(57)【要約】感知圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する方法および圧力センサ・システム。システムは、圧力感知出力を提供するＭＥＭＳ圧力感知エレメントと、デジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器とを備える。圧力センサ・システムは、圧力に線形に比例する出力電圧を提供する増幅器も備える。システムへの温度の影響を少なくとも部分的にオフセットするために、温度センサおよび温度補償回路が、温度補償信号を増幅器へ提供する。本発明の幾つかの実施形態は、マイクロコントローラおよびＲＦ送信機を備えるマイクロコントローラ・システムを備える。マイクロコントローラは、デジタル周波数出力を受け取り、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに、通知信号を生成する。ＲＦ送信機は、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあることを示すために、ＲＦ信号を送信する。
2007512534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知圧力に比例する圧力感知出力を提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力感知エレメントと、
前記圧力感知出力を増幅し、圧力に線形に比例する出力電圧を提供する増幅器と、
前記出力電圧を受け取り、前記圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器と
を備える圧力センサ・システム。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、
温度センサと、
前記温度センサに応答して、少なくとも前記増幅器へ温度補償信号を提供する温度補償回路であって、前記システムへの温度の影響を少なくとも部分的に相殺するための温度補償回路と
を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項３】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、
前記電圧−周波数変換器は、
前記圧力感知エレメントへの圧力が最大圧力と感知されたときに最大周波数出力を提供し、
前記圧力感知エレメントへの圧力が最小圧力と感知されたときに、最小周波数出力を提供するものである、
圧力センサ・システム。
【請求項４】
請求項３に記載の圧力センサ・システムであって、
前記増幅器へオフセット・アンド・ゲイン補償信号を提供するオフセット・アンド・ゲイン補償回路を更に備え、
前記オフセット・アンド・ゲイン補償信号に応答して、前記増幅器は、前記最小圧力で実質的にゼロ電圧出力を提供し、前記増幅器は、前記最大圧力で所定の最大出力電圧を提供する、
圧力センサ・システム。
【請求項５】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、
前記圧力感知エレメントが半導体ダイ内にパッケージされ、
前記感知圧力が前記ダイを変形させる、
圧力センサ・システム。
【請求項６】
請求項５に記載の圧力センサ・システムであって、前記圧力感知エレメントがＭＥＭＳひずみ計を備える、圧力センサ・システム。
【請求項７】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、前記圧力感知エレメントは、前記感知圧力に応答して容量性の出力または抵抗性の出力の何れかを提供する、圧力センサ・システム。
【請求項８】
請求項４に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル周波数出力を生成する際に使用されるクロック信号を前記電圧−周波数変換器へ提供するクロック発生回路を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項９】
請求項８に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル周波数出力を生成する際に更に使用される電圧基準を前記電圧−周波数変換器へ提供する電圧基準回路を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧力センサ・システムであって、前記増幅器、前記圧力感知エレメント、前記電圧−周波数変換器、前記クロック発生回路、前記電圧基準回路、前記温度センサ、前記温度補償回路、および前記オフセット・アンド・ゲイン補償回路の少なくとも１つへ電力を供給する電源回路を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の圧力センサ・システムであって、前記増幅器、前記電圧−周波数変換器、前記クロック発生回路、前記電圧基準回路、前記温度補償回路、および前記オフセット・アンド・ゲイン補償回路が、単一の半導体ダイ上に製作される、圧力センサ・システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧力センサ・システムであって、前記圧力感知エレメントも前記単一の半導体ダイ上に製作される、圧力センサ・システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル周波数出力および前記クロック信号に基づいてデジタル・シリアル出力を提供するオンダイのマイクロコントローラを更に備える圧力センサ・システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル・シリアル出力は前記感知圧力を示すデジタル・ワードを含む、圧力センサ・システム。
