(57)【要約】【課題】入力電圧の全測定範囲において、不感帯を有することなく、電荷量又は電流値の測定を可能にする。【解決手段】入力電圧Ｖｉｎを電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路１０と、電圧電荷変換回路１０の出力パルスＶ１２をカウントし、放電計測回路２０の計数値を減算する充電計測回路３０と、電圧電荷変換回路１０の出力パルスＶ１２をカウントし、充電計測回路３０の計数値を減算する放電計測回路２０と、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖのときの充電計測回路３０の計数値を保持し、充電計測回路３０に計数値を設定する記憶回路５０とを設ける。電圧電荷変換回路１０は、入力電圧Ｖｉｎの最大値（＋Ｖｍａｘ）より大きい、又は最小値（−Ｖｍｉｎ）より小さい入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する演算増幅回路１００ａを用いた積分回路１００を備えることにより、入力オフセット電圧Ｖｏｓａの影響を補正し、正しい電荷量又は電流値を測定する。【選択図】図１
2010276596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路と、
各々前記電圧電荷変換回路の出力パルスをカウントする充電計測回路及び放電計測回路と、
前記入力電圧が０Ｖのときの前記充電計測回路の計数値を保持し、かつ当該計数値を前記充電計測回路に設定する記憶回路とを有する電荷量計測回路であって、
前記充電計測回路のカウントがオーバーフローに至ったときには前記放電計測回路の計数値を減算し、前記放電計測回路のカウントがオーバーフローに至ったときには前記充電計測回路の計数値を減算するように構成され、かつ、
前記電圧電荷変換回路は、前記入力電圧の最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧を有する演算増幅回路を用いた積分回路を備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記電圧電荷変換回路は、
前記積分回路への入力電圧を、計測対象となる電圧又は基準電圧に切り替える第１のスイッチと、
前記積分回路の出力電圧と第１の基準電圧とを比較しその比較結果を出力する第１の比較回路と、
前記積分回路の出力電圧と第２の基準電圧とを比較しその比較結果を出力する第２の比較回路と、
前記第１の比較回路の出力電圧の反転又は前記第２の比較回路の出力電圧の反転に応答してセット、リセットされる電圧を出力する論理回路と、
前記論理回路の出力電圧により導通と非導通とを制御されて前記積分回路を初期化する第２のスイッチとを更に備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項３】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記充電計測回路は計測カウンタ及び充電カウンタを、前記放電計測回路は電荷カウンタ及び放電カウンタをそれぞれ備え、
前記計測カウンタは、前記第１のスイッチが前記基準電圧に切り替えられたときには、前記電荷カウンタがオーバーフローに至るまでの時間を計測し、かつ、前記第１のスイッチが前記計測対象となる電圧に接続されたときには計測時間の経過を示すように構成され、
前記充電カウンタは、前記計測カウンタがオーバーフローしたときに１カウント加算し、前記電荷カウンタがオーバーフローしたときに１カウント減算することを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項４】
請求項３記載の電荷量計測回路において、
前記電荷カウンタは、前記第１の比較回路の出力電圧又は前記第２の比較回路の出力電圧が反転した回数をカウントし、
前記放電カウンタは、前記電荷カウンタがオーバーフローしたときに１カウント加算し、前記計測カウンタがオーバーフローしたときに１カウント減算することを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項５】
請求項３記載の電荷量計測回路において、
前記記憶回路は、前記入力電圧が０Ｖのときに前記計測カウンタが計測した計測値を格納し、かつ当該計測値を前記計測カウンタに設定するレジスタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項６】
請求項５記載の電荷量計測回路において、
前記レジスタは、アップカウンタ又はダウンカウンタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項７】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタのサイズに差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項８】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタに接続される電流源の電流量に差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項９】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタに接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１０】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタに接続された電流源に接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１１】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、反転入力端子又は非反転入力端子のいずれかに前記積分回路の入力電圧の最大値より大きい、又は最小値より小さいバイアス電圧が印加されることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１２】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記記憶回路は、アップカウンタ又はダウンカウンタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１３】
請求項１記載の電荷量計測回路において、
前記入力電圧は、所定の電源に直列接続された検知抵抗の両端電圧であることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１４】
二次電池に直列に接続された検知抵抗と、
前記検知抵抗に流れる電流により発生する電圧を入力とし、前記検知抵抗に流れる電流に相当する電荷量を出力する請求項１記載の電荷量計測回路と、
前記電荷量計測回路により計測された電荷量から二次電池の残容量を計算する演算回路と、
前記演算回路の計算結果を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする携帯型電子機器。
【請求項１５】
請求項１４記載の携帯型電子機器において、
前記演算回路は、マイクロコンピュータであることを特徴とする携帯型電子機器。
【請求項１６】
入力電圧を電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路と、
前記電圧電荷変換回路の出力パルスをカウントする電荷計測回路と、
前記入力電圧が０Ｖのときに前記電荷計測回路がオーバーフローするまでの時間をクロックで計測し、かつ電荷量計測時に計測時間の経過を示す時間計測回路と、
前記電荷計測回路と前記時間計測回路との各々のオーバーフローの時間差に相当するクロック数をカウントする電荷積算回路と、
前記入力電圧が０Ｖのときの前記時間計測回路の計数値を保持し、かつ当該計数値を前記時間計測回路に設定する記憶回路とを有し、
前記電圧電荷変換回路は、前記入力電圧の最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧を有する演算増幅回路を用いた積分回路を備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１７】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記電圧電荷変換回路は、
前記積分回路への入力電圧を、計測対象となる電圧又は基準電圧に切り替える第１のスイッチと、
前記積分回路の出力電圧と第１の基準電圧とを比較しその比較結果を出力する第１の比較回路と、
前記積分回路の出力電圧と第２の基準電圧とを比較しその比較結果を出力する第２の比較回路と、
前記第１の比較回路の出力電圧の反転又は前記第２の比較回路の出力電圧の反転に応答してセット、リセットされる電圧を出力する論理回路と、
前記論理回路の出力電圧により導通と非導通とを制御されて前記積分回路を初期化する第２のスイッチとを更に備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１８】
請求項１７記載の電荷量計測回路において、
前記電荷計測回路は、前記第１の比較回路の出力電圧又は前記第２の比較回路の出力電圧が反転した回数をカウントする電荷カウンタを備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項１９】
請求項１７記載の電荷量計測回路において、
前記時間計測回路は、前記第１のスイッチが前記基準電圧に切り替えられたときには、前記電荷カウンタがオーバーフローに至るまでの時間を計測し、かつ、前記第１のスイッチが前記計測対象となる電圧に接続されたときには計測時間の経過を示す計測カウンタを備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２０】
請求項１９記載の電荷量計測回路において、
前記計測カウンタは、アップカウンタ又はダウンカウンタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２１】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記電荷積算回路は、
前記電荷計測回路のオーバーフロー信号と前記時間計測回路のオーバーフロー信号とにより、先に入力されたいずれかのオーバーフロー信号から、後に入力された他のオーバーフロー信号までの期間を示すイネーブル信号を生成するスタートストップ制御回路と、
前記スタートストップ制御回路の前記イネーブル信号によりカウント又は停止を制御される積算カウンタとを備えたことを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２２】
請求項２１記載の電荷量計測回路において、
前記積算カウンタは、アップカウンタ又はダウンカウンタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２３】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記記憶回路は、前記入力電圧が０Ｖのときに前記時間計測回路が計測した計測値を格納し、かつ当該計測値を前記時間計測回路に設定することを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２４】
請求項２３記載の電荷量計測回路において、
前記記憶回路は、レジスタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２５】
請求項２３記載の電荷量計測回路において、
