JP2009058290A - Charge amplifier, charge amplifier device, and bias current compensation method - Google Patents

Charge amplifier, charge amplifier device, and bias current compensation method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge amplifier and a charge amplifier device capable of reducing easily measuring drift, and a bias current compensation method capable of compensating easily an influence of a bias current Ib. <P>SOLUTION: The charge amplifier 101 converts input charge from a piezoelectric sensor Sn into an output voltage determined by dividing it by a capacitance C1e of a capacitor C1. When a bias current Ib flows, the sum of a bias charge determined by time-integrating the bias current Ib and the input charge is converted as the output voltage. Since the output voltage is influenced by the bias current Ib, the measuring drift is generated. A compensation current Ia flows wholly as the bias current Ib into an inverting input terminal (-) through a capacitor C2 into which an application voltage Va is applied. The charge amplifier 101 converts only the input charge into the output voltage. Hereby, the measuring drift is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力電荷を電圧に変換するチャージアンプ、これに各種の物理量を測定する検出器を取り付けたチャージアンプ装置、及び、バイアス電流の影響を補償するバイアス電流補償方法に関する。   The present invention relates to a charge amplifier that converts an input charge into a voltage, a charge amplifier device that includes a detector that measures various physical quantities, and a bias current compensation method that compensates for the influence of a bias current.

チャージアンプは、直流から交流までのチャージ信号を増幅し、圧電センサ(検出器)を使用して、各種の物理量を測定するためのものである。チャージアンプは、演算増幅器の入出力間にキャパシタが接続され、圧電センサが発生する電荷を出力電圧に変換するようになっている。   The charge amplifier is for amplifying a charge signal from direct current to alternating current and measuring various physical quantities using a piezoelectric sensor (detector). In the charge amplifier, a capacitor is connected between the input and output of the operational amplifier, and the charge generated by the piezoelectric sensor is converted into an output voltage.

また、コンデンサには、電荷放電用の放電用トランジスタが並列接続されることがある。この放電用トランジスタは、ゲートとドレイン・ソースとの間の絶縁抵抗分により、漏れ電流が流れる。この漏れ電流を数十[nA]以下に抑えないと、測定結果に影響を与え、測定ドリフトが発生する。この問題を解決する技術として、特許文献1には、ダイオードの逆バイアス電流を用いて、キャパシタの放電用トランジスタに依存する漏れ電流を補償し、測定ドリフトを低減する技術が記載されている。
特開平11−148878号公報 (段落番号0012、図1)
In addition, a discharge transistor for charge discharge may be connected in parallel to the capacitor. In this discharging transistor, a leakage current flows due to the insulation resistance between the gate and the drain / source. Unless this leakage current is suppressed to several tens [nA] or less, measurement results are affected and measurement drift occurs. As a technique for solving this problem, Patent Document 1 describes a technique for compensating a leakage current depending on a capacitor discharge transistor by using a reverse bias current of a diode and reducing a measurement drift.
JP-A-11-148878 (paragraph number 0012, FIG. 1)

ダイオードの逆バイアス電流は、逆方向電圧に依存せずほぼ一定の逆方向飽和電流が流れる。このため、漏れ電流に相当する逆方向飽和電流を有するダイオードを選択することは難しい。   The reverse bias current of the diode does not depend on the reverse voltage, and a substantially constant reverse saturation current flows. For this reason, it is difficult to select a diode having a reverse saturation current corresponding to the leakage current.

さらに、高精度の測定を行う為には、演算増幅器の反転入力端に流れ込むバイアス電流を考慮する必要がある。しかし、特許文献1に記載の技術は、逆方向飽和電流が固定されているので、このバイアス電流に対応させて、ダイオードを選択することができないので、測定ドリフトを低減することはできない。   Furthermore, in order to perform highly accurate measurement, it is necessary to consider the bias current flowing into the inverting input terminal of the operational amplifier. However, since the reverse saturation current is fixed in the technique described in Patent Document 1, the diode cannot be selected in accordance with the bias current, and therefore the measurement drift cannot be reduced.

本発明は、測定ドリフトを容易に低減することができるチャージアンプ、チャージアンプ装置、及び、バイアス電流の影響を容易に補償できるバイアス電流補償方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a charge amplifier, a charge amplifier device, and a bias current compensation method that can easily compensate for the influence of a bias current that can easily reduce measurement drift.

前記目的を達成するために、請求項1に記載のチャージアンプは、反転入力端と正転入力端との間の電位差を増幅する演算増幅器と、この演算増幅器の出力端と反転入力端との間に接続されるキャパシタとを備え、このキャパシタに入力される入力電荷に比例する電圧を出力端に出力するチャージアンプであって、反転入力端とキャパシタとの接続点に高抵抗素子が接続され、高抵抗素子には、反転入力端とキャパシタとの接続点の漏れ電流に対応する電流が流れることを特徴とする。
前記構成によれば、入力電荷をキャパシタのキャパシタンスで除した電圧が演算増幅器から出力される。一方、接続点の漏れ電流により、キャパシタに入力される電荷が増減し、出力電圧が影響を受け、測定ドリフトが発生する。漏れ電流に相当する電流を高抵抗素子に流すことにより、キャパシタに入力される電荷の増減量が低減し、演算増幅器の出力に与える影響を抑えられる。このため、容易に測定ドリフトが低減する。
In order to achieve the object, a charge amplifier according to claim 1 includes an operational amplifier that amplifies a potential difference between an inverting input terminal and a normal input terminal, and an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier. A charge amplifier that outputs a voltage proportional to the input charge input to the capacitor to the output terminal, and a high resistance element is connected to the connection point between the inverting input terminal and the capacitor. The high resistance element is characterized in that a current corresponding to a leakage current at a connection point between the inverting input terminal and the capacitor flows.
According to the above configuration, a voltage obtained by dividing the input charge by the capacitance of the capacitor is output from the operational amplifier. On the other hand, due to the leakage current at the connection point, the charge input to the capacitor increases or decreases, the output voltage is affected, and measurement drift occurs. By causing a current corresponding to the leakage current to flow through the high resistance element, the amount of increase or decrease in the charge input to the capacitor is reduced, and the influence on the output of the operational amplifier can be suppressed. For this reason, measurement drift is easily reduced.

請求項2に記載のチャージアンプは、請求項1に記載のチャージアンプであって、前記高抵抗素子は、コンデンサの並列等価抵抗であることを特徴とする。
前記構成によれば、コンデンサの並列等価抵抗を利用することにより、高抵抗素子の選択が容易になる。すなわち、要求仕様を満たすような高抵抗素子が容易に入手可能である。
A charge amplifier according to a second aspect is the charge amplifier according to the first aspect, wherein the high resistance element is a parallel equivalent resistance of a capacitor.
According to the said structure, selection of a high resistance element becomes easy by utilizing the parallel equivalent resistance of a capacitor | condenser. That is, a high resistance element that satisfies the required specifications is readily available.

