半导体装置和传感器系统

摘要

本发明提供一种半导体装置和传感器系统，其能够实现抗噪性的提高。因此，半导体装置内的输出电路(106a)具备：输入端子(207n、207p)和输出端子(208)；输出放大器(201)，其将输入端子(207n、207p)与输出端子(208)连接；反馈元件(203)，其将输出端子(208)反馈到输入端子(207n)；开关用晶体管(204)；电阻元件(206)。开关用晶体管(204)的漏极与输入端子(207n)连接。电阻元件(206)设置在开关用晶体管(204)的背栅极和电源(Vdd)之间，电阻元件(206)具备用于抑制在输入端子(207n)产生的预定频率的噪声的预定值以上的阻抗。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置和传感器系统，例如涉及车载用的半导体装置和传感器系统。

背景技术

在专利文献1中，公开了在运算放大器的输入端子和接地端子之间设置MOSFET的结构。该MOSFET通过向栅极和背栅极施加偏置电压而维持断开状态，利用漏极-背栅极之间的寄生二极管，将漏极电位钳位在偏置电压。另外，在专利文献2中，公开了以下的电路，即以抑制负载接通断开时的尖峰噪声(spike noise)为目的，测量负载电流并进行控制使其成为梯形波形，而使电压缓慢地变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-204297号公报

专利文献2：美国专利第6184663号说明书

发明内容

发明要解决的问题

宽泛使用了安装有输出模拟电压的输出电路的半导体装置等。例如，车载用的半导体装置内的输出电路有时经由比较长的输出配线向ECU(发动机控制单元)传送模拟电压。但是，有可能从其他设备、其他配线等向该输出配线施加感应噪声。由此，有可能产生输出电路的误动作。

本发明就是鉴于这样的情况而提出的，其目的之一在于：提供能够实现抗噪性的提高的半导体装置和传感器系统。

根据本说明书的描述和附图，应该了解本发明的上述以及其他目的和新特征。

用于解决问题的方案

如果简单地说明在本申请中公开的实施方式中的代表性的实施方式的概要，则如下。

本发明的代表性的实施方式的半导体装置具备：输入端子和输出端子；第1电路，其将输入端子与输出端子连接；反馈路径，其将输出端子反馈到输入端子；晶体管；第2电路。晶体管具备栅极、背栅极、源极、与输入端子连接的漏极。第2电路被设置在背栅极和电源之间，该第2电路具备用于抑制在输入端子产生的预定频率的噪声的预定值以上的阻抗。

发明效果

如果简单地说明通过在本申请中公开的发明中的代表性的实施方式得到的效果，则能够实现抗噪性的提高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的传感器系统的结构例子的概要图。

图2是在本发明的实施方式1的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图3是在图2的输出电路中表示开关用晶体管周边的示意性构造例子的截面图。

图4是在本发明的实施方式2的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图5是在本发明的实施方式3的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图6是在本发明的实施方式4的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图7是在本发明的实施方式5的半导体装置中表示输出电路的主要部分的详细结构例子的电路图。

图8是在本发明的实施方式6的半导体装置中表示输出电路的主要部分的详细结构例子的电路图。

图9是在本发明的实施方式7的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图10是在本发明的实施方式8的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图11是在本发明的比较例子的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。

图12是表示向图11的输出电路施加感应噪声的情况下的各部的电压状态的一个例子的波形图。

具体实施方式

在以下的实施方式中，在为了方便而有必要时，分割为多个部分或实施方式而进行说明，但除了特别明示的情况以外，它们并不是相互没有关系的，一方为另一方的一部分或全部的变形例子、详细、补充说明等关系。另外，在以下的实施方式中，在谈及要素的数等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明示的情况和在原理上明确限定于特定的数的情况以外，并不限于该特定的数，既可以是特定的数以上，也可以是以下。

并且，在以下的实施方式中，除了特别明示的情况和在原理上明确认为是必需的情况等以外，其构成要素(也包括要素步骤等)当然并不一定是必需的。同样，在以下的实施方式中，在谈及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况和在原理上明确认为不是这样的情况等以外，实质上包括与该形状等近似或类似的情况等。对于上述数值和范围，该情况也同样如此。

