JP2019074442A - インピーダンス測定用半導体回路及び血糖値計 - Google Patents

Abstract

【課題】試料のインピーダンスの測定精度を向上させるとともに、アナログフロントエンドＬＳＩチップ上に占める面積を低減し、前記ＬＳＩチップサイズを低減することができるインピーダンス測定用半導体回路及び血糖値計を提供する。【解決手段】インピーダンス測定用半導体回路１は、オペアンプＡＭＰ１と、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子と、出力端子と、の間に接続された抵抗Ｒ１と、正入力端子に接続されたＤ／ＡコンバータＤＡＣ１と、スイッチＳＷ１と、オペアンプＡＭＰ１の出力端子及び試料の一方の端子Ｔ１ａが接続され、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧及び一方側端子電圧Ｖｔ１ａを測定するＡ／ＤコンバータＡＤＣと、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定した一方側端子電圧Ｖｔ１ａに基づいて、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を制御する制御部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、インピーダンス測定用半導体回路及び血糖値計に関し、例えば、テストストリップ等の試料のインピーダンス及び血糖値を精度よく測定するためのインピーダンス測定用半導体回路及び血糖値計に関する。

特許文献１〜４には、電極に酵素が塗布されたバイオセンサが記載されている。特許文献１〜４のバイオセンサは、一方の端子及び他方の端子を有している。バイオセンサの両端子間に電圧を印加して、血液中の血糖値等を測定している。

特開２０１６−２００５８８号公報 特開２０１６−２００５８９号公報 国際公開第２００５／０５４８４０号 特開２００７−５０７７１１号公報

血糖値等を測定する測定回路の電流経路上に、スイッチ等の素子が設けられている場合には、測定した電圧にオン抵抗による誤差が含まれる可能性がある。

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。

一実施の形態によれば、インピーダンス測定用半導体回路は、一方の端子及び他方の端子を有する試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、オペアンプと、前記オペアンプの負入力端子と、前記オペアンプの出力端子と、の間に接続された抵抗と、前記オペアンプの正入力端子に接続されたＤ／Ａコンバータと、前記一方の端子と、前記負入力端子と、の間に配置されたスイッチと、前記オペアンプの出力端子及び前記一方の端子が接続され、前記オペアンプの出力電圧及び前記一方の端子の端子電圧である一方側端子電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータが測定した前記一方側端子電圧に基づいて、前記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を制御する制御部と、を備え、前記他方の端子の端子電圧である他方側端子電圧は、一定の電圧に設定され、前記オペアンプの出力電圧を用いて、前記試料のインピーダンスを測定する。

前記一実施の形態によれば、試料のインピーダンスの測定精度を向上させるとともに、アナログフロントエンドＬＳＩチップ上に占める面積を低減し、前記ＬＳＩチップサイズを低減することができるインピーダンス測定用半導体回路及び血糖値計を提供する。

比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 インピーダンス測定用半導体回路を用いてテストストリップに流れる電流を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は電流を示す。 比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路を用いて複数のテストストリップを測定する場合の構成を例示した回路図である。 実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したフローチャート図である。 実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップの一端側端子電圧を示す。 実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップに流れる電流を示す。 実施形態２に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示した図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第１の場合の動作を例示したフローチャート図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第２の場合の動作を例示したフローチャート図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第３の場合の動作を例示したフローチャート図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第４の場合の動作を例示したフローチャート図である。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップの一端側端子電圧を示す。 実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップに流れる電流を示す。

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、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。

まず、発明者らによって見出されたインピーダンス測定用半導体回路の測定誤差を、比較例を用いて説明する。これにより、各実施形態に係るインピーダンス測定用半導体回路をより明確にする。

（比較例）
まず、比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を説明する。図１は、比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。図１に示すように比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路１００は、オペアンプＡＭＰ１、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１、フィードバック抵抗Ｒ１、及び、Ａ／ＤコンバータＡＤＣを備えている。インピーダンス測定用半導体回路１００は、一方の端子Ｔ１ａ及び他方の端子Ｔ１ｂを有する試料のインピーダンスを測定するための半導体回路である。

オペアンプＡＭＰ１は、正入力端子、負入力端子及び出力端子を有している。オペアンプＡＭＰ１は、正入力端子に入力された正入力電圧Ｖａｍｐ１ｐ、負入力端子に入力された負入力電圧Ｖａｍｐ１ｎを用いて、出力端子から出力電圧Ｖａｍｐ１ｏを出力する。オペアンプＡＭＰ１の正入力端子には、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１が接続されている。オペアンプＡＭＰ１の負入力端子には、抵抗Ｒ１の一端が接続されている。オペアンプＡＭＰ１の出力端子には、抵抗Ｒ１の他端が接続されている。また、オペアンプＡＭＰ１の出力端子には、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが接続されている。

抵抗Ｒ１は、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子と、オペアンプＡＭＰ１の出力端子と、の間に接続されている。抵抗Ｒ１は、オペアンプＡＭＰ１のフィードバック抵抗となっている。

Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１は、オペアンプＡＭＰ１の正入力端子に接続されている。Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１は、オペアンプＡＭＰ１の正入力端子に対して、所定の電圧を出力している。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、オペアンプＡＭＰ１の出力端子に接続されている。Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧を測定する。

試料は、例えば、テストストリップＴ１である。以下では、試料をテストストリップＴ１として説明する。なお、試料は、一方の端子Ｔ１ａ及び他方の端子Ｔ１ｂを有していれば、テストストリップＴ１に限らず、バイオセンサでもよい。試料として、テストストリップＴ１を用いることにより、血糖値等の測定対象を測定する。テストストリップＴ１は、電極に酵素が塗布されたセンサを含んでいる。テストストリップＴ１の電極に血液を滴下すると、テストストリップＴ１のインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化より、酵素と血液との反応を測定する。

具体的には、血液を電極に滴下したテストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａ及び他方の端子Ｔ１ｂとの間に電圧を印加する。そうすると、電荷が発生して電流が流れる。総電流量から電荷量が測定される。これにより、電荷量に相関した血糖値等を測定する。

テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、抵抗Ｒ１に接続されている。また、テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子に接続されている。テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、抵抗Ｒ１とオペアンプＡＭＰ１の負入力端子とを接続する配線上の接点Ｐ１に接続されている。テストストリップＴ１の他方の端子Ｔ１ｂは、接地されている。

次に、インピーダンス測定用半導体回路１００の動作を説明する。オペアンプＡＭＰ１の正入力端子にＤ／ＡコンバータＤＡＣ１から所定の電圧を入力させる。これにより、テストストリップＴ１に電圧を印加する。例えば、テストストリップＴ１の両端子間に数百［ｍＶ］から数［Ｖ］程度の電圧を印可する。そうすると、テストストリップＴ１には、数百［μＡ］程度の電流Ｉｔ１が流れる。

