JP2008109635A - 温度特性補正回路及びセンサ用増幅回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の温度特性を備えた温度依存電圧Vtあるいはその温度依存電圧Vtを反転させた反転電圧XVtと、温度に関わらず一定電圧である基準電圧Vrefとに基づいて、第1及び第2補正電圧Vc1,Vc2をそれぞれ生成する補正用増幅器20,30を備えた。この補正用増幅器20,30の各出力端子をワイヤードオア接続した。
【選択図】図1
Description
図22に示すように、補正用増幅器81の一対の入力端子には、図23(a)に示すような温度特性を備えた温度依存電圧Vtと、温度に関わらず一定電圧となる基準電圧Vrefとが入力される。補正用増幅器81は、基準電圧Vrefを基準にして、抵抗R11及び帰還抵抗R12による利得に基づいて、温度依存電圧Vtを反転させた補正電圧Vcを生成する。上記温度依存電圧Vt及び基準電圧Vrefは、コンパレータ82にも入力される。コンパレータ82は、温度依存電圧Vtと基準電圧Vrefとの電圧値を比較し、その比較結果に基づいてスイッチS1及びスイッチS2を切り替える選択信号SSを出力する。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図1〜図4に従って説明する。
図1に示すように、温度特性補正回路1の入力端子T1には、温度特性を備えた温度依存電圧Vt(図2参照)が入力され、入力端子T2には、温度に関わらず一定電圧となる温度特性を備えた基準電圧Vref(図2参照)が入力される。この温度依存電圧Vtは、トランジスタあるいはダイオードのPN接合部の順方向電圧にて生成され、図2に示すように、温度変化に対し例えば−2mV/℃で直線的に変化する温度特性を備える。基準電圧Vrefは、例えばバンドギャップリファレンス電圧にて生成される。さらに、本実施形態の温度依存電圧Vt及び基準電圧Vrefについて詳述すると、切替温度Ts(図2の破線参照)よりも低温側では、温度依存電圧Vtが基準電圧Vrefよりも高くなり、切替温度Tsよりも高温側では、温度依存電圧Vtが基準電圧Vrefよりも低くなる。また、切替温度Tsのときには、温度依存電圧Vtと基準電圧Vrefとが等しくなる。
すなわち、図3(a)は、スイッチSW1の第1端子a1と共通端子c1とが接続され、スイッチSW2の第1端子a2と共通端子c2とが接続された場合の第1及び第2補正電圧Vc1,Vc2を示している。詳しくは、スイッチSW1の第1端子a1と共通端子c1とが接続されると、補正用増幅器20の反転入力端子に温度依存電圧Vtが入力される。そして、補正用増幅器20によって、基準電圧Vrefを基準にして、温度依存電圧Vtが利得「1」に基づいて反転され、図3(a)に示す第1補正電圧Vc1が生成される。また、スイッチSW2の第1端子a2と共通端子c2とが接続されると、補正用増幅器30の反転入力端子に温度依存電圧Vtが入力される。そして、補正用増幅器30によって、基準電圧Vrefを基準にして、温度依存電圧Vtが利得「2」に基づいて反転され、図3(a)に示す第2補正電圧Vc2が生成される。
はじめに、センサの出力信号Vsの温度特性に基づいて制御信号CS2,CS4,CS7によって、スイッチSW1〜SW3の第1端子a1〜a3と共通端子c1〜c3とがそれぞれ接続された場合(図3(a)参照)について説明する。
これより、第1電圧V1と第2電圧V2との大小関係は、
V1<V2
となる。従って、NチャネルMOSトランジスタ22,32のドレインがワイヤードオア接続されたオア部40からは、図3(a)に示すように、補正用増幅器30によって生成される第2補正電圧Vc2が出力電圧Voとして出力される。なお、このときの第2補正電圧Vc2は、基準電圧Vrefを基準にして、温度依存電圧Vtを2倍で反転させた電圧であり、第1補正電圧Vc1よりも電圧値が低い。
V1=V2
となる。従って、NチャネルMOSトランジスタ22,32のドレインがワイヤードオア接続されたオア部40からは、補正用増幅器20.30によって生成される第1及び第2補正電圧Vc1,Vc2が出力電圧Voとして出力される。なお、このときの第1補正電圧Vc1及び第2補正電圧Vc2は、双方共に基準電圧Vrefに等しい電圧である。
これより、第1電圧V1と第2電圧V2との大小関係は、
V1>V2
となる。従って、NチャネルMOSトランジスタ22,32のドレインがワイヤードオア接続されたオア部40からは、図3(a)に示すように、補正用増幅器20によって生成される第1補正電圧Vc1が出力される。なお、このときの第1補正電圧Vc1は、基準電圧Vrefを基準にして、温度依存電圧Vtを1倍で反転させた電圧であり、第2補正電圧Vc2よりも電圧値が低い。
