半導体装置

【課題】低消費電流の半導体装置を提供する。
【解決手段】このサーモスタットＩＣ１では、目標温度に応じたレベルの一定の参照電圧Ｖｒｅｆを発生する参照電圧発生回路４と、検出温度に応じたレベルの電圧Ｖｔを出力する温度センサ５と、参照電圧Ｖｒｅｆと電圧Ｖｔの高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する比較回路６とを備え、参照電圧発生回路４および比較回路６の活性化／非活性化の制御が可能になっている。したがって、全部の回路を常時活性化させていた従来に比べ、消費電流が小さくて済む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置に関し、特に、検出温度が目標温度に到達したか否かを判定する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内蔵の温度センサで検出した温度が目標温度に到達したか否かを判定し、判定結果を示す信号を出力するサーモスタットＩＣが開発されている。このサーモスタットＩＣは、検出温度に応じたレベルの電圧を出力する温度検出回路と、温度検出回路の出力電圧と参照電圧との高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する比較回路とを備えている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−８２３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来のサーモスタットＩＣは消費電流が大きいという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、低消費電流の半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明に係る半導体装置は、検出温度が目標温度に到達したか否かを判定する半導体装置であって、目標温度に応じたレベルの一定の参照電圧を発生する参照電圧発生回路と、検出温度に応じたレベルの電圧を出力する温度検出回路と、温度検出回路の出力電圧と参照電圧との高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する比較回路と、参照電圧発生回路、温度検出回路、および比較回路のうちの少なくとも１つの回路の活性化／非活性化を制御する制御手段とを備えたものである。
【０００５】
好ましくは、制御手段は、参照電圧発生回路および比較回路の活性化／非活性化を制御する。
【０００６】
また好ましくは、制御手段は、参照電圧発生回路、温度検出回路、および比較回路の活性化／非活性化を制御する。
【０００７】
また好ましくは、温度検出回路は、一定の参照電流を発生する参照電流発生回路と、参照電流に基づいて検出温度に応じたレベルの電圧を出力する温度センサとを含み、制御手段は、参照電圧発生回路、参照電流発生回路、および比較回路の活性化／非活性化を制御する。
【０００８】
また好ましくは、少なくとも１つの回路の活性化／非活性化は制御信号によって制御され、制御手段は、外部から制御信号を受ける信号端子を含む。
【０００９】
また好ましくは、少なくとも１つの回路の活性化／非活性化は制御信号によって制御され、制御手段は、一定周期の制御信号を発生する発振器を含む。
【００１０】
また好ましくは、さらに、制御信号によって少なくとも１つの回路の非活性化が指示されたことに応じて、比較回路の出力信号を保持および出力するラッチ回路を備える。
【００１１】
また好ましくは、さらに、外部から電源電圧を受ける電源端子と、外部から接地電圧を受ける接地端子とを備え、接地端子は、対象物の温度を温度検出回路に伝達させる温度伝達路を兼ねている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る半導体装置では、参照電圧発生回路、温度検出回路、および比較回路のうちの少なくとも１つの回路の活性化／非活性化を制御する制御手段を設けたので、全ての回路が常時活性化されていた従来に比べ、消費電流が少なくて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１によるサーモスタットＩＣ１の構成を示すブロック図である。図１において、このサーモスタットＩＣ１は基板２を備える。基板２の表面には、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、温度センサ５、比較回路６、およびバッファ７が形成されている。また、基板２の外周部には外部ピンＰ１〜Ｐ５が設けられている。
【００１４】
参照電流発生回路３は、たとえばバンドギャップ定電流源を含み、温度依存性の無い一定の参照電流Ｉｒｅｆ１，Ｉｒｅｆ２を発生する。参照電圧発生回路４は、制御信号ＥＮＬが活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合に活性化され、参照電流発生回路３からの参照電流Ｉｒｅｆ１に基づいて、温度依存性の無い一定の参照電圧Ｖｒｅｆを発生する。制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、参照電圧発生回路４は非活性化され、参照電圧発生回路４での消費電流が削減される。
