JP4646590B2

JP4646590B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4646590B2
Application number: JP2004300725A
Authority: JP
Inventors: 景子小林; 陽一高橋; 伴長大場; 藤男樋口; 圭一岩住; 彰齋藤
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US7259707B2; JP2006112923A; US20060082485A1

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、アナログ信号をデジタルデータに変換して出力する半導体装置に関する。

近年、車両の安全に係わる規制が日米で相次ぎ強化されている。北米にて施行されるＴＲＥＡＤ法（ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｃａｌｌＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ＡｃｏｕｎｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄＤｏｃｕｍｅｎｔＡｃｔ）によると、２００６年以降に販売される新車には、自動車タイヤ空気圧監視システムの装着が義務付けられる。そのため、現在、タイヤの中にセンサを装着して空気圧及び温度を測定する技術が検討されている。当該技術は、タイヤのバルブ部分にセンサユニットを搭載し、４輪全てを個別に監視するシステムである。このため、高精度のモニタリングが可能であり、停車中でもタイヤ空気圧を監視することができるなどのメリットを有する。

タイヤに備えられたセンサユニットは、タイヤの空気圧に応答してアナログ信号電圧を出力する圧力センサと、その圧力センサから出力されるアナログ信号電圧をデジタル信号に変換して出力する半導体装置とを備えている。一般的に、そのような半導体装置は、ＡＤ変換回路を備え、そのＡＤ変換回路によってアナログ信号をデジタル信号に変換している。また通常、圧力センサにはセンサ用電源から所定の電圧が供給されている。圧力センサは、その供給される電圧に基づいてアナログ信号電圧を生成して半導体装置に供給している。また、ＡＤ変換回路は、基準電圧（リファレンス電圧）を供給する電源（以下、基準電源と呼ぶ。）に接続され、その基準電源から一定の電圧が供給されている。ＡＤ変換回路は、その基準電源から供給される基準電圧に基づいて、圧力センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換している（例えば、特許文献１参照。）。

車両に備えられたタイヤの空気圧を測定する場合、センサユニットをタイヤのバルブ部分などに搭載して空気圧を測定することが一般的である。通常、車両が走行している場合と停車している場合とではタイヤの温度が異なっている。つまり、走行中の車両のタイヤの温度は、路面との摩擦によって停車時よりも上昇している。タイヤの温度が上昇すると、タイヤのバルブ部分に備えられたセンサユニットの温度も上昇してしまう。

図１は、上述の特許文献１に記載の半導体装置（特許文献１にはテンション測定回路と記載）の構成を示す回路図である。そのテンション測定回路は、センサ部１１０と、制御部１２０と、増幅部１０６と、ＡＤコンバータ１０８を備えて構成されている。図１に示されているように、センサ部１１０には、直流電源１３４に接続されている。

一般的に温度が変化すると、電池から出力される電圧が変動する。圧力センサに接続されている電池とＡＤ変換回路に接続されている電池とが別々の温度および電池の放電特性を有する場合、圧力センサに接続されている電池の電圧（バイアス電圧）が変動する。このとき、ＡＤ変換回路に供給される基準電圧も変動するが、各々の変動特性が異なるので、ＡＤ変換回路からの出力値（ＡＤ変換値）が適正な値からずれてしまう。そのために、圧力センサに加えられている圧力を正しく出力することができなくなってしまう。センサ用のバイアス電圧や、基準電圧が変動しないようにするために、精度の高い電源回路を備える技術が知れらている。つまり、温度変化に対して出力電圧が変動しにくい電源回路を備えることで、センサユニットの温度変化に対応できるようにしている。

しかしながら、高精度の電源回路は一般的に高価である。そのため、高精度の電源回路を備えると、半導体装置の製造コストが増大してしまう。また、高精度の電源回路は、一般的に回路面積が大きい。そのため、そのような電源を備える半導体装置も、回路面積が大きくなってしまう。

回路周囲の温度変化などの影響でＡＤ変換回路の基準電圧が変動してしまう場合に、その電圧変動に対応して適切なデータを出力を得ることができる半導体装置が望まれている。さらに、製造コストの増加や回路面積の拡大をすることなく、電圧変動の影響を受けにくい半導体装置を構成する技術が望まれている。

特開平６−２４３５４９号公報

本発明が解決しようとする課題は、センサの出力信号をＡＤ変換する際、当該ＡＤ変換値が周囲温度や供給される電源の変動などの影響を受けるために、センサによる測定値を正確に把握できないことである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

