨは、より高い温度レンジに適切である所与の電圧レベルを印加するためにより低い電流を生成するようにより小さく、一方で、ダイオードＤＬは、より低い温度レンジに適切である同じ電圧レベルを印加するためにより高い電流を生成するようにより大きい。ＰＭＩＲ７１０およびＰＭＩＲ７１２は、各モードが１つの温度サブレンジに対応するプログラム可能モード利得による電流ミラー構成の一部を形成する。したがって、利得値ＭＡおよびＭＢの組み合わせが、電流ミラー構成のモード利得を決定し、それによって、実効デバイスサイズをプログラムする。一実施形態では、たとえば、利得値がより低くなる結果としてより高い温度レンジに適切なより低い電流レベルがもたらされ、利得値がより高くなる結果としてより低い温度レンジに適切なより高い電流レベルがもたらされる。

【0085】

２つのプログラム可能電流ミラーブロックＰＭＩＲ７１０および７１２を使用することによって、各モードの温度測定に対する所望の温度レンジおよび確度レベルを達成するように柔軟性がもたらされる。代替的な実施形態では、これらのブロックのうちの一方のみがプログラム可能であり、このプログラム可能ブロックは所望のレンジおよび確度を提供するために増大されたサイズを有し、または、そうでなければレンジまたは確度が低減された構成に使用されてもよい。Ｎ２およびＮ３は電流ミラー構成のＮ型部分を提供する。代替的な実施形態では、Ｎ２およびＮ３デバイスのいずれかまたは両方が、レンジまたは確度の増大のためにＰＭＩＲブロックと同様に対応するプログラム可能利得ブロックに置き換えられてもよい。

【0086】

電圧選択ブロック７０２は、各温度サブレンジ内の温度を測定するように少なくとも２つの異なる電圧レベル（たとえば、ＶＤＨおよびＶＤＬ）を提供する。一実施形態では、たとえば、ＶＤＨおよびＶＤＬ値はより高い温度レンジについては低減された電流レベルを生成するようにより低く、一方でＶＤＨおよびＶＤＬ値はより低い温度レンジについては増大された電流レベルを生成するようにより高い。一実施形態では、所与の温度サブレンジに対して、ＶＤＨは基準電圧レベルを提供し、ＶＤＬはデルタ電圧レンジを提供する。

【0087】

コントローラ７２０によって制御される温度測定選択・制御システム７００の動作は、各温度サブレンジに関して代替的な実施形態について前述した動作と同様である。選択されるダイオードを通じて生成される電流はミラーリングおよび増幅されて、ＶＣＯ７１６の対応する動作電圧を生成し、当該ＶＣＯは対応する周波数レベルにおけるＦを出力する。利得値Ｇは、実際の温度を探索するようにＦの周期を監視するに際し各温度レンジ内で調整される探索利得を提供する。温度制御ブロック７２６はＳＳＥＬをアサートして温度測定のためのサイトを選択し、選択された温度レンジのためにＲＳＥＬ値ならびにＭＡおよびＭＢモード利得値をさらにアサートする。温度制御ブロック７２６は次いで、対応するダイオード電圧に関するＶＳＥＬをアサートし、選択されたレンジ内で温度を測定するようにＩＤＡＣ７１４に提供される利得値Ｇを調整する。ＩＤＡＣ７１４の利得値Ｇが測定中にレンジ外に出る場合、実際の温度は選択されたレンジ内には存在せず、新たな温度レンジが選択される。

【0088】

一実施形態では、温度レンジ全体は約０℃（摂氏）〜約１２５℃であり、これは温度サブレンジ０〜４０℃、４０〜７０℃、７０〜１００℃、および１００〜１２５℃にさらに細分化される。なお、より低い温度サブレンジのために設定する結果として、実際の周囲温度が高い場合に電流が過剰に高くなる場合がある。したがって、実際の温度が著しく高いときにシステムパラメータが低い温度レンジの測定のために設定される場合、過剰な電流が過電流状態を引き起こすおそれがあり、渦電流状態によって、１つ以上のデバイスまたは構成要素の機能不全、または破滅的な障害をさらに引き起こされるおそれがある。このように、回路動作の信頼性を保証するようにより高い温度サブレンジからより低い温度サブレンジへと実行することによって温度測定探索は成功する。

【0089】

なお、温度測定探索がより高い温度サブレンジにおいて実行されるときに実際の温度が低い場合、結果として電流が低くなりすぎて、ＶＣＯ７１６を動作させるのに十分な電圧を生成することができない場合がある。したがって、ＶＣＯ７１６が発振することができない場合があり、発振できなければ、カウンタブロック７２４による読み誤りおよび／または読み出しの失敗が引き起こされるおそれがある。発振検出器７２２は、Ｆ信号が発振しているか否かを判定し、該判定に応じてＦＲをアサートする。発振検出器７２２がＦが発振していると判定する場合、Ｆ信号を修正せずにＦＲ信号として通す。しかしながら、発振検出器７２２がＦが発振していないと判定する場合、発振検出器７２２は相対的に低い周波数のＦＲを生成してカウンタブロック７２４を駆動する。カウンタブロック７２４は、ＦＲの周期を測定し、対応するカウント値ＰＥＲを温度制御ブロック７２６に提供する。温度制御ブロック７２６が、Ｆが発振していないことを示す、予測されるレンジを上回るＰＥＲを検出する場合、温度制御ブロックは、次により低い温度サブレンジを測定のために選択する。

