JP2004320553A - 補償回路 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成が簡単で消費電力の低減化が図れる上に、調整に先立って行うトレーニング期間が不要でフィードフォワード制御で調整ができること。
【解決手段】電子ボリューム２は、加速度センサなどの出力を被補償信号として受け取り、その被補償信号の出力が制御される。電子ボリューム３は、温度センサなどの出力Ｖｄｉｖを受け取って増幅するとともに、隣接する出力電圧Ｖｐ、Ｖｎを出力する。比較器４は、電源電圧のような電圧Ｖｍｕｌｔを電子ボリューム３からの出力電圧Ｖｐ、Ｖｎと比較し、その比較結果に応じた信号を出力する。アップ／ダウンカウンタ５は、比較器４からの出力の応じて計数動作を行い、その計数値（出力コードＤ）により電子ボリューム２、３の出力が制御される。そして、Ｖｐ＞Ｖｄｉｖ＞Ｖｎになると、アップ／ダウンカウンタ５の出力コードＤによる制御が停止する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の物理量を検出するセンサ等から出力されるアナログ信号が環境変化によって変動する場合に、そのアナログ信号の感度調整を環境変化に応じて行うに際して、簡単な回路で実現できる上に、高精度の感度調整ができる補償回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種の物理量を検出するセンサでは、センサの出来具合の違いで発生する固有のオフセットや感度の調整、または温度や電源電圧など環境変化によるオフセット、感度変動の調整について多数提案されている。
固有のオフセットや感度の調整においては一度設定すれば良いし、オフセットの環境変動もこれを減算すれば良いので、これらの調整は比較的容易に行うことができる。
しかしながら、センサの出力信号の感度（出力レベル）の環境変化については、その環境変化に応じた乗算、除算による調整処理が必要となり、その調整処理としては例えば下記の従来技術が知られている。
【０００３】
（１）第１の従来技術は、赤外線検出器の出力電圧の電圧レベルを、環境温度に応じて制御するものである。このため、その出力電圧のレベル変動を補正するために、ＣＰＵは、必要な増幅器の利得と光学系内部温度とを対応させた温度−利得特性線を作成し、その温度−利得特性線をデジタル値のテーブル形式で記憶しておくようになっている（特許文献１参照）。
（２）第２の従来技術は、センサの出力値からオフセット補正用回路の補正値を減算し、さらに減算結果を感度補正用回路の補正値により除算し、その除算結果にＡ／Ｄ変換を行い、結果的に対象となる物理量の真の値をデジタル値に変換した出力値を得るようにしたものである（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３５８８５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１８３２７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では、それぞれ下記のような不具合がある。
（１）第１の従来技術では、調整に先立って行うトレーニング期間、すなわち温度−利得特性線を作成するための時間が必要である。また、安定した伝達関数とする為には、積分器等が必要となり、設計の難易度は高く、回路規模も大きくなる。特に、センサでは、トレーニング期間の状態を作るのは非常に困難で、これを必要としないフィードフォワード制御のほうが好ましい。
（２）第２の従来技術は、フィードフォワード制御を採用するが、以下のような不具合がある。
【０００６】
すなわち、第２の従来技術では、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル出力を得るようにしているので、そのデジタル出力からアナログ出力を得る為には、さらにＤ／Ａ変換が必要となる。
また、Ａ／Ｄ変換に対してはインターフェイス（リファレンス電圧）が必要となる。特に、複数軸のセンサにおいては、デジタル制御するとしても、複数チャンネルのＡ／Ｄ変換やそれを内蔵したＣＰＵを使えば良い。
【０００７】
しかし、これらＡ／Ｄ変換のリファレンス電圧は内蔵されていて外部から設定できないものが多く、設定出来る場合にもリファレンス電圧を入力できる端子は通常１つのみで、チャンネル分のリファレンス電圧の入力を持つものは非常に少ない。
従って、これら感度調整回路とのインターフェイスは、センサのアナログ出力と調整されたアナログ信号のみであることが望ましい。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、回路構成が簡単で消費電力の低減化が図れる上に、調整に先立って行うトレーニング期間が不要であってフィードフォワード制御で調整ができ、かつ、その調整に際して被補償信号のＡ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換が不要となって余分なインターフェイスが不要である補償回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して本発明の目的を達成するために、請求項１〜請求項６に記載の発明は以下のように構成した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、環境変化によって出力が変動する被補償信号の出力を補償する補償回路であって、前記被補償信号を増幅または減衰するとともに、利得が可変できる第１の可変利得増幅器と、前記環境変化を検出し、その検出に応じた信号を出力する検出回路と、前記検出