(57)【要約】【課題】体格の増大が抑制され、且つ湿度センサの検出精度の低下が抑制された容量式湿度検出装置を提供する。【解決手段】湿度の変化に応じて容量が変化する湿度センサと、該湿度センサの容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部と、該Ｃ−Ｖ変換部の出力信号を処理する信号処理部と、が同一の半導体基板に形成された容量式湿度検出装置であって、電源電圧を第１パルス信号に変換し、該第１パルス信号を信号処理部に入力することで、信号処理部を間欠駆動する間欠駆動部を有する。【選択図】図１
2010160032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度の変化に応じて容量が変化する湿度センサと、
該湿度センサの容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部と、
該Ｃ−Ｖ変換部の出力信号を処理する信号処理部と、が同一の半導体基板に形成された容量式湿度検出装置であって、
電源電圧を第１パルス信号に変換し、該第１パルス信号を前記信号処理部に入力することで、前記信号処理部を間欠駆動する間欠駆動部を有することを特徴とする容量式湿度検出装置。
【請求項２】
少なくとも１つの温度センサが、前記半導体基板に形成されており、
前記間欠駆動部は、前記温度センサの出力信号に基づいて、前記第１パルス信号のパルス周期を調整することを特徴とする請求項１に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項３】
前記温度センサは、前記半導体基板における前記信号処理部の形成領域内に形成された第１温度センサを有することを特徴とする請求項２に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項４】
前記温度センサは、前記半導体基板における前記湿度センサの形成領域の直下部位に形成された第２温度センサを有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項５】
前記温度センサは、前記半導体基板における信号処理部の形成領域及び湿度センサの形成領域と離反された離反領域に形成された第３温度センサを有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載に容量式湿度検出装置。
【請求項６】
前記半導体基板における、前記信号処理部の形成領域及び前記湿度センサの形成領域と、前記離反領域との間には、前記信号処理部及び前記湿度センサと前記第３温度センサとを熱的に分離するトレンチが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項７】
前記半導体基板に形成された外部電極には、前記半導体基板の周囲の温度を測定する周囲温度センサが接続されており、
前記間欠駆動部は、前記温度センサと前記周囲温度センサの出力信号に基づいて、前記第１パルス信号のパルス周期を調整することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項８】
前記信号処理部の出力信号を一定にするサンプルホールド部を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項９】
前記サンプルホールド部は、
増幅度が１のボルテージホロアー回路と、
一端が前記信号処理部の出力端子と接続され、他端が前記ボルテージホロアー回路の非反転入力端子と接続されたスイッチ部と、
一端が前記スイッチ部の出力端子と前記ボルテージホロアー回路の入力端子とを接続する配線と接続され、他端がグランドと接続された、前記スイッチ部の出力信号を一時的に保持するコンデンサと、を有することを特徴とする請求項８に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項１０】
前記サンプルホールド部は、
一端が前記信号処理部の出力端子と接続された、前記信号処理部の出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換部と、
一端が前記Ａ−Ｄ変換部の他端と接続された、前記Ａ−Ｄ変換部の出力信号をディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換部と、を有することを請求項９に記載の容量式湿度検出装置。
【請求項１１】
パルス周期が、前記第１パルス信号のパルス周期と同じであり、パルスの立ち上がりタイミングが、前記第１パルス信号の立ち上がりタイミングよりも遅く、パルスの立下りタイミングが、前記第１パルス信号の立下りタイミングよりも早い第２パルス信号を生成する生成部を有し、
