半导体器件和数据生成方法技术

本公开涉及半导体器件和数据生成方法。目标在于提高温度传感器的精度，抑制测试过程中测试温度的数量。半导体器件包括系数计算单元和校正运算单元，系数计算单元计算系数直至N阶(N为大于等于一的整数)的校正函数作为特征函数的N阶近似，特征函数表示由温度传感器单元测量的温度数据与基于N+1个温度数据得到的温度的对应关系，这N+1个温度数据包括特征函数在预定温度下的理论值以及由温度传感器单元在N个温度点测量的N个温度数据测量值；校正运算单元通过借助应用了算出系数的校正函数以由温度传感器单元测量的温度数据为基础执行计算来生成包括温度相关信息的数据。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和数据生成方法相关申请的交叉引用2011年4月13日提交的申请号为2011-089080的日本专利申请包括说明书、附图和摘要在内的公开内容通过引用而全部并入本文。
本专利技术涉及一种设有温度传感器的半导体器件以及一种用于半导体器件的数据生成方法，并且特别地涉及在应用于需要高度精确温度检测的半导体器件时很有效的技术。
技术介绍
近年来，对用于车辆发动机控制的以较高温度运行的微型计算机的需求在不断增加。与该需求相伴地，对于将温度传感器安装至微型计算机也有很高的需求。由于车辆发动机在非常高的温度下运行，因此安装的温度传感器特别需要在高温侧进行高精度的温度检测。过去例如在通过安装于微型计算机上的片上(on-chip)温度传感器进行温度检测的一种方法中，在温度传感器内采用具有正温度特性或负温度特性的电压以及通过某种方法生成的与温度无关的参考电压，并通过模拟或数字方法进行彼此比较，由此执行温度检测。上述具有正温度特性或负温度特性的电压例如使用了以下的电压。作为具有负温度特性的电压，也就是随着温度升高而减小的电压，使用在通过将二极管用作存在于利用CMOS工艺在硅基板上形成的阱之间的寄生二极管、寄生双极晶体管等而使得电流流过二极管时跨越二极管两端出现的电压。作为具有正温度特性的电压，也就是随着温度升高而成正比增大的电压，使用差分电压，也就是在像上述情况中那样使得具有不同数值的电流流过二极管时跨越二极管两端出现的电压差。作为具有正温度特性的电压的另一个示例，可以使用在使得具有相同数值的电流流过两个双极晶体管中每一个时由两个具有相互不同的发射极面积的寄生双极晶体管的基极-发射极电压的电压差得到的差分电压。这样的电压对温度具有比较高的线性度。但是，电压实际上具有二阶或更高阶的非线性分量，并且这一事实是降低温度检测精度的因素之一。通常已知的是利用CMOS工艺在硅基板上形成的器件(例如MOS晶体管、电阻器、电容器、双极晶体管、二极管)会由于工艺偏差、电源电压的波动和其他原因而表现出元件特性的绝对值和相对值上的差异。这一事实也是降低温度检测精度的因素之一。因此，为了减少由于工艺偏差等原因而造成的温度检测精度的降低，在很多情况下都会使用微调技术以对每一个芯片进行偏差补偿。在温度检测中还有一种通过使用基于硬件或基于软件的技术执行用于补偿温度的计算来提高检测精度的方法。例如专利文献1至专利文献3中公开了涉及用于补偿温度的相关计算方法。由专利文献1公开的设有温度传感器的半导体器件进一步包括实际温度测量电路。将由相关实际温度测量电路测得的温度定义为真实温度，根据该温度与温度传感器输出值的对应关系来补偿和输出由温度传感器测量的温度。温度传感器在预定温度下的理论输出值根据理想公式进行计算，理想公式表示温度传感器输出值以及由先验知识得出的温度的对应关系，并且计算温度传感器在该温度下的理论输出值和实际输出值之间的差值。该差值被用作校正数据。然后，在执行温度测量时，将温度传感器的输出值加上或者减去校正数据之后获得的数值输出作为测量值。由专利文献2公开的设有温度传感器的半导体器件通过使用校正函数来补偿温度传感器的测量温度，校正函数表示温度和跨越用作温度传感器的二极管两端出现的电压之间的关系。用与半导体器件分开安装的温度测量器件预先测量温度，并且将测量温度定义为真实温度。同时也测量跨越二极管两端出现的电压。在两个温度点测量电压值，然后根据这些测量数据推导出电压值和温度的线性函数并用作校正函数。在执行温度测量时，利用校正函数将温度传感器的电压值转换成温度，并输出该温度作为测量值。由专利文献3公开的设有温度传感器的半导体器件预先在芯片以外建立了与温度传感器输出值相对应的校正数据。在实际操作中，半导体器件输出由输出值指引的相关校正数据作为测量温度。也就是说，用与相关半导体器件分开安装的温度测量器件测量温度并将其定义为真实温度。此时的电源电压数据和温度传感器输出值也要预先获得。校正数据在所获得数据的基础上创建。在执行温度测量时，由温度传感器输出值指引的校正数据被输出作为测量温度。温度补偿的精度由获取数据的数量决定，获取数据的数量对应于在创建校正数据时设立的温度和电源电压的组数。(专利文献1)日本公开专利2004-134472(专利文献2)日本公开专利2001-298160(专利文献3)日本公开专利平4(1992)-225250
技术实现思路
