JP2000258272A - Capacitive pressure sensor - Google Patents

Capacitive pressure sensor

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JP2000258272A
JP2000258272A JP11119221A JP11922199A JP2000258272A JP 2000258272 A JP2000258272 A JP 2000258272A JP 11119221 A JP11119221 A JP 11119221A JP 11922199 A JP11922199 A JP 11922199A JP 2000258272 A JP2000258272 A JP 2000258272A
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Japan
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capacitor
capacitance
constant current
capacitors
fixed
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JP11119221A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Kudo
高裕 工藤
Kimihiro Nakamura
公弘 中村
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a general purpose capacitive pressure sensor in which the effect of parasitic capacitance can be corrected with high accuracy at low cost. SOLUTION: A constant capacitor Cc having a reference capacitance is provided and the capacitance is detected by switching the constant capacitor and capacitors C1-Cn for pressure detection. Effect of parasitic capacitance is then corrected based on the detection results of the constant capacitor Cc. More than one reference voltage Vref having different temperature coefficient and a set voltage Vth are provided and combined arbitrarily such that temperature dependence of the capacitors C1-Cn is substantially nullified at the pressure sensor section 1. Pressure can be measured with high accuracy by detecting the temperature while increasing temperature dependence of the constant capacitor Cc. When two constant capacitors Cc1, Cc2 are employed, correction can be made with higher accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、加わった圧力によ
る静電容量の変化に基づいて圧力の大きさを求める静電
容量型圧力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor for determining the magnitude of pressure based on a change in capacitance due to applied pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧力又は差圧をダイアフラムの変化とし
て検出し、変位を直接電流値として出力する静電容量型
圧力センサは、ダイアフラムに印可された圧力あるいは
圧力差によるダイアフラムの変位を、ダイアフラムと対
向電極とで形成するコンデンサの静電容量値の変化とし
て検出して圧力を求める。
2. Description of the Related Art A capacitance type pressure sensor which detects a pressure or a differential pressure as a change in a diaphragm and directly outputs a displacement as a current value, detects a displacement of the diaphragm caused by a pressure or a pressure difference applied to the diaphragm. The pressure is determined by detecting the change in the capacitance value of a capacitor formed with the counter electrode.

【0003】このダイアフラムと対向電極との距離の変
位を静電容量値として検出する静電容量型圧力センサ
(以下、圧力センサという)において、計測対象となる
圧力あるいは圧力差によって生じるコンデンサの静電容
量値の変化は、10pFから100pF程度と小さな値
であるため、浮遊容量による影響が大きく、その影響に
より出力特性が非直線的になったり、測定誤差を生じた
りする問題がある。
In a capacitance type pressure sensor (hereinafter referred to as a pressure sensor) for detecting a displacement of a distance between the diaphragm and a counter electrode as a capacitance value, the capacitance of a capacitor caused by a pressure to be measured or a pressure difference is measured. Since the change in the capacitance value is a small value of about 10 pF to about 100 pF, there is a problem that the influence of the stray capacitance is large and the output characteristic becomes non-linear or a measurement error occurs due to the influence.

【0004】これらの問題を解決するものとして、例え
ば特開昭64−71211号公報に示す方法がある。こ
の上記公報に開示されている方法は、2つのコンデンサ
を組合わせて測定し、それぞれでの測定結果を基に、寄
生容量の影響を消去するものである。
To solve these problems, for example, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-71211. The method disclosed in the above publication is to measure by combining two capacitors, and to eliminate the influence of the parasitic capacitance based on the measurement results of each.

【0005】図9にこの方法による回路を示す。図9は
CR発信回路で、同図中のC1、C2が上記圧力センサ
中のコンデンサに対応し、このC1及びC2の静電容量
値を求めることにより圧力又は差圧が求まる。図9の発
信回路の出力の周期は、抵抗値R505(固定)と静電
容量Cの値で決まる。
FIG. 9 shows a circuit according to this method. FIG. 9 shows a CR transmission circuit. C1 and C2 in FIG. 9 correspond to the capacitors in the pressure sensor, and the pressure or the differential pressure is obtained by obtaining the capacitance values of C1 and C2. 9 is determined by the resistance value R505 (fixed) and the value of the capacitance C.

【0006】図中のコンデンサC1及びC2各々は、ト
ランジスタによるスイッチ503及び504によって接
地/非接地を切換えることができ、これによりコンデン
サは発信回路にアクティブ/インアクティブを変更でき
る。スイッチ503及び504を操作して2つのコンデ
ンサC1及びC2の接続、切り離しを選択しそれぞれの
出力の周期を計測する。
[0006] Each of the capacitors C1 and C2 in the figure can be switched between ground and non-ground by switches 503 and 504 by transistors, whereby the capacitors can be changed from active / inactive to a transmission circuit. By operating the switches 503 and 504, connection and disconnection of the two capacitors C1 and C2 are selected, and the cycle of each output is measured.

【0007】この周期とコンデンサの静電容量値との関
係は以下の式で表せる。 C1のみ選択:T1=1/f1=(C1+Cp)・k・
R505 C2のみ選択:T2=1/f2=(C2+Cp)・k・
R505 両方選択せず:T3=1/f3=Cp・k・R505 両方選択:T4=1/f4=(C1+C2+Cp)・k
・R505 上式中Cpは寄生容量、kは回路毎に固有な係数を示
す。この4つの式に計測した出力の各周期T1〜T4を
用い、寄生容量Cpと係数kを消去して、静電容量値C
1とC2の比を求める。
The relationship between this cycle and the capacitance value of the capacitor can be expressed by the following equation. Select only C1: T1 = 1 / f1 = (C1 + Cp) · k ·
R505 Select only C2: T2 = 1 / f2 = (C2 + Cp) .k.
R505 Not select both: T3 = 1 / f3 = Cp · k · R505 Select both: T4 = 1 / f4 = (C1 + C2 + Cp) · k
R505 In the above equation, Cp indicates a parasitic capacitance, and k indicates a coefficient unique to each circuit. Using the periods T1 to T4 of the outputs measured in these four equations, the parasitic capacitance Cp and the coefficient k are deleted, and the capacitance value C
Find the ratio of 1 to C2.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、寄生容量の影響を消去するためには、2つのコ
ンデンサC1、C2を選択して得られる上記4つの式で
の寄生容量Cpの値が全て同じ値でなければならない。
言い換えればC1とC2の電極との間に介在する各寄生
容量の差が零でなければならない。
However, in the above method, in order to eliminate the influence of the parasitic capacitance, the value of the parasitic capacitance Cp in the above four equations obtained by selecting the two capacitors C1 and C2 is required. They must all be the same value.
In other words, the difference between the respective parasitic capacitances between the electrodes C1 and C2 must be zero.

【0009】しかしC1、C2の電極間で発生する寄生
容量を零にすることは原理的に不可能であり、もし仮に
ある特定温度下では寄生容量が無くなるように調整が行
えたとしても、C1、C2それぞれの寄生容量の温度特
性は異なるので、温度が変化すると出力誤差を生じるこ
とになる。
However, it is theoretically impossible to make the parasitic capacitance generated between the electrodes C1 and C2 zero, and even if the adjustment can be performed so that the parasitic capacitance disappears at a certain specific temperature, the value of C1 is not increased. , C2 have different temperature characteristics of the parasitic capacitance, so that an output error occurs when the temperature changes.

【0010】また特開昭64−71211号公報に開示
されている方法は、2つのコンデンサに供給する電流を
抵抗で調節し、2つのコンデンサのアクティブ/インア
クティブをトランジスタスイッチで切換える方式である
が、各トランジスタスイッチのオン抵抗の違い及び温度
依存性の差によりコンデンサC1とC2に供給する電流
が異なってしまい、出力誤差を生じる。
The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-71211 is a method in which current supplied to two capacitors is adjusted by a resistor, and active / inactive of the two capacitors is switched by a transistor switch. The currents supplied to the capacitors C1 and C2 differ due to the difference in the on-resistance of each transistor switch and the difference in the temperature dependency, and an output error occurs.

【0011】寄生容量と等価な固定コンデンサを用いて
寄生容量を相殺する方法も一般的に知られている。しか
し通常この固定コンデンサは、Pt基板上などの圧力セ
ンサから離れた場所に配置されるので、圧力センサとは
温度差が生じ、固定コンデンサと圧力センサの熱勾配の
差による補正誤差が発生するという問題があった。
A method of canceling the parasitic capacitance by using a fixed capacitor equivalent to the parasitic capacitance is generally known. However, since this fixed capacitor is usually arranged at a place away from the pressure sensor, such as on a Pt substrate, a temperature difference occurs from the pressure sensor, and a correction error occurs due to a difference in thermal gradient between the fixed capacitor and the pressure sensor. There was a problem.

【0012】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
で、温度による寄生容量の影響を高精度に除くことので
きる低コストで汎用性のある静電容量型圧力センサを提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a low-cost and versatile capacitance-type pressure sensor capable of removing the effect of temperature-induced parasitic capacitance with high accuracy. And

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明のうちの請求項1に記載の静電容
量型圧力センサは、電極とダイアフラムにより1つ以上
のコンデンサを形成し、圧力又は差圧を該コンデンサの
静電容量の変化として検出するものであり、定電流手
段、固定コンデンサ、スイッチ手段、充放電切換え手段
及び電圧比較手段を備える。定電流手段は、一定電流を
出力する。固定コンデンサは、静電容量が固定のコンデ
ンサである。スイッチ手段は、上記コンデンサ又は上記
固定コンデンサのうち少なくとも一つを選択する。充放
電切換え手段は、上記スイッチ手段が選択したコンデン
サの放電と、上記一定電流による充電とを切換える。電
圧比較手段は、上記スイッチ手段が選択したコンデンサ
の電位が設定電圧に達していなければ充電を、該設定電
圧に達したら放電を上記スイッチ手段に指示する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a capacitance type pressure sensor in which one or more capacitors are formed by electrodes and a diaphragm. , Pressure or differential pressure as a change in capacitance of the capacitor, and includes a constant current unit, a fixed capacitor, a switch unit, a charge / discharge switching unit, and a voltage comparison unit. The constant current means outputs a constant current. The fixed capacitor is a capacitor having a fixed capacitance. The switch means selects at least one of the capacitor or the fixed capacitor. The charge / discharge switching means switches between discharging of the capacitor selected by the switching means and charging with the constant current. The voltage comparison means instructs the switch means to charge if the potential of the capacitor selected by the switch means has not reached the set voltage, and to discharge if the potential of the capacitor has reached the set voltage.

