特開 2024-136964 半導体装置及び加速度計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136964

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】半導体装置及び加速度計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/125 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01P15/125 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048284

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山城 洋

(57)【要約】

【課題】増幅した信号の飽和を抑制しつつ高精度な計測データを取得する。
【解決手段】入力信号（Ｓｇ）を増幅した増幅信号（Ｓａ）を生成するアナログフロントエンド回路（１）と、増幅信号（Ｓａ）をデジタル値の出力データに変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路（２）と、出力データ（Ｄｔ）に基づいて、増幅信号（Ｓａ）が飽和しないようにアナログフロントエンド回路（１）を調整する構成の入力調整回路（３）と、を有し、Ａ／Ｄ変換回路（２）のサンプリングレートは、アナログフロントエンド回路（１）に入力される入力信号の最大周波数よりも高い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサから出力されるアナログの入力信号を受けてデジタルの出力データに変換する構成の半導体装置であって、
前記入力信号を増幅した増幅信号を出力するように構成されたアナログフロントエンド回路と、
前記増幅信号をデジタル値の出力データに変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路と、
前記出力データを取得し、前記出力データに基づいて前記増幅信号が前記アナログフロントエンド回路の処理可能な範囲内に収まるように前記アナログフロントエンド回路を調整する構成の入力調整回路と、を有し、
前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリングレートは、前記アナログフロントエンド回路に入力される前記入力信号の最大周波数よりも高く構成されている半導体装置。

【請求項2】

前記アナログフロントエンド回路は、複数の増幅率から１の前記増幅率を選択可能な構成を有し、
前記入力調整回路は、前記アナログフロントエンド回路に複数の前記増幅率から適切な１の前記増幅率を選択させる構成を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記入力調整回路は、前記出力データが予め設定されている第１範囲を超えたときに前記アナログフロントエンド回路に現在の増幅率よりも低い増幅率に変更させる構成を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記入力調整回路は、現在の前記出力データと前記出力データの変化率に基づいて前記アナログフロントエンド回路の増幅率を変更させる構成を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記入力調整回路は、前記変化率から予測される出力データが予め決められた第１範囲を超えるときに前記アナログフロントエンド回路に現在の前記増幅率よりも低い前記増幅率に変更させる構成を有する請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記入力調整回路は、前記出力データが前記第１範囲及び前記第１範囲に収まる第２範囲を一定期間超えないとき、前記アナログフロントエンド回路に現在の前記増幅率よりも高い前記増幅率に変更させる構成を有する請求項３に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記アナログフロントエンド回路は、前記入力信号のオフセット補正を行う構成のオフセット補正ブロックを有し、
前記入力調整回路は、前記増幅信号が前記アナログフロントエンド回路のフルスケールに収まるように前記入力信号のオフセット量を決定し、
前記オフセット補正ブロックが前記オフセット量に基づいて前記入力信号のオフセット補正を実行する構成を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記出力データから予め決められたビット数の計測データを生成する処理回路を含む構成を有する請求項１に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記出力データを前記オフセット量に基づいて予め決められたビット数の計測データを生成する処理回路を含む構成を有する請求項７に記載の半導体装置。

【請求項10】

センサから出力されるアナログの入力信号を受けてデジタルの出力データに変換する構成の半導体装置であって、
前記入力信号を異なる増幅率で増幅した増幅信号を出力するように構成された複数の増幅回路を有するアナログフロントエンド回路と、
各前記増幅回路から出力された前記増幅信号をそれぞれデジタル値の出力データに変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路と、
各前記出力データに基づいて予め決められた形式の計測データを生成する構成の処理回路と、を有し、
前記処理回路は、入力される前記出力データに基づいて、各前記アナログフロントエンド回路のフルスケールに収まっている前記増幅信号から生成された１の前記出力データを選択し、選択された前記出力データから前記計測データを生成する構成の半導体装置。

【請求項11】

前記処理回路は、前記アナログフロントエンド回路のフルスケールに収まる前記増幅信号のうち、最も高い前記増幅率で増幅された前記増幅信号から生成された前記出力データを選択する請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

請求項１から請求項１１のいずれかに記載の前記半導体装置と、
前記半導体装置に入力信号を出力する加速度センサと、を有する加速度計測装置。

【請求項13】

前記加速度センサは、ＭＥＭＳセンサである請求項１２に記載の加速度計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関するものであり、半導体装置を用いた加速度計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体製造プロセスを用いて製造されるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)の技術を用いたＭＥＭＳセンサが製造されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＥＭＳセンサの出力信号は微小であり、ＭＥＭＳセンサを用いる機器では出力信号を増幅している。また、ＭＥＭＳセンサ以外のセンサの出力も増幅して用いられることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２３－０２０３２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

センサからの入力信号を増幅した増幅信号をデジタル化する装置において、増幅した増幅信号の飽和を抑制しつつ、計測データの高精度化の要求が高まっている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために本開示は、半導体装置であって、センサから出力されるアナログの入力信号を受けてデジタルの出力データに変換する構成である。半導体装置は、前記入力信号を増幅した増幅信号を出力するように構成されたアナログフロントエンド回路と、前記増幅信号をデジタル値の出力データに変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路と、前記出力データを取得し、前記出力データに基づいて前記増幅信号が前記アナログフロントエンド回路の処理可能な範囲内に収まるように前記アナログフロントエンド回路の増幅率を調整する構成の入力調整回路と、を有する。前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリングレートは、前記アナログフロントエンド回路に入力される前記入力信号の周波数よりも高く構成されている。

【0006】

また、上記目的を達成するために本開示は、半導体装置であって、センサから出力されるアナログの入力信号を受けてデジタルの出力データに変換する構成である。半導体装置は、前記入力信号を異なる増幅率で増幅した増幅信号を出力するように構成された複数のアナログフロントエンド回路と、各前記アナログフロントエンド回路から出力された前記増幅信号をそれぞれデジタル値の出力データに変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路と、各前記出力データに基づいて予め決められた形式の計測データを生成する構成の処理回路と、を有する。前記処理回路は、入力される前記出力データに基づいて、各前記アナログフロントエンド回路のフルスケールに収まっている前記増幅信号から生成された１の前記出力データを選択し、選択された前記出力データから前記計測データを生成するように構成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、入力信号を増幅した増幅信号の飽和を抑制するとともに高精度な計測データを取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の実施形態にかかる加速度計測装置の一形態の概略配置図である。

