(57)【要約】【課題】ローパスフィルタを接続する増幅回路であって、増幅特性の補正時及び電源投入時における時間を短縮する増幅回路及びその制御方法を提供する。【解決手段】通常動作モードＭＤＮ及び特殊動作モードＭＤＴのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路１０は、増幅部２０と、増幅部２０に接続するローパスフィルタ３０と、遮断周波数ｆｃを設定するローパスフィルタ設定部４０とを備えている。遮断周波数は、通常動作モードＭＤＮの場合には、出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数ｆｃｎに設定され、そうでない場合には、通常遮断周波数ｆｃｎよりも高域側に設定される。【選択図】図１
2006279768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常の増幅動作を行う通常動作モード及び特殊動作モードのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路であって、
入力信号を増幅し、出力信号を発生する増幅部と、
前記増幅部に接続し、遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断してノイズによる前記出力信号の誤差を抑制するローパスフィルタと、
前記遮断周波数を設定するローパスフィルタ設定部と、
を備え、
前記遮断周波数は、
前記通常動作モードの場合には、前記出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数に設定され、
前記特殊動作モードの場合には、前記通常遮断周波数よりも高域側に設定される
増幅回路。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅回路であって、
動作モードは、所定の基準信号または基準状態のセンサから出力されるセンサ基準信号を入力して得られる電圧値を実出力電圧値とするとき、所定の目標電圧値に対する前記実出力電圧値の誤差の電圧値判定を含む前記特殊動作モードであり、
前記目標電圧値に対する許容誤差を目標電圧許容誤差とするとき、
前記基準信号または前記センサ基準信号が入力されてから、前記遮断周波数に応じて設定される待機時間後に、前記出力電圧値が前記目標電圧値に対し、前記目標電圧許容誤差の範囲内であるか否かを判断する電圧値判定部を含み、
前記遮断周波数は、前記目標電圧許容誤差に基づき決定される
増幅回路。
【請求項３】
請求項２に記載の増幅回路であって、
前記基準信号を発生する基準信号生成部と、
前記基準信号を切り替える入力選択部と、
を含む
増幅回路。
【請求項４】
請求項２に記載の増幅回路であって、
前記特殊動作モードは、前記電圧値判定に基づき、前記増幅部の故障を判定する故障検出モードであり、
前記目標電圧値を前記基準信号または前記センサ基準信号に基づき一意に決定される電圧値とするとき、前記目標電圧値及び前記出力電圧値が前記目標電圧許容誤差の範囲で一致するか否かを判定し、一致しない場合に、故障を通知する故障判定部を含む
増幅回路。
【請求項５】
請求項２に記載の増幅回路であって、
前記特殊動作モードは、検出した増幅特性に基づき補正する増幅特性補正モードであり、
前記増幅部は、前記増幅特性を可変に補正可能であり、
前記目標電圧値を前記基準信号または前記センサ基準信号に基づき一意に決定される電圧値とするとき、前記目標電圧値及び前記出力電圧値が前記目標電圧許容誤差の範囲で一致するまで、所定の変化幅で前記増幅特性を変化させて補正を行う制御部を含む
増幅回路。
【請求項６】
請求項２に記載の増幅回路であって、
時系列的に継続して発生する事象を計数し、事象計数値を出力保持する事象計数部と、
前記増幅特性の計測において、
不揮発性の記憶装置からなる特性値格納部であり、
計測結果に応じた値を増幅特性値とし、
前記増幅特性値を取得する際の事象計数値を補正時事象計数値とするとき、
前記増幅特性値及び前記補正時事象計数値を格納する特性値格納部と、
を含み、
前記増幅特性の計測前に、前記特性値格納部に格納されてなる前記補正時事象計数値、及び、前記事象計数部から出力される事象計数値の差分値が所定値を超えるか否かを判定し、
前記差分値が前記所定値を超える場合には、前記増幅特性値の取得を行い、取得した増幅特性値及び取得時の事象計数値を前記特性値格納部に格納し、
前記差分値が前記所定値を超えない場合には、前記特性値格納部に格納されてなる前記増幅特性値に応じて、前記増幅回路を補正する
増幅回路。
【請求項７】
請求項１に記載の増幅回路であって、
前記動作モードは、前記特殊モードのうち電源投入時に前記ローパスフィルタをプリチャージするローパスフィルタ初期化モードであり、
前記ローパスフィルタは、少なくとも一つの抵抗素子を含み、
前記ローパスフィルタ設定部は、前記プリチャージ動作において、少なくとも一つの前記抵抗素子についてバイパスする
増幅回路。
【請求項８】
通常の増幅動作を行う通常動作モード及び特殊動作モードのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路の制御方法であって、
入力信号を増幅し、出力信号を発生するステップと、
前記増幅部に接続し、ローパスフィルタを用いて遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断してノイズによる前記出力信号の誤差を抑制するステップと、
前記遮断周波数を設定するステップと、
を備え、
前記遮断周波数は、
前記通常動作モードの場合には、前記出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数に設定され、
前記特殊動作モードの場合には、前記通常遮断周波数よりも高域側に設定される
増幅回路の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の増幅回路の制御方法であって、
動作モードは、所定の基準信号または基準状態のセンサから出力されるセンサ基準信号を入力して得られる電圧値を実出力電圧値とするとき、所定の目標電圧値に対する前記実出力電圧値の誤差の電圧値判定を含む前記特殊動作モードであり、
前記目標電圧値に対する許容誤差を目標電圧許容誤差とするとき、
前記基準信号または前記センサ基準信号が入力されてから、前記遮断周波数に応じて設定される待機時間後に、前記出力電圧値が前記目標電圧値に対し、前記目標電圧許容誤差の範囲内であるか否かを判断するステップを含み、
前記遮断周波数は、前記目標電圧許容誤差に基づき決定される
増幅回路の制御方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の増幅回路の制御方法であって、
前記動作モードは、前記特殊モードのうち電源投入時に前記ローパスフィルタをプリチャージするローパスフィルタ初期化モードであり、
前記ローパスフィルタは、少なくとも一つの抵抗素子を含み、
前記遮断周波数を設定するステップは、前記プリチャージ動作において、少なくとも一つの前記抵抗素子についてバイパスする
増幅回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小信号を入力とし、ローパスフィルタを接続する増幅回路及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小信号を増幅する増幅回路の一例として、物理量の変化に応じて検知信号を出力するセンサに接続する増幅回路が挙げられる。センサとしては、圧力センサや加速度センサ・角速度（ジャイロ）センサなどが挙げられる。
増幅回路に入力される信号には、センサから出力される検知信号と共に１／ｆノイズなどのノイズも含まれている。このノイズの影響により、増幅回路の出力では、本来の検知信号の増幅出力に対する誤差が生じることになる。そこで、このようなノイズを抑制するため、増幅回路にローパスフィルタを接続することが一般的である。ただし、ローパスフィルタを接続すると、増幅回路における入出力の応答性が悪くなる。
一方、増幅回路では、温度や電源電圧の変化、また経時変化により生じた増幅特性を補正する場合がある。
特許文献１の増幅回路は、オペアンプのオフセット電圧を変化させるオフセット電圧可変手段と、オペアンプの出力電圧を所定の参照電圧と比較する比較手段と、オフセット電圧制御値を出力し、比較手段の結果に基づきオペアンプの出力電圧と参照電圧とが一致する制御値を記憶する制御手段とを備えている。特許文献１の図１１に示されるように、この増幅回路は、オフセット電圧可変手段であるＤＡＣの数値を変化させながら、増幅動作を繰り返し、オフセット電圧の制御値を検知し、補正している。
