CN105490651A - 半导体集成电路、可变增益放大器以及传感系统 - Google Patents

半导体集成电路、可变增益放大器以及传感系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体集成电路、可变增益放大器以及传感系统。提供了这样一种半导体集成电路，其包括提供在以在外部的方式提供的阻性元件(R1)的一端侧上的焊盘(Pd1)，提供在阻性元件(R1)的另一端侧上的焊盘(Pd5)；运算放大器(A1)，布线于运算放大器(A1)的输出端和焊盘(Pd1)之间的信号线(L11)，布线于运算放大器(A1)的反相输入端和焊盘(Pd5)之间的信号线(L21)，ESD保护元件(r11)提供至信号线(L11)，以及信号线(L31)，通过其传输焊盘(Pd1)的电压信号。信号线(L31)连接至焊盘(Pd1)。

Description

半导体集成电路、可变增益放大器以及传感系统
相关申请交叉引用
本申请基于2014年10月1日提交的日本专利申请No.2014-203309并要求其优先权，通过引用将其公开内容并入本文。
技术领域
本发明涉及半导体集成电路，可变增益放大器以及传感系统。例如，本发明涉及一种适于构造高精度可变增益放大器的半导体集成电路，可变增益放大器以及传感系统。
背景技术
近年来，已经需求高精度可变增益放大器。相关技术公开于日本未审专利申请公布No.2003-8375中。
日本未审专利申请公布No.2003-8375中公开的可变增益放大器被设置有：用于产生并输出对应于输入信号电压的输出电流的gm单元；以及，用于将gm单元的输出电流转换成电压、并包括用于调整转换增益的调整装置的电流电压转换电路。电流电压转换电路包括运算放大器以及连接在运算放大器的输入端和输出端之间并能设定任意电阻值的可变电阻器。
发明内容
在日本未审专利申请公布No.2003-8375中公开的可变增益放大器中，其考虑是在半导体芯片中提供构成可变电阻器的多个阻性元件。因此，由于这些阻性元件的制造中的不均衡度，因此会降低可变增益放大器的精度。
如果构成可变电阻器的多个阻性元件提供在半导体芯片外部，且半导体芯片中的阻性元件和运算放大器通过半导体芯片的焊盘连接，则会出现可变增益放大器的精度由于提供至焊盘的ESD保护元件的阻性分量的影响而降低的问题。
本说明以及附图的说明会揭示其他问题和新颖特征。
根据本发明的一个方面，提供一种半导体集成电路，其包括：提供在以在外部的方式提供的第一阻性元件的一端侧上的第一焊盘，提供在第一阻性元件的另一端侧上的第二焊盘，运算放大器，在运算放大器的输出端和第一焊盘之间布线的第一信号线，在运算放大器的一个输入端和第二焊盘之间布线的第二信号线，提供至第一信号线的第一ESD保护元件，以及第三信号线，第一焊盘的电压信号通过第三信号线传输。第三信号线连接至第一焊盘。
根据本发明的该方面，能提供一种能形成高精度可变增益放大器的半导体集成电路，可变增益放大器以及传感系统。
附图说明
结合附图的某些实施例的下述说明将使上述和其他方面，优点以及特征更加显而易见，其中：
图1是示出其上安装了根据第一实施例的可变增益放大器的传感系统的框图；
图2是示出根据第一实施例的可变增益放大器的结构实例的示意图；
图3是示出根据第一实施例的可变增益放大器的一个变型例的示意图；
图4是示出根据第二实施例的可变增益放大器的结构实例的示意图；
图5是示出根据第二实施例的可变增益放大器的一个变型例的示意图；
图6是示出根据第三实施例的半导体集成电路的结构实例的示意图；
图7是示出应用根据第三实施例的半导体集成电路的可变增益放大器的结构实例的示意图；
图8是示出应用根据第三实施例的半导体集成电路的可变增益放大器的结构实例的示意图；以及
图9是示出根据第四实施例的可变增益放大器的结构实例的示意图。
具体实施方式
以下，将参考附图说明实施例。应当注意附图被简化，但是实施例的技术范畴不应基于附图而被狭隘地解释。而且，相同部分由相同的参考数字或符号表示，且将省略重复说明。
在以下实施例中，当需要时，出于方便的目的，将以分开的方式将说明分成多个片段或实施例。除非另外明确说明，否则这些片段彼此相关联，且一个可以是另一个的一部分或全部的变型例、应用例、详细解释、补充说明等等。而且，在以下实施例中。当提及涉及组成部分的数(包括计数，数值，量，范围等)时，除非另外说明且例如除非原理上明显限于该具体数字，否则对具体数字没有限制。数字可以是所述具体数字以上或以下。
而且，在以下实施例中，除非另外明确说明并例如除原理上明显必要，否则其组成部分(包括操作步骤等)不是必要的。类似地，在以下实施例中，当提及组成部分等的形状、位置关系等时，除非另外明确说明并例如除原理上明显不同，否则形状、位置关系等实质上包括类似的形状、位置关系等等。这也适用于数等(包括计数，数值，范围等等)。
<第一实施例>
图1是示出其上安装了根据第一实施例的可变增益放大器的传感系统SYS1的框图。传感系统STS1例如是采用酶电极方法的血糖水平测量系统。下文将给出具体说明。
如图1中所示，传感系统SYS1具备控制器1，传感器2，诸如液晶显示器(LCD)的显示装置3，时钟发生单元4，使用红外数据组织(IrDA)等的通信装置5以及诸如EEPROM的存储器6。
传感器2例如是测试条。当偏置电压施加于其电极时，传感器输出作为测量结果的、与血液中的葡萄糖水平成比例的电流Iin。
控制器1包括将在下文说明的放大器VA1，其将偏置电压施加至传感器2并将作为传感器2的测量结果的电流Iin转换成电压Vo。控制器1通过采用AD转换器而数字化所述电压Vo并对其执行预定处理。例如，控制器1使存储器6借助已经获得的测量结果，存储被数字化的测量结果，使显示装置3显示结果，或通过采用通信装置5将结果传输给另一装置。
