JP3389528B2 - Impedance / voltage converter - Google Patents

Impedance / voltage converter

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JP3389528B2
JP3389528B2 JP11004799A JP11004799A JP3389528B2 JP 3389528 B2 JP3389528 B2 JP 3389528B2 JP 11004799 A JP11004799 A JP 11004799A JP 11004799 A JP11004799 A JP 11004799A JP 3389528 B2 JP3389528 B2 JP 3389528B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、演算増幅器を用いてイン
ピーダンスを対応する電圧に変換するインピーダンス−
電圧(Z/V)変換装置に関し、特に、温度変化等によ
る環境変化や装置自身の発熱等による出力電圧のドリフ
トを防止することができるZ/V変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses an operational amplifier to convert impedance into a corresponding voltage.
The present invention relates to a voltage (Z / V) conversion device, and more particularly to a Z / V conversion device capable of preventing an output voltage drift due to an environmental change due to temperature change or the like or heat generation of the device itself.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、特開昭61−14578号公報
に開示された静電容量−電圧(C/V)変換装置の構成
を示す概略図である。この従来例の装置は、未知の静電
容量CxをC/V変換装置に接続するための信号線に浮
遊容量が重畳されること、及び、該信号線の移動や折り
曲げ等により浮遊容量が変化すること等によって、正確
なC/V変換ができないというという課題を解決するた
めに提案されたものであり、図示のように、交流信号発
生器OSと演算増幅器OPとの間に、信号線L1及びL
2を介して未知の容量Cxを接続し、これらの信号線L
1及びL2をシールド手段s1及びs2でシールドする
ことにより、浮遊容量Cs1、Cs2、Cs3の影響を
低減しようとするものである。なお、演算増幅器OPの
出力端子と反転入力端子との間には、抵抗Rfとコンデ
ンサCfとの並列回路からなる帰還回路が接続され、反
転増幅器の非反転入力端子、交流信号発生器OSの他
端、及びシールドs1及びs2は、接地されている。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a capacitance-voltage (C / V) converter disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-14578. In the device of this conventional example, stray capacitance is superimposed on a signal line for connecting an unknown capacitance Cx to a C / V converter, and the stray capacitance changes due to movement or bending of the signal line. This is proposed in order to solve the problem that accurate C / V conversion cannot be performed, and as shown in the figure, the signal line L1 is provided between the AC signal generator OS and the operational amplifier OP. And L
An unknown capacitance Cx is connected via 2 and these signal lines L
By shielding 1 and L2 with the shield means s1 and s2, it is intended to reduce the influence of the stray capacitances Cs1, Cs2, and Cs3. A feedback circuit composed of a parallel circuit of a resistor Rf and a capacitor Cf is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier OP, and the non-inverting input terminal of the inverting amplifier and the AC signal generator OS are connected. The end and the shields s1 and s2 are grounded.

