CN106441695B - 半导体物理量传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够使输出特性的非线性降低的半导体物理量传感器装置。传感器部和特性校正电路的高电位侧与电源端子之间通过第一电源布线、第三电源布线连接。放大电路和基准电压电路的高电位侧与电源端子之间通过第二电源布线、第四电源布线连接。传感器部、放大电路、特性校正电路和基准电压电路的低电位侧连接到接地端子。在第三电源布线上连接有CR滤波器。在第四电源布线上连接有第一电阻。在输出端子与接地端子之间连接有第二电阻。放大电路为推挽输出型运算放大器。以抵消传感器部的输出特性的非线性的方式设定使放大电路的输出特性为相反特性的非线性的第一电阻的电阻值。

Description

半导体物理量传感器装置
技术领域
本发明涉及一种半导体物理量传感器装置。
背景技术
以往，作为压力传感器装置等半导体物理量传感器装置中的电磁波噪声对策而存在将用于阻隔外来的电磁波噪声的滤波电路搭载于IC芯片内的情况。例如，在用于汽车等的IC(Integrated Circuit：集成电路)芯片中，成为如下结构：将由电容和电阻(以下，称为滤波电阻)构成的CR滤波器以单级结构或二阶滤波器那样的多级结构连接到集成电路的电源布线和/或传感器输出布线。
对于以往的半导体物理量传感器装置的结构，以将CR滤波器以单级结构连接到电源布线的情况为例进行说明。图14是示出以往的半导体物理量传感器装置的结构的一例的电路图。图14所示的以往的半导体物理量传感器装置具备在电源端子(电源焊盘)111与接地端子(接地焊盘)113之间并联连接的传感器部101、运算放大器102、特性校正电路103和基准电压电路104等内部电路。在电源端子111上从外部施加有电源电位Vcc。在接地端子113上施加有接地电位GND。输出端子112将运算放大器102的输出电压Vout向外部输出。
在连接内部电路与电源端子111的电源布线S1上以单级结构连接有由电容106和滤波电阻107构成的CR滤波器105。滤波电阻107连接到电源布线S1。电容106的正极连接到滤波电阻107与运算放大器102之间，负极连接到运算放大器102与接地端子113之间。符号C1为电容106的电容。CR滤波器105作为去除输入到电源端子111的无线电噪声的低通滤波器而发挥功能，并抑制由电磁噪声引起的在电源布线S1上的电位波动。
作为这样地配置了CR滤波器的半导体物理量传感器装置，提出了如下装置：所述装置以使连接内部电路与电源焊盘的布线的构成CR滤波器的电阻的电阻值Rf、从电源焊盘到内部电路为止的布线的寄生电阻成分Rl满足[Rl/Rf×100<25]的关系式的方式选择布线的长度和宽度(例如，参照下述专利文献1。)。在下述专利文献1中，通过使寄生电阻成分Rl相对于构成CR滤波器的电阻的电阻值Rf为25％以下，来提高CR滤波器的性能。
此外，作为配置有CR滤波器的另一半导体物理量传感器装置，提出了如下所述的单点接地的装置：所述装置将电路基准电压用的接地布线与噪声滤波器用的接地布线分离，采用分开的结构，并使这些接地布线经由接地焊盘与键合线连接(例如，参照下述专利文献2。)。对于下述专利文献2，可防止在高频噪声被辐射和引入到传感器芯片(IC芯片)时的电路基准电压用的接地布线的电压波动，提高抗噪性。
此外，作为半导体物理量传感器装置的重要性能，除了上述的抗噪性高之外，还可列举传感器芯片的输出电压范围大。具体说来，理想的是能够使传感器芯片的输出电压范围大致为从电源电压的下限值(接地电位GND)到上限值(电源电位Vcc)为止的轨到轨(Rail-To-Rail)输出。作为轨到轨输出的运算放大器，提出有各种推挽输出型运算放大器(例如，参照下述专利文献3。)。
进一步地，作为表示半导体物理量传感器装置的性能的重要指标，可列举非线性(Non-linearity)。非线性是表示转换并输出的信号的大小Y相对于施加于传感器芯片的物理量的大小X是否为线性(一次)的指标。将具有二次的弯曲的实际输出电压Vout相对于传感器芯片的输出特性的理想的一次式Y＝aX+b(a、b：常数)的偏离程度进行数值化。传感器芯片的输出特性的理想值为非线性误差为零的状态，即未偏离理想的一次式的状态。
作为具备调整传感器芯片输出特性的非线性的结构的半导体物理量传感器装置，提出了如下装置，所述装置具备：将来自与压力对应的传感器元件部的输出放大并进行输出的电压放大部、和通过使电压放大部的输出电压反馈到基准电源电压，从而使电压放大部的输出电压具有相对于压力的非线性特性的输出电压反馈部(例如，参照下述专利文献4。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-310658号公报
专利文献2：日本特开2006-162421号公报
专利文献3：日本特开2004-222015号公报
专利文献4：日本特开2003-139638号公报
发明内容
技术问题
然而，在将上述专利文献3那样的推挽输出型运算放大器应用于上述专利文献1和上述专利文献2的情况下，具有如下问题。图9是示出推挽输出型运算放大器的消耗电流特性的一例的说明图。图9(a)中示出在推挽输出型的运算放大器102的输出端子与接地端子之间连接有电阻(反馈电阻)108的情况(RL＝50kΩ、100kΩ)、未连接电阻108的情况(RL≈∞)中的运算放大器102的消耗电流特性。图9(b)中示出根据电阻108的电阻值RL从电源端子111引出的电流Iamp输入到运算放大器102的状态。运算放大器102消耗电流Iamp使从连接到端子114的传感器部(未图示)输入到运算放大器102的非反相(+)输入端子的电压Vin+放大，并作为输出电压Vout输出。
如图9(a)所示，推挽输出型的运算放大器102的消耗电流Iamp与运算放大器102的输出电压Vout的增加呈比例地进行增加。其增加量(斜率)在未将电阻108连接到运算放大器102的情况(电阻值RL≈∞)下几乎没有变化，且在将电阻108连接到运算放大器102并使输出电压Vout放大的情况下，随着运算放大器102的电阻108越小而变得越大。即，基于电阻108的电阻值RL的电流量的电流Iamp从电源端子111引出，输入到运算放大器102而被消耗。图9(a)中，V0min、V0max分别为运算放大器102的输出电压Vout的下限值和上限值。Icc0为未在电源端子111上施加电源电位Vcc的状态(Vcc＝0)下的运算放大器102的消耗电流。
在图10、图11中示出将具有这样的消耗电流特性的推挽输出型的运算放大器102应用于上述以往的半导体物理量传感器装置(参照图14)的情况的非线性的产生机理。图10、图11是示出以往的半导体物理量传感器装置的非线性的产生机理的说明图。如图10所示，在连接推挽输出型的运算放大器102与电源端子111的电源布线S1上连接有CR滤波器105，在此情况下，在运算放大器102上消耗的电流Iamp经由CR滤波器105输入到运算放大器102。因此，运算放大器102的输出电压Vout和消耗电流Iamp一同根据由传感器部101检测到的物理量而增加(减少)。并且，根据运算放大器102的消耗电流Iamp的增加(减少)，在滤波电阻107上的电压降增加(减少)。
根据在滤波电阻107上的电压降的增加(减少)，连接滤波电阻107和各内部电路的电源布线S1a与接地布线G1之间的表面上的电位差(内部高电位电压Vdd)减少(增加)其增加的部分(减少的部分)ΔVdd(＝ΔIamp×Rs1)(参照图11(a))。由此，提供给各内部电路的内部高电位电压Vdd减少。提供给基准电压电路104的内部高电位电压Vdd减少(增加)，由此，从特性校正电路103提供给运算放大器102的反相(-)输入端子的电压减少(增加)。从特性校正电路103提供给运算放大器102的反相(-)输入端子的电压与提供给运算放大器102的电源端子的内部高电位电压Vdd一同减少(增加)，由此，运算放大器102的输出特性的非线性变差。即，运算放大器102的实际的输出特性131的非线性误差ΔVout变大，向正方向(负方向)的凸状的弯曲变大(参照图11(b))。
