(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの端子と、出力端子と、基準端子と、前記２つの端子間の電位差を増幅して前記出力回路から出力する増幅回路を有するオフセットキャンセル回路において、
第1の状態の時前記2つの端子間を短絡し、第2の状態のときに前記2つの端子間に電位差を与えるスイッチ回路と、
前記第1の状態のときに前記基準端子に基準電位を与え、前記第2の状態のときに前記基準端子に所望の電位を与える電位調整回路とを有することを特徴とするオフセットキャンセル回路。
【請求項２】
前記増幅回路は、
前記2つの端子のうちの一方が接続される正入力端子と、出力端子と、該出力端子と第1の抵抗を介して接続される負入力端子とを有する第1のオペアンプと、
前記2つの端子のうちの他方が接続される正入力端子と、出力端子と、該出力端子と第２の抵抗を介して接続される負入力端子とを有する第２のオペアンプと、
前記第1および第2のオペアンプの負入力端子間を接続する第3の抵抗と、
前記第1のオペアンプの出力端子と第4の抵抗を介して接続される負入力端子と、前記第2のオペアンプの出力端子と第5の抵抗を介して接続される正入力端子と、その負入力端子と第6の抵抗を介して出力される出力端子とを有する第3のオペアンプと、
該第3のオペアンプの正入力端子と前記基準端子とを接続する第7の抵抗とを有する請求項1記載のオフセットキャンセル回路。
【請求項３】
前記電位調整回路は、
前記所望の電位を発生する電位発生回路と、
前記基準端子に接続された出力端子および負入力端子と、正入力端子とを有する第4のオペアンプと、
前記第1の状態のとき接地電位を前記第4のオペアンプの正入力端子に与え、前記第2の状態のときは前記所望の電位を前記第4のオペアンプの正入力端子に与えるスイッチ回路とを有する請求項1または２記載のオフセットキャンセル回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はアンプ回路のオフセット電圧をキャンセルするオフセットキャンセル回路とそれを用いたオフセットキャンセルシステムに関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
オフセットキャンセル回路は、プリアンプ部とレベルシフト部とから構成される。プリアンプ部は圧力センサ等の微小な電位差を出力する回路に接続され、微小な電位差を受け取り、これを増幅して出力する回路である。レベルシフト部は、所望のレベルに設定可能な基準電位と増幅した電位差とに応じた電位をＡＤ変換器に出力する回路である。これによりレベルシフト部は、ＡＤ変換器に出力する出力電位をＡＤ変換器の入力規格範囲内に設定している。
【０００３】
次に、オフセットキャンセル回路およびそれを用いたシステムの動作が説明される。
【０００４】
圧力センサから出力される電位差がＸ１となり、プリアンプ部の入力端に電位差Ｘ１が与えられる。このときレベルシフト部の出力端に与えられる出力電位Ｙ１はＹ１＝ａＸ１＋ｂＡ＋ｃ（ａ，ｂは係数、Ａは基準電位）の関係を満たす。ｃは、プリアンプ部およびレベルシフト部が複数のオペアンプから構成されており、このオペアンプにはオフセット電圧があることにより生じた項である。このＹ１をＡＤ変換器が受け取り、ＡＤ変換器がアナログ値Ｙ１をデジタル値Ｙ３に変換し、演算器に出力する。またプリアンプ部の入力端に電位差”０”が与えられる。このときレベルシフト部の出力端に与えられる出力電位Ｙ２はＹ２＝ａ・０＋ｂＡ＋ｃ＝ｂＡ＋ｃの関係を満たす。このＹ２をＡＤ変換器が受け取り、アナログ値Ｙ２をデジタル値Ｙ４に変換し、演算器に出力する。演算器はＹ３−Ｙ４の演算を実際には行うが、説明の簡略のため詳細な説明中ではＹ３ーＹ４＝Ｙ１ーＹ２の演算を行うと仮定して（Ｙ３ーＹ４はＹ１ーＹ２に対応しているため）説明をおこなう。演算器はＹ１ーＹ２の演算をおこない、Ｙ１ーＹ２＝ａＸ１の電位差を得る。これによりオペアンプのオフセット電圧に無関係の電位差が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧力センサ等の微小電位差をプリアンプ部に与える回路にもオフセット電圧がある。よってある圧力レベルではその出力電位差が理想的には”ｄ”となるべきところがオフセット出力と呼ばれる出力誤差”ｅ”が生じ、Ｘ１＝ｄ＋ｅとなってしまう。よってＹ１ーＹ２＝ａ（ｄ＋ｅ）＝ａ・ｄ＋ａ・ｅとなり、圧力センサのオフセット出力に基づく項ａ・ｅがレベルシフト部の出力ノードに生じてしまう。ここで、オフセット電圧は製品毎に様々であるので、ｅも製品毎に異なり、これを調整する必要があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のオフセットキャンセル回路は、２つの端子と、出力端子と、２つの中間端子とを有し、第１の状態の時、２つの端子間の電位差に応答した電位差を２つの中間端子間に与え、２つの中間端子間に与えられた電位差と第１の電位とに応答した電位を出力端子に与える。またオフセットキャンセル回路は第２の状態の時、２つの端子間の電位差に応答した電位差を２つの中間端子に与え、中間端子に与えられた電位差と第２の電位とに応答した電位を出力端子に与える。
