JP2013145159A - センサ温度補償回路およびセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に対して高次の成分を含まずに１次の温度特性を持つことができ、温度係数の調整幅が抵抗の抵抗値温度係数に依存しない温度補償回路の提供。
【解決手段】この発明は、基準電圧生成回路２と、電流源６と、センサ素子１を駆動する駆動電流を生成するセンサ駆動電流生成回路３とを備える。センサ駆動電流生成回路３は、抵抗値温度係数が異なる可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２を有し、この２つの可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数の差と電流源６の電流とによって決まる温度に依存する電圧を、基準電圧生成回路２が生成する基準電圧に加算して温度補償電圧を生成し、その温度補償電圧に依存するセンサ素子１の駆動電流を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種のセンサ素子に適用されるセンサ温度補償回路、およびセンサ温度補償回路を備えたセンサ装置に関する。

従来、ホール素子などの各種のセンサ素子の感度温度特性は、そのセンサ素子を用いたセンサ装置（センサ製品）の精度を決める重要な要素となる。そのため、高精度のセンサ装置を開発する際には、温度変化に対してセンサ装置の感度を一定に保つための温度特性補償が必要となる。また、センサ装置の感度はセンサ素子ごとに温度特性がばらつき、そのばらつきに対し柔軟に調整するできることが求められる。

このような課題に対応するセンサ素子の温度補償回路として、特許文献１に記載の発明が知られている。
この温度補償回路は、図１０に示すように、分圧回路７および定電流回路８を備え、これらにより４端子型のセンサ素子１を駆動するとともに、その駆動電流の温度補償を行うものである。

分圧回路７は、可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５および固定抵抗Ｒ６から構成され、可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５と固定抵抗Ｒ６とは抵抗値温度係数が異なる。そして、分圧回路７は、電源電圧ＶＣＣを分圧し、この分圧電圧ＶＸを出力する。
定電流回路８は、オペアンプ９、ＭＯＳトランジスタＴｒ６、および抵抗Ｒ７から構成される。そして、オペアンプ９は、抵抗Ｒ７の両端の電圧ＶＸ’を分圧回路７からの分圧電圧ＶＸと比較し、この比較結果に応じてＭＯＳトランジスタＴｒ６に流れる電流を制御する。これにより、４端子型センサ素子１を駆動する電流ＩＳを生成する。

分圧回路７で分圧される分圧電圧ＶＸは、可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５の抵抗値の絶対値を変化させることにより、必要な温度特性に調整することができる。これにより、４端子型センサ素子１のセンサ感度を温度に対して一定に保つことができる。

特開２０１０−１８１２１１号公報

ところで、特許文献１の発明では、分圧回路７が、温度特性の異なる抵抗を電源端子４と接地端子５の間に接続することにより、必要な温度特性を有する電圧ＶＸを生成している。
この時、電圧ＶＸの温度特性は、次の式（１）で表される。また、可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５を変化させたときの電圧ＶＸの温度特性を、図１１に示す。図１１において、αＶＸ（％／℃）は電圧ＶＸの温度係数である。
ＶＸ＝｛（ＶＲ５＋Ｒ６）／（ＶＲ４＋ＶＲ５＋Ｒ６）｝×ＶＣＣ・・・（１）
式（１）、図１１に示すように可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５を変化させることで、必要な温度特性を得ることができ、センサ素子ごとにセンサ感度温度特性の調整が可能である。
しかし、特許文献１の温度補償回路では、可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５、固定抵抗Ｒ６の組み合わせにより、温度変化に対し１次の温度変化ではなく、温度変化に対して２次以上の高次の変化を含む特性となる。この場合、精度の高い温度特性補償を行うために、この高次成分を消すための回路が必要となる。

