特開 2024-162666 集積回路

(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】P2024162666

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】集積回路

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/00 20060101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

G01L9/00 303T

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078406

(22)【出願日】2023-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊東 祐一

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055AA40

2F055BB20

2F055CC60

2F055DD05

2F055EE12

2F055FF11

2F055GG33

2F055GG34

(57)【要約】

【課題】 ホイートストンブリッジの出力電圧の精度の悪化を抑制できる集積回路を提供する。
【解決手段】
集積回路は、ホイートストンブリッジと、バイアス電圧回路と、を備える集積回路であって、前記ホイートストンブリッジは、所定電圧が生じる高電位側の第１ノード及び第２ノードの間に接続された第１抵抗と、前記第２ノード及び低電位側の第３ノードの間に接続された第２抵抗と、前記第１ノード及び第４ノードの間に接続された第３抵抗と、前記第４ノード及び前記第３ノードの間に接続された第４抵抗と、を含み、前記バイアス電圧回路は、一端が前記第３ノードに接続された第５抵抗と、前記第５抵抗の他端が接続される反転入力端子と、前記所定電圧より低い基準電圧が印加される非反転入力端子と、前記第３ノードに接続される出力端子と、を有する第１演算増幅回路と、を含む集積回路。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホイートストンブリッジと、バイアス電圧回路と、を備える集積回路であって、
前記ホイートストンブリッジは、
所定電圧が生じる高電位側の第１ノード及び第２ノードの間に接続された第１抵抗と、前記第２ノード及び低電位側の第３ノードの間に接続された第２抵抗と、前記第１ノード及び第４ノードの間に接続された第３抵抗と、前記第４ノード及び前記第３ノードの間に接続された第４抵抗と、を含み、
前記バイアス電圧回路は、
一端が前記第３ノードに接続された第５抵抗と、
前記第５抵抗の他端が接続される反転入力端子と、前記所定電圧より低い基準電圧が印加される非反転入力端子と、前記第３ノードに接続される出力端子と、を有する第１演算増幅回路と、
を含む集積回路。

【請求項2】

請求項１に記載の集積回路であって、
前記第１抵抗、前記第２抵抗、前記第３抵抗、及び前記第４抵抗の種類と、前記第５抵抗の種類とは同じである、
集積回路。

【請求項3】

請求項２に記載の集積回路であって、
前記第１抵抗、前記第２抵抗、前記第３抵抗、及び前記第４抵抗のそれぞれの抵抗値と、前記第５抵抗の抵抗値とは等しい、
集積回路。

【請求項4】

請求項１から３のうちの何れか一項に記載の集積回路であって、
前記バイアス電圧回路は、
前記所定電圧が印加された非反転入力端子と、前記第１ノードに接続された反転入力端子と、前記第３ノードに接続された出力端子とを、有する第２演算増幅回路、
を備える集積回路。

【請求項5】

請求項４に記載の集積回路であって、
前記バイアス電圧回路は、
一端に電源電圧が印加され、他端が前記第１ノードに接続された第６抵抗、
を備える集積回路。

【請求項6】

請求項５に記載の集積回路であって、
前記第１抵抗、前記第２抵抗、前記第３抵抗、及び前記第４抵抗の種類は、前記第６抵抗の種類と同じである、
集積回路。

【請求項7】

請求項５に記載の集積回路であって、
前記バイアス電圧回路は、
前記第６抵抗に流れる電流のうち一部の電流が流れるバイアス電流回路、
を備える集積回路。

【請求項8】

請求項１に記載の集積回路であって、
前記バイアス電圧回路は、
前記基準電圧のレベルを調整して出力する基準電圧回路、
を備える集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、集積回路に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路として、４つのゲージ抵抗を含むホイートストンブリッジを用い、圧力を検出する回路がある（例えば、特許文献１～３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３５８４８０３号公報

【特許文献2】特許第２７９７８８０号公報

【特許文献3】特開平６－１４８０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ホイートストンブリッジを含む集積回路を長期間使用すると、ゲージ抵抗の抵抗値の変動等により、圧力を検出する感度が変動し、ホイートストンブリッジの出力電圧の精度が悪くなることがある。

【0005】

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、ホイートストンブリッジの出力電圧の精度の悪化を抑制できる集積回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前述した課題を解決する本発明の態様は、ホイートストンブリッジと、バイアス電圧回路と、を備える集積回路であって、前記ホイートストンブリッジは、所定電圧が生じる高電位側の第１ノード及び第２ノードの間に接続された第１抵抗と、前記第２ノード及び低電位側の第３ノードの間に接続された第２抵抗と、前記第１ノード及び第４ノードの間に接続された第３抵抗と、前記第４ノード及び前記第３ノードの間に接続された第４抵抗と、を含み、前記バイアス電圧回路は、一端が前記第３ノードに接続された第５抵抗と、前記第５抵抗の他端が接続される反転入力端子と、前記所定電圧より低い基準電圧が印加される非反転入力端子と、前記第３ノードに接続される出力端子と、を有する第１演算増幅回路と、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ホイートストンブリッジの出力電圧の精度の悪化を抑制できる集積回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一般的なホイートストンブリッジ１１を含む回路３００の一例を示す図である。

