CN105486434B - 半导体器件以及包括该半导体器件的电阻测量系统和包括该半导体器件的测压仪表装置 - Google Patents

Abstract

本发明的各个实施例涉及半导体器件以及包括该半导体器件的电阻测量系统和包括该半导体器件的测压仪表装置。根据一个实施例，一种半导体器件1包括：可变电流生成单元11，该可变电流生成单元11发出直流电流Idac，该直流电流Idac的数值根据来自桥接电路B1的一个测量节点的控制信号S1，其中压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量ΔR4表现为在测量节点NA、NB之间的电位差ΔV；电位差确定单元12，该电位差确定单元12确定是否已经生成电位差ΔV；以及控制单元13，该控制单元13向可变电流生成单元11输出控制信号S1，从而使可变电流生成单元11发出直流电流Idac，该直流电流Idac的数值基于电位差确定单元12的确定结果D1来不生成电位差ΔV。

Description

半导体器件以及包括该半导体器件的电阻测量系统和包括该 半导体器件的测压仪表装置

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求于2014年10月6日提交的日本专利申请2014-205413号的优先权的权益，该专利申请的公开内容以引用的方式全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件以及其中每个都包括该半导体器件的电阻测量系统和测压仪表装置，并且，例如，涉及一种适用于抑制电路规模的增加的半导体器件以及其中每个都包括该半导体器件的电阻测量系统和测压仪表装置。

背景技术

测量从测量对象接收到的压力的仪表装置，诸如用于测量体重的秤，测量电阻数值根据压力变化而变化的压敏电阻元件电阻数值的变化量，并且基于变化量的测量结果来计算测量对象的压力(例如，重量)。

在该仪表装置中，例如，将包括四个包括压敏电阻元件的电阻元件的桥接电路用作压力传感器。在该桥接电路中，压敏电阻元件的电阻数值的变化量表现为在桥接电路的第一测量节点与第二测量节点之间的电位差。

在日本专利3959828号说明书中公开了相关的技术。在日本专利3959828号说明书中公开的配置包括：电阻桥接电路，该电阻桥接电路包括其电阻数值随压力变化而变化的压敏电阻器；放大器电路，该放大器电路放大根据压敏电阻器的电阻数值的变化量生成的电阻桥接电路的两个电压测量点的电位差；以及电压测量电路，该电压测量电路测量放大器电路的输出电压。

发明内容

在日本专利3959828号说明书的配置中，当压敏电阻器的电阻数值的变化量大时，电阻桥接电路的两个电压测量点的电位差变大，并且由此，必须减小放大器电路的放大因子，并且从而必须将放大器电路的输出电压抑制在电压测量电路的可允许输入电压范围内。应注意，通常，仪表放大器电路用于放大器电路，而AD转换器用于电压测量电路。

此处，由于放大器电路的放大因子变为更小所以通过电压测量电路消除误差变为更难，所以必须增加电压测量电路的分辨率，以避免该困难。例如，需要将具有高分辨率的16位或者24位AD转换器用作电压测量电路。因此，在日本专利3959828号说明书的配置中已经存在电路规模增加的问题。其他问题和新特征将通过对说明书和对应附图的说明而变为显而易见。

根据一个实施例，一种半导体器件包括：可变电流生成单元，该可变电流生成单元发出直流电流，该直流电流的数值根据来自桥接电路的一个测量节点的控制信号，其中压敏电阻元件的电阻数值的变化量表现为在第一测量节点与第二测量节点之间的电位差；电位差确定单元，该电位差确定单元确定是否已经生成电位差；以及控制单元，该控制单元基于电位差确定单元的确定结果向可变电流生成单元输出控制信号，从而使可变电流生成单元发出不生成电位差的数值的直流电流。

根据一个实施例，可以提供一种可以抑制电路规模的半导体器件以及包括该半导体器件的电阻测量系统。

附图说明

上述和其他方面、特征和优点将通过下面结合对应附图对特定实施例的说明而变为更加显而易见，在附图中：

图1是示出了根据第一实施例的包括半导体器件的电阻测量系统的配置的框图；

图2是示出了图1所示的电阻测量系统的具体配置示例的框图；

图3是示出了图2所示的设置在半导体器件中的可变电流生成单元的具体配置的示意图；

图4是示出了图2所示的设置在半导体器件中的可变电流生成单元的更详细配置的示意图；

图5是示出了图2所示的电阻测量系统的操作的流程图；

图6是示出了根据第二实施例的包括半导体器件的电阻测量系统的配置示例的框图；

图7是示出了图6所示的设置在半导体器件中的可变电流生成单元的具体配置的示意图；以及

图8是示出了根据第三实施例的包括半导体器件的电阻测量系统的配置示例的框图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来阐释实施例。应注意，由于对附图进行了简化，所以不应该基于对附图的说明来狭隘地理解实施例的技术范围。另外，相同的符号表示相同的元件，并且省略了重复的阐释。