【特許文献１】特開平１１−８８０７１号公報（図１、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ローパスフィルタを接続した増幅回路を対象にこの技術を利用した場合では、応答性の悪い増幅動作を繰り返すため、補正に要する時間が大きくなり、特に問題となる。
また、ローパスフィルタを接続した増幅回路では、電源投入時におけるローパスフィルタのプリチャージ時間が大きくなるといった他の問題も生じる。
【０００４】
本発明は前記背景技術の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、ローパスフィルタを接続する増幅回路であって、増幅特性の補正時及び電源投入時における時間を短縮する増幅回路及びその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するための発明にかかる解決手段は、通常の増幅動作を行う通常動作モード及び特殊動作モードのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路であって、入力信号を増幅し、出力信号を発生する増幅部と、前記増幅部に接続し、遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断してノイズによる前記出力信号の誤差を抑制するローパスフィルタと、前記遮断周波数を設定するローパスフィルタ設定部と、を備え、前記遮断周波数は、前記通常動作モードの場合には、前記出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数に設定され、前記特殊動作モードの場合には、前記通常遮断周波数よりも高域側に設定される増幅回路である。
【０００６】
また、本発明にかかる他の解決手段は、通常の増幅動作を行う通常動作モード及び特殊動作モードのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路の制御方法であって、入力信号を増幅し、出力信号を発生するステップと、前記増幅部に接続し、ローパスフィルタを用いて遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断してノイズによる前記出力信号の誤差を抑制するステップと、前記遮断周波数を設定するステップと、を備え、前記遮断周波数は、前記通常動作モードの場合には、前記出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数に設定され、前記特殊動作モードの場合には、前記通常遮断周波数よりも高域側に設定される増幅回路の制御方法である。
【０００７】
本発明の増幅回路では、ローパスフィルタは、増幅部に接続し、遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断し、ノイズによる出力信号の誤差を抑制している。また、ローパスフィルタは、遮断周波数が低いほどノイズによる出力信号の誤差を抑制する効果が大きくなる反面、入出力における応答性が悪くなるという性質を有する。本発明ではこの点に着目し、出力許容誤差が大きい特殊動作モードで動作する場合には、遮断周波数を通常遮断周波数よりも高域側に設定している。従って、この場合には、ローパスフィルタの応答性が向上するため、迅速に特殊動作モードにおける処理を実行することができる。
【０００８】
ローパスフィルタは、抵抗素子及び容量素子で構成された公知のパッシブフィルタであってもよいし、オペアンプを利用した公知のアクティブフィルタであってもよい。
【０００９】
特殊動作モードとしては、通常動作以外の動作をするモードであればよく、例えば、具体的には、増幅部の増幅特性を検出し、補正する増幅特性補正モードや、電源投入時に前記ローパスフィルタをプリチャージするローパスフィルタ初期化モードが挙げられる。
【００１０】
増幅特性補正モードでは、増幅特性を検出する際に、許容される出力の誤差が、通常動作モードにおける出力許容誤差よりも小さくて済む場合があり、このような場合には、遮断周波数が通常遮断周波数よりも高域側に設定して、ローパスフィルタの応答性を上げて迅速に処理することができる。
【００１１】
また、ローパスフィルタ初期化モードでは、ローパスフィルタを構成する容量素子のプリチャージを行うことができればよく、出力信号は参照されない。このため、出力許容誤差に係わらず、遮断周波数を通常遮断周波数よりも高域側に設定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を適用することにより、ローパスフィルタを接続する増幅回路について、増幅特性の補正及び電源投入時のローパスフィルタのプリチャージにかかる時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施にかかる増幅回路及び増幅回路の制御方法について具体化した実施形態を図１〜図１１を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明にかかる増幅回路１についての原理説明図である。増幅回路１は、所定の増幅動作を行う通常動作モードＭＤＮ及び特殊動作モードＭＤＴのうちいずれかの動作モードＭＤで動作する。
この増幅回路１は、入力信号ＶＩを増幅する増幅部２と、増幅部２に接続し、遮断周波数ｆｃよりも高域側の周波数帯域を遮断するローパスフィルタ３と、動作モードＭＤに応じて、ローパスフィルタ３の遮断周波数ｆｃを切り替えるローパスフィルタ設定部４とを備えている。
【００１５】
入力信号ＶＩが、増幅部２に入力されると、増幅された増幅信号ＶＺがローパスフィルタ３に出力される。さらに、ローパスフィルタ３は、増幅信号ＶＺに対して、遮断周波数ｆｃよりも高域側の周波数帯域を遮断して、増幅信号ＶＺに含まれ、出力信号ＶＯの誤差要因となるノイズを除去する。
なお、出力信号ＶＯの誤差要因となるノイズは、１／ｆノイズが大きな割合を占めることが判っている。この１／ｆノイズは、低域周波数側ほど、出力レベルが大きくなる性質を有している。つまり、ローパスフィルタ３において、遮断周波数ｆｃを低く設定するほど、１／ｆノイズを除去する効果が大きくなるが、これとは逆に、入出力の応答性は悪くなる。
【００１６】
この遮断周波数ｆｃは、ローパスフィルタ設定部４において、動作モードＭＤに応じて設定される。通常の増幅動作を行う通常動作モードＭＤＮの場合には、遮断周波数ｆｃは、出力信号ＶＯの誤差ＥＯが許容される出力許容誤差ＥＡを超えない通常遮断周波数ｆｃｎに設定されている。
【００１７】
一方、特殊動作モードＭＤＴの場合には、遮断周波数ｆｃが通常動作モードＭＤＮの場合よりも高域側に設定される。ローパスフィルタ３は、遮断周波数ｆｃが高いほど、入出力にかかる応答時間が短くなる。従って、この場合では、通常動作モードＭＤＮの場合よりも、ローパスフィルタ３の入出力応答時間を短くすることができ、ひいては、増幅回路１の入出力の応答時間を短くすることができる。
【００１８】
（第一実施形態）
次いで、図２に、図１の原理図に基づく増幅回路１０を示す。
増幅回路１０は、一対の差動入力信号Ｖ１，Ｖ２を差動増幅する増幅部２０と、増幅部２０に接続し、遮断周波数ｆｃよりも高域側の周波数帯域を遮断するローパスフィルタ３０と、ローパスフィルタ３０の遮断周波数ｆｃを設定するローパスフィルタ設定部４０とを備えている。
【００１９】
ローパスフィルタ３０は、直列に接続された２つの抵抗素子ＲＬ１，ＲＬ２及び容量素子ＣＬを含んでいる。抵抗素子ＲＬ１の一端に入力された増幅信号ＶＺは、抵抗素子ＲＬ１，ＲＬ２を介して出力信号ＶＯに出力される。また、容量素子ＣＬの一端は抵抗素子ＲＬ２の出力信号ＶＯ側に接続され、他端はグランドに接続されている。このため、ローパスフィルタ３０は、抵抗素子ＲＬ１，ＲＬ２を介して容量素子ＣＬへの充放電を行うことで、ローパスフィルタとして機能する。また、このローパスフィルタ３０の遮断周波数ｆｃは、抵抗素子ＲＬ１，ＲＬ２及び容量素子ＣＬからなる時定数により決定される。
【００２０】
