JPH03254217A - Semiconductor sensor - Google Patents

Semiconductor sensor

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JPH03254217A
JPH03254217A JP5140290A JP5140290A JPH03254217A JP H03254217 A JPH03254217 A JP H03254217A JP 5140290 A JP5140290 A JP 5140290A JP 5140290 A JP5140290 A JP 5140290A JP H03254217 A JPH03254217 A JP H03254217A
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JP
Japan
Prior art keywords
output
voltage
sensor
digital information
cmos inverter
Prior art date
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Pending
Application number
JP5140290A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsufusa Shono
克房 庄野
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH03254217A publication Critical patent/JPH03254217A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize the sensor with one semiconductor chip, to improve the mass- productivity of semiconductor sensors and to reduce the cost by realizing a circuit amplifying a minute detection voltage of a sensor section, and digitizing the amplified output with the combination of CMOS inverters being fundamental integrated circuits. CONSTITUTION:A sensor section SEN outputting a detection voltage in response to a measured physical quantity, a CMOS inverter IV amplifying the detected voltage, and threshold level generating circuits 20-22 in which output terminals of CMOS inverters each having an ON resistance corresponding to the weight of bits are connected in common, a voltage corresponding to each bit of prescribed digital information is given to input terminals and a threshold voltage corresponding to the digital information is outputted from the output terminals are provided to the sensor. Moreover, an A/D converter circuit is provided, which compares and discriminates an output voltage of the CMOS inverter IV with a threshold voltage generated from the threshold level generating circuits 20-22 and outputs the result of comparison as digital information corresponding to the measured physical quantity. Then they are formed on a same semiconductor substrate. Thus, the semiconductor sensor with simple constitution and excellent mass-productivity is realized.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

「産業上の利用分野」 この発明は、例えば、工業用製造装置や計測器、自動車
産業(カーエレクトロニクス)、血圧計などの医療機器
、あるいは時計や掃除機などのセンサとして用いて好適
な半導体センサに関する。 「従来技術」 半導体材料を利用した各種のセンサは、一般に小型、軽
量、高感度である上、多くの物理量のセンシングが可能
であるという長所があり、広く実用化されている。しか
し、逆の見方をすれば、半導体材料は光、温度、湿度や
圧力などの物理量の影響を受は易く、また一般にセンサ
出力としての所要の物理量の測定時に他の物理量の影響
で正確な測定が困難であったり、量産化した場合に製造
上の僅かのばらつきが最終商品としてのセンサの特性の
ばらつきにつながり易いという欠点を持っている。 このため、例えば圧力センサとして利用する場合におい
ては、従来は温度の影響を除去するために温度特性を補
償したり、あるいは感度を調整するためにセンサ出力を
ハイブリッドICに搭載した演算増幅器によって増幅し
たり、トリミング抵抗によって信号の補償を行うといっ
た対策が行われていた。しかし、この方法では各センサ
毎にトリミングを行わねばCらず、量産性やコスト面で
の欠点があった。 このような背景から、最近ではセンサと信号処理回路と
を1個の半導体チップにモノリシック化した半導体セン
サの開発が行われている。 「発明が解決しようとする課題j しかしながら、上述のセンサと信号処理回路とをモノリ
シック化した半導体センサは、半導体増幅回路として演
算増幅器が用いられており、一般に回路構成が複雑な上
に、特性が演算増幅器に付加する抵抗素子や容量素子等
の受動素子の値の影響を受は昌く、集積化を困難として
おり量産性の向上やコストの低減という観点では大きな
効果が上がっていないのが現状である。 圧力センサに限らずその他のセンサに関しても、信号強
度が微弱て高いSN比がとれない物理量の検出には、高
感度化や雑音除去のために、それぞれの対策が必要とな
り、やはり量産性やコストの点で問題点がある。 また、最近はこれらのセンサの応用分野も多岐にわたり
、使用目的によりセンサに要求さする特性仕様も多様と
なってきており、センサメーカでも汎用品ではユーザの
満足できるセンサを提供するのが困難となってきている
。 この発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、
被測定物理量に応じたデジタル情報を得ることができる
半導体センサであって、1個の半導体チップによって実
現され、構成が簡単であり、量産性に優れた半導体セン
サを提供することを目的とする。 「課題を解決するための手段」 この発明は、被測定物理量に応じた検出電圧を出力する
