JP2000146620A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ回路の出力に基づいた物理量検出値を
温度補償する場合に、最終的に得られる物理量検出値の
誤差を小さくすると共に、再現性を向上させること。 【解決手段】 基準電圧発生回路５からの基準信号Ｓ
ａ、温度検出用ブリッジ回路４からの温度信号Ｓｔ、圧
力検出用ブリッジ回路３からの検出信号Ｓｄは、アナロ
グマルチプレクサ６を通じて時分割処理され、それらの
信号Ｓｄ、Ｓｔ及びＳａが同一の差動増幅回路８及びＡ
／Ｄ変換回路９を通じて採取される。重み付け演算回路
１５は、ＥＰＲＯＭ１３内の温度補償用補正係数を、温
度信号Ｓｔに基づいて算出された温度の高低に応じて連
続的に異なった値となるように変更して補正演算回路１
４に与える。補正演算回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路９か
らのデジタルデータ及びＥＰＲＯＭ１３から重み付け演
算回路１５を介して与えられる補正係数に基づいた演算
処理により、検出信号Ｓｄに応じた圧力量検出値を温度
補償した状態で算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ回路からの
検出信号を、そのセンサ回路の温度特性に応じて補正し
た状態で信号処理することにより物理量を検出するよう
にしたセンサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体チップ上に作り込まれる
圧力センサ装置においては、従来より、感度やオフセッ
トに対する温度補償をアナログ的な補正演算により行う
ようにしたものが一般的となっているが、このもので
は、多数のオペアンプを使用する必要がある。ところ
が、オペアンプは小型化が難しいという一般的事情があ
るため、従来構成の装置ではチップ面積が大きくならざ
るを得ず、全体の小型化が困難になるという問題点があ
った。また、経時変化に伴いチップ表面を覆う保護膜の
応力が解放されるなどして、各オペアンプのオフセット
が初期値からずれたり、各オペアンプの周辺に設けられ
る抵抗のペア比が初期値から崩れたりする現象（所謂耐
久変動）が発生すると、各部の回路定数が種々変動する
ことが避けられないという事情があるため、最終的に得
られる圧力検出値の精度が低下するという問題点もあっ
た。

【０００３】本件発明の発明者らは、上記のような問題
点を解決するための発明を特願平１０−９５９１７号と
して出願した。即ち、この出願に係る発明は、センサ回
路からのアナログ量の検出信号をＡ／Ｄ変換回路により
デジタルデータに変換した後に信号処理することによっ
て、圧力のような物理量を検出するようにしたものであ
る。具体的には、例えば圧力を検出するためのセンサ回
路を実現する場合には、以下に述べるように構成される
ものである。

【０００４】即ち、ピエゾ抵抗係数が大きな半導体より
成るセンサチップ上に、被検出圧力に応じた電圧レベル
の検出信号を発生する圧力検出用ブリッジ回路と、この
ブリッジ回路の温度に応じた電圧レベルの温度信号を発
生する温度検出用ブリッジ回路とを拡散抵抗を利用して
形成し、また、上記センサチップ若しくはこれと異なる
半導体チップ上に、上記圧力検出用ブリッジ回路に作用
する圧力及びそのブリッジ回路の温度と無関係に一定の
電圧レベルとなる基準信号を発生する基準電圧発生回路
を拡散抵抗を利用して形成する。さらに、前記検出信
号、温度信号及び基準信号を選択的に出力するアナログ
マルチプレクサと、このアナログマルチプレクサから順
次出力される信号を増幅する差動増幅回路と、この差動
増幅回路により増幅された前記検出信号、温度信号及び
基準信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路
と、このＡ／Ｄ変換回路からのデジタルデータに基づい
た演算処理により前記検出信号に応じた圧力検出値を前
記温度信号及び基準信号により補正しながら算出する補
正演算回路とを設ける構成とされる。

【０００５】このような構成により、検出信号、温度信
号及び基準信号をアナログマルチプレクサを通じて時分
割処理すると共に、それらの信号に対応した複数種類の
デジタルデータを同一の差動増幅回路及びＡ／Ｄ変換回
路を用いて採取し、斯様に採取したデジタルデータに基
づいた補正演算（デジタル演算）により、感度などに対
する温度補償を施した精度の高い圧力検出値を得るよう
にしている。

