JP2674095B2 - ブリッジ回路の零点調整回路 - Google Patents
ブリッジ回路の零点調整回路Info
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- JP2674095B2 JP2674095B2 JP14206388A JP14206388A JP2674095B2 JP 2674095 B2 JP2674095 B2 JP 2674095B2 JP 14206388 A JP14206388 A JP 14206388A JP 14206388 A JP14206388 A JP 14206388A JP 2674095 B2 JP2674095 B2 JP 2674095B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明はブリッジ回路の零点調整回路に関し、特に歪
ゲージで構成されるブリッジ回路を有する半導体圧力セ
ンサに好適に適用でき、零点調整を容易に為し得、かつ
零点移動温度補償を可能にしたものである。
ゲージで構成されるブリッジ回路を有する半導体圧力セ
ンサに好適に適用でき、零点調整を容易に為し得、かつ
零点移動温度補償を可能にしたものである。
本発明は計測装置、工作機器、制御機器、医用装置そ
の他の電気、電子機器に適用でき、殊に半導体圧力セン
サに好適なブリッジ回路の零点調整回路に関する。
の他の電気、電子機器に適用でき、殊に半導体圧力セン
サに好適なブリッジ回路の零点調整回路に関する。
拡散型半導体歪みゲージ等の抵抗素子によるブリッジ
回路を有する圧力センサが種々実用化され使用されてい
る。この種のブリッジ回路では、ブリッジ回路の出力の
零点調整と零点移動温度補償を行って温度変化等に対し
て安定かつ確実に作動させる必要がある。
回路を有する圧力センサが種々実用化され使用されてい
る。この種のブリッジ回路では、ブリッジ回路の出力の
零点調整と零点移動温度補償を行って温度変化等に対し
て安定かつ確実に作動させる必要がある。
第４図には、そのような調整及び補償を為し得るよう
構成された圧力センサとして使用される従来のブリッジ
回路が示されている。前記零点調整と前記零点移動温度
補償のための操作は、同図を参照して、まず、直列抵抗
54と直列抵抗56を短絡しておき、並列抵抗58と並列抵抗
60を接続しない状態で零点及び零点温度特性を求める。
次に、実際に前記ブリッジの出力が零となり得、かつ零
点移動温度特性を補償し得るような前記直列抵抗と前記
並列抵抗の値を計算により算出する。そして、その算出
結果に適合するよう前記直列抵抗及び前記並列抵抗の値
を例えばトリミングによって定める。次に、実測して、
そのような予定した結果が得られたかどうかを確認し、
もし予定どおりの結果が得られなかった場合には、再度
前記直列抵抗及び若しくは前記並列抵抗の微調整を行
う。通常、そのような操作は試行錯誤的に何度か繰り返
されて実用し得るものが得られる。
構成された圧力センサとして使用される従来のブリッジ
回路が示されている。前記零点調整と前記零点移動温度
補償のための操作は、同図を参照して、まず、直列抵抗
54と直列抵抗56を短絡しておき、並列抵抗58と並列抵抗
60を接続しない状態で零点及び零点温度特性を求める。
次に、実際に前記ブリッジの出力が零となり得、かつ零
点移動温度特性を補償し得るような前記直列抵抗と前記
並列抵抗の値を計算により算出する。そして、その算出
結果に適合するよう前記直列抵抗及び前記並列抵抗の値
を例えばトリミングによって定める。次に、実測して、
そのような予定した結果が得られたかどうかを確認し、
もし予定どおりの結果が得られなかった場合には、再度
前記直列抵抗及び若しくは前記並列抵抗の微調整を行
う。通常、そのような操作は試行錯誤的に何度か繰り返
されて実用し得るものが得られる。
しかしながら、前記従来のブリッジ回路では、前述の
ように種々の操作が必要であり、かつ通常、調整操作等
