KR20010089580A

KR20010089580A - 반도체 장치

Info

Publication number: KR20010089580A
Application number: KR1020017007510A
Authority: KR
Inventors: 슈이찌 나가노; 오스트-로더 피에들러
Original assignee: 야마모토 카즈모토; 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-10-06
Also published as: WO2000036659A1; JP5001488B2; EP1143536B1; EP1143536A4; KR100421162B1; EP1143536A1; TW461106B; US6433615B2; DE69940029D1; US20010040241A1; AU1685300A

Abstract

센서(1)는 그 출력이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 것이다. 이것에 대응하여, 기준 전압 발생 회로(13)는 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 전압 Vhigh, Vlow를 발생하고, 이것을 슈미트 트리거 회로(14)가 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 신호의 크기와 비교하여 온·오프 출력하기 위한 기준 전압으로 하였다. 센서 신호 증폭 회로(12)는 오프셋 보상을 행하면서, 센서(1)로부터의 출력 신호를 온도 의존성이 없는 증폭율로 증폭한다. 센서 신호 처리 회로(2)는 절연성 기판에 설치한 실리콘 박막을 이용하여 형성하였다. 따라서, 센서(1)의 출력에 대하여 저온으로부터 고온의 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 행할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}

종래, 센서와 신호 처리용의 IC를 조합한 센서 IC는 여러 가지 분야에서 이용되고 있다. 특히, 센서의 출력 신호에 따라서 온·오프하는 기능을 갖는 센서 IC로서는 자기 검지용이 알려져 있다. 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터의 CPU의 냉각용 팬의 회전 검지 등에 자기 센서 IC가 이용되고 있다.

그런데, 센서로부터의 출력 신호(전기 신호)를 증폭 연산하고, 규정 감도로 출력을 온·오프하는 기능을 갖는 IC의 경우, 통상, 센서로부터의 출력이 온도에 따라서 변화되기 때문에, 온도에 의하지 않고서 항상 규정 감도로 IC의 출력을 온·오프시키는 어떠한 온도 보상 회로가 필요하게 된다. 이 온도 보상으로서, 종래, 센서로부터의 출력 신호의 온도 특성에 따라서 그 출력 신호의 증폭도, 또는 센서에 제공하는 전압이나 전류의 양을 변화하는 방법이 알려져 있다.

예를 들면, 특개소57-197883호 공보에 기재된 발명은 온도에 대하여 단조롭게 증가하는 전압을 센서에 제공하고, 이 전압에 의해 센서를 구동함으로써 온도보상을 행하도록 한 것이다. 그러나, 센서에 의해서는 구동에 필요한 전압을 매우 높게 할 필요가 있어 소비 전력의 증대를 초래하거나, 또는 발열이 커져 고온이 되면 될수록 그 동작이 불안해 졌다.

또한, 특공평3-51118호 공보에 기재된 발명이 알려져 있다. 본 발명은 홀 전압을 발생하는 홀 소자(센서), 그 홀 소자를 통해서 흐르는 전류에 관련되는 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생 수단, 그 홀 전압과 기준 전압과의 상대적인 크기에 의존한 출력 신호를 발생하는 비교 수단 등을 구비하고, 감도가 흐르는 전류의 함수인 각종의 센서의 온도 보상을 행할 수 있는 것이다.

이와 같이 특공평3-51118호 공보에 기재된 발명은 감도가 흐르는 전류의 함수인 센서에 이용한 경우에는 적용할 수 있지만, 감도와 흐르는 전류가 상관을 갖지 않는 센서에서는 사용할 수 없다. 또한, 온도 보상 회로에 범용성이 없기 때문에, 다른 센서와 조합하여 사용하는 등의 응용성이 낮다.

또한, 센서를 동일하게 하여 만든 경우라도 동일 감도일 때 동일 전류가 흐른다고는 할 수 없다. 반대로 말하면, 동일 전류가 흐르고 있다라고 해서 동일 감도를 나타낸다고는 할 수 없다. 따라서, 센서의 특성 변동이 큰 경우에는 전류를 모니터하는 것이 역효과가 되는 경우가 있을 수 있다.

그런데, 널리 사용되고 있는 벌크 실리콘 상에 형성된 온도 보상 회로는 125℃ 이상의 고온 하에서는 PN 접합면에서의 누설 전류가 급격하게 증가하고, 온도 보상에 문제가 있었다. 특히, 150℃ 이상의 고온 하에서는 온도 보상이 실현 불가능하였다.

한편, 고온용 IC의 기술로서, 증폭 연산 회로를 SOI(실리콘·온·인슈레이터) 기판 등의 절연성 기초 상의 반도체층에 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에 따르면, PN 접합 면적을 저감할 수 있고, 고온 영역에서의 누설 전류의 저감이나 래치 업의 방지가 가능하고, 보다 고온에서의 동작이 가능한 것이 일반적으로 알려져 있다. 이 때문에, 종래 방식에 의한 온도 보상 회로를 SOI 기판 상의 반도체층에 형성하면, 고온 하에 있어서 동작의 다소간의 개선은 기대할 수 있다.

그러나, 종래 방식의 온도 보상 회로를 SOI 기판 상의 반도체층에 형성한 경우에는, 고온 하에 있어서의 온도 보상의 고정밀도와 신뢰성을 실현하는 것이 어렵고 게다가 고온 하에서는 소비 전력에 기초하는 발열에 의한 내구성의 저하가 문제가 된다.

이것을 해결하기 위해서는, 센서로부터의 미소 신호를 정확하게 증폭할 수 있고, 게다가 고온 하에서도 구동 전압이 낮고 소비 전력이 작은 고정밀도의 온도 보상을 행할 수 있는 것이 요구되지만, 이들 조건을 충족시키는 센서 IC를 실현하는 것은 용이하지 않다.

따라서, 센서와 온도 보상 기능이 부가된 IC를 조합한 센서 IC에 있어서, 200℃ 이상의 고온 하에서 고정밀도로 또한 안정적으로 동작하는 것은 실현되어 있지 않고, 게다가 그를 위한 온도 보상 기능이 부가된 IC도 실현되어 있지 않아 그 실현이 기대되고 있었다.

또한, 종래, 기어의 회전을 검지하는 것으로서 실리콘 모노리식(monolithic) CMOS 회로를 사용한 센서 IC가 알려져 있다. 그러나, 그 센서 IC에서는 실용상의상한 온도가 150℃이고, 그 상한 온도가 200℃ 이상인 것이 기대되고 있었다.

그래서, 본 발명은 상기한 바와 같은 배경 하에서 이루어진 것으로, 그 제1 목적은 각종의 센서와 조합하여 사용할 수 있고, 그 센서로부터의 출력 신호에 대하여 고온 하에서도 고정밀도 또한 신뢰성이 높은 온도 보상을 행할 수 있는 온도 보상 기능이 부가된 IC로서의 반도체 장치(이하, 센서 IC용 IC라고 함)를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제2 목적은 고온 하에 있어서 고정밀도로 또한 안정적으로 동작하는 신뢰성이 높은 센서 IC로서의 반도체 장치(이하, 센서 IC라고 함)를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 각종 센서와 조합하여 사용되는 온도 보상 기능이 부가된 집적 회로(이하, IC라고 함) 및 센서와 그 온도 보상 기능이 부가된 IC를 조합한 센서 IC에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치(센서 IC용 IC)의 내부 신호 처리 회로의 구성을 센서와 함께 나타낸 블록도이다.

도 2는 센서 신호 증폭 회로의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.

도 3은 도 2의 센서 신호 증폭 회로를 구성하는 연산 증폭기의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.

도 4는 기준 전압 발생 회로의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 GaAs 홀 소자에 있어서, 바이어스 전압이 3〔V〕이고 자속 밀도가 ±40〔Gauss〕일 때의 홀 전압의 온도 특성을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 신호 처리 회로의 동작 입력 전압의 온도 특성을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 GaAs 홀 소자를 이용한 홀 IC의 동작 자속 밀도의 온도 특성을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 GaAs 홀 소자를 이용한 홀 IC의 전원 전압이 5〔V〕일 때의 전원 전류의 온도 특성을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 고온용 회전 센서 IC의 구성을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 고온용 회전 센서 IC의 패키지 내에 있어서의 각부의 배치예를 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 고온용 회전 센서 IC에 있어서의 기준 전압 발생 회로의 회로도이다.

도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 고온용 회전 센서 IC를 이용하여 기어의 회전 검지 시스템을 구성한 경우의 도면이다.

도 13은 본 발명의 실시예 2에 따른 고온용 회전 센서 IC의 출력 진폭의 온도 변화를 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시예 2에 다른 고온용 회전 센서 IC에 있어서의 A블록과 B블록 사이의 자속 밀도의 차와, 브릿지 회로의 출력 증폭 신호와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 15는 본 발명의 실시예 3에 따른 고온용 압력 센서 IC의 구성을 나타내는 도면이다.

도 16은 본 발명의 실시예 3에 따른 고온용 압력 센서 IC의 고온용 압력 센서의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 17은 본 발명의 실시예 3에 따른 고온용 압력 센서 IC에 있어서의 기준전압 발생 회로의 회로도이다.

도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고온용 압력 센서의 출력 온도 특성을 나타내는 도면이다.

도 19는 본 발명의 실시예 3에 따른 고온용 압력 센서 IC의 온도와 동작 압력의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명은 센서로부터의 센서 출력 신호를 입력하고, 이 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 한 증폭 수단과, 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일 온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 수단과, 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 상기 기준 신호 발생 수단으로부터의 기준 신호의 크기와 비교하고, 이 비교 결과에 따라서 소요의 신호를 출력하는 비교 수단과, 상기 센서에 대하여 공급해야 할 온도 의존성이 없는 정전압을 생성하는 정전압 생성 수단을 구비하고, 상기 증폭 수단, 상기 기준 신호 발생 수단, 상기 비교 수단 및 상기 정전압 생성 수단은 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 반도체 장치(센서 IC용 IC)를 제공한다.

여기서, 상기한 「동일 온도 계수」란 동일한 온도 계수의 경우뿐만 아니라, 거의 동일한 온도 계수의 경우도 포함하는 개념이고, 그 오차 범위의 허용치는 반도체 장치(센서 IC)의 정밀도에 의존한다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 반도체층은 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 실리콘 박막의 두께가 30㎚ 이상 1000㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

이와 같이 본 발명의 센서 IC용 IC에 따르면, 증폭 수단은 센서의 센서 출력 신호를 입력하고, 이 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 동작하고, 센서의 출력 신호를 정확하게 증폭할 수 있도록 하였다.

또한, 기준 신호 발생 수단은 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용하고, 센서의 출력 신호가 온도의 영향에 의해 변화되어도 그 영향을 상쇄할 수 있도록 하였다.

또한, 증폭 수단, 기준 신호 발생 수단, 비교 수단 및 정전압 생성 수단은 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하여 형성되고, 그 반도체층은 바람직하게는 실리콘 박막으로 하고, 고온 영역에 있어서 누설 전류를 저감할 수 있으며 또한 래치 업의 방지를 도모할 수 있는 구조로 하였다.

이 때문에, 본 발명의 센서 IC용 IC에서는 각종의 센서 중 그 출력 크기가 기준 신호 발생 수단이 발생하는 기준 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 것일 때는 그 센서와 조합하여 사용할 수 있고, 이 경우에는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온(예를 들면 -40℃로부터 200℃ 이상)에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC용 IC는 센서와 조합한 센서 IC를 구성하는 경우에, 센서의 온도 특성에 맞춰 기준 신호 발생 수단의 구성 요소를 변경하는 것만으로 실현할 수 있기 때문에, 각종 센서와 조합할 수 있어 응용 범위가 넓다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 그것과 동일 온도 계수를 갖는 기준 신호를 발생하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

이 실시 형태에 따르면, 기준 신호 발생 수단은 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 그것과 동일 온도 계수를 갖는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용되도록 되어 있기 때문에, 센서와 조합하여 센서 IC를 구성하는 경우에 그 비교의 정밀도가 향상된다.