前記スイッチ部は、前記第２パルス信号によって開閉制御されることを特徴とする請求項９に記載の容量式湿度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度を検出する容量式湿度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、物理量（例えば、湿度）の変化に応じて容量が変化するセンサ部（湿度センサ）と、ＣＭＯＳトランジスタ等からなる回路部（信号処理部）とが半導体基板に形成された、容量式物理量検出装置（容量式湿度検出装置）が提案されている。このように、特許文献１に示される容量式湿度検出装置は、湿度センサと信号処理部とが同一の半導体基板に形成されているので、湿度センサと信号処理部それぞれが別の半導体基板に形成された容量式湿度検出装置と比べて、体格の増大が抑制された容量式湿度検出装置となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５８０８４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、上記したように、特許文献１では、同一の半導体基板に湿度センサと信号処理部が形成されている。したがって、連続駆動によって信号処理部で発生した熱が、半導体基板を介して湿度センサに伝わり、湿度センサが発熱する虞がある。湿度センサが発熱すると、湿度センサにおける水分を吸収する感湿膜の水分が蒸発し、これによって感湿膜の誘電率が変動し、湿度センサの検出精度が低下する虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、体格の増大が抑制され、且つ湿度センサの検出精度の低下が抑制された容量式湿度検出装置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】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、湿度の変化に応じて容量が変化する湿度センサと、該湿度センサの容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部と、該Ｃ−Ｖ変換部の出力信号を処理する信号処理部と、が同一の半導体基板に形成された容量式湿度検出装置であって、電源電圧を第１パルス信号に変換し、該第１パルス信号を信号処理部に入力することで、信号処理部を間欠駆動する間欠駆動部を有することを特徴する。
【０００７】
このように本発明によれば、湿度センサと信号処理部とが同一の半導体基板に形成されている。したがって、湿度センサと信号処理部それぞれが別の半導体基板に形成された容量式湿度検出装置と比べて、体格の増大が抑制された容量式湿度検出装置となっている。また、信号処理部を間欠駆動する間欠駆動部を有している。したがって、連続駆動による信号処理部の発熱が抑制され、この発熱による湿度センサの検出精度の低下が抑制された容量式湿度検出装置ともなっている。
【０００８】
請求項２に記載のように、少なくとも１つの温度センサが、半導体基板に形成されており、間欠駆動部は、温度センサの出力信号に基づいて、第１パルス信号のパルス周期を調整する構成が好適である。
【０００９】
これによれば、半導体基板の温度に応じて、信号処理部の駆動状態を調整し、ひいては、信号処理部の温度（湿度センサの温度）を調整することができる。すなわち、信号処理部の発熱をより効果的に抑制し、湿度センサの検出精度の低下をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
請求項３に記載のように、温度センサは、半導体基板における信号処理部の形成領域内に形成された第１温度センサを有する構成が好ましい。これにより、発熱源である信号処理部の温度に基づいて、第１パルス信号のパルス周期を調整することができる。
【００１１】
請求項４に記載のように、温度センサは、半導体基板における湿度センサの形成領域の直下部位に形成された第２温度センサを有する構成が好ましい。これにより、信号処理部の熱の影響を受ける湿度センサの温度に基づいて、第１パルス信号のパルス周期を調整することができる。
【００１２】
請求項５に記載のように、温度センサは、半導体基板における信号処理部の形成領域及び湿度センサの形成領域と離反された離反領域に形成された第３温度センサを有する構成が好ましい。
【００１３】
これによれば、半導体基板の周囲の温度（以下、単に周囲温度と示す）と信号処理部の温度、若しくは、周囲温度と湿度センサの温度に基づいて、第１パルス信号のパルス周期を調整することができる。すなわち、信号処理部、若しくは湿度センサの発熱に応じて、信号処理部の駆動状態を調整することができる。
【００１４】
請求項６に記載のように、半導体基板における、信号処理部の形成領域及び湿度センサの形成領域と、離反領域との間には、信号処理部及び湿度センサと第３温度センサとを熱的に分離するトレンチが形成された構成が良い。これにより、発熱源である信号処理部の熱が、半導体基板を介して第３温度センサに伝わることを抑制することができる。また、発熱源の影響をうける湿度センサの熱が、半導体基板を介して第３温度センサに伝わることを抑制することができる。したがって、第３温度センサにおける周囲温度の検出精度を向上することができる。
【００１５】
請求項７に記載のように、半導体基板に形成された外部電極には、半導体基板の周囲の温度を測定する周囲温度センサが接続されており、間欠駆動部は、温度センサと周囲温度センサの出力信号に基づいて、第１パルス信号のパルス周期を調整する構成が良い。これによれば、請求項５に記載の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００１６】
