(57)【要約】【課題】出力補正の自由度を高め、出力補正を容易に行うことが可能なセンサ出力補正回路を提供することを課題とする。【解決手段】圧力センサ１２から出力されたセンサ出力信号を受けて、抵抗Ｒ４の抵抗値を調整することで可変される増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する初段差動増幅部１０と、初段差動増幅部１０の出力を受けて、抵抗Ｒ３の抵抗値を調整することで可変される増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する後段増幅部１１とを備えて構成される。【選択図】      図１
2004333152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサから出力されたセンサ出力信号を受けて、第１の抵抗の抵抗値を調整することで第１の増幅ゲインを調整し、第１の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する初段差動増幅部と、
前記初段差動増幅部の出力を受けて、第２の抵抗の抵抗値を調整することで第２の増幅ゲインを調整し、第２の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する後段増幅部と
を有することを特徴とするセンサ出力補正回路。
【請求項２】
センサから出力されたセンサ出力信号を受けて、第１の抵抗温度係数を有する第１の抵抗と第２の抵抗温度係数を有する第２の抵抗のそれぞれの抵抗の抵抗値により決まる第１の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する初段差動増幅部と、
前記初段差動増幅部の出力を受けて、第１の抵抗温度係数を有する第１の抵抗と第２の抵抗温度係数を有する第２の抵抗のそれぞれの抵抗の抵抗値により決まる第２の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する後段増幅部と
を有することを特徴とするセンサ出力補正回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧力センサ等の各種センサの出力を補正して出力するセンサ出力補正回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、感圧ダイヤフラム上に形成された歪みゲージのブリッジ回路で圧力を検出する圧力センサの出力を補正して温度補償を行う技術が記載されている。
【０００３】
このように、各種センサの出力を補正して出力するセンサ出力補正回路としては、例えば図３に示すように構成されたものがある。図３において、センサ出力補正回路は、センサ側から与えられる入力信号電圧ＶＡ，ＶＢを受ける初段差動増幅部３０と、出力信号電圧Ｖｏｕｔを得る後段増幅部３１を備えて構成されている。初段差動増幅部３０の演算増幅器３２の出力端子と演算増幅器３３の出力端子間には、抵抗Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５が直列接続され、演算増幅器３２の出力端子と後段増幅部３１の演算増幅器３４の一方の入力端子との間には、抵抗Ｒ２が接続され、演算増幅器３４の一方の入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ３が接続されている。
【０００４】
このような構成において、後段増幅部３１における演算増幅器３４の出力端子で得られる出力信号電圧Ｖｏｕｔは、次式により表される。
【０００５】
【数１】
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ３／Ｒ２）×（１＋２Ｒ１／Ｒ４）×（ＶＢ−ＶＡ）
上式において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ならびにＲ４は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ならびにＲ４の抵抗値である。
【０００６】
上式により表されるセンサ出力を増幅した出力信号電圧Ｖｏｕｔは、初段差動増幅部３０のゲイン調整用の抵抗Ｒ４をトリミングすることでゲインが調整されて所定の目標値に設定されていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−７３１０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３に示すような回路構成では、抵抗Ｒ４をトリミングすることにより出力信号電圧Ｖｏｕｔを目標値に設定していたため、抵抗Ｒ４のトリミングにより抵抗Ｒ４の抵抗値を小さくしすぎて出力信号電圧Ｖｏｕｔが目標値よりも大きくなってしまった場合には、抵抗Ｒ４を大きくして出力信号電圧Ｖｏｕｔを小さくすることができなかった。すなわち、出力信号電圧Ｖｏｕｔを目標値に設定する調整作業の過程において、出力信号電圧Ｖｏｕｔが目標値よりも大きくなってしまった場合には、再調整することができず、目標値との間で誤差が生じるといった不具合を招いていた。
【０００９】