【0014】この請求項1に記載の発明によれば、圧力
又は差圧検出用のコンデンサの静電容量のほかに、静電
容量が固定の固定コンデンサによる計測結果が得られ
る。また本発明のうち請求項2に記載の静電容量型圧力
センサは、電極とダイアフラムにより該ダイアフラムの
変位により相対的に静電容量が変化する少なくとも1組
のコンデンサを形成し、圧力又は差圧を該静電容量の変
化として検出するものであり、定電流手段、固定コンデ
ンサ、スイッチ手段、充放電切換え手段及び電圧比較手
段を備える。定電流手段は、一定電流を出力する。固定
コンデンサは静電容量が固定のコンデンサである。スイ
ッチ手段は、上記コンデンサ又は上記固定コンデンサの
うち少なくとも一つを選択する。充放電切換え手段は、
上記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電と、上記
一定電流による充電とを切換える。電圧比較手段は、上
記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が設定電圧
に達していなければ充電を、該設定電圧に達したら放電
を上記スイッチ手段に指示する。
According to the present invention, in addition to the capacitance of the capacitor for detecting pressure or differential pressure, a measurement result by a fixed capacitor having a fixed capacitance can be obtained. In the capacitance type pressure sensor according to claim 2 of the present invention, the electrode and the diaphragm form at least one set of capacitors whose capacitance is relatively changed by the displacement of the diaphragm. Is detected as a change in the capacitance, and includes a constant current unit, a fixed capacitor, a switch unit, a charge / discharge switching unit, and a voltage comparison unit. The constant current means outputs a constant current. The fixed capacitor is a capacitor having a fixed capacitance. The switch means selects at least one of the capacitor or the fixed capacitor. The charge / discharge switching means is
The switching means switches between discharging of the selected capacitor and charging with the constant current. The voltage comparison means instructs the switch means to charge if the potential of the capacitor selected by the switch means has not reached the set voltage, and to discharge if the potential of the capacitor has reached the set voltage.

【0015】この請求項2に記載の発明はコンデンサを
対で備えることを特徴とし、圧力又は差圧検出用のコン
デンサの静電容量のほかに、静電容量が固定の固定コン
デンサによる計測結果が得られる。
The invention according to claim 2 is characterized in that a capacitor is provided as a pair, and in addition to the capacitance of the capacitor for detecting pressure or differential pressure, a measurement result by a fixed capacitor having a fixed capacitance is obtained. can get.

【0016】また本発明のうち請求項3に記載の静電容
量型圧力センサは、電極とダイアフラムにより1つ以上
のコンデンサを形成し、圧力又は差圧を該コンデンサの
静電容量の変化として検出するものであり、上記定電流
手段、複数の上記固定コンデンサ、上記コンデンサ又は
上記各固定コンデンサのうち少なくとも一つを選択する
スイッチ手段、上記充放電切換え手段及び上記電圧比較
手段を備える。
According to a third aspect of the present invention, in the capacitance type pressure sensor, one or more capacitors are formed by the electrodes and the diaphragm, and the pressure or the differential pressure is detected as a change in the capacitance of the capacitor. And a switch means for selecting at least one of the constant current means, the plurality of fixed capacitors, the capacitor or each of the fixed capacitors, the charge / discharge switching means, and the voltage comparison means.

【0017】この請求項3に記載の発明は、複数の固定
コンデンサを備えることを特徴とし、圧力又は差圧検出
用のコンデンサの静電容量のほかに、静電容量が固定の
複数の固定コンデンサによる計測結果が得られる。
According to a third aspect of the present invention, a plurality of fixed capacitors having a fixed capacitance are provided in addition to the capacitance of the capacitor for detecting pressure or differential pressure. Is obtained.

【0018】また本発明のうち請求項4に記載の静電容
量型圧力センサは、電極とダイアフラムにより該ダイア
フラムの変位により相対的に静電容量が変化する少なく
とも1組のコンデンサを形成し、圧力又は差圧を該静電
容量の変化として検出するものであり、上記定電流手
段、複数の上記固定コンデンサ、上記コンデンサ又は上
記各固定コンデンサのうち少なくとも一つを選択するス
イッチ手段、上記充放電切換え手段及び上記電圧比較手
段を備える。
In the capacitance type pressure sensor according to a fourth aspect of the present invention, the electrode and the diaphragm form at least one set of capacitors whose capacitance is relatively changed by displacement of the diaphragm. Alternatively, the differential pressure is detected as a change in the capacitance, and the constant current means, the plurality of fixed capacitors, a switch means for selecting at least one of the capacitors or the fixed capacitors, and the charge / discharge switching. Means and the voltage comparison means.

【0019】この請求項4に記載の発明は、コンデンサ
を対で備え、また複数の固定コンデンサを備えることを
特徴とし、圧力又は差圧検出用のコンデンサの静電容量
のほかに、静電容量が固定の複数の固定コンデンサによ
る計測結果が得られる。
According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of capacitors are provided in pairs, and a plurality of fixed capacitors are provided. Can be obtained by a plurality of fixed capacitors.

【0020】また本発明のうち請求項5に記載の静電容
量型圧力センサは、請求項1又乃至4の何れか1項に記
載の静電容量型圧力センサにおいて、上記スイッチ手段
に選択するコンデンサを指示し、該選択した各コンデン
サに対する上記電圧比較手段による上記スイッチ手段へ
の指示の周期を用いて寄生容量に対する補正を行う演算
制御手段を更に備えることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the capacitance type pressure sensor according to any one of the first to fourth aspects, the switch is selected as the switch means. An operation control means for instructing a capacitor and correcting the parasitic capacitance by using a cycle of an instruction to the switch means by the voltage comparison means for each of the selected capacitors is further provided.

【0021】この請求項5の発明によれば、演算制御手
段によりスイッチ手段がコンデンサを選択した時の計測
結果を、固定コンデンサを選択した時の計測結果を用い
て寄生容量に対する補正することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the measurement result when the switch means selects the capacitor can be corrected for the parasitic capacitance by the arithmetic control means using the measurement result when the fixed capacitor is selected. .

【0022】また本発明のうち請求項6に記載の静電容
量型圧力センサは、請求項1乃至5の何れか1項に記載
の静電容量型圧力センサにおいて、上記定電流手段は、
設定された入力電圧に基づいた大きさの上記一定電流を
出力し、上記スイッチ手段が上記コンデンサの内の1つ
を選択した時、上記コンデンサの温度係数を打ち消す温
度係数を持つ上記入力電圧と上記設定電圧が上記定電流
手段と上記電圧比較手段に与えられることを特徴とす
る。この請求項6の発明によれば、圧力検出用のコンデ
ンサがスイッチ手段によって選択された時、選択された
コンデンサの温度係数は打ち消される。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a capacitance type pressure sensor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the constant current means comprises:
Outputting the constant current of a magnitude based on the set input voltage; and when the switch means selects one of the capacitors, the input voltage and the input voltage having a temperature coefficient that cancels the temperature coefficient of the capacitor. A set voltage is provided to the constant current means and the voltage comparison means. According to the present invention, when the pressure detecting capacitor is selected by the switch means, the temperature coefficient of the selected capacitor is canceled.

【0023】また本発明のうち請求項7に記載の静電容
量型圧力センサは、請求項1乃至5の何れか1項に記載
の静電容量型圧力センサにおいて、上記定電流手段は、
設定された入力電圧に基づいた大きさの上記一定電流を
出力し、上記スイッチ手段が上記コンデンサの内の1つ
を選択した時、上記固定コンデンサの温度係数よりも小
さい温度係数を持つ上記入力電圧と上記設定電圧が上記
定電流手段と上記電圧比較手段に与えられることを特徴
とする。この請求項7の発明によれば、圧力検出用のコ
ンデンサがスイッチ手段によって選択された時、固定コ
ンデンサに比例した信号の温度感度を大きく取ることが
できる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a capacitance type pressure sensor according to any one of the first to fifth aspects.
The input voltage having a temperature coefficient smaller than the temperature coefficient of the fixed capacitor when the constant current is output based on the set input voltage and the switch means selects one of the capacitors. And the set voltage are supplied to the constant current means and the voltage comparison means. According to the seventh aspect of the present invention, when the pressure detecting capacitor is selected by the switch means, the temperature sensitivity of the signal proportional to the fixed capacitor can be increased.

【0024】また本発明のうち請求項8に記載の静電容
量型圧力センサは、請求項1乃至7の何れか1項に記載
の静電容量型圧力センサにおいて、上記定電流手段は、
設定された入力電圧に基づいた大きさの上記一定電流を
出力し、上記スイッチ手段が上記固定コンデンサが選択
された時、上記固定コンデンサの温度係数よりも大きい
温度係数を持つ上記入力電圧と上記設定電圧が上記定電
流手段と上記電圧比較手段に与えられることを特徴とす
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided a capacitance type pressure sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the constant current means comprises:
The constant current having a magnitude based on the set input voltage is output, and when the switch means selects the fixed capacitor, the input voltage having a temperature coefficient larger than the temperature coefficient of the fixed capacitor and the setting are set. A voltage is applied to the constant current means and the voltage comparison means.

【0025】この請求項8の発明によれば、固定コンデ
ンサに比例した信号の温度感度を大きく取ることができ
る。また本発明のうち請求項9に記載の静電容量型圧力
センサは、請求項1乃至7の何れか1項に記載の静電容
量型圧力センサにおいて、上記固定コンデンサを上記コ
ンデンサと同一環境下に配置することを特徴とする。
According to the eighth aspect of the invention, it is possible to increase the temperature sensitivity of a signal proportional to the fixed capacitor. According to a ninth aspect of the present invention, in the capacitance type pressure sensor according to any one of the first to seventh aspects, the fixed capacitor is provided under the same environment as the capacitor. It is characterized by being arranged in.

【0026】この請求項9の発明によれば、環境の変化
に対しても固定コンデンサとコンデンサは同一条件を維
持できる。また本発明のうち請求項10に記載の発明
は、電極とダイアフラムにより1つ以上のコンデンサを
形成し、圧力又は差圧を該コンデンサの静電容量の変化
として検出する圧力センサから該静電容量の変化を周期
の変化として出力する静電容量検出装置についてのもの
であって、定電流手段、スイッチ手段、充放電切換え手
段、電圧比較手段及び出力手段を備えることを特徴とす
る。スイッチ手段は、上記静電容量型圧力センサ内のコ
ンデンサ又は静電容量が固定の1乃至複数の固定コンデ
ンサのうち少なくとも一つを選択する。充放電切換え手
段は、上記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電
と、上記一定電流による充電とを切換える。電圧比較手
段は、上記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が
設定電圧に達していなければ充電を、該設定電圧に達し
たら放電を上記スイッチ手段に指示する出力手段は、上
記電圧比較手段によるスイッチ手段に対する指示を検出
信号として出力する。
According to the ninth aspect of the present invention, the fixed capacitor and the capacitor can maintain the same condition even when the environment changes. According to a tenth aspect of the present invention, an electrode and a diaphragm form one or more capacitors, and the pressure or the differential pressure is detected from a pressure sensor that detects a change in the capacitance of the capacitor. And outputs a change in the period as a change in the cycle, and comprises a constant current unit, a switch unit, a charge / discharge switching unit, a voltage comparison unit, and an output unit. The switch means selects at least one of a capacitor in the capacitance type pressure sensor or one or more fixed capacitors having a fixed capacitance. The charge / discharge switching means switches between discharging of the capacitor selected by the switching means and charging with the constant current. The voltage comparing means instructs the charging means if the potential of the capacitor selected by the switching means has not reached the set voltage, and the discharging means if the potential of the capacitor has reached the set voltage. Is output as a detection signal.

【0027】この請求項10に記載の発明によれば、圧
力センサからの静電容量と固定コンデンサによる静電容
量とに対する検出結果を得ることが出来る。また本発明
のうち請求項11に記載の静電容量検出装置は、請求項
10の発明に於て、上記定電流手段、スイッチ手段、充
放電切換え手段、電圧比較手段、出力手段及び固定コン
デンサを同一IC上に構成することを特徴とする。
According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to obtain detection results for the capacitance from the pressure sensor and the capacitance from the fixed capacitor. According to an eleventh aspect of the present invention, in the electrostatic capacitance detecting device according to the tenth aspect, the constant current means, the switch means, the charge / discharge switching means, the voltage comparison means, the output means, and the fixed capacitor are provided. It is characterized by being configured on the same IC.

