(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサと、
前記圧力センサの出力オフセット低減用の基準信号を生成するオフセット補正回路と、
前記オフセット補正回路からの基準信号で前記出力オフセットを低減しながら前記圧力センサの検出信号を増幅する差動増幅型の増幅器と、
前記増幅器の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記増幅器の出力信号に含まれるその増幅器の出力オフセットを前記Ａ／Ｄ変換器で低減する手段と
を備え、
前記Ａ／Ｄ変換器は、所定電圧が非反転入力端子に印加される第１演算増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続される積分用抵抗と、この積分用抵抗の他端と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用コンデンサと、前記積分用抵抗およびオートゼロ用コンデンサの接続点と前記第１演算増幅器の出力端子との間に接続される積分用コンデンサと、前記第１演算増幅器の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される第２演算増幅器と、前記積分用コンデンサから逆積分電流を取り出す電流取出部とを有し、
前記手段は、前記増幅器の両入力端子間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一方の出力端子と前記増幅器の非反転側の入力端子との間に介設される第２スイッチと、前記増幅器の出力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の入力端子との間に介設される第３スイッチと、前記第２演算増幅器の反転入力端子および出力端子間に接続される第４スイッチと、前記オフセット補正回路と前記増幅器との間に介設される第５スイッチと、前記増幅器および第５スイッチの接続点と前記第１演算増幅器の非反転入力端子との間に接続される第６スイッチと、前記増幅器への入力禁止時には、前記第１、第３、第４および第６スイッチをオンにして、前記第２および第５スイッチをオフにする一方、前記増幅器への入力許容時には、前記第２、第３および第５スイッチをオンにして、前記第１、第４および第６スイッチをオフにし、前記入力許容時から逆積分時に移行すると前記第３スイッチをオフにするスイッチング制御部とを有する
圧力センサ回路。
【請求項２】
ブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサと、
前記圧力センサの出力オフセット低減用の基準信号を生成するオフセット補正回路と、
前記オフセット補正回路からの基準信号で前記出力オフセットを低減しながら前記圧力センサの検出信号を増幅する差動増幅型の増幅器と、
前記増幅器の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記増幅器の出力信号に含まれるその増幅器の出力オフセットを前記Ａ／Ｄ変換器で低減する手段と
を備え、
前記Ａ／Ｄ変換器は、所定電圧が非反転入力端子に印加される第１演算増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続される積分用抵抗と、この積分用抵抗の他端と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用コンデンサと、前記積分用抵抗およびオートゼロ用コンデンサの接続点と前記第１演算増幅器の出力端子との間に接続される積分用コンデンサと、前記第１演算増幅器の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される第２演算増幅器と、前記積分用コンデンサから逆積分電流を取り出す電流取出部とを有し、
前記手段は、前記増幅器の両入力端子間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一方の出力端子と前記増幅器の非反転側の入力端子との間に介設される第２スイッチと、前記増幅器の出力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の入力端子との間に介設される第３スイッチと、前記第２演算増幅器の反転入力端子および出力端子間に接続される第４スイッチと、前記増幅器への入力禁止時には、前記第１、第３および第４スイッチをオンにして、前記第２スイッチをオフにする一方、前記増幅器への入力許容時には、前記第２および第３スイッチをオンにして、前記第１および第４スイッチをオフにし、前記入力許容時から逆積分時に移行すると前記第３スイッチをオフにするスイッチング制御部とを有し、
