JP2008249351A - 温度測定回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易にしてしかも高精度に温度が計測可能な温度測定回路を提供する。
【解決手段】温度によって抵抗値が変化する温度センサに接続された第一および第二の電流供給ラインと、第一または第二の電流供給ラインにそれぞれ接続されて、これら電流供給ラインに一定の電流を供給する第一および第二の定電流源と、第一の供給ラインおよび第二の供給ラインとの間の電圧差を計測する電圧計と、第一の電流供給ラインに第一の定電流源を接続し、第二の電流供給ラインに第二の定電流源を接続したときの電圧計が計測した第一の電圧値と、第一の電流供給ラインに第二の定電流源を接続し、第二の電流供給ラインに第一の定電流源を接続したときの電圧計が計測した第二の電圧値との平均値を求めて温度センサが検出した温度を求める演算部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度センサを用いた３線式結線の温度測定回路に係り、特に高精度で温度を計測するに好適な３線式結線の温度測定回路に関する。

従来、温度によって抵抗値が変換する温度センサを用いた３線式結線の温度測定回路が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。この温度測定回路の温度センサには、３線式の測温抵抗体が用いられている。
この種の３線式結線の温度測定回路は、例えば図６の原理的な構成図に示されるように温度センサＲｓの一方の端子に接続された第一の電流供給ラインＬ１と、温度センサＲｓの他方の端子に接続された第二の電流供給ラインＬ２とに、所定の一定電流を供給する第一の定電流源Ｉ１および第二の定電流源Ｉ２がそれぞれ接続される。そして、これら第一および第二の電流供給ラインＬ１，Ｌ２には、これら両ラインＬ１，Ｌ２間の電圧値を計測する電圧計Ｖが接続されている。尚、温度センサＲｓの他端には、第一および第二の定電流源Ｉ１，Ｉ２にそれぞれの電流を戻す帰路となる第三の電流供給ラインＬ３が接続される。

ここに第一〜第三の電流供給ラインがそれぞれ有する配線抵抗の抵抗値をそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ３、温度センサＲｓの抵抗値をｒｓとし、第一および第二の定電流源Ｉ１，Ｉ２の電流値をそれぞれｉ１，ｉ２とすれば、電圧計Ｖが計測する電圧値Ｖ０は、
Ｖ０＝ｉ１×ｒｓ＋（ｉ１×ｒ１−ｉ２×ｒ２）
となる。いま、第一〜第三の電流供給ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３の各配線抵抗の抵抗値が等しくｒであるとすれば、電圧計Ｖが計測する電圧値Ｖ０は、
Ｖ０＝ｉ１×ｒｓ＋（ｉ１−ｉ２）×ｒ
になる。したがって、第一および第二の定電流源Ｉ１，Ｉ２の電流値を等しく［ｉ１＝ｉ２］にすれば、電圧計Ｖが検出する電圧値Ｖ０は、
Ｖ０＝ｉ１×ｒｓ
となる。よって、この式を変形すると温度センサＲｓの抵抗値ｒｓは、
ｒｓ＝Ｖ０／ｉ１
と求まる。したがって、温度センサＲｓが検出した温度は、温度センサＲｓの抵抗値ｒｓと温度との関係を示す特性から得ることができる。
特許第３２２２３６７号公報 実用新案登録第２５３１７８９号公報

しかしながら、前述した３線式結線の温度測定回路は、二つの定電流源から出力される電流値が互いに等しくなければ、電流供給ラインの配線抵抗による電圧降下の影響を受けるため、温度を高精度に計測することができないという問題がある。もちろん従来の温度測定回路は、第一および第二の定電流源の電流値を等しくすれば、高精度に温度を測定することが可能である反面、二つの定電流源の電流を等しくするには回路が複雑になり、高価になることが否めない。

本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、簡易にしてしかも高精度に温度を計測することができる３線式結線の温度測定回路を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明の３線式結線の温度測定回路は、温度によって抵抗値が変化する温度センサと、この温度センサの一方の端子に接続された第一の電流供給ラインおよび前記温度センサの他方の端子に接続された第二の電流供給ラインにそれぞれ接続されて、これら電流供給ラインにそれぞれ一定の電流を供給する第一および第二の定電流源と、前記第一の供給ラインおよび前記第二の供給ラインとの間の電圧差を計測する測定部と、前記第一の電流供給ラインに前記第一の定電流源を接続し、前記第二の電流供給ラインに前記第二の定電流源を接続したとき、前記測定部が計測した第一の電圧値と、前記第一の電流供給ラインに前記第二の定電流源を接続し、前記第二の電流供給ラインに前記第一の定電流源を接続したとき、前記測定部が計測した第二の電圧値との平均電圧値を求め、この平均電圧値から前記温度センサが検出した温度を求める演算部とを備えることを特徴としている。