また、上記の温度補償回路において、生成できる温度係数は、可変抵抗ＶＲ４、ＶＲ５、固定抵抗Ｒ６の抵抗値温度係数の差で決まる。このため、大きな温度係数を必要とする場合、電圧ＶＸを増幅するための増幅回路が必要となり、回路規模が大きくなる。
そこで、本発明は、上記の点を鑑み、温度変化に対して高次の成分を含まずに１次の温度特性を持つことができ、温度係数の調整幅が抵抗の抵抗値温度係数に依存しない温度補償回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成される。
本発明は、温度に対して一定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、温度に対して一定の電流を流す電流源と、センサ素子を駆動する駆動電流を生成するセンサ駆動電流生成回路と、を備え、前記センサ駆動電流生成回路は、抵抗値温度係数が異なる第１の可変抵抗および第２の可変抵抗を有し、前記２つの可変抵抗の抵抗値温度係数の差と前記電流源の電流とによって決まる温度に依存する電圧を、前記基準電圧生成回路が生成する前記基準電圧に加算して温度補償電圧を生成し、前記温度補償電圧に依存する前記センサ素子の駆動電流を生成する。

また、本発明では、前記基準電圧生成回路は電源電圧に依存した電圧を出力し、前記電流源は前記電源電圧に依存した電流を流す。
さらに、本発明では、前記センサ駆動電流生成回路は、前記センサ素子の駆動電流を生成する第１のトランジスタと、前記基準電圧生成回路が生成する基準電圧を入力し、当該基準電圧により動作する第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタが生成する駆動電流に応じた電圧を入力し、当該入力電圧により動作する第３のトランジスタと、前記第２のトランジスタの出力経路上の一端側に負荷として接続される第４のトランジスタと、前記第３のトランジスタの出力経路上の一端側に負荷として接続される第５のトランジスタと、一端側が前記第２のトランジスタの出力経路上の他端側と接続され、他端側が前記電流源と接続される第１の可変抵抗と、一端側が前記第３のトランジスタの出力経路上の他端側と接続され、他端側が前記電流源と接続される第２の可変抵抗と、を備え、前記第１のトランジスタは、前記第３のトランジスタの出力電圧により動作する。

本発明では、抵抗値温度係数が異なる２つの可変抵抗を使用し、この２つの可変抵抗の抵抗値温度係数の差と電流源の電流とによって決まる温度依存性の電圧を、基準電圧生成回路が生成する基準電圧に加算して温度補償電圧を生成するようにした。このため、その生成電圧は、温度に対して高次成分を含まない１次の温度係数を有する電圧となる。
また、その生成電圧は、基準電圧、２つの可変抵抗、電流源が発生する電流値によって温度係数が決まる。このため、本発明では、センサ感度の温度特性の調整幅が抵抗の抵抗値温度係数によらず、センサ素子の温度特性ばらつきを柔軟に調整することができる。

本発明のセンサ温度補償回路の第１実施形態をセンサ装置に適用した回路図である。 電源電圧に依存した電圧を生成する基準電圧生成回路の具体例を示す回路図である。 図１の固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数α３を変化させたときのセンサ駆動電流の温度特性図である。 図１の可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数をα１、α２とし、α１＞α２となるように可変抵抗を配置したときのセンサ駆動電流ＩＳの温度特性図である。 図１の可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数をα１、α２とし、α１＜α２となるように可変抵抗を配置したときのセンサ駆動電流ＩＳの温度特性図である。 電源電圧に依存した電流を生成する電流源の具体例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す回路図である。 本発明のセンサ温度補償回路の第２実施形態をセンサ装置に適用した回路図である。 本発明の第２の実施形態の変形例を示す回路図である。 従来のセンサ温度補償回路の構成を示す回路図である。 図１０に示す従来のセンサ温度補償回路の電圧ＶＸ温度特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態の構成）
図１は、本発明のセンサ温度補償回路の第１実施形態を、センサ装置に適用した回路図である。
第１実施形態に係るセンサ温度補償回路は、図１に示すように、基準電圧生成回路２と、センサ駆動電流生成回路３とを備えている。センサ駆動電流生成回路３は、４端子型センサ素子（センサ素子）１の駆動電流を生成するとともに、その駆動電流に温度特性を持たせ、これにより４端子型センサ素子１の感度の温度補償を行う。