前記オフセット補正回路は、前記入力禁止時には前記第１演算増幅器の非反転入力端子に印加の所定電圧と同レベルの電圧を出力する一方、前記入力許容時には前記基準信号としての電圧を出力する
圧力センサ回路。
【請求項３】
前記圧力センサは、出力オフセット電圧のばらつきが常に正の値になるように調整されている請求項１または２記載の圧力センサ回路。
【請求項４】
前記基準信号としての電圧から前記所定電圧を引いて得た値が前記圧力センサの出力オフセットを打ち消すように、前記基準信号が設定されている請求項１記載の圧力センサ回路。
【請求項５】
前記逆積分電流は前記第１演算増幅器の反転入力端子から取り出される請求項１または２記載の圧力センサ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサまたは加速度センサなどを有し機械的な量を電気信号に変換して取り出すトランスジューサ回路に関し、特に圧力センサ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はこの種の圧力センサ回路の従来構成例を示す図で（特願平１１−１４７３６２号参照）、この圧力センサ回路は、ブリッジ回路構成の圧力センサ１、圧力センサ１の出力オフセットの温度補償を行うオフセット補正回路２、インスツルメンテーション・アンプ型の増幅器３、この増幅器３の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４、および圧力センサ１のスパンの温度補償を行うスパン補正回路５を備え、圧力センサ１の出力オフセットおよびスパンに対して好適な温度補償を行う構成になっている。
【０００３】
なお、特開昭６４−１０１４２号公報には、ブリッジの入力側に定電流を流して、入力端に生ずる入力電圧を検出して増幅し、正、負の電圧を作り、この正、負の電圧を利用または調整して信号を増幅するＭＡＩＮ増幅器の出力がＺＥＲＯとなる用に加算してＺＥＲＯ点を調整する温度補償回路が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す圧力センサ回路では、時間経過、湿度などの外部環境変化により、増幅器（増幅器内の演算増幅器、つまりいわゆるオペアンプ）のオフセット電圧が増減するので、増幅器の出力が変動し、その結果、圧力センサ回路のデジタル出力も変動する課題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、増幅器の出力オフセットを打ち消し、時間経過、湿度などの外部環境が変化しても正確な出力が得られる高精度で高信頼性の圧力センサ回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明の圧力センサ回路は、ブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサと、前記圧力センサの出力オフセット低減用の基準信号を生成するオフセット補正回路と、前記オフセット補正回路からの基準信号で前記出力オフセットを低減しながら前記圧力センサの検出信号を増幅する差動増幅型の増幅器と、前記増幅器の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記増幅器の出力信号に含まれるその増幅器の出力オフセットを前記Ａ／Ｄ変換器で低減する手段とを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は、所定電圧が非反転入力端子に印加される第１演算増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続される積分用抵抗と、この積分用抵抗の他端と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用コンデンサと、前記積分用抵抗およびオートゼロ用コンデンサの接続点と前記第１演算増幅器の出力端子との間に接続される積分用コンデンサと、前記第１演算増幅器の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される第２演算増幅器と、前記積分用コンデンサから逆積分電流を取り出す電流取出部とを有し、前記手段は、前記増幅器の両入力端子間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一方の出力端子と前記増幅器の非反転側の入力端子との間に介設される第２