【図2】図２は、半導体装置の動作を示すフローチャートである。

【図3】図３は、ＭＥＭＳセンサからの入力信号を示す図である。

【図4】図４は、アナログフロントエンド回路における増幅回路の増幅率の調整を行う手順を示すフローチャートである。

【図5】図５は、増幅率を小さくなるように調整したときの増幅信号及び出力データの変化を示す図である。

【図6】図６は、増幅率を大きくなるように調整したときの増幅信号及び出力データの変化を示す図である。

【図7】図７は、第１変形例のアナログフロントエンド回路における増幅回路の増幅率の調整を行う手順を示すフローチャートである。

【図8】図８は、第２変形例の半導体装置の増幅回路の増幅率の調整を行う手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、第２変形例の増幅率を調整するときの出力データを示す図である。

【図10】図１０は、第３変形例の加速度計測装置の一実施形態の概略配置図である。

【図11】図１１は、オフセット補正処理の手順を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、下方にオフセット補正処理が必要な状態の出力データ及びオフセット補正後の入力信号を示す図である。

【図13】図１３は、第４変形例の加速度計測装置の一実施形態の概略配置図である。

【図14】図１４は、処理回路が計測データを生成する手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。

【0010】

＜加速度計測装置Ａ＞
図１は、本開示の実施形態にかかる加速度計測装置Ａの一形態の概略配置図である。図１に示す加速度計測装置Ａは、半導体装置１００と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanism System）センサ２００と、を有する。

【0011】

加速度計測装置Ａは、加速度が変化するときにＭＥＭＳセンサ２００から入力信号Ｓｇが出力され、半導体装置１００の後述するアナログフロントエンド回路１に入力される。加速度計測装置Ａでは、ＭＥＭＳセンサ２００からの入力信号Ｓｇを増幅し、デジタルデータに変化した後、使用者が所望する形式のデータを出力する。

【0012】

＜ＭＥＭＳセンサ２００＞
ここで、ＭＥＭＳセンサ２００について、図面を参照して説明する。図１に示すように、ＭＥＭＳセンサ２００は、固定電極２１１、２１２と、可動電極２２０とを有する。固定電極２１１、２１２は、間隔をあけて対向して配置されている。例えば、ＭＥＭＳセンサ２００では、固定電極２１１に正の電圧が印加され、固定電極２１２に負の電圧が印加されている。そして、可動電極２２０は、固定電極２１１と固定電極２１２との間に配置されており、ばね等の弾性部材で固定電極２１１又は固定電極２１２の間を接近又は離間するように支持されている。固定電極２１１と可動電極２２０とは、コンデンサＣ１を構成する。また、固定電極２１２と可動電極２２０とは、コンデンサＣ１とは別のコンデンサＣ２を構成する。

【0013】

ＭＥＭＳセンサ２００が静止状態のとき、可動電極２２０は、固定電極２１１と固定電極２１２との中央に静止する。そして、ＭＥＭＳセンサ２００に加速度が作用すると、可動電極２２０は、固定電極２１１又は固定電極２１２に接近する。可動電極２２０が固定電極２１１に接近すると、固定電極２１１と可動電極２２０との距離が近づき、コンデンサＣ１の静電容量が大きくなる。逆に固定電極２１２に接近する場合も、同様に、コンデンサＣ２の静電容量が大きくなる。そして、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の容量の変化量は、加速度が大きいと大きく、小さいと小さい。ＭＥＭＳセンサ２００は、加速度が作用したときのコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２の静電容量の変化量によって発生する電圧を、入力信号Ｓｇとして半導体装置１００に受け渡す。

【0014】

なお、ＭＥＭＳセンサ２００は、可動電極２２０の移動方向をＺ方向とすると、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向に計測可能な最大の加速度（例えば、±６４Ｇ）に合わせて構成されている（図３参照）。計測された加速度が小さい場合、コンデンサＣ１又はコンデンサＣ２の可動電極２２０の移動による静電容量の変化が微小である。つまり、計測された加速度が小さいと、入力信号Ｓｇは微小電圧となり、その信号をデジタル化すると、変化の状態を確認できなくなる場合がある。そこで、加速度計測装置Ａでは、入力信号Ｓｇを半導体装置１００で増幅し、デジタル化する構成を有している。

【0015】

なお、ＭＥＭＳセンサ２００は、入力信号Ｓｇを半導体装置１００に出力する。なお、本開示の加速度計測装置Ａにおいて、ＭＥＭＳセンサ２００から出力される入力信号Ｓｇの最大周波数は、約１０ｋＨｚ程度である。

【0016】

＜半導体装置１００＞
次に半導体装置１００の詳細について説明する。以下の説明において、半導体装置１００は、ＭＥＭＳセンサ２００からの入力信号Ｓｇに基づいて計測データＤｆを生成する構成を例に説明するが、別のセンサを用いる場合も、センサの構成及び最終データの形式が異なるだけで、実質的に同様の構成を有する。

【0017】

半導体装置１００では、ＭＥＭＳセンサ２００からの出力を入力信号Ｓｇとして受け付け、アナログフロントエンド回路１で増幅し、増幅した増幅信号ＳａをＡ／Ｄ変換回路２でデジタルデータに変換している。図１に示すように半導体装置１００は、アナログフロントエンド回路１と、Ａ／Ｄ変換回路２と、入力調整回路３と、処理回路４と、を有する。

【0018】

＜アナログフロントエンド回路１＞
アナログフロントエンド回路１は、増幅回路１１を有する。アナログフロントエンド回路１は、複数の増幅率から選択された増幅率で入力信号Ｓｇを増幅することができる構成である。アナログフロントエンド回路１では、入力調整回路３に接続されており、入力調整回路３からの指示を含む調整信号Ｓｊに基づいて適切な増幅率が選択される。

【0019】

増幅回路１１は、複数の増幅部１１１で段階的に信号を増幅する構成である。つまり、アナログフロントエンド回路１は、入力信号Ｓｇを複数段で増幅して増幅信号Ｓａを出力する。なお、アナログフロントエンド回路１の増幅回路１１は、複数のオペアンプを用いて、入力信号Ｓｇを複数段階で増幅している。また、アナログフロントエンド回路１は、オペアンプを用いて増幅を行う構成を例に説明しているが、これに限定されない。入力信号Ｓｇを増幅して増幅信号Ｓａを出力可能な構成を広く採用することができる。増幅信号Ｓａは、電圧信号である。また、増幅回路１１は、１つの増幅部１１１で構成されてもよい。

