JP2710183B2 - スイッチトキャパシタ読出回路 - Google Patents
スイッチトキャパシタ読出回路Info
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Description
変化で検出するセンサの信号処理回路におけるスイッチ
トキャパシタ読出回路に関する。
として、スイッチトキャパシタ回路を用いたものが知ら
れている。この回路を用いた例として、1983年の
“IEEE Custom Circuit Con
f.”の論文集の380頁から384頁に記載されたワ
イ・イー・パーク(Y.E.Park)等による論文
“AnMOS switched−capacitiv
e readout amplifier for c
apacitive pressure sensor
s”がある。
出回路として使用されており、室温で1fcの分解能を
持っている。この回路の動作原理を図6の回路図と図7
のタイムチャートを用いて説明する。ここで、センサ1
0のセンサ容量Cs11は圧力に応じて変化する容量、
参照容量Cr12は参照用の容量、容量Ci16は帰還
容量、容量Cps15は寄生容量である。また、クロッ
クジェネレータ20からのクロックがインバータ22,
23を介してセンサ容量11,12に供給され、このセ
ンサ10の出力が、スイッチングトランジスタ13と帰
還容量Ciとを接続したオペアンプ14に供給される。
バータ22の出力電圧Vpが印加されると、センサ容量
Csの両端に電荷Qs=CsVpが蓄積される。次にt
=t1で、スイッチングトランジスタ13がターンオフ
し、オペアンプ14の入出力が直流的に開放状態とな
る。t=t2では、参照容量CrにVpが印加されるた
め、参照容量Crの両端に電荷Qr=CrVpが蓄積さ
れる。この時、電荷Qo=Qs−Qrが帰還容量Ciに
蓄積される。結局出力Voutは帰還容量CiにQoが
蓄積される電位Vout=Qo/Ciで安定する。つぎ
にt=t3で、リセットがかかり、また同様なことを繰
り返す。この回路の入出力関係は、 Vout=Vp(Cs−Cr)/Ci と表わされる。
は、出力がオペアンプ14の入力側に浮遊する寄生容量
Cpsに依存しない点と、周囲温度に依存しない点であ
る。従って、この回路を用いることにより微少な容量の
検出を安定に行うことができる。
るように、この従来の回路ではインバータ22の出力電
圧を大きくするか、帰還容量Ci16を小さくすること
により容易に微少な容量変化を検出することができる。
一般に、インバータの出力電圧は決まっているので、こ
こでは帰還容量Ci16を小さくすればよい。ところ
が、この回路では帰還容量Ci16をスイッチングトラ
ンジスタ13のゲート容量と同程度の値まで小さくする
と、スイッチングトランジスタ13のゲート容量の影響
が無視できなくなり、出力にオフセットとして表われて
しまうという問題がある。
ゲート電位が急速に下がると、ゲート直下では、蓄積さ
れた電荷がインピーダンスの低い出力側に放出される前
にチャネルが消滅してしまうため、オペアンプ14の入
力側に電荷が残ってしまうためである。
し、スイッチングトランジスタのゲート容量の影響で発
生するオフセットを減少したスイットキャパシタ読出回
路を提供することにある。
クにより駆動されるセンサの容量検出用出力を、入出力
端間にスイッチングトランジスタを接続した演算増幅器
を介して出力するスイッチトキャパシタ読出回路におい
て、前記スイッチングトランジスタのゲートに前記クロ
ックを遅延させる遅延回路を配設したことを特徴とす
る。
に、電荷を蓄積するデバイスをスイッチングトランジス
タと直列に配設し、このデバイスと前記スイッチングト
ランジスタがクロックの逆位相でドライブされるように
構成することもできる。
スタのスイッチング速度を遅らせることにより、スイッ
チングトランジスタのチャネルが完全に消滅する前にゲ
ート下で蓄積された電荷をインピーダンスが低い出力側
へ追い出すことが出来る。すなわち、スイッチングトラ
ンジスタのゲートに遅延回路を接続することにより、ゲ
ートに印加される矩形波のターンオン、ターンオフ時間
を制御することが出来、スイッチングトランジスタのゲ
ート容量と同程度の容量の変化を検出しようとした場合
に発生するオフセットを著しく低減することができる。
ングトランジスタがターンオフするとき、同時に余った
電荷を蓄積する動作をさせることが可能となる。すなわ
ち、スイッチングトランジスタと直列に適当なゲート容
量を持つトランジスタを接続し、ドレインとソースを短
絡してMOSキャパシタとして用い、スイッチングトラ
ンジスタのゲートと逆位相でドライブすることにより、
スイッチングトランジスタがターンオフする時だけ電荷
を蓄積する事ができ、スイッチングトランジスタのゲー
ト容量と同程度の容量の変化を検出しようとした場合に
発生するオフセットを著しく低減することができる。
あり、図2は図1の動作を説明するタイムチャートであ
る。Cs11とCr12はそれぞれセンサ10の物理量
検出用容量および参照用容量である。抵抗17とコンデ
ンサ18が本発明の特徴となる遅延回路21を構成す
る。この回路の動作は基本的には従来例の図6と同様で
あるが、容量11と容量12の差がスイッチングトラン
ジスタ13のゲート容量と同様な値になったときに効果
が現われる。
13がターンオフするとトランジスタ13のゲート容量
に蓄積された電荷の一部がオペアンプ14の入力側へ放
出されてオフセットの原因になってしまうが、図2のタ
イミングのように、遅延回路21があるためスイッチン
グトランジスタ13のリセット信号の立上り、立下り時
