JP2013124879A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor device.
従来から、赤外線センサと、赤外線センサの出力信号を信号処理するIC素子と、赤外線センサおよびIC素子が収納されたパッケージとを備えた赤外線センサモジュールが提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載された赤外線センサは、マイクロマシニング技術を利用して形成された赤外線アレイセンサである。そして、この赤外線センサは、熱型赤外線検出部と画素選択用スイッチング素子であるMOSトランジスタとを有する複数の画素部が、シリコン基板からなるベース基板の一表面側において2次元アレイ状に配列されている。また、特許文献1には、熱型赤外線検出部の感温部を、サーモパイル、抵抗ボロメータ、焦電体薄膜などにより構成できることが記載されている。なお、特許文献1には、赤外線センサに関して、赤外線アレイセンサに限らず、少なくとも1つの感温部を備えたものであればよい旨が記載されている。また、特許文献1には、IC素子として、ベアチップを用いている旨が記載されている。
Conventionally, an infrared sensor module including an infrared sensor, an IC element that processes an output signal of the infrared sensor, and a package that houses the infrared sensor and the IC element has been proposed (for example, Patent Document 1). The infrared sensor described in
また、ICなどの半導体デバイスにおいては、静電気放電(ESD:Electro-StaticDischarge)によるデバイスの破壊を防止するために、チップ上に、ESD保護回路が設けられるのが一般的である(例えば、非特許文献1)。非特許文献1には、ESD保護回路として、図10に示すようにグラウンドラインと電源電圧ラインVDDとの間に接続された、2つのダイオードD1,D2の直列回路が記載されている。
In addition, in a semiconductor device such as an IC, an ESD protection circuit is generally provided on a chip in order to prevent the destruction of the device due to electrostatic discharge (ESD) (for example, non-patent). Reference 1). Non-Patent
センサ素子と、センサ素子の出力電圧を信号処理するIC素子とを備えたセンサ装置においては、センサ素子の出力電圧の振幅が小さく、センサ素子の出力インピーダンスが高いため、出力電圧を増幅して信号処理を行うことが多い。例えば、上述の赤外線センサモジュールでは、センサ素子である赤外線センサの出力電圧の振幅が小さく、赤外線センサの出力インピーダンスが高いため、IC素子に、赤外線センサの出力電圧を増幅する増幅回路、この増幅回路のアナログの出力電圧をアナログ−ディジタル変換するA/D変換回路などを設けることが考えられる。 In a sensor device including a sensor element and an IC element that performs signal processing on the output voltage of the sensor element, the amplitude of the output voltage of the sensor element is small and the output impedance of the sensor element is high. Processing is often performed. For example, in the above-described infrared sensor module, the amplitude of the output voltage of the infrared sensor, which is a sensor element, is small, and the output impedance of the infrared sensor is high. It is conceivable to provide an A / D conversion circuit for analog-digital conversion of the analog output voltage.
ところで、本願発明者らは、上述の赤外線センサモジュールのようなセンサ装置において、赤外線センサおよびIC素子それぞれのESDによる破壊を防止するために、赤外線センサおよびIC素子のそれぞれに、ESD保護回路を設けることを考えた。 By the way, in the sensor device such as the above-described infrared sensor module, the present inventors provide an ESD protection circuit for each of the infrared sensor and the IC element in order to prevent the infrared sensor and the IC element from being damaged by ESD. I thought.
しかしながら、センサ素子である赤外線センサとIC素子とのそれぞれにESD保護回路を設けたセンサ装置では、各ESD保護回路に流れるリーク電流に起因したオフセット電圧が生じ、S/N比が低下してしまうことがあった。 However, in a sensor device in which an ESD protection circuit is provided for each of an infrared sensor and an IC element as sensor elements, an offset voltage is generated due to a leakage current flowing through each ESD protection circuit, and the S / N ratio is lowered. There was a thing.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ESDに起因した破壊を防止することが可能であり且つ高精度化を図ることが可能なセンサ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a sensor device capable of preventing breakage due to ESD and achieving high accuracy. .
本発明のセンサ装置は、検出対象の物理量に応じたアナログの出力電圧を発生するセンサ部および第1のESD保護回路を有するセンサ素子と、前記出力電圧を信号処理する信号処理回路および第2のESD保護回路を有するIC素子とを備えたセンサ装置であって、前記第1のESD保護回路および前記第2のESD保護回路に起因して前記センサ部に流れるリーク電流と前記センサ部のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段を備えることを特徴とする。 A sensor device according to the present invention includes a sensor unit that generates an analog output voltage corresponding to a physical quantity to be detected and a first ESD protection circuit, a signal processing circuit that performs signal processing on the output voltage, and a second A sensor device including an IC element having an ESD protection circuit, wherein a leakage current flowing in the sensor unit due to the first ESD protection circuit and the second ESD protection circuit, and an impedance of the sensor unit, And an offset canceling means for canceling the offset voltage determined by.
このセンサ装置において、前記第1のESD保護回路は、前記センサ素子の高電位側の出力端と第1の電源電圧ラインとの間に前記出力端側をアノード側として接続された第1のダイオードと、前記センサ素子の前記出力端と第1のグラウンドラインとの間に前記出力端側をカソード側として接続された第2のダイオードとからなり、前記第2のESD保護回路は、前記センサ素子の前記出力端に接続される前記IC素子の入力端と第2の電源電圧ラインとの間に前記入力端側をアノード側として接続された第3のダイオードと、前記入力端と第2のグラウンドラインとの間に前記入力端側をカソード側として接続された第4のダイオードとからなることが好ましい。 In the sensor device, the first ESD protection circuit includes a first diode connected between the output terminal on the high potential side of the sensor element and the first power supply voltage line with the output terminal side as an anode side. And a second diode connected between the output end of the sensor element and the first ground line with the output end side as a cathode side, and the second ESD protection circuit includes the sensor element A third diode connected between the input terminal of the IC element connected to the output terminal and the second power supply voltage line with the input terminal side as the anode side, the input terminal and the second ground A fourth diode is preferably connected to the line with the input end side as the cathode side.
このセンサ装置において、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ部と前記出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチと、前記出力端と前記第1のグラウンドラインとの間もしくは前記入力端と前記第2のグラウンドラインとの間に設けられた第2のアナログスイッチとリーク電流検出用抵抗の直列回路と、前記IC素子に設けられ前記第1のアナログスイッチおよび前記第2のアナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ前記第2のアナログスイッチがオンされた状態での第1の入力電圧を前記リーク電流検出用抵抗の抵抗値により除することでリーク電流値を求める第1演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオン且つ前記第2のアナログスイッチがオフされた状態での第2の入力電圧から前記リーク電流値と前記インピーダンスとの積を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。 In the sensor device, the offset canceling unit includes a first analog switch provided between the sensor unit and the output terminal, and between the output terminal and the first ground line or the input terminal. A series circuit of a second analog switch and a leakage current detection resistor provided between the second ground line, and the first analog switch and the second analog switch provided in the IC element are controlled. A control unit having a function of performing the first input voltage in a state in which the first analog switch is turned off and the second analog switch is turned on by the control unit according to a resistance value of the leak current detection resistor A first calculation unit that obtains a leakage current value by dividing the first analog switch and the second analog switch by the control unit. Gusuitchi it is preferable to provide a second arithmetic unit for determining a value obtained by subtracting the product of the second input voltage in a state of being turned off and the leakage current value impedance.
このセンサ装置において、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ部と前記出力端との間に設けられたアナログスイッチと、前記出力端と前記第1のグラウンドラインとの間もしくは前記入力端と前記第2のグラウンドラインとの間に設けられたリーク電流検出用抵抗と、前記IC素子に設けられ前記アナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記アナログスイッチがオフされた状態での第1の入力電圧を前記抵抗の抵抗値により除することでリーク電流値を求める第1演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオンされた状態での第2の入力電圧から前記リーク電流値と前記インピーダンスとの積を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。 In the sensor device, the offset canceling unit includes an analog switch provided between the sensor unit and the output end, and between the output end and the first ground line or between the input end and the second end. A leakage current detecting resistor provided between the ground line, a control unit provided in the IC element and having a function of controlling the analog switch, and the analog switch being turned off by the control unit. A first calculation unit that obtains a leakage current value by dividing the first input voltage by the resistance value of the resistor, and a second input voltage in a state where the first analog switch is turned on by the control unit It is preferable to include a second calculation unit that obtains a value obtained by subtracting the product of the leakage current value and the impedance.