【００１５】
温度センサ５は、直列接続された複数のダイオードを含む。複数のダイオードには、参照電流発生回路３で生成された参照電流Ｉｒｅｆ２が流される。複数のダイオードの順方向電圧の和は、温度センサ５の出力電圧Ｖｔとなる。この電圧Ｖｔは、温度上昇に比例して低下する。電圧Ｖｔは、外部ピンＰ１に出力される。
【００１６】
比較回路６の非反転入力端子（＋端子）には参照電圧Ｖｒｅｆが与えられ、その反転入力端子（−端子）には温度センサ５の出力電圧６が与えられる。比較回路６は、制御信号ＥＮＬが活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合に活性化され、温度センサ５の出力電圧Ｖｔと参照電圧Ｖｒｅｆとの高低を比較し、電圧Ｖｔが参照電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合は外部ピンＰ４を「Ｌ」レベル（０Ｖ）にし、電圧Ｖｔが参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合は外部ピンＰ４をハイ・インピーダンス状態にする。制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、比較回路６は非活性化され、比較回路６での消費電流が削減される。なお、比較回路６は、ヒステリシス特性を有する。
【００１７】
外部ピンＰ３には、外部から制御信号ＥＮＬが与えられる。バッファ７は、外部から外部ピンＰ３を介して与えられた制御信号ＥＮＬを参照電圧発生回路４および比較回路６に伝達する。外部ピンＰ２には、外部から接地電圧ＧＮＤ（０Ｖ）が与えられる。外部ピンＰ５には、外部から電源電圧ＶＤＤ（たとえば、２．８Ｖ）が与えられる。
【００１８】
図２（ａ）はサーモスタットＩＣ１の上面図であり、図２（ｂ）はその正面図であり、図２（ｃ）はその下面図である。たとえば、サーモスタットＩＣ１の長さは１．６ｍｍであり、その幅は外部ピンＰ１〜Ｐ５も含めて１．６ｍｍであり、その厚さは０．６ｍｍである。基板２の裏面（ＩＣ１の下面）の中央部には、接地電極ＥＬが形成されている。接地電極ＥＬは外部ピンＰ２に接続されている。接地電極ＥＬと外部ピンＰ２は接地端子を構成する。ＩＣ１は、接地電極ＥＬが対象物の温度測定点に接触するようにして、対象物に貼り付けられる。接地電極ＥＬは、対象物の温度を温度センサ５に伝達させる温度伝達路を兼ねている。
【００１９】
図３は、外部ピンＰ１〜Ｐ５の使用方法を示す回路ブロック図である。図３において、外部ピンＰ１は、モニタ装置のハイ・インピーダンス入力段（図示せず）に接続される。また、外部ピンＰ１と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に、ノイズ除去用のコンデンサ１０が接続される。コンデンサ１０の容量値は、たとえば０．１μＦである。外部ピンＰ２は、接地される。外部ピンＰ３には、制御信号ＥＮＬを出力する信号源１１が接続される。
【００２０】
外部ピンＰ４は、抵抗素子１４を介して電源電圧ＶＤＤのラインに接続される。抵抗素子１４の抵抗値は、たとえば１０ｋΩである。外部ピンＰ４がハイ・インピーダンス状態にされると、外部ピンＰ４に現れる信号ＯＳは「Ｈ」レベル（電源電圧ＶＤＤ）となる。外部ピンＰ４が「Ｌ」レベルにされると、信号ＯＳは「Ｌ」レベルになる。外部ピンＰ５には、電源電圧ＶＤＤを出力する直流電源１２と、電源電圧ＶＤＤを安定化させるためのコンデンサ１３が並列接続される。コンデンサ１３の容量値は、たとえば１μＦである。
【００２１】
図４(ａ）は温度センサ５の出力電圧Ｖｔの温度特性を示す図であり、同図（ｂ）はＩＣ１の出力信号ＯＳの温度特性を示す図である。図４（ａ）において、電圧Ｖｔは、３０℃で１．３００Ｖである。電圧Ｖｔは、３０℃から温度が１℃上昇する毎に８．２ｍＶ低下する。図４（ｂ）では、目標温度が８０℃に設定されている場合が示されている。室温から温度が上昇して８０℃に到達すると、信号ＯＳが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられる。温度が降下して７０℃に到達すると、信号ＯＳが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられる。つまり、このＩＣ１は、１０℃のヒステリシスを有する。これは、たとえば、温度が略８０℃一定になったとき、信号ＯＳが高い周波数で振動することを防止するためである。
【００２２】