請求項3に記載のチャージアンプは、請求項2に記載のチャージアンプであって、コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする。
前記構成によれば、フィルムコンデンサの種類が多く、容易に選択条件を満足できるので、入手可能性が高い。
A charge amplifier according to claim 3 is the charge amplifier according to claim 2, wherein the capacitor is a film capacitor.
According to the said structure, since there are many kinds of film capacitors and selection conditions can be satisfied easily, availability is high.

請求項4に記載のチャージアンプは、請求項2に記載のチャージアンプであって、コンデンサは、温度補償用セラミックコンデンサ又はマイカコンデンサであることを特徴とする。
前記構成によれば、他のコンデンサに比して温度上昇に伴う絶縁抵抗値の減少する傾きが小さいため、接続点の漏れ電流に対応する電流が温度に対する変動が小さくなる。このため、測定ドリフトも良好な温度特性になる。
A charge amplifier according to claim 4 is the charge amplifier according to claim 2, wherein the capacitor is a temperature-compensating ceramic capacitor or a mica capacitor.
According to the above configuration, since the slope of decrease of the insulation resistance value accompanying the temperature rise is smaller than that of other capacitors, the current corresponding to the leakage current at the connection point is less changed with respect to the temperature. For this reason, the measurement drift also has good temperature characteristics.

請求項5に記載のチャージアンプは、請求項3又は請求項4に記載のチャージアンプであって、演算増幅器は、オフセット電圧を有することを特徴とする。
前記構成によれば、コンデンサの並列等価抵抗値(絶縁抵抗値)が大きいのものを容易に選択することができる。このため、バイアス電流が小さい演算増幅器に対して、並列等価抵抗値が大きくなることにより、印加電圧が最大オフセット電圧に比して大きくなるので、オフセット電圧の変化による影響を受け難くなる。
A charge amplifier according to a fifth aspect is the charge amplifier according to the third or fourth aspect, wherein the operational amplifier has an offset voltage.
According to the said structure, a thing with a large parallel equivalent resistance value (insulation resistance value) of a capacitor | condenser can be selected easily. For this reason, for the operational amplifier with a small bias current, the parallel equivalent resistance value increases, so that the applied voltage becomes larger than the maximum offset voltage, so that it is difficult to be affected by the change in the offset voltage.

請求項6に記載のチャージアンプは、請求項1に記載のチャージアンプであって、漏れ電流は、演算増幅器のバイアス電流であり、高抵抗素子には、バイアス電流に略等しい電流を流す基準電源が接続されたことを特徴とする。
前記構成によれば、基準電源の電圧を調整すれば、容易にバイアス電流に略等しい補償電流を流すことができるので、バイアス電流を補償できる。さらに、バイアス電流による測定ドリフトを低減できるので、高精度の測定が可能となる。
The charge amplifier according to claim 6 is the charge amplifier according to claim 1, wherein the leakage current is a bias current of the operational amplifier, and a reference power source that supplies a current substantially equal to the bias current to the high resistance element. Is connected.
According to the above configuration, if the voltage of the reference power supply is adjusted, a compensation current substantially equal to the bias current can be easily flowed, so that the bias current can be compensated. Furthermore, since measurement drift due to bias current can be reduced, highly accurate measurement is possible.

請求項7に記載のチャージアンプ装置は、請求項6に記載のチャージアンプであって、高抵抗素子に印加される電圧は、高抵抗素子の抵抗値にバイアス電流を乗じた値に演算増幅器の最大オフセット電圧を加算した値であることを特徴とする。
前記構成によれば、最大オフセット電圧はオフセット電圧の最大値であり、この最大値から計算した値で、高抵抗素子に印加される電圧を決定することができる。このため、予めオフセット電圧を測定する必要がないので、設計及び製造が容易になる。
The charge amplifier device according to claim 7 is the charge amplifier according to claim 6, wherein the voltage applied to the high-resistance element is obtained by multiplying the resistance value of the high-resistance element by the bias current and the value of the operational amplifier. It is a value obtained by adding the maximum offset voltage.
According to the above configuration, the maximum offset voltage is the maximum value of the offset voltage, and the voltage applied to the high resistance element can be determined by a value calculated from the maximum value. For this reason, since it is not necessary to measure an offset voltage beforehand, design and manufacture become easy.

請求項8に記載のチャージアンプ装置は、請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のチャージアンプと、反転入力端に接続され、物理量に比例する電荷を発生する検出器とを備えたことを特徴とする。
前記構成によれば、測定ドリフトを容易に低減できるので、検出器を選択して各種の物理量を高精度に測定できる。
A charge amplifier device according to an eighth aspect includes the charge amplifier according to any one of the first to seventh aspects, and a detector that is connected to an inverting input terminal and generates a charge proportional to a physical quantity. It is characterized by that.
According to the said structure, since a measurement drift can be reduced easily, a detector can be selected and various physical quantities can be measured with high precision.

請求項9に記載のチャージアンプ装置は、請求項8に記載のチャージアンプ装置であって、検出器は、反転入力端と正転入力端との間に接続されていることを特徴とする。
前記構成によれば、直流から交流までの物理量を増幅できる。このため、測定ドリフトを低減し、検出器を使用して各種の物理量を高精度に測定することができる。
A charge amplifier device according to a ninth aspect is the charge amplifier device according to the eighth aspect, wherein the detector is connected between the inverting input terminal and the non-inverting input terminal.
According to the said structure, the physical quantity from direct current | flow to alternating current can be amplified. For this reason, measurement drift can be reduced and various physical quantities can be measured with high accuracy using a detector.

請求項10に記載のチャージアンプ装置は、請求項8に記載のチャージアンプ装置であって、検出器は、反転入力端と、接地端子との間に接続され、正転入力端は、所定電位に設定されていることを特徴とする。
前記構成によれば、検出器が発生する電荷の変動である変動電荷がキャパシタに入力されて、このキャパシタ両端の電圧が演算増幅器から出力される。また、演算増幅器の単電源動作が可能となるので、チャージアンプの電源設計の制限が緩和される。
The charge amplifier device according to claim 10 is the charge amplifier device according to claim 8, wherein the detector is connected between the inverting input terminal and the ground terminal, and the normal rotation input terminal has a predetermined potential. It is characterized by being set to.
According to the above configuration, the fluctuation charge that is the fluctuation of the charge generated by the detector is input to the capacitor, and the voltage across the capacitor is output from the operational amplifier. In addition, since a single power supply operation of the operational amplifier becomes possible, restrictions on the power supply design of the charge amplifier are eased.

