JP2000146732A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検出物理量を示す検出信号の増幅及びその
検出信号を温度補償するための温度信号の増幅に同一の
オペアンプを利用する構成とすることにより物理量の検
出精度の向上を図る場合に、最終的に得られる物理量検
出値の誤差を十分に小さくする。 【解決手段】 基準電圧発生回路５からの基準信号Ｓ
ａ、温度検出用ブリッジ回路４からの温度信号Ｓｔ、圧
力検出用ブリッジ回路３からの検出信号Ｓｄは、アナロ
グマルチプレクサ６を通じて時分割処理され、それらの
信号Ｓｄ、Ｓｔ及びＳａがオペアンプ８ａ、８ｂを備え
た同一の差動増幅回路８及びＡ／Ｄ変換回路９を通じて
採取される。補正演算回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路９か
らのデジタルデータ及びＥＰＲＯＭ１３からの補正係数
に基づいた演算処理により、検出信号Ｓｄに応じた圧力
量検出値を温度補償した状態で算出する。トリミング抵
抗Ｒw1〜Ｒw4は、検出信号Ｓｄ及び温度信号Ｓｔの電位
レベルを基準信号Ｓａの電位レベルと等しい状態に調整
するために設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センシング用ブリ
ッジ回路からの検出信号を、そのセンシング用ブリッジ
回路の温度特性に応じて補正した状態で信号処理するこ
とにより物理量を検出するようにしたセンサ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体チップ上に作り込まれる
圧力センサ装置の一例として、以下のような構成のもの
が考えられている。即ち、この圧力センサ装置は、ピエ
ゾ抵抗係数が大きな半導体より成るセンサチップ上に、
被検出圧力に応じた電圧値の検出信号を発生する圧力検
出用ブリッジ回路と、このブリッジ回路の温度に応じた
電圧値の温度信号を発生する温度検出用ブリッジ回路と
が拡散抵抗を利用して形成され、また、上記センサチッ
プ若しくはこれと異なる半導体チップ上に、上記圧力検
出用ブリッジ回路に作用する圧力及びそのブリッジ回路
の温度と無関係に一定の電圧値となる基準信号を発生す
る基準電圧発生回路が拡散抵抗を利用して形成される。
さらに、前記検出信号、温度信号及び基準信号を選択的
に出力するアナログマルチプレクサと、このアナログマ
ルチプレクサから順次出力される信号を増幅する差動増
幅回路と、この差動増幅回路により増幅された前記検出
信号、温度信号及び基準信号をデジタルデータに変換す
るＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路からのデジタ
ルデータに基づいた演算処理により前記検出信号に応じ
た圧力検出値を前記温度信号及び基準信号により補正し
ながら算出する補正演算回路とが設けられる。

【０００３】このような構成により、検出信号、温度信
号及び基準信号をアナログマルチプレクサを通じて時分
割処理すると共に、それらの信号に対応した複数種類の
デジタルデータを同一の差動増幅回路及びＡ／Ｄ変換回
路を用いて採取し、斯様に採取したデジタルデータに基
づいたデジタル的な補正演算により、感度やオフセット
などに対する温度補償を施した精度の高い圧力検出値を
得るようにしている。この場合、最終的にデジタルデー
タに変換される検出信号、温度信号及び基準信号は、全
て同じアナログ回路（アナログマルチプレクサ、差動増
幅回路、Ａ／Ｄ変換回路）を通過する構成であるから、
その信号伝送系統での回路定数の変動に起因した各信号
のドリフト成分が互いにキャンセルされることになり、
結果的に、圧力検出値の精度を長期間に渡って良好な状
態に維持できるようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような圧力セン
サ装置内の差動増幅回路は、オペアンプを利用して構成
されるのが一般的である。ところが、理想オペアンプに
あっては、差動入力電圧が同じであれば常に同じ出力電
圧が得られるのに対して、実際のオペアンプにあって
は、入力電位レベルの高低に応じてオフセット値などの
温度特性が異なるという特性があるため、差動入力電圧
が同じであっても入力電位レベルが相違する場合には出
力電圧が変化するという事情が存在する。このため、前
記圧力センサ装置においては、検出信号、温度信号及び
基準信号の増幅に同一の差動増幅回路を利用することに
よって、当該差動増幅回路の温度特性などに起因した信
号レベルの変動をキャンセルする構成としているにも拘
らず、それら各信号の電位レベルが異なる場合には、上
述した特性に起因した出力電圧の変動分をキャンセルで
きなくなる。従って、このような場合には、補正演算回
路において、検出信号に応じた圧力検出値を温度信号及
び基準信号により補正する際に、その補正が不正確にな
ることが避けられず、結果的に感度やオフセットに対す
る温度補償が不十分になって、検出誤差が拡大するとい
う問題点があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、被検出物理量を示す検出信号の増幅
及びその検出信号を温度補償するための温度信号の増幅
に同一のオペアンプを利用する構成とすることにより物
理量の検出精度の向上を図る場合に、最終的に得られる
物理量検出値の誤差を十分に小さくできるようになるセ
ンサ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した手段を採用することができる。こ
の手段によれば、センシング用ブリッジ回路から被検出
物理量に応じた電圧値の検出信号が出力されると共に、
温度検出用ブリッジ回路から上記センシング用ブリッジ
回路の温度に応じた電圧値の温度信号が出力される。ア
ナログマルチプレクサは、センシング用ブリッジ回路か
らの検出信号、温度検出用ブリッジからの温度信号を選
択的に通過させるようになり、その通過信号が、オペア
ンプにより構成された差動増幅回路によって増幅されて
出力されるようになる。このように、検出信号及び温度
信号が同じ差動増幅回路により増幅される構成であるか
ら、その差動増幅回路の回路定数の変動に起因した各信
号のドリフト成分を互いにキャンセルできることにな
り、結果的に、当該差動増幅回路からの出力信号に基づ
いて得られる物理量検出値の精度を長期間に渡って良好
な状態に維持できるようになる。また、アナログマルチ
プレクサが設けられているから、多数のオペアンプを必
要としないものであり、以て全体の小型化を実現できる
ようになる。しかも、比較的大きな面積を占有すること
になる差動増幅回路を、検出信号及び温度信号の増幅用
に兼用する構成となっているから、多数の差動増幅回路
を設ける必要がなくなって、この面からも全体の小型化
を実現できるようになる。