【０００７】
【作用】
本発明は、第１の状態の時、２つの中間端子間に与えられた電位差と第１の電位とに応答した電位を出力端子に与え、第２の状態の時、２つの中間端子間に与えられた電位差と第２の電位とに応答した電位を出力端子に与える。
【０００８】
図１は本発明の第１の実施例のオフセットキャンセル回路を含んだオフセットキャンセルシステムの回路構成図である。
【０００９】
以下、第１の実施例が図１を参照して説明される。
【００１０】
Ｎ１〜Ｎ１６はノード名、Ａ１〜Ａ４はオペアンプ、Ｓ１〜Ｓ４はアナログスイッチ、Ｒ１〜Ｒ８は抵抗、Ｒ９は可変抵抗である。圧力センサの一方の出力端は入力端子ＩＮ１に接続され、圧力センサの他方の出力端は入力端子ＩＮ２に接続される。ノードＮ１は入力端子ＩＮ１とオペアンプＡ１の正入力とアナログスイッチＳ１の一方のアナログ入出力とに接続される。ノードＮ２は各アナログスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のコントロール入力に接続される。ノードＮ３はアナログスイッチＳ２の一方のアナログ入出力とオペアンプＡ２の正入力に接続される。ノードＮ４はオペアンプＡ１の負入力と抵抗Ｒ１の一端と抵抗Ｒ２の一端に接続される。ノードＮ５はオペアンプＡ２の負入力と抵抗Ｒ３の一端と抵抗Ｒ２の他端に接続される。ノードＮ６は入力端子ＩＮ２とアナログスイッチＳ２のもう一方のアナログ入出力に接続される。ノードＮ７はオペアンプＡ１の出力と抵抗Ｒ１の他端と抵抗Ｒ４の一端に接続される。ノードＮ８はオペアンプＡ２の出力と抵抗Ｒ３の他端と抵抗Ｒ６の一端に接続される。ノードＮ９は抵抗Ｒ４の他端と抵抗Ｒ５の一端とオペアンプＡ４の負入力に接続される。ノードＮ１０は抵抗Ｒ６の他端と抵抗Ｒ７の一端とオペアンプＡ４の正入力に接続される。ノードＮ１１はオペアンプＡ４の出力と抵抗Ｒ５の他端とＡＤコンバータの入力に接続される。ノードＮ１２は抵抗Ｒ７の他端とオペアンプＡ３の出力とオペアンプＡ３の負入力に接続される。Ｎ１３はＡ３の正入力とアナログスイッチＳ３の一方のアナログ入出力とアナログスイッチＳ４の一方のアナログ入出力とに接続される。ノードＮ１６はアナログスイッチＳ３の他方のアナログ入出力と抵抗Ｒ８の一端と抵抗Ｒ９の一端に接続されている。ノードＮ１４は抵抗Ｒ９の他端と電源電位ＶＤＤに接続される。ノードＮ１５は抵抗Ｒ８の他端と接地電位ＧＮＤとアナログスイッチＳ４の他方のアナログ入出力に接続される。
【００１１】
ノードＮ１、ノードＮ６〜ノードＮ７、ノードＮ８によって囲まれた部分が増幅部、Ｎ７、Ｎ８〜Ｎ１１、Ｎ１４、Ｎ１５によって囲まれた部分がレベルシフト部である。
【００１２】
抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４の抵抗値比率は１：１：１：１とする。
【００１３】
抵抗Ｒ９はノードＮ１６の電位レベルを調整すると共に、アナログスイッチＳ３がオンした時、ノードＮ１６の電位レベルを調整する可変抵抗である。
【００１４】
次に、本発明のオフセットキャンセル回路およびオフセットキャンセルシステムの動作が説明される。
【００１５】
本発明のオフセットキャンセル回路は、入力電位差測定モードとオフセット測定モードの２つの状態の時がある。
【００１６】
まず、入力電位差測定モードの回路動作が説明される。
【００１７】
＜入力電位差測定モード＞
入力電位差測定モードでは、ノードＮ２がＬレベルに設定されることにより、スイッチＳ１，Ｓ４がＯＦＦ、スイッチＳ２，Ｓ３がＯＮとなる。圧力センサにある圧力が加えられ、電位差ΔＶが出力される。ノードＮ１ーノードＮ３間には圧力センサの微小な出力電位差ΔＶが入力される。ノードＮ１の電位をＶＮ１、ノードＮ３の電位をＶＮ３とすると、ΔＶは、
ΔＶ＝ＶＮ３  −  ＶＮ１  （式１）
となる。
【００１８】
プリアンプ部はΔＶを（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２倍に増幅する。レベルシフト部はプリアンプ部で増幅された電位差（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２・ΔＶとノードＮ１３の電位ＶＮ１３とに基づいて、ノードＮ１１に以下の関係を満たす電位ＶＮ１１を与える。
