特許 7006687 温度測定装置及び温度測定方法

(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】

(24)【登録日】2022-01-11

(45)【発行日】2022-01-24

(54)【発明の名称】温度測定装置及び温度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/01 20060101AFI20220117BHJP

【ＦＩ】

G01K7/01 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019518608

(86)(22)【出願日】2017-05-15

(86)【国際出願番号】 JP2017018169

(87)【国際公開番号】W WO2018211554

(87)【国際公開日】2018-11-22

【審査請求日】2020-04-09

(73)【特許権者】

【識別番号】514315159

【氏名又は名称】株式会社ソシオネクスト

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】濱野 寛之

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 敬史

【審査官】平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１１７４９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２１１５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１７８４５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１９０７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２０７７７（ＪＰ，Ａ）

(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】

ＰＮ接合を有する第１及び第２の半導体素子と、
ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを有し、前記第１及び第２の半導体素子に対し、第１の電流と、前記第１の電流とは異なる大きさの第２の電流を出力するトランジスタ群と、
前記複数のトランジスタから、少なくとも１個の第１のトランジスタと前記第１のトランジスタと異なる複数の第２のトランジスタを選択し、前記第１のトランジスタのドレインを、前記第１及び第２の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第２のトランジスタのドレインを、前記第１および第２の半導体素子の他方に接続するセレクタと、
前記第１の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧と、前記第２の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧に基づいて生成した電圧を、前記複数のトランジスタのゲートに供給するアンプと、を有する温度測定装置。

【請求項2】

前記第１の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧と、前記第２の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧の差分をデジタル値に変換して出力するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータから出力された出力値に基づき演算結果を出力する演算部と、
を有する、請求項１記載の温度測定装置。

【請求項3】

前記演算部は、
前記ＡＤコンバータの複数の出力値に基づき、前記演算結果を出力することを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。

【請求項4】

前記演算結果は、前記複数の出力値の平均値であることを特徴とする、請求項３記載の温度測定装置。

【請求項5】

一端が前記セレクタを介して前記複数のトランジスタの何れかと接続され、他端が前記第１の半導体素子と接続されており、前記第１の半導体素子に流れる電流に応じた電圧降下を生ずる第１の抵抗素子と、
一端が前記セレクタを介して前記複数のトランジスタの何れかと接続され、他端が前記第２の半導体素子と接続されており、前記第２の半導体素子に流れる電流に応じた電圧降下を生ずる第２の抵抗素子と、を更に含み、
前記第１の抵抗素子と前記複数のトランジスタの何れかとの接続点の電圧及び前記第２の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧、又は、前記第２の抵抗素子と前記複数のトランジスタの何れかとの接続点の電圧及び前記第１の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧の何れか一方を、前記アンプの非反転入力端子及び反転入力端子の入力とする、切り替え部を有することを特徴とする、請求項４記載の温度測定装置。

【請求項6】

ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを含むトランジスタ群により、ＰＮ接合を有する第１及び第２の半導体素子に対し、第１の電流と、前記第１の電流とは異なる大きさの第２の電流を出力し、
前記複数のトランジスタから、少なくとも１個の第１のトランジスタと前記第１のトランジスタと異なる複数の第２のトランジスタを選択し、前記第１のトランジスタのドレインを、前記第１及び第２の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第２のトランジスタのドレインを、前記第１および第２の半導体素子の他方に接続し、
前記第１の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧と、前記第２の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧に基づいて生成した電圧を、前記複数のトランジスタのゲートに供給する、ことを特徴とする温度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度測定装置及び温度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、面積の増大を抑制しつつ温度の測定の精度を向上させる温度測定装置が提案されている。

【0003】

その一例として、従来では、温度測定の基準となる電流を生成する電流源部と、電流値に基づいて絶対温度に比例した電圧を生成するセンサ部と、電圧をＡ／Ｄ変換するＡＤＣ部と、を有する温度測定装置がある。この温度測定装置では、スイッチで動的に切り替えて温度を計測することで、電流源部、センサ部、ＡＤＣ部のそれぞれを構成するトランジスタ、抵抗のミスマッチを検出して補正することが知られている。

【0004】

さらに、この温度測定装置では、電流源部とセンサ部のそれぞれが、制御電圧に応じた第一の電流を流す第一のトランジスタと、第一の電流とは異なる第二の電流を出力する第二のトランジスタと、を有することが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１９０７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した従来の技術では、電流源部の有する第一のトランジスタとセンサ部の有する第一のトランジスタとの間、及び、電流源部の有する第二のトランジスタとセンサ部の有する第二のトランジスタとの間、のミスマッチを補正することができない。