进一步地，根据提供给运算放大器102的内部高电位电压Vdd的减少(增加)，运算放大器102的线性的输出特性132的斜率变得比传感器芯片的理想的输出特性130的斜率小(大)。运算放大器102的线性的输出特性132是指运算放大器102的实际的输出特性131的未显示出非线性的状态(非线性误差ΔVout＝0)。传感器芯片的理想的输出特性130是指传感器芯片的输出特性的未偏离理想的一次式的状态。图11(a)、图11(b)中示出由于运算放大器102的输出电压Vout和消耗电流Iamp一同增加，内部高电位电压Vdd减少了在滤波电阻107上的电压降的增加的部分ΔVdd，运算放大器102的输出电压Vout的非线性误差ΔVout成为向正方向的凸状的弯曲(正误差)的情况。运算放大器102的实际的输出特性131的非线性误差ΔVout在可利用传感器部101检测的物理量(在图11中以压力进行图示)的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。
这样，运算放大器102的消耗电流Iamp的增加(减少)成为使如下负反馈(feedback)产生的主要原因，所述负反馈根据在滤波电阻107上的电压降而产生提供给运算放大器102的电源端子和反相输入端子的电压的误差。即，在作为电磁波噪声对策而具备CR滤波器105的以往的半导体物理量传感器装置中，将运算放大器102设为输出电压范围大的推挽输出型的情况会成为构成负反馈机制，并使运算放大器102的输出特性的非线性变差的主要原因。
此外，不仅是运算放大器102的输出特性，传感器部101的输出特性也产生基于传感器芯片的动作原理的非线性误差。传感器芯片的动作原理为将物理量(例如，在压力传感器芯片中为机械应力)转换为电信号。图12是示出以往的半导体物理量传感器装置的传感器部的输出特性的非线性的说明图。图12(a)中示出传感器部101的输出特性的非线性，图12(b)中示出压力传感器芯片140的剖面结构。
例如，在压力传感器芯片140中，通常在从背面侧(隔膜(Diaphragm)141的凹部侧)施加压力时(背面加压)，传感器部101的实际的输出特性151根据非线性误差ΔVsenout2而显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。进一步地，根据提供给传感器部101的内部高电位电压Vdd的减少的部分ΔVdd2，传感器部101的线性的输出特性152的斜率变得比压力传感器芯片140的理想的输出特性150的斜率小。传感器部101的线性的输出特性152是指传感器部101的实际的输出特性151的未显示出非线性的状态(非线性误差ΔVsenout2＝0)。传感器部101的实际的输出特性151的非线性误差ΔVsenout2在可利用传感器部101检测的压力的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。Vmin、Vmid2和Vmax2为压力Pmin、Pmid和Pmax时的输出电压。
另一方面，在从压力传感器芯片140的正面侧(半导体应变片142侧)施加压力时(正面加压)，传感器部101的实际的输出特性153根据非线性误差ΔVsenout1而显示出在负方向具有凸状的弯曲(即，在正方向具有凹状的弯曲)的非线性。进一步地，根据提供给传感器部101的内部高电位电压Vdd1的增加的部分ΔVdd1，传感器部101的线性的输出特性154(非线性误差ΔVsenout1＝0)的斜率变得比压力传感器芯片140的理想的输出特性150的斜率大。传感器部101的实际的输出特性153的非线性误差ΔVsenout1在可利用传感器部101检测的压力的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。Vmin、Vmid1和Vmax1为压力Pmin、Pmid和Pmax时的输出电压。
即，在同一条件下即使根据运算放大器102的消耗电流Iamp的增加(减少)而产生在滤波电阻107上的电压降，传感器部101的输出特性的非线性的弯曲的方向也根据对传感器芯片的加压方向而不同。传感器芯片的最终产品时的输出成为对运算放大器102的输出特性的非线性与传感器部101的输出特性的非线性进行合计而得到的输出。因此，也有可能运算放大器102的输出特性的非线性将传感器部101的输出特性的非线性抵消，从而使传感器芯片的输出特性的非线性降低(接近于零)，运算放大器102的输出特性的非线性不一定使传感器芯片的输出特性的非线性变差。
然而，在上述专利文献1中，在采用了推挽输出型的运算放大器的情况下，电磁噪声对策与传感器芯片的输出特性的非线性的降低处于此消彼长(Trade off)的关系。图13是示出以往的半导体物理量传感器装置的输出特性的非线性的一例的特性图。如图13(a)所示，在使用了正面加压型传感器芯片的情况下，且假定运算放大器的实际的输出特性162显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。在此情况下，由于传感器部的输出特性161显示出在负方向具有凸状的弯曲的非线性，所以将传感器部的实际的输出特性161的非线性误差ΔVsenout1与运算放大器的实际的输出特性162的非线性误差ΔVopout1进行合计，传感器芯片的实际的输出特性163的非线性误差ΔVout1减少。非线性误差ΔVopout1、ΔVsenout1为以传感器芯片的理想的输出特性160为基准的误差。
另一方面，如图13(b)所示，在使用了背面加压型传感器芯片的情况下，传感器部的实际的输出特性171与正面加压型传感器芯片对称地显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。即，传感器部的实际的输出特性171和运算放大器的实际的输出特性172都显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。在此情况下，运算放大器的实际的输出特性172的非线性误差ΔVopout2使传感器部的实际的输出特性171的非线性误差ΔVsenout2增大，导致传感器芯片的实际的输出特性173的非线性误差ΔVout2增加。非线性误差ΔVopout2、ΔVsenout2为以传感器芯片的理想的输出特性170为基准的误差。这样，在上述专利文献1中，难以配合传感器部的输出特性而确保电路设计上和制造上的余量(Margin)。
在上述专利文献2中，通过将电源布线和接地布线都分离为内部电源电压用和噪声对策用，来防止在该布线上的电压波动，并且与上述专利文献1相比可减少运算放大器的输出特性的非线性误差。然而，关于传感器部的输出特性的非线性并未考虑。因此，在传感器部的输出特性的非线性非常小的情况下、或传感器部的输出特性与运算放大器的输出特性显示出在将彼此的非线性抵消的方向具有凸状的弯曲的非线性的情况下不会产生问题，但是在传感器部的输出特性与运算放大器的输出特性显示出在使彼此的非线性增大的方向具有凸状的弯曲的非线性的情况下，会产生与上述专利文献1相同的问题。
在上述专利文献4中，由于将传感器芯片的输出电压负反馈到传感器部的内部电源电压，因而存在将含有噪声的内部电源电压提供给传感器部的可能，存在抗噪性差的问题。此外，存在为了自动校正传感器芯片的输出特性的非线性而配置的电路数量多，电路规模变大的问题。此外，由于内部电路的数量变多，电源电压被分配给传感器部以外的内部电路，因此提供给传感器部的电源电压变低，传感器灵敏度变低。此外，在为了提高传感器灵敏度而增大了传感器部的输出电压的放大系数的情况下，有可能产生输出误差，因此存在设计困难的问题。
本发明的目的在于为了解决上述的现有技术的问题点，提供一种在具备推挽输出型的放大/减小电路，并在电源布线或接地布线或者电源布线和接地布线上均连接有CR滤波器的半导体物理量传感器装置中，能够降低传感器芯片的输出特性的非线性的半导体物理量传感器装置。
技术方案