検出部と、 ffJ記検出電圧を増幅するCMOSインバータと、各
々、ビットの重みに対応したオン抵抗を有するCMOS
インバータの出力端を共通接続してなり、各CMOSイ
ンバータの入力端には所定のデジタル情報の各ビット値
に対応する電圧が与えられ、該共通接続された出力端か
ら該デジタル情報に対応した閾値電圧を出力する少なく
とも1個の閾値発生回路と、 前記CMOSインバータの出力電圧を前記閾値発生回路
によって発生される閾値電圧と比較・判断し、該比較結
果を前記被測定物理量に対応したデジタル情報として出
力するアナログ/デジタル変換回路と を同一半導体基板に形成したことを特徴としている。 「作用」 上記構成によれば、被測定物理量に応じた検出電圧はC
MOSインノ〈−夕によって増幅された後、該増幅出力
が閾値回路によって発生される閾値電圧と比較・判断さ
れ、該比較結果が被測定物理量に応じたデジタル情報と
して出力される。 「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の詳細な説明する。
"Industrial Application Field" The present invention is applicable to semiconductor sensors suitable for use, for example, in industrial manufacturing equipment, measuring instruments, the automobile industry (car electronics), medical equipment such as blood pressure monitors, or sensors such as watches and vacuum cleaners. Regarding. "Prior Art" Various sensors using semiconductor materials are generally small, lightweight, and highly sensitive, and have the advantage of being able to sense many physical quantities, and have been widely put into practical use. However, from the opposite perspective, semiconductor materials are easily affected by physical quantities such as light, temperature, humidity, and pressure, and generally when measuring the required physical quantity as a sensor output, accurate measurement is affected by the influence of other physical quantities. However, when mass-producing the sensor, slight variations in the manufacturing process tend to lead to variations in the characteristics of the sensor as a final product. For this reason, when used as a pressure sensor, for example, conventionally the temperature characteristics are compensated to eliminate the influence of temperature, or the sensor output is amplified by an operational amplifier mounted on a hybrid IC to adjust the sensitivity. Countermeasures have been taken, such as using a trimming resistor to compensate for the signal. However, this method requires trimming for each sensor, which has drawbacks in terms of mass production and cost. Against this background, semiconductor sensors in which a sensor and a signal processing circuit are monolithically integrated into one semiconductor chip have recently been developed. ``Problems to be Solved by the Invention'' However, the semiconductor sensor in which the above-mentioned sensor and signal processing circuit are made monolithic uses an operational amplifier as the semiconductor amplification circuit, and generally has a complex circuit configuration and has poor characteristics. It is affected by the values of passive elements such as resistive elements and capacitive elements added to operational amplifiers, making integration difficult, and currently there is no significant effect in terms of improving mass productivity or reducing costs. Not only for pressure sensors but also for other sensors, when detecting physical quantities where the signal strength is too weak to obtain a high signal-to-noise ratio, various countermeasures are required to increase sensitivity and eliminate noise. There are problems in terms of performance and cost.In addition, these sensors have been applied to a wide range of fields recently, and the characteristic specifications required of the sensors have become diverse depending on the purpose of use. It has become difficult to provide a sensor that can satisfy the above-mentioned problems.This invention was made in view of the above problems.
