(57)【要約】  例えば、４つのスイッチＳＷ１１〜１４によって湿度センサ１０ａに交流電圧を印加するＨブリッジ回路１０ｂと、２つのスイッチＳＷ１５，ＳＷ１６によって基準抵抗１１ａに電圧を印加する抵抗駆動回路１１ｂと、これらの回路の動作電圧を固定するＭＯＳトランジスタＭＮ１，ＭＮ２と、前記Ｈブリッジ回路１０ｂと前記抵抗駆動回路１１ｂに流れる電流をそれぞれ伝達し、ＭＯＳトランジスタＭＰ１〜４を含むカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路によって伝達された電流をそれぞれ電圧に変換すると共に対数に圧縮するダイオード接続のバイポーラトランジスタＱＰ１，ＱＰ２と、これら対数圧縮されたそれぞれの電圧の差分を増幅する差動増幅器ＡＭＰ１とを設ける。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの端子を含んだ電気抵抗式の湿度センサと、
複数のスイッチを含み、前記湿度センサのそれぞれの端子に対し、前記それぞれの端子間に電位差が発生するように高電位側の固定電圧と低電位側の固定電圧を前記複数のスイッチを用いて交互に印加する手段と、
前記固定電圧を交互に印加する手段により発生した前記湿度センサの電流を、電圧に変換すると共に対数に圧縮する手段とを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の湿度計測装置において、
更に、前記固定電圧を交互に印加する手段により発生した前記湿度センサの電流を、前記対数に圧縮する手段に伝達する手段とを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の湿度計測装置において、
前記固定電圧を交互に印加する手段は、Ｈブリッジ回路によって実現されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項４】
請求項１記載の湿度計測装置において、
前記固定電圧を交互に印加する手段は、湿度計測を行わない間、前記複数のスイッチを全てＯＦＦにする機能を含むことを特徴とする湿度計測装置。
【請求項５】
請求項２記載の湿度計測装置において、
前記電流を伝達する手段は、カレントミラー回路によって実現されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項６】
２つの端子を含んだ電気抵抗式の湿度センサと、
２つの端子を含んだ基準抵抗と、
複数のスイッチを含み、前記湿度センサのそれぞれの端子に対し、前記それぞれの端子間に電位差が発生するように高電位側の固定電圧と低電位側の固定電圧を前記複数のスイッチを用いて交互に印加する手段と、
前記高電位側の固定電圧と前記低電位側の固定電圧を用い、前記基準抵抗のそれぞれの端子に対して電圧を印加する手段と、
前記固定電圧を交互に印加する手段により発生した前記湿度センサの電流と前記基準抵抗に対して電圧を印加する手段により生じた前記基準抵抗の電流を、それぞれ電圧に変換すると共に対数に圧縮する手段と、
前記対数に圧縮する手段により発生した前記湿度センサに対応する電圧と前記基準抵抗に対応する電圧の差電圧を増幅する手段とを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項７】
請求項６記載の湿度計測装置において、
前記基準抵抗に対して電圧を印加する手段は、少なくとも１つのスイッチを介して前記基準抵抗に対して電圧を印加することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項８】
請求項６記載の湿度計測装置において、
前記基準抵抗に対して電圧を印加する手段は、前記基準抵抗のそれぞれの端子間に、前記湿度センサのそれぞれの端子間の電位差と絶対値が等しくなる電位差を印加することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項９】
請求項６記載の湿度計測装置において、
前記対数に圧縮する手段は、前記湿度センサの電流をダイオードに流し、前記基準抵抗の電流を、前記ダイオードと同一特性を備えた別のダイオードに流すことで、それぞれ電圧に変換すると共に対数に圧縮することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１０】
請求項６記載の湿度計測装置において、
前記対数に圧縮する手段は、前記湿度センサの電流と前記基準抵抗の電流を時分割で１つのダイオードに流すことで、それぞれ電圧に変換すると共に対数に圧縮することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１１】
請求項８記載の湿度計測装置において、
前記固定電圧を交互に印加する手段は、４つのスイッチを備えたＨブリッジ回路によって実現され、
前記基準抵抗に対して電圧を印加する手段は、前記４つのスイッチとＯＮ抵抗が等しい２つのスイッチを備えた回路によって実現されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１２】
請求項８記載の湿度計測装置において、
前記固定電圧を交互に印加する手段は、４つのスイッチを備えたＨブリッジ回路によって実現され、
前記基準抵抗に対して電圧を印加する手段は、前記４つのスイッチとＯＮ抵抗が等しい４つのスイッチを備えたＨブリッジ回路によって実現されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１３】
請求項９または１０記載の湿度計測装置において、
前記差電圧を増幅する手段は、バイポーラトランジスタの差動増幅回路を含んでいることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１４】
第１の端子と第２の端子の間に接続された電気抵抗式の湿度センサと、前記第１の端子と第１の電源端子の間、前記第１の端子と第２の電源端子の間、前記第２の端子と前記第１の電源端子の間、前記第２の端子と前記第２の電源端子の間にそれぞれ接続された４個のスイッチとを含む第１の駆動回路と、
第１の制御入力端子と第３および第４の端子を含む３個の端子を備え、前記第１の駆動回路の前記第１の電源端子に前記第３の端子が接続され、前記第１の制御入力端子が固定電圧となる基準電圧端子に接続された第１のトランジスタと、
第１の電流端子と第２の電流端子を備え、前記第１の電流端子が前記第１のトランジスタの前記第４の端子に接続され、前記第１の電流端子に流れる電流を前記第２の電流端子に伝達する第１のカレントミラー回路と、
少なくとも１個のスイッチと前記１個のスイッチに接続された基準抵抗を含み、第３の電源端子と前記第２の電源端子に接続された第２の駆動回路と、
第２の制御入力端子と第５および第６の端子を含む３個の端子を備え、前記第２の駆動回路の前記第３の電源端子に前記第５の端子が接続され、前記第２の制御入力端子が前記基準電圧端子に接続された第２のトランジスタと、
第３の電流端子と第４の電流端子を備え、前記第３の電流端子が前記第２のトランジスタの前記第６の端子に接続され、前記第３の電流端子に流れる電流を前記第４の電流端子に伝達する第２のカレントミラー回路と、