另外，实施方式的构成各功能模块的电路元件没有具体限制，而通过公知的CMOS(互补型MOS)晶体管等集成电路技术，形成在单晶硅那样的半导体基板上。以下，根据附图详细说明本发明的实施方式。此外，在用于说明实施方式的全部图中，原则上对相同的构件赋予相同的附图标记，省略其重复的说明。

(实施方式1)

<传感器系统的概要>

图1是表示本发明的实施方式1的传感器系统的结构例子的概要图。图1所示的传感器系统例如是车载用的传感器系统，具备传感器元件101、半导体装置102、ECU107。传感器元件101是电气特性与物理量对应地变化的元件，输出与检测对象的变化对应的电信号。传感器元件101例如是作为测定发动机吸入的空气量的元件的气流传感器等，但并不具体限于此。即，传感器元件101将空气流量、温度、湿度、压力等物理量变换为电信号而输出。

半导体装置102具备电源电路103、模拟电路104、处理器105、输出电路106，例如由一个半导体芯片构成。半导体装置102主要处理来自传感器元件101的电信号，经由输出电路106用模拟信号等输出该处理结果。模拟电路104对来自传感器元件101的电信号进行放大、滤波、模/数变换、数/模变换等处理。处理器105进行数字数据的处理、周边电路的控制等。电源电路103从外部电源生成内部电源，分配到各电路。输出电路106接受来自模拟电路104的处理结果，经由输出端子208和输出配线108将输出信号(例如模拟信号)Vout输出至ECU107。

这样的车载用的半导体装置102有时受到强噪声的影响。具体地说，从其他设备、其他配线等向输出配线108施加感应噪声。输出配线108例如具有从数米到最大10米左右的配线长度。与该输出配线108并行的其他配线有时例如传输以数100V以上的振幅、数100kHz～数10MHz的频率振动的电信号。伴随于此，由于配线之间的感应耦合而向输出配线108施加感应噪声，有可能由于该感应噪声而产生输出电路106的误动作。

<输出电路(比较例子)的结构和问题点>

在此，在说明实施方式1的半导体装置(具体地说是输出电路)之前，说明成为比较例子的输出电路。图11是在本发明的比较例子的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图11所示的输出电路106’与图1的输出电路106对应，具备输入端子207n、207p、控制输入端子209、输出端子208、输出放大器1101、输出晶体管1102、电容元件1103、开关用晶体管1104。

在该例子中，输出晶体管1102是n沟道型MOS晶体管(nMOS晶体管)，开关用晶体管1104是p沟道型MOS晶体管(pMOS晶体管)。输入端子207n、207p构成差动对(differentialpair)。输出放大器1101和输出晶体管1102成为以输出放大器1101为前级放大器、以输出晶体管1102为后级放大器、将输入端子207n、207p连接到输出端子208的电路(第1电路)。

输出放大器1101是以低电位侧的电源Vss(例如0V)为基准通过高电位侧的电源Vdd(例如3.3V等)动作的差动运算放大器。输出放大器1101与来自输入端子207n、207p的输入信号(差动输入信号)Vinn、Vinp对应地控制输出晶体管1102的栅极。输出晶体管1102与来自输出放大器1101的控制对应地向与输出端子208连接的漏极输出输出信号Vout。电容元件1103被设置在将输出端子208反馈(负反馈)到输入端子207n的反馈路径上。

开关用晶体管1104的源极和漏极分别与电源Vdd和输入端子207n连接。向开关用晶体管1104的栅极输入来自控制输入端子209的控制信号Vctl。在输出放大器1101的动作时和待机时，将控制信号Vctl控制为不同的电平。此外，虽然省略了图示，但实际上针对输入端子207p也同样地设置开关用晶体管1104。

例如，图1的处理器105通过在使输出放大器1101动作时将控制信号Vctl控制为高电位侧的电源Vdd的电压电平，而将开关用晶体管1104控制为断开(OFF)。其结果是，输出放大器1101进行将输入端子207n、207p(输入信号Vinn、Vinp)保持为相同电位那样的输出动作。另一方面，处理器105通过在使输出放大器1101转移到待机(stand-by)时将控制信号Vctl控制为低电位侧的电源Vss的电压电平，而将开关用晶体管1104控制为接通(ON)。其结果是，输入信号Vinn、Vinp都固定为电源Vdd的电压电平，输出放大器1101成为待机(非激活状态)。

