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JP2001345420A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JP2001345420A
JP2001345420A JP2000161453A JP2000161453A JP2001345420A JP 2001345420 A JP2001345420 A JP 2001345420A JP 2000161453 A JP2000161453 A JP 2000161453A JP 2000161453 A JP2000161453 A JP 2000161453A JP 2001345420 A JP2001345420 A JP 2001345420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
heater
current
semiconductor device
differential amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000161453A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshimasa Namegawa
敏正 行川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000161453A priority Critical patent/JP2001345420A/en
Publication of JP2001345420A publication Critical patent/JP2001345420A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い温度範囲で安定動作させることを可能と
した半導体装置を提供する。 【解決手段】 差動増幅器11の近傍にヒータ12a,
12bを配置し、低温環境下でヒータ12a,12bに
通電することにより、差動増幅器11の広い温度範囲で
の正常動作を保証する。
(57) [Problem] To provide a semiconductor device capable of performing stable operation in a wide temperature range. A heater is provided near a differential amplifier.
The normal operation of the differential amplifier 11 in a wide temperature range is ensured by disposing the heater 12a and energizing the heaters 12a and 12b in a low temperature environment.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に係
り、特に温度依存性のある素子を用いて構成されたアナ
ログ回路を含む半導体集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor integrated circuit including an analog circuit formed by using a temperature-dependent element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型化が進み、多くの
携帯電子機器が登場している。かつての電子機器は、空
調設備が整えられた部屋に設置されて、比較的安定した
温度環境下で使用されてきた。その様な電子機器に使用
される半導体装置は、動作が保証される温度範囲が狭
い。特に、0°を下回る様な低温環境下での動作が保証
されることは稀である。それは、半導体装置自身が発生
する熱やセットボックス内の他の装置から発生される熱
によって、高温環境下で使用されることはあっても、室
温を大きく下回る低温環境下で使用されることはないか
らである。
2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of electronic devices has progressed, and many portable electronic devices have appeared. Formerly, electronic devices were installed in a room equipped with air conditioning equipment and used under a relatively stable temperature environment. Semiconductor devices used in such electronic devices have a narrow temperature range in which operation is guaranteed. In particular, it is rare that operation in a low-temperature environment below 0 ° is guaranteed. It may be used in a high-temperature environment due to heat generated by the semiconductor device itself or heat generated by other devices in the set box, but may not be used in a low-temperature environment that is much lower than room temperature. Because there is no.

【0003】一方、近年の携帯電子機器は、厳冬の室外
で使用されることも想定しなければならない。また、炎
天下の車内に放置される等、高温環境下での動作も想定
しなければならない。更に携帯用以外の電子機器におい
ても、セットボックスの小型化により、空調設備のない
室外、例えば電柱等に設置される場合も多い。いずれの
場合も、広範囲の温度での動作保証が求められている。
On the other hand, it must be assumed that portable electronic devices in recent years are used outdoors in severe winter. In addition, operation in a high-temperature environment such as being left in a car under the scorching sun must be assumed. Further, electronic devices other than portable electronic devices are often installed outside a room without air conditioning equipment, for example, on a telephone pole or the like, due to downsizing of the set box. In any case, operation guarantee over a wide range of temperatures is required.

【0004】半導体素子の様々な電気的特性は、温度依
存性を持つ。例えばMOSトランジスタの場合、しきい
値電圧や電流駆動能力は温度に対して負の依存性を持
つ。図20は、その様な例として、MOSトランジスタ
のゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)特性を示
した。図では、高温環境下での特性を実線で、低温環境
下での特性を破線で示している。
[0004] Various electrical characteristics of a semiconductor device have temperature dependence. For example, in the case of a MOS transistor, the threshold voltage and the current driving capability have a negative dependency on temperature. FIG. 20 shows a gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristic of a MOS transistor as such an example. In the figure, the characteristic under a high temperature environment is indicated by a solid line, and the characteristic under a low temperature environment is indicated by a broken line.

【0005】一般に、ディジタル論理回路においては、
トランジスタのしきい値電圧が上昇すると回路の動作速
度は低下し、駆動能力が上昇すると回路の動作速度は向
上する。低温環境下ではこれらの効果が相殺し、若干回
路の速度が向上する。逆に、しきい値電圧が低くなると
回路速度は向上し、駆動能力が低下すると回路速度は低
下する。高温環境下ではこれらの効果が相殺し、若干回
路の速度は低下する。ディジタル論理回路の設計におい
ては、回路の応答速度が目標値を達成できることが重要
である。従ってディジタル論理回路においては、高温環
境下の動作特性に注目し、低温環境下での動作特性には
さほどの注意を払う必要がない。
Generally, in a digital logic circuit,
The operating speed of the circuit decreases as the threshold voltage of the transistor increases, and the operating speed of the circuit increases as the driving capability increases. In a low-temperature environment, these effects cancel each other, and the speed of the circuit is slightly increased. Conversely, when the threshold voltage decreases, the circuit speed increases, and when the driving capability decreases, the circuit speed decreases. In a high-temperature environment, these effects cancel each other, and the speed of the circuit is slightly reduced. In designing a digital logic circuit, it is important that the response speed of the circuit can achieve a target value. Therefore, in the digital logic circuit, it is not necessary to pay attention to the operating characteristics under a high-temperature environment and pay much attention to the operating characteristics under a low-temperature environment.

【0006】これに対して、アナログ回路においては、
トランジスタのしきい値電圧が上昇することによる回路
特性の劣化量がディジタル回路に比べて非常に大きい。
その例を、図21に示す差動増幅器で説明する。差動増
幅器が精度よく安定して動作するためには、入力端子I
N1,IN2の電位が2VtnからVCC−Vtpの範
囲であることが好ましい。ここで、Vtnは、NMOS
トランジスタQN1,QN2,QN3のゲートしきい値
電圧であり、VtpはPMOSトランジスタQP1,Q
P2のゲートしきい値電圧(絶対値)である。
On the other hand, in an analog circuit,
The amount of deterioration in circuit characteristics due to an increase in the threshold voltage of a transistor is much larger than that of a digital circuit.
An example will be described with a differential amplifier shown in FIG. In order for the differential amplifier to operate accurately and stably, the input terminal I
It is preferable that the potentials of N1 and IN2 be in the range of 2 Vtn to VCC-Vtp. Here, Vtn is NMOS
The gate threshold voltages of the transistors QN1, QN2, QN3, and Vtp are the PMOS transistors QP1, QP
This is the gate threshold voltage (absolute value) of P2.

【0007】トランジスタのしきい値電圧は、低温にな
ると上昇する。従って好ましい入力電圧範囲VCC−2
Vtn−Vtpは、低温になると狭くなる。つまりアナ
ログ回路においては、低温環境下での動作に十分に注意
を払いながら回路設計を行うことが必要になる。
[0007] The threshold voltage of a transistor rises at low temperatures. Therefore, the preferred input voltage range VCC-2
Vtn-Vtp decreases as the temperature decreases. That is, in an analog circuit, it is necessary to design a circuit while paying sufficient attention to operation in a low-temperature environment.

【0008】また半導体メモリの動作を広い温度範囲で
保証することは、難しい。具体的に、DRAMの場合に
ついて、図22及び図23を参照して説明する。DRA
Mのセルは、図22に示すように、一つのNMOSトラ
ンジスタと一つのキャパシタにより構成される。データ
は、MOSトランジスタを介してキャパシタに転送され
る電荷の形で記憶される。データ読み出しは、選択され
たワード線に“H”レベルを与えて、メモリセルの電荷
をビット線に読み出し、これをセンスアンプSAで検知
増幅することにより行われる。
It is difficult to guarantee the operation of a semiconductor memory over a wide temperature range. Specifically, the case of a DRAM will be described with reference to FIGS. DRA
As shown in FIG. 22, the M cell includes one NMOS transistor and one capacitor. Data is stored in the form of charge transferred to a capacitor via a MOS transistor. Data reading is performed by giving the "H" level to the selected word line, reading out the charge of the memory cell to the bit line, and detecting and amplifying this by the sense amplifier SA.

【0009】図23(a),(b)は、選択ワード線W
L1と非選択ワード線WL2に沿ったメモリセルについ
て、選択ワード線を立ち上げたときのビット線BLt,
BLc及び記憶ノードSN1,SN2の電位変化を示し
ている。高温環境下では、セルトランジスタのしきい値
電圧が下がるため、図23(b)に矢印Bで示す方向
の、非選択セルにおける記憶ノードSN2とビット線B
Lcの間の漏れ電流が増大する。つまり、キャパシタに
蓄えられた電荷の保持が高温では困難になる。
FIGS. 23 (a) and 23 (b) show a selected word line W
For memory cells along L1 and unselected word line WL2, bit lines BLt, BLt,
3 shows potential changes of BLc and storage nodes SN1 and SN2. In a high-temperature environment, the threshold voltage of the cell transistor decreases, and therefore, the storage node SN2 and the bit line B in the non-selected cell in the direction indicated by arrow B in FIG.
The leakage current during Lc increases. That is, it becomes difficult to hold the charge stored in the capacitor at a high temperature.

【0010】逆に低温では、セルトランジスタのしきい
値電圧Vtnが上昇する。ビット線の高電位状態をVB
LH、選択ワード線の電位をVWLHとしたとき、選択
されたセルのキャパシタには、VBLHまたはVWLH
−Vtnの低い方が転送される。従って低温環境下で
は、図23(a)に矢印Aで示すように、キャパシタを
高電位状態に充電することが困難になる。これら二つの
相反する条件をクリアするためには、製造工程において
セルトランジスタのしきい値電圧を正確にコントロール
すること、ワード線高電位VWLHを十分な高電位にす
ること、等が必要になる。しかしいずれも限界があり、
従ってDRAM等の半導体メモリの使用温度範囲は、デ
ィジタル論理回路等に比べて、狭いものとなる。
Conversely, at low temperatures, the threshold voltage Vtn of the cell transistor increases. The high potential state of the bit line is VB
LH, when the potential of the selected word line is VWLH, VBLH or VWLH is applied to the capacitor of the selected cell.
The lower one of -Vtn is transferred. Therefore, in a low-temperature environment, it becomes difficult to charge the capacitor to a high potential state as indicated by an arrow A in FIG. In order to clear these two contradictory conditions, it is necessary to accurately control the threshold voltage of the cell transistor in the manufacturing process and to make the word line high potential VWLH sufficiently high. But each has its limitations,
Therefore, the operating temperature range of a semiconductor memory such as a DRAM is narrower than that of a digital logic circuit or the like.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、アナロ
グ回路や半導体メモリでは、広い温度範囲での動作保証
が難しいという問題がある。携帯機器等の小型電子機器
では、高度に集積化された半導体集積回路が用いられ
る。これらは、システムオンチップ(SOC)と呼ば
れ、1チップ上にディジタル論理回路やアナログ回路、
DRAM等の半導体メモリが集積される。前述のよう
に、ディジタル論理回路やアナログ回路、半導体メモリ
はそれぞれ温度特性が異なるから、広い温度範囲で全て
の回路を安定動作させることは、難しい。
As described above, analog circuits and semiconductor memories have a problem that it is difficult to guarantee operation in a wide temperature range. 2. Description of the Related Art Small electronic devices such as portable devices use highly integrated semiconductor integrated circuits. These are called system-on-chip (SOC), and digital logic and analog circuits,
A semiconductor memory such as a DRAM is integrated. As described above, since digital logic circuits, analog circuits, and semiconductor memories have different temperature characteristics, it is difficult to operate all circuits stably over a wide temperature range.