前記第２の電流端子と前記第４の電流端子に接続され、前記第２の電流端子と前記第４の電流端子に流れるそれぞれの電流を、ダイオード特性を利用して電圧に変換すると共に対数圧縮を行う第１の変換回路とを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記第２の駆動回路は、
前記基準抵抗が、第７の端子と第８の端子の間に接続され、
前記第７の端子と前記第３の電源端子の間、前記第７の端子と前記第２の電源端子の間、前記第８の端子と前記第３の電源端子の間、前記第８の端子と前記第２の電源端子の間にそれぞれ接続された４個のスイッチを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記第２の駆動回路は、２個のスイッチを有し、
前記２個のスイッチの一方は、一端が前記第３の電源端子に接続され、他端が前記基準抵抗の一端に接続され、
前記２個のスイッチの他方は、一端が前記第２の電源端子に接続され、他端が前記基準抵抗の他端に接続されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記第２の駆動回路は、
前記第３の電源端子と前記基準抵抗の一端との間で直列に接続された２個のスイッチを有し、
前記基準抵抗の他端は、前記第２の電源端子に接続されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記第２の駆動回路は、
前記第３の電源端子と前記基準抵抗の一端との間に接続された１個のスイッチを有し、
前記基準抵抗の他端は、前記第２の電源端子に接続されることを特徴とする湿度計測装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記第１の変換回路は、
前記第２の電流端子に接続された第１のダイオードと、
前記第４の電流端子に接続された第２のダイオードとを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項２０】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記第１の変換回路は、前記第２の電流端子と前記第４の電流端子に共通に接続された第３のダイオードとを有することを特徴とする湿度計測装置。
【請求項２１】
請求項１４記載の湿度計測装置において、
前記基準抵抗は、サーミスタであることを特徴とする湿度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度計測装置に関し、特に、電気抵抗式の湿度センサを用いた湿度計測装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討したところによれば、湿度計測装置の技術に関しては、以下のような技術が考えられる。【０００３】
湿度計測装置は、湿度センサとその制御回路によって構成される。湿度センサは、一般的に、電気抵抗式と電気容量式に大別することができる。電気抵抗式の湿度センサは、湿度の変化に対して電極間の電気抵抗値が変化し、電気容量式の湿度センサは、湿度の変化に対して電極間の電気容量が変化する。電気抵抗式の湿度センサは、電気容量式に比べて構造がシンプルであり、特にコスト面でメリットが大きいことから広く使用されている。なお、湿度センサを使用する際には、一方向に電圧印加が偏ることによる劣化を防止するため、直流電圧ではなく交流電圧を用いる必要がある。これらの詳細については、非特許文献１に記載されている。【０００４】
また、非特許文献１には、電気抵抗式の湿度センサを制御する回路として、ハーフブリッジ方式の制御回路と対数変換方式の制御回路が示されている。ハーフブリッジ方式の制御回路は、湿度センサに対して直流電圧カット用のコンデンサを介して正弦波の交流電圧を印加し、これによって発生した電圧をオペアンプで増幅し、ピーク値の検出を行う構成となっている。また、これに加えて、本構成には、湿度センサの負の温度特性を補償するためのサーミスタが備わっている。【０００５】
対数変換方式の制御回路は、前述した方式と同様に湿度センサに対してコンデンサを介して交流電圧を印加し、これによって発生した電流を、ダイオードとオペアンプを含む対数増幅回路を用いて電圧に変換すると共に対数圧縮を行う構成となっている。さらに、本構成においては、ダイオードの順方向電圧の温度特性を利用して湿度センサの温度特性を補償している。湿度センサの抵抗値は、湿度に依存して例えば１０３Ωから１０８Ωといったように変化する。そこで、対数圧縮を行うことで、湿度の計測範囲を広げ、リニアな出力特性が得ることが可能になる。【０００６】
また、特許文献１には、電気抵抗式の湿度センサを制御する回路として、比較基準抵抗と湿度センサのそれぞれを用いてコンデンサを充電し、その充電時間をカウント手段で計測し、その計測した値を演算して湿度を求めるという構成が示されている。なお、この際に、湿度センサには、直流電圧を一定時間毎に反転した矩形波電圧が印加される。【０００７】
また、特許文献２には、電気抵抗式の湿度センサを制御する回路として、複数の基準抵抗を備え、そのいずれかの基準抵抗と湿度センサを直列接続したものに交流電圧を印加し、湿度センサの両端に発生した電圧を検出および演算処理することによって湿度を求めるという構成が示されている。すなわち、前述したように、湿度に対して湿度センサの採り得る抵抗値の幅が大きいため、そのレンジに適した基準抵抗を選択することで広範囲な湿度の計測が可能になる。
【特許文献１】特開平７−１２７６８号公報
【特許文献２】特開平５−１４９９０５号公報
【非特許文献１】「トランジスタ技術」、２００３年１２月号、ｐ．１５９−１６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記のような湿度計測装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。【０００９】
例えば、非特許文献１の制御回路においては、１ｋＨｚで１ＶＲＭＳの交流電圧を１μＦのコンデンサを介して電気抵抗式の湿度センサに印加する例が示されている。この条件では、１μＦの直流カット用のコンデンサは、１６０Ω程度のインピーダンスを持つことになる。一方、湿度センサは、高湿かつ高温の条件において、例えば数ｋΩ程度の値となる場合がある。そうすると、湿度センサの抵抗値に対して、本来無視すべきコンデンサのインピーダンスが無視できないものとなり、計測精度が低下する事態が起こり得る。そこで、交流電圧の周波数を高くすることも考えられるが、そうすると、湿度センサ内部の寄生容量等が無視できなくなり、この場合も計測精度が低下する事態が予想される。【００１０】
また、特許文献１および特許文献２の制御回路においては、ＣＰＵ等を用いた処理が必要となり、回路規模やコストが増大することが考えられる。また、多くの処理ステップによって計測が行われるため、処理が複雑となり、計測時間も増大する。【００１１】
そこで、本発明の目的は、高い計測精度で広範囲な湿度計測を行うことが可能な湿度計測装置を提供することにある。【００１２】
また、本発明の他の目的は、安価なコストで実現可能な湿度計測装置を提供することにある。【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００１５】