【0007】

このため、従来の技術では、温度測定の精度を維持するためには、電流源部とセンサ部のそれぞれにおいて、第一及び第二のトランジスタの素子サイズを、ミスマッチの影響が抑えられる程度の大きさとする必要があり、更なる小型化が困難であった。

【0008】

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度測定の精度を向上させ、且つ、小型化することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

開示の技術は、ＰＮ接合を有する第１及び第２の半導体素子と、ソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続され電流源を構成する複数のトランジスタを有し、前記第１及び第２の半導体素子に対し、第１の電流と、前記第１の電流とは異なる大きさの第２の電流を出力するトランジスタ群と、前記複数のトランジスタから、少なくとも１個の第１のトランジスタと前記第１のトランジスタと異なる複数の第２のトランジスタを選択し、前記第１のトランジスタのドレインを、前記第１及び第２の半導体素子の一方に接続し、前記複数の第２のトランジスタのドレインを、前記第１および第２の半導体素子の他方に接続するセレクタと、前記第１の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧と、前記第２の半導体素子のＰＮ接合の順方向電圧に基づいて生成した電圧を、前記複数のトランジスタのゲートに供給するアンプと、を有する温度測定装置である。

【発明の効果】

【0010】

温度測定の精度を向上させ、且つ、小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第一の実施形態の温度測定装置を説明する図である。

【図2】第一の実施形態のセンサ部の構成を説明する図である。

【図3】第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。

【図4】第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第一の図である。

【図5】第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第二の図である。

【図6】第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図である。

【図7】第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図である。

【図8】第一の実施形態の効果を説明する図である。

【図9】第二の実施形態の温度測定装置の構成を説明する図である。

【図10】第二の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して、第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の温度測定装置を説明する図である。

【0013】

本実施形態の温度測定装置１００は、センサ部１１０、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）部１２０、デジタル演算部１３０、制御部１４０を有する。

【0014】

センサ部１１０は、温度測定の基準となる電流を供給する電流源を含んでおり、温度を電圧値に変換する。本実施形態では、センサ部１１０に電流源を含ませることで、温度測定装置１００の小型化を実現する。センサ部１１０の詳細は後述する。

【0015】

ＡＤＣ部１２０は、センサ部１１０から出力される電圧をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換によりデジタル値に変換する。デジタル演算部１３０は、ＡＤＣ部１２０から出力されるデジタル値を演算処理することにより温度測定値Ｔを算出する。制御部１４０は、センサ部１１０、ＡＤＣ部１２０、デジタル演算部１３０を制御する。

【0016】

尚、図１の例では、温度測定装置１００は、ＡＤＣ部１２０とデジタル演算部１３０とを含むものとしているが、これに限定されない。例えば、ＡＤＣ部１２０とデジタル演算部１３０とは、温度測定装置の外部に設けられるものであっても良く、この場合には、センサ部１１０と制御部１４０とが温度測定装置１５０を形成することになる。

【0017】

次に、図２を参照して、本実施形態のセンサ部１１０について説明する。図２は、第一の実施形態のセンサ部の構成を説明する図である。

【0018】

本実施形態のセンサ部１１０は、トランジスタＱ１及びＱ２と、トランジスタ群１１１と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、セレクタ１１２と、セレクタ１１３と、アンプ１１４と、を有する。

【0019】

本実施形態の温度測定装置１００では、後述する動作によって、センサ部１１０のトランジスタ群１１１の有する各トランジスタ間のミスマッチと、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２間のミスマッチによる、温度測定に対する影響を抑制する。また、本実施形態の温度測定装置１００では、後述する動作によって、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２間のばらつきと、アンプ１１４のオフセットによる、温度測定に対する影響も抑制する。

【0020】

より具体的には、本実施形態では、後述する動作によって、センサ部１１０の有するトランジスタ間や抵抗間のミスマッチによって生じる、トランジスタＱ１のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とトランジスタＱ２のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ２との差分の誤差を低減する。ベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とは、トランジスタＱ１のＰＮ接合の順方向電圧であり、ベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ２とは、トランジスタＱ２のＰＮ接合の順方向電圧である。

【0021】

本実施形態では、トランジスタＱ１のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ１とトランジスタＱ２のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ２との差分の誤差を低減することで、温度測定値Ｔに対するミスマッチの影響を抑制でき、温度測定の精度を向上させることができる。