上記課題を解決するために、印加された外部電源から第１の基準電圧および第２の基準電圧を生成する基準電圧生成回路（３）と、センサ部（２）に前記第１の基準電圧を供給する第１の端子（Ｔ４）と、前記センサ部（２）の出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路（５）とを具備する半導体装置（１）を構成する。そして、前記ＡＤ変換回路（５）の基準電圧（Ｖｒｅｆ）として前記第２の基準電圧を印加する。ここで、前記第１の基準電圧の値と前記第２の基準電圧との比は、基準電圧自体の電圧値や温度によらず一定値を保つ電圧である。そして、その基準電圧生成回路（３）は、基準電圧生成部（３１）と、その基準電圧生成部に接続されているセンサ用電圧生成部（３２）とを有する構成であることが好ましい。ここで、一定値を保つ電圧というのは、第１の基準電圧と第２の基準電圧とが、環境 (ＴＰＭＳの場合、タイヤやタイヤ内空気の温度および電池の消耗度合など）に拘らず、一定の比で出力される電圧であることを意味している。
センサからのアナログ出力をデジタル変換するＡＤ変換回路を有する半導体装置には、その動作を保証する温度範囲（いわゆる、動作保証温度範囲）が存在する。その動作保証温度範囲内で、第１の基準電圧と第２の基準電圧との比を一定に保つことにより、センサ出力のＡＤ変換値が変動しないことになる。

その基準電圧生成部（３１）は、上記の直流電源（１２）から供給される電圧に基づいて基本基準電圧を生成する。さらに、センサ用電圧生成部（３２）は、その基準電圧生成部から出力される基本基準電圧を抵抗分圧して第１の基準電圧を生成する構成であることが好ましい。

この基準電圧生成回路（３）は、ＡＤ変換回路（５）に供給される基準電圧（Ｖｒｅｆ）の変動に連動して変動するバイアス電圧を生成している。
そして、その基準電圧生成回路（３）は、そのバイアス電圧を上述の第１の基準電圧として、センサに供給している。そのため、例えば温度変化によって基準電圧とセンサ用電圧とが変動する場合、基準電圧とセンサ用電圧との変動の割合は同様となる。したがって、ＡＤ変換回路（５）には、基準電圧（Ｖｒｅｆ）の変動に対応して、同等の割合で変動したセンサ出力（Ｖａｉｎ）が供給される。つまり、基準電圧（Ｖｒｅｆ）の変動が打ち消されるようなセンサ出力（Ｖａｉｎ）が供給されるため、信頼性の高いＡＤ変換結果を得ることができる。

本発明によると、供給される基準電圧に応答してＡＤ変換を実行する半導体装置において、その基準電圧が変動するときでも、その電圧変動の影響を受けることなくアナログデータをデジタルデータに変換することができる半導体装置を構成することができる。

［第１の実施形態］
以下に図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明を行う。以下に述べる実施の形態では、本発明の半導体装置を自動車タイヤ空気圧監視システム、特にＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ）に適用した場合を例に説明を行う。

初めに、本発明の実施の形態に係わる半導体装置１を備えたデータ通信装置（本実施の形態においては「送信側モジュール」）が装備されるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の概略構成を図２を参照して説明する。

ＴＰＭＳ１０は、タイヤホイル内に装着される送信側モジュール１５ａ〜ｄと、車体側に設置されるセンサイニシエータ１８ａ〜ｄおよび受信側モジュール２２とからなる。送信側モジュール１５ａ〜ｄは、圧力および温度等を検出するための数種類のセンサと、受信側モジュール２２へ上記センサで取得されたデータ信号をＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の電波で送信するための送信部１６ａ〜ｄと、センサイニシエータ１８ａ〜ｄから送信されるコマンドデータ信号をＬＦ（ＬｏｗＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の電波で受信するための受信部とを備えている。また、受信側モジュール２２は、送信側モジュール１５ａ〜ｄから送信されるデータ信号を受信するのみでなく、ＫｅｙＬｅｓｓＥｎｔｒｙなどから送信されるＲＦの電波を受信するための受信機能をも併せ持っている。

図３および図４に本発明の実施の形態に係わるＴＰＭＳ１０のシステムブロック図を示す。また、図５には本発明の実施の形態に係わるＴＰＭＳ１０における無線通信経路を示す。

図３から図５を参照すると、第１の実施形態に係わるＴＰＭＳ１０の送信側モジュール１５ａ〜ｄは、全てのタイヤ１０ａ〜ｄに装着される。送信側モジュール１５ａ〜ｄは、空気圧センサ２ａ〜ｄ、温度センサ１１ａ〜ｄと、センサイニシエータ１８ａ〜ｄを介して受信側モジュール２２に上記センサで取得された測定データをＲＦの電波で送信するための送信部１６ａ〜ｄとを備えている。

