Temperature information output device including analog-digital converter

本発明は、アナログ・デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備える温度情報出力装置（Ｏｎ Ｄｉｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｅｎｓｏｒ）に関する。

アナログ・デジタル変換器とは、アナログ形の信号をデジタル形の信号に変える装置をいうが、例えば、アナログ形の電圧を、その電圧に対応するデジタルコードに変える装置をいう。

アナログ・デジタル変換器について説明するために、アナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置について説明する。 参考に、温度情報出力装置は、半導体メモリ装置（ＤＲＡＭ）などにおいて、温度に応じてリフレッシュ周期を調整するために使用される。

図１は、従来のアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の構成図である。
同図に示すように、従来の温度情報出力装置は、バンドギャップ部１００及びアナログ・デジタル変換器１１０を備えて構成される。

具体的に、バンドギャップ部１００は、バイポーラトランジスタＢＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅの変化が約−１．８ｍＶ／℃のものを用いて温度を感知する。 そして、微細に変動するバイポーラトランジスタＢＪＴのベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを増幅することにより、温度に対し一対一で対応する第１の電圧Ｖｔｅｍｐを出力する。 すなわち、温度が高いほど、低いバイポーラトランジスタＢＪＴのベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを出力する。

アナログ・デジタル変換器１１０は、電圧比較手段１２０、カウント手段１３０、変換手段１４０を備えて構成され、バンドギャップ部１００から出力された第１の電圧ＶｔｅｍｐをデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅである温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅに変換して出力する。

変換手段１４０は、デジタル・アナログ変換器ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、カウント手段１３０から出力されるデジタル値である温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅに応答してアナログ電圧値である第２の電圧ＤＡＣＯＵＴを出力する。 参考に、変換手段１４０に入力される「ＶＵＬＩＭＩＴ，ＶＬＬＩＭＩＴ」電圧は、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが変動できる最大値と最小値とを設定するための電圧である。

また、電圧比較手段１２０は、第１の電圧Ｖｔｅｍｐと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較し、第１の電圧Ｖｔｅｍｐの電位レベルが、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの電位レベルより小さい電位レベルであるとき、カウント手段１３０で予め設定された温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを減少させる減少信号ＤＥＣを出力し、第１の電圧Ｖｔｅｍｐの電位レベルが、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴの電位レベルより大きい電位レベルであるとき、カウント手段１３０で予め設定された温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを増加させる増加信号ＩＮＣを出力する。

なお、カウント手段１３０は、電圧比較手段１２０から制御信号である増加信号ＩＮＣ又は減少信号ＤＥＣを受信して、内部に予め設定されているデジタルコードを増加又は減少させて温度情報を有する温度情報コード Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを出力する。

全体的な動作を整理すると、アナログ・デジタル変換器１１０では、第１の電圧Ｖｔｅｍｐと第２の電圧ＤＡＣＯＵＴとを比較し、温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを増加又は減少させることを繰り返すことによって、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴが第１の電圧Ｖｔｅｍｐを追跡するようになり、また、追跡が完了したときの温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅは、第１の電圧Ｖｔｅｍｐをデジタル変換した値となる。

上述したようなアナログ・デジタル変換器１１０は、第１の電圧Ｖｔｅｍｐのデジタル変換の際、第２の電圧ＤＡＣＯＵＴにより第１の電圧Ｖｔｅｍｐを追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）する方法を使用する。 したがって、このようなアナログ・デジタル変換器を追跡型アナログ・デジタル変換器（Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）という。

図２は、従来の積分型アナログ・デジタル変換器の構成図である。

従来の積分型アナログ・デジタル変換器（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、演算増幅器２１０、抵抗Ｒ、キャパシタＣ、比較器２２０、ＡＮＤゲート２３０、カウンタ２４０などを備えて構成される。 その概略的な動作は、演算増幅器２１０を用いて、負電圧である基準電圧−Ｖｒｅｆを積分し、時間が流れるほど増加する第２の電圧Ｖｏｕｔを出力し、当該第２の電圧Ｖｏｕｔが第１の電圧Ｖｉｎに到達するまで入力されるクロックＣＬＫの数をカウントする方法として第１の電圧Ｖｉｎをデジタルに変換する方式を利用するアナログ・デジタル変換器である。

