WO1997033370A1 - Circuit de commande compense en temperature - Google Patents

Description

明 細 書 温度補正付き ドライバ回路 技術分野

この発明は、 電子機器に適用されるパルス波信号を出力すべき ドライ バ回路において、 温度変化に対しても安定した所定波形及び所定タイ ミ ングの信号出力を実現する ドライバ回路の温度補正回路に関する。 背景技術

図 4は、 従来技術によるコンプリメンタリ構成の最終段ドライバ回路 のブロック図であり、 バイアス回路 40と、 出力素子 31、 32と、 出 力インピーダンス整合用の出力抵抗 4で成る。 図 5は、 I C試験装置に おける被試験デバイス （DUT) のデバイスピンを駆動する 1チャンネ ル分のピン ドライバ基本回路であり、 温度補正無し ドライバ回路の具体 的回路例である。

本例の出力素子 31、 32は CMOSト ランスファ . ゲー トを使用し ている。

最終段の出力素子 31、 32は、 パルス波形や動作スピー ドに伴い電 力消費が変わり、 素子ジャンクショ ン温度も変化して出力特性が変化し てしまう。 この結果、 当初の出力波形、 伝播遅延の変動に伴う出力タイ ミングが変動してくる。

図 6に温度上昇による出力素子のゲ一ト電圧に対する ドレイン電流特 性図の一例を示す。 一般に MOSFETでは温度が上昇すると、 Vt 1 0で示したスレツショルド電圧及びドレイン電流が低下する。 この結果 、 当初のバイアス点 9の ドレイ ン電流 I d 7が低下してしまう： この影 響を受けて、 図 7 ( a ) の出力信号 3に示すように出力レベルが時間の 経過と共に低下してしまう難点がある。

但し、 出力に負荷抵抗等が接続されている場合、 無負荷の場合には出 カレペルの変動は無い。 但し、 スイ ッチング . タイ ミ ング、 出力イ ンピ —ダンスは変動する。

本発明は、 その出力インピーダンスを一定に保つことを目的とする。 また、 図 7 ( b ~ d ) に出力信号 3のタイミング変化の発生例を示す

。 即ち入力信号 1に対し、 図 7 ( c ) に示す当初の出力信号 3の所定遅 延量 1 1が、 図 7 ( d ) に示すように、 温度変化に伴って Δ t 6の時間 の遅延変動をもたらす。 つまりタイ ミ ングのズレが生ずる不具合をもた らす難点がある。

他方、 高精度が要求される ドライバ回路においては、 強制空冷と空調 装置により一定の回路周囲温度を維持する外部装置を設けて対処する必 要があり、 利用上の難点となる場合がある。

上記説明のように、 温度補正の無いドライバ回路においては、 出力素 子 3 1、 3 2での電力消費に伴う発熱変動に伴って、 当初の出力振幅や 出力タイミングから変化してしまい、 この結果、 精度の良い波形振幅、 精度の良いタイミ ングのドライバ回路とは言えず、 利用上の難点となつ ている。

そこで本発明は、 出力段のドライバの消費電力が主な発熱源である点 に着目して、 これを検出しバイアス回路の補正制御することで、 比較的 安定した波形振幅、 出カタイミングの温度補正付き ドライバ回路を実現 することを目的とする。 発明の開示

本発明の構成では、 出力素子 3 1、 3 2の温度変化やチップの温度変 化を検出する温度検出手段を設け、 温度検出手段からの温度検出信号を 受けて、 入力信号 1に対する出力信号 3の出力タイミ ングを温度補正す る出力タイ ミ ング温度補正手段を設け、 温度検出手段からの温度検出信 号を受けて、 出力信号 3の出力振幅の温度補正をする出力振幅温度補正 手段を設ける構成手段にする。

これにより、 コンプリメンタリ構成の出力素子 3 1、 3 2を有し、 入 力信号 1を受けて、 所定の振幅、 所定の出力タイ ミ ングの出力信号 3を 出力する ドライバ回路の温度補正回路において、 出力段のドライバであ る出力素子 3 1、 3 2の消費電力に対応して安定な波形振幅と、 出カタ ィ ミングを発生する ドライバ回路が実現できる。

温度検出手段としては、 出力素子 3 1、 3 2自体に流れる電流を検出 することで温度検出手段とし、 あるいは出力素子 3 1、 3 2に接した温 度センサによる温度検出手段とし、 あるいはチップ全体の温度を検出す る温度検出手段とする温度補正付き ドライバ回路の構成手段がある。 また、 出力タイ ミング温度補正手段としては、 温度検出手段からの温 度検出信号を受けて、 可変遅延手段である直列接続された複数ゲ一 トに 供給する正負電源電圧を制御し、 この電源電圧制御により入出力信号の 伝播遅延を制御して出力タイミングの温度補正手段とする温度補正付き ドライバ回路の構成手段がある。