【請求項１５】
感知圧力に比例する圧力感知出力を提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力感知エレメントと、
前記圧力感知出力に基づいて圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器と、
前記デジタル周波数出力を受け取り、前記感知圧力を決定し、前記感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに、他のシステム・エレメントに対しての応答信号を生成するためのマイクロコントローラ・システムと
を備える圧力センサ・システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の圧力センサ・システムであって、前記他のシステム・エレメントは前記応答信号に応答する、圧力センサ・システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の圧力センサ・システムであって、前記マイクロコントローラ・システムおよび圧力センサ・システムが単一のプリント回路板上に配置される、圧力センサ・システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の圧力センサ・システムであって、前記マイクロコントローラ・システムおよび圧力センサ・システムが、単一のモノリシック半導体ダイ上に製作される、圧力センサ・システム。
【請求項１９】
パッケージと、
感知圧力に比例する圧力感知出力を提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力感知エレメントと、
前記圧力感知出力に基づいて圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器と、
前記パッケージ内に取り付けられ、前記圧力感知エレメントを含む半導体ダイと、
流体が前記パッケージに入り込むことを可能にする開口部を有する前記パッケージ上の蓋と
を備え、
前記感知圧力が前記ダイを変形させるものであり、
前記圧力感知エレメントは、前記ダイの変形に応答して容量性の出力または抵抗性の出力を提供する、
圧力センサ・システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであって、前記パッケージのキャビティ内にシリコーン・ゲル・コーティングを更に備え、前記ゲル・コーティングは少なくとも前記ダイを覆う、圧力センサ・システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の圧力センサ・システムであって、前記パッケージは、回路板と結合させるためのリード・フレームを備える、圧力センサ・システム。
【請求項２２】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであって、前記パッケージは、回路板へ取り付けられるセラミックまたは積層を備える表面実装パッケージであり、前記パッケージは、ダイを取り囲み且つ前記セラミックまたは前記積層に取り付けられるダムを備える、圧力センサ・システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載の圧力センサ・システムであって、前記ダムによって保持されるシリコーン・ゲル・コーティングを更に備え、前記ゲル・コーティングは少なくとも前記ダイを覆う、圧力センサ・システム。
【請求項２４】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであって、液体が前記パッケージから逃げるのを防ぐのに役立つＯリング・シールを前記蓋の開口の周囲に更に備え、圧力センサ・システムは前記液体の圧力を測定するものである、圧力センサ・システム。
【請求項２５】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであって、前記圧力感知エレメントは、第１の半導体ダイと共に製作され、前記増幅器および前記電圧−周波数変換器は、第２の半導体ダイの一部として製作され、前記第１のダイおよび前記第２のダイは共に結合され、前記パッケージ内に配置される、圧力センサ・システム。
【請求項２６】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであり、少なくとも前記圧力感知エレメント、前記増幅器、および前記電圧−周波数変換器が、前記パッケージ内に配置される単一の半導体ダイの一部として製作される、圧力センサ・システム。
【請求項２７】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであって、前記温度補償回路は、前記圧力感知エレメントおよび前記電圧−周波数変換器への温度の影響を更に相殺する、圧力センサ・システム。
【請求項２８】
請求項１９に記載の圧力センサ・システムであって、前記温度補償回路は、様々な温度に対して感知圧力と前記デジタル周波数出力との間の対応を維持する助けとなる温度補償信号を提供する、圧力センサ・システム。
【請求項２９】
感知圧力に比例するデジタル周波数出力を生成する方法であって、
感知圧力に比例する圧力感知出力を提供するステップと、
圧力に線形に比例する出力電圧を提供するために前記圧力感知出力を増幅するステップと、
前記出力電圧に基づいて前記圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を生成するステップと
を備える方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、