在以下实施例中，有时出于方便的需要，将阐释分为多个部分或者实施例。然而，除非另有明确指出，否则这些部分或者实施例并不是互无关系的，而是这些部分或者实施例中的一个部分或者实施例是另外的部分或者实施例的一部分或者整体的修改示例、详细说明、补充说明等。另外，在以下实施例中，当提及元件的数目等(包括数目、数值、数量、范围等)时，该数目不限于特定数目，而是可以大于或者小于该特定数目，除非特别指出或在原理上明确限于特定数目的情况或者其他情况下。

进一步地，在以下各个实施例中，构成要素(包括要素步骤等)并不一定是必不可少的，除非是在特别指出或在原理上显然认为它们必不可少的情况或者其他情况下。相似地，在以下各个实施例中，当提及构成部件的形状、位置关系等时，应该也包括与之基本接近或者类似的形状、位置关系等，除非另有特别指出或在原理上显然认为是另外的情况或者其他情况。这也适用于上面描述的元件的数量等(包括数目、数值、数量、范围等)。

<第一实施例>

图1是示出了根据第一实施例的包括半导体器件1的电阻测量系统SYS1的配置的框图。

根据本实施例的半导体器件1和包括该半导体器件1的电阻测量系统SYS1在控制从一个测量节点流出的直流电流以便不在桥接电路的两个测量节点之间生成电位差的情况下测量直流电流的数值。可以基于此时测量得到的直流电流的数值，来计算包括在桥接电路中的压敏电阻元件的电阻数值的变化量。另外，可以通过计算得到的压敏电阻元件的电阻数值的变化量，来估计重量等。此处，由于根据本实施例的半导体器件1和包括该半导体器件1的电阻测量系统SYS1可以通过使用作为通用件的DA转换器、比较器等来测量重量，并且与相关技术不同地不需要包括具有高分辨率的电压测量电路，所以可以抑制电路规模的增加。另外，也可以抑制功耗的增加。在下文中，将具体阐释上述内容。

如图1所示，电阻测量系统SYS1是，例如，用于测量体重的秤，并且包括：半导体器件1；操作装置(操作处理装置)2；输入装置3；显示装置4；存储装置5；以及桥接电路B1。

桥接电路B1是所谓的压力传感器，并且是根据从测量对象接收到的压力的变化而生成电压(电位差)的电路。具体地，桥接电路B1具有：电阻元件R1至R3；其电阻数值根据压力变化而变化的压敏电阻元件R4；以及恒定电流源6。

电阻元件R1设置在供应有电源电压VDD的电源电压端子(下文称为电源电压端子VDD)与测量节点(第一测量节点)NA之间。电阻元件R2设置在恒定电流源6与测量节点NA之间。电阻元件R3设置在电源电压端子VDD与测量节点(第二测量节点)NB之间。压敏电阻元件R4设置在恒定电流源6与测量节点NB之间。

恒定电流源6，例如，具有：NMOS晶体管；放大器电路；以及电阻元件。NMOS晶体管和电阻元件串联设置在电阻元件R2和R4的连接节点与供应有接地电压GND的接地电压端子(下文称为接地电压端子GND)之间。放大器电路放大在NMOS晶体管与电阻元件之间的连接节点的电压与参考电压Vref之间的电位差，并且将其施加于NMOS晶体管的栅极。从而，恒定电流源6从电阻元件R2和R4的连接节点向接地电压端子GND发出恒定电流。

当未接收到压力时，压敏电阻元件R4指示与电阻元件R1至R3相同的电阻数值。因此，当压敏电阻元件R4未接收到压力时，测量节点NA和NB的相应电位Va和Vb指示相同的数值。即，在电位Va与Vb之间不生成电位差ΔV。应注意，不生成电位差ΔV，应该不仅包括电位差ΔV完全成为0V的情况，还包括电位差ΔV由于电阻元件R1至R4的制造偏差等稍稍偏离0V的情况。

与此相反，当压敏电阻元件R4接收到压力时，压敏电阻元件R4的电阻数值变为大于电阻元件R2的电阻数值，并且由此，测量节点NA和NB的相应电位Va和Vb指示不同的数值。即，在电位Va与Vb之间的电位差ΔV变为大于0。

半导体器件1包括：可变电流生成单元11；电位差确定单元12；以及控制单元13。另外，连接至桥接电路B1的测量节点NA和NB的外部端子T1和T2设置在半导体器件1中。

可变电流生成单元11发出可调直流电流Idac。更具体地，可变电流生成单元11通过外部端子T2从测量节点NB向接地电压端子GND发出根据控制信号S1的电流数值的直流电流Idac。例如，可变电流生成单元11是电流输出型DA转换器。

电位差确定单元12确定在测量节点NA和NB的供应至外部端子T1和T2的相应电位Va与Vb之间是否已经生成了电位差ΔV。例如，电位差确定单元12包括比较器，当已经生成电位差ΔV时(即，当ΔV≠0时)，使确定结果D1为不活动的(inactive)(例如，L电平)，并且，当尚未生成电位差ΔV时(即，当ΔV＝0时)，使确定结果D1为活动的(active)(例如，H电平)。