また、 出力振幅及び出力インピーダンス温度補正手段としては、 温度 検出手段からの温度検出信号を受けて、 可変振幅手段であるバッファ回 路に供給する正負電源電圧を制御し、 この電源電圧制御により入力信号 に対する出力信号の振幅を制御して出力振幅の温度補正手段とする温度 補正付き ドライバ回路の構成手段がある。

より具体的解決手段の構成としては、 出力最終段の出力素子 3 1、 3 2に流れる電流を検出抵抗 3 3、 3 4を設けて、 両端の電圧信号から出 力素子 31、 32の温度検出手段とする電力モニタ回路 H35、 L 36 を各々設け、 電力モニタ回路 H35、 L 36からの温度検出信号 H22 、 L23を受けて、 タイミング調整回路 39とバイアス回路 40に与え る補正信号 51、 52、 53、 54を生成する補正回路 37、 38を設 け、 補正回路 37、 38からの補正信号 53、 54を受けて、 入力信号 1に対する出力信号 3の出力タイミ ング温度補正手段とするタイ ミング 調整回路 39を設け、 補正回路 37、 38からの補正信号 51、 52を 受け、 タイ ミング調整回路 39からの駆動信号 H41、 L42を受けて 、 出力素子 31、 32への出力振幅を温度補正した ドライブ信号を出力 する出力振幅及び出カインピ一ダンス温度補正手段とするバイアス回路 40を設ける温度補正付き ドライバ回路の構成手段がある。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明による温度補正付き ドライバ回路のブロック図である 。

図 2は、 本発明による実施例の 1例を示す具体的な温度補正付き ドラ ィバ回路図である。

図 3は、 本発明における温度補正の原理を説明するための入出力特性 補正説明図である。

図 4は、 従来の温度補正無し ドライバ回路の構成ブロック図である。 図 5は、 従来の温度補正無しドライバ回路の具体的回路例である。 図 6は、 温度上昇による出力素子のゲ— ト電圧に対する ドレイ ン電流 特性図例を示す。

図 7 (a) は、 温度上昇による出力レベルの経過変動を説明する図で ある。

図 7 (b〜d) は、 温度上昇による出力信号の出力タイ ミ ングの変動 を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態

図 1は、 本発明による温度補正付き ドライバ回路のプロック図である 。 図 2は、 本発明による実施例の 1例を示す具体的な温度補正付き ドラ ィバ回路図である。 図 3は、 本発明による補正の原理を説明するための 説明図である。

( 1 ) 先ず図 3に本発明における温度補正の原理を説明するための入出 力特性補正説明図を示して、 温度補正の基本原理を説明する。 図 3 (A ) は、 出力電圧として要求される理想特性を示し、 入力レベルと出カレ ベルが当初の比例関係伏態にある。 図 3 (B) は、 出力素子 31、 32 の素子ジャ ンクシ ョ ン発熱に伴い、 非直線特性に変化した後の特性状態 である。 この非直線特性を受けて、 図 3 (C) に示すように本発明では 補正回路で逆特性の非直線特性の補正を補正回路に与える。 この結果、 図 3 (D) に示すように、 ほぼ本来の直線性に補正されて温度変化の影 Sを低減したドライバ回路とする原理である。

(2) 次に本発明の温度補正付き ドライバ回路のプロック図を図 1に示 して以下に説明する。

構成は、 出力素子 31、 32と、 電流検出抵抗 33、 34と、 差動ァ ンプ 33 b、 34bと、 電力モニタ回路 H35、 L36と、 補正回路 3 7、 38と、 タイミング調整回路 39と、 バイアス回路 40とで成る。 電流検出抵抗 33、 34は、 各出力素子 31、 32に流れる消費電流 を検出する抵抗であり、 差動アンプ 33 b、 34bは、 各々出力素子 3 1、 32の電源端に供給する電源を安定化する為のものである。

電力モニタ回路 H35、 L36は、 各々電流検出抵抗 33、 34両端 の電位差を検出して、 対応する補正回路 37、 38に温度検出信号 H2 2、 L 23を供給する。

補正回路 37、 38は、 電力モニタ回路 H35、 L36からの温度検 出信号 H22、 L23を各々受けて、 タイ ミ ング調整回路 39とバイァ ス回路 40に与える （ViH、 ViL) 補正用供給電源信号 51、 52、 5 3、 54を生成する。