在此，详细地说，开关用晶体管1104在漏极和背栅极(back gate)之间，具备以漏极侧为阳极、以背栅极侧为阴极的寄生二极管1105。如图11所示，开关用晶体管1104的背栅极通常与源极(即电源Vdd)连接。

图12是表示向图11的输出电路施加感应噪声的情况下的各部的电压状态的一个例子的波形图。如在图1中说明的那样，有时向与输出端子208连接的输出配线108施加感应噪声。在该情况下，如图12所示，在输出信号Vout上重叠脉冲状的感应噪声。

在此，重叠感应噪声的情况自身没有特别问题。这是因为即使向本来的输出信号Vout的电压电平1201重叠了感应噪声，本来的电压电平1201自身也不变化。换言之，这是因为除去了感应噪声后的电压电平、或感应噪声收敛后的电压电平通常与重叠感应噪声前的电压电平1201相等。但是，通过本发明人等的研究，发现实际上由于感应噪声，如图12的符号1202所示，在输出信号Vout的电压电平中，有可能在某种程度长的期间内产生以本来的电压电平1201为基准的误差。

如下这样产生该输出信号Vout的电压电平的误差。首先，重叠到输出信号Vout中的噪声经由电容元件1103与输出放大器1101的输入端子207n(输入信号Vinn)耦合。在输入端子207n和开关用晶体管1104的背栅极之间，存在寄生二极管1105。因此，如果输入信号Vinn的电位成为比电源Vdd高寄生二极管1105的正向电压Vf的量的电位，则寄生二极管1105接通，流过正向电流。

即，输入信号Vinn的电位由于感应噪声的传播而以高频振动，在其电位比“Vdd+Vf”高时，从输入端子207n向电源Vdd流过电流。换言之，输入信号Vinn的电位被夹持(clip)在“Vdd+Vf”。如果流过这样的电流(产生夹持)，则在实效上变得从电源Vdd向输入端子207n注入电荷，在与输入端子207n不同的路径(在此为电源Vdd的路径)上生成输入信号Vinn。

如果向输入端子207n供给电荷，则输入信号Vinn的电压电平产生以本来的电压电平为基准的误差，因此输出信号Vout的电压电平也产生以本来的电压电平1201为基准的误差。为了使输出信号Vout的电压电平恢复为本来的电压电平1201，必须消除从电源Vdd注入到输入端子207n的电荷。但是，在输入端子207n是高阻抗(impedance)那样的情况下，难以排除电荷，消除注入的电荷需要某种程度长的时间。

这样，明确了施加到输出端子208的感应噪声经由电容元件1103传输到输入端子207n，伴随于此，作为经由寄生二极管1105向输入端子207n注入电荷的结果而产生输出信号Vout的误差。能够用公式(1)近似地表现产生输出信号Vout的误差的条件。在公式(1)中，“Vin_cm”是没有施加感应噪声的情况下的输入端子207n(输入信号Vinn)的电位。“G”是从输出端子208向输入端子207n的感应噪声的增益。“Vnp0”是以没有施加感应噪声的情况下的输出端子208(输出信号Vout)的电位“Vout_cm”为基准而施加到输出端子208的感应噪声的正极侧的振幅。

G×Vnp0+Vin_cm＞Vdd+Vf…(1)

如公式(1)所示那样，在与输入端子207n耦合的感应噪声的最大值比“Vdd+Vf”高的情况下，产生输出信号Vout的误差。产生输出信号Vout的误差的情况与输出电路106’误动作的情况等效。特别地，图1所示那样的车载用的半导体装置102承担汽车的状态监视、控制等重要的功能，要求比民用高的抗噪性(换言之可靠性)，使得不由于噪声而误动作。因此，使用以下所示的实施方式1的输出电路是有益的。

<输出电路(实施方式1)的结构>

图2是在本发明的实施方式1的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图2所示的输出电路106a与图1的输出电路106对应，具备输入端子207n、207p、控制输入端子209、输出端子208、输出放大器201、反馈元件203、开关用晶体管204、电阻元件206。在该例子中，开关用晶体管204是pMOS晶体管。