を繰り返し行わないと満足な結果が得られず、実用し得
るものを得るまでに多大な時間と労力を要し能率的でな
いという問題点があった。
ように種々の操作が必要であり、かつ通常、調整操作等
を繰り返し行わないと満足な結果が得られず、実用し得
るものを得るまでに多大な時間と労力を要し能率的でな
いという問題点があった。
本発明は、そのような前記問題点を解消し、能率よく
零点調整ができ、併せて零点移動温度補償を行い得るブ
リッジ回路の零点調整回路を提供することを目的とす
る。
零点調整ができ、併せて零点移動温度補償を行い得るブ
リッジ回路の零点調整回路を提供することを目的とす
る。
前記目的を達成するために、本発明は抵抗素子で構成
したブリッジ回路を有し、該ブリッジ回路の電源側対向
端子間に少なくとも２つの前記抵抗素子の抵抗温度係数
とほぼ同一の抵抗温度係数を有する零点調整用抵抗を直
列に配設し、これら零点調整用抵抗の接続部位と前記ブ
リッジ回路の出力側対向端子の片側間に少なくとも２つ
の抵抗を設け、これら抵抗の接続部位は少なくとも差動
出力端子の片側を担うよう構成したことを特徴とする。
したブリッジ回路を有し、該ブリッジ回路の電源側対向
端子間に少なくとも２つの前記抵抗素子の抵抗温度係数
とほぼ同一の抵抗温度係数を有する零点調整用抵抗を直
列に配設し、これら零点調整用抵抗の接続部位と前記ブ
リッジ回路の出力側対向端子の片側間に少なくとも２つ
の抵抗を設け、これら抵抗の接続部位は少なくとも差動
出力端子の片側を担うよう構成したことを特徴とする。
本発明では、前記２つの零点調整用抵抗の接続部位と
前記ブリッジ回路の出力側対向端子の片側間に設けた２
つの抵抗の抵抗値の比を適当に選定することにより、前
記接続部位における大きな電圧変化をブリッジ出力端子
では微小な電圧変化に対応させることができ、そのた
め、前記調整用抵抗の可変幅を十分大きく採っても細か
な零点調整を行うことができる。また、前記ブリッジ回
路本体を構成する抵抗素子の温度係数とほぼ同一の抵抗
温度係数を有する零点調整用抵抗を設けたので温度変化
で変動した抵抗分による電圧変化は前記ブリッジ回路の
辺側と前記零点調整用抵抗側で同率に変化するため、ブ
リッジの平衡は崩れにくく、零点を保持するよう作用す
る。従って、前記零点調整用抵抗は零点移動温度補償の
役割も担う。
前記ブリッジ回路の出力側対向端子の片側間に設けた２
つの抵抗の抵抗値の比を適当に選定することにより、前
記接続部位における大きな電圧変化をブリッジ出力端子
では微小な電圧変化に対応させることができ、そのた
め、前記調整用抵抗の可変幅を十分大きく採っても細か
な零点調整を行うことができる。また、前記ブリッジ回
路本体を構成する抵抗素子の温度係数とほぼ同一の抵抗
温度係数を有する零点調整用抵抗を設けたので温度変化
で変動した抵抗分による電圧変化は前記ブリッジ回路の
辺側と前記零点調整用抵抗側で同率に変化するため、ブ
リッジの平衡は崩れにくく、零点を保持するよう作用す
る。従って、前記零点調整用抵抗は零点移動温度補償の
役割も担う。
以下、図面を参照しながら実施例と共に説明する。
第１図は本発明を適用した半導体圧力センサの回路構
成図である。同図において、ブリッジ回路本体は例えば
拡散型半導体歪みゲージで形成した抵抗素子RA，RB，
RC，RDを４辺とする閉回路で構成し、その相対向する端
子間に電流源Ｉを接続し、これと並列に抵抗R1と抵抗R2
を直列に接続して構成した零点調整用抵抗を接続してあ
る。他の相対向する端子のうちの一方の端子Ｂと前記抵
抗R1と前記抵抗R2との接続部位Ｄ間は抵抗R3と抵抗R4を
直列に接続した抵抗で繋げてある。そして、他方の端子
Ａと前記抵抗R3と前記抵抗R4の接続部位Ｃの間から出力
電圧VOUTを得るよう構成してある。
成図である。同図において、ブリッジ回路本体は例えば
拡散型半導体歪みゲージで形成した抵抗素子RA，RB，
RC，RDを４辺とする閉回路で構成し、その相対向する端
