传感器件的制作方法
传感器件的制作方法
【专利摘要】在现有的传感器件中，存在当电源线、接地线断开时传感器件的输出电压不固定为电源电压或接地电位而固定在中间电位的问题。本发明的传感器件(1)包括：由电压(Vsen)根据检测物理量而变化的检测元件(8)、MOS开关(4～6、7、9、10、12～17)、电容器(2、11、18)、运算放大器(19)、基准电压源(20)和输出NMOS晶体管(21)构成的输出电路；配置在输出电路的负反馈部的MOS开关(4)与电容器(2)的串联电路；和将MOS开关(4)的阱电极与电源端子(Vcc)连接的二极管(3)。
【专利说明】传感器件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器件，特别是涉及当电源断开时将输出电压固定为电源电压或接 地电位的传感器件。
【背景技术】
[0002] 传感器件的现有例有日本特开2004-294069号公报（专利文献1)记载的物理量 传感器件等。
[0003] 在专利文献1记载的现有技术中，通过电源电压的降低检测电源线的断开、接触 不良，当电源电压降低时，使输出晶体管断开来将传感器输出固定为电源线的电位。由此， 能够判断电源线的断开、接触不良等故障。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2004-294069号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的技术课题
[0008] 在上述现有技术中，欠缺应用于电阻型的检测元件、CMOS工艺集成电路的考虑。
[0009] 图3表示将上述现有技术应用在电阻型的检测元件的情况的结构。本结构中，从 控制装置40经由电源线37和接地线39对传感器件28供给电源，经由输出线38将传感器 输出电压发送至控制装置40。控制装置40配置有向传感器件28供给定电压的定电压源 41和连接在输出线38与定电压源41之间的上拉电阻42。传感器件28配置有电阻型的检 测元件29,具有电阻值根据检测物理量而改变的电阻30、31，电压Vsen根据检测物理量而 变化。电压Vsen通过由电阻32、33、放大器34、基准电源35、输出晶体管36构成的输出电 路而被放大，经由输出端子Vout、输出线38输出至控制装置40。在本结构中，电源线37断 开的情况下，输出端子Vout的电压由基于电阻31、32、33和上拉电阻42的分压电压决定。 即，输出端子Vout的电压不固定为电源电压或接地电位而成为中间电位（传感器件正常时 输出的电压范围）。控制装置40中，输出端子Vout的电压固定为电源电压或接地电位的情 况下，能够判断为传感器件28发生故障，但是在图3的结构中，电源线37断开的情况下，输 出端子Vout的电压不固定为电源电压或接地电位而成为中间电位，所以可能无法检测电 源线37的断开。即，在本结构中，在检测元件28为电阻型的检测元件的情况下产生问题。
[0010] 图4表示在图3所示的结构中的前级与CMOS放大电路43连接的情况的结构。此 夕卜，图4中，关于CMOS放大电路43的内部结构，仅表示作为输出级的PMOS晶体管44和NMOS 晶体管45。在本结构中，电源线37断开的情况下，定电压源41的电压从上拉电阻42、电阻 33、电阻32、PMOS晶体管44的漏极电极经由阱电极被供给至电源端子Vcc，向传感器件28 供给电源。该电源经由上拉电阻42、电阻33、电阻32流动，因此作为电源，电阻高且从PMOS 晶体管44的漏极电极经由阱电极流动，所以产生因PN接合导致的电压降。因此，传感器件 28被供给不完全的电源，在输出端子Vout的电压产生不完全的电压。即，在本结构中，电源 线37断开的情况下，输出端子Vout的电压不固定在电源电压或接地电位而成为不完全的 电压（在传感器件正常时输出的电压范围内存在非常大的误差的电压），所以可能无法检 测电源线37的断开。
[0011] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够在电源线断开时将传 感器件的输出电压可靠地固定为电源电压或接地电位的传感器件。
[0012] 用于解决技术课题的技术方案
[0013] 为了解决上述课题，本发明在生成传感器输出电压的输出电路的负反馈部配置 MOS开关与电容器的串联电路，使与用作二极管的元件连接到上述MOS开关的阱电极。
[0014] 发明效果
[0015] 根据本发明，在传感器件的电源线或接地线断开的情况下，能够将传感器件的输 出电压可靠地固定为电源或者接地电位。因此，在使用了本传感器件的控制装置中，能够检 测本传感器件的故障，所以能够确保使用了本传感器件的控制系统的故障安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1表不第一实施例的传感器件的电路结构。
[0017] 图2是时钟信号'φ1、φ2的时序图。
[0018] 图3表示将现有技术应用到电阻型的检测元件时的结构。
[0019] 图4表示图3所示的结构中的前级与CMOS放大电路43连接时的结构。
[0020] 图5表示第二实施例的传感器件的电路结构。