또한, 센서는 제조 조립에 있어서, 특성별로 엄밀하게 선별할 수 있고, 기준 신호 발생 수단은 선별한 센서의 특성에 맞춘 기준 신호를 발생할 수 있기 때문에,센서와 조합하여 원하는 사양의 센서 IC를 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일 온도 계수를 갖고, 또한, 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

이 실시 형태에 따르면, 기준 신호 발생 수단이 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수를 갖고, 또한, 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용된다.

이 때문에, 이 실시 형태에서는, 각종의 센서 중 그 출력의 크기가 절대 온도에 대하여 그 크기가 1차 함수적으로 변화할 때는 그 센서에 따른 절대 온도의 1차 함수로 제공되는 기준 신호를 발생함으로써, 그 센서와 조합하여 사용할 수 있고, 이 경우에는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다. 또한, 예를 들면 넓은 온도 영역에서 1차 함수적이 아니더라도, 근사적으로 그 출력을 1차 함수로 간주할 수 있는 온도 영역에서는 그 온도 영역에서 고정밀도의 동작을 실현할 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 증폭 수단은 복수의 연산 증폭기로 이루어지고, 상기 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 증폭율로 증폭하는 신호 증폭 수단과, 상기 복수의 연산 증폭기의 각 오프셋의 보상을 소정의 주기마다 행하는 오프셋 보상 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 센서를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 연산 증폭기는 상기 센서 출력 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭부와, 이 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 오프셋 보상부로 이루어지고, 상기 오프셋 보상부는 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 오프셋 보상 신호를 소정의 주기마다 수취하고, 이 오프셋 보상 신호에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 오프셋 보상부는 또한 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 전압을 유지하는 컨덴서를 구비하고, 이 컨덴서에 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 전압을 주기적으로 유지시키며, 상기 오프셋 보상부는 상기 유지 전압에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 두개의 기준 전압의 크기와 비교하고, 이 비교 결과에 따라서 출력이 온·오프하는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기의 기준 전압에 대한 비율을 연산하고, 그 비율에 따른 디지털 신호를 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 온도 의존성이 없는 정전압을 발생하는 정전압원과, 절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 정전류원을 적어도 구비하고, 상기 정전압원이 발생하는 정전압과, 상기 정전류원이 발생하는 정전류에 기초하여 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 두개의 기준 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 제1 정전류원과, 이 제1 정전류원과 직렬로 접속되어 전압·전류 변환용 저항에 온도 의존성이 없는 정전압을 인가시켜 정전류를 발생하는 제2 정전류원과, 상기 제2 정전류원의 전류와 상기 제1 정전류원의 전류와의 차의 상수배의 전류로 이루어지는 정전류를 발생시키는 제3 정전류원과, 이 제3 정전류원에 직렬로 접속되어 상기 제3 정전류원으로부터의 정전류를 흘리는 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항으로 이루어지고, 상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항에 발생하는 두개의 전위 중 하나의 전위 또는 두개의 전위를 기준 전위로서 추출하도록 한 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 저항, 상기 전압·전류 변환용 저항, 상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 상기 하한 기준 전압 발생용 저항은 동일한 온도 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 센서 IC용 IC를 들 수 있다.

한편, 본 발명은 측정 물리량을 전기 신호로 변환하여 출력하고, 그 출력 신호가 고유의 온도 계수를 갖는 센서와, 이 센서의 센서 출력 신호를 입력하고, 이 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 한 증폭 수단과, 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 수단과, 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 상기 기준 신호 발생 수단으로부터의 기준 신호의 크기와 비교하고, 이 비교 결과에 따라서 소요의 신호를 출력하는 비교 수단과, 상기 센서에 대하여 공급하는 온도 의존성이 없는 정전압을 생성하는 정전압 생성 수단을 구비하고, 상기 증폭 수단, 상기 기준 신호 발생 수단, 상기 비교 수단 및 상기 정전압 생성 수단은 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 반도체 장치(센서 IC)를 제공한다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 반도체층은 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 실리콘 박막의 두께가 30㎚ 이상 1000㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

이와 같이 본 발명의 센서 IC에 따르면, 증폭 수단은 센서의 센서 출력 신호를 입력하고, 이 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 동작하고, 센서의 출력 신호를 정확하게 증폭할 수 있도록 하였다.

또한, 기준 신호 발생 수단은 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용하고, 센서의 출력 신호가 온도의 영향에 의해 변화되어도 그 영향을 상쇄할 수 있도록 하였다.

또한, 증폭 수단, 기준 신호 발생 수단, 비교 수단 및 정 전압 생성 수단은 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하여 형성되고, 그 반도체층은 바람직하게는 실리콘 박막으로 하며, 고온 영역에 있어서 기판으로의 누설 전류를 저감할 수 있고 또한 래치 업의 방지를 도모할 수 있는 구조로 하였다.

이 때문에, 본 발명의 센서 IC에서는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온(예를 들면 -40℃로부터 200℃ 이상)에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 센서 IC에서는 기준 신호 발생 수단이 센서의 센서 출력 신호의 크기의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호는 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용된다. 또한, 증폭 수단은 센서로부터의 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 동작한다. 이 때문에, 본 발명의 센서 IC에서는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 센서는 센서 출력 신호가 고유의 온도 계수를 갖고, 그 센서 출력 신호가 절대 온도의 1차 함수로 제공되는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 센서는 자기 센서인 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 자기 센서가 홀 소자인 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 홀 소자는 그 감자기부가 GaAs에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

이 실시 형태에 따른 발명은 발명자들이 GaAs의 저항치가 온도에 대하여 증가한다고 하는 특성에 주목하고, 그 특성을 적극적으로 또한 효과적으로 이용하기 위해서 예의 연구를 거듭하여 발명을 완성하기에 이른 것이다.

따라서, 본 발명은 홀 소자의 감자기부에 온도에 대하여 그 저항치가 증가하는 GaAs를 채용하였기 때문에, 온도의 증가에 따라서 감자기부의 전류를 감소시켜 전원 전류를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 센서 IC는 고온이 됨에 따라서 소비 전력이 감소하고 또한 그 전류의 소비에 의한 온도의 상승이 억제되어 고온이라도 안정적으로 동작할 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 그것과 동일한 온도 계수를 갖는 기준 신호를 발생하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

이 실시 형태에 따르면, 기준 신호 발생 수단은 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 그것과 동일 온도 계수를 갖는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용되도록 되어 있기 때문에, 그 비교의 정밀도가 향상된다.

또한, 센서는 제조 조립에 있어서 특성별로 엄밀하게 선별할 수 있고, 기준 신호 발생 수단은 선별한 센서의 특성에 맞춘 기준 신호를 발생할 수 있기 때문에, 센서와 조합하여 원하는 사양의 센서 IC를 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일 온도 계수를 갖고, 또한, 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

이 실시 형태에 따르면, 기준 신호 발생 수단이 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일 온도 계수를 갖고, 또한, 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용하도록 하고, 센서의 출력 신호가 온도의 영향에 의해 변화되어도 그 영향을 상쇄할 수 있도록 하였다.

이 때문에, 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다. 또한, 가령 넓은 온도 영역에서 1차 함수적이 아니더라도 근사적으로 그 출력을 1차 함수로 간주할 수 있는 온도 영역에서는 그 온도 영역에서 고정밀도의 동작을 실현할 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 증폭 수단은 복수의 연산 증폭기로 이루어지고, 상기 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 증폭율로 증폭하는 신호 증폭 수단과, 상기 복수의 연산 증폭기의 각 오프셋의 보상을 소정의 주기마다 행하는 오프셋 보상 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 연산 증폭기는 상기 센서 출력 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭부와, 이 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 오프셋 보상부로 이루어지고, 상기 오프셋 보상부는 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 오프셋 보상 신호를 소정의 주기마다 수취하고, 이 오프셋 보상 신호에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 오프셋 보상부는 또한 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 전압을 유지하는 컨덴서를 구비하고, 이 컨덴서에 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 전압을 주기적으로 유지시키고, 상기 오프셋 보상부는 상기 유지 전압에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 두개의 기준 전압의 크기와 비교하고, 이 비교 결과에 따라서 출력이 온·오프하는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기의 기준 전압에 대한 비율을 연산하고, 그 비율에 따른 디지털 신호를 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 온도 의존성이 없는 정전압을 발생하는 정전압원과, 절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 정전류원을 적어도 구비하고, 상기 정전압원이 발생하는 정전압과, 상기 정전류원이 발생하는 정전류에 기초하여 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 두개의 기준 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 신호 발생 수단은 절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 제1 정전류원과, 이 제1 정전류원과 직렬로 접속되어 전압·전류 변환용 저항에 온도 의존성이 없는 정전압을 인가시켜 정전류를 발생하는 제2 정전류원과, 상기 제2 정전류원의 전류와 상기 제1 정전류원의 전류와의 차의 상수배의 전류로 이루어지는 정전류를 발생시키는 제3 정전류원과, 이 제3 정전류원에 직렬로 접속되어 상기 제3 정전류원으로부터의 정전류를 흘리는 상한 기준 전압 발생 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항으로 이루어지고, 상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항에 발생하는 두개의 전위 중 하나의 전위 또는 두개의 전위를 기준 전위로서 추출하도록 한 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

본 발명의 센서 IC의 실시 형태로서, 상기 기준 저항, 상기 전압·전류 변환용 저항, 상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 상기 하한 기준 전압 발생용 저항은 동일한 온도 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 센서 IC를 들 수 있다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 반도체 장치에 따른 센서 IC의 내부의 신호 처리 회로의 구성을 센서와 함께 나타낸 블록도이다.

이 센서 IC는, 도 1에 도시한 바와 같이, 물리량을 전기 신호로 변환하여 출력하는 센서(1)와, 이 센서(1)의 출력 신호를 처리하는 집적화된 신호 처리 회로(2)로 구성되고, 이하의 설명에서는 센서(1)와 신호 처리 회로(2)가 하이브리드로 조합된 경우로 한다. 또한, 이 센서 IC는 모노리식의 IC에 의해 실현하도록 해도 좋다.

센서(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 접지 단자(3), 바이어스 단자(4) 및 출력 단자(5, 6)를 구비하고 있다. 센서(1)의 종류로서는 자기 센서, 압력 센서, 광 센서, 온도 센서, 습도 센서, 위치 센서, 속도 센서, 회전 수 센서 등 특히 제한은 없지만, 온도에 의존하지 않는 일정한 전압을 가했을 때 그 출력이 이상적 또는 근사적으로 온도의 1차 함수로서 나타낼 수 있는 센서가 바람직하다. 예를 들면, 자기 센서의 하나인 홀 소자(홀 센서)에 있어서, 그 감자기부가 GaAs(갈륨비소)로 이루어지는 것이 특히 바람직하다.

센서에는 사용하는 온도 범위 내에서 그 출력이 단조롭게 증가 또는 감소하고, 또한 온도 변화가 근사적 또는 이상적으로 온도의 1차 함수로서 표현할 수 있는 것이 많다. 특히 사용 온도 범위를 선택하면, 대부분의 센서의 출력을 온도의 1차 함수로서 근사할 수 있기 때문에, 대부분의 센서를 센서(1)로서 사용할 수 있다.

여기서, 상술한 센서(1)의 출력이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화되는 것은 절대 온도에 대하여 출력이 직선적으로 증가 또는 감소할 뿐만 아니라, 출력이 변화되지 않고서 일정한 경우도 포함되는 것으로 한다.