子間に電流源Ｉを接続し、これと並列に抵抗R1と抵抗R2
を直列に接続して構成した零点調整用抵抗を接続してあ
る。他の相対向する端子のうちの一方の端子Ｂと前記抵
抗R1と前記抵抗R2との接続部位Ｄ間は抵抗R3と抵抗R4を
直列に接続した抵抗で繋げてある。そして、他方の端子
Ａと前記抵抗R3と前記抵抗R4の接続部位Ｃの間から出力
電圧VOUTを得るよう構成してある。
前記構成は電流源Ｉを除き単一のシリコン基板上に集
積して形成してあり、また前記抵抗R1及び前記抵抗R2は
その抵抗温度係数が前記歪みゲージとして構成した抵抗
素子RA，RB，RC，RDの抵抗温度係数と同じになるようこ
れら抵抗素子RA，RB，RC，RDと同一の製造工程により形
成する。また、前記抵抗R3，R4も前記抵抗素子RA，RB，
RC，RDと同一の作成方法で作り同じ抵抗温度係数になる
ようにする。但し、同抵抗R3，R4が抵抗素子RA，RB，
RC，RD及び零点調整用抵抗R1，R2に対して十分に大きけ
れば、これらと同一の抵抗温度係数にする必要はなく抵
抗R3，R4の抵抗温度係数がそろっていれば良い。
積して形成してあり、また前記抵抗R1及び前記抵抗R2は
その抵抗温度係数が前記歪みゲージとして構成した抵抗
素子RA，RB，RC，RDの抵抗温度係数と同じになるようこ
れら抵抗素子RA，RB，RC，RDと同一の製造工程により形
成する。また、前記抵抗R3，R4も前記抵抗素子RA，RB，
RC，RDと同一の作成方法で作り同じ抵抗温度係数になる
ようにする。但し、同抵抗R3，R4が抵抗素子RA，RB，
RC，RD及び零点調整用抵抗R1，R2に対して十分に大きけ
れば、これらと同一の抵抗温度係数にする必要はなく抵
抗R3，R4の抵抗温度係数がそろっていれば良い。
前記零点調整用抵抗R1，R2はフューズトリミング、ツ
ェナザップトリミング、レーザトリミング等の方法で調
整できるうよう形成している。
ェナザップトリミング、レーザトリミング等の方法で調
整できるうよう形成している。
なお、実施例は圧力センサとして構成したが本発明は
磁気抵抗素子、光抵抗素子等を用いるセンサ若しくは測
定用のブリッジ等にも適用できる。
磁気抵抗素子、光抵抗素子等を用いるセンサ若しくは測
定用のブリッジ等にも適用できる。
以下、前記実施例の構成による動作について説明す
る。
る。
調整前、前記端子Ａの電位VAが前記接続部位Ｃの電位
VCよりも大きい状態になっているものとして考察する。
VCよりも大きい状態になっているものとして考察する。
前記電位VAと前記電位VCを等しくしてその差動出力を
零にするため前記接続部位Ｄの電位VDを前記抵抗R1が小
さくなるように或いは前記抵抗R2が大きくなるようにト
リミングして上げてゆく。やがて電位VCと電位VAが等し
くなるとその差動出力は零となり零点調整を終了する。
而して、この間の前記電位VC及び前記電位VDの変化の様
子を知るために、前記抵抗素子RDを流れる電流をI1、前
記抵抗R3，R4を流れる電流をI2で表し、前記抵抗R1を調
整することによって変化する電位、電流の変化分を、そ
の電位、電流を表す記号の前にΔを付して表すと、ΔVC
＝ΔI1RD＋ΔI2R3及びΔVD＝ΔI1RD＋ΔI2(R3+R4）とな
る。ここで、R3，R4≫RC，RDとすればI2≪I1であり、前
式のΔI1RDは零と見なすことができる。従って、ΔVD＝
ΔVC(R3+R4)／R3となり、前記抵抗R3，R4により前記接
続部位Ｃでの調整電圧（初期オフセット量）を前記接続
部位Ｄにおいては（R3＋R4）／R3倍に増大させることが
できる。
零にするため前記接続部位Ｄの電位VDを前記抵抗R1が小
さくなるように或いは前記抵抗R2が大きくなるようにト
リミングして上げてゆく。やがて電位VCと電位VAが等し
くなるとその差動出力は零となり零点調整を終了する。
而して、この間の前記電位VC及び前記電位VDの変化の様
子を知るために、前記抵抗素子RDを流れる電流をI1、前