４端子型センサ素子１は、感度が駆動電流に比例するものであり、例えば、図１に示すように検出素子をブリッジ回路に形成し、駆動端子１１、１２と出力端子１３、１４とを備えている。４端子型センサ素子１の駆動端子１１は電源端子４に接続され、４端子型センサ素子１の駆動端子１２は、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のドレインと接続される。ここで、４端子型センサ素子１の具体例としては、ホール素子、磁気抵抗素子、歪みセンサ、圧力センサ、温度センサ、および加速度センサなどが挙げられる。

基準電圧生成回路２は、バンドギャップ回路等を含み、基準電圧ＶＡを生成する。この生成された基準電圧ＶＡは、センサ駆動電流生成回路３のＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートに印加される。
センサ駆動電流生成回路３は、図１に示すように、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５と、固定抵抗Ｒ３とを備え、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５が４端子型センサ素子１に駆動電流ＩＳを流すようになっている。

また、センサ駆動電流生成回路３は、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５に流れる駆動電流ＩＳに温度特性を持たせ、４端子型センサ素子１の感度の温度補償を行うために、以下の構成を採用する。
すなわち、センサ駆動電流生成回路３は、図１に示すように、２つのＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の能動負荷となる２つのＮＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４と、温度に対して一定の電流を流す電流源６とを備えている。また、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１と電流源６との間に配置される可変抵抗ＶＲ１と、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２と電流源６との間に配置される可変抵抗ＶＲ２とを備えている。さらに、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２は、異なる抵抗値温度係数を有する。

次に、センサ駆動電流生成回路３の具体的な構成について説明する。
ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートは、ＭＯＳトランジスタＴｒ２、Ｔｒ４の各ドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のドレインは、センサ１の駆動端子１２に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースは、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲートに接続されるとともに、固定抵抗Ｒ３を介して接地端子５に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートには、基準電圧生成回路２が生成する基準電圧ＶＡが印加される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースは、可変抵抗ＶＲ１の一端側に接続される。可変抵抗ＶＲ１の他端側は、電流源６を介して電源端子４にされる。
ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースに接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースは、可変抵抗ＶＲ２の一端側に接続される。可変抵抗ＶＲ２の他端側は、電流源６を介して電源端子４にされる。

ＮＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、ゲート同士が共通に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ３のドレインは、自己のゲートおよびＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインにそれぞれ接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースは、接地端子５に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ４のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインおよびＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートにそれぞれ接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースは、接地端子５に接続される。

（第１実施形態の作用及び効果）
本発明は、センサ素子の駆動電流を生成するが、そのときに、基準電圧に、２つの可変抵抗の抵抗値温度係数の差と電流源が流す電流とによって決まる温度特性を有する電圧を加算して温度補償電圧を生成し、この温度補償電圧に依存するセンサ素子の駆動電流を生成するようにした。
このような本発明を理解するために、まず、基準電圧生成回路２について説明する。
図１の基準電圧生成回路２で生成される電圧ＶＡは、後述の温度特性に依存する電圧を加算する際の基準となる電圧である。このため、任意の値で構わない。
電源電圧、温度に依存しない電圧を基準とする場合は、バンドギャップ回路の出力等を用いることができる。また、電源電圧に依存し、温度に依存しない電圧を基準とする場合は、図２に示す基準電圧生成回路２により実現できる。

この基準電圧生成回路２は、図２に示すように、分圧抵抗Ｒ８、Ｒ９を直列に接続し、この直列回路の両端に電源電圧ＶＣＣを印加し、分圧電圧を基準の電圧ＶＡとして出力する。このため、その電圧ＶＡは、式（２）のようになる。
ＶＡ＝｛Ｒ９／（Ｒ８＋Ｒ９）｝×ＶＣＣ・・・（２）

