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JPH05203682A - Semiconductor sensor - Google Patents

Semiconductor sensor

Info

Publication number
JPH05203682A
JPH05203682A JP4037318A JP3731892A JPH05203682A JP H05203682 A JPH05203682 A JP H05203682A JP 4037318 A JP4037318 A JP 4037318A JP 3731892 A JP3731892 A JP 3731892A JP H05203682 A JPH05203682 A JP H05203682A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
conversion circuit
start point
operation start
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4037318A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshitaka Shibata
俊隆 柴田
Binrin Tei
敏林 程
Katsufusa Shono
克房 庄野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Fujikura Ltd
Research Development Corp of Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd, Research Development Corp of Japan filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP4037318A priority Critical patent/JPH05203682A/en
Publication of JPH05203682A publication Critical patent/JPH05203682A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 CMOSインバータを用いた簡易なA/D変
換回路付き半導体センサの動作始点を正確に設定するこ
とができ、しかも全体を1チップに集積化できるように
する。 【構成】 外部変化に応動するセンサ部と、論理しきい
値を異ならせた複数のCMOSインバータを並列に接続
して前記センサ部の出力をデジタル値に変換するA/D
変換回路と、このA/D変換回路の動作始点設定用に論
理しきい値を制御した負荷CMOSインバータを有し、
前記センサ部が少なくとも一方の要素トランジスタを共
用して形成された動作始点設定部とを備え、前記センサ
部、A/D変換回路、動作始点設定部を同一半導体基板
上に形成する。
(57) [Abstract] [Purpose] It is possible to accurately set the operation starting point of a simple semiconductor sensor with an A / D conversion circuit using a CMOS inverter and to integrate the whole into one chip. An A / D that converts the output of the sensor unit into a digital value by connecting in parallel a sensor unit that responds to external changes and a plurality of CMOS inverters having different logic threshold values
It has a conversion circuit and a load CMOS inverter whose logic threshold value is controlled for setting the operation start point of this A / D conversion circuit,
The sensor section includes an operation start point setting section formed by sharing at least one element transistor, and the sensor section, the A / D conversion circuit, and the operation start point setting section are formed on the same semiconductor substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CMOSインバータを
用いたA/D変換回路付き半導体センサに関し、特にA
/D変換動作の始点設定を行う動作始点設定部を同一基
板上に形成した半導体センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor sensor with an A / D conversion circuit using a CMOS inverter, and more particularly to A
The present invention relates to a semiconductor sensor in which an operation start point setting unit for setting a start point of a / D conversion operation is formed on the same substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧力センサや加速度センサ等の半導体セ
ンサを用いるシステム、例えば計測制御システムでは、
センサの小型化、低消費電力化が著しく進展し、最近で
は同一基板上にセンサ本体のみならず、その周辺回路ま
でも搭載したモジュールが出現している。更には、この
種のモジュールを小型化して機能の向上と低コスト化を
図る共に、コンピュータへの接続を容易にするため、直
接デジタル出力の得られるA/D変換機能付きのセンサ
も開発されている。
2. Description of the Related Art In a system using a semiconductor sensor such as a pressure sensor or an acceleration sensor, for example, a measurement control system,
The miniaturization and low power consumption of the sensor have been remarkably advanced, and recently, not only the sensor main body but also the peripheral circuit thereof has been mounted on the same substrate. Furthermore, a sensor with an A / D conversion function that directly obtains a digital output has been developed in order to improve the function and reduce the cost of this type module by miniaturizing it, and to facilitate the connection to a computer. There is.

