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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, welche
eine Filterschaltung für
Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
(im folgenden bisweilen als "Rauschfilterschaltung" oder einfach als "Filterschaltung" bezeichnet) enthält. Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erfassen
einer physikalischen Größe, welche
eine Rauschfilterschaltung enthält.
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In
letzter Zeit wurden verschiedene Arten von Sensoren wie ein Drucksensor,
ein Beschleunigungssensor und ein Durchflusssensor verwendet, um
die verschiedenen Zustände
eines Kraftfahrzeugs im Stillstand und während der Fahrt zu überwachen.
Da diese Sensoren zum Betreiben moderner Systemsteuerungen zur Verbesserung
der Umwelt und des Komforts unentbehrlich sind, nimmt die Anzahl
der Sensoren zu. In letzter Zeit nahmen die außerhalb der Kraftfahrzeuge
verursachten elektromagnetischen Wellen und die innerhalb der Kraftfahrzeuge
verursachten elektromagnetischen Störungen zu. Deshalb wurde es
erforderlich, die Sensoren mit wirkungsvollen Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
auszustatten.
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9 ist eine perspektivische
Ansicht, welche das äußere Erscheinungsbild
eines im Ansaugkrümmer eines
Kraftfahrzeugmotors verwendeten herkömmlichen Drucksensors zeigt. 10 ist eine Schnittansicht des
in 9 gezeigten herkömmlichen
Drucksensors längs
der Ausdehnungsrichtung seiner Stromversorgungsklemme. Wie in 9 und 10 gezeigt, enthält der Drucksensor 1 einen
Druckfühler 4,
welcher einen Glassockel 3 und einen durch elektrostatische
Bindung auf dem Glassockel 3 haftenden Halbleiter-Sensorchip 2 umfasst.
Der Druckfühler 4 ist
mit einem Klebstoff am Fensterabschnitt eines Kunstharzgehäuses 5 befestigt. Der
Halbleiter-Sensorchip 2 enthält eine Stromversorgungs-Anschlussfläche, eine
Erdungs-Anschlussfläche und
eine Ausgangs-Anschlussfläche,
welche über
Aluminium- (Al) oder Gold- (Au) Drähte 9 mit einer Stromversorgungsklemme 6,
einer Erdungsklemme 7 beziehungsweise einer Ausgangsklemme 8,
welche sich durch das Kunstharzgehäuse 5 erstrecken,
elektrisch verbunden sind. Der Fensterabschnitt des Kunstharzgehäuses 5 ist
mit einem nicht gezeigten Gel gefüllt.
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Die
elektromagnetischen Störungen,
welche den Sensor wie oben beschrieben ungünstig beeinflussen, umfassen
Störungen
aus der Stromversorgung, Störungen
aus dem Ausgangssystem und eingestrahlte Störungen. Die herkömmlichen
Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
umfassen das Bedecken der Außenteile
des Kunstharzgehäuses 5,
durch welches sich die Stromversorgungsklemme 6, die Erdungsklemme 7 und
die Ausgangsklemme 8 erstrecken, mit Durchführungskondensatoren 10 oder
das Verbinden der Außenteile
des Kunstharzgehäuses 5 mit
Chip-Kondensatoren.
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Unlängst wurde
ein Halbleiter-Chip, welcher eine Rauschfilterschaltung enthält, offenbart.
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11 ist ein Schaltbild, welches
den Aufbau eines eine herkömmliche
Filterschaltung enthaltenden Drucksensors beschreibt. Der in 11 gezeigte Drucksensor
verwendet vorhandene, direkt mit einer ersten Stromversorgungsleitung
V in einer Kontaktschaltung 11 verbundene Widerstände 13 und 14 und
einen vorhandenen, direkt mit der ersten Stromversorgungsleitung
V in einer Verstärkerschaltung 12 verbundenen
Widerstand 15 und verbindet Kondensatoren 16, 17 und 18 mit
den vorhandenen Widerständen 13, 14 beziehungsweise 15,
um eine erste Filterschaltung zu konfigurieren. Eine zweite Filterschaltung
wird durch Einrichten einer zweiten, von der ersten Stromversorgungsleitung
V verschiedenen Stromversorgungsleitung V' und durch Verbinden eines Widerstands 23 und
eines Kondensators 24 mit der zweiten Stromversorgungsleitung V' konfiguriert. Ferner
wird eine dritte Filterschaltung durch Verbinden eines Widerstands 25 und
eines Kondensators 26 mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 22 konfiguriert
(vgl. Japanische Patentveröffentlichung
Nr. 3427594, [Patentdokument 1]).
