JP2002039886A - 物理量検出センサ - Google Patents

物理量検出センサ

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JP2002039886A
JP2002039886A JP2000229000A JP2000229000A JP2002039886A JP 2002039886 A JP2002039886 A JP 2002039886A JP 2000229000 A JP2000229000 A JP 2000229000A JP 2000229000 A JP2000229000 A JP 2000229000A JP 2002039886 A JP2002039886 A JP 2002039886A
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宏明 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な異常検出が行える物理量検出センサを
提供する。 【解決手段】 ホイートストンブリッジの2つの中点
B、Cの電位差VBCをセンサ出力とする。また、電源印
加端子Aと2つの中点B、Cとの間に配置された抵抗R
a、Rbを2つに等分割すると共に、等分割した抵抗R
a1、Ra2の接点W及び抵抗Rb1、Rb2の接点X
の電位差VWXをアンプ2によって増幅し、この増幅した
電位差を検査用出力とする。そして、アンプ2の出力に
ボルテージフォロワ回路を構成するオペアンプ3を接続
し、オペアンプ3の非反転入力端子に接続された基準電
位形成用の分割抵抗R1、R2をトリミング調整するこ
とで、ボルテージフォロワ回路による電位分をアンプ2
の出力電位にかさ上げし、センサ出力調整時に生じる検
査用出力の誤差分を調整する。これにより、正確な異常
検出が行える圧力センサにできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物理量に応じた出
力を発生させる物理量検出センサに関するもので、例え
ば印加される圧力の検出を行う圧力センサに用いて好適
である。
【0002】
【従来の技術】近年、センサの製品特性誤差を出力異常
として外部に出力できるようにすることが要望されてい
る。このような要望を満たすセンサとして、例えば、セ
ンシング部を構成するホイートストンブリッジとは別に
検査用のホイートストンブリッジを設け、検査用のホイ
ートストンブリッジの特性に基づいてセンシング部を構
成するホイートストンブリッジの特性の異常検査を行
い、異常であった場合に異常信号を外部に出力するよう
にした構成が考えられる。
【0003】しかしながら、このような構成では2つの
ホイートストンブリッジが必要とされ、センサを構成す
る要素が多くなる。このため、本発明者らは、1つのホ
イートストンブリッジで異常検出が行える回路構成を見
出し、このような回路構成を特願平11−270444
号で出願している。
【0004】具体的には、ホイートストンブリッジを構
成する4つの抵抗をそれぞれ2つの抵抗に分割し、ホイ
ートストンブリッジのうち電源に接続される電源印加点
とセンサ出力として用いられる中点との間に配置された
各抵抗の分割点(中間端子)の電位を検査用出力として
用いるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】圧力センサにおいて
は、製品特性誤差、すなわち感度やオフセット、及びオ
フセット温度特性を電気トリムや薄膜トリムによって調
整する手法が取られており、上記先の出願におけるセン
サにおいても製品特性誤差の調整手法が採用されること
になる。
【0006】しかしながら、検査用出力として用いられ
る分割点の電位ではなく、センサ出力となる中間点の電
位に基づいて製品特性誤差の調整が行われるため、調整
後に検査用出力となる分割点の電位に誤差が生じ、正確
な異常検査が行えなくなる可能性が生じる。
【0007】本発明は上記点に鑑みて、正確な異常検出
が行える物理量検出センサを提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、物理量に応じて抵抗値
変化を生じる4つのゲージ抵抗(Ra〜Rd)を備え、
4つのゲージ抵抗によってブリッジ回路が形成された物
理量検出センサにおいて、ブリッジ回路のゲージ抵抗
は、分割された分割ゲージ抵抗(Ra1、Ra2、Rb
1、Rb2、Rc1、Rc2、Rd1、Rd2)となっ
ており、ブリッジ回路の2つの中点における電位差(V
BC)がセンサ出力として用いられていると共に、分割ゲ
ージ抵抗の中間端子(W、X、Y、Z)のうち物理量が
印加されていない状態において電位が等しい組み合わせ
の中間端子における電位差(VWX)が検査用出力として
用いられており、電位が等しい組み合わせの中間端子に
は、検査用出力の誤差分を調整する調整手段(3)が接
続されていることを特徴としている。
【0009】このように、物理量が印加されていない状
態において電位が等しい組み合わせの中間端子に、検査
用出力の誤差分を調整する調整手段を接続するようにす
ることで、センサ出力の感度やオフセット及びオフセッ
ト温度特性の調整を行うことによって検査用出力に誤差
が生じても、その誤差分の低減を図ることができる。こ
のため、正確な異常検出を行うことができる。
【0010】この場合、請求項2に示すように、電位が
等しい組み合わせの中間端子に増幅回路(2)が接続さ
れている場合には、調整手段によって、増幅回路の出力
を調整するように構成してもよい。
【0011】なお、請求項3に示すように、調整手段と