このセンサ装置において、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ部と前記出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチと、前記出力端と前記第1のグラウンドラインとの間もしくは前記入力端と前記第2のグラウンドラインとの間に設けられた第2のアナログスイッチとリーク電流検出用抵抗の直列回路と、前記第1の電源電圧ラインと前記出力端との間もしくは前記第2の電源電圧ラインと前記入力端との間に設けられた電流源と第3のアナログスイッチの直列回路と、前記IC素子に設けられ前記第1のアナログスイッチ、前記第2のアナログスイッチおよび前記第3のアナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ前記第2のアナログスイッチがオン且つ前記第3のアナログスイッチがオンされた状態での第1の入力電圧を前記電流源の電流値により除することで前記リーク電流検出用抵抗の抵抗値を求め、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオン且つ前記第2のアナログスイッチがオフ且つ前記第3のアナログスイッチがオンされた状態での第2の入力電圧を前記電流源の電流値により除することで前記インピーダンスを求める予備演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ前記第2のアナログスイッチがオン且つ前記第3のアナログスイッチがオフされた状態での第3の入力電圧を前記予備演算部で求めた前記リーク電流検出用抵抗の抵抗値により除することでリーク電流値を求める第1演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオン且つ前記第2のアナログスイッチがオフ且つ前記第3のアナログスイッチがオフされた状態での第4の入力電圧から前記リーク電流値と前記予備演算部で求めた前記インピーダンスとの積を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。 In the sensor device, the offset canceling unit includes a first analog switch provided between the sensor unit and the output terminal, and between the output terminal and the first ground line or the input terminal. A series circuit of a second analog switch and a leakage current detection resistor provided between the second ground line, the first power supply voltage line and the output terminal, or the second power supply voltage A series circuit of a current source and a third analog switch provided between a line and the input terminal, and the first analog switch, the second analog switch, and the third analog switch provided in the IC element A control unit having a function of controlling a switch, and the control unit turns off the first analog switch and turns on the second analog switch; The resistance value of the leakage current detection resistor is obtained by dividing the first input voltage when the third analog switch is turned on by the current value of the current source, and the controller controls the first input voltage. Preliminary calculation for obtaining the impedance by dividing the second input voltage by the current value of the current source when the analog switch is on, the second analog switch is off, and the third analog switch is on. And the controller calculates the third input voltage when the first analog switch is off, the second analog switch is on, and the third analog switch is off. A first calculation unit that obtains a leakage current value by dividing by a resistance value of the leakage current detection resistor, and the control unit turns on the first analog switch. Further, a value obtained by subtracting the product of the leakage current value and the impedance obtained by the preliminary calculation unit from the fourth input voltage in a state where the second analog switch is off and the third analog switch is off. It is preferable to provide the 2nd calculating part which calculates | requires.
このセンサ装置において、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ部と前記出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチと、前記出力端と前記第1のグラウンドラインとの間もしくは前記入力端と前記第2のグラウンドラインとの間に設けられた第2のアナログスイッチとリーク電流検出用抵抗の直列回路と、前記第1の電源電圧ラインと前記出力端との間に設けられた可変電流源と第3のアナログスイッチの直列回路と、前記IC素子に設けられ前記第1のアナログスイッチ、前記第2のアナログスイッチ、前記第3のアナログスイッチおよび前記可変電流源を制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオン且つ前記第2のアナログスイッチがオフ且つ前記第3のアナログスイッチがオンで、前記可変電流源が第1の電流値に制御された状態での第1の入力電圧と前記可変電流源が第2の電流値に制御された状態での第2の入力電圧との差分を、前記第1の電流値と前記第2の電流値との差分で除することで前記センサ部のインピーダンスを求め、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ前記第2のアナログスイッチがオン且つ前記第3のアナログスイッチがオンで、前記可変電流源が第3の電流値に制御された状態での第3の入力電圧を前記第3の電流値により除することで前記リーク電流検出用抵抗の抵抗値を求める予備演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ前記第2のアナログスイッチがオン且つ前記第3のアナログスイッチがオフされた状態での第4の入力電圧を前記予備演算部で求めた前記リーク電流検出用抵抗の抵抗値により除することでリーク電流値を求める第1演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオン且つ前記第2のアナログスイッチがオフ且つ前記第3のアナログスイッチがオフされた状態での第5の入力電圧から前記リーク電流値と前記予備演算部で求めた前記インピーダンスとの積を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。 In the sensor device, the offset canceling unit includes a first analog switch provided between the sensor unit and the output terminal, and between the output terminal and the first ground line or the input terminal. A series circuit of a second analog switch and a leakage current detection resistor provided between the second ground line and a variable current source provided between the first power supply voltage line and the output terminal And a third analog switch series circuit and a control unit provided in the IC element and having a function of controlling the first analog switch, the second analog switch, the third analog switch, and the variable current source And the control unit turns on the first analog switch, turns off the second analog switch, and turns off the third analog switch. The difference between the first input voltage when the variable current source is controlled to the first current value and the second input voltage when the variable current source is controlled to the second current value Is divided by the difference between the first current value and the second current value to obtain the impedance of the sensor unit, and the control unit turns off the first analog switch and the second analog switch. And the third analog switch is on and the variable current source is controlled to the third current value, the third input voltage is divided by the third current value to thereby reduce the leakage current. A preliminary calculation unit for obtaining a resistance value of the detection resistor; and a fourth in a state where the first analog switch is turned off, the second analog switch is turned on, and the third analog switch is turned off by the control unit. The input voltage of the A first calculation unit for obtaining a leakage current value by dividing by a resistance value of the leakage current detection resistor obtained by the preparation calculation unit, and the control unit turns on the first analog switch and the second analog switch. A second computing unit for obtaining a value obtained by subtracting a product of the leakage current value and the impedance obtained by the preliminary computing unit from a fifth input voltage in a state in which the third analog switch is turned off; It is preferable to provide.
このセンサ装置において、前記センサ素子が、前記センサ部を複数備えたものであり、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ素子に設けられてなり前記センサ部と同構成のダミーセンサ部と、前記ダミーセンサ部と前記出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチと、前記各センサ部それぞれと前記出力端との間に設けられた複数の第2のアナログスイッチと、前記IC素子に設けられ前記第1のアナログスイッチおよび前記各第2のアナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ1つの前記第2のアナログスイッチがオンされた状態での第1の入力電圧から、前記第1のアナログスイッチをオン且つ前記1つの前記第2のアナログスイッチがオンされた状態での第2の入力電圧を減算した値に2を乗じることで前記オフセット電圧を求める第1演算部と、前記第1の入力電圧から前記オフセット電圧を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。 In this sensor device, the sensor element includes a plurality of sensor units, and the offset canceling unit is provided in the sensor element and has the same configuration as the sensor unit, and the dummy sensor Provided in the IC element, a first analog switch provided between the sensor unit and the output terminal, a plurality of second analog switches provided between the sensor unit and the output terminal, respectively. A control unit having a function of controlling the first analog switch and each of the second analog switches, and a state in which the first analog switch is turned off and one of the second analog switches is turned on by the control unit. In the state where the first analog switch is turned on and the one second analog switch is turned on from the first input voltage at A first operation unit that obtains the offset voltage by multiplying a value obtained by subtracting the second input voltage by 2; and a second operation unit that obtains a value obtained by subtracting the offset voltage from the first input voltage. Is preferred.
このセンサ装置において、前記センサ素子が、複数のセンサ部と、前記各センサ部それぞれと前記出力端との間に設けられた複数のアナログスイッチとを備えたものであり、前記オフセットキャンセル手段は、前記IC素子に設けられ前記各アナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により1つの前記第1のアナログスイッチがオン且つ他の1つの前記第1のアナログスイッチがオフされた状態での第1の入力電圧と当該1つの前記第1のアナログスイッチがオン且つ当該他の1つの前記第1のアナログスイッチがオフされた状態での第2の入力電圧との差分に2を乗じることで前記オフセット電圧を求める第1演算部と、前記第2の入力電圧から前記オフセット電圧を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。
In this sensor device, the sensor element includes a plurality of sensor units, and a plurality of analog switches provided between each of the sensor units and the output terminal, and the offset canceling unit includes: A control unit provided in the IC element and having a function of controlling each analog switch, and a state in which one of the first analog switches is turned on and the other one of the first analog switches is turned off by the
このセンサ装置において、前記センサ素子が、複数のセンサ部と、前記各センサ部それぞれと前記出力端との間に設けられた複数のアナログスイッチとを備えたものであり、前記オフセットキャンセル手段は、前記IC素子に設けられ前記各アナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部によりランダムの選択された2つの前記アナログスイッチのうちの一方がオン且つ他方がオフされた状態での第1の入力電圧から、前記制御部によりランダムに選択された2つの前記アナログスイッチの両方がオンされた状態での第2の入力電圧を累算して累算回数で除した平均値を減算した値に2を乗じることで前記オフセット電圧を求める第1演算部と、前記第1の入力電圧から前記オフセット電圧を減算した値を求める第2演算部とを備えることが好ましい。 In this sensor device, the sensor element includes a plurality of sensor units, and a plurality of analog switches provided between each of the sensor units and the output terminal, and the offset canceling unit includes: A control unit provided in the IC element and having a function of controlling each analog switch, and one of the two analog switches randomly selected by the control unit is on and the other is off. The average value obtained by accumulating the second input voltage in a state where both of the two analog switches randomly selected by the control unit are turned on and dividing by the number of accumulations is subtracted from the input voltage of 1. A first calculation unit that calculates the offset voltage by multiplying the value by 2; and a second calculation unit that calculates a value obtained by subtracting the offset voltage from the first input voltage Preferably comprises a.
