(57)【要約】【課題】比較回路の基準値を調整するのに、抵抗成分の異なるＭＯＳのトランジスタを利用することにより、低コストの製造を可能とし、しかも、こうした基準値設定回路やこれを含む制御回路等のワンチップ化を可能にする。【解決手段】  入力信号の電圧を基準値と比較する比較回路において、所定電圧間に、抵抗成分の合計値が共通する複数のＭＯＳトランジスタを直列接続した組を複数組並列に接続する。ＭＯＳトランジスタの各組において、各ＭＯＳトランジスタの抵抗成分の比率を変更することにより、各ＭＯＳトランジスタの組毎に異なる基準電圧を比較回路に出力する基準値設定回路を設けた。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の電圧を基準値と比較する比較回路において、
所定電圧間に、抵抗成分の合計値が共通する複数のＭＯＳトランジスタを直列接続した組を複数組並列に接続し、各組において、各ＭＯＳトランジスタの抵抗成分の比率を変更することにより、各ＭＯＳトランジスタの組毎に異なる基準電圧を前記比較回路に出力する基準値設定回路を備えたことを特徴とする比較回路。
【請求項２】
前記ＭＯＳトランジスタを直列接続した各組から出力される基準電圧を、外部からの信号により切り換えを行うマルチプレクサを介して、前記比較回路に出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の比較回路。
【請求項３】
前記入力信号が、鶏に装着される振動センサの検出信号であり、前記基準値が、健康な鶏が運動に伴い発生する振動の下限値であることを特徴とする比較回路。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載された比較回路の基準値を設定する方法であって、
センサに前記基準値に相当する状態を検出させ、その検出信号を前記比較回路に入力する工程と、
前記比較回路に入力される基準値を順次切り換え、前記比較回路の出力が反転する基準値を求め、そのときの基準値に基づいて、前記基準値設定回路が出力する基準値を設定する工程とからなる基準値設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ等の出力が基準値を超えたか否かを判定するための比較回路において、センサ等の出力特性や比較回路に実際に入力される信号特性に応じて複数の基準値を発生させる基準電圧発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較回路を用いて、様々な状態やパラメータを検出するセンサの検出値を基準値と比較することにより、その検出値が基準値となるようフィードバック制御を行う制御システム、あるいは、センサの検出値が上限値を超えたり、下限値を下回った場合に警報を発するような管理システムにおいては、センサの検出値が、基準値あるいは上下限値と正確に対応することが求められる。
【０００３】
しかし、製造上の誤差等により、センサ出力特性自体や、比較回路に実際に入力される信号に誤差があった場合、一律に基準値、上下限値を定めると、本来の目標値とは異なる値にフィードバック制御がなされたり、実際は、上下限値の範囲内にあるにもかかわらず異常と判断されたり、あるいは、実際は上下限値を超えているにもかかわらず、正常と判断されることになり、システムの信頼性を低下させてしまう。
【０００４】
発明者らは、鶏等が鳥インフルエンザに感染したか否かを判定するために、鶏に、振動センサ及び体温センサを接続した発信器を取り付け、鶏舎内の受信機により、体温が所定値以上となった場合、あるいは、衰弱により運動量が所定値以下になった鶏の発生を検知して、鳥インフルエンザ発症の危険性を報知するシステムを開発した。
こうした発信器においては、鶏への装着性、電池寿命（２年程度）の確保とともに、多数の鶏に装着するため、可能な限り低コストで大量生産が可能なことが求められている。
したがって、振動センサや体温センサとして汎用的なものと使用せざるを得ず、また、こうしたセンサの検出値を比較回路により基準値と比較し、その結果を鶏舎内の受信機に送信する回路についても、可能な限り各装置を、低コストの製法でワンチップ化し、これらを小さな回路基板に集約して搭載することにより、コンパクト化、低コスト化することが求められている。
【０００５】
しかし、特に振動センサの場合、その出力特性自体にバラツキがあったり、その検出値を基準値と比較して送信するまでの回路において、ＬＳＩ実装時に発生する熱応力や機械的負荷により、振動センサから比較回路に実際に入力される信号自体にもバラツキが発生する。
【０００６】
そのため、例えば、鶏が健康である場合の標準的な運動により生じる振動に対して、実際に比較器に実際に入力される信号に、１ｍｍＶから２ｍｍＶといった幅が生じる。
このように鶏毎に装着される振動センサの出力特性や、比較回路に到るまでの回路特性が異なると、健康な鶏の動きを表す基準値を一律に１.５ｍｍＶとした場合、この動きに対応した出力特性が１ｍｍＶの振動センサを装着した鶏では、健康であるにもかかわらず、衰弱していると誤判定することになり、一方、出力特性が２ｍｍＶの振動センサを装着した鶏では、衰弱しているにもかわわらず、健康であると誤判定することになる。
