JP2015005961A - Sensor interface circuit and control method - Google Patents

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賢一 松永
Kenichi Matsunaga
賢一 松永
美濃谷　直志
Naoshi Minoya
直志 美濃谷
近藤　利彦
Toshihiko Kondo
利彦 近藤
森村　浩季
Hiroki Morimura
浩季 森村
加々見　修
Osamu Kagami
修 加々見
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maximize signal energy of a transducer for extraction.SOLUTION: A sensor interface circuit 10, connected with a transducer 50, includes an input impedance variable circuit 11 and an amplifier 12, and adjusts input impedance of the input impedance variable circuit 11 to maximize output power of the amplifier 12. Thus, an output impedance of the transducer 50 can be matched with an input impedance of the sensor interface circuit 10, and one mass-produced sensor interface circuit 10 becomes available for multiple types of sensors, thereby achieving cost reduction.

Description

本発明は、各種トランスデューサの電気出力をセンサ回路が測定しやすい形態に変換する技術に関する。   The present invention relates to a technique for converting the electrical output of various transducers into a form that can be easily measured by a sensor circuit.

光や変位をはじめとする物理量を電気信号に変換するトランスデューサの価格は低廉化しつつある。そのため、これまでの工業応用だけでなく、民間で複雑な手順を踏むことなく手軽に使用可能なセンサへのニーズが高まりつつある。   The price of transducers that convert physical quantities such as light and displacement into electrical signals is becoming cheaper. For this reason, there is an increasing need for sensors that can be easily used without going through complicated procedures in the private sector as well as industrial applications.

センサが普及するためにはセンサ回路の低コスト化が課題となる。これまではセンサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれに対して最適なセンサインタフェースＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’が個別に製造されていた。それぞれのセンサインタフェースは生産個数が増えないことでコストが増加するため、普及阻害の一因となっていた。この課題に対しては、多種のトランスデューサを接続した場合に生じるオフセットを調整する機構を備えたセンサ回路を用い、多種のトランスデューサの計測が可能となる回路構成が提案されている。また、低コスト化には集積回路内に素子を配置することが有効であり、集積回路への内蔵に適している容量型センサインタフェース回路が提案されている。   In order for the sensor to become widespread, the cost reduction of the sensor circuit becomes an issue. Until now, the optimum sensor interfaces A ', B', C ', D' for each of the sensors A, B, C, D have been individually manufactured. Each sensor interface is a cause of the spread inhibition because the production cost does not increase and the cost increases. To solve this problem, a circuit configuration has been proposed in which a sensor circuit having a mechanism for adjusting an offset generated when various types of transducers are connected can be used to measure various types of transducers. In order to reduce the cost, it is effective to dispose elements in the integrated circuit, and a capacitive sensor interface circuit suitable for incorporation in the integrated circuit has been proposed.

しかしながら、従来のセンサ回路は、トランスデューサが持つ高い出力抵抗から電圧を取り出すために高い入力インピーダンスを持ったセンサインタフェースを備えている。そのため、電力の損失が生じ、トランスデューサが出力する電力を有効利用することがてきていないという問題があった。   However, the conventional sensor circuit includes a sensor interface having a high input impedance in order to extract a voltage from the high output resistance of the transducer. For this reason, there is a problem that power loss occurs and the power output from the transducer cannot be effectively used.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、トランスデューサの信号エネルギを最大化して取り出すことを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to maximize and extract the signal energy of a transducer.

第１の本発明に係るセンサインタフェース回路は、トランスデューサに接続するセンサインタフェース回路であって、前記トランスデューサに接続し、可変抵抗の抵抗値を変えることで入力インピーダンスが可変な入力インピーダンス可変回路と、前記トランスデューサの出力を増幅する増幅器と、を備え、前記増幅器の出力電力が最大となるように前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを調整することを特徴とする。   A sensor interface circuit according to a first aspect of the present invention is a sensor interface circuit connected to a transducer, wherein the input impedance variable circuit is connected to the transducer and the input impedance is variable by changing a resistance value of the variable resistor, An amplifier for amplifying the output of the transducer, and adjusting the input impedance of the input impedance variable circuit so that the output power of the amplifier is maximized.

上記センサインタフェース回路において、前記増幅器の出力をモニタして前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整回路を備えることを特徴とする。   The sensor interface circuit includes an impedance adjustment circuit that monitors an output of the amplifier and adjusts an input impedance of the input impedance variable circuit.

上記センサインタフェース回路において、前記インピーダンス調整回路は、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる制御回路と、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる前後の前記増幅器の出力を保持する第１、第２の容量と、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる際に、前記増幅器の出力先を前記第１、第２の容量で交互に切り替えるスイッチと、前記第１、第２の容量が保持する電荷を比較するアナログ比較器と、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させた後に、前記アナログ比較器の出力が反転しなかった場合は、前記トランスデューサを接続するときに最適な入力インピーダンスが得られたと判定する判定回路と、を有することを特徴とする。   In the sensor interface circuit, the impedance adjustment circuit includes a control circuit that changes an input impedance of the input impedance variable circuit, and a first that holds an output of the amplifier before and after changing the input impedance of the input impedance variable circuit, A switch that alternately switches the output destination of the amplifier between the first and second capacitors when changing the input capacitance of the second capacitor and the input impedance variable circuit; and the first and second capacitors If the output of the analog comparator does not invert after changing the input impedance of the analog comparator for comparing the held charge and the input impedance variable circuit, the optimum input impedance when connecting the transducer A determination circuit that determines that the Characterized in that it.

