(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に依存したセンサ出力を出力する物理量センサであって、
物理量に依存してインピーダンスが変化する複数のインピーダンス素子がフルブリッジ接続して構成されているインピーダンスブリッジ部と、
前記インピーダンスブリッジ部に並列に接続されており、前記インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードと第２出力ノードの間の電位差が零となるように、インピーダンスが調整されるように構成されているインピーダンス調整部と、を備え、
前記インピーダンス調整部の前記インピーダンスを調整するための調整値が前記センサ出力となる、物理量センサ。
【請求項２】
前記インピーダンスブリッジ部は、基準ノード、電源ノード、第１インピーダンス素子、第２インピーダンス素子、第３インピーダンス素子及び第４インピーダンス素子を有し、
前記第１インピーダンス素子と前記第３インピーダンス素子は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に直列に接続されており、
前記第２インピーダンス素子と前記第４インピーダンス素子は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に直列に接続されており、
前記第１インピーダンス素子と前記第３インピーダンス素子の組と前記第２インピーダンス素子と前記第４インピーダンス素子の組は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に並列に接続されており、
前記第１インピーダンス素子と前記第３インピーダンス素子の間に前記第１出力ノードが設けられており、
前記第２インピーダンス素子と前記第４インピーダンス素子の間に前記第２出力ノードが設けられており、
前記インピーダンス調整部は、第１インピーダンス調整部及び第２インピーダンス調整部を有し、
前記第１インピーダンス調整部は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に直列に接続されている複数のインピーダンス固定素子を含み、前記調整値に基づいて、前記インピーダンス固定素子間の配線のうちのいずれか１つを前記第１出力ノードに接続するように構成されており、
前記第２インピーダンス調整部は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に直列に接続されている複数のインピーダンス固定素子を含み、前記調整値に基づいて、前記インピーダンス固定素子間の配線のうちのいずれか１つを前記第２出力ノードに接続するように構成されている、請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記インピーダンスブリッジ部の前記第１出力ノードと前記第２出力ノードの電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータの出力に基づいてカウンタ値を増減させるカウンタと、をさらに備え、
前記カウンタの前記カウンタ値が、前記インピーダンス調整部の前記インピーダンスを調整するための前記調整値として用いられる、請求項１又は２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記インピーダンスブリッジ部の前記第１出力ノードと前記コンパレータの間に挿入されている第１ローパスフィルタと、
前記インピーダンスブリッジ部の前記第２出力ノードと前記コンパレータの間に挿入されている第２ローパスフィルタと、
前記カウンタの前記カウンタ値の移動平均を演算する移動平均回路と、をさらに備える、請求項３に記載の物理量センサ。
【請求項５】
物理量に依存したセンサ出力を出力する物理量センサであって、
物理量に依存してインピーダンスが変化する複数のインピーダンス素子がハーフブリッジ接続して構成されているインピーダンスブリッジ部と、
前記インピーダンスブリッジ部に並列に接続されており、その出力ノードと前記インピーダンスブリッジ部の出力ノードの間の電位差が零となるように、インピーダンスが調整されるように構成されているインピーダンス調整部と、を備え、
前記インピーダンス調整部の前記インピーダンスを調整するための調整値が前記センサ出力であり、
前記インピーダンス調整部は、前記調整値を用いたフィードバック制御によって、前記インピーダンスブリッジ部の前記出力ノードの増減する電圧に追随してその出力ノードの電圧が増減するように構成されている、物理量センサ。
【請求項６】
前記インピーダンスブリッジ部は、基準ノード、電源ノード、第１インピーダンス素子及び第２インピーダンス素子を有し、
前記第１インピーダンス素子と前記第２インピーダンス素子は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に直列に接続されており、
前記第１インピーダンス素子と前記第２インピーダンス素子の間に前記インピーダンスブリッジ部の前記出力ノードが設けられており、