してはボルテージフォロワ回路を適用できり、ボルテー
ジフォロワ回路の出力によって増幅回路の出力電位をか
さ上げすることにより、誤差分の調整を行うことができ
る。
【0012】具体的には、請求項4に示すように、ボル
テージフォロワ回路の非反転入力端子に、第1、第2の
抵抗(R1、R2)によって抵抗分割された基準電位が
入力されるようにし、第1、第2の抵抗のいずれかをト
リミング調整することにより、上記調整を行える。
【0013】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【0014】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
の一実施形態を適用した半導体圧力センサの回路構成を
示す。以下、図1に基づき圧力センサの構成について説
明する。
【0015】圧力センサには、印加された圧力に応じた
センサ出力を発生させるセンシング部1が備えられてい
る。このセンシング部1は、歪ゲージからなる4つの抵
抗Ra、Rb、Rc、Rdを有するブリッジ回路として
のホイートストンブリッジで構成されている。
【0016】このホイートストンブリッジは、抵抗Ra
〜Rdが互いに直列接続されて4辺形の閉回路を形成
し、相対する接続点A、B、C、Dをそれぞれ電源Vd
d及びアース(GND)への接点(A、D)と、センサ
出力となる差電圧を発生させる両接点(B、C)とした
構成となっている。以下、ブリッジ回路のうち電源Vd
dに接続される接続点Aを電源印加接点、アースに接続
される接続点Dを接地接点、センサ出力として用いられ
る両接点B、Cを第1、第2出力接点という。
【0017】このホイートストンブリッジに備えられた
各抵抗Ra〜Rdはそれぞれ2つの抵抗に等分割されて
いる。すなわち、電源印加接点Aと第1出力接点Bとの
間に配置された抵抗Raは抵抗Ra1と抵抗Ra2に、
電源印加接点Aと第2出力接点Cとの間に配置された抵
抗Rbは抵抗Rb1と抵抗Rb2に、第1出力接点Bと
接地接点Dとの間に配置された抵抗Rcは抵抗Rc1と
抵抗Rc2に、第2出力接点Cと接地接点Dとの間に配
置された抵抗Rdは抵抗Rd1と抵抗Rd2にそれぞれ
分割されている。
【0018】そして、抵抗Ra1と抵抗Ra2との接点
(中間端子)をW、抵抗Rb2と抵抗Rb2との接点
(中間端子)をXとすると、これらの接点W、Xは圧力
が印加されていない状態において電位が等しくなる組み
合わせであることから、これらの接点W、Xの電位差V
WXが検査用出力として用いられている。具体的には、接
点Wの電位と接点Xの電位との差電圧VWXがアンプ(増
幅回路)2によって増幅され、このアンプ2の出力電位
が検査用出力として用いられている。
【0019】そして、第1、第2出力接点B、Cの電位
差をVBCとすると、電位差VWXと電位差VBCとは以下の
関係となるため、この関係が成り立つか否かによってセ
ンサの異常検出を行うことができる。
【0020】
【数1】|VBC|=2×|VWX| また、アンプ2の出力には、オペアンプ3によって構成
された調整手段としてのボルテージフォロワ回路の出力
が接続されている。ボルテージフォロワ回路の基準電位
は、電源Vddの電圧を抵抗R1と抵抗R2とによって
抵抗分割された電位とされており、抵抗R2のトリミン
グにより調整可能となっている。このように構成された
ボルテージフォロワ回路の出力電位によってアンプ2の
出力電位がかさ上げされ、アンプ2の出力のオフセット
調整が成されるようになっている。
【0021】このような構成の圧力センサにおいては、
抵抗R2の抵抗値を調整することによって検査用出力の
誤差分を調整することができる。このため、センサ出力
の感度やオフセット及びオフセット温度特性の調整を行
うことによって検査用出力に誤差が生じても、その誤差
分の低減を図ることができる。そして、本実施形態に示
す調整方法では、センサ出力の誤差分調整とは関係ない
ところで検査用出力の誤差分調整を行っているため、セ
ンサ出力の誤差分、つまり製品精度に影響を与えること
なく検査用出力の調整を行うことができる。このため、
正確な異常検出を行うことができる。
【0022】また、本実施形態の構成においては、セン
サ出力と検査用出力とが共に正常の場合には、接点Wの
電位と接点Xの電位との電位差が、第1出力接点bの電
位と第2出力接点cの電位との電位差の1/2の値にな
ることになる。つまり、この関係を図示すると図2に示
す関係となる。
【0023】このため、アンプ2のゲインを調整するこ
とによってセンサ出力と検査用出力とが一致するように
設定すれば、双方の出力を比較することにより、出力の
異常を検査することも可能となる。
【0024】なお、検査用出力のゼロ点の位置、すなわ
ち圧力Pがゼロの時における出力電圧VWXの値は、抵抗
R2の調整によって適宜調整できるため、その調整に応
じて特性は変化する。
【0025】(他の実施形態)上記実施形態では接点W
の電位と接点Xの電位との電位差VWXに基づいて検査用
出力を発生させているが、図1に示すように抵抗Rc1
と抵抗Rc2との接点をY、抵抗Rd1と抵抗Rd2と
の接点をZとし、接点Yの電位と接点Zの電位との電位
差VYZに基づいて検査用出力を発生させるようにしても
本発明を適用できる。なお、上記実施形態では、各ゲー
ジ抵抗Ra〜Rdをすべて分割した構成としているが、
検査用出力として用いない側のゲージ抵抗に関しては特
に分割する必要はない。
【0026】また、上記実施形態では抵抗R2をトリミ
ングする場合を例に挙げているが、抵抗R1をトリミン
グ調整してもよい。
【0027】また、上記実施形態では、センサ出力と検
査用出力とを別々に取り出しているため、別々の端子を
