接收电路、半导体装置、传感器装置制造方法
【专利摘要】抑制在切换到接收动作时产生的噪声。接收电路(10)具有：将压电传感器(2)的接收信号(SP及SN)放大的放大器(15)；以及并联连接在压电传感器(2)的一端和放大器(15)的一端之间，在切换到接收动作时偏移相位而导通的多个晶体管((11a)及(11b))(或12a及12b)。
【专利说明】接收电路、半导体装置、传感器装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及从压电传感器输入接收信号的接收电路、集成了该接收电路的半导体装置、以及使用了半导体装置的传感器装置。
【背景技术】
[0002]图14是表示进行超声波的发送接收的传感器装置的一以往例子的图。本以往例子的传感器装置200具有压电传感器210、发送电路220、以及接收电路230。接收电路230包括差动放大器231和晶体管232及233。
[0003]晶体管232及233具有作为根据控制信号SW将压电传感器210和差动放大器231之间导通/断开的开关的功能。更具体地说，晶体管232及233在超声波的发送动作时被截止(off)，在超声波的接收动作时被导通(on)。
[0004]再有，作为与上述关联的以往技术的一例，可以列举专利文献I。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:特开2009-175119号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]可是，在上述以往结构的传感器装置200中，在超声波的接收动作时使晶体管232及233导通时，在晶体管232及233的栅极上各自施加的控制信号SW的一部分，通过各栅极和漏极间的电容性耦合而传播到压电传感器210的输入输出端子。其结果，压电传感器210的端子电压波动，所以在压电传感器210的接收信号SP及SN中，产生压电传感器210具有的谐振周期T的噪声(参照图15)。
[0010]再有，如果缩小晶体管232及233的元件大小，则能够减小各栅极和漏极间的电容性耦合，所以可抑制上述的噪声。但是，在采用了这样的对策的情况下，作为其违背事项，晶体管232及233的阻抗(导通电阻)升高，所以超声波的接收动作时的接收信号SP及SN的衰减量变大，有无法满足对传感器装置200所要求的特性的风险。
[0011]此外，在接收电路230中具备差动放大器231的情况下，如果接收信号SP上重叠的正相噪声和接收信号SN上重叠的反相噪声完全地同相，则可相互抵消两相的噪声。但是，在不保证正相噪声和反相噪声完全地同相，彼此的相位偏移的情况下，不仅输入到差动放大器231中的接收信号SP及SN，在从差动放大器231输出的差动放大信号SR中也残留噪声。因此，为了高精度地检测超声波，需要等待超声波的接收动作，直至噪声充分地衰减。
[0012]鉴于由本发明人发现的上述问题，本发明的目的在于提供能够抑制在切换到接收动作时产生的噪声的接收电路、将该接收电路集成化的半导体装置、以及使用了该半导体装置的传感器装置。
[0013]解决问题的方案[0014]为了实现上述目的，本发明的接收电路包括:将压电传感器的接收信号放大的放大器；以及并联连接在所述压电传感器的一端和所述放大器的一端之间，在切换到接收动作时偏移相位而导通的多个晶体管(第I结构)。
[0015]再有，在由上述第I结构构成的接收电路中，也可以是将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管分割成I / 2n(其中，η是自然数)的2η个的晶体管(第2结构)。
[0016]此外，在由上述第2结构构成的接收电路中，所述2η个的晶体管也可以在切换到接收动作时每T / 2η(其中，T是所述压电传感器的谐振周期)偏移相位而导通(第3结构)。
[0017]此外，由上述第I?第3中任意一项的结构构成的接收电路，也可以还包括使各晶体管的控制信号钝化(blunting)的滤波器(第4结构)。
[0018]此外，在由上述第I?第4中任意一项的结构构成的接收电路中，所述接收信号也可以在所述压电传感器和所述放大器之间以差动形式传送(第5结构)。
[0019]此外，由上述第5结构构成的接收电路，也可以还包括在切换到接收动作时使所述接收信号的正相传输路径和反相传输路径短路的开关(第6结构)。
[0020]此外，本发明的接收电路包括:将压电传感器的接收信号差动放大的放大器；在切换到接收动作时将所述压电传感器和所述放大器之间导通的第I晶体管；以及在切换到接收动作时使所述接收信号的正相传输路径和反相传输路径短路的第2晶体管(第7结构)。