前記感知圧力が、圧力感知エレメントを含むダイを変形させるものであり、前記圧力感知出力は容量性の出力または抵抗性の出力であり、
少なくとも部分的に温度の影響を相殺するために温度補償信号を生成するステップを更に備える方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、前記デジタル周波数出力を生成するステップが、感知した圧力が最大圧力であるときに最大周波数出力を生成するステップと、感知した圧力が最小圧力であるときに最小周波数出力を生成するステップとを備える、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、オフセット・アンド・ゲイン補償信号を生成するステップを更に備え、前記オフセット・アンド・ゲイン補償信号に応答して、最小圧力で実質的にゼロ電圧出力を提供するステップと、最大圧力で所定の最大出力電圧を提供するステップとを備える方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、
前記デジタル周波数出力に基づいて、前記感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときにそうであると判断するステップと、
前記感知圧力が前記所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに通知信号を生成するステップと
を更に備える方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、別のシステム・エレメントへ前記通知信号を無線で送信するステップを更に備える方法。
【請求項３５】
感知圧力に比例する圧力感知出力を提供する圧力感知エレメントと、前記感知圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器とを備える圧力感知システムと、
前記デジタル周波数出力を受け取るマイクロコントローラと、ＲＦ送信機とを備えるマイクロコントローラ・システムであって、前記マイクロコントローラは、前記感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに通知信号を生成するものであり、前記ＲＦ送信機は、前記通知信号に応答してＲＦ信号を送信するものであり、前記ＲＦ信号は、前記感知圧力が前記所定の圧力範囲内または範囲外にあることを示すものである、マイクロコントローラ・システムと
を備える製品圧力監視のシステム。
【請求項３６】
請求項３５に記載のシステムであって、前記マイクロコントローラ・システムおよび前記圧力センサ・システムが単一の回路板上に配される、システム。
【請求項３７】
請求項３５に記載のシステムであって、前記マイクロコントローラ・システムおよび前記圧力センサ・システムが単一のモノリシック半導体ダイ上に製作される、システム。
【請求項３８】
請求項３６に記載のシステムであって、前記ＲＦ信号を送信するＲＦアンテナを更に備えるシステム。
【請求項３９】
請求項３８に記載のシステムであって、前記圧力感知システムが、
前記圧力感知出力を増幅し、線形に比例する出力電圧を前記電圧−周波数変換器へ提供する増幅器と、
温度センサと、
前記温度センサに応答して、前記増幅器へ温度補償信号を提供する温度補償回路であって、前記システムへの温度の影響を少なくとも部分的に相殺するための温度補償回路と
を更に備える、システム。
【請求項４０】
請求項３８に記載のシステムであって、前記圧力センサ・システムが、
パッケージと、
前記パッケージ内に取り付けられ、前記圧力感知エレメントを含む半導体ダイと
を更に備える、システム。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムであって、気体または流体が前記パッケージに入り込むことを可能にする前記パッケージ上の蓋を更に備え、前記感知圧力は前記ダイを変形させるものであり、前記圧力感知エレメントは、前記ダイの変形に応答して容量性の出力または抵抗性の出力を提供するものであり、前記システムは更に前記パッケージのキャビティ内にシリコーン・ゲル・コーティングを備え、前記ゲル・コーティングは少なくとも前記ダイを覆うものである、システム。
【請求項４２】
請求項４０に記載のシステムであって、前記システムはタイヤ圧力監視システムであり、圧力感知システムおよび前記マイクロコントローラ・システムはバッテリから電力を受け取るものである、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は電子デバイスおよびシステムに関し、幾つかの実施形態では、圧力センサおよび圧力を感知するデジタル・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの圧力センサは、典型的には、圧力を測定するために、増幅されていないアナログ出力電圧を提供する。この低レベルのアナログ出力電圧が原因で、これらの従来の圧力センサを、マイクロコントローラおよびマイクロプロセッサ・ベースのシステムを含むデジタル・システムと統合することを困難にする。そのようなデジタル・システムとインタフェースするには、追加の回路が設計されて、追加されなければならない。これはコストおよび複雑さを増大させる。そのような従来のセンサによって提供される低レベルのアナログ出力電圧は、雑音およびその他の干渉に影響されやすく、これらの従来の圧力センサの精度を低下させる。
【０００３】
