(57)【要約】      （修正有）【課題】迅速な応答と正確な補償とを比較的低コストで提供する。【解決手段】補償型センサは、センサ（１０８）と、比較的高速のフィードスルー経路（１０２）と、比較的低速の補償経路（１０４）とを含む。比較的高速のフィードスルー経路は、加算増幅器などの加算器（１０６）及び出力回路（１１２）を含む。比較的低速の補償経路は、例えば温度依存性や非線形効果など、センサの短所に対する１又は複数の補正ファクタ（Ｃ１ーＣｎ）を生じる回路（１０９）を含む。これらの１又は複数の補正ファクタは、加算器（１０６）に与えられ、未補償のセンサ出力Ｓと加算される。更に、出力回路の出力Ａは、補償器（１１０）にフィードバックされ、補償経路（１０４）において生じる補償済のセンサ出力と差分回路(１１１)で比較され、差分Ｄもまた加算器（１０６）に与えられ、１又は複数の補正ファクタ（Ｃ１ーＣｎ）及び前記未補償のセンサ出力Ｓと加算される。【選択図】図１
2010091574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補償型センサであって、
物理現象に応答して未補償の出力信号を生じるセンサと、
加算器を含んでおり、比較的高速の補償済出力信号を生じる比較的高速のフィードスルー経路と、
１又は複数の補正ファクタを生じ前記１又は複数の補正ファクタを前記加算器に供給し比較的低速の補償済信号を生じる補償回路を含んでおり、前記加算器は前記補償回路からの１又は複数の補正ファクタと前記未補償の出力信号とを加算する、比較的低速の補償経路と、
前記比較的高速の補償済出力信号を前記補償回路に供給するフィードバック経路であって、前記補償回路は、前記高速の補償済出力信号を前記低速の補償済信号と比較し、前記２つの信号の差を前記未補償のセンサ信号及び前記１又は複数の補正ファクタと加算する前記加算器に提供する、フィードバック経路と、
を備えていることを特徴とする補償型センサ。
【請求項２】
請求項１記載の補償型センサにおいて、前記比較的高速のフィードスルー経路はアナログ回路を実質的に備えていることを特徴とする補償型センサ。
【請求項３】
請求項１記載の補償型センサにおいて、前記比較的低速の補償経路はデジタル回路を実質的に備えていることを特徴とする補償型センサ。
【請求項４】
請求項１記載の補償型センサにおいて、前記加算器は、比較的高速の補償済出力信号を生じる加算増幅器を備えていることを特徴とする補償型センサ。
【請求項５】
請求項４記載の補償型センサにおいて、前記センサからの前記未補償センサ出力と前記加算増幅器からの前記比較的高速の補償済出力信号とをデジタルからアナログ形式に変換する１又は複数のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を更に備えていることを特徴とする補償型センサ。
【請求項６】
請求項５記載の補償型センサにおいて、前記補償回路は、ルックアップ・テーブルを用いてセンサの非線形性に対する補正ファクタを生じるマイクロプロセッサを含むことを特徴とする補償型センサ。
【請求項７】
請求項６記載の補償型センサにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記未補償のセンサ出力に対する温度の効果を補正する補正ファクタを温度係数を用いて生じることを特徴とする補償型センサ。
【請求項８】
請求項７記載の補償型センサにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記１又は複数の補正ファクタを前記未補償のセンサ出力に加算して比較的低速の補償済センサ信号を生じることを特徴とする補償型センサ。
【請求項９】
請求項８記載の補償型センサにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記比較的低速の補償済センサ信号と前記比較的高速の補償済センサ信号との差を計算することを特徴とする補償型センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の補償型センサにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記１又は複数の補正ファクタを前記比較的低速の補償済センサ信号と前記比較的高速の補償済センサ信号との差に加算し、変換後のアナログ信号を前記加算増幅器の加算入力にその結果を供給することを特徴とする補償型センサ。
【請求項１１】
プロセス・コントローラであって、
１又は複数の制御出力からのプロセス制御パラメータを制御することによって補償済センサ出力に応答するコントローラと、
前記補償済センサ出力を前記コントローラに供給する補償型センサであって、
物理現象に応答して未補償の出力信号を生じるセンサと、
加算器を含んでおり、比較的高速の補償済出力信号を生じる比較的高速のフィードスルー経路と、
１又は複数の補正ファクタを生じ前記１又は複数の補正ファクタを前記加算器に供給し比較的低速の補償済信号を生じる補償回路を含んでおり、前記加算器は前記補償回路からの１又は複数の補正ファクタと前記未補償の出力信号とを加算する、比較的低速の補償経路と、
前記比較的高速の補償済出力信号を前記補償回路に供給するフィードバック経路であって、前記補償回路は、前記高速の補償済出力信号を前記低速の補償済信号と比較し、前記２つの信号の差を前記未補償のセンサ信号及び前記１又は複数の補正ファクタと加算する前記加算器に提供する、フィードバック経路と、
を備えている補償型センサと、