[0021] 图6表示PMOS晶体管46的截面结构。
[0022] 图7表示第三实施例的传感器件的电路结构。
[0023] 图8表示第四实施例的传感器件的电路结构。
[0024] 图9表示第五实施例的传感器件的电路结构。
【具体实施方式】
[0025] 以下、参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0026] 首先，利用图1、2说明作为本发明的第一实施例的传感器件。其中，图1表示第一 实施例的传感器件的电路结构，图2是时钟信号φ1、φ2的时序图。
[0027]本实施例的传感器件1从控制装置25经由电源线22和接地线24向传感器件1 的电源端子Vcc和接地端子Gnd供给电源，从输出端子Vout经由输出线23将传感器输出 电压送出至控制装置25。控制装置25配置有向传感器件1供给定电压（固定电压）的定 电压源26和连接在输出线23与定电压源26之间的上拉电阻27。传感器件1配置有检测 元件8,电压Vsen根据检测物理量而改变。此外，检测元件8能够使用压力传感器、加速度 传感器、角速度传感器、空气流量传感器等。另外，包括由图2所示的时钟信号φ?、φ2 控制的MOS开关4、5、6、7、9、10、12、13、14、15、16、17、电容器2、11、18、运算放大器19、基准 电压源20和由输出NMOS晶体管21构成的SWC(SwitchedCapacitor:开关电容器）电路 的输出电路，将电压Vsen放大并经由输出端子Vout、输出线23向控制装置25输出。另外， 本输出电路中，在负反馈部设置MOS开关4和电容器2的串联电路，MOS开关4的阱电极经 由二极管3与电源端子Vcc连接。另外，MOS开关7的阱电极也经由二极管3与电源端子 Vcc连接。
[0028] 在本实施例中，在电源线22断开的情况下，从定电压源26经由上拉电阻27、输出 端子Vout流过电流。依次说明在该情况下的电流路径。
[0029] 首先，从输出端子Vout经由MOS开关4、5向电容器2流动的电流路径被电容器2 切断。接着，从输出端子Vout经由MOS开关4的漏极（源极）电极、MOS开关4的阱电极、 二极管3向电源端子Vcc流动的电流路径上，二极管3以从电源端子Vcc至MOS开关4的 阱电极的方向为正向，所以从MOS开关4的阱电极向电源端子Vcc方向是二极管3的反向， 所以电流被切断。
[0030] 接着，从输出端子Vout经由电容器18流动的电流路径被电容器18切断。接着， 从输出端子Vout经由MOS开关4、5、从MOS开关7的阱电极经由二极管3向电源端子Vcc 流动的电流路径上，二极管3成为反向，所以电流被切断。
[0031] 接着，从输出端子Vout经由MOS开关4、5、从MOS开关6、7向接地端子Gnd流动的 电流路径由图2所示的时钟信号φ1、φ2控制，所以，MOS开关4、5或MOS开关6、7的一 方必然成为断开状态，所以电流被切断。此外，在考虑没有正常供给电源时，也认为时钟信 号φ1、φ2的电压变得不稳定，所以在该情况下，通过削除MOS开关7能够可靠地切断 电流。
[0032] 接着，从输出端子Vout经由输出MOS晶体管21向接地端子Gnd流动的电流路径 在没有被供给电源的状态下，输出MOS晶体管21成为断开状态，所以电流被切断。
[0033] 所以，在本结构中，在电源线22断开的情况下，电流不从定电压源26经由上拉电 阻27向输出端子Vout流过。即，输出端子Vout的电压固定为定电压源26的电压。换言 之，能够固定为传感器件1的电源电压。因此，在控制装置25中，能够判断为在传感器件1 中发生了某种故障，能够根据该故障来应对，能够使应用本传感器件1的控制系统确保故 障安全而工作。
[0034] 此外，在本实施例的传感器件1中，输出电路的结构采用由输出MOS晶体管21形 成的漏极开路型的电路结构。这样一来，能够使输出晶体管中不使用PMOS晶体管。在有 PMOS晶体管的情况下，PMOS晶体管的阱电极与电源端子Vcc连接，在电源线22断开时，产 生电流从定电压源26经由上拉电阻27、输出端子Vout向电源端子Vcc流动的电流路径。 用作输出晶体管的PMOS晶体管进行模拟式的动作，所以不损害该模拟式的动作而消除从 输出端子Vout向电源端子Vcc的电流路径非常困难。本发明中，在后面说明作为输出晶体 管使用PMOS晶体管的情况的实施例，牺牲最大振幅来消除电流路径。即，使输出电路的结 构为漏极开路型，能够实现电路特性的提尚、电路的简化、芯片尺寸的减小等。
[0035] 接着，利用图5、6说明作为本发明的第二实施例的传感器件。此外，图5表示第二 实施例的传感器件的电路结构，图6表示PMOS晶体管46的截面结构。
[0036] 第二实施例的传感器件为与第一实施例的传感器件基本相同的结构，但还有以下 的改良。本实施例中，替代二极管3而设置PMOS晶体管46,使PMOS晶体管46的源极电极 47与电源端子Vcc连接，使漏极电极49和阱电极50和栅极电极48与MOS开关4、7的阱电 极连接。这样一来，在电源端子Vcc与MOS开关4、7的阱电极之间实质上并联配置有二极 管元件和MOS晶体管。由此，当对电源端子Vcc正常供给电源时，能够对MOS开关4、7的阱 电极供给更加稳定的电位。