输出放大器201是将输入端子207n、207p连接到输出端子208的电路(第1电路)，例如是以低电位侧的电源Vss(例如0V)为基准通过高电位侧的电源Vdd(例如3.3V等)动作的差动放大器。在该例子中，与图11的情况不同，输出放大器201不经由输出晶体管地向输出端子208输出输出信号Vout。但是，也可以与图11的情况同样地，是经由输出晶体管的结构。

反馈元件203被设置在将输出端子208反馈(负反馈)到输入端子207n的反馈路径上。代表性地，反馈元件203是图11所示那样的电容元件1103，但并不限于此，也可以是电阻元件、寄生电容等。即，存在任意的反馈路径即可。即使存在电阻元件、寄生电容等反馈路径的情况下，也可能产生图12所述那样的从输出端子208到输入端子207n的感应噪声的耦合，因此可能产生与图12的情况同样的问题。但是，该感应噪声的耦合特别在反馈元件203是电容元件的情况下可能变大，因此在该情况下，图12所述那样的问题可能变得更显著。

开关用晶体管204与图11的情况同样，源极和漏极分别与电源Vdd和输入端子207n连接，栅极与控制输入端子209连接。另外，与图11的情况同样，在开关用晶体管204的漏极(输入端子207n)和背栅极之间，存在寄生二极管205。但是，在此与图11的情况不同，在电源Vdd和开关用晶体管204的背栅极之间，设置电阻元件206。电阻元件206是具备用于抑制在输入端子207n产生的预定频率的噪声的预定值以上的阻抗的电路(第2电路)的一个例子。

此外，电阻元件206的连接目标并不一定必须是输出放大器201的电源Vdd，只要是开关用晶体管204能够正常动作的任意的电源即可。另外，开关用晶体管204的源极也并不一定必须与输出放大器201的电源Vdd连接，只要是能够将输出放大器201设定为待机、并且能够根据控制信号Vctl正常进行接通/断开控制的任意的电源即可。

在这样的结构中，施加到输出端子208的感应噪声经由反馈元件203与输入端子207n(输入信号Vinn)耦合，引起输入信号Vinn的振动。在图11的情况下，伴随着输入信号Vinn的振动而寄生二极管接通，产生从电源Vdd向输入端子207n的电荷注入。另一方面，在图2的情况下，设置具有充分高的阻抗的电阻元件206。

因此，即使在输入信号Vinn的电位伴随着振动而超过“Vdd+Vf”的情况下，也难以产生从电源Vdd向输入端子207n的电荷注入。具体地说，如果输入端子207n的电位上升，则伴随于此，开关用晶体管204的背栅极的电位也上升，因此寄生二极管205难以接通。其结果是，输入端子207n的电荷保持为固定，因此以输出信号Vout的本来的电压电平为基准的误差被抑制。

这样，在图2的结构例子中，通过提高开关用晶体管204的背栅极的阻抗，即使在感应噪声与输入端子207n耦合的情况下，也能够防止经由寄生二极管205注入电荷的状况。由此，能够抑制因感应噪声造成的输出信号Vout的误差。其结果是，能够防止因感应噪声造成的输出电路106a的误动作，在图1的传感器系统和半导体装置102中，能够实现抗噪性的提高。

此外，在图2的结构例子中，设置在电源Vdd和开关用晶体管204的背栅极之间的电路(第2电路)是电阻元件206，但并不限于此，只要是具有能够抑制(或切断)感应噪声的预定值以上的阻抗的电路即可。作为具体例子，也可以是通过组合电感、电容而提高背栅极的阻抗那样的电路、或低通滤波器电路等。并且，作为其他实施例，也可以针对图2的结构例子，在开关用晶体管204的漏极和背栅极之间，还可以设置用于将寄生二极管205的两端保持为同电位的电容元件。