次に、センサ駆動電流生成回路３について、図１を参照して説明する。
センサ駆動電流生成回路３は、入力となる基準電圧生成回路２で生成した電圧ＶＡに温度特性を加算した電圧ＶＥを生成し、この生成した電圧ＶＥに比例する電流を生成する回路である。以下、動作について詳細に説明する。
まず、図１おいて、基準温度Ｔ０での可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値がＶＲ１＝Ｒ、ＶＲ２＝ｎ×Ｒ( ｎは正の数) となる場合、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、以下の条件を満たすようにサイズを決定する。
（Ｔｒ１のサイズ）×ｎ＝（Ｔｒ２のサイズ）
（Ｔｒ３のサイズ）×ｎ＝（Ｔｒ４のサイズ）
ここでは、説明を簡単にするために、ｎ＝１として説明する。

第１実施形態では、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートに、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２とＮＭＯＳトランジスタＴｒ４の接続点の電圧ＶＦが印加され、これにより、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５は４端子センサ素子１を駆動する電流ＩＳを生成する。

ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２に流れる電流は、電流源６が流す電流Ｉｄによって決まる。このため、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ３、可変抵抗ＶＲ１（またはＰＭＯＳトランジスタＴｒ２、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ４、可変抵抗ＶＲ２）に流れる電流は、０．５Ｉｄとなる。

固定抵抗Ｒ３の両端の電圧ＶＥがＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲートに印加されるので、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５は負帰還がかかる動作をする。また、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ５は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲートの電圧ＶＥに依存した電流を生成する。
ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースの電圧ＶＢは、基準電圧生成回路２が生成する電圧ＶＡを入力とし、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ１によって決まり、以下の式（３）となる。
ＶＢ＝ＶＡ＋Ｖｇｓ１・・・（３）
また、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２が共通接続される点の電圧ＶＣは、以下の式（４）となる。
ＶＣ＝ＶＢ＋０．５Ｉｄ×ＶＲ１
＝ＶＡ＋Ｖｇｓ１＋０．５Ｉｄ×ＶＲ１・・・（４）

同様に考え、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースの電圧ＶＤと、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲートの電圧ＶＥとは、以下の式（５）、（６）となる。ここで、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート・ソース間電圧をＶｇｓ２とする。
ＶＤ＝ＶＣ−０．５Ｉｄ×ＶＲ２
＝ＶＡ＋Ｖｇｓ１＋０．５Ｉｄ×（ＶＲ１−ＶＲ２）・・・（５）
ＶＥ＝ＶＤ−Ｖｇｓ２
＝ＶＡ＋Ｖｇｓ１−Ｖｇｓ２＋０．５Ｉｄ×（ＶＲ１−ＶＲ２）・・・（６）
また、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は同じサイズであり、同じ電流が流れていることより、次の式（７）が成立する。
Ｖｇｓ１＝Ｖｇｓ２・・・（７）

このため、式（６）は以下の式（８）ようになる。
ＶＥ＝ＶＡ＋Ｖｇｓ１−Ｖｇｓ２＋０．５Ｉｄ×（ＶＲ１−ＶＲ２）
＝ＶＡ＋０．５Ｉｄ×（ＶＲ１−ＶＲ２）・・・（８）
さらに、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２は温度特性を持っていることを示すため、次式（９）、（１０）で置き換える。
ここで、基準温度Ｔ０での可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値が等しくＶＲ１＝ＶＲ２＝Ｒとして、また、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値温度係数をα１[%／℃] 、可変抵抗ＶＲ２の抵抗値温度係数をα２[%／℃] とする。
ＶＲ１（Ｔ）＝Ｒ×｛１＋（α１／１００）×（Ｔ−Ｔ０）｝・・・（９）
ＶＲ２（Ｔ）＝Ｒ×｛１＋（α２／１００）×（Ｔ−Ｔ０）｝・・・（１０）
この時、式（８）は以下の式（１１）のようになる。