具体的に、演算増幅器２１０（ＯＰ−Ａｍｐ：Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ−Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、積分を行う。 演算増幅器２１０の反転端子（−）に流れる電流に関する式を立ててみると、{（０−Ｖｒｅｆ）／Ｒ}＝Ｃ（ｄ（０−Ｖｏｕｔ）／ｄｔ）となり、これを整理すると、Ｖｏｕｔ＝（Ｖｒｅｆ／ＲＣ）＊ｔになる。 すなわち、演算増幅器２１０では、時間が流れるほど増加する第２の電圧Ｖｏｕｔを出力する。

比較器２２０は、演算増幅器２１０から出力された第２の電圧Ｖｏｕｔとデジタルに変換しようとするアナログ電圧である第１の電圧Ｖｉｎとを比較する。 具体的に、第１の電圧（Ｖｉｎ）がより大きいときには、論理「ハイ」レベルの電圧（以下、「ハイ」とする。）を出力するが、第２の電圧（Ｖｏｕｔ）がより大きいときには、論理「ロー」レベルの電圧（以下、「ロー」とする。）を出力する。 したがって、動作の初期には「ハイ」を出力するが、時間が流れて第２の電圧Ｖｏｕｔが第１の電圧Ｖｉｎより大きくなると、「ロー」を出力する。

ＡＮＤゲート２３０は、比較器２２０の出力及びクロックＣＬＫを受信して動作する。 したがって、比較器２２０の出力が「ハイ」のときは、クロックＣＬＫをそのままカウンタ２４０に出力するが、比較器２２０の出力が「ロー」のときは、クロックＣＬＫに関係なく、「ロー」を出力する。

カウンタ２４０は、ＡＮＤゲート２３０から出力される「ハイ」の個数をカウントしてデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅを生成する。 すなわち、第２の電圧Ｖｏｕｔが第１の電圧Ｖｉｎより大きくなるまでの間、クロックＣＬＫをカウントしてデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅを生成するが、このような原理を利用してアナログ形の第１の電圧Ｖｉｎをデジタル形のデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅに変換する。

積分型アナログ・デジタル変換器（図２）は、上述の追跡型アナログ・デジタル変換器（図１の変換器）より更に誤差の少ないアナログ・デジタル変換作業を行うことができる。 しかし、半導体メモリ装置などでは積分型アナログ・デジタル変換器（図２）はほとんど使用されていない。

その理由としては、従来の積分型アナログ・デジタル変換器（図２）は、演算増幅器から出力される第２の電圧Ｖｏｕｔが正値を有するようにするため、反転端子（−）に入力される基準電圧として負電圧−Ｖｒｅｆを使用するということにある。 なぜならば、負電圧−Ｖｒｅｆを生成するためには、従来の回路に加えて負電圧をポンピングする電荷ポンプを必要とするが、これは、チップ（ｃｈｉｐ）の面積を増加させ、電流消費を増加させるという問題を伴うからである。

特開２００５−２６５５２１

本発明は、上記した従来の技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電圧を必要としない積分型アナログ・デジタル変換器（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ）を備える温度情報出力装置（Ｏｎ Ｄｉｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｅｎｓｏｒ）を提供することにある。

そこで、上記の目的を達成するための本発明の第１の実施形態に係るアナログ・デジタル変換器は、基準電圧と、当該基準電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が第１の電圧のレベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、第１の電圧のレベルに対応するデジタルコードを出力するカウント手段とを備える。

また、上記の目的を達成するための本発明の第１の実施形態に係る温度情報出力装置は、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、基準電圧と、当該基準電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が第１の電圧のレベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、温度情報コードを出力するカウント手段とを備える。

なお、上記の目的を達成するための本発明の第２の実施形態に係るアナログ・デジタル変換器は、０を含む正値を有する基準電圧と第１の電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、デジタルコードとして出力するカウント手段とを備える。

また、上記の目的を達成するための本発明の第２の実施形態に係る温度情報出力装置は、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、０を含む正値を有する基準電圧と前記第１の電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、温度情報コードを出力するカウント手段とを備える。

なお、上記の目的を達成するための本発明の第３の実施形態に係るアナログ・デジタル変換器は、アナログ信号である第１の電圧と、当該第１の電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントしてデジタルコードとして出力するカウント手段とを備える。

更に、上記の目的を達成するための本発明の第３の実施形態に係る温度情報出力装置は、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、第１の電圧と、当該第１の電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、温度情報コードを出力するカウント手段とを備える。

