JPH07239241A - ディジタル出力をもつcmosセンサ - Google Patents

ディジタル出力をもつcmosセンサ

Info

Publication number
JPH07239241A
JPH07239241A JP6054750A JP5475094A JPH07239241A JP H07239241 A JPH07239241 A JP H07239241A JP 6054750 A JP6054750 A JP 6054750A JP 5475094 A JP5475094 A JP 5475094A JP H07239241 A JPH07239241 A JP H07239241A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cmos
sensor
inverter
pmos
nmos
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6054750A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsufusa Shono
克房 庄野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MICRO TECHNOL KK
MUSASHI KOGYO KK
Original Assignee
MICRO TECHNOL KK
MUSASHI KOGYO KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MICRO TECHNOL KK, MUSASHI KOGYO KK filed Critical MICRO TECHNOL KK
Priority to JP6054750A priority Critical patent/JPH07239241A/ja
Publication of JPH07239241A publication Critical patent/JPH07239241A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【目的】工業生産可能なディジタル出力をもつCMOS
センサが得られるようにする。 【構成】CMOSセンサ01,02の出力電圧を複数の
異なる論理しきい値電圧をもつCMOSインバータ11
〜15,21〜25でディジタル値に変換した信号を論
理ゲート31〜34で処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル出力をもつC
MOSセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日のエレクトロニクスでは、センサ素
子により検出された信号はAD変換してCPU(コンピ
ュータの中央処理装置)に接続しなければならない。セ
ンサ信号は微弱なアナログ信号である。微弱なアナログ
信号は、線形増幅したあと、AD変換してディジタル信
号を得る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようにしてセンサ
信号をディジタルに変換する手法は、(1)センサ信号
それ自身が周囲温度の変化とともに変化すること、
(2)線形増幅の増幅率が温度変化すること、(3)A
D変換の精度が温度変化すること、のため、ワンチップ
に集積化することが困難である。それぞれに温度補償回
路をもうけることにより、実用化が試みられているが、
成功の見通しはない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の困難を
原理的に取り除き、工業生産可能なディジタル出力をも
つCMOSセンサに関するものであって、CMOSを構
成するPMOSトランジスタあるいはNMOSトランジ
スタをセンシング素子としてシリコンウエハ上に配置し
たCMOSセンサを提供する。そしてまたもう一つの発
明は、CMOSインバータを負荷とし、センシング素子
を負荷に並列に接続したことを特徴とするCMOSセン
サであり、さらにもう一つの発明は、CMOSセンサの
出力電圧を複数の異なる論理しきい値電圧をもつCMO
Sインバータでディジタル値に変換することを特徴とす
るディジタル出力をもつCMOSセンサである。そして
さらにまたもう一つの発明は、CMOSセンサの出力電
圧を複数の異なる論理しきい値電圧をもつCMOSイン
バータでディジタル値に変換した信号を論理ゲートで処
理することを特徴とするディジタル出力をもつCMOS
センサである。
【0005】CMOSインバータはPMOSプルアップ
トランジスタとNMOSプルダウントランジスタのしき
い値電圧とチャネルコンダクタンスが等しくなるように
設計される。そのように設計されたCMOSインバータ
の論理しきい値は、PMOSとNMOSが互いに逆向き
の温度変化をするため、相互に打ち消しあって温度変化
により変動しない。
【0006】本発明において、センサ素子としてCMO
Sを構成するPMOSまたはNMOSを利用すること、
CMOSを負荷としてセンサ素子を負荷と並列に接続す
ること、さらにCMOSセンサ出力をディジタル化する
のに複数の論理しきい値の異なるCMOSインバータを
用いることが原理的に温度変化に影響されないディジタ
ル出力をもつCMOSセンサの原理である。
【0007】(CMOSセンサ)CMOSセンサを構成
するPMOSトランジスタあるいはNMOSトランジス
タを、圧力により歪みを生じるシリコンウエハのダイヤ
フラム上に、または片持ちハリの上に配置すれば、圧力
センサまたは力センサとなる。CMOSセンサのダイヤ
フラムに重力を感じる重りをつけておけば、加速度セン
サとなる。CMOSインバータを負荷とし、負荷である
PMOSあるいはNMOSに並列にフォトダイオードを
接続すればCMOS光センサとなる。
【0008】
【実施例】本発明の原理と効果を実施例である図1にし
たがって具体的に説明する。PMOS01とNMOS0
2がCMOSセンサを構成する。それらは、電源と接地
との間に直列に接続され、入力と出力は短路されてい
る。PMOS01あるいはNMOS02のしきい値電圧