控制单元13是，例如，微型计算机，并且根据电位差确定单元12的确定结果D1输出控制信号S1。具体地，控制单元13将控制信号S1输出至可变电流生成单元11，从而使可变电流生成单元11发出具有电流数值的直流电流Idac，在该电流数值下确定结果D1成为活动的(即，未生成电位差ΔV)。

例如，当电位Vb大于电位Va时，控制单元13控制可变电流生成单元11增加直流电流Idac的电流数值，直到电位Vb指示与电位Va相同的数值。当电位Vb然后指示与电位Va相同的数值时，控制单元13控制可变电流生成单元11不再改变直流电流Idac的电流数值。

此处，在控制不在桥接电路B1的测量节点NA与NB之间生成电位差ΔV的情况下，可以基于直流电流Idac的数值来计算压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量ΔR4。在下文中，将通过使用公式来详细阐释上述内容。

首先，当压敏电阻元件R4未接收到上面所提及的压力时，在测量节点NA和NB的相应电位Va与Vb之间的关系表示为以下公式(1)。

Va＝Vb...(1)

接下来，如果在压敏电阻元件R4接收到压力的情况下将压敏电阻元件R4的电阻数值设为R4a，那么在压敏电阻元件R4未接收到压力的情况下将压敏电阻元件R4的电阻数值设为R4，并且压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量为ΔR4，那么这些数值之间的关系表示为以下公式(2)。

R4a＝R4+ΔR4...(2)

应注意，压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量ΔR4越大，在测量节点NA与NB之间的电位差ΔV也就越大。

此处，当已经接收到压力的压敏电阻元件R4的电阻数值变化，并且流经压敏电阻元件R4的电流的数值变化时，半导体器件1根据压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量ΔR4来控制直流电流Idac的电流数值，并且从而，在施加压力之前和之后，保持流经电阻元件R3的电流的数值相同。因此，在施加压力之前和之后，电位Vb指示与电位Va相同的数值。

具体地，如果将流经电阻元件R3的电流的数值设为I3，那么流经压敏电阻元件R4的电流的数值为I4，并且通过外部端子T1从测量节点NB流出的电流的数值为Idac，那么这些数值之间的关系表示为以下公式(3)。

I3＝I4+Idac...(3)

如从公式(3)可以看出，当压敏电阻元件R4的电阻数值变化，并且流经压敏电阻元件R4的电流的数值变化时，控制电流数值Idac，从而使电流数值I4和Idac的总和变为电流数值I3。

例如，当压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量小，并且电流数值I4的变化(减小)小时，将电流数值Idac控制为小。另一方面，当压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量大，并且电流数值I4的变化(减小)大时，将电流数值Idac控制为大。

另外，电流数值I4表示为以下公式(4)。

I4＝Vb/R4a...(4)

从公式(2)、(3)和(4)推导公式(5)。

ΔR4＝{Vb/(I3-Idac)}-R4...(5)

如从公式(5)可以看出，由于在施加压力之前和之后Vb、I3和R4是恒定的，所以压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量ΔR4仅仅取决于电流数值Idac。因此，可以仅仅通过测量电流数值Idac来计算变化量ΔR4。另外，可以通过计算得到的变化量ΔR4来估计重量等。

例如，如果将电源电压Vdd的电压数值设为5V，那么电阻元件R1至R4的电阻数值为10kΩ，并且电流数值Idac为0.128mA，由于电位Vb在施加压力之前和之后是恒定的，所以电位Vb为2.5V(＝5V/2)。另外，由于电流数值I3在施加压力之前和之后是恒定的，所以电流数值I3为0.25mA(＝2.5V/10kΩ)。当将这些数值赋值到公式(5)时，计算得到压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量ΔR4，如下。

ΔR4＝{2.5V/(0.25mA-0.128mA)}-10kΩ＝10.5[kΩ]

现在，返回阐释图1的每个部件。

输入装置3是用于输入估计重量等所需的信息的装置。操作装置2是从由半导体器件1得到的测量结果(电流数值Idac)计算压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量或者从计算得到的压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量来估计重量的装置。显示装置4是显示通过操作装置2估计的重量等的装置。存储装置5是存储历史数据或者存储操作装置2的操作程序等的装置。

如上面描述的，半导体器件1和包括该半导体器件1的电阻测量系统SYS1在控制从测量节点NB流出的直流电流Idac的情况下测量直流电流Idac的数值，以便不在桥接电路B1的测量节点NA与NB之间生成电位差ΔV。可以基于此时测量得到的直流电流Idac的数值，来计算包括在桥接电路B1中的压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量。另外，可以通过计算得到的压敏电阻元件R4的电阻数值的变化量，来估计重量。此处，由于根据实施例的半导体器件1和包括该半导体器件1的电阻测量系统SYS1可以通过使用包括通用件的可变电流生成单元11和电位差确定单元12来测量重量，并且与相关技术不同地不需要包括具有高分辨率的电压测量电路，所以可以抑制电路规模的增加。另外，也可以抑制功耗的增加。

