JP2807476B2 - 容量の温度補償回路 - Google Patents
容量の温度補償回路Info
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- JP2807476B2 JP2807476B2 JP63284151A JP28415188A JP2807476B2 JP 2807476 B2 JP2807476 B2 JP 2807476B2 JP 63284151 A JP63284151 A JP 63284151A JP 28415188 A JP28415188 A JP 28415188A JP 2807476 B2 JP2807476 B2 JP 2807476B2
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Description
本発明は容量素子の温度補償を行うための回路に関
し、静電容量型の圧力検出器、物理量を容量変化で検出
する他の検出器、容量素子の容量の大きさで周期が決定
される発振回路等に応用できる。
し、静電容量型の圧力検出器、物理量を容量変化で検出
する他の検出器、容量素子の容量の大きさで周期が決定
される発振回路等に応用できる。
各種の用途のうち圧力センサに限れば、小型のシリコ
ン圧力センサには、ピエゾ抵抗型と静電容量型とが存在
する。ピエゾ抵抗型はブリッジ回路を構成して、圧力変
化を抵抗値の変化として検出するものである。 これに対して、静電容量型は圧力変化を容量変化とし
て検出するものである。容量を検出する方法として、CR
発振回路により容量変化を周波数変化として検出するも
のや、圧力検出容量と固定容量との直列接続回路に交流
電流を印加して、圧力検出容量の容量をその両端の電圧
として検出するものである。
ン圧力センサには、ピエゾ抵抗型と静電容量型とが存在
する。ピエゾ抵抗型はブリッジ回路を構成して、圧力変
化を抵抗値の変化として検出するものである。 これに対して、静電容量型は圧力変化を容量変化とし
て検出するものである。容量を検出する方法として、CR
発振回路により容量変化を周波数変化として検出するも
のや、圧力検出容量と固定容量との直列接続回路に交流
電流を印加して、圧力検出容量の容量をその両端の電圧
として検出するものである。
ところが、ピエゾ抵抗型にしても静電容量型にして
も、抵抗又は静電容量に温度依存性があり、この温度特
性を補償するための回路が必要である。 本発明は、簡単な回路構成で精度の良い容量の温度補
償を達成すると共に集積化の容易な温度補償回路を実現
することである。
も、抵抗又は静電容量に温度依存性があり、この温度特
性を補償するための回路が必要である。 本発明は、簡単な回路構成で精度の良い容量の温度補
償を達成すると共に集積化の容易な温度補償回路を実現
することである。
上記課題を解決するための発明の構成は、 容量素子と、 一方が導通又は遮断状態の時、他方は逆に遮断又は導
通状態となる相補型のMOS型電界効果トランジスタと、 前記容量素子と前記相補型のMOS型電界効果トランジ
スタとを用いて構成され、前記容量素子に対して、前記
相補型のMOS型電界効果トランジスタの一方のトランジ
スタを介して充電し、又、他のトランジスタを介して放
電することにより、前記容量素子の容量に応じた周波数
で発振する発振回路と を有し、 相補型のMOS型電界効果トランジスタのオン抵抗の温
度係数が、容量素子の容量の温度係数に対して、絶対値
が等しく異符号となるように相補型のMOS型電界効果ト
ランジスタの駆動電圧を設定したことを特徴とする。
通状態となる相補型のMOS型電界効果トランジスタと、 前記容量素子と前記相補型のMOS型電界効果トランジ
スタとを用いて構成され、前記容量素子に対して、前記
相補型のMOS型電界効果トランジスタの一方のトランジ
スタを介して充電し、又、他のトランジスタを介して放
電することにより、前記容量素子の容量に応じた周波数
で発振する発振回路と を有し、 相補型のMOS型電界効果トランジスタのオン抵抗の温
度係数が、容量素子の容量の温度係数に対して、絶対値
が等しく異符号となるように相補型のMOS型電界効果ト
ランジスタの駆動電圧を設定したことを特徴とする。
相補型のMOS（Metal Oxide Silicon）型電界効果トラ
ンジスタ（以下「Ｃ−MOSFET」という）は、共通のゲー
ト電圧に対して、一方が導通又は遮断状態の時、他方は
逆に遮断又は導通状態となる。そして、容量素子はＣ−
MOSFETと、このＣ−MOSFETの一方のトランジスタの導通
状態で容量素子を充電し、他方のトランジスタの導通状
態でその容量素子の電荷を放電するように接続され、容
量素子に対して充放電が継続して起こる発振回路が形成
される。そして、この時の発振周波数は、充電回路及び
放電回路のCR時定数によって決定されるので、その発振
周波数は容量素子の容量に逆比例することになる。 ところが、CR時定数は、容量素子の温度依存性のため