但是，本专利技术人认为在上述相关方法中存在以下问题。首先，由专利文献1公开的温度补偿方法假定由形成在同一硅基板上作为温度传感器的实际温度测量电路测得的温度就是真实温度。但是，考虑到硅工艺偏差等因素，相关测量温度缺乏作为真实温度的可靠性。将温度传感器的输出值加上或减去校正数据被作为温度的校正方法执行。但是，仅通过加减运算难以在温度校正上获得足够的精度。其次，由专利文献2公开的温度补偿方法用线性校正函数的方式表达了温度传感器输出电压和温度的关系。但是，如上所述，由于实际上有二阶或更高阶的非线性分量，因此难以在温度校正上获得足够的精度。再次，根据由专利文献3公开的温度补偿方法，为了提高温度校正的精度，在创建校正数据时必须要使用测试装置设立多组温度和电源电压模式并且必须要单独地获取用于每一个LSI的数据而不能执行基于函数的计算。因此，这种方法也不理想。为了解决这些问题，可以设想通过根据二阶或更高阶校正函数进行计算来执行温度补偿。但是，为了得到校正函数，必须要在例如批量生产的测试过程中的多个测试温度点来测量温度传感器的特性。因此，测试温度点的数量会随着校正函数变为更高阶而增多，从而会导致测试时间以及测试过程成本的增加。本专利技术是考虑到上述情况而给出的，并且目标在于提高温度传感器的温度检测精度，抑制测试过程中测试温度点的数量。根据本专利技术的说明书和附图中的描述，上述和其他的用途以及新颖的特征都将变得清楚。以下简要介绍由本申请公开的典型专利技术方案的概要。即，给出的半导体器件包括系数计算单元和校正运算单元。系数计算单元计算系数高达N阶(N为大于等于一的整数)的校正函数作为特征函数的N阶近似，特征函数表示由温度传感器单元测量的温度数据与基于N+1个温度数据的温度的对应关系，这N+1个温度数据包括特征函数在预定温度下的温度数据理论值以及由温度传感器单元在N个温度点测量的N个温度数据测量值。校正运算单元通过借助应用了算出的系数的校正函数在由温度传感器单元测量的温度数据的基础上执行计算来生成包括温度相关信息的数据。以下简要介绍由本申请公开的典型专利技术方案获得的效果。即，根据给出的半导体器件即可获得温度传感器的温度检测精度的提高，抑制测试过程中测试温度点的数量。附图说明图1是根据实施例1示出了用于对车辆执行数据处理等的具有内置温度传感器的微型计算机示例的方块图；图2是示出了温度传感器10的工作概况的示意图；图3是示出了温度-电压转换电路101的示例的电路图；图4是示出了参考电压V1和V2的温度特性的示意图；图5是示出了作为A/D转换单元输入的电压比V1/V2和作为输出的A/D转换结果t之间关系的示意图；图6是示出了表达温度T和A/D转换结果t对应关系的特征函数的示意图；图7是示出了理想地在工艺中不存在偏差时的校正运算函数的示意图；图8是示出了校本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：温度传感器单元；系数计算单元，可操作用于计算校正函数的直至N阶系数作为特征函数的N阶近似，N为大于等于一的整数，所述特征函数表示由温度传感器单元测量的温度数据与基于N+1个温度数据得到的温度的对应关系，所述N+1个温度数据包括所述特征函数在预定温度下的温度数据理论值以及由所述温度传感器单元在N个温度点测量的N个温度数据测量值；以及校正运算单元，可操作用于通过借助应用了所算出的系数的所述校正函数，在由所述温度传感器单元输出的温度数据的基础上执行计算来生成包括温度相关信息的数据。

【技术特征摘要】
2011.04.13 JP 2011-0890801.一种半导体器件，包括：温度传感器单元；系数计算单元，可操作用于基于N+1个温度数据计算校正函数的零阶到N阶的系数作为特征函数的N阶近似，N为大于等于二的整数，所述特征函数表示由温度传感器单元测量的温度数据与温度的对应关系，所述N+1个温度数据包括所述特征函数在预定温度下的温度数据理论值以及由所述温度传感器单元在N个温度点测量的N个温度数据测量值；以及校正运算单元，可操作用于通过借助应用了所算出的系数的所述校正函数，在由所述温度传感器单元输出的温度数据的基础上执行计算来生成作为温度传感器检测温度的运算结果，其中所述温度传感器单元在第一电压和第二电压的基础上生成所述温度数据，所述第一电压在绝对零度的极限值为零，所述第二电压在绝对零度的极限值由非零常数给出，其中所述预定温度为绝对零度，并且其中所述温度数据表示与所述第一电压和所述第二电压的比值相对应的数值。2.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一电压对应于具有相互不同的发射极面积的两个双极晶体管的基极-发射极电压的差分电压，且所述第二电压对应于PN结的正向电压。3.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述校正运算单元通过根据温度范围切换关于所述系数的信息来执行计算。4.如权利要求3所述的半导体器件，其中所述校正运算单元切换关于所述系数的信息中的关于N阶系数的信息。5.如权利要求3所述的半导体器件，其中所述校正运算单元被配置来切换矫正运算系数，其中所述校正运算单元在温度的测量值在比预定的温度高的温度范围内时使用第一系数，而在温度的测量值在比所述预定的温度低的温度范围内时使用第二系数。6.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述温度传感器单元包括：温度-电压转换电路，可操作用于输出所述第一电压和所述第二电压；以及模数转换单元，可操作用于输入与所述第一电压相对应的电压以及与所述第二电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：有坂直也，伊藤崇泰，堀口真志，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：