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半导体电路的制作方法

半导体电路
1.本技术以日本专利申请2021-153422号(申请日：2021年9月21日)为基础申请而主张优先权。本技术通过参照该基础申请而引用基础申请的全部内容。
技术领域
2.本发明涉及包含跨阻放大器(transimpedance amplifier)的半导体电路。

背景技术：

3.已知存在将输入电流转换成电压的跨阻放大器。

技术实现要素：

4.本实施方式提供具备能够高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器的半导体电路。
5.本实施方式的半导体电路具备：第一跨阻放大器，具有第一输入端子、第二输入端子以及第一输出端子，所述第一输入端子被供给基准电压，所述第二输入端子被供给输入电流，所述第一跨阻放大器将所述输入电流转换成第一输出电压，并从所述第一输出端子输出所述第一输出电压；以及第二跨阻放大器，具有第三输入端子、第四输入端子以及第二输出端子，并具有与所述第一跨阻放大器相同的电路构成，所述第三输入端子被供给所述基准电压，所述第二跨阻放大器从所述第二输出端子输出所述第二输出电压。
附图说明
6.图1是表示第一实施方式的半导体电路的构成的电路图。
7.图2是表示第一实施方式中的可变电阻电路的构成的电路图。
8.图3是表示第一实施方式中的可变电阻电路内的开关电路的构成的电路图。
9.图4是表示第一实施方式中的输入输出部的其他构成例的电路图。
10.图5是表示第一实施方式中的可变电阻电路的有效电阻值与电源电压的关系的图。
11.图6是表示第二实施方式的半导体电路的构成的电路图。
12.图7是表示第三实施方式的半导体电路的构成的电路图。
13.图8是表示第四实施方式的半导体电路的构成的电路图。
具体实施方式
14.以下，参照附图对实施方式进行说明。在以下的说明中，对于具有相同的功能以及构成的构成元件赋予共通的参照附图标记。此外，以下所示的实施方式中例示用于使该实施方式的技术思想具体化的装置、方法，并非是要将构成部件的材质、形状、构造以及配置等限定为下述的实施方式。
15.此外，功能模块能够作为将硬件、计算机软件中的任一者或者两者组合而成的模
块来实现。功能模块并不必如以下的例子那样进行划分。例如一部分功能也可以通过与所例示的功能模块不同的功能模块执行。而且，所例示的功能模块也可以被进一步分割成细小的功能子模块。
16.1.第一实施方式
17.以下，对第一实施方式的半导体电路进行说明。
18.1.1半导体电路的构成
19.图1是表示第一实施方式的半导体电路的构成的电路图。半导体电路1具备两个跨阻放大器tia以及tiar、两个esd(electro-static discharge：静电释放)破坏保护用的输入输出部io以及ior、差动输入模拟-数字转换电路(也记作adc)11以及输入端子we。
20.向输入端子we输入输入电流。跨阻放大器tia以及tiar分别是将输入电流转换成电压的电路。详细而言，是将在跨阻放大器中流动的电流进行阻抗转换而放大、并作为电压信号输出的电路。跨阻放大器tiar是跨阻放大器tia的复制(replica)电路。
21.输入输出部io是保护半导体电路1免受从输入端子we侵入的静电等的浪涌(surge)电压的影响、或者防止浪涌电压所造成的错误动作的esd保护电路。输入输出部ior是输入输出部io的复制电路。
22.差动输入模拟-数字转换电路11从差动输入的两个输出电压输出一个数字信号。即，模拟-数字转换电路11从跨阻放大器tia以及tiar接收两个输出电压vinp以及vinn，除去在输出电压vinp与输出电压vinn间的同相信号，将其转换成数字值并输出输出信号dout。
23.如上所述，跨阻放大器tiar以及输入输出部ior是跨阻放大器tia以及输入输出部io的复制电路。即，跨阻放大器tiar以及输入输出部ior具有与跨阻放大器tia以及输入输出部io相同的电路构成。详细而言，跨阻放大器tiar具有与跨阻放大器tia所具有的电路元件相同的电路元件。跨阻放大器tiar的电路元件具有与跨阻放大器tia的电路元件大致相同的电路常数。输入输出部ior具有与输入输出部io所具有的电路元件相同的电路元件。输入输出部ior的电路元件具有与输入输出部io的电路元件大致相同的电路常数。
24.以后，将由输入端子we、输入输出部io以及跨阻放大器tia构成的路径称作测定信号路径。此外，将由复制电路、即输入输出部ior以及跨阻放大器tiar构成的路径称作误差(或者模拟)信号路径。
25.1.1.1跨阻放大器的构成
26.接下来，对跨阻放大器tia以及tiar的构成进行说明。
27.如图1所示，跨阻放大器tia具有运算放大器(或者运算增幅器)op，可变电阻电路vr以及供给基准电压vb的电压源。运算放大器op将输入信号放大并输出。可变电阻电路vr是反馈电阻，是电阻值能够可变的电路。
28.跨阻放大器tiar具有运算放大器opr、可变电阻电路vrr以及供给基准电压vb的电压源。运算放大器opr具有与运算放大器op相同的电路元件以及电路常数。可变电阻电路vrr具有与可变电阻电路vr相同的电路元件以及电路常数。
29.以下，对可变电阻电路vr以及vrr的构成进行说明。
30.图2是表示可变电阻电路vr(或者vrr)的构成的电路图。运算放大器op的负输入端子(或者反转输入端子)依次串联地经由开关电路s0、电阻r1、r2、
……
、rn(n是1以上的自然