应注意，在相关技术的配置中，在测量节点NA与NB之间的电位差ΔV在放大器电路中放大，并且随后通过使用电压测量电路诸如AD转换器来测量。在这种配置中，当电位差ΔV大时，必须减小放大器电路的放大因子，并且从而必须将放大器电路的输出电压抑制在电压测量电路的可允许输入电压范围内。此处，由于放大器电路的放大因子变为更小，所以通过电压测量电路消除误差变为更难。因此，必须使用具有高分辨率的电压测量电路，以避免该困难。因此，电路规模、功耗和测量时间都增加了。

与此相反，半导体器件1将在测量节点NA与NB之间的电位差ΔV转换为直流电流Idac，然后测量直流电流Idac的电流数值，并且从而直接测量电位差ΔV。此处，半导体器件1控制直流电流Idac，从而使电位差ΔV变为0V左右，并且然后，若需要，通过此时的直流电流Idac的数值间接测量电位差ΔV，或者，放大已经变为不超过可变电流生成单元11的最小分辨率的电位差ΔV，并且测量电位差ΔV。即使在后一种情况下，放大器电路仍然不需要测量宽范围的电位差ΔV，并且可能仅仅能够通过使用恒定放大因子来测量窄范围的电位差ΔV。另外，由于在上述描述的任何情况下半导体器件1根据电位差确定单元12(AD转换器的比较器)和可变电流生成单元11的总位数来测量分辨率，所以电位差确定单元12和可变电流生成单元11的相应位数可以被分配以被减小。从而，可以通过通用比较器或者AD转换器来配置电位差确定单元12，并且可以用少量位数来配置可变电流生成单元11。因此，半导体器件1可以抑制电路规模、功耗和测量时间的增加中的所有。

应注意，当电位差ΔV由于可变电流生成单元11的分辨率的限制而不能为0V时，可以进一步设置有对已经变为不超过可变电流生成单元11最小分辨率的电位差ΔV进行放大的放大器电路、以及对放大器电路的输出电压进行测量的AD转换器，从而可以测量电位差ΔV。在这种情况下，由于放大器电路可能仅仅能够在规定的电压范围内放大电位差ΔV，所以可以固定放大器电路的放大因子。另外，由于放大器电路利用大到一定程度的放大因子对不超过可变电流生成单元11的最小分辨率的电位差ΔV进行放大，所以即使通过具有低分辨率的AD转换器也可以消除误差。因此，由于正好添加了仅仅具有恒定放大因子的放大器电路和具有低分辨率的AD转换器，所以抑制了电路规模的增加和功耗的增加。

在这种情况下，电位差确定单元12确定电位差ΔV是否落在不超过可变电流生成单元11的最小分辨率的预定数值的范围内。具体地，电位差确定单元12输出已经从例如L电平切换为H电平的确定结果D1，作为指示电位差ΔV已经落在预定数值的范围内的确定结果。另外，在这种情况下，控制单元13向可变电流生成单元11输出控制信号S1，从而使可变电流生成单元11基于电位差确定单元12的确定结果来发出具有在该电流数值下电位差ΔV落在预定数值的范围内的电流数值的直流电流Idac。

另外，虽然在本实施例中，已经以电阻测量系统SYS1是用于测量体重的秤的情况为例进行了阐释，但是本发明不限于此，并且电阻测量系统SYS1可以用作测量从测量对象接收到的压力的任意测量系统。

(电阻测量系统SYS1的具体配置示例)

图2是示出了作为电阻测量系统SYS1a的电阻测量系统SYS1的具体配置示例的框图。在图2中，半导体器件1a被示出为半导体器件1的具体配置示例。由于电阻测量系统SYS1a的其他配置与电阻测量系统SYS1的其他配置相似，所以在下文中将主要阐释半导体器件1a。

半导体器件1a包括作为可变电流生成单元11的可变电流生成单元11a，并且还包括作为电位差确定单元12的放大器电路121和比较器122。

放大器电路121放大在测量节点NA和NB的供应至外部端子T1和T1的相应电位Va与Vb之间的电位差ΔV。比较器122比较放大的电位差ΔV与接地电压GND，并且输出比较结果作为确定结果D1。例如，当放大的电位差ΔV大于接地电压GND时，比较器122输出L电平的确定结果D1，并且，当放大的电位差ΔV指示接地电压GND(0V)时，输出H电平的确定结果D1。

(可变电流生成单元11a的具体配置示例)

图3是示出了可变电流生成单元11a的具体配置示例的示意图。

如图3所示，可变电流生成单元11a是所谓的电流输出型DA转换器，并且包括：开关组111，该开关组111包括多个开关SW0至SWn-1(n是自然数)；以及恒定电流源组112，该恒定电流源组112包括多个恒定电流源C0至Cn-1(n是自然数)。在图3中，以n＝5的情况为例进行阐释。