【0028】この請求項11に記載の発明によれば、各
上記手段及び固定コンデンサを圧力センサと同一環境下
に置くことが可能となる。
According to the eleventh aspect of the present invention, each of the means and the fixed condenser can be placed in the same environment as the pressure sensor.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】図1は本発明の静電容量型圧力セ
ンサの動作原理を示すブロック図である。図1の静電容
量型圧力センサは、圧力センサ部1、検出部2、計数部
3、演算制御部4から構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of operation of a capacitance type pressure sensor according to the present invention. The capacitance type pressure sensor of FIG. 1 includes a pressure sensor unit 1, a detection unit 2, a counting unit 3, and a calculation control unit 4.

【0030】圧力センサ部1は、内部に一対乃至3以上
のコンデンサC1〜Cnを有する構成で、封入されてい
る流体に加わる圧力によってダイアフラムを変位させ、
その変位量に基づくコンデンサの静電容量の変化によっ
て圧力を求めるものである。
The pressure sensor unit 1 has a structure in which one to three or more capacitors C1 to Cn are provided inside, and the diaphragm is displaced by pressure applied to a sealed fluid.
The pressure is obtained by a change in the capacitance of the capacitor based on the displacement amount.

【0031】検出部2は圧力センサ部1でのコンデンサ
の静電容量の変化を周期出力パルスに変換するもので、
圧力センサ内のコンデンサC1〜Cnを切換えるスイッ
チ部21、選択した圧力センサのコンデンサの静電容量
を周波数信号に変換する静電容量−周波数変換部22及
び固定容量の固定コンデンサCc等から構成される。こ
のうち固定コンデンサCcは、圧力によって静電容量が
変化しない基準の静電容量となるもので、この固定コン
デンサCcを用いて寄生容量による影響を補正する。ま
たこの固定コンデンサCcに対応する基準となるコンデ
ンサを、圧力センサ部1内に、コンデンサC1〜Cnと
同一の封液で満たし、圧力に対して静電容量が変化しな
い形のコンデンサとして備える構成とすることもでき
る。しかしこの構成の場合、圧力センサの封液として一
般的に用いられているシリコンオイルの場合は、比誘電
率が温度及び静電依存性を持つので、静圧のみを検出す
るセンサが必要となり、コストアップする。
The detecting unit 2 converts a change in the capacitance of the capacitor in the pressure sensor unit 1 into a periodic output pulse.
A switch unit 21 for switching the capacitors C1 to Cn in the pressure sensor, a capacitance-frequency conversion unit 22 for converting the capacitance of the capacitor of the selected pressure sensor into a frequency signal, a fixed capacitor Cc having a fixed capacitance, and the like. . Among them, the fixed capacitor Cc serves as a reference capacitance whose capacitance does not change due to pressure, and the effect of the parasitic capacitance is corrected using this fixed capacitor Cc. Further, a configuration is adopted in which a reference capacitor corresponding to the fixed capacitor Cc is filled in the pressure sensor unit 1 with the same sealing liquid as the capacitors C1 to Cn, and the capacitance does not change with pressure. You can also. However, in the case of this configuration, in the case of silicon oil, which is generally used as a sealing liquid for the pressure sensor, since the relative dielectric constant has temperature and electrostatic dependence, a sensor that detects only static pressure is required. Increase costs.

【0032】計数部3は、検出部2の出力パルスをカウ
ンタ回路等でカウントしてデジタル値に変換するもので
ある。演算制御部4は、計数部3による計数結果をもと
に出力演算補正を行い、またスイッチ部201の制御を
行う。
The counting section 3 counts the output pulse of the detecting section 2 by a counter circuit or the like and converts it into a digital value. The operation control unit 4 performs output operation correction based on the counting result of the counting unit 3 and controls the switch unit 201.

【0033】図1の静電容量型圧力センサでは、圧力セ
ンサ部1に加わった圧力に対し、検出部2のスイッチ切
換え部11が圧力センサ内のコンデンサC1〜Cn及び
コンデンサCcを切換え選択し、その静電容量値を矩形
波の周期に変換して出力する。この各コンデンサに対す
る出力を計数部3がカウントし、この結果に基づいて、
演算制御部4が出力演算補正及びスイッチ部201の制
御を行う。
In the capacitance type pressure sensor shown in FIG. 1, the switch switching unit 11 of the detection unit 2 switches and selects the capacitors C1 to Cn and the capacitor Cc in the pressure sensor in response to the pressure applied to the pressure sensor unit 1. The capacitance value is converted into a cycle of a rectangular wave and output. The output to each capacitor is counted by the counting unit 3 and based on the result,
The calculation control unit 4 performs output calculation correction and control of the switch unit 201.

【0034】図2は一対のコンデンサを構成する場合の
圧力センサ部1の構造を示す断面図である。本発明の静
電容量型圧力センサでは、圧力検出用のコンデンサは1
つ乃至3つ以上でも良いが、以下の説明では、静電容量
型圧力センサで一般的に用いられている、ダイヤフラム
を介して相対的に容量が変化する1対のコンデンサを備
える構成について説明する。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the pressure sensor unit 1 when a pair of capacitors is formed. In the capacitance type pressure sensor of the present invention, the pressure detection capacitor is 1
In the following description, a configuration including a pair of capacitors whose capacitance is relatively changed via a diaphragm, which is generally used in a capacitance type pressure sensor, will be described. .

【0035】同図中、シリコン基板10は、導電性基板
として用いられるもので、適当な電気導電度として、例
えば約0.1Ωcmを持つ〔100〕面を結晶面方位と
するP形のシリコンウェハ上に、空隙103a及び10
3bに相当する円形の凹みと、その外側のリング状の肉
薄部102を形成するためのリング溝とを各面2回以上
のプラズマエッチングによって形成したものである。リ
ング状の肉薄部102の内側にはそれより厚い平坦部1
01が形成され、この平坦部101と肉薄部102とで
圧力差によって変位するダイアフラムが構成される。こ
のダイアフラムが圧力センサ部1の可動電極となる。な
おシリコン基板10及び肉薄部102の厚さは、測定対
象となる圧力あるいは圧力差の大きさによって適宜に決
定される。
In FIG. 1, a silicon substrate 10 is used as a conductive substrate, and has a suitable electrical conductivity, for example, a P-type silicon wafer having a [100] plane having a crystal plane orientation of about 0.1 Ωcm. On top of the gaps 103a and 103
A circular recess corresponding to 3b and a ring groove for forming a ring-shaped thin portion 102 on the outside thereof are formed by plasma etching twice or more on each surface. A flat portion 1 thicker than the ring-shaped thin portion 102
01 is formed, and the flat portion 101 and the thin portion 102 constitute a diaphragm that is displaced by a pressure difference. This diaphragm becomes a movable electrode of the pressure sensor unit 1. Note that the thicknesses of the silicon substrate 10 and the thin portion 102 are appropriately determined depending on the pressure to be measured or the magnitude of the pressure difference.

【0036】またこのシリコン基板10の両面に、ムラ
イト−コージェライト系のセラミックからなる絶縁性基
板11a及び11bが静電接合で接合されている。そし
てこの絶縁基板11a及び11bには、それぞれの固定
電極12a及び12b並びに電極13a及び13bが、
クロム、白金、金の3層のマスクスパッタリングによっ
て形成されている。この固定電極12a及び12bと電
極13a及び13bは、圧力が導入される導圧口14a
及び14bの内壁を通して接続されている。
On both sides of the silicon substrate 10, insulating substrates 11a and 11b made of a mullite-cordierite ceramic are joined by electrostatic joining. On the insulating substrates 11a and 11b, fixed electrodes 12a and 12b and electrodes 13a and 13b are provided, respectively.
It is formed by mask sputtering of three layers of chromium, platinum and gold. The fixed electrodes 12a and 12b and the electrodes 13a and 13b are connected to a pressure guiding port 14a through which pressure is introduced.
And 14b are connected through the inner wall.

【0037】この2つの固定電極12a及び12bと、
可動電極となるシリコン基板11の平坦部101とで、
相対的に静電容量値が変化する1対のコンデンサC1、
C2が形成されている。
The two fixed electrodes 12a and 12b,
With the flat part 101 of the silicon substrate 11 that becomes a movable electrode,
A pair of capacitors C1, whose capacitance values change relatively,
C2 is formed.

【0038】尚、絶縁性基板11a及び11bのそれぞ
れの静電接合面には、厚さ1.6μmのパイレックスガ
ラスの不図示のスバッタ膜が形成されており、このパイ
レックスガラス膜によって静電接合が可能となる。また
絶縁性基板11a及び11bとしてムライト−コージェ
ライト系のセラミックを使用しているのは、シリコンの
熱膨張係数に極めて近い熱膨張係数をもち、しかも剛性
の高いセラミックを得ることができるためである。
A 1.6 μm thick Pyrex glass sputter film (not shown) is formed on each of the electrostatic bonding surfaces of the insulating substrates 11a and 11b. It becomes possible. The reason for using mullite-cordierite ceramics for the insulating substrates 11a and 11b is that ceramics having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon and having high rigidity can be obtained. .

【0039】絶縁性基板11aの下面には、中央に貫通
孔171を有するムライト−コージェライト系のセラミ
ックからなる絶縁部材17が、貫通孔171と導圧口1
4aが導通する状態に位置決めされて、金−錫共晶半田
によって接合されている。この絶縁部材17の上下面に
は、半田付けのためのクロム、白金、金の3層のスパッ
タ膜が形成されている。
On the lower surface of the insulating substrate 11a, an insulating member 17 made of a mullite-cordierite ceramic having a through hole 171 in the center is provided with the through hole 171 and the pressure-guiding port 1.
4a is positioned so as to conduct, and is joined by gold-tin eutectic solder. On the upper and lower surfaces of the insulating member 17, three sputtered films of chromium, platinum, and gold for soldering are formed.

【0040】絶縁部材17の下面には、中央に貫通孔1
81を有するステンレスからなる基台18が、貫通孔1
81と導圧口14a及び貫通孔171が導通する状態に
位置決めされて、金−錫共晶半田によって接合されてい
る。この基台18の絶縁部材17との接合部分には半田
付けのためにクロム、白金、金の3層のスパッタ膜が形
成されている。
The lower surface of the insulating member 17 has a through hole 1 at the center.
The base 18 made of stainless steel having the through hole 81
81 and the pressure-guiding port 14a and the through-hole 171 are positioned so as to conduct, and are joined by gold-tin eutectic solder. A three-layer sputtered film of chromium, platinum, and gold is formed on a portion of the base 18 to be joined to the insulating member 17 for soldering.

【0041】これら貫通孔171、181及び導圧口1
4aを通して、封入されている圧力伝達流体19が第1
の圧力P1をダイアフラムの下面に伝える。一方、絶縁
性基板11bには、シリコン基板10との接合部の片隅
に貫通孔が形成されており、両基板を接合した後、この
貫通孔にアルミのマスクスパッタリングによって電極1
6が形成される。この電極16がシリコン基板10から
の引出し電極となる。
The through holes 171 and 181 and the pressure guiding port 1
4a, the enclosed pressure transmitting fluid 19
Is transmitted to the lower surface of the diaphragm. On the other hand, a through hole is formed at one corner of a joint portion with the silicon substrate 10 on the insulating substrate 11b. After joining both substrates, the electrode 1 is formed in the through hole by aluminum mask sputtering.
6 are formed. This electrode 16 serves as an extraction electrode from the silicon substrate 10.

