(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に設けられた薄肉部の応力変位に基づき、抵抗値変化を生じるゲージ抵抗（ＲＡ〜ＲＤ）を備え、このゲージ抵抗の抵抗値変化に基づき応力検出を行う半導体式応力検出装置において、
演算増幅器（ＯＰ１、ＯＰ２１）と、
前記演算増幅器の出力端子に接続された第１の回路（ＴＲ１、ＴＲ４、ＴＲ５、ＴＲ６、ＴＲ２１）と、
前記第１の回路に接続された検出用抵抗（Ｒ１、Ｒ２１）とを備え、
前記第１の回路と前記検出用抵抗の接続点が前記演算増幅器の一方の入力端子に接続されて、前記演算増幅器は、前記検出用抵抗に流れる電流に応じた前記接続点の電圧と前記演算増幅器の他方の入力端子に入力される電圧とにより前記第１の回路に第１の所定電流が流れるように作動し、
さらに、前記第１の所定電流に比例した第２の所定電流（Ｉ２、Ｉ２２）を前記ゲージ抵抗に供給する第２の回路（ＴＲ２、ＴＲ２２）と、
前記第１の所定電流に比例した第３の所定電流（Ｉ３、Ｉ２３）が流れる第３の回路（ＴＲ３、ＴＲ２３）と、
この第３の回路に接続されたトリミング抵抗（Ｒ３、Ｒ２３）と、
前記第３の回路と前記トリミング抵抗の接続点と、前記第１の回路と前記検出用抵抗の接続点との間に設けられた温度特性を有する温度特性抵抗（Ｒ２、Ｒ２２）とを備え、
前記トリミング抵抗の抵抗値調整によって前記温度特性抵抗の両端における電位差を調整し前記温度特性抵抗に流れる温度特性を有した温度特性電流（Ｉｔ１、Ｉｔ２）により前記検出用抵抗に流れる電流が増減調整できるようになっていることを特徴とする半導体式応力検出装置。
【請求項２】
前記第１の回路、第２の回路及び第３の回路は、カレントミラー回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体式応力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ピエゾ抵抗効果を利用する半導体式応力検出装置に関し、圧力センサや加速度センサに適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
ゲージ抵抗が形成されたセンサチップは、ガラス台座に陽極接合されて固定される。このときの固定方法によって異なった歪みを発生し、センサ感度の温度特性が様々に変化する。
このセンサ感度の温度特性を調節するために従来採用されている回路を図４に示す。この回路は、ブリッジ回路への印加電流を変化させることで圧力センサの感度調整を行っている。以下、図４に基づき圧力センサの感度調整について説明する。
【０００３】
ゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤで構成されたブリッジ回路への電流の供給は、カレントミラー回路２００により行われる。カレントミラー回路２００は、それぞれのベース間が電気的に接続されたトランジスタＴＲ１１及びＴＲ１２から構成されている、このカレントミラー回路２００のトランジスタＴＲ１２のコレクタがブリッジ回路に接続され、このコレクタを介してブリッジ回路に電流Ｉ１２が供給される。
【０００４】
カレントミラー回路２００のトランジスタＴＲ１１のコレクタは、ダーリントン接続されたトランジスタＴＲ１３及びＴＲ１４のコレクタと接続され、トランジスタＴＲ１４のエミッタは温度特性を有しない抵抗Ｒ１１に接続されている。また、トランジスタＴＲ１３のベースには、演算増幅器ＯＰ１１の出力端子が接続されている。演算増幅器ＯＰ１１の反転入力端子はトランジスタＴＲ１３と抵抗Ｒ１１との結合点と接続されている。また、非反転入力端子はＤ／Ａ変換器（図示せず）の出力端子に接続されており、Ｄ／Ａ変換器の出力電圧Ｖ１１を制御し、抵抗Ｒ１１に流れる電流Ｉ１１を変化させることで、ブリッジ回路に供給される印加電流Ｉ１２を変化させる。この電流Ｉ１２の変化によりブリッジ回路の印加電圧を変化させ、ブリッジ回路の感度を調整する。
【０００５】
しかしながら、半導体式のゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤは温度特性を有しているため、感度についてもゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤの温度特性に応じた補正が必要となる。