に、温度依存性を有することになり、発振周波数も温度
に依存して変化することになる。 一方、Ｃ−MOSFETの導通時のドレイン電流の温度係数
は、ゲート電圧−しきい値電圧に依存することが知られ
ており、特に、ゲート電圧−しきい値電圧を変化させれ
ば、正にも負にも成り得る。従って、圧力検出容量は温
度特性を有するが、Ｃ−MOSFETのゲート電圧を含む駆動
電圧（ゲート電圧、ゲート電圧を変化させ得る駆動電
圧）を調整することでＣ−MOSFETのゲート電圧−しきい
値電圧を調整することにより導通時のドレイン電流の温
度係数、即ち、トランジスタのオン抵抗の温度係数（＝
−１×ドレイン電流の温度係数）を調整して、CR時定数
を温度に依らず一定とすることができる。 本発明は、このようにCR時定数の温度依存性をなくす
るように、Ｃ−MOSFETの駆動電圧を調整することを特徴
としている。 従って、駆動電圧の調整だけで、発振周波数の温度依
存性をなくすことができる。
ンジスタ（以下「Ｃ−MOSFET」という）は、共通のゲー
ト電圧に対して、一方が導通又は遮断状態の時、他方は
逆に遮断又は導通状態となる。そして、容量素子はＣ−
MOSFETと、このＣ−MOSFETの一方のトランジスタの導通
状態で容量素子を充電し、他方のトランジスタの導通状
態でその容量素子の電荷を放電するように接続され、容
量素子に対して充放電が継続して起こる発振回路が形成
される。そして、この時の発振周波数は、充電回路及び
放電回路のCR時定数によって決定されるので、その発振
周波数は容量素子の容量に逆比例することになる。 ところが、CR時定数は、容量素子の温度依存性のため
に、温度依存性を有することになり、発振周波数も温度
に依存して変化することになる。 一方、Ｃ−MOSFETの導通時のドレイン電流の温度係数
は、ゲート電圧−しきい値電圧に依存することが知られ
ており、特に、ゲート電圧−しきい値電圧を変化させれ
ば、正にも負にも成り得る。従って、圧力検出容量は温
度特性を有するが、Ｃ−MOSFETのゲート電圧を含む駆動
電圧（ゲート電圧、ゲート電圧を変化させ得る駆動電
圧）を調整することでＣ−MOSFETのゲート電圧−しきい
値電圧を調整することにより導通時のドレイン電流の温
度係数、即ち、トランジスタのオン抵抗の温度係数（＝
−１×ドレイン電流の温度係数）を調整して、CR時定数
を温度に依らず一定とすることができる。 本発明は、このようにCR時定数の温度依存性をなくす
るように、Ｃ−MOSFETの駆動電圧を調整することを特徴
としている。 従って、駆動電圧の調整だけで、発振周波数の温度依
存性をなくすことができる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
本実施例は静電容量型の圧力検出回路に関するものであ
る。 第１図は本発明の第１実施例に係る容量検出回路を示
した回路図である。 トランジスタTr1とトランジスタTr2,トランジスタTr3
とトランジスタTr4,トランジスタTr5とトランジスタTr
8,トランジスタTr6とトランジスタTr9,トランジスタTr7
とトランジスタTr10とは、それぞれ、一方のトランジス
タが導通又は遮断状態の時には、他方のトランジスタ
は、それぞれ、遮断又は導通状態となるＣ−MOSFETであ
る。又、Cxは外部検出圧力に応じて静電容量の変化する
圧力検出容量である。 トランジスタTr3とトランジスタTr4で構成されるＣ−
MOSFETは、圧力検出容量Cxを充電又は放電するための回
路である。 トランジスタTr4が導通状態の時には、電源VDDから圧
力検出容量CX、トランジスタTr4と電流が流れて圧力検
出容量CXは電源VDDから充電され、圧力検出容量Cxの一
端の電位VXはトランジスタTr4のオン抵抗と圧力検出容
量Cxとで決定される時定数の指数関数で減衰する。一
方、トランジスタTr3が導通状態の時には、圧力検出容
量CHに充電された電荷はトランジスタTr3を介して放電
され、電位VXはトランジスタTr3のオン抵抗と圧力検出
容量Cxとで決定される時定数の指数関数で増加する。 又、トランジスタTr5〜トランジスタTr10はシュミッ
トトリガ回路であり、入力電位VXが上限値VUを越える
と、トランジスタTr8,Tr9がオンし、トランジスタTr5,T
r6がオフとなり、入力電位VXが下限値VLを下回ると、ト
ランジスタTr8,Tr9がオフし、トランジスタTr5,Tr6がオ
ンとなる。そして、出力電位VSがＬレベルの時トランジ
スタTr7はオンしトランジスタTr10はオフし、出力電位V
SがＨレベルの時トランジスタTr7はオフしトランジスタ
Tr10はオンとなることにより、シュミットトリガ回路に
履歴特性を持たせている。又、トランジスタTr11,Tr12
は出力トランジスタであり、電位VSを反転して出力して
いる。又、電位VSはトランジスタTr1,Tr2に帰還入力し
ており、トランジスタTr1〜トランジスタTr10で発振回