【0003】上述したデジタル出力型のセンサに既存の
A/D変換器構成を採用すると小型化が難しいため、論
理しきい値の異なる複数のCMOSインバータを用いる
簡易なA/D変換器構成が提案されている(例えば、特
願平2−284681号参照)。このA/D変換器は回
路構成が簡単である反面、入出力関係の零点に相当する
動作始点を調整することが必要である。
If the existing A / D converter structure is adopted for the above-mentioned digital output type sensor, it is difficult to reduce the size. Therefore, a simple A / D converter structure using a plurality of CMOS inverters having different logic threshold values is proposed. (See, for example, Japanese Patent Application No. 2-284681). Although this A / D converter has a simple circuit configuration, it is necessary to adjust the operation start point corresponding to the zero point of the input / output relation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体圧力セン
サや加速度センサなどの機械量センサは零点調整にレー
ザトリミングなどを必要とするが、これは個別に行う必
要があるため製造コストの上昇要因となっていた。本発
明は、このような点を改善し、CMOSインバータを用
いた簡易なA/D変換回路付き半導体センサの動作始点
を正確に設定することができ、しかも全体を1チップに
集積化できるようにすることを目的としている。
Conventional mechanical pressure sensors such as semiconductor pressure sensors and acceleration sensors require laser trimming or the like for zero point adjustment, but this must be done individually, which causes an increase in manufacturing cost. Was becoming. The present invention improves such a point, and can set the operation start point of a simple semiconductor sensor with an A / D conversion circuit using a CMOS inverter accurately, and can integrate the whole into one chip. The purpose is to do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、外部変化に応動するセンサ部と、論理しき
い値を異ならせた複数のCMOSインバータを並列に接
続して前記センサ部の出力をデジタル値に変換するA/
D変換回路と、このA/D変換回路の動作始点設定用に
論理しきい値を制御した負荷CMOSインバータを有
し、前記センサ部が少なくとも一方の要素トランジスタ
を共用して形成された動作始点設定部とを備え、前記セ
ンサ部、A/D変換回路、動作始点設定部を同一半導体
基板上に形成してなることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a sensor unit that responds to an external change and a plurality of CMOS inverters having different logic threshold values are connected in parallel to each other. A / that converts the output to a digital value
A D conversion circuit and a load CMOS inverter having a logic threshold value for setting an operation starting point of the A / D conversion circuit are provided, and the operation starting point setting is formed by the sensor unit sharing at least one element transistor. And a sensor section, an A / D conversion circuit, and an operation start point setting section are formed on the same semiconductor substrate.

【0006】[0006]

【作用】A/D変換回路付きセンサと同一半導体基板上
に形成された動作始点設定部は、A/D変換回路と同一
プロセスで形成され、且つ極めて近い位置に形成される
ため、素子各部の特性(ゲート酸化膜厚、MOSトラン
ジスタのしきい値電圧、チャネル部のキャリア移動度
等)は均一になる。従って、動作始点設定部は設計仕様
に近い動作が期待でき、正確な動作始点の自動設定が可
能になる。
The operation start point setting portion formed on the same semiconductor substrate as the sensor with the A / D conversion circuit is formed in the same process as the A / D conversion circuit and is formed at an extremely close position, so The characteristics (gate oxide film thickness, threshold voltage of MOS transistor, carrier mobility of channel portion, etc.) become uniform. Therefore, the operation start point setting section can expect an operation close to the design specification, and an accurate operation start point can be automatically set.

【0007】この動作始点設定部をA/D変換回路と同
じプロセスで形成される負荷CMOSインバータで構成
すると、その論理しきい値を制御するだけで正確な動作
始点設定が可能になる。これは、製造技術的に素子各部
の特性が絶対的に変動したとしても、回路各部を同一基
板上に形成しているため、各CMOSインバータにおけ
る論理しきい値の相対的な差の変化が小さいからであ
る。特に、この負荷CMOSインバータを、入出力端子
間が帰還抵抗で接続された形にすると、最も安定した動
作を期待できる。
If this operation start point setting section is constructed by a load CMOS inverter formed in the same process as the A / D conversion circuit, an accurate operation start point can be set only by controlling its logic threshold value. This is because even if the characteristics of the respective parts of the element are absolutely changed due to manufacturing technology, since the respective parts of the circuit are formed on the same substrate, the change in the relative difference between the logical threshold values in the respective CMOS inverters is small. Because. In particular, if this load CMOS inverter is connected to the input / output terminals with a feedback resistor, the most stable operation can be expected.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、本発明の一実施例を示す1チップの半導
体センサの回路構成図である。この図において、1は機
械量センサの一つである圧力センサ、2はその出力をデ
ジタル値に変換するCMOSインバータ形式のA/D変
換回路、3は動作始点設定用の負荷CMOSインバータ
である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a one-chip semiconductor sensor showing an embodiment of the present invention. In this figure, 1 is a pressure sensor which is one of the mechanical quantity sensors, 2 is a CMOS inverter type A / D conversion circuit for converting the output to a digital value, and 3 is a load CMOS inverter for setting the operation starting point.