【0090】

図８は、一実施形態に応じた、ＰＭＩＲ７１２の例示的な実施形態に結合されるＰＭＩＲ７１０の例示的な実施形態の概略図である。ＰＭＩＲ７１０は、整数Ｊ個のＰ型ＦＥＴから成る第１のアレイ８０２と、Ｊ個のＰ型ＦＥＴから成る第２のアレイ８０４とを含む。第１のアレイ８０２の各Ｐ型ＦＥＴはそのゲートおよびドレインをノード７０７に結合されており、そのソースを第２のアレイ８０４のＰ型ＦＥＴのうちの対応するもののドレインに結合されている。第２のアレイ８０４の各Ｐ型ＦＥＴのソースはＶＤＤに結合される。第２のアレイ８０４の各Ｐ型ＦＥＴのゲートは、ＭＡ_１、ＭＡ_２，．．．，ＭＡ_Ｊとして図示されるデジタルモード利得値ＭＡの対応するビットを受信する。

【0091】

ＰＭＩＲ７１２は実質的に同様に構成される。ＰＭＩＲ７１２は、整数Ｋ個のＰ型ＦＥＴから成る第１のアレイ８０６と、Ｊ個のＰ型ＦＥＴから成る第２のアレイ８０８とを含む。第１のアレイ８０２の各Ｐ型ＦＥＴはそのドレインをノード７０９に結合されており、そのゲートをノード７０７に結合されており、そのソースを第２のアレイ８０８のＰ型ＦＥＴのうちの対応するＰ型ＦＥＴのドレインに結合されている。第２のアレイ８０８の各Ｐ型ＦＥＴのソースはＶＤＤに結合される。第２のアレイ８０８の各Ｐ型ＦＥＴのゲートは、ＭＢ_１、ＭＢ_２，．．．，ＭＢ_Ｋとして図示されるデジタルモード利得値ＭＢの対応するビットを受信する。

【0092】

利得値ＭＡまたはＭＢの各ビットはＰ型ＦＥＴのアレイの対応するレッグをオンまたはオフにして電流ミラーのモード利得を調整する。ハイにプルされると、電流ミラーレッグはオフにされて電流利得が低減し、ローにプルされると、電流ミラーレッグはオンにされて電流利得が増大する。ＰＭＩＲブロック７１０および７１２の両方を使用することによって、より正確に温度サブレンジを選択するためにモード利得調整を精緻化することが可能になる。

【0093】

ＩＤＡＣ７１４は、ＰＭＩＲ７１２と同様に実装されてもよい。前述されるように、ＩＤＡＣ７１４は、プログラム可能であり、選択される温度レンジ内で実際の温度を探索するようＳＰに各温度測定探索の間に調整される探索利得を提供する。

【0094】

図９は、メモリ７２８内に記憶されてもよく、複数の所定の温度サブレンジの各々についてモード選択を容易にするための値を含む温度レンジモード選択テーブル９００の図である。各温度サブレンジは、ＶＤに対する対応する基準（たとえば、上側）およびデルタ（たとえば、下側）ダイオード電圧、温度レンジＲＳＥＬ値によって決定されるダイオードＤＨおよびＤＬのうちの選択される一方、各温度サブレンジについてＰＭＩＲ７１０および７１２をプログラムするためのＭＡおよびＭＢの対応するモード利得値、ならびに、ＩＤＡＣ７１４をプログラムするための初期利得値Ｇとしての少なくとも１つのＩＤＡＣ基準（ＤＡＣ＿ＲＥＦ）値を有する。これらの値は、様々なファクタに基づいて決定され、さらに経験的に決定されてもよい。概して、これらの値は各温度サブレンジ内での温度探索の確度について回路を最適化するように選択される。

【0095】

１００〜１２５℃の上側サブレンジについて、ＶＤ、ＲＳＥＬ、ＭＡ、ＭＢおよびＤＡＣ＿ＲＥＦ値はそれぞれ、ＶＨ１およびＶＬ１、ＤＨ、ＭＡ１、ＭＢ１、ならびにＳＰ１_１〜ＳＰ１_４である。次に高い７０〜１００℃のレンジについて、ＶＤ、ＲＳＥＬ、ＭＡ、ＭＢおよびＤＡＣ＿ＲＥＦ値はそれぞれ、ＶＨ２およびＶＬ２、ＤＨ、ＭＡ２、ＭＢ２、ならびにＳＰ２_１〜ＳＰ２_４である。次の４０〜７０℃の温度レンジについて、ＶＤ、ＲＳＥＬ、ＭＡ、ＭＢおよびＤＡＣ＿ＲＥＦ値はそれぞれ、ＶＨ３およびＶＬ３、ＤＬ、ＭＡ３、ＭＢ３、ならびにＳＰ３_１〜ＳＰ３_４である。最も低い０〜４０℃の温度レンジについて、ＶＤ、ＲＳＥＬ、ＭＡ、ＭＢおよびＤＡＣ＿ＲＥＦ値はそれぞれ、ＶＨ４およびＶＬ４、ＤＬ、ＭＡ４、ＭＢ４、ならびにＳＰ４_１〜ＳＰ４_４である。

