(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅回路を含む１次温度係数生成回路であって、
前記増幅回路は、
第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを有する演算増幅器と、
少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の出力端子を演算増幅器の第１の入力端子に接続するフィードバック抵抗回路と、
少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の第１の入力端子に直接的に接続された入力抵抗回路と、
第２の入力端子に接続され、基準温度における前記増幅回路の電圧増幅率を調整するように構成された調整回路とを含み、
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路のうちの少なくとも１つは、異なる温度係数を含む複数の抵抗を含み、
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の各抵抗の値は、増幅回路の増幅率が１次温度係数で直線的に変化するような値に決定されている、１次温度係数生成回路と、
該１次温度係数生成回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において上記１次温度係数の符号を反転させた電圧を生成する符号反転回路と、
上記１次温度係数生成回路及び上記符号反転回路のいずれか一方からの出力を選択する符号切換回路と、
該符号切換回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において１次温度係数成分を所定の値に調整した電圧を生成する１次温度係数調整回路とから構成され、
電源電圧を分圧した電圧を上記１次温度係数生成回路の入力電圧として印加し、
上記１次温度係数調整回路の出力端において、周囲温度変化に応じて直線的に変化する出力電圧を発生させる、ことを特徴とするオフセットドリフト定数温度補償回路。
【請求項２】
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の抵抗は、２個の異なる温度係数特性の抵抗を含む、請求項１記載のオフセットドリフト定数温度補償回路。
【請求項３】
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の抵抗は、３個の異なる温度係数特性の抵抗を含む、請求項１記載のオフセットドリフト定数温度補償回路。
【請求項４】
増幅回路を含む１次温度係数生成回路であって、
前記増幅回路は、
第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを有する演算増幅器と、
少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の出力端子を演算増幅器の第１の入力端子に接続するフィードバック抵抗回路と、
少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の第１の入力端子に直接的に接続された入力抵抗回路と、
第２の入力端子に接続され、基準温度における前記増幅回路の電圧増幅率を調整するように構成された調整回路とを含み、
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路のうちの少なくとも１つは、異なる温度係数を含む複数の抵抗を含み、
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の各抵抗の値は、増幅回路の増幅率が１次温度係数で直線的に変化するような値に決定され、
基準とする温度において上記電圧増幅率が１または２に設定されている、１次温度係数生成回路と、
該１次温度係数生成回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において上記１次温度係数の符号を反転させた電圧を生成する符号反転回路と、
上記１次温度係数生成回路及び上記符号反転回路のいずれか一方からの出力を選択する符号切換回路と、
該符号切換回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において上記１次温度係数を任意の値に調整した電圧を出力する１次温度係数調整回路とから構成され、
１次温度係数成分を含む電圧を１次温度係数生成回路の演算増幅器の入力信号とし、
上記１次温度係数調整回路の出力端において、入力信号の１次温度係数成分を打ち消し、２次温度係数成分を含む信号電圧が発生する
ことを特徴とするスパンシフト温度係数１次補償回路。
【請求項５】
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の抵抗は、２個の異なる温度係数特性の抵抗を含む、請求項４記載のスパンシフト温度係数１次補償回路。
【請求項６】
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の抵抗は、３個の異なる温度係数特性の抵抗を含む、請求項４記載のスパンシフト温度係数１次補償回路。
【請求項７】
増幅回路を含む２次温度係数生成回路であって、
前記増幅回路は、
第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを有する演算増幅器と、
少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の出力端子を演算増幅器の第１の入力端子に接続するフィードバック抵抗回路と、
演算増幅器の第１の入力端子に直接的に接続された少なくとも１つの抵抗を含む入力抵抗回路と、
第２の入力端子に接続され、基準温度における前記増幅回路の電圧増幅率を調整するように構成された調整回路とを含み、
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路のうちの少なくとも１つは、異なる値の温度係数を持つ複数の抵抗を含み、
フィードバック抵抗回路の少なくとも１つの抵抗と入力抵抗回路の少なくとも１つの抵抗とは、互いに異なる値の温度係数を持ち、
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の各抵抗の値は、増幅回路の増幅率が２次温度係数で２次関数的に変化するような値に決定され、
基準とする温度において上記電圧増幅率が１に設定されている、２次温度係数生成回路と、
該２次温度係数生成回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において上記２次温度係数を任意の値に調整した電圧を出力する２次温度係数調整回路とから構成され、
上記２次温度係数生成回路の演算増幅器は、請求項４ないし請求項６のいずれか１つに記載のスパンシフト温度係数１次補償回路から２次温度係数成分を含む信号電圧を入力し、
上記２次温度係数調整回路の出力端において、上記出力信号の温度変化に対する変動成分の２次温度係数成分を打ち消し、４次温度係数成分を含む出力電圧が発生する
ことを特徴とするスパンシフト温度係数２次補償回路。
【請求項８】
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の抵抗は、２個の異なる温度係数特性の抵抗を含む、請求項７記載のスパンシフト温度係数２次補償回路。
【請求項９】
フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の抵抗は、３個の異なる温度係数特性の抵抗を含む、請求項７記載のスパンシフト温度係数２次補償回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度補償回路であって、特に、周囲の温度変化によって生じる圧力センサ等の検出電圧誤差を補償する温度補償回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力センサを用いた圧力検出において、圧力センサから得られる検出電圧はそれが設置される周囲温度の影響を受けることから、温度変化によって正確な検出電圧が得られない場合がある。例えば、周囲温度ｔaが-40〜+125℃に変化する環境下では、圧力センサからの検出電圧ｕ（V）は次式で表現できる。
u=ａＰ{1+α(ta-ts)}+β(ta-ts)+ｂ                        (１)
ここで、ａは定数、Ｐは圧力センサが検知している圧力(または気圧)、αはスパンシフト温度係数、ｔaは圧力センサの設置場所の周囲温度(℃)、ｔsは基準温度(℃)、βはオフセットドリフト定数(mV/℃)、ｂはオフセット電圧(V)を示す。
【０００３】
例えば、スパンシフト温度係数α=3,000ppm/℃、オフセットドリフト定数β=1.5mV/℃、ts=25℃とすると、ta=125℃の場合、α(ta-ts)=0.3となり、ta=25℃の周囲温度に対し得られるよりも+30%の誤差が発生する。また、このとき、β(ta-ts)=0.15Vとなり、ta=25℃の周囲温度に対し得られるよりも+0.15Vの誤差が発生する。このような温度変化によって生じる誤差はできるだけ小さい方が望ましい。そのため、-40℃≦ta≦+125℃の使用環境において、α(ta-ts)やβ(ta-ts)により発生する誤差をaＰの±(2〜3)%以内に抑え、ｕ≒ａＰに比例する出力電圧を得るため、種々な温度補償方法が実用化されている。
【０００４】
従来、上記αおよびβに起因する誤差を電気的回路を経由して打ち消すため、半導体集積回路が利用され、かつ、半導体素子の小型化が促進されるとともに、その要求は比較的容易に達成できるようになった。図１６にそのような回路の一例を示す。
【０００５】
図１６は、温度補償用半導体集積回路の回路ブロック図である。半導体集積回路２００は圧力Pを検出して電圧に変換する圧力センサ２０２からの出力の温度補償を行なう。半導体集積回路２００は温度センサ２０４を備え、温度センサ２０４が圧力センサ２０２の近傍に設置され、圧力センサ２０２の周囲温度taを測定する。半導体集積回路２００は、圧力センサ２０２および温度センサ２０４からの信号電圧を所要の電圧まで増幅する直流電圧増幅器２０６、２０８を備える。信号線２１０、２１１は圧力センサ２０２および温度センサ２０４からの検出電圧を直流電圧増幅器２０６、２０８の入力端子に接続する。信号線２１０は式（１）であらわされる圧力検出電圧ｕを、信号線２１１は温度センサ２０４の周囲温度taに対応する電圧(または電流)を送り出す。
【０００６】
さらに、半導体集積回路２００はＡ/Ｄコンバータ２１３、２１４を有する。Ａ/Ｄコンバータ２１３、２１４は直流電圧増幅器２０６および２０８の出力端子から得られるアナログ電圧をディジタル値に変換する。制御信号発生回路２１６は、各種の制御信号を各ブロツクに送り出し、半導体集積回路２００内の各回路ブロックを制御する。温度補償演算回路２１８は制御信号発生回路２１６により制御され、Ａ/Ｄコンバータ２１３、２１４から送られてくるディジタル値と、定数として入力されている温度係数などのα、βおよびｂ値を用いて、ディジタル的にaＰ{1+α(ta-ts)}、β(ta-ts)およびｂを処理し、かつ加算処理をするである。Ｄ/Ａコンバータ２２０は、温度補償演算回路２１８からの演算結果を受け取り、演算結果に対応するアナログ電圧に変換する。出力端子２２２からは次式で得られる温度補償を行った圧力検出電圧vが現れる。
v=aＰ又はv=aＰ+C                                (2)
Cは一定電圧である。
【０００７】
従来の回路は以上のように構成されているので、センサ出力信号電圧uに対する温度補償方法として、精度が高く、誤差の発生が少ない確実な方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法は回路構成が、複雑になり、半導体集積回路のチップサイズが比較的大きくなる欠点を有する。一方、半導体集積回路２００の低価格化が要求され、かつ、温度変化によるセンサ出力電圧精度が２．０から２．５％程度に容認されるような場合には、温度補償回路機能を簡略化することにより回路素子数の減少化を図り、チップサイズの縮小を図って価格の要求に応えられる集積回路を設計する必要が生じる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、容易な回路構成で圧力センサの出力の温度補償を実現する温度補償回路及びその温度補償に必要な温度係数を生成する温度係数生成回路を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明に係るオフセットドリフト定数温度補償回路は、１次温度係数生成回路と、符号反転回路と、符号切換回路と、１次温度係数調整回路とからなる。
１次温度係数生成回路は、増幅回路を含み、増幅回路は、演算増幅器と、フィードバック抵抗回路と、入力抵抗回路と、調整回路とを含む。演算増幅器は、第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを有する。フィードバック抵抗回路は、少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の出力端子を演算増幅器の第１の入力端子に接続する。入力抵抗回路は、少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の第１の入力端子に直接的に接続される。調整回路は、第２の入力端子に接続され、基準温度における増幅回路の電圧増幅率を調整する。フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路のうちの少なくとも１つは、異なる温度係数を含む複数の抵抗を含む。フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の各抵抗の値は、増幅回路の増幅率が１次温度係数で直線的に変化するような値に決定されている。
符号反転回路は、１次温度係数生成回路からの信号電圧を受けて、その１次温度係数生成回路から受けた信号電圧において上記１次温度係数の符号を反転させた電圧を生成する。
符号切換回路は、１次温度係数生成回路及び符号反転回路のいずれか一方からの出力を選択する。
１次温度係数調整回路は、符号切換回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において１次温度係数成分を所定の値に調整した電圧を生成する。
電源電圧を分圧した電圧を１次温度係数生成回路の入力電圧として印加する。１次温度係数調整回路の出力端において、周囲温度に応じて直線的に変化する出力電圧を発生させる。
【００１５】
本発明に係るスパンシフト温度係数１次補償回路は、上記の１次温度係数生成回路と、符号反転回路と、符号切換回路と、１次温度係数調整回路とからなる。
１次温度係数生成回路において、その電圧増幅率は基準とする温度において１または２に設定される。
符号反転回路は、１次温度係数生成回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において上記１次温度係数の符号を反転させた電圧を生成する。
符号切換回路は、１次温度係数生成回路及び符号反転回路のいずれか一方からの出力を選択する。１次温度係数調整回路は、符号切換回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において１次温度係数を任意の値に調整した電圧を出力する。
１次温度係数成分を含む電圧を１次温度係数生成回路の演算増幅器の入力信号とする。
１次温度係数調整回路の出力端において、入力信号の１次温度係数成分を打ち消し、２次温度係数成分を含む出力電圧が発生する。
【００１６】
本発明に係るスパンシフト温度係数２次補償回路は、２次温度係数生成回路と、２次温度係数調整回路とからなる。
２次温度係数生成回路は、増幅回路を含み、増幅回路は、演算増幅器と、フィードバック抵抗回路と、入力抵抗回路と、調整回路とを含む。演算増幅器は、第１の入力端子と、第２の入力端子と、出力端子とを有する。フィードバック抵抗回路は、少なくとも１つの抵抗を含み、演算増幅器の出力端子を演算増幅器の第１の入力端子に接続する。入力抵抗回路は、演算増幅器の第１の入力端子に直接的に接続された少なくとも１つの抵抗を含む。調整回路は、第２の入力端子に接続され、基準温度における増幅回路の電圧増幅率を調整する。フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路のうちの少なくとも１つは、異なる値の温度係数を持つ複数の抵抗を含む。フィードバック抵抗回路の少なくとも１つの抵抗と入力抵抗回路の少なくとも１つの抵抗とは、互いに異なる値の温度係数を持つ。フィードバック抵抗回路と入力抵抗回路の各抵抗の値は、増幅回路の増幅率が２次温度係数で２次関数的に変化するような値に決定される。電圧増幅率は、基準とする温度において１に設定される。
２次温度係数調整回路は、２次温度係数生成回路からの信号電圧を受けて、その受けた信号電圧において２次温度係数を任意の値に調整した電圧を出力する。２次温度係数生成回路の演算増幅器は、上記のスパンシフト温度係数１次補償回路から２次温度係数成分を含む信号電圧を入力する。スパンシフト温度係数２次補償回路は、２次温度係数調整回路の出力端において信号電圧の温度変化に対する変動成分の２次温度係数成分を打ち消し、４次温度係数成分を含んだ出力電圧が発生する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る温度補償回路の実施形態を説明する。
【００１９】
（発明の概要）