回路の出力信号を増幅または減衰するとともに、利得を可変できる第２の可変利得増幅器と、前記第２の可変利得増幅器の出力信号が所定の基準値に等しくなるように前記第２の可変利得増幅器の利得を制御する制御信号を出力するとともに、前記制御信号に基づいて前記第１の可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段とを備えている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の補償回路において、前記利得制御手段は、前記第２の可変利得増幅器の出力信号と所定の基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段の出力信号に基づいて前記第２の可変利得増幅器の利得を変化させる利得可変手段とを備えている。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の補償回路において、前記利得制御手段の出力信号は、平滑化されている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の補償回路において、前記基準値は可変であるものとした。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の補償回路において、前記第１の可変利得増幅器は、複数の可変利得増幅器から構成するようにし、前記第２の可変利得増幅器は、時分割で動作するように構成し、前記利得制御手段は、前記複数の可変利得増幅器に対応する複数の利得設定手段を有し、前記複数の可変利得増幅器に対応する利得がそれぞれ前記利得設定手段に設定されるように構成した。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の補償回路において、前記被補償信号は、ピエゾ型抵抗センサの出力信号であり、前記検出回路は温度を検出するようにした。
このような構成からなる本発明によれば、回路構成が簡単で消費電力の低減化が図れる上に、調整に先立って行うトレーニング期間が不要であってフォワード制御で調整ができ、かつ、その調整に際して被補償信号のＡ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換が不要となって余分なインターフェイスが不要となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明は、各種の物理量を検出するセンサ等からの出力信号のように、温度変化等の環境変化により出力が変動するアナログ信号（被補償信号）の感度調整（出力調整）を行うものであって、その被補償信号の感度調整を、温度変化等の環境変化に応じて補正するとともに、電源電圧等の変化に追従させて補正するようにしたものであり、具体的には以下の各実施形態のように構成される。
【００１４】
本発明の第１実施形態に係る補償回路１は、図１に示すように、第１の可変利得増幅器である感度調整用の電子ボリューム２と、第２の可変利得増幅器である調整量抽出用の電子ボリューム３と、利得制御手段である比較器４およびアップ／ダウンカウンタ５と、を備えている。
電子ボリューム２は、各種の物理量を検出するセンサなどの出力信号のように、温度変化などの環境変化でその出力レベル（出力感度）が変動するためにその補償が必要な被補償信号を受け取り、その被補償信号の出力レベルをアップ／ダウンカウンタ５から出力されるコードＤ で調整するものである。
【００１５】
さらに詳述すると、電子ボリューム２は、図１に示すように、演算増幅器２１と出力可変抵抗器２２とを備え、利得が可変できるようになっている。
出力可変抵抗器２２は、例えば、抵抗値がｒ／２の両端の各抵抗と、抵抗値がｒの他の１９９個の抵抗とを直列に接続したものからなり、その一端が演算増幅器２１の出力端子に接続され、その他端がグランドに接続されている。演算増幅器２１の＋入力端子に入力電圧Ｖｉｎ が入力され、演算増幅器２１の−入力端子に出力可変抵抗器２２の中点（中間値）からの出力電圧が帰還（フィードバック）されるようになっている。従って、電子ボリューム２は、その最大利得が２倍になるように構成されている。
【００１６】
また、電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、出力可変抵抗器２２の出力端子がアップ／ダウンカウンタ５からの計数値（コードＤ ）＝０〜１９９により制御（選択）されることにより、調整（増減）できるようになっている。
電子ボリューム３は、温度変化などの環境変化を検出しその検出に応じた出力が得られる温度センサなどからの出力信号Ｖｄｉｖを受け取って増幅し、その増幅した信号をアップ／ダウンカウンタ５から出力されるコードＤ に基づいて互いに隣接する出力電圧Ｖｐ，Ｖｎ をそれぞれ生成出力するものである。
【００１７】
さらに詳述すると、電子ボリューム３は、図１に示すように、演算増幅器３１と出力可変抵抗器３２とを備え、利得が可変できるようになっている。
出力可変抵抗器３２は、例えば抵抗値がｒの２００個の抵抗を直列に接続したものからなり、その一端が演算増幅器３１の出力端子に接続され、その他端がグランドに接続されている。また、演算増幅器３１の＋入力端子に入力電圧Ｖｄｉｖが入力され、演算増幅器３１の−入力端子に出力可変抵抗器３２の中点（中間値）からの出力電圧が帰還（フィードバック）されるようになっている。従って、電子ボリューム３は、その最大利得が２倍になるように構成されている。
【００１８】
また、電子ボリューム３の出力は、出力可変抵抗器３２の出力端子がアップ／ダウンカウンタ５からの計数値（コードＤ ）＝０〜１９９により制御されることにより、調整できるようになっている。