スイッチと、前記増幅器の出力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の入力端子との間に介設される第３スイッチと、前記第２演算増幅器の反転入力端子および出力端子間に接続される第４スイッチと、前記オフセット補正回路と前記増幅器との間に介設される第５スイッチと、前記増幅器および第５スイッチの接続点と前記第１演算増幅器の非反転入力端子との間に接続される第６スイッチと、前記増幅器への入力禁止時には、前記第１、第３、第４および第６スイッチをオンにして、前記第２および第５スイッチをオフにする一方、前記増幅器への入力許容時には、前記第２、第３および第５スイッチをオンにして、前記第１、第４および第６スイッチをオフにし、前記入力許容時から逆積分時に移行すると前記第３スイッチをオフにするスイッチング制御部とを有するのである。
【０００７】
この構成では、増幅器の出力オフセットがＡ／Ｄ変換器で低減するようになるので、増幅器の出力オフセットを打ち消し、時間経過、湿度などの外部環境が変化しても正確な出力が得られる高精度で高信頼性の圧力センサ回路を提供することができる。
【０００９】
また、請求項２記載の圧力センサ回路は、ブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサと、前記圧力センサの出力オフセット低減用の基準信号を生成するオフセット補正回路と、前記オフセット補正回路からの基準信号で前記出力オフセットを低減しながら前記圧力センサの検出信号を増幅する差動増幅型の増幅器と、前記増幅器の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記増幅器の出力信号に含まれるその増幅器の出力オフセットを前記Ａ／Ｄ変換器で低減する手段とを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は、所定電圧が非反転入力端子に印加される第１演算増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続される積分用抵抗と、この積分用抵抗の他端と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用コンデンサと、前記積分用抵抗およびオートゼロ用コンデンサの接続点と前記第１演算増幅器の出力端子との間に接続される積分用コンデンサと、前記第１演算増幅器の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される第２演算増幅器と、前記積分用コンデンサから逆積分電流を取り出す電流取出部とを有し、前記手段は、前記増幅器の両入力端子間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一方の出力端子と前記増幅器の非反転側の入力端子との間に介設される第２スイッチと、前記増幅器の出力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の入力端子との間に介設される第３スイッチと、前記第２演算増幅器の反転入力端子および出力端子間に接続される第４スイッチと、前記増幅器への入力禁止時には、前記第１、第３および第４スイッチをオンにして、前記第２スイッチをオフにする一方、前記増幅器への入力許容時には、前記第２および第３スイッチをオンにして、前記第１および第４スイッチをオフにし、前記入力許容時から逆積分時に移行すると前記第３スイッチをオフにするスイッチング制御部とを有し、前記オフセット補正回路は、前記入力禁止時には前記第１演算増幅器の非反転入力端子に印加の所定電圧と同レベルの電圧を出力する一方、前記入力許容時には前記基準信号としての電圧を出力する。この構成によれば、増幅器の出力オフセットがＡ／Ｄ変換器で低減するようになるので、増幅器の出力オフセットを打ち消し、時間経過、湿度などの外部環境が変化しても正確な出力が得られる高精度で高信頼性の圧力センサ回路を提供することができる。
【００１０】
また、請求項１または２記載の圧力センサ回路において、前記圧力センサは、出力オフセット電圧のばらつきが常に正の値になるように調整されている構成でもよい（請求項３）。この構成によれば、増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１１】
また、請求項１記載の圧力センサ回路において、前記基準信号としての電圧から前記所定電圧を引いて得た値が前記圧力センサの出力オフセットを打ち消すように、前記基準信号が設定されている構成でもよい（請求項４）。この構成によれば、増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１２】