図２は、インピーダンス測定用半導体回路を用いてテストストリップＴ１に流れる電流を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は電流を示す。図２に示すように、テストストリップＴ１の両端子間に所定の電圧を印加した場合には、テストストリップに電荷が発生し、これにより、電流Ｉｔ１が流れる。電流Ｉｔ１は時間とともに増加する。一定の時間の電流Ｉｔ１の積分値より、発生した総電荷量を求める。そして、総電荷量に相関した血糖値を算出する。

テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１と、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｒ１は同等である。よって、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｒ１を測定することにより、テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１を測定することができる。抵抗Ｒ１に流れる電流を測定するためには、抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒ１を測定する。オペアンプＡＭＰ１の出力電圧をＡ／ＤコンバータＡＤＣで測定することにより、抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒ１を測定する。そして、測定した電圧Ｖｒ１を、既知の抵抗Ｒ１の抵抗値で除すれば、テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１を求めることができる。

テストストリップＴ１の両端子間に印加する電圧を変化させることにより、テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１の大きさ及び向きを変化させることができる。これにより、血糖値の他、ヘマトクリット値等の種々のパラメータを測定することができる。一方の端子Ｔ１ａの電圧を一方側端子電圧Ｖｔ１ａという。他方の端子Ｔ１ｂの電圧を他方側端子電圧Ｖｔ１ｂという。テストストリップＴ１の両端子間に印加される電圧を端子間電圧Ｖｔ１という。他方の端子Ｔ１ｂが接地されている場合には、端子間電圧Ｖｔ１は、一方側端子電圧Ｖｔ１ａである。

図３は、比較例に係るインピーダンス測定用半導体回路を用いて複数のテストストリップを測定する場合の構成を例示した回路図である。図３に示すように、テストストリップＴ１及びＴ２が複数ある場合には、複数のテストストリップＴ１及びＴ２をインピーダンス測定用半導体回路１００に配置させる。そして、各テストストリップＴ１及びＴ２に対してアナログスイッチＳＷ１及びＳＷ２を接続させる。なお、アナログスイッチを、単に、スイッチともいう。

具体的には、テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、スイッチＳＷ１を介して、抵抗Ｒ１及びオペアンプＡＭＰ１の負入力端子に接続されている。テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａと、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷ１は接続されている。よって、スイッチＳＷ１は、テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａと、負入力端子との間に配置されている。テストストリップＴ１の他方の端子Ｔ１ｂは、接地されている。

テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａは、スイッチＳＷ２を介して、抵抗Ｒ１及びオペアンプＡＭＰ１の負入力端子に接続されている。テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａと、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷ２は接続されている。よって、スイッチＳＷ２は、テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａと、負入力端子との間に配置されている。テストストリップＴ２の他方の端子Ｔ１ｂは、接地されている。その他のオペアンプＡＭＰ１、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１、フィードバック抵抗Ｒ１、及び、Ａ／ＤコンバータＡＤＣの構成は、図１と同様である。

各テストストリップＴ１及びＴ２を測定する際には、各スイッチＳＷ１及びＳＷ２を切り替えることにより行う。テストストリップＴ１を測定する場合には、スイッチＳＷ１をＯＮにし、スイッチＳＷ２をＯＦＦにする。そして、抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒ１を測定することにより、抵抗Ｒ１に流れる電流を測定する。このようにして、テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１を測定する。

テストストリップＴ２を測定する場合には、スイッチＳＷ２をＯＮにし、スイッチＳＷ１をＯＦＦにする。そして、抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒ１を測定することにより、抵抗Ｒ１に流れる電流を測定する。このようにして、テストストリップＴ２に流れる電流Ｉｔ２を測定する。

よって、電流Ｉｔ１及び電流Ｉｔ２を測定する際の抵抗Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒ１には、テストストリップＴ１及びテストストリップＴ２の端子間電圧Ｖｔ１及びＶｔ２に加えて、スイッチＳＷ１及びＳＷ２の両端にかかる電圧が含まれている。したがって、テストストリップＴ１及びテストストリップＴ２に流れる電流Ｉｔ１及びＩｔ２を正確に測定するためには、スイッチＳＷ１及びＳＷ２のオン抵抗による電圧降下分を考慮する必要がある。

スイッチＳＷ１及びＳＷ２のオン抵抗を考慮する方法として、テストストリップＴ１及びＴ２の代わりに、抵抗値を高精度に測定された高精度抵抗を接続して測定し、キャリブレーションする方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、一定の抵抗値としてのキャリブレーションとなる。よって、テストストリップＴ１及びＴ２に流れる電流Ｉｔ１及びＩｔ２が変化するとともに、テストストリップＴ１及びＴ２のインピーダンスが変化する場合に適用しても、正確にキャリブレーションすることは困難である。

このように、複数のテストストリップＴ１及びＴ２等を測定する際に、各テストストリップＴ１及びＴ２等に切り換えるスイッチＳＷ１及びＳＷ２等を必要とする。しかしながら、スイッチＳＷ１等の抵抗成分は測定誤差の要因となる。各スイッチＳＷ１等の抵抗は、バラつきがあり、各テストストリップＴ１等を測定した場合に、それぞれバラついたスイッチＳＷ１等の抵抗が加わったものとなる。

したがって、理想的には、スイッチＳＷ１等の抵抗は、０［Ω］に近いほど望ましい。ここで、オペアンプＡＭＰ１、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１、及び、スイッチＳＷ１等のうちの少なくともいずれかは、半導体基板に形成されたＣＭＯＳ構造を含むように形成されている。それに伴って、スイッチＳＷ１等もＣＭＯＳ製造プロセスで形成されている。抵抗が０［Ω］に近いスイッチＳＷ１等を、ＣＭＯＳ製造プロセスを用いて実現するためには、チップ上のスイッチＳＷ１等が占める面積を大きくしなければならない。この場合には、チップサイズを低減することができない。

また、血糖値の他にも測定対象が増加する場合には、測定が複雑化する。そして、それに伴って、スイッチＳＷ１等の個数も増加する。よって、さらに、チップサイズが増大する。

このようなことから、テストストリップＴ１等のインピーダンスの測定精度を向上させるとともに、チップ上に占める面積を低減し、チップサイズを低減することができるインピーダンス測定用半導体回路が望まれている。

（実施形態１）
次に、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路を説明する。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路は、試料のインピーダンスの測定精度を向上させることができるとともに、チップ上に占める面積を低減し、チップサイズを低減する。

