DE10216016A1 - Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen zum Messen einer physikalischen Größe wie beispielsweise Drucksensoren, Beschleunigungssensoren und ähnliches, die in verschiedenen Arten von Vorrichtungen zur Verwendung in Automobilen, im medizinischen Bereich, im industriellen Bereich etc. verwendet werden, und insbesondere Halbleitervorrichtungen zum Messen einer physikalischen Größe, die eine Konfiguration aufweisen, welche eine Empfindlichkeitseinstellung, eine Einstellung von Temperaturcharakteristika, eine Offset-Einstellung etc. mittels einer elektri­ schen Einstellung bzw. elektrischen Trimmens unter Verwendung eines EPROMs ausführen.

Als Verfahren der Einstellung der Ausgangscharakteristika von Sensoren für physikalische Größen wurden in jüngster Zeit elektrische Einstellverfahren verwendet, die eine Einstellung nach Abschluß des Zusammenbaus ermöglichen, da herkömmliche Laser-Einstellverfahren den Nachteil aufweisen, daß sie keine erneute Einstellung ermöglichen, selbst wenn eine Variation in den Ausgangscharakte­ ristika beim Zusammenbauprozeß nach der Einstellung auftritt. Die elektrische Einstellung weist jedoch das Problem erhöhter Herstellungskosten auf, die durch eine Zunahme der Anzahl an Drahtverbindungspunkten aufgrund des Bedarfs an zahlreichen Steueranschlüssen zum Einge­ ben/Ausgeben von Einstelldaten, Schreiben von Daten in das EPROM etc. verursacht werden. Um dieses Problem zu lösen, wurden Vorschläge gemacht, um eine elektrische Einstellung mit einer kleinen Anzahl an Anschlüssen auszuführen, indem eine Mehrzahl von Anschlußbetriebsschwellen­ spannungen unter Verwendung von Widerstandsspannungsteilung und Bipolartransistoren geschaf­ fen wird, (vergleiche beispielsweise JP 6-29555 A).

Bei dem vorgenannten Vorschlag unter Verwendung von Bipolartransistoren wird jedoch aufgrund des Mischens von CMOS-EPROMs mit Bipolartransistoren der BiCMOS-Prozeß erforderlich, der den Nachteil aufweist, daß er zu höheren Kosten führt. Um dieses Problem zu lösen, wurde die Verwen­ dung von MOS-Transistoren anstatt der Bipolartransistoren erwogen. In einem derartigen Fall ist jedoch die obere Grenze der Schwellenspannung, die bei MOS-Transistoren eingestellt werden können, niedriger als bei Bipolartransistoren, so daß der Abstand zwischen der Mehrzahl von Schwellenspannungen kleiner wird und der Nachteil besteht, daß es wahrscheinlich ist, daß Fehlfunktionen auftreten. Um derartige Probleme zu vermeiden, ist es erforderlich, die obere Grenze der Schwellenspannungen auf ein Niveau zu erhöhen, das gleich demjenigen von Bipolartransisto­ ren ist, aber um dies zu tun, ist es erforderlich, MOS-Transistoren mit einer höheren Spannungstole­ ranz zu versehen und neue Schutzschaltungen hinzuzufügen, was wiederum zu einer Erhöhung der Kosten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikali­ schen Größe zu schaffen, bei der eine elektrische Einstellung bzw. elektrisches Trimmen ausgeführt werden kann, die durch den CMOS-Prozeß herstellbar ist, kostengünstig ist und außerdem eine kleine Anzahl an Anschlüssen aufweist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe ein Sensorelement, eine Hilfsspeicherschaltung wie beispielsweise ein Schieberegister, die bzw. das vorläufige Einstelldaten speichert, eine Hauptspeicherschaltung wie beispielsweise ein EPROM, die bzw. das die finalisierten Einstelldaten speichert, und eine Einstell­ schaltung, welche die Ausgangscharakteristika des Sensorelements auf der Basis der in der Hilfsspeicherschaltung oder der Hauptspeicherschaltung gespeicherten Einstelldaten einstellt. Diese Elemente und Schaltungen sind auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet, und sie werden nur aus aktiven Elementen und passiven Elementen aufgebaut, die mit dem CMOS-Prozeß hergestellt werden können. Außerdem weist die erfindungsgemäße Halbleitermeßvorrichtung einen Ausgangs­ anschluß, einen Einstelldateneingangsanschluß, einen Anschluß zum Liefern eines Massepotentials, einen Anschluß zum Liefern einer Betriebsspannung, einen Anschluß zum Eingeben eines externen Takts, einen Anschluß zum Eingeben eines Steuersignals für die interne(n) digitale(n) Schaltung(en) sowie einen oder zwei Anschlüsse zum Liefern von Spannungen zum Schreiben von Daten in die Hauptspeicherschaltung bei insgesamt sieben oder acht Anschlüssen auf.