このセンサ装置において、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ素子に設けられて前記センサ部と同構成を有し前記センサ部に逆並列に接続されたダミーセンサ部と、前記ダミーセンサ部と前記出力端との間に設けられたアナログスイッチと、前記IC素子に設けられ前記アナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記アナログスイッチがオフされた状態での第1の入力電圧から、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオンされた状態での第2の入力電圧に2を乗じた値を減算した値を求める演算部とを備えることが好ましい。 In the sensor device, the offset canceling unit includes a dummy sensor unit provided in the sensor element and having the same configuration as the sensor unit and connected in reverse parallel to the sensor unit, the dummy sensor unit, and the output terminal. From the first input voltage in a state where the analog switch is turned off by the control unit, and a control unit that is provided in the IC element and has a function of controlling the analog switch. Preferably, the control unit includes a calculation unit that obtains a value obtained by subtracting a value obtained by multiplying the second input voltage by 2 when the first analog switch is turned on.
このセンサ装置において、前記オフセットキャンセル手段は、前記センサ部と前記出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチと、前記出力端と前記第1のグラウンドラインとの間に設けられた第1のダミーセンサ部と第2のアナログスイッチと第2のダミーセンサ部との直列回路と、前記第2のアナログスイッチと前記第2のダミーセンサ部との直列回路に並列接続された第3のアナログスイッチと、前記IC素子に設けられ前記第1のアナログスイッチ、前記第2のアナログスイッチおよび前記第2のアナログスイッチを制御する機能を有する制御部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオフ且つ前記第2のアナログスイッチがオン且つ前記第3のアナログスイッチがオフされた状態での第1の入力電圧を2で除することでオフセット電圧を求める第1演算部と、前記制御部により前記第1のアナログスイッチがオン且つ前記第2のアナログスイッチがオフ且つ前記第3のアナログスイッチがオフされた状態での第2の入力電圧から前記オフセット電圧を減算した値を求める第2演算部とを備え、前記第1のダミーセンサ部および前記第2のダミーセンサ部の各々は、前記センサ素子に設けられて前記センサ部と同構成を有し、前記第1のダミーセンサ部と前記第2のダミーセンサ部とは逆直列に接続されていることが好ましい。 In the sensor device, the offset canceling unit includes a first analog switch provided between the sensor unit and the output terminal, and a first analog switch provided between the output terminal and the first ground line. A third circuit connected in parallel to a series circuit of one dummy sensor section, a second analog switch, and a second dummy sensor section; and a series circuit of the second analog switch and the second dummy sensor section. An analog switch; a control unit provided in the IC element and having a function of controlling the first analog switch, the second analog switch, and the second analog switch; and the control unit configured to control the first analog switch. The first input voltage in the state where the second analog switch is turned on and the third analog switch is turned off is divided by 2 A first calculation unit for obtaining an offset voltage, and a second state in which the first analog switch is turned on, the second analog switch is turned off, and the third analog switch is turned off by the control unit. A second calculation unit that obtains a value obtained by subtracting the offset voltage from the input voltage, and each of the first dummy sensor unit and the second dummy sensor unit is provided in the sensor element and includes the sensor unit. It is preferable that the first dummy sensor unit and the second dummy sensor unit have the same configuration and are connected in reverse series.
本発明のセンサ装置においては、ESDに起因した破壊を防止することが可能であり且つ高精度化を図ることが可能となる。 In the sensor device of the present invention, it is possible to prevent destruction due to ESD and to achieve high accuracy.
(実施形態1)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図1に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG.
センサ装置は、検出対象の物理量に応じた出力電圧を発生するセンサ部11および第1のESD保護回路12を有するセンサ素子1と、センサ部11の出力電圧を信号処理する信号処理回路21および第2のESD保護回路22を有するIC素子2とを備えている。図1は、(a)がセンサ装置の概略回路図、(b)がセンサ装置の等価回路図である。ここで、図1(b)では、センサ部11の等価回路を、センサ部11の出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vsとセンサ部11のインピーダンスに対応する抵抗Rsとの直列回路で表してある。要するに、電圧源Vsの電圧は、センサ部11の信号電圧であり、抵抗Rsの抵抗値は、センサ部11のインピーダンスである。
The sensor device includes a
また、センサ装置は、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えている。
Further, the sensor device, the offset canceling to cancel the offset voltage determined by the impedance of the leakage current I L and the
第1のESD保護回路12は、センサ素子1の高電位側の出力端と第1の電源電圧ラインVDD1との間に出力端側をアノード側として接続された第1のダイオードD1と、センサ素子1の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間に出力端側をカソード側として接続された第2のダイオードD2とからなる。したがって、第1のESD保護回路12は、2つのダイオードD1,D2の直列回路から構成される簡単な回路構成とすることができる。
The first
第2のESD保護回路22は、センサ素子1の出力端に接続されるIC素子2の入力端と第2の電源電圧ラインVDD2との間に当該入力端側をアノード側として接続された第3のダイオードD3と、当該入力端と第2のグラウンドラインVGND2との間に当該入力端側をカソード側として接続された第4のダイオードD4とからなる。したがって、第2のESD保護回路22は、2つのダイオードD3,D4の直列回路から構成される簡単な回路構成とすることができる。
The second
図1(b)では、ダイオードD1〜D4を電流源I1〜I4それぞれとして表してある。なお、第1の電源電圧ラインVDD1の電位と、第2の電源電圧ラインVDD2の電位とは同電位とする。また、第1のグラウンドラインVGND1の電位と、第2のグラウンドラインVGND2の電位とは同電位とする。また、本実施形態のセンサ装置は、センサ素子1とIC素子2とが1つのパッケージ(図示せず)に収納されている。
In FIG. 1 (b), it is represented the diode D 1 to D 4 as respective current sources I 1 ~I 4. Note that the potential of the first power supply voltage line V DD1 is the same as the potential of the second power supply voltage line V DD2 . The potential of the first ground line V GND1 and the potential of the second ground line V GND2 are the same. In the sensor device of this embodiment, the
センサ素子1としては、例えば、サーモパイルからなるセンサ部11および第1のESD保護回路12が第1のシリコン基板の一表面側に形成された赤外線センサチップを用いることができる。センサ素子1のセンサ部11は、サーモパイルに限らず、例えば、サーミスタでもよい。また、センサ素子1のセンサ部11は、これらに限らず、電圧出力型の物理量センサ部や化学量センサ部であればよい。いずれにしても、センサ素子1は、センサ部11がアナログの出力電圧を発生する。
As the
IC素子2は、例えば、信号処理回路21として、増幅回路23、A/D変換回路24、ディジタル回路25および制御部26が第2のシリコン基板に形成されたICチップを用いることができる。
As the
増幅回路23としては、例えば、チョッパアンプを用いることができるが、チョッパアンプ以外のアンプを用いることもできる。
As the
A/D変換回路24としては、例えば、一重積分型A/D変換器や二重積分型A/D変換器などの積分型A/D変換器を用いることができる。また、A/D変換回路24としては、追従比較型A/D変換器や逐次比較型A/D変換器などの比較型A/D変換器を用いることもできる。
As the A /
制御部26は、増幅回路23、A/D変換回路24、ディジタル回路25などを制御する機能を有している。制御部26は、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータなどにより構成してもよいし、タイミングコントロール回路や、それぞれ所望の機能を実現するように設計した複数の回路などの組み合せにより構成してもよい。
The
オフセットキャンセル手段3は、センサ部11とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチSW1と、センサ素子1の高電位側の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間に設けられた第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路とを備えている。また、オフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられ第1のアナログスイッチSW1および第2のアナログスイッチSW2を制御する機能を有する上述の制御部26と、上述のディジタル回路25とを備えている。第1のアナログスイッチSW1および第2のアナログスイッチSW2は、nチャネルMOSトランジスタにより構成することが好ましく、これにより、pチャネルMOSトランジスタにより構成する場合に比べて、オン抵抗を低減できるとともに、高速動作が可能となる。第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路は、センサ素子1の高電位側の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間ではなく、IC素子2の入力端(ここでは、増幅回路23の入力端)と第2のグラウンドラインVGND2との間に設けてもよい。
The offset canceling
ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオンされた状態での第1の入力電圧VC1をリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値を求める第1演算部251と、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオン且つ第2のアナログスイッチSW2がオフされた状態での第2の入力電圧VC2からリーク電流値とセンサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)との積を減算した値を求める第2演算部252とを備えている。ここで、ディジタル回路25は、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値や抵抗Rsの抵抗値などを予め記憶させたメモリ253を備えている。また、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値、抵抗Rsの抵抗値は、必ずしもメモリ253に記憶させる必要はなく、第1演算部251、第2演算部252それぞれにおいて既知であればよい。ディジタル回路25での演算に用いるリーク電流検出用抵抗Rc、抵抗Rsそれぞれの抵抗値は、予め測定した実測値やTEG(test element group)での測定値からの推測値でもよいし、設計値でもよい。
The
ここで、リーク電流ILの電流値(リーク電流値)をIL、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値をRc、抵抗Rsの抵抗値をRsとすれば、第1の入力電圧VC1、第2の入力電圧VC2は、下記の(1)式、(2)式でそれぞれ表される。 Here, if the current value of the leakage current I L (the leakage current value) I L, the resistance value of the leakage current detection resistor Rc Rc, the resistance value of the resistor Rs and Rs, the first input voltage V C1, The second input voltage V C2 is expressed by the following equations (1) and (2), respectively.