請求項８に記載のように、信号処理部の出力信号を一定にするサンプルホールド部を有する構成が好ましい。これによれば、容量式湿度検出装置から出力される出力信号の周期と、容量式湿度検出装置の後段に設けられた回路（例えばＥＣＵ）のサンプリング周期とを同期するための同期回路を、上記した回路に設けなくとも良く、回路の構成を簡素化することができる。
【００１７】
このようなサンプルホールド部の具体的な構成としては、請求項９に記載のように、サンプルホールド部は、増幅度が１のボルテージホロアー回路と、一端が信号処理部の出力端子と接続され、他端がボルテージホロアー回路の入力端子と接続されたスイッチ部と、一端がスイッチ部の出力端子とボルテージホロアー回路の入力端子とを接続する配線と接続され、他端がグランドと接続された、スイッチ部の出力信号を一時的に保持するコンデンサと、を有する構成を採用することができる。また、請求項１０に記載のように、サンプルホールド部は、一端が信号処理部の出力端子と接続された、信号処理部の出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換部と、一端がＡ−Ｄ変換部の他端と接続された、Ａ−Ｄ変換部の出力信号をディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換部と、を有する構成を採用することもできる。
【００１８】
請求項１１に記載のように、パルス周期が、第１パルス信号のパルス周期と同じであり、パルスの立ち上がりタイミングが、第１パルス信号の立ち上がりタイミングよりも遅く、パルスの立下りタイミングが、第１パルス信号の立下りタイミングよりも早い第２パルス信号を生成する生成部を有し、スイッチ部は、第２パルス信号によって開閉制御される構成が好ましい。これによれば、スイッチ部が閉じた状態（信号処理部とコンデンサとが接続された状態）において、信号処理部から電圧レベルがＬｏｗレベルの出力信号がコンデンサに入力され、これによってコンデンサに蓄積された電荷（湿度センサで検出された電気容量に比例する検出電圧）が変動することを抑制することができる。すなわち、湿度センサの検出精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る容量式湿度検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】半導体基板の概略構成を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】通常動作時における容量式湿度検出装置のタイミングチャート図である。
【図５】信号処理部が発熱している時における容量式湿度検出装置のタイミングチャート図である。
【図６】生成部の出力信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングを説明するための波形図である。
【図７】能動素子と温度センサの変形例を示す断面図である。
【図８】温度センサの変形例を示す断面図である。
【図９】周囲温度センサと半導体基板との接続を説明するための断面図である。
【図１０】トレンチを説明するための断面図である。
【図１１】サンプルホールド部の変形例を示すブロック図である。
【図１２】サンプルホールド部の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る容量式湿度検出装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、半導体基板の概略構成を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、通常動作時における容量式湿度検出装置のタイミングチャート図である。図５は、信号処理部が発熱している時における容量式湿度検出装置のタイミングチャート図である。図６は、生成部の出力信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングを説明するための波形図である。なお、図１においては、後述する間欠駆動部３０を構成する制御部３２の出力信号Ｓ１、第１スイッチ３１の出力信号Ｓ２、回路部２０を構成する信号処理部２３の出力信号Ｓ３それぞれを破線矢印で示し、生成部６０の出力信号Ｓ４を一点鎖線矢印で示す。また、図４及び図５においては、煩雑となることを避けるために、出力信号Ｓ１を省略している。
【００２１】
先ず、図１に示す出力信号Ｓ１〜Ｓ５の概略を図４に基づいて説明しておく。出力信号Ｓ１〜Ｓ３は、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１のパルス信号である。出力信号Ｓ４は、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１よりも狭いＬ２であり、パルスの立ち上がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも遅く、パルスの立ち下がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも早いパルス信号である。出力信号Ｓ５は、振幅が一定の信号である。出力信号Ｓ２及び出力信号Ｓ４それぞれの振幅の最大値（Ｈｉｇｈレベルの電圧レベル、若しくはパルスの振幅）は、電源８０の電圧Ｖ０と等しく、出力信号Ｓ３及び出力信号Ｓ５それぞれの振幅の最大値は、湿度センサ１０で検出された電気容量に比例する電圧Ｖ１と等しい。出力信号Ｓ１の振幅の最大値は、第１スイッチ３１を開閉制御することができる値であれば良く、特に限定されない。なお、出力信号Ｓ２が、特許請求の範囲に記載の第１パルス信号に相当し、出力信号Ｓ４が、特許請求の範囲に記載の第２パルス信号に相当する。