記抵抗R3，R4を流れる電流をI2で表し、前記抵抗R1を調
整することによって変化する電位、電流の変化分を、そ
の電位、電流を表す記号の前にΔを付して表すと、ΔVC
＝ΔI1RD＋ΔI2R3及びΔVD＝ΔI1RD＋ΔI2(R3+R4）とな
る。ここで、R3，R4≫RC，RDとすればI2≪I1であり、前
式のΔI1RDは零と見なすことができる。従って、ΔVD＝
ΔVC(R3+R4)／R3となり、前記抵抗R3，R4により前記接
続部位Ｃでの調整電圧（初期オフセット量）を前記接続
部位Ｄにおいては（R3＋R4）／R3倍に増大させることが
できる。
このような作用により、ブリッジ回路の初期オフセッ
ト電圧を拡大して調整できるようになり、歪みゲージ抵
抗すなわち前記抵抗素子と同一の作成方法で作られた調
整用抵抗のトリミングが容易になる。換言すれば、前記
接続部位Ｄにおける大きな電圧変化を前記接続部位Ｃで
は微小な電圧変化に対応させることができるからトリミ
ング間隔が粗であっても細かな零点調整ができ、前記零
点調整用抵抗も作り易くなる。
ト電圧を拡大して調整できるようになり、歪みゲージ抵
抗すなわち前記抵抗素子と同一の作成方法で作られた調
整用抵抗のトリミングが容易になる。換言すれば、前記
接続部位Ｄにおける大きな電圧変化を前記接続部位Ｃで
は微小な電圧変化に対応させることができるからトリミ
ング間隔が粗であっても細かな零点調整ができ、前記零
点調整用抵抗も作り易くなる。
前記端子Ａの電位VAが前記接続部位Ｃの電位VCよりも
小さい状態になっている場合には、前記抵抗R2が小さく
なるようにトリミングすることで前記と同様の作用で零
点調整をすることができる。
小さい状態になっている場合には、前記抵抗R2が小さく
なるようにトリミングすることで前記と同様の作用で零
点調整をすることができる。
前記零点調整用の前記抵抗R1，R2及び前記抵抗R3，R4
は前記抵抗素子RA，RB，RC，RDと同じ抵抗温度係数にす
るため同一の作成方法で作ってあるので、RA＝RA0（１
＋αＴ），RB＝RB0（１＋αＴ），RC＝RC0（１＋α
Ｔ），RD＝RD0（１＋αＴ），R1＝R10（１＋αＴ），R2
＝R20（１＋αＴ），R3＝R30（１＋αＴ），R4＝R
40（１＋αＴ）の関係がある。但し、添字０が付されて
いる抵抗はある温度例えば零点調整時の温度t0℃におけ
るその抵抗の抵抗値、αは温度t0℃における抵抗温度係
数、Ｔは前記温度t0℃と他の温度t1℃との温度差であ
る。
は前記抵抗素子RA，RB，RC，RDと同じ抵抗温度係数にす
るため同一の作成方法で作ってあるので、RA＝RA0（１
＋αＴ），RB＝RB0（１＋αＴ），RC＝RC0（１＋α
Ｔ），RD＝RD0（１＋αＴ），R1＝R10（１＋αＴ），R2
＝R20（１＋αＴ），R3＝R30（１＋αＴ），R4＝R
40（１＋αＴ）の関係がある。但し、添字０が付されて
いる抵抗はある温度例えば零点調整時の温度t0℃におけ
るその抵抗の抵抗値、αは温度t0℃における抵抗温度係
数、Ｔは前記温度t0℃と他の温度t1℃との温度差であ
る。
以上のような関係にある前記ブリッジ回路を定電流駆
動すると、VA＝VA0（１＋αＴ），VC＝VC0（１＋αＴ）
であり、これより零点出力VOUTはVOUT＝VA−VC＝（VA0
−VC0）（１＋αＴ）となり、VA0−VC0を０あるいは微
小電圧差に調整することにより零点調整完了後の温度変
動による零点のずれを十分に小さくすることができる。
前記数式においてVA0は前記温度t0℃における前記端子
Ａの電位である。また、前記抵抗R3，R4は前記抵抗素子
RA，RB，RC，RD及び前記零点調整用抵抗R1，R2に対して
十分に大きければ、これらと同一の抵抗温度係数にする
必要はなく、抵抗R3と抵抗R4の抵抗温度係数が揃ってい
ればよい。
動すると、VA＝VA0（１＋αＴ），VC＝VC0（１＋αＴ）
であり、これより零点出力VOUTはVOUT＝VA−VC＝（VA0