为了解决上述课题，实现本发明的目的，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，具备：传感器元件，其生成与检测到的物理量相应的电信号；推挽输出型的放大电路，其将由所述传感器元件生成的电信号放大；电源端子，其提供电源电位；接地端子，其提供接地电位；输出端子，其将由所述放大电路放大的电信号向外部输出；第一电源布线，其将所述电源端子与所述传感器元件之间进行连接；第二电源布线，其将所述电源端子与所述放大电路之间进行连接；接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件以及所述放大电路的低电位侧之间进行连接；电磁噪声对策滤波电路，其连接在所述第一电源布线上，并由电阻单元和电容单元构成；第一电阻，其连接在所述第二电源布线上；第二电阻，其连接在所述输出端子与所述接地端子之间。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述发明中还具备：第一接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件之间进行连接；第二接地布线，其将所述接地端子与所述放大电路之间进行连接；第三电阻，其连接在所述第二接地布线上；第四电阻，其连接在所述电源端子与所述输出端子之间。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述的发明中，所述第一电阻由串联连接的多个第一电阻元件构成，所述第三电阻由串联连接的多个第二电阻元件构成，所述半导体物理量传感器装置具备：第一开关，其在多个所述第一电阻元件的每一个的两端与所述第一电阻元件并联连接；第二开关，其在多个所述第二电阻元件的每一个的两端与所述第二电阻元件并联连接；控制电路，其控制所述第一开关和所述第二开关的导通/断开。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述的发明中，还具备：第五电阻，其连接在所述电源端子与所述接地端子之间。
此外，为了解决上述课题，实现本发明的目的，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，具备：传感器元件，其生成与检测到的物理量相应的电信号；推挽输出型的放大电路，其将由所述传感器元件生成的电信号放大；电源端子，其提供电源电位；接地端子，其提供接地电位；输出端子，其将由所述放大电路放大的电信号向外部输出；第一接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件之间进行连接；第二接地布线，其将所述接地端子与所述放大电路之间进行连接；电源布线，其将所述电源端子与所述传感器元件以及所述放大电路的高电位侧之间进行连接；电磁噪声对策滤波电路，其连接在所述电源布线上，并由电阻单元和电容单元构成；第一电阻，其连接在所述第二接地布线上；第二电阻，其连接在所述电源端子与所述输出端子之间。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述发明中，以抵消由所述传感器元件生成的电信号的输出特性的非线性的方式，设定所述第一电阻的电阻值，所述第一电阻使由所述放大电路放大的电信号的输出特性为相反特性的非线性。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述发明中，以使第一式与第二式以一次式为轴呈线对称的方式，设定所述第一电阻的电阻值，所述第一式表示由所述传感器元件生成的电信号的输出特性，所述第二式表示由所述放大电路放大的电信号的输出特性，所述一次式表示从所述输出端子输出的信号的不含有非线性的输出特性。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述发明中，从传感器芯片的配置有所述传感器元件的正面侧施加压力来作为所述物理量。
此外，本发明的半导体物理量传感器装置的特征在于，在上述发明中，从传感器芯片的相对于配置有所述传感器元件的正面侧的相反一侧的背面侧施加压力来作为所述物理量。
技术效果
根据本发明的半导体物理量传感器装置，在具备推挽输出型的放大/减小电路，并在电源布线或接地布线或者电源布线和接地布线上均连接有CR滤波器的半导体物理量传感器装置中，能够有意地(intentional)使放大电路的输出特性的非线性以预定的非线性误差来产生。因此，具有能够通过放大电路的输出特性的非线性误差来减小传感器元件的输出特性的非线性误差，并能够降低传感器芯片的输出特性的非线性的效果。
附图说明
图1是示出实施方式1的半导体物理量传感器装置的结构的电路图。
图2是示出图1的放大电路的结构的电路图。
图3是示出实施方式1的半导体物理量传感器装置的动作的说明图。
图4是示出实施方式1的半导体物理量传感器装置的动作的特性图。
图5是示出实施方式2的半导体物理量传感器装置的结构的电路图。
图6是示出实施方式2的半导体物理量传感器装置的动作的说明图。
图7是示出实施方式2的半导体物理量传感器装置的动作的特性图。
图8是示出实施方式3的半导体物理量传感器装置的结构的电路图。
图9是示出推挽输出型运算放大器的消耗电流特性的一例的说明图。
图10是示出以往的半导体物理量传感器装置的非线性的产生机理的说明图。
图11是示出以往的半导体物理量传感器装置的非线性的产生机理的说明图。
图12是示出以往的半导体物理量传感器装置的传感器部的输出特性的非线性的说明图。
图13是示出以往的半导体物理量传感器装置的输出特性的非线性的一例的特性图。
图14是示出以往的半导体物理量传感器装置的结构的一例的电路图。
符号说明
1：传感器部
2：放大电路
3：特性校正电路
4：基准电压电路
5：CR滤波器
6：电容
7：滤波电阻
8、9、48、49、69：电阻
11：电源端子
12：输出端子
13：接地端子
21：p沟道型MOSFET
22：n沟道型MOSFET
61a～61c、62a～62c：电阻元件
63：存储器-译码电路
G1、G2、G11、G11a、G12、G12a：接地布线
GND：接地电位
S1、S1a、S2、S2a、S3：电源布线
SWga～SWgc、SWsa～SWsc：开关
V1：输出布线
Vcc：电源电位
Vdd1、Vdd2：内部高电位电压
Vout：放大电路的输出电压
Vss：内部低电位电压
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的半导体物理量传感器装置的优选实施方式。应予说明，在以下的实施方式的说明以及附图中，对同样的结构标记相同的符号，并省略重复的说明。
(实施方式1)
对实施方式1的半导体物理量传感器装置的结构进行说明。图1是示出实施方式1的半导体物理量传感器装置的结构的电路图。图2是示出图1的放大电路的结构的电路图。图1所示的实施方式1的半导体物理量传感器装置具备：传感器部1、放大电路2、特性校正电路3、基准电压电路4、CR滤波器5和电阻8(以下，称为第一电阻)、电阻9(以下，称为第二电阻)等内部电路；和三个端子11～13。这些内部电路，例如仅由能够通过CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补型金属-氧化膜-半导体)制造工艺在同一半导体芯片(传感器芯片：未图示)中制造的有源元件和无源元件构成。
具体说来，传感器部1为生成与检测到的物理量相应的电信号(电压信号)的传感器元件。物理量是指例如压力、加速度、回转(gyro)(角度和/或角速度)、流量等依赖于温度的除了温度以外的物理量。例如，在传感器部1检测的物理量为压力的情况下，传感器芯片可以设为图12(b)所示的压力传感器芯片140。具有作为从半导体基板(硅基板)的背面进行凹陷加工而形成的受压部的隔膜141，并在正面侧制作传感器部1等各内部电路。作为传感器部1配置由四个压电电阻元件(传感器元件)构成的惠斯通电桥，所述四个压电电阻元件将由隔膜141所承受的压力转换为形变。两个半导体应变片142表示两个压电电阻元件，并由通过来自正面的杂质的离子注入和热处理而形成的扩散区域构成。除了传感器部1以外的内部电路可以形成在除了隔膜141以外的半导体基板厚的区域的表面层等。此外，也可以将除了传感器部1以外的内部电路形成在与传感器芯片140不同的半导体基板(未图示)上。此外，本实施方式的传感器芯片具备从正面侧施加压力的正面加压型的通常结构。
放大电路2为将从传感器部1输出的信号放大的推挽输出型的运算放大器。具体说来，在放大电路2的非反相(+)输入端子上连接传感器部1，在放大电路2的反相(-)输入端子上连接特性校正电路3。放大电路2将从传感器部1和特性校正电路3分别输入到非反相输入端子和反相输入端子的电压信号的差放大并作为输出电压Vout输出。放大电路2的输出电压Vout作为传感器芯片的输出而经由输出布线V1从输出端子(输出焊盘)12向外部输出。
放大电路2中的推挽输出电路部是通过将p沟道型的第一MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：绝缘栅型场效应晶体管)21的漏极与n沟道型的第二MOSFET22的漏极之间连接而成(图2(a))。第二MOSFET22的栅极电位与第一MOSFET21的栅极电位联动地进行控制。以使第二MOSFET22的电阻值随着第一MOSFET21的电阻值变低(变高)而变高(变低)的方式使第一MOSFET21、第二MOSFET22动作，由此控制放大电路2的输出电压Vout。第一MOSFET21、第二MOSFET22还可以等效地表示为可变电阻(图2(b))。如前所述那样通过使彼此的电阻值联动地进行变化来控制输出电压Vout，由于该联动动作是反相的，所以被称为推挽输出型。