また本発明の３線式結線の温度測定回路は、更に前記第一および第二の電流供給ラインと前記測定部との間に介装されて、前記第一および第二の電流供給ライン間の電圧によって充電されるサンプルホールド回路を備え、前記測定部は、このサンプルホールド回路に充電された充電電圧値に応じた電圧値を計測することを特徴としている。
好ましくは前記測定部は、計測した電圧値に応じた所定のディジタル値を出力するＡＤ変換手段を具備し、前記演算部は、このＡＤ変換手段が出力する前記ディジタル値を用いて前記平均値を求めるＭＰＵ演算部とを備えることが望ましい。

より好ましくは前記測定部および前記サンプルホールド回路は、これら測定部およびサンプルホールド回路を含むΔΣ型ＡＤ変換器により構成されことが望ましい。
また本発明の３線式結線の温度測定回路は、前記第一および前記第二の電流供給ラインに前記第一および前記第二の定電流源をそれぞれ切り替えて供給する切り替え周期は、前記ΔΣ型ＡＤ変換器のサンプリング周期と略等しいことを特徴としている。

上述の温度測定回路は、前記第一の電流供給ラインに前記第一の定電流源を接続し、前記第二の電流供給ラインに前記第二の定電流源を接続したときの前記測定部（例えば、電圧計）が計測した第一の電圧値Ｖ１と前記第一の電流供給ラインに前記第二の定電流源を接続し、前記第二の電流供給ラインに前記第一の定電流源を接続したときの前記計測部が計測した第二の電圧値Ｖ２を求め、この電圧の平均値（１／２）（Ｖ１＋Ｖ２）を求めて前記温度センサが検出した温度を導く。

本発明の請求項１に記載の３線式結線の温度測定回路によれば、温度センサに至る第一および第二の電流供給ラインに電流を供給する二つの定電流源の接続を切り替えて、それぞれの接続状態における電圧値をそれぞれ計測して得られた電圧値の平均値から前記温度センサが検出した温度を求めているので、例え二つの定電流源の電流値が異なっていたとしても高精度に温度を計測することができる。

本発明の請求項２に記載の３線式結線の温度測定回路によれば、測定部の入力段にサンプルホールド回路を設け、電流供給ライン間の電圧によってサンプルホールド回路が有するコンデンサを充電した後、電流供給ラインとサンプルホールド回路との接続を切り離して、そのコンデンサに充電された電圧を測定部によって計測しているので、定電流源の接続切り替えに伴うノイズの影響を除去することができ、高精度に温度を計測することが可能となる。

また本発明の請求項３に記載の３線式結線の温度測定回路によれば、測定部に計測した第一および第二の電流供給ライン間の電圧値（アナログ値）に応じた所定のディジタル値を出力するＡＤ変換手段を備え、このＡＤ変換手段によって出力されるディジタル値を用いてＭＰＵ演算部がその平均値を求めているので、電圧ラッチ回路やアナログ加算回路を用いることなく高精度に温度を計測することが可能な温度測定回路を簡易に構成することができる。

また本発明の請求項４に記載の３線式結線の温度測定回路によれば、測定部およびサンプルホールド回路を含むΔΣ型ＡＤ変換器によって構成しているので回路構成が簡易になり、またΔΣ型ＡＤ変換器のオーバサンプリングの効果によって、より高精度に温度を計測することができる。
更に本発明の請求項５に記載の３線式結線の温度測定回路によれば、第一および第二の電流供給ラインにそれぞれ切り替えて供給する第一および第二の定電流源の切り替え周期を、きわめて短い時間でサンプリングするΔΣ型ＡＤ変換器のサンプリング周期と略等しくしているので、それぞれの接続状態における温度センサの抵抗値の変化を受けることなく高精度に温度を計測することができる等の実用上多大なる効果を奏する。