【0020】

増幅回路１１は、一定の範囲の電圧を出力可能である。なお、以下の説明において、増幅回路１１の出力可能な電圧の範囲を出力レンジと称する。増幅回路１１において、増幅信号Ｓａが増幅回路１１の出力レンジの上限又は下限を超えたときには、出力レンジの上限又は下限の電圧が出力される。このような出力の状態を飽和と称する。増幅信号Ｓａが飽和すると、飽和している間の出力の変化を取得できなくなる。そのため、半導体装置１００は、増幅信号Ｓａが飽和しないように増幅回路１１の増幅率を決定する。増幅回路１１の増幅率は、入力信号Ｓｇに対する増幅信号Ｓａの増幅率である。なお、増幅回路１１は、入力調整回路３からの調整信号Ｓｊに基づいて増幅率を変更する。

【0021】

アナログフロントエンド回路１は、不図示の記憶部を有し、増幅回路１１の増幅率を決定する４つの増幅率Ｇ１～Ｇ４を記憶している。増幅率Ｇ１は、増幅回路１１の出力レンジのフルスケールが、ＭＥＭＳセンサ２００で計測される加速度が±８Ｇとなるような増幅率である。増幅率Ｇ２は、増幅回路１１の出力レンジのフルスケールが、ＭＥＭＳセンサ２００で計測される加速度が±１６Ｇとなるような増幅率である。増幅率Ｇ３は、増幅回路１１の出力レンジのフルスケールが、ＭＥＭＳセンサ２００で計測される加速度が±３２Ｇとなるような増幅率である。さらに、増幅率Ｇ４は、増幅回路１１の出力レンジのフルスケールが、ＭＥＭＳセンサ２００で計測される加速度が±６４Ｇとなるような増幅率である。つまり、増幅率Ｇ４は、他の増幅率Ｇ１～Ｇ３に比べて小さく、換言すると、飽和しにくい増幅率である。

【0022】

例えば、ＭＥＭＳセンサ２００で計測する加速度が±６Ｇの範囲である場合、増幅回路１１は増幅率Ｇ１で増幅しても増幅信号Ｓａが飽和しない。一方、ＭＥＭＳセンサ２００が計測する加速度が±１０Ｇの範囲である場合、増幅率Ｇ１で増幅すると増幅信号Ｓａが飽和する虞がある。そこで、半導体装置１００では、アナログフロントエンド回路１の増幅回路１１は、増幅率Ｇ２を選択する。つまり、増幅率は、増幅信号Ｓａがアナログフロントエンド回路１の出力レンジのフルスケールに収まるように増幅率を調整する。この調整手順の詳細は後述する。

【0023】

アナログフロントエンド回路１は、上述した増幅率Ｇ１～Ｇ４のいずれかを選択し、増幅回路１１で入力信号Ｓｇを増幅して増幅信号Ｓａを生成する。なお、本開示において、アナログフロントエンド回路１は、４種の増幅率Ｇ１～Ｇ４を記憶する構成としているが、これに限定されず、さらに少なくてもよいし、多くてもよい。また、増幅率の基準となるＭＥＭＳセンサで計測される加速度は、上述に限定されるものではなく、これら以外の数値であってもよい。

【0024】

＜Ａ／Ｄ変換回路２＞
Ａ／Ｄ変換回路２は、Ａ／Ｄ変換回路２は、アナログ信号をデジタルデータに変換する回路であり、アナログフロントエンド回路１からの増幅信号Ｓａを受ける。本開示の半導体装置１００では、増幅信号Ｓａを所定のサンプリングレートでデジタル化した出力データＤｔを順次出力する。なお、出力データＤｔは、増幅信号Ｓａを、規定のビット数（ここでは、Ｎビットとする）でデジタル化したデータである。

【0025】

＜入力調整回路３＞
入力調整回路３は、Ａ／Ｄ変換回路２から出力された出力データＤｔを取得する。入力調整回路３は、出力データＤｔに基づいて、アナログフロントエンド回路１の増幅率を調整する構成を有する。さらに説明すると、入力調整回路３は、出力データＤｔに基づいて増幅信号Ｓａが飽和しないように、増幅率を調整する調整信号Ｓｊをアナログフロントエンド回路１に供給する。

【0026】

取得した増幅信号Ｓａの値が増幅回路１１の上限又は下限よりも十分に小さいとき、現在よりも大きい増幅率に変更する指示を含む調整信号Ｓｊをアナログフロントエンド回路１に送る。逆に、現在の増幅信号Ｓａが増幅回路１１の上限又は下限に近いとき、現在よりも小さい増幅率に変更する指示を含む調整信号Ｓｊをアナログフロントエンド回路１に送る。増幅率の調整手順の詳細は後述する。

【0027】

＜処理回路４＞
Ａ／Ｄ変換回路２から出力された出力データＤｔは、処理回路４に送信される。処理回路４は、出力データＤｔから使用者が要求する形式の計測データＤｆを生成し、出力する構成を有する。例えば、本開示の加速度計測装置Ａでは、出力データＤｔは、増幅信号Ｓａの値をデジタル化したデータである。処理回路４は、この増幅信号Ｓａのデジタル化値から、加速度を示す計測データＤｆに変換する。

【0028】

また、処理回路４は、計測データＤｆのビット数、サンプリングレート等を調整するように構成されてもよい。また、これら以外にも、出力データＤｔを使用者が必要とする形式のデータに処理可能である。さらには、使用者が出力データＤｔを直接処理する要求がある場合、処理回路４を省略して、Ａ／Ｄ変換回路２からの出力データＤｔを直接出力してもよい。この場合、処理回路４は省略可能である。

【0029】

半導体装置１００は、上述した構成を有する。

【0030】

＜半導体装置１００の動作＞
加速度計測装置Ａを例に半導体装置１００の動作について図面を参照して説明する。図２は、半導体装置１００の動作を示すフローチャートである。図３は、半導体装置１００における入力信号Ｓｇから計測データＤｆを生成する処理を示す図である。

【0031】

図３は、左から右に向かって半導体装置１００における処理を示している。図３の最も左は、ＭＥＭＳセンサ２００で計測される加速度及び入力信号Ｓｇを示す。左から２番目は、アナログフロントエンド回路１の出力レンジのフルスケール及び入力信号Ｓｇを現在の増幅率で増幅した増幅信号Ｓを示す。右から２番目は、Ａ／Ｄ変換回路２でデジタル化した出力データＤｔ及びそのフルスケールを示す。最も右は、処理回路４から出力される計測データＤｆ及びそのフルスケールを示す。

