JPH081390B2 - 故障検出回路付半導体センサ装置 - Google Patents

故障検出回路付半導体センサ装置

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JPH081390B2
JPH081390B2 JP5273122A JP27312293A JPH081390B2 JP H081390 B2 JPH081390 B2 JP H081390B2 JP 5273122 A JP5273122 A JP 5273122A JP 27312293 A JP27312293 A JP 27312293A JP H081390 B2 JPH081390 B2 JP H081390B2
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祐司 近藤
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,半導体センサに関し,
特に半導体加速度センサの梁折れ、アルミ配線の断線、
ゲ−ジ抵抗の断線等を確実に検出する故障検出回路付半
導体センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体圧力センサや半導体加速度
センサといったゲ−ジ抵抗型半導体センサにおいては、
センサの故障、特にアルミ配線やゲ−ジ抵抗の断線や、
シリコンの薄膜部の破壊時の検出には、図3に示すよう
な故障検出回路を用いていた。
【0003】図3のセンサの場合には、駆動回路1によ
りセンサの感度温度特性を補償していた。 補償方法を
簡単に説明すると、センサの感度特性と逆の温度特性を
駆動回路1に持たせて、センサの駆動電圧を温度変化に
対して変えることによりセンサの感度温度特性を補償し
ていた。
【0004】センサの故障検出は、センサブリッジ2の
駆動電圧Vbを検出して、コンパレ−タCP21により
基準電圧と比較して行っていた。
【0005】1例として、センサブリッジ2の駆動電圧
Vbを3Vとして説明する。 半導体センサの感度温度
特性は、定電圧で駆動した場合、−40及至90℃で±
15%程度ある。
【0006】従ってこの温度特性を補償するために、ブ
リッジ駆動電圧は±15%変化するので、2.53V及
至3.45Vとなる。
【0007】従来の半導体センサ用の故障検出回路で
は、センサブリッジ2が断線故障した場合、駆動電圧V
bが電源電圧と等電圧になることから、コンパレ−タC
P21の基準電圧を4V程度にしてセンサの故障時に
は、コンパレ−タCP21の出力を、図3の回路の場合
には、低レベル電圧の出力をしていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
センサ用故障検出回路においては、以下の欠点があっ
た。
【0009】(1)センサブリッジの1辺、例えば抵抗
1本やアルミ配線1箇所が断線しても検出できない。
【0010】(2)センサブリッジの片側、つまり図3
の抵抗R1とR4,または抵抗R3とR2の2辺が断線
しても検出できない。
【0011】(3)センサブリッジの出力端子のワイヤ
が断線しても、検出できない。
【0012】本発明の目的は上述の欠点を除去すること
により、半導体センサブリッジのアルミ断線、ワイヤ切
れ、シリコン破壊等を確実に検出することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】半導体基部に形成された
変形可能部に不純物を導入したピエゾ抵抗でホイ−トス
トンブリッジ回路を構成し、該ホイ−トストンブリッジ
回路を第1電源と第2電源間に接続して成るセンサ部
と、該センサ部の異常を検出するためセンサ部に接続さ
れた故障検出回路とを備えた半導体センサ装置に係り、
その要旨は故障検出回路を上記ホイ−トストンブリッジ
回路の第1出力ノ−ドに接続された第1反転入力ノ−ド
と第1非反転入力ノ−ドを有し、第1非反転入力ノ−ド
の電圧が第1反転入力ノ−ドの電圧より高いと第1出力
信号を検出レベルとする第1比較器と; 第2反転入力
ノ−ドと上記第1出力ノ−ドに接続された第2非反転入
力ノ−ドとを有し、第2非反転入力ノ−ドの電圧が第2
反転入力ノ−ドの電圧より高いと第2出力信号を上記検
出レベルとする第2比較器と; 上記ホイ−トストンブ
リッジ回路の第2出力ノ−ドに接続された第3反転入力
ノ−ドと第3非反転入力ノードとを有し、第3非反転入
力ノードの電圧が第3反転入力ノードの電圧より高くな
ると第3出力信号を検出レベルとする第3比較器と;
第4反転入力ノ−ドと上記第2出力ノ−ドに接続された
第4非反転入力ノ−ドとを有し、第4非反転入力ノ−ド
の電圧が第4反転入力ノ−ドの電圧より高くなると第4
出力信号を検出レベルとする第4比較器と; 第1出力
信号及至第4出力信号の供給される検出信号出力端子
と; 第1比較器の第1非反転入力ノ−ドに第1参照電
圧を第2比較器の第2反転入力ノ−ドに第2参照電圧を
それぞれ供給する第1参照電圧発生回路と; 上記第1
出力ノ−ドと上記第2電源との間に接続された第1高抵
抗体と; 上記第3比較器の第3非反転入力ノ−ドに第
3参照電圧を、上記第4比較器の第4反転入力ノ−ドに