特性校正电路3对于放大电路2进行考虑了温度特性的传感器部1的灵敏度调整和/或考虑了温度特性的偏移(offset)调整。基准电压电路4基于由后述的第二电源布线S2a提供的内部高电位电压Vdd2生成适合于特性校正电路3的驱动的基准电压，并提供给特性校正电路3。在电源端子(电源焊盘)11上从外部施加有电源电位Vcc。在接地端子(接地焊盘)13上从外部施加有接地电位GND。传感器部1、放大电路2、特性校正电路3和基准电压电路4并联连接在电源端子11与接地端子13之间。
具体说来，在电源端子11上并联地电连接有两个电源布线(以下，称为第一电源布线S1a、第二电源布线S2a)。在第一电源布线S1a上连接有传感器部1和特性校正电路3的高电位侧，在第二电源布线S2a上连接有放大电路2和基准电压电路4的高电位侧。传感器部1、放大电路2、特性校正电路3和基准电压电路4的低电位侧经由接地布线(以下，称为第一接地布线)G1连接到接地端子13。
第一电源布线S1a通过第三电源布线S 1连接到电源端子11。第一电源布线S1a将内部高电位电压Vdd1提供给传感器部1和特性校正电路3。就第一电源布线S1a而言，从电源端子11经由第三电源布线S1和连接到第三电源布线S1的后述的滤波电阻7而被提供有电源电位Vcc。第一电源布线S1a与接地布线G1之间的表面上的电位差(内部高电位电压Vdd1)根据在滤波电阻7上的电压降的减少而增加。
第二电源布线S2a通过第四电源布线S2连接到电源端子11。第二电源布线S2a将内部高电位电压Vdd2提供给放大电路2和基准电压电路4。就第二电源布线S2a而言，从电源端子11经由第四电源布线S2和连接到第四电源布线S2的第一电阻8而被提供有电源电位Vcc。第二电源布线S2a与接地布线G1之间的表面上的电位差(内部高电位电压Vdd2)根据在第一电阻8上的电压降的增加而减少。
在第三电源布线S1上以例如单级结构连接有由电容6和电阻(滤波电阻)7构成的CR滤波器5。滤波电阻7连接到第三电源布线S1。电容6的正极连接到滤波电阻7与传感器部1之间，电容6的负极连接到放大电路2与接地端子13之间。符号C1为电容6的电容。CR滤波器5作为去除输入到电源端子11的无线电噪声的低通滤波器而发挥功能，并抑制由电磁噪声引起的在第一电源布线S1a上的电位波动。
在第四电源布线S2上连接有第一电阻8。第一电阻8通过电压降使第二电源布线S2a与接地布线G1之间的表面上的电位差减少，并具有以预定的非线性误差ΔVopout1在放大电路2的输出特性上产生在正方向具有凸状的弯曲(正误差)的非线性的功能(参照后述图4)。放大电路2的输出特性的非线性误差ΔVopout1可通过第一电阻8的电阻值Rs2来调整。第一电阻8的电阻值Rs2可以通过在第四电源布线S2上串联连接多个第一电阻8来调整。
第三电源布线S1、第四电源布线S2可以采用将第四电源布线S2连接到第三电源布线S1上的连接点的结构，或者采用将第三电源布线S1连接到第四电源布线S2上的连接点的结构。此外，也可以采用将第三电源布线S1、第四电源布线S2一同连接到电源端子11的一点的所谓的单点电源布线，从而消除共模阻抗的结构。图1中示出将第四电源布线S2连接到第三电源布线S1上的连接点的结构。
在连接到输出端子12与接地端子13之间的接地布线(以下，称为第二接地布线)G2上连接有第二电阻9。第二电阻9为具有通过放大电路2的输出电压Vout的增加使放大电路2的消耗电流I1增加的功能的反馈电阻。放大电路2的消耗电流I1相对于放大电路2的输出电压Vout的增加量可通过第二电阻9的电阻值Rd2来调整。通过第二电阻9的电阻值Rd2，也可以调整放大电路2的输出特性的非线性。
第二电阻9的电阻值Rd2也可以通过在第二接地布线G2上串联连接多个第二电阻9等来调整，但是，优选为在第二接地布线G2上连接一个第二电阻9。其理由是因为：能够在如后所述那样电源布线在与共用三个端子11～13的外部电路之间断开时，作为用于检测断线故障的上拉电阻而发挥功能。因此，优选地，在第二接地布线G2上连接一个第二电阻9，并通过第一电阻8的电阻值Rs2调整放大电路2的输出特性的非线性。
接下来，对实施方式1的半导体物理量传感器装置的动作进行说明。图3是示出实施方式1的半导体物理量传感器装置的动作的说明图。图4是示出实施方式1的半导体物理量传感器装置的动作的特性图。在图3中利用虚线箭头示出电流I1的流动。如上所述，放大电路2为推挽输出型，且在放大电路2的输出端子与接地端子13之间连接有第二电阻9，因此放大电路2的消耗电流I1根据放大电路2的输出电压Vout的增加而增加。如图3所示，电流从放大电路2的输出端子经由第二电阻9而流向接地端子13，由此根据第二电阻9的电阻值Rd2，电流I1(＝Vout/Rd2)被从电源端子11引出。即，放大电路2的消耗电流I1的增加量ΔI1可通过第二电阻9的电阻值Rd2确定。
根据放大电路2的消耗电流I1的增加，在第一电阻8上的电压降增加。其结果，第二电源布线S2a与接地布线G1之间的表面上的电位差(内部高电位电压Vdd2)减少了在第一电阻8上的电压降的增加的部分。在设定第二电源布线S2a与接地布线G1之间的表面上的电位差的减少量时，要预先掌握放大电路2的输出特性的非线性对第二电源布线S2a与接地布线G1之间的表面上的电位差的依赖性。并且，以抵消传感器部1的输出特性的非线性的方式，设定使放大电路2的输出特性为相反特性的非线性的第一电阻8的电阻值Rs2即可。优选地，可以以使传感器部1的实际的输出特性的非线性误差的绝对值与放大电路2的实际的输出特性的非线性误差的绝对值大致相同的方式设定第一电阻8的电阻值Rs2。
通过第二电源布线S2a与接地布线G1之间的表面上的电位差减少，提供给基准电压电路4和放大电路2的内部高电位电压Vdd2减少。根据提供给基准电压电路4的内部高电位电压Vdd2的减少，从特性校正电路3提供给放大电路2的反相输入端子的电压减少。即，从特性校正电路3提供给放大电路2的对放大电路2的校正量根据在第一电阻8上的电压降而减少了内部高电位电压Vdd2的减少的部分ΔVdd2(＝ΔI1×Rs2)。
这样，基于第一电阻8的电阻值Rs2、第二电阻9的电阻值Rd2，使从特性校正电路3提供给放大电路2的反相输入端子的电压与提供给放大电路2的电源端子的内部高电位电压Vdd2一同减少。由此，放大电路2的实际的输出特性31以预定的非线性误差ΔVopout1显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。并且，根据提供给放大电路2的内部高电位电压Vdd2的减少，放大电路2的线性的输出特性32的斜率变得比传感器芯片的理想的输出特性30的斜率小。放大电路2的线性的输出特性32是指放大电路2的实际的输出特性31的未显示出非线性的状态(非线性误差ΔVopout1＝0)。传感器芯片的理想的输出特性30是指传感器芯片的输出特性的未偏离理想的一次式的状态。即，通过调整第一电阻8的电阻值Rs2、第二电阻9的电阻值Rd2，有意地使放大电路2的实际的输出特性31的非线性误差ΔVopout1为正误差(图4(a))。放大电路2的实际的输出特性31的非线性误差ΔVopout1在可利用传感器部1检测的物理量(在图4中以压力进行图示)的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。
另一方面，传感器部1的实际的输出特性33基于正面加压型传感器芯片的动作原理而以非线性误差ΔVsenout1显示出在负方向具有凸状的弯曲(即，在正方向具有凹状的弯曲)的非线性。进一步地，根据提供给传感器部1的内部高电位电压Vdd1的增加的部分ΔVdd1，传感器部1的线性的输出特性的斜率变得比传感器芯片的理想的输出特性30的斜率大(参照图12的符号154)。传感器部1的线性的输出特性是指传感器部1的实际的输出特性33的未显示出非线性的状态(非线性误差ΔVsenout1＝0)。即，传感器部1的实际的输出特性33的非线性误差ΔVsenout1成为负误差(图4(b))。传感器芯片的动作原理是指将物理量(例如，在压力传感器芯片中为机械应力)转换为电信号。传感器部1的实际的输出特性33的非线性误差ΔVsenout1在可利用传感器部1检测的压力的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。