本発明による湿度計測装置は、２つの端子を含んだ電気抵抗式の湿度センサと、湿度センサのそれぞれの端子に対し、この端子間に電位差が発生するように高電位側の固定電圧と低電位側の固定電圧を複数のスイッチを用いて交互に印加する手段と、これにより発生した湿度センサの電流を、電圧に変換すると共に対数に圧縮する手段とを有するものとなっている。【００１６】
すなわち、例えば、４つのスイッチを備えたＨブリッジ回路などによって湿度センサの端子間に交流電圧を印加し、これによって流れる電流を電圧に変換すると共に対数に圧縮する構成となっている。このような湿度センサの駆動方式によって、直流カット用コンデンサが不要となり、また、湿度センサの端子間が常に安定した電位差となるように湿度センサを駆動できるため、高い計測精度を得ることが可能となる。【００１７】
また、前記湿度センサの電流を前記対数に圧縮する手段に入力する際には、例えば、カレントミラー回路等のように電流を伝達する手段を介して行うとよい。これによって、湿度計測装置を低電源電圧で動作させることが可能となる。【００１８】
また、例えば、前述したＨブリッジ回路などにおいて、湿度計測を行わない間、４つのスイッチを全てＯＦＦにする機能を設けるとよい。これによって、消費電力が低減され、発熱などによる計測精度の低下を抑制することができる。【００１９】
また、本発明による湿度計測装置は、２つの端子を含んだ電気抵抗式の湿度センサと、２つの端子を含んだ基準抵抗と、湿度センサのそれぞれの端子に対し、この端子間に電位差が発生するように高電位側の固定電圧と低電位側の固定電圧を複数のスイッチを用いて交互に印加する手段と、この高電位側の固定電圧と低電位側の固定電圧を用い、基準抵抗のそれぞれの端子に対して電圧を印加する手段と、これらの手段によって発生した湿度センサの電流と基準抵抗の電流を、それぞれ電圧に変換すると共に対数に圧縮する手段と、これにより発生した湿度センサに対応する電圧と基準抵抗に対応する電圧の差電圧を増幅する手段とを有するものとなっている。【００２０】
ここで、前記基準抵抗に対して電圧を印加する手段は、前記基準抵抗のそれぞれの端子間に、湿度センサのそれぞれの端子間の電位差と絶対値が等しくなる電位差を印加することが望ましい。【００２１】
すなわち、本構成は、湿度センサと基準抵抗に常に同一の電圧を印加し、これによって流れる湿度センサの電流と基準抵抗の電流とを相対的に比較して湿度計測を行う方式となっている。ただし、この際に、湿度センサは、前述した４つのスイッチを備えたＨブリッジ回路などによって交流的に駆動する。これによって、前述したような効果に加え、相対的な湿度計測を行うことによる計測精度の向上と計測範囲の拡大が可能となる。【００２２】
一方、基準抵抗を駆動する際には、例えば、湿度センサと同様のＨブリッジ回路を用いてもよく、また、基準抵抗は特に交流的な駆動が不要なことから、湿度センサのＨブリッジ回路における２つの電流経路の内の一方の電流経路と等価となる回路などを用いてもよい。具体的には、例えば２つのスイッチと基準抵抗を接続する構成などが挙げられる。ただし、スイッチのＯＮ抵抗が極めて小さく、無視できるような場合には、前述した湿度計測を行わない間の省電力のため少なくとも１つのスイッチを備えるだけでもよい。Ｈブリッジ回路を用いた場合は、より正確な計測精度を得ることが可能となり、２つ又は１つのスイッチを用いた場合は、回路面積の低減などが可能となる。【００２３】
なお、この２つ又は１つのスイッチを用いる場合には、低電位側の固定電圧に基準抵抗の一端が接続されるような構成にするとよい。すなわち、前述したような湿度計測装置の通常の実装形態では、前述したような各手段を実現する制御ＩＣに対して、その外部ピンに基準抵抗が外付けされるような形態となる。この際に、低電位側の固定電圧に基準抵抗の一端が接続される構成にすることで、この外部ピン数を少なくできる場合がある。【００２４】
また、前記対数に圧縮する手段は、例えば、湿度センサの電流をダイオードに流し、基準抵抗の電流を、このダイオードと同一特性を備えた別のダイオードに流すことで実現できる。また、別の方法として、例えば、湿度センサの電流と基準抵抗の電流を時分割で１つのダイオードに流すことでも実現できる。前者の場合、制御方法が容易となり、後者の場合、同一のダイオードを用いて対数圧縮を行うことから、前者の場合に比べて計測精度を向上させることができる。【００２５】
また、前記差電圧を増幅する手段は、例えば、バイポーラトランジスタの差動増幅回路を含んだものとなっている。これによって、ダイオード特性を利用した対数圧縮に伴う温度依存性を補償することが可能となる。さらに、前記基準抵抗に例えばサーミスタなどを用いると、その温度特性が湿度センサのそれとほぼ等しいため、相対的な計測によって、この温度特性による誤差を相殺することができる。【００２６】
そして、このような湿度計測装置は、ＩＣ化に適した構成となっており、安価なコストで実現可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００２８】
高い計測精度を備え、また広範囲な湿度計測を行うことが可能な湿度計測装置を実現できる。さらに、安価なコストで実現可能な湿度計測装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態による湿度計測装置において、その構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の湿度計測装置において、その湿度計測の基本概念について説明するための図であり、（ａ）は、電気抵抗式の湿度センサの特性概要を示す図、（ｂ）は、湿度計測装置の出力内容の一例を示す図である。
【図３】図１の湿度計測装置において、その外形の一例を示す概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図となっている。
【図４】図１の湿度計測装置において、Ｒ−Ｉ変換部と対数圧縮部と差電圧検出部の詳細な構成の一例を示す回路図である。
【図５】図４の湿度計測装置において、そのＨブリッジ回路および抵抗駆動回路の動作の一例について説明するための図である。
【図６】図４の湿度計測装置において、Ｒ−Ｉ変換部（２）の別の構成の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施の形態の湿度計測装置において、図４を拡張した構成の一例を示す回路図である。
【図８】図７の湿度計測装置において、その温度補償部の構成の一例を示す回路図である。
【図９】図４の湿度計測装置において、その構成を変形した構成の一例を示す回路図である。
【図１０】図１の湿度計測装置において、そのＲ−Ｉ変換部を拡張した構成の一例を示す回路図である。
【図１１】図４の湿度計測装置において、Ｒ−Ｉ変換部（２）の更に別の構成の一例を示す回路図であり、（ａ）、（ｂ）にはそれぞれ異なる構成例を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。【００３１】