Erfindungsgemäß ist die Konfiguration so getroffen, daß durch Messung des Sensorausgangssignals unter allmählicher Änderung der in der Hilfsspeicherschaltung gespeicherten vorläufigen Einstellda­ ten die im gewünschten Sensorausgangssignal resultierenden Einstelldaten ermittelt und diese in der Hauptspeicherschaltung gespeichert werden. Im normalen Betriebszustand wird das Sensoraus­ gangssignal mittels der Einstellschaltung unter Verwendung der in der Hauptspeicherschaltung gespeicherten Einstelldaten eingestellt. Diese Elemente, die Hilfsspeicherschaltung, die Hauptspei­ cherschaltung und die Einstellschaltung sind nur aus aktiven Elementen und aus passiven Elemen­ ten in CMOS-Technik aufgebaut und sind zusammen mit den sieben oder acht Anschlüssen auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Beispiels des Gesamtaufbaus einer Halbleiterdruckmeßvorrich­ tung, die unter Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einem Halbleiterchip gebildet ist;

Fig. 3 ein Diagramm, das in vereinfachter Form ein Beispiel der Schieberegisterkonfiguration bei einer Halbleiterdruckmeßvorrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration zeigt;

Fig. 4 eine Tabelle zum Beschreiben der Betriebsmodi einer Halbleiterdruckmeßvorrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration;

Fig. 5 ein Zeitlagediagramm, das die Betriebszeitlage einer Halbleiterdruckmeßvorrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration zeigt;

Fig. 6 ein Zeitlagediagramm, das die Betriebszeitlage einer Halbleiterdruckmeßvorrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration zeigt;

Fig. 7 ein Zeitlagediagramm, das die Betriebszeitlage einer Halbleiterdruckmeßvorrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration zeigt; und

Fig. 8 ein Zeitlagediagramm, das die Betriebszeitlage einer Halbleiterdruckmeßvorrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration zeigt.

Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnun­ gen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Meßvorrichtung 1 umfaßt beispielsweise eine Betriebsauswahlschaltung 11, eine Hilfsspei­ cherschaltung 12, eine Hauptspeicherschaltung 13, eine Einstellschaltung 14, eine aus Sensorele­ menten gebildete Wheatstone-Brückenschaltung 15, eine Verstärkungsschaltung 16 und acht Anschlüsse 21 bis 28, die als erste bis achte Anschlüsse bezeichnet werden.

Der erste Anschluß 21 ist der Anschluß, über den die Meßvorrichtung 1 mit dem Massepotential versorgt wird. Der zweite Anschluß 22 ist der Anschluß, über den die Meßvorrichtung 1 mit der Betriebsspannung versorgt wird. Der dritte Anschluß 23 ist der Anschluß, über den die Ein­ gabe/Ausgabe der seriellen digitalen Daten (seriellen Daten) ausgeführt wird. Der vierte Anschluß 24 ist der Anschluß, über den der externe Takt eingegeben wird. Der fünfte Anschluß 25 ist der Anschluß, über den das Steuersignal an die interne digitale Schaltung eingegeben wird. Der sechste Anschluß 26 ist der Anschluß, über den eine Spannung geliefert wird, die größer oder gleich der an den zweiten Anschluß 22 angelegten Betriebsspannung ist. Der siebte Anschluß 27 ist der An­ schluß, über den eine Spannung geliefert wird, die größer oder gleich der an den zweiten Anschluß 22 angelegten Betriebsspannung ist und die sich von der an den sechsten Anschluß 26 angelegten Spannung unterscheidet. Der achte Anschluß 28 ist der Anschluß, über den das Signal der Meßvorrichtung 1 nach außen abgegeben wird.

Die Hilfsspeicherschaltung 12 setzt nach Maßgabe der auf dem vorgenannten externen Takt basierenden Betriebszeitlage die von außen gelieferten seriellen digitalen Daten in parallele digitale Daten (parallele Daten) um, die intern verwendet werden. Außerdem setzt die Hilfsspeicherschaltung 12 die intern verwendeten parallelen Daten in serielle Daten für die Ausgabe nach außen um. Des weiteren liefert die Hilfsspeicherschaltung 12 Steuerdaten an die Betriebsauswahlschaltung 11. Nach Maßgabe der an den sechsten Anschluß 26 und den siebten Anschluß 27 angelegten Spannungen speichert die Hauptspeicherschaltung 13 die Einstelldaten, welche die von der Hilfsspeicherschaltung 12 gelieferten parallelen Daten enthalten.