即，传感器芯片的输出特性的非线性误差ΔVout1成为传感器部1的实际的输出特性33的非线性误差ΔVsenout1与有意地在放大电路2中产生的放大电路2的实际的输出特性31的非线性误差ΔVopout1的合计值(ΔVout1＝ΔVsenout1+ΔVopout1)。因此，以使传感器部1的实际的输出特性33的非线性误差ΔVsenout1与放大电路2的实际的输出特性31的非线性误差ΔVopout1的合计值(非线性误差ΔVsenout1、ΔVopout1的绝对值的差)接近于零的方式，设定第一电阻8的电阻值Rs2。即，优选地，以使传感器部1的实际的输出特性的非线性与放大电路2的实际的输出特性的非线性以传感器芯片的理想的输出特性为轴大致呈线对称的方式设定第一电阻8的电阻值Rs2。由此，能够减小传感器芯片的输出特性的非线性误差ΔVout1。此外，能够使对传感器部1和放大电路2的实际的输出特性33、31进行合计的输出特性的未显示出非线性的状态(线性的输出特性)的斜率接近于传感器芯片的理想的输出特性30的斜率。因此，能够提高产品(半导体物理量传感器装置)的最终输出的非线性。在图4(b)中示出传感器部1的实际的输出特性33的非线性误差ΔVsenout1由放大电路2的实际的输出特性31的非线性误差ΔVopout1抵消，并实现了传感器芯片的理想的输出特性30的状态，即传感器芯片的输出特性的非线性误差ΔVout1为零的状态(ΔVout1＝0)。
如以上所说明，根据实施方式1，通过将传感器部和特性校正电路的高电位侧所连接的第一电源布线与放大电路和基准电压电路的高电位侧所连接的第二电源布线并联连接到电源端子，并在第二电源布线与电源端子之间连接预定的电阻值的电阻，能够有意地使放大电路的输出特性的非线性以预定的非线性误差来产生。因此，能够以显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性的方式调整放大电路的输出特性。即，能够针对基于正面加压型传感器芯片的动作原理而使得传感器部的输出特性的非线性误差成为负误差的情况，有意地将放大电路的输出特性的非线性误差调整为正误差。因此，通过将传感器部的输出特性的非线性误差与放大电路的输出特性的非线性误差进行合计，使传感器芯片的输出特性的非线性误差接近于零。由此，能够使传感器芯片的输出特性接近于传感器芯片的线性的输出特性。此外，通过以使传感器部的线性的输出特性与放大电路的线性的输出特性以传感器芯片的理想的输出特性为轴呈相反特性的方式设定第一电阻，能够计算放大电路的输出特性与传感器部的输出特性的合计。由此，因为传感器芯片的输出特性接近于理想的输出特性，所以能够降低传感器芯片的输出特性的非线性。进一步地，如果传感器部的线性的输出特性与放大电路的线性的输出特性以传感器芯片的理想的输出特性为轴大致呈线对称，则能够通过放大电路的输出特性的非线性将传感器部的输出特性与放大电路的输出特性的线性抵消。
这样，根据实施方式1，能够使传感器芯片的输出特性的非线性比以往降低，并且连接到第三电源布线的滤波电阻作为去除输入到电源端子的无线电噪声的低通滤波器而发挥功能。因此，能够改善电磁噪声对策与传感器芯片的输出特性的非线性的降低的此消彼长。此外，根据实施方式1，由于在与放大电路的高电位连接的第二电源布线上未连接有滤波电阻，所以由滤波电阻的电压降带来的不良影响不会影响到放大电路的输出特性。因此，能够在与传感器部的输出特性不同的条件下调整放大电路及其上一级的内部电路的输出特性。由此，电路设计变得容易。此外，根据实施方式1，为了降低传感器芯片的输出特性的非线性而仅进行电源布线的分割和电阻的追加即可，因此搭载于传感器芯片的内部电路的数量不会增加。由此，能够减小电路规模，因此不会发生工序的追加和/或传感器芯片的大型化。因此，能够降低芯片尺寸和/或制造成本。此外，搭载于传感器芯片的内部电路的数量不会增加，由此能够维持提供给传感器部的内部高电位电压，因此，能够防止传感器灵敏度变低。
(实施方式2)
接下来，对实施方式2的半导体物理量传感器装置的结构进行说明。图5是示出实施方式2的半导体物理量传感器装置的结构的电路图。实施方式2的半导体物理量传感器装置与实施方式1的半导体物理量传感器装置的不同之处在于具有用于使用如下传感器芯片的布线结构，所述传感器芯片具备从背面侧(隔膜的凹部侧)施加压力的背面加压型的通常结构。
传感器部1的输出特性基于背面加压型传感器芯片的动作原理，显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。因此，实施方式2的半导体物理量传感器装置具备：以使放大电路2的输出特性显示出在负方向具有凸状的弯曲的非线性的方式使各内部电路动作的结构。具体说来，实施方式2的半导体物理量传感器装置与实施方式1的半导体物理量传感器装置有下述两点不同。
第一个不同点为在接地端子13上电连接两个接地布线(以下，称为第一接地布线、第二接地布线)G11a、G12a从而代替在电源端子上并联连接两个电源布线。在第一接地布线G11a上连接有传感器部1和特性校正电路3的低电位侧，在第二接地布线G12a上连接有放大电路2和基准电压电路4的低电位侧。传感器部1、放大电路2、特性校正电路3和基准电压电路4的高电位侧连接到电源布线(以下，称为第一电源布线)S 1a。
第一接地布线G11a通过第三接地布线G11连接到接地端子13。就第一接地布线G11a而言，从接地端子13经由第三接地布线G11而被提供有接地电位GND。第二接地布线G12a通过第四接地布线G12连接到接地端子13。就第二接地布线G12a而言，从接地端子13经由第四接地布线G12和连接到第四接地布线G12的电阻(以下，称为第三电阻)48而被提供有接地电位GND。
第三电阻48通过电压降使第二接地布线G12a与接地布线G11的表面上的电位差(内部低电位电压Vss)增加，具有以预定的非线性误差ΔVopout2在放大电路2的输出特性上产生在负方向具有凸状的弯曲(负误差)的非线性的功能(参照后述图7)。放大电路2的输出特性的非线性误差ΔVopout2可通过第三电阻48的电阻值Rg1来调整。第三电阻48的电阻值Rg1可以通过在第四接地布线G12上串联连接多个第三电阻48来调整。
第一电源布线S1a通过电源布线(以下，称为第三电源布线)S1连接到电源端子11。在第三电源布线S1上以例如单级结构连接有由电容6和滤波电阻7构成的CR滤波器5。滤波电阻7连接到第三电源布线S1。电容6的正极连接到滤波电阻7与放大电路2之间，电容6的负极连接到传感器部1与接地端子13之间。
第三接地布线G11、第四接地布线G12可以采用将第四接地布线G12连接到第三接地布线G11上的连接点的结构，或者采用将第三接地布线G11连接到第四接地布线G12上的连接点的结构。此外，也可以采用将第三接地布线G11、第四接地布线G12一同连接到接地端子13的一点的所谓的单点接地布线(单点接地)，从而消除共模阻抗的结构。图5中示出将第四接地布线G12连接到第三接地布线G11上的连接点的结构。
第二个不同点为将成为反馈电阻的电阻(以下，称为第四电阻)49连接在电源端子11与输出端子12之间，而不是输出端子12与接地端子13之间。第四电阻49连接到在电源端子11与输出端子12之间连接的电源布线(以下，称为第五电源布线)S3上。流入放大电路2的输出端子的电流相对于放大电路2的输出电压Vout的增加量可通过第四电阻49的电阻值Rd1来调整。通过第四电阻49的电阻值Rd1也可以调整放大电路2的输出特性的非线性。
第四电阻49的电阻值Rd1也可以通过在第五电源布线S3上串联连接多个第四电阻49等来调整，但是，优选为在第五电源布线S3上连接一个第四电阻49。其理由是因为：能够在如后述那样接地布线在与共用三个端子11～13的外部电路之间断开时，作为用于检测断线故障的下拉电阻而发挥功能。因此，优选地，在第五电源布线S3上连接一个第四电阻49，并通过第三电阻48的电阻值Rg1调整放大电路2的输出特性的非线性。
