(57)【要約】【課題】複数のセンサが接続される半導体装置において、電源電圧に変動が生じた場合でも、意図しない信号が検出されることを抑制可能とする。【解決手段】スイッチ群２１は、ＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎから入力される信号、及び基準電圧を選択的に出力する。スイッチ群２２は、ＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜２ｎから入力される信号、及び基準電圧を選択的に出力する。差動増幅器１１は、スイッチ群２１から出力される信号とスイッチ群２２から出力される信号の差電圧を増幅する。スイッチ群２１とスイッチ群２２とは、互いに等しい数のスイッチを有している。スイッチ群２１においてＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎから入力される信号の何れかが選択される場合、スイッチ群２２において基準電圧が選択される。スイッチ群２２においてＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜ＳＩＮ２ｎから入力される信号の何れかが選択される場合、スイッチ群２１において基準電圧が選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１群のセンサが接続される第１群のセンサ接続端子と、
第２群のセンサが接続される第２群のセンサ接続端子と、
前記第１群のセンサ接続端子から入力される信号、及び基準電圧を選択的に出力端子から出力する第１のスイッチ群と、
前記第２群のセンサ接続端子から入力される信号、及び前記基準電圧を選択的に出力端子から出力する第２のスイッチ群と、
前記第１のスイッチ群及び前記第２のスイッチ群を制御し、前記第１群のセンサ又は前記第２群のセンサに含まれるセンサの１つを選択するスイッチ制御回路と、
前記第１のスイッチ群の出力端子に接続される第１の入力端子と、前記第２のスイッチ群の出力端子に接続される第２の入力端子とを有し、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間の差電圧を増幅して出力する差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力信号に対して信号処理を実施する信号処理回路とを備え、
前記第１のスイッチ群に含まれるスイッチの数と前記第２のスイッチ群に含まれるスイッチの数とは相互に等しく、
前記スイッチ制御回路は、前記第１群のセンサに含まれるセンサを選択する場合は、前記第１のスイッチ群において前記第１群のセンサ接続端子から入力される信号の何れかを選択させ、かつ前記第２のスイッチ群において前記基準電圧を選択させ、前記第２群のセンサに含まれるセンサを選択する場合は、前記第２のスイッチ群において前記第２群のセンサ接続端子から入力される信号の何れかを選択させ、かつ前記第１のスイッチ群において前記基準電圧を選択させる半導体装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチ群は、一端が前記第１群のセンサ接続端子に接続され、他端が前記第１の入力端子に接続される１以上のセンサ接続用スイッチと、一端が前記基準電圧に接続され、他端が前記第１の入力端子に接続される第１のバイアス電圧用スイッチとを含み、
前記第２のスイッチ群は、一端が前記第２群のセンサ接続端子に接続され、他端が前記第２の入力端子に接続される１以上のセンサ接続用スイッチと、一端が前記基準電圧に接続され、他端が前記第２の入力端子に接続される第２のバイアス電圧用スイッチとを含む請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１群のセンサ接続端子及び前記第２群のセンサ接続端子が、それぞれ前記基準電圧が供給されるダミーセンサに接続されるダミーセンサ接続用端子を含み、
前記第１のバイアス電圧用スイッチ及び前記第２のバイアス電圧用スイッチの一端は、それぞれ、前記ダミーセンサ接続用端子及び前記ダミーセンサを介して前記基準電圧に接続される請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間、及び前記第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に、ダミーインピーダンス回路を更に有する請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値は、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサに用いられるセンサのインピーダンス値と、該センサと測定対象物との間で相互作用を生じることで発生するインピーダンスの変化分とに基づいて設定される請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ダミーインピーダンス回路は、前記第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間、及び前記第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に、それぞれ個別に配置される請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ダミーインピーダンス回路は、前記第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間、及び前記第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に、共通に配置される請求項４に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１のバイアス電圧用スイッチ及び前記第２のバイアス電圧用スイッチの一端と、前記ダミーセンサ接続用端子との間にダミーインピーダンス回路を更に有する請求項３に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値は、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサに用いられるセンサと測定対象物との間で相互作用を生じることで発生するインピーダンスの変化分に基づいて設定される請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ダミーインピーダンス回路は、インピーダンス値が可変に構成される請求項４に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を制御するインピーダンス制御回路を更に有する請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記インピーダンス制御回路は、前記スイッチ制御回路が前記センサを選択している状態で、前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を、前記差動増幅器の出力信号の振幅が一定値となるようにキャリブレーションし、該キャリブレーションで得られた前記ダミーインピーダンス回路の制御情報をメモリに保存する請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記インピーダンス制御回路は、前記キャリブレーションが行われたときに前記スイッチ制御回路が選択したセンサと、前記制御情報とを対応付けて前記メモリに保存する請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記インピーダンス制御回路は、前記第１群のセンサに含まれる各センサ及び前記第２群のセンサに含まれる各センサのそれぞれについて前記キャリブレーションを実施し、測定対象物の検出時、前記スイッチ制御回路が選択したセンサに対応する前記制御情報を前記メモリから読み出し、該読み出した制御情報に基づいて前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を制御する請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記キャリブレーションは、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサの少なくとも一方と測定対象物との間で相互作用が生じている状態で実施され、
前記インピーダンス制御回路は、前記センサと測定対象物との間の距離が異なる複数の条件で前記キャリブレーションを実施し、前記条件と前記制御情報とを対応付けて前記メモリに保存する請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記インピーダンス制御回路は、前記スイッチ制御回路が選択したセンサと前記測定対象物との間の距離に対応する制御情報を前記メモリから読み出し、該読み出した制御情報に基づいて前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を制御する請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記差動増幅器の出力と前記信号処理回路との間に、前記差動増幅器の出力の極性を反転させる極性反転スイッチを更に有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第１のスイッチ群及び前記第２のスイッチ群の少なくとも一方は、前記第１群のセンサ接続端子又は前記第２群のセンサ接続端子に接続されない未接続スイッチを含む請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記第１群のセンサ接続端子、前記第２群のセンサ接続端子、前記第１のスイッチ群、前記第２のスイッチ群、前記差動増幅器、前記信号処理回路を含む組を２つ以上有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記基準電圧を生成する基準電圧源と、前記基準電圧を出力するための基準電圧出力端子とを更に有し、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサの一端は、前記基準電圧出力端子に接続される請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、例えばセンサが接続される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ペンによる指示位置を検出する位置検出装置を開示する。特許文献１に記載の位置検出装置は、位置指示装置であるペンが送信する周波数の信号を受信するための複数のループコイルと、ループコイルが受信した信号を検出する電圧検出アンプとを有する。複数のループコイルは、受信チャンネル選択スイッチ群を介して電圧検出アンプに接続される。受信チャンネル選択スイッチ群は、各ループコイルに対応した複数のスイッチを有する。各ループコイルの一端は、基準電圧源に接続され、他端はそれぞれに対応するスイッチを介して電圧検出アンプの一方の入力端子に接続される。電圧検出アンプの他方の入力端子には基準電圧源が出力する基準電圧が入力される。
【０００３】