在由低通滤波器电路构成第2电路的情况下，该低通滤波器电路切断感应噪声那样的比预定频率高的频率的信号。其结果是，开关用晶体管204的背栅极和漏极同相地动作，因此寄生二极管205不接通。另一方面，该低通滤波器电路使比预定频率低的频率的信号通过。其结果是，开关用晶体管204的背栅极等效地与电源Vdd短路，因此通过控制信号Vctl正常地将开关用晶体管204控制为接通或断开。

另外，在如图2的结构例子那样，由电阻元件206构成第2电路的情况下，该阻抗的值(电阻值)例如是100Ω以上，理想的是设定为10kΩ以上。即，如图11所示，开关用晶体管1104的背栅极通常经由各种寄生电阻与电源Vdd连接。理想的是该寄生电阻小，例如为数10Ω以下。与此相对，在实施方式1的方式中，例如设置10kΩ以上的电阻元件206。在该情况下，能够通过该电阻元件206与电源Vdd的电源电容的RC电路，充分抑制(切断)数100kHz～数10MHz那样的感应噪声。

在此，如果假设只以抑制因感应噪声造成的输出信号Vout的误差为目的，则通过不设置开关用晶体管204自身也能够实现。但是，特别地，图1那样的车载用的半导体装置102通过电池电源动作，因此要求节电。因此，理想的是通过在输入端子207n设置(实际上在输入端子207p也设置)开关用晶体管204，而构成为将输入端子207n、207p都固定为电源电压Vdd，能够将输出放大器201设定为待机。

<开关用晶体管周边的构造>

图3是在图2的输出电路中表示开关用晶体管周边的示意性构造例子的截面图。在图3中，例如在p型的半导体基板(硅基板)SB的主面侧，形成n型阱NW(n-type well)。在n型阱NW内，形成成为开关用晶体管204的源极的p+型的扩散层DFs、成为开关用晶体管204的漏极的p+型的扩散层DFd。在2个扩散层DFs、DFd之间的区域的上部，隔着栅极绝缘膜地形成例如以多晶硅、硅化物等为材料的栅电极GE。在此，通过p+型的扩散层DFd和n型阱NW的pn结生成图2的寄生二极管205。

扩散层DFs经由接触层CT(contact layer)与被施加电源Vdd的金属配线层ML连接。另外，在n型阱NW内，形成成为开关用晶体管204的背栅极的n+型的扩散层DFb。扩散层DFb经由接触层CT与电阻层RL的一端连接。电阻层RL的另一端经由接触层CT与被施加电源Vdd的金属配线层ML连接。电阻层RL相当于图2的电阻元件206，例如由与栅电极GE相同的材料(例如多晶硅、硅化物等)形成。这样，通过由与栅电极GE相同的材料形成电阻元件206，能够高效地形成具有某种程度高的电阻值的电阻元件206。

<实施方式1的主要效果>

以上，通过使用实施方式1的半导体装置和传感器系统，代表性地能够实现抗噪性的提高。具体地说，即使在半导体装置102内的输出电路106的输出信号Vout重叠感应噪声的情况下，也能够抑制输出信号Vout的误差。换言之，能够防止输出电路106的误动作。其结果是，特别在容易重叠感应噪声的车载用的半导体装置102和传感器系统中，能够谋求可靠性的提高等。

此外，在此作为误动作的产生位置，以开关用晶体管204为例子进行了说明，但并不限于此。例如，即使在前级电路(例如图1的模拟电路104)内的输出级的MOS晶体管与输入端子207n连接那样的情况下，由于该输出级的MOS晶体管的寄生二极管，也可能产生同样的问题。因此，通过针对该输出级的MOS晶体管，也同样提高背栅极的阻抗，能够得到同样的效果。

(实施方式2)

<输出电路(实施方式2)的结构>

图4是在本发明的实施方式2的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图4所示的输出电路106b具备输入端子207n、207p、控制输入端子209、输出端子208、输出放大器401、反馈元件403、开关用晶体管404、电阻元件406。在该例子中，开关用晶体管404是nMOS晶体管。

图4所示的输出电路106b与图2的输出电路106a相比，将开关用晶体管404从pMOS晶体管变更为nMOS晶体管。另外，虽然省略图示，但输出放大器401的内部结构也不同。具体地说，例如在图2的输出放大器201中，将成为差动输入对的pMOS晶体管与输入端子207n、207p连接，而在图4的输出放大器401中，将成为差动输入对的nMOS晶体管与输入端子207n、207p连接。