【0003】このような構成を有する図8のC/V変換
装置においては、負帰還回路を備えた演算増幅器の性質
上、演算増幅器OPの2つの入力端子はイマジナルショ
ート状態であり、これにより、2つの入力端子はほぼ同
一の電位(反転入力端子は仮想接地電位)となって浮遊
容量Cs2は充電されない。また、浮遊容量Cs3は、
2つのシールド手段s1及びs2の結合容量と考えられ
るが、該シールド手段は共に接地されているので、これ
もまた充電されることがない。したがって、未知の静電
容量Cxを接続するケーブルの浮遊容量による影響は低
減されるので、静電容量Cxに誘導される電荷と等しい
電荷が帰還回路のコンデンサCfに誘導され、結局、静
電容量Cxに比例する電圧 Vo=−(Cx/Cf)Vi ただし、Viは交流信号発生器OSの出力電圧が得られ
る。
In the C / V conversion device of FIG. 8 having such a configuration, the two input terminals of the operational amplifier OP are in an imaginary short state due to the nature of the operational amplifier having the negative feedback circuit, which results in The two input terminals have almost the same potential (the inverting input terminal has a virtual ground potential), and the stray capacitance Cs2 is not charged. The stray capacitance Cs3 is
It can be considered as the coupling capacitance of the two shield means s1 and s2, but since they are both grounded, they too are not charged. Therefore, the influence of the stray capacitance of the cable connecting the unknown capacitance Cx is reduced, so that the same charge as the charge induced in the capacitance Cx is induced in the capacitor Cf of the feedback circuit, and eventually the capacitance is increased. Voltage Vo = − (Cx / Cf) Vi proportional to Cx, where Vi is the output voltage of the AC signal generator OS.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8の
C/V変換装置においては、未知の静電容量が小さくな
ると、浮遊容量の影響が顕在化し、正確なC/V変換が
できないという問題がある。また、演算増幅器OPの帰
還回路を抵抗RfとコンデンサCfとの並列回路で構成
しているため、実際に集積化して1チップ化するとき、
該並列回路を形成するプロセスが必要であり、製造プロ
セスが複雑化する上、チップ・サイズが増大するという
欠点がある。さらに、静電容量Cxの一方の電極がある
電位にバイアスされているときには、該静電容量に交流
を印加することができないため、C/V変換が不可能で
あるという問題もある。さらに図8に示したC/V変換
装置においては、温度変化等の環境変化や装置自身の発
熱、または装置の経年変化等による出力電圧Voのドリ
フトについての対策が講じられてない。このため、例え
ば、測定すべき静電容量Cxが変化していないにも拘わ
らず、測定環境が高温時と低温時とで出力電圧Voのレ
ベルが相違してしまい、結局、静電容量Cxに正確に対
応する出力電圧を得ることができない場合がある。本発
明は、このような問題点を解決するために提案されたも
のであり、その目的は、被測定インピーダンスを電圧に
変換するインピーダンス/電圧(Z/V)変換装置おい
て、周囲環境等によって生じる出力電圧のドリフトを効
果的に低減して、被測定インピーダンスに高精度に対応
する出力電圧を得ることができるようにすることであ
る。
However, in the C / V conversion device of FIG. 8, when the unknown capacitance becomes small, the effect of the stray capacitance becomes apparent, and there is a problem that accurate C / V conversion cannot be performed. is there. Further, since the feedback circuit of the operational amplifier OP is configured by the parallel circuit of the resistor Rf and the capacitor Cf, when it is actually integrated into one chip,
The process for forming the parallel circuit is required, which complicates the manufacturing process and increases the chip size. Further, when one electrode of the electrostatic capacitance Cx is biased to a certain potential, AC cannot be applied to the electrostatic capacitance, so that there is a problem that C / V conversion is impossible. Further, in the C / V converter shown in FIG. 8, no measures are taken against the drift of the output voltage Vo due to environmental changes such as temperature changes, heat generation of the device itself, or aged changes of the device. Therefore, for example, although the capacitance Cx to be measured does not change, the level of the output voltage Vo differs between when the measurement environment is high temperature and when it is low temperature. It may not be possible to obtain the corresponding output voltage exactly. The present invention has been proposed in order to solve such a problem, and an object thereof is to provide an impedance / voltage (Z / V) converter for converting an impedance to be measured into a voltage, depending on the surrounding environment or the like. The purpose of this is to effectively reduce the drift of the output voltage that occurs and to obtain an output voltage that corresponds to the impedance to be measured with high accuracy.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のインピーダンス/電圧(Z/V)変換