다음에, 신호 처리 회로(2)의 구성에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다.

이 신호 처리 회로(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 보호 회로(7)와, 대역 갭 레퍼런스 전압 생성 회로(8)와, 내부 전원 생성 회로(9)와, 센서(1)용의 정전압 생성 수단을 구성하는 센서 바이어스 전압 생성 회로(10)와, 클럭 생성 회로(11)와, 증폭 수단을 구성하는 센서 신호 증폭 회로(12)와, 기준 신호 발생 수단을 구성하는 기준 전압 발생 회로(13)와, 비교 수단을 구성하는 슈미트 트리거 회로(14)와, NMOSFET(15)을 적어도 구비하고 있다.

보호 회로(7)는 전원 접속 단자(16)와 접지 단자(17) 사이에 전원이 접속되어 전원 전압이 인가되도록 되어 있고, 그 접속할 때 전원이 반대로 접속된 경우에는 그 출력측에 접속되는 대역 갭 레퍼런스 전압 생성 회로(8), 내부 전원 생성 회로(9) 및 센서 바이어스 전압 생성 회로(10)를 그 역전압으로부터 보호하도록 되어있다.

대역 갭 레퍼런스 전압 생성 회로(8)는 내부 전원 생성 회로(9), 센서 바이어스 전압 생성 회로(10), 기준 전압 발생 회로(13)에 공급하는 기준 전압을 생성함과 함께, 기준 전압 발생 회로(13)에 공급하는 정전류를 생성하도록 되어 있다.

내부 전원 생성 회로(9)는 신호 처리 회로(2) 내의 각부를 구동하는 전압 Vdd를 생성하고, 그 생성된 전압 Vdd는 도면에서는 생략되어 있지만 센서 신호 증폭 회로(12)나 기준 전압 발생 회로(13) 등에 공급되도록 되어 있다.

센서 바이어스 전압 생성 회로(10)는 센서(1)에 공급하는 온도에 의존하지 않는 정전압을 바이어스 전압으로서 생성하는 것이고, 이 생성된 바이어스 전압 Vbias는 센서(1)의 접지 단자(3)와 바이어스 단자(4) 사이에 인가되고, 이에 따라 센서(1)가 동작하도록 되어 있다.

클럭 생성 회로(11)는 센서 신호 증폭 회로(12)를 구성하는 연산 증폭기 OP1∼OP3의 오프셋을 상쇄하기 위해서 도 2에 도시한 바와 같이 설치한 스위치 SW1-1∼SW1-2, 스위치 SW2-1∼SW2-3, 스위치 SW3-1∼SW3-3의 개폐 동작을 행하기 위한 클럭을 생성하도록 되어 있다.

센서 신호 증폭 회로(12)는 센서(1)로부터의 출력 신호를 센서 신호 입력 단자(19, 20)를 통해 두개의 입력 단자에 입력하고, 온도에 의존하지 않는 증폭율(이득)로 증폭함과 함께, 오프셋을 상쇄하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 Voutp는 슈미트 트리거 회로(14)에 공급되고, 그 출력 Voutn은 기준 전압 발생 회로(13)의 연산 증폭기 OP5의 입력 단자에 공급되도록 되어 있다.

기준 전압 발생 회로(13)는 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 전압을 슈미트 트리거 회로(14)가 비교할 때의 두개의 다른 상한 기준 전압 Vhigh와 하한 기준 전압 Vlow를 발생하고, 이 상한 기준 전압 Vhigh 및 하한 기준 전압 Vlow를 슈미트 트리거 회로(14)에 각각 공급하도록 되어 있다. 또한, 기준 전압 발생 회로(13)는 그 출력이 센서(1)의 출력의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화되고, 또한 그 크기가 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 두개의 기준 전압 Vhigh 및 Vlow를 발생하도록 되어 있다. 또, 온도 계수의 의미에 대해서는 후술한다.

여기서, 기준 전압이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화되는 것은 절대 온도에 대하여 직선적으로 증가 또는 감소할 뿐만 아니라, 변화하지 않고서 일정한 경우도 포함되는 것으로 한다.

슈미트 트리거 회로(14)는 그 출력측에 NMOSFET(15)이 접속되고, NMOSFET(15)의 드레인이 출력 단자(21)에 접속되어 있다. 또한, 이 슈미트 트리거 회로(14)는 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 전압을 기준 전압 발생 회로(13)로부터의 상한 기준 전압 Vhigh와 하한 기준 전압 Vlow에 기초하여 비교하고, 그 출력 전압이 상한 기준 전압 Vhigh를 상회하는 경우에는 출력 Vout이 「L」레벨이 되고, 그 출력 전압이 하한 기준 전압 Vlow를 하회하는 경우에는 그 출력 Vout이 「H」레벨이 된다. 또한, 이 슈미트 트리거 회로(14)는 히스테리시스를 갖는 비교기로서 기능하기 때문에, 상한 기준 전압 Vhigh와 하한 기준 전압 Vlow 사이가 불감대가 되고, 이 불감대에서는 출력 Vout이 반전되는 경우는 없다.

다음에, 이러한 구성으로 이루어지는 신호 처리 회로(2)는 IC(집적 회로)로 작성되기 때문에, 이 점에 대하여 설명한다.

신호 처리 회로(2)를 집적화할 때의 프로세스로서는 C-MOS 프로세스, 바이폴라 프로세스 등 특히 제한은 없다. 또한, IC를 형성하는 반도체 기판에 대해서는 절연성 기초 상의 반도체층, 즉 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하지만, 이 경우에는 고온이라도 누설 전류가 적고, 래치 업이 발생하기 어려워 컨덴서 등의 소자 정밀도를 향상시킬 수 있고, 센서 신호 증폭 회로(12)의 오프셋 전압의 저감을 위한 회로 기능이 고온 영역이라도 실온 부근과 다를 바가 없으므로 고정밀도로 얻을 수 있다.

특히, SOI(실리콘·온·인슈레이터) 기판은 실적(實績)이 있는 재료이고, SOI 기판 상(절연성 기판 상에 형성한 실리콘 박막)에 회로를 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이 SOI 구조에서 이용하는 절연성 기초(절연성 기판)로서는 사파이어, γ-Al₂O₃, 불화물, 실리콘 산화물을 이용할 수 있지만, 이들과 동등한 절연성을 갖는 것이면 좋다.

또한, 그 제작 방법에도 특히 제한은 없다. 예를 들면, 절연성 기초가 실리콘 산화물인 경우에는 SIMOX(세퍼레이션·바이·이온·임플랜티드·옥사이드) 기판, 접합 SOI 기판, 고상 에피택셜 성장 SOI 기판 모두 사용할 수 있다.

여기서, 상기한 절연성 기판 상에 설치되어 신호 처리 회로(2)가 형성되는 반도체층인 실리콘 박막(실리콘층)의 두께는 30㎚∼1000㎚로 하는 것이 바람직하다. 두께가 30㎚보다 작으면 실리콘층과 절연층과의 계면 근방의 결함의 영향에 의해서 디바이스의 동작에 문제가 생긴다. 한편, 두께가 1000㎚보다 크면 PN 접합면의 면적이 증가되고, 누설 전류가 벌크 실리콘 기판을 사용한 경우와 동등한 레벨이 되어 150℃ 이상의 고온에서의 디바이스의 동작이 제한된다. 따라서, 그 실리콘 박막의 두께는 보다 바람직하게는 50㎚∼200㎚이고, 후술한 본 발명의 실시예에서는 120㎚의 두께의 실리콘 박막을 사용하고 있다.

다음에, 센서 신호 증폭 회로(12)의 구성의 상세에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.

이 센서 신호 증폭 회로(12)는 도 2에 도시한 바와 같이 3개의 연산 증폭기 OP1∼OP3으로 구성되고, 이 각 연산 증폭기 OP1∼OP3은 센서 신호 증폭용의 비반전 입력 단자(23)와 반전 입력 단자(24) 외에, 오프셋 보상용의 비반전 입력 단자(25)와 반전 입력 단자(26)를 구비하고 있다.

이 센서 신호 증폭 회로(12)는 센서(1)로부터의 출력 신호를 입력하는 두개의 입력 단자(19, 20)를 구비하고, 한쪽의 입력 단자(19)는 스위치 SW2-2를 통해 연산 증폭기 OP1의 비반전 입력 단자(23)에 접속됨과 함께, 연산 증폭기 OP2의 비반전 입력 단자(23)에 직접 접속되어 있다. 또한, 다른쪽의 입력 단자(20)는 스위치 SW3-1을 통해 연산 증폭기 OP1의 비반전 입력 단자(23)에 접속되고, 또한 연산 증폭기 OP3의 비반전 입력 단자(23)에 직접 접속되어 있다.

연산 증폭기 OP1의 비반전 입력 단자(23)와 반전 입력 단자(24) 사이에는 스위치 SW1-1이 접속되어 있다. 또한, 연산 증폭기 OP1의 반전 입력 단자(24)는 스위치 SW2-1을 통해 연산 증폭기 OP2의 반전 입력 단자(24)에 접속됨과 함께, 스위치 SW3-2를 통해 연산 증폭기 OP3의 반전 입력 단자(24)에 접속되어 있다. 연산 증폭기 OP1의 출력 단자와 반전 입력 단자(26) 사이에는 스위치 SW1-2가 접속되고, 그 반전 입력 단자(26)는 컨덴서 C1을 통해 접지되어 있다.

연산 증폭기 OP1의 출력 단자는 스위치 SW2-3을 통해 연산 증폭기 OP2의 비반전 입력 단자(25)에 접속되고, 그 비반전 입력 단자(25)는 컨덴서 C2를 통해 접지되어 있다. 또한, 연산 증폭기 OP1의 출력 단자는 스위치 SW3-3을 통해 연산 증폭기 OP3의 비반전 입력 단자(25)에 접속되고, 그 비반전 입력 단자(25)는 컨덴서 C3을 통해 접지되어 있다.

연산 증폭기 OP2의 반전 입력 단자(24)와 그 출력 단자 사이에 저항 R1이 접속되어 있다. 연산 증폭기 OP2의 출력은 출력 단자(27)로부터 추출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 연산 증폭기 OP2의 반전 입력 단자(24)와 연산 증폭기 OP3의 반전 입력 단자(24) 사이에는 저항 R2가 접속되어 있다. 또한, 연산 증폭기 OP3의 출력은 반전 입력 단자(24)로 귀환됨과 함께, 그 출력이 출력 단자(28)로부터 추출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 연산 증폭기 OP1의 비반전 입력 단자(25)와 연산 증폭기 OP2, OP3의 반전 입력 단자(26)에는 동일한 기준 전위 Vo를 제공하도록 하고 있다.

또한, 상술한 스위치 SW1-1 및 SW1-2, 스위치 SW2-1∼SW2-3 및 스위치 SW3-1∼SW3-3은 도 1에 도시한 클럭 생성 회로(11)로부터의 클럭에 기초하여 소정 주기로 그 개폐 동작을 행하도록 되어 있다.

이러한 구성으로 이루어지는 센서 신호 증폭 회로(12)의 각 연산 증폭기 OP1∼OP3은 도 3에 도시한 바와 같은 구성으로 이루어지기 때문에, 이 연산 증폭기의 구성에 대하여 설명한다.

이 연산 증폭기는, 도 3에 도시한 바와 같이, 오프셋 보상부(31), 증폭부(32) 및 2차 증폭부(33)로 구성되어 있다.

