JP2011075526A - センシングデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】センシングデバイスの高機能化と高信頼性化とに対応するために、書換可能ＰＲＯＭ回路を複数設け、それらの出力から適切なものを選択する多数決回路を設けることは、製品コスト、半導体チップ面積の両面で大きな負担となる。高機能化と高信頼性化とを図りながら、製品コスト、半導体チップ面積の増大を抑制できるようにする。
【解決手段】エミュレーションモードでテストデータが更新書き込み可能な書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａと、エミュレーションモードで確定された最適解データをライトモードで１回限り書き込み可能で、リードモードにおいて最適解データの読み出しが可能な、書き換え不可のワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂと、書換可能ＰＲＯＭ回路４ＡとワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂとを制御するＰＲＯＭ制御回路５と、エミュレーションモードで書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａの出力を選択し、リードモードではワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの出力を選択し、センサ回路１に送出するＰＲＯＭ出力選択スイッチ６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の調整すべき特性項目をもつ高機能な温度センサ、加速度センサ、磁気センサなど各種のセンシングデバイスにかかわり、特にはその高信頼性化、低コスト化に対応するための技術に関する。

温度センサ、加速度センサ、磁気センサなどのセンシングデバイスについて、厳しい自然環境下で使用されるものは特に高い信頼性が要求されるケースが多い。近年、センサの温度特性などについての個体ばらつきを高精度に調整しなければならない需要が増えている。例えば水晶発振器には、個々の水晶振動子の周波数の温度特性のばらつきがある。この特性ばらつきに対処するために開発されたのが温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）である。

図６は従来のセンシングデバイスの構成を示すブロック図である。図６において、１はセンサ回路、２はセンサ回路１の駆動を制御するセンサ制御回路、３はセンサ制御回路２での制御量（パラメータ）を調整する制御調整回路、４１は制御調整回路３に対してセンサ回路１に適合した制御量を供給するために制御量に対応した最適解データを格納するＰＲＯＭ回路、５はＰＲＯＭ回路４１に対してデータの書き込み・読み出しを制御するＰＲＯＭ制御回路である。また、Ｔ０はＰＲＯＭ回路４１に対して最適解データの書き込み動作を指令するための書き込み指令端子、ＤＡＴＡはＰＲＯＭ制御回路５に最適解データをシリアルに入力するデータ入力端子、ＣＬＫはＰＲＯＭ制御回路５にクロックを入力するクロック入力端子、ＯＵＴはセンサ回路１からのセンサ出力端子、ＶＣＣ１は電源端子、ＶＣＣ２はＰＲＯＭ制御回路５への電源端子、ＧＮＤはグランド端子である。なお、センシングデバイスがＴＣＸＯモジュールの場合、センサ回路１は水晶振動子を含む発振回路であり、センサ制御回路２は水晶振動子の周波数特性を調整する３次制御回路となる。

センシングデバイスの生産過程の最終段階において、まずエミュレーションモードが設定され、センサ回路１の動作クロックの周波数の調整量を計算予測し、周波数が所定値になるように最適解データ（調整ビット）を確定する。次いでライトモードが設定され、エミュレーションモードで確定した最適解データをデータ入力端子ＤＡＴＡから入力しＰＲＯＭ制御回路５を介してＰＲＯＭ回路４１に書き込む。リードモードでは、ＰＲＯＭ回路４１から最適解データが読み出され、制御調整回路３とセンサ制御回路２を介して最適解データがセンサ回路１に送られる。これによりセンサ回路１は周波数の温度特性のばらつきが補償され、最適解データの下で動作するので、周辺温度の変動にかかわらず、常に最適な周波数特性の下での安定した動作となる。

高機能なセンシングデバイスには調整すべき特性項目が複数あって、その特性項目の調整は１つの工程では対応し切れない。ＰＲＯＭ回路４１としてデータ書き込みが１回限り可能で書き換えが不可であるワンタイムＰＲＯＭ回路を利用する場合には、複数項目の調整に対応し切れなくなる。すなわち、各調整工程で求めた調整値を次の工程に反映し、さらに必要に応じて前工程で決めた調整値を微調整しなければならない。しかし、複数の項目についてのトータルな最適解データを得るのに何段階にもわたってエミュレーションを繰り返すという調整の作業形態があり、しかもデータ書き込みが１回限り可能で書き換えが不可であるワンタイムＰＲＯＭ回路の場合は、個々の調整工程での最適解データを一時的に格納しておくというわけにはいかないので、外部の補償調整制御装置においてデバイス毎、調整工程毎に更新テストデータ（ビットグルーブ）を１対１で突き合わせる形で運用しなければならず、調整項目が多くなるほど管理すべきデータ量が膨大なものになる。