幾つかの従来の圧力センサは、ＲＳ−４８５やＲＳ−２３２デジタル・インタフェースなどのようなデジタル・インタフェースを含む。これらの従来の圧力センサは、一般に、大きなサイズおよびより高い電力消費が原因で、多くの集積回路およびオンダイ（ｏｎ−ｄｉｅ、ダイに載せる）のアプリケーションに適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、改良された圧力感知システムおよび方法に対して必要性が存在する。また、デジタル周波数出力を提供し、雑音により影響されにくく、そして／またはマイクロコントローラおよびマイクロプロセッサ・ベースのシステムと直接に接続され得る、圧力感知システムおよび方法に対する必要性も存在する。また、縮小された回路を有し、サイズがより小さく、かつ必要とされる電力がより少ない圧力感知システムおよび方法に対する必要性も存在する。また、コストを削減し、精度を高め、かつ複雑性を低下させるのに役立つインタフェース回路をアナログ設計者が設計して製作する必要性をなくす、圧力感知システムおよび方法に対する一般的必要性も存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
幾つかの実施形態では、方法および圧力センサ・システムは、感知した圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する。システムは、圧力感知出力を提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力感知エレメントと、デジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器とを備える。圧力センサ・システムはまた、圧力感知出力を増幅し、圧力に線形に比例する出力電圧を提供する増幅器も備える。
【０００６】
幾つかの実施形態では、誤差補償圧力センサ・システムおよび方法が提供される。これらの実施形態では、温度センサと温度補償回路とが、システムへの温度の影響を少なくとも部分的に相殺するために、温度補償信号を増幅器へ提供する。これらの実施形態では、誤差補償のために、オフセット・アンド・ゲイン（offset-and-gain）補償回路が、誤差の補償のためにオフセット・アンド・ゲイン補償信号を増幅器へ提供する。
【０００７】
本発明の幾つかの実施形態は、マイクロコントローラおよび／またはＲＦ送信機を備えるマイクロコントローラ・システムを更に備える。マイクロコントローラは、デジタル周波数出力を受け取ることができ、感知した圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに、通知信号を生成することができる。ＲＦ送信機は、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあることを示すためのＲＦ信号を送信することができる。幾つかの実施形態では、ＲＦ送信機は、周期的な時間間隔で、実際の感知圧力を示すために、ＲＦ信号を送信することができる。
【０００８】
添付の特許請求の範囲は、本発明の様々な実施形態の幾つかに向けられたものである。しかしながら、詳細な説明は、図と一緒に考察すると、本発明の実施形態のより完全な理解を提供する。同様の参照番号はすべての図で同様の項目を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の説明および図面は、当業者が本発明の実施形態を十分に実施可能であるよう、本発明の具体的な実施形態を例示する。その他の実施形態は、構造的、論理的、電気的、プロセス的、およびその他の変更を組み入れることができる。実施例は単に可能なバリエーションを代表するに過ぎない。個々の構成要素および機能は、明示的に必要とされない限り任意に選択され、動作の順序は変わり得る。幾つかの実施形態の部分および特徴は、他の実施形態の部分および特徴に含まれることができ、また、それらと置き換えられることができる。本発明の実施形態の範囲は、請求項およびそれらの請求項のすべての可能な均等物の全範囲を包含する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態による圧力センサ・システムの機能ブロック図である。圧力センサ・システム１００は、感知圧力に比例する圧力感知出力１０４を提供する圧力感知エレメント１０２と、デジタル周波数出力１１２を提供する電圧−周波数変換器１１０とを備える。デジタル周波数出力１１２は、感知圧力に線形に比例する。圧力センサ・システム１００は、圧力感知出力１０４を増幅し、感知圧力に線形に比例する出力電圧１０８を提供する増幅器１０６も備える。電圧−周波数変換器１１０は、出力電圧１０８を受け取り、デジタル周波数出力１１２を提供する。
【００１１】
幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００はまた、温度センサ１１４と、温度補償回路１１６とを備える。温度補償回路１１６は、温度センサ１１４の出力に応答して、温度補償信号１１８を少なくとも増幅器１０６へ提供する。温度補償回路１１６は、システムおよび／または増幅器１０６を含むシステム１００の様々なエレメントに対しての温度の影響を少なくとも部分的に相殺することができる。電圧−周波数変換器１１０は、圧力感知エレメント１０２への圧力が最大圧力であることを感知したとき、最大周波数出力を提供する。電圧−周波数変換器１１０はまた、圧力感知エレメントへの圧力が最小圧力であることを感知したとき、最小周波数出力を提供する。最小圧力は実質的に０であり得る。
【００１２】
幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、増幅器１０６へオフセット・アンド・ゲイン補償信号１２２を提供するオフセット・アンド・ゲイン補償回路１２０も備える。増幅器１０６は、オフセット・アンド・ゲイン補償信号１２２に応答して、最小圧力または或る所定圧力で、実質的にゼロ電圧出力を提供する。増幅器１０６は、オフセット・アンド・ゲイン補償信号１２２に更に応答して、最大圧力または別の所定圧力で、所定の最大出力電圧を提供する。