【0009】圧力センサ1は独立したものではなく、実
は負荷CMOSインバータ3の要素トランジスタを利用
したものである。即ち、このインバータ3はPチャネル
MOSトランジスタPMOSとNチャネルMOSトラン
ジスタNMOSとを要素トランジスタとしたものである
が、この一方又は両方を圧力センサ1として共用する。
この例ではPMOSをセンサとしている。即ち、図2に
示すように、(100)面を表面にしたSiチップ50
の中央部に円形の薄いダイヤフラム部51を形成し、そ
の周縁部にA/D変換回路2と負荷CMOSインバータ
3のNMOSを形成し、これらは圧力変化を受けないよ
うにする。このときセンサ1として共用されるPMOS
をダイヤフラム部51側に形成し、圧力変化を受けるよ
うにするのである。52はSiチップ50を搭載するガ
ラス台座である。PMOSを用いた圧力センサ1は圧力
を印加されるとチャネル部のキャリア移動度μp が変化
する。μp が変化するとβR が変化するため、数1のΔ
T が一時的に変化する。この一時的な変化は、後述す
る論理しきい値制御の定常的なものとは異なり、圧力に
応動したセンサの差分出力となる。
The pressure sensor 1 is not independent, but actually uses the element transistor of the load CMOS inverter 3. That is, the inverter 3 uses the P-channel MOS transistor PMOS and the N-channel MOS transistor NMOS as element transistors, but one or both of them are shared as the pressure sensor 1.
In this example, the PMOS is used as the sensor. That is, as shown in FIG. 2, the Si chip 50 having the (100) surface as its surface is used.
A circular thin diaphragm portion 51 is formed in the central portion of the above, and the A / D conversion circuit 2 and the NMOS of the load CMOS inverter 3 are formed in the peripheral portion thereof so that they are not subjected to pressure change. At this time, the PMOS shared as the sensor 1
Is formed on the diaphragm portion 51 side so as to receive a pressure change. Reference numeral 52 is a glass pedestal on which the Si chip 50 is mounted. In the pressure sensor 1 using the PMOS, the carrier mobility μ p of the channel portion changes when pressure is applied. Since β R changes when μ p changes, Δ in Equation 1
V T changes temporarily. This temporary change is a differential output of the sensor in response to the pressure, unlike the steady-state logical threshold control described later.

【0010】[0010]

【数1】 [Equation 1]

【0011】A/D変換回路2は入力段のCMOSイン
バータ11〜14、中間段のCMOSインバータ21〜
24、出力段のゲート31〜34で構成され、5階調の
分解能を持つ。入力段のインバータ11〜14は、図3
にその入出力伝達特性を示すように、それぞれがほぼ等
間隔で論理しきい値電圧を異ならせるように設計された
インバータ群である。中間段のインバータ21〜24
は、インバータ11〜14の各出力を反転するもので、
それぞれがインバータ11と同じチャネル寸法に設計し
てある。これにより、アナログのセンサ出力をデジタル
化することが可能になる。出力段のゲート31〜34
は、31がインバータ21の出力を反転するインバー
タ、32〜34がインバータ21〜24の出力を2つず
つ入力にするEXORゲートである。5ビットのデジタ
ル出力V1 〜V5 は、V1 がインバータ31の出力、V
2 〜V4 がEXORゲート32〜34の出力、V5 がイ
ンバータ24の出力である。
The A / D conversion circuit 2 includes CMOS inverters 11 to 14 at the input stage and CMOS inverters 21 to 21 at the intermediate stage.
24 and output stage gates 31 to 34, and has a resolution of 5 gradations. The inverters 11 to 14 at the input stage are shown in FIG.
In order to show its input / output transfer characteristics, each is a group of inverters designed to have different logic threshold voltages at substantially equal intervals. Intermediate stage inverters 21-24
Is for inverting each output of the inverters 11 to 14,
Each is designed to have the same channel size as the inverter 11. This makes it possible to digitize the analog sensor output. Output stage gates 31-34
Is an inverter that inverts the output of the inverter 21, and 32-34 are EXOR gates that input the outputs of the inverters 21-24 two by two. Among the 5-bit digital outputs V 1 to V 5 , V 1 is the output of the inverter 31, V
2 to V 4 are outputs of the EXOR gates 32 to 34, and V 5 is an output of the inverter 24.