そこで、ＰＲＯＭ回路４１として書換可能ＰＲＯＭ回路（ＥＥＰＲＯＭ）を用いることが考えられ、各工程において、書換可能ＰＲＯＭ回路にテストデータを書き込み、さらに読み出してセンサ回路１に与え、センサ回路１を駆動し、センサ回路１の出力値を測定し、次に書換可能ＰＲＯＭ回路に書き込むべきテストデータとして最適値に近づくデータを求め、その更新したテストデータを書換可能ＰＲＯＭ回路に書き込む。このような書換可能ＰＲＯＭ回路へのテストデータの書き込み、読み出し、センサ回路出力測定を繰り返し、最適解データを確定する。このようにＰＲＯＭ回路４１として書換可能ＰＲＯＭ回路を用いることにより、更新テストデータをセンシングデバイスに載せた状態で工程に流すことが可能となる。最終的に確定された最適解データは書換可能ＰＲＯＭ回路に保持され、通常動作時のリードモードでは書換可能ＰＲＯＭ回路から最適解データが読み出され、制御調整回路３とセンサ制御回路２を介して最適解データがセンサ回路１に与えられる。

しかし、ＰＲＯＭ回路４１として書換可能ＰＲＯＭ回路（ＥＥＰＲＯＭ）を用いる場合には、書換可能ＰＲＯＭ回路が高温に弱いという別の課題がある。すなわち、書換可能ＰＲＯＭ回路の場合、高温のためにフローティングゲートに電荷の抜けが発生し、信号反転を招くおそれがある。特に１００℃を超える高温状態では信頼性に不安がある。これは、厳しい自然環境化で使用されるセンシングデバイスの高信頼性化にとって好ましいことではない。

そこで、複数の調整すべき特性項目をもつ高機能なセンシングデバイスについて、高信頼性化を図るため、図７に示すセンシングデバイスの構成が考えられた。図７において、４１ａ，４１ｂ，４１ｃはそれぞれセンサ回路１に適合した制御量を格納する書換可能ＰＲＯＭ回路（ＥＥＰＲＯＭ）、８は３つの書換可能ＰＲＯＭ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力を入力し、３つの入力について多数決処理を行う多数決回路である。この多数決回路８は、入力した３ビットのうち２ビットがビット反転を起こせば出力が反転することで多数決処理を行う。書き込み指令端子Ｔ０およびＰＲＯＭ制御回路５の出力はそれぞれ、３つの書換可能ＰＲＯＭ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃに共通となっている。その他の構成については、図６の場合と同様である。図８は多数決回路８の詳しい回路構成を示し、３つのアンドゲートと１つのＯＲゲートから構成されている。

図７のセンシングデバイスの場合、３つの書換可能ＰＲＯＭ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃを設けるとともに、それらの出力の多数決をとる多数決回路８を設けてあるので、温度条件が悪化して最適解データがビット反転を起こすようなことがあっても、３つの出力の多数決で、３つのうちビット反転が２つであれば出力を反転するが、ビット反転が１つであればビット反転しない方のデータを採用するものであり、この多数決処理により高信頼性のマージンを増やすことができる。図７の構成によれば、センシングデバイスの高機能化と高信頼性化との双方に対応することができる。

特開平７−２９７２９１号公報 特開昭６３−２１９０４５号公報

しかし、センシングデバイスの高機能化と高信頼性化との双方に対応するために、図７、図８に示すように、書換可能ＰＲＯＭ回路を複数設けること、および複数の書換可能ＰＲＯＭ回路の出力から適切なものを選択するために多数決回路を設けることは、製品コスト、半導体チップ面積の両面で大きな負担となり、好ましいものではない。

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、高機能化と高信頼性化とを図りながら、製品コスト、半導体チップ面積の増大を抑制できるようにすることを目的としている。

上記の課題に鑑み、本発明は、センシングデバイスの高機能化、高信頼性化に対応するために次のような手段を講じる。すなわち、機能・性状を異にする２種類のＰＲＯＭ回路と、これら２種類のＰＲＯＭ回路を切り換えるためのＰＲＯＭ制御回路を設ける。ＰＲＯＭ回路の１つは、繰り返してデータ書き込み可能なＰＲＯＭ回路（書換可能ＰＲＯＭ回路：代表例はＥＥＰＲＯＭ）であり、もう１つはデータ書き込みが１回限り可能で書き換えが不可であるワンタイムＰＲＯＭ回路である。ＰＲＯＭ制御回路は、書換可能ＰＲＯＭ回路とワンタイムＰＲＯＭ回路に対して、エミュレーションモード、ライトモード、リードモードの各モードに応じたデータの書き込み・読み出しを制御するものとして構成されている。書換可能ＰＲＯＭ回路は、外部の補償調整制御装置によってエミュレーションモードが設定された状態ではテストデータが更新書き込みされ、ライトモードおよびリードモードが設定された状態では原則として不動作状態となるように構成されている。ワンタイムＰＲＯＭ回路は、エミュレーションモードが設定された状態では不動作状態となり、ライトモードが設定された状態では先のエミュレーションモードで確定された最適解データを１回限り書き込み可能で、それ以降は書き換えが不可となり、リードモードが設定された状態では最適解データの読み出しが可能となるように構成されている。さらに、書換可能ＰＲＯＭ回路の出力とワンタイムＰＲＯＭ回路の出力とを選択するＰＲＯＭ出力選択手段が設けられている。