【図2】一般的なホイートストンブリッジ１１を含む回路３１０の一例を示す図である。

【図3】集積回路１０の一例を示す図である。

【図4】ホイートストンブリッジ１１の構造の一例を示す図である。

【図5】抵抗３３の構造の一例を示す図である。

【図6】基準電圧回路３５の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。

【0010】

＝＝＝＝＝一般的なホイートストンブリッジ１１を含む回路３００の一例＝＝＝＝＝
図１は、一般的なホイートストンブリッジ１１を含む回路３００の一例を示す図である。回路３００は、ホイートストンブリッジ１１、抵抗３０を含んで構成される。ホイートストンブリッジ１１は、抵抗２０～２３を含んで構成される。具体的には、ホイートストンブリッジ１１は、高電位側のノードＮａ及びノードＮｂの間に接続された抵抗２０と、ノードＮｂ及び低電位側のノードＮｃの間に接続された抵抗２１と、ノードＮａ及びノードＮｄの間に接続された抵抗２２と、ノードＮｄ及びノードＮｃの間に接続された抵抗２３と、を含む。ここで、ノードＮｂ，Ｎｄは、差電圧Ｖｄｉｆｆを出力するためのノードであり、ノードＮｃは接地される。

【0011】

なお、抵抗２０～２３の抵抗値を抵抗値Ｒ１とし、抵抗２０，２２の間の配線を配線１１０ａとし、抵抗２０，２１の間の配線を配線１１０ｂとし、抵抗２１，２３の間の配線を配線１１０ｃとし、抵抗２２，２３の間の配線を配線１１０ｄとする。また、ノードＮａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄのそれぞれの電圧を、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとし、電圧Ｖｂ，Ｖｄの差を、差電圧Ｖｄｉｆｆとする。また、ノードＮａを介してホイートストンブリッジ１１に流れる電流を電流Ｉａとする。

【0012】

また、抵抗３０は、ホイートストンブリッジ１１に流れる電流Ｉａを制御する素子であり、一端に電源電圧Ｖｄｄが印加され、他端がノードＮａに接続される。抵抗３０に流れる電流Ｉａは、ノードＮａを介してホイートストンブリッジ１１に流れる。

【0013】

例えば、回路３００は、圧力センサの一部として用いられる。また、詳細は後述するが、ホイートストンブリッジ１１は、ダイアフラム１００（後述）の上に作成される。また、ホイートストンブリッジ１１は、圧力によってダイアフラム１００の形状が変化すると、抵抗２０～２３の抵抗値が変化することにより、圧力に応じた差電圧Ｖｄｉｆｆを出力する。

【0014】

ところで、回路３００を長期間使用すると、抵抗２０～２３の抵抗値に変動が生じる。この場合、ノードＮａの電圧Ｖａは、ホイートストンブリッジ１１の合成抵抗（すなわち、抵抗２０～２３の合成抵抗）Ｒａと、抵抗３０とにより、電源電圧Ｖｄｄを分圧した電圧となるが、抵抗２０～２３の抵抗値が変動して合成抵抗Ｒａが変動すると、電圧Ｖａが変動することとなる。例えば、抵抗２０～２３の抵抗値が１０％減少したとすると、合成抵抗Ｒａは、０．９×Ｒ１となる。したがって、抵抗３０の抵抗値がＲ２だとすると、ノードＮａの電圧Ｖａは、Ｖｄｄ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）から、Ｖｄｄ×０．９×Ｒ１／（０．９×Ｒ１＋Ｒ２）に変化する。ただし、配線１１０ａ～１１０ｄの寄生抵抗を無視する。

【0015】

この場合、ホイートストンブリッジ１１に印加される電圧（Ｖａ－Ｖｃ）は、変化し、ホイートストンブリッジ１１に同じ圧力が加えられたとしても、差電圧Ｖｄｉｆｆには、抵抗２０～２３の抵抗値の変動の影響が現れてしまう。

【0016】

そのため、ノードＮａの電圧Ｖａを所定電圧に維持し、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を一定にすることにより、抵抗２０～２３の抵抗値の変動の差電圧Ｖｄｉｆｆに対する影響を低減することが考えられる。したがって、つぎに、抵抗２０～２３の抵抗値の変動に関わらず、ノードＮａの電圧Ｖａを所定電圧に維持できる回路３１０について説明する。