比較器４は、電子ボリューム３からの出力電圧ＶＰ，Ｖｎ を基準値である基準電圧Ｖｍｕｌｔ と比較し、その比較結果に応じてアップ信号、ダウン信号、またはキープ信号のうちのいずれかの信号を出力するものである。
【００１９】
この比較器４は、図１に示すように、第１比較器４ａと第２比較器４ｂとからなる。第１比較器４ａは、電子ボリューム３の出力電圧Ｖｐを基準電圧Ｖｍｕｌｔ と比較し、出力電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｍｕｌｔ を上回る場合には「１」を出力し、それを下回る場合には「０」を出力するようになっている。第１比較器４ｂは、電子ボリューム３の出力電圧Ｖｎを基準電圧Ｖｍｕｌｔ と比較し、出力電圧Ｖｎが基準電圧Ｖｍｕｌｔ を上回る場合には「１」を出力し、それを下回る場合には「０」を出力するようになっている。
【００２０】
従って、比較器４は、比較器４ａ，４ｂの両者からいずれも「１」が出力される場合にはアップ信号を、その両者のいずれからも「０」が出力されたときにはダウン信号を、それ以外の場合にはキープ信号を出力することになる。
アップ／ダウンカウンタ５は、比較器４から出力されるアップ信号、ダウン信号、またはキープ信号のうちのいずれかの信号により制御されて計数動作を行うカウンタである。
【００２１】
このアップ／ダウンカウンタ５の出力は、電子ボリューム３と電子ボリューム２にそれぞれ供給されるようになっている。従って、比較器４とアップ／ダウンカウンタ５は、電子ボリューム３に入力される信号Ｖｄｉｖを基準電圧Ｖｍｕｌｔ に一致するように制御する制御信号（出力コードＤ）を生成し、その制御信号により電子ボリューム２の利得が制御される。
【００２２】
次に、このような構成からなる実施形態の補償回路１を、図２に示すように、加速度センサの出力の温度調整（温度補償）に適用した例について説明する。
この適用例に使用される加速度センサ６は、ピエゾ型抵抗センサからなる。すなわち、この加速度センサ６は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４をブリッジに接続した圧力検出部６１と、この圧力検出部６１の検出信号を差動増幅する差動増幅部６２とを備えている。
【００２３】
具体的には、そのブリッジからなる圧力検出部６１には、センサ用一定電圧源６３から一定電圧を印加するとともに、抵抗Ｒ１、Ｒ２の共通接続部と抵抗Ｒ３、Ｒ４の共通接続部との間の電位差を差動増幅器６２で増幅するようにしている。また、差動増幅器６２の出力を、補償回路１の電子ボリューム２に入力するようにしている。
【００２４】
ここで、上記の加速度センサ６は、圧力検出部６１の他に差動増幅器６２を含む構成とした。しかし、本発明に適用される加速度センサは、補償回路１の入力側に差動増幅器６２を付加する構成とすれば、圧力検出部６１だけでも良い。また、圧力検出部６１の形態なども問わない。例えば、加速度センサが２つの抵抗で構成される場合は、差動増幅器６２は必要ない。
【００２５】
また、補償回路１の電子ボリューム３には、温度センサ７の検出温度に応じた出力が入力されるようになっている。なお、温度センサ７は、定電圧装置（図示せず）により駆動されるようになっている。
さらに、補償回路１の比較器４には、基準電圧Ｖｍｕｌｔ が入力されるようになっている。基準電圧Ｖｍｕｌｔ は、補償回路１の後段に接続されるＡ／Ｄコンバータなどに電源電圧を供給する電源装置８が生成する電源電圧を分圧したものである。電源装置８は、その生成する電源電圧が一定ではなく負荷変動などによって変動するものであるので、基準電圧Ｖｍｕｌｔ は電源電圧により変動するものである。
【００２６】
次に、この第１実施形態の補償回路１を、図２に示すように、加速度センサ６の出力の温度調整（温度補償）に適用した場合の動作例について説明する。
ここで、この第１実施形態に係る補償回路１に入力される各入力信号を、以下のように定義する。
ＧＮＤ＝０Ｖ：接地電圧
Ｖｍｕｌｔ＝１Ｖ：温度Ｔ＝２０℃のときのＶｉｎ の電圧であり、温度調整を行う時のリファレンス（基準値）となる。
【００２７】
Ｖｉｎ ：補償対象となる加速度センサ６の出力である。加速度Ｚａ＝１Ｇ のとき１Ｖ を出力し、温度Ｔ＝２０℃から１ ℃毎に感度が１％ずつ増える特性を持つ。従って、加速度センサ６の出力Ｖｉｎ は、次の（１）式となる。
Ｖｉｎ＝［（１００−２０−Ｔ）／１００］×Ｚａ＝［（８０＋Ｔ）／１００］×Ｚａ・・・・（１）
Ｖｄｉｖ：温度センサ７の出力である。温度Ｔ＝２０℃のとき１Ｖ を出力し、温度Ｔ＝２０℃から１ ℃毎に出力が１％ずつ増える特性をもつ。従って、温度センサ７の出力電圧Ｖｄｉｖは、次の（２）式となる。
【００２８】
Ｖｄｉｖ＝（１００−２０−Ｔ）／１００＝（８０＋Ｔ）／１００・・・・（２）
つまり、この場合には、（１）式および（２）式に基づき、加速度Ｚａは次の（３）式のようになる。
Ｚａ＝Ｖｉｎ／Ｖｄｉｖ ・・・・（３）
このように、加速度センサ６の出力電圧Ｖｉｎ を温度センサ７の出力電圧Ｖｄｉｖで割れば、いかなる温度でも、正確な加速度Ｚａを求めることができる。この除算は、図１の補償回路１で実現される。
【００２９】
ここで、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎ、および電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、アップ／ダウンカウンタ５からの計数値であるコードＤ ＝０ 〜１９９ により制御されるようになっている。