すなわち、第一の発明としては、基準電圧と、当該基準電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が第１の電圧のレベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、第１の電圧のレベルに対応するデジタルコードを出力するカウント手段とを備えることを特徴とするアナログ・デジタル変換器を提供する。

第二の発明としては、前記積分手段から出力される前記第２の電圧が、時間に比例して増加することを特徴とする第一の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第三の発明としては、前記積分手段が、反転端子及び非反転端子からなり、前記非反転端子側に前記比較電圧を受信する演算増幅器と、該演算増幅器の反転端子側に備えられ、前記基準電圧を受信する抵抗と、前記演算増幅器の反転端子と出力端との間に備えられるキャパシタとを備えることを特徴とする第一の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第四の発明としては、前記カウント手段が、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を比較する比較器と、前記クロック及び前記比較器の出力を受信する論理ゲートと、該論理ゲートの出力をカウントして、前記デジタルコードを出力するカウンタとを備えることを特徴とする第一の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第五の発明としては、前記アナログ・デジタル変換器が、前記積分手段及び前記カウント手段のイネーブルを制御するコントロール部を更に備えることを特徴とする第一の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第六の発明としては、前記基準電圧が、０を含む正値を有することを特徴とする第一の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第七の発明としては、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、基準電圧と、当該基準電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が第１の電圧のレベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、温度情報コードを出力するカウント手段とを備えることを特徴とする温度情報出力装置を提供する。

第八の発明としては、前記積分手段から出力される前記第２の電圧が、時間に比例して増加することを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第九の発明としては、前記基準電圧が、温度の変化に関係なく、一定の値を有する電圧であることを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第十の発明としては、前記積分手段が、反転端子及び非反転端子からなり、非反転端子側に前記比較電圧を受信する演算増幅器と、該演算増幅器の反転端子側に備えられ、前記基準電圧を受信する抵抗と、前記演算増幅器の反転端子と出力端との間に備えられるキャパシタとを備えることを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第十一の発明としては、前記カウント手段が、前記第１の電圧及び前記第２の電圧を比較する比較器と、前記クロック及び前記比較器の出力を受信する論理ゲートと、該論理ゲートの出力をカウントして、前記温度情報コードを出力するカウンタとを備えることを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第十二の発明としては、前記温度情報出力装置が、前記積分手段及び前記カウント手段のイネーブルを制御するコントロール部を更に備えることを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第十三の発明としては、前記バンドギャップ部が、温度に応じて変化するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを用いて前記第１の電圧を生成することを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第十四の発明としては、前記基準電圧が、０を含む正値を有することを特徴とする第七の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第十五の発明としては、０を含む正値を有する基準電圧と第１の電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、デジタルコードとして出力するカウント手段とを備えることを特徴とするアナログ・デジタル変換器を提供する。

第十六の発明としては、前記積分手段から出力される第２の電圧が、時間に比例して増加するが、その増加幅は前記第１の電圧に依存していることを特徴とする第十五の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第十七の発明としては、前記積分手段が、反転端子及び非反転端子からなり、非反転端子側に前記第１の電圧を受信する演算増幅器と、該演算増幅器の反転端子側に備えられ、前記基準電圧を受信する抵抗と、前記演算増幅器の反転端子と前記演算増幅器の出力端との間に備えられるキャパシタとを備えることを特徴とする第十五の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第十八の発明としては、前記カウント手段が、前記第２の電圧及び前記予め設定された電圧レベルを比較する比較器と、前記クロック及び前記比較器の出力を受信する論理ゲートと、該論理ゲートの出力をカウントして、前記デジタルコードを出力するカウンタとを備えることを特徴とする第十五の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第十九の発明としては、前記アナログ・デジタル変換器が、前記積分手段及び前記カウント手段のイネーブルを制御するコントロール部を更に備えることを特徴とする第十五の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第二十の発明としては、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、０を含む正値を有する基準電圧と前記第１の電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、温度情報コードを出力するカウント手段とを備えることを特徴とする温度情報出力装置を提供する。