数)而与运算放大器op的输出端子连接。在开关电路s0和电阻r1间的节点与电阻r1和电阻r2间的节点之间连接有开关电路s1。在开关电路s0和电阻r1间的节点与电阻r2和电阻r3间的节点之间连接有开关电路s2。同样，在开关电路s0和电阻r1间的节点与电阻rn和运算放大器op的输出端子间的节点之间连接有开关电路sn。另外，可变电阻电路vrr的构成与上述的可变电阻电路vr的构成相同。
31.在图3中示出可变电阻电路vr(或者vrr)内的开关电路s0或者sn的构成。开关电路s0或者sn包含p沟道mos电场效果晶体管(以下，记作pmos晶体管)t1和n沟道mos电场效果晶体管(以下，记作nmos晶体管)t2。
32.pmos晶体管t1的漏极(或者源极)与nmos晶体管t2的源极(或者漏极)连接。pmos晶体管t1的源极(或者漏极)与nmos晶体管t2的漏极(或者源极)连接。
33.向开关电路s0的nmos晶体管t2的栅极输入控制信号cs0。向开关电路s0的pmos晶体管t1的栅极输入作为控制信号cs0的反转信号的控制信号cs0b。此外，向开关电路s0的pmos晶体管t1的背栅极供给电源电压vdd。而且，向开关电路s0的nmos晶体管t2的背栅极供给接地电压gnd。
34.向开关电路sn的nmos晶体管t2的栅极输入控制信号csn。向开关电路sn的pmos晶体管t1的栅极输入作为控制信号csn的反转信号的信号csnb。此外，向开关电路sn的pmos晶体管t1的背栅极供给电源电压vdd。而且，向开关电路sn的nmos晶体管t2的背栅极供给接地电压gnd。
35.在这样的可变电阻电路vr中，通过控制信号cs0～csn以及cs0b～csnb将开关电路s0～sn设定为闭状态(或者连接状态)或者开状态(或者非连接状态)，而能够变更电阻值rtia。
36.如上所述，可变电阻电路vrr具有与可变电阻电路vr相同的电路构成。向可变电阻电路vrr的开关电路s0～sn与可变电阻电路vr的开关电路同样地输入控制信号cs0～csn以及cs0b～csnb。由此，可变电阻电路vrr的电阻值rtiar被设定为与可变电阻电路vr的电阻值rtia大致相同的值。
37.在可变电阻电路vr中，例如在存在于开关电路s0～sn的pmos晶体管t1以及nmos晶体管t2的pn接合部中产生结漏(junction leak)电流isw。同样，在可变电阻电路vrr中，在存在于开关电路s0～sn的pmos晶体管t1以及nmos晶体管t2的pn接合部中产生结漏电流isw。
38.这里，可变电阻电路vrr具有与可变电阻电路vr相同的电路构成。即，可变电阻电路vrr具有与可变电阻电路vr相同的电路元件以及电路常数。详细而言，可变电阻电路vr和vrr均具有pmos晶体管t1及nmos晶体管t2以及电阻r1～rn。可变电阻电路vrr的pmos晶体管t1及nmos晶体管t2以及电阻r1～rn具有与可变电阻电路vr的pmos晶体管t1及nmos晶体管t2、以及与电阻r1～rn大致相同的电路常数。因此，分别在可变电阻电路vr和vrr中产生的漏电流isw大致一致，即具有大致相同的电流值。
39.1.1.2输入输出部(esd保护电路)的构成
40.接下来，对输入输出部io以及ior的构成进行说明。
41.如图1所示，在测定信号路径中，输入输出部io与运算放大器op的负输入端子连接。输入输出部io具有二极管d1以及d2。二极管d1从被供给接地电压gnd的接地电压节点向
连接有负输入端子的节点正向连接。二极管d2从负输入端子的节点向被供给电源电压vdd的电源电压节点正向连接。
42.另一方面，在误差信号路径中，输入输出部ior与运算放大器opr的负输入端子连接。输入输出部ior具有与输入输出部io相同的电路元件以及电路常数。即，输入输出部ior与输入输出部io同样地具有二极管d1以及d2。二极管d1从接地电压节点向连接有负输入端子的节点正向连接。二极管d2从负输入端子的节点向电源电压节点正向连接。
43.在输入输出部io中，例如在存在于输入输出部io的二极管d1以及d2的pn接合部中产生漏电流iio。同样，在输入输出部ior中，在存在于输入输出部ior的二极管d1以及d2的pn接合部中产生漏电流iio。
44.这里，输入输出部ior具有与输入输出部io相同的电路构成。即，输入输出部ior具有与输入输出部io相同的电路元件以及电路常数。详细而言，输入输出部io和ior均具有二极管d1以及d2。输入输出部ior的二极管d1以及d2具有与输入输出部io的二极管d1以及d2大致相同的电路常数。因此，在输入输出部io和io r分别产生的漏电流iio大致一致，即具有大致相同的电流值。
45.此外，图4是表示输入输出部io以及ior的其他构成例的电路图。输入输出部io可以由nmos晶体管t3以及pmos晶体管t4构成。nmos晶体管t3的栅极和漏极与接地电压节点连接，nmos晶体管t3的源极与运算放大器op的负输入端子连接。而且，pmos晶体管t4的栅极和漏极与电源电压节点连接，pmos晶体管t4的源极与运算放大器op的负输入端子连接。
46.同样，输入输出部ior也可以由nmos晶体管t3以及pmos晶体管t4构成。nmos晶体管t3的栅极和漏极与接地电压节点连接，nmos晶体管t3的源极与运算放大器opr的负输入端子连接。而且，pmos晶体管t4的栅极和漏极与电源电压节点连接，pmos晶体管t4的源极与运算放大器opr的负输入端子。
47.在图4所示的构成例中，例如在存在于输入输出部io的nmos晶体管t3以及pmos晶体管t4的接合部中也产生漏电流iio。同样，在存在于输入输出部ior的nmos晶体管t3以及pmos晶体管t4的接合部中产生漏电流iio。