[0021]此外，本发明的接收电路包括:将压电传感器的接收信号放大的放大器；连接在所述压电传感器的一端和所述放大器的一端之间，在切换到接收动作时导通的主晶体管；以及与所述主晶体管并联地连接，导通时的阻抗比所述主晶体管大，并且在切换到接收动作时先于所述主晶体管导通的副晶体管(第8结构)。
[0022]再有，在上述第8结构构成的接收电路中，所述主晶体管也可以分割成在切换到接收动作时每T / 2n(其中，T是所述压电传感器的谐振周期，η是自然数)偏移相位而导通的2η个的晶体管(第9结构)。
[0023]此外，由上述第8或第9结构构成的接收电路，也可以还包括使所述主晶体管及所述副晶体管的控制信号钝化的滤波器(第10结构)。
[0024]此外，在由上述第8?第10中任意一项的结构构成的接收电路中，所述接收信号也可以在所述压电传感器和所述放大器之间以差动形式传送(第11结构)。
[0025]此外，由上述第11结构构成的接收电路，也可以还包括在切换到接收动作时使所述接收信号的正相传输路径和反相传输路径短路的开关(第12结构)。
[0026]此外，本发明的半导体装置，将由从压电传感器输入接收信号的上述第I?第12中任意一项结构构成的接收电路集成化(第13结构)。
[0027]再有，上述第13结构构成的半导体装置，也可以还将对所述压电传感器输出发送信号的发送电路、以及将所述接收电路的接收动作和所述发送电路的发送动作以时分方式控制的控制电路集成化(第14结构)。
[0028]此外，在由上述第14结构构成的半导体装置中，所述发送电路也可以对于多个压电传感器各设置一个，所述接收电路对于多个压电传感器各设置一个(第15结构)。
[0029]此外，在由上述第15结构构成的半导体装置中，也可以以成为相同长度的方式设计分别连接所述多个压电传感器和所述接收电路之间的多个信号路径(第16结构)。
[0030]此外，本发明的传感器装置具有由压电传感器、以及上述第13?第16中任意一项的结构构成的半导体装置(第17结构)。
[0031]此外，由上述第17结构构成的传感器装置，也可以是测量在管道内流动的流体的流速的流速计(第18结构)。
[0032]此外，由上述第18结构构成的传感器装置，也可以作为所述压电传感器，包括相对于所述流体具有规定的角度并且以彼此对置的方式设置在所述管道的内壁面上的第I压电传感器和第2压电传感器(第19结构)。
[0033]发明的效果
[0034]根据本发明，能够提供抑制在切换到接收动作时产生的噪声的接收电路、将该接收电路集成化的半导体装置、以及使用了该半导体装置的传感器装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1表示传感器装置的第I实施方式的图。
[0036]图2表不第I实施方式的噪声除去动作的时序图。
[0037]图3表不噪声除去动作的一变形例的时序图。
[0038]图4表示传感器装置的第2实施方式的图。
[0039]图5表不第2实施方式的噪声除去动作的时序图。
[0040]图6表示传感器装置的第3实施方式的图。
[0041]图7表示第3实施方式的噪声除去动作的时序图。
[0042]图8表示传感器装置的第4实施方式的图。
[0043]图9表示第4实施方式的噪声除去动作的时序图。
[0044]图10是不具备副晶体管时的时序图。
[0045]图11表示传感器装置的第5实施方式(作为流速计的应用)的图。
[0046]图12是传感器装置(流速计)的外观图。
[0047]图13是用于说明流速测定动作的时序图。
[0048]图14表示传感器装置的一以往例子的图。
[0049]图15表不噪声产生时的情况的时序图。
[0050]标号说明
[0051]I半导体装置
[0052]2、2X、2Y 传感器
[0053]3 管道
[0054]4 流体
[0055]10接收电路
[0056]I IN沟道型MOS场效应晶体管(主晶体管)
[0057]I la、I lb、IIX、IIY N沟道型MOS场效应晶体管
[0058]Ils N沟道型MOS场效应晶体管(副晶体管)
[0059]12N沟道型MOS场效应晶体管(主晶体管)
[0060]12a、12b、12X、12Y N沟道型MOS场效应晶体管[0061 ]12s N沟道型MOS场效应晶体管(副晶体管)
[0062]13、13a、13b、13s、14、14a、14b、14s 缓冲器
[0063]15差动放大器