An object of the present invention is to provide a semiconductor sensor capable of obtaining digital information corresponding to a physical quantity to be measured, which is realized by one semiconductor chip, has a simple configuration, and is excellent in mass production. "Means for Solving the Problems" The present invention includes a detection unit that outputs a detection voltage according to a physical quantity to be measured, a CMOS inverter that amplifies the detection voltage ffJ, and an on-resistance that each corresponds to the weight of the bit. CMOS with
The output terminals of the inverters are connected in common, and the input terminal of each CMOS inverter is given a voltage corresponding to each bit value of predetermined digital information, and the output terminal of the commonly connected output terminal is applied with a voltage corresponding to each bit value of the digital information. at least one threshold generation circuit that outputs a voltage, and comparing and determining the output voltage of the CMOS inverter with the threshold voltage generated by the threshold generation circuit, and using the comparison result as digital information corresponding to the physical quantity to be measured. The device is characterized in that the output analog/digital conversion circuit is formed on the same semiconductor substrate. "Operation" According to the above configuration, the detected voltage according to the physical quantity to be measured is C
After being amplified by the MOS input, the amplified output is compared and determined with a threshold voltage generated by a threshold circuit, and the comparison result is output as digital information corresponding to the physical quantity to be measured. "Embodiments" Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【第1実施例】 第1図はこの発明の第1実施例による半導体センサの構
成を示すブロック図である。第1図において、SENは
被測定物理量に応じた検出電圧を発生するセンサ部、■
vは検出電圧を増幅する増幅器として用いられるCMO
Sインバータである。 第2図にセンサ部SENおよびCMOSインバータIV
を示す。センナ部SENは、被測定物理量に応じて抵抗
値の変化する抵抗素子R1およびR9を電源VDDと接
地線との間に直列に接続してなる。 この種の抵抗素子としては、例えば、抵抗温度センサ(
サーミスタ)、圧力センサあるいは加速度センサに用い
られるピエゾ抵抗素子、各種の光電変換素子等が知られ
ている。センサ部SENにおいて、抵抗素子R1の抵抗
値と抵抗素子R2の抵抗値は、被測定物理量の変化に対
し、互いに逆方向に変化し、抵抗素子R1とR7との接
続点Mの電位は被測定物理量に応じて変化する。このこ
とは、例えば本実施例を圧力センサに適用する場合、抵
抗素子R1およびR2としてピエゾ抵抗素子を作成し、
その際に各素子を歪の方向が逆になるように配置するこ
とで実現することができる。なお、抵抗素子R2および
R7が共に被測定物理量に応じて抵抗値が変化するもの
である必要はむく、いずt。 か一方が固定抵抗であっても構わない。接続点Mの電位
の変動はCMOSインバータIVによって増幅され、増
幅出力V outが得られる。第3図にCMOSインバ
ータrvの人出力特性を例示する。 抵抗素子R1およびR7の抵抗比は、接続点Mに得られ
る電圧が、入力変化に対して比較的リニアな出力変化の
得られる入力電圧範囲AR内に収まるように連窓する。 第1図における10〜12および20〜22は各々D/
A変換回路、30〜32は、各々、D/A変換回路lO
と20.11と21、!2と22の各出力電圧の大小比
較を行う同期式のコンパレータである。第4図にD/A
変換回路IO〜1220〜22の構成例を示す。第4図
において、rVo〜IV、は、各々、CMOSインバー
タであり、各入力端はデジタル情報の第0ビツト(重み
2°)、第1ビツト(重み2’)、第2ビツト(重み2
りが入力され、各出力端は共通接続されてアナログ出力
端Yとなっている。これらのCMOSインバータIVo
〜IV、は、各々、人力さt9るヒツトの重み2°、2
’、2’に反比例したオン抵抗を有する。このようなオ
ン抵抗の調整は、CMOSインバータを構成するP、N
各トランジスタのチャネル幅あるいはチャネル長を調整
することにより、容易に実施することができる。このよ
うな構成によれば、入力デジタル情報の各ビットX。−
X、を重み付は加算したアナログ電圧 Σai−Xi(ただし、aiはXiに対応した重み係数
)1°O がアナログ出力端Yから出力される。 第1図において、D/A変換回路IO〜12のデジタル
入力端X0〜X、には共にCMOSインバータIVの出
力電圧か人力される。D/A変換回路10〜12の各出
力はコンパレータ30〜32の入力端Aに各々人力され
る。 D/A変換回路22はデジタル入力端X、、X、。 Xoに、論理値“l”、“0”、“0”に対応した電圧
が各々入力され、デジタル情報100に対応したアナロ
グ電圧を発生し、閾値電圧としてコンパレータ32の入
力端Bに供給する。コンパレータ32の出力としてA2
Bの時には“I”を、A<Bの時には“0”を第2ビツ
ト出力として出力端Q、に出力される。また、D/A変
換回路21はデジタル入力端X、にコンパレータ32の
出力が供給されると共に、デジタル入力端X 、、X 
oに、論理値“l“Ooに対応した電圧が各々入力され
る。そして、D/A変換回路21の出力はコンパレータ
31の入力端Bに供給され、コンパレータ31の出力は
第1ビツト出力として出力端Q、に出力される。 また、D/A変換回路20はデジタル入力端x1Xlに
コンパレータ32,31の各出力値か各々供給されると
共に、デジタル入力端X0に、論理値“1”に対応した
電圧が各々入力される。そして、D/A変換回路20の
出力はコンパレータ30の入力端Bに供給され、コンパ
レータ30の出力は第0ビツト出力として出力端Q。に
出力される。 以下、CMOSインバータIvからデジタル情報101
に相当するアナログ電圧が出力さt、る場合を例に、こ