センシングデバイスの生産において、エミュレーションモードが設定されると、書換可能ＰＲＯＭ回路がアクティブにされ、ＰＲＯＭ出力選択手段によって書換可能ＰＲＯＭ回路の出力が選択される。このエミュレーションモードでは、ワンタイムＰＲＯＭ回路はインアクティブであり、その出力は選択されない。エミュレーションモードでは、書換可能ＰＲＯＭ回路を利用して、センサのばらつきを調整する上で最適のデータを求める。すなわち、書換可能ＰＲＯＭ回路には初期には適当なテストデータを書き込み、それを読み出してＰＲＯＭ出力選択手段を介してセンサ回路に与え、センサ回路を駆動する。センサ回路の出力値を測定し、次に書換可能ＰＲＯＭ回路に書き込むべきデータとして最適値に近づくテストデータを求め、その更新したテストデータを書換可能ＰＲＯＭ回路に書き込む。このような書換可能ＰＲＯＭ回路へのテストデータの書き込み、読み出し、センサ回路出力測定を繰り返し、最適解データを確定する。

すなわち、センシングデバイスの特性項目ごとの調整工程にセンシングデバイスを順次に流し、各調整工程で調整値を求め、求めた調整値を次の工程に反映し、さらに複数の調整工程間で特性に相関がある場合には必要に応じて前工程で決めた調整値を微調整するといった作業を繰り返す。その調整工程ごとの最適解データを書換可能ＰＲＯＭ回路に一時的に格納して、センシングデバイスとともに最適解データを持ち運ぶ。したがって、従来のように外部の補償調整制御装置においてデバイス毎、調整工程毎に更新テストデータ（ビットグルーブ）を１対１で突き合わせる形で運用する必要性が解消される。

上記のようにして最適解データが確定されると、エミュレーションモードからライトモードに切り換えられ、ワンタイムＰＲＯＭ回路がアクティブにされる。書換可能ＰＲＯＭ回路は原則としてインアクティブとされる。ライトモードになると、先のエミュレーションモードで確定された最適解データがワンタイムＰＲＯＭ回路に書き込まれる。この書き込みが終了すると、実使用のためのリードモードに切り換えられ、ワンタイムＰＲＯＭ回路から最適解データの読み出しが可能になるとともに、ＰＲＯＭ出力選択手段によってワンタイムＰＲＯＭ回路の出力が選択され、最適解データがセンサ回路に送られる。なお、リードモードでは、書換可能ＰＲＯＭ回路は原則インアクティブにし、動作するのはワンタイムＰＲＯＭ回路のみとなるが、他の処理に用いるのであれば書換可能ＰＲＯＭ回路をアクティブにしてもよい。

（１）以上を要するに、本発明のセンシングデバイスは、
エミュレーションモードにおいてテストデータが更新書き込み可能な書換可能ＰＲＯＭ回路と、
前記エミュレーションモードでは不動作状態であり、ライトモードにおいて前記エミュレーションモードで確定された前記最適解データを１回限り書き込み可能で、リードモードにおいて前記最適解データの読み出しが可能な、書き換え不可のワンタイムＰＲＯＭ回路と、
前記書換可能ＰＲＯＭ回路と前記ワンタイムＰＲＯＭ回路に対してデータの書き込み・読み出しを制御するＰＲＯＭ制御回路と、
前記エミュレーションモードでは前記書換可能ＰＲＯＭ回路の出力を選択し、前記リードモードでは前記ワンタイムＰＲＯＭ回路の出力を選択し、センサ回路に送出するＰＲＯＭ出力選択手段とを備えたものである。

この構成は、信頼性に不安があるとされている書換可能ＰＲＯＭ回路から信頼性が安定しているワンタイムＰＲＯＭ回路に切り換えるものとなっている。すなわち、書換可能ＰＲＯＭ回路をアクティブにすれば、高機能化に対応する複数の調整工程での各テストデータを繰り返し更新することができる。この繰り返しのテストデータ更新の機能（高機能化対応）は、ワンタイムＰＲＯＭ回路には期待できない。ワンタイムＰＲＯＭ回路のみでは、外部の補償調整制御装置においてデバイス毎、調整工程毎に更新テストデータ（ビットグルーブ）を１対１で突き合わせる形で運用しなければならず、高機能化のために調整項目が多くなるほど管理すべきデータ量が膨大なものになる。一方、書換可能ＰＲＯＭ回路の場合には、高温のためにフローティングゲートに電荷の抜けが発生し、信号反転を招くおそれがあり、信頼性に不安がある。これに対して、ワンタイムＰＲＯＭ回路の場合には、温度変化に対する耐性が大きく、データ保持の性能が安定しているので、信頼性が高いものとなる。保持するのはテストデータの更新を経た最適解データであるので、高機能化に対応したものとなっている。

このように、本発明の上記構成によれば、書換可能ＰＲＯＭ回路の特徴とワンタイムＰＲＯＭ回路の特徴をともに活かすことにより、近年要求が強くなっている高機能化と同時に高信頼性化にも対応することが可能となる。

さらに、書換可能ＰＲＯＭ回路とワンタイムＰＲＯＭ回路とＰＲＯＭ出力選択手段の組み合わせは、従来技術のように複数の書換可能ＰＲＯＭ回路とそれらの出力を多数決処理する回路構成が複雑な多数決回路との組み合わせの場合に比べて、また、書換可能ＰＲＯＭ回路の代わりにランダムアクセスメモリを用いる場合に比べて、製品コスト、半導体チップ面積を削減することが可能となる。

