JP7186134B2 - 半導体装置及びそれを備えた半導体システム - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置1の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる半導体装置1は、相互容量方式のタッチセンサとして用いられ、電源電圧降下回路及びタンクコンデンサを用いることなくタッチ電極対のセンシングを行う機能を持つ。それにより、本実施の形態にかかる半導体装置1は、回路規模の増大を抑制することができる。以下、具体的に説明する。
図2は、電流変換回路13の具体的な構成例を示す回路図である。
図2に示すように、電流変換回路13は、PチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MP1と、NチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MN1~MN3と、を有する。
続いて、図3を用いて、電流変換回路13の動作について説明する。
図3は、電流変換回路13の動作を説明するための電流波形を示す図である。
例えば、電流Ioutの値が増加すると、電流制御発振回路14に設けられた各インバータ回路の遅延時間が減少するため、クロック信号CLK2の周波数は大きくなり、その結果、カウント値NC2は増加する。それに対し、電流Ioutの値が減少すると、電流制御発振回路14に設けられた各インバータ回路の遅延時間が増加するため、クロック信号CLK2の周波数は小さくなり、その結果、カウント値NC2は減少する。
続いて、実施の形態2にかかる半導体装置2について説明する。
本実施の形態にかかる半導体装置2は、半導体装置1と比較して、電流変換回路13の代わりに電流変換回路23を備える。半導体装置2のその他の構成については、半導体装置1の場合と同様であるため、その説明を省略する。
図5に示すように、電流変換回路23は、電流変換回路13と比較して、PチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MP2と、NチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MN4~MN7と、をさらに有する。
続いて、図6を用いて、電流変換回路23の動作について説明する。
図6は、電流変換回路23の動作を説明するための電流波形を示す図である。
続いて、実施の形態3にかかる半導体装置3について説明する。
本実施の形態にかかる半導体装置3は、半導体装置2と比較して、電流変換回路23の代わりに電流変換回路33を備える。半導体装置3のその他の構成については、半導体装置2の場合と同様であるため、その説明を省略する。
図7に示すように、電流変換回路33は、電流変換回路23と比較して、PチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MP3、MP4と、NチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MN8、MN9と、をさらに有する。なお、トランジスタMP3,MP4,MN8,MN9によって、カレントミラー回路が構成されている。
続いて、実施の形態4にかかる半導体装置4について説明する。
本実施の形態にかかる半導体装置4は、半導体装置3と比較して、電流変換回路33の代わりに電流変換回路43を備え、かつ、ダミートランジスタMP6をさらに備える。半導体装置4のその他の構成については、半導体装置3の場合と同様であるため、その説明を省略する。
図8に示すように、電流変換回路43は、電流変換回路33と比較して、NチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと称す)MN10,MN11をさらに有する。また、電流変換回路43は、電流Ioutを出力する出力端子OUTに加えて、電流IoutBを出力する出力端子OUTBをさらに備える。
続いて、図9を用いて、半導体装置1の適用事例について説明する。図9は、半導体装置1が適用されたセンサシステム(半導体システム)SYS1の構成例を示す図である。
1a 半導体装置
2 半導体装置
3 半導体装置
4 半導体装置
11 パルス信号出力回路
12 ドライバ
13 電流変換回路
14 電流制御発振回路
15 カウンタ
16 パルス信号切替回路
23 電流変換回路
33 電流変換回路
43 電流変換回路
100 タッチスクリーン
MN1~MN11 トランジスタ
MP1~MP5 トランジスタ
MP6 ダミートランジスタ
PX1 送信電極
PR1 受信電極
SYS1 センサシステム
TX1 端子
TR1 端子
TP1 タップ電極対
Claims (13)
- 送信電極及び受信電極を有する電極対の前記送信電極に向けてパルス信号を出力するパルス信号出力回路と、
前記受信電極において発生した第1電流を第2電流に変換する電流変換回路と、
前記第2電流に応じた周波数の発振信号を出力する電流制御発振回路と、
前記発振信号の所定期間当たりの発振回数をカウントするカウンタと、
を備え、
前記電流変換回路は、
第1定電流を出力する第1定電流源と、
前記第1定電流及び前記第1電流の合成電流がソース-ドレイン間に流れるダイオード接続された第1トランジスタと、
前記第1トランジスタにカレントミラー接続された第2トランジスタと、
前記第2トランジスタに直列に設けられ、前記パルス信号に基づいてオンオフを切り替えることにより前記第2電流を出力する第3トランジスタと、