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Eine
Halbleitervorrichtung, welche eine zwischen einer Stromversorgungs-Anschlussfläche oder
einer Ausgangs-Anschlussfläche
und einer Schaltung angeordnete Rauschfilterschaltung enthält, in welcher
die Verdrahtungslänge
zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche oder der Ausgangs-Anschlussfläche und
der Rauschfilterschaltung kürzer
ist als die Verdrahtungslänge
zwischen einer Erdungs-Anschlussfläche und der Rauschfilterschaltung,
wurde offenbart (vgl. JP P Hei. 9 (1997)-45855 A [Patentdokument 2]). In dem im
Patentdokument 2 offenbarten Tiefpassfilter ist zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche oder
der Ausgangs-Anschlussfläche
und der Erdungs-Anschlussfläche
ein Kondensator eingefügt.
Und in Anbetracht der Induktivitätskomponenten
der angeschlossenen Verdrahtung ist die Verdrahtungslänge zwischen
der Stromversorgungs-Anschlussfläche
oder dem Ausgang und dem Kondensator so eingestellt, dass sie kürzer als
die Verdrahtungslänge
zwischen der Erdungs-Anschlussfläche
und dem Kondensator ist.
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Jedoch
genügt
die in [Patentdokument 1] offenbarte Filterschaltung, die diesen
Aufbau und diese Filterkonstanten für die Auslegungsparameter verwendet,
nicht für
Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen,
da sich die Einwirkungen der elektromagnetischen Störungen in
Abhängigkeit
von der parasitären
Kapazität
der Verdrahtung stark verändern.
Deshalb ist es sehr wichtig, die parasitäre Kapazität auf dem Chip zu kontrollieren.
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In
der in [Patentdokument 2] offenbarten Filterschaltung sind die eine
Stromversorgungs-Anschlussfläche
oder eine Ausgangs-Anschlussfläche
und einen Kondensator verbindende Verdrahtung und die eine Erdungs-Anschlussfläche und
den Kondensator verbindende Verdrahtung am Kondensator in Reihe
geschaltet. Deshalb ist es, um das Abfließen von Störungen zur Erde zu bewirken,
notwendig, die parasitäre
Impedanz der die Stromversorgungs-Anschlussfläche oder die Ausgangs-Anschlussfläche mit
dem Kondensator verbindenden Verdrahtung und parasitäre Impedanz
der die Erdungs-Anschlussfläche und
den Kondensator verbindenden Verdrahtung zu verringern, um nicht
die Kondensatorimpedanz ungünstig
zu beeinflussen. In anderen Worten, es ist notwendig, die parasitären Widerstandskomponenten
und Induktivitätskomponenten
der Verdrahtung abzuklären,
und es ist wichtig, die parasitären
Widerstandskomponenten und Induktivitätskomponenten der Verdrahtung
zu kontrollieren.
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In
Anbetracht des Vorangehenden ist es Aufgabe der Erfindung, die parasitären Widerstandskomponenten
und die Verdrahtungsinduktivitätskomponenten
abzuklären,
welche für
die Einwirkungen von elektromagnetischen Störungen von Belang sind, aber
noch nicht klar definiert wurden, und eine Halbleitervorrichtung und
eine Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe zu schaffen,
welche mit ausreichenden Gegenmaßnahmen gegen elektromagnetische
Störungen
ausgestattet sind.
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Die
Lösung
der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen. Unteransprüche beziehen
sich auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als
die beanspruchten möglich
sind.
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Die
Impedanz Z der zu betrachtenden Verdrahtung und der Kapazitätseinrichtung
ist durch die folgende Formel (1) gegeben. In der Formel (1) stehen
f, R, L und C jeweils für
die Frequenz der elektromagnetischen Störung in Hz, den Störwiderstand
in Ω, die
Induktivität
in H und die Kapazität.
In der Formel (1) sind die induktive Reaktanz XL und die kapazitive
Reaktanz XC der Verdrahtungsimpedanz enthalten.
XL = 2πfL (2) XC = 1/(2πfC) (3) -
Die
Verdrahtungsinduktivität
L ist durch die folgende Formel (4) gegeben. In der Formel (4) sind
D, w und t die Verdrahtungslänge
in m, die Verdrahtungsbreite in m und die Verdrahtungsdicke in m.