【０００７】この場合、抵抗素子を組み合わせて構成さ
れたセンシング用ブリッジ回路及び温度検出用ブリッジ
回路にあっては、それらの少なくとも一方に設けられた
トリミング用抵抗によって、それぞれから出力される検
出信号及び温度信号の電位レベルが互いに等しくなる状
態に調整することができる。このように調整された状態
では、前記差動増幅回路を構成するオペアンプの特性、
具体的には、入力電位レベルの高低に応じて温度特性が
異なるという特性が存在するという状況下にあっても、
その特性が差動増幅回路からの出力電圧に悪影響を及ぼ
す事態を未然に防止できるようになり、結果的に最終的
に得られる物理量検出値の誤差を十分に小さくできるよ
うになる。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、アナログマ
ルチプレクサは、センシング用ブリッジ回路からの検出
信号及び温度検出用ブリッジ回路からの温度信号の他
に、基準電圧発生回路からの基準信号を選択的に通過さ
せるようになり、その通過信号が差動増幅回路によって
増幅されて出力されるようになる。この場合、信号処理
手段は、上記差動増幅回路により増幅された前記検出信
号、温度信号及び基準信号に基づいた演算処理により当
該検出信号に対応した物理量検出値を上記温度信号及び
基準信号により補正した状態で算出するようになる。つ
まり、検出信号、温度信号及び基準信号をアナログマル
チプレクサを通じて時分割処理すると共に、それらの信
号を同一の差動増幅回路を通じて増幅し、斯様に増幅し
た信号に基づいた補正演算により、感度などに対する温
度補償を施した精度の高い物理量検出値を得るようにし
ている。

【０００９】この場合、センシング用ブリッジ回路及び
温度検出用ブリッジ回路の双方にトリミング用抵抗が設
けられているから、それらトリミング抵抗によって、各
ブリッジ回路から出力される検出信号及び温度信号の電
位レベルを前記基準信号と等しくなる状態に調整するこ
とができる。このように調整された状態では、前記差動
増幅回路を構成するオペアンプの特性、具体的には、入
力電位レベルの高低に応じて温度特性が異なるという特
性が存在するという状況下にあっても、その特性が差動
増幅回路からの出力電圧に悪影響を及ぼす事態を未然に
防止できるようになり、結果的に、信号処理手段での演
算処理により算出される物理量検出値の誤差を十分に小
さくできるようになる。

【００１０】請求項３記載の発明によれば、アナログマ
ルチプレクサを選択的に通過した後に差動増幅回路によ
り増幅された検出信号、温度信号及び基準信号がＡ／Ｄ
変換回路によりデジタルデータに変換されると共に、信
号処理手段が当該デジタルデータに基づいたデジタル演
算処理を行うことにより、前記検出信号に応じた物理量
検出値を前記温度信号及び基準信号により補正した状態
で算出するようになる。つまり、検出信号、温度信号及
び基準信号をアナログマルチプレクサを通じて時分割処
理すると共に、それらの信号に対応した複数種類のデジ
タルデータを同一の差動増幅回路及びＡ／Ｄ変換回路を
用いて採取し、斯様に採取したデジタルデータなどに基
づいた補正演算（デジタル演算）により、感度などに対
する温度補償を施した精度の高い物理量検出値を得るよ
うにしている。このように、信号処理手段での演算をデ
ジタル的に行う構成によれば、センサ感度に対し安定し
た温度補償機能が得られるようになる。

