專利名稱：帶有溫度補(bǔ)償電路的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件與一種溫度變化檢測器件。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種包括一個(gè)需要溫度補(bǔ)償以正確提供預(yù)期功能的處理電路的半導(dǎo)體器件，與一種檢測關(guān)心對象的溫度變化的溫度變化檢測器件。
背景技術(shù)：
已知形成在半導(dǎo)體襯底上的電子電路元件的特性具有某些溫度依賴關(guān)系。例如，芯片上電阻器當(dāng)溫度變化時(shí)顯示電阻變化。由于這個(gè)原因，如果不適當(dāng)校正它的溫度敏感元件，在半導(dǎo)體芯片上制作的有源濾波器的截止頻率會(huì)隨著溫度的變化而變化。
研究者們提出了各種溫度補(bǔ)償方法以致力于上述問題。圖10表示一個(gè)其中實(shí)施這種方法的常規(guī)補(bǔ)償電路。圖示電路由一個(gè)第一恒流源10、一個(gè)內(nèi)部元件11、一個(gè)第二恒流源12、一個(gè)外部元件13、一個(gè)電壓差檢測器14與一個(gè)需要溫度校正的電路15組成。除外部元件13之外，這些電路元件都形成在一個(gè)半導(dǎo)體器件上。
第一恒流源10供給內(nèi)部元件11一個(gè)恒定電流。內(nèi)部元件11為例如構(gòu)成半導(dǎo)體器件一部分的電阻元件。第二恒流源12供給外部元件13一個(gè)恒定電流。外部元件13為放置在半導(dǎo)體器件的外部以便不受器件溫度影響的另一個(gè)電阻元件。
電壓差檢測器14檢測內(nèi)部元件11與外部元件13之間的電壓差并產(chǎn)生一個(gè)代表此差別的n位信號(hào)。此信號(hào)供給需要溫度補(bǔ)償?shù)碾娐?5(例如有源濾波器)。
圖10的電路工作如下。當(dāng)通電時(shí)，第一恒流源10與第二恒流源12開始向它們各自的負(fù)載電路11與13(前者位于器件的內(nèi)部而后者位于器件的外部)供給恒定電流。例如，考慮恒流源10與12、內(nèi)部元件11及外部元件13設(shè)計(jì)為在室溫(25℃)下產(chǎn)生OV的內(nèi)部元件11與外部元件13的上結(jié)點(diǎn)之間的電壓差。由于在器件剛一通電后的一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)保持此情況，電壓差檢測器14供給電路15一個(gè)指示檢測到無電壓差的n位信號(hào)。在此n位信號(hào)作用下，電路15以它的默認(rèn)電路參數(shù)對給定的輸入信號(hào)施加一個(gè)規(guī)定的信號(hào)處理功能(例如濾波)。
假定一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間已過去因而半導(dǎo)體器件的溫度已升高。當(dāng)內(nèi)部元件11的溫度相應(yīng)升高時(shí)，位于半導(dǎo)體器件外部的外部元件13仍停留在原來的溫度。如果內(nèi)部元件11與外部元件13都有正的溫度系數(shù)(即它們的電阻隨溫度的升高而增大)，內(nèi)部元件11將呈現(xiàn)比外部元件13較大的電阻。這意味著內(nèi)部元件11兩端之間產(chǎn)生的電壓將大于外部元件13兩端之間產(chǎn)生的電壓(假定恒定電流源10與12輸出同量的電流)。
這時(shí)電壓差檢測器14檢測到內(nèi)部元件11與外部元件13之間的一個(gè)非零的電壓差因而產(chǎn)生一個(gè)代表此電壓差的n位信號(hào)并發(fā)送至電路15。假定內(nèi)部元件11的電壓降為5.2V而外部元件13的電壓降為5.1V，則電壓差檢測器14通過發(fā)送一個(gè)代表0.1V值的n位信號(hào)將此電壓差通知電路15。
電路15根據(jù)從電壓差檢測器14接收的n位信號(hào)校正自己。由于在本例中電壓差是0.1V，電路15以這樣的方法控制一個(gè)集成的電阻元件使得它的電阻將減小以抵消溫度引起的增大。通過這樣做，即使器件的溫度升高，電路15仍能保持自己的工作特性。
然而，以上圖10中說明的常規(guī)配置需要一個(gè)除半導(dǎo)體器件本身以外的用于外部元件13的安裝空間。在某些空間限制緊張的環(huán)境下，這是一個(gè)缺點(diǎn)。此常規(guī)電路的另一個(gè)問題是恒流源10與12的輸出電流因?yàn)樗鼈冎惺褂玫碾娐吩臏囟纫蕾囮P(guān)系而可能隨著溫度的變化而變化。這意味著會(huì)把測量誤差引入被檢測的電壓差。
接著參看圖11，它表示常規(guī)溫度補(bǔ)償方法的另一個(gè)例子。圖示的電路圖包括一個(gè)電路20、一個(gè)減法與積分器21、一個(gè)求值電路22、一個(gè)電阻控制器23與一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器24。
電路20是一個(gè)由電阻器、電容器、積分器及其它元件組件的有源濾波器。減法器與積分器21積分電路20中諸電阻器之一的兩端之間產(chǎn)生的電壓。它從那個(gè)電壓中減去直流偏壓(如果有的話)，以便在積分的結(jié)果中不包括此偏壓。
求值電路22比較減法器與積分器21的輸出跟預(yù)定的參考信號(hào)并把結(jié)果發(fā)送至電阻控制器23。根據(jù)比較結(jié)果，電阻控制器23控制決定電路20特性的某個(gè)電阻元件。時(shí)鐘發(fā)生器24向減法器與積分器21和求值電路22提供時(shí)鐘信號(hào)，因?yàn)樗鼈儜?yīng)用開關(guān)電容器技術(shù)。