In der Formel (4) ist μ0 die magnetische Permeabilität, das heißt 4π × 10–7. L = (D × μ0/π)[ln{2 × D/(w +
t)} + 0,5 + 0,2235 × (w
+ t)/D] (4)
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Die
aus der Formel (4) erhaltene Abhängigkeit
der Induktivität
von der Verdrahtungslänge
und der Verdrahtungsbreite ist in 1 beschrieben. 1 ist
eine Reihe von Kurven, welche die Induktivität L in Bezug zur Verdrahtungslänge D setzen,
wobei die Verdrahtungsbreite w einen Parameter bei der Verdrahtungsdicke von
1 μm darstellt. 1 zeigt,
dass sich die durch die parasitäre
Widerstandskomponente Ra und die Induktivitätskomponente La der die Stromversorgungs-Anschlussfläche oder
die Signal-Anschlussfläche
und die Kapazitätseinrichtung
verbindenden Verdrahtung verursachte Verdrahtungsimpedanz Za und
die durch die parasitäre
Widerstandskomponente Rk und die Induktivitätskomponente Lk der die Kapazitätseinrichtung
und die Erdungs-Anschlussfläche
verbindenden Verdrahtung verursachte Verdrahtungsimpedanz Zk durch
Verkürzen der
Verdrahtungslänge
und durch Verbreitern der Verdrahtungsbreite verringern lassen.
Deshalb ist es möglich,
im Frequenzbereich der auszuschaltenden elektromagnetischen Störungen die
Vergleichsbeziehung Za + Zk < Zc
immer zu erfüllen.
Hier ist Zc die durch die Kapazitätskomponente der Kondensatoreinrichtung
verursachte Impedanz.
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Gemäß der Erfindung
werden für
die Kraftfahrzeugsensoren erforderliche Gegenmaßnahmen gegen elektromagnetische
Störungen
durch Anpassen der Länge
und der Breite der Verdrahtung zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche oder
der Signal-Anschlussfläche
und der internen Schaltung dergestalt, dass die parasitäre Widerstandskomponente
R1 der Verdrahtung zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche oder
der Signal-Anschlussfläche
und der internen Schaltung und der Widerstandswert Rf der Widerstandseinrichtung
in der Filterschaltung die Vergleichsbeziehung [R1/Rf × 100 < 25] erfüllen können, erzielt.
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Gemäß der Erfindung
werden für
die Kraftfahrzeugsensoren erforderliche Gegenmaßnahmen gegen elektromagnetische
Störungen
durch Anpassen der Länge
und der Breite der Verdrahtung zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche oder
der Signal-Anschlussfläche
und der internen Schaltung dergestalt, dass die Impedanz Za der
Verdrahtung zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche und
der Kapazitätseinrichtung
in der Filterschaltung, die Impedanz Zk der Verdrahtung zwischen
der Kapazitätseinrichtung
und der Erdungs-Anschlussfläche
und die Impedanz Zc der Kapazitätseinrichtung
im Frequenzbereich der auszuschaltenden elektromagnetischen Störungen die
Vergleichsbeziehung [Za + Zk < Zc]
immer erfüllen
können, erzielt.
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Gemäß der Erfindung
werden eine Halbleitervorrichtung und eine Vorrichtung zum Erfassen
einer physikalischen Größe, welche
eine für
die Kraftfahrzeugeinrichtungen erforderliche Störfestigkeit gegen elektromagnetische
Störungen
aufweisen, erzielt. Da der Chip, welcher eine Rauschfilterschaltung
enthält,
es erübrigt,
eine diskrete Filtereinrichtung daran anzuschließen, werden die Herstellungskosten
gesenkt und wird jeder Fehler aufgrund des Anschließens der
diskreten Filtereinrichtung von vornherein ausgeschlossen. Somit werden
preisgünstige
und sehr zuverlässige
Halbleitervorrichtungen und verschiedene Erfassungsvorrichtungen
realisiert.
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1 ist
eine Reihe von Kurven, welche die Induktivität in Bezug zur Verdrahtungslänge setzen,
wobei die Verdrahtungsbreite einen Parameter darstellt.
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2 ist
ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration eines Drucksensors
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Blockschaltbild, welches die Filterschaltung für Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
im Drucksensor gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Kurve, welche das Verhältnis
der parasitären
Widerstandskomponente zur Widerstandskomponente in der Filterschaltung
für Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
in Bezug zur Störfestigkeit
setzt.
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5 ist
ein Blockschaltbild, welches die Filterschaltung für Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
in einem Drucksensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Reihe von Kurven, welche den Frequenzgang der durch die Verdrahtungsinduktivitätskomponente
und die Kapazitätskomponente
des Kondensators in der Filterschaltung für Gegenmaßnahmen gegen elektromagnetische
Störungen
verursachten Impedanz beschreiben.
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7 ist
eine Kurve, welche die Verdrahtungsinduktivitätskomponente und die Störfestigkeit
gegen eingestrahlte elektromagnetische Störungen in Bezug zueinander
setzt.
