JP2016075544A - 半導体装置、それを備えた抵抗計測システム及び圧力計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一実施の形態によれば、半導体装置1は、感圧抵抗素子R4の抵抗値の変化量ΔR4が計測ノードNA,NBの電位差ΔVとなって表れるブリッジ回路B1の一方の計測ノードから、制御信号S1に応じた値の直流電流Idacを流す可変電流生成部11と、電位差ΔVが生じているか否かを判定する電位差判定部12と、電位差判定部12の判定結果D1に基づいて、電位差ΔVを生じさせないような値の直流電流Idacを流すように可変電流生成部11に対して制御信号S1を出力する制御部13と、を備える。
【選択図】図1
Description
図1は、実施の形態1に係る半導体装置1を備えた抵抗計測システムSYS1の構成を示すブロック図である。
本実施の形態に係る半導体装置1及びそれを備えた抵抗計測システムSYS1は、ブリッジ回路の2つの計測ノードの電位差を生じさせないように一方の計測ノードから流れる直流電流を制御した場合における、当該直流電流の値を計測する。このときに計測された直流電流の値に基づいて、ブリッジ回路に含まれる感圧抵抗素子の抵抗値の変化量の算出が可能である。そして、算出した感圧抵抗素子の抵抗値の変化量から体重等の推定が可能である。ここで、本実施の形態に係る半導体装置1及びそれを備えた抵抗計測システムSYS1は、汎用的な部品であるDAコンバータ及びコンパレータ等を用いて体重の計測が可能であり、関連技術と異なり高分解能の電圧測定回路を備える必要がないため、回路規模の増大を抑制することができる。また、消費電力の増大を抑制することもできる。以下、具体的に説明する。
=10.5[kΩ]
入力装置3は、体重の推定等に必要な情報を入力する装置である。演算装置2は、半導体装置1による計測結果(電流値Idac)から感圧抵抗素子R4の抵抗値の変化量を算出したり、算出した感圧抵抗素子R4の抵抗値の変化量から体重を推定したりする装置である。表示装置4は、演算装置2により推定された体重等を表示する装置である。記憶装置5は、過去のデータを記憶したり、演算装置2の演算プログラム等を記憶したりする装置である。
は少ないビット数で構成可能となる。その結果、半導体装置1は、回路規模、消費電力、及び、計測時間の増大を何れも抑制することができる。
図2は、抵抗計測システムSYS1の具体的構成例を抵抗計測システムSYS1aとして示すブロック図である。図2では、半導体装置1の具体的構成例として半導体装置1aが示されている。抵抗計測システムSYS1aのその他の構成については、抵抗計測システムSYS1と同様であるため、以下では、主に半導体装置1aについて説明する。
図3は、可変電流生成部11aの具体的構成例を示す図である。
図3に示すように、可変電流生成部11aは、所謂電流出力型DAコンバータであって、複数のスイッチSW0〜SWn−1(nは自然数)からなるスイッチ群111と、複数の定電流源C0〜Cn−1(nは自然数)からなる定電流源群112と、を備える。図3では、n=5である場合を例に説明する。
図4は、図3に示す可変電流生成部11aのさらに詳細な構成を示す図である。図4では、定電流源群112を構成する複数の定電流源C0〜C4をトランジスタレベルで表している。
基準電流Iが流れるトランジスタ(MN1) ・・・1個
電流I×20を生成するトランジスタ(MN2) ・・・1個
電流I×21を生成するトランジスタ(MN3) ・・・2個
電流I×22を生成するトランジスタ(MN4〜MN6,MP1,MP2)・・・7個
電流I×23を生成するトランジスタ(MN7〜MN9,MP3,MP4)・・・6個
電流I×24〜I×215を生成するトランジスタ・・・72個(6個×12ビット分)
したがって、定電流源群112を構成するトランジスタの数は、89個となる。
続いて、抵抗計測システムSYS1aの動作について説明する。
図5は、抵抗計測システムSYS1aの動作を示すフローチャートである。
図6は、実施の形態2に係る半導体装置1bを備えた抵抗計測システムSYS1bの構成を示すブロック図である。図6では、半導体装置1の具体的構成例として半導体装置1bが示されている。抵抗計測システムSYS1bのその他の構成については、抵抗計測システムSYS1と同様であるため、以下では、主に半導体装置1bについて説明する。
図7は、可変電流生成部11bの具体的構成を示す図である。