路を形成している。 上記構成の回路において、電位VS,電位VX,電位Voutの
波形を第２図に示す。第２図における電位VXは、圧力検
出容量CXとトランジスタTr3,Tr4のオン抵抗で決定され
る時定数に関連して増減する。従って、出力電位Voutの
発振周波数は検出圧力に関してはトランジスタTr3,Tr4
のオン抵抗が不変であるので圧力検出容量CXの大きさに
逆比例することになり、この周波数の大きさから容量の
大きさ、即ち、圧力を検出することができる。 一方、MOSFETのドレイン電流の温度係数は、第６図に
示す特性を有しており、ゲート電圧−しきい値電圧の大
きさによって、正負任意に変化させることができる
（尚、第６図の縦軸の数値×（−１）がトランジスタの
オン抵抗の温度係数となる）。上記構成の回路において
はゲート電圧VGはほぼ駆動電圧VDDに等しいため、圧力
検出容量CXの大きさの温度係数を補償して、CR時定数が
温度依存性を有しないようなドレイン電流の温度係数を
駆動電圧VDDは調整することで設定することができる。 ドレイン電流の温度係数を測定したところ、ｎ−MOSF
ETでは、ゲート電圧＝しきい値電圧＋1.5Vの時、ｐ−MO
SFETでは、ゲート電圧＝しきい値電圧−1.0Vの時に温度
係数が零となった。 そこで、駆動電圧VDDと発振周波数ｆとの関係を20℃
と50℃で温度を変化させて測定したところ、第３図に示
すような特性が得られた。この結果、駆動電圧VDDが約
2.5Vの時に、発振周波数に温度依存性がないことが分っ
た。このようにして、駆動電圧VDDは発振周波数の温度
依存性がない値に実験により設定すれば良い。 又、上記シュミットトリガ回路による他、第４図に示
す非安定マルチバイブレータにより発振回路を構成して
も良い。 即ち、Ｃ−MOSFETを構成するトランジスタTr20,Tr21
と、増幅器A1,A2と，圧力検出容量CXとで非安定マルチ
バイブレータが構成されている。即ち、圧力検出容量CX
はトランジスタTr20の導通により充電され、トランジス
タTr21の導通により放電される。 又、同様に、駆動電圧VDDと発振周波数ｆとの関係を1
0℃,21℃,41℃とで温度を変化させて測定したところ、
第５図に示すような特性が得られた。この結果、駆動電
圧VDDが約3.0Vの時に、発振周波数に温度依存性がない
ことが分った。このようにして、駆動電圧は発振周波数
の温度依存性がない値に実験により設定される。 以上述べたように、本発明は、容量の温度補償を目的
とした回路であるので、容量型圧力センサの圧力検出回
路に用いる他、その他、物理量を容量変化として検出す
るセンサの検出回路及び容量素子で発振周波数の決定さ
れる温度安定性の良い発振回路に用いることができる。
本実施例は静電容量型の圧力検出回路に関するものであ
る。 第１図は本発明の第１実施例に係る容量検出回路を示
した回路図である。 トランジスタTr1とトランジスタTr2,トランジスタTr3
とトランジスタTr4,トランジスタTr5とトランジスタTr
8,トランジスタTr6とトランジスタTr9,トランジスタTr7
とトランジスタTr10とは、それぞれ、一方のトランジス
タが導通又は遮断状態の時には、他方のトランジスタ
は、それぞれ、遮断又は導通状態となるＣ−MOSFETであ
る。又、Cxは外部検出圧力に応じて静電容量の変化する
圧力検出容量である。 トランジスタTr3とトランジスタTr4で構成されるＣ−
MOSFETは、圧力検出容量Cxを充電又は放電するための回
路である。 トランジスタTr4が導通状態の時には、電源VDDから圧
力検出容量CX、トランジスタTr4と電流が流れて圧力検
出容量CXは電源VDDから充電され、圧力検出容量Cxの一
端の電位VXはトランジスタTr4のオン抵抗と圧力検出容
量Cxとで決定される時定数の指数関数で減衰する。一
方、トランジスタTr3が導通状態の時には、圧力検出容
量CHに充電された電荷はトランジスタTr3を介して放電
され、電位VXはトランジスタTr3のオン抵抗と圧力検出
容量Cxとで決定される時定数の指数関数で増加する。 又、トランジスタTr5〜トランジスタTr10はシュミッ
トトリガ回路であり、入力電位VXが上限値VUを越える
と、トランジスタTr8,Tr9がオンし、トランジスタTr5,T
r6がオフとなり、入力電位VXが下限値VLを下回ると、ト
ランジスタTr8,Tr9がオフし、トランジスタTr5,Tr6がオ
ンとなる。そして、出力電位VSがＬレベルの時トランジ
スタTr7はオンしトランジスタTr10はオフし、出力電位V
SがＨレベルの時トランジスタTr7はオフしトランジスタ
Tr10はオンとなることにより、シュミットトリガ回路に
履歴特性を持たせている。又、トランジスタTr11,Tr12
は出力トランジスタであり、電位VSを反転して出力して
いる。又、電位VSはトランジスタTr1,Tr2に帰還入力し
ており、トランジスタTr1〜トランジスタTr10で発振回