【0032】

図３に示すように、入力信号Ｓｇを現在の増幅率で増幅した増幅信号Ｓａがアナログフロントエンド回路１の出力レンジのフルスケールに収まる。アナログフロントエンド回路１は、増幅回路１１の増幅率を調整可能である。

【0033】

ＭＥＭＳセンサ２００は、多少の誤差がある場合があるが、加速度０Ｇを中心に±６４Ｇの加速度を計測可能な構成である。ＭＥＭＳセンサ２００で計測される加速度の絶対値が大きいほど、アナログフロントエンド回路１に入力される入力信号Ｓｇの絶対値が大きくなる。絶対値が小さい信号をデジタル化すると、変化が表れにくい。そのため、半導体装置１００では、アナログフロントエンド回路１で、アナログ信号である入力信号Ｓｇを増幅した後、Ａ／Ｄ変換回路２でデジタル化している。具体的には、以下に示すとおりである。

【0034】

図２に示すように、加速度計測装置Ａにおいて、アナログフロントエンド回路１は、ＭＥＭＳセンサ２００からの入力信号Ｓｇを受け付ける（ステップＳ１０１）。アナログフロントエンド回路１は、現在設定されている増幅率で入力信号Ｓｇを増幅した増幅信号Ｓａを生成する（ステップＳ１０２）。

【0035】

なお、アナログフロントエンド回路１の増幅率は、例えば、前回使用していた増幅率を引き継いでいる。また、計測開始時に、増幅率を新たに設定する場合、入力信号Ｓｇが不明であるため、最も飽和しにくい増幅率Ｇ４を用いるようにしてもよい。さらには、これまでの計測した最大の加速度に基づいて決定するようにしてもよい。また、出力データＤｔに基づいて、調整された増幅率が使用される場合もある。増幅率の調整についての詳細は後述する。また、アナログフロントエンド回路１に入力する入力信号Ｓｇの最大周波数は、ＭＥＭＳセンサ２００の構成に左右される。本開示の加速度計測装置Ａにおいて、入力信号Ｓｇの最大周波数は、約１０ｋＨｚである。

【0036】

Ａ／Ｄ変換回路２は、アナログフロントエンド回路１から出力された増幅信号Ｓａを所定のサンプリングレートでデジタル化して出力データＤｔを出力する（ステップＳ１０３）。出力データＤｔは、Ｎビットのデータであり、０～２^Ｎ－１の数値で表されるデータである。なお、Ａ／Ｄ変換回路２のサンプリングレートは、入力信号Ｓｇの最大周波数よりも大きく、例えば、約１００ｋＨｚ～約１５０ｋＨｚである。

【0037】

Ａ／Ｄ変換回路２から出力された出力データＤｔは入力調整回路３及び処理回路４に入力される。出力データＤｔは、Ｎビットで数値化されたデータであり、出力データＤｔが同じ数値であっても、増幅率Ｇ１～Ｇ４のいずれであるかによって、ＭＥＭＳセンサ２００の計測値は、異なる。そのため、処理回路４は、出力データＤｔと増幅率とに基づいて、計測データＤｆを生成する。すなわち、処理回路４は、現在の増幅回路１１の増幅率の情報を有しており、処理回路４は、出力データＤｔと現在の増幅率とから、計測データＤｆを生成するとともに出力する（ステップＳ１０４）。

【0038】

なお、計測データＤｆは、例えば、ＭＥＭＳセンサ２００が計測可能な加速度である－６４Ｇ～＋６４Ｇを１６ビットで離散化したデータであり－２^１５～２^１５－１の数値で示される。つまり、処理回路４は、ＭＥＭＳセンサ２００からの入力信号Ｓｇを増幅した増幅信号Ｓａの電圧値をＮビット化した出力データＤｔを、加速度を１６ビットで示す計測データＤｆに変換する処理を行う。なお、処理回路４で処理された計測データＤｆは、１６ビットに限定されず、使用者からの要求に合わせた、ビット数、サンプリングレートを変更する処理を実行して計測データＤｆを出力するようにしてもよい。また、これら以外で、使用者の要求に応じた処理が実行されるように構成されてもよい。

【0039】

次に、アナログフロントエンド回路１における増幅回路１１の増幅率の調整について図面を参照して説明する。図４は、アナログフロントエンド回路１における増幅回路１１の増幅率の調整を行う手順を示すフローチャートである。図５は、増幅率を小さくなるように調整したときの増幅信号Ｓａ及び出力データＤｔの変化を示す図である。図６は、増幅率を大きくなるように調整したときの増幅信号Ｓａ及び出力データＤｔの変化を示す図である。なお、図５は、増幅率をＧ２からＧ３に変更したときの増幅信号Ｓａ及び出力データＤｔを示している。また、図６は、増幅率をＧ３からＧ２に変更したときの増幅信号Ｓａ及び出力データＤｔを示している。

【0040】

図４に示すように、半導体装置１００において、入力調整回路３は、出力データＤｔを取得する（ステップＳ２０１）。入力調整回路３は、出力データＤｔの範囲である第１範囲Ｂｄ１及び第２範囲Ｂｄ２を記憶している（図５、６参照）。入力調整回路３は、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１に収まっているか否か判定する（ステップＳ２０２）。

【0041】

入力調整回路３は、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１から外れているとき（ステップＳ２０２でＮｏのとき、図５参照）、入力調整回路３は、増幅信号Ｓａが飽和する可能性が高いと判定する（ステップＳ２０３）。そして、入力調整回路３は、アナログフロントエンド回路１に対し、現在の増幅率よりも小さい増幅率に変更する指示を含む調整信号Ｓｊを送る（ステップＳ２０４）。そして、調整信号Ｓｊを受信したアナログフロントエンド回路１が、現在の増幅率よりも小さい増幅率に変更する（ステップＳ２０５）。そして、ステップＳ２０５の後、処理は、ステップＳ２０１に戻る。

【0042】

また、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１内に収まっているとき（ステップＳ２０２でＹｅｓのとき）、入力調整回路３は、増幅信号Ｓａが飽和する可能性が低いと判定する（ステップＳ２０６）。そして、入力調整回路３は、出力データＤｔが第２範囲Ｂｄ２に収まっているか否か判定する（ステップＳ２０７）。