[0064]16、16a、16b、16s、17、17a、17b、17s 滤波器
[0065]18开关(N沟道型MOS场效应晶体管)
[0066]19缓冲器
[0067]20、20X、20Y 发送电路
[0068]30控制电路
[0069]100传感器装置(流速计)
【具体实施方式】
[0070]<第I实施方式>
[0071]图1是表示进行超声波的发送接收的传感器装置的第I实施方式的图。第I实施方式的传感器装置100具有半导体装置I和压电传感器2。半导体装置I使用在其外部连接的压电传感器2进行超声波的发送接收。压电传感器2使用锆钛酸铅(PTZ)等的压电元件进行电信号(电能)和超声波(振动能量)之间的相互转换。
[0072]在半导体装置I中，集成了接收电路10、发送电路20、以及控制电路30 (图1中未明示)。接收电路10在超声波的接收动作时接收从压电传感器2差动输入的接收信号SP及SN并传送到控制电路30。发送电路20在超声波的发送动作时向压电传感器2差动输出发送信号(矩形脉冲)。控制电路30将接收电路10的接收动作和发送电路20的发送动作以时分方式来控制。
[0073]接收电路10包括:N沟道型MOS [metal oxide semiconductor ;金属氧化物半导体]场效应晶体管Ila及lib ;N沟道型MOS场效应晶体管12a及12b ;缓冲器13a及13b ；缓冲器14a及14b ;差动放大器15 ;滤波器16a及16b ；以及滤波器17a及17b。
[0074]晶体管Ila及Ilb的漏极都连接到压电传感器2的正相输入输出端。晶体管Ila及Ilb的源极都连接到差动放大器15的正相输入端。晶体管Ila的栅极通过滤波器16a及缓冲器13a，连接到控制信号SWa的施加端。晶体管Ilb的栅极通过滤波器16b及缓冲器13b，连接到控制信号SWb的施加端。再有，对于晶体管Ila及Ilb的元件大小，在将它们置换为单一的晶体管的情况下，在满足传感器装置100所要求的阻抗特性的基础上设计为必要的元件大小的I / 2即可。即，晶体管Ila及Ilb以将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管(相当于图14的晶体管232)分割为I / 2的元件大小的方式并联连接在压电传感器2的正相输入输出端和差动放大器15的正相输入端之间。
[0075]晶体管12a及12b的漏极都连接到压电传感器2的反相输入输出端。晶体管12a及12b的源极都连接到差动放大器15的反相输入端。晶体管12a的栅极通过滤波器17a及缓冲器14a，连接到控制信号SWa的施加端。晶体管12b的栅极通过滤波器17b及缓冲器14b，连接到控制信号SWb的施加端。再有，对于晶体管12a及12b的元件大小，在将它们置换为单一的晶体管的情况下，在满足传感器装置100所要求的阻抗特性的基础上设计为必要的元件大小的I / 2即可。即，晶体管12a及12b以将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管(相当于图14的晶体管233)分割为I / 2的方式并联地连接压电传感器2的反相输入输出端和差动放大器15的反相输入端之间。
[0076]缓冲器13a及13b分别将控制信号SWa及SWb的波形调整并传送到滤波器16a及16b。
[0077]缓冲器14a及14b分别将控制信号SWa及SWb的波形调整并传送到滤波器17a及17b。
[0078]差动放大器15将压电传感器2的接收信号SP及SN差动放大而生成差动放大信号SR，并将该差动放大信号SR输出到控制电路30。
[0079]滤波器16a及16b分别使控制信号SWa及SWb钝化并传送到晶体管I Ia及I Ib的栅极。作为滤波器16a及16b，例如，可以使用由电阻和电容器构成的CR低通滤波器。
[0080]滤波器17a及17b分别使控制信号SWa及SWb钝化并传送到晶体管12a及12b的栅极。作为滤波器17a及17b，例如，可以使用由电阻和电容器构成的CR低通滤波器。
[0081]图2是表示第I实施方式的噪声除去动作的时序图，以从上到下的顺序，描绘了控制信号SWa、噪声SPa (从接收信号SP中仅提取描绘了因晶体管Ila的导通而产生的噪声成分的虚拟波形)、控制信号SWb、噪声SPb (从接收信号SP仅提取描绘了因晶体管Ilb的导通而产生的噪声成分的虚拟波形)、以及接收信号SP (噪声SPa及SPb的合成波形)。
