JP6264160B2 - 半導体物理量センサ装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体物理量センサ装置に関する。

従来、圧力センサや加速センサなどの半導体物理量センサ装置では、測定精度を向上させるために、トリミング等により特性調整を行うことが多い。このような半導体物理量センサ装置の特性調整のためのトリミング方法として、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリに書き込まれたトリミングのための補正データ（トリミングデータ）に基づいて電気的トリミングを行う方法が公知である（例えば、下記特許文献１，２参照。）。

また、近年、半導体物理量センサ装置の高機能化の要求が高まっており、１製品の中により多くの機能が搭載されている。このような高機能化の要求に対して、下記特許文献２には、温度センサを内蔵した圧力センサが開示されている。下記特許文献２の技術では、電流発生手段から温度検出部に対して所定量の電流を供給した際に電圧測定手段によって測定された電圧値に基づいて温度検出を行っている。

特開２００２−３１０７３５号公報 特開２００６−３２４６５２号公報

しかしながら、通常、温度センサ等の付加機能（セル）をＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップに内蔵した場合、追加したセルから電気信号を取り出すために出力端子を新たに設け、この出力端子とＩＣチップ上の電極パッドとをボンディングワイヤによって接続する必要がある。このため、出力端子を新たに追加することが困難である場合、再設計が必要になるなどコスト増につながるという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、新たに端子を追加することなく、新たな付加機能を追加することができる半導体物理量センサ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、トリミングデータを不揮発性メモリに書き込むために用いる既存の端子を付加機能の出力端子として用いることにより、新たに端子を追加することなく、新たな付加機能を内蔵させることができることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

具体的には、この発明にかかる半導体物理量センサ装置は、検知した物理量に応じた電気信号を生成する第１センサ素子と、前記第１センサ素子の出力特性を調整するためのトリミングデータを電気的な書き込み動作によって記憶する不揮発性の主メモリ回路と、を備え、前記トリミングデータに基づいて前記第１センサ素子の出力特性を調整する半導体物理量センサ装置であって、次の特徴を有する。所定電圧の入力信号が入力される入力端子が設けられている。検知した温度に応じた電気信号を生成する第２センサ素子が設けられている。前記入力端子に印加された前記所定電圧と予め設定された参照電圧との大小を比較し、当該比較結果に基づいて、前記主メモリ回路への書き込み動作を制御する制御信号を出力する比較回路が設けられている。前記制御信号に基づいて、前記入力端子と前記第２センサ素子とを接続する第１スイッチのオン・オフを切り換える第１切換回路が設けられている。そして、前記第１切換回路によって前記第１スイッチをオン状態に切り換え、前記入力端子と前記第２センサ素子とが接続されたときに、前記入力端子を、前記第２センサ素子により生成された電気信号を外部へ出力する出力端子として用いる。

また、この発明にかかる半導体物理量センサ装置は、上述した発明において、前記比較回路は、前記所定電圧が前記参照電圧未満であるときに、前記制御信号として、前記主メモリ回路への書き込み動作を禁止する第１特定信号を出力し、前記第１切換回路は、前記第１特定信号に基づいて前記第１スイッチをオン状態に切り換えることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体物理量センサ装置は、上述した発明において、一端が前記入力端子に接続され、他端が接地された抵抗体と、前記制御信号に基づいて、前記入力端子と前記抵抗体とを接続する第２スイッチのオン・オフを切り換える第２切換回路と、をさらに備える。そして、前記第２切換回路は、前記第１特定信号に基づいて前記第２スイッチをオフ状態に切り換え、前記入力端子と前記抵抗体との接続を切り離すことにより、前記第２切換回路にかかる電圧を接地レベルに引き下げることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体物理量センサ装置は、上述した発明において、さらに次の特徴を有する。前記比較回路は、前記所定電圧が前記参照電圧以上であるときに、前記制御信号として、前記主メモリ回路への書き込み動作を許可する第２特定信号を出力する。前記第１切換回路は、前記第２特定信号に基づいて前記第１スイッチをオフ状態に切り換え、前記入力端子と前記第２センサ素子との接続を切り離す。そして、前記第２特定信号に基づいて前記主メモリ回路に前記トリミングデータを書き込む。

また、この発明にかかる半導体物理量センサ装置は、上述した発明において、さらに次の特徴を有する。一端が前記入力端子に接続され、他端が接地された抵抗体が設けられている。前記制御信号に基づいて、前記入力端子と前記抵抗体とを接続する第２スイッチのオン・オフを切り換える第２切換回路が設けられている。そして、前記第２切換回路は、前記第２特定信号に基づいて前記第２スイッチをオン状態に切り換え、前記入力端子と前記抵抗体とを接続する。