【0017】

＝＝＝＝＝一般的なホイートストンブリッジ１１を含む回路３１０の一例＝＝＝＝＝
図２は、一般的なホイートストンブリッジ１１を含む回路３１０の一例を示す図である。回路３１０は、ホイートストンブリッジ１１、抵抗３０、演算増幅回路３１、電流源３２を含んで構成される。

【0018】

演算増幅回路３１は、ホイートストンブリッジ１１及び電流源３２と共に、ノードＮａの電圧Ｖａを基準電圧Ｖｒｅｆに維持する。演算増幅回路３１は、基準電圧Ｖｒｅｆが印加された非反転入力端子と、ノードＮａに接続された反転入力端子と、ノードＮｃに接続された出力端子とを有する。

【0019】

電流源３２は、演算増幅回路３１が飽和状態とならないよう制御する回路であり、電流源３２には、抵抗３０を介して流れる電流Ｉｇのうち一部の電流Ｉｈが流れる。具体的には、電流源３２が、ホイートストンブリッジ１１に流れる電流Ｉａと、抵抗３０からの電流Ｉｇとの差分となる電流Ｉｈを流すと、演算増幅回路３１は飽和状態とならず、ホイートストンブリッジ１１には電流Ｉａが流れることとなる。

【0020】

ここで、回路３１０を長期間使用すると、回路３００と同様に、抵抗２０～２３の抵抗値に変動が生じる。一方、演算増幅回路３１がノードＮａの電圧Ｖａを基準電圧Ｖｒｅｆと同じ電圧とするため、ノードＮａの電圧Ｖａは、抵抗２０～２３の抵抗値の変動の影響を受けなくなる。

【0021】

また、ノードＮｃの電圧Ｖｃは、ホイートストンブリッジ１１の合成抵抗Ｒａの抵抗値に応じて変動する可能性がある。しかしながら、回路３１０において、抵抗２０～２３の種類と、抵抗３０の種類とを同じにし、両者の抵抗値も同じ抵抗値Ｒ１としているため、回路３１０は、抵抗２０～２３の抵抗値の変動と、抵抗３０の抵抗値の変動が同一となり、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）が一定となるよう設計されている。

【0022】

具体的には、抵抗２０～２３の抵抗値Ｒ１が変動し、合成抵抗Ｒａが変動したとしても、抵抗３０の抵抗値も、抵抗２０～２３の抵抗値と同様に変動すると、電流Ｉａは、抵抗２０～２３の抵抗値の変動に反比例するように変動する。結果として、合成抵抗Ｒａが変動しても、ノードＮｃの電圧Ｖｃはほぼ一定となり、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）もほぼ一定となる。

【0023】

例えば、上述したように、抵抗２０～２３の抵抗値が１０％減少し、０．９×Ｒ１となったとしても、抵抗３０の抵抗値Ｒ２も抵抗値０．９×Ｒ１となり、電流Ｉｇが（１／０．９）倍となるため、電流Ｉａも、変動前の（１／０．９）倍となる。また、合成抵抗Ｒａも０．９×Ｒ１となることから、ノードＮｃの電圧Ｖｃはほぼ一定となり、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）は、合成抵抗Ｒａに電流Ｉａを乗算した電圧であるため、抵抗２０～２３の抵抗値の変動に関わらずほぼ一定となる。

【0024】

しかしながら、詳細は後述するが、ホイートストンブリッジ１１の合成抵抗Ｒａは、配線１１０ａ～１１０ｄの寄生抵抗を考慮すると、厳密には抵抗値Ｒ１より大きくなるため、合成抵抗Ｒａの抵抗値の変動は、抵抗３０の抵抗値の変動と同じとはならない。したがって、抵抗２０～２３の抵抗値の変動を、抵抗３０の抵抗値の変動で補償することは難しくなり、抵抗２０～２３の抵抗値の変動により、合成抵抗Ｒａが変動し、それに伴い、ノードＮｃの電圧Ｖｃが変動し、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）が影響を受けてしまう。

【0025】

そのため、抵抗２０～２３の抵抗値の変動による、ノードＮｃの電圧Ｖｃへの影響を抑制することが必要となる。これを実現する集積回路１０を、図３を用いて以下で説明する。

【0026】

＝＝＝＝＝本実施形態＝＝＝＝＝
＜＜＜集積回路１０の構成＞＞＞
図３は、本発明の一実施形態である集積回路１０の構成を示す図である。集積回路１０は、ホイートストンブリッジ１１に加えられた圧力に応じて、差電圧Ｖｄｉｆｆを出力する回路である。集積回路１０は、ホイートストンブリッジ１１、バイアス電圧回路１２を含んで構成される。

