JP2007078397A

JP2007078397A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JP2007078397A
Application number: JP2005263709A
Authority: JP
Inventors: Masao Kanetani; 雅夫金谷; Kimiaki Taruya; 公昭樽谷; Hiroshi Nakamura; 洋志中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-29
Also published as: DE102006001836A1; KR20070030106A; US7171858B1; KR100742072B1; DE102006001836B4

Abstract

【課題】この発明に係る半導体圧力センサは、端子数及びパッド数を削減することで、小型化及び低コスト化を図る。
【解決手段】この発明に係る半導体圧力センサは、メモリに補正データを入力するモードのときには、スイッチ切替用端子２２からの入力信号により、電圧入力用切替スイッチ９及び入出力用切替スイッチ１０は動作して、電圧入力用端子２０及び入出力用端子１８はデジタル部回路４に接続され、また補正、増幅された電気信号を出力するモードのときには、スイッチ切替用端子２２からの入力信号により、電圧入力用切替スイッチ９は半導体センサ用チップ２に接続され、入出力用端子１８は補正・増幅回路５に接続される。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車用エンジンの吸気圧を測定するために用いられる半導体圧力センサに関するものである。

従来、圧力を検知する半導体センサ用チップと、この半導体センサ用チップからの電気信号を補正する補正データを保存するメモリを有するとともに、電気信号を補正及び増幅する半導体調整用チップとを備えた半導体圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この半導体圧力センサでは、メモリに補正データを入力するデータ入力端子と、メモリにデジタルデータを保存するとき外部から高電圧を印加しなければならないときの入力端子である高電圧入力用端子とを備えている。
また、補正、増幅されたセンサ出力信号を出力するセンサ出力端子と、通常時（圧力測定がなされる時）において動作電源を半導体センサ用チップに供給する動作電源入力端子とを備えている。

特許第２７２０７１８号公報

上記構成の半導体圧力センサでは、半導体圧力センサの製造誤差等に起因する初期誤差や、温度変化による誤差の補正をするために、初期の調整時にしか用いられないデータ入力端子及び高電圧入力用端子を備えなければならず、またそれら端子に対応して半導体調整用チップにはパッドを形成しなければならず、大型及び高コストになってしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、端子数及びパッド数を削減することで、小型化及び低コスト化を図ることができる半導体圧力センサを得ることを目的とするものである。

この発明に係る半導体圧力センサは、圧力を検知する半導体センサ部と、この半導体センサ部からの電気信号を補正する補正データを保存するメモリを有するデジタル部回路、前記電気信号を補正及び増幅する補正・増幅回路を含む調整制御部と、この調整制御部に設けられた入出力用パッドに接続され、前記メモリにデータを入力するとともに、補正、増幅された電気信号を出力する入出力用端子と、前記調整制御部に設けられた電圧入力用パッドに接続され、前記メモリに印加するとともに前記半導体センサ部の動作電源用として電圧を入力する電圧入力用端子と、前記調整制御部に設けられたスイッチ切替用パッドに接続されたスイッチ切替用端子と、前記スイッチ切替用パッド及び前記電圧入力用パッドに接続された電圧入力用切替スイッチと、前記スイッチ切替用パッド及び前記入出力用パッドに接続された入出力用切替スイッチとを備え、前記メモリに前記補正データを入力するモードのときには、前記スイッチ切替用端子からの入力信号により、前記電圧入力用切替スイッチ及び前記入出力用切替スイッチは動作して、前記電圧入力用端子及び前記入出力用端子は前記デジタル部回路に接続され、また補正、増幅された前記電気信号を出力するモードのときには、前記スイッチ切替用端子からの入力信号により、前記電圧入力用切替スイッチは前記半導体センサ部に接続され、前記入出力用端子は前記補正・増幅回路に接続される。

この発明に係る半導体圧力センサによれば、端子数及びパッド数を削減することで、小型化及び低コスト化を図ることができる。

以下、この発明の各実施の形態について説明するが、同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の半導体圧力センサを示すブロック図である。
この半導体圧力センサは、箱状のケース１と、このケース１の底面に搭載された半導体センサ用チップ２と、この半導体センサ用チップ２からの電気信号を補正及び増幅する半導体調整用チップ３とを備えている。
半導体センサ部である半導体センサ用チップ２は、ピエゾ抵抗効果を利用した周知のものであり、ダイヤフラムの歪みに伴いダイヤフラム上に形成されたゲージ抵抗の抵抗値変化から圧力を検出し、圧力センサ信号として出力するものである。
調整制御部である半導体調整用チップ３は、半導体圧力センサの製造誤差等に起因する初期誤差や、温度変化による誤差の補正を実施し、圧力センサ信号を所望の出力電圧に変換する増幅回路が含まれる制御部である。