[0037] 图6表示PMOS晶体管46的截面结构。PMOS晶体管46具有在P型衬底（P-Sub) 设置N阱区域55 (N-Well)，在N阱区域55 (N-Well)设置P型区域51、53而形成源极区域和 漏极区域，在源极区域与漏极区域之间配置有栅极52的结构。另外，P型区域51设置有源 极电极47,P型区域53设置有漏极电极49,栅极52设置有栅极电极48。另外，在N阱区域 55 (N-Well)设置N型区域54,配置有阱电极50。
[0038] 在本实施例中，使PMOS晶体管46的源极电极47连接到电源端子Vcc，使漏极电 极49和阱电极50和栅极电极48连接到MOS开关4、7的阱电极。由此，在电源端子Vcc与 MOS开关4、7的阱电极之间设置有通过由P型区域51和N阱区域55形成的PN接而形成的 二极管元件。另外，PMOS晶体管46的栅极电极48与MOS开关4、7的阱电极侧连接，所以在 MOS开关4、7的阱电极的电位低的情况下，PMOS晶体管46的栅极电极48的电位也降低，所 以PMOS晶体管46成为导通状态，使MOS开关4、7的阱电极的电位上升。利用该效果，能够 更加高速地使PMOS晶体管46的栅极电极48的电位稳定。
[0039] 接着，利用图7说明作为本发明的第三实施例的传感器件。其中，图7表示第三实 施例的传感器件的电路结构。
[0040] 第三实施例的传感器件是与第一实施例的传感器件基本上相同的结构，但是还具 有以下的改良。在本实施例中，设置有：当电源端子Vcc或接地端子Gnd开放时，使电源端 子Vcc与接地端子Gnd之间的电压降低至规定的电压的电阻56和MOS晶体管57 ;根据电源 端子Vcc与接地端子Gnd之间的电压而通断的MOS晶体管58、59、60 ;通过MOS晶体管58、 59、60的通断而被控制的MOS晶体管62、64、66 ;配置在MOS晶体管62、64、66的漏极电极与 栅极电极之间的电阻61、63、65 ;驱动输出端子Vout的电压的输出PMOS晶体管68和输出 NMOS晶体管69 ;和控制输出PMOS晶体管68和输出NMOS晶体管69的运算放大器67。
[0041] 在本实施例的传感器件中，当电源端子Vcc或接地端子Gnd开放时，利用电阻56 和MOS晶体管57使电源端子Vcc与接地端子Gnd之间的电压降低至规定的电压。另外，MOS 晶体管58、59、60中，栅极电极与电源端子Vcc连接，源极电极与电阻56的一端连接，所以 在电源端子Vcc与接地端子Gnd之间的电压正常时成为导通状态，在电源端子Vcc与接地 端子Gnd之间的电压降低时成为断开状态，所以用作检测电源端子Vcc与接地端子Gnd之 间的电压降低时的电压检测装置。另外，MOS晶体管62、64、66在MOS晶体管58、59、60成为 导通状态时导通，所以使MOS开关4、7的阱电极、输出PMOS晶体管68的源极电极和阱电极 与电源端子Vcc连接，将输出端子Vout的电压正常输出。此外，MOS晶体管64与输出PMOS 晶体管68串联连接，所以当MOS晶体管64的尺寸不是足够的大小时，使输出振幅降低。与 此相反，电源端子Vcc成为开放状态，MOS晶体管58、59、60成为断开状态时，MOS晶体管62、 64、66成为断开状态，所以MOS开关4、7的阱电极、输出PMOS晶体管68的源极电极和阱电 极被从电源端子Vcc切断。此外，MOS晶体管62、64、66的阱电极与MOS晶体管62、64、66 的漏极电极连接，所以MOS晶体管62与以从电源端子Vcc至MOS晶体管4、7的阱电极为正 向的二极管元件连接，MOS晶体管64与以从电源端子Vcc至输出PMOS晶体管68的源极电 极为正向的二极管元件连接，MOS晶体管66与以从电源端子Vcc至输出PMOS晶体管68的 阱电极为正向的二极管元件连接。由此，从输出端子Vout向电源端子Vcc的电流路径被切 断，所以输出端子Vout的电压被固定在电源电压。因此，在控制装置25中，能够判断为在 传感器件1中发生了某种故障，能够根据该故障来应对，能够使应用本传感器件1的控制系 统确保故障安全而动作。
[0042] 接着利用图8说明作为本发明的第四实施例的传感器件。其中，图8表示第四实 施例的传感器件的电路结构。
[0043] 第四实施例的传感器件是与第一实施例的传感器件基本上相同的结构，但是还有 以下的改良。在第一实施例中设定使用了P型基板的CMOS工艺，但在本实施例中设定使 用了N型基板的CMOS工艺。设定使用了N型基板的CMOS工艺时，NMOS晶体管的阱能够分 离，但是PMOS晶体管的阱不能够分离。因此，在输出端子Vout配置有下拉电阻72。另外， 由于下拉电阻72的原因，在输出电路配置有输出PMOS晶体管71。另外，按照二极管3也以 从MOS开关5、6至接地端子Gnd的方向为正向的方式配置有二极管70。