【００２２】
以下、容量式湿度検出装置１００の概略構成を図１に基づいて説明する。容量式湿度検出装置１００は、要部として、湿度の変化に応じて容量が変化する湿度センサ１０と、該湿度センサ１０の出力信号を処理する回路部２０と、該回路部２０を構成する信号処理部２３を間欠駆動する間欠駆動部３０と、を有している。さらに、本実施形態では、温度センサ４０（第１温度センサ４１、第３温度センサ４２）と、温度センサ４０の出力信号を比較する比較部５０と、パルス周期が出力信号Ｓ２，Ｓ３と等しく、パルスの立ち上がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも遅く、立ち下がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも早い出力信号Ｓ４を生成し出力する生成部６０と、出力信号Ｓ３を一定とするサンプルホールド部７０と、を有している。湿度センサ１０、回路部２０を構成するＣ−Ｖ変換部２２、及び間欠駆動部３０を構成する制御部３２は、電源８０の電圧Ｖ０を駆動電圧とし、信号処理部２３は、間欠駆動部３０（第１スイッチ３１）の出力信号Ｓ２を駆動電圧としている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、湿度センサ１０と回路部２０は、半導体基板９０に形成されている。本実施形態に係る半導体基板９０は、単結晶シリコンからなり、表面に酸化シリコン膜９１が形成されている。
【００２４】
湿度センサ１０は、半導体基板９０の表面に形成された、対をなす櫛歯状の検出電極１１と、検出電極１１とは櫛歯の長さや、櫛歯の本数などが異なる、対をなす櫛歯状の参照電極１２と、これら電極１１，１２を保護する保護膜１３と、半導体基板９０の周囲の水分を吸脱する感湿膜１４と、を備える。感湿膜１４は、保護膜１３における、検出電極１１及び参照電極１２上に形成されている。検出電極１１及び参照電極１２によって構成されるコンデンサそれぞれの容量は、感湿膜１４に吸収された水分量に応じてコンデンサそれぞれの誘電率が変化するので、水分量に応じて変化する構成となっている。しかしながら、上記したように、検出電極１１と参照電極１２は、構成が異なるので、感湿膜１４に吸収された水分量の変化に対する容量の変化も異なる。したがって、参照電極１２の容量の変化と、検出電極１１の容量の変化とを比較することで、水分量（湿度）の変化を検出することができるようになっている。湿度センサ１０の出力信号は、回路部２０及びサンプルホールド部７０を介して、外部電極１５から外部へ出力される。なお、湿度を検出する構成としては、上記例に限定されず、例えば、櫛歯状の検出電極１１と、該検出電極１１と同様の構成を有する参照電極１２と、電極１１，１２を保護する保護膜１３と、保護膜１３における検出電極１１上に形成された感湿膜１４と、を備える構成を採用することができる。この場合、参照電極１２の容量は、感湿膜１４が設けられていないので、水分量に応じて変化しない構成となっている。したがって、参照電極１２の容量を参照容量として、該参照容量と検出電極１１の容量とを比較することで、水分量（湿度）の変化を検出することができる。
【００２５】
回路部２０は、湿度センサ１０の出力信号を処理するものであり、ＭＯＳトランジスタ２１などの能動素子が数万〜数十万集積されて形成される。回路部２０は、容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部２２と、該Ｃ−Ｖ変換部２２の出力信号を処理する信号処理部２３と、を備える。Ｃ−Ｖ変換部２２は、検出電極１１の容量に比例する電荷と、参照電極１２の容量に比例する電荷との差分を、電圧に変換して出力するものである。信号処理部２３は、Ｃ−Ｖ変換部２２の出力信号を増幅し、温度センサ４０によって測定された温度に基づいて、Ｃ−Ｖ変換部２２の出力信号の温度補正を行うものである。なお、Ｃ−Ｖ変換部２２の具体的な構成は、特開２００６−５８０８４号公報に詳説されているので、本実施形態においては、その記載を省略する。また、図１においては、煩雑となることを避けるために、温度センサ４０と信号処理部２３との電流経路を省略している。
【００２６】