【0012】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、広い温度範囲で安定動作させることを可能とし
た半導体装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor device capable of performing stable operation in a wide temperature range.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、温度依存性のある素子を用いて構成されたアナロ
グ回路と、このアナログ回路の近傍に配置されたヒータ
とを有することを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention is characterized by having an analog circuit constituted by using a temperature-dependent element, and a heater arranged near the analog circuit. I do.

【0014】この発明によると、低温環境下で動作不安
定となるアナログ回路の近傍の温度をヒータにより温度
上昇させることにより、低温環境下においてもアナログ
回路の安定動作を保証することが可能になる。特にアナ
ログ回路が、低温環境下で入力オフセットに起因して動
作不安定となる差動増幅器である場合に、その差動増幅
器の近傍にヒータを配置して、安定動作を実現すること
ができる。またアナログ回路が、差動増幅器と、この差
動増幅器の出力によりゲートが共通に制御される複数の
トランジスタからなるカレントミラー回路と、このカレ
ントミラー回路の各トランジスタにより定常的に電流が
供給される複数の電流経路とを有する場合に、低温環境
下で不安定動作の原因となるカレントミラー回路の近傍
にヒータを配置することにより、やはりアナログ回路の
安定動作を実現することができる。
According to the present invention, by raising the temperature near the analog circuit which becomes unstable in a low-temperature environment by the heater, it is possible to guarantee the stable operation of the analog circuit even in a low-temperature environment. . In particular, when the analog circuit is a differential amplifier whose operation becomes unstable due to an input offset in a low temperature environment, a heater can be arranged near the differential amplifier to realize a stable operation. An analog circuit is a differential amplifier, a current mirror circuit including a plurality of transistors whose gates are commonly controlled by an output of the differential amplifier, and a current is constantly supplied by each transistor of the current mirror circuit. When a plurality of current paths are provided, by arranging a heater near the current mirror circuit which causes unstable operation in a low-temperature environment, stable operation of the analog circuit can be realized.

【0015】この発明において好ましくは、(a)電源
投入直後の一定時間、前記ヒータに通電する制御を行う
電源投入制御回路を備えるか、或いは(b)アナログ回
路の近傍の温度を感知して、一定温度以下で前記ヒータ
に通電する制御を行う温度感知器を備える。またこの発
明において、ヒータとしては、アナログ回路において定
常的に電流が流れる素子を用いることができる。
In the present invention, preferably, (a) a power-on control circuit for controlling the power supply to the heater for a certain period of time immediately after power-on is provided, or (b) a temperature near the analog circuit is sensed. A temperature sensor for controlling the heater to be energized at a certain temperature or lower. Further, in the present invention, an element in which a current constantly flows in an analog circuit can be used as the heater.

【0016】電源投入制御回路は例えば、電源電圧の立
ち上がりを検出する電源電圧検出回路と、この電源電圧
検出回路が電源投入を検出した後一定時間ヒータに通電
させるための遅延回路とを備えて構成される。更に電源
投入制御回路がヒータに通電している間、アナログ回路
の動作を抑制する制御回路を備えるようにすることがで
きる。
The power-on control circuit includes, for example, a power-supply voltage detection circuit for detecting a rise of the power-supply voltage, and a delay circuit for energizing the heater for a predetermined time after the power-on voltage detection circuit detects the power-on. Is done. Furthermore, a control circuit for suppressing the operation of the analog circuit while the power-on control circuit is energizing the heater can be provided.

【0017】更にこの発明において、アナログ回路がカ
レントミラー回路を含むバンドギャップリファレンス回
路(BGR回路)を構成している場合に、カレントミラ
ー回路の電流を検出する電流検出回路と、この電流検出
回路によりカレントミラー回路のトランジスタがサブス
レッショルド領域で異常安定していることが検知された
ときにカレントミラー回路のトランジスタを5極管領域
に強制移行させるキッカ回路とを備えることにより、B
GR回路を異常安定状態から脱出させことができる。
Further, in the present invention, when the analog circuit constitutes a band gap reference circuit (BGR circuit) including a current mirror circuit, a current detection circuit for detecting a current of the current mirror circuit, and the current detection circuit A kicker circuit for forcibly shifting the transistor of the current mirror circuit to the pentode region when it is detected that the transistor of the current mirror circuit is abnormally stable in the sub-threshold region.
The GR circuit can escape from the abnormally stable state.

【0018】この発明に係る半導体装置はまた、メモリ
セルアレイと、このメモリセルアレイ上にメモリセルア
レイを均等に温めるように配設されたヒータとを有する
ことを特徴とする。この様にメモリセルアレイ上にヒー
タを配置して温めることにより、一般に使用温度範囲の
狭いDRAM等の半導体メモリを広い温度範囲で使用す
ることが可能になる。
The semiconductor device according to the present invention is further characterized by having a memory cell array and a heater disposed on the memory cell array so as to uniformly heat the memory cell array. By arranging and heating the heater on the memory cell array in this manner, it becomes possible to use a semiconductor memory such as a DRAM having a narrow operating temperature range in a wide temperature range.

【0019】この発明に係る半導体装置は更に、半導体
チップと、この半導体チップに集積形成されたディジタ
ル論理回路、メモリセルアレイ及びアナログ回路と、前
記メモリセルアレイ上に配置されて低温時に前記メモリ
セルアレイを均等に温めるための第1のヒータと、前記
アナログ回路の近傍に配置されて低温時に前記アナログ
回路領域を温めるための第2のヒータとを有することを
特徴とする。この様に、システムオンチップ(SOC)
構造の半導体装置においては、アナログ回路部とメモリ
セルアレイ部にそれぞれヒータを設けてそれぞれの領域
を最適状態に温度調整することにより、広い温度範囲で
のシステムの安定動作を保証することが可能になる。
The semiconductor device according to the present invention further includes a semiconductor chip, a digital logic circuit, a memory cell array, and an analog circuit integrated on the semiconductor chip, and the memory cell array arranged on the memory cell array to uniformly distribute the memory cell array at a low temperature. A first heater for warming the analog circuit, and a second heater arranged near the analog circuit for warming the analog circuit area at a low temperature. Thus, system on chip (SOC)
In a semiconductor device having a structure, a heater is provided in each of an analog circuit portion and a memory cell array portion to adjust the temperature of each region to an optimum state, thereby ensuring stable operation of the system in a wide temperature range. .

【0020】この発明に係る電子機器は、内部を冷却す
る冷却装置を備えた筐体と、この筐体内に配置された、
ヒータを内蔵する半導体メモリと、前記筐体内に配置さ
れた、放熱器付きのディジタル論理LSIとを有するこ
とを特徴とする。
An electronic apparatus according to the present invention includes a housing provided with a cooling device for cooling the inside, and an electronic device disposed in the housing.
It has a semiconductor memory with a built-in heater and a digital logic LSI with a radiator disposed in the housing.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。 [実施の形態1]図1は、この発明をCMOS構成の差
動増幅器11を含む半導体集積回路(LSI)に適用し
た実施の形態の等価回路であり、図2はそのレイアウト
である。差動増幅器11は、カレントミラー負荷を構成
するPMOSトランジスタQP1,QP2と、差動NM
OSトランジスタ対QN1,QN2及び電流源NMOS
トランジスタQN3により構成されている。この差動増
幅器11の近傍に、抵抗R1,R2からなるヒータ(電
熱器)12a,12bが配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 shows an equivalent circuit of an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor integrated circuit (LSI) including a differential amplifier 11 having a CMOS structure, and FIG. 2 shows a layout thereof. The differential amplifier 11 includes PMOS transistors QP1 and QP2 forming a current mirror load, and a differential NM
OS transistor pair QN1, QN2 and current source NMOS
It is composed of a transistor QN3. In the vicinity of the differential amplifier 11, heaters (electric heaters) 12a and 12b composed of resistors R1 and R2 are arranged.

【0022】図2に示すように、差動増幅器11及び、
抵抗R1,R2からなるヒータ12a,12bは、同じ
シリコン基板10に集積形成される。図では詳細を示し
ていないが、差動増幅器11のPMOSトランジスタQ
P1,QP2はn型ウェルに、NMOSトランジスタQ
N1−QN3はp型ウェルに形成される。図2の斜線部
がゲート電極を示している。抵抗R1,R2は、差動増
幅器11の領域を挟むように、高抵抗拡散層(例えばn
型層)により作られる。この抵抗R1,R2に電流を流
すことにより発生する熱は、シリコン基板10を通して
差動増幅器11に伝えられる。
As shown in FIG. 2, the differential amplifier 11 and
The heaters 12a and 12b composed of the resistors R1 and R2 are integrally formed on the same silicon substrate 10. Although not shown in detail in the figure, the PMOS transistor Q of the differential amplifier 11
P1 and QP2 are NMOS transistors Q in the n-type well.
N1-QN3 is formed in the p-type well. The hatched portion in FIG. 2 indicates a gate electrode. The resistors R1 and R2 are connected to a high resistance diffusion layer (for example, n
Mold layer). Heat generated by passing a current through the resistors R1 and R2 is transmitted to the differential amplifier 11 through the silicon substrate 10.

【0023】この実施の形態の効果を、図3を参照して
具体的な問題点を明らかにしながら、以下に説明する。
差動増幅器が精度よく安定して動作するためには、図3
(a)に示すように、入力端子IN1,IN2の電位
が、NMOSトランジスタのしきい値をVtn、PMO
Sトランジスタのしきい値をVtp(絶対値)として、
VCC−2Vtn−Vtpの範囲にあることが好まし
い。しかし、今日、低消費電力や素子の高信頼性を目的
として、電源の低電圧化が図られている。一方で、トラ
ンジスタのしきい値電圧Vtn,Vtpは、カットオフ
電流を抑える必要性から、低電圧化は進んでいない。従
って、入力信号に許される電圧範囲は、プロセス技術が
進むにつれて狭くなっていく。
The effect of this embodiment will be described below with reference to FIG. 3 while clarifying specific problems.
In order for the differential amplifier to operate accurately and stably,
As shown in (a), when the potentials of the input terminals IN1 and IN2 change the threshold value of the NMOS transistor to Vtn and PMO
Assuming that the threshold value of the S transistor is Vtp (absolute value),
It is preferably in the range of VCC-2Vtn-Vtp. However, the power supply voltage has been reduced for the purpose of low power consumption and high device reliability. On the other hand, the threshold voltages Vtn and Vtp of the transistors have not been reduced because the cutoff current needs to be suppressed. Therefore, the voltage range allowed for the input signal becomes narrower as the process technology advances.