以上のように本発明によれば、エミュレーションモードでテストデータを更新書き込み可能な書換可能ＰＲＯＭ回路と、エミュレーションモードで確定された最適解データをライトモードで書き込み、リードモードで読み出しが可能なワンタイムＰＲＯＭ回路と、これら書換可能ＰＲＯＭ回路の出力とワンタイムＰＲＯＭ回路の出力とを選択可能なＰＲＯＭ出力選択手段とを備えることにより、高機能化に対応する複数の調整工程での各テストデータの繰り返し更新を通じて最適解データを容易に求めることが可能になるとともに、その確定した最適解データをワンタイムＰＲＯＭ回路に保持させることで温度変化等使用環境の変化にかかわらず安定した動作をもたらす高信頼性の確保も可能となり、高機能化と高信頼性化とを図りながら、製品コスト、半導体チップ面積の増大を抑制することができる。

本発明の実施例１におけるセンシングデバイスの構成を示すブロック回路図 本発明の実施例１におけるセンシングデバイスの主要部の詳しい構成を示すブロック回路図 本発明の実施例２におけるセンシングデバイスの構成を示すブロック回路図 本発明の実施例２におけるセンシングデバイスの主要部の詳しい構成を示すブロック回路図 本発明の実施例３におけるセンシングデバイスの構成を示すブロック回路図 従来のセンシングデバイスの構成を示すブロック図 従来において高信頼性化を図るために考えられたセンシングデバイスの構成を示すブロック図 図７のセンシングデバイスにおける多数決回路の詳しい構成を示す回路図

上記した（１）の構成の本発明のセンシングデバイスは、次のような実施の形態においてさらに有利に展開することが可能である。

（２）上記（１）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記書換可能ＰＲＯＭ回路はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）であり、前記書換不可のワンタイムＰＲＯＭ回路はポリシリコンヒューズを使用したＰＲＯＭであるという態様がある。ポリシリコンヒューズは、ポリシリコンに電気的エネルギーを印加することにより、ポリシリコンの抵抗値を変化させ、その前後の抵抗値変化を検出し、ＰＲＯＭ信号とするものである。ポリシリコンをヒューズのように切断させる方式のＰＲＯＭでは、かなりの高温でも（１００℃を超えても）ポリシリコンの状態に変化はなく、ＰＲＯＭの出力信号を安定して得ることができる。また、電気的に消去可能なＰＲＯＭであるＥＥＰＲＯＭは、ランダムアクセスメモリに比べてコスト面、面積面で非常に有利であり、また、ポリシリコンヒューズを使用したＰＲＯＭはツェナーダイオードを使用したＰＲＯＭに比べて印加する電流も電圧も小さくてすむとともに、構成がより簡単で低コストである。

（３）上記（１），（２）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記ＰＲＯＭ出力選択手段と前記センサ回路とは、前記書換可能ＰＲＯＭ回路のテストデータまたは前記ワンタイムＰＲＯＭ回路の最適解データを入力して所定の制御量を生成する制御調整回路と、前記制御調整回路からの前記制御量を前記センサ回路に与えて前記センサ回路の駆動を制御するセンサ制御回路とを介して接続されているという態様がある。この場合、制御調整回路は、ワンタイムＰＲＯＭ回路からの最適解データを入力し、入力した最適解データに基づいて、当該のセンシングデバイスのセンサ回路の特性に見合った制御量を演算やテーブル参照等によって求めるものである。例えば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）であれば、水晶振動子の発振周波数を制御するために、可変容量ダイオード（バラクタダイオード）への印加電圧を調整する。

（４）上記（１）〜（３）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記ＰＲＯＭ出力選択手段は、切換制御信号の“Ｈ”，“Ｌ”の切り換えにより前記書換可能ＰＲＯＭ回路の出力と前記ワンタイムＰＲＯＭ回路の出力を選択するＰＲＯＭ出力選択スイッチとして構成されているという態様がある。この場合、書換可能ＰＲＯＭ回路の出力を選択するのが、切換制御信号が“Ｈ”のときでもよいし、逆に“Ｌ”のときでもよい。

（５）上記（４）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記ワンタイムＰＲＯＭ回路は、前記ＰＲＯＭ出力選択スイッチに与えられる前記切換制御信号について、前記ＰＲＯＭ制御回路を介して入力した信号を前記ＰＲＯＭ出力選択スイッチに与えるように構成されているという態様がある。この場合、ＰＲＯＭ制御回路とワンタイムＰＲＯＭ回路とを介して切換制御信号を取り込むので、特別に専用の入力端子を設けないですむ。

（６）また上記（４）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記ＰＲＯＭ出力選択スイッチに与えられる前記切換制御信号について、当該切換制御信号を入力する専用入力端子を備えているという態様がある。この場合、専用入力端子から切換制御信号を入力できるので、モードのいかんにかかわらず、書換可能ＰＲＯＭ回路の状態やワンタイムＰＲＯＭ回路の状態を簡単に確認することが可能となる。例えば、書換可能ＰＲＯＭ回路の書き込みデータとワンタイムＰＲＯＭ回路の書き込みデータとが同じで特性が変わらないかということの確認が可能となる。

