(57)【要約】【課題】  センサブリッジのオフセット電圧及びオフセット電圧の温度特性を低減可能なチョッパアンプ回路の提供。【解決手段】  センサブリッジのオフセット電圧と等しい電圧を発生するオフセット調整電圧発生回路と、オフセット電圧の温度特性と等しい電圧を発生するオフセット温度特性調整電圧発生回路とを設け、これらの出力電圧をチョッパ変調して、チョッパ変調されたセンサブリッジの出力信号から減算する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサブリッジの出力する信号を増幅するチョッパアンプ回路において、前記センサブリッジのオフセット電圧を、オフセット調整電圧によってキャンセルすることを特徴とするチョッパアンプ回路。
【請求項２】
前記オフセット調整電圧は、前記センサブリッジのオフセット電圧と電圧が等しく極性が逆の電圧である請求項１記載のチョッパアンプ回路。
【請求項３】
前記オフセット調整電圧は、前記センサブリッジのオフセット電圧と電圧が等しく極性が同じ電圧である請求項１記載のチョッパアンプ回路。
【請求項４】
前記センサブリッジのオフセット電圧の温度特性を、オフセット温度特性調整電圧によってキャンセルすることを特徴とする請求項１記載のチョッパアンプ回路。
【請求項５】
前記オフセット温度特性調整電圧は、オフセット電圧の温度特性と電圧が等しく傾きが同じ電圧である請求項４記載のチョッパアンプ回路。
【請求項６】
前記オフセット温度特性調整電圧は、オフセット電圧の温度特性と電圧が等しく傾きが反転した電圧である請求項４記載のチョッパアンプ回路。
【請求項７】
センサブリッジの出力するセンサ信号を入力する入力端子と、
前記入力端子に接続した第１の乗算器と、
前記第１の乗算器に接続した第１の増幅回路と、
オフセット調整電圧発生回路と、
前記オフセット調整電圧発生回路に接続した第３の乗算器と、
前記第３の乗算器に接続した第３の増幅回路と、
前記第１の増幅回路と前記第３の増幅回路の出力を加算する加算回路と、
前記加算回路に接続した第２の増幅回路と、
前記第２の増幅回路に接続した第２の乗算器で構成したことを特徴とするチョッパアンプ回路。
【請求項８】
さらに、オフセット温度特性調整電圧発生回路と、
前記オフセット温度特性調整電圧発生回路に接続した第４の乗算器と、
前記第４の乗算器に接続した第４の増幅回路を設け、前記第４の増幅回路の出力を前記加算回路で加算するようにした請求項７記載のチョッパアンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョッパアンプ回路およびチョッパアンプ回路を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２に従来のチョッパアンプ回路のブロック図を示す。従来のチョッパアンプ回路２０は、増幅回路１の前段と後段にそれぞれ乗算器１１、１２が設けられ、これらの乗算器１１、１２は周波数ｆｃの方形波である変調信号ＣＬＫで制御される。チョッパアンプ回路２０の出力はローパスフィルタ２２に接続されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
図３に従来のチョッパアンプ回路の各部での入力信号の周波数特性を示す。チョッパアンプ回路２０の入力端子５において入力信号が図３（ａ）に示すような周波数特性を持っているとする。また、増幅回路１は図３（ｃ）に示すような周波数特性の入力換算ノイズおよびオフセット電圧Ｖｎを持っているとする。入力信号が乗算器１１を経た後、この入力信号は変調信号ＣＬＫの周波数ｆｃの奇数倍の周波数へ変調される。このときの入力信号の周波数特性を図３（ｂ）に示す。この変調された入力信号は、増幅回路１の入力換算ノイズおよびオフセット電圧ＶＮが加わった後に増幅され出力される。増幅回路１の出力における入力信号の周波数特性を図３（ｄ）に示す。増幅回路１から出力された入力信号は、乗算器１２を経て元の周波数帯域（直流を含む低周波数領域）へと変調される。一方増幅回路１の入力におけるノイズ成分とオフセット電圧ＶＮは、変調信号ＣＬＫの周波数ｆｃの奇数倍の周波数へ変調される。乗算器１２の出力における入力信号の周波数特性を図３（ｅ）に示す。さらに、乗算器１２から出力された入力信号は、ローパスフィルタ２２に通すことで変調信号ＣＬＫの高周波成分が取り除かれる。従って、図３（ｆ）に示すように増幅回路１の持つノイズやオフセット電圧を増幅することなく、入力信号成分のみを増幅することができる。
【０００４】
また、別の従来のチョッパアンプ回路では、２つの異なる周波数の変調信号を用いて、入力信号に２重のチョッパ変調をかけることで、チョッパアンプ回路で使用する増幅回路の持つノイズやオフセット電圧をさらに低減する回路が開示されている（特許文献２参照）。
【非特許文献１】P.AlleN aNd D.R.Holberg, CＭＯＳ ANalog Circuit DesigN, P490-494, SauNders College PublishiNg, 1987.