48.这里，输入输出部ior的nmos晶体管t3以及pmos晶体管t4具有与输入输出部io的nmos晶体管t3以及pmos晶体管t4大致相同的电路常数。因此，在输入输出部io和ior分别产生的漏电流iio大致一致，即具有大致相同的电流值。
49.以下，对第一实施方式的半导体电路1中的电路连接进行说明。
50.如图1所示，输入端子we与跨阻放大器tia内的运算放大器op的负输入端子连接。而且，输入端子we经由跨阻放大器tia内的可变电阻电路vr与运算放大器op的输出端子连接。在运算放大器op的负输入端子与输入端子we之间的节点连接有输入输出部io。
51.供给基准电压vb的电压源与运算放大器op的正输入端子(或者非反转输入端子)连接。而且，运算放大器op的输出端子与差动输入模拟-数字转换电路11的第一输入端子连接。
52.此外，输入输出部ior与跨阻放大器tiar的运算放大器opr的负输入端子连接。运算放大器opr的负输入端子经由跨阻放大器tiar内的可变电阻电路vrr与运算放大器opr的输出端子连接。
53.供给基准电压vb的电压源与运算放大器opr的正输入端子连接。而且，运算放大器
opr的输出端子与差动输入模拟-数字转换电路11的第二输入端子连接。
54.1.2半导体电路的动作
55.以下，对第一实施方式的半导体电路1的动作进行说明。这里，对电流输出传感器se与输入端子we连接时的动作进行说明。
56.如果电流输出传感器se的动作开始，则传感器电流isen在电流输出传感器se中流动，向运算放大器op的正输入端子供给基准电压vb。然后，通过运算放大器op的虚拟短路特性，输入端子we以及运算放大器op的负输入端子的电压被设定为向正输入端子供给的基准电压vb而稳定。
57.这里，运算放大器op的负输入端子的阻抗非常高，因此在电流输出传感器se中流动的传感器电流isen从运算放大器op的输出侧通过可变电阻电路vr，并流入电流输出传感器se。在这种情况下，运算放大器op的输出电压vinp被设定为将可变电阻电路vr的电阻值rtia和传感器电流isen之积与基准电压vb相加得到的电压。
58.由此，由下述式(1)表示运算放大器op的输出电压vinp。
59.vinp＝vb+rtia
·
isen
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
60.在图1所示的电路中，如上所述，在输入输出部io中产生漏电流iio，在可变电阻电路vr中产生漏电流isw。如果产生漏电流iio以及isw，则在可变电阻电路vr中流动的电流减少。因此，由于漏电流iio以及isw的误差电流，可变电阻电路vr的有效电阻值产生误差。特别是，电源电压vdd越高，则在可变电阻电路vr的开关电路s0～sn中产生的漏电流isw越增加。因此，电源电压vdd越高，则可变电阻电路vr的有效电阻值的误差越大。
61.如果考虑漏电流iio以及isw，则式(1)由下述式(2)表示。
62.vinp＝vb+rtia
·
isen-rtia
·
(iio+isw)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
63.另一方面，复制电路(或者误差信号路径)中的跨阻放大器tiar内的运算放大器opr的输出电压vinn如以下所示。
64.在复制电路中的输入输出部ior以及可变电阻电路vrr中，与测定信号路径的输入输出部io以及可变电阻电路vr同样地产生漏电流iio以及isw。
65.由此，由下述式(3)表示运算放大器opr的输出电压vinn。
66.vinn＝vb-rtia
·
(iio+isw)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
67.这里，复制电路中的输入输出部ior以及可变电阻电路vrr的电路元件及其电路常数与测定信号路径的输入输出部io以及可变电阻电路vr的电路元件及其电路常数相同。因此，在复制电路中产生的漏电流iio以及isw与在测定信号路径中产生的漏电流iio以及isw大致相同，即大致一致。
68.输出电压vinp和输出电压vinn被输入到差动输入模拟-数字转换电路11。差动输入模拟-数字转换电路11取得在输出电压vinp与输出电压vinn之间的电压差，进一步进行数字化，并输出输出信号dout。即，差动输入模拟-数字转换电路11除去在输出电压vinp与输出电压vinn间的同相信号成分，将同相信号成分被除去的电压转换成数字值并输出输出信号dout。
69.由此，由下述式(4)(＝式(2)-式(3))表示输出信号dout。
70.dout＝d(vinp-vinn)＝d(rtia
·
isen)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
71.另外，d(x)表示模拟值x被转换成数字值x得到的值。
72.由此，能够除去由漏电流iio以及isw产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够得到基于电阻值rtia与传感器电流isen之积生成的输出信号dout。
73.如上所述，在本实施方式中，能够减少在输入输出部io以及可变电阻电路vr中产生的漏电流所造成的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差。由此，能够将作为跨阻放大器tia中的变频增益的可变电阻电路vr的有效电阻值与电源电压vdd无关地设定为恒定。在图5中示出可变电阻电路vr的有效电阻值与电源电压vdd的关系。如图5所示，即使电源电压vdd变化，可变电阻电路vr的有效电阻值也不会变化而恒定。由于能够将可变电阻电路vr的有效电阻值设为恒定，跨阻放大器tia能够具有高精度的电流-电压转换特性。