この時、４端子型センサ素子１に流れる電流ＩＳは、以下の式（１２）となる。

さらに、上式（１２）の温度係数αＩＳ[%／℃] は、以下の式（１３）となる。

ここで、固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数はゼロとして扱った。固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数は電流ＩＳの温度変化に影響するため、小さいことが望ましい。しかしながら、固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数は必ずしもゼロである必要はなく、電圧ＶＥの温度特性に対して十分小さい温度係数の場合は無視できる。

図３に、固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数を変化させた場合の４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳの温度変化を示す。
図３において、α３（％／℃）は固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数とする。集積回路の製造プロセスで用いられる抵抗の温度係数は、０．０００２〜０．０００５（％／℃）であり、無視できることがわかる。また、より高精度を目指す場合には、外付け抵抗を用いることで、抵抗値温度係数が十分に小さい抵抗を用いることができる。

α１＞α２と仮定した時、式（１３）で表される４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳの温度変化を図４に示す。さらに、α１＜α２と仮定した時、式（１３）で表される４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳの温度変化を図５に示す。
式（１２）、（１３）、図４、図５からわかることは、４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳの温度特性は可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数の差に依存し、温度変化に対して高次成分を含まず直線的に変化する電流となっていることである。また、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数の組み合わせにより、温度特性の符号を容易に変化できることがわかる。

また、抵抗の温度特性は製造プロセスによって制限されることが多いが、第１実施形態では、基準電圧ＶＡまたは電流源の電流Ｉｄ、または、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の基準温度Ｔ０での抵抗値Ｒを変化させることにより、４端子型センサ素子の駆動電流ＩＳと温度係数αＩＳを変化させることができ、抵抗値温度係数の制限を受けずに調整することができる。

次に、基準電圧生成回路２が生成する基準電圧ＶＡと電流源６の電流Ｉｄは任意の値で構わないが、式（１４）、（１５）に示すような電源電圧に依存した基準電圧ＶＡと電流源の電流Ｉｄを用いたときの効果について説明する。
ＶＡ＝Ａ×ＶＣＣ・・・（１４）
Ｉｄ＝Ｂ×ＶＣＣ・・・（１５）
式（１４）は、図２の基準電圧生成回路２を用いることで実現できる。また、式（１５）は、図６の基準電圧生成回路２を用いることで実現できる。

図６の基準電圧生成回路２は、図示のように、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２と、オペアンプ９と、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２とを備えている。
ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２のソースは、抵抗Ｒ１２を介して電源端子４に接続される。オペアンプ９の非反転入力端子（＋）には電源電圧ＶＣＣを抵抗Ｒ１０、Ｒ１１で分圧する電圧ＶＨが印加され、オペアンプ９の反転入力端子（−）にはＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２のソースに接続され、オペアンプ９の出力端子はＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２のゲートに接続される。

ここで説明を簡単にするため、図２、図６で生成される電圧、電流は式（１４）、（１５）を用いて行う。
このとき、４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳは、式（１２）より次式（１６）のようになる。

また、温度係数αＩＳは式（１３）より、以下の式（１７）のようになる。

式（１６）、式（１７）からわかることは、電源電圧に依存した基準電圧ＶＡと電流源の電流Ｉｄを用いた時、4 端子型センサ１の駆動電流ＩＳは電源電圧に依存して変化するが、温度係数αＩＳは、電源電圧に依存せず一定である。これは、４端子型センサ素子１の感度を電源電圧に依存して変化させながら、温度補償が可能であるということ示している。