【0022】

尚、本実施形態において、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２間のミスマッチとは、トランジスタＱ１とＱ２との間でベース－エミッタ間電圧の電流特性に差異があることを
示す。また、本実施形態において、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２間のミスマッチとは、抵抗Ｒ１の抵抗値と抵抗Ｒ２の抵抗値に差異があることを示す。また、本実施形態において、トランジスタＭ１及びトランジスタＭ２間のミスマッチとは、トランジスタＭ１を流れる電流と、トランジスタＭ２を流れる電流との電流比と、設計された電流比との間にずれが生じていることを示す。

【0023】

尚、本実施形態のミスマッチとは、同じ構成のトランジスタを２つ隣接して配置した場合の特性のばらつきを示す。

【0024】

本実施形態では、このように、センサ部１１０が有するトランジスタ間、抵抗間のミスマッチ、アンプのオフセットによる影響を抑制することで、温度測定の精度を向上させる。以下に、センサ部１１０について、さらに説明する。

【0025】

本実施形態のトランジスタＱ１及びＱ２は、ｐｎ接合を有する一対のバイポーラトランジスタである。図２の例では、トランジスタＱ１及びＱ２は、ｐｎｐトランジスタとしたが、これに限定されない。トランジスタＱ１及びＱ２は、ｎｐｎトランジスタであっても良い。また、本実施形態では、トランジスタＱ１及びＱ２の代わりに、ダイオードを用いても良い。

【0026】

本実施形態のトランジスタ群１１１は、電界効果トランジスタであるトランジスタＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎを有する。本実施形態のトランジスタＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎは、例えば、同じサイズのｐチャネルＭＯＳＭＥＴである。また、ｎは任意の整数値で選択することができる。

【0027】

本実施形態のトランジスタ群１１１は、電流源であり、トランジスタＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎのソースが電源に接続され、互いのゲート同士が接続された電流源回路を構成している。

【0028】

本実施形態のセレクタ１１２は、制御部１４０から供給される制御信号Ｃ１によって制御されるスイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷｎを有する。本実施形態のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷｎは、それぞれが、ノードｎ１とノードｎ２を有する。ノードｎ１は、
トランジスタ群１１１の各トランジスタのドレインの接続先をトランジスタＱ１とするノードであり、ノードｎ２は、トランジスタ群１１１の各トランジスタのドレインの接続先をトランジスタＱ２とするノードである。

【0029】

本実施形態のセンサ部１１０において、トランジスタＱ１及びＱ２は、ベースとコレクタとがそれぞれ共通電位（例えば接地電位）に接続されている。また、本実施形態のトランジスタＱ１のエミッタは、抵抗Ｒ１の一端と接続され、トランジスタＱ２のエミッタは、抵抗Ｒ２の一端と接続されている。

【0030】

抵抗Ｒ１の他端は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷｎのノードｎ１と接続されており、抵抗Ｒ２の他端は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷｎのノードｎ２と接続されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・、ＳＷｎの他端は、トランジスタＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎと接続されている。

【0031】

本実施形態のセレクタ１１３は、制御部１４０から供給される制御信号Ｃ２によって、アンプ１１４の接続先を切り替える。具体的には、セレクタ１１３は、制御信号Ｃ２に応じて、アンプ１１４の非反転入力端子及び反転入力端子の接続先を、ノードｎ３及びノードｎ６、又は、ノードｎ４及びノードｎ５とする。

【0032】

本実施形態のアンプ１１４は、負帰還構成によって、非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧と等しくなるように、トランジスタＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎのそれぞれに電流Ｉを生成する出力電圧Ｖ１を、トランジスタ群１１１の各トランジスタのゲートに供給する。

【0033】

また、センサ部１１０では、ノードｎ４に出力端子Ｔｏｕｔ１が接続され、ノードｎ６に出力端子Ｔｏｕｔ２が接続される。つまり、本実施形態のセンサ部１１０では、トランジスタＱ１のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ１が出力端子Ｔｏｕｔ１から出力され、トランジスタＱ２のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ２が出力端子Ｔｏｕｔ２から出力される。センサ部１１０から出力された電圧は、ＡＤＣ部１２０へ供給される。

【0034】

ＡＤＣ部１２０では、ベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ１と、のベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅ２の差分の電圧をデジタル値としてデジタル演算部１３０に出力する。

【0035】

図２の例では、セレクタ１１２は、制御信号Ｃ１によって、トランジスタ群１１１のうち、トランジスタＭ１のドレインをノードｎ１と接続させ、その他のトランジスタＭ２～Ｍｎのドレインをノードｎ２と接続させている。