【００１３】
幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、デジタル周波数出力１１２を生成する際に使用するクロック信号を電圧−周波数変換器１１０へ提供する、クロック発生回路１２４も備える。圧力センサ・システム１００は、デジタル周波数出力１１２を生成する際に更に使用する電圧基準を電圧−周波数変換器１１０へ提供する、電圧基準回路１２６も備える。圧力センサ・システム１００は、圧力感知エレメント１０２、増幅器１０６、電圧−周波数変換器１１０、クロック発生回路１２４、電圧基準回路１２６、温度センサ１１４、温度補償回路１１６、および／またはオフセット・アンド・ゲイン補償回路１２０へ電力を供給する、電源回路１２８も備える。
【００１４】
幾つかの実施形態では、クロック発生回路１２４、電圧基準回路１２６、および／または電源回路１２８は、オフダイ（ｏｆｆ−ｄｉｅ、ダイの外）に配置される。幾つかの実施形態では、これらのエレメントは、以下で更に詳細に説明されるマイクロコントローラ・システムの一部であることができる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、圧力感知エレメント１０２は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力感知エレメントを備える。ＭＥＭＳ圧力感知エレメントは、半導体ダイ１３４内に製作されることができる。感知された圧力は、ダイ１３４を変形させ、圧力感知エレメント１０２は、感知圧力に応答して容量性または抵抗性の出力変化をもたらすことができるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。この出力は、増幅器１０６によって増幅される。幾つかの実施形態では、圧力感知エレメント１０２は、ＭＥＭＳひずみ計を備えることができるが、本発明の範囲はこれに限定されるものでもない。
【００１６】
幾つかの実施形態では、増幅器１０６、電圧−周波数変換器１１０、クロック発生回路１２４、電圧基準回路１２６、温度補償回路１１６、およびオフセット・アンド・ゲイン補償回路１２０は、単一（例えばモノリシック）の半導体ダイ１３６上に製作されることができる。また、圧力感知エレメント１０２は単一の半導体ダイ１３６上に製作されることができるが、幾つかの実施形態では、圧力感知エレメント１０２は、別個の半導体ダイ１３４上に製作されることもできる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、デジタル・シリアル出力１３２を提供するオンダイ（ダイ上）のマイクロコントローラ１３０を備えるが、本発明の範囲はこれに限定されない。デジタル・シリアル出力１３２は、デジタル周波数出力１１２およびクロック信号から生成される。デジタル・シリアル出力１３２は、感知圧力を示すデジタル・ワードを含む。幾つかの実施形態では、マイクロコントローラ１３０は、デジタル・シリアル出力１３２を提供するために、シリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）、マイクロ波もしくはＲＦインタフェース、またはインターインテグレーテッド・サーキット（Ｉ２Ｃ、inter-integrated circuit）・インタフェースなどのようなデジタル・シリアル・インタフェースを備えることができるが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００１８】
幾つかの代替実施形態では、マイクロコントローラ１３０は、マイクロコントローラ・システムであることができ、とりわけ、１または複数の統合された多機能タイマと、入力捕捉および比較レジスタとを含むことができる。これらの実施形態では、マイクロコントローラ１３０は、感知圧力を決定するために信号１１２の周波数を捕捉して測定する。
【００１９】
幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、デジタル周波数出力１１２をマイクロコントローラ・システム（図１には図示さず）へ提供する。マイクロコントローラ・システムは、デジタル周波数出力１１２から感知圧力を決定し、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にある（例えば、高すぎる、低すぎる）とき、他のシステム・エレメント（図示されず）に対して応答信号を生成することができる。他のシステム・エレメントは、応答信号に応答する。幾つかの実施形態では、マイクロコントローラ・システムおよび圧力センサ・システム１００は、単一のプリント回路板上に配置される。幾つかの実施形態では、マイクロコントローラ・システムは、ダイ１３６上に製作されることができ、またはオフダイ（ダイの外）に配置されることができる。
【００２０】
幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、絶対圧力を検出することができるが、他の実施形態では、圧力差を検出するために２つ以上の圧力感知エレメント１０２を利用することもできる。幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、洗濯機、掃除機、ＨＶＡＣシステム、高度計、およびタイヤで圧力を検出するために使用されることができる。幾つかの実施形態では、圧力センサ・システム１００は、液面検出器、血圧計、監視システム、および気体圧力検出器で使用されることができる。
【００２１】
