(57)【要約】  複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することを目的として、第１の共振周波数を有する発振回路（１）と、第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する発振回路（２）と、発振回路（１）および発振回路（２）それぞれの発振周波数を検出する検出回路（４）と、を備えている。
2017077782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の物性の変化に応じて発振周波数が変化する発振回路を備えているセンサ回路であって、
第１の共振周波数を有する第１の発振回路と、
前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２の発振回路と、
前記第１および第２の発振回路それぞれの発振周波数を検出する検出部と、を備えていることを特徴とするセンサ回路。
【請求項２】
前記第１の発振回路が動作するとともに、前記第２の発振回路が前記第１の発振回路の発振周波数の信号を分周または倍周して出力する第１の動作状態と、
前記第１の発振回路が停止するとともに、前記第２の発振回路が第２の共振周波数に基づく発振周波数で発振する第２の動作状態とを、
前記第１の発振回路に入力される制御信号に応じて切替可能であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ回路。
【請求項３】
前記第１の動作状態では、前記第１の発振回路の出力信号が同期信号として前記第２の発振回路に入力されることにより、前記第２の発振回路は、前記第１の発振回路の発振周波数の信号を分周して出力する分周回路として動作することを特徴とする請求項２に記載のセンサ回路。
【請求項４】
前記第１の発振回路および前記第２の発振回路は、それぞれ、基板とインダクタとを備えており、
前記インダクタは、前記基板の最表面の層に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のセンサ回路。
【請求項５】
前記第１の発振回路および前記第２の発振回路は、それぞれ、キャパシタを備えており、
前記キャパシタは、櫛形電極によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のセンサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波発振器を備えており、水分を含む被検査体の変化を検知するセンサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
各家庭や簡易診断所等で利用される、人体の診断機器には、低価格、小型化、検査時間の短縮、操作の簡便性等が要求される。半導体集積回路上に形成されたセンサＩＣ（Integrated Circuit：半導体集積回路）は、このような要求を満たすことができる。【０００３】
例えば、特許文献１には、半導体集積回路上に形成されたセンサＩＣの一例が開示されている。特許文献１に係るセンサＩＣについて、図９〜１１を参照して説明する。【０００４】
図９の（ａ）は、特許文献１のセンサＩＣの構成を示す概略図であり、図９の（ｂ）は、特許文献１のセンサＩＣの回路図である。【０００５】
図９の（ａ）に示すように、特許文献１のセンサＩＣは、半導体基板１０１上に発振器１１０および１２０が並列された構成を有している。発振器１１０は、インダクタ１１１とその他の回路１１２とを備えており、発振器１２０は、インダクタ１２１とその他の回路１２２とを備えている。インダクタ１１１・１２１は、半導体基板１０１に金属層（メタル層）で形成されている。図９の（ｂ）に示すように、その他回路１２１・１２２には、トランジスタやキャパシタが含まれる。【０００６】
図１０の（ａ）は、センサＩＣの一方のインダクタに磁性粒子および被検査体を接触させた状態を示す概略図であり、図１０の（ｂ）は、さらに他方のインダクタに被検査体を接触させた状態を示す図である。【０００７】
図１０の（ａ）に示すように、図９の（ａ）に示す半導体基板１０１上に被検査体１１４を接触させると、被検査体１１４に付着させた磁性粒子１１３の変動により透磁率が変化し、その透磁率の変化によって、インダクタ１１１および１２１のインダクタンスが影響を受ける。これにより、発振器１１０および１２０が出力する信号の発振周波数が変化し、検出器（図示せず）は信号の発振周波数の変化を検知する。発振周波数の変化は、被検査体１１４の物性の変動を示す。【０００８】
例えば、図１０の（ａ）に示すように、発振器１１０および１２０のうち、一方の発振器１１０をセンサ部として使用すべく、被検査体１１４を選択的に発振器１１０に接触させる。他方の発振器１２０には、基準部として使用すべく、被検査体を接触させなくてもよいし、図１０の（ｂ）に示すように、基準となる被検査体１２４を接触させてもよい。これによって、イネーブル信号または／イネーブル信号を利用して、発振器１１０および１２０の信号の発振周波数の差を確認することにより、被検査体１１４の物性を評価する。【０００９】