の半導体センサの動作を説明する。 CMOSインバータrvの出力は、D/A変換回路10
−12に入力され、D/A変換回路20〜22によって
発生される閾値と整合するレベルに増幅され、D/A変
換回路lO〜12の各出力端Yから出力される。コンパ
レータ32では、D/A変換回路12の出力電圧と、D
/A変換回路22から出力されるデジタル情報100に
対応した閾値電圧とが比較される。この結果、コンパレ
ータ32から比較結果として“Iが出力され、第2ビツ
ト出力として出力端Q、に出力される。 D/A変換回路21では、コンパレータ32の出力が”
l”となったため、デジタル情報110に相当する閾値
電圧が発生される。この結果、コンパレータ31から比
較結果として“O“が出力され、第1ビツト出力として
出力端Q、に出力される。 そして、D/A変換回路20では、コンパレータ32の
出力が“1”、コンパレータ31の出力が“0”となっ
たため、デジタル情報101に相当する閾値電圧が発生
される。D/A変換回路10の出力電圧がデジタル情報
101よりも僅かでも高い電圧値の時はコンパレータ3
0から比較結果として“1°が出力され、僅かでも低い
電圧値の時は0”が出力され、第0ビツト目力として出
力端Q。に出力される。 このようにして、D/A変換回路10〜12から出力さ
れる被測定物理量に応じたアナログ電圧の閾値電圧との
比較が逐次進められ、MSBから順にデジタル情報に変
換される。CMOSインバータIVから他の電圧値が出
力される場合においても上述と同様の動作が行われる。
First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor sensor according to a first embodiment of the present invention. In Figure 1, SEN is a sensor unit that generates a detection voltage according to the physical quantity to be measured;
v is a CMO used as an amplifier to amplify the detection voltage
It is an S inverter. Figure 2 shows the sensor section SEN and CMOS inverter IV.
shows. The sensor section SEN is formed by connecting resistive elements R1 and R9 in series between the power supply VDD and the ground line, the resistance of which changes depending on the physical quantity to be measured. Examples of this type of resistance element include resistance temperature sensors (
Thermistors), piezoresistive elements used in pressure sensors or acceleration sensors, and various photoelectric conversion elements are known. In the sensor unit SEN, the resistance value of resistance element R1 and the resistance value of resistance element R2 change in opposite directions with respect to changes in the physical quantity to be measured, and the potential at the connection point M between resistance elements R1 and R7 changes with respect to the change in the physical quantity to be measured. Changes depending on physical quantity. This means that, for example, when applying this embodiment to a pressure sensor, piezoresistive elements are created as resistance elements R1 and R2,
At this time, this can be achieved by arranging each element so that the direction of strain is reversed. Note that it is not necessary for both resistance elements R2 and R7 to have resistance values that change depending on the physical quantity to be measured. One of the resistors may be a fixed resistor. Fluctuations in the potential at the connection point M are amplified by the CMOS inverter IV, and an amplified output V out is obtained. FIG. 3 illustrates the human output characteristics of the CMOS inverter rv. The resistance ratio of the resistive elements R1 and R7 is set in a continuous window so that the voltage obtained at the connection point M falls within an input voltage range AR in which a relatively linear output change is obtained with respect to an input change. 10 to 12 and 20 to 22 in FIG. 1 are each D/
A conversion circuits 30 to 32 are each D/A conversion circuit lO
And 20.11 and 21,! This is a synchronous comparator that compares the magnitude of each output voltage of 2 and 22. D/A in Figure 4
An example of the configuration of conversion circuits IO-1220-22 is shown. In FIG. 4, rVo to IV are CMOS inverters, and each input terminal receives the 0th bit (weight 2°), the 1st bit (weight 2'), and the 2nd bit (weight 2°) of the digital information.
is input, and each output terminal is commonly connected to form an analog output terminal Y. These CMOS inverters IVo
~IV, are the human weights 2° and 2, respectively.
It has an on-resistance inversely proportional to ',2'. Such adjustment of on-resistance is necessary for P, N, which constitutes a CMOS inverter.