【0042】また絶縁性基板11bのシリコン基板10
との接合面とは逆側の表面で、シリコン基板10と接合
面に対応する領域上に、ベアチップによる検出部2が構
成されている。この検出部2が置かれる領域は、圧力セ
ンサ部1の中で最も剛性が高い領域であり、また1対の
コンデンサC1及びC2とも距離が近いので接続配線を
短くすることが出来、配線による浮遊容量が少なくて済
む領域である。この検出部2は、固定電極12a、12
b及び16とアルミ線によって配線接続されている。尚
固定コンデンサCcは、この検出部2のベアチップ内に
作り込む構成としても、或はベアチップ近辺にコンデン
サC1及びC2と同一温度環境化になるように配置する
構成でもよい。
The silicon substrate 10 of the insulating substrate 11b
On the surface opposite to the bonding surface with the silicon substrate 10, a detection unit 2 of a bare chip is formed on a region corresponding to the bonding surface with the silicon substrate 10. The area where the detection section 2 is placed is the area having the highest rigidity in the pressure sensor section 1. Further, since the distance between the pair of capacitors C1 and C2 is short, the connection wiring can be shortened, and the floating due to the wiring can be achieved. This is an area where the capacity is small. The detection unit 2 includes fixed electrodes 12a and 12a.
b and 16 are connected by an aluminum wire. The fixed capacitor Cc may be built in the bare chip of the detection unit 2 or may be arranged near the bare chip so that the temperature environment is the same as that of the capacitors C1 and C2.

【0043】このような圧力センサ部1周辺及びダイア
フラムの上面部には、基台18等に設けられた貫通孔を
通して導かれた圧力P1に対する圧力P2をダイアフラ
ムの上面に伝えるための、不図示の圧力伝達流体が封入
されている。
In the vicinity of the pressure sensor unit 1 and the upper surface of the diaphragm, a pressure P2 with respect to the pressure P1 guided through a through hole provided in the base 18 or the like is transmitted to the upper surface of the diaphragm, not shown. A pressure transmitting fluid is enclosed.

【0044】ダイアフラムの両面にかかる圧力P1と圧
力P2との差によって肉薄部102が変形し、平坦部1
01が固定電極12a及び12bに対して垂直に変位す
る。この変位による可動電極である平坦部101と固定
電極12a及び12bとの距離の変化に伴って、静電容
量値C1とC2が相対的に変化しする。この値を測定す
ることによって圧力P1とP2との差が検出される。
The thin portion 102 is deformed by the difference between the pressure P1 and the pressure P2 applied to both surfaces of the diaphragm, and the flat portion 1 is deformed.
01 is displaced perpendicular to the fixed electrodes 12a and 12b. The capacitance values C1 and C2 relatively change with the change in the distance between the flat portion 101, which is the movable electrode, and the fixed electrodes 12a and 12b due to the displacement. By measuring this value, the difference between the pressures P1 and P2 is detected.

【0045】尚この圧力センサ部1において、圧力P1
及びP2の内、一方の圧力を大気圧にすればゲージ圧セ
ンサとなり、また一方を真空にすれば絶対圧センサとな
る。図2のような構成において導入圧力P1、P2の大
小関係は任意ではあるが、以下の説明では便宜上P1<
P2であったとして説明を行う。
In the pressure sensor 1, the pressure P1
If one of P2 and P2 is set to the atmospheric pressure, it becomes a gauge pressure sensor, and if one is set to a vacuum, it becomes an absolute pressure sensor. In the configuration as shown in FIG. 2, the magnitude relationship between the introduction pressures P1 and P2 is arbitrary, but in the following description, P1 <
The description will be made assuming that P2 is reached.

【0046】いまP1<P2の差圧が加わると、ダイア
フラムは図2中の矢印の方向に変位する。このダイアフ
ラムの変位に基づいた静電容量C1、C2はそれぞれ検
出部2及び計数部3で検出され、その結果を用いて演算
制御部4で下記(1) 式の演算を行うことによりダイアフ
ラムの変位が求められる。
When a pressure difference P1 <P2 is applied, the diaphragm is displaced in the direction of the arrow in FIG. The capacitances C1 and C2 based on the displacement of the diaphragm are detected by the detecting unit 2 and the counting unit 3, respectively, and the results are used to calculate the following equation (1) by the calculation control unit 4 to calculate the displacement of the diaphragm. Is required.

【0047】 [C1−C2−(Cs1−Cs2)]/[C1+C2−(Cs1+Cs2)] =△d1/d1・・・(1) (1) 式中のd1はダイアフラム21と固定電極31a又
は32bとの間隔、Cs1はコンデンサC1に対する寄
生容量、Cs2のコンデンサC2に対する寄生容量、△
d1は加わった圧力によるダイアフラム21の変位量を
示す。
[C1−C2− (Cs1−Cs2)] / [C1 + C2− (Cs1 + Cs2)] = △ d1 / d1 (1) (1) where d1 represents the diaphragm 21 and the fixed electrode 31a or 32b. , Cs1 is the parasitic capacitance of the capacitor C1, Cs2 is the parasitic capacitance of the capacitor C2, △
d1 indicates the amount of displacement of the diaphragm 21 due to the applied pressure.

【0048】ここで、使用温度範囲における固定コンデ
ンサCc選択時の検出信号Tref及び係数A、Bを下
記(2) 、(3) 、(4) 式が成り立つように決め、この(2)
〜(4) 式を(1) 式に代入すると下記(5) 式が求まる。
Here, the detection signal Tref and the coefficients A and B when the fixed capacitor Cc is selected in the operating temperature range are determined so that the following equations (2), (3) and (4) are satisfied.
By substituting Equations (4) into (1), the following Equation (5) is obtained.

【0049】 (Cs1−Cs2)=A/C・f(Tref) ・・・(2) (Cs1+Cs2)=B/C・f(Tref) ・・・(3) T1=C・Cs1,T2=C・Cs2 ・・・(4) (T1−T2−A・f(Tref))/(T1+T2−B・f(Tref))= Δd1/d1・・・(5) T1:コンデンサC1の静電容量に応じた出力信号の周
期 T2:コンデンサC2の静電容量に応じた出力信号の周
期 f(Tref):固定コンデンサCcの静電容量に応じ
た出力信号の関数 A、B、C:係数 この(5) 式にスイッチ部210が固定コンデンサCcを
選択時の計測結果を用いることによりダイアフラムの変
位が求まる。
(Cs1−Cs2) = A / C · f (Tref) (2) (Cs1 + Cs2) = B / C · f (Tref) (3) T1 = C · Cs1, T2 = C Cs2 (4) (T1-T2-Af (Tref)) / (T1 + T2-Bf (Tref)) = Δd1 / d1 (5) T1: The capacitance of the capacitor C1 T2: cycle of the output signal according to the capacitance of the capacitor C2 f (Tref): function of the output signal according to the capacitance of the fixed capacitor Cc A, B, C: coefficient ), The displacement of the diaphragm is obtained by using the measurement result when the switch unit 210 selects the fixed capacitor Cc.

【0050】図3は第1の実施の形態における静電容量
型圧力センサの構成図である。尚同図中圧力センサ部1
は、ここではコンデンサC1、C2以外簡略化されて表
されている。
FIG. 3 is a configuration diagram of the capacitance type pressure sensor according to the first embodiment. The pressure sensor unit 1 in FIG.
Is simplified here except for the capacitors C1 and C2.

【0051】同図中検出部2は、スイッチ部21、一定
の静電容量を持つ固定コンデンサCc及び静電容量−周
波数変換部22に対応する定電流回路部23、カレント
ミラー回路24、コンパレータ部25及びモノマルチ部
26により構成される。
In the figure, a detection unit 2 includes a switch unit 21, a fixed capacitor Cc having a constant capacitance, a constant current circuit unit 23 corresponding to the capacitance-frequency conversion unit 22, a current mirror circuit 24, a comparator unit. 25 and a mono-multi unit 26.

【0052】スイッチ部21は演算制御部4の指示によ
りコンデンサC1、C2及び固定コンデンサCcの切換
えを行うもので、例えばMOS型のトランジスタスイッ
チ211〜213及びスイッチ選択回路214により構
成されている。
The switch section 21 switches between the capacitors C1 and C2 and the fixed capacitor Cc in accordance with an instruction from the arithmetic and control section 4, and includes, for example, MOS transistor switches 211 to 213 and a switch selection circuit 214.

【0053】定電流回路部23は、入力電圧発生回路2
31、オペアンプ232、電界効果トランジスタ23
3、抵抗R234により構成されている。この定電流回
路部23は、入力電圧発生回路231による設定電圧V
refと、抵抗234を流れる電流ILにより生じる電
圧(図中a点の電圧)とが等しくなるようにオペアンプ
232が電界効果トランジスタ233を制御する。これ
により電流ILは一定値、Vref/R234となる。
The constant current circuit section 23 includes the input voltage generation circuit 2
31, operational amplifier 232, field effect transistor 23
3. It is composed of a resistor R234. The constant current circuit section 23 has a voltage V
The operational amplifier 232 controls the field effect transistor 233 so that ref is equal to the voltage (the voltage at point a in the figure) generated by the current IL flowing through the resistor 234. As a result, the current IL becomes a constant value, Vref / R234.

【0054】カレントミラー回路24は、定電流回路部
23の発生電流ILと等しい電流Icを安定的に出力す
るもので、MOSトランジスタにより構成される。コン
パレータ部25は設定電圧発生回路251とコンパレー
タ252より構成され、入力電圧が設定電圧発生回路2
51によってコンパレータ252に設定された設定電圧
Vthに達すると出力を“L”レベルから“H”レベル
にする。
The current mirror circuit 24 stably outputs a current Ic equal to the current IL generated by the constant current circuit section 23, and is composed of a MOS transistor. The comparator unit 25 includes a set voltage generation circuit 251 and a comparator 252, and the input voltage is set to the set voltage generation circuit 2
When the voltage reaches the set voltage Vth set by the comparator 51 in the comparator 252, the output is changed from “L” level to “H” level.

【0055】モノマルチ部26は、コンパレータ部25
に出力によってトランジスタスイッチ29のON/OF
Fを切換えるもので、コンパレータ部25の出力が
“H”レベルになるとトランジスタスイッチ29を“O
N”に、出力が“L”レベルになると“OFF”にす
る。
The mono-multi unit 26 includes a comparator 25
ON / OF of the transistor switch 29 depending on the output
F. When the output of the comparator unit 25 becomes “H” level, the transistor switch 29 is set to “O”.
When the output goes to "L" level at "N", it is turned "OFF".

【0056】図3の静電容量型圧力センサでは、スイッ
チ選択回路214が演算制御部4からの指示に基づい
て、スイッチ211〜213のON/OFFを操作して
圧力センサ部1内のコンデンサC1及びC2、及び固定
容量のコンデンサCcから順次選択する。まずコンデン
サC1が選択されたものとする。
In the capacitance type pressure sensor of FIG. 3, the switch selection circuit 214 operates the switches 211 to 213 on / off based on the instruction from the arithmetic and control unit 4 to switch the capacitor C1 in the pressure sensor unit 1. And C2, and a fixed-capacitance capacitor Cc. First, it is assumed that the capacitor C1 is selected.