請求項11に記載のバイアス電流補償方法は、反転入力端と正転入力端との間の電位差を増幅する演算増幅器と、この演算増幅器の出力端と反転入力端との間に接続されるキャパシタとを備え、このキャパシタに入力される入力電荷に比例する出力電圧を出力端に出力するチャージアンプを用い、演算増幅器のバイアス電流の影響を補償するバイアス電流補償方法であって、キャパシタをショートして出力電圧を正転入力端と略同電位の仮想電位にし、その後キャパシタをオープンした直後からの経過時間と、仮想接地電位からの出力電圧の電圧変化量とを測定する出力電圧の波形観測を行う波形観測ステップと、キャパシタのキャパシタンスに電圧変化量を乗じた値に経過時間を除算してバイアス電流を演算する演算ステップとを備え、演算ステップで演算したバイアス電流の値に略等しい補償電流を、反転入力端とキャパシタとの接続点に流すことを特徴とする。
前記構成によれば、出力電圧の波形観測を行う波形観測ステップでは、出力電圧の電圧変化量が経過時間に比例するので、バイアス電流を計算する為の測定データを得ることができる。また、バイアス電流を演算する演算ステップでは、測定データに基づいて、キャパシタンスに電圧変化量を乗じて経過時間を除算する計算を行えば、バイアス電流の電流値を容易に計算できる。したがって、計算された電流値と等しい補償電流を流すようにすれば、バイアス電流の影響を容易に補償することができる。
The bias current compensation method according to claim 11 includes an operational amplifier that amplifies a potential difference between the inverting input terminal and the normal input terminal, and a capacitor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. A bias current compensation method that compensates for the influence of the bias current of the operational amplifier using a charge amplifier that outputs to the output terminal an output voltage proportional to the input charge input to the capacitor. Set the output voltage to a virtual potential that is approximately the same as the normal input terminal, and then observe the output voltage waveform to measure the elapsed time immediately after opening the capacitor and the voltage change in the output voltage from the virtual ground potential. A waveform observation step to be performed, and a calculation step for calculating the bias current by dividing the elapsed time by the value obtained by multiplying the capacitance of the capacitor by the voltage change amount. Substantially equal compensation current to the value of the bias current calculated in step, characterized in that the flow to the connection point between the inverting input terminal and the capacitor.
According to the above configuration, in the waveform observation step for observing the waveform of the output voltage, the voltage change amount of the output voltage is proportional to the elapsed time, so that measurement data for calculating the bias current can be obtained. In the calculation step for calculating the bias current, the current value of the bias current can be easily calculated by performing a calculation for multiplying the capacitance by the voltage change amount and dividing the elapsed time based on the measurement data. Therefore, if a compensation current equal to the calculated current value is supplied, the influence of the bias current can be easily compensated.

本発明のチャージアンプによれば、測定ドリフトを容易に低減できる。また、本発明のチャージアンプ装置によれば、検出器を選択して各種の物理量を高精度に測定できる。更に、本発明のバイアス電流補償方法によれば、バイアス電流の影響を容易に補償できる。   According to the charge amplifier of the present invention, measurement drift can be easily reduced. Moreover, according to the charge amplifier device of the present invention, various physical quantities can be measured with high accuracy by selecting a detector. Furthermore, according to the bias current compensation method of the present invention, the influence of the bias current can be easily compensated.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のチャージアンプ装置の回路図である。チャージアンプ装置は、検出器である圧電センサSn、チャージアンプ101、及び、図示されない感度設定器を備える。チャージアンプ101は、演算増幅器Ap、及び、キャパシタC1、C2を備える。キャパシタC2は、並列等価抵抗器Ra、及び、並列等価キャパシタCaを有し、並列等価抵抗器Raは、高抵抗素子として機能する。圧電センサSnは、加速度センサ、圧力センサ、又は、力センサ等として使用され、外部に設置されて、測定対象の物理量に比例する電荷を発生する。チャージアンプ101は、この発生した電荷をすべてキャパシタC1の一方の極に入力させて、他方の極に逆極性の電荷が誘起することにより、キャパシタC1の両端に電圧が発生する。これにより、チャージアンプ101は、このキャパシタC1に入力された電荷(以下、入力電荷と呼ぶ)をキャパシタンスC1eで除した電圧に変換する。
圧電センサSnの2つの電極は、夫々外部端子12、13に接続される。外部端子12は、ノードn1に接続される。外部端子13は、グランドに接続される。例えば、圧電センサSnの一方の電極と外部端子12とは、直接接続され、圧電センサSnの他方の電極と外部端子13とは直接接続されることに代えて、計測器等のアース又は筐体を介して同電位にすることにより接続される場合もある。測定環境や圧電センサSnの構造上等の条件に対応するためである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of the charge amplifier device according to the first embodiment. The charge amplifier device includes a piezoelectric sensor Sn as a detector, a charge amplifier 101, and a sensitivity setting device (not shown). The charge amplifier 101 includes an operational amplifier Ap and capacitors C1 and C2. The capacitor C2 includes a parallel equivalent resistor Ra and a parallel equivalent capacitor Ca, and the parallel equivalent resistor Ra functions as a high resistance element. The piezoelectric sensor Sn is used as an acceleration sensor, a pressure sensor, a force sensor, or the like, and is installed outside to generate an electric charge proportional to a physical quantity to be measured. The charge amplifier 101 inputs all the generated charges to one pole of the capacitor C1, and induces a charge of opposite polarity to the other pole, thereby generating a voltage at both ends of the capacitor C1. Thereby, the charge amplifier 101 converts the charge (hereinafter referred to as input charge) input to the capacitor C1 into a voltage divided by the capacitance C1e.
The two electrodes of the piezoelectric sensor Sn are connected to the external terminals 12 and 13, respectively. The external terminal 12 is connected to the node n1. The external terminal 13 is connected to the ground. For example, one electrode of the piezoelectric sensor Sn and the external terminal 12 are directly connected, and instead of the other electrode of the piezoelectric sensor Sn and the external terminal 13 being directly connected, a ground or housing of a measuring instrument or the like In some cases, they are connected by setting them to the same potential via. This is to cope with conditions such as the measurement environment and the structure of the piezoelectric sensor Sn.

演算増幅器Apは、正転入力端(+)、反転入力端(−)、及び出力端(OUT)を備え、正転入力端(+)と反転入力端(−)との間の電位差を増幅し、この増幅電圧を出力端(OUT)に出力する。   The operational amplifier Ap includes a normal rotation input terminal (+), an inverting input terminal (−), and an output terminal (OUT), and amplifies a potential difference between the normal rotation input terminal (+) and the inverting input terminal (−). The amplified voltage is output to the output terminal (OUT).