本発明では、前述した従来例のように、Ａ/Ｄコンバータ、Ｄ/Ａコンバータ、温度補償用演算回路および制御回路を用いたディジタル処理による温度補償を行わずに、アナログ信号電圧処理により温度補償を行なう。そのため、(１)式に示されるセンサ出力電圧の電圧増幅と信号電圧のレベルシフトを実施し、アナログ信号電圧処理方式の温度補償回路の入力端子に印加することにより、その出力端子に(２)式に示されるような温度補償された信号電圧を得るための回路構成を有する。しかし、温度補償精度はディジタル処理方法に比較して劣るが、一方、電子回路が簡単になり、チップサイズがディジタル方式で処理する電子回路より小型化を可能とする集積回路を供給することが出来る。
【００２０】
温度補償回路構成の概要は次の通りである。
第一に、(１)式で示される圧力センサからの圧力検出電圧ｕをアナログ信号電圧増幅回路で必要な電圧レベルに増幅し、次式による電圧Ｖを得る。
V=AＰ{1+α(ta-ts)}+cβ(ta-ts)+Ｂ                         (3)
ここで、A、ｃ、Bは定数である。
【００２１】
圧力センサと同じ環境に置かれた半導体集積回路上で、圧力センサと同一周囲温度状態に置かれた１次および２次の温度係数が異なる複数個の抵抗器を温度センサに用いることにより構成されるオフセットドリフト定数補償回路を用いて-cβ(ta-ts)値と、
電源電圧の抵抗分割などで電圧-Bとを発生させる。次に、圧力センサから得られ、(3)式で示される電圧Vと電圧-cβ(ta-ts)値および-Bとを加算回路に印加して加算することにより打消し、その加算回路の出力端子に電圧vを得る。
v≒ＡＰ{1+α(ta-ts)}                                      (3b)
ここで、上記の式を≒で表す理由は、本発明による回路において、オフセットドリフト定数βが温度ta-tsにより若干変化するため、数値計算上は誤差が生じるからである。その誤差は全体の回路の誤差に悪影響を与えるほどのものではない。また、(3b)式は電圧ＡＰに対してα(ta-ts)相当の誤差をもつことを示す。
【００２２】
第二に、(3b)式で示すvを入力信号とし、上記の半導体集積回路の同一チップ上で、１次および２次の温度係数が異なる複数個の抵抗器を温度センサに用いてスパンシフト温度係数１次補償回路を構成し、その入力Viと出力Voの端子間の伝達関数として、Vo=Vi{1-α(ta-ts)}となる１次温度補償演算回路を構成し、入力Viに(3b)式で現される上記信号ｖを印加してVi=vにすることにより、演算回路の出力端子に出力電圧Voを得る。
0004629892.tif 000002
上式において、例えば、スパンシフト温度係数α=3,000ppm/℃、ts=２５℃、ta=１２５℃においては、α(ta-ts)=0.3の場合、誤差は、-0.09となる。このように、誤差が+30%であった圧力検出電圧は精度が向上して、ＡＰに対して-９%に減少した圧力検出電圧Voを得る。(4)式はAＰに対し、-α2(ta-ts)2相当の誤差を持つことを示す。
【００２３】
更に、第三段階では、(4)式で示すVoを入力信号にして、上記の半導体集積回路の同一チップ上に構成され、１次および２次の温度係数が異なる複数個の抵抗器を温度センサにして複数の演算回路を縦続接続することにより、その入力端子Viiと出力端子Vooの端子間の伝達関数が、Voo≒Vii{1+α2(ta-ts)2}となるスパンシフト温度係数２次補償回路を構成し、その入力端子Viiに(４)式で現される上記信号Voを印加してVii=Voにすると、出力端子に演算回路の出力Vooを得る。
0004629892.tif 000003
この(5)式はAＰに対し-α4(ta-ts)4相当の誤差を持つことを示す。
【００２４】
上記α=3,000ppm/℃、ts=25℃、ta=125℃において、α(ta-ts)=0.3となる場合は、-α4(ta-ts)4≒-0.0081、すなわち、(5)式は-0.81%の誤差をもつことを示す。上記の式を≒で表す理由は、本発明による回路において、温度補償回路で調整したαがta-tsにより数％変化し、計算上生じる消去できない誤差を持つため、実現可能な誤差は計算値で-1.2%程度になる。しかし、この程度の誤差になると、周囲温度により発生する誤差の影響を取り除いたセンサ出力電圧として利用することが可能となる。
【００２５】
以上のように本発明は、半導体集積回路上の抵抗器を温度センサに用い、温度変化を抵抗器の抵抗値の変化に変え、その変化によって演算回路の電圧増幅率を直線的に変えることにより、圧力センサ出力電圧の温度補償をすることにより、温度変化の影響を減少させ、Voo≒AＰなる出力信号を得る。なお、直線的な変化とは、電圧増幅率の温度係数が使用温度範囲で±５%以内の変化を意味する。
【００２６】
（温度補償回路を構成する要素回路）
本発明に係る温度補償回路は、半導体集積回路のチップ上に製作される複数のアナログ演算増幅回路ブロックを縦続接続することにより構成する。演算増幅回路ブロックの入力信号に対する出力信号を表す伝達関数および設定条件は各々異なる。そこで、まず、本発明に係る温度補償回路を構成する各ブロックの回路構成及びその伝達関数を図１３から図１５を用いて説明する。
【００２７】
図１３から図１５は演算増幅器を用いて構成する一般的な回路を示した図である。図１３(ａ）に示す回路図において、演算増幅器１は電圧増幅率が８０dB〜１４０dBのハイ電圧増幅率をもつ安定な直流演算増幅器である。演算増幅器１には出力端子Ｇ、外部からの信号電圧が印加される入力端子Ｅ、Ｆが接続される。この図における入出力端子間の伝達関数は次のように示される。
Ｇ=Ｆ+(R9/R8)(Ｆ-Ｅ)                                  (10)
Ｇ=Ｅ+(1+R9/R8)(Ｆ-Ｅ)                                (11)
入力端子ＥとＦに加えられた信号電圧は(10)と(11)式による演算結果を出力端子Ｇに現わす。この演算増幅器１の電圧増幅率はR9/R8または1+R9/R8で、差動電圧(Ｆ-Ｅ)に対して電圧増幅効果をもつ。通常、R9とR8に用いる抵抗器は同一温度係数をもつ抵抗器を用いることにより温度による電圧増幅率の変動をうち消す。ただし、本発明においてはR8とR9を温度センサ素子として用いるため、異なった１次及び２次の温度係数をもつ複数個の２または３種類の抵抗器を組み合わせることにより温度係数を変え、電圧増幅率を直線的に変化させて温度検出を行う回路として利用する。
【００２８】
図１３(ａ)に示す演算回路において、R8=R9の場合は入力信号Ｅの符号の反転に用いるインバータ回路であり、入出力の伝達関数は次式となる。
Ｇ=Ｆ+(Ｆ-Ｅ)                                        (12)
Ｇ=Ｅ+２(Ｆ-Ｅ)                                      (13)
【００２９】
図１３(b)に示す回路の伝達関数Ｓ１は次式となる。
S1=D2(Ｑ-Ｐ)+Ｐ                                      (14)
D2=Rd/(Rc+Rd)                                        (15)
ここで、Rcは端子Ｑと可変抵抗器２の摺動子間の抵抗値、Rdは端子Ｐと摺動子間の抵抗値である。摺動子の位置を変えることにより、０≦D2≦1を得る。
【００３０】
図１３(C)に示す回路の入出力伝達関数Ｓ３は
S3=Ｕ+(1+R6/R5)(S1-Ｕ)                                (20)
S1=D3(Ｑ-Ｐ)+Ｐ                                       (21)
D3=Rf/(Rf+Re)                                         (22)
Reは端子Ｑと可変抵抗器3の摺動子間の抵抗値、Rfは端子Ｐと摺動子間の抵抗値とする。摺動子の位置を変えることにより、０≦D3≦1となる。本回路は図１３(a)に示す回路図に可変抵抗器3を追加した回路である。
【００３１】
図１４(d1)に示す回路の入出力伝達関数θ１は
θ1=N+(D1・R11/R10)(N-M)                                (25)
D1=Rb/{Rb+Ra(1+Rb/R10)}                                (26)
Raは端子Aと可変抵抗器4の摺動子間の抵抗値、また、Rbは端子Ｎと可変抵抗器4の摺動子間の抵抗値である。可変抵抗器4の摺動子の位置を変えることにより、D1は０≦D1≦１となる。D1(R11/R10)は(N-M)に対する電圧増幅率であるり、D1により、差動電圧(N-M)に対する電圧増幅率が調整できる。
【００３２】
図１４(d2)に示す回路の入出力伝達関数Ｃは
C=A+D4(1+R13/R12)(B-A)                                (27)
D4=Rg/(Rg+Rh)                                     (28)
Rgは端子Aと可変抵抗器5の摺動子間の抵抗値、また、Rhは端子Bと可変抵抗器5の摺動子間の抵抗値である。可変抵抗器５の摺動子の位置を変えることにより、D4は０≦D4≦１となる。
【００３３】
図１４(b)、(c)、(d1)、(d2)に示す回路図には、可変抵抗器2，3、4、5を使用している。これらの可変抵抗器に相当する素子を集積回路で実現する場合、通常、R-2R抵抗器アレイとアナログスイッチとを用い、論理回路からの信号でアナログスイッチの切替えを行って、可変抵抗器相当の機能を実現する。図１５(ｈ１)および図１５(ｈ２)に示す回路図はその例である。通常、これらは入力端子に一定電圧を印加して、ディジタル値をアナログ電圧に変えるD/Aコンバータとして利用される。しかし、ここでは一定電圧の代わりに信号電圧を印加して可変抵抗器として利用する。各Rおよび2Rの抵抗器は高精度の抵抗値と同一温度係数をもつ抵抗器が用いられる。S1・・・Sn-2、Sn-1、Snはn回路のアナログスイッチであり、アナログスイッチをHまたはL側に切り替えることにより、端子ＱとＰ(又はＭとＮ)間の電圧を変化させ、演算増幅器１を経由して出力端子S3またはZから、対応する出力電圧が得られる。集積回路上に可変抵抗器を設置しなければならない場合には、この回路図で示す回路が用いられて可変抵抗器の機能を得るが、可変される電圧は連続的変化ではなく、階段的変化による電圧になる。従って、可変抵抗器としての分解能を高めるには論理回路のビット数に相当するｎを増やすことによって可能である。
【００３４】
図１５(ｈ１)に示す回路においては、端子ＭＮ間から見た内部抵抗値はアナログスイッチの切替え位置にかかわらず、一定のＲ値をもつ。また、図１５(ｈ２)に示す回路においては端子ＱＰから見た内部抵抗値はアナログスイッチの切替え位置によって変化する。
【００３５】
図１５(ｈ２)および(ｈ１)で示される回路の入出力伝達関数は次のようになる。
S3=U+(1+R9/R8)(S2-U)                                       (32)
S2=D3(Q-P)+P、
D3=0、1/(2n)、2/(2n)、・・・、(2n-2)/(2n)、(2n-1)/(2n)。
Z=N+J(R21/R)(N-M)+(R21/R15)(N-W)+(R21/R16)(N-X)            (34)
J=0、1/(2n)、2/(2n)、・・・、(2n-2)/(2n)、(2n-1)/(2n)。
これらの抵抗器は同一温度係数をもつ抵抗器を用いることにより、抵抗値の温度変化による出力電圧の変動や電圧増幅率の変動が抑えられる。
【００３６】
図１４(ｅ)に示す回路からは、次のような２つの入出力伝達関数Ｋ、Ｌが得られる。
Ｋ=J+I-H                                                   (36)
ただし、R71=R72=R73=R81。
または、
Ｌ=J+(R81/R71)(I-H)                                        (37)
ただし、R71=R72、R73=R81。
【００３７】
図１４(ｇ)に示す回路図の入出力伝達関数は
Ｚ=Y+(R21/R14)(Y-V)+(R21/R15)(Y-W)+(R21/R16)(Y-X)          (38)
通常、抵抗器R14、R15、R16およびR21に用いる抵抗器は同一温度係数をもつ抵抗器を用いることにより温度による増幅率の変動を抑え、ドリフトおよび電圧増幅率の変動が少なくしている。通常、この回路はアナログ信号(Y-V)、(Y-W)および(Y-X)の加算値を得る加算回路として用いられる。
【００３８】
以下に説明する本発明に係る温度補償回路は、１次温度係数生成回路およびスパンシフト２次温度係数生成回路と、図１３〜図１５に示す幾つかの回路ブロックとを縦続接続することにより実現される。具体的には、温度補償回路は、温度補償のために必要な１次の温度係数項をもつ電圧増幅率を精度よく生成する１次温度係数生成回路、この１次温度係数生成回路を用いて構成するオフセットドリフト定数補償回路、スパンシフト温度係数１次補償回路、２次の温度係数項をもつ電圧増幅率を生成するスパンシフト２次温度係数生成回路、及び、スパンシフト２次温度係数生成回路を用いて構成するスパンシフト温度係数２次補償回路を適宜組み合わせて実現される。
【００３９】
実施の形態１．
＜１．温度補償回路の全体構成＞
図１に本発明に係る温度補償回路の構成を示す。温度補償回路は、圧力センサにより圧力を電圧値として検出する圧力検出部３９からの検出値に対する温度補償を行なう。温度補償回路は、圧力センサと同じ環境に設置され、圧力センサと同じ周囲温度を持つ半導体集積回路に搭載される。この温度補償回路は、オフセットドリフト定数温度補償回路１０と、電圧発生源３４と、加算回路３５と、圧力センサ増幅回路４０と、スパンシフト温度係数１次補償回路４５と、スパンシフト温度係数２次補償回路４７とから構成される。
【００４０】
オフセットドリフト定数温度補償回路１０は圧力検出部３９の出力電圧のオフセットドリフトの温度補償を行なうための回路である。すなわち、オフセットドリフト定数温度補償回路１０は、オフセットドリフト定数により生じる誤差電圧成分相当を発生する回路である。電圧発生源３４は可変抵抗器６により所定電圧を発生させる。圧力センサ電圧増幅回路４０は圧力検出部３９からの検出信号を増幅する。加算回路３５は、オフセットドリフト定数温度補償回路１０、電圧発生源３４及び増幅回路４０のそれぞれからの出力を加算する。加算結果はスパンシフト温度係数１次補償回路４５に入力され、スパンシフト温度係数についての温度補償がなされる。スパンシフト温度係数１次補償回路４５からの出力はスパンシフト温度係数２次補償回路４７により２次の温度係数についての温度補償がなされ、出力端子４８より最終的に温度補償された検出結果が得られる。各回路ブロックの詳細は後述する。
【００４１】
＜２．オフセットドリフト定数温度補償回路＞
図２（ａ）にオフセットドリフト定数温度補償回路１０の構成を示す。オフセットドリフト定数温度補償回路１０は、(３)式に示す圧力センサの出力電圧に含まれるオフセットドリフト定数βと温度ta-tsとの積である電圧cβ(ta-ts)に対して電圧+cβ(ta-ts)または-cβ(ta-ts)を発生させる機能をもつ。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、オフセットドリフト定数温度補償回路１０は、図１４(d2)に示す回路を適用した１次温度係数生成回路２０と、図１４（ａ）に示す回路を適用した温度係数符号反転回路２７と、符号切換回路２８と、図１４（d1）に示す回路を適用した１次温度係数調整回路３０とを含む。
【００４３】
１次温度係数生成回路２０は、演算増幅器１と、可変抵抗器５と、各々r1、r2、r3の抵抗値を有する別個の１次及び２次の温度係数をもつ抵抗器２１、２２、２３とからなる。抵抗器２１、２２、２３は半導体集積回路上に形成される抵抗器が使用される。１次温度係数生成回路２０は、温度変化に対し、電圧増幅率が直線的に変化するように構成される。
【００４４】
温度係数符号反転回路２７は、図１４（ａ）の回路において抵抗器の抵抗値をR8=R9に設定した電圧増幅率が１となるインバータ回路である。
【００４５】
符号切換回路２８はアナログスイッチであり、１次温度係数生成回路２０の出力Ｃ又は温度係数符号反転回路２７の出力Ｇから得られる信号電圧のいずれかを選択する。
【００４６】
１次温度係数調整回路３０は図１４(d1)と同様の回路構成を有している。１次温度係数調整回路３０は符号切換回路２８を介して受けた信号の１次温度係数を調整する。ここで、１次温度係数調整回路３０及び符号切換回路２８の代わりに、図２の（ｂ）に示すように、図１４（ｃ）の回路と同様の構成を有する１次温度係数調整回路３３を用いてもよい。
【００４７】
図２(a)に示す演算回路ブロック２０における伝達関数Ｃは(27)式から次にようになる。
C=A+D4{１+(r2+r3)/(r1)｝(B-A)                                (40)
D4={Rg/(Rg+Rh)}
【００４８】
可変抵抗器５を構成する抵抗Rg、Rhを、集積回路のチップ面において同一種類の抵抗器で構成することにより、抵抗Rg、Rhの温度係数を同じにすることができる。従つて、Rg/(Rg+Rh)の値は温度に依存しない。
【００４９】
集積回路では抵抗拡散に適用できる３種類の拡散層をもつ場合がある。これらの拡散層を抵抗形成に用いると、３種類の異なる温度係数をもつ抵抗器が得られる。これらの抵抗器の抵抗値をr1、r2およびr3とする。各拡散層によって形成される抵抗器は温度によって各々その抵抗値が変化する。それらの抵抗値は温度変化に対して直線的ではなく、２次曲線的（すなわち２次関数的）に変化し、近似的に次式で表すことができる。
