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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor, der
beispielsweise zum Messen des Ansaugdrucks eines Automotors verwendet
wird.
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In
der Vergangenheit war ein Halbleiterdrucksensor bekannt, der einen
Halbleitersensorchip zum Erfassen von Druck umfasst und einen Halbleiterabstimmchip,
welcher ein Speicher ist zum Speichern von Korrekturdaten zum Korrigieren
eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensorchip, und welcher
zum Korrigieren und Verstärken
des elektrischen Signals dient (siehe beispielsweise ein erstes
Patentdokument: Japanisches Patent Nr. 2720718).
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Der
Halbleiterdrucksensor ist mit einem Dateneingangsanschluss versehen,
durch welchen die Korrekturdaten in den Speicher eingegeben werden, und
einem Hochspannungseingabeanschluss, der als Eingangsanschluss dient,
an welchen eine hohe Spannung von außerhalb anzulegen ist, wenn
Digitaldaten in dem Speicher gespeichert oder gesichert werden.
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Auch
ist der Halbleiterdrucksensor ferner mit einem Sensorausgangsanschluss
versehen, von dem das korrigierte und verstärkte Sensorausgangssignal ausgegeben
wird, und einem Betriebsenergieeingangsanschluss, von welchem Betriebsenergie
zu dem Halbleitersensorchip zu Zeiten des Normalbetriebs (wenn eine
Druckmessung ausgeführt
wird) zugeführt
wird.
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In
dem Halbleiterdrucksensor der obigen Konfiguration sind der Dateneingabeanschluss
und der Hochspannungseingabeanschluss erforderlich, die nur verwendet
werden zur Zeit der anfänglichen Abstimmung,
um einen aus Herstellungsfehlern etc. rührenden Anfangsfehler des Halbleiterdrucksensors oder
einen durch eine Temperaturänderung
bedingten Fehler zu korrigieren, und zusätzlich ist es auch erforderlich,
jenen Anschlüssen
entsprechende Anschlussfelder (Pads) auf dem Halbleiterabstimmchip vorzusehen,
was zu einem Problem führt,
dass der Halbleiterdrucksensor eine große Größe erhält und hohe Kosten verursacht.
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RESÜMEE DER
ERFINDUNG
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Demgemäss ist die
vorliegende Erfindung dazu gedacht, das oben erwähnte Problem auszuräumen und
hat, um dieses Ziel zu erreichen, einen Halbleiterdrucksensor, der
durch Verringern der Anzahl der Anschlüsse und der Anzahl der Anschlussfelder
größen- und
kostenreduziert werden kann.
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Ein
Halbleiterdrucksensor gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt
einen Halbleitersensorteil zur Druckerfassung ein, einen Abstimm-
und Steuerteil, der eine Digitalschaltung mit einem Speicher zum
Speichern von Korrekturdaten einschließt, welche zum Korrigieren
eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensorteil verwendet
werden, und eine Korrektur- und
Verstärkerschaltung,
die das elektrische Signal korrigiert und verstärkt; einen Eingabe-/Ausgabeanschluss,
der mit einem Eingabe-/Ausgabeanschlussfeld (Pad) verbunden ist,
das auf dem Abstimm- und Steuerteil montiert ist, zum Eingeben von
Daten zum Speicher und zum Ausgeben des korrigierten und verstärkten elektrischen
Signals; einen Spannungseingabeanschluss, der mit einem auf dem Abstimm-
und Steuerteil montierten Spannungseingabeanschlussfeld verbunden
ist, um an den Speicher eine Spannung anzulegen und eine Spannung als
eine Betriebsspannungszufuhr für
den Halbleitersensorteil einzugeben; einen Umschaltanschluss, der
mit einem auf dem Abstimm- und Steuerteil montierten Umschaltanschlussfeld
verbunden ist; einen Spannungseingabeumschalter, der mit dem Umschaltanschlussfeld
und dem Spannungseingabefeld verbunden ist; und einen Eingabe-/Ausgabeumschalter,
der mit dem Umschaltanschlussfeld und dem Eingabe-/Ausgabeanschlussfeld
verbunden ist. In einem ersten Modus, in dem die Korrekturdaten
in den Speicher eingegeben werden, werden der Spannungseingabeumschalter
und der Eingabe-/Ausgabeumschalter durch ein Eingangssignal von
dem Umschaltanschluss auf solche Weise betrieben, dass der Spannungseingabeanschluss
und der Eingabe-/Ausgabeanschluss mit der Digitalschaltung verbunden
sind, wohingegen in einem zweiten Modus, in dem das elektrische
Signal korrigiert und verstärkt
ausgegeben wird, mit Hilfe eines Eingangssignals von dem Umschaltanschluss
der Spannungseingabeumschalter mit dem Halbleitersensorteil verbunden
wird und der Ein-/Ausgabe-Anschluss
mit der Korrektur- und Verstärkerschaltung
verbunden wird.
