JP2001165797A - 半導体圧力センサ装置 - Google Patents
半導体圧力センサ装置Info
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Abstract
導体圧力センサ装置において、ブリッジ回路の中点電位
を入力とする入力段がNチャネルトランジスタで構成さ
れたオペアンプのオフセット電圧に大きな温度特性が生
じないようにする。 【解決手段】 ピエゾ抵抗素子5〜8によって構成され
た圧力検出用ブリッジ回路の中点電位VP1、VP2が信号
処理回路100に入力され、この信号処理回路100の
処理によって圧力が検出される。ここで、信号処理回路
100におけるマルチプレクサ110には、入力段がN
チャネルトランジスタで構成されたオペアンプが設けら
れている。また、そのオペアンプのオフセット電圧の温
度特性を調整するために、ブリッジ回路10の中点電位
VP1、VP2を上昇させる調整用抵抗9が、圧力検出用ブ
リッジ回路10に直列接続されている。
Description
持つ感圧素子を用いて圧力を検出する半導体圧力センサ
装置に関する。
ては、シリコン基板の中央部に薄肉のダイアフラムが形
成され、その表面に、ピエゾ抵抗効果を持つ感圧素子と
して歪み抵抗ゲージが形成され、歪み抵抗ゲージによっ
てブリッジ回路が構成されている。ブリッジ回路の中点
電位は、信号処理回路に入力され、ダイアフラムに印加
された圧力が検出される。このような半導体圧力センサ
装置は、車載用に多く用いられ、その電源としては、車
載のバッテリよりECU(制御装置)を介した5V電圧
が用いられている。
ンガスメータなどにも、この半導体圧力センサ装置が用
いられるようになってきている。このものにおいては、
電源としてリチウム電池などの乾電池が用いられる。
場合、半導体圧力センサ装置の電源電圧が車載用の場合
に比べて低電圧(例えば2.0V)になる。この場合、
入力段がNチャネルトランジスタで構成されたオペアン
プを用い、ブリッジ回路の中点電位をそのオペアンプに
入力するように構成すると、オペアンプの入力電圧が低
いため、Nチャネルトランジスタの動作が不安定にな
り、オペアンプのオフセット電圧に大きな温度特性が現
れる。
圧とその出力におけるオフセット電圧との関係を調べた
ところ、図5に示すように、入力電圧が低い場合、温度
特性によってオフセット電圧に大きな曲がりが生じるこ
とがわかった。
乾電池を用いたような低電圧印加の半導体圧力センサ装
置において、ブリッジ回路の中点電位を入力とする入力
段がNチャネルトランジスタで構成されたオペアンプの
オフセット電圧に大きな温度特性が生じないようにする
ことを目的とする。
め、請求項1に記載の発明では、ブリッジ回路(10)
の中点電位を入力とする入力段がNチャネルトランジス
タ(111a、111b)で構成されたオペアンプ(1
11)のオフセット電圧の温度特性を調整するために、
ブリッジ回路(10)の中点電位を上昇させる調整用抵
抗(9)をブリッジ回路(10)に直列接続したことを
特徴としている。
の入力電圧を高くすることができるため、オフセット電
圧に大きな温度特性が生じないようにすることができ
る。
に、調整用抵抗(9)を半導体基板(1)の厚肉部
(4)に形成するようにすれば、調整用抵抗(9)を感
圧素子(5〜8)と同一基板上に形成することができ
る。
載の発明のように、ブリッジ回路(10)における接地
側の2辺の接続点に直列に接続することの他、請求項4
に記載の発明のように、ブリッジ回路(10)における
接地側の2辺にそれぞれ直列に接続するようにすること
ができる。この場合、請求項5に記載の発明のように、
調整用抵抗(9)にオフセット調整用抵抗(14)をそ
れぞれ直列に接続するようにすれば、オフセット電圧の
調整も行うことができる。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
かる半導体圧力センサ装置の構成を示す。(a)はその
平面図、(b)は(a)中のA−A断面図である。ま
た、図2に、本発明の一実施形態にかかる半導体圧力セ
ンサ装置の電気的構成を示す。
型シリコン基板1aの上にN型エピタキシャル層1bを
成長させたものとなっている。P型シリコン基板1aの
中央部には凹部2が形成され、凹部2の底面部2aによ
り薄肉部3が形成されるとともにその周囲の四角枠部が
厚肉部4となっている。シリコン基板1の薄肉部3がダ
イアフラムとなり、この薄肉部3よりなるダイアフラム
に圧力が印加されると歪みが生じる。
には、P型不純拡散層よりなるピエゾ抵抗素子(歪み抵
抗ゲージ)5、6、7、8が形成されている。これらピ
エゾ抵抗素子5〜8はブリッジ接続されて、図2に示す
ように圧力検出用ブリッジ回路10が構成されている。
この場合、ピエゾ抵抗素子5、7の中点電位VP1は、ダ
イアフラムへの圧力の印加量に応じて低くなり、逆にピ
エゾ抵抗素子6、8の中点電位VP2は、ダイアフラムへ
の圧力の印加量に応じて高くなるように設定されてい
る。
型不純拡散層よりなる調整用抵抗9が形成されている。
この調整用抵抗9は、図2に示すように圧力検出用ブリ
ッジ回路10に直列に接続され、後述するオペアンプ1
11のオフセット電圧の温度特性を調整するために用い
られる。