上記センサインタフェース回路において、前記インピーダンス調整回路は、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる制御回路と、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換する変換器と、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる前の前記変換器の出力を保持するレジスタと、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させた後に、前記レジスタが保持する値と前記変換器の出力を比較するデジタル比較器と、前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させた後に、前記デジタル比較器の出力が反転した場合は、前記トランスデューサを接続するときに最適な入力インピーダンスが得られたと判定する判定回路と、を有することを特徴とする。   In the sensor interface circuit, the impedance adjustment circuit includes a control circuit that changes an input impedance of the input impedance variable circuit, a converter that converts an output of the amplifier into a digital signal, and an input impedance of the input impedance variable circuit. A register that holds the output of the converter before changing, a digital comparator that compares the value held by the register with the output of the converter after changing the input impedance of the input impedance variable circuit, and And a determination circuit that determines that an optimum input impedance is obtained when the transducer is connected when the output of the digital comparator is inverted after changing the input impedance of the input impedance variable circuit. Features.

第２の本発明に係る制御方法は、トランスデューサに接続する、入力インピーダンスが可変な入力インピーダンス可変回路と、増幅器を備えたセンサインタフェース回路の制御方法であって、前記増幅器の出力を第１の容量に保存するステップと、前記増幅器の出力先を第２の容量に切り替えるとともに、前記入力インピーダンスを変化させるステップと、入力インピーダンス変化後の前記増幅器の出力を前記第２の容量に保存するステップと、前記第１、第２の容量が保持する電荷を比較するステップと、前記比較するステップで比較した結果、前記第２の容量が保持する電荷のほうが大きい場合は、前記増幅器の出力先を第１の容量に切り替えて前記第１、第２の容量の役割を入れ替え、再び入力インピーダンスを変化させるステップを行い、前記第１の容量が保持する電荷のほうが大きい場合は、前記増幅器の出力先が前記第１の容量のときの入力インピーダンスを最適な入力インピーダンスとするステップと、を有することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a control method for a sensor interface circuit including an input impedance variable circuit connected to a transducer and having a variable input impedance, and an amplifier, the output of the amplifier being a first capacitor. Saving the output of the amplifier to the second capacitor, changing the input impedance, and saving the output of the amplifier after the input impedance change to the second capacitor; As a result of comparison between the step of comparing the charges held by the first and second capacitors and the step of comparing, if the charge held by the second capacitor is larger, the output destination of the amplifier is set to the first Changing the input impedance, switching the roles of the first and second capacitors, and changing the input impedance again. A step of setting the input impedance when the output destination of the amplifier is the first capacitor to an optimum input impedance when the charge held by the first capacitor is larger. .

第３の本発明に係る制御方法は、トランスデューサに接続する、入力インピーダンスが可変な入力インピーダンス可変回路と、増幅器を備えたセンサインタフェース回路の制御方法であって、前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するステップと、前記デジタル信号を第１のデジタル信号としてレジスタに保存するステップと、前記第１のデジタル信号をレジスタに保存後に、前記入力インピーダンスを変化させるステップと、前記入力インピーダンスを変化させた後のデジタル信号を第２のデジタル信号とし、前記レジスタに保存した前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号を比較するステップと、前記比較するステップで比較した結果、前記第２のデジタル信号のほうが大きい場合は、前記第２のデジタル信号を前記レジスタに第１のデジタル信号として保存するとともに、再び入力インピーダンスを変化させるステップを行い、前記第１のデジタル信号のほうが大きい場合は、前記第１のデジタル信号のときの入力インピーダンスを最適な入力インピーダンスとするステップと、を有することを特徴とする。   A control method according to a third aspect of the present invention is a method for controlling a sensor interface circuit including an input impedance variable circuit connected to a transducer and having variable input impedance, and an amplifier, wherein the output of the amplifier is converted into a digital signal. Saving the digital signal as a first digital signal in a register, changing the input impedance after saving the first digital signal in the register, and changing the input impedance The second digital signal is obtained by comparing the first digital signal stored in the register with the second digital signal and comparing the second digital signal with the second digital signal. Is greater, the second digital signal is transferred to the register. Are stored as the first digital signal and the step of changing the input impedance is performed again. If the first digital signal is larger, the input impedance at the time of the first digital signal is set to the optimum input impedance. And a step of performing.

本発明によれば、トランスデューサの信号エネルギを最大化して取り出すことができる。   According to the present invention, the signal energy of the transducer can be maximized and extracted.