【００１１】請求項４記載の手段によれば、センシング
用ブリッジ回路からの検出信号、温度検出用ブリッジ回
路からの温度信号、基準電圧発生回路からの基準信号
を、Ａ／Ｄ変換回路内のリングゲート遅延回路に電源電
圧として与えると、当該Ａ／Ｄ変換回路は、このように
電源電圧が与えられた各状態でリングゲート遅延回路に
パルス信号が入力されたときのパルス信号周回数に基づ
いて上記検出信号、温度信号及び基準信号をデジタルデ
ータに変換するようになる。

【００１２】このようなリングゲート遅延回路を利用し
たＡ／Ｄ変換回路にあっては、変換速度の大幅な向上を
実現できるという利点があるため、物理量検出値の算出
のために必要な時間の大幅な短縮を実現できるようにな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体圧力センサ
装置に適用した一実施例について図面を参照しながら説
明する。全体の電気的構成を示す図１において、本実施
例による半導体圧力センサ装置は、圧力検出用のセンサ
部１と、このセンサ部１からの出力を処理するための信
号処理部２とを備えた構成となっており、これらセンサ
部１及び信号処理部２は、異なる半導体チップ上に分離
した状態で形成されている。

【００１４】センサ部１は、ピエゾ抵抗係数が大きな半
導体チップ（例えばシリコン単結晶基板）を利用して形
成されたもので、圧力検出用ブリッジ回路３（本発明で
いうセンシング用ブリッジ回路に相当）と、この圧力検
出用ブリッジ回路３の温度を検出するための温度検出用
ブリッジ回路４とにより構成されている。

【００１５】これらのうち、圧力検出用ブリッジ回路３
は、基本的には、半導体チップに設けたダイヤフラム上
に拡散抵抗により形成した抵抗素子Ｒd1、Ｒd2、Ｒd3、
Ｒd4をフルブリッジ接続して構成されるものであるが、
本実施例では、上記半導体チップ上に薄膜抵抗により形
成されたトリミング抵抗Ｒw1及びＲw2を当該フルブリッ
ジ回路中に挿入した構成となっている。

【００１６】具体的には、一対の入力端子Ｐ１及びＰ２
間に、抵抗素子Ｒd1、Ｒd2及びトリミング抵抗Ｒw1の直
列回路、並びに抵抗素子Ｒd3、Ｒd4及びトリミング抵抗
Ｒw2の直列回路を接続した状態となっており、抵抗素子
Ｒd1、Ｒd2の共通接続点が出力端子Ｑ１、抵抗素子Ｒd
3、Ｒd4の共通接続点が出力端子Ｑ２となるように構成
される。この場合、圧力検出用ブリッジ回路３において
は、印加圧力の増大に応じて各抵抗素子Ｒd1、Ｒd2、Ｒ
d3、Ｒd4の抵抗値が図１に矢印で示す態様（上向きの矢
印は抵抗値が増加することを示し、下向きの矢印は抵抗
値が減少することを示す）で変化する構成となってい
る。また、圧力検出用ブリッジ回路３の入力端子Ｐ１は
定電圧電源端子＋Ｖccに接続され、入力端子Ｐ２はグラ
ンド端子に接続されている。

【００１７】従って、圧力検出用ブリッジ回路３の一方
の出力端子Ｑ１の電位は印加圧力の増大に応じて上昇
し、他方の出力端子Ｑ２の電位は印加圧力の増大に応じ
て低下するものであり、出力端子Ｑ１及びＱ２間から
は、印加圧力に応じた電圧値の検出信号Ｓｄが出力され
ることになる。また、この検出信号Ｓｄの電位レベル
は、トリミング抵抗Ｒw1及びＲw2の抵抗値を変化させる
ことにより調整できることになる。尚、上記検出信号Ｓ
ｄは、圧力検出用ブリッジ回路３の温度にも依存して変
動するものであり、斯様な温度ドリフト除去用のデータ
を得るために前記温度検出用ブリッジ回路４が設けられ
ている。