システム１００は、複数の別個の機能エレメントを有するように示されているが、１または複数の機能エレメントは組み合わせることができ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む処理エレメントなどのようなソフトウェアで構成されたエレメントおよび／または他のハードウェア・エレメントの組合せによって、実施されることができる。例えば、幾つかのエレメントは、少なくとも本明細書で説明される機能を実行するための、１または複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ならびに様々なハードウェアおよび論理回路の組合せを備えることができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態による圧力センサ・システムのパッケージング２００を例示する。パッケージング２００は、圧力センサ・システム１００（図１）をパッケージングするのに適当であるが、その他のパッケージング技法も適当であり得る。パッケージング２００は、パッケージ２０４と、パッケージ２０４内に据え付けられた半導体ダイ２０２とを備える。半導体ダイ２０２は、圧力感知エレメント１０２（図１）などのような圧力感知エレメントを含むことができ、ダイ１３４（図１）に対応し得る。パッケージング２００は、空気などの気体や水などの液体を含む流体がパッケージ２０４のキャビティ２１２へ入り込むことを可能にする開口または穴２０８を有する蓋２０６も備える。流体からの圧力は、ダイ２０２を変形させることができ、圧力感知エレメントは、ダイ２０２の変形に応答して出力を提供する。
【００２３】
幾つかの実施形態では、パッケージング２００は、キャビティ２１２内にコーティング２１０を更に備える。コーティング２１０は、ダイ２０２を少なくとも部分的に覆う。コーティング２１０は、シリコーン・ゲル・コーティングであり得るが、他のコーティングも適当であり得る。
【００２４】
実施形態では、パッケージング２００は、Ｏリング・シール（図示せず）を開口または穴２０８の周囲に更に備えて、液体が逃げる又は漏れるのを防止する手助けをする。これらの実施形態では、圧力センサ・システムは、液体の圧力を測定することができる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、圧力感知エレメント１０２（図１）は、第１の半導体ダイ２０２を用いて製作されることができ、エレメントの中でもとりわけ、増幅器１０６（図１）および電圧−周波数変換器１１０（図１）は、第２の半導体ダイ２１４の一部として製作されることができる。第１および第２のダイは一緒に結合され、パッケージ２０４内に配置される。他の実施形態では、エレメントの中でもとりわけ、圧力感知エレメント１０２（図１）、増幅器１０６（図１）、および電圧−周波数変換器１１０（図１）は、パッケージ２０４内に配置される単一の半導体ダイの一部として製作されることができる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、パッケージ２０４は、パッケージを回路板に結合させるリード・フレーム２１６を備えるリード・フレーム・パッケージであり得るが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。それらの実施形態では、リード・フレーム２１６は、ボンド・ワイヤ２１８を用いてダイと結合する。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態による圧力センサ・システム用のパッケージング３００を例示する。パッケージング３００は、圧力センサ・システム１００（図１）をパッケージングするのに適当であるが、その他のパッケージング技法も適当であり得る。これらの実施形態では、パッケージング３００は、ダイ２０２（図２）に相当し得るダイ３０２と、蓋２０６（図２）に相当し得る蓋３０６と、開口または穴２０８（図２）に相当し得る開口または穴３０８と、コーティング２１０（図２）に相当し得るコーティング３１０と、キャビティ２１２（図２）に相当し得るキャビティ３１２と、ダイ２１４（図２）に相当し得るダイ３１４とを備える。パッケージング３００は、上述のようなＯリング・シール（図示せず）も含み得る。
【００２８】
パッケージング３００は、はんだボール３１６で回路板（図示せず）へ取り付けられるセラミックまたは積層基板３０５を備える表面実装パッケージとすることができる。ワイヤ・ボンド３１８は、ダイをはんだボール３１６と結合させる。パッケージング３００は、ダイ３０２およびダイ３１４を取り囲み、基板３０５に取り付けられる囲い枠（ダム）３０４を備える。コーティング３１０は、少なくとも硬化前はダム３０４によって保持され、少なくともダイ３０２を覆う。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態による圧力監視システムを例示する。圧力監視システム４００は、圧力感知システム４０２と、マイクロコントローラ・システム４０４とを備える。圧力感知システム４０２およびマイクロコントローラ・システム４０４は、回路板４０６に取り付けられるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。圧力センサ・システム１００（図１）は、圧力感知システム４０２として使用するのに適当であるが、他の圧力センサ・システムも適当であり得る。圧力感知システム４０２は、パッケージング２００（図２）やパッケージング３００（図３）などのようなパッケージングにパッケージできるが、他のパッケージングも適当であり得る。
【００３０】
圧力感知システム４０２は、感知圧力に比例する圧力感知出力を提供するために、圧力感知エレメント１０２（図１）などのような圧力感知エレメントを備える。圧力感知システム４０２は、感知圧力に線形に比例し得るデジタル周波数出力４１２を提供するために、電圧−周波数変換器１１０（図１）などのような電圧−周波数変換器も備える。