【0027】

＜＜ホイートストンブリッジ１１の構造＞＞
図４に示すように、ダイアフラム１００は、例えばＰ型シリコン半導体基板である半導体基板上に形成される。便宜上、ここでは断面構造は省略するが、ダイアフラム１００のおもて面側には、Ｎウェル領域が形成される。Ｎウェル領域の大部分に、抵抗２０～２３及び配線１１０ａ～１１０ｄとなるＰ型拡散領域（図４の灰色に着色された箇所）が、Ｎウェル領域より浅い拡散領域として形成される。

【0028】

抵抗２０～２３及び配線１１０ａ～１１０ｄは、Ｐ型拡散領域の一部として形成され、配線１１０ａ～１１０ｄのそれぞれが形成される箇所をエリアＡ１～Ａ４とする。抵抗２０～２３及び配線１１０ａ～１１０ｄの領域以外は、酸化膜１２０が形成されることにより、エリアＡ１～Ａ４に分離される。なお、エリアＡ１～Ａ４のそれぞれは、抵抗２０～２３を介して電気的に接続されている。また、抵抗２０～２３は、酸化膜１２０で分離されて幅が限定された拡散抵抗である。

【0029】

具体的には、Ｎウェル領域のおもて面では、エリアＡ１の配線１１０ａ及びエリアＡ２の配線１１０ｂが抵抗２０を介して電気的に接続され、エリアＡ２の配線１１０ｂ及びエリアＡ３の配線１１０ｃが抵抗２１を介して電気的に接続される。また、エリアＡ３の配線１１０ｃ及びエリアＡ４の配線１１０ｄは抵抗２３を介して電気的に接続され、エリアＡ１の配線１１０ａ及びエリアＡ４の配線１１０ｄは抵抗２２を介して電気的に接続される。

【0030】

また、抵抗２０～２３は、シート抵抗値をρｓとし、長さをＬ、幅をＷとすると、抵抗２０～２３の抵抗値は、抵抗値Ｒ１＝ρｓ×Ｌ／Ｗとなる。本実施形態では、抵抗２０～２３は、レイアウト面積を小さくするため、蛇行パターンを形成するよう設計されるが、必ずしも蛇行パターンに限定されるものではなく、短冊形状で直列又は並列に接続して抵抗２０～２３を形成してもよい。

【0031】

また、端子Ｔａ～Ｔｄは、ノードＮａ～Ｎｄのそれぞれに対応し、配線１１０ａ～１１０ｄのそれぞれのエリアＡ１～Ａ４となるＰ型拡散領域に複数のコンタクト（不図示）を介して接続される。端子Ｔａ～Ｔｄは、ダイアフラム１００上ではなく、ダイアフラム１００を取り囲む周辺領域に形成される。なお、例えば、ノードＮａから抵抗２０に電流が流れる場合、配線１１０ａに沿って拡散抵抗の一部を流れ、これにより、ノードＮａから抵抗２０への配線１１０ａには点線で示すように寄生抵抗が生じる。また、ノードＮａ～Ｎｄのそれぞれに接続された配線１１０ａ～１１０ｄ及び抵抗２０～２３の他の組み合わせについても同様である。なお、抵抗２０～２３のそれぞれは、「第１抵抗」、「第２抵抗」、「第３抵抗」、及び「第４抵抗」のそれぞれに相当し、ノードＮａ～Ｎｄのそれぞれは、「第１ノード」、「第２ノード」、「第３ノード」、及び「第４ノード」のそれぞれに相当する。

【0032】

＜＜バイアス電圧回路１２＞＞
バイアス電圧回路１２は、長期間の使用により抵抗２０～２３の抵抗値が変化したとしても、ホイートストンブリッジ１１に、所定の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を印加するようにする回路である。バイアス電圧回路１２は、抵抗３０，３３、演算増幅回路３１，３４、電流源３２、基準電圧回路３５を含んで構成される。抵抗３０には、電源電圧ＶｄｄとノードＮａの電圧Ｖａとの電圧差と、抵抗３０の抵抗値Ｒ１とに応じた電流Ｉｇが流れる。なお、抵抗３０は、「第６抵抗」に相当し、演算増幅回路３１は、「第２演算増幅回路」に相当し、基準電圧Ｖｒｅｆは、「所定電圧」に相当し、電流源３２は、「バイアス電流回路」に相当し、電流Ｉｈは、「第６抵抗に流れる電流のうち一部の電流」に相当する。