また、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎは出力可変抵抗器３２のうち隣接する抵抗からの出力で、Ｄ＝Ｎ のとき、Ｖｎ（Ｎ） であれば、Ｖｐ（Ｎ ）＝Ｖｎ（Ｎ＋１） という関係が成り立つ。
【００３０】
従って、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎ、および電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、（４）式〜（６）式のようになる。

ここで、式（４）〜式（６）において、Ｄ ＝０ 〜１９９ である。
【００３１】
電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎは、比較器４でその入力電圧Ｖｍｕｌｔ と比較され、アップ／ ダウンカウンタ５の出力コードＤ を、次の（Ａ）〜（Ｃ）のように変更させる。
（Ａ）ｉｆ Ｖｍｕｌｔ ＞Ｖｐ ａｎｄ Ｖｍｕｌｔ＞Ｖｎ ｔｈｅｎ Ｄ＝Ｄ＋１ ：Ｖｍｕｌｔ が、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎよりも大きいときには、電子ボリューム２、３の各出力値（ボリューム値）を上げる。すなわち、アップ／ ダウンカウンタ５はアップ動作し、その出力コードＤ が大きくなる。
（Ｂ）ｉｆ Ｖｍｕｌｔ ＜Ｖｐ ａｎｄ Ｖｍｕｌｔ＜Ｖｎ ｔｈｅｎ Ｄ＝Ｄ−１ ：Ｖｍｕｌｔ が、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎよりも小さいときには、電子ボリューム２、３の各出力値（ボリューム値）を下げる。すなわち、アップ／ ダウンカウンタ５はダウン動作し、その出力コードＤ が小さくなる。
（Ｃ）ｉｆ Ｖｍｕｌｔ＜Ｖｐ ａｎｄ Ｖｍｕｌｔ＞Ｖｎ ｔｈｅｎ Ｄ＝Ｄ ：Ｖｍｕｌｔ が、電子ボリューム３の出力Ｖｐより小さく、そのＶｎより大きいときには、（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２＝Ｖｍｕｌｔ であると判断してアップ／ダウンカウンタ５のカウントを停止する。
（Ｄ）ｉｆ Ｖｍｕｌｔ ＞Ｖｐ ａｎｄ Ｖｍｕｌｔ＜Ｖｎ ：回路構成上、このような状態は発生しない。
【００３２】
ここで、上記の（Ｃ）の状態になった時、アップ／ダウンカウンタ５のコードＤ は、次の（７）式のようになる。
Ｖｍｕｌｔ＝（Ｖｐ ＋Ｖｎ）／２＝（Ｄ ＋０．５）／１００×Ｖｄｉｖ・・・・（７）
（７）式をコードＤについて解くと、次の（８）式が得られる。
Ｄ＝１００ ×Ｖｍｕｌｔ／ Ｖｄｉｖ −０．５・・・・ （８）
一方、電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、（８）式におけるコードＤ で制御されるので、その出力Ｖｏｕｔは、次の（９）式となる。
【００３３】

ここで、Ｖｍｕｌｔ＝１Ｖであるので、Ｖｏｕｔ＝Ｚａ となり、電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、いかなる温度において調整されることになる。
【００３４】
また、（９）式を出力Ｖｏｕｔについて解くと、次の（１０）式が得られる。
Ｖｏｕｔ＝ （Ｖｍｕｌｔ／Ｖｄｉｖ）×Ｖｉｎ ・・・・（１０）
（１０）式によれば、温度センサ７の出力Ｖｄｉｖは加速度センサ６の出力Ｖｉｎ に対して除算の効用（働き）があり、基準電圧Ｖｍｕｌｔ は加速度センサ６の出力Ｖｉｎ に対して乗算の効用があることがわかる。
【００３５】
ところで、上記の乗算の効用の使用例として、電子ボリューム２の後段に使用されるＡ／Ｄコンバータが電源装置の生成する電源電圧に追従するが、電子ボリューム３の入力側に接続される温度センサがその電源電圧に追従しない場合の調整方法が挙げられる。
温度センサ７をその電源電圧に追従させるには、それなりの回路が必要になる（たとえば、電源電圧をＡ／Ｄ変換して、そのＡ／Ｄ変換値を用いて電子ボリュームで温度センサの出力を補正する）。
【００３６】
また、すべての回路を電源電圧に追従しない構成とすることも考えられるが、Ａ／Ｄコンバータなどのデバイスに一定電圧を与えるのは容易ではなく、電源装置としていわゆる電流容量の大きいレギュレータが必要になってしまう。
しかし、加速度センサなどのピエゾ型センサは、高抵抗で構成されるので、図２に示すように、センサ用一定電圧源を作り、電源電圧に追従しない構成とするのは容易である。
【００３７】
従って、図２に示すように、加速度センサ６や温度センサ７等、補償回路１の前までを一定電圧となるよう動作させ、電圧Ｖｍｕｌｔ に電源装置８が生成する電源電圧を分圧した信号を与えるようにすれば、補償回路１の出力Ｖｏｕｔを電源装置８の電源電圧に追従させることができる。
そこで、電源電圧の変動２０％の追従動作を加えた実際の調整方法について、図３を参照して説明する。
【００３８】
この調整例は、温度Ｔ がＴ＝８０℃、電源電圧ＶＤＤ がＶＤＤ＝１００％、加速度ＺａがＺａ＝０．７５Ｇの場合である。
ここで、温度センサ７の出力Ｖｄｉｖは温度に比例し、Ｖｐ（１９９） 〜Ｖｐ（４９）、Ｖｎ（１５０） 〜Ｖｎ（５０）は各々のコード時の出力で、Ｖｄｉｖに連動する。Ｖｄｉｖは、電源電圧ＶＤＤ に比例し１Ｖ±０．２Ｖ変動する。
【００３９】
このような条件の下では、各入力信号Ｖｍｕｌｔ，Ｖｄｉｖ，Ｖｉｎは、次の（１１）式〜（１３）式のようになる。

これは、図３の矢印ａに示す動作である。
【００４０】
ここで、アップ／ダウンカウンタ５から出力される予想されるコードＤ は、次の（１４）式のようになる。
Ｄ＝１００ ×Ｖｍｕｌｔ／ Ｖｄｉｖ −０．５＝ １００×１／１．６ −０．５＝ ６１．７５≒６２・・・・（１４）