装置は、入力端子に接続されたインピーダンスの値に対
応する振幅を有する交流電圧を出力する交流電圧出力手
段と、既知の値のダミー・インピーダンスと、ダミー・
インピーダンスと被測定インピーダンスとを選択的に交
流電圧出力手段の入力端子に接続するスイッチ回路と、
交流電圧出力手段からの交流電圧をその振幅に対応する
直流電圧に変換する交流/直流変換回路と、交流/直流
変換回路からの直流電圧をサンプリング・ホールドする
サンプルホールド回路と、交流/直流変換回路からの直
流電圧から、サンプルホールド回路にホールドされた電
圧を減算する減算回路と、スイッチ回路、サンプルホー
ルド回路、及び減算回路の動作を制御する制御回路であ
って、測定開始直後にスイッチ回路及びサンプルホール
ド回路を制御して、交流電圧出力手段の入力端子にダミ
ー・インピーダンスを接続すると共に、交流/直流変換
回路からのダミー・インピーダンスに対応する直流電圧
をサンプルホールド回路にホールドさせ、その後、スイ
ッチ回路及び減算回路を制御して、交流電圧出力手段の
入力端子に被測定インピーダンスを接続すると共に、交
流/直流変換回路からの被測定インピーダンスに対応す
る直流電圧からサンプルホールド回路にホールドされた
電圧を減算するよう制御する制御回路とからなり、ドリ
フト成分が除去された出力を得ることができるようにし
たことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the impedance / voltage (Z / V) converter of the present invention is an AC voltage having an amplitude corresponding to the value of the impedance connected to the input terminal. AC voltage output means for outputting, dummy impedance of known value, and dummy
A switch circuit for selectively connecting the impedance and the measured impedance to the input terminal of the AC voltage output means,
AC / DC conversion circuit for converting the AC voltage from the AC voltage output means into a DC voltage corresponding to its amplitude, a sample hold circuit for sampling and holding the DC voltage from the AC / DC conversion circuit, and an AC / DC conversion circuit A subtraction circuit for subtracting the voltage held in the sample-hold circuit from the DC voltage from, and a control circuit for controlling the operation of the switch circuit, the sample-hold circuit, and the subtraction circuit. The hold circuit is controlled so that the dummy impedance is connected to the input terminal of the AC voltage output means, and the DC voltage corresponding to the dummy impedance from the AC / DC conversion circuit is held by the sample hold circuit, and then the switch circuit. And the subtraction circuit are controlled to measure the input terminal of the AC voltage output means. A control circuit that connects the impedance and controls to subtract the voltage held in the sample-hold circuit from the DC voltage corresponding to the measured impedance from the AC / DC conversion circuit. It is characterized in that it can be obtained.

【0006】上記したインピーダンス/電圧変換装置に
おいて、サンプルホールド回路の代わりに、交流/直流
変換回路からの直流電圧と絶対値が同一で極性が反対の
電圧をバイアス電圧として発生するバイアス電圧発生回
路を用い、減算回路の代わりに加算回路を用いてもよ
い。また、被測定インピーダンス及びダミー・インピー
ダンスが共に同一特性であり、かつ同一の条件下に置か
れることが好ましい。これらのインピーダンスをキャパ
シタンスとすることにより、容量/電圧変換装置を構成
することができ、静電容量の検出に好適である。
In the impedance / voltage converter described above, a bias voltage generating circuit for generating a voltage having the same absolute value and opposite polarity as the bias voltage of the DC voltage from the AC / DC converting circuit is used instead of the sample-hold circuit. However, an addition circuit may be used instead of the subtraction circuit. Further, it is preferable that the measured impedance and the dummy impedance both have the same characteristic and are placed under the same condition. By using these impedances as capacitances, a capacitance / voltage conversion device can be configured, which is suitable for detecting electrostatic capacitances.