这里，为了以高精度获得通过控制器1进行的对传感器2的测量结果，需要放大器VA1具有高精度。而且，在必要时，也需要放大器VA1改变增益。
(根据本实施例的可变增益放大器VA1的结构)
图2是示出作为控制器1的一部分的可变增益放大器VA1的结构实例。应当注意，传感器也在图2中示出。
如图2中所示，可变增益放大器VA1是所谓的IV放大器且由半导体集成电路10以及阻性元件(第一阻性元件)R1至R4构成。半导体集成电路10具有在芯片CHP1上的至少端口单元Pt1至Pt5，运算放大器A1，开关(第一开关)SW11至SW14以及开关(第二开关)SW21至SW24。在这种情况下，阻性元件R1至R4提供在芯片CHP1外部。因此，阻性元件R1至R4可根据规格而适当调换。
端口单元Pt1包括焊盘Pd1，ESD保护元件r11和r21，引线框架，以及诸如键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt2包括焊盘Pd2，ESD保护元件r12和r22，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt3包括焊盘Pd3，ESD保护元件r13和r23，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt4包括焊盘Pd4，ESD保护元件r14和r24，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt5包括焊盘Pd5，ESD保护元件r15，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。
在运算放大器A1的输出端和焊盘(第一焊盘)Pd1至Pd4之间，分别布线有多个信号线(第一信号线)L11至L14。在作为运算放大器A1的一个输入端的反相输入端和焊盘(第二焊盘)Pd5之间，布线有信号线(第二信号线)L21。基准电压Vref被提供至作为运算放大器A1的另一端的非反相输入端。
焊盘Pd1至Pd4分别被提供在芯片CHP1外部的阻性元件R1至R4的一端侧上，且焊盘Pd5被提供在芯片CHP1外部的阻性元件R1至R4的另一端侧上。更具体地讲，焊盘Pd1至Pd4通过诸如引线框架和键合线的连接器分别被连接至阻性元件R1至R4的一端，且焊盘Pd5通过诸如引线框架和键合线的连接器被公共连接至阻性元件R1至R4的另一端。在以下说明中，除非另外说明，将省略用于将焊盘和阻性元件相连接的诸如引线框架和键合线的连接器的表示。
开关SW11至SW14分别被提供在信号线L11至L14上，且该开关中任一个被选择性接通。应当注意，开关SW11至SW14各包括阻性分量。
例如，在开关SW11接通的情况下，在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R1的反馈路径。在开关SW12接通的情况下，形成延伸通过阻性元件R2的反馈路径。在开关SW13接通的情况下，形成延伸通过阻性元件R3的反馈路径。在开关SW14接通的情况下，形成延伸通过阻性元件R4的反馈路径。应当注意在本实施例中，作为一个实例来说明阻性元件R1至R4具有不同阻值的情况。
ESD保护元件r11至r14分别被提供在焊盘Pd1至Pd4和开关SW11至SW14之间的信号线L11至L14的部分上。ESD保护元件r15被提供在焊盘Pd5和运算放大器A1的反相输入端之间的信号线L21的一部分上。应当注意，ESD保护元件r11至r15各包括阻性分量。
而且，从焊盘Pd1至Pd4到诸如AD转换器的次级电路，分别布线有信号线(第三信号线)L31至L34。更具体地讲，信号线L31至L34的中的每一个的一端直接与焊盘Pd1至Pd4连接，且信号线L31至L34的中的每一个的另一端连接至次级电路。
应当注意，信号线L31至L34中的每一个的一端优选直接通过将在下文说明的ESD保护元件、开关等连接至焊盘Pd1至Pd4，但不限于此。只需要连接至焊盘Pd1至Pd4和ESD保护元件r11至r14之间的信号线。
开关SW21至SW24分别被提供在信号线L31至L34上，且该开关中任一个被选择性接通。更具体地讲，开关SW21至SW24在开关SW11至SW14分别被接通时而被接通。应当注意，开关SW21至SW24各包括阻性分量。
例如，在开关SW21接通的情况下，通过信号线L31在焊盘Pd1和次级电路之间具有连续性。在开关SW22接通的情况下，通过信号线L32在焊盘Pd2和次级电路之间具有连续性。在开关SW23接通的情况下，通过信号线L33在焊盘Pd3和次级电路之间具有连续性。在开关SW24接通的情况下，通过信号线L34在焊盘Pd4和次级电路之间具有连续性。
ESD保护元件r21至r24分别被提供在焊盘Pd1至Pd4和开关SW21至SW24之间的信号线L31至L34的部分上。应当注意，ESD保护元件r21至r24各包括阻性分量。
应当注意，基于寄存器(未示出)中存储的数值来控制所述开关的接通和断开。因此，通过调整寄存器值，可以改变该开关的接通和断开。
从传感器2输出的电流Iin被提供至阻性元件R1至R4的另一端侧(焊盘Pd5)。随后，当电流Iin流入选择性形成的反馈路径中时在焊盘Pd1至Pd4的任一个中产生的电压信号会通过信号线L31至L34中的任一个而被传输，并被提供至诸如AD转换器的次级电路。
应当注意，次级电路优选是具有高输入阻抗的次级电路。在次级电路的输入阻抗较低的情况下，希望的是在从焊盘Pd1至Pd4延伸到次级电路的信号线L31至L34上，将电压跟随器电路紧接地提供在次级电路之前。因此，电流不会流入从焊盘Pd1至Pd4延伸到次级电路的信号线L31至L34中。因此，可以在不受被提供在信号线L31至L34上的ESD保护元件等的阻性分量的影响下，将焊盘Pd1至Pd4的电压信号传输至次级电路。对于次级电路的输入阻抗来说，对在其他实施例中的情况进行相同的考虑。