【０００６】従って、温度補償をアナログ的に行うよう
にした前記従来構成の装置のように、多数のオペアンプ
を必要としないものであり、以て全体の小型化を実現で
きるようになる。また、比較的大きな面積を占有するこ
とになる差動増幅回路を、検出信号、温度信号及び基準
信号の増幅用に兼用する構成となっているから、多数の
差動増幅回路を設ける必要がなくなるものであり、この
面からも全体の小型化を実現できるようになる。しか
も、最終的にデジタルデータに変換される検出信号、温
度信号及び基準信号は、全て同じアナログ回路（アナロ
グマルチプレクサ、差動増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路）を
通過する構成であるから、その信号伝送系統での回路定
数の変動に起因した各信号のドリフト成分が互いにキャ
ンセルされることになり、結果的に、耐久変動による影
響を除去できるようになって、圧力検出値の精度を長期
間に渡って良好な状態に維持できるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、特願
平１０−９５９１７号の発明によれば数々の有益な効果
を奏することができる。但し、以下に述べる点で改良の
余地があった。即ち、補正演算回路での圧力検出値の演
算時には、圧力検出用ブリッジ回路などの温度特性を補
償するために、センサチップ上に形成された拡散抵抗の
温度係数を利用するようにしており、上記温度係数を考
慮して予め記憶した補正係数を圧力検出用ブリッジ回路
の温度に乗算するなどの補正演算処理を行うようにして
いる。ところが、拡散抵抗の温度特性は非線形成分を有
した状態となっているのに対して、予め記憶しておく補
正係数は一定の値であるため、センサチップの温度が大
きく変化するような環境下では、最終的に得られる圧力
検出値の誤差が大きくなることが避けられない。

【０００８】このような誤差を抑制する対策としては、
例えば、所定温度を境界に異なる値となる低温側補正係
数と高温側補正係数を拡散抵抗の温度特性に対応させて
設定しておき、圧力検出値の演算時に使用する補正係数
を上記所定温度を境界に切り替えるという構成が手段が
考えられる。しかしながら、このような手段では、境界
温度を挟んだきわめて僅かな温度変化に応じて補正係数
が切換わることになるため、圧力検出値の再現性が悪化
するという新たな問題点が出てくる。

【０００９】また、このような温度特性の非線形性は、
出力値の温度補償を、予め設定された補正係数と実測温
度との乗算結果に基づいて行うようにした一般的なセン
サ装置においても同様に存在するため、このようなセン
サ装置における検出誤差の拡大の要因となっている。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、センサ回路の出力に基づいた物理量
検出値を温度補償する場合に、最終的に得られる物理量
検出値の誤差を小さくできると共に、物理量検出値の再
現性の向上を実現できるようになるセンサ装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した手段を採用することができる。こ
の手段によれば、センサ回路から被検出物理量に応じた
レベルの検出信号が出力されると共に、このセンサ回路
の温度が温度検出回路により検出されるようになり、信
号処理手段は、上記のように出力される検出信号のレベ
ルに対応した物理量検出値を、上記温度検出回路による
検出温度及び記憶手段に予め記憶されている補正係数に
基づいて温度補正しながら算出するようになる。この場
合、記憶手段に記憶された上記補正係数は、補正係数重
み付け手段によって、前記温度検出回路による検出温度
の高低に応じて多段階に異なった値となるように変更さ
れて前記信号処理手段に与えられるようになる。

【００１２】従って、センサ回路からの検出信号の温度
特性に非線形成分が含まれる場合において、そのセンサ
回路の温度が大きく変化するような状況になったとして
も、補正係数の値を常に最適な状態とすることができ
て、最終的に得られる物理量検出値の誤差を小さくする
ことが可能になる。しかも、上記補正係数は、多段階に
異なった値となるように変更される構成であって、温度
変化に応じて補正係数が不用意に大きく変化される事態
を未然に防止できるようになるから、物理量検出値の再
現性が向上するようになる。

【００１３】この場合、請求項２記載の発明のように、
記憶手段に記憶された補正係数が、温度検出回路による
検出温度の高低に応じて連続的に変化する値となるよう
に変更される構成となっていた場合には、センサ回路の
温度が大きく変化するような状況になったとしても、補
正係数の値をさらに最適な状態とすることができて、最
終的に得られる物理量検出値の誤差を一段と小さくする
ことが可能になると共に、温度変化に応じた補正係数の
変化が連続的に行われる結果、物理量検出値の再現性が
さらに向上するようになる。

【００１４】請求項３記載の発明のように、記憶手段に
記憶された補正係数の変更が予め設定された関数式に基
づいて行われる構成とした場合には、補正係数の変更を
迅速に行い得るようになると共に、構成の簡略化を実現
できるようになる。

【００１５】請求項４記載の発明によれば、センサ回路
からの検出信号、基準電圧発生回路からの基準信号、検
出回路からの温度信号が増幅手段によって増幅された後
に、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルデータに変換される
ようになり、信号処理手段は、Ａ／Ｄ変換回路により変
換されたデジタルデータに基づいた演算処理を行うこと
により、前記検出信号に応じた物理量検出値を前記温度
信号及び基準信号並びに補正係数により補正した状態で
算出するようになる。従って、上記補正係数を用いた温
度補償がデジタル的な演算により行われるようになるか
ら、センサ感度に対し安定した温度補償機能が得られる
ようになって、この面からも物理量検出の再現性が向上
するようになる。

【００１６】請求項５記載の発明によれば、アナログマ
ルチプレクサは、センサ回路からの検出信号、基準電圧
発生回路からの基準信号、検出回路からの温度信号を選
択的に通過させるようになり、その通過信号が増幅手段
によって増幅された後に、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタ
ルデータに変換されると共に、信号処理手段が当該デジ
タルデータに基づいた演算処理を行うことにより、前記
検出信号に応じた物理量検出値を前記温度信号及び基準
信号並びに補正係数により補正した状態で算出するよう
になる。つまり、検出信号、温度信号及び基準信号をア
ナログマルチプレクサを通じて時分割処理すると共に、
それらの信号に対応した複数種類のデジタルデータを同
一の増幅手段及びＡ／Ｄ変換回路を用いて採取し、斯様
に採取したデジタルデータなどに基づいた補正演算（デ
ジタル演算）により、感度などに対する温度補償を施し
た精度の高い物理量検出値を得るようにしている。