前記インピーダンス調整部は、前記基準ノードと前記電源ノードの間に直列に接続されている複数のインピーダンス固定素子を含み、前記調整値に基づいて、前記インピーダンス固定素子間の配線のうちのいずれか１つを前記インピーダンス調整部の前記出力ノードに接続するように構成されている、請求項５に記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記インピーダンスブリッジ部の前記出力ノードと前記インピーダンス調整部の前記出力ノードの電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータの出力に基づいてカウンタ値を増減させるカウンタと、をさらに備え、
前記カウンタの前記カウンタ値が、前記インピーダンス調整部の前記インピーダンスを調整するための前記調整値として用いられる、請求項５又は６に記載の物理量センサ。
【請求項８】
前記インピーダンスブリッジ部の前記出力ノードと前記コンパレータの間に挿入されている第１ローパスフィルタと、
前記インピーダンス調整部の前記出力ノードと前記コンパレータの間に挿入されている第２ローパスフィルタと、
前記カウンタの前記カウンタ値の移動平均を演算する移動平均回路と、をさらに備える、請求項７に記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、物理量に依存したセンサ出力を出力する物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、インピーダンスブリッジ部を備える物理量センサを開示する。この種の物理量センサは、インピーダンスブリッジ部の２つの出力ノードの電位差を増幅し、その増幅された電圧をセンサ出力として出力するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１０３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような物理量センサでは、インピーダンスブリッジ部の駆動源電力が高周波のノイズで振動することがある。この場合、インピーダンスブリッジ部の２つの出力ノードの電位差がノイズの振幅に比例して振幅するので、センサ出力もノイズの振幅に比例して増幅する。このようなインピーダンスブリッジ部の駆動源電力に混入するノイズに対策する技術が求められている。
【０００５】
本願明細書は、インピーダンスブリッジ部の駆動源電力にノイズが混入しても、そのようなノイズの影響が抑えられたセンサ出力を出力することができる物理量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する物理量センサは、物理量に依存したセンサ出力を出力する。物理量センサの一実施形態は、インピーダンスブリッジ部及びインピーダンス調整部を備える。インピーダンスブリッジ部は、物理量に依存してインピーダンスが変化する複数のインピーダンス素子がフルブリッジ接続して構成されている。インピーダンス調整部は、インピーダンスブリッジ部に並列に接続されており、インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードと第２出力ノードの間の電位差が零となるように、インピーダンスが調整されるように構成されている。物理量センサでは、インピーダンス調整部のインピーダンスを調整する調整値がセンサ出力となる。
【０００７】
上記実施形態の物理量センサでは、インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードと第２出力ノードの間の電位差が零となるように調整されている。このため、インピーダンスブリッジ部の駆動源電力にノイズが混入しても、第１出力ノードと第２出力ノードの電圧が同時に上下に振幅するので、第１出力ノードと第２出力ノードの間の電位差が零に維持される。したがって、上記実施形態の物理量センサでは、駆動源電力にノイズが混入しても、そのノイズがセンサ出力に反映されない。上記実施形態の物理量センサは、駆動源電力にノイズが混入しても、そのようなノイズの影響が抑えられたセンサ出力を出力することができる。
【０００８】
本明細書で開示する物理量センサの他の一実施形態は、インピーダンスブリッジ部及びインピーダンス調整部を備える。インピーダンスブリッジ部は、物理量に依存してインピーダンスが変化する複数のインピーダンス素子がハーフブリッジ接続して構成されている。インピーダンス調整部は、インピーダンスブリッジ部に並列に接続されており、その出力ノードとインピーダンスブリッジ部の出力ノードの間の電位差が零となるように、インピーダンスが調整されるように構成されている。物理量センサでは、インピーダンス調整部のインピーダンスを調整するための調整値がセンサ出力となる。
【０００９】
上記他の実施形態の物理量センサでは、インピーダンスブリッジ部の出力ノードとインピーダンス調整部の出力ノードの間の電位差が零となるように調整されている。このため、インピーダンスブリッジ部の駆動源電力にノイズが混入しても、インピーダンスブリッジ部の出力ノードとインピーダンス調整部の出力ノードの電圧が同時に上下に振幅するので、インピーダンスブリッジ部の出力ノードとインピーダンス調整部の出力ノードの間の電位差が零に維持される。したがって、上記他の実施形態の物理量センサでは、駆動源電力にノイズが混入しても、そのノイズがセンサ出力に反映されない。上記他の実施形態の物理量センサは、駆動源電力にノイズが混入しても、そのようなノイズの影響が抑えられたセンサ出力を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例の物理量センサの回路図の概略を示す。
