(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ温度補償回路において：
センサであって、前記センサが動作するとき、前記センサは物理的パラメータを感知し、前記物理的パラメータを表す電気的センサ出力信号を生成するように構成されるセンサと、
前記センサから直接、前記電気的センサ出力信号を受信する非線形オフセット温度補償回路と、
前記電気的センサ出力信号を受信するように、前記センサに少なくとも間接的に接続される非線形ゲイン温度補償回路と、を備え、
前記非線形オフセット温度補償回路は、
前記電気的センサ出力信号を前記センサから受信して増幅し第一信号を生成する第１増幅器と；
電圧オフセットとセンサの基準値とを乗算することによって第二信号を生成するオフセットデジタルアナログ変換器と；
前記第１増幅器から出力される第一信号と、前記オフセットデジタルアナログ変換器から出力される第二信号と、第三信号とを受信して合算して非線形オフセットの温度補償をする第１加算器と；
オフセット温度係数と前記センサの基準値とを乗算することにより出力信号を生成するオフセット温度係数デジタルアナログ変換器と；
温度関数と前記センサの基準値とに比例する信号を生成する温度関数デジタルアナログ変換器と；
前記オフセット温度係数デジタルアナログ変換器から出力される信号と前記温度関数デジタルアナログ変換器から出力される信号とを合算して前記第三信号を生成する第２加算器と、を有し、
前記非線形ゲイン温度補償回路は、
前記オフセット温度補償回路により処理された後の電気的センサ出力信号を受信し前記非線形オフセット補償回路出力を増幅して可変ゲイン増幅器出力信号を生成する可変ゲイン増幅器と、
前記可変ゲイン増幅器からの増幅器出力信号を受信する第３増幅器と、
前記可変ゲイン増幅器からの出力信号とゲイン温度係数とを乗算するゲイン温度係数デジタルアナログ変換器と、
前記可変ゲイン増幅器からの可変ゲイン増幅器出力信号とセンサ温度依存のゲインパラメータとを乗算する温度関数デジタルアナログ変換器と、
前記ゲイン温度係数デジタルアナログ変換器からの出力信号と前記温度関数デジタルアナログ変換器からの出力信号とから前記電気的センサ出力信号のゲイン特性に線形センサ温度補償を行う第３加算器と、
前記第３加算器の合算信号と測定温度とを乗算する温度デジタルアナログ変換器と、
前記温度デジタルアナログ変換器からの信号と前記第３増幅器からの出力信号とを合算して出力信号を出力する第４加算器と、を有する
ことを特徴とするセンサ温度補償回路。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ温度補償回路において、前記センサ温度依存の前記ゲインパラメータは、前記測定温度が参照温度の第一側にある場合には定数の乗数であり、前記測定温度が参照温度の第二側にある場合には段階的な乗数であることを特徴とするセンサ温度補償回路。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ温度補償回路において、前記測定温度は前記センサの現時点の温度のデジタル温度値表示であり、少なくとも前記デジタル温度値の最上位ビットが、前記測定温度が前記参照温度のいずれの側にあるかを識別するのに用いられることを特徴とするセンサ温度補償回路。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ温度補償回路において、前記測定温度が前記参照温度の前記第二側にある場合に、前記デジタル温度値の他のビットの一つ以上が前記段階的な乗数の段階境界を定義するのに用いられることを特徴とするセンサ温度補償回路。
【請求項５】
請求項２に記載のセンサ温度補償回路において、前記参照温度の前記第一側は前記参照温度を下回り、前記参照温度の前記第二側は前記参照温度を上回ることを特徴とするセンサ温度補償回路。
【請求項６】
請求項２に記載のセンサ温度補償回路において、前記参照温度の前記第一側は前記参照温度を上回り、前記参照温度の前記第二側は前記参照温度を下回ることを特徴とするセンサ温度補償回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサにより生成された電気信号のオフセット及び/またはゲインについて非線形温度補償を行うセンサ温度補償回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路は、これまで以上に有用な複合機能を提供する。回路の一種として、測定される物理的パラメータ（例えば圧力など）を感知し、この測定されたパラメータを表す電気的センサ出力信号を生成するセンサがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、測定される物理的パラメータの値が一定であっても、電気的センサ出力信号は温度に伴って変化する可能性がある。より具体的には、温度変化は電気的センサ出力信号のオフセット及びゲインを変化させ、これによりセンサ測定が温度に起因して不正確になる可能性がある。
【０００４】
