JP2008083039A - 温度補償回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度補償出力電圧の温度係数の大きさと正負の極性を任意に調整できる温度補償回路を提供する。
【解決手段】 調整用電圧を発生する手段と、基準電圧を発生する手段と、加減算演算を行う手段とを有する構成とし、前記加減算演算を行う手段の加算入力端子と減算入力端子を接続し、前記加減算演算を行う手段を構成する複数の抵抗のうち少なくとも１つの抵抗の温度係数が異ならせる構成とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、温度によって出力電圧が変動する信号を補正する回路に関する。

一般にセンサの出力は温度により変動する。そして例えば、圧力センサのようなセンサでは、センサ出力信号のゼロ点オフセット電圧の温度特性は、正の温度特性を持ったり、負の温度特性を持ったりと様々である。これを図５で説明すると、センサ出力は理想的には、曲線５０のように、ゼロ点オフセット電圧が温度Ｔ に関係なく一定であるべきであるが、実際には曲線５１〜５３に示すように、規則性なく正あるいは負の両方に変動をする。

このようなセンサに対しては、個々のセンサに対してそれぞれ異なる温度補正をかける必要があり、そのために正の補正と負の補正およびその補正量を自由に可変できる回路が必要である。

このような課題を解決するために、従来の温度補償回路においては、例えば特開平６−１７４４８９号公報に示されるような温度補償回路が提案されている。この温度補償回路の回路構成を図１２に示す。

図１２の温度補償回路１は、電源Ｖｃｃは端子１１に、抵抗Ｒ５とＲ６により分圧された調整用電圧Ｖｉは端子１２に供給され、調整用電圧Ｖｉは２つのオペアンプＯＰ１とＯＰ２の非反転入力端子に供給される。オペアンプＯＰ１はトランジスタＴｒ１と、オペアンプＯＰ２はトランジスタＴｒ２と共にＶ／Ｉ変換器（電圧／電流変換器）を構成する。Ｖ／Ｉ変換器により調整用電圧Ｖｉに比例した電流ＩａとＩｂが、それぞれ温度係数の異なる温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２に供給される。これらの電流ＩａとＩｂは、カレントミラー回路を介してＴｒ５とＴｒ７に流される。さらに、トランジスタＴｒ５の電流Ｉａは分圧抵抗Ｒ３とＲ４の接続点１４に流入し、トランジスタＴｒ７の電流Ｉｂは分圧抵抗Ｒ３とＲ４の接続点１４から流出することとなる。接続点１４は端子１３に接続され、その電圧は温度補償回路１の出力Ｖｏとなる。この温度補償回路１の出力Ｖｏは、センサ出力が接続されるオペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続され、温度により変動するセンサ出力に対して温度補償を行う。

以上の様に構成された温度補償回路の出力電圧Ｖｏは式１であらわされる。

Ｖo＝(R3 /(R3+R4))・Ｖcc＋(1/R1−1/R2)・(R3・R4/ (R3＋R4))・Ｖi （式１）
ここで、式１の右辺の第２項は、温度によって電圧が変化する温度補正項であり、温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値により温度補正項の正と負の極性を決定し、調整用電圧Ｖｉにより、温度補正項の補正量ΔＶを任意に調整することが可能である。

温度補償基準温度Ｔ０において、温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値が等しくなるように抵抗値を選定することにより、温度補償基準温度Ｔ０においては、いかなる調整用電圧Ｖｉでも温度補正項はゼロとなり、調整用電圧Ｖｉによらない温度補償出力電圧Ｖｏを得ることが出来る。また、調整用電圧Ｖｉをゼロにすることにより、いかなる温度Ｔでも温度補正項はゼロとなり、温度Ｔに依らない温度補償出力電圧Ｖｏを得ることが出来る。また、調整用電圧Ｖｉは電源電圧Ｖｃｃに比例した電圧であるから、電源電圧Ｖｃｃに比例した温度補償出力電圧Ｖｏを得ることが出来る。
特開平６−１７４４８９号公報

以上のように構成された従来の温度補償回路は、補正量ΔＶの温度係数の正負の極性は温度補償用抵抗の温度係数の大小関係によって決まるため、補正量ΔＶの温度係数の正負の極性を調整用電圧Ｖｉで調整することはできない。

また、従来の温度補償回路では、温度補償基準温度Ｔ０が狙いからずれる要因が複数ある。例えば、温度補償基準温度Ｔ０で温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値が等しいとしても、仮にトランジスタＴｒ３、Ｔｒ５で構成されるカレントミラー回路のミラー比に誤差が生じると、図１２の接続点１４に流入する電流と流出する電流が等しくなくなるので、温度補正項はゼロとならず、温度補償基準温度Ｔ０が狙いからずれることになる。これはトランジスタＴｒ４、Ｔｒ６で構成されるカレントミラー回路、またトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８で構成されるカレントミラー回路についても同じことである。また例えば、温度補償基準温度Ｔ０で温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値が等しいとしても、仮にＶ／Ｉ変換器を構成するオペアンプＯＰ１とＯＰ２の入力オフセット電圧に差があると、温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２のそれぞれに印加される電圧に差が生じるため、温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２のそれぞれに流れる電流に誤差が生じ、図１２の接続点１４に流入する電流と流出する電流が等しくなくなり、温度補正項はゼロとならず、温度補償基準温度Ｔ０が狙いからずれることになる。以上で仮定した誤差要因、すなわちカレントミラー回路のミラー比のずれ、複数のオペアンプ間の入力オフセット電圧のばらつきは、実際の回路においては避けることが困難な問題である。設計上の工夫により、これらのずれやばらつきを抑えることはできるが、回路面積の増大や他の電気的特性、例えば最低動作電圧の上昇といった犠牲を避けられない。また、実際の回路においては、これらの誤差要因が複合して発生するため、温度補償基準温度Ｔ０を狙いどおり実現することはさらに困難になる。