[0082]再有，在图2中，仅描绘了正相侧的接收信号SP，但对于反相侧的接收信号SN，除了相位反转180度以外，表示与正相侧的接收信号SP同样的工作状况。因此，在有关第I实施方式的以下的说明中，仅着眼于正相侧的接收信号SP进行噪声除去动作的说明。但是，只要将以下文章中的‘SP’改读为‘SN’，将‘SPa’改读为‘SNa’，将‘SPb’改读为‘SNb’，将‘11a’改读为‘12a’，将‘lib’改读为‘ 12b’，将‘ 16a’改读为‘17a’，将‘16b’改读为‘17b’，将‘232’改读为‘233’，则能够作为接收信号SN的噪声除去动作的说明来理解。
[0083]在时刻ta，控制信号SWa从低电平上升到高电平时，晶体管Ila导通。此时，在接收信号SP中产生压电传感器2具有的谐振周期T的噪声SPa。但是，晶体管Ila相比以往结构的接收电路200中设置的单一的晶体管232(参照图14)，元件大小缩小至I / 2。因此，噪声SPa被抑制得比以往小。再有，在时刻ta，控制信号SWb被维持为低电平，晶体管Ilb仍然截止，所以在接收信号SP中不产生噪声SPb。
[0084]接着，在从时刻ta经过了 T / 2的时刻tb，控制信号SWb从低电平上升到高电平时，晶体管Ilb导通。此时，在接收信号SP中，产生压电传感器2具有的谐振周期T的第2噪声SPb。但是，对于晶体管11b，也与晶体管Ila同样，相比以往结构的晶体管232(参照图14)，元件大小缩小至I / 2，所以噪声SPb被抑制得比以往小。
[0085]此外，在晶体管Ila的导通定时(时刻ta)和晶体管Ilb的导通定时(时刻tb)之间，设置T / 2的相位偏移。因此，起因于晶体管Ilb的导通动作而产生的噪声SPb，与起因于晶体管Ila的导通动作而产生的噪声Spa成为相反相位的波形，所以在时刻tb以后，接收信号SP上重叠的噪声SPa及SPb彼此相互抵消。
[0086]再有，晶体管Ila及Ilb在时刻tb以后都被维持导通状态直至超声波的接收动作完成。换句话说，晶体管Ila及Ilb具有在时刻tb以后作为具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管(相当于图14的晶体管232)的功能。
[0087]如上述，在第I实施方式的接收电路10中，在压电传感器2的正相输入输出端和差动放大器15的正相输入端之间并联连接的晶体管Ila及11b，具有将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管232(参照图14)分割为I / 2的元件大小，并且在切换到接收动作时每T / 2偏移相位而导通。通过这样的结构，能够不使将压电传感器2和差动放大器15之间导通/断开的晶体管的阻抗特性恶化，使起因于该晶体管的导通动作的噪声分散或抵消，大幅度地抑制在切换到接收动作时产生的噪声，从而可实现接收等待时间的缩短和超声波的检测精度提闻。
[0088]此外，第I实施方式的接收电路10还具有使控制信号SWa及SWb钝化的滤波器16a及16b。通过这样的结构，可抑制噪声SPa及SPb的产生本身。
[0089]此外，在第I实施方式的接收电路10中，接收信号SP及SN在压电传感器2和差动放大器15之间以差动形式传送。通过这样的结构，接收信号SP及SN中残存的噪声，通过差动放大器15中的差动放大处理而很多被抵消，所以能够将噪声少的差动放大信号SR传送到控制电路30。
[0090]再有，晶体管Ila及11b，理想的是在切换到接收动作时将相位偏移T / 2而导通，但晶体管Ila及Ilb的导通定时不限定于此，只要使双方不同时地导通，就能够期待某一程度的噪声降低效果。
[0091]此外，晶体管的并联连接数不限定于2，也可以为3以上。但是，为了适当地抵消起因于各晶体管的导通动作而产生的噪声，优选并联地连接将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管分割为I / 2n(其中，η是自然数)的2η个的晶体管，并在切换到接收动作时每T / 2η偏移相位使各晶体管导通。
[0092]图3是表示噪声除去动作的一变形例的时序图，例示了将晶体管的并联连接数设为4的情况。该情况下，4个晶体管Ila?Ild在整个时刻ta?td每T / 4偏移相位而导通。其结果，起因于晶体管Ila的导通动作而产生的噪声SPa和起因于晶体管Ilc的导通动作而产生的噪声SPc成为彼此抵消的情况，此外，起因于晶体管Ilb的导通动作而产生的噪声SPb和起因于晶体管Ild的导通动作而产生的噪声SPd成为彼此抵消的情况。