ローパスフィルタ設定部４０は、ローパスフィルタ３０の抵抗素子ＲＬ１，ＲＬ２のそれぞれの両端に接続された２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２から構成される。これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれ、制御部８０からの制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。例えば、制御信号ＣＲＬ１をハイレベルにすると、スイッチＳＷ１はＯＮとなり、逆にローレベルにすると、スイッチＳＷ１はＯＦＦとなる。この制御は、制御信号ＣＲＬ２及びスイッチＳＷ２についても同様に行われる。これらの制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２の設定により、ローパスフィルタ３０の遮断周波数ｆｃを変化させることができる。例えば、制御信号ＣＲＬ１をハイレベル（スイッチＳＷ１＝ＯＮ）にし、制御信号ＣＲＬ２をローレベル（スイッチＳＷ２＝ＯＦＦ）にすると、ローパスフィルタ３０における時定数の抵抗値は、抵抗素子ＲＬ２の抵抗値のみ、すなわち抵抗値が小さくなるため、これに応じてローパスフィルタ３０の遮断周波数ｆｃが高域側に変化することになる。
なお、ローパスフィルタ３０の遮断周波数ｆｃは、制御信号ＣＲＬ１＝ローレベル、ＣＲＬ２＝ローレベルのとき、通常遮断周波数ｆｃｎに、制御信号ＣＲＬ１＝ハイレベル、ＣＲＬ２＝ローレベルのとき、第一遮断周波数ｆｃ１に、制御信号ＣＲＬ１＝ローレベル、ＣＲＬ２＝ハイレベルのとき、第二遮断周波数ｆｃ２にそれぞれ設定される。なお、制御信号ＣＲＬ１＝ハイレベル、ＣＲＬ２＝ハイレベルに設定すると、抵抗素子を短絡した状態となり、応答時間が最短の状態となる。
【００２１】
次いで、増幅部２０の具体例を図３に示す。
例は、センサをホイートストンブリッジで構成し、ブリッジの差電圧をセンサ出力として増幅する差動増幅回路である。
増幅部２０は、３つの公知のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３と、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２のゲイン補正を行うための抵抗調整部２１，２２と、オペアンプＯＰ３のオフセット補正を行うための微小電圧生成部２３と、抵抗素子Ｒ２，Ｒ３とを含んでいる。
このうち、微小電圧生成部２３は、後述する基準信号生成部６０（図６参照）と同様の回路を用いて構成される。
【００２２】
オペアンプＯＰ１，ＯＰ２は、それぞれ同じ抵抗値で変化する抵抗調整部２１，２２及び抵抗素子Ｒ２を負帰還抵抗と共に、負帰還差動増幅回路を構成している。差動入力信号Ｖ１，Ｖ２が入力されると、増幅信号ＶＺには、以下の式で示される電圧が出力される。
ゲインＧ＝（ＲＸ／Ｒ２＊２）＋１、出力信号ＶＯ＝ＶＯＦ＋（Ｖ１−Ｖ２）＊Ｇ
従って、抵抗調整部２１，２２における抵抗値ＲＸを調整することにより、ゲインＧの設定を行うことができ、微小電圧生成部２３におけるオフセット電圧ＶＯＦを補正することにより、増幅信号ＶＺのオフセットの適切な設定を行うことができる。
【００２３】
また、抵抗調整部２１，２２は、ゲイン補正値ＣＺ１により抵抗値を可変に設定できる回路であり、具体的には、図４に示す回路を用いて構成される。
この回路は、直列に接続されたｎ段の抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸｎと、このうち抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸｎの両端を短絡するスイッチＳＷＸ１〜ＳＷＸｎとを備えている。また、スイッチＳＷＸ１〜ＳＷＸｎは、ゲイン補正値ＣＺ１によりＯＮ／ＯＦＦ制御されている。スイッチがＯＮ制御されると、対応する抵抗素子の両端の抵抗値は０になる。端子ＲＡ，ＲＢ間の（合成）抵抗値ＲＸは、抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸｎの両端の抵抗値を加えた値であるから、ゲイン補正値ＣＺ１のＯＮ／ＯＦＦ制御の組み合わせに応じて変化することになる。すなわち、ゲイン補正値ＣＺ１により端子ＲＡ，ＲＢ間の抵抗値ＲＸを可変に設定することができる。
【００２４】
あるいは、抵抗調整部２１，２２は、図５に示す回路を用いることもできる。この回路は、抵抗素子ＲＸ１〜ＲＸｎ及びスイッチＳＷＸ１〜ＳＷＸｎがそれぞれ１つずつ直列に接続された組が、並列に接続されて構成されている。また、スイッチＳＷＸ１〜ＳＷＸｎは、ゲイン補正値ＣＺ１によりＯＮ／ＯＦＦ制御されている。スイッチがＯＦＦ制御されると、対応する抵抗素子及びスイッチの組の両端の抵抗値は無限大になる。端子ＲＡ，ＲＢ間の（合成）抵抗値ＲＸは、抵抗素子及びスイッチの各組の並列の抵抗値であるから、ゲイン補正値ＣＺ１のＯＮ／ＯＦＦ制御の組み合わせに応じて変化することになる。すなわち、図４の回路と同様、ゲイン補正値ＣＺ１により端子ＲＡ，ＲＢ間の抵抗値ＲＸを可変に設定することができる。
【００２５】
また、図２に戻り、増幅回路１０は、出力信号ＶＯが上限電圧値ＶＣ１及び下限電圧値ＶＣ２により設定される目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷにあるか否かを判定するウィンドウコンパレータ５１と、上限電圧値ＶＣ１及び下限電圧値ＶＣ２を発生する目標電圧生成部５２とを備えている。
【００２６】
ウィンドウコンパレータ５１の具体的な回路を図7に示す。このウィンドウコンパレータ５１は、２つのオペアンプ５１Ａ，５１Ｂと、ＮＯＲゲート５１Ｃと、ＡＮＤゲート５１Ｄとを備えている。オペアンプ５１Ａは、出力信号ＶＯ及び上限電圧値ＶＣ１を比較し、出力信号ＶＯ＜上限電圧値ＶＣ１の場合に、ローレベルを出力する。また、オペアンプ５１Ｂは、出力信号ＶＯ及び下限電圧値ＶＣ２を比較し、出力信号ＶＯ＞下限電圧値ＶＣ２の場合に、ローレベルを出力する。また、オペアンプ５１Ａ，５１Ｂの出力を入力とするＮＯＲゲート５１Ｃは、入力が共にローレベルの場合に、ハイレベルを出力し、ＮＯＲゲート５１Ｃの出力及び比較指令信号ＣＯＭＰＴを入力とするＡＮＤゲート５１Ｄは、入力が共にハイレベルの場合に、ハイレベルを出力する。従って、上限電圧値ＶＣ１＞出力信号ＶＯ＞下限電圧値ＶＣ２であり、比較指令信号ＣＯＭＰＴがハイレベルの場合には、比較結果比較信号ＣＯＭＰＯはハイレベルとなる。
【００２７】
次いで、図６に目標電圧生成部５２の具体的な回路を示す。電源電圧Ｖｄ及びグランドＧＮＤの間に、ｎ−１段からなる抵抗素子ＲＹ１〜ＲＹｎ−１が直列接続されており、各接続ノードからは中間タップＴＹ１〜ＴＹｎが取り出されている。さらに、各中間タップには、一対のスイッチの一端が接続され、それぞれのスイッチの他端にはバッファＢＵＦＡ，ＢＵＦＢが接続されている。例えば、中間タップＴＹ１には、スイッチＳＷＹ１Ａ，ＳＷＹ１Ｂの一端が接続されている。さらに、スイッチＳＷＹ１Ａの他端には、バッファＢＵＦＡが、スイッチＳＷＹ１Ｂの他端には、バッファＢＵＦＢが接続されている。
【００２８】
さらに、スイッチＳＷＹ１Ａ〜ＳＷＹｎＡは、スイッチＳＷＹ１Ａ〜ＳＷＹｎＡのうち１つのスイッチのみがＯＮ制御され、残りはＯＦＦ制御される。このように制御されているため、ＯＮ制御されたスイッチに接続された中間タップの電位が、バッファＢＵＦＡを介して基準電位ＶＡとして出力される。例えば、スイッチＳＷＹ３ＡがＯＮ制御されると、中間タップＴＹ３の電位が基準電位ＶＡとして出力されることになる。
一方、スイッチＳＷＹ１Ｂ〜ＳＷＹｎＢについても同様に制御されているので、同様に、ＯＮ制御されたスイッチに接続された中間タップの基準電位ＶＢとして出力される。
【００２９】
図２に戻って、増幅回路１０は、一対の差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２を発生する基準信号生成部６０と、公知の２入力セレクタからなる入力選択部７０とを備えている。基準信号生成部６０は、目標電圧生成部５２（図７参照）と同様の回路で構成されている。また、入力選択部７０は、動作モードＭＤに応じて生成されるセレクト信号ＣＩにより、一対の差動入力信号ＶＩ１，ＶＩ２及び一対の差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２のうち一組を選択して出力する。
【００３０】
また、増幅回路１０は、さらに、制御部８０を備えている。この制御部８０は、プログラムに基づき、演算処理、比較処理及びシーケンス処理を行う公知のシーケンサ８１と、第一待機時間ＴＷ１でタイマ動作する第一タイマ８２と、第二待機時間ＴＷ２でタイマ動作する第二タイマ８３と、計時部８６及び不揮発性メモリ８７を含む補正値格納部８５とを備えている。