運転者が車に搭乗する際、運転者により受信側モジュール２２へＫｅｙＬｅｓｓＥｎｔｒｙ用のＲＦ電波が送信される。受信側モジュール２２においてＫｅｙＬｅｓｓＥｎｔｒｙ用のＲＦ電波が受信されると、受信側モジュール２２から車内ＬＡＮ２０を介してセンサイニシエータ１８ａ〜ｄへ向けて起動を知らせるためのコマンド信号が送信される。センサイニシエータ１８ａ〜ｄは、そのコマンド信号に応答してＬＦ電波により送信側モジュール１５ａ〜ｄを起動させる。送信側モジュール１５ａ〜ｄが起動すると、その送信側モジュール１５ａ〜ｄに備えられた各種センサにより、直ちにタイヤの空気圧および温度が測定される。そして、測定により得られた情報は、送信部１６ａ〜ｄにより、データ信号としてＲＦ（４３３ＭＨｚ、３１５ＭＨｚ）の電波で車体側に装着されている受信側モジュール２２に入力される。受信側モジュール２２は、入力されたデータ信号に基づき、表示装置２５（表示部２４、警報部２６など）により、運転者に対してタイヤの空気圧情報を知らせている。

車が走行を開始すると、タイヤに装備されている図示せぬ走行検出器により車の走行が感知されて、特定の時間間隔、あるいはタイヤの空気圧変動およびタイヤ内の温度の変動が規定値以上になった場合に、空気圧センサ２ａ〜ｄおよび温度センサ１１ａ〜ｄで取得されたタイヤの空気圧および温度情報等を示すデータ信号が送信側モジュール１５ａ〜ｄの送信部１６ａ〜ｄによりＲＦの電波で受信側モジュール２２に送信される。そして、受信側モジュール２２に入力されたデータ信号は、所定の演算処理によってデータ処理された後、車内ＬＡＮ２０を介して表示部２４および警報部２６に送信され、運転者にタイヤの空気圧および温度情報等が知らされる。

その送信側モジュール１５ａ〜ｄは、半導体装置１と圧力センサ２とを含んで構成されている。図６は、本発明の第１の実施形態における半導体装置１の構成を示すブロック図である。第１の実施形態における半導体装置１は、前述の送信側モジュール１５ａ〜ｄの各々に備えられている。図６に示されている圧力センサ２は、タイヤの空気圧を検出する空気圧力センサである。圧力センサ２は、タイヤ内部に備えられ、そのタイヤの空気圧に応答してセンサ出力としての信号を出力している。図６に示されているように、半導体装置１は、圧力センサ２から出力される信号電圧を受ける端子Ｔ１および端子Ｔ２を備えている。半導体装置１は、端子Ｔ１および端子Ｔ２を介して受信した信号電圧を増幅して増幅信号を生成している。半導体装置１は、その増幅信号をＡＤ変換してＡＤ変換値（デジタル信号）を生成する。さらに、半導体装置１は、そのＡＤ変換値に基づいて空気圧力データを生成し、出力端子Ｔ３を介して出力している。

図６に示されているように、半導体装置１は、基準電圧生成回路３と、増幅回路４と、ＡＤ変換回路５と、マイクロコンピュータ８と、温度センサ１１とを含んで構成されている。基準電圧生成回路３は、本発明の電圧生成回路である。基準電圧生成回路３はボルテージフォロア６を介してＡＤ変換回路５に供給する基準電圧を生成する。また同時に基準電圧生成回路３は、圧力センサ２に供給するセンサ用電圧を生成している。図６に示されているように、基準電圧生成回路３はノードＮ１およびノードＮ２を備えている。ノードＮ１から出力される基準電圧はボルテージフォロア６を介してＡＤ変換回路５に供給されている。同時に、ノードＮ２から出力されるセンサ用電圧は、端子Ｔ４を介して半導体装置１の外部に出力される。本実施形態において、ボルテージフォロア７から出力されたセンサ用電圧は、端子Ｔ４を介して圧力センサ２に供給されている。上記ボルテージフォロア６および７は、電源供給側に影響を与えないためのバッファリングを行っている。

増幅回路４は、圧力センサ２から供給される信号電圧を増幅して出力する回路である。増幅回路４は、ノードＮ３およびノードＮ４を備え、圧力センサ２から供給される信号電圧をノードＮ３およびノードＮ４を介して受信している。増幅回路４によって増幅された増幅信号（アナログ信号）は、ノードＮ５を介してＡＤ変換回路５に供給されている。なお、増幅回路４の具体的な回路構成は後述する。

ＡＤ変換回路５は、増幅回路４から供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。以下に述べる実施形態においては、そのＡＤ変換回路５は、１０ビットの分解能を有するＡＤ変換回路であることを前提に説明を行う。なおこれは、本発明におけるＡＤ変換回路の分解能を制限するものではない。ＡＤ変換回路５は、増幅回路４から供給される増幅信号をノードＮ７を介して受信している。ＡＤ変換回路５は、その増幅信号に対してＡＤ変換を実行し、ノードＮ８を介してマイクロコンピュータ８に出力している。また、ＡＤ変換回路５は温度センサ１１から出力される信号電圧のＡＤ変換も実行している。