第１の実施の形態におけるセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the sensor interface circuit in 1st Embodiment. 第１の実施の形態における別のセンサインピーダンス回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of another sensor impedance circuit in 1st Embodiment. 第２の実施の形態におけるセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the sensor interface circuit in 2nd Embodiment. 図３の自動インピーダンス調整回路の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the automatic impedance adjustment circuit of FIG. 入力インピーダンスの変化とシフトレジスタに書き込まれる値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the value written in a shift register, and the change of input impedance. 第２の実施の形態における別のセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of another sensor interface circuit in 2nd Embodiment. 図６の自動インピーダンス調整回路の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the automatic impedance adjustment circuit of FIG. 入力インピーダンスの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of input impedance. 第２の実施の形態におけるさらに別のセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of another sensor interface circuit in 2nd Embodiment. 図９の自動インピーダンス調整回路の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the automatic impedance adjustment circuit of FIG. 入力インピーダンスの変化とＡＤ変換器の出力、レジスタに書き込まれる値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the value written in the change of input impedance, the output of AD converter, and a register | resistor.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態におけるセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すセンサインタフェース回路１０は、入力インピーダンス可変回路１１とアンプ１２を備える。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the sensor interface circuit in the first embodiment. A sensor interface circuit 10 shown in the figure includes an input impedance variable circuit 11 and an amplifier 12.

入力インピーダンス可変回路１１は、トランスデューサ５０に接続される。入力インピーダンス可変回路１１は、アナログ制御端子１１Ａに入力されるインピーダンス制御信号に基づき、アナログ的に可変抵抗のタップ点を変化させることで抵抗値を変えて入力インピーダンスの調整を行い、トランスデューサ５０の種類にあった入力インピーダンスを提供する。   The input impedance variable circuit 11 is connected to the transducer 50. The input impedance variable circuit 11 adjusts the input impedance by changing the resistance value by changing the tap point of the variable resistance in an analog manner based on the impedance control signal input to the analog control terminal 11A. Provide input impedance suitable for

アンプ１２は、トランスデューサ５０から取り出された信号電力を増幅して後段の回路に出力する。アンプ１２の出力電力が最大となるように、入力インピーダンス可変回路１１の入力インピーダンスを調整する。   The amplifier 12 amplifies the signal power extracted from the transducer 50 and outputs the amplified signal power to a subsequent circuit. The input impedance of the input impedance variable circuit 11 is adjusted so that the output power of the amplifier 12 becomes maximum.

トランスデューサ５０は、光を検出するフォトディテクタ、歪みを検出する抵抗センサ、圧電現象を利用した圧電センサ、遠赤外線を検出可能な焦電センサや温度センサなどの多種のセンサである。トランスデューサ５０は、種類に応じて電圧または電流を出力するが、テブナンの定理により直列に接続された電圧信号源及び信号源抵抗によってモデリングすることが可能である。この信号源抵抗の値をＲ１、入力インピーダンス可変回路１１の入力インピーダンスをＲ２とすると、最大電力伝送定理によりＲ１＝Ｒ２であるときに最大の信号電力がアンプ１２に供給される。   The transducer 50 is a variety of sensors such as a photodetector that detects light, a resistance sensor that detects distortion, a piezoelectric sensor that uses a piezoelectric phenomenon, a pyroelectric sensor that can detect far infrared rays, and a temperature sensor. The transducer 50 outputs voltage or current depending on the type, but can be modeled by a voltage signal source and a signal source resistance connected in series according to Thevenin's theorem. Assuming that the value of the signal source resistance is R1 and the input impedance of the input impedance variable circuit 11 is R2, the maximum signal power is supplied to the amplifier 12 when R1 = R2 by the maximum power transmission theorem.

図２は、第１の実施の形態における別のセンサインピーダンス回路の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すセンサインタフェース回路１０は、可変抵抗のタップ点をスイッチで切り替えた入力インピーダンス可変回路１３を備えた。可変抵抗のタップ点をスイッチで切り替えることによりデジタル制御が可能となるので、汎用のデジタル回路とプログラムによってインピーダンス制御信号をデジタル制御端子１３Ａに入力し、入力インピーダンス可変回路１３を制御することが機能となる。   FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration of another sensor impedance circuit according to the first embodiment. The sensor interface circuit 10 shown in the figure includes an input impedance variable circuit 13 in which the tap point of the variable resistor is switched by a switch. Since digital control is possible by switching the tap point of the variable resistor with a switch, the function of inputting an impedance control signal to the digital control terminal 13A by a general-purpose digital circuit and program and controlling the input impedance variable circuit 13 is a function. Become.

以上説明したように、本実施の形態によれば、トランスデューサ５０に接続するセンサインタフェース回路１０が入力インピーダンス可変回路１１とアンプ１２を備え、アンプ１２の出力電力が最大となるように、入力インピーダンス可変回路１１の入力インピーダンスを調整することにより、トランスデューサ５０の出力インピーダンスとセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを整合させることができる。その結果、多種のセンサに対して、大量生産した一つのセンサインタフェース回路１０が使用可能となるため、コストを下げることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the sensor interface circuit 10 connected to the transducer 50 includes the input impedance variable circuit 11 and the amplifier 12, and the input impedance is variable so that the output power of the amplifier 12 is maximized. By adjusting the input impedance of the circuit 11, the output impedance of the transducer 50 and the input impedance of the sensor interface circuit 10 can be matched. As a result, since one sensor interface circuit 10 produced in large quantities can be used for various sensors, the cost can be reduced.

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、自動でインピーダンスを調整する自動インピーダンス調整回路を備えたセンサインタフェース回路である。 [Second Embodiment]
The second embodiment is a sensor interface circuit provided with an automatic impedance adjustment circuit that automatically adjusts the impedance.