さらに、請求項１または２記載の圧力センサ回路において、前記逆積分電流は前記第１演算増幅器の反転入力端子から取り出される構成でもよい（請求項５）。この構成によれば、高精度なＡ／Ｄ変換が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態に係る圧力センサ回路の構成図で、この図を用いて以下に第１実施形態の説明を行う。
【００１４】
まず、圧力センサ回路の基本構成について説明すると、図１に示すように、圧力センサ回路（装置）は、圧力センサ１１、オフセット補正回路１２、増幅器１３およびＡ／Ｄ変換器１４により構成されている。
【００１５】
圧力センサ１１は、出力端子Ｔｓ１，Ｔｓ２および電源端子Ｔｓ３，Ｔｓ４を有するブリッジ回路構成の抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ４により成り、物理量（圧力）に応じたレベルの検出電圧Ｖｉｎを両出力端子Ｔｓ１，Ｔｓ２間に発生するもので、ブリッジ回路の一方の電源端子Ｔｓ３にはバイアス電圧Ｖｂｉａｓまたはバイアス電流Ｉｂｉａｓが印加または供給され、他方の電源端子Ｔｓ４はグランドＧＮＤに接続されている。
【００１６】
オフセット補正回路１２は、圧力センサ１１の出力オフセット電圧（以下、センサ・オフセット）低減用の基準電圧Ｖｇを生成するもので、出力信号としての基準電圧Ｖｇのレベル調整が可能に、例えば、所定電圧（ＶＤＤ）を基準電圧Ｖｇに分圧する抵抗値可変の分圧抵抗（抵抗および可変抵抗の直列回路）、またはデジタル入力に応じたレベルの基準電圧Ｖｇを出力するＤ／Ａ変換器により構成される。
【００１７】
増幅器１３は、オフセット補正回路１２からの基準電圧Ｖｇでセンサ・オフセットを低減しながら、圧力センサ１１の検出電圧ＶｉｎをゲインＧで増幅するもので、いわゆるインスツルメンテーション・アンプ型の差動増幅回路を構成する演算増幅器１３１〜１３３および抵抗Ｒ１３１〜Ｒ１３７を備えるとともに、演算増幅器１３３および抵抗Ｒ１３４〜Ｒ１３７により成る標準型の差動増幅回路の基準電位（図では抵抗Ｒ１３５の右端の電位）に対して、オフセット補正回路１２で生成された基準電圧Ｖｇを重畳するボルテージホロワ１３４を備える構成になっている。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換器１４は、増幅器１３の出力電圧Ｖ１をデジタル値Ｎｏｕｔ  に変換するもので、所定の電圧Ｖｒが非反転入力端子に印加される演算増幅器（積分器）１４１と、増幅器１３の出力端子に一端が接続される積分用の抵抗Ｒ１４と、この抵抗Ｒ１４の他端と演算増幅器１４１の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用のコンデンサＣａｚと、抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣａｚの接続点と演算増幅器１４１の出力端子との間に接続される積分用のコンデンサＣｉｎｔ  と、演算増幅器１４１の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される演算増幅器（比較器）１４２と、コンデンサＣｉｎｔ  を放電すべく、コンデンサＣａｚ，Ｃｉｎｔ  の接続点からグランドに一定の逆積分電流Ｉｒを流す電流取出部（図では電流源）１４３とにより成るＡ／Ｄ変換部１４ａを備えるとともに、このＡ／Ｄ変換部１４ａの出力に応じたデジタル値Ｎｏｕｔ  を得る制御部１４ｂを備える構成になっている。
【００１９】
このような基本構成の圧力センサ回路には、第１実施形態の特徴として、Ａ／Ｄ変換器１４への増幅器１３の出力電圧Ｖ１に含まれる増幅器１３の出力オフセット電圧（以下、アンプ・オフセット）Ｖｏｓを低減する手段が設けられる。
【００２０】
この手段は、増幅器１３の両入力端子間に接続されるスイッチＳ１と、圧力センサ１１の出力端子Ｔｓ２と増幅器１３の非反転側の入力端子との間に介設されるスイッチＳ２と、増幅器１３の出力端子とＡ／Ｄ変換器１４の入力端子との間に介設されるスイッチＳ３と、演算増幅器１４２の反転入力・出力端子間に接続されるスイッチＳ４と、オフセット補正回路１２の出力端子とボルテージホロワ１３４の入力端子との間に介設されるスイッチＳ５と、ボルテージホロワ１３４の入力端子と演算増幅器１４１の非反転入力端子との間に接続されるスイッチＳ６と、増幅器１３への入力禁止時で、いわゆるオートゼロ状態時には、スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６をオンにして、スイッチＳ２，Ｓ５をオフにする一方、増幅器１３への入力許容時には、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５をオンにして、スイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ６をオフにし、入力許容時から逆積分時に移行するとスイッチＳ３をオフにするスイッチング制御部とにより構成される。なお、このスイッチング制御部は、例えばＡ／Ｄ変換器１４の制御部１４ｂ内に設けられる。