【００３１】
また、シーケンサ８１は、その処理に応じて、ゲイン補正値ＣＺ１、オフセット補正信号ＣＺ２、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２、基準信号制御信号ＣＥ１、セレクト信号ＣＩ、目標電圧制御信号ＣＥ２及び比較指令信号ＣＯＭＰＴを出力する。
【００３２】
次いで、第一実施形態にかかる増幅回路１０の動作について説明する。
増幅回路１０は、所定の増幅動作を行う通常動作モードＭＤＮ、増幅部２０の増幅特性の補正を行う増幅特性補正モードＭＤＨ、増幅回路１０の故障を簡易に検出する故障検出モードＭＤＦ及び電源投入時にローパスフィルタ３０における容量素子ＣＬにプリチャージを行うローパスフィルタ初期化モードＭＤＬで動作する。以下に、それぞれの動作モードにおける各部の状態について説明する。
【００３３】
増幅回路１０が、通常動作モードＭＤＮで動作する場合には、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２には、差動入力信号ＶＩ１，ＶＩ２が選択されて入力される。また、ローパスフィルタ設定部４０では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は共にＯＦＦ制御される。従って、ローパスフィルタ３０には、時定数ＲＬ１＋ＲＬ２及びＣＬで決定する通常遮断周波数ｆｃｎが設定される。前述したように、通常遮断周波数ｆｃｎが設定されたローパスフィルタ３０の出力信号ＶＯの誤差ＥＯは、出力許容誤差ＥＡに抑制されている。
【００３４】
一方、増幅回路１０が、増幅特性補正モードＭＤＨで動作する場合には、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２には、差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２が入力される。また、ローパスフィルタ設定部４０では、制御部８０により、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうちどちらか一方がＯＦＦになるよう制御される。従って、ローパスフィルタ３０には、時定数ＲＬ１及びＣＬ、または、ＲＬ２及びＣＬで決定する遮断周波数ｆｃ１、または、ｆｃ２が設定される。通常動作モードＭＤＮの場合よりも、抵抗値が小さくなるため、この遮断周波数ｆｃ２，ｆｃ３は、通常遮断周波数ｆｃｎよりも高域側となる。また、ローパスフィルタ３０における入出力の応答時間が短くなる。また、差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２に対して増幅特性との関係で目標電圧ＶＭが導出され、これに応じた目標電圧制御信号ＣＥ２がシーケンサ８１から出力される。目標電圧生成部５２では、目標電圧制御信号ＣＥ２に応じた上限電圧値ＶＣ１及び下限電圧値ＶＣ２がウィンドウコンパレータ５１に出力される。
なお、請求項５に対して本実施形態では、差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２が基準信号に相当し、シーケンサ８１、ウィンドウコンパレータ５１及び目標電圧生成部５２が制御部に相当する。
【００３５】
次いで、増幅特性補正モードＭＤＨのうち増幅部２０のオフセット電圧ＶＯＦを補正する具体例について説明する。
増幅部２０に温度や電源電圧の変化、また経時変化による特性変動などが生じると、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２をする際に一意に決定される目標電圧ＶＭと、実際に出力される出力信号ＶＯの電圧との間に差電圧ＶＯＦＦが生じることになる。そこで、差電圧ＶＯＦＦをオフセット電圧ＶＯＦに設定することにより、これらの間の差電圧ＶＯＦＦを解消することができる。
【００３６】
オフセット電圧ＶＯＦを補正する手順としては、目標電圧ＶＭ及び出力信号ＶＯを比較しながら、オフセット電圧ＶＯＦを徐々に変化させていく。そして、最終的に目標電圧ＶＭ及び出力信号ＶＯが一致したときのオフセット電圧ＶＯＦを設定すればよい。このオフセット電圧ＶＯＦが変化する幅を当所は大きくし、目標電圧ＶＭ及び出力信号ＶＯが近づくにつれ、小さくすると早く目標電圧ＶＭ及び出力信号ＶＯの一致を検出することができ好ましい。本動作例では、このような方法により、オフセット電圧ＶＯＦを補正する場合について説明する。
【００３７】
図８は、上述の方法によりオフセット電圧ＶＯＦを補正する動作を示す波形図である。
図８には、動作のステップとして周期Ｔ０〜Ｔ７が示されている。増幅回路１０は、周期Ｔ０及び周期Ｔ７では、通常動作モードＭＤＮで動作し、周期Ｔ１〜Ｔ６では、増幅特性補正モードＭＤＨで動作する。
【００３８】
まず、周期Ｔ０から周期Ｔ１に移行する際、制御信号ＣＲＬ１をハイレベルに，制御信号ＣＲＬ２をローレベルに、上限電圧値ＶＣ１及び下限電圧値ＶＣ２で示される目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷを第一電圧幅ＶＷ１に、オフセット電圧ＶＯＦを出力してから比較指令信号ＣＯＭＰＴを出力するまでの待機時間を第一待機時間ＴＷ１に、それぞれ設定する。
【００３９】
周期Ｔ１において、オフセット電圧ＶＯＦを電圧Ｖ１０に設定する。また、第一タイマ８２で発生する第一待機時間ＴＷ１後に比較指令信号ＣＯＭＰＴをハイレベルにし、その際に出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲外のため、比較信号ＣＯＭＰＯにローレベルが出力される。
【００４０】
周期Ｔ２において、オフセット電圧ＶＯＦを電圧Ｖ２０に設定する。また、第一タイマ８２で発生する第一待機時間ＴＷ１後に比較指令信号ＣＯＭＰＴをハイレベルにし、その際に出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲外のため、比較信号ＣＯＭＰＯにローレベルが出力される。
【００４１】
周期Ｔ３において、オフセット電圧ＶＯＦを電圧Ｖ３０に設定する。また、第一タイマ８２で発生する第一待機時間ＴＷ１後に比較指令信号ＣＯＭＰＴをハイレベルにし、その際に出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内に入るため、比較信号ＣＯＭＰＯにハイレベルが出力される。
【００４２】
周期Ｔ４において、オフセット電圧ＶＯＦを電圧Ｖ４０に設定する。また、第一タイマ８２で発生する第一待機時間ＴＷ１後に比較指令信号ＣＯＭＰＴをハイレベルにし、その際に出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲外のため、比較信号ＣＯＭＰＯにローレベルが出力される。
比較信号ＣＯＭＰＯが、周期Ｔ３ではハイレベルであり、周期Ｔ４ではローレベルに変化しているため、目標電圧ＶＭに最も近いオフセット電圧ＶＯＦは電圧Ｖ３０と判断し、次周期（周期Ｔ５）では、制御信号ＣＲＬ２をローレベルに、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷを第二電圧幅ＶＷ２に、オフセット電圧ＶＯＦを出力してから比較指令信号ＣＯＭＰＴを出力するまでの待機時間を第二待機時間ＴＷ２に、それぞれ設定する。
【００４３】
周期Ｔ５において、オフセット電圧ＶＯＦを電圧Ｖ３０に設定する。また、第二タイマ８３で発生する第二待機時間ＴＷ２後に比較指令信号ＣＯＭＰＴをハイレベルにし、その際に出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが第二電圧幅ＶＷ２の範囲内に入るため、比較信号ＣＯＭＰＯにハイレベルを出力する。
【００４４】
周期Ｔ６において、オフセット電圧ＶＯＦを電圧Ｖ３１に設定する。また、第二タイマ８３で発生する第二待機時間ＴＷ２後に比較指令信号ＣＯＭＰＴをハイレベルにし、その際に出力信号ＶＯが第一電圧幅ＶＷ１の範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが第二電圧幅ＶＷ２の範囲外のため、比較信号ＣＯＭＰＯにローレベルが出力される。
比較信号ＣＯＭＰＯが、周期Ｔ５ではハイレベルであり、周期Ｔ６ではローレベルに変化しているため、目標電圧ＶＭに最も近いオフセット電圧ＶＯＦは電圧Ｖ３０と判断し、増幅特性補正モードＭＤＨを終了すると共に、電圧Ｖ３０をオフセット電圧ＶＯＦに設定する。すなわち、周期Ｔ７以降では、動作モードＭＤは通常動作モードＭＤＮに移行する。