[0093]此外，4个晶体管Ila?Ild具有将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管232 (参照图14)分割为I / 4的元件大小，所以噪声SPa?SPd本身也可抑制得更小。
[0094]〈第2实施方式>
[0095]图4是表示进行超声波的发送接收的传感器装置的第2实施方式的图。第2实施方式的基本结构与先前的第I实施方式是同样的，但作为抑制在切换到接收动作时产生的噪声的抑制技术，第2实施方式的接收电路10不是将晶体管11及12分别分割为多个的结构，而是具有以下特征:基于通过缓冲器19输入的控制信号SWx，在切换到接收动作时预先使接收信号SP的正相传输路径和接收信号SN的反相传输路径短路的开关(N沟道型MOS场效应晶体管)18。因此，在有关第2实施方式的以下的说明中，省略有关与第I实施方式同样的结构要素的重复的说明，进行有关开关18的动作和作用效果的重点的说明。
[0096]图5是表示第2实施方式的噪声除去动作的时序图，以从上到下的顺序，描绘了控制信号SWa、控制信号SWx、接收信号SP及SN、以及差动放大信号SR。
[0097]在时刻ta中控制信号SWa从低电平上升到高电平时，晶体管11及12导通。此时，在接收信号SP及SN中产生压电传感器2具有的谐振周期T的噪声。但是，在时刻ta，控制信号SWx被设为高电平，开关18导通。S卩，在起因于晶体管11及12的导通动作产生噪声的定时(时刻ta),接收信号SP的正相传输路径和接收信号SN的反相传输路径被彼此短路。因此，接收信号SP及SN中分别重叠的噪声基本上为同相位。
[0098]通过这样的结构，接收信号SP及SN中重叠的噪声通过差动放大器15中的差动放大处理而被适当地抵消，所以可将噪声少的差动放大信号SR传送到控制电路30，进而大幅度地抑制在切换到接收动作时产生的噪声，可实现接收等待时间的缩短和超声波的检测精度提高。
[0099]再有，控制信号SWx在从时刻ta经过规定时间后的时刻tx中，从高电平下降至低电平。因此，时刻tx以后、开关18截止，接收信号SP的正相传输路径和接收信号SN的反相传输路径之间被断开，所以可进行超声波的接收动作。
[0100]〈第3实施方式〉
[0101]图6是表示传感器装置的第3实施方式的图。如图6所示，第3实施方式是上述的第I实施方式和第2实施方式组合应用的结构。
[0102]图7是表示第3实施方式的噪声除去动作的时序图，以从上到下的顺序，描绘了控制信号SWa、控制信号SWb、控制信号SWx、接收信号SP及SN、以及差动放大信号SR。
[0103]首先，在时刻ta，控制信号SWa从低电平上升到高电平时，晶体管Ila及12a导通。接着，在从时刻ta经过了 T / 2的时刻tb，控制信号SWb从低电平上升到高电平时，晶体管Ilb及12b导通。通过这样的开关控制，能够不使将压电传感器2和差动放大器15之间导通/断开的晶体管的阻抗特性恶化，将起因于该晶体管的导通动作的噪声分散或抵消。有关该方面，如第I实施方式中论述的那样。
[0104]此外，在时刻ta及时刻tb，控制信号SWx为高电平，开关18导通。通过这样的开关控制，能够使在接收信号SP及SN中分别重叠的噪声成为同相位，提高差动放大处理的抵消效果，所以能够将噪声少的差动放大信号SR传送到控制电路30。有关这方面，如第2实施方式中论述的那样。
[0105]再有,控制信号SWx,在从时刻tb经过规定时间后的时刻tx中，从高电平下降至低电平。因此，在时刻tx以后，开关18截止，接收信号SP的正相传输路径和接收信号SN的反相传输路径之间被断开，所以可进行超声波的接收动作。有关这方面，也如第2实施方式中先前论述的那样。
[0106]于是，在第3实施方式中，通过将第I实施方式和第2实施方式组合，可大幅度抑制在切换到接收动作时产生的噪声，从而实现接收等待时间的缩短和超声波的检测精度提闻。
[0107]〈第4实施方式〉
[0108]图8是表示进行超声波的发送接收的传感器装置的第4实施方式的图。第4实施方式的基本结构与先前的第I实施方式是同样的，但作为抑制在切换到接收动作时产生的噪声的抑制技术，第4实施方式的接收电路10不是将主晶体管11及12 (导通时的阻抗:数Ω)分别分割为多个的结构，而是具有以下特征:与主晶体管11及12并联地设置副晶体管Ils及12s(导通时的阻抗:数kQ)，在切换到接收动作时使副晶体管Ils及12s先于主晶体管11及12导通。因此，在有关第4实施方式的以下的说明中，省略有关与第I实施方式同样的结构要素的重复的说明，重点地说明副晶体管Hs及12s的动作和作用效果。