【特許文献２】US Patent 6,262,626, Bakker, et al, July 17, 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来のチョッパアンプ回路では、たとえばピエゾ抵抗素子を用いたセンサブリッジの出力電圧を増幅することに用いたときに、ピエゾ抵抗素子の不完全なマッチングに起因してセンサブリッジが持っているオフセット電圧をキャンセルすることはできないので、センサブリッジが持つオフセット電圧を増幅して出力するという欠点を有していた。
【０００６】
また、ピエゾ抵抗素子を用いたセンサブリッジのオフセット電圧は温度特性を持っており、このオフセット電圧の温度特性はチョッパアンプ回路の出力電圧に現れてしまうという欠点を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、センサブリッジのオフセット電圧と等しい電圧を発生する回路、すなわちオフセット調整電圧発生回路を設け、このオフセット調整電圧発生回路の出力電圧を乗算器によりチョッパ変調して、センサブリッジの出力信号をチョッパ変調した信号から減算する構成とした。
【０００８】
また、センサブリッジの持つオフセット電圧の温度特性と等しい温度特性を持つ電圧を発生する回路、すなわちオフセット温度特性調整電圧発生回路を設け、この回路の出力電圧をチョッパ変調して、チョッパ変調されたセンサブリッジの出力信号から減算する構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成されたチョッパアンプ回路では、センサブリッジの持つオフセット電圧と、オフセット調整電圧発生回路の出力電圧が打ち消しあって、センサブリッジの持つオフセット電圧をキャンセルすることができる。
【００１０】
また、センサブリッジの持つオフセット電圧の温度特性と、オフセット温度特性調整電圧発生回路の出力電圧の持つ温度特性が打ち消しあって、センサブリッジの持つオフセット電圧の温度特性をキャンセルすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
【実施例１】
【００１２】
図１に、本発明の第一の実施例のチョッパアンプ回路のブロック図を示す。
【００１３】
チョッパアンプ２０は、入力端子３５及び３６にセンサブリッジ２１の出力するセンサ信号を入力し、出力端子４０及び４１から増幅した信号を出力する。入力端子３５及び３６に入力されたセンサ信号は、乗算器１１で変調信号ＣＬＫによりチョッパ変調された後に、増幅回路１で増幅される。オフセット調整電圧発生回路３１は、センサブリッジ２１の持っているオフセット電圧と大きさが等しく逆極性のオフセット調整電圧を発生する。オフセット調整電圧は、乗算器１３で変調信号ＣＬＫによりチョッパ変調され増幅回路３で増幅される。加算器２５及び２６は、前述したセンサ信号とオフセット調整電圧を加算して、センサ信号からセンサブリッジ２１の持っていたオフセット電圧をキャンセルする。さらに、センサ信号は増幅回路２で増幅された後に、乗算器１２で変調信号ＣＬＫによりチョッパ変調されて、元の周波数帯域（直流を含む低周波数領域）へと変調される。
【００１４】
ここで加算器２５及び２６を２つ用いているのは、増幅回路１及び３の差動出力に対応するためである。
【００１５】
上述したセンサブリッジのオフセット電圧をキャンセルする方法では、オフセット調整電圧発生回路３１が発生する、センサブリッジ２１の持っているオフセット電圧と大きさが等しく逆極性のオフセット調整電圧を用いた。しかし、センサブリッジ２１の持つオフセット電圧と大きさも極性も等しいオフセット調整電圧をオフセット調整電圧発生回路３１に発生させ、このオフセット調整電圧を乗算器１３で変調信号ＣＬＫの位相を１８０度シフトしたものでチョッパ変調してもよい。
【００１６】
なお、センサブリッジ２１の出力の持つオフセット電圧と大きさの等しい電圧をオフセット調整電圧発生回路３１にて発生させるには、出力端子４０にローパスフィルタを接続して高周波成分を除去し、ローパスフィルタの出力の電位が０になるようにオフセット電圧調整回路３１の出力を調整すればよい。
【００１７】
図４に、本発明のチョッパアンプ回路の回路図を示す。乗算器１１、１２、１３はそれぞれ４つのスイッチから構成されている。このスイッチはＮチャネルＭＯＳトランジスタ、又はＣＭＯＳトランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタとＰチャネルＭＯＳトランジスタを並列接続）によって実現できる。増幅回路１、３はインスツルメンテーションアンプ構成をとることにより、入力インピーダンスを非常に高くとることができるので、ピエゾ抵抗素子を用いたセンサブリッジに影響を及ぼすことがない。
【００１８】
図１の加算器２５及び２６は、増幅回路２と一体化して加算増幅回路１０の一部として実現される。加算増幅回路１０は、複数の抵抗とオペアンプを用いて構成する。