図１は、本発明の一実施の形態による湿度計測装置において、その構成の一例を示すブロック図である。図１に示す湿度計測装置は、例えば、電気抵抗式の湿度センサ１０ａが接続されたＲ−Ｉ変換部（１）１０と、基準抵抗１１ａが接続されたＲ−Ｉ変換部（２）１１と、Ｒ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１の出力を入力とする対数圧縮部１２と、対数圧縮部１２の出力を入力とする差電圧検出部１３と、差電圧検出部１３の出力を入力とする温度補償部１４と、温度補償部１４の出力と電圧出力端子（出力電圧）Ｖｏｕｔとの間に設けられた出力バッファ１５と、これらの各ブロックに各種タイミング信号を供給するタイミング信号発生部１８と、このタイミング信号の基となる基準クロックを発生する基準クロック発生部１７と、各種基準電圧を発生する基準電圧発生部１６などから構成される。【００３２】
ここで、各ブロックの詳細を説明する前に、図２を用いて湿度計測の基本概念について説明する。図２は、図１の湿度計測装置において、その湿度計測の基本概念について説明するための図であり、（ａ）は、電気抵抗式の湿度センサの特性概要を示す図、（ｂ）は、湿度計測装置の出力内容の一例を示す図である。【００３３】
図２（ａ）に示すように、湿度センサ１０ａは、相対湿度に対して電気抵抗値が変化する特性を備えており、その抵抗値は、計測範囲内で１０３〜１０８Ωといったように数桁レベルで変化する。また、その抵抗値には、温度依存性があり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる。湿度計測装置は、このような特性を備えた湿度センサ１０ａを用いて、図２（ｂ）に示すように、０Ｖ〜５Ｖなどの範囲内で相対湿度に比例した出力電圧Ｖｏｕｔを発生する必要がある。そのため、対数圧縮が用いられる。【００３４】
以下、図１の各ブロックの詳細について説明する。Ｒ−Ｉ変換部（１）１０は、湿度センサ１０ａの抵抗値に応じた電流を生成し、Ｒ−Ｉ変換部（２）１１は、基準抵抗１１ａの抵抗値に応じた電流を生成する。対数圧縮部１２は、例えば、ダイオードの対数的なＩ−Ｖ特性等を利用して、これら生成された電流のそれぞれを、対数圧縮すると共に電圧に変換する。差電圧検出部１３は、変換および対数圧縮されたそれぞれの電圧の差分を増幅する。ここで、基準抵抗１１ａの抵抗値は、湿度センサ１０ａの特性が図２（ａ）の場合、その抵抗値の範囲の中間付近となる例えば１０５Ω程度などに設定するとよい。これによって、差電圧検出部１３へ入力される差電圧の入力レンジが適正化され、広範囲で湿度を計測することが可能となる。【００３５】
温度補償部１４は、この増幅された差電圧に対して温度補償を行い、温度に依存しない安定した出力電圧を生成する。ここで、温度補償の対象となるのは、主に前述した湿度センサ１０ａにおける抵抗値の温度特性である。ただし、湿度センサ１０ａと基準抵抗１１ａの温度特性が同様であれば、差電圧検出部１３によってこの温度補償を行うことが可能となる。従って、温度補償部１４を設ける必要がない場合もある。なお、このような基準抵抗１１ａとしては、例えばサーミスタ等が挙げられる。そして、以上のような処理を経た出力電圧を、出力バッファ１５を介して電圧出力端子Ｖｏｕｔに出力する。【００３６】
図３は、図１の湿度計測装置において、その外形の一例を示す概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図となっている。本発明による湿度計測装置は、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板３０の一方の面に電気抵抗式の湿度センサ１０ａが実装され（もしくは、基板３０を備えた湿度センサ１０ａが用いられ）、他方の面にセンサ制御ＩＣ３１および基準抵抗１１ａが実装された構成となっている。【００３７】
湿度センサ１０ａの２つの端子は、基板３０の対面側のセンサ制御ＩＣ３１に接続され、基準抵抗１１ａの２つの端子は、基板３０の同一面でセンサ制御ＩＣ３１に接続される。センサ制御ＩＣ３１は、図１に示した湿度センサ１０ａおよび基準抵抗１１ａを除く各種ブロック１０〜１８を１チップ化したものであり、外部端子として少なくとも電源端子（電源電圧）ＶＤＤ、基準電圧端子（基準電圧）ＧＮＤおよび電圧出力端子Ｖｏｕｔを含んだものとなっている。そして、このような実装によって湿度計測装置の小型化を図っている。【００３８】
つぎに、図１の各種ブロックの詳細な構成について説明する。本発明による湿度計測装置は、特に、Ｒ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１の回路構成が特徴的となっている。図４は、図１の湿度計測装置において、Ｒ−Ｉ変換部と対数圧縮部と差電圧検出部の詳細な構成の一例を示す回路図である。【００３９】
図４において、Ｒ−Ｉ変換部（１）１０は、４つのスイッチＳＷ１１〜１４と湿度センサ１０ａを含む所謂Ｈブリッジ回路（第１の駆動回路）１０ｂと、このＨブリッジ回路１０ｂに印加する電源電圧を固定するＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ（以下、ＮＭＯＳトランジスタ）（第１のトランジスタ）ＭＮ２と、Ｈブリッジ回路１０ｂに流れる電流を対数圧縮部１２に伝達し、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタ（以下、ＰＭＯＳトランジスタ）ＭＰ３，ＭＰ４を含むカレントミラー回路（第１のカレントミラー回路）とを有する構成となっている。【００４０】
Ｈブリッジ回路１０ｂでは、スイッチＳＷ１１，１２として、例えばＰＭＯＳトランジスタＭＰ６，ＭＰ７を用い、スイッチＳＷ１３，１４として、例えばＮＭＯＳトランジスタＭＮ４，ＭＮ５を用いている。なお、これらのスイッチは、勿論全てＮＭＯＳトランジスタで構成することなども可能である。そして、直列接続されたＰＭＯＳトランジスタＭＰ６およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ４と、直列接続されたＰＭＯＳトランジスタＭＰ７およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ５とが、Ｈブリッジ回路１０ｂの電源端子（第１の電源端子）ＮＤ１０と基準電圧端子（第２の電源端子）ＧＮＤとの間に並列に接続される。【００４１】
Ｈブリッジ回路１０ｂの電源端子ＮＤ１０には、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ６，ＭＰ７のソースと、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のソースが接続される。基準電圧端子ＧＮＤには、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ４，ＭＮ５のソースが接続される。【００４２】
湿度センサ（Ｒｈ）１０ａは、その一端がＰＭＯＳトランジスタＭＰ６とＮＭＯＳトランジスタＭＮ４の接続点に接続され、他端がＰＭＯＳトランジスタＭＰ７とＮＭＯＳトランジスタＭＮ５の接続点に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ７のゲートは、信号Φ１によって駆動され、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ４のゲートは、その相補信号となる信号／Φ１によって駆動される。同様に、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ６のゲートは、信号Φ２によって駆動され、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ５のゲートは、その相補信号となる信号／Φ２によって駆動される。【００４３】
ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２は、ソースが前述したＨブリッジ回路１０ｂの電源端子ＮＤ１０に接続され、ゲートには図１の基準電圧発生部１６から発生した基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のドレインに接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ３は、ソースが電源端子ＶＤＤに接続され、ゲートがＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートと共通に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ４は、ソースが電源端子ＶＤＤに接続され、ドレインが対数圧縮部１２に接続される。【００４４】
一方、Ｒ−Ｉ変換部（２）１１は、２つのスイッチＳＷ１５，ＳＷ１６と基準抵抗（Ｒｒ）１１ａを含む抵抗駆動回路（第２の駆動回路）１１ｂと、この抵抗駆動回路１１ｂに印加する電源電圧を固定するＮＭＯＳトランジスタＭＮ１（第２のトランジスタ）と、抵抗駆動回路１１ｂに流れる電流を対数圧縮部１２に伝達し、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２を含むカレントミラー回路（第２のカレントミラー回路）とを有する構成となっている。【００４５】
抵抗駆動回路１１ｂでは、スイッチＳＷ１５として、例えばＰＭＯＳトランジスタＭＰ５を用い、スイッチＳＷ１６として、例えばＮＭＯＳトランジスタＭＮ３を用いている。そして、抵抗駆動回路１１ｂの電源端子（第３の電源端子）ＮＤ１１と基準電圧端子ＧＮＤの間で、電源端子ＮＤ１１側から直列接続でＰＭＯＳトランジスタＭＰ５、基準抵抗１１ａおよびＮＭＯＳトランジスタＭＮ３が設けられる。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ５のゲートは、前述した信号Φ１と信号Φ２のＯＲ出力で駆動され、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３のゲートは、前述した信号／Φ１と信号／Φ２のＯＲ出力で駆動される。【００４６】
ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１は、ソースが前述した抵抗駆動回路１１ｂの電源端子ＮＤ１１に接続され、ゲートには前述した基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレインに接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１は、ソースが電源端子ＶＤＤに接続され、ゲートがＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートと共通に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２は、ソースが電源端子ＶＤＤに接続され、ドレインが対数圧縮部１２に接続される。【００４７】
対数圧縮部１２（第１の変換回路）は、前述したＰＭＯＳトランジスタＭＰ４のドレインにエミッタが接続され、基準電圧端子ＧＮＤにベースおよびコレクタが接続されたＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＱＰ１（第１のダイオード）と、前述したＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインにエミッタが接続され、基準電圧端子ＧＮＤにベースおよびコレクタが接続されたＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＱＰ２（第２のダイオード）とを有している。すなわち、バイポーラトランジスタＱＰ１，ＱＰ２は、所謂ダイオード接続となっている。このバイポーラトランジスタＱＰ１，ＱＰ２は、勿論、通常のダイオード等に置き換えることも可能である。【００４８】
差電圧検出部１３は、前述したバイポーラトランジスタＱＰ１のエミッタ電圧とバイポーラトランジスタＱＰ２のエミッタ電圧とを差動増幅し、出力電圧Ｖｏｕｔ１を発生する差動増幅器ＡＭＰ１を含んでいる。【００４９】
次に、図４に示した湿度計測装置の動作について説明する。【００５０】
既に述べたように、電気抵抗式の湿度センサは、交流信号によって駆動する必要がある。従来技術においては、例えば１ｋＨｚで１ＶＲＭＳの交流電圧を直流カットのコンデンサを介して湿度センサに印加していたが、このコンデンサの影響による計測精度の低下が問題となっていた。そこで、図４のＲ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１では、前述したＨブリッジ回路１０ｂおよび抵抗駆動回路１１ｂを用いて、直流カットのコンデンサを用いずに湿度センサ１０ａおよび基準抵抗１１ａを駆動する。【００５１】
図５は、図４の湿度計測装置において、そのＨブリッジ回路および抵抗駆動回路の動作の一例について説明するための図である。図５は、各時間（各クロックサイクル）における時系列的なスイッチＳＷ１１〜１６の状態を示している。この図において、「−」はＯＦＦを意味している。なお、これらのスイッチＳＷ１１〜１６の駆動は、図１のタイミング信号発生部１８内の図示しない例えばカウンタ回路などによって行われる。【００５２】
図５に示すような各スイッチＳＷ１１〜１４の駆動によって、Ｈブリッジ回路１０ｂ内の湿度センサ１０ａでは、その一端から他端に電流を流す動作と、その逆に他端から一端に電流を流す動作が各クロックサイクル毎に交互に繰り返される。すなわち、湿度センサ１０ａのそれぞれの端子では、Ｈブリッジ回路の電源端子ＮＤ１０の振幅電圧を備えた矩形パルスが印加され、交流的な駆動を行うことが可能となっている。但し、各クロックサイクルにおいて、Ｈブリッジ回路１０ｂの電源端子ＮＤ１０上を流れる電流の方向は一方向である。このような湿度センサの駆動方式によって、湿度センサ１０ａの劣化等が防止でき、なおかつ直流カットのコンデンサに伴う計測精度の問題を解決することが可能となる。【００５３】
一方、各スイッチＳＷ１５〜１６の駆動によって、抵抗駆動回路１１ｂ内の基準抵抗１１ａに対しては、各クロックサイクルにおいて、常に、抵抗駆動回路１１ｂの電源端子ＮＤ１１の電圧を印加し、一方向の電流を流す動作が行われる。ここでは、基準抵抗１１ａを通常の抵抗素子と仮定しているため、湿度センサ１０ａのような劣化の問題がなく、特に交流的な駆動を行う必要がない。また、この理由で、基準抵抗１１ａは、Ｈブリッジ回路ではなく、Ｈブリッジ回路の一方の電流経路に伴う回路と等価となる抵抗駆動回路によって駆動している。これによって、回路面積を低減することが可能となる。【００５４】