また、従来の温度補償回路の構成では、オペアンプＯＰ１とＯＰ２の同相入力電圧範囲は、調整用電圧Ｖｉのとりうる電圧範囲よりも広いことが求められる。調整用電圧Ｖｉがとりうる最小の電圧はゼロ、すなわちアースＧと等しい電位であるから、オペアンプＯＰ１とＯＰ２には、同相入力電圧範囲の低い側の電位がアースＧの電位であることが要求される。しかし、一般的にオペアンプは、その回路構成上、電源電圧近傍またはアース電位近傍の入力電圧では、同相入力信号除去比が悪化する、すなわち入力オフセット電圧が変動するため、たとえ調整用電圧Ｖｉがゼロであったとしても、温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２に印加される電圧はゼロとは限らず、温度補償用抵抗には意図しない電流が流れ、図６の接続点１４に流入する電流と流出する電流が等しくなくなり、温度補償基準温度Ｔ０が狙いからずれる可能性がある。同相入力電圧範囲の低い側の電位がアースＧであるオペアンプを実現するのは不可能ではなく、また実際にそのようなオペアンプも存在するが、同相入力電圧範囲をアースＧの電位まで実現することによる回路の追加による面積の増加を避けることは困難である。

以上の様に、従来の温度補償回路においては、温度補償出力電圧の温度係数の正負の極性を調整することができない、また温度補償基準温度が狙いからずれる要因が複数あるために高精度な温度補償基準温度を得ることができない、また回路内で使用されるオペアンプの同相入力電圧範囲への要求が厳しいといった課題がある。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、大幅な面積の増大なく、正負の極性の温度係数を有する高精度な温度補償回路を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の温度補償回路は、調整用電圧を発生する手段と、基準電圧を発生する手段と、加減算演算を行う手段とを有し、加減算演算を行う手段の加算入力端子と減算入力端子を接続し、加減算演算を行う手段を構成する複数の抵抗のうち少なくとも１つの抵抗の温度係数が異なる構成とした。

本発明により、回路規模が大幅に増大することなく、正負の極性の温度係数を有する高精度な温度補償回路を提供することができる。さらに、使用するオペアンプの同相入力電圧範囲への要求を緩和することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施例を表したブロック図である。

図１において、温度補償回路１は、加減算回路２と、調整用電圧発生回路３と、基準電圧発生回路４とで構成される。

加減算回路２の減算入力端子２１と加算入力端子２２は短絡接続され、調整用電圧発生回路３の調整用電圧出力端子３１に接続される。ここで、加算入力端子と減算入力端子はそれぞれ１つであるので、加減算回路２は減算回路として動作するが、便宜上、加減算回路とする。加減算回路２の基準電圧入力端子２３は基準電圧発生回路４の基準電圧出力端子４１に接続される。加減算回路２の加減算回路出力端子２４は、温度補償回路１の温度補償電圧出力端子１１に接続される。

基準電圧出力端子４１の電圧を基準電圧Ｖ４、調整用電圧出力端子３１の電圧を調整用電圧Ｖ３、加減算回路出力端子２４の電圧、すなわち温度補償電圧出力端子１１の電圧を温度補償出力電圧Ｖｏとする。

図２は、本発明の第１の実施例を表した回路図である。

また図２において、温度補償回路１は、図１で示したブロック図を回路図で示したものである。温度補償回路１を構成する加減算回路２と、調整用電圧発生回路３と、基準電圧発生回路４とは図１で示したブロック図と同じように接続される。加減算回路２はオペアンプＯＰ１と温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４で構成される。温度補償用抵抗Ｒ１は減算入力端子２１とオペアンプＯＰ１の反転入力端子の間に接続され、温度補償用抵抗Ｒ２は加算入力端子２２とオペアンプＯＰ１の非反転入力端子の間に接続され、温度補償用抵抗Ｒ３はオペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子の間に接続され、温度補償用抵抗Ｒ４はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子と基準電圧入力端子２３との間に接続される。オペアンプＯＰ１の出力端子は、加減算回路出力端子２４となる。

調整用電圧発生回路３は、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２とオペアンプＯＰ３で構成される。抵抗Ｒ３１とＲ３２は電源電圧ＶＤＤと接地電圧ＶＳＳ間に直列に接続され、分圧抵抗を構成する。抵抗Ｒ３１とＲ３２の接続点は、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ３の反転入力端子はオペアンプＯＰ３の出力端子に接続され、ボルテージフォロワを構成する。オペアンプＯＰ３の出力端子は、調整用電圧出力端子３１となる。