【0036】

ここで、本実施形態のトランジスタ群１１１は、アンプ１１４の出力電圧Ｖ１で制御されるため、トランジスタＭ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎに流れる電流はそれぞれ電流Ｉとなる。

【0037】

したがって、図２の例では、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１に流れる電流Ｉ１＝電流Ｉとなり、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２に流れる電流Ｉ２＝電流Ｉ×（ｎ－１）となる。

【0038】

このとき、セレクタ１１３は、制御信号Ｃ２によって、アンプ１１４の非反転入力端子及び反転入力端子をノードｎ３及びノードｎ６と接続させている。この場合、アンプ１１４は、ノードｎ３の電圧Ｖａ１がノードｎ６の電圧Ｖｂｅ２となるように電流Ｉを発生させる電圧を、トランジスタ群１１１の各トランジスタのゲートに供給する。

【0039】

以下に、本実施形態の温度測定装置１００の動作について説明する。図３は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。

【0040】

本実施形態の温度測定装置１００において、制御部１４０は、温度測定装置１００の上位の装置から温度測定の開始の指示を受け付けると、図３に示す動作（処理）を開始する。尚、温度測定装置１００の上位の装置とは、例えば、検出された温度に基づき、所定の処理を実行する装置等である。

【0041】

本実施形態の温度測定装置１００において、制御部１４０は、温度測定の開始の指示を受け付けると、制御信号Ｃ２によって、セレクタ１１３の接続状態の設定を行う（ステップＳ３０１）。ここでは、セレクタ１１３によって、アンプ１１４の接続先を、ノードｎ３及びノードｎ６に設定する。言い換えれば、セレクタ１１３は、アンプ１１４の非反転入力端子に電圧Ｖａ１を印加させ、反転入力端子に電圧Ｖｂｅ２を印加させる。

【0042】

続いて、温度測定装置１００は、制御部１４０により、変数ｊ＝１に設定し（ステップＳ３０２）、制御信号Ｃ１によって、セレクタ１１２の接続状態の設定を行う（ステップＳ３０３）。ここでは、セレクタ１１２は、トランジスタＭｊをノードｎ１と接続させ、トランジスタＭｊ以外のトランジスタＭをノードｎ２と接続させる。つまり、セレクタ１１３は、トランジスタ群１１１のうち、１個のトランジスタをノードｎ１と接続させ、（ｎ－１）個のトランジスタをノードｎ２と接続させる。

【0043】

続いて、制御部１４０は、ＡＤＣ部１２０によって、センサ部１１０から供給される電圧Ｖｂｅ１（ｊ）と電圧Ｖｂｅ２（ｊ）の差分である電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）をデジタル値へ変換し、デジタル値をデジタル演算部１３０に格納させる（ステップＳ３０４）。

【0044】

続いて、温度測定装置１００は、制御部１４０により、変数ｊ＝ｊ＋１とし（ステップＳ３０５）、変数ｊがｎより大きいか否かを判定する（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０６において、変数ｊがｎ以下である場合、制御部１４０は、ステップＳ３０３へ戻る。

【0045】

ステップＳ３０６において、変数ｊがｎより大きい場合、制御部１４０は、制御信号Ｃ２によって、セレクタ１１３の接続状態の設定を行う（ステップＳ３０７）。ここでは、セレクタ１１３によって、アンプ１１４の接続先を、ノードｎ４及びノードｎ５に設定する。言い換えれば、セレクタ１１３は、アンプ１１４の非反転入力端子に電圧Ｖａ２を印加させ、反転入力端子に電圧Ｖｂｅ１を印加させる。

【0046】

続いて、温度測定装置１００は、制御部１４０により、変数ｌ＝１に設定し（ステップＳ３０８）、制御信号Ｃ１によって、セレクタ１１２の接続状態の設定を行う（ステップＳ３０９）。ここでは、セレクタ１１２は、トランジスタＭｌをノードｎ２と接続させ、トランジスタＭｌ以外のトランジスタＭをノードｎ１と接続させる。つまり、セレクタ１１３は、トランジスタ群１１１のうち、１個のトランジスタをノードｎ２と接続させ、（ｎ－１）個のトランジスタをノードｎ１と接続させる。

【0047】

続いて、制御部１４０は、ＡＤＣ部１２０によって、センサ部１１０から供給される電圧Ｖｂｅ１（ｌ）と電圧Ｖｂｅ２（ｌ）の差分である電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）をデジタル値へ変換し、デジタル値をデジタル演算部１３０に格納させる（ステップＳ３１０）。