Die Betriebsauswahlschaltung 11 liefert auf der Basis des am fünften Anschluß 25 eingegebenen Steuersignals und der von der Hilfsspeicherschaltung 12 gelieferten Steuerdaten ein Signal zur Steuerung die Eingabe/Ausgabe von Daten an die Hilfsspeicherschaltung 12 und die Hauptspeicher­ schaltung 13. Die Wheatstone-Brückenschaltung 15 erzeugt ein Ausgangssignal in Antwort auf eine physikalische Größe des gerade gemessenen Mediums. Die Verstärkungsschaltung 16 verstärkt das Ausgangssignal der Wheatstone-Brückenschaltung 15 und gibt dieses über den achten Anschluß 28 nach außen ab. Die Einstellschaltung 14 führt auf der Basis von aus der Hilfsspeicherschaltung 12 oder der Hauptspeicherschaltung 13 gelieferten Einstelldaten eine Empfindlichkeitseinstellung bei der Wheatstone-Brückenschaltung 15 unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristika aus und führt eine Versatz- bzw. Offset-Einstellung bei der Verstärkungsschaltung 16 unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristika aus.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Gesamtkonfiguration einer auf einem Halbleiter­ chip gebildeten erfindungsgemäßen Halbleiterdruckmeßvorrichtung zeigt. Diese Druckmeßvorrich­ tung 3 umfaßt eine Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31, ein Schieberegister 32, eine Steuerlo­ gik 33, ein EPROM 34, eine Signalauswahlschaltung 35, einen D/A-Umsetzer 36, eine Empfindlich­ keitseinstellschaltung 37, eine Temperaturcharakteristika-Einstellschaltung (nachstehend "TC- Einstellschaltung") 38, eine Versatz- bzw. Offset-Einstellschaltung 39, eine Meßschaltung 40 und eine Signalverstärkerschaltung 41. Die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31, das Schieberegi­ ster 32, die Steuerlogik 33, das EPROM 34, die Signalauswahlschaltung 35, der D/A-Umsetzer 36, die Empfindlichkeitseinstellschaltung 37, die TC-Einstellschaltung 38, die Offset-Einstellschaltung 39, die Meßschaltung 40 und die Signalverstärkerschaltung 41 sind auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet und sind nur aus aktiven und passiven Elementen aufgebaut, die mittels des CMOS- Herstellungsprozesses hergestellt wurden. Damit die Halbleiterdruckmeßvorrichtung 3 Strom von außen aufnehmen und Signal nach/von außen übertragen kann, sind ein GND-Anschluß 51, ein Vcc- Anschluß 52, ein DS-Anschluß 53, ein CLK-Anschluß 54, ein E-Anschluß 55, ein CG-Anschluß 56, ein EV-Anschluß 57 und ein Vout-Anschluß 58 vorgesehen.

Der GND-Anschluß 51 und der Vcc-Anschluß 52 sind Anschlüsse zum Liefern des Massepotentials bzw. des Speisestrompotentials von 5 V, wobei dieser Wert als Beispiel und ohne besondere Beschränkung zu sehen ist, an die Druckmeßvorrichtung 3. Der DS-Anschluß 53 ist vorgesehen, um serielle Daten zwischen der Druckmeßvorrichtung 3 und externen Schaltungen zu senden/emp­ fangen. Der CLK-Anschluß 54 ist ein Anschluß zum Liefern eines externen Takts an die Druckmeß­ vorrichtung 3. Ein "Freigabe"-Signal wird von außen an den E-Anschluß 55 geliefert, um den Betriebszustand der digitalen Schaltung(en) in der Druckmeßvorrichtung 3 zu steuern. Der Vout- Anschluß 58 ist ein Anschluß zum Ausgeben des Erfassungssignals der Druckmeßvorrichtung 3 nach außen.

Wenn gerade Daten in das EPROM 34 geschrieben werden, wird eine Spannung, die höher als die an den Vcc-Anschluß 52 angelegte ist, als Beispiel und ohne Beschränkung seien hier 26 V angenommen, an den CG-Anschluß 56 angelegt. Außerdem wird, wenn gerade Daten in das EPROM 34 geschrieben werden, eine Spannung, die höher als die an den Vcc-Anschluß 52 angelegte Betriebsspannung ist und sich auch von der an den CG-Anschluß 56 angelegten Spannung unterscheidet, wobei hier als Beispiel und ohne besondere Beschränkung 13 V ange­ nommen seien, an den EV-Anschluß 57 angelegt. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß der CG-Anschluß 56 und der EV-Anschluß 57 gemeinsam verwendet werden, das heißt, als gleicher Anschluß, so daß auf der Basis der an einen angelegten Spannung die an den anderen angelegte Spannung erzeugt wird.

Die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 führt eine Umschaltung zwischen dem Modus, in dem Einstelldaten, die serielle Daten enthalten, die von außen über den DS-Anschluß 53 geliefert werden, in das Schieberegister 32 geliefert werden, und dem Modus aus, in dem vom Schieberegi­ ster 32 gelieferte serielle Daten über den DS-Anschluß 53 nach außen geliefert werden. Das mit dem vorgenannten externen Takt synchronisierte Schieberegister 32 setzt die von außen gelieferten seriellen Daten in parallele Daten um. Außerdem setzt das Schieberegister 32 die Einstelldaten, die im EPROM 34 gespeicherte parallele Daten enthalten, in serielle Daten um.