【図２】第１実施例の物理量センサの抵抗ＤＡ変換器の回路図の概略を示す。
【図３】物理量センサの変形例の回路図の概略を示す。
【図４】第２実施例の物理量センサの回路図の概略を示す。
【図５】第２実施例の物理量センサの抵抗ＤＡ変換器の回路図の概略を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１２】
本明細書で開示する物理量センサは、物理量に依存したセンサ出力を出力する。物理量としては、圧力、加速度又は磁気等が例示される。物理量センサの一実施形態は、インピーダンスブリッジ部及びインピーダンス調整部を備えていてもよい。インピーダンスブリッジ部は、物理量に依存してインピーダンスが変化する複数のインピーダンス素子がフルブリッジ接続して構成されている。フルブリッジ接続されるインピーダンス素子については、全てのインピーダンス素子が物理量に依存してインピーダンスが変化するように構成されていてもよく、一部のインピーダンス素子が物理量に依存してインピーダンスが変化するように構成されていてもよい。インピーダンス素子としては、物理量に依存して抵抗値が変化する可変抵抗体、物理量に依存して容量が変化する可変キャパシタが例示される。インピーダンス調整部は、インピーダンスブリッジ部に並列に接続されており、インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードと第２出力ノードの間の電位差が零となるように、インピーダンスが調整されるように構成されている。上記実施形態の物理量センサでは、インピーダンス調整部のインピーダンスを調整する調整値がセンサ出力となる。このように、上記実施形態の物理量センサは、零位法を利用して物理量を計測するように構成されている。
【００１３】
インピーダンスブリッジ部は、基準ノード、電源ノード、第１インピーダンス素子、第２インピーダンス素子、第３インピーダンス素子及び第４インピーダンス素子を有していてもよい。この場合、第１インピーダンス素子と第３インピーダンス素子は、基準ノードと電源ノードの間に直列に接続されている。第２インピーダンス素子と第４インピーダンス素子は、基準ノードと電源ノードの間に直列に接続されている。第１インピーダンス素子と第３インピーダンス素子の組と第２インピーダンス素子と第４インピーダンス素子の組は、基準ノードと電源ノードの間に並列に接続されている。第１インピーダンス素子と第３インピーダンス素子の間に第１出力ノードが設けられている。第２インピーダンス素子と第４インピーダンス素子の間に第２出力ノードが設けられている。ここで、第１インピーダンス素子と第４インピーダンス素子が物理量の増加に比例してインピーダンスが増加し、第２インピーダンス素子と第３インピーダンス素子が物理量の増加に比例してインピーダンスが低下するように構成されていてもよい。あるいは、第１インピーダンス素子と第４インピーダンス素子が物理量の増加に比例してインピーダンスが増加し、第２インピーダンス素子と第３インピーダンス素子が物理量の変化に依存せずにインピーダンスが固定値となるように構成されていてもよい。
【００１４】
インピーダンス調整部は、第１インピーダンス調整部及び第２インピーダンス調整部を有していてもよい。第１インピーダンス調整部は、基準ノードと電源ノードの間に直列に接続されている複数のインピーダンス固定素子を含む。第１インピーダンス調整部は、調整値に基づいて、インピーダンス固定素子間の配線のうちのいずれか１つを第１出力ノードに接続するように構成されている。第２インピーダンス調整部は、基準ノードと電源ノードの間に直列に接続されている複数のインピーダンス固定素子を含む。第２インピーダンス調整部は、調整値に基づいて、インピーダンス固定素子間の配線のうちのいずれか１つを第２出力ノードに接続するように構成されている。
【００１５】
上記実施形態の物理量センサは、コンパレータ及びカウンタをさらに備えていてもよい。コンパレータは、インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードと第２出力ノードの電圧を比較する。カウンタは、コンパレータの出力に基づいてカウンタ値を増減させる。カウンタのカウンタ値が、インピーダンス調整部のインピーダンスを調整するための調整値として用いられる。この物理量センサは、カウンタのカウンタ値を利用して、インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードと第２出力ノードの間の電位差が零となるようにフィードバック制御することができる。
【００１６】
上記実施形態の物理量センサは、第１ローパスフィルタ、第２ローパスフィルタ及び移動平均回路をさらに備えていてもよい。第１ローパスフィルタは、インピーダンスブリッジ部の第１出力ノードとコンパレータの間に挿入されている。第２ローパスフィルタは、インピーダンスブリッジ部の第２出力ノードとコンパレータの間に挿入されている。移動平均回路は、カウンタのカウンタ値の移動平均を演算する。この実施形態の物理量センサは、ディザリング手法を利用してセンサ出力の分解能を向上させることができる。
【００１７】