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8 ist
ein Blockschaltbild, welches die andere Rauschfilterschaltung für Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
im Drucksensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, welche das äußere Erscheinungsbild eines
im Ansaugkrümmer eines
Kraftfahrzeugmotors verwendeten herkömmlichen Drucksensors zeigt.
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10 ist
eine Schnittansicht des in 9 gezeigten
herkömmlichen
Drucksensors längs
der Ausdehnungsrichtung seiner Stromversorgungsklemme.
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11 ist
ein Schaltbild, welches den Aufbau eines eine herkömmliche
Filterschaltung für
Gegenmaßnahmen
gegen elektromagnetische Störungen
enthaltenden Drucksensors beschreibt.
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Nun
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen, welche die
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung veranschaulichen, ausführlich beschrieben. Obwohl
im folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den Ausführungsformen
eines Halbleiter-Drucksensors, auf welchen die vorliegende Erfindung
angewendet wird, gegeben werden, sind Änderungen und Abwandlungen
für jeden
Durchschnittsfachmann offensichtlich, ohne vom eigentlichen Erfindungsgedanken
abzuweichen. In den folgenden Beschreibungen und in den beiliegenden
Zeichnungen werden zur Vereinfachung durchweg die gleichen Bezugszeichen
verwendet, um gleiche oder ähnliche
Bestandteile zu benennen, und wird auf erneute Beschreibungen derselben
verzichtet.
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Erste Ausführungsform
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2 ist
ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration eines Drucksensors
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt,
enthält
ein Drucksensor 31 eine aus vier piezoresistiven Elementen,
welche den darauf ausgeübten
Druck in eine Spannung verwandeln, bestehende Wheatstone-Brückenschaltung 32 und
eine Verstärkerschaltung 33,
welche das von der Wheatstone-Brückenschaltung 32 ausgegebene
Signal verstärkt.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 32 entspricht
einem Fühler
zur Erfassung einer physikalischen Größe. Der Drucksensor 31 enthält außerdem eine
Stromversorgungs-Anschlussfläche 34,
an welche von außen
ein Stromversorgungspotential angelegt wird, eine Erdungs-Anschlussfläche 35,
an welche von außen
das Erdpotential angelegt wird, und eine Ausgangs-Anschlussfläche 36 zum
Ausgeben von Signalen nach außen.
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Der
Drucksensor 31 enthält
außerdem
eine Sensortreiberschaltung 37 zum Ansteuern der Wheatstone-Brückenschaltung 32,
eine Empfindlichkeits-Anpassungs- und Temperaturgangkorrekturschaltung 38,
welche die Empfindlichkeit der Wheatstone-Brückenschaltung 32 anpasst
und den Temperaturgang der Empfindlichkeit der Wheatstone-Brückenschaltung 32 korrigiert,
und eine Offset-Anpassungs- und Temperaturgangkorrekturschaltung 39,
welche den Offset der Verstärkerschaltung 33 anpasst
und den Temperaturgang des Offset der Verstärkerschaltung 33 korrigiert,
und eine interne Stromversorgung 40. Ein erster Widerstand 42 und
ein zweiter Widerstand 43 sind mit der Verdrahtung 41,
welche die Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 mit der internen
Stromversorgung 40 verbindet, in Reihe geschaltet.
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Ein
erster Kondensator 44 ist zwischen den Erdungspunkt und
den Verbindungsknoten von Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 und
erstem Widerstand 42 geschaltet. Ein zweiter Kondensator 45 ist
zwischen den Erdungspunkt und den Verbindungsknoten von erstem Widerstand 42 und
zweitem Widerstand 43 geschaltet. Ein dritter Kondensator 46 ist
zwischen den Erdungspunkt und den Verbindungsknoten von zweitem Widerstand 43 und
interner Stromversorgung 40 geschaltet. Zwei Widerstände 42 und 43 bilden
eine Widerstandseinrichtung. Drei Kondensatoren 44, 45 und 46 bilden
eine Kapazitätseinrichtung.
Die Widerstandseinrichtung und die Kapazitätseinrichtung bilden eine Rauschfilterschaltung.
Eine aus einem dritten Widerstand 48, einem vierten Widerstand 49,
einem vierten Kondensator 50, einem fünften Kondensator 51 und
einem sechsten Kondensator 52 bestehende ähnliche
Rauschfilterschaltung ist mit der Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
Verstärkerschaltung 33 verbindenden
Verdrahtung 47 verbunden.