これより、第1電圧V1と第2電圧V2との大小関係は、
V1<V2
となる。従って、NチャネルMOSトランジスタ22,32のドレインがワイヤードオア接続されたオア部40からは、図3(d)に示すように、補正用増幅器30によって生成される第2補正電圧Vc2が出力される。なお、このときの第2補正電圧Vc2は、基準電圧Vrefを基準にして、温度依存電圧Vtを2倍で反転させた電圧であり、第1補正電圧Vc1よりも電圧値が低い。
V1=V2
となる。従って、NチャネルMOSトランジスタ22,32のドレインがワイヤードオア接続されたオア部40からは、補正用増幅器20.30によって生成される第1及び第2補正電圧Vc1,Vc2が出力電圧Voとして出力される。なお、このときの第1補正電圧Vc1及び第2補正電圧Vc2は、双方共に基準電圧Vrefに等しい電圧である。
これより、第1電圧V1と第2電圧V2との大小関係は、
V1>V2
となる。従って、NチャネルMOSトランジスタ22,32のドレインがワイヤードオア接続されたオア部40からは、図3(d)に示すように、補正用増幅器20によって生成される第1補正電圧Vc1が出力される。なお、このときの第1補正電圧Vc1は、基準電圧Vrefを基準にして、反転電圧XVtを1倍で反転させた電圧であり、第2補正電圧Vc2よりも電圧値が低い。
(1)補正用増幅器20のNチャネルMOSトランジスタ22と補正用増幅器30のNチャネルMOSトランジスタ32の各ドレインをワイヤードオア接続した。これによって、補正電圧Vc1及び補正電圧Vc2のうち、電圧値の低い補正電圧を出力電圧Voとして出力することができる。このとき、第1補正電圧Vc1及び第2補正電圧Vc2は、その大小関係が切替温度Tsを境にして反転されるため、出力電圧Voは、切替温度Tsを境にして第1補正電圧Vc1と第2補正電圧Vc2とが切り替えられて出力される。従って、コンパレータを使用せずとも、切替温度Tsを境にして、調整電圧Vaにおける温度に対する電圧変化の傾斜を切り替えることができる。そのため、コンパレータによる発振に類似した現象及びヒステリシス幅Hが生じることがないため、調整電圧Vaの傾きの切り替えを滑らかに行うことができる。その結果、温度特性の補正精度を向上させることができる。さらに、ヒステリシスを付加する必要がないため、温度依存電圧Vtの傾斜が小さくてもよく、温度依存電圧Vtの傾斜の自由度を向上させることができる。
・上記実施形態では、オア部40の電流供給部として定電流源42に具体化したが、電流を供給できるものであれば特に制限されない。
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図9〜図11に従って説明する。先の図1〜図8に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。
はじめに、センサの出力信号Vsの温度特性に基づいて制御部から、スイッチSW1,SW3に対して第1端子a1,a3と共通端子c1,c3とをそれぞれ接続させる制御信号CS2,CS7が出力され、スイッチSW2に対して第2端子b2と共通端子c2とを接続させる制御信号CS4が出力される。また、制御部からの制御信号CS10,CS11によって可変抵抗R20,R21の抵抗値が設定される。これにより、傾斜合成増幅器70の第1及び第2非反転入力端子N1,N2に、図11に示す第1及び第2補正電圧Vc11,Vc12が入力される。
Vc11>Vc12
となる。従って、傾斜合成増幅器70からは、第2補正電圧Vc12が出力電圧Voとして出力される。
Vc11=Vc12
となる。従って、傾斜合成増幅器70からは、第1及び第2補正電圧Vc11,Vc12が出力電圧Voとして出力される。
Vc11<Vc12
となる。従って、傾斜合成増幅器70からは、第1補正電圧Vc11が出力電圧Voとして出力される。
(5)3入力端子を有する傾斜合成増幅器70を含んで構成される増幅度「1」の非反転増幅回路を設けた。これによって、傾斜合成増幅器70の第1及び第2非反転入力端子N1,N2にそれぞれ入力される第1及び第2補正電圧Vc11,Vc12のうち、電圧値の低い補正電圧が出力電圧Voとして傾斜合成増幅器70から出力される。このとき、第1補正電圧Vc11及び第2補正電圧Vc12は、その大小関係が切替温度Ts(交差点)を境にして反転されるため、出力電圧Voは、切替温度Tsを境にして第1補正電圧Vc11と第2補正電圧Vc12とが切り替えられて出力される。従って、コンパレータを使用せずとも、切替温度Tsを境にして、調整電圧Vaにおける温度に対する電圧変化の傾斜を切り替えることができる。