図１１は、図１０の（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。図１１に示すように、インダクタ１１１を構成する金属層１３０が、半導体基板１０１内の最上層に形成された場合であっても、半導体基板１０１の表面と、金属層１３０（インダクタ１１１）との間に絶縁体などで形成された保護膜１１５があるので、最上層の金属層１３０に被検査体１１４が接触することはない。インダクタ１２１に関しても同様である。【００１０】
また、被特許文献１には、上記のようなセンサＩＣにおいて、発振器の発振周波数を、磁性粒子の磁化率の変化に応じた発振周波数の変動幅が大きい１．１ＧＨｚ〜３．３ＧＨｚの範囲内の値に設定した回路について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２６７５９６号明細書（２００９年１０月２９日公開）
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】C.Sideris, A.Hajimiri, "An Integrated magnetic Spectrometer for Multiplexed Biosensing", IEEE Solid-State Circuit Conf. Dig. Tech. papers, pp.300-302, Feb. 2013
【非特許文献２】H.Yada, M.Nagai, K.Tanaka, "Origin of the fast relaxation component of water and heavy water revealed by terahertz time-domain attenuated total reflection spectroscopy", Chemical Physics Letters, pp.166-170, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述のセンサＩＣ回路は、その回路単体では単一の周波数の信号を用いた評価しかできないという課題がある。【００１４】
また、ＮａＣｌの様な電解質の水溶液中では溶質のイオンへの電離によって、水分子が溶質に束縛される水和現象が起こり、また、糖の様な非電解質の水溶液中では溶質分子中の極性の偏りによって生じる静電気力や水素結合を介して、水分子が溶質に束縛される水和現象が起こることが知られている。【００１５】
例として、溶質がタンパク質である水溶液の物性変化を考える。水溶液中では、タンパク質の持つ活性により水分子が束縛される水和現象が発生する。これにより、バルク水（溶質から十分離れて束縛されない状態の水）が減少し、バルク水の誘電率が、タンパク質に束縛された誘電率に変化する。【００１６】
非特許文献２には、水の複素誘電率について記載されている。非特許文献２によれば、水の複素誘電率は、特に３０ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数領域で大きく変動する。この複素誘電率の変動もまた、バルク水の量の変動によるものと考えられる。【００１７】
３０ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの広い周波数範囲で被検査体の複素誘電率が変動する場合、特許文献１に記載されるような従来のセンサＩＣでは、単一の周波数の信号を用いた評価となり、信号の周波数に応じた誘電率の変化量の違いを検出することができない。また、異なる周波数の信号を用いた評価が可能なセンサ回路が近接していない場合、数１００μｍ以内の大きさである被検査体が持つ誘電率変化の違いを周波数毎に検出することができない。【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することができるセンサ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンサ回路は、被検査体の物性の変化に応じて発振周波数が変化する発振回路を備えているセンサ回路であって、第１の共振周波数を有する第１の発振回路と、前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２の発振回路と、前記第１および第２の発振回路それぞれの発振周波数を検出する検出部と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係るセンサ回路の構成を示す図である。
【図２】第１の動作状態のセンサ回路に被検査体を接触させた状態を示す概略図である。
【図３】被検査体の性質が変化した状態を示す概略図である。