【００１７】従って、温度補償をアナログ的に行うよう
にした従来構成の装置のように、多数のオペアンプを必
要としないものであり、以て全体の小型化を実現できる
ようになる。また、比較的大きな面積を占有することに
なる増幅手段を、検出信号、温度信号及び基準信号の増
幅用に兼用する構成となっているから、多数の増幅手段
を設ける必要がなくなるものであり、この面からも全体
の小型化を実現できるようになる。さらに、最終的にデ
ジタルデータに変換される検出信号、温度信号及び基準
信号は、全て同じアナログ回路（アナログマルチプレク
サ、増幅手段、Ａ／Ｄ変換回路）を通過する構成である
から、その信号伝送系統での回路定数の変動に起因した
各信号のドリフト成分が互いにキャンセルされることに
なる。この結果、耐久変動による影響を除去できるよう
になって、物理量検出値の精度を長期間に渡って良好な
状態に維持できるようになる。

【００１８】請求項６記載の手段によれば、センサ回路
からの検出信号、温度検出回路からの温度信号、基準電
圧発生回路からの基準信号を、Ａ／Ｄ変換回路内のリン
グゲート遅延回路に電源電圧として与えると、当該Ａ／
Ｄ変換回路は、このように電源電圧が与えられた各状態
でリングゲート遅延回路にパルス信号が入力されたとき
のパルス信号周回数に基づいて上記検出信号、温度信号
及び基準信号をデジタルデータに変換するようになる。

【００１９】このようなリングゲート遅延回路を利用し
たＡ／Ｄ変換回路にあっては、変換速度の大幅な向上を
実現できるという利点があるため、物理量検出値の算出
のために必要な時間の大幅な短縮を実現できるようにな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体圧力センサ
装置に適用した一実施例について図面を参照しながら説
明する。全体の電気的構成を示す図１において、本実施
例による半導体圧力センサ装置は、圧力検出用のセンサ
部１と、このセンサ部１からの出力を処理するための信
号処理部２とを備えた構成となっており、これらセンサ
部１及び信号処理部２は、異なる半導体チップ上に分離
した状態で形成されている。

【００２１】センサ部１は、ピエゾ抵抗係数が大きな半
導体チップ（例えばシリコン単結晶基板）を利用して形
成されたもので、圧力検出用ブリッジ回路３（本発明で
いうセンサ回路に相当）と、この圧力検出用ブリッジ回
路３の温度を検出するための温度検出用ブリッジ回路４
（本発明でいう温度検出回路に相当）とにより構成され
ている。

【００２２】これらのうち、圧力検出用ブリッジ回路３
は、半導体チップに設けたダイヤフラム上に拡散抵抗に
より形成した抵抗素子Ｒd1、Ｒd2、Ｒd3、Ｒd4を図示の
ようにフルブリッジ接続して成るもので、印加圧力の増
大に応じて各抵抗素子Ｒd1、Ｒd2、Ｒd3、Ｒd4の抵抗値
が図１に矢印で示す態様（上向きの矢印は抵抗値が増加
することを示し、下向きの矢印は抵抗値が減少すること
を示す）で変化する構成となっている。また、圧力検出
用ブリッジ回路３の入力端子Ｐ１及びＰ２間には、定電
圧電源端子＋Ｖccから一定電圧が印加されるようになっ
ている。

【００２３】従って、圧力検出用ブリッジ回路３の一方
の出力端子Ｑ１（抵抗素子Ｒd1及びＲd2の共通接続点）
の電位は印加圧力の増大に応じて上昇し、また、他方の
出力端子Ｑ２（抵抗素子Ｒd3及びＲd4の共通接続点）の
電位は印加圧力の増大に応じて低下するものであり、出
力端子Ｑ１及びＱ２間からは、印加圧力に応じた電圧レ
ベルの検出信号Ｓｄが出力されることになる。尚、上記
検出信号Ｓｄは、圧力検出用ブリッジ回路３の温度にも
依存して変動するものであり、斯様な温度ドリフト除去
用のデータを得るために前記温度検出用ブリッジ回路４
が設けられている。

【００２４】この温度検出用ブリッジ回路４は、拡散抵
抗（温度係数は１５００〜１７００ppm/℃程度）により
形成された感温抵抗素子Ｒt1、Ｒt2と、温度係数が零に
近い材料である例えばＣｒＳｉにより形成された抵抗素
子Ｒc1、Ｒc2とを図示のようにフルブリッジ接続するこ
とにより構成されている。また、温度検出用ブリッジ回
路４の入力端子Ｐ３及びＰ４間にも、定電圧電源端子＋
Ｖccから一定電圧が印加されるようになっている。