开关SW0至SW4并联设置在外部端子T2与接地电压端子GND之间。恒定电流源C0至C4分别串联设置在开关SW0至SW4处。如果将电流数值设为I，那么当导通开关SW0至SW4时，恒定电流源C0至C4分别发出电流数值I×2⁰、I×2¹、I×2²、I×2³、和I×2⁴。

控制信号S1用5位宽的二进制数值表示，诸如“00000”和“00001”。相应地，当包括在控制信号S1中的5位中的第零位至第四位为0时，断开开关SW0至SW4，并且，当它们为1时，导通开关SW0至SW4。从而，每当控制信号S1的数值增加1时，可变电流生成单元11a可以按等级地(in stages)增加直流电流Idac。

(可变电流生成单元11a的更详细配置)

图4是示出了图3所示的可变电流生成单元11a的更详细配置的示意图。在图4中，被包括在恒定电流源组112中的多个恒定电流源C0至C4以晶体管级表示。

如图4所示，恒定电流源组112包括：N-沟道MOS晶体管(下文简称为晶体管)MN1至MN12；P-沟道MOS晶体管(下文简称为晶体管)MP1至MP6；以及参考电流源Cb。应注意，附加至图4的每个晶体管的符号“W”或者“2W”表示晶体管尺寸。2W晶体管尺寸的晶体管对应于两个W晶体管尺寸的晶体管。

参考电流源Cb和晶体管MN1(W尺寸)串联设置在电源电压端子VDD与接地电压端子GND之间。参考电流源Cb，例如，发出在晶体管MN1的源极与漏极之间的1μA的参考电流I。

晶体管MN2(W尺寸)串联连接至开关SW0，并且电流镜式连接至晶体管MN1。因此，当导通开关SW0时，与参考电流I相同数值的1μA的直流电流Idac分量(＝I×2⁰)流经晶体管MN2。

晶体管MN3(2W尺寸)串联连接至开关SW1，并且电流镜式连接至晶体管MN1。因此，当导通开关SW1时，是参考电流I两倍的2μA的直流电流Idac分量(＝I×2¹)流经晶体管MN3。

晶体管MN4(2W尺寸)电流镜式连接至晶体管MN1，并且串联连接至晶体管MP1(W尺寸)。因此，是参考电流I两倍的2μA的电流流经晶体管MN4和MP1。晶体管MP2(2W尺寸)电流镜式连接至晶体管MP1，并且串联连接至晶体管MN5(W尺寸)。因此，是流经晶体管MN4和MP1的电流两倍的4μA的电流(是参考电流I的4倍)流经晶体管MP2和MN5。

晶体管MN6(W尺寸)串联连接至开关SW2，并且电流镜式连接至晶体管MN5。因此，当导通开关SW2时，与流经晶体管MP2和MN5的电流相同数值的4μA的直流电流Idac分量(I×2²)(是参考电流I的4倍)流经晶体管MN6。

晶体管MN7(W尺寸)电流镜式连接至晶体管MN5，并且串联连接至晶体管MP3(W尺寸)。因此，与流经晶体管MP2和MN5的电流相同数值的4μA的电流(是参考电流I的4倍)流经晶体管MN7和MP3。晶体管MP4(2W尺寸)电流镜式连接至晶体管MP3，并且串联连接至晶体管MN8(W尺寸)。因此，是流经晶体管MN7和MP3的电流两倍的8μA的电流(是参考电流I的8倍)流经晶体管MP4和MN8。

晶体管MN9(W尺寸)串联连接至开关SW3，并且电流镜式连接至晶体管MN8。因此，当开关SW3打开时，与流经晶体管MP4和MN8的电流相同数值的8μA的直流电流Idac分量(＝I×2³)(是参考电流I的8倍)流经晶体管MN9。

晶体管MN10(W尺寸)电流镜式连接至晶体管MN8，并且串联连接至晶体管MP5(W尺寸)。因此，与流经晶体管MP4和MN8的电流相同数值的8μA的电流(是参考电流I的8倍)流经晶体管MN10和MP5。晶体管MP6(2W尺寸)电流镜式连接至晶体管MP5，并且串联连接至晶体管MN11(W尺寸)。因此，是流经晶体管MN10和MP5的电流两倍的16μA的电流(是参考电流I的16倍)流经晶体管MP6和MN11。

晶体管MN12(W尺寸)串联连接至开关SW4，并且电流镜式连接至晶体管MN11。因此，当开关SW4打开时，与流经晶体管MP6和MN11的电流相同数值的16μA的直流电流Idac分量(＝I×2⁴)(是参考电流I的16倍)流经晶体管MN12。

在图4中已经以n＝5的情况为例进行了阐释，然而，如果n＝16，即，如果可变电流生成单元11a是16位电流输出型DA转换器，那么，被包括在可变电流生成单元11a中的晶体管的数量如下。应注意，在一个W尺寸的晶体管的情况下，晶体管的数量应该记为1，并且，在一个2W尺寸的晶体管的情况下，晶体管的数量应该记为2。