Das EPROM 34 speichert Einstelldaten, die vom Schieberegister 32 gelieferte parallele Daten enthalten. Die Signalauswahlschaltung 35 wählt entweder Einstelldaten, die vom Schieberegister 32 gelieferte parallele Daten umfassen, oder Einstelldaten, die vom EPROM 34 gelieferte parallele Daten umfassen, aus und liefert sie an den D/A-Umsetzer 36. Die Steuerlogik 33 erzeugt auf der Basis eines vom E-Anschluß 35 eingegebenen "Freigabe"-Signals und vom Schieberegister 32 gelieferten Steuerdaten Steuersignale und gibt sie an die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31, das Schieberegister 32, das EPROM 34 und die Signalauswahlschaltung 35 aus, um ihren Betrieb zu steuern. Hier wird, um die Beschreibung zu erleichtern, das von der Steuerlogik 33 an das Schieberegister 32 gelieferte Steuersignal als Schieberegistersteuersignal 65 bezeichnet. Der D/A- Umsetzer 36 setzt parallele digitale Daten in analoge Daten um.

Die Meßschaltung 40 ist aus einem Halbleiterspannungsmesser aufgebaut, der ein Ausgangssignal in Antwort auf beispielsweise den angelegten Druck erzeugt. Die Signalverstärkerschaltung 41 verstärkt das von der Meßschaltung 40 erzeugte Signal und gibt es über den Vout-Anschluß 58 nach außen ab. Die Empfindlichkeitseinstellschaltung 37 stellt den an die Meßschaltung 40 angelegten Strom nach Maßgabe des Ausgangssignals aus dem D/A-Umsetzer 36 ein. In ähnlicher Weise stellt die Offset-Einstellschaltung 39 die zum Einstellen des Offsets der Signalverstärkerschaltung 41 verwendete Referenzspannung nach Maßgabe des Ausgangssignals aus dem D/A-Umsetzer 36 ein. Die TC-Einstellschaltung 38 führt eine Addition/Subtraktion die Ausgangssignale der Empfindlich­ keitseinstellschaltung 37 und der Offset-Einstellschaltung 39 nach Maßgabe des Ausgangssignals aus dem D/A-Umsetzer 36 aus.

Hier bilden die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31, das Schieberegister 32, die Steuerlogik 33, das EPROM 34, die Signalauswahlschaltung 35 und der D/A-Umsetzer 36 den digitalen Schaltungsteil. Im Gegensatz dazu bilden die Empfindlichkeitseinstellschaltung 37, die TC-Einstell­ schaltung 38, die Offset-Einstellschaltung 39, die Meßschaltung 40 und die Signalverstärkerschal­ tung 41 den analogen Schaltungsteil.

Bei der vorgenannten Konfiguration führt das Schieberegister 32 die Funktion der Hilfsspeicher­ schaltung 12 aus. Das EPROM 34 führt die Funktion der Hauptspeicherschaltung 13 aus. Die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31, die Steuerlogik 33 und die Signalauswahlschaltung 35 führen die Funktion der Betriebsauswahlschaltung 11 aus. Der D/A-Umsetzer 36, die Empfindlich­ keitseinstellschaltung 37, die TC-Einstellschaltung 38 und die Offset-Einstellschaltung 39 führen die Funktion der Einstellschaltung 14 aus. Die Meßschaltung 40 führt die Funktion der Wheatstone- Brücke 15 aus. Die Signalverstärkerschaltung 41 führt die Funktion der Verstärkungsschaltung 16 aus. Außerdem entsprechen der GND-Anschluß 51, der Vcc-Anschluß 52, der DS-Anschluß 53, der CLK-Anschluß 54, der E-Anschluß 55, der CG-Anschluß 56, der EV-Anschluß 57 und der Vout- Anschluß 58 einem jeweiligen des ersten bis achten Anschlusses, das heißt des Anschlusses 21 bis 28.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das in vereinfachter Form ein Beispiel der Konfiguration des Schieberegi­ sters 32 zeigt. Die Anzahl der Bits des Schieberegisters 32 beträgt, als Beispiel und ohne besondere Beschränkung, 51 Bits. Von diesen speichern zwei Bits Steuerdaten 61, die an die Steuerlogik 33 geliefert werden. Nach diesen zwei Bits werden 48 Bits dazu verwendet, entweder an das EPROM 34 gelieferte Daten 62, an die Signalauswahlschaltung 35 gelieferte Einstelldaten 63 oder an das EPROM 34 gelieferte Daten 64 zu speichern. Das verbleibende eine Bit wird als Puffer verwendet.