マイクロコンピュータ８は、半導体装置１に備えられた集積回路である。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５から供給されるデジタル信号に基づいてタイヤの空気圧（または温度）を算出する。マイクロコンピュータ８は、算出した空気圧を空気圧データ信号として端子Ｔ３から出力している。端子Ｔ３から出力された空気圧データ信号は、送信側モジュール１５ａ〜ｄを介して受信側モジュール２２へＲＦの電波で送信される。図６に示されているマイクロコンピュータ８はメモリとＣＰＵとを含んで構成されていることが好ましい。メモリは、情報の読み出し／書込みが可能な記憶装置である。本実施の形態におけるメモリは、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）であることを前提に説明をおこなう。なお、これは本発明のメモリの構成を限定するものではなく、例えば、ＥＥＰＲＯＭに代表される不揮発性メモリでメモリを構成することも可能である。ＣＰＵは、マイクロコンピュータ８に備えられた演算処理部である。ＣＰＵは、半導体装置１に備えられた各種装置の制御やバス９を介して受信するデータの処理を実行している。

以下に、前述の基準電圧生成回路３、増幅回路４、ＡＤ変換回路５の具体的な構成について図面を使用して説明を行う。図７は、基準電圧生成回路３の具体的な構成を例示する回路図である。図７に示されているように、基準電圧生成回路３は、基準電圧生成部３１とセンサ用電圧生成部３２とを含んで構成されている。基準電圧生成部３１は、ＡＤ変換回路５に供給するための電圧を生成する電圧生成回路である。図７に示されているように、基準電圧生成部３１は、直流電源１２に接続されている。基準電圧生成部３１は、直流電源１２から供給される電圧に基づいて基準電圧を生成している。基準電圧生成部３１から出力される基準電圧は、ノードＮ１０を介してセンサ用電圧生成部３２に供給されている。図７に示されているように、センサ用電圧生成部３２は、第１抵抗３３と第２抵抗３４とを含んで構成されている。センサ用電圧生成部３２は、第１抵抗３３と第２抵抗３４との抵抗分圧によってセンサ用電圧を生成し、そのセンサ用電圧をノードＮ２を介して圧力センサ２に供給する。第１抵抗３３の抵抗値を抵抗値Ｒ３３とし、第２抵抗３４の抵抗値を抵抗値Ｒ３４とすると、センサ用電圧生成部３２から出力されるセンサ用電圧は、以下の式で表される。
センサ用電圧＝｛Ｒ３４／（Ｒ３３＋Ｒ３４）｝×基準電圧 …（１）
（１）式から明らかなように、センサ用電圧生成部３２を上記のように構成することで、ノードＮ１１の電位は、ノードＮ１０の電位の変動に対応して変動する。これによって、基準電圧の変動に対応してセンサ用電圧を生成する基準電圧生成回路３を構成することができる。

ここで、第１抵抗３３と第２抵抗３４との各々の抵抗値が、外的要因（温度変化など）に対応して変動する場合がある。そのような場合に対応するため、第１抵抗３３と第２抵抗３４とを構成する抵抗に、相対精度が同等の（温度特性等による抵抗変動の割合が同等の）抵抗を使用する。それによって、基準電圧が変動した場合にも、その基準電圧の変動に追従してセンサ用電圧を生成することができる。例えば、直流電源１２から供給される電圧が３Ｖであり、基準電圧生成部３１は、その３Ｖの電源電圧に基づいて２．０Ｖの基準電圧を生成しているものとする。また、第１抵抗３３と第２抵抗３４とが同じ抵抗値であるとする。このときのノードＮ１１の電位は（１）式から１．０Ｖとなる。このように、基準電圧生成回路３は、２．０Ｖの電圧を基準電圧として出力し、またセンサ用電圧生成部３２で生成された１．０Ｖの電圧をセンサ用電圧として出力している。

図８は、増幅回路４の具体的な構成を例示する回路図である。図８に示されているように、増幅部４１と、ボルテージフォロア４２と、ボルテージフォロア４３とを含んで構成されている。増幅部４１はさらに、ＯＰアンプ４５と、増幅部第１抵抗４６と、増幅部第２抵抗４７とを備えている。増幅部４１の増幅率は、増幅部第１抵抗４６の抵抗値と増幅部第２抵抗４７の抵抗値との比で決定する。以下の説明においては、増幅部４１が供給される信号電圧を３０倍増幅するような増幅器である場合を例に説明をおこなう。圧力センサ２から供給される信号電圧は、ノードＮ３およびノードＮ４を介してボルテージフォロア４２とボルテージフォロア４３との各々に供給される。ボルテージフォロア４２の出力は増幅部第１抵抗４６を介してＯＰアンプ４５に供給される。同様に、ボルテージフォロア４３の出力は、抵抗４４を介してＯＰアンプ４５に供給される。ＯＰアンプ４５の出力はノードＮ５に接続され、増幅部４１は増幅した信号をノードＮ５を介してＡＤ変換回路５に供給している。