基準電圧発生回路４は、抵抗Ｒ４１、Ｒ４２とオペアンプＯＰ４で構成される。抵抗Ｒ４１とＲ４２は電源電圧ＶＤＤと接地電圧ＶＳＳ間に直列に接続され、分圧抵抗を構成する。抵抗Ｒ４１とＲ４２の接続点は、オペアンプＯＰ４の非反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ４の反転入力端子はオペアンプＯＰ４の出力端子に接続され、ボルテージフォロワを構成する。オペアンプＯＰ４の出力端子は、基準電圧出力端子４１となる。

温度補償回路１は以上の様に構成されており、次のように動作する。

調整用電圧発生回路３の調整用電圧出力端子３１の電圧である調整用電圧Ｖ３は、抵抗Ｒ３１とＲ３２の分圧比によって決まり、次のように表される。

V3＝R32/(R31＋R32)・VDD （式２）
基準電圧発生回路４の基準電圧出力端子４１の電圧である基準電圧Ｖ４は、抵抗Ｒ４１とＲ４２の分圧比によって決まり、次のように表される。

V4＝R42/(R41＋R42)・VDD （式３）
加減算回路２の減算入力端子２１、加算入力端子２２、基準電圧入力端子２３、加減算回路出力端子２４の各端子の電圧をそれぞれＶ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４とすると、加減算回路２は以下の式で示すように動作し、加算回路出力端子２４の電圧Ｖ２４は次のように表される。

V24＝R2(R1＋R3)/(R1(R2＋R4))・V23＋R4(R1＋R3)/(R1(R2＋R4))・V22−(R3/R1)・V22 （式４）
（式４）を変形すると、次式を得る。
V24＝V23＋R4(R1＋R3)/(R1(R2＋R4))・(V22−V23)−(R3/R1)・(V21−V23) （式５）
ここで、減算入力端子２１と加算入力端子２２は、調整用電圧発生回路３の調整用電圧出力端子３１に接続され、調整用電圧Ｖ３が印加されているので、次式が成り立つ。

V21＝V22＝V3 （式６）
また、基準電圧入力端子２３は、基準電圧発生回路４の基準電圧出力端子４１に接続され、基準電圧Ｖ４が印加されているので、次式が成り立つ。

V23＝V4 （式７）
また、加減算回路出力端子２４は、温度補償電圧出力端子１１に接続されているので、次式が成り立つ。

V24＝Vo （式８）
以上から（式５）に（式６）〜（式８）を代入すると次式を得る。

Vo＝V4＋(R4(R1＋R3))/(R1(R2＋R4))・(V3−V4)−(R3/R1)(V3−V4) （式９）
（式９）を変形すると、次式を得る。

Vo＝V4＋(R1・R4−R2・R3)/(R1(R2＋R4))・(V3−V4) （式１０）
ここで、（式１０）の各項を次のようにおく。

ｆ(R)＝(R1・R4−R2・R3)/ (R1(R2＋R4)) （式１１）
ΔVi＝V3−V4 （式１２）
ｆ(Ｒ)は温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４で決まる項である。また、ΔＶｉは基準電圧Ｖ４と調整用電圧Ｖ３によって決まる項である。ここで、ｆ(Ｒ)を温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)とし、ΔＶｉを調整用電圧ΔＶｉとする。
（式１１）と（式１２）を用いると（式１０）は次のように表される。

Vo＝V4＋ｆ(R)・ΔVi （式１３）
温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)が温度依存性を示す場合には、（式１３）の右辺第２項ｆ(Ｒ)・ΔＶｉは温度依存性をもつ項となる。温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)が温度依存性をもつようにするには、例えば、温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の４つの抵抗のうち、いずれか１つの抵抗の温度係数を他の３つの抵抗の温度係数と異ならせればよい。

ここで、（式１３）の右辺第２項を補正量ΔＶｏとおく。つまり次式のようにおく。

ΔVo＝ｆ(R)・ΔVi （式１４）
（式１４）のΔＶｏを用いると、（式１３）は次のように表せる。

Vo＝V4＋ΔVo （式１５）
（式１４）から明らかなように、補正量ΔＶｏは調整用電圧ΔＶｉに比例するので、調整用電圧ΔＶｉによって補正量ΔＶｏを任意に調整可能である。調整用電圧ΔＶｉは、調整用電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ４によって、正の値にも負の値にも調整可能であるから、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の値が正または負のどちらの極性であっても、（式１４）から、調整用電圧ΔＶｉによって補正量ΔＶｏの絶対値だけでなく、正負の極性を調整可能である。また、調整用電圧ΔＶｉがゼロとなるように調整用電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ４を調整すれば、（式１４）から、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)がいかなる値であっても、つまりいかなる温度であっても、補正量ΔＶｏをゼロにすることができる。

ある任意の温度Ｔ０で、Ｒ１・Ｒ４−Ｒ２・Ｒ３＝０となるように、温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４を選定する。以後、この温度Ｔ０を温度補償基準温度Ｔ０と呼称する。以上のように選定すると、温度補償基準温度Ｔ０では温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)は常にゼロであるから、（式１４）から、調整用電圧ΔＶｉがいかなる値であっても補正量ΔＶｏをゼロにすることができる。