This can be easily implemented by adjusting the channel width or channel length of each transistor. According to such a configuration, each bit X of input digital information. −
An analog voltage Σai−Xi (where ai is a weighting coefficient corresponding to Xi) of 1°O is outputted from the analog output terminal Y by weighting X. In FIG. 1, the output voltage of a CMOS inverter IV is input to the digital input terminals X0 to X of the D/A conversion circuits IO to 12. The respective outputs of the D/A conversion circuits 10-12 are inputted to the input terminals A of the comparators 30-32, respectively. The D/A conversion circuit 22 has digital input terminals X,,X,. Voltages corresponding to the logical values "1", "0", and "0" are respectively input to Xo, and an analog voltage corresponding to the digital information 100 is generated and supplied to the input terminal B of the comparator 32 as a threshold voltage. A2 as the output of comparator 32
When A is B, "I" is output, and when A<B, "0" is output as the second bit output to output terminal Q. Further, the output of the comparator 32 is supplied to the digital input terminals X, and the D/A conversion circuit 21 has the digital input terminals X, , X
A voltage corresponding to the logical value "l"Oo is input to each of the voltages o. The output of the D/A conversion circuit 21 is supplied to the input terminal B of the comparator 31, and the output of the comparator 31 is outputted as the first bit output to the output terminal Q. Further, the D/A conversion circuit 20 has its digital input terminal x1Xl supplied with each output value of the comparators 32 and 31, and its digital input terminal X0 with a voltage corresponding to the logical value "1". The output of the D/A conversion circuit 20 is supplied to the input terminal B of the comparator 30, and the output of the comparator 30 is supplied to the output terminal Q as the 0th bit output. is output to. Below, digital information 101 from CMOS inverter Iv
The operation of this semiconductor sensor will be explained using an example in which an analog voltage corresponding to t is output. The output of the CMOS inverter rv is sent to the D/A conversion circuit 10.
-12, is amplified to a level matching the threshold values generated by the D/A conversion circuits 20-22, and is output from each output terminal Y of the D/A conversion circuits 10-12. In the comparator 32, the output voltage of the D/A conversion circuit 12 and the D
A threshold voltage corresponding to the digital information 100 output from the /A conversion circuit 22 is compared. As a result, the comparator 32 outputs "I" as the comparison result, which is output as the second bit output to the output terminal Q. In the D/A conversion circuit 21, the output of the comparator 32 is "I".
1", a threshold voltage corresponding to the digital information 110 is generated. As a result, the comparator 31 outputs "O" as the comparison result, which is output to the output terminal Q as the first bit output. , in the D/A conversion circuit 20, since the output of the comparator 32 is "1" and the output of the comparator 31 is "0", a threshold voltage corresponding to the digital information 101 is generated. When the output voltage is even slightly higher than the digital information 101, comparator 3
From 0, "1 degree" is output as a comparison result, and when the voltage value is even slightly lower, "0" is output, and the output end Q is output as the 0th bit power. is output to. In this way, analog voltages output from the D/A conversion circuits 10 to 12 are successively compared with threshold voltages according to physical quantities to be measured, and the analog voltages are sequentially converted into digital information starting from the MSB. The same operation as described above is performed even when other voltage values are output from CMOS inverter IV.