【００４５】
なお、この動作例で示した電圧Ｖ１０〜Ｖ４０、Ｖ３１の実際の電圧については、電圧Ｖ１０＝０ｍＶ、電圧Ｖ２０＝２０ｍＶ、電圧Ｖ３０＝４０ｍＶ、電圧Ｖ３１＝５０ｍＶ及び電圧Ｖ４０＝６０ｍＶが設定されている。また、目標電圧ＶＭに対する目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷを示す電圧幅である第一電圧幅ＶＷ１及び第二電圧幅ＶＷ２の実際の電圧については、第一電圧幅ＶＷ１＝２０ｍＶ及び第二電圧幅ＶＷ２＝１０ｍＶが設定されている。すなわち、オフセット電圧ＶＯＦの変化幅及び目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷが一致している。例えば、周期Ｔ１から周期Ｔ２に移行する際のオフセット電圧ＶＯＦの変化幅（電圧Ｖ２０−電圧Ｖ１０）は、２０ｍＶであり、このときの目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷは第一電圧幅ＶＷ１、すなわち、２０ｍＶである。このため、出力信号ＶＯが目標電圧ＶＭに対し、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷで一致するか否かを確実に判定することができる。
【００４６】
また、本動作例では、各遮断周波数ｆｃを設定した場合について、出力信号ＶＯに含まれるノイズ量及びローパスフィルタ３０の応答時間が予め測定されて明らかになっている。通常遮断周波数ｆｃｎを設定する場合（ＣＲＬ１＝ローレベル，ＣＲＬ２＝ローレベル）には、出力信号ＶＯに含まれるノイズ量は２ｍＶｐｐ、応答時間は１００ｍｓであり、第二遮断周波数ｆｃ２を設定する場合（ＣＲＬ１＝ハイレベル、ＣＲＬ２＝ローレベル）には、出力信号ＶＯに含まれるノイズ量は１０ｍＶｐｐ、応答時間は２０ｍｓであり、遮断周波数ｆｃ１を設定する場合（ＣＲＬ１，ＣＲＬ２＝ハイレベル）には、出力信号ＶＯに含まれるノイズ量は２０ｍＶｐｐ、応答時間は１０ｍｓである。
【００４７】
次いで、各周期において設定される目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷ及び遮断周波数ｆｃの関係について検討する。
周期Ｔ１〜Ｔ４では、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷには第一電圧幅ＶＷ１（２０ｍＶ）が設定され、遮断周波数ｆｃには第一遮断周波数ｆｃ１（ノイズ量＝２０ｍＶｐｐ）が設定される。また、周期Ｔ５〜Ｔ６では、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷには第二電圧幅ＶＷ２（１０ｍＶ）が設定され、遮断周波数ｆｃには第二遮断周波数ｆｃ２（ノイズ量＝１０ｍＶｐｐ）が設定される。すなわち、どの周期においても、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷに等しいかそれ以下のノイズ量となる遮断周波数ｆｃが決定されている。このようにされているため、出力信号ＶＯ及び目標電圧ＶＭの比較判定を行う際、確実に判定することができる。
【００４８】
さらに、増幅特性補正モードＭＤＨの処理時間について検討する。この処理時間は、各周期において設定される待機時間ＴＷ（オフセット電圧ＶＯＦを入力してから、比較指令信号ＣＯＭＰＴを出力するまでの時間）に基づき求めることができる。
周期Ｔ１〜Ｔ４において、各待機時間ＴＷは第一待機時間ＴＷ１、すなわち、１０ｍｓである。従って、周期Ｔ１〜Ｔ４における待機時間ＴＷの合計は４０ｍｓとなる。また、周期Ｔ５〜Ｔ６において、各待機時間ＴＷは第二待機時間ＴＷ２、すなわち、２０ｍｓである。従って、周期Ｔ５〜Ｔ６における待機時間ＴＷの合計は４０ｍｓとなり、周期Ｔ１〜Ｔ６における待機時間ＴＷの総合計は８０ｍｓとなる。
ところで、本発明を適用しない場合には、常に待機時間ＴＷは、通常遮断周波数ｆｃｎに対応する待機時間である１００ｍｓとなる。このため、周期Ｔ１〜Ｔ６における待機時間ＴＷの総合計は６００ｍｓとなる。
本発明を適用した増幅回路１０では、適用しない場合に比して、増幅特性補正モードＭＤＨの処理時間をおよそ１／８に短縮することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では説明を簡単にするため、動作ステップ数を少なくしたものを例示している。しかるに、実際の機器では、広いダイナミックレンジの中で細かなオフセット補正を行うため、多くの動作ステップ数で補正を行っている。このため、実際の機器に、本発明を適用すると、時間短縮効果はさらに大きいものとなる。
【００５０】
なお、従来の増幅回路では、使用に先立ち、増幅特性を補正するキャリブレーションが不可欠であった。このため、電源投入後、すぐに増幅回路を使用することができなかった。
これに対して、本発明では、機器のアイドル時間などの僅かな時間しか許されない場合であってもキャリブレーションを行うことが可能である。例えば、キャリブレーションを機器の使用中に随時行うことにより、使用に先立つキャリブレーションを省略することができ、しかも、常に補正された精度の高い状態に増幅回路を保つことができる。
【００５１】
一方、あらかじめ多大な時間をかけて取得した各使用条件における増幅特性の補正値を不揮発性メモリなどの記憶装置に格納しておき、増幅回路の使用条件に応じた補正値を取り出し、この補正値に応じて増幅回路を調整する技術が特許文献１に提案されている。特許文献１の技術を適用すれば、使用に先立つキャリブレーションを省略することが出来る。
これに対して、本発明を適用し、上述と同様にキャリブレーションを機器の使用中に随時行うことにより、不揮発性メモリなどの記憶装置を備えることや事前の各使用条件における増幅特性の補正値の取得を行うことなしに、使用に先立つキャリブレーションを省略することが出来る。
【００５２】
なお、本実施例では、基準信号生成部６０が生成する差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２を増幅部２０に入力して動作させる例を示したが、図示しないセンサを標準状態にし、その際発生するセンサ基準信号を入力とすることもできる。センサ基準信号としては、例えば、センサをゼロ点にする際出力されるゼロ点出力信号が挙げられる。
【００５３】
次いで、増幅特性の設定により得たオフセット電圧ＶＯＦなどの増幅特性補正値ＺＤについて、特徴を述べ、さらに、発明が課題を解決するための手段を説明する。
【００５４】
前述したように、特許文献１の増幅回路では、あらかじめ増幅特性の補正値を取得し、記憶装置に格納しておき、再度電源投入して起動させる際に、格納された増幅特性の補正値を用いて増幅特性を設定することで、増幅特性の補正にかかる時間を短縮あるいは省略する技術を提案している。
【００５５】
しかしながら、増幅回路に接続されるセンサは、圧力や加速度・角速度などの物理量を電気信号に変換するため、可動部が設けられている場合が多く、磨耗や金属疲労などの影響による経時変化が生じやすい。このような経時変化は、本来の検知信号の増幅出力に対する誤差として現れることとなる。従って、特許文献１の増幅回路では、接続されるセンサに経時変化が生じた場合の誤差を排除することができず問題となる。
【００５６】
この課題を解決するため、請求項２の増幅回路であって、時系列的に継続して発生する事象を計数し、事象計数値を出力保持する事象計数部と、前記増幅特性の計測において、不揮発性の記憶装置からなる特性値格納部であり、計測結果に応じた値を増幅特性値とし、前記増幅特性値を取得する際の事象計数値を補正時事象計数値とするとき、前記増幅特性値及び前記補正時事象計数値を格納する特性値格納部と、を含み、前記増幅特性の計測前に、前記特性値格納部に格納されてなる前記補正時事象計数値、及び、前記事象計数部から出力される事象計数値の差分値が所定値を超えるか否かを判定し、前記差分値が前記所定値を超える場合には、前記増幅特性値の取得を行い、取得した増幅特性値及び取得時の事象計数値を前記特性値格納部に格納し、前記差分値が前記所定値を超えない場合には、前記特性値格納部に格納されてなる前記増幅特性値に応じて、前記増幅回路を補正する増幅回路とすると好ましい。
【００５７】