温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の４つの抵抗のうち、いずれか１つの抵抗の温度係数は、他の３つの抵抗の温度係数と異なるから、温度補償基準温度Ｔ０以外の温度では、Ｒ１・Ｒ４−Ｒ２・Ｒ３の値はゼロ以外の値をとる。従って、温度補償基準温度Ｔ０以外の温度では温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)はゼロ以外の値をとり、その値は温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４に選定する抵抗の温度係数によって決まる。

ここで、調整用電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ４は（式２）および（式３）に示したように、それぞれ電源電圧ＶＤＤに比例した電圧である。従って、（式１２）から、調整用電圧ΔＶｉは電源電圧ＶＤＤに比例した電圧となり、（式１４）から、電源電圧ＶＤＤに比例した補正量ΔＶｏを得ることができる。

また、調整用電圧Ｖ３および基準電圧Ｖ４は、（式２）および（式３）に示したように、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２および抵抗Ｒ４１、Ｒ４２によって設定可能であるから、これらの抵抗の抵抗比により調整用電圧ΔＶｉを調整可能であり、すなわち補正量ΔＶｏを調整可能である。

また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子および非反転入力端子の電圧をそれぞれＶＮ１、ＶＮ２とすると、これらの端子とり得る電圧は、調整用電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ４と温度補償用抵抗Ｒ２、Ｒ４によって決まる電圧であり、次式で表される。

VN1＝VN2＝(R2・V4＋R4・V3)/ (R2＋R4) （式１６）
ここで、ＶＮ１とＶＮ２の電圧は、オペアンプＯＰ１によりバーチャルショートが成り立っているとし、等しい電圧とした。（式１６）から、オペアンプＯＰ１の反転入力端子および非反転入力端子の電圧は、補正量調整用電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ４と温度補償用抵抗Ｒ２、Ｒ４の選定により、接地電圧ＶＳＳまたは電源電圧ＶＤＤとならない電圧に設定可能であることが分かる。従って、オペアンプＯＰ１は、接地電圧ＶＳＳ近傍または電源電圧ＶＤＤ近傍まで同相入力電圧範囲をもつオペアンプでなくてよいことになる。例えば、基準電圧Ｖ４をＶＤＤ／２とし、Ｒ２とＲ４の抵抗値を等しくした場合においては、調整用電圧Ｖ３が接地電圧ＶＳＳから電源電圧ＶＤＤまで変化した場合においても、ＶＮ１およびＶＮ２のとり得る電圧は、（１／４）・ＶＤＤ〜（３／４）・ＶＤＤとなる。従って、オペアンプＯＰ１の同相入力電圧範囲は（１／４）・ＶＤＤ〜（３／４）・ＶＤＤの範囲より広ければよく、接地電圧ＶＳＳまたは電源電圧ＶＤＤ近傍まで同相入力電圧範囲をもつオペアンプを要求しないことになる。

本回路において、温度補償基準温度Ｔ０が狙いからずれる原因として挙げられるのは、温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の選定ずれのみである。オペアンプＯＰ１の入力電圧オフセットは、出力電圧のオフセットとして現れるが、基準温度補償基準温度Ｔ０のずれにはならない。

以下、動作説明のため、ある限定した場合について説明する。

温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４を、例えば図６に示すように、温度補償用抵抗Ｒ１の温度係数のみ温度補償用抵抗Ｒ２〜Ｒ４の温度係数と異なり、かつ温度補償用抵抗Ｒ１の温度係数が大きくなるように選定し、かつ温度補償基準温度Ｔ０の時に等しい抵抗値になるように選定する。また、基準電圧Ｖ４は温度によらずＶＤＤ／２の電圧となるように選定する。これは、基準電圧発生回路４の抵抗４１と抵抗４２を等しい温度係数の抵抗で構成し、かつ抵抗値を等しく選定することで実現できる。

温度補償用抵抗Ｒ２とＲ４は、ある温度補償基準温度Ｔ０で抵抗値が等しく、温度係数も等しくなるように選定しているので、図６の曲線６２が示すように、いかなる温度でもＲ２＝Ｒ４となる。従って、（式１１）は次のように表せる。

ｆ(R)＝(1−R3/R1)/2 （式１７）
この場合の温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度依存性を図７に示す。温度補償基準温度Ｔ０においては、Ｒ１・Ｒ４−Ｒ２・Ｒ３＝０が成り立つように選定しているので、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)はゼロとなる。温度補償基準温度Ｔ０以外の温度では、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)はゼロ以外の値をとり、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)は温度補償用抵抗Ｒ１、Ｒ３の温度特性によって決まる温度依存性を示す。温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数の正負は、温度補償用抵抗Ｒ１とＲ２〜Ｒ４の温度係数の大小によってきまる。この場合では、温度補償用抵抗Ｒ１の温度係数が大きくなるように選定しているため、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数は正に決まる。この場合とは逆に、温度補償用抵抗Ｒ１の温度係数が温度補償用抵抗Ｒ２〜Ｒ４の温度係数よりも小さい場合においては、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数は負に決まる。