したがって、(1)式から分かるように、第1演算部251では、第1の入力電圧VC1をリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求めることができる。
Thus, (1) As can be seen from the equation, the
また、(1)式でリーク電流値ILが分かれば、第2演算部252では、第2の入力電圧VC2からリーク電流値ILとセンサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)との積を減算した値、つまり、センサ部11の出力電圧から、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧(雑音電圧)をキャンセルした値を得ることができる。
Also, knowing the leakage current I L in equation (1), the
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, the
また、本実施形態のセンサ装置では、オフセットキャンセル手段3が、上述の、第1のアナログスイッチSW1と、第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路と、制御部26と、ディジタル回路25とを備えていることにより、比較的簡単な構成で、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルすることが可能となり、S/N比の向上による高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment, the offset canceling
(実施形態2)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図2に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置は、実施形態1のセンサ装置における第2のアナログスイッチSW2を備えていない点などが実施形態1のセンサ装置と相違する。
The sensor device of this embodiment is different from the sensor device of
したがって、本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、センサ部11と出力端との間に設けられたアナログスイッチSW1と、センサ素子1の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間に設けられたリーク電流検出用抵抗Rcと、IC素子2に設けられアナログスイッチSW1を制御する機能を有する制御部26と、ディジタル回路25とを備えている。リーク電流検出用抵抗Rcは、センサ素子1の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間ではなく、IC素子2の入力端と第2のグラウンドラインVGND2との間に設けてもよい。
Therefore, the offset canceling
本実施形態のセンサ装置では、リーク電流検出用抵抗Rcと抵抗Rsとを並列接続した場合の合成抵抗を抵抗Rsの抵抗値で近似できる程度に、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値を抵抗Rsの抵抗値よりも十分に大きな値に設定することが好ましい。 In the sensor device of this embodiment, the resistance value of the leakage current detection resistor Rc is set to the resistance Rs to such an extent that the combined resistance when the leakage current detection resistance Rc and the resistance Rs are connected in parallel can be approximated by the resistance value of the resistance Rs. It is preferable to set a value sufficiently larger than the resistance value.
ここで、リーク電流検出用抵抗Rcと抵抗Rsとを並列接続した場合の合成抵抗Rは、下記(3)式で表される。 Here, the combined resistance R when the leakage current detection resistor Rc and the resistor Rs are connected in parallel is expressed by the following equation (3).
そして、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値が、抵抗Rsの抵抗値のn倍であるとすると、合成抵抗Rは、下記(4)式で表すことができる。 If the resistance value of the leakage current detection resistor Rc is n times the resistance value of the resistor Rs, the combined resistor R can be expressed by the following equation (4).
そして、数学的には、下記(5)式が成り立つ。 And mathematically, the following equation (5) is established.
したがって、合成抵抗Rを抵抗Rsの抵抗値で近似するには、nを十分大きくする必要がある、言い換えれば、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値を抵抗Rsの抵抗値よりも十分大きくする必要がある。ここで、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値は、抵抗Rsの抵抗値に比べて、より大きいほうが好ましいが、実際上は、リーク電流検出用抵抗Rcを設けるチップ(センサ素子1あるいはIC素子2)のサイズやレイアウト、不純物濃度などの関係で上限値が制限される。
Therefore, in order to approximate the combined resistance R with the resistance value of the resistor Rs, it is necessary to make n sufficiently large. In other words, the resistance value of the leakage current detection resistor Rc needs to be sufficiently larger than the resistance value of the resistor Rs. There is. Here, the resistance value of the leakage current detection resistor Rc is preferably larger than the resistance value of the resistor Rs, but in practice, a chip (
ディジタル回路25は、制御部26によりアナログスイッチSW1がオフされた状態での第1の入力電圧VC1をリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求める第1演算部251と、制御部26によりアナログスイッチSW1がオンされた状態での第2の入力電圧VC2からリーク電流値ILとセンサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)との積を減算した値を求める第2演算部252とを備えている。制御部26は、実施形態1と同様、増幅回路23、A/D変換回路24、ディジタル回路25などを制御する機能も有している。
The
ここで、第1の入力電圧VC1、第2の入力電圧VC2は、下記の(6)式、(7)式でそれぞれ表される。 Here, the first input voltage V C1 and the second input voltage V C2 are expressed by the following equations (6) and (7), respectively.
したがって、(6)式から分かるように、第1演算部251では、第1の入力電圧VC1をリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求めることができる。
Thus, (6) As can be seen from equation The
また、(6)式でリーク電流値ILが分かれば、第2演算部252では、第2の入力電圧VC2からリーク電流値ILとセンサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)との積を減算した値、つまり、センサ部11の出力電圧から、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルした値を得ることができる。
Further, (6) in the leakage current I L is known, the
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、オフセットキャンセル手段3が、上述の、アナログスイッチSW1と、リーク電流検出用抵抗Rcと、制御部26と、ディジタル回路25とを備えているので、比較的簡単な構成で、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルすることが可能となり、S/N比の向上による高精度化を図ることが可能となる。また、本実施形態のセンサ装置では、実施形態1で説明した第2のアナログスイッチSW2が不要となるので、実施形態に比べて、より簡単な構成で、オフセット電圧をキャンセルすることが可能となる。
Further, in the sensor device of this embodiment, the offset canceling
(実施形態3)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図3に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置は、第1の電源電圧ラインVDD1とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた電流源IRと第3のアナログスイッチSW3の直列回路を備えている点や、ディジタル回路25の構成などが実施形態1のセンサ装置と相違する。
The sensor device of this embodiment includes a series circuit of a first power supply voltage line V DD1 and the current source is provided between the high-potential side output end of the sensor element 1 I R and the third analog switch SW3 And the configuration of the
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、センサ部11とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチSW1と、センサ素子1の高電位側の出力端と第1のグラウンドラインVGND1の間に設けられた第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路とを備えている。
The offset canceling
また、オフセットキャンセル手段3は、第1の電源電圧ラインVDD1とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた電流源IRと第3のアナログスイッチSW3の直列回路を備えている。また、オフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられ第1のアナログスイッチSW1、第2のアナログスイッチSW2および第3のアナログスイッチSW3を制御する機能を有する制御部26を備えている。制御部26は、実施形態1と同様、増幅回路23、A/D変換回路24、ディジタル回路25などを制御する機能も有している。
Also, the offset canceling
電流源IRは、定電流源である。この電流源IRは、例えば、カレントミラー回路と、このカレントミラー回路へ基準電流を与える基準電流源とで構成することができるが、電流源IRの構成は特に限定するものではない。また、第3のアナログスイッチSW3は、nチャネルMOSトランジスタにより構成することが好ましく、これにより、pチャネルMOSトランジスタにより構成する場合に比べて、オン抵抗を低減できるとともに、高速動作が可能となる。 The current source I R is a constant current source. The current source I R can be configured by, for example, a current mirror circuit and a reference current source that applies a reference current to the current mirror circuit, but the configuration of the current source I R is not particularly limited. The third analog switch SW3 is preferably composed of an n-channel MOS transistor, whereby the on-resistance can be reduced and high-speed operation is possible as compared with the case where the third analog switch SW3 is composed of a p-channel MOS transistor.