したがって、センサ回路はしばしばセンサの下流の信号経路上に温度補償回路を有する。この温度補償回路により、電気的センサ出力信号のオフセット及びゲインの温度補償が可能となる。いくつかの温度補償回路は線形温度補償を提供する。しかし、電気的センサ出力信号のオフセット及びゲインは線形ではない温度依存性を有する。言い換えると、電気的センサ出力信号は第２の潜在的なより高次の温度依存性を有する。よって、用途によっては線形温度補償は所望の精度を達成するには不十分な場合がある。精度向上に役立ち得るのが非線形温度補償である。
【０００５】
従来のある非線形温度補償回路によれば、実際の温度依存性について折れ線近似を与えることにより非線形性が得られる。しかし、厳密な折れ線近似が望ましくない用途および/またはセンサもある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、センサにより生成される電気的センサ出力信号のオフセット及び/またはゲインの非線形温度依存性を補償するセンサおよび非線形温度補償回路を含むセンサ温度補償回路に関する。例えば、オフセット温度依存性を少なくとも部分的に補償するため、加算器により２つの信号の比が温度の関数である２つのオフセット温度補償信号が合算される。合算された信号はさらに温度の関数で乗算されてもよい。合算された信号は、さらにオフセットに非線形温度補償を行うのに用いられてもよい。あるいは、またはこれに加えて、ゲイン温度依存性を少なくとも部分的に補償するため、加算器によりその比が温度の関数である２つのゲイン温度補償信号が合算される。合算された信号は温度の関数に対して乗算され、ゲインに非線形温度補償を行うのに用いられてもよい。
【０００７】
本発明の実施形態のこれらの、またその他の特徴については、以下の説明および添付の請求項から十分に明らかとなり、または以下に記載の本発明の実施態様により理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態は、センサにより生成された電気信号のオフセット及び/またはゲインについて非線形温度補償を行うセンサ温度補償回路に関する。図１は本発明の原理に基づくセンサ温度補償回路100を示す。
【０００９】
回路100は、動作時に物理的パラメータを感知し、この物理的パラメータを示す電気的センサ出力信号を生成するように構成されたセンサ110を有する。本発明の原理はセンサ110に測定される物理的パラメータのタイプにより限定されないが、センサ110により測定可能な物理的パラメータは圧力、湿度、光度、振動、加速度、温度、磁力、方向、及びその他多くのものを含む。
【００１０】
所定の温度で、センサ110は、特定のオフセット及びゲインを伴う電気信号を生成する。しかし、温度はこの所定の温度から変化するので、出力信号のオフセット及び/またはゲインも異なる場合がある。オフセット及びゲインにおけるこれらの温度依存性は線形温度補償を行うことで幾分か補償されうる。しかし、いくつかのより精密な用途では、オフセットまたはゲインは非線形温度補償を用いて補償される場合がある。よって、回路100は、電気的センサ110出力信号のオフセット及び/またはゲインに非線形温度補償を行う手段120を有する。このような手段120の例は、以下の図および説明に示される。
【００１１】
例えば、図2は、センサ210と、オフセット温度補償回路220と、及びゲイン温度補償回路230とを有する非線形温度補償回路200を示す。オフセット温度補償回路220およびゲイン温度補償回路230のうちひとつ、または潜在的には双方は、それぞれ付随する非線形温度補償回路221および231を有する。
【００１２】
非線形温度補償回路221を備える場合、オフセット温度補償回路220は、その比が温度の関数である合算されたオフセット補償信号を用い、合算されたオフセット補償信号を温度の関数で乗算する本発明の原理に従い、非線形オフセット温度補償を行ってもよい。非線形温度補償回路221を備えないとき、オフセット温度補償回路220は、線形オフセット温度補償を行うか、または場合により他のタイプの非線形オフセット温度補償を行ってもよい。
【００１３】
同様に、非線形温度補償回路231を備える場合、ゲイン温度補償回路230は、その比が温度の関数である合算されたゲイン補償信号を用い、合算されたゲイン補償信号を温度の関数で乗算する本発明の原理に従い、非線形ゲイン温度補償を行ってもよい。非線形温度補償回路231を備えないとき、ゲイン温度補償回路230は、線形オフセット温度補償を行うか、または場合により他のタイプの非線形ゲイン温度補償を行ってもよい。
【００１４】
図2を図1と較べると、センサ210は、センサ110に関して上述されたように構成されてよく、更に、オフセット温度補償回路220とゲイン温度補償回路230との組み合わせは、非線形オフセット及び/またはゲイン補償を与える手段120の具体例のひとつと見なしてよい。本発明の原理に則ったいくつかのデザインにおいては、オフセット温度補償回路220とゲイン温度補償回路230との位置が逆にされてもよい。
【００１５】
いくつかの状況および/またはいくつかのセンサでは、オフセットを補償する必要がないか、またはオフセット温度依存性を補償する必要がない場合がある。このような場合、図2のセンサ210の下流に直接ゲイン温度補償回路230が置かれてもよい。このとき、ゲイン温度補償回路230は単独で（非線形温度補償回路231と共に）非線形オフセット及び/またはゲイン補償を与える手段120の具体例のひとつと見なすことができる。