を備えていることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１２】
請求項１１記載のプロセス・コントローラにおいて、前記プロセス制御パラメータは、１又は複数の弁の設定であり、前記１又は複数の弁はそれぞれがプロセス・チャンバの中の流体の制御に寄与することを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１３】
請求項１２記載のプロセス・コントローラにおいて、前記比較的高速のフィードスルー経路はアナログ回路を実質的に備えていることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１４】
請求項１２記載のプロセス・コントローラにおいて、前記比較的低速の補償経路はデジタル回路を実質的に備えていることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１５】
請求項１２記載のプロセス・コントローラにおいて、前記加算器は、比較的高速の補償済出力信号を生じる加算増幅器を備えていることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１６】
請求項１５記載のプロセス・コントローラにおいて、前記センサからの前記未補償センサ出力と前記加算増幅器からの前記比較的高速の補償済出力信号とをデジタルからアナログ形式に変換する１又は複数のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を更に備えていることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１７】
請求項１６記載のプロセス・コントローラにおいて、前記補償回路は、ルックアップ・テーブルを用いてセンサの非線形性に対する補正ファクタを生じるマイクロプロセッサを含むことを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１８】
請求項１７記載のプロセス・コントローラにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記未補償のセンサ出力に対する温度の効果を補正する補正ファクタを温度係数を用いて生じることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項１９】
請求項１８記載のプロセス・コントローラにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記１又は複数の補正ファクタを前記未補償のセンサ出力に加算して比較的低速の補償済センサ信号を生じることを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項２０】
請求項１９記載のプロセス・コントローラにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記
比較的低速の補償済センサ信号と前記比較的高速の補償済センサ信号との差を計算することを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項２１】
請求項２０記載のプロセス・コントローラにおいて、前記マイクロプロセッサは、前記１又は複数の補正ファクタを前記比較的低速の補償済センサ信号と前記比較的高速の補償済センサ信号との差に加算し、変換後のアナログ信号を前記加算増幅器の加算入力にその結果を供給することを特徴とするプロセス・コントローラ。
【請求項２２】
センサを補償する方法であって、
（Ａ）センサにおいて、物理現象に応答して未補償出力信号を生じるステップと、
（Ｂ）加算器を含むフィードスルー経路において、比較的高速の補償済出力信号を生じるステップと、
（Ｃ）比較的低速の補償回路において１又は複数の補正ファクタを生じ、前記１又は複数の補正ファクタを前記加算器に供給するステップと、
（Ｄ）前記補償回路において、比較的低速の補償済信号を生じるステップと、
（Ｅ）前記補償回路からの前記１又は複数の補正ファクタを前記未補償センサ出力信号に加算するステップと、
（Ｆ）前記比較的低速の補償済信号と前記比較的高速の補償済信号との差を計算し、前記差を前記未補償信号及び前記１又は複数の補正ファクタに加算して、前記比較的高速の補償済出力信号を生じるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、ステップ（Ｅ）の加算は、加算増幅器において、前記１又は複数の補正ファクタを前記未補償のセンサ出力に加算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２記載の方法において、補正ファクタを生じるステップ（Ｃ）は、マイクロプロセッサがルックアップ・テーブルの中で前記補正ファクタを探すステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、補正ファクタを生じるステップ（Ｃ）は、マイクロプロセッサが、前記未補償センサ出力に対する温度の効果を補正す補正ファクタを温度係数を用いて生じるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
（Ａ）補償済センサ出力に応答してコントローラがプロセス制御パラメータを制御するステップであって、前記補償済センサ出力は、