（インピーダンス測定用半導体回路の構成）
まず、本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路の構成を説明する。その後、インピーダンス測定用半導体回路の動作を説明する。図４は、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図４に示すように、インピーダンス測定用半導体回路１は、オペアンプＡＭＰ１、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１、フィードバック抵抗Ｒ１、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ、スイッチＳＷ１及びＳＷ２、並びに、制御部１０を備えている。インピーダンス測定用半導体回路１は、測定したインピーダンスから血糖値を演算する演算部を備えていてもよい。インピーダンス測定用半導体回路１は、試料のインピーダンスを測定するための半導体回路である。インピーダンス測定用半導体回路１として、アナログフロントエンドを一例にして説明する。インピーダンス測定用半導体回路１は、単結晶シリコン等の半導体基板（半導体チップ）に、ＣＭＯＳ製造プロセスを用いて形成されてもよい。

オペアンプＡＭＰ１は、正入力端子、負入力端子及び出力端子を有している。オペアンプＡＭＰ１は、正入力端子に入力された正入力電圧Ｖａｍｐ１ｐ、負入力端子に入力された負入力電圧Ｖａｍｐ１ｎを用いて、出力端子から出力電圧Ｖａｍｐ１ｏを出力する。オペアンプＡＭＰ１の正入力端子には、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１が接続されている。オペアンプＡＭＰ１の負入力端子には、抵抗Ｒ１の一端が接続されている。オペアンプＡＭＰ１の出力端子には、抵抗Ｒ１の他端が接続されている。また、オペアンプＡＭＰ１の出力端子には、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが接続されている。

抵抗Ｒ１は、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子と、オペアンプＡＭＰ１の出力端子と、の間に接続されている。抵抗Ｒ１は、オペアンプＡＭＰ１のフィードバック抵抗となっている。

Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１は、オペアンプＡＭＰ１の正入力端子に接続されている。また、Ｄ／ＣコンバータＤＡＣ１は、制御部１０によって出力電圧を制御されている。Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１は、制御部１０の制御により、オペアンプＡＭＰ１の正入力端子に対して、所定の電圧を出力する。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、オペアンプＡＭＰ１の出力端子に接続されている。Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧を測定する。Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、測定したオペアンプＡＭＰ１の出力電圧の情報を制御部１０に送信する。

また、Ａ／ＤコンバータＡＤＣには、各テストストリップＴ１等の一方の端子Ｔ１ａ等が接続されている。これにより、Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、各テストストリップＴ１等の一方の端子Ｔ１ａ等の一方側端子電圧Ｖｔ１ａを測定する。Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、測定した各テストストリップＴ１等の一方側端子電圧Ｖｔ１ａの情報を制御部１０に送信する。

測定対象は、テストストリップＴ１等である。テストストリップＴ１等は、一方の端子Ｔ１ａ及び他方の端子Ｔ１ｂ等を有している。テストストリップＴ１等を用いることにより、血糖値等を測定することができる。テストストリップＴ１及びＴ２の構成は前述したものと同様である。

テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、スイッチＳＷ１を介して、抵抗Ｒ１に接続されている。また、テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子にスイッチＳＷ１を介して接続されている。

テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、抵抗Ｒ１とオペアンプＡＭＰ１の負入力端子とを接続する配線上の接点Ｐ１にスイッチＳＷ１を介して接続されている。すなわち、一方の端子Ｔ１ａと、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷ１が配置されている。よって、スイッチＳＷ１は、テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａと、負入力端子と、の間に配置されている。

テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣに接続されている。テストストリップＴ１の一方の端子Ｔ１ａと、Ａ／ＤコンバータＡＤＣとを接続する配線上の接点Ｑ１と、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷ１が配置されている。テストストリップＴ１の他方の端子Ｔ１ｂは、接地されている。これにより、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂは、一定の電圧に設定されている。

テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａは、スイッチＳＷ２を介して、抵抗Ｒ１に接続されている。また、テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａは、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子にスイッチＳＷ２を介して接続されている。

テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａは、抵抗Ｒ１とオペアンプＡＭＰ１の負入力端子とを接続する配線上の接点Ｐ１にスイッチＳＷ２を介して接続されている。すなわち、一方の端子Ｔ２ａと、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷ２が配置されている。よって、スイッチＳＷ２は、テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａと、負入力端子と、の間に配置されている。

テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣに接続されている。テストストリップＴ２の一方の端子Ｔ２ａと、Ａ／ＤコンバータＡＤＣとを接続する配線上の接点Ｑ２と、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷ２が配置されている。テストストリップＴ２の他方の端子Ｔ２ｂは、接地されている。これにより、他方側端子電圧Ｖｔ２ｂは、一定の電圧に設定されている。

制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定したテストストリップＴ１及びＴ２の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及びＶｔ２ａに基づいて、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を制御する。例えば、制御部１０は、テストストリップＴ１等の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ等が所定の目標値Ｖｔａｒｇｅｔになるように、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御する。所定の目標値Ｖｔａｒｇｅｔは、テストストリップＴ１等の測定対象に印加すべき電圧である。オペアンプＡＭＰ１の負入力電圧及び正入力電圧は、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下分だけ高くなる。しかしながら、以下に示すように、テストストリップＴ１等の両端子間には、所定の目標値Ｖｔａｒｇｅｔの電圧を印加することができる。制御部１０の制御方法としては、専用のシーケンサを用いてもよいし、マイコンを用いてもよい。

（インピーダンス測定用半導体回路の動作）
次に、インピーダンス測定用半導体回路１の動作を説明する。図５は、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したフローチャート図である。図５では、試料として、テストストリップＴ１を用いることにより、テストストリップＴ１のインピーダンス及び血糖値を測定する。したがって、スイッチＳＷ１はＯＮ状態で接続され、それ以外のスイッチはＯＦＦ状態で接続されていない。なお。テストストリップＴ１以外のインピーダンス等は、同様の方法で測定することができる。

まず、図５のステップＳ１１に示すように、制御部１０は、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧の初期値を設定する。初期値は、テストストリップＴ１に印加すべき目標値Ｖｔａｒｇｅｔである。

そして、ステップＳ１２に示すように、制御部１０は、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１に設定した初期値を出力させる。これにより、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１は、初期値をオペアンプＡＭＰ１の正出力端子に対して出力する。そうすると、テストストリップＴ１には、オペアンプＡＭＰ１の仮想接地により、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧と、ＧＮＤとの差電圧が印加される。

テストストリップＴ１に電流が流れる前では、テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間には、ＤＡＣ１の初期値が印加される。Ａ／ＤコンバータＡＤＣにより測定されたテストストリップＴ１の一方側端子電圧も、Ｄ／ＣコンバータＤＡＣ１の出力電圧と同等である。

その直後に、図２に示すように、テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間に電流が流れ始める。これにより、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下が発生する。よって、テストストリップＴ１には、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧からスイッチＳＷ１の電圧降下分が引かれた電圧が印加される。テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣにより測定される。