Als nächstes werden unter Bezug auf die Fig. 4 die verschiedenen Steuersignale und die Beziehung zwischen den angelegten Spannungen und den Betriebsmodi der Druckmeßvorrichtung 3 beschrie­ ben. Wenn ein externer Takt am CLK-Anschluß 54 eingegeben wird, sich sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 im "nicht-geladenen" Zustand NC befinden, die Eingabe am E- Anschluß 55 sich auf dem L-Pegel befindet und die zwei Bits der Steuerdaten 61 (A und B) sich auf dem L-Pegel befinden, dann geht nach dem Eingeben serieller Daten am DS-Anschluß 53 das Schieberegister (SR)-Steuersignal 65 auf den L-Pegel, die Signalauswahlschaltung 35 wählt das EPROM 34 aus, und die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 geht auf "Eingabe". Als Folge werden serielle Daten von außen in das Schieberegister 32 eingegeben (Modus Nr. 1).

Wenn ein externer Takt an dem CLK-Anschluß 54 eingegeben wird, sich sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 im "nicht-geladenen"-Zustand NC befinden, die Eingabe am E- Anschluß 55 sich auf dem H-Pegel befindet und die zwei Bits der Steuerdaten 61 (A und B) sich auf dem L-Pegel befinden, dann geht das Schieberegistersteuersignal 65 auf den L-Pegel, die Signal­ auswahlschaltung 35 wählt das EPROM 34 aus, und die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 geht auf "Ausgabe". Als Folge werden serielle Daten aus dem Schieberegister 32 nach außen abgegeben (Modus Nr. 2).

Wenn sich die Eingabe am E-Anschluß 55 auf dem H-Pegel befindet, sich die Eingabe am DS- Anschluß 53 auf dem L-Pegel befindet, die Eingabe am CLK-Anschluß 54 sich auf dem L-Pegel befindet, das erste Bit (A) und das zweite Bit (B) der Steuerdaten 61 sich auf dem H-Pegel bzw. dem L-Pegel befinden und sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 sich im "nicht- geladenen" Zustand befinden, dann geht das Schieberegistersteuersignal 65 auf den L-Pegel, die Signalauswahlschaltung 35 wählt das Schieberegister 32 aus, und die Eingabe/Ausgabe-Umschalt­ anordnung 31 geht auf "Ausgabe". Als Folge wird eine Einstellung unter Verwendung der im Schieberegister 32 gespeicherten Daten ausgeführt (Modus Nr. 3).

Wenn die Eingabe am E-Anschluß 55 sich auf dem L-Pegel befindet, die Eingabe am DS-Anschluß 53 sich auf dem L-Pegel befindet, die Eingabe am CLK-Anschluß 54 sich auf dem L-Pegel befindet und sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 sich im "nicht-geladenen" Zustand befinden, dann geht das Schieberegistersteuersignal 65 auf den L-Pegel, die Signalauswahlschal­ tung 35 wählt das EPROM 34 aus, und die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 geht auf "Eingabe". Als Folge geht die Vorrichtung in einen stationären Zustand mit der Ausführung der Einstellung unter Verwendung der im EPROM 34 gespeicherten Daten (Modus Nr. 4).

Wenn die Eingabe am E-Anschluß 55 sich auf dem H-Pegel befindet, die Eingabe am DS-Anschluß 53 sich auf dem L-Pegel befindet, die Eingabe am CLK-Anschluß 54 auf dem L-Pegel befindet, die zwei Bits (A und B) der Steuerdaten 61 auf dem H-Pegel befinden und sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 sich in dem "nicht-geladenen" Zustand befinden, dann geht das Schieberegistersteuersignal 65 auf den L-Pegel, und die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 geht auf "Ausgabe". Als Folge werden im Schieberegister 32 gespeicherte Daten in das EPROM 34 übertragen (Modus Nr. 5).

Wenn die Eingabe am E-Anschluß 55 sich auf dem H-Pegel befindet, die Eingabe am DS-Anschluß 53 sich auf dem L-Pegel befindet, die Eingabe am CLK-Anschluß sich auf dem L-Pegel befindet, die zwei Bits (A und B) der Steuerdaten 61 sich auf dem H-Pegel befinden und sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 sich in dem Zustand befinden, in dem Schreibspannungen angelegt sind, dann geht das Schieberegistersteuersignal 65 auf den L-Pegel, und die Eingabe/Ausgabe- Umschaltanordnung 31 geht auf "Ausgabe". Als Folge werden im Schieberegister 32 gespeicherte Daten in das EPROM 34 geschrieben (Modus Nr. 6).