温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)は前述のように温度依存性を示すので、（式１４）により補正量ΔＶｏは温度依存性を示す。補正量ΔＶｏは、調整用電圧ΔＶｉによって任意に調整可能であるから、図８の曲線８０〜８４で示すように、調整用電圧ΔＶｉの調整により、各温度におけるΔＶｏの補正量と正負の極性を任意に変えることができる。図８では、ΔＶｉ＝ΔＶｉ０〜ΔＶｉ４の５条件について、ΔＶｏの温度特性を示した。この場合では、基準電圧Ｖ４はＶＤＤ／２であるから、調整用電圧ΔＶｉを調整するには、調整用電圧Ｖ３を調整すればよい。調整用電圧Ｖ３は、調整用電圧発生回路３の抵抗３１と抵抗３２の抵抗比を調整することで調整可能である。

図８において、温度補償基準温度Ｔ０では温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)はゼロとなり、いかなる調整用電圧ΔＶｉにおいても補正量ΔＶｏはゼロとなる。また、調整用電圧Ｖ３を基準電圧Ｖ４と等しくなるように調整することによりΔＶｉ＝０となるから、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)がいかなる値であっても、つまりいかなる温度であっても、補正量ΔＶｏはゼロとなる。

また、温度補償出力電圧Ｖｏは（式１５）で表されるとおり、基準電圧Ｖ４と補正量ΔＶｏの和で表されるから、この場合においては、図９の曲線９０〜９４で示すように、調整用電圧Ｖ３の電圧Ｖ３０〜Ｖ３４に応じて、温度補償出力電圧Ｖｏは温度依存性を示すことになる。

ここで上記の説明では便宜上、温度補償用抵抗Ｒ２〜Ｒ４の温度係数が等しく、温度補償用抵抗Ｒ１の温度係数のみ異なるとしたが、温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうち、どの温度補償用抵抗の温度係数が異なってもよい。

また本実施例では便宜上、調整用電圧発生回路を抵抗分割回路とボルテージフォロワからなる構成としたが、回路方式についてはこの限りではなく、それぞれ電圧を出力する回路であれば、いかなる構成の回路であってもよい。

図３は、本発明の第２の実施例を表した回路図である。

図３において、温度補償回路１は、実施例１の図２で示した温度補償回路１において、調整用電圧発生回路３の構成を変えたものである。調整用電圧発生回路３の構成および調整用電圧発生回路３と基準電圧回路の接続以外の構成は、図２で示した温度補償回路１の構成と同じである。

調整用電圧発生回路３は、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２とオペアンプＯＰ３とスイッチＳＷ１で構成される。抵抗Ｒ３１の端子の一方は、スイッチＳＷ１の端子に接続される。スイッチＳＷ１は抵抗Ｒ３１の端子の一方を電源電圧ＶＤＤまたは接地電圧ＶＳＳに接続するように動作するスイッチである。抵抗Ｒ３１のもう一方の端子は抵抗Ｒ３２の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ３２のもう一方の端子は、調整用電圧用基準電圧入力端子３２に接続される。抵抗Ｒ３１とＲ３２の接続点は、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ３の反転入力端子はオペアンプＯＰ３の出力端子に接続され、ボルテージフォロワを構成する。オペアンプＯＰ３の出力端子は、調整用電圧出力端子３１となる。

調整用電圧発生回路３の調整用電圧用基準電圧入力端子３２は基準電圧発生回路４の基準電圧出力端子４１に接続される。

本実施例における温度補償回路１は以上の様に構成されており、次のように動作する。調整用電圧ΔＶｉに対する温度補償回路１の動作は、実施例１における動作と同じである。本実施例と実施例１の相違点は、調整用電圧ΔＶｉの発生方法にある。

以下、本実施例における調整用電圧ΔＶｉの発生方法を説明する。

スイッチＳＷ１が接続点Ｎ５を電源電圧ＶＤＤに接続している場合でも、接地電圧ＶＳＳに接続している場合でも、調整用電圧Ｖ３は基準電圧Ｖ４を基準とした電圧となる。スイッチＳＷ１で接続点Ｎ５を電源電圧ＶＤＤに接続するか接地電圧ＶＳＳに接続するかを切り替えることにより、調整用電圧Ｖ３は基準電圧Ｖ４より高い電圧か低い電圧かを切り替えることができる。

スイッチＳＷ１が接続点Ｎ５を電源電圧ＶＤＤに接続しているときは、調整用電圧Ｖ３は、いかなる抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２の抵抗比でも、基準電圧Ｖ４以上の電圧となる。従って、（式１２）から、調整用電圧ΔＶｉはゼロまたは正の値をとる。このとき、例えば実施例１と同様に、図６に示すように温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４を選定し、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数が図７に示すように正となる場合では、ゼロまたは正の値をとる調整用電圧ΔＶｉに対し、補正量ΔＶｏは図８の曲線８０〜８２が示すように、ゼロまたは正の温度係数を示す。