【００２１】
次に、第１実施形態の特徴となる上記手段の動作を説明する。例えば、入力禁止時でオートゼロ状態時には、スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６がオンになるとともに、スイッチＳ２，Ｓ５がオフになる。
【００２２】
このとき、スイッチＳ１のオンおよびスイッチＳ２のオフにより増幅器１３への入力が禁止され、スイッチＳ５のオフおよびスイッチＳ６のオンにより増幅器１３の出力電圧Ｖ１がＶｏｓ＋Ｖｒになる。また、スイッチＳ４のオンにより、演算増幅器１４２の反転入力端子および非反転入力端子の電圧Ｖ３，Ｖ４が仮想短絡により電圧Ｖｒと同レベルになり、抵抗Ｒ１４およびコンデンサＣａｚの接続点の電圧Ｖ２が増幅器１３の出力電圧Ｖ１と同レベルになり安定する。この場合、コンデンサＣａｚに蓄積される電荷Ｑａｚを次式で表すことができる。
【００２３】
0003584803.tif 000002
このバイアス状態、つまりコンデンサＣａｚがアンプ・オフセットに応じた電荷を蓄積した状態で、オートゼロ時のＡ／Ｄ変換部１４ａが安定することになる。
【００２４】
この状態で、増幅器１３への入力許容時のスイッチング制御に移行し、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５がオンになるとともに、スイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ６がオフになる。
【００２５】
このとき、スイッチＳ１のオフおよびスイッチＳ２のオンにより、増幅器１３への入力が許容され、スイッチＳ５のオンおよびスイッチＳ６のオフにより、増幅器１３の出力電圧Ｖ１がＧ×Ｖｉｎ＋Ｖｇ＋Ｖｏｓになる。また、スイッチＳ４のオフにより、電圧Ｖ３が電圧Ｖｒのレベルを保持した状態になると同時に、演算増幅器１４１，１４２の反転入力端子側におけるコンデンサＣａｚの端子が電圧Ｖｒと切り離された状態になり、コンデンサＣａｚも上述の電荷量Ｑａｚを保持した状態になる。つまり、増幅器１３への入力許容時になっても電圧Ｖ２はＶｏｓ＋Ｖｒのままとなる。従って、Ｖ１がＧ×Ｖｉｎ＋Ｖｇ＋Ｖｏｓになるので、抵抗Ｒ１４には次式で与えられる電流Ｉ１が流れることになる。
【００２６】
0003584803.tif 000003
そして、上記電流Ｉ１がコンデンサＣｉｎｔ  に流れるので、電圧Ｖ４は、Ｔ１を圧力センサ１１の信号が入力する時間とすれば、Ｖｒ−Ｃｉｎ×Ｉ１×Ｔ１で与えられる。
【００２７】
上記状態がＴ１時間継続した後、逆積分時に移行してスイッチＳ３がオフになると、電流取出部１４３が積分電流Ｉｒを流し始める逆積分状態になる。このとき、コンデンサＣｉｎが電流Ｉｒで放電するため、電圧Ｖ４は、Ｖｒ−Ｉ１×Ｔ１／Ｃｉｎ＋Ｉｒ×Ｔ２／Ｃｉｎになる。ただし、Ｔ２は逆積分状態の時間である。
【００２８】
ここで、Ｔ２を演算増幅器１４２の出力レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わる時間に設定すると、Ｖ３＝Ｖｒであるため、演算増幅器１４２の出力レベルは、演算増幅器１４２の入力がＶｒ＞Ｖ４のときにＬｏｗになり、Ｖｒ＜Ｖ４のときにＨｉｇｈになる。よって、Ｔ２は、Ｖｒ−Ｉ１×Ｔ１／Ｃｉｎ＋Ｉｒ×Ｔ２／Ｃｉｎ＝Ｖｒにより次式で与えられる。
【００２９】
Ｔ２＝Ｉ１×Ｔ１／Ｉｒ
また、Ｔ１をＮ個（一定）の基準クロック（ＣＬＫ）で発生させて、Ｔ１＝ＣＬＫ×Ｎとし、Ｔ２時間中に上記と同周期のクロックの個数をカウントすると、Ｔ２＝ＣＬＫ×Ｎｏｕｔ  により、次式が成り立つ。ただし、Ｎｏｕｔ  はカウントしたクロック数である。
【００３０】
ＣＬＫ×Ｎｏｕｔ  ＝Ｉ１×Ｔ１／Ｉｒ
Ｎｏｕｔ  ／Ｎ＝Ｉ１／Ｉｒ