圖11的電路工作如下。當(dāng)半導(dǎo)體器件通電時(shí)，電路20開始作為一個(gè)有源濾波器工作。根據(jù)由時(shí)鐘發(fā)生器24供給的時(shí)鐘信號(hào)計(jì)時(shí)，減法器與積分器21積分電路20中某個(gè)特定電阻器兩端之間產(chǎn)生的電壓并把結(jié)果發(fā)送至求值電路22。積分結(jié)果不包括所關(guān)心電壓的直流偏壓分量，因?yàn)闇p法器與積分器21在積分前已將它舍棄。
求值電路22比較減法器與積分器21的輸出信號(hào)跟預(yù)定的參考信號(hào)并把結(jié)果發(fā)送至電阻控制器23。例如，假定在室溫(25℃)下這兩個(gè)信號(hào)彼此相符。由于剛一通電后器件的溫度與環(huán)境溫度幾乎相同因而求值電路22把兩個(gè)信號(hào)之間的相符通知電阻控制器23。雖然設(shè)計(jì)為根據(jù)比較結(jié)果修正電路20中某個(gè)電阻元件的阻值，但由于觀測到的差值為0，因而此時(shí)電阻控制器23對電路20不采取校正行動(dòng)。
隨著通電后時(shí)間的過去，關(guān)心的電阻元件的溫度隨著器件溫度的上升而上升，從而引起電路參數(shù)(即電阻)的變化。這個(gè)變化可從減法器與積分器21的輸出中觀測到。通過比較此輸出信號(hào)與預(yù)定的參考信號(hào)，求值電路22檢測到此變化并通知電阻控制器23。電阻控制器23把它看作為電路20中電阻參數(shù)的變化，據(jù)此修正電路20的內(nèi)部設(shè)置以補(bǔ)償此變化。在關(guān)心的電阻元件有正的溫度系數(shù)(即電阻隨溫度上升而增大)的情況下，電路控制器23采取動(dòng)作以減小電阻從而補(bǔ)償溫度上升。通過上述處理，即使器件的溫度上升，仍能保持它的內(nèi)部電路20的工作特性。
然而，上述圖11的常規(guī)電路在它的產(chǎn)生參考信號(hào)的電路模塊之一處呈現(xiàn)某種溫度依賴關(guān)系。這意味著參考信號(hào)可能隨著溫度變化而變化，從而把誤差引入溫度測量。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種帶有一個(gè)精確檢測溫度變化的溫度補(bǔ)償電路而不需要額外的安裝空間的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種精確檢測溫度變化而不需要額外的安裝空間的溫度變化檢測器件。
為實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供一種包括工作如下的諸元件的半導(dǎo)體器件。一個(gè)處理電路執(zhí)行一個(gè)具有某種溫度依賴關(guān)系的預(yù)定功能。一個(gè)傳感器單元位于處理電路的附近，它包括具有彼此不同的溫度系數(shù)的第一與第二半導(dǎo)體元件。一個(gè)溫度變化檢測器通過觀測構(gòu)成傳感器單元的第一與第二半導(dǎo)體元件的某個(gè)特性的變化來檢測溫度變化。一個(gè)溫度校正器修正處理電路的某個(gè)電路參數(shù)以補(bǔ)償由溫度變化檢測器檢測到的溫度變化。
為實(shí)現(xiàn)上述第二個(gè)目的，本發(fā)明提供一個(gè)檢測所關(guān)心對象的溫度變化的溫度變化檢測器件。此器件包括一個(gè)位于關(guān)心對象附近的傳感器單元，它包括具有彼此不同的溫度系數(shù)的第一與第二半導(dǎo)體元件。一個(gè)溫度變化檢測器通過觀測構(gòu)成傳感器單元的第一與第二半導(dǎo)體元件的某個(gè)特性的變化來檢測溫度變化。
根據(jù)下列描述連同圖示說明作為例子的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述與其它的目的、特征與優(yōu)點(diǎn)將變?yōu)轱@而易見。


圖1是一個(gè)本發(fā)明的原理圖；圖2是一個(gè)本發(fā)明的第一實(shí)施例的框圖；圖3表示圖2中表示的恒壓源的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖4表示圖2中表示的A型檢測電阻器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖5表示圖2中表示的B型檢測電阻器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；圖6表示A型與B型檢測電阻器的溫度特性的一個(gè)例子；圖7表示圖2中表示的橋接電路的溫度響應(yīng)；圖8表示圖2提出的半導(dǎo)體器件的溫度與它的截止頻率偏移之間的關(guān)系；圖9是一個(gè)本發(fā)明的第二實(shí)施例的框圖；
圖10表示一個(gè)用于常規(guī)的半導(dǎo)體器件的溫度補(bǔ)償電路的例子；而圖11表示另一個(gè)用于常規(guī)的半導(dǎo)體器件的溫度補(bǔ)償電路的例子。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件的原理圖。如圖中所見，提出的半導(dǎo)體器件包括下列元件一個(gè)傳感器單元30(包括第一型電阻器30b與30d和第二型電阻器30a與30c)。一個(gè)溫度變化檢測器31，一個(gè)溫度校正器32，與一個(gè)處理電路33。這里，處理電路33是一個(gè)需要溫度校正的電路部分。