路を形成している。 上記構成の回路において、電位VS,電位VX,電位Voutの
波形を第２図に示す。第２図における電位VXは、圧力検
出容量CXとトランジスタTr3,Tr4のオン抵抗で決定され
る時定数に関連して増減する。従って、出力電位Voutの
発振周波数は検出圧力に関してはトランジスタTr3,Tr4
のオン抵抗が不変であるので圧力検出容量CXの大きさに
逆比例することになり、この周波数の大きさから容量の
大きさ、即ち、圧力を検出することができる。 一方、MOSFETのドレイン電流の温度係数は、第６図に
示す特性を有しており、ゲート電圧−しきい値電圧の大
きさによって、正負任意に変化させることができる
（尚、第６図の縦軸の数値×（−１）がトランジスタの
オン抵抗の温度係数となる）。上記構成の回路において
はゲート電圧VGはほぼ駆動電圧VDDに等しいため、圧力
検出容量CXの大きさの温度係数を補償して、CR時定数が
温度依存性を有しないようなドレイン電流の温度係数を
駆動電圧VDDは調整することで設定することができる。 ドレイン電流の温度係数を測定したところ、ｎ−MOSF
ETでは、ゲート電圧＝しきい値電圧＋1.5Vの時、ｐ−MO
SFETでは、ゲート電圧＝しきい値電圧−1.0Vの時に温度
係数が零となった。 そこで、駆動電圧VDDと発振周波数ｆとの関係を20℃
と50℃で温度を変化させて測定したところ、第３図に示
すような特性が得られた。この結果、駆動電圧VDDが約
2.5Vの時に、発振周波数に温度依存性がないことが分っ
た。このようにして、駆動電圧VDDは発振周波数の温度
依存性がない値に実験により設定すれば良い。 又、上記シュミットトリガ回路による他、第４図に示
す非安定マルチバイブレータにより発振回路を構成して
も良い。 即ち、Ｃ−MOSFETを構成するトランジスタTr20,Tr21
と、増幅器A1,A2と，圧力検出容量CXとで非安定マルチ
バイブレータが構成されている。即ち、圧力検出容量CX
はトランジスタTr20の導通により充電され、トランジス
タTr21の導通により放電される。 又、同様に、駆動電圧VDDと発振周波数ｆとの関係を1
0℃,21℃,41℃とで温度を変化させて測定したところ、
第５図に示すような特性が得られた。この結果、駆動電
圧VDDが約3.0Vの時に、発振周波数に温度依存性がない
ことが分った。このようにして、駆動電圧は発振周波数
の温度依存性がない値に実験により設定される。 以上述べたように、本発明は、容量の温度補償を目的
とした回路であるので、容量型圧力センサの圧力検出回
路に用いる他、その他、物理量を容量変化として検出す
るセンサの検出回路及び容量素子で発振周波数の決定さ
れる温度安定性の良い発振回路に用いることができる。
本発明は、容量素子に対する充放電回路を相補型のMO
S型電界効果トランジスタを用いて構成すると共にその
充放電回路の時定数に応じた周期で発振する発振回路を
有しており、相補型のMOS型電界効果トランジスタのオ
ン抵抗の温度係数が、容量素子の容量の温度係数に対し
て、絶対値が等しく異符号となるように相補型のMOS型
電界効果トランジスタの駆動電圧を設定しているので、
発振周波数の温度変動を抑制することができる。又、簡
便な回路で容量素子の温度補償が可能となり、集積化が
容易となる。特に静電容量型の圧力検出回路に用いた場
合には、温度に依存しない精度の高い圧力測定が可能と
なる。又、相補型のMOSトランジスタ等で構成している
ので集積化が容易となる。
S型電界効果トランジスタを用いて構成すると共にその
充放電回路の時定数に応じた周期で発振する発振回路を
有しており、相補型のMOS型電界効果トランジスタのオ
ン抵抗の温度係数が、容量素子の容量の温度係数に対し
て、絶対値が等しく異符号となるように相補型のMOS型
電界効果トランジスタの駆動電圧を設定しているので、
発振周波数の温度変動を抑制することができる。又、簡
便な回路で容量素子の温度補償が可能となり、集積化が
容易となる。特に静電容量型の圧力検出回路に用いた場
合には、温度に依存しない精度の高い圧力測定が可能と
なる。又、相補型のMOSトランジスタ等で構成している
ので集積化が容易となる。
第１図は本発明の具体的な実施例に係る容量検出回路を
示した回路図、第２図はその動作特性を示すタイミング
チャート、第３図は同実施例回路の発振周波数と駆動電
圧との関係を温度をパラメータとして示す測定図、第４
図は他の実施例に係る容量検出回路を示した回路図、第
５図はその容量検出回路による発振周波数と駆動電圧と
の関係を温度をパラメータとして示す測定図、第６図は
MOSFETのドレイン電流の温度係数の電圧依存性を示す特
性図である。 Tr1〜Tr12,Tr20,Tr21……トランジスタ（MOSFET）
示した回路図、第２図はその動作特性を示すタイミング
チャート、第３図は同実施例回路の発振周波数と駆動電
圧との関係を温度をパラメータとして示す測定図、第４
図は他の実施例に係る容量検出回路を示した回路図、第