[0109]接收电路10是在超声波的接收动作时接收从压电传感器2差动输入的接收信号SP及SN并传送到控制电路30 (图8中未图示)的电路块，除了包括:主晶体管11及12 ;缓冲器13及14 ;差动放大器15 ;滤波器16及17，还包括:副晶体管Ils及12s ;缓冲器13s及14s ；以及滤波器16s及17s。
[0110]主晶体管11和副晶体管Ils的漏极都连接到压电传感器2的正相输入输出端。主晶体管11和副晶体管Ils的源极都连接到差动放大器15的正相输入端。主晶体管11的栅极通过滤波器16及缓冲器13，连接到控制信号MAIN的施加端。副晶体管Ils的栅极通过滤波器16s及缓冲器13s，连接到控制信号SUB的施加端。再有，副晶体管Ils的导通时的阻抗设计得比主晶体管11大。
[0111]主晶体管12和副晶体管12s的漏极都连接到压电传感器2的反相输入输出端。主晶体管12和副晶体管12s的源极都连接到差动放大器15的反相输入端。主晶体管12的栅极通过滤波器17及缓冲器14，连接到控制信号MAIN的施加端。副晶体管12s的栅极通过滤波器17s及缓冲器14s，连接到控制信号SUB的施加端。再有，副晶体管12s的导通时的阻抗设计得比主晶体管12大。
[0112]缓冲器13及13s分别将控制信号MAIN及SUB的波形调整并传送到滤波器16及16s0
[0113]缓冲器14及14s分别将控制信号MAIN及SUB的波形调整并传送到滤波器17及17s。
[0114]差动放大器15将压电传感器2的接收信号SP及SN差动放大而生成差动放大信号SR，并将该差动放大信号SR输出到控制电路30。再有，差动放大器15在控制信号SI为高电平时成为启动状态(驱动状态)，在控制信号SI为低电平时成为禁止状态(非驱动状态)。
[0115]滤波器16及16s分别使控制信号MAIN及SUB钝化并传送到主晶体管11及副晶体管Ils的栅极。作为滤波器16及16s，例如，能够使用由电阻和电容器构成的CR低通滤波器。
[0116]滤波器17及17s分别使控制信号MAIN及SUB钝化并传送到主晶体管12及副晶体管12s的栅极。作为滤波器17及17s，例如，能够使用由电阻和电容器构成的CR低通滤波器。
[0117]发送电路20在超声波的发送动作时对压电传感器2差动输出发送信号(矩形脉冲)。再有，发送电路20具备在控制信号S2为高电平时压电传感器2的正相输入端和反相输入输出端都进行GND短路，在控制信号S2为低电平时解除上述GND短路的功能。
[0118]图9是表示第4实施方式的噪声除去动作的时序图，以从上到下的顺序，描绘了控制信号S1、控制信号S2、控制信号SUB、控制信号MAIN、接收信号SP及SN(实线及虚线)、以及差动放大信号SR。此外，在图10中，作为用于比较参照而描绘了不具备副晶体管Ils及12s时的时序图。
[0119]如图9所示，在第4实施方式的传感器装置100进行的超声波的接收开始时，在时刻til中控制信号SI从低电平上升到高电平后，在时刻tl2中控制信号S2从高电平下降到低电平。即，在时刻til中差动放大器15成为启动状态后，在时刻tl2中压电传感器2的GND短路被解除。
[0120]此外，在时刻tl2，控制信号MAIN仍然维持为低电平，控制信号SUB从低电平上升到高电平。即，在时刻tl2，主晶体管11及12仍然截止，副晶体管Ils及12s成为导通的状态。但是，副晶体管Ils及12s的导通定时不限定于此，只要先于主晶体管11及12的导通定时，就能够设定为任意(例如在时刻til之前)。
[0121]其后，在时刻tl3，控制信号MAIN从低电平上升到高电平。即，在时刻tl3，副晶体管Ils及12s和主晶体管11及12都成为导通的状态。
[0122]于是，只要是使数Ι?Ω的副晶体管Ils及12s先于数Ω的主晶体管11及12导通的时序，就能够钝化地施加对压电传感器2的电路偏置电压，所以能够抑制起因于压电传感器2的谐振的噪声的产生(比较参照图9的标号Pll和图10的标号P21)。
[0123]此外，根据上述时序，接收信号SP和接收信号SN之间的电压差以钝化的坡度(slop)拉开直至差动放大器15的输入偏置电压，所以还可抑制起因于差动放大器15的输入偏置电压产生的噪声(比较参照图9的标号P12和图10的标号P22)。
[0124]此外，通过使控制信号MAIN及SUB钝化，还能够抑制上述噪声的产生本身。
[0125]于是，根据第4实施方式的传感器装置100，能够大幅度地抑制在切换到接收动作时广生的噪声，实现接收等待时间的缩短和超声波的检测精度提闻。