【0057】カレントミラー回路24の出力電流Icに
より、スイッチ部21によって選択されたコンデンサが
充電されてゆくと、それに伴い、コンデンサによる電位
(図中b点の電位)が上がる。そしてb点の電圧がコン
パレータ部25の設定電圧Vthに達すると、コンパレ
ータ252の出力は“L”レベルから“H”レベルにタ
ーンオンする。
As the output current Ic of the current mirror circuit 24 charges the capacitor selected by the switch section 21, the potential of the capacitor (potential at point b in the figure) increases accordingly. Then, when the voltage at the point b reaches the set voltage Vth of the comparator section 25, the output of the comparator 252 turns on from "L" level to "H" level.

【0058】コンデンサC1が選択されている時の、電
位が設定電圧Vthに達するまでのコンデンサC1の充
電時間をtc1とすると、tc1は下式のように表され
る。tc1=C1・Vth/Ic=C1・R234・V
th/Vref・・・(6)ここで、仮にVth=2・V
refとすると、tc1は式(7) の様に静電容量値C1
と抵抗値R234のみの関数となる。
Assuming that the charging time of the capacitor C1 until the potential reaches the set voltage Vth when the capacitor C1 is selected is tc1, tc1 is expressed by the following equation. tc1 = C1 · Vth / Ic = C1 · R234 · V
th / Vref (6) where Vth = 2 · V
ref, tc1 is the capacitance value C1 as shown in equation (7).
And a resistance value R234 only.

【0059】 tc1=2・C1・R234 ・・・(7) モノマルチ部26は、コンパレータ部25の出力が
“H”レベルになった瞬間にトランジスタスイッチ29
を“ON”にする。するとb点はVssに接地されるの
で、コンデンサC1は放電し、b点の電位は0になる。
するとコンパレータ部25は、入力電圧が設定電圧Vt
hより低くなるので、出力を“L”レベルにターンオフ
する。これを受けてモノマルチ部26は、トランジスタ
スイッチ29を“OFF”にする。
Tc1 = 2 · C1 · R234 (7) The mono-multi unit 26 switches the transistor switch 29 at the moment when the output of the comparator unit 25 becomes “H” level.
To “ON”. Then, the point b is grounded to Vss, the capacitor C1 is discharged, and the potential at the point b becomes zero.
Then, the comparator unit 25 sets the input voltage to the set voltage Vt.
h, the output is turned off to the “L” level. In response, the mono-multi unit 26 turns the transistor switch 29 “OFF”.

【0060】これにより再びコンデンサC1が電流Ic
により充電され、b点が設定電圧Vthに達すると再び
トランジスタスイッチ29が“ON”となりコンデンサ
C1の放電が行われる。以降このような充放電動作が繰
り返され、検出部2からは静電容量C1に比例した一定
周期の方形波信号が出力される。この出力信号の周期t
1は、下記の式で表される。
As a result, the capacitor C1 returns to the current Ic.
When the point b reaches the set voltage Vth, the transistor switch 29 is turned "ON" again, and the capacitor C1 is discharged. Thereafter, such a charging / discharging operation is repeated, and the detecting unit 2 outputs a square wave signal having a constant cycle in proportion to the capacitance C1. The period t of this output signal
1 is represented by the following equation.

【0061】 t1=tc1+tr=2・C1・R234+tr ・・・(8) (8) 式中trはモノマルチ部26が、トランジスタスイ
ッチ29を“ON”にしてコンデンサの放電を開始して
から、トランジスタスイッチ29を“OFF”にするま
でのリセット時間である。
T1 = tc1 + tr = 2 · C1 · R234 + tr (8) (8) In the equation, tr is a value after the mono-multi unit 26 sets the transistor switch 29 to “ON” to start discharging the capacitor. This is a reset time until the switch 29 is turned “OFF”.

【0062】出力信号の周期の検出が終ると、演算制御
部4はスイッチ選択回路21からの指示により、スイッ
チ211〜213を操作し、選択するコンデンサを順次
変更する。これによりコンデンサC1のときと同様の動
作から、コンデンサC2及び固定コンデンサCcに比例
した周期の出力信号が得られる。この出力信号の、コン
デンサC2選択時の周期t2及び固定コンデンサCc選
択時の周期trefは下記(9) 、(10)式の様にそれぞれ
表わせる。
When the detection of the cycle of the output signal is completed, the arithmetic and control unit 4 operates the switches 211 to 213 according to the instruction from the switch selection circuit 21 to sequentially change the capacitors to be selected. As a result, an output signal having a period proportional to the capacitor C2 and the fixed capacitor Cc is obtained from the same operation as that of the capacitor C1. The cycle t2 of the output signal when the capacitor C2 is selected and the cycle tref when the fixed capacitor Cc is selected can be expressed by the following equations (9) and (10).

【0063】 t2=tc2+tr=2・C2・R234+tr ・・・(9) tref=tcref+tr=2・Cc・R234+tr ・・・(10) 尚(8) 〜(10)式中の、モノマルチ部26がスイッチ16
を“ON”にしてから“OFF”にするまでのリセット
時間trは数100nsec程度であるので、出力信号
の直線性及び分解能への影響はほとんどない。
T2 = tc2 + tr = 2 · C2 · R234 + tr (9) tref = tcref + tr = 2 · Cc · R234 + tr (10) Note that the mono-multi unit 26 in the equations (8) to (10) is Switch 16
Since the reset time tr from turning "ON" to turning "OFF" is about several 100 nsec, there is almost no effect on the linearity and resolution of the output signal.

【0064】検出部2の矩形波の出力信号は計数部3に
入力され、計数部3によって計数される。その計数結果
は下記(11)、(12)、(13)式で表される。 T1=n・t1・fclk ・・・(11) T2=n・t2・fclk ・・・(12) Tref=n・tref・fclk ・・・(13) n:係数 fclk:計数部3での計数クロック周波数 この計数部3での計数結果を基にして、演算制御部4で
上記(1) 〜(4) 式を用いて演算を行い、寄生容量に対す
る補正がなされたダイアフラムの変位が求まる。これに
より、寄生容量の影響のない、静電容量型センサのダイ
アフラム変位に比例した出力を得ることが可能となる。
The rectangular wave output signal of the detecting section 2 is input to the counting section 3 and counted by the counting section 3. The counting result is represented by the following equations (11), (12), and (13). T1 = n · t1 · fclk (11) T2 = n · t2 · fclk (12) Tref = n · tref · fclk (13) n: coefficient fclk: counting in the counting unit 3 Clock frequency On the basis of the counting result of the counting section 3, the calculation is performed by the calculation control section 4 using the above equations (1) to (4), and the displacement of the diaphragm corrected for the parasitic capacitance is obtained. As a result, it is possible to obtain an output that is not affected by the parasitic capacitance and is proportional to the diaphragm displacement of the capacitance type sensor.

【0065】この様に図3の構成では、出力信号の周期
の決定要素としては、トランジスタスイッチ29及び2
11〜213のON抵抗は関与しないので、温度によっ
て各トランジスタスイッチのON抵抗が変化しても、出
力信号はその影響を全く受けない。
As described above, in the configuration of FIG. 3, the transistor switches 29 and 2
Since the ON resistances 11 to 213 are not involved, even if the ON resistance of each transistor switch changes with temperature, the output signal is not affected at all.

【0066】次に第2の実施形態について説明する。上
記第1の実施形態による方式の場合は、静電容量C1、
C2に比例した出力信号の周期T1、T2の温度依存性
を小さくするために、抵抗R234の温度係数を小さく
した場合、固定コンデンサCcの温度係数は抵抗に比べ
て一般的に小さいので、固定コンデンサCcに比例した
信号Trefの温度感度も小さくなる。この点を考慮し
たものが第2の実施形態のよる方式である。
Next, a second embodiment will be described. In the case of the method according to the first embodiment, the capacitance C1,
When the temperature coefficient of the resistor R234 is reduced in order to reduce the temperature dependence of the periods T1 and T2 of the output signal proportional to C2, the temperature coefficient of the fixed capacitor Cc is generally smaller than that of the resistor. The temperature sensitivity of the signal Tref proportional to Cc also decreases. The method according to the second embodiment takes this point into consideration.

【0067】図4は第2の実施形態における静電容量型
圧力センサの構成図である。図4では、図3の第1の実
施形態と同じ構成要素には同じ番号が付されている。図
4の静電容量型圧力センサでは、定電流回路部27に、
少なくとも2つ以上の入力電圧発生回路271−1〜2
71−nを備えている。これらはそれぞれ異なる電圧値
を持ち、この中からスイッチ選択回路214によるスイ
ッチ275の操作によって選択接続された電圧値が設定
電圧Vrefとしてオペアンプ272に印加される。こ
の構成により定電流回路部27は、演算制御部4からの
指示により2つ以上の異なる電流値から電流ILとして
選択出力することが出来る。
FIG. 4 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to the second embodiment. 4, the same components as those in the first embodiment in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. In the capacitance type pressure sensor of FIG.
At least two or more input voltage generation circuits 271-1 and 271-2
71-n. These have different voltage values, and among them, the voltage value selectively connected by operating the switch 275 by the switch selection circuit 214 is applied to the operational amplifier 272 as the set voltage Vref. With this configuration, the constant current circuit unit 27 can selectively output the current IL from two or more different current values according to an instruction from the arithmetic control unit 4.

【0068】またコンパレータ部28も、異なる出力電
圧を持つ少なくとも2つ以上の設定電圧発生回路281
−1〜281−nを備える構成となっている。そして演
算制御部4の指示に基づいてスイッチ選択回路214が
スイッチ283を切換えることによりこれらを選択し、
その出力値をコンパレータ282への設定電圧Vthと
することが出来る。この構成により各コンデンサに対し
て適宜な入力電圧Vref及び設定電圧Vthを設定す
ることが出来る。
The comparator section 28 also has at least two or more set voltage generating circuits 281 having different output voltages.
-1 to 281-n. Then, based on an instruction from the arithmetic control unit 4, the switch selection circuit 214 selects these by switching the switch 283,
The output value can be used as the set voltage Vth for the comparator 282. With this configuration, an appropriate input voltage Vref and set voltage Vth can be set for each capacitor.

【0069】これら定電流回路部27の出力電流IL及
びコンパレータ部28への設定電圧Vthの選択は、ス
イッチ選択回路214が選択するコンデンサに応じて決
定される。
Selection of the output current IL of the constant current circuit section 27 and the set voltage Vth of the comparator section 28 is determined according to the capacitor selected by the switch selection circuit 214.

【0070】尚各入力電圧発生回路271−1〜271
−n及び設定電圧発生回路281−1〜281−nから
出力される電圧は、同一の回路からの出力でも温度によ
って変化する。よってこれらを温度の関数とすると、入
力電圧発生回路271−1〜271−n及び設定電圧発
生回路281−1〜281−nの選択は、正確には入力
電圧Vref及び設定電圧Vthの温度係数を選択する
ことを意味する。この電圧の温度依存性はトランジスタ
のベース−エミッタ電圧の温度特性を利用すれば、容易
に制御できる。
Each input voltage generating circuit 271-1 to 271
-N and the voltages output from the set voltage generation circuits 281-1 to 281-n vary depending on the temperature even with the output from the same circuit. Therefore, assuming that these are functions of temperature, selection of the input voltage generation circuits 271-1 to 271-n and the setting voltage generation circuits 281-1 to 281-n accurately determines the temperature coefficient of the input voltage Vref and the setting voltage Vth. Means to choose. The temperature dependency of this voltage can be easily controlled by using the temperature characteristics of the base-emitter voltage of the transistor.