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Die
oben beschriebenen Konfigurationen sind in einem Halbleiter-Drucksensorchip
von Drucksensor 31 angeordnet. Obwohl nicht dargestellt,
enthält
Drucksensor 31 einen Druckfühler mit einem Glassockel und einem
auf dem Glassockel haftenden Halbleiter-Drucksensorchip. Der Druckfühler ist
mit einem Klebstoff am Fensterabschnitt eines Kunstharzgehäuses befestigt.
Drucksensor 31 enthält
eine Stromversorgungs-Anschlussfläche 34, eine Erdungs-Anschlussfläche 35 und
eine Ausgangs-Anschlussfläche 36,
welche über
Aluminium- (Al) oder Gold- (Au) Drähte mit einer Stromversorgungsklemme,
einer Erdungsklemme beziehungsweise einer Ausgangsklemme, welche
sich durch das Kunstharzgehäuse
erstrecken, elektrisch verbunden sind. Der Fensterabschnitt des
Kunstharzgehäuses
ist mit einem Gel gefüllt.
Das äußere Erscheinungsbild
des Drucksensors 31 sowie sein Aufbau im Querschnitt längs der
Ausdehnungsrichtung seiner Stromversorgungsklemme ähneln den
in 9 und 10 gezeigten Darstellungen,
aus welchen die Durchführungskondensatoren 10 in 2 weggelassen
sind.
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Gewöhnlich liegen
die Frequenzen der auf die Kraftfahrzeugsensoren einwirkenden elektromagnetischen
Störungen
im Bereich zwischen einigen Hundert kHz und 1 GHz. Deswegen können die
parasitären
Widerstandskomponenten und die Induktivitätskomponenten der die Anschlussflächen auf
einem Sensorchip und die Filterschaltungen verbindenden Verdrahtung
und die parasitäre
Widerstandskomponente und die Induktivitätskomponente der die Filterschaltung
und die Verstärkerschaltung
verbindenden Verdrahtung beim Ermitteln der Filterkonstanten der
im Sensorchip gebildeten Filterschaltung zum Ausschalten elektromagnetischer
Störungen
nicht vernachlässigt
werden.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung wird in der in 3 gezeigten
Verdrahtung 41, welche die interne Stromversorgung 40 in
einer sensorinternen Schaltung 53 und die Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 verbindet,
der parasitären
Widerstandskomponente R1a der Verdrahtung zwischen Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 und
erstem Widerstand 42 in der Rauschfilterschaltung, der
parasitären
Widerstandskomponente R1b der Verdrahtung zwischen erstem Widerstand 42 und
zweitem Widerstand 43 und der parasitären Widerstandskomponente R1c
der Verdrahtung zwischen zweitem Widerstand 43 und interner Stromversorgung 40 Beachtung
geschenkt. Und die parasitären
Widerstandswerte R1a, R1b und R1c sind so angepasst, dass die parasitären Gesamt-Widerstandskomponenten
R1 = [R1a + R1b + R1c] und die Summe Rf der Widerstandswerte Rfa
und Rfb des ersten Widerstands 42 bzw. des zweiten Widerstands 43,
das heißt Rf
= [Rfa + Rfb], die Vergleichsbeziehung [R1/Rf × 100 < 25] erfüllen.
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Zum
Anpassen der parasitären
Widerstandskomponente R1a der Verdrahtung zwischen Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 und
erstem Widerstand 42 ist es wirkungsvoll, die Länge Da und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen der Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 und
dem Verbindungsknoten des ersten Kondensators 44 und die
Länge Db
und die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem Verbindungsknoten
des ersten Kondensators 44 und dem ersten Widerstand 42 richtig
anzupassen.
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Zum
Anpassen der parasitären
Widerstandskomponente R1b der Verdrahtung zwischen erstem Widerstand 42 und
zweitem Widerstand 43 ist es wirkungsvoll, die Länge Dc und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem ersten Widerstand 42 und
dem Verbindungsknoten des zweiten Kondensators 45 und die
Länge Dd
und die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem Verbindungsknoten
des zweiten Kondensators 45 und dem zweiten Widerstand 43 richtig
anzupassen. Zum Anpassen der parasitären Widerstandskomponente R1c
auf der Seite der internen Stromversorgung 40 (internen
Schaltung 53) ist es wirkungsvoll, die Länge De und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem zweiten Widerstand 43 und dem
Verbindungsknoten des dritten Kondensators 46 und die Länge Df und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem Verbindungsknoten
des dritten Kondensators 46 und der internen Stromversorgung 40 (internen
Schaltung 53) richtig anzupassen.