【0048】

続いて、温度測定装置１００は、制御部１４０により、変数ｌ＝ｌ＋１とし（ステップＳ３１１）、変数ｌがｎより大きいか否かを判定する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２において、変数ｌがｎ以下である場合、制御部１４０は、ステップＳ３０９へ戻る。

【0049】

ステップＳ３１２において、変数ｌがｎより大きい場合、制御部１４０は、デジタル演算部１３０に格納された電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）と電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）の平均値を算出し（ステップＳ３１３）、この平均値を誤差として、温度測定値Ｔを算出して出力する（ステップＳ３１４）。

【0050】

尚、本実施形態では、デジタル演算部１３０は、電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）と電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）の平均値を算出するものとしたが、これに限定されない。デジタル演算部１３０は、電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）と電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）の平均値の代わりに、中央値等を求めても良い。デジタル演算部１３０は、電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）と電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）の平均値の誤差を平滑化することができる値であれば、平均値の代わりとして算出しても良い。

【0051】

続いて、温度測定装置１００は、制御部１４０により、測定終了の指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ３１５）。ステップＳ３１５において、測定終了の指示を受け付けない場合、制御部１４０は、ステップＳ３０１に戻る。

【0052】

ステップＳ３１４において、測定終了の指示を受け付けた場合、制御部１４０は、処理を終了し、温度測定装置１００の動作を停止させる。

【0053】

以下に、図４乃至図７を参照して、上述した図３の動作について、具体的に説明する。図４は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第一の図であり、図５は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第二の図である。

【0054】

図４及び図５では、ｎ＝４であり、アンプ１１４の接続先がノードｎ３及びノードｎ６に設定されたときのセンサ部１１０の動作を説明する。ｎ＝４とは、トランジスタ群１１１が、４つのトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を有することを示す。

【0055】

図４（Ａ）は、制御部１４０にｊ＝１が設定されたときのセンサ部１１０の状態を示す図である。図４（Ｂ）は、制御部１４０にｊ＝２が設定されたときのセンサ部１１０の状態を示す図である。

【0056】

図４（Ａ）では、ｊ＝１であるため、センサ部１１０では、トランジスタＭ１のみがセレクタ１１２のノード１と接続され、トランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４がノード２と接続される。

【0057】

このとき、トランジスタＱ１にはトランジスタＭ１の電流Ｉｍ１が流れ、トランジスタＱ２にはトランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４の合計電流である電流Ｉｍ２＋Ｉｍ３＋Ｉｍ４が流れる。

【0058】

よって、ＡＤＣ部１２０は、この電流によって生じた電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ１（１）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。尚、電圧ΔＶｂｅ１（１）＝電圧Ｖｂｅ１（１）－電圧Ｖｂｅ２（１）である。

【0059】

次に、変数ｊ＝２とする。この場合、図４（Ｂ）に示すように、センサ部１１０では、トランジスタＭ２のみがセレクタ１１２のノード１と接続され、トランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ４がノード２と接続される。このとき、トランジスタＱ１にはトランジスタＭ２の電流Ｉｍ１が流れ、トランジスタＱ２にはトランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ４の合計電流である電流Ｉｍ１＋Ｉｍ３＋Ｉｍ４が流れる。

【0060】

よって、ＡＤＣ部１２０は、この電流によって生じた電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ１（２）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0061】

図５（Ａ）は、制御部１４０にｊ＝３が設定されたセンサ部１１０の状態を示す図である。図５（Ｂ）は、制御部１４０にｊ＝４が設定されたセンサ部１１０の状態を示す図である。

【0062】

図５（Ａ）に示すように、変数ｊ＝３とされると、センサ部１１０では、トランジスタＭ３のみがセレクタ１１２のノード１と接続され、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４がノード２と接続される。そして、ＡＤＣ部１２０は、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ１（３）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0063】

また、変数ｊ＝４とされると、図５（Ｂ）に示すように、センサ部１１０では、トランジスタＭ４のみがセレクタ１１２のノード１と接続され、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３がノード２と接続される。そして、ＡＤＣ部１２０は、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ１（４）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0064】

図６は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図であり、図７は、第一の実施形態の温度測定装置の動作を説明する第三の図である。

【0065】

図６及び図７では、ｎ＝４であり、アンプ１１４の接続先がノードｎ４及びノードｎ５に設定されたときのセンサ部１１０の動作を説明する。

【0066】

図６（Ａ）は、制御部１４０にｌ＝１が設定されたセンサ部１１０の状態を示す図である。図６（Ｂ）は、制御部１４０にｌ＝２が設定されたセンサ部１１０の状態を示す図である。