【００１８】この温度検出用ブリッジ回路４は、基本的
には、拡散抵抗（温度係数は１５００〜１７００ppm/℃
程度）により形成された感温抵抗素子Ｒt1、Ｒt2と、温
度係数が零に近い材料である例えばＣｒＳｉにより形成
された抵抗素子Ｒc1、Ｒc2とをフルブリッジ接続して構
成されるものであるが、本実施例では、半導体チップ上
に薄膜抵抗により形成されたトリミング抵抗Ｒw3及びＲ
w4を当該フルブリッジ回路中に挿入した構成となってい
る。

【００１９】具体的には、一対の入力端子Ｐ３及びＰ４
間に、抵抗素子Ｒc1、感温抵抗素子Ｒt1及びトリミング
抵抗Ｒw3の直列回路、並びに感温抵抗素子Ｒt2、抵抗素
子Ｒc2及びトリミング抵抗Ｒw4の直列回路を接続した状
態となっており、抵抗素子Ｒc1及び感温抵抗素子Ｒt1の
共通接続点が出力端子Ｑ３、感温抵抗素子Ｒt2及び抵抗
素子Ｒc2の共通接続点が出力端子Ｑ４となるように構成
される。また、温度検出用ブリッジ回路４の入力端子Ｐ
３は定電圧電源端子＋Ｖccに接続され、入力端子Ｐ４は
グランド端子に接続されている。

【００２０】従って、温度検出用ブリッジ回路４の一方
の出力端子Ｑ３の電位は検出温度の上昇に応じて上昇
し、他方の出力端子Ｑ４の電位は検出温度の低下に応じ
て低下するものであり、出力端子Ｑ３及びＱ４間から
は、圧力検出用ブリッジ回路３の温度に応じた電圧値の
温度信号Ｓｔが出力されることになる。また、この温度
信号Ｓｔの電位レベルは、トリミング抵抗Ｒw3及びＲw4
の抵抗値を変化させることにより調整できることにな
る。

【００２１】一方、前記信号処理部２は、半導体チップ
上に以下に述べるような各回路要素を形成した構成とな
っている。基準電圧発生回路５は、拡散抵抗により形成
した抵抗素子Ｒa1及びＲa2を備えたもので、それら抵抗
素子Ｒa1及びＲa2の直列回路を定電圧電源端子＋Ｖcc及
びグランド端子間に接続した構成となっている。この場
合、抵抗素子Ｒa1及びＲa2の温度係数は厳密に一致する
ものであり、従って、基準電圧発生回路５の出力端子Ｑ
５（抵抗素子Ｒa1及びＲa2の共通接続点）からは、前記
圧力検出用ブリッジ回路３に作用する圧力（被検出圧
力）及び当該圧力検出用ブリッジ回路３の温度と無関係
に一定の電圧値となる基準信号Ｓａが出力されることに
なる。尚、この基準電圧発生回路５は、前記センサ部１
側の半導体チップ上に形成することも可能である。

【００２２】アナログマルチプレクサ６は、上記圧力検
出用ブリッジ回路３からの検出信号Ｓｄ、温度検出用ブ
リッジ回路４からの温度信号Ｓｔ、基準電圧発生回路５
からの基準信号Ｓａを、後述する制御ブロック７から与
えられるセレクト信号に基づいて選択出力するためのも
のである。

【００２３】高入力インピーダンス差動増幅回路８は、
ＣＭＯＳオペアンプ８ａ、８ｂ及び抵抗８ｃ、８ｄ、８
ｅを組み合わせて成る周知構成のもので、前記アナログ
マルチプレクサ６から順次出力される信号を増幅してＡ
／Ｄ変換回路９に与えるようになっている。この場合、
差動増幅回路８には、その増幅出力電圧を持ち上げるた
めの定電圧電源８ｆ及び抵抗８ｇが付随して設けられて
いる。尚、差動増幅回路８の電源は、前記定電圧電源端
子＋Ｖccから与えられるようになっている。

【００２４】上記Ａ／Ｄ変換回路９は、基本的には特開
平５−２５９９０７号公報に記載されたＡ／Ｄ変換回路
と同様構成のものであり、詳細には図示しないが、反転
動作時間が電源電圧に応じて変化するＮＡＮＤゲート１
０ａ（本発明でいう反転回路に相当）と、同じく反転動
作時間が電源電圧に応じて変化する偶数個のインバータ
１０ｂ（本発明でいう反転回路に相当）とをリング状に
連結して成るリングゲート遅延回路１０（以下の説明で
は、リングゲート遅延回路をＲＧＤ（Ring Gate Delay
）と略称する）、このＲＧＤ１０内でのパルス信号の
周回数をカウントするための周回数カウンタ１１、この
周回数カウンタ１１の計数値を上位ビットとし、且つＲ
ＧＤ１０内の各インバータ１０ｂの出力を下位ビットと
して格納するためのスタックメモリ１２などを含んで構
成されている。