【００１６】
よって、ゲイン温度補償回路230は、少なくとも電気的センサ出力信号から派生した信号を受信するように少なくとも間接的にセンサ回路に接続される。例えば、オフセット温度補償回路220がない場合、またはオフセット及びゲイン温度補償回路220及び230の位置が逆の場合、ゲイン温度補償回路230はセンサ210から本来の形の電気的センサ出力信号を受信するようにセンサ210に直接接続されてもよい。一方、図2に示されるように、ゲイン温度補償回路230はオフセット温度補償回路220を介してセンサ210に間接的に接続され、これによりオフセット温度補償回路220により信号が処理された後、電気的センサ出力信号から派生した信号のみを受信してもよい。加えて、他の前処理部は本発明の原理から逸脱しない範囲でセンサ210とゲイン温度補償回路230との間の信号経路に介在してもよい。
【００１７】
加えて、いくつかの状況および/またはいくつかのセンサでは、ゲインを補償する必要がないか、またはゲイン温度依存性を補償する必要がない場合がある。このような場合、ゲイン温度補償回路230はなくてもよい。この場合、オフセット温度補償回路220は単独で、（非線形温度補償回路221とともに）非線形オフセット及び/またはゲイン補償120を与える手段の一例としてみなされうる。
【００１８】
よって、オフセット温度補償回路220は、少なくとも電気的センサ出力信号から派生した信号を受信するように少なくとも間接的にセンサ回路に接続される。例えば、図2に示すように、オフセット温度補償回路220は、センサ210に直接接続され、センサ210から本来の形のセンサ出力信号を受信するようにしてもよい。一方、オフセット及びゲイン温度補償回路220及び230の位置が逆の場合、オフセット温度補償回路220はゲイン温度補償回路230を介して間接的に電気的センサ出力信号を受信することになる。また、他の前処理部は本発明の原理から逸脱しない範囲でセンサ210とオフセット温度補償回路220との間の信号経路に介在してもよい。
【００１９】
非線形温度補償回路221及び231を備える場合、この各々は、その比が温度の関数である合算された補償信号を用い、合算された補償信号を温度の関数で乗算して非線形温度補償を行う。例えば、図3Aは、回路300Aの形でオフセットの温度依存性を補償する非線形オフセット温度補償回路221の一例の概略図を示す。図3Bは、回路300Bの形でゲインの温度依存性を補償する非線形ゲイン温度補償回路231の一例の概略図を示す。
【００２０】
図3Aは、信号（本文中「第1オフセット補償信号」としても参照される）を生成するように構成された第1オフセット補償値発生部311Aを有する非線形オフセット温度補償回路300Aを示す。一つの実施形態では、この第1オフセット補償信号は温度に対する依存度がより低い、もしくは場合によっては全く温度に依存しない。例えば、第1オフセット補償信号は、オフセットの直線部を補償することを目的とするオフセット温度係数（OTC）に比例してよい。非線形オフセット温度補償回路300Aは、（本文中「第2オフセット補償信号」としても参照される）信号を生成するように構成された第2オフセット補償値発生部312Aも有する。第2オフセット補償信号の大きさと第1オフセット補償信号の大きさとの比は温度の関数である。
【００２１】
第1および第2オフセット補償信号は、第1および第2オフセット補償信号の合計に比例する信号を生成する加算器313Aに送られる。加算器313Aにより送られる合算されたオフセット補償信号は、続いて、温度関数乗算部315Aを用い、温度関数により乗算される。温度関数乗算部315Aの温度関数は、オフセット補償信号の大きさの比を示す温度関数と異なっていても、または同じでもよい。図4B及び4Cの例により更に詳細に記載される有用な一つの実施形態では、温度関数乗算部315Aの温度関数は、単に測定温度そのものである。よって、温度関数乗算部315Aは、測定温度により（加算器313Aからの）合算されたオフセット補償信号を単に乗算してもよい。
【００２２】
非線形オフセット補償部314Aは、温度関数乗算部315Aに接続され、温度関数乗算部315Aから結果として得られる信号（本文中「温度関数乗算オフセット補償信号」としても参照される）を用い、電気的センサ出力信号（またはその処理後のもの）を非線形オフセット補償する。
【００２３】
あるいは、または加えて、ゲイン温度補償回路230は、図3Bに示される非線形ゲイン温度補償回路300Bなどの非線形ゲイン温度補償回路231を有する。この非線形ゲイン温度補償回路300Bは、信号（本文中「第1ゲイン補償信号」としても参照される）を生成するように構成された第1ゲイン補償値発生部311Bも有する。
【００２４】
非線形ゲイン温度補償回路300Bは、信号（本文中「第2ゲイン補償信号」としても参照される）を生成するように構成された第2ゲイン補償値発生部312Bも有する。第2ゲイン補償信号の大きさと第1ゲイン温度補償の大きさとの比は温度の関数である。非線形オフセット構成要素回路300Aと非線形ゲイン補償回路300Bとの双方がある場合、第1オフセット補償信号は第1ゲイン補償信号と独立に制御されてもよい。同様に、第2オフセット補償信号は第2ゲイン補償信号から独立して制御されてもよい。