なお、湿度計測を行わない期間は、例えば図５の時間４〜Ｎに示すように、全てのスイッチＳＷ１１〜１６をＯＦＦにして、Ｒ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１に電流を流さないようにする。これによって、消費電力を低減することが可能となる。【００５５】
また、前述したように、湿度センサは温度依存性を備えているため、可能な限り温度変動が小さい条件で湿度計測を行うことが望ましい。すなわち、消費電流が常時流れると、湿度センサ自体の抵抗成分に伴う発熱と、図３で示したように湿度センサ１０ａに密接したセンサ制御ＩＣ３１および基準抵抗１１ａでの発熱が影響することによって、計測精度の低下が予想される。そこで、前述したように湿度計測を行わない期間の消費電力を低減することによって、温度上昇を低減し、湿度計測の精度を向上させることが可能となる。【００５６】
なお、前述したＨブリッジ回路１０ｂの電源端子ＮＤ１０の電圧および抵抗駆動回路１１ｂの電源端子ＮＤ１１の電圧は、それぞれＮＭＯＳトランジスタＭＮ２およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ１によって同一の電圧に固定される。すなわち、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１，ＭＮ２のしきい値電圧が共にＶｔｈであるとすると、ゲートには基準電圧Ｖｒｅｆが印加されているため、電源端子ＮＤ１０，ＮＤ１１の電圧は、共にＶｒｅｆ−Ｖｔｈとなる。このように、常に、固定電圧で湿度センサ１０ａおよび基準抵抗１１ａを駆動できるため、安定した計測を行うことが可能となる。【００５７】
そして、各スイッチとなるＰＭＯＳトランジスタＭＰ５，ＭＰ６，ＭＰ７の特性（ＯＮ抵抗）を同一とし、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３，ＭＮ４，ＭＮ５の特性（ＯＮ抵抗）を同一とすると、湿度センサ１０ａの端子間電圧と基準抵抗１１ａの端子間電圧は同一となる。ここで、説明を判り易くするため、各スイッチのＯＮ抵抗を０Ωとすると、電源端子ＮＤ１０には、湿度センサ１０ａの抵抗値をＲｈとして電流Ｉｒｈ＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）／Ｒｈが流れ、電源端子ＮＤ１１には、基準抵抗１１ａの抵抗値をＲｒとして電流Ｉｒｒ＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）／Ｒｒが流れる。【００５８】
これらの電流Ｉｒｈ，Ｉｒｒは、カレントミラー回路を介して、対数圧縮部１２に入力される。この際に、カレントミラー回路の各ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１〜４は、全て同一トランジスタサイズ（すなわちカレントミラー回路の電流比は１対１）とする。なお、前述したＨブリッジ回路や抵抗駆動回路の電流を、カレントミラー回路を用いずに直列で対数圧縮部１２に入力するような構成も可能ではあるが、高い電源電圧ＶＤＤが必要となり、これに伴い消費電力や発熱等の問題も生じるため好ましくない。【００５９】
対数圧縮部１２に入力された電流Ｉｒｈ，Ｉｒｒは、バイポーラトランジスタＱＰ１，ＱＰ２のダイオード特性によって、電圧に変換されると共に対数圧縮される。したがって、差動増幅器ＡＭＰ１への入力となるバイポーラトランジスタＱＰ１とＱＰ２の差電圧ΔＶｉｎは、
ΔＶｉｎ＝ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉｒｒ／Ｉｒｈ）＝ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｒｈ／Ｒｒ）
となり、この差電圧ΔＶｉｎが差動増幅器ＡＭＰ１によって増幅される。【００６０】
このように、湿度センサ１０ａと基準抵抗１１ａとの差分によって湿度計測を行うことにより、前述した広範囲の湿度計測が行えることに加え、仮に基準電圧Ｖｒｅｆの値が変動した場合にも、差電圧ΔＶｉｎの式から判るようにその変動が相殺されるため、精度が高く安定した湿度計測が可能となる。【００６１】
また、基準抵抗１１ａの抵抗値を基準として湿度センサ１０ａの抵抗値を相対的に計測する方式のため、例えば基準抵抗１１ａを用いない方式の場合に懸念される計測値の絶対値変動（オフセット変動）などが問題とならず、高精度な計測値が得られる。さらに、図４の回路は、回路規模が小さくＩＣ化に適した回路構成となっているため、低コストで実現可能である。【００６２】
図６は、図４の湿度計測装置において、Ｒ−Ｉ変換部（２）の別の構成の一例を示す回路図である。図４においては、Ｒ−Ｉ変換部（２）１１で基準抵抗１１ａを駆動するため、前述した抵抗駆動回路１１ｂを用いたが、より高精度な湿度計測を行うためには、図６に示すように、湿度センサ１０ａと同様のＨブリッジ回路を用いるとよい。すなわち、図６に示すＲ−Ｉ変換部（２）１１では、基準抵抗１１ａを駆動するため、４つの枝にそれぞれＰＭＯＳトランジスタＭＰ５１，ＰＭＯＳトランジスタＭＰ５２，ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３１，ＮＭＯＳトランジスタＭＮ３２を備えたＨブリッジ回路を用いている。それ以外の構成や、Ｈブリッジ回路の動作は、これまでの説明と同様である。【００６３】
図１１は、図４の湿度計測装置において、Ｒ−Ｉ変換部（２）の更に別の構成の一例を示す回路図であり、（ａ）、（ｂ）にはそれぞれ異なる構成例を示している。図１１（ａ），（ｂ）においては、前述した図４の構成に比べて抵抗駆動回路の構成が異なっている。図１１（ａ）に示す抵抗駆動回路１１０は、前述した抵抗駆動回路の電源端子ＮＤ１１と基準電圧端子ＧＮＤとの間に、電源端子ＮＤ１１より直列で、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１０とＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１１と基準抵抗１１ａが接続されている。各ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１０，ＭＮ１１１のゲートは、例えば信号／Φ１と信号／Φ２のＯＲ出力で駆動される。【００６４】
ここで、図４のＨブリッジ回路１０ｂにおける各スイッチＳＷ１１〜１４のＯＮ抵抗を同一として、図１１（ａ）の２つのスイッチとなる各ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１０，ＭＮ１１１も、これに等しいＯＮ抵抗を備えるものとする。これによって、基準抵抗１１ａの両端子に印加される電圧の絶対値は、湿度センサ１０ａのそれと同一となる。【００６５】
また、本構成例を用いた場合、そのセンサ制御ＩＣ３１（図３参照）の外部ピンを削減してもよい。すなわち、図３（ｃ）のセンサ制御ＩＣ３１において、基準抵抗１１ａの基準電圧ＧＮＤを供給している外部ピンを削減し、その代わり、基準抵抗１１ａの基準電圧ＧＮＤを、例えば電気抵抗式湿度センサ１０ａの基準電圧ＧＮＤを供給している外部ピンから基板配線等で共通に供給してもよい。なお、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１０，ＭＮ１１１のゲートは、信号／Φ１と信号／Φ２のＯＲ出力で駆動しているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、湿度計測を行う間は常時ＯＮ（湿度計測を行わない間はＯＦＦ）するような信号を用いてもよい。【００６６】