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Gemäß dem Halbleiterdrucksensor
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch Reduzieren der
Anzahl der Anschlüsse
und der Anzahl der Anschlussfelder eine Reduzierung in der Größe und den
Kosten zu erreichen.
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Das
Obige und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden Fachleuten aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betrachtet im Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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2 ein
Blockdiagramm eines Halbleiterdrucksensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
werden bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche oder entsprechende Teile durch
dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
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AUSFÜHRUNGSFORM 1
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1 ist
ein Blockdiagramm, das einen Halbleiterdrucksensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Der
Halbleiterdrucksensor ist mit einem schachtelförmigen Gehäuse 1 versehen, einen
am Boden des Gehäuses 1 montierten
Halbleitersensorchip 2 und einem Halbleiterabstimmchip 3,
der zum Korrigieren und Verstärken
eines elektrischen Signals von dem Halbleitersensorchip 2 dient.
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Der
Halbleitersensorchip 2, der ein Halbleitersensorteil ist,
ist ein wohlbekannter, einen Piezo-Widerstands-Effekt verwendender
und dient zum Erfassen eines Drucks aus einer Änderung im Widerstandswert
eines aus einer Membran gebildeten Messwiderstandes in Übereinstimmung
mit einer Verformung oder Dehnung in einer Membran, und sein Ausgeben
als Drucksensorsignal.
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Der
Halbleiterabstimmchip 3, der ein Abstimm- und Steuerteil
ist, ist ein eine Verstärkerschaltung
einschließender
Steuerteil, der zum Durchführen
der Korrektur einens sich aus Herstellungsfehlern etc. des Halbleiterdrucksensors
ergebenden Anfangsfehlers unter der Korrektur von durch eine Temperaturänderung
bedingten Fehlern dient und zum Umwandeln des Drucksensorsignals
in eine gewünschte
Ausgangsspannung.
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Der
Halbleiterabstimmchip 3 schließt eine Digitalschaltung 4 ein,
eine Korrektur- und Verstärkerschaltung 5,
die das Drucksensorsignal korrigiert, eine Energieversorgungsschaltung 6,
die die Versorgungsenergie für
den Halbleitersensorchip 2 und die Korrektur- und Verstärkerschaltung 5 stabilisiert,
ein erstes Filter 7, das in die Energieversorgungsschaltung 6 strömendes Rauschen
abschneidet, ein zweites Filter 8, das Rauschen in dem
Drucksensorsignal abschneidet, einen Spannungseingabeumschalter 9 und
einen Eingabe-/Ausgabeumschalter 10.
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Die
Digitalschaltung 4 ist mit einem Speicher 11 versehen,
in welchem korrigierte Daten als Digitalwerte gespeichert werden,
einer Majoritätsschaltung 12,
einer Latch- bzw. Zwischenspeicherschaltung 13, die die
Daten der Digitalwerte hält,
und einem DA-Umsetzer 14, der die Digitalwerte in Analogspannungswerte
umsetzt.
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Die
Korrektur- und Verstärkerschaltung 5 ist mit
einer Analogschaltung versehen, die die Drucksensorsignalausgangsgröße verstärkt, und
einer Signalabstimmschaltung, die in Bezug auf die Kennlinie des
Drucksensorsignalausgangs kompensiert.