【００２５】
第1および第2ゲイン補償信号は、第1および第2ゲイン補償信号の合計に比例する信号を生成する加算器313Bに送られる。加算器313Bにより送られる合算されたゲイン補償信号は、続いて、温度関数乗算部315Bを用い、温度関数により乗算される。温度関数乗算部315Bの温度関数は、ゲイン補償信号の大きさの比を表す温度関数と異なっていても、同じでもよい。図4A及び4Cの例により詳細に記述される有用な一つの実施形態では、温度関数乗算部315Bの温度関数は単に測定温度そのものである。従って、温度関数乗算部315Bは、測定温度により（加算器313Bからの）合算されたゲイン補償信号を単に乗算してもよい。
【００２６】
非線形ゲイン補償部314Bは、温度関数乗算部315Bに接続され、温度関数乗算部315Bから結果として生じた信号（本文中「温度関数乗算ゲイン補償信号」としても参照される）を用い、電気的センサ出力信号（またはその処理後のもの）を非線形ゲイン補償する。
【００２７】
上述のように、非線形オフセット温度補償回路300Aがある場合、第1及び第2オフセット補償信号は、これらの比が何らかの温度の関数となるように構成されてもよい。例えば、第1オフセット補償信号は、オフセット温度補償の直線部を示してもよく、これに対し、第2オフセット補償信号はオフセット温度補償の非線形部を示してもよい。
【００２８】
第1および第2オフセット補償信号は別の構成手段で設定されてもよい。例えば、第1オフセット補償信号は、オフセットの温度依存性の直線部を補償することを目的とするオフセット温度係数（OTC）に相当する乗数と何らかのソース信号とを乗算して得られていてもよい。一方で、一例として、第2オフセット補償信号は、温度の関数である他の信号と同じソース信号とを乗算して得られていてもよい。第1および第2オフセット補償信号は所望の形に変更可能であり、第2オフセット補償信号はゼロにされてもよく、または線形オフセット温度補償に変更するために定数にされてもよい。第2オフセット補償値発生部312Aは、第2オフセット温度補償信号により表される温度関数を微調整する多重パラメータを備えてもよい。このように、非線形オフセット補償回路300Aは、オフセットの温度補償を行う非常に柔軟な手段を提供する。
【００２９】
非線形ゲイン補償回路300Bがある場合、同様のことが言える。第1および第2ゲイン補償信号は、これらの比が何らかの温度の関数となるように構成されてもよい。例えば、第1ゲイン補償信号は、ゲイン温度補償の直線部を示してもよく、一方、第2ゲイン補償信号はゲイン温度補償の非線形部を示してもよい。
【００３０】
第1および第2ゲイン補償信号は、別の構成手段で設定されてもよい。例えば、第1ゲイン補償信号は、ゲインでの温度依存性の直線部を補償することを目的とするゲイン温度係数（GTC）を表す乗数と、何らかのソース信号とを乗算して得られてもよい。一方で、一例として、第2ゲイン補償信号は温度の関数である他の信号と、同じソース信号とを乗算して得られてもよい。第1および第2ゲイン補償信号は、所望の形に変更可能で、第2ゲイン補償信号はゼロにされてよく、または線形オフセット温度補償に変更するために定数とされてもよい。第2ゲイン補償値発生部312Bは、第2ゲイン補償信号により表される温度関数を微調整する多重パラメータを備えてもよい。このように、非線形ゲイン補償回路300Bは、ゲインの温度補償を行うための非常に柔軟な手段を提供する。
【００３１】
以下に更に述べるように、温度関数を適切に選択することにより、適切なオフセット及び/またはゲインの非線形温度補償が得られる。較正過程では、適切な温度関数を得るために様々な候補の温度関数を実験的に試してもよい。このような較正過程は、本明細書を読んだ後で当業者に対して明らかとなるであろう温度依存の通常の形の公知の特徴を考慮に入れてもよい。
【００３２】
本発明の一般的な特徴のいくつか、及び本発明の実施形態のいくつかをここまで述べてきたが、ここからはこのような通常の実施形態のうちの特定の具体的な回路図について、図4Aないし4Cに関して述べる。図4Aは、オフセット温度補償が線形で、ゲイン温度補償が非線形である具体的な回路例を示す。一方、図4Bは、ゲイン温度補償が線形で、オフセット温度補償が非線形である具体的な回路例を示す。最後に、図4Cは、オフセット及びゲイン温度補償の双方が非線形の具体的な回路例を示す。これらの各例では、第1オフセット及びゲイン補償信号は、それぞれ適切な温度補償定数とソース信号とを乗算して得られるのに対し、第2オフセット及びゲイン補償信号は、何らかの温度の関数とソース信号とを乗算して得られる。図4Aないし4Cを順に説明する。
【００３３】
図4Aは、線形オフセット温度補償および非線形ゲイン温度補償を行うセンサ温度補償回路400Aを示す。オフセット温度補償回路は、要素421Aないし424A及び427Aを有する。ゲイン温度補償回路は、要素431Aないし438Aを有する。図4Aないし4Cの特定の実施形態では、オフセット温度補償回路は、ゲイン温度補償回路が電気的センサ出力信号のゲインに対して温度補償を行うのに先立って、電気的センサ出力信号のオフセットに対して温度補償を行う。しかし、本発明の原理は、これらの具体的な回路にも、オフセット及びゲイン補償の具体的な順番にも限定されるものではない。