首先，被包括在恒定电流源组112中的晶体管的数量的细目如下。

参考电流I流经的晶体管(MN1)...1(个)

生成电流I×2⁰的晶体管(MN2)...1

生成电流I×2¹的晶体管(MN3)...2

生成电流I×2²的晶体管(MN4至MN6、MP1和MP2)...7

生成电流I×2³的晶体管(MN7至MN9、MP3和MP4)...6

生成电流I×2⁴至电流I×2¹⁵的晶体管...72(6×12位)

因此，被包括在恒定电流源组112中的晶体管的数量的结果是89。

另外，由于开关SW0至SW15中的每个开关包括两个晶体管，所以，被包括在开关组111中的晶体管的数量的结果是32。

因此，被包括在可变电流生成单元11a中的晶体管的数量的结果是121(＝89+32)。这大约是具有相等分辨率的AD转换器的晶体管的数量的1/10。这还表明，半导体器件1a可以减小电路规模和功耗。应注意，上面所描述的晶体管的数量的比较，完全是一个示例。(电阻测量系统SYS1a的操作)

随后，将阐释电阻测量系统SYS1a的操作。

图5是示出了电阻测量系统SYS1a的操作的流程图。

如图5所示，在初始状态下，将可变电流生成单元11a的设定数值M设为0(步骤S101)。应注意，设定数值M，例如，反映了控制信号S1的数值，并且，设定数值M变得越大，直流电流Idac的电流数值变得越大。因此，直流电流Idac的电流数值在初始状态下为小。

此时，如果压敏电阻元件R4从测量对象接收到压力(重量)，并且生成了电位差ΔV(步骤S102的“否”)，那么电位差确定单元12的确定结果D1变为不活动的。因此，控制单元13将可变电流生成单元11a的设定数值M增加1(步骤S103)。从而，直流电流Idac的电流数值变大了一个等级(stage)，并且因此，测量节点NB的电位Vb减小了一个等级。

在那之后，如果仍然已经生成了电位差ΔV(步骤S102的“否”)，那么控制单元13进一步将可变电流生成单元11a的设定数值M增加1，以将电位差确定单元12的确定结果D1维持为不活动的(步骤S103)。从而，直流电流Idac的电流数值进一步变大了一个等级，并且因此，测量节点NB的电位Vb进一步减小了一个等级。

控制单元13从步骤S102的“否”重复步骤S103的操作，直到停止生成电位差ΔV，并且将电位差确定单元12的确定结果D1从不活动的切换为活动的。即，控制单元13输出控制信号S1，从而使直流电流Idac的电流数值等级地增加，直到停止生成电位差ΔV。

当停止生成电位差ΔV(步骤S102的“是”)时，电位差确定单元12的确定结果D1从不活动的切换为活动的，并且由此，控制单元13，例如，输出控制信号S1，从而使得直流电流Idac的电流数值不再改变。另外，控制单元13使可变电流生成单元11a输出设定数值M在那时的信息(步骤S104)。

即，如果电位差确定单元12确定尚未生成电位差ΔV，那么控制单元13使可变电流生成单元11a在那时输出设定数值M的信息，即，直流电流Idac在那时的信息。应注意，控制单元13可以替代可变电流生成单元11a地，直接输出设定数值M的信息(直流电流Idac的信息)。

然后，完成测量(步骤S105)。

如上面描述的，半导体器件1a和包括该半导体器件1a的电阻测量系统SYS1a可以起到与半导体器件1和包括该半导体器件1的电阻测量系统SYS1的情况相同的作用。

虽然在本实施例中，已经以包括放大器电路121和比较器122的电位差确定单元12的情况为例进行了阐释，但是本发明不限于此。如果电位差ΔV大到一定程度，那么电位差确定单元12并不一定需要包括放大器电路121。

另外，电位差确定单元12可以包括AD转换器123而不是比较器122。AD转换器123将电位差ΔV或者其放大电压转换为数字数值，并且将其输出作为确定结果D1。在这种情况下，由于控制单元13可以基于确定结果D1而立即将可变电流生成单元11a的设定数值M设为最佳数值，所以将电位差ΔV有效地控制为0V成为可能。另外，AD转换器123可以仅仅具有至少等于比较器122的分辨率，并且不需要具有高分辨率。例如，AD转换器123可以是具有内置通用MCU等的低分辨率AD转换器。因此，抑制了由于用AD转换器123代替比较器122而导致的电路规模和功耗的增加。

<第二实施例>

图6是示出了根据第二实施例的包括半导体器件1b的电阻测量系统SYS1b的配置的框图。在图6中，半导体器件1b被示出为半导体器件1的具体配置示例。由于电阻测量系统SYS1b的其他配置与电阻测量系统SYS1的其他配置相似，所以在下文中将主要阐释半导体器件1b。