前記記憶回路は、アップカウンタ又はダウンカウンタであることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２６】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタのサイズに差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２７】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタに接続される電流源の電流量に差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２８】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタに接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項２９】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、差動入力段の１対のトランジスタに接続された電流源に接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけることによって前記入力オフセット電圧を発生させることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項３０】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記演算増幅回路は、反転入力端子又は非反転入力端子のいずれかに前記積分回路の入力電圧の最大値より大きい、又は最小値より小さいバイアス電圧が印加されることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項３１】
請求項１６記載の電荷量計測回路において、
前記入力電圧は、所定の電源に直列接続された検知抵抗の両端電圧であることを特徴とする電荷量計測回路。
【請求項３２】
二次電池に直列に接続された検知抵抗と、
前記検知抵抗に流れる電流により発生する電圧を入力とし、前記検知抵抗に流れる電流に相当する電荷量を出力する請求項１６記載の電荷量計測回路と、
前記電荷量計測回路により計測された電荷量から二次電池の残容量を計算する演算回路と、
前記演算回路の計算結果を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする携帯型電子機器。
【請求項３３】
請求項３２記載の携帯型電子機器において、
前記演算回路は、マイクロコンピュータであることを特徴とする携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池によって電力が供給される電子機器の消費電流や電荷量、及び、二次電池の充電時の充電電流や積算電荷量を検出し、二次電池の残容量を検出又は推定するシステムに関するものであって、特にその二次電池の充放電電荷量を計測する回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型電子機器は、充電可能な二次電池により駆動され、その多くのものは、二次電池の残容量を表示する機能を備えたＬＳＩを搭載している。このＬＳＩは、電荷量又は電流の検出を行い、充電時には、放電後の電池容量に検出された電荷量を加算し、放電時には、充電後の電池容量から検出された電荷量を減算する。この加算と減算の結果が、残容量（残量電荷量、残留容量等ともいう）であり、これを表示することによって二次電池の状態を知ることができる。このような電荷量又は電流の検出を行う部分は電荷量計測回路（クーロンカウンタともいう）と呼ばれる。
【０００３】
電荷量計測回路では、電荷量又は電流を検出するために、二次電池と負荷又は充電器に直列に接続する検知抵抗が使用される。この検知抵抗は、自身による電力消費及び電圧降下による負荷への影響を抑えるため、数十ｍΩ〜数百ｍΩという小さな抵抗値のものが用いられる。また、検知抵抗に流れる電流は、携帯型電子機器の消費電流や充電電流に依存し、一般には、消費電流及び充電電流とも数Ａ程度の大きさである。上記の場合、例えば、検知抵抗を１００ｍΩ、最大充電電流を−２．０Ａ（−符号は、充電時の電流の方向を表す）、最大消費電流を＋２．０Ａ（＋符号は、放電時の電流の方向を表す）とすると、検知抵抗の両端に現れる電圧は、±２００ｍＶの範囲内となる。従来の電荷量計測回路では、この入力電圧を差動増幅回路によって増幅し、又は演算増幅回路を用いた積分回路によって電荷を積算する方法が用いられているが、これらの差動増幅回路や演算増幅回路には、通常、製品ごとに±数ｍＶ程度ばらつく入力オフセット電圧が存在している。
【０００４】
図１８は、従来の電荷量計測回路２の構成を示す図である（特許文献１参照）。従来の電荷量計測回路２は、第１のスイッチ１０１と、入力オフセット電圧Ｖｏｓを小さくしようとして設計された演算増幅回路２００ａを用いた積分回路２００と、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０と第１の基準電圧ＶＨとを比較する第１の比較回路１０２と、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０と第２の基準電圧ＶＬとを比較する第２の比較回路１０３と、第１の比較回路１０２と第２の比較回路１０３とのそれぞれの出力電圧Ｖ２２，Ｖ２３を入力する論理回路１０４と、論理回路１０４の出力電圧Ｖ２４により導通と非導通とを制御される第２のスイッチ１０５と、第１の比較回路１０２又は第２の比較回路１０３の出力電圧が反転した回数をカウントする非同期カウンタ２０６と、第１のスイッチ１０１をＧＮＤ端子ｂに切り替えたとき、第１の比較回路１０２又は第２の比較回路１０３のいずれかの出力電圧が反転するまでの時間Ｔｏｓを計測し、かつ、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替えたとき、時間Ｔｏｓの経過を示すタイマ２０７と、タイマ２０７が計測した計測値を格納し、かつタイマ２０７に計測値を設定するレジスタ１０８とから構成されている。
【０００５】
積分回路２００は、演算増幅回路２００ａの出力端子ｅと反転入力端子ｃとの間にコンデンサＣと第２のスイッチ１０５とが並列に接続され、また、反転入力端子ｃと入力端子ａとの間に抵抗Ｒが接続され、更に、非反転入力端子ｄにＧＮＤ端子ｂが接続されている。
【０００６】
次に、上記のように構成された従来の電荷量計測回路２の動作について説明する。ここでは、動作の理解を容易にするために、一定電流の場合、すなわち入力電圧Ｖｉｎが一定であり、かつ入力オフセット電圧がＶｏｓ＞０のように発生した場合を例に説明する。
【０００７】
充放電時の電荷量を計測する前に、演算増幅回路２００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓの影響を補正するための情報収集期間として、トリミングステップを設ける。
【０００８】
図１９（ａ）〜図１９（ｆ）に、トリミングステップの動作を示す。まず、第１のスイッチ１０１をＧＮＤ端子ｂに切り替え、入力電圧をＶｉｎ＝０Ｖとする（図１９（ａ））。このとき、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０は、時間Ｔｏｓの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数１】
2010276596.tif 000003
が成り立つ（図１９（ｂ））。ここに、電源電圧をＶｄｄとするとき、Ｖｄｄ＞ＶＨ＞ＶＬ＞０Ｖである。
【０００９】
［数１］より、時間Ｔｏｓは、
【数２】
2010276596.tif 000004
で表され、この時間Ｔｏｓの後に、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ２２が図１９（ｃ）のように反転する。この出力電圧Ｖ２２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図１９（ｅ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が減少する（図１９（ｂ））。積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ２３が反転する（図１９（ｄ））。この出力電圧Ｖ２３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図１９（ｅ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が再び増加する（図１９（ｂ））。タイマ２０７は、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨに達するまでの時間Ｔｏｓを周期ＴｃｌｋのクロックＣＬＫで計測する（図１９（ｆ））。この計測した時間情報Ｎｏｓをレジスタ１０８に格納し、更に、この格納された時間情報Ｎｏｓをタイマ２０７に設定する。この時間情報Ｎｏｓは、入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量を表している。以上のようなトリミングステップの後、計測ステップに移る。
【００１０】
計測ステップには、充電と放電との２状態があり、まず、充電のときの動作を、図２０（ａ）〜図２０（ｇ）で説明する。ここでは、従来の電荷量計測回路２が正しい結果を出力できる条件、すなわち、入力電圧Ｖｉｎが入力オフセット電圧Ｖｏｓの２倍より大きい場合（Ｖｉｎ＞２Ｖｏｓ）の動作を説明する（図２０（ａ））。
【００１１】
計測ステップでは、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替え、入力端子ａとＧＮＤ端子ｂとを検知抵抗Ｒｉｎの両端に接続した状態にする。このとき、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０は、時間Ｔｍの間に第１の基準電圧ＶＨから第２の基準電圧ＶＬまで減少するので、
【数３】
2010276596.tif 000005
が成り立つ（図２０（ｂ））。
【００１２】
入力電圧Ｖｉｎを一定としているので、時間Ｔｍは、
【数４】
2010276596.tif 000006
で表される。また、ここでは、入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ＞２Ｖｏｓであるので、時間Ｔｍは、トリミングステップで計測した時間Ｔｏｓよりも短くなる。すなわち、
【数５】
2010276596.tif 000007
が成り立つ。
【００１３】
この時間Ｔｍの後に、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ２３が図２０（ｄ）のように反転する。この出力電圧Ｖ２３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図２０（ｅ））。また、このとき非同期カウンタ２０６は１カウント加算する（図２０（ｇ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が増加する（図２０（ｂ））。積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が増加し、第１の基準電圧ＶＨに達すると、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ２２が反転する（図２０（ｃ））。この出力電圧Ｖ２２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図２０（ｅ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が再び減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると（図２０（ｂ））、非同期カウンタ２０６は１カウント加算する（図２０（ｇ））。これらの加算された値は、検知抵抗Ｒｉｎの両端に発生した入力電圧Ｖｉｎに相当する電荷量から入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量が不足している。入力電圧Ｖｉｎが、継続してＶｉｎ＞２Ｖｏｓの条件を満たすとき、以上の動作を繰り返す。
【００１４】