間に遅れが生じている。
のゲート下の蓄積電荷はインピーダンスが低い出力側へ
放出される。これにより、スイッチングトランジスタ1
3のゲート容量によるオフセットを減少することができ
る。
で、図1の遅延回路21の代りに、インバータ25とM
OSキャパシタのトランジスタ26とからなるオフセッ
ト補償回路24が用いられている。図6と同様に、Cs
11とCr12はそれぞれセンサの物理量検出用容量お
よび参照用容量である。MOSキャパシタとして用いて
いるトランジスタ26はリセットトランジスタ13を急
速にターンオフする際にソース側に流れ込む電荷を吸収
するゲート容量として働く。インバータ25はスイッチ
ングトランジスタ13とトランジスタ26とを逆位相で
ドライブするための素子である。
あるが、容量11と容量12の差がスイッチングトラン
ジスタ13のゲート容量と同様な値になったときに、効
果が現われてくる。前述したようにスイッチングトラン
ジスタ13がターンオフすると、ゲート容量に蓄積され
た電荷の一部がオペアンプ14の入力側へ放出されてオ
フセットの原因になってしまうが、トランジスタ26を
スイッチングトランジスタ13と逆位相でドライブする
事により、オペアンプ14の入力側へ放出される電荷を
トランジスタ26のゲートで吸収する。これにより、ス
イッチングトランジスタ13のゲート容量によるオフセ
ットを減少することができる。
の回路図で、オフセット補償回路24a,24bとして
MOSキャパシタトランジスタ26の代わりにダイオー
ド27またはコンデンサ28を用いたものである。これ
らの回路も同様にしてオフセットを減少することができ
る。
どに用いられるわずかな容量の微少な変化を読取る検出
回路のオフセットを軽減することができるという効果が
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 クロックにより駆動されるセンサの容量
検出用出力を、入出力端間にスイッチングトランジスタ
を接続した演算増幅器を介して出力するスイットキャパ
シタ読出回路において、前記スイッチングトランジスタ
のゲートに前記クロックを遅延させる遅延回路を配設し
たことを特徴とするスイッチトキャパシタ読出回路。 - 【請求項2】 遅延回路の代りに、電荷を蓄積するデバ
イスをスイッチングトランジスタと直列に配設し、この
デバイスと前記スイッチングトランジスタがクロックの
逆位相でドライブされるようにした請求項1記載のスイ
ッチトキャパシタ読出回路。 - 【請求項3】 電荷を蓄積するデバイスが、MOSキャ
パシタ,ダイオード,あるいはコンデンサである請求項
2記載のスイッチトキャパシタ読出回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3382992A JP2710183B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | スイッチトキャパシタ読出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3382992A JP2710183B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | スイッチトキャパシタ読出回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05231973A JPH05231973A (ja) | 1993-09-07 |
JP2710183B2 true JP2710183B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=12397378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3382992A Expired - Lifetime JP2710183B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | スイッチトキャパシタ読出回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2710183B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013073161A1 (ja) * | 2011-11-15 | 2015-04-02 | 富士電機株式会社 | 静電容量検出回路 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3432780B2 (ja) | 2000-02-22 | 2003-08-04 | 株式会社日立製作所 | 半導体圧力センサ |
JP4553084B2 (ja) * | 2000-12-11 | 2010-09-29 | 株式会社豊田中央研究所 | 物理量検出回路 |
-
1992
- 1992-02-21 JP JP3382992A patent/JP2710183B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPWO2013073161A1 (ja) * | 2011-11-15 | 2015-04-02 | 富士電機株式会社 | 静電容量検出回路 |
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JPH05231973A (ja) | 1993-09-07 |
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