また一方、スイッチＳＷ１が接続点Ｎ５を接地電圧ＶＳＳに接続しているときは、調整用電圧Ｖ３は、いかなる抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２の抵抗比でも、基準電圧Ｖ４以下の電圧となる。従って、（式１２）から、調整用電圧ΔＶｉはゼロまたは負の値をとる。このとき、例えば実施例１と同様に、図６に示すように温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４を選定し、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数が図７に示すように正となる場合では、ゼロまたは負の値をとる調整用電圧ΔＶｉに対し、補正量ΔＶｏは図８の曲線８０、８３〜８４が示すように、ゼロまたは負の温度係数を示す。

従って、スイッチＳＷ１を切り替えることにより、補正量ΔＶｏの温度係数の正負の極性を切り替えることが可能である。また、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２の抵抗比を調整することにより、調整用電圧Ｖ３を調整することができ、調整用電圧ΔＶｉの絶対値を調整できるから、補正量ΔＶｏの絶対値を任意に調整することができる。また、調整用電圧ΔＶｉをゼロにするには、調整用電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ４を等しくする必要があり、調整用電圧発生回路３の抵抗Ｒ３２の抵抗値をゼロにすることになる。これは例えば、抵抗Ｒ３２の両端を短絡するスイッチを設けることによっても実現できる。

また、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数が図７で示した正の場合とは逆に、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度係数が負となるように温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４を選定した場合においても、スイッチＳＷ１を切り替えることにより、補正量ΔＶｏの温度係数の正負の極性を切り替えることができる。

本実施例では便宜上、調整用電圧発生回路を抵抗分割回路とボルテージフォロワおよびスイッチからなる構成としたが、回路方式についてはこの限りではなく、調整用電圧発生回路が基準電圧を基準として調整用電圧を出力する回路であれば、いかなる構成の回路であってもよい。

図４は、本発明の第３の実施例を表した回路図である。

図４において、温度補償回路１は、実施例２の図３で示した温度補償回路１において、加減算回路を加減算回路２’の構成を変えたものである。加減算回路２’の構成以外は、図３で示した温度補償回路１の構成と同じである。

加減算回路２’は、オペアンプＯＰ１とＯＰ２と、温度補償用抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４と、抵抗Ｒ２５〜Ｒ２７で構成される。温度補償用抵抗Ｒ２１は減算入力端子２１とオペアンプＯＰ２の反転入力端子の間に接続され、温度補償用抵抗Ｒ２２は加算入力端子２２とオペアンプＯＰ１の反転入力端子の間に接続され、温度補償用抵抗Ｒ２３はオペアンプＯＰ１の出力端子とオペアンプＯＰ２の反転入力端子の間に接続され、温度補償用抵抗Ｒ２４はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子との間に接続される。抵抗Ｒ２５はオペアンプＯＰ２の反転入力端子と出力端子の間に接続され、抵抗Ｒ２６はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子と基準電圧入力端子２３との間に接続され、抵抗Ｒ２７はオペアンプＯＰ２の非反転入力端子と基準電圧入力端子２３との間に接続される。オペアンプＯＰ２の出力端子は、加減算回路出力端子２４となる。

本実施例における温度補償回路１は以上の様に構成されており、次のように動作する。

加減算回路２’の減算入力端子２１、加算入力端子２２、基準電圧入力端子２３、加減算回路出力端子２４の各端子の電圧をそれぞれＶ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４とすると、加減算回路２’は以下の式で示すように動作し、加減算回路出力端子２４の電圧Ｖ２４は次のように表される。

V24＝V23＋(R24・R25) / (R22・R23)・(V22−V23)−(R25/R21)・(V21−V23)
（式１８）
ここで、減算入力端子２１と加算入力端子２２は、調整用電圧発生回路３の調整用電圧出力端子３１に接続され、調整用電圧Ｖ３が印加されているので、（式６）が成り立つ。

また、基準電圧入力端子２３は、基準電圧発生回路４の基準電圧出力端子４１に接続され、基準電圧Ｖ４が印加されているので、（式７）が成り立つ。

また、加減算回路出力端子２４は、温度補償電圧出力端子１１に接続されているので、（式８）が成り立つ。
以上から（式１８）に（式６）〜（式８）を代入すると次式を得る。

Vo＝V4＋(R24・R25) / (R22・R23)・(V3−V4)−(R25/R21)・(V3−V4)
（式１９）
（式１９）を変形すると、次式を得る。

Vo＝V4＋(R25・(R21・R24−R22・R23) / (R21・R22・R23))・(V3−V4)
（式２０）
ここで、（式２０）の各項を次のようにおくと、（式２０）は（式１３）と同じ式になるから、本実施例の温度補償回路１は実施例１の温度補償回路１と同じように動作することがわかる。

ｆ(R)＝(R25・(R21・R24−R22・R23)) / (R21・R22・R23) （式２１）
ΔVi＝V3−V4 （式２２）
また、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２の反転入力端子および非反転入力端子の電圧は、基準電圧Ｖ４となるから、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２の同相入力電圧範囲は、基準電圧Ｖ４の近傍であればよく、接地電圧ＶＳＳまたは電源電圧ＶＤＤ近傍まで同相入力電圧範囲をもつオペアンプを要求しない。

本実施例では便宜上、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２の非反転入力端子に入力バイアス電流補償用の抵抗Ｒ２６、Ｒ２７を接続したが、オペアンプの入力バイアス電流が小さい場合においては、抵抗Ｒ２６、Ｒ２７は接続せず、非反転入力端子を基準電圧入力端子に直接接続してもよい。