第二十一の発明としては、前記積分手段から出力される前記第２の電圧が、時間に比例して増加するが、その増加幅は前記第１の電圧に依存していることを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十二の発明としては、前記基準電圧が、温度の変化に関係なく、一定の値を有する電圧であることを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十三の発明としては、前記積分手段が、反転端子及び非反転端子からなり、非反転端子側に前記第１の電圧を受信する演算増幅器と、該演算増幅器の反転端子側に備えられ、前記基準電圧を受信する抵抗と、前記演算増幅器の反転端子と出力端との間に備えられるキャパシタとを備えることを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十四の発明としては、前記カウント手段が、前記第２の電圧及び前記予め設定された電圧レベルを比較する比較器と、前記クロック及び前記比較器の出力を受信する論理ゲートと、該論理ゲートの出力をカウントして、前記温度情報コードを出力するカウンタとを備えることを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十五の発明としては、前記温度情報出力装置が、前記積分手段及び前記カウント手段のイネーブルを制御するコントロール部を更に備えることを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十六の発明としては、前記バンドギャップ部が、温度に応じて変化するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを用いて前記第１の電圧を生成することを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十七の発明としては、前記バンドギャップ部が、レベルシフタにより第１の電圧レベルを調整して出力することを特徴とする第二十の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第二十八の発明としては、第１の電圧と、当該第１の電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして、デジタルコードとして出力するカウント手段とを備えることを特徴とするアナログ・デジタル変換器を提供する。

第二十九の発明としては、前記積分手段から出力される前記第２の電圧が、時間に比例して増加するが、その増加幅は前記第１の電圧に依存していることを特徴とする第二十八の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第三十の発明としては、前記積分手段が、反転端子及び非反転端子からなり、非反転端子側に前記比較電圧を受信する演算増幅器と、該演算増幅器の反転端子側に備えられ、前記第１の電圧を受信する抵抗と、前記演算増幅器の反転端子と出力端との間に備えられるキャパシタとを備えることを特徴とする第二十八の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第三十一の発明としては、前記カウント手段が、前記第２の電圧及び前記予め設定された電圧レベルを比較する比較器と、前記クロック及び前記比較器の出力を受信する論理ゲートと、該論理ゲートの出力をカウントして、前記デジタルコードを出力するカウンタとを備えることを特徴とする第二十八の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第三十二の発明としては、前記アナログ・デジタル変換器が、前記積分手段及び前記カウント手段のイネーブルを制御するコントロール部を更に備えることを特徴とする第二十八の発明に記載のアナログ・デジタル変換器を提供する。

第三十三の発明としては、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧を出力するバンドギャップ部と、第１の電圧と、当該第１の電圧より更に高い比較電圧との差を積分して第２の電圧を出力する積分手段と、前記第２の電圧が予め設定された電圧レベルに到達するまで入力されるクロックの数をカウントして温度情報コードを出力するカウント手段とを備えることを特徴とする温度情報出力装置を提供する。

第三十四の発明としては、前記積分手段から出力される第２の電圧が、時間に比例して増加するが、その増加幅は前記第１の電圧に依存していることを特徴とする第三十三の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第三十五の発明としては、前記積分手段が、反転端子及び非反転端子からなり、非反転端子側に前記比較電圧を受信する演算増幅器と、該演算増幅器の反転端子側に備えられ、前記第１の電圧を受信する抵抗と、前記演算増幅器の反転端子と出力端との間に備えられるキャパシタとを備えることを特徴とする第三十三の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第三十六の発明としては、前記カウント手段が、前記第２の電圧及び前記予め設定された電圧レベルを比較する比較器と、前記クロック及び前記比較器の出力を受信する論理ゲートと、該論理ゲートの出力をカウントして、前記温度情報コードを出力するカウンタとを備えることを特徴とする第三十三の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第三十七の発明としては、前記温度情報出力装置が、前記積分手段及び前記カウント手段のイネーブルを制御するコントロール部を更に備えることを特徴とする第三十三の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第三十八の発明としては、前記バンドギャップ部が、温度に応じて変化するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを用いて前記第１の電圧を出力することを特徴とする第三十三の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第三十九の発明としては、前記バンドギャップ部が、レベルシフタにより第１の電圧のレベルを調整して出力することを特徴とする第三十三の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