第4参照電圧をそれぞれ供給する第2参照電圧発生回路
と; 上記第2出力ノードと上記第2電源との間に接続
された第2高抵抗体とで構成したことである。
【0014】
【発明の作用】上記構成に係る故障検出回路はホイ−ト
ストンブリッジ回路の第1出力ノ−ドおよび第2出力ノ
−ドのいずれか一方の電圧に異常が発生すると、第1比
較器及至第4比較器のいずれかが異常を検出し、検出信
号出力端子を検出レベルとする。
【0015】
【実施例】前述したように、従来の半導体センサの故障
検出回路では、センサブリッジに電流が流れないような
箇所が断線しない限り、故障が検出できなかったが、本
発明の故障検出回路では、センサブリッジのどこか1点
が断線しただけで、故障が検出できるという相違点を有
する。
【0016】以下、この発明の一実施例を図1を用いて
説明する。
【0017】図1は半導体センサの一例としての半導体
加速度センサを示す回路図である。
【0018】図1においては、センサブリッジ2は、抵
抗R1,R2,R3,R4により構成している。この抵
抗R1及至R4は、加速度(振動)が半導体加速度セン
サに加わった場合に、抵抗値変化を起こして、加速度
(振動)を電気信号に変換する。
【0019】センサブリッジ2は、図3に示す従来例と
同様に駆動回路1により、低電圧駆動されている。但
し、この駆動回路1は、センサの感度温度補償をするた
めに、温度により駆動電圧を変化させる機能を持つ。
【0020】センサブリッジ2の出力端子Vs+は、コ
ンパレ−タCP1の反転入力端子及びCP2の非反転入
力端子に接続される。またセンサブリッジ2の出力端子
Vs+は、ブリッジを構成している抵抗R1及至R4よ
り十分に大きい値(少なくとも20倍以上)を持つ抵抗
R5にて接地電位に接続する。
【0021】コンパレ−タCP1の非反転入力端子及び
CP2の反転入力端子は、例えば電源電圧を抵抗分割す
る方法等により形成した基準電圧に接続する。ここで、
コンパレ−タCP1及至4は非反転入力のレベルが反転
入力のレベルより大きければ、その出力は低レベルにな
るものとする。この回路構成は、一般にウィンドウコン
パレ−タと称される。
【0022】センサブリッジ2のもう一方の出力端子で
あるVs−側にも同様にコンパレ−タCP3,CP4に
よってウィンドウコンパレ−タを構成する。
【0023】次に、ウィンドウコンパレ−タの動作につ
いて説明する。
【0024】ウィンドウコンパレ−タでは、2つのコン
パレ−タの出力端子を共通接続して論理回路のAND回
路を構成することから、入力電圧がある一定の電圧範囲
外になると異常として検出する機能を有している。
【0025】図1の場合には、その正常な電圧の範囲は
ブリッジ駆動電圧Vbの(1/2)±15%である。従
って、Vb=3Vの場合には1.5V±225mV、つ
まり1.275及至1.725Vとなる。通常、抵抗等
の変動を考慮して電圧範囲を少し広めに設定するので、
1.2及至1.8V程度とすると、Vs+の電圧範囲と
コンパレ−タの出力電圧Vc1,Vc2,Vc3は、表
1の関係になる。
【0026】
【表1】
【0027】図1の場合には、ウィンドウコンパレ−タ
が2組あり、それぞれのウィンドウコンパレ−タは、コ
ンパレ−タCP1とCP3が正常電圧の上限電圧を、コ
ンパレ−タCP2とCP4が正常電圧の下限電圧を分担
し、センサの出力端子の電位を表1に示した動作で監視
している。また、ウィンドウコンパレ−タの出力端子が
短絡されてAND回路を構成しているので、センサブリ
ッジ2の出力電圧Vs+とVs−の少なくとも一方の出
力電圧が正常な電圧範囲を越えると、異常と検出でき
る。
【0028】次に、具体的に半導体センサの故障モ−ド
と、本発明の故障検出回路の動作の関係を説明する。
【0029】半導体加速度センサの場合には、その構造
がいろいろあるが、基本的には図2に示したようにシリ
コンをエッチング加工等により薄膜化した梁部31に加
速度(振動)を検出するための検出素子として、ゲ−ジ
抵抗R1を形成している。少なくとも1つの梁部には1
本のゲ−ジ抵抗が形成されている。特に図3の例では、
梁部31は、半導体加速度センサに4箇所形成してい
て、各々の抵抗をR1及至R4とする。
【0030】この図2の例で想定可能な断線故障モ−ド
を表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】例えば、ブリッジ抵抗R1、または駆動回
路1の出力電圧VbとVs+間の配線が断線したとする
と、センサブリッジ2の出力電圧Vs+は、R5により
接地電位と等電位となる。これは、表1に示したように
設定電圧範囲の下限電圧より低いのでコンパレ−タCP
1の出力VC1は高(High)レベルに、コンパレ−
タCP2の出力VC2は低(Low)レベルになり、ウ
ィンドウコンパレータは、異常と見なして低(Low)
レベルの電圧を出力する(VC3)。
【0033】次にブリッジ抵抗R4,またはセンサブリ
ッジ2の出力電圧Vs+とGND間の配線が断線した場
合には、センサブリッジ2の出力電圧Vs+は、駆動回
路1のブリッジ駆動電圧と等電位になる。これは、表1
に示した設定電圧範囲の上限より電圧が高いのでコンパ