【0033】

なお、抵抗３０の種類は、抵抗２０～２３の種類と同じＰ型拡散抵抗であり、同一半導体基板上に同一の製造工程で形成されたシート抵抗値ρｓの拡散抵抗である。抵抗３０の抵抗値も、抵抗２０～２３と同じ抵抗値Ｒ１である。これにより、上述したように、長期間の使用により抵抗２０～２３の抵抗値が変化したとしても、抵抗３０の抵抗値も同様に変化するため、電圧Ｖａ，Ｖｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）の変化は低減される。

【0034】

また、集積回路１０が２つの半導体チップから構成されてもよい。２つの半導体チップは、ダイアフラム１００を含む圧力検出チップと、例えばＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）のように信号処理を行う信号処理チップとからなる２チップで構成される。この場合、抵抗３０と抵抗２０～２３は圧力検出チップに形成される。なお、演算増幅回路３１，３４、電流源３２および基準電圧回路３５は信号処理チップに形成される。

【0035】

抵抗３３、演算増幅回路３４、基準電圧回路３５は、ノードＮｃの電圧Ｖｃの電圧値を電圧Ｖｅに維持する回路である。具体的には、抵抗３３は、一端がノードＮｃに接続される。演算増幅回路３４は、抵抗３３の他端が接続される反転入力端子と、基準電圧回路３５からの電圧Ｖｅが印加される非反転入力端子と、ノードＮｃに接続される出力端子とを有する。これにより、抵抗３３、演算増幅回路３４、基準電圧回路３５は、ノードＮｃの電圧Ｖｃを電圧Ｖｅに維持する回路として動作する。また、抵抗３３は、「第５抵抗」に相当し、演算増幅回路３４は、「第１演算増幅回路」に相当する。

【0036】

なお、抵抗３３の抵抗値は、抵抗２０～２３の抵抗値と同じ抵抗値としてもよいが、図４の配線１１０ａ～１１０ｄに生じる寄生抵抗を加味した抵抗値とすることが望ましい。具体的には、抵抗３３は、抵抗２０～２３と同じ蛇行パターンとなるよう酸化膜により電気的に分離されたＰ型拡散領域で構成される。また、図５に示すように、抵抗３３は、抵抗２０～２３と同じ、同一半導体基板上に同一の製造工程で形成されたシート抵抗値ρｓのＰ型拡散抵抗で構成される。また、抵抗３３の長さＬは、配線１１０ａ～１１０ｄの寄生抵抗を加味して、抵抗２０～２３の長さＬより２ｄ分だけ長く、抵抗３３の幅Ｗは、抵抗２０～２３の幅Ｗと同じである。したがって、抵抗２０～２３の抵抗値を、配線１１０ａ～１１０ｄに生じる寄生抵抗の抵抗値を加味して考えると、抵抗２０～２３の抵抗値と、抵抗３３の抵抗値とは等しい。

【0037】

また、集積回路１０が２つの半導体チップから構成されてもよい。２つの半導体チップは、ダイアフラム１００を含む圧力検出チップと例えばＡＳＩＣのように信号処理を行う信号処理チップから構成されてもよい。この場合、抵抗３３と抵抗２０～２３は圧力検出チップに形成される。なお、演算増幅回路３１，３４、電流源３２および基準電圧回路３５は信号処理チップに形成される。

【0038】

なお、電圧Ｖａ、Ｖｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）の変化を低減するため、上記では抵抗の種類についてＰ型拡散抵抗と表現したが、演算増幅回路３１と演算増幅回路３４を含む図３に示す集積回路１０において、抵抗３０の種類と抵抗２０～２３の種類、抵抗３３と抵抗２０～２３の種類は異なっても良い。ノードＮａの電圧Ｖａは演算増幅回路３１で基準電圧Ｖｒｅｆに制御される。ノードＮｃの電圧Ｖｃは演算増幅回路３４で基準電圧回路３５の電圧Ｖｅに制御される。従って、ノードＮａ，Ｎｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）の変化が抑制できる。

【0039】

また、抵抗３３の両端には、抵抗３３から伸びた箇所に複数のコンタクトにより接続されたパッド１３０，１３１が設けられ、パッド１３０には、ノードＮｃが接続され、パッド１３１には、演算増幅回路３４の反転入力端子が接続される。

【0040】

基準電圧回路３５は、図６に示すように、例えば、バンドギャップ電圧Ｖｂｇｒに基づく電圧Ｖｅを出力する回路である。基準電圧回路３５は、電圧Ｖｅのレベルを調整して出力し、バンドギャップリファレンス回路２００、演算増幅回路２０１、可変抵抗２０２、抵抗２０３、ＥＰＲＯＭ２０４を含んで構成される。なお、電圧Ｖｅは、「基準電圧」に相当する。