第四十の発明としては、前記基準電圧が、０を含む正値を有することを特徴とする第七の発明に記載の温度情報出力装置を提供する。

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態を更に詳細に説明する。
（第１の実施例）

図３は、本発明に係る積分型アナログ・デジタル変換器の第１の実施例の構成図である。 同図に示すように、本発明に係る積分型アナログ・デジタル変換器は、反転端子（−）側に正値（負の反対という意味として正と表現し、０を含む。）を有する基準電圧Ｖｒｅｆが、非反転端子（＋）側に前記基準電圧Ｖｒｅｆより更に高い比較電圧Ｖｘが印加され、前記基準電圧Ｖｒｅｆと前記比較電圧Ｖｘとの差（Ｖｘ−Ｖｒｅｆ）を積分して第２の電圧Ｖｏｕｔ１を出力する積分手段３１０と、前記第２の電圧Ｖｏｕｔ１が第１の電圧Ｖｉｎ１（アナログ・デジタル変換器によってデジタル形に変換される電圧である。）のレベルに到達するまで入力されるクロックＣＬＫの数をカウントして、デジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅとして出力するカウント手段３２０とを備える。

積分手段３１０は、非反転端子（＋）側に基準電圧より更に高い比較電圧Ｖｘを受信する演算増幅器３１１と、当該演算増幅器３１１の反転端子（−）側に備えられ、基準電圧Ｖｒｅｆを受信する抵抗Ｒ１と、演算増幅器３１１の反転端子（−）と出力端との間に備えられるキャパシタＣ１とを備えて構成することができる。

カウント手段３２０は、第１の電圧Ｖｉｎ１及び第２の電圧Ｖｏｕｔ１を比較する比較器３２１と、クロックＣＬＫ及び比較器３２１の出力を受信するＡＮＤゲート３２２と、当該ＡＮＤゲート３２２の出力を受信してデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅ）をカウントするカウンタ３２３とを備えて構成することができる。

本発明に係る積分型アナログ・デジタル変換器の動作について説明する。

演算増幅器３１１の反転端子（−）に流れる電流に関する式は、{（Ｖｘ−Ｖｒｅｆ）／Ｒ}＝Ｃ{ｄ（Ｖｘ−Ｖｏｕｔ１）／ｄｔ}になり、これを整理すると、Ｖｏｕｔ１＝{（（Ｖｘ−Ｖｒｅｆ）／ＲＣ）＊ｔ＋Ｖｘ}になる（ここで、Ｖｘ>Ｖｒｅｆ）。 すなわち、第２の電圧Ｖｏｕｔ１は、（定数＊時間）＋定数の形になり（Ｖｘ、Ｖｒｅｆ、ＲＣは、全て定数）、これは、従来の積分型アナログ・デジタル変換器から出力される第２の電圧Ｖｏｕｔの形と同様、時間が流れるほど増加する第２の電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。

比較器３２１は、演算増幅器３１１から出力された第２の電圧Ｖｏｕｔ１とデジタルに変換しようとするアナログ電圧である第１の電圧Ｖｉｎ１とを比較する。 具体的に、第１の電圧Ｖｉｎ１がより大きいときには、論理「ハイ」レベルの電圧（以下、「ハイ」とする。）を出力するが、第２の電圧Ｖｏｕｔ１がより大きいときには、論理「ロー」レベルの電圧（以下、「ロー」とする。）を出力する。 したがって、動作の初期には「ハイ」を出力するが、時間が流れて第２の電圧Ｖｏｕｔ１が第１の電圧Ｖｉｎ１より大きくなると、「ロー」を出力する。

ＡＮＤゲート３２２は、比較器３２１の出力及びクロックＣＬＫを受信して動作する。 したがって、比較器３２１の出力が「ハイ」のときは、クロックＣＬＫをそのままカウンタ３２３に出力するが、比較器３２１の出力が「ロー」のときは、クロックＣＬＫに関係なく、「ロー」を出力する。

カウンタ３２３は、ＡＮＤゲート３２２から出力される「ハイ」の個数をカウントしてデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅを生成する。 すなわち、第２の電圧Ｖｏｕｔ１が第１の電圧Ｖｉｎ１より大きくなるまでの間、クロックＣＬＫをカウントしてデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅを生成するが、このような原理を利用してアナログ形の第１の電圧Ｖｉｎ１をデジタル形のデジタルコードＤｉｇｉｔａｌ ｃｏｄｅに変換する。

本発明に係る積分型アナログ・デジタル変換器は、演算増幅器３１１の非反転端子（＋）に基準電圧Ｖｒｅｆより高い比較電圧Ｖｘを印加する（従来は接地電圧を印加）。 したがって、基準電圧Ｖｒｅｆは、従来とは異なり、正値を有するため、負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電圧をポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）する必要がなくなる。