このＮｏｕｔ  は、Ｎ、Ｉｒが一定によりＩ１に応じたデジタル値になる。すなわち、デジタル値Ｎｏｕｔ  は、Ｉ１で決定され、Ｉ１＝（Ｇ×Ｖｉｎ＋Ｖｇ−Ｖｒ）／Ｒ１４であるため、アンプ・オフセットＶｏｓの影響を受けなくなる。また、Ｖｇ−Ｖｒがセンサ・オフセットを打ち消すようにＶｇを設定すると、センサ・オフセットの低減が可能になる。これらの結果、湿度などの外部環境の変化によってしばしばアンプ・オフセットが変化した場合でも、Ａ／Ｄ変換器１４の出力は一定となり、高精度で高信頼性の圧力センサ回路を得ることができる。
【００３１】
図２は本発明の第２実施形態に係る圧力センサ回路の構成図で、この図を用いて以下に第２実施形態の説明を行う。
【００３２】
図２に示す圧力センサ回路は、圧力センサ１１、増幅器１３およびスイッチＳ１〜Ｓ４を第１実施形態と同様に備えているほか、スイッチＳ５，Ｓ６の廃止に伴う変更点以外は第１実施形態と同様に構成されるＡ／Ｄ変換器２４を備えているとともに、第１実施形態とは異なるオフセット補正回路２２を備えている。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換器２４は、第１実施形態と同様のＡ／Ｄ変換部１４ａ、および第１実施形態とは異なる制御部２４ｂにより構成されている。制御部２４ｂは、増幅器１３への入力禁止時で、オートゼロ状態時には、スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４をオンにして、スイッチＳ２をオフにする一方、増幅器１３への入力許容時には、スイッチＳ２，Ｓ３をオンにして、スイッチＳ１，Ｓ４をオフにするスイッチング制御部を備える以外は、第１実施形態の制御部１４ｂと同様に構成される。
【００３４】
オフセット補正回路２２は、センサ・オフセット低減用の基準電圧を生成するもので、Ｄ／Ａ変換器により構成される。そして、オートゼロ状態時において、出力電圧のレベルが演算増幅器１４１の非反転入力端子に印加の電圧Ｖｒと同レベルになるように、また増幅器１３への入力許容時において、出力電圧のレベルがセンサ・オフセット低減用の基準電圧Ｖｇと同レベルになるように、オフセット補正回路２２を設定すれば、第１実施形態と同様の回路動作により、同様の効果が得られることになる。
【００３５】
ここで、センサ・オフセットの補正原理を説明する。ただし、オートゼロ状態時のオフセット補正回路２２の出力をＶ２２とし、入力許容時のオフセット補正回路２２の出力をＶ２２＋ΔＶ２２とする。
【００３６】
入力許容時、圧力センサ１１に圧力が加わっていないとすれば、Ｖｉｎは数ｍＶ程度のセンサ・オフセットＶｏｆｆｓｅｔになる。従って、Ｖ１がＧ×Ｖｏｆｆｓｅｔ＋Ｖｏｓ＋Ｖ２２＋ΔＶ２２で、Ｖ２がＶｏｓ＋Ｖ２２であるので、電流Ｉ１は次式で与えられる。
【００３７】
0003584803.tif 000004
そして、圧力センサ１１に圧力が加わっていないので、Ｉ１＝０、つまりΔＶ２２が−Ｇ×Ｖｏｆｆｓｅｔになるように調整すれば、センサ・オフセットの補正が可能になる。
【００３８】
図３は本発明の第３実施形態に係る圧力センサ回路における圧力センサを示す図で、この図を用いて以下に第３実施形態を説明すると、本圧力センサ回路は、圧力センサ３１を備える以外は、第２実施形態と同様に構成される。
【００３９】
圧力センサ３１は、抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ４を第２実施形態と同様に備えるとともに、センサ・オフセットのばらつきを補正するために、図３に示すように、電源端子Ｔｓ３と抵抗Ｒｓ１との間に介設される抵抗Ｒ１および電源端子Ｔｓ３と抵抗Ｒｓ２との間に介設される抵抗Ｒ２のどちらか一方を備え、センサ・オフセットのばらつきが常に正となるように調整されている。
【００４０】
ここで、本圧力センサ回路が圧力センサ３１を備える以外は第２実施形態と同様に構成されるので、第２実施形態におけるセンサ・オフセットの補正原理の説明から、次式が成り立つのが分かる。
【００４１】
Ｖｉｎ＝Ｖｏｆｆｓｅｔ      ただし、ゼロ圧力時
Ｖ１＝Ｇ×Ｖｏｆｆｓｅｔ＋Ｖｏｓ＋Ｖ２２＋ΔＶ２２
この場合、Ｖ１の振幅ダイナミックレンジはＶ２２＋ΔＶ２２〜ＶＤＤの範囲となる。このとき、ΔＶ２２が−Ｇ×Ｖｏｆｆｓｅｔであるので、センサ・オフセットＶｏｆｆｓｅｔが正になるように圧力センサ３１を調整すれば、ΔＶ２２＜０となり、Ｖ１の振幅ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施形態に係る圧力センサ回路の説明を行う。ただし、第４実施形態に係る圧力センサ回路は第１実施形態と同様に構成される。
【００４３】
第４実施形態の場合、次式が成り立つ。
【００４４】
Ｖｉｎ＝Ｖｏｆｆｓｅｔ      ただし、ゼロ圧力時
Ｖ１＝Ｇ×Ｖｏｆｆｓｅｔ＋Ｖｏｓ＋Ｖｇ