（第１実施形態の変形例）
（１）第１変形例
第１変形例は、図１の第１実施形態の構成を基本にし、図１のＰＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をＰＮＰ型のトランジスタに置き換え、同様にＮＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５をＮＰＮ型のトランジスタに置き換えたものである。
このように置き換えた第１変形例によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（２）第２変形例
第２変形例は、図７に示すように、第１実施形態の構成を基本にし、さらに、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２とＮＭＯＳトランジスタＴｒ４の出力電圧ＶＦを増幅する増幅回路１０を追加した。そして、増幅回路１０でその出力電圧ＶＦをＭ倍に増幅し、この増幅した電圧ＶＧをＮＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートに印加するようにした。
このように増幅回路１０を追加した第２変形例によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態の構成）
図８は、本発明のセンサ温度補償回路の第２実施形態を、センサ装置に適用した回路図である。
第２実施形態に係るセンサ温度補償回路は、図８に示すように、基準電圧生成回路２と、センサ駆動電流生成回路３Ａとを備えている。センサ駆動電流生成回路３Ａは、４端子型センサ素子１の駆動電流を生成するとともに、その駆動電流に温度特性を持たせ、これにより４端子型センサ素子１の感度の温度補償を行う。
ここで、第２実施形態は、図１に示す第１実施形態のセンサ駆動電流生成回路３を、図８に示すセンサ駆動電流生成回路３Ａに置き換えたものである。このため、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明はできるだけ省略するとともに、重複する説明は省略する。

センサ駆動電流生成回路３Ａは、図８に示すように、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１と、固定抵抗Ｒ３とを備え、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１が４端子型センサ素子１に駆動電流ＩＳを流すようになっている。
また、センサ駆動電流生成回路３Ａは、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１に流れる駆動電流ＩＳに温度特性を持たせ、４端子型センサ素子１の感度の温度補償を行うために、以下の構成を採用する。

すなわち、センサ駆動電流生成回路３Ａは、図８に示すように、２つのＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８と、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８の能動負荷となる２つのＰＭＯＳトランジスタＴｒ９、温度に対して一定の電流を流す電流源６とを備えている。また、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７と電流源６との間に配置される可変抵抗ＶＲ１と、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８と電流源６との間に配置される可変抵抗ＶＲ２とを備えている。さらに、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２は、異なる抵抗値温度係数を有する。

次に、センサ駆動電流生成回路３Ａの具体的な構成について説明する。
ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のゲートは、ＭＯＳトランジスタＴｒ８、Ｔｒ１０の各ドレインに接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のドレインは、センサ１の駆動端子１１に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のソースは、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のゲートに接続され、かつ固定抵抗Ｒ３を介して電源端子４に接続される。

ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７のゲートには、基準電圧生成回路２が生成する基準電圧ＶＡが印加される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７のソースは、可変抵抗ＶＲ１の一端側に接続される。可変抵抗ＶＲ１の他端側は、電流源６を介して接地端子５に接続される。
ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のソースに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のソースは、可変抵抗ＶＲ２の一端側に接続される。可変抵抗ＶＲ２の他端側は、電流源６を介して接地端子５に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタＴｒ９、Ｔｒ１０は、ゲート同士が共通に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ９のドレインは、自己のゲートおよびＮＭＯＳトランジスタＴｒ７のドレインにそれぞれ接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ９のソースは、電源端子４に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１０のドレインは、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のドレインおよびＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のゲートにそれぞれ接続される。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１０のソースは、電源端子４に接続される。

（第２実施形態の作用及び効果）
次に、第２実施形態で得られる作用、効果について以下に説明する。ここで、基準電圧生成回路は、第１実施形態の場合と同じであるので省略する。
まず、センサ駆動電流生成回路３Ａについて、図８を参照して説明する。
センサ駆動電流生成回路３Ａは、入力となる基準電圧生成回路２で生成した電圧ＶＡに温度特性を加算した電圧ＶＥを生成し、この生成した電圧ＶＥに比例する電流を生成する回路である。以下、動作について詳細に説明する。

まず、図８おいて、基準温度Ｔ０での可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値がＶＲ１＝Ｒ、ＶＲ２＝ｎ×Ｒ( ｎは正の数) となる場合、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ９、Ｔｒ１０は、以下の条件を満たすようにサイズを決定する。
（Ｔｒ７のサイズ）×ｎ＝（Ｔｒ８のサイズ）
（Ｔｒ９のサイズ）×ｎ＝（Ｔｒ１０のサイズ）
ここでは、説明を簡単にするため、ｎ＝１として説明する。