第一型電阻器30b與30d具有跟第二型電阻器30a與30c不同的溫度特性。在傳感器單元30內(nèi)，這四個(gè)電阻器30a至30d組成一個(gè)橋接電路如下。第二型電阻器30a與第一型電阻器30d的上引線同一個(gè)電源電壓連接，而第一型電阻器30b與第二型電阻器30c的下引線同低于上一個(gè)的另一個(gè)電源電壓連接。此外，第一型電阻器30d與第二型電阻器30c串聯(lián)，第二型電阻器30a與第一型電阻器30b串聯(lián)。前兩個(gè)電阻器30c與30d的連接點(diǎn)在此稱為結(jié)點(diǎn)N1，而后兩個(gè)電阻器30a與30b的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)N2。這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)N1與N2的電壓引至溫度變化檢測器31以檢測它們的差別。通過檢測此電壓差，溫度變化檢測器31檢測在具有某種溫度依賴關(guān)系因而需要適當(dāng)補(bǔ)償?shù)奶幚黼娐?3上的溫度變化。
溫度校正器32接收來自溫度變化檢測器31的溫度檢測結(jié)果并相應(yīng)地校正處理電路33的工作。處理電路33利用溫度校正器32的輸出以處理電路33的輸出將不受任何溫度變化影響的這樣一種方法來改變例如它的集成電阻元件的電阻值。
上述電路將工作如下。當(dāng)圖1的半導(dǎo)體器件通電時(shí)，它的供電電路(未表示)開始激勵(lì)傳感器單元30。這里假定所有四個(gè)電阻器30a至30d設(shè)計(jì)為在室溫下具有相同的電阻。由于半導(dǎo)體器件的溫度在通電后的一個(gè)初始周期內(nèi)十分接近于環(huán)境溫度(室溫)，所以橋接電路處于平衡狀態(tài)。因此傳感器單元30輸出OV，指示結(jié)點(diǎn)N1與N2之間沒有電壓差。
由于檢測到在結(jié)點(diǎn)N1與N2之間沒有電壓差，因此溫度變化檢測器31確定半導(dǎo)體器件工作在室溫下，并這樣通知溫度校正器32。于是溫度校正器32認(rèn)定當(dāng)前工作情況正常。由于不需要向工作在室溫下的處理電路33提供補(bǔ)償，因而溫度校正器32在此刻不采取校正行動(dòng)。
半導(dǎo)體器件的溫度隨時(shí)間而上升，引起提出的電路工作如下。如上面提到，傳感器單元30中的兩組電阻器具有不同的溫度特性。更詳細(xì)地說，假定第一型電阻器30b與30d具有正的溫度系數(shù)(即電阻隨溫度升高而增大)，而第二型電阻器30a與30c具有負(fù)的溫度系數(shù)(即電阻隨溫度升高而減小)。
由于它們不同的溫度電阻系數(shù)，升高的溫度使第一型電阻器30b與30d顯示較大的電壓降而第二型電阻器30a與30c顯示較小的電壓降。由于二者差別的結(jié)果，第二結(jié)點(diǎn)N2上的電壓變?yōu)楦哂诘谝唤Y(jié)點(diǎn)N1上的電壓。溫度變化檢測器31觀測到此電壓差并將它看作為相對于室溫的溫度升高。于是溫度變化檢測器31向溫度校正器32輸出一個(gè)正比于檢測到的電壓差的檢測信號(hào)。
當(dāng)接收到此通知時(shí)，溫度校正器32校正處理電路33的某個(gè)電路參數(shù)以便使處理電路33的特性與溫度升高無關(guān)。例如，假定處理電路33包括一個(gè)具有正溫度系數(shù)的電阻器，且作為一個(gè)整體來看它決定處理電路33的特性。由于此電阻器隨溫度升高而顯示較大的電阻，溫度校正器32操縱此電阻器以減小它的阻值，或采取間接措施以帶來大致相等的效果，從而消除電阻的增大。由于這種溫度補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，處理電路33將能不管溫度升高而不改變它的特性地工作。
環(huán)境溫度還可能降至標(biāo)稱室溫25℃以下，這種情況在例如某個(gè)人把器件帶到了空調(diào)正在其中工作的室內(nèi)時(shí)實(shí)際發(fā)生。在這種情況下，器件的溫度降低，引起第一結(jié)點(diǎn)N1上的電壓變?yōu)楦哂诘诙Y(jié)點(diǎn)N2上的電壓。這時(shí)溫度校正器32以將減小它的電阻這樣一種方法操縱處理電路33中的電阻器。以此方法，溫度校正器32防止處理電路33的特性受到溫度降低的影響。
如從上述說明所見，本發(fā)明提供一種包括第一型電阻器30b與30d和第二型電阻器30a與30c以檢測溫度變化的半導(dǎo)體器件。同圖10中討論的常規(guī)電路相比，提出的溫度補(bǔ)償電路因不需要外部元件使它占用較小的安裝空間而有利。
還有，根據(jù)本發(fā)明，提出的半導(dǎo)體器件使用一個(gè)由具有不同溫度特性的第一型電阻器30b與30d和第二型電阻器30a與30c構(gòu)成的橋接電路以便檢測溫度變化。在測量精度方面，此提供的溫度變化檢測電路如同將在下面討論具有超過圖10與圖11中表示的常規(guī)電路的優(yōu)點(diǎn)。
回顧圖10的常規(guī)電路，有一個(gè)第二恒流源12以提供一個(gè)流向外部元件13的電流。然而，此電流呈現(xiàn)某種對溫度的依賴關(guān)系。這里考慮外部元件13有一個(gè)電阻R。這時(shí)電流源輸出的一個(gè)變化ΔI將被觀測為外部元件13兩端之間的電壓變化。這個(gè)變化(或誤差)的幅度表示為ΔI×R，它意味著電壓差檢測器14接收R乘上溫度引起的電流變化ΔI作為一個(gè)誤差。