开关用晶体管404将源极和漏极分别与电源Vss和输入端子207n连接，将栅极与控制输入端子209连接。实际上，针对输入端子207p，也同样地设置开关用晶体管404。在将开关用晶体管404控制为接通的情况下，输入端子207n(以及输入端子207p)被控制为电源Vss的电平，输出放大器401成为待机。

另外，在开关用晶体管404的漏极(输入端子207n)和背栅极之间，存在寄生二极管405。因此，与图2的情况同样，在电源Vss和开关用晶体管404的背栅极之间设置电阻元件406。与图2的情况同样，电阻元件406是具备用于抑制在输入端子207n产生的预定频率的噪声的预定值以上的阻抗的电路(第2电路)的一个例子。

在这样的结构例子中，重叠到输出信号Vout的感应噪声经由反馈元件403与输入端子207n耦合。在此，在假设开关用晶体管404的背栅极的阻抗低的情况下，如果伴随着感应噪声而开关用晶体管404的漏极的电位比“Vss-Vf”低，则寄生二极管405接通。其结果是，从电源Vss向输入端子207n注入电荷。

另一方面，在图4的结构例子中，由于电阻元件406，开关用晶体管404的背栅极的阻抗高，因此寄生二极管405难以接通。由此，即使在感应噪声与输入端子207n耦合的情况下，也能够防止经由寄生二极管405注入电荷的状况，能够抑制因感应噪声造成的输出信号Vout的误差。其结果是，能够防止因感应噪声造成的输出电路106b的误动作，在图1的传感器系统和半导体装置102中，能够实现抗噪性的提高。

<实施方式2的主要效果>

以上，通过使用实施方式3的半导体装置和传感器系统，也能够得到与在实施方式1中说明的各种效果同样的效果。

(实施方式3)

<输出电路(实施方式3)的结构>

图5是在本发明的实施方式3的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图5所示的输出电路106c与图2的结构例子相比，不设置第2电路(例如电阻元件206)。代替它，开关用晶体管204的背栅极与具有比输出放大器(第1电路)201的高电位侧的电源(第1电源)Vdd高的电位的电源(第2电源)Vdc1连接。

如果使用这样的结构例子，则即使在感应噪声与输入端子207n耦合的情况下，开关用晶体管204的背栅极的电位也高，因此寄生二极管205难以接通。由此，能够防止经由寄生二极管205注入电荷的状况，能够抑制因感应噪声造成的输出信号Vout的误差。其结果是，能够防止因感应噪声造成的输出电路106c的误动作，在图1的传感器系统和半导体装置102中，能够实现抗噪性的提高。

此外，通过公式(2)给出不经由寄生二极管205注入电荷的条件。公式(2)中的各参数(“Vin_cm”、“G”、“Vnp0”)与公式(1)的情况相同，在图12中表示。将电源Vdc1的电压电平设定为满足公式(2)那样的值。

(Vin_cm+G×Vnp0)-Vdc1＜Vf…(2)

作为具体例子，电源Vdd是3.3V等，电源Vdc1是5.0V等。例如，在图1的电源电路103接受5.0V的外部电源而生成3.3V的内部电源那样的情况下，不需要用于生成电源Vdc1的新的电路。此外，例如通过由另外设置的电源调节器对电池电源进行降压，而生成5.0V的外部电源。另外，理想的是控制信号Vctl在电源Vdc1的电压电平和电源Vss的电压电平之间推移。因此，例如也可以在图1的处理器105和输出电路106之间设置使电源Vdd的电压电平向电源Vdc1的电压电平偏移(shift)的电平偏移电路。

<实施方式3的主要效果>

以上，通过使用实施方式3的半导体装置和传感器系统，也能够得到与在实施方式1中说明的各种效果同样的效果。另外，不需要图2的情况那样的第2电路(电阻元件206)，因此在不需要新生成电源Vdc1的情况下，能够谋求减少电路面积。但是，与输入端子207n耦合的感应噪声的振幅越大，则需要越提高电源Vdc1的电位，如果提高电位，则有可能对耐压设计等产生影响。因此，例如在感应噪声的振幅大那样的情况下，图2的结构例子是理想的。