r1=R1{１+(α1)t+(α2)t2}                                  (42)
r2=R2{１+(β1)t+(β2)t2}                                  (43)
r3=R3{１+(γ1)t+(γ2)t2}                                  (44)
t=ta-ts
ここで、taは各抵抗器の周囲温度(℃)であり、ta=-40〜+125℃、tsは基準温度でts=-30〜40℃のある温度値、R1、R2およびR3は周囲温度ta=tsにおける抵抗器r1、r2およびr3の抵抗値である。また、α1及びα2は抵抗器R1が持つt=(ta-ts)およびt2=(ta-ts)2に関する１次及び２次の温度係数、β1及びβ2は抵抗器R2がもつt=(ta-ts)およびt2=(ta-ts)2に関する１次及び２次の温度係数、γ1及びγ2は抵抗器R3がもつt=(ta-ts)およびt2=(ta-ts)2に関する１次及び２次の温度係数である。
【００５０】
集積回路に対し、周囲温度taが-40〜+125℃の範囲内での抵抗における温度係数の数値例は次のとおりである。
α1=0.7X10-3 、α２=2X10-6、β1=6.3X10-3、β２=14X10-6、
γ１=1.5X10-3、γ２=0.2X10-6                                  (45)
【００５１】
(40)式内の{1+(r2+r3)/r1}の項を、(42)、(43)及び(44)式を使用して整理すると以下のようになる。
1+(r2+r3)/r1
={1+(R2+R3)/(R1)}{1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}    (46)
ただし、
(θ1)={R1(α1)+R2(β1)+R3(γ1)}/(R1+R2+R3)                 (47)
(θ2)={R1(α2)+R2(β2)+R3(γ2)}/(R1+R2+R3)                 (48)
【００５２】
さらに、{1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}をtに関するべき級数に展開すると次式となる。
{1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}
=1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・                                      (49)
x、y、z、w、・・・・はtの一次、２次・・・・の各係数で、正又は負の実数である。
【００５３】
従って、(40)式は次のようになる。
C=A+{Rg/(Rg+Rh)}{(R1+R2+R3)/R1}(B-A)(1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・・)
=A+a(B-A)(1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・・)                         (50)
ここで、a={Rg/(Rg+Rh)}{1+(R2+R3)/(R1)}
このように、入力端子ＡおよびＢと出力端子Ｃとの間の伝達関数はｔのべき級数で表せる。a(1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・・)は温度tにおける電圧増幅率である。
【００５４】
さらに、(49)式から次の関係が得られる。
x=(θ1)-(α1)                                           (53)
y=(θ2)-(α2)-x(α1)                                    (54)
z=-y(α1)-x(α2)                                        (55)
w=-z(α1)-y(α2)                                        (56)
u=-w(α1)-z(α2)                                        (57)
(45)式で示す温度係数値をこれらに代入すれば、x、y、z等の値が求められる。
【００５５】
抵抗値がr1、r2およびr3となる抵抗器２１〜２３に、３種類(または２種類)の異なった１次および２次の温度係数をもつ抵抗器を用いるのは以下の理由による。すなわち、電圧増幅率a(1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・・)が温度ｔに対し直線的に変化する伝達関数を得て、本発明に必要な一次温度係数生成回路を得るためである。周囲温度taが-40〜+125℃の範囲で、tに関する一次の温度係数のみをもつ入出力伝達関数として、(50)式を下記(61)式相当に近似させようとするための手段として、ここでは、抵抗２１〜２３に温度係数が異なる３種類の抵抗器を用いる。
C＝A+a(B-A)(1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・・)                       (59)
C≒A+a(1+xt)(B-A)                                       (61)
従来の技術では、(61)式のように、y=z=w・・・・=0のような係数設定は不可能である。しかし、本実施形態では、３種類の異なった温度係数をもつ抵抗器を用いて、抵抗値を選ぶことにより、使用温度範囲で、yt2+zt3+wt4・・・・・値の影響を小さくして、直線性を向上させ、近似的ではあるが、(61)式に相当に近い直線性を与える(50)式が得られる。
【００５６】
以下、(59)式と(61)式の近似の程度を評価する。(59)式を次のように変形する。
C=A+a(B-A)[1+xt{1+(yt2+zt3+wt4・・・・・)/(xt)}]              (62)
ここで、ε=t(y+zt+wt2+ut3・・・・・)/xとおく。εは一次温度係数xの変動率をあらわす。(62)式より、
C=A+a{1+x(1+ε)t}(B-A)                                  (65)
a{1+x(1+ε)t}は電圧増幅率で、その温度係数はx(1+ε)である。ここで、もし、tに関係なく、ε=0であれば、(65)式はtに関する完全な１次の直線式である。しかし、通常、ε≠0であり、使用温度範囲において、|ε|≦5％程度の値であれば、(65)式は、実用上tに関する直線式と見なしてもよく、この場合、次式となる。
C=A+a(B-A)(1+xt）                                      (65c)
通常、(65c)式は概算計算および検討に使用し、総合誤差を算出する場合には、εを含む(65)式で計算する。
【００５７】
例として、(45)式に示す温度係数の数値を用いて計算をする。R1=3、R2=1.1302、R3=3.8697とし、(45)式に示すα1、α2、β1、β2、γ1、γ2値を(47)、(48)、(53)〜(57)式に代入することによって、
(θ1)=1.8781X10-3                                       (68)
(θ2)=2.8247X10-6                                       (69)
x=1.178X10-3                                            (70)
y=0                                                     (71)
z=-2.356X10-9                                           (72)
W=1.649X10-12                                           (73)
u=3.055X10-15                                           (74)
これらを(63)式に代入し、ts=25℃、ta=125℃、即ち、t=100℃におけるεを計算すると、ε=-1.84%となる。また、ta=-45℃、即ちt=-70℃においては、ε=-1.02% 。ta=-65℃、即ちt=-90℃においては、ε=-1.70%となる。ta=tsにおいては、ε=０%。従って、使用温度範囲-65℃〜+125℃において、誤差が０〜-2%以内で直線性が保たれていることがわかる。以上より、実用的には(65)式を適用しても問題ない。
【００５８】
以上、抵抗値r1、r2およびr3を有する抵抗器２１、２２、２３を、上記に示したような３種類の温度係数の組み合わせを有するように構成することにより、差動入力電圧に対する電圧増幅率の温度係数が１次式であるとみなせる演算回路を構成することができる。伝達関数が(65c)式で現せる演算回路は温度補償回路においては、電圧増幅率が１次の温度係数を持つことが必要であり、この回路を１次温度係数生成回路２０として用いる。なお、１次温度係数xは、１次温度係数調整回路３０、３３に含まれる可変抵抗器４、３の値を調整することにより、(3)式で示すcβに設定される。
【００５９】
次に、(45)式において、r3=0とし、r1とr2に異なった温度係数をもつ２種類の抵抗器を用いて、単純に一次温度係数生成回路２０を構成する場合の（1+r2/r1）の温度係数の直線性を検討する。
【００６０】
(47)および(48)式において、R3=0、R2=5、R1=3の場合、(45)式に示す各係数を用いると、(θ1)=4.2X10-3、 (θ2)=9.5X10-3を得る。(53)〜(56)式などによって、x=3.5X10-3、y=5.05X10-6、z=-10.53X10-9、W=-2.725X10-12を得る。従って、ts=25℃、ta=125℃、t=100℃におけるεは(63)式から次の様になる。
ε=11.4%。                                         (79)
また、t=-70℃で、ε=11.5%。を得る。以上、(75)式と(79)式の結果を比較すると、(75)式は(79)式より約６倍、直線性が向上しており、本発明による３種類の温度係数値をもつ抵抗器を組み合わせて使用する効果が十分であることが分る。
【００６１】
(65)式に出来るだけ直線性を持たせるため、使用温度範囲で、|ε|をできるだけ小さくするためのR1、R2、R3の計算方法に、次の３通りがある。
１.  (63)式において、各温度係数間には数学的に|x|＞|y|＞|z|＞|w|＞|u|・・・・の関係がある。従って、直線性に最も影響を与える項はtの２次の温度係数項の|y|である。従って、(54)式において、y=0になるように、R2とR3とを定める。
２.  使用温度範囲と基準温度範囲とを定め、(R2+R3)/R1を決める、(R2+R3)/R1=一定にして、R2とR3を変化させ、|ε|が最小になるように、R2とR3を変化させる数値計算を行う。この場合、ｙ≠０である。
３.  使用温度範囲と基準温度を定め、(47)、(48)、(49)式を利用し、(R2+R3)/R1=一定の条件の下で、R2、R3、およびxを未知数にして、最小二乗法を用いて未知数を求める。ただし、(52)式の左辺は直線式1+xtで近似するためy=z=w=u=・・・・=0とする。
P=Σ[{1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}-(1+xt)]2     (80)
PをR2、R3、およびxで微分し、得られた３式をゼロとおき、使用温度範囲内にあるt=t1、t=t2、・・・を代入して総和を求める。得られた連立方程式を解けば、R2、R3、およびxが得られる。
【００６２】
いずれの計算方法によっても、得られる値は、互いに近傍にある値となる。ここで、最も一般的な方法は１項と２項の方法である。この方法は次のようにして、実施できる。また、上記３通の計算方法は以下に記述する全ての１次温度係数生成回路に適用できる。
【００６３】
上記１項における方法は次の通りである。
R2=kR、R3=(1-k)R、R2+R3=R                              (81)
このような変数k(０≦k≦1)を定義し、(81)、(47)、(48)および(53)式を(54)式に代入し、(54)式のyを、y=0とおき、kを求めると次式となる。
k={(α2)-(γ2)+(α1){(γ1)-(α1)}}/
[(β2)-(γ2)+(α1){(γ1)-(β1)}]                        (83)
このkから、R2およびR3を求める。
上記(68)〜(74)式は、R1=3、R=5に設定し、(45)、(47)、(48)、(53)〜(57)、(83)式を用いて計算し、k=0.2260およびR2=1.1302とR3=3.8697と各温度係数を求めた結果である。この場合、-60℃≦ta≦125℃ の範囲で、|ε|＜1.84%が得られた。
【００６４】
上記２項の方法は次の通りである。(81)式を(47)、(48)式に代入する。
(θ1)=[(α1)+{(β1)k+(γ1)(1-k)}R/R1]/(1+R/R1)            (85)
(θ2)=[(α2)+{(β2)k+(γ2)(1-k)}R/R1]/(1+R/R1)            (86)
(49)、(63)式から、
{1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}=1+xt(1+ε)         (87)
t=ta-ts
を得る。
【００６５】
数値計算はR/R1、k、基準温度tsを定め、(θ1)と(θ2)を求める。(53)〜(57)式から、x、y、z、w、・・・・をもとめ、使用温度範囲内に対応するtに対するεを(63)または(87)式から順次計算する。次に、kの値を少し変え、x、y、z、・・・を再計算し、使用温度範囲tに対するεを順次計算する。これを繰返せば、使用温度範囲内で|ε|が最も小さくなるkが求められる。このkにより、(81)式からR2とR3が求められる。kの初期値は上記１項による方法で求めてもよい。
【００６６】
上記２項の方法において、R1=3、R=5、k=0.25、ts=25℃とし、εを計算すると、ta=125℃即ちt=100℃）において、ε=-0.69%となる。ta=55℃即ちt=30℃においては、ε=0.20%となる。また、ta=-45℃、即ちt=-70℃においては、ε=-1.93%となる。また、ta=-65℃、即ちt=-90℃においては、ε=-2.9%となる。ta=tsにおいては、ε=０%。となり、使用温度範囲-45℃〜+125℃において、誤差が０〜-2%以内で直線性が保たれていることがわかる。この場合の各温度係数は、(53)〜(57)式を用いて、
x=1.2X10-3、y=0.15X10-6、z=-2.505X10-9 、W=1.4532X10-12 、
u=3.987X10-15                                            (94)
などを得る。また、(81)式から、 R2=1.25、R3=3.75となる。
【００６７】
上記の２例において、いずれも、使用温度範囲で、xの直線性を示す|ε|＜2%を得る。従って、いずれの結果も、利用可能である。
【００６８】
(65c)式において、入力端子Aに電圧E1、入力端子Bに電圧E2を印加し、かつ、電圧増幅率をa=1に設定する。
C=E1+(E2-E1)(1+xt)                                     (96)
(96)式において、差動電圧(E2-E1)に対してxとなる温度係数をもつ。ここで、E1=0V、電源電圧Vccに対し、E2=Vcc/2を印加すると
C=Vcc/2+(Vcc/2)xt                                      (97a)
Vcc=5Vの場合にはC=2.5+2.5xtとなり一次温度係数xは、2.5xに増加する。なお、a=1への設定は、R1=3、R2+R3=5の場合、(50)式から、1+(R2+R3)/R1=8/3、Rg/(Rg+Rh)=3/8に設定される。従って、各抵抗値が製造上で生じる抵抗値にバラツキが生じても、可変抵抗器の摺動子の位置を調整することによって、基準温度（ts）においてa=1に設定できる。
【００６９】
(96)式によって得られた出力電圧Cは図９(a)に示す回路図において、R8=R9であるインバータ回路27の入力端子Eに印加される。伝達関数は(12)または(13)式であり、端子Fに電圧Vcc/2を印加することにより出力Ｇが得られる。
Ｇ=Vcc/2-(Vcc/2)xt                                     (97b)
(97a)式と(97b)式とを比較すると、(Vcc/2)xtの符号が正から負に反転した他は同じ形式である。(97a)式では出力端子Cから、１次温度係数である+(Vcc/2)xが、また、(97b)式の出力端子Ｇからは符号を反転した-(Vcc/2)xである温度係数が得られる。演算回路ブロック２７は温度係数の符号を反転をした電圧を出力する。
【００７０】
(97a)又は(97b)式で示される出力電圧は符号切換回路28でいずれかが選択されて図１４(d1)に示す１次温度係数設定回路30の入力端子Mに印加、また、入力端子Nに電圧Vcc/2を印加すると、出力端子O1には(25)、(26)式から、下記のような出力電圧が得られる。
(97a)式による出力電圧が選択される場合、
θ1=Vcc/2-(D1・R11/R10)x(Vcc/2)t                        (98a)
(97b)式による出力電圧が選択される場合、