間欠駆動部３０は、信号処理部２３を間欠駆動するものである。本実施形態に係る間欠駆動部３０は、電源８０と信号処理部２３との接続を制御する第１スイッチ３１と、該第１スイッチ３１の開閉状態を制御する制御部３２と、を有する。第１スイッチ３１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ドレイン側の端子が電源８０と接続され、ソース側の端子が信号処理部２３及び生成部６０と接続され、ゲート電極が制御部３２と接続されている。該ゲート電極に、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１である制御部３２の出力信号Ｓ１が入力されると、第１スイッチ３１のソースとドレインとが、パルス周期Ｔの間隔で接続され、パルス幅Ｌ１の間接続される。すなわち、電源８０と信号処理部２３、及び電源８０と生成部６０が、パルス周期Ｔの間隔で接続され、パルス幅Ｌ１の間接続される。これにより、第１スイッチ３１から、振幅の最大値が電源８０の電圧Ｖ０であり、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１である出力信号Ｓ２が出力され、出力信号Ｓ２が信号処理部２３及び生成部６０に入力されるようになっている。上記したように、信号処理部２３は、出力信号Ｓ２を駆動電圧としているので、信号処理部２３は、パルス周期Ｔの間隔で駆動し、パルス幅Ｌ１の間駆動することとなる。これにより、信号処理部２３から、Ｃ−Ｖ変換部２２の出力信号が増幅され、且つ温度補正された、振幅の最大値が湿度センサ１０で検出された電気容量に比例する電圧Ｖ１であり、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１である出力信号Ｓ３が出力される。
【００２７】
温度センサ４０は、半導体基板９０の温度を測定するものである。本実施形態に係る温度センサ４０は、図３に示すように、半導体基板９０における信号処理部２３の形成領域内に形成された第１温度センサ４１と、半導体基板９０における信号処理部２３の形成領域及び湿度センサ１０の形成領域と離反された離反領域に形成された第３温度センサ４２と、を有している。本実施形態に係る温度センサ４１，４２は、ＰＮ接合における順方向に電流を流した時に生じる順方向電圧の温度特性に基づいて、温度を測定するものである。上記したように、半導体基板９０はシリコンによって形成されているので、これら温度センサ４１，４２の順方向電圧は、温度が１℃上昇するたびに、２．５ｍＶ低下する温度特性を有している。このような温度センサ４０は、回路部２０とともに半導体基板９０に作りこむことができるので、半導体基板９０以外に温度センサが設けられた構成と比べて、製造工程が簡素化された構成となっている。なお、温度センサ４０としては、上記したＰＮ接合の順方向電圧の温度特性に基づくものに限らず、例えば、サーミスタなどを採用することができる。
【００２８】
比較部５０は、複数の温度センサ４０の出力信号を比較するものである。本実施形態に係る比較部５０は、差動増幅回路によって形成されており、第１温度センサ４１の出力信号Ｕ１、第３温度センサ４２の出力信号Ｕ３の差分である、Ｕ１−Ｕ３を増幅した出力信号を、間欠駆動部３０の制御部３２に入力する。制御部３２は、Ｕ１−Ｕ３≦０の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１に設定し、Ｕ１−Ｕ３＞０の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１よりも長いＴ２に設定するようにしている。すなわち、信号処理部２３の温度が周囲温度以下の場合に、信号処理部２３の駆動時間を所定時間に設定し、信号処理部２３の温度が周囲温度よりも高い（信号処理部２３が発熱している）場合に、信号処理部２３の駆動時間を所定時間よりも短くするようにしている。図４においては、信号処理部２３が周辺温度以下の時における出力信号Ｓ２〜Ｓ４を示し、図５においては、信号処理部２３が発熱した時における出力信号Ｓ２〜Ｓ４を示している。すなわち、図４は、パルス周期がＴ１の出力信号Ｓ２〜Ｓ４を示し、図５は、パルス周期がＴ２の出力信号Ｓ２〜Ｓ４を示している。図４及び図５に示すように、パルス周期Ｔ２が所定値Ｔ１に比べて長いことがわかる。
【００２９】
生成部６０は、出力信号Ｓ２に基づいて、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１よりも狭いＬ２であり、パルスの立ち上がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも遅く、パルスの立ち下がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも早いパルス信号を生成し出力するものである。図４〜図６に示すように、出力信号Ｓ４は、出力信号Ｓ２，Ｓ３の電圧レベルがＨｉｇｈレベルの時に、出力信号Ｓ４の電圧レベルが必ずＨｉｇｈレベルとなっている。これにより、サンプルホールド部７０を構成する第２スイッチ７２が閉状態となっている時（出力信号Ｓ４の電圧レベルがＨｉｇｈレベルの時）にのみ、出力信号Ｓ３の電圧レベルがＨｉｇｈレベルの信号Ｖ１が、サンプルホールド部７０を構成するボルテージホロアー回路７１及びコンデンサ７３に入力されるようになっている。
【００３０】