図１１（ｂ）に示す抵抗駆動回路１１１は、前述した抵抗駆動回路の電源端子ＮＤ１１と基準電圧端子ＧＮＤとの間に、電源端子ＮＤ１１より直列で、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１２と基準抵抗１１ａが接続されている。スイッチとなるＮＭＯＳトランジスタＭＮ１１２は、そのＯＮ抵抗を、前述した各スイッチＳＷ１１〜１４のＯＮ抵抗の２倍にするとよく、また若干精度を落とすなら、各スイッチＳＷ１１〜１４のＯＮ抵抗と同一としてもよい。その他の説明に関しては、図１１（ａ）の説明と同様である。【００６７】
図７は、本発明の一実施の形態の湿度計測装置において、図４を拡張した構成の一例を示す回路図である。図７においては、図４に示した構成例に加えて、差電圧検出部１３の詳細な回路構成例などが示されている。すなわち、図７に示す湿度計測装置の差電圧検出部１３は、例えば、２つのＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱＮ１，ＱＮ２と、２つの抵抗ＲＬと、２つのダイオードＤ１，Ｄ２と、定電流源（定電流）Ｉ０とを備えた差動増幅回路１３ａと、この差動増幅回路１３ａの出力を取り出すＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱＮ３とを有するものとなっている。【００６８】
バイポーラトランジスタＱＮ１は、ベースが図４で説明したバイポーラトランジスタＱＰ２の出力に接続され、コレクタが抵抗ＲＬを介して電源端子ＶＤＤに接続され、エミッタがダイオードＤ１のアノードに接続されている。一方、バイポーラトランジスタＱＮ２は、ベースが図４で説明したバイポーラトランジスタＱＰ１の出力に接続され、コレクタが抵抗ＲＬを介して電源端子ＶＤＤに接続され、エミッタがダイオードＤ２のアノードに接続されている。【００６９】
ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードは、定電流源Ｉ０に共通接続されている。バイポーラトランジスタＱＮ３は、ベースがバイポーラトランジスタＱＮ１と抵抗ＲＬの接続ノードに接続され、コレクタが電源端子ＶＤＤに接続され、エミッタが出力となっている。【００７０】
このような差電圧検出部１３の出力は、温度補償部１４に入力される。温度補償部１４は、例えば、差電圧検出部１３の出力（バイポーラトランジスタＱＮ３のエミッタ）に接続された抵抗Ｒ１と、この抵抗Ｒ１のもう一方の端子に接続された温度補償回路１４ａとを備えている。そして、抵抗Ｒ１と温度補償回路１４ａの接続ノードが、出力バッファ１５を介して電圧出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。なお、図７の対数圧縮部１２のバイポーラトランジスタＱＰ１，ＱＰ２では、差電圧検出部１３のダイオードＤ１，Ｄ２および定電流源Ｉ０の電圧を保つため、図４と異なりベースにバイアス電圧Ｖ１を印加しているが、対数圧縮の動作は、図４と同様に可能である。【００７１】
次に、この差電圧検出部１３などの動作について説明する。【００７２】
対数圧縮部１２までの動作は、前述した図４の説明と同様であり、差電圧ΔＶｉｎ＝ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｒｈ／Ｒｒ）が前述した差電圧検出部１３内の差動増幅回路１３ａに入力される。ここで、差動増幅回路１３ａの電圧増幅率Ｇは、Ｇ≒ｑ／ｋＴ×（ＲＬ×Ｉ０）／８で与えられる。なお、差動増幅回路１３ａにおいてダイオードＤ１，Ｄ２を備えない構成では、電圧増幅率Ｇが大きくなる反面、線形増幅が可能な入力電圧幅が狭くなる。差電圧ΔＶｉｎは、比較的大きな電圧となる場合があるため、ここでは、ダイオードＤ１，Ｄ２を用いて入力電圧幅を広くしている。【００７３】
そして、差動増幅回路１３ａは、前述した差電圧ΔＶｉｎを電圧増幅率Ｇで増幅する。これによって、差動増幅回路１３ａの出力は、温度Ｔの関数ではなくなり、温度に依存しない出力を得ることが可能となる。すなわち、対数圧縮部１２の温度依存性を補償することが可能となる。差動増幅回路１３ａの出力は、バイポーラトランジスタＱＮ３のベースに入力され、バイポーラトランジスタＱＮ３によって、そのＶＢＥ分の電圧が低下した出力が発生する。【００７４】
例えば、温度特性を備えない基準抵抗１１ａを用いた場合、この出力電圧は、湿度センサ１０ａの温度特性とバイポーラトランジスタＱＮ３の温度特性によって、温度が高くなると高電圧となり、温度が低くなると低電圧となる。そこで、例えば図８に示すような温度補償部１４によって、このような特性を補償し、温度に依存しない出力電圧が得られるようにする。【００７５】
図８は、図７の湿度計測装置において、その温度補償部の構成の一例を示す回路図である。図８に示す温度補償部１４は、例えば、定電流源（定電流）Ｉ１と、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱＮ４と、このトランジスタとカレントミラー回路を構成するＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱＮ５と、抵抗Ｒ２とを備えた温度補償回路１４ａと、抵抗Ｒ１などを有している。バイポーラトランジスタＱＮ４は、エミッタが基準電圧ＧＮＤに接続され、コレクタが定電流源Ｉ１を介して電源端子ＶＤＤに接続され、ベースがコレクタとバイポーラトランジスタＱＮ５のベースに共通に接続されている。【００７６】
バイポーラトランジスタＱＮ５は、エミッタが抵抗Ｒ２を介して基準電圧ＧＮＤに接続され、コレクタが抵抗Ｒ１を介して前述した差電圧検出部１３内のバイポーラトランジスタＱＮ３のエミッタに接続される。そして、バイポーラトランジスタＱＮ５と抵抗Ｒ１の接続ノードが出力バッファ１５に接続されている。ここで、バイポーラトランジスタＱＮ５のエミッタ面積は、バイポーラトランジスタＱＮ４のエミッタ面積の例えば８倍の大きさなどとなっている。【００７７】
このような温度補償回路１４ａは、温度が高くなると、バイポーラトランジスタＱＮ５のエミッタ−コレクタ間に流れる電流が増加し、温度が低くなると、その電流が減少する。この電流変化の大きさは、主に、抵抗Ｒ２とバイポーラトランジスタＱＮ４，ＱＮ５のエミッタ面積比によって調整することができる。【００７８】
前述したように、差電圧検出部１３の出力電圧は、温度に正比例して増加するが、これに対して、温度補償部１４では、温度に正比例して抵抗Ｒ１による電圧降下が大きくなる。これによって、温度特性が補償され、出力電圧端子Ｖｏｕｔには、温度に依存しない安定した電圧が出力される。なお、差電圧検出部１３および温度補償部１４の構成は、これに限定されるものではなく、一般的に広く知られている構成を用いることも当然可能である。【００７９】