このような場合、前者の送信機においては基準値を１ｍｍＶ、後者の送信機においては基準値を２ｍｍＶの調整することが必要である。
さらに、鶏以外に豚や牛に取り付ける場合、衰弱を判定するための運動量が異なり、それに伴い、振動センサの出力と比較する基準値を変更する必要がある。
【０００７】
従来、比較回路の基準値を調整する技術として、下記特許文献１に示されるようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４７０３１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示される比較回路においては、基準電圧Ｉ／Ｖ変換回路、カレントミラー型ボルテージフォロワや抵抗の直列接続による抵抗分割回路等の複雑な回路を用いている。また、基準値を調整するための単純な方法として、抵抗を組み合わせることにより分圧値を様々に変化させ、いずれかの分圧値を比較回路の基準値として出力するよう切り換えることが考えられる。
【００１０】
しかし、このように抵抗を用いる場合、ワンチップ化するため、半導体製造プロセスとして、コストの高いアナログ・ミックスプロセスを使用せざるを得ず、しかも、各組における抵抗の組み合わせを正確に調整することは非常に困難である。
【００１１】
そこで、上記の課題を解決するため、本発明では、比較回路の基準値を調整するのに、抵抗成分の異なるＭＯＳトランジスタを利用することにより、低コストの製造を可能にし、しかも、こうした基準値設定回路やこれを含む制御回路等のワンチップ化を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の比較回路においては、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）入力信号の電圧を基準値と比較する比較回路において、所定電圧間に、抵抗成分の合計値が共通する複数のＭＯＳトランジスタを直列接続した組を複数組並列に接続し、各組において、各ＭＯＳトランジスタの抵抗成分の比率を変更することにより、各ＭＯＳトランジスタの組毎に異なる基準電圧を前記比較回路に出力する基準値設定回路を備えた。
【００１３】
（２）前記ＭＯＳトランジスタを直列接続した各組から出力される基準電圧を、外部からの信号により切り換えを行うマルチプレクサを介して、前記比較回路に出力するようにした。
【００１４】
（３）前記入力信号が、鶏に装着される振動センサの検出信号であり、前記基準値が、健康な鶏が運動に伴い発生する振動の下限値とした。
【００１５】
また、本発明の上記の比較回路の基準値を設定する方法においては、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（４）センサに前記基準値に相当する状態を検出させ、その検出信号を前記比較回路に入力する工程と、前記比較回路に入力される基準値を順次切り換え、前記比較回路の出力が反転する基準値を求め、そのときの基準値に基づいて、前記基準値設定回路が出力する基準値を設定する工程とからなる基準値設定方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＭＯＳトランジスタの抵抗成分の比率を変更することにより、複数の基準電圧を出力できるようにしたから、安価なロジックプロセスを用いてこうした比較回路やこれを含む制御回路などを低コストで製造し、しかもワンチップ化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に関わる無線端末機のブロック図。
【図２】本発明の実施例に関わるセンサ制御部のブロック図。
【図３】本発明の実施例に関わる基準値選定回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１９】
本実施例は、鶏が鳥インフルエンザに感染したか否かを管理するため、鶏毎に装着される送信機に適用したもので、図１に示されるように、鶏の体温を測定する温度センサＴ１、鶏の運動を測定する振動センサＴ２が、酸化銀電池等の蓄電部４から電源供給を受けるセンサ制御部１に入力され、体温、運動に異常があった場合、通信制御部２、アンテナ３を介して、鶏舎に設置された受信機に異常信号を送信する。これら各素子は、それぞれ無線センサ端末基板５に実装され、例えば、センサ制御部１については、通信制御部２とともにＬＳＩとしてワンチップ化されている。
【００２０】
一般に、健康な鶏は、体温が４０℃〜４１℃の範囲にあり、また、給餌時には所定のストローク、早さで首を動かし餌をついばむ運動を繰り返す。
しかし、インフルエンザ等に感染した場合、鶏の体温が４２℃を超え、あるいは、食欲を失い、給餌時についばみに対応した運動を行わなくなってしまう。