また、この発明にかかる半導体物理量センサ装置は、上述した発明において、前記第２センサ素子の動作電圧は、前記参照電圧未満であることを特徴とする。

本発明にかかる半導体物理量センサ装置によれば、第２センサ素子の出力信号を外部へ出力するときに、例えば主メモリ回路に書き込み動作を制御するイネーブル信号が入力される既存の入力端子と、新たに追加した第２センサ素子と、が接続されるように第１スイッチをオン状態に切り換えて、当該入力端子を、第２センサ素子の出力端子として用いることができるため、新たに端子を追加することなく、新たな付加機能を追加することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 本発明を適用して半導体チップ上に形成した半導体物理量センサ装置の要部構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置の動作時の状態を示す回路図である（Ｈｉｇｈ信号書き込み時）。 本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置の動作時の状態を示す回路図である（Ｌｏｗ信号書き込み時）。 本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置において温度センサの出力信号を外部へ出力するときの状態を示す回路図である。 比較例の半導体物理量センサ装置の動作状態を示す回路図である（Ｈｉｇｈ信号書き込み時）。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体物理量センサ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態）
実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置の全体構成の一例を示すブロック図である。この半導体物理量センサ装置１は、例えば、動作選択回路１１、補助メモリ回路１２、主メモリ回路１３、調整回路１４、センサ素子（第１センサ素子）で構成されるホイートストーンブリッジ回路１５、増幅回路１６、共通化回路１７、センサ素子（第２センサ素子）で構成される温度検出回路１８、および第１から第８までの８個の端子２１〜２８を備えている。

第１端子２１は、半導体物理量センサ装置１の接地電位を供給する端子である。第２端子２２は、半導体物理量センサ装置１の動作電圧を供給する端子である。第３端子２３は、直列ディジタルデータ（シリアルデータ）の入出力を行う端子である。すなわち、第３端子２３は、半導体物理量センサ装置１とその外部の回路との間で直列ディジタルデータの授受に供される。第４端子２４は、外部クロックを入力する端子である。すなわち、第４端子２４は、半導体物理量センサ装置１に外部クロックを供給するための端子である。

第５端子（入力端子）２５は、内部ディジタル回路の制御信号を入力する端子である。また、第５端子２５は、温度検出回路１８の検出信号を外部へ出力する端子を兼ねる。第６端子２６は、主メモリ回路１３にデータを書き込む際に、第２端子２２に印加される動作電圧以上の電圧を供給する端子である。第７端子２７は、主メモリ回路１３にデータを書き込む際に、第２端子２２に印加される動作電圧以上で、かつ第６端子２６の印加電圧とは異なる電圧を供給する端子である。第８端子２８は、半導体物理量センサ装置１の検出信号を装置外部へ出力する端子である。

補助メモリ回路１２は、第４端子２４に入力された外部クロックに基づく動作タイミングで、外部から供給された直列ディジタルデータを内部で使用するために並列ディジタルデータ（パラレルデータ）に変換する。また、補助メモリ回路１２は、内部で使用している並列ディジタルデータを外部へ出力するために直列ディジタルデータに変換する。また、補助メモリ回路１２は、動作選択回路１１に制御データを供給する。具体的には、補助メモリ回路１２は、例えばシフトレジスタである。主メモリ回路１３は、第６端子２６および第７端子２７の印加電圧に応じて、補助メモリ回路１２から供給された並列ディジタルデータよりなるトリミングデータを記憶する。具体的には、主メモリ回路１３は、例えばＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリである。

動作選択回路１１は、第５端子２５に入力された制御信号、および補助メモリ回路１２から供給された制御データに基づいて、補助メモリ回路１２および主メモリ回路１３にデータの入出力を制御する信号を供給する。ホイートストーンブリッジ回路１５は、被測定媒体の物理量に応じた出力信号を発生する。具体的には、ホイートストーンブリッジ回路１５は、例えば印加圧力に応じた出力信号を発生させる半導体歪みゲージにより構成されるゲージ回路であってもよい。増幅回路１６は、ホイートストーンブリッジ回路１５の出力信号を増幅し、それを第８端子２８を介して外部へ出力する。

調整回路１４は、補助メモリ回路１２または主メモリ回路１３から供給されたトリミングデータに基づいて、ホイートストーンブリッジ回路１５に対して温度特性を考慮した感度調整を行い、また増幅回路１６に対して温度特性を考慮したオフセット調整を行う。共通化回路１７は、温度検出回路１８の出力信号を外部へ出力する出力端子を、内部ディジタル回路の制御信号を入力する第５端子２５に共通化する機能を有する。温度検出回路１８は、半導体物理量センサ装置１の内部の温度に応じた出力信号を発生させる。具体的には、温度検出回路１８は、例えば、温度変化に対してトランジスタのベース−エミッタ間の電圧がほぼ直線的に変化する特性を利用した温度センサであってもよい。