型不純物層よりなる温度補償用ピエゾ抵抗素子21、2
2および温度係数の異なる例えばPoly−SiやCr
Siよりなる温度補償用薄膜抵抗23、24が形成され
ている。これら温度補償用ピエゾ抵抗素子21、22お
よび温度補償用薄膜抵抗23、24はブリッジ接続され
て、図2に示すように温度検出用ブリッジ回路20が構
成されている。この場合、CrSi膜による温度補償用
薄膜抵抗23、24は、温度補償用ピエゾ抵抗素子2
1、22に比べて抵抗温度係数が極めて低く、基本的に
温度特性を持たない抵抗素子であるため、温度検出用ブ
リッジ回路20からは温度に応じた中点電位VT1、VT2
がそれぞれ出力される。
リッジ回路10の出力および温度検出用ブリッジ回路2
0の出力は、信号処理回路(演算処理回路)100に入
力される。この信号処理回路100は、アナログマルチ
プレクサ110、増幅回路120、A/D変換回路13
0、マイクロコンピュータ140などから構成されてお
り、図1中に図示してないが、シリコン基板1の厚肉部
4にそれぞれの回路素子が形成されている。
出用ブリッジ回路10の出力および温度検出用ブリッジ
回路20の出力は、アナログマルチプレクサ110に入
力される。また、温度特性を持たない抵抗素子151、
152によって構成される基準位置出力回路150の出
力もアナログマルチプレクサ110に入力される。な
お、この基準位置出力回路150の出力は、圧力にも温
度にも不感なものとなっている。
出用ブリッジ回路10の出力、温度検出用ブリッジ回路
20の出力、基準位置出力回路150の出力のいずれか
1つを選択的に増幅回路120に出力する。このアナロ
グマルチプレクサ110の選択出力は、マイクロコンピ
ュータ140によって制御される。
130によってデジタル信号に変換され、マイクロコン
ピュータ140に入力される。マイクロコンピュータ1
40は、圧力検出用ブリッジ回路10、温度検出用ブリ
ッジ回路20、および基準位置出力回路150からのそ
れぞれの出力に基づき、所定の演算式に従って温度補正
等を行い、圧力信号Pを出力する。
しては、ニッケル電池などの乾電池が用いられており、
図示しない定電圧回路によって2.0Vの定電圧VDDが
各部の電源電圧として用いられている。
は、圧力検出用ブリッジ回路10の中点電位VP1、VP2
を入力とするオペアンプ111を有して構成されてい
る。このオペアンプ111には、図3(a)に示すよう
に、ピエゾ抵抗素子5、7の中点電位VP1が非反転入力
端子に入力され、ピエゾ抵抗素子6、8の中点電位VP2
が反転入力端子に入力される。そして、オペアンプ11
1から、両中点電位VP1、VP2の差に応じた電圧VP0が
出力される。この出力電圧VP0が、増幅回路120に選
択出力される。なお、温度検出用ブリッジ回路20から
出力される中点電位VT1、VT2に対しても、図示しない
が、上記と同様のオペアンプによって両中点電位VT1、
VT2の差に応じた電圧が出力されるようになっている。
は、図3(b)に示すように、圧力検出用ブリッジ回路
10の中点電位VP1、VP2を入力とする入力段がNチャ
ネルトランジスタ111a、111bを有して構成され
ている。この2つのNチャネルトランジスタ111a、
111bのソースは、定電流回路として機能するNチャ
ネルトランジスタ111cに共通接続され、Nチャネル
トランジスタ111a、111bのドレインは、抵抗と
して機能するPチャネルトランジスタ111d、111
eにそれぞれ接続されている。そして、Pチャネルトラ
ンジスタ111dとNチャネルトランジスタ111aの
接続点およびPチャネルトランジスタ111eとNチャ
ネルトランジスタ111bの接続点から、圧力検出用ブ
リッジ回路10の中点電位VP1、VP2の差に応じた電圧
が出力され、図示しない後段の回路によって出力電圧V
P0が作成されて出力される。
ム電池などの乾電池を用い、各部の電源電圧に2.0V
といった低電圧を印加するようにした場合、圧力検出用
ブリッジ回路10の中点電位VP1、VP2が低いと、オペ
アンプ111におけるNチャネルトランジスタ111
a、111bの動作が不安定になり、図5に示すよう
に、オペアンプ111のオフセット電圧に大きな温度特
性が現れる。
出用ブリッジ回路10における接地側の2辺(ピエゾ抵
抗素子7がある辺とピエゾ抵抗素子8がある辺)の接続
点に調整用抵抗9を直列に接続し、圧力検出用ブリッジ
回路10の中点電位VP1、V P2を上昇させるようにして
いる。ダイアフラムに圧力が印加されていない状態にお
いて、調整用抵抗9を接続しないと、圧力検出用ブリッ
ジ回路10の中点電位VP1、VP2はそれぞれ1.0V程
度であるが、調整用抵抗9を接続することによって、圧
力検出用ブリッジ回路10の中点電位VP1、VP2が、そ
れぞれ1.125V程度に上昇し、図5からわかるよう
にオペアンプ111のオフセット電圧の温度特性を小さ
くすることができる。
ジ回路10における接地側の2辺の接続点に直列に接続
するものに限らず、圧力検出用ブリッジ回路10におけ
る接地側の2辺に個別にそれぞれ直列に接続されていて
もよい。また、調整用抵抗9は、シリコン基板1の厚肉
部4に形成されたP型不純拡散層によるゲージ抵抗以外
の抵抗として形成されたものであってもよい。また、調
整用抵抗9は、固定の抵抗値のものに限らず、抵抗値が