74.1.3第一实施方式的效果
75.根据第一实施方式，能够提供具备可高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器的半导体电路。
76.以下，对第一实施方式的效果进行说明。在将输入电流转换成电压的跨阻放大器中，为了将微小的输入电流转换成较大的输出电压，并且将变频增益设为可变，需要安装具有非常大的电阻值的电阻电路、以及用于对其电阻值进行切换的切换用的开关电路。
77.在将为高电阻并且附带可变功能的可变电阻电路安装于半导体硅基板上的情况下，由于用于切换功能实现的开关电路的漏电流、esd破坏保护用的输入输出部的漏电流导致存在将跨阻放大器中的电流转换成电压的变频增益中产生较大的误差这一课题。
78.第一实施方式的半导体电路1相对于跨阻放大器tia以及输入输出部io具备复制构成的跨阻放大器tiar以及输入输出部ior。跨阻放大器tiar以及输入输出部ior是将作为跨阻放大器tia的变频增益的误差重要因素的漏电流iio以及isw精确地模拟的电路。
79.差动输入模拟-数字转换电路11通过取得在跨阻放大器tia的输出电压vinp与跨阻放大器tiar的输出电压vinn之间的电压差，来除去跨阻放大器tia的输出电压vinp中的误差成分。而且，差动输入模拟-数字转换电路11将误差成分被除去的电压转换成数字值的输出信号dout。
80.在第一实施方式中，误差信号路径的跨阻放大器tiar以及输入输出部ior由相对于测定信号路径的跨阻放大器tia以及输入输出部io的复制电路构成。因此，在电源电压vdd变动，且漏电流变动的情况下，特别是在电源电压vdd变高，且漏电流增加的情况下，与测定信号路径中的漏电流的增加相应地，误差信号路径中的漏电流也增加。换言之，跨阻放大器tiar以及输入输出部ior具有与跨阻放大器tia及输入输出部io相同的电路元件以及电路常数。因此，在电源电压vdd变动的情况下，误差信号路径中的漏电流和测定信号路径中的漏电流也同样地变动，这些电流量大致一致。
81.此外，在温度变动且漏电流变动的情况下，也与测定信号路径中的漏电流的变动相应地，误差信号路径中的漏电流也同样地变动。即，在温度变动的情况下，误差信号路径中的漏电流和测定信号路径中的漏电流也同样地变动，这些电流量大致一致。
82.因而，通过取得在测定信号路径中的跨阻放大器tia的输出电压vinp与误差信号路径中的跨阻放大器tiar的输出电压vinn之间的电压差，能够除去在测定信号路径中由漏电流产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够将可变电阻电路vr的有效电阻值维持为规定的值。由此，在第一实施方式的半导体电路1中，能够与电源电压vdd以及温度的变动无关地，高精度地将输入电流转换成电压。
83.如上所述，根据第一实施方式的半导体电路1，能够实现可高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器。即，能够实现具有高精度的电流-电压转换特性的跨阻放大器。
84.上述的第一实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。第一实施方式能够以其他各种方式来实施。
85.2.第二实施方式
86.以下，对第二实施方式的半导体电路进行说明。在前述的第一实施方式中，跨阻放大器tia以及tiar的输出电压被输入到了差动输入模拟-数字转换电路，但在第二实施方式中，跨阻放大器tia以及tiar的输出电压经由差动输入/单端输出转换放大器被输入到单端输入的模拟-数字转换电路。在第二实施方式中，主要对与第一实施方式不同方面进行说明。未进行说明的其他构成以及动作与第一实施方式相同。
87.2.1半导体电路的构成
88.图6是表示第二实施方式的半导体电路的构成的电路图。半导体电路2具备两个跨阻放大器tia以及tiar、两个esd破坏保护用的输入输出部io以及ior、差动输入/单端输出转换放大器(或者差动输入放大电路)opd、单端输入的模拟-数字转换电路12以及输入端子we。
89.半导体电路2所具备的跨阻放大器tia以及tiar、输入输出部io以及ior与第一实施方式相同，因此省略说明。
90.跨阻放大器tia内的运算放大器op的输出端子经由电阻ra与差动输入/单端输出转换放大器opd的负输入端子连接。跨阻放大器tiar内的运算放大器opr的输出端子经由电阻ra与输出转换放大器opd的正输入端子连接。供给基准电压vb的电压源经由电阻rb与转换放大器opd的正输入端子连接。差动输入/单端输出转换放大器opd的输出端子经由电阻rb与转换放大器opd的负输入端子连接。
91.而且，差动输入/单端输出转换放大器opd的输出端子与模拟-数字转换电路12的输入端子连接。而且，从单端输入的模拟-数字转换电路12的输出端子输出输出信号dout。
92.2.2半导体电路的动作
93.以下，对第二实施方式的半导体电路2的动作进行说明。
94.测定信号路径的跨阻放大器tia及输入输出部io的动作、以及误差信号路径的跨阻放大器tiar及输入输出部ior的动作与前述的第一实施方式相同。因此，从跨阻放大器tia内的运算放大器op输出输出电压vinp，并从跨阻放大器tiar内的运算放大器opr输出输出电压vinn。
95.输出电压vinp被输入到差动输入/单端输出转换放大器opd的负输入端子，输出电压vinn被输入到转换放大器opd的正输入端子。转换放大器opd取得在输出电压vinp与输出电压vinn之间的电压差，并输出输出电压vout。即，转换放大器opd除去在输出电压vinp与输出电压vinn之间的同相信号成分，并输出同相信号成分被除去的输出电压vout。