【0043】

出力データＤｔが第２範囲Ｂｄ２から外れているとき（ステップＳ２０７でＮｏのとき）、入力調整回路３は、アナログフロントエンド回路１の現在の増幅率が適切であると判定する。入力調整回路３は、増幅率の変更を行わない指示を含む調整信号Ｓｊを送る（ステップＳ２０８）。また、出力データＤｔが第２範囲Ｂｄ２内に収まっているとき（ステップＳ２０７でＹｅｓのとき、図６参照）、入力調整回路３は現在の増幅率では十分な増幅ができていないと判定する（ステップＳ２０９）。なお、出力データＤｔが第２範囲Ｂｄ２内に収まっているとの判定は、例えば、図６に示すように出力データＤｔの最大値が第２範囲Ｂｄ２に収まっているときを挙げることができるが、これに限定されない。

【0044】

そして、入力調整回路３は、現在の増幅率よりも大きい増幅率に変更する指示を含む調整信号Ｓｊを送る（ステップＳ２１０）。そして、入力調整回路３から出力された調整信号Ｓｊを受信したアナログフロントエンド回路１は、現在の増幅率よりも大きい増幅率に変更する（ステップＳ２１１）。そして、ステップＳ２１１の後、処理は、ステップＳ２０１に戻る。

【0045】

以上示したように、半導体装置１００では、入力調整回路３が出力データＤｔに基づいて、アナログフロントエンド回路１の増幅率を調整するため、増幅信号Ｓａの飽和を抑制しつつ、アナログフロントエンド回路１のフルスケールに近い増幅信号Ｓａを生成できる。これにより、計測される加速度が小さいときのＭＥＭＳセンサ２００の計測精度を高めるとともに、ノイズを改善することができる。

【0046】

上述したとおり、入力調整回路３は、Ａ／Ｄ変換回路２から出力された出力データＤｔに基づいて、アナログフロントエンド回路１の増幅率を調整している。そのため、入力信号Ｓｇのピーク辺りで、増幅率の調整が必要と判定されたときに、入力信号Ｓｇの次のピークが現れる前に、アナログフロントエンド回路１の増幅率の調整を完了できることが好ましい。

【0047】

そのため、Ａ／Ｄ変換回路２のサンプリングレートは、例えば、ＭＥＭＳセンサ２００からの入力信号Ｓｇの最大周波数の約１０倍～約１５倍を挙げることができる。より具体的には、Ａ／Ｄ変換回路２のサンプリングレートは、ＭＥＭＳセンサ２００からの入力信号Ｓｇの最大周波数である約１０ｋＨｚよりも大きい、約１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ程度であることが好ましい。しかしながら、Ａ／Ｄ変換回路２のサンプリングレートは、これらの値に限定されず、上述した条件を満たす値を広く採用することができる。

【0048】

処理回路４は、入力調整回路３から調整信号Ｓｊを受信している。処理回路４は、調整信号Ｓｊに基づいて、アナログフロントエンド回路１の増幅回路１１による増幅率を取得する。処理回路４は、増幅回路１１の増幅率と、出力データＤｔに基づいて、デジタル処理を実行し、計測データＤｆを生成し出力する。具体的には、処理回路４は、現在の増幅回路１１の増幅率を保持しており、調整信号Ｓｊに基づいて、アナログフロントエンド回路１と同じ増幅率の調整を行う。本開示の半導体装置１００では、処理回路４は、入力調整回路３からの調整信号Ｓｊを受ける構成となっているが、これ限定されない。例えば、アナログフロントエンド回路１から現在の増幅率を取得するようにしてもよい。

【0049】

なお、第１範囲Ｂｄ１としては、アナログフロントエンド回路１の出力レンジのフルスケールよりも狭い範囲で設定されている。このように設定することで、第１範囲Ｂｄ１を超えた場合でも、増幅信号Ｓａが飽和するまでに増幅率を変更することができる。これにより、増幅信号Ｓａの飽和がすることを抑制することができる。また、第２範囲Ｂｄ２は、現在の増幅率よりも大きい増幅率で計測可能な加速度のときの増幅信号Ｓａの取りうる範囲よりも小さい範囲である。例えば、現在の増幅率がＧ３である場合、増幅率Ｇ３で±１６Ｇの加速度を計測したときの出力データＤｔの範囲よりも狭い範囲に設定される。第２範囲Ｂｄ２をこのように設定することで、増幅率を大きい値に変更しても、増幅信号Ｓａが飽和することを抑制できる。

【0050】

＜第１変形例＞
図７は、第１変形例のアナログフロントエンド回路１における増幅回路１１の増幅率の調整を行う手順を示すフローチャートである。第１変形例では、半導体装置１００の構成は、図１に示す半導体装置１００と同じであり、各部の詳細な説明は省略する。また、図７に示すフローチャートは、図４のフローチャートのステップＳ２０７でＹｅｓの後に続くステップＳ３０１を有する。本変形例では、ステップＳ３０１以外のステップは、図４に示すフローチャートであり、図示を省略する。

【0051】

図７に示すように、入力調整回路３は、ステップＳ２０７において、出力データＤｔが第２範囲Ｂｄ２に収まっていると判定されたとき（ステップＳ２０７でＹｅｓのとき）、一定の期間連続して出力データＤｔが第２範囲Ｂｄ２に収まっているか否か判定する（ステップＳ３０１）。

【0052】

出力データＤｔが一定の期間連続して第２範囲Ｂｄ２に収まっていない場合（ステップＳ３０１でＮｏの場合）、処理はステップＳ２０８に移行し、増幅率の調整処理を継続する。また、出力データＤｔが一定の期間連続して第２範囲Ｂｄ２に収まっている場合（ステップＳ３０１でＹｅｓの場合）、処理は、ステップＳ２０９に移行し、入力調整回路３は現在の増幅率では十分な増幅ができていないと判定する。その後の処理は、図１に示すフローチャートに示す通りの処理を実行する。

【0053】

このように構成することで、出力データＤｔが短期的に第２範囲Ｂｄ２に収まるような場合に、増幅率の変更しないようにする。例えば、短期的に入力信号Ｓｇが小さい場合には、増幅率を変更しないようする。このようにすることで、増幅率の頻繁な変更を抑制し、処理が煩雑化することを抑制することができる。

【0054】

なお、出力データＤｔが連続して一定の期間、第１範囲Ｂｄ１から外れているときに、増幅率を調整するような処理を実行するようにしてもよい。しかしながら、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１から外れたとき、増幅信号Ｓａが飽和しやすくなっている。そのため、入力調整回路３は出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１から外れたことを検出したとき、速やかに、増幅率を下げる処理を実行する構成であることが好ましい。