上記半導体調整用チップ３は、デジタル部回路４と、圧力センサ信号を補正する補正・増幅回路５と、半導体センサ用チップ２及び補正・増幅回路５への電源を安定化させる電源回路６と、電源回路６へ流入するノイズをカットする第１のフィルタ７と、圧力センサ信号のノイズをカットする第２のフィルタ８と、電圧入力用切替スイッチ９と、入出力用切替スイッチ１０とを備えている。

上記デジタル部回路４は、補正データをデジタル値で保存するメモリ１１と、多数決回路１２と、そのデルタル値のデータを保持するラッチ回路１３と、デジタル値をアナログ電圧値に変換するＤＡコンバータ１４とを備えている。
上記補正・増幅回路５は、圧力センサ信号出力を増幅するアナログ部回路と、圧力センサ信号出力の特性を補償する信号調整回路とを備えている。
なお、この半導体調整用チップ３は、メモリ１１内にデータを書き込むタイミングの基準信号となるクロック信号を生成するクロック信号生成回路（図示せず）、データの読み書きのトリガ信号となる入出力タイミング信号を生成するタイミング信号生成回路（図示せず）も備えている。

上記半導体調整用チップ３は、ＧＮＤ用端子１６とボンディングワイヤ１７を介して電気的に接続されたＧＮＤ用パッド１５と、入出力用端子１８とボンディングワイヤ１７を介して電気的に接続された入出力用パッド１９と、電圧入力用端子２０とボンディングワイヤ１７を介して電気的に接続された電圧入力用パッド２１と、スイッチ切替用端子２２とボンディングワイヤ１７を介して電気的に接続されたスイッチ切替用パッド２３とを備えている。

上記入出力用端子１８は、半導体センサ用チップ２からの圧力センサ信号を出力する端子であり、またメモリ１１に補正データをデジタル値で書き込むときのデジタルデータを入力する端子でもある。
上記電圧入力用端子２０は、メモリ１１に補正データを保存させるときに高電圧を印加する場合の入力端子であり、また半導体センサ用チップ２を動作させるときに高電圧を印加する場合の入力端子でもある。
上記スイッチ切替用パッド２３は、電圧入力用切替スイッチ９及び入出力用切替スイッチ１０に接続されており、スイッチ切替用端子２２から切替用信号が入力されることで、電圧入力用切替スイッチ９及び入出力用切替スイッチ１０は同時に、メモリ１１に対する補正データの書き込むモード、または半導体センサ用チップ２の動作モードに切り替わるようになっている。

上記構成の半導体圧力センサでは、製造誤差等に起因する初期誤差等の誤差補正を実施する場合、即ちメモリ１１にその補正データの書き込むときには、スイッチ切替用端子２２から電圧を印加して電圧入力用切替スイッチ９が作動し、電圧入力用端子２０はデジタル部回路４に接続され、メモリ１１にはデータを書き込むときの電圧Ｖｐｐが印加される。
また、電圧入力用切替スイッチ９の作動と同時に入出力用切替スイッチ１０も作動し、入出力用端子１８はデジタル部回路４に接続され、入出力用端子１８から入力された補正データは入出力用切替スイッチ１０を通じてデジタル部回路４のメモリ１１に入力される。

一方、半導体圧力センサにより圧力測定が行われる通常時には、スイッチ切替用端子２２から電圧を印加して電圧入力用切替スイッチ９が作動し、電圧入力用端子２０は半導体センサ用チップ２に接続され、電圧入力用端子２０からの高電圧は、第１のフィルタ７、電源回路６を通じて、半導体センサ用チップ２に制御電圧Ｖｃｃとして印加される。
また、電圧入力用切替スイッチ９の作動と同時に入出力用切替スイッチ１０も作動し、入出力用端子１８は半導体センサ用チップ２に接続され、ダイヤフラムの歪みに伴うゲージ抵抗の抵抗値の変化による圧力センサ信号は、補正・増幅回路５、第２のフィルタ８、入出力用切替スイッチ１０、ボンディングワイヤ１７、入出力用端子１８を通じて外部に出力される。