これら動作選択回路１１、補助メモリ回路１２、主メモリ回路１３、調整回路１４、ホイートストーンブリッジ回路１５、増幅回路１６、共通化回路１７および温度検出回路１８は、例えば同一半導体チップ上に形成されており、ＣＭＯＳ（相補型金属−酸化膜−半導体）製造プロセスにより製造される能動素子および受動素子のみで構成されている。動作選択回路１１、補助メモリ回路１２、主メモリ回路１３および共通化回路１７はディジタル回路部を構成する。一方、調整回路１４、ホイートストーンブリッジ回路１５、増幅回路１６および温度検出回路１８はアナログ回路部を構成する。

次に、本発明を適用して半導体チップ上に形成した半導体物理量センサ装置の要部の構成について説明する。図２は、本発明を適用して半導体チップ上に形成した半導体物理量センサ装置の要部構成の一例を示すブロック図である。図２には、図１の共通化回路による入力（接続）切換のための構成の一例を示す。半導体物理量センサ装置３は、端子パッド共通化回路３１、温度センサ（第２センサ素子）３２、シフトレジスタ３３およびＥＰＲＯＭ３４を備えている。また、半導体物理量センサ装置３には、外部からの電源供給や信号の授受のために、ＧＮＤ端子４１、Ｖｃｃ端子４２およびＥ端子（入力端子）４３が設けられている。

ＧＮＤ端子４１およびＶｃｃ端子４２は、それぞれ半導体物理量センサ装置３に接地電位および特に限定しないが、たとえば５Ｖの電源電位を供給するための端子である。Ｅ端子４３には、半導体物理量センサ装置３内のディジタル回路の動作状態を制御するためのイネーブル信号が外部から供給される。具体的には、Ｅ端子４３には、ＥＰＲＯＭ３４にトリミングデータを書き込むためのトリガとなる所定電圧（以下、入力電圧とする）Ｖｉｎの入力信号（書き込み制御信号）が供給される。書き込み制御信号とは、Ｈｉｇｈ信号（第２特定信号）またはＬｏｗ信号（第１特定信号）の２値である。Ｈｉｇｈ信号は、ＥＰＲＯＭ３４への書き込み動作を許可するための書き込み制御信号である。Ｌｏｗ信号は、ＥＰＲＯＭ３４への書き込み動作を禁止するための書き込み制御信号である。また、Ｅ端子４３は、温度センサ３２の出力信号を装置外部へ出力する端子として機能する。温度センサ３２の出力信号は、装置外部に配置されたＡ／Ｄコンバータ５３によって計測される。

端子パッド共通化回路３１は、コンパレータ（比較回路）３１１、第１，２ゲート回路（第１，２切換回路）３１２，３１３およびプルダウン抵抗３１４を備える。また、端子パッド共通化回路３１は、Ｅ端子４３とシフトレジスタ３３および温度センサ３２との間に接続されている。コンパレータ３１１は、Ｅ端子４３とシフトレジスタ３３との間に接続されている。コンパレータ３１１には、Ｅ端子４３に入力信号が供給されることで印加された入力電圧Ｖｉｎと、予め設定された参照電圧Ｖｒｅｆとが入力される。参照電圧Ｖｒｅｆは、例えば、一定電圧を保持するための一般的な構成の電圧源（以下、参照電圧源とする）によって生成される。参照電圧Ｖｒｅｆは、ＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号とＬｏｗ信号との間の電圧値を有し、ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号を決定するための基準となる。具体的には、参照電圧Ｖｒｅｆは、Ｖｃｃ端子４２に印加される電圧Ｖ１（例えば５Ｖ）よりも低く、かつＧＮＤ端子４１に印加される電圧Ｖ０（例えば０Ｖ）よりも高い（Ｖ０＜Ｖｒｅｆ＜Ｖ１）。

コンパレータ３１１は、Ｅ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎと予め設定された参照電圧Ｖｒｅｆとの大小を比較し、当該比較結果に基づいてＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号（Ｈｉｇｈ信号またはＬｏｗ信号）を出力する。具体的には、Ｅ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎが参照電圧Ｖｒｅｆ以上である場合（Ｖｉｎ≧Ｖｒｅｆ）、コンパレータ３１１は、ＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号を出力する。一方、Ｅ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎが参照電圧Ｖｒｅｆ未満である場合（Ｖｉｎ＜Ｖｒｅｆ）、コンパレータ３１１は、ＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号を出力する。すなわち、コンパレータ３１１は、ＥＰＲＯＭ３４への書き込みを行うための動作モードにおいては、Ｅ端子４３に入力された入力信号と同じ信号を出力する。また、コンパレータ３１１の出力信号（すなわちＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号）は、第１，２ゲート回路３１２，３１３を構成するスイッチのオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）を切り換えるゲート制御信号となる。