物理量センサの他の一実施形態は、インピーダンスブリッジ部及びインピーダンス調整部を備えていてもよい。インピーダンスブリッジ部は、物理量に依存してインピーダンスが変化する複数のインピーダンス素子がハーフブリッジ接続して構成されている。ハーフブリッジ接続されるインピーダンス素子については、全てのインピーダンス素子が物理量に依存してインピーダンスが変化するように構成されていてもよく、一部のインピーダンス素子が物理量に依存してインピーダンスが変化するように構成されていてもよい。インピーダンス素子としては、物理量に依存して抵抗値が変化する可変抵抗体、物理量に依存して容量が変化する可変キャパシタが例示される。インピーダンス調整部は、インピーダンスブリッジ部に並列に接続されており、その出力ノードとインピーダンスブリッジ部の出力ノードの間の電位差が零となるように、インピーダンスが調整されるように構成されている。上記他の実施形態の物理量センサでは、インピーダンス調整部のインピーダンスを調整する調整値がセンサ出力となる。このように、上記他お実施形態の物理量センサは、零位法を利用して物理量を計測するように構成されている。
【００１８】
インピーダンスブリッジ部は、基準ノード、電源ノード、第１インピーダンス素子及び第２インピーダンス素子を有していてもよい。この場合、第１インピーダンス素子と第２インピーダンス素子は、基準ノードと電源ノードの間に直列に接続されている。第１インピーダンス素子と第２インピーダンス素子の間にインピーダンスブリッジ部の出力ノードが設けられている。インピーダンス調整部は、基準ノードと電源ノードの間に直列に接続されている複数のインピーダンス固定素子を含み、調整値に基づいて、インピーダンス固定素子間の配線のうちのいずれか１つをインピーダンス調整部の出力ノードに接続可能に構成されている。ここで、第１インピーダンス素子が物理量の増加に比例してインピーダンスが増加し、第２インピーダンス素子が物理量の増加に比例してインピーダンスが低下するように構成されていてもよい。あるいは、第１インピーダンス素子が物理量の増加に比例してインピーダンスが増加し、第２インピーダンス素子が物理量の変化に依存せずにインピーダンスが固定値となるように構成されていてもよい。
【００１９】
上記他の実施形態の物理量センサは、コンパレータ及びカウンタをさらに備えていてもよい。コンパレータは、インピーダンスブリッジ部の出力ノードとインピーダンス調整部の出力ノードの電圧を比較する。カウンタは、コンパレータの出力に基づいてカウンタ値を増減させる。カウンタのカウンタ値が、インピーダンス調整部のインピーダンスを調整するための調整値として用いられる。この物理量センサは、カウンタのカウンタ値を利用して、インピーダンスブリッジ部の出力ノードとインピーダンス調整部の出力ノードの出力ノードの間の電位差が零となるようにフィードバック制御することができる。
【００２０】
上記他の実施形態の物理量センサは、第１ローパスフィルタ、第２ローパスフィルタ及び移動平均回路をさらに備えていてもよい。第１ローパスフィルタは、インピーダンスブリッジ部の出力ノードとコンパレータの間に挿入されている。第２ローパスフィルタは、インピーダンス調整部の出力ノードとコンパレータの間に挿入されている。移動平均回路は、カウンタのカウンタ値の移動平均を演算する。この実施形態の物理量センサは、ディザリング手法を利用してセンサ出力の分解能を向上させることができる。
【実施例１】
【００２１】
図１に示されるように、物理量センサ１は、センサ部２、追従比較型ＡＤ変換器４及び抵抗ＤＡ変換器６を備える。なお、センサ部２は、特許請求の範囲に記載のインピーダンスブリッジ部の一例である。抵抗ＤＡ変換器６は、特許請求の範囲に記載のインピーダンス調整部の一例である。
【００２２】
センサ部２は、圧力に依存した電圧を出力する回路を構成しており、基準ノードＮ１１、電源ノードＮ１２及び４つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有する。基準ノードＮ１１は、基準電圧配線Ｌ１の第１ノードＮ１に接続されている。基準電圧配線Ｌ１は、接地電圧ＧＮＤが入力する基準電圧端子Ｔ１に接続されている。電源ノードＮ１２は、電源電圧配線Ｌ２の第２ノードＮ２に接続されている。電源電圧配線Ｌ２は、電源電圧Ｖｃｃが入力する電源電圧端子Ｔ２に接続されている。４つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、圧力に応じて抵抗値が変化する可変抵抗体である。第１抵抗素子Ｒ１と第４抵抗素子Ｒ４は、圧力の増加に比例して抵抗値が増加するように構成されている。第２抵抗素子Ｒ２と第３抵抗素子Ｒ３は、圧力の増加に比例して抵抗値が低下するように構成されている。
【００２３】
第１抵抗素子Ｒ１と第３抵抗素子Ｒ３は、基準ノードＮ１１と電源ノードＮ１２の間に直列に接続されている。第２抵抗素子Ｒ２と第４抵抗素子Ｒ４は、基準ノードＮ１１と電源ノードＮ１２の間に直列に接続されている。第１抵抗素子Ｒ１と第３抵抗素子Ｒ３の組と第２抵抗素子Ｒ２と第４抵抗素子Ｒ４の組は、基準ノードＮ１１と電源ノードＮ１２の間に並列に接続されている。このように、４つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、フルブリッジ接続されている。
【００２４】
４つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、圧力が印加されていないときの抵抗値が同値となるように設定されている。このため、第１抵抗素子Ｒ１と第３抵抗素子Ｒ３の間の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡは、圧力が印加されていないときに、基準ノードＮ１１の電圧と電源ノードＮ１２の電圧の中間の電圧、即ち、Ｖｃｃ／２となるように調整されている。同様に、第２抵抗素子Ｒ２と第４抵抗素子Ｒ４の間の第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢは、圧力が印加されていないときに、基準ノードＮ１１の電圧と電源ノードＮ１２の電圧の中間の電圧、即ち、Ｖｃｃ／２となるように調整されている。
【００２５】
追従比較型ＡＤ変換器４は、センサ部２の出力電圧をデジタル値に変換して出力する回路であり、コンパレータ４ａ及びカウンタ４ｂを有する。コンパレータ４ａでは、非反転端子（＋）がセンサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１に接続されており、反転端子（−）がセンサ部２の第２出力ノードＮｏｕｔ２に接続されており、出力端子がカウンタ４ｂに接続されている。コンパレータ４ａは、第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡと第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢを比較し、電圧ＶＡが電圧ＶＢよりも高いときに出力をハイとし、電圧ＶＢが電圧ＶＡよりも高いときに出力をローにする。カウンタ４ｂは、ｎビットカウンタ回路であり、コンパレータ４ａの出力がハイのときにカウンタ値を増加させ、コンパレータ４ａの出力がローのときにカウンタ値を減少させる。カウンタ４ｂのカウンタ値は、ｎビットのデジタル値であり、出力端子Ｔ３にセンサ出力として出力される。
【００２６】
抵抗ＤＡ変換器６は、センサ部２に並列に接続されており、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡと第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢの電位差が零となるように、抵抗値が調整されるように構成されている。
【００２７】
図２に示されるように、抵抗ＤＡ変換器６は、第１抵抗ＤＡ変換器６Ａ及び第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂを有する。第１抵抗ＤＡ変換器６Ａは、固定抵抗素子群６Ｒａとスイッチ素子群６Ｓａを含む。固定抵抗素子群６Ｒａは、２ｎ個の固定抵抗素子が直列に接続して構成されており、一端がセンサ部２の基準ノードＮ１１に接続されており、他端がセンサ部２の電源ノードＮ１２に接続されている。固定抵抗素子群６Ｒａの固定抵抗素子の抵抗値は、両端の固定抵抗素子の抵抗値を除いて、いずれも同値である。スイッチ素子群６Ｓａは、（２ｎ−１）個のスイッチ素子を有する。複数のスイッチ素子の各々は、固定抵抗素子群６Ｒａの固定抵抗素子間の配線のいずれか１つに対応して配置されており、一端がその固定抵抗素子間の配線に接続されており、他端がセンサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１に接続されている。第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂは、固定抵抗素子群６Ｒｂとスイッチ素子群６Ｓｂを含む。固定抵抗素子群６Ｒｂは、２ｎ個の固定抵抗素子が直列に接続して構成されており、一端がセンサ部２の基準ノードＮ１１に接続されており、他端がセンサ部２の電源ノードＮ１２に接続されている。固定抵抗素子群６Ｒｂの固定抵抗素子の抵抗値は、両端の固定抵抗素子の抵抗値を除いて、いずれも同値である。スイッチ素子群６Ｓｂは、（２ｎ−１）個のスイッチ素子を有する。複数のスイッチ素子の各々は、固定抵抗素子群６Ｒｂの固定抵抗素子間の配線のいずれか１つに対応して配置されており、一端がその固定抵抗素子間の配線に接続されており、他端がセンサ部２の第２出力ノードＮｏｕｔ２に接続されている。
【００２８】
第１抵抗ＤＡ変換器６Ａ及び第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂの各々には、追従比較型ＡＤ変換器４のカウンタ４ｂのカウンタ値が入力する。第１抵抗ＤＡ変換器６Ａは、カウンタ４ｂのカウンタ値に基づいて、スイッチ素子群６Ｓａのうちの１つのスイッチ素子を閉じ、固定抵抗素子群６Ｒａを分割する。同様に、第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂは、カウンタ４ｂのカウンタ値に基づいて、スイッチ素子群６Ｓｂのうちの１つのスイッチ素子を閉じ、固定抵抗素子群６Ｒｂを分割する。
【００２９】
