JP2019138758A - インピーダンス測定用半導体回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセンサによる測定において、各センサの測定に他のセンサが及ぼす影響を抑制することができるインピーダンス測定用半導体回路を提供する。【解決手段】一実施の形態によれば、インピーダンス測定用半導体回路１は、第１抵抗素子Ｒ１と、正入力端子Ａ１に所定の設定電圧Ｖｓが入力され、出力端子Ａ３に第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａが接続されたオペアンプＡＭＰ１と、第１センサＳＥ１と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間の導通をオンまたはオフにする第１出力側スイッチＳＷＯ１と、第２センサＳＥ２と、第１抵抗素子Ｒ１の他端との間の導通をオンまたはオフにする第２出力側スイッチＳＷＯ２と、第１センサＳＥ１と、負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにする第１入力側スイッチＳＷＩ１と、第２センサＳＥ２と、負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにする第２入力側スイッチＳＷＩ２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、インピーダンス測定用半導体回路に関し、例えば、測定対象に接続させたセンサのインピーダンスを測定する半導体回路に関する。

特許文献１には、アナログスイッチのオン抵抗及びＥＳＤ抵抗を低減させ、精度よく増幅動作を行うことを意図した半導体回路が記載されている。

特開２０１６−０７２９２３号公報 米国特許第５９１７３４６号明細書

複数のセンサが測定対象に接続された半導体回路において、アナログスイッチによる切替によって、各センサの電流測定を行う場合に、他のセンサに流れる電流が測定中のセンサに対して影響を及ぼす場合がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、インピーダンス測定用半導体回路は、第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、一端及び他端を有する第１抵抗素子と、正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、前記正入力端子に所定の設定電圧が入力され、前記出力端子に前記第１抵抗素子の一端が接続されたオペアンプと、前記第１センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１出力側スイッチと、前記第２センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２出力側スイッチと、前記第１センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１入力側スイッチと、前記第２センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２入力側スイッチと、を備える。

前記一実施の形態によれば、複数のセンサによる測定において、各センサの測定に他のセンサが及ぼす影響を抑制することができるインピーダンス測定用半導体回路を提供することができる。

比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 他の比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態１の変形例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路において、第１入力側スイッチのオペアンプ側及び第１センサ側の電圧、並びに、切替スイッチ、第１入力側スイッチ及び第１出力側スイッチのオン・オフ動作を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧及びオン・オフ動作を示す。 実施形態１の変形例に係るインピーダンス測定用半導体回路において、第１入力側スイッチのオペアンプ側及び第１センサ側の電圧、並びに、切替スイッチ、第１入力側スイッチ及び第１出力側スイッチのオン・オフ動作を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧及びオン・オフ動作を示す。 実施形態２に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態２の変形例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態３の変形例１に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態３の変形例２に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の負荷素子を例示した図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の別の負荷素子を例示した図である。 実施形態５に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

まず、発明者らによって見出されたインピーダンス測定用半導体回路の測定誤差を、比較例を用いて説明する。これにより、各実施形態に係るインピーダンス測定用半導体回路をより明確にする。

（比較例）
まず、比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を説明する。図１は、比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。図１に示すように比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路１０１は、オペアンプＡＭＰ１０１、抵抗素子ＲＲ１、抵抗素子ＲＲ２、複数のスイッチＳＷ１１〜１４を備えている。

オペアンプＡＭＰ１０１は、正入力端子Ａ１、負入力端子Ａ２、及び、出力端子Ａ３を有している。オペアンプＡＭＰ１０１の正入力端子Ａ１には、所定の設定電圧Ｖｓが入力されている。

抵抗素子ＲＲ１は、一端Ｒ１ａ及び他端Ｒ１ｂを有している。抵抗素子ＲＲ２は、一端Ｒ２ａ及び他端Ｒ２ｂを有している。抵抗素子ＲＲ１の一端Ｒ１ａ及び抵抗素子ＲＲ２の一端Ｒ２ａは、スイッチＳＷ１１を介して、オペアンプＡＭＰ１０１の出力端子Ａ３に接続されている。よって、スイッチＳＷ１１は、抵抗素子ＲＲ１の一端Ｒ１ａ及び抵抗素子ＲＲ２の一端Ｒ２ａと、オペアンプＡＭＰ１０１の出力端子Ａ３との間の導通をオンまたはオフにする。なお、抵抗素子ＲＲ１の一端Ｒ１ａ及び抵抗素子ＲＲ２の一端Ｒ２ａと、スイッチＳＷ１１との間にパッドＰｄ１が設けられてもよい。

また、抵抗素子ＲＲ１の一端Ｒ１ａ及び抵抗素子ＲＲ２の一端Ｒ２ａは、スイッチＳＷ１４を介して、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣという）に接続されている。よって、スイッチＳＷ１４は、抵抗素子ＲＲ１の一端Ｒ１ａ及び抵抗素子ＲＲ２の一端Ｒ２ａと、ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにする。なお、抵抗素子ＲＲ１の一端Ｒ１ａ及び抵抗素子ＲＲ２の一端Ｒ２ａと、スイッチＳＷ１４との間にパッドＰｄ１が設けられてもよい。

抵抗素子ＲＲ１の他端Ｒ１ｂは、第１センサＳＥ１に接続されている。抵抗素子ＲＲ２の他端Ｒ２ｂは、第２センサＳＥ２に接続されている。センサＳＥ１は、スイッチＳＷ１３を介して、オペアンプＡＭＰ１０１の負入力端子Ａ２に接続されている。よって、スイッチＳＷ１３は、センサＳＥ１と、オペアンプＡＭＰ１０１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにする。センサＳＥ２は、スイッチＳＷ１２を介してオペアンプＡＭＰ１０１の負入力端子Ａ２に接続されている。よって、スイッチＳＷ１２は、センサＳＥ２と、オペアンプＡＭＰ１０１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにする。センサＳＥ１とスイッチＳＷ１３との間にパッドＰｄ３が設けられてもよい。センサＳＥ２とスイッチＳＷ１２との間にパッドＰｄ２が設けられてもよい。スイッチＳＷ１１〜スイッチＳＷ１４は、例えば、アナログスイッチである。

比較例のインピーダンス測定用半導体回路１０１は、センサＳＥ１及びセンサＳＥ２が接続されたオペアンプＡＭＰ１０１の負帰還回路を含んでいる。そして、測定対象に接続されたセンサＳＥ１及びセンサＳＥ２に流れる電流を電圧に変換して測定する。

ここで、比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路１０１における測定に誤差が生じる３つの要因を説明する。