[0126]再有，没有重新图示，但第I~第3实施方式和第4实施方式之间的组合是任意的。
[0127]〈第5实施方式〉
[0128]图11是表示传感器装置的第5实施方式的图。第5实施方式是使用了传感器装置100作为测量在管道3内流动的流体4的流速V的流速计的应用的一例。
[0129]第5实施方式的传感器装置100包括半导体装置1、以及两个压电传感器2X及2Y。压电传感器2X及Ti,相对于流体4具有规定的角度并且以彼此对置的方式设置在管道3的内壁面上。图12是传感器装置100(流速计)的外观图。
[0130]在半导体装置I中，集成了接收电路10、发送电路20X及20Y、以及控制电路30。接收电路10包括:差动放大器15 ;将压电传感器2X和差动放大器15之间导通/断开的晶体管IlX及12X ;以及将压电传感器Ti和差动放大器15之间导通/断开的晶体管IlY及12Y。于是,在第5实施方式的接收电路10中，对于压电传感器2X及Ti各自设置一个发送电路20X及20Y，对于压电传感器2X及Ti仅设置一个接收电路10。通过这样的结构，没有使半导体装置I的电路规模不必要地增大，能够缩小该芯片面积。此外，如果是对于压电传感器2X及Ti各自设置一个接收电路10的结构(换句话说，对于压电传感器2X及2Y各自设置一个差动放大器15X及15Y的结构)中，有产生差动放大器15X及15Y的偏差造成的传播时间的测量误差的风险，但只要是在对于压电传感器2X及Ti仅设置一个接收电路10的结构，则不产生那样的测量误差，所以能够高精度测定流速V。
[0131]再有，对于第5实施方式的接收电路10，在适用第I实施方式的噪声抑制技术的情况下，将晶体管IlX及12X、以及晶体管IlY及12Y各自分割为多个即可。此外，在适用第2实施方式的噪声抑制技术的情况下,对于压电传感器2X的接收信号SPX及SNX各自传输的信号路径间、以及压电传感器Ti的接收信号SPY及SNY各自传输的信号路径间，也可以设置将各个路径导通/断开的开关。同样地，在适用第3实施方式的噪声抑制技术的情况下，在将晶体管IlX及12X、以及晶体管IlY及12Y分别分割为多个的基础上，对于压电传感器2X的接收信号SPX及SNX各自传输的信号路径间、以及压电传感器Ti的接收信号SPY及SNY各自传输的信号路径间，也可以设置将各个路径导通/断开的开关。此外，在适用第4实施方式的噪声抑制技术的情况下，对于相当于主晶体管(数Ω)的晶体管IlX及12X、以及晶体管IlY及12Y，也可以分别并联地设置副晶体管(数kQ)。于是，通过适当适用第I?第4实施方式的噪声抑制技术，能够大幅度地抑制在切换到接收动作时产生的噪声，实现接收等待时间的缩短和超声波的检测精度提高。
[0132]此外，优选以成为同一长度方式来设计分别连结压电传感器2X及2Y和接收电路10之间的多个信号路径。通过这样的结构，能够排除起因于信号路径长度的差异的超声波的传播时间测量误差，从而高精度地测定流体4的流速V。
[0133]图13是用于说明流速测定动作的时序图，以从上到下的顺序，描绘了压电传感器2X的发送接收信号SPX和压电传感器Ti的发送接收信号SPY。再有，在图13中，仅描绘了正相侧的发送接收信号SPX及SPY，但对于反相侧的接收信号SNX及SNY，除了相位反转180度以外，示出与正相侧的接收信号SPX及SNY同样的工作状况。
[0134]在测量流体4的流速V时，首先，将压电传感器2X作为发送侧(SPX为发送信号)，将压电传感器2Y作为接收侧(SPY为接收信号)，测量超声波的传播时间tl。接着，与上述相反，将压电传感器2Y作为发送侧(SPY为发送信号)，将压电传感器2X作为接收侧(SPX为接收信号)，测量超声波的传播时间t2。然后，根据传播时间tl及t2的差分值(t2-tl)，计算流体4的流速V。例如，在压电传感器2X相对于流体4朝向正方向，压电传感器Ti相对于流体4朝向反方向的情况下，流体4的流速V越大，传播时间tl越短，传播时间t2越长。S卩，可知上述差分值(t2-tl)越大,流速V越大。
[0135]〈其他的变形例〉
[0136]再有，在上述实施方式中，在进行超声波的发送接收的传感器装置中例示了适用了本发明的结构并进行了详细的说明，但本发明的适用对象不限定于此，即使是仅进行超声波的接收的传感器装置，对于具备将从压电传感器至放大器的信号路径导通/断开的晶体管的传感器装置(在超声波的接收动作时使晶体管导通的传感器装置)，也能够适用本发明。