（７）上記（１）〜（６）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記書換可能ＰＲＯＭ回路は、当該の書換可能ＰＲＯＭ回路に対してテストデータの書き込み動作を指令するための第１の書き込み指令端子に接続され、前記ワンタイムＰＲＯＭ回路は、当該のワンタイムＰＲＯＭ回路に対して最終の最適解データの書き込み動作を指令するための第２の書き込み指令端子に接続されているという態様がある。これは、書換可能ＰＲＯＭ回路に対する書き込み指令の端子とワンタイムＰＲＯＭ回路に対する書き込み指令の端子とが別個であるということである。

（８）また上記（１）〜（６）の構成のセンシングデバイスにおいて、前記書換可能ＰＲＯＭ回路と前記ワンタイムＰＲＯＭ回路は、共通の書き込み指令端子に対して書き込み選択スイッチを介して接続され、前記書き込み選択スイッチは、前記書換可能ＰＲＯＭ回路に対してテストデータの書き込み動作を指令する状態と、前記ワンタイムＰＲＯＭ回路に対して最終の最適解データの書き込み動作を指令する状態とに切り換え可能に構成されているという態様がある。この場合、書き込み指令端子が共用タイプの単一構成であるので、半導体チップの回路構成が簡素化される。なお、書き込み選択スイッチに対する切換制御信号はＰＲＯＭ制御回路を通じて送るようにすればよい。

以下、本発明にかかわるセンシングデバイスの実施例を図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施例はあくまで一例であり、様々な改変を行うことが可能である。

図１は本発明の実施例１におけるセンシングデバイスの構成を示すブロック回路図、図２は図１のセンシングデバイスの主要部の詳しい構成を示すブロック回路図である。図１、図２において、１はセンサ回路、２はセンサ回路１の駆動を制御するセンサ制御回路、３はセンサ制御回路２での制御量を調整する制御調整回路、４は制御調整回路３に対してセンサ回路１に適合した制御量（パラメータ）を供給するために対応する最適解データを格納するＰＲＯＭ回路で、本実施例の場合、このＰＲＯＭ回路４は、繰り返してデータ書き込み可能なＰＲＯＭ回路である書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａと、データ書き込みが１回限り可能で書き換えが不可であるワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂとの組み合わせで構成されている。５は書換可能ＰＲＯＭ回路４ＡとワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂに対して、エミュレーションモード、ライトモード、リードモードの各モードに応じたデータの書き込み・読み出しを制御するＰＲＯＭ制御回路、６は書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａの出力とワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの出力とを選択するＰＲＯＭ出力選択スイッチ（ＰＲＯＭ出力選択手段の一例）である。また、Ｔ１は書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに対してテストデータの書き込み動作を指令するための第１の書き込み指令端子、Ｔ２はワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂに対して最終の最適解データの書き込み動作を指令するための第２の書き込み指令端子、ＤＡＴＡはＰＲＯＭ制御回路５にデータをシリアルに入力するデータ入力端子、ＣＬＫはＰＲＯＭ制御回路５にクロックを入力するクロック入力端子、ＯＵＴはセンサ回路１からのセンサ出力端子、ＶＣＣ１は電源端子、ＶＣＣ２はＰＲＯＭ制御回路５への電源端子、ＧＮＤはグランド端子である。

上記の構成において、さらに、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａは、エミュレーションモードの設定状態で初期のテストデータの書き込み・読み出し、更新されたテストデータの書き込み・読み出しが可能で、かつ、ライトモードおよびリードモードの設定状態で原則として不動作状態となるように構成されている。また、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂは、エミュレーションモードの設定状態で不動作状態となり、ライトモードの設定状態で先のエミュレーションモードで確定された最適解データを１回限り書き込み可能で、それ以降は書き換えが不可となり、さらにリードモードの設定状態で最適解データの読み出しが可能となるように構成されている。ＰＲＯＭ出力選択スイッチ６は、エミュレーションモードの設定状態で書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａの出力を選択し、リードモードの設定状態でワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの出力を選択するように構成されている。

以下、センシングデバイスのエミュレーションモードにかかわる主要部の一例を示す図２で説明する。

ＰＲＯＭ制御回路５にはシリアルデータの入力端子ＤＡＴＡとクロック入力端子ＣＬＫとｎビットのテストデータのパラレル出力端子を備えている。ＰＲＯＭ制御回路５は書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａとｎビットのバスで接続され、またワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂと（ｎ＋１）ビットのバスで接続されている。ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂとの（ｎ＋１）ビットのうちの（ｎ＋１）番目の１ビットはＰＲＯＭ出力選択スイッチ６を制御するためのビットである（これが後述の切換制御信号Ｓchになる）。ｎビットは例えば５０ビットである。