したがって、（１１）式〜（１３）式により、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎ、および電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、次の（１５）式〜（１７）式のようになる。
【００４１】

このように、コードＤ はＤ＝ ６２ で保持され、出力Ｖｏｕｔは０．７５Ｖ に調整される。これは， 図３の矢印ｂに示す動作である。
【００４２】
次に、電源電圧ＶＤＤ が２０％減少した場合には、Ｖｍｕｌｔ＝０．８Ｖ となり、ここでアップ／ダウンカウンタ５から出力される予想されるコードは、次の（１８）式のようになる。
Ｄ＝１００ ×Ｖｍｕｌｔ／ Ｖｄｉｖ −０．５＝１００ ×０．８／１．６ −０．５＝４９．５≒５０・・・・（１８）
したがって、（１１）式〜（１３）式により、電子ボリューム３の出力Ｖｐ、Ｖｎ、および電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、次の（１９）式〜（２１）式のようになる。
【００４３】
Ｖｐ＝（Ｄ＋１）／１００×Ｖｄｉｖ＝（５０＋１）／１００ ×１．６＝０．８１６ ＞ Ｖｍｕｌｔ＝ ０．８・・・・（１９）
Ｖｎ＝Ｄ／１００×Ｖｄｉｖ＝５０／１００ ×１．６＝ ０．８≦ Ｖｍｕｌｔ＝ ０．８ ・・・・（２０）
Ｖｏｕｔ＝（Ｄ＋０．５ ）／１００×Ｖｉｎ ＝（５０＋０．５）／１００×１．２＝０．６０６ ≒０．６＝０．７５×０．８ ・・・・（２１）
このように、コードＤ はＤ＝ ５０ で保持され、出力Ｖｏｕｔはおよそ０．７５Ｇ の８０％の０．６Ｖに調整される。これは、図３の矢印ｃに示す動作である。
【００４４】
ここで、調整レンジを温度Ｔ ＝−２０℃〜８０℃、電源電圧ＶＤＤ ＝１Ｖ±０．２Ｖとした場合、調整する範囲は図３の斜線部ｄに収まり、図１のＤ＝５０〜１９９ で制御することができ、電子ボリューム３の出力可変抵抗器３２の０ｎ〜４９ｎ 、電子ボリューム２の出力可変抵抗器２２の０ 〜４９は省略することができる。
以上述べたように、第１実施形態によれば、以下の各効果を実現することができる。
（１）構成が簡単で、ゆえに回路規模も消費電力も小さくなる。
（２）従来技術のように、温度調整のためのトレーニング期間を必要としないフィードフォワード制御で調整できる。
（３）感度調整はアナログ信号をＡＤ変換したりまたはＤＡ変換することもなく、内部回路のみで完結するので、余分なインターフェイスは必要ない。
（４）調整の情報に基づき、一定値になるよう感度調整するので、調整信号には、レンジ以外の制限がない。したがって、環境変化に対し調整量を示す信号があれば、どのような特性も調整できる。
【００４５】
ところで、上記の説明では、補償回路１において、調整に係る情報（データ）、つまり温度センサ７からの出力Ｖｄｉｖと電源装置８からの電圧Ｖｍｕｌｔ は１次特性を持ち、これにより加速度センサ６の出力Ｖｉｎ の感度特性を調整するようにしている。
しかし、補償回路１は、それら信号Ｖｄｉｖ，Ｖｍｕｌｔ に基づき、電源電圧の変動などにかかわらず電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔが一定値になるように感度調整を行うので、温度センサ７からの出力Ｖｄｉｖと電源装置８からの電圧Ｖｍｕｌｔ に２次または３次の特性を加えれば、これについても調整できる。
【００４６】
次に、このような調整例について、図４を参照して説明する。
図４の例によれば、温度センサ７の出力Ｖｄｉｖは、１Ｖから１．８５Ｖ に変化する（図４の矢印ａ参照）。また、加速度センサ６の出力Ｖｉｎ も同様な変化を示すので、加速度Ｚａ＝０．７５Ｇ時の加速度センサ６の出力および予想されるアップ／ダウンカウンタ５のコードＤ は次の（２２）式および（２３）式のようになる。
【００４７】
Ｖｉｎ＝１．８５×０．７５＝１．３８７５［Ｖ］・・・・（２２）
Ｄ＝１００ ×Ｖｍｕｌｔ／Ｖｄｉｖ−０．５＝１００ ×１／１．８５−０．５＝５３．５５ ≒５４・・・・（２３）
従って、電子ボリューム２の出力Ｖｏｕｔは、次の（２４）式に示すように調整される（図４の矢印ｂ参照）。
Ｖｏｕｔ＝（Ｄ＋０．５）／１００×Ｖｉｎ＝５４．５／１００×１．３８７５＝０．７５６［Ｖ］ ・・・・（２４）
このように、温度変化のような環境変化の調整信号があれば、いかなる感度変化に対しても対応は可能である。
【００４８】
例えは、ダミーのセンサ出力をＶｄｉｖの入力として、環境変化を調整することも出来る。仮にピエゾ型抵抗センサの電源電圧が４Ｖ で、加速度Ｚａ＝１Ｇ の時１Ｖを出力するセンサにおいて、ダミー抵抗の配分を１：１から１：３に変更すれば１Ｇ 相当の電圧が得られる。この電圧が環境変化に応じて変化する特性があるなら、これをＶｄｉｖの入力とすればよい。
【００４９】
また、図１に示す補償回路１では、電子ボリューム２、３のコードＤ を得るために、３値出力の比較器４およびアップ／ダウンカウンタ５を使用するようにしている。これは、温度変化のような環境変化に対して１ｂｉｔ ずつ追従していく方法であり、早い環境変化に追従するためには、逐次比較型のＡＤコンバータやフラッシュ型のＡＤコンバータなどを使用して毎回適切なコードを得る方法でも対応できる。
【００５０】
しかし、一般に環境変化はさほど早いものではなく、むしろ早い環境変化を示すような調整信号はノイズであると考えられる。図１に示すような比較器４およびアップ／ダウンカウンタ５からなる回路構成は、早い調整信号には追従できないが、反面、このノイズを除去する性能、つまり、ローパスフィルタの特性が持つことになる。この特性は、アップ／ダウンカウンタ５の動作クロックの周波数および電子ボリューム２、３のビット数、調整量により変えることができる。