[0137]此外，在上述实施方式中，将接收信号在压电传感器和放大器之间以差动形式传送结构列举为例子进行了说明，但本发明的结构不限定于此，对于第I实施方式(主晶体管的分割并联)和第4实施方式(追加副晶体管)，也可以成为将接收信号在压电传感器和放大器之间以单个方式传送的结构。
[0138]于是，本说明书中展示的各种技术特征，除了上述实施方式，还可在不脱离其技术方案的要点的范围内进行各种变更。例如双极晶体管和MOS场效应晶体管之间的相互置换、各种信号的逻辑电平反转是任意的。即，上述实施方式在所有方面都是例示，而不应该被认为是制限性的，本发明的技术范围不是上述实施方式的说明，而是通过权利要求的范围来表示，应该理解为包含与在权利要求的范围同等意义及范围内所属的全部变更。
[0139]工业实用性
[0140]本发明可适用于使用压电传感器的所有传感器装置(例如流速计和车载声纳)。
【权利要求】
1.一种接收电路，其特征在于，包括: 放大器，将压电传感器的接收信号放大；以及 多个晶体管，并联连接在所述压电传感器的一端和所述放大器的一端之间，在切换到接收动作时偏移相位而导通。
2.如权利要求1所述的接收电路，其特征在于， 所述多个晶体管是将具备了期望的阻抗特性的单一的晶体管分割成1/ 2η的2η个的晶体管，其中η是自然数。
3.如权利要求2所述的接收电路，其特征在于， 所述2η个的晶体管，在切换到接收动作时每T / 2η偏移相位而导通，其中T是所述压电传感器的谐振周期。
4.如权利要求1至权利要求3中任意一项所述的接收电路，其特征在于，还包括: 滤波器，使各晶体管的控制信号钝化。
5.如权利要求1至权利要求4中任意一项所述的接收电路，其特征在于， 所述接收信号在所述压电传感器和所述放大器之间以差动形式传送。
6.如权利要求5所述的接收电路，其特征在于，还包括: 开关，在切换到接收动作时使所述接收信号的正相传输路径和反相传输路径短路。
7.一种接收电路，其特征在于，包括: 放大器，将压电传感器的接收信号差动放大； 第I晶体管，在切换到接收动作时将所述压电传感器和所述放大器之间导通；以及 第2晶体管，在切换到接收动作时使所述接收信号的正相传输路径和反相传输路径短路。
8.一种接收电路，其特征在于，包括: 放大器，将压电传感器的接收信号放大； 主晶体管，连接在所述压电传感器的一端和所述放大器的一端之间，在切换到接收动作时被导通；以及 副晶体管，与所述主晶体管并联地连接，导通时比所述主晶体管的阻抗大，并且在切换到接收动作时先于所述主晶体管被导通。
9.如权利要求8所述的接收电路，其特征在于， 所述主晶体管分割为，在切换到接收动作时每T / 2η偏移相位被导通的2η个的晶体管，其中T是所述压电传感器的谐振周期，η是自然数。
10.如权利要求8或权利要求9所述的接收电路，其特征在于，还包括: 滤波器，使所述主晶体管及所述副晶体管的控制信号钝化。
11.如权利要求8至权利要求10中任意一项所述的接收电路，其特征在于， 所述接收信号，在所述压电传感器和所述放大器之间以差动形式传送。
12.如权利要求11所述的接收电路，其特征在于，还包括: 开关，在切换到接收动作时使所述接收信号的正相传输路径和反相传输路径短路。
13.一种半导体装置，其特征在于， 集成了从压电传感器输入接收信号的权利要求1至权利要求12中任意一项所述的接收电路。
14.如权利要求13所述的半导体装置，其特征在于，还集成了: 发送电路，对所述压电传感器输出发送信号；以及 控制电路，以时分方式控制所述接收电路的接收动作和所述发送电路的发送动作。
15.如权利要求14所述的半导体装置，其特征在于， 所述发送电路，对于多个压电传感器各自设置一个， 所述接收电路，对于多个压电传感器仅设置一个。
16.如权利要求11所述的半导体装置，其特征在于， 以成为相同长度的方式设计分别连接所述多个压电传感器和所述接收电路之间的多个信号路径。
17.—种传感器装置，其特征在于，包括: 压电传感器；以及 权利要求13至权利要求16中任意一项所述的半导体装置。
18.如权利要求17所述的传感器装置，其特征在于， 所述传感器装置是测量在管道内流动的流体的流速的流速计。
19.如权利要求18所述的传感器装置，其特征在于， 作为所述压电传感器，包括:相对于所述流体具有规定的角度并且以彼此对置的方式设置在所述管道的内壁面上的第I压电传感器和第2压电传感器。
【文档编号】G01S7/524GK103797815SQ201280043290
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年8月31日 优先权日:2011年9月7日
【发明者】丹羽功, 野口洋一郎 申请人:罗姆股份有限公司