図面に示すコントロール部３３０は、キャパシタＣ１の両端をショート又は開放して積分手段３１０のイネーブルを制御し、ＡＮＤゲート３２２に「ロー」又は「ハイ」を入力してカウント手段３２０のイネーブルを制御するためのものであって、本発明に係るアナログ・デジタル変換部はコントロール部３３０を更に備えて実施することもできる。

図４は、本発明に係るアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の第１の実施例の構成図である。

同図に示すように、本発明に係る温度情報出力装置は、温度を感知し、温度に対応する第１の電圧Ｖｔｅｍｐを出力するバンドギャップ部４００と、反転端子（−）側に正値（負の反対という意味であって、０を含む。）を有する基準電圧Ｖｒｅｆが、非反転端子（＋）側に基準電圧Ｖｒｅｆより更に高い比較電圧Ｖｘが印加され、基準電圧Ｖｒｅｆと比較電圧Ｖｘとの差Ｖｘ−Ｖｒｅｆを積分して第２の電圧Ｖｏｕｔ１を出力する積分手段４１０と、第２の電圧Ｖｏｕｔ１が第１の電圧Ｖｔｅｍｐのレベルに到達するまで入力されるクロックＣＬＫの数をカウントして温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅとして出力するカウント手段４２０とを備える。

積分手段４１０は、非反転端子（＋）側に基準電圧Ｖｒｅｆより更に高い比較電圧Ｖｘを受信する演算増幅器４１１と、当該演算増幅器４１１の反転端子（−）側に備えられ、基準電圧Ｖｒｅｆを受信する抵抗Ｒ１と、演算増幅器４１１の反転端子（−）と出力端との間に備えられるキャパシタＣ１とを備えて構成することができる。

カウント手段４２０は、第１の電圧Ｖｔｅｍｐ及び第２の電圧Ｖｏｕｔ１を比較する比較器４２１と、クロックＣＬＫ及び比較器４２１の出力を受信するＡＮＤゲート４２２と、当該ＡＮＤゲート４２２の出力をカウントして温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを出力するカウンタ４２３とを備えて構成することができる。

また、図３に示すアナログ・デジタル変換器と同様、温度情報出力装置は積分手段４１０及びカウント手段４２０のイネーブルを制御するコントロール部４３０を更に備えて実施することもできる。

バンドギャップ部４００は、従来の技術において説明したバンドギャップ部と同様、温度に応じて変化するバイポーラトランジスタのベース・エミッタ電圧Ｖｂｅを用いて温度情報を備える第１の電圧Ｖｔｅｍｐを生成する。 また、一般に、バンドギャップ部４００では、様々な電圧を生成することができるため、温度の変化に関係なく、一定の値を有する電圧Ｖｒｅｆ、Ｖｘをバンドギャップ部４００から得ることもできる。

図４に示すアナログ・デジタル変換器は、図３のアナログ・デジタル変換器と同様、デジタル形に変換するためにバンドギャップ部４００から出力される第１の電圧Ｖｔｅｍｐが比較器４２１の非反転端子に入力され、第１の電圧Ｖｔｅｍｐに対応するデジタルコードが温度情報出力装置から出力される温度情報コードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅになる。
（第２の実施例）

図５は、本発明に係るアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の第２の実施例の構成図である。

本発明の第２の実施例に係るアナログ・デジタル変換器は、デジタル変換しようとする第１の電圧Ｖｔｅｍｐの入力位置が第１の実施例と異なり、アナログからデジタルに変換するにあたり、負電圧を必要としないという点において第１の実施例と同じである。

第２の実施例に係るアナログ・デジタル変換器は、反転端子（−）側に、０を含む正値を有する基準電圧Ｖｒｅｆが、非反転端子（＋）側に、基準電圧Ｖｒｅｆより更に高い、デジタル変換するアナログ電圧である第１の電圧Ｖｔｅｍｐが印加され、基準電圧Ｖｒｅｆと第１の電圧Ｖｔｅｍｐとの差を積分して第２の電圧Ｖｏｕｔ２を出力する積分手段５１０と、第２の電圧Ｖｏｕｔ２が予め設定された電圧レベルＶ１に到達するまで入力されるクロックＣＬＫの数をカウントして、デジタルコードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅとして出力するカウント手段５２０とを備える。