第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路は、センサ素子1の高電位側の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間ではなく、IC素子2の入力端と第2のグラウンドラインとの間に設けてもよい。また、電流源IRと第3のアナログスイッチSW3の直列回路は、第1の電源電圧ラインVDD1とセンサ素子1の高電位側の出力端との間ではなく、第2の電源電圧ラインVDD2とIC素子2の入力端との間に設けてもよい。
The series circuit of the second analog switch SW2 and the leakage current detection resistor Rc is not between the output terminal on the high potential side of the
本実施形態のセンサ装置では、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値および抵抗Rsの抵抗値それぞれが未知の値であることを前提としている。これは、リーク電流検出用抵抗Rc、抵抗Rsそれぞれの抵抗値が、製造ばらつきや、誤差、温度変動などによって設計値からずれてしまうことがあるからである。本実施形態のセンサ装置では、電流源IRの電流値をリーク電流値ILよりも十分に大きな値に設定することが好ましい。また、本実施形態のセンサ装置では、電流源IRの電流値と抵抗Rsとの積よりも、信号電圧に対応する電圧源Vsの電圧値が十分に小さくなるように、電流源IRの電流値を設定することが好ましい。 In the sensor device of this embodiment, it is assumed that the resistance value of the leakage current detection resistor Rc and the resistance value of the resistor Rs are unknown values. This is because the resistance values of the leakage current detection resistor Rc and the resistor Rs may deviate from the design values due to manufacturing variations, errors, temperature fluctuations, and the like. In the sensor device of the present embodiment, it is preferable to set the current value of the current source I R to a value sufficiently than the leakage current value I L. Furthermore, the sensor device of the present embodiment, than the product of the current value of the current source I R and the resistor Rs, as the voltage value of the voltage source Vs corresponding to the signal voltage is sufficiently small, the current source I R It is preferable to set the current value.
ここで、電流源IRの電流値をIR、電流源IRの電流値が、リーク電流値ILのn倍であるとすると、第1のアナログスイッチSW1がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオン且つ第3のアナログスイッチSW3がオンされた状態でのディジタル回路25の第1の入力電圧VC11は、下記(8)式で表すことができる。
Here, the current value of the current source I R I R, the current value of the current source I R, when is n times the leakage current I L, a first analog switch SW1 is off and the second analog switch The first input voltage V C11 of the
そして、数学的には、下記(9)式が成り立つ。 And mathematically, the following equation (9) holds.
したがって、VC11をIR×Rcで近似するには、nを十分大きくする必要がある、言い換えれば、電流源IRの電流値をリーク電流値ILよりも十分大きくする必要がある。 Therefore, in order to approximate V C11 by I R × Rc, n needs to be sufficiently large, in other words, the current value of the current source I R needs to be sufficiently larger than the leakage current value I L.
また、電流源IRの電流値と抵抗Rsとの積が、電圧源Vsの電圧値(信号電圧)のm倍であるとすると、第1のアナログスイッチSW1がオン且つ第2のアナログスイッチSW2がオフ且つ第3のアナログスイッチSW3がオンされた状態での第2の入力電圧VC12は、下記(10)式で表すことができる。 The current source I product of the current value and the resistance Rs of R is, when an m times the voltage value of the voltage source Vs (signal voltage), a first analog switch SW1 is turned on and the second analog switch SW2 The second input voltage V C12 in a state where is turned off and the third analog switch SW3 is turned on can be expressed by the following equation (10).
そして、数学的には、下記(11)式が成り立つ。 And mathematically, the following equation (11) is established.
したがって、VC12をIR×Rsで近似するには、mを十分大きくする必要がある、言い換えれば、電流源IRの電流値と抵抗Rsとの積を、電圧源Vsの電圧値よりも十分大きくする必要がある。 Therefore, in order to approximate V C12 by I R × Rs, m needs to be sufficiently large. In other words, the product of the current value of the current source I R and the resistance Rs is larger than the voltage value of the voltage source Vs. It needs to be large enough.
ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオン且つ第3のアナログスイッチSW3がオンされた状態での第1の入力電圧VC11を電流源IRの電流値により除することでリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値を求め、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオン且つ第2のアナログスイッチSW2がオフ且つ第3のアナログスイッチSW3がオンされた状態での第2の入力電圧VC12を電流源IRの電流値により除することでセンサ部11のインピーダンス(ここで、抵抗Rsの抵抗値)を求める予備演算部250を備えている。
The
また、ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオン且つ第3のアナログスイッチSW3がオフされた状態での第3の入力電圧VC13を予備演算部250で求めたリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求める第1演算部251を備えている。また、ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオン且つ第2のアナログスイッチSW2がオフ且つ第3のアナログスイッチSW3がオフされた状態での第4の入力電圧VC14からリーク電流値ILと予備演算部250で求めたインピーダンスとの積を減算した値を求める第2演算部252を備えている。
In addition, the
ここで、電流源IRの電流値をIR、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値をRc、抵抗Rsの抵抗値をRsとすれば、第1の入力電圧VC11、第2の入力電圧VC12は、下記の(12)式、(13)式でそれぞれ表される。 Here, if the current value of the current source I R is I R , the resistance value of the leakage current detection resistor Rc is Rc, and the resistance value of the resistor Rs is Rs, the first input voltage V C11 , the second input voltage V C12 is represented by the following formulas (12) and (13), respectively.
したがって、(12)式から分かるように、予備演算部250では、第1の入力電圧VC11を電流値IRにより除することでリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値を求めることができる。また、(13)式から分かるように、予備演算部250では、第2の入力電圧VC12を電流値IRにより除することで抵抗Rsの抵抗値を求めることができる。 Therefore, (12) As can be seen from the equation, the pre-processor 25 0, can be obtained resistance value of the leakage current detection resistor Rc by dividing by the current value I R of the first input voltage V C11. Further, (13) As can be seen from the equation, the pre-processor 25 0, can be obtained resistance value of the resistor Rs by dividing the second input voltage V C12 by the current value I R.
また、第3の入力電圧VC13、第4の入力電圧VC14は、下記の(14)式、(15)式でそれぞれ表される。 Further, the third input voltage V C13 and the fourth input voltage V C14 are expressed by the following equations (14) and (15), respectively.
したがって、(14)式から分かるように、第1演算部251では、第3の入力電圧VC13を抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求めることができる。
Therefore, as can be seen from the equation (14), the
また、(14)式でリーク電流値ILが分かれば、第2演算部252では、第4の入力電圧VC14からリーク電流値ILとセンサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)との積を減算した値、つまり、センサ部11の出力電圧から、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧(雑音電圧)をキャンセルした値を得ることができる。
Also, if the leakage current value I L is known from the equation (14), the
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、オフセットキャンセル手段3が、上述の、第1のアナログスイッチSW1と、第2のアナログスイッチSW2と抵抗Rcの直列回路と、電流源IRと第3のアナログスイッチSW3の直列回路と、制御部26と、ディジタル回路25とを備えているので、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値、センサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)が未知であっても、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルすることが可能となり、S/N比の向上による高精度化を図ることが可能となる。また、本実施形態のセンサ装置では、第3のアナログスイッチSW3をオンとする場合に、オン時間を短くすることにより、センサ素子1の自己発熱を抑制することが可能となり、予備演算部250にて求める、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値、センサ部11のインピーダンスそれぞれの精度を向上させることが可能となる。
Furthermore, the sensor device of the present embodiment, the offset canceling
しかして、本実施形態のセンサ装置では、センサ部11およびリーク電流検出用抵抗Rcの製造ばらつきや温度変動などに起因した精度の変化を抑制することが可能となる。
Therefore, in the sensor device of the present embodiment, it is possible to suppress changes in accuracy due to manufacturing variations and temperature fluctuations of the
(実施形態4)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図4に基づいて説明する。なお、実施形態3と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 4)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置は、電流源IRが、可変電流源により構成してある点などが実施形態3のセンサ装置と相違する。なお、以下では、電流源IRを可変電流源IRとも称する。 The sensor device of this embodiment, the current source I R is, like that are constituted by the variable current source is different from the sensor device of the third embodiment. In the following description, the current source I R is also referred to as a variable current source I R.