この半導体圧力センサによれば、入出力用端子１８は、半導体センサ用チップ２からの圧力センサ信号を出力する端子と、メモリ１１に補正データをデジタル値で書き込むときのデジタルデータを入力する端子とを兼用しており、また電圧入力用端子２０は、メモリ１１に補正データを保存させるときに高電圧を印加する場合の入力端子と、半導体センサ用チップ２を動作させるときに高電圧を印加する場合の入力端子とを兼用しており、それだけ端子数及びパッド数を削減することができるとともに、配線も簡素化され、小型化及び低コスト化を図ることができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２の半導体圧力センサを示すブロック図である。
この実施の形態では、半導体調整用チップ３の外部にクロック信号生成回路（図示せず）、タイミング信号生成回路（図示せず）が設けられている。
タイミング信号生成回路は、半導体調整用チップ３内に設けられたタイミング用切替スイッチ３０に接続されている。タイミング用切替スイッチ３０は補正・増幅回路５に接続されている。クロック信号生成回路は、クロック用切替スイッチ３１に接続されている。クロック用切替スイッチ３１も補正・増幅回路５に接続されている。
他の構成は、実施の形態１の半導体圧力センサと同様である。

この実施の形態では、メモリ１１にその補正データの書き込むときには、電圧入力用切替スイッチ９、入出力用切替スイッチ１０とともに、タイミング用切替スイッチ３０、クロック用切替スイッチ３１も同時に作動する。その結果、タイミング信号は、タイミング用切替スイッチ３０を通じてデジタル部回路４に入力され、クロック信号は、クロック用切替スイッチ３１を通じてデジタル部回路４に入力される。

一方、半導体圧力センサにより圧力測定が行われる通常時には、タイミング用切替スイッチ３０、クロック用切替スイッチ３１の作動により、半導体センサ用チップ２と補正・増幅回路５とは電気的に接続されており、ダイヤフラムの歪みに伴うゲージ抵抗の抵抗値の変化による圧力センサ信号は、補正・増幅回路５、第２のフィルタ８、入出力用切替スイッチ１０、ボンディングワイヤ１７、入出力用端子１８を通じて外部に出力される。
他の動作は、実施の形態１の半導体圧力センサと同様である。

この実施の形態による半導体圧力センサによれば、クロック用切替スイッチ３１、タイミング用切替スイッチ３０を用いることで、クロック信号生成回路、タイミング信号生成回路は、半導体調整用チップ３の外部に設けることが可能となり、半導体調整用チップ３の小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、実施の形態２の半導体圧力センサでは、電圧入力用切替スイッチ９、入出力用切替スイッチ１０を用いることで端子数及びパッド数の削減を図り、またタイミング用切替スイッチ３０及びクロック用切替スイッチ３１を用いることで、半導体調整用チップ３の小型化及び低コスト化は図っているが、各スイッチのうち、電圧入力用切替スイッチ９、入出力用切替スイッチ１０については採用せず、タイミング用切替スイッチ３０及びクロック用切替スイッチ３１について採用した半導体圧力センサであってもよい。

この半導体圧力センサの場合、メモリに補正データを入力するデータ入力端子、メモリにデジタルデータを保存するとき外部から高電圧を印加しなければならないときの入力端子である高電圧入力用端子、補正、増幅されたセンサ出力信号を出力するセンサ出力端子及び通常時において動作電源を半導体センサ用チップに供給する動作電源入力端子をそれぞれ備えなければならないものの、半導体調整用チップの小型化及び低コスト化を図ることができるという効果がある。

また、実施の形態１、２では、半導体センサ部である半導体センサ用チップ２及び調整制御部である半導体調整用チップ３は、別体であったが、半導体センサ部と調整制御部とを同一のチップ上に形成したＩＣで構成したものであってもよい。
このものの場合、半導体圧力センサの小型化が図れる。