受信チャンネル選択スイッチ群において、複数のスイッチのうちの１つがオンに制御され、残りのスイッチはオフに制御される。このようにすることで、複数のループコイルのうちの１つが電圧検出アンプに接続される。電圧検出アンプは、接続されたループコイルが受信した受信信号を検出し、増幅する。位置検出装置において、電圧検出アンプで検出され、増幅された受信信号はサンプリング回路でサンプリングされ、信号処理演算回路に入力される。信号処理演算回路は、受信信号のサンプリングデータに対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）を含む各種演算を実施し、受信信号の振幅及び位相を計算する。
【０００４】
また、特許文献２は、組電池電圧検出回路を開示する。特許文献２に記載の組電池検出回路は、所定数の抵抗素子から成る抵抗素子回路と、一対の入力端子を有する差動増幅器と、マルチプレクサとを有する。抵抗素子回路において、所定数の抵抗素子は、直列接続されて組電池を構成する複数の電池モジュールの各電極端子に各一端が個別接続される。マルチプレクサは、各抵抗素子の他端と差動増幅回路の入力端とを個別接続する複数のスイッチング素子を有する。マルチプレクサは、スイッチング素子の一対を順番にオンさせ、各電池モジュールの電圧を差動増幅回路に順次に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１２６１１６号公報
【特許文献２】特開２００３−１１４２４３号公報
【特許文献３】特開２００２−３５３４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１において、電源電圧に変動が生じると、その変動は、受信チャンネル選択スイッチ群を構成する各スイッチの制御回路（駆動回路）の電源を伝わって電圧検出アンプの一方の入力端子に伝わる。このとき、電圧検出アンプの他方の入力端子には基準電圧源が接続されており、他方の入力端子の電圧は電圧変動の影響を受けない。この場合、一方の入力端子の電圧が変動することで、電圧検出アンプの出力に意図しない信号が現れる。この意図しない信号は、誤検出の原因となる。
【０００７】
特許文献２では、差動増幅器の双方の入力端子に複数の抵抗素子が接続される。しかしながら、差動増幅器のそれぞれの入力端子に接続される抵抗素子の数が異なるため、スイッチの制御回路から電源電圧変動が伝わる場合、差動増幅器の出力に意図しない信号が現れることとなる。
【０００８】
ここで、同相雑音信号除去比（ＣＭＲＲ：Common Mode Rejection Ratio）を改善可能な光結合装置が特許文献３に開示されている。特許文献３には、フォトカプラなどとして実現される光結合装置において、フォトダイオードに隣接してダミーフォトダイオードを設けることで同相雑音信号除去比を向上することが開示されている。しかしながら、特許文献３には、センサであるフォトダイオード１個に対してのみ同相雑音信号除去比を改善するための構成が開示されているものの、複数個のセンサに対して同相雑音信号除去比を改善するための構成は記載されていない。
【０００９】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施の形態によれば、半導体装置は、第１群のセンサ接続端子から入力される信号、及び基準電圧を選択的に出力端子から出力する第１のスイッチ群と、第２群のセンサ接続端子から入力される信号、及び基準電圧を選択的に出力端子から出力する第２のスイッチ群と、第１のスイッチ群の出力端子に接続される第１の入力端子と、第２のスイッチ群の出力端子に接続される第２の入力端子とを有し、２つの入力端子間の差電圧を増幅して出力する差動増幅器とを備える。第１のスイッチ群に含まれるスイッチの数と第２のスイッチ群に含まれるスイッチの数とは相互に等しく、第１のスイッチ群において第１群のセンサ接続端子から入力される信号の何れかが選択される場合、第２のスイッチ群において基準電圧が選択される。第２のスイッチ群において第２群のセンサ接続端子から入力される信号の何れかが選択される場合、第１のスイッチ群において基準電圧が選択される。
【発明の効果】
【００１１】
前記一実施の形態によれば、複数のセンサが接続される半導体装置において、電源電圧に変動が生じた場合でも、意図しない信号が検出されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る半導体装置を示すブロック図。
【図２】ある局面における半導体装置を示す模式図。
【図３】実施形態２に係る半導体装置を示すブロック図。
【図４】実施形態４に係る半導体装置を示すブロック図。
【図５】キャリブレーションの動作手順を示すフローチャート。
【図６】センサ及び位置指示装置の一例を示す模式図。
【図７】センサ及び位置指示装置の別の例を示す模式図。
【図８】変形例１に係る半導体装置を示すブロック図。
【図９】変形例２に係る半導体装置の一部を示すブロック図。
【図１０】変形例３に係る半導体装置を示すブロック図。
【図１１】他の変形例１に係る半導体装置を示すブロック図。
【図１２】他の変形例２に係る半導体装置を示すブロック図。
【図１３】他の変形例３に係る半導体装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、上記課題を解決するための手段を適用した実施形態を詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、又はその他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、何れかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１４】
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスク）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、及び半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の優先通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００１５】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、応用例、詳細説明、又は補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１６】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、又は位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００１７】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る半導体装置を示す。半導体装置１０は、差動増幅器１１、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１２、信号処理演算回路１３、基準電圧源１４、駆動回路１５、制御回路１６、スイッチ回路２０、及びダミーインピーダンス回路３０を有する。半導体装置１０には、ｎを１以上の整数として、２ｎ個のセンサ５０−１〜５０−２ｎが接続される。半導体装置１０は、例えば電磁誘導や静電容量などの、センサ５０−１〜５０−２ｎと測定対象物との相互作用によって生じた電気信号を受信し、測定対象物の位置などを検出する用途に用いられ得る。
【００１８】
基準電圧源１４は、基準電圧を生成する。基準電圧源１４は、例えば正入力端子に基準電位が与えられる全帰還型のものであってもよい。基準電圧源１４が生成した基準電圧は、基準電圧出力端子であるＩＣ（Integrated Circuit）端子ＲＯＵＴからセンサ５０−１〜５０−２ｎに出力される。また、基準電圧源１４が生成した基準電圧は、ダミーインピーダンス回路３０に出力される。なお、基準電圧源１４は、必ずしも半導体装置１０に含まれている必要はなく、半導体装置１０の外部に配置されていてもよい。その場合、ダミーインピーダンス回路３０には、基準電圧入力端子を介して基準電圧が入力されることとすればよい。
【００１９】
センサ５０−１〜５０−２ｎは、それぞれ一端がセンサ接続端子であるＩＣ端子ＳＩＮ１〜２ｎに接続される。センサ５０−１〜５０−２ｎの他端は１つにまとめられ、ＩＣ端子ＲＯＵＴを介して基準電圧源１４に接続される。センサ５０−１〜５０−２ｎは、同じタイプのセンサとして構成される。センサ５０−１〜５０−２ｎは、例えば周波数信号を検出するセンサとして構成される。センサ５０−１〜５０−２ｎには、例えばループコイルが用いられる。
【００２０】
スイッチ回路２０は、スイッチ群２１とスイッチ群２２とを含む。スイッチ群２１は、ｎ個のセンサ５０−１〜５０−ｎに対応したｎ個のスイッチ（センサ接続用スイッチ）ＳＷ１〜ＳＷｎと、基準電圧に対応したスイッチ（バイアス電圧用スイッチ）ＳＷＤ＋とを有する。スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの一端はそれぞれＩＣ端子ＳＩＮ１〜ＳＩＮｎに接続され、他端は差動増幅器１１の一方の入力端子（正入力端子）に接続される。また、スイッチＳＷＤ＋の一端はダミーインピーダンス回路３０を介して基準電圧源１４の出力に接続され、他端は差動増幅器１１の正入力端子に接続される。スイッチ群２１は、センサ５０−１〜５０−ｎからＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎを介して入力される信号、及び基準電圧源１４からダミーインピーダンス回路３０を介して入力される基準電圧を選択的に出力する。
【００２１】
スイッチ群２２は、ｎ個のセンサ５０−ｎ＋１〜５０−２ｎに対応したｎ個のスイッチ（センサ接続用スイッチ）ＳＷｎ＋１〜ＳＷ２ｎと、基準電圧に対応したスイッチ（バイアス電圧用スイッチ）ＳＷＤ−とを有する。スイッチＳＷｎ＋１〜ＳＷ２ｎの一端はそれぞれＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜ＳＩＮ２ｎに接続され、他端は差動増幅器１１の他方の入力端子（負入力端子）に接続される。また、スイッチＳＷＤ−の一端はダミーインピーダンス回路３０を介して基準電圧源１４の出力に接続され、他端は差動増幅器１１の負入力端子に接続される。スイッチ群２２は、ｎ個のセンサ５０−ｎ＋１〜５０−２ｎからＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜２ｎを介して入力される信号、及び基準電圧源１４からダミーインピーダンス回路３０を介して入力される基準電圧を選択的に出力する。図１では、スイッチ群２１が正入力端子に接続され、スイッチ群２２が負入力端子に接続される例を示したが、スイッチ群２１が負入力端子に接続され、スイッチ群２２が正入力端子に接続されることしてもよい。
【００２２】
上記したように、スイッチ群２１は、ｎ＋１個のスイッチＳＷ１〜ｎ及びＳＷＤ＋を有する。また、スイッチ群２２は、ｎ＋１個のスイッチＳＷｎ＋１〜２ｎ及びＳＷＤ−を有する。このように、本実施形態では、スイッチ群２１及び２２は、互いに等しい数のスイッチを有する。スイッチ群２１及び２２に含まれる各スイッチＳＷ１〜２ｎ、ＳＷＤ＋、及びＳＷＤ−は、例えば電界効果トランジスタを用いて構成される。スイッチ群２１及び２２に用いられる電界効果トランジスタは、ゲート幅及びゲート長を含むサイズが同一であるものとする。別の言い方をすると、スイッチ群２１及び２２に含まれる各スイッチＳＷ１〜２ｎ、ＳＷＤ＋、及びＳＷＤ−は、全て同じ電気的特性を有しているものとする。
【００２３】