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Die
parasitäre
Widerstandskomponente R1 bezüglich
der Ausgangs-Anschlussfläche 36 wird
auf die gleiche Weise wie oben beschrieben angepasst. Zum Anpassen
der parasitären
Widerstandskomponente R1a der Verdrahtung zwischen Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
drittem Widerstand 48 ist es wirkungsvoll, die Länge Di und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen der Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
dem Verbindungsknoten des vierten Kondensators 50 und die
Länge Dj
und die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem Verbindungsknoten
des vierten Kondensators 50 und dem dritten Widerstand 48 richtig
anzupassen. Zum Anpassen der parasitären Widerstandskomponente R1b
der Verdrahtung zwischen drittem Widerstand 48 und viertem
Widerstand 49 ist es wirkungsvoll, die Länge Dk und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem dritten Widerstand 48 und
dem Verbindungsknoten des fünften
Kondensators 51 und die Länge Dl und die Breite des Verdrahtungsabschnitts
zwischen dem Verbindungsknoten des fünften Kondensators 51 und
dem vierten Widerstand 49 richtig anzupassen.
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Zum
Anpassen der parasitären
Widerstandskomponente R1c auf der Seite der Verstärkerschaltung 33 (internen
Schaltung 53) ist es wirkungsvoll, die Länge Dm und
die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem vierten Widerstand 49 und
dem Verbindungsknoten des sechsten Kondensators 52 und
die Länge
Dn und die Breite des Verdrahtungsabschnitts zwischen dem Verbindungsknoten
des sechsten Kondensators 52 und der Verstärkerschaltung 33 (internen
Schaltung 53) richtig anzupassen.
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Die
sensorinterne Schaltung 53 enthält, unter den in 2 gezeigten
Bestandteilen, eine Wheatstone-Brückenschaltung 32,
eine Verstärkerschaltung 33,
eine Sensortreiberschaltung 37, eine Empfindlichkeits-Anpassungs-
und Temperaturgangkorrekturschaltung 38, eine Offset-Anpassungs-
und Temperaturgangkorrekturschaltung 39 und eine interne
Stromversorgung 40. Zum Beispiel wenn die Widerstandswerte des
ersten Widerstands 42 und des zweiten Widerstands gleich
sind (60 Ω),
beträgt
der Widerstandswert Rf in der Rauschfilterschaltung auf der Stromversorgungsseite
120 Ω (=
60 Ω +
60 Ω).
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Entsprechend
beträgt
auf der Ausgangsseite, wenn die Widerstandswerte des dritten Widerstands 48 und
des vierten Widerstands gleich sind (60 Ω), der Widerstandswert Rf in
der Rauschfilterschaltung auf der Ausgangsseite 120 Ω (= 60 Ω + 60 Ω). Wie in 4 beschrieben,
wird, wenn die Beziehung zwischen den durch Einstrahlung elektromagnetischer
Störungen
verursachten Ausgangsschwankungen (senkrechte Achse) und dem Verhältnis der
parasitären
Gesamt-Widerstandskomponente R1 = [R1a + R1b + R1e] und des Widerstandswerts
Rf der Rauschfilterschaltung (waagerechte Achse) die Vergleichsbeziehung
[R1/Rf × 10 < 25] erfüllt, eine
Erfassungsvorrichtung, welche die geforderten Spezifikationen für Kraftfahrzeugsensoren
erfüllt,
erzielt.
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Zweite Ausführungsform
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5 ist
ein Blockschaltbild, welches die Rauschfilterschaltung in einem
Drucksensor gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. In der Rauschfilterschaltung gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist ein erster Kondensator 54 für Gegenmaßnahmen gegen elektromagnetische
Störungen
zwischen die Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 und den Erdungspunkt
geschaltet. Und die Längen
und die Breiten der Verdrahtungsabschnitte sind so angepasst, dass
die durch die parasitäre
Widerstandskomponente Ra und die Induktivitätskomponente La der die Stromversorgungs- Anschlussfläche 34 und
den ersten Kondensator 54 verbindenden Verdrahtung (Verdrahtungsabschnitte
Da und Dg in 5) verursachte Impedanz Za,
die durch die parasitäre
Widerstandskomponente Rk und die Induktivitätskomponente Lk der den ersten
Kondensator 54 und den Erdungspunkt verbindenden Verdrahtung
(eines Verdrahtungsabschnitts Dh in 5) verursachte Impedanz
Zk und die durch die Kapazitätskomponente
des ersten Kondensators 54 verursachte Impedanz Zc im Frequenzbereich
der auszuschaltenden elektromagnetischen Störungen die Vergleichsbeziehung
[Za + Zk < Zc]
erfüllen.