（Ｂ）センサにおいて、物理現象に応答して未補償出力信号を生じるステップと、
（Ｃ）加算器を含むフィードスルー経路において、比較的高速の補償済出力信号を生じるステップと、
（Ｄ）比較的低速の補償回路において１又は複数の補正ファクタを生じ、前記１又は複数の補正ファクタを前記加算器に供給するステップと、
（Ｅ）前記補償回路において、比較的低速の補償済信号を生じるステップと、
（Ｆ）前記補償回路からの前記１又は複数の補正ファクタを前記未補償センサ出力信号に加算するステップと、
（Ｇ）前記比較的低速の補償済信号と前記比較的高速の補償済信号との差を計算し、前記差を前記未補償信号及び前記１又は複数の補正ファクタに加算して、前記比較的高速の補償済出力信号を生じるステップと、
によって生じることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、ステップ（Ｆ）の加算は、加算増幅器において、前記
１又は複数の補正ファクタを前記未補償のセンサ出力に加算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６記載の方法において、補正ファクタを生じるステップ（Ｄ）は、マイクロプロセッサがルックアップ・テーブルの中で前記補正ファクタを探すステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２６記載の方法において、補正ファクタを生じるステップ（Ｄ）は、マイクロプロセッサが、前記未補償センサ出力に対する温度の効果を補正する補正ファクタを温度係数を用いて生じるステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理センシングの分野に関し、更に詳しくは、例えば非線形センサ応答や温度効果などのファクタに起因するセンサ誤差の補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御システムは、圧力、力、流率又はそれ以外の感知された物理パラメータを表す電気信号を用いて動作する。物理パラメータは、制御システムによって更に処理又は解析される前に、電流又は電圧信号に変換されなければならない。例えば、容量性又は抵抗性センサは圧力を測定するのによく用いられ、抵抗性の「ブリッジ」は質量流量を測定するのによく用いられる。しかし、それらのセンサは、非線形の振る舞いや温度依存性を示すことが多い。例えば、圧力センサは、特定の温度及び圧力範囲で一定の圧力変化が与えられると一定の電圧スイングを生じるが、別の圧力範囲では同じ圧力変化に異なる電圧スイングを生じる。あるいは、このセンサは、同じ圧力範囲ではあるが温度が異なると、同じ圧力変化に対して異なる電圧スイングを生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
温度及び／又は非線形性効果など、このようなセンサの不適格性に対するセンサ補償技術は公知である。しかし、そのような従来の技術は、時間がかかったり高コストであったりする傾向を有する。迅速な応答と正確な補償とを比較的低コストで提供するような、そのような短所の補償方法及び装置が、強く望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の原理による補償型センサは、センサと、比較的高速のフィードスルー経路と、比較的低速の補償経路とを含む。比較的高速のフィードスルー経路は、加算増幅器などの加算器及び出力回路を含む。比較的低速の補償経路は、例えば温度依存性や非線形効果などのセンサの短所に対する１又は複数の補正ファクタを生じる回路を含む。これらの１又は複数の補正ファクタは、前記加算器に与えられ、未補償のセンサ出力と加算される。更に、前記出力回路（例えば、加算増幅器）の出力は、補償回路にフィードバックされ、そこで、その補償回路が生じる補償済センサ出力と比較される。補償回路で生じる補償済センサ信号と補償回路にフィードバックされた出力信号との差分は、前記加算器に提供されて、前記１又は複数の補正ファクタ及び前記未補償のセンサ出力と加算される。
【０００５】
ある例示的な実施例では、本発明の原理による補償型センサは、センサと、デジタル補償回路と、アナログ・センサ出力を生じるアナログ回路とを含む。未補償のセンサ出力信号が、アナログ出力回路に送られ、このアナログ出力回路は、送られてきた未補償のセンサ信号と前記デジタル補償回路で生じた補正信号とをリアルタイムで加算する。このアプローチを用いて、アナログ出力信号は、センサによって測定されている物理パラメータの変化に迅速に応答して、更新されたアナログ出力信号を生じる。前記デジタル補償回路は、センサ出力の変化への応答が、アナログ回路の場合よりも低速であり、１又は複数のセンサの短所をそれぞれが補償する１又は複数の補正ファクタを加算することによって、アナログ出力信号を微調整するように動作する。補償される短所には、例えば、非線形応答や温度依存性が含まれる。更に、デジタル回路は、補償済センサ出力とアナログ出力とを比較して誤差信号を生じる。この誤差信号は、未補償の信号及び補正信号と、例えば、アナログ回路によってリアルタイムで加算される。すなわち、デジタル補償回路は、フィードバック・ループにおいて生のセンサ出力を補償して、補償済のセンサ出力とアナログ・センサ出力とをデジタル的に比較するように構成されることもありうる。デジタル的に補償されたセンサ出力とアナログ・センサ出力との差分は、デジタル的に補償されたセンサ出力と加算され、アナログ・センサ出力を生じうる。
【０００６】