【0041】

バンドギャップリファレンス回路（ＢＧＲ）２００は、電圧Ｖｂｇｒを出力する。演算増幅回路２０１は、電圧Ｖｂｇｒが印加される非反転入力端子と、電圧Ｖｅを可変抵抗２０２及び抵抗２０３で分圧した電圧が印加される反転入力端子と、電圧Ｖｅが出力される出力端子とを有する。

【0042】

また、可変抵抗２０２は、ＥＰＲＯＭ２０４からのビットｄａｔａに基づいて抵抗値が変化する抵抗である。また、可変抵抗２０２の抵抗値により電圧Ｖｅは変化するため、電圧Ｖｅは、ＥＰＲＯＭ２０４からのビットｄａｔａにより調整される。また、演算増幅回路３１が動作する際の電圧Ｖｃと等しい電圧Ｖｅを、基準電圧回路３５が出力するよう、集積回路１０の製造時、ＥＰＲＯＭ２０４には、ビットｄａｔａが書き込まれる。

【0043】

なお、基準電圧回路３５として、バンドギャップリファレンス電圧を用いた回路を説明したが、これに限られるものではなく、電源電圧Ｖｄｄを分圧する分圧回路を、例えばＥＰＦＯＭ２０４で制御される可変抵抗を用いて構成し、電圧Ｖｅを出力することとしてもよい。また、定電流源と、例えばＥＰＲＯＭ２０４で制御される可変抵抗とを組み合わせ、出力電圧Ｖｅを出力することとしてもよい。

【0044】

＜＜＜圧力に応じた差電圧Ｖｄｉｆｆの変化＞＞＞
ダイアフラム１００は、圧力が加えられると、変形する。また、ホイートストンブリッジ１１はダイアフラム１００上に形成されるため、ダイアフラム１００に圧力が加わると、抵抗２０～２３の形状が変化するため、抵抗２０～２３の抵抗値が変化し、ホイートストンブリッジ１１は圧力に応じた差電圧Ｖｄｉｆｆを出力する。

【0045】

最初に、ホイートストンブリッジ１１に圧力が加えられていない場合について説明する。なお、抵抗２０～２３の抵抗値は抵抗値Ｒ１とする。そのため、ノードＮａ，Ｎｃに電圧を印加した場合のホイートストンブリッジ１１の合成抵抗Ｒａの抵抗値は、抵抗値Ｒ１となる。そして、合成抵抗Ｒａに電圧Ｖａ，Ｖｃの差電圧（Ｖａ－Ｖｃ）が印加されるため、電流Ｉａは、以下の通りとなる。

【0046】

Ｉａ＝（Ｖａ－Ｖｃ）／Ｒ１ ・・・式（１）

【0047】

また、抵抗ｔ２０～２３の抵抗値が抵抗値Ｒ１で同一であるため、ノードＮａからの電流ＩａがノードＮｂ，Ｎｄを経由して分流される電流の電流値は、電流値Ｉａ／２となる。

【0048】

この場合、電圧Ｖｂ，Ｖｄは、以下の通りとなり、結果として差電圧Ｖｄｉｆｆは０Ｖとなる。
Ｖｂ＝Ｒ１×Ｉａ／２＋Ｖｃ ・・・式（２）
Ｖｄ＝Ｒ１×Ｉａ／２＋Ｖｃ ・・・式（３）
Ｖｄｉｆｆ＝Ｖｄ－Ｖｂ＝０ ・・・式（４）

【0049】

一方、ホイートストンブリッジ１１に圧力が加えられた場合、抵抗２０～２３のそれぞれの抵抗値は変化し、式（２）～（４）は成立せず、差電圧Ｖｄｉｆｆは０Ｖとはならない。

【0050】

具体的には、抵抗２０の抵抗値が抵抗値Ｒ１から抵抗値Ｒ１＋ｒ１になったとすると、電流Ｉａ、電圧Ｖｂ，Ｖｄは、以下の通りとなる。
Ｉａ＝（Ｖａ－Ｖｃ）／Ｒａ ・・・式（５）
ただし、Ｒａ＝２Ｒ１×（２Ｒ１＋ｒ１）／（４Ｒ１＋ｒ１） ・・・式（６）

【0051】

Ｖｂ＝Ｒ１×Ｉａ０＋Ｖｃ ・・・式（７）
ただし、電流Ｉａ０は、ノードＮｂに流れる電流であり、
Ｉａ０＝Ｒａ×Ｉａ／（２Ｒ１＋ｒ１） ・・・式（８）
Ｖｄ＝Ｒ１×Ｉａ１＋Ｖｃ ・・・式（９）
ただし、電流Ｉａ１は、ノードＮｄに流れる電流であり、
Ｉａ１＝Ｒａ×Ｉａ／２Ｒ１ ・・・式（１０）