ノードn1は、演算増幅器Apの反転入力端(−)に接続され、キャパシタC1を介して出力端(OUT)に接続され、キャパシタC2を介して、印加電圧Vaの基準電源に接続される。演算増幅器Apの正転入力端(+)は、グランドに接続される。演算増幅器Apの出力端(OUT)は、内部端子11に接続される。演算増幅器Apは、ノードn1の電位を接地電位に保つように制御して、ノードn1を仮想グランドにする。演算増幅器Apは、入力電荷をキャパシタC1のキャパシタンスC1eで除算した電圧(以下、出力電圧と呼ぶ)を出力する。なお、演算増幅器Apの正電源入力端(V+)及び負電源入力端(V−)は、夫々所定の正の直流電圧及び負の直流電圧が印加される。   The node n1 is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier Ap, is connected to the output terminal (OUT) through the capacitor C1, and is connected to the reference power source of the applied voltage Va through the capacitor C2. The normal rotation input terminal (+) of the operational amplifier Ap is connected to the ground. The output terminal (OUT) of the operational amplifier Ap is connected to the internal terminal 11. The operational amplifier Ap controls the potential of the node n1 to be kept at the ground potential, thereby making the node n1 a virtual ground. The operational amplifier Ap outputs a voltage (hereinafter referred to as an output voltage) obtained by dividing the input charge by the capacitance C1e of the capacitor C1. A predetermined positive DC voltage and a negative DC voltage are applied to the positive power supply input terminal (V +) and the negative power supply input terminal (V−) of the operational amplifier Ap, respectively.

例えば、演算増幅器Apには、ナショナル・セミコンダクター社のLMC6001が使用される。LMC6001の入力側は、入力抵抗値Rinが1[TΩ]を超え、最大バイアス電流Ibmが25[fA]であり、最大オフセット電圧Vosmが0.7[mV]である。
また、圧電センサSnは、3成分力センサが使用され、直交3成分(Fx、Fy、Fz)の各方向のチャージ信号の何れかがチャージアンプ101に入力される。各方向について絶縁抵抗値が10[TΩ]以上あり、Fx及びFy方向の感度が−8.1[pC/N]であり、Fz方向の検出器感度が−3.8[pC/N]である。
For example, National Semiconductor's LMC6001 is used for the operational amplifier Ap. On the input side of the LMC 6001, the input resistance value Rin exceeds 1 [TΩ], the maximum bias current Ibm is 25 [fA], and the maximum offset voltage Vosm is 0.7 [mV].
In addition, a three-component force sensor is used as the piezoelectric sensor Sn, and any one of charge signals in directions of orthogonal three components (Fx, Fy, Fz) is input to the charge amplifier 101. The insulation resistance value is 10 [TΩ] or more in each direction, the sensitivity in the Fx and Fy directions is −8.1 [pC / N], and the detector sensitivity in the Fz direction is −3.8 [pC / N]. is there.

感度設定器は、チャージアンプ101の内部端子11から出力される出力電圧とを、きれいな整数関係に合わせるものである。例えば、物理量の力100[N]に対して、出力電圧を10[V]にする。チャージアンプ装置は、感度設定器との組み合わせにより、各種センサを選択して各種の物理量を測定することができる。   The sensitivity setting unit matches the output voltage output from the internal terminal 11 of the charge amplifier 101 with a clean integer relationship. For example, the output voltage is set to 10 [V] with respect to the physical quantity of force 100 [N]. The charge amplifier device can measure various physical quantities by selecting various sensors in combination with a sensitivity setting device.

演算増幅器Apは、正転入力端(+)と反転入力端(−)との間に、入力抵抗値Rinを有する。演算増幅器Apの反転入力端(−)には、ノードn1から反転入力端(−)の方向に定義されるバイアス電流Ibが流れ、バイアス電流Ibを時間積分した電荷(以下、バイアス電荷と呼ぶ)が発生する。
チャージアンプ101は、圧電センサSnが発生した入力電荷を電圧に変換し、バイアス電荷を電圧に変換して、双方の電圧の和を出力電圧として出力する。バイアス電荷を変換した電圧は、入力電荷を変換した電圧に対して影響を与えるので、測定ドリフトが発生する。バイアス電流Ibは、所定の電流が継続して流れる。バイアス電荷による影響は、高精度の測定に対して、特に問題となる。
The operational amplifier Ap has an input resistance value Rin between the normal input terminal (+) and the inverting input terminal (−). A bias current Ib defined in the direction from the node n1 to the inverting input terminal (−) flows through the inverting input terminal (−) of the operational amplifier Ap, and a charge obtained by time-integrating the bias current Ib (hereinafter referred to as a bias charge). Will occur.
The charge amplifier 101 converts the input charge generated by the piezoelectric sensor Sn into a voltage, converts the bias charge into a voltage, and outputs the sum of both voltages as an output voltage. Since the voltage converted from the bias charge affects the voltage converted from the input charge, measurement drift occurs. As the bias current Ib, a predetermined current continuously flows. The influence of the bias charge is particularly problematic for high-precision measurement.

演算増幅器Apの反転入力端(−)と正転入力端(+)との間には、種々の原因により、オフセット電圧Vosが発生している。基準電源は、グランドとの間で正の直流電圧(以下、印加電圧Vaと呼ぶ)をキャパシタC2に印加する。印加電圧Vaは、キャパシタC2に流れる電流をIa(以下、補償電流Iaと呼ぶ)として、式(1)で算出される。
Va = (Ia × Rae) + Vos (1)
但し、RaeはキャパシタC2の並列等価抵抗器Raの抵抗値(高抵抗素子の抵抗値)である。
An offset voltage Vos is generated between the inverting input terminal (−) and the normal rotation input terminal (+) of the operational amplifier Ap due to various causes. The reference power supply applies a positive DC voltage (hereinafter referred to as an applied voltage Va) to the capacitor C2 with respect to the ground. The applied voltage Va is calculated by Equation (1), where Ia (hereinafter referred to as compensation current Ia) is a current flowing through the capacitor C2.
Va = (Ia × Rae) + Vos (1)
However, Rae is the resistance value of the parallel equivalent resistor Ra of the capacitor C2 (resistance value of the high resistance element).

補償電流Iaには、バイアス電流Ibの電流値を設定する。すなわち、補償電流Ia及びバイアス電流Ibは、電流の方向及び電流値が等しくなる。このため、補償電流Iaは、すべてバイアス電流Ibとして演算増幅器Apの反転入力端(−)に流れ込む。したがって、バイアス電荷は演算増幅器Apにより電圧に変換されない。チャージアンプ101は、入力電荷のみを出力電圧として変換する。入力電荷が変換された電圧はバイアス電荷が変換された電圧による影響をまったく受けないので、高精度の測定に対しても、測定ドリフトが低減する。
チャージアンプ装置は、直流から交流までの物理量を増幅できる。このため、測定ドリフトを低減し、圧電センサSnを使用して各種の物理量を高精度に測定することができる。
The current value of the bias current Ib is set as the compensation current Ia. That is, the compensation current Ia and the bias current Ib have the same current direction and current value. For this reason, all the compensation current Ia flows into the inverting input terminal (−) of the operational amplifier Ap as the bias current Ib. Therefore, the bias charge is not converted into a voltage by the operational amplifier Ap. The charge amplifier 101 converts only the input charge as an output voltage. Since the voltage converted from the input charge is not affected at all by the voltage converted from the bias charge, the measurement drift is reduced even for high-accuracy measurement.
The charge amplifier device can amplify physical quantities from direct current to alternating current. For this reason, measurement drift can be reduced and various physical quantities can be measured with high accuracy using the piezoelectric sensor Sn.