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Beachte
hier, dass der Halbleiterabstimmchip auch mit einer Taktsignalerzeugungsschaltung (nicht
dargestellt) versehen ist, die ein Taktsignal (SPCLK in 2)
erzeugt, das als Referenzsignal für die Zeitabstimmung, mit der
Daten in den Speicher 11 geschrieben werden, dient, und
eine Zeitabstimmungssignalerzeugungsschaltung (nicht dargestellt), die
ein Eingabe-/Ausgabezeitabstimmungs- bzw. Timing-Signal (DST in 2)
erzeugt, das als ein Auslösesignal
für das
Lesen und Schreiben von Daten dient.
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Der
Halbleiterabstimmchip 3 schließt ein Masse-Anschlussfeld 15 ein,
das elektrisch mit einem Masse-Anschluss 16 über einen
Verbindungsdraht 17 verbunden ist, ein elektrisch mit einem
Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 über einen Verbindungsdraht 17 verbundenes
Eingabe-/Ausgabeanschlussfeld 19, ein elektrisch über einen
Verbindungsdraht 17 mit einem Spannungseingabeanschluss 20 verbundenes
Spannungseingabeanschlussfeld 21, und ein über einen
Verbindungsdraht 17 mit einem Umschaltanschluss 22 verbundenes Umschaltanschlussfeld 23.
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Der
Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 ist ein Anschluss, von dem
das Drucksensorsignal (VOUT) von dem Halbleitersensorchip 2 ausgegeben
wird und ist auch ein Anschluss, in welchem Digitaldaten eingegeben
werden (DIO), wenn die korrigierten Daten in den Speicher 11 in
den Digitalwerten eingeschrieben werden.
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Der
Spannungseingabeanschluss 20 ist ein Eingabeanschluss,
an welchem eine hohe Spannung VPP angelegt wird, wenn die korrigierten
Daten in den Speicher 11 gespeichert oder gesichert werden, und
ist auch ein Eingabeanschluss, an welchen eine hohe Spannung VCC
angelegt wird, wenn der Halbleitersensorchip 2 betrieben
wird.
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Das
Umschaltanschlussfeld 23 ist mit dem Spannungseingabe-Umschalter (SW) 9 und
dem Eingabe-/Ausgabeumschalter (SW) 10 derart verbunden,
dass wenn ein Umschaltsignal in das Umschaltanschlussfeld 23 von
dem Umschaltanschluss 22 eingegeben wird, der Spannungseingabeumschalter 9 und
der Eingabe-/Ausgabeumschalter 10 gleichzeitig zwischen
einem ersten Modus, in dem die korrigierten Daten in den Speicher 11 eingeschrieben
werden, und einem zweiten Modus, in dem der Halbleitersensorchip 2 betrieben
wird, umgeschaltet werden.
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In
dem Halbleiterdrucksensor des obigen Aufbaus wird in dem Fall, in
dem die Korrektur von Fehlern wie aus Herstellungsfehlern resultierenden Anfangsfehlern
etc., das heißt,
wenn die korrigierten Daten in den Speicher 11 eingeschrieben
werden, an das Umschaltanschlussfeld 23 von dem Umschaltanschluss 22 eine
Spannung angelegt, hierdurch den Spannungseingangsumschalter 9 betätigend,
um den Spannungseingabeanschluss 20 mit der Digitalschaltung 4 zu
verbinden, wodurch eine Datenschreibspannung VPP an den Speicher 11 angelegt wird.
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Zudem
wird der Eingabe-/Ausgabeumschalter 10 gleichzeitig mit
dem Betrieb des Spannungseingabeumschalters 9 betätigt, hierdurch
den Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 mit der Digitalschaltung 4 verbindend,
wodurch die von dem Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 gesendeten
korrigierten Daten in den Speicher 11 der Digitalschaltung 4 durch
den Eingabe-/Ausgabeumschalter 10 eingegeben werden.