サンプルホールド部７０は、信号処理部２３の出力信号を一定にするものである。本実施形態に係るサンプルホールド部７０は、図１に示すように、増幅度が１のボルテージホロアー回路７１と、信号処理部２３とボルテージホロアー回路７１との接続を制御する第２スイッチ７２と、第２スイッチ７２の出力信号を一時的に保持するコンデンサ７３と、を有している。第２スイッチ７２は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ドレイン側の端子が信号処理部２３の出力端子と接続され、ソース側の端子がボルテージホロアー回路７１の非反転入力端子、及びコンデンサ７３の一端と接続され、ゲート電極が生成部６０と接続されている。該ゲート電極に、生成部６０の出力信号Ｓ４が入力されると、信号処理部２３とボルテージホロアー回路７１、及び信号処理部２３とコンデンサ７３とが、パルス周期Ｔの間隔で接続され、パルス幅Ｌ２の間接続される。上記したように、第２スイッチ７２が閉状態となっている時にのみ、ボルテージホロアー回路７１とコンデンサ７３に、出力信号Ｓ３の電圧レベルがＨｉｇｈレベルの信号Ｖ１が入力されるので、サンプルホールド部７０における、第２スイッチ７２のソース側の端子の後段側は、常に、信号Ｖ１が入力されることとなる。また、第２スイッチ７２が開状態となっても、コンデンサ７３によって信号Ｖ１は一時的に保持されるので、第２スイッチ７２のソース側の端子の後段側の電圧は、常にＶ１に保たれるようになっている。上記したように、ボルテージホロアー回路７１の増幅度は１なので、ボルテージホロアー回路７１の入力電圧と出力電圧は等しい。これにより、ボルテージホロアー回路７１の出力端子から、信号の値が一定値Ｖ１の出力信号Ｓ５が出力されるようになっている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る容量式湿度検出装置１００の作用効果を説明する。上記したように、湿度センサ１０とＭＯＳトランジスタ２１によって形成される回路部２０とが同一の半導体基板９０に形成されている。したがって、容量式湿度検出装置１００は、湿度センサと回路部それぞれが別の半導体基板に形成された容量式湿度検出装置と比べて、体格の増大が抑制された容量式湿度検出装置となっている。また、信号処理部２３を間欠駆動する間欠駆動部３０を有している。したがって、連続駆動による信号処理部２３の発熱が抑制され、この発熱による湿度センサ１０の検出精度の低下が抑制された容量式湿度検出装置ともなっている。
【００３２】
また、本実施形態に係る容量式湿度検出装置１００は、温度センサ４０と、該温度センサ４０の出力信号を比較する比較部５０と、を有し、制御部３２は、比較部５０の出力信号に基づいて、パルス周期Ｔを設定している。これにより、半導体基板９０の温度に応じて、信号処理部２３の駆動状態を調整し、ひいては、信号処理部２３の温度（湿度センサ１０の温度）を調整することができる。すなわち、信号処理部２３の発熱を抑制し、湿度センサ１０の検出精度の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、制御部３２は、第１温度センサ４１の出力信号Ｕ１と、第３温度センサ４２の出力信号Ｕ３の差分であるＵ１−Ｕ３が０以下の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１に設定し、Ｕ１−Ｕ３が０よりも大きい場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１よりも長いＴ２に設定している。すなわち、信号処理部２３の温度が周囲温度以下の場合に、信号処理部２３の駆動時間を所定時間に設定し、信号処理部２３の温度が周囲温度よりも高い（信号処理部２３が発熱している）場合に、信号処理部２３の駆動時間を所定時間よりも短くするようにしている。これにより、信号処理部２３の発熱が抑制された構成となっている。
【００３４】
本実施形態では、信号処理部２３の出力信号Ｓ３を一定にし、信号の値が一定値Ｖ１の出力信号Ｓ５を出力するサンプルホールド部７０を有している。これによれば、容量式湿度検出装置１００から出力される出力信号の周期と、容量式湿度検出装置１００の後段に設けられた回路（例えばＥＣＵ）のサンプリング周期とを同期するための同期回路を、上記した回路に設けなくとも良く、回路の構成を簡素化することができる。
【００３５】
本実施形態では、出力信号Ｓ２に基づいて、パルス周期がＴであり、パルス幅がＬ１よりも狭いＬ２であり、パルスの立ち上がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも遅く、パルスの立ち下がりタイミングが出力信号Ｓ２，Ｓ３よりも早い出力信号Ｓ４を生成し、出力する生成部６０を有している。これにより、サンプルホールド部７０を構成する第２スイッチ７２が閉状態となっている時（出力信号Ｓ４の電圧レベルがＨｉｇｈレベルの時）にのみ、出力信号Ｓ３の電圧レベルがＨｉｇｈレベルの信号Ｖ１が、サンプルホールド部７０を構成するボルテージホロアー回路７１及びコンデンサ７３に入力されるようになっている。これにより、第２スイッチ７２が閉じた状態において、信号処理部２３から出力信号Ｓ３における電圧レベルがＬｏｗレベルの信号がコンデンサ７３に入力され、これによってコンデンサ７３に蓄積された電荷（湿度センサ１０で検出された電気容量に比例する電圧Ｖ１）が変動することを抑制することができる。すなわち、湿度センサ１０の検出精度の低下を抑制することができる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３７】