そのため、コンパレータによる発振に類似した現象及びヒステリシス幅Hが生じることがないため、調整電圧Vaの傾きの切り替えを滑らかに行うことができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・図13に示されるように、3つ以上(図13では3つ)の非反転入力端子N1〜N3を有する傾斜合成増幅器73を備えるようにしてもよい。ここでは、傾斜合成増幅器73の第1非反転入力端子N1に第1補正電圧Vc11が入力され、第2非反転入力端子N2に第2補正電圧Vc12が入力され、第3非反転入力端子N3には入力端子T2から基準電圧Vrefが入力される。上記第2実施形態と同様に、傾斜合成増幅器73は、第1〜第3非反転入力端子N1〜N3に入力される第1及び第2補正電圧Vc11,Vc12及び基準電圧Vrefのうち、最も電圧値の低い電圧を出力電圧Voとして出力する。このような構成によれば、1つの傾斜合成増幅器73によって3種類以上の電圧(補正電圧や基準電圧Vref)の温度特性の傾斜合成を実行することができる。これにより、出力電圧Voの生成に使用する電圧の種類が増加した場合における回路規模の増大を好適に抑制することができる。なお、上記傾斜合成増幅器73の回路構成例を図14に示した。すなわち、傾斜合成増幅器73は、図10に示した傾斜合成増幅器70のPチャネルMOSトランジスタQP2,QP3に、基準電圧Vrefの入力されるPチャネルMOSトランジスタQP4が並列接続された構成となる。
・上記第2実施形態における傾斜合成増幅器70の非反転入力端子N1,N2には、可変抵抗R20,R21(電圧生成部)の抵抗値に応じた第1及び第2補正電圧Vc11,Vc12を入力するようにした。これに限らず、例えば傾斜合成増幅器70の非反転入力端子に、温度依存電圧Vt、反転電圧XVtあるいは基準電圧Vrefを入力するようにしてもよい。
・上記第2実施形態における可変抵抗R20,R21を抵抗値固定の分圧抵抗に変更してもよい。
・上記各実施形態では、基準電圧Vrefを温度に依存しない電圧としたが、基準電圧を、温度依存電圧Vtと同様に温度に依存する電圧としてもよい。
この構成によれば、各補正用増幅器によって生成される補正電圧の自由度を向上させることができるため、調整電圧の温度特性の自由度を向上させることができる。
以上の様々な実施の形態をまとめると、以下のようになる。
(付記1)
温度特性を有する入力信号の該温度特性を補正するための調整信号を生成する温度特性補正回路において、
補正電圧を生成する複数の補正電圧生成部を備え、
前記複数の補正電圧生成部にて生成される複数の補正電圧は、温度に対する電圧変化の度合が互いに異なり、
各温度において、前記複数の補正電圧のうち、最も電圧値の低い補正電圧あるいは最も電圧値の高い補正電圧を前記調整信号として出力することを特徴とする温度特性補正回路。
(付記2)
前記補正電圧生成部は、入力端子に入力される所定の温度特性を備えた第1温度依存信号と、温度に依存しない第1基準信号とに基づいて、前記補正電圧を生成する第1補正用増幅器から構成され、
前記各第1補正用増幅器の出力端子を接続したことを特徴とする付記1に記載の温度特性補正回路。
(付記3)
前記第1補正用増幅器は、前記第1温度依存信号と前記第1基準信号との差分を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器の出力端子がゲートに接続されるトランジスタとを含み、
前記各トランジスタのドレインを、前記各第1補正用増幅器の出力端子としたことを特徴とする付記2に記載の温度特性補正回路。
(付記4)
前記各トランジスタのドレインに電流供給部を接続したことを特徴とする付記3に記載の温度特性補正回路。
(付記5)
前記第1補正用増幅器は帰還抵抗を有し、前記帰還抵抗が可変抵抗であることを特徴とする付記2〜4に記載の温度特性補正回路。
(付記6)
前記帰還抵抗の抵抗値は、前記入力信号の温度特性に基づいて設定されることを特徴とする付記5に記載の温度特性補正回路。
(付記7)
前記第1温度依存信号を、前記第1基準信号を基準にして反転させた反転信号を生成する反転増幅回路を備え、
前記入力信号の温度特性に基づいて、前記第1温度依存信号及び前記反転信号のいずれか一方を選択して前記第1補正用増幅器に入力することを特徴とする付記2〜6のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記8)
前記反転増幅回路は可変抵抗で構成した帰還抵抗を有し、該帰還抵抗の抵抗値は、前記入力信号の温度特性に基づいて設定されることを特徴とする付記7に記載の温度特性補正回路。
(付記9)