【００２５】このような構成のＡ／Ｄ変換回路９による
変換原理の大略は以下の通りである。即ち、ＲＧＤ１０
内のＮＡＮＤゲート１０ａに対し、図２に示すようなパ
ルス信号ＰＡを与えると、ＮＡＮＤゲート１０ａ及び各
インバータ１０ｂがその電源電圧に応じた速度で逐次的
に反転動作を開始して、そのパルス信号ＰＡの入力期間
中は信号周回動作が継続して行われるものであり、斯様
なパルス信号周回数を示す二進数のデジタルデータが、
スタックメモリ１２に対しリアルタイムで与えられるこ
とになる。この後、図２に示すように、一定のサンプリ
ング周期Δｔ（例えば〜１００μ秒）を得るためのパル
ス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメモリ１２をラッチ
すれば、そのスタックメモリ１２内の各ラッチデータの
差に基づいて、インバータ１０ｂに与えられている電源
電圧を二進数のデジタルデータに変換した値が得られる
ようになる。

【００２６】この場合、ＲＧＤ１０内のＮＡＮＤゲート
１０ａ及びインバータ１０ｂには、前記差動増幅回路８
から電源電圧が与えられる構成となっている。従って、
Ａ／Ｄ変換回路９にあっては、差動増幅回路８からの出
力信号、つまり、アナログマルチプレクサ６を通じて選
択出力される検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号
Ｓａをデジタルデータに変換することになる。

【００２７】尚、以下においては、Ａ／Ｄ変換回路９に
よる変換データのうち、検出信号Ｓｄに対応したデジタ
ルデータを圧力情報Ｄ、温度信号Ｓｔに対応したデジタ
ルデータを温度情報Ｔ、基準信号Ｓａに対応したデジタ
ルデータを基準情報Ａと呼ぶことにする。

【００２８】ここで、圧力情報Ｄと圧力検出用ブリッジ
回路３に対する印加圧力Ｐとの間には次式のような関
係がある。 Ｄ＝｛（ｃｔ＋ｄ）×Ｐ＋ｅｔ＋ｆ｝×β（ｔ） …… 但し、ｔ：圧力検出用ブリッジ回路３の温度 ｃ：圧力検出用ブリッジ回路３の感度の温度係数 ｄ：圧力検出用ブリッジ回路３の室温感度 ｅ：圧力検出値のオフセットの温度係数 ｆ：圧力検出値の室温オフセット値 また、β（ｔ）は、差動増幅回路８の温度特性やＲＧＤ
１０の遅延時間の温度特性などに依存した非線形項であ
り、これが圧力検出値の精度劣化の要因となるものであ
る。

【００２９】上記式からＰの解を得るためには、ｔが
必要であり、また、非線形の係数であるβ（ｔ）を除去
する必要がある。このため、温度検出用ブリッジ回路４
を通じて温度情報Ｔを得ると共に、基準電圧発生回路５
を通じて基準情報Ａを得るようにしている。

【００３０】この場合、温度情報Ｔと圧力検出用ブリッ
ジ回路３の温度ｔとの間には次式のような関係が存在
するものである。 Ｔ＝（ａｔ＋ｂ）×β（ｔ） …… 但し、ａ：温度検出値の温度係数 ｂ：温度検出値の室温オフセット値

【００３１】また、基準情報Ａは、圧力検出用ブリッジ
回路３に作用する圧力及び温度と無関係に一定の電圧値
となる基準信号Ｓａを、差動増幅回路８により増幅し且
つＡ／Ｄ変換回路９によりデジタル変換したデータであ
るから、次式が成立することになる。 Ａ＝β（ｔ） ……

【００３２】従って、、、式から、非線形項β
（ｔ）が削除された状態の次式が得られる。 Ｔ／Ａ＝ａｔ＋ｂ …… Ｄ／Ａ＝（ｃｔ＋ｄ）×Ｐ＋ｅｔ＋ｆ ……

【００３３】上記、の式を用いてＰについて解くと
次式が得られる。 Ｐ＝｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＋Ｄ／Ａ−ｆ｝ ／｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ …… ＥＰＲＯＭ１３には、式に基づいた圧力Ｐの演算に必
要な係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆが補正係数として予め
記憶されている。

【００３４】補正演算回路１４（本発明でいう信号処理
手段に相当）は、前記式を利用した圧力Ｐの演算を、
制御ブロック７からの指令を受けて行うものであり、そ
の演算時には、スタックメモリ１２から読み出した圧力
情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ、並びにＥＰＲＯＭ
１３から読み出した補正係数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆ）を使用する構成となっている。そして、この補正演
算回路１４による演算結果は、センサ部１による検出圧
力を示す圧力データとしてＩ／Ｏブロック１５から出力
される。