図５は、サーモスタットＩＣ１の消費電流ＩＤＤを示す図である。このＩＣ１は、２〜７Ｖの範囲の電源電圧ＶＤＤで駆動可能となっている。電源電圧ＶＤＤを上昇させると、消費電流ＩＤＤのレベルも上昇する。温度Ｔａは、２５℃一定とした。図中の実線は制御信号ＥＮＬが「Ｈ」レベルの場合の消費電流ＩＤＤを示し、図中の点線は制御信号ＥＮＬが「Ｌ」レベルの場合の消費電流ＩＤＤを示している。たとえば、電源電圧ＶＤＤが４Ｖの場合、制御信号が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化すると、参照電圧発生回路４および比較回路６が非活性化され、消費電流ＩＤＤが７．５μＡから３．５μＡに減少する。
【００２３】
図６は、サーモスタットＩＣ１の動作を例示するタイムチャートである。初期状態では、電源電圧ＶＤＤが遮断され、制御信号ＥＮＬは非活性化レベルの「Ｌ」レベルに固定され、信号ＯＳは「Ｈ」レベルにプルアップされている。また、温度は８０℃よりも低いものとする。時刻ｔ０において電源電圧ＶＤＤが投入されると、参照電流発生回路３が活性化され、３．５μＡの消費電流ＩＤＤが流れる。また、温度センサ５から電圧Ｖｔが出力される。
【００２４】
時刻ｔ１において、制御信号ＥＮＬが活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられると、参照電圧発生回路４および比較回路６が活性化され、７．５μＡの消費電流ＩＤＤが流れる。制御信号ＥＮＬが「Ｈ」レベルに立ち上げられてから所定の遅延時間経過後に信号ＯＳが「Ｌ」レベルに立ち下げられる（時刻ｔ２）。
【００２５】
温度が徐々に上昇して目標温度（８０℃）に到達すると（時刻ｔ３）、信号ＯＳが「Ｈ」レベルに立ち上げられる。その後、温度が徐々に低下して下限温度（７０℃）に到達すると、信号ＯＳが「Ｌ」レベルに立ち下げられる（時刻ｔ４）。
【００２６】
時刻ｔ５において、制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられると、参照電圧発生回路４および比較回路６が非活性化され、消費電流ＩＤＤが７．５μＡから３．５μＡに減少する。比較回路６が非活性化されると、信号ＯＳは「Ｈ」レベルに固定される。なお、制御信号ＥＮＬが「Ｌ」レベルの期間でも、参照電流発生回路３は活性化されているので、電圧Ｖｔは出力される。
【００２７】
時刻ｔ６において、制御信号ＥＮＬが活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられると、参照電圧発生回路４および比較回路６が活性化され、消費電流ＩＤＤが３．５μＡから７．５μＡに増加する。以下、同様にして、温度が目標温度に到達したか否かが判定される。
【００２８】
この実施の形態１では、制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、参照電圧発生回路４および比較回路６が非活性化される。したがって、ＩＣ全体が常時活性化されていた従来に比べ、消費電流が少なくて済む。
【００２９】
なお、図１において、比較回路６の非反転入力端子に温度センサ５の出力電圧Ｖｔを与え、反転入力端子に参照電圧Ｖｒｅｆを与えてもよい。この場合は、温度センサ５の出力電圧Ｖｔが参照電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合は外部ピンＰ４がハイ・インピーダンス状態になって信号ＯＳが「Ｈ」レベルになり、電圧Ｖｔが参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合は外部ピンＰ４が「Ｌ」レベルになって信号ＯＳが「Ｌ」レベルになる。
【００３０】
[実施の形態２]
図７は、この発明の実施の形態２によるサーモスタットＩＣ２０の構成を示すブロック図であって、図１と対比される図である。図７において、このＩＣ２０が図１のＩＣ１と異なる点は、制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、参照電圧発生回路４および比較回路６に加え、参照電流発生回路３も非活性化される点である。
【００３１】
図８は、サーモスタットＩＣ２０の消費電流ＩＤＤを示す図であって、図５と対比される図である。このＩＣ２０では、たとえば、電源電圧ＶＤＤが４Ｖの場合、制御信号が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化すると、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６が非活性化され、消費電流ＩＤＤが７．５μＡから０．３μＡに減少する。
【００３２】
図９は、サーモスタットＩＣ２０の動作を例示するタイムチャートであって、図６と対比される図である。図９において、制御信号ＥＮＬが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、消費電流ＩＤＤが７．５μＡから０．３μＡに低下し、電圧Ｖｔ用の外部ピンＰ１がハイ・インピーダンス状態にされる。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【００３３】