前記補正電圧生成部の1つは、前記第1温度依存信号と異なる第2温度依存信号と前記第1基準信号と異なる第2基準信号とに基づいて、前記第1補正用増幅器にて生成される前記補正電圧とは異なる補正電圧を生成する第2補正用増幅器から構成され、
前記第2補正用増幅器の出力端子と前記第1補正用増幅器の出力端子とを接続したことを特徴とする付記2〜8のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記10)
前記第1温度依存信号を直線状の温度特性を備えた信号とし、前記第2温度依存信号を曲線状の温度特性を備えた信号としたことを特徴とする付記9に記載の温度特性補正回路。
(付記11)
温度特性を有する入力信号の該温度特性を補正するための調整信号を生成する温度特性補正回路において、
複数の電圧を生成する電圧生成部と、
前記複数の電圧が各々入力される複数の非反転入力端子を有する増幅器を含む非反転増幅回路と、を備え、
前記複数の電圧は、温度に対する電圧変化の度合が互いに異なり、
前記非反転増幅回路は、各温度において、前記複数の電圧のうち、最も電圧値の低い電圧あるいは最も電圧値の高い電圧を前記調整信号とすることを特徴とする温度特性補正回路。
(付記12)
前記非反転増幅回路の増幅度が1であることを特徴とする付記11に記載の温度特性補正回路。
(付記13)
前記増幅器は、反転入力端子に制御端子が接続される第1トランジスタと、前記複数の非反転入力端子に制御端子が各々接続される複数の第2トランジスタとからなる差動対を備え、
前記複数の第2トランジスタは、それぞれ並列に接続されてなることを特徴とする付記11又は12に記載の温度特性補正回路。
(付記14)
前記電圧生成部は、
所定の温度特性を備えた第1温度依存信号が印加される可変抵抗を備え、前記可変抵抗の抵抗値に応じた電圧を前記増幅器の非反転入力端子に出力することを特徴とする付記11〜13のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記15)
前記電圧生成部は、
温度に依存しない第1基準信号を基準にして、所定の温度特性を備えた第1温度依存信号を反転させた反転信号を生成する反転増幅回路と、
前記第1温度依存信号あるいは前記反転信号が印加される可変抵抗と、を備え、
前記可変抵抗の抵抗値に応じた電圧を前記増幅器の非反転入力端子に出力することを特徴とする付記11〜13のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記16)
前記電圧生成部は、
温度に依存しない第1基準信号を基準にして、所定の温度特性を備えた第1温度依存信号を反転させた反転信号を生成する反転増幅回路を備え、前記第1温度依存信号あるいは前記反転信号を前記増幅器の非反転入力端子に出力することを特徴とする付記11〜13のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記17)
前記可変抵抗の抵抗値は、前記入力信号の温度特性に基づいて設定されることを特徴とする付記14〜16のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記18)
前記電圧生成部は、前記温度に依存しない第1基準信号を前記増幅器の非反転入力端子に出力することを特徴とする付記14〜17のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記19)
前記電圧生成部は、
温度に対する電圧変化の度合が互いに異なる前記複数の電圧それぞれが複数の非反転入力端子に入力される第1増幅器を含む第1非反転増幅回路を備え、
前記第1非反転増幅回路は、各温度において、前記第1増幅器に入力される前記複数の電圧のうち、最も電圧値の低い電圧あるいは最も電圧値の高い電圧を前記増幅器に出力することを特徴とする付記11〜18のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。
(付記20)
温度特性を有する入力信号の該温度特性を補正するための調整信号を生成する温度特性補正回路において、
補正電圧を生成する複数の補正電圧生成部を備え、
前記複数の補正電圧生成部にて生成される複数の補正電圧は、温度に対する電圧変化の度合が互いに異なり、
前記各補正電圧の温度特性のそれぞれは、少なくとも1つの他の補正電圧と交差し、
前記各補正電圧生成部の出力端子を接続して、各温度において、前記複数の補正電圧のうち、最も電圧値の低い補正電圧あるいは最も電圧値の高い補正電圧を前記調整信号として出力することを特徴とする温度特性補正回路。
(付記21)
前記入力信号をセンサの出力信号として、
前記出力信号と、付記1〜20のいずれか1つに記載の温度特性補正回路にて生成される調整信号とが入力されることを特徴とするセンサ用増幅回路。