タイ ミ ング調整回路 39は、 内部に可変遅延手段が設けてあり、 補正 回路 37、 38からの遅延補正信号 53、 54を受けて、 出力素子 31 、 32へ与える駆動信号 H41、 L42のタイミング遅延量を補正調整 する回路である。

バイアス回路 40は、 内部に可変振幅手段が設けてあり、 上記駆動信 号 H41、 L42を受け、 補正回路 37、 38からの遅延補正信号 51 、 52を受けて、 出力振幅を補正したドライブ信号を対応する出力素子 31、 32の入力端へ各々供給する回路である。

(3) 次に、 図 1の構成ブロックに対応する具体的ドライバ回路の一例 を図 2に示す。

タイミング調整回路 39は、 レベルシフタ 2と可変遅延ゲー トの回路 構成例である。 この可変遅延手段例では複数ゲートを直列接続し、 補正 用供給電源信号 53、 54を受けて、 この複数ゲー トの電源電圧を変化 させることで入出力間の伝播遅延時間が微調整可変の機能とした遅延手 段を有している。 レベルシフタ 2は、 入力信号 1を受けて差動の信号を 生成して所定の電圧レベルにシフ トする回路である。

電力モニタ回路 H35、 L 36内の積分回路 f H 20、 f L 21は、 電流検出抵抗 33、 34で検出した脈流電圧を積分して平均化した信号 として補正回路へ供給する。

補正回路 37、 38は、 補正係数回路と加算器と減算器の回路構成例 である。 電力モニタ回路 H35、 L 36からの温度検出信号 H 22、 L _?

23を各々受けて、 タイミング調整回路 39とバイアス回路 40に与え る （ViH、 ViL) 補正用供給電源信号 51、 52、 53、 54を生成し て出力する。

ここで補正回路 37、 38内にある補正係数回路 K43、 K44、 Κ 45、 Κ46は、 電力モニタ回路 H35、 L 36からの信号を受けて、 出力素子 31、 32の振幅温度特性や出力タイミ ング温度特性の温度変 化曲線に対応して個々に補正するゲイン調整やカーブ調整を微調整する 部分であり、 予め調整された状態にある。 ここでカーブ調整手段として は半導体の非直線特性を利用してカーブフイツ 卜させる例がある。 これ によってゲインノカーブが補正された信号が加算器と減算器の一端にそ れぞれ供給される。 各加算器と減算器は、 これにより対応するタイ ミ ン グ調整回路 39やバイアス回路 40への供給電源 （ViH、 ViL) を微調 整した後供給する。 この結果、 タイミング調整回路 39側では複数ゲー ト段数による伝播遅延を微調整可変する機能を実現し、 また、 バイアス 回路 40側では出力素子 31、 32をドライブする振幅を微調整可変す る機能が実現されることとなる。

このように構成することで、 出力素子 31、 32での電力消費に伴う 発熱変動に伴って、 当初の出力振幅及び出カインピ一ダンスや出力タイ ミングの変動を補正でき、 この結果、 精度の良い安定な波形振幅、 精度 の良いタイ ミ ングの ドライバ回路が実現できる。

(4) 上記図 2に示す実施例では、 CMOSト ランスフ ァ · ゲー トを用 いた具体的ドライバ回路を示したが、 バイポーラ回路で構成しても良く 、 これに対応した周辺回路で構成することで同様に実施可能である。

(5) 上記実施例の説明では、 出力素子 31、 32の温度変化の検出 を電力モニタ回路 H35、 L 36で検出する構成例で説明していたが、 所望により、 サ一ミスタゃポジスタ等の温度センサを出力素子 31、 3 „

2に接して設け、 あるいはチップ全体の温度を温度センサにより検出し 、 これを加算してもよい。

このように、 これらの温度検出信号を補正回路 37、 38に供給する 構成手段としても良く、 同様に実施可能である。

(6) 上記実施例の説明では、 タイミ ング調整回路 39は、 入力信号 1 が 1本の単一信号入力の場合で説明していたが、 入力信号 1が差動入力 信号の場合には、 レベルシフタ 2を削除したタイミング調整回路 39で 実現しても良い。

(7) 上記実施例の説明では、 温度補正対象を出力素子 31、 32に注 目して実施する例で説明したが、 所望により、 タイ ミ ング調整回路 39 や、 バイアス回路 40や、 補正回路 37、 38や電力モニタ回路 H35 、 L36のドライバ回路系全体の温度特性を含め、 総合的な温度補正す るように補正係数回路 K43、 K44、 Κ45、 Κ46を設定調整して 使用する形態でも良い。