【００２５】従って、温度検出用ブリッジ回路４の一方
の出力端子Ｑ３（感温抵抗素子Ｒt1及び抵抗素子Ｒc1の
共通接続点）の電位は検出温度の上昇に応じて上昇し、
また、他方の出力端子Ｑ４（感温抵抗素子Ｒt2及び抵抗
素子Ｒc2の共通接続点）の電位は検出温度の低下に応じ
て低下するものであり、出力端子Ｑ３及びＱ４間から
は、圧力検出用ブリッジ回路３の温度に応じた電圧レベ
ルの温度信号Ｓｔが出力されることになる。

【００２６】一方、前記信号処理部２は、半導体チップ
上に以下に述べるような各回路要素を形成した構成とな
っている。基準電圧発生回路５は、拡散抵抗により形成
した抵抗素子Ｒa1及びＲa2を備えたもので、それら抵抗
素子Ｒa1及びＲa2の直列回路を定電圧電源端子＋Ｖcc及
びグランド端子間に接続した構成となっている。この場
合、抵抗素子Ｒa1及びＲa2の温度係数は厳密に一致する
ものであり、従って、基準電圧発生回路５の出力端子Ｑ
５（抵抗素子Ｒa1及びＲa2の共通接続点）からは、前記
圧力検出用ブリッジ回路３に作用する圧力（被検出圧
力）及び当該ブリッジ回路３の温度と無関係に一定の電
圧レベルとなる基準信号Ｓａが出力されることになる。
尚、この基準電圧発生回路５は、前記センサ部１側の半
導体チップ上に形成することも可能である。

【００２７】アナログマルチプレクサ６は、上記圧力検
出用ブリッジ回路３からの検出信号Ｓｄ、温度検出用ブ
リッジ回路４からの温度信号Ｓｔ、基準電圧発生回路５
からの基準信号Ｓａを、後述する制御ブロック７から与
えられるセレクト信号に基づいて選択出力するためのも
のである。

【００２８】高入力インピーダンス差動増幅回路８（本
発明でいう増幅手段に相当）は、オペアンプ８ａ、８ｂ
及び抵抗８ｃ、８ｄ、８ｅを組み合わせて成る周知構成
のもので、前記アナログマルチプレクサ６から順次出力
される信号を増幅してＡ／Ｄ変換回路９に与えるように
なっている。この場合、差動増幅回路８には、その増幅
出力電圧を持ち上げるための定電圧電源８ｆ及び抵抗８
ｇが付随して設けられている。尚、差動増幅回路８の電
源は、前記定電圧電源端子＋Ｖccから与えられるように
なっている。

【００２９】上記Ａ／Ｄ変換回路９は、基本的には特開
平５−２５９９０７号公報に記載されたＡ／Ｄ変換回路
と同様構成のものであり、詳細には図示しないが、反転
動作時間が電源電圧に応じて変化するＮＡＮＤゲート１
０ａ（本発明でいう反転回路に相当）と、同じく反転動
作時間が電源電圧に応じて変化する偶数個のインバータ
１０ｂ（本発明でいう反転回路に相当）とをリング状に
連結して成るリングゲート遅延回路１０（以下の説明で
は、リングゲート遅延回路をＲＧＤ（Ring Gate Delay
）と略称する）、このＲＧＤ１０内でのパルス信号の
周回数をカウントするための周回数カウンタ１１、この
周回数カウンタ１１の計数値を上位ビットとし、且つＲ
ＧＤ１０内の各インバータ１０ｂの出力を下位ビットと
して格納するためのスタックメモリ１２などを含んで構
成されている。

【００３０】このような構成のＡ／Ｄ変換回路９による
変換原理の大略は以下の通りである。即ち、ＲＧＤ１０
内のＮＡＮＤゲート１０ａに対し、図２に示すようなパ
ルス信号ＰＡを与えると、ＮＡＮＤゲート１０ａ及び各
インバータ１０ｂがその電源電圧に応じた速度で逐次的
に反転動作を開始して、そのパルス信号ＰＡの入力期間
中は信号周回動作が継続して行われるものであり、斯様
なパルス信号周回数を示す二進数のデジタルデータが、
スタックメモリ１２に対しリアルタイムで与えられるこ
とになる。この後、図２に示すように、一定のサンプリ
ング周期Δｔ（例えば〜１００μ秒）を得るためのパル
ス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメモリ１２をラッチ
すれば、そのスタックメモリ１２内の各ラッチデータの
差に基づいて、インバータ１０ｂに与えられている電源
電圧を二進数のデジタルデータに変換した値が得られる
ようになる。

【００３１】この場合、ＲＧＤ１０内のＮＡＮＤゲート
１０ａ及びインバータ１０ｂには、前記差動増幅回路８
から電源電圧が与えられる構成となっている。従って、
Ａ／Ｄ変換回路９にあっては、差動増幅回路８からの出
力信号、つまり、アナログマルチプレクサ６を通じて選
択出力される検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号
Ｓａをデジタルデータに変換することになる。