用いてトリミング調整を行う必要があるが、マルチプレ
クサ等によって2つの出力の切替えを行えるようにすれ
ば、1つの出力端子でトリミング調整を行うことが可能
となる。
【0028】さらに、上記実施形態では、ホイートスト
ンブリッジを構成する4つの抵抗をそれぞれ2つの抵抗
に等分割した場合について説明したが、2つに分割する
場合に限らず、さらに多くに等分割してもよい。また、
抵抗Raと抵抗Rbの組み合わせ、あるいは抵抗Rcと
抵抗Rdの組み合わせが同じ分割数であれば良く、それ
ぞれの組み合わせを異なる分割数としても良い。そし
て、等分割した抵抗のうちの電位が等しくなる中間端子
の電位を検査用出力とすればよい。
【0029】以上の説明では、上記した誤差分の調整を
レーザトリミングや電気トリミング等のトリミング調整
によって行う場合を例に挙げたが、EPROM等によっ
て誤差分を電気的に記憶しておくことで調整する場合に
も本発明を適用できる。
【0030】また、物理量検出センサの一例として圧力
センサを挙げて説明したが、圧力センサ以外のもの、例
えば加速度センサにも本発明を適用することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における圧力センサの回
路構成を示す図である。
【図2】センサ出力と検査用出力の関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
1…センシング部、2…アンプ、3…オペアンプ、Ra
〜Rd…ゲージ抵抗、R1、R2…抵抗。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物理量に応じて抵抗値変化を生じる4つ
    のゲージ抵抗(Ra〜Rd)を備え、前記4つのゲージ
    抵抗によってブリッジ回路が形成された物理量検出セン
    サにおいて、 前記ブリッジ回路のゲージ抵抗は、分割された分割ゲー
    ジ抵抗(Ra1、Ra2、Rb1、Rb2、Rc1、R
    c2、Rd1、Rd2)となっており、 前記ブリッジ回路の2つの中点における電位差(VBC
    がセンサ出力として用いられていると共に、前記分割ゲ
    ージ抵抗の中間端子(W、X、Y、Z)のうち前記物理
    量が印加されていない状態において電位が等しい組み合
    わせの中間端子における電位差(VWX)が検査用出力と
    して用いられており、 前記電位が等しい組み合わせの中間端子には、前記検査
    用出力の誤差分を調整する調整手段(3)が接続されて
    いることを特徴とする物理量検出センサ。
  2. 【請求項2】 前記電位が等しい組み合わせの中間端子
    には増幅回路(2)が接続されており、前記調整手段
    は、前記増幅回路の出力を調整するように構成されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の物理量検出セン
    サ。
  3. 【請求項3】 前記調整手段はボルテージフォロワ回路
    であり、該ボルテージフォロワ回路の出力によって前記
    増幅回路の出力電位をかさ上げすることにより、前記誤
    差分の調整を行っていることを特徴とする請求項2に記
    載の物理量検出センサ。
  4. 【請求項4】 前記ボルテージフォロワ回路の非反転入
    力端子には、第1、第2の抵抗(R1、R2)によって
    抵抗分割された基準電位が入力されるようになってお
    り、 前記第1、第2の抵抗のいずれかがトリミング調整され
    ていることを特徴とする請求項3に記載の物理量検出セ
    ンサ。
JP2000229000A 1999-09-24 2000-07-28 物理量検出センサ Withdrawn JP2002039886A (ja)

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US09/666,085 US6422088B1 (en) 1999-09-24 2000-09-21 Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus
EP10185385A EP2275792B1 (en) 1999-09-24 2000-09-22 Sensor failure or abnormality detecting system
EP06005301A EP1666862B1 (en) 1999-09-24 2000-09-22 Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus
DE60028678T DE60028678T8 (de) 1999-09-24 2000-09-22 System zum Bestimmen von Fehlern oder Abnormalitäten eines Messfühlers, eingebaut in ein Gerät zur Messung einer physikalischen oder dynamischen Grösse
EP00120774A EP1087219B1 (en) 1999-09-24 2000-09-22 Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013057689A1 (en) 2011-10-21 2013-04-25 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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