不同于常規(guī)電路，圖1提出的電路使用一個(gè)只要橋接電路處于平衡就對它的電源電壓的變化不敏感的有利的傳感器單元30。這是因?yàn)椴还茈娫措妷喝绾危谔幱谄胶鉅顟B(tài)的橋接電路的差動(dòng)輸出中不出現(xiàn)電壓。當(dāng)橋接電路變?yōu)樯噪x開平衡時(shí)，電源電壓的變化ΔV會(huì)導(dǎo)致橋接電路輸出的一個(gè)誤差。然而，這個(gè)誤差只是ΔV/(R1+R2)，式中R1是第一型電阻器30b與30d的阻值，而R2是第二型電阻器30a與30c的阻值。這意味著溫度變化檢測器接收1/(R1+R2)乘上電源電壓變化ΔV。即是說，同圖10的常規(guī)電路相比，此提出的電路對電源電壓的變化較不敏感得多。
接著參看圖2，下面將說明本發(fā)明的一個(gè)較具體的實(shí)施例。圖2是一個(gè)本發(fā)明的第一實(shí)施例的框圖。圖示的實(shí)施例包括下列元件；一個(gè)第一恒壓源50與一個(gè)第二恒壓源51，一個(gè)B型檢測電阻器52，一個(gè)A型檢測電阻器53，另一個(gè)B型檢測電阻器54，另一個(gè)A型檢測電阻器55，再另一個(gè)B型檢測電阻器56，一個(gè)模/數(shù)(A/D)變換器57，一個(gè)計(jì)時(shí)器58，一個(gè)控制電路59，電阻器61至63，開關(guān)64至66，與一個(gè)電容器67。
第一恒壓源50與第二恒壓源51承擔(dān)從供給半導(dǎo)體器件的電壓產(chǎn)生預(yù)定水平電壓的責(zé)任。產(chǎn)生的電壓饋送給由電阻器52至56組成的橋接電路的一對對立的結(jié)點(diǎn)。
圖3表示圖2中表示的第一恒壓源50與第二恒壓源51的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如從此圖所見，第一恒壓源50與第二恒壓源51每個(gè)包括下列元件兩個(gè)P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS-FETs)70與71和兩個(gè)n溝道MOS-FETs72與73。此電路從一個(gè)高電源電壓VDD與一個(gè)低電源電壓VSS產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定的電壓以供給橋接電路。
往回參看圖2，A型檢測電阻器53與55具有跟B型檢測電阻器52、54與56不同的溫度系數(shù)。它們一起布置在應(yīng)受溫度控制的電阻器61至63的附近?，F(xiàn)在將在下面說明這些檢測電阻器的結(jié)構(gòu)。
圖4表示A型檢測電阻器53與55的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如從此圖所見，A型檢測電阻器53與55為形成在半導(dǎo)體襯底上的硅化物電阻器，每個(gè)由一個(gè)硅化物層80、一個(gè)多晶硅層81、一層氧化膜82與一個(gè)p溝道阱83構(gòu)成。
圖5表示B型檢測電阻器52、54與56的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如從此圖所見，B型檢測電阻器52、54與56是形成在半導(dǎo)體襯底上的多晶硅電阻器，每一個(gè)由一個(gè)多晶硅層90、一層氧化膜91與一個(gè)P溝道阱92構(gòu)成。如從圖4與圖5所見，除圖4的硅化物電阻器有一個(gè)在多晶硅層81上的硅化物層80之外，這兩種芯片上的電阻器有相似的結(jié)構(gòu)。
圖6表示A型檢測電阻器53與55和B型檢測電阻器52、54與56的典型溫度特性。在此圖中，實(shí)心圓表示A型檢測電阻器(硅化物電阻器)的特性，而實(shí)心方塊表示B型檢測電阻器(多晶硅電阻器)的特性。A型檢測電阻器具有正的溫度系數(shù)，它們的電阻隨溫度升高而線性增大。另一方面，B型檢測電阻器具有負(fù)的溫度系數(shù)，顯示一條隨溫度升高而逐漸減小的非線性的電阻曲線。
往回參看圖2的框圖，A/D變換器57接收來自橋接電路的模擬輸出信號(hào)并把它們變換為數(shù)字形式。計(jì)時(shí)器58計(jì)時(shí)并在一天的預(yù)定時(shí)間或當(dāng)自從一個(gè)特定的時(shí)間以來已經(jīng)過一個(gè)預(yù)定時(shí)間時(shí)把計(jì)時(shí)信號(hào)發(fā)送至控制電路59?？刂齐娐?9由例如一個(gè)中央處理器(CPU)、若干個(gè)只讀存貯器(ROM)與若干個(gè)隨機(jī)存取存貯器(RAM)構(gòu)成。在計(jì)時(shí)器58觸發(fā)下，它根據(jù)由A/D變換器57提供的數(shù)字信號(hào)控制開關(guān)64至66。
電阻器61至63通過串聯(lián)插入的開關(guān)64至66同一個(gè)電容器67連接。通過此電容器67與電阻器61至63的(至少)一個(gè)(當(dāng)與它對應(yīng)的開關(guān)64至66接通時(shí))將構(gòu)成一個(gè)具有某個(gè)截止頻率的簡單阻容(RC)濾波器。開關(guān)64至66為半導(dǎo)體開關(guān)，它們的通/斷狀態(tài)由控制電路59確定。