を有する、半導体装置。 - 前記パルス信号及びその反転信号の何れかを選択して前記電流変換回路または前記送信電極に向けて出力するパルス信号切替回路をさらに備える、
請求項1に記載の半導体装置。 - 演算処理部をさらに備え、
前記演算処理部は、前記パルス信号切替回路から前記パルス信号が出力されたときの前記第2電流に基づく第1カウント値と、前記パルス信号切替回路から前記パルス信号の反転信号が出力されたときの前記第2電流に基づく第2のカウント値との差分に応じて、前記送信電極および受信電極間の容量値を検出する、
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記電流変換回路は、
前記第1トランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流に応じて、前記第2トランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流を制御するカレントミラー回路をさらに備えた、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記カレントミラー回路は、
前記第1トランジスタにカレントミラー接続された第8トランジスタと、
前記第8トランジスタに直列に設けられ、前記第8トランジスタと導電型の異なる第9トランジスタと、
前記第9トランジスタにカレントミラー接続された、前記第9トランジスタと同一導電型の第10トランジスタと、
前記第10トランジスタに直列に設けられた、前記第8トランジスタと同一導電型の第11トランジスタと、
を有し、
前記第2トランジスタは、前記第11トランジスタにカレントミラー接続されている、
請求項4に記載の半導体装置。 - 前記電流変換回路は、
前記第1定電流に比例する第2定電流を出力する第2定電流源と、
前記第2定電流源に直列に設けられ、前記第1トランジスタにカレントミラー接続された第4トランジスタと、
前記第2定電流と、前記第4トランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流と、の差分電流がソース-ドレイン間に流れるダイオード接続された第5トランジスタと、
前記第5トランジスタにカレントミラー接続された第6トランジスタと、
前記第6トランジスタに直列に設けられ、前記第3トランジスタと相補的にオンオフを切り替えることにより、前記第3トランジスタとともに前記第2電流を出力する第7トランジスタと、
をさらに有する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記パルス信号及びその反転信号の何れかを選択して前記電流変換回路に向けて出力するパルス信号切替回路をさらに備え、
前記電流変換回路に設けられた前記第3トランジスタは、前記パルス信号切替回路の出力信号に基づいてオンオフを切り替え、かつ、前記電流変換回路に設けられた前記第7トランジスタは、前記パルス信号切替回路の出力信号の反転信号に基づいてオンオフを切り替える、
請求項6に記載の半導体装置。 - 前記電流変換回路は、
前記第1トランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流に応じて、前記第2トランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流を制御するカレントミラー回路をさらに備えた、
請求項6に記載の半導体装置。 - 前記カレントミラー回路は、
前記第1トランジスタにカレントミラー接続された第8トランジスタと、
前記第8トランジスタに直列に設けられ、前記第8トランジスタと導電型の異なる第9トランジスタと、
前記第9トランジスタにカレントミラー接続された、前記第9トランジスタと同一導電型の第10トランジスタと、
前記第10トランジスタに直列に設けられた、前記第8トランジスタと同一導電型の第11トランジスタと、
を有し、
前記第2トランジスタは、前記第11トランジスタにカレントミラー接続されている、
請求項8に記載の半導体装置。 - 前記電流変換回路は、
前記第3トランジスタと相補的にオンオフを切り替え、かつ、オンした場合に前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとの間のノードに電荷を供給する第12トランジスタと、
前記第7トランジスタと相補的にオンオフを切り替え、かつ、オンした場合に前記第6トランジスタと前記第7トランジスタとの間のノードに電荷を供給する第13トランジスタと、
を備えた、
請求項8に記載の半導体装置。 - 電源電圧端子と、前記電流変換回路の出力端子のうち前記第2電流が出力される第1出力端子とは別の第2出力端子と、の間に設けられたダミートランジスタをさらに備え、
前記第12トランジスタは、前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとの間のノードと、前記第2出力端子と、の間に設けられ、
前記第13トランジスタは、前記第6トランジスタと前記第7トランジスタとの間のノードと、前記第2出力端子と、の間に設けられる、
請求項10に記載の半導体装置。 - 前記ダミートランジスタは、前記電流制御発振回路の入力段に設けられたトランジスタと同一導電型、同一サイズ及び同一形状である、
請求項11に記載の半導体装置。 - 前記電極対と、
請求項1に記載の半導体装置と、
を備えた、半導体システム。
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