【0012】この実施例では、各インバータを構成する
MOSトランジスタのチャネル長Lとチャネル幅Wの比
W/Lを異ならせることにより、各インバータの論理し
きい値電圧VT を等量ΔVT ずつシフトしてある。一例
を示すと、インバータ11のプルアップ側のPMOS
(PチャネルMOS)トランジスタのチャネル幅Wpを
11.7μmとし、またそのチャネル長Lpを3.6μ
mとしてある。このとき、対となるプルダウン側のNM
OS(NチャネルMOS)トランジスタのチャネル幅W
nは7.1μmとし、またそのチャネル長Lnは3.6
μmとしてある。他のインバータ12,13,14につ
いてはLp,Wn,Lnを変えずに、Wpだけを図1に
示すように0.8μmずつ増加させ(但し、12,13
間は2倍の1.6μm)、12.5μm,14.1μ
m,14.9μmとしてある。この様に、Wpを0.8
μmずつ増加させると、VDD=10Vの時は、各インバ
ータの論理しきい値電圧VT を約60mVずつ増加させ
ることができる。
In this embodiment, by making the ratio W / L of the channel length L and the channel width W of the MOS transistors constituting each inverter different, the logical threshold voltage V T of each inverter is equal by ΔV T. It has been shifted. As an example, the PMOS on the pull-up side of the inverter 11
(P channel MOS) transistor has a channel width Wp of 11.7 μm and a channel length Lp of 3.6 μm.
It is as m. At this time, the pair of pull-down NMs
Channel width W of OS (N channel MOS) transistor
n is 7.1 μm, and its channel length Ln is 3.6.
μm. With respect to the other inverters 12, 13, 14, without changing Lp, Wn, Ln, only Wp is increased by 0.8 μm as shown in FIG.
Doubled to 1.6 μm), 12.5 μm, 14.1 μm
m, 14.9 μm. In this way, Wp is 0.8
By increasing by μm, when V DD = 10V, the logic threshold voltage V T of each inverter can be increased by about 60 mV.

【0013】負荷CMOSインバータ3はその出力端子
と入力端子との間に適当な値の帰還抵抗RF を接続して
ある。この帰還抵抗RF は多結晶シリコンを用いて形成
でき、数KΩ程度に設定すると過渡電流対策となる。但
し、この点が問題なければ0Ωでもよい。この負荷CM
OSインバータ3についても同様のWp制御を行う。こ
の場合は、A/D変換回路2のインバータ12,13の
中間の論理しきい値となるように設定する。即ち、負荷
CMOSインバータ3のWpを13.3μmに設定し、
その論理しきい値電圧VT をインバータ12,13の中
間におく。図3はこのようにしてしきい値制御された各
インバータの圧力零時の入出力伝達特性を示している。
The load CMOS inverter 3 has a feedback resistor R F having an appropriate value connected between its output terminal and input terminal. This feedback resistor R F can be formed by using polycrystalline silicon, and if it is set to about several KΩ, it becomes a countermeasure against transient current. However, if there is no problem in this point, it may be 0Ω. This load CM
The same Wp control is also performed for the OS inverter 3. In this case, the logical threshold value is set to an intermediate value between the inverters 12 and 13 of the A / D conversion circuit 2. That is, Wp of the load CMOS inverter 3 is set to 13.3 μm,
The logic threshold voltage V T is placed in the middle of the inverters 12 and 13. FIG. 3 shows the input / output transfer characteristics of each inverter whose threshold is controlled in this way when the pressure is zero.