【００１９】
ＶＮ１１  ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２・ΔＶ  ＋  ＶＮ１３（式２）
ところが実際、各オペアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の正／負入力端子間にはそれぞれオフセット電圧ＶＯＦＦ１、ＶＯＦＦ２、ＶＯＦＦ３、ＶＯＦＦ４があるため、（式２）は、
ＶＮ１１＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ｘ  （ΔＶ＋ＶＯＦＦ１−ＶＯＦＦ２）＋  ＶＮ１３  ＋  ＶＯＦＦ３  ＋  ２・ＶＯＦＦ４  （式３）
となる。
【００２０】
ここで、ＶＮ１３は、所望の値に設定することができるので、ＶＮ１３を予め調整することで、オペアンプのオフセット電圧によりノードＮ１１に生じる誤差Ｖｏｐ（式２からのずれ）をキャンセルすることが可能である。
【００２１】
つまり
Ｖｏｐ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ・（ＶＯＦＦ１−ＶＯＦＦ２）＋ＶＯＦＦ３  ＋２・ＶＯＦＦ４
なので、
ーＶＮ１３＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ・（ＶＯＦＦ１−ＶＯＦＦ２）＋ＶＯＦＦ３  ＋２・ＶＯＦＦ４
とすれば、オペアンプのオフセット電圧によって生じる誤差Ｖｏｐがキャンセルされる。
【００２２】
しかし、オフセット電圧は温度や電源電位等によって変化する。よって温度環境や電源電位が異なる状態で使用した場合、つまりオフセット電圧が変化した場合、同じ圧力を加えた場合でも出力電位ＶＮ１１が異なってしまう。
【００２３】
また圧力センサにもオフセット電圧がある。よって圧力センサの出力電位差にも誤差があり、実際の出力ΔＶは理想的な値からずれる。つまり圧力センサに加えられる圧力がある値の時、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２に与えられる理想的な電位差をｄとし、圧力センサのオフセット電圧により生じた出力誤差電位差をｅとすると、
Δｖ＝ｄ＋ｅ
となる。
【００２４】
圧力センサのオフセット電圧によってノードＮ１１に生じる出力電位誤差Ｖｐは
Ｖｐ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ・ｅ
よってＶＮ１１は理想値に対して大きくずれている。
【００２５】
上記オペアンプのオフセット電圧及び圧力センサのオフセット電圧によって生じるノードＮ１１に与えられる出力電位の誤差（理想値からのずれ）をキャンセルするため、オフセットキャンセル回路にはオフセット測定モードがある。
【００２６】
以下。オフセット測定モード時のオフセットキャンセル回路およびシステムの動作が説明される。
【００２７】
＜オフセット測定モード＞
オフセット測定モードでは、ノードＮ２がＨレベルになることによって、アナログスイッチＳ１がＯＮ、アナログスイッチＳ２がＯＦＦ、アナログスイッチＳ３がＯＦＦ、アナログスイッチＳ４がＯＮする。これによりノードＮ１とノードＮ３には等しい電位が入力される。すなわち（式１）にてΔＶ＝０となる。ノードＮ１３には接地電位ＧＮＤが与えられる。このときＮ１１に与えられる出力電位ＶＮ１１’は
ＶＮ１１’＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ・（ＶＯＦＦ１−ＶＯＦＦ２）  ＋ＶＯＦＦ３  ＋  ２・ＶＯＦＦ４  （式４）
となる。
【００２８】
ＡＤ変換器はＶＮ１１を入力し、ＶＮ１１をＡＤ変換し、これに基づく値を演算器に出力する。またＡＤ変換器はＶＮ１１’を入力し、このＶＮ１１’をＡＤ変換し、これに基づく値を演算器に出力する。演算器はＡＤ変換器から出力される２つの値の差を演算する。ここで説明の簡略の為に、ＡＤ変換する前の入力と、ＡＤ変換した後の出力を等しいものと考えて以下の説明を行なう。
【００２９】
入力電位差測定モードの時にノードＮ１１に与えられた電位ＶＮ１１（式３）と（式４）の差をとると、
ＶＮ１１−  ＶＮ１１’＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２・ΔＶ＋ＶＮ１３  （式５）
となる。これによりオペアンプのオフセット電圧に依る誤差がキャンセルされる。
【００３０】
ここで、
Δｖ＝ｄ＋ｅ
を式５に代入すると、