このため、ブリッジ回路に流す電流Ｉ１２にゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤに応じた温度特性を持たせて感度の温度特性を補正している。すなわち、温度特性補償抵抗Ｒ１３をブリッジ回路に並列に接続し、この抵抗Ｒ１３をトリミングすることにより電流Ｉ１２に任意の温度特性を持たせて、感度の温度特性を補正している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記従来の感度調整回路に流れる電流について考えてみる。カレントミラー比を１：ｎであるとすると、トランジスタＴＲ１２を流れる電流はｎＩ１１となる。そして、ゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤの合成抵抗を抵抗Ｒ１２とすると、トランジスタＴＲ１２を流れる電流とブリッジ回路に流れ込む電流Ｉ１２から数式１、２が示される。
【０００７】
【数１】
0003702573.tif 000002
【０００８】
【数２】
0003702573.tif 000003
【０００９】
そして、上記数式１、２をまとめると、数式３のように表される。
【００１０】
【数３】
0003702573.tif 000004
【００１１】
電流Ｉ１２の温度特性は、この電流Ｉ１２を温度について偏微分することによって表すことができ、数式４で示される。なお、数式４に含まれる各抵抗において温度に対して変化するのはＲ１２のみである。
【００１２】
【数４】
0003702573.tif 000005
【００１３】
この数式４に表されるように、電流Ｉ１２の温度特性は負若しくは零になる。
従って、感度の温度特性が正になる場合には、従来のような負の温度特性を有する電流Ｉ１２に基づいて感度の温度依存性を無くすことができるが、感度の温度特性が負になる場合には、このような電流Ｉ１２に基づいて感度の温度依存性を無くすことができない。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みたもので、半導体式応力検出装置の感度の温度特性が正負いずれの場合においても温度特性の補正が可能な回路を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１、２に記載の発明においては、演算増幅器（ＯＰ１、ＯＰ２１）と、演算増幅器の出力端子に接続された第１の回路（ＴＲ１、ＴＲ４、ＴＲ５、ＴＲ６、ＴＲ２１）と、第１の回路に接続された検出用抵抗（Ｒ１、Ｒ２１）とを備え、第１の回路と検出用抵抗の接続点が演算増幅器の一方の入力端子に接続されて、演算増幅器は、検出用抵抗に流れる電流に応じた接続点の電圧と演算増幅器の他方の入力端子に入力される電圧とにより第１の回路に第１の所定電流が流れるように作動し、さらに、第１の所定電流に比例した第２の所定電流（Ｉ２、Ｉ２２）をゲージ抵抗に供給する第２の回路（ＴＲ２、ＴＲ２２）と、第１の所定電流に比例した第３の所定電流（Ｉ３、Ｉ２３）が流れる第３の回路（ＴＲ３、ＴＲ２３）と、この第３の回路に接続されたトリミング抵抗（Ｒ３、Ｒ２３）と、第３の回路とトリミング抵抗の接続点と、第１の回路と検出用抵抗の接続点との間に設けられた温度特性を有する温度特性抵抗（Ｒ２、Ｒ２２）とを備え、トリミング抵抗の抵抗値調整によって温度特性抵抗の両端における電位差を調整し温度特性抵抗に流れる温度特性を有した温度特性電流（Ｉｔ１、Ｉｔ２）により検出用抵抗に流れる電流が増減調整できるようになっていることを特徴とする。
【００１６】
このように、温度特性を有した温度特性電流（Ｉｔ１、Ｉｔ２）にて第１の所定電流（Ｉ１、Ｉ２１）を増減調整することにより、第１の所定電流（Ｉ１、Ｉ２１）に正負いずれの温度特性も持たせることができる。そして、この温度特性を持った第１の所定電流（Ｉ１、Ｉ２１）に応じたフィードバック調整が演算増幅器（ＯＰ１、２１）を介してなされるため、ゲージ抵抗（ＲＡ〜ＲＤ）に流す第２の所定電流（Ｉ２、Ｉ２２）を正負いずれの温度特性も持たせることができる。
【００１７】
この温度特性電流（Ｉｔ１、Ｉｔ２）の調整を、トリミング抵抗（Ｒ３、Ｒ２３）によって、温度特性電流（Ｉｔ１、Ｉｔ２）が流れる温度特性抵抗（Ｒ２）の両端の電位差を調整することにより行っているため、トリミング抵抗（Ｒ３、Ｒ２３）の抵抗値調整によって、半導体式応力検出装置の感度の温度特性が正負いずれの場合においても温度特性の補正を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
本実施形態における圧力センサの温度特性調整用回路の模式図を図１に示す。以下、図１に基づき圧力センサの温度特性調整用回路の構成について説明する。