【0024】例えば、25℃において、Vtn=0.5
V,Vtp=0.6Vというトランジスタが作られ、V
CC=2.5Vで使用されると仮定する。ここで、トラ
ンジスタのしきい値電圧は製造工程のばらつきの影響を
受けるため、しきい値電圧が0.1V上昇した場合にも
回路が正常動作する求められるものとする。更に電源電
圧Vccは使用される装置にばらつきや電源線に流れる
電流による電圧降下を考慮して、VCC=2.2Vでも
回路が動作するように設計しなければならない。これら
の素子余裕と電源余裕を考慮すると、図3(b)に示す
ように、差動増幅器の好ましい入力電圧範囲は、0.3
V(=2.2V−2×0.6V−0.7V)となる。
For example, at 25 ° C., Vtn = 0.5
A transistor with V, Vtp = 0.6 V is made, and V
Assume that CC is used at 2.5V. Here, since the threshold voltage of the transistor is affected by variations in the manufacturing process, it is assumed that the circuit operates normally even when the threshold voltage increases by 0.1 V. In addition, the power supply voltage Vcc must be designed so that the circuit operates even at VCC = 2.2 V in consideration of the variation in the device used and the voltage drop due to the current flowing through the power supply line. Considering these element allowances and power supply allowances, the preferable input voltage range of the differential amplifier is 0.3 as shown in FIG.
V (= 2.2V−2 × 0.6V−0.7V).

【0025】更にMOSトランジスタのしきい値電圧
は、温度依存性を持つ。その様子は図4の通りである。
−50℃といった低温環境で動作を保証するためには、
それぞれのトランジスタのしきい値が0.1V程度上昇
することを考慮しなければならない。これらの低温時の
しきい値電圧上昇を考慮すると、図3(c)に示すよう
に、差動増幅器の入力信号に許容される電圧範囲は、ほ
ぼ0V{=2.2V−2×(0.6V+0.1V)−
(0.7V−0.1V)}となってしまう。つまり差動
増幅器は、このままでは、−50℃という低温環境では
精度や安定性は期待できないことになる。
Further, the threshold voltage of a MOS transistor has a temperature dependency. The situation is as shown in FIG.
In order to guarantee operation in a low temperature environment such as -50 ° C,
It is necessary to consider that the threshold value of each transistor rises by about 0.1 V. Considering the rise of the threshold voltage at low temperature, as shown in FIG. 3C, the voltage range allowed for the input signal of the differential amplifier is almost 0V {= 2.2V−2 × (0 .6V + 0.1V)-
(0.7V-0.1V)}. In other words, the accuracy and stability of the differential amplifier cannot be expected in a low temperature environment of -50 ° C. as it is.

【0026】この実施の形態によると、たとえ−50℃
という低温環境下においても、差動増幅器11の近傍に
配置したヒータ12a,12bにより差動増幅器11を
温めることにより、安定動作が可能になる。ヒータ12
a,12bは、単純な回路素子としてトランジスタと共
に集積形成することができ、外乱に対する耐性が強い。
また複雑な素子を必要としないため、チップの製造コス
トも増加しない。この実施の形態では、差動増幅器を説
明したが、トランジスタのしきい値電圧の変化が特性劣
化の要因となる他のアナログ回路についても同様にこの
発明を適用して同様の効果が得られる。
According to this embodiment, even if -50.degree.
Even in such a low temperature environment, stable operation can be achieved by warming the differential amplifier 11 by the heaters 12a and 12b disposed near the differential amplifier 11. Heater 12
a and 12b can be integratedly formed with transistors as simple circuit elements, and have high resistance to disturbance.
Further, since a complicated element is not required, the manufacturing cost of the chip does not increase. In this embodiment, a differential amplifier has been described. However, similar effects can be obtained by applying the present invention to other analog circuits in which a change in the threshold voltage of a transistor causes deterioration of characteristics.

【0027】[実施の形態2]図5は、実施の形態2に
よるLSIの要部等価回路を示している。先の実施の形
態と同様の差動増幅器11とこれを温めるための抵抗R
1,R2によるヒータ12a,12bを有する。この実
施の形態では、ヒータ12a,12bを電源投入時のみ
通電するように制御する電源投入制御回路52が更に集
積されている。電源投入制御回路52は、電源電圧検出
回路53と遅延回路54を有する。遅延回路54の出力
であるウォームアップ信号WARMUPにより制御され
るスイッチとして、ヒータ12a,12bに直列にNM
OSトランジスタQN11,QN12が挿入されてい
る。
[Second Embodiment] FIG. 5 shows an equivalent circuit of a main part of an LSI according to a second embodiment. A differential amplifier 11 similar to that of the previous embodiment and a resistor R for heating the same.
1 and R2. In this embodiment, a power-on control circuit 52 for controlling the heaters 12a and 12b to be energized only when the power is turned on is further integrated. The power-on control circuit 52 includes a power supply voltage detection circuit 53 and a delay circuit 54. As a switch controlled by a warm-up signal WARMUP output from the delay circuit 54, NM is connected in series with the heaters 12a and 12b.
OS transistors QN11 and QN12 are inserted.

【0028】この実施の形態でのヒータ制御の動作を、
図6を用いて説明する。電源電圧検出回路53は、電源
投入直後の電源電圧VCCがおよそVtn+Vtp以下
の間は、PMOSトランジスタQP14がオンであり、
電源電圧VCCと共に上昇する出力INITを出す。電
源電圧がおよそVtn+Vtpより高くなると、ノード
N1が“L”、ノードN2が“H”となり、NMOSト
ランジスタQN16がオンPMOSトランジスタQP1
4がオフとなって、出力INITは“L”(=VSS)
になる。遅延回路54の出力WARMUPはやはり、電
源電圧VCCが低い間は、ほぼ電源電圧に従って上昇す
る。電源電圧検出回路53の出力INITが“L”にな
ると、PMOSトランジスタQP15及び抵抗R4を介
してキャパシタC1に充電が始まり、抵抗R4とキャパ
シタC1の時定数で決まるある時間がたつと、NMOS
トランジスタQN18がオン、PMOSトランジスタQ
P16がオフになり、出力WARMUPは“L”にな
る。
The operation of the heater control in this embodiment is described as follows.
This will be described with reference to FIG. The power supply voltage detection circuit 53 turns on the PMOS transistor QP14 while the power supply voltage VCC immediately after the power is turned on is about Vtn + Vtp or less,
An output INIT that rises with the power supply voltage VCC is issued. When the power supply voltage becomes higher than approximately Vtn + Vtp, the node N1 becomes "L", the node N2 becomes "H", and the NMOS transistor QN16 turns on the PMOS transistor QP1.
4 is turned off, and the output INIT becomes “L” (= VSS).
become. Output WARMUP of delay circuit 54 also rises substantially according to the power supply voltage while power supply voltage VCC is low. When the output INIT of the power supply voltage detection circuit 53 becomes “L”, charging of the capacitor C1 starts via the PMOS transistor QP15 and the resistor R4, and after a certain time determined by the time constant of the resistor R4 and the capacitor C1, the NMOS C
Transistor QN18 is on, PMOS transistor Q
P16 is turned off, and the output WARMUP becomes "L".

【0029】従って、電源投入から遅延回路54で決ま
る時間、ヒータ12a,12bがオンとなり、その後ヒ
ータ12a,12bはオフになる。一般にアナログ回路
は、スタンバイ状態でも定常的に電流を流す必要があ
り、この電流によりアナログ回路自身が発熱する。従っ
て、アナログ回路は電源が入っていれば、安定動作が可
能である。問題は、電源投入直後のチップが外気と同じ
温度にある場合である。この実施の形態によると、電源
投入直後に一定時間ヒータを通電するように制御を行う
ことにより、安定動作への移行を可能としている。そし
てその後は、ヒータを切ることによって、無用な消費電
流を低減することが可能になる。
Therefore, the heaters 12a and 12b are turned on for a time determined by the delay circuit 54 after the power is turned on, and then the heaters 12a and 12b are turned off. In general, an analog circuit needs to constantly supply a current even in a standby state, and this current generates heat in the analog circuit itself. Therefore, the analog circuit can operate stably if the power is on. The problem is that the chip immediately after power-on is at the same temperature as the outside air. According to this embodiment, the control is performed such that the heater is energized for a certain period of time immediately after the power is turned on, thereby enabling a transition to a stable operation. Then, by turning off the heater, unnecessary current consumption can be reduced.

【0030】[実施の形態3]図7は、実施の形態2に
おける電源投入制御回路52に加えて、差動増幅器11
の動作を抑制する制御回路71と、更に差動増幅器11
が安定動作を開始するまで、LSIチップ全体の回路動
作を抑制するための制御回路72を備えている。制御回
路71は、差動増幅器11の接地側端子に挿入されたN
MOSトランジスタQN21及び、出力端子と電源端子
の間に挿入されたPMOSトランジスタQP21と、こ
れらを信号WARMUPにより制御するPMOSトラン
ジスタQP22とNMOSトランジスタQN22からな
るインバータを有する。制御回路72は、遅延回路54
とほぼ同様の遅延回路により構成される。
[Third Embodiment] FIG. 7 shows a differential amplifier 11 in addition to the power-on control circuit 52 in the second embodiment.
A control circuit 71 for suppressing the operation of the differential amplifier 11
Is provided with a control circuit 72 for suppressing the circuit operation of the entire LSI chip until a stable operation is started. The control circuit 71 is connected to the N terminal inserted into the ground terminal of the differential amplifier 11.
It has a MOS transistor QN21, a PMOS transistor QP21 inserted between an output terminal and a power supply terminal, and an inverter composed of a PMOS transistor QP22 and an NMOS transistor QN22 for controlling these with a signal WARMUP. The control circuit 72 includes a delay circuit 54
And a delay circuit substantially similar to the above.