【００３２】尚、以下においては、Ａ／Ｄ変換回路９に
よる変換データのうち、検出信号Ｓｄに対応したデジタ
ルデータを圧力情報Ｄ、温度信号Ｓｔに対応したデジタ
ルデータを温度情報Ｔ、基準信号Ｓａに対応したデジタ
ルデータを基準情報Ａと呼ぶことにする。

【００３３】ここで、圧力情報Ｄと圧力検出用ブリッジ
回路３に対する印加圧力Ｐとの間には次式のような関
係がある。 Ｄ＝｛（ｃｔ＋ｄ）×Ｐ＋ｅｔ＋ｆ｝×β（ｔ） …… 但し、ｔ：圧力検出用ブリッジ回路３の温度 ｃ：圧力検出用ブリッジ回路３の感度の温度係数 ｄ：圧力検出用ブリッジ回路３の室温感度 ｅ：圧力検出値のオフセットの温度係数 ｆ：圧力検出値の室温オフセット値 また、β（ｔ）は、差動増幅回路８の温度特性やＲＧＤ
１０の遅延時間の温度特性などに依存した非線形項であ
り、これが圧力検出値の精度劣化の要因となるものであ
る。尚、上記ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、本発明でいう補正係数
に相当するものである。

【００３４】上記式からＰの解を得るためには、ｔが
必要であり、また、非線形の係数であるβ（ｔ）を除去
する必要がある。このため、温度検出用ブリッジ回路４
を通じて温度情報Ｔを得ると共に、基準電圧発生回路５
を通じて基準情報Ａを得るようにしている。

【００３５】この場合、温度情報Ｔと圧力検出用ブリッ
ジ回路３の温度ｔとの間には次式のような関係が存在
するものである。 Ｔ＝（ａｔ＋ｂ）×β（ｔ） …… 但し、ａ：温度検出値の温度係数 ｂ：温度検出値の室温オフセット値

【００３６】また、基準情報Ａは、圧力検出用ブリッジ
回路３に作用する圧力及び温度と無関係に一定の電圧レ
ベルとなる基準信号Ｓａを、差動増幅回路８により増幅
し且つＡ／Ｄ変換回路９によりデジタル変換したデータ
であるから、次式が成立することになる。 Ａ＝β（ｔ） ……

【００３７】従って、、、式から、非線形項β
（ｔ）が削除された状態の次式が得られる。 Ｔ／Ａ＝ａｔ＋ｂ …… Ｄ／Ａ＝（ｃｔ＋ｄ）×Ｐ＋ｅｔ＋ｆ ……

【００３８】上記、の式を用いてＰについて解くと
次式が得られる。 Ｐ＝｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＋Ｄ／Ａ−ｆ｝ ／｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ ……

【００３９】また、式から現在の温度ｔを求めること
ができる。即ち、 ｔ＝（Ｔ／Ａ−ｂ）／ａ …… であり、Ａ／Ｄ変換回路９による変換結果である温度情
報Ｔ及び基準情報Ａと前記温度検出値の温度係数ａ、温
度検出値のオフセット値ｂが揃えば現在の温度ｔを求め
ることができる。

【００４０】ＥＰＲＯＭ１３（本発明でいう記憶手段に
相当）には、式に基づいた圧力Ｐの演算及び式に基
づいた現在温度の演算に必要な前記温度係数ａ、室温オ
フセット値ｂ、温度係数ｃ、室温感度ｄ、温度係数ｅ、
室温オフセット値ｆが補正係数（デジタルデータ）とし
て予め記憶されている。

【００４１】このＥＰＲＯＭ１３に記憶された補正係数
は、補正演算回路１４（本発明でいう信号処理手段に相
当）に対して重み付け演算回路１５（本発明でいう補正
係数重み付け手段に相当）を通じて与えられるようにな
っている。この重み付け演算回路１５は、例えば、補正
係数ｃ（圧力検出用ブリッジ回路３の感度の温度係数）
及び補正係数ｅ（圧力検出値のオフセットの温度係数）
に対して後述するような重み付けを付与して補正演算回
路１４に出力する構成となっているが、他の補正係数
ａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｆについては、そのまま補正演算回路
１４に出力するようになっている。但し、補正係数ｃ及
びｅの少なくとも一方に重み付けを付与する構成として
も良く、また、補正係数ｄ、ｆに対して同様の重み付け
を付与する構成とすることも可能である。

【００４２】ここで、温度ｔに係る前記式の右辺
（Ｔ、Ａ、ａ、ｂ）は全てデジタルデータであるから、
演算回路を利用したデジタル演算によって現在の温度ｔ
を算出することができる。本実施例では、このようなデ
ジタル演算を行うために温度演算回路１６が設けられて
いる。この温度演算回路１６は、温度情報Ｔ、基準情報
Ａ、補正係数ａ、ｂを補正演算回路１４を通じて受ける
ようになっており、それらのデジタルデータ並びに式
に基づいた演算により現在の温度ｔを算出する構成とな
っている。