(实施方式4)

<输出电路(实施方式4)的结构>

图6是在本发明的实施方式4的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图6所示的输出电路106d与图5的情况同样，与图4的结构例子相比，不设置第2电路(例如电阻元件406)。代替它，开关用晶体管404的背栅极与具有比输出放大器(第1电路)401的低电位侧的电源(第1电源)Vss低的电位的电源(第2电源)Vdc2连接。

如果使用这样的结构例子，则与图5的情况同样，即使在感应噪声与输入端子207n耦合的情况下，开关用晶体管404的背栅极的电位也低，因此寄生二极管405难以接通。由此，能够防止经由寄生二极管405注入电荷的状况，能够抑制因感应噪声造成的输出信号Vout的误差。其结果是，能够防止因感应噪声造成的输出电路106d的误动作，在图1的传感器系统和半导体装置102中，能够实现抗噪性的提高。

此外，通过公式(3)给出不经由寄生二极管405注入电荷的条件。公式(3)中的各参数(“Vin_cm”、“G”)与公式(1)的情况同样，“Vnn0”是以不施加感应噪声的情况下的输出端子208(输出信号Vout)的电位“Vout_cm”为基准向输出端子208施加的感应噪声的负极侧的振幅。在图12中表示这些参数。将电源Vdc2的电压电平设定为满足公式(3)那样的值。

Vdc2-(Vin_cm-G×Vnn0)＜Vf…(3)

<实施方式4的主要效果>

以上，通过使用实施方式4的半导体装置和传感器系统，也能够得到与在实施方式3中说明的各种效果同样的效果。

(实施方式5)

<输出电路(实施方式5)的详细>

图7是在本发明的实施方式5的半导体装置中表示输出电路的主要部分的详细结构例子的电路图。在图7中，表示与图2的输出电路106a对应的详细结构例子。图7所示的输出电路具备与图2的输出放大器201对应的差动放大器电路、设置在其后级的输出晶体管704、开关用晶体管707a、707b、电容元件705、706、电阻元件709。输出晶体管704由nMOS晶体管构成，输出输出信号Vout。

差动放大电路具备成为pMOS晶体管的差动输入对的输入晶体管701a、701b、由pMOS晶体管构成的尾晶体管(tail transistor)703、由nMOS晶体管构成的负载晶体管702a、702b。输入晶体管701a、701b接受输入信号(差动输入信号)Vinn、Vinp，将负载晶体管702a、702b作为负载，进行放大动作。尾晶体管703作为尾电流源发挥功能，向差动放大电路供给恒电流。

与输入端子207n对应地设置开关用晶体管707a，与图2的开关用晶体管204对应。同样，与和输入端子207n构成差动对的输入端子207n对应地设置开关用晶体管707b，与图2的开关用晶体管204对应。开关用晶体管707a、707b分别具备寄生二极管708a、708b。因此，设置成为第2电路的电阻元件709。在此，针对开关用晶体管707a、707b的背栅极，共通地设置电阻元件709。此外，电容元件705是将输出晶体管704的栅极/漏极之间连接起来的相位补偿电容。电容元件706与图2的反馈元件203对应。

在该例子中，差动放大电路具备pMOS晶体管的差动输入对，因此在待机时，必须将输入端子207n、207p都与电源Vdd连接，由此控制得不流过电流。因此，开关用晶体管707a、707b由pMOS晶体管构成，在差动放大电路的待机时被控制为接通。

在此，在输入端子207p(输入信号Vinp)中，没有来自输出端子208(输出信号Vout)的明确的反馈路径，因此不产生因感应噪声造成的振动。因此，开关用晶体管707b的背栅极并不一定必须以高阻抗与电源Vdd连接。但是，通过针对开关用晶体管707b的背栅极也设置电阻元件709，能够提高差动放大电路的对称性。并且，通过对开关用晶体管707a、707b共通地使用电阻元件709，与个别地设置的情况相比，能够减少电路面积，另外能够提高差动放大电路的对称性。