【0031】この実施の形態での電源投入時の動作は次
のようになる。電源が投入されると、前述のように電源
電圧検出回路53がこれを検出して出力INITを出
す。電源が安定化して信号INITが“L”になると、
遅延回路54の遅延時間で決まる時間を経過した後、信
号WARMUPが“L”になる。この信号WARMUP
が“H”の間、前述のようにヒータ12a,12bに通
電が行われる。そして、ヒータ12a,12bに通電さ
れている間、制御回路71のNMOSトランジスタQN
21がオフ、従って差動増幅器11の接地側端子はオー
プンとされ、PMOSトランジスタQP21はオン、従
って出力端子OUTはVCCに固定された状態に保持さ
れる。即ち、差動増幅器11は、ある程度温められるま
では電流経路をオフにした待機状態とされ、回路動作が
抑制される。
The operation when the power is turned on in this embodiment is as follows. When the power is turned on, the power supply voltage detection circuit 53 detects this and outputs an output INIT as described above. When the power supply is stabilized and the signal INIT becomes “L”,
After elapse of a time determined by the delay time of the delay circuit 54, the signal WARMUP becomes "L". This signal WARMUP
Is "H", power is supplied to the heaters 12a and 12b as described above. While the heaters 12a and 12b are energized, the NMOS transistor QN of the control circuit 71
21 is off, the ground terminal of the differential amplifier 11 is open, the PMOS transistor QP21 is on, and the output terminal OUT is kept fixed at VCC. That is, the differential amplifier 11 is in a standby state in which the current path is turned off until the differential amplifier 11 is heated to some extent, and the circuit operation is suppressed.

【0032】更に、制御回路72は、信号WARMUP
が“L”になって差動増幅器11が動作開始してから、
その出力OUTが安定化するまでは、レディ信号CHP
RDY(=“L”)により、チップ内の他の回路をも、
電流の流れない待機状態として、回路動作を抑制する。
そして、制御回路72の時定数回路により決まる時間経
過後にレディ信号CHPRDY=“H”を出し、チップ
全体を活性状態とする。以上のようにこの実施の形態で
は、差動増幅器11は、その近傍の温度がある程度上昇
した後に動作開始し、更にその出力が安定してからチッ
プ全体の動作を開始するという制御を行うことにより、
低温環境下での差動増幅器の安定動作、更にこの差動増
幅器を含む集積回路チップ全体の安定動作が可能にな
る。
Further, the control circuit 72 outputs a signal WARMUP.
Becomes “L” and the differential amplifier 11 starts operating,
Until the output OUT is stabilized, the ready signal CHP
By RDY (= “L”), other circuits in the chip are also
Circuit operation is suppressed in a standby state in which no current flows.
After a lapse of time determined by the time constant circuit of the control circuit 72, the ready signal CHPRDY = "H" is output, and the entire chip is activated. As described above, in this embodiment, the differential amplifier 11 starts operation after the temperature in the vicinity thereof has risen to some extent, and further performs control such that the operation of the entire chip is started after its output is stabilized. ,
The stable operation of the differential amplifier in a low-temperature environment and the stable operation of the entire integrated circuit chip including the differential amplifier can be achieved.

【0033】[実施の形態4]図8は、この発明をバン
ドギャップリファレンス回路による基準電圧発生回路
(BGR回路)80を含むLSIに適用した実施の形態
を示している。図9は、そのレイアウトである。BGR
回路は本来、電源電圧や温度に依存しない基準電圧を発
生する回路である。差動増幅器81の出力により制御さ
れる電流源PMOSトランジスタQP33のドレインに
は、2系統の電流経路82,83が接続されている。一
方の電流経路82は、抵抗R31とダイオードD1から
なる。もう一方の電流経路83は、抵抗R32,R33
とダイオードD2からなる。一方のダイオードD1に対
して、他方のダイオードD2は接合面積がN倍である。
そして、抵抗R31とダイオードD1の接続ノードは差
動増幅器81の一方の入力端子aに帰還され、抵抗R3
2とR33の接続ノードは差動増幅器81の他方の入力
端子bに帰還されている。
[Embodiment 4] FIG. 8 shows an embodiment in which the present invention is applied to an LSI including a reference voltage generating circuit (BGR circuit) 80 using a band gap reference circuit. FIG. 9 shows the layout. BGR
The circuit is a circuit that generates a reference voltage that does not depend on the power supply voltage or the temperature. Two current paths 82 and 83 are connected to the drain of the current source PMOS transistor QP33 controlled by the output of the differential amplifier 81. One current path 82 includes a resistor R31 and a diode D1. The other current path 83 includes resistors R32, R33
And a diode D2. The junction area of the other diode D2 is N times that of the other diode D1.
The connection node between the resistor R31 and the diode D1 is fed back to one input terminal a of the differential amplifier 81, and the resistor R3
The connection node between 2 and R33 is fed back to the other input terminal b of the differential amplifier 81.

【0034】この実施の形態では、BGR回路80の安
定動作を保証するために、BGR回路80に用いられて
いる抵抗R31,R32,R33を、図9に示すように
差動増幅器81を挟むように配置して、これを差動増幅
器81を温めるヒータ82a,82bとして利用する。
前述のようにBGR回路80は本来温度依存性及び電源
依存性がない基準電圧を出力するものあるが、ある条件
ではこの基本性能が損なわれる。この点の理解を助ける
ために、まずBGR回路の基本動作を説明する。
In this embodiment, in order to guarantee the stable operation of the BGR circuit 80, the resistors R31, R32 and R33 used in the BGR circuit 80 are arranged so as to sandwich the differential amplifier 81 as shown in FIG. Are used as heaters 82a and 82b for heating the differential amplifier 81.
As described above, the BGR circuit 80 outputs a reference voltage that is originally independent of temperature dependency and power supply dependency, but under certain conditions, this basic performance is impaired. To help understand this point, the basic operation of the BGR circuit will be described first.

【0035】一般にダイオードの電流電圧特性は、下記
数1で表される。
Generally, a current-voltage characteristic of a diode is expressed by the following equation (1).

【0036】[0036]

【数1】I=Is(eqVf/kT−1)## EQU1 ## I = Is (e qVf / kT -1)

【0037】Isは飽和電流、Vfは順方向電圧、kは
ボルツマン定数(=1.38×10 -23[J/K])、
qは電子電荷量(=1.6×10-19[C])、Tは温
度である。Vf>>kT/qの条件下では、数1はより
簡単に、数2で表される。
Is is a saturation current, Vf is a forward voltage, and k is
Boltzmann's constant (= 1.38 × 10 -twenty three[J / K]),
q is the amount of electron charge (= 1.6 × 10-19[C]), T is warm
Degrees. Under the condition of Vf >> kT / q, Equation 1 is more
It is simply represented by Equation 2.

【0038】[0038]

【数2】I=IseqVf/kT ## EQU2 ## I = Ise qVf / kT

【0039】更に数2を変形すると、数3が得られる。By further transforming equation (2), equation (3) is obtained.

【0040】[0040]

【数3】Vf=VTln(I/Is)[Number 3] Vf = V T ln (I / Is)

【0041】差動増幅器81では、入力端子a,bが同
電位に保持される。従って、ダイオードD1の端子電圧
をVfa、ダイオードD2の端子電圧をVfb、抵抗R
33の端子間電圧をdVfとすると、次の関係が得られ
る。
In the differential amplifier 81, the input terminals a and b are held at the same potential. Therefore, the terminal voltage of the diode D1 is Vfa, the terminal voltage of the diode D2 is Vfb, and the resistance R
Assuming that the voltage between the terminals of 33 is dVf, the following relationship is obtained.

【0042】[0042]

【数4】dVf=Vfa−Vfb## EQU4 ## dVf = Vfa-Vfb

【0043】ここで、抵抗R31側の経路82を流れる
電流は抵抗R31により求まり、抵抗R32側の経路8
3を流れる電流は、抵抗R32による求まる。また抵抗
R32側の電流は、N個分のダイオードに分流するか
ら、次の関係が得られる。
Here, the current flowing through the path 82 on the side of the resistor R31 is determined by the resistor R31, and the path 8 on the side of the resistor R32 is determined.
The current flowing through 3 is determined by the resistor R32. Further, since the current on the resistor R32 side is divided into N diodes, the following relationship is obtained.

【0044】[0044]

【数5】dVf=VTln(N・R32/R31)## EQU5 ## dVf = V T ln (N · R32 / R31)

【0045】以上から、このBGR回路の出力基準電圧
VBGRは、ダイオードのビルトイン電圧をVf1とし
て、次の数6で表される。
From the above, the output reference voltage VBGR of the BGR circuit is expressed by the following equation 6 with the built-in voltage of the diode as Vf1.

【0046】[0046]

【数6】 VBGR=Vf1+dVf(R32/R33) =Vf1+(R32/R33)VTln(N・R32/R31)VBGR = Vf1 + dVf (R32 / R33) = Vf1 + (R32 / R33) V T ln (N · R32 / R31)

【0047】Vf1は、−2mV/℃の負温度係数を持
ち、VTは、0.086mV/℃の正の温度係数を持
つ。従って、適当なダイオードの面積比Nと適当の抵抗
比を選択することにより、基準電圧VBGRの温度係数
をほぼ0にすることができる。例えば、N=10,R31
=R32=600KΩ,R33=60KΩとすることで、基
準電圧VBGRの温度係数はほぼ0になる。
[0047] Vf1 has a negative temperature coefficient of -2mV / ℃, V T has a positive temperature coefficient of 0.086mV / ℃. Therefore, by selecting an appropriate diode area ratio N and an appropriate resistance ratio, the temperature coefficient of the reference voltage VBGR can be made substantially zero. For example, N = 10, R31
= R32 = 600KΩ and R33 = 60KΩ, the temperature coefficient of the reference voltage VBGR becomes almost zero.

【0048】ダイオードの順方向特性は、製造プロセス
のばらつきの影響が小さいことが知られている。一方抵
抗は、拡散層抵抗やポリシリコン抵抗が用いられる。こ
れらの抵抗値は、製造工程のばらつきを抑えることは難
しいが、BGR回路では抵抗の比が利用されるので、個
々の抵抗のばらつきが基準電圧に与える影響は小さい。
BGR回路において問題になるのは、差動増幅器81の
オフセットである。前述のようにBGR回路80は、差
動増幅器81の二つの入力端子電圧Va,Vbが同一に
なることを前提として正常に機能する。この二つの入力
端子電圧Va,Vbに差が生じると、出力基準電圧は大
きく崩れる。例えば、Vb−Va=50mVとすると、
これらの電圧差は抵抗比(R32/R33)倍され、基準電
圧VBGRは、500mVも上昇してしまう。
It is known that the influence of the variation in the manufacturing process on the forward characteristics of the diode is small. On the other hand, a diffusion layer resistance or a polysilicon resistance is used as the resistance. It is difficult to suppress variations in the manufacturing process of these resistance values. However, since the BGR circuit uses the ratio of the resistances, the influence of the individual resistance variations on the reference voltage is small.
The problem in the BGR circuit is the offset of the differential amplifier 81. As described above, the BGR circuit 80 functions normally on the assumption that the two input terminal voltages Va and Vb of the differential amplifier 81 are the same. If there is a difference between the two input terminal voltages Va and Vb, the output reference voltage is largely distorted. For example, if Vb−Va = 50 mV,
These voltage differences are multiplied by the resistance ratio (R32 / R33), and the reference voltage VBGR rises by 500 mV.