θ1=Vcc/2+(D1・R11/R10)x(Vcc/2)t                        (98b)
可変抵抗器５の摺動子の位置を変えD1を変えると、１次温度係数xを変更したとする等価な出力電圧を出力端子θ1から得られる。従って、D1を変え、(D1・R11/R10)(Vcc/2)x=cβに設定すると、次式で示す出力に設定される。θ1=Vcc/2-cβt、または、θ1=Vcc/2+cβt                 (100)
ここで、cβは(3)式に示す圧力センサから得られる検出電圧Vに含まれる、オフセットドリフト定数である。
【００７１】
また、(97a)又は(97b)式で示される出力電圧は１次温度係数調整回路３３の入力端子ＱとＰに接続される。１次温度係数調整回路３３は図１４(c)に示す回路を援用している。入力端子Ｕに電圧Vcc/2を印加すると、出力端子S3には(20)、(21)、(28)式から、下記のような出力電圧が得られる。
S3=Vcc/2+{2(D3)-1}(R6/R5)x(Vcc/2)t                     (102)
可変抵抗器３の摺動子を移動することによりD3は 0≦D3≦1となるので、D3が 0〜1/4〜1/2〜3/4〜1の変化に対し、{2(D3)-1}は-1〜-0.5〜０〜+0.5〜+1のように変化する。従って、摺動子の位置を変えることにより、{2(D3)-1}(R6/R5)(Vcc/2)xの値がcβ(または-cβ)に等しくすることができる位置があり、かつ、等しい位置に固定できる。
S3=Vcc/2+cβtまたはS3=Vcc/2-cβt                       (103)
【００７２】
(103)式は(100)式と同一である。この回路の特徴は符号切換回路２８に用いられるアナログスイッチが不要になる。しかし、可変抵抗器３の分解能が回路ブロック３０の可変抵抗器４の1/2に低下する。１次温度係数調整回路３０、３３は可変抵器３又は４の値の調整することにより温度係数xの値を調整する。また、１次温度係数調整回路３０と１次温度係数調整回路３３とからは同じ出力信号電圧を得るので、いずれが使用されてもよい。
【００７３】
(98)式から、電源電圧を分圧した電圧をオフセットドリフト定数温度補償回路１０に入力することにより、オフセットドリフト定数温度補償回路１０の出力に含まれるオフセットドリフト定数ｃβは電源電圧の変動に比例した値になる。一方、圧力センサの検出電圧に含まれるオフセットドリフト常数ｃβも電源電圧の出力に比例する。このことから、加算回路３５において圧力センサの検出電圧に含まれるオフセットドリフト定数ｃβと、オフセットドリフト定数温度補償回路１０の出力に含まれるオフセットドリフト常数ｃβとが加算され、打ち消されることにより、温度補償回路において電源電圧の変動の影響を排除できる。
【００７４】
＜３．圧力検出部、電圧発生源、加算回路等＞
図１に戻り、加算回路３５は、図１４(g)に示す回路と同様であり、入力端子V、W、Xに印加された信号を加算し、その結果を出力端子Zに出力する。電圧発生源ブロック３４は可変抵抗器６を有し、可変抵抗器６の抵抗器の両端には電圧Vccとゼロボルトが印加される。可変抵抗器６の摺動子の位置を変更することにより出力端子S2に以下の電圧を発生させる。
S2=Vcc/2-B  または S2=Vcc/2+B                          (104)
ここで、Ｂは(３)式に示す圧力センサから得られる検出電圧におけるオフセット電圧である。
【００７５】
圧力検出部３９は出力端子p1とp2間に(1)式に示す検出電圧uを出力する。圧力センサ電圧増幅回路４０は圧力検出部３９からの電圧を増幅する回路であり、図１４(e)の回路（伝達関数Ｌ）を援用する。入力端子ＪにVcc/2を印加すると、(37)式から演算回路４０の出力端子Lには電圧増幅された出力電圧Lとして、
L=Vcc/2+(R81/R71)u
=Vcc/2+AＰ(1+αt)+cβt+Ｂ                             (105)
A=(R81/R71)ａ、c=(R81/R71)、t=ta-ts
【００７６】
加算回路３５において、Vcc/2を入力端子Yに、電圧S2=Vcc/2-Bを入力端子xに、θ1=Vcc/2-cβtを入力端子wに、また、(105)式に示す電圧を入力端子Vに印加すると、(38)式により電圧Zが出力端子に現れる。
Ｚ=Vcc/2-(R21/R14){AＰ(1+αt)+cβt+Ｂ}
+(R21/R15)(cβt)+(R21/R16)Ｂ                        (106)
ここで、抵抗値をR14=R15=R16に設定すると、オフセットドリフト定数βおよびオフセット電圧ｂ(またはＢ)に起因する電圧項が打ち消される。
Z=Vcc/2-A(R21/R14)(1+αt)P                              (107)
このように、出力端子Zから、電圧Vcc/2を中心値として、スパンシフト温度係数αのみを含む圧力検出電圧Zが得られる。
【００７７】
また、(107)式はβ＞0の場合であり、β＜0の場合には、(100)式のO1=Vcc/2+cβtを入力端子wに印加し、また、オフセット電圧ｂ＜0の場合には、(39)式の代わりに電圧S2=Vcc/2+Ｂが発生するように可変抵抗器６の摺動子を調整すれば、(107)式に示す出力電圧が得られる。
【００７８】
＜４．スパンシフト温度係数１次補償回路＞
スパンシフト温度係数１次補償回路４５について詳細に説明する。スパンシフト温度係数１次補償回路４５は温度に応じて変化する検出圧力電圧の補償を行なうものであり、特に温度特性の１次成分に対する温度補償を行なう。スパンシフト温度係数１次補償回路４５は(４)式に相当する出力電圧Voを得る。また、スパンシフト温度係数２次補償回路４７は(５)式に相当する出力電圧Vooを得る。オフセットドリフト定数温度補償回路１０、スパンシフト温度係数１次補償回路４５およびスパンシフト温度係数２次補償回路４７は、圧力センサ圧力検出部３９がもつ温度ｔaと同じ温度を持つ必要がある。すなわち、スパンシフト温度係数１次補償回路４５は、入力した信号の温度変動成分のうち温度係数の１次の項による変動成分を除去する。
【００７９】
図３（ａ）にスパンシフト温度係数１次補償回路４５の具体的な回路構成を示す。スパンシフト温度係数１次補償回路４５は、１次温度係数生成回路２０ｂと、温度係数符号反転回路２７ｂと、符号切換回路２８ｂと、１次温度係数調整回路３０ｂとからなる。スパンシフト温度係数１次補償回路４５の各回路ブロックに対して、図２に示すオフセットドリフト定数温度補償回路１０に含まれる演算回路ブロック２０、２７、３０、３３とアナログスイッチ２８がそのまま適用できる。ここで、オフセットドリフト定数温度補償回路１０に含まれる各回路ブロックと区別するため、対応する回路ブロックの参照符号を２０ｂ、２７ｂ、２８ｂ、３０ｂ、３３ｂとしている。図３に示す回路構成は一例である。本回路４５においても、実施の形態１で説明した温度センサとして用いる抵抗器２１〜２３の設計方法である(10)〜(96)式をそのまま適用できる。
【００８０】
(96)式において。E1=Vcc/2、かつ、(107)式に示す信号電圧ZをE2に印加し、E2=Zとすると１次温度係数生成回路２０ｂの出力Cbは次式の値となる。
0004629892.tif 000004
ここで、1+(R2+R3)/R1=8/3の場合、Rg/(Rg+Rh)=3/8に設定される。従って、各抵抗値が製造上で生じる抵抗値にバラツキが生じても、可変抵抗器５を調整することにより、基準温度においてa=1に設定する。
【００８１】
(110a)式によって得られた出力電圧Cbは図１３(a)に示す回路図において、R8=R9である温度係数符号反転回路２７ｂの入力端子Eに印加される。伝達関数は(12)または(13)式で表されるので、出力端子Gbに現れる電圧は次式で得られる。
Gb=Z-(Z-Vcc/2)xt                                       (110b)
【００８２】
(110a)式と(110b)式とを比較すると、(Z-Vcc/2)xtの符号が正から負に反転した他は同じである。このように温度係数符号反転回路２７ｂは温度係数の符号を反転した電圧を出力する。
【００８３】
符号切換回路２８ｂにより、出力Cbまたは出力Gbのいずれかが選択されて１次温度係数調整回路３０ｂの入力端子Mに印加される。出力Cbが選択されたとき、出力端子θ1には下記の出力電圧が得られる。
0004629892.tif 000005
【００８４】
出力Gbが選択されたときは次式となる。
0004629892.tif 000006
【００８５】
可変抵抗器4を調整してD1を変更することにより、(112b)および(114b)式において、１次温度係数項である(D1・R11/R10)xが変更できる。
【００８６】
α＞０の場合には(112b)においてD1を調整し、(D1・R11/R10)x=αに設定して次式を得る。
θ1b= Vcc/2-A(R21/R14)(1-α2t2)P                        (116a)
α＜０（即ち-α＞０）の場合には(114b)においてD1を調整し、(D1・R11/R10)x=-α＞０に設定して次式を得る。
θ1bb= Vcc/2-A(R21/R14){1-(+α)(-α)t2}P                (116b)
(116a)と(116b)式は同一である。これらの式は(4)式に対応する。
【００８７】
(116a)及び(116b)は近似式であり、正確にはεを含めて次式となる。
θ1cb=Vcc/2-A(R21/R14)(1+αt){1-α(1+ε)t}P            (117a)
または、
θ1db=Vcc/2-A(R21/R14)(1+αt){1-(-α)(1+ε)t}P         (117b)
【００８８】
以上のようにtの１次項を打ち消した出力電圧がスパンシフト温度係数１次補償回路４５から端子θ1ｂを介して得られる。
【００８９】
また、図３（ｂ）に示すように、１次温度係数調整回路３０ｂの代わりに、１次温度係数調整回路３３ｂが使用されてもよい。このとき、符号切換回路２８ｂも使用されない。１次温度係数調整回路３３ｂは図１４(c)に示す回路と同様の構成を有する。１次温度係数調整回路３３ｂの出力電圧S3bは次式で得られる。
S3b=Vcc/2-A(R21/R14)P(1+αt)[1+{2(D3)-1}{1+(R6/R5)}xt]    (118)
【００９０】
可変抵抗器３の値を調整することによりD3（0≦D3≦1）の値を変化させることができる。したがって、可変抵抗器３の値を変更し、D3を変化させて、(2D3-1){1+(R6/R5)}xの値をα(または-α)に等しくなるように設定することにより、以下のような出力電圧S3bが得られる。
S3b=Vcc/2-A(R21/R14)P(1-α2t2)                          (119)
【００９１】
(119)式と(116)式とからは同一の出力電圧が得られる。したがって、１次温度係数調整回路３０ｂまたは１次温度係数調整回路３３ｂのいずれか一方を使用すればよい。１次温度係数調整回路３３ｂの利点は符号切り換え用のアナログスイッチ２８が不要になる点である。しかし、可変抵抗器３の分解能が回路ブロック３０の可変抵抗器４の半分に低下する。
【００９２】
＜５．スパンシフト温度係数２次補償回路＞
スパンシフト温度係数１次補償回路４５によって、(116a)〜(119)式に示すように、出力端子θ1bまたはS3bの信号電圧はスパンシフト温度係数αによって発生する１次の誤差であるαt項を打ち消すことができる。しかし、２次の誤差分である-α2t2項が残る。したがって、より十分な温度補償を行なうために、２次の誤差分である-α2t2項をも打ち消すことが好ましい。このため、図１に示す回路においては、この２次の誤差分を打ち消すためのスパンシフト温度係数２次補償回路４７を設けている。すなわち、スパンシフト温度係数２次補償回路４７は、入力した信号の温度変動成分のうち温度係数の２次の項による変動成分を除去する。以下このスパンシフト温度係数２次補償回路４７を説明する。
【００９３】
スパンシフト温度係数２次補償回路４７は温度に応じて変化する検出圧力電圧の２次成分に対する温度補償を行なう。図４（ａ）に、２次成分を打ち消すためのスパンシフト温度係数２次補償回路４７の回路図を示す。スパンシフト温度係数２次補償回路４７は、スパンシフト２次温度係数生成回路５０と、２次温度係数調整回路５５とからなる。出力端子４８からは圧力センサからの電圧に対し、(5)式に対応する信号出力電圧が出力される。なお、図４（ｂ）に示すように、２次温度係数調整回路５５の代わりに２次温度係数調整回路３３ｃが用いられてもよい。本回路４７に対する入力信号は(116a)〜(119)式に示す出力電圧θ1b、θ1bbまたはS3bと電圧Vcc/2である。
【００９４】
スパンシフト２次温度係数生成回路５０は入力電圧に対する電圧増幅率が、ほぼ温度tの２次関数的に変化する２次温度特性をもつ。この回路の原型は図１４(d2)である。また、２次温度係数調整回路５５または３３ｃは、図１４(d1)および(d2)に示す回路と同様の構成である。スパンシフト２次温度係数生成回路５０は演算増幅器１と、抵抗値がそれぞれr5、r6およびr7となる抵抗器５１、５２、５３と、可変抵抗器５とを有する。
【００９５】
スパンシフト２次温度係数生成回路５０は各々異なった１次及び２次温度係数をもつ３種類(又は２種類)の抵抗器を使用する。集積回路では抵抗拡散に適用できる３種類の拡散層をもつ場合がある。これらの拡散層を抵抗形成に用いると、３種類の異なる温度係数をもつ抵抗器が得られる。各拡散層によって形成される抵抗器の抵抗値は温度変化に対して直線的ではなく、２次曲線的に変化し、次式により表すことができる。
r5=R5{１+(αa)t+(αb)t2}                               (120)
r6=R6{１+(βa)t+(βb)t2}                               (121)
r7=R7{１+(γa)t+(γb)t2}                               (122)
t=ta-ts
ここで、taは各抵抗器の周囲温度(℃)であり、ta=-40〜+125℃を、tsは基準温度であり、ts=-30〜+40℃のある温度値、R5、R6およびR7は周囲温度ta=tsにおける抵抗器５１、５２および５３の抵抗値である。また、(αa)及び(αb)は抵抗器５１がもつt=(ta-ts)およびt2=(ta-ts)2に関する１次及び２次の温度係数である。
(βa)及び(βb)は抵抗器５２がもつt=(ta-ts)およびt2=(ta-ts) 2に関する１次及び２次の温度係数である。(γa)及び(γb)は抵抗器５３がもつt=(ta-ts)およびt2=(ta-ts) 2に関する１次及び２次の温度係数である。
【００９６】
図４に示すスパンシフト２次温度係数生成回路５０における伝達関数は次式で表される。
C2=A2+D2{１+(r6+r7)/r5}(B2-A2)                         (125)
D2={Rg/(Rg+Rh)}
【００９７】
可変抵抗器５を構成するRg及びRhは集積回路のチップ面において同一種類の抵抗を用いて形成することにより、温度係数を同じにすることができる。従つて、Rg/(Rg+Rh)は温度変化に依存しない値を持つ。
【００９８】
(120)、(121)及び(122)式を(125)式に含まれる１+(r6+r7)/r5に代入し、
{1+(r6+r7)/r5}
={1+(R6+R7)/R5}{1+(θ3)t+(θ4)t2}/{1+(αa)t+(αb)t2}   (127)
ただし、(θ3)={R5(αa)+R6(βa)+R7(γa)}/(R5+R6+R7)        (128)
(θ4)={R5(αb)+R6(βb)+R7(γb)}/(R5+R6+R7)        (129)
ここで、
{1+(θ3)t+(θ4)t2}/{1+(αa)t+(αb)t}をtに関するべき級数に展開すると、
{1+(θ3)t+(θ4)t2}/{1+(αa)t+(αb)t}=1+xt+yt2+zt3+wt4+ut5+・・・  (130)
x、y、z、w、u・・・・・・はtの一次、２次・・・・の各係数で、正又は負の実数である。(125)式は次のように表すことができる。
C2=A1+a(B1-A1)(1+xt+yt2+zt3+wt4・・・・・)                    (131)
ここで、a={Rg/(Rg+Rh)}{1+(R6+R7)/(R5)}である。
【００９９】
(130)式から次の関係を得る。
x=(θ3)-(αa)                                           (133)
y=(θ4)-(αb)-x(αa)                                    (134)
z=-y(αa)-x(αb)                                        (135)
w=-z(αa)-y(αb)                                        (136)
u=-w(αa)-z(αb)                                        (137)
(45)式で示す温度係数値をこれらに代入すれば、x、y、z、w、・・・・値が求められる。これは、(53)〜(57)式と同じである。
【０１００】
抵抗５１、５２、５３に異なった３種類の温度係数をもつ抵抗器を用いる理由は図１４(d2)に示す回路において、電圧増幅率が温度tに関し２次関数的に変化する伝達関数に出来るだけ近似させるためである。
【０１０１】
すなわち、tに関する一次の温度係数xを消滅させるようにR6およびR7を設定する。x=0として、入出力伝達関数に温度係数の２次以上の項のみを含ませるようにすることにより、(4)式に等価な電気的回路を得る。以上の方法により(131)式から(140)式が得られる。