タイマ２０７は、レジスタ１０８に格納された時間Ｔｏｓの経過信号を出力する。時間Ｔｏｓが経過するごとに、非同期カウンタ２０６が１カウント加算される（図２０（ｇ））。この加算する値は、トリミングステップで測定した入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量であり、この入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量が補正される。
【００１５】
次に、放電のときの動作を、図２１（ａ）〜図２１（ｇ）により説明する。ここでは、入力電圧がＶｉｎ＜０Ｖの場合（図２１（ａ））の動作を説明する。
【００１６】
充電のときと同様に、計測ステップでは、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替え、入力端子ａとＧＮＤ端子ｂとを検知抵抗Ｒｉｎの両端に接続した状態にする。このとき、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０は、時間Ｔｍの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数６】
2010276596.tif 000008
が成り立つ（図２１（ｂ））。
【００１７】
入力電圧Ｖｉｎを一定としているので、時間Ｔｍは、
【数７】
2010276596.tif 000009
で表される。また、ここでは、入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ＜０Ｖであるので、充電のときと同様に、時間Ｔｍは、トリミングステップで計測した時間Ｔｏｓよりも短くなる。すなわち、
【数８】
2010276596.tif 000010
が成り立つ。
【００１８】
この時間Ｔｍの後に、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ２２が図２１（ｃ）のように反転する。この出力電圧Ｖ２２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図２１（ｅ））。また、このとき非同期カウンタ２０６は１カウント加算する（図２１（ｇ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が減少する（図２１（ｂ））。積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ２３が反転する（図２１（ｄ））。この出力電圧Ｖ２３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図２１（ｅ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が再び増加し、第１の基準電圧ＶＨに達すると（図２１（ｂ））、非同期カウンタ２０６は１カウント加算される（図２１（ｇ））。これらの加算された値は、検知抵抗Ｒｉｎの両端に発生した入力電圧Ｖｉｎに相当する電荷量と、入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量とを含んでいる。入力電圧Ｖｉｎが、継続してＶｉｎ＜０Ｖの条件を満たすとき、以上の動作を繰り返す。
【００１９】
タイマ２０７は、レジスタ１０８に格納された時間Ｔｏｓの経過信号を出力する。時間Ｔｏｓが経過するごとに、非同期カウンタ２０６が１カウント減算される（図２１（ｇ））。この減算する値は、トリミングステップで測定した入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量であり、この入力オフセット電圧Ｖｏｓに相当する電荷量が補正される。
【００２０】
以上より、従来の電荷量計測回路２では、充電、放電の場合ともに、［数５］及び［数８］のように、
【数９】
2010276596.tif 000011
であり、この条件の場合に対して、入力オフセット電圧Ｖｏｓの影響を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２０００−２４１５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記従来の電荷量計測回路２では、入力オフセット電圧Ｖｏｓが０Ｖに近い場合にトリミングステップ時間が長くなるという問題と、入力電圧範囲内に不感帯と呼ばれる入力条件により測定できない範囲が存在するという問題とがあった。
【００２３】
１つ目の問題は、トリミングステップにおいて、入力オフセット電圧Ｖｏｓが０Ｖに近い場合、［数２］より、
【数１０】
2010276596.tif 000012
となり、第１及び第２の比較回路１０２，１０３のいずれも出力電圧が反転するまでに長時間を要することがあり得ることである。すなわち、トリミングステップ時間が長くなるため、製品の量産には適さない。また、更に、トリミングステップが長くなると、長時間情報を計測するタイマ２０７と、その情報を格納するレジスタ１０８とのそれぞれが多くのビット数を必要とするため、回路規模が大きくなり、それに伴い面積も大きくなる。
【００２４】
２つ目の問題は、従来の電荷量計測回路２が、不感帯を有することである。計測ステップにおいて、入力電圧Ｖｉｎが不感帯範囲内にある場合、計測時間がトリミングステップで計測した時間Ｔｏｓよりも長くなり、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が上昇せず、非同期カウンタ２０６が加算されないため、充放電の電荷量を計測できない場合がある。
【００２５】
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、従来の電荷量計測回路２が備えている積分回路２００の増幅演算回路２００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓの分布と入力電圧Ｖｉｎの範囲とを示す図である。量産における全ての製品に対して演算増幅回路２００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓを０Ｖとすることはできず、必ず、ばらつきが発生する（図２２（ａ））。例えば、ある製品の入力オフセット電圧が＋Ｖｏｓであった場合、従来の電荷量計測回路２において、積分回路２００の出力電圧Ｖ２０が第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨに達するまでの時間Ｔｍは、前述の［数４］で表される。
【００２６】
Ｖｉｎ＜０Ｖと、Ｖｉｎ＞２Ｖｏｓのとき、Ｔｍ＜Ｔｏｓであるので、従来の電荷量計測回路２は、入力オフセット電圧Ｖｏｓの影響を補正できる。
【００２７】
しかし、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖ≦Ｖｉｎ≦２Ｖｏｓの範囲では、
【数１１】
2010276596.tif 000013
となる。従来の電荷量計測回路２は、この入力条件のときの入力オフセット電圧Ｖｏｓの影響に対する補正機能を備えていないため、正しい電荷量を計測することができない。また、従来の電荷量計測回路２を備えた製品の入力オフセット電圧が−Ｖｏｓであった場合も同様に、−２Ｖｏｓ≦Ｖｉｎ＜０Ｖのとき、従来の電荷量計測回路２は、正しい電荷量を計測することができない。
【００２８】
したがって、製品を量産したときの入力オフセット電圧Ｖｏｓのばらつき範囲が−Ｖｏｓ〜＋Ｖｏｓであるとき、−２Ｖｏｓ〜＋２Ｖｏｓのような正しく電荷量を計測できない範囲、すなわち、不感帯が存在する（図２２（ｂ））。例えば、入力オフセット電圧が±１．５ｍＶとすると、これは検知抵抗Ｒｉｎに流れる電流の±１５０ｍＡに相当する。従来の電荷量計測回路２では、−２．０Ａ〜−３００ｍＡ、及び、＋３００ｍＡ〜＋２．０Ａを測定範囲とし、−３００ｍＡ〜＋３００ｍＡの不感帯を有している。
【００２９】
二次電池の容量２４００ｍＡｈを備えた携帯型電子機器の待機電流が１５ｍＡの場合を考えると、約１週間で電荷量（電気量）２４００ｍＡｈを消費してしまい、実際の残容量は０となるが、従来の電荷量計測回路２は不感帯を有するため、残容量２４００ｍＡｈを表示してしまう。
【００３０】
以上のように、従来の電荷量計測回路２は、積分回路２００に用いられる演算増幅回路２００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓが０Ｖに近い場合、トリミングステップの時間がかかり、長時間情報を計測するタイマ２０７と、その情報を格納するレジスタ１０８とのそれぞれの回路規模が大きくなり、それに伴い面積も大きくなる。更に、不感帯を有し、正しく測定できない入力電圧範囲が存在するという問題があった。
【００３１】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、入力電圧の全測定範囲において、不感帯を有することなく、電荷量又は電流値の測定を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記の課題を解決するために、本発明が講じた解決手段は、入力電圧を電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路と、各々前記電圧電荷変換回路の出力パルスをカウントする充電計測回路及び放電計測回路と、前記入力電圧が０Ｖのときの前記充電計測回路の計数値を保持し、かつ当該計数値を前記充電計測回路に設定する記憶回路とを有する電荷量計測回路において、前記充電計測回路のカウントがオーバーフローに至ったときには前記放電計測回路の計数値を減算し、前記放電計測回路のカウントがオーバーフローに至ったときには前記充電計測回路の計数値を減算するように構成され、かつ、前記電圧電荷変換回路は、前記入力電圧の最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧を有する演算増幅回路を用いた積分回路を備えることとしたものである。
【００３３】
また、本発明が講じた解決手段は、入力電圧を電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路と、前記電圧電荷変換回路の出力パルスをカウントする電荷計測回路と、前記入力電圧が０Ｖのときに前記電荷計測回路がオーバーフローするまでの時間をクロックで計測し、かつ電荷量計測時に計測時間の経過を示す時間計測回路と、前記電荷計測回路と前記時間計測回路との各々のオーバーフローの時間差に相当するクロック数をカウントする電荷積算回路と、前記入力電圧が０Ｖのときの前記時間計測回路の計数値を保持し、かつ当該計数値を前記時間計測回路に設定する記憶回路とを有する電荷量計測回路において、前記電圧電荷変換回路は、前記入力電圧の最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧を有する演算増幅回路を用いた積分回路を備えることとしたものである。
【００３４】
本発明によると、積分回路に用いられる演算増幅回路の入力オフセット電圧を入力電圧の絶対値より大きくしているので、入力オフセット電圧より小さな連続的な入力電圧範囲で、充放電時の電荷量を計測することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、入力電圧の全測定範囲において、不感帯を有することなく、電荷量又は電流値を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電荷量計測回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電荷量計測回路のトリミングステップのときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は第１の比較回路の出力電圧を、（ｄ）は第２の比較回路の出力電圧を、（ｅ）は論理回路の出力電圧を、（ｆ）は電荷カウンタの状態を、（ｇ）はクロックの電圧を、（ｈ）は計測カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図３】図１の電荷量計測回路の充電のときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は論理回路の出力電圧を、（ｄ）は電荷カウンタの状態を、（ｅ）はクロックの電圧を、（ｆ）は計測カウンタの状態を、（ｇ）は充電カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図４】図１の電荷量計測回路の放電のときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は論理回路の出力電圧を、（ｄ）は電荷カウンタの状態を、（ｅ）は放電カウンタの状態を、（ｆ）は計測カウンタの状態を、（ｇ）はクロックの電圧をそれぞれ示す図である。