ある例示的な実施例では、補償型センサは、センサと、デジタル補償回路と、アナログ出力回路とを含む。デジタル補償回路の機能には、非線形補償と、温度補償と、ゼロ・オフセットと、出力増幅器補償とが含まれる。アナログ出力回路は、センサ出力の変化に対して非常に迅速に応答するので、例えば、このセンサ・モジュールは、制御システムの応用例において用いることができる。デジタル補償回路は、アナログ出力回路よりも反応的でない、すなわち、より低速であるが、精度においては優れている。この補償型センサは、入力信号の揺らぎに対する比較的高速の応答を要求するが出力信号の補償については幾分低速でもかまわないようなシステムにおいて特に有用である。特に、この補償型センサは、圧力又は質量流量センサを含み、あるチャンバへの流体の供給を制御するコントローラへのフィードバックを提供することができる。
【０００７】
本発明の原理による補償型センサは、あるチャンバの中へ又はそのチャンバから外へ流れる流体の圧力をモニタするシステムに特に適している。この補償型センサは、チャンバのインレット又はアウトレット側への圧力をモニタするのに用いることができるし、チャンバ内部の圧力をモニタすることもできる。この補償型センサの出力は、チャンバの中への、及び／又は、チャンバから外への流体の流れを制御するのに用いることができる。同様に、本発明の原理による補償型センサは、チャンバの中への、及び／又は、チャンバから外への流体の流れをモニタするのに用いることができる。
【０００８】
ある例示的な実施例では、アナログ・センサ出力Ｓが、加算増幅器の入力と、アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）とに与えられる。デジタル回路が、センサの性能を低下させる可能性がある温度及び／又は非線形センサ人工物に関して、ＡＤＣの出力を補償する。また、デジタル回路は、それ以外のセンサ誤差も補償する。この例示的な実施例では、補償は、補正ファクタＣ１を未補償の信号Ｓに加えることによって達成される。アナログ信号Ａ（加算増幅器の出力）もまた、ＡＤＣによってデジタル信号に変換される。設計パラメータに依存するのであるが、これは、センサ出力をデジタル形式に変換する（ＡＤＣの入力に多重化されるセンサ及び加算増幅器の出力を用いて）のと同じＡＤＣである場合もあるし、別のＡＤＣである場合もある。この技術分野で知られているように、信号の、アナログ形式からデジタル形式へ、及び、デジタル形式からアナログ形式へ、というそれぞれの変換は、変換後の信号を適切に表現し比較するためのスケーリングやオフセットを含みうる。
【０００９】
デジタル回路は、マイクロプロセッサを含みうるのであるが、アナログ出力信号（デジタル形式に変換されている）と補償済センサ信号（Ｓ＋Ｃ１）との差分を決定するための比較を行う。これらの信号の間の差分は、第２の補償ファクタＣＡ１を形成する。これら２つの補償ファクタは、誤差信号として用いられる。アナログ形式Ｃ１及びＣＡ１への変換の後で、誤差信号は、未補償のセンサ出力との合成のために加算増幅器に与えられ、加算増幅器へのＳ＋Ｃ１＋ＣＡ１という形式を有する入力を生じる。ただし、ここで、Ｓは未補償のセンサ出力、Ｃ１は温度、非線形性及び／又はそれ以外のセンサの短所を補償する１又は複数の補償ファクタ、ＣＡ１は出力回路誤差を補償する補正ファクタである。この例示的な実施例では、補償型センサ・モジュールは、また、補償済のデジタル出力信号を含む。マイクロプロセッサが含まれている場合には、そのマイクロプロセッサは、例えば、汎用マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット・コントローラ（ＲＩＳＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）のコア・マイクロプロセッサなど、この技術分野において公知であるいくつかの形式の中のいずれかをとりうる。
【００１０】
この開示の以下に掲げる及びそれ以外の特徴は、次の詳細な説明と添付の図面とによって、よりよく理解されうるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の原理による補償型センサの概念的なブロック図である。
【図２】本発明の原理によるセンサ補償プロセスを説明する流れ図である。
【図３】本発明の原理による補償型センサのより詳細なブロック図である。
【図４】本発明の原理による補償型センサを用いているシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１のブロック図は、本発明の原理による補償型センサ１００の全体図を与えている。補償型センサ１００は、比較的高速のフィードスルー経路１０２と、それよりも幾分低速ではあるが精度はより高い補償経路１０４とを含む。フィードスルー経路１０２と補償経路１０４とは、加算器１０６によって結合されている。センサ１０８は、例えば質量流量などの物理現象に応答する信号を提供する。センサ１０８から出力される未補償のセンサ信号Ｓは、フィードスルー経路１０２を介して加算器１０６に与えられ、加算器１０６は、出力ＳＡを生じることによって、ほぼ同時に応答する。
【００１３】