[0044] 本实施例中，在电源线22断开的情况下，输出端子Vout与下拉电阻72连接，所以 电流不经由输出端子Vout流过。因此，输出端子Vout的电压成为接地电位。另外，当接地 线24断开时，伴随设置配置在输出电路的负反馈部的MOS开关5和电容器2的串联电路，在 MOS开关5的阱电极设置二极管70,由此将从输出端子Vout向接地端子Gnd流动的电流切 断。这样一来，当接地线24断开时，电流不流过输出端子Vout，所以能够使输出端子Vout 的电位固定在接地电位。
[0045] 接着，利用图9说明作为本发明的第五实施例的传感器件。其中，图9表示第五实 施例的传感器件的电路结构。
[0046] 第五实施例的传感器件为与第四实施例的传感器件基本相同的结构，还有以下的 改良。本实施例中，替代二极管70而设置NMOS晶体管73,使NMOS晶体管73的源极电极连 接到接地端子Gnd，使漏极电极、阱电极和栅极电极连接到MOS开关5、6的阱电极。这样一 来，在接地端子Gnd与MOS开关5、6的阱电极之间实质上并联配置有二极管元件和MOS晶 体管。由此，当对接地端子Gnd正常供给电源时，能够利用MOS开关5、6的阱电极供给稳定 的电位。
[0047] 附图标记说明
[0048] 1…传感器件；2…电容器；3…二极管；4?7*"M0S开关；8…检测兀件；9、lO-MOS 开关；11···电容器；12?17…MOS开关；18···电容器；19···运算放大器；20···基准电压源； 21…输出MOS晶体管；22···电源线；23···输出线；24···接地线；25···控制装置；26···定电压 源；27···上拉电阻；28···传感器件；29···检测兀件；30?33…电阻；34···放大器；35···基准 电源；36···输出晶体管；37…电源线；38···输出线；39···接地线；40···控制装置；41···定电 压源；42···上拉电阻；43···CMOS放大电路；44···PMOS晶体管；45···NMOS晶体管；46···PMOS 晶体管；47···源极电极；48···栅极电极；49···漏极电极；50…讲电极；51···P型区域；52···栅 极；53···Ρ型区域；54···Ν型区域；55···Ν讲区域；56···电阻；57?60…MOS晶体管；61···电 阻；62…MOS晶体管；63…电阻；64…MOS晶体管；65…电阻；66…MOS晶体管；67…运算放 大器；68···输出PMOS晶体管；69···输出NMOS晶体管；70···二极管；71···输出PMOS晶体管； 72…下拉电阻；73···NMOS晶体管。
【权利要求】
1. 一种检测规定的物理量的传感器件，包括用于从外部供给电源的电源端子和接地端 子、将所述传感器件的输出信号作为模拟电压输出至外部的输出端子和生成所述输出端子 的输出信号的输出电路，所述传感器件的特征在于，包括： 配置在所述输出电路的负反馈部的MOS开关与电容器的串联电路；和 与所述MOS开关的阱电极连接的用作二极管的元件。
2. 如权利要求1所述的传感器件，其特征在于： 所述输出电路为漏极开路型的输出电路。
3. 如权利要求2所述的传感器件，其特征在于： 所述输出电路为NMOS的漏极开路电路，所述用作二极管的元件以从电源端子至所述 MOS开关的阱电极的方向为正向。
4. 如权利要求2所述的传感器件，其特征在于： 所述输出电路为PMOS的漏极开路电路，所述用作二极管的元件以从所述MOS开关的阱 电极至接地端子的方向为正向。
5. 如权利要求1所述的传感器件，其特征在于，包括： 在所述电源端子或接地端子开放时，使所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低 至规定的电压以下的部件；检测所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低之情况的电 压检测部件；和与根据所述电压检测部件的输出而通断的所述用作二极管的元件并联连接 的MOS晶体管。
6. 如权利要求3所述的传感器件，其特征在于，包括： 所述用作二极管的元件由PMOS晶体管构成， 将所述PMOS晶体管的源极电极连接到电源端子，将漏极电极、阱电极和栅极电极连接 到所述MOS开关的阱电极。
7. 如权利要求4所述的传感器件，其特征在于，包括： 所述用作二极管的元件由NMOS晶体管构成， 将所述匪0S晶体管的源极电极连接到接地端子，将漏极电极、阱电极和栅极电极连接 到所述MOS开关的阱电极。
8. 如权利要求1所述的传感器件，其特征在于，包括： 在所述电源端子或接地端子开放时，使所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低 至规定的电压以下的部件；检测所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低之情况的电 压检测部件；和控制所述输出端子的电压的晶体管， 将根据所述电压检测部件的输出而进行通断动作的晶体管与控制所述输出端子的电 压的晶体管的阱电极连接。
【文档编号】G01L19/12GK104487806SQ201380039276
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】松本昌大, 中野洋, 半泽惠二, 浅野哲 申请人:日立汽车系统株式会社