【図５】計測カウンタと電荷カウンタとにおける時間を数直線で表した図であり、（ａ）はトリミングステップでの時間関係を、（ｂ）は充電のときの時間関係を、（ｃ）は放電のときの時間関係をそれぞれ示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る電荷量計測回路の構成を示すブロック図である。
【図７】図６の電荷量計測回路のトリミングステップのときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は第１の比較回路の出力電圧を、（ｄ）は第２の比較回路の出力電圧を、（ｅ）は論理回路の出力電圧を、（ｆ）は電荷カウンタの状態を、（ｇ）はクロックの電圧を、（ｈ）は計測カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図８】図６の電荷量計測回路の充電のときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は論理回路の出力電圧を、（ｄ）は電荷カウンタの状態を、（ｅ）は電荷カウンタのオーバーフロー信号を、（ｆ）は計測カウンタの状態を、（ｇ）は計測カウンタのオーバーフロー信号を、（ｈ）はスタートストップ制御回路からのイネーブル信号を、（ｉ）はクロックの電圧を、（ｊ）は積算カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図９】図６の電荷量計測回路の放電のときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は論理回路の出力電圧を、（ｄ）は電荷カウンタの状態を、（ｅ）は電荷カウンタのオーバーフロー信号を、（ｆ）は計測カウンタの状態を、（ｇ）は計測カウンタのオーバーフロー信号を、（ｈ）はスタートストップ制御回路からのイネーブル信号を、（ｉ）はクロックの電圧を、（ｊ）は積算カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図１０】計測カウンタと電荷カウンタと積算カウンタとにおける時間を数直線で表した図であり、（ａ）はトリミングステップでの時間関係を、（ｂ）は充電のときの時間関係を、（ｃ）は放電のときの時間関係をそれぞれ示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、図１及び図６中の積分回路の入力オフセット電圧の分布と入力電圧範囲とを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る差動入力段の１対のトランジスタのサイズに差をつけて入力オフセット電圧を設定した演算増幅回路の回路図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る電流源の電流量に差をつけて入力オフセット電圧を設定した演算増幅回路の回路図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る差動入力段の１対のトランジスタに接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけて入力オフセット電圧を設定した演算増幅回路の回路図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る電流源に接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけて入力オフセット電圧を設定した演算増幅回路の回路図である。
【図１６】本発明の実施形態に係るバイアス電圧による入力オフセット電圧を設定した演算増幅回路の回路図である。
【図１７】本発明の実施形態の応用例を示す図である。
【図１８】従来の電荷量計測回路の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１８の電荷量計測回路のトリミングステップのときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は第１の比較回路の出力電圧を、（ｄ）は第２の比較回路の出力電圧を、（ｅ）は論理回路の出力電圧を、（ｆ）はクロックの電圧をそれぞれ示す図である。
【図２０】図１８の電荷量計測回路の充電のときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は第１の比較回路の出力電圧を、（ｄ）は第２の比較回路の出力電圧を、（ｅ）は論理回路の出力電圧を、（ｆ）はクロックの電圧を、（ｇ）は非同期カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図２１】図１８の電荷量計測回路の放電のときの動作を示す波形図であり、（ａ）は当該電荷量計測回路への入力電圧を、（ｂ）は積分回路の出力電圧を、（ｃ）は第１の比較回路の出力電圧を、（ｄ）は第２の比較回路の出力電圧を、（ｅ）は論理回路の出力電圧を、（ｆ）はクロックの電圧を、（ｇ）は非同期カウンタの状態をそれぞれ示す図である。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、図１８中の積分回路の入力オフセット電圧の分布と入力電圧範囲とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
《第１の実施形態》
図１は、本発明の第１の実施形態における電荷量計測回路１の構成図である。電荷量計測回路１は、第１のスイッチ１０１と、入力電圧を電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路１０と、電圧電荷変換回路１０の出力パルスをカウントし、放電計測回路２０の計数値を減算する充電計測回路３０と、電圧電荷変換回路１０の出力パルスをカウントし、充電計測回路３０の計数値を減算する放電計測回路２０と、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖのときの充電計測回路３０の計数値を保持し、充電計測回路３０にその計数値を設定する記憶回路５０とを用いて構成され、電圧電荷変換回路１０は、入力電圧Ｖｉｎの最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する演算増幅回路１００ａを用いた積分回路１００を備えている。
【００３９】
電圧電荷変換回路１０は、入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する演算増幅回路１００ａを用いて構成されている積分回路１００と、積分回路１００への入力電圧Ｖｉｎを、入力端子ａ又はＧＮＤ端子ｂに切り替える第１のスイッチ１０１と、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０と第１の基準電圧ＶＨとを比較しその比較結果を出力する第１の比較回路１０２と、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０と第２の基準電圧ＶＬとを比較しその比較結果を出力する第２の比較回路１０３と、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２の反転、又は第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３の反転に応答してセット、リセットされる電圧を出力する論理回路１０４と、論理回路１０４の出力電圧Ｖ１４により導通と非導通とを制御される第２のスイッチ１０５とから構成されている。
【００４０】
充電計測回路３０は、第１のスイッチ１０１がＧＮＤ端子ｂに切り替えられたとき、すなわち、トリミングステップのときに電荷カウンタ１０６がオーバーフロー（Ｏ／Ｆ）に至るまでの時間ＴｏｓａをクロックＣＬＫで計測し、かつ、第１のスイッチ１０１が入力端子ａに接続されたとき、すなわち、計測ステップのときにクロックＣＬＫをもとに計測時間の経過を示す計測カウンタ１０７と、計測カウンタ１０７がオーバーフローしたときに１カウント加算し、電荷カウンタ１０６がオーバーフローしたときに１カウント減算される充電カウンタ１０９とを備えている。
【００４１】
放電計測回路２０は、第１の比較回路１０２又は第２の比較回路１０３の出力電圧が反転した回数をカウントする電荷カウンタ１０６と、電荷カウンタ１０６がオーバーフローしたときに１カウント加算し、計測カウンタ１０７がオーバーフローしたときに１カウント減算する放電カウンタ１１０とを備えている。
【００４２】
積分回路１００は、演算増幅回路１００ａの出力端子ｅと反転入力端子ｃとの間にコンデンサＣと第２のスイッチ１０５とが並列に接続され、また、反転入力端子ｃと入力端子ａとの間に抵抗Ｒが接続され、更に、非反転入力端子ｄにＧＮＤ端子ｂが接続されている。演算増幅回路１００ａは、入力電圧範囲外のレベルの入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する。ここで、入力電圧範囲外とは、積分回路１００の入力電圧Ｖｉｎの最大値より大きい、又は最小値より小さい領域である。入力オフセット電圧Ｖｏｓａは、入力電圧Ｖｉｎの入力電圧範囲外のレベルに設定するのが望ましいが、入力電圧Ｖｉｎの発生頻度が少ない最大値又は最小値に近い領域に設定してもかまわない。
【００４３】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態の電荷量計測回路１の動作について説明する。ここでは、動作の理解を容易にするために、一定電流の場合、すなわち入力電圧Ｖｉｎが一定であり、かつ入力オフセット電圧をＶｏｓａ＞０のように設定した場合を例に説明する。
【００４４】
充放電時の電荷量を計測する前に、演算増幅回路１００ａに設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａの影響を補正するための情報収集期間として、トリミングステップを設ける。
【００４５】
図２（ａ）〜図２（ｈ）に、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａ＞０Ｖの場合のトリミングステップの動作を示す。まず、第１のスイッチ１０１をＧＮＤ端子ｂに切り替え、入力電圧をＶｉｎ＝０Ｖとする（図２（ａ））。このとき、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は、時間Ｔｏｓａの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数１２】
2010276596.tif 000014
が成り立つ（図２（ｂ））。
【００４６】
［数１２］より、時間Ｔｏｓａは、
【数１３】
2010276596.tif 000015