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、センサ部11とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチSW1と、センサ素子1の高電位側の出力端と第1のグラウンドラインVGND1の間に設けられた第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路とを備えている。
The offset canceling
また、オフセットキャンセル手段3は、第1の電源電圧ラインVDD1とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた可変電流源IRと第3のアナログスイッチSW3の直列回路を備えている。
Also, the offset canceling
可変電流源IRは、ゲート同士が接続された2つのMOSトランジスタM1,M2を有するカレントミラー回路と、このカレントミラー回路の一方のMOSトランジスタM1に直列的に接続されカレントミラー回路へ基準電流を与える基準電流源I0とを備え、他方のMOSトランジスタM2に、MOSトランジスタM3と第4のアナログスイッチSW4の直列回路を並列的に接続してある。第4のアナログスイッチSW4は、MOSトランジスタにより構成することができる。この第4のアナログスイッチSW4は、制御部26により制御される。したがって、可変電流源IRは、制御部26によって第4のアナログスイッチSW4を制御することによって、この可変電流源IRの電流値を変化させることができる。
The variable current source I R includes a current mirror circuit having two MOS transistors M1 and M2 whose gates are connected to each other, and a reference current to the current mirror circuit connected in series to one MOS transistor M1 of the current mirror circuit. and a reference current source I 0 which gives, on the other MOS transistor M2, MOS transistors M3 and is connected a series circuit of a fourth analog switch SW4 in parallel. The fourth analog switch SW4 can be composed of a MOS transistor. The fourth analog switch SW4 is controlled by the
また、オフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられ第1のアナログスイッチSW1、第2のアナログスイッチSW2、第3のアナログスイッチSW3および可変電流源IRを制御する機能を有する制御部26を備えている。制御部26は、実施形態1と同様、増幅回路23、A/D変換回路24、ディジタル回路25などを制御する機能も有している。
Also, the offset canceling
また、ディジタル回路25は、センサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)および電流検出用抵抗Rcの抵抗値を求める予備演算部250を備えている。予備演算部250は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオン且つ第2のアナログスイッチSW2がオフ且つ第3のアナログスイッチSW3がオンで、可変電流源IRが第1の電流値I1に制御された状態での第1の入力電圧VC21と可変電流源IRが第2の電流値I2(I2≠I1)に制御された状態での第2の入力電圧VC22との差分を、第1の電流値I1と第2の電流値I2との差分で除することでセンサ部11のインピーダンスを求める。また、予備演算部250は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオン且つ第3のアナログスイッチSW3がオンで、可変電流源IRが第3の電流値I3(I3≠I2)に制御された状態での第3の入力電圧VC23を第3の電流値I3により除することで電流検出用抵抗Rcの抵抗値を求める。
The digital circuit 25 (here, the resistance the resistance value of Rs) impedance of the
また、ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオン且つ第3のアナログスイッチSW3がオフされた状態での第4の入力電圧VC24を予備演算部250で求めたリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求める第1演算部251を備えている。また、ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオン且つ第2のアナログスイッチSW2がオフ且つ第3のアナログスイッチSW3がオフされた状態での第5の入力電圧VC25からリーク電流値ILと予備演算部250で求めたインピーダンスとの積を減算した値を求める第2演算部とを備えている。
Further, the
ここで、上述の第1の入力電圧VC21は、下記(16)式で表すことができる。 Here, the first input voltage V C21 described above can be expressed by the following equation (16).
また、上述の第2の入力電圧VC22は、下記(17)式で表すことができる。 The second input voltage V C22 described above can be expressed by the following equation (17).
(16)式と(17)式とから、第1の入力電圧VC21と第2の入力電圧VC22との差分は、下記(18)式で表すことができる。 From the equations (16) and (17), the difference between the first input voltage V C21 and the second input voltage V C22 can be expressed by the following equation (18).
また、上述の第3の入力電圧VC23は、下記(19)式で表すことができる。 The third input voltage V C23 described above can be expressed by the following equation (19).
したがって、(18)式から分かるように、予備演算部250では、|VC21−VC22|を|I1−I2|により除することで抵抗Rsの抵抗値を求めることができる。また、(19)式から分かるように、予備演算部250では、第3の入力電圧VC23を第3の電流値I3により除することでリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値を求めることができる。 Therefore, (18) As can be seen from the equation, the pre-calculation unit 25 0, | V C21 -V C22 | a | I 1 -I 2 | makes it possible to determine the resistance value of the resistor Rs by dividing. Further, (19) As can be seen from the equation, the pre-processor 25 0, to obtain the resistance value of the leakage current detection resistor Rc by dividing a third input voltage V C23 by the third current value I 3 Can do.
また、第4の入力電圧VC24、第5の入力電圧VC25は、下記の(20)式、(21)式でそれぞれ表される。 The fourth input voltage V C24 and the fifth input voltage V C25 are expressed by the following formulas (20) and (21), respectively.
したがって、(20)式から分かるように、第1演算部251では、第4の入力電圧VC24をリーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値により除することでリーク電流値ILを求めることができる。
Therefore, (20) As can be seen from the equation, the
また、(20)式でリーク電流値ILが分かれば、(21)式から分かるように、第2演算部252では、第5の入力電圧VC25からリーク電流値ILとセンサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)との積を減算した値、つまり、センサ部11の出力電圧から、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧(雑音電圧)をキャンセルした値を得ることができる。
Further, if the leakage current value I L is known from the equation (20), as can be understood from the equation (21), the
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、オフセットキャンセル手段3が、上述の、第1のアナログスイッチSW1と、第2のアナログスイッチSW2とリーク電流検出用抵抗Rcの直列回路と、電流源IRと第3のアナログスイッチSW3の直列回路と、制御部26と、ディジタル回路25とを備えているので、リーク電流検出用抵抗Rcの抵抗値、センサ部11のインピーダンス(ここでは、抵抗Rsの抵抗値)が未知の場合でも、リーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルすることが可能となり、S/N比の向上による高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment, the offset canceling
また、本実施形態のセンサ装置では、センサ部11およびリーク電流検出用抵抗Rcの製造ばらつきや温度変動などに起因した精度の変化を抑制することが可能となる。
Further, in the sensor device of the present embodiment, it is possible to suppress changes in accuracy due to manufacturing variations and temperature fluctuations of the
(実施形態5)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図5に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 5)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置は、センサ素子1が、センサ部11を複数備えている点などが相違する。
The sensor device of this embodiment is different in that the
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、センサ素子1に設けられてなりセンサ部11と同構成のダミーセンサ部11Dと、ダミーセンサ部11Dとセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチSW11とを備えている。ここで、ダミーセンサ部11Dが、センサ部11と同構成ということは、仕様が同じであることを意味し、ダミーセンサ部11Dの特性がセンサ部11の特性と略同じであることを意味する。したがって、センサ部11の出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs1の電圧をVs、センサ部11のインピーダンスに対応する抵抗Rs1の抵抗値をRsとすれば、ダミーセンサ部11Dの出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs2の電圧をVs、ダミーセンサ部11Dのインピーダンスに対応する抵抗Rs2の抵抗値をRsとみなすことができる。
The offset canceling
センサ素子1としては、例えば、特開2010−237117号公報に開示された赤外線アレイセンサのように、感温部および当該感温部の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタを具備する複数の画素部が、半導体基板(シリコン基板)の一表面側において2次元アレイ状に配置されており、全ての感温部の出力を時系列的に読み出すことが可能なものを用いることができる。この場合、各感温部の各々が、センサ部11を構成し、各MOSトランジスタの各々が第2のアナログスイッチSW12を構成する。また、感温部と同じ構成のダミーの感温部を設けることで、このダミーの感温部が、ダミーセンサ部11Dを構成する。なお、この赤外線アレイセンサを温度センサとして用いる場合には、半導体基板の温度を一定に保つことで感温部におけるサーモパイルの冷接点の温度を一定温度に保つペルチェ素子を用いるか、あるいは、冷接点の温度を検出するサーミスタを設けることが好ましい。
As the
また、オフセットキャンセル手段3は、各センサ部11それぞれとセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた複数の第2のアナログスイッチSW12と、IC素子2に設けられ第1のアナログスイッチSW11および各第2のアナログスイッチSW12を制御する機能を有する制御部26とを備えている。
The offset canceling
また、ディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW11がオフ且つ1つの第2のアナログスイッチSW12がオンされた状態での第1の入力電圧V31から、第1のアナログスイッチSW11をオン且つ上記1つの第2のアナログスイッチSW12がオンされた状態での第2の入力電圧V32を減算した値に2を乗じることでオフセット電圧を求める第1演算部2531を備えている。また、ディジタル回路25は、第1の入力電圧V31から第1演算部2531にて求めたオフセット電圧を減算した値を求める第2演算部2532とを備えている。
In addition, the
上述の第1の入力電圧V31は、第2の入力電圧VC32は、下記の(22)式、(23)式でそれぞれ表される。 The first input voltage V 31 described above and the second input voltage V C32 are expressed by the following equations (22) and (23), respectively.