【図４】（ａ）は、図２に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図であり、（ｂ）は、図３に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図である。
【図５】第２の動作状態のセンサ回路に被検査体を接触させた状態を示す概略図である。
【図６】被検査体の性質が変化した状態を示す概略図である。
【図７】（ａ）は、図５に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図であり、（ｂ）は、図６に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るセンサ回路の構成を示す図である。
【図９】（ａ）は、特許文献１のセンサＩＣの構成を示す概略図であり、（ｂ）は、特許文献１のセンサＩＣの回路図である。
【図１０】（ａ）は、センサＩＣの一方のインダクタに磁性粒子および被検査体を接触させた状態を示す概略図であり、（ｂ）は、さらに他方のインダクタに被検査体を接触させた状態を示す図である。
【図１１】図１０の（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔実施形態１〕
以下、本実施形態に係るセンサ回路ついて、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
本実施形態に係るセンサ回路は、半導体基板の表面に被検査体を接触させて、被検査体が持つ誘電率、透磁率、または、被検査体の性質が変化したときに変化する誘電率、透磁率を検知するセンサＩＣ（Integrated Circuit：半導体集積回路）である。
【００２４】
図１は、本実施形態に係るセンサ回路の構成を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、センサ回路１０は、発振回路１（第１の発振回路）と、発振回路２（第２の発振回路）と、分周回路３と、検出回路４（検出部）とを備えている。
【００２６】
＜発振回路１＞
発振回路１は、クロスカップル構成のトランジスタＭ１・Ｍ２と、トランジスタＭ１・Ｍ２の差動間に形成されている共振回路１１と、発振回路１の駆動を制御信号（イネーブル、／イネーブル）に従って制御する電流源１４とを含む。共振回路１１はトランジスタＭ１・Ｍ２の差動間に並列に接続されているインダクタ１２およびキャパシタ１３と、を含む。
【００２７】
インダクタ１２とキャパシタ１３はＬＣ回路を形成しており、インダクタ１２のインダクタンスとキャパシタ１３のキャパシタンスとにより、共振回路１１の共振周波数（第１の共振周波数）が定められる。インダクタ１２とキャパシタ１３とは、共振回路１１の共振周波数が３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下の範囲内のいずれかの値となるように設計されている。３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下は、特に水の複素誘電率の変化が大きく、誘電率の周波数特性の変化を高感度で検出できる周波数帯である。
【００２８】
発振回路１は、上記共振周波数に応じて、以下の式（１）で表される発振周波数ｆ１で発振する。
【００２９】
ｆ１＝１／｛２π√（Ｌ１Ｃ１）｝  ・・・（１）
ここで、Ｌ１はインダクタ１２のインダクタンス（磁束鎖交数／電流）の値、Ｃ１はキャパシタ１３のキャパシタンス（電気容量）と基準となる被検査検体を搭載した時のインダクタ１２にかかる寄生容量の和の値である。
【００３０】
共振回路１１は、電磁波の送受信をするような狭義のアンテナではないため、波長による開口径の制限を受けない。このため、共振回路１１のサイズは、２００ＧＨｚの電磁波の波長約１．５ｍｍの四半波長より小さい２００μｍ四方以下（一辺２００μｍの正方形に収まるサイズ）とすることができる。
【００３１】
インダクタ１２は、図示しない半導体基板（基板）の金属層のうち、最表面の層（半導体基板と被検査体との接触位置に最も近い層）に形成されている。これにより、インダクタ１２が設けられた部分に被検査体を近づけることが容易になり、より正確に被検査体の物性の変化を検出することができる。インダクタ１２は、共振回路１１の回路サイズの大部分を占めている。
【００３２】
本実施形態において、共振回路１１の平面視におけるサイズが、一辺２００μｍの正方形に収まるサイズとなるように、インダクタ１２の面積が定められている。なお、キャパシタ１３は、トランジスタＭ１、Ｍ２のゲート容量や、図示しない配線の寄生容量などにより形成されてもよい。
【００３３】
＜発振回路２＞