【００３１】
マイクロコントローラ・システム４０４は、マイクロコントローラおよび／またはＲＦ送信機を備える。マイクロコントローラは、デジタル周波数出力を受け取ることができ、感知圧力を決定することができ、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに通知信号を生成することができる。幾つかの実施形態では、通知信号は、所定の閾値を超えた場合に送信されることができ、そして、圧力が低いこと（例えば、範囲外）、圧力が適正であること（例えば、範囲内）、または圧力が高いこと（例えば、範囲外）を表すことができる。幾つかの実施形態では、マイクロコントローラは、実際の感知圧力を示すために、周期的な時間間隔で通知信号を生成することができる。
【００３２】
ＲＦ送信機は、通知信号に応答して、アンテナ４０８を用いてＲＦ信号４１０を送信する。幾つかの実施形態では、ＲＦ送信機は、実際の感知圧力を示すために、周期的な時間間隔でＲＦ信号を送信する。実施形態では、ＲＦ信号４１０は、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあることを示すことができる。他の実施形態では、マイクロコントローラ・システム４０４は、他のシステム・エレメントへ有線接続を介して通知信号を送信することができる。アンテナ４０８は、例えば、ダイポール・アンテナ、モノポール・アンテナ、ループ・アンテナ、マイクロストリップ・アンテナ、またはマイクロコントローラ・システム４０４によって送信され得るＲＦ信号の受信および／または送信に適したその他のタイプのアンテナを含む、指向性または全方向性のアンテナを備えることができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、マイクロコントローラ・システム４０４は、１または複数の統合された多機能タイマと、入力捕捉用および比較用のレジスタとを含む。これらの実施形態では、マイクロコントローラ・システム４０４は、感知圧力を決定するために信号４１２の周波数を捕捉して測定する。
【００３４】
幾つかの実施形態では、マイクロコントローラ・システム４０４および圧力センサ・システム４０２は、単一のプリント回路板４０６に配置される。他の実施形態では、マイクロコントローラ・システム４０４および圧力センサ・システム４０２は、単一のモノリシックの半導体デバイスとして製作される。
【００３５】
幾つかの実施形態では、圧力監視システム４００は、タイヤ圧力監視システムを含むことができる。この実施形態で、圧力感知システム４０２およびマイクロコントローラ・システム４０４は、小型バッテリ（図示せず）から電力を受け取る。これらの実施形態では、タイヤ圧力監視システムは、バルブ・ステム内などのようなタイヤ内に配置されることができるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。他の実施形態では、圧力監視システム４００は、洗濯機、掃除機、ＨＶＡＣシステム、および高度計で使用する製品圧力監視システムを含むことができる。他の実施形態では、圧力監視システム４００は、液面検出器、血圧計、または気体圧力検出器を含むことができる。
【００３６】
図５は、本発明の実施形態による圧力感知手順のフロー・チャートである。圧力感知手順５００は、圧力センサ・システム１００（図１）などのような圧力センサ・システムおよび／または圧力監視システム４００（図４）などのような圧力監視システムによって実行されるが、その他のシステムも手順５００を実行するのに適当であり得る。手順５００の個々の動作は別個の動作として例示され説明されるが、１または複数の個々の動作は並列に実行でき、また、例示した順序で動作を実行しなくてもよい。
【００３７】
実施形態では、圧力感知手順５００は、感知圧力に実質的に比例するデジタル周波数出力を生成する。動作５０２は、感知圧力に比例する圧力感知出力を提供する。動作５０２は、圧力感知エレメント１０２（図１）などのような圧力感知エレメントによって実行される。実施形態では、感知圧力は、圧力感知エレメントを備えるダイを変形させる。圧力感知出力は、変化する容量性または抵抗性の出力を含むことができるが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００３８】
動作５０４は、圧力感知システムのエレメントへの温度の影響を少なくとも部分的に相殺するために、温度補償信号を生成する。
【００３９】
動作５０６は、最小圧力で実質的にゼロ電圧出力が提供されるように、オフセット・アンド・ゲイン補償信号を生成する。また、動作５０６は、最大圧力で所定の最大出力電圧が提供されるように、オフセット・アンド・ゲイン補償信号を生成する。
【００４０】
動作５０８は、出力電圧を提供するために圧力感知出力を増幅する。出力電圧は、感知圧力に線形に比例する。
【００４１】
動作５１０は、動作５０８で提供される電圧に線形に比例するデジタル周波数出力を生成する。デジタル周波数出力は更に、感知圧力に線形に比例する。
【００４２】
幾つかの実施形態では、手順５００は、動作５１２から５１６を含むことができる。動作５１２は、デジタル周波数出力に基づいて感知圧力を決定し、また、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときにそうであると決定することもできる。動作５１４は、感知圧力が所定の圧力範囲内または範囲外にあるときに通知信号を生成する。動作５１６は、別のシステム・エレメントへ通知信号を無線で送信する。代替例として、動作５１６は、他のシステム・エレメントへ通知信号を有線接続を介して送信する。
【００４３】