(可变增益放大器VA1的操作)
以下将说明可变增益放大器VA1的操作。在下文中，将对开关SW11和SW12接通的情况下的可变增益放大器VA1的操作进行说明。
在本实例中，开关SW11接通，因此在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R1的反馈路径。因此，电流Iin流入形成在反馈路径上的阻性元件R1中，且因此在阻性元件R1两端之间产生电势差。因此，在提供在阻性元件R1的一端侧上的焊盘Pd1中，产生具有电压值Vo的电压信号。焊盘Pd1的电压值Vo实质上与阻性元件R1的一端上的电压值相同或非常接近。而且，在本实例中，开关SW21接通，因此产生在焊盘Pd1上的具有电压值Vo的电压信号被通过信号线L31传输，并被提供至诸如AD转换器的次级电路。
以此方式，可变增益放大器VA1将传感器2输出的电流Iin转换成具有电压值Vo的电压信号并随后将该信号输出至诸如AD转换器的次级电路。
这里，焊盘Pd1的电压值Vo和基准电压Vref之间的差分电压ΔVo由下述表达式(1)表示。应当注意，Iin代表电流Iin的电流值，且R1代表阻性元件R1的电阻值。
ΔVo＝-Iin·R1…(1)
如从表达式(1)可以看出，焊盘Pd1的电压值Vo(＝ΔVo+Vref)不取决于反馈路径上的阻性分量中的、在芯片CHP1中的ESD保护元件r11和开关SW11的阻性分量，而是仅取决于以在外部的方式提供的阻性元件R1的电阻值。因此，可变增益放大器VA1的增益不受芯片CHP1中的ESD保护元件r11以及开关SW11的阻性分量的影响，且可借助以在外部的方式提供的阻性元件R1的电阻值以高精度来被设定。
类似地，在开关SW12和SW22接通的情况下，可变增益放大器VA1的增益不受芯片CHP1中的ESD保护元件r12以及开关SW12的阻性分量的影响，且可借助以在外部的方式提供的阻性元件R2的电阻值以高精度来被设定。在开关SW13和SW23接通的情况下，可变增益放大器VA1的增益不受芯片CHP1中的ESD保护元件r13以及开关SW13的阻性分量的影响，且可借助以在外部的方式提供的阻性元件R3的电阻值以高精度来被设定。在开关SW14和SW24接通的情况下，可变增益放大器VA1的增益不受芯片CHP1中的ESD保护元件r14以及开关SW14的阻性分量的影响，且可借助以在外部的方式提供的阻性元件R4的电阻值以高精度来被设定。
以此方式，可变增益放大器VA1具备在反馈路径上以及在芯片外部的阻性元件(R1等)，并且在芯片中，除反馈路径之外，具备从焊盘(Pd1等)延伸到连接了以在外部的方式提供的阻性元件的信号线。因此，能在不受芯片中的ESD保护元件等的阻性分量影响的情况下，借助提供在芯片外部的阻性元件的电阻值以高精度设定可变增益放大器VA1的增益。
换言之，除反馈路径之外，半导体集成电路10具备从连接至反馈路径上提供并位于芯片外部的阻性元件(R1等)的焊盘(Pd1等)延伸的信号线(L31等)。因此，能在不受芯片中的反馈路径上提供的ESD保护元件等的阻性分量影响的情况下，借助提供在反馈路径上且位于芯片外部的阻性元件的电阻值以高精度设定可变增益放大器VA1的增益。即，半导体集成电路10能形成高精度可变增益放大器VA1。
应当注意，确定可变增益放大器VA1的增益的阻性元件提供在芯片外部，因此不会产生由于在芯片中提供元件而造成的制造的不均衡度的问题。
在本实施例中，通过采用提供四个反馈路径作为实例的情况给出说明。但是，反馈路径的数目不限于此。可以改变该结构以适当地包括任意数目的反馈路径。
阻性元件R1至R4仅需要各自具有阻性分量，且例如可以是开关电容器。
(可变增益放大器VA1的变型例)
图3是示出作为可变增益放大器VA1a的可变增益放大器VA1的一个变型例的示意图。
如图3中所示，虽然在可变增益放大器VA1中，阻性元件R1至R4彼此并联连接，但是在可变增益放大器VA1a中，阻性元件R1至R4彼此串联连接。
具体地，焊盘Pd1连接至阻性元件R1的一端。焊盘Pd2连接至在阻性元件R1的另一端和阻性元件R2的一端之间的节点。焊盘Pd3连接至在阻性元件R2的另一端和阻性元件R3的一端之间的节点。焊盘Pd4连接至在阻性元件R3的另一端和阻性元件R4的一端之间的节点。而且，焊盘Pd5连接至阻性元件R4的(在阻性元件R1至R4的另一端侧上的)另一端。
可变增益放大器VA1a的其他结构与可变增益放大器VA1相同，因此将省略其说明。
可变增益放大器VA1a能发挥与可变增益放大器VA1相同的效果。
<第二实施例>
图4是示出根据第二实施例的可变增益放大器VA2的一个结构实例的示意图。应当注意在图4中，也示出传感器2。
例如，可变增益放大器VA2安装在诸如测量脉搏和血氧水平的脉搏氧饱和度仪的测量系统(传感系统)上。
如图4中所示，传感器2例如由光电晶体管Ts，阻性元件Rs以及发光二极管D1构成。响应于诸如插入发光二极管D1和光电晶体管Ts之间的手指的检查对象Ta的脉搏和血氧水平，从发光二极管D1通过检查对象Ta传输至光电晶体管Ts的光强度改变。光电晶体管Ts使对应于接收的光的强度的电流流入阻性元件Rs。阻性元件Rs将电流转换成电压Vin并输出该电压作为测量结果。简言之，传感器2输出对应于脉搏和血氧水平的电压Vin作为测量结果。