発振回路２は、発振回路１と同様に、クロスカップル構成のトランジスタＭ３・Ｍ４と、トランジスタＭ３・Ｍ４の差動間に形成されている共振回路２１とを含む。共振回路２１はトランジスタＭ３・Ｍ４の差動間に並列に接続されているインダクタ２２およびキャパシタ２３と、トランジスタＭ３・Ｍ４の差動間に接続されているスイッチトランジスタＭ５と、を含む。スイッチトランジスタＭ５のゲートは、容量１５を介して発振回路１のトランジスタＭ２のドレインに接続されている。
【００３４】
インダクタ２２とキャパシタ２３はＬＣ回路を形成しており、インダクタ２２のインダクタンスとキャパシタ２３のキャパシタンスとにより、共振回路２１の共振周波数（第２の共振周波数）が定められる。インダクタ２２とキャパシタ２３とは、共振回路２１の共振周波数が、３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下の範囲内であり、かつ、共振回路１１の共振周波数のおよそ１／Ｎ（Ｎは１より大きい任意数）の値となるように設計されている。
【００３５】
発振回路２は、上記共振周波数に応じて、以下の式（２）で表される発振周波数ｆ２で発振する。
【００３６】
ｆ２＝１／｛２π√（Ｌ２Ｃ２）｝  ・・・（２）
ここで、Ｌ２はインダクタ２２のインダクタンスの値、Ｃ２はキャパシタ２３のキャパシタンスと基準となる被検査検体を搭載した時のインダクタ２２にかかる寄生容量の和の値である。
【００３７】
＜分周回路３および検出回路４＞
分周回路３は、発振回路２のトランジスタＭ３・Ｍ４のドレインに接続されており、発振回路２の出力信号を分周して検出回路４に出力する周波数分周器である。分周回路３の分周比は１／Ｘ（Ｘは１より大きい任意数）であるものとする。これにより、検出回路４へ入力される信号の周波数が、検出回路４が動作する周波数帯に収まる。なお、分周回路３は、本発明の課題を解決するための必須の構成ではない。
【００３８】
検出回路４は、分周回路３が出力する出力信号に基づいて、発振回路１または発振回路２の発振周波数を検出する。すなわち、検出回路４は、分周回路３の出力信号を参照して、所定期間（例えば１０ｍｓｅｃなど）に入力された信号をカウントし、分周回路３の分周比と、１秒／所定期間とに基づいて、発振回路１または発振回路２の発振周波数を検出（推定）する。なお、検出回路４は、分周回路３から出力される信号の周波数の変化を、所定期間カウントするカウンタ回路を備えている。
【００３９】
＜センサ回路の動作＞
センサ回路１０は、発振回路１の電流源１４に入力される制御信号（イネーブル、／イネーブル）に応じて、２通りの動作状態を切替可能である。以下、センサ回路１０の動作状態について説明する。
【００４０】
（第１の動作状態）
電流源１４に入力される制御信号が通電状態（イネーブル）になることにより、センサ回路１０は第１の動作状態で動作する。第１の動作状態では、発振回路１はトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン端より発振信号を差動信号で出力するとともに、発振回路２は発振回路１の出力を分周する分周回路として動作する。
【００４１】
なお、トランジスタＭ２のドレイン端より出力された信号が、容量１５を介して分周回路として動作する発振回路２のスイッチトランジスタＭ５へ出力されるものとする（バイアス電圧を与える回路は図示せず）。
【００４２】
スイッチトランジスタＭ５は、クロスカップルトランジスタＭ３・Ｍ４の差動間に接続されているため、発振回路２は注入同期型分周回路として動作する。すなわち、発振回路２は、発振回路１の出力信号を同期信号として、発振回路１の１／Ｎの周波数で同期し、発振回路１の出力周波数（ｆ１）の１／Ｎの周波数の出力信号を分周回路３へ出力する。
【００４３】
図２は、第１の動作状態のセンサ回路に被検査体を接触させた状態を示す概略図である。
【００４４】
図３は、被検査体の性質が変化した状態を示す概略図である。
【００４５】
図４の（ａ）は、図２に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図であり、図４の（ｂ）は、図３に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図である。なお、被検査体３１、３２は、水分を含んでいるものとする。
【００４６】
図２に示すように、ユーザは、性質（物性）が変化する前（第１状態）の被検査体３１を、インダクタ１２が形成されている領域の近傍に接触させる。次に、ユーザは、電流源１４から発振回路１の動作を開始させる。
【００４７】
これにより、発振回路１は、図４の（ａ）に示す、第１状態のときの発振周波数で発振する。発振回路１の発振周波数は、発振回路２および分周回路３により１／（Ｎ・Ｘ）の周波数に分周され、検出回路４により所定期間カウントされる。そして、検出回路４は、発振回路１の発振周波数を、図４の（ａ）に示す、第１状態のときの周波数であると推定し、その周波数の値を基準周波数として保持する。
【００４８】