で表され、この時間Ｔｏｓａの後に、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は第１の基準電圧ＶＨに到達し、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２が図２（ｃ）のように反転する。この出力電圧Ｖ１２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図２（ｅ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少する（図２（ｂ））。積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３が反転する（図２（ｄ））。この出力電圧Ｖ１３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図２（ｅ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が再び増加する（図２（ｂ））。計測カウンタ１０７は、論理回路１０４の出力電圧Ｖ１４の反転した回数が、電荷カウンタ１０６の設定値のＮカウントに達するまでの時間Ｔｏｓａｎ（図２（ｆ））を、周期ＴｃｌｋのクロックＣＬＫ（図２（ｇ））で計測する（図２（ｈ））。この時間情報Ｎｏｓａをレジスタ１０８に格納し、更に、この格納された時間情報Ｎｏｓａを計測カウンタ１０７に設定する。この時間情報Ｎｏｓａは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量を表している。
【００４７】
なお、第２のスイッチ１０５が導通し、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が第１の基準電圧ＶＨから第２の基準電圧ＶＬに変化したとき、第２のスイッチ１０５には抵抗があるため時間Ｔｒｓｔ（図１２（ｂ）参照）が発生するが、一般にその値は小さいので、ここでは無視している。第２のスイッチ１０５の導通時の抵抗が大きい場合には、時間Ｔｒｓｔを測定し、補正してもよい。
【００４８】
以上のようなトリミングステップの後、計測ステップに移る。計測ステップには、充電と放電との２状態があり、まず、充電のときの動作を図３（ａ）〜図３（ｇ）で説明する。ここでは、しかも０Ｖ＜Ｖｉｎ＜Ｖｏｓａの場合（図３（ａ））の動作を説明する。
【００４９】
計測ステップでは、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替え、入力端子ａとＧＮＤ端子ｂとを検知抵抗Ｒｉｎの両端に接続した状態にする。このとき、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は、時間Ｔｍの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数１４】
2010276596.tif 000016
が成り立つ（図３（ｂ））。
【００５０】
入力電圧Ｖｉｎを一定としているので、時間Ｔｍは、
【数１５】
2010276596.tif 000017
で表される。また、ここでは、入力電圧Ｖｉｎは、０Ｖ＜Ｖｉｎ＜Ｖｏｓａであるので、時間Ｔｍは、トリミングステップで計測した時間Ｔｏｓａよりも長くなる。すなわち、
【数１６】
2010276596.tif 000018
が成り立つ。
【００５１】
この時間Ｔｍの後に、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は第１の基準電圧ＶＨに到達し、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２が反転する。この出力電圧Ｖ１２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図３（ｃ））。また、このとき電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図３（ｄ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少する（図３（ｂ））。積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３が反転する。この出力電圧Ｖ１３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図３（ｃ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が再び増加し、第１の基準電圧ＶＨに達すると（図３（ｂ））、電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図３（ｄ））。入力電圧Ｖｉｎが継続して印加されたとき、以上の動作を繰り返す。
【００５２】
計測カウンタ１０７は、レジスタ１０８に格納された時間情報Ｎｏｓａをカウントする（図３（ｆ））。充電カウンタ１０９は、計測カウンタ１０７が時間情報Ｎｏｓａをカウントするごとに、すなわち、時間Ｔｏｓａｎが経過するごとに、１カウント加算し、かつ、電荷カウンタ１０６が設定値Ｎをオーバーフローしたときに、充電カウンタ１０９の計数値から１カウント減算される（図３（ｇ））。この加算された値は、検知抵抗Ｒｉｎの両端に発生した入力電圧Ｖｉｎに相当する電荷量と、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量とを含んでいる。また、この減算する値は、トリミングステップで測定した設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量であり、この充電カウンタ１０９の計数値から減算することにより、設定した入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量を補正している。
【００５３】
次に、放電のときの動作を、図４（ａ）〜図４（ｇ）により説明する。ここでは、入力電圧Ｖｉｎが−Ｖｏｓａ＜Ｖｉｎ＜０Ｖの場合（図４（ａ））の動作を説明する。
【００５４】
充電のときと同様に、計測ステップでは、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替え、入力端子ａとＧＮＤ端子ｂとを検知抵抗Ｒｉｎの両端に接続した状態にする。このとき、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は、時間Ｔｍの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数１７】
2010276596.tif 000019
が成り立つ（図４（ｂ））。
【００５５】
入力電圧Ｖｉｎを一定としているので、時間Ｔｍは、
【数１８】
2010276596.tif 000020
で表される。また、ここでは、入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ＜０Ｖであるので、時間Ｔｍは、トリミングステップで計測した時間Ｔｏｓａよりも短くなる。すなわち、
【数１９】
2010276596.tif 000021
が成り立つ。
【００５６】
この時間Ｔｍの後に、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は第１の基準電圧ＶＨに到達し、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２が反転する。この出力電圧Ｖ１２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図４（ｃ））。また、このとき電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図４（ｄ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少する（図４（ｂ））。積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３が反転する。この出力電圧Ｖ１３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図４（ｃ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が再び増加し、第１の基準電圧ＶＨに達すると（図４（ｂ））、電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図４（ｄ））。入力電圧Ｖｉｎが継続して印加されたとき、充電状態と同様に、以上の動作を繰り返す。
【００５７】
計測カウンタ１０７は、レジスタ１０８に格納された時間情報Ｎｏｓａをカウントする（図４（ｆ））。放電カウンタ１１０は、電荷カウンタ１０６が設定値のＮカウントするごとに１カウント加算し、かつ、計測カウンタ１０７が設定値Ｎｏｓａをオーバーフローしたときに、放電カウンタ１１０の計数値から１カウント減算される（図４（ｅ））。この加算された値は、検知抵抗Ｒｉｎの両端に発生した入力電圧Ｖｉｎに相当する電荷量と、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量とを含んでいる。また、この減算する値は、トリミングステップで測定した設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量であり、この放電カウンタ１１０の計数値から減算することにより、設定した入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量を補正している。
【００５８】
次に、上記のように動作する本発明の実施形態の電荷量計測回路１から、電荷量の求め方を説明する。
【００５９】
トリミングステップでは、電荷カウンタ１０６の１カウント当りの電荷量ｑｏｓａと、計測カウンタ１０７の１クロック当りの電荷量ｑｃｌｋとを検出する。
【００６０】
まず、電荷カウンタ１０６の１カウント当りの電荷量ｑｏｓａを求める。
【００６１】
積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が第１の基準電圧ＶＨから第２の基準電圧ＶＬのレベルに変化する時間Ｔｏｓａは、前述の［数１３］で表される。ここで、検知抵抗Ｒｉｎに仮想の電流Ｉｏｓａが流れ、両端に電圧Ｖｏｓａが発生したとすると、
【数２０】
2010276596.tif 000022
が成り立ち、［数１３］は、
【数２１】
2010276596.tif 000023
となる。時間Ｔｏｓａと電流Ｉｏｓａとの積は、電荷量を表すので、それをｑｏｓａとおくと、
【数２２】
2010276596.tif 000024
となり、電荷量ｑｏｓａは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量と考えることができる。また、［数２２］中の素子定数（Ｃ，Ｒ，Ｒｉｎ）は、インピーダンスアナライザ等の測定器によって測定することができる値である。また、電圧レベル（ＶＨ，ＶＬ）は、ＬＳＩに集積した場合には、テストモードを設け、これらの端子電圧をオシロスコープ等で観測できるようにしておけばよい。よって、［数２２］で表される電荷量ｑｏｓａは、容易に求めることができる。
【００６２】
次に、計測カウンタ１０７の１クロック当りの電荷量ｑｃｌｋを求める。
【００６３】
図５（ａ）は、トリミングステップでの計測カウンタ１０７及び電荷カウンタ１０６における時間の関係を示す。電荷量ｑｏｓａは、電荷カウンタ１０６の１カウント分の電荷量であるので、設定値Ｎカウントされたとき、すなわち、電荷カウンタ１０６がオーバーフローしたときの電荷量をＱｏｓａとすると、
【数２３】
2010276596.tif 000025
となる。
【００６４】
電荷カウンタ１０６が設定値Ｎカウントに達し、電荷量Ｑｏｓａになったときの時間Ｔｏｓａｎを、クロックＣＬＫを用いて計測カウンタ１０７で計測する。このときのカウント数がＮｏｓａであり、レジスタ１０８に格納されている。
【００６５】
計測カウンタ１０７の１クロック分の電荷量ｑｃｌｋは、このカウント数Ｎｏｓａを用いて、
【数２４】
2010276596.tif 000026
と表すことができる。［数２４］中のカウント数Ｎ，Ｎｏｓａと電荷量ｑｏｓａとはいずれも既知であるので、電荷量ｑｃｌｋは容易に求めることができる。
【００６６】
計測ステップの充電状態では、トリミングステップで求めた電荷量ｑｏｓａ，ｑｃｌｋを用いて、電荷量を求める。
【００６７】
図５（ｂ）は、充電のときの計測カウンタ１０７及び電荷カウンタ１０６における時間の関係を示す。電荷カウンタ１０６の時間Ｔｍｃは、入力電圧Ｖｉｎと設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａとの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローした時間である。このとき、電荷量はＱｏｓａに達している。