次に、ステップＳ１３に示すように、制御部１０は、テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、Ａ／ＤコンバータＡＤＣより取得する。

次に、ステップＳ１４に示すように、制御部１０は、取得した一方側端子電圧Ｖｔ１ａが、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいか判断する。制御部１０は、一方側端子電圧Ｖｔ１ａが、所定の目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さい（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ１５に示すように、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の設定値を上げるように制御する。これにより、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を上げる。

一方、ステップＳ１４において、制御部１０は、一方側端子電圧Ｖｔ１ａが、目標値Ｖｔａｒｇｅｔ以上の（Ｎｏの）場合には、ステップＳ１６に示すように、制御部１０は、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の設定値を下げるように制御する。これにより、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を下げる。

次に、一方側端子電圧Ｖｔ１ａが所望の電圧設定範囲内に入ったことを確認してから、ステップＳ１７に示すように、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣを用いて、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧Ｖａｍｐ１ｏを取得する。インピーダンス測定用半導体回路１は、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧Ｖａｍｐ１ｏを用いて、テストストリップＴ１のインピーダンスを測定する。

次に、ステップＳ１８に示すように、制御部１０は、任意の回数だけ測定したかを判断する。任意の回数だけ測定しない（Ｎｏの）場合には、ステップＳ１３に戻り、テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、Ａ／ＤコンバータＡＤＣを用いて取得する。そして、ステップＳ１３からステップＳ１８を繰り返す。任意の間隔で、繰り返すことにより、テストストリップの一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、目標値Ｖｔａｒｇｅｔに近づけることができる。

一方、ステップＳ１８において、任意の回数だけ測定した（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ１９に示すように、血糖値を演算する。例えば、演算部２０は、図２に示すようなグラフから、電荷量に相関した血糖値を算出する。その後、処理を終了する。このようにして、インピーダンス測定用半導体回路１は、試料であるテストストリップＴ１のインピーダンスを測定する。

図６は、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップの一端側端子電圧を示す。図７は、実施形態１に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップに流れる電流を示す。

テストストリップＴ１において、血糖値を測定する際に、測定した血糖値を補正するために、ヘマトクリット値などの他の物質を測定する場合がある。そのような異なる物質を測定するためには、テストストリップＴ１に印可する電圧をステップ状に変化させて、それぞれの値を測定する。

例えば、図６及び図７に示すように、血糖値の測定では、一方側端子電圧Ｖｔ１ａの目標値として、＋０．５［Ｖ］としている。その場合には、テストストリップＴ１には、＋１００［μＡ］の電流が流れることになる。ヘマトクリット値の測定では、一方側端子電圧Ｖｔ１ａの目標値として、＋２．０［Ｖ］としている。その場合には、テストストリップＴ１には、＋４００［μＡ］の電流が流れることになる。

本実施形態では、テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａの大きさを任意に制御することができるので、測定する物質や酵素により印可する電圧が異なる場合にも対応することができる。

その後、スイッチＳＷ１をＯＦＦの状態にし、テストストリップＴ２のスイッチＳＷ２をＯＮ状態にする。そして、テストストリップＴ２の測定を同様の方法で継続する。なお、テストストリップの測定の順序に決まりはなく、テストストリップＴ２の後に、テストストリップＴ１の測定を行ってもよいし、その他の順序でもよい。所定のテストストリップの測定が終了したら、測定を終了する。

次に、インピーダンス測定用半導体回路１の効果を説明する。
本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路１の制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣから取得したテストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａに基づいて、オペアンプＡＭＰ１の正入力端子に接続されたＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を制御する。よって、テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、精度よく目標値Ｖｔａｒｇｅｔにすることができる。これにより、テストストリップＴ１のインピーダンス測定の精度を向上することができる。

また、本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路１では、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下の影響を抑制することができる。よって、スイッチＳＷ１のオン抵抗の二乗分に反比例するスイッチＳＷ１等の面積を小さくすることができる。これにより、チップサイズを低減することができる。

仮に、テストストリップＴ１の両端子間に印加される電圧が０．５［Ｖ］の場合には、テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１は、１００［μＡ］となる。この場合に、測定誤差を０．１［％］とすると、許容されるスイッチＳＷ１のオン抵抗値Ｒｓｗ１は、Ｒｓｗ１＝０．５／０．０００１×０．００１＝５［Ω］となる。ここで、５［Ω］のオン抵抗値を実現するスイッチＳＷ１等のサイズは、１つ当たり、数百［μｍ^２］となる。この面積は、チップサイズに与える影響が大きい。測定対象が増加し、スイッチ数が増加することで、チップサイズに与える影響がさらに大きくなる。

これに対して、本実施形態は、スイッチＳＷ１等のオン抵抗による電圧降下の影響を抑制することができる。よって、スイッチＳＷ１等のオン抵抗を小さくする必要がなく、チップサイズを低減することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係るインピーダンス測定用半導体回路を説明する。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路は、テストストリップＴ１等を、ｎ個（３個以上）搭載した例である。図８は、実施形態２に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図８に示すように、インピーダンス測定用半導体回路２は、ｎ個のテストストリップＴ１〜Ｔｎを有している。ｎ個のテストストリップＴ１〜Ｔｎにおいて、各テストストリップは、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを介して、接点Ｐ１に接続されている。このように、インピーダンス測定用半導体回路２では、試料として、テストストリップＴ１等は、複数設けられ、各測定対象の一方の端子と、負入力端子との間には、それぞれスイッチＳＷ１等が配置されている。

具体的には、例えば、テストストリップＴ１〜Ｔｎのうちのｎ番目のテストストリップＴｎの一方の端子Ｔｎａは、スイッチＳＷｎを介して、抵抗Ｒ１に接続されている。また、テストストリップＴｎの一方の端子Ｔｎａは、オペアンプＡＭＰ１の負入力端子にスイッチＳＷｎを介して接続されている。

テストストリップＴｎの一方の端子Ｔｎａは、抵抗Ｒ１とオペアンプＡＭＰ１の負入力端子とを接続する配線上の接点Ｐ１にスイッチＳＷｎを介して接続されている。すなわち、一方の端子Ｔｎａと、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷｎが配置されている。

また、テストストリップＴｎの一方の端子Ｔｎａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣに接続されている。テストストリップＴｎの一方の端子Ｔｎａと、Ａ／ＤコンバータＡＤＣとを接続する配線上の接点Ｑｎと、接点Ｐ１との間にスイッチＳＷｎが配置されている。テストストリップＴｎの他方の端子Ｔｎｂは、接地されている。それ以外の構成は、実施形態１と同様である。