【0049】具体的には、差動増幅器81を構成する差
動NMOSトランジスタQN31,QN32の間のアン
バランス及び、負荷PMOSトランジスタQP31,Q
P32間のアンバランスが差動増幅器81のオフセット
の原因となる。特にトランジスタのサブスレッショルド
特性は制御が難しいとされる項目である。このサブスレ
ッショルド特性には、図10に示すような温度依存性が
ある。室温(25℃)では、図10(a)に示すよう
に、Vg−Id特性の傾斜は、100mV/dec程度
であり、これは同一チップ上で殆ど変わらない。ところ
が低温(−50℃)になると、図10(b)に示すよう
に、チップ上で、60mV/dec〜80mV/dec
の間のまちまちの値を示すことが珍しくない。これはM
OSトランジスタのサブスレッショルド特性が僅かな欠
陥に敏感であるためである。
Specifically, the imbalance between the differential NMOS transistors QN31 and QN32 constituting the differential amplifier 81 and the load PMOS transistors QP31 and QP
The imbalance between P32 causes the offset of the differential amplifier 81. In particular, the sub-threshold characteristic of the transistor is an item that is difficult to control. This subthreshold characteristic has temperature dependence as shown in FIG. At room temperature (25 ° C.), as shown in FIG. 10A, the slope of the Vg-Id characteristic is about 100 mV / dec, which is hardly changed on the same chip. However, when the temperature becomes low (−50 ° C.), as shown in FIG. 10B, on the chip, 60 mV / dec to 80 mV / dec.
It is not unusual to show different values between. This is M
This is because the subthreshold characteristic of the OS transistor is sensitive to a slight defect.

【0050】従って、室温又は高温では正常に動作して
いたBGR回路80が、低温環境下では全くおかしな出
力を出すという現象が生じる。この実施の形態による
と、図9に示したように抵抗R31−R33を差動増幅
器81の近傍に配置して、これをヒータ82a,82b
として利用して差動増幅器81を温めるようにしてい
る。これにより、特に低温環境下での差動増幅器81の
入力オフセットに基づく不安定動作を解消することがで
きる。
Therefore, there occurs a phenomenon that the BGR circuit 80 which normally operates at room temperature or high temperature outputs a completely strange output under low temperature environment. According to this embodiment, as shown in FIG. 9, the resistors R31 to R33 are arranged near the differential amplifier 81, and this is connected to the heaters 82a and 82b.
To warm the differential amplifier 81. This can eliminate unstable operation based on the input offset of the differential amplifier 81 particularly in a low-temperature environment.

【0051】[実施の形態5]図11は、別の実施の形
態による、BGR回路110を含むLSIである。BG
R回路110は、回路構成が図8とは少し異なるが、原
理構成は図8と同様である。差動増幅器81によりゲー
トが共通に制御されるPMOSトランジスタQP41,
QP42,QP43によりカレントミラー回路が構成さ
れ、それぞれに電流経路82,83,84が形成されて
いる。PMOSトランジスタQP41につながる電流経
路82は、NMOSトランジスタQN41とダイオード
D1からなる。PMOSトランジスタQP42につなが
る電流経路82は、NMOSトランジスタQN42と抵
抗R42及びダイオードD2(ダイオードD1のN個
分)からなる。PMOSトランジスタQP43につなが
る電流経路84は抵抗R41とダイオードD3からな
る。
[Fifth Embodiment] FIG. 11 shows an LSI including a BGR circuit 110 according to another embodiment. BG
The circuit configuration of the R circuit 110 is slightly different from that of FIG. 8, but the principle configuration is the same as that of FIG. PMOS transistors QP41 whose gates are commonly controlled by the differential amplifier 81,
A current mirror circuit is formed by QP42 and QP43, and current paths 82, 83 and 84 are formed respectively. The current path 82 connected to the PMOS transistor QP41 includes the NMOS transistor QN41 and the diode D1. A current path 82 connected to the PMOS transistor QP42 includes an NMOS transistor QN42, a resistor R42, and a diode D2 (for N diodes D1). A current path 84 connected to the PMOS transistor QP43 includes a resistor R41 and a diode D3.

【0052】PMOSトランジスタQP41とNMOS
トランジスタQN41の接続ノードが差動増幅器81の
一方の入力端子aに帰還され、PMOSトランジスタQ
P42とNMOSトランジスタQN42の接続ノードが
他方の入力端子bに帰還される。詳細説明は省くが、P
MOSトランジスタQP42と抵抗R41の接続ノード
を出力端子として、抵抗R41,R42の比を適当に設
定することによって温度依存性及び電源依存性のない基
準電圧VBGRを発生することができる。
The PMOS transistor QP41 and the NMOS
The connection node of the transistor QN41 is fed back to one input terminal a of the differential amplifier 81, and the PMOS transistor QN41
The connection node between P42 and NMOS transistor QN42 is fed back to the other input terminal b. Detailed explanation is omitted, but P
By using the connection node between the MOS transistor QP42 and the resistor R41 as an output terminal and appropriately setting the ratio between the resistors R41 and R42, it is possible to generate the reference voltage VBGR without temperature dependency and power source dependency.

【0053】この実施の形態において問題とするのは、
カレントミラー回路を構成するPMOSトランジスタQ
P41〜QP43の特性のアンバランスである。カレン
トミラー回路は、複数のトランジスタのゲートを共通駆
動することにより、それらにトランジスタ寸法比で決ま
る電流を流す定電流回路である。一般にカレントミラー
回路を構成する場合、図13に示すVg−Id特性の5
極管領域を使用することが好ましいと言われている。こ
れは、トランジスタ特性のばらつきの影響が小さいため
である。
The problem in this embodiment is that
PMOS transistor Q forming a current mirror circuit
This is an unbalance of the characteristics of P41 to QP43. The current mirror circuit is a constant current circuit that drives a gate of a plurality of transistors in common, and causes a current determined by a transistor size ratio to flow through them. Generally, when a current mirror circuit is configured, the Vg-Id characteristic 5 shown in FIG.
It is said that it is preferable to use an arc tube region. This is because the influence of variations in transistor characteristics is small.

【0054】しかし、PMOSトランジスタQP41〜
QP43が5極管領域で動作するように設計したとして
も、これらのPMOSトランジスタQP41〜QP43
がサブスレッショルド領域にあるときにBGR回路11
0が異常安定してしまうという現象が見られることが、
確認されている。これは、図13にも示したように、サ
ブスレッショルド特性のばらつきが大きいことが原因で
ある。即ち本来は、PMOSトランジスタQP41,Q
P42が5極管領域のある同じ電流値のときに初めて、
それらの電流経路82,83の間で、Vfa=Vfb+
dVfなる安定点が得られるように設定される。ところ
がPMOSトランジスタQP41,QP42の間のサブ
スレッショルド特性にばらつきがあると、これらのPM
OSトランジスタQP41,QP42が図13に示すサ
ブスレッショルド領域の異なる電流値のときに、Vfa
=Vfb+dVfなる安定条件が成立してしまうことが
ある。これが異常安定である。
However, the PMOS transistors QP41 to QP41
Even if QP43 is designed to operate in the pentode region, these PMOS transistors QP41-QP43
Circuit is in the sub-threshold region, the BGR circuit 11
The phenomenon that 0 becomes abnormally stable is seen,
Has been confirmed. This is because the variation in the sub-threshold characteristic is large as shown in FIG. That is, the PMOS transistors QP41, QP
Only when P42 has the same current value in the pentode region,
Between these current paths 82 and 83, Vfa = Vfb +
It is set so that a stable point of dVf is obtained. However, if the sub-threshold characteristics between the PMOS transistors QP41 and QP42 vary, the PM
When the OS transistors QP41 and QP42 have different current values in the subthreshold region shown in FIG.
= Vfb + dVf in some cases. This is abnormal stability.

【0055】この異常安定は、PMOSトランジスタQ
P41〜QP43に殆ど電流が流れず、出力基準電圧が
VBGR=0.8Vと低い電圧状態なる。しかもこの現
象は、トランジスタのサブスレッショルド特性のばらつ
きが低温におけるほど大きいという性質から、低温環境
下で顕著に見られる。このとき、BGR回路110には
殆ど電流が流れていないために発熱がなく、時間が経っ
ても回路周辺の低温状態は解消されず、BGR回路11
0は異常安定状態から脱することができない。
This abnormal stability is caused by the PMOS transistor Q
Almost no current flows through P41 to QP43, and the output reference voltage is in a low voltage state of VBGR = 0.8V. Moreover, this phenomenon is remarkably observed in a low-temperature environment because the variation in the sub-threshold characteristics of the transistor is larger at a lower temperature. At this time, since almost no current flows through the BGR circuit 110, no heat is generated, and even if time passes, the low temperature state around the circuit is not eliminated, and the BGR circuit 11
0 cannot escape from the abnormal stable state.

【0056】そこでこの実施の形態では、BGR回路1
10が上述した異常安定状態に落ち着くのを防止し、或
いは異常安定状態から自動的に脱することができるよう
な回路工夫をしている。具体的に図11の回路では、異
常安定している電流を検出する電流検出回路111が設
けられ、且つこの電流検出回路111の出力によりコン
トロールされて差動増幅器81の出力ノードの電位を強
制的に引き下げるキッカ回路112が設けられている。
Therefore, in this embodiment, the BGR circuit 1
The circuit is devised so that the abnormal stable state can be prevented from being settled, or the abnormal stable state can be automatically exited. Specifically, in the circuit of FIG. 11, a current detection circuit 111 for detecting an abnormally stable current is provided, and the potential of the output node of the differential amplifier 81 is forcibly controlled by the output of the current detection circuit 111. Is provided with a kicker circuit 112 for pulling down.

【0057】電流検出回路111は、PMOSトランジ
スタQP41〜QP43と共にカレントミラー回路を構
成するPMOSトランジスタQP44と、このPMOS
トランジスタQP44からの電流が供給されるダイオー
ド接続したNMOSトランジスタQN43とから構成さ
れている。BGR回路110が殆ど電流が流れていない
異常安定状態にあるとき、電流検出回路111にも殆ど
電流は流れず、電流検出回路111から得られる電流モ
ニター出力IMONは、NMOSトランジスタのしきい
値電圧以下の“L”レベルとなる。
The current detection circuit 111 includes a PMOS transistor QP44 which forms a current mirror circuit together with the PMOS transistors QP41 to QP43,
And a diode-connected NMOS transistor QN43 to which a current from the transistor QP44 is supplied. When the BGR circuit 110 is in an abnormally stable state where almost no current flows, almost no current flows to the current detection circuit 111, and the current monitor output IMON obtained from the current detection circuit 111 is equal to or lower than the threshold voltage of the NMOS transistor. "L" level.