오프셋 보상부(31)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 전류 미러 회로를 구성하는 PMOSFET(이하, PMOS 트랜지스터라고 함) Q1 및 Q6과, 전류 미러 회로를 구성하는 PMOS 트랜지스터 Q2 및 Q5와, PMOS 트랜지스터 Q5 및 Q6의 드레인 사이에 접속되는 오프셋 보상용의 저항 R0과, 오프셋 보상용의 신호를 입력하여 MOS 트랜지스터 Q1, Q2, Q5, Q6의 소스·드레인 전류를 제어하기 위한 NMOSFET(이하, NMOS 트랜지스터라고 함) Q3 및 Q4와, 전류원 Ia로 구성되어 있다.

이것을 상술하면, PMOS 트랜지스터 Q1의 소스가 플러스측 전원 라인(34)에 접속됨과 함께 그 게이트와 드레인이 접속되고, 이 공통 접속부가 NMOS 트랜지스터 Q3의 드레인 및 PMOS 트랜지스터 Q6의 게이트에 접속되어 있다. 또한, PMOS 트랜지스터 Q2의 소스가 플러스측 전원 라인(34)에 접속됨과 함께, 그 게이트와 드레인이 접속되고, 이 공통 접속부가 NMOS 트랜지스터 Q4의 드레인 및 PMOS 트랜지스터 Q5의 게이트에 접속되어 있다.

PMOS 트랜지스터 Q5 및 Q6의 각 소스는 플러스측 전원 라인(34)에 접속됨과 함께, 그 드레인 사이에 온도 보상용의 저항 R0이 접속되어 있다. NMOS 트랜지스터 Q3의 게이트는 입력 단자(26)에 접속되고, NMOS 트랜지스터 Q4의 게이트는 입력단자(25)에 접속되어 있다. 또한, NMOS 트랜지스터 Q3 및 Q4의 각 소스는 공통으로 접속되고, 이 공통 접속부가 정전류원 Ia를 통해 마이너스측 전원 라인(35)에 접속되어 있다.

증폭부(32)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 신호를 입력하기 위한 PMOS 트랜지스터 Q7 및 Q8과, 전류 미러 회로를 구성하는 NMOS 트랜지스터 Q9 및 Q10으로 구성되어 있다.

이것을 상술하면, PMOS 트랜지스터 Q5의 드레인이 PMOS 트랜지스터 Q7의 소스에 접속되어 있다. PMOS 트랜지스터 Q7의 게이트는 입력 단자(24)에 접속되고, 그 드레인은 NMOS 트랜지스터 Q9의 드레인에 접속되어 있다. 또한, NMOS 트랜지스터 Q9의 게이트와 드레인이 접속되고, 그 소스는 마이너스측 전원 라인(35)에 접속되어 있다.

또한, PMOS 트랜지스터 Q6의 드레인이 PMOS 트랜지스터 Q8의 소스에 접속되어 있다. 또한, PMOS 트랜지스터 Q8의 게이트는 입력 단자(23)에 접속되고, 그 드레인은 NMOS 트랜지스터 Q10의 드레인과 2차 증폭부(33)의 입력측에 접속되어 있다. 또한, NMOS 트랜지스터 Q10의 게이트가 NMOS 트랜지스터(9)의 게이트에 접속되고, 그 소스는 마이너스측 전원 라인(35)에 접속되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성되는 센서 신호 증폭 회로(12)의 동작에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

우선, 연산 증폭기 OP1∼OP3에 있어서의 각 오프셋의 보상 동작(상쇄 동작)에 대하여 설명한다.

지금, 도 1에 도시한 클럭 생성 회로(11)로부터의 클럭 ψ1이 온 기간에는 도 2에 도시한 스위치 SW1-1 및 SW1-2만이 동시에 닫힌 상태가 되고, 연산 증폭기 OP1의 비반전 입력 단자(23)와 반전 입력 단자(24)가 접속되어 입력 단자가 단락 상태가 된다. 이 때문에, 연산 증폭기 OP1로부터 출력되는 오프셋 전압이 컨덴서 C1에 유지되고, 이 유지된 전압이 도 3에 도시한 오프셋 보상부(31)의 반전 입력 단자(26)에 공급된다.

그런데, 도 3의 증폭부(32)에 있어서, 증폭해야 할 입력 전압은 PMOS 트랜지스터 Q7과 Q8의 차동쌍의 게이트로부터 제공되지만, PMOS 트랜지스터 Q7과 Q8이 동작하는 임계치 전압이 PMOS 트랜지스터 Q7과 Q8 사이의 미스매치에 기인하여 변동되어 입력의 오프셋 전압이 생기게 된다.

여기서, MOS 트랜지스터 Q1, Q2, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10의 드레인-소스 사이에 흐르는 각 전류를 I₁, I₂, I₅, I₆, I₇, I₈, I₉, I₁₀으로 하고, MOS 트랜지스터 Q3, Q4의 게이트와 마이너스측 전원 라인(35) 사이의 입력 전압을 U_n1, U_p1로 하고, MOS 트랜지스터 Q7, Q8의 게이트와 마이너스측 전원 라인(35) 사이의 입력 전압을 U_p2, U_n2로 하고, MOS 트랜지스터 Q8의 드레인으로부터 2차 증폭부(33)를 향하여 흐르는 전류를 I_out로 하면, MOS 트랜지스터 Q1과 Q6 및 MOS 트랜지스터 Q2와 Q5는 각각 전류 미러 회로를 구성하기 때문에, 이 전류 미러의 관계로부터 다음의 수학식 1, 2가 성립한다.

단, h는 상수이고, 또한 쌍방 모두 미러비는 동일하다.

또한, 정전류원 Ia에 흐르는 전류 Ia는 정전류이기 때문에, 다음의 수학식 3이 성립한다.

또한, MOS 트랜지스터 Q9와 Q10은 전류 미러 회로를 구성하기 때문에, 다음의 수학식 4가 성립한다.

여기서, MOS 트랜지스터 Q7과 Q8의 입력을 0으로 하였을 때의 오프셋 전압이 상기한 바와 같이 컨덴서 C1에 유지되고, 이 유지된 전압이 오프셋 보상부(31)의 MOS 트랜지스터 Q4의 게이트에 인가된다.

이 때문에, 오프셋 보상부(31)의 MOS 트랜지스터 Q3 및 Q4에 흐르는 전류, 즉 전류 I₁과 전류 I₂와의 비율이 변화되고, 이에 따라 전류 I₅, I₆도 변화된다.

여기서, g1을 트랜지스터 Q3, Q4의 상호 컨덕턴스로 하면, 다음에 수학식 5가 성립한다.

또한, 전류 I_out와 전류 I₈은 I_out≪I₈의 관계가 있기 때문에, 다음의 수학식 6이 성립한다.

이 때, 저항 R0을 흘리는 전류 I_R에 대하여 다음의 수학식 7이 성립한다.

또한, 수학식 6과 수학식 7에 의해 다음 수학식 8이 성립한다.

또한, 수학식 1, 2, 5로부터 다음의 수학식 9가 성립한다.

또한, g를 트랜지스터 Q7, Q8의 상호 컨덕턴스로 하고, 또한,g/〔1+(g×R0/2)〕를 g2로 정의하면, 출력 V_out는 k를 상수로서 다음의 수학식 10으로 나타낼 수 있다.

수학식 10에 있어서, 트랜지스터 Q7과 Q8의 미스매치에 기인하는 오프셋 전압은 전압 U_p2와 전압 U_n2의 차로서 나타내기 때문에, 트랜지스터 Q3과 Q4의 입력, 즉 전압 (U_p1-U_n1)을 적절한 값으로 입력함으로써, 오프셋 전압을 상쇄할 수 있다.

다음에, 클럭 생성 회로(11)로부터의 클럭 ψ2가 온 기간에는 스위치 SW3-1∼SW3-3만이 동시에 닫힌 상태로 된다. 이에 따라, 연산 증폭기 OP3에 따른 오프셋 전압이 연산 증폭기 OP1로부터 출력되어 컨덴서 C3에 유지되고, 이 유지 전압이 도 3에 도시한 오프셋 보상부(31)의 비반전 입력 단자(25)에 공급된다. 이 결과, 연산 증폭기 OP3의 오프셋 전압이 상기와 마찬가지의 원리에 의해 상쇄된다.

계속해서, 클럭 생성 회로(11)로부터의 클럭 ψ3이 온 기간에는 스위치 SW2-1∼SW2-3만이 동시에 닫힌 상태가 된다. 이에 따라, 연산 증폭기 OP2에 따른 오프셋 전압이 연산 증폭기 OP1로부터 출력되어 컨덴서 C2에 유지되고, 이 유지 전압이 도 3에 도시한 오프셋 보상부(31)의 비반전 입력 단자(25)에 공급된다. 이 결과, 연산 증폭기 OP2의 오프셋 전압이 상기와 마찬가지의 원리에 의해 상쇄된다.

한편, 이러한 연산 증폭기 OP1∼OP3의 각 오프셋의 보상 동작에 병행하여,센서(1)로부터의 센서 신호 입력 단자(19, 20)에 인가되는 센서 신호 전압 Vhall은 연산 증폭기 OP1 및 OP2에 의해 증폭되고, 그 증폭된 전압이 출력 단자(27, 28)로부터 출력된다.

그리고, 상기한 동작에 의해 연산 증폭기 OP1∼OP3의 오프셋 전압을 완전하게 상쇄할 수 있는 경우에는, 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 단자(27, 28)로 출력되는 출력 전압 Vout은 센서(1)로부터의 센서 신호 입력 단자(19, 20)에 인가되는 센서 신호 전압을 Vhal1로 하면, 다음의 수학식 11로 나타낸 바와 같이 된다.

여기서, R1은 연산 증폭기 OP2의 반전 입력 단자(24)와 그 출력 단자 사이에 접속되는 저항의 저항치이고, 저항 R2는 연산 증폭기 OP2의 반전 입력 단자(24)와 연산 증폭기 OP3의 반전 입력 단자(24) 사이에 접속되는 저항의 저항치이다(도 2 참조).

이 센서 신호 증폭 회로(12)는 수학식 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 저항 R1과 저항 R2에 동일한 온도 계수를 갖게 함으로써, 온도에 의존하지 않는 소요의 증폭도로 센서 신호를 증폭할 수 있다.

다음에, 도 1에 도시한 기준 전압 발생 회로(13)의 구성의 상세에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.

이 기준 전압 발생 회로(13)는, 도 4에 도시한 바와 같이, PMOS 트랜지스터 Q11 및 Q12로 이루어져 정전류원으로서 기능하는 전류 미러 회로(41)와, 전압·전류 변환용 저항 R3에 온도 의존성이 없는 전압 Vbg를 인가시킴으로써 정전류를 흘리는 정전류 회로(42)와, PMOS 트랜지스터 Q14, Q15 및 Q16으로 이루어져 정전류원으로서 기능하는 전류 미러 회로(43)와, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh 및 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow 등으로 이루어지는 기준 전압 발생부(44)와, NMOS 트랜지스터 Q17 및 Q18로 이루어지는 전류 미러 회로(45)를 구비하고, 출력 단자(46, 47)로부터 상한 기준 전압 Vhigh와 하한 기준 전압 Vlow가 출력되어 도 1에 도시한 슈미트 트리거 회로(14)에 공급되도록 되어 있다.

전류 미러 회로(41)는, 도 4에 도시한 바와 같이, PMOS 트랜지스터 Q11과 Q12로 이루어지고, 이들의 각 게이트가 접속되고, 이 공통 접속부가 PMOS 트랜지스터 Q11의 드레인에 접속되어 있다. 또한, PMOS 트랜지스터 Q11과 Q12의 각 소스는 플러스측 전원 라인(51)에 접속되어 있다. 또한, PMOS 트랜지스터 Q12의 드레인은 NMOS 트랜지스터 Q13의 드레인에 접속되어 있다.