96.模拟-数字转换电路12将模拟信号的输出电压vout转换成数字值，并输出输出信号dout。
97.通过以上，在第二实施方式中，能够与第一实施方式同样地除去由漏电流iio以及isw产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够得到基于电阻值rtia与传感器电流isen之积生成的输出信号dout。
98.2.3第二实施方式的效果
99.根据第二实施方式，能够提供具备能够高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器的半导体电路。
100.第二实施方式的半导体电路2相对于跨阻放大器tia以及输入输出部io具备复制构成的跨阻放大器tiar以及输入输出部ior。跨阻放大器tiar以及输入输出部ior是将作为跨阻放大器tia的变频增益的误差重要因素的漏电流iio以及isw精确地模拟的电路。
101.差动输入/单端输出转换放大器opd通过取得在跨阻放大器tia的输出电压vinp与跨阻放大器tiar的输出电压vinn之间的电压差，来除去跨阻放大器tia的输出电压vinp中的误差成分。而且，模拟-数字转换电路12将误差成分被除去的输出电压vout转换成数字值的输出信号dout。
102.在第二实施方式中，通过取得在测定信号路径中的跨阻放大器tia的输出电压vinp与误差信号路径中的跨阻放大器tiar的输出电压vinn之间的电压差，能够除去在测定信号路径中由漏电流产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够将可变电阻电路vr的有效电阻值维持为规定的值。由此，在第二实施方式的半导体电路2中，能够与电源电压vdd以及温度的变动无关地高精度地将输入电流转换成电压。
103.上述的第二实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。第二实施方式能够以其他各种方式来实施。
104.3.第三实施方式
105.以下，对第三实施方式的半导体电路3进行说明。在第三实施方式中，以分时的方式使一个跨阻放大器tia动作，并减去前后的输出信号，从而除去跨阻放大器tia的输出电压中的误差成分。在第三实施方式中，主要对与第一实施方式不同方面进行说明。未进行说明的其他构成以及动作与第一实施方式相同。
106.3.1半导体电路的构成
107.图7是表示第三实施方式的半导体电路3的构成的电路图。半导体电路3具备跨阻放大器tia、esd破坏保护用的输入输出部io、单端输入的模拟-数字转换电路12、开关电路31、存储电路32、减法器33以及输入端子we。
108.半导体电路3所具备的跨阻放大器tia、输入输出部io以及模拟-数字转换电路12与第一或者第二实施方式相同，因此省略说明。
109.在输入端子we与输入输出部io及跨阻放大器tia之间连接有开关电路31。跨阻放大器tia内的运算放大器op的输出端子与模拟-数字转换电路12的输入端子连接。模拟-数字转换电路12的输出端子经由存储电路32与减法器33连接。此外，模拟-数字转换电路12的输出端子不经由存储电路32而与减法器33连接。而且，从减法器33的输出端子输出输出信号dout。
110.3.2半导体电路的动作
111.以下，对第三实施方式的半导体电路3的动作进行说明。
112.在第三实施方式中，通过减去通过以下动作而得到的输出，来得到输出信号dout，所述动作是以分时的方式使跨阻放大器tia动作、由开关电路31为断开(或者非连接状态)时的动作、以及开关电路31为导通(或者连接状态)时的动作。
113.在下述中，分别将开关电路31为断开时的动作称作“断开状态动作”，将开关电路
31为导通时的动作称作“导通状态动作”。另外，断开状态动作相当于第一实施方式中的误差信号路径(或者复制电路)的动作，导通状态动作相当于第一实施方式中的测定信号路径的动作。
114.首先，开关电路31被设定为断开状态，并执行断开状态动作。在断开状态动作中，如下述那样地示出跨阻放大器tia内的运算放大器op的输出电压vout1。
115.在输入输出部io中产生漏电流iio，在跨阻放大器tia内的可变电阻电路vr中产生漏电流isw。
116.由此，由下述式(5)表示运算放大器op的输出电压vout1。
117.vout1＝vb+rtia
·
(iio+isw)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
118.输出电压vout1被输入到模拟-数字转换电路12。被输入到模拟-数字转换电路12的输出电压vout1从模拟信号被转换成数字信号，并被作为输出信号dout1输出。输出信号dout1被输入到存储电路32，并存储于存储电路32。由下述式(5a)表示输出信号dout1。
119.dout1＝d(vout1)
120.ꢀꢀꢀꢀꢀ
＝d(vb+rtia
·
(iio+isw))
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5a)
121.接下来，接着断开状态动作，开关电路31被设定为导通状态，并执行导通状态动作。在导通状态动作中，如下述那样地示出跨阻放大器tia内的运算放大器op的输出电压vout2。