−VC0）（１＋αＴ）となり、VA0−VC0を０あるいは微
小電圧差に調整することにより零点調整完了後の温度変
動による零点のずれを十分に小さくすることができる。
前記数式においてVA0は前記温度t0℃における前記端子
Ａの電位である。また、前記抵抗R3，R4は前記抵抗素子
RA，RB，RC，RD及び前記零点調整用抵抗R1，R2に対して
十分に大きければ、これらと同一の抵抗温度係数にする
必要はなく、抵抗R3と抵抗R4の抵抗温度係数が揃ってい
ればよい。
第２図及び第３図は本発明を適用した半導体圧力セン
サの他の実施例を示し、第２図のものは、前記第１図の
ものの端子Ａ側にも前記端子Ｂ側に設けた調整回路と同
様の調整回路を設けたものである。第２図において、抵
抗R7は前記抵抗R3に、抵抗R8は前記抵抗R4に、抵抗R5は
前記抵抗R1に、抵抗R6は前記抵抗R2にそれぞれ対応する
ものである。この実施例においてR7／（R7＋R8）をR3／
（R3＋R4）より大きくなるようにしておくと、前記端子
Ａ側で粗調整、前記端子Ｂ側で微調整がおこなえるよう
になり、これにより実質的な零点が得られる調整範囲が
拡がり、より一層きめ細かな調整をすることができるよ
うになる。
サの他の実施例を示し、第２図のものは、前記第１図の
ものの端子Ａ側にも前記端子Ｂ側に設けた調整回路と同
様の調整回路を設けたものである。第２図において、抵
抗R7は前記抵抗R3に、抵抗R8は前記抵抗R4に、抵抗R5は
前記抵抗R1に、抵抗R6は前記抵抗R2にそれぞれ対応する
ものである。この実施例においてR7／（R7＋R8）をR3／
（R3＋R4）より大きくなるようにしておくと、前記端子
Ａ側で粗調整、前記端子Ｂ側で微調整がおこなえるよう
になり、これにより実質的な零点が得られる調整範囲が
拡がり、より一層きめ細かな調整をすることができるよ
うになる。
第３図のものは、前記端子Ｂと前記抵抗R3の間にオペ
レーショナルアンプによるボルテージフォロアを設ける
と共に前記接続部位Ｄと前記抵抗R4の間にも同様のボル
テージフォロアを設けたものである。この実施例によれ
ば、前記抵抗R3，R4に流す電流を前記電流源Ｉから直接
供給するのではなく、前記ボルテージフォロアから間接
的に供給し得るからすなわち前記抵抗R3，R4に生じさせ
る電圧降下に与かる電源と前記電流源Ｉとを分離させる
ことができるので、前記ΔVD＝ΔVC（R3＋R4）／R3の関
係をほとんど誤差なくほぼ完全に満足させ得ることがで
きるようになる。そのため確実な零点調整が可能とな
る。また、本例において前記抵抗R3，R4は前記抵抗素子
RA，RB，RC，RDと抵抗温度係数が同一である必要はな
く、抵抗R3，R4の抵抗温度係数がそろってれば良い。
レーショナルアンプによるボルテージフォロアを設ける
と共に前記接続部位Ｄと前記抵抗R4の間にも同様のボル
テージフォロアを設けたものである。この実施例によれ
ば、前記抵抗R3，R4に流す電流を前記電流源Ｉから直接
供給するのではなく、前記ボルテージフォロアから間接
的に供給し得るからすなわち前記抵抗R3，R4に生じさせ
る電圧降下に与かる電源と前記電流源Ｉとを分離させる
ことができるので、前記ΔVD＝ΔVC（R3＋R4）／R3の関
係をほとんど誤差なくほぼ完全に満足させ得ることがで
きるようになる。そのため確実な零点調整が可能とな
る。また、本例において前記抵抗R3，R4は前記抵抗素子
RA，RB，RC，RDと抵抗温度係数が同一である必要はな
く、抵抗R3，R4の抵抗温度係数がそろってれば良い。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、前記接
続部位Ｄにおける大きな電圧変化を前記接続部位Ｃでは
微小な電圧変化に対応させることができるよう構成した
から実質的な零点が得られる調整範囲を拡げることがで
き能率よく零点調整ができ、かつ歪ゲージに用いる抵抗
素子と零点調整用の抵抗を同じ抵抗温度係数を有するよ
う構成したから容易に零点移動温度補償を行うことがで