이러한 구성으로 이루어지는 전류 미러 회로(41)의 PMOS 트랜지스터 Q11에는 대역 갭 레퍼런스 전압 생성 회로(8)에서 생성된 전류 Iptat가 공급되고, 이 전류 Iptat가 MOS 트랜지스터 Q12에 정전류로서 흐르도록 되어 있다. 이 전류 Iptat는 절대 온도 T에 비례함과 함께, 대역 갭 레퍼런스 회로(8) 내에 설치된 저항 R4(도시하지 않음)의 크기에 반비례하고, K를 상수로 하면, 다음의 수학식 12에 의해 표시된다.

정전류 회로(42)는, 도 4에 도시한 바와 같이, NMOS 트랜지스터 Q13과, 전압·전류 변환용 저항 R3과, 연산 증폭기 OP4로 구성되어 있다. 즉, NMOS 트랜지스터 Q13의 드레인이 MOS 트랜지스터 Q12의 드레인에 접속됨과 함께, 그 소스가 전압·전류 변환용 저항 R3의 일단에 접속되고, 그 타단이 마이너스측 전원 라인(52)에 접속되어 있다. 또한, 연산 증폭기 OP4는 그 비반전 입력 단자에 입력 단자(48)를 통해 대역 갭 레퍼런스 회로(8)로부터 온도 의존성이 없는 정전압 Vbg가 인가됨과 함께, 그 출력 단자가 NMOS 트랜지스터 Q13의 게이트에 접속되고, 그 반전 입력 단자가 NMOS 트랜지스터 Q13의 소스와 전압·전류 변환용 저항 R3과의 공통 접속부에 접속되어 있다.

전류 미러 회로(43)는, 도 4에 도시한 바와 같이, MOS 트랜지스터 Q14, Q15, 및 Q16으로 구성되어 있다. 즉, MOS 트랜지스터 Q14, Q15 및 Q16의 각 게이트가 접속되고, 그 공통 접속부가 MOS 트랜지스터 Q14의 드레인과, MOS 트랜지스터 Q12와 MOS 트랜지스터 Q13의 드레인끼리를 접속한 공통 접속부에 접속되어 있다. 또한, MOS 트랜지스터 Q14, Q15 및 Q16의 각 소스는 플러스측 전원 라인(51)에 접속되어 있다. 또한, MOS 트랜지스터 Q15의 드레인이 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh의 일단에 접속되고, MOS 트랜지스터 Q16의 드레인이 MOS 트랜지스터 Q18의 드레인에 접속되어 있다.

기준 전압 발생부(44)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 연산 증폭기 OP5, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh 및 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow로 구성되어 있다. 즉, 연산 증폭기 OP5는 그 비반전 입력 단자에 센서 신호 증폭 회로(12)로부터의 출력 Voutn이 공급되도록 되어 있고, 그 출력 단자가 반전 입력 단자에 직접 접속되어 있다. 또한, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh와 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow가 직렬로 접속되고, 그 공통 접속부에 연산 증폭기 OP5의 출력 단자가 접속되어 있다. 또한, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh의 일단이 MOS 트랜지스터 Q15의 드레인과 출력 단자(46)에 접속되고, 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow의 일단이 MOS 트랜지스터 Q17의 드레인과 출력 단자(47)에 접속되어 있다.

전류 미러 회로(45)는, 도 4에 도시한 바와 같이, NMOS 트랜지스터 Q17과 Q18로 이루어지고, MOS 트랜지스터 Q17과 Q18의 각 게이트가 접속되며, 이 공통 접속부가 MOS 트랜지스터 Q18의 드레인 및 MOS 트랜지스터 Q16의 드레인에 접속되어 있다. 또한, MOS 트랜지스터 Q17의 드레인은 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow의 일단에 접속되어 있다. 또한, MOS 트랜지스터 Q17과 Q18의 각 소스는 마이너스측 전원 라인(52)에 접속되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성되는 기준 전압 발생 회로(13)의 동작에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.

MOS 트랜지스터 Q11과 Q12는 전류 미러 회로를 구성하기 때문에, MOS 트랜지스터 Q12의 소스와 드레인 사이에는 MOS 트랜지스터 Q11에 흐르는 전류 Iptat가 전류 미러되어 동일한 전류가 흐른다.

한편, 대역 갭 레퍼런스 전압 발생 회로(8)로부터 연산 증폭기 OP4에 공급되는 전압 Vbg는 온도에 의존하지 않는 일정 전압이고, 이 전압이 연산 증폭기 OP4를 통해 MOS 트랜지스터 Q13에 공급되기 때문에, MOS 트랜지스터 Q13의 소스와 드레인사이에는 (Vbg/R3)의 전류가 흐른다. 또, R3은 저항 R3의 저항치이다.

따라서, MOS 트랜지스터 Q14의 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류 I₁₄는 MOS 트랜지스터 Q13에 흐르는 전류와 MOS 트랜지스터 Q12에 흐르는 전류와의 차가 되고, 수학식 12로부터 다음의 수학식 13과 같이 나타난다.

또한, PMOS 트랜지스터 Q14와 Q15 및 Q16은 전류 미러의 관계에 있기 때문에, 그 미러비를 m으로 하였을 때, 상기한 전류 I₁₄의 m배의 전류가 MOS 트랜지스터 Q15, Q16, Q18로 흐르고, 트랜지스터 Q17도 트랜지스터 Q18과 미러 관계에 있기 때문에, 트랜지스터 Q17에도 동일한 전류 I₁₄×m이 흐르고, 이 전류 I₁₄×m이 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh와 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow에 흐르게 된다. 이 결과, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh와 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow에 발생하는 상한 기준 전위 Vhigh와 하한 기준 전위 Vlow는 다음의 수학식 14 및 수학식 15와 같이 나타낸다.

여기서 수학식 14와 수학식 15에 있어서, Voutn은 센서 신호 증폭 회로(12)에서 증폭한 신호치의 영의 전위이다. 또한, 저항 R3, R4, Rhigh 및 Rlow는 동일한 온도 계수를 갖는 것을 사용하고 있기 때문에, 상한 기준 전위 Vhigh와 하한 기준 전위 Vlow는 모두 저항의 온도 변화에 의한 영향은 없고, 항상 절대 온도 T의 1차 함수로 할 수 있다. 또한, 저항 R3, R4, Rhigh 및 Rlow의 각 값과 미러비 m을 변경하는 것만으로 임의의 절대 온도의 1차 함수로서 상한 기준 전위 Vhigh와 하한 기준 전위 Vlow를 생성할 수 있다.

즉, 각종의 센서 중, 정전압 구동한 경우에, 그 출력이 절대 온도의 1차 함수로 이상적 또는 근사적으로 표현할 수 있는 센서에 대해서는 신호 처리 회로(2) 내의 저항 R3, R4, Rhigh 및 Rlow의 값과 미러비 m의 크기만의 변경에 의해 항상 일정 감도로 온·오프하는 센서 IC를 구성할 수 있다.

또한, 특히 저항 Rhigh 및 Rlow를 동일 특성의 동일 저항치로 한 경우에는, 상한 기준 전위 Vhigh와 하한 기준 전위 Vlow는 센서 신호 증폭 회로(12)에서 증폭한 신호의 영 레벨(Voutn)에 대하여 완전하게 대칭인 값으로 할 수 있다. 여기서, 기준 신호로서의 상한 기준 전위 Vhigh와 하한 기준 전위 Vlow의 온도 계수에 대하여 검토한다. 우선, 기준 신호 V의 온도 계수를 다음과 같이 정의하는 것으로 한다. 즉, 절대 온도 T(K)일 때의 기준 신호를 V(T)로 나타내는 것으로 하고, 실온이 T=300K를 기준으로 생각하면, 온도 T(K)일 때의 기준 신호 V(T)의 온도 계수 α는 다음의 수학식 16과 같이 정의한다.

여기서, 수학식 16 중의 ΔV는 기준 신호의 변화량, ΔT는 절대 온도 T의 변화량을 나타낸다.

이 수학식 16에 의해, 수학식 14, 수학식 15에 기초하여 상한 기준 전위 Vhigh와 하한 기준 전위 Vlow의 온도 계수를 구하면, 다음의 수학식 17과 같이 온도에 의존하지 않고 일정해진다.

따라서, 센서(1)로부터의 출력 신호가 절대 온도의 1차 함수일 때, 저항 R3, R4의 저항치를 적당하게 제공함으로써, 그 온도 계수와 수학식 17의 온도 계수를 같게 할 수 있다. 반대로, 온도 계수가 같은 경우, 센서(1)로부터의 출력 신호의 증폭율, 미러비 m, 저항 Rhigh 및 Rlow를 적당하게 제공함으로써, 규정 감도에서의 센서로부터의 신호의 증폭 신호의 온도 특성을 수학식 14, 수학식 15와 동일하게 할 수있다. 즉, 항상 일정한 감도로 온·오프하는 센서 IC를 구성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태에 따른 센서 IC는 센서(1)와, 절연 기판 상에 설치된 반도체층에 형성시킨 신호 처리 회로(2)로 구성하였다. 그리고,센서(1)는 그 출력이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 것으로 하고, 이것에 대응하여, 센서 신호 처리 회로(2)측의 기준 전압 발생 회로(13)는 그 출력이 센서(1)의 출력의 온도 계수와 동일 온도 계수로 변화되고, 또한 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 전압 Vhigh, Vlow를 발생하고, 이 전압을 슈미트 트리거 회로(14)가 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 전압의 크기를 비교하여 온·오프 출력하기 위한 기준 전압으로서 사용하도록 하였다. 또한, 센서 신호 증폭 회로(12)는 센서(1)로부터의 출력 신호를 온도에 의존하지 않는 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋 전압을 상쇄하는 기능을 구비하도록 하였다.

따라서, 이 실시 형태에 따른 센서 IC에서는 센서(1)의 출력에 대하여 저온으로부터 고온에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있고, 또한 종래 실현할 수 없었던 200℃ 이상의 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

또한, 이 실시 형태에 따른 센서 IC에 있어서 센서(1)가 홀 소자이고, 그 감자기부가 GaAs에 의해 구성되는 경우에는 GaAs의 저항이 온도의 증가에 대하여 증가하는 성질이 있기 때문에, 감자기부에 흐르는 전류가 감소하여 전원 전류가 감소한다. 이 때문에, 센서 IC는 고온이 됨에 따라서 소비 전력이 감소하고 또한 그 전류의 소비에 의한 발열이 억제되어 고온이라도 안정적으로 동작할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC용 IC의 실시 형태인 신호 처리 회로(2)는 기준 전압 발생 회로(13)가, 그 크기가 입력 단자(19, 20) 사이에 의해 제공되는 센서(1)로부터의 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화되고, 또한 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 전압 Vhigh, Vlow를 발생하고, 이 전압을 슈미트 트리거 회로(14)가 센서 신호 증폭 회로(12)의 출력 전압의 크기를 비교하여 온·오프 출력하기 위한 기준 전압으로서 사용하도록 하였다. 또한, 신호 처리 회로(2)는 절연 기판 상에 설치된 반도체층에 형성하도록 하였다.