この場合、増幅器１３のダイナミックレンジはＶｇ〜ＶＤＤとなり、センサ・オフセットを補正するように、Ｖｇ＝−Ｇ×Ｖｏｆｆｓｅｔになるように設定すれば、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００４５】
図４は本発明の第５実施形態に係る圧力センサ回路における圧力センサを示す図で、この図を用いて以下に第５実施形態の説明を行う。
【００４６】
図４に示す圧力センサ回路は、圧力センサ１１、オフセット補正回路１２、増幅器１３およびスイッチＳ１〜Ｓ６を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態とは相違するＡ／Ｄ変換器４４を備えている。
【００４７】
このＡ／Ｄ変換器４４は、第１実施形態と同様の制御部１４ｂ、および第１実施形態とは異なるＡ／Ｄ変換部４４ａにより構成されている。Ａ／Ｄ変換部４４ａは、電流取出部１４３に代えて、演算増幅器１４１の反転入力端子から逆積分電流を取り出す電流取出部（図では電流源）４４３を備える以外は第１実施形態のＡ／Ｄ変換部１４ａと同様に構成されている。
【００４８】
上記構成の場合、逆積分電流を取り出す演算増幅器１４１の反転入力端子の電位がＡ／Ｄ変換部４４ａの基準電圧Ｖｒで安定なため、正確に逆積分電流を取り出すことが可能になり、高精度なＡ／Ｄ変換を行うことが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、ブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサと、前記圧力センサの出力オフセット低減用の基準信号を生成するオフセット補正回路と、前記オフセット補正回路からの基準信号で前記出力オフセットを低減しながら前記圧力センサの検出信号を増幅する差動増幅型の増幅器と、前記増幅器の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記増幅器の出力信号に含まれるその増幅器の出力オフセットを前記Ａ／Ｄ変換器で低減する手段とを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は、所定電圧が非反転入力端子に印加される第１演算増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続される積分用抵抗と、この積分用抵抗の他端と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用コンデンサと、前記積分用抵抗およびオートゼロ用コンデンサの接続点と前記第１演算増幅器の出力端子との間に接続される積分用コンデンサと、前記第１演算増幅器の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される第２演算増幅器と、前記積分用コンデンサから逆積分電流を取り出す電流取出部とを有し、前記手段は、前記増幅器の両入力端子間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一方の出力端子と前記増幅器の非反転側の入力端子との間に介設される第２スイッチと、前記増幅器の出力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の入力端子との間に介設される第３スイッチと、前記第２演算増幅器の反転入力端子および出力端子間に接続される第４スイッチと、前記オフセット補正回路と前記増幅器との間に介設される第５スイッチと、前記増幅器および第５スイッチの接続点と前記第１演算増幅器の非反転入力端子との間に接続される第６スイッチと、前記増幅器への入力禁止時には、前記第１、第３、第４および第６スイッチをオンにして、前記第２および第５スイッチをオフにする一方、前記増幅器への入力許容時には、前記第２、第３および第５スイッチをオンにして、前記第１、第４および第６スイッチをオフにし、前記入力許容時から逆積分時に移行すると前記第３スイッチをオフにするスイッチング制御部とを有するので、増幅器の出力オフセットを打ち消し、時間経過、湿度などの外部環境が変化しても正確な出力が得られる高精度で高信頼性の圧力センサ回路を提供することができる。