その後、被検査体３１の性質が変化して、図３に示すように、被検査体３２の性質になり（第２状態）、その結果、被検査体３１が含む水の誘電率から被検査体３２が含む水の誘電率に変化する。ユーザは、第２状態において、電流源１４から発振回路１にイネーブル信号を出力させる。これにより、発振回路１は動作を開始し、図４の（ｂ）に示すように、第２状態のときの発振周波数で発振する。
【００４９】
第２状態における発振回路１の発振周波数も、第１状態と同様に、発振回路２および分周回路３により１／（Ｎ・Ｘ）の周波数に分周され、検出回路４により所定期間カウントされる。さらに、検出回路４は、発振回路１の発振周波数を、図４の（ｂ）に示す、第２状態のときの周波数であると推定する。
【００５０】
被検査体３１から３２に性質が変化するのに伴って、被検査体が含む水の誘電率が変化する。次に、誘電率（ε）が変化すると、容量Ｃ１のうち、発振回路１のインダクタ１２にかかる寄生容量成分が変化する。これは、Ｃ＝ε×ｄ／Ｓの式から明らかである（ｄ：誘電体の厚さ、Ｓ：誘電体の面積）。そして、性質変化の前後における、キャパシタ１３の容量と寄生容量値の和に相当する全体の容量値Ｃ１の差ΔＣ１が発振回路１の発振周波数の差Δｆ１として表れる。差Δｆ１と差ΔＣ１との関係式を、下記の式（３）に示す。
【００５１】
Δｆ１＝１／〔２π√｛Ｌ１（Ｃ１＋ΔＣ１）｝〕―１／｛２π√（Ｌ１Ｃ１）｝  ・・・（３）
このようにして、センサ回路１０は、第１の動作状態において、発振回路１の発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を評価することができる。
【００５２】
（第２の動作状態）
電流源１４に入力される制御信号が非通電状態（イネーブル）になることにより、発振回路１は動作しない。第２の動作状態では、発振回路１は発振信号を出力せず、発振回路２は通常の発振回路として動作する。
【００５３】
なお、トランジスタＭ５にかかるバイアス電圧を接地（電圧０Ｖ）にすることで、スイッチトランジスタＭ５はオフになる。スイッチトランジスタＭ５は、クロスカップルトランジスタＭ３・Ｍ４の差動間に接続されているが、スイッチトランジスタＭ５はオフのため、発振回路２は発振回路として動作することができる。
【００５４】
すなわち、発振回路２は、発振回路１のおよそ１／Ｎの周波数でフリーラン動作を行う発振回路として動作し、その発振周波数（ｆ２）で出力された信号は分周回路３へ入力される。分周回路３は、発振回路２の出力信号を検出回路４に出力する周波数分周器である。分周回路３の分周比は１／Ｘである。
【００５５】
図５は、第２の動作状態のセンサ回路に被検査体を接触させた状態を示す概略図である。
【００５６】
図６は、被検査体の性質が変化した状態を示す概略図である。
【００５７】
図７の（ａ）は、図５に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図であり、図７の（ｂ）は、図６に示す状態における発振回路の発振周波数を示す図である。
【００５８】
図５に示すように、ユーザは、性質（物性）が変化する前（第１状態）の被検査体４１を、インダクタ２２が形成されている領域の近傍に接触させる。次に、ユーザは、発振回路２の動作を開始させる。
【００５９】
これにより、発振回路２は、図７の（ａ）に示す、第１状態のときの発振周波数で発振する。発振回路２の発振周波数は、分周回路３により１／Ｘの周波数に分周され、検出回路４により所定期間カウントされる。そして、検出回路４は、発振回路２の発振周波数を、図７の（ａ）に示す、第１状態のときの周波数であると推定し、その周波数の値を基準周波数として保持する。
【００６０】
その後、被検査体４１の性質が変化して、図６に示すように、被検査体４２の性質になり（第２状態）、その結果、被検査体４１が含む水の誘電率から被検査体４２が含む水の誘電率に変化する。発振回路１へイネーブル信号は入力しないので、発振回路１はオフ状態であり停止している。そのため、発振回路１の出力信号となるスイッチトランジスタＭ５のゲート電圧は０Ｖとなり、発振回路２は発振器として動作し、図７の（ｂ）に示すように、第２状態のときの発振周波数で発振する。
【００６１】
第２状態における発振回路２の発振周波数も、第１状態と同様に、分周回路３により１／Ｘの周波数に分周され、検出回路４により所定期間カウントされる。さらに、検出回路４は、発振回路２の発振周波数を、図７の（ｂ）に示す、第２状態のときの周波数であると推定する。
【００６２】
被検査体４１から４２に性質が変化するのに伴って、被検査体が含む水の誘電率が変化する。次に、誘電率（ε）が変化すると、容量Ｃ２のうち、発振回路２のインダクタ２２にかかる寄生容量成分が変化する。そして、性質変化の前後における、キャパシタ２３の容量と寄生容量値の和に相当する全体の容量値Ｃ２の差ΔＣ２が発振回路２の発振周波数の差Δｆ２として表れる。差Δｆ２と差ΔＣ２との関係式を、下記の式（４）に示す。
【００６３】