【0096】

ＤＡＣ＿ＲＥＦ値は温度測定中に初期基準値としてＩＤＡＣ７１４にプログラムされるＧの初期値である。示されている実施形態は、各温度サブレンジについて４つのＤＡＣ＿ＲＥＦ値を図示している。この場合、各サブレンジは４つのより狭い温度ウィンドウにさらに分割されてもよく、各ウィンドウは複数の異なるＤＡＣ＿ＲＥＦ基準値のうちの１つと対応する。ＤＡＣ＿ＲＥＦ値は較正手順中に決定されてもよく、温度測定手順中にさらに使用されてもよい。較正手順中、温度は既知であり、初期ＤＡＣ＿ＲＥＦ値がその温度の対応する利得値の基準点として使用される。実際の利得値が得られると、ＤＡＣ＿ＲＥＦ値は更新されてもよく、プロセスはより高い確度を達成するために反復されてもよい。

【0097】

温度測定手順中、温度は最初に既知でないため、デフォルト値または記憶されているＤＡＣ＿ＲＥＦ値のうちの１つが初期温度測定に最初に使用される。初期温度値が決定されると、対応する温度ウィンドウレンジのＤＡＣ＿ＲＥＦ値が選択されてもよく、温度手順はより正確な測定のために反復される。代替的な実施形態では、４つよりも多い、または少ないＤＡＣ＿ＲＥＦ値が記憶される。一実施形態では、ＤＡＣ＿ＲＥＦ値は記憶されず、デフォルトＤＡＣ＿ＲＥＦ値が使用される。

【0098】

図１０は、メモリ７２８内に記憶されてもよく、温度レンジ全体のうちの各温度サブレンジ内の選択される温度値に関するＩＤＡＣ差分利得値（または単純に利得値）をリストする温度対利得ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１０００の図である。温度レンジ全体（たとえば、０〜１２５）が、サブレンジインデックスによって表される４つの異なる温度サブレンジに細分化される。図示されるように、インデックス１は温度サブレンジ１００〜１２５℃に対応し、インデックス２は温度サブレンジ７０〜１００℃に対応し、インデックス３は温度サブレンジ４０〜７０℃に対応し、インデックス４は温度サブレンジ０〜４０℃に対応する。示される実施形態では、各温度に対して利得値を提供するのではなく、各サブレンジ内の選択される温度は、４度増分ずつの間隔である。リストされる各温度値はＧＩ_ＴＥＭＰの形態のＩＤＡＣ７１４の利得値と対応し、「Ｉ」はサブレンジインデックスを表し、「ＴＥＭＰ」は摂氏温度を表す。たとえば、利得値Ｇ２_７０は２の温度サブレンジインデックス（７０〜１００）内の７０℃と対応するＩＤＡＣ利得値Ｇを表す。

【0099】

たとえば、１度または２度のみまたは５度以上ずつの間隔のように、間隔が４度よりも大きいまたは小さい代替的な実施形態が企図される。４度の間隔は、各温度度数に対して利得値を提供するのと比較してメモリ消費を低減するに際し十分な確度を提供する。本明細書においてさらに説明されるように、中間温度値が補間利得値によって補間されてもよい。さらに、可能性のある読み誤りを低減するように温度レンジは互いに重なりあってもよい。図示されるように、第１の温度サブレンジ（インデックス１）のの最も高い温度である１２８℃は目標温度レンジ最大値の１２５℃よりもわずかに高い。さらに、各後続の温度サブレンジは、６度（６℃）など、所定の重なり量だけ、先行する高い温度サブレンジに重なる。図示されるように、たとえば、第２の温度サブレンジ（インデックス２）の最高温度は１０６℃であり、該最高温度は第１の温度サブレンジ（インデックス１）の最低温度（１００℃）よりも６℃だけ高い。

【0100】

本明細書においてさらに説明されるように、所与の構成のために各ルックアップテーブルをプログラムするように較正手順が実行され、当該ルックアップテーブルは、すべてのサイトに対する単一のルックアップテーブルであってもよく、または各サイトに対する別個のルックアップテーブルであってもよい。較正手順中、外部周囲温度がルックアップテーブルと対応する選択される温度に制御され、その温度に対する対応する利得値が決定されて記憶される。温度測定中、有効な最後の利得値が決定されるまで、所与のサイトについて各温度サブレンジがより高い温度サブレンジから最低温度サブレンジへと一度に１つずつ探索される。対応する温度を取り出すために、または、測定された利得値のいずれかの側の温度値および対応する利得値を取り出すために、対応するルックアップテーブルが参照される。次いで、取り出された利得および温度値に基づいて温度が補間されてもよい。