【0055】

＜第２変形例＞
図８は、第２変形例の半導体装置１００の増幅回路１１の増幅率の調整を行う手順を示すフローチャートである。図９は、第２変形例の増幅率を調整するときの出力データＤｔを示す図である。第２変形例では、半導体装置１００の構成は、図１に示す半導体装置１００と同じであり、各部の詳細な説明は省略する。また、図８に示すフローチャートは、図４のフローチャートのステップＳ２０２に置き換えられるステップＳ３０２～Ｓ３０４を有する。本変形例では、ステップＳ３０２～Ｓ３０４以外のステップは、図４に示すフローチャートであり、図示を省略する。

【0056】

入力調整回路３は、出力データＤｔに基づいて増幅率を調整している。そして、入力調整回路３は、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１から外れたときに小さい増幅率を選択するように調整を行う。出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１から外れる場合であっても、増幅信号Ｓａがアナログフロントエンド回路１の出力レンジのフルスケールに収まり、増幅信号Ｓａが飽和しない場合もある。このように増幅信号Ｓａが飽和しない場合に、増幅率を低く抑えると、増幅信号Ｓａのレンジが狭くなり、精度が低下する虞がある。

【0057】

そこで、入力調整回路３は、出力データＤｔを取得した後（ステップＳ２０１の後）、入力調整回路３は現在の出力データＤｔの変化率を算出する（ステップＳ３０２）。なお、出力データＤｔの変化率は、以前に取得した出力データに基づいて微分演算によって算出する方法を挙げることができるが、これに限定されない。

【0058】

入力調整回路３は、出力データＤｔ及び変化率から次に取得されると予測される出力データである予測出力データＤｓを算出する（ステップＳ３０３）。そして、予測出力データＤｓが第１範囲Ｂｄ１に収まるか否か判定する（ステップＳ３０４）。

【0059】

予測出力データＤｓが第１範囲Ｂｄ１を超えるとき（ステップＳ３０４でＮｏのとき、図９参照）、入力調整回路３は、増幅信号Ｓａが飽和する可能性があると判定する（ステップＳ２０３に移行する）。また、予測出力データＤｓが第１範囲Ｂｄ１に収まるとき（ステップＳ３０３でＹｅｓのとき）、入力調整回路３は、増幅信号Ｓａが飽和する可能性が低いと判定する（ステップＳ２０６に移行する）。

【0060】

以上示したように、本変形例のように入力調整回路３の処理を実行することで、増幅信号Ｓａの飽和を抑制しつつ、ＭＥＭＳセンサ２００で加速度を精度よく計測することができる。

【0061】

＜第３変形例＞
図１０は、第３変形例の加速度計測装置Ｂの一実施形態の概略配置図である。図１０に示す加速度計測装置Ｂが、アナログフロントエンド回路１ｂを含む半導体装置１００ｂを有する構成である点で、図１に示す加速度計測装置Ａと異なる。加速度計測装置Ｂの加速度計測装置Ａと実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。

【0062】

図１０に示すように、半導体装置１００ｂのアナログフロントエンド回路１ｂは、増幅回路１１ｂと、オフセット補正ブロック１２とを有する。アナログフロントエンド回路１ｂの増幅回路１１ｂは増幅率が固定である点で、アナログフロントエンド回路１の増幅回路１１と異なる。

【0063】

オフセット補正ブロック１２は、増幅回路１１よりも前段に配置されている。オフセット補正ブロック１２は、入力信号Ｓｇをオフセットする構成を有する。オフセット補正ブロック１２は、入力調整回路３からの調整信号Ｓｋを受け取る。調整信号Ｓｋには、入力信号Ｓｇをオフセットさせるための調整情報を含み、オフセット補正ブロック１２は、調整情報に基づいて、入力信号Ｓｇを増減するオフセット処理を実行する。

【0064】

ここで、入力信号Ｓｇのオフセット補正処理について図面を参照して説明する。図１１は、オフセット補正処理の手順を示すフローチャートである。図１２は、オフセット補正処理が必要な状態の入力信号Ｓｇ、増幅信号Ｓａ及び出力データＤｔのオフセット補正後の状態を示す図である。

【0065】

図１１に示すように、入力調整回路３は、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１の上限値Ｂｄ１１よりも大きくなったか否か判定する（ステップＳ４０１）。入力調整回路３により出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１の上限値Ｂｄ１１よりも大きいと判定されたとき（ステップＳ４０１でＹｅｓのとき、図１２参照）、入力調整回路３は、入力信号Ｓｇを予め決められた値だけ下方にオフセット修正する調整情報を含む調整信号Ｓｋをオフセット補正ブロック１２に送信する（ステップＳ４０２）。オフセット補正ブロック１２は、調整信号Ｓｋに基づいて、入力信号Ｓｇを下方にオフセット補正する（ステップＳ４０３）。そして、処理は、ステップＳ４０１に移行し、オフセット処理を継続する。

【0066】

出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１の上限値Ｂｄ１１以下のとき（ステップＳ４０１でＮｏのとき）、入力調整回路３により出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１の下限値Ｂｄ１２よりも小さいか否か判定する（ステップＳ４０４）。入力調整回路３により出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１の下限値Ｂｄ１２よりも小さいと判定したとき（ステップＳ４０４でＹｅｓのとき、図１２参照）、入力調整回路３は、入力信号Ｓｇを予め決められた値だけ上方にオフセット修正する調整情報を含む調整信号Ｓｋをオフセット補正ブロック１２に送信する（ステップＳ４０５）。

【0067】

オフセット補正ブロック１２は、調整信号Ｓｋに基づいて、入力信号Ｓｇを上方にオフセット補正する（ステップＳ４０６）。そして、処理は、ステップＳ４０１に移行し、オフセット処理を継続する。また、出力データＤｔが第１範囲Ｂｄ１の下限値Ｂｄ１２以上のとき（ステップＳ４０４でＮｏのとき）、入力調整回路３は、オフセット補正を行わない調整情報を含む調整信号Ｓｋをオフセット補正ブロック１２に送信する（ステップＳ４０７）。そして、処理は、ステップＳ４０１に移行し、オフセット処理を継続する。

【0068】

図１０に示すように入力調整回路３は、処理回路４に調整信号Ｓｋを供給している。これにより、処理回路４は、オフセット処理された出力データＤｔを入力信号Ｓｇに対して実施したオフセット処理と逆のオフセット処理を実行するとともに、使用者が所望する形式の計測データＤｆを生成する。このように構成することで、増幅信号Ｓａの飽和を抑制できるとともに、精度の高い計測データを使用者に提供することができる。