【００６８】
一方、計測カウンタ１０７では、電荷カウンタ１０６が時間Ｔｍｃに達したとき、
【数２５】
2010276596.tif 000027
の時間が経過している。
【００６９】
計測カウンタ１０７の時間Ｔｏｓａｎは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａのみの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローに達した時間である。
【００７０】
よって、入力電圧Ｖｉｎのみに関する時間Ｔｃｈは、時間Ｔｍｃから時間Ｔｏｓａｎを減じた時間であり、
【数２６】
2010276596.tif 000028
である。この時間Ｔｃｈに対応する電荷量Ｑｃｈは、
【数２７】
2010276596.tif 000029
として求めることができる。
【００７１】
したがって、図１の電荷計測回路１では、計測カウンタ１０７と充電カウンタ１０９との状態は、電荷量Ｑｏｓａ相当のカウント値Ｎｏｓａを減じたカウント値Ｎｃｈが残っており、このカウント値Ｎｃｈに、トリミングで求めた電荷量ｑｃｌｋを乗じれば、［数２７］で表されるように充電時の電荷量Ｑｃｈが求まる。
【００７２】
計測ステップの放電状態においても同様に、トリミングステップで求めた電荷量ｑｏｓａ，ｑｃｌｋを用いて、電荷量を求める。
【００７３】
図５（ｃ）は、放電のときの計測カウンタ１０７及び電荷カウンタ１０６における時間の関係を示す。計測カウンタ１０７が時間Ｔｏｓａｎに達したとき、すなわち、Ｎｏｓａをカウント後にオーバーフローしたとき、電荷カウンタ１０６は、
【数２８】
2010276596.tif 000030
の時間を経過している。
【００７４】
電荷カウンタ１０６の時間Ｔｍｄは、入力電圧Ｖｉｎと設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａとの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローした時間である。このとき、電荷量はＱｏｓａに達している。
【００７５】
計測カウンタ１０７の時間Ｔｏｓａｎは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａのみの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローに達した時間である。
【００７６】
よって、入力電圧Ｖｉｎのみに関する時間Ｔｄｉｓは、計測カウンタ１０７の時間Ｔｏｓａｎから時間Ｔｍｄを減じた時間であり、
【数２９】
2010276596.tif 000031
である。この時間Ｔｄｉｓに対応する電荷量Ｑｄｉｓは、
【数３０】
2010276596.tif 000032
として求めることができる。
【００７７】
したがって、図１の電荷計測回路１では、電荷カウンタ１０６及び放電カウンタ１１０の状態は、電荷量Ｑｏｓａ相当のカウント値Ｎｏｓａを減じたカウント値Ｎｄｉｓが残っており、このカウント値Ｎｄｉｓに、トリミングで求めた電荷量ｑｏｓａを乗じれば、［数３０］で表されるように放電時の電荷量Ｑｄｉｓが求まる。
【００７８】
また、電流は、電荷量の変化量を経過時間で除算したものであるので、充電及び放電で求めた電荷量を用いて容易に求めることができる。
【００７９】
例えば、充電電流Ｉｃｈは、
【数３１】
2010276596.tif 000033
で求まる。また、放電電流Ｉｄｉｓは、
【数３２】
2010276596.tif 000034
で求まる。
【００８０】
《第２の実施形態》
図６は、本発明の第２の実施形態における電荷量計測回路１の構成図である。電荷量計測回路１は、第１のスイッチ１０１と、入力電圧Ｖｉｎを電荷量に相当するパルスに変換する電圧電荷変換回路１０と、電圧電荷変換回路１０の出力パルスをカウントする電荷計測回路２５と、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖのときに電荷計測回路２５がオーバーフローするまでの時間をクロックＣＬＫで計測し、かつ電荷量計測時に計測時間の経過を示す時間計測回路３５と、電荷計測回路２５と時間計測回路３５との各々のオーバーフローの時間差に相当するクロックＣＬＫの数をカウントする電荷積算回路４０と、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖのときの時間計測回路３５の計数値を保持し、かつ、その計数値を時間計測回路３５に設定する記憶回路５０とを用いて構成され、電圧電荷変換回路１０は、入力電圧Ｖｉｎの最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する演算増幅回路１００ａを用いた積分回路１００を備えている。
【００８１】
電圧電荷変換回路１０は、入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する演算増幅回路１００ａを用いて構成されている積分回路１００と、積分回路１００への入力電圧Ｖｉｎを、入力端子ａ又はＧＮＤ端子ｂに切り替える第１のスイッチ１０１と、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０と第１の基準電圧ＶＨとを比較しその比較結果を出力する第１の比較回路１０２と、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０と第２の基準電圧ＶＬとを比較しその比較結果を出力する第２の比較回路１０３と、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２の反転、又は第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３の反転に応答してセット、リセットされる電圧を出力する論理回路１０４と、論理回路１０４の出力電圧Ｖ１４により導通と非導通とを制御される第２のスイッチ１０５とから構成されている。
【００８２】
電荷計測回路２５は、第１の比較回路１０２又は第２の比較回路１０３の出力電圧が反転した回数をカウントする電荷カウンタ１０６を備えている。
【００８３】
時間計測回路３５は、第１のスイッチ１０１がＧＮＤ端子ｂに切り替えられたとき、すなわち、トリミングステップのときに電荷カウンタ１０６がオーバーフローに至るまでの時間ＴｏｓａをクロックＣＬＫで計測し、かつ、第１のスイッチ１０１が入力端子ａに接続されたとき、すなわち、計測ステップのときにクロックＣＬＫをもとに計測時間の経過を示す計測カウンタ１０７を備えている。
【００８４】
電荷積算回路４０は、電荷カウンタ１０６のオーバーフロー信号（第１のオーバーフロー信号）ＯＦ１と、計測カウンタ１０７のオーバーフロー信号（第２のオーバーフロー信号）ＯＦ２とにより、先に入力されたいずれかのオーバーフロー信号から、後に入力された他のオーバーフロー信号までの期間を示すイネーブル信号ＥＮを生成するスタートストップ制御回路１１１と、スタートストップ制御回路１１１のイネーブル信号ＥＮによりカウント又は停止を制御される積算カウンタ１１２とから構成されている。
【００８５】
記憶回路５０は、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖのときに計測カウンタ１０７が計測した計測値を格納し、かつ当該計測値を計測カウンタ１０７に設定するレジスタ１０８から構成されている。
【００８６】
積分回路１００は、演算増幅回路１００ａの出力端子ｅと反転入力端子ｃとの間にコンデンサＣと第２のスイッチ１０５とが並列に接続され、また、反転入力端子ｃと入力端子ａとの間に抵抗Ｒが接続され、更に、非反転入力端子ｄにＧＮＤ端子ｂが接続されている。演算増幅回路１００ａは、入力電圧範囲外のレベルの入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する。ここで、入力電圧範囲外とは、積分回路１００の入力電圧Ｖｉｎの最大値より大きい、又は最小値より小さい領域である。入力オフセット電圧Ｖｏｓａは、入力電圧Ｖｉｎの入力電圧範囲外のレベルに設定するのが望ましいが、入力電圧Ｖｉｎの発生頻度が少ない最大値又は最小値に近い領域に設定してもかまわない。
【００８７】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態の電荷量計測回路１の動作について説明する。ここでは、動作の理解を容易にするために、一定電流の場合、すなわち入力電圧Ｖｉｎが一定であり、かつ入力オフセット電圧をＶｏｓａ＞０のように設定した場合を例に説明する。
【００８８】
充放電時の電荷量を計測する前に、演算増幅回路１００ａに設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａの影響を補正するための情報収集期間として、トリミングステップを設ける。
【００８９】
図７（ａ）〜図７（ｈ）に、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａ＞０Ｖの場合のトリミングステップの動作を示す。まず、第１のスイッチ１０１をＧＮＤ端子ｂに切り替え、入力電圧をＶｉｎ＝０Ｖとする（図７（ａ））。このとき、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は、時間Ｔｏｓａの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数３３】
2010276596.tif 000035
が成り立つ（図７（ｂ））。
【００９０】
［数３３］より、時間Ｔｏｓａは、
【数３４】
2010276596.tif 000036
で表され、この時間Ｔｏｓａの後に、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は第１の基準電圧ＶＨに到達し、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２が図７（ｃ）のように反転する。この出力電圧Ｖ１２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図７（ｅ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少する（図７（ｂ））。積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３が反転する（図７（ｄ））。この出力電圧Ｖ１３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図７（ｅ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が再び増加する（図７（ｂ））。計測カウンタ１０７は、論理回路１０４の出力電圧Ｖ１４の反転した回数が、電荷カウンタ１０６の設定値のＮカウントに達するまでの時間Ｔｏｓａｎ（図７（ｆ））を、周期ＴｃｌｋのクロックＣＬＫ（図７（ｇ））で計測する（図７（ｈ））。この時間情報Ｎｏｓａをレジスタ１０８に格納し、更に、この格納された時間情報Ｎｏｓａを計測カウンタ１０７に設定する。この時間情報Ｎｏｓａは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量を表している。
【００９１】
なお、第２のスイッチ１０５が導通し、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が第１の基準電圧ＶＨから第２の基準電圧ＶＬに変化したとき、第２のスイッチ１０５には抵抗があるため時間Ｔｒｓｔ（図１９（ｂ）参照）が発生するが、一般にその値は小さいので、ここでは無視している。第２のスイッチ１０５の導通時の抵抗が大きい場合には、時間Ｔｒｓｔを測定し、補正してもよい。
【００９２】
以上のようなトリミングステップの後、計測ステップに移る。計測ステップには、充電と放電との２状態があり、まず、充電のときの動作を図８（ａ）〜図８（ｊ）で説明する。ここでは、しかも０Ｖ＜Ｖｉｎ＜Ｖｏｓａの場合（図８（ａ））の動作を説明する。