【0071】図5は、選択した各コンデンサに対する定
電流回路部27での入力電圧Vrefの温度係数とコン
パレータ部28の設定電圧Vthの温度係数の関係を示
す表である。
FIG. 5 is a table showing the relationship between the temperature coefficient of the input voltage Vref in the constant current circuit unit 27 and the temperature coefficient of the set voltage Vth of the comparator unit 28 for each selected capacitor.

【0072】図5にあるように、演算制御部4は、コン
デンサC1又はコンデンサC2を選択時は、コンデンサ
C1又はC2の温度係数を打ち消すような入力電圧Vt
hと設定電圧Vrefが設定されるように入力電圧発生
回路271−1〜271−n及び設定電圧発生回路28
1−1〜281−nの中から選択し、スイッチ選択回路
214に指示する。またコンデンサCc選択時には、検
出分解能に応じて温度係数を大きく取る。
As shown in FIG. 5, when the capacitor C1 or the capacitor C2 is selected, the arithmetic control unit 4 sets the input voltage Vt so as to cancel the temperature coefficient of the capacitor C1 or C2.
h and the set voltage Vref are set so that the input voltage generation circuits 271-1 to 271-n and the set voltage generation circuit 28 are set.
The selection is made from 1-1 to 281-n, and the switch selection circuit 214 is instructed. When the capacitor Cc is selected, a large temperature coefficient is set according to the detection resolution.

【0073】これによりコンデンサC1及びC2に対し
て設定される入力電圧Vth又は設定電圧Vrefは、
静電容量の温度係数を打ち消す温度係数又は、温度係数
がほぼ零の電圧が選択され、また温度検出用の固定コン
デンサCcに対して設定される電圧Vref及びVth
は、温度係数が大きい電圧が選択され、設定される。従
って圧力検出用のコンデンサC1、C2の静電容量の変
化に対しては温度依存性がほぼ零に、また固定コンデン
サCcの静電容量の変化に対しては温度依存性を大きく
できるので、検出部2からの出力信号の周期T1、T2
及びTrefに対して、寄生容量に対する高い精度の温
度補正を実現することが出来る。次に第3の実施形態に
ついて説明する。
As a result, the input voltage Vth or the set voltage Vref set for the capacitors C1 and C2 becomes
A temperature coefficient for canceling the temperature coefficient of the capacitance or a voltage having a temperature coefficient of almost zero is selected, and the voltages Vref and Vth set for the fixed capacitor Cc for temperature detection are selected.
, A voltage having a large temperature coefficient is selected and set. Therefore, the temperature dependency can be reduced to almost zero with respect to the change in the capacitance of the pressure detecting capacitors C1 and C2, and the temperature dependency can be increased with respect to the change in the capacitance of the fixed capacitor Cc. Periods T1 and T2 of output signals from unit 2
For Tref and Tref, highly accurate temperature correction for parasitic capacitance can be realized. Next, a third embodiment will be described.

【0074】(3) 、(4) 式において寄生容量に対する補
正を行う係数A、Bは通常、複数の任意の温度で決めら
れ、任意の補正ポイント間での係数A、Bは近似で求め
ることになり、近似による誤差が発生する。
In the equations (3) and (4), the coefficients A and B for correcting the parasitic capacitance are usually determined at a plurality of arbitrary temperatures, and the coefficients A and B between the arbitrary correction points are obtained by approximation. And an error occurs due to approximation.

【0075】その近似誤差は、補正ポイント間の温度差
が少ない程小さくできるので、より測定精度を向上しよ
うとすると、その分補正ポイントを増やす必要があり、
コストアップするという問題がある。
Since the approximation error can be reduced as the temperature difference between the correction points is smaller, it is necessary to increase the number of correction points to further improve the measurement accuracy.
There is a problem of cost increase.

【0076】この点を考慮したものが第3の実施形態に
よる方式である。図6は、第3の実施形態における静電
容量型圧力センサの構成図である。この図6の構成は、
図3の第1の実施形態の構成を基としたものであり、図
3と同じ構成要素には同じ番号が付されている。
The method according to the third embodiment takes this point into consideration. FIG. 6 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to the third embodiment. The configuration of FIG.
It is based on the configuration of the first embodiment in FIG. 3, and the same components as those in FIG. 3 are given the same numbers.

【0077】同図の静電容量型圧力センサでは、スイッ
チ部30内に固定コンデンサCc1及びCc2の2つの
固定コンデンサを備えている。そして演算制御部4の指
示に従って、スイッチ選択回路305がスイッチ301
〜304のON/OFFを操作して圧力センサ部1内の
コンデンサC1とC2、及びこの固定容量のコンデンサ
Cc1及びCc2から順次選択して接続を切換える。
In the capacitance type pressure sensor shown in FIG. 10, two fixed capacitors Cc1 and Cc2 are provided in the switch unit 30. Then, in accordance with an instruction from the arithmetic control unit 4, the switch selection circuit 305
By operating ON / OFF of .about.304, the capacitors C1 and C2 in the pressure sensor unit 1 and the capacitors Cc1 and Cc2 of the fixed capacity are sequentially selected to switch the connection.

【0078】この図6の静電容量型圧力センサでは、上
記(10)、(13)式に対応する固定コンデンサCc1及びC
c2選択時の周期tref1、tref2及び係数部3
による係数結果Tref1、Tref2は下記(14)、(1
5)及び(16)、(17)で表せる。
In the capacitance type pressure sensor shown in FIG. 6, the fixed capacitors Cc1 and Cc1 corresponding to the equations (10) and (13) are used.
Cycles tref1, tref2 and coefficient section 3 when c2 is selected
The coefficient results Tref1 and Tref2 by (14) and (1
5) and (16), (17).

【0079】 tref1=tc1ref+tr=2・Cc1・R234+tr ・・・(14) tref2=tc2ref+tr=2・Cc2・R234+tr ・・・(15) Tref1=n・tref1・fclk ・・・(16) Tref2=n・tref2・fclk ・・・(17) また、(8) 、(9) 式で示した静電容量C1、C2に比例
した信号は、測定誤差を考慮すると厳密には(18)、(19)
式のようになる。
Tref1 = tc1ref + tr = 2 · Cc1 · R234 + tr (14) tref2 = tc2ref + tr = 2 · Cc2 · R234 + tr (15) Tref1 = n · tref1 · fclk (16) Tref2 = n tref2 · fclk (17) In addition, the signals proportional to the capacitances C1 and C2 expressed by the equations (8) and (9) are strictly expressed in terms of (18) and (19) in consideration of the measurement error.
It looks like an expression.

【0080】 t11=tc1+terr=2・(C1+Cerr)・R234+tr・(18) t12=tc2+terr=2・(C2+Cerr)・R234+tr・(19) このうちterrは(20)式で表せる。T11 = tc1 + terr = 2 · (C1 + Cerr) · R234 + tr · (18) t12 = tc2 + terr = 2 · (C2 + Cerr) · R234 + tr · (19) Of these, ter is expressed by equation (20).

【0081】 terr=ts+tr ・・・(20) また上式のtsは(21)式で表せる。 ts=2・Cs・R234 ・・・(21) 第3の実施形態では、誤差Cerrを補正するために固
定コンデンサCc1にCc2に比例した信号の計測値を
用いる。
Ter = ts + tr (20) Further, ts in the above equation can be expressed by equation (21). ts = 2 · Cs · R234 (21) In the third embodiment, a measured value of a signal proportional to Cc2 is used for the fixed capacitor Cc1 to correct the error Cerr.

【0082】(14)、(15)式に示した固定コンデンサCc
1、Cc2に比例した信号に、Cerrを考慮すると、
(22)、(23)式になる。 tref11=2・(Cc1+Cerr)・R234 ・・・(22) tref12=2・(Cc2+Cerr)・R234 ・・・(23) 固定コンデンサCc1、Cc2の静電容量値は既知なの
で、Cc2は(24)式で表せる。
The fixed capacitor Cc shown in the equations (14) and (15)
Considering Cerr in a signal proportional to 1, Cc2,
Equations (22) and (23) are obtained. tref11 = 2 · (Cc1 + Cerr) · R234 (22) tref12 = 2 · (Cc2 + Cerr) · R234 (23) Since the capacitance values of the fixed capacitors Cc1 and Cc2 are known, Cc2 is represented by the formula (24). Can be represented by

【0083】 Cc2=M・Cc1 ・・・(24) (22)、(23)、(24)式より、Cerrは(25)式となる。 Cerr=(M・tref11−tref22)/2/R234/(M−1) ・・・(25) この(25)式のCerrを(18)、(19)式に適用することに
より、厳密に静電容量C1、C2に比例した信号を求め
ることが出来るので、この係数結果を基に演算制御4
で、上記(2) 〜(5) 式の出力・補正演算を行うことによ
り、より高精度に、寄生容量の影響の無い静電容量型圧
力センサのダイアフラム変位に比例した出力を得ること
が可能となる。
Cc2 = M · Cc1 (24) From the equations (22), (23) and (24), Cerr becomes the equation (25). Cerr = (M · tref11−tref22) / 2 / R234 / (M−1) (25) By applying the Cerr of the equation (25) to the equations (18) and (19), strict static Since a signal proportional to the capacitances C1 and C2 can be obtained, the arithmetic and control 4
By performing the output and correction calculations of the above equations (2) to (5), it is possible to obtain a more accurate output proportional to the diaphragm displacement of the capacitive pressure sensor without the influence of the parasitic capacitance. Becomes

【0084】次に第4の実施形態について説明する。第
3の実施形態の方式では、第1の実施形態の方式の場合
と同様、信号の周期T1、T2の温度依存性を小さくす
るために抵抗R234の温度係数を小さくした場合、固
定コンデンサCc1及びCc2に比例した信号Tref
1、Tref2の温度感度も小さくなってしまう。この
点を考慮したものが第4の実施形態による方式である。
Next, a fourth embodiment will be described. In the system of the third embodiment, as in the case of the system of the first embodiment, when the temperature coefficient of the resistor R234 is reduced to reduce the temperature dependence of the signal periods T1 and T2, the fixed capacitor Cc1 Signal Tref proportional to Cc2
1. The temperature sensitivity of Tref2 also decreases. The method according to the fourth embodiment takes this point into consideration.

【0085】図7は第4の実施形態における静電容量型
圧力センサの構成図である。尚図7では、図4の第2の
実施形態及び図6の第3の実施形態と同じ構成要素には
同じ番号が付されている。
FIG. 7 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to the fourth embodiment. In FIG. 7, the same components as those in the second embodiment in FIG. 4 and the third embodiment in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

【0086】図7では、図6の第3の実施形態の構成を
基に、定電流回路部23及びコンパレータ部25の代わ
りに、図4の少なくとも2つ以上の入力電圧発生回路2
71−1〜271−nを有する定電流回路部27、及び
異なる出力電圧を持つ少なくとも2つ以上の設定電圧発
生回路281−1〜281−nを有するコンパレータ部
28を備えている。
In FIG. 7, based on the configuration of the third embodiment of FIG. 6, at least two or more input voltage generating circuits 2 of FIG. 4 are used instead of the constant current circuit section 23 and the comparator section 25.
A constant current circuit unit 27 having 71-1 to 271-n and a comparator unit 28 having at least two or more set voltage generation circuits 281-1 to 281-n having different output voltages are provided.