駆動回路１５は、スイッチ群２１及び２２における各スイッチを駆動する。駆動回路１５は、例えばインバータやバッファなどの論理回路を含み、各スイッチを構成する電界効果トランジスタのゲートを駆動する。制御回路（スイッチ制御回路）１６は、駆動回路１５を通じて、スイッチ群２１及び２２における各スイッチの選択（オン）及び非選択（オフ）を制御する。制御回路１６は、スイッチＳＷ１〜２ｎの何れか１つをオンにし、残りをオフにする。また、制御回路１６は、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−のうち、一方をオンにし、他方をオフにする。オンになったスイッチＳＷ１〜２ｎの何れかに対応するセンサは、選択されるセンサを意味する。
【００２４】
制御回路１６は、スイッチ群２１においてＳＷ１〜ｎの何れかをオンにする場合、スイッチ群２２においてスイッチＳＷＤ−をオンにする。つまり、制御回路１６は、スイッチ群２１においてＩＣ端子ＳＩＮ１〜ＳＩＮｎから入力される信号の何れかを選択させる場合、スイッチ群２２において基準電圧を選択させる。また、制御回路１６は、スイッチ群２２においてＳＷｎ＋１〜２ｎの何れかをオンにする場合、スイッチ群２１においてスイッチＳＷＤ＋をオンにする。する。つまり、制御回路１６は、スイッチ群２２においてＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜ＳＩＮ２ｎから入力される信号の何れかを選択させる場合、スイッチ群２１において基準電圧を選択させる。制御回路１６は、所定の順序で、選択するセンサを１つずつ切り替えながら、センサ５０−１〜５０−２ｎを順次に選択する。選択の順序は任意であり、特に制限はない。
【００２５】
差動増幅器１１は、スイッチ群２１の出力端子から出力される信号（電圧）と、スイッチ群２２の出力端子から出力される信号との差電圧を増幅して出力する。差動増幅器１１は、スイッチ群２１においてＩＣ端子ＳＩＮ１〜ＳＩＮｎから入力される信号の何れかが選択されている場合は、選択された信号と、ダミーインピーダンス回路３０及びスイッチＳＷＤ−を介して入力される基準電圧との差電圧を増幅する。差動増幅器１１は、スイッチ群２２においてＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜ＳＩＮ２ｎから入力される信号の何れかが選択されている場合は、選択された信号と、ダミーインピーダンス回路３０及びスイッチＳＷＤ＋を介して入力される基準電圧との差電圧を増幅する。
【００２６】
ここで、スイッチＳＷ１〜２ｎと基準電圧源１４との間にはセンサ５０−１〜５０−２ｎがあり、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−と基準電圧源１４との間にはダミーインピーダンス回路３０がある。ダミーインピーダンス回路３０は、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−のそれぞれと基準電圧源１４との間のインピーダンスを、スイッチＳＷ１〜２ｎのそれぞれと基準電圧源１４との間のインピーダンスと等しくするために配置される。ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、センサ自体のインピーダンス値と同じインピーダンス値ではなく、センサのインピーダンス値にセンサと測定対象物との相互作用のインピーダンス分を加味した値に設定される。相互作用がない場合、或いは、相互作用の影響がごくわずかであるなどの場合、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、センサ自体のインピーダンス値と同じ値に設定される。
【００２７】
ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、例えば相互作用が電磁誘導である場合は、センサのインピーダンス値に相互誘導により生じるインダクタンス分を加味した値に設定される。例えば、特許文献１に記載される位置検出装置では、センサにループコイルが用いられており、位置検出装置は、測定対象物である位置指示装置とループコイルとの間の電磁誘導を用いて位置検出を行う。その場合、センサと位置指示装置との間で相互誘導Ｍが発生する。ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を、センサのインピーダンス値に相互誘導Ｍを加味した値とする場合、受信信号の検出時に、差動増幅器１１（特許文献１における電圧検出アンプ）の双方の入力端子の間でインピーダンスを揃えることができる。
【００２８】
相互作用が静電容量である場合、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、センサのインピーダンス値に相互容量により生じるキャパシタンス分を加味した値に設定される。相互作用により生じるインピーダンスは、正の値とは限らず、負の値を持つ場合もある。ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、受信信号の周波数において所望のインピーダンス値となるように設定される。ダミーインピーダンス回路３０は、電源電圧変動の影響を受けない構成であれば、抵抗や容量で構成することができる。
【００２９】
ＡＤＣ１２は、差動増幅器１１が出力するアナログ電圧信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１２は、デジタル信号に変換した差動増幅器１１の出力信号のサンプリングデータを信号処理演算回路１３に出力する。信号処理演算回路（信号処理回路）１３は、ＡＤＣ１２を介して入力される差動増幅器１１の出力信号に対して信号処理を実施する。信号処理演算回路１３は、差動増幅器１１の出力信号のサンプリングデータに対して例えば離散フーリエ変換などを行うことで受信信号から所望の周波数成分を抽出し、各種演算を行う。
【００３０】
例えば、スイッチ群２１においてスイッチＳＷ１が選択されオンとなっている場合、差動増幅器１１の正入力端子は、スイッチＳＷ１を介してセンサ５０−１に接続される。このとき、スイッチ群２２においてスイッチＳＷＤ−が選択されてオンとなり、差動増幅器１１の負入力端子は、スイッチＳＷＤ−を介して基準電圧源１４に接続される。差動増幅器１１は、測定対象物とセンサ５０−１との相互作用によってセンサ５０−１が受信した受信信号を増幅し、ＡＤＣ１２は受信信号をサンプリングする。信号処理演算回路１３において、ＡＤＣ１２で得られたサンプリングデータに対して離散フーリエ変換を含む各種演算を行うことで、センサ５０−１の受信信号の振幅や位相などの情報が得られる。
【００３１】
また、例えば、スイッチ群２２においてスイッチＳＷｎ＋１が選択されオンとなっている場合、差動増幅器１１の負入力端子は、スイッチＳＷｎ＋１を介してセンサ５０−ｎ＋１に接続される。このとき、スイッチ群２１においてスイッチＳＷＤ＋が選択されてオンとなり、差動増幅器１１の正入力端子は、スイッチＳＷＤ＋を介して基準電圧源１４に接続される。差動増幅器１１は、測定対象物とセンサ５０−ｎ＋１との相互作用によってセンサ５０−ｎ＋１が受信した受信信号を増幅し、ＡＤＣ１２は受信信号をサンプリングする。信号処理演算回路１３において、ＡＤＣ１２で得られたサンプリングデータに対して離散フーリエ変換を含む各種演算を行うことで、センサ５０−ｎ＋１の受信信号の振幅や位相などの情報が得られる。
【００３２】
本実施形態においてスイッチＳＷ１〜ｎは差動増幅器１１の正入力端子に接続されており、スイッチＳＷｎ＋１〜スイッチＳＷ２ｎは差動増幅器１１の負入力端子に接続されている。このため、スイッチＳＷ１〜ｎが選択された場合と、スイッチＳＷｎ＋１〜２ｎが選択された場合とで、差動増幅器１１が出力する受信信号の極性が反転する。ＡＤＣ１２で得られる受信信号のサンプリングデータも、同様に極性が反転する。信号処理演算回路１３は、選択されたスイッチに応じてサンプリングデータの反転処理を行うことで、受信信号の極性を揃えてもよい。信号処理演算回路１３は、例えばスイッチＳＷ１〜ｎの何れかが選択されている場合は反転処理を行わず、スイッチＳＷｎ＋１〜２ｎの何れかが選択されている場合は反転処理を行う。選択されるスイッチと反転処理の有無の関係は、逆でもよい。このようにすることで、極性が揃った状態で、受信信号に対して各種演算を行うことができる。
【００３３】
本実施形態では、２ｎ個、つまり偶数個のセンサ５０−１〜５０―２ｎに対して、スイッチＳＷ１〜２ｎの１つを選択し、センサ５０−１〜５０−２ｎの信号を差動増幅器１１に入力して受信する。本実施形態において、スイッチ群２１及び２２は互いに等しい数のスイッチを有しており、差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子には、それぞれ同数のスイッチが接続される。制御回路１６は、スイッチ群２１及び２２の一方においてＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎ又はｎ＋１〜２ｎに接続されるスイッチを１つ選択し、他方において基準電圧源１４に接続されるスイッチを１つ選択する。つまり、正入力端子及び負入力端子に接続されるスイッチ群２１及び２２に含まれるスイッチのうち、オンに制御されるスイッチはそれぞれ１つであり、残りのスイッチはオフに制御される。
【００３４】
［等価回路］
図２は、ある局面における半導体装置１０の等価回路を模式的に示す。図２に示される等価回路は、スイッチ群２１においてスイッチＳＷ１が選択され、スイッチ群２２においてスイッチＳＷＤ−が選択されている状態に対応する。図２に示される抵抗ＲＯＮ１は、スイッチＳＷ１に用いられる電界効果トランジスタのオン抵抗を表し、抵抗ＲＯＮ２はスイッチＳＷＤ−に用いられる電界効果トランジスタのオン抵抗を表す。差動増幅器１１の正入力端子は、抵抗ＲＯＮ１、ＩＣ端子ＳＩＮ１、センサ５０−１、及びＩＣ端子ＲＯＵＴを介して基準電圧源１４に接続される。一方、差動増幅器１１の負入力端子は、抵抗ＲＯＮ２及びダミーインピーダンス回路３０を介して基準電圧源１４に接続される。
【００３５】
図２に示される容量ＣＰ１は、差動増幅器１１の正入力端子に接続される計ｎ＋１個のスイッチＳＷ１〜ｎ及びＳＷＤ＋の電源ＶＤＤに対する寄生容量を表している。また、容量ＣＰ２は、差動増幅器１１の負入力端子に接続される計ｎ＋１個のスイッチＳＷｎ＋１〜２ｎ及びＳＷＤ−の電源ＶＤＤに対する寄生容量を表している。容量ＣＩＮ１及びＣＩＮ２は、差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子のそれぞれと接地ＧＮＤに対する入力容量を表している。なお、スイッチ群２１及び２２において、非選択のスイッチの抵抗値は無限大とみなせるものとし、非選択のスイッチの抵抗成分は図２に示される等価回路において図示されていない。
【００３６】
本実施形態では、差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子に接続されるスイッチの数が同数であるため、寄生容量ＣＰ１と寄生容量ＣＰ２とは同じであり、また、入力容量ＣＩＮ１と入力容量ＣＩＮ２とは同じである。さらに、正入力端子及び負入力端子に接続される抵抗ＲＯＮ１と抵抗ＲＯＮ２も同じ抵抗値である。ただし、センサ５０−１の未検出時のインピーダンス、つまりセンサ５０−１自身が持つインピーダンスとダミーインピーダンス回路３０のインピーダンスとは異なる。センサ５０−１のインピーダンスは、検出時、測定対象物との間の相互作用分のだけインピーダンスが増加又は減少する。ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を、検出時のインピーダンスに設定しておくことで、検出時に、差動増幅器１１の正入力端子と負入力端子とでインピーダンスが等しくなる。
【００３７】