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Andererseits
wird unter Normalbetrieb, in welchem durch den Halbleiterdrucksensor
Druckmessungen ausgeführt
werden, an das Umschaltanschlussfeld 23 eine Spannung von
dem Umschaltanschluss 23 angelegt, hierdurch den Spannungseingabeumschalter 9 betätigend,
um den Spannungseingabeanschluss 20 mit dem Halbleitersensorchip 2 zu
verbinden, wodurch eine hohe Spannung von dem Spannungseingabeanschluss 20 als
eine Steuerspannung VCC an den Halbleitersensorchip 2 über das
erste Filter 7 und die Energieversorgungsschaltung 6 angelegt
wird.
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Zudem
wird der Eingabe-/Ausgabeumschalter 10 gleichzeitig mit
dem Betrieb des Spannungseingabeumschalters 9 betrieben,
um den Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 an den Halbleitersensorchip 2 anzuschließen, wodurch
ein durch eine Änderung
im Widerstandswert des Messwiderstandes in Übereinstimmung mit einer Verformung
einer Membran erzeugtes Drucksensorsignal VOUT über eine Korrektur- und Verstärkerschaltung 5,
das zweite Filter 8, den Eingabe-/Ausgabeumschalter 10,
die Verbindungsdrähte 17 und
den Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 nach außen abgegeben
wird.
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In Übereinstimmung
mit dem Halbleiterdrucksensor dieser ersten Ausführungsform dient der Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 als
Doppelfunktionsanschluss, das heißt, ein Ausgabeanschluss, von welchem
das Drucksensorsignal VOUT von dem Halbleitersensorchip 2 ausgegeben
wird, und ein Eingabeanschluss, in welchen Digitaldaten eingegeben
werden, wenn die korrigierten Daten in den Speicher 11 in
den Digitalwerten eingeschrieben werden, und der Spannungseingabeanschluss 20 auch
als ein Doppelfunktionsanschluss dient, d.h., ein Eingangsanschluss,
an welchen eine hohe Spannung VPP angelegt wird, wenn die korrigierten
Daten in den Speicher 11 gespeichert oder gesichert werden, und
ein Eingangsanschluss, an welchem eine hohe Spannung VCC angelegt
wird, wenn der Halbleitersensorchip 2 betrieben wird, als
ein Ergebnis wovon die Anzahl der Anschlüsse und die Anzahl der Anschlussfelder
entsprechend reduziert werden können,
die Verdrahtung vereinfacht wird und die Größen- und Kostenreduzierung
erzielt werden können.
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Ausführungsform 2.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das einen Halbleiterdrucksensor in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In
dieser Ausführungsform
sind eine Taktsignalerzeugungsschaltung (nicht dargestellt) und
eine Zeitabstimmungssignalerzeugungsschaltung (nicht dargestellt)
außerhalb
des Halbleiterabstimmchip 3 angeordnet.
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Die
Zeitabstimmungssignalerzeugungsschaltung ist mit einem Zeitabstimmungsumschalter 30 verbunden,
der in dem Halbleiterabstimmchip 3 angeordnet ist. Zeitabstimmungsumschalter 30 ist mit
der Korrektur- und Verstärkerschaltung 5 verbunden.
Die nicht dargestellte Taktsignalerzeugungsschaltung ist mit einem
Taktumschalter 31 verbunden. Der Taktumschalter 31 ist
mit der Korrektur- und Verstärkerschalter 5 verbunden.
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Der
Aufbau des Halbleiterdrucksensors gemäß dieser von der obigen abweichenden
zweiten Ausführungsform
ist ähnlich
dem der ersten Ausführungsform.
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In
dieser Ausführungsform
werden, wenn die Korrekturdaten in den Speicher 11 eingeschrieben werden,
der Zeitabstimmungsumschalter 30 und der Taktumschalter 31 gleichzeitig
betrieben gemeinsam mit dem Spannungseingabeumschalter 9 und
dem Eingabe-/Ausgabeumschalter 10. Als ein Ergebnis wird
ein Zeitabstimmungs- bzw. Timing-Signal DST in die Digitalschaltung 4 über den
Zeitabstimmungsumschalter 30 eingegeben und ein Taktsignal
SPCLK wird in die Digitalschaltung 4 über den Taktumschalter 31 eingegeben.