この実施の形態２では、制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合は、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６が非活性化されるので、実施の形態１よりも消費電流が少なくて済む。ただし、制御信号ＥＮＬが「Ｌ」レベルの場合は、温度センサ５の出力電圧Ｖｔの変化をモニタすることはできない。
【００３４】
[実施の形態３]
図１０は、この発明の実施の形態３によるサーモスタットＩＣ２１の構成を示すブロック図であって、図７と対比される図である。図１０において、このＩＣ２０が図７のＩＣ２０と異なる点は、バッファ７が除去され、発振器２２およびラッチ回路２３が追加され、制御信号ＥＮＬの代わりに制御信号ＨＹが外部ピンＰ３に与えられる点である。
【００３５】
発振器２２は、一定周期（たとえば、８ｍｓ）の制御信号ＥＮＬを生成して参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、比較回路６、およびラッチ回路２３に与える。制御信号ＥＮＬは、一定周期毎に一定時間（たとえば、１ｍｓ）だけ活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。
【００３６】
参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６は、制御信号ＥＮＬが活性化レベルの「Ｈ」レベルの場合に活性化され、制御信号ＥＮＬが非活性化レベルの「Ｌ」レベルの場合に非活性化される。ラッチ回路２３は、制御信号ＥＮＬの立ち上がりエッジに応答して比較回路６の出力信号を取り込み、制御信号ＥＮＬの立下りエッジに応答して比較回路６の出力信号を保持および出力する。ラッチ回路２３の出力信号は、外部ピンＰ４に与えられる。
【００３７】
また、参照電圧発生回路４は、制御信号ＨＹに従って、ＩＣ２１のヒステリシス特性を切換える。制御信号ＨＹが「Ｌ」レベルの場合は、ＩＣ２１のヒステリシス特性は図４で示したＩＣ１のヒステリシス特性と同じになる。すなわち、温度が上昇する場合は温度が目標温度の８０℃に到達したことに応じて信号ＯＳが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられ、温度が下降する場合は温度が下限温度の７０℃に到達したことに応じて信号ＯＳが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられる。制御信号ＨＹが「Ｈ」レベルの場合は、下限温度が７６℃になる。
【００３８】
図１１は、サーモスタットＩＣ２１の動作を例示するタイムチャートである。時刻ｔ０において、電源電圧ＶＤＤが投入されると、発振器２２が発振を開始し、制御信号ＥＮＬを生成する。消費電流ＩＤＤは、制御信号ＥＮＬに同期して変化する。
【００３９】
時刻ｔ１において、制御信号ＥＮＬが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられると、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６が活性化され、消費電流ＩＤＤは０．１μＡから７．０μＡに増加する。このとき、温度Ｔａが８０℃以下であったので、比較回路６の出力信号は「Ｌ」レベルとなる。この「Ｌ」レベルの信号はラッチ回路２３に取り込まれ、信号ＯＳは「Ｌ」レベルになる。
【００４０】
時刻ｔ２において、制御信号ＥＮＬが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６が非活性化され、消費電流ＩＤＤは７．０μＡから０．１μＡに減少する。ラッチ回路２３は、制御信号ＥＮＬの立下りエッジに応答して比較回路６の出力信号を保持および出力する。したがって、信号ＯＳは「Ｌ」レベルに維持される。
【００４１】
時刻ｔ３において、制御信号ＥＮＬが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられると、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６が活性化され、消費電流ＩＤＤは０．１μＡから７．０μＡに増加する。このとき、温度Ｔａが８０℃以上であったので、比較回路６の出力信号はハイ・インピーダンス状態となる。この信号はラッチ回路２３に取り込まれ、信号ＯＳは「Ｈ」レベルになる。
【００４２】
時刻ｔ４において、制御信号ＥＮＬが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、参照電流発生回路３、参照電圧発生回路４、および比較回路６が非活性化され、消費電流ＩＤＤは７．０μＡから０．１μＡに減少する。ラッチ回路２３は、制御信号ＥＮＬの立下りエッジに応答して比較回路６の出力信号を保持および出力する。したがって、信号ＯＳは「Ｈ」レベルに維持される。以下同様である。
【００４３】