図９は、ＡＤ変換回路５の具体的な構成を例示する回路図である。図９に示されているように、ＡＤ変換回路５は、電圧生成部５１と比較器５２とレジスタ５３とを含んで構成されている。ＡＤ変換回路５には前述のノードＮ５から出力された増幅信号をノードＮ７を介して受信している。電圧生成部５１には、ノードＮ６を介して基準電圧生成回路３から出力される基準電圧が供給されている。図９に示されているように、電圧生成部５１は、直列に接続された複数の抵抗（Ｒ５１−１〜Ｒ５１−ｎ）と複数のスイッチ（Ｓ５１−１〜Ｓ５１−ｍ）とを備えている。電圧生成部５１は、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗分圧して比較電圧を生成する電圧生成回路である。電圧生成部５１は、レジスタ５３のレジスタ値に応答して複数のスイッチ（Ｓ５１−１〜Ｓ５１−ｍ）を切り替えている。生成された比較電圧は、比較器５２に供給される。比較器５２は、ノードＮ７を介して供給される増幅電圧と、電圧生成部５１から供給される比較電圧とを比較し、その比較結果をレジスタ５３に対して出力している。レジスタ５３は、複数のスイッチ（Ｓ５１−１〜Ｓ５１−ｍ）の状態に対応するＡＤ変換値（デジタル値）を格納する記憶回路である。レジスタ５３は、比較器５２から出力される出力信号が反転したときのレジスタ値を、そのときの増幅電圧に対応するＡＤ変換値として格納する。レジスタ５３に格納されるデジタル値は、ノードＮ８を介してマイクロコンピュータ８に読み出される。

以下に、添付のテーブルを使用して本発明の回路を構成した場合の効果の説明を行う。ここで、図１０は、本発明の回路を構成していない場合におけるＡＤ変換回路５の出力値を示すテーブルである。また図１１は、本発明の回路を構成した場合のＡＤ変換回路５の出力値を示すテーブルである。図１０のテーブル７０の各数値および図１１のテーブル８０の各数値ともに、圧力センサ２に一定の空気圧が加わっている場合の出力を示しているものである。

図１０のテーブル７０に示されているように、本発明の回路を構成していない場合に、タイヤやタイヤ内部の空気が常温（２５℃前後）にあるときは、センサ用電圧７１が１．０Ｖであり、基準電圧７２が２．０Ｖであることが好ましい（図１０のtypicalの状態）。この場合における圧力センサ２のセンサ出力電圧７３が１０ｍＶであったとすると、増幅回路４で増幅されＡＤ変換回路５に供給される増幅電圧（Ｖａｉｎ）は、０．３Ｖになる。このときＡＤ変換回路５に供給される基準電圧７２は、２．０Ｖであるので、ＡＤ変換値７５として変換値“１５４”を示すＡＤ変換値が出力される。

ここで、基準電圧７２が２．０Ｖから２．２Ｖに変動してしまった場合、ＡＤ変換回路５にはその２．２Ｖが基準電圧をして供給されてしまう。このとき増幅回路４から供給される増幅電圧（Ｖａｉｎ）は０．３Ｖであるので、ＡＤ変換値７５として変換値“１３９”を示すＡＤ変換値が出力されてしまう。同様に、基準電圧７２が２．０Ｖから１．８Ｖに変動してしまった場合、その１．８Ｖが基準電圧としてＡＤ変換回路５に供給されてしまう。このときには、増幅回路４から供給される増幅電圧（Ｖａｉｎ）は０．３Ｖであるので、ＡＤ変換値７５として変換値“１７１”を示すＡＤ変換値が出力されてしまう。このように、本発明の回路を構成していない場合、基準電圧が変動すると圧力センサ２に加わる圧力が一定であるにもかかわらず異なる出力値が出力されてしまう。

図１１のテーブル８０に示されているように、本発明の回路構成において、タイヤやタイヤ内部の空気が常温（２５℃前後）にある場合、圧力センサ２に供給されるセンサ用電圧８１が１．０Ｖであり、ＡＤ変換回路５に供給される基準電圧８２が２．０Ｖであることが好ましい（図１１のtypicalの状態）。この場合における圧力センサ２のセンサ出力電圧８３が、やはり１０ｍＶであったとすると、増幅回路４で増幅されＡＤ変換回路５に供給される増幅電圧（Ｖａｉｎ）は、０．３Ｖになる。このときＡＤ変換回路５に供給される基準電圧８２が、２．０Ｖであるので、ＡＤ変換値８５として変換値“１５４”を示すＡＤ変換値が出力される。