ＰＲＯＭ出力選択スイッチ６は、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａからのｎビットとこれに対応するワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂからのｎビットとを１ビット単位で選択するためのｎ個の切換スイッチ素子を有している。このｎ個の切換スイッチ素子はワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂから出力される１ビットの切換制御信号Ｓchによって一挙に切り換えられ、切換制御信号Ｓchがビット“０”のときは書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａからのｎビットが選択され、切換制御信号Ｓchがビット“１”のときはワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂからのｎビットが選択されるように構成されている。ＰＲＯＭ出力選択スイッチ６によって選択されたいずれか一方のｎビットのパラレルデータは制御調整回路３に入力されるように構成されている。なお、図２では、ｎビットのバスライン、ｎ個の切換スイッチ素子のうちそれぞれ５つ分だけが図示され、それ以外は図示が省略されている。なお、ｎビットについての５０ビットは一例であり、このビット数ｎは任意である。

次に、上記のように構成されたセンシングデバイスの動作を説明する。

センシングデバイスの生産過程の最終段階において、出荷前の温度補償調整を行う。これは、センサ回路１の温度特性のばらつきを解消するためにエミュレーションによって書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａを利用して最適解データを求め、求めた最適解データをワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂに書き込み設定するものである。

外部の補償調整制御装置の制御によって、電源端子ＶＣＣ１，ＶＣＣ２から電源電圧が供給され、センサ回路１、センサ制御回路２、制御調整回路３、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａ、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂ、ＰＲＯＭ制御回路５およびＰＲＯＭ出力選択スイッチ６がアクティブにされる。

補償調整制御装置によってエミュレーションモードが設定される。これにより、補償調整制御装置から発信されたクロック信号がクロック入力端子ＣＬＫよりＰＲＯＭ制御回路５に入力されるとともに、第１の書き込み指令端子Ｔ１が“１”に設定されて書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａがアクティブにされ、かつ第２の書き込み指令端子Ｔ２が“０”に設定されてワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂがインアクティブにされる。ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂがインアクティブのとき、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂからの切換制御信号Ｓchは“０”であり、ＰＲＯＭ出力選択スイッチ６は書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａの出力を選択する状態に切り換えられる。

さらに、補償調整制御装置からシリアルに送出された初期のテストデータがデータ入力端子ＤＡＴＡよりＰＲＯＭ制御回路５に入力される。ＰＲＯＭ制御回路５は入力したテストデータをシリアル／パラレル変換して、ｎビットのパラレルのテストデータを書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに送りこみ、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａはそのテストデータを書き込む。書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに書き込まれた初期のテストデータはＰＲＯＭ出力選択スイッチ６を介して制御調整回路３に送られる。制御調整回路３は、入力した初期のテストデータから制御量を調整し、調整した制御量をセンサ制御回路２を介してセンサ回路１に与える。センサ回路１は与えられた制御量の下で動作し、センサ出力端子ＯＵＴよりセンサ出力信号を出力する。このセンサ出力信号は外部の補償調整制御装置にフィードバックされる。このときのセンサ出力信号は、そのセンシングデバイスに固有の製品ばらつきの影響の下にあり、一般的には理想とする値からは外れたものとなっている。

センサ出力信号を受け取った補償調整制御装置は、そのセンサ出力信号が示す測定値を期待値と比較し、期待値との差分を算出し、差分がゼロに最接近するようにテストデータを更新し、更新したテストデータをシリアルデータのかたちでＰＲＯＭ制御回路５のデータ入力端子ＤＡＴＡに送り込む。送り込まれた更新テストデータはパラレルデータのかたちで書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに転送され格納される。その更新テストデータはＰＲＯＭ出力選択スイッチ６を介して制御調整回路３に送られ、以降は前述同様のプロセスを経て、測定値と期待値との差分算出、テストデータ更新・再書き込みが何度か繰り返され、最適解データが求められ確定される。

すなわち、センシングデバイスの複数の特性項目につき、特性項目ごとの調整工程がある。その一連の調整工程にセンシングデバイスを順次に流す。具体的には次のとおりである。

第１の工程で、第１の特性項目についてテストデータを設定し、テストの結果としてより好ましい更新テストデータを求め、この第１の工程での更新テストデータを書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに格納し、第２の工程に移る。

第２の工程で、第２の特性項目についてテストデータを設定し、テストの結果としてより好ましい更新テストデータを求める。このとき、先行する第１の工程で求めた更新テストデータの反映と必要に応じた微調整とが含まれる。この第２の工程での更新テストデータを書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに格納し、第３の工程に移る。

第３の工程で、第３の特性項目についてテストデータを設定し、テストの結果としてより好ましい更新テストデータを求める。このとき、先行する第１の工程および第２の工程で求めた更新テストデータの反映と必要に応じた微調整とが含まれる。この第３の工程での更新テストデータを書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに格納し、第４の工程に移る。

以下、同様の処理を最終の工程まで繰り返し実行する。

以上のように、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに一時的なテストデータを更新的に書き込むことが可能であり、各工程での更新テストデータをセンシングデバイスとともに持ち運ぶことができることから、従来のように外部の補償調整制御装置においてデバイス毎、調整工程毎に更新テストデータ（ビットグルーブ）を１対１で突き合わせる形で運用しなければならないという制限が解消される。