【0067】

図６（Ａ）では、ｌ＝１であるため、センサ部１１０では、トランジスタＭ１のみがセレクタ１１２のノード２と接続され、トランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４がノード１と接続される。

【0068】

このとき、トランジスタＱ２にはトランジスタＭ１の電流Ｉｍ１が流れ、トランジスタＱ１にはトランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ４の合計電流である電流Ｉｍ２＋Ｉｍ３＋Ｉｍ４が流れる。

【0069】

つまり、この場合、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２に流れる電流の大小関係は、ｊ＝１～４の場合と逆の関係となる。

【0070】

ＡＤＣ部１２０は、この電流によって生じた電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ２（１）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0071】

次に、図６（Ｂ）に示すように、変数ｌ＝２とされると、センサ部１１０では、トランジスタＭ２のみがセレクタ１１２のノード２と接続され、トランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ４がノード１と接続される。そして、ＡＤＣ部１２０は、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ２（２）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0072】

図７（Ａ）は、制御部１４０にｌ＝３が設定されたセンサ部１１０の状態を示す図である。図７（Ｂ）は、制御部１４０にｌ＝４が設定されたセンサ部１１０の状態を示す図である。

【0073】

図７（Ａ）に示すように、変数ｌ＝３とされると、センサ部１１０では、トランジスタＭ３のみがセレクタ１１２のノード２と接続され、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ４がノード１と接続される。そして、ＡＤＣ部１２０は、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ２（３）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0074】

また、変数ｌ＝４とされると、図７（Ｂ）に示すように、センサ部１１０では、トランジスタＭ４のみがセレクタ１１２のノード２と接続され、トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３がノード１と接続される。そして、ＡＤＣ部１２０は、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２と差分の電圧ΔＶｂｅ２（４）をデジタル値に変換し、その変換結果を後段のデジタル演算部１３０に格納する。

【0075】

本実施形態のデジタル演算部１３０では、図４乃至図７で示した動作により、電圧ΔＶｂｅ１（１）～電圧ΔＶｂｅ１（４）、電圧ΔＶｂｅ２（１）～電圧ΔＶｂｅ２（４）が格納される。デジタル演算部１３０は、これらの電圧の平均値ΔＶａｖｅを算出することで、トランジスタ間や抵抗間のミスマッチによって生じる、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２との差分である電圧ΔＶｂｅの誤差を平滑化した、真の電圧ΔＶｂｅを得る。

【0076】

そして、デジタル演算部１３０は、平均値ΔＶａｖｅを真の電圧ΔＶｂｅとし、温度測定値Ｔを算出する。ここで、温度測定値Ｔと、電圧ΔＶｂｅとの関係について説明する。本実施形態において、電圧Ｖｂｅ１は、以下の式（１）によって示される。

【0077】

Ｖｂｅ＝（ｋＴａ／ｅ）×ｌｎ（Ｉｑ１／Ｉｓ） 式（１）
尚、式（１）において、ｋはボルツマン定数であり、ｅは電気素量であり、Ｔａは絶対温度であり、Ｉｑ１はトランジスタＱ１を流れる電流であり、Ｉｓは、トランジスタＱ１に対して逆バイアスをかけたときの飽和電流である。また、式（２）において、Ｉｑ２は、トランジスタＱ２を流れる電流である。

【0078】

この式（１）から、電圧ΔＶｂｅは、以下の式（２）で示される。

【0079】

ΔＶｂｅ＝（ｋＴａ／ｅ）×｛ｌｎ（Ｉｑ１）－ｌｎ（Ｉｑ２）｝
＝（ｋＴａ／ｅ）×｛ｌｎ（Ｉｑ２）／（Ｉｑ１）｝
＝（ｋＴａ／ｅ）×｛ｌｎ（ｎ－１）｝ 式（２）
トランジスタ群１１１の各トランジスタ間のミスマッチが存在する場合、電流Ｉｑ１と電流Ｉｑ２との差に、ミスマッチによる誤差が生じる。ミスマッチによって生じる電流Ｉｑ１と電流Ｉｑ２との差の誤差は、ΔＶｂｅの誤差となる。

【0080】

そこで、本実施形態では、変数ｊ，ｌに対して１からｎまで順次設定し、トランジスタ群１１１の各トランジスタ間のミスマッチによって生じる誤差を含む電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）、電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）を取得する。