根據(jù)第一實(shí)施例，提出的半導(dǎo)體器件工作如下，當(dāng)器件通電時(shí)，第一恒壓源50與第二恒壓源51由高電源壓VDD與低電源電壓VSS供電(圖3)。于是兩個(gè)恒壓源50與51開始向橋接電路施加預(yù)定的電壓。中央的B型檢測電阻器56兩端之間的電壓稱為橋接電路的輸出電壓Vo，它由下式給出Vo＝E(Ra-Rb)/(3Ra+Rb) (1)式中Ra是A型檢測電阻器53與55的電阻，Rb是B型檢測電阻器52、54與56的電阻，而E表示施加于橋接電阻的電源電壓。
圖7表示溫度與橋接電路輸出電壓Vo之間的關(guān)系。如此圖表示，輸出電壓Vo隨溫度升高而增高。假定器件設(shè)計(jì)成使電阻Ra與Rb在室溫(25℃)下彼此一致，則當(dāng)接通電源時(shí)預(yù)期圖示的橋接電路的輸出電壓為OV，因?yàn)榧俣ㄆ骷?包括關(guān)心的電阻器61至63)的溫度在通電時(shí)幾乎等于室溫，因而分?jǐn)?shù)表達(dá)式(1)的分子等于零。A/D變換器57將此OV信號(hào)變換為代表“0”的數(shù)字代碼并將它發(fā)送至控制電路59?？刂齐娐?9把此代碼看作室溫(25℃)的指示，因此它接通與代碼“0”有關(guān)的第一開關(guān)64，而使其它的開關(guān)65與66處于關(guān)斷狀態(tài)。這時(shí)選定的電阻器61與電容器67起RC濾波器作用，從給定的輸入信號(hào)中濾除它的截止頻率以上的高頻譜分量。
當(dāng)自從通電以來已經(jīng)過一個(gè)預(yù)定時(shí)間(例如3分鐘)時(shí)，計(jì)時(shí)器58發(fā)出一個(gè)計(jì)時(shí)信號(hào)，引起控制電路59接收A/D變換器輸出的另一個(gè)取樣。此動(dòng)作基于下述理由。圖2的半導(dǎo)體器件的溫度隨著通電后時(shí)間的經(jīng)過而升高。這影響電阻器61的電阻，導(dǎo)致由電阻器61與電容器67組成的RC濾波器的截止頻率的變化。在電阻器61為類似于A型檢測電阻器53與55的硅化物電阻器的情況下，它的電阻如圖6中表示隨溫度升高而增大，意味著截止頻率隨溫度升高而降低。為檢測這樣的溫度變化，當(dāng)計(jì)時(shí)器58指示自從通電以來已經(jīng)過預(yù)定時(shí)間時(shí)，控制電路59檢查A/D變換器57的輸出。如果觀測到溫度上升，控制電路59以適當(dāng)?shù)姆绞讲倏v開關(guān)64至66，使得RC濾波器的截止頻率將不改變。
圖8表示圖2提出的半導(dǎo)體器件的溫度與它的截止頻率之間的關(guān)系。此圖顯示三條表示截止頻率的溫度特性的下降線。中間的線表示第一電阻器61與電容器67連接的情況。上面的線表示第二電阻器62與電容器67連接的情況。下面的線表示第三電阻器63與電容器67連接的情況。
圖2提出的電路如圖8中黑粗線表示通過聯(lián)合使用這三個(gè)特性來補(bǔ)償溫度變化。即是說，在10至40℃的中間溫度范圍內(nèi)選擇第一電阻器61；在40℃以上的高溫范圍內(nèi)選擇第二電阻器62；而在10℃以下的低溫范圍內(nèi)選擇第三電阻器63。
假定本例中當(dāng)前溫度為50℃。在此情況下，如從圖7可見橋接電路輸出約為10mV?？刂齐娐?9根據(jù)A/D變換器57的輸出認(rèn)出這個(gè)電壓因而接通第二開關(guān)65而使其它的開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)。(為確定當(dāng)給定一個(gè)特定的橋電壓時(shí)選擇哪個(gè)開關(guān)，控制電路可在它的內(nèi)部ROM中貯存一個(gè)查閱表。)由于上述選擇的結(jié)果，第二電阻器62與電容器67組成一個(gè)用于濾除給定的輸入信號(hào)的低頻分量的RC濾波器。
上述本發(fā)明的第一實(shí)施例減弱RC濾波器對溫度的依賴關(guān)系?？刂扑慕刂诡l率的偏差不超過它的標(biāo)稱值的1％，只要器件的溫度在-20℃至70℃范圍內(nèi)。
本實(shí)施例的另一個(gè)有利的特點(diǎn)是檢測電阻器52至56可布置在接近溫度校正對象電阻器61至63的位置上。除了使可能精確測量之外，提出的器件不需要離開芯片的元件，因此使能充分利用插件板的空間。
本實(shí)施例的又另一個(gè)明顯的特點(diǎn)是使用一個(gè)由具有不同溫度系數(shù)的電阻器組成的橋接電路。此橋接電路使會(huì)把誤差引入溫度測量的電源電壓波動(dòng)的影響減至最小。
如已看到，第一實(shí)施例中的橋接電路使用一個(gè)在其兩端之間檢測輸出電壓的B型檢測電阻器56。此電阻器56的存在實(shí)際地減弱橋接電路中B型電阻器的非線性特性的影響，更詳細(xì)地說，如果在B型檢測電阻器56的位置上使用A型電阻器，橋接電路輸出電壓Vo將由下面的公式給出Vo＝E(Ra-Rb)/(3Rb+Ra) (2)比較此公式(2)同前面的公式(1)。這時(shí)希望注意公式(1)右邊部分的分母(3Ra+Rb)意指Ra比Rb較占優(yōu)勢，而公式(2)右邊部分的分母(3Rb+Ra)指示相反的意義。即是說，橋接電路輸出Vo受給出對溫度變化線性響應(yīng)的A型檢測電阻器特性的支配，而這說明為什么圖7中橋接電路的溫度響應(yīng)呈現(xiàn)良好的線性。如從以上討論所見，當(dāng)橋接電路以線性電阻器與非線性電阻器的組合構(gòu)成時(shí)，使用一個(gè)非線性的檢測電阻器來連接它的兩個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)作為一個(gè)整體來看會(huì)改進(jìn)橋接電路的線性。通過以此方法線性化橋接電路可簡化后面的控制電路59的結(jié)構(gòu)。