また本実施例では便宜上、調整用電圧発生回路を抵抗分割回路とボルテージフォロワおよびスイッチからなる構成としたが、回路方式についてはこの限りではなく、基準電圧を基準として電圧を出力する回路であれば、いかなる構成の回路であってもよい。

また本実施例では便宜上、スイッチを単にスイッチとしたが、制御信号によってオン／オフ可能な素子であれば、例えばＰＭＯＳトランジスタによるスイッチや、ＮＭＯＳトランジスタによるスイッチ、トランスミッションゲートによるスイッチ等を用いても良い。

図１０は、本発明の第４の実施例を表した回路図である。

図１０において、温度補償回路１は、実施例２の図３で示した温度補償回路１において、加減算回路２を２つ並列に設け、減算回路５を追加したものである。並列に設けた加減算回路２ｂと減算回路５以外の構成および接続は、図２で示した温度補償回路１の構成と同じである。並列に設けられた加減算回路２ａおよび２ｂの出力は、減算回路５の入力に接続され、減算回路５の出力は温度補償回路１の出力Ｖｏに接続される。

加減算回路２ａおよび２ｂと調整用電圧発生回路３と基準電圧発生回路４は、図２で示した温度補償回路１と同様に構成され、実施例１と同様に動作する。

減算回路５は、オペアンプＯＰ５と抵抗Ｒ５１〜Ｒ５３で構成される。抵抗Ｒ５１は、減算入力端子５１とオペアンプＯＰ５の反転入力端子の間に接続さる。抵抗Ｒ５２は、減算入力端子５２とオペアンプＯＰ５の反転入力端子の間に接続される。抵抗Ｒ５３は、オペアンプＯＰ５の反転入力端子と出力端子の間に接続される。オペアンプＯＰ５の反転入力端子は、基準電圧入力端子５３に接続される。オペアンプＯＰ５の出力端子は、減算回路出力端子５４となる。

加減算回路２ａと加減算回路２ｂは、温度補償用抵抗Ｒ１ａ〜Ｒ４ａと温度補償用抵抗Ｒ１ｂ〜Ｒ４ｂの値を異ならせており、加減算回路出力端子２４ａから出力する温度補正出力電圧Ｖｏ１と、加減算回路出力端子２４ｂから出力する温度補正出力電圧Ｖｏ２とは、異なる温度係数を有するように設定する。温度補正出力電圧Ｖｏ１とＶｏ２は、（式１４）からそれぞれ次式で表される。

Vo1＝V4＋(R1a・R4a−R2a・R3a)/(R1a(R2a＋R4a))・(V3−V4) （式２３）
Vo2＝V4＋(R1b・R4b−R2b・R3b)/(R1b(R2b＋R4b))・(V3−V4) （式２４）
減算回路５の減算入力端子５１、減算入力端子５２、基準電圧入力端子５３、減算回路出力端子５４の電圧をそれぞれＶ５１、Ｖ５２、Ｖ５３、Ｖ５４とする。加減算回路２は、以下の式で示すように動作し、減算回路出力端子５４の電圧Ｖ５４は次のように表される。

V54−V53＝−(R53/R51)・(V51−V53)−(R53/R52)・(V52−V53) （式２５）
また、減算回路５の減算入力端子５１、減算入力端子５２、基準電圧入力端子５３、および減算回路出力端子５４は、図から次式が成り立つ。

V51=Vo1 （式２６）
V52=Vo2 （式２７）
V53=V4 （式２８）
V54=Vo （式２９）
（式２５）に（式２６）〜（式２９）を代入し次式を得る。

Vo−V4＝−(R53/R51)・(Vo1−V4)−(R53/R52)・(Vo2−V4) （式３０）
温度補正出力電圧Ｖｏは、異なる温度係数を有する温度補正出力電圧Ｖｏ１とＶｏ２を抵抗比(R53/R51),(R53/R52)により演算した電圧であり、温度補正出力電圧Ｖｏ１とＶｏ２の温度依存特性から、これと異なる任意の温度係数を抵抗比(R53/R51),(R53/R52)の組み合わせにより得ることが可能となる。

本実施例では、加減算回路２ｂの減算入力端子２１ｂと加算入力端子２２ｂの接続を、加減算回路２ａと同様に調整用電圧発生回路３の調整用電圧出力端子３１に接続し、調整用電圧Ｖ３が印加されるようにしたが、例えば図１１に示すように調整用電圧発生回路３ｂを追加し、調整用電圧出力端子３１ｂにより調整用電圧Ｖ３ｂを印加するようにしてもよい。

また本実施例では、加減算回路２を２つ使用することで異なる温度係数を有する温度補正出力電圧を２つ発生し、この電圧を減算演算することで、任意の温度係数を有する温度補正出力電圧を発生させる構成としたが、使用する加減算回路２の個数はこの限りではなく、３以上であっても良く、また演算は減算だけでなく、加算や積算であってもよい。