上記のようにして最終工程が終了し外部の補償調整制御装置において最適解データが確定すると、補償調整制御装置によってエミュレーションモードからライトモードに切り換えられ、書換可能ＰＲＯＭ回路４ＡとワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂのアクティブ・インアクティブが交代される。すなわち、第１の書き込み指令端子Ｔ１が“０”に設定されて書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａがインアクティブにされ、かつ第２の書き込み指令端子Ｔ２が“１”に設定されてワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂがインアクティブにされる。そして、補償調整制御装置は確定した最適解データをシリアルデータのかたちでＰＲＯＭ制御回路５のデータ入力端子ＤＡＴＡに送り込む。送り込まれた最適解データはパラレルデータのかたちで今度はワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂに転送され格納される。

最適解データのワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂへの書き込みが終了すると、補償調整制御装置によってリードモードに切り換えられ、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂから最適解データの読み出しが可能となる。さらに、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂからの切換制御信号Ｓchが“１”となり、ＰＲＯＭ出力選択スイッチ６はワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの出力を選択する状態に切り換えられる。その結果、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂから読み出された最適解データが制御調整回路３とセンサ制御回路２を介してセンサ回路１に送られる。センサ回路１は最適解データの下で動作するので、最適な特性の下での動作となる。

なお、リードモードでは、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａは原則インアクティブにし、動作するのはワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂのみとなるが、他の処理に用いるのであれば書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａをアクティブにしてもよい。

上記において、複数の調整工程で書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａを用いて更新テストデータの繰り返し書き込みを行うように構成してあるので、従来技術のように、外部の補償調整制御装置においてデバイス毎、調整工程毎に更新テストデータ（ビットグルーブ）を１対１で突き合わせるといった煩雑さや管理すべきデータ量が膨大なものになるといった不都合は解消されている。加えて、最終的に確定した最適解データの保存に、温度変化に対する耐性が大きく、データ保持の性能が安定しているワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂを用いているので、高温のためにフローティングゲートに電荷の抜けが発生して信号反転を招くといった信頼性不安の問題も解消されている。

このように、本実施例によれば、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａ、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂそれぞれの特徴をともに活かすことにより、高機能化と高信頼性化とを同時に達成することが可能となっている。

さらに、構成要素について図７、図８の従来技術の場合と比較すると、従来技術の場合は回路構成が複雑な多数決回路を必要とし、書換可能ＰＲＯＭ回路は多数決ゆえに少なくとも３つは必要で、全体として回路構成が複雑化し、コストアップを招くことになっていたが、本実施例では書換可能ＰＲＯＭ回路は１つでよく、もう一つのＰＲＯＭは簡単な構成のワンタイムＰＲＯＭ回路ですみ、切り換えはこれも簡単な構成のＰＲＯＭ出力選択手段ですむ。したがって、３つ以上の書換可能ＰＲＯＭ回路と回路構成が複雑な多数決回路との組み合わせの場合に比べて、また、書換可能ＰＲＯＭ回路の代わりにランダムアクセスメモリを用いる場合に比べて、製品コスト、半導体チップ面積を削減することが可能となる。

図３は本発明の実施例２におけるセンシングデバイスの構成を示すブロック回路図、図４は図３のセンシングデバイスの主要部の詳しい構成を示すブロック回路図である。図３、図４において、実施例１の図１、図２におけるのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳しい説明は省略する。

実施例１においてはＰＲＯＭ出力選択スイッチ６を制御するための切換制御信号Ｓchの信号ラインがＰＲＯＭ制御回路５から引き出され、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂを経てＰＲＯＭ出力選択スイッチ６へと引き回されているが、本実施例の場合には、切換制御信号Ｓchを入力するための専用の端子Ｔ３が設けられている。これに伴って、ＰＲＯＭ制御回路５の出力のビット数が２ｎビットとなり、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの出力のビット数がｎビットとなっている。

本実施例の場合、切換制御信号Ｓchの信号ラインのための端子Ｔ３を専用入力端子としているので、ＰＲＯＭ制御回路５とワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂとを経ての入力という複雑な経路は必要でなく、外部から簡単にＰＲＯＭ出力選択スイッチ６を切り換えることができる。したがって、いずれのモードにおいても、端子Ｔ３での電圧設定によりきわめて簡単に、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａの状態やワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの状態を確認することができる。

例えば、端子Ｔ３の状態をオープンにすると書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａからの出力が選択され、端子Ｔ３の状態をＧＮＤにするとワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂからの出力が選択されるようにする。そして、端子Ｔ３の電圧設定切り換えにより、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａの書き込みデータとワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂの書き込みデータとが同じで特性が変わらないかということの確認が可能となる。

図５は本発明の実施例３におけるセンシングデバイスの構成を示すブロック回路図である。図５において、実施例２の図３におけるのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳しい説明は省略する。本実施例においては、書き込み選択スイッチ７が追加されている。この書き込み選択スイッチ７は、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａがテストデータの書き込み動作の指令を受けるため端子とワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂが最適解データの書き込み動作の指令を受けるため端子とを書き込み指令端子Ｔ４に対して切り換え可能に接続するものである。