インピーダンス測定用半導体回路２の動作は、図５に示すインピーダンス測定用半導体回路１の動作を、ｎ個の各テストストリップＴｎに繰り返し行う以外は、実施形態１の動作と同様である。

次に、実施形態２のインピーダンス測定用半導体回路２の効果を説明する。インピーダンス測定用半導体回路２では、ｎ個のテストストリップＴｎそれぞれに、スイッチＳＷｎを搭載している。これにより、より多くの種類及び項目等を含んだ複雑な測定に対しても対応することができる。また、テストストリップＴｎのそれぞれの経路に流れる電流に対し、実施形態１と同様に、スイッチＳＷｎのオン抵抗値に関わらず精度の良い測定が可能となる。

また、ｎ個のテストストリップＴｎ等に対応したｎ個のスイッチＳＷｎ等が占めるチップ上の面積を低減することができるので、チップサイズの低減効果は、より顕著なものとなる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路を説明する。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路は、テストストリップＴ１及びＴ２等に流れる電流の向きを逆方向にする例である。図９は、実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。

図９に示すように、本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路３は、バッファアンプＡＭＰ２をさらに備えている。バッファアンプＡＭＰ２は、正入力端子、負入力端子及び出力端子を有している。バッファアンプＡＭＰ２の出力端子と、バッファアンプの負入力端子とが接続されている。また、バッファアンプの正入力端子にリッファレンス電圧が入力されている。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１は、例えば、リファレンス電圧発生装置により生成される。

本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路３では、テストストリップＴ１及びＴ２の他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂは、バッファアンプＡＭＰ２の出力端子に接続されている。よって、インピーダンス測定用半導体回路３の他方側端子電圧Ｖｔ１ｂ及びＶｔ２ｂは、バッファアンプＡＭＰ２の出力端子に接続されることにより、一定の電圧に設定されている。例えば、テストストリップＴ１及びＴ２の他方側端子電圧Ｖｔ１ｂ及びＶｔ２ｂは、バッファアンプＡＭＰ２を用いて、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１に設定されている。

制御部１０は、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、テストストリップＴ１及びＴ２の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及びＶｔ２ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂ及びＶｔ２ｂよりも低い値となるようにする。これにより、テストストリップＴ１及びＴ２に流れる電流の向きを、実施形態１とは逆方向にする。例えば、電流の向きを、他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂから一方の端子Ｔ１ａ及びＴ２ａへ向かう向きとする。

なお、実施形態１のように、一方の端子Ｔ１ａ及びＴ２ａから他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂへ向かう電流の向きを方向Ａとし、他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂから一方の端子Ｔ１ａ及びＴ２ａへ向かう電流の向きを方向Ｂとする。

次に、実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路３の動作を説明する。インピーダンス測定用半導体回路３の動作は、インピーダンス測定用半導体回路１の動作に比べて、電流の向きが異なるだけである。よって、インピーダンスから血糖値を算出する方法は、図５に示すフローチャートのステップＳ１１〜ステップＳ１９に従うことにより求めることができる。

次に、実施形態３に係るインピーダンス測定用半導体回路３の効果を説明する。本実施形態では、テストストリップＴ１及びＴ２に流れる電流の向きを、前述の実施形態１及び２と逆方向にすることができる。電流の向きが逆方向でも、実施形態１と同様に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２等のオン抵抗に関わらず精度の良い測定をすることが可能である。

例えば、電流の向きが方向Ａの場合には、電極において酸化反応を測定することができ、方向Ｂの場合には還元反応を測定することができる。よって、テストストリップＴ１及びＴ２等の種々の反応に対応させることができ、そのような種々の反応の測定に際しても、スイッチＳＷ１及びＳＷ２のオン抵抗にかかわらず、測定対象を高精度に測定することができる。なお、電流の方向と、酸化反応または還元反応との関係は固定されたものではない。これ以外の構成及び効果は、実施形態１及び２の記載に含まれている。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路を説明する。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路は、テストストリップＴ１及びＴ２の両端の電圧をそれぞれ制御する。

図１０は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の構成を例示した回路図である。図１０に示すように、本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路４は、オペアンプＡＭＰ１、バッファアンプＡＭＰ２、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２、フィードバック抵抗Ｒ１、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ、スイッチＳＷ１及びＳＷ２、並びに、制御部１０を備えている。

本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路４は、実施形態３のインピーダンス測定用半導体回路３に比べて、バッファアンプＡＭＰ２の正入力端子側が異なっている。すなわち、バッファアンプＡＭＰ２の正入力端子には、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２が接続されている。リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１が入力される代わりに、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧が入力される。なお、オペアンプＡＭＰ１の正入力端子に接続されたＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１という。

また、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定したテストストリップＴ１及びＴ２の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及びＶｔ２ａを用いて算出した端子間電圧Ｖｔ１及びＶｔ２に基づいて、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧の、少なくともいずれかを制御する。

または、制御部１０は、テストストリップＴ１及びＴ２の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及びＶｔ２ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂ及びＶｔ２ｂよりも高くなるように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御する。これにより、テストストリップＴ１及びＴ２に流れる電流の向きを、一方の端子Ｔ１ａ及びＴ２ａから他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂへ向かう方向Ａとする。

また、制御部１０は、テストストリップＴ１及びＴ２の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及びＶｔ２ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂ及びＶｔ２ｂよりも低くなるように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御する。これにより、テストストリップＴ１及びＴ２に流れる電流の向きを、他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂから一方の端子Ｔ１ａ及びＴ２ａへ向かう方向Ｂとする。

Ａ／ＤコンバータＡＤＣ、並びに、スイッチＳＷ１及びＳＷ２の構成は、実施形態３と同様である。

次に、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路４の動作を説明する。図１１は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路４の動作を例示した図である。図１１に示すように、インピーダンス測定用半導体回路４の動作を、第１の場合、第２の場合、第３の場合、及び、第４の場合に分けて説明する。第１の場合は、電流の向きを方向Ａとし、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を調整することにより、端子間電圧Ｖｔ１を目標値Ｖｔａｒｇｅｔに近づけるように制御する。第２の場合は、電流の向きを方向Ｂとし、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を調整することにより、端子間電圧Ｖｔ１を目標値Ｖｔａｒｇｅｔに近づけるように制御する。第３の場合は、電流の向きを方向Ａとし、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を調整することにより、端子間電圧Ｖｔ１を目標値Ｖｔａｒｇｅｔに近づけるように制御する。第４の場合は、電流の向きを方向Ｂとし、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を調整することにより、端子間電圧Ｖｔ１を目標値Ｖｔａｒｇｅｔに近づけるように制御する。まず、第１の場合を説明する。

図１２は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第１の場合の動作を例示したフローチャート図である。試料として、テストストリップＴ１を用いる。テストストリップＴ１以外の試料も同様である。