レ−タCP1の出力VC1は低(Low)レベルとな
り、コンパレ−タCP2の出力VC2は高(High)
レベルとなって、ウィンドウコンパレ−タは、異常と見
なして低(Low)レベルの電圧を出力する(VC
3)。
【0034】表2の故障モ−ドの場合、いずれもセンサ
ブリッジ2の出力電圧Vs+、Vs−のうち、少なくと
も一方が駆動回路1のブリッジ駆動電圧もしくは接地電
圧になるので、本発明の半導体センサの故障検出回路に
て、故障が検出できる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はセンサブ
リッジの感度温度補償をする駆動回路をセンサブリッジ
に接続し、センサブリッジの一方の出力を反転入力端に
入力する第1のコンパレ−タと、非反転入力端に入力す
る第2のコンパレ−タと、センサブリッジの他方の出力
を反転入力端に入力する第3のコンパレ−タと、非反転
入力端に入力する第4のコンパレ−タの各コンパレ−タ
の出力をモニタ出力端から外部回路へ出力して故障を検
出できるように構成することにより、以下の効果があ
る。
【0036】(1)センサブリッジ上の配線のいかなる
位置の断線も検出できる。
【0037】(2)シリコン基板のいかなる位置のクラ
ック、破壊についても検出できる。
【0038】(3)センサブリッジのいかなるワイヤが
断線しても検出できる。
【0039】上述のように、本発明の故障検出回路の高
い故障検出能力により、もしセンサが故障した場合には
確実にこれを検出して、センサブリッジの出力電圧と独
立にこれを外部回路に伝えることが可能であり、半導体
センサの故障検出能率の向上に寄与する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体センサ装置の一実施例を示す回
路図である。
【図2】一実施例の構造を示す斜視図である。
【図3】従来の半導体センサ用の故障検出回路を示す回
路図である。
【符号の説明】
1 駆動回路 2 センサブリッジ R1、R2、R3、R4 センサのブリッジ抵抗(ゲ
−ジ抵抗) R7、R8、R9、R10、R11、R12 電位調
整用の抵抗 CP1、CP2、CP3、CP4、CP21 コンパ
レ−タ
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 29/84 A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基部に形成された変形可能部に不
    純物を導入したピエゾ抵抗でホイ−トストンブリッジ回
    路を構成し、該ホイ−トストンブリッジ回路を第1電源
    と第2電源間に接続して成るセンサ部と、該センサ部の
    異常を検出するためセンサ部に接続された故障検出回路
    とを備えた半導体センサ装置において、上記故障検出回
    路は上記ホイ−トストンブリッジ回路の第1出力ノ−ド
    に接続された第1反転入力ノ−ドと第1非反転入力ノ−
    ドを有し、第1非反転入力ノ−ドの電圧が第1反転入力
    ノ−ドの電圧より高いと第1出力信号を検出レベルとす
    る第1比較器と; 第2反転入力ノ−ドと上記第1出力
    ノ−ドに接続された第2非反転入力ノ−ドとを有し、第
    2非反転入力ノ−ドの電圧が第2反転入力ノ−ドの電圧
    より高いと第2出力信号を上記検出レベルとする第2比
    較器と; 上記ホイ−トストンブリッジ回路の第2出力
    ノ−ドに接続された第3反転入力ノ−ドと第3非反転入
    力ノードとを有し、第3非反転入力ノードの電圧が第3
    反転入力ノードの電圧より高くなると第3出力信号を検
    出レベルとする第3比較器と; 第4反転入力ノ−ドと
    上記第2出力ノ−ドに接続された第4非反転入力ノ−ド
    とを有し、第4非反転入力ノ−ドの電圧が第4反転入力
    ノ−ドの電圧より高くなると第4出力信号を検出レベル
    とする第4比較器と; 第1出力信号及至第4出力信号
    の供給される検出信号出力端子と; 第1比較器の第1
    非反転入力ノ−ドに第1参照電圧を第2比較器の第2反
    転入力ノ−ドに第2参照電圧をそれぞれ供給する第1参
    照電圧発生回路と; 上記第1出力ノ−ドと上記第2電
    源との間に接続された第1高抵抗体と; 上記第3比較
    器の第3非反転入力ノ−ドに第3参照電圧を、上記第4
    比較器の第4反転入力ノ−ドに第4参照電圧をそれぞれ
    供給する第2参照電圧発生回路と; 上記第2出力ノー
    ドと上記第2電源との間に接続された第2高抵抗体とを
    有することを特徴とする半導体センサ装置。
  2. 【請求項2】 上記第1電源は上記ホイ−トストンブリ
    ッジ回路に対する温度補償をする温度補償回路である請
    求項1記載の半導体センサ装置。
JP5273122A 1992-10-07 1993-10-05 故障検出回路付半導体センサ装置 Expired - Lifetime JPH081390B2 (ja)

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