キャパシタC2は、高抵抗素子として要求仕様を満たすために、所定の並列等価抵抗値Raeを有するものが選択される。印加電圧Vaは、式(1)を満足する電圧に調整される。例えば、バイアス電流Ibが25[fA]であり、オフセット電圧Vosが0.7[mV]である場合には、補償電流Iaをバイアス電流Ibに対応させ、並列等価抵抗値Raeが1[TΩ]付近のキャパシタC2を選択する。さらに、印加電圧Vaを25.7[mV]付近に調整し、25[fA]の補償電流Iaを流す。このため、バイアス電流Ibが小さい演算増幅器Apを選択して、並列等価抵抗値Raeが大きなものを選択することにより、印加電圧Vaがオフセット電圧Vosに比して大きくなるので、オフセット電圧Vosの変化による影響を受け難くなる。なお、絶縁抵抗値の測定は、直流電圧を印加し、所定時間経過後に行われる。   The capacitor C2 is selected to have a predetermined parallel equivalent resistance value Rae in order to satisfy the required specifications as a high resistance element. The applied voltage Va is adjusted to a voltage that satisfies Equation (1). For example, when the bias current Ib is 25 [fA] and the offset voltage Vos is 0.7 [mV], the compensation current Ia is made to correspond to the bias current Ib, and the parallel equivalent resistance value Rae is 1 [TΩ]. A nearby capacitor C2 is selected. Further, the applied voltage Va is adjusted to around 25.7 [mV], and a compensation current Ia of 25 [fA] is passed. Therefore, by selecting the operational amplifier Ap having a small bias current Ib and selecting the one having a large parallel equivalent resistance value Rae, the applied voltage Va becomes larger than the offset voltage Vos. It becomes difficult to be influenced by. The insulation resistance value is measured after applying a DC voltage and after a predetermined time has elapsed.

図2は、直流で測定した各種コンデンサの絶縁抵抗値(並列等価抵抗値Rae)の温度特性を示す図である。縦軸は絶縁抵抗値[MΩ]を示し、横軸は温度[℃]を示す。コンデンサの絶縁抵抗値は、温度上昇に伴い減少する傾向がある。
誘電率εが一定の場合、コンデンサのキャパシタンスは、極板の面積Sに比例し極板間の距離Lに反比例する。一方、コンデンサの絶縁抵抗値は、極板の面積Sに反比例し極板間の距離Lに比例する。したがって、コンデンサのキャパシタンスが小さい程、コンデンサの絶縁抵抗値は大きくなる傾向がある。
FIG. 2 is a diagram showing temperature characteristics of insulation resistance values (parallel equivalent resistance value Rae) of various capacitors measured by direct current. The vertical axis represents the insulation resistance value [MΩ], and the horizontal axis represents the temperature [° C.]. The insulation resistance value of a capacitor tends to decrease with increasing temperature.
When the dielectric constant ε is constant, the capacitance of the capacitor is proportional to the area S of the electrode plates and inversely proportional to the distance L between the electrode plates. On the other hand, the insulation resistance value of the capacitor is inversely proportional to the area S of the electrode plates and proportional to the distance L between the electrode plates. Therefore, the insulation resistance value of the capacitor tends to increase as the capacitance of the capacitor decreases.

温度補償用セラミックコンデンサ、マイカコンデンサ、及び、フィルムコンデンサは、室温(20[℃])付近で絶縁抵抗値(並列等価抵抗値Rae)が1[TΩ]付近のものがあり、絶縁抵抗値が大きいコンデンサを選択することが容易である。要求仕様や入手可能性等の選択条件を考慮して、例えばキャパシタC2には、絶縁抵抗値が大きい(キャパシタンスが小さい)温度補償用セラミックコンデンサ、マイカコンデンサ、又は、フィルムコンデンサが選択される。
特に、フィルムコンデンサは、種類が多く容易に選択条件を満足できるので、入手可能性が高い。温度補償用セラミックコンデンサ及びマイカコンデンサは、他のコンデンサに比して、温度上昇に伴う絶縁抵抗値の減少する傾きが小さいので好ましい。補償電流Iaは、温度に対する変動が小さく良好な温度特性になる。
Ceramic capacitors for temperature compensation, mica capacitors, and film capacitors have an insulation resistance value (parallel equivalent resistance value Rae) near 1 [TΩ] near room temperature (20 [° C.]), and have a large insulation resistance value. It is easy to select a capacitor. Considering selection conditions such as required specifications and availability, for example, a ceramic capacitor for temperature compensation, a mica capacitor, or a film capacitor having a large insulation resistance value (small capacitance) is selected as the capacitor C2.
In particular, film capacitors are highly available because they can be easily selected and satisfy the selection conditions. The temperature compensating ceramic capacitor and the mica capacitor are preferable because the slope of the decrease in the insulation resistance value accompanying the temperature rise is small as compared with other capacitors. The compensation current Ia has a small temperature variation and good temperature characteristics.

図3は、製造者又は検査担当者が行うバイアス電流Ibの影響を補償する方法を示すフローチャートである。製造者等は、チャージアンプ101(図1)について、バイアス電流Ibを計算し、キャパシタC2を選択して、印加電圧Vaを決定することにより、バイアス電流Ibの影響を補償する補償電流Iaを流すことができる。
最初に、基準電源とノードn1との間にあるキャパシタC2を未接続にし、外部端子12と外部端子13との間の圧電センサSnを未接続にする(ステップS1)。次に、演算増幅器Apに電源電圧を供給した状態で、キャパシタC1の両方の電極をショートしてキャパシタC1の電荷を放電し、放電後にキャパシタC1の両方の電極をオープンにする(ステップS2)。
FIG. 3 is a flowchart showing a method for compensating for the influence of the bias current Ib performed by the manufacturer or the person in charge of inspection. The manufacturer or the like calculates the bias current Ib for the charge amplifier 101 (FIG. 1), selects the capacitor C2, and determines the applied voltage Va, thereby supplying a compensation current Ia that compensates for the influence of the bias current Ib. be able to.
First, the capacitor C2 between the reference power supply and the node n1 is disconnected, and the piezoelectric sensor Sn between the external terminal 12 and the external terminal 13 is disconnected (step S1). Next, in a state where the power supply voltage is supplied to the operational amplifier Ap, both electrodes of the capacitor C1 are short-circuited to discharge the charge of the capacitor C1, and after discharging, both electrodes of the capacitor C1 are opened (step S2).