接著參看圖9，下面將說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
圖9是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的帶有一個(gè)溫度補(bǔ)償電路的半導(dǎo)體器件的框圖。由于圖2與圖9之間的相似，下面的說明將集中在第二實(shí)施例的不同特點(diǎn)上，而對同樣的元件標(biāo)志相同的數(shù)字。實(shí)際上，第二實(shí)施例同第一實(shí)施例的區(qū)別在于增加一個(gè)供電管理器100與觸發(fā)器(FF)101至103(其它元件與圖2中說明的元件相同)。
供電管理器100的作用是當(dāng)器件通電時(shí)或當(dāng)計(jì)時(shí)器58指示自從通電以來已經(jīng)過預(yù)定時(shí)間時(shí)使工作電源能供給兩個(gè)恒壓源50與51、A/D變換器57與控制電路59。在其它情況下它停止供電。
觸發(fā)器101至103在某些特定時(shí)間取樣控制電路59的控制輸出并保持它們供開關(guān)64至66之用。由于它們總是被通電，因而即使控制電路59不被激勵(lì)時(shí)這些觸發(fā)器101至103也能保持開關(guān)64至66的狀態(tài)。
第二實(shí)施例工作如下。當(dāng)電源施加于圖9的半導(dǎo)體器件時(shí)，供電管理器100變?yōu)橛行Ф_始向第一恒壓源50與第二恒壓源51、A/D變換器57和控制電路59供電。橋接電路向A/D變換器57輸出一個(gè)指示關(guān)心的電阻器61至63的溫度變化的電壓信號(hào)。A/D變換器57將此信號(hào)變換為數(shù)字代碼并將它發(fā)送至控制電路59。
根據(jù)從A/D變換器57的輸出識(shí)別的當(dāng)前溫度，控制電路59確定接通哪個(gè)開關(guān)。例如，假定控制電路59認(rèn)定最左邊的控制信號(hào)以開動(dòng)第一開關(guān)64。這意味著觸發(fā)器101的輸出變高，而其它的觸發(fā)器102與103保持在低狀態(tài)。觸發(fā)器101至103保持控制電路59這樣的輸出供開關(guān)64至66之用。這時(shí)被開動(dòng)的開關(guān)64選定的第一電阻器61同電容器67聯(lián)合，從而起RC濾波器的作用，從給定的輸入信號(hào)中濾除它的截止頻率以上的頻譜分量。
當(dāng)自從通電以來或自從控制電路59最后發(fā)出控制信號(hào)以來已經(jīng)過某個(gè)時(shí)間時(shí)，供電管理器100從計(jì)時(shí)器58認(rèn)定它并中斷供電，從而使兩個(gè)恒壓源50與51、A/D變換器57和控制電路59斷電。
當(dāng)自從上面的供電中斷以來已經(jīng)過另一個(gè)預(yù)定時(shí)間(例如3分鐘)時(shí)，供電管理器100從計(jì)時(shí)器58認(rèn)定它并重新開始供電。兩個(gè)恒壓源50與51、A/D變換器57和控制電路59重新通電并從而開始以與前述相同的方法修正開關(guān)64至66每個(gè)的通/斷狀態(tài)。以此方法，即使當(dāng)溫度升高時(shí)RC濾波器的截止頻率保持在規(guī)定范圍內(nèi)。雖然供電管理器100可能再次停止供電，開關(guān)64至66的最后狀態(tài)被總是通電的觸發(fā)器101至103保持。
如從上面說明所見，本發(fā)明的第二實(shí)施例通過只有當(dāng)真正需要時(shí)才給大部分溫度補(bǔ)償電路供電而節(jié)省電力。換句話說電力只由觸發(fā)器101至103消耗以保持開關(guān)64至66的當(dāng)前狀態(tài)。
在本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例中，橋接電路在它的兩個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)上使用一個(gè)B型檢測電阻器56以改善線性。然而，當(dāng)B型檢測電阻器56具有線性的溫度特性時(shí)不一定需要這樣做。
雖然圖示RC濾波器為了控制截止頻率而準(zhǔn)備多個(gè)電阻器，也可用多個(gè)電容器代替電阻器以構(gòu)成一個(gè)相似的濾波器。如果情況是這樣，控制電路將根據(jù)A/D變換器的輸出通過接通有關(guān)的開關(guān)而選擇一個(gè)特定的電容器。
作為另一種控制RC濾波器的方法，可一次選擇兩個(gè)或更多個(gè)電阻器61至63。即使備有少數(shù)電阻器，可通過按需要聯(lián)合兩個(gè)或更多個(gè)電阻器以得到各種電阻值。
雖然兩個(gè)實(shí)施例都假定把一個(gè)RC濾波器作為需要補(bǔ)償?shù)膶ο螅@并不意味著限制本發(fā)明于此專門應(yīng)用。相反，本發(fā)明可應(yīng)用于任何種類的對溫度敏感的電子電路。
在上述實(shí)施例中，使用一個(gè)布置在半導(dǎo)體器件上的橋接電路以控制布置在同一芯片上的其它電路。也可通過在提出的器件外部的某些其它器件或電路使用這種橋接電路的輸出。為此，該器件可有一個(gè)界面與發(fā)出橋接電路信號(hào)的端子。