따라서, 이 실시 형태에 따른 신호 처리 회로(2)는 각종의 센서 중 그 출력이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 것 일 때는 그 센서에 따른 온도의 1차 함수로 제공되는 기준 신호를 생성함으로써, 그 센서와 조합하여 사용할 수 있다. 이 경우에는, 이 실시 형태에 따른 센서 IC용 IC는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 할 수 있어 종래 실현할 수 없었던 200℃ 이상의 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

또한, 이 실시 형태의 신호 처리 회로는 자동차의 용도 등의 고온도 하에서나 온도 격차가 큰 부위에서 사용되는 자기 센서와 조합하여 자기 센서 IC를 제공할 수 있는 뿐만 아니라, 압력 센서나 온도 센서 등의 각종 센서와 조합함으로써 고온 하에서 사용할 수 있는 각종 센서 IC를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 센서 IC에서는 센서 바이어스 전압 생성 회로(10)가 발생하는 정전압에 의해 센서(1)를 정전압 구동함과 함께, 센서(1)의 온도 보상을 기준 전압 발생 회로(13)에 의해 행하도록 하였다. 이 때문에, 고온 하에 있어서 센서(1)의 소비 전력을 저감시킬 수 있기 때문에, 고온에서의 발열을 억제할 수 있고, 그 결과, 200℃ 이상의 고온 하에서도 안정 동작을 실현할 수 있다.

또, 상기한 실시 형태에서는 비교 수단으로서 히스테리시스를 갖는 슈미트 트리거 회로(14)를 사용하도록 하였지만, 이것 대신에 히스테리시스를 갖지 않는 비교기를 사용하여도 좋다.

또한, 슈미트 트리거 회로(14) 대신에 A/D 변환기(아날로그·디지털 변환기)로 치환하는 것이 가능하다. 이 경우에는 센서(1)의 증폭 신호를 A/D 변환기의 아날로그 입력 신호로 한다. 또한, 기준 전압 발생 회로(13)는 그 출력이 센서(1)의 출력 온도 계수와 동일 온도 계수로 변화되고, 또한 그 크기가 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 전압을 발생한다. 그리고, A/D 변환기에는 그 기준 전압이 레퍼런스 전압으로서 공급되고, 이것을 이용하여 A/D 변환기는 입력 전압을 디지털 신호로 변환한다.

또한, 상기한 실시 형태에서는 센서로서 그 출력이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화되고, 이것에 대응하여 기준 전압 발생 회로(13)의 발생 전압이 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 것으로 하였다. 그러나, 본 발명은 센서의 출력의 온도 계수가 반드시 일정할 필요는 없고, 이 경우에는 기준 전압 발생 회로(13)는 그 센서의 출력의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 기준 전압을 발생하도록 구성된다. 예를 들면, 온도 계수가 일정하지 않고, 센서의 출력이 절대 온도에 대하여 곡선적으로 제공되는 경우에는 그 곡선 부분을 복수의 구간으로 나누고, 각 구간을 직선으로서 근사하도록 한다. 그리고, 구체적으로는, 직선으로 근사하는 각 구간마다 그 구간에 따른 기준 전압 발생 회로(13)에 상당하는복수의 회로를 설치함과 함께, 각 기준 전압 Vhigh, Vlow와 슈미트 트리거 회로(14) 사이에 아날로그 스위치를 설치하고, 온도에 따라서 아날로그 스위치를 전환하여 기준 전압을 선택하도록 한다. 이에 따라, 항상, 센서의 출력에 따른 기준 전압을 발생시켜 임의의 온도 계수를 갖는 센서에도 대응할 수 있다.

또, 상기한 실시 형태로서, 센서를 홀 소자로 하고, 그 홀 소자의 감자기부를 GaAs로 하는 경우가 바람직하다고 하였지만, 센서의 센싱부의 구성 물질로서 GaAs 와 같은 저항치가 온도의 증가에 대하여 증가하는 물질을 사용하는 경우에는 GaAs를 사용한 경우와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 상기한 실시 형태의 경우, 동작 자속 밀도의 변동 허용 범위로부터 센서의 출력 온도 계수가 0.20%/℃ 근방에서는 온도 계수의 오차로서 30% 이하인 것이 바람직하지만, 온도 계수가 보다 큰 경우에는 허용 오차 범위는 좁아지고, 또한, 온도 계수가 작은 경우에는 온도 계수의 허용 범위는 꽤 넓어진다.

〔실시예 1〕

다음에, 본 발명에 따른 센서 IC의 실시예 1로서 이하와 같은 홀 IC를 제작하였기 때문에, 이것에 대하여 설명한다.

이 실시예 1에 따른 홀 IC는 도 1∼도 4에 도시한 신호 처리 회로를 포함한 IC를 실리콘 산화물을 절연성 기초로 하는 SIMOX 기판 상에 CMOS 프로세스를 이용하여 형성하였다. 또한, 절연성 기초 상의 결정 실리콘층의 두께를 120㎚로 하였다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시한 센서 신호 증폭 회로(12)의 오프셋 보상 기능의 전환 주기를 1/500〔초〕로 하였다.

다음에, 그 센서 신호 증폭 회로(12)를 포함한 IC를 센서(1)로서 감자기부가 GaAs로 이루어지는 홀 소자(이하, GaAs 홀 소자라고 함)와 하이브리드로 조합하고, 이에 따라 홀 IC를 작성하였다.

그리고, GaAs 홀 소자에 온도에 의존하지 않는 정전압 3〔V〕를 인가하고, ±40〔Gauss〕의 자장 환경 하에서의 출력 특성을 측정하고, 도 5에 도시한 바와 같은 측정 결과를 얻었다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, +40〔Gauss〕일 때, -40℃∼200℃의 온도 범위에 있어서, 출력 온도 계수는 대개 -0.18∼-0.20%/℃로 마이너스의 온도 계수로 되어 있고, 그 출력은 절대 온도의 1차 함수로서 표현할 수 있다. 또한, -40〔Gauss〕일 때의 출력은 +40〔Gauss〕일 때의 출력과 비교하면, 온도축에 대하여 거의 대칭으로 되어 있다.

다음에, 도 1의 센서 바이어스 전압 생성부(10)로부터의 바이어스 전압을 3〔V〕로 하여 이 전압을 GaAs 홀 소자에 인가하고, 센서 신호 증폭 회로(12)의 수학식 8으로부터 구해지는 증폭율을 50배로 하고, GaAs 홀 소자의 출력 온도 특성에 맞도록 기준 전압 발생 회로(13)의 저항 R3, Rhigh, Rlow의 각 저항치를 각각 23.81〔kΩ〕, 5.009〔kΩ〕, 5.009〔kΩ〕으로 하였다. 또한, 도 4에 도시한 일정한 전압 Vbg를 1.15〔V〕로 하고, 수학식 12로 나타내는 상수 K를 2.69×10^-4〔A·Ω/K〕, 저항 R4의 저항치를 4.492〔kΩ〕로 하였다. 또한, 수학식 14, 수학식 15의 미러비 m=1로 하였다. 이 결과, 수학식 14, 수학식 15는 수학식 18, 수학식19와 같이 된다.

이것은, 도 5에 도시한 바이어스 전압으로서 3V를 가하고, 40〔Gauss〕의 자장 환경 하에 둔 GaAs의 출력 전압을 50배한 것과 거의 같아진다. 또한, 이 때 기준 전압 Vhigh, Vlow의 온도 계수는 약 -0.20%/℃가 되어 GaAs의 온도 계수와 같아진다.

도 6은 상기한 바와 같은 조건으로 동작시킨 경우에 있어서의 신호 처리 회로(2)의 동작 입력 전압의 온도 특성을 나타낸 것이다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 저항 Rhigh와 저항 Rlow를 동일 저항치로 함으로써 온도축에 대하여 완전하게 대칭인 동작 특성이 얻어지고 있다. 또한, 이 온도 특성은 도 5에 도시한 GaAs 홀 소자의 온도 특성과 마찬가지의 특성을 나타내고 있는 것을 알았다. 또한, -40℃∼200℃ 이상의 온도 범위에 있어서 오프셋 전압도 적고, 온도축에 대하여 대칭의 소요의 특성을 실현할 수 있다.

이 결과, 이 실시예 1에 따른 홀 IC는, 도 7에 도시한 바와 같이, -40℃∼200℃의 온도 영역에 있어서 항상 일정한 자계 ±40〔Gauss〕의 강도로 온·오프하고, 동작점의 대칭성도 우수한 것을 알았다.

도 8은 이 실시예 1에 따른 홀 IC의 전원 전압이 5〔V〕일 때의 전원 전류의 온도 특성을 나타내는 도면이다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 전원 전류가 온도의 상승과 함께 감소하고, 소비 전력이 적어지는 우수한 특성을 실현할 수 있다. 이와 같이 전원 전류가 감소하는 것은 GaAs 홀 소자의 감자기부가 GaAs에 의해 구성되고, 그 GaAs의 저항치가 온도의 증가에 대하여 증가하는 성질이 있기 때문에, 감자기부에 흐르는 전류가 감소하고, 그 결과, 전원 전류가 감소하기 때문이다.

〔실시예 2〕

다음에, 본 발명에 따른 센서 IC의 실시예 2로서, 고온 환경 하에서 사용할 수 있는 고온용 회전 센서 IC에 대하여 도 9로부터 도 14를 참조하여 설명한다.

이 고온용 회전 센서 IC는, 도 9에 도시한 바와 같이, 자기 센서(71)와, 이 자기 센서(71)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(72)로 구성된다. 자기 센서(71)는 도 1의 센서(1)에 상당하고, 신호 처리 회로(72)는 도 1의 신호 처리 회로(2)와 기본적인 구성이 거의 마찬가지이며 후술하는 점이 다르다.

자기 센서(71)는 도 9에 도시한 바와 같이 4개의 자기 저항 소자 MR1∼MR4를 이용한 브릿지 회로를 형성하고, 그 4개의 자기 저항 소자 MR1∼MR4는 후술하는 바와 같이 기어의 회전 검지 센서로서 사용할 수 있도록 배치한다. 브릿지 회로는 그 바이어스 전압 공급 단자 사이에 신호 처리 회로(72)로부터 예를 들면 1〔V〕의 바이어스 전압이 공급되고, 그 출력 단자로부터 출력되는 출력 신호는 신호 처리 회로(72)의 신호 입력 단자에 입력하도록 되어 있다.

자기 센서(71)와 집적 회로화된 신호 처리 회로(72)를, 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이 패키지(75) 내에 배치(수납)한다. 자기 센서(71)를 구성하는 자기 저항 소자 MR1∼MR4는 도 10에 도시한 바와 같이 자기 저항 소자 MR1, MR4가 상하로 배치되어 A블록(73)을 형성하고, 자기 저항 소자 MR2, MR3이 상하로 배치되어 B블록(74)을 형성하고 있다. A블록(73)과 B블록(74)의 배치 간격은 후술하는 기어(82)의 볼록부와 오목부의 간격에 대응하도록 되어 있다. 또한, 자기 센서(71)와 신호 처리 회로(72)는 와이어선(76)으로 전기적으로 접속되며 또한, 신호 처리 회로(72)는 외부와 접속하는 핀(77)과 와이어선(78)으로 접속되어 있다.

신호 처리 회로(72)의 기본적인 구성은 도 1의 신호 처리 회로(2)의 구성과 거의 마찬가지이지만, 상기한 GaAs 홀 소자를 이용한 센서 IC의 경우에 비해 센서 신호 증폭 회로(12)의 증폭율을 후술하는 바와 같이 변경함과 함께, 기준 전압 발생 회로(13)를 도 11에 도시한 바와 같은 기준 전압 발생 회로(79)로 치환하도록 한 점이 다르다.

이와 같이 한 것은, 후술하는 바와 같이 브릿지 회로로부터의 출력 신호의 온도 계수를 0으로서 취급하기 때문이다. 그래서, 그 온도 계수에 맞추기 위해서, 기준 전압 발생 회로(13)를 기준 전압 발생 회로(79)로 치환하고, 이에 따라, 발생하는 기준 전압의 온도 계수가 0이 되도록 한다.