本発明の増幅回路では、増幅特性の補正の事前に、特性値格納部に格納されている補正時事象計数値と、現在の事象計数値とが比較され、その差分が所定値を超える場合には、増幅特性値の再取得が行われ、新たな増幅特性値が、その時点の事象計数値である補正時事象計数値と共に、記憶装置に格納される。一方、この差分が所定値を超えない場合には、特性値格納部に格納されている増幅特性値が増幅回路の補正値として用いられる。
例えば、センサの経時変化が予想される期間に相当する所定値を設定しておくとよい。センサの経時変化が予想される時点で、増幅特性値が再取得されるため、センサの経時変化による誤差を排除することができるからである。
【００５８】
時系列的に継続して発生する事象としては、例えば、具体的には、一定の周波数で発生するクロックが挙げられる。また、事象と事象の間隔は、必ずしも一定の間隔でなくてもよい。例えば、増幅回路の電源投入時のみ発生するクロックや増幅回路の電源の投入を示す信号などを用いることができる。
【００５９】
また、事象計数部としては、一定の周波数で発生するクロックを入力とするカレンダークロックや、増幅回路の電源の投入を示す信号を入力とする電源投入回数カウンタなどが挙げられる。
【００６０】
不揮発性の記憶装置は、増幅回路の電源が切断された際もその内容が保持される記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリやバッテリーバックアップが接続された揮発性メモリなどが挙げられる。
【００６１】
第一実施形態にかかる増幅回路１０では、センサの経時変化による誤差を排除するため、増幅特性の設定により得たオフセット電圧ＶＯＦなどの増幅特性補正値ＺＤを補正値格納部８５に格納することができる。補正値格納部８５は、バックアップ機能を有し日時を計時する計時部８６と、計時部８６が発生する計時値ＫＤと共に増幅特性補正値ＺＤを格納する不揮発性メモリ８７とを備えている。計時値ＫＤには、増幅特性補正値ＺＤを格納するときの計時情報（日時）が含まれている。シーケンサ８１は、増幅特性補正を行う際に、増幅特性補正値ＺＤと共に、この計時値ＫＤを読み込む。また、これと共に、計時部８６から現在の計時情報を読み込み、先に読み込んだ計時値ＫＤとの差分を取る。その結果、所定の日時を経過していない場合には、増幅特性補正値ＺＤを用いて増幅特性の補正を行い、そうでない場合には、新たに増幅特性補正値の取得を行う。
これにより、前回の増幅特性の検出から所定の日時が経過した場合に、増幅特性補正値の取得を行うことが可能となる。これは、経時変化により生じた増幅特性の補正を可能にする。
なお、請求項６に対して、本実施形態では、計時部８６が事象計数部に、計時値ＫＤが事象計数値に、不揮発性メモリ８７が特性値格納部に、増幅特性補正値ＺＤが増幅特性値に相当する。
【００６２】
なお、このような経時変化の影響を取り除くためには、増幅部のみの増幅特性の補正ではなく、センサを含めた増幅特性の補正が必要である。
第一実施形態にかかる増幅回路１０では、増幅部２０に対して基準信号生成部６０が、基準を与えているが、
センサを含めた増幅特性の補正の場合、基準信号生成の替わりに、センサを物理的に基準状態に設定する回路となる。
センサを物理的に基準状態に設定する回路は、図示しない公知の、静電気力によるセンサ可動部の位置決め回路などが挙げられる。
【００６３】
また、センサの経時変化による誤差を排除するために、第一実施形態にかかる補正値格納部８５に代わり、図９（Ａ）に示す補正値格納部８５Ａを用いることもできる。この補正値格納部８５Ａは、計時部８６に代わり、クロック発生器８８Ａと、クロック発生器８８Ａの発生するクロックを計数し、バックアップ機能を有するカウンタ８６Ａとを備えている。また、不揮発性メモリ８７には、前回検出した増幅特性補正値ＺＤと共に、その際、カウンタ８６Ａが出力するカウント値ＣＤが格納されている。シーケンサ８１は、増幅特性補正を行う際に、増幅特性補正値ＺＤと共に、このカウント値ＣＤを読み込む。また、これと共に、カウンタ８６Ａから現在のカウント値を読み込み、先に読み込んだ計時値ＫＤとの比較を行う。その結果、所定のカウント数を超過していない場合には、増幅特性補正値ＺＤを用いて増幅特性の補正を行い、そうでない場合には、新たに増幅特性補正値ＺＤの取得を行う。
これにより、前回の増幅特性補正値ＺＤの取得から所定のカウント数を超えた場合に、増幅特性補正値ＺＤの取得を行うことで、センサの経時変化による誤差を排除することができる。
なお、請求項６に対して、本実施形態では、クロック発生器８８Ａ及びカウンタ８６Ａが事象計数部に、カウント値ＣＤが事象計数値に、不揮発性メモリ８７が特性値格納部に、増幅特性補正値ＺＤが増幅特性値に相当する。
【００６４】
同様に、第一実施形態にかかる補正値格納部８５に代わり、図９（Ｂ）に示す補正値格納部８５Ｂを用いることもできる。この補正値格納部８５Ｂは、計時部８６に代わり、電源投入検知部８８Ｂと、電源投入検知部８８Ｂの発生するパルスを計数し、バックアップ機能を有するカウンタ８６Ｂとを備えている。また、不揮発性メモリ８７には、前回検出した増幅特性補正値ＺＤと共に、その際、カウンタ８６Ｂが出力するカウント値ＣＤが格納されている。シーケンサ８１は、増幅特性補正を行う際に、増幅特性補正値ＺＤと共に、このカウント値ＣＤを読み込む。また、これと共に、カウンタ８６Ｂから現在のカウント値を読み込み、先に読み込んだ計時値ＫＤとの比較を行う。その結果、所定のカウント数を超過していない場合には、増幅特性補正値ＺＤを用いて増幅特性の補正を行い、そうでない場合には、新たに増幅特性補正値の取得を行う。
なお、請求項６に対して、本実施形態では、電源投入検知部８８Ｂ及びカウンタ８６Ｂが事象計数部に、カウント値ＣＤが事象計数値に、不揮発性メモリ８７が特性値格納部に、増幅特性補正値ＺＤが増幅特性値に相当する。
これにより、前回の増幅特性補正値の取得から所定の電源投入回数が超えた場合に、増幅特性補正値の取得を行うことで、センサの経時変化による誤差を排除することができる。
【００６５】
動作モードＭＤの説明に戻り、増幅回路１０が、故障検出モードＭＤＦで動作する場合には、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２に、故障検出のための故障検出基準信号ＶＦ１，ＶＦ２が入力される。この故障検出基準信号ＶＦ１，ＶＦ２は、増幅回路１０が正常動作するかどうかを検出するための電圧であり、制御部８０の設定により基準信号生成部６０から出力される。
また、差動基準信号ＶＥ１，ＶＥ２に対して増幅特性との関係で故障検出目標電圧ＶＦＭが導出され、これに応じた目標電圧制御信号ＣＥ２がシーケンサ８１から出力される。目標電圧生成部５２では、目標電圧制御信号ＣＥ２に応じた上限電圧値ＶＣ１及び下限電圧値ＶＣ２がウィンドウコンパレータ５１に出力される。また、故障検出のため故障検出基準信号ＶＦ１，ＶＦ２が印加された後、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２を共にハイレベルにして、ローパスフィルタ３０の応答速度を上げ、出力信号ＶＯ及び故障検出目標電圧ＶＦＭとの比較判定を迅速に行う。
なお、請求項４に対して本実施形態では、故障検出基準信号ＶＦ１，ＶＦ２が基準信号に相当し、シーケンサ８１、ウィンドウコンパレータ５１及び目標電圧生成部５２が制御部に相当する。
以下に、図１０を参照して故障検出モードＭＤＦの動作について説明を行う。
【００６６】
図１０には、動作のステップとして、周期Ｔ１０〜Ｔ１４が示されている。増幅回路１０は、周期Ｔ１０及び周期Ｔ１４では通常動作モードＭＤＮで動作し、周期Ｔ１１〜Ｔ１３では故障検出モードＭＤＦで動作する。
【００６７】
まず、周期Ｔ１０から周期Ｔ１１に移行する際、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２に故障検出基準信号ＶＦ１，ＶＦ２を入力し、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２を共にハイレベルに、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷを故障検出電圧幅ＶＷＦに、それぞれ設定する。
【００６８】
周期Ｔ１１において、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２が共にハイレベルに設定されているため、増幅回路１０に動作の異常がない場合には、出力信号ＶＯは急速に故障検出目標電圧ＶＦＭに向かい変化する。
【００６９】