【第2実施例】 第5図はこの発明の第2実施例による半導体センサの構
成を示すブロック図である。なお、同図jこおいて、上
述した第1図と対応する部分には同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。 第5図において、U、、Vo、[J、、V、、U、、V
、は、各々、CMOSインバータであり、第1段目のC
MOSインバータU0〜U、は共に、閾値が電源電圧V
DDの1/2付近にむるように設計されている。 40および4Iは各々4ビツトのD/A変換回路であり
、第4図の構成に対し、さらに第3ビツト(23)に対
応した出力オン抵抗を有するCMOSインバータを追加
接続することζこより構成されている。 CMOSインバータIvの出力Vxは、CMOSMOS
インバータUびV、を介すことにより、レベルが判定さ
れ、該判定結果が第2ビツト出力として出力端Q、に出
力される。D/A変換回路41は、デジタル入力端X、
にCMOSインバータ1vの出力が入力され、デジタル
入力端X、にCMOSインバータV、の出力が入力され
、デジタル入力端XlおよびXoに各々1”、“0”に
対応した電圧が入力される。そして、D/A変換回路4
1によって、これらの入力電圧に対する上述した重み付
き加算が行われ、加算結果に相当する電圧がD/A変換
回路41から出力される。そして、D/A変換回路4I
の出力はCMOSインバータU、およびvlを介すこと
によりレベルが判定され、該判定結果が第1ビツト出力
端Q1に出力される。 第0ビツト目についても同様にCMOSインバータIV
のVxおよび第2、第1ビツトの判定結果に基づいてビ
ット値が決定される。 【第3実施f141 第6図はこの発明の第3実施例による半導体センサの構
成を示すブロック図である。なお、同図において、上述
した第1図と対応する部分には同一の符号を付し、その
説明を省略する。 第6図において、UA、VA、UC,VCは、各々、C
MOSインバータであり、第1段目のCMOSインバー
タUAおよびUCは共に、閾値が電源電圧VDDの1/
2付近になるように設計されている。UBはEXORゲ
ートである。50および51は上記第2実施例で使用し
たものと同じ構成の4ビツトのD/A変換回路である。 D/A変換回路51は、デジタル入力端X、にCMOS
インバータIVの出力Vにが入力され、デジタル入力端
X t、X 1.x oには、各々、“l”、“0″、
“0“に対応した電圧が入力される。また、D/A変換
回路50は、デジタル入力端X3にCMOSインバータ
■vの出力Vxが入力され、デジタル入力端X、、X、
、X、L:は、各々、“0°、”l ”、”■“に対応
した電圧が入力される。 この構成によれば、CMOSインバータ1vの出力VX
の範囲を0〜lとした場合、VW<3/8の時には出力
端Cのみから“1”が出力され、Vxが3/8〜4/8
の時には出力端Bのみから“l”が出力され、Vx>4
78の時には出力端Aのみから“1”が出力される。 本実施例は、測定対象とする温度や圧力などの物理量を
ある範囲内に制御したときに、その範囲のみをデジタル
化するような場合に有用である。 例えば測定する物理量が温度である場合Iこは、Aが1
のときは温度が高すぎ、Cがlのときは低すぎる。Bh
<1のとき適温になるといった使い方も可能となる。 「発明の効果」 以上説明したように、この発明による半導体センサは、
微弱なセンサ部の検出電圧の増幅および該増幅出力のデ
ジタル信号化を行う回路が、今回の集積回路の基本回路
であるCMOSインバータの紹み合わせによって実現さ
把る。従って、1個の半導体チップによって実現するこ
とができ、半導体センサの量産性の向上とコストの低減
が可能となるという効果かある。
Second Embodiment FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor sensor according to a second embodiment of the present invention. In addition, in FIG. 1, the same reference numerals are given to the parts corresponding to those in FIG. In Fig. 5, U,,Vo,[J,,V,,U,,V
, are each CMOS inverters, and the first stage C
Both MOS inverters U0 to U have thresholds equal to the power supply voltage V.
It is designed to fit around 1/2 of DD. 40 and 4I are each 4-bit D/A conversion circuits, which are constructed by additionally connecting a CMOS inverter having an output on-resistance corresponding to the third bit (23) to the configuration shown in FIG. ing. The output Vx of the CMOS inverter Iv is the CMOS
The level is determined through inverters U and V, and the determination result is outputted to output terminal Q as a second bit output. The D/A conversion circuit 41 has a digital input terminal X,
The output of the CMOS inverter 1v is input to the digital input terminal X, the output of the CMOS inverter V is input to the digital input terminal X, and voltages corresponding to 1" and "0" are input to the digital input terminals Xl and Xo, respectively. , D/A conversion circuit 4
1, the above-mentioned weighted addition of these input voltages is performed, and a voltage corresponding to the addition result is output from the D/A conversion circuit 41. And the D/A conversion circuit 4I
The level of the output is determined by passing through the CMOS inverter U and vl, and the determination result is outputted to the first bit output terminal Q1. Similarly, for the 0th bit, the CMOS inverter IV
The bit value is determined based on Vx and the determination results of the second and first bits. [Third Embodiment f141] FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor sensor according to a third embodiment of the present invention. In this figure, the same reference numerals are given to the parts corresponding to those in FIG. In FIG. 6, UA, VA, UC, and VC are each C
Both of the first-stage CMOS inverters UA and UC are MOS inverters, and the threshold value is 1/1 of the power supply voltage VDD.