Δｆ２＝１／〔２π√｛Ｌ２（Ｃ２＋ΔＣ２）｝〕―１／｛２π√（Ｌ２Ｃ２）｝  ・・・（４）
このようにして、センサ回路１０は、第２の動作状態において、発振回路２の発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を評価することができる。
【００６４】
センサ回路１０は、制御信号に応じて第１の動作状態と第２の動作状態を切り替えることによって、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することができる。
【００６５】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６６】
図８は、本実施形態に係るセンサ回路の構成を示す図である。
【００６７】
図８に示すように、センサ回路５０の発振回路１は、トランジスタＭ１・Ｍ２のドレイン端の差動間に形成されている共振回路１１と、発振回路１の駆動を制御信号に従って制御する電流源１４とを含む。発振回路１は、３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下の範囲内のいずれかの値の共振周波数を有する。
【００６８】
発振回路２は、トランジスタＭ３・Ｍ４のドレイン端の差動間に形成されている共振回路２１を含む。発振回路２は、３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下の範囲内であり、かつ、発振回路１の共振周波数のおよそ１／Ｎ（Ｎは１より大きい任意数）の値の共振周波数を有する。
【００６９】
本実施形態のセンサ回路５０は、実施形態１のセンサ回路１０と比較して、共振回路１１・２１内のインダクタ５３・６３およびキャパシタ５２・６２の構成が異なる。
【００７０】
図８に示すようにセンサ回路５０においては、キャパシタ５２・６２が、半導体基板の金属層のうち、最上層である金属層に形成されている。また、平面視において、キャパシタ５２・６２は、発振回路１及び発振回路２が半導体基板で占める面積の大部分であり、櫛形電極によって形成された櫛形容量である。メタル層により構成したインダクタは円形状であるため、インダクタに対する被検査体の位置に応じて、発振回路１１・２１の発振周波数がばらつく。これに対して、キャパシタ５２・６２のように櫛形容量とすることによって、キャパシタ５２・６２に対する被検査体の位置に応じた発振回路１１・２１の発振周波数のばらつきを抑えることができる。その結果、より正確に被検査体の物性の変化を検出することができる。
【００７１】
インダクタ５３・６３は、最上層でない金属層に形成されてもよく、トランジスタで構成されるアクティブインダクタ等であってもよい。
【００７２】
本実施形態のセンサ回路５０は、センサ回路１０と同様に、発振回路１の電流源１４に入力される制御信号に応じて第１の動作状態と第２の動作状態を切り替えることによって、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することができる。
【００７３】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７４】
本実施形態のセンサ回路は、共振回路２１の共振周波数が、上述した実施形態１のセンサ回路１０および実施形態２のセンサ回路５０の共振回路２１の共振周波数とは異なっている。
【００７５】
すなわち、上述した実施形態１のセンサ回路１０および実施形態２のセンサ回路５０では、共振回路２１の共振周波数は、３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下の範囲内であり、かつ、共振回路１１の共振周波数のおよそ１／Ｎ（Ｎは１より大きい任意数）の値となるように設計されているものとして説明したが、本実施形態のセンサ回路では、共振回路２１の共振周波数は、３０ＧＨｚ以上２００ＧＨｚ以下の範囲内であり、かつ、共振回路１１の共振周波数のおよそ１／Ｎ（Ｎは１より小さい任意数）の値となるように設計されている。
【００７６】
言い換えると、本実施形態のセンサ回路では、共振回路２１の共振周波数は、共振回路１１の共振周波数よりも大きい場合がある。その結果、発振回路２の発振周波数は発振回路１の発振周波数よりも大きく、第１の動作状態において、発振回路２は倍周回路として動作する。
【００７７】
本実施形態のセンサ回路のように、発振回路２の発振周波数が発振回路１の発振周波数よりも大きい場合であっても、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することができる。
【００７８】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７９】
上述した実施形態１〜３のセンサ回路は、第１の動作状態と第２の動作状態を切り替えることによって、第１の動作状態では発振回路２が分周（倍周）回路として動作し、第２の動作状態では発振回路２が通常の発振回路として動作するものとして説明したが、本発明はこれに限られない。