上述實(shí)施例中描述的橋接電路由電阻元件組成。然而，不應(yīng)把本發(fā)明限制于此專門類型的元件，而也可用其它類型的元件來實(shí)現(xiàn)。
此外，本發(fā)明不限于使用一個(gè)橋接電路以檢測溫度變化的配置。也可使用以許多具有不同溫度特性的元件構(gòu)成的其它電路作為提出的器件中的傳感器單元。將通過觀測流入這種元件的電流或通過測量這種元件兩端之間的電壓來檢測溫度變化。
上述討論總結(jié)如下。根據(jù)本發(fā)明，提出的半導(dǎo)體器件包括下列元件。一個(gè)處理電路執(zhí)行一個(gè)預(yù)定的功能。一個(gè)傳感器單元位于處理電路附近，它包括具有彼此不同的溫度系數(shù)的第一與第二半導(dǎo)體元件。一個(gè)溫度變化檢測器通過觀測構(gòu)成傳感器單元的第一與第二半導(dǎo)體元件的某個(gè)特性的變化來檢測溫度變化。然后一個(gè)溫度校正器修正處理電路中的一個(gè)電路參數(shù)以補(bǔ)償由溫度變化監(jiān)測器檢測到的溫度變化。這個(gè)結(jié)構(gòu)布置使它能較精確地檢測對溫度的敏感的處理電路的溫度而不需要額外的安裝空間，并根據(jù)檢測到的值校正處理電路的特性。
上述內(nèi)容應(yīng)看作只是本發(fā)明原理的說明性描述。此外，由于對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說將容易產(chǎn)生許多修改與改變，不希望把本發(fā)明限制于已表示與描述的精確結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，因此，可把所有合適的修改與等效物看作在按照附錄的權(quán)利要求與它們的等效物的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件包括(a)一個(gè)執(zhí)行預(yù)定功能的處理電路；(b)一個(gè)位于所述處理電路附近的傳感器單元，包括一個(gè)第一半導(dǎo)體元件，與一個(gè)具有與所述第一半導(dǎo)體元件不同的溫度系數(shù)的第二半導(dǎo)體元件；(c)一個(gè)通過觀測構(gòu)成所述傳感器單元的所述第一與第二半導(dǎo)體元件的某個(gè)特性的變化來檢測溫度變化的溫度變化檢測器；(d)一個(gè)修正所述處理電路的一個(gè)電路參數(shù)以補(bǔ)償由所述溫度變化檢測器檢測到的溫度變化的溫度校正器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)件器件，其中所述第一半導(dǎo)體元件包括第一型電阻元件；所述第二半導(dǎo)體元件包括具有與所述第一型半導(dǎo)體元件不同的溫度系數(shù)的第二型電阻元件；所述傳感器單元包括由所述第一型與第二型電阻元件組成的橋接電路；而所述溫度變化檢測器通過觀測橋接電路的輸出電壓來檢測所述處理電路的溫度變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述第二型電阻元件具有非線性的溫度特性；而所述橋接電路包括位于它的輸出部分的另一個(gè)電阻元件，該元件具有與所述第二型電阻元件相同的非線性的溫度特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)半導(dǎo)體器件通電時(shí)啟動(dòng)所述溫度校正器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中以預(yù)定的時(shí)間間隔啟動(dòng)所述溫度校正器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括一個(gè)記錄由所述溫度變化檢測器檢測到的溫度變化的存貯電路；與一個(gè)控制供給所述傳感器單元與所述溫度變化檢測器的電源電壓的供電控制器，其中所述供電控制器允許只有當(dāng)所述溫度校正器啟動(dòng)時(shí)才向所述傳感器單元與所述溫度變化檢測器饋送電源電壓，且其中當(dāng)所述供電控制器停止向所述傳感器單元與所述溫度變化檢測器饋送電源電壓時(shí)，所述溫度校正器根據(jù)存貯電路中記錄的溫度變化而操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體元件具有正的溫度系數(shù)，而所述第二半導(dǎo)體元件具有負(fù)的溫度系數(shù)。
8.一種檢測一個(gè)對象的溫度變化的溫度變化檢測器件，包括一個(gè)位于該對象附近的傳感器單元，它包括一個(gè)第一半導(dǎo)體元件，與一個(gè)具有與所述第一半導(dǎo)體元件不同的溫度系數(shù)的第二半導(dǎo)體元件；以及一個(gè)通過觀測構(gòu)成所述傳感器單元的所述第一與第二半導(dǎo)體元件的一個(gè)特性的變化來檢測溫度變化的溫度變化檢測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的溫度變化檢測器件，其中所述第一半導(dǎo)體元件包括第一型電阻元件；所述第二半導(dǎo)體元件包括具有與所述第一型電阻元件不同的溫度系數(shù)的第二型電阻元件；所述傳感器單元包括一個(gè)由所述第一型與第二型電阻元件組成的橋接電路；而所述溫度檢測器通過觀測橋接電路的輸出電壓來檢測所述對象的溫度變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的溫度變化檢測器件，其中所述第二型電阻元件具有非線性的溫度特性；而所述橋接電路包括位于它的輸出部分的另一個(gè)電阻元件，該元件具有與所述第二型電阻元件相同的非線性的溫度特性。