【0081】

そして、本実施形態のデジタル演算部１３０は、式（２）において、電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）、電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）の平均値ΔＶａｖｅを電圧ΔＶｂｅとして、絶対温度Ｔａを算出することで、トランジスタ群１１１の各トランジスタ間のミスマッチによる誤差が平滑化された温度測定値Ｔを出力する。このとき、ｋ，ｅは物理定数であることから、精度の高い温度測定値Ｔが得られることが分かる。

【0082】

尚、本実施形態のデジタル演算部１３０は、絶対温度Ｔａ［Ｋ］を温度測定値Ｔとして出力しても良いし、絶対温度Ｔａ［Ｋ］から、温度測定値Ｔ［℃］を算出して出力しても良い。

【0083】

また、デジタル演算部１３０は、式（２）、ボルツマン定数ｋ、電気素量ｅが予め格納された記憶部を有しているものとした。

【0084】

以下に、本実施形態の効果について説明する。図８は、第一の実施形態の効果を説明する図である。図８（Ａ）は、センサ部１１０における電流源の電流の誤差を示す図である。図８（Ｂ）は、ＡＤＣ部１２０から出力される電圧ΔＶｂｅ１（ｊ）、電圧ΔＶｂｅ２（ｌ）の一覧を示す図である。

【0085】

図８の例では、図８（Ａ）に示すように、トランジスタ群１１１のトランジスタＭ１に流れる電流だけが、トランジスタＭ間のミスマッチにより、１０％の誤差を有している場合を示している。

【0086】

この場合、トランジスタＭ２～Ｍ４に流れる電流をＩとした場合、トランジスタＭ１に流れる電流は、１．１Ｉとなる。

【0087】

また、図８（Ａ）では、制御部１４０において、変数ｊ＝１が設定された状態を示している。したがって、トランジスタＱ１には、トランジスタＭ１から、１．１Ｉの電流が供給されている。また、トランジスタＱ２には、トランジスタＭ２～Ｍ４から、３Ｉの電流が供給されている。

【0088】

この場合、図８（Ｂ）に示すように、電圧ΔＶｂｅ１（１）は、（ｋＴａ／ｅ）×（Ｉｎ３Ｉ／１．１Ｉ）となる。

【0089】

このようにして、変数ｊ＝１～４、変数ｌ＝１～４とする処理を行った結果、デジタル演算部１３０には、図８（Ｂ）に示すように、電圧ΔＶｂｅ１（１）～電圧ΔＶｂｅ１（４）、電圧ΔＶｂｅ２（１）～電圧ΔＶｂｅ２（４）が格納される。

【0090】

この場合、電圧ΔＶｂｅ１（１）～電圧ΔＶｂｅ１（４）、電圧ΔＶｂｅ２（１）～電圧ΔＶｂｅ２（４）の平均値は、以下の式（３）によって算出される。

【0091】

（１／８）×（ｋＴａ／ｅ）×Ｉｎ｛（３／１．１）^２×（Ｉｎ３／１．１）^６｝
＝（ｋＴａ／ｅ）×Ｉｎ｛（３／１．１）^２×（３／１．１）^６｝^１／８
≒（ｋＴａ／ｅ）×ｌｎ（３．００２２９５） 式（３）
また、トランジスタＭ１～Ｍ４を流れる電流値に誤差がない場合の、電圧ΔＶｂｅ１（１）～電圧ΔＶｂｅ１（４）、電圧ΔＶｂｅ２（１）～電圧ΔＶｂｅ２（４）の期待値は、以下の式（４）となる。

【0092】

（ｋＴａ／ｅ）×ｌｎ（３） 式（４）
したがって、本実施形態によれば、式（３）と式（４）の比から、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２との差分の誤差を、ｌｎ（３．００２２９５）／ｌｎ（３）≒１．０００７、つまり、０．０７％まで低減できることがわかる。

【0093】

これに対し、本実施形態を適用しない場合には、電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２との差分の誤差は、以下の式（５）によって示される。

【0094】

ｌｎ（３．１／１）／ｌｎ（３）≒１．０３［％］ 式（５）
このことから、本実施形態を適用すれば、センサ部１１０の有するトランジスタ間のミスマッチや抵抗間のばらつき等によって生じる電圧Ｖｂｅ１と電圧Ｖｂｅ２との差分の誤差が、３％程度から０．０７％程度まで低減されることがわかる。

【0095】

このように、本実施形態によれば、センサ部１１０に電流源を含めることで、温度測定装置１００の小型化に貢献することができる。したがって、本実施形態の温度測定装置１００は、例えば、ＬＳＩ（large-scale integrated circuit）上において複数の局所的な発熱箇所を検出する場合等に効果的である。