C2=A2+a(B2-A2)(1+yt2+zt3+wt4・・・・・)                       (140)
a={Rg/(Rg+Rh)}{(R5+R6+R7)/R5}、t=ta-ts。
(140)式は(141)式に示す式に近似させるための手段である。
C2≒A1+a(B2-A2)(1+yt2)                                  (141)
(131)式をできるだけ(141)式で得られる値に近づかせるためにはx=0は必要条件である。
【０１０２】
(140)式に示すようにx=0にする抵抗値R5、R6およびR7は下記のようにして求める。(133)式においてx=(θ3)-(α1)=0とし、(128)式を代入して式を整理すると(142)式を得る。
R6/R7=(αa-βa)/(γa-αa)                              (142)
また、(144)式を満たすkを設定し、(142)式を代入し、式を整理し、(146)式を得る。
R6=(k)Rf、R7p=(1-k)Rf、R6+R7=Rf(一定)                  (144)
k=(αa-γa)/(βa-γa)                                  (146)
(146)式で得られるkを(144)式に代入することによりR6とR7が求められる。
【０１０３】
例として、R5=3、Rf=5とし、(45)式に示す温度係数をもちいて計算をする。(147)式を満足するために、温度係数を次のように置く。
αa=1.5X10-3、αb=0.2X10-6、βa=0.7X10-3、βb=2X10-6、
γa=6.3X10-3、γb=14X10-6                               (149)
これらの数値を(146)式および(144)式に代入して、k=0.85714、R6=4.2857、R7=0.71428を得る。
【０１０４】
これらの数値を用いて(128)、(129)、(133)〜(137)式から計算した例を示す。
θ3=1.5X10-3、θ4=2.39642X10-6                        (150)
x=0、y=2.1964X10-6、z=-3.2946X10-9、W=4.502X10-12、u=-6.0950X10-15、
v=8.0242X10-18、a=-11.144X10-21                          (151)
【０１０５】
温度係数によってはy＜0の場合もある。x=0であるから、(130)式は下記(154)式のように現される。
{1+(θ3)t+(θ4)t2}/{1+(αa)t+(αb)t}
=1+yt2+zt3+wt4+ut5+vt6+at7+・・・・・                       (154)
【０１０６】
以下に、(140)式と(141)式の近似の程度を評価する。(140)式を次のように変形する。
C2=A2+a(B2-A2)[1+yt2{1+(zt3+wt4+ut5+・・・・・)/(yt2)}]
【０１０７】
ここで、ε2=(zt3+wt4+ut5・・・・・)/(yt2)と置く。
ε2=t(z+wt+ut2+vt3+・・・・・)/y                             (160)
【０１０８】
(140)式は次式となる。
C2=A1+a{1+y(1+ε2)t2}(B2-A2)                           (161)
(161)式において、y(1+ε2)は電圧増幅率a{1+y(1+ε2)t2}のtの２次項の温度係数である。また、ε2はtの２次温度係数yの変動率を表す。(154)式は(160)式により、
{1+(θ3)t+(θ4)t2}/{1+(αa)t+(αb)t}=1+y(1+ε2)t2      (154b)
【０１０９】
ここで、もし、tに関係なく、ε2=0であれば、(140)式は完全にtの２次式である。しかし、通常、ε2≠0であり、もし、使用温度範囲において、|ε2|≦20％程度の変化値であれば、本発明においては、実用上、tの２次式として見なして本回路を使用しても、その効果が十分ある。この場合には次式が得られる。
C2=A2+a(B2-A2)(1+yt2）                                 (141b)
(141b)式は、誤差を含むが、式が簡単なので概算計算に用い、正確な総合誤差を算出する場合にはε2を含む(161)式を用いて計算するのが好ましい。
【０１１０】
(160)または(154b)式に(150)、(151)に示す数値を代入し、t=ta-ts、ts=25℃、としてε2を計算すると次のような結果を得る。
【表１】
0004629892.tif 000007
周囲温度範囲-85℃〜+125℃において、yは０〜±14%以内で変化しているので、(140)式は(141b)に近似する場合、(141b)式におけるyが０〜±14%と変動するものとして、yを扱わなければならない。しかし、yがこのように変動しても、スパンシフト温度係数２次補償回路47を用いて(5)式相当の出力信号を得た場合、２次補償をしない場合に比して、総合誤差を改善できる効果が十分ある。
【０１１１】
以上により、図４に示すスパンシフト２次温度係数生成回路５０において、３種類の温度係数をもつ抵抗器５１、５２および５３を組み合わせることにより、差動入力電圧に対する電圧増幅率の温度係数が、ほぼ、２次式であるとみなせる演算回路を構成することができる。
【０１１２】
伝達関数が(161)式で現せる演算回路でスパンシフト２次温度係数生成回路50を形成するには、(161)式おいて電圧増幅率aを基準温度において１に固定する。従って、上記の例では1+(R6+R7)/R5=8/3であるから、可変抵抗器５bまたは4bの値をRg2/(Rg2+Rh2)またはRa2/(Ra2+Rb2)=3/8に設定する。このとき、(141b)式は次のようになる。
C2=A2+(B2-A2)(1+yt2）                                  (141c)
また、より式の正確さが必要な場合には次式となる。
C2=A2+(B2-A2){1+y(1+ε2)t2}                            (161b)
【０１１３】
スパンシフト２次温度係数生成回路50の信号出力電圧C2は、２次温度係数調整回路55または33cの入力端子B3またはM3に印加される。もし、y＞0の場合には、２次温度係数調整回路55の出力端子C3からの出力電圧を用いる。
２次温度係数調整回路55においては(27)式を援用し、入力端子A3およびB3に対しては、B2=A3、C2=B3=A2+(B2-A2)(1+yt2)であるから、
0004629892.tif 000008
さらに、入力端子であるA2=Vcc/2、(116a)式のθ1bをB2に印加してB2=O1bとすると、出力端子C3は、
C3=Vcc-A(R21/R14)(1-α2t2){1+(D4b)(1+R13/R12)yt2}P
となる。ここで、可変抵抗器5bの摺動子を調整し、(D4b)を変え、(D4b)(1+R13/R12)y=α2に設定すると、上式は、
0004629892.tif 000009
ただし、t=ta-tsである。
【０１１４】
以上によって、(5)式に対応する出力電圧を出力端子C3から取り出すことが出来る。なお、厳密な計算は
C3b=Vcc/2-A(R21/R14)(1+αt){1-α(1+ε)t}{1+α2(1+ε2)t2}P   (162b)
を用いる。
【０１１５】
また、y＜0、即ち-y＞0の場合、図４に示す２次温度係数調整回路３３ｃによって得られる出力端子θ13から出力電圧θ13を下記のように得る。
【０１１６】
スパンシフト２次温度係数生成回路５０によって得られた(141c)式で示される信号電圧C2は、２次温度係数調整回路３３ｃの入力端子M3に印加される。ここで、(25)および(26)式を援用し、入力端子M3およびN3に、M3=C2=A2+(B2-A2)(1+yt2)と、N3=B2とを印加すると、
0004629892.tif 000010
となる。さらに、入力端子にA2にVcc/2、(116a)式のθ1をB2に印加して、A2=Vcc/2、B2=O1とすると、出力端子θ13には、
θ13=Vcc/2-A(R21/R14)(1-α2t2){1+(D1b)(R13/R12)(-y)t2}P
の電圧が得られる。
【０１１７】
ここで、可変抵抗器4bの摺動子を調整し、(D1b)を変え、(D1b)(1+R13/R12)(-y)=α2に設定すると、上式は、
0004629892.tif 000011
となる。ここで、t=ta-tsである。
【０１１８】
この場合、(5)式に対応する出力電圧を出力端子θ13から取り出すことが出来る。なお、厳密な計算を実施する場合は、
θ13b=Vcc/2-A(R21/R14)(1+αt){1-α(1+ε)t}{1+α2 (1+ε2)t2}P   (162c)
を用いる。これらは(162)および(162b)式と同一である。
【０１１９】
以上から、yの符号によって、２次温度係数調整回路５５または３３ｃのいずれか一方の出力端子を選択して使用する。上記のように、(107)式に示す電圧とVcc/2とを、スパンシフト温度係数１次補償回路４５に印加して(117a)式相当の出力電圧を、さらに(117a)式相当の電圧とVcc/2とをスパンシフト温度係数２次補償回路４７の入力端子A2とB2に印加して(162b)式または(162c)相当の出力電圧が得られた。この出力電圧が温度補償され、α=0である場合のZ=Vcc/2-A(R21/R14)Pに近づけた信号電圧となる。
【０１２０】
(107)、(107b)、(116b)、(117a)、(162)および(162b)において、Vcc/2=0にして、直流成分を除くと、圧力および温度などの実効成分に対する式は下記のように現される。
f=-A(R21/R14)P                                         (107c)
g=-A(R21/R14)(1+αt)P                                  (107d)
h=-A(R21/R14)(1-α2t2)P                                 (116d)
i=-A(R21/R14)(1+αt){1-α(1+ε)t}P                     (117d)
j=-A(R21/R14)(1-α4t4)P                                 (162c)
k=-A(R21/R14)(1+αt){1-α(1+ε)t}{1+α2 (1+ε2)t2}P     (162d)
(107c)式を求める真の電圧として、(107d)、(116d)、117d)、(162)および(162b)式がもつ相対誤差を算出してみる。相対誤差η0、η11、η12、η21およびη22の(%)表示をつぎのように定義する。
η0(%)=100(g-f)/f=100(+αt)                               (163)
η11s(%)=100(h-f)/f =100(-α2)(t2)              (ε=0)     (163b)
η12s(%)=100(i-f)/f=100{(1+αt){1-α(1+ε)t}-1}  (ε≠0)  (163c)
η21s(%)=100(j-f)/f=100(-α4t4)                (ε=ε2=0)  (163e)
0004629892.tif 000012
η22s(%)は本温度補償回路全体の相対誤差を示し、半導体集積回路化の場合の、相対誤差の目標値となる。
【０１２１】
これらの相対誤差を計算し、演算回路ブロック４５および４７の有効性を確認する。(87)および(154b)式から、ε、ε2を求めると、次式を得る。
ε=[{{1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}}-1]/(xt)-1          (165)
ε2=[{{1+(θ3)t+(θ4)t2}/{1+(αa)t+(αb)t}}-1]/(yt2)-1 (x=0)   (166)
ε2=1/{1+(αa)t+(αb)t}}-1] (x=0)                             (166b)
t=ta-ts
【０１２２】
定数として上記計算例を用いる。α=3,000ppm/℃(3X10-3/℃)、ts=25℃、θ1=1.87816X10-3、θ2=2.82471X10-6、α1=0.7X10-3、α2=2.0X10-6、x= 1.178X10-3、θ3=1.5X10-3、θ4=2.39642X10-6、αa=1.5X10-3、αb=0.2X10-6、y=2.196X10-6を用いて、tに対するηを計算すると下記のようになる。
【表２】
0004629892.tif 000013
【０１２３】
以上から、η12よりη22の相対誤差が改善され、ta=125℃にて、η0=30%の相対誤差は、スパンシフト１次および２次温度係数補償回路を経由するとη12s=-8.29%、η22s=-1.12%と小さくなり、相対誤差を改善する効果が十分あることが分かる。また、t=100℃においては、η21s(%)=0.81(ε=ε2=0)に対し、η22s(%)=-1.12(ε≠ε2≠0)であるので、本補償回路は十分効果があることがわかる。
【０１２４】
実施の形態２．
（スパンシフト１次温度係数生成回路の別の構成例）
図５に示すような抵抗器６１、６２および６３と増幅器１の接続形態によっても、スパンシフト１次温度係数生成回路を構成することができる。
【０１２５】
図５において、スパンシフト１次温度係数生成回路６０は構成素子として演算増幅器１と可変抵抗器５と抵抗器６１〜６３とを有する。演算増幅器１は図１４(d2)に示すものと同じ特性をもつ。可変抵抗器５は摺動子と抵抗器の両端子間に抵抗RgとRhをもつ。抵抗器61、62および63は異なった１次および２次の温度係数をもつ抵抗器である。抵抗器61は図１４(d2)に示す抵抗器10に、並列接続された抵抗器62と抵抗器63はR11に対応する。
【０１２６】
抵抗器を並列接続で使用すると、各抵抗器の抵抗値が直列接続状態で用いるよりも大きく、抵抗器形成のための半導体集積回路のチップの所要面積が増加し、かつ、計算によると1次温度係数の直線性の低下などの欠点があるが、一方、温度係数αは直列接続の場合に比較して大きい。また、(149)式に対応する回路全体の相対誤差も悪くない。
【０１２７】
図５(a)に示す回路の伝達関数は下記のようになる。
C=A+D4[１+(r2)(r3)/{(r1)(r2+r3)}](B-A)                 (170)
D4={Rg/(Rg+Rh)}                                        (171)
可変抵抗器５を構成するRg及びRhは半導体集積回路のチップ面において同一種類の抵抗を用いて形成することにより、温度係数を同じにすることができる。Rg/(Rg+Rh)は温度に依存しない値をもつことができる。なお、r1、r2およびr3は(42)、(43)および(44)式で表せる。
【０１２８】
(170)、 (42)、(43)および(44)式から次の式が得られる。
1+(r2)(r3)/{(r1)(r2+r3)}
={1+(Rf)/(R1)}{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}                                         (172)
【０１２９】
ここで、（172）式の一部の項を以下のように展開する。
{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}
=1+xt+yt2+zt3+wt4+at5+・・・・                               (174)
各係数は下記式で求められる。
(κ1)=(β1)+(γ1)、(κ2)=(β2)+(β1)(γ1)+(γ2)、
(κ3)=(β1)(γ2)+(γ1)(β2)、(κ4)=(β2)(γ2)、
(δ1)={(R2)(β1)+(R3)(γ1)}/(R2+R3)、
(δ2)={(R2)(β2)+(R3)(γ2)}/(R2+R3)、
(ξ1)=(α1)+(δ1)、(ξ2)=(α2)+(α1)(δ1)+(δ2)、
(ξ3)=(α1)(δ2)+(δ1)(α2)、(ξ4)=(α2)(δ2)、
(λi)={(ξi)+(κi)(Rf)/(R1)  }/{1+(Rf)/(R1)}   i=1,2,3,4、
(Rf)={(R2)(R3)}/{(R2)+(R3)}                             (175)
また、x、y、z・・・はtの１次、2次、3次・・・の各係数で正または負の実数である。
【０１３０】
(170)式は次のように表せる。
C=A+{(Rg)/(Rg+Rh)}{1+(Rf)/(R1)}(B-A)(1+xt+yt2+zt3+・・・ )
=A+b(B-A)(1+xt+yt2+zt3+・・・)                             (176)
b={(Rg)/(Rg+Rh)}{1+(Rf)/(R1)}                           (177)
(176)式は(50)式と同様である。
【０１３１】
さらに、(174)から次式が得られる。
x=(λ1)-(ξ1)                                           (178)
y=(λ2)-(ξ2)-x(ξ1)                                    (179)
z=-y(ξ1)-x(ξ2)
w=-z(ξ1)-y(ξ2)-x(ξ3 )
u=-w(ξ1)-z(ξ2)-y(ξ3 )-x(ξ4)
v=-u(ξ1)-w(ξ2)-z(ξ3 )-y(ξ4)