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Andererseits
sind mit Normalbetrieb, in welchem durch den Halbleiterdrucksensor
Druckmessungen ausgeführt
werden, der Halbleitersensorchip 2 und die Korrektur- und
Verstärkerschaltung 5 elektrisch
miteinander durch das Betreiben des Zeitabstimmungsumschalters 30 und
des Taktumschalters 31 verbunden, wodurch ein durch eine Änderung
im Widerstandswert des Messwiderstandes in Übereinstimmung mit einer Verformung
einer Membran erzeugtes Drucksensorsignal VOUT durch die Korrektur-
und Verstärkerschaltung 5,
das zweite Filter 8, den Eingabe-/Ausgabeumschalter 10, die
Verbindungsdrähte 17 und
den Eingabe-/Ausgabeanschluss 18 nach außen verbunden
wird.
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Der
Betrieb des Halbleiterdrucksensors dieser von der obigen abweichenden
zweiten Ausführungsform
ist derselbe wie der des Halbleiterdrucksensors gemäß der ersten
Ausführungsform.
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Gemäß einem
Halbleiterdrucksensor dieser zweiten Ausführungsform wird es durch Verwenden des
Taktumschalters 31 und des Zeitabstimmungsumschalters 30 möglich, die
Taktsignalerzeugungsschaltung und die Zeitabstimmungssignalerzeugungsschaltung
außerhalb
des Halbleiterabstimmchips 3 derart anzuordnen, dass die
Reduzierung der Größe und der
Kosten des Halbleiterabstimmchips 3 erzielt werden können.
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In
dem Halbleiterdrucksensor der zweiten Ausführungsform wird die Reduzierung
der Anzahl der Anschlüsse
und der Anzahl der Anschlussfelder durch die Verwendung des Spannungseingabeumschalters 9 und
des Eingabe-/Ausgabeumschalters 10 vorgenommen und auch
die Reduzierung der Größe und der
Kosten des Halbleiterabstimmchips 3 wird durch die Verwendung
des Zeitabstimmungsumschalters 30 und des Taktumschalters 31 vorgenommen,
aber ein Halbleiterdrucksensor kann neben den oben erwähnten jeweiligen
Schaltern auch durch Verwenden des Zeitabstimmungsumschalters 30 und des
Taktumschalters 31 ohne das Verwenden des Spannungseingabeumschalters 9 und
des Eingabe-/Ausgabeumschalters 10 aufgebaut werden.
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In
dem Fall dieses Halbleiterdrucksensors muss der Dateneingangsanschluss
DIO, von dem Korrekturdaten in den Speicher eingeschrieben werden,
der Hochspannungseingabeanschluss, der als Eingangsanschluss dient,
an welchen eine hohe Spannung VPP angelegt wird, die von außen anzulegen
ist, wenn Digitaldaten in den Speicher 11 gespeichert oder
gesichert werden, der Sensorausgangsanschluss, von welchem ein korrigiertes
und verstärktes
Sensorausgabesignal VOUT ausgegeben wird, und der Betriebsenergieeingangsanschluss, von
welchem dem Halbleitersensorchip Betriebsenergie VCC zum Zeitpunkt
des Normalbetriebs zugeführt
wird, vorgesehen sein, aber es gibt einen vorteilhaften Effekt dahingehend,
dass das Reduzieren der Größe und der
Kosten des Halbleiterabstimmchips erzielt worden ist.
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Auch,
obwohl in den oben erwähnten
ersten und zweiten Ausführungsformen
der Halbleitersensorchip 2, der als ein Halbleitersensorteil
dient, und der Halbleiterabstimmchip 3, der als ein Abstimm- und
Steuerteil dient, getrennt voneinander ausgebildet sind, können der
Halbleitersensorteil und der Abstimm- und Steuerteil aus einem IC
aufgebaut werden, der auf ein- und demselben Chip ausgebildet ist.
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In
diesem Fall kann der Halbleiterdrucksensor ferner in der Größe reduziert
werden.
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Während die
Erfindung bezogen auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden
ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen
innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche in die
Praxis umgesetzt werden kann.