【００４３】補正演算回路１４は、前記式を利用した
圧力Ｐの演算を、制御ブロック７からの指令を受けて行
うものであり、その演算時には、スタックメモリ１２か
ら読み出した圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ、
並びにＥＰＲＯＭ１３から重み付け演算回路１５を通じ
て読み出した補正係数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）を使
用する構成となっている。そして、この補正演算回路１
４による演算結果は、センサ部１による検出圧力を示す
圧力データとしてＩ／Ｏブロック１７から出力される。

【００４４】前記重み付け演算回路１５は、前記補正係
数ｃ及びｅを、前記温度検出用ブリッジ回路４による検
出温度、つまり温度演算回路１６により演算された温度
ｔの高低に応じて連続的に異なった値となるように変更
して補正演算回路１４に与えるもので、その演算のため
のハードウエア的な演算器を内蔵した構成となってい
る。具体的には、補正係数ｃ（圧力検出用ブリッジ回路
３の感度の温度係数）の変更は、本実施例による半導体
圧力センサの使用温度範囲の上限温度及び下限温度をそ
れぞれ−３０℃及び７０℃、当該上限温度及び下限温度
での圧力検出用ブリッジ回路３の感度の温度係数をそれ
ぞれｃH 及びｃL とした場合、例えば次式のような関
数式の演算を行う演算器を内蔵することになる。 ｃ＝ｃL[−ｔ／{70-(-30)}＋0.7]＋ｃH[ｔ／{70-(-30)}＋0.3] ……

【００４５】また、補正係数ｅ（或いは必要に応じて補
正係数ｄ、ｆ）についても同様の関数式に基づいた演算
により算出することができる。上記式により算出され
る補正係数ｃには、図４に示すように温度ｔに対して連
続的且つ直線的に変化する重み付けが付与されることに
なるが、関数式を変更することによって、図５に示すよ
うに温度ｔに対して連続的且つ非直線的に変化する重み
付けを付与することもできるものであり、このような関
数式の選択は、重み付け変更対象の補正係数の特性に応
じて行うことになる。尚、上記のような演算を行う演算
器のための機能は、ＥＰＲＯＭ１３内に定義しておくこ
とが可能である。

【００４６】さて、図３には、制御ブロック７による制
御内容が概略的に示されており、以下これについて関連
した作用と共に説明する。即ち、制御ブロック７は、ま
ず、アナログマルチプレクサ６に対して、基準電圧発生
回路５からの基準信号Ｓａを選択するためのセレクト信
号を出力する（ステップＳ１）。すると、差動増幅回路
８から上記基準信号Ｓａを増幅した電圧信号が出力され
るようになり、この電圧信号がＡ／Ｄ変換回路９内のＲ
ＧＤ１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるよ
うになる。

【００４７】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ２を実行する。このル
ーチンＳ２では、図２に示す時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ１
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グ（具体的には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において４回立
ち上がる状態）で出力する。

【００４８】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差（例えば３回目の立ち上がりと４回目の立ち上がり
における各ラッチデータの差）に基づいて、差動増幅回
路８からの電圧信号（基準信号Ｓａを増幅した電圧信
号）に応じたデジタルデータが基準情報Ａとして得られ
るようになる。

【００４９】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ２の実行に応じて基準情報Ａを取り込んだ後には、ア
ナログマルチプレクサ６に対して、基準電圧発生回路５
からの温度信号Ｓｔを選択するためのセレクト信号を出
力する（ステップＳ３）。すると、差動増幅回路８から
上記温度信号Ｓｔを増幅した電圧信号が出力されるよう
になり、この電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ
１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるように
なる。

【００５０】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ４を実行する。このル
ーチンＳ４では、図２に示す時刻ｔ３〜ｔ４の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ３
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グで出力する。

【００５１】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差に基づいて、差動増幅回路８からの電圧信号（温度
信号Ｓｔを増幅した電圧信号）に応じたデジタルデータ
が温度情報Ｔとして得られるようになる。

【００５２】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ４の実行に応じて温度情報Ｔを取り込んだ後には、ア
ナログマルチプレクサ６に対して、基準電圧発生回路５
からの検出信号Ｓｄを選択するためのセレクト信号を出
力する（ステップＳ５）。すると、差動増幅回路８から
上記検出信号Ｓｄを増幅した電圧信号が出力されるよう
になり、この電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ
１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるように
なる。

【００５３】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ６を実行する。このル
ーチンＳ６では、図２に示す時刻ｔ５〜ｔ６の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ５
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グで出力する。

【００５４】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差に基づいて、差動増幅回路８からの電圧信号（検出
信号Ｓｄを増幅した電圧信号）に応じたデジタルデータ
が圧力情報Ｄとして得られるようになる。

【００５５】尚、本実施例の場合、上述した出力制御ル
ーチンＳ２、Ｓ４、Ｓ６の実行時において、スタックメ
モリ１２からラッチデータの差に基づいたデジタルデー
タを３回取り込むことができるから、それらを平均化し
た値をデジタルデータ（基準情報Ａ、温度情報Ｔ及び圧
力情報Ｄ）として得る構成とすることもできる。