技術的開示の本質および要旨を読者が確認できるようにする要約を要求する３７  Ｃ．Ｆ．Ｒ．Ｓｅｃｔｉｏｎ  １．７２（ｂ）に従って、要約が提供されることを強調する。要約は、特許請求の範囲の範囲または意味を限定または解釈するために使用されないという理解のもとに提示されている。
【００４４】
上述の詳細な説明では、様々な特徴は、開示を合理化する目的で時として単一の実施形態に一緒にまとめられている。この開示した方法は、主題の特許請求される形態が各請求項で明白に述べられるより多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が示すように、本発明の主題は、単一の開示された実施形態のすべての構成よりも少ない構成を備える。従って、添付の特許請求の範囲はこれによって詳細な説明に組み込まれ、各請求項は別個の好ましい実施形態として単独で有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の実施形態による圧力センサ・システムの機能ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による圧力センサ・システムのパッケージングを例示する。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態による圧力センサ・システムのパッケージングを例示する。
【図４】図４は、本発明の実施形態による圧力監視システムを例示する。
【図５】図５は、本発明の実施形態による圧力感知手順のフロー・チャートである。
【図１】
2007512534.tif 000003
【図２】
2007512534.tif 000004
【図３】
2007512534.tif 000005
【図４】
2007512534.tif 000006
【図５】
2007512534.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月27日(2006.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知圧力に比例する圧力感知出力を提供する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力感知エレメントと、
前記圧力感知出力を増幅し、圧力に線形に比例する出力電圧を提供する増幅器と、
前記出力電圧を受け取り、前記圧力に線形に比例するデジタル周波数出力を提供する電圧−周波数変換器と
を備える圧力センサ・システム。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、
温度センサと、
前記温度センサに応答して、少なくとも前記増幅器へ温度補償信号を提供する温度補償回路であって、前記システムへの温度の影響を少なくとも部分的に相殺するための温度補償回路と
を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項３】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、
前記電圧−周波数変換器は、
前記圧力感知エレメントへの圧力が最大圧力と感知されたときに最大周波数出力を提供し、
前記圧力感知エレメントへの圧力が最小圧力と感知されたときに、最小周波数出力を提供するものである、
圧力センサ・システム。
【請求項４】
請求項３に記載の圧力センサ・システムであって、
前記増幅器へオフセット・アンド・ゲイン補償信号を提供するオフセット・アンド・ゲイン補償回路を更に備え、
前記オフセット・アンド・ゲイン補償信号に応答して、前記増幅器は、前記最小圧力で実質的にゼロ電圧出力を提供し、前記増幅器は、前記最大圧力で所定の最大出力電圧を提供する、
圧力センサ・システム。
【請求項５】
請求項１に記載の圧力センサ・システムであって、
前記圧力感知エレメントが半導体ダイ内にパッケージされ、
前記感知圧力が前記ダイを変形させる、
圧力センサ・システム。
【請求項６】
請求項４に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル周波数出力を生成する際に使用されるクロック信号を前記電圧−周波数変換器へ提供するクロック発生回路を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項７】
請求項６に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル周波数出力を生成する際に更に使用される電圧基準を前記電圧−周波数変換器へ提供する電圧基準回路を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項８】
請求項７に記載の圧力センサ・システムであって、前記増幅器、前記圧力感知エレメント、前記電圧−周波数変換器、前記クロック発生回路、前記電圧基準回路、前記温度センサ、前記温度補償回路、および前記オフセット・アンド・ゲイン補償回路の少なくとも１つへ電力を供給する電源回路を更に備える圧力センサ・システム。
【請求項９】
請求項７に記載の圧力センサ・システムであって、前記増幅器、前記電圧−周波数変換器、前記クロック発生回路、前記電圧基準回路、前記温度補償回路、および前記オフセット・アンド・ゲイン補償回路が、単一の半導体ダイ上に製作される、圧力センサ・システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧力センサ・システムであって、前記デジタル周波数出力および前記クロック信号に基づいてデジタル・シリアル出力を提供するオンダイのマイクロコントローラを更に備える圧力センサ・システム。
【国際調査報告】
2007512534.tif 000008
2007512534.tif 000009
2007512534.tif 000010
2007512534.tif 000011