(8) 上記実施例の説明では、 出力素子 31、 32の温度変化の検出を 電力モニタ回路 H35、 L 36で検出する構成例を示したり、 サ一ミ ス 夕やポジスタ等の温度センサを出力素子 31、 32に接して設ける構成 例を示している。 しかし、 両者を併用して、 加算して用いて温度検出信 号とし、 この温度検出信号を補正回路 37、 38に供給する構成手段と しても良く、 同様に実施可能である。

(9) 上記実施例の説明では、 出力素子 31、 32の温度変化の検出を 電力モニタ回路 H35、 L36で検出したり、 サ一ミスタゃポジスタ等 の温度センサで検出して、 これらの各検出信号を補正回路 37、 38に 供給して構成している。 すなわち、 検出信号を 2系統設け、 2系統の補 正回路に各々フィー ドバックして構成している。 しかし、 出力素子 31 、 32の内、 片方のみに注目して、 検出信号を 1系統設け、 補正回路を 1系統設けてフィードバックして構成してもよい。 これにより、 ハイ側 又はロー側の内、 片方のみが支配的となる動作条件である場合に、 回路 構成を簡単にできる利点がある。

( 1 0 ) 上記実施例の説明では、 出力素子 3 1 、 3 2の温度変化の検出 を電力モニタ回路 H 3 5、 L 3 6で検出したり、 サー ミ スタゃポジスタ 等の温度センサで検出している。 すなわち、 検出信号を 2系統設けてい る。 しかし、 代表的な検出信号を 1系統用いて、 この信号を補正回路に 与えるように構成してもよい。 例えば、 出力素子 3 1 、 3 2に共通した センスポイ ン ト に温度センサを配置して代表的な検出信号を取り出して 実施してもよい。 また、 電力モニタ回路 H 3 5、 L 3 6の出力信号を平 均化して、 代表的な検出信号として用いて実施してもよい。 これにより 、 ハイ側とロー側が実用上共通的な温度条件で動作する場合に、 回路構 成を簡単にできる利点がある。 産業上の利用可能性

本発明は、 以上説明したように構成されているので、 以下に記載され るような効果を奏する。

補正回路 3 7、 3 8とタイミング調整回路 3 9とにより、 補正回路 3 7、 3 8からの温度補正用電源の供給を受けて、 直列接続された複数ゲ —トの入出力間の伝播遅延時間を微調整可変の機能、 即ち出力タイミ ン グ温度補正手段が得られ、 この結果、 出力信号 3の出力タイ ミ ングの温 度依存性を大幅に改善する効果が得られる。

補正回路 3 7、 3 8とバイアス回路 4 0とにより、 可変振幅手段機能 、 即ち出力振幅及び出力イ ンピーダンス温度補正手段が実現でき、 この 結果、 出力信号の振幅の温度依存性を大幅に改善する効果が得られる。

これらの結果、 出力素子 3 1 、 3 2での電力消費に伴う発熱変動に伴 つて、 当初の出力振幅や出力インピーダンスや出力タイミングの変動を 補正されて、 精度の良い安定な波形振幅、 精度の良いタイ ミ ングのドラ ィパ回路が実現できる。

また、 これにより従来のように、 強制空冷と空調装置により一定の回 路周囲温度を維持する必要が解消可能になる利点も得られる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . コンプリメンタリ （complementary) 構成の出力素子 （ 31、 32 ) を有し、 入力信号 （ 1 ) を受けて、 所定の振幅、 所定の出力タイミン グの出力信号 （3) を出力する ドライバ回路の温度補正回路において、 出力素子 （3 1、 32) の温度変化を検出する温度検出手段を各々設 け、

該温度検出手段からの温度検出信号を受けて、 入力信号 （ 1 ) に対す る出力信号 （3) の出力タイ ミ ングを温度補正する出力タイ ミ ング温度 補正手段を設け、

該温度検出手段からの温度検出信号を受けて、 出力信号 （3) の出 力振幅及び出カインビ一ダンスの温度補正をする出力振幅及び出カイン ピーダンス温度補正手段を設け、

以上の構成を具備することを特徴とする温度補正付き ドライバ回路。

2. コンプリメンタリ （complementary) 構成の出力素子 （3 1、 32 ) を有し、 入力信号 （ 1 ) を受けて、 所定の振幅、 所定の出力タイ ミン グの出力信号 （3) を出力する ドライバ回路の温度補正回路において、 出力素子 （31、 32) のうち、 一方の出力素子温度変化を検出する 温度検出手段を設け、

該温度検出手段からの温度検出信号を受けて、 入力信号 （ 1 ) に対す る出力信号 （3) の出力タイ ミ ングを温度補正する出力タイ ミ ング温度 補正手段を設け、