【0014】負荷CMOSインバータ3の論理しきい値
をこの様に設計することで、A/D変換回路2の動作始
点を自動的に設定することができる。即ち、負荷CMO
Sインバータ3の出力端子Sの電位は、圧力が全く印加
されていない零点状態では入出力端子間が帰還抵抗RF
(〜10KΩ程度)で接続されているため、インバータ
3の論理しきい値電圧にバイアスされている。従って、
図3のように論理しきい値が調整されている場合には、
インバータ11,12の出力電圧はVDD/2より低くな
り、インバータ13,14の出力電圧はVDD/2より高
くなる。このため、デジタル出力はこの零点を示すV3
=1(VDD)、V1 =V2 =V4 =V5 =0(GND)
となる。
By designing the logic threshold value of the load CMOS inverter 3 in this way, the operation starting point of the A / D conversion circuit 2 can be automatically set. That is, the load CMO
The potential of the output terminal S of the S inverter 3 has a feedback resistance R F between the input and output terminals in the zero state where no pressure is applied.
Since they are connected (about 10 KΩ), they are biased to the logical threshold voltage of the inverter 3. Therefore,
When the logical threshold is adjusted as shown in FIG. 3,
The output voltage of the inverters 11 and 12 becomes lower than V DD / 2, and the output voltage of the inverters 13 and 14 becomes higher than V DD / 2. Therefore, the digital output is V 3 indicating this zero point.
= 1 (V DD ), V 1 = V 2 = V 4 = V 5 = 0 (GND)
Becomes

【0015】これに対し、圧力センサ1に圧力が印加さ
れると、その方向および大きさにより次の様な出力変化
をする。先ず、図2(b)のように下向きの圧力が加わ
ったとすると、圧力センサ1として用いられているPM
OSのキャリア移動度が低下してS点の電位を低下させ
る。この結果、その低下量に応じて最初はインバータ1
2の、そして次はインバータ11および12の出力電圧
がVDD/2より大きくなり、前者の場合はV2 =1,V
1 =V3 =V4 =V5 =0なるデジタル出力が得られ、
また後者の場合はV1 =1,V2 =V3 =V4 =V5
0なる出力が得られる。
On the other hand, when pressure is applied to the pressure sensor 1, the output changes as follows depending on the direction and the size thereof. First, assuming that downward pressure is applied as shown in FIG. 2B, the PM used as the pressure sensor 1
The carrier mobility of OS is lowered and the potential at the point S is lowered. As a result, the inverter 1 is initially set according to the amount of decrease.
The output voltage of the second and then the inverters 11 and 12 becomes larger than V DD / 2, and in the former case V 2 = 1, V
A digital output of 1 = V 3 = V 4 = V 5 = 0 is obtained,
In the latter case, V 1 = 1, V 2 = V 3 = V 4 = V 5 =
An output of 0 is obtained.

【0016】このケースとは逆に上向きの圧力が加わっ
たとすると、圧力センサ1として用いられているPMO
Sのキャリア移動度が増加するためS点の電位が増加す
る。この結果、その上昇量に応じて最初はインバータ1
3の、そして次はインバータ13および14の出力電圧
がVDD/2より小さくなる。このため、前者の場合はV
4 =1,V1 =V2 =V3 =V5 =0なるデジタル出力
が得られ、また後者の場合はV5 =1,V1 =V2 =V
3 =V4 =0なるデジタル出力が得られる。
Contrary to this case, if upward pressure is applied, the PMO used as the pressure sensor 1 is used.
Since the carrier mobility of S increases, the potential at the point S increases. As a result, the inverter 1 is initially set according to the amount of increase.
The output voltage of inverters 13 and 14 of 3 and then becomes smaller than V DD / 2. Therefore, in the former case, V
4 = 1, V 1 = V 2 = V 3 = V 5 = 0 becomes a digital output is obtained, also in the latter case V 5 = 1, V 1 = V 2 = V
A digital output of 3 = V 4 = 0 is obtained.