可变增益放大器VA2是所谓的非反相放大器且由半导体集成电路10和阻性元件R1至R5构成。半导体集成电路10在芯片CHP1上至少具备端口单元Pt1至Pt6，运算放大器A1，开关(第一开关)SW11，开关(第二开关)SW21，以及开关(第三开关)SW32至SW35。在这种情况下，阻性元件(第一阻性元件)R1至R4以及阻性元件(第二阻性元件)R5提供在芯片外部CHP1。因此，阻性元件R1至R5可根据其规格适当调换。
端口单元Pt1包括焊盘Pd1，ESD保护元件r11和r21，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt2包括焊盘Pd2，ESD保护元件r12，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt3包括焊盘Pd3，ESD保护元件r13，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt4包括焊盘Pd4，ESD保护元件r14，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。端口单元Pt5包括焊盘Pd5，ESD保护元件r15，以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。
在运算放大器A1的输出端和焊盘(第一焊盘)Pd1之间，布线有信号线(第一信号线)L11。在作为运算放大器A1的一个输入端的反相输入端和焊盘(第二焊盘)Pd2至Pd5之间，分别布线有多个信号线(第二信号线)L22至L25。在作为运算放大器A1的另一输入端的非反相输入端和焊盘Pd6之间，布线有信号线(第四信号线)L46。
焊盘Pd1被连接至阻性元件R1的一端(阻性元件R1至R4的一端侧上)。焊盘Pd2被连接至在阻性元件R1的另一端和阻性元件R2的一端之间的节点。焊盘Pd3被连接至在阻性元件R2的另一端和阻性元件R3的一端之间的节点。焊盘Pd4被连接至在阻性元件R3的另一端和阻性元件R4的一端之间的节点。焊盘Pd5被连接至在阻性元件R4的另一端和阻性元件R5的一端之间的节点。基准电压Vref被提供至阻性元件R5的另一端。
开关SW32至SW35分别提供在信号线L22至L25上，且该开关中任一个被选择性接通。开关SW11被提供在信号线L11上且常接通。因此可省略开关SW11。应当注意，开关SW11以及SW32至SW35各包括阻性分量。
例如，在开关SW32接通的情况下，在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R1的反馈路径。在开关SW33接通的情况下，形成延伸通过阻性元件R1和R2的反馈路径。在开关SW34接通的情况下，形成延伸通过阻性元件R1至R3的反馈路径。在开关SW35接通的情况下，形成延伸通过阻性元件R1至R4的反馈路径。
ESD保护元件r11被提供为在焊盘Pd1以及开关SW11之间的信号线L11的一部分上。ESD保护元件r12至r15分别被提供为在焊盘Pd2至Pd5和开关SW32至SW35之间的信号线L22至L25的部分上。ESD保护元件r16被提供为在焊盘Pd6和运算放大器A1的非反相输入端之间的信号线L46的一部分上。应当注意，ESD保护元件r11至r16各包括阻性分量。
而且，从焊盘Pd1至诸如AD转换器的次级电路，布线有信号线(第三信号线)L31。更具体地讲，信号线L31的一端直接连接至焊盘Pd1，且信号线L31的另一端连接至次级电路。应当注意，希望信号线L31的一端直接通过将在下文说明的ESD保护元件、开关等连接至焊盘Pd1，但不限于此，且只需要至少连接至在焊盘Pd1以及ESD保护元件r11之间的信号线。
开关SW21被提供在信号线L31上并常接通。因此，可省略开关SW21。应当注意，开关SW21包括阻性分量。
ESD保护元件r21被提供为在焊盘Pd1以及开关SW21之间的信号线L31的一部分上。应当注意，ESD保护元件r21包括阻性分量。
应当注意，基于寄存器(未示出)中存储的数值，来控制开关的接通和断开。因此，通过调整寄存器值，可以改变开关的接通和断开。
从传感器2输出的电压Vin通过焊盘Pd6被提供至运算放大器A1的反相输入端。当电压Vin提供至其时在焊盘Pd1上产生的电压Vo的电压信号(电压Vin放大的结果)通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
应当注意，希望次级电路是具有高输入阻抗的电路。在次级电路的输入阻抗较低的情况下，希望电压跟随器电路被提供在从焊盘Pd1延伸到次级电路的信号线L31上。
(可变增益放大器VA2的操作)
以下，可变增益放大器VA2的操作。在下文中，将对开关SW32接通的情况下的可变增益放大器VA2的操作进行说明。应当注意，开关SW11和SW21如上所述常接通。
在本实例中，因为开关SW32接通，因此在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R1的反馈路径。因此，在反馈路径上提供的焊盘Pd1上，产生电压值Vo的电压信号，其通过借助由作为反馈电阻器的阻性元件R1以及阻性元件R2至R5确定的增益而放大电压Vin而获得。焊盘Pd1的电压值Vo实质上与阻性元件R1的一端上的电压值相同或非常接近。随后，产生在焊盘Pd1上的电压值Vo的电压信号通过信号线L31被传输并提供至AD转换器的次级电路。
这里，在焊盘Pd1的电压值Vo和基准电压Vref之间的差分电压ΔVo由下述表达式(2)表示。应当注意，ΔVin代表电压Vin和基准电压Vref之间的差分电压，R1代表阻性元件R1的电阻值，且R25代表阻性元件R2至R5的总电阻值。
ΔVo＝(1+R1/R25)·ΔVin…(2)