図２において、電源ＶＤＤに変動が生じた場合を考える。電源電圧の変動は、スイッチ群２１及び２２を構成する各スイッチの駆動回路１５の電源を伝わって、差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子に伝わる。本実施形態では、上記したように差動増幅器１１の正入力端子と負入力端子とでインピーダンスが等しいため、差動増幅器１１の正入力端子と負入力端子とに同じ量の変動が伝わる。差動増幅器１１の正入力端子と負入力端子とで電源電圧変動に対する影響を等しくすることで、差動増幅器１１の出力において、電源電圧変動の影響が打ち消される。このため、差動増幅器１１の出力に意図しない信号（振幅変化）が発生せず、意図しない信号が検出されることを抑制できる。
【００３８】
［まとめ］
本実施形態では、半導体装置１０は、２ｎ個のセンサ５０−１〜５０−２ｎに接続される。スイッチ群２１は、ｎ個のセンサ５０−１〜５０−ｎから入力される信号、及び基準電圧を選択的に差動増幅器１１の正入力端子に出力する。スイッチ群２２は、ｎ個のセンサ５０−ｎ＋１〜５０−２ｎから入力される信号、及び基準電圧を選択的に差動増幅器１１の負入力端子に出力する。本実施形態において、スイッチ群２１とスイッチ群２２とは、同じ数のスイッチを有している。制御回路１６は、スイッチ群２１においてセンサ５０−１〜５０−ｎの何れかを選択する場合、スイッチ群２２において基準電圧を選択する。また、制御回路１６は、スイッチ群２２においてセンサ５０−ｎ＋１〜５０−２ｎの何れかを選択する場合、スイッチ群２１において基準電圧を選択する。このようにすることで、電源電圧に変動が生じた場合に差動増幅器１１の正入力端子と負入力端子とに伝わる変動を同等にすることができ、差動増幅器１１の出力において意図しない信号が検出されることが抑制される。従って、本実施形態では、電源電圧変動に対する耐性（ＰＳＲＲ：Power Supply Rejection Ratio）を向上でき、より精度よく微小な信号を検出することができる。
【００３９】
本実施形態において、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、センサ自体のインピーダンス値に対して、センサと測定対象物との相互作用分のインピーダンス値を加算又は減算した値に設定される。このようにした場合、センサと測定対象物との間で相互作用が働いている状況で、差動増幅器１１の正入力端子のインピーダンスと負入力端子のインピーダンスとを揃えることができる。従って、センサが測定対象物に反応している状態において、意図しない信号が検出されることを抑制でき、センサの検出性能を向上できる。
【００４０】
本実施形態において、ダミーインピーダンス回路３０は、抵抗や容量などを用いて構成できる。その場合、ダミーインピーダンス回路３０を半導体装置１０の内部に構成することが容易になるという利点がある。ダミーインピーダンス回路３０を半導体装置の内部に構成する場合、特許文献３とは異なり、半導体装置１０にダミーのセンサを接続する必要がなくなる。また、半導体装置１０は、ダミーのセンサと接続するためのＩＣ端子を必要としない。このため、本実施形態では、外付け部品の用意や余分なＩＣ端子など、半導体装置１０外部への影響を最小限に抑えつつ、ＰＳＲＲ特性を向上することができる。
【００４１】
［実施形態２］
次いで、実施形態２を説明する。図３は、実施形態２に係る半導体装置を示す。本実施形態に係る半導体装置１０ａは、差動増幅器１１ａ及び１１ｂ、ＡＤＣ１２ａ及び１２ｂ、信号処理演算回路１３ａ及び１３ｂ、基準電圧源１４、駆動回路１５、制御回路１６、スイッチ回路２０ａ及び２０ｂ、並びにダミーインピーダンス回路３０ａ及び３０ｂを有する。
【００４２】
本実施形態では、半導体装置１０ａには、４ｎ個のセンサ５０−１〜５０−４ｎが接続される。半導体装置１０ａは、図１に示される実施形態１に係る半導体装置における差動増幅器１１、ＡＤＣ１２、信号処理演算回路１３、スイッチ回路２０、及びダミーインピーダンス回路３０の組を２つ有する構成と同等である。半導体装置１０ａは、それらの組を３つ以上有する構成であってもよい。差動増幅器１１ａ、ＡＤＣ１２ａ、信号処理演算回路１３ａ、基準電圧源１４、駆動回路１５、制御回路１６ａ、スイッチ回路２０ａ、ダミーインピーダンス回路３０ａ、及びセンサ５０−１〜５０−２ｎは、第１実施形態で説明したものと同様でよい。
【００４３】
センサ５０−２ｎ＋１〜５０−４ｎは、それぞれ一端がセンサ接続端子であるＩＣ端子ＳＩＮ２ｎ＋１〜４ｎに接続される。センサ５０−２ｎ＋１〜５０−４ｎの他端は１つにまとめられ、ＩＣ端子ＲＯＵＴを介して基準電圧源１４に接続される。
【００４４】
スイッチ回路２０ｂは、スイッチ群２１ｂとスイッチ群２２ｂとを含む。スイッチ群２１ｂは、ｎ個のセンサ５０−２ｎ＋１〜５０−３ｎに対応したｎ個のスイッチＳＷ２ｎ＋１〜ＳＷ３ｎと、基準電圧に対応したバイアス電圧用のスイッチＳＷＤｂ＋とを有する。スイッチＳＷ２ｎ＋１〜ＳＷ３ｎの一端はそれぞれＩＣ端子ＳＩＮ２ｎ＋１〜ＳＩＮ３ｎに接続され、他端は差動増幅器１１ｂの一方の入力端子（正入力端子）に接続される。また、スイッチＳＷＤｂ＋の一端はダミーインピーダンス回路３０ｂを介して基準電圧源１４の出力に接続され、他端は差動増幅器１１ｂの正入力端子に接続される。スイッチ群２１ｂは、センサ５０−２ｎ＋１〜５０−３ｎからＩＣ端子ＳＩＮ２ｎ＋１〜３ｎを介して入力される信号、及び基準電圧源１４からダミーインピーダンス回路３０ｂを介して入力される基準電圧を選択的に出力する。
【００４５】
スイッチ群２２ｂは、ｎ個のセンサ５０−３ｎ＋１〜５０−４ｎに対応したｎ個のスイッチＳＷ３ｎ＋１〜ＳＷ４ｎと、基準電圧に対応したバイアス電圧用のスイッチＳＷＤｂ−とを有する。スイッチＳＷ３ｎ＋１〜ＳＷ４ｎの一端はそれぞれＩＣ端子ＳＩＮ３ｎ＋１〜ＳＩＮ４ｎに接続され、他端は差動増幅器１１ｂの他方の入力端子（負入力端子）に接続される。また、スイッチＳＷＤｂ−の一端はダミーインピーダンス回路３０ｂを介して基準電圧源１４の出力に接続され、他端は差動増幅器１１ｂの負入力端子に接続される。スイッチ群２２ｂは、ｎ個のセンサ５０−３ｎ＋１〜５０−４ｎからＩＣ端子ＳＩＮ３ｎ＋１〜４ｎを介して入力される信号、及び基準電圧源１４からダミーインピーダンス回路３０ｂを介して入力される基準電圧を選択的に出力する。
【００４６】
駆動回路１５は、スイッチ群２１ａ及び２２ａにおける各スイッチに加えて、スイッチ群２１ｂ及び２２ｂにおける各スイッチを駆動する。制御回路１６は、駆動回路１５を通じて、スイッチ群２１ｂ及び２２ｂにおける各スイッチの選択（オン）及び非選択（オフ）も制御する。制御回路１６は、スイッチＳＷ２ｎ＋１〜４ｎの何れか１つをオンにし、残りをオフにする。また、制御回路１６は、スイッチＳＷＤｂ＋及びＳＷＤｂ−のうち、一方をオンにし、他方をオフにする。
【００４７】
差動増幅器１１ｂは、スイッチ群２１ｂの出力端子から出力される信号（電圧）と、スイッチ群２２ｂの出力端子から出力される信号との差電圧を増幅して出力する。差動増幅器１１ｂは、スイッチ群２１ｂにおいてＩＣ端子ＳＩＮ２ｎ＋１〜ＳＩＮ３ｎから入力される信号の何れかが選択されている場合は、選択された信号と、ダミーインピーダンス回路３０ｂ及びスイッチＳＷＤｂ−を介して入力される基準電圧との差電圧を増幅する。差動増幅器１１ｂは、スイッチ群２２ｂにおいてＩＣ端子ＳＩＮ３ｎ＋１〜ＳＩＮ４ｎから入力される信号の何れかが選択されている場合は、選択された信号と、ダミーインピーダンス回路３０ｂ及びスイッチＳＷＤｂ＋を介して入力される基準電圧との差電圧を増幅する。
【００４８】
本実施形態において、制御回路１６は、センサ５０−１〜５０−２ｎのうちの何れか１つと、センサ５０−２ｎ＋１〜４ｎのうちの何れか１つとを選択する。制御回路１６は、スイッチ群２１ａに含まれるスイッチＳＷ１〜ｎの何れかをオンに制御した場合、スイッチ群２２ａにおいてスイッチＳＷＤａ−をオンに制御する。制御回路１６は、スイッチ群２２ａに含まれるスイッチＳＷｎ＋１〜２ｎの何れかをオンに制御した場合、スイッチ群２１ａにおいてスイッチＳＷＤａ＋をオンに制御する。また、制御回路１６は、スイッチ群２１ｂに含まれるスイッチＳＷ２ｎ＋１〜３ｎの何れかをオンに制御した場合、スイッチ群２２ｂにおいてスイッチＳＷＤｂ−をオンに制御する。制御回路１６は、スイッチ群２２ｂに含まれるスイッチＳＷ３ｎ＋１〜４ｎの何れかをオンに制御した場合、スイッチ群２１ｂにおいてスイッチＳＷＤｂ＋をオンに制御する。
【００４９】
［まとめ］
本実施形態では、半導体装置１０ａは、差動増幅器を２つ有する。差動増幅器１１ａは、センサ５０−１〜２ｎの受信信号の検出に使用され、差動増幅器１１ｂは、センサ５０−２ｎ＋１〜５０−４ｎの受信信号の検出に使用される。実施形態１では、例えばセンサの総数が６０個である場合、センサを選択して信号を受信する動作を６０回繰り返すこととなる。これに対し、本実施形態では、センサ５０−１〜２ｎの何れかの信号とセンサ５０−２ｎ＋１〜４ｎの何れかの信号とを並列に処理できるため、センサを選択して信号を受信する動作を３０回繰り返せばよい。本実施形態では、実施形態１で得られるＰＳＲＲ特性を向上できる効果に加えて、検出速度を向上できる効果が得られる。
【００５０】
［実施形態３］
続いて、実施形態３を説明する。図４は、実施形態４に係る半導体装置を示す。本実施形態に係る半導体装置１０ｂは、図１に示される実施形態１に係る半導体装置１０の構成に加えて、制御回路（インピーダンス制御回路）４０、メモリ４１、電圧信号源４２、及び制御回路４３を有する。本実施形態において、ダミーインピーダンス回路３０は、インピーダンス値が可変に構成されている。その他の点は、実施形態１と同様でよい。
【００５１】
ダミーインピーダンス回路３０は、例えば可変抵抗を含んで構成される。ダミーインピーダンス回路３０は、例えばｎＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などのＦＥＴ（トランジスタ）を用いて構成されており、制御回路４０から出力されるＦＥＴのゲートへ印加する電圧を制御することで、所望の抵抗値が実現可能に構成される。ＦＥＴは、ｐＭＯＳＦＥＴであってもよい。例えば、制御回路４０から出力されるＦＥＴのゲートへの印加電圧は、電源電圧の変動の影響を受けない可変電圧レギュレータなどを用いて制御される。あるいは、ゲートへの印加電圧は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）などを用いて制御されてもよい。ゲートへの印加電圧を、ＤＡＣなどの電源電圧の変動の影響を受けるものを用いて制御する場合、ＤＡＣ出力に受信信号の周波数を落とすためのフィルタを設けるとよい。フィルタは、制御回路４０のみに内蔵すればよいため、面積インパクトは小さい。
【００５２】
ダミーインピーダンス回路３０は、可変容量を含んで構成されてもよい。例えば、ＦＥＴのゲート容量の容量値は電圧依存性を有しており、バイアス電圧値を変化させることで、所望の容量値を得ることができる。バイアス電圧は、例えば電源電圧の変動の影響を受けないレギュレータなどから供給される。あるいは、バイアス電圧は、ＤＡＣなどから供給されてもよい。バイアス電圧を、ＤＡＣなどの電源電圧の変動の影響を受けるもので制御する場合、上記と同様に、ＤＡＣ出力に受信信号の周波数を落とすためのフィルタを設けるとよい。
【００５３】