オープンした直後から経過時間ΔTだけ経過すると、演算増幅器Apの出力端(OUT)の出力電圧は、時間に比例して、電位が仮想接地電位から電圧変化量ΔVだけ上昇又は下降する。製造者等は、ΔT及びΔVの測定データを求める出力電圧の波形観測を行う(ステップS3(波形観測ステップ))。
出力電圧はバイアス電荷を電圧に変換したものであるので、バイアス電流Ibは式(2)で算出される。
Ib = C1e × (ΔV / ΔT) (2)
但し、C1eは、キャパシタC1のキャパシタンスである。
製造者等は、式(2)にΔT及びΔVの測定データを代入して、バイアス電流Ibの電流値を計算する(ステップS4(演算ステップ))。バイアス電流Ibの電流値は、計算機を用いて容易に計算される。製造者等は、演算されたバイアス電流Ibと電流値が等しい補償電流Iaを流すようにする。
そして、高抵抗素子として要求仕様を満たし入手可能なコンデンサをキャパシタC2に選択する(ステップS5)。最後に、式(1)の計算により印加電圧Vaを決定して(ステップS6)、方法の処理を終了する。製造者等は、基準電源から印加電圧VaをキャパシタC2に印加して、補償電流Iaを流す。
したがって、チャージアンプ101(図1)について、決定された補償電流Iaをノードn1から演算増幅器Apの反転入力端(−)に流すことにより、補償電流Iaがバイアス電流Ibに対応するので、バイアス電流Ibの影響を補償することができる。
なお、基準電源から印加電圧VaをキャパシタC2に印加することに代えて、補償電流Iaが流れるように回路設計又はプリント基板レイアウトすることもできる。かかる場合、バイアス電流Ibの影響を補償する効果は、同じである。
When the elapsed time ΔT elapses immediately after opening, the output voltage of the output terminal (OUT) of the operational amplifier Ap increases or decreases by a voltage change amount ΔV from the virtual ground potential in proportion to the time. The manufacturer or the like performs waveform observation of the output voltage for obtaining measurement data of ΔT and ΔV (step S3 (waveform observation step)).
Since the output voltage is obtained by converting the bias charge into a voltage, the bias current Ib is calculated by Expression (2).
Ib = C1e × (ΔV / ΔT) (2)
However, C1e is the capacitance of the capacitor C1.
The manufacturer or the like substitutes the measured data of ΔT and ΔV into the equation (2) to calculate the current value of the bias current Ib (step S4 (calculation step)). The current value of the bias current Ib is easily calculated using a calculator. The manufacturer or the like causes a compensation current Ia having a current value equal to the calculated bias current Ib to flow.
Then, an available capacitor satisfying the required specifications as the high resistance element is selected as the capacitor C2 (step S5). Finally, the applied voltage Va is determined by the calculation of equation (1) (step S6), and the processing of the method is terminated. The manufacturer or the like applies the applied voltage Va from the reference power source to the capacitor C2 and causes the compensation current Ia to flow.
Therefore, for the charge amplifier 101 (FIG. 1), the compensation current Ia corresponds to the bias current Ib by flowing the determined compensation current Ia from the node n1 to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier Ap. The influence of Ib can be compensated.
In addition, instead of applying the applied voltage Va from the reference power source to the capacitor C2, a circuit design or a printed circuit board layout may be made so that the compensation current Ia flows. In such a case, the effect of compensating for the influence of the bias current Ib is the same.

(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
オフセット電圧Vos及びバイアス電流Ibは、演算増幅器Apの製造バラツキや使用温度等の原因で変化する。設計時に式(1)を満足する電圧値に印加電圧Vaが調整されていても、使用中に変化してIa=Ibの関係が成立しなくなる場合がある。かかる場合であっても、Ia≒Ibの関係が成立すれば、バイアス電流Ibの出力電圧への影響が少ないので、測定ドリフトが低減する。
式(1)について、Iaに最大バイアス電流Ibmの値を設定し、Vosに最大オフセット電圧Vosmの値を設定することもできる。
最大オフセット電圧Vosmは、オフセット電圧の最大値であり、最大バイアス電流Ibmは、バイアス電流Ibの最大値である。例えば、オフセット電圧Vosが大きく変化した場合でも、最大オフセット電圧Vosm以下であり、バイアス電流Ib大きく変化した場合でも、最大バイアス電流Ibm以下である。このため、印加電圧Vaの電圧方向及び補償電流Iaの電流方向が逆方向に変化することはない。
補償電流Iaとバイアス電流Ibとの電流値が等しくなくても、バイアス電流Ibの影響を低減できればよい。かかる場合には、物理量の測定に影響を与えない程度に、補償電流Iaがバイアス電流Ibに対応し、測定ドリフトが低減するからである。また、予めバイアス電流Ib及びオフセット電圧Vosを測定する必要がないので、設計及び製造が容易になる。
さらに、高抵抗素子として、絶縁体から成る素子を利用することもできる。所定の並列等価抵抗値Raeを有するものを選択すればよいからである。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications such as the following are possible.
The offset voltage Vos and the bias current Ib change due to factors such as manufacturing variations of the operational amplifier Ap and operating temperatures. Even when the applied voltage Va is adjusted to a voltage value satisfying the expression (1) at the time of design, it may change during use and the relationship of Ia = Ib may not be established. Even in such a case, if the relationship of Ia≈Ib is established, the influence of the bias current Ib on the output voltage is small, so that the measurement drift is reduced.
In Equation (1), the value of the maximum bias current Ibm can be set for Ia, and the value of the maximum offset voltage Vosm can be set for Vos.
The maximum offset voltage Vosm is the maximum value of the offset voltage, and the maximum bias current Ibm is the maximum value of the bias current Ib. For example, even when the offset voltage Vos changes greatly, it is below the maximum offset voltage Vosm, and even when the bias current Ib changes greatly, it is below the maximum bias current Ibm. For this reason, the voltage direction of the applied voltage Va and the current direction of the compensation current Ia do not change in the opposite directions.
Even if the current values of the compensation current Ia and the bias current Ib are not equal, it is only necessary to reduce the influence of the bias current Ib. In such a case, the compensation current Ia corresponds to the bias current Ib and the measurement drift is reduced to such an extent that the measurement of the physical quantity is not affected. Further, since it is not necessary to measure the bias current Ib and the offset voltage Vos in advance, the design and manufacture are facilitated.
Furthermore, an element made of an insulator can be used as the high resistance element. This is because it is sufficient to select one having a predetermined parallel equivalent resistance value Rae.