５図はその容量検出回路による発振周波数と駆動電圧と
の関係を温度をパラメータとして示す測定図、第６図は
MOSFETのドレイン電流の温度係数の電圧依存性を示す特
性図である。 Tr1〜Tr12,Tr20,Tr21……トランジスタ（MOSFET）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−165414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−158717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−43416（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H03K 3/03,3/023,3/354
Claims (1)
- 【請求項１】容量素子と、 一方が導通又は遮断状態の時、他方は逆に遮断又は導通
状態となる相補型のMOS型電界効果トランジスタと、 前記容量素子と前記相補型のMOS型電界効果トランジス
タとを用いて構成され、前記容量素子に対して、前記相
補型のMOS型電界効果トランジスタの一方のトランジス
タを介して充電し、又、他のトランジスタを介して放電
することにより、前記容量素子の容量に応じた周波数で
発振する発振回路と を有し、 前記相補型のMOS型電界効果トランジスタのオン抵抗の
温度係数が、前記容量素子の容量の温度係数に対して、
絶対値が等しく異符号となるように前記相補型のMOS型
電界効果トランジスタの駆動電圧を設定したことを特徴
とする容量の温度補償回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63284151A JP2807476B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 容量の温度補償回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63284151A JP2807476B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 容量の温度補償回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02130014A JPH02130014A (ja) | 1990-05-18 |
| JP2807476B2 true JP2807476B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=17674838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63284151A Expired - Lifetime JP2807476B2 (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | 容量の温度補償回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807476B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5291534A (en) * | 1991-06-22 | 1994-03-01 | Toyoda Koki Kabushiki Kaisha | Capacitive sensing device |
| JP4885779B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2012-02-29 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 静電容量型トランスデューサ装置及び体腔内超音波診断システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58165414A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Hitachi Ltd | 発振回路 |
| JPS60158717A (ja) * | 1984-01-27 | 1985-08-20 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 温度補償付発振回路 |
-
1988
- 1988-11-09 JP JP63284151A patent/JP2807476B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02130014A (ja) | 1990-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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