【００３４】
図4Aのオフセット温度補償回路では、増幅器421Aは電気的センサ出力信号を増幅する。本明細書では、（センサ410A、410B、及び410Cのような）センサにより作り出された信号を示すのに「Vin」という用語を使う。増幅器421Aが1のゲインを有するとき、増幅器421Aからのその出力信号も同じく記号Vinを用いて表されてもよい。
【００３５】
オフセットデジタルアナログ変換器（DAC）423Aは、本文中「Offset」及び「Ref」と呼ばれる2つの電圧に比例する信号を生成する。一つの実施形態では、センサ410Aがブリッジセンサである場合、電圧Refはブリッジ励起電圧に連動する。この結果として得られる信号は、本文中「Offset」という用語により参照される。
【００３６】
OTC DAC 424Aは、本文中「OTC」（Offset Temperature Coefficientの略）及び「Ref」と呼ばれる2つの電圧に比例する信号を生成する。この結果として得られる信号も、本文中「OTC」として参照される。
【００３７】
OTC DAC 424Aからの信号OTCは、温度DAC427Aにより受信され、また、通常測定される温度に伴って変化する「Temp」と呼ばれるデジタル信号も温度DAC427Aにより受信される。温度DAC427Aは、OTC倍のTemp（すなわちOTC*Temp）を表す信号を生成する。
【００３８】
加算器422Aで、3つの信号Vin、Offset、及びOTC*Tempを合算することによって、以下の方程式1Aにより表される信号が得られる。
【００３９】
【数１】
0005383987.tif 000002
(1A)
【００４０】
よって、オフセット及び補償されるオフセットにおける温度依存性の直線部によってではなく、Offset及びOTCの値を適切に選択することによって、加算器422Aにより生成される信号は電気的センサ出力信号Vinの派生信号を示す。
【００４１】
（方程式1Aで表された）オフセット温度補償回路からの電気的センサ出力信号は、次にゲイン温度補償回路に送られ送られる。具体的には、電気的センサ出力信号は、最初に可変ゲイン増幅器433Aに送られ、本文中「Gain」として参照されるゲインにより増幅される。可変ゲイン増幅器433Aから送られる増幅された信号は、以下の方程式2Aにより規定される値を持つことになる。
【００４２】
【数２】
0005383987.tif 000003
(2A)
【００４３】
この信号は、本文中「図4Aの可変ゲイン増幅器出力信号」としても参照される。
【００４４】
図4Aの可変ゲイン増幅器出力信号は、本文中「KG」として参照されるゲインを持つ増幅器431Aに送られる。これに応じて、増幅器431Aは、以下の方程式3Aにより表される出力信号を生成する。
【００４５】
【数３】
0005383987.tif 000004
(3A)
【００４６】
図4Aの可変ゲイン増幅器出力信号は、GTC DAC 434Aにも送られ、GTC（Gain Temperature Coefficientゲイン温度係数）により乗算され、以下の方程式4Aにより表される信号が得られる。
【００４７】
【数４】
0005383987.tif 000005
(4A)
【００４８】
この信号は、図4Aの第1ゲイン補償信号の一例である。この例では、方程式4Aの信号は、方程式2Aで表されるソース信号にGTCの乗数を適用することにより得られた。
【００４９】
最後に、図4Aの可変ゲイン増幅器出力信号は、Temp関数DAC 435Aに送られ、（本文中「f(Temp)」として参照される）温度の関数であるゲインと乗算される。Temp関数DAC435Aから結果として得られる信号は、以下の方程式5Aにより表される。
【００５０】
【数５】
0005383987.tif 000006
(5A)
【００５１】
この信号は、図4Aの第2ゲイン補償信号の一例である。この例では、信号はTempの関数「f(Temp)」と方程式2Aのソース信号とを乗算することにより得られる。関数「f(Temp)」は任意の温度の関数でよいものの、適切な非線形温度補償を提供する「f(Temp)」パラメータを用いて入念に選択されてもよい。温度関数 f (Temp) の具体的な選択は、電気的センサ出力信号のゲインの温度依存性に示される具体的な非線形性への依存度が高いが、これに関して図5A及び5Bについて適切な例を以下に記載する。第2ゲイン補償信号と第1ゲイン補償信号との比（つまり方程式5Aを方程式4Aで除算することにより得られるf (Temp)/GTC）が温度の関数であることに留意されたい。
【００５２】
方程式4A及び5Aにより得られる信号は、次に加算器436Aにより受信され、以下の方程式6Aにより表される合算された信号が生成される。
【００５３】
【数６】
0005383987.tif 000007
(6A)
【００５４】
この信号は温度DAC 437Aに送られ、測定温度Tempと乗算され、以下の方程式7Aが得られる。
【００５５】
【数７】