【0007】さらに、交流電圧出力手段は、該交流電圧
出力手段の入力端子となる反転入力端子と出力端子との
間に帰還インピーダンスが接続された演算増幅器と、演
算増幅器の非反転入力端子に接続された発振器とを含
み、スイッチ回路と演算増幅器の反転入力端子とを接続
する第1の信号線の少なくとも一部に施されたシール
ド、スイッチ回路と被測定インピーダンスとを接続する
第2の信号線の少なくとも一部に施されたシールド、及
びスイッチ回路とダミー・インピーダンスとを接続する
第3の信号線の少なくとも一部に施されたシールドの
内、少なくとも1つのシールドが演算増幅器の非反転入
力端子に接続されていることが好ましい。このようにす
ることにより、演算増幅器の2つの入力端子のイマジナ
ルショート状態により、信号線の浮遊容量による影響を
効果的に排除することができる。
Further, the AC voltage output means is connected to an operational amplifier having a feedback impedance connected between an inverting input terminal serving as an input terminal of the AC voltage output means and an output terminal, and a non-inverting input terminal of the operational amplifier. A second signal line connecting the switch circuit and the impedance to be measured, the shield being provided on at least a part of the first signal line connecting the switch circuit and the inverting input terminal of the operational amplifier. Of at least one shield of at least a part of the shield provided on at least a part of the third signal line connecting the switch circuit and the dummy impedance to the non-inverting input terminal of the operational amplifier. Is preferably connected to. By doing so, it is possible to effectively eliminate the influence of the stray capacitance of the signal line due to the imaginary short state of the two input terminals of the operational amplifier.

【0008】本発明の別の観点によるインピーダンス/
電圧変換装置においては、入力端子に接続されたインピ
ーダンスの値に対応する振幅を有する交流電圧を出力す
る交流電圧出力手段と、グランド端子と被測定インピー
ダンスとを選択的に交流電圧出力手段の入力端子に接続
するスイッチ回路と、交流電圧出力手段からの交流電圧
の振幅に対応する直流電圧に変換する交流/直流変換回
路と、交流/直流変換回路からの直流電圧と絶対値が同
一で極性が反対の電圧をバイアス電圧として発生するバ
イアス電圧発生回路と、交流/直流変換回路からの直流
電圧とバイアス電圧発生回路からのバイアス電圧とを加
算する加算回路と、スイッチ回路、バイアス電圧発生回
路及び加算回路を制御する制御回路であって、測定開始
直後にスイッチ回路及びバイアス電圧発生回路を制御し
て、交流電圧出力手段の入力端子にグランド端子を接続
すると共に、そのときの交流/直流変換回路からの直流
電圧に基づいてバイアス電圧を設定し、その後、スイッ
チ回路及び加算回路を制御して、交流電圧出力手段の入
力端子に被測定インピーダンスを接続すると共に、交流
/直流変換回路からの被測定インピーダンスに対応する
直流電圧にバイアス電圧を加算するよう制御する制御回
路とからなり、ドリフト成分が除去された出力を得るこ
とができるようにしたことを特徴としている。
[0008] Impedance /
In the voltage converter, an AC voltage output means for outputting an AC voltage having an amplitude corresponding to the impedance value connected to the input terminal, and a ground terminal and an impedance to be measured are selectively input terminals of the AC voltage output means. A switch circuit connected to the AC voltage converter, an AC / DC converter circuit for converting into a DC voltage corresponding to the amplitude of the AC voltage from the AC voltage output means, and a DC voltage from the AC / DC converter circuit having the same absolute value but opposite polarity. Voltage generating circuit for generating the voltage of the above as a bias voltage, an adding circuit for adding a DC voltage from the AC / DC converting circuit and a bias voltage from the bias voltage generating circuit, a switch circuit, a bias voltage generating circuit and an adding circuit A control circuit for controlling the AC voltage output by controlling the switch circuit and the bias voltage generation circuit immediately after the start of measurement. The ground terminal is connected to the input terminal of the stage, and the bias voltage is set based on the DC voltage from the AC / DC conversion circuit at that time, and then the switch circuit and the addition circuit are controlled to control the AC voltage output means. It consists of a control circuit that connects the impedance to be measured to the input terminal and controls to add the bias voltage to the DC voltage corresponding to the impedance to be measured from the AC / DC conversion circuit, and obtains the output from which the drift component has been removed. It is characterized by being able to do.