図１に示すように、圧力センサの回路は、演算増幅器ＯＰ１の出力に応じた所定電流を流す第１の回路と、この所定電流に比例した電流をゲージ抵抗ＲＡ〜ＲＤで構成されたブリッジ回路へ供給する第２の回路と、センサ感度の温度特性の補正を行うための第３の回路からなるカレントミラー回路１００を備えている。
【００１９】
カレントミラー回路１００におけるトランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３のそれぞれのベース間は接続されている。そして、トランジスタＴＲ１のコレクタはダーリントン接続されたトランジスタＴＲ４及びＴＲ５のコレクタに接続されており、トランジスタＴＲ４及びＴＲ５によってブリッジ回路及び抵抗Ｒ３への電流供給を制御している。
【００２０】
トランジスタＴＲ５のエミッタは温度特性を有しない抵抗（検出用）Ｒ１の一端側に接続されており、抵抗Ｒ１の他端側は接地されている。また、トランジスタＴＲ４のベースには、演算増幅器ＯＰ１の出力端子が接続されている。演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子はトランジスタＴＲ５と抵抗Ｒ１との結合点に接続されており、非反転入力端子はＤ／Ａ変換器（図示せず）の出力端子に接続されている。そして、上記抵抗Ｒ１を流れる電流に基づく電流Ｉｏが演算増幅器ＯＰ１に戻されて、演算増幅器ＯＰ１の出力をフィードバック調整している。
【００２１】
また、Ｄ／Ａ変換器の出力端子からの出力電圧Ｖ１を制御し、トランジスタＴＲ４におけるベース電流Ｉｂを変化させることで抵抗Ｒ１に流れる電流が変化する。この電流の変化によってブリッジ回路の印加電圧を変化させることができ、ブリッジ回路の感度調整がなされる。なお、ブリッジ回路におけるゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ及びＲＣ、ＲＤの間における中点電位出力が図示しない増幅器より増幅され、センサ信号として出力される。
【００２２】
また、トランジスタＴＲ５と抵抗Ｒ１の接続点とトランジスタＴＲ３との間には温度特性を有する抵抗（温度特性抵抗）Ｒ２が設けられており、この抵抗Ｒ２に流れる温度特性を有した電流（温度特性電流）Ｉｔ１によってセンサ感度の温度特性の補正を行う。トランジスタＴＲ３と抵抗Ｒ２の接続点にはトリミング調整を行う抵抗Ｒ３が接続されている。この抵抗Ｒ３のトリミングの仕方によって抵抗Ｒ２の両端における電圧Ｖ１と電圧Ｖ３の関係が決定され、これにより抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉｔ１が抵抗Ｒ１に流れる電流に対して正負いずれにも作用するようにできる。
【００２３】
以下、このトリミング調整用の抵抗Ｒ３に基づくセンサ感度の温度特性補正について、圧力センサに流れる電流に基づき説明する。
まず、Ｄ／Ａ変換器の出力端子から電圧Ｖ１が印加される。このとき、演算増幅器ＯＰ１の両端端子間における電位差が略零とみなせる。そして、トランジスタＴＲ４、ＴＲ５がダーリントン接続されておりトランジスタＴＲ４のベース電流Ｉｂが十分小さいと見なせるため、電流Ｉｃは電流Ｉｅと同等の大きさとなる。また、ＯＰへの入力電流Ｉｏも非常に小さく略零と見なせるため、電流Ｉｃ、Ｉｅの関係はＩｃ≒Ｉｅとなる。
【００２４】
そこで、トランジスタＴＲ１におけるコレクタ電流Ｉｃを電流Ｉ１として、トランジスタＴＲ２、ＴＲ３に流れる電流Ｉ２、Ｉ３について考えてみる。
トランジスタＴＲ２、ＴＲ３に流れる電流Ｉ２、Ｉ３は、これらトランジスタＴＲ２、ＴＲ３とトランジスタＴＲ１のサイズに応じたカレントミラー比によって決定されるため、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３のサイズの比が１：ｎ：ｍであるとすると、電流Ｉ２、Ｉ３ はそれぞれ、Ｉ２＝ｎＩ１、Ｉ３＝ｍＩ１となる。
【００２５】
また、センサ感度の温度特性の補正を行うためのカレントミラー回路１００の等価回路図を図２に示す。このとき、前述したようにトランジスタＴＲ３に流れる電流Ｉ３＝ｍＩ１で表されるため、数式５、数式６が導かれる。
【００２６】
【数５】
0003702573.tif 000006
【００２７】
【数６】
0003702573.tif 000007
【００２８】
また、上記数式５、６をまとめると、数式７で表される。
【００２９】
【数７】
0003702573.tif 000008
【００３０】