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、ブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサと、前記圧力センサの出力オフセット低減用の基準信号を生成するオフセット補正回路と、前記オフセット補正回路からの基準信号で前記出力オフセットを低減しながら前記圧力センサの検出信号を増幅する差動増幅型の増幅器と、前記増幅器の出力信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記増幅器の出力信号に含まれるその増幅器の出力オフセットを前記Ａ／Ｄ変換器で低減する手段とを備えるので、前記Ａ／Ｄ変換器は、所定電圧が非反転入力端子に印加される第１演算増幅器と、前記増幅器の出力端子に一端が接続される積分用抵抗と、この積分用抵抗の他端と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間に接続されるオートゼロ用コンデンサと、前記積分用抵抗およびオートゼロ用コンデンサの接続点と前記第１演算増幅器の出力端子との間に接続される積分用コンデンサと、前記第１演算増幅器の出力端子および反転入力端子にそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子が接続される第２演算増幅器と、前記積分用コンデンサから逆積分電流を取り出す電流取出部とを有し、前記手段は、前記増幅器の両入力端子間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一方の出力端子と前記増幅器の非反転側の入力端子との間に介設される第２スイッチと、前記増幅器の出力端子と前記Ａ／Ｄ変換器の入力端子との間に介設される第３スイッチと、前記第２演算増幅器の反転入力端子および出力端子間に接続される第４スイッチと、前記増幅器への入力禁止時には、前記第１、第３および第４スイッチをオンにして、前記第２スイッチをオフにする一方、前記増幅器への入力許容時には、前記第２および第３スイッチをオンにして、前記第１および第４スイッチをオフにし、前記入力許容時から逆積分時に移行すると前記第３スイッチをオフにするスイッチング制御部とを有し、前記オフセット補正回路は、前記入力禁止時には前記第１演算増幅器の非反転入力端子に印加の所定電圧と同レベルの電圧を出力する一方、前記入力許容時には前記基準信号としての電圧を出力するので、増幅器の出力オフセットを打ち消し、時間経過、湿度などの外部環境が変化しても正確な出力が得られる高精度で高信頼性の圧力センサ回路を提供することができる。
【００５２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の圧力センサ回路において、前記圧力センサは、出力オフセット電圧のばらつきが常に正の値になるように調整されているので、増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の圧力センサ回路において、前記基準信号としての電圧から前記所定電圧を引いて得た値が前記圧力センサの出力オフセットを打ち消すように、前記基準信号が設定されているので、増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または２記載の圧力センサ回路において、前記逆積分電流は前記第１演算増幅器の反転入力端子から取り出されるので、高精度なＡ／Ｄ変換が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサ回路の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る圧力センサ回路の構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る圧力センサ回路における圧力センサを示す図である。
【図４】本発明の第５実施形態に係る圧力センサ回路における圧力センサを示す図である。
【図５】圧力センサ回路の従来構成例を示す図である。
【符号の説明】
１１，３１  圧力センサ
１２，２２  オフセット補正回路
１３  増幅器
１４，２４，４４  Ａ／Ｄ変換器
１４ａ，４４ａ  Ａ／Ｄ変換部
１４ｂ，２４ｂ  制御部
１４１  演算増幅器（積分器）
１４２  演算増幅器（比較器）
１４３，４４３  電流取出部
Ｒ１４  積分用の抵抗
Ｃａｚ  オートゼロ用のコンデンサ
Ｃｉｎｔ    積分用のコンデンサ
Ｓ１〜Ｓ６  スイッチ
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
【図１】
0003584803.tif 000005
【図２】
0003584803.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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