【0009】上記のダミー・インピーダンスを使用して
いない本発明によれば、被測定インピーダンスの値のみ
に対応する電圧を出力することができる。なお、このイ
ンピーダンス/電圧変換装置においても、サンプルホー
ルド回路の代わりに、交流/直流変換回路からの直流電
圧と絶対値が同一で極性が反対の電圧をバイアス電圧と
して発生するバイアス電圧発生回路を用い、減算回路の
代わりに加算回路を用いてもよい。また、被測定インピ
ーダンスをキャパシタンスとすれば静電容量の検出に好
適であり、スッチ回路を介して交流電圧発生手段に接続
される被測定インピーダンス及びグランド端子を同一の
条件下に置くことが、ドリフトの低減により効果的であ
る。
According to the present invention which does not use the above dummy impedance, it is possible to output a voltage corresponding to only the value of the impedance to be measured. Also in this impedance / voltage conversion device, instead of the sample-hold circuit, a bias voltage generation circuit that generates a voltage having the same absolute value as the DC voltage from the AC / DC conversion circuit but opposite polarity is used as the bias voltage. An addition circuit may be used instead of the subtraction circuit. Further, if the impedance to be measured is a capacitance, it is suitable for detecting the electrostatic capacitance, and it is possible to set the impedance to be measured and the ground terminal connected to the AC voltage generating means via the switch circuit under the same condition. It is more effective to reduce.

【0010】さらに、上記したダミー・インピーダンス
使用していない本発明においても、信号線上の浮遊容量
による影響を効果的に排除するために、交流電圧出力手
段が、該交流電圧出力手段の入力端子となる反転入力端
子と出力端子との間に帰還インピーダンスが接続された
演算増幅器と、演算増幅器の非反転入力端子に接続され
た発振器とを含み、スイッチ回路と演算増幅器の反転入
力端子とを接続する第1の信号線の少なくとも一部に施
されたシールド、スイッチ回路と被測定インピーダンス
とを接続する第2の信号線の少なくとも一部に施された
シールド、及びスイッチ回路とダミー・インピーダンス
とを接続する第3の信号線の少なくとも一部に施された
シールドの内の少なくとも1つのシールドが演算増幅器
の非反転入力端子に接続されていることが好ましい。
Further, even in the present invention which does not use the dummy impedance described above, in order to effectively eliminate the influence of the stray capacitance on the signal line, the AC voltage output means is connected to the input terminal of the AC voltage output means. An operational amplifier having a feedback impedance connected between the inverting input terminal and the output terminal, and an oscillator connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and connecting the switch circuit and the inverting input terminal of the operational amplifier. A shield provided on at least a part of the first signal line, a shield provided on at least a part of the second signal line connecting the switch circuit and the impedance to be measured, and a connection provided on the switch circuit with the dummy impedance At least one of the shields applied to at least a part of the third signal line is a non-inverting input terminal of the operational amplifier. It is preferably connected.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明のZ/V変換装置
の原理構成を示している。このZ/V変換装置において
は、インピーダンス値Zxを測定すべき対象物の被測定
インピーダンス6が、シールド7が施された信号線5を
介して演算増幅器1の反転入力端子に接続され、該演算
増幅器1の出力端子と反転入力端子(−)との間に既知
のインピーダンス値Zfの帰還インピーダンス3が接続
され、非反転入力端子(+)に発振器4及びシールド7
が接続されている。また、演算増幅器1の出力端子に
は、整流平滑回路等からなる交流/直流変換回路(AC
/DC)2が接続されている。図1に示したZ/V変換
装置においては、負帰還回路を有する演算増幅器の性質
上、演算増幅器1の反転及び非反転入力端子はイマジナ
ルショート状態であるため、これらは実質的に同一電位
となる。したがって、信号線5とシールド7とが同電位
となるから、これらの間に生じる浮遊容量が充電される
ことがなく、演算増幅器1の入力端子には浮遊容量によ
る影響が生じることがない。これは、信号線5の長さに
無関係に成立し、また、信号線5の移動、折り曲げ等に
関係なく成立する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the principle configuration of a Z / V converter according to the present invention. In this Z / V converter, a measured impedance 6 of an object whose impedance value Zx is to be measured is connected to an inverting input terminal of an operational amplifier 1 via a signal line 5 provided with a shield 7, and the calculated impedance is calculated. The feedback impedance 3 having a known impedance value Zf is connected between the output terminal of the amplifier 1 and the inverting input terminal (−), and the oscillator 4 and the shield 7 are connected to the non-inverting input terminal (+).