【0017】上述したように、負荷CMOSインバータ
とA/D変換用のCMOSインバータとは、それらを構
成するPMOS及びNMOSトランジスタの寸法を関連
付け、相対的に変化させることによって、各々の論理し
きい値電圧を制御する事により、動作始点を正確に設定
できる。これは、CMOSインバータの特性に影響を及
ぼす他のパラメータ、例えば、ゲート酸化膜厚、MOS
トランジスタのしきい値電圧、チャネル部のキャリア移
動度等が、集積化されたチップ内の極く近傍ではほぼ等
しいと考えられ、従って、それらの絶対値が変動して
も、各インバータの論理しきい値の相対的な差の変化を
極めて小さくできるからである。
As described above, the load CMOS inverter and the CMOS inverter for A / D conversion are associated with the dimensions of the PMOS and NMOS transistors forming them, and are relatively changed, so that the respective logic thresholds are changed. By controlling the voltage, the operation start point can be set accurately. This depends on other parameters that affect the characteristics of the CMOS inverter, such as the gate oxide film thickness and the MOS.
It is considered that the threshold voltage of the transistor and the carrier mobility of the channel are almost the same in the very vicinity of the integrated chip. This is because the change in the relative difference between the threshold values can be made extremely small.

【0018】図4は本発明の他の実施例を示す構成図で
ある。この実施例では、負荷CMOSインバータ3とA
/D変換回路2との間に増幅回路4を介在させてある。
この増幅回路4は負荷CMOSインバータ3と同じ設計
で形成されたCMOSインバータであり、その論理しき
い値はインバータ3の論理しきい値に等しい。従って、
A/D変換回路2の入力端子Tの電圧の零点はインバー
タ3の論理しきい値に自動設定される。
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the load CMOS inverter 3 and A
An amplifier circuit 4 is interposed between the A / D conversion circuit 2 and the / D conversion circuit 2.
The amplifier circuit 4 is a CMOS inverter formed by the same design as the load CMOS inverter 3, and its logic threshold value is equal to the logic threshold value of the inverter 3. Therefore,
The zero point of the voltage at the input terminal T of the A / D conversion circuit 2 is automatically set to the logical threshold value of the inverter 3.

【0019】このような増幅回路4は、前段の負荷CM
OSインバータ3の出力端子Sの電圧の変化分だけを増
幅して出力端子Tの電圧に反映する。従って、センサ部
1の出力が小さい場合でも充分に大きな入力をA/D変
換回路2に与えることができる。尚、この増幅回路4の
増幅度は、入力抵抗Rsと帰還抵抗RG との比RG/RS
で決定することができるが、インバータ3,4の製造バ
ラツキの影響を少なくするためには、20dB程度の増
幅度に止めるのが好ましい。特に、フィードバックによ
りゲインを下げると、リニアリティを拡大することがで
きるため、素子特性のバラツキを吸収できる利点もあ
る。
Such an amplifier circuit 4 has a load CM of the preceding stage.
Only the change in the voltage at the output terminal S of the OS inverter 3 is amplified and reflected in the voltage at the output terminal T. Therefore, even if the output of the sensor unit 1 is small, a sufficiently large input can be given to the A / D conversion circuit 2. The amplification degree of the amplifier circuit 4 is determined by the ratio R G / R S of the input resistance Rs and the feedback resistance R G.
However, in order to reduce the influence of manufacturing variations of the inverters 3 and 4, it is preferable to set the amplification degree to about 20 dB. In particular, if the gain is reduced by feedback, the linearity can be expanded, and there is also an advantage that variations in element characteristics can be absorbed.