【0058】キッカ回路112は、PMOSトランジス
タQP45と抵抗R43の部分がヒータを構成してい
る。またPMOSトランジスタQP45とカレントミラ
ー回路を構成するPMOSトランジスタQP46とその
ドレインに接続されたNMOSトランジスタQN45が
設けられ、このNMOSトランジスタQN45のゲート
に電流モニター出力IMONが入る。NMOSトランジ
スタQN45のドレインによりゲートが制御されるNM
OSトランジスタQN44は、ドレインが差動増幅器8
1の出力ノードに接続され、ソースは接地されている。
In the kicker circuit 112, the PMOS transistor QP45 and the resistor R43 constitute a heater. Further, a PMOS transistor QP46 forming a current mirror circuit with the PMOS transistor QP45 and an NMOS transistor QN45 connected to its drain are provided, and a current monitor output IMON is input to a gate of the NMOS transistor QN45. NM whose gate is controlled by the drain of NMOS transistor QN45
The OS transistor QN44 has a drain connected to the differential amplifier 8
1 output node and the source is grounded.

【0059】BGR回路110が正常な安定状態にある
場合は、電流モニター出力IMONはNMOSトランジ
スタのしきい値電圧以上の“H”である。このときキッ
カ回路112ではNMOSトランジスタQN45がオン
であり、そのドレインに得られるキック信号KICKは
“L”、従ってNMOSトランジスタQN44はオフで
ある。一方、BGR回路110が異常安定状態にある
と、電流モニター出力IMONが“L”であり、キッカ
回路112ではNMOSトランジスタQN45がオフ、
従ってNMOSトランジスタQN44がオンとなって、
差動増幅器81の出力ノードの電位を引き下げる。これ
により、カレントミラーを構成するPMOSトランジス
タQP41〜QP44が深くオン駆動されて5極管領域
に移行し、BGR回路110は正常な安定状態に移行す
ることになる。
When the BGR circuit 110 is in a normal stable state, the current monitor output IMON is "H" which is equal to or higher than the threshold voltage of the NMOS transistor. At this time, in the kicker circuit 112, the NMOS transistor QN45 is on, the kick signal KICK obtained at its drain is "L", and the NMOS transistor QN44 is off. On the other hand, when the BGR circuit 110 is in the abnormally stable state, the current monitor output IMON is “L”, and the NMOS transistor QN45 is off in the kicker circuit 112;
Therefore, the NMOS transistor QN44 turns on,
The potential of the output node of the differential amplifier 81 is reduced. As a result, the PMOS transistors QP41 to QP44 constituting the current mirror are driven deeply on to shift to the pentode region, and the BGR circuit 110 shifts to a normal stable state.

【0060】またこの実施の形態の場合、キッカ回路1
12のPMOSトランジスタQP45,QP44をヒー
タ源として、PMOSトランジスタQP41〜QP44
の近傍に配置してこれらを温めるようにしている。これ
により、低温環境下でのBGR回路110の異常安定へ
の落ち着き防止、或いは異常安定状態からの脱出をより
確実に行うことができる。
In the case of this embodiment, the kicker circuit 1
Using the twelve PMOS transistors QP45 and QP44 as heater sources, the PMOS transistors QP41 to QP44
To warm them. This makes it possible to prevent the BGR circuit 110 from settling into abnormal stability in a low-temperature environment, or to more reliably escape from the abnormally stable state.

【0061】図12は、具体的に、ヒータとして用いら
れるキッカ回路112のPMOSトランジスタQP45
を、BGR回路110のカレントミラーを構成するPM
OSトランジスタQP41〜QP43のそれぞれの近傍
に分散的に配置し、また同じくヒータとして用いられる
PMOSトランジスタQP46をPMOSトランジスタ
QP44の近傍に配置したレイアウト例を示している。
これにより、回路の異常安定の原因箇所であるカレント
ミラー回路を構成するPMOSトランジスタQP41〜
QP44の領域を全体的に温めるができ、異常安定状態
からの脱出が容易になる。
FIG. 12 specifically shows the PMOS transistor QP45 of the kicker circuit 112 used as a heater.
Is the PM that constitutes the current mirror of the BGR circuit 110.
A layout example is shown in which OS transistors QP41 to QP43 are dispersedly arranged near each other, and a PMOS transistor QP46, which is also used as a heater, is arranged near the PMOS transistor QP44.
As a result, the PMOS transistors QP41 to QP41 constituting the current mirror circuit, which is the cause of the abnormal stability of the circuit,
The entire region of the QP 44 can be warmed, and escape from the abnormally stable state is facilitated.

【0062】[実施の形態6]図14は、実施の形態6
によるLSI140のチップレイアウトを示している。
このLSI140は、その半導体チップ面積の主要部が
ディジタル論理回路141である。チップ周辺にアナロ
グ回路142が配置され、このアナログ回路142を挟
むようにヒータ143a,143bが配置されている。
またヒータ143a,143bを、アナログ回路142
の領域の温度に応じてコントロールするために、アナロ
グ回路142の近傍には温度感知器144も設けられて
いる。
[Embodiment 6] FIG. 14 shows Embodiment 6 of the present invention.
1 shows a chip layout of an LSI 140.
In the LSI 140, the main part of the semiconductor chip area is the digital logic circuit 141. An analog circuit 142 is arranged around the chip, and heaters 143a and 143b are arranged so as to sandwich the analog circuit 142.
Further, the heaters 143a and 143b are connected to the analog circuit 142.
A temperature sensor 144 is also provided in the vicinity of the analog circuit 142 in order to perform control in accordance with the temperature of the region.

【0063】この様な構成として、アナログ回路142
の近くに配置されたヒータ143a,143bは、周辺
温度がある程度以上低いときに温度感知器144の制御
により発熱させてアナログ回路142を温めるようにす
る。これによりアナログ回路142は安定動作が可能に
なる。ディジタル回路141は低温環境下でも動作が不
安定になることはないので、この部分を温める必要はな
い。従って、チップのごく一部にヒータ143a,14
3bを配置すればよく、チップ全体の消費電力増大を抑
えることができる。
As such a configuration, the analog circuit 142
The heaters 143a and 143b disposed near the analog circuit 142 generate heat under the control of the temperature sensor 144 to warm the analog circuit 142 when the ambient temperature is lower than a certain level. As a result, the analog circuit 142 can operate stably. Since the operation of the digital circuit 141 does not become unstable even in a low temperature environment, it is not necessary to heat this part. Therefore, the heaters 143a, 143a
3b can be arranged, and an increase in power consumption of the entire chip can be suppressed.

【0064】更に、一般にディジタル論理回路141は
高温時により多くの電流を消費する。チップ全体の最大
消費電力はこの高温時の状態で規定されることになるの
で、低温時にヒータ143a,143bが消費する電流
がチップ全体の最大消費電力を増大させることはない。
この様子を図15に示す。図15では、ディジタル論理
回路141の消費電力、アナログ回路142の消費電
力、ヒータ143a,143bの消費電力をそれぞれ破
線で示し、それらのトータルであるチップ全体の消費電
力を実線で示している。ヒータ143a,143bの消
費電力はもともとチップ全体の中では小さく、しかも低
温時のみ大きくなるので、チップ全体の消費電力には大
きな影響を与えないことがわかる。
Further, the digital logic circuit 141 generally consumes more current at high temperatures. Since the maximum power consumption of the entire chip is defined in the high temperature state, the current consumed by the heaters 143a and 143b at the low temperature does not increase the maximum power consumption of the entire chip.
This is shown in FIG. In FIG. 15, the power consumption of the digital logic circuit 141, the power consumption of the analog circuit 142, and the power consumption of the heaters 143a and 143b are indicated by broken lines, and the total power consumption of the entire chip is indicated by a solid line. Since the power consumption of the heaters 143a and 143b is originally small in the whole chip and becomes large only at a low temperature, it is understood that the power consumption of the whole chip is not significantly affected.

【0065】図16は、アナログ回路142が先の実施
の形態のBGR回路110である場合について、温度感
知器144の具体的な構成例を示している。この温度感
知器144は、BGR回路110のカレントミラー回路
を構成するPMOSトランジスタQP41〜QP44と
共にカレントミラー回路を構成するPMOSトランジス
タQP51と、そのドレインに接続された抵抗R44を
有する。この抵抗R44が温度感知素子であり、抵抗4
4の端子電圧が温度感知出力Vthermとなる。差動
増幅器145は、温度感知出力Vthermと、BGR
回路110の出力である基準電圧VBGRを比較して、
ヒータ制御信号Vcoolを出力する。
FIG. 16 shows a specific configuration example of the temperature sensor 144 when the analog circuit 142 is the BGR circuit 110 of the above embodiment. The temperature sensor 144 has a PMOS transistor QP51 that forms a current mirror circuit together with the PMOS transistors QP41 to QP44 that form a current mirror circuit of the BGR circuit 110, and a resistor R44 connected to the drain thereof. This resistor R44 is a temperature sensing element,
4 becomes the temperature sensing output Vtherm. The differential amplifier 145 has a temperature sensing output Vtherm and a BGR
By comparing the reference voltage VBGR which is the output of the circuit 110,
It outputs a heater control signal Vcool.

【0066】抵抗R44は正の温度係数を持ち、従って
温度感知出力Vthermは温度と共に上昇する。一
方、BGR回路110の出力である基準電圧VBGRは
温度依存性を持たないように制御されている。従って、
これらの温度感知出力Vthrmと基準電圧VBGRが
ある温度で交差するように、抵抗R44の値を設定する
と、その設定温度以下では、制御信号Vcoolは、
“H”、設定温度を超えると制御信号Vcoolは
“L”になる。制御信号Vcool=“H”によりヒー
タがオンとなるように制御すれば、設定温度になるまで
ヒータに通電するという制御が可能になる。
The resistor R44 has a positive temperature coefficient, so that the temperature sensing output Vtherm increases with temperature. On the other hand, the reference voltage VBGR, which is the output of the BGR circuit 110, is controlled so as not to have temperature dependency. Therefore,
When the value of the resistor R44 is set so that the temperature sensing output Vthrm and the reference voltage VBGR intersect at a certain temperature, the control signal Vcool becomes lower than the set temperature.
When the temperature exceeds “H” and the set temperature, the control signal Vcool becomes “L”. If control is performed so that the heater is turned on by the control signal Vcool = “H”, it is possible to control the heater to be energized until the set temperature is reached.