【0101】

図１１は、一実施形態に応じた発振検出器７２２の簡略ブロック図である。自走発振器１１０２が、アナログＭＵＸ１１０４の一方の入力に低周波数信号ＬＦを提供し、当該ＭＵＸはアナログＭＵＸ１１０４の他方の入力においてＦ信号を受信する。Ｆは発振検出ブロック１１０６の入力にも提供され、ＭＵＸ１１０４の出力はＦＲ信号を提供する。発振検出ブロック１１０６は選択信号ＳＥＬをＭＵＸ１１０４の選択入力Ｓにアサートする。示される実施形態では、ＬＦはＭＵＸ１１０４の「０」入力に提供され、ＦはＭＵＸ１１０４の「１」入力に提供され、「０」および「１」はＳＥＬ信号の論理値を反映する。

【0102】

発振検出ブロック１１０６は連続的にまたは周期的に、発振に関してＦを監視する。Ｆが発振していることが検出されると、発振検出ブロック１１０６はＳＥＬをアサートしてＦを出力ＦＲとして選択する。Ｆが発振していないとき、発振検出ブロック１１０６はＳＥＬをアサートしてＬＦを出力ＦＲとして選択する。前記のように、ＬＦは、カウンタブロック７２４の出力においてカウント値ＰＥＲを提供するようにカウンタブロック７２４を動作させるために十分なクロック信号を提供する。ＬＦがＦＲ信号として選択されるとき、ＰＥＲはＦが発振していないことを示す相対的に低い値を有する。

【0103】

図１２は、温度値に対応する利得値を決定し記憶するための、システム７００によって実行されてもよい一実施形態に応じた較正手順のフローチャートである。電子システム１００は、温度制御された環境内に位置し、周囲温度は外部から制御される。第１のブロック１２０２において、温度（たとえば、周囲温度）が、ＬＵＴ１０００などの温度ルックアップテーブル内の温度値と対応する特定の温度値に制御される。一実施形態では、温度は、温度レンジ全体の一端（たとえば０℃の下端）に初期化されてもよく、次いで、選択される速度（たとえば、段階的な速度）で反対端へと調整（たとえば、増大）される。温度が対応する温度ルックアップテーブル内のエントリに対応する値に達すると、その温度レベルについて較正プロセスが実行されてもよい。

【0104】

次のブロック１２０４において、複数のサイトが提供されている場合にはＳＳＥＬ値をアサートすることによってサイトが選択される。この工程はサイトが１つしかないときには省略または回避されてもよい。次のブロック１２０６において、実際の温度の温度サブレンジと対応するモードパラメータが適用される。一例として、温度測定選択・制御システム７００について、温度センサ・デバイス・サイズ、実効デバイスサイズ、および初期ダイオード電圧が、実際の温度と対応する温度サブレンジについてプログラムされる。テーブル９００内に示すように、たとえば、温度が第１のサブレンジ０〜４０℃内の０℃であるとき、初期ダイオード電圧は、ＶＳＥＬによって制御されるＶＤ＝ＶＨ４（最低温度サブレンジの基準電圧値）であり、初期デバイスサイズはＲＳＥＬによって選択されるＤＬであり、モード利得値ＭＡ４およびＭＢ４が選択されてそれぞれＰＭＩＲ７１０および７１２に適用される。

【0105】

次のブロック１２０８において、初期ＤＡＣ基準値ＤＡＣ＿ＲＥＦが利得値Ｇとして選択されて、ＩＤＡＣ７１４がそれに応じてプログラムされる。ＤＡＣ＿ＲＥＦ値はメモリ７２８内に記憶されてもよいし、または所定のデフォルト値などであってもよい。ＤＡＣ＿ＲＥＦは基準探索利得値としての役割を果たす。次のブロック１２１０において、ＶＣＯ７１６の出力周波数Ｆの周期が測定され、該周期は基準周期ＰＥＲ１と対応する。

【0106】

次いで、動作は次のブロック１２１２に進み、温度探索モードが開始され、ダイオード電圧が、より低いダイオード電圧ＶＤなどのデルタ電圧値に変更される。テーブル９００に示されるように、たとえば、温度が第１のサブレンジ０〜４０℃内の０℃であるとき、ダイオード電圧はＶＳＥＬによって選択されるＶＤ＝ＶＬ４（最低温度サブレンジのデルタ電圧値）に変更される。ダイオード電圧の変更によって、ダイオード電流がデルタ電流レベルに変更され、これに応じてＶＣＯ７１６の出力における信号Ｆの周波数が変更される。次のブロック１２１４において、探索利得値Ｇが温度探索のために初期探索値に変更され、ＩＤＡＣ７１４にプログラムされる。次のブロック１２１６において、ＶＣＯ７１６の出力周波数Ｆの周期が測定され、測定されたデルタ周期ＰＥＲ２がそれに応じて更新される。次のブロック１２１８において、基準周期ＰＥＲ１とデルタ周期ＰＥＲ２とが等しいか否かが照会される。等しくない場合、動作はブロック１２２０に進み、追加の利得調整をＩＤＡＣ７１４に対して行うべきか否かが判定され、行うべきである場合、動作はブロック１２２２に進み、ＩＤＡＣ７１４の利得が調整される。次いで、動作はブロック１２１６にループバックし、Ｆの周期が再び測定されてＰＥＲ２が新たな値に更新される。動作は、ＰＥＲ１とＰＥＲ２とが等しくなるまで、または、さらに利得調整が行われないと判定されるまでブロック１２１６〜１２２２をループする。