Wenn die Eingabe am E-Anschluß 55 sich auf dem H-Pegel befindet, die Eingabe am DS-Anschluß 53 sich auf dem L-Pegel befindet, die Eingabe am CLK-Anschluß 54 sich auf dem L-Pegel befindet, das erste Bit (A) und das zweite Bit (B) der Steuerdaten 61 sich auf dem L-Pegel bzw. auf dem H- Pegel befinden und sowohl der CG-Anschluß 56 als auch der EV-Anschluß 57 sich in dem "nicht­ geladenen" Zustand befinden, dann geht das Schieberegistersteuersignal 65 auf den H-Pegel, die Signalauswahlschaltung 35 wählt das EPROM 34 aus, und die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanord­ nung 31 geht auf "Ausgabe". Als Folge werden im EPROM 34 gespeicherte Daten an das Schiebe­ register 32 übertragen (Modus Nr. 7).

Als nächstes wird die Prozedur zum Ausführen der Einstellung der Druckmeßvorrichtung 3 beschrie­ ben. Die einzelnen Anschlüsse der Druckmeßvorrichtung 3 sind so beschaffen, daß die Vorrichtung, wenn eine Spannung, welche die Speisebetriebsspannung ist, beispielsweise 5 V, über den Vcc- Anschluß 52 angelegt wird, automatisch in den stationären Zustand des vorgenannten Modus Nr. 4 geht. Im Anfangszustand, in dem noch keine Einstellung erfolgt ist, befindet sich das EPROM 34 in einem "alles null"-Zustand, in dem nichts im Speicher gespeichert ist. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Signalverstärkerschaltung 41 und der Vout-Anschluß 58 in einem gesättigten Zustand, das heißt einem Zustand bei oder nahe entweder dem Speisespannungspotential oder dem Erdpotential.

Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Zeitlagediagramm werden durch Eingeben von Einstelldaten von dem DS-Anschluß 53 unter Eingabe eines externen Takts am CLK-Anschluß 54 und durch Einstellen des E-Anschlusses 55 auf den L-Pegel Einstelldaten von außen im Schieberegister 32 gespeichert (Modus Nr. 1). Dann erfolgt durch Einstellen des CLK-Anschlusses 54 und des DS-Anschlusses 53 auf den L-Pegel und durch Einstellen des E-Anschlusses 55 auf den H-Pegel die Einstellung unter Verwendung der im Schieberegister 32 gespeicherten Einstelldaten (Modus Nr. 3). Zu diesem Zeitpunkt wird das Sensorausgangssignal aus dem Vout-Anschluß 58 gemessen. Dieser vorläufige Einstellvorgang wird wiederholt, bis das gewünschte Sensorausgangssignal erhalten wird. In anderen Worten können durch Messen des Sensorausgangssignals unter allmählicher Änderung der von außen eingegebenen vorläufigen Einstelldaten diejenigen Einstelldaten ermittelt werden, die zu dem gewünschten Sensorausgangssignal führen.

Sobald die Einstelldaten ermittelt worden sind, werden die finalisierten Einstelldaten von außen in dem Schieberegister 32 gespeichert, indem die finalisierten Einstelldaten über den DS-Anschluß 53 eingegeben werden, während ein externer Takt über den CLK-Anschluß 54 eingegeben und der E- Anschluß 55 zusätzlich auf den L-Pegel eingestellt wird, wie in dem in Fig. 6 gezeigten Zeitlagedia­ gramm dargestellt (Modus Nr. 1). Als nächstes werden durch Einstellen des E-Anschlusses 55 auf den H-Pegel, des DS-Anschlusses 53 auf den L-Pegel und des CLK-Anschlusses 54 auf den L- Pegel die finalisierten Einstelldaten aus dem Schieberegister 32 an das EPROM 34 übertragen (Modus Nr. 5). Danach werden "Schreib"-Spannungen an den CG-Anschluß 56 und den EV- Anschluß 57 angelegt, und die vom Schieberegister 32 übertragenen Einstelldaten werden in das EPROM 34 geschrieben (Modus Nr. 6).

Bei Beendigung des Schreibens ist der Einstellvorgang abgeschlossen. Danach wird die Druckmeß­ vorrichtung 3 in ihrem Anfangszustand verwendet (Modus Nr. 4). Auf diese Weise können die gewünschten Sensorcharakteristika immer auf der Basis der im EPROM 34 gespeicherten Einstell­ daten gewonnen werden.

Außerdem werden, vor dem Starten des vorläufigen Einstellvorgangs, durch Eingeben vorläufiger Einstelldaten von dem DS-Anschluß 53 unter Eingabe eines externen Takts an dem CLK-Anschluß 54 und unter Einstellung des E-Anschlusses 55 auf den L-Pegel vorläufige Einstelldaten von außen in dem Schieberegister 32 gespeichert, wie in dem in Fig. 7 gezeigten Zeitlagediagramm dargestellt (Modus Nr. 1). Danach können, wenn der E-Anschluß 55 auf den H-Pegel eingestellt wird, die im Schieberegister 32 gespeicherten vorläufigen Einstelldaten über den DS-Anschluß 53 ausgegeben werden (Modus Nr. 2). Dies bewirkt, daß die über den DS-Anschluß 53 eingegebenen vorläufigen Einstelldaten unverändert über den DS-Anschluß 53 ausgegeben werden, nachdem sie durch die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 und das Schieberegister 32 geleitet worden sind. Als Folge liefert dies eine Qualitätsüberprüfung des Betriebs des Schieberegisters 32 und die Ein­ gabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31. In anderen Worten ist es durch Ausführen des in Fig. 7 gezeigten Zeitlagediagramms möglich, eine Qualitätsüberprüfung des Betriebs des Schieberegisters 32 und die Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung 31 auszuführen. Außerdem sind unter den Bits des in Fig. 7 gezeigten Zeitlagediagramms jene mit "Ignorieren" bezeichneten solche Bits, die sich nicht auf die Einstellung beziehen und somit ignoriert werden können. Das gleiche gilt für Fig. 8, die später diskutiert wird.

