(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理情報を検出するセンサと、該センサを駆動するセンサ駆動回路と、前記センサからのセンサ信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力信号をデジタル情報に変換するA/D変換回路と、該A/D変換回路から出力されるデジタル情報からセンサ情報データを作成するセンサ情報データ処理回路と、該センサ情報データ処理回路からのセンサ情報データに基づいて物理量を表示する表示装置とを有するセンサ機能付携帯機器において、
低電圧電源である電池と、該電池の低電圧を高電圧に昇圧する昇圧電源回路とを備え、
前記センサ駆動回路を前記電池による低電圧によって直接駆動し、前記増幅回路と前記A/D変換回路とを前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧によって駆動することを特徴とするセンサ機能付携帯機器。
【請求項２】
前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧を安定化する定電圧電源回路をさらに有し、前記増幅回路と前記A/D変換回路とを前記定電圧電源回路により安定化された高電圧によって駆動することを特徴とする請求の範囲１に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項３】
前記定電圧電源回路は基本基準電圧を発生する基本基準電圧発生部と定電圧発生部とから成り、前記基本基準電圧発生部は前記電池による低電圧を電源とする請求の範囲２に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項４】
前記定電圧発生部は動作基準電圧を発生する動作基準電圧発生部と安定電源電圧を発生する安定電源電圧発生部とから成り、前記動作基準電圧発生部は前記電池による低電圧を電源とし、前記安定電源電圧発生部は前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧を電源とする請求の範囲３に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項５】
前記動作基準電圧発生部の発生する動作基準電圧は前記電池による低電圧よりも低い電圧であり、前記安定電源電圧発生部の発生する安定電源電圧は前記電池による低電圧よりも高い電圧である請求の範囲４に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項６】
前記動作基準電圧はセンサ基準電圧と計測基準電圧とから成り、前記動作基準電圧発生部は前記センサ基準電圧を発生するセンサ基準電圧発生部と前記計測基準電圧を発生する計測基準電圧発生部とから成る請求の範囲５に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項７】
前記計測基準電圧は前記センサ基準電圧よりも高い電圧である請求の範囲６に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項８】
前記センサ駆動回路は前記電池による低電圧と前記センサ基準電圧とにより駆動され、前記増幅回路と前記A/D変換回路は前記安定電源電圧と前記計測基準電圧とにより駆動される請求の範囲７に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項９】
前記電池は1.5V系の電池である請求の範囲１に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項１０】
前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧は前記電池による低電圧の整数倍の電圧である請求の範囲９に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項１１】
前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧は前記電池による低電圧の２倍の電圧である請求の範囲10に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項１２】