【0107】

ブロック１２１６〜１２２２のループによって表される利得調整および比較を実施するように様々な異なる方法が使用されてもよいことを諒解されたい。なお、実際の構成においては、ＩＤＡＣ７１４の分解能は、基準および値周期が互いに厳密に整合することを保証するほど十分に高くはない場合があり、それによって、ブロック１２１８の照会はよく偽を返す場合がある。ブロック１２１８は、周期値が互いの所定の許容範囲レベル内にあるか否かを照会するように変更されてもよい。代替的に、探索方法は、最も近い一致を提供する利得値を決定するように構成される。

【0108】

一実施形態では、最も近い一致を特定するために二分探索方法が実行される。ブロック１２１４において適用される初期探索値は、初期探索範囲のほぼ中央にある初期値を有してもよい。初期探索範囲は、たとえば、ＩＤＡＣ７１４の最小（ＭＩＮ ＧＡＩＮ）利得値および最大（ＭＡＸ ＧＡＩＮ）利得値であってもよく、初期探索値は、ＭＩＤ ＧＡＩＮ＝（ＭＩＮ ＧＡＩＮ＋ＭＡＸ ＧＡＩＮ）／２として決定される中央利得値ＭＩＤ ＧＡＩＮである。ＭＩＤ ＧＡＩＮを使用して周期値が一致しない場合、ブロック１２２０はＦの周波数が増大されるべきかまたは低減されるべきかを照会し、新たな低減された探索範囲が決定される。たとえば、周波数が（ＭＩＮ ＧＡＩＮをＭＩＤ ＧＡＩＮに等しく設定することによって）増大されるべきである場合、新たな探索範囲は元の探索範囲の上半分であり、または、周波数が（ＭＡＸ ＧＡＩＮをＭＩＤ ＧＡＩＮに等しく設定することによって）低減されるべきである場合、新たな探索範囲は元の探索範囲の下半分である。それに応じてＭＩＮ ＧＡＩＮまたはＭＡＸ ＧＡＩＮ値が調整され、新たなＭＩＤ ＧＡＩＮ値がブロック１２２２において同じ式ＭＩＤ ＧＡＩＮ＝（ＭＩＮ ＧＡＩＮ＋ＭＡＸ ＧＡＩＮ）／２を使用して決定され、ブロック１２１６において評価される。動作は、最終利得値がブロック１２１８（等しいとき）またはブロック１２２０（最も近い利得値が決定されるとき、または追加の調整を行わなくてもよいとき）のいずれかにおいて決定されるまで反復する。

【0109】

一例として、ＩＤＡＣ７１４は最小値が１で最大値が１２８の１２８ビットであり、第１のＭＩＤ ＧＡＩＮ値は６４であると仮定する。また、最も近い利得値が８６であると仮定する。６４において、ＰＥＲ１とＰＥＲ２とは等しくなくＰＥＲ１＞ＰＥＲ２であり、それによって、新たな範囲は６４〜１２８で、更新されたＭＩＤ ＧＡＩＮ値は９６である。９６において、ＰＥＲ１とＰＥＲ２とは等しくなくＰＥＲ２＜ＰＥＲ１であり、それによって、新たな範囲は６４〜９６で、更新されたＭＩＤ ＧＡＩＮ値は８０である。８０において、ＰＥＲ１とＰＥＲ２とは等しくなくＰＥＲ２＞ＰＥＲ１であり、それによって、新たな範囲は８０〜９６で、更新されたＭＩＤ ＧＡＩＮ値は８８である。８８において、ＰＥＲ１とＰＥＲ２とは等しくなくＰＥＲ２＜ＰＥＲ１であり、それによって、新たな範囲は８０〜８８で、更新されたＭＩＤ ＧＡＩＮ値は８４である。８４において、ＰＥＲ１とＰＥＲ２とは等しくなくＰＥＲ２＞ＰＥＲ１であり、それによって、新たな範囲は８４〜８８で、更新されたＭＩＤ ＧＡＩＮ値は８６である。ＰＥＲ１とＰＥＲ２とがブロック１２１８において判定されるように等しい場合、最も近い利得値が８６として決定される。