【0052】

したがって、差電圧Ｖｄｉｆｆは、以下の通りとなり、差電圧Ｖｄｉｆｆは０Ｖとならない。
Ｖｄｉｆｆ＝Ｖｄ－Ｖｂ
＝Ｉａ×Ｒ１×ｒ１／（４Ｒ１＋ｒ１）
＝（Ｖａ－Ｖｃ）×ｒ１／２／（２Ｒ１＋ｒ１） ・・・式（１１）

【0053】

＜＜＜長期間の使用により抵抗２０～２３の抵抗値が変化した場合の集積回路１０の動作＞＞＞
以降、長期間の使用により、抵抗２０～２３の抵抗値が変化した場合の集積回路１０の動作について、図３を用いて説明する。

【0054】

例えば、抵抗２０～２３の抵抗値が抵抗値Ｒ１から１０％減少し、抵抗値０．９×Ｒ１となったとする。この場合、上述した通り、抵抗３０も抵抗２０～２３と同じ種類及び抵抗値となるよう設計されているため、抵抗３０の抵抗値も同様に抵抗値０．９×Ｒ１となる。

【0055】

また、ノードＮａの電圧Ｖａは、演算増幅回路３１により、基準電圧Ｖｒｅｆに維持されているため、抵抗３０にかかる電圧は、（Ｖｄｄ－Ｖｒｅｆ）で変化しない。したがって、電流Ｉｇの電流値は、電流値（Ｖｄｄ―Ｖｒｅｆ）／Ｒ１から、電流値（Ｖｄｄ－Ｖｒｅｆ）／（０．９×Ｒ１）に変化する。

【0056】

そして、ホイートストンブリッジ１１の合成抵抗Ｒａの抵抗値は、抵抗値Ｒ１から、抵抗値（０．９×Ｒ１）に変化するが、電流Ｉａの電流値が電流値（Ｖｄｄ－Ｖｒｅｆ）／（０．９×Ｒ１）に変化しているため、ホイートストンブリッジ１１に印加される電圧（Ｖａ－Ｖｃ）は変化しない。また、電圧Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆで一定であり、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）が変化しないので、ノードＮｃの電圧Ｖｃも変化しない。ただし、電流源３２が流す電流Ｉｈを考慮しないものとする。

【0057】

しかしながら、ホイートストンブリッジ１１の合成抵抗Ｒａは、配線１１０ａ～１１０ｄの寄生抵抗を考慮すると、厳密には抵抗値Ｒ１より大きくなるため、合成抵抗Ｒａの抵抗値の変動は、抵抗３０の抵抗値の変動と同じとはならない。また、抵抗３０を抵抗２０～２３の蛇行パターンとすることは、チップサイズなどのコストに影響を及ぼすため、現実的ではない。

【0058】

そのため、図２を用いて説明したが、ノードＮｃの電圧Ｖｃが抵抗２０～２３の抵抗値の変動により影響を受けてしまう。電圧（Ｖａ－Ｖｃ）が変化すると、上述の通り、ホイートストンブリッジ１１のセンサ感度が変化してしまう。

【0059】

また、ホイートストンブリッジ１１のセンサ感度の変化を抑制するためには、ノードＮｃの電圧Ｖｃを変化させないよう制御することが必要である。これを実現するために、抵抗３３、演算増幅回路３４、基準電圧回路３５からなる回路が動作し、ノードＮｃの電圧Ｖｃを、当初の電圧Ｖｃである電圧Ｖｅに維持し、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を所定の電圧に維持する。

【0060】

具体的には、抵抗３３、演算増幅回路３４、基準電圧回路３５からなる回路は次のように動作する。電圧Ｖｃが上昇し、電圧Ｖｅより高くなると、抵抗３３に、図１の矢印の向きに電流Ｉｆが流れるかと思われる。しかしながら、演算増幅回路３４の反転入力端子は、入力インピーダンスが理論上無限大であるため、電流Ｉｆを流すことはない。したがって、演算増幅回路３４は、電流Ｉｆが流れなくなるよう、電圧Ｖｅに等しくなるまで電圧Ｖｃを低下させる。

【0061】

逆に、電圧Ｖｃが低下し、電圧Ｖｅより低くなると、抵抗３３に、図１の矢印の向きと反対に電流Ｉｆが流れるかと思われるが、電圧Ｖｃが上昇した場合と同様に、演算増幅回路３４は、電流Ｉｆが流れなくなるよう、電圧Ｖｅに等しくなるまで電圧Ｖｃを上昇させる。

【0062】

したがって、集積回路１０は、長期間の使用により抵抗２０～２３の抵抗値が変化したとしても、電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を所定の電圧に維持することができ、ホイートストンブリッジ１１の出力電圧の精度の悪化を抑制できる。