122.如果开关电路31被设定为导通状态，则在跨阻放大器tia中流过电流isen，向运算放大器op的正输入端子供给基准电压vb。在导通状态动作中，与断开状态动作同样，也在输入输出部io产生漏电流iio，在跨阻放大器tia内的可变电阻电路vr中产生漏电流isw。
123.由此，下述式(6)表示运算放大器op的输出电压vout2。
124.vout2＝vb+rtia
·
(isen+iio+isw)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
125.输出电压vout2被输入到模拟-数字转换电路12。被输入到模拟-数字转换电路12的输出电压vout2从模拟信号被转换成数字信号，并作为输出信号dout2输出。输出信号dout2被输入到减法器33。由下述式(6a)表示输出信号dout2。
126.dout2＝d(vout2)
127.＝d(vb+rtia
·
(isen+iio+isw))(6a)
128.接下来，通过减法器33从输出信号dout2减去输出信号dout1，并输出输出信号dout。由下述式(7)(＝式(6a)－式(5a))表示输出信号dout。
129.dout＝dout2-dout1＝d(rtia
·
isen)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
130.由此，能够除去由漏电流iio以及isw产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够得到基于电阻值rtia与传感器电流isen之积生成的输出信号dout。
131.3.3第三实施方式的效果
132.根据第三实施方式，能够提供可高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器。
133.第三实施方式的半导体电路3在跨阻放大器tia以及输入输出部io与输入端子we之间具备开关电路31，并在模拟-数字转换电路12的输出级具备存储电路32以及减法器33。首先，将开关电路31设定为断开状态并使跨阻放大器tia动作。由此，由作为跨阻放大器tia的变频增益的误差的重要因素的漏电流iio以及isw产生的输出电压vout1从跨阻放大器tia输出。输出电压vout1通过模拟-数字转换电路12被转换成数字值的输出信号dout1，输
出信号dout1被存储于存储电路32。
134.接下来，将开关电路31设定为导通状态并使跨阻放大器tia动作。由此，由传感器电流isen、漏电流iio以及isw产生的输出电压vout2从跨阻放大器tia输出。输出电压vout2通过模拟-数字转换电路12被转换成数字值的输出信号dout2，输出信号dout2被输出到减法器33。而且，通过减法器33从输出信号dout2减去输出信号dout1，并除去输出信号dout2中的误差成分。然后，误差成分被除去的输出信号dout被从减法器33输出。
135.在第三实施方式中，通过从开关电路31为导通时的跨阻放大器tia的输出信号dout2减去开关电路31为断开时的跨阻放大器tia的输出信号dout1，能够除去在开关电路31为导通时由漏电流产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够将可变电阻电路vr的有效电阻值维持为规定的值。由此，在第三实施方式的半导体电路3中，能够不与电源电压vdd以及温度的变动无关地，高精度地将输入电流转换成电压。
136.而且，在第三实施方式中，无需设置包含跨阻放大器tiar的复制电路，因此与第一以及第二实施方式相比能够简化半导体电路3的电路构成。
137.上述的第三实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。第三实施方式能够以其他各种方式实施。
138.4.第四实施方式
139.以下，对第四实施方式的半导体电路进行说明。存在在跨阻放大器tia内的运算放大器op的负输入端子连接有用于测试跨阻放大器tia的动作的各种电路的情况。这里，示出检测跨阻放大器tia的故障的有无的故障检测电路与运算放大器op的负输入端子连接的例子。在第四实施方式中，主要对与第一实施方式不同方面进行说明。未进行说明的其他构成以及动作与第一实施方式相同。
140.4.1半导体电路的构成
141.图8是表示第四实施方式的半导体电路的构成的电路图。第四实施方式的半导体电路4除在第一实施方式中进行了说明的半导体电路1之外，还具备故障检测电路41、以及开关电路sw及swr。图8所示的半导体电路1与第一实施方式所示的半导体电路1相同，因此省略说明。
142.如图8所示，跨阻放大器tia内的运算放大器op的负输入端子经由开关电路sw与故障检测电路41连接。跨阻放大器tiar内的运算放大器opr的负输入端子经由开关电路swr与故障检测电路41连接。
143.故障检测电路41检测出跨阻放大器tia内的运算放大器op的负输入端子的电压(以下，第一检测电压)、以及跨阻放大器tiar内的运算放大器opr的负输入端子的电压(以下，称作第二检测电压)，并基于所检测出的第一检测电压以及第二检测电压，检测出跨阻放大器tia的故障的有无。
144.故障检测电路41例如具有模拟-数字转换电路以及判定电路。模拟-数字转换电路从跨阻放大器tia以及跨阻放大器tiar分别检测出第一以及第二检测电压，将第一以及第二检测电压分别转换成数字信号，并输出第一以及第二输出信号。判定电路与模拟-数字转换电路的后级。判定电路基于从模拟-数字转换电路输出的第一以及第二输出信号，对跨阻放大器tia是否正在正常地动作进行判定，并输出判定结果。
145.在运算放大器op的负输入端子与故障检测电路41之间连接有开关电路sw。开关电