【００５６】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ６の実行後には、補正演算回路１４に対して演算指令
を出力する（ステップＳ７）。すると、補正演算回路１
４にあっては、スタックメモリ１２から読み出した圧力
情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ、並びにＥＰＲＯＭ
１３から重み付け演算回路１５を通じて読み出した補正
係数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）を使用して、前記式
の演算を行うものであり、その演算結果を、センサ部１
による検出圧力を示す圧力データとしてＩ／Ｏブロック
１７から出力するようになる。

【００５７】この後、制御ブロック７は、所定の待機時
間が経過するまで待機し（ステップＳ８）、当該待機時
間が経過したときにステップＳ１へ戻るようになる。従
って、一連の圧力検出動作（Ｓ１〜Ｓ７）は、上記待機
時間が経過する毎に周期的に行われることになる。

【００５８】要するに上記した本実施例によれば、補正
演算回路１４においてセンサ部１による検出圧力をデジ
タル演算する際に感度やオフセットに対する温度補償の
ために必要となる補正係数が、当該センサ部１の実際の
温度の高低に応じて連続的に異なった値となるように変
更されることになる。

【００５９】従って、センサ部１内の圧力検出用ブリッ
ジ回路３からの検出信号Ｓｄの温度特性に非線形成分が
含まれる場合において、そのセンサ部１の温度が大きく
変化するような状況になったとしても、補正係数の値を
常に最適な状態とすることができて、最終的に得られる
圧力検出値の誤差を小さくすることが可能になる。しか
も、上記補正係数は、連続的に異なった値となるように
変更される構成であって、温度変化に応じて補正係数が
不用意に大きく変化される事態を未然に且つ確実に防止
できるようになるから、圧力検出値の再現性が大幅に向
上するようになる。しかも、上記のような補正係数の変
更が予め設定された関数式に基づいて行われる構成とな
っているから、補正係数の変更を迅速に行い得るように
なると共に、その補正係数の変更のための構成を簡略化
できるようになる。

【００６０】また、本実施例では、検出信号Ｓｄ、温度
信号Ｓｔ及び基準信号Ｓａをアナログマルチプレクサ６
を通じて時分割処理すると共に、それらの信号Ｓｄ、Ｓ
ｔ及びＳａに対応した各デジタルデータ（圧力情報Ｄ、
温度情報Ｔ、基準情報Ａ）を同一の差動増幅回路８及び
Ａ／Ｄ変換回路９を用いて採取し、斯様に採取したデジ
タルデータを利用した式の補正演算（デジタル演算）
を行う構成としており、これによって、感度やオフセッ
トなどに対する温度補償を施した精度の高い圧力検出値
を得ることができるものである。

【００６１】このような本実施例の回路構成によれば、
差動増幅回路８にオペアンプ８ａ、８ｂを利用するだけ
で、温度補償をアナログ的に行うようにした従来構成の
装置のように多数のオペアンプを必要としないものであ
り、全体の小型化を実現できるようになる。

【００６２】上記のように圧力検出値の算出に利用され
る式からは、Ｔ／Ａ及びＤ／Ａの値を一定に保持でき
れば耐久変動による影響を無視できるということが理解
できる。この場合、本実施例では、式の演算に供する
ために最終的に圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ
に変換される検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号
Ｓａは、全て同じアナログ回路（アナログマルチプレク
サ６、差動増幅回路８、Ａ／Ｄ変換回路９）を通過する
構成であるから、その信号伝送系統での回路定数の変動
に起因した各信号のドリフト成分が互いにキャンセルさ
れることになって、上記Ｔ／Ａ及びＤ／Ａが経時変化す
ることがなくなる。この結果、耐久変動による影響を除
去できるようになって、圧力検出値の精度を長期間に渡
って良好な状態に維持できるようになる。

【００６３】また、圧力検出値の精度のさらなる向上を
実現するためには、差動増幅回路８として増幅能力が高
い大型のものを使用することになるが、当該差動増幅回
路８は、検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号Ｓａ
の増幅用に兼用する構成となっているから、多数の差動
増幅回路を設ける必要がなくなるものであり、この面か
らも全体の小型化を実現できるようになる。

【００６４】本実施例のように、ＲＧＤ１０を利用した
Ａ／Ｄ変換回路９にあっては、変換速度の大幅な向上
（つまりサンプリング時間の大幅な短縮）を実現できる
という利点があるため、圧力検出値の算出に必要な時間
を短縮できるようになる。

【００６５】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。補正係数を温度の高低に応じて連続的に変化させる
構成としたが、多段階に変化させる構成としても、ほぼ
同様の効果を奏することができる。半導体圧力センサ装
置に適用した例を説明したが、加速度、磁束、湿度など
の他の物理量を検出するためのセンサ装置に広く適用す
ることができる。Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ１０は、
基本的な構成例を示したものであり、これと異なる構成
のＲＧＤを設けることもできる。感度やオフセットに対
する温度補償をアナログ的な補正演算により行うように
したセンサ装置にも適用範囲を広げることができる。ま
た、アナログマルチプレクサ６は必要に応じて設ければ
良い。但し、この場合には、特性が揃った状態の複数の
差動増幅回路を設けることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の電気的構成図