【0096】

さらに、本実施形態によれば、対数の近似計算等を行わず、平均処理によって温度測定値を算出できるため、デジタル演算の負荷を低減することができる。

【0097】

（第二の実施形態）
以下に、図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、センサ部がセレクタ１１３を有していない点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

【0098】

図９は、第二の実施形態の温度測定装置の構成を説明する図である。本実施形態の温度測定装置１００Ａは、センサ部１１０Ａ、ＡＤＣ部１２０、デジタル演算部１３０、制御部１４０Ａを有する。

【0099】

尚、図９の例では、温度測定装置１００Ａは、ＡＤＣ部１２０、デジタル演算部１３０を含む構成としているが、これに限定されない。ＡＤＣ部１２０とデジタル演算部１３０は、温度測定装置の外部に設けられるものであっても良く、この場合には、センサ部１１０Ａと、制御部１４０Ａとが温度測定装置１５０Ａを形成することになる。

【0100】

本実施形態のセンサ部１１０Ａは、トランジスタＱ１及びＱ２と、トランジスタ群１１１と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、セレクタ１１２と、アンプ１１４と、を有する。

【0101】

本実施形態のアンプ１１４は、非反転入力端子がノードｎ５と接続され、反転入力端子がノードｎ４と接続されている。

【0102】

本実施形態の制御部１４０Ａは、セレクタ１１２に対して制御信号Ｃ１を出力し、トランジスタ群１１１の各トランジスタの接続先を制御する。言い換えれば、制御部１４０は、変数ｊの設定についてのみ行い、変数ｌの設定は行わない。

【0103】

次に、図１０を参照して、本実施形態の温度測定装置１００Ａの動作について説明する。図１０は、第二の実施形態の温度測定装置の動作を説明するフローチャートである。

【0104】

本実施形態の温度測定装置１００Ａにおいて、制御部１４０Ａは、温度測定装置１００Ａの上位の装置から温度測定の開始の指示を受け付けると、図１０に示す動作（処理）を開始する。

【0105】

図１０のステップＳ１００１からステップＳ１００５は、図３のステップＳ３０２からステップＳ３０６までの処理と同様であるから、説明を省略する。

【0106】

ステップＳ１００５において、デジタル演算部１３０に、ΔＶｂｅ（１）～ΔＶｂｅ（ｎ）が格納されると、制御部１４０Ａは、デジタル演算部１３０により、これらの平均値を算出させる（ステップＳ１００６）。

【0107】

続いて、制御部１４０Ａは、デジタル演算部１３０により、ΔＶｂｅ（１）～ΔＶｂｅ（ｎ）の平均値を用いて温度測定値Ｔを算出させ、出力させる（ステップＳ１００７）。

【0108】

続いて、温度測定装置１００Ａは、制御部１４０Ａにより、測定終了の指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１００８）。ステップＳ１００８において、測定終了の指示を受け付けない場合、制御部１４０Ａは、ステップＳ１００１に戻る。

【0109】

ステップＳ１００８において、測定終了の指示を受け付けた場合、制御部１４０Ａは、処理を終了し、温度測定装置１００Ａの動作を停止させる。

【0110】

以上のように、本実施形態では、第一の実施形態と比較して、ΔＶｂｅの平均値を算出する処理を簡略化することができ、デジタル演算の処理の負荷を軽減し、処理速度を向上させることができる。

【0111】

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【0112】

尚、各実施形態のトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、特許請求の範囲の記載の第１及び第２の半導体素子の一例であり、トランジスタＭ１～Ｍｎは、特許請求の範囲の記載の複数のトランジスタの一例であり、トランジスタ群１１１は、特許請求の範囲の記載のトランジスタ群の一例である。また、各実施形態のセレクタ１１２は、特許請求の範囲の記載のセレクタの一例であり、セレクタ１１３は、特許請求の範囲の記載の切り替え部の一例であり、アンプ１１４は、特許請求の範囲の記載のアンプの一例である。

【0113】

また、各実施形態の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は、特許請求の範囲の記載の第１の抵抗素子と第２の抵抗素子の一例である。

【符号の説明】

【0114】

１００、１００Ａ 温度測定装置
１１０、１１０Ａ センサ部
１１１ トランジスタ群
１１２、１１３ セレクタ
１１４ アンプ
１２０ ＡＤＣ部
１３０ デジタル演算部
１４０、１４０Ａ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】