Außerdem können durch Einstellen des E-Anschlusses 55 auf den H-Pegel, des DS-Anschlusses 53 auf den L-Pegel, des CLK-Anschlusses 54 auf den L-Pegel, wie in dem Zeitlagediagramm von Fig. 8 gezeigt, die im EPROM 34 gespeicherten Einstelldaten an das Schieberegister 32 übertragen werden (Modus Nr. 7). Nach der Übertragung können, wenn der E-Anschluß 55 auf den H-Pegel eingestellt wird, während ein externer Takt am CLK-Anschluß 54 eingegeben wird, die im Schiebe­ register 32 gespeicherten Daten am DS-Anschluß 53 ausgegeben werden (Modus Nr. 2). Auf diese Weise können die im EPROM 34 gespeicherten Einstelldaten über den DS-Anschluß 53 ausgegeben werden, wodurch es ermöglicht wird, die Betriebsqualität des EPROMs 34 zu überprüfen, das Datenhaltevermögen des EPROMs 34 zu untersuchen und Fehlerquellen bei den Sensorcharakteri­ stika nach dem Einstellen zu studieren. Dies ist sehr effektiv für die Qualitätssicherung und die Qualitätssteuerung von Halbleiter-Druckmeßvorrichtungen 3.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist die Konfiguration dergestalt, daß durch Messung des Sensorausgangssignals unter allmählicher Änderung der im Schieberegister 32 gespeicherten vorläufigen Einstelldaten die im gewünschten Sensorausgangssignal resultierenden Einstelldaten ermittelt und im EPROM 34 gespeichert werden und im normalen Betriebszustand das Sensoraus­ gangssignal durch die Empfindlichkeitseinstellschaltung 37, die TC-Einstellschaltung 38 und die Offset-Einstellschaltung 39 unter Verwendung der im EPROM 34 gespeicherten Einstelldaten eingestellt wird. Da jedes dieser Konfigurationselemente nur aus aktiven Elementen und passiven Elementen gebildet ist, die durch den CMOS-Herstellungsprozeß hergestellt werden, und da diese Elemente außerdem mit den sieben oder acht Anschlüssen auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet sind, wird eine Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe geschaffen, die das elektrische Einstellen (bzw. Trimmen) kostengünstig und mit einer kleinen Anzahl an Anschlüssen ausführen kann.

Die vorliegende Erfindung ist, wie oben beschrieben, nicht auf Halbleiterdruckmeßvorrichtungen beschränkt, sondern sie kann auch auf Meßvorrichtungen für eine Vielzahl physikalischer Größen angewendet werden, wie beispielsweise für die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, das Licht, den Magnetismus oder den Schall.

Erfindungsgemäß ist die Konfiguration so getroffen, daß durch Messen des Sensorausgangssignals unter allmählicher Änderung der in einer Hilfsspeicherschaltung gespeicherten vorläufigen Einstell­ daten die im gewünschten Sensorausgangssignal resultierenden Einstelldaten ermittelt und in einer Hauptspeicherschaltung gespeichert werden und im normalen Betriebszustand das Sensoraus­ gangssignal mittels einer oder mehrerer Einstellschaltungen unter Verwendung der in der Haupt­ speicherschaltung gespeicherten Einstelldaten eingestellt wird. Da das Sensorelement, die Hilfs­ speicherschaltung, die Hauptspeicherschaltung und die Einstellschaltungen nur aus mittels des CMOS-Herstellprozesses hergestellten aktiven und passiven Elementen gebildet sind und da diese Elemente zusammen mit den sieben oder acht Anschlüssen auf dem gleichen Halbleiterchip gebildet sind, wird eine Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe geschaffen, welche die elektrische Einstellung (bzw. das Trimmen) in kostengünstiger Weise und mit einer kleinen Anzahl an Anschlüssen ausführen kann.