【0110】

８６が最も近い値であるが、ＰＥＲ１およびＰＥＲ２は１２１８において判定されるように等しくない可能性があり、さらにはその可能性が高い。この場合、ＰＥＲ１とＰＥＲ２との間の比較に基づいて、最終ＭＩＤ ＧＡＩＮ値は８７または８５のいずれかである。この時点において、２つの値のみに絞りこまれているため、さらなる利得調整は必要ない。一実施形態では、１度に満たない誤差を見込み、８７または８５のいずれかの最終ＭＩＤ ＧＡＩＮ値が許容される。代替的には、決定されたＰＥＲ２値に対応する周期値のうちの１つ以上が一時的に記憶され、この特定の例における８６などの最も近い利得値を特定するために比較される。

【0111】

たとえば、最も近い利得値を特定するように各ＰＥＲ２周期値を比較するに際し、ＩＤＡＣ７１４をその最低利得値から最高利得値へ、または逆に最高利得値から最低利得値へと単純にウォークするなどの代替的な方法が企図される。

【0112】

ＰＥＲ１＝ＰＥＲ２、またはテストするためのさらなる利得調整がないかのいずれかのとき、動作はブロック１２２４に進み、差分利得値が決定され、対応する温度サブレンジに対する対応する温度値の対応するルックアップテーブル（たとえば、ＬＵＴ１０００）内に記憶される。差分利得値はＧの初期ＤＡＣ＿ＲＥＦ値と最終利得値との間の差として決定される。ＤＡＣ＿ＲＥＦ値が最小利得値（たとえば０または１の利得）に等価である場合、最終利得値が代わりに記憶されてもよい。動作は次いで、ブロック１２２６に進んでもよく、現在の温度に対して異なる温度サブレンジがテストされるべきか否かが照会される。ＬＵＴ１０００によって示されるように、たとえば、異なる温度サブレンジ内に重複する温度値が存在する場合がある（たとえば温度４０℃は下側の温度サブレンジの両方に設けられている）。異なる温度サブレンジ内に重複する温度値が存在する場合、動作はブロック１２０６に戻り、異なる温度サブレンジに対するパラメータが適用され、動作は新たな温度サブレンジ内で現在の温度に関して反復する。

【0113】

異なる温度サブレンジ内に重複する温度値が存在しない場合、動作はブロック１２２８に進み、現在の温度について異なるサイトがテストされるべきか否かが照会される。複数のサイトがあるとき、各サイトが現在の温度においてテストされてもよい。複数のサイトがある場合、動作はブロック１２０４に戻って異なるサイトが選択される。

【0114】

複数のサイトがない場合、動作はブロック１２３０に進み、追加の温度をテストする必要があるか否かが判定される。追加の温度をテストする必要がある場合、動作はブロック１２０２に戻り、新たな温度が適用される。たとえば、温度０℃がテストされると、温度は４℃に増大されてもよく、対応する１つ以上のルックアップテーブルが完了するまでプロセス全体が新たな温度について反復される。追加の温度をテストする必要がない場合、動作は完了する。

【0115】

図１２のフローチャートに示す較正手順は例示に過ぎず、異なる構成に対しては変更されてもよい。また、較正手順は、可能性としてより高い確度を達成するように、各温度サブレンジ内の温度ウィンドウレンジに関してより正確なＤＡＣ＿ＲＥＦ値を決定するように変更されてもよい。

【0116】

図１３は、温度を測定するための、システム７００によって実行されてもよい一実施形態に応じた温度測定手順のフローチャートである。この場合、電子システム１００は動作しており、１つ以上のサイトにおいて温度を測定および監視することが所望される。温度測定手順は、温度が制御されず、または既知でないことを除いて較正手順と実質的に類似である。第１のブロック１３０２において、複数のサイトが提供される場合にはＳＳＥＬ値をアサートすることによってサイトが選択される。この工程はサイトが１つしかないときには省略または回避される。次のブロック１３０４において、「次の」温度サブレンジと対応するパラメータが適用される。失敗の可能性を回避するように、１回目の反復では最高温度サブレンジが仮定される。一例として、温度測定選択・制御システム７００について、温度センサ・デバイス・サイズ、実効デバイスサイズ、および基準ダイオード電圧が、最高温度サブレンジについてプログラムされる。たとえば、テーブル９００に示されるように、初期ダイオード電圧は、ＶＳＥＬによって選択されるＶＤ＝ＶＨ１（最高温度サブレンジの基準電圧値）であり、初期デバイスサイズはＲＳＥＬによって選択されるＤＨであり、利得値ＭＡ１およびＭＢ１が選択されてそれぞれＰＭＩＲ７１０および７１２に適用される。

【0117】

次のブロック１３０６において、初期またはデフォルトＤＡＣ＿ＲＥＦが利得値Ｇとして選択されて、ＩＤＡＣ７１４がそれに応じてプログラムされる。初期またはデフォルトＤＡＣ＿ＲＥＦはメモリ７２８内に記憶されてもよく、または所定のデフォルト値などであってもよい。テーブル９００からのＤＡＣ＿ＲＥＦ値のうちの１つが使用されてもよいが、温度は１回目の反復ではまだ既知でなく、それによって１つは任意に選択されてもよい。最終温度値が決定されると、テーブル９００からの対応するＤＡＣ＿ＲＥＦ値が取り出されてもよく、温度測定手順は、可能性としてより正確な温度測定値を得るように取り出されたＤＡＣ＿ＲＥＦ値を使用して反復されてもよい。