制御回路４０は、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を制御する。制御回路４０は、例えば上記レギュレータの出力電圧やＤＡＣに入力されるデジタル値を制御することで、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を制御する。制御回路４０は、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を所望のインピーダンス値とするためのキャリブレーションを行う。制御回路４０は、例えば複数のセンサについて、そのセンサが選択された場合のダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値をキャリブレーションする。制御回路４０は、キャリブレーションで得られた所望のインピーダンス値を実現するための制御情報（制御値）をメモリ４１に記憶する。制御回路４０は、測定対象物の検出時は、メモリ４１から読み出した制御情報に基づいて、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を制御する。
【００５４】
本実施形態において、基準電圧源１４の正入力端子は、基準電位ではなく、電圧信号源４２に接続される。電圧信号源４２は、所定周波数の信号を出力可能に構成される。制御回路４３は、電圧信号源４２を制御する。制御回路４３は、上記キャリブレーションが行われる場合は、電圧信号源４２に所定周波数の信号を出力させる。その場合、基準電圧源１４は、所定振幅の周波数信号を出力する。制御回路４３は、測定対象物の検出時は、電圧信号源４２に一定電圧、例えば電源電圧ＶＤＤの半分の電圧を出力させる。この場合、基準電圧源１４は、実施形態１と同様に基準電圧を生成する。
【００５５】
ここで、基準電圧源１４は、センサ５０−１〜５０−２ｎ及びダミーインピーダンス回路３０に接続されており、さらに選択されたスイッチを介して差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子に接続されている。例えば、電圧信号源４２が電源電圧変動の影響を受ける回路構成である場合、基準電圧源１４が出力する所定振幅の信号は電源電圧変動の影響を受ける。しかし、その場合でも、差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子の双方への電源電圧変動の影響は等しいため、差動増幅器１１の出力では変動が打ち消される。従って、電圧信号源４２及び基準電圧源１４は、電源電圧変動の影響を受ける回路構成であってもよい。
【００５６】
［キャリブレーション］
図５は、キャリブレーションの動作手順を示す。制御回路１６は、駆動回路１５を通じてスイッチ群２１及び２２のスイッチを制御し、キャリブレーション対象のセンサを選択する（ステップＳ１）。制御回路１６は、例えばスイッチ群２１においてスイッチＳＷ１のみをオンにし、スイッチ群２２においてスイッチＳＷＤ−のみをオンにすることで、センサ５０−１を選択する。例えばユーザは、測定対象物を、選択されたセンサから所望の距離だけ離れた位置に固定する（ステップＳ２）。測定対象物は、例えば１０ｃｍなど、センサから十分離れた位置に固定される。制御回路４０は、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を最小に設定する（ステップＳ３）。
【００５７】
制御回路４３は、電圧信号源４２に受信信号と同じ周波数の信号を出力させる。この場合、基準電圧源１４は、受信信号の周波数に等しい所定周波数の信号を出力する（ステップＳ４）。基準電圧源１４が出力する所定周波数の信号は、ＩＣ端子ＲＯＵＴを介してセンサ５０−１に入力される。また、所定周波数の信号は、ダミーインピーダンス回路３０に入力される。差動増幅器１１の正入力端子は、スイッチＳＷ１を通じてセンサ５０−１に接続され、負入力端子は、スイッチＳＷＤ−を通じてダミーインピーダンス回路３０に接続される。差動増幅器１１は、正入力端子と負入力端子との間の電位差を増幅して出力する。ＡＤＣ１２は、差動増幅器１１の出力をサンプリングする。
【００５８】
信号処理演算回路１３は、ＡＤＣ１２が出力するサンプリングデータの振幅を計算する（ステップＳ５）。なお、ＡＤＣ１２の出力を用いて振幅を計算するためには、サンプリングの定理から、ＡＤＣ１２は、受信周波数の半周期以上の期間、サンプリングを行う必要がある。振幅は、相互作用を含めたセンサ５０−１のインピーダンス値とダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値とが等しいとき、０（一定値）となる。
【００５９】
信号処理演算回路１３は、ステップＳ５で計算された振幅が０であるか否かを判断する（ステップＳ６）。制御回路４０は、信号処理演算回路１３で振幅が０ではないと判断された場合、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を所定値だけ増加させる（ステップＳ７）。その後、処理はステップＳ５に戻り、信号処理演算回路１３は振幅を計算する。ステップＳ５からステップＳ７は、ステップＳ６で振幅が０であると判断されるまで繰り返し実施される。
【００６０】
制御回路４０は、ステップＳ６で振幅が０であると判断されると、振幅が０となる場合のダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を実現する制御値をメモリ４１に保存する（ステップＳ８）。なお、上記では、制御回路４０は、ステップＳ３でダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を最小に設定し、その後ステップＳ６においてインピーダンス値を段階的に増加させる例を説明したが、これには限定されない。制御回路４０は、例えばステップＳ３でインピーダンス値を最大に設定し、ステップＳ６においてインピーダンス値を段階的に減少させてもよい。
【００６１】
上記キャリブレーションは、半導体装置１０ｂに接続される２ｎ個のセンサ５０−１〜２ｎの一部、又は全部に対して実施されてもよい。その場合、制御回路４０は、ステップＳ１で選択されたセンサと、ダミーインピーダンス回路３０の制御値とを対応付けてメモリ４１に保存すればよい。センサの使用時、制御回路４３は、電圧信号源４２に例えばＶＤＤ／２などの一定電圧を出力させる。制御回路４０は、選択されるセンサが切り替わるたびに、新たに選択されるセンサに対応する制御値をメモリ４１から読み出し、読み出した制御値に基づいてダミーインピーダンス回路３０を制御してもよい。
【００６２】
上記キャリブレーションにおいて、測定対象物と選択されたセンサとの間の距離を変えつつ、距離が異なる複数の条件で、振幅が０となるダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を求めてもよい。例えば、あるセンサについて、測定対象物とセンサとが接している場合（距離０ｃｍ）と、近接している場合（例えば距離１ｃｍ）についても上記と同様な手順でキャリブレーションを行ってもよい。あるいは、測定対象物とセンサの距離とが無限大とみなせる距離である場合、つまり測定対象物が存在しない場合についても、上記と同様な動作を行ってもよい。それらの場合、制御回路４０は、距離とダミーインピーダンス回路３０の制御値とを対応付けてメモリ４１に保存すればよい。
【００６３】
検出時の測定対象物とセンサとの間の距離は、相互作用の大きさと相関関係を持っている。例えば相互作用が電磁誘導である場合、相互誘導Ｍは、距離が近いほど大きくなる。このため、検出時の測定対象物とセンサとの間の距離は、受信信号の振幅に現れる。制御回路４０は、検出時に計算された、ＡＤＣ１２でサンプリングされたサンプリングデータの振幅値を信号処理演算回路１３から取得し、振幅値に基づいて推定した距離に対応する制御値をメモリ４１から読み出し、読み出した制御値に基づいてダミーインピーダンス回路３０を制御してもよい。
【００６４】
ここで、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−は、何れか一方がオンに制御され、他方はオフに制御される。例えばスイッチＳＷＤ−がオンに制御される場合、スイッチＳＷＤ＋はオフに制御される。このとき、制御回路４０が、メモリ４１から読み出した制御値に基づいて、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−に接続されるダミーインピーダンス回路３０の双方を読み出した制御値に基づいて制御したとする。この場合、スイッチＳＷＤ＋はオフに制御されているため、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値がどのような値であっても、受信信号には影響を与えない。従って、制御回路４０は、２つのダミーインピーダンス回路３０を個別に制御可能に構成されている必要はない。
【００６５】
なお、センサ５０−１〜２ｎにはセンサの種類が異なり、受信周波数が異なるものが含まれる場合も考えられる。その場合には、ステップＳ４で基準電圧源１４から出力する周波数信号の周波数を、ステップＳ１で選択したセンサに応じて変更すればよい。基準電圧源１４に接続された電圧信号源４２が出力する信号の周波数をセンサごとの受信周波数に設定することで、種類が異なるセンサを用いる場合でも、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を、検出時のセンサのインピーダンスに一致させることができる。
【００６６】
［インピーダンス値の可変範囲］
続いて、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値の可変範囲について説明する。ここでは、本実施形態に係る半導体装置１０ｂを、特許文献１と同様な位置検出装置に用いた場合を考える。図６は、センサ及び位置指示装置の一例を模式的に示す。センサ５０−１〜５０−２ｎはループコイルとして構成されている。それらセンサ５０−１〜５０−２ｎを含むループコイル群は、例えば、Ａ４用紙程度の大きさを有するＰＣ（Personal Computer）モニタに配置される。センサ５０−１〜５０−２ｎの一端は、それぞれＩＣ端子ＳＩＮ１〜２ｎに接続され、他端はＩＣ端子ＲＯＵＴに接続される。各ループコイルの自己インダクタンスはＬ１（正の実数）であるとする。
【００６７】
位置指示装置６０は、周波数信号発生部６１とコンデンサ６２とコイル６３とを有する。コイル６３の自己インダクタンスはＬ２（正の実数）であるとする。位置指示装置６０は、ペン型の装置として構成されており、一般的な筆記具のサイズを有する。その場合、センサ５０−１〜５０−２ｎの自己インダクタンスＬ１と位置指示装置６０内のコイル６３の自己インダクタンスＬ２との関係は、位置指示装置のサイズと画面サイズとの関係から、Ｌ１＞Ｌ２となる。
【００６８】
一般に、相互誘導Ｍは、ｋを−１より大きく１より小さい値を持つ結合係数として、Ｍ＝ｋ（Ｌ１×Ｌ２）１／２で表される。従って、相互誘導Ｍの条件は、−（Ｌ１×Ｌ２）１／２＜Ｍ＜（Ｌ１×Ｌ２）１／２となる。ここで、Ｌ１＞Ｌ２であるから、（Ｌ１×Ｌ２）１／２＜Ｌ１が成立する。この場合、ダミーインピーダンス回路３０は、受信信号の周波数において、Ｌ１±（Ｌ１×Ｌ２）１／２に対応するインピーダンスの範囲でインピーダンス値を変化させることができればよい。そのようなダミーインピーダンス回路３０を用いた場合、いかなる距離に対しても、キャリブレーション時に、インピーダンス値を、振幅０を実現するインピーダンス値に調整できる。また、事前にループコイルと位置指示装置６０のコイル６３の巻き方向（極性）が決まっている場合は、可変範囲を正の範囲（０から（Ｌ１×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンス範囲）又は負の範囲（−（Ｌ１×Ｌ２）１／２から０に対応したインピーダンス範囲）に限定することができる。なお、ダミーインピーダンス回路３０は、インダクタンスで構成される必要はない。
【００６９】