これを回避するためには、抵抗Ｒ４をトリミングする際に、抵抗Ｒ４の抵抗値の縮小度合いを小幅とし、多くのトリミングを重ねることで抵抗Ｒ４の抵抗値を徐々に小さくして、出力信号電圧Ｖｏｕｔを目標値に近づけるようにする。しかし、このような手法では、数多くのトリミング作業が必要となり、多大な時間と労力を要し、作業性が悪化することになる。
【００１０】
一方、図３に示すような回路構成では、回路に使用されている抵抗の温度特性はすべて同じであったため、出力信号電圧Ｖｏｕｔは温度依存性を有し、温度によらず安定した出力信号電圧を得ることが困難であった。
【００１１】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力補正の自由度を高め、出力補正を容易に行うことが可能なセンサ出力補正回路を提供することにある。
【００１２】
また、他の目的は、温度特性に優れたセンサ出力補正回路を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、センサから出力されたセンサ出力信号を受けて、第１の抵抗の抵抗値を調整することで第１の増幅ゲインを調整し、第１の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する初段差動増幅部と、前記初段差動増幅部の出力を受けて、第２の抵抗の抵抗値を調整することで第２の増幅ゲインを調整し、第２の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する後段増幅部とを有することを特徴とする。
【００１４】
上記特徴においては、センサ出力補正回路のゲインを、初段差動増幅部の第１の増幅ゲインと後段増幅部の第２の増幅ゲインの双方のゲインで調整するようにしている。これにより、センサ出力補正回路の出力信号における補正の自由度が高められ、センサ出力補正回路の出力信号を確実かつ容易に目標値に設定することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、センサから出力されたセンサ出力信号を受けて、第１の抵抗温度係数を有する第１の抵抗と第２の抵抗温度係数を有する第２の抵抗のそれぞれの抵抗の抵抗値により決まる第１の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する初段差動増幅部と、前記初段差動増幅部の出力を受けて、第１の抵抗温度係数を有する第１の抵抗と第２の抵抗温度係数を有する第２の抵抗のそれぞれの抵抗の抵抗値により決まる第２の増幅ゲインでセンサ出力信号を増幅出力する後段増幅部とを有することを特徴とする。
【００１６】
上に特徴においては、第１の抵抗温度係数の抵抗と第２の抵抗温度係数の抵抗で決まるゲインでセンサ出力信号を増幅出力するようにしている。これにより、ゲインを温度によらず一定値とすることが可能となり、出力信号の温度依存性が回避され、温度によらず安定した出力信号を得ることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いてこの発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１はこの発明の第１の実施形態に係るセンサ出力補正回路の構成を示す図である。この第１の実施形態のセンサ出力補正回路は、センサ側から出力される入力信号電圧ＶＡ、ＶＢを受ける初段差動増幅部１０と、この初段差動増幅部１０に接続されて出力信号電圧Ｖｏｕｔを得る後段増幅部１１を備えて構成されている。
【００１９】
このセンサ出力補正回路に入力信号電圧ＶＡ、ＶＢを与えるセンサは、温度特性を加味した電圧源又は電流源を電源とするブリッジ回路で構成された例えば圧力センサ１２からなる。なお、このセンサ出力補正回路に入力信号電圧ＶＡ、ＶＢを与えるセンサは、圧力センサに限らず、他のセンサであってもよいことは勿論である。
【００２０】
初段差動増幅部１０は、第１の演算増幅器１３ならびに第２の演算増幅器１４と、抵抗Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５を備えて構成されている。第１の演算増幅器１３は、一方の入力端子に圧力センサ１２を構成するブリッジ回路の一方の出力端子から入力信号電圧ＶＡが与えられている。第２の演算増幅器１４は、一方の入力端子に圧力センサ１２を構成するブリッジ回路の他方の出力端子から入力信号電圧ＶＢが与えられている。第１の演算増幅器１３の出力端子と第２の演算増幅器１４の出力端子との間には、抵抗Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５が直列に接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４との接続点には、第１の演算増幅器１３の他方の入力端子が接続されている。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続点には、第２の演算増幅器１４の他方の入力端子が接続されている。抵抗Ｒ４は、トリミング可能に形成され、トリミングにより抵抗Ｒ４の抵抗値を調整することで、初段差動増幅部１０のゲインが調整される。
【００２１】