第１抵抗ＤＡ変換器６Ａでは、電源ノードＮ１２側のスイッチ素子から順にカウンタ値が割り振られている。例えば、図２は、カウンタ値が「１」の場合を例示する。前記したように、センサ部２では、圧力が増加すると、第１抵抗素子Ｒ１の抵抗値が増加するとともに第３抵抗素子Ｒ３の抵抗値が低下する。このとき、第１抵抗ＤＡ変換器６Ａでは、第１抵抗素子Ｒ１と並列に接続される固定抵抗素子の数が減少するとともに第３抵抗素子Ｒ３と並列に接続される固定抵抗素子の数が増加する。換言すると、第１抵抗ＤＡ変換器６Ａでは、圧力が増加すると、第１抵抗素子Ｒ１と並列に接続される固定抵抗素子群の抵抗値が低下するとともに第３抵抗素子Ｒ３と並列に接続される固定抵抗素子群の抵抗値が増加する。このように、第１抵抗ＤＡ変換器６Ａは、第１抵抗素子と固定抵抗素子群の合成抵抗値を維持するとともに、第３抵抗素子と固定抵抗素子群の合成抵抗値を維持するように働く。このため、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡは、基準ノードＮ１１の電圧と電源ノードＮ１２の電圧の中間の電圧、即ち、Ｖｃｃ／２となるように維持される。
【００３０】
一方、第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂでは、基準ノードＮ１１側のスイッチ素子から順にカウンタ値が割り振られている。例えば、図２は、カウンタ値が「１」の場合を例示する。前記したように、センサ部２では、圧力が増加すると、第２抵抗素子Ｒ２の抵抗値が低下するとともに第４抵抗素子Ｒ４の抵抗値が増加する。このとき、第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂでは、第２抵抗素子Ｒ２と並列に接続される固定抵抗素子の数が増加するとともに第４抵抗素子Ｒ４と並列に接続される固定抵抗素子の数が減少する。換言すると、第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂでは、圧力が増加すると、第２抵抗素子Ｒ２と並列に接続される固定抵抗素子群の抵抗値が増加するとともに第４抵抗素子Ｒ４と並列に接続される固定抵抗素子群の抵抗値が低下する。このように、第２抵抗ＤＡ変換器６Ｂは、第２抵抗素子と固定抵抗素子群の合成抵抗値を維持するとともに、第４抵抗素子と固定抵抗素子群の合成抵抗値を維持するように働く。このため、センサ部２の第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢは、基準ノードＮ１１の電圧と電源ノードＮ１２の中間の電圧、即ち、Ｖｃｃ／２となるように維持される。
【００３１】
このように、抵抗ＤＡ変換器６は、追従比較型ＡＤ変換器４のカウンタ４ｂのカウンタ値を利用して、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡと第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢの電位差が零となるようにフィードバック制御する。即ち、物理量センサ１は、追従比較型ＡＤ変換器４と抵抗ＤＡ変換器６を利用して、センサ部２に印加される圧力を零位法によって計測するように構成されている。
【００３２】
物理量センサ１では、電源電圧Ｖｃｃに高周波のノイズ（１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度）が混入することがある。このような高周波のノイズとしては、放射ノイズ及び誘導ノイズがある。電源電圧端子Ｔ２にはワイヤハーネスに組み込まれている外部電線が接続されており、その外部電線を介して電源電圧端子Ｔ２に電源電圧Ｖｃｃが入力する。ワイヤハーネスの外部電線に放射ノイズが侵入すると、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入することがある。また、ワイヤハーネスには、外部電線の他にも複数の信号線が組み込まれている。このため、電源電圧Ｖｃｃを入力するための外部電線に他の信号線から誘導ノイズが侵入すると、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入することがある。
【００３３】
物理量センサ１では、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡと第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢの電位差が零となるようにフィードバック制御されている。このため、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入しても、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡと第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢが同時に上下に振幅するので、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡと第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢの電位差が零に維持される。したがって、物理量センサ１では、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入しても、そのノイズがセンサ出力に反映されない。物理量センサ１は、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入しても、そのようなノイズの影響が抑えられたセンサ出力を出力することができる。