【专利摘要】在现有的传感器件中，存在当电源线、接地线断开时传感器件的输出电压不固定为电源电压或接地电位而固定在中间电位的问题。本发明的传感器件(1)包括：由电压(Vsen)根据检测物理量而变化的检测元件(8)、MOS开关(4～6、7、9、10、12～17)、电容器(2、11、18)、运算放大器(19)、基准电压源(20)和输出NMOS晶体管(21)构成的输出电路；配置在输出电路的负反馈部的MOS开关(4)与电容器(2)的串联电路；和将MOS开关(4)的阱电极与电源端子(Vcc)连接的二极管(3)。
【专利说明】传感器件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器件，特别是涉及当电源断开时将输出电压固定为电源电压或接 地电位的传感器件。
【背景技术】
[0002] 传感器件的现有例有日本特开2004-294069号公报（专利文献1)记载的物理量 传感器件等。
[0003] 在专利文献1记载的现有技术中，通过电源电压的降低检测电源线的断开、接触 不良，当电源电压降低时，使输出晶体管断开来将传感器输出固定为电源线的电位。由此， 能够判断电源线的断开、接触不良等故障。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2004-294069号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的技术课题
[0008] 在上述现有技术中，欠缺应用于电阻型的检测元件、CMOS工艺集成电路的考虑。
[0009] 图3表示将上述现有技术应用在电阻型的检测元件的情况的结构。本结构中，从 控制装置40经由电源线37和接地线39对传感器件28供给电源，经由输出线38将传感器 输出电压发送至控制装置40。控制装置40配置有向传感器件28供给定电压的定电压源 41和连接在输出线38与定电压源41之间的上拉电阻42。传感器件28配置有电阻型的检 测元件29,具有电阻值根据检测物理量而改变的电阻30、31，电压Vsen根据检测物理量而 变化。电压Vsen通过由电阻32、33、放大器34、基准电源35、输出晶体管36构成的输出电 路而被放大，经由输出端子Vout、输出线38输出至控制装置40。在本结构中，电源线37断 开的情况下，输出端子Vout的电压由基于电阻31、32、33和上拉电阻42的分压电压决定。 即，输出端子Vout的电压不固定为电源电压或接地电位而成为中间电位（传感器件正常时 输出的电压范围）。控制装置40中，输出端子Vout的电压固定为电源电压或接地电位的情 况下，能够判断为传感器件28发生故障，但是在图3的结构中，电源线37断开的情况下，输 出端子Vout的电压不固定为电源电压或接地电位而成为中间电位，所以可能无法检测电 源线37的断开。即，在本结构中，在检测元件28为电阻型的检测元件的情况下产生问题。
[0010] 图4表示在图3所示的结构中的前级与CMOS放大电路43连接的情况的结构。此 夕卜，图4中，关于CMOS放大电路43的内部结构，仅表示作为输出级的PMOS晶体管44和NMOS 晶体管45。在本结构中，电源线37断开的情况下，定电压源41的电压从上拉电阻42、电阻 33、电阻32、PMOS晶体管44的漏极电极经由阱电极被供给至电源端子Vcc，向传感器件28 供给电源。该电源经由上拉电阻42、电阻33、电阻32流动，因此作为电源，电阻高且从PMOS 晶体管44的漏极电极经由阱电极流动，所以产生因PN接合导致的电压降。因此，传感器件 28被供给不完全的电源，在输出端子Vout的电压产生不完全的电压。即，在本结构中，电源 线37断开的情况下，输出端子Vout的电压不固定在电源电压或接地电位而成为不完全的 电压（在传感器件正常时输出的电压范围内存在非常大的误差的电压），所以可能无法检 测电源线37的断开。
[0011] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够在电源线断开时将传 感器件的输出电压可靠地固定为电源电压或接地电位的传感器件。
[0012] 用于解决技术课题的技术方案
[0013] 为了解决上述课题，本发明在生成传感器输出电压的输出电路的负反馈部配置 MOS开关与电容器的串联电路，使与用作二极管的元件连接到上述MOS开关的阱电极。
[0014] 发明效果
[0015] 根据本发明，在传感器件的电源线或接地线断开的情况下，能够将传感器件的输 出电压可靠地固定为电源或者接地电位。因此，在使用了本传感器件的控制装置中，能够检 测本传感器件的故障，所以能够确保使用了本传感器件的控制系统的故障安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1表不第一实施例的传感器件的电路结构。
[0017] 图2是时钟信号'φ1、φ2的时序图。
[0018] 图3表示将现有技术应用到电阻型的检测元件时的结构。
[0019] 图4表示图3所示的结构中的前级与CMOS放大电路43连接时的结构。
[0020] 图5表示第二实施例的传感器件的电路结构。