前記電池は1.5V系の電池であり、前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧は前記電池による低電圧の２倍の電圧であり、前記安定電源電圧は2.5〜2.7Vの範囲である請求の範囲２に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項１３】
前記センサ機能付携帯機器がセンサ機能付電子時計である請求の範囲１に記載のセンサ機能付携帯機器。
【請求項１４】
前記電池がセンサ機能付電子時計における時計部の電源として兼用されている請求の範囲13に記載のセンサ機能付携帯機器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、水深や高度などの物理情報を検出し表示したり警告したりするセンサ機能を有するセンサ機能付携帯機器に関する。
背景技術
マリンスポーツや登山などにはダイブコンピュータ、高度計、水深計などの単一機能のセンサ機能付携帯機器が用いられるが、最近、本来の時刻表示機能やアラーム、クロノ等の一般に利用されている機能に加えて、気圧や水圧などの圧力や気温などの絶えず変化する物理情報をセンサを用いて測定し、信号処理回路を介して表示するセンサ機能を付加したセンサ機能付電子時計が商品化されており、この種の電子時計が用いられる傾向がある。
ところで、これらのセンサ機能付携帯機器においては、センサで検出した物理情報をデジタル表示等するためには、アナログ値として得られる物理情報をデジタル値に変換する必要があり、このA/D変換のためにはたとえば3Vの高電圧電源手段が必要で、従来は3Vのコイン型リチウム電池を用いたり、1.5Vのボタン型銀電池を２個ないし３個用いたりしていた。
しかし、コイル型リチウム電池や２個ないし３個のボタン型銀電池は時計エレメントとしては大型でありコストも高くなるため、電子回路エレメントの収納スペースが限られしかも低コストが要求される電子時計等の携帯機器においては、たとえば1.5Vのボタン型銀電池１個で動作可能にすることが望まれている。
ここで、図面を参照しながら従来技術について説明する。
第２図は、センサ機能付携帯機器に用いられる従来のセンサ信号処理装置の一例のブロック図である。
第２図において、101は気圧Ｐに比例した気圧信号S1を出力する気圧センサ、102は気圧センサ101に定電流を流して駆動するセンサ駆動回路、103は図示しないオペアンプを用いて気圧信号S1を増幅し信号S1′として出力する増幅回路、104は増幅回路103から出力される信号S1′をA/D変換しデータDcとして出力するA/D変換回路、105はデータDcを処理してセンサ情報データDjとして出力するセンサ情報データ処理回路、106はセンサ情報データ処理回路105から出力されるセンサ情報データDjに基づいて気圧値をデジタル表示する表示装置、107は−2.6Vの電源電圧Vregを発生する定電圧電源回路、109は−3.0Vの電源電圧Vssを発生するコイン型リチウム電池である。
第７図はセンサ駆動回路102の内部構成を示す図である。
センサ駆動回路102は、抵抗値Rsの抵抗器102aと、−3.0Vの電源電圧Vssを電源とするオペアンプ102bとから成る。オペアンプ102bの−入力端子は、気圧センサ101を帰還抵抗としてイマジナリショートにより＋入力端子と同じ電位Vsとなる。従って、抵抗器102aには（１）式で表される定電流Isが流れ、これにより気圧センサ101は定電流Isにより駆動されることになる。
Is＝Vs/Rs                             ……（１）
第９図は定電圧電源回路107の内部構成を示す図である。
定電圧電源回路107は、抵抗器R0および定電流回路173で構成される基本基準電圧発生部107aと、定電圧発生部171とから成る。定電流回路173は抵抗器R0に定電流Irを流し電圧降下によりリファレンス電圧Vrを発生し、定電圧発生部171に供給する。定電圧発生部171はリファレンス電圧Vrを電圧／電流増幅し、−2.6Vの電源電圧Vregを増幅回路103およびA/D変換回路104に供給する。
上記回路構成を有する従来のセンサ信号処理装置は次のように動作する。