路sw将运算放大器op的负输入端子与故障检测电路41间设定为连接状态(或者闭状态、导通状态)或者截断状态(或者开状态、断开状态)。
146.在运算放大器opr的负输入端子与故障检测电路41之间连接有开关电路swr。开关电路swr将运算放大器opr的负输入端子与故障检测电路41间设定为连接状态、或者截断状态。
147.开关电路swr具有与开关电路sw相同的电路构成。即，开关电路swr具有与开关电路sw相同的电路元件以及电路常数。开关电路sw以及swr分别例如由晶体管(例如mos电场效果晶体管)构成。
148.存在在开关电路sw以及swr各自产生漏电流iswa的情况。如上所述，开关电路swr具有与开关电路sw相同的电路构成。因此，在开关电路sw和开关电路swr中分别产生的漏电流iswa大致一致，即具有大致相同的电流值。
149.4.2半导体电路的动作
150.以下，对第四实施方式的半导体电路4的动作进行说明。
151.在图8所示的半导体电路1进行动作、并被通常地使用的的情况下，开关电路sw以及swr被设定为截断状态。
152.在半导体电路4中，在测定信号路径中的输入输出部io中产生漏电流iio，在可变电阻电路vr中产生漏电流isw，而且在开关电路sw中产生漏电流iswa。如果产生漏电流iio、isw以及iswa，则在可变电阻电路vr中流动的电流减少。因此，由于漏电流iio、isw以及iswa，可变电阻电路vr的有效电阻值产生误差。
153.另一方面，在复制电路(或者误差信号路径)中的输入输出部ior、可变电阻电路vrr以及开关电路swr中，与测定信号路径的输入输出部io、可变电阻电路vr以及开关电路sw同样地产生漏电流iio、isw以及iswa。
154.这里，复制电路中的输入输出部ior，可变电阻电路vrr以及开关电路swr具有与测定信号路径中的输入输出部io、可变电阻电路vr以及开关电路sw分别相同的电路构成。例如复制电路的输入输出部ior、可变电阻电路vrr以及开关电路swr的电路元件及其电路常数与测定信号路径的输入输出部io、可变电阻电路vr以及开关电路sw的电路元件及其电路常数分别相同。因此，在复制电路中产生的漏电流iio、isw以及iswa与在测定信号路径中产生的漏电流iio、isw以及iswa大致相同，即大致一致。
155.在这种情况下，由下述式表示从运算放大器op以及opr分别输出的输出电压vinp以及vinn。
156.vinp＝vb+rtia
·
isen-rtia
·
(iio+isw+iswa)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
157.vinn＝vb-rtia
·
(iio+isw+iswa)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
158.因而，由下述式(10)(＝式(8)-式(9))表示从差动输入模拟-数字转换电路11输出的输出信号dout。
159.dout＝d(vinp-vinn)＝d(rtia
·
isen)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
160.由此，能够除去由漏电流iio、isw以及iswa产生的可变电阻电路vr的有效电阻值的误差，能够得到基于电阻值rtia与传感器电流isen之积生成的输出信号dout。
161.另一方面，在半导体电路1进行动作，并且跨阻放大器tia的测试被执行的情况下，开关电路sw以及swr被设定为连接状态。在开关电路sw以及swr被设定为连接状态的情况
下，从开关电路sw以及swr分别产生漏电流。这里，如上所述，开关电路swr具有与开关电路sw相同的电路构成。例如开关电路swr的电路元件及其电路常数与开关电路sw的电路元件及其电路常数相同。因此，在开关电路swr中产生的漏电流iswa与在开关电路sw中产生的漏电流iswa大致相同，即大致一致。
162.经由开关电路sw向故障检测电路41输入跨阻放大器tia内的运算放大器op的负输入端子的第一检测电压，经由开关电路swr向故障检测电路41输入跨阻放大器tiar内的运算放大器opr的负输入端子的第二检测电压。故障检测电路41使用第一检测电压和第二检测电压，对由漏电流iswa产生的第一检测电压的电压值进行校正，并基于校正后的第一检测电压，检测出跨阻放大器tia是否存在故障。
163.4.3第四实施方式的效果
164.根据第四实施方式的半导体电路4，与第一实施方式同样，能够提供能够高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器。
165.而且，在第四实施方式的半导体电路4中，开关电路swr具有与开关电路sw相同的电路构成，因此在开关电路sw和开关电路swr中产生大致相同的漏电流iswa。在第四实施方式中，通过故障检测电路41，基于跨阻放大器tia的输入端子的第一检测电压以及跨阻放大器tiar的输入端子的第二检测电压，对由漏电流iio、isw以及iswa产生的第一检测电压的误差进行校正。由此，在第四实施方式中，基于校正后的第一检测电压，能够精确地检测出在跨阻放大器tia中是否存在故障。
166.上述的第四实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。第四实施方式能够以其他各种方式实施。
167.5.其他变形例等
168.对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种的形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等同的范围中。