第２実施形態では、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のゲートに、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８とＰＭＯＳトランジスタＴｒ１０の接続点の電圧ＶＦが印加され、これにより、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１は４端子センサ素子１を駆動する電流ＩＳを生成する。
ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ９、Ｔｒ１０、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２に流れる電流は、電流源６が流す電流Ｉｄによって決まる。このため、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ９、可変抵抗ＶＲ１（またはＮＭＯＳトランジスタＴｒ８、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１０、可変抵抗ＶＲ２）に流れる電流は、０．５Ｉｄとなる。

固定抵抗Ｒ３の両端の電圧ＶＥがＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のゲートに印加されるので、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１は負帰還がかかる動作をする。また、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１は、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のゲートの電圧ＶＥに依存した電流を生成する。
ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７のソースの電圧ＶＢは、基準電圧生成回路２が生成する電圧ＶＡを入力とし、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ７によって決まり、以下の式（１８）となる。
ＶＢ＝ＶＡ−Ｖｇｓ７・・・（１８）
また、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２が共通接続される点の電圧ＶＣは、以下の式（１９）となる。
ＶＣ＝ＶＢ−０．５Ｉｄ×ＶＲ１
＝ＶＡ−Ｖｇｓ７−０．５Ｉｄ×ＶＲ１・・・（１９）

同様に考え、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のソースの電圧ＶＤと、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のゲートの電圧ＶＥとは、以下の式（２０）、（２１）となる。ここで、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８のゲート・ソース間電圧をＶｇｓ８とする。
ＶＤ＝ＶＣ＋０．５Ｉｄ×ＶＲ２
＝ＶＡ−Ｖｇｓ７＋０．５Ｉｄ×（−ＶＲ１＋ＶＲ２）・・・（２０）
ＶＥ＝ＶＤ＋Ｖｇｓ８
＝ＶＡ−Ｖｇｓ７＋Ｖｇｓ８＋０．５Ｉｄ×（−ＶＲ１＋ＶＲ２）・・（２１）

また、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８は同じサイズであり、同じ電流が流れていることより、次の式（２２）が成立する。
Ｖｇｓ７＝Ｖｇｓ８・・・（２２）
このため、式（２１）は以下の式（２３）のようになる。
ＶＥ＝ＶＡ−Ｖｇｓ７＋Ｖｇｓ８＋０．５Ｉｄ×（−ＶＲ１＋ＶＲ２）
＝ＶＡ＋０．５Ｉｄ×（−ＶＲ１＋ＶＲ２）・・・（２３）
さらに、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２は抵抗値温度特性を持っていることを示すため、式（９）、（１０）を用いて、式（２３）は次の式（２４）となる。

この時、４端子型センサ素子１に流れる電流は、式（２５）となる。

さらに、上式（２５）の温度係数αＩＳ[%／℃] は、次式（２６）で表される。

ここで、固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数はゼロとして扱った。固定抵抗Ｒ３の抵抗値温度係数による影響は、図１の第１実施形態の場合と同じである。
式（２５）、（２６）からわかることは、第１実施形態と同様に、４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳの温度特性は可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数の差に依存し、温度変化に対して高次成分を含まず直線的に変化する電流となっていることである。また、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値温度係数の組み合わせにより、温度特性の符号を容易に変化できることがわかる。

また、抵抗の温度特性は製造プロセスによって制限されることが多いが、第２実施形態では、基準電圧ＶＡまたは電流源の電流Ｉｄ、または、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の基準温度Ｔ０での抵抗値Ｒを変化させることにより４端子型センサ素子の駆動電流ＩＳと温度係数αＩＳを変化させることができ、抵抗値温度係数の制限を受けずに調整することができる。

さらに、第１実施形態と同様に電源電圧に依存した基準電圧ＶＡと電流源の電流Ｉｄを用いた時、４端子型センサ素子１の駆動電流ＩＳは電源電圧に依存して変化するが、温度係数αＩＳは、電源電圧に依存せず一定である。これは、４端子型センサ素子１の感度を電源電圧に依存して変化させながら、温度補償が可能である。