実施例１〜４では便宜上、温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)が温度依存性をもつようにするには、温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４またはＲ２１〜Ｒ２４の４つの抵抗のうち、いずれか１つの抵抗の温度係数を他の３つの抵抗の温度係数と異ならせればよいとしたが、この限りではなく、例えば、いずれか２つの抵抗の温度係数を他の２つの抵抗の温度係数と異ならせてもよい。

また実施例１〜４では便宜上、加減算回路の加算入力端子と減算入力端子をそれぞれ１つずつとしたが、それぞれ複数あってもよい。

また実施例１〜４では便宜上、加減算回路を構成する温度補償用抵抗の数が４つの場合について説明したが、加算入力端子と減算入力端子の数によっては、この限りではなく、４つ以上であってもよい。

また実施例１〜４では便宜上、調整用電圧と基準電圧をそれぞれ電源電圧に比例して変化する電圧としたが、この限りではなく、例えば電源電圧に依存しない電圧であってもよい。この場合は、電源電圧に依存しない補正量および温度補正出力電圧が得られる。

また実施例１〜４では便宜上、基準電圧発生回路を、抵抗分割回路とボルテージフォロワからなる構成としたが、回路方式についてはこの限りではなく、電圧を出力する回路であれば、いかなる構成の回路であってもよい。

本発明の第１実施例の温度補償回路のブロック図である。 本発明の第１実施例の温度補償回路の回路図である。 本発明の第２実施例の温度補償回路の回路図である。 本発明の第３実施例の温度補償回路の回路図である。 センサ出力の一例を示すグラフである。 図１の温度補償回路の温度補償用抵抗の特性を示すグラフである。 図１の温度補償回路により得られる温度特性を示すグラフである。 図１の温度補償回路により得られる補正量を示すグラフである。 図１の温度補償回路により得られる温度補正出力電圧を示すグラフである。 本発明の第４実施例の温度補償回路の回路図である。 本発明の第４実施例の温度補償回路の回路図である。 従来の温度補償回路を示す回路図である。

符号の説明

１ 温度補償回路
２、２’、２ａ、２ｂ 加減算回路
３、３ａ、３ｂ 調整用電圧発生回路
４ 基準電圧発生回路
Ｖ３ 調整用電圧
Ｖ４ 基準電圧
Ｖｏ 温度補正出力電圧
ΔＶｉ 調整用電圧
ΔＶｏ 補正量
Ｒ１〜Ｒ４ 温度補償用抵抗
Ｒ５〜Ｒ７ 抵抗
Ｒ３１、Ｒ３２ 抵抗
Ｒ４１、Ｒ４２ 抵抗
Ｎ１〜Ｎ８ 接続点
ＯＰ１〜ＯＰ４ オペアンプ
ＳＷ１ スイッチ
５０〜５１ センサのゼロ点オフセット電圧の温度依存曲線
６１、６２ 温度補償用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の温度依存曲線
７１ 温度補償用抵抗依存項ｆ(Ｒ)の温度依存曲線
８０〜８４ 各調整用電圧ΔＶｉにおける、補正量ΔＶｏの温度依存曲線
９０〜９４ 各調整用電圧Ｖ３における、温度補償出力電圧Ｖｏの温度依存曲線

Claims (10)

1. 温度特性を有する信号の温度特性を補正する温度補償回路であって、
   調整用電圧を発生する調整用電圧発生手段と、
   基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
   前記基準電圧を基準電圧入力端子に入力し、前記調整用電圧を加算入力端子と減算入力端子に入力し、加減算演算を行う加減算演算手段とを有し、
   前記加減算演算手段を構成する複数の温度補正抵抗のうち少なくとも１つの温度係数が異なることを特徴とする温度補償回路。
2. 前記調整用電圧発生手段は、
   可変抵抗からなる分圧抵抗回路と、
   前記分圧抵抗回路手段の出力電圧に接続されたボルテージフォロアと、
   からなることを特徴とする請求項１に記載の温度補償回路。
3. 前記調整用電圧発生手段は、
   前記基準電圧を中心とした調整用電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の温度補償回路。
4. 前記調整用電圧発生手段は、
   一方の端子を前記調整用電圧手段の出力端子に接続した可変抵抗からなる分圧抵抗回路と、
   前記分圧抵抗回路の他方の端子を電源電圧か接地電圧に切り替えるスイッチ回路と、
   前記分圧抵抗回路の出力電圧に接続されたボルテージフォロアと、
   からなることを特徴とする請求項３に記載の温度補償回路。
5. 前記加減算演算手段は、
   複数個の演算増幅器で構成され、
   前記複数個の演算増幅器の反転入力端子または非反転入力端子は、温度または前記調整用電圧に依存しない一定の電位であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の温度補償回路。
6. 前記加減算演算手段を複数個有し、
   前記複数個の加減算演算手段の出力端子を入力端子に接続し、出力端子を前記温語補償回路の出力端子に接続した演算手段と、を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の温度補償回路。
7. 前記複数個の加減算演算手段は、減算手段である請求項６に記載の温度補償回路。
8. 前記複数個の加減算演算手段は、加算手段である請求項６に記載の温度補償回路。
9. 前記複数個の加減算演算手段は、積算手段である請求項６に記載の温度補償回路。
10. 前記温度補償回路は、
    ＣＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の温度補償回路。

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