第１の要因は、他のセンサに流れる電流の影響を間接的に受けることである。センサＳＥ１に流れる電流を測定する場合に、センサＳＥ２に流れる電流の影響を間接的に受け、センサＳＥ１の測定に誤差が生じることがある。具体的には、オペアンプＡＭＰ１０１が高い入力インピーダンスであり、センサからの電流は出力インピーダンスが低いオペアンプ出力に流入出するので、オペアンプＡＭＰ１０１が許容する出力電流を超えるような大きな電流がセンサＳＥ２に流入出する場合がある。この場合には、オペアンプＡＭＰ１０１の内部のトランジスタの動作点が正常範囲から外れる。これにより、オペアンプＡＭＰ１０１の利得が低下する。よって、オペアンプＡＭＰ１０１の負帰還回路の仮想接地からずれて、センサＳＥ１の電圧を設定電圧Ｖｓに維持できなくなる。例えば、センサＳＥ１の電圧は、設定電圧Ｖｓ＋Ｖｅとなる。電圧Ｖｅは、センサＳＥ２の影響による誤差である。このように、センサＳＥ１の測定に誤差が生じる。

抵抗素子ＲＲ１の抵抗をＲ１とし、センサＳＥ１に流れる電流をＩｓとし、センサＳＥ１のインピーダンスをＲｓとすると、ＡＤＣに入力されるセンサＳＥ１の電圧Ｖａｄｃは、以下の（１）式となる。下記（１）式の第２項が誤差となる。

Ｖａｄｃ＝Ｉｓ・Ｒ１＝｛（Ｖｓ±Ｖｅ）／Ｒｓ｝・Ｒ１
＝（Ｖｓ／Ｒｓ）・Ｒ１±（Ｖｅ／Ｒｓ）・Ｒ１ （１）

第２の要因は、他のセンサのノイズの影響である。負帰還回路の周波数帯域外におけるノイズの影響を受けて、測定誤差が生じる場合もある。一例として、オペアンプＡＭＰ１０１の帯域外における出力インピーダンスをＲａｍｐ、センサＳＥ１のインピーダンスをＲｓとし、センサＳＥ２から発生するノイズ電圧をＶｎとすると、ＡＤＣに入力されるセンサＳＥ１の電圧Ｖａｄｃは、（２）式となる。ただし、ＥＳＤ抵抗Ｒｅｓｄ１〜４及びスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４のオン抵抗は非常に小さく無視できると仮定する。

Ｖａｄｃ＝｛ＲＡ｝／｛ＲＡ＋Ｒ２｝・Ｖｎ （２）
ここで、ＲＡはＲａｍｐと（Ｒ１＋Ｒｓ）の並列抵抗である。

この場合では、ＡＤＣに入力されるセンサＳＥ１の電圧Ｖａｄｃは、センサＳＥ２から発生するノイズ電圧Ｖｎを含むことになる。

第３の要因は、他のセンサに流れる電流の影響を直接的に受けることである。センサＳＥ１とセンサＳＥ２とが物理的に抵抗または容量等により接続されている場合、例えば、１つのセンサを複数の電極で測定している場合には、センサＳＥ２に流れ込んだ電流Ｉｅ２は、センサＳＥ１の電流値に直接的に影響を与える。よって、電流測定に誤差を生じさせる。図２は、他の比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路１０１ａの構成を例示した回路図である。図２に示すように、例えば、センサＳＥ１を測定している場合に、センサＳＥ１は、血糖値センサの内部で、抵抗または容量を介してセンサＳＥ２等の他のセンサと物理的に接続されている。したがって、センサＳＥ２に流れ込んだ電流Ｉｅ２が、センサＳＥ１に直接的に影響を与える。これにより、センサＳＥ１の電流測定に誤差を生じさせる。

このように、比較例においては、各センサがインピーダンス測定用半導体回路から分離されていない。測定中のセンサは、他のセンサから影響を受けている。よって、高精度に測定することができず、測定誤差が生じることになる。

（実施形態１）
次に、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路を説明する。図３は、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。図３に示すように、本実施形態に係るインピーダンス測定用半導体回路１は、オペアンプＡＭＰ１、第１抵抗素子Ｒ１、第1出力側スイッチＳＷＯ１、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第２入力側スイッチＳＷＩ２を備えている。各スイッチは、例えば、アナログスイッチである。

本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路１は、オペアンプＡＭＰ１を含む負帰還ループ内に複数のアナログスイッチを含む電流−電圧変換回路である。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路１は、測定対象に接続された第１センサＳＥ１及び第２センサＳＥ２のインピーダンスを測定する。

オペアンプＡＭＰ１は、正入力端子Ａ１、負入力端子Ａ２、及び、出力端子Ａ３を有している。正入力端子Ａ１には、所定の設定電圧Ｖｓが入力されている。これにより、正入力端子Ａ１の電圧は、設定電圧Ｖｓに設定される。設定電圧Ｖｓは、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換回路）、接地電圧のようなＤＣ電圧でもよいし、正弦波のようなＡＣ電圧でもよい。

第１抵抗素子Ｒ１は、一端Ｒ１ａ及び他端Ｒ１ｂを有している。第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａは、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３に接続されている。第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第１出力側スイッチＳＷＯ１を介して第１センサＳＥ１に接続されている。第１抵抗素子Ｒ１は、所定の抵抗値を有している。第１抵抗素子Ｒ１を流れる電流値より、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａ及び他端Ｒ１ｂ間の電圧を測定することができる。

第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１センサＳＥ１と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間に接続されている。具体的には、第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１センサＳＥ１と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとを接続する配線間に設けられている。第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１センサＳＥ１と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第２出力側スイッチＳＷＯ２は、第２センサＳＥ２と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間に接続されている。具体的には、第２出力側スイッチＳＷＯ２は、第２センサＳＥ２と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとを接続する配線間に設けられている。第２出力側スイッチＳＷＯ２は、第２センサＳＥ２と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１入力側スイッチＳＷＩ１は、第１センサＳＥ１と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間に接続されている。具体的には、第１入力側スイッチＳＷＩ１は、第１センサＳＥ１と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２とを接続する配線間に設けられている。第１入力側スイッチＳＷＩ１は、第１センサＳＥ１と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第２入力側スイッチＳＷＩ２は、第２センサＳＥ２と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間に接続されている。具体的には、第２入力側スイッチＳＷＩ２は、第２センサＳＥ２と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２とを接続する配線間に設けられている。第２入力側スイッチＳＷＩ２は、第２センサＳＥ２と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

次に、本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路１の動作として、第１センサＳＥ１及び第２センサＳＥ２を流れる電流の測定方法を説明する。

まず、第１センサＳＥ１に接続された２つのアナログスイッチ、すなわち、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１をオンにする。そうすると、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３と、第１抵抗素子Ｒ１及び第１センサＳＥ１とが接続される。また、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２と、第１センサＳＥ１とが接続される。これにより、オペアンプＡＭＰ１の負帰還ループが形成される。よって、第１センサＳＥ１に印加される電圧を正入力端子Ａ１に設定された設定電圧Ｖｓと同じ電圧とすることができる。このように、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２及び第２入力側スイッチＳＷＩ２はオフにされる。