通过使用这样的半导体装置，能够得到与在实施方式1中说明的各种效果同样的效果。在此，以图2的输出电路106a为例子，但也能够与图7同样地构成图4的输出电路106b。在该情况下，例如由nMOS晶体管的差动输入对构成差动放大电路，由pMOS晶体管构成输出晶体管即可。

(实施方式6)

<输出电路(实施方式6)的详细>

图8是在本发明的实施方式6的半导体装置中表示输出电路的主要部分的详细结构例子的电路图。在图8中，表示与图5的输出电路106c对应的详细结构例子。图8所示的输出电路与图7的结构例子相比，不具备电阻元件709这一点、将开关用晶体管707a、707b的背栅极都与电源Vdc1连接这一点不同。

通过使用这样的半导体装置，能够得到与在实施方式3中说明的各种效果同样的效果。

(实施方式7)

<输出电路(实施方式7)的结构>

图9是在本发明的实施方式7的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图9所示的输出电路具备运算放大器901、输出晶体管902、电阻元件903、904、909、912、电容元件905、906、907、开关908、913、915、开关用晶体管911a、911b、恒压源916。开关用晶体管911a、911b分别具备寄生二极管910a、910b。电阻元件909是第2电路，针对开关用晶体管911a、911b的背栅极共通地设置。

图9的输出电路通过开关908、913、915的开关而构成进行积分动作的开关电容电路。一般，如果使用开关电容电路，则能够以比较小的面积制作阻抗高的电路。如果针对这样的开关电容电路，适用上述的各实施方式的方式(在该例子中，为实施方式1的方式)，则能够得到有益的效果。即，在开关电容电路中，通过电荷的累积而进行积分动作，因此如果通过伴随着感应噪声的寄生二极管910b的接通而注入电荷，则积分结果会有很大不同。通过适用上述的各实施方式的方式，能够抑制这样的状况。

此外，在适用上述的各实施方式的方式的情况下，理想的是构成为在输入端子207n上不连接扩散电阻(由半导体基板上的扩散层形成的电阻)。与图3的扩散层DFd的情况同样，扩散电阻可能具有寄生二极管。如果感应噪声与输入端子207n耦合，则有可能经由该寄生二极管产生电荷的注入。因此，例如在图9中，理想的是由多晶硅等形成与输入端子207n连接的电阻元件912。

(实施方式8)

<输出电路(实施方式8)的结构>

图10是在本发明的实施方式8的半导体装置中表示输出电路的主要部分的概要结构例子的电路图。图10所示的输出电路106e与图2的结构例子相比，在代替电阻元件206而由二极管1001构成第2电路这一点上不同。将电源Vdd侧作为阳极，将开关用晶体管204的背栅极侧作为阴极，而设置二极管1001。具体地说，例如为由p型构成图3的扩散层DFb、并经由接触层CT将该扩散层DFb连接到金属配线层ML那样的构造。

如果使用这样的结构例子，则在伴随着感应噪声而输入端子207n(输入信号Vinn)的电位提高的情况下，二极管1001成为反向电压，背栅极和电源Vdd之间的电阻变高，因此不产生经由寄生二极管205的电荷的注入。由此，能够抑制因感应噪声造成的输出信号Vout的误差。其结果是，能够防止因感应噪声造成的输出电路106e的误动作，在图1的传感器系统和半导体装置102中，能够实现耐噪性的提高。

以上，根据实施方式具体说明了由本发明人提出的发明，但本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其主要内容的范围内能够进行各种变更。例如，为了容易理解地说明本发明而详细说明了上述实施方式，并不一定限于具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外也能够向某实施方式的结构追加其他实施方式的结构。另外，能够对各实施方式的结构的一部分，进行其他结构的追加/删除/置换。

符号说明

101：传感器元件；102：半导体装置；106、106a～106e：输出电路；201：输出放大器；203、403：反馈元件；204、404、707a、707b、911a、911b：开关用晶体管；205、405、708a、708b、910a、910b：寄生二极管；206、406、709、909：电阻元件；207n、207p：输入端子；208：输出端子；706：电容元件；1001：二极管；DF：扩散层；GE：栅电极；RL：电阻层；Vctl：控制信号；Vdd、Vss、Vdc1、Vdc2：电源；Vinn、Vinp：输入信号。