本実施形態では、回路部２０がＭＯＳトランジスタ２１によって形成される例を示した。しかしながら、回路部２０を形成する能動素子としてはＭＯＳトランジスタ２１に限定されず、例えば、図７に示すように、ＣＭＯＳトランジスタ２４を採用することもできる。他には、例えばバイポーラトランジスタやＩＧＢＴ等を採用することもできる。
【００３８】
本実施形態では、温度センサ４０が、半導体基板９０における信号処理部２３の形成領域内に形成された第１温度センサ４１と、信号処理部２３の形成領域、及び湿度センサ１０の形成領域と離反された離反領域に形成された第３温度センサ４２と、を有する例を示した。しかしながら、温度センサ４０は、図７に示すように、半導体基板９０における湿度センサ１０の形成領域の直下部位に形成された第２温度センサ４３と、上記した第３温度センサ４２と、を有する構成を採用することもできる。この場合、比較部５０は、第２温度センサ４３の出力信号Ｕ２、第３温度センサ４２の出力信号Ｕ３の差分である、Ｕ２−Ｕ３を増幅した出力信号を、間欠駆動部３０の制御部３２に入力する。制御部３２は、Ｕ２−Ｕ３≦０の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１に設定し、Ｕ２−Ｕ３＞０の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１よりも長いＴ２に設定する。すなわち、湿度センサ１０の温度が周囲温度以下の場合に、信号処理部２３の駆動時間を所定時間に設定し、湿度センサ１０の温度が周囲温度よりも高い（信号処理部２３が発熱している）場合に、信号処理部２３の駆動時間を所定時間よりも短くする。図７は、能動素子と温度センサの変形例を示す断面図である。
【００３９】
また、図８に示すように、温度センサ４０が、第１温度センサ４１と第２温度センサ４３を有する構成としても良い。この場合、比較部５０は、出力信号Ｕ１と出力信号Ｕ２の差分である、Ｕ１−Ｕ２を増幅した出力信号を、間欠駆動部３０の制御部３２に入力する。制御部３２は、Ｕ１−Ｕ２≦０の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１に設定し、Ｕ１−Ｕ２＞０の場合にパルス周期Ｔを所定値Ｔ１よりも長いＴ２に設定する。図８は、温度センサの変形例を示す断面図である。
【００４０】
また、図９に示すように、周囲温度を測定する構成としては、外部電極１５に、周囲温度を測定する周囲温度センサ４４が接続された構成を採用することもできる。これにより、発熱源である信号処理部２３と周囲温度センサ４４とが、熱的に分離された構成となるので、信号処理部２３の熱の影響が抑制された周囲温度を測定することができる。この場合、制御部３２は、出力信号Ｕ１と周囲温度センサ４４の出力信号Ｕ４の差分に基づいて、パルス周期Ｔを決定する。図９は、周囲温度センサと半導体基板９０との接続を説明するための断面図である。
【００４１】
なお、図９においては、温度センサ４０が第１温度センサ４１を有する例を示したが、第１温度センサ４１の代わりに、第２温度センサ４３を有する構成としても良い。この場合、制御部３２は、出力信号Ｕ２と出力信号Ｕ４の差分に基づいて、パルス周期Ｔを決定する。
【００４２】
発熱源である信号処理部２３の熱の影響が抑制された周囲温度を測定する構成としては、図１０に示すように、半導体基板９０における、信号処理部２３及び湿度センサ１０の形成領域と、分離領域との間に、トレンチ９２が設けられた構成を採用することもできる。これにより、発熱源である信号処理部２３の熱が、半導体基板９０を介して第３温度センサ４２に伝わることを抑制することができる。また、発熱源の影響を受ける湿度センサ１０の熱が、半導体基板９０を介して第３温度センサ４２に伝わることを抑制することができる。これにより、信号処理部２３の熱の影響が抑制された周囲温度を測定することができる。図１０は、トレンチを説明するための断面図である。
【００４３】
本実施形態では、第１スイッチ３１及び第２スイッチ７２が、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである例を示した。しかしながら、電圧レベルがＨｉｇｈレベルの信号の入力によって、閉状態となるスイッチの構成としては、上記例に限定されない。例えば、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタと、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタと、信号のレベルを反転する反転回路と、を有するスイッチを採用することができる。このスイッチは、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート電極に直接信号が入力され、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート電極に反転回路を介して信号が入力され、それぞれのソースが互いに接続され、それぞれのドレインが互いに接続されるようになっている。これにより、電圧レベルがＨｉｇｈレベルの信号の入力によって、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ及びＰチャネル型ＭＯＳトランジスタが同時に閉状態となり、ソースとドレインとが接続される。