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Ein
zweiter Kondensator 55 für Gegenmaßnahmen gegen elektromagnetische
Störungen
ist zwischen die Ausgangs-Anschlussfläche 36 und den Erdungspunkt
geschaltet. Auf die gleiche Weise wie in der Rauschfilterschaltung
auf der Stromversorgungsseite sind die Längen und die Breiten der Verdrahtungsabschnitte
so angepasst, dass die durch die parasitäre Widerstandskomponente Ra
und die Induktivitätskomponente
La der die Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
den zweiten Kondensator 55 verbindenden Verdrahtung (Verdrahtungsabschnitte
Di und Do in 5) verursachte Impedanz Za,
die durch die parasitäre
Widerstandskomponente Rk und die Induktivitätskomponente Lk der den zweiten
Kondensator 55 und den Erdungspunkt verbindenden Verdrahtung
(eines Verdrahtungsabschnitts Dp in 5) verursachte
Impedanz Zk und die durch die Kapazitätskomponente des zweiten Kondensators 55 verursachte
Impedanz Zc im Frequenzbereich der auszuschaltenden elektromagnetischen
Störungen
die Vergleichsbeziehung (Za + Zk < Zc]
erfüllen.
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Die
durch die Induktivitätskomponente
verursachte induktive Reaktanz YL in der Verdrahtungsimpedanz ist
proportional zur Frequenz der elektromagnetischen Störung f,
wie es die vorangehende Formel (2) beschreibt. Die kapazitive Reaktanz
XC ist umgekehrt proportional zur Frequenz der elektromagnetischen
Störung
f, wie es die vorangehende Formel (3) beschreibt. Wenn die Frequenz
der elektromagnetischen Störung f
hoch wird, darf deshalb die durch die Induktivitätskomponente verursachte induktive
Reaktanz YL nicht vernachlässigt
werden und wird die durch die parasitäre Induktivitätskomponente
der die Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 oder Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
den Erdungspunkt verbindenden Verdrahtung verursachte Impedanz ZL
deutlich größer als
die durch die Kapazitätskomponente
von Kondensator 54 oder 55 in der Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 oder
Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
den Erdungspunkt verbindenden Rauschfilterschaltung verursachte
Impedanz Zc. Deswegen werden die Filterwirkungen abgeschwächt.
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Die
durch die Induktivitätskomponente
verursachte Impedanz ZL ist durch die Summe [Za + Zk] der durch
die parasitäre
Widerstandskomponente Ra und die Induktivitätskomponente La der Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 oder
Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
Kondensator 54 oder 55 verbindenden Verdrahtung
in der Rauschfilterschaltung (der Verdrahtungsabschnitte Da und
Dg oder der Verdrahtungsabschnitte Di und Do in 5)
verursachten Impedanz Za und der durch die parasitäre Widerstandskomponente Rk
und die Induktivitätskomponente
Lk der Kondensator 54 oder 55 und den Erdungspunkt
verbindenden Verdrahtung (des Verdrahtungsabschnitts Dh oder Dp
in 5) verursachten Impedanz Zk gegeben.
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Die
Induktivitätskomponente
La ist durch die vorangehende Formel (4) unter Verwendung der Verdrahtungslänge [Da
+ Dg] oder [Di + Do] zwischen Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 oder
Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
Kondensator 54 oder 55 und der zugehörigen Verdrahtungsbreite
w gegeben. Auf die gleiche Weise ist die Induktivitätskomponente
Lk durch die vorangehende Formel (4) unter Verwendung der Verdrahtungslänge Dh oder
Dp zwischen Kondensator 54 oder 55 und dem Erdungspunkt
und der zugehörigen
Verdrahtungsbreite w gegeben. In der Formel (4) steht D für [Da +
Dg], Dh, [Di + Do] oder Dp. Die Verdrahtungsdicke beträgt 1,0 μm. Die Induktivität des Pfads
zwischen Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 oder Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
Kondensator 54 oder 55 ist durch [La + Lk] gegeben.
Und die Impedanz [Za + Zk] ist von der Induktivitätskomponente
[La + Lk] hergeleitet.
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6 zeigt
Kennlinien, welche den Frequenzgang der durch die Verdrahtungsinduktivitätskomponente
[La + Lk] und die (auf 100 pF eingestellte) Kapazitätskomponente
von Kondensator 54 oder 55 in der Rauschfilterschaltung
verursachten Impedanz [Za + Zk] beschreiben. 6 besagt,
dass, wenn die Induktivitätskomponente
[La + Lk] so groß wird,
dass sie gegenüber
der Kapazitätskomponente
von Kondensator 54 oder 55 nicht vernachlässigt werden
kann, die Impedanz zu groß wird,
um im Frequenzbereich oberhalb von 100 bis 200 MHz Störungen zum
Erdpotential abfließen
zu lassen. Deshalb werden die Wirkungen des Filters abgeschwächt. Die
auf die Kraftfahrzeugsensoren einwirkenden elektromagnetischen Störungen liegen
im Frequenzbereich zwischen einigen Hundert kHz und 1 GHz. Deshalb
wird, wenn die Impedanz im Frequenzbereich oberhalb von 100 bis
200 MHz groß wird,
wie in 6 gezeigt, die Störfestigkeit im Bereich einiger Hundert
kHz abgeschwächt
und werden im Sensorausgang Schwankungen verursacht.