【0067】具体的に例えば、設定温度25℃で、Vt
herm=VBGRとなるように、抵抗R44の値を選
択する。これにより、25℃より低温では、VBGR>
Vthermであって、アナログ回路142の周辺が温
められる。25℃を越えると、VBGR<Vtherm
となってヒータはオフとなる。この様なヒータ制御を行
うことにより、ヒータの消費電力を必要最小限に抑え
て、アナログ回路の安定動作を行わせることが可能とな
る。
For example, at a set temperature of 25 ° C., Vt
The value of the resistor R44 is selected so that herm = VBGR. Thereby, at a temperature lower than 25 ° C., VBGR>
Vtherm, and the periphery of the analog circuit 142 is warmed. When the temperature exceeds 25 ° C., VBGR <Vtherm
And the heater is turned off. By performing such heater control, it becomes possible to perform the stable operation of the analog circuit while minimizing the power consumption of the heater to a necessary minimum.

【0068】[実施の形態7]図17は、この発明を、
メモリセルアレイとしてDRAMセルアレイ150を含
むメモリLSIに適用した実施の形態である。DRAM
セルアレイ150は通常多くのサブセルアレイ151に
より構成される。この様なDRAMセルアレイ150に
は、信号配線を覆って絶縁膜が形成されている。この絶
縁膜の上に、ヒータ152が配設される。具体的にヒー
タ152は、DRAMセルアレイ150の領域を均等に
覆うように蛇行パターンで形成されている。ヒータ15
2の一端は電源VCCに接続され、他端は温度感知器1
53により制御されるNMOSトランジスタQN61を
介して接地される。
[Seventh Embodiment] FIG. 17 shows the present invention.
This is an embodiment applied to a memory LSI including a DRAM cell array 150 as a memory cell array. DRAM
The cell array 150 is usually composed of many sub-cell arrays 151. In such a DRAM cell array 150, an insulating film is formed to cover the signal wiring. A heater 152 is provided on the insulating film. Specifically, the heater 152 is formed in a meandering pattern so as to cover the area of the DRAM cell array 150 evenly. Heater 15
2 has one end connected to a power supply VCC and the other end has a temperature sensor 1
Grounded via an NMOS transistor QN61 controlled by 53.

【0069】温度感知器153には先の実施の形態と同
様のものを用い得る。この温度感知器153により例え
ば、設定温度以下ではNMOSトランジスタQN61を
オンとし、ヒータ152に通電されるようにする。これ
により、DRAMセルアレイ150が低温状態にあると
き、これを全体的に均等に温めることができる。従っ
て、低温環境下で生じるセルトランジスタのしきい値電
圧上昇による書き込み電位低下という問題は解決され
る。従ってセルトランジスタのしきい値電圧を高めに設
定することができる。一方、トランジスタのしきい値電
圧を高めに設定することは、高温時のしきい値電圧低下
による蓄積電荷の漏れを抑制することになるから、高温
時のデータ保持特性の改善をもたらす。
As the temperature sensor 153, the same one as in the previous embodiment can be used. The temperature sensor 153 turns on the NMOS transistor QN61 at a temperature lower than the set temperature, for example, so that the heater 152 is energized. Thus, when the DRAM cell array 150 is in a low temperature state, it can be uniformly heated as a whole. Therefore, the problem that the writing potential decreases due to the increase in the threshold voltage of the cell transistor, which occurs in a low-temperature environment, is solved. Therefore, the threshold voltage of the cell transistor can be set higher. On the other hand, when the threshold voltage of the transistor is set to be higher, the leakage of the stored charge due to the lowering of the threshold voltage at a high temperature is suppressed, so that the data retention characteristic at a high temperature is improved.

【0070】[実施の形態8]図18は、実施の形態8
による電子機器180の構成を示している。この電子機
器180の筐体189には、ボード184に搭載され
て、先の実施の形態7で説明したようなヒータが内蔵さ
れた半導体メモリであるDRAM181、CPU等のデ
ィジタル論理LSI182、I/Oインタフェース18
3等が配置されている。ディジタル論理LSI182は
一般に発熱量が大きいから、これには放熱器186が取
り付けられている。その他、筐体189内には電源装置
185が設けられ、また筐体189にはシステム全体を
冷却するための冷却装置187が設けられている。
[Eighth Embodiment] FIG. 18 shows an eighth embodiment.
1 shows a configuration of an electronic device 180. A housing 189 of the electronic device 180 is mounted on a board 184 and includes a DRAM 181 which is a semiconductor memory having a built-in heater as described in the seventh embodiment, a digital logic LSI 182 such as a CPU, and an I / O. Interface 18
3 and the like are arranged. Since the digital logic LSI 182 generally generates a large amount of heat, a radiator 186 is attached thereto. In addition, a power supply device 185 is provided in the housing 189, and a cooling device 187 for cooling the entire system is provided in the housing 189.

【0071】この様な電子機器180を屋外等の低温環
境下で使用した場合、冷却装置187が災いして機器内
の温度が異常に低下する。このとき、低温環境下で誤動
作するDRAMが搭載されていると、システム全体が誤
動作する。この実施の形態ではDRAM181が、チッ
プ内に実装されたヒータにより温められて正常動作する
ように保証されている。これにより低温環境下でシステ
ム全体が安定に動作する。
When such an electronic device 180 is used in a low-temperature environment such as outdoors, the cooling device 187 suffers and the temperature inside the device drops abnormally. At this time, if a DRAM malfunctioning in a low temperature environment is mounted, the entire system malfunctions. In this embodiment, it is guaranteed that the DRAM 181 is warmed by the heater mounted in the chip and operates normally. Thereby, the whole system operates stably in a low temperature environment.

【0072】この種の電子機器を低温環境下で使用可能
とする他の方法として、電子機器全体を加熱する装置を
実装することが容易に考えられる。しかし、この様にす
ると、低温環境下での動作に問題がないディジタル論理
LSIや電源装置その他も同時に温めるために余計な電
力を消費することになる。この実施の形態の場合、低温
時に問題になる特定の半導体装置であるDRAMのみヒ
ータ内蔵としているので、機器全体の消費電力を抑える
ことができる。
As another method for making this kind of electronic equipment usable in a low-temperature environment, it is easy to mount a device for heating the entire electronic equipment. However, in such a case, extra power is consumed to simultaneously heat the digital logic LSI, the power supply device, and the like which have no problem in the operation in the low temperature environment. In this embodiment, only the DRAM, which is a specific semiconductor device that poses a problem at low temperatures, has a built-in heater, so that the power consumption of the entire device can be suppressed.

【0073】[実施の形態9]図19は、実施の形態9
によるシステムLSI190のチップレイアウトを示し
ている。このシステムLSI190は、いわゆるシステ
ムオンチップ(SOC)であり、半導体チップ191上
に、図17の実施の形態で説明したDRAM150と、
図14の実施の形態で説明したLSIチップ140内の
回路が共に集積されている。DRAM150には、セル
アレイ上にヒータ152が配設されている。ディジタル
論理回路141の周辺に配置されたアナログ回路142
には、これを挟むようにヒータ143a,143が配置
されている。
[Embodiment 9] FIG. 19 shows a ninth embodiment.
1 shows a chip layout of a system LSI 190. The system LSI 190 is a so-called system-on-chip (SOC), and includes, on a semiconductor chip 191, a DRAM 150 described in the embodiment of FIG.
The circuits in the LSI chip 140 described in the embodiment of FIG. 14 are integrated together. In the DRAM 150, a heater 152 is provided on the cell array. An analog circuit 142 arranged around the digital logic circuit 141
, Heaters 143a and 143 are arranged so as to sandwich this.

【0074】SOCが用いられる電子機器は一般に携帯
性を重視したものが多い。従って使用温度範囲が広いこ
とが要求される。また高温環境下でのディジタル論理回
路の安定動作を目的としてチップ全体を冷却する工夫が
なされる。例えば、熱伝導率の高い被覆材の使用や基板
への熱放出効果が大きいフリップチップ実装等の工夫が
それである。一方これらの工夫は、低温環境下でのアナ
ログ回路やDRAMの動作にとって災いとなる。即ち、
高い放熱効果により、チップ温度は外気温度と動作まで
低下し、アナログ回路とDRAM回路の正常動作を困難
にする。しかし、電子機器全体の温度を上げるようなヒ
ータの実装は、電池寿命を重視する携帯用電子機器では
許されない。
In general, many electronic devices using the SOC place importance on portability. Therefore, a wide operating temperature range is required. In addition, for the purpose of stabilizing the operation of the digital logic circuit under a high temperature environment, a device for cooling the entire chip is devised. For example, use of a coating material having a high thermal conductivity, flip chip mounting with a large heat release effect to a substrate, and the like are examples. On the other hand, these contrivances hinder the operation of analog circuits and DRAMs in a low-temperature environment. That is,
Due to the high heat dissipation effect, the chip temperature decreases to the outside air temperature and operation, which makes normal operation of the analog circuit and the DRAM circuit difficult. However, mounting of a heater that raises the temperature of the entire electronic device is not allowed in a portable electronic device that emphasizes battery life.

【0075】この実施の形態の場合、図14の実施の形
態で説明したように、システムの電源投入時にアナログ
回路142の周辺に配置されたヒータ143a,143
bが発熱し、アナログ回路142の安定動作が保証され
る。このヒータ143a,143bはその後オフになる
が、アナログ回路自身が発生する熱によりその近傍の温
度が低下することはない。また同じチップ上のDRAM
150は、その上に配設されたヒータ152により温め
られる。このヒータ152は、温度感知器153により
制御され、DRAM150部の温度が低温になるとオ
ン、高温になるとオフとなる。
In the case of this embodiment, as described in the embodiment of FIG. 14, the heaters 143a, 143 arranged around the analog circuit 142 when the system is turned on.
b generates heat, and stable operation of the analog circuit 142 is guaranteed. Although the heaters 143a and 143b are turned off thereafter, the temperature in the vicinity does not decrease due to the heat generated by the analog circuit itself. DRAM on the same chip
150 is warmed by a heater 152 disposed thereon. The heater 152 is controlled by the temperature sensor 153, and is turned on when the temperature of the DRAM 150 is low, and is off when the temperature is high.

【0076】DRAM150に配置されるヒータ152
とアナログ回路142の近傍に配置されるヒータ143
a,143bの制御形態を異ならせることは、意味があ
る。即ち、DRAMの場合、読み出しや書き込み動作を
していないスタンバイ状態での消費電流は1mA或いは
それ以下になる。これはアナログ回路でのスタンバイ時
の電流に非常に比べると小さく、この程度の電流では、
DRAM周辺の温度低下を防止することはできない。こ
のため常に周辺温度を監視しながら、ヒータ制御を行う
ことがDRAMにとっては重要になる。
Heater 152 arranged in DRAM 150
And a heater 143 arranged near the analog circuit 142
It is significant to make the control modes a and 143b different. That is, in the case of a DRAM, the current consumption in a standby state in which no read or write operation is performed is 1 mA or less. This is much smaller than the standby current in analog circuits, and at this level of current,
The temperature around the DRAM cannot be prevented from lowering. Therefore, it is important for the DRAM to perform heater control while constantly monitoring the ambient temperature.