未補償のセンサ信号Ｓもまた、補償経路１０４を介して補償器１１０に与えられる。補正ブロック１０９では、補償器１０９が１又は複数の補償値Ｃ１−Ｃｎを生じ、これらの値は補償器１１０の中で組み合わされた上で加算器１０６に提供される、又は、別個に加算器１０６に提供される。補償値Ｃ１−Ｃｎは、センサの非線形性、温度効果、又はそれ以外のセンサの短所を補償することができる。補償器１１０は、センサ誤差を補償するのに必要な情報を含んでいるか、そのような情報へのアクセスが可能であるか、のいずれかである。すなわち、例えば、補償器１１０は、温度効果に関して現に補償されつつあるセンサの現在の温度へのアクセスを提供するか、又は、その現在の温度を決定する回路を含む。
【００１４】
フィードスルー経路１０２は、出力増幅器１１２を含む。この技術分野で知られているように、加算器１０６は、出力増幅器１１２と一体化され加算増幅器を形成する場合がある。出力増幅器１１２は、補償済のセンサ出力であるアナログ信号Ａを生じる。すなわち、補償器１１０が生じる１又は複数の補正ファクタと未補償のセンサ信号Ｓとの和として、増幅器１１２のアナログ出力Ａは、補償済のセンサ出力である。外部回路による利用が可能なだけでなく、出力Ａは、必要な場合には適切なスケーリングがなされた後で、補償器１１０にフィードバックされ、そこで、差分回路１１１において（Ｓ＋Ｃ１）の形式を有する補償済の信号と比較される。ただし、ここで、Ｓは未補償のセンサ出力であり、Ｃ１は温度、非線形性又はそれ以外のセンサの短所を補償する１又は複数の補正ファクタである。出力信号Ａと補償済信号（Ｓ＋Ｃ１）との差分Ｄは、加算器１０６に与えられる。設定期間の後では、静止動作の間は、出力信号Ａと補償済信号Ｓ＋Ｃ１とは等しい。しかし、過渡状態の間は、より低速の補償器１１０は、フィードスルー経路１０２ほど迅速に更新がなされない。その結果、過渡周期の間は、出力Ａは、更新済で未補償のセンサ信号Ｓｔ１とそれよりも古い補正ファクタＣｔ０（複数の補正ファクタＣ１−Ｃｎと差分信号Ｄとを含みうる）との和である。ある遅延の後で、補償器は、更新済のセンサ出力Ｓｔ１に対応する補正ファクタＣｔ１を生じるが、この更新済の補正ファクタは、次に、加算器１０６においてセンサ出力Ｓｔ１に加算される。この補償済信号Ｓ＋Ｃ１は、他の回路への出力１１３としても利用可能である。
【００１５】
図２の流れ図は、本発明の原理によるセンサ補償プロセスを図解している。このプロセスは、ステップ２００で開始した後で、ステップ２０１に進み、センサの較正（校正）がなされる。この較正プロセスの間、センサの「ゼロ」、「スパン」及び非線形性に関係する較正定数が記憶される。この記憶は、例えば、ルックアップ・テーブルとして構成することができる。プロセスは、ステップ２０１からステップ２０２に進み、そこで、センサは、例えば温度、圧力又は質量流量などのモニタしている物理現象を表す出力を生じる。センサは、その出力信号において、１又は複数の逸脱を生じる可能性がある。すなわち、センサは、不所望の温度依存性を示したり、モニタしている物理現象への非線形な応答を示したりする。ステップ２０２の次には、プロセスは、（例えば、図１のフィードスルー経路１０２に沿って）ステップ２０４に進み、このステップでは、１又は複数の補正ファクタが未補償のセンサ出力と加算される。上述したように、これらの補正ファクタは、例
えば、圧力センサにおける温度依存性など、センサの応答における既知であり既に特徴付けられている短所を補償することができる。
【００１６】
ステップ２０４の次には、プロセスは、ステップ２０６に進むが、このステップでは、補償済のセンサ信号と、補正ファクタ及び未補償のセンサ信号の和とを、オプションであるが、増幅されうる。増幅器は、例えば、例えば制御信号を駆動する低インピーダンスの出力を提供する。なお、加算及び増幅のプロセスは、単一の加算増幅器において実行される場合もある。ステップ２０４ないし２０６の動作と同時に、未補償のセンサ信号がステップ２０８で補償器に与えられる（例えば、図１の補償経路１０４に沿って）が、このステップでは、１又は複数の補正ファクタが、例えば温度依存性、非線形性又は経年効果などの短所を補償するために作成される。このステップにおいて生じる１又は複数の補正ファクタは、ステップ２０４において、未補償のセンサ出力と加算される。すなわち、プロセスのこれらの平行な脚は、ステップ２０４において、他のプロセス経路とリンクしていて（例えば、図１のフィードスルー経路１０２に沿って）、このステップ２０４では、補償ファクタは、未補償のセンサ信号と加算され、補償済のセンサ出力信号を生じる。この補償済のセンサ出力信号は、別個の補償済のセンサ出力において利用可能とすることもできる。補償経路１０４の一部として、この補償済センサ出力は、ステップ２０４において加算器の出力によって提供されるものとは同じ信号ではない。むしろ、この補償済出力は、より精度が高いが、通常は、フィードスルー経路１０２の出力の場合よりも更新が遅い。すなわち、ステップ２０８において生じる補正ファクタの作成には、未補償の信号と補償ファクタとの加算よりも時間を要するので、この加算は、特に過渡状態の間は、現在の未補償のセンサ信号と「古くなってしまった」補償ファクタとの間でなされる。
【００１７】
ステップ２０８の次には、プロセスは、ステップ２１０に進み、このステップでは、フィードスルー経路１０２の補償済センサ出力が、補償経路１０４の補償済センサ出力と比較されて、差分信号が未補償のセンサ出力の更なる処理において用いられるために作成される。次に、プロセスは、ステップ２１０からステップ２０４に進み、そこでは、差分信号は、ステップ２０８で得られた１又は複数の補正ファクタと組み合わされ、また、ステップ２０２で得られた未補償のセンサ出力と組み合わされる。ステップ２１４の「継続」ブロックによって示されているように、プロセスは、この態様で無限に継続するのであるが、例えば、補償型センサへの給電が断絶されれば、ステップ２１６で終了する。