【0020】このような増幅回路4は、図5に示す微小
出力の加速度センサに適用すると都合がよい。この加速
度センサの構造は概ね圧力センサに似ているが、ダイヤ
フラム部50の下面中央に重錘体53を設け、小さな加
速度にも応動できるようにしている。しかしながら、こ
のようなセンサ構造にしても、±1G程度の加速度が加
わった程度ではS点の電位はさほど増加しない(数mV
程度)。そこで、この変化分を増幅回路4で増幅してA
/D変換回路2へ入力する。
It is convenient to apply such an amplifier circuit 4 to the minute output acceleration sensor shown in FIG. The structure of this acceleration sensor is similar to that of a pressure sensor, but a weight body 53 is provided at the center of the lower surface of the diaphragm portion 50 so that it can respond to a small acceleration. However, even with such a sensor structure, the potential at the point S does not increase so much when an acceleration of about ± 1 G is applied (several mV).
degree). Therefore, this change is amplified by the amplifier circuit 4 and A
Input to the / D conversion circuit 2.

【0021】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではない。即ち、実施例ではショートチャネル効果を生
じさせないWpを変化させて上式のΔVT を変化させた
が、場合によってはLp,Wn,Lnを変化させてもよ
い。又、センサも実施例では負荷CMOSインバータを
構成するPMOSトランジスタのみを用いたが、このほ
かにもNMOSトランジスタのみ、またはPMOSおよ
びNMOS両トランジスタを用いても、感度が得られれ
ば、センサの種類やその方法は問題としない。
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, in the embodiment, Wp that does not cause the short channel effect is changed to change ΔV T in the above equation, but Lp, Wn, and Ln may be changed in some cases. In addition, although the sensor used only the PMOS transistor which constitutes the load CMOS inverter in the embodiment, the sensor type and the sensor can be changed as long as the sensitivity can be obtained by using only the NMOS transistor or both the PMOS and NMOS transistors. The method does not matter.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、CM
OSインバータを用いた簡易なA/D変換回路付き半導
体センサの動作始点を正確に設定することができ、しか
も全体を1チップに集積化できるようにすることができ
る。具体的には、(1)零点の自動調整機能を備えた小
型なデジタル出力型の圧力センサや加速度センサを1チ
ップで実現できる。(2)信号処理回路の特性は、それ
を構成しているCMOSインバータのチャネル幅のみを
変えることで相対的な関係が決まるため、製造バラツキ
にあまり影響されない。(3)このため生産歩留りの向
上が期待でき、また信号処理部の温度特性も良好であ
る。(4)従来必要であったレーザトリミングなどによ
る零点調整が不要になり、製造コストを低減できる。
As described above, according to the present invention, CM
It is possible to accurately set the operation start point of a simple semiconductor sensor with an A / D conversion circuit using an OS inverter, and further to make it possible to integrate the whole into one chip. Specifically, (1) a compact digital output type pressure sensor or acceleration sensor having a function of automatically adjusting the zero point can be realized by one chip. (2) The characteristics of the signal processing circuit are not significantly affected by manufacturing variations because the relative relationship is determined by changing only the channel width of the CMOS inverter that constitutes the signal processing circuit. (3) Therefore, improvement in production yield can be expected, and the temperature characteristics of the signal processing unit are also good. (4) Zero adjustment by laser trimming, which is conventionally required, is not necessary, and the manufacturing cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】 圧力センサの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of a pressure sensor.

【図3】 各インバータの入出力伝達特性図である。FIG. 3 is an input / output transfer characteristic diagram of each inverter.

【図4】 本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.