上式において例えば(45)式で示す温度係数を代入すればx、y、z・・・・値が求められる。
【０１３２】
抵抗器６１、６２および６３に３種類の異なった１次および２次の温度係数をもつ抵抗器を用いる理由は、演算増幅器１の電圧増幅率が温度tに関し直線的に変化する伝達関数を得て、それにより必要な一次温度係数生成回路を実現するためである。すなわち、周囲温度taが-40〜+125℃の範囲で、tに関する一次の温度係数のみをもつ入出力伝達関数として、(176)式を下記(180)式に近似させようとするためである。
0004629892.tif 000014
(180)式のように、通常、y=z=w・・・=0のような係数設定は不可能である。しかし、３種類(又は２種類)の温度係数をもつ抵抗器を用いて、並列接続された抵抗６２、６３の抵抗値r2、r3を設定することにより、使用温度範囲で、yt2+zt3+wt4・・・の値の影響を小さくして、直線性を向上させ、近似的ではあるが、(180)式に近い直線性をもつ式が得られる。
【０１３３】
(176)式と(180)式の近似の程度を評価する。このため、(176)式を次のように変形する。
C=A+b(B-A)[1+xt{1+(yt2+zt3+wt4・・・・・)/(xt)}]              (182)
ここで、一次係数xの変動率εpを以下のように設定する。
εp=(yt2+zt3+wt4・・・・・)/(xt)
=t(y+zt+wt2+ut3・・・・・)/x                               (183)
(176)式は次のように表せる。なお、(183)式は(63)式と同型式である。
C=A+b(B-A){1+x(1+εp)t}                                 (176b)
ここで、もし、tに関係なく、εp=0であれば、(176b)式はtに関する完全な直線式である。しかし、通常、ε≠0であり、使用温度範囲において、|ε|≦5％程度の値であれば、(176)式は、実用上tに関する直線式と見なしてもよく、この場合には、以下のようになる。
C=A+b(B-A)(1+xt）                                       (176c)
【０１３４】
通常、この式で概算値や検討を実施し、正確な総合誤差を算出する場合、εpを含む(176b)式を用いて計算する。また、(183)式を(174)式に代入すると(174)式は次式のようになる。
{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}
=1+xt(1+εp)                                            (174b)
【０１３５】
直線性を向上するために、|ε|ができるだけ小さい値をとるためのR2とR3を求める最も簡単な方法は次の通りである。基準温度tsを-20〜30℃のある値に設定する場合、(183)式において、tの１次係数の次に直線性に影響を与える高次の項は通常、tの２次係数である。従って、y=0とするようなR2とR3値に決める方法である。しかし、この方法が、使用温度範囲-40〜+125で|ε|を最小値である保証はないが、計算してみると比較的、広温度範囲で小さい値をもつ。
【０１３６】
(70)式の直線性の向上のため、(176)式におけるtの２次の係数であるyをゼロにするR2とR3の比例配分値を求める。
(179)式において、y=(κ2)-(ξ2)-x(ξ1)=０                  (179b)
【０１３７】
ここで、k＞1、R3=k(Rf)のとき、1/(R2)+1/(R3)=1/(Rf)から、
R2={k/(k-1)}(Rf)                                        (185)
となる。
【０１３８】
(185)、(178)、(175)式を(179b)式に代入して、式を整理すると、
[(α1){(α1)-(γ1)}-{(α2)-(γ2)}]k2
-[{(β1)-(γ1)}{(β1)-(γ1)}-{(β2)-(γ2)}+(α1){(β1)-(γ1)}]k
+{(β1)-(γ1)}{(β1)-(γ1)}＝０                             (186)
これは、kに関する２次方程式となる。(186)式をkについて解き、k＞1となるkを用いて抵抗値Rfを決める。その抵抗値Rfを用いて(185)式によりR2とR3を求めることができる。
【０１３９】
Rf=５、R1=３とし、(45)式に示す温度係数を用い、抵抗６２および抵抗６３が並列接続された場合の抵抗値R2とR3と演算回路ブロックの入出力伝達関数の温度係数および直線性とを計算する。
【０１４０】
(45)式と(186)式からkを求め、k＞１となるkを選択すると、K=1.440、R2=7.200、R3=16.36を得る。また、(175)、 (177)式等から以下の結果を得る。
λ1=6.250X10-3、λ2=17.96 X10-6、λ3=17.29X10-9、
λ4=5.063X10-12、ξ1=3.669X10-3、ξ2=8.494X10-6、
ξ3=9.026X10-9、ξ4=8.834X10-12                (186b)
x=2.583X10-3、y=0、z=-13.67X10-9、w=23.04X10-12、u=8.806X10-15、
v=-1.046X10-16                                             (187)
【０１４１】
また、ts=25℃、ta=125℃(t=100℃)における直線性は(183)式から
εp=t(y+zt+wt2+ut3・・・・・)/x=-4.4%                           (188)
となる。また、ta=85℃(t=60℃)においてはεp=-2.9%と、ta=-55℃(t=-80℃)においてεp=-3.8%と、-55℃≦t≦100℃ではεp＜5%となる。
【０１４２】
この(187)式および(188)式で得られたxおよびεpと、実施の形態１における(70)式および(75)式に示すxとε値とを比較すると、絶対値は(187)および(188)式のほうが大きい。|εp|は小さい方が望ましいが、センサ信号をスパンシフト温度係数２次補償回路を経由することにより、相対誤差を小さくすることができる場合もあるので、この並列方式も使用できる。
【０１４３】
(177)式において(Rg)/(Rg+Rh)=3/8、１+(Rf)/(R1)=8/3に設定し、b=1に設定することにより、図５（ａ）に示す回路６０を図３に示す１次温度係数生成回路２０ｂと置き換えて使用することができる。
【０１４４】
図３に示す１次温度係数生成回路２０ｂを図５(a)に示す演算回路ブロック60に置き換えた場合の(163f)式のη22p(%)に相当する相対誤差η22p(%)を求める。
η22p(%)は次のように表される。
0004629892.tif 000015
【０１４５】
(174b)式からεpを求められるように変形すると、
εp=[{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/
{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}-1]/(xt)-1、  t=ta-ts    (190)
(190)式に(178)式を代入して次式を得る。
εp=[x+{(λ2)-(ξ2)}t+{(λ3)-(ξ3)}t2+{(λ4)-(ξ4)}t3]/
[{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}x]-1、  t=ta-ts     (190b)
【０１４６】
このεpと(166b)式で示すε2からη22p(%)が求められる。ここで、(190b)式に(186)式に示すζおよびλと、(187)式に示すxを代入して、tに対するη22p(%)を求めると、次のような結果を得る。ただし、α=3,000ppm/℃、ts=25℃とする。
【表３】
0004629892.tif 000016
【０１４７】
以上から、並列接続状態に置いても、相対精度η22p(%)はη22s(%)と同等以上の精度をもつ。
【０１４８】
図５（ｂ）に示す回路について説明する。
図５（ｂ）に示す回路をスパンシフト１次温度係数生成回路として利用する場合、その伝達関数は次のようになる。
C=A+D4{1+(r1)/(r2+r3)}(B-A)、D4={Rg/(Rg+Rh)}
これは、実施の形態１と同様のプロセスで数式処理をすることが可能である。したがって、(42)、(43)および(44)式を援用してR2とR3の値を求めることができる。例えば、２次温度係数yに対し、y=0による求める場合、次のように行なう。すなわち、R2=kR、R3=(1-k)R、R2+R3=R、とし、t=0における電圧増幅率をR1/Rを決めた後、次の２次方程式を解く。
{(β1)-(γ1)}2k2-[(β2)-(γ2)+{(β1)-(γ1)}{(α1)-2(γ1)}]k
+(α2)-(γ2)-(γ1){(α1)-(γ1)}＝０
この式を解いて、0＜k＜１であるkを選択することにより、R2とR3の値が得られる。
【０１４９】
図５（ｃ）に示す回路について説明する。
図５（ｃ）に示す回路をスパンシフト１次温度係数生成回路として利用する場合、その伝達関数は次のようになる。
C=A+D4{1+(r1)(r2+r3)/(r2)(r3)}(B-A)、D4={Rg/(Rg+Rh)}
これは、図５（ａ）の回路で説明したプロセスと同様のプロセスで数式処理をすることが可能である。すなわち、(42)、(43)および(44)式から、R2とR3の値を求めることができる。例えば、２次温度係数yが０の場合、次のように求める。すなわち、y=0になるようなR1、R2、R3の値を求めるためには、t=0における電圧増幅率R1/Rfを決め、R3=k(Rf)、R2={k/(k-1)}(Rf)として次式を計算する。
ｋ＝[(γ2)-(β2)+(α1){(γ1)-(β1)}+(β1)2-(γ1) 2]/
[(γ2)-(α2)-(γ1){(γ1)-(α1)}]
この式から、k＞1となるkを求めることにより、R2とR3の値が得られる。
【０１５０】
実施の形態３．
（スパンシフト２次温度係数生成回路の別の構成例）
図６（ａ）〜（ｃ）に、スパンシフト２次温度係数生成回路５０の別の回路構成を示す。
【０１５１】
図６（ａ）〜（ｃ）において、抵抗器５１ｂ、５２ｂおよび５３ｂはそれぞれ異なった１次、２次の温度係数をもつ。それらの抵抗値はそれぞれｒ５、ｒ６およびｒ７である。回路５０ｂの伝達関数は(27)式から得られる。
【０１５２】
図６（ａ）に示す回路について説明する。
図６（ａ）に示す回路における抵抗器５１ｂ、５２ｂ、５３ｂを図４に示す抵抗５１、５２、５３と区別するため、それらの抵抗値を下記のように書き換える。
r5=R5p{１+(αa)t+(αb)t2}                                (200)
r6=R6p{１+(βa)t+(βb)t2}                                (201)
r7=R7p{１+(γa)t+(γb)t2}                                (202)
t=ta-ts
【０１５３】
抵抗器を並列接続で使用すると、各抵抗器の抵抗値が直列接続で用いるよりも大きくなり、抵抗器形成のための所要面積が大きくなる。通常、直列接続の方が実用的であり、２次温度係数生成回路に適用は利点が少ないように思われるが、抵抗器の温度係数によっては利点もある。
【０１５４】
(40)式を図６（ａ）の回路に合わせて変更する。
C2=A+D4[１+(r6)(r7)/{(r5)(r6+r7)}](B2-A2)                (205)
D4={Rg/(Rg+Rh)}                                          (206)
可変抵抗器５を構成するRg及びRhは集積回路のチップ面において同一種類の抵抗を用いて形成することにより、温度係数を同じにすることができる。Rg/(Rg+Rh)は温度に依存しない値をもつ。
【０１５５】
(205)式に示す1+(r6)(r7)/{(r5)(r6+r7)}の項は、(200)、(201)および(202)式を用いて以下のように変形できる。
1+(r6)(r7)/{(r5)(r6+r7)}
={1+(Rfp)/(R5p)}{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/
{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}                      (208)
【０１５６】
さらに、{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}をtに関するべき級数に展開する。
{1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}
＝1+xt+yt2+zt3+wt4+at5+・・・・・                               (209)
このとき、各係数は次式で求められる。
κ1=βa+γa、κ2=（βb）+（βa）(γa)+(γb)、
κ3=(βa)(γb)+(γa)(βb)、κ4=(βb)(γb)、
δ1={(R6p)(βa)+(R7p)(γa)}/(R6p+R7p)、
δ2={(R6p)(βb)+(R7p)(γb)}/(R6p+R7p)、
ξ1=(αa)+(δ1)、ξ2=(αb)+(αa)(δ1)+(δ2)、
ξ3=(αa)(δ2)+(δ1)(αb)、ξ4=(αb)(δ2)、
λi={(ξi)+(κi)(Rfp)/(R5p)}/{1+(Rfp)/(R5p)}  （i=1,2,3,4）、
Rfp={(R6p)(R7p)}/{(R6p)+(R7p)}                           (210)
また、x、y、z・・・はtの１次、２次、３次・・・の各係数で、実数である。
(205)式は次のように表すことができる。
C2=A2+{(Rg)/(Rg+Rh)}{1+(Rfp)/(R5p)}(B2-A2)(1+xt+yt2+zt3+・・・)
=A2+b(B2-A2)(1+xt+yt2+zt3+・・・      )                    (212)
b={(Rg)/(Rg+Rh)}{1+(Rfp)/(R5p)}                          (213)
【０１５７】
また、(209)式から以下の関係を得る。
x=(λ1)-(ξ1)                                            (215)
y=(λ2)-(ξ2)-x(ξ1)                                     (216)
z=-y(ξ1)-x(ξ2)
w=-z(ξ1)-y(ξ2)-x(ξ3)
u=-w(ξ1)-z(ξ2)-y(ξ3)-x(ξ4)
v=-u(ξ1)-w(ξ2)-z(ξ3)-y(ξ4)
このような関係が成立しているから、(45)式で示す温度係数をこれらの式に代入すればx、y、z・・・の値が求められる。
【０１５８】
実施の形態１において示したように、(212)式から、x=0にし、温度係数が２次以上の項のみをもつ入出力伝達関数を求める。
C2=A2+b(B2-A2)(1+yt2+zt3+wt4・・・・・)                        (218)
b={(Rg)/(Rg+Rh)}{1+(Rfp)/(R5p)}、t=ta-ts
【０１５９】
(212)式は周囲温度-40〜+125℃の範囲で、tに関する２次以上の温度係数をもたせ、次の(219)式に可能な限り近似させようとするための手段である。
C2≒A2+b(B2-A2)(1+yt2)                                    (219)
(218)式により得られる値を(219)式で得られる値に近づかせるためにはｘ=0が必要条件である。(1+yt2)は電圧増幅率bの温度係数項である。
【０１６０】
(218)式に示すように、x=0にする抵抗値R5p、R6pおよびR7pは下記のようにして求める。(215)式において、x=(λ1)-(ξ1)=0とおき、(210)式を代入して、式を整理する。
R6p/R7p=(αa-βa)/(γa-αa)                              (222)
【０１６１】
R6p=(k)Rfp、R7p={k/(k-1)}Rfp、
1/(R6p)+1/(R7p)=1/(Rfp)  (一定)                          (223)
上式の関係を満たすkを設定する。（223）と(222)式よりkを求める。
k=(γa-βa)/(γa-αa)                                    (225)
このkと(223)式により、抵抗値R6pとR7pが求められる。ここで、k＞１であるためには、γa＞αa＞βaまたはγa＜αa＜βa                 (226)
【０１６２】
また、(166b)式に対応するε2pは次式で得られる。
ε2p＝{[(λ2)-(ξ2)+{(λ3)-(ξ3)}t+{(λ4)-(ξ4)}t2]/
[{(λ2)-(ξ2)}{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}]}−１    (227)
抵抗器の温度係数と、t=０における電圧増幅率を決めるRfp及びR5pとを決定し、これらとkとによりR6pとR7pの値が求められる。上記の他は実施の形態１と同様な計算となる。
【０１６３】
図６(b)に示す回路を説明する。
図６(b)に示すスパンシフト２次温度係数生成回路の伝達関数は次のように示される。
C2=A2+D4{1+(r7)/(r5+r6)}(B2-A2)
D4={Rg/(Rg+Rh)}