きる。
続部位Ｄにおける大きな電圧変化を前記接続部位Ｃでは
微小な電圧変化に対応させることができるよう構成した
から実質的な零点が得られる調整範囲を拡げることがで
き能率よく零点調整ができ、かつ歪ゲージに用いる抵抗
素子と零点調整用の抵抗を同じ抵抗温度係数を有するよ
う構成したから容易に零点移動温度補償を行うことがで
きる。
第１図は本発明を適用した半導体圧力センサの回路構成
図、 第２図及び第３図は他の実施例を示す回路構成図、 第４図は従来例を示す回路構成図である。 RA，RB，RC，RD……抵抗素子、R1，R2……零点調整用抵
抗、R3，R4……抵抗．
図、 第２図及び第３図は他の実施例を示す回路構成図、 第４図は従来例を示す回路構成図である。 RA，RB，RC，RD……抵抗素子、R1，R2……零点調整用抵
抗、R3，R4……抵抗．
Claims (1)
- 【請求項１】抵抗素子（RA，RB，RC，RD）で構成したブ
リッジ回路を有し、該ブリッジ回路の電源側対向端子間
に少なくとも２つの前記抵抗素子（RA，RB，RC，RD）の
抵抗温度係数とほぼ同一の抵抗温度係数を有する零点調
整用抵抗（R1，R2）を直列に配設し、これら零点調整用
抵抗（R1，R2）の接続部位と前記ブリッジ回路の出力側
対向端子の片側間に少なくとも２つの抵抗（R3，R4）を
設け、これら抵抗（R3，R4）の接続部位は少なくとも差
動出力端子の片側を担うよう構成したことを特徴とする
ブリッジ回路の零点調整回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14206388A JP2674095B2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | ブリッジ回路の零点調整回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14206388A JP2674095B2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | ブリッジ回路の零点調整回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01311284A JPH01311284A (ja) | 1989-12-15 |
| JP2674095B2 true JP2674095B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=15306568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14206388A Expired - Fee Related JP2674095B2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | ブリッジ回路の零点調整回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2674095B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6357182B2 (ja) | 2016-03-15 | 2018-07-11 | アルプス電気株式会社 | センサ装置 |
| JP2020191045A (ja) | 2019-05-24 | 2020-11-26 | セイコーエプソン株式会社 | 指示体、表示システムおよび動作方法 |
-
1988
- 1988-06-09 JP JP14206388A patent/JP2674095B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH01311284A (ja) | 1989-12-15 |
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