の絶対値とチャネルコンダクタンスが等しいとき、平衡
状態(検出されるべき力などが加えられていない)で出
力電圧は電称電圧の1/2の値となる。検出すべき力が
加えられたとき、このCMOSセンサの出力は電称電圧
の1/2を基準にして変化する。
【0009】PMOS01とNMOS02はともに2端
子の負荷となっている。フォトダイオードのような電流
源となる他のセンサ素子をPMOS01またはNMOS
02に並列に接続することによりセンサを構成すること
ができる。出力電圧は電源電圧の1/2を基準に変化す
る。本発明では、両者を含めてCMOSセンサという。
【0010】CMOSセンサ01、02の出力は、CM
OSインバータアレイ11〜15の入力となる。CMO
Sインバータ11〜15の数は検出すべきデータの範囲
と精度に応じて必要な数だけ配置される。この実施例で
は、5個のディジタル出力41〜46を得るために5個
の論理しきい値が順次異なるCMOSインバータ11〜
15がもうけられた例である。CMOSインバータは、
構成するPMOSトランジスタとNMOSトランジスタ
のしきい値電圧とチャネルコンダクタンスにより、それ
ぞれ固有の論理しきい値電圧をもつ。チャネルコンダク
タンスはチャネルの幅と長さというマスクの寸法により
与えられる。もしCMOSセンサ01、02の出力がC
MOSインバータ12の論理しきい値電圧より小さい場
合には、CMOSインバータ12の出力は電源電圧に近
い論理“1”またはHを与える。逆に、もしCMOSセ
ンサ01、02の出力がCMOSインバータ12の論理
しきい値電圧より大きい場合には、CMOSインバータ
12の出力は接地電位に近い論理“0”またはLを与え
る。
【0011】CMOSインバータアレイ11〜15の論
理しきい値は、CMOSセンサで検出される電圧範囲に
あわせて、順次違えて設計されている。CMOSセンサ
01、02のトランジスタの寸法(幅と長さ)はディジ
タル化の基準の論理しきい値を与えるCMOSインバー
タ(本実施例では13)のトランジスタの寸法を同じに
設計しておく。CMOSセンサの基準電圧とディジタル
化の基準電圧を自動的に一致させるためである。CMO
Sセンサ01、02の出力電圧が、たとえば、CMOS
インバータ11の論理しきい値電圧とCMOSインバー
タ12の論理しきい値電圧との間にあったとすると、C
MOSインバータアレイ11〜15の出力は{0,1,
1,1,1}となる。
【0012】次段のCMOSインバータアレイ21〜2
5は、前段のCMOSインバータアレイ11〜15の出
力を反転増幅するための素子で、それぞれの出力は
{1,0,0,0,0}となる。このようにして、CM
OSセンサ01、02の出力電圧(アナログ)が論理し
きい値の異なるCMOSインバータアレイ11〜15お
よび21〜25によりディジタル化された。CMOSイ
ンバータアレイ21〜25の出力の“0”と“1”の境
目にセンサ出力が存在する。本実施例では、“0”と
“1”の境目を論理“1”のディジタル出力として取り
出すように、排他的論和31〜34をもうけた場合を示
す。最終出力41〜46は{0,1,0,0,0,0}
となる。出力42に“1”が立っているということは、
CMOSセンサ01、02の出力がCMOSインバータ
11の論理しきい値電圧とCMOSインバータ12の論
理しきい値電圧との間にあることを示している。
【0013】CMOSセンサのPMOS01またはNM
OS02をシリコンダイヤフラム上におき、その他のC
MOSインバータアレイ等をシリコン基板上にもうけれ
ば、ディジタル出力をもつ圧力センサとなる。CMOS
センサのPMOS01またはNMOS02をシリコン片
持ちハリ上にもうけ、その他のCMOSインバータアレ
イ等をシリコン基板上にもうければ、人の指先のツメの
役割をするディジタル出力をもつ感覚センサとなる。C
MOSのPMOS01またはNMOS02を負荷とし、
フォトダイオードを電流源として並列に接続して光セン
サとすることができる。その出力電圧をCMOSインバ
ータアレイを用いてディジタル化すれば、ディジタル出
力をもつ光センサが構成できる。
【0014】
【発明の効果】CMOSを構成するPMOS01または
NMOS02をセンサとする、あるいはCMOSを負荷
として他のセンサ素子を並列に接続したCMOSセンサ
の出力をCMOSインバータアレイ11から24の相互
に異なる論理しきい値を利用しディジタル化を行う本発
明の工業上の利点は、(1)今日のエレクトロニクスを
ささえる汎用CMOS生産技術をそのまま利用できるこ
と、(2)CMOSの論理しきい値電圧は、PMOSと
NMOSの互いに逆向きの温度特性のためつり合いをた
もち、周囲温度の変化に影響されないこと、(3)CM
OSセンサ01、02のトランジスタの寸法と基準とな
るCMOSインバータ13の寸法を同じに設計すること
により、基準電圧のずれをなくせること、(4)微弱な
センサ信号を線形増幅することなく、直接CMOSイン
バータの互いに異なる論理しきい値電圧を利用して直接
ディジタル信号に変換できること、(5)センサとその
処理回路を共通に設計されたCMOSインバータと論理
回路のみで構成していること、(6)センサの感度やデ
ィジタル化の精度がマスクの設計寸法のみで決定される
こと、(7)小数のCMOSインバータでディジタル出
力をもつCMOSセンサ・セルを可能にし、センサのネ
ットワーク化を容易にしたこと、など、多くの特長を有
する。これまで詳しく説明してきたように、従来困難と
されてきたセンサと信号処理回路のワンチップ化を、C
MOS方式で統一することにより実用化できる見通しを
得た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るディジタル出力をもつCMOSセ
ンサの一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
01…PMOS 02…NMOS 11〜15…CMO
Sインバータアレイ 21〜25…CMOSインバータアレイ 31〜34…
排他的論和 41〜46…最終出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01P 15/12 H01L 21/8238 27/092