印加電圧Vaには、正の直流電圧に代えて、負の直流電圧を印加することができる。補償電流Iaは、演算増幅器Apの反転入力端(−)からノードn1の方向に流れる。
演算増幅器Apの反転入力端(−)からノードn1の方向に、バイアス電流Ibが流れる場合がある。かかる場合について、補償電流Iaは、バイアス電流Ibと電流の方向及び電流値が等しくなり、バイアス電流Ibに対応する。
バイアス電流Ibは、すべて補償電流IaとしてキャパシタC2を介して基準電源に流れ込む。したがって、補償電流Iaがバイアス電流Ibを相殺するように作用するので、バイアス電荷は電圧に変換されない。チャージアンプ101が入力電荷のみを出力電圧として変換するので、測定ドリフトが低減する。
As the applied voltage Va, a negative DC voltage can be applied instead of a positive DC voltage. The compensation current Ia flows from the inverting input terminal (−) of the operational amplifier Ap toward the node n1.
In some cases, the bias current Ib flows from the inverting input terminal (−) of the operational amplifier Ap toward the node n1. In such a case, the compensation current Ia has the same direction and current value as the bias current Ib, and corresponds to the bias current Ib.
All of the bias current Ib flows into the reference power supply via the capacitor C2 as the compensation current Ia. Therefore, since the compensation current Ia acts to cancel the bias current Ib, the bias charge is not converted into a voltage. Since the charge amplifier 101 converts only the input charge as the output voltage, the measurement drift is reduced.

演算増幅器Apについて、正転入力端(+)は接地電位に代えて正の所定電位に設定され、負電源入力端(V−)は負の直流電圧源に代えてグランドに接続されることもできる。正転入力端(+)は接地電位に代えて負の所定電位に設定され、正電源入力端(V+)は正の直流電圧源に代えてグランドに接続されることもできる。
正又は負の所定電位は、夫々正又は負の直流電源とグランドとの間に接続された2つの抵抗器の直列回路が分圧した電位である。印加電圧Vaは、式(1)に所定電位を加算した値になる。
かかる場合には、圧電センサSnが発生する電荷の変動である変動電荷がキャパシタC1に入力されて、このキャパシタC1両端の電圧が演算増幅器Apから出力される。また、演算増幅器Apの単電源動作が可能となるので、チャージアンプ101の電源設計の制限が緩和される。
Regarding the operational amplifier Ap, the forward rotation input terminal (+) is set to a predetermined positive potential instead of the ground potential, and the negative power supply input terminal (V−) is connected to the ground instead of the negative DC voltage source. it can. The forward rotation input terminal (+) can be set to a predetermined negative potential instead of the ground potential, and the positive power supply input terminal (V +) can be connected to the ground instead of the positive DC voltage source.
The predetermined positive or negative potential is a potential divided by a series circuit of two resistors connected between a positive or negative DC power source and the ground, respectively. The applied voltage Va is a value obtained by adding a predetermined potential to the equation (1).
In such a case, the fluctuation charge, which is the fluctuation of the charge generated by the piezoelectric sensor Sn, is input to the capacitor C1, and the voltage across the capacitor C1 is output from the operational amplifier Ap. Further, since the single operation of the operational amplifier Ap is possible, the restriction on the power supply design of the charge amplifier 101 is eased.

(比較例)
図4は、比較例のチャージアンプ901の回路図である。MOSトランジスタTrを用いてキャパシタC1の電荷を放電する場合について説明する。チャージアンプ901は、キャパシタC1の電荷をリセットする回路が必要な場合がある。
図1とは、MOSトランジスタTrを有する点が異なる。ダイオードDiを使用する。抵抗器R1は、ゲートを負電位に設定し、MOSトランジスタTrをオフさせる。MOSトランジスタTrのゲートに正の信号電圧Vgが入力されると、MOSトランジスタTrはオンされる。キャパシタC1は、両端の電極が短絡され、電荷がリセットされる。
MOSトランジスタTrは、ゲートとドレイン・ソースとの間に絶縁抵抗分がある。漏れ電流Irは、キャパシタC1からMOSトランジスタTr及び抵抗器R1を介して、負の直流電圧を供給する電圧源に流れる。
(Comparative example)
FIG. 4 is a circuit diagram of the charge amplifier 901 of the comparative example. A case where the charge of the capacitor C1 is discharged using the MOS transistor Tr will be described. The charge amplifier 901 may require a circuit that resets the charge of the capacitor C1.
1 is different from FIG. 1 in that a MOS transistor Tr is provided. A diode Di is used. The resistor R1 sets the gate to a negative potential and turns off the MOS transistor Tr. When a positive signal voltage Vg is input to the gate of the MOS transistor Tr, the MOS transistor Tr is turned on. The capacitor C1 is short-circuited at both ends, and the charge is reset.
The MOS transistor Tr has an insulation resistance component between the gate and the drain / source. The leakage current Ir flows from the capacitor C1 through the MOS transistor Tr and the resistor R1 to a voltage source that supplies a negative DC voltage.

正の直流電圧である印加電圧Vaにより、ダイオードDiは逆バイアスされる。チャージアンプ901は、ダイオードDiの逆バイアス電流Idが漏れ電流Irとして流れる。このため、漏れ電流Irを時間積分した電荷(以下、漏れ電荷と呼ぶ)を変換した電圧が発生しない。
チャージアンプ101は、入力電荷のみを出力電圧として変換する。漏れ電荷は電圧に変換されず、入力電荷が変換された電圧に対して影響を与えないので、測定ドリフトが発生しない。
しかし、回路設計上の制限が多く、Id=Irを満足するダイオードDiの選択、及び、印加電圧Vaの調整が難しい。
The diode Di is reverse-biased by the applied voltage Va which is a positive DC voltage. In the charge amplifier 901, the reverse bias current Id of the diode Di flows as the leakage current Ir. For this reason, a voltage obtained by converting a charge obtained by integrating the leakage current Ir with time (hereinafter referred to as a leakage charge) is not generated.
The charge amplifier 101 converts only the input charge as an output voltage. Leakage charge is not converted to voltage and input charge has no effect on the converted voltage, so no measurement drift occurs.
However, there are many restrictions on circuit design, and it is difficult to select the diode Di that satisfies Id = Ir and to adjust the applied voltage Va.

この点、本実施形態のチャージアンプ101によれば、回路設計上の制限が少ない。式(1)に基づいて、Ia≒Irを満足するキャパシタC2の選択、及び、印加電圧Vaの調整が容易である。
また、漏れ電流Ir及びバイアス電流Ibの和を予め測定し、双方の電流による測定ドリフトを低減することも容易である。
In this regard, according to the charge amplifier 101 of this embodiment, there are few restrictions on circuit design. Based on the equation (1), it is easy to select the capacitor C2 that satisfies Ia≈Ir and to adjust the applied voltage Va.
It is also easy to measure the sum of the leakage current Ir and the bias current Ib in advance and reduce the measurement drift due to both currents.