図９は、図４の湿度計測装置において、その構成を変形した構成の一例を示す回路図である。図９の湿度計測装置は、図４の湿度計測装置に対して、そのＲ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１のカレントミラー回路の中にそれぞれスイッチＳＷ１，ＳＷ２が備わり、さらに、それぞれのカレントミラー回路の出力が共通に接続され、これに応じて対数圧縮部１２と差電圧検出部１３の構成が異なったものとなっている。【００８０】
この湿度計測装置の特徴は、対数圧縮を１つのバイポーラトランジスタで行うことにある。すなわち、図４においては、湿度センサ１０ａと基準抵抗１１ａによって発生した電流をそれぞれバイポーラトランジスタＱＰ１とＱＰ２によって対数圧縮する構成となっていたが、図９においては、これら２つの電流をダイオード接続である１つのＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＱＰ３（第３のダイオード）で対数圧縮する構成となっている。【００８１】
対数圧縮を行う際、図４のように２つのバイポーラトランジスタＱＰ１，ＱＰ２を用いた場合は、高い計測精度を保つため、双方の特性に対して非常に高い同一性が要求される。しかしながら、実際上は製造ばらつきによって、双方の特性を厳密に揃えることは難しい。そこで、図９においては、１つのバイポーラトランジスタＱＰ３を用い、これに対して、湿度センサ１０ａによる電流と基準抵抗１１ａによる電流を時分割で入力することで、このような問題の解決を図る。【００８２】
図９において、スイッチＳＷ１は、カレントミラー回路内のＰＭＯＳトランジスタＭＰ３のソース−ドレイン間に設けられ、スイッチＳＷ２は、カレントミラー回路内のＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のソース−ドレイン間に設けられる。このスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えばＭＯＳトランジスタなどによって実現される。【００８３】
このようなスイッチＳＷ１，ＳＷ２によって、例えばスイッチＳＷ１がＯＮ、スイッチＳＷ２がＯＦＦの状態では、湿度センサ１０ａのカレントミラー回路には電流が流れなくなるため、対数圧縮部１２に対して基準抵抗１１ａによる電流のみを出力することができる。反対に、スイッチＳＷ１がＯＦＦ、スイッチＳＷ２がＯＮの状態では、対数圧縮部１２に対して湿度センサ１０ａによる電流のみを出力することができる。したがって、図１のタイミング信号発生部１８によりスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御することで、対数圧縮部１２のバイポーラトランジスタＱＰ３に対して、例えば、湿度センサ１０ａによる電流と基準抵抗１１ａによる電流を交互に時分割で出力することが可能となる。【００８４】
対数圧縮部１２によって、時分割でＩ−Ｖ変換および対数圧縮された電圧は、差電圧検出部１３に入力される。差電圧検出部１３は、例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ２を発生する差動増幅器ＡＭＰ２を含み、この一方の入力には、対数圧縮部１２の出力（バイポーラトランジスタＱＰ３のエミッタ）がスイッチＳＷ３を介して接続され、他方の入力には、対数圧縮部１２の出力がスイッチＳＷ４を介して接続される。さらに、差動増幅器ＡＭＰ２の前記他方の入力と基準電圧ＧＮＤの間には、電圧を保持するためのキャパシタＣ１が設けられている。【００８５】
このような差電圧検出部１３を用い、前述したスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御と連動してスイッチＳＷ３，ＳＷ４を制御する。すなわち、湿度センサ１０ａの電流を変換した電圧と基準抵抗１１ａの電流を変換した電圧のいずれか一方が発生するタイミングでスイッチＳＷ４をＯＮにし、その電圧をキャパシタＣ１に保持する。そして、スイッチＳＷ４をＯＦＦにした後、他方の電圧が発生するタイミングでスイッチＳＷ３をＯＮにし、その電圧を差動増幅器ＡＭＰ２に入力する。この状態で、差動増幅器ＡＭＰ２による増幅を行うことで、差電圧を検出することが可能となる。【００８６】
なお、時分割で対数圧縮を行い、差動増幅を行うための回路は、勿論これに限定されるものではない。例えば、時分割で対数圧縮を行う方法は、Ｈブリッジ回路内の各スイッチの駆動と抵抗駆動回路内の各スイッチの駆動とを時分割で行うことなどによっても実現できる。【００８７】
図１０は、図１の湿度計測装置において、そのＲ−Ｉ変換部を拡張した構成の一例を示す回路図である。図１０においては、これまでに説明したようなＲ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１に加えて、更にＲ−Ｉ変換部（３）１００が備わっている。このＲ−Ｉ変換部（３）は、図４等で説明したような抵抗駆動回路１００ｂが備わっており、この抵抗駆動回路１００ｂの中に、スイッチとなるＰＭＯＳトランジスタＭＰ５２およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ３２と、その間に基準抵抗１００ａが備わっている。【００８８】
そして、この抵抗駆動回路１００ｂの電源電圧は、ゲートに基準電圧Ｖｒｅｆが印加されたＮＭＯＳトランジスタＭＮ１０によって固定されている。なお、これら３個のＲ−Ｉ変換部（１）１０，（２）１１，（３）１００には、それぞれ図４または図９で説明したようなカレントミラー回路が備わっているが、図１０では記載を省略している。【００８９】
このように、図１０に示す構成は、２つの基準抵抗１１ａ，１００ａを用いることが可能となっている。これは、差電圧検出部１３での線形増幅可能な入力レンジの制限などにより、広範囲な湿度計測が困難な場合に特に有益な構成となる。【００９０】
すなわち、例えば、湿度センサ１０ａの特性が図２（ａ）のような場合、基準抵抗１１ａを１０４〜１０５Ω程度の値とし、基準抵抗１００ａを１０６〜１０７Ω程度の値とする。そして、湿度計測の際、それぞれの基準抵抗１１ａ，１００ａを基準として、湿度センサ１０ａの抵抗値を計測することで、相対湿度が１０％〜１００％までといった広範囲な湿度計測が可能となる。【００９１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。【００９２】
例えば、これまでの説明においては基準抵抗と電気抵抗式の湿度センサを相対的に比較する計測方式を用いたが、図４のような構成から基準抵抗に関連する回路を省き、湿度センサのみで絶対的に計測するような方式を用いることも可能である。このような構成を用いた場合でも、前述したようなＨブリッジ回路を用いることによる計測精度の向上等が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の湿度計測装置は、電気抵抗式の湿度センサと基準抵抗を比較して湿度計測を行う１チップ構成の制御ＩＣに適用して特に有益なものであり、これに限らず、現存している電気抵抗式の湿度センサ用の制御ＩＣに対し、その高精度化技術として広く適用可能である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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