調整できるようになっていてもよい。
すように圧力検出用ブリッジ回路10にオフセット調整
用抵抗を直列に接続する場合には、図4に示すように、
調整用抵抗9に複数のオフセット調整用抵抗14をそれ
ぞれ直列に接続して、オフセット電圧の調整ができるよ
うになっていてもよい。図4の場合、各オフセット調整
用抵抗14間に設けられたワイヤーボンディングパッド
15と接地間を選択的にワイヤーボンディングすること
により、オフセット電圧を調整することができる。な
お、オフセット調整用抵抗14は、シリコン基板1の厚
肉部4にP型不純拡散層によって形成される。また、オ
フセット調整用抵抗14の抵抗値は、それぞれ40Ω程
度であるのに対し、調整用抵抗9の抵抗値は1.0KΩ
程度であり、調整用抵抗9の方がオフセット調整用抵抗
14に比べてはるかに大きな値になっている。
装置の構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は
(a)中のA−A断面図である。
装置の電気的構成を示す図である。
るオペアンプの構成の一部を示す図である。
ッジ回路10の電気的構成を示す図である。
オペアンプの入力電圧とオフセット温度特性との関係を
示す図である。
ピエゾ抵抗素子、9…調整用抵抗、100…信号処理回
路、110…アナログマルチプレクサ、111…オペア
ンプ、111a、111b…Nチャネルトランジスタ、
120…増幅回路、130…A/D変換回路、140…
マイクロコンピュータ、150…基準位置出力回路。
Claims (5)
- 【請求項1】 ダイアフラムをなす薄肉部(3)を有す
る半導体基板(1)の前記薄肉部(3)に形成され、ピ
エゾ抵抗効果を持つ感圧素子(5〜8)により構成され
たブリッジ回路(10)と、 このブリッジ回路(10)の中点電位に基づいて、前記
薄肉部(3)に加えられた圧力を検出する信号処理回路
(100)とを備え、 前記信号処理回路(100)は、前記ブリッジ回路(1
0)の中点電位を入力とする入力段がNチャネルトラン
ジスタ(111a、111b)で構成されたオペアンプ
(111)を有するものであり、 前記オペアンプ(111)のオフセット電圧の温度特性
を調整するために前記ブリッジ回路(10)の中点電位
を上昇させる調整用抵抗(9)を前記ブリッジ回路(1
0)に直列接続したことを特徴とする半導体圧力センサ
装置。 - 【請求項2】 前記調整用抵抗(9)は、前記半導体基
板(1)の厚肉部(4)に形成されていることを特徴と
する請求項1に記載の半導体圧力センサ装置。 - 【請求項3】 前記調整用抵抗(9)は、前記ブリッジ
回路(10)における接地側の2辺の接続点に直列に接
続されていることを特徴とする請求項1または2に記載
の半導体圧力センサ装置。 - 【請求項4】 前記調整用抵抗(9)は、前記ブリッジ
回路(10)における接地側の2辺にそれぞれ直列に接
続されていることを特徴とする請求項1または2に記載
の半導体圧力センサ装置。 - 【請求項5】 前記調整用抵抗(9)にオフセット調整
用抵抗(14)がそれぞれ直列に接続されていることを
特徴とする請求項4に記載の半導体圧力センサ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34798099A JP2001165797A (ja) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | 半導体圧力センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34798099A JP2001165797A (ja) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | 半導体圧力センサ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001165797A true JP2001165797A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18393930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34798099A Pending JP2001165797A (ja) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | 半導体圧力センサ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001165797A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100427592B1 (ko) * | 2002-01-08 | 2004-04-28 | 주식회사 케이이씨 | 압력센서 |
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-
1999
- 1999-12-07 JP JP34798099A patent/JP2001165797A/ja active Pending
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