図３は、第２の実施の形態におけるセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すセンサインタフェース回路は、第１の実施の形態のセンサインタフェース回路１０に自動インピーダンス調整回路３０を追加した。自動インピーダンス調整回路３０は、センサインタフェース回路１０の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換器３１、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを制御する制御ロジック３２、およびＡＤ変換器３１の変換結果を格納するシフトレジスタ３３を備える。以下、自動インピーダンス調整回路３０の動作について説明する。   FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration of the sensor interface circuit according to the second embodiment. In the sensor interface circuit shown in the figure, an automatic impedance adjustment circuit 30 is added to the sensor interface circuit 10 of the first embodiment. The automatic impedance adjustment circuit 30 is an AD converter 31 that converts the output of the sensor interface circuit 10 into a digital signal, a control logic 32 that controls the input impedance of the sensor interface circuit 10, and a shift that stores the conversion result of the AD converter 31. A register 33 is provided. Hereinafter, the operation of the automatic impedance adjustment circuit 30 will be described.

図４は、自動インピーダンス調整回路の処理の流れを示すフローチャートである。図５は、入力インピーダンスの変化とシフトレジスタに書き込まれる値の変化を示す図である。   FIG. 4 is a flowchart showing a process flow of the automatic impedance adjustment circuit. FIG. 5 is a diagram illustrating a change in input impedance and a value written in the shift register.

最初に、制御ロジック３２がセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを初期インピーダンスＺ0に設定し（ステップＳ１１）、ＡＤ変換器３１がセンサインタフェース回路１０の出力をデジタル信号に変換し（ステップＳ１２）、変換したデジタル信号をシフトレジスタ３３に書き込む（ステップＳ１３）。図５に示すように、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスが初期インピーダンスＺ0のときのセンサインタフェース回路１０の出力値（Ｄ０）がレジスタ０に書き込まれる。 First, the control logic 32 sets the input impedance of the sensor interface circuit 10 to the initial impedance Z 0 (step S11), and the AD converter 31 converts the output of the sensor interface circuit 10 into a digital signal (step S12). The digital signal thus written is written in the shift register 33 (step S13). As shown in FIG. 5, the input impedance of the sensor interface circuit 10 is the output value of the sensor interface circuit 10 when the initial impedance Z 0 (D0) is written into register 0.

続いて、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスをδＺ減少させた後（ステップＳ１４）、センサインタフェース回路１０の出力をデジタル信号に変換し（ステップＳ１５）、変換したデジタル信号をシフトレジスタ３３に書き込む（ステップＳ１６）。図５に示すように、入力インピーダンスを減少させる前の出力値（Ｄ０）がレジスタ１に書き込まれ、入力インピーダンスを減少させた後の出力値（Ｄ１）がレジスタ０に書き込まれる。   Subsequently, after the input impedance of the sensor interface circuit 10 is decreased by δZ (step S14), the output of the sensor interface circuit 10 is converted into a digital signal (step S15), and the converted digital signal is written in the shift register 33 (step S14). S16). As shown in FIG. 5, the output value (D0) before decreasing the input impedance is written to the register 1, and the output value (D1) after decreasing the input impedance is written to the register 0.

センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを減少させる前後でセンサインタフェース回路１０の出力が減少したか否か判定する（ステップＳ１７）。具体的には、シフトレジスタ３３のレジスタ０の値とレジスタ１の値を比較し、レジスタ０の値＜レジスタ１の値の場合は、センサインタフェース回路１０の出力が減少したと判定する。   It is determined whether or not the output of the sensor interface circuit 10 has decreased before and after the input impedance of the sensor interface circuit 10 has been decreased (step S17). Specifically, the value of the register 0 of the shift register 33 is compared with the value of the register 1, and when the value of the register 0 <the value of the register 1, it is determined that the output of the sensor interface circuit 10 has decreased.

センサインタフェース回路１０の出力が増加した場合は（ステップＳ１７のＮｏ）、ステップＳ１４に戻り、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスをさらに減少させる。   When the output of the sensor interface circuit 10 increases (No in step S17), the process returns to step S14, and the input impedance of the sensor interface circuit 10 is further decreased.

センサインタフェース回路１０の出力が減少した場合は（ステップＳ１７のＹｅｓ）、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを減少させる前が最適な入力インピーダンスの値となる。図５の例では、Ｄ６＜Ｄ５となったので、センサインタフェース回路１０の出力値がＤ５となったときの入力インピーダンスがセンサインタフェース回路１０に接続したトランスデューサ５０にとって最適な入力インピーダンスとなる。   When the output of the sensor interface circuit 10 decreases (Yes in step S17), the optimal input impedance value is before the input impedance of the sensor interface circuit 10 is decreased. In the example of FIG. 5, since D6 <D5, the input impedance when the output value of the sensor interface circuit 10 becomes D5 is the optimum input impedance for the transducer 50 connected to the sensor interface circuit 10.