第１センサＳＥ１に流れる電流Ｉｓ及び第１センサＳＥ１のインピーダンスＺｓは、以下のようにして求める。まず、第１抵抗素子Ｒ１の抵抗をＲ１とし、第１抵抗素子Ｒ１の両端の電圧をＶｒとすると、電圧Ｖｒは、以下の（３）となる。

Ｖｒ＝Ｒ１・Ｉｓ （３）

よって、第１抵抗素子Ｒ１の両端の電圧ＶｒをＡＤＣ等で測定することにより、以下の（４）式を用いて電流Ｉｓを求めることができる。

Ｉｓ＝Ｖｒ／Ｒ１ （４）

インピーダンスＺｓは、以下の（５）式となる。

Ｚｓ＝Ｖｓ／Ｉｓ （５）

したがって、（４）式から、以下の（６）式を用いて求めることができる。

Ｚｓ＝Ｖｓ／（Ｖｒ／Ｒ１） （６）

任意の周波数ｆに対するインピーダンスＺｓを求める場合には、以下の（７）式を用いる。

Ｖｓ（ｔ）＝Ｖｍ・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ） （７）

ここで、Ｖｍは、第１センサＳＥ１に印加される任意の振幅である。そうすると、以下の（８）式を用いると、以下の（９）式となる。

Ｉｓ（ｔ）＝Ｖｒ（ｔ）／Ｒ１ （８）
Ｚｓ＝Ｖｓ（ｔ）／（Ｖｒ（ｔ）／Ｒ１）
＝Ｖｓ（ｔ）／Ｖｒ（ｔ）・Ｒ１ （９）

インピーダンスＺｓの振幅と位相は、周波数ｆに対するインピーダンスである。なお、第２センサＳＥ２に流れる電流Ｉｓ及び第２センサＳＥ２のインピーダンスＺｓの測定は、第１センサＳＥ１の測定の場合と同様である。この場合には、第２出力側スイッチＳＷＯ２及び第２入力側スイッチＳＷＩ２はオンにされ、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１は、オフにされる。

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路１は、オペアンプＡＭＰ１による負帰還ループ内に、複数のアナログスイッチ（第１出力側スイッチＳＷＯ１、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第２入力側スイッチＳＷＩ２）を含んでいる。よって、電流Ｉｓの測定及びインピーダンスＺｓの測定の式に、各アナログスイッチのオン抵抗が含まれていない。これにより、電流Ｉｓの測定及びインピーダンスＺｓの測定に及ぼすアナログスイッチのオン抵抗の影響を抑制することができる。

また、図３に示すように、第１センサＳＥ１と第２センサＳＥ２とは、アナログスイッチによって分離されている。具体的には、第１センサＳＥ１による測定時には、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２及び第２入力側スイッチＳＷＩ２は、オフにされる。第２センサＳＥ２の測定時には、各センサはオン及びオフを逆にされる。よって、第１センサＳＥ１及び第２センサＳＥ２の各センサの測定において、他方のセンサが及ぼす影響を抑制することができ、精度よく測定することができる。

電流Ｉｓの測定において得られた電流値を積分することにより、血糖値計として使用することもできる。

（変形例）
次に、実施形態１の変形例を説明する。図４は、実施形態１の変形例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。図４に示すように、本変形例のインピーダンス測定用半導体回路１ａは、切替スイッチＳＷＴを備えている。

切替スイッチＳＷＴは、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間に接続されている。具体的には、切替スイッチＳＷＴは、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２とを接続する配線間に設けられている。切替スイッチＳＷＴは、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。これ以外の構成は、実施形態１と同様である。

図５及び図６は、実施形態１及び変形例に係るインピーダンス測定用半導体回路において、第１入力側スイッチＳＷＩ１のオペアンプＡＭＰ１側の電圧Ｖｓ０及び第１センサＳＥ１側の電圧Ｖｓ１、並びに、切替スイッチＳＷＴ、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側スイッチＳＷＯ１のオン・オフ動作を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧及びオン・オフ動作を示す。

図５に示すように、実施形態１のインピーダンス測定用半導体回路１においては、切替スイッチＳＷＴは設けられていないので、切替スイッチＳＷＴの動作は、所定の時間ｔ１０の前後に渡って、オフ状態である。

一方、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側ＳＷＯ１は、時間ｔ１０の前はオフ状態である。第１センサＳＥ１に設定電圧Ｖｓ電圧を印可するために、時間ｔ１０で第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側ＳＷＯ１を、オン状態にする。第１抵抗素子Ｒ１の抵抗が大きい場合には、第１センサＳＥ１のインピーダンスとの時定数の関係から、立ち上がりに長時間を要する。第１入力側スイッチＳＷＩ１のオペアンプＡＭＰ１側の電圧Ｖｓ０及び第１センサＳＥ１側の電圧Ｖｓ１は、ともに、時間ｔ１０から徐々に高くなり、所定の時間ｔ１１で、設定電圧Ｖｓになる。このように、第１センサＳＥ１に設定電圧Ｖｓを印加する際の立ち上がり時間が長くなる。

図６に示すように、変形例のインピーダンス測定用半導体回路１ａにおいて、切替スイッチＳＷＴは、所定の時間ｔ２０の前で、オフ状態である。そして、切替スイッチＳＷＴを、時間ｔ２０でオン状態にする。そうすると、第１入力側スイッチＳＷＩ１のオペアンプＡＭＰ１側の電圧Ｖｓ０は、設定電圧Ｖｓとなる。時間ｔ２１で、第１入力側スイッチＳＷＩ１をオン状態にする。そうすると、第１入力側スイッチＳＷＩ１の第１センサＳＥ１側の電圧Ｖｓ１は、設定電圧Ｖｓとなる。時間ｔ２２で第１出力側スイッチＳＷＯ１をオン状態にする。このときにはすでに電圧Ｖｓ０及び電圧Ｖｓ１は、設定電圧Ｖｓになっている。時間ｔ２３で切替スイッチＳＷＴをオフ状態にする。

本変形例では、切替スイッチＳＷＴがオンにされた後に、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側スイッチＳＷＯ１は、オンにされる。具体的には、切替スイッチＳＷＴがオンにされた後に、第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンにされ、その後、第１出力側スイッチＳＷＯ１は、オンにされる。

切替スイッチＳＷＴ、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側スイッチＳＷＯ１のオン抵抗をそれぞれＲｓｗｔ、Ｒｓｗｉ１及びＲｓｗｏ１とすれば、下記の（１０）式を満たす場合に、電圧Ｖｓ０及び電圧Ｖｓ１の立ち上がり時間を速くすることができる。

Ｒ１＋Ｒｓｗｏ１＞＞Ｒｓｗｔ＋Ｒｓｗｉ１ （１０）

さらに、切替スイッチＳＷＴがオン状態で、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側スイッチＳＷＯ１をオン状態にすれば、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側スイッチＳＷＯ１をオン状態にしたときのスイッチのチャネルチャージ（チャネル電荷）やクロックフィードスルー（クロックのすり抜け）による電流の変動分はオペアンプＡＭＰ１の出力インピーダンスが低いため、オペアンプ側に流入出してセンサに電流が流入出しないため、第１センサＳＥ１への影響を小さくできる。