11.一種半導(dǎo)體器件包括(a)一個(gè)執(zhí)行預(yù)定功能的處理電路；(b)一個(gè)位于所述處理電路附近的橋接電路，包括一個(gè)第一半導(dǎo)體元件，其一端同第一恒壓源連接，一個(gè)具有與所述第一半導(dǎo)體元件不同的溫度系數(shù)的第二半導(dǎo)體元件；其一端同所述第一半導(dǎo)體元件的另一端連接，而其另一端同第二恒壓源連接，一個(gè)具有與所述第二半導(dǎo)體元件相同的溫度系數(shù)的第三半導(dǎo)體元件，其一端同第一恒壓源連接，與一個(gè)具有與所述第一半導(dǎo)體元件相同的溫度系數(shù)的第四半導(dǎo)體元件，其一端同所述第三半導(dǎo)體元件的另一端連接，而其另一端同第二恒壓源連接；(c)一個(gè)通過觀測所述橋接電路的第一與第二結(jié)點(diǎn)之間的電壓差的變化來檢測溫度變化的溫度變化檢測器，第一結(jié)點(diǎn)為所述第一與第二半導(dǎo)體元件的結(jié)合點(diǎn)，第二結(jié)點(diǎn)為所述第三與第四半導(dǎo)元件的結(jié)合點(diǎn)；與(d)一個(gè)校正所述處理電路的功能以補(bǔ)償由所述溫度變化檢測器檢測到的溫度變化的溫度校正器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中所述第一至第四半導(dǎo)體元件為電阻元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體器件，其中所述第二和第三半導(dǎo)體元件具有非線性的溫度系數(shù)；而所述橋接電路還包括一個(gè)位于所述第一結(jié)點(diǎn)與第二結(jié)點(diǎn)之間的第五半導(dǎo)體元件，該元件具有跟所述第二與第三半導(dǎo)體元件相同的非線性的溫度系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體元件具有正的溫度系數(shù)，而所述第二半導(dǎo)體元件具有負(fù)的溫度系數(shù)。
15.一種半導(dǎo)體元件包括(a)一個(gè)包括一個(gè)電阻器部分與一個(gè)電容器部分的濾波器，所述濾波器具有一個(gè)由所述電阻器的電阻與所述電容器的電容確定的截止頻率；(b)一個(gè)位于所述濾波器附近的傳感器單元，它包括一個(gè)第一半導(dǎo)體元件，與一個(gè)具有與所述第一半導(dǎo)體元件不同的溫度系數(shù)的第二半導(dǎo)體元件；(c)一個(gè)溫度變化檢測器，它通過觀測構(gòu)成所述傳感器單元的所述第一與第二半導(dǎo)體元件的一個(gè)特性的變化來檢測由溫度引起的所述電阻器部分的電阻與/或所述電容器部分的電容的變化；與(d)溫度校正器，它根據(jù)由所述溫度變化檢測器檢測到的溫度引起的變化通過改變所述電阻器部分的電阻與所述電容器的電容的至少一個(gè)而對所述濾波器作出校正。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件，其中所述電阻器部分包括多個(gè)電阻器，與多個(gè)開關(guān)，每個(gè)同所述多個(gè)電阻器之一耦合，其狀態(tài)受所述溫度校正器控制；而所述溫度校正器根據(jù)由所述溫度變化檢測器檢測到的由溫度引起的變化接通所述多個(gè)開關(guān)的至少一個(gè)，從而選擇與其相應(yīng)的所述多個(gè)電阻器的至少一個(gè)并改變所述電阻器部分的電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件，其中所述電容器部分包括多個(gè)電容器，與多個(gè)開關(guān)，每個(gè)同所述多個(gè)電容器之一耦合，其狀態(tài)受溫度校正器控制；而所述溫度校正器根據(jù)由所述溫度變化檢測器檢測到的由溫度引起的變化接通所述多個(gè)開關(guān)的至少一個(gè)，從而選擇與其相應(yīng)的所述多個(gè)電容器的至少一個(gè)并改變所述電容器部分的電容。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體元件具有正的溫度系數(shù)，而所述第二半導(dǎo)體元件具有負(fù)的溫度系數(shù)。
全文摘要
一種帶有溫度補(bǔ)償功能而不需要額外的安裝空間的半導(dǎo)體器件與一種精確檢測溫度變化而不需要額外的安裝空間的溫度變化檢測器件。一個(gè)傳感器單元由具有某個(gè)溫度系數(shù)的第一半導(dǎo)體元件(第一型電阻器)與具有一個(gè)不同的溫度系數(shù)的第二半導(dǎo)體元件(第二型電阻器)組成。它們位于一個(gè)需要溫度補(bǔ)償?shù)奶幚黼娐返母浇?。通過一個(gè)觀測構(gòu)成傳感器單元的第一與第二半導(dǎo)體元件的某個(gè)特性(例如電阻)的溫度變化檢測器來檢測處理電路的溫度變化。一個(gè)溫度校正器根據(jù)由溫度變化檢測器提供的檢測結(jié)果校正處理電路的功能。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1411138SQ02105970
公開日2003年4月16日 申請日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月9日
發(fā)明者難波広美, 美濃部賢一 申請人:富士通株式會(huì)社