【図5】 加速度センサの構造図である。FIG. 5 is a structural diagram of an acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…機械量センサ(センサ部)、2…A/D変換回路、
3…負荷CMOSインバータ(動作始点設定部)、4…
増幅回路、11〜14…入力段のCMOSインバータ、
21〜24…中間段のCMOSインバータ、31〜34
…出力段のゲート、50…Siチップ、51…ダイヤフ
ラム、RF …帰還抵抗。
1 ... Mechanical quantity sensor (sensor section), 2 ... A / D conversion circuit,
3 ... Load CMOS inverter (operation start point setting unit), 4 ...
Amplifier circuits 11 to 14 ... CMOS inverters at the input stage,
21-24 ... CMOS inverters at intermediate stages, 31-34
... Output stage gate, 50 ... Si chip, 51 ... Diaphragm, RF ... Feedback resistor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03M 1/34 9065−5J (72)発明者 程 敏林 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 庄野 克房 神奈川県横浜市旭区白根5丁目45番12号─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI Technical indication location H03M 1/34 9065-5J (72) Inventor Toshinbayashi 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo No. Fujikura Electric Wire Co., Ltd. (72) Inventor Katsuno Shono 5-45-12 Shirane, Asahi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部変化に応動するセンサ部と、 論理しきい値を異ならせた複数のCMOSインバータを
並列に接続して前記センサ部の出力をデジタル値に変換
するA/D変換回路と、 このA/D変換回路の動作始点設定用に論理しきい値を
制御した負荷CMOSインバータを有し、前記センサ部
が少なくとも一方の要素トランジスタを共用して形成さ
れた動作始点設定部とを備え、 前記センサ部、A/D変換回路、動作始点設定部を同一
半導体基板上に形成してなることを特徴とする半導体セ
ンサ。
1. A sensor unit that responds to an external change, and an A / D conversion circuit that connects a plurality of CMOS inverters having different logic threshold values in parallel to convert the output of the sensor unit into a digital value. A load CMOS inverter having a logic threshold value controlled for setting an operation start point of the A / D conversion circuit, and the sensor section includes an operation start point setting section formed by sharing at least one element transistor, A semiconductor sensor characterized in that the sensor section, the A / D conversion circuit, and the operation start point setting section are formed on the same semiconductor substrate.
【請求項2】 前記負荷CMOSインバータは、入出力
端子間を帰還抵抗で接続したものであることを特徴とす
る請求項1の半導体センサ。
2. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein the load CMOS inverter has input and output terminals connected by a feedback resistor.
【請求項3】 前記動作始点設定部と前記A/D変換回
路との間に、前記動作始点設定部と同じ論理しきい値を
有するCMOSインバータで構成された増幅回路を介在
させてなることを特徴とする請求項1又は2の半導体セ
ンサ。
3. An amplifier circuit composed of a CMOS inverter having the same logical threshold value as that of the operation start point setting section is interposed between the operation start point setting section and the A / D conversion circuit. The semiconductor sensor according to claim 1 or 2, which is characterized in that.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6683358B1 (en) 1997-11-11 2004-01-27 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Silicon integrated accelerometer
US7430920B2 (en) 2005-12-16 2008-10-07 Hitachi, Ltd. Apparatus for measuring a mechanical quantity
JP2014190698A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Yamagata Univ Sensor device using organic thin film transistor
US9089055B2 (en) 2012-09-11 2015-07-21 Seiko Epson Corporation Electronic device, method of manufacturing the same, and oscillator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6488258A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Rohm Co Ltd Comparator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6488258A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Rohm Co Ltd Comparator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6683358B1 (en) 1997-11-11 2004-01-27 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Silicon integrated accelerometer
WO2004090556A1 (en) * 1997-11-11 2004-10-21 Makoto Ishida Silicon integrated acceleration sensor
US7707894B2 (en) 2004-06-17 2010-05-04 Hitachi, Ltd. Apparatus for measuring a mechanical quantity
US8056421B2 (en) 2004-06-17 2011-11-15 Hitachi, Ltd. Apparatus for measuring a mechanical quantity
US7430920B2 (en) 2005-12-16 2008-10-07 Hitachi, Ltd. Apparatus for measuring a mechanical quantity
US9089055B2 (en) 2012-09-11 2015-07-21 Seiko Epson Corporation Electronic device, method of manufacturing the same, and oscillator
JP2014190698A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Yamagata Univ Sensor device using organic thin film transistor

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