これは、実施の形態１の場合と同様なプロセスで数式処理可能である。
【０１６４】
１次温度係数xが０の場合、次のようになる。
R5=kR、R6=(1-k)R、R5+R6=Rとし、t=0における電圧増幅率をR7/Rを決め、次式を計算する。なお、この式は実施の形態１においては(146)式に対応する。
k={(αa)-(γa)}/{(βa)-(γa)}
この式を解き、0＜k＜1であるkを求めることにより、R5とR6が得られる。
【０１６５】
図６(ｃ)に示す回路を説明する。
図６(c)に示すスパンシフト２次温度係数生成回路の伝達関数は次のように示される。
C2=A2+D4{1+(r7)(r5+r6)/(r5)(r6)}(B2-A2)
D4={Rg/(Rg+Rh)}
【０１６６】
上式は、図６(a)の場合と同様のプロセスで数式処理可能である。(200)、(201)および(202)式からR5pおよびR6pを求める。例えば、２次温度係数y＝０の場合、次のようになる。
R5p=k(Rfp)と、R6p={k/(k-1)}(Rfp)とし、t=0における電圧増幅率R7/Rfpを求め、次式で計算する。なお、この式は(225)式に対応する。
k={(γa)-(βa)}/{(γa)-(αa)}
この式から、k＞1であるkを求めることにより、R5pとR6pが得られる。
【０１６７】
実施の形態４．
（２種類の異なる温度係数を持つ抵抗器を組み合わせたスパンシフト温度係数生成回路）
上記の実施形態においては、１つの増幅器に対し、温度係数がそれぞれ異なる３種類の抵抗器を接続して、１次および２次温度係数生成回路を実現していた。しかしながら、３種類の抵抗器全てについて温度係数を異ならせずに、異なった２種類の１次および２次の温度係数をもつ抵抗器の組み合わせによっても３種類の場合と同様に温度係数生成回路が実現できる。抵抗が２種類の場合は、３種類の抵抗を用いるよりも各抵抗器の間の相互誤差が少なくなり、製造上におけるバラツキによる電気的特性の低下を少なくする特徴をもつ。
【０１６８】
図７(a)及び(d)に２種類の温度係数の抵抗器を用いた１次温度係数生成回路を、また、図７(b)及び(c)に２種類の温度係数の抵抗器を用いたスパンシフト２次温度係数生成回路の構成例を示す。
【０１６９】
図７(a)において、抵抗値がそれぞれs1、s3となる抵抗器５６と抵抗器５７とは同一種類で形成される。また、抵抗値がそれぞれs2、s4となる抵抗器６４と６５とは同一種類で形成される。抵抗器５６、５７が形成される抵抗の種類は、抵抗器６４、６５が形成される抵抗の種類とは異なる。同一種類の抵抗器は同じ１次および２次の温度係数を有する。
【０１７０】
図７(b)において、抵抗値がそれぞれp1、p3となる抵抗器５８と５９とは同一種類で形成される。また、抵抗値がそれぞれp2、p4となる抵抗器６６と６７は同一種類で形成される。抵抗器５８、５９が形成される抵抗の種類は、抵抗器６６、６７が形成される抵抗の種類とは異なる。
【０１７１】
図７(c)において、抵抗値がそれぞれs1、p3となる抵抗器６０と６１は同一種類で形成される。抵抗値がそれぞれs2、p4となる抵抗器６８と６９は同一種類で形成される。抵抗器６０、６１が形成される抵抗の種類は、抵抗器６８、６９が形成される抵抗の種類とは異なる。
【０１７２】
図７(d)において、抵抗値がそれぞれp1、s3となる抵抗器６２と６３は同一種類で形成される。抵抗値がそれぞれp2、s4となる抵抗器７０と７１は同一種類で形成される。抵抗器６２、６３が形成される抵抗の種類は、抵抗器７０、７１が形成される抵抗の種類とは異なる。
【０１７３】
β1およびγ1を１次温度係数、また、β2およびγ2を２次温度係数とし、各抵抗器の抵抗値を次の式で表す。ta、tsなどは前述のものと同じ条件である。
s1=e(S5){１+(β1)t+(β2)t2}                              (230a)
s2=(1-e)(S5){１+(γ1)t+(γ2)t2}                          (230b)
s3=f(S6){１+(β1)t+(β2)t2}                              (230c)
s4=(1-f)(S6){１+(γ1)t+(γ2)t2}                          (230d)
p1=k(P5){１+(β1)t+(β2)t2}                              (230e)
p2={k/(k-1)}(P5){１+(γ1)t+(γ2)t2}                      (230f)
p3=m(P6){１+(β1)t+(β2)t2}                              (230g)
p4={m/(m-1)}(P6){１+(γ1)t+(γ2)t2}                      (230h)
【０１７４】
従って、０≦e≦１、０≦f≦１、k≧１、m≧１の条件下で、与えられた抵抗値S5、S6、P5およびP6に対して、s1、s2、s3、s4、p1、p2、p3およびp4は、基準温度t=0においては、s1=e(S5)、s2=(1-e)(S5)、s3=f(S6)、s4=(1-f)(S6)、p1=k(P5)、p2={k/(k-1)}(P5)、p3=m(P6)、p4={m/(m-1)}(P6)            (231)
(231)式による抵抗値が基準温度t=0における各抵抗器の設計の基準値となる。
【０１７５】
また、t=0において、上式から、s1+s2=S5、s3+s4=S6であるから、S5、S6は各々の直列抵抗の合成抵抗値、また、1/(p1)+1/(p2)=1/(P5)、1/(p3)+1/(p4)=1/(P6)であるから、P5、P6は各々の並列抵抗の合成抵抗値を表す。
【０１７６】
与えられたS5、S6、P5、P6とe、f、kおよびmを変えることにより、図７(a)〜(d)に示す１次温度係数生成回路における電圧増幅率の直線性が変更できる。
【０１７７】
図７(a)〜(d)に示す回路図において、抵抗５６と６４および抵抗５７と５４は直列接続され、抵抗５８と６６および抵抗５９と６７は並列接続されている。例えば、s1とs2の等価抵抗は次式で得られる。
0004629892.tif 000017
ただし、
α1=(β1)e+(γ1)(1-e)、α2=(β2)e+(γ2)(1-e)             (236)
である。α1とα2は等価直列抵抗S5がもつ１次および２次温度係数となり、
S5とeを定めることにより、等価直列抵抗の温度係数を求めることができる。
【０１７８】
図７(a)に示す回路の入出力伝達関数を求めるため、(40)式を援用すると、
C=A+D4{1+(s3+s4)/(s1+s2)}(B-A)                           (238)
(238)式は、(40)式において、r2+r3をs3+s4に、r1をs1+s2に置き換えた式である。ただし、α1とα2は(236)式が適用される。
D4{1+(s3+s4)/(s1+s2)}に(230a)〜(230d)式を代入し、(45)式から(49)式に対応する変形処理をすると、(238)式は次のように表される。
C=A+d(B-A){1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}           (239)
=A+d(B-A)(1+xt+yt2+zt3+wt4+・・・・)                         (240)
d={Rg/(Rg+Rh){1+(S6)/(S5)}                               (241)
xおよびyはtの１次及び２次の温度係数であり、次のように表される。
x={(β1)-(γ1)}(f-e)/{1+(S5)/(S6)}                       (242)
y=[{(β2)-(γ2)}-[e{(β1)-(γ1)}+(γ1)]{(β1)-(γ1)}](f-e)/
{1+(S5)/(S6)}                                          (243)
また、図７（ａ）の回路は、(241)式において、d=1に設定して使用される。これは(141c)式に対応する式を得るためである。しかし、後述のように、a=2、d=2に設定しても後段回路を変更することにより、図７（ａ）の回路を１次温度係数生成回路に用いることができる。
【０１７９】
１次温度係数生成回路に適用する場合は、(71)式に示すと同じく、y=0になるようにeとfを定めることにより、２次の温度係数の影響を減少させ、１次温度係数の直線性の向上を計ることのできる抵抗器の組み合わせを決める必要がある。
従って、(243)式から次式の関係を満たすようにする。
(f-e)=0、または
{(β2)-(γ2)}-[e{(β1)-(γ1)}+(γ1)]{(β1)-(γ1)}=0      (245)
ここで、e-f=0に設定すると、(239)式において、1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}=1となり、温度係数項が消滅するので適用できない。(245)式から次式を得る。
e=[{(β2)-(γ2)}/{(β1)-(γ1)}-(γ1)]/{(β1)-(γ1)}      (247)
この式によるeを用いれば、fは任意の0＜f＜0なる値をとることができる。ここで、使用温度範囲によっては、このeを±１５%程度変更すると、直線性が向上することがある。
【０１８０】
また、図７(a)に示す回路によりスパンシフト２次温度係数生成回路を実現する場合、(242)式において、x=0にする必要がある。即ち、{(β1)-(γ1)}(f-e)=0であり、(f-e)=0または{(β1)-(γ1)}=0、でなければならない。(f-e)=0は上記のように、1+(θ1)t+(θ2)t2}/{1+(α1)t+(α2)t2}=1となり、温度係数項は消滅するので適用できない。また通常、抵抗器の温度係数はβ1-γ1≠0であるので、本回路によってはスパンシフト２次温度係数生成回路は実現できない。
【０１８１】
図７(b)に示す回路の入出力伝達関数を求めるために、(40)式を援用すると、
C=A+D4[1+(p3)(p4)(p1+p2)/{(p3+p4)(p1)(p2)}](B-A)          (250)
D4=Rg/(Rg+Rh)
(250)式は、(40)式において、r2+r3を(p3)(p4)/(p3+p4)に、r1を(p1)(p2)/(p1+p2)に置き換えた式である。
D4[1+(p3)(p4)(p1+p2)/{(p3+p4)(p1)(p2)}]に(230e)〜(230h)式を代入して、(45)式から(49)式相当の変形処理をすると、(250)式は(50)式に対応する式として、次のように表される。
C=A+D4[1+(P6)/(P5)](B-A){1+(δ1)t+(δ2)t2}/{1+(κ1)t+(κ2)t2}  (252)
=A+(d2)(B-A))(1+xt+yt2+zt3+wt4+・・・・)                          (254)
d2={Rg/(Rg+Rh){1+(P6)/(P5)}                                   (256)
ここで、(δ1)、(δ2)、(κ1)及び(κ2)は温度係数相当の定数である。xおよびyはtの１次及び２次の温度係数であり、次のように表される。
x={(β1)-(γ1)}(k-m)/{(km)(1+P5/P6)}                          (257)
y=[(β2)-(γ2)-{(β1)m-(β1)+(γ1)}{(β1)-(γ1)}/m](k-m)/
{(km)(1+P5/P6)}                                                 (258)
【０１８２】
また、図７（ｂ）の回路は、(256)式において、d2=1に設定して使用される。これは(141b)式において、a=1に設定して、(141c)式に対応する式を得るためである。しかし、後述のように、d2=2に設定しても後段回路を変更することにより図７（ｂ）の回路を１次温度係数生成回路に用いることができる。
【０１８３】
図７(b)に示す回路を１次温度係数生成回路に上式を適用する場合は、(71)式に示すと同じく、y=0になるようにkとmを定めることにより、電圧増幅率の２次の温度係数の影響を減少させ、１次温度係数の直線性の向上を計ることのできる抵抗器の組み合わせを決める必要がある。(242)式から次式を得る。
(k-m)=0、または
[(β2)-(γ2)-{(β1)m-(β1)+(γ1)}{(β1)-(γ1)}/m]=0          (259)
k-m=0に設定すると、(239)式において{1+(δ1)t+(δ2)t2}/{1+(κ1)t+(κ2)t2}=1となり、温度係数項は消滅するので適用できない。(259)式から次式を得る。
m={(β1)-(γ1)}{(β1)-(γ1)}/[(β1){(β1)-(γ1)}-{(β2)-(γ2)}]  (260)
この式によるmを用いれば、kは任意のk＞1なる値をとり得る。使用温度範囲によっては、このmを±１５%程度変更すると、直線性が向上することがある。
【０１８４】
また、図７(b)により２次温度係数生成回路の実現は(257)式において、x=0にする必要がある。即ち、{(β1)-(γ1)}(k-m)=0であり、(k-m)=0または{(β1)-(γ1)}=0でなければならない。(k-m)=0の場合は、{1+(δ1)t+(δ2)t2}/{1+(κ1)t+(κ2)t2}=1となり、温度係数項が消滅するので適用できない。また通常、抵抗器の温度係数は(β1)-(γ1)≠0であるので、本回路によってはスパンシフト２次温度係数生成回路としては用いることができない。
【０１８５】
図７(c)および(d)に示す回路図は１次および２次の温度係数生成回路として用いることができる。ただし、この回路による１次温度係数生成回路は、抵抗器の温度係数によっては、電圧増幅率の直線性向上が可能な組み合わせの計算で、しばしば基準温度における抵抗値が負値になりやすい。１次温度係数生成回路は図７(a)または(b)に示す回路図で実現できるが、２次温度係数生成回路の構成には図７(c)および(d)に示す回路により構成する必要がある。
【０１８６】
図７(c)に示す回の伝達関数は次式となる。
C=A+D4[1+(p3)(p4)/{(p3+p4)(s1+s2)}](B-A)                  (265)
(265)式は、(170)式において、(r2)(r3)/(r2+r3)を(p3)(p4)/(p3+p4)に、r1を(s1+s2)に置き換えた式である。
D4[1+(p3)(p4)/{(p3+p4)(s1+s2)}]に(230a)、(230b)、(230g)、(230h)式を代入して、(172)式から(177)式相当の変形処理をすると、(265)式は(176)式に対応する式として、
C=A+(d3)(B-A){1+(λ1)t+(λ2)t2+(λ3)t3+(λ4)t4}/
{1+(ξ1)t+(ξ2)t2+(ξ3)t3+(ξ4)t4}                       (267)
=A+(d3)(B-A)(1+xt+yt2+zt3+wt4+・・・・)                       (268)
d3={Rg/(Rg+Rh){1+(P6)/(S5)}                               (269)
ここで、(λ1)〜(λ4)、(ξ1)〜(ξ4)は温度係数相当の定数である。xおよびyはtの１次及び２次の温度係数である。図７（ｃ）に示す回路は、(269)式においてd3=1に設定して使用される。これは(141b)式において、a=1に設定して、(141c)式に対応する式を求めるためである。また、図７（ｃ）に示す回路は、後述のように、d3=2に設定して、後段回路を変更することにより、温度係数生成回路に用いることができる。
【０１８７】
図７(c)に示す回路を、１次温度係数生成回路に適用する場合は、(179b)式に示すように、y=0になるようなkとmを定めることにより、電圧増幅率の２次の温度係数の影響を減少させ、１次温度係数の直線性の向上を計ることのできる抵抗器の組み合わせを決める必要がある。(268)式に示されるtに関する級数展開において、y=0にするには、(179)式により、(λ2)-(ξ2)-x(ξ1)=0である。これは(186)式に相当する式である。ここでは、(186)式は下記のようにmの２次方程式で示される。
[(α1){(α1)-(γ1)}-{(α2)-(γ2)}]m2
-[{(β1)-(γ1)}{(β1)-(γ1)}-{(β2)-(γ2)}+(α1){(β1)-(γ1)}]m
+{(β1)-(γ1)}{(β1)-(γ1)}=0                              (186)
ただし、α1)=e{(β1)-(γ1)}+(γ1)、α2=e{(β2)-(γ2)}+(γ2)である。
(186)式をkについて解き、m≧1となるmを用いてt=0おける抵抗値p3およびp4の基準抵抗値はm(P6)およびp4={m/(m-1)}P6で求められる。s1およびs2の基準抵抗値は0＜e＜1となるeを定めて、e(S5)および(1-e)(S5)によって得られる。このような式から求められるmおよびeに対して、±１５%程度変えてみると、更に直線性が向上するkおよびe値を設定できることもある。
【０１８８】
図７(c)に示す回路をスパンシフト２次温度係数生成回路に適用する場合は、(179b)式に示すように、x=0になるようなkとmを定めることにより、実現できる。(268)式に示されるtに関する級数展開において、x=0とするには、(178)式により、(λ1)-(ξ1)=0とする。この式を満足するためには、(em-1){(γ1)-(β1)}=0であればよい。
(em-1)=0または{(γ1)-(β1)}=0                              (271)