センサインタフェース回路１０の入力インピーダンス可変回路１１で入力インピーダンスを減少させると、アンプ１２のゲインが同じ場合には出力電力が高くなる。入力インピーダンスの減少によってセンサインタフェース回路１０の出力電力が小さくなるまで入力インピーダンスを減少させて最適な入力インピーダンスを求める。以上の処理により、最適な入力インピーダンス値を自動で探索することが可能となる。   When the input impedance is reduced by the input impedance variable circuit 11 of the sensor interface circuit 10, the output power increases when the gain of the amplifier 12 is the same. The input impedance is decreased until the output power of the sensor interface circuit 10 decreases due to the decrease of the input impedance, and the optimum input impedance is obtained. With the above processing, it is possible to automatically search for an optimum input impedance value.

図６は、第２の実施の形態における別のセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す自動インピーダンス調整回路３０は、スイッチ３４、容量３５Ａ，３５Ｂ、アナログ比較器３６、および制御ロジック３２を備える。制御ロジック３２でセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを変化させ、入力インピーダンスの変化の前後でスイッチ３４を切り替えて、入力インピーダンスを変化させた前後のセンサインタフェース回路１０の出力を容量３５Ａ，３５Ｂそれぞれに保持させて、容量３５Ａ，３５Ｂそれぞれが保持する電荷をアナログ比較器３６で比較することで、最大出力が得られる最適な入力インピーダンスを求める。以下、自動インピーダンス調整回路３０の動作を説明する。   FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration of another sensor interface circuit according to the second embodiment. The automatic impedance adjustment circuit 30 shown in the figure includes a switch 34, capacitors 35A and 35B, an analog comparator 36, and a control logic 32. The control logic 32 changes the input impedance of the sensor interface circuit 10 and switches the switch 34 before and after the change of the input impedance, so that the outputs of the sensor interface circuit 10 before and after the change of the input impedance are held in the capacitors 35A and 35B, respectively. Then, by comparing the charges held in the capacitors 35A and 35B by the analog comparator 36, the optimum input impedance that can obtain the maximum output is obtained. Hereinafter, the operation of the automatic impedance adjustment circuit 30 will be described.

図７は、自動インピーダンス調整回路の処理の流れを示すフローチャートである。図８は、入力インピーダンスの変化を示す図である。   FIG. 7 is a flowchart showing a process flow of the automatic impedance adjustment circuit. FIG. 8 is a diagram illustrating changes in input impedance.

最初に、制御ロジック３２は、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを初期インピーダンスＺ0に設定し（ステップＳ２１）、スイッチ３４を容量３５Ａ側に切り替え、センサインタフェース回路１０の出力を容量３５Ａに保持させる（ステップＳ２２）。 First, the control logic 32 sets the input impedance of the sensor interface circuit 10 to the initial impedance Z 0 (step S21), switches the switch 34 to the capacitor 35A side, and holds the output of the sensor interface circuit 10 in the capacitor 35A ( Step S22).

続いて、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスをδＺ減少させるとともに（ステップＳ２３）、スイッチ３４を容量３５Ｂ側に切り替えて、センサインタフェース回路１０の出力を容量３５Ｂに保持させる（ステップＳ２４）。これにより、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスの変化の前後のセンサインタフェース回路１０の出力が容量３５Ａ，３５Ｂそれぞれに保存される。   Subsequently, the input impedance of the sensor interface circuit 10 is decreased by δZ (step S23), and the switch 34 is switched to the capacitor 35B side to hold the output of the sensor interface circuit 10 in the capacitor 35B (step S24). Thereby, the outputs of the sensor interface circuit 10 before and after the change of the input impedance of the sensor interface circuit 10 are stored in the capacitors 35A and 35B, respectively.

そして、容量３５Ａ，３５Ｂが保持する電荷をアナログ比較器３６で比較する（ステップＳ２５）。アナログ比較器３６の出力が反転した場合は（ステップＳ２５のＹｅｓ）、ステップＳ２３に戻り、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスをさらに減少させる。入力インピーダンスの低下に対して単調に出力が変化する場合、現在のセンサインタフェース回路１０の出力は容量３５Ａ，３５Ｂに交互に保存されるので、アナログ比較器３６の出力が各比較で反転する。よって、アナログ比較器３６の出力が反転しなくなった点がセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスの最適点となる。なお、はじめてアナログ比較器３６で容量３５Ａ，３５Ｂが保持する電荷を比較するときは前回のアナログ比較器３６の出力結果がないので、容量３５Ａ，３５Ｂの比較結果を用いてセンサインタフェース回路１０の出力が大きくなったか否かを判定する。   Then, the electric charges held by the capacitors 35A and 35B are compared by the analog comparator 36 (step S25). When the output of the analog comparator 36 is inverted (Yes in Step S25), the process returns to Step S23, and the input impedance of the sensor interface circuit 10 is further reduced. When the output changes monotonously with a decrease in input impedance, the output of the current sensor interface circuit 10 is stored alternately in the capacitors 35A and 35B, so that the output of the analog comparator 36 is inverted in each comparison. Therefore, the point where the output of the analog comparator 36 is not inverted is the optimum point of the input impedance of the sensor interface circuit 10. When the analog comparator 36 compares the charges held by the capacitors 35A and 35B for the first time, there is no previous output result of the analog comparator 36. Therefore, the output of the sensor interface circuit 10 is output using the comparison result of the capacitors 35A and 35B. It is determined whether or not is increased.