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7 ist
eine Kurve, welche die Verdrahtungsinduktivitätskomponente [La + Lk] und
die Störfestigkeit gegen
eingestrahlte elektromagnetische Störungen in Bezug zueinander
setzt. Die Kapazität
von Kondensator 54 oder 55 in der Rauschfilterschaltung
beträgt
100 pF. Wie in 7 beschrieben, verbessert sich
die Störfestigkeit
gegen elektromagnetische Störungen,
wenn die Induktivitätskomponente
[La + Lk] durch Anpassen der Verdrahtungslänge und der Verdrahtungsbreite
so verringert wird, dass die induktive Reaktanz XL gegenüber der
kapazitiven Reaktanz XC von Kondensator 54 oder 55 vernachlässigt werden
kann.
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8 ist
ein Blockschaltbild, welches die andere Rauschfilterschaltung im
Drucksensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Wie in 8 gezeigt,
kann eine Widerstände 56 und 57 oder 58 und 59 und
Kondensatoren 60 und 61 oder 62 und 63 enthaltende
CR-Filterschaltung problemlos zusätzlich zu Kondensator 54 oder 55,
welche zwischen Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 beziehungsweise
Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
den Erdungspunkt geschaltet sind, zwischen Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 beziehungsweise
Ausgangs-Anschlussfläche 36 und
sensorinterne Schaltung 53 geschaltet werden. In der in 8 gezeigten
Schaltung sind an der sensorinterne Schaltung 53 und Stromversorgungs-Anschlussfläche 34 verbindenden
Verdrahtung 41 zwei Widerstände 56 und 57 zwischen
dem Verbindungsknoten des ersten Kondensators 54 und der
sensorinternen Schaltung 53 in Reihe geschaltet.
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Kondensator 60 ist
zwischen den Verbindungsknoten der zwei Widerstände 56, 57 und
den Erdungs punkt geschaltet. Kondensator 61 ist zwischen
den Verbindungsknoten von sensorinterner Schaltung 53 und Widerstand 57 und
den Erdungspunkt geschaltet. Zwei Widerstände 58 und 59 sind
an der sensorinterne Schaltung 53 und Ausgangs-Anschlussfläche 36 verbindenden
Verdrahtung 47 zwischen dem Verbindungsknoten des zweiten
Kondensators 55 und der sensorinternen Schaltung 53 in
Reihe geschaltet. Kondensator 62 ist zwischen den Verbindungsknoten
der zwei Widerstände 58, 59 und
den Erdungspunkt geschaltet. Kondensator 63 ist zwischen
den Verbindungsknoten von sensorinterner Schaltung 53 und
Widerstand 59 und den Erdungspunkt geschaltet.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit ihren Ausführungsformen beschrieben wurde,
sind Änderungen
und Abwandlungen für
jeden Durchschnittsfachmann offensichtlich, ohne vom eigentlichen
Erfindungsgedanken abzuweichen. Deshalb umfasst die Erfindung nicht
nur die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen. Zum Beispiel
sind die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschriebenen
Maße und
elektrischen Kennwerte beispielhaft. Die Erfindung ist nicht nur
auf Drucksensoren, sondern auch auf verschiedene Arten von Sensoren
und auf Halbleitervorrichtungen, die nicht Sensoren sind, anwendbar.
Obwohl der Drucksensor gemäß der Erfindung
in Verbindung mit der Ausgangs-Anschlussfläche zum Ausgeben von Signalen
beschrieben wurde, kann der Drucksensor gemäß der Erfindung eine Eingangs-Anschlussfläche zum Eingeben
von Signalen oder eine Signal-Anschlussfläche zum
Eingeben von Signalen und zum Ausgeben von Signalen enthalten.
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Wie
oben beschrieben, werden die Halbleitervorrichtung und die Vorrichtung
zum Erfassen einer physikalischen Größe gemäß der Erfindung vorteilhaft
in den Umgebungen verwendet, in welchen elektromagnetische Störungen verursacht
werden. Die Halbleitervorrichtung und die Vorrichtung zum Erfassen
einer physikalischen Größe gemäß der Erfindung
eignen sich besonders für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen, für Mess- und Korrekturanwendungen.