如从表达式(2)可以看出，焊盘Pd1的电压值Vo不取决于反馈路径上的阻性分量中的、在芯片CHP1中的ESD保护元件r11和开关SW11的阻性分量，而仅取决于以在外部的方式提供的阻性元件R1至R5的电阻值。因此，可变增益放大器VA2的增益不受在芯片CHP1中的ESD保护元件r11以及开关SW11的阻性分量的影响，且能够借助以在外部的方式提供的阻性元件R1至R5的电阻值以高精度来被设定。
类似地，在开关SW33至SW35中的任一接通的情况下，可变增益放大器VA2的增益不受在芯片CHP1中的ESD保护元件等的阻性分量的影响，而能够借助以在外部的方式提供的阻性元件R1至R5的电阻值以高精度来被设定。
如上所述，可变增益放大器VA2具备反馈路径上以及芯片外部的阻性元件(R1等)，并且具备在芯片中的除反馈路径之外的、从焊盘(Pd1等)延伸到连接了以在外部的方式提供的阻性元件的信号线。因此，能在不受诸如在芯片中的ESD保护元件等的阻性分量影响的情况下，能借助提供在芯片外部的阻性元件的电阻值以高精度来设定可变增益放大器VA2的增益。
换言之，除反馈路径之外，半导体集成电路10具备从连接至被提供在反馈路径上并位于芯片外部的阻性元件(R1等)的焊盘(Pd1等)延伸的信号线(L31等)。因此，在不受被提供在反馈路径上并位于芯片中的ESD保护元件等的阻性分量影响的情况下，能借助被提供在反馈路径上且位于芯片外部的阻性元件的电阻值以高精度设定可变增益放大器VA2的增益。即，半导体集成电路10能形成高精度可变增益放大器VA2。
应当注意，用于确定可变增益放大器VA2的增益的阻性元件被提供在芯片外部，因此不会产生由于在芯片中提供元件而造成的制造的不均衡度的问题。
在本实施例中，作为一个实例说明了提供四个反馈路径的情况。但是，反馈路径的数目不限于此且能适当地改变。
阻性元件R1至R5仅需具有阻性分量，并且例如可以是开关电容器。
(可变增益放大器VA2的变型例)
图5是示出作为可变增益放大器VA2a的可变增益放大器VA2的一个变型例的示意图。
如图5中所示，可变增益放大器VA2a不同于可变增益放大器VA2之处在于电压Vin和基准电压Vref的提供目的地是相反的。可变增益放大器VA2a的其他结构与可变增益放大器VA2相同，因此将省略其说明。
可变增益放大器VA2a是所谓的反相放大器且可基本上发挥与可变增益放大器VA2相同的效果。
<第三实施例>
在本实施例中，将对应用至可变增益放大器VA1和VA2的半导体集成电路10的特定结构进行说明。
图6是示出根据第三实施例的半导体集成电路10的特定结构实例的示意图。
如图6中所示，半导体集成电路10具有可构造的结构并具备芯片CHP1上的端口单元Pt1至Pt4，运算放大器A1，多个开关SW11至SW14，开关SW20，开关SW21至SW24，开关SW30和SW31，开关SW32至SW34以及开关SW40至SW44。端口单元Pt1至Pt4如上所述。
在运算放大器A1的输出端和焊盘Pd1至Pd4之间，分别布线有信号线(第一信号线)L11至L14。在信号线L11至L14上，分别提供开关(第一开关)SW11至SW14。
在运算放大器A1的反相输入端和焊盘Pd1至Pd4之间，分别布线有信号线(第二信号线)L21至L24。在信号线L21至L24上，分别提供开关(第三开关)SW31至SW34。而且，在运算放大器A1的提供基准电压Vref的端子和反相输入端之间布线的信号线上，提供开关SW30。
在运算放大器A1的非反相输入端和焊盘Pd1至Pd4之间，分别布线有信号线(第四信号线)L41至L44。在信号线L41至L44上，分别提供开关(第四开关)SW41至SW44。而且，在运算放大器A1的提供基准电压Vref的端子和非反相输入端之间布线的信号线上，提供开关SW40。
而且，从焊盘Pd1至Pd4至诸如AD转换器的次级电路，分别布线有信号线(第三信号线)L31至L34。在信号线L31至L34上，分别提供开关(第二开关)SW21至SW24。此外，在提供基准电压Vref的端子和次级电路之间布线的信号线上，提供开关SW20。
应当注意，基于寄存器(未示出)中存储的数值，来控制开关的接通和断开。因此，通过调整寄存器值，可以改变开关的接通和断开。
半导体集成电路10改变开关的接通和断开，由此可以借助以在外部的方式提供的阻性元件形成可变增益放大器VA1或VA2等。
在本实施例中，作为一个实例说明了提供四个端口单元以及多个对应于其的开关的情况。但是，结构不限于此。结构可适当改变为包括任意数目的端口单元以及对应于其的开关。
以下将说明半导体集成电路10的一个应用实例。
(半导体集成电路10的第一应用实例)
图7是示出应用了半导体集成电路10的可变增益放大器VA31的一个结构实例。应当注意在图7中，适当省略没有使用的端口单元，开关以及信号线。
如图7中所示，可变增益放大器VA31具有其中IV放大器和反相放大器可被选择性使用的结构，且由以在外部的方式提供的阻性元件R1至R5以及阻性元件R6以及半导体集成电路10构成。
开关SW11和SW21常接通。开关SW32至SW35中任一个被选择性接通。因此，通常在运算放大器A1的输出端和焊盘Pd1之间建立导通态。在焊盘Pd1和次级电路之间，通常通过不同于反馈路径的路径建立导通态。在运算放大器A1的反相输入端和焊盘Pd2至Pd5中任一个之间，选择性建立导通态。而且，基准电压Vref被提供至运算放大器A1的非反相输入端。
焊盘Pd1被连接至阻性元件R1至R4中的每一个的一端。焊盘Pd2被连接至阻性元件R1的另一端。应当注意，电流Iin1被提供至阻性元件R1的另一端。焊盘Pd3被连接至阻性元件R2的另一端。应当注意，电流Iin2被提供至阻性元件R2的另一端。焊盘Pd4被连接至阻性元件R3的另一端以及阻性元件R5的一端。应当注意，电压Vin1被提供至阻性元件R5的另一端。焊盘Pd5被连接至阻性元件R4的另一端以及阻性元件R6的一端。应当注意，电压Vin2被提供至阻性元件R6的另一端。