【0069】

なお、本実施形態において、オフセット補正ブロック１２が入力信号Ｓｇを補正する構成としているが、アナログフロントエンド回路１の増幅回路１１が複数段の増幅部１１１を有する場合、少なくとも１つの増幅部１１１で増幅された信号をオフセット補正するように構成されてもよい。

【0070】

また、上述した各半導体装置１００、１００ｂでは、処理回路４を含み、処理回路４が出力データＤｔから計測データＤｆを出力する構成を有する。しかしながら、使用者が出力データＤｔをそのまま取得する構成を望む場合、処理回路４を省略した構成であってもよい。

【0071】

＜第４変形例＞
図１３は、第４変形例の加速度計測装置Ｃの一実施形態の概略配置図である。図１３に示す加速度計測装置Ｃが、アナログフロントエンド回路１ｃ及びＡ／Ｄ変換回路２ｃを有する半導体装置１００ｃを有するとともに入力調整回路３を備えない構成である点で、図１に示す加速度計測装置Ａと異なる。加速度計測装置Ｃの加速度計測装置Ａと実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。

【0072】

図１３に示すように、アナログフロントエンド回路１ｃは、第１増幅回路１１ｃ１と、第２増幅回路１１ｃ２とを有する。入力信号Ｓｇは、第１増幅回路１１ｃ１及び第２増幅回路１１ｃ２の両方に入力される。第１増幅回路１１ｃ１は、増幅率Ｇ０１で入力信号Ｓｇを増幅した第１増幅信号Ｓａ１を出力する。また、第２増幅回路１１ｃ２は、増幅率Ｇ０２で入力信号Ｓｇを増幅した第２増幅信号Ｓａ２を出力する。なお、本変形例では、増幅率Ｇ０２は、増幅率Ｇ０１よりも大きい。

【0073】

図１３に示すように、アナログフロントエンド回路１ｃにおいて、第１増幅回路１１ｃ１及び第２増幅回路１１ｃ２は、共通の第１段目の増幅部１１１を有してもよい。第１段目の増幅部１１１で電圧信号に変換するとともに増幅された信号が第１増幅回路１１ｃ１及び第２増幅回路１１ｃ２でそれぞれ異なる増幅率で増幅される構成となっている。

【0074】

Ａ／Ｄ変換回路２ｃは、第１変換回路２１及び第２変換回路２２を有する。第１変換回路２１は、第１増幅信号Ｓａ１を受信し、第１増幅信号Ｓａ１をデジタル化した第１出力データＤｔ１を生成する。第１出力データＤｔ１は、処理回路４ｃに供給される。また、第２変換回路２２は、第２増幅信号Ｓａ２を受信し、第２増幅信号Ｓａ２をデジタル化した第２出力データＤｔ２を生成する。第２出力データＤｔ２は、処理回路４ｃに供給される。

【0075】

処理回路４ｃは、第１出力データＤｔ１及び第２出力データＤｔ２を受信し、第１出力データＤｔ１又は第２出力データＤｔ２のいずれか一方を用いて、計測データＤｆを生成する。

【0076】

ここで、処理回路４ｃにおける計測データＤｆを生成する手順について図面を参照して説明する。図１４は、処理回路４ｃが計測データＤｆを生成する手順を示すフローチャートである。

【0077】

図１４に示すように、入力信号Ｓｇが入力されると、第１増幅回路１１ｃ１で入力信号Ｓｇを第１増幅率Ｇ０１で増幅した第１増幅信号Ｓａ１を生成する（ステップＳ５０１）。同時に、第２増幅回路１１ｃ２で入力信号を第２増幅率Ｇ０２で増幅した第２増幅信号Ｓａ２を生成する（ステップＳ５０１）。

【0078】

そして、Ａ／Ｄ変換回路２ｃの第１変換回路２１が第１増幅信号Ｓａ１をデジタル化した第１出力データＤｔ１を生成して処理回路４ｃに供給する（ステップＳ５０２）。同時に、第２変換回路２２が第２増幅信号Ｓａ２をデジタル化した第２出力データＤｔ２を生成して処理回路４ｃに供給する（ステップＳ５０２）。

【0079】

処理回路４ｃは、第２出力データＤｔ２を参照し、第２出力データＤｔ２が第１範囲Ｂｄ１に収まっているか否か判定する（ステップＳ５０３）。第２出力データＤｔ２が第１範囲Ｂｄ１に収まっているとき（ステップＳ５０３でＹｅｓのとき）、処理回路４ｃは、第２増幅信号Ｓａ２が飽和していないと判定し、第２出力データＤｔ２に基づいて計測データＤｆを生成する（ステップＳ５０４）。また、第２出力データＤｔ２が第１範囲Ｂｄ１から外れているとき（ステップＳ５０３でＮｏのとき）、処理回路４ｃは、第２増幅信号Ｓａ２が飽和している可能性がある又は飽和しやすいと判定し、第１出力データＤｔ１に基づいて計測データＤｆを生成する（ステップＳ５０５）。

【0080】

このように、異なる増幅率で入力信号Ｓｇを増幅する複数の増幅回路及び各増幅回路で増幅した各増幅信号をデジタル化する複数の変換回路を有する構成とすることで、増幅率を変換するためのフィードバック処理が不要になる。そのため、処理を簡略化することが可能である。

【0081】

なお、本変形例では、２つの異なる増幅率で増幅を行う増幅回路を有する構成としているが、これに限定されない。３個以上の増幅率で増幅を行う増幅回路を有する構成であってもよい。例えば、上述した増幅率Ｇ１～Ｇ４のぞれぞれで入力信号を増幅する複数の増幅回路を備えていてもよい。

【0082】

上述した各構成では、半導体装置１００、１００ｂ、１００ｃと、ＭＥＭＳセンサ２００と、を用いた加速度計測装置を例に説明しているが、これに限定されない。加速度以外の物理量を計測して、入力信号を供給できるセンサを用いた、物理量計測装置にも採用可能である。なお、半導体装置単体で取引可能であることは言うまでもない。