以下、本発明の３線式結線の温度測定回路に係る実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
尚、図１〜図５は、本発明の一実施形態であり、これらの図中、従来の３線式結線の温度測定回路を示す図６と同一の符号を付した部分は同一物を表し、基本的な構成は図に示す従来のものと同様である。また図１〜図５は、本発明の一実施形態であって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。

さて図１は、本発明に係る３線式結線の温度測定回路における第一の実施形態を図示するものであって、この図においてＲｓは、温度センサである。この温度センサＲｓは、例えば測温抵抗体のように温度によってその抵抗値が変化する特性を備える。この温度センサＲｓの一方の端子には、第一の電流供給ラインＬ１、他方の端子には、第二の電流供給ラインＬ２および第三の電流供給ラインＬ３が接続されている。これらの電流供給ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、温度センサＲｓが配設された場所と、温度測定回路の本体（図１に図示せず）とを電気的に接続する役割を担っている。

また温度測定回路の本体は、温度センサＲｓに電流供給ラインＩ１，Ｉ２を介してそれぞれ所定の定電流を供給する二つの定電流源Ｉ１，Ｉ２を備える。これら定電流源Ｉ１，Ｉ２には、それぞれ二つの切り替えスイッチＳ１，Ｓ２のコモン端子が接続されている。このスイッチＳ１，Ｓ２は、２回路の接続が連動して切り替わるようになっており、一方のスイッチＳ１のコモン端子と第一の電流供給ラインＬ１が接続されるときには、他方のスイッチＳ２のコモン端子と第二の電流供給ラインＬ２が接続されるようになっている。つまりこの場合、第一の電流供給ラインＬ１には、第一の定電流源Ｉ１が接続され、第二の電流供給ラインＬ２には、第二の定電流源Ｉ２が接続される（以下、この状態をフェーズφ１と称する）。

また第一の定電流源Ｉ１が接続されたスイッチＳ１のコモン端子と第二の電流供給ラインＬ２が接続されるときには、第二の定電流源Ｉ２が接続されたスイッチＳ２のコモン端子と第一の電流供給ラインＬ１が接続されるようになっている。つまりこの場合、第一の電流供給ラインＬ１には、第二の定電流源Ｉ２が接続され、第二の電流供給ラインＬ２には、第一の定電流源Ｉ１が接続される（以下、この状態を、フェーズφ２と称する）。また第一の電流供給ラインＬ１と第二の電流供給ラインＬ２との間には、これらライン間の電圧を計測する測定部２０が接続される。この測定部２０は、例えばアナログ電圧計、ディジタル電圧計等の電圧を計測するものであれば、その種類は限定されない。

一方、温度センサＲｓの第三の電流供給ラインは、定電流源から第一および第二の電流供給ラインＬ１，Ｌ２に送り込まれた電流を第一および第二の定電流源Ｉ１，Ｉ２に戻す帰路の役割を担い、各定電流源Ｉ１，Ｉ２に接続されている。
概略的には上述したように構成された本発明の温度測定回路が特徴とするところは、スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えて第一の電流供給ラインＬ１に第一の定電流源Ｉ１を接続し、第二の電流供給ラインＬ２に第二の定電流源Ｉ２を接続（フェーズφ１）したとき、電圧計Ｖが計測した第一の電圧値Ｖ１と、スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えて第一の電流供給ラインＬ１に第二の定電流源Ｉ２を接続し、第二の電流供給ラインＬ２に第一の定電流源Ｉ１を接続（フェーズφ２）したときの電圧計Ｖが計測した第二の電圧値Ｖ２とから、平均電圧値Ｖａｖｅ＝（１／２）（Ｖ１＋Ｖ２）を求め、この平均電圧値Ｖａｖｅから温度センサＲｓが検出した温度を求めることを特徴としている。

ここに温度センサＲｓの抵抗値をｒｓ、第一、第二および第三の電流供給ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれの抵抗値が等しく、その抵抗値をｒとし、第一および第二の定電流源Ｉ１，Ｉ２のそれぞれが出力する電流をｉ１，ｉ２とすれば、フェーズφ１のとき電圧計Ｖが検出する電圧値Ｖ１は、
Ｖ１＝ｉ１×ｒｓ＋（ｉ１−ｉ２）×ｒ
となる。次にスイッチＳ１，Ｓ２を切り替えてフェーズφ２としたとき、電圧計Ｖが検出する電圧値Ｖ２は、
Ｖ２＝ｉ２×ｒｓ＋（ｉ２−ｉ１）×ｒ
となる。