したがって、第1演算部2531では、下記の(24)式で表されるオフセット電圧を求めることができる。
Therefore, the
そして、第2演算部2532では、下記の(25)式で、第1の入力電圧V31から第1演算部2531にて求めたオフセット電圧を減算した値を求めることができる。
Then, in the second operation unit 25 32, (25) below, it is possible to obtain a value of the offset voltage obtained by subtracting obtained from the first input voltage V 31 at the first
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、製造時にダミーセンサ部11Dをセンサ部11と同時に形成することが可能であり、第1のスイッチング素子SW11を各第2のスイッチング素子SW12と同時に形成することが可能なので、実施形態1のようなリーク電流検出用抵抗Rcを形成するためのプロセスを追加する必要がなく、製造プロセスの簡略化を図れるとともに、製造コストの低コスト化を図ることが可能となる。
In the sensor device of this embodiment, the
(実施形態6)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図6に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 6)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置は、センサ素子1が、複数のセンサ部11と、各センサ部11それぞれとセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた複数のアナログスイッチSW1(説明の便宜上、複数のアナログスイッチSW1をアナログスイッチSW11〜SW1nと称することもある)とを備えている点などが相違する。
In the sensor device of the present embodiment, the
ここで、複数のセンサ部11は、同構成である。要するに、複数センサ部11は、仕様が同じであり、特性が略同じである。したがって、各センサ部11それぞれの出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs1のVsnの電圧をVs、各センサ部11それぞれのインピーダンスに対応する抵抗Rs1〜Rsnの抵抗値をRsとみなすことができる。
Here, the plurality of
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられ各アナログスイッチSW1を制御する機能を有する制御部26を備えている。
The offset canceling
また、オフセットキャンセル手段3におけるディジタル回路25は、第1演算部2541と、第2演算部2542とを備えている。第1演算部2541は、制御部26により1つの第1のアナログスイッチSW1(例えば、第1のアナログスイッチSW11)がオン且つ他の1つの第1のアナログスイッチSW1(例えば、第1のアナログスイッチSW12)がオフされた状態での第1の入力電圧V41と、当該1つの第1のアナログスイッチSW1がオン且つ当該他の1つの第1のアナログスイッチSW1がオフされた状態での第2の入力電圧V42との差分に2を乗じることでリーク電流ILに起因したオフセット電圧を求める。
The
また、第2演算部2542は、第2の入力電圧V42から第1演算部2541にて求めたオフセット電圧を減算した値を求める。
The second
上述の第1の入力電圧V41は、第2の入力電圧VC42は、下記の(26)式、(27)式でそれぞれ表される。 The first input voltage V 41 and the second input voltage V C42 are expressed by the following equations (26) and (27), respectively.
したがって、第1演算部2541では、下記の(28)式で表されるオフセット電圧を求めることができる。
Thus, the
そして、第2演算部2542では、下記の(29)式で、第2の入力電圧V42から第1演算部2541にて求めたオフセット電圧を減算した値を求めることができる。
Then, in the
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、センサ素子1にオフセットキャンセル手段3のための特別の構成を付加する必要がなく、実施形態1のようなリーク電流検出用抵抗Rcを形成するためのプロセスを追加する必要がないので、センサ素子1のコストアップを防止することができる。
Further, in the sensor device of this embodiment, it is not necessary to add a special configuration for the offset canceling
(実施形態7)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図7に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 7)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置は、センサ素子1が、複数のセンサ部11と、各センサ部11それぞれとセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた複数のアナログスイッチSW1(説明の便宜上、複数のアナログスイッチSW1をアナログスイッチSW11〜SW1nと称することもある)とを備えている点などが相違する。
In the sensor device of the present embodiment, the
ここで、複数のセンサ部11は、同構成である。要するに、複数センサ部11は、仕様が同じであり、特性が略同じである。したがって、各センサ部11それぞれの出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs1のVsnの電圧をVs、各センサ部11それぞれのインピーダンスに対応する抵抗Rs1〜Rsnの抵抗値をRsとみなすことができる。
Here, the plurality of
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられ各アナログスイッチSW1を制御する機能を有する制御部26を備えている。
The offset canceling
オフセット手段3におけるディジタル回路25は、制御部26によりランダムの選択された2つのアナログスイッチSW1のうちの一方がオン且つ他方がオフされた状態での第1の入力電圧V51から、制御部26によりランダムに選択された2つのアナログスイッチSW1の両方がオンされた状態での第2の入力電圧V52を累算して累算回数で除した平均値を減算した値に2を乗じることでオフセット電圧を求める第1演算部2551と、第1の入力電圧V51からオフセット電圧を減算した値を求める第2演算部2552とを備えている。
The
ここで、制御部26は、複数(例えば、64個)のアナログスイッチSWから任意の2つのアナログスイッチSW1をランダムに選択するための擬似乱数発生回路26aと、上述の累算回数をカウントするカウンタ26bとを備えている。また、第1演算部2551は、第2の入力電圧V52を累算する累算回路25511と、累算回路25511の出力を制御部26から与えられる累算回数で除する除算器25512とを備えている。なお、累算回路25511での累算値およびカウンタ26bのカウント値は、第2演算部2552での演算を行われる度にリセットされる。
Here, the
上述の第1の入力電圧V51は、第2の入力電圧VC52は、下記の(30)式、(31)式でそれぞれ表される。 The first input voltage V 51 described above and the second input voltage V C52 are expressed by the following equations (30) and (31), respectively.
したがって、第1演算部2531では、第2の入力電圧VC52の平均値をVC52aveとすれば、下記の(32)式で表されるオフセット電圧を求めることができる。
Therefore, in the
また、第2演算部2552では、下記の(33)式により、信号電圧に相当するVsを求めることができる。
The
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、センサ素子1にオフセットキャンセル手段3のための特別の構成を付加する必要がなく、実施形態1のようなリーク電流検出用抵抗Rcを形成するためのプロセスを追加する必要がないので、センサ素子1のコストアップを防止することができる。
Further, in the sensor device of this embodiment, it is not necessary to add a special configuration for the offset canceling
また、本実施形態のセンサ装置では、第2の入力電圧VC52の平均値VC52aveを利用してオフセット電圧を求めるので、センサ部11のインピーダンスのばらつきの影響を軽減することが可能となる。
Further, in the sensor device of the present embodiment, the offset voltage is obtained using the average value V C52ave of the second input voltage V C52 , so that it is possible to reduce the influence of the impedance variation of the
(実施形態8)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図8に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 8)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、センサ素子1に設けられてセンサ部11と同構成を有しセンサ部11に逆並列に接続されたダミーセンサ部11Dを備えている。ここで、ダミーセンサ部11Dが、センサ部11と同構成ということは、仕様が同じであることを意味し、ダミーセンサ部11Dの特性がセンサ部11の特性と略同じであることを意味する。したがって、センサ部11の出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs1の電圧をVs、センサ部11のインピーダンスに対応する抵抗Rs1の抵抗値をRsとすれば、ダミーセンサ部11Dの出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs2の電圧をVs、ダミーセンサ部11Dのインピーダンスに対応する抵抗Rs2の抵抗値をRsとみなすことができる。また、ダミーセンサ部11Dおよびセンサ部11は、極性を有するものであり、ダミーセンサ部11Dの“−”側が、センサ部11の“+”側と接続され、ダミーセンサ部11Dの“+”側が、センサ部11の“−”側と接続されることによって、逆並列に接続されている。このような逆並列に接続する構成は、例えば、センサ部11およびダミーセンサ部11Dがサーモパイルの場合、センサ部11とダミーセンサ部11Dとを接続する配線のレイアウトを適宜設計することで容易に実現できる。
The offset canceling
また、オフセットキャンセル手段3は、ダミーセンサ部11Dとセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられたアナログスイッチSW1を備えている。また、オフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられアナログスイッチSW1を制御する機能を有する制御部26を備えている。
The offset cancel means 3 includes an analog switch SW1 provided between the
また、オフセットキャンセル手段3におけるディジタル回路25は、制御部26によりアナログスイッチSW1がオフされた状態での第1の入力電圧V61から、制御部26により第1のアナログスイッチSW1がオンされた状態での第2の入力電圧V62に2を乗じた値を減算した値を求める演算部256を備えている。
State The
上述の第1の入力電圧V61は、第2の入力電圧VC62は、下記の(34)式、(35)式でそれぞれ表される。 The first input voltage V 61 described above and the second input voltage V C62 are expressed by the following equations (34) and (35), respectively.