この発明の実施の形態１の半導体圧力センサを示すブロック図である。この発明の実施の形態２の半導体圧力センサを示すブロック図である。

符号の説明

２半導体センサ用チップ（半導体センサ部）、３半導体調整用チップ（調整制御部）、４デジタル部回路、５補正・増幅回路、９電圧入力用切替スイッチ、１０入出力用切替スイッチ、１１メモリ、１８入出力用端子、１９入出力用パッド、２０電圧入力用端子、２１電圧入力用パッド、２２スイッチ切替用端子、２３スイッチ切替用パッド、３０タイミング用切替スイッチ、３１クロック用切替スイッチ。

Claims

圧力を検知する半導体センサ部と、
この半導体センサ部からの電気信号を補正する補正データを保存するメモリを有するデジタル部回路、前記電気信号を補正及び増幅する補正・増幅回路を含む調整制御部と、
この調整制御部に設けられた入出力用パッドに接続され、前記メモリにデータを入力するとともに、補正、増幅された電気信号を出力する入出力用端子と、
前記調整制御部に設けられた電圧入力用パッドに接続され、前記メモリに印加するとともに前記半導体センサ部の動作電源用として電圧を入力する電圧入力用端子と、
前記調整制御部に設けられたスイッチ切替用パッドに接続されたスイッチ切替用端子と、
前記スイッチ切替用パッド及び前記電圧入力用パッドに接続された電圧入力用切替スイッチと、
前記スイッチ切替用パッド及び前記入出力用パッドに接続された入出力用切替スイッチとを備え、
前記メモリに前記補正データを入力するモードのときには、前記スイッチ切替用端子からの入力信号により、前記電圧入力用切替スイッチ及び前記入出力用切替スイッチは動作して、前記電圧入力用端子及び前記入出力用端子は前記デジタル部回路に接続され、
また補正、増幅された前記電気信号を出力するモードのときには、前記スイッチ切替用端子からの入力信号により、前記電圧入力用切替スイッチは前記半導体センサ部に接続され、前記入出力用端子は前記補正・増幅回路に接続される半導体圧力センサ。
さらに、前記調整制御部の外部に設けられ前記メモリ内にデータを書き込むタイミングの基準信号となるクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
前記調整制御部の外部に設けられ前記補正データの読み書きのトリガ信号となる入出力タイミング信号を生成するタイミング信号生成回路と、
前記調整制御部内に設けられ前記クロック信号生成回路に接続されたクロック用切替スイッチと、
前記調整制御部内に設けられ前記タイミング信号生成回路に接続されたタイミング用切替スイッチとを備え、
前記メモリに前記補正データを入力するモードのときには、前記クロック用切替スイッチ及び前記タイミング用切替スイッチは動作して、前記クロック信号生成回路及び前記タイミング信号生成回路はそれぞれデジタル部回路に電気的に接続され、
また補正、増幅された前記電気信号を出力するモードのときには、前記クロック用切替スイッチ及び前記タイミング用切替スイッチは動作して、前記半導体センサ部は前記補正・増幅回路に接続される請求項１に記載の半導体圧力センサ。
圧力を検知する半導体センサ部と、
この半導体センサ部からの電気信号を補正する補正データを保存するメモリを有するデジタル部回路、前記電気信号を補正及び増幅する補正・増幅回路を含む調整制御部と、
前記調整制御部の外部に設けられ前記メモリ内にデータを書き込むタイミングの基準信号となるクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
前記調整制御部の外部に設けられ前記補正データの読み書きのトリガ信号となる入出力タイミング信号を生成するタイミング信号生成回路と、
前記調整制御部内に設けられ前記クロック信号生成回路に接続されたクロック用切替スイッチと、
前記調整制御部内に設けられ前記タイミング信号生成回路に接続されたタイミング用切替スイッチとを備え、
前記メモリに前記補正データを入力するモードのときには、前記クロック用切替スイッチ及び前記タイミング用切替スイッチは動作して、前記クロック信号生成回路及び前記タイミング信号生成回路はそれぞれデジタル部回路に電気的に接続され、
また補正、増幅された前記電気信号を出力するモードのときには、前記クロック用切替スイッチ及び前記タイミング用切替スイッチは動作して、前記半導体センサ部は前記補正・増幅回路に接続される半導体圧力センサ。
前記半導体センサ部は半導体センサ用チップで構成され、前記調整制御部は半導体調整用チップで構成されている請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の半導体圧力センサ。
前記半導体センサ部及び前記調整制御部は、同一のチップ上に形成されたＩＣで構成されている請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の半導体圧力センサ。