10 増幅器
20,30,60,20a,30a 第1補正用増幅器(補正電圧生成部)
20b,30b 第2補正用増幅器(補正電圧生成部)
21,31 差動増幅器
22,32 NチャネルMOSトランジスタ
40 オア部
42 電流供給部
70,75,73 傾斜合成増幅器(増幅器)
70a,70b 傾斜合成増幅器(第1増幅器)
R4,R6,R10 帰還抵抗
R20,R21 可変抵抗(電圧生成部)
QP1,QN11 第1トランジスタ
QP2,QP3,QP4,QN12,QN13 第2トランジスタ
T1,T2 入力端子
Vt,Vt1 第1温度依存信号
Vt2 第2温度依存信号
XVt 反転信号
Vref,Vref1 第1基準電圧
Vref2 第2基準電圧
Vc1,Vc2 補正電圧
Vc11,Vc12,Vc13,Vc14 補正電圧(電圧)
Vo 出力電圧
Va 調整電圧
Vs 入力信号(センサの出力信号)
Claims (10)
- 温度特性を有する入力信号の該温度特性を補正するための調整信号を生成する温度特性補正回路において、
補正電圧を生成する複数の補正電圧生成部を備え、
前記複数の補正電圧生成部にて生成される複数の補正電圧は、温度に対する電圧変化の度合が互いに異なり、
各温度において、前記複数の補正電圧のうち、最も電圧値の低い補正電圧あるいは最も電圧値の高い補正電圧を前記調整信号として出力することを特徴とする温度特性補正回路。 - 前記補正電圧生成部は、入力端子に入力される所定の温度特性を備えた第1温度依存信号と、温度に依存しない第1基準信号とに基づいて、前記補正電圧を生成する第1補正用増幅器から構成され、
前記各第1補正用増幅器の出力端子を接続したことを特徴とする請求項1に記載の温度特性補正回路。 - 前記第1補正用増幅器は、前記第1温度依存信号と前記第1基準信号との差分を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器の出力端子がゲートに接続されるトランジスタとを含み、
前記各トランジスタのドレインを、前記各第1補正用増幅器の出力端子としたことを特徴とする請求項2に記載の温度特性補正回路。 - 前記補正電圧生成部の1つは、前記第1温度依存信号と異なる第2温度依存信号と前記第1基準信号と異なる第2基準信号とに基づいて、前記第1補正用増幅器にて生成される前記補正電圧とは異なる補正電圧を生成する第2補正用増幅器から構成され、
前記第2補正用増幅器の出力端子と前記第1補正用増幅器の出力端子とを接続したことを特徴とする請求項2又は3に記載の温度特性補正回路。 - 前記第1温度依存信号を直線状の温度特性を備えた信号とし、前記第2温度依存信号を曲線状の温度特性を備えた信号としたことを特徴とする請求項4に記載の温度特性補正回路。
- 温度特性を有する入力信号の該温度特性を補正するための調整信号を生成する温度特性補正回路において、
複数の電圧を生成する電圧生成部と、
前記複数の電圧が各々入力される複数の非反転入力端子を有する増幅器を含む非反転増幅回路と、を備え、
前記複数の電圧は、温度に対する電圧変化の度合が互いに異なり、
前記非反転増幅回路は、各温度において、前記複数の電圧のうち、最も電圧値の低い電圧あるいは最も電圧値の高い電圧を前記調整信号とすることを特徴とする温度特性補正回路。 - 前記増幅器は、反転入力端子に制御端子が接続される第1トランジスタと、前記複数の非反転入力端子に制御端子が各々接続される複数の第2トランジスタとからなる差動対を備え、
前記複数の第2トランジスタは、それぞれ並列に接続されてなることを特徴とする請求項6に記載の温度特性補正回路。 - 前記電圧生成部は、
所定の温度特性を備えた第1温度依存信号が印加される可変抵抗を備え、前記可変抵抗の抵抗値に応じた電圧を前記増幅器の非反転入力端子に出力することを特徴とする請求項6又は7に記載の温度特性補正回路。 - 前記電圧生成部は、
温度に対する電圧変化の度合が互いに異なる前記複数の電圧それぞれが複数の非反転入力端子に入力される第1増幅器を含む第1非反転増幅回路を備え、
前記第1非反転増幅回路は、各温度において、前記第1増幅器に入力される前記複数の電圧のうち、最も電圧値の低い電圧あるいは最も電圧値の高い電圧を前記増幅器に出力することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の温度特性補正回路。 - 前記入力信号をセンサの出力信号として、
前記出力信号と、請求項1〜9のいずれか1つに記載の温度特性補正回路にて生成される調整信号とが入力されることを特徴とするセンサ用増幅回路。
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