【0063】

＝＝＝変形例＝＝＝
以上、集積回路１０が、ホイートストンブリッジ１１、バイアス電圧回路１２を備える際の動作について説明した。しかしながら、ノードＮａに、例えば電源電圧Ｖｄｄ等の所定の電圧が印加される場合、抵抗３０、演算増幅回路３１、電流源３２は必要ない。

【0064】

これらの回路が存在しないとしても、抵抗３３、演算増幅回路３４、基準電圧回路３５からなる回路が、ノードＮｃの電圧を所定の電圧Ｖｅに維持できれば、ノードＮａ，Ｎｃ間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を一定にすることができる。これにより、ホイートストンブリッジ１１の出力電圧の精度の悪化を抑制できる。

【0065】

＝＝＝まとめ＝＝＝
以上、本実施形態の集積回路１０について説明した。集積回路１０は、ホイートストンブリッジ１１、バイアス電圧回路１２を備える。ホイートストンブリッジ１１は、抵抗２０～２３を含む。バイアス電圧回路１２は、抵抗３３、演算増幅回路３４を含む。演算増幅回路３４は、ノードＮｃの電圧Ｖｃを電圧Ｖｅに維持し、ノードＮａ，Ｎｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を一定に維持する。これにより、ホイートストンブリッジの出力電圧の精度の悪化を抑制できる。

【0066】

また、抵抗２０～２３の種類と、抵抗３３の種類とが同じである場合、同一導電型拡散抵抗であり、同一半導体基板上に同一の製造工程で形成されたシート抵抗値ρｓの拡散抵抗である。これにより、抵抗２０～２３の抵抗値及び抵抗３３の抵抗値は、集積回路１０を長期間使用しても、同じように変化する。したがって、ノードＮａ，Ｎｃ間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を一定に維持する際に、抵抗３３及び演算増幅回路３４の動作が抑制される。また、抵抗２０～２３の種類と、抵抗３３の種類とは異なっても良い。ノードＮｃの電圧Ｖｃが基準電圧回路３５の電圧Ｖｅに従い演算増幅回路３４によって制御されることで、ノードＮａ，Ｎｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）の変化が抑制できる。

【0067】

また、抵抗２０～２３の抵抗値と、抵抗３３の抵抗値とは等しい。これにより、ノードＮａ，Ｎｃ間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を一定に維持する際の精度が向上する。

【0068】

また、バイアス電圧回路１２は、演算増幅回路３１を備える。これにより、ノードＮａの電圧Ｖａを基準電圧Ｖｒｅｆに維持できる。したがって、ノードＮａ，Ｎｃ間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）を予め決めた電圧に維持できる。

【0069】

また、バイアス電圧回路１２は、抵抗３０を備える。これにより、ノードＮａを介して流れる電流Ｉａを基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値に応じて制御することができる。

【0070】

また、抵抗２０～２３の種類が、抵抗３０の種類と同じである場合、同一導電型拡散抵抗であり、同一半導体基板上に同一の製造工程で形成されたシート抵抗値ρｓの拡散抵抗である。これにより、集積回路１０を長期間使用した際の抵抗２０～２３の抵抗値の変化率と、抵抗３０の抵抗値の変化率は同様になり、ノードＮａ，Ｎｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）の変化が抑制される。また、抵抗２０～２３の種類と、抵抗３０の種類とは異なっても良い。ノードＮａの電圧Ｖａは基準電圧Ｖｒｅｆに従い演算増幅回路３１によって制御される。さらに、ノードＮｃの電圧Ｖｃは基準電圧回路３５の電圧Ｖｅに従い演算増幅回路３４によって制御されることで、ノードＮａ，Ｎｃの間の電圧（Ｖａ－Ｖｃ）の変化が抑制できる。

【0071】

また、バイアス電圧回路１２は、電流源３２を備える。これにより、演算増幅回路３１が飽和状態とならないように、ノードＮｃの電圧Ｖｃを設定することができる。

【0072】

また、バイアス電圧回路１２は、基準電圧回路３５を備える。これにより、バイアス電圧回路１２は、ノードＮｃの電圧Ｖｃを所定の電圧に維持できる。

【0073】

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。

【符号の説明】

【0074】

１０ 集積回路
１１ ホイートストンブリッジ
１２ バイアス電圧回路
２０～２３，３０，３３，２０３ 抵抗
３１，３４，２０１ 演算増幅回路
３２ 電流源
３５ 基準電圧回路
１００ ダイアフラム
１１０ａ～１１０ｄ 配線
１２０ 酸化膜
１３０，１３１ パッド
２００ バンドギャップリファレンス回路
２０２ 可変抵抗
２０４ ＥＰＲＯＭ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】