まず、図１２のステップＳ２１に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧の初期値を設定する。第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の初期値と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の初期値との電位差は、テストストリップＴ１に印加すべき目標値Ｖｔａｒｇｅｔである。

そして、ステップＳ２２に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１に設定した初期値を出力させる。また、制御部１０は、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御して、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２に設定した初期値を出力させる。

これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１は、初期値をオペアンプＡＭＰ１の正出力端子に対して出力する。また、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２は、初期値をバッファアンプＡＭＰ２の正出力端子に対して出力する。

テストストリップＴ１には、オペアンプＡＭＰ１の仮想接地により、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧との差電圧が印加される。

第１の場合では、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の少なくともいずれかを制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも高くする。そうすると、電流の向きは、方向Ａ、すなわち、一方の端子Ｔ１ａから他方の端子Ｔ１ｂへ向かう向きとなる。なお、制御部１０は、第１の場合には、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも高くすることが望ましい。第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の制御のみとなるので、制御が容易となる。

テストストリップＴ１に電流が流れる前では、テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間には、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の初期値と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の初期値との差電圧が印加される。

その直後に、テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間に電流が流れ始める。これにより、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下が発生する。よって、テストストリップＴ１には、第１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及びＤＡＣ２の差電圧からスイッチＳＷ１の電圧降下分が引かれた電圧が印加される。テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣにより測定される。

次に、ステップＳ２３に示すように、制御部１０は、テストストリップＴ１の端子間電圧Ｖｔ１を取得する。例えば、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定した一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を用いて、端子間電圧Ｖｔ１算出する。

次に、ステップＳ２４に示すように、制御部１０は、取得した端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいか判断する。制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さい（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ２５及び図１１に示すように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の設定値を上げるように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御する。これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を上げる。

一方、ステップＳ２４において、制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔ以上の（Ｎｏの）場合には、ステップＳ２６及び図１１に示すように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の設定値を下げるように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御する。これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を下げる。

次に、ステップＳ２７に示すように、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣを用いて、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧Ｖａｍｐ１ｏを取得する。インピーダンス測定用半導体回路４は、オペアンプＡＭＰ１の出力電圧Ｖａｍｐ１ｏを用いて、試料のインピーダンスを測定する。

次に、ステップＳ２８に示すように、制御部１０は、任意の回数だけ測定したかを判断する。任意の回数だけ測定しない（Ｎｏの）場合には、ステップＳ２３に戻り、テストストリップＴ１の端子間電圧Ｖｔ１を、Ａ／ＤコンバータＡＤＣを用いて取得する。そして、ステップＳ２３からステップＳ２８を繰り返す。任意の間隔で、繰り返すことにより、テストストリップＴ１の両端にかかる端子間電圧Ｖｔ１を、目標値Ｖｔａｒｇｅｔに近づけることができる。

一方、ステップＳ２８において、任意の回数だけ測定した（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ２９に示すように、血糖値を算出する。例えば、演算部２０は、図２に示すようなグラフから、電荷量に相関した血糖値を算出する。その後、テストストリップＴ１に対して、ヘマトクリット値等の他の測定を行う場合には、ステップＳ２１を再開する。テストストリップＴ１に対する測定が終了した場合には、スイッチＳＷ１をＯＦＦの状態にし、テストストリップＴ１以外のスイッチＳＷをＯＮ状態にして、テストストリップの測定を継続する。なお、テストストリップの測定の順序に決まりはなく、テストストリップＴ１以外の測定の後に、テストストリップＴ１の測定を行ってもよいし、その他の順序でもよい。

次に、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第２の場合の動作を説明する。図１３は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第２の場合の動作を例示したフローチャート図である。試料として、テストストリップＴ１を用いる。テストストリップＴ１以外の試料も同様である。

まず、図１３のステップＳ３１に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧の初期値を設定する。第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の初期値と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の初期値との電位差は、テストストリップＴ１に印加すべき目標値Ｖｔａｒｇｅｔである。

そして、ステップＳ３２に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１に設定した初期値を出力させる。また、制御部１０は、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御して、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２に設定した初期値を出力させる。

これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１は、初期値をオペアンプＡＭＰ１の正出力端子に対して出力する。また、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２は、初期値をバッファアンプＡＭＰ２の正出力端子に対して出力する。

テストストリップＴ１には、オペアンプＡＭＰ１の仮想接地により、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧との差電圧が印加される。

第２の場合では、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の少なくともいずれかを制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも低くする。そうすると、電流の向きは、方向Ｂ、すなわち、他方の端子Ｔ１ｂから一方の端子Ｔ１ａへ向かう向きとなる。なお、制御部１０は、第２の場合には、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも低くすることが望ましい。第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の制御のみとなるので、制御が容易となる。

テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間に電流が流れ始めると、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下が発生する。よって、テストストリップＴ１には、第１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及びＤＡＣ２の差電圧からスイッチＳＷ１の電圧降下分が引かれた電圧が印加される。テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣにより測定される。

次に、ステップＳ３３に示すように、制御部１０は、テストストリップＴ１の端子間電圧Ｖｔ１を取得する。例えば、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定した一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を用いて、端子間電圧Ｖｔ１算出する。

次に、ステップＳ３４に示すように、制御部１０は、取得した端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいか判断する。制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さい（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ３５及び図１１に示すように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の設定値を下げるように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御する。これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を下げる。

一方、ステップＳ３４において、制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔ以上の（Ｎｏの）場合には、ステップＳ３６及び図１１に示すように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の設定値を上げるように、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御する。これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧を上げる。ステップＳ３７〜ステップＳ３９は、前述のステップＳ２７〜ステップＳ２９と同様である。

次に、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第３の場合の動作を説明する。図１４は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第３の場合の動作を例示したフローチャート図である。試料として、テストストリップＴ１を用いる。テストストリップＴ１以外の試料も同様である。

まず、図１４のステップＳ４１に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧の初期値を設定する。第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の初期値と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の初期値との電位差は、測定対象のストリップＴ１に印加すべき目標値Ｖｔａｒｇｅｔである。

そして、ステップＳ４２に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１に設定した初期値を出力させる。また、制御部１０は、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御して、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２に設定した初期値を出力させる。

これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１は、初期値をオペアンプＡＭＰ１の正出力端子に対して出力する。また、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２は、初期値をバッファアンプＡＭＰ２の正出力端子に対して出力する。

テストストリップＴ１には、オペアンプＡＭＰ１の仮想接地により、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧との差電圧が印加される。

第３の場合では、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の少なくともいずれかを制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも高くする。そうすると、電流の向きは、方向Ａ、すなわち、一方の端子Ｔ１ａ及びＴ２ａから他方の端子Ｔ１ｂ及びＴ２ｂへ向かう向きとなる。なお、制御部１０は、第３の場合には、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも高くすることが望ましい。第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の制御のみとなるので、制御が容易となる。

テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間に電流が流れ始めると、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下が発生する。よって、テストストリップＴ１には、第１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及びＤＡＣ２の差電圧からスイッチＳＷ１の電圧降下分が引かれた電圧が印加される。そして、テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣにより測定される。

次に、ステップＳ４３に示すように、制御部１０は、テストストリップＴ１の端子間電圧Ｖｔ１を取得する。例えば、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定したテストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を用いて、端子間電圧Ｖｔ１算出する。

次に、ステップＳ４４に示すように、制御部１０は、取得した端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいか判断する。制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さい（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ４５及び図１１に示すように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の設定値を下げるように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御する。これにより、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を下げる。

一方、ステップＳ４４において、制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔ以上の（Ｎｏの）場合には、ステップＳ４６及び図１１に示すように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の設定値を上げるように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御する。これにより、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を上げる。ステップＳ４７〜ステップＳ４９は、前述のステップＳ２７〜ステップＳ２９と同様である。

次に、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第４の場合の動作を説明する。図１５は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の第４の場合の動作を例示したフローチャート図である。試料として、テストストリップＴ１を用いる。テストストリップＴ１以外の試料も同様である。

まず、図１５のステップＳ５１に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧の初期値を設定する。第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の初期値と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の初期値との電位差は、測定対象のストリップＴ１に印加すべき目標値Ｖｔａｒｇｅｔである。

そして、ステップＳ５２に示すように、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御して、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１に設定した初期値を出力させる。また、制御部１０は、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御して、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２に設定した初期値を出力させる。

これにより、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１は、初期値をオペアンプＡＭＰ１の正出力端子に対して出力する。また、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２は、初期値をバッファアンプＡＭＰ２の正出力端子に対して出力する。

テストストリップＴ１には、オペアンプＡＭＰ１の仮想接地により、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１の出力電圧と、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧との差電圧が印加される。

第４の場合では、制御部１０は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の少なくともいずれかを制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも低くする。そうすると、電流の向きは、方向Ｂ、すなわち、他方の端子Ｔ１ｂから一方の端子Ｔ１ａへ向かう向きとする。なお、制御部１０は、第４の場合には、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御して、一方側端子電圧Ｖｔ１ａを、他方側端子電圧Ｖｔ１ｂよりも低くすることが望ましい。第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の制御のみとなるので、制御が容易となる。

テストストリップＴ１及びスイッチＳＷ１間に電流が流れ始めると、スイッチＳＷ１のオン抵抗による電圧降下が発生する。よって、テストストリップＴ１には、第１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及びＤＡＣ２の差電圧からスイッチＳＷ１の電圧降下分が引かれた電圧が印加される。そして、テストストリップＴ１の一方側端子電圧Ｖｔ１ａは、Ａ／ＤコンバータＡＤＣにより測定される。

次に、ステップＳ５３に示すように、制御部１０は、テストストリップＴ１の端子間電圧Ｖｔ１を取得する。例えば、制御部１０は、Ａ／ＤコンバータＡＤＣが測定した一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を用いて、端子間電圧Ｖｔ１算出する。

次に、ステップＳ５４に示すように、制御部１０は、取得した端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さいか判断する。制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔよりも小さい（Ｙｅｓの）場合には、ステップＳ５５及び図１１に示すように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の設定値を上げるように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１を制御する。これにより、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を上げる。

一方、ステップＳ５４において、制御部１０は、端子間電圧Ｖｔ１が、目標値Ｖｔａｒｇｅｔ以上の（Ｎｏの）場合には、ステップＳ５６及び図１１に示すように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の設定値を下げるように、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２を制御する。これにより、第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２の出力電圧を下げる。ステップＳ５７〜ステップＳ５９は、前述のステップＳ２７〜ステップＳ２９と同様である。

その後、処理を終了する。このようにして、インピーダンス測定用半導体回路１は、試料であるテストストリップＴ１のインピーダンスを測定する。

図１６は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップＴ１の一端側端子電圧を示す。図１７は、実施形態４に係るインピーダンス測定用半導体回路の動作を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はテストストリップに流れる電流を示す。

本実施形態においても、テストストリップＴ１において、血糖値の他、ヘマトクリット値などの他の物質を測定することができる。本実施形態では、テストストリップＴ１に印可する電圧をステップ状に変化させるとともに、電流を逆向きにすることもできる。

例えば、図１６及び図１７に示すように、血糖値の測定では、一方側端子電圧Ｖｔ１ａの目標値として、＋０．５［Ｖ］としている。その場合には、テストストリップＴ１には、＋１００［μＡ］の電流が流れることになる。ヘマトクリット値の測定では、一方側端子電圧Ｖｔ１ａの目標値として、＋２．０［Ｖ］としている。その場合には、テストストリップＴ１には、＋４００［μＡ］の電流が流れることになる。血糖値及びヘマトクリット値以外では、一方側端子電圧Ｖｔ１ａの目標値として、−０．５［Ｖ］としている。その場合には、テストストリップＴ１には、−１００［μＡ］の電流が流れることになる。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態のインピーダンス測定用半導体回路４は、第１のＤ／ＡコンバータＤＡＣ１及び第２のＤ／ＡコンバータＤＡＣ２をそれぞれ制御することができる。これにより、テストストリップＴ１の両端にかかる端子間電圧Ｖｔ１を任意の値にすることができる。また、テストストリップＴ１に流れる電流Ｉｔ１の大きさ及び向きを任意に制御することができる。

測定する物質や酵素により印可する電圧は異なり、負の電圧を印可するケースも想定される。本実施形態では、テストストリップＴ１の端子間電圧Ｖｔ１の大きさ及び向きを任意に制御することができるので、測定する物質や酵素により印可する電圧が異なる場合にも対応することができる。

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。

例えば、上述した実施形態に係るインピーダンス測定用半導体回路を含む血糖値計も、実施形態の技術的思想の範囲内である。そのような血糖値計の効果は、実施形態１〜４の記載に含まれている。また、上述した実形態では、テストストリップＴ１等の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及び端子間電圧Ｖｔ１を測定し、その値によって、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣ１等の出力電圧を制御する。これとは別に、測定しているテストストリップＴ１等の一方側端子電圧Ｖｔ１ａ及び端子間電圧Ｖｔ１が、ある閾値を超えるかどうかを測定することで、テストストリップＴ１に含まれたセンサの異常検出やセンサの劣化診断を行ってもよい。