0005383987.tif 000008
(7A)
【００５６】
温度DAC 437Aは、図3Bの温度関数乗算部315Bの適切な例を表す。
【００５７】
加算器432Aは、次に方程式3A及び7Aから得られた信号を合算し、以下の方程式8Aが得られる。
【００５８】
【数８】
0005383987.tif 000009
(8A)
【００５９】
結果として得られる信号は、続いて増幅器438Aにより増幅される。一つの実施例では、増幅器438Aのゲインは１なので、ゲイン温度補償回路からの出力信号は方程式8Aに対するものと同じままである。
【００６０】
結果として得られる信号の方程式である方程式8Aを分析すると、OTCが定数なので電気的センサ出力信号のオフセットは直線的に補償される。しかし、GTC+f(Temp)は温度に伴い変化するので、電気的センサ出力信号のゲインは非線形的に補償される。
【００６１】
図4Bは、非線形オフセット温度補償および線形ゲイン温度補償を行うセンサ温度補償回路400Bを示す。オフセット温度補償回路は、要素421Bないし427Bを有する。ゲイン温度補償回路は、要素431Bないし434B、及び437Bと438Bを有する。
【００６２】
図4Bのオフセット温度補償回路では、増幅器421Bは電気的センサ出力信号Vinを増幅する。増幅器421Bが１のゲインを有するとき、増幅器421Bからの出力信号も記号Vinを用いて表されてもよい。
【００６３】
オフセットDAC423Bは、2つの電圧Offset及びRefに比例する信号を生成し、結果として得られる信号Offsetを生成する。
【００６４】
OTC DAC 424Bは、本文中OTC（Offset Temperature Coefficientの略）及びRefと呼ばれる2つの電圧に比例する信号を生成し、信号OTCを生成する。このOTC信号は、図3Aの第1オフセット補償信号の一例を表し、(OTCとも呼ばれる）乗数をRefと呼ばれるソース信号に適用して得られたものである。
【００６５】
Temp関数DAC 425Bは、電圧Ref及び温度の関数 f(Temp)に比例する信号を生成し、本文中f(Temp)とも呼ばれる信号を生成する。この信号は、図3Aの第2オフセット補償信号の一例である。第2オフセット補償信号と第1オフセット補償信号との比（すなわちf(Temp)/OTC）は温度の関数であることに留意されたい。図4Bの温度関数f(Temp)は、センサのオフセット及びゲインがしばしば異なる非線形温度特性を持つため、図4Aに関して参照される温度関数f(Temp)と異なる場合がある。
【００６６】
OTC DAC 424Bからの信号（すなわち信号OTC）は、続いて加算器426Bを用いてTemp関数DAC 425Bからの信号に合算され、合算された信号が生成される。
【００６７】
この合算された信号は、次に温度DAC 427Bに送信され、測定温度Tempと乗算され、以下の方程式1Bにより表される信号が得られる。
【００６８】
【数９】
0005383987.tif 000010
(1B)
【００６９】
温度DAC 427Bは、図3Aの温度関数乗算部315Aの適切な例を表す。
【００７０】
増幅器421Bからの信号（すなわち信号Vin）、オフセットDAC423Bからの信号（すなわち信号Offset）及び温度DAC 427Bからの信号（すなわち方程式1Bにより表される信号）は、次に加算器422Bに送信され、以下の方程式2Bにより表される加算された信号が得られる。
【００７１】
【数１０】
0005383987.tif 000011
(2B)
【００７２】
温度補償回路.この合算された信号は、非線形オフセットからの出力を表す。
【００７３】
方程式2Bを見てみると、オフセットの温度補償は、OTCの適切な値および適切な温度関数f(Temp)を選ぶことにより、非線形的に行われてもよいことが分かる。関数f(Temp)は、Temp関数DAC 425Bに送られる温度関数パラメータを用いて選択されてもよい。
【００７４】
図4Bのオフセット温度補償回路からの電気的センサ出力信号は、次に図4Bのゲイン温度補償回路に送られる。具体的には、電気的センサ出力信号は、最初に可変ゲイン増幅器433Bに送信され、ゲイン「Gain」により増幅される。可変ゲイン増幅器433Bから送られる増幅された信号は、従って以下の方程式3Bにより規定される値を持つことになる。
【００７５】
【数１１】
0005383987.tif 000012
(3B)
【００７６】
この信号は、本文中「図4Bの可変ゲイン増幅器出力信号」としても参照される。
【００７７】
図4Bの可変ゲイン増幅器出力信号は、本文中「KG」として参照されるゲインを持つ増幅器431Bに送られる。これに応じて、増幅器431Bは、以下の方程式4Bにより表される出力信号を生成する。
【００７８】
【数１２】
0005383987.tif 000013
(4B)
【００７９】
図4Bの可変ゲイン増幅器出力信号は、GTC DAC 434Bにも送信され、ゲイン温度係数（GTC）のゲインを用いて乗算され、以下の方程式5Bに表される信号が得られる。
【００８０】
【数１３】
0005383987.tif 000014
(5B)
【００８１】