【００１８】
図３のブロック図によって示されている例示的な実施例では、本発明の原理による補償型センサ３００は、補償経路３０１のバルクを形成するデジタル補償器３０２を含む。アナログ回路が、フィードスルー経路のバルクを形成している。アナログ回路とデジタル補償器３０２とが、補償済のアナログ・センサ出力Ａを生じる。センサ３１０は、例えば圧力や質量流量などの物理現象に応答して、未補償のセンサ出力信号Ｓを生じる。センサ３１０から出力された未補償のセンサ信号Ｓは、フィードスルー経路３０８に沿って、加算増幅器３１２に与えられる。加算増幅器３１２は、この技術分野で知られており、未補償のセンサ出力Ｓと以下で詳説する補償信号ＣＡとの和である出力を生じることによって、ほぼ同時に応答する。
【００１９】
未補償のセンサ信号Ｓは、また、補償経路３０４に沿って、アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３１４に与えられ、このＡＤＣ３１４が未補償のアナログ・センサ信号をデジタル信号ＳＤに変換する。この例示的な実施例では、補償器３０２は、補正ブロック３１８とデジタル加算ブロック３２０と差分又は比較ブロック３２２とを含んでおり、例えば、マイクロプロセッサを用いて実装される。含まれている場合には、このマイクロプロセッサは、例えば、汎用マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット・コントローラ（ＲＩＳＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）のコア・マイクロプロセッサなど、この技術分野において公知であるい
くつかの形式の中のいずれかをとりうる。補正ブロック３１８は、この例示的な実施例ではマイクロプロセッサ実行コードによって実現されるが、１又は複数の補償値Ｃ１−Ｃｎを生じる。
【００２０】
補償値Ｃ１−Ｃｎは、これもこの例示的な実施例ではマイクロプロセッサ実行コードによって実装されるデジタル加算ブロック３２０において加算される。既に述べたように、補償値Ｃ１−Ｃｎは、センサの非線形性、温度効果、経年効果又はそれ以外のセンサの短所を補償することができる。補償器３０２は、センサ誤差を補償するのに必要な情報を含んでいるか、そのような情報へのアクセスが可能であるか、のいずれかである。すなわち、例えば、補償器３０２は、温度効果に関して現に補償されつつあるセンサの現在の温度へのアクセスを提供するか、又は、その現在の温度を決定する回路を含む。フィードバック経路において、ＡＤＣ３２４は、アナログ出力信号Ａを、必要な場合には適切なスケーリングを行った後で、デジタル形式に変換する。出力信号Ａのこのデジタル化された表現は、この例示的な実施例では補正回路３１８及びデジタル加算回路３２０のようにマイクロプロセッサ実行コードによって実装されている差分回路３２２に送られる。デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）３２６が、デジタル加算回路３２０の出力をアナログ形式に変換した上で、そのアナログ信号を、未補償のセンサ出力Ｓとの加算のために加算増幅器３１２に与える。
【００２１】
出力増幅器３１２は、未補償のセンサ出力であるアナログ信号Ａを生じる。すなわち、補償器３０２によって生じる１又は複数の補正ファクタと未補償のセンサ信号Ｓとの和として、増幅器３１２のアナログ出力Ａは、補償済のセンサ出力である。外部回路による利用が可能であることに加えて、出力Ａは、必要な場合には適切なスケーリングがなされた後で、補償器３０２にフィードバックされる。補償器３０２では、それは、差分回路３２２において、（Ｓ＋Ｃ１）という形式を有する補償済の信号と比較される。ただし、ここで、Ｓは未補償のセンサ出力であり、Ｃ１は温度、非線形性又はそれ以外のセンサの短所を補償する１又は複数の補正ファクタの和である。出力信号Ａと補償済信号（Ｓ＋Ｃ１）との差分Ｄは、デジタル加算回路３２０に与えられる。デジタル加算回路３２０の出力は、アナログ形式への変換のためにＤＡＣ３２６に与えられる。結果的なアナログ補正信号ＣＡは、加算増幅器３１２に与えられ、未補償のアナログ・センサ信号Ｓと加算される。
【００２２】
設定期間の後では、静止動作の間は、アナログ出力信号Ａのデジタル化された値と補償済信号Ｓ＋Ｃ１とは等しい。しかし、過渡状態の間は、より低速の補償器３０２は、加算増幅器３１２ほど迅速に更新がなされない。その結果、過渡周期の間は、出力Ａは、更新済で未補償のセンサ信号Ｓｔ１とそれよりも古い補正ファクタＣＡ０（複数の補正ファクタＣ１−Ｃｎと差分信号Ｄとを含みうる）との和である。ある遅延の後で、補償器３０２は、更新済のセンサ出力Ｓｔ１に対応する補正ファクタＣｔ１を生じるが、この更新済の補正ファクタは、次に、加算回路３２６においてセンサ出力Ｓｔ１に加算される。この補償済信号Ｓ＋Ｃ１は、他の回路への出力１１３としても利用可能である。ある例示的な実施例では、この出力は、デバイスネット（DeviceNet）インターフェースなどのネットワ
ーク・インターフェースに適した形式で利用可能となる。この例示的な実施例では２つのＡＤＣ３１４及び３２４が用いられ未補償のセンサ出力Ｓと増幅器出力Ａとを別個に変換するのであるが、多重化された入力を有する単一のＡＤＣを用いて両方のアナログ信号をデジタル形式に変換することも可能である。
【００２３】