なお、上記説明における第１センサＳＥ１と、切替スイッチＳＷＴ、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第１出力側スイッチＳＷＯ１との関係は、第２センサＳＥ２と、切替スイッチＳＷＴ、第２入力側スイッチＳＷＩ２及び第２出力側スイッチＳＷＯ２との関係にも該当する。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係るインピーダンス測定用半導体回路を説明する。図７は、実施形態２に係るインピーダンス測定用半導体回路２の構成を例示した回路図である。図７に示すように、インピーダンス測定用半導体回路２は、オペアンプＡＭＰ１、第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第１選択用スイッチＳＷＳ１、第２選択用スイッチＳＷＳ２、第１測定用スイッチＳＷＭ１、第２測定用スイッチＳＷＭ２を備えている。

オペアンプＡＭＰ１は、正入力端子Ａ１、負入力端子Ａ２及び出力端子Ａ３を有しており、正入力端子Ａ１には、所定の設定電圧Ｖｓが入力されている。

第１抵抗素子Ｒ１は、一端Ｒ１ａ及び他端Ｒ１ｂを有している。第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａは、第１選択用スイッチＳＷＳ１を介して、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３に接続されている。また、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａは、第１測定用スイッチＳＷＭ１を介して、ＡＤＣに接続されている。第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第１センサＳＥ１に接続されている。第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、第１選択用スイッチＳＷＳ１及び第１測定用スイッチＳＷＭ１との間にパッドＰｄ１が設けられてもよい。

第２抵抗素子Ｒ２は、一端Ｒ２ａ及び他端Ｒ２ｂを有している。第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａは、第２選択用スイッチＳＷＳ２を介して、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３に接続されている。また、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａは、第２測定用スイッチＳＷＭ１を介して、ＡＤＣに接続されている。

第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂは、第２センサＳＥ２に接続されている。第２抵抗素子Ｒ２は、所定の抵抗値を有している。第２抵抗素子Ｒ２を流れる電流値より、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａ及び他端Ｒ２ｂ間の電圧Ｖｒを測定することができる。第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、第２選択用スイッチＳＷＳ２及び第２測定用スイッチＳＷＭ２との間にパッドＰｄ２が設けられてもよい。

第１選択用スイッチＳＷＳ１は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３との間に接続されている。具体的には、第１選択用スイッチＳＷＳ１は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３とを接続する配線間に設けられている。第１選択用スイッチＳＷＳ１は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第２選択用スイッチＳＷＳ２は、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３との間に接続されている。具体的には、第２選択用スイッチＳＷＳ２は、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３とを接続する配線間に設けられている。第２選択用スイッチＳＷＳ２は、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１測定用スイッチＳＷＭ１は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、ＡＤＣとの間に接続されている。具体的には、第１測定用スイッチＳＷＭ１は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、ＡＤＣとを接続する配線間に設けられている。第１測定用スイッチＳＷＭ１は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。なお、ＡＤＣは、第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２の電圧または電流を測定する。

第２測定用スイッチＳＷＭ２は、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、ＡＤＣとの間に接続されている。具体的には、第２測定用スイッチＳＷＭ２は、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、ＡＤＣとを接続する配線間に設けられている。第２測定用スイッチＳＷＭ２は、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１入力側スイッチＳＷＩ１は、第１センサＳＥ１と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第２入力側スイッチＳＷＩ２は、第２センサＳＥ２と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第１センサＳＥ１と第１入力側スイッチＳＷＩ１との間にパッドＰｄ３が設けられてもよい。第２センサＳＥ２と第２入力側スイッチＳＷＩ２との間にパッドＰｄ４が設けられてもよい。これ以外の構成は、実施形態１と同様である。

本実施形態において、第１センサＳＥ１の電流等を測定する際には、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第１選択用スイッチＳＷＳ１及び第１測定用スイッチＳＷＭ１がオンされ、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第２選択用スイッチＳＷＳ２及び第２測定用スイッチＳＷＭ２は、オフにされる。これにより、第１センサＳＥ１と第２センサＳＥ２とは、アナログスイッチによって分離される。よって、第１センサＳＥ１及び第２センサＳＥ２の各センサの測定において、他のセンサが及ぼす影響を抑制することができる。なお、第２センサＳＥ２の測定の際には、各スイッチのオンとオフを逆にする。

インピーダンス測定用半導体回路２は、実施形態１のインピーダンス測定用半導体回路１と比較すると、第１センサＳＥ１に第１抵抗素子Ｒ１が接続され、第２センサＳＥ２に第２抵抗素子Ｒ２が接続されている点で異なっている。電流を電圧に変換する抵抗素子を各センサにより変更することで、電圧変換時の利得を変えることができる。

また、電流出力範囲が異なるセンサを使用しても、ＡＤＣ入力での有効な信号振幅レンジ(ダイナミックレンジ)を大きく確保することができ、ＡＤＣによる電流測定の精度を向上させることができる。

（変形例）
次に、実施形態２の変形例を説明する。実施形態２の変形例のインピーダンス測定用半導体回路２ａは、第１センサＳＥ１に接続された第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第２センサＳＥ２に接続された第３出力側スイッチＳＷＯ３を追加したものである。なお、図示しないが、実施形態１と同様の第２センサＳＥ２と第１抵抗素子Ｒ１との間に接続された第２出力側スイッチＳＷＯ２等を追加してもよい。図８は、実施形態２の変形例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図８に示すように、インピーダンス測定用半導体回路２ａは、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第３出力側スイッチＳＷＯ２を備えている。第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂと、第１センサＳＥ１との間に接続されている。具体的には、第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂと、第１センサＳＥ１とを接続する配線間に設けられている。第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂと、第１センサＳＥ１との間の導通をオンまたはオフするように接続されている。

第３出力側スイッチＳＷＯ３は、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂと、第２センサＳＥ２との間に接続されている。具体的には、第３出力側スイッチＳＷＯ３は、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂと、第２センサＳＥ２とを接続する配線間に設けられている。第３出力側スイッチＳＷＯ３は、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂと、第２センサＳＥ２との間の導通をオンまたはオフするように接続されている。

第１センサＳＥ１の電流等を測定する際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第１選択用スイッチＳＷＳ１及び第１測定用スイッチＳＷＭ１がオンされ、第３出力側スイッチＳＷＯ３、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第２選択用スイッチＳＷＳ２及び第２測定用スイッチＳＷＭ２は、オフにされる。第２センサＳＥ１の測定の際には、各スイッチのオン及びオフを逆にする。これ以外の構成は、実施形態２の構成と同様である。

本変形例におけるインピーダンス測定用半導体回路２ａによれば、第１センサＳＥ１と第１抵抗素子Ｒ１との間、及び、第２センサＳＥ２と第２抵抗素子Ｒ２との間も分離することができる。よって、第１センサＳＥ１と第２センサＳＥ２による測定において、他方に及ぼす影響をさらに抑制することができる。これ以外の効果は、実施形態１及び２の記載に含まれている。