【0118】

次のブロック１３０８において、ＶＣＯ７１６の出力周波数Ｆの周期が測定され、該周期は基準周期ＰＥＲ１と対応する。しかしながら、前記のように、温度が低く高温サブレンジが仮定されているときなど、駆動電流および電圧レベルが低すぎる場合には、ＶＣＯ７１６が発振することが不可能である可能性がある。この場合、動作はブロック１３１０に進み、ＶＣＯ７１６が発振しているか否かについて照会される。この判定は、周期が、発振検出器７２２が発振していないことを検出する高周期値ＰＥＲ＿ＨＩと対応するか否かを判定することによって行われてもよい。ＶＣＯ７１６が発振していない場合、動作はブロック１３０４に戻り、次により低い温度サブレンジが選択される。

【0119】

ブロック１３１０において判定されるように発振している場合、動作はブロック１３１２に進み、温度探索モードが開始され、ダイオード電圧がデルタ（より低い）ＶＤダイオード電圧などのデルタ値に変更される。たとえば、テーブル９００に示されるように、最高温度サブレンジ１００〜１２５℃について、ダイオード電圧はＶＳＥＬによって選択されるＶＤ＝ＶＬ１（最高温度サブレンジのデルタ電圧値）に変更される。ダイオード電圧の変更によって、ダイオード電流が新たなレベルに変更され、これに応じてＶＣＯ７１６の出力における信号Ｆの周波数が変更される。

【0120】

次のブロック１３１４において、利得値Ｇが温度探索のために初期探索値に変更され、ＩＤＡＣ７１４にプログラムされる。次のブロック１３１６において、ＶＣＯ７１６の出力周波数Ｆの周期が測定され、ＰＥＲ２が該周期に応じて更新される。次のブロック１３１８において、発振しているか否かが再び照会される。発振はブロック１３１０において検証されたが、限界条件下にあってパラメータが変化している場合がある。発振していない場合、動作はブロック１３０４に戻り、次により低い温度サブレンジに進む。発振している場合、動作はブロック１３２０に進み、基準周期ＰＥＲ１とデルタ周期ＰＥＲ２とが等しいか否かが照会される。等しくない場合、動作はブロック１３２２に進み、追加の利得調整をＩＤＡＣ７１４に対して行うべきか否かが判定され、行うべきである場合、動作はブロック１３２４に進み、ＩＤＡＣ７１４の利得が調整される。次いで、動作はブロック１３１６にループバックし、Ｆの周期が再び測定されてＰＥＲ２が新たな値に更新される。

【0121】

較正手順について上述したものと同様に、動作は、ＰＥＲ２とＰＥＲ１とが等しくなるまで、または、さらに利得調整が行われないと判定されるまでブロック１３１６〜１３２４をループする。上記のように、二分探索または線形探索などの、様々な方法が利得調整および比較を実施するために使用されてもよい。二分探索方法は、実際の温度と対応する利得値に収束するための迅速で効率的な手段を提供する。ＰＥＲ１およびＰＥＲ２が等しくなく、ブロック１３２２において判定されるように利得のさらなる調整が利用可能でない場合、動作はブロック１３２６に進み、ＩＤＡＣ７１４が、その最低限界値などのその限界の１つに達しているか否かが照会される。限界に達している場合、選択された温度レンジは高すぎ、動作はブロック１３０４に戻って、次により低い温度サブレンジ内での探索の反復に進む。

【0122】

ＰＥＲ２＝ＰＥＲ１のとき、またはさらなる利得調整がなく、かつＩＤＡＣ７１４が限界値に達していない場合、動作はブロック１３２８に進み、差分利得値が決定され、ＬＵＴ１０００などの対応するルックアップテーブルから対応する温度値を取り出すために使用される。差分利得値は最終利得値とＤＡＣ＿ＲＥＦ値との間の差として決定された。選択されるダイオードに印加される基準電圧レベルを印加して、ＤＡＣ＿ＲＥＦを利得として使用して基準周期ＰＥＲ１が決定され、熱センスダイオードに印加されるデルタ電圧レベルを印加して、新たな周期ＰＥＲ２がＧの最終利得値を使用して決定された。したがって、差分利得値は、基準を適用する結果としてもたらされるダイオード電流対デルタ電圧レベルの比を示す。代替的に、ＤＡＣ＿ＲＥＦ値が最小利得値に等価である場合、最終利得値が差分利得値として使用されてもよい。