技术特征：

1.一种半导体电路，其中，具备：第一跨阻放大器，具有第一输入端子、第二输入端子以及第一输出端子，所述第一输入端子被供给基准电压，所述第二输入端子被供给输入电流，所述第一跨阻放大器将所述输入电流转换成第一输出电压，并从所述第一输出端子输出所述第一输出电压；以及第二跨阻放大器，具有第三输入端子、第四输入端子以及第二输出端子，并具备与所述第一跨阻放大器相同的电路构成，所述第三输入端子被供给所述基准电压，所述第二跨阻放大器从所述第二输出端子输出第二输出电压。2.根据权利要求1所述的半导体电路，其中，还具备：第一esd保护电路，与所述第一跨阻放大器的所述第二输入端子连接；以及第二esd保护电路，与所述第二跨阻放大器的所述第四输入端子连接，并具有与所述第一esd保护电路相同的电路元件，所述第一跨阻放大器具有第一可变电阻电路，所述第一可变电阻电路连接于所述第二输入端子与所述第一输出端子之间，并构成为使电阻值能够可变，所述第二跨阻放大器具有第二可变电阻电路，所述第二可变电阻电路连接于所述第四输入端子与所述第二输出端子之间，并构成为使电阻值能够可变，并且具有与所述第一可变电阻电路相同的电路元件的。3.根据权利要求2所述的半导体电路，其中，所述第一esd保护电路以及所述第二esd保护电路均具有第一电路常数，所述第一可变电阻电路以及所述第二可变电阻电路均具有第二电路常数。4.根据权利要求2所述的半导体电路，其中，所述第一esd保护电路具有第一二极管以及第二二极管，所述第一二极管连接于被供给接地电压的接地电压节点与所述第二输入端子之间，所述第二二极管连接于所述第二输入端子与被供给电源电压的电源电压节点之间，所述第二esd保护电路具有第三二极管以及第四二极管，所述第三二极管连接于所述接地电压节点与所述第四输入端子之间，所述第四二极管连接于所述第四输入端子与所述电源电压节点之间。5.根据权利要求2所述的半导体电路，其中，所述第一esd保护电路具有第一晶体管以及第二晶体管，所述第一晶体管的栅极和漏极与被供给接地电压的接地电压节点连接，所述第一晶体管的源极与所述第二输入端子连接，所述第二晶体管的栅极和漏极与被供给电源电压的电源电压节点连接，所述第二晶体管的源极与所述第二输入端子连接，所述第二esd保护电路具有第三晶体管以及第四晶体管，所述第三晶体管的栅极和漏极与所述接地电压节点连接，所述第三晶体管的源极与所述第四输入端子连接，所述第四晶体管的栅极和漏极与所述电源电压节点连接，所述第四晶体管的源极与所述第四输入端子连接。6.根据权利要求2所述的半导体电路，其中，所述第一可变电阻电路具有多个第一电阻器、以及与所述多个第一电阻器连接的多个
第一晶体管，所述第二可变电阻电路具有多个第二电阻器、以及与所述多个第二电阻器连接的多个第二晶体管。7.根据权利要求1所述的半导体电路，其中，还具备：差动输入模拟-数字转换电路，除去在所述第一输出电压与所述第二输出电压之间的同相信号成分，并将被除去了所述同相信号成分的电压转换成数字值。8.根据权利要求1所述的半导体电路，其中，还具备：差动输入放大电路，除去所述第一输出电压与所述第二输出电压的同相信号成分。9.根据权利要求8所述的半导体电路，其中，还具备：模拟-数字转换电路，通过所述差动输入放大电路将被除去了所述同相信号成分的电压转换成数字值。10.根据权利要求1所述的半导体电路，其中，还具备：第一电路，与所述第一跨阻放大器的所述第二输入端子连接；以及第二电路，与所述第二跨阻放大器的所述第四输入端子连接，并具有与所述第一电路相同的电路元件。11.根据权利要求10所述的半导体电路，其中，所述第一电路包含第一开关电路，所述第二电路包含第二开关电路，所述第一开关电路以及所述第二开关电路均具有第三电路常数。12.根据权利要求11所述的半导体电路，其中，还具备：检测电路，与所述第一开关电路以及所述第二开关电路连接。13.一种半导体电路，其中，具备：跨阻放大器，具有第一输入端子、第二输入端子以及输出端子，所述第一输入端子被供给基准电压，所述第二输入端子被供给电流，所述跨阻放大器将所述电流转换成输出电压，并从所述输出端子输出所述输出电压；开关电路，向所述第二输入端子供给输入电流，或者截断所述输入电流的供给；模拟-数字转换电路，将所述输出电压转换成数字值，并输出信号；存储电路，存储从所述模拟-数字转换电路输出的所述信号；以及减法器，在所述模拟-数字转换电路所输出的信号中减去存储于所述存储电路的所述信号，在通过所述开关电路截断了所述输入电流向所述第二输入端子的供给的情况下，所述跨阻放大器输出第一输出电压，所述模拟-数字转换电路将所述第一输出电压转换成第一信号，所述存储电路存储所述第一信号，在通过所述开关电路向所述第二输入端子供给了所述输入电流的情况下，所述跨阻放大器输出第二输出电压，所述模拟-数字转换电路将所述第二输出电压转换成第二信号，所述减法器在所述第二信号中减去存储于所述存储电路的所述第一信号。

技术总结

本发明的实施方式提供具备能够高精度地将输入电流转换成电压的跨阻放大器的半导体电路。本实施方式的半导体电路具备：跨阻放大器TIA，具有第一输入端子、第二输入端子以及第一输出端子，第一输入端子被供给基准电压VB，第二输入端子被供给输入电流，所述跨阻放大器TIA将输入电流转换成输出电压VINP，并从第一输出端子输出输出电压VINP；以及跨阻放大器TIAr，具有第三输入端子、第四输入端子以及第二输出端子，并具备与跨阻放大器TIA相同的电路构成，第三输入端子被供给基准电压VB，所述跨阻放大器TIAr从第二输出端子输出输出电压VINN。VINN。VINN。