【００３５】さて、図３には、制御ブロック７による制
御内容が概略的に示されており、以下これについて関連
した作用と共に説明する。即ち、制御ブロック７は、ま
ず、アナログマルチプレクサ６に対して、基準電圧発生
回路５からの基準信号Ｓａを選択するためのセレクト信
号を出力する（ステップＳ１）。すると、差動増幅回路
８から上記基準信号Ｓａを増幅した電圧信号が出力され
るようになり、この電圧信号がＡ／Ｄ変換回路９内のＲ
ＧＤ１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるよ
うになる。

【００３６】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ２を実行する。このル
ーチンＳ２では、図２に示す時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ１
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グ（具体的には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において４回立
ち上がる状態）で出力する。

【００３７】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差（例えば３回目の立ち上がりと４回目の立ち上がり
における各ラッチデータの差）に基づいて、差動増幅回
路８からの電圧信号（基準信号Ｓａを増幅した電圧信
号）に応じたデジタルデータが基準情報Ａとして得られ
るようになる。

【００３８】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ２の実行に応じて基準情報Ａを取り込んだ後には、ア
ナログマルチプレクサ６に対して、基準電圧発生回路５
からの温度信号Ｓｔを選択するためのセレクト信号を出
力する（ステップＳ３）。すると、差動増幅回路８から
上記温度信号Ｓｔを増幅した電圧信号が出力されるよう
になり、この電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ
１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるように
なる。

【００３９】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ４を実行する。このル
ーチンＳ４では、図２に示す時刻ｔ３〜ｔ４の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ３
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グで出力する。

【００４０】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差に基づいて、差動増幅回路８からの電圧信号（温度
信号Ｓｔを増幅した電圧信号）に応じたデジタルデータ
が温度情報Ｔとして得られるようになる。

【００４１】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ４の実行に応じて温度情報Ｔを取り込んだ後には、ア
ナログマルチプレクサ６に対して、基準電圧発生回路５
からの検出信号Ｓｄを選択するためのセレクト信号を出
力する（ステップＳ５）。すると、差動増幅回路８から
上記検出信号Ｓｄを増幅した電圧信号が出力されるよう
になり、この電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ
１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるように
なる。

【００４２】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ６を実行する。このル
ーチンＳ６では、図２に示す時刻ｔ５〜ｔ６の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ５
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グで出力する。

【００４３】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差に基づいて、差動増幅回路８からの電圧信号（検出
信号Ｓｄを増幅した電圧信号）に応じたデジタルデータ
が圧力情報Ｄとして得られるようになる。

【００４４】尚、本実施例の場合、上述した出力制御ル
ーチンＳ２、Ｓ４、Ｓ６の実行時において、スタックメ
モリ１２からラッチデータの差に基づいたデジタルデー
タを３回取り込むことができるから、それらを平均化し
た値をデジタルデータ（基準情報Ａ、温度情報Ｔ及び圧
力情報Ｄ）として得る構成とすることもできる。

【００４５】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ６の実行後には、補正演算回路１４に対して演算指令
を出力する（ステップＳ７）。すると、補正演算回路１
４にあっては、スタックメモリ１２から読み出した圧力
情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ、並びにＥＰＲＯＭ
１３から読み出した補正係数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆ）を使用して、前記式の演算を行うものであり、そ
の演算結果を、センサ部１による検出圧力を示す圧力デ
ータとしてＩ／Ｏブロック１５から出力するようにな
る。

【００４６】この後、制御ブロック７は、所定の待機時
間が経過するまで待機し（ステップＳ８）、当該待機時
間が経過したときにステップＳ１へ戻るようになる。従
って、一連の圧力検出動作（Ｓ１〜Ｓ７）は、上記待機
時間が経過する毎に周期的に行われることになる。

【００４７】しかして、上記構成の半導体圧力センサ装
置においては、その製造途中の段階（例えば、センサ部
１のための半導体チップがウェハ状態にある段階、或い
は当該半導体チップをウェハから切り出した後の段階）
にて、トリミング抵抗Ｒw1〜Ｒw4をレーザトリミングす
ることによって、圧力検出用ブリッジ回路３からの検出
信号Ｓｄの電位レベル並びに温度検出用ブリッジ回路４
からの温度信号Ｓｔの電位レベルを調整する工程が行わ
れるようになっている。具体的には、上記検出信号Ｓｄ
及び温度信号Ｓｔの各電位レベルが、基準電圧発生回路
５からの基準信号Ｓａの電位レベルと等しくなるように
トリミング抵抗Ｒw1〜Ｒw4をレーザトリミングするもの
である。このレーザトリミングの手順は以下の通りであ
る。