第１ゲート回路３１２は、Ｅ端子４３と温度センサ３２との間に接続され、コンパレータ３１１の出力信号に基づいてＥ端子４３と温度センサ３２との接続の切り換えを行う。具体的には、第１ゲート回路３１２は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ａ、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ｂおよびインバータ３１２ｃからなる一般的なトランスミッション（伝送）ゲート（第１スイッチ）で構成されている。ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ｂは相補に接続され、コンパレータ３１１の出力信号に基づいてゲート駆動する。インバータ３１２ｃは、入力側にコンパレータ３１１が接続され、出力側にｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ａのゲートが接続されている。

第１ゲート回路３１２を設けることにより、コンパレータ３１１の出力信号がＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号である場合に、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ｂのドレイン・ソース間がオフ状態となり、Ｅ端子４３と温度センサ３２との接続が切り離される（第１ゲート回路３１２のオフ動作）。一方、コンパレータ３１１の出力信号がＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号である場合には、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ｂのドレイン・ソース間が導通してオン状態となり、Ｅ端子４３と温度センサ３２とが接続される（第１ゲート回路３１２のオン動作）。

第２ゲート回路３１３は、Ｅ端子４３とプルダウン抵抗３１４との間に接続され、コンパレータ３１１の出力信号に基づいてＥ端子４３とプルダウン抵抗３１４との接続の切り換えを行う。具体的には、第２ゲート回路３１３は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ａ、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ｂおよびインバータ３１３ｃからなる一般的なトランスミッションゲート（第２スイッチ）で構成されている。ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ｂは相補に接続され、コンパレータ３１１の出力信号に基づいてゲート駆動する。インバータ３１３ｃは、入力側にコンパレータ３１１が接続され、出力側にｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ｂのゲートが接続されている。

第２ゲート回路３１３を設けることにより、コンパレータ３１１の出力信号がＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号である場合に、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ｂのドレイン・ソース間が導通してオン状態となり、Ｅ端子４３とプルダウン抵抗３１４とが接続される（第２ゲート回路３１３のオン動作）。一方、コンパレータ３１１の出力信号がＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号である場合には、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ｂのドレイン・ソース間がオフ状態となり、Ｅ端子４３とプルダウン抵抗３１４との接続が切り離される（第２ゲート回路３１３のオフ動作）。

温度センサ３２は、半導体物理量センサ装置３の内部の温度を検出する。温度センサ３２の動作電圧は、参照電圧Ｖｒｅｆ未満である。具体的には、温度センサ３２は、１つのｎｐｎトランジスタ、または直列（多段）に接続された複数のｎｐｎトランジスタにより構成されている。温度センサ３２を構成するｎｐｎトランジスタの段数に基づいて、温度センサ３２の動作電圧、すなわちコンパレータ３１１の参照電圧Ｖｒｅｆが決定される。図２には、５つのｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５が多段に接続された温度センサ３２を示している。具体的には、温度センサ３２は、ｎｐｎトランジスタ３２１のコレクタにｎｐｎトランジスタ３２２のエミッタが接続され、ｎｐｎトランジスタ３２２のコレクタにｎｐｎトランジスタ３２３のエミッタが接続され、以降順次ｎｐｎトランジスタ３２３からｎｐｎトランジスタ３２５まで接続されてなる。

各ｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５は、それぞれ、ベースとコレクタとが短絡されている。ｎｐｎトランジスタのベースとコレクタとを短絡させることにより、ベースとコレクタとの間のｐｎ接合は常に同電位に保たれ機能しないため、電気的には、ベースとエミッタとの間のｐｎ接合のみが機能する。したがって、各ｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５は、それぞれダイオードとして機能する。すなわち、各ｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５において、ベースとコレクタとの接続点がダイオードのアノードとなり、コレクタがカソードとなる。ｎｐｎトランジスタ３２１のエミッタ（カソード）は接地されており、ベースとコレクタとの接続点（アノード）は第１ゲート回路３１２のｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１２ｂのドレインに接続されている。

温度センサ３２を構成するｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５のいわゆるダイオード順方向電圧Ｖｆは、第１ゲート回路３１２のオン動作により、温度センサ３２の出力信号としてＥ端子４３から出力される。Ｅ端子４３は、装置外部に配置された抵抗体５１を介して電源電位の外部端子５２に接続されている。Ｅ端子４３とＧＮＤ端子４１との間にはＡ／Ｄコンバータ５３が接続されている。このため、温度センサ３２には、（電源電圧−Ｅ端子４３の電圧）／（抵抗体５１の抵抗値）＝電流値Ｉによって求められる電流値Ｉが流れる。Ｅ端子４３とＧＮＤ端子４１との間の電圧、すなわちＥ端子４３から装置外部へ出力された温度センサ３２の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ５３によって計測される。