【００９３】
計測ステップでは、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替え、入力端子ａとＧＮＤ端子ｂとを検知抵抗Ｒｉｎの両端に接続した状態にする。このとき、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は、時間Ｔｍの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数３５】
2010276596.tif 000037
が成り立つ（図８（ｂ））。
【００９４】
入力電圧Ｖｉｎを一定としているので、時間Ｔｍは、
【数３６】
2010276596.tif 000038
で表される。また、ここでは、入力電圧Ｖｉｎは、０Ｖ＜Ｖｉｎ＜Ｖｏｓａであるので、時間Ｔｍは、トリミングステップで計測した時間Ｔｏｓａよりも長くなる。すなわち、
【数３７】
2010276596.tif 000039
が成り立つ。
【００９５】
この時間Ｔｍの後に、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は第１の基準電圧ＶＨに到達し、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２が反転する。この出力電圧Ｖ１２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図８（ｃ））。また、このとき電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図８（ｄ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少する（図８（ｂ））。積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３が反転する。この出力電圧Ｖ１３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図８（ｃ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が再び増加し、第１の基準電圧ＶＨに達すると（図８（ｂ））、電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図８（ｄ））。入力電圧Ｖｉｎが継続して印加されたとき、以上の動作を繰り返す。
【００９６】
電荷カウンタ１０６は、設定値Ｎまでカウントするごとに（図８（ｄ））第１のオーバーフロー信号ＯＦ１を出力する（図８（ｅ））。一方、計測カウンタ１０７は、レジスタ１０８に格納された時間情報Ｎｏｓａまでカウントする（図８（ｆ））ごとに、すなわち、時間Ｔｏｓａｎが経過するごとに、第２のオーバーフロー信号ＯＦ２を出力する（図８（ｇ））。スタートストップ制御回路１１１は、計測カウンタ１０７の第２のオーバーフロー信号ＯＦ２（図８（ｇ））からスタートし、電荷カウンタ１０６の第１のオーバーフロー信号ＯＦ１(図８（ｅ）)でストップするイネーブル信号ＥＮを出力する（図８（ｈ））。積算カウンタ１１２は、スタートストップ制御回路１１１からイネーブル信号ＥＮが出力されている期間のクロックＣＬＫ（図８（ｉ））の数をカウントする（図８（ｊ））。積算カウンタ１１２がストップしている期間の長さは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量を表し、スタートからストップまでの期間の長さは、検知抵抗Ｒｉｎの両端に発生した入力電圧Ｖｉｎに相当する電荷量を表す。したがって、積算カウンタ１１２には、入力電圧Ｖｉｎに相当する測定したい電荷量のみが累積加算されることになる。
【００９７】
次に、放電のときの動作を、図９（ａ）〜図９（ｊ）により説明する。ここでは、入力電圧Ｖｉｎが−Ｖｏｓａ＜Ｖｉｎ＜０Ｖの場合（図９（ａ））の動作を説明する。
【００９８】
充電のときと同様に、計測ステップでは、第１のスイッチ１０１を入力端子ａに切り替え、入力端子ａとＧＮＤ端子ｂとを検知抵抗Ｒｉｎの両端に接続した状態にする。このとき、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は、時間Ｔｍの間に第２の基準電圧ＶＬから第１の基準電圧ＶＨまで増加するので、
【数３８】
2010276596.tif 000040
が成り立つ（図９（ｂ））。
【００９９】
入力電圧Ｖｉｎを一定としているので、時間Ｔｍは、
【数３９】
2010276596.tif 000041
で表される。また、ここでは、入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ＜０Ｖであるので、時間Ｔｍは、トリミングステップで計測した時間Ｔｏｓａよりも短くなる。すなわち、
【数４０】
2010276596.tif 000042
が成り立つ。
【０１００】
この時間Ｔｍの後に、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０は第１の基準電圧ＶＨに到達し、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２が反転する。この出力電圧Ｖ１２の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を導通する信号を出力する（図９（ｃ））。また、このとき電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図９（ｄ））。第２のスイッチ１０５が導通すると、コンデンサＣの両端が短絡されるため、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少する（図９（ｂ））。積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が減少し、第２の基準電圧ＶＬに達すると、第２の比較回路１０３の出力電圧Ｖ１３が反転する。この出力電圧Ｖ１３の反転により論理回路１０４は、第２のスイッチ１０５を非導通にする信号を出力する（図９（ｃ））。第２のスイッチ１０５が非導通になると、積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が再び増加し、第１の基準電圧ＶＨに達すると（図９（ｂ））、電荷カウンタ１０６は１カウント加算する（図９（ｄ））。入力電圧Ｖｉｎが継続して印加されたとき、充電状態と同様に、以上の動作を繰り返す。
【０１０１】
電荷カウンタ１０６は、設定値Ｎまでカウントするごとに（図８（ｄ））第１のオーバーフロー信号ＯＦ１を出力する（図８（ｅ））。一方、計測カウンタ１０７は、レジスタ１０８に格納された時間情報Ｎｏｓａまでカウントする（図８（ｆ））ごとに、すなわち、時間Ｔｏｓａｎが経過するごとに、第２のオーバーフロー信号ＯＦ２を出力する（図８（ｇ））。スタートストップ制御回路１１１は、電荷カウンタ１０６の第１のオーバーフロー信号ＯＦ１（図８（ｅ））からスタートし、計測カウンタ１０７の第２のオーバーフロー信号ＯＦ２(図８（ｇ）)でストップするイネーブル信号ＥＮを出力する（図８（ｈ））。積算カウンタ１１２は、スタートストップ制御回路１１１からイネーブル信号ＥＮが出力されている期間のクロックＣＬＫ（図８（ｉ））の数をカウントする（図８（ｊ））。積算カウンタ１１２がストップしている期間の長さは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量を表し、スタートからストップまでの期間の長さは、検知抵抗Ｒｉｎの両端に発生した入力電圧Ｖｉｎに相当する電荷量を表す。したがって、積算カウンタ１１２には、入力電圧Ｖｉｎに相当する測定したい電荷量のみが累積加算されることになる。
【０１０２】
充電と放電とでは、電荷カウンタ１０６と計測カウンタ１０７とのそれぞれのオーバーフロー信号ＯＦ１，ＯＦ２によるスタートとストップとが逆になるだけであり、その他の動作は同じでよい。
【０１０３】
次に、上記のように動作する本発明の実施形態の電荷量計測回路１から、電荷量の求め方を説明する。
【０１０４】
トリミングステップでは、電荷カウンタ１０６の１カウント当りの電荷量ｑｏｓａと、計測カウンタ１０７の１クロック当りの電荷量ｑｃｌｋとを検出する。
【０１０５】
まず、電荷カウンタ１０６の１カウント当りの電荷量ｑｏｓａを求める。
【０１０６】
積分回路１００の出力電圧Ｖ１０が第１の基準電圧ＶＨから第２の基準電圧ＶＬのレベルに変化する時間Ｔｏｓａは、前述の［数３４］で表される。ここで、検知抵抗Ｒｉｎに仮想の電流Ｉｏｓａが流れ、両端に電圧Ｖｏｓａが発生したとすると、
【数４１】
2010276596.tif 000043
が成り立ち、［数３４］は、
【数４２】
2010276596.tif 000044
となる。時間Ｔｏｓａと電流Ｉｏｓａとの積は、電荷量を表すので、それをｑｏｓａとおくと、
【数４３】
2010276596.tif 000045
となり、電荷量ｑｏｓａは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａに相当する電荷量と考えることができる。また、［数４３］中の素子定数（Ｃ，Ｒ，Ｒｉｎ）は、インピーダンスアナライザ等の測定器によって測定することができる値である。また、電圧レベル（ＶＨ，ＶＬ）は、ＬＳＩに集積した場合には、テストモードを設け、これらの端子電圧をオシロスコープ等で観測できるようにしておけばよい。よって、［数４３］で表される電荷量ｑｏｓａは、容易に求めることができる。
【０１０７】
次に、計測カウンタ１０７の１クロック当りの電荷量ｑｃｌｋを求める。
【０１０８】
図１０（ａ）は、トリミングステップでの計測カウンタ１０７及び電荷カウンタ１０６における時間の関係を示す。電荷量ｑｏｓａは、電荷カウンタ１０６の１カウント分の電荷量であるので、設定値Ｎカウントされたとき、すなわち、電荷カウンタ１０６がオーバーフローしたときの電荷量をＱｏｓａとすると、
【数４４】
2010276596.tif 000046
となる。
【０１０９】
電荷カウンタ１０６が設定値Ｎカウントに達し、電荷量Ｑｏｓａになったときの時間Ｔｏｓａｎを、クロックＣＬＫを用いて計測カウンタ１０７で計測する。このときのカウント数がＮｏｓａであり、レジスタ１０８に格納されている。
【０１１０】
計測カウンタ１０７の１クロック分の電荷量ｑｃｌｋは、このカウント数Ｎｏｓａを用いて、
【数４５】
2010276596.tif 000047
と表すことができる。［数４５］中のカウント数Ｎ，Ｎｏｓａと電荷量ｑｏｓａとはいずれも既知であるので、電荷量ｑｃｌｋは容易に求めることができる。
【０１１１】
計測ステップの充電状態では、トリミングステップで求めた電荷量ｑｃｌｋを用いて、電荷量を求める。
【０１１２】
図１０（ｂ）は、充電のときの計測カウンタ１０７、電荷カウンタ１０６及び積算カウンタ１１２における時間の関係を示す。電荷カウンタ１０６の時間Ｔｍｃは、入力電圧Ｖｉｎと設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａとの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローした時間である。このとき、電荷量はＱｏｓａに達している。計測カウンタ１０７の時間Ｔｏｓａｎは、トリミングステップで設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａのみの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローに達した時間である。積算カウンタ１１２は、計測カウンタ１０７の第２のオーバーフロー信号ＯＦ２が出力されてからカウントを開始し、電荷カウンタ１０６の第１のオーバーフロー信号ＯＦ１が出力されるとカウントを停止する。積算カウンタ１１２がカウントした時間Ｔｃｈは、入力電圧Ｖｉｎのみに影響を受けた時間に相当する、時間Ｔｍｃと時間Ｔｏｓａｎとの時間差である。この時間差Ｔｃｈの間に積算カウンタ１１２は、クロックＣＬＫの数をカウントしている（Ｎｃｈ）。よって、時間Ｔｃｈは、