該温度検出手段からの温度検出信号を受けて、 出力信号 （3) の出力 振幅及び出力イ ンピーダンスの温度補正をする出力振幅及び出カインピ —ダンス温度補正手段を設け、

以上の構成を具備することを特徴とする温度補正付き ドライバ回路。

3. コンプリメ ンタ リ （complementary) 構成の出力素子 （ 3 1、 3 2) を有し、 入力信号 （ 1 ) を受けて、 所定の振幅、 所定の出カタイミ ングの出力信号 （3) を出力する ドライバ回路の温度補正回路において 、

出力素子 （3 1、 32) の共通の温度の変化を検出する温度検出手段 を設け、

該温度検出手段からの温度検出信号を受けて、 入力信号 （ 1 ) に対す る出力信号 （3) の出力タイ ミ ングを温度補正する出力タイ ミ ング温度 補正手段を設け、

該温度検出手段からの温度検出信号を受けて、 出力信号 （3) の出力 振幅及び出力イ ンピーダンスの温度補正をする出力振幅及び出力インピ 一ダンス温度補正手段を設け、

以上の構成を具備することを特徴とする温度補正付き ドライバ回路。

4. 温度検出手段は、 出力素子 （31、 32) 自体に流れる電流を検 出することで温度検出手段とした請求の範囲第 1、 第 2又は第 3項記載 の温度補正付き ドライバ回路。

5. 温度検出手段は、 出力素子 （31、 32) に接した温度センサに よる温度検出手段とした請求の範囲第 1、 第 2又は第 3項記載の温度補 正付き ドライバ回路。

6. 温度検出手段は、 出力索子 （31、 32) 自体に流れる電流を 検出した検出信号と、 出力素子 （31、 32) に接した温度センサによ る温度を検出した検出信号とを加算して温度検出手段とした請求の範囲 第 1、 第 2又は第 3項記載の温度補正付き ドライバ回路。

7. 温度検出手段は、 出力素子 （31、 32) 自体に流れる電流を検 出した検出信号と、 出力素子 （31、 32) に接した温度センサによる 温度を検出した検出信号と、 チップ全体の温度を検出した検出信号とを 加算して温度検出手段とした請求の範囲第 1、 第 2又は第 3項記載の温 度補正付き ドライバ回路。

8. 出力タイ ミ ング温度補正手段は、 該温度検出手段からの温度検 出信号を受けて、 可変遅延手段である直列接続された複数ゲートに供給 する正負電源電圧を制御し、 この電源電圧制御により入出力信号の伝播 遅延を制御して出力タイミングの温度補正手段とした請求の範囲第 1、 第 2又は第 3項記載の温度補正付き ドライバ回路。

9. 出力振幅及び出力インピーダンス温度補正手段は、 該温度検出 手段からの温度検出信号を受けて、 可変振幅手段であるバッ ファ回路に 供給する正負電源電圧を制御し、 この電源電圧制御により入力信号に対 する出力信号の振幅を制御して出力振幅及び出力インピーダンスの温度 補正手段とした請求の範囲第 1、 第 2又は 3項記載の温度補正付き ドラ ィバ回路。

10. コンプリメ ンタリ構成の出力素子 （31、 32) を有し、 入 力信号 （1 ) を受けて、 所定の振幅、 所定の出力タイ ミ ングの出力信号 (3) を出力する ドライバ回路の温度補正回路において、

出力最終段の出力素子 （31、 32) に流れる電流を検出抵抗 （33 、 34) を設けて、 両端の電圧信号から出力素子 （31、 32) の温度 検出手段とする電力モニタ回路 （H35、 L 36) を各々設け、 電力モニタ回路 （H35、 L 36) からの温度検出信号 （H22、 L 23) を受けて、 タイミング調整回路 （39) とバイアス回路 （40) に与える補正信号 （51、 52、 53、 54) を生成する補正回路 （3 7, 38) を設け、

補正回路 （37、 38) からの補正信号 （53、 54) を受けて、 入力信号 （1 ) に対する出力信号 （3) の出力タイ ミ ング温度補正手段 とするタイミング調整回路 （39) を設け、

補正回路 （37、 38) からの補正信号 （51、 52) を受け、 タイ ミ ング調整回路 （39) からの駆動信号 （H41、 L42) を受けて、 出力素子 （31、 32) への出力振幅及び出力イ ンピーダンスを温度補 正したドライブ信号を出力する出力振幅及び出力イ ンピーダンス温度補 正手段とするバイアス回路 （40) を設け、

以上の構成を具備することを特徴とする温度補正付き ドライバ回路。