後段増幅部１１は、第３の演算増幅器１５と、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６、ｒ３を備えて構成されている。第３の演算増幅器１５は、一方の入力端子が抵抗Ｒ２を介して初段差動増幅部１０の第１の演算増幅器１３の出力端子に接続され、かつ直列接続された抵抗Ｒ３と抵抗ｒ３を介して第３の演算増幅器１５の出力端子に接続され、他方の入力端子が抵抗Ｒ６を介して初段差動増幅部１０の第２の演算増幅器１４の出力端子に接続されている。第３の演算増幅器１５は、出力端子に圧力センサ１２の出力を増幅調整した出力信号電圧Ｖｏｕｔを得ている。抵抗Ｒ３は、トリミング可能に形成され、トリミングにより抵抗Ｒ３の抵抗値を調整することで、後段増幅部１１のゲインが調整される。
【００２２】
このような構成において、出力信号電圧Ｖｏｕｔは、次式により表される。
【００２３】
【数２】
Ｖｏｕｔ＝｛（ｒ３＋Ｒ３）／Ｒ２｝×（１＋２Ｒ１／Ｒ４）×（ＶＢ−ＶＡ）
上式において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ならびにｒ３は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ならびにｒ３の抵抗値である。
【００２４】
上式により表されるセンサ出力を増幅した出力信号電圧Ｖｏｕｔは、そのゲインが初段差動増幅部１０と後段増幅部１１との双方の増幅部で調整され、出力信号電圧Ｖｏｕｔが所定の目標値に設定される。すなわち、初段差動増幅部１０では、抵抗Ｒ４をトリミングすることで初段差動増幅部１０のゲインが調整され、後段増幅部１１では、抵抗Ｒ３をトリミングすることで後段増幅部１１のゲインが調整される。
【００２５】
したがって、出力信号電圧Ｖｏｕｔの値を所定の目標値に設定する調整作業においては、まず初段差動増幅部１０の抵抗Ｒ４をトリミングして抵抗Ｒ４の抵抗値を調整し、出力信号電圧Ｖｏｕｔを目標値に近づける。この調整作業において、抵抗Ｒ４の抵抗値を小さくしすぎて、初段差動増幅部１０のゲインが高くなり、出力信号電圧Ｖｏｕｔが目標値よりも大きくなりすぎてしまった場合には、後段増幅部１１の抵抗Ｒ３をトリミングして抵抗Ｒ３の抵抗値を小さく調整する。これにより、後段増幅部１１のゲインは低下し、出力補正回路全体としてのゲインは低下する。この結果、抵抗Ｒ４のトリミングで目標値よりも大きくなってしまった出力信号電圧Ｖｏｕｔは低下することになる。このような抵抗Ｒ３の調整作業を行うことで、大きくなってしまった出力信号電圧Ｖｏｕｔを低下させ、出力信号電圧Ｖｏｕｔを再度所定の目標値に近づけて設定する。
【００２６】
以上説明したように、上記第１の実施形態においては、出力信号電圧Ｖｏｕｔの値を所定の目標値に設定する調整作業において、初段差動増幅部１０の抵抗Ｒ４をトリミングする調整作業で出力信号電圧Ｖｏｕｔが目標値よりも大きくなった場合であっても、後段増幅部１１の抵抗Ｒ３をトリミングする調整作業で出力信号電圧Ｖｏｕｔを低下させることが可能となる。これにより、目標値よりも大きくなった出力信号電圧Ｖｏｕｔを再度調整して目標値に近づけ、目標値に設定することができる。この結果、出力信号電圧Ｖｏｕｔを補正する自由度が従来に比べて高まり、出力を柔軟に補正し、出力信号電圧Ｖｏｕｔを容易かつ確実に目標値に設定することができる。
【００２７】
また、後段増幅部１１のゲインを調整することにより出力信号電圧Ｖｏｕｔの再調整が可能なため、従来のように、抵抗Ｒ４をトリミングする際に、抵抗Ｒ４の抵抗値の縮小度合いを小幅とし、多くのトリミングを重ねることで抵抗Ｒ４の抵抗値を徐々に小さくする必要がなくなる。この結果、抵抗Ｒ３をトリミングする回数を考慮しても、全体のトリミングの回数を従来に比べて大幅に削減することが可能となる。
【００２８】
図２はこの発明の第２の実施形態に係るセンサ出力補正回路の構成を示す図である。この第２の実施形態のセンサ出力補正回路は、センサ側から出力される入力信号電圧ＶＡ、ＶＢを受ける初段差動増幅部２０と、この初段差動増幅部２０に接続されて出力信号電圧Ｖｏｕｔを得る後段増幅部２１を備えて構成されている。
【００２９】
このセンサ出力補正回路に入力信号電圧ＶＡ、ＶＢを与えるセンサは、電圧源又は電流源を電源とするブリッジ回路で構成された例えば圧力センサ２２からなる。なお、このセンサ出力補正回路に入力信号電圧ＶＡ、ＶＢを与えるセンサは、圧力センサに限らず、他のセンサであってもよいことは勿論である。
【００３０】
初段差動増幅部２０は、第１の演算増幅器２３ならびに第２の演算増幅器２４と、抵抗Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５ならびにｒ４を備えて構成されている。第１の演算増幅器２３は、一方の入力端子に圧力センサ２２を構成するブリッジ回路の一方の出力端子から入力信号電圧ＶＡが与えられている。第２の演算増幅器２４は、一方の入力端子に圧力センサ２２を構成するブリッジ回路の他方の出力端子から入力信号電圧ＶＢが与えられている。第１の演算増幅器２３の出力端子と第２の演算増幅器２４の出力端子との間には、抵抗Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５ならびにｒ４が直列に接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗ｒ４との接続点には、第１の演算増幅器２３の他方の入力端子が接続されている。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続点には、第２の演算増幅器２４の他方の入力端子が接続されている。抵抗Ｒ４は、トリミング可能に形成され、トリミングにより抵抗Ｒ４の抵抗値を調整することで、初段差動増幅部２０のゲインが調整される。