【数４６】
2010276596.tif 000048
で表される。この時間Ｔｃｈに対応する電荷量Ｑｃｈは、
【数４７】
2010276596.tif 000049
として求めることができる。
【０１１３】
したがって、図６の電荷計測回路１における積算カウンタ１１２の状態は、電荷カウンタ１０６と計測カウンタ１０７との各々のオーバーフローの時間差Ｔｃｈに相当するクロックＣＬＫの数がカウントされている。このカウント値Ｎｃｈに、トリミングステップで求めた電荷量ｑｃｌｋを乗じれば、［数４７］で表されるように充電時の電荷量Ｑｃｈが求まる。
【０１１４】
計測ステップの放電状態においても同様に、トリミングステップで求めた電荷量ｑｃｌｋを用いて、電荷量を求める。
【０１１５】
図１０（ｃ）は、放電のときの計測カウンタ１０７、電荷カウンタ１０６及び積算カウンタ１１２における時間の関係を示す。
【０１１６】
電荷カウンタ１０６の時間Ｔｍｄは、入力電圧Ｖｉｎと設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａとの影響を受けて、電荷カウンタ１０６がＮカウント後にオーバーフローした時間である。このとき、電荷量はＱｏｓａに達している。計測カウンタ１０７の時間Ｔｏｓａｎは、設定された入力オフセット電圧Ｖｏｓａのみの影響を受けて、計測カウンタ１０７がＮｏｓａカウント後にオーバーフローに達した時間である。積算カウンタ１１２は、電荷カウンタ１０６の第１のオーバーフロー信号ＯＦ１が出力されてからカウントを開始し、計測カウンタ１０７の第２のオーバーフロー信号ＯＦ２が出力されるとカウントを停止する。積算カウンタ１１２がカウントした時間Ｔｄｉｓは、入力電圧Ｖｉｎのみに影響を受けた時間に相当する、時間Ｔｏｓａｎと時間Ｔｍｄとの時間差である。この時間差Ｔｄｉｓの間に積算カウンタ１１２は、クロックＣＬＫの数をカウントしている（Ｎｄｉｓ）。よって、時間Ｔｄｉｓは、
【数４８】
2010276596.tif 000050
で表される。この時間Ｔｄｉｓに対応する電荷量Ｑｄｉｓは、
【数４９】
2010276596.tif 000051
として求めることができる。
【０１１７】
したがって、図６の電荷計測回路１における積算カウンタ１１２の状態は、電荷カウンタ１０６と計測カウンタ１０７との各々のオーバーフローの時間差Ｔｄｉｓに相当するクロックＣＬＫの数がカウントされている。このカウント値Ｎｄｉｓに、トリミングステップで求めた電荷量ｑｃｌｋを乗じれば、［数４９］で表されるように放電時の電荷量Ｑｄｉｓが求まる。
【０１１８】
また、電流は、電荷量の変化量を経過時間で除算したものであるので、充電及び放電で求めた電荷量を用いて容易に求めることができる。
【０１１９】
例えば、充電電流Ｉｃｈは、
【数５０】
2010276596.tif 000052
で求まる。また、放電電流Ｉｄｉｓは、
【数５１】
2010276596.tif 000053
で求まる。
【０１２０】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第１及び第２の実施形態の電荷量計測回路１が備えている積分回路１００の増幅演算回路１００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓａの分布と、入力電圧Ｖｉｎの範囲とを示す図である。
【０１２１】
本発明の実施形態においても従来と同様に、製品の量産時に演算増幅回路１００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓａのばらつきは発生する。本発明の実施形態では、この入力オフセット電圧のばらつきが存在する状態で入力オフセット電圧Ｖｏｓａを入力電圧範囲外に設定する（図１１（ａ））。
【０１２２】
−Ｖｍｉｎ≦Ｖｉｎ＜０Ｖのとき、Ｔｍ＜Ｔｏｓａとなり、従来の電荷量計測回路２と同様に、入力オフセット電圧Ｖｏｓａの影響を補正し、正しい電荷量を計測することができる。
【０１２３】
一方、０Ｖ＜Ｖｉｎ≦＋Ｖｍａｘのとき、Ｔｍ＞Ｔｏｓａとなるが、このような場合でも本発明の電荷量計測回路１は、充電時の動作で説明したように、入力オフセット電圧Ｖｏｓａの影響を補正する機能を備えており、正しい電荷量を計測することができる。
【０１２４】
以上、第１及び第２の実施形態によると、積分回路１００に用いられる演算増幅回路１００ａに入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定することによって、入力電圧Ｖｉｎの全測定範囲に対して、検知抵抗Ｒｉｎに流れる電荷量を計測することができる。また、入力電圧Ｖｉｎと設定された入力オフセット電圧ＶｏｓａとがＶｉｎ＜Ｖｏｓａの条件を満たし、かつ、適当な差をつけることによって、Ｖｉｎ＝Ｖｏｓａの状態とはならないため、第１の比較回路１０２の出力電圧Ｖ１２は必ず反転し、検知抵抗Ｒｉｎに流れる電荷量を計測することができる。
【０１２５】
図１２〜図１６は、第１及び第２の実施形態に係る演算増幅回路１００ａの入力オフセット電圧Ｖｏｓａを実現する例である。
【０１２６】
図１２は、演算増幅回路によく用いられる差動入力段の１対のトランジスタのサイズに差をつけて入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定した例である。ここでは、差動入力段の一方のトランジスタを並列に複数接続することによりトランジスタのサイズに差をつけている。Ｉ０は電流源、ＭＰ１〜３はＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、ＭＮ１〜２はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタである。図１３は、演算増幅回路によく用いられる電流源の電流量に差をつけて入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定した例である。ここでは、電流源としてカレントミラーを構成する１対のトランジスタの一方を並列に複数接続することによりトランジスタのサイズに差をつけ、電流量に差をつけている。Ｉ０は電流源、ＭＰ１〜２はＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、ＭＮ１〜３はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタである。
【０１２７】
図１４は、演算増幅回路によく用いられる差動入力段の１対のトランジスタに接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけて入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定した例である。ここでは、差動入力段の一方のトランジスタのみにオフセット抵抗Ｒｏｆを接続することにより抵抗値に差をつけている。図１５は、演算増幅回路によく用いられる電流源に接続されるオフセット抵抗の抵抗値に差をつけて入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定した例である。ここでは、一方の電流源のみにオフセット抵抗Ｒｏｆを接続することにより抵抗値に差をつけている。
【０１２８】
図１２〜図１５では、一般的な演算増幅回路を用いて説明したが、折り返しカスコード差動増幅回路（フォールデッドカスコード型増幅回路やＲａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌ型増幅回路）等の、他の差動又は演算増幅回路であっても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【０１２９】
図１６は、増幅器ＡＭＰにバイアス電圧を印加することにより入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定した演算増幅回路の回路図である。
【０１３０】
なお、第１及び第２の実施形態では、演算増幅回路１００ａの非反転入力側に入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定したが、反転入力側に入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定し、所望の動作を得るようにしても、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３１】
更に、第１及び第２の実施形態では、演算増幅回路１００ａに入力オフセット電圧Ｖｏｓａを設定しているが、演算増幅回路１００ａの外部からバイアス電圧を印加しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１３２】
また、第１の実施形態では放電計測回路２０と充電計測回路３０と記憶回路５０とを用いた例を、第２の実施形態では電荷計測回路２５と時間計測回路３５と電荷積算回路４０と記憶回路５０とを用いた例をそれぞれ示したが、これらの機能をマイクロコンピュータや専用の演算回路で処理しても同様の効果が得られる。また、加算及び減算の処理をアップダウンカウンタで行ってもよい。
【０１３３】
図１７は、第１及び第２の実施形態を応用した携帯型電子機器３への応用例を示す。携帯型電子機器３は、二次電池の充放電時に流れる電流を入力電圧Ｖｉｎに変換する検知抵抗Ｒｉｎと、入力電圧Ｖｉｎから検知抵抗Ｒｉｎに流れる電荷量又は電流を計測する電荷量計測回路１と、電荷量計測回路１によって計測された電荷量から二次電池の残容量を計算処理する演算回路（マイクロコンピュータ）４と、このマイクロコンピュータ４の計算処理結果を表示する表示回路５とから構成されている。
【０１３４】
電荷量計測回路１は、第１及び第２の実施形態のように、入力電圧Ｖｉｎの最大値より大きい、又は最小値より小さい入力オフセット電圧Ｖｏｓａを有する演算増幅回路１００ａを用いた積分回路１００を備えている。したがって、このような携帯型電子機器３は、入力電圧Ｖｉｎの全測定範囲において、不感帯を有することなく、電荷量又は電流量を計測することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の電荷量計測回路は、二次電池を搭載した携帯電話、デジタルカメラ、ゲーム機等の携帯型電子機器や電気自動車等に有用である。また、電流計等にも応用可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１，２  電荷量計測回路
３  携帯型電子機器
４  演算回路（マイクロコンピュータ）
５  表示回路
１０  電圧電荷変換回路
２０  放電計測回路
２５  電荷計測回路
３０  充電計測回路
３５  時間計測回路
４０  電荷積算回路
５０  記憶回路
１００，２００  積分回路
１００ａ，２００ａ  演算増幅回路
１０１，１０５  スイッチ
１０２，１０３  比較回路
１０４  論理回路
１０６  電荷カウンタ
１０７  計測カウンタ
１０８  レジスタ
１０９  充電カウンタ
１１０  放電カウンタ
１１１  スタートストップ制御回路
１１２  積算カウンタ
２０６  非同期カウンタ
２０７  タイマ
ＡＭＰ  増幅器
Ｃ  コンデンサ
ＣＬＫ  クロック
ＥＮ  イネーブル信号
ＯＦ１，ＯＦ２  オーバーフロー信号
Ｒ，Ｒｉｎ，Ｒｏｆ  抵抗
Ｖ１０，Ｖ２０  積分回路の出力電圧
Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ２２，Ｖ２３  比較回路の出力電圧
Ｖ１４，Ｖ２４  論理回路の出力電圧
Ｖｄｄ  電源電圧
Ｖｉｎ  入力電圧
ＶＨ  第１の基準電圧
ＶＬ  第２の基準電圧
Ｖｏｓ，Ｖｏｓａ  入力オフセット電圧
ａ  入力端子
ｂ  ＧＮＤ端子
ｃ  演算増幅回路の反転入力端子
ｄ  演算増幅回路の非反転入力端子
ｅ  演算増幅回路の出力端子
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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