【００１９】
オフセット調整電圧発生回路３１の構成は、一例として固定抵抗と可変抵抗を用いている。抵抗６１は固定抵抗を、抵抗６２は可変抵抗をそれぞれ示す。抵抗６２を変化させることで、センサブリッジのオフセット電圧をキャンセルできるように、オフセット調整電圧発生回路３１の出力電圧を変えることができる。
【００２０】
なお図４の回路は図１の回路構成を実現した一例であり、図４に示した回路に構成を限定するものではない。
【実施例２】
【００２１】
図５に、本発明の第二の実施例のチョッパアンプ回路のブロック図を示す。
【００２２】
通常、センサブリッジのオフセット電圧は温度特性を持っている。ここでは一例としてセンサブリッジのオフセット電圧は図７に示すような温度特性を持っているものとする。
【００２３】
第二の実施例では、第一の実施例のチョッパアンプ回路に加えて、オフセット温度特性調整電圧発生回路３２を備えている。オフセット温度特性調整電圧発生回路３２は、センサブリッジのオフセット電圧の温度特性と等しい特性をもったオフセット温度特性調整電圧を出力する。このオフセット温度特性調整電圧を乗算器１４でチョッパ変調し増幅回路４で増幅した後に、加算器２５及び２６によって、チョッパ変調されたセンサ出力信号と加算する。このとき、センサブリッジのオフセット温度特性調整電圧発生回路３２の出力も乗算器１３および増幅回路３を経て、加算器２５、２６にてチョッパ変調されたセンサ出力信号に加算される。こうして、センサブリッジの持つオフセット電圧およびオフセット電圧の温度特性をキャンセルすることができる。
【００２４】
図６に、本発明の第二の実施例のチョッパアンプ回路の回路図を示す。
【００２５】
乗算器１１、１２、１３、１４はそれぞれ４つのスイッチから構成されている。このスイッチはＮチャネルＭＯＳトランジスタ、又はＣＭＯＳトランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタとＰチャネルＭＯＳトランジスタを並列接続）によって実現できる。増幅回路１、３、４はインスツルメンテーションアンプ構成をとることにより、入力インピーダンスを非常に高くとることができるので、ピエゾ抵抗素子を用いたセンサブリッジに影響を及ぼすことがない。加算増幅回路１０は、抵抗とオペアンプを用いて構成することができる。オフセット温度特性調整電圧発生回路３２の構成の一例として、異なる抵抗温度係数を持つ２種類の抵抗６３と抵抗６４を用いた回路を示す。抵抗をポリシリコンで形成する場合、ポリシリコンに含まれる不純物の濃度により抵抗率が変わるだけでなく、抵抗温度係数も変わるため、ポリシリコン抵抗６３と抵抗６４に異なる不純物の濃度をもたせることで、異なる抵抗温度係数を持たせることができる。
【００２６】
図６において乗算器１４の変調クロックの位相を括弧内に示すように１８０度シフトすれば、オフセット温度特性調整電圧発生回路３２で発生させたオフセット電圧温度特性の傾きを反転させたのと同じ効果を持たせることができる。したがって、センサブリッジのオフセット電圧温度特性の傾きが正であっても負であっても、乗算器１４の変調クロックの位相を適切に選択することで対応することが可能である。
【００２７】
なお図６の回路は、図５の回路構成を実現した一例であり、図６に示した回路に構成を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一の実施例のチョッパアンプ回路のブロック図である。
【図２】従来のチョッパアンプ回路のブロック図である。
【図３】従来のチョッパアンプ回路の波形図である。
【図４】本発明の第一の実施例のチョッパアンプ回路の回路図である。
【図５】本発明の第二の実施例のチョッパアンプ回路のブロック図である。
【図６】本発明の第二の実施例のチョッパアンプ回路の回路図である。
【図７】センサブリッジのオフセット電圧の温度特性の一例である。
【符号の説明】
【００２９】
１、２、３、４        増幅回路
１０                  加算増幅回路
１１、１２、１３      乗算器
２０、４０、５０      チョッパアンプ
２１                  センサブリッジ
２２                  ローパスフィルタ
２５、２６            加算器
３１                  オフセット調整電圧発生回路
３２                  オフセット温度特性調整電圧発生回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007049285.tif 000006
【図５】
2007049285.tif 000007
【図６】
2007049285.tif 000008
【図７】
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