Are connected. The output terminal of the operational amplifier 1 has an AC / DC conversion circuit (AC) composed of a rectifying / smoothing circuit or the like.
/ DC) 2 is connected. In the Z / V converter shown in FIG. 1, due to the nature of the operational amplifier having the negative feedback circuit, the inverting and non-inverting input terminals of the operational amplifier 1 are in an imaginary short state, so that they are substantially the same potential. Become. Therefore, since the signal line 5 and the shield 7 have the same potential, the stray capacitance generated between them is not charged and the input terminal of the operational amplifier 1 is not affected by the stray capacitance. This is established regardless of the length of the signal line 5, and is established regardless of the movement or bending of the signal line 5.

【0012】更に詳細に説明すると、図1に示したZ/
V変換回路において、演算増幅器1の2つの入力端子が
イマジナルショート状態であるため、その反転入力端子
の電圧Vmは、発振器4の発振出力電圧Viと等しくな
る。そして、被測定インピーダンス6を流れる電流i1
及び帰還インピーダンス3に流れる電流i2は、演算増
幅器1から出力される交流電圧をVoとすると、以下の
ように表される。 i1=−Vm/Zx=−Vi/Zx i2=(Vm−Vo)/Zf=(Vi−Vo)/Zf ここで、演算増幅器がその性質上、高入力インピーダン
ス特性を有しているから、i1=i2であり、 Vo=Vi(1+Zx/Zf) (1) が得られる。なお、被測定インピーダンスZxの回路要
素を静電容量Cxとし、帰還インピーダンスZfの回路
要素を抵抗Rfとすると、図7のZ/V変換装置はC/
V変換装置となり、その場合の交流電圧Voは、式
(1)から以下のように求めることができる。 Vo=Vi(1+jωCxRf) (2) [ただし、ωはViの角周波数]
Explaining in more detail, Z / shown in FIG.
In the V conversion circuit, since the two input terminals of the operational amplifier 1 are in an imaginary short state, the voltage Vm at the inverting input terminal becomes equal to the oscillation output voltage Vi of the oscillator 4. Then, the current i 1 flowing through the measured impedance 6
The current i 2 flowing in the feedback impedance 3 is expressed as follows, where Vo is the AC voltage output from the operational amplifier 1. i 1 = −Vm / Zx = −Vi / Zx i 2 = (Vm−Vo) / Zf = (Vi−Vo) / Zf Here, the operational amplifier has a high input impedance characteristic by its nature. , I 1 = i 2 , and Vo = Vi (1 + Zx / Zf) (1) is obtained. When the circuit element of the measured impedance Zx is the electrostatic capacitance Cx and the circuit element of the feedback impedance Zf is the resistor Rf, the Z / V converter of FIG.
It becomes a V converter, and the AC voltage Vo in that case can be obtained from the equation (1) as follows. Vo = Vi (1 + jωCxRf) (2) [where ω is the angular frequency of Vi]

【0013】したがって、図1のZ/V変換装置によれ
ば、式(1)で示される交流電圧Voを演算増幅器1か
ら出力することができ、しかも、演算増幅器の入力端子
のイマジナルショート状態により、信号線5に生じる浮
遊容量が該入力端子の間に現れることがないので、被測
定インピーダンスZxの値に正確に対応した交流電圧V
oを出力することができる。そして、演算増幅器1から
の交流電圧Voを整流平滑回路等の交流/直流(AC/
DC)変換回路2を介することにより、該交流電圧Vo
の振幅に対応した直流電圧Voutが出力される。この直
流出力電圧Voutのレベルの変化により、被測定インピ
ーダンスZxの変化の状態を検出することができ、更に
は、必要に応じて適宜の演算手段を付加することによ
り、被測定インピーダンスZxの値を逆算することがで
きる。上記したように、本出願人が提案した図1のZ/
V変換装置によれば、図7の公知のC/V変換装置に比
べて、より正確に被測定インピーダンスZxに対応する
交流電圧Vo及び直流電圧Voutを出力することができ
る。
Therefore, according to the Z / V converter of FIG. 1, the AC voltage Vo represented by the equation (1) can be output from the operational amplifier 1, and the input terminal of the operational amplifier is imaginarily shorted. , The stray capacitance generated in the signal line 5 does not appear between the input terminals, so that the AC voltage V that exactly corresponds to the value of the impedance Zx to be measured.