【００５１】
図５は、このような効用の一例を示す。図５によれば、電圧Ｖｍｕｌｔ に点線のノイズが乗った時、アップ／ ダウンカウンタ５の出力コードＤ が１ｂｉｔずつしか追従せず、この結果、そのノイズを軽減させていることがわかる。
次に、本発明の第２実施形態に係る補償回路について、図６を参照して説明する。
【００５２】
図１に示す第１実施形態に係る補償回路１によれば、電子ボリューム２、３は、出力可変抵抗器２２、３２としてリニアスケールの減衰器を使用するようにした。しかし、電子ボリューム２と電子ボリューム３の形態が同じであれば、その補償回路１と同等の補償（調整）を行うことができる。
そこで、第２実施形態に係る補償回路１ａでは、図６に示すように、図１に示す非反転増幅器からなる電子ボリューム２、３を、反転増幅器からなる電子ボリューム２ａ、３ａに置き換えるようにしたものである。
【００５３】
すなわち、図６に示す電子ボリューム２ａを、演算増幅器２１ａと抵抗器２２ａとで反転増幅器を構成するとともに、その抵抗器２２ａのスライド端子の位置をアップ／ダウンカウンタ５の出力コードで可変させ、その可変に応じて利得を最大２倍の範囲で可変できるようにした。
同様に、図６に示す電子ボリューム３ａを、演算増幅器３１ａと抵抗器３２ａとで反転増幅器を構成するとともに、その抵抗器３２ａのスライド端子の位置をアップ／ダウンカウンタ５の出力コードで可変できるようにし、その利得を最大２倍の範囲で可変できるようにした。
【００５４】
なお、この第２実施形態の補償回路１ａの他の部分の構成は、図１の補償回路１の構成と同じであるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
次に、本発明の第３実施形態に係る補償回路について、図７を参照して説明する。
【００５５】
図１に示す第１実施形態に係る補償回路１では、電子ボリューム２、３はその形態が同じようになっているが、その両者の形態を変えて多種多様な演算特性を持たせることが可能である。
そこで、第３実施形態に係る補償回路１ｂは、図７に示すように、図１に示す電子ボリューム２を、電子ボリューム２ｂに置き換えるようにした。
【００５６】
すなわち、図７に示すように、電子ボリューム２ｂは、図１に示す電子ボリューム２と同様に、演算増幅器２１と抵抗器２２とを備えている。しかし、出力可変抵抗器２２の接地電位を、ＧＮＤ２＝２Ｖ に変更するようにした。また、演算増幅器２１の−入力端子を、出力可変抵抗器２２の抵抗値が５ｒの位置に接続させ、その位置の出力電圧を帰還（フィードバック）させるようにした。
【００５７】
このため、電子ボリューム２ｂの出力Ｖｏｕｔは、次の（２５）式に示すようになる。
Ｖｏｕｔ＝１００／５×（Ｖｍｕｌｔ／Ｖｄｉｖ）×（Ｖｉｎ−２） ＋２・・・・ （２５）
従って、電子ボリューム２ｂは、２Ｖをシステムグランドとする入力信号Ｖｉｎ を２０倍に増幅しながらその入力信号Ｖｉｎ の感度調整を行うことができるようにした。
【００５８】
なお、この第３実施形態の補償回路１ｂの他の部分の構成は、図１の補償回路１の構成と同じであるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
次に、このような構成からなる第３実施形態の補償回路１ｂを、図２に示すように、加速度センサ６の出力の温度調整（温度補償）に適用した場合の動作例について説明する。
【００５９】
この例では、加速度センサ６の出力Ｖｉｎ が、０Ｇ時に２Ｖ、１Ｇで２５ｍＶ変化する場合の調整方法について、図８を参照して説明する。
まず、１Ｇの時には、２５ｍＶ変化するので、電子ボリューム２ｂの出力Ｖｏｕｔは、次の（２６）式のようになる。
Ｖｏｕｔ＝２０×０．０２５ ＋２＝ ２．５Ｖ ・・・・（２６）
また、温度Ｔが８０℃のときは、加速度センサ６の出力Ｖｉｎ は、次の（２７）式のように、１Ｇで４０ｍＶ変化する。
【００６０】
Ｖｉｎ＝２＋０．０２５ ×（８０＋８０）／１００＝２．０４・・・・（２７）
ここで、アップ／ダウンカウンタ５からの調整量Ｄ は、図３の矢印ｂ の場合と同じで、Ｄ＝６２となる。この結果、電子ボリューム２ｂの出力Ｖｏｕｔは、次の（２８）式のようになり、温度変化に対して調整される（図８（Ａ）の矢印ｂを参照）。
【００６１】
Ｖｏｕｔ＝６２．５／５ ×（２．０４−２）＋２＝２．５［Ｖ］ ・・・・（２８）
また、−１Ｇの時には、−２０ｍＶ変化するので、電子ボリューム２ｂの出力Ｖｏｕｔは、次の（２９）式のようになる。
Ｖｏｕｔ＝２０×−０．０２５＋２＝ １．５Ｖ ・・・・（２９）
また、温度Ｔが８０℃のときは、加速度センサ６の出力Ｖｉｎ は、次の（３０）式のように、−１Ｇで−４０ｍＶ変化する。
【００６２】
Ｖｉｎ＝２ −０．０２５ ×（８０＋８０）／１００＝１．９６・・・・（３０）
ここで、アップ／ダウンカウンタ５からの調整量Ｄ は、図３の矢印ｂ の場合と同じで、Ｄ＝６２となる。この結果、電子ボリューム２ｂの出力Ｖｏｕｔは、次の（３１）式のようになり、温度変化に対して調整される（図８（Ｂ）の矢印ｂを参照）。
【００６３】
Ｖｏｕｔ＝ ６２．５／５ ×（１．９６−２）＋２＝１．５［Ｖ］ ・・・・（３１）
となり、調整される。
以上のように、第３実施形態は、システムが５Ｖ単一電源で構成でき、センサの出力電圧が小さい時に有効であり、加速度センサ、温度センサのシステムグランドを一致させなくても良いので設計は容易である。
【００６４】
次に、本発明の第４実施形態に係る補償回路について、図９を参照して説明する。