[0021] 图6表示PMOS晶体管46的截面结构。
[0022] 图7表示第三实施例的传感器件的电路结构。
[0023] 图8表示第四实施例的传感器件的电路结构。
[0024] 图9表示第五实施例的传感器件的电路结构。
【具体实施方式】
[0025] 以下、参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0026] 首先，利用图1、2说明作为本发明的第一实施例的传感器件。其中，图1表示第一 实施例的传感器件的电路结构，图2是时钟信号φ1、φ2的时序图。
[0027]本实施例的传感器件1从控制装置25经由电源线22和接地线24向传感器件1 的电源端子Vcc和接地端子Gnd供给电源，从输出端子Vout经由输出线23将传感器输出 电压送出至控制装置25。控制装置25配置有向传感器件1供给定电压（固定电压）的定 电压源26和连接在输出线23与定电压源26之间的上拉电阻27。传感器件1配置有检测 元件8,电压Vsen根据检测物理量而改变。此外，检测元件8能够使用压力传感器、加速度 传感器、角速度传感器、空气流量传感器等。另外，包括由图2所示的时钟信号φ?、φ2 控制的MOS开关4、5、6、7、9、10、12、13、14、15、16、17、电容器2、11、18、运算放大器19、基准 电压源20和由输出NMOS晶体管21构成的SWC(SwitchedCapacitor:开关电容器）电路 的输出电路，将电压Vsen放大并经由输出端子Vout、输出线23向控制装置25输出。另外， 本输出电路中，在负反馈部设置MOS开关4和电容器2的串联电路，MOS开关4的阱电极经 由二极管3与电源端子Vcc连接。另外，MOS开关7的阱电极也经由二极管3与电源端子 Vcc连接。
[0028] 在本实施例中，在电源线22断开的情况下，从定电压源26经由上拉电阻27、输出 端子Vout流过电流。依次说明在该情况下的电流路径。
[0029] 首先，从输出端子Vout经由MOS开关4、5向电容器2流动的电流路径被电容器2 切断。接着，从输出端子Vout经由MOS开关4的漏极（源极）电极、MOS开关4的阱电极、 二极管3向电源端子Vcc流动的电流路径上，二极管3以从电源端子Vcc至MOS开关4的 阱电极的方向为正向，所以从MOS开关4的阱电极向电源端子Vcc方向是二极管3的反向， 所以电流被切断。
[0030] 接着，从输出端子Vout经由电容器18流动的电流路径被电容器18切断。接着， 从输出端子Vout经由MOS开关4、5、从MOS开关7的阱电极经由二极管3向电源端子Vcc 流动的电流路径上，二极管3成为反向，所以电流被切断。
[0031] 接着，从输出端子Vout经由MOS开关4、5、从MOS开关6、7向接地端子Gnd流动的 电流路径由图2所示的时钟信号φ1、φ2控制，所以，MOS开关4、5或MOS开关6、7的一 方必然成为断开状态，所以电流被切断。此外，在考虑没有正常供给电源时，也认为时钟信 号φ1、φ2的电压变得不稳定，所以在该情况下，通过削除MOS开关7能够可靠地切断 电流。
[0032] 接着，从输出端子Vout经由输出MOS晶体管21向接地端子Gnd流动的电流路径 在没有被供给电源的状态下，输出MOS晶体管21成为断开状态，所以电流被切断。
[0033] 所以，在本结构中，在电源线22断开的情况下，电流不从定电压源26经由上拉电 阻27向输出端子Vout流过。即，输出端子Vout的电压固定为定电压源26的电压。换言 之，能够固定为传感器件1的电源电压。因此，在控制装置25中，能够判断为在传感器件1 中发生了某种故障，能够根据该故障来应对，能够使应用本传感器件1的控制系统确保故 障安全而工作。
[0034] 此外，在本实施例的传感器件1中，输出电路的结构采用由输出MOS晶体管21形 成的漏极开路型的电路结构。这样一来，能够使输出晶体管中不使用PMOS晶体管。在有 PMOS晶体管的情况下，PMOS晶体管的阱电极与电源端子Vcc连接，在电源线22断开时，产 生电流从定电压源26经由上拉电阻27、输出端子Vout向电源端子Vcc流动的电流路径。 用作输出晶体管的PMOS晶体管进行模拟式的动作，所以不损害该模拟式的动作而消除从 输出端子Vout向电源端子Vcc的电流路径非常困难。本发明中，在后面说明作为输出晶体 管使用PMOS晶体管的情况的实施例，牺牲最大振幅来消除电流路径。即，使输出电路的结 构为漏极开路型，能够实现电路特性的提尚、电路的简化、芯片尺寸的减小等。
[0035] 接着，利用图5、6说明作为本发明的第二实施例的传感器件。此外，图5表示第二 实施例的传感器件的电路结构，图6表示PMOS晶体管46的截面结构。
[0036] 第二实施例的传感器件为与第一实施例的传感器件基本相同的结构，但还有以下 的改良。本实施例中，替代二极管3而设置PMOS晶体管46,使PMOS晶体管46的源极电极 47与电源端子Vcc连接，使漏极电极49和阱电极50和栅极电极48与MOS开关4、7的阱电 极连接。这样一来，在电源端子Vcc与MOS开关4、7的阱电极之间实质上并联配置有二极 管元件和MOS晶体管。由此，当对电源端子Vcc正常供给电源时，能够对MOS开关4、7的阱 电极供给更加稳定的电位。