方程式5Bの信号は、温度DAC 437Bに送信され、測定温度Tempと乗算され、以下の方程式6Bが得られる。
【００８２】
【数１４】
0005383987.tif 000015
(6B)
【００８３】
加算器432Bは、次に方程式4B及び6Bから得られた信号を合算し、以下の方程式7Bが得られる。
【００８４】
【数１５】
0005383987.tif 000016
(7B)
【００８５】
結果として得られる信号は、続いて増幅器438Bにより増幅される。一つの実施形態では、増幅器438Bのゲインは1であり、よってゲイン温度補償回路からの出力信号は方程式7Bに関してと同様のままである。
【００８６】
方程式7Bの式を分析すると、OTC+ f(Temp)は温度の関数なので、電気的センサ出力信号のオフセットは非線形的に補償される。更に、GTCは定数なので、電気的センサ出力信号のゲインは、直線的に補償される。
【００８７】
図4Cは、オフセット及びゲイン双方の温度補償が非線形であるセンサ温度補償回路400Cを示す。オフセット温度補償回路は、要素421Cないし427Cを有する。ゲイン温度補償回路は、要素431Cないし438Cを有する。
【００８８】
図4Cのオフセット補償回路の構造および機能は、図4Bに関して記載されたのと同様であってもよい。よって、加算器422Cにより生成される信号は、上記方程式2Bによって十分に示されるが、便宜性のために方程式1Cとして以下に再度記載する。
【００８９】
【数１６】
0005383987.tif 000017
(1C)
【００９０】
方程式1Cを見てみると、オフセットの温度補償は、OTCの適切な値および適切な温度関数f(Temp)を選ぶことにより非線形的に行われてもよいことが分かる。関数f(Temp)は、Temp関数DAC 425Cに送られる温度関数パラメータを用いて選択されてもよく、図4A及び4Bの温度関数と異なってもよい。
【００９１】
図4Cのオフセット温度補償回路からの電気的センサ出力信号は、次に図4Cのゲイン温度補償回路に送られる。具体的には、電気的センサ出力信号は、最初に可変ゲイン増幅器433Cに送られ、ゲイン「Gain」により増幅される。可変ゲイン増幅器433Cから送られる増幅された信号は、従って以下の方程式2Cにより規定される値を持つことになる。
【００９２】
【数１７】
0005383987.tif 000018
(2C)
【００９３】
この信号は、本文中「図4Cの可変ゲイン増幅器出力信号」としても参照される。
【００９４】
図4Cの可変ゲイン増幅器出力信号は、本文中「KG」として参照されるゲインを持つ増幅器431Cに送られる。これに応じて、増幅器431Cは、以下の方程式3Cによって表される出力信号を生成する。
【００９５】
【数１８】
0005383987.tif 000019
(3C)
【００９６】
図4Cの可変ゲイン増幅器出力信号はGTC DAC 434Cにも送信され、GTC(Gain Temperature Coefficientゲイン温度係数）のゲインを用いて乗算され、以下の方程式4Cに表される信号が得られる。
【００９７】
【数１９】
0005383987.tif 000020
(4C)
【００９８】
この信号は、図3Bの第1ゲイン補償信号の一例である。
【００９９】
最終的に、図4Cの可変ゲイン増幅器出力信号はTemp関数DAC 435Cに送られ、温度の関数f(Temp)であるゲインと乗算される。この温度の関数は、図4A及び4Bの温度関数と異なっていてよく、図4Cの回路400Cのオフセット補償部に用いられる温度関数と異なってもよい。結果として得られる信号は、以下の方程式5Cにより表される。
【０１００】
【数２０】
0005383987.tif 000021
(5C)
【０１０１】
この信号は、図4Cの第2ゲイン補償値の一例である。この例では、信号はf(temp)の関数である。関数「f(Temp)」は任意の温度の関数でよいものの、適切な非線形温度補正を提供する「f(Temp)」パラメータを用いて入念に選択されてもよい。
【０１０２】
方程式4C及び5Cから得られる信号は、続いて加算器436Cにより受信され、以下の方程式6Cに表される合算された信号を生成する。
【０１０３】
【数２１】
0005383987.tif 000022
(6C)
【０１０４】
この信号は、温度DAC 437Cに送信され、測定温度Tempと乗算され、以下の方程式7Cが得られる。
【０１０５】
【数２２】
0005383987.tif 000023
(7C)
【０１０６】
温度DAC 437Cは、図3Bの温度関数乗算部315Bの適切な例を表す。
【０１０７】
加算器432Cは、次に方程式3C及び7Cから得られた信号を合算し、以下の方程式8Cが得られる。
【０１０８】
【数２３】
0005383987.tif 000024
(8C)
【０１０９】
この結果として得られる信号は、続いて増幅器438Cにより増幅される。一つの実施形態では、増幅器438Cのゲインは1であり、よってゲイン温度補償回路からの出力信号は方程式8Cに対するのと同様のままである。
【０１１０】
結果として得られる信号方程式である方程式8Cを分析すると、OTC+f(Temp) 及び GTC+f(Temp)はいずれも温度に伴い変化するため、電気的センサ出力信号のオフセット及びゲインはいずれも非線形的に補償される。