在以下说明中，ΔVo代表在焊盘Pd1的电压值Vo以及基准电压Vref之间的差分电压，ΔVin1代表在电压Vin1以及基准电压Vref之间的差分电压，以及ΔVin2代表在电压Vin2以及基准电压Vref之间的差分电压。
例如，当开关SW32接通时，在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R1的反馈路径。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝-Iin1·R1的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
此外，例如，当开关SW33接通时，在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R2的反馈路径。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝-Iin2·R2的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
此外，例如，当开关SW34接通时，在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R3的反馈路径。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝-(R3/R5)·ΔVin1的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
此外，例如，当开关SW35接通时，在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间，形成延伸通过阻性元件R4的反馈路径。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝-(R4/R6)·ΔVin2的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
即，在开关SW32和SW33中任一个接通的情况下，可变增益放大器VA31操作为IV放大器，且在开关SW34和SW35中任一个接通的情况下，可变增益放大器VA31操作为反相放大器。
(半导体集成电路10的第二应用实例)
图8是示出应用了半导体集成电路10的可变增益放大器VA32的一个结构实例。应当注意在图8中，适当省略没有使用的端口单元，开关以及信号线。
如图8中所示，可变增益放大器VA32是非反相放大器，其用于选择性放大多个输入电压Vin1至Vin3中任一个，并且由以在外部的方式提供的阻性元件R1和R2以及半导体集成电路10构成。
开关SW11，SW21以及SW32常接通。开关SW43至SW45中任一个被选择性接通。因此，在运算放大器A1的输出端和焊盘Pd1之间通常建立导通态。在焊盘Pd1和次级电路之间，通常通过不同于反馈路径的路径建立导通态。在运算放大器A1的反相输入端和焊盘Pd2之间，通常建立导通态。在运算放大器A1的非反相输入端和焊盘Pd3至Pd5任一个之间，选择性建立导通态。
焊盘Pd1被连接至阻性元件R1的一端。焊盘Pd2连接至阻性元件R1的另一端以及阻性元件R2的一端。基准电压Vref被提供至阻性元件R2的另一端。
即，在运算放大器A1的输出端和反相输入端之间，形成延伸通过阻性元件R1的反馈路径。
在以下说明中，ΔVo代表在焊盘Pd1的电压值Vo以及基准电压Vref之间的差分电压，ΔVin1代表在电压Vin1以及基准电压Vref之间的差分电压，ΔVin2代表在电压Vin2以及基准电压Vref之间的差分电压，且ΔVin3代表在电压Vin3以及基准电压Vref之间的差分电压。
例如，在开关SW43接通的情况下，电压Vin1提供至运算放大器A1的反相输入端。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝(1+R1/R2)·ΔVin1的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
此外，例如，在开关SW44接通的情况下，电压Vin2提供至运算放大器A1的非反相输入端。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝(1+R1/R2)·ΔVin2的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
此外，例如，在开关SW45接通的情况下，电压Vin3提供至运算放大器A1的非反相输入端。在这种情况下，在焊盘Pd1中，产生具有满足ΔVo＝(1+R1/R2)·ΔVin3的电压值Vo的电压信号。随后，焊盘Pd1中产生的电压信号通过信号线L31被传输并提供至诸如AD转换器的次级电路。
如上所述，可变增益放大器VA32操作为用于选择性放大多个输入电压Vin1至Vin3中任一个的非反相放大器。
除可变增益放大器VA31和VA32之外，半导体集成电路10可利用以在外部的方式提供的阻性元件来构成各种可变增益放大器。
<第四实施例>
图9是示出根据第四实施例的可变增益放大器VA4的一个结构实例的示意图。
如图9中所示，可变增益放大器VA4是其中反馈电阻器安装在芯片上的放大器，并且在芯片CHP1a上具备端口单元Pt1a，运算放大器A11至A13，开关SW11a,SW12a,SW21a以及SW22a，阻性元件R1a,R2a以及R3a，以及由开关SW3a和电容器C1构成的开关电容器SC1。端口单元Pt1a包括焊盘Pd1a，ESD保护元件(未示出)以及诸如引线框架和键合线的连接器(未示出)。