コイン型リチウム電池109の電圧Vssを電源とし、気圧センサ101はセンサ駆動回路102により定電流駆動されると、気圧センサ101に加えられている気圧Ｐに比例した気圧信号S1を出力する。さらに、第10図に示すように気圧信号S1は増幅回路103により電源電圧Vregの半分の電圧Vreg/2を基準として増幅され、信号S1′となる。さらにこの増幅された信号S1′は電圧Vreg/2を基準として信号S1′と電圧Vreg/2との差をA/D変換回路104によりデジタル変換され、デジタルデータDcとなる。デジタルデータDcはセンサ情報処理回路105によりセンサ情報信号Djに変換され、表示装置106はこのセンサ情報信号Djに基づいて気圧値（たとえば1013hPa）を表示する。増幅回路103により増幅された信号S1′は第10図に示す電圧Vreg/2から電圧Vregの範囲で変動してVregとVreg/2の電位差がダイナミックレンジとなり、同一気圧範囲においてはダイナミックレンジが大きいほどA/D変換回路104の分解能を増すことができ、気圧値の表示分解能を細かく取ることができる。さらに、単位表示気圧あたりのビット数が増えるためA/D変換の再現性によるビット誤差による気圧値表示のばらつきを少なくすることができる。
以上述べたように、表示分解能やA/D変換時のビット誤差を考慮すると増幅回路103からの増幅された信号S1′のダイナミックレンジを大きく取る必要がある。このため電源電圧Vregは−2.6V程度を必要とし、このようなVregを発生するためには定電圧電源回路107は最低でも−3.0V以下の電源電圧Vssが必要であり、電池109としては3V以上の電圧を発生するものが必要であった。
しかしながら、3V以上の電源電圧を確保するためには、直径の大きなコイン型リチウム電池を用いるが、1.5Vのボタン型銀電池を複数個用いなければならず、電子回路エレメントの収納スペースが限られている電子時計等の携帯機器においては、モジュールサイズが大型化してしまい、デザインやコストの面で不利であった。
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、小型でコストの小さな1.5Vボタン型銀電池１個のみの使用でA/D変換の分解能と再現性を確保し得るセンサ機能付携帯機器を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明はこの目的を達成するために、物理情報を検出するセンサと、該センサを駆動するセンサ駆動回路と、前記センサからのセンサ信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力信号をデジタル情報に変換するA/D変換回路と、該A/D変換回路から出力されるデジタル情報からセンサ情報データを作成するセンサ情報データ処理回路と、該センサ情報データ処理回路からのセンサ情報データに基づいて物理量を表示する表示装置とを有するセンサ機能付携帯機器において、低電圧電源である電池と、該電池の低電圧を高電圧に昇圧する昇圧電源回路とを備え、前記センサ駆動回路を前記電池による低電圧によって直接駆動し、前記増幅回路と前記A/D変換回路とを前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧によって駆動するようにセンサ機能付携帯機器を構成した。
また、本発明は、前記昇圧電源回路により昇圧された高電圧を安定化する定電圧電源回路をさらに有し、前記増幅回路と前記A/D変換回路とを前記定電圧電源回路により安定化された高電圧によって駆動するようにセンサ機能付携帯機器を構成した。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるセンサ機能付携帯機器の一実施例に用いられるセンサ信号処理装置のブロック図、第２図はセンサ機能付携帯機器に用いられる従来のセンサ信号処理装置の一例のブロック図、第３図は第１図に示したセンサ信号処理装置をセンサ機能付電子時計に適用した場合のブロック図、第４図は第１図および第３図に示した定電圧電源回路の内部構成を示すブロック図、第５図は第４図に示した定電圧電源回路の回路構成図、第６図は第１図および第３図に示したセンサ駆動回路の内部構成を示す図、第７図は第２図に示したセンサ駆動回路の内部構成を示す図、第８図は第１図および第３図に示した定電圧電源回路の内部構成を示す図、第９図は定電圧電源回路の内部構成を示す図、第10図は計測計の各電位関係を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下図面に基づいて本発明の実施例を詳述する。
第１図は、本発明によるセンサ機能付携帯機器の一実施例に用いられるセンサ信号処理装置のブロック図を示しており、ここに例示したセンサ機能付携帯機器は大気圧を表示するように設計されたものである。