ここで、テーブル８０に示されているように基準電圧８２が２．０Ｖから２．２Ｖに変動した場合、ＡＤ変換回路５にはその２．２Ｖが基準電圧として供給される。このとき、基準電圧生成回路３は、変動した電圧（２．２Ｖ）に対応してセンサ用電圧を生成する。

前述の図７の説明で述べたように、本発明の基準電圧生成回路３は、センサ用電圧生成部３２を備え、そのセンサ用電圧生成部３２は基準電圧を抵抗分圧することでセンサ用電圧を生成している。したがって、基準電圧が２．２Ｖに変動した場合、センサ用電圧生成部３２は、その２．２Ｖの電圧を抵抗分圧することでセンサ用電圧を生成することになる。テーブル８０のtypicalに示されているようにセンサ用電圧生成部３２の分圧比は０．５である。したがって、基準電圧が２．２Ｖに変動したときにセンサ用電圧生成部３２からは１．１Ｖのセンサ用電圧８１が出力される。

圧力センサ２に１．１Ｖのセンサ用電圧８１が供給されることで、圧力センサ２は、センサ出力電圧８３として１１ｍＶを出力する。ブリッジ型のセンサーにおいては、構造上出力される電圧はセンサに供給される電源電圧に比例する。従って、圧力センサ２に供給される電源電圧が１０％増加した場合、その出力電圧も１０％増加する。増幅回路４は、その１１ｍＶの信号電圧を増幅して、０．３３Ｖの増幅電圧（Ｖａｉｎ）をＡＤ変換回路５に供給する。ここで、ＡＤ変換回路５には前述したように２．２Ｖの基準電圧が供給されている。ＡＤ変換回路５は、その２．２Ｖの基準電圧と増幅回路４から供給される増幅電圧（Ｖａｉｎ）とに基づいて下記（２）式に表されるようなＡＤ変換を実行する。上述したように、本実施の形態のＡＤ変換回路５は、１０ビット（２^１０＝１０２４）の分解能を有するものである。したがって、ＡＤ変換回路５に基準電圧Ｖｒｅｆと等しい入力電圧が供給される場合のＡＤ変換値を１０進数で示すと１０２４となり、入力される増幅電圧Ｖａｉｎに対応するＡＤ変換値（１０進数）を下記（２）式で求めることができる。

増幅電圧（Ｖａｉｎ）／基準電圧×１０２４
＝０．３３Ｖ／２．２Ｖ×１０２４
＝０．１５×１０２４
＝１５４ …（２）
したがって、ＡＤ変換回路５はＡＤ変換値８５として変換値“１５４”を示すＡＤ変換値を出力する。

同様に、基準電圧が２．０Ｖから１．８Ｖに変動した場合、ＡＤ変換回路５にはその１．８Ｖの電圧が基準電圧として供給される。このとき基準電圧生成回路３は、その１．８Ｖの電圧を抵抗分圧してセンサ用電圧として０．９Ｖの電圧を生成する。圧力センサ２は、その０．９Ｖの電圧が供給されることでセンサ出力電圧８３として９ｍＶの電圧を出力する。増幅回路４は、その９ｍＶの電圧を増幅して０．２７Ｖの増幅電圧（Ｖａｉｎ）を生成しＡＤ変換回路５に供給する。このとき、ＡＤ変換回路５は、基準電圧生成回路３から供給される１．８Ｖの基準電圧と増幅回路４から供給される０．２７Ｖの増幅電圧（Ｖａｉｎ）とに基づいて下記式で表されるようなＡＤ変換を実行する。

増幅電圧（Ｖａｉｎ）／基準電圧×１０２４
＝０．２７Ｖ／１．８Ｖ×１０２４
＝０．１５×１０２４
＝１５４ …（３）
したがって、この場合もＡＤ変換回路５はＡＤ変換値８５として変換値“１５４”を示すＡＤ変換値を出力する。
上記（２）式および（３）式に表されているように、本発明の回路を備えることによって、基準電圧が変動した場合であっても、正しい出力値を得ることが可能になる。したがって、本発明の半導体装置を構成することで、信頼性の高いセンサ出力結果を得ることが可能になる。なお、上述の実施の形態において、センサ用電圧生成部３２の抵抗分圧比を０．５として説明を行ってきたが、これは本発明における分圧比を制限するものではない。