应当注意运算放大器A11，开关SW11a,SW12a,SW21a以及SW22a，以及阻性元件R1a和R2a构成IV放大器。运算放大器A12形成电压跟随器。运算放大器A13，阻性元件R3a以及作为反馈电阻器的开关电容器SC1构成反相放大器。
电流Iin从外部通过焊盘Pd1a被提供至运算放大器A11的反相输入端。基准电压Vref被提供至运算放大器A11的非反相输入端。
开关SW11a和SW12a中任一个被选择性接通。因此，在运算放大器A11的反相输入端和输出端之间，选择性形成延伸通过阻性元件R1a的反馈路径或者延伸通过阻性元件R2a的反馈路径。
开关SW21a和SW22a中任一个被选择性接通。具体地，当开关SW11a接通时，开关SW21a接通，且当开关SW12a接通时，开关SW22a接通。因此，在选择性地形成的反馈路径上产生的电压Vout1作为IV放大器的输出电压而被提供至由运算放大器A12形成的电压跟随器。
应当注意，通过在IV放大器和反相放大器之间提供具有高输入阻抗的电压跟随器，电流不会从IV放大器流至反相放大器。因此，在不受诸如开关SW21a和SW22a等的阻性元件影响的情况下，可将IV放大器的输出电压Vout1作为电压Vin2提供至反相放大器。
随后，采用开关电容器SC1作为反馈电阻器的反相放大器对从电压跟随器输出的电压Vin2执行反相放大，并且输出该电压作为电压Vout2。应当注意，开关电容器SC1的电阻值Rsc可响应于提供的时钟的频率而变化。
在这种情况下，因为阻性元件R1a,R2a以及R3a被提供在芯片上，因此这些阻性元件的电阻值可能由于制造中的不均衡度或外部因素而改变。应当注意，这里假设：由于设计过程以及布局过程中的器件，这些电阻值以大致相同的比率以及大致相同的趋势改变。
此时，在IV放大器的输出电压Vout1以及基准电压Vref之间的差分电压ΔVout1，以及在反相放大器的输出电压Vout2以及基准电压Vref之间的差分电压ΔVout2分别由下述表达式(3)和(4)表示。
应当注意，ΔVin2代表在电压跟随器的输出电压Vin2和基准电压Vref之间的差分电压，Rsc代表开关电容器SC1的电阻值，Iin代表电流Iin的电流值，R1a代表阻性元件R1a的电阻值，且R3a代表阻性元件R3a的电阻值。在本实例中，将说明开关SW11a以及SW21a接通的情况。
ΔVout1＝-Iin·R1a…(3)
ΔVout2＝-(Rsc/R3a)·ΔVin2…(4)
因为建立了ΔVout1＝ΔVin2，因此建立下述表达式(5)。
ΔVout2＝(R1a/R3a)·Rsc·Iin…(5)
这里，如上所述，芯片上的阻性元件R1a以及R3a的电阻值以大致相同的比率以及大致相同的趋势改变。因此，在电阻比值R1a/R3a中，消除了阻性元件R1a以及R3a的电阻值的变化量。而且，开关电容器SC1不太受制造中的不均衡度等的影响，因此能以高精度保持所需电阻值。因此，即使在电阻元件提供在芯片上的情况下，可变增益放大器VA4也能在不受制造中的不均衡度等的影响的情况下以高精度执行放大操作。
应当注意通过改变时钟频率而改变开关电容器SC1的电阻值，可改变可变增益放大器VA4的增益，因此并非必须为用于增益切换的IV放大器提供多个反馈路径。在一个反馈路径提供至IV放大器的情况下(例如，在仅提供延伸通过阻性元件R1a的一个反馈路径的情况下)，无需用于路径切换的开关(SW11a,SW12a,SW21a和SW22a)。因此，不必考虑开关的阻性分量的影响，且因此电压跟随器也变得并非必需。此外，与其中开关电容器用于IV放大器的阻性元件R1a的结构相比，可以抑制相对于电流Iin的时钟的影响。
如上所述，根据上述实施例1至4的半导体集成电路以及采用该半导体集成电路的可变增益放大器具备从连接至被提供在反馈路径上并位于与反馈路径隔离的芯片外部的阻性元件的焊盘延伸的信号线。因此，在不受提供在反馈路径上并位于芯片中的诸如ESD保护元件的阻性元件的影响的情况下，可以借助提供在反馈路径上并位于芯片外部的阻性元件的电阻值以高精度设定可变增益放大器的增益。应当注意，用于确定可变增益放大器的增益的阻性元件被提供在芯片外部，因此不会产生由于在芯片中提供元件而造成的制造中的不均衡度的问题。
在上文中，根据实施例说明了本发明的发明人提出的本发明，但是本发明不限于上述实施例且当然可在不脱离其主旨的情况下进行各种改变。
例如，在根据上述实施例的半导体器件中，半导体衬底，半导体层，扩散层(扩散区)等可具有相反的导电类型(p型或n型)。因此，在n型和p型中的一种导电类型被设定为第一导电类型且另一导电类型被设定为第二导电类型的情况下，所述第一导电类型可被设定为p型，且所述第二导电类型可被设定为n型。相反地，所述第一导电类型可被设定为n型，且所述第二导电类型可被设定为p型。
本领域技术人员可根据需要组合第一至第四实施例。
虽然已经根据若干实施例说明了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明可以处于随附权利要求的精神和范围内的各种变型而实现，且本发明不限于上述实例。
而且，权利要求的范围不受上述实施例的限制。
而且，注意到，申请人意图涵盖所有要求保护的元素的等同含义，即使在诉讼过程中进行修改。

Claims (20)

1.一种半导体集成电路，包括：
在以在外部的方式提供的第一阻性元件的一端侧上提供的第一焊盘；
在所述第一阻性元件的另一端侧上提供的第二焊盘；
运算放大器；
在所述运算放大器的输出端和所述第一焊盘之间布线的第一信号线；
在所述运算放大器的一个输入端和所述第二焊盘之间布线的第二信号线；
被提供至所述第一信号线的第一ESD保护元件；以及