【００３４】
物理量センサ１では、カウンタ４ｂのビット数を増加させてセンサ出力の分解能を向上させようとすると、抵抗ＤＡ変換器６の回路規模も増加する。このため、物理量センサ１では、カウンタ４ｂのビット数の増加を抑えながら、センサ出力の分解能を向上させることが望まれる。これを実現するために、物理量センサ１にディザリング手法を利用するのが望ましい。ディザリング手法は、ＡＤ変換をするときに、アナログの入力信号に微小なランダムノイズ（ホワイトノイズ）を加算してＡＤ変換し、ＡＤ変換されたデジタル信号をデジタルフィルタで平均処理することで、ＡＤ変換時に発生する量子化誤差を低減する処理である。これにより、デジタル信号の線形性が向上するので、カウンタ４ｂのビット数の増加を抑えながら、センサ出力の分解能を向上させることができる。
【００３５】
図３に、ディザリング手法が適用された物理量センサ１の変形例を示す。この物理量センサ１は、２つのローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２及び移動平均回路８を備えることを特徴とする。
【００３６】
第１ローパスフィルタＬＰＦ１は、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１とコンパレータ４ａの非反転入力端子（＋）の間に挿入されており、第５抵抗素子Ｒ５及び第１キャパシタＣ１を有する。第２ローパスフィルタＬＰＦ２は、センサ部２の第２出力ノードＮｏｕｔ２とコンパレータ４ａの反転入力端子（−）の間に挿入されており、第６抵抗素子Ｒ６及び第２キャパシタＣ２を有する。第５抵抗素子Ｒ５及び第６抵抗素子Ｒ６の抵抗値は同一である。第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の容量は同一である。
【００３７】
第１ローパスフィルタＬＰＦ１は、主に第５抵抗素子Ｒ５の熱雑音により、センサ部２の第１出力ノードＮｏｕｔ１の電圧ＶＡにランダムノイズを加算することができる。加算されるランダムノイズの振幅は、第１キャパシタＣ１の容量に基づいて調整される。同様に、第２ローパスフィルタＬＰＦ２は、主に第６抵抗素子Ｒ６の熱雑音により、センサ部２の第２出力ノードＮｏｕｔ２の電圧ＶＢにランダムノイズを加算することができる。加算されるランダムノイズの振幅は、第２キャパシタＣ２の容量に基づいて調整される。
【００３８】
例えば、電圧ＶＡが電圧ＶＢよりも高い場合、加算されるランダムノイズによって電圧ＶＡと電圧ＶＢの電位差が増加するとコンパレータ４ａの出力はハイとなり、加算されるランダムノイズによって電圧ＶＡと電圧ＶＢの電位差が低下するとコンパレータ４ａの出力はハイ又はローとなる。電圧ＶＢが電圧ＶＡよりも高い場合、加算されるランダムノイズによって電圧ＶＢと電圧ＶＡの電位差が増加するとコンパレータ４ａの出力はローとなり、加算されるランダムノイズによって電圧ＶＢと電圧ＶＡの電位差が低下するとコンパレータ４ａの出力はロー又はハイとなる。このように、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２がランダムノイズを加算することで、コンパレータ４ａの出力は、電圧ＶＡと電圧ＶＢのみの判定結果を中心にしてランダムにばらつく。
【００３９】
移動平均回路８は、カウンタ４ｂと出力端子Ｔ３の間に挿入されており、カウンタ４ｂのカウンタ値の移動平均を演算して出力するように構成されている。これにより、移動平均回路８は、カウンタ４ｂのカウンタ値から量子化誤差を低減することができる。
【００４０】
このように、変形例の物理量センサ１は、ディザリング手法を利用して、カウンタ４ｂのカウンタ値のセンサ出力の分解能を向上させることができる。変形例の物理量センサ１は、カウンタ４ｂのビット数の増加を抑えながら、即ち、抵抗ＤＡ変換器６の回路規模の増加を抑えながら、カウンタ４ｂのカウンタ値のセンサ出力の分解能を向上させることができる。
【実施例２】
【００４１】
図４に、第２実施例の物理量センサ１０を示す。なお、第１実施例の物理量センサ１と共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
物理量センサ１０は、ハーフブリッジ接続されている一対の抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２を有するセンサ部１２を備えることを特徴とする。なお、センサ部１２は、特許請求の範囲に記載のインピーダンスブリッジ部の一例である。第１抵抗素子Ｒ１１は、圧力の増加に比例して抵抗値が増加するように構成されている。第２抵抗素子Ｒ１２は、圧力の増加に比例して抵抗値が低下するように構成されている。第１抵抗素子Ｒ１１と第２抵抗素子Ｒ１２は、基準ノードＮ１１と電源ノードＮ１２の間に直列に接続されている。
【００４３】
一対の抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２は、圧力が印加されていないときの抵抗値が同値となるように設定されている。このため、第１抵抗素子Ｒ１１と第２抵抗素子Ｒ１２の間の第１出力ノードＮｏｕｔ１１の電圧ＶＡは、圧力が印加されていないときに、基準ノードＮ１１の電圧と電源ノードＮ１２の電圧の中間の電圧、即ち、Ｖｃｃ／２となるように調整されている。