Claims (9)

1. Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe, umfassend:
ein Sensorelement (3), das ein elektrisches Signal erzeugt, das von einer erfaßten physi­ kalischen Größe abhängig oder zu ihr proportional ist;
einen Ausgangsanschluß (28) zum Ausgeben des von dem Sensorelement erzeugten elektrischen Signals nach außen;
einen Dateneingangsanschluß (23) zum Eingeben serieller digitaler Daten, die zu Einstell­ daten werden sollen, zum Einstellen der Ausgangscharakteristika des Sensorelements;
eine Hilfsspeicherschaltung (12) zum vorübergehenden Speichern von über den Datenein­ gangsanschluß eingegebenen Einstelldaten;
eine wiederbeschreibbare Festwerthauptspeicherschaltung (13) zum Speichern der in der Hilfsspeicherschaltung gespeicherten Einstelldaten mittels eines elektrischen Wiederbeschreibvor­ gangs; und
eine Einstellschaltung (14) zum Einstellen der Ausgangscharakteristika des Sensorele­ ments auf der Basis von in der Hilfsspeicherschaltung gespeicherten Einstelldaten oder von in der Hauptspeicherschaltung gespeicherten Einstelldaten,
wobei die Halbleitervorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe nur aus auf dem gleichen Halbleiterchip gebildeten aktiven und passiven Elementen in CMOS-Technik aufgebaut ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Hilfsspeicherschaltung (12) einge­ gebene serielle digitale Daten in parallele digitale Daten umsetzt und die Daten an Schaltungen innerhalb der Vorrichtung liefert.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Empfindlichkeitseinstell­ schaltung (37) zum Ausführen einer Änderung/Einstellung des an das Sensorelement angelegten Stroms auf der Basis der Einstelldaten zum Einstellen der Empfindlichkeit des Sensorelements (3).

4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Tempe­ raturcharakteristika-Einstellschaltung (38) zum Ausführen einer Addition/Subtraktion bei dem Ausgangssignal der Empfindlichkeitseinstellschaltung (37).

5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Verstär­ kerschaltung (41) zum Verstärken und Ausgeben des von dem Sensorelement (3) erzeugten elektrischen Signals nach außen, wobei die Einstellschaltung (14) eine Offset-Einstellschaltung (39) zum Ändern/Einstellen der Referenzspannung für die Offset-Einstellung der Verstärkerschaltung aufweist.

6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Einstellschaltung (14) außerdem eine Temperaturcharakteristika-Einstellschaltung (38) zum Ausführen einer Addition/Subtraktion bei den Ausgangssignalen der Empfindlichkeitseinstellschaltung (37) und der Offset-Einstellschaltung (39) aufweist.

7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher
der Dateneingangsanschluß (23) auch als Anschluß zum Ausgeben der in der Hilfsspei­ cherschaltung (12) gespeicherten Daten nach außen dient;
die Hilfsspeicherschaltung gespeicherte Daten als serielle digitale Daten ausgibt; und
die Halbleitervorrichtung zwischen dem Dateneingangsanschluß und der Hilfsspeicher­ schaltung des weiteren eine Eingabe/Ausgabe-Umschaltanordnung (31) zum Umschalten zwischen entweder dem Liefern von über den Dateneingangsanschluß eingegebenen seriellen digitalen Daten an die Hilfsspeicherschaltung oder dem Liefern von aus der Hilfsspeicherschaltung ausgegebenen seriellen digitalen Daten an den Dateneingangsanschluß umfaßt.

8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend insgesamt sieben Anschlüsse, die bestehen aus dem Ausgangsanschluß (28), dem Dateneingangsanschluß (23), einem Anschluß (21) zum Anlegen des Erdpotentials, einem Anschluß (22) zum Anlegen einer Betriebsspannung, einem Anschluß (24) zum Eingeben eines externen Takts, einem Anschluß (25) zum Eingeben von Signalen zum Steuern interner digitaler Schaltungen und einem Anschluß (26) zum Anlegen einer ersten Schreibspannung, die größer als die Betriebsspannung ist, zum Schreiben von Daten in die Hauptspeicherschaltung, und des weiteren umfassend eine Schaltung zum Erzeugen einer von der ersten Schreibspannung verschiedenen zweiten Schreibspannung auf der Basis der ersten Schreibspannung.

9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend insgesamt acht An­ schlüsse, die bestehen aus dem Ausgangsanschluß (28), dem Dateneingangsanschluß (23), einem Anschluß (21) zum Anlegen des Erdpotentials, einem Anschluß (22) zum Anlegen einer Betriebs­ spannung, einem Anschluß (24) zum Eingeben eines externen Takts, einem Anschluß (25) zum Eingeben von Signalen zum Steuern interner digitaler Schaltungen, einem Anschluß (26) zum Anlegen einer ersten Schreibspannung, die größer als die Betriebsspannung ist, zum Schreiben von Daten in die Hauptspeicherschaltung (13), und einen Anschluß (27) zum Anlegen einer zweiten Schreibspannung, die höher als die Betriebsspannung ist und sich von der ersten Schreibspannung unterscheidet, zum Schreiben von Daten in die Hauptspeicherschaltung.