【００３１】
後段増幅部２１は、第３の演算増幅器２５と、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６を備えて構成されている。第３の演算増幅器２５は、一方の入力端子が抵抗Ｒ２を介して初段差動増幅部２０の第１の演算増幅器２３の出力端子に接続され、かつ抵抗Ｒ３を介して第３の演算増幅器２５の出力端子に接続され、他方の入力端子が抵抗Ｒ６を介して初段差動増幅部２０の第２の演算増幅器２４の出力端子に接続されている。第３の演算増幅器２５は、出力端子に圧力センサ１２の出力を増幅調整した出力信号電圧Ｖｏｕｔを得ている。抵抗Ｒ２は、トリミング可能に形成され、トリミングにより抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、後段増幅部２１のゲインが調整される。
【００３２】
初段差動増幅部２０の抵抗Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５、ならびに後段増幅部２１の抵抗Ｒ３は、半導体基板上の拡散層により形成された拡散抵抗で構成され、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、例えば１０００〜１５００ｐｐｍ／ｋ程度である。一方、初段差動増幅部２０の抵抗ｒ４、ならびに後段増幅部２１の抵抗Ｒ２は、半導体基板上のポリシリコンにより形成されたポリシリコン抵抗で構成され、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、例えば１００ｐｐｍ／ｋ程度以下である。すなわち、この第２の実施形態のセンサ出力補正回路では、抵抗温度係数が異なる２種類の抵抗を使用して回路が構成されている。
【００３３】
このような構成において、出力信号電圧Ｖｏｕｔは、次式により表される。
【００３４】
【数３】
Ｖｏｕｔ＝Ｇ×（ＶＢ−ＶＡ）
Ｇ＝｛１＋（２Ｒ１×Ａ）／（Ｒ４×Ａ＋ｒ４×Ｂ）｝×（Ｒ３×Ａ）／（Ｒ２×Ｂ）
Ａ＝（１＋αΔＴ）
Ｂ＝（１＋βΔＴ）
上式において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ならびにｒ４は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ならびにｒ４の抵抗値であり、αは拡散抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４の抵抗温度係数であり、βはポリシリコン抵抗Ｒ２、ｒ４の抵抗温度係数である。
【００３５】
上式から分かるように、それぞれ異なる抵抗温度特性を有する２種類の拡散抵抗とポリシリコン抵抗を用いることで、センサ出力補正回路のゲインＧは、温度によらず一定値となり、出力信号電圧Ｖｏｕｔの温度依存性が回避され、温度によらず安定した出力信号電圧Ｖｏｕｔを得ることが可能となる。
【００３６】
一方、出力信号電圧Ｖｏｕｔは、初段差動増幅部２０の抵抗Ｒ４と後段増幅部２１のＲ２の抵抗値をトリミングにより調整することで、目標値に設定される。
【００３７】
さらに、上記各実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【００３８】
（イ）請求項１記載のセンサ出力補正回路において、第１の抵抗の抵抗値、ならびに第２の抵抗の抵抗値は、トリミングにより調整されることを特徴とするセンサ出力補正回路。
【００３９】
上記特徴によれば、半導体基板上にセンサ出力補正回路を形成した場合に、第１の抵抗の抵抗値、ならびに第２の抵抗の抵抗値を容易に調整することができる。
【００４０】
（ロ）請求項２記載のセンサ出力補正回路において、第１の抵抗温度係数を有する第１の抵抗は、半導体基板上の拡散層より形成された拡散抵抗で構成され、第２の抵抗温度係数を有する第２の抵抗は、半導体基板上のポリシリコンにより形成されたポリシリコン抵抗で構成されることを特徴とする。
【００４１】
上記特徴によれば、半導体基板上にセンサ出力補正回路を形成した場合に、異なる抵抗温度係数の第１の抵抗と第２の抵抗を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るセンサ出力補正回路の構成を示す図である。
【図２】この発明の第２の実施形態に係るセンサ出力補正回路の構成を示す図である。
【図３】従来のセンサ出力補正回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０…初段差動増幅部
１１，２１，３１…後段増幅部
１２，２２…圧力センサ
１３，２３…第１の演算増幅器
１４，２４…第２の演算増幅器
１５，２５…第３の演算増幅器
３２，３３，３４…演算増幅器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，ｒ３，ｒ４…抵抗
【図１】
2004333152.tif 000003
【図２】
2004333152.tif 000004
【図３】
2004333152.tif 000005