【０１１１】
図5A及び5Bは、f(Temp)に関していくつか例示したもので、測定温度が基準温度の一方の側にあるとき、f(Temp)関数も定数（図示された例では0）を持つ。一方、測定温度が基準温度の他方の側にあるとき、f(Temp)信号は温度に伴い階段状になる。このより具体的な原理の例として、図5A及び5Bについて更に詳しく述べる。
【０１１２】
図5Aの例では、測定温度が基準温度を下回るとき（例えば、測定温度の最上位ビットが0のとき）、f(Temp)により導かれる乗数はゼロである。一方、測定温度が基準温度を上回るとき、温度関数f(Temp)は階段状である。図5Aの図示された例では、f(Temp)の値は第2から第4の最上位ビットに比例する。
【０１１３】
従って、f(Temp)信号はある測定温度範囲において定数の値をもつものの、実際には温度の関数のひとつである。一つの実施形態では、測定温度値Tempは0から1023までの範囲の10ビットの整数値である。図5Aに示されるf(Temp)信号は、以下の方程式1D及び2Dにより表すことができる。
【０１１４】
【数２４】
0005383987.tif 000025
【０１１５】
方程式2Dでは、値Ktは定数でよく、よって結果として図5Aにおける一定のステップサイズ（step size）となる。値Ktは、所定のセンサ温度依存の特性に対し、非線形温度補償を最大化するように選択してもよい。一つの実施形態では、値Ktは温度の関数として変化してよく、このことにより更に柔軟に非線形温度補償を最大化できる。各ステップサイズの幅は、非線形温度補償を微調整するように調節されてもよいものの、各64値幅である。例えば、2進法1011000000 から 1011111111までの全ての測定温度Tempの値は、図5Aに示される3xKtのf(Temp)値となる。
【０１１６】
図5Bの例では、測定温度が基準温度を上回るとき（例えば、測定温度の最上位ビットが1のとき）、f(Temp)により導かれる乗数は0である。一方、測定温度が基準温度を下回るとき、温度関数f(Temp)は階段状である。図5Bに示される例では、負のf(Temp)値は、Tempの第2から第4の最上位ビットのビット単位で反転された値に比例する。
【０１１７】
従って、本発明の原理により、オフセット及びゲインに対する柔軟な非線形温度補償の構造が可能となる。本発明は、その技術思想または本質的な特徴から逸脱しない範囲で他の具体的な形態で実施されてもよい。記載された実施形態は例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、従って、前記の明細書によってではなく、添付の請求項により表される。請求項と同等の意義および範囲内でなされるすべての変更は、この範囲に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
本発明の実施形態の上記の、またその他の効果および機能を更に明確にするために、添付図を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。当然ながら、この図は本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、よって、発明の範囲を制限するものではない。実施形態は添付図を用いて更に詳しく記載され、説明される。
【０１１９】
【図１】センサ及び非線形温度補償を与える手段を有する回路の概略図。
【図２】そのうちの一方または双方が非線形温度補償機能を有してもよいオフセット温度補償回路およびゲイン温度補償回路を有する回路の概略図。
【図３Ａ】本発明の原理に従った非線形温度補償を組み入れる場合のオフセット温度補償回路の概略図。
【図３Ｂ】本発明の原理に従った非線形温度補償を組み入れたゲイン温度補償回路の概略図。
【図４Ａ】温度補償回路を有するセンサで、そのゲイン温度補償回路が非線形温度補償を有するものの回路図。
【図４Ｂ】温度補償回路を有するセンサで、そのオフセット温度補償回路が非線形温度補償を有するものの回路図。
【図４Ｃ】温度補償回路を有するセンサで、そのオフセット温度補償回路が非線形温度補償を有するものの回路図。
【図５Ａ】測定温度が基準温度を下回るとき乗数が比較的一定で、測定温度が基準温度を上回るとき乗数が階段状の関数である非線形温度補償を得る乗数として利用可能な温度関数の一例。
【図５Ｂ】測定温度が基準温度を上回るとき乗数が比較的一定で、測定温度が基準温度を下回るとき乗数が階段状の関数である非線形温度補償を得るための乗数として利用可能な温度関数の一例。
【図１】
0005383987.tif 000026
【図２】
0005383987.tif 000027
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
0005383987.tif 000030
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0005383987.tif 000032
【図５Ａ】
0005383987.tif 000033
【図５Ｂ】
0005383987.tif 000034