したがって、演算部256では、下記の(36)式で表されるオフセット電圧を求めることができる。
Thus, the
また、演算部256では、下記の(37)式により、信号電圧に相当するVsを求めることができる。
Further, the
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、製造時にダミーセンサ部11Dをセンサ部11と同時に形成することが可能なので、実施形態1のようなリーク電流検出用抵抗Rcを形成するためのプロセスを追加する必要がなく、製造プロセスの簡略化を図れるとともに、製造コストの低コスト化を図ることが可能となる。また、本実施形態のセンサ装置では、上述の(36)式に示したように、第2の入力電圧VC62からオフセット電圧を容易に求めることができる。
Further, in the sensor device of the present embodiment, the
(実施形態9)
以下では、本実施形態のセンサ装置について図9に基づいて説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 9)
Below, the sensor apparatus of this embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3は、センサ部11とセンサ素子1の高電位側の出力端との間に設けられた第1のアナログスイッチSW31と、センサ素子1の高電位側の出力端と第1のグラウンドラインVGND1との間に設けられた第1のダミーセンサ部11D1と第2のアナログスイッチSW32と第2のダミーセンサ部11D2との直列回路とを備えている。また、オフセットキャンセル手段3は、第2のアナログスイッチSW32と第2のダミーセンサ部11D2との直列回路に並列接続された第3のアナログスイッチSW33を備えている。各アナログスイッチSW31〜SW33は、nチャネルMOSトランジスタにより構成することが好ましく、これにより、pチャネルMOSトランジスタにより構成する場合に比べて、オン抵抗を低減できるとともに、高速動作が可能となる。
The offset canceling
また、オフセットキャンセル手段3は、IC素子2に設けられ第1のアナログスイッチSW31、第2のアナログスイッチSW32および第3のアナログスイッチSW13を制御する機能を有する制御部26を備えている。
Further, the offset canceling
また、オフセットキャンセル手段3におけるディジタル回路25は、制御部26により第1のアナログスイッチSW31がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオン且つ第3のアナログスイッチSW33がオフされた状態での第1の入力電圧V71を2で除することでオフセット電圧を求める第1演算部2571と、制御部26により第1のアナログスイッチSW31がオン且つ第2のアナログスイッチSW32がオフ且つ第3のアナログスイッチSW33がオフされた状態での第2の入力電圧V71からオフセット電圧を減算した値を求める第2演算部2572とを備えている。
In addition, the
また、第1のダミーセンサ部11D1および第2のダミーセンサ部11D2の各々は、センサ素子1に設けられてセンサ部11と同構成を有している。また、第1のダミーセンサ部11D1と第2のダミーセンサ部11D2とは、逆直列に接続されている。
Each of the first
ここで、第1のダミーセンサ部11D1および第2のダミーセンサ部11D2が、センサ部11と同構成ということは、仕様が同じであることを意味し、第1のダミーセンサ部11D1および第2のダミーセンサ部11D2の特性がセンサ部11の特性と略同じであることを意味する。したがって、センサ部11の出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vsの電圧をVs、センサ部11のインピーダンスに対応する抵抗Rsの抵抗値をRsとすれば、各ダミーセンサ部11D1,11D2の出力電圧の信号電圧に対応する電圧源Vs1,Vs2の電圧をVs、各ダミーセンサ部11D1,11D2のインピーダンスに対応する抵抗Rs1,Rs2の抵抗値をRsとみなすことができる。また、各ダミーセンサ部11D1,11D2およびセンサ部11は、極性を有するものであり、第1のダミーセンサ部11D1の“+”側が、センサ部11の“+”側と接続され、第1のダミーセンサ部11D1の“−”側が、第2のアナログスイッチSW32を介して第2のダミーセンサ部11D2の“−”側と接続され、第2のダミーセンサ部11D2の“+”側が、センサ部11の“−”側と接続されている。このような接続関係は、例えば、センサ部11および各ダミーセンサ部11D1,11D2がサーモパイルの場合、これらを接続する配線のレイアウトを適宜設計することで容易に実現できる。
Here, the first
上述の第1の入力電圧V71は、第2の入力電圧VC72は、下記の(38)式、(39)式でそれぞれ表される。 The first input voltage V 71 described above and the second input voltage V C72 are expressed by the following equations (38) and (39), respectively.
したがって、第1の演算部2571では、下記の(40)式で表されるオフセット電圧を求めることができる。 Therefore, the first calculation unit 2571 can obtain the offset voltage represented by the following equation (40).
本実施形態のセンサ装置におけるオフセットキャンセル手段3では、第1の入力電圧V71が、センサ部11の2倍のインピーダンスとリーク電流とで決まるので、センサ部11のインピーダンス(抵抗Rsの抵抗値)が実施形態1よりも小さい場合でも、オフセット電圧を精度よく求めることが可能となる。
In the offset canceling
また、第2の演算部2572では、下記の(41)式により、信号電圧に相当するVsを求めることができる。
Further, in the second
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、実施形態1と同様、センサ素子1、IC素子2が、第1のESD保護回路12、第2のESD保護回路22をそれぞれ備えていることにより、ESDに起因した破壊を防止することが可能となる。そして、本実施形態のセンサ装置では、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
In the sensor device of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the
また、本実施形態のセンサ装置では、第1のダミーセンサ部11D1をセンサ部11として用いることもできる。この場合には、制御部26により第1のアナログスイッチSW31がオフ且つ第2のアナログスイッチSW2がオフ且つ第3のアナログスイッチSW33がオンされた状態での第3の入力電圧V73からオフセット電圧を減算すればよい。
In the sensor device of the present embodiment, the first
ここで、第3の入力電圧V73は、下記の(42)式で表される。 Here, the third input voltage V 73 is expressed by the following equation (42).
したがって、本実施形態のセンサ装置は、第1のダミーセンサ部11D1をセンサ部11として用いる場合でも、第1のESD保護回路12および第2のESD保護回路22に起因してセンサ部11に流れるリーク電流ILとセンサ部11のインピーダンスとで決まるオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル手段3を備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
Therefore, even when the first
1 センサ素子
2 IC素子
11 センサ部
11D ダミーセンサ部
11D1 第1のダミーセンサ部
11D2 第2のダミーセンサ部
12 第1のESD保護回路
21 信号処理回路
22 第2のESD保護回路
23 増幅回路
24 A/D変換回路
25 ディジタル回路
250 予備演算部
251 第1演算部
252 第2演算部
2531 第1演算部
2532 第2演算部
2541 第1演算部
2542 第2演算部
2551 第1演算部
2552 第2演算部
256 演算部
26 制御部
D1 第1のダイオード
D2 第2のダイオード
D3 第3のダイオード
D4 第4のダイオード
I1 第1の電流源
I2 第2の電流源
I3 第3の電流源
I4 第4の電流源
IR 電流源(可変電流源)
IL リーク電流
Rc リーク電流検出用抵抗
Rs 抵抗
SW1 第1のアナログスイッチ(アナログスイッチ)
SW2 第2のアナログスイッチ
SW3 第3のアナログスイッチ
SW4 第4のアナログスイッチ
SW11 第1のアナログスイッチ
SW12 第2のアナログスイッチ
SW31 第1のアナログスイッチ
SW32 第2のアナログスイッチ
SW33 第3のアナログスイッチ
VDD1 第1の電源電圧ライン
VDD2 第2の電源電圧ライン
VGND1 第1のグラウンドライン
VGND2 第2のグラウンドライン
VC1 第1の入力電圧
VC2 第2の入力電圧
VC11 第1の入力電圧
VC12 第2の入力電圧
VC13 第3の入力電圧
VC14 第4の入力電圧
VC21 第1の入力電圧
VC22 第2の入力電圧
VC23 第3の入力電圧
VC24 第4の入力電圧
VC25 第5の入力電圧
VC31 第1の入力電圧
VC32 第2の入力電圧
VC41 第1の入力電圧
VC42 第2の入力電圧
VC51 第1の入力電圧
VC52 第2の入力電圧
VC61 第1の入力電圧
VC62 第2の入力電圧
VC71 第1の入力電圧
VC72 第2の入力電圧
DESCRIPTION OF
The first analog switch I L leak current Rc leakage current detection resistor Rs resistor SW1 (analog switch)
SW2 Second analog switch SW3 Third analog switch SW4 Fourth analog switch SW11 First analog switch SW12 Second analog switch SW31 First analog switch SW32 Second analog switch SW33 Third analog switch V DD1 First power voltage line V DD2 Second power voltage line V GND1 First ground line V GND2 Second ground line V C1 First input voltage V C2 Second input voltage V C11 First input voltage V C12 second input voltage V C13 third input voltage V C14 fourth input voltage V C21 first input voltage V C22 second input voltage V C23 third input voltage V C24 fourth input voltage V C25 fifth input voltage V C31 first input voltage V C32 second input voltage V C41 first input voltage V C42 second input voltage V C51 first input voltage V C52 first Input voltage V C61 first input voltage V C62 second input voltage V C71 first input voltage V C72 second input voltage
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- 2011-12-13 JP JP2011272496A patent/JP2013124879A/en active Pending
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