従って、e=1/mを満足するようなm＞1、０＜e＜1である適当なmとeを定め、 t=0おける抵抗値p3およびp4の基準抵抗値はm(P6)およびp4={m/(m-1)}P6で求められる。
【０１８９】
s1およびs2の基準抵抗値は、e(S5)および(1-e)(S5)によって得ることができる。この場合は、図３に示すスパンシフト２次温度係数生成回路50に用いることができる。しかし、もう一つの条件の{(γ1)-(β1)}=0は、通常、抵抗器の温度係数は(β1)-(γ1)≠0であるので、この条件によっては２次温度係数生成回路は実現できない。このようにして求められるmおよびeに対して、±１５%程度変えてみると、使用温度範囲において、更に相対誤差の少ない精度の高い回路素子値を設定できる場合もある。
【０１９０】
図７(d)に示す回路の入出力伝達関数は次式となる。
C=A+D4[1+(s6)(p1+p2)/{(p1)(p2)}](B-A)                       (275)
(275)式は、(170)式において、(r2)(r3)/(r2+r3)を(s3)+(s4)に、r1を(p1)(p2)/(p1)+(p2)に置き換えた式である。
D4[1+(s6)(p1+p2)/{(p1)(p2)}]に(230c)、(230d)、(230e)、(230f)式を代入して、(172)式から(177)式相当の変形処理をすると、(265)式は(176)式に対応する式として、次のように表される。
C=A+(d4)(B-A){1+(λ5)t+(λ6)t2+(λ7)t3+(λ8)t4}/
{1+(ξ5)t+(ξ6)t2+(ξ7)t3+(ξ8)t4}                        (275b)
=A+(d4)(B-A)(1+xt+yt2+zt3+wt4+・・・・)                        (276)
d4={Rg/(Rg+Rh){1+(S6)/(P5)}                                (277)
ここで、(λ5)〜(λ8)、(ξ5)〜(ξ6)は温度係数相当の定数である。また、xおよびyはtの１次及び２次の温度係数である。
【０１９１】
図７の（ｄ）に示す回路は、(277)式において、d4=1に設定して使用する。しかし、後述のように、d4=2に設定しても後段回路を変更することにより、図７の（ｄ）に示す回路を温度係数生成回路に用いることができる。
【０１９２】
図７(d)に示す回路を１次温度係数生成回路に適用する場合は、(179b)式に示すように、y=0になるようなkとmを定めることにより、電圧増幅率の２次の温度係数の影響を減少させ、１次温度係数の直線性の向上を計ることのできる抵抗器の組み合わせる必要がある。(268)式に示されるtに関する級数展開において、y=0であるためには、(179)式を参照することにより、次式を得る。
(λ6)-(ξ6)-x(ξ5)=0                                       (279)
(279)式から次の式が求められる。
k=1+(1-1/f)[(β1){(β1)-(γ1)}-(β2)-(γ2)}]/
[{(β2)-(γ2)}-(γ1){(β1)-(γ1)}]                        (280)
【０１９３】
(280)式を満足し、かつ、0＜f＜1、1＜kとなるfとkによって、t=0おける抵抗値s3、s4およびp3、p4の基準抵抗値はf(S6)、(1-f)(S6)、およびp3=kP5、p4={k/(k-1)}P5で求められる。ただし、(280)式から求められるfおよびkに対して、±１５%程度変えてみると、使用温度範囲において、更に直線性が向上するkおよびe値を設定できる場合もある。
【０１９４】
図７(d)を２次温度係数生成回路に適用する場合は、(178)式に示す例のように、x=0を満足するkとfを定めることにより、実現できる。(276)式に示されるtに関する級数展開において、x=0するには、(178)式を参照すると、(276)式では、(λ5)-(ξ5)=0。この式を満足するためには、(kf-1){(β1)-(γ1)}=0であればよい。従って、次式の関係を満足すればよい。
(kf-1)=0または
{(β1)-(γ1)}=0                                             (282)
【０１９５】
k=1/fを満足するようなk＞1、０＜f＜1であるkとfを定め、t=0おける抵抗値s3、s4およびp3、p4の基準抵抗値はf(S6)、(1-f)(S6)、およびp3=kP5、p4={k/(k-1)}P5で求められる。この場合、本回路を図４に示すスパンシフト２次温度係数生成回路50に用いることができる。しかし、もう一つの条件の{(γ1)-(β1)}=0は、通常、抵抗器の温度係数は(β1)-(γ1)≠0であるので、この条件によるスパンシフト２次温度係数生成回路は実現できない。
【０１９６】
図７(a)〜(d)に示す回路によって、異なった２種類の１次および２次の温度係数をもつ抵抗器の組み合わせによって、実現範囲が狭いが、上記と同等な１次温度係数生成回路または２次温度係数回路を得ることができる。しかし、温度係数によっては素子が負値となることが多い。しかし、k、mを数%変えることにより、回避できる場合もある。
【０１９７】
実施の形態５．
（２種類の異なる温度係数を持つ抵抗器を組み合わせたスパンシフト温度係数１次補償回路）
図８は、２種類の抵抗器を用いて構成したスパンシフト温度係数１次補償回路及びスパンシフト温度係数２次補償回路の構成を示した図である。温度係数１次補償回路８０は、前述の実施形態で示した２種類の抵抗器を用いた１次温度係数生成回路８３と、１次温度係数の符号を反転する１次温度係数符号反転回路２７と、１次温度係数の符号を選択する符号切換回路２８と、１次温度係数の任意の値に調整する可変抵抗器５aを含む１次温度係数調整回路３０とを含む４つの回路ブロックにより構成される。スパンシフト温度係数２次補償回路８１は、スパンシフト２次温度係数生成回路８５と、２次温度係数調整回路５５とを含む２つの回路ブロックにより構成される。
【０１９８】
１次温度係数生成回路８３には図７(a)の回路を、また、２次温度係数生成回路８５には図７(d)の回路を適用している。他の回路ブロックは実施の形態１または実施の形態２に示した回路例と同じであり、同じ機能をもつ。
【０１９９】
(45)式に示す３種類の抵抗器がもつ温度係数の中で２種類の抵抗器の温度係数を使用して具体的な抵抗値と(149b)式に相当する相対誤差を計算した結果、何ら問題は無かった。次の２種類の温度係数を使用して温度補償回路を構成している。
β1=1.5X10-3、β2=0.2X10-6、γ1=6.3X10-3、γ2=14X10-6、        (290)
【０２００】
図８に示す１次温度係数生成回路８３において、t=0における各抵抗器の値は、次のように求められる。(230a)〜(230d)式において、１次温度係数生成回路８３のt=0における抵抗値をS5=3、S6=5とする。電圧増幅率は1+5/3=8/3となる。(247)式に(290)式に示す値を代入し、e=0.71354を得る。従って、t=0における抵抗器５６の抵抗値s1はe(S5)=2.140、抵抗器６４の抵抗値s2は(1-e)(S5)=0.8593となる。f≠eとなる任意のfをとることができるので、f=0.2に設定し、s3＝f(S6)=1.0、s4＝(1-f)(S6)=4.0を得る。
【０２０１】
また、図８に示す２次温度係数生成回路８５において、t=0における各抵抗器の値は次のように求める。(230e)、(230f)、(230c)、(230d)式において、１次温度係数生成回路８３のt=0における抵抗値をP5=3、S6=5とする。電圧増幅率は1+5/3=8/3となる。(282)式から、kf=1を満足するように、f=0.6、k=1.66666に設定すると、t=0における基準抵抗値はk(P5)=1.8、p2＝k/(k-1)(P5)= 7.500、s3＝f(S6)=3.000、s4＝(1-f)(S6)=2.000となる。図６(a)に示す回路が用いられているので、可変抵抗器の摺動子は(242b)式に示すようにd=1となるように調整される。
【０２０２】
上記のような温度係数と抵抗値をもつ図８の回路について、(149)式で示す相対誤差η22sと同様な計算を実施し、その相対誤差η22sp(%)を計算し、演算回路ブロック８３および８５の有効性を確認したところ下記の結果を得た。スパンシフト温度係数としてα=3,000ppm/℃(3X10-3/℃)、t=ta-ts (ts=25℃)とした。
【表４】
0004629892.tif 000018
以上の結果は(149)式により計算したη22s(%)と同等の結果であり、２種類の抵抗器を組み合わせても、相対誤差に問題はない。
【０２０３】
実施の形態６．
（その他の例、電圧増幅率a=1、a=2等の場合）
以上説明したスパンシフト温度係数１次補償回路４５は、１次温度係数生成回路２０ｂ、１次温度係数符号反転回路２７ｂ、符号切換回路２８ｂおよび１次温度係数調整回路３０ｂ(又は３３ｂ)の各ブロックがこの順序で縦続接続されて構成される。その初段の１次温度係数生成回路２０ｂの入力端子Ａ、ＢにはVcc/2や(107)式に示すスパンシフト温度係数を含む信号電圧Ｚが印加され、出力端子θ1（又はＳ３）から温度補償された所要の信号が出力される。このスパンシフト温度係数１次補償回路４５は図３に示す構成に限らず、種々の変形例が考えられる。例えば、初段の１次温度係数生成回路２０ｂの入力端子Ａ及びＢに印加する信号電圧や電圧Vcc/2の印加の仕方を変えても、それ以降の後段の回路で信号電圧を変換することにより、実施の形態１のものと同等な出力信号を得ることが可能である。
【０２０４】
図９および図１０にその変形例を示す。これらの例では４段の演算回路ブロック２０ｘ、９０、２７ｂ、３０ｂが縦続に接続されており、（100）および(119)式に示す出力が得られる。これらの回路図における電気的動作は図１３〜図１５に示す入出力伝達関数を援用することによって、上記と同じように証明できる。いずれも１次温度係数補償回路は１次温度係数生成回路２０、１次温度係数符号反転回路２７、符号切換回路２８および１次温度係数調整回路３０の各ブロックの順番に構成され、それらのいずれか２回路の間に信号電圧の反転および合成のための信号変換回路９０を挿入している。これにより、出力端子θ1から実施の形態１の場合と同等な出力信号電圧を得られるようにしている。
【０２０５】
また、上述の実施形態では、１次温度係数生成回路２０ｂにおける入力電圧に対する電圧増幅率a、b、d、d2、d3、d4をすべて１に設定していたが、この値は２に設定してもよい。この場合は、２段目以降に信号電圧の反転および合成のための信号変換回路９０を挿入すればよい。１次温度係数生成回路２０の電圧増幅率を２に設定すると、１次温度係数生成回路２０ｂにおける電圧増幅率の温度係数が１の場合に比して２倍の大きさになり、後段における１次温度係数調整回路３０ｂ、３３ｂにおける所要の温度係数に設定するための演算回路の電圧増幅率を低く抑えられ、回路全体の安定性が向上する。図１１および図１２に示す回路はその例である。
【０２０６】
これらの回路における電気的動作は図１３〜図１５に示す入出力伝達関数を援用することによって、容易に説明できる。この場合も、１次温度係数補償回路の出力端子θ1またはS3から、実施の形態１の場合と同一の出力電圧が得られるような回路が構成される。
【０２０７】
なお、スパンシフト温度係数１次補償回路４５に対する上記の変形例は、１次温度係数生成回路２０及びその後段の回路ブロック２０、２７、２８、３０（又は３３）を含むオフセットドリフト定数補償回路１０に対しても同様に適用できる。
【０２０８】
上記いずれの１次温度係数生成回路２０，２０ｂ、２０ｘ、２０ｙ、６０、８３及びスパンシフト１次及び２次温度係数生成回路４５、８０、５０、５０ｂ、８５に使用される抵抗器r1、r2、r3、r5、r6、r7、s1〜s4、p1〜p4等は、温度ｔに関する１次及び２次の温度係数を持つ式で表されていた。しかし、半導体集積回路において、条件によってはｔに関する１次及び２次の温度係数に加えて３次またはそれ以上の次数の温度係数を追加する方が温度に対する抵抗値の変化が、さらに精度良く表すことができる場合もある。例えば、抵抗値が次式で表される場合である。
r=R{1+(α1)t+(α2)t2+(α3)t3},    t=ta-ts
このような式で抵抗値を表した場合においても、１次温度係数生成回路及び２次温度係数生成回路は、上記と全く同じ計算過程を経ることによって、計算式は複雑になるが、実現可能である。したがって、抵抗値を表す式は温度ｔに関する１次および２次の温度係数式に限定する必要はない。
【０２０９】
以上示した本発明の温度補償回路は、圧力センサと同じ環境に置かれて周囲温度を測定し、演算処理を実行し、(1)式で示す圧力センサからの圧力検出出力電圧に含まれるスパンシフト温度係数α、オフセットドリフト定数βによる影響を著しく低減させ、本温度補償回路の出力端子からは、温度の影響を打ち消した(2)式に相当する検出電圧を得ることができる。
【０２１０】
また、本発明の温度補償回路においては、温度補償方法をアナログ電圧処理であるため、半導体集積回路において、ディジタル処理方式よりもチップサイズが小型化出来るので、製造価格が安価とすることができる。
【０２１１】
また、本発明の温度補償回路は、温度センサに温度係数が異なる２種類又は３種類の抵抗により形成される抵抗器を用いるので、ＣＭＯＳ又はバイポーラ等の半導体アナログ集積回路に適用できる。
【０２１６】
本発明に係るオフセットドリフト定数温度補償回路は、簡易なアナログ回路構成により、圧力センサのオフセットドリフト定数項により生じる誤差成分を補償できる。これを用いることにより小型、低コストの温度補償回路が実現できる。
【０２１７】
本発明に係るスパンシフト温度係数１次補償回路は、温度係数がそれぞれ異なる複数種類の抵抗器と演算増幅器を含む簡易なアナログ回路構成により、入力信号の温度変化に対する変動成分のうちの１次温度係数項による誤差成分を除去して温度補償することができる。これを用いることにより小型、低コストの温度補償回路が実現できる。
【０２１８】
本発明に係るスパンシフト温度係数２次補償回路は、温度係数がそれぞれ異なる複数種類の抵抗器と演算増幅器を含む簡易なアナログ回路構成により、入力信号の温度変化に対する変動成分のうちの２次温度係数項による誤差成分を除去して温度補償することができる。これにより、１次温度係数項による誤差成分のみを除去する場合に比して、より精度の高い温度補償が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る温度補償回路の全体回路図（実施の形態１）。
【図２】  本発明に係るオフセットドリフト定数温度補償回路の回路図（実施の形態１）。
【図３】  本発明に係るスパンシフト温度係数１次補償回路の回路図（実施の形態１）。
【図４】  本発明に係るスパンシフト温度係数２次補償回路の回路図。
【図５】  本発明に係るスパンシフト１次温度係数生成回路の回路図（実施の形態２）。
【図６】  本発明に係るスパンシフト２次温度係数生成回路の回路図（実施の形態３）。
【図７】  スパンシフト１次温度係数生成回路およびスパンシフト２次温度係数生成回路の別の構成例を示した図（実施の形態４）。
【図８】  それぞれが異なる温度係数を持つ２種類の抵抗器を用いて構成されたスパンシフト温度係数１次補償回路図およびスパンシフト温度係数２次補償回路の回路図（実施の形態５）。
【図９】  スパンシフト温度係数１次補償回路の第１の変形例を示す回路図。（実施の形態６）
【図１０】  スパンシフト温度係数１次補償回路の第２の変形例を示す回路図。（実施の形態６）
【図１１】  スパンシフト温度係数１次補償回路の第３の変形例を示す回路図。（実施の形態６）
【図１２】  スパンシフト温度係数１次補償回路の第４の変形例を示す回路図。（実施の形態６）
【図１３】  本発明の温度補償回路を構成する基本回路ブロックを説明した図（その１）。
【図１４】  本発明の温度補償回路を構成する基本回路ブロックを説明した図（その２）。
【図１５】  本発明の温度補償回路を構成する基本回路ブロックを説明した図（その３）。
【図１６】  従来の温度補償回路の構成図。
【符号の説明】
１０  オフセットドリフト定数温度補償回路、  ２０，２０ｂ，２０ｘ，２０ｙ，８３  １次温度係数生成回路、  ２１〜２３  種類の異なる抵抗器、  ２７，２７ｂ  係数符号反転回路、  ２８，２８ｂ  符号切換回路、  ３０，３３，３０ｂ，３３ｂ  １次温度係数調整回路、  ３３ｃ，５５  ２次温度係数調整回路、  ３９  圧力検出部、  ４５，８０  スパンシフト温度係数１次補償回路、４７，８１  スパンシフト温度係数２次補償回路、  ５０，５０ｂ，８５  スパンシフト２次温度係数生成回路、  ６０  スパンシフト１次温度係数生成回路、  ９０  信号変換回路。
【図１】
0004629892.tif 000019
【図２】
0004629892.tif 000020
【図３】
0004629892.tif 000021
【図４】
0004629892.tif 000022
【図５】
0004629892.tif 000023
【図６】
0004629892.tif 000024
【図７】
0004629892.tif 000025
【図８】
0004629892.tif 000026
【図９】
0004629892.tif 000027
【図１０】
0004629892.tif 000028
【図１１】
0004629892.tif 000029
【図１２】
0004629892.tif 000030
【図１３】
0004629892.tif 000031
【図１４】
0004629892.tif 000032
【図１５】
0004629892.tif 000033
【図１６】
0004629892.tif 000034