プルダウン抵抗３１４の一端は、第２ゲート回路３１３のｐ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ａおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴ３１３ｂのドレインに接続されている。すなわち、プルダウン抵抗３１４は、第２ゲート回路３１３を介してＥ端子４３に接続されている。プルダウン抵抗３１４の他端は接地されている。プルダウン抵抗３１４は、第２ゲート回路３１３がオフ状態にあるときに、第２ゲート回路３１３にかかる電圧を接地レベルに引き下げて、第２ゲート回路３１３に強制的にＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号を供給する機能を有する。これにより、第２ゲート回路３１３にノイズなどが入ったときに第２ゲート回路３１３が誤動作することを防止することができ、第２ゲート回路３１３のオフ状態を維持することができる。

シフトレジスタ３３は、ＣＬＫ端子（不図示、図１の第４端子２４に対応）に入力された外部クロックに同期して、外部から供給された直列ディジタルデータを並列ディジタルデータに変換する。また、シフトレジスタ３３は、ＥＰＲＯＭ３４に記憶されている並列ディジタルデータよりなるトリミングデータを直列ディジタルデータに変換する。シフトレジスタ３３には、例えば、ＤＳ端子（不図示、図１の第３端子２３に対応）から供給された制御データや、ＥＰＲＯＭ３４へ供給するデータ、調整回路（不図示、図１の調整回路１４に対応）へ供給するトリミングデータ、ＥＰＲＯＭ３４から供給されたデータなどが格納される。ＥＰＲＯＭ３４は、シフトレジスタ３３から供給された並列ディジタルデータよりなるトリミングデータを記憶する。

これら端子パッド共通化回路３１、温度センサ３２、シフトレジスタ３３およびＥＰＲＯＭ３４は、それぞれ、図１の共通化回路１７、温度検出回路１８、補助メモリ回路１２および主メモリ回路１３としての機能を有する。ＧＮＤ端子４１、Ｖｃｃ端子４２およびＥ端子４３は、それぞれ第１端子２１、第２端子２２および第５端子２５に対応している。また、図示省略するが、半導体物理量センサ装置３は、図１に示す半導体物理量センサ装置１と同様に動作選択回路１１、調整回路１４、ホイートストーンブリッジ回路１５、増幅回路１６および第３，４，６〜８端子２３，２４，２６〜２８に対応する構成部を備えている。

次に、上述した半導体物理量センサ装置３の動作について説明する。図３，４は、本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置の動作時の状態を示す回路図である。図５は、本発明の実施の形態にかかる半導体物理量センサ装置において温度センサの出力信号を外部へ出力するときの状態を示す回路図である。図３，４には、ＥＰＲＯＭ３４にトリミングデータを書き込むときの、例えば半導体物理量センサ装置３の製品としての運用前の調整時の動作状態を示す。具体的には、図３には、ＥＰＲＯＭの書き込み制御信号がＨｉｇｈ信号である場合を示し、図４には、ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号がＬｏｗ信号である場合を示す。図５には、半導体物理量センサ装置３の製品としての運用時の動作状態を示す。図６は、比較例の半導体物理量センサ装置の動作状態を示す回路図である。

まず、ＥＰＲＯＭ３４への書き込み動作を行う動作モードにおいて、ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号がＨｉｇｈ信号である場合の動作について説明する。図３に示すように、コンパレータ３１１にＥ端子４３からのイネーブル信号３０が入力され、コンパレータ３１１によってＥ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎと参照電圧Ｖｒｅｆとが比較される。Ｅ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎが参照電圧Ｖｒｅｆ以上である場合（Ｖｉｎ≧Ｖｒｅｆ）、コンパレータ３１１の出力信号はＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号３０ａとなる。このＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号３０ａにより、第１ゲート回路３１２によってＥ端子４３と温度センサ３２との接続が切り離され（第１ゲート回路３１２のオフ動作）、第２ゲート回路３１３によってＥ端子４３とプルダウン抵抗３１４とが接続される（第２ゲート回路３１３のオン動作）。