電流Ｉ３の温度特性は、この電流Ｉ３を温度について偏微分することによって表すことができ、数式８で示される。なお、数式８に含まれる各抵抗において温度に対して変化するのはＲ２のみである。
【００３１】
【数８】
0003702573.tif 000009
【００３２】
この数式８に表されるように、電流Ｉ３の温度特性はｍとＲ１／Ｒ３の大小によって正負何れにもなる。
表１に、ｍ、Ｒ１、Ｒ３の関係に基づくＩ３の温度特性及びＶ１とＶ３の関係について表す。
【００３３】
【表１】
0003702573.tif 000010
上記表に表されるようにｍ≒Ｒ１／Ｒ３の近傍において各抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値を可変することによってＶ１とＶ３の大小関係を設定することができる。つまり、図１に示した圧力センサの回路においては抵抗Ｒ３の抵抗値をトリミング調整することによってＶ１とＶ３の大小関係を設定できる。すなわち、抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉｔ１によって電流Ｉ１が増減され、抵抗Ｒ１に流れる電流に正負何れの極性における温度特性を持たせることができる。そして、抵抗Ｒ１に流れる電流に基づき演算増幅器ＯＰ１のフィードバック制御がなされるため、電流Ｉ２においてもに温度特性を正負いずれにも設定することができる。
【００３４】
従って、圧力センサのセンサチップをガラス台座に固定する方法等によって変動する感度の温度特性が正負いずれの場合であっても、抵抗Ｒ３のトリミング調整によって感度の温度特性を補正することができる。
なお、この場合にはトリミング調整用の抵抗Ｒ３について、Ｒ３≒Ｒ１／ｍとなる場合を有する範囲で抵抗Ｒ３を形成すればよい。
（第２実施形態）
図３に本発明を適用した第２実施形態にかかる圧力センサの回路模式図を示す。
【００３５】
第１実施形態においてはＰＮＰタイプのカレントミラー回路を用いたが、本実施形態ではＮＰＮタイプのカレントミラー回路を用いたものを示す。また、本実施形態ではダーリントン接続を採用していない。図３に示すように、トランジスタＴＲ２１、ＴＲ２２、ＴＲ２３は全てＮＰＮ型のトランジスタであり、図示しないＤ／Ａ変換器の印加電圧Ｖ２１によってそれぞれのトランジスタＴＲ２１、ＴＲ２２、ＴＲ２３に流れる電流量が調整される。
【００３６】
また、抵抗Ｒ２１、Ｒ２３は温度特性を有しない抵抗であり、抵抗Ｒ２２は温度特性を有した抵抗である。このうち、抵抗２３はトリミング調整に用いられる抵抗である。
カレントミラー比を第１実施形態と同様に１：ｎ：ｍであるとすると、電流Ｉ２２、Ｉ２３の大きさはそれぞれ、Ｉ２２＝ｎＩ２１、Ｉ２３＝ｍＩ２１となる。そして、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３はそれぞれ第１実施形態における抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と同様の役割を果たすため、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３を流れる電流から導かれる関係式は上記数式５〜８と同様になる。
【００３７】
従って、抵抗Ｒ２３のトリミング調整に基づいて抵抗Ｒ２２に流れる電流Ｉｔ２の温度特性を電流Ｉ２１に対して正負いずれの極性も持たせることができるため、ブリッジ回路に流れ込む電流Ｉ２２の温度特性の極性の正負をいずれにも設定することができる。これにより、センサ感度の温度特性を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧力センサの温度特性調整用回路の模式図である。
【図２】図１に示す圧力センサにおける感度の温度特性の補正部分のカレントミラー回路の等価回路図でる。
【図３】第２実施形態における圧力センサの温度特性調整用回路の模式図である。
【図４】従来の圧力センサの温度特性調整用回路の模式図である。
【符号の説明】
ＴＲ１〜６…トランジスタ、ＯＰ１１…オペアンプ、
Ｒ１、Ｒ３…温度特性を有しない抵抗、Ｒ２…温度特性を有する抵抗、
ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ…ゲージ抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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