第１図において、１は気圧Ｐに比例した気圧信号S1を出力する気圧センサ、２は気圧センサ１に定電流を流して駆動するセンサ駆動回路、３は図示しないオペアンプを用いて気圧信号S1を増幅し信号S1′として出力する増幅回路、４は増幅回路３から出力される信号S1′をA/D変換しデータDcとして出力するA/D変換回路、５は変換されたデータDcを処理してセンサ情報データDjに変換し、このデータDjを出力するセンサ情報データ処理回路、６はセンサ情報データ処理回路５から出力されるセンサ情報処理データDjに基づいて気圧値をデジタル表示する表示装置、７は−0.5Vのセンサ基準電圧Vs、−1.3Vの計測基準電圧Vcおよび−2.6Vの安定電源電圧Vmを発生する定電圧電源回路、８は−1.5Vの電池電圧Vss1を２倍に昇圧し、−3.0Vの昇圧電圧Vss2を発生する昇圧電源回路、９は−1.5Vの電源電圧Vss1を発生するボタン型銀電池である。
一方、第３図は、第１図に示したセンサ信号処理装置をセンサ機能付電子時計に適用した場合のブロック図である。図中、第１図と同じ構成要件には同じ参照番号を付し説明を省略する。
10はセンサ機能付電子時計全体の動作を制御するマイクロコンピュータ、11はA/D変換回路からのデータDcを受けるとともに、マイクロコンピュータ10からの指示に基づきセンサ駆動回路２、増幅回路３、A/D変換回路４および定電圧電源回路７を制御する制御信号Ｃを出力する制御回路である。制御回路11はデータバスを介してデータDcをマイクロコンピュータ10に出力し、マイクロコンピュータ10はデータDcを処理してセンサ情報データに変換してデータバス上に出力する。12はマイクロコンピュータ10により制御され、時計部13を駆動する時計部駆動回路、13は時刻表示等を行う時計部、14はマイクロコンピュータ10から出力されたデータバス上のセンサ情報データを表示するように制御する表示制御回路、15は表示制御回路14により制御され、気圧値をデジタル表示する表示部である。この構成では制御回路11とマイクロコンピュータ10と表示制御回路14とが第１図に示したセンサ情報データ処理回路５に相当する。また前記ボタン型銀電池９は前記時計部13の各制御部の電源として兼用されている。
第４図は、第１図および第３図に示した定電圧電源回路７の内部構成を示すブロック図である。
定電圧電源回路７は、基本基準電圧発生部7aと定電圧発生部71とから成り、さらに、定電圧発生部71は動作基準電圧発生部72と安定電源電圧Vmを発生する安定電源電圧発生部7dとから成り、さらに、動作基準電圧発生部72はセンサ基準電圧Vsを発生するセンサ基準電圧発生部7bと計測基準電圧Vcを発生する計測基準電圧発生部7cとから成る。また、動作基準電圧発生部72が発生する電圧、すなわちセンサ基準電圧Vsと計測基準電圧Vcの両者を動作基準電圧と呼ぶ。
第５図は第４図に示した定電圧電源回路７の回路構成図である。
基本基準電圧発生部7aは抵抗器R0と定電流回路73とから成り、センサ基準電圧発生部7bはオペアンプ74から成り、計測基準電圧発生部7cは抵抗器R1およびR2とオペアンプ75とから成り、安定電源電圧発生部7dは抵抗器R3およびR4とオペアンプ76とから成る。
オペアンプ74、75および76の＋入力端子には基本基準電圧発生部7aからの基本基準電圧Vrが印加され、オペアンプ74および75は電池電圧Vss1を電源とし、オペアンプ76は昇圧電圧Vss2を電源とする。
また、抵抗器R1と抵抗器R2の抵抗値の比率は、オペアンプ75から出力される計測基準電圧Vcが−1.3Vとなるように定められ、抵抗器R3と抵抗器R4の抵抗値の比率は、オペアンプ76から出力される安定電源電圧Vmが−2.6Vとなるように定められる。
第６図は第１図および第３図に示したセンサ駆動回路２の内部構成を示す図である。
センサ駆動回路２は、抵抗値Rsの抵抗器2aと、−1.5Vの電源電圧Vss1を電源とするオペアンプ2bとから成る。オペアンプ2bの−入力端子は、気圧センサ１を帰還抵抗としてイマジナリショートにより、＋入力端子に印加されるセンサ基準電圧Vsと同じ電位となる。従って、抵抗器2aには定電流Isが流れ、これにより気圧センサ１は定電流Isにより駆動されることになる。
第８図は第１図および第３図に示した定電圧電源回路７の内部構成を示す図である。