アナログ比較器３６の出力が反転しなかった場合は（ステップＳ２５のＮｏ）、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを減少させる前が最適な入力インピーダンスの値となる。   If the output of the analog comparator 36 is not inverted (No in step S25), the optimal input impedance value is before the input impedance of the sensor interface circuit 10 is reduced.

図９は、第２の実施の形態におけるさらに別のセンサインタフェース回路の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す自動インピーダンス調整回路３０は、ＡＤ変換器３１、レジスタ３７、デジタル比較器３８、および制御ロジック３２を備える。制御ロジック３２でセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを変化させ、入力インピーダンスの変化の後のＡＤ変換器３１の出力をレジスタ３７で保持した入力インピーダンスの変化の前のＡＤ変換器３１の出力と比較することで、最大出力が得られる最適な入力インピーダンスを求める。以下、自動インピーダンス調整回路３０の動作を説明する。   FIG. 9 is a functional block diagram showing a configuration of still another sensor interface circuit in the second embodiment. The automatic impedance adjustment circuit 30 shown in FIG. 1 includes an AD converter 31, a register 37, a digital comparator 38, and a control logic 32. The input impedance of the sensor interface circuit 10 is changed by the control logic 32, and the output of the AD converter 31 after the change of the input impedance is compared with the output of the AD converter 31 before the change of the input impedance held in the register 37. Thus, the optimum input impedance that can obtain the maximum output is obtained. Hereinafter, the operation of the automatic impedance adjustment circuit 30 will be described.

図１０は、自動インピーダンス調整回路の処理の流れを示すフローチャートである。図１１は、入力インピーダンスの変化とＡＤ変換器の出力、レジスタに書き込まれる値の変化を示す図である。   FIG. 10 is a flowchart showing the flow of processing of the automatic impedance adjustment circuit. FIG. 11 is a diagram illustrating a change in input impedance, an output of an AD converter, and a change in a value written in a register.

最初に、制御ロジック３２がセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを初期インピーダンスＺ0に設定し（ステップＳ３１）、ＡＤ変換器３１がセンサインタフェース回路１０の出力をデジタル信号に変換し（ステップＳ３２）、変換したデジタル信号をレジスタ３７に書き込む（ステップＳ３３）。 First, the control logic 32 sets the input impedance of the sensor interface circuit 10 to the initial impedance Z 0 (step S31), and the AD converter 31 converts the output of the sensor interface circuit 10 into a digital signal (step S32). The digital signal thus written is written in the register 37 (step S33).

続いて、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスをδＺ減少させた後（ステップＳ３４）、センサインタフェース回路１０の出力をデジタル信号に変換し（ステップＳ３５）、レジスタ３７に書き込まれた値とＡＤ変換器３１の出力をデジタル比較器３８で比較する（ステップＳ３６）。図１１に示すように、入力インピーダンスを変化させるまえの出力値（Ｄ０）がレジスタ３７に保存されており、デジタル比較器３８は、入力インピーダンスを変化させた後のＡＤ変換器３１の出力値（Ｄ１）と比較する。   Subsequently, after the input impedance of the sensor interface circuit 10 is reduced by δZ (step S34), the output of the sensor interface circuit 10 is converted into a digital signal (step S35), and the value written in the register 37 and the AD converter 31 are converted. Are compared by the digital comparator 38 (step S36). As shown in FIG. 11, the output value (D0) before changing the input impedance is stored in the register 37, and the digital comparator 38 outputs the output value (A / D converter 31) after changing the input impedance ( Compare with D1).

デジタル比較器３８の出力が前回と同じ場合は（ステップＳ３６のＹｅｓ）、ステップＳ３３に戻り、ＡＤ変換器３１の出力をレジスタ３７に書き込んだ後、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスをさらに減少させる。入力インピーダンスの低下に伴ってＡＤ変換器３１の出力が大きくなる場合、ＡＤ変換器３１の出力のほうがレジスタ３７に書き込まれた値よりも大きいので、デジタル比較器３８の出力は反転せずに同一のままである。したがって、デジタル比較器３８の出力が反転した点がセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスの最適点となる。   When the output of the digital comparator 38 is the same as the previous time (Yes in Step S36), the process returns to Step S33, the output of the AD converter 31 is written in the register 37, and the input impedance of the sensor interface circuit 10 is further reduced. When the output of the AD converter 31 increases as the input impedance decreases, the output of the AD converter 31 is larger than the value written in the register 37, so the output of the digital comparator 38 is the same without being inverted. Remains. Therefore, the point where the output of the digital comparator 38 is inverted is the optimum point of the input impedance of the sensor interface circuit 10.

デジタル比較器３８の出力が反転した場合は（ステップＳ３６のＮｏ）、センサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを減少させる前が最適な入力インピーダンスの値となる。   When the output of the digital comparator 38 is inverted (No in step S36), the optimal input impedance value is before the input impedance of the sensor interface circuit 10 is reduced.