このような場合、この鶏が体調不良であり、鳥インフルエンザを発症した可能性が高いものとして、図２に示すように、センサ制御部１において、温度センサＴ１の検出値が４１℃以上となったことや、あるいは、振動センサＴ２の検出値が、餌をついばむ際に生じる最低限の振動量に満たなくなったことを検知し、統計処理や、鶏毎の過去の蓄積データとの対比を行い、通信制御部２、アンテナ３を介して、鶏舎内の受信機に異常信号を出力する。
【００２１】
しかし、特に振動センサＴ２の場合、前述のように、振動センサの出力特性自体や、振動センサから比較回路に入力される信号自体のバラツキにより、上述した餌のついばみに伴う振動量に対し、送信機毎に、比較回路に実際に入力される信号には１ｍｍＶから２ｍｍＶもの誤差が発生してしまう。
したがって、振動センサＴ２から比較回路へ実際に入力される信号が低い場合には、基準値を低く、そして、振動センサＴ２から比較回路へ実際に入力される信号が高い場合には、入力特性の高い振動センサＴ２に対しては、基準値を高くなるよう調整する必要がある。
【００２２】
そこで、この実施例では、図２に示すように、センサ制御部１に、比較回路６の基準電圧入力側（負入力端）に、マルチプレクサ７を介して基準電圧発生回路８を接続した。なお、この実施例では、比較回路６、マルチプレクサ７、基準電圧発生回路８とともに、通信制御部２が、ＬＳＩとしてワンチップ化されている。
図３に、本実施例による基準値発生回路８の具体例を示す。
蓄電部４として、電池寿命末期までほぼ１.５５Ｖの安定した出力電圧を維持する酸化銀電池を用い、その（＋）側に接続された高電圧側（ＶＤＤ）と、図３において、▽で示す蓄電部の（−）側に接続された低電圧側（Ｖｓｓ）には、それぞれ上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ９と、下側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ１０が接続されている。
【００２３】
上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ９の低電位側（Ｖｓｓ）と、下側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ１０の高電位側（Ｖｄｄ）との間には、２つのＭＯＳトランジスタを直列接続（カスケード接続）したものを一組として、１１1〜１１31の３１組が並列に接続している。
上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ９と、下側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ１０は、直列接続された２つのＭＯＳトランジスタの各組に対して印加される電圧が例えば２.０ｍｍｖとなるよう制御するため、そのゲート部の面積を調整することにより、両電圧制御用ＭＯＳトランジスタ９、１０の抵抗成分が調整されている。
【００２４】
一方、直列接続された２つのＭＯＳトランジスタの組１１1〜１１31についても、そのゲート部の面積を調整することにより抵抗成分がそれぞれ設定されており、各組１１1〜１１31において、２つのＭＯＳトランジスタの抵抗成分の和が一定になるようにした上で、高電位側ＭＯＳトランジスタと低電位側ＭＯＳトランジスタの抵抗成分の比が互いに異なるよう調整されている。
【００２５】
ここで、上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ８の低電位側（Ｖｓｓ）側の電圧を、最も高い基準値Ｖref1（２.０ｍｍＶ）としたとき、各組１１1〜１１31において、図３左側から順に、両ＭＯＳトランジスタの抵抗成分の和を一定にした上で、高電位側ＭＯＳトランジスタの抵抗成分を段階的に上げるとともに、低電位側ＭＯＳトランジスタの抵抗成分をその分段階的に下げることにより、この基準値Ｖref1を一定電圧だけ段階的に下げて、Ｖref2〜Ｖref32を取り出すようにしている。これにより、２.０ｍｍＶから１.０ｍｍＶに到るまで、段階的に低くなる３２の基準電圧を発生することが可能となる。
そして、これらの基準電圧Ｖref1〜Ｖref32は、マルチプレクサ７を介して切り換えられ、比較回路６の基準値として入力される。
【００２６】
ＬＳＩの製造プロセスには、前述のように抵抗を形成するためのアナログ・ミックスプロセスなどいくつかあるが、ロジックプロセスは、一般的には、トランジスタのみを作るプロセスそのものであり、最も安価なプロセスである。
一方、ロジックプロセスでは、高抵抗や高容量キャパシタなどを作ることができないため、アナログ・ミックスプロセス等のコストの高いプロセスを使用せざるを得ず、コストアップを招いてしまう。
したがって、上述のように、ＭＯＳトランジスタの抵抗成分を変更することは、最も低コストプロセスであるロジックプロセスを用いて行うことができ、低コストでワンチップ化することができる。
【００２７】