【0087】この定電流回路部27は演算制御部4から
の指示によりスイッチ275を操作してオペアンプ27
2に印加する電圧値Vrefを変更し、抵抗R274を
流れる電流ILを複数の異なる電流値から選択する。ま
たコンパレータ部28も、演算制御部4からの指示に基
づいてコンパレータ282への設定電圧Vthを複数の
電圧値から選択して最適なものに設定変更する。この構
成により図7の静電容量型圧力センサでは、選択したコ
ンデンサに対する適宜な入力電圧Vref及び設定電圧
Vthを選択設定することが出来る。
The constant current circuit section 27 operates the switch 275 in accordance with an instruction from the arithmetic control section 4 to operate the operational amplifier 27.
2 is changed, and the current IL flowing through the resistor R274 is selected from a plurality of different current values. In addition, the comparator unit 28 also selects the setting voltage Vth for the comparator 282 from a plurality of voltage values and changes the setting to an optimum voltage based on an instruction from the arithmetic control unit 4. With this configuration, in the capacitance type pressure sensor of FIG. 7, an appropriate input voltage Vref and set voltage Vth for the selected capacitor can be selected and set.

【0088】各入力電圧発生回路271−1〜271−
n及び設定電圧発生回路281−1〜281−nから出
力される電圧を温度の関数として見ると、入力電圧発生
回路271−1〜271−n及び設定電圧発生回路28
1−1〜281−nの選択は、入力電圧Vref及び設
定電圧Vthの温度係数を選択することを意味する。こ
の電圧の温度依存性はトランジスタのベース−エミッタ
電圧の温度特性を利用すれば、容易に制御できる。
Each input voltage generation circuit 271-1 to 271-
n and the voltages output from the setting voltage generation circuits 281-1 to 281-n as a function of temperature, the input voltage generation circuits 271-1 to 271-n and the setting voltage generation circuit 28
Selection of 1-1 to 281-n means selecting the temperature coefficient of the input voltage Vref and the set voltage Vth. The temperature dependency of this voltage can be easily controlled by using the temperature characteristics of the base-emitter voltage of the transistor.

【0089】図8は、選択した各コンデンサに対する定
電流回路部27での入力電圧Vrefの温度係数とコン
パレータ部28の設定電圧Vthの温度係数の関係を示
す表である。
FIG. 8 is a table showing the relationship between the temperature coefficient of the input voltage Vref in the constant current circuit section 27 and the temperature coefficient of the set voltage Vth of the comparator section 28 for each selected capacitor.

【0090】図8にあるように、演算制御部4は、コン
デンサC1又はコンデンサC2を選択時は、コンデンサ
C1又はC2の温度係数を打ち消すような入力電圧Vt
hと設定電圧Vrefが設定されるように入力電圧発生
回路271−1〜271−n及び設定電圧発生回路28
1−1〜281−nの中から選択し、スイッチ選択回路
214に指示する。またコンデンサCc選択時には、検
出分解能に応じて温度係数を大きく取る。
As shown in FIG. 8, when the capacitor C1 or the capacitor C2 is selected, the arithmetic control unit 4 sets the input voltage Vt to cancel the temperature coefficient of the capacitor C1 or C2.
h and the set voltage Vref are set so that the input voltage generation circuits 271-1 to 271-n and the set voltage generation circuit 28 are set.
The selection is made from 1-1 to 281-n, and the switch selection circuit 214 is instructed. When the capacitor Cc is selected, a large temperature coefficient is set according to the detection resolution.

【0091】これによりコンデンサC1及びC2に対し
て設定される入力電圧Vth又は設定電圧Vrefは、
静電容量の温度係数を打ち消す温度係数又は、温度係数
がほぼ零の電圧が選択され、また温度検出用の固定コン
デンサCc1、Cc2に対して設定される電圧Vref
及びVthは、温度係数が大きい電圧が選択され、設定
される。従って圧力検出用のコンデンサC1、C2の静
電容量の変化に対しては温度依存性がほぼ零に、また固
定コンデンサCcの静電容量の変化に対しては温度依存
性を大きいものを選択できるので、検出部2からの出力
信号の周期T1、T2、Tref1、Tref2に対し
て、寄生容量に対する高い精度の温度補正を実現するこ
とが出来る。
Thus, the input voltage Vth or the set voltage Vref set for the capacitors C1 and C2 is
A temperature coefficient for canceling the temperature coefficient of the capacitance or a voltage having a temperature coefficient of almost zero is selected, and a voltage Vref set for the fixed capacitors Cc1 and Cc2 for temperature detection.
And Vth, a voltage having a large temperature coefficient is selected and set. Therefore, it is possible to select a capacitor having almost zero temperature dependency with respect to a change in the capacitance of the pressure detecting capacitors C1 and C2, and a large temperature dependency with respect to a change in the capacitance of the fixed capacitor Cc. Therefore, it is possible to realize highly accurate temperature correction for the parasitic capacitance with respect to the periods T1, T2, Tref1, and Tref2 of the output signal from the detection unit 2.

【0092】この図8の組合わせで出力信号を得る場合
も、静電容量の誤差Cerrが誤差要因となるので、演
算制御部4で(25)式を適用することでより高精度な補正
が可能となる。
When the output signal is obtained by the combination shown in FIG. 8, the error Cerr of the capacitance becomes an error factor. Therefore, by applying the equation (25) in the arithmetic and control unit 4, more accurate correction can be performed. It becomes possible.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明の基づく静電容量型圧力センサに
よれば、寄生容量に対する高い補正を可能とし、高精度
な圧力測定を可能とした静電容量型センサを実現するこ
とが出来る。
According to the capacitance type pressure sensor according to the present invention, it is possible to realize a capacitance type sensor which enables a high correction for a parasitic capacitance and enables a highly accurate pressure measurement.

【0094】また本発明の静電容量型圧力センサは、温
度変化による静電容量の変化を考慮して寄生容量に対す
る補正を行うので、簡単な構成で広い温度範囲に渡る正
確な圧力検出を実現できる。
Further, the capacitance type pressure sensor of the present invention performs the correction for the parasitic capacitance in consideration of the capacitance change due to the temperature change, so that accurate pressure detection over a wide temperature range can be realized with a simple configuration. it can.

【0095】更に静電容量の計測値は、トランジスタス
イッチのオン抵抗の影響を受けることがなく、その上拡
散抵抗を使用した場合等に生じる熱雑音が発生しないの
で、高精度な圧力測定を行うことが出来る。
Further, since the measured value of the capacitance is not affected by the on-resistance of the transistor switch, and no thermal noise occurs when a diffused resistor is used, a highly accurate pressure measurement is performed. I can do it.

【0096】また固定コンデンサと圧力検出用のコンデ
ンサを同一環境化に置くことが出来るので、温度等の環
境の変化に対して寄生容量の影響を高精度にキャンセル
することができる。
Since the fixed capacitor and the pressure detecting capacitor can be placed in the same environment, the influence of the parasitic capacitance on changes in the environment such as temperature can be canceled with high accuracy.

【0097】更に簡単な構成により実現できるので、低
コストで、高精度な圧力測定が可能となる。また、複数
の固定コンデンサを備える構成とした場合、近似誤差を
も含めたより高精度の補正が可能となる。
[0097] Since it can be realized with a simpler configuration, pressure measurement can be performed at low cost and with high accuracy. Further, in the case where a configuration including a plurality of fixed capacitors is employed, more accurate correction including an approximation error can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による静電容量型センサのブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図2】一対のコンデンサを構成する場合の圧力センサ
の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a pressure sensor when a pair of capacitors is formed.

【図3】第1の実施の形態における静電容量型圧力セン
サの構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to the first embodiment.

【図4】第2の実施の形態における静電容量型圧力セン
サの構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to a second embodiment.

【図5】選択したコンデンサに対する入力電圧の温度係
数及び設定電圧の温度係数の関係を示す表である。
FIG. 5 is a table showing a relationship between a temperature coefficient of an input voltage and a temperature coefficient of a set voltage for a selected capacitor.

【図6】第3の実施の形態における静電容量型圧力セン
サの構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to a third embodiment.

【図7】第4の実施の形態における静電容量型圧力セン
サの構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a capacitance type pressure sensor according to a fourth embodiment.

【図8】第4の実施形態に於ける選択したコンデンサに
対する入力電圧の温度係数及び設定電圧の温度係数の関
係を示す表である。
FIG. 8 is a table showing a relationship between a temperature coefficient of an input voltage and a temperature coefficient of a set voltage with respect to a selected capacitor in the fourth embodiment.

【図9】従来の静電容量型圧力センサの基本構成を示す
回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a basic configuration of a conventional capacitance type pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力センサ部 2 検出部 3 計数部 4 演算制御部 21、30 スイッチ部 22 静電容量−周波数変換部 23、27 定電流回路部 24 カレントミラー部 25、28 コンパレータ部 26 モノマルチ部 C1、C2 コンデンサ Cc、Cc1、Cc2 固定コンデンサ REFERENCE SIGNS LIST 1 pressure sensor unit 2 detection unit 3 counting unit 4 arithmetic control unit 21, 30 switch unit 22 capacitance-frequency conversion unit 23, 27 constant current circuit unit 24 current mirror unit 25, 28 comparator unit 26 mono-multi unit C1, C2 Capacitor Cc, Cc1, Cc2 Fixed capacitor