また、シフトレジスタ３３にＥＰＲＯＭ３４のＨｉｇｈ信号３０ａが入力されることにより、ＥＰＲＯＭ３４にトリミングデータが記憶される。このとき、第１ゲート回路３１２によってＥ端子４３と温度センサ３２との接続が切り離されない場合、図６に示す比較例の半導体物理量センサ装置１０３のように、Ｅ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎにより温度センサ３２を構成するｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５に大きなダイオード順方向電流Ｉｆが流れる。このため、温度センサ３２が発熱し、温度センサ３２を構成するｎｐｎトランジスタ３２１〜３２５が破壊に至る虞がある。温度センサ３２に大きなダイオード順方向電流Ｉｆが流れる理由は、ＥＰＲＯＭ３４への書き込み動作時、書き込み制御信号の値によらず、温度センサ３２が常に動作しているからである。

本発明においては、ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号がＨｉｇｈ信号３０ａである場合に、Ｅ端子４３と温度センサ３２との接続を切り離すため、温度センサ３２が破壊に至ることを防止することができる。また、ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号がＨｉｇｈ信号３０ａである場合には、第２ゲート回路３１３によってＥ端子４３とプルダウン抵抗３１４とが接続されるため、温度センサ３２の出力がＥ端子４３から外部へ出力されることを防止することができる。ＥＰＲＯＭ３４に書き込まれるトリミングデータは、例えばＤＳ端子から供給される。

一方、ＥＰＲＯＭ３４への書き込み動作を行う動作モードにおいて、図４に示すように、Ｅ端子４３に印加された入力電圧Ｖｉｎが参照電圧Ｖｒｅｆ未満である場合（Ｖｉｎ＜Ｖｒｅｆ）、コンパレータ３１１の出力信号はＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号３０ｂとなる。このＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号３０ｂにより、第１ゲート回路３１２によってＥ端子４３と温度センサ３２とが接続され（第１ゲート回路３１２のオン動作）、第２ゲート回路３１３によってＥ端子４３とプルダウン抵抗３１４との接続が切り離される（第２ゲート回路３１３のオフ動作）。この第２ゲート回路３１３のオフ動作時には、第２ゲート回路３１３にかかる電圧がプルダウン抵抗３１４によって接地レベルに引き下げられるため、第２ゲート回路３１３に強制的にＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号３０ｂを供給することができる。半導体物理量センサ装置３の動作が不安定になることを防止することができる。

また、シフトレジスタ３３にＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号３０ｂが入力されることにより、半導体物理量センサ装置３は、ＥＰＲＯＭ３４に記憶されたデータを用いてトリミングを行う定常状態となる。また、このとき、第１ゲート回路３１２のオン動作によりＥ端子４３と温度センサ３２とが接続されているため、温度センサ３２の出力信号（検出信号）をＥ端子４３から外部へ出力可能な状態となる。Ｅ端子４３と温度センサ３２とが接続されていることで温度センサ３２に電流が流れるが、コンパレータ３１１の出力信号がＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号３０ｂである場合、Ｅ端子４３に印加される入力電圧Ｖｉｎは十分に低い。したがって、温度センサ３２に大電流は流れず、温度センサ３２が破壊に至ることはない。

したがって、半導体物理量センサ装置３の製品としての運用時には、図５に示すように、温度センサ３２の動作電圧（すなわちＥ端子４３に印加される入力電圧Ｖｉｎ）がコンパレータ３１１に印加される参照電圧Ｖｒｅｆ未満となるように設計すればよい（Ｖｉｎ＜Ｖｒｅｆ）。これにより、温度センサ３２の出力信号を外部へ出力するときには、コンパレータ３１１の出力信号は常にＥＰＲＯＭ３４のＬｏｗ信号３０ｃとなる。このため、半導体物理量センサ装置３の製品としての運用時に、温度センサ３２の出力信号３０ｄをＥ端子４３から外部へ出力することができるとともに、ＥＰＲＯＭ３４に記憶されたデータを用いて例えば圧力センサ（不図示、図１のホイートストーンブリッジ回路１５に対応）の出力特性をトリミングする定常状態とすることができる。

したがって、温度センサ３２の出力信号３０ｄを外部へ出力するときには、Ｅ端子４３を、温度センサ３２の出力信号３０ｄを外部へ引き出すための出力端子としてのみ用いることができ、温度センサ３２を正常に動作させることができる。温度センサ３２の出力信号３０ｄを計測するには、上述したように、電源電位の外部端子５２と半導体物理量センサ装置３のＥ端子４３との間に抵抗体５１を配置し、Ａ／Ｄコンバータ５３によって抵抗体５１のＥ端子４３側の端部とＧＮＤ端子４１との間の電圧を検出すればよい（図２）。一方、ＥＰＲＯＭ３４にトリミングデータを書き込む動作モードのときには、温度センサ３２の出力信号３０ｄが外部に出力されない構成となるため、Ｅ端子４３を、イネーブル信号が外部から供給する入力端子としてのみ用いることができる。