따라서, 기준 전압 발생 회로(79)는, 도 4에 도시한 기준 전압 발생 회로(13)와 그 기본적인 구성은 마찬가지이지만, 도 4의 기준 전압 발생 회로(13)로부터 PMOS 트랜지스터 Q11, Q12를 생략한다. 또, 기준 전압 발생 회로(79)의 다른 부분의 구성은 도 4에 도시한 기준 전압 발생 회로(13)와 마찬가지이기 때문에, 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고 그 구성의 설명은 생략한다.

다음에, 이와 같이 구성한 고온용 회전 센서 IC(81)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 예를 들면 기어의 회전 검출에 사용되며 회전 검지 시스템에 이용할 수 있기 때문에, 이것에 대하여 설명한다.

이 회전 검지 시스템에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 고온용 회전 센서 IC(81)가 강자성체로 이루어져 회전 가능하게 설치된 기어(82)의 외주에, 센서(71)의 블록(73, 74)이 그 외주면에 대향하도록 배치된다. 고온용 회전 센서 IC81의 배면측에는 기어(82)의 자성을 강화하여 자기 검출을 용이하게 하기 위한 사마륨 코발트 자석(83)이 배치된다. 또한, 센서(71)의 브릿지 회로를 구동하기 위해서, 신호 처리 회로(72)로부터 1〔V〕의 정전압을 공급하도록 한다. 또한, 센서(71)의 A블록(73)에서 감지되는 자속 밀도와, 센서(71)의 B블록(74)에서 감지되는 자속 밀도를 전압 신호로서 추출하고, 이 전압 신호를 신호 처리 회로(72)에 입력하도록 한다.

다음에, 이러한 구성의 회전 검지 시스템의 회전 검지의 원리에 대하여, 도 12를 참조하여 설명한다.

A블록(73)의 감자기부(자기 저항 소자 MR1, MR4)와, B블록(74)의 감자기부(자기 저항 소자 MR2, MR3)의 각 자속 밀도는 기어(82)에 오목부와 볼록부가 있기 때문에, 기어(82)의 회전에 맞춰 변화되고, 쌍방의 자속 밀도의 차도 그 회전에 동기하여 변화된다. 이 쌍방의 자속 밀도차의 크기가 어떤 일정한 기준치보다도 커졌을 때, 신호 처리 회로(2)의 출력 신호를 온으로 하고, 그 기준치보다도 작아졌을 때 그 출력 신호를 오프로 하도록 한다.

여기서, 신호 처리 회로(72)로부터 보면, 기어(82), 사마륨 코발트 자석(83) 및 센서(71)를 포함시킨 계(系) 전체가 온도 보상의 대상이라고 말할 수 있다.

센서(71)의 브릿지 회로에 신호 처리 회로(72)로부터 정전압의 1〔V〕를 제공하도록 하고, 기어(82)를 회전시켰을 때 얻어지는 브릿지 회로로부터의 출력 진폭을 도 13에 도시한다. 이 센서계에서는 기어(82)가 회전했을 때 얻어지는 센서(71)의 브릿지 회로로부터의 출력 신호의 진폭은 기어(82)나 자석(83), 또는 브릿지 회로의 온도 변화 때문에, 그 크기의 온도 계수는 대개 -0.01%/℃였다. 따라서, -40℃∼200℃의 온도 범위를 생각한 경우에, 이 온도 범위에서의 온도 계수를 0에 근사해도 실용상 지장이 없기 때문에, 온도 보상에 따른 기준 전압 발생 회로를 도 11에 도시한 바와 같이 구성하고, 발생하는 비교 기준 전압의 온도 계수를 0으로 할 수 있다.

또한, 센서(71)의 A블록(73)과 B블록(74)의 감자기부에 작용하는 자속 밀도가 +15 Gauss에서 신호 처리 회로(72)의 출력이 온이 되고, -15 Gauss에서 그 출력이 오프가 되도록 신호 처리 회로(72)의 파라미터를 결정하고, 기준 전압 발생 회로(79)의 저항 R3, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh 및 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow의 각 값을 R3≒20KΩ, Rhigh=780Ω, Rlow=780Ω으로 설정한다.

또한 수학식 14, 수학식 15에 있어서의 그 밖의 파라미터는 상기한 GaAs 홀 IC와 동일하다.

이 때는 기준 전압 발생 회로(79)의 기준 전압 Vhigh, Vlow는 수학식 14, 수학식 15로부터 Vhigh=+45㎷, Vlow=-45㎷가 된다. 이 기준 전압은 도 14에 도시한 브릿지 회로로부터의 출력 신호를 센서 신호 증폭 회로에서 150배로 증폭한 증폭 신호와 비교하고, 그 결과에 따라서 신호 처리 회로(72)의 출력을 온 또는 오프시키기 때문에, 15 Gauss 이상의 자속 밀도로 된 단계에서 출력의 전환이 발생한다.

이와 같이 하여 구성한 실시예 2의 고온용 회전 센서 IC는 고온의 200℃에서도 문제없이 기어의 회전을 검지할 수 있다.

또, 이 실시예 2와 같이, 기어의 회전을 검지하는 것으로서, 종래부터 실리콘 모노리식으로 CMOS 회로를 사용한 센서 IC가 알려져 있지만, 150℃가 실용의 상한 온도였다. 그러나, 이 실시예 2에서는, 상기한 바와 같이 그 실용의 상한 온도를 200℃ 이상으로 할 수 있다.

〔실시예3〕

다음에, 본 발명에 따른 센서 IC의 실시예 3으로서 고온 환경 하에서 사용할 수 있는 고온용 압력 센서 IC에 대하여, 도 15∼도 19를 참조하여 설명한다.

종래, SOI(Silicon on Insulator) 구조를 이용한 고온용 압력 센서가 200℃ 이상의 고온으로 사용 가능한 것이 알려져 있다. 그래서, 이 실시예 3에 따른 고온용 압력 센서 IC는, 도 15에 도시한 바와 같이, SOI 구조의 압력 센서(87)와, 신호 처리 회로(88)를 조합하고, 이들을 동일한 패키지 내에 수납시켜 200℃ 이상의 고온 하에서 이용할 수 있다.

신호 처리 회로(88)의 기본적인 구성은 도 1의 신호 처리 회로(2)의 구성과거의 마찬가지이지만, 센서 신호 증폭 회로(12)의 증폭율을 후술하는 바와 같이 변경함과 함께, 기준 전압 발생 회로(13)를 도 17에 도시한 바와 같은 기준 전압 발생 회로(101)로 치환하도록 하는 점이 다르다. 이 점에 대해서는 후술한다.

따라서, 기준 전압 발생 회로(101)의 구성은 기준 전압 발생 회로(13)의 구성과 기본적으로 마찬가지이지만, 도 4의 기준 전압 발생 회로(13)로부터 PMOS 트랜지스터 Q11, Q12를 생략함과 함께, 연산 증폭기 OP5의 출력 단자를 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh와 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow의 공통 접속점으로부터 MOS 트랜지스터 Q17의 드레인에 접속을 변경하고, 또한, 그 공통 접속점으로부터 하한 기준 전위 Vlow를 추출하도록 한 점이 다르다. 또, 기준 전압 발생 회로(101)의 다른 부분의 구성은 도 4에 도시한 기준 전압 발생 회로(13)와 마찬가지이기 때문에, 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고 그 구성의 설명은 생략한다.

그런데, 실리콘 확산 저항을 이용한 피에조 저항형 압력 센서는, 고온에서는 PN 접합에 의한 누설 전류 때문에 150℃ 이상에서의 사용은 어렵다. 그래서, 이 실시예 3에서는 도 16과 같은 SOI 구조의 압력 센서(87)를 사용함으로써, 200℃ 이상의 고온 영역에서 동작할 수 있도록 한다.

이 압력 센서(87)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 베이스 기대(基臺)(91) 상에 산화 알루미늄(Al₂O₃)막(92), 실리콘막(93), 산화 알루미늄(Al₂O₃)막(94)이 순차 형성되고, 그 산화 알루미늄막(94) 상의 중심에 피에조 저항 소자(95)가 형성되고,산화 알루미늄막(94)과 피에조 저항 소자(95)의 표면이 산화막(SiO₂)(96)으로 피복됨과 함께 피에조 저항 소자(95)와 4개의 단자(97)는 메탈(98)에 의해 접속되도록 되어 있다(도 15 참조). 또한, 그 4개의 단자(97)는 신호 처리 회로(88)와 전기적으로 접속한다.

압력 센서(87)를 3V의 정전압으로 구동하고, 0.05㎫〔메가파스칼〕의 하중을 제공하였을 때 얻어지는 온도에 대한 출력 전압은 도 18처럼 된다. 도 18에 따르면, 실제의 출력 전압의 온도 계수는 -0.01%/℃ 정도이지만, 근사적으로, 온도 계수를 0으로 하여도 실용상 지장이 없기 때문에, 온도 보상에 따른 기준 전압 발생 회로를 도 17에 도시한 바와 같이 구성하고, 발생하는 비교 기준 전압의 온도 계수를 0으로 할 수 있다.

또한, 이 실시예 3에서는 동작 압력이 0.05㎫에서 신호 처리 회로(88)의 출력이 온이 되고, 그 압력이 0.04㎫에서 그 출력이 오프가 되도록 신호 처리 회로(88)의 파라미터를 결정하고, 센서 신호 회로의 증폭율을 5배로 하여 기준 전압 발생 회로(101)의 저항 R3, 상한 기준 전압 발생용 저항 Rhigh 및 하한 기준 전압 발생용 저항 Rlow의 각 값을 R3=20KΩ, Rhigh=310Ω, Rlow=1250Ω으로 설정한다(그 밖의 파라미터는 상기한 GaAs 홀 IC와 동일함).

이와 같이 하여 구성하는 고온용 압력 센서 IC는, 도 19에 도시한 바와 같이, 실온으로부터 200℃까지의 온도 범위에서, 동작 압력이 0.05㎫에서 출력이 온이 되고, 그 압력이 0.04㎫에서 그 출력이 오프가 된다. 도 19에 있어서, Pon은출력이 온이 되는 동작 압력이고, Poff는 출력이 오프가 되는 동작 압력이다.

이와 같이 하여 구성한 실시예 3의 고온용 압력 센서 IC는 고온의 200℃에서도 문제없이 압력을 검지할 수 있다.

〔실시예 4〕

본 발명의 실시예로서는 상기한 바와 같이 자기 센서 IC 및 압력 센서 IC 에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예 4로서, (1) 다공질층을 갖는 전기 화학 펌프식 산소 센서를 이용한 고온용 산소 센서 스위치, (2) PTC 서미스터, 예를 들면 BaTiO₃계 재료를 사용한 것과 조합함으로써 100℃∼200℃의 온도 범위에서 스위칭하는 온도 스위치를 실현할 수 있다라고 기대할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 IC용 IC는 각종의 센서 소자와 조합할 수 있고, 이 조합에 의해 각종의 센서 IC를 실현할 수 있다.

일반적으로, 센서에 따라서 센서 IC를 설계·제조할 필요가 있지만, 본 발명에 따른 센서 IC는 조정해야 할 파라미터가 증폭율과 온도 계수와 바이어스 전압의 3점이기 때문에, 설계 변경이 용이하다. 덧붙여, 증폭율 및 온도 계수가 다른 온도 보상 기능이 부가된 IC를 미리 복수 설계·제조해 두면, 일반의 센서 소자라도 조합에 의해서는 넓은 온도 영역 혹은 일부의 온도 영역에서 양호하게 온도 보상된 센서 IC로서 조립될 가능성이 높다. 즉, 본 발명에 따른 센서 IC용 IC는 범용적으로 고온용 센서 IC로서 사용할 수 있다.