第４図および第５図で説明したように、定電圧駆動回路７は、抵抗器R0および定電流回路73で構成される基本基準電圧発生部7aと、定電圧発生部71とから成る。定電流回路73は抵抗器R0に定電流Irを流し電圧降下により基本基準電圧Vrを発生し、定電圧発生部71に供給する。定電圧発生部71は基本基準電圧Vrを電圧／電流増幅し、−0.5Vのセンサ基準電圧Vsをセンサ駆動回路２に、−1.3Vの計測基準電圧Vcを増幅回路３およびA/D変換回路４に、負荷変動等でボタン型銀電池９の電圧が変動した場合でも計測系の安定化を図るために−2.6Vの安定電源電圧Vmを増幅回路３およびA/D変換回路４にそれぞれ供給する。
次に、上記回路構成を有する本発明によるセンサ機能付携帯機器の動作について説明する。
本発明にかかる定電圧電源回路７は第４図に示すように、基本基準電圧発生部7aを−1.5Vの電池電圧Vss1で動作させ、定電圧発生部71の安定電源電圧発生部7dを−3.0Vの昇圧電圧Vss2にて動作させている。この理由は、昇圧電源回路８ではトランジスタ等によるスイッチングを行うチャージポンプを用いて昇圧電圧Vss2を発生するが、この昇圧電圧Vss2を基本基準電圧発生部7aを動作させると、Vss2中のスイッチングノイズの影響を受けて出力電圧が変化するおそれがあるからである。
また、基本基準電圧発生部7aの電源をVss1にすることによる他のメリットとしては前記基本基準電圧発生部7aに含まれる定電流回路73により抵抗器R0に定電流Irを流して基本基準電圧Vrを発生するが、このとき定電流回路73で消費される電力Prは（２）式で表される。ここで電池電圧Vss1は昇圧電圧Vss2の半分であるので、消費電力Prは−3.0Vの昇圧電圧Vss2で動作させた場合の半分となり、電池の寿命を延ばすことができるという効果もある。
Pr＝Ir×Vss1                          ……（２）
すなわち定電圧発生部71の安定電源電圧発生部7dは、その出力電圧が−2.6Vと電池電圧Vss1よりも高い電圧を出力する必要があるため昇圧電圧Vss2を電源として安定電源電圧Vmを発生し、Vss1より低い電圧を出力する定電圧発生部71のセンサ基準電圧発生部7bと計測基準電圧発生部7cは、前記基本基準電圧発生部7aと同じ理由により電池電圧Vss1を電源としてセンサ基準電圧Vsと計測基準電圧Vcをそれぞれ発生する。
センサ駆動回路２は第６図に示すように、定電圧電源回路７からのセンサ基準電圧Vsを基準とし、電池電圧Vss1を電源として気圧センサ１を駆動する。従ってセンサ駆動回路２で消費される電力Psは（３）式で表される。ここで電池電圧Vss1は昇圧電圧Vss2の半分であるので、消費電力Psは−3.0Vの昇圧電圧Vss2で動作させた場合の半分となり、電池の寿命を延ばすことができるという効果もある。なお、気圧センサ１の出力はセンサ駆動回路２からの定電流Isにより決まるため電源電圧をVss2からVss1に変更しても定電流値Isを同じに設定すれば気圧信号S1の電圧レベルは変わらない。
Ps＝Is×Vss1                          ……（３）
第１図に示すように、気圧信号S1は従来と同様に増幅回路３により増幅されて信号S1′となり、さらにこの増幅された信号S1′はA/D変換回路４によりデジタルデータDcに変換される。データDcは電源電圧Vss1を電源とするセンサ情報データ処理回路５によりセンサ情報データDjに変換され、表示装置６はこのセンサ情報データDjに基づいて気圧値を表示する。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、昇圧電源回路を設け、この昇圧電圧と電池電圧とを適切に組合せて各回路に供給することにより従来の機能を損なうことなく、−1.5Vのボタン型銀電池１個を使用してセンサ信号処理が可能となり、センサ機能付携帯機器の軽量コンパクト化によりデザインの自由度が広がるとともにコストの低減に大きな効果を奏する。
さらに、センサ駆動回路を−1.5Vで動作させることにより消費電力を低減することができ、また基本基準電圧発生部を−1.5Vで動作させることにより消費電力を低減することができるとともに昇圧電圧のスイッチングノイズの影響を避けることができるという効果もある。
産業上の利用可能性
本発明は、ダイブコンピュータ、高度計、水深計、センサ機能付電子時計等に利用することができる。また、センサ機能としては気圧や水圧などの圧力や気温などの絶えず変化する物理情報を検出するあらゆるセンサに対応することができる。
【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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