（実施形態３）
次に、実施形態３を説明する。実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路は、各第１センサＳＥ１及び第２センサＳＥ２の測定に用いる抵抗素子を、第１抵抗素子Ｒ１または第２抵抗Ｒ１に切り替えられるように、複数の出力側スイッチを有している。図９は、実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図９に示すように、インピーダンス測定用半導体回路３は、オペアンプＡＭＰ１、第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第１出力側スイッチＳＷＯ１、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第３出力側スイッチＳＷＯ３、第４出力側スイッチＳＷＯ４を備えている。したがって、実施形態１のインピーダンス測定用半導体回路１の構成に、第２抵抗素子Ｒ２、第３出力側スイッチＳＷＯ３及び第４出力側スイッチＳＷＯ４が付加されている。第２抵抗素子Ｒ２は、第１抵抗素子Ｒ１に並列に接続されている。

オペアンプＡＭＰ１の正入力端子Ａ１には、所定の設定電圧Ｖｓが入力されている。オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３には、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａ及び第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａが接続されている。

第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第１出力側スイッチＳＷＯ１を介して第１センサＳＥ１に接続されている。また、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第２出力側スイッチＳＷＯ２を介して第２センサＳＥ２に接続されている。

一端Ｒ２ａ及び他端Ｒ２ｂを有する第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａは、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３に接続されている。第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂは、第３出力側スイッチＳＷＯ３を介して、第２センサＳＥ２に接続されている。また、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂは、第４出力側スイッチＳＷＯ４を介して、第１センサＳＥ１に接続されている。

第３出力側スイッチＳＷＯ３は、第２センサＳＥ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間に接続されている。具体的には、第３出力側スイッチＳＷＯ３は、第２センサＳＥ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとを接続する配線間に設けられている。第３出力側スイッチＳＷＯ３は、第２センサＳＥ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第４出力側スイッチＳＷＯ４は、第１センサＳＥ１と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間に接続されている。具体的には、第４出力側スイッチＳＷＯ４は、第１センサＳＥ１と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとを接続する配線間に設けられている。第４出力側スイッチＳＷＯ４は、第１センサＳＥ１と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１センサＳＥ１を第１抵抗素子Ｒ１によって測定する際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第３出力側スイッチＳＷＯ３、第４出力側スイッチＳＷＯ４及び第２入力側スイッチＳＷＩ２はオフにされる。また、第１センサＳＥ１を第２抵抗素子Ｒ２によって測定する際には、第４出力側スイッチＳＷＯ４及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第１出力側スイッチＳＷＯ２、第２出力側スイッチＳＷＯ３、第３出力側スイッチＳＷＯ３及び第２入力側スイッチＳＷＩ２はオフにされる。このように、用いられるセンサと抵抗素子とが帰還ループを形成するように各スイッチをオンまたはオフにする。

本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路３によれば、第１センサＳＥ１及び第２センサＳＥ２の測定に用いる抵抗素子を、第１抵抗素子Ｒ１または第２抵抗Ｒ１に切り替えることができる。電流出力範囲が異なるセンサを使用しても、ＡＤＣ入力での有効な信号振幅レンジ(ダイナミックレンジ)を大きく確保することができ、ＡＤＣによる測定の精度を向上させることができる。その他の効果は、実施形態１及び２の記載に含まれている。

（変形例１）
次に、実施形態３の変形例１を説明する。本変形例は、第１センサＳＥ１〜第４センサＳＥ４のような複数のセンサを測定するインピーダンス測定用半導体回路である。図１０は、実施形態３の変形例１に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図１０に示すように、インピーダンス測定用半導体回路３ａは、第１センサＳＥ１、第２センサＳＥ２、第３センサＳＥ３及び第４センサＳＥ４が接続されるように構成されている。実施形態３の構成に、第３センサＳＥ３及び第４センサＳＥ４が付加された構成となっている。それに対応して、第３入力側スイッチＳＷＩ３及び第４入力側スイッチＳＷＩ４が付加されている。また、第５出力側スイッチＳＷＯ５、第６出力側スイッチＳＷＯ６、第７出力側スイッチＳＷＯ７及び第８出力側スイッチＳＷＯ１が付加されている。

第３入力側スイッチＳＷＩ３は、第３センサＳＥ３と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第４入力側スイッチＳＷＩ４は、第４センサＳＥ４と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子Ａ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第５出力側スイッチＳＷＯ５は、第３センサＳＥ３と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第６出力側スイッチＳＷＯ６は、第４センサＳＥ３と、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第７出力側スイッチＳＷＯ７は、第３センサＳＥ３と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第８出力側スイッチＳＷＯ８は、第４センサＳＥ４と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１センサＳＥ１を第１抵抗素子Ｒ１によって測定する際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２〜第８出力側スイッチＳＷＯ８、第２入力側スイッチＳＷＩ２〜第４入力側スイッチＳＷＩ４は、オフにされる。また、用いられるセンサと抵抗素子とが帰還ループを形成するように各スイッチをオンまたはオフにする。

本変形例のインピーダンス測定用半導体回路３ａによれば、第１センサＳＥ１〜第４センサＳＥ４の測定に用いる抵抗素子を、それぞれ第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２に切り替えることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜３の記載に含まれている。

なお、本変形例のインピーダンス測定用半導体回路３ａにおいて、第２抵抗素子Ｒ２及び第２抵抗素子Ｒ２と第１センサＳＥ１〜第４センサＳＥ４との間の導通をオンまたはオフする第３出力側スイッチＳＷＯ３、第４出力側スイッチＳＷＯ４、第７出力側スイッチＳＷＯ７及び第８出力側スイッチＳＷＯ８を省いてもよい。

すなわち、第１抵抗素子Ｒ１のみによって、第１センサＳＥ１〜第４センサＳＥ４を測定する構成としてもよい。そのような構成において、第１センサＳＥ１を第１抵抗素子Ｒ１によって測定する際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第５出力側スイッチＳＷＯ５、第６出力側スイッチＳＷＯ６、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第３入力側スイッチＳＷＩ３及び第４入力側スイッチＳＷＩ４は、オフにされる。

（変形例２）
次に、実施形態３の変形例２を説明する。本変形例は、電流を電圧に変換する抵抗素子を、第１抵抗素子Ｒ１、または、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２との和とすることができるインピーダンス測定用半導体回路である。図１１は、実施形態３の変形例２に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図１１に示すように、本変形例のインピーダンス測定用半導体回路３ｂは、オペアンプＡＭＰ１、第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第１出力側スイッチＳＷＯ１、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第９出力側スイッチＳＷＯ９及び第１０出力側スイッチＳＷＯ１０を有している。本変形例のインピーダンス測定用半導体回路３ｂは、実施形態１のインピーダンス測定用半導体回路１の構成に、第２抵抗素子Ｒ２、第９出力側スイッチＳＷＯ９及び第１０出力側スイッチＳＷＯ１０を付加したものである。第２抵抗素子Ｒ２は、第１抵抗素子Ｒ１に直列に接続されている。