【0123】

なお、正確な利得値がルックアップテーブル内に直接リストされていない可能性があり、さらにはおそらくその可能性が高い。たとえば、ＬＵＴ１０００に示されるように、温度値は４℃ずつ増分した間隔にあり、それによって利得値はそれに応じて分散される。対応する温度は補間によって決定されてもよい。最初に、ルックアップテーブル内において、測定された利得値の上下の利得値が決定され、対応する温度値とともに取り出される。測定利得値が取り出された利得値の間に補間され、対応する取り出された温度値の間に温度が線形的に補間される。たとえば、取り出された温度値に重み値を適用して最終温度値を補間してもよい。

【0124】

次いで、動作はブロック１３３０に進み、サブレンジは、同一のサイトまたは異なるサイトにおいて続いて測定を行うように最高（または次により高い）温度サブレンジに戻る。温度は有意な温度分変化していない場合があるが、１つの手法は、任意の後続の測定のために最高サブレンジに戻ることである。代替的な実施形態では、温度が連続する測定の間で有意な量だけ変化している可能性は低いため、最高サブレンジに戻るのではなく、動作は次により高いサブレンジに戻る。たとえば、ＬＵＴ１０００を参照すると、温度が第３のサブレンジ内４０〜７０℃内の４２℃と決定される場合、サブレンジは、より速い可能性がある温度探索のために次により高いサブレンジ７０〜１００℃に変更されてもよい。

【0125】

次いで、動作はブロック１３３２に進み、現在のサイト選択において別の測定を行うか否かが照会される。現在のサイトにおいて別の測定を行う場合、動作はブロック１３０４に戻り、選択された温度サブレンジ（たとえば、現在の、最高の、または次により高い）のパラメータおよび動作が別の測定のために継続する。現在のサイトにおいて別の測定を行うべきでない場合、動作はブロック１３３４に進み、異なるサイトにおいて測定を行うか否かが照会される。異なるサイトにおいて測定を行う場合、動作はブロック１３０２に戻って異なるサイトが選択される。異なるサイトにおいて測定を行わない場合、動作は完了する。

【0126】

基準およびデルタ電圧は、特定の工程技術、ならびに、他のファクタおよび変数の中でも目標温度レンジに対して構成されてもよい。非限定的な例のリストとして、９０ナノメートル（ｎｍ）、４０ｎｍ、２８ｎｍ、２０ｎｍ、１４ｎｍなどの、多くのタイプの工程技術が企図される。熱センササイズおよび印加されるバイアス電圧は、工程技術および他の回路パラメータに基づいて変更または他の様態で調整されてもよい。たとえば、２８ｎｍ技術を使用する１つの非限定的な特定の実施形態では、電圧差が０．０５Ｖ、すなわち５０ミリボルト（ｍＶ）である約０．５Ｖの基準電圧および約０．４５ボルトのデルタ電圧が最高温度サブレンジ１００〜１２５℃に使用されてもよい。同じ特定の実施形態において、電圧は約０．８Ｖの基準電圧および約０．７５Ｖのデルタ電圧まで上昇させて調整され、電圧差は５０ｍＶである。電圧差は同一であってもよく、または温度サブレンジごとに調整されてもよい。概して、基準およびデルタ温度は、特定の工程実施態様に応じて任意の適切な電圧レベルを有してもよい。既存の工程技術について、電圧レベルは約１００ｍＶから最大約１Ｖに及び、電圧差は数ｍＶ（たとえば２０ｍＶ）から最大数百ｍＶ（たとえば、２００ｍＶ）に及ぶ。

【0127】

本明細書において、具体的な実施形態を参照して本発明を説明したが、添付の特許請求の範囲に明記されているような本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな改変および変更を為すことができる。代替的な構成では、たとえば、同一または類似の結果を達成するに際しソース電圧に対して逆のソース基準および／または回路が実装されてもよい。たとえば熱検知ダイオード（たとえば、ＤＲ、Ｄ１、Ｄ２、ＤＮなど）はグランドまたはＣＯＭを参照するカソードを有して示されるが、代わりにそれらのアノードはＶＤＤなどのようなソース電圧に結合されてもよく、支持回路はそれに応じて類似の結果を達成するように変更される。同様に、ＶＣＯ（たとえば、４０２、５０２、６２２、７１６）はＶＤＤに結合される上側電源ノードを有して示されている一方で、下側電源ノードが代わりにグランドまたはＣＯＭに対して参照され、類似の結果を達成するように電流ミラー構成がそれらの対応する上側電源ノード上で電圧を生成する代替的な構成が企図される。

【0128】

したがって、本明細書および図面は限定的な意味ではなく例示とみなされるべきであり、すべてのこのような改変が本発明の範囲内に含まれることが意図されている。本明細書において具体的な実施形態に関して記載されるいかなる利益、利点、または問題に対する解決策も、任意のまたはすべての請求項の重要な、必要とされる、または基本的な特徴または要素として解釈されるようには意図されていない。別途記載されない限り、「第１の」および「第２の」のような用語は、そのような用語が説明する要素間で適宜区別するように使用される。したがって、これらの用語は必ずしも、このような要素の時間的なまたは他の優先順位付けを示すようには意図されていない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】