【0077】ディジタル論理回路141にはヒータを配
設しない。ディジタル論理回路は低温環境下でも動作が
問題になることはないからである。この様にシステムL
SIにおいては、チップ内の温度をチップ内部の回路要
素に応じてそれぞれ最適条件となるように制御すること
により、無用な電力を消費することなく、システム全体
の安定動作を保証することが可能になる。
No heater is provided in the digital logic circuit 141. This is because the operation of the digital logic circuit does not matter even in a low temperature environment. In this way, system L
In SI, the stable operation of the entire system can be assured without consuming unnecessary power by controlling the temperature inside the chip to be the optimum condition according to the circuit elements inside the chip. Become.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ヒ
ータを内蔵することにより広い温度範囲で安定動作させ
ることを可能とした半導体装置を提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device which can operate stably in a wide temperature range by incorporating a heater.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態によるLSIにおける差
動増幅器の等価回路を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of a differential amplifier in an LSI according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態の差動増幅器のレイアウトを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a layout of the differential amplifier according to the embodiment.

【図3】同実施の形態の差動増幅器の低温時の問題を説
明するための図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a problem at a low temperature of the differential amplifier according to the embodiment;

【図4】MOSトランジスタのしきい値電圧の温度依存
性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the temperature dependence of the threshold voltage of a MOS transistor.

【図5】他の実施の形態によるLSIの差動増幅器とヒ
ータ制御回路の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a differential amplifier and a heater control circuit of an LSI according to another embodiment.

【図6】同実施の形態のヒータ制御の動作タイミングを
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing operation timing of heater control according to the embodiment.

【図7】他の実施の形態によるLSIの差動増幅器とヒ
ータ制御回路の構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a differential amplifier and a heater control circuit of an LSI according to another embodiment.

【図8】他の実施の形態によるLSIのBGR回路の等
価回路を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of a BGR circuit of an LSI according to another embodiment.

【図9】同実施の形態のBGR回路のレイアウトを示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing a layout of the BGR circuit of the embodiment.

【図10】トランジスタのサブスレッショルド特性を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating sub-threshold characteristics of a transistor.

【図11】他の実施の形態によるLSIのBGR回路の
等価回路を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit of a BGR circuit of an LSI according to another embodiment.

【図12】同実施の形態の要部のトランジスタレイアウ
トを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a transistor layout of a main part of the embodiment.

【図13】BGR回路の異常安定を説明するためのサブ
スレッショルド特性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating sub-threshold characteristics for explaining abnormal stability of the BGR circuit.

【図14】他の実施の形態によるLSIのチップレイア
ウトを示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a chip layout of an LSI according to another embodiment.

【図15】同実施の形態の消費電力と温度との関係を示
す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between power consumption and temperature in the embodiment.

【図16】他の実施の形態によるLSIのBGR回路の
等価回路を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an equivalent circuit of a BGR circuit of an LSI according to another embodiment.

【図17】他の実施の形態によるDRAMセルアレイの
レイアウトを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a layout of a DRAM cell array according to another embodiment.

【図18】他の実施の形態による電子機器の構成を示す
図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an electronic device according to another embodiment.

【図19】他の実施の形態によるシステムLSIのチッ
プレイアウトを示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a chip layout of a system LSI according to another embodiment.

【図20】MOSトランジスタのドレイン電流−ゲート
電圧特性の温度依存性を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing temperature dependence of drain current-gate voltage characteristics of a MOS transistor.

【図21】差動増幅器とその入力電圧範囲を示す図であ
る。
FIG. 21 is a diagram showing a differential amplifier and its input voltage range.

【図22】DRAMセルアレイの等価回路を示す図であ
る。
FIG. 22 is a diagram showing an equivalent circuit of a DRAM cell array.

【図23】DRAMの環境温度による問題点を説明する
ための特性図である。
FIG. 23 is a characteristic diagram for describing a problem due to an ambient temperature of a DRAM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…差動増幅器、12a,12b…ヒータ、52…電
源投入制御回路、53…電源電圧検知回路、54…遅延
回路、71,72…制御回路、80…BGR回路、81
…差動増幅器、82,83…電流経路、R31,R3
2,R33…抵抗(兼ヒータ)、110…BGR回路、
111…電流検出回路、112…キッカ回路、140…
LSI、141…ディジタル論理回路、142…アナロ
グ回路、143a,143b…ヒータ、144…温度感
知器、150…DRAMセルアレイ、152…ヒータ、
153…温度感知器、190…システムLSI。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Differential amplifier, 12a, 12b ... Heater, 52 ... Power supply control circuit, 53 ... Power supply voltage detection circuit, 54 ... Delay circuit, 71, 72 ... Control circuit, 80 ... BGR circuit, 81
... Differential amplifiers, 82, 83 ... Current paths, R31, R3
2, R33: resistance (also heater), 110: BGR circuit,
111: current detection circuit, 112: kicker circuit, 140:
LSI, 141: digital logic circuit, 142: analog circuit, 143a, 143b: heater, 144: temperature sensor, 150: DRAM cell array, 152: heater,
153: temperature sensor, 190: system LSI.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 温度依存性のある素子を用いて構成され
たアナログ回路と、 このアナログ回路の近傍に配置されたヒータとを有する
ことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising: an analog circuit configured using a temperature-dependent element; and a heater disposed near the analog circuit.
【請求項2】 電源投入直後の一定時間、前記ヒータに
通電する制御を行う電源投入制御回路を有することを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a power-on control circuit for controlling power supply to said heater for a predetermined time immediately after power-on.
【請求項3】 前記アナログ回路の近傍の温度を感知し
て、一定温度以下で前記ヒータに通電する制御を行う温
度感知器を有することを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a temperature sensor that senses a temperature in the vicinity of the analog circuit and performs control to energize the heater at a certain temperature or lower.
【請求項4】 半導体チップの主要面積を占めるディジ
タル論理回路を有することを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a digital logic circuit occupying a main area of the semiconductor chip.
【請求項5】 前記アナログ回路は、差動増幅器を有す
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said analog circuit has a differential amplifier.
【請求項6】 前記アナログ回路は、差動増幅器と、こ
の差動増幅器の出力により制御されて定常的に電流が流
れる電流経路とを有し、且つ前記ヒータは前記差動増幅
器の近傍に配置されていることを特徴とする請求項1記
載の半導体装置。
6. The analog circuit has a differential amplifier, a current path controlled by an output of the differential amplifier, and a current constantly flowing, and the heater is arranged near the differential amplifier. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項7】 前記アナログ回路は、差動増幅器と、こ
の差動増幅器の出力によりゲートが共通に制御される複
数のトランジスタからなるカレントミラー回路と、この
カレントミラー回路の各トランジスタにより定常的に電
流が供給される複数の電流経路とを有し、且つ前記ヒー
タは前記カレントミラー回路の近傍に配置されているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
7. The analog circuit includes: a differential amplifier; a current mirror circuit including a plurality of transistors whose gates are commonly controlled by an output of the differential amplifier; 2. The semiconductor device according to claim 1, comprising a plurality of current paths to which a current is supplied, and wherein said heater is arranged near said current mirror circuit.
【請求項8】 前記ヒータとして、前記アナログ回路に
おいて定常的に電流が流れる素子が用いられていること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein an element through which a current constantly flows in said analog circuit is used as said heater.
【請求項9】 前記電源投入制御回路は、電源電圧の立
ち上がりを検出する電源電圧検出回路と、この電源電圧
検出回路が電源投入を検出した後一定時間前記ヒータに
通電させるための遅延回路とを有することを特徴とする
請求項2記載の半導体装置。
9. A power supply control circuit comprising: a power supply voltage detection circuit for detecting a rise of a power supply voltage; and a delay circuit for energizing the heater for a predetermined time after the power supply voltage detection circuit detects power on. 3. The semiconductor device according to claim 2, comprising:
【請求項10】 前記電源投入制御回路が前記ヒータに
通電している間、前記アナログ回路の動作を抑制する制
御回路を有することを特徴とする請求項2記載の半導体
装置。
10. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a control circuit for suppressing operation of said analog circuit while said power-on control circuit is energizing said heater.
【請求項11】 前記差動増幅器、カレントミラー回路
及びこのカレントミラー回路により電流が供給される前
記複数の電流経路は、バンドギャップリファレンス回路
を構成していることを特徴とする請求項7記載の半導体
装置。
11. The band gap reference circuit according to claim 7, wherein the differential amplifier, the current mirror circuit, and the plurality of current paths supplied with current by the current mirror circuit constitute a band gap reference circuit. Semiconductor device.
【請求項12】 前記カレントミラー回路の電流を検出
する電流検出回路と、この電流検出回路により前記カレ
ントミラー回路のトランジスタがサブスレッショルド領
域で異常安定していることが検知されたときに前記カレ
ントミラー回路のトランジスタを5極管領域に強制移行
させるキッカ回路とを有することを特徴とする請求項1
1記載の半導体装置。
12. A current detection circuit for detecting a current of said current mirror circuit, and said current mirror when the current detection circuit detects that a transistor of said current mirror circuit is abnormally stable in a sub-threshold region. 2. A kicker circuit for forcibly shifting a transistor of the circuit to a pentode region.
2. The semiconductor device according to 1.
【請求項13】 メモリセルアレイと、 このメモリセルアレイ上にメモリセルアレイを均等に温
めるように配設されたヒータとを有することを特徴とす
る半導体装置。
13. A semiconductor device comprising: a memory cell array; and a heater disposed on the memory cell array so as to uniformly heat the memory cell array.
【請求項14】 前記メモリセルアレイは、DRAMセ
ルアレイであることを特徴とする請求項13記載の半導
体装置。
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein said memory cell array is a DRAM cell array.
【請求項15】 半導体チップと、 この半導体チップに集積形成されたディジタル論理回
路、メモリセルアレイ及びアナログ回路と、 前記メモリセルアレイ上に配置されて低温時に前記メモ
リセルアレイを均等に温めるための第1のヒータと、 前記アナログ回路の近傍に配置されて低温時に前記アナ
ログ回路領域を温めるための第2のヒータとを有するこ
とを特徴とする半導体装置。
15. A semiconductor chip; a digital logic circuit, a memory cell array, and an analog circuit integrated on the semiconductor chip; A semiconductor device comprising: a heater; and a second heater disposed near the analog circuit and configured to heat the analog circuit region at a low temperature.
【請求項16】 内部を冷却する冷却装置を備えた筐体
と、 この筐体内に配置された、ヒータを内蔵する半導体メモ
リと、 前記筐体内に配置された、放熱器付きのディジタル論理
LSIとを有することを特徴とする電子機器。
16. A housing provided with a cooling device for cooling the inside, a semiconductor memory containing a heater disposed in the housing, and a digital logic LSI with a radiator disposed in the housing. An electronic device comprising:
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