It is designed to be around 2. UB is an EXOR gate. 50 and 51 are 4-bit D/A conversion circuits having the same configuration as that used in the second embodiment. The D/A conversion circuit 51 has a CMOS at the digital input terminal X.
are input to the output V of the inverter IV, and the digital input terminals X t, X 1. x o has “l”, “0”,
A voltage corresponding to "0" is input. Further, the D/A conversion circuit 50 has the output Vx of the CMOS inverter v inputted to the digital input terminal X3, and the digital input terminals X, , X,
,
If the range of is 0 to l, when VW<3/8, "1" is output only from output terminal C, and Vx is 3/8 to 4/8.
When , "l" is output only from output terminal B, and Vx>4
At the time of 78, "1" is output only from the output terminal A. This embodiment is useful when a physical quantity to be measured, such as temperature or pressure, is controlled within a certain range and only that range is digitized. For example, if the physical quantity to be measured is temperature, then A is 1
When , the temperature is too high, and when C is 1, the temperature is too low. Bh
It is also possible to use it to achieve an appropriate temperature when <1. "Effects of the Invention" As explained above, the semiconductor sensor according to the present invention has
A circuit that amplifies the weak detection voltage of the sensor section and converts the amplified output into a digital signal is realized by introducing a CMOS inverter, which is the basic circuit of the latest integrated circuit. Therefore, it can be realized with one semiconductor chip, which has the effect of improving the mass productivity of semiconductor sensors and reducing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の第1実施例による半導体センサの構
成を示すブロック図、第2図は同実施例jこおけるセン
サ部SENおよびCMOSインバータIVを示す図、第
3図は同実施例におけるCMOSインバータIVの人出
力特性を例示する図、第4図は同実施例におけるD/A
変換回路の構成例を示す回路図、第5図はこの発明の第
2実施例による半導体センサの構成を示すブロック図、
第6図はこの発明の第3実施例による半導体センサの構
成を示すブロック図である。 S E N−=−センサ部、IV、IVo、IV、、r
V。 ・・CMOSインバータ、20〜22,40,4150
.51・・・・D/A変換回路、30〜32・・・コン
パレータ
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor sensor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the sensor section SEN and CMOS inverter IV in the first embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the semiconductor sensor according to the first embodiment. A diagram illustrating the human output characteristics of CMOS inverter IV, FIG. 4 is a D/A in the same example.
A circuit diagram showing a configuration example of a conversion circuit, FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor sensor according to a second embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor sensor according to a third embodiment of the present invention. S E N-=-sensor section, IV, IVo, IV,, r
V.・・CMOS inverter, 20-22, 40, 4150
.. 51...D/A conversion circuit, 30-32...Comparator

Claims (1)

【特許請求の範囲】 被測定物理量に応じた検出電圧を出力する検出部と、 前記検出電圧を増幅するCMOSインバータと、各々、
ビットの重みに対応したオン抵抗を有するCMOSイン
バータの出力端を共通接続してなり、各CMOSインバ
ータの入力端には所定のデジタル情報の各ビット値に対
応する電圧が与えられ、該共通接続された出力端から該
デジタル情報に対応した閾値電圧を出力する少なくとも
1個の閾値発生回路と、 前記CMOSインバータの出力電圧を前記閾値発生回路
によって発生される閾値電圧と比較・判断し、該比較結
果を前記被測定物理量に対応したデジタル情報として出
力するアナログ/デジタル変換回路と を同一半導体基板に形成したことを特徴とする半導体セ
ンサ。
[Scope of Claims] A detection unit that outputs a detected voltage according to a physical quantity to be measured, and a CMOS inverter that amplifies the detected voltage, each of which includes:
The output terminals of CMOS inverters having on-resistances corresponding to the weights of the bits are connected in common, and the input terminals of each CMOS inverter are given voltages corresponding to each bit value of predetermined digital information, and the commonly connected at least one threshold generation circuit that outputs a threshold voltage corresponding to the digital information from an output terminal thereof, and compares and determines the output voltage of the CMOS inverter with the threshold voltage generated by the threshold generation circuit, and calculates the comparison result. and an analog/digital conversion circuit that outputs the physical quantity as digital information corresponding to the physical quantity to be measured, the semiconductor sensor being formed on the same semiconductor substrate.
JP5140290A 1990-03-02 1990-03-02 Semiconductor sensor Pending JPH03254217A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5359327A (en) * 1993-05-28 1994-10-25 Brown Eric W A/D converter system with interface and passive voltage reference source
US5488368A (en) * 1993-05-28 1996-01-30 Technoview Inc. A/D converter system and method with temperature compensation

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