第1実施形態のチャージアンプ装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a charge amplifier device according to a first embodiment. FIG. 直流で測定した各種コンデンサの絶縁抵抗値の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the insulation resistance value of various capacitors measured by direct current | flow. 製造者等が行うバイアス電流の影響を補償する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of compensating the influence of the bias current which a manufacturer etc. perform. 比較例のチャージアンプ装置の回路図である。It is a circuit diagram of the charge amplifier apparatus of a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

11 内部端子
12、13 外部端子
101、901 チャージアンプ
C1、C2 キャパシタ
C1e キャパシタンス
Ca 並列等価キャパシタ
Ra 並列等価抵抗器
Rae 並列等価抵抗値
Ap 演算増幅器
Sn 圧電センサ(検出器)
Di ダイオード
Tr MOSトランジスタ
Va 印加電圧
Vg 信号電圧
Vos オフセット電圧
Vosm 最大オフセット電圧
Ib バイアス電流
Ibm 最大バイアス電流
Ia 補償電流
Ir 漏れ電流
Id 逆バイアス電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Internal terminal 12, 13 External terminal 101,901 Charge amplifier C1, C2 Capacitor C1e Capacitance Ca Parallel equivalent capacitor Ra Parallel equivalent resistor Rae Parallel equivalent resistance value Ap Operational amplifier Sn Piezoelectric sensor (detector)
Di diode Tr MOS transistor Va applied voltage Vg signal voltage Vos offset voltage Vosm maximum offset voltage Ib bias current Ibm maximum bias current Ia compensation current Ir leakage current Id reverse bias current

Claims (11)

反転入力端と正転入力端との間の電位差を増幅する演算増幅器と、この演算増幅器の出力端と前記反転入力端との間に接続されるキャパシタとを備え、このキャパシタに入力される入力電荷に比例する電圧を前記出力端に出力するチャージアンプであって、
前記反転入力端と前記キャパシタとの接続点に高抵抗素子が接続され、
前記高抵抗素子には、前記反転入力端と前記キャパシタとの接続点の漏れ電流に対応する電流が流れることを特徴とするチャージアンプ。
An operational amplifier for amplifying a potential difference between an inverting input terminal and a normal input terminal, and a capacitor connected between the output terminal of the operational amplifier and the inverting input terminal, and an input input to the capacitor A charge amplifier that outputs to the output terminal a voltage proportional to the charge,
A high resistance element is connected to a connection point between the inverting input terminal and the capacitor,
The charge amplifier according to claim 1, wherein a current corresponding to a leakage current at a connection point between the inverting input terminal and the capacitor flows through the high resistance element.
前記高抵抗素子は、コンデンサの並列等価抵抗であることを特徴とする請求項1に記載のチャージアンプ。   The charge amplifier according to claim 1, wherein the high resistance element is a parallel equivalent resistance of a capacitor. 前記コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項2に記載のチャージアンプ。   The charge amplifier according to claim 2, wherein the capacitor is a film capacitor. 前記コンデンサは、温度補償用セラミックコンデンサ又はマイカコンデンサであることを特徴とする請求項2に記載のチャージアンプ。   3. The charge amplifier according to claim 2, wherein the capacitor is a temperature compensating ceramic capacitor or a mica capacitor. 前記演算増幅器は、オフセット電圧を有することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のチャージアンプ。   The charge amplifier according to claim 3, wherein the operational amplifier has an offset voltage. 前記漏れ電流は、前記演算増幅器のバイアス電流であり、
前記高抵抗素子には、前記バイアス電流に略等しい電流を流す基準電源が接続されたことを特徴とする請求項1に記載のチャージアンプ。
The leakage current is a bias current of the operational amplifier,
2. The charge amplifier according to claim 1, wherein a reference power source that supplies a current substantially equal to the bias current is connected to the high resistance element.
前記高抵抗素子に印加される電圧は、前記高抵抗素子の抵抗値に前記バイアス電流を乗じた値に前記演算増幅器の最大オフセット電圧を加算した値であることを特徴とする請求項6に記載のチャージアンプ。   The voltage applied to the high resistance element is a value obtained by adding a maximum offset voltage of the operational amplifier to a value obtained by multiplying the resistance value of the high resistance element by the bias current. Charge amplifier. 請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載のチャージアンプと、
前記反転入力端に接続され、物理量に比例する電荷を発生する検出器とを備えたことを特徴とするチャージアンプ装置。
A charge amplifier according to any one of claims 1 to 7,
A charge amplifier device comprising: a detector connected to the inverting input terminal and generating a charge proportional to a physical quantity.
前記検出器は、前記反転入力端と前記正転入力端との間に接続されていることを特徴とする請求項8に記載のチャージアンプ装置。   The charge amplifier device according to claim 8, wherein the detector is connected between the inverting input terminal and the normal rotation input terminal. 前記検出器は、前記反転入力端と、接地端子との間に接続され、
前記正転入力端は、所定電位に設定されていることを特徴とする請求項8に記載のチャージアンプ装置。
The detector is connected between the inverting input terminal and a ground terminal;
9. The charge amplifier device according to claim 8, wherein the normal input terminal is set to a predetermined potential.
反転入力端と正転入力端との間の電位差を増幅する演算増幅器と、この演算増幅器の出力端と前記反転入力端との間に接続されるキャパシタとを備え、このキャパシタに入力される入力電荷に比例する出力電圧を前記出力端に出力するチャージアンプを用い、前記演算増幅器のバイアス電流の影響を補償するバイアス電流補償方法であって、
前記キャパシタをショートして前記出力電圧を前記正転入力端と略同電位の仮想電位にし、その後前記キャパシタをオープンした直後からの経過時間と、前記仮想電位からの前記出力電圧の電圧変化量とを測定する前記出力電圧の波形観測を行う波形観測ステップと、
前記キャパシタのキャパシタンスに前記電圧変化量を乗じた値に前記経過時間を除算して前記バイアス電流を演算する演算ステップとを備え、
前記演算ステップで演算したバイアス電流の値に略等しい補償電流を、前記反転入力端と前記キャパシタとの接続点に流すことを特徴とするバイアス電流補償方法。
An operational amplifier for amplifying a potential difference between an inverting input terminal and a normal input terminal, and a capacitor connected between the output terminal of the operational amplifier and the inverting input terminal, and an input input to the capacitor A bias current compensation method for compensating for the influence of a bias current of the operational amplifier using a charge amplifier that outputs an output voltage proportional to an electric charge to the output terminal,
The capacitor is short-circuited so that the output voltage becomes a virtual potential that is substantially the same potential as the normal input terminal, and then the elapsed time immediately after the capacitor is opened, and the voltage change amount of the output voltage from the virtual potential, A waveform observation step for observing the waveform of the output voltage
A calculation step of calculating the bias current by dividing the elapsed time by a value obtained by multiplying the capacitance of the capacitor by the voltage change amount;
A bias current compensation method, wherein a compensation current substantially equal to the value of the bias current calculated in the calculation step is passed through a connection point between the inverting input terminal and the capacitor.
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