したがって、これらの電圧値Ｖ１，Ｖ２の平均電圧値Ｖａｖｅは、
Ｖａｖｅ＝（１／２）（Ｖ１＋Ｖ２）＝（１／２）（ｉ１＋ｉ２）×ｒｓ
となる。一方、従来の温度測定回路で計測される電圧値Ｖ０は、前述したように、
Ｖ０＝ｉ１×ｒｓ＋（ｉ１−ｉ２）×ｒ
である。したがって、本発明の３線式結線の温度測定回路は、従来の温度測定回路に比べて測定誤差が小さくなることがわかる。これは本発明の３線式結線の温度測定回路が二つの電流供給ラインＬ１，Ｌ２にそれぞれ接続する二つの定電流源Ｉ１，Ｉ２の接続を変えて、それぞれの状態（フェーズφ１，φ２）における電圧値を求め、この電圧値を平均化しているためである。

尚、上述の平均演算は、測定部の後段に位置する演算部（図1には、図示せず）により実行されるものであり、当該演算部はアナログ演算器、ディジタル演算器を問わない。
次に本発明の第二の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路について、図２を参照しながら説明する。この第二の実施形態が上述した第一の実施形態と異なるところは、測定部２０の前段にスイッチトキャパシタ回路からなるサンプルホールド回路１０を設けた点にある。

サンプルホールド回路１０は、コンデンサＣの両端にそれぞれ２組のスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂの一端および二組のスイッチＳ４ｂ，Ｓ４ｂの一端をそれぞれ接続した回路として構成される。このサンプルホールド回路１０の一組のスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂの他端は、それぞれ第一の電流供給ラインＬ１および第二の電流供給ラインＬ２にそれぞれ接続される。またサンプルホールド回路１０のもう一組のスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂは、それぞれ次段の測定部２０に接続されて電圧値が計測される。この測定部２０は、例えば電圧計（アナログ電圧計、ディジタル電圧計等）によって構成される。

このようなスイッチトキャパシタ回路を用いて構成されたサンプルホールド回路１０を備えた本発明の第二の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路の作動について、図３に示すタイミングチャートを用いながら説明する。
まず温度測定回路は、スイッチＳ１，Ｓ２、それぞれの切り替えポジションをフェーズφ１にする。このフェーズφ１において第一の電流供給ラインＬ１には、第一の定電流源Ｉ１が接続され、第二の電流供給ラインＬ２には、第二の定電流源Ｉ２が接続される。次いでサンプルホールド回路１０は、所定の時間が経過した後、スイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂを閉じる（以下、この状態をフェーズφ３と称する）。このフェーズφ３に移行する前の所定の時間は、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えに伴う過渡現象を取り除くために必要な時間をとることが望ましい。

このフェーズφ３においてコンデンサＣは、第一の電流供給ラインＬ１と第二の電流供給ラインＬ２との間に接続されることになり、これら電流供給ラインＬ１，Ｌ２との差電圧によって充電される。そして所定の時間を経過した後、サンプルホールド回路１０は、フェーズφ３で閉じられたスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂを開く（電流経路１アクイジョン）。このときコンデンサＣには、充電された電荷が蓄えられ、その両端の電圧は、Ｖｃとなる。次いで温度測定回路は、フェーズφ１で閉じたスイッチＳ１，Ｓ２を開く。

そうしてサンプルホールド回路１０は、コンデンサＣの両端の電圧を次段の測定部２０で測定するべくスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂを閉じる（以下、この状態をフェーズφ４と称する）。このフェーズφ４のとき測定部２０は、コンデンサＣの両端の電圧を測定する（電流経路１トランスファー）。そうして測定部２０によるコンデンサＣの電圧測定が終了するとサンプルホールド回路１０は、フェーズφ４で閉じたスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂを開く。

次に温度測定回路は、スイッチＳ１，Ｓ２、それぞれの切り替えポジションをフェーズφ２にする。このフェーズφ２において第一の電流供給ラインＬ１には、第二の定電流源Ｉ２が接続され、第二の電流供給ラインＬ２には、第一の定電流源Ｉ１が接続される。次いでサンプルホールド回路１０は、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えに伴う過渡現象の影響を受けない程度の所定時間の経過を待ち、スイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂを閉じてフェーズφ３に移行する。このフェーズφ３においてコンデンサＣは、第一の電流供給ラインＬ１と第二の電流供給ラインＬ２との差電圧によって充電される。