なお、前述のように、上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ９、下側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ１０及び直列接続された高電位側ＭＯＳトランジスタと低電位側ＭＯＳトランジスタの組１１1〜１１31の各抵抗成分は、それぞれのゲート面積を調整することにより行うが、半導体製造工程で使用される専用のＣＡＤシステムなどを使用することにより、簡単にゲート面積の微調整を行うことができる。
【００２８】
さて、上記の基準値選定回路８を用いて、基準値をどのように設定するか、鶏に装着される送信機を例に説明する。
（ステップ１）
振動センサを組み込んだ送信機を振動発生器の台座に固定し、例えば、統計的に、健康な鶏が餌をついばむときに発生する動きの下限値に相当する振動を与える。このとき、比較回路に入力される基準値は中間電圧のＶref16を初期値とする。
なお、振動発生器は、電動モータ等を使用して、台座を様々なパターンで運動させるものであり、健康な鶏や豚、牛の運動などを再現できるよう、振幅、振動数、振動間隔等の振動パターンを自由にプログラムできるものを使用する。
（ステップ２）
センサ制御部１から出力される信号や、比較回路６に実際に入力される信号を市販のコンピュータ等からなる調整装置１２に取り込み、内部の比較回路６が、振動センサＴ２の出力がＶref16を超えていることを判定しているときは、同じく調整装置１２からマルチプレクサ７に切換信号を送り、Ｖref15、Ｖref14、Ｖref13・・・と、順次切り換えて基準値を徐々に上げていく。
そして、比較回路６に実際に入力される信号が初めて基準値を下回り、比較回路６の出力が変化したとき、この基準値あるいはその前の基準値となるよう、調整装置１２を介してマルチプレクサ７に切換信号を送り、この送信機における比較回路６の基準値を決定する。
（ステップ３）
一方、比較回路６が、振動センサＴ２の出力がＶref16未満であることを判定しているときは、ステップ２と同様に、調整装置１２からマルチプレクサ７に切換信号を送り、Ｖref17、Ｖref18、Ｖref19・・・と、順次切り換えて基準値を徐々に下げていく。
そして、比較回路６に実際に入力される信号が初めて基準値を上回り、比較回路６の出力が変化したとき、この基準値あるいはその前の基準値となるよう、調整装置１２を介してマルチプレクサ７に切換信号を送り、この送信機における比較回路６の基準値を決定する。
なお、この実施例では、中間電圧のＶref16を初期値としたが、最高電圧のＶref1から段階的に基準値を下げたり、最低電圧のＶref32から段階的に基準値を上げてもよい。
【００２９】
以上の実施例では、鶏に装着される送信機を例に説明したが、本発明は、各種フィードバック制御装置や警報装置など、状態を検出する様々なセンサから入力された信号を、基準値と比較する比較回路を有するものであれば、様々なものに適用できる。
また、上記の実施例では、上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ４と下側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ５を用いて、出力される基準値の上限と下限を設定したが、入力信号の変動幅と電源電圧の関係によっては、このような電圧制御用ＭＯＳトランジスタを設ける必要はない。
【００３０】
基準値設定方法についても、要は、センサに基準値に相当する状態を検出させ、その検出信号を比較回路に入力し、比較回路に入力される基準値を順次切り換えて、比較回路の出力反転点を特定することにより、基準値を求めることができるので、温度センサ、圧力センサ、ガスセンサ、その他様々なセンサを用いたフィードバック制御装置や警報装置など、様々な分野に適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、ＭＯＳトランジスタの抵抗成分を調整するだけで、様々基準電圧を低コストで製造することができ、しかも、ワンチップ化が可能となるので、特に低コスト化が求められる各種フィードバック装置、警報装置等に広く採用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００３２】
Ｔ１、Ｔ２      センサ部
１              センサ制御部
２              通信制御部
３              アンテナ
４              蓄電部（電池）
５              無線センサ端末基板
６              比較回路
７              マルチプレクサ
８              基準電圧発生回路
９              上側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ
１０            下側電圧制御用ＭＯＳトランジスタ
１１2〜１１32    ２つのＭＯＳトランジスタの組            
【図１】
2013092881.tif 000003
【図２】
2013092881.tif 000004
【図３】
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