オペアンプＡＭＰ１の正入力端子Ａ１には所定の設定電圧Ｖｓが入力されている。オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３には、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａが接続されている。

第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第１出力側スイッチＳＷＯ１を介して第１センサＳＥ１に接続されている。また、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第２出力側スイッチＳＷＯ２を介して第２センサＳＥ２に接続されている。さらに、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂは、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａに接続されている。言い換えれば、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａは、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂに接続されている。第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂは、第９出力側スイッチＳＷＯ９を介して、第１センサＳＥ１に接続されている。また、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂは、第１０出力側スイッチＳＷＯ１０を介して、第２センサＳＥ２に接続されている。

第９出力側スイッチＳＷＯ９は、第１センサＳＥ１と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間に接続されている。具体的には、第９出力側スイッチＳＷＯ９は、第１センサＳＥ１と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとを接続する配線間に設けられている。第９出力側スイッチＳＷＯ９は、第１センサＳＥ１と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１０出力側スイッチＳＷＯ１０は、第２センサＳＥ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間に接続されている。具体的には、第１０出力側スイッチＳＷＯ１０は、第２センサＳＥ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとを接続する配線間に設けられている。第１０出力側スイッチＳＷＯ１０は、第２センサＳＥ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端Ｒ２ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第１センサＳＥ１を第１抵抗素子Ｒ１によって測定する際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第９出力側スイッチＳＷＯ９、第１０出力側スイッチＳＷＯ１０及び第２入力側スイッチＳＷＩ２はオフにされる。また、第１センサＳＥ１を第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２の和によって測定する際には、第９出力側スイッチＳＷＯ９及び第１入力側スイッチＳＷＩ１がオンされ、第１出力側スイッチＳＷＯ２、第２出力側スイッチＳＷＯ３、第１０出力側スイッチＳＷＯ１０及び第２入力側スイッチＳＷＩ２はオフにされる。このように、用いられるセンサと抵抗素子とが帰還ループを形成するように各スイッチをオンまたはオフにする。

本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路３ｂによれば、第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２を単に切り替えるのではなく、第１抵抗素子Ｒ１と、第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２の和とから測定に用いる抵抗素子を選択することができる。よって、インピーダンス測定用半導体回路３ｂにおける利得の微調整等に使用することができる。その他の構成及び効果は、実施形態１〜３の記載に含まれている。

（実施形態４）
次に、実施形態４を説明する。実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路は、抵抗素子を負荷素子ＺＬとして、一般化した構成である。図１２は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図１２に示すように、インピーダンス測定用半導体回路４は、負荷素子ＺＬを備えている。インピーダンス測定用半導体回路４は、実施形態１のインピーダンス測定用半導体回路１における第１抵抗素子Ｒ１の代わりに、負荷素子ＺＬを接続させている。負荷素子ＺＬは、例えば、抵抗素子の他、容量、スイッチ等を含んでもよい。負荷素子ＺＬは、流れる電流及び印加される電圧に対してインピーダンスを示す素子である。

負荷素子ＺＬは、一端ＺＬａ及び他端ＺＬｂを有している。負荷素子ＺＬの一端ＺＬａは、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３に接続されている。第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１センサＳＥ１と、負荷素子ＺＬの他端ＺＬｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第２出力側スイッチＳＷＯ２は、第２センサＳＥ２と、負荷素子ＺＬの他端ＺＬｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。これ以外の構成は、実施形態１と同様である。

図１３は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路４の負荷素子ＺＬを例示した図である。図１３に示すように、負荷素子ＺＬは、第１抵抗素子Ｒ１及び容量素子Ｃ１を含んでいる。容量素子Ｃ１は、第１抵抗素子Ｒ１に並列で接続されている。

第１抵抗素子Ｒ１に並列で接続された容量素子Ｃ１を付加することで、特定の周波数を通過させ、特定の周波数を除去するフィルタ効果を持たせることができる。また、電磁ノイズ等のノイズを除去する効果を持たせることができる。さらに、電圧及び電流等の安定性を向上させることができる。

図１４は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路４の別の負荷素子ＺＬを例示した図である。図１４に示すように、インピーダンス測定用半導体回路４の負荷素子ＺＬは、容量素子Ｃ１と、容量素子Ｃ１と並列に接続された積分用スイッチＳＷＣと、を含んでいる。

本実施形態によれば、回路に流れる電流を容量素子Ｃ１により積分することができる。そして、積分した電流を電圧に変換して測定することができる。

（実施形態５）
次に、実施形態５を説明する。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路は、電流−周波数変換回路により負帰還ループを構成し、第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定する。図１５は、実施形態５に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図１５に示すように、本実施形態に係るインピーダンス測定用半導体回路５は、電流−周波数変換回路１０、第１出力側スイッチＳＷＯ１、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第１入力側スイッチＳＷＩ１及び第２入力側スイッチＳＷＩ２を備えている。電流−周波数変換回路１０は、第１入力端子１０ａ、第２入力端子１０ｂ及び出力端子１０ｃを有している。第１入力端子１０ａには、所定の設定電圧が入力されている。

第１出力側スイッチＳＷＯ１は、第１センサＳＥ１と、出力端子１０ｃとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第２出力側スイッチＳＷＯ２は、第２センサＳＥ２と、出力端子１０ｃとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第１入力側スイッチＳＷＩ１は、第１センサＳＥ１と、第２入力端子１０ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。第２入力側スイッチＳＷＩ２は、第２センサＳＥ２と、第２入力端子１０ｂとの間の導通をオンまたはオフにするように接続されている。

第２入力端子１０ｂには、第１入力側スイッチＳＷＩ１を介して、第１センサＳＥ１の観測電圧が入力される。また、第２入力端子１０ｂには、第２入力側スイッチＳＷＩ２を介して、第２センサＳＥ２の観測電圧が入力される。

電流−周波数変換回路１０は、例えば、比較器１１、電圧−周波数変換回路１２、周波数−電流変換回路１３を含んでいる。比較器１１は、例えば、第１入力端子１０ａ及び第２入力端子１０ｂに入力された信号間の差に応じて電圧を出力する。電圧−周波数変換回路１２は、比較器１１により出力された電圧に比例した周波数のパルス状の信号に変換する。例えば、電圧−周波数変換回路１２は電圧制御発振器（Voltage-controlled oscillator：VCO）である。周波数−電流変換回路１３は、パルス状の信号を電流に変換する。

電流−周波数変換回路１０は、例えば、特許文献２に記載されているような構成でもよい。電流−周波数変換回路１０は、第２入力端子に入力された観測電圧を、観測電圧の大きさに応じた周波数を有する信号に変換する。そして、観測電圧が設定電圧Ｖｓと同じ電圧になるように、変換した信号を電流に変換する。電流−周波数変換回路１０は、変換された電流を出力端子から出力する。このように、電流−周波数変換回路１０は、負入力端子に入力される観測電圧が設定電圧Ｖｓになるような電流Ｉｓを出力することで、負帰還ループを形成する。