そしてサンプルホールド回路１０は、所定の時間を経過した後、フェーズφ３で閉じたスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂを開く（電流経路２アクイジョン）。このときコンデンサＣには、充電された電荷が蓄えられる。次いで温度測定回路は、フェーズφ２で閉じたスイッチＳ１，Ｓ２を開く。
次にサンプルホールド回路１０は、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧を測定するべくスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂを閉じるフェーズφ４に移行する。このフェーズφ４のとき、次段の測定部２０は、コンデンサＣの電圧を測定する（電流経路２トランスファー）。そうしてコンデンサＣの両端の電圧測定が終了するとサンプルホールド回路１０は、フェーズφ４で閉じたスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂを開く。これで一連のデータ更新期間が終了する。

以下、サンプルホールド回路１０は、上述した一連のデータ更新期間を繰り返しながらサンプリング動作を繰り返し、第一の電流供給ラインＬ１と第二の電流供給ラインＬ２との間の電圧値を計測する。
かくして本発明の第二の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路は、測定部２０の入力段にサンプルホールド回路１０を設け、第一および第二の電流供給ライン間の電圧を一度、サンプルホールド回路１０に保持させた後、第一および第二の電流供給ラインとサンプルホールド回路１０の接続を切り離し、サンプルホールド回路１０に蓄えられた電荷（電圧）を測定部２０で測定しているので、定電流源の接続切り替え（フェーズφ１とフェーズφ２の相互切り替え）に伴う過渡現象によって生じるノイズの影響を除去することができ、高精度に温度を計測することができる。

尚、この第二の実施形態においてサンプルホールド回路１０は、図３のタイミング図に破線で示したようにフェーズφ３が終了した後、フェーズφ１が終了すれば、直ちにフェーズφ２に以降してもよい。同様にフェーズφ３が終了し、フェーズφ２が終了すれば、直ちにフェーズφ１に移行してもかまわない。このようにすることで、フェーズφ１またはフェーズφ２に移行した後、フェーズφ３に移行するまでの時間が長くとれるので、フェーズφ１またはフェーズφ２に移行するときに生じるノイズの影響をより軽減することが可能となる。

次に本発明の第三の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路について説明する。この第三の実施形態が上述した第一および第二の実施形態と異なるところは、図４に示したように測定部２０を検出した電圧値に応じた所定のディジタル値を出力するＡＤ変換手段２１として実現し、このＡＤ変換手段２１が出力したディジタル値を用いて、電圧の平均値を求めるＭＰＵ演算部２２を備える点にある。ここにＭＰＵとは、Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔのことである。

このように構成された第三の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路は、ＡＤ変換手段２１によってサンプルホールド回路１０に保持された第一および第二の電流供給ライン間の電圧値（アナログ値）をディジタル値に変換してＭＰＵ演算部２２に与えているので、電圧ラッチ回路やアナログ加算回路を用いることなく簡易な構成で計測した電圧値の平均値を求めることができるとともに、アナログ回路の特性変化の影響を軽減することができるので高精度の温度測定が可能となる。

尚、ＡＤ変換手段２１は、フラッシュ型、パイプライン型などのＡＤ変換器で構成される。
次に本発明の第四の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路について図５を参照しながら説明する。この第四の実施形態が前述した第一〜第三の実施形態と異なるところは、サンプルホールド回路１０および測定部２０を含むΔΣ型ＡＤ変換器４０を用いたところにある。尚、図４と同符号を付した箇所は、第三の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

さて図５のΔΣ型ＡＤ変換器４０に含まれるサンプルホールド回路４１には、第一の電流供給ラインにスイッチＳ３ａを介装してコンデンサＣ１の一端が接続され、このコンデンサＣ１の他端にスイッチＳ４ａを介装してＡＤ変換部４２を構成するオペアンプＡＭＰの負入力端子に接続される。またサンプルホールド回路４１には、第二の電流供給ラインＬ２にスイッチＳ３ｂを介装してコンデンサＣ２の一端が接続され、このコンデンサＣ２の他端にスイッチＳ４ｂを介装してＡＤ変換部４２を構成するオペアンプＡＭＰの正入力端子に接続される。