上述したＥＰＲＯＭ３４の動作モードは一例であり、さらに他の制御フラグに基づいて複数の動作モードを追加可能である。例えば、制御フラグとして、ＤＳ端子からの制御データや、ＣＬＫ端子の入力信号、ＣＧ端子（不図示、図１の第６端子２６に対応）およびＥＶ端子（不図示、図１の第７端子２７に対応）に印加される電圧値などを用いてもよい。ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号がＨｉｇｈ信号３０ａである場合の動作モードは、ＥＰＲＯＭ３４にトリミングデータを書き込む他に、例えば、シフトレジスタ３３から外部に直列ディジタルデータを出力する、シフトレジスタ３３に格納されたデータを用いてトリミングを行う、シフトレジスタ３３に格納されたデータをＥＰＲＯＭ３４に転送する、および、ＥＰＲＯＭ３４に記憶されたデータをシフトレジスタ３３に転送するなどの動作モードを追加可能である。ＥＰＲＯＭ３４の書き込み制御信号がＨｉｇｈ信号３０ａである場合の動作モードは、ＥＰＲＯＭ３４に記憶されたデータを用いてトリミングを行う他に、例えば、外部からシフトレジスタ３３に直列ディジタルデータを入力するなどの動作モードを追加可能である。

以上、説明したように、実施の形態によれば、端子パッド（Ｅ端子）とＥＰＲＯＭおよび温度センサとの間に端子パッド共通化回路を設けることにより、温度センサの出力信号を外部へ出力するときに、既存の端子パッドと新たに追加した温度センサとが接続されるように第１ゲート回路をオン状態に切り換えて、当該端子パッドを、温度センサの出力端子として用いることができる。これにより、新たに端子を追加することなく、新たな付加機能を追加することができる。例えば、自動車用の温度センサの場合、端子パッド共通化回路は端子パッドよりも占有面積を小さくすることができるため、チップ面積を縮小化させることができ、コストを低減することができる。また、端子パッドよりも端子パッド共通化回路の占有面積が大きくなる場合であっても、端子数を増加させることなく、従来と同じ端子数を維持することができるため、既存の製造設備や検査設備を用いることができる。このため、製造コスト的に有利であるとともに、端子数を増やすことができない場合にも有利である。

また、実施の形態によれば、端子パッド（Ｅ端子）に入力される温度センサの動作電圧はＥＰＲＯＭのＨｉｇｈ信号（電源電位レベル）とＬｏｗ信号（接地レベル）との間の参照電圧未満であるため、温度センサの出力信号を外部へ出力するときに、ＥＰＲＯＭへの書き込み制御信号は常にＬｏｗ信号となる。したがって、誤動作等を生じさせることなく、温度センサの出力信号を取り出すことができる。また、トリミングデータをＥＰＲＯＭに書き込む際にイネーブル信号が供給される端子パッドは、製品完成後のトリミング時にのみ用いられ、このトリミング後、製品として半導体物理量センサ装置を実際に運用するときには製品機能上使用されない端子となる。このため、既存の端子を有効に利用することができる。したがって、付加機能を追加した半導体物理量センサ装置において、各機能の信頼性を損なうことなく、安価でかつ端子数の少ない半導体物理量センサ装置が得られる。

以上において本発明にかかる半導体物理量センサ装置は、湿度、速度、加速度、光、磁気または音など種々の物理量に対する各センサ装置に適用できる。また、上述した実施の形態では、Ｅ端子を温度センサの出力端子として用いた構成としているが、これに限らず、既存の他の端子を温度センサの出力端子として用いた構成としてもよい。この場合、温度センサの出力端子を兼ねる他の端子と、シフトレジスタおよび温度センサとの間に端子パッド共通化回路を配置すればよい。温度センサの出力端子を兼ねる他の端子には、周期が比較的長い信号や振幅が比較的広い信号が入力または出力される端子（例えばＤＳ端子など）を用いるのが好ましい。また、上述した実施の形態では、付加機能として温度センサを追加する場合を例に説明しているが、これに限らず、本発明においては、半導体物理量センサ装置の主センサと異なる物理量を検知する他のセンサを付加機能として追加することも可能である。

以上のように、本発明にかかる半導体物理量センサ装置は、自動車用、医療用または産業用などの各種装置等に用いる圧力センサや加速度センサなどの半導体物理量センサ装置に有用であり、特に、ＥＰＲＯＭを用いた電気的トリミングにより感度調整や温度特性調整やオフセット調整を行う構成の半導体物理量センサ装置に適している。