周期Ｔ１２において、出力信号ＶＯを精度よく故障検出目標電圧ＶＦＭと比較するため、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２共にローレベルにする。また、比較指令信号ＣＯＭＰＴがハイレベルにし、出力信号ＶＯが故障検出電圧幅ＶＷＦの範囲内となるか否かを判断する。出力信号ＶＯが故障検出電圧幅ＶＷＦの範囲内に入っているため、比較信号ＣＯＭＰＯにハイレベルが出力される。
なお、出力信号ＶＯが故障検出電圧幅ＶＷＦの範囲外である場合には、比較信号ＣＯＭＰＯにローレベルが出力される。制御部８０では、これを受けて、故障通知信号を発信する。
【００７０】
周期Ｔ１３において、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２にセンサからの差動入力信号ＶＩ１，ＶＩ２を入力し、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２を共にハイレベルにする。これにより、出力信号ＶＯは急速に元のレベル（周期Ｔ１０）に向って変化する。
【００７１】
周期Ｔ１４において、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２を共にローレベルにする。これにより、増幅回路１０は、通常動作モードＭＤＮに移行する。
【００７２】
以上により、増幅回路１０は、故障検出モードＭＤＦにおいても、遮断周波数ｆｃを通常遮断周波数ｆｃｎよりも高周波側に設定し、迅速に故障検出を行うことができる。
なお、本実施例では、基準信号生成部６０が生成する故障検出基準信号ＶＦ１，ＶＦ２を増幅部２０に入力して動作させる例を示したが、図示しないセンサを標準状態にし、その際発生するセンサ基準信号を入力としてもよい。
【００７３】
再び、動作モードＭＤの説明に戻り、増幅回路１０が、ローパスフィルタ初期化モードＭＤＬで動作する場合には、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２に、ローパスフィルタ３０の容量素子ＣＬをプリチャージするための初期化電圧ＶＬ１，ＶＬ２が入力される。この初期化電圧ＶＬ１，ＶＬ２が増幅部２０に入力され、出力される増幅信号ＶＺにより、容量素子ＣＬがプリチャージされる。このプリチャージの際、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２を共にハイレベルにして、ローパスフィルタ３０の応答速度を上げ、プリチャージを迅速に行う。なお、出力信号ＶＯ及び初期化目標電圧ＶＬＭとの比較判定をローパスフィルタ初期化許容誤差範囲ＶＷＬで行い、この判定結果に応じて、通常動作モードＭＤＮに移行する。
以下に、図１１を参照してローパスフィルタ初期化モードＭＤＬの動作について説明を行う。
【００７４】
図１１には、動作のステップとして、周期Ｔ２０〜Ｔ２３が示されている。周期Ｔ２０は、電源投入前の状態であり、周期Ｔ２３は、通常動作モードＭＤＮの状態である。増幅回路１０は、周期Ｔ２１〜Ｔ２２において、ローパスフィルタ初期化モードＭＤＬで動作する。
【００７５】
まず、周期Ｔ２１において、電源の投入を検知すると共に、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２を共にハイレベルにし、差動入力信号Ｖ１，Ｖ２に初期化電圧ＶＬ１，ＶＬ２を入力する。また、目標電圧許容誤差範囲ＶＭＷに、ローパスフィルタ初期化許容誤差範囲ＶＷＬを設定し、比較指令信号ＣＯＭＰＴにハイレベルを設定する。
出力信号ＶＯは、制御信号ＣＲＬ１，ＣＲＬ２が共にハイレベルになっているため、急速に初期化目標電圧ＶＬＭに向って変化する。
なお、電源の投入を検知する手段として、図示しない公知のパワーオンリセット回路などが挙げられ、このような手段から制御部８０に伝達される。
【００７６】
周期Ｔ２２において、出力信号ＶＯがローパスフィルタ初期化許容誤差範囲ＶＷＬの範囲内に到達すると、比較信号ＣＯＭＰＯがハイレベルに変化する。ローパスフィルタ初期化が完了し、次周期（周期Ｔ２３）から通常動作モードＭＤＮに移行する。
【００７７】
以上により、増幅回路１０は、ローパスフィルタ初期化モードＭＤＬにおいて、ローパスフィルタ３０の遮断周波数ｆｃを通常遮断周波数ｆｃｎよりも高域側に設定しているため、迅速にローパスフィルタの初期化を行うことができる。
【００７８】
また、本動作例では、出力信号ＶＯ及び初期化目標電圧ＶＬＭの比較判定により通常動作モードＭＤＮに移行する動作について例示した。
ローパスフィルタ初期化モードＭＤＬから通常動作モードＭＤＮに移行する手段としては、電源の投入を検知する手段から出力される信号をトリガにして、所定の待機期間後に動作モードＭＤを切り替える手段を採用してもよい。このような回路を採用することで、ウィンドウコンパレータ５１及び目標電圧生成部５２が不要となり、簡易な回路構成とすることができる。
【００７９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、特殊動作モードの説明のため、増幅特性補正モード・故障検出モード・ローパスフィルタ初期化モードを記載しているが、必ず、３種のモードが必要ではなく、実施形態に合わせ、１つが選択されても良い。
また、本実施形態の増幅特性の動作例において、オフセット補正について例示した。このようなオフセット補正の場合と同様に、帰還抵抗の抵抗値を調整してゲイン補正を行うことも可能である。本発明はこのようなゲイン補正を行う場合、あるいは、ゲイン補正及びオフセット補正を同時に行う場合についても適用することができる。
さらに、本実施形態においては、増幅部にオペアンプを用いて構成する増幅回路について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ素子などを用いて構成して同様に機能するものを用いたものについても適用することができる。
【００８０】
ここで、本発明の技術思想により、背景技術における課題を解決するための手段を以下に列記する。
（付記１）  通常の増幅動作を行う通常動作モード及び特殊動作モードのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路であって、入力信号を増幅し、出力信号を発生する増幅部と、前記増幅部に接続し、遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断してノイズによる前記出力信号の誤差を抑制するローパスフィルタと、前記遮断周波数を設定するローパスフィルタ設定部と、を備え、前記遮断周波数は、前記通常動作モードの場合には、前記出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数に設定され、前記特殊動作モードの場合には、前記通常遮断周波数よりも高域側に設定される増幅回路。
（付記２）  付記１に記載の増幅回路であって、動作モードは、所定の基準信号または基準状態のセンサから出力されるセンサ基準信号を入力して得られる電圧値を実出力電圧値とするとき、所定の目標電圧値に対する前記実出力電圧値の誤差の電圧値判定を含む前記特殊動作モードであり、前記目標電圧値に対する許容誤差を目標電圧許容誤差とするとき、前記基準信号または前記センサ基準信号が入力されてから、前記遮断周波数に応じて設定される待機時間後に、前記出力電圧値が前記目標電圧値に対し、前記目標電圧許容誤差の範囲内であるか否かを判断する電圧値判定部を含み、前記遮断周波数は、前記目標電圧許容誤差に基づき決定される増幅回路。
（付記３）  付記２に記載の増幅回路であって、前記基準信号を発生する基準信号生成部と、前記基準信号を切り替える入力選択部と、を含む増幅回路。
（付記４）  付記２に記載の増幅回路であって、前記ローパスフィルタは、抵抗素子及び容量素子をそれぞれ少なくとも一つ含み、前記ローパスフィルタ設定部は、前記ローパスフィルタに含まれる前記抵抗素子の抵抗値及び前記容量素子の容量値のうち少なくともいずれかをバイパスする増幅回路。
（付記５）  付記２に記載の増幅回路であって、前記特殊動作モードは、前記電圧値判定に基づき、前記増幅部の故障を判定する故障検出モードであり、前記目標電圧値を前記基準信号または前記センサ基準信号に基づき一意に決定される電圧値とするとき、前記目標電圧値及び前記出力電圧値が前記目標電圧許容誤差の範囲で一致するか否かを判定し、一致しない場合に、故障を通知する故障判定部を含む増幅回路。