o can be output. Then, the AC voltage Vo from the operational amplifier 1 is supplied to an AC / DC (AC / DC) of a rectifying / smoothing circuit or the like.
DC) conversion circuit 2 so that the AC voltage Vo
The DC voltage Vout corresponding to the amplitude of is output. The change state of the measured impedance Zx can be detected by the change of the level of the DC output voltage Vout, and further, the value of the measured impedance Zx can be calculated by adding an appropriate calculation means as necessary. Can be calculated backwards. As described above, Z / in FIG. 1 proposed by the applicant
According to the V converter, it is possible to more accurately output the AC voltage Vo and the DC voltage Vout corresponding to the measured impedance Zx, as compared with the known C / V converter shown in FIG.

【0014】図2は、本発明のZ/V変換装置の第1の
実施例を示す概略図であり、図2において、図1と同一
又は同様の構成要素には、同一の参照符号を付してい
る。本発明の第1の実施例においては、図1のZ/V変
換装置に、既知の固定インピーダンス値Zdのダミー・
インピーダンス8と、被測定インピーダンス6及びダミ
ー・インピーダンス8を選択的に演算増幅器1の反転入
力端子に接続するためのスイッチ回路9と、交流/直流
変換回路2の出力をサンプリングしてホールドするサン
プルホールド回路(SH)10と、該サンプルホールド
回路の出力並びに交流/直流変換回路2の出力Voutが
入力される減算回路11と、スイッチ回路9、サンプル
ホールド回路10及び減算回路11の動作を制御する制
御回路12とを付加したことを特徴とし、これにより出
力ドリフトを防止できようにしている。なお、帰還イン
ピーダンス3と並列接続されたスイッチ15は、スイッ
チ15は、Z/V変換装置を動作させる前に演算増幅器
の出力と反転入力端子とを同電位にすることにより初期
化を行うためのものである。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a first embodiment of the Z / V conversion device of the present invention. In FIG. 2, the same or similar components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. is doing. In the first embodiment of the present invention, the Z / V converter of FIG.
A sample hold for sampling and holding the impedance 8, the switch impedance 9 for selectively connecting the measured impedance 6 and the dummy impedance 8 to the inverting input terminal of the operational amplifier 1, and the output of the AC / DC conversion circuit 2. A circuit (SH) 10, a subtraction circuit 11 to which the output of the sample and hold circuit and the output Vout of the AC / DC conversion circuit 2 are input, and control for controlling the operations of the switch circuit 9, the sample and hold circuit 10 and the subtraction circuit 11. It is characterized in that the circuit 12 is added to prevent the output drift. The switch 15 connected in parallel with the feedback impedance 3 is for performing initialization by setting the output of the operational amplifier and the inverting input terminal to the same potential before operating the Z / V converter. It is a thing.

【0015】図2においては、スイッチ回路9は被測定
インピーダンス6と演算増幅器1とを接続する信号線の
中間部に接続されており、スイッチ回路9の両側の信号
線5 1、52にシールド71、72を施し、かつこれら信号
線とシールドとの間の浮遊容量による影響を低減するた
めに、シールド71及び72を発振器4に接続された演算
増幅器1の非反転入力端子に接続している。そして、ダ
ミー・インピーダンスを被測定インピーダンス6と同一
環境に置くことが好ましいため、スイッチ回路9とダミ
ー・インピーダンス8とを接続する信号線5dを、信号