これらコンデンサＣ１，Ｃ２の一端は、シグナルグランドＳＧにそれぞれスイッチＳ５，Ｓ６を介して接続される。またコンデンサＣ１，Ｃ２の他端は、シグナルグランドＳＧにそれぞれスイッチＳ７，Ｓ８を介して接続される。
サンプルホールド回路４１のコンデンサＣ１とスイッチＳ４ａとの接続点には、コンデンサＣ３の一端が接続される。またコンデンサＣ３の他端には、負の基準電位（−Ｖｒｅｆ）に接続されたスイッチＳ９および正の基準電位Ｖｒｅｆに至るスイッチＳ１０が接続される。そしてこれらスイッチＳ９とスイッチＳ１０が接続されたノードには、シグナルグランドＳＧに至るスイッチＳ１３が接続される。

またサンプルホールド回路４１のコンデンサＣ２とスイッチＳ４ｂとの接続点には、コンデンサＣ４に一端が接続される。またコンデンサＣ４の他端には、負の基準電位（−Ｖｒｅｆ）に接続されたスイッチＳ１１および正の基準電位Ｖｒｅｆに至るスイッチＳ１２が接続される。そして、これらスイッチＳ１１とスイッチＳ１２が接続されたノードには、シグナルグランドＳＧに至るスイッチＳ１４が接続される。

オペアンプＡＭＰの負入力端子には、オペアンプＡＭＰの正出力端子に至るフィードバックコンデンサＣ５が接続される。またオペアンプＡＭＰの正入力端子には、オペアンプＡＭＰの負出力端子に至るフィードバックコンデンサＣ６が接続される。
このオペアンプＡＭＰの正負二つの出力端子は、コンパレータからなる量子化器ＱＵＡに入力される。この量子化器ＱＵＡは、サンプルホールド回路４１から出力される信号をシグナルグランドＳＧと比較して、その結果を「０」または「１」の信号とし、更にこの信号をサンプリングクロックＣＬＫでサンプリングすることによって、サンプルホールド回路４１の出力信号、すなわち第一および第二の電流供給ライン間の電圧差を量子化した信号およびフィードバック信号を生成する。そして量子化器ＱＵＡから出力されたフィードバック信号は、サンプルホールド回路４１に与えられてスイッチＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２の開閉を制御する。

また量子化器ＱＵＡの次段には、量子化器ＱＵＡから出力される信号のうち、所定の周波数帯域を通過させるディジタルフィルタＤＦが接続される。このディジタルフィルタＤＦは、量子化器ＱＵＡから出力される信号周波数帯域以外の量子化ノイズを取り除く役割を担う。またＱＵＡから出力される信号は、サンプルホールド回路４１へのフィードバック信号としても用いられる。

このようなΔΣ型ＡＤ変換器４０を用いて構成された本発明の第四の実施形態に係る温度測定回路の作動について、図３に示すタイミングチャートを用いながら説明する。
まず、スイッチＳ１，Ｓ２のそれぞれの切り替えポジションをフェーズφ１にする。このフェーズφ１において第一の電流供給ラインＬ１には、第一の定電流源Ｉ１が接続され、第二の電流供給ラインＬ２には、第二の定電流源Ｉ２が接続される。次いでサンプルホールド回路４１は、所定の時間が経過した後、スイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ７，Ｓ８を閉じるフェーズφ３に移行する。このフェーズφ３に移行する前の所定の時間は、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えに伴う過渡現象を取り除くために必要な時間をとることが望ましい。

このフェーズφ３においてコンデンサＣ１は、第一の電流供給ラインＬ１とシグナルグランドＳＧとの間に接続されることになり、第一の電流供給ラインＬ１とシグナルグランドＳＧとの差電圧によって充電される。一方、コンデンサＣ２は、第二の電流供給ラインＬ２とシグナルグランドＳＧとの間に接続されるので、第二の電流供給ラインＬ２とシグナルグランドＳＧとの差電圧によって充電される。ちなみにこのシグナルグランドＳＧは、例えば［０］Ｖでもよいし、ＡＤ変換部４２が［０〜５］Ｖの範囲で作動するものであれば、例えばその中間電位である［２.５］Ｖであってもよい。いずれにしてもシグナルグランドＳＧの電位は、任意に定めてよい。