【００８０】
すなわち、発振回路１に対応する分周回路３Ａおよび検出回路４Ａと、発振回路２に対応する分周回路３Ｂおよび検出回路４Ｂとを、それぞれ個別に備えており、発振回路１の発振周波数を分周回路３Ａおよび検出回路４Ａによって検出し、発振回路２の発振周波数を分周回路３Ｂおよび検出回路４Ｂによって検出してもよい。
【００８１】
本実施形態のセンサ回路のように、発振回路１に対応する分周回路３Ａおよび検出回路４Ａと、発振回路２に対応する分周回路３Ｂおよび検出回路４Ｂとを、それぞれ個別に備えている構成であっても、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を各発振周波数の変化として検出することができる。
【００８２】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るセンサ回路は、被検査体（３１・３２・４１・４２）の物性の変化に応じて発振周波数が変化する発振回路を備えているセンサ回路（１０・５０）であって、第１の共振周波数を有する第１の発振回路（発振回路１）と、前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２の発振回路（発振回路２）と、前記第１および第２の発振回路それぞれの発振周波数を検出する検出部（検出回路４）と、を備えていることを特徴とする。
【００８３】
上記の構成によれば、第１の発振回路と第２の発振回路とが、それぞれの共振周波数に応じて互いに異なる共振周波数で発振し、検出回路が第１の発振回路および第２の発振回路の発振周波数を検出する。
【００８４】
これにより、複数の異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を、複数の発振周波数毎に各発振周波数の変化として検出することができる。
【００８５】
本発明の態様２に係るセンサ回路は、上記態様１において、前記第１の発振回路が動作するとともに、前記第２の発振回路が前記第１の発振回路の発振周波数の信号を分周または倍周して出力する第１の動作状態と、前記第１の発振回路が停止するとともに、前記第２の発振回路が第２の共振周波数に基づく発振周波数で発振する第２の動作状態とを、前記第１の発振回路に入力される制御信号に応じて切替可能であってもよい。
【００８６】
上記の構成によれば、類似の回路から出力され、互いに異なる発振周波数の信号を用いて、被検査体の物性の変化を、複数の発振周波数毎に各発振周波数の変化として検出することができる。
【００８７】
本発明の態様３に係るセンサ回路は、上記態様２において、前記第１の動作状態では、前記第１の発振回路の出力信号が同期信号として前記第２の発振回路に入力されることにより、前記第２の発振回路は、前記第１の発振回路の発振周波数の信号を分周して出力する分周回路として動作する構成であってもよい。
【００８８】
上記の構成によれば、第２の発振回路の設計を効率的な設計とすることができる。
【００８９】
本発明の態様４に係るセンサ回路は、上記態様１〜３の何れかにおいて、前記第１の発振回路および前記第２の発振回路は、それぞれ、基板とインダクタ（１２・２２）とを備えており、前記インダクタは、前記基板の最表面の層に形成されている構成であってもよい。
【００９０】
上記の構成によれば、センサ回路のインダクタが設けられた部分に被検査体を近づけることが容易になり、より正確に被検査体の物性の変化を検出することができる。
【００９１】
本発明の態様５に係るセンサ回路は、上記態様１〜４の何れかにおいて、前記第１の発振回路および前記第２の発振回路は、それぞれ、キャパシタ（５２・６２）を備えており、前記キャパシタは、櫛形電極によって構成されている構成であってもよい。
【００９２】
上記の構成によれば、キャパシタを櫛形容量とすることによって、櫛形容量に対する被検査体の位置に応じた第１の発振回路および第２の発振回路の発振周波数のばらつきを抑えることができる。その結果、より正確に被検査体の物性の変化を検出することができる。
【００９３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  発振回路（第１の発振回路）
２  発振回路（第２の発振回路）
４  検出回路（検出部）
１０、５０  センサ回路
１２、２２、５３、６３  インダクタ
１３、２３、５２、６２  キャパシタ
３１、３２、４１、４２  被検査体
【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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【国際調査報告】
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