積分手段５１０を詳しく説明すると、非反転端子（＋）側に第１の電圧Ｖｔｅｍｐを受信する演算増幅器５１１と、当該演算増幅器５１１の反転端子（−）側に備えられ、基準電圧Ｖｒｅｆを受信する抵抗Ｒ２と、演算増幅器５１１の反転端子（−）と出力端との間に備えられるキャパシタＣ２とを備える。

カウント手段５２０は、第２の電圧Ｖｏｕｔ２及び予め設定された電圧レベルＶ１を比較する比較器５２１と、クロックＣＬＫ及び比較器５２１の出力を受信するＡＮＤゲート５２２と、当該ＡＮＤゲート５２２の出力をカウントして、デジタルコードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅとして出力するカウンタ５２３とを備える。

その動作を説明すると、第２の電圧Ｖｏｕｔ２は、次のような式で表わされる。
Ｖｏｕｔ２＝{（（Ｖｔｅｍｐ−Ｖｒｅｆ）／ＲＣ）＊ｔ＋Ｖｔｅｍｐ}

この式は、第１の実施例の式において、ＶｘをＶｔｅｍｐに変えただけのものである。 第２の電圧Ｖｏｕｔ２は、時間に応じて増加する値を有し、その増加幅は、第１の電圧Ｖｔｅｍｐに依存している。 第１の電圧Ｖｔｅｍｐが高ければ高いほど第２の電圧Ｖｏｕｔ２の増加は速い。

第２の電圧Ｖｏｕｔ２が予め設定された電圧Ｖ１のレベルに到達するまでクロックＣＬＫの数をカウントし、第２の電圧Ｖｏｕｔ２が電圧Ｖ１まで到達するのに掛かる時間は第１の電圧Ｖｔｅｍｐに依存している。 したがって、第１の電圧Ｖｔｅｍｐのレベルに応じて互いに異なるデジタルコードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを得ることができる。 これは、アナログ値である第１の電圧Ｖｔｅｍｐをデジタル値に変更できるという意味である。

予め設定された電圧Ｖ１は、第１の電圧Ｖｔｅｍｐが有することのできる値より高く設定されなければならない。 なぜならば、Ｖｏｕｔ２＝Ｖ１＝{（（Ｖｔｅｍｐ−Ｖｒｅｆ）／ＲＣ）＊ｔ＋Ｖｔｅｍｐ}になるまでコードがカウントされるためである。

第２の実施例における第１の電圧Ｖｔｅｍｐは、第１の実施例における比較電圧Ｖｘと同様、基準電圧Ｖｒｅｆより高い電圧でなければならない。

第２の実施例に係る温度情報出力装置は、上述したアナログ・デジタル変換器にバンドギャップ部５００を加えるとよい。 図面に示すように、バンドギャップ部５００から出力される温度に対応する電圧が第１の電圧Ｖｔｅｍｐとなる。 バンドギャップ部５００から出力される第１の電圧Ｖｔｅｍｐは、基準電圧Ｖｒｅｆより高くなければならないが、このために、バンドギャップ部５００から第１の電圧Ｖｔｅｍｐを出力するとき、一般のレベルシフタを用い、第１の電圧Ｖｔｅｍｐのレベルを調整して出力するよう設計することも可能である。
（第３の実施例）

図６は、本発明に係るアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の第３の実施例の構成図である。

本発明の第３の実施例に係るアナログ・デジタル変換器は、デジタル変換しようとする第１の電圧Ｖｔｅｍｐの入力位置が、第１の実施例及び第２の実施例とは異なり、かつ、アナログ・デジタル変換するにあたって負電圧を必要としないという点は、第１の実施例及び第２の実施例と同じである。

第３の実施例に係るアナログ・デジタル変換器は、反転端子（−）側にデジタル変換するアナログ電圧である第１の電圧Ｖｔｅｍｐが、非反転端子（＋）側に第１の電圧より更に高い比較電圧Ｖｘが印加され、第１の電圧Ｖｔｅｍｐと比較電圧Ｖｘとの差を積分して第２の電圧Ｖｏｕｔ３を出力する積分手段６１０と、第２の電圧Ｖｏｕｔ３が予め設定された電圧レベルＶ１に到達するまで入力されるクロックＣＬＫの数をカウントしてデジタルコードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅとして出力するカウント手段６２０とを備える。