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極とダイアフラムにより1つ以上のコ
ンデンサを形成し、圧力又は差圧を該コンデンサの静電
容量の変化として検出する静電容量型圧力センサにおい
て、 一定電流を出力する定電流手段と、 静電容量が固定の固定コンデンサと、 前記コンデンサ又は前記固定コンデンサのうち少なくと
も一つを選択するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電と、前記
一定電流による充電とを切換える充放電切換え手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が設定電
圧に達するまでの間充電を、該設定電圧に達したら放電
を前記スイッチ手段に指示する電圧比較手段と、 を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
A constant current means for outputting a constant current in a capacitance type pressure sensor for forming one or more capacitors by electrodes and a diaphragm and detecting a pressure or a differential pressure as a change in capacitance of the capacitor. A fixed capacitor having a fixed capacitance; switch means for selecting at least one of the capacitor and the fixed capacitor; charging for switching between discharging of the capacitor selected by the switch means and charging with the constant current. Discharge switching means, and voltage comparison means for instructing the switch means to charge until the potential of the capacitor selected by the switch means reaches a set voltage, and to discharge the switch means when the potential reaches the set voltage. Capacitive pressure sensor.
【請求項2】 電極とダイアフラムにより該ダイアフラ
ムの変位により相対的に静電容量が変化する少なくとも
1組のコンデンサを形成し、圧力又は差圧を該静電容量
の変化として検出する静電容量型圧力センサにおいて、 一定電流を出力する定電流手段と、 静電容量が固定の固定コンデンサと、 前記コンデンサ又は前記固定コンデンサのうち少なくと
も一つを選択するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電と、前記
一定電流による充電とを切換える充放電切換え手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が設定電
圧に達するまでの間充電を、該設定電圧に達したら放電
を前記スイッチ手段に指示する電圧比較手段と、 を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. An electrostatic capacitance type wherein at least one set of capacitors whose capacitance is relatively changed by displacement of the diaphragm is formed by an electrode and a diaphragm, and a pressure or a differential pressure is detected as a change in the capacitance. In the pressure sensor, a constant current unit that outputs a constant current, a fixed capacitor having a fixed capacitance, a switch unit that selects at least one of the capacitor or the fixed capacitor, and a capacitor that is selected by the switch unit. Charge and discharge switching means for switching between discharging and charging with the constant current; and instructing the switch means to charge until the potential of the capacitor selected by the switch means reaches a set voltage, and to discharge when the potential reaches the set voltage. And a voltage comparing means.
【請求項3】 電極とダイアフラムにより1つ以上のコ
ンデンサを形成し、圧力又は差圧を該コンデンサの静電
容量の変化として検出する静電容量型圧力センサにおい
て、 一定電流を出力する定電流手段と、 静電容量が固定の複数の固定コンデンサと、 前記コンデンサ又は前記各固定コンデンサのうち少なく
とも一つを選択するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電と、前記
一定電流による充電とを切換える充放電切換え手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が設定電
圧に達するまでの間充電を、該設定電圧に達したら放電
を前記スイッチ手段に指示する電圧比較手段と、 を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
3. A constant current means for outputting a constant current in an electrostatic capacitance type pressure sensor in which one or more capacitors are formed by electrodes and a diaphragm, and a pressure or a differential pressure is detected as a change in capacitance of the capacitor. A plurality of fixed capacitors having a fixed capacitance; switch means for selecting at least one of the capacitors or the fixed capacitors; discharging the capacitor selected by the switch means; and charging by the constant current. Charge / discharge switching means for switching between the two, and voltage comparing means for instructing the switch means to charge until the potential of the capacitor selected by the switch means reaches a set voltage, and to instruct the switch means to discharge when the potential reaches the set voltage. A capacitance type pressure sensor characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 電極とダイアフラムにより該ダイアフラ
ムの変位により相対的に静電容量が変化する少なくとも
1組のコンデンサを形成し、圧力又は差圧を該静電容量
の変化として検出する静電容量型圧力センサにおいて、 一定電流を出力する定電流手段と、 静電容量が固定の複数の固定コンデンサと、 前記コンデンサ又は前記各固定コンデンサのうち少なく
とも一つを選択するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電と、前記
一定電流による充電とを切換える充放電切換え手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が設定電
圧に達するまでの間充電を、該設定電圧に達したら放電
を前記スイッチ手段に指示する電圧比較手段と、 を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
4. An electrostatic capacitance type wherein at least one set of capacitors whose electrostatic capacitance relatively changes by displacement of the diaphragm is formed by the electrode and the diaphragm, and a pressure or a differential pressure is detected as a change in the electrostatic capacitance. In the pressure sensor, a constant current unit that outputs a constant current; a plurality of fixed capacitors having a fixed capacitance; a switch unit that selects at least one of the capacitors or each of the fixed capacitors; Charge / discharge switching means for switching between discharging of the obtained capacitor and charging with the constant current, charging until the potential of the capacitor selected by the switching means reaches a set voltage, and discharging when the potential reaches the set voltage. And a voltage comparison means for instructing the means.
【請求項5】 前記スイッチ手段に選択するコンデンサ
を指示し、該選択した各コンデンサに対する前記電圧比
較手段による前記スイッチ手段への指示の周期を用いて
寄生容量の補正を行う演算制御手段を更に備えることを
特徴とする請求項1乃至4の何れか1つに記載の静電容
量型圧力センサ。
5. An arithmetic and control unit for instructing the switch means to select a capacitor to be selected and for correcting a parasitic capacitance using a cycle of an instruction to the switch means by the voltage comparison means for each of the selected capacitors. The capacitance type pressure sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 前記定電流手段は、設定された入力電圧
に基づいた大きさの前記一定電流を出力し、前記スイッ
チ手段が前記コンデンサの内の1つを選択した時、前記
コンデンサの温度係数を打ち消す温度係数を持つ前記入
力電圧と設定電圧が前記定電流手段と電圧比較手段に与
えられることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項
に記載の静電容量型圧力センサ。
6. The constant current means outputs the constant current having a magnitude based on a set input voltage, and when the switch means selects one of the capacitors, a temperature coefficient of the capacitor is provided. The capacitance type pressure sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the input voltage and the set voltage having a temperature coefficient for canceling are provided to the constant current unit and the voltage comparison unit.
【請求項7】 前記定電流手段は、設定された入力電圧
に基づいた大きさの前記一定電流を出力し、前記スイッ
チ手段が前記コンデンサの内の1つを選択した時、前記
固定コンデンサの温度係数よりも小さい温度係数を持つ
前記入力電圧と設定電圧が前記定電流手段と電圧比較手
段に与えられることを特徴とする請求項1乃至5の何れ
か1項に記載の静電容量型圧力センサ。
7. The constant current means outputs the constant current having a magnitude based on a set input voltage, and when the switch means selects one of the capacitors, the temperature of the fixed capacitor increases. The capacitance type pressure sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the input voltage and the set voltage having a temperature coefficient smaller than the coefficient are supplied to the constant current unit and the voltage comparison unit. .
【請求項8】 前記定電流手段は、設定された入力電圧
に基づいた大きさの前記一定電流を出力し、前記スイッ
チ手段が前記固定コンデンサを選択した時、前記固定コ
ンデンサの温度係数よりも大きい温度係数を持つ前記入
力電圧と設定電圧が前記定電流手段と電圧比較手段に与
えられることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項
に記載の静電容量型圧力センサ。
8. The constant current means outputs the constant current having a magnitude based on a set input voltage, and is larger than a temperature coefficient of the fixed capacitor when the switch means selects the fixed capacitor. The capacitance type pressure sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the input voltage having a temperature coefficient and a set voltage are provided to the constant current unit and the voltage comparison unit.
【請求項9】 前記固定コンデンサを前記コンデンサと
同一環境下に配置することを特徴とする請求項1乃至8
の何れか1項に記載の静電容量型圧力センサ。
9. The fixed capacitor according to claim 1, wherein the fixed capacitor is arranged in the same environment as the capacitor.
The capacitance type pressure sensor according to any one of the above items.
【請求項10】 電極とダイアフラムにより1つ以上の
コンデンサを形成し、圧力又は差圧を該コンデンサの静
電容量の変化として検出する圧力センサから該静電容量
の変化を周期の変化として出力する静電容量検出装置で
あって、 一定電流を出力する定電流手段と、 前記静電容量型圧力センサ内のコンデンサ又は静電容量
が固定の1乃至複数の固定コンデンサのうち少なくとも
一つを選択するスイッチ手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの放電と、前記
一定電流による充電とを切換える充放電切換え手段と、 前記スイッチ手段が選択したコンデンサの電位が設定電
圧に達していなければ充電を、該設定電圧に達したら放
電を前記スイッチ手段に指示する電圧比較手段と、 前記電圧比較手段によるスイッチ手段に対する指示を検
出信号として出力する出力手段と、 を備えることを特徴とする静電容量検出装置。
10. One or more capacitors are formed by electrodes and a diaphragm, and a change in the capacitance is output as a change in the period from a pressure sensor that detects a pressure or a differential pressure as a change in the capacitance of the capacitor. An electrostatic capacitance detection device, comprising: a constant current unit that outputs a constant current; and at least one of a capacitor or one or more fixed capacitors having a fixed capacitance in the capacitance type pressure sensor. Switch means; charge / discharge switching means for switching between discharging of the capacitor selected by the switch means and charging with the constant current; charging if the potential of the capacitor selected by the switch means has not reached a set voltage; A voltage comparison unit that instructs the switch unit to perform discharge when the set voltage is reached; and an instruction to the switch unit by the voltage comparison unit. The electrostatic capacitance detection device, characterized in that it comprises an output means for outputting as output signal.
【請求項11】 前記定電流手段、スイッチ手段、充放
電切換え手段、電圧比較手段及び固定コンデンサを同一
IC上に構成することを特徴とする請求項10記載の静
電容量検出装置。
11. The capacitance detecting device according to claim 10, wherein said constant current means, switch means, charge / discharge switching means, voltage comparison means, and fixed capacitor are configured on the same IC.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6744258B2 (en) 2001-07-11 2004-06-01 Denso Corporation Capacitive sensor apparatus
JP2005003092A (en) * 2003-06-12 2005-01-06 Chuo Seiki Kk Table attitude adjusting device
JP2012073168A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitance sensor circuit
JP2014122914A (en) * 2006-10-03 2014-07-03 Kla-Encor Corp Process condition measurement device and method thereof
WO2019187515A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detection device
WO2019187516A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detection device
JP2020134354A (en) * 2019-02-21 2020-08-31 ラピスセミコンダクタ株式会社 Capacitance sensor circuit and semiconductor integrated circuit
JP2022082500A (en) * 2020-11-23 2022-06-02 深▲セン▼市絵王動漫科技有限公司 Pressure detection circuit, device, and pressure input device

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6744258B2 (en) 2001-07-11 2004-06-01 Denso Corporation Capacitive sensor apparatus
DE10230910B4 (en) * 2001-07-11 2009-10-01 Denso Corporation, Kariya-City Capacitive sensor arrangement
DE10230910B8 (en) * 2001-07-11 2010-02-11 DENSO CORPORATION, Kariya-shi Capacitive sensor arrangement
JP2005003092A (en) * 2003-06-12 2005-01-06 Chuo Seiki Kk Table attitude adjusting device
JP2014122914A (en) * 2006-10-03 2014-07-03 Kla-Encor Corp Process condition measurement device and method thereof
JP2012073168A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitance sensor circuit
CN111771109A (en) * 2018-03-30 2020-10-13 松下知识产权经营株式会社 Electrostatic capacitance detection device
CN111771110B (en) * 2018-03-30 2022-06-24 松下知识产权经营株式会社 Electrostatic capacitance detection device
US11493394B2 (en) 2018-03-30 2022-11-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Capacitance detection device
CN111771110A (en) * 2018-03-30 2020-10-13 松下知识产权经营株式会社 Electrostatic capacitance detection device
WO2019187515A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detection device
JPWO2019187516A1 (en) * 2018-03-30 2021-03-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detector
JPWO2019187515A1 (en) * 2018-03-30 2021-04-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detector
CN111771109B (en) * 2018-03-30 2022-03-25 松下知识产权经营株式会社 Electrostatic capacitance detection device
US11448559B2 (en) 2018-03-30 2022-09-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Capacitance detection device for detecting the capacitance of a sensor element
WO2019187516A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detection device
JP7122686B2 (en) 2018-03-30 2022-08-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detector
JP7122687B2 (en) 2018-03-30 2022-08-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 Capacitance detector
JP7146668B2 (en) 2019-02-21 2022-10-04 ラピスセミコンダクタ株式会社 Capacitance sensor circuit and semiconductor integrated circuit
JP2020134354A (en) * 2019-02-21 2020-08-31 ラピスセミコンダクタ株式会社 Capacitance sensor circuit and semiconductor integrated circuit
JP7393493B2 (en) 2019-02-21 2023-12-06 ラピスセミコンダクタ株式会社 Capacitive sensor circuit and semiconductor integrated circuit
JP7134321B2 (en) 2020-11-23 2022-09-09 深▲セン▼市絵王動漫科技有限公司 Pressure detection circuit, device and pressure input device
JP2022082500A (en) * 2020-11-23 2022-06-02 深▲セン▼市絵王動漫科技有限公司 Pressure detection circuit, device, and pressure input device

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