接下来，对实施方式2的半导体物理量传感器装置的动作进行说明。图6是示出实施方式2的半导体物理量传感器装置的动作的说明图。图7是示出实施方式2的半导体物理量传感器装置的动作的特性图。在图6中利用虚线箭头示出电流I2的流动。如上所述，放大电路2为推挽输出型，且在放大电路2的输出端子与电源端子11之间连接有第四电阻49，因此从放大电路2的输出端子流入放大电路2的电流根据放大电路2的输出电压Vout的减少而增加。如图6所示，从放大电路2的输出端子流入放大电路2内的电流从放大电路2的接地端子经由第二接地布线G12a和第三电阻48而流向接地端子13。根据第四电阻49的电阻值Rd1，电流I2(＝Vout/Rd1)被从电源端子11引出。即，经由放大电路2流过第二接地布线G12a的电流I2的增加量ΔI2可通过第四电阻49的电阻值Rd1确定。
根据经由放大电路2流过第二接地布线G12a的电流I2的增加，在第三电阻48上的电压降增加。其结果，第二接地布线G12a与接地布线G11之间的电位差(内部低电位电压Vss)增加了在第三电阻48上的电压降的增加的部分。即，经由放大电路2流过第二接地布线G12a的电流I2越增加，第二接地布线G12a的表面上的接地电位越高。在设定经由放大电路2流过第二接地布线G12a的电流I2的增加量时，要预先掌握放大电路2的输出特性的非线性对第二接地布线G12a的电位的依赖性。并且，以抵消传感器部1的输出特性的非线性的方式，设定使放大电路2的输出特性为相反特性的非线性的第三电阻48的电阻值Rg1即可。优选地，可以以使传感器部1的输出特性的非线性误差的绝对值与放大电路2的输出特性的非线性误差的绝对值大致相同的方式设定第三电阻48的电阻值Rg1。
通过第二接地布线G12a与接地布线G11之间的表面上的电位差增加，提供给基准电压电路4的内部低电位电压Vss增加。根据提供给基准电压电路4的内部低电位电压Vss的增加，从特性校正电路3提供给放大电路2的反相输入端子的电压增加。即，从特性校正电路3提供给放大电路2的对放大电路2的校正量根据在第三电阻48上的电压降，而增加了内部低电位电压Vss的增加的部分ΔVss(＝ΔI2×Rg1)。
这样，基于第三电阻48的电阻值Rg1、第四电阻49的电阻值Rd1，使从特性校正电路3提供给放大电路2的反相输入端子的电压与提供给放大电路2的接地端子的内部低电位电压Vss一同增加。由此，放大电路2的实际的输出特性51以预定的非线性误差ΔVopout2显示出在负方向具有凸状的弯曲(即，在正方向具有凹状的弯曲)的非线性。并且，根据提供给放大电路2的内部低电位电压Vss的增加，放大电路2的线性的输出特性52与传感器芯片的理想的输出特性50相比斜率变小，截距变大。放大电路2的线性的输出特性52是指放大电路2的实际的输出特性51的未显示出非线性的状态(非线性误差ΔVopout2＝0)。传感器芯片的理想的输出特性50是指传感器芯片的输出特性的未偏离理想的一次式的状态。即，通过调整第三电阻48的电阻值Rg1、第四电阻49的电阻值Rd1，有意地使放大电路2的实际的输出特性51的非线性误差ΔVopout2为负误差(图7(a))。放大电路2的实际的输出特性51的非线性误差ΔVopout2在可利用传感器部1检测的物理量(在图7中以压力进行图示)的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。
另一方面，传感器部1的实际的输出特性53基于背面加压型传感器芯片的动作原理而以非线性误差ΔVsenout2显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性。进一步地，根据提供给传感器部1的内部高电位电压Vdd1的减少的部分ΔVdd1，传感器部1的线性的输出特性的斜率变得比传感器芯片的理想的输出特性50的斜率小(参照图12的符号152)。传感器部1的线性的输出特性是指传感器部1的实际的输出特性53的未显示出非线性的状态(非线性误差ΔVsenout2＝0)。即，传感器部1的实际的输出特性53的非线性误差ΔVsenout2成为正误差(图7(b))。传感器部1的实际的输出特性53的非线性误差ΔVsenout2在可利用传感器部1检测的压力的下限值Pmin与上限值Pmax的中间的压力Pmid下成为最大。应予说明，从第四电阻49经由输出布线V1而流到放大电路2的电流I2与第一电源布线S1a、第二电源布线S1无关，因此，不会产生由该电流I2引起的在第一电源布线S1a、第二电源布线S1上的电压波动。
即，与实施方式1同样地，传感器芯片的输出特性的非线性误差ΔVout2成为传感器部1的实际的输出特性53的非线性误差ΔVsenout2与有意地在放大电路2中产生的放大电路2的实际的输出特性51的非线性误差ΔVopout2的合计值(ΔVout2＝ΔVsenout2+ΔVopout2)。因此，以使传感器部1的实际的输出特性53的非线性误差ΔVsenout2与放大电路2的实际的输出特性51的非线性误差ΔVopout2的合计值接近于零的方式设定第三电阻48。即，优选地，以使传感器部1的实际的输出特性的非线性与放大电路2的实际的输出特性的非线性以传感器芯片的理想的输出特性为轴大致呈线对称的方式设定第三电阻48的电阻值Rg1。由此，能够减小传感器芯片的输出特性的非线性误差ΔVout2。此外，能够使对传感器部1和放大电路2的实际的输出特性53、51进行了合计的输出特性的未显示非线性的状态(线性的输出特性)的斜率接近于传感器芯片的理想的输出特性50的斜率。因此，能够提高产品的最终输出的非线性。在图7(b)中示出传感器部1的实际的输出特性53的非线性误差ΔVsenout2由放大电路2的实际的输出特性51的非线性误差ΔVopout2抵消，并实现了传感器芯片的理想的输出特性50的状态，即传感器芯片的输出特性的非线性误差ΔVout2为零的状态(ΔVout2＝0)。
如以上所说明，根据实施方式2，即使是使用背面加压型传感器芯片的情况下，也能够获得与实施方式1同样的效果。
(实施方式3)
接下来，对实施方式3的半导体物理量传感器装置的结构进行说明。图8是示出实施方式3的半导体物理量传感器装置的结构的电路图。实施方式3的半导体物理量传感器装置为将实施方式2应用于实施方式1的装置。即，实施方式3的半导体物理量传感器装置具备：用于使用正面加压型传感器芯片的布线结构(第一电阻8、第二电阻9)，和用于使用背面加压型传感器芯片的布线结构(第三电阻48、第四电阻49)。
具体说来，与实施方式1同样地，连接传感器部1和特性校正电路3的高电位侧的第一电源布线S1a与连接放大电路2和基准电压电路4的高电位侧的第二电源布线S2a并联地电连接到电源端子11。第一电源布线S1a、第二电源布线S2a分别通过第三电源布线S1、第四电源布线S2连接到电源端子11。在第三电源布线S1上连接有CR滤波器5，在第四电源布线S2上连接有第一电阻8。在连接到输出端子12与接地端子13之间的接地布线(以下，称为第五接地布线)G13上连接有第二电阻9。
并且，与实施方式2同样地，连接传感器部1和特性校正电路3的低电位侧的第一接地布线G11a与连接放大电路2和基准电压电路4的低电位侧的第二接地布线G12a并联地电连接到接地端子13。第一接地布线G11a、第二接地布线G12a分别通过第三接地布线G11、第四接地布线G12连接到接地端子13。在第四接地布线G12上连接有第三电阻48。在连接到电源端子11与输出端子12之间的电源布线(以下，称为第五电源布线)S3上连接有第四电阻49。
并且，在实施方式3中，作为第一电阻8而在第四电源布线S2上串联连接有多个(这里为三个)电阻元件61a～61c。在各电阻元件61a～61c中的每一个的两端，与各电阻元件61a～61c分别并联地连接有开关SWsa～SWsc。作为第三电阻48而在第四接地布线G12上串联连接有多个(这里为三个)电阻元件62a～62c。在各电阻元件62a～62c中的每一个的两端，与各电阻元件62a～62c分别并联地连接有开关SWga～SWgc。构成第一电阻8、第三电阻48的每一个的电阻元件的数量可根据规格进行各种变更。
开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc分别对电阻元件61a～61c、62a～62c的有效化和无效化进行切换。开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc例如为制造于传感器芯片的MOSFET。所有的开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc连接到存储器-译码电路(控制电路)63。存储器-译码电路63存储关于开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的导通/断开的组合的信息。存储器-译码电路63基于该信息控制提供给各开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的栅极电压，并调整第一电阻8、第三电阻48的电阻值。