またフェーズφ３においてスイッチＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２は、すべて開放される一方、スイッチＳ１３，Ｓ１４は閉じられる。このときコンデンサＣ３，Ｃ４の両端は、シグナルグランドＳＧに接続され、コンデンサＣ３，Ｃ４が短絡される。
そして所定の時間を経過した後、サンプルホールド回路４１は、フェーズφ３で閉じたスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ７，Ｓ８を開く（電流経路１アクイジョン）と共に、コンデンサＣ３，Ｃ４を短絡していたスイッチＳ１３，Ｓ１４を開く。このときコンデンサＣ１，Ｃ２には、それぞれ充電された電荷が蓄えられ、その両端の電圧は、それぞれＶｃ１，Ｖｃ２となる。

そしてサンプルホールド回路４１は、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧を測定するべくスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ５，Ｓ６を閉じるフェーズφ４に以降する。このフェーズφ４の期間において次段のＡＤ変換部４２は、直列に接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧を測定する（電流経路１トランスファー）。このときＡＤ変換部４２の量子化器ＱＵＡの出力が「０」のときは、スイッチＳ９，Ｓ１２は閉じられ、スイッチＳ１０，Ｓ１１は開かれる。また量子化器ＱＵＡの出力が「１」のときは、スイッチＳ１０，Ｓ１１は閉じられ、スイッチＳ９，Ｓ１２は開かれる。こうしてコンデンサＣ３，Ｃ４に印加される電圧の極性は、量子化器ＱＵＡの出力によって互いに逆極性になるように制御（フィードバック）される。

次いでコンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧測定が終了するとサンプルホールド回路４１は、フェーズφ４で閉じたスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ５，Ｓ６を開くと共に、量子化器ＱＵＡの出力のレベルによって閉じられたスイッチＳ９またはスイッチＳ１０およびスイッチＳ１１またはスイッチＳ１２をそれぞれ開放する。
次に温度測定回路は、スイッチＳ１，Ｓ２、それぞれの切り替えポジションをフェーズφ２にする。このフェーズφ２において第一の電流供給ラインＬ１には、第二の定電流源Ｉ２が接続され、第二の電流供給ラインＬ２には、第一の定電流源Ｉ１が接続される。次いでサンプルホールド回路４１は、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えに伴う過渡現象の影響を受けない程度の所定時間の経過を待ち、スイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ７，Ｓ８を閉じてフェーズφ３に移行する。このフェーズφ３においてコンデンサＣ１は、第一の電流供給ラインＬ１とシグナルグランドＳＧとの差電圧によって充電される。一方、コンデンサＣ２は、第二の電流供給ラインＬ２とシグナルグランドＳＧとの差電圧によって充電がなされる。またこのときスイッチＳ１３，Ｓ１４は閉じられ、コンデンサＣ３，Ｃ４がそれぞれ短絡される。

そしてサンプルホールド回路４１は、所定の時間を経過した後、フェーズφ３で閉じたスイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ７，Ｓ８を開く（電流経路２アクイジョン）と共に、コンデンサＣ３，Ｃ４を短絡していたスイッチＳ１３，Ｓ１４を開く。このときコンデンサＣ１，Ｃ２には、それぞれ充電された電荷が蓄えられる。
次いでサンプルホールド回路４１は、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧を測定するべくスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ５，Ｓ６を閉じるフェーズφ４に移行する。このフェーズφ４の期間においてＡＤ変換部４２は、直列に接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧を測定する（電流経路２トランスファー）。このときＡＤ変換部４２の量子化器ＱＵＡの出力が「０」のときは、スイッチＳ９，Ｓ１２は閉じられ、スイッチＳ１０，Ｓ１１は開かれる。また量子化器ＱＵＡの出力が「１」のとき、スイッチＳ１０，Ｓ１１は閉じられ、スイッチＳ９，Ｓ１２は、開かれる。こうしてコンデンサＣ３，Ｃ４に印加される電圧の極性は、量子化器ＱＵＡの出力によって互いに逆極性になるようにフィードバック制御される。

このようにしてコンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧測定が終了するとサンプルホールド回路４１は、フェーズφ４で閉じたスイッチＳ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ５，Ｓ６を開くと共に、量子化器ＱＵＡの出力のレベルによって閉じられたスイッチＳ９またはスイッチＳ１０およびスイッチＳ１１またはスイッチＳ１２を、それぞれ開放して一連のデータ更新期間が終了する。