또한, 센서와 신호 처리 회로를 동일한 패키지 내에 수납함으로써, 소형화할수 있으며 또한 고정밀도로 동작하는 IC 센서를 실현할 수 있다.

이 때문에, 본 발명의 센서 IC용 IC에서는 각종의 센서 중 그 출력의 크기가 기준 신호 발생 수단이 발생하는 기준 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 것일 때는 그 센서와 조합하여 사용할 수 있고, 이 경우에는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온(예를 들면 -40℃로부터 200℃ 이상)에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC용 IC는, 센서와 조합한 센서 IC를 구성하는 경우에, 센서의 온도 특성에 맞춰 기준 신호 발생 수단의 구성 요소를 변경하는 것만으로 실현할 수 있기 때문에, 각종의 센서와 조합할 수 있어 응용 범위가 넓다.

또한, 본 발명의 센서 IC용 IC에 따르면, 기준 신호 발생 수단은 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 그것과 동일한 온도 계수를 갖는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용되도록 되어 있기 때문에, 센서와 조합하여 센서 IC를 구성하는 경우에 그 비교의 정밀도가 향상된다.

또한, 센서는 제조 조립에 있어서, 그 특성의 변동을 엄격하게 선별할 수 있고, 기준 신호 발생 수단은 제조한 센서의 고유의 특성에 맞춘 기준 신호를 발생할 수 있기 때문에, 센서와 조합하여 원하는 사양의 센서 IC를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC용 IC에 따르면, 기준 신호 발생 수단이 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수를 갖고, 또한 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용된다.

이 때문에, 본 발명의 센서 IC용 IC에서는 각종의 센서 중 그 출력의 크기가절대 온도에 대하여 그 크기가 1차 함수적으로 변화할 때는 그 센서에 따른 절대 온도의 1차 함수로 제공되는 기준 신호를 발생함으로써, 그 센서와 조합하여 사용할 수 있고, 이 경우에는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있어 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다. 또한, 가령 넓은 온도 영역에서 1차 함수적이 아니더라도 근사적으로 그 출력을 1차 함수로 간주할 수 있는 온도 영역에서는 그 온도 영역에서 고정밀도의 동작을 실현할 수 있다.

한편, 본 발명의 센서 IC에 따르면, 증폭 수단은 센서의 센서 출력 신호를 입력하고, 이 입력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 동작하여 센서의 출력 신호를 정확하게 증폭할 수 있도록 하였다.

이 때문에, 본 발명의 센서 IC에서는 센서의 출력에 대하여 저온으로부터 고온(예를 들면 -40℃로부터 200℃ 이상)에 걸친 넓은 온도 범위에 걸쳐 고정밀도의 온도 보상을 실현할 수 있고, 고온 하에서도 고정밀도 또한 고신뢰성의 동작을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC는 발명자들이 GaAs의 저항치가 온도에 대하여 증가하는 특성에 주목하고, 그 특성을 적극적으로 또한 효과적으로 이용하기 위해서 예의 연구를 거듭하여 발명을 완성하기에 이른 것이다.

따라서, 본 발명은 홀 소자의 감자기부에 온도에 대하여 그 저항치가 증가하는 GaAs를 채용하였기 때문에, 온도의 증가에 따라서 감자기부의 전류를 감소시켜 전원 전류를 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 센서 IC는 고온이 됨에 따라서 소비 전력이 감소하고 또한 그 전류의 소비에 의한 온도의 상승이 억제되어 고온에서도 안정적으로 동작할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC는, 기준 신호 발생 수단은 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 그것과 동일 온도 계수를 갖는 기준 신호를 발생하고, 이 신호가, 비교 수단이 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용되도록 되어 있기 때문에, 온도 보상의 정밀도가 향상된다.

또한, 센서는 제조 조립에 있어서, 특성별로 엄밀하게 선별할 수 있고, 기준 신호 발생 수단은 선별한 센서의 특성에 맞춘 기준 신호를 발생할 수 있기 때문에, 센서와 조합하여 원하는 사양의 센서 IC를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 센서 IC에서는, 기준 신호 발생 수단이 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수를 갖고, 또한 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 기준 신호를 발생하고, 이 신호를 비교 수단의 증폭 수단의 증폭 출력 신호의 크기와 비교하여 소요의 신호를 출력하기 위한 기준 신호로서 사용하도록 하고, 센서의 출력 신호가 온도의 영향에 의해 변화되어도 그 영향을 상쇄할 수 있도록 하였다.

Claims

반도체 장치에 있어서,

센서로부터의 센서 출력 신호를 입력하고, 상기 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 한 증폭 수단,

상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 수단,

상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 상기 기준 신호 발생 수단으로부터의 기준 신호의 크기와 비교하여, 상기 비교 결과에 따라서 소요의 신호를 출력하는 비교 수단, 및

상기 센서에 대하여 공급해야 할 온도 의존성이 없는 정전압을 생성하는 정전압 생성 수단

을 포함하되,

상기 증폭 수단, 상기 기준 신호 발생 수단, 상기 비교 수단 및 상기 정전압 생성 수단은 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는반도체 장치.
제2항에 있어서, 상기 실리콘 박막의 두께는 30㎚ 이상 1000㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 기준 신호 발생 수단은 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 상기 온도 계수와 동일한 온도 계수를 포함하는 기준 신호를 발생하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제4항에 있어서, 상기 기준 신호가 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증폭 수단은,

복수의 연산 증폭기로 이루어지고, 상기 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 증폭율로 증폭하는 신호 증폭 수단, 및

상기 복수의 연산 증폭기의 각 오프셋의 보상을 소정의 주기마다 행하는 연산 증폭기 보상 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제6항에 있어서,

상기 연산 증폭기는,

상기 센서 출력 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭부, 및

상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 오프셋 보상부

를 포함하되,

상기 오프셋 보상부는 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 오프셋 보상 신호를 소정의 주기마다 수취하고, 상기 오프셋 보상 신호에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제7항에 있어서,

상기 오프셋 보상부는, 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 전압을 유지하는 컨덴서를 더 포함하고,

상기 컨덴서에 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 전압을 주기적으로 유지시키고, 상기 오프셋 보상부는 상기 유지 전압에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 두개의 기준 전압의 크기와 비교하여, 상기 비교 결과에 따라서 출력이 온·오프하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기의 기준 전압에 대한 비율을 연산하고, 상기 비율에 따른 디지털 신호를 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기준 신호 발생 수단은,

온도 의존성이 없는 정전압을 발생하는 정전압원, 및

절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 정전류원

을 적어도 포함하며,

상기 정전압원이 발생하는 정전압과, 상기 정전류원이 발생하는 정전류에 기초하여, 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 두개의 기준 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기준 신호 발생 수단은,

절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 제1 정전류원,

상기 제1 정전류원과 직렬로 접속되어 전압·전류 변환용 저항에 온도 의존성이 없는 정전압을 인가시켜 정전류를 발생하는 제2 정전류원,

상기 제2 정전류원의 전류와 상기 제1 정전류원의 전류와의 차의 상수배의 전류로 이루어지는 정전류를 발생시키는 제3 정전류원, 및

상기 제3 정전류원에 직렬로 접속되고, 상기 제3 정전류원으로부터의 정전류를 흘리는 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항

을 포함하며,

상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항에 발생하는 두개의 전위 중 하나의 전위 또는 두개의 전위를 기준 전위로서 추출하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제12항에 있어서, 상기 기준 저항, 상기 전압·전류 변환용 저항, 상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 상기 하한 기준 전압 발생용 저항은 동일한 온도 계수를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
반도체 장치에 있어서,

측정 물리량을 전기 신호로 변환하여 출력하고, 상기 출력 신호가 고유의 온도 계수를 포함하는 센서,

상기 센서의 센서 출력 신호를 입력하고, 상기 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 소요의 증폭율로 증폭함과 함께 오프셋을 상쇄하도록 한 증폭 수단,

상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수와 동일한 온도 계수로 변화하는 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 수단,

상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 상기 기준 신호 발생 수단으로부터의 기준 신호의 크기와 비교하여, 상기 비교 결과에 따라서 소요의 신호를 출력하는 비교 수단, 및

상기 센서에 대하여 공급하는 온도 의존성이 없는 정전압을 생성하는 정전압 생성 수단

을 포함하되,

상기 증폭 수단, 상기 기준 신호 발생 수단, 상기 비교 수단 및 상기 정전압 생성 수단은 절연성 기판 상에 설치된 반도체층을 이용하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제15항에 있어서, 상기 실리콘 박막의 두께는 30㎚ 이상 1000㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항, 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 센서는 센서 출력 신호가 고유의 온도 계수를 포함하고, 상기 센서 출력 신호가 절대 온도의 1차 함수로 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 자기 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제18항에 있어서, 상기 자기 센서는 홀 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제19항에 있어서, 상기 홀 소자는 감자기부가 GaAs에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 신호 발생 수단은 상기 센서의 센서 출력 신호의 온도 계수를 미리 측정해 놓고, 상기 온도 계수와 동일한 온도 계수를 포함하는 기준 신호를 발생하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제21항에 있어서, 상기 기준 신호가 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증폭 수단은,

복수의 연산 증폭기로 이루어지고, 상기 센서 출력 신호를 온도 의존성이 없는 증폭율로 증폭하는 신호 증폭 수단, 및

상기 복수의 연산 증폭기의 각 오프셋의 보상을 소정의 주기마다 행하는 오프셋 보상 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제23항에 있어서,

상기 연산 증폭기는,

상기 센서 출력 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭부, 및

상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 오프셋 보상부

를 포함하되,

상기 오프셋 보상부는 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 오프셋 보상 신호를 소정의 주기마다 수취하고, 상기 오프셋 보상 신호에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제24항에 있어서,

상기 오프셋 보상부는 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하는 전압을 유지하는 컨덴서를 더 포함하며,

상기 컨덴서에 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압에 따른 전압을 주기적으로 유지시키고, 상기 오프셋 보상부는 상기 유지 전압에 기초하여 상기 차동 증폭부의 오프셋 전압을 상쇄하도록 한 것 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기를 두개의 기준 전압의 크기와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라서 출력이 온·오프되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교 수단은 상기 증폭 수단으로부터의 증폭 출력 신호의 크기의 기준 전압에 대한 비율을 연산하고, 상기 비율에 따른 디지털 신호를 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기준 신호 발생 수단은,

온도 의존성이 없는 정전압을 발생하는 정전압원과,

절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 정전류원을 적어도 포함하며,

상기 정전압원이 발생하는 정전압과, 상기 정전류원이 발생하는 정전류에 기초하여 절대 온도에 대하여 1차 함수적으로 변화하는 두개의 기준 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제14항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기준 신호 발생 수단은,

절대 온도에 비례함과 함께 기준 저항의 크기에 반비례하는 정전류를 발생하는 제1 정전류원,

상기 제1 정전류원과 직렬로 접속되어 전압·전류 변환용 저항에 온도 의존성이 없는 정전압을 인가시켜 정전류를 발생하는 제2 정전류원,

상기 제2 정전류원의 전류와 상기 제1 정전류원의 전류와의 차의 상수배의 전류로 이루어지는 정전류를 발생시키는 제3 정전류원, 및

상기 제3 정전류원에 직렬로 접속되고, 상기 제3 정전류원으로부터의 정전류를 흘리는 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항

을 포함하며,

상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 하한 기준 전압 발생용 저항에 발생하는 두개의 전위 중 하나의 전위 또는 두개의 전위를 기준 전위로서 추출하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제29항에 있어서, 상기 기준 저항, 상기 전압·전류 변환용 저항, 상기 상한 기준 전압 발생용 저항 및 상기 하한 기준 전압 발생용 저항은 동일한 온도 계수를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.