【００４４】
Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタが閉状態となると、ソースとドレイン間の抵抗であるオン抵抗が上昇するが、これに対して、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタのオン抵抗は下降する。したがって、スイッチを、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのみで構成した場合、電圧レベルがＨｉｇｈレベルの信号が入力されている状態においては、スイッチの抵抗に相当するオン抵抗が上昇し続けることとなるが、上記した変形例を採用した場合、スイッチの抵抗は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのオン抵抗とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのオン抵抗とによって決定されるので、ゲート電極に入力される信号によるスイッチの抵抗の変化を抑制することができる。
【００４５】
本実施形態では、サンプルホールド部７０が、増幅度が１のボルテージホロアー回路７１と、信号処理部２３とボルテージホロアー回路７１との接続を制御する第２スイッチ７２と、第２スイッチ７２の出力信号を一時的に保持するコンデンサ７３と、を有する例を示した。しかしながら、図１１に示すように、信号処理部２３の出力信号Ｓ３を一定とするサンプルホールド部７０としては、信号処理部２３の出力信号Ｓ３をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換部７４と、Ａ−Ｄ変換部７４の出力信号をディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換部７５と、を有する構成を採用することもできる。図１１は、サンプルホールド部の変形例を示すブロック図である。
【００４６】
以下、Ａ−Ｄ変換部７４、及びＤ−Ａ変換部７５が４ビットの場合を例として、図１２に基づいてサンプルホールド部７０の駆動を説明する。Ｄ−Ａ変換部７５は、電源８０と出力端子との接続を制御する４つのスイッチ７６ａ〜７６ｄと、電源８０とグランドとを接続する電源配線８１に設けられた４つの抵抗７７ａ〜７７ｄと、電源配線８１と各スイッチ７６ａ〜７６ｄのソース側の端子とを接続する配線に設けられた４つの抵抗７８ａ〜７８ｄと、を有する。スイッチ７６ａ〜７６ｄは、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ソース側の端子が電源配線８１と接続され、ドレイン側の端子が出力端子と接続され、ゲート電極がＡ−Ｄ変換部７４と接続されている。抵抗７７ａ〜７７ｄそれぞれは、スイッチ７６ａ〜７６ｄにおけるドレイン側の端子と電源配線８１との交点の間、及び、スイッチ７６ｄにおけるソース側の端子と電源配線８１との交点と、グランドとの間に設けられている。スイッチ７６ａ〜７６ｄそれぞれのゲート電極に、出力信号Ｓ３の信号に基づいて決定された、Ａ−Ｄ変換部７４の出力信号、例えば[００１０]が入力されると、４つのスイッチ７６ａ〜７６ｄの内、スイッチ７６ｃのみが閉状態となり、抵抗７７ａ，７７ｂ，７８ｃを介して、電源８０と出力端子とが接続される。すると、スイッチ７６ｃから出力される信号の電圧レベルが一意的に決定され、この決定された電圧レベルを有する信号が、Ａ−Ｄ変換部７４から出力されるようになっている。これにより、サンプルホールド部７０の出力端子から、信号の値が一定の出力信号が出力されるようになっている。なお、出力される信号の振幅が湿度センサ１０で検出された電気容量に比例する電圧Ｖ１と等しくなるように、Ａ−Ｄ変換部７４の出力信号、抵抗７７ａ〜７７ｄ、及び抵抗７８ａ〜７８ｄの抵抗値は調整されている。図１２は、サンプルホールド部の概略構成を示すブロック図である。
【００４７】
なお、上記したＡ−Ｄ変換部７４、及びＤ−Ａ変換部７５は、コンデンサを用いずに形成すると良い。コンデンサを有する場合、コンデンサの電荷漏れなどによって、コンデンサに蓄積された電荷（湿度センサ１０で検出された電気容量に比例する電圧Ｖ１）が変動する虞がある。したがって、Ａ−Ｄ変換部７４、及びＤ−Ａ変換部７５を、コンデンサを用いずに形成することで、上記した不具合が生じることを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・湿度センサ
２０・・・回路部
２２・・・Ｃ−Ｖ変換部
２３・・・信号処理部
３０・・・間欠駆動部
４０・・・温度センサ
５０・・・比較部
６０・・・生成部
７０・・・サンプルホールド部
８０・・・電源
９０・・・半導体基板
１００・・・容量式湿度検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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