第三信号线，通过所述第三信号线来传输所述第一焊盘的电压信号，所述第三信号线被连接至所述第一焊盘。
2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括：
在以在外部的方式提供的多个第一阻性元件中的每一个的一端侧上提供的多个第一焊盘；
在所述多个第一阻性元件中的每一个的另一端侧上提供的所述第二焊盘；
在所述运算放大器的所述输出端和所述多个第一焊盘之间分别布线的多个第一信号线；
多个第一开关，所述多个第一开关中的一个被选择性接通，所述多个第一开关被分别提供在所述多个第一信号线上；
被分别提供至所述多个第一信号线的多个第一ESD保护元件；
多个第三信号线，通过所述多个第三信号线来分别传输所述多个第一焊盘的电压信号，所述多个第三信号线被分别连接至所述多个第一焊盘；以及
多个第二开关，所述多个第二开关中的一个被选择性接通，所述多个第二开关被分别提供在所述多个第三信号线上。
3.根据权利要求2所述的半导体集成电路，其中，
所述运算放大器的所述一个输入端是反相输入端，
基准电压被提供至作为所述运算放大器的另一输入端的非反相输入端，以及
被提供至所述第二焊盘的输入电流被转换成所述电压信号。
4.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括：
在以在外部的方式提供的多个第一阻性元件中的每一个的一端侧上提供的所述第一焊盘；
在所述多个第一阻性元件中的每一个的另一端侧上提供的多个第二焊盘；
在所述运算放大器的所述一个输入端和所述多个第二焊盘之间分别布线的多个第二信号线；以及
多个第三开关，所述多个第三开关中的一个被选择性接通，所述多个第三开关被分别提供在所述多个第二信号线上。
5.根据权利要求4所述的半导体集成电路，其中，
所述运算放大器的所述一个输入端是反相输入端，
输入电压被提供至作为所述运算放大器的另一输入端的非反相输入端，以及
基准电压被通过第二阻性元件来提供至所述多个第一阻性元件中的每一个的所述另一端侧。
6.根据权利要求4所述的半导体集成电路，其中，
所述运算放大器的所述一个输入端是反相输入端，
基准电压被提供至作为所述运算放大器的另一输入端的非反相输入端，以及
输入电压被通过第二阻性元件来提供至所述多个第一阻性元件中的每一个的所述另一端侧。
7.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括：
次级电路，通过所述第三信号线来被传输的所述第一焊盘的电压信号被提供至所述次级电路。
8.根据权利要求7所述的半导体集成电路，其中，
所述次级电路是AD转换器。
9.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括：
被提供在所述第三信号线上的电压跟随器。
10.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括：
作为所述第一焊盘和所述第二焊盘的多个焊盘；
在所述运算放大器的所述输出端和所述多个焊盘之间分别布线的多个第一信号线；
被分别提供在所述多个第一信号线上的多个第一开关；
在所述运算放大器的所述一个输入端和所述多个焊盘之间分别布线的多个第二信号线；
被分别提供在所述多个第二信号线上的多个第三开关；
在所述运算放大器的另一输入端和所述多个焊盘之间分别布线的多个第四信号线；
被分别提供在所述多个第四信号线上的多个第四开关；
多个第三信号线，所述多个焊盘的电压信号被分别传输至所述多个第三信号线，所述多个第三信号线被分别连接至所述多个焊盘；以及
被分别提供在所述多个第三信号线上的多个第二开关。
11.一种可变增益放大器，包括：
所述多个第一阻性元件；以及
根据权利要求3所述的半导体集成电路。
12.一种可变增益放大器，包括：
所述多个第一阻性元件；
所述第二阻性元件；以及
根据权利要求5所述的半导体集成电路。
13.一种可变增益放大器，包括：
所述多个第一阻性元件；
所述第二阻性元件；以及
根据权利要求6所述的半导体集成电路。
14.一种传感系统，包括：
用于将所述输入电流作为测量结果来输出的传感器；
所述多个第一阻性元件；以及
根据权利要求3所述的半导体集成电路。
15.一种传感系统，包括：
用于将所述输入电压作为测量结果来输出的传感器；
所述多个第一阻性元件；
所述第二阻性元件；以及
根据权利要求5所述的半导体集成电路。
16.一种传感系统，包括：
用于将所述输入电压作为测量结果来输出的传感器；
所述多个第一阻性元件；
所述第二阻性元件；以及
根据权利要求6所述的半导体集成电路。
17.一种半导体集成电路，包括：
n个焊盘；
被分别提供在所述n个焊盘上的多个ESD保护元件；
运算放大器；以及
次级电路，
其中，
在所述n个焊盘中的第一焊盘和第二焊盘之间，连接有外部电阻器，所述第一焊盘被连接至所述运算放大器的输入，并且所述第二焊盘被连接至所述运算放大器的输出，由此使得能够形成所述运算放大器的反馈路径，以及
所述次级电路通过不同于所述反馈路径的路径来被连接至所述第二焊盘，并且以所述第二焊盘中产生的电压来被驱动。
18.根据权利要求17所述的半导体集成电路，其中，
所述n个焊盘中的至少两个焊盘被通过开关来连接至所述运算放大器的所述输入，并且通过改变所述开关来确定所述第一焊盘。
19.根据权利要求17所述的半导体集成电路，其中，
所述n个焊盘中的至少两个焊盘被通过开关来连接至所述运算放大器的所述输出，并且通过改变所述开关来确定所述第二焊盘。
20.根据权利要求17所述的半导体集成电路，其中，
所述次级电路是运算放大器。
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