【００４８】即ち、まず、基準信号Ｓａの電位レベルを
測定し、その測定結果をレーザトリミング装置に記憶す
る。その後、例えば検出信号Ｓｄの電位レベルを測定し
ながらトリミング抵抗Ｒw1、Ｒw2のレーザトリミングを
開始し、その検出信号Ｓｄの測定電位レベルが上記記憶
電位レベルと等しくなった時点で当該レーザトリミング
を終了する。さらに、この後に、温度信号Ｓｔの電位レ
ベルを測定しながらトリミング抵抗Ｒw3、Ｒw4のレーザ
トリミングを開始し、その温度信号Ｓｔの測定電位レベ
ルが前記記憶電位レベルと等しくなった時点で当該レー
ザトリミングを終了する。尚、レーザトリミングの順序
は逆でも良い。また、上記のようなレーザトリミングを
行った場合には、検出信号Ｓｄ及び温度信号Ｓｔの電位
レベルが上昇することになるから、センサ部１を形成す
る半導体チップのパターンレイアウト時において、上記
検出信号Ｓｄ及び温度信号Ｓｔの電位レベルが基準信号
Ｓａの電位レベルより小さくなるように設計する必要が
ある。

【００４９】要するに上記した本実施例によれば、検出
信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号Ｓａをアナログマ
ルチプレクサ６を通じて時分割処理すると共に、それら
の信号Ｓｄ、Ｓｔ及びＳａに対応した各デジタルデータ
（圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ、基準情報Ａ）を同一の差動
増幅回路８及びＡ／Ｄ変換回路９を用いて採取し、斯様
に採取したデジタルデータを利用した式の補正演算
（デジタル演算）を行う構成としており、これによっ
て、感度やオフセットなどに対する温度補償を施した精
度の高い圧力検出値を得ることができるものである。

【００５０】この場合、本実施例では、式の演算に供
するために最終的に圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情
報Ａに変換される検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準
信号Ｓａは、全て同じアナログ回路（アナログマルチプ
レクサ６、差動増幅回路８、Ａ／Ｄ変換回路９）を通過
する構成であるから、その信号伝送系統での回路定数の
変動に起因した各信号のドリフト成分が互いにキャンセ
ルされることになって、上記Ｔ／Ａ及びＤ／Ａが経時変
化することがなくなる。この結果、最終的に得られる圧
力検出値の精度を長期間に渡って良好な状態に維持でき
るようになる。

【００５１】本実施例の大きな特徴は、圧力検出用ブリ
ッジ回路３及び温度検出用ブリッジ回路４に設けたトリ
ミング抵抗Ｒw1〜Ｒw4をレーザトリミングすることによ
って、それらブリッジ回路３及び４からの検出信号Ｓｄ
及び温度信号Ｓｔの電位レベルと、基準電圧発生回路５
からの基準信号Ｓａの電位レベルとが等しくなるように
調整した構成にある。即ち、このような調整状態では、
差動増幅回路８を構成するオペアンプ８ａ、８ｂの特
性、具体的には、オペアンプ８ａ、８ｂにおいては、図
４に一例を示すように、入力電位レベルの高低に応じて
オフセット値の温度特性が異なるという特性があるが、
このような特性が存在する状況下であっても、その特性
が差動増幅回路８からの出力電圧（検出信号Ｓｄ、温度
信号Ｓｔ、基準信号Ｓａを増幅した電圧）に悪影響を及
ぼす事態を未然に防止できるようになり、結果的に、そ
の出力電圧をデジタルデータに変換した後に行われる補
正演算回路１４での演算処理により算出される圧力検出
値の誤差を十分に小さくできるようになる。

【００５２】尚、上記検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び
基準信号Ｓａの各電位レベルは厳密に一致させる必要は
なく、例えば図４の縦軸において、温度特性の曲がりに
１目盛り分程度の誤差が許容される場合には、その許容
誤差範囲内に収まる電位レベルに設定すれば良いもので
ある。

【００５３】また、本実施例においては、アナログマル
チプレクサ６が設けられているから、多数のオペアンプ
を必要としないものであり、以て全体の小型化を実現で
きるようになる。しかも、比較的大きな面積を占有する
ことになる差動増幅回路８を、検出信号Ｓｄ、温度信号
Ｓｔ及び基準信号Ｓａの増幅用に兼用する構成となって
いるから、多数の差動増幅回路を設ける必要がなくなっ
て、この面からも全体の小型化を実現できるようにな
る。

【００５４】さらに、本実施例のように、ＲＧＤ１０を
利用したＡ／Ｄ変換回路９にあっては、変換速度の大幅
な向上（つまりサンプリング時間の大幅な短縮）を実現
できるという利点があるため、圧力検出値の算出に必要
な時間を短縮できるようになる。