【００４４】
図５に示されるように、抵抗ＤＡ変換器１６は、固定抵抗素子群１６Ｒａとスイッチ素子群１６Ｓａを含む。なお、抵抗ＤＡ変換器１６は、特許請求の範囲に記載のインピーダンス調整部の一例である。固定抵抗素子群１６Ｒａは、２ｎ個の固定抵抗素子が直列に接続して構成されており、一端がセンサ部１２の基準ノードＮ１１に接続されており、他端がセンサ部１２の電源ノードＮ１２に接続されている。固定抵抗素子群１６Ｒａの固定抵抗素子の抵抗値は、両端の固定抵抗素子の抵抗値を除いて、いずれも同値である。スイッチ素子群１６Ｓａは、（２ｎ−１）個のスイッチ素子を有する。複数のスイッチ素子の各々は、固定抵抗素子群１６Ｒａの固定抵抗素子間の配線のいずれか１つに対応して配置されており、一端がその固定抵抗素子間の配線に接続されており、他端が追従比較型ＡＤ変換器４のコンパレータ４ａの反転端子（−）に接続されている。
【００４５】
抵抗ＤＡ変換器１６には、追従比較型ＡＤ変換器４のカウンタ４ｂのカウンタ値が入力する。抵抗ＤＡ変換器１６は、カウンタ４ｂのカウンタ値に基づいて、スイッチ素子群１６Ｓａのうちの１つのスイッチ素子を閉じ、固定抵抗素子群１６Ｒａを分割する。
【００４６】
抵抗ＤＡ変換器１６では、基準ノードＮ１１側のスイッチ素子から順にカウンタ値が割り振られている。例えば、図５は、カウンタ値が「１」の場合を例示する。前記したように、センサ部１２では、圧力が増加すると、第１抵抗素子Ｒ１１の抵抗値が増加するとともに第２抵抗素子Ｒ１２の抵抗値が低下する。このとき、抵抗ＤＡ変換器１６では、第１抵抗素子Ｒ１１と並列に接続される固定抵抗素子の数が増加するとともに第２抵抗素子Ｒ１２と並列に接続される固定抵抗素子の数が減少する。換言すると、抵抗ＤＡ変換器１６では、圧力が増加すると、第１抵抗素子Ｒ１１と並列に接続される固定抵抗素子群の抵抗値が増加するとともに第２抵抗素子Ｒ１２と並列に接続される固定抵抗素子群の抵抗値が低下する。このように、抵抗ＤＡ変換器１６は、第１抵抗素子Ｒ１１と第２抵抗素子Ｒ１２をミラーするように、固定抵抗素子群１６Ｒａを分割する。このため、抵抗ＤＡ変換器１６の出力ノードＮｏｕｔ１２の電圧ＶＢは、センサ部１２の出力ノードＮｏｕｔ１１の電圧ＶＡと等しくなるように維持される。
【００４７】
このように、抵抗ＤＡ変換器１６は、追従比較型ＡＤ変換器４のカウンタ４ｂのカウンタ値を利用して、出力ノードＮｏｕｔ１２の電圧ＶＢとセンサ部１２の出力ノードＮｏｕｔ１１の電圧ＶＡの電位差が零となるようにフィードバック制御する。即ち、物理量センサ１０は、追従比較型ＡＤ変換器４と抵抗ＤＡ変換器１６を利用して、センサ部１２に印加される圧力を零位法によって計測するように構成されている。
【００４８】
物理量センサ１０では、センサ部１２の出力ノードＮｏｕｔ１１の電圧ＶＡと抵抗ＤＡ変換器１６の出力ノードＮｏｕｔ１２の電圧ＶＢの電位差が零となるようにフィードバック制御されている。このため、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入しても、センサ部１２の出力ノードＮｏｕｔ１１の電圧ＶＡと抵抗ＤＡ変換器１６の出力ノードＮｏｕｔ１２の電圧ＶＢが同時に上下に振幅するので、センサ部１２の出力ノードＮｏｕｔ１１の電圧ＶＡと抵抗ＤＡ変換器１６の出力ノードＮｏｕｔ１２の電圧ＶＢの電位差が零に維持される。したがって、物理量センサ１０では、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入しても、そのノイズがセンサ出力に反映されない。物理量センサ１０は、電源電圧Ｖｃｃにノイズが混入しても、そのようなノイズの影響が抑えられたセンサ出力を出力することができる。
【００４９】
物理量センサ１０の抵抗ＤＡ変換器１６は、第１実施例の物理量センサ１の抵抗ＤＡ変換器６に比して回路規模が略半分となる。このため、物理量センサ１０は、物理量センサ１に比して、小型化及び低消費電力の点で有用である。さらに、物理量センサ１０においても、図３に例示するディザリング手法を利用するのが望ましい。この場合、物理量センサ１０は、カウンタ４ｂのビット数の増加を抑えながら、即ち、抵抗ＤＡ変換器１６の回路規模の増加を抑えながら、カウンタ４ｂのカウンタ値のセンサ出力の分解能を向上させることができる。
【００５０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５１】
１，１０：物理量センサ    ２，１２：センサ部    ４：追従比較ＡＤ変換器    ４ａ：コンパレータ    ４ｂ：カウンタ    ６，１６：抵抗ＤＡ変換器    ６Ａ：第１抵抗ＤＡ変換器    ６Ｂ：第２抵抗ＤＡ変換器：    Ｌ１：基準電圧配線    Ｌ２：電源電圧配線    Ｎ１１：基準ノード    Ｎ１２：電源ノード    Ｎｏｕｔ１：第１出力ノード    Ｎｏｕｔ２：第２出力ノード    Ｒ１，Ｒ１１：第１抵抗素子    Ｒ２，Ｒ１２：第２抵抗素子    Ｒ３：第３抵抗素子    Ｒ４：第４抵抗素子
【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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