如图6所示，与半导体器件1a相比，半导体器件1b包括可变电流生成单元11b而不是可变电流生成单元11a。

(可变电流生成单元11b的具体配置示例)

图7是示出了可变电流生成单元11b的具体配置的示意图。

如图7所示，可变电流生成单元11b包括电压输出型DA转换器113和电压-电流转换电路114。

电压输出型DA转换器113，例如，包括电阻梯(resistance ladder)或者电阻串(resistance string)，并且根据控制信号S1输出一个数值的电压。

电压-电流转换电路114将DA转换器113的输出电压转换为直流电流Idac。

更具体地，电压-电流转换电路114具有：放大器电路115；N-沟道MOS晶体管(下文简称晶体管)116；以及电阻元件117。晶体管116和电阻元件117串联设置在外部端子T2与接地电压端子GND之间。放大器电路115放大在晶体管116与电阻元件117之间的连接节点的电压与DA转换器113的输出电压之间的电位差，并且将其施加于晶体管的栅极。从而，电压-电流转换电路114根据DA转换器113的输出电压从外部端子T2向接地电压端子GND发出直流电流Idac。

由于半导体器件1b的其他配置与半导体器件1a相似，所以省略对其的阐释。

如上面描述的，半导体器件1b和包括该半导体器件1b的电阻测量系统SYS1b可以起到与半导体器件1a和包括该半导体器件1a的电阻测量系统SYS1a的情况相同的作用。进一步地，半导体器件1b和包括该半导体器件1b的电阻测量系统SYS1b可以通过将电阻梯或者电阻串配置于电压输出型DA转换器113来减少线性误差。

<第三实施例>

图8是示出了根据第三实施例的包括半导体器件1c的电阻测量系统SYS1c的配置的框图。在图8中，半导体器件1c被示出为半导体器件1的具体配置示例。由于电阻测量系统SYS1c的其他配置与电阻测量系统SYS1的其他配置相似，所以在下文中将主要阐释半导体器件1c。

如图8所示，与半导体器件1b相比，半导体器件1c包括AD转换器123而不是比较器122。由于半导体器件1c的其他配置与半导体器件1b相似，所以省略对其的阐释。

AD转换器123将电位差ΔV或者其放大电压转换为数字数值，并且将其作为确定结果D1输出。从而，由于控制单元13可以基于确定结果D1立即将可变电流生成单元11b的设定数值M设定为最佳数值，所以将电位差ΔV有效地控制为0V成为可能。另外，AD转换器123可以仅仅具有至少等于比较器122的分辨率，并且不需要具有高分辨率。例如，AD转换器123可以是具有内置通用MCU等的低分辨率AD转换器。因此，抑制了由于用AD转换器123代替比较器122而导致的电路规模和功耗的增加。

例如，如果包括有6位DA转换器113和10位AD转换器123，那么半导体器件1c可以按照等于包括16位AD转换器作为电压测量电路的相关技术的配置的准确度，来测量电阻数值的变化。

如上面描述的，根据上面所描述的第一实施例至第三实施例的半导体器件和包括该半导体器件的电阻测量系统在控制从一个测量节点流出的直流电流以便不在桥接电路的两个测量节点之间生成电位差的情况下测量直流电流的数值。可以基于此时测量得到的直流电流的数值，来计算被包括在桥接电路中的压敏电阻元件的电阻数值的变化量。另外，可以从计算得到的压敏电阻元件的电阻数值的变化量，来估计重量等。此处，由于根据上面所描述的第一实施例到第三实施例的半导体器件和包括该半导体器件的电阻测量系统可以通过使用作为通用件的DA转换器、比较器等来测量重量，并且与相关技术不同地不需要包括具有高分辨率的电压测量电路，所以可以抑制电路规模的增加。另外，也可以抑制功耗的增加。

在上文中，虽然已经基于实施例具体地阐释了本发明人的本发明，但是本发明不限于已经提到的实施例，并且，不言自明地，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变。

例如，在根据上面描述的实施例的半导体器件中，可以采用半导体衬底、半导体层、扩散层(扩散区域)等的导电类型(p型或者n型)相反的配置。因此，当将n型和p型中的一个导电类型设置为第一导电类型，并且将其他导电类型设置为第二导电类型时，可以将第一导电类型设置为p型，并且可以将第二导电类型为n型，或者相反地，可以将第一导电类型设置为n型，并且可以将第二导电类型设置为p型。

若需要，本领域的普通技术人员可以将第一实施例至第三实施例组合。

虽然已经根据多个实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员要认识到，在所附权利要求书的精神和范围内，可以利用各种修改例来实践本发明，并且本发明不限于上面所描述的示例。

进一步地，权利要求书的范围不受上面所描述的实施例的限制。

而且，要注意，申请人旨在囊括所有要求权益的要素的等同物，即使是稍后在实施期间修正的要求权益的要素。

Claims (20)