[0037] 图6表示PMOS晶体管46的截面结构。PMOS晶体管46具有在P型衬底（P-Sub) 设置N阱区域55 (N-Well)，在N阱区域55 (N-Well)设置P型区域51、53而形成源极区域和 漏极区域，在源极区域与漏极区域之间配置有栅极52的结构。另外，P型区域51设置有源 极电极47,P型区域53设置有漏极电极49,栅极52设置有栅极电极48。另外，在N阱区域 55 (N-Well)设置N型区域54,配置有阱电极50。
[0038] 在本实施例中，使PMOS晶体管46的源极电极47连接到电源端子Vcc，使漏极电 极49和阱电极50和栅极电极48连接到MOS开关4、7的阱电极。由此，在电源端子Vcc与 MOS开关4、7的阱电极之间设置有通过由P型区域51和N阱区域55形成的PN接而形成的 二极管元件。另外，PMOS晶体管46的栅极电极48与MOS开关4、7的阱电极侧连接，所以在 MOS开关4、7的阱电极的电位低的情况下，PMOS晶体管46的栅极电极48的电位也降低，所 以PMOS晶体管46成为导通状态，使MOS开关4、7的阱电极的电位上升。利用该效果，能够 更加高速地使PMOS晶体管46的栅极电极48的电位稳定。
[0039] 接着，利用图7说明作为本发明的第三实施例的传感器件。其中，图7表示第三实 施例的传感器件的电路结构。
[0040] 第三实施例的传感器件是与第一实施例的传感器件基本上相同的结构，但是还具 有以下的改良。在本实施例中，设置有：当电源端子Vcc或接地端子Gnd开放时，使电源端 子Vcc与接地端子Gnd之间的电压降低至规定的电压的电阻56和MOS晶体管57 ;根据电源 端子Vcc与接地端子Gnd之间的电压而通断的MOS晶体管58、59、60 ;通过MOS晶体管58、 59、60的通断而被控制的MOS晶体管62、64、66 ;配置在MOS晶体管62、64、66的漏极电极与 栅极电极之间的电阻61、63、65 ;驱动输出端子Vout的电压的输出PMOS晶体管68和输出 NMOS晶体管69 ;和控制输出PMOS晶体管68和输出NMOS晶体管69的运算放大器67。
[0041] 在本实施例的传感器件中，当电源端子Vcc或接地端子Gnd开放时，利用电阻56 和MOS晶体管57使电源端子Vcc与接地端子Gnd之间的电压降低至规定的电压。另外，MOS 晶体管58、59、60中，栅极电极与电源端子Vcc连接，源极电极与电阻56的一端连接，所以 在电源端子Vcc与接地端子Gnd之间的电压正常时成为导通状态，在电源端子Vcc与接地 端子Gnd之间的电压降低时成为断开状态，所以用作检测电源端子Vcc与接地端子Gnd之 间的电压降低时的电压检测装置。另外，MOS晶体管62、64、66在MOS晶体管58、59、60成为 导通状态时导通，所以使MOS开关4、7的阱电极、输出PMOS晶体管68的源极电极和阱电极 与电源端子Vcc连接，将输出端子Vout的电压正常输出。此外，MOS晶体管64与输出PMOS 晶体管68串联连接，所以当MOS晶体管64的尺寸不是足够的大小时，使输出振幅降低。与 此相反，电源端子Vcc成为开放状态，MOS晶体管58、59、60成为断开状态时，MOS晶体管62、 64、66成为断开状态，所以MOS开关4、7的阱电极、输出PMOS晶体管68的源极电极和阱电 极被从电源端子Vcc切断。此外，MOS晶体管62、64、66的阱电极与MOS晶体管62、64、66 的漏极电极连接，所以MOS晶体管62与以从电源端子Vcc至MOS晶体管4、7的阱电极为正 向的二极管元件连接，MOS晶体管64与以从电源端子Vcc至输出PMOS晶体管68的源极电 极为正向的二极管元件连接，MOS晶体管66与以从电源端子Vcc至输出PMOS晶体管68的 阱电极为正向的二极管元件连接。由此，从输出端子Vout向电源端子Vcc的电流路径被切 断，所以输出端子Vout的电压被固定在电源电压。因此，在控制装置25中，能够判断为在 传感器件1中发生了某种故障，能够根据该故障来应对，能够使应用本传感器件1的控制系 统确保故障安全而动作。
[0042] 接着利用图8说明作为本发明的第四实施例的传感器件。其中，图8表示第四实 施例的传感器件的电路结构。
[0043] 第四实施例的传感器件是与第一实施例的传感器件基本上相同的结构，但是还有 以下的改良。在第一实施例中设定使用了P型基板的CMOS工艺，但在本实施例中设定使 用了N型基板的CMOS工艺。设定使用了N型基板的CMOS工艺时，NMOS晶体管的阱能够分 离，但是PMOS晶体管的阱不能够分离。因此，在输出端子Vout配置有下拉电阻72。另外， 由于下拉电阻72的原因，在输出电路配置有输出PMOS晶体管71。另外，按照二极管3也以 从MOS开关5、6至接地端子Gnd的方向为正向的方式配置有二极管70。
[0044] 本实施例中，在电源线22断开的情况下，输出端子Vout与下拉电阻72连接，所以 电流不经由输出端子Vout流过。因此，输出端子Vout的电压成为接地电位。另外，当接地 线24断开时，伴随设置配置在输出电路的负反馈部的MOS开关5和电容器2的串联电路，在 MOS开关5的阱电极设置二极管70,由此将从输出端子Vout向接地端子Gnd流动的电流切 断。这样一来，当接地线24断开时，电流不流过输出端子Vout，所以能够使输出端子Vout 的电位固定在接地电位。