本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路５によれば、電圧−周波数変換回路１２を用いることにより、負帰還ループを形成することができる。よって、オペアンプＡＭＰ１を用いる必要がない。インピーダンス測定用半導体回路５は、観測電圧を周波数に変換することにより、観測電圧が設定電圧Ｖｓになるように電流を制御している。周波数に変換することにより、制御する電圧及び電流のレンジを大きくすることができる。すなわち、ダイナミックレンジとすることができる。よって、電流計測における分解能を大きくすることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態に係るインピーダンス測定用半導体回路を備えた血糖値計も、実施形態の技術的思想の範囲内である。そのような血糖値計の効果は、実施形態１〜４の記載に含まれている。

また、実施形態３のインピーダンス測定用半導体回路３は、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１選択用スイッチＳＷＳ１と、第１抵抗素子Ｒ１の一端Ｒ１ａと、ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１測定用スイッチＳＷＭ１と、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、オペアンプＡＭＰ１の出力端子Ａ３との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２選択用スイッチＳＷＳ２と、第２抵抗素子Ｒ２の一端Ｒ２ａと、ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２測定用スイッチＳＷＭ２と、をさらに備えてもよい。

第１センサＳＥ１の測定の際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第１選択用スイッチＳＷＳ１及び第１測定用スイッチＳＷＭ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第２選択用スイッチＳＷＳ２及び第２測定用スイッチＳＷＭ２はオフにされる。

さらに、実施形態２の変形例のインピーダンス測定用半導体回路２ａは、第１センサＳＥ１に接続された第１出力側スイッチＳＷＯ１及び第２センサＳＥ２に接続された第３出力側スイッチＳＷＯ３を追加したが、実施形態１と同様の第２センサＳＥ２に接続された第２出力側スイッチＳＷＯ２等を追加してもよい。すなわち、インピーダンス測定用半導体回路２ａは、第１抵抗素子Ｒ１の他端Ｒ１ｂと、第２センサＳＥ２との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２出力側スイッチＳＷＯ２と、第２抵抗素子Ｒ２の他端と、第１センサＳＥ１との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第４出力側スイッチＳＷＯ４と、をさらに備えてもよい。

第１センサＳＥ１の電流等を測定する際には、第１出力側スイッチＳＷＯ１、第１入力側スイッチＳＷＩ１、第１選択用スイッチＳＷＳ１及び第１測定用スイッチＳＷＭ１がオンされ、第２出力側スイッチＳＷＯ２、第３出力側スイッチＳＷＯ３、第４出力側スイッチＳＷＯ４、第２入力側スイッチＳＷＩ２、第２選択用スイッチＳＷＳ２及び第２測定用スイッチＳＷＭ２はオフにされる。

以下の付記に記載された事項も、実施形態１〜５の技術的思想の範囲内である。

（付記１）
第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有し、前記第１入力端子に所定の設定電圧が入力された電流−周波数変換回路と、
前記第１センサと、前記出力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１出力側スイッチと、
前記第２センサと、前記出力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２出力側スイッチと、
前記第１センサと、前記第２入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１入力側スイッチと、
前記第２センサと、前記第２入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２入力側スイッチと、
を備えたインピーダンス測定用半導体回路。

（付記２）
前記電流−周波数変換回路は、比較器と、電圧−周波数変換回路と、周波数−電流変換回路とを含む付記１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

（付記３）
前記電流−周波数変換回路は、前記第２入力端子に入力された観測電圧を、前記観測電圧の大きさに応じた周波数を有する信号に変換し、前記観測電圧が前記設定電圧と同じ電圧になるように、変換した信号を電流に変換して前記出力端子から出力する、
付記１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

（付記４）
第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路を備えた血糖値計であって、
前記インピーダンス測定用半導体回路は、
一端及び他端を有する第１抵抗素子と、
正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、前記正入力端子に所定の電圧が入力され、前記出力端子に前記第１抵抗素子の一端が接続されたオペアンプと、
前記第１センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１出力側スイッチと、
前記第２センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２出力側スイッチと、
前記第１センサと、前記オペアンプの負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１入力側スイッチと、
前記第２センサと、前記オペアンプの負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２入力側スイッチと、
を含む血糖値計。

（付記５）
第３センサ及び第４センサのインピーダンスも測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
前記第３センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第５出力側スイッチと、
前記第４センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第６出力側スイッチと、
前記第３センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第３入力側スイッチと、
前記第４センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第４入力側スイッチと、をさらに備えた、
実施形態１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

（付記６）
前記第１出力側スイッチ及び前記第１入力側スイッチがオンされ、前記第２出力側スイッチ、前記第５出力側スイッチ、前記第６出力側スイッチ、前記第２入力側スイッチ、前記第３入力側スイッチ及び前記第４入力側スイッチは、オフにされる、
付記５に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

（付記７）
前記第１抵抗素子の一端と、前記出力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１選択用スイッチと、
前記第１抵抗素子の一端と、前記第１抵抗素子の電圧または電流を測定するＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１測定用スイッチと、
前記第２抵抗素子の一端と、前記出力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２選択用スイッチと、
前記第２抵抗素子の一端と、前記ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２測定用スイッチと、をさらに備えた、
実施形態３に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

（付記８）
前記第１出力側スイッチ、前記第１入力スイッチ、前記第１選択用スイッチ及び前記第測定用スイッチがオンされ、前記第２出力側スイッチ、前記第３出力側スイッチ、前記第４出力側スイッチ、前記第２入力スイッチ、前記第２選択用スイッチ及び前記第２測定用スイッチは、オフにされる、
付記７に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