１、２、３、４、１００ インピーダンス測定用半導体回路
１０ 制御部
２０ 演算部
ＡＭＰ１ オペアンプ
ＡＭＰ２ バッファアンプ
ＡＤＣ Ａ／Ｄコンバータ
ＤＡＣ１、ＤＡＣ２ Ｄ／Ａコンバータ
Ｉｔ１、Ｉｔ２、Ｉｒ１ 電流
Ｐ１、Ｑ１、Ｑ２ 接点
Ｒ１ 抵抗
Ｔ１、Ｔ２ テストストリップ
Ｔ１ａ、Ｔ２ａ 一方の端子
Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ 他方の端子
Ｖｔ１ａ、Ｖｔ２ａ 一方側端子電圧
Ｖｔ１ｂ、Ｖｔ２ｂ 他方側端子電圧
Ｖｔ１、Ｖｔ２ 端子間電圧
Ｖｒ１ 電圧

Claims (20)

1. 一方の端子及び他方の端子を有する試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
   オペアンプと、
   前記オペアンプの負入力端子と、前記オペアンプの出力端子と、の間に接続された抵抗と、
   前記オペアンプの正入力端子に接続されたＤ／Ａコンバータと、
   前記一方の端子と、前記負入力端子と、の間に配置されたスイッチと、
   前記オペアンプの出力端子及び前記一方の端子が接続され、前記オペアンプの出力電圧及び前記一方の端子の端子電圧である一方側端子電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、
   前記Ａ／Ｄコンバータが測定した前記一方側端子電圧に基づいて、前記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を制御する制御部と、
   を備え、
   前記他方の端子の端子電圧である他方側端子電圧は、一定の電圧に設定され、
   前記オペアンプの出力電圧を用いて、前記試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路。
2. 前記他方側端子電圧は、接地されることにより、一定の電圧に設定された、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
3. 前記制御部は、前記一方側端子電圧が、所定の目標値よりも小さい場合には、前記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を上げ、前記一方側端子電圧が、前記目標値以上の場合には、前記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を下げる、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
4. 前記試料は、複数設けられ、
   各前記試料の一方の端子と、前記負入力端子との間には、それぞれ前記スイッチが配置された、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
5. バッファアンプであって、前記バッファアンプの出力端子と、前記バッファアンプの負入力端子とが接続され、前記バッファアンプの正入力端子にリファレンス電圧が入力された前記バッファアンプをさらに備え、
   前記他方側端子電圧は、前記バッファアンプの出力端子に接続されることにより、一定の電圧に設定された、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
6. 前記制御部は、前記Ｄ／Ａコンバータを制御して、前記一方側端子電圧を、前記他方側端子電圧よりも低くする、
   請求項５に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
7. 前記オペアンプ、前記Ａ／Ｄコンバータ、前記Ｄ／Ａコンバータ、及び、前記スイッチのうちの少なくともいずれかは、半導体基板に形成されたＣＭＯＳ構造を含む、
   請求項１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
8. 一方の端子及び他方の端子を有する試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路であって、
   オペアンプと、
   前記オペアンプの負入力端子と、前記オペアンプの出力端子と、の間に接続された抵抗と、
   前記オペアンプの正入力端子に接続された第１のＤ／Ａコンバータと、
   前記一方の端子と、前記オペアンプの負入力端子と、の間に配置されたスイッチと、
   前記オペアンプの出力端子及び前記一方の端子が接続され、前記オペアンプの出力電圧及び前記一方の端子の端子電圧である一方側端子電圧を測定するＡ／Ｄコンバータと、
   バッファアンプであって、前記バッファアンプの出力端子と、前記バッファアンプの負入力端子とが接続された前記バッファアンプと、
   前記バッファアンプの正入力端子に接続された第２のＤ／Ａコンバータと、
   前記Ａ／Ｄコンバータが測定した前記一方側端子電圧を用いて算出した前記一方の端子と前記他方の端子との間の端子間電圧に基づいて、前記第１のＤ／Ａコンバータの出力電圧及び前記第２のＤ／Ａコンバータの出力電圧の、少なくともいずれかを制御する制御部と、
   を備え、
   前記オペアンプの出力電圧を用いて、前記試料のインピーダンスを測定するインピーダンス測定用半導体回路。
9. 前記制御部は、前記第１のＤ／Ａコンバータを制御して、
   前記一方側端子電圧を、前記他方の端子の端子電圧である他方側端子電圧よりも高くする、
   請求項８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
10. 前記制御部は、
    前記端子間電圧が、所定の目標値よりも小さい場合には、前記第１のＤ／Ａコンバータの出力電圧を上げ、前記端子間電圧が、前記目標値以上の場合には、前記第１のＤ／Ａコンバータの出力電圧を下げる、
    請求項９に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
11. 前記制御部は、前記第１のＤ／Ａコンバータを制御して、
    前記一方側端子電圧を、前記他方の端子の端子電圧である他方側端子電圧よりも低くする、
    請求項８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
12. 前記制御部は、
    前記端子間電圧が、所定の目標値よりも小さい場合には、前記第１のＤ／Ａコンバータの出力電圧を下げ、前記端子間電圧が、前記目標値以上の場合には、前記第１のＤ／Ａコンバータの出力電圧を上げる、
    請求項１１に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
13. 前記制御部は、前記第２のＤ／Ａコンバータを制御して、
    前記一方側端子電圧を、前記他方の端子の端子電圧である他方側端子電圧よりも高くする、
    請求項８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
14. 前記制御部は、
    前記端子間電圧が、所定の目標値よりも小さい場合には、前記第２のＤ／Ａコンバータの出力電圧を下げ、前記端子間電圧が、前記目標値以上の場合には、前記第２のＤ／Ａコンバータの出力電圧を上げる、
    請求項１３に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
15. 前記制御部は、前記第２のＤ／Ａコンバータを制御して、
    前記一方側端子電圧を、前記他方の端子の端子電圧である他方側端子電圧よりも低くする、
    請求項８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
16. 前記制御部は、
    前記端子間電圧が、所定の目標値よりも小さい場合には、前記第２のＤ／Ａコンバータの出力電圧を上げ、前記端子間電圧が、前記目標値以上の場合には、前記第２のＤ／Ａコンバータの出力電圧を下げる、
    請求項１５に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
17. 前記オペアンプ、前記Ａ／Ｄコンバータ、前記第１のＤ／Ａコンバータ、前記第２のＤ／Ａコンバータ、及び、前記スイッチのうちの少なくともいずれかは、半導体基板に形成されたＣＭＯＳ構造を含む、
    請求項８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
18. 前記試料は、電極に酵素が塗布されたセンサを含むテストストリップである、
    請求項１または８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
19. 測定した前記インピーダンスから血糖値を演算する演算部をさらに備えた
    請求項１または８に記載のインピーダンス測定用半導体回路。
20. 請求項１または８に記載のインピーダンス測定用半導体回路を含む血糖値計。

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