実施例１，２の場合には第１の書き込み指令端子Ｔ１と第２の書き込み指令端子Ｔ２との２つの端子が必要であったのに対して、本実施例では、書き込み選択スイッチ７の追加をもって、書き込み指令端子Ｔ４の１つのみの端子に集約している。この書き込み選択スイッチ７は、ＰＲＯＭ制御回路５からの制御によって動作するようになっている。書き込み選択スイッチ７が書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａを選択するときは、書換可能ＰＲＯＭ回路４Ａに対してＰＲＯＭ制御回路５を介してのテストデータの書き込みが許可され、ＰＲＯＭ出力選択スイッチ６がワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂを選択するときは、ワンタイムＰＲＯＭ回路４Ｂに対してＰＲＯＭ制御回路５を介しての最適解データの書き込みが許可される。書き込み指令端子Ｔ４が共用タイプの単一構成となっているので、半導体チップの回路構成が簡素化される。

なお、切換制御信号Ｓchの入力端子については、実施例１と同様に構成してもよい。

本発明のセンシングデバイスは、書換可能ＰＲＯＭ回路とワンタイムＰＲＯＭ回路とこれら両ＰＲＯＭ回路の出力を選択するＰＲＯＭ出力選択手段とを備え、複数の調整工程でのテストデータの更新を通じた最適解データの探索、確定した最適解データの環境変化に影響されない安定した保持を可能とし、厳しい環境下で使用されるセンシングデバイスの高機能化と高信頼性化に加えて製品コスト、半導体チップ面積の軽減を図るための技術として有用である。

１ センサ回路
２ センサ制御回路
３ 制御調整回路
４ ＰＲＯＭ回路
４Ａ 書換可能ＰＲＯＭ回路（ＥＥＰＲＯＭ）
４Ｂ ワンタイムＰＲＯＭ回路（ポリシリコンヒューズを使用したＰＲＯＭ）
５ ＰＲＯＭ制御回路
６ ＰＲＯＭ出力選択スイッチ（ＰＲＯＭ出力選択手段）
７ 書き込み選択スイッチ

Claims (8)

1. エミュレーションモードにおいてテストデータが更新書き込み可能な書換可能ＰＲＯＭ回路と、
   前記エミュレーションモードでは不動作状態であり、ライトモードにおいて前記エミュレーションモードで確定された前記最適解データを１回限り書き込み可能で、リードモードにおいて前記最適解データの読み出しが可能な、書き換え不可のワンタイムＰＲＯＭ回路と、
   前記書換可能ＰＲＯＭ回路と前記ワンタイムＰＲＯＭ回路に対してデータの書き込み・読み出しを制御するＰＲＯＭ制御回路と、
   前記エミュレーションモードでは前記書換可能ＰＲＯＭ回路の出力を選択し、前記リードモードでは前記ワンタイムＰＲＯＭ回路の出力を選択し、センサ回路に送出するＰＲＯＭ出力選択手段とを備えたセンシングデバイス。
2. 前記書換可能ＰＲＯＭ回路はＥＥＰＲＯＭであり、前記書換不可のワンタイムＰＲＯＭ回路はポリシリコンヒューズを使用したＰＲＯＭである請求項１に記載のセンシングデバイス。
3. 前記ＰＲＯＭ出力選択手段と前記センサ回路とは、前記書換可能ＰＲＯＭ回路のテストデータまたは前記ワンタイムＰＲＯＭ回路の最適解データを入力して所定の制御量を生成する制御調整回路と、前記制御調整回路からの前記制御量を前記センサ回路に与えて前記センサ回路の駆動を制御するセンサ制御回路とを介して接続されている請求項１または請求項２に記載のセンシングデバイス。
4. 前記ＰＲＯＭ出力選択手段は、切換制御信号の“Ｈ”，“Ｌ”の切り換えにより前記書換可能ＰＲＯＭ回路の出力と前記ワンタイムＰＲＯＭ回路の出力を選択するＰＲＯＭ出力選択スイッチとして構成されている請求項１から請求項３までのいずれかに記載のセンシングデバイス。
5. 前記ワンタイムＰＲＯＭ回路は、前記ＰＲＯＭ出力選択スイッチに与えられる前記切換制御信号について、前記ＰＲＯＭ制御回路を介して入力した信号を前記ＰＲＯＭ出力選択スイッチに与えるように構成されている請求項４に記載のセンシングデバイス。
6. 前記ＰＲＯＭ出力選択スイッチに与えられる前記切換制御信号について、当該切換制御信号を入力する専用入力端子を備えている請求項４に記載のセンシングデバイス。
7. 前記書換可能ＰＲＯＭ回路は、当該の書換可能ＰＲＯＭ回路に対してテストデータの書き込み動作を指令するための第１の書き込み指令端子に接続され、前記ワンタイムＰＲＯＭ回路は、当該のワンタイムＰＲＯＭ回路に対して最終の最適解データの書き込み動作を指令するための第２の書き込み指令端子に接続されている請求項１から請求項６までのいずれかに記載のセンシングデバイス。
8. 前記書換可能ＰＲＯＭ回路と前記ワンタイムＰＲＯＭ回路は、共通の書き込み指令端子に対して書き込み選択スイッチを介して接続され、前記書き込み選択スイッチは、前記書換可能ＰＲＯＭ回路に対してテストデータの書き込み動作を指令する状態と、前記ワンタイムＰＲＯＭ回路に対して最終の最適解データの書き込み動作を指令する状態とに切り換え可能に構成されている請求項１から請求項６までのいずれかに記載のセンシングデバイス。

Images