この第４実施形態に係る補償回路１ｃは、図９に示すように、図１に示すリニアスケールの電子ボリューム２、３を、ログスケール（対数スケール）の電子ボリューム２ｃとリニアスケールの３ｃに置き換え、電子ボリューム２ｃにリニア−対数変換の調整機能を持たせるようにしたものである。
【００６５】
具体的には、電子ボリューム２ｃは、演算増幅器２１ｃと，対数スケールの出力可変抵抗器２２ｃとを備え、その出力可変抵抗器２２ｃからの出力がアップ／ダウンカウンタ５からのコードＤ ＝０ 〜８０で調整されるようになっている。
また、電子ボリューム３ｃは、演算増幅器３１ｃと、リニアスケールの出力可変出力可変抵抗器３２ｃとを備え、最大利得が１倍からなる増幅機能を持つとともに、その出力可変抵抗器３２ｃからの出力がアップ／ダウンカウンタ５からのコードＤ ＝０ 〜８０で調整されるようになっている。
【００６６】
このように構成される図９の補償回路１ｃでは、電子ボリューム２ｃの出力Ｖｏｕｔは、次の（３２）式のようになる。
Ｖｏｕｔ＝（Ｖｍｕｌｔ／Ｖｄｉｖ）^２×Ｖｉｎ ・・・・（３２）
次に、図９の補償回路１ｃの回路特性について、図１０を参照して説明する。ここで、説明を容易にするため、Ｖｄｉｖ＝４Ｖ とする。
【００６７】

このように、この第４実施形態によれば、加速度センサ６からの出力Ｖｉｎ は対数に変換される。
【００６８】
次に、本発明の第５実施形態に係る補償回路について、図１１を参照して説明する。
図１に示す第１実施形態に係る補償回路１では、電子ボリューム３、比較器４およびアップ／ダウンカウンタ５からなる調整部と電子ボリューム２とは１対１の対応関係になるように構成したが、このような構成では、例えば３軸の加速度センサなどのように複数軸センサの各出力信号の感度調整には適用できないとう不都合がある。
【００６９】
そこで、第５実施形態に係る補償回路１ｄは、１つの調整部と、３個の電子ボリューム２Ｘ，２Ｙ，２Ｚとで構成するとともに、それぞれ異なるコードを与えるだけで、３軸センサの各出力信号の温度調整および感度調整が行えるようにした。
このため、第５実施形態に係る補償回路１ｄは、図１１に示すように、電子ボリューム２Ｘ，２Ｙ，２Ｚと、セレクタ１００と、電子ボリューム３と、セレクタ１０１と、比較器４と、加減算器１０２と、レジスタ１０３〜１０５と、セレクタ１０６と、制御回路１０７と、を備えている。
【００７０】
電子ボリューム２Ｘ，２Ｙ，２Ｚは、３軸センサ（図示せず）からの出力される各軸の信号ＶｉｎＸ，ＶｉｎＹ，ＶｉｎＺを入力して感度調整を行い、その感度調整がされた各出力信号ＶｏｕｔＸ，ＶｏｕｔＹ，ＶｏｕｔＺ が出力されるようになっている。
この電子ボリューム２Ｘ，２Ｙ，２Ｚは、図１に示す電子ボリューム２と基本的に同様に構成されるが、その各出力信号ＶｏｕｔＸ，ＶｏｕｔＹ，ＶｏｕｔＺ が対応するレジスタ１０３〜１０５からのコードＤＸ，ＤＹ，ＤＺで制御される点が、電子ボリューム２とは異なる。
【００７１】
セレクタ１００は、温度センサ（図示せず）からの出力信号ＶｄｉｖＸ，ＶｄｉｖＹ，ＶｄｉｖＺ のうちの１ つを選択して電子ボリューム３に供給するためのものであり、その選択は制御回路１０７から出力されるセレクト信号ＳＥＬ により行われるようになっている。
セレクタ１０１は、電源装置（図示せず）からの電圧ＶｍｕｌｔＸ，ＶｍｕｌｔＹ，ＶｍｕｌｔＺのうちの１ つを選択して比較器４に供給するためのものであり、その選択は制御回路１０７からのセレクト信号ＳＥＬ により行われるようになっている。
【００７２】
電子ボリューム３および比較器４は、図１に示す電子ボリューム３および比較器４と同様に構成されるので、その説明は省略する。
加減算器１０２は、比較器４の出力に応じて加減算を行うものであり、その加減算の結果がレジスタ１０３〜１０５のうちの１つに格納されるようになっている。
【００７３】
レジスタ１０３は、その格納内容が制御回路１０７からのクロックＣＬＫＸの立ち下がりで更新されるようになっており、その更新値ＤＸにより電子ボリューム２Ｘの出力信号ＶｏｕｔＸ が調整されるようになっている。
レジスタ１０４は、その格納内容が制御回路１０７からのクロックＣＬＫＹの立ち下がりで更新されるようになっており、その更新値ＤＹにより電子ボリューム２Ｙの出力信号ＶｏｕｔＹ が調整されるようになっている。
【００７４】
レジスタ１０５は、その格納内容が制御回路１０７からのクロックＣＬＫＺの立ち下がりで更新されるようになっており、その更新値ＤＺにより電子ボリューム２Ｚの出力信号ＶｏｕｔＺ が調整されるようになっている。
セレクタ１０６は、レジスタ１０３〜１０５の格納内容ＤＸ，ＤＹ，ＤＺのうちの１つを選択し、この選択した格納内容を電子ボリューム３および加減算器１０２にそれぞれ供給するようになっている。その選択は、制御回路１０７からのセレクト信号ＳＥＬ により行われるようになっている。
【００７５】
制御回路１０７は、各部を制御するために、セレクト信号ＳＥＬ やクロックＣＬＫＸ，ＣＬＫＹ，ＣＬＫＺを生成してそれを各部に供給するようになっている。
次に、このように構成される第５実施形態の動作について、図１１および図１２を参照して説明する。
図１２（Ｄ）に示すように、制御回路１７から出力されるセレクト信号ＳＥＬが「Ｘ」の場合について説明する。
【００７６】
このときには、そのセレクト信号ＳＥＬに基づいて、セレクタ１００は信号ＶｄｉｖＸ を選択して電子ボリューム３に供給し、セレクタ１０１は信号ＶｍｕｌｔＸを選択して比較器４を供給し、セレクタ１０６はレジスタ１０３の格納内容ＤＸを選択して電子ボリューム３および加減算器１０２にそれぞれ供給する。