１，３ 半導体物理量センサ装置
１１ 動作選択回路
１２ 補助メモリ回路
１３ 主メモリ回路
１４ 調整回路
１５ ホイートストーンブリッジ回路
１６ 増幅回路
１７ 共通化回路
１８ 温度検出回路
２１ 第１端子
２２ 第２端子
２３ 第３端子
２４ 第４端子
２５ 第５端子
２６ 第６端子
２７ 第７端子
２８ 第８端子
３０ イネーブル信号
３０ａ ＥＰＲＯＭのＨｉｇｈ信号
３０ｂ，３０ｃ ＥＰＲＯＭのＬｏｗ信号
３０ｄ 温度センサの出力信号
３１ 端子パッド共通化回路
３２ 温度センサ
３３ シフトレジスタ
３４ ＥＰＲＯＭ
４１ ＧＮＤ端子
４２ Ｖｃｃ端子
４３ Ｅ端子
５１ 抵抗体
５２ 外部端子
５３ Ａ／Ｄコンバータ
３１１ コンパレータ
３１２ 第１ゲート回路
３１２ａ 第１ゲート回路を構成するｐ型ＭＯＳＦＥＴ
３１２ｂ 第１ゲート回路を構成するｎ型ＭＯＳＦＥＴ
３１２ｃ 第１ゲート回路を構成するインバータ
３１３ 第２ゲート回路
３１３ａ 第２ゲート回路を構成するｐ型ＭＯＳＦＥＴ
３１３ｂ 第２ゲート回路を構成するｎ型ＭＯＳＦＥＴ
３１３ｃ 第２ゲート回路を構成するインバータ
３１４ プルダウン抵抗
３２１〜３２５ 温度センサを構成するｎｐｎトランジスタ
Ｖｒｅｆ 参照電圧

Claims (6)

1. 検知した物理量に応じた電気信号を生成する第１センサ素子と、前記第１センサ素子の出力特性を調整するためのトリミングデータを電気的な書き込み動作によって記憶する不揮発性の主メモリ回路と、を備え、前記トリミングデータに基づいて前記第１センサ素子の出力特性を調整する半導体物理量センサ装置であって、
   所定電圧の入力信号が入力される入力端子と、
   検知した温度に応じた電気信号を生成する第２センサ素子と、
   前記入力端子に印加された前記所定電圧と予め設定された参照電圧との大小を比較し、当該比較結果に基づいて、前記主メモリ回路への書き込み動作を制御する制御信号を出力する比較回路と、
   前記制御信号に基づいて、前記入力端子と前記第２センサ素子とを接続する第１スイッチのオン・オフを切り換える第１切換回路と、
   を備え、
   前記第１切換回路によって前記第１スイッチをオン状態に切り換え、前記入力端子と前記第２センサ素子とを接続したときに、前記入力端子を、前記第２センサ素子により生成された電気信号を外部へ出力する出力端子として用いることを特徴とする半導体物理量センサ装置。
2. 前記比較回路は、前記所定電圧が前記参照電圧未満であるときに、前記制御信号として、前記主メモリ回路への書き込み動作を禁止する第１特定信号を出力し、
   前記第１切換回路は、前記第１特定信号に基づいて前記第１スイッチをオン状態に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の半導体物理量センサ装置。
3. 一端が前記入力端子に接続され、他端が接地された抵抗体と、
   前記制御信号に基づいて、前記入力端子と前記抵抗体とを接続する第２スイッチのオン・オフを切り換える第２切換回路と、
   をさらに備え、
   前記第２切換回路は、前記第１特定信号に基づいて前記第２スイッチをオフ状態に切り換え、前記入力端子と前記抵抗体との接続を切り離すことにより、前記第２切換回路にかかる電圧を接地レベルに引き下げることを特徴とする請求項２に記載の半導体物理量センサ装置。
4. 前記比較回路は、前記所定電圧が前記参照電圧以上であるときに、前記制御信号として、前記主メモリ回路への書き込み動作を許可する第２特定信号を出力し、
   前記第１切換回路は、前記第２特定信号に基づいて前記第１スイッチをオフ状態に切り換え、前記入力端子と前記第２センサ素子との接続を切り離し、
   前記第２特定信号に基づいて前記主メモリ回路に前記トリミングデータを書き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体物理量センサ装置。
5. 一端が前記入力端子に接続され、他端が接地された抵抗体と、
   前記制御信号に基づいて、前記入力端子と前記抵抗体とを接続する第２スイッチのオン・オフを切り換える第２切換回路と、
   をさらに備え、
   前記第２切換回路は、前記第２特定信号に基づいて前記第２スイッチをオン状態に切り換え、前記入力端子と前記抵抗体とを接続することを特徴とする請求項４に記載の半導体物理量センサ装置。
6. 前記第２センサ素子の動作電圧は、前記参照電圧未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体物理量センサ装置。

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