1.一种半导体器件，包括：

可变电流生成单元，所述可变电流生成单元发出根据来自桥接电路的第一测量节点和第二测量节点中的一个测量节点的控制信号的数值的直流电流，其中所述桥接电路中的压敏电阻元件的电阻数值的变化量表现为在所述第一测量节点与所述第二测量节点之间的电位差；

电位差确定单元，所述电位差确定单元确定所述电位差是否落在预定数值的范围内；以及

控制单元，所述控制单元基于所述电位差确定单元的确定结果向所述可变电流生成单元输出所述控制信号，从而使所述可变电流生成单元发出使得所述电位差落在所述预定数值的范围内的所述直流电流。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述电位差确定单元包括比较器，所述比较器比较所述电位差与用于所述半导体器件的接地电压。

3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中

所述电位差确定单元进一步包括放大器电路，所述放大器电路放大所述电位差；以及

所述比较器比较所述放大器电路的输出电压与所述接地电压。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述电位差确定单元包括AD转换器，所述AD转换器将所述电位差转换为根据所述电位差的数字数值。

5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中

所述电位差确定单元进一步包括放大器电路，所述放大器电路放大所述电位差；以及

所述AD转换器将所述放大器电路的输出电压转换为根据所述输出电压的数字数值。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述控制单元输出所述控制信号，从而使所述直流电流的数值按等级地变化，直到所述电位差确定单元确定所述电位差落在所述预定数值的范围内。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述可变电流生成单元包括电流输出型DA转换器，所述电流输出型DA转换器输出根据所述控制信号的所述直流电流。

8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述可变电流生成单元包括：电压输出型DA转换器，所述电压输出型DA转换器输出根据所述控制信号的电压；以及电压-电流转换电路，所述电压-电流转换电路将所述电压输出型DA转换器的所述输出电压转换为所述直流电流。

9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中所述电压输出型DA转换器包括电阻梯或者电阻串。

10.一种电阻测量系统，包括：

根据权利要求1所述的半导体器件；

所述桥接电路；以及

操作处理装置，在所述电位差落在所述预定数值的范围内的情况下，所述操作处理装置基于所述直流电流的数值来计算所述压敏电阻元件的电阻数值的变化量。

11.一种测压仪表装置，包括：

根据权利要求1所述的半导体器件；以及

所述桥接电路，其中

所述测压仪表装置基于所述直流电流的数值来计算施加于所述压敏电阻元件的压力。

12.一种半导体器件，包括：

可变电流生成单元，所述可变电流生成单元发出根据来自桥接电路的第一测量节点和第二测量节点中的一个测量节点的控制信号的数值的电流，其中所述桥接电路中的压敏电阻元件的电阻数值的变化量表现为在所述第一测量节点与所述第二测量节点之间的电位差；

电位差确定单元，所述电位差确定单元确定所述电位差是否落在预定数值的范围内；以及

控制器，所述控制单元基于所述电位差确定单元的确定结果向所述可变电流生成单元输出所述控制信号，从而使所述可变电流生成单元发出使得所述电位差落在所述预定数值的范围内的所述直流电流。

13.根据权利要求12所述的半导体器件，其中所述电位差确定单元包括比较器，所述比较器比较所述电位差与用于所述半导体器件的接地电压。

14.根据权利要求13所述的半导体器件，其中

所述电位差确定单元进一步包括放大器电路，所述放大器电路放大所述电位差，

所述比较器比较所述放大器电路的输出电压与所述接地电压，以及

所述控制单元输出所述控制信号，使得所述直流电流的数值分级地变化，直到所述电位差确定单元确定所述电位差落入所述预定数值的范围内。

15.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述电位差确定单元包括AD转换器，所述AD转换器将所述电位差转换为根据所述电位差的数字数值。

16.根据权利要求15所述的半导体器件，其中

所述电位差确定单元进一步包括放大器电路，所述放大器电路放大所述电位差；以及

所述AD转换器将所述放大器电路的输出电压转换为根据所述输出电压的数字数值。

17.一种半导体器件的方法，所述方法包括：

由可变电流生成单元发出根据来自桥接电路的第一测量节点和第二测量节点中的一个测量节点的控制信号的数值的直流电流，其中所述桥接电路中的压敏电阻元件的电阻数值的变化量表现为在所述第一测量节点与所述第二测量节点之间的电位差；

由电位差确定单元确定所述电位差是否落在预定数值的范围内；以及

由控制单元基于所述电位差确定单元的确定结果向所述可变电流生成单元输出所述控制信号，从而使所述可变电流生成单元发出使得所述电位差落在所述预定数值的范围内的所述直流电流。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述确定包括将所述电位差与用于所述半导体器件的接地电压比较。

19.根据权利要求18所述的方法，其中

所述确定进一步包括放大所述电位差，以及

所述比较包括将所述放大的所述电位差的输出电压与所述接地电压比较。

20.根据权利要求1所述的方法，进一步包括由所述控制单元输出所述控制信号，使得所述直流电流的数值分级地变化，直到所述电位差确定单元确定所述电位差落入所述预定数值的范围内。