［第２の実施形態］
以下に、図面を参照して本発明の第２の実施形態について説明を行う。図１２は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ符号が付されているものに関しては、その構成および動作が第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。以下の実施の形態では、主に増幅回路４ａの出力を制御する動作について述べているが、これは、等価的にその入力オフセットを自在に制御することと同義である。

図１２に示されているように、第２の実施形態における半導体装置１は、圧力センサ２からの出力を増幅する増幅回路４ａを備えて構成されている。増幅回路４ａはさらに、バイアス制御回路４８とノードＮ１３とを有している。バイアス制御回路４８は、マイクロコンピュータ８から供給される制御信号に応答してＡＤ変換回路５に出力する増幅信号（Ｖａｉｎ）を可変的に制御する制御回路である。また、第２の実施形態における基準電圧生成回路３ａはノードＮ１２を備えている。基準電圧生成回路３ａは、そのノードＮ１２を介して所定のバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを増幅回路４ａに供給している。増幅回路４ａは、基準電圧生成回路３ａから出力されるバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳをノードＮ１３を介して受信し、バイアス制御回路４８に供給している。さらに、第２の実施形態におけるマイクロコンピュータ８は、メモリ８ａとＣＰＵ８ｂとを含んで構成されている。本実施の形態におけるメモリ８ａは、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）であることを前提に説明を行う。尚、これは本発明のメモリ８ａを限定するものではない。例えば、メモリ８ａをＥＥＰＲＯＭに代表されるような不揮発性メモリで構成することも可能である。ＣＰＵ８ｂは、メモリ８ａに格納されている情報に基づいて前述の制御信号を増幅回路４ａに出力する。なお、増幅回路４ａおよび基準電圧生成回路３ａの具体的な回路構成は後述する。

図１３は、第２の実施形態における増幅回路４ａの構成を示す回路図である。図１３に示されている増幅部４１は、第１の実施形態で述べた増幅回路４に、さらにバイアス制御回路４８を備えて構成されている。図１３に示されているように、バイアス制御回路４８は、複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を有するスイッチ群４９と、複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）と、ボルテージフォロア６１と、抵抗６２とを含んで構成されている。スイッチ群４９は、前述の制御信号に基づいて複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を切り替えている。バイアス制御回路４８は、制御信号に応答してスイッチ群４９の中の任意のスイッチを閉じることで所望のバイアス電圧を生成する。生成されたバイアス電圧は、ボルテージフォロア６１を介してノード６０に供給される。増幅回路４ａは、スイッチ群４９のスイッチを切り替えることで増幅部４１出力をステップ状に変化させることが可能になる。このとき、ノードＮ１３から供給されるバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを、ＡＤ変換回路５に供給する基準電圧に基づいて生成することで、スイッチ切替えにともなうＡＤ変換値の変化量を（温度変化などによる）基準電圧の変動にかかわらず一定にできる。

図１４は、第２の実施形態における基準電圧生成回路３ａの構成を示す回路図である。図１４に示されているように、第２の実施形態における基準電圧生成回路３ａは、第１の実施形態で説明した基準電圧生成回路３に、さらに、第３抵抗３５とノードＮ１２とを備えて構成されている。基準電圧生成回路３ａを構成する第１抵抗３３、第２抵抗３４、第３抵抗３５の各々の抵抗値を、所望の電圧が得られるように特定する。このような基準電圧生成回路３ａを構成し、増幅回路４ａのバイアス制御回路４８にバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳ供給することで、基準電圧が変動した場合でも、その変動に対応した電圧（センサ用電圧、バイアス電圧）が出力される。そのため、高精度の電源回路を備えることなく第１の実施形態に対応してさらに信頼性の高いセンサ出力結果を得ることが可能になる。

以上、本発明の半導体装置がＴＰＭＳに適用される場合について説明を行ってきたが、これは、本発明がＴＰＭＳのみに適用可能であることを意味するものではない。また、上述の複数の実施の形態は、その矛盾が発生しない範囲において組合せて実施することが可能である。

図１は、従来の半導体装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の概略構成図である。図３は、本発明の実施形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）のシステムブロック図である。図４は、本発明の実施形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）のシステムブロック図である。図５は、本発明の実施の形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）での無線通信経路を示す図である。図６は、第１の実施形態の半導体装置の構成を例示するブロック図である。図７は、第１の実施形態における基準電圧生成回路の構成を例示する回路図である。図８は、第１の実施形態における増幅回路の構成を例示する回路図である。図９は、第１の実施形態におけるＡＤ変換回路の構成を例示する回路図である。図１０は、テーブルである。図１１は、テーブルである。図１２は、第２の実施形態における半導体装置の構成を例示するブロック図である。図１３は、第２の実施形態における増幅回路の構成を例示する回路図である。図１４は、第２の実施形態における基準電圧生成回路の構成を例示する回路図である。