ある例示的な実施例では、センサ３１０は、関心対象である圧力範囲ではほぼ線形であり単調増加又は減少する電圧出力を提供する圧力センサである。この実施例では、「ほぼ線形」とは、最大の非線形誤差を生じる圧力では、補正ファクタが補正されていないセンサ出力電圧の５０％以下である、という意味である。この実施例では、アナログ回路（図示せず）を用いて、ＡＤＣ３１４、３２４に与えられるアナログ電圧のオフセット及びス
ケーリングを行っている。センサ３１０の電圧出力は、関心対象である圧力のいずれかの極値では、対応するセンサ出力電圧が、クリッピングを防止するのに十分な「ヘッド・ルーム」が維持されている状態で、ＡＤＣ３１４の入力範囲の一方又は他方の極値と実質的に一致するように、オフセット及びスケーリングがなされる。同様に、増幅器３１２の電圧出力は、関心対象である圧力のいずれかの極値では、対応するセンサ出力電圧が、ＡＤＣ３１４の対応するデジタル出力と等しいデジタル出力を生じるＡＤＣ３２４の入力範囲の一方又は他方の極値と実質的に一致するように、オフセット及びスケーリングがなされる。そのようなオフセット及びスケーリングは、ＡＤＣ３１４及び３２４の精度を最大限に利用しており、アナログ出力電圧Ａが補償済のセンサ信号Ｓ＋Ｃ１によって表される電圧と等しい場合には、差分信号Ｄはゼロとなることが保障される。
【００２４】
センサの非線形性の補償はこの技術分野では公知であり、例えば、１９９８年１２月８日にヤヌス（Yanus）他に与えられた米国特許第５，８４８，３８３号で説明されている。この米国特許は、本発明においてその全体を援用する。この例示的な実施例では、圧力センサの非線形性が、較正プロセスの間に判断される。較正プロセスの間、補正値は、ルックアップ・テーブルに記憶される。ある圧力の読取値が与えられると、補正回路（この実施例では、マイクロプロセッサ及びコード）が、圧力センサからの未補償の値に対応する適切な補正値をルックアップ・テーブルから参照する。温度依存性のための補正ファクタは、温度係数を、センサの現在の温度と較正温度との差分に乗算することによって既知の方法で得られる。補償済の圧力出力Ａは、未補償の圧力信号Ｓと、非線形性誤差と、ゼロ及びスパン温度補償と、ゼロ・シフトと、出力増幅器の変動との関数である。
【００２５】
別の実施例では、センサ３１０は、関心対象である流率範囲ではほぼ線形であり単調増加又は減少する電圧（又は電流）出力を提供する質量流量センサである。この実施例では、「ほぼ線形」とは、最大の非線形誤差を生じる流率では、補正ファクタが補正されていないセンサ出力電圧の５０％以下である、という意味である。この実施例では、アナログ回路（図示せず）を用いて、ＡＤＣ３１４、３２４に与えられるアナログ電圧のオフセット及びスケーリングを行っている。センサ３１０の電圧出力は、関心対象である質量流率のいずれかの極値では、対応するセンサ出力電圧が、クリッピングを防止するのに十分な「ヘッド・ルーム」が維持されている状態で、ＡＤＣ３１４の入力範囲の一方又は他方の極値と実質的に一致するように、オフセット及びスケーリングがなされる。同様に、増幅器３１２の電圧出力は、関心対象である質量流率のいずれかの極値では、対応するセンサ出力電圧が、ＡＤＣ３１４の対応するデジタル出力と等しいデジタル出力を生じるＡＤＣ３２４の入力範囲の一方又は他方の極値と実質的に一致するように、オフセット及びスケーリングがなされる。そのようなオフセット及びスケーリングは、ＡＤＣ３１４及び３２４の精度を最大限に利用しており、アナログ出力電圧Ａが補償済のセンサ信号Ｓ＋Ｃ１によって表される電圧と等しい場合には、差分信号Ｄはゼロとなることが保障される。
【００２６】
この例示的な実施例では、質量流率センサの非線形性は、較正プロセスの間に判断される。較正プロセスの間、補正値は、ルックアップ・テーブルに記憶される。ある流率の読取値が与えられると、補正回路（この実施例では、マイクロプロセッサ及びコード）が、質量流率センサからの未補償の値に対応する適切な補正値をルックアップ・テーブルから参照する。温度依存性のための補正ファクタは、温度係数を、センサの現在の温度と較正温度との差分に乗算することによって、既知の方法で得られる。補償済の質量流率Ａは、未補償の質量流量信号と、非線形性誤差と、ゼロ及びスパン温度補償と、ゼロ・シフトと、出力増幅器の変動との関数である。
【００２７】
本発明の原理によるセンサのための保障プロセスは、図２の流れ図での議論との関係で既に述べた。図３のブロック図との関係では、較正のプロセスステップ２０１は、例えば、「ゼロ」応答の決定と、入力値の範囲（例えば、質量流量や圧力入力の範囲）のための
補正ファクタの決定及び記憶と、温度補償のための係数とを含む。補正ステップ２０８は、アナログ方式からデジタル方式への信号の変換と、適切なオフセット及びスケーリングとを含む。更に、多数の補正ファクタが、ステップ２０８において、例えばマイクロプロセッサ及びコードを用いてデジタル形式で加えられ、その後で、ステップ２０４における加算のためにアナログ形式に変換される。同様に、差分計算のステップ２１０は、マイクロプロセッサ実行コードの中でデジタル形式で生じる。
【００２８】