積分手段６１０を詳しく説明すると、非反転端子（＋）側に更に高い比較電圧Ｖｘを受信する演算増幅器６１１と、当該演算増幅器６１１の反転端子（−）側に備えられ、第１の電圧Ｖｔｅｍｐを受信する抵抗Ｒ３と、演算増幅器６１１の反転端子（−）と出力端Ｖｏｕｔ３との間に備えられるキャパシタＣ３とを備える。

カウント手段６２０は、第２の電圧Ｖｏｕｔ３及び予め設定された電圧レベルＶ１を比較する比較器６２１と、クロックＣＬＫ及び比較器６２１の出力を受信するＡＮＤゲート６２２と、当該ＡＮＤゲート６２２の出力をカウントしてデジタルコードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを出力するカウンタ６２３とを備える。

その動作を説明すると、第２の電圧Ｖｏｕｔ３は、次のような式で表わされる。
Ｖｏｕｔ３＝{（（Ｖｘ−Ｖｔｅｍｐ）／ＲＣ）＊ｔ＋Ｖｘ}

この式は、第１の実施例の式において、ＶｒｅｆをＶｔｅｍｐに変えただけのものである。 第２の電圧Ｖｏｕｔ３は、時間に応じて増加する値を有し、その増加幅は、第１の電圧Ｖｔｅｍｐに依存している。 第１の電圧Ｖｔｅｍｐが低ければ低いほど第２の電圧Ｖｏｕｔ３の増加は速い。

第２の電圧Ｖｏｕｔ３が予め設定された電圧Ｖ１のレベルに到達するまでクロックＣＬＫの数がカウントされ、第２の電圧Ｖｏｕｔ３が電圧Ｖ１まで到達するのに掛かる時間は第１の電圧Ｖｔｅｍｐに依存している。 したがって、第１の電圧Ｖｔｅｍｐのレベルに応じて互いに異なるデジタルコードＴｈｅｒｍａｌ ｃｏｄｅを得ることができる。 これは、アナログ値である第１の電圧Ｖｔｅｍｐをデジタル値に変更できるという意味である。
予め設定された電圧Ｖ１は、比較電圧Ｖｘより高く設定されなければならない。 なぜならば、Ｖｏｕｔ３＝Ｖ１＝{（（Ｖｘ−Ｖｔｅｍｐ）／ＲＣ）＊ｔ＋Ｖｘ}になるまでコードがカウントされるためである。

第３の実施例における比較電圧Ｖｘは、第１の実施例における比較電圧Ｖｘと同様、第１の電圧Ｖｔｅｍｐより高い電圧でなければならない。

第３の実施例に係る温度情報出力装置は、上述したアナログ・デジタル変換器にバンドギャップ部６００を加えるとよい。 図面に示すように、バンドギャップ部６００から出力される温度に対応する電圧が第１の電圧Ｖｔｅｍｐとなる。 バンドギャップ部６００から出力される第１の電圧Ｖｔｅｍｐは、比較電圧Ｖｘより低くなければならないが、このために、バンドギャップ部６００から第１の電圧Ｖｔｅｍｐを出力するとき、一般のレベルシフタを用い、第１の電圧Ｖｔｅｍｐのレベルを調整して出力するよう設計することも可能である。

半導体メモリ装置などで利用される温度情報出力装置は、従来の積分型アナログ・デジタル変換器が基準電圧として負電圧を用いなければならないという問題から、ほとんどが追跡型アナログ・デジタル変換器を用いた。 しかし、図４〜図６に示すように、本発明に係る温度情報出力装置は、負電圧を必要としない積分型アナログ・デジタル変換器を備え、半導体メモリ装置などにおいて一層幅広く使用されることができる。

上記の本発明に係る積分型アナログ・デジタル変換器は、アナログ・デジタル変換器内で用いられる電圧として負電圧を必要としないため、電荷ポンピングを必要としないという長所がある。

また、積分型アナログ・デジタル変換器であり、かつ、負電圧を必要としないため、温度情報出力装置などに幅広く応用できるという長所がある。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

従来のアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の構成図

従来の積分型アナログ・デジタル変換器の構成図

本発明に係る積分型アナログ・デジタル変換器の第１の実施例の構成図

本発明に係るアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の第１の実施例の構成図

本発明に係るアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の第２の実施例の構成図

本発明に係るアナログ・デジタル変換器を備える温度情報出力装置の第３の実施例の構成図

符号の説明

３１０ 積分手段３２０ カウント手段３１１ 演算増幅器３２１ 比較器３２２ ＡＮＤゲート３２３ カウンタ３３０ コントロール部