ＶＮ１１−  ＶＮ１１’＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２・（ｄ＋ｅ）＋ＶＮ１３
圧力センサのオフセット電圧によってノードＮ１１に生じる出力電位誤差Ｖｐは
Ｖｐ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ・ｅ
ここで圧力センサのオフセット電圧は温度や電源電位の影響によって変化するものの、圧力センサのオフセット電圧に起因する出力電位差誤差ｅ、つまり出力電位誤差Ｖｐの温度や電源電位に対する影響は予め既知である。よって温度や電源電位の条件が変わった時でも、これによる出力電位ＶＮ１１の変動分は演算器によって計算でき、この変動分を打ち消すことができる。
【００３１】
よってＶＮ１３を製品毎に所望の値に設定することにより、製品毎に異なるＶＮ１１ーＶＮ１１’を一定にすることができる。つまり製品毎に異なる圧力センサのオフセット電圧による影響をキャンセルできる。
【００３２】
以上のように、第１の実施例では、ノードＮ１３の電位を入力電位差測定モードとオフセット電圧測定モードとで切り換えている。よって入力電位差測定モードの測定値（式３）とオフセット電圧測定モードの測定値（式４）との差である（式５）にＶＮ１３の項が現れるので、ＶＮ１３を製品毎に所望の値に調整シフトすることで、ＶＮ１１ーＶＮ１１’を一定の値にすることができる。これにより、製品毎に異なるオペアンプのオフセット電圧による影響と圧力センサのオフセット電圧による影響を取り除くことが可能となる。
【００３３】
図２は本発明の第２の実施例のオフセットキャンセルシステムの回路図である。
【００３４】
図１と同一部分または相当部分には同一符号が付与され説明が省略される。
【００３５】
アナログスイッチＳ３が取り払われ、ノードＮ１３はＡ３の正入力と抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９の一端に接続される。ノードＮ１４は抵抗Ｒ９の他端と電源電位ＶＤＤに接続されている。ノードＮ１５は抵抗Ｒ８の他端とアナログスイッチＳ４の一方のアナログ入出力と接地電位ＧＮＤに接続される。ノードＮ１２にはアナログスイッチＳ４のもう一方のアナログ入出力とオペアンプＡ３の出力とオペアンプＡ３の負入力と抵抗Ｒ７の一方の端子に接続されている。アナログスイッチＳ４のコントロール入力はノードＮ２に接続されている。オペアンプＡ３の出力イネーブル入力ＯＥはＮ２に接続される。
【００３６】
第２の実施例の動作が説明される。
【００３７】
＜入力電位差測定モード＞
入力電位差測定モードの動作は第１の実施例と同じである。したがって、ノードＮ１１に与えられる出力電位差は（式３）となる。
【００３８】
＜オフセット測定モード＞
オフセット測定モードでは、ノードＮ２がＨレベルとなり、ノードＳ４がＯＮし、アナログスイッチＡ３の出力がディスエーブルされる。ノードＮ１２にはノードＮ１５の電位ＶＮ１５が入力される。したがって（式４）は
ＶＮ１１’＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／  Ｒ２  ・（ＶＯＦＦ１−ＶＯＦＦ２）＋  ＶＮ１５  ＋  ＶＯＦＦ４  ｘ  ２（式６）
となる。
【００３９】
（式３）と（式６）の差をとると、
ＶＮ１１−  ＶＮ１１’＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２・ΔＶ  ＋  ＶＯＦＦ３  ＋    ＶＮ１６  −  ＶＮ１５  （式７）
となり、Ａ３のオフセット電圧よる誤差項が残る。
【００４０】
以上のように、第２の実施例によると、アナログスイッチＡ３のオフセット電圧による誤差項がのこるが、オフセット測定モードではアナログスイッチＡ３がディスエーブルされているので、アナログスイッチＡ３の消費電流をゼロにできるという利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
本発明では、第１の状態の時に出力端子に与えられた電位と、第２の状態の時に出力端子に与えられた電位との差を取った場合、この差を所定の値に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のオフセットキャンセルシステムの構成図
【図２】本発明の第２の実施例のオフセットキャンセルシステムの構成図
【符号の説明】
Ａ１〜Ａ４      オペアンプ
Ｓ１〜Ｓ４      アナログスイッチ
Ｒ１〜Ｒ９      抵抗
【図１】
0003609152.tif 000002
【図２】
0003609152.tif 000003