（付記６）  付記２に記載の増幅回路であって、前記特殊動作モードは、検出した増幅特性に基づき補正する増幅特性補正モードであり、前記増幅部は、前記増幅特性を可変に補正可能であり、前記目標電圧値を前記基準信号または前記センサ基準信号に基づき一意に決定される電圧値とするとき、前記目標電圧値及び前記出力電圧値が前記目標電圧許容誤差の範囲で一致するまで、所定の変化幅で前記増幅特性を変化させて補正を行う制御部を含む増幅回路。
（付記７）  付記２に記載の増幅回路であって、時系列的に継続して発生する事象を計数し、事象計数値を出力保持する事象計数部と、前記増幅特性の計測において、不揮発性の記憶装置からなる特性値格納部であり、計測結果に応じた値を増幅特性値とし、前記増幅特性値を取得する際の事象計数値を補正時事象計数値とするとき、前記増幅特性値及び前記補正時事象計数値を格納する特性値格納部と、を含み、前記増幅特性の計測前に、前記特性値格納部に格納されてなる前記補正時事象計数値、及び、前記事象計数部から出力される事象計数値の差分値が所定値を超えるか否かを判定し、前記差分値が前記所定値を超える場合には、前記増幅特性値の取得を行い、取得した増幅特性値及び取得時の事象計数値を前記特性値格納部に格納し、前記差分値が前記所定値を超えない場合には、前記特性値格納部に格納されてなる前記増幅特性値に応じて、前記増幅回路を補正する増幅回路。
（付記８）  付記１に記載の増幅回路であって、前記動作モードは、前記特殊モードのうち電源投入時に前記ローパスフィルタをプリチャージするローパスフィルタ初期化モードであり、前記ローパスフィルタは、少なくとも一つの抵抗素子を含み、前記ローパスフィルタ設定部は、前記プリチャージ動作において、少なくとも一つの前記抵抗素子について、バイパスする増幅回路。
（付記９）  付記８に記載の増幅回路であって、電源投入の際に、入力を所定の初期化電圧に切り替える入力選択部と、出力電圧値及び所定の初期化目標電圧値を比較判定する電圧値判定部と、を含み、前記初期化電圧が入力される際の前記出力電圧値が、前記初期化目標電圧値に達した場合には、動作モードが前記通常動作モードに移行する増幅回路。
（付記１０）  通常の増幅動作を行う通常動作モード及び特殊動作モードのうちいずれかの動作モードで動作する増幅回路の制御方法であって、入力信号を増幅し、出力信号を発生するステップと、前記増幅部に接続し、ローパスフィルタを用いて遮断周波数よりも高域側の周波数帯域を遮断してノイズによる前記出力信号の誤差を抑制するステップと、前記遮断周波数を設定するステップと、を備え、前記遮断周波数は、前記通常動作モードの場合には、前記出力信号の誤差が、許容される誤差である出力許容誤差を超えない通常遮断周波数に設定され、前記特殊動作モードの場合には、前記通常遮断周波数よりも高域側に設定される増幅回路の制御方法。
（付記１１）  付記１０に記載の増幅回路の制御方法であって、動作モードは、所定の基準信号または基準状態のセンサから出力されるセンサ基準信号を入力して得られる電圧値を実出力電圧値とするとき、所定の目標電圧値に対する前記実出力電圧値の誤差の電圧値判定を含む前記特殊動作モードであり、前記目標電圧値に対する許容誤差を目標電圧許容誤差とするとき、前記基準信号または前記センサ基準信号が入力されてから、前記遮断周波数に応じて設定される待機時間後に、前記出力電圧値が前記目標電圧値に対し、前記目標電圧許容誤差の範囲内であるか否かを判断するステップを含み、前記遮断周波数は、前記目標電圧許容誤差に基づき決定される増幅回路の制御方法。
（付記１２）  付記１１に記載の増幅回路の制御方法であって、前記特殊動作モードは、前記電圧値判定に基づき、前記増幅部の故障を判定する故障検出モードであり、前記目標電圧値を前記基準信号または前記センサ基準信号に基づき一意に決定される電圧値とするとき、前記目標電圧値及び前記出力電圧値が前記目標電圧許容誤差の範囲で一致するか否かを判定し、一致しない場合に、故障を通知するステップを含む増幅回路の制御方法。
（付記１３）  付記１１に記載の増幅回路の制御方法であって、前記特殊動作モードは、検出した増幅特性に基づき補正する増幅特性補正モードであり、前記入力信号を増幅するステップにおいて、増幅特性は可変に補正可能であり、前記目標電圧値を前記基準信号または前記センサ基準信号に基づき一意に決定される電圧値とするとき、前記目標電圧値及び前記出力電圧値が前記目標電圧許容誤差の範囲で一致するまで、所定の変化幅で前記増幅特性を変化させて補正を行うステップを含む増幅回路の制御方法。
（付記１４）  付記１１に記載の増幅回路の制御方法であって、所定の事象を計数し、事象計数値を出力するステップと、前記増幅特性の補正において、不揮発性の記憶装置からなる特性値格納部に対して、得られる前記増幅特性の補正結果を増幅特性補正値とし、前記増幅特性補正値が得られる際の事象計数値を補正時事象計数値とするとき、前記増幅特性補正値及び前記補正時事象計数値を格納するステップと、前記増幅特性の補正の事前に、前記特性値格納部に格納されてなる前記補正時事象計数値、及び、前記事象計数部から出力される事象計数値の差分値が所定値を超えるか否かを判定するステップであり、前記差分値が前記所定値を超える場合には、前記増幅特性を補正した後、得られた増幅特性補正値及び前記事象計数部から出力される事象計数値を前記特性値格納部に格納し、前記差分値が前記所定値を超えない場合には、前記特性値格納部に格納されてなる前記増幅特性値を前記増幅回路に設定するステップを含む増幅回路の制御方法。
（付記１５）  付記１０に記載の増幅回路の制御方法であって、前記動作モードは、前記特殊モードのうち電源投入時に前記ローパスフィルタをプリチャージするローパスフィルタ初期化モードであり、前記ローパスフィルタは、少なくとも一つの抵抗素子を含み、前記遮断周波数を設定するステップは、前記プリチャージ動作において、少なくとも一つの前記抵抗素子について、バイパスする増幅回路の制御方法。
（付記１６）  付記１０に記載の増幅回路の制御方法であって、電源投入の際に、入力を所定の初期化電圧に切り替えるステップと、出力電圧値及び所定の初期化目標電圧値を比較判定するステップと、を含み、前記初期化電圧が入力される際の前記出力電圧値が、前記初期化目標電圧値に達した場合には、動作モードが前記通常動作モードに移行する増幅回路の制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本実施形態の回路ブロック図である。
【図３】増幅部の具体例を示す回路ブロック図である。
【図４】抵抗値調整部の具体例を示す回路図である。
【図５】抵抗値調整部の具体例を示す回路図である。
【図６】微小電圧発生部の具体例を示す回路図である。
【図７】ウィンドウコンパレータの具体例を示す回路図である。
【図８】増幅特性補正モードの動作を示す波形図である。
【図９】補正格納部の変形例を示すブロック図である。
【図１０】故障検出モードの動作を示す波形図である。
【図１１】ローパスフィルタ初期化モードの動作を示す波形図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  増幅回路
２  増幅部
３  ローパスフィルタ
４  ローパスフィルタ設定部
１０  増幅回路
２０  増幅部
３０  ローパスフィルタ
４０  ローパスフィルタ設定部
５１  ウィンドウコンパレータ
６０  基準信号生成部
７０  入力選択部
８０  制御部
ＣＯＭＰＯ  比較信号
ＣＯＭＰＴ  比較指令信号
ＣＲＬ１，ＣＲＬ２  制御信号
ｆｃ  遮断周波数
ｆｃｎ  通常遮断周波数
ＭＤ  動作モード
ＭＤＦ  故障検出モード
ＭＤＨ  増幅特性補正モード
ＭＤＬ  ローパスフィルタ初期化モード
ＭＤＮ  通常動作モード
ＭＤＴ  特殊動作モード
ＶＣ１  上限電圧値
ＶＣ２  下限電圧値
ＶＥ１，ＶＥ２  差動基準信号
ＶＦ１，ＶＦ２  故障検出基準信号
ＶＦＭ  故障検出目標電圧
ＶＩ  入力信号
ＶＩ１，ＶＩ２  差動入力信号
ＶＬ１，ＶＬ２  初期化電圧
ＶＬＭ  初期化目標電圧
ＶＭ  目標電圧
ＶＭＷ  目標電圧許容誤差範囲
ＶＯ  出力信号
【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６】
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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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【図１１】
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