図７は、センサ及び位置指示装置の別の例を模式的に示す。センサ５０−１〜５０−２ｎはループコイルとして構成されている。この例では、センサ５０−１〜５０−ｎはＸ軸のループコイル群５０−Ｘを構成し、センサ５０−ｎ＋１〜５０−２ｎはＹ軸のループコイル群５０−Ｙを構成する。なお、図７において、ループコイル群５０−Ｘとループコイル群Ｙとが分離して図示されているが、実際には密着し重なって配置される。ただし、ループコイル群５０−Ｘ及びループコイル群５０−Ｙは、電気的には独立して配置される。
【００７０】
ループコイル群５０−Ｘの各ループコイルの一端はそれぞれＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎに接続され、他端はＩＣ端子ＲＯＵＴに接続される。ループコイル群５０−Ｙの各ループコイルの一端はそれぞれＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜２ｎに接続され、他端はＩＣ端子ＲＯＵＴに接続される。ループコイル群５０−Ｘの各ループコイルの自己インダクタンスはＬ１Ｘ（正の実数）であるとし、ループコイル群５０−Ｙの各ループコイルの自己インダクタンスはＬ１Ｙ（正の実数）であるとする。ＰＣモニタには、縦（Ｙ軸）と横（Ｘ軸）の長さが異なるものが多い。画面の横方向のサイズが縦方向のサイズよりも大きい場合、ループコイル群５０−Ｘの自己インダクタンスＬ１Ｘとループコイル群５０−Ｙの自己インダクタンスＬ１Ｙとの関係は、Ｌ１Ｙ＜Ｌ１Ｘとなる。この例のように、センサ５０−１〜５０−２ｎには、自己インダクタンスが異なる２種類のセンサが含まれる場合がある。
【００７１】
半導体装置１０ｂにおいて、ループコイル群５０−Ｙのループコイル（センサ５０−ｎ＋１〜５０−２ｎ）が選択される場合、スイッチＳＷＤ＋がオンに制御される。一方、ループコイル群５０−Ｘのループコイル（センサ５０−１〜５０−ｎ）が選択される場合、スイッチＳＷＤ−がオンに制御される。スイッチＳＷＤ＋に接続されるダミーインピーダンス回路３０に要求されるインピーダンス値の可変範囲はＬ１Ｙ±（Ｌ１Ｙ×Ｌ２）１／２であり、スイッチＳＷＤ−に接続されるダミーインピーダンス回路３０に要求されるインピーダンス値の可変範囲はＬ１Ｘ±（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２である。つまり、スイッチＳＷＤ−に接続されるダミーインピーダンス回路３０の可変幅は、スイッチＳＷＤ＋に接続されるダミーインピーダンス回路３０の可変幅よりも広いことが要求される。この場合において、双方のダミーインピーダンス回路３０の可変幅を、±（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２としてもよい。可変範囲としては、スイッチＳＷＤ＋に接続されるダミーインピーダンス回路３０がＬ１Ｙ±（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２でスイッチＳＷＤ−に接続されるダミーインピーダンス回路３０がＬ１Ｘ±（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２であればよい。
【００７２】
位置指示装置６０に含まれるコイル６３の自己インダクタンスＬ２が未知の場合、自己インダクタンスの関係はＬ２＜Ｌ１Ｙ＜Ｌ１Ｘであることから、スイッチＳＷＤ＋に接続されるダミーインピーダンス回路３０の可変範囲はＬ１Ｙ±Ｌ１Ｙとすればよい。また、スイッチＳＷＤ−に接続されるダミーインピーダンス回路３０の可変範囲はＬ１Ｘ±（Ｌ１Ｘ×Ｌ１Ｙ）１／２とすればよい。その場合、自己インダクタンスＬ２の値が異なる様々な位置指示装置６０に対応することができる。
【００７３】
上記では、ＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎにループコイル群５０−Ｘのループコイルが接続され、ＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜２ｎにループコイル群５０−Ｙのループコイルが接続される例を示した。しかしながら、ループコイル群５０−Ｘのループコイルが全てＩＣ端子ＳＩＮ１〜ｎに接続され、ループコイル群５０−Ｙのループコイルが全てＩＣ端子ＳＩＮｎ＋１〜２ｎに接続されるとは限らない。また、ＩＣ端子ＳＩＮ１〜２ｎに、どちらのループコイル群のコイルが接続されるかわからない場合もある。その場合、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−に接続される双方のダミーインピーダンス回路３０の可変範囲は、上記においてそれぞれスイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−に接続される２つのダミーインピーダンス回路３０の可変範囲の最小値から最大値までの範囲とすればよい。具体的には、Ｌ２＜Ｌ１Ｙ＜Ｌ１Ｘの関係から、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−に接続される双方のダミーインピーダンス回路３０の可変範囲を、０からＬ１Ｘ＋（Ｌ１Ｘ×Ｌ１Ｙ）１／２とすればよい。コイル６３の自己インダクタンスＬ２が既知であり、ＩＣ端子ＳＩＮ１〜２ｎにどちらのループコイル群のコイルが接続されるかわからないなどの場合は、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−に接続される双方のダミーインピーダンス回路３０の可変範囲を、Ｌ１Ｙ−（Ｌ１Ｙ×Ｌ２）１／２からＬ１Ｘ＋（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２とすればよい。
【００７４】
［まとめ］
本実施形態では、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値が可変に構成される。制御回路４０は、キャリブレーションを行い、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を、相互作用が生じているセンサのインピーダンス値と一致させるための制御値をメモリ４１に保存する。制御回路４０は、検出時は、メモリ４１からキャリブレーション時に保存した制御値を読み出し、制御値に基づいてダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を制御する。このようにすることで、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を正確に検出時のセンサのインピーダンス値に一致させることができ、検出時のＰＳＲＲ特性を向上することができる。
【００７５】
本実施形態において、上記キャリブレーションは全てのセンサ５０−１〜５０−２ｎに対して実施することができる。その場合、センサ５０−１〜５０−２ｎやダミーインピーダンス回路３０に製造ばらつきがある場合でも、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を最適化することができる。また、上記キャリブレーションを、複数の測定対象物の距離に対して実施することもできる。その場合、検出時に、センサと測定対象物との距離に応じてダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を制御することで、様々な距離に対してインピーダンス値を最適化できる。
【００７６】
［変形例１］
上記各実施形態では、半導体装置１０には偶数個のセンサが接続される場合を説明した。しかしながら、半導体装置１０はセンサに接続されるＩＣ端子を奇数個有し、奇数個のセンサが接続される構成であってもよい。図８は、変形例１に係る半導体装置を示す。本変形例に係る半導体装置１０ｃの構成は、図１に示される半導体装置１０の構成からＩＣ端子ＳＩＮ２ｎを省いた構成と同様である。本実施形態において、スイッチ群２２に含まれるスイッチＳＷ２ｎはＩＣ端子に接続されておらず、オープンとなっている。その他の点は、上記実施形態の何れかと同様でよい。
【００７７】
スイッチＳＷ２ｎは、一端が開放され、他端が差動増幅器１１の負の入力端子に接続される。スイッチＳＷ２ｎの一端は、電源ＶＤＤや設置ＧＮＤなどの一定電位が供給される配線などに接続されていてもよい。制御回路１６は、２ｎ−１個のスイッチＳＷ１〜２ｎ−１のうち、何れか１つをオンに制御し、残りをオフに制御する。制御回路１６は、スイッチＳＷ２ｎは常にオフに制御する。制御回路１６は、スイッチ群２１においてスイッチＳＷ１〜ｎの何れかを選択した場合、スイッチ群２２においてスイッチＳＷＤ−を選択する。制御回路１６は、スイッチ群２２においてスイッチＳＷｎ＋１〜２ｎ−１の何れかを選択した場合、スイッチ群２１においてスイッチＳＷＤ＋を選択する。このようにすることで、実施形態１などと同様に、選択したセンサの受信信号を検出することができる。
【００７８】
なお、図８では、スイッチ群２２にセンサ接続用のＩＣ端子に接続されないスイッチが含まれる例を示しているが、ＩＣ端子に接続されないスイッチの位置は任意である。例えば、スイッチ群２１にＩＣ端子に接続されないスイッチが含まれていてもよい。より詳細には、例えば、スイッチ群２１がｎ個のスイッチＳＷ１〜ｎを有し、スイッチ群２２がｎ個のスイッチＳＷｎ＋１〜２ｎを有している場合に、スイッチＳＷ１の一端がＩＣ端子に接続されることなく開放されていてもよい。この場合でも、スイッチＳＷ１がオンに制御されなければ、上記と同様な動作を実現できる。
【００７９】
また、上記では、半導体装置１０ｃはＩＣ端子ＳＩＮ２ｎを有していない例を説明したが、本変形例において、半導体装置１０ｃは実施形態１に係る半導体装置１０と同様に、ＩＣ端子ＳＩＮ２ｎを有していてもよい。ただし、その場合、２ｎ個のスイッチＳＷ１〜２ｎの何れか１つにはセンサが接続されない。センサが接続されないＩＣ端子の数は１つに限らず、任意の数のＩＣ端子にセンサが接続されないこととしてもよい。制御回路１６は、センサが接続されないＩＣ端子に接続されるスイッチを常にオフに制御する。例えば、例えばＩＣ端子ＳＩＮ２ｎにセンサが接続されない場合、制御回路１６は、スイッチＳＷ２ｎを常にオフに制御する。その場合も、上記と同様な動作を実現できる。
【００８０】
［変形例２］
上記各実施形態では、信号処理演算回路１３にて極性の反転を行う例を説明したが、これには限定されない。図９は、変形例２に係る半導体装置の一部を示す。本変形例において、差動増幅器１１は、双差動出力タイプの差動増幅器として構成される。差動増幅器１１は、正転の波形（正出力端子）と反転の波形（負出力端子）とを同時に出力する。また、本変形例において、ＡＤＣ１２は差動入力タイプのＡＤＣとして構成される。スイッチＳＷＸ１〜４は、ＡＤＣ１２に入力される信号の極性を反転するための極性反転スイッチである。
【００８１】
例えばスイッチ群２１において、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの何れかが選択される場合、スイッチＳＷＸ２及びＳＷＸ３がオンに制御され、スイッチＳＷＸ１及びＳＷＸ４はオフに制御される。この場合、差動増幅器１１の出力とＡＤＣ１２の入力とにおいて、正同士及び負同士が接続される。一方、スイッチ群２２において、スイッチＳＷｎ＋１〜ＳＷ２ｎの何れかが選択される場合、スイッチＳＷＸ１及びＳＷＸ４がオンに制御され、スイッチＳＷＸ２及びＳＷＸ３はオフに制御される。この場合、差動増幅器１１の出力の正とＡＤＣ１２の入力の負とが接続され、差動増幅器１１の出力の負とＡＤＣ１２の入力の正とが接続される。本変形例では、信号処理演算回路１３は、サンプリングデータに対し、極性反転の演算を行わずに、離散フーリエ変換を含む各種演算を行う。
【００８２】