[0045] 接着，利用图9说明作为本发明的第五实施例的传感器件。其中，图9表示第五实 施例的传感器件的电路结构。
[0046] 第五实施例的传感器件为与第四实施例的传感器件基本相同的结构，还有以下的 改良。本实施例中，替代二极管70而设置NMOS晶体管73,使NMOS晶体管73的源极电极连 接到接地端子Gnd，使漏极电极、阱电极和栅极电极连接到MOS开关5、6的阱电极。这样一 来，在接地端子Gnd与MOS开关5、6的阱电极之间实质上并联配置有二极管元件和MOS晶 体管。由此，当对接地端子Gnd正常供给电源时，能够利用MOS开关5、6的阱电极供给稳定 的电位。
[0047] 附图标记说明
[0048] 1…传感器件；2…电容器；3…二极管；4?7*"M0S开关；8…检测兀件；9、lO-MOS 开关；11···电容器；12?17…MOS开关；18···电容器；19···运算放大器；20···基准电压源； 21…输出MOS晶体管；22···电源线；23···输出线；24···接地线；25···控制装置；26···定电压 源；27···上拉电阻；28···传感器件；29···检测兀件；30?33…电阻；34···放大器；35···基准 电源；36···输出晶体管；37…电源线；38···输出线；39···接地线；40···控制装置；41···定电 压源；42···上拉电阻；43···CMOS放大电路；44···PMOS晶体管；45···NMOS晶体管；46···PMOS 晶体管；47···源极电极；48···栅极电极；49···漏极电极；50…讲电极；51···P型区域；52···栅 极；53···Ρ型区域；54···Ν型区域；55···Ν讲区域；56···电阻；57?60…MOS晶体管；61···电 阻；62…MOS晶体管；63…电阻；64…MOS晶体管；65…电阻；66…MOS晶体管；67…运算放 大器；68···输出PMOS晶体管；69···输出NMOS晶体管；70···二极管；71···输出PMOS晶体管； 72…下拉电阻；73···NMOS晶体管。
【权利要求】
1. 一种检测规定的物理量的传感器件，包括用于从外部供给电源的电源端子和接地端 子、将所述传感器件的输出信号作为模拟电压输出至外部的输出端子和生成所述输出端子 的输出信号的输出电路，所述传感器件的特征在于，包括： 配置在所述输出电路的负反馈部的MOS开关与电容器的串联电路；和 与所述MOS开关的阱电极连接的用作二极管的元件。
2. 如权利要求1所述的传感器件，其特征在于： 所述输出电路为漏极开路型的输出电路。
3. 如权利要求2所述的传感器件，其特征在于： 所述输出电路为NMOS的漏极开路电路，所述用作二极管的元件以从电源端子至所述 MOS开关的阱电极的方向为正向。
4. 如权利要求2所述的传感器件，其特征在于： 所述输出电路为PMOS的漏极开路电路，所述用作二极管的元件以从所述MOS开关的阱 电极至接地端子的方向为正向。
5. 如权利要求1所述的传感器件，其特征在于，包括： 在所述电源端子或接地端子开放时，使所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低 至规定的电压以下的部件；检测所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低之情况的电 压检测部件；和与根据所述电压检测部件的输出而通断的所述用作二极管的元件并联连接 的MOS晶体管。
6. 如权利要求3所述的传感器件，其特征在于，包括： 所述用作二极管的元件由PMOS晶体管构成， 将所述PMOS晶体管的源极电极连接到电源端子，将漏极电极、阱电极和栅极电极连接 到所述MOS开关的阱电极。
7. 如权利要求4所述的传感器件，其特征在于，包括： 所述用作二极管的元件由NMOS晶体管构成， 将所述匪0S晶体管的源极电极连接到接地端子，将漏极电极、阱电极和栅极电极连接 到所述MOS开关的阱电极。
8. 如权利要求1所述的传感器件，其特征在于，包括： 在所述电源端子或接地端子开放时，使所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低 至规定的电压以下的部件；检测所述电源端子与所述接地端子之间的电压降低之情况的电 压检测部件；和控制所述输出端子的电压的晶体管， 将根据所述电压检测部件的输出而进行通断动作的晶体管与控制所述输出端子的电 压的晶体管的阱电极连接。
【文档编号】G01L19/12GK104487806SQ201380039276
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】松本昌大, 中野洋, 半泽惠二, 浅野哲 申请人:日立汽车系统株式会社
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