１、１ａ、２、２ａ、３、３ａ、３ｂ、４、５ インピーダンス測定用半導体回路
１０ 電流−周波数変換回路
１１ 比較器
１２ 電圧−周波数変換回路
１３ 周波数−電流変換回路
１０１、１０１ａ インピーダンス測定用半導体回路
Ａ１ 正入力端子
Ａ２ 負入力端子
Ａ３ 出力端子
ＡＭＰ１、ＡＭＰ１０１オペアンプ
Ｃ１ 容量素子
Ｐｄ１、Ｐｄ２、Ｐｄ３、Ｐｄ４ パッド
Ｒ１ 第１抵抗素子
Ｒ２ 第２抵抗素子
Ｒ１ａ、Ｒ２ａ 一端
Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂ 他端
ＲＲ１、ＲＲ２ 抵抗素子
ＳＥ１ 第１センサ
ＳＥ２ 第２センサ
ＳＥ３ 第３センサ
ＳＥ４ 第４センサ
ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４ スイッチ
ＳＷＣ 積分用スイッチ
ＳＷＩ１ 第１入力側スイッチ
ＳＷＩ２ 第２入力側スイッチ
ＳＷＩ３ 第３入力側スイッチ
ＳＷＩ４ 第４入力側スイッチ
ＳＷＭ１ 第１測定用スイッチ
ＳＷＭ２ 第２測定用スイッチ
ＳＷＯ１ 第１出力側スイッチ
ＳＷＯ２ 第２出力側スイッチ
ＳＷＯ３ 第３出力側スイッチ
ＳＷＯ４ 第４出力側スイッチ
ＳＷＯ５ 第５出力側スイッチ
ＳＷＯ６ 第６出力側スイッチ
ＳＷＯ７ 第７出力側スイッチ
ＳＷＯ８ 第８出力側スイッチ
ＳＷＯ９ 第９出力側スイッチ
ＳＷＯ１０ 第１０出力側スイッチ
ＳＷＳ１ 第１選択用スイッチ
ＳＷＳ２ 第２選択用スイッチ
ＳＷＴ 切替スイッチ
Ｖｓ 設定電圧
ＺＬ 負荷素子
ＺＬａ 一端
ＺＬｂ 他端

Claims (20)

1. 第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
   一端及び他端を有する第１抵抗素子と、
   正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、前記正入力端子に所定の設定電圧が入力され、前記出力端子に前記第１抵抗素子の一端が接続されたオペアンプと、
   前記第１センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１出力側スイッチと、
   前記第２センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２出力側スイッチと、
   前記第１センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１入力側スイッチと、
   前記第２センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２入力側スイッチと、
   を備えたインピーダンス測定用半導体回路。
2. 前記第１出力側スイッチ及び前記第１入力側スイッチがオンされ、前記第２出力側スイッチ及び前記第２入力側スイッチは、オフにされる、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
3. 前記第１抵抗素子の一端と、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された切替スイッチをさらに備えた、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
4. 前記切替スイッチがオンにされた後に、前記第１入力側スイッチ及び前記第１出力側スイッチは、オンにされる、
   請求項３に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
5. 前記第１入力側スイッチがオンにされた後に、前記第１出力側スイッチは、オンにされる、
   請求項４に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
6. 一端及び他端を有する第２抵抗素子と、
   前記第２センサと、前記第２抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第３出力側スイッチと、
   前記第１センサと、前記第２抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第４出力側スイッチと、をさらに備え、
   前記第２抵抗素子の一端は、前記出力端子に接続された、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
7. 前記第１出力側スイッチ及び前記第１入力側スイッチがオンされ、前記第２出力側スイッチ、第３出力側スイッチ、第４出力側スイッチ及び前記第２入力側スイッチは、オフにされる、
   請求項６に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
8. 第３センサ及び第４センサのインピーダンスも測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
   前記第３センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第５出力側スイッチと、
   前記第４センサと、前記第１抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第６出力側スイッチと、
   前記第３センサと、前記第２抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第７出力側スイッチと、
   前記第４センサと、前記第２抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第８出力側スイッチと、
   前記第３センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第３入力側スイッチと、
   前記第４センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第４入力側スイッチと、をさらに備えた、
   請求項６に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
9. 前記第１出力側スイッチ及び前記第１入力側スイッチがオンされ、前記第２出力側スイッチ、前記第３出力側スイッチ、前記第４出力側スイッチ、前記第５出力側スイッチ、前記第６出力側スイッチ、前記第７出力側スイッチ、前記第８出力側スイッチ、前記第２入力側スイッチ、前記第３入力側スイッチ及び前記第４入力側スイッチは、オフにされる、
   請求項８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
10. 一端及び他端を有する第２抵抗素子と、
    前記第１センサと、前記第２抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第９出力側スイッチと、
    前記第２センサと、前記第２抵抗素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１０出力側スイッチと、をさらに備え、
    前記第２抵抗素子の一端は、前記第１抵抗素子の他端に接続された、
    請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
11. 前記第１出力側スイッチ及び前記第１入力側スイッチがオンされ、前記第２出力側スイッチ、前記第９出力側スイッチ、前記第１０出力側スイッチ及び前記第２入力側スイッチは、オフにされる、
    請求項１０に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
12. 前記第１抵抗素子に並列で接続された容量素子をさらに備えた、
    請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
13. 第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
    一端及び他端を有する第１抵抗素子と、
    正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、前記正入力端子に所定の設定電圧が入力されたオペアンプと、
    前記第１抵抗素子の一端と、前記出力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１選択用スイッチと、
    前記第１抵抗素子の一端と、前記第１抵抗素子の電圧または電流を測定するＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１測定用スイッチと、
    一端及び他端を有する第２抵抗素子と、
    前記第２抵抗素子の一端と、前記出力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２選択用スイッチと、
    前記第２抵抗素子の一端と、前記ＡＤＣとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２測定用スイッチと、
    前記第１センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１入力側スイッチと、
    前記第２センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２入力側スイッチと、
    を備え、
    前記第１抵抗素子の他端は、前記第１センサに接続され、
    前記第２抵抗素子の他端は、前記第２センサに接続されたインピーダンス測定用半導体回路。
14. 前記第１入力側スイッチ、前記第１選択用スイッチ及び前記第１測定用スイッチがオンされ、前記第２入力側スイッチ、前記第２選択用スイッチ及び前記第２測定用スイッチは、オフにされる、
    請求項１３に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
15. 前記第１抵抗素子の他端と、前記第１センサとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１出力側スイッチと、
    前記第２抵抗素子の他端と、前記第２センサとの間の導通をオンまたはオフにするように接続された第３出力側スイッチと、をさらに備えた、
    請求項１３に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
16. 前記第１出力側スイッチ、前記第１入力側スイッチ、前記第１選択用スイッチ及び前記第１測定用スイッチがオンされ、前記第３出力側スイッチ、前記第２入力側スイッチ、前記第２選択用スイッチ及び前記第２測定用スイッチは、オフにされる、
    請求項１５に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
17. 第1センサ及び第２センサのインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
    一端及び他端を有し、流れる電流及び印加される電圧に対してインピーダンスを示す負荷素子と、
    正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、前記正入力端子に所定の設定電圧が入力され、前記出力端子に前記負荷素子の一端が接続されたオペアンプと、
    前記第１センサと、前記負荷素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１出力側スイッチと、
    前記第２センサと、前記負荷素子の他端との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２出力側スイッチと、
    前記第１センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第１入力側スイッチと、
    前記第２センサと、前記負入力端子との間の導通をオンまたはオフにするように接続された第２入力側スイッチと、
    を備えたインピーダンス測定用半導体回路。
18. 前記負荷素子は、抵抗素子及び容量素子を含む、
    請求項１７に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
19. 前記抵抗素子と前記容量素子とは並列に接続された、
    請求項１８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
20. 前記負荷素子は、容量素子と、前記容量素子と並列に接続された積分用スイッチと、を含む、
    請求項１７に記載のインピーダンス測定用半導体回路。

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