以降、サンプルホールド回路４１は、上述した一連のデータ更新期間を繰り返しながらサンプリング動作を繰り返し、第一の電流供給ラインＬ１と第二の電流供給ラインＬ２との間の電圧値を計測する。
このように構成された本発明の第四の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路は、ΔΣ型ＡＤ変換器４０を用いているので、きわめて短い時間ＣＬＫでサンプリングする、いわゆるオーバサンプリング動作を行わせることができる。このためこの実施形態は、特に第一および第二の定電流源Ｉ１，Ｉ２を第一および第二の電流供給ラインにそれぞれ切り替える周期（データ更新周期）を、ΔΣ型ＡＤ変換器のサンプリング周期と略等しくすることで、それぞれの接続状態における温度センサの抵抗値の変化を無視できる程度に抑えることができる。このため本発明の第四の実施形態に係る温度測定回路は、より高精度に温度を計測することができる。

更に本発明の第四の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路は、ΔΣ型ＡＤ変換器４０を備えているので、例えば図４に示したフェーズφ１，φ２のそれぞれの期間で、複数回のフェーズφ３，φ４を実行させて得られたＡＤ変換の出力結果に演算部で更に移動平均処理などを施せば、量子化誤差などの影響を排除することができ、より高精度に温度を計測することができる等の実用上多大なる効果を奏する。

尚、本発明の温度測定回路は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもかまわない。

本発明の第一の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路の構成を示す回路図。 本発明の第二の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路の構成を示す回路図。 本発明の第二〜四の実施形態に共通の３線式結線の温度測定回路の作動を示すタイミングチャート。 本発明の第三の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路の構成を示す回路図。 本発明の第四の実施形態に係る３線式結線の温度測定回路の構成を示す回路図。 従来の３線式結線の温度測定回路の一例を示す回路図。

符号の説明

Ｉ１，Ｉ２ 定電流源
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 電流供給ライン
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ
Ｒｓ 温度センサ
Ｖ 電圧計

Claims (5)

1. 温度によって抵抗値が変化する温度センサと、
   この温度センサの一方の端子に接続された第一の電流供給ラインおよび前記温度センサの他方の端子に接続された第二の電流供給ラインにそれぞれ接続されて、これら電流供給ラインにそれぞれ一定の電流を供給する第一および第二の定電流源と、
   前記第一の供給ラインおよび前記第二の供給ラインとの間の電圧差を計測する測定部と、
   前記第一の電流供給ラインに前記第一の定電流源を接続し、前記第二の電流供給ラインに前記第二の定電流源を接続したときの前記測定部が計測した第一の電圧値と、前記第一の電流供給ラインに前記第二の定電流源を接続し、前記第二の電流供給ラインに前記第一の定電流源を接続したときの前記測定部が計測した第二の電圧値との平均値を求め、この平均値から前記温度センサが検出した温度を求める演算部と
   を備えることを特徴とする３線式結線の温度測定回路。
2. 請求項１に記載の３線式結線の温度測定回路であって、
   更に前記第一および第二の電流供給ラインと前記測定部との間に介装されて、前記第一および第二の電流供給ライン間の電圧によって充電されるサンプルホールド回路を備え、
   前記測定部はこのサンプルホールド回路に充電された充電電圧値に応じた電圧値を計測することを特徴とする３線式結線の温度測定回路。
3. 請求項２に記載の３線式結線の温度測定回路であって、
   前記測定部は、計測した電圧値に応じた所定のディジタル値を出力するＡＤ変換手段を具備し、
   前記演算部は、このＡＤ変換手段が出力する前記ディジタル値を用いて前記平均値を求めるＭＰＵ演算部を備えることを特徴とする３線式結線の温度測定回路。
4. 請求項２に記載の３線式結線の温度測定回路であって、
   前記測定部および前記サンプルホールド回路は、これら測定部およびサンプルホールド回路を包むΔΣ型ＡＤ変換器により構成されることを特徴とする３線式結線の温度測定回路。
5. 前記第一および前記第二の電流供給ラインにそれぞれ切り替えて供給する前記第一および前記第二の定電流源の切り替え周期は、前記ΔΣ型ＡＤ変換器のサンプリング周期と略等しいことを特徴とする請求項４に記載の３線式結線の温度測定回路。

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