これは、電子ボリューム２Ｘが３軸センサ（図示せず）からのＸ軸の信号ＶｉｎＸの感度調整を行う場合であり、第１実施形態の感度調整と同様な動作を行う。すなわち加減算器１０２は、比較器４からの出力に応じて加減算を行う。例えば、比較器４の出力が「１１」の場合には「＋１」を行い、その出力が「００」の場合には「−１」を行い、その出力が「１１」または「００」以外の場合には加減算を行わない。
【００７７】
そして、図１２（Ａ）に示すように、制御回路１０７から出力されるクロックＣＬＫＸが立ち下がると、その立ち下がりでレジスタ１０３の格納内容ＤＸ（ｎ−１）が加減算器１０２の内容により更新される（図１２（Ｅ）参照）。さらに、電子ボリューム２Ｘの出力信号ＶｏｕｔＸ は、その更新値ＤＸ（ｎ） により調整される。
その後、上記と同様に、電子ボリューム２Ｙに入力される３軸センサのＹ軸の信号ＶｉｎＹと、電子ボリューム２Ｚに入力される３軸センサのＺ軸の信号ＶｉｎＺとがそれぞれ調整される。さらに、これらの一連の動作を繰り返す。
【００７８】
以上の説明したように、この第５実施形態によれば、簡単な制御で多数のセンサ信号の調整をすることができる。
なお、上記の実施形態では、センサの温度補償回路に適用した例について述べたが、本発明の補償回路は、ＡＰＣ 回路としても使用出来る。例えば、レーザのＡＰＣ回路においては、レーザの光量を電圧に変換した信号をＶｄｉｖとし、レーザの光量を制御する電圧信号をＶｉｎ とするように構成すれば良い。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回路構成が簡単で消費電力の低減化が図れる上に、調整に先立って行うトレーニング期間が不要であってフォワード制御で調整ができ、かつ、その調整に際して被補償信号のＡ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換が不要となって余分なインターフェイスが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】第１実施形態を加速度センサ（ピエゾ型抵抗センサ）の感度調整に適用した場合の回路図である。
【図３】加速度センサの感度調整の一例を説明するための図である。
【図４】加速度センサの他の感度調整の一例を説明するための図である。
【図５】第１実施形態の比較器およびアップ／ダウンカウンタからなる回路構成のローパスフルタの特性を説明する説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態の構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態の構成を示す回路図である。
【図８】第３実施形態を適用して加速度センサの感度調整の一例を説明するための図である。
【図９】本発明の第４実施形態の構成を示す回路図である。
【図１０】第４実施形態を適用して加速度センサの感度調整の一例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第５実施形態の構成を示す回路図である。
【図１２】第５実施形態の各部の制御信号の波形例を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 補償回路
２ 電子ボリューム
３ 電子ボリューム
４ 比較器
５ アップ／ダウンカウンタ
６ 加速度センサ
７ 温度センサ
８ 電源装置
１００、１０１、１０６ セレクタ
１０２ 加減算器
１０３〜１０５ レジスタ
１０７ 制御回路

Claims (6)

1. 環境変化によって出力が変動する被補償信号の出力を補償する補償回路であって、
   前記被補償信号を増幅または減衰するとともに、利得が可変できる第１の可変利得増幅器と、
   前記環境変化を検出し、その検出に応じた信号を出力する検出回路と、
   前記検出回路の出力信号を増幅または減衰するとともに、利得を可変できる第２の可変利得増幅器と、
   前記第２の可変利得増幅器の出力信号が所定の基準値に等しくなるように前記第２の可変利得増幅器の利得を制御する制御信号を出力するとともに、前記制御信号に基づいて前記第１の可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段と、
   を備えていることを特徴とする補償回路。
2. 前記利得制御手段は、
   前記第２の可変利得増幅器の出力信号と所定の基準値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段の出力信号に基づいて前記第２の可変利得増幅器の利得を変化させる利得可変手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の補償回路。
3. 前記利得制御手段の出力信号は、平滑化されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の補償回路。
4. 前記基準値は可変であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の補償回路。
5. 前記第１の可変利得増幅器は、複数の可変利得増幅器から構成するようにし、
   前記第２の可変利得増幅器は、時分割で動作するように構成し、
   前記利得制御手段は、前記複数の可変利得増幅器に対応する複数の利得設定手段を有し、前記複数の可変利得増幅器に対応する利得がそれぞれ前記利得設定手段に設定されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の補償回路。
6. 前記被補償信号は、ピエゾ型抵抗センサの出力信号であり、前記検出回路は温度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の補償回路。

Images