図４の概念ブロック図は、本発明の原理による制御システムを示しているが、このシステムでは、上述したセンサ１００などの補償型センサ４００は、プロセス・チャンバ４０２をモニタするように構成されている。センサ４００は、補償済のセンサ出力をコントローラ４０４に提供する。補償型センサ４００は、例えば圧力又は質量流量センサであり、既に述べたように、非線形性及び／又は温度効果に関して補償がなされる。コントローラ４０４に提供されるセンサ出力は、上述したように、補償済のアナログ出力か、又は、補償済のアナログ・センサ出力と補償済のデジタル・センサ出力との両方である。この例示的な実施例では、コントローラ４０４は、このセンサ出力を用いて、１又は複数の入力弁４０６や１又は複数の出力弁４０８を制御することができる。弁４０６、４０８は、質量流量コントローラと共に用いられるチャンバの中への又はそのようなチャンバの外への流体の流れを制御するのに用いることができる。質量流量コントローラは既知であり、例えば、１９９７年１月２４日にスズキ他に与えられた米国特許第５，５９４，６６６号で説明されている。この米国特許は、本発明においてその全体を援用する。
【００２９】
上述した実施例のソフトウェアによる実装は、例えばディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、固定ディスクなどのコンピュータ読取可能な媒体のような有体物である媒体の上に固定されているか、又は、モデムや、ある媒体上のネットワークに接続された通信アダプタなどのそれ以外のインターフェース装置を介してコンピュータ・システムに伝送可能な一連のコンピュータ命令で構成される。媒体は、限定列挙ではないが、光やアナログ通信回線を含む有体物である媒体か、又は、これも限定列挙ではないがマイクロ波、赤外線、それ以外の伝送技術を含む無線技術によって実現することができる。この一連のコンピュータ命令が、本発明との関係でこの出願において説明してきた機能のすべて又は一部を実現する。この技術分野の当業者であれば、そのようなコンピュータ命令が、多くのコンピュータ・アーキテクチャやオペレーティング・システムで用いることができる多数のプログラミング言語で書くことができるということを理解するはずである。更に、そのような命令は、限定列挙ではないが、半導体、磁気、光、それ以外のメモリ装置を含む現在の又は将来の任意のメモリ技術を用いて記憶可能であり、あるいは、これも限定列挙ではないが、光、赤外線、マイクロ波、それ以外の伝送技術を含む現在の又は将来の任意の通信技術を用いて伝送可能である。そのようなコンピュータ・プログラム製品は、例えばシュリンク・ラップされたソフトウェアなど印刷された又は電子式の文書と共に取り外し可能な媒体として流通させる、例えばシステムＲＯＭや固定ディスクの上においてコンピュータ・システムに予めロードされている、インターネットやワールド・ワイド・ウェブなどネットワークを介してサーバや電子掲示板から配布されることが考えられる。
【００３０】
以上で本発明の例示的な実施例を開示したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明の効果のいくつかを達成するような様々な変更や修正が可能であることは、当業者には明かである。同じ機能を実行することができる他のコンポーネントを用いて代替することが可能であることも、理解できるであろう。更に、本発明の方法は、適切なオブジェクトやプロセッサ命令を用いてすべてソフトウェアによって実現することが可能であるとともに、ハードウェア・ロジック、ソフトウェア・ロジック及び／又はファームウェアの組合せを用いたハイブリッド構成によって同じ結果を売ることも可能である。流れ図を用いることによって図解されたプロセスは、厳密に直線的なプロセスではないことも可能であり、本発明の範囲内でそれ以外の流れ図とすることもできる。特定の機能を達成するために用いられるロジック及び／又は命令の特定の構成は、本発明による発明概念に対するそれ以外の修正と共に、冒頭の特許請求の範囲に含まれるものである。
【００３１】
本発明の特定の実施例に関する以上の説明は、例示及び説明の目的のみのためになされている。網羅的である又は開示されている形式自体に本発明を限定することは意図されておらず、多くの修正や変更が、以上の教示から可能であろう。ここでの実施例は、本発明の原理とその実際的な応用例とを最良の形態で説明するために選択されなされたものであり、よって、当業者は本発明を最良の形態で用いることが可能となるはずである。本発明の範囲は、冒頭の特許請求の範囲によってのみ画定される。
【図１】
2010091574.tif 000003
【図２】
2010091574.tif 000004
【図３】
2010091574.tif 000005
【図４】
2010091574.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月14日(2009.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補償型センサであって、
物理現象に応答して未補償の出力信号を生じるセンサと、
加算器を含んでおり、比較的高速の補償済出力信号を生じる比較的高速のフィードスルー経路と、
１又は複数の補正ファクタを生じ前記１又は複数の補正ファクタを前記加算器に供給し比較的低速の補償済信号を生じる補償回路を含んでおり、前記加算器は前記補償回路からの１又は複数の補正ファクタと前記未補償の出力信号とを加算する、比較的低速の補償経路と、
前記比較的高速の補償済出力信号を前記補償回路に供給するフィードバック経路であって、前記補償回路は、前記高速の補償済出力信号を前記低速の補償済信号と比較し、前記２つの信号の差を前記未補償のセンサ信号及び前記１又は複数の補正ファクタと加算する前記加算器に提供する、フィードバック経路と、
を備えていることを特徴とする補償型センサ。