（第２実施形態の変形例）
（１）第１変形例
第１変形例は、図８の第２実施形態の構成を基本にし、図８のＮＭＯＳトランジスタＴｒ７、Ｔｒ８をＮＰＮ型のトランジスタに置き換え、同様にＰＭＯＳトランジスタＴｒ９、Ｔｒ１０、Ｔｒ１１をＰＮＰ型のトランジスタに置き換えたものである。
このように置き換えた第１変形例によれば、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（２）第２変形例
第２変形例は、図９に示すように、第２実施形態の構成を基本にし、さらに、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ８とＰＭＯＳトランジスタＴｒ１０との出力電圧ＶＦを増幅する増幅回路１０を追加した。そして、増幅回路１０でその出力電圧ＶＦをＭ倍に増幅し、この増幅した電圧ＶＧをＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のゲートに印加するようにした。
このように増幅回路１０を追加した第２変形例によれば、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、ホール素子、磁気抵抗素子、歪みセンサ、圧力センサ、温度センサ、および加速度センサなどを含む各種のセンサ装置に適用することができる。

１・・・４端子型センサ素子（センサ素子）
２・・・ 基準電圧生成回路
３、３Ａ・・・センサ駆動電流生成回路
４・・・電源端子
５・・・接地端子
６・・・電流源
７・・・分圧回路
９、１０・・・増幅回路
ＶＲ１、ＶＲ２・・・可変抵抗
Ｒ３・・・固定抵抗
Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ９〜Ｔｒ１２・・・ＰＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ３〜Ｔｒ８・・・ＮＭＯＳトランジスタ

Claims (5)

1. 温度に対して一定の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
   温度に対して一定の電流を流す電流源と、
   センサ素子を駆動する駆動電流を生成するセンサ駆動電流生成回路と、
   を備え、
   前記センサ駆動電流生成回路は、
   抵抗値温度係数が異なる第１の可変抵抗および第２の可変抵抗を有し、
   前記２つの可変抵抗の抵抗値温度係数の差と前記電流源の電流とによって決まる温度に依存する電圧を、前記基準電圧生成回路が生成する前記基準電圧に加算して温度補償電圧を生成し、前記温度補償電圧に依存する前記センサ素子の駆動電流を生成することを特徴とするセンサ温度補償回路。
2. 前記基準電圧生成回路は電源電圧に依存した電圧を出力し、前記電流源は前記電源電圧に依存した電流を流すことを特徴とする請求項１に記載のセンサ温度補償回路。
3. 前記センサ駆動電流生成回路は、
   前記センサ素子の駆動電流を生成する第１のトランジスタと、
   前記基準電圧生成回路が生成する基準電圧を入力し、当該基準電圧により動作する第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタが生成する駆動電流に応じた電圧を入力し、当該入力電圧により動作する第３のトランジスタと、
   前記第２のトランジスタの出力経路上の一端側に負荷として接続される第４のトランジスタと、
   前記第３のトランジスタの出力経路上の一端側に負荷として接続される第５のトランジスタと、
   一端側が前記第２のトランジスタの出力経路上の他端側と接続され、他端側が前記電流源と接続される第１の可変抵抗と、
   一端側が前記第３のトランジスタの出力経路上の他端側と接続され、他端側が前記電流源と接続される第２の可変抵抗と、
   を備え、
   前記第１のトランジスタは、前記第３のトランジスタの出力電圧により動作することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ温度補償回路。
4. 請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載のセンサ温度補償回路と、
   前記センサ温度補償回路により駆動されるセンサ素子と、
   を備えることを特徴とするセンサ装置。
5. 前記センサ素子は、４端子型のセンサ素子であって、ホール素子、磁気抵抗素子、ひずみセンサ、圧力センサ、加速度センサのうちの何れか１つであることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。

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