以上説明したように、本実施の形態によれば、入力インピーダンス可変回路１１を備えたセンサインタフェース回路１０の出力をモニタしつつセンサインタフェース回路１０の入力インピーダンスを制御する自動インピーダンス調整回路３０を備えることにより、電力損失を抑えた最適な入力インピーダンス値を自動で探索することが可能となる。入力インピーダンスとセンサインタフェース回路１０の出力の単調性が保たれる限りでは最適点に近い入力インピーダンスを得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the automatic impedance adjustment circuit 30 that controls the input impedance of the sensor interface circuit 10 while monitoring the output of the sensor interface circuit 10 including the input impedance variable circuit 11 is provided. Thus, it is possible to automatically search for an optimal input impedance value with reduced power loss. As long as the monotonicity of the input impedance and the output of the sensor interface circuit 10 is maintained, an input impedance close to the optimum point can be obtained.

本実施の形態によれば、自動インピーダンス調整回路３０が、センサインタフェース回路１０の出力を保持する容量３５Ａ，３５Ｂを備え、入力インピーダンスの変化の前後のセンサインタフェース回路１０の出力を容量３５Ａ，３５Ｂそれぞれに保存し、容量３５Ａ，３５Ｂが保持する電荷をアナログ比較器３６で比較してセンサインタフェース回路１０の出力をモニタすることにより、センサインタフェース回路１０の出力ビット数に応じて大きな回路規模を必要とするシフトレジスタを用いることなく自動インピーダンス調整回路３０を構成することが可能となり、より集積度を上げることができる。集積度の向上は、特にセンサをアレイ化する場合にチップ面積の上昇を抑える観点から重要である。   According to the present embodiment, the automatic impedance adjustment circuit 30 includes the capacitors 35A and 35B that hold the output of the sensor interface circuit 10, and outputs the sensor interface circuit 10 before and after the change of the input impedance to the capacitors 35A and 35B, respectively. And the output of the sensor interface circuit 10 is monitored by comparing the charges held in the capacitors 35A and 35B by the analog comparator 36, thereby requiring a large circuit scale according to the number of output bits of the sensor interface circuit 10. Therefore, the automatic impedance adjustment circuit 30 can be configured without using a shift register to increase the degree of integration. The improvement in the degree of integration is important from the viewpoint of suppressing an increase in chip area, particularly when sensors are arrayed.

本実施の形態によれば、入力インピーダンスの変化の前のセンサインタフェース回路１０の出力をレジスタ３７に保存し、入力インピーダンスの変化の後のセンサインタフェース回路１０の出力をデジタル比較器３８に入力してレジスタ３７が保持する値と比較することにより、シフトレジスタを用いることなく自動インピーダンス調整回路３０を構成することが可能となり、回路面積の縮小ひいてはコストの削減を図ることができる。   According to the present embodiment, the output of the sensor interface circuit 10 before the change of the input impedance is stored in the register 37, and the output of the sensor interface circuit 10 after the change of the input impedance is input to the digital comparator 38. By comparing with the value held by the register 37, the automatic impedance adjustment circuit 30 can be configured without using a shift register, and the circuit area can be reduced and the cost can be reduced.

１０…センサインタフェース回路
１１…入力インピーダンス可変回路
１２…アンプ
１３…入力インピーダンス可変回路
３０…自動インピーダンス調整回路
３１…ＡＤ変換器
３２…制御ロジック
３３…シフトレジスタ
３４…スイッチ
３５Ａ，３５Ｂ…容量
３６…アナログ比較器
３７…レジスタ
３８…デジタル比較器
５０…トランスデューサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sensor interface circuit 11 ... Input impedance variable circuit 12 ... Amplifier 13 ... Input impedance variable circuit 30 ... Automatic impedance adjustment circuit 31 ... AD converter 32 ... Control logic 33 ... Shift register 34 ... Switch 35A, 35B ... Capacitance 36 ... Analog Comparator 37 ... Register 38 ... Digital comparator 50 ... Transducer

Claims (6)