例如，在使用正面加压型传感器芯片的情况下，存储器-译码电路63使开关SWga～SWgc导通，将连接到第四接地布线G12的电阻元件62a～62c无效化，由此降低接地布线侧的电阻值，并且，使开关SWsa～SWsc断开，将连接到第四电源布线S2的电阻元件61a～61c有效化，由此提高电源布线侧的电阻值。由此，能够获得与实施方式1同样的效果。此时，是否使开关SWsa～SWsc中的任一个开关断开，可根据传感器芯片的输出特性的非线性误差和/或各内部电路的制造偏差来进行各种变更。即，也可以调整电阻元件61a～61c的合成电阻(电阻值Rs2a～Rs2c)，从而阶段性地调整放大电路2的输出特性的非线性的程度。
另一方面，在使用背面加压型传感器芯片的情况下，存储器-译码电路63使开关SWsa～SWsc导通，将连接到第四电源布线S2的电阻元件61a～61c无效化，由此降低电源布线侧的电阻值，并且，使开关SWga～SWgc断开，将连接到第四接地布线G12的电阻元件62a～62c有效化，由此提高接地布线侧的电阻值。由此，能够获得与实施方式2同样的效果。此时，是否使开关SWga～SWgc中的任一个开关断开，可根据传感器芯片的输出特性的非线性误差和/或各内部电路的制造偏差来进行各种变更。即，也可以调整电阻元件62a～62c的合成电阻(电阻值Rg1a～Rg1c)，从而阶段性地调整放大电路2的输出特性的非线性的程度。
进一步地，也可以通过使开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc全部导通来将连接到第四电源布线S2和第四接地布线G12的所有的电阻元件61a～61c、62a～62c无效化。由此，放大电路2的输出特性的非线性成为仅在传感器芯片的电路结构上产生的最小的状态(即，有意地不使非线性产生的状态)。在此状态下测定的作为产品时的输出特性为传感器部1的输出特性的非线性。因此，能够在预先检测并预先掌握传感器部1的输出特性的非线性的状态下，确定开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的导通/断开状态。
具体说来，例如首先，通过存储器-译码电路63使开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc全部导通，使所有的电阻元件61a～61c、62a～62c无效化。然后，在使所有的电阻元件61a～61c、62a～62c无效化的状态下测定产品的输出特性，预先获取传感器部1的输出特性的非线性。接下来，基于预先获取的传感器部1的输出特性的非线性暂时确定(临时确定)开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的导通/断开条件。开关的导通/断开条件是指开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的导通/断开的组合。例如，在使用正面加压型传感器芯片的情况下，使开关SWga～SWgc全部导通，并且使开关SWsa～SWsc中的一个以上的开关断开，以此为开关的导通/断开条件。接下来，以暂时确定的开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的导通/断开条件为基准，在使第一电阻8(或第三电阻48)的电阻值增加或减少的同一开关的多个导通/断开条件下测定产品的输出特性。并且，基于这些测定结果确定非线性误差最小的开关SWsa～SWsc、SWga～SWgc的导通/断开条件即可。此时，除了传感器部1的输出特性的偏差的微调之外，也对放大电路2的输出特性的偏差进行微调。由此，可根据每个产品中的传感器部1和放大电路2的各输出特性的偏差来调整非线性。因此，能够提高传感器芯片的输出特性的调整精度。
此外，在电源端子11与接地端子13之间连接有电阻(以下，称为第五电阻)69。第二电阻9、第四电阻49、第五电阻69作为上拉电阻或下拉电阻而发挥功能，所述上拉电阻或下拉电阻用于在电源布线或接地布线在与共用三个端子(11～13)的外部电路之间断开时检测断线故障(例如，参照日本特开2003-304633号公报。)。即，第二电阻9、第四电阻49具有改善传感器芯片的输出特性的非线性的功能和检测断线故障的功能。因此，无需大幅增加元件数量就可实现多个功能，能够降低芯片尺寸和/或制造成本。
在以上内容中，本发明并不限于上述的各实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更。例如，在上述的各实施方式中，以在各布线上分别以单级结构连接CR滤波器的情况为例进行了说明，但是也可以将CR滤波器设置为二阶滤波器那样的多级结构，也可以设置为Π型(CRC)结构。此外，在上述的各实施方式中，以具备利用了硅(Si)的压电效应的压电电阻型的传感器芯片的情况为例进行说明，但是代替压电电阻型的传感器芯片也可以使用利用了平行平板的电容型的传感器芯片或利用了电阻丝应变片的传感器芯片。
产业上的可利用性
如以上所述，本发明的半导体物理量传感器装置可用于具备推挽输出型的放大/减小电路，并在电源布线或接地布线或者电源布线和接地布线上均连接有CR滤波器的半导体物理量传感器装置。

Claims (10)

1.一种半导体物理量传感器装置，其特征在于，具备：
传感器元件，其生成与检测到的物理量相应的电信号，且输出特性显示出在负方向具有凸状的弯曲的非线性；
推挽输出型的放大电路，其将由所述传感器元件生成的电信号放大；
电源端子，其提供电源电位；
接地端子，其提供接地电位；
输出端子，其将由所述放大电路放大的电信号向外部输出；
第一电源布线，其将所述电源端子与所述传感器元件之间进行连接；
第二电源布线，其将所述电源端子与所述放大电路之间进行连接；
接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件以及所述放大电路的低电位侧之间进行连接；
电磁噪声对策滤波电路，其连接在所述第一电源布线上，并由电阻单元和电容单元构成；
第一电阻，其连接在所述第二电源布线上；
第二电阻，其连接在所述输出端子与所述接地端子之间，
在所述第二电源布线不连接CR滤波器，而连接有用于调整所述放大电路的输出特性的非线性的所述第一电阻。
2.一种半导体物理量传感器装置，其特征在于，具备：
传感器元件，其生成与检测到的物理量相应的电信号；
推挽输出型的放大电路，其将由所述传感器元件生成的电信号放大；
电源端子，其提供电源电位；
接地端子，其提供接地电位；
输出端子，其将由所述放大电路放大的电信号向外部输出；
第一电源布线，其将所述电源端子与所述传感器元件之间进行连接；
第二电源布线，其将所述电源端子与所述放大电路之间进行连接；
接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件以及所述放大电路的低电位侧之间进行连接；
电磁噪声对策滤波电路，其连接在所述第一电源布线上，并由电阻单元和电容单元构成；
第一电阻，其连接在所述第二电源布线上；
第二电阻，其连接在所述输出端子与所述接地端子之间；
第一接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件之间进行连接；
第二接地布线，其将所述接地端子与所述放大电路之间进行连接；
第三电阻，其连接在所述第二接地布线上；以及
第四电阻，其连接在所述电源端子与所述输出端子之间。
3.根据权利要求2所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，
所述第一电阻由串联连接的多个第一电阻元件构成，
所述第三电阻由串联连接的多个第二电阻元件构成，
所述半导体物理量传感器装置具备：
第一开关，其在多个所述第一电阻元件中的每一个的两端与所述第一电阻元件并联连接，
第二开关，其在多个所述第二电阻元件中的每一个的两端与所述第二电阻元件并联连接，
控制电路，其控制所述第一开关和所述第二开关的导通/断开。
4.根据权利要求2所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，还具备：第五电阻，其连接在所述电源端子与所述接地端子之间。