【００５５】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。半導体圧力センサ装置に適用した例を説明したが、
加速度、磁束、湿度などの他の物理量を検出するための
センサ装置に広く適用することができる。Ａ／Ｄ変換回
路９内のＲＧＤ１０は、基本的な構成例を示したもので
あり、これと異なる構成のＲＧＤを設けることもでき
る。感度やオフセットに対する温度補償をアナログ的な
補正演算により行うようにしたセンサ装置にも適用範囲
を広げることができる。基準電圧発生回路５からの基準
電圧Ｓａの電位レベルを調整するためのトリミング抵抗
を設ける構成としても良いが、この基準電圧発生回路５
は必要に応じて設ければ良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の電気的構成図

【図２】作用説明用のタイミングチャート

【図３】制御ブロックによる制御内容を示すフローチャ
ート

【図４】オペアンプの温度特性例を示す図

【符号の説明】

１はセンサ部、２は信号処理部、３は圧力検出用ブリッ
ジ回路（センシング用ブリッジ回路）、Ｒd1、Ｒd2、Ｒ
d3、Ｒd4は抵抗素子、４は温度検出用ブリッジ回路、Ｒ
t1、Ｒt2は感温抵抗素子、Ｒc1、Ｒc2は抵抗素子、Ｒw
1、Ｒw2、Ｒw3、Ｒw4はトリミング抵抗、５は基準電圧
発生回路、６はアナログマルチプレクサ、７は制御ブロ
ック、８は差動増幅回路、８ａ、８ｂはオペアンプ、９
はＡ／Ｄ変換回路、１０はリングゲート遅延回路、１０
ａはＮＡＮＤゲート（反転回路）、１０ｂはインバータ
（反転回路）、１１は周回数カウンタ、１２はスタック
メモリ、１３はＥＰＲＯＭ（記憶手段）、１４は補正演
算回路（信号処理手段）を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗素子を組み合わせて構成され被検出
   物理量に応じた電圧値の検出信号を発生するセンシング
   用ブリッジ回路と、 抵抗素子を組み合わせて構成され前記センシング用ブリ
   ッジ回路の温度に応じた電圧値の温度信号を発生する温
   度検出用ブリッジ回路と、 前記検出信号及び温度信号を選択的に出力するアナログ
   マルチプレクサと、 オペアンプにより構成され前記アナログマルチプレクサ
   から順次出力される信号を増幅する差動増幅回路と、 前記センシング用ブリッジ回路及び温度検出用ブリッジ
   回路の少なくとも一方に設けられ、各ブリッジ回路から
   出力される前記検出信号及び温度信号の電位レベルが互
   いに等しくなる状態に調整可能なトリミング用抵抗とを
   備えたことを特徴とするセンサ装置。
2. 【請求項２】 前記被検出物理量及び前記センシング用
   ブリッジ回路の温度と無関係に一定の電圧値となる基準
   信号を出力するように構成され、その基準信号を前記ア
   ナログマルチプレクサを通じて前記差動増幅回路に与え
   るように設けられた基準電圧発生回路と、 前記差動増幅回路により増幅された前記検出信号、温度
   信号及び基準信号に基づいた演算処理により当該検出信
   号に対応した物理量検出値を上記温度信号及び基準信号
   により補正した状態で算出する信号処理手段とを備え、 前記センシング用ブリッジ回路及び温度検出用ブリッジ
   回路の双方に前記トリミング用抵抗を設けたことを特徴
   とする請求項１記載のセンサ装置。
3. 【請求項３】 前記差動増幅回路により増幅された前記
   検出信号、温度信号及び基準信号をデジタルデータに変
   換するＡ／Ｄ変換回路を備え、 前記信号処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換回路からのデジタ
   ルデータに基づいたデジタル演算処理により前記検出信
   号に対応した物理量検出値を前記温度信号及び基準信号
   により補正した状態で算出するように構成されているこ
   とを特徴とする請求項２記載のセンサ装置。
4. 【請求項４】 前記Ａ／Ｄ変換回路は、反転動作時間が
   電源電圧に応じて変化する複数個の反転回路をリング状
   に連結して成るリングゲート遅延回路を含んで成り、前
   記検出信号、温度信号及び基準信号が上記リングゲート
   遅延回路に電源電圧として与えられた各状態で当該リン
   グゲート遅延回路にパルス信号が入力されたときのパル
   ス信号周回数に基づいて上記検出信号、温度信号及び基
   準信号をデジタルデータに変換する構成のものであるこ
   とを特徴とする請求項３記載のセンサ装置。