トランスデューサに接続するセンサインタフェース回路であって、
前記トランスデューサに接続し、可変抵抗の抵抗値を変えることで入力インピーダンスが可変な入力インピーダンス可変回路と、
前記トランスデューサの出力を増幅する増幅器と、を備え、
前記増幅器の出力電力が最大となるように前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを調整することを特徴とするセンサインタフェース回路。 A sensor interface circuit connected to the transducer,
An input impedance variable circuit that is connected to the transducer and has a variable input impedance by changing the resistance value of the variable resistance;
An amplifier for amplifying the output of the transducer,
The sensor interface circuit, wherein the input impedance of the variable input impedance circuit is adjusted so that the output power of the amplifier is maximized. 前記増幅器の出力をモニタして前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを調整するインピーダンス調整回路を備えることを特徴とする請求項１記載のセンサインタフェース回路。   The sensor interface circuit according to claim 1, further comprising an impedance adjustment circuit that monitors an output of the amplifier and adjusts an input impedance of the input impedance variable circuit. 前記インピーダンス調整回路は、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる制御回路と、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる前後の前記増幅器の出力を保持する第１、第２の容量と、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる際に、前記増幅器の出力先を前記第１、第２の容量で交互に切り替えるスイッチと、
前記第１、第２の容量が保持する電荷を比較するアナログ比較器と、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させた後に、前記アナログ比較器の出力が反転しなかった場合は、前記トランスデューサを接続するときに最適な入力インピーダンスが得られたと判定する判定回路と、
を有することを特徴とする請求項２記載のセンサインタフェース回路。 The impedance adjustment circuit is
A control circuit for changing the input impedance of the input impedance variable circuit;
First and second capacitors for holding the output of the amplifier before and after changing the input impedance of the input impedance variable circuit;
A switch that alternately switches the output destination of the amplifier with the first and second capacitors when changing the input impedance of the input impedance variable circuit;
An analog comparator for comparing charges held by the first and second capacitors;
After changing the input impedance of the input impedance variable circuit, if the output of the analog comparator does not invert, a determination circuit that determines that an optimal input impedance is obtained when connecting the transducer, and
The sensor interface circuit according to claim 2, further comprising: 前記インピーダンス調整回路は、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる制御回路と、
前記増幅器の出力をデジタル信号に変換する変換器と、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させる前の前記変換器の出力を保持するレジスタと、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させた後に、前記レジスタが保持する値と前記変換器の出力を比較するデジタル比較器と、
前記入力インピーダンス可変回路の入力インピーダンスを変化させた後に、前記デジタル比較器の出力が反転した場合は、前記トランスデューサを接続するときに最適な入力インピーダンスが得られたと判定する判定回路と、
を有することを特徴とする請求項２記載のセンサインタフェース回路。 The impedance adjustment circuit is
A control circuit for changing the input impedance of the input impedance variable circuit;
A converter for converting the output of the amplifier into a digital signal;
A register for holding the output of the converter before changing the input impedance of the input impedance variable circuit;
A digital comparator that compares the value held by the register with the output of the converter after changing the input impedance of the input impedance variable circuit;
After changing the input impedance of the input impedance variable circuit, if the output of the digital comparator is inverted, a determination circuit that determines that an optimal input impedance is obtained when the transducer is connected;
The sensor interface circuit according to claim 2, further comprising: トランスデューサに接続する、入力インピーダンスが可変な入力インピーダンス可変回路と、増幅器を備えたセンサインタフェース回路の制御方法であって、
前記増幅器の出力を第１の容量に保存するステップと、
前記増幅器の出力先を第２の容量に切り替えるとともに、前記入力インピーダンスを変化させるステップと、
入力インピーダンス変化後の前記増幅器の出力を前記第２の容量に保存するステップと、
前記第１、第２の容量が保持する電荷を比較するステップと、
前記比較するステップで比較した結果、前記第２の容量が保持する電荷のほうが大きい場合は、前記増幅器の出力先を第１の容量に切り替えて前記第１、第２の容量の役割を入れ替え、再び入力インピーダンスを変化させるステップを行い、前記第１の容量が保持する電荷のほうが大きい場合は、前記増幅器の出力先が前記第１の容量のときの入力インピーダンスを最適な入力インピーダンスとするステップと、
を有することを特徴とする制御方法。 A method of controlling a sensor interface circuit including an input impedance variable circuit connected to a transducer and having a variable input impedance, and an amplifier,
Storing the output of the amplifier in a first capacitance;
Switching the output destination of the amplifier to a second capacitor and changing the input impedance;
Storing the output of the amplifier after a change in input impedance in the second capacitor;
Comparing the charges held by the first and second capacitors;
As a result of the comparison in the comparing step, if the charge held by the second capacitor is larger, the output destination of the amplifier is switched to the first capacitor and the roles of the first and second capacitors are switched, Changing the input impedance again, and if the charge held by the first capacitor is larger, setting the input impedance when the output destination of the amplifier is the first capacitor as the optimum input impedance; ,
A control method characterized by comprising: トランスデューサに接続する、入力インピーダンスが可変な入力インピーダンス可変回路と、増幅器を備えたセンサインタフェース回路の制御方法であって、
前記増幅器の出力をデジタル信号に変換するステップと、
前記デジタル信号を第１のデジタル信号としてレジスタに保存するステップと、
前記第１のデジタル信号をレジスタに保存後に、前記入力インピーダンスを変化させるステップと、
前記入力インピーダンスを変化させた後のデジタル信号を第２のデジタル信号とし、前記レジスタに保存した前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号を比較するステップと、
前記比較するステップで比較した結果、前記第２のデジタル信号のほうが大きい場合は、前記第２のデジタル信号を前記レジスタに第１のデジタル信号として保存するとともに、再び入力インピーダンスを変化させるステップを行い、前記第１のデジタル信号のほうが大きい場合は、前記第１のデジタル信号のときの入力インピーダンスを最適な入力インピーダンスとするステップと、
を有することを特徴とする制御方法。 A method of controlling a sensor interface circuit including an input impedance variable circuit connected to a transducer and having a variable input impedance, and an amplifier,
Converting the output of the amplifier into a digital signal;
Storing the digital signal in a register as a first digital signal;
Changing the input impedance after storing the first digital signal in a register;
The digital signal after changing the input impedance is a second digital signal, and the first digital signal stored in the register is compared with the second digital signal;
If the second digital signal is larger as a result of the comparison in the comparing step, the second digital signal is stored in the register as the first digital signal, and the input impedance is changed again. If the first digital signal is larger, setting the input impedance at the time of the first digital signal as an optimal input impedance;
A control method characterized by comprising:
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