本変形例では、スイッチＳＷＸ１〜ＳＷＸ４は２つずつ選択するように制御され、ＡＤＣ１２の正負の入力の双方に対するインピーダンス（寄生容量）の大きさを等しくしている。そのため、スイッチＳＷＸ１〜ＳＷＸ４は電源電圧の変動の影響を受ける可能性はあるものの、ＡＤＣ１２の正負の入力の双方で等しい影響を受けるため、電源電圧変動の影響が打ち消される。このため、ＰＳＲＲ特性を悪化させることなく、信号の極性反転を実現できる。本変形例では、信号処理演算回路１３において極性反転の演算を行う必要がないため、演算時間を短縮できる。なお、本変形例と同様な極性反転は、実施形態２及び３、又は変形例１及び３においても適用可能である。
【００８３】
［変形例３］
上記各実施形態では、ダミーインピーダンス回路３０をスイッチＳＷＤ＋とスイッチＳＷＤ−とに個別に配置する例を説明したが、これには限定されない。図１０は、変形例３に係る半導体装置を示す。本変形例に係る半導体装置１０ｄは、ダミーインピーダンス回路３０が、スイッチＳＷＤ＋とスイッチＳＷＤ−とに共通に配置される点で、図１に示される実施形態１に係る半導体装置１０と相違する。その他の点は、実施形態２又は３と同様でよい。または、その他の点は、変形例１又は２と同様でよい。本変形例では、ダミーインピーダンス回路３０を１つ省略できる利点がある。
【００８４】
実施形態１においては、各ダミーインピーダンス回路３０は、それぞれ１つのスイッチに接続されている。これに対し、本変形例では、双方にスイッチに共通のダミーインピーダンス回路３０が、スイッチＳＷＤ＋及びＳＷＤ−を介して差動増幅器１１の正入力端子及び負入力端子に接続される。そのため、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、実施形態１で説明した値からオフに制御されたスイッチ（ＳＷＤ＋又はＳＷＤ−）１つ分のインピーダンス分を減算した値が最良となる。
【００８５】
ここで、一般に、スイッチは受信信号を通過させる必要があるため、受信信号の周波数において信号に影響を与えない程度の小さな寄生成分しか有していない。一方、センサは、受信信号の周波数に対して高い感度（例えば共振周波数）を持つため、オンに制御されたスイッチ１つの寄生成分に比べて十分に大きなインピーダンスを有する。そのため、原理的にはスイッチ１つ分のインピーダンスを減算することでインピーダンス値を最適化できるものの、現実的には、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値を実施形態１において説明した値と同じ値、又はそれに近似する値に設定した場合でも大きな問題は発生しないと考えられる。
【００８６】
［他の変形例］
上記各実施形態及び上記各変形例は、必要に応じて任意に組み合わせることができる。図１１は、実施形態２と変形例３とを組み合わせた他の変形例に係る半導体装置を示す。半導体装置１０ｅは、図３に示される実施形態２に係る半導体装置１０ａと同様に、差動増幅器１１ａ及び１１ｂ、ＡＤＣ１２ａ及び１２ｂ、信号処理演算回路１３ａ及び１３ｂ、基準電圧源１４、駆動回路１５、制御回路１６、スイッチ回路２０ａ及び２０ｂ、並びにダミーインピーダンス回路３０ａ及び３０ｂを有する。半導体装置１０ｅは、差動増幅器、ＡＤＣ、信号処理演算回路、スイッチ回路、及びダミーインピーダンス回路の組を２つ有する構成である。半導体装置１０ｅは、それらの組を３つ以上有する構成であってもよい。
【００８７】
図１１に示される変形例では、変形例３と同様に、ダミーインピーダンス回路３０ａ及び３０ｂは、それぞれ２つのバイアス電圧用のスイッチに共通に配置される。ダミーインピーダンス回路３０ａは、スイッチＳＷＤａ＋を介して差動増幅器１１ａの正入力端子に接続され、かつスイッチＳＷＤａ−を介して差動増幅器１１ａの負入力端子に接続される。また、ダミーインピーダンス回路３０ｂは、スイッチＳＷＤｂ＋を介して差動増幅器１１ｂの正入力端子に接続され、かつスイッチＳＷＤｂ−を介して差動増幅器１１ｂの負入力端子に接続される。ダミーインピーダンス回路３０ａ及び３０ｂのインピーダンス値は、変形例３で説明したものと同様でよい。このような半導体装置１０ｅを用いた場合、実施形態２で得られる効果と、変形例３で得られる効果とが得られる。
【００８８】
図１２は、実施形態３と変形例３とを組み合わせた他の変形例に係る半導体装置を示す。半導体装置１０ｆは、図４に示される実施形態３に係る半導体装置１０ｂと同様な構成を有する。半導体装置１０ｆにおいて、インピーダンス値が可変に構成されたダミーインピーダンス回路３０は、変形例３と同様に、２つのバイアス電圧用のスイッチＳＷＤ＋およびＳＷＤ−に共通に配置される。ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値のキャリブレーションは、実施形態３で説明したものと同様でよい。このような半導体装置１０ｅを用いた場合、実施形態３で得られる効果と、変形例３で得られる効果とが得られる。半導体装置１０ｅは、実施形態２に係る半導体装置１０ａと同様に、差動増幅器、ＡＤＣ、信号処理演算回路、スイッチ回路、及びダミーインピーダンス回路の組を２つ有する構成であってもよい。
【００８９】
図１３は、更なる他の変形例に係る半導体装置を示す。半導体装置１０ｇは、ダミーセンサを接続するためのＩＣ端子ＳＩＮＤ＋及びＳＩＮＤ−を有する。ＩＣ端子ＳＩＮＤ＋及びＳＩＮＤ−には、それぞれダミーセンサ５０−Ｄの一端が接続される。ダミーセンサ５０−Ｄは、他のセンサと同様な構成を有する。だだし、ダミーセンサ５０−Ｄは、遮蔽されており、測定対象物には反応しない。ダミーセンサ５０−Ｄの他端は、ＩＣ端子ＲＯＵＴを介して基準電圧源１４に接続される。半導体装置１０ｇにおいて、ダミーインピーダンス回路３０は、ＩＣ端子ＳＩＮＤ＋及びＳＩＮＤ−を介してダミーセンサ５０−Ｄに接続される。その他の点は、図１に示される実施形態１に係る半導体装置１０と同様でよい。
【００９０】
実施形態１などにおいて、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、センサのインピーダンス値にセンサと測定対象物との相互作用のインピーダンス分を加味した値に設定されている。これに対し、半導体装置１０ｇでは、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、例えば相互作用が電磁誘導である場合は、相互誘導により生じるインダクタンス分のインピーダンス値に設定される。また、ダミーインピーダンス回路３０のインピーダンス値は、相互作用が静電容量である場合は、相互容量により生じるキャパシタンス分のインピーダンス値に設定される。図１３では、ダミーインピーダンス回路３０は半導体装置１０ｇの内部に配置されているが、ダミーインピーダンス回路３０は半導体装置１０ｇの外部に配置されていてもよい。
【００９１】
半導体装置１０ｇは、ダミーセンサ５０−Ｄが接続されるＩＣ端子ＳＩＮＤ＋及びＳＩＮＤ−を有しており、ＩＣ端子ＳＩＮＤ＋及びＳＩＮＤ−には、任意のダミーセンサ５０−Ｄを接続することができる。このようにすることで、半導体装置の設計時に想定していなかったセンサのインピーダンスに対応することが可能である。なお、ダミーセンサ５０−Ｄは、実施形態３と同様にインピーダンス値が可変に構成されていてもよい。その場合、キャリブレーションを行うことで、差動増幅器１１の双方の入力端子のインピーダンスを正確に揃えることができる。
【００９２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００９３】
例えば、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００９４】
［付記１］
第１群のセンサが接続される第１群のセンサ接続端子と、
第２群のセンサが接続される第２群のセンサ接続端子と、
前記第１群のセンサ接続端子から入力される信号、及び基準電圧を選択的に出力端子から出力する第１のスイッチ群と、
前記第２群のセンサ接続端子から入力される信号、及び前記基準電圧を選択的に出力端子から出力する第２のスイッチ群と、
前記第１のスイッチ群及び前記第２のスイッチ群を制御し、前記第１群のセンサ又は前記第２群のセンサに含まれるセンサの１つを選択するスイッチ制御回路と、
前記第１のスイッチ群の出力端子に接続される第１の入力端子と、前記第２のスイッチ群の出力端子に接続される第２の入力端子とを有し、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間の差電圧を増幅して出力する差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力信号に対して信号処理を実施する信号処理回路とを備え、
前記第１のスイッチ群に含まれるスイッチの数と前記第２のスイッチ群に含まれるスイッチの数とは相互に等しく、
前記スイッチ制御回路は、前記第１群のセンサに含まれるセンサを選択する場合は、前記第１のスイッチ群において前記第１群のセンサ接続端子から入力される信号の何れかを選択させ、かつ前記第２のスイッチ群において前記基準電圧を選択させ、前記第２群のセンサに含まれるセンサを選択する場合は、前記第２のスイッチ群において前記第２群のセンサ接続端子から入力される信号の何れかを選択させ、かつ前記第１のスイッチ群において前記基準電圧を選択させる半導体装置。
【００９５】
［付記２］
前記第１のスイッチ群は、一端が前記第１群のセンサ接続端子に接続され、他端が前記第１の入力端子に接続される１以上のセンサ用スイッチと、一端が前記基準電圧に接続され、他端が前記第１の入力端子に接続される第１のバイアス電圧用スイッチとを含み、
前記第２のスイッチ群は、一端が前記第２群のセンサ接続端子に接続され、他端が前記第２の入力端子に接続される１以上のセンサ用スイッチと、一端が前記基準電圧に接続され、他端が前記第２の入力端子に接続される第２のバイアス電圧用スイッチとを含む付記１に記載の半導体装置。
【００９６】
［付記３］
前記第１群のセンサ接続端子及び前記第２群のセンサ接続端子が、それぞれ前記基準電圧が供給されるダミーセンサに接続されるダミーセンサ接続用端子を含み、
前記第１のバイアス電圧用スイッチ及び前記第２のバイアス電圧用スイッチの一端は、それぞれ、前記ダミーセンサ接続用端子及び前記ダミーセンサを介して前記基準電圧に接続される付記２に記載の半導体装置。
【００９７】
［付記４］
前記第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間、及び前記第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に、ダミーインピーダンス回路を更に有する付記２に記載の半導体装置。
【００９８】
［付記５］
前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値は、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサに用いられるセンサのインピーダンス値と、該センサと測定対象物との間で相互作用を生じることで発生するインピーダンスの変化分とに基づいて設定される付記４に記載の半導体装置。
【００９９】
［付記６］
前記ダミーインピーダンス回路は、前記第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間、及び前記第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に、それぞれ個別に配置される付記４又は５に記載の半導体装置。
【０１００】
［付記７］