この実施の形態３では、実施の形態２と同じ効果が得られる他、制御信号ＥＮＬがＩＣ２１内で生成されるので、制御信号ＥＮＬを外部からＩＣ２１に供給する必要がない。したがって、ＣＰＵやＭＰＵによってＩＣ２１の活性化／非活性化を制御することなく、ＩＣ２１単体で活性化／非活性化を制御することができる。また、制御信号ＥＮＬ用の外部ピンＰ３が不要になるので、余った外部ピンＰ３を別の用途に使用することが可能となる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施の形態１によるサーモスタットＩＣの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したサーモスタットＩＣの外観を示す図である。
【図３】図１に示した外部ピンの使用方法を示す回路ブロック図である。
【図４】図１に示したサーモスタットＩＣの出力電圧Ｖｔおよび出力信号ＯＳの温度特性を示す図である。
【図５】図１に示したサーモスタットＩＣの消費電流を示す図である。
【図６】図１に示したサーモスタットＩＣの動作を例示するタイムチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２によるサーモスタットＩＣの構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示したサーモスタットＩＣの消費電流を示す図である。
【図９】図７に示したサーモスタットＩＣの動作を例示するタイムチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態２によるサーモスタットＩＣの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示したサーモスタットＩＣの動作を例示するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１，２０，２１サーモスタットＩＣ、２基板、３参照電流発生回路、４参照電圧発生回路、５温度センサ、６比較回路、７バッファ、１０，１３コンデンサ、１１信号源、１２直流電源、１４抵抗素子、２２発振器、２３ラッチ回路、Ｐ１〜Ｐ５外部ピン。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出温度が目標温度に到達したか否かを判定する半導体装置であって、
前記目標温度に応じたレベルの一定の参照電圧を発生する参照電圧発生回路と、
前記検出温度に応じたレベルの電圧を出力する温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力電圧と前記参照電圧との高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する比較回路と、
前記参照電圧発生回路、前記温度検出回路、および前記比較回路のうちの少なくとも１つの回路の活性化／非活性化を制御する制御手段とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記参照電圧発生回路および前記比較回路の活性化／非活性化を制御する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記参照電圧発生回路、前記温度検出回路、および前記比較回路の活性化／非活性化を制御する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記温度検出回路は、
一定の参照電流を発生する参照電流発生回路と、
前記参照電流に基づいて前記検出温度に応じたレベルの電圧を出力する温度センサとを含み、
前記制御手段は、前記参照電圧発生回路、前記参照電流発生回路、および前記比較回路の活性化／非活性化を制御する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの回路の活性化／非活性化は制御信号によって制御され、
前記制御手段は、外部から前記制御信号を受ける信号端子を含む、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの回路の活性化／非活性化は制御信号によって制御され、
前記制御手段は、一定周期の前記制御信号を発生する発振器を含む、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
さらに、前記制御信号によって前記少なくとも１つの回路の非活性化が指示されたことに応じて、前記比較回路の出力信号を保持および出力するラッチ回路を備える、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
さらに、外部から電源電圧を受ける電源端子と、
外部から接地電圧を受ける接地端子とを備え、
前記接地端子は、対象物の温度を前記温度検出回路に伝達させる温度伝達路を兼ねている、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の半導体装置。

【図１】