図7に示すように、可変電流生成部11bは、電圧出力型のDAコンバータ113と、電圧電流変換回路114と、を備える。
図8は、実施の形態3に係る半導体装置1cを備えた抵抗計測システムSYS1cの構成を示すブロック図である。図8では、半導体装置1の具体的構成例として半導体装置1cが示されている。抵抗計測システムSYS1cのその他の構成については、抵抗計測システムSYS1と同様であるため、以下では、主に半導体装置1cについて説明する。
1a 半導体装置
1b 半導体装置
1c 半導体装置
2 演算装置
3 入力装置
4 表示装置
5 記憶装置
6 定電流源
11 可変電流生成部
11a 可変電流生成部
11b 可変電流生成部
12 電位差判定部
13 制御部
111 スイッチ群
112 定電流源群
113 DAコンバータ
114 電圧電流変換回路
115 増幅回路
116 トランジスタ
117 抵抗素子
121 増幅回路
122 コンパレータ
123 ADコンバータ
B1 ブリッジ回路
C0〜C4 定電流源
Cb 基準電流源
MP1〜MP6 トランジスタ
MN1〜MN12 トランジスタ
NA,NB 計測ノード
R1 抵抗素子
R2 抵抗素子
R3 抵抗素子
R4 感圧抵抗素子
SW0〜SW4 スイッチ
SYS1 抵抗計測システム
SYS1a 抵抗計測システム
SYS1b 抵抗計測システム
SYS1c 抵抗計測システム
T1 外部端子
T2 外部端子
Claims (11)
- 感圧抵抗素子の抵抗値の変化量が第1及び第2計測ノードの電位差となって表れるブリッジ回路の一方の計測ノードから、制御信号に応じた値の直流電流を流す可変電流生成部と、
前記電位差が所定値の範囲内であるか否かを判定する電位差判定部と、
前記電位差判定部の判定結果に基づいて、前記電位差が前記所定値の範囲内となるような前記直流電流を流すように前記可変電流生成部に対して前記制御信号を出力する制御部と、
を備えた、半導体装置。 - 前記電位差判定部は、
前記電位差と接地電圧とを比較するコンパレータを備えた、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記電位差判定部は、
前記電位差を増幅する増幅回路をさらに備え、
前記コンパレータは、前記増幅回路の出力電圧と、前記接地電圧と、を比較する、
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記電位差判定部は、
前記電位差に応じたデジタル値に変換するADコンバータを備えた、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記電位差判定部は、
前記電位差を増幅する増幅回路をさらに備え、
前記ADコンバータは、前記増幅回路の出力電圧に応じたデジタル値に変換する、
請求項4に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、前記電位差判定部により前記電位差が前記所定値の範囲内であると判定されるまで前記直流電流の値を段階的に変化させるように前記制御信号を出力する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記可変電流生成部は、
前記制御信号に応じた前記直流電流を出力する電流出力型DAコンバータを備えた、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記可変電流生成部は、
前記制御信号に応じた電圧を出力する電圧出力型DAコンバータと、
前記電圧出力型DAコンバータの出力電圧を前記直流電流に変換する電圧電流変換回路と、を備えた、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記電圧出力型DAコンバータは、
抵抗ラダー又は抵抗ストリングスにより構成されている、
請求項8に記載の半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置と、
前記ブリッジ回路と、
前記電位差が前記所定値の範囲内となった場合における前記直流電流の値に基づいて、前記感圧抵抗素子の抵抗値の変化量を算出する演算処理装置と、
を備えた、抵抗計測システム。 - 請求項1に記載の半導体装置と、
前記ブリッジ回路と、
前記直流電流の値に基づいて、前記感圧抵抗素子に加えられた圧力を算出する圧力計測装置。
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