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CMOSを構成するPMOSトランジス
    タあるいはNMOSトランジスタをセンシング素子とし
    てシリコンウエハ上に配置したCMOSセンサ。
  2. 【請求項2】 CMOSインバータを負荷とし、センシ
    ング素子を負荷に並列に接続したことを特徴とするCM
    OSセンサ。
  3. 【請求項3】 CMOSセンサの出力電圧を複数の異な
    る論理しきい値電圧をもつCMOSインバータでディジ
    タル値に変換することを特徴とするディジタル出力をも
    つCMOSセンサ。
  4. 【請求項4】 CMOSセンサの出力電圧を複数の異な
    る論理しきい値電圧をもつCMOSインバータでディジ
    タル値に変換した信号を論理ゲートで処理することを特
    徴とするディジタル出力をもつCMOSセンサ。
JP6054750A 1994-02-28 1994-02-28 ディジタル出力をもつcmosセンサ Pending JPH07239241A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6054750A JPH07239241A (ja) 1994-02-28 1994-02-28 ディジタル出力をもつcmosセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6054750A JPH07239241A (ja) 1994-02-28 1994-02-28 ディジタル出力をもつcmosセンサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07239241A true JPH07239241A (ja) 1995-09-12

Family

ID=12979453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6054750A Pending JPH07239241A (ja) 1994-02-28 1994-02-28 ディジタル出力をもつcmosセンサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07239241A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6686786B2 (en) * 1997-05-30 2004-02-03 Micron Technology, Inc. Voltage generator stability indicator circuit
US9089055B2 (en) 2012-09-11 2015-07-21 Seiko Epson Corporation Electronic device, method of manufacturing the same, and oscillator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6686786B2 (en) * 1997-05-30 2004-02-03 Micron Technology, Inc. Voltage generator stability indicator circuit
US6696867B2 (en) 1997-05-30 2004-02-24 Micron Technology, Inc. Voltage generator with stability indicator circuit
US6710630B2 (en) 1997-05-30 2004-03-23 Micron Technology, Inc. 256 Meg dynamic random access memory
US9089055B2 (en) 2012-09-11 2015-07-21 Seiko Epson Corporation Electronic device, method of manufacturing the same, and oscillator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102589734B (zh) 温度传感器
EP3012971B1 (en) Amplifier circuit and amplifier circuit ic chip
CN107659313B (zh) 电路装置、电子设备、物理量传感器和移动体
US6683358B1 (en) Silicon integrated accelerometer
US5489846A (en) Magnetic-field sensor with split-drain MOSFETS
Haider et al. A low-power capacitance measurement circuit with high resolution and high degree of linearity
CN217903139U (zh) 热电堆像素、阵列及系统
JPH07239241A (ja) ディジタル出力をもつcmosセンサ
US5376819A (en) Integrated circuit having an on chip thermal circuit requiring only one dedicated integrated circuit pin and method of operation
JPH07318379A (ja) ディジタル出力をもつcmosセンサ
CN115241362A (zh) 热电堆像素、阵列及系统
JPH0241184B2 (ja)
JP2000283790A (ja) 低周波ノイズ除去方法及びcmosセンサ回路
US20180172533A1 (en) Pressure sensor having a multiple wheatstone bridge configuration of sense elements
JPH09264798A (ja) 半導体センサ
CN101551276A (zh) 基于惠斯通电桥的新型红外读出电路
CN107659294B (zh) 比较器、电路装置、物理量传感器、电子设备以及移动体
JP2553826B2 (ja) 半導体センサ
JP3169205B2 (ja) ピーク検出回路
TW202209816A (zh) 信號轉換電路及信號讀出電路架構
JPH05203681A (ja) 半導体センサ
JP3082141B1 (ja) 表面形状認識用センサ回路
JPH05203682A (ja) 半導体センサ
JPH03254217A (ja) 半導体センサ
US10627293B2 (en) Self-amplifying sensor pair