【0083】

＜その他＞
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【0084】

以上説明した半導体装置（１００、１００ｂ）は、センサ（２００）から出力されるアナログの入力信号（Ｓｇ）を受けてデジタルの出力データ（Ｄｔ）に変換する構成を有する。半導体装置（１００、１００ｂ）は、入力信号（Ｓｇ）を増幅した増幅信号（Ｓａ）を出力するように構成されたアナログフロントエンド回路（１）と、増幅信号（Ｓａ）をデジタル値の出力データ（Ｄｔ）に変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路（２）と、
出力データ（Ｄｔ）を取得し、出力データ（Ｄｔ）に基づいて増幅信号（Ｓａ）がアナログフロントエンド回路（１）の処理可能な範囲内に収まるようにアナログフロントエンド回路（１）を調整する構成の入力調整回路（３）と、を有する。Ａ／Ｄ変換回路（２）のサンプリングレートは、アナログフロントエンド回路（１）に入力される入力信号（Ｓｇ）の最大周波数よりも高い構成（第１の構成）である。

【0085】

上記第１の構成の半導体装置（１００）において、アナログフロントエンド回路（１）は、複数の増幅率（Ｇ１～Ｇ４）から１の増幅率を選択可能な構成を有し、入力調整回路（３）は、アナログフロントエンド回路（１）に複数の増幅率（Ｇ１～Ｇ４）から適切な１の増幅率を選択させる構成（第２の構成）であってもよい。

【0086】

上記第１又は第２の構成の半導体装置（１００）において、入力調整回路（３）は、出力データ（Ｄｔ）が予め設定されている第１範囲（Ｂｄ１）を超えたときにアナログフロントエンド回路（１）に現在の増幅率よりも低い増幅率に変更させる構成を有する構成（第３の構成）であってもよい。

【0087】

上記第１の構成から第３の構成のいずれかの半導体装置（１００）において、入力調整回路（３）は、現在の出力データ（Ｄｔ）と出力データ（Ｄｔ）の変化率に基づいてアナログフロントエンド回路（１）の増幅率を変更させる構成（第４の構成）であってもよい。

【0088】

上記第４の構成の半導体装置（１００）において、入力調整回路（３）は、変化率から予測される出力データ（Ｄｔ）が予め決められた第１範囲（Ｂｄ１）を超えるときにアナログフロントエンド回路（１）に現在の増幅率よりも低い増幅率に変更させる構成（第５の構成）である。

【0089】

上記第１の構成から第５の構成のいずれかの構成の半導体装置（１００）において、入力調整回路（３）は、出力データ（Ｄｔ）が第１範囲（Ｂｄ１）及び第１範囲（Ｂｄ１）に収まる第２範囲（Ｂｄ２）を一定期間超えないとき、アナログフロントエンド回路（１）に現在の増幅率よりも高い増幅率に変更させる構成（第６の構成）である。

【0090】

上記第１の構成の半導体装置（１００ｂ）において、アナログフロントエンド回路（１ｂ）は、入力信号（Ｓｇ）のオフセット補正を行う構成のオフセット補正ブロック（１２）を有し、
入力調整回路（３）は、増幅信号（Ｓａ）がアナログフロントエンド回路（１ｂ）のフルスケールに収まるように入力信号（Ｓｇ）のオフセット量を決定し、
オフセット補正ブロック（１２）がオフセット量に基づいて入力信号（Ｓｇ）のオフセット補正を実行する構成（第７の構成）である。

【0091】

上記第１の構成から第７の構成のいずれかの半導体装置（１００、１００ｂ）において、出力データ（Ｄｔ）を増幅率に基づいて予め決められたビット数の計測データ（Ｄｆ）を生成する処理回路（４）を含む構成（第８の構成）である。

【0092】

以上説明した半導体装置（１００ｃ）は、センサ（２００）から出力されるアナログの入力信号（Ｓｇ）を受けてデジタルの出力データ（Ｄｔ）に変換する。半導体装置（２００ｃ）は、入力信号（Ｓｇ）を異なる増幅率（Ｇ０１、Ｇ０２）で増幅した増幅信号（Ｓａ１、Ｓａ２）を出力するように構成された複数の増幅回路（１１ｃ１、１１ｃ２）を有するアナログフロントエンド回路（１ｃ）と、各増幅回路（１１ｃ１、１１ｃ２）から出力された増幅信号（Ｓａ１、Ｓａ２）をそれぞれデジタル値の出力データ（Ｄｔ１、Ｄｔ２）に変換するように構成されたＡ／Ｄ変換回路（２ｃ）と、各出力データ（Ｄｔ１、Ｄｔ２）に基づいて予め決められた形式の計測データ（Ｄｆ）を生成する構成の処理回路（４ｃ）と、を有し、処理回路（４ｃ）は、入力される出力データ（Ｄｔ１、Ｄｔ２）に基づいて、アナログフロントエンド回路（１ｃ）のフルスケールに収まっている増幅信号（Ｓａ１、Ｓａ２）から生成された１の出力データ（Ｄｔ１、Ｄｔ２）を選択し、選択された出力データから計測データ（Ｄｆ）を生成する構成構成（第９の構成）である。

【0093】

上記第９の構成の半導体装置（１００ｃ）において、処理回路（４ｃ）は、アナログフロントエンド回路（１ｃ）のフルスケールに収まる増幅信号（Ｓａ１、Ｓａ２）のうち、最も高い増幅率で増幅された増幅信号から生成された前記出力データを選択する構成（第１０の構成）である。

【0094】

上記第１の構成から第１０の構成のいずれかの構成の半導体装置（１００、１００ｂ、１００ｃ）と、半導体装置（１００、１００ｂ、１００ｃ）に入力信号（Ｓｇ）を出力する加速度センサ（２００）と、を有する加速度計測装置（Ａ、Ｂ）である構成（第１１の構成）である。

【0095】

上記第１１の構成の加速度計測装置（Ａ、Ｂ）において、加速度センサは、ＭＥＭＳセンサ（２００）である構成（第１２の構成）である。

【符号の説明】

【0096】

Ａ、Ｂ、Ｃ 加速度計測装置
１００、１００ｂ、１００ｃ 半導体装置
１、１ｂ、１ｃ アナログフロントエンド回路
１１、１１ｂ 増幅回路
１１ｃ１ 第１増幅回路
１１ｃ２ 第２増幅回路
１１１ 増幅部
１２ オフセット補正ブロック
２、２ｃ Ａ／Ｄ変換回路
２１ 第１変換回路
２２ 第２変換回路
３ 入力調整回路
４、４ｃ 処理回路
２００ ＭＥＭＳセンサ
２１１、２１２ 固定電極
２２０ 可動電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】