符号の説明

１０…ＴＰＭＳ
１…半導体装置
２…圧力センサ
３…基準電圧生成回路
４…増幅回路
５…ＡＤ変換回路
６、７…ボルテージフォロア
８…マイクロコンピュータ
９…バス
１１…温度センサ
Ｎ１〜Ｎ８…ノード
Ｔ１〜Ｔ４…端子
１２…直流電源
３１…基準電圧生成部
３２…センサ用電圧生成部
３３…第１抵抗
３４…第２抵抗
Ｎ１０、Ｎ１１…ノード
４１…増幅部
４２、４３…ボルテージフォロア
４４…抵抗
４５…ＯＰアンプ
４６…増幅部第１抵抗
４７…増幅部第２抵抗
５１…電圧生成部
Ｓ５１−１〜Ｓ５１−ｍ…スイッチ
Ｒ５１−１〜Ｒ５１−ｎ…抵抗
５２…比較器
５３…レジスタ
７０…テーブル
７１…センサ用電圧、７２…基準電圧、７３…センサ出力電圧、
７４…Ｖａｉｎ、７５…ＡＤ変換値
８０…テーブル
８１…センサ用電圧、８２…基準電圧、８３…センサ出力電圧、
８４…Ｖａｉｎ、８５…ＡＤ変換値
Ｎ１２、Ｎ１３…ノード
４８…バイアス制御回路
４９…スイッチ群
ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ
Ｒ１〜Ｒ５…抵抗
６０…ノード、６１…ボルテージフォロア、６２…抵抗
８ａ…メモリ、８ｂ…ＣＰＵ
Ｎ１４…ノード
３５…第３抵抗
４ａ…増幅回路
３ａ…基準電圧生成回路

Claims

印加された電源電圧から第１の基準電圧、第２の基準電圧及び第３の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
センサ部からの出力信号を増幅する演算増幅回路と、
前記演算増幅回路の入力端に供給するバイアス電圧を可変的に切り替えるバイアス制御回路と、
前記演算増幅回路の出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路と
を有し、
前記第１の基準電圧乃至第３の基準電圧の比は前記電源電圧の変動に対して一定であり、
前記第１の基準電圧は前記ＡＤ変換回路の基準電圧として供給され、
前記第２の基準電圧は前記センサ部への電源電圧として供給され、
前記第３の基準電圧は前記バイアス制御回路へ供給され、
前記バイアス制御回路は、前記演算増幅回路の入力端に前記バイアス電圧を供給するための制御信号に応答して、前記第３の基準電圧から所望の電圧を前記バイアス電圧として選択的に生成し、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１の基準電圧を生成する基準電圧生成部と直列接続された複数の抵抗を有する第１の抵抗群を有し、
前記第１の抵抗群の一端は前記基準電圧生成部の出力に接続され、他端は接地電位とされ、
前記第２の基準電圧及び前記第３の基準電圧は、
前記第１の抵抗群で電圧降下されて生成されることを特徴とする
半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、
さらに、前記第３の基準電圧を前記バイアス制御回路に供給する電圧供給ノードを有し、
前記バイアス制御回路は、
前記電圧供給ノードと接地端との間に配置された第２の抵抗群と、
前記第２の抵抗群の後段に配置されたスイッチ群と
を備え、
前記第２の抵抗群は、
直列に接続された複数の抵抗と前記複数の抵抗の各々の端部に対応する複数の接続点とを有し、
前記スイッチ群は、
前記複数の接続点の各々に対応して配置された複数のスイッチを有し、前記制御信号に応答して前記複数のスイッチのうちの任意のスイッチを閉じることで生成される複数の所望の電圧のうちの一つを前記バイアス電圧として前記演算増幅回路に供給し、
前記演算増幅回路は、
前記バイアス制御回路から供給される前記バイアス電圧に応じて、前記センサ部からの出力信号を増幅する
半導体装置。
請求項２に記載の半導体装置において、
前記スイッチ群は、
前記複数のスイッチのうちの任意のスイッチを閉じることで、前記第２の抵抗群を経由することなく前記電圧供給ノードと前記演算増幅回路の入力端とを接続するか、または、前記第２の抵抗群の前記複数の抵抗のうちの少なくとも１つを介して前記電圧供給ノードと前記演算増幅回路の入力端とを接続する
半導体装置。
請求項２または３に記載の半導体装置において、
前記第２の抵抗群の一端には前記第３の基準電圧が印加され、他端には接地電位が印加され、
前記複数のスイッチは、
前記演算増幅回路の出力をステップ状に変化させるように、前記第３の基準電圧を前記第２の抵抗群で電圧降下させた所望の電圧を前記演算増幅回路の入力端に印加することを特徴とする
半導体装置。