前記ダミーインピーダンス回路は、前記第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間、及び前記第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に、共通に配置される付記４又は５に記載の半導体装置。
【０１０１】
［付記８］
前記第１のバイアス電圧用スイッチ及び前記第２のバイアス電圧用スイッチの一端と、前記ダミーセンサ接続用端子との間にダミーインピーダンス回路を更に有する付記３に記載の半導体装置。
【０１０２】
［付記９］
前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値は、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサに用いられるセンサと測定対象物との間で相互作用を生じることで発生するインピーダンスの変化分に基づいて設定される付記８に記載の半導体装置。
【０１０３】
［付記１０］
前記ダミーインピーダンス回路は、インピーダンス値が可変に構成される付記４から９何れか１つに記載の半導体装置。
【０１０４】
［付記１１］
測定対象物及び前記センサはインダクタンスを含み、かつ前記センサと前記測定対象物との間で生じる相互作用は電磁誘導であり、
Ｌ１を前記センサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ２を前記測定対象物の自己インダクタンスを示す正の実数とした場合、前記ダミーインピーダンス回路は、Ｌ１−（Ｌ１×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンス値からＬ１＋（Ｌ１×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンス値の範囲でインピーダンス値が可変に構成される付記１０に記載の半導体装置。
【０１０５】
［付記１２］
前記ダミーインピーダンス回路は、Ｌ１−（Ｌ１×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンス値からＬ１に対応したインピーダンス値の範囲、又はＬ１に対応したインピーダンス値からＬ１＋（Ｌ１×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンス値の範囲でインピーダンス値が可変に構成される付記１１に記載の半導体装置。
【０１０６】
［付記１３］
測定対象物及び前記センサはインダクタンスを含み、かつ前記センサと前記測定対象物との間で生じる相互作用は電磁誘導であり、かつ前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサは自己インダクタンスが相互に異なる２つのセンサを含んでおり、
Ｌ１Ｘ及びＬ１Ｙを前記２つのセンサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ２を前記測定対象物の自己インダクタンスを示す正の実数とした場合で、かつＬ１Ｙ＜Ｌ１Ｘが成立する場合、前記ダミーインピーダンス回路は、Ｌ１Ｙ−（Ｌ１Ｙ×Ｌ２）１／２からＬ１Ｘ＋（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンスの範囲でインピーダンス値が可変に構成される付記１０に記載の半導体装置。
【０１０７】
［付記１４］
測定対象物及び前記センサはインダクタンスを含み、かつ前記センサと前記測定対象物との間で生じる相互作用は電磁誘導であり、かつ前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサは自己インダクタンスが相互に異なる２つのセンサを含んでおり、
Ｌ１Ｘ及びＬ１Ｙを前記２つのセンサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ２を前記測定対象物の自己インダクタンスを示す正の実数とした場合で、かつＬ２＜Ｌ１Ｙ＜Ｌ１Ｘが成立する場合、前記ダミーインピーダンス回路は、０からＬ１Ｘ＋（Ｌ１Ｘ×Ｌ１Ｙ）１／２に対応したインピーダンスの範囲でインピーダンス値が可変に構成される付記１０に記載の半導体装置。
【０１０８】
［付記１５］
前記ダミーインピーダンス回路はイピーダンス値が可変に構成され、測定対象物及び前記センサはインダクタンスを含み、かつ前記センサと前記測定対象物との間で生じる相互作用は電磁誘導であり、
Ｌ１Ｘを前記第１群のセンサに含まれるセンサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ１Ｙを前記第２群のセンサに含まれるセンサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ２を前記測定対象物の自己インダクタンスを示す正の実数とした場合、
第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に配置された前記ダミーインピーダンス回路は、Ｌ１Ｙ−（Ｌ１Ｙ×Ｌ２）１／２からＬ１Ｙ＋（Ｌ１Ｙ×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンスの範囲でインピーダンス値が可変に構成され、
第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に配置された前記ダミーインピーダンス回路は、Ｌ１Ｘ−（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２からＬ１Ｘ＋（Ｌ１Ｘ×Ｌ２）１／２に対応したインピーダンスの範囲でインピーダンス値が可変に構成される付記６に記載の半導体装置。
【０１０９】
［付記１６］
前記ダミーインピーダンス回路はイピーダンス値が可変に構成され、測定対象物及び前記センサはインダクタンスを含み、かつ前記センサと前記測定対象物との間で生じる相互作用は電磁誘導であり、
Ｌ１Ｘを前記第１群のセンサに含まれるセンサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ１Ｙを前記第２群のセンサに含まれるセンサの自己インダクタンスを表す正の実数とし、Ｌ２を前記測定対象物の自己インダクタンスを示す正の実数とした場合で、かつＬ２＜Ｌ１Ｙ＜Ｌ１Ｘが成立する場合、
第１のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に配置された前記ダミーインピーダンス回路は、０から２×Ｌ１Ｙに対応したインピーダンスの範囲でインピーダンス値が可変に構成され、
第２のバイアス電圧用スイッチと前記基準電圧との間に配置された前記ダミーインピーダンス回路は、Ｌ１Ｘ−（Ｌ１Ｘ×Ｌ１Ｙ）１／２からＬ１Ｘ＋（Ｌ１Ｘ×Ｌ１Ｙ）１／２に対応したインピーダンスの範囲でインピーダンス値が可変に構成される付記６に記載の半導体装置。
【０１１０】
［付記１７］
前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を制御するインピーダンス制御回路を更に有する付記１０から１６何れか１つに記載の半導体装置。
【０１１１】
［付記１８］
前記インピーダンス制御回路は、前記スイッチ制御回路が前記センサを選択している状態で、前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を、前記差動増幅器の出力信号の振幅が一定値となるようにキャリブレーションし、該キャリブレーションで得られた前記ダミーインピーダンス回路の制御情報をメモリに保存する付記１７に記載の半導体装置。
【０１１２】
［付記１９］
前記インピーダンス制御回路は、前記キャリブレーションが行われたときに前記スイッチ制御回路が選択したセンサと、前記制御情報とを対応付けて前記メモリに保存する付記１８に記載の半導体装置。
【０１１３】
［付記２０］
前記インピーダンス制御回路は、前記第１群のセンサに含まれる各センサ及び前記第２群のセンサに含まれる各センサのそれぞれについて前記キャリブレーションを実施する付記１９に記載の半導体装置。
【０１１４】
［付記２１］
前記インピーダンス制御回路は、測定対象物の検出時、前記スイッチ制御回路が選択したセンサに対応する前記制御情報を前記メモリから読み出し、該読み出した制御情報に基づいて前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を制御する付記２０に記載の半導体装置。
【０１１５】
［付記２２］
前記キャリブレーションは、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサの少なくとも一方と測定対象物との間で相互作用が生じている状態で実施される付記１８から２１何れか１つに記載の半導体装置。
【０１１６】
［付記２３］
前記インピーダンス制御回路は、前記センサと測定対象物との間の距離が異なる複数の条件で前記キャリブレーションを実施し、前記条件と前記制御情報とを対応付けて前記メモリに保存する付記２２に記載の半導体装置。
【０１１７】
［付記２４］
前記インピーダンス制御回路は、前記スイッチ制御回路が選択したセンサと前記測定対象物との間の距離に対応する制御情報を前記メモリから読み出し、該読み出した制御情報に基づいて前記ダミーインピーダンス回路のインピーダンス値を制御する付記２３に記載の半導体装置。
【０１１８】
［付記２５］
前記インピーダンス制御回路は、前記差動増幅器の出力の振幅に基づいて前記距離を推定する付記２４に記載の半導体装置。
【０１１９】
［付記２６］
前記差動増幅器の出力と前記信号処理回路との間に、前記差動増幅器の出力の極性を反転させる極性反転スイッチを更に有する付記１から２５何れか１つに記載の半導体装置。
【０１２０】
［付記２７］
前記第１のスイッチ群及び前記第２のスイッチ群の少なくとも一方は、前記第１群のセンサ接続端子又は前記第２群のセンサ接続端子に接続されない未接続スイッチを含む付記１から２６何れか１つに記載の半導体装置。
【０１２１】
［付記２８］
前記スイッチ制御回路は、前記未接続スイッチを選択しない付記２７に記載の半導体装置。
【０１２２】
［付記２９］
前記第１群のセンサ接続端子、前記第２群のセンサ接続端子、前記第１のスイッチ群、前記第２のスイッチ群、前記差動増幅器、前記信号処理回路を含む組を２つ以上有する付記１から２８何れか１つに記載の半導体装置。
【０１２３】
［付記３０］
前記基準電圧を生成する基準電圧源を更に有する付記１から２９何れか１つに記載の半導体装置。
【０１２４】
［付記３１］
前記基準電圧を出力するための基準電圧出力端子を更に有し、前記第１群のセンサ及び前記第２群のセンサの一端は、前記基準電圧出力端子に接続される付記３０に記載の半導体装置。
【０１２５】
［付記３２］
前記第１のスイッチ群に含まれるスイッチの電気的特性と前記第２のスイッチ群に含まれるスイッチの電気的特性とは相互に等しい付記１から３１何れか１つに記載の半導体装置。
【符号の説明】
【０１２６】
１０：半導体装置
１１：差動増幅器
１２：ＡＤＣ
１３：信号処理演算回路
１４：基準電圧源
１５：駆動回路
１６：制御回路
２０：スイッチ回路
２１、２２：スイッチ群
３０：ダミーインピーダンス回路
４０：制御回路
４１：メモリ
４２：電圧信号源
４３：制御回路
５０：センサ
６０：位置指示装置
６１：周波数信号発生部
６２：コンデンサ
６３：コイル
【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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【図１３】
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