【図２】作用説明用のタイミングチャート

【図３】制御ブロックによる制御内容を示すフローチャ
ート

【図４】補正係数の特性例を示す図その１

【図５】補正係数の特性例を示す図その２

【符号の説明】

１はセンサ部、２は信号処理部、３は圧力検出用ブリッ
ジ回路（センサ回路）、４は温度検出用ブリッジ回路
（温度検出回路）、５は基準電圧発生回路、６はアナロ
グマルチプレクサ、７は制御ブロック、８は差動増幅回
路（増幅手段）、９はＡ／Ｄ変換回路、１０はリングゲ
ート遅延回路、１０ａはＮＡＮＤゲート（反転回路）、
１０ｂはインバータ（反転回路）、１１は周回数カウン
タ、１２はスタックメモリ、１３はＥＰＲＯＭ（記憶手
段）、１４は補正演算回路（信号処理手段）、１５は重
み付け演算回路（補正係数重み付け手段）、１６は温度
演算回路を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物理量に応じたレベルの検出信号
   を発生するセンサ回路と、 このセンサ回路の温度を検出する温度検出回路と、 前記センサ回路からの検出信号の温度補正に使用される
   補正係数を記憶して成る記憶手段と、 前記検出信号のレベルに対応した物理量検出値を、前記
   温度検出回路による検出温度及び前記記憶手段に記憶さ
   れた補正係数に基づいて温度補正しながら算出する信号
   処理手段と、 前記記憶手段に記憶された補正係数を、前記温度検出回
   路による検出温度の高低に応じて多段階に異なった値と
   なるように変更して前記信号処理手段に与える補正係数
   重み付け手段とを備えたことを特徴とするセンサ装置。
2. 【請求項２】 前記補正係数重み付け手段は、前記記憶
   手段に記憶された補正係数を、前記温度検出回路による
   検出温度の高低に応じて連続的に変化する値となるよう
   に変更して前記信号処理手段に与えるように構成されて
   いることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
3. 【請求項３】 前記補正係数重み付け手段は、前記記憶
   手段に記憶された補正係数の変更を予め設定された関数
   式に基づいて行う構成であることを特徴とする請求項１
   または２記載のセンサ装置。
4. 【請求項４】 前記センサ回路が出力する前記検出信号
   は、被検出物理量に応じた電圧レベルの信号とされ、且
   つ前記温度検出回路は、前記センサ回路の温度に応じた
   電圧レベルの温度信号を発生するように構成されると共
   に、 前記被検出物理量及びセンサ回路の温度と無関係に一定
   の電圧レベルと成る基準信号を発生する基準電圧発生回
   路と、 前記センサ回路回路からの検出信号、前記温度検出回路
   からの温度信号及び前記基準電圧発生回路からの基準信
   号を増幅する増幅手段と、 この増幅手段により増幅された前記検出信号、温度信号
   及び基準信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回
   路とを備えた構成とされ、 前記信号処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換回路からのデジタ
   ルデータ並びに前記重み付け変更手段によって変更され
   た前記補正係数に基づいた演算処理により前記検出信号
   に応じた物理量検出値を前記温度信号及び基準信号並び
   に補正係数により補正した状態で算出するように構成さ
   れていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに
   記載のセンサ装置。
5. 【請求項５】 前記検出信号、温度信号及び基準信号を
   選択的に出力するアナログマルチプレクサを備え、 前記増幅手段は、上記アナログマルチプレクサから順次
   出力される信号を増幅するように構成されていることを
   特徴とする請求項４記載のセンサ装置。
6. 【請求項６】 前記Ａ／Ｄ変換回路は、反転動作時間が
   電源電圧に応じて変化する複数個の反転回路をリング状
   に連結して成るリングゲート遅延回路を含んで成り、前
   記検出信号、温度信号及び基準信号が上記リングゲート
   遅延回路に電源電圧として与えられた各状態で当該リン
   グゲート遅延回路にパルス信号が入力されたときのパル
   ス信号周回数に基づいて上記検出信号、温度信号及び基
   準信号をデジタルデータに変換する構成のものであるこ
   とを特徴とする請求項４または５記載のセンサ装置。
7. 【請求項７】 請求項４ないし６の何れかに記載のセン
   サ装置において、 前記センサ回路による検出対象物理量が圧力に設定さ
   れ、 前記センサ回路に対する印加圧力をＰ、前記検出信号、
   温度信号及び基準信号を前記Ａ／Ｄ変換回路により変換
   した各デジタルデータをそれぞれ圧力情報Ｄ、温度情報
   Ｔ及び基準情報Ａ、また、センサ回路の感度の温度係数
   をｃ、センサ回路の室温感度をｄ、圧力検出値のオフセ
   ットの温度係数をｅ、圧力検出値の室温オフセット値を
   ｆ、温度検出値の温度係数をａ、温度検出値の室温オフ
   セット値をｂとした場合、前記信号処理手段は、 Ｐ＝｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＋Ｄ／Ａ−ｆ｝／
   ｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ の演算処理を実行して印加圧力Ｐを算出するように構成
   され、 前記温度係数重み付け手段は、補正係数である前記温度
   係数ｃ及びｅの少なくとも一方を変更するように構成さ
   れていることを特徴とするセンサ装置。