5.根据权利要求3所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，还具备：第五电阻，其连接在所述电源端子与所述接地端子之间。
6.一种半导体物理量传感器装置，其特征在于，具备：
传感器元件，其生成与检测到的物理量相应的电信号，且输出特性显示出在正方向具有凸状的弯曲的非线性；
推挽输出型的放大电路，其将由所述传感器元件生成的电信号放大；
电源端子，其提供电源电位；
接地端子，其提供接地电位；
输出端子，其将由所述放大电路放大的电信号向外部输出；
第一接地布线，其将所述接地端子与所述传感器元件之间进行连接；
第二接地布线，其将所述接地端子与所述放大电路之间进行连接；
电源布线，其将所述电源端子与所述传感器元件以及所述放大电路的高电位侧之间进行连接；
电磁噪声对策滤波电路，其连接在所述电源布线上，并由电阻单元和电容单元构成；
第一电阻，其连接在所述第二接地布线上；
第二电阻，其连接在所述电源端子与所述输出端子之间。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，
以抵消由所述传感器元件生成的电信号的输出特性的非线性的方式，设定所述第一电阻的电阻值，所述第一电阻使由所述放大电路放大的电信号的输出特性为相反特性的非线性。
8.根据权利要求7所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，
以使第一式与第二式以一次式为轴呈线对称的方式，设定所述第一电阻的电阻值，所述第一式表示由所述传感器元件生成的电信号的输出特性，所述第二式表示由所述放大电路放大的电信号的输出特性，所述一次式表示从所述输出端子输出的信号的不含有非线性的输出特性。
9.根据权利要求1或2所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，
从传感器芯片的配置有所述传感器元件的正面侧施加压力来作为所述物理量。
10.根据权利要求2或6所述的半导体物理量传感器装置，其特征在于，
从传感器芯片的相对于配置有所述传感器元件的正面侧的相反一侧的背面侧施加压力来作为所述物理量。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9984624B2 (en) * 2015-12-28 2018-05-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, driver IC, and electronic device
US10571508B2 (en) * 2016-05-12 2020-02-25 Google Llc Systems and methods of detecting cable connectivity in a smart home environment
DE112018001207T5 (de) 2017-03-07 2019-11-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. IC, Treiber-IC, Anzeigesystem und Elektronisches Gerät
GB201801910D0 (en) 2018-02-06 2018-03-21 Analog Devices Global Unlimited Co A non-contacting voltage measuring apparatus
US20190155479A1 (en) * 2017-11-17 2019-05-23 Maxlinear, Inc. Methods and systems for integrated force touch solutions
US20190302949A1 (en) * 2018-04-02 2019-10-03 Maxlinear, Inc. Methods and systems for enhanced force-touch based gesture solutions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6750665B2 (en) * 2001-10-30 2004-06-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor pressure detecting device
JP2006162421A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Denso Corp 半導体物理量センサ装置
CN201302445Y (zh) * 2008-11-25 2009-09-02 罗福恒 新型电涡流传感器的线性修正电路
CN103278290A (zh) * 2013-04-24 2013-09-04 青岛航天半导体研究所有限公司 压力传感器的非线性补偿电路
CN104296919A (zh) * 2014-09-15 2015-01-21 青岛航天半导体研究所有限公司 一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2590961B2 (ja) * 1987-11-09 1997-03-19 日本電気株式会社 半導体圧力センサ
JP2590960B2 (ja) * 1987-11-09 1997-03-19 日本電気株式会社 半導体圧力センサ
JP3427594B2 (ja) * 1994-11-04 2003-07-22 株式会社デンソー センサ装置
JP2004222015A (ja) 2003-01-16 2004-08-05 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 増幅回路
JP4296811B2 (ja) * 2003-03-25 2009-07-15 株式会社デンソー 物理量センサ装置
JP2006310658A (ja) 2005-04-28 2006-11-09 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置および物理量センサ装置
TWM339079U (en) * 2008-01-02 2008-08-21 Mstar Semiconductor Inc Voltage generating circuit
US8616065B2 (en) * 2010-11-24 2013-12-31 Honeywell International Inc. Pressure sensor
US8988063B2 (en) * 2012-04-10 2015-03-24 Maxim Integrated Products, Inc. System and method for current measurement in the presence of high common mode voltages

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6750665B2 (en) * 2001-10-30 2004-06-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor pressure detecting device
JP2006162421A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Denso Corp 半導体物理量センサ装置
CN201302445Y (zh) * 2008-11-25 2009-09-02 罗福恒 新型电涡流传感器的线性修正电路
CN103278290A (zh) * 2013-04-24 2013-09-04 青岛航天半导体研究所有限公司 压力传感器的非线性补偿电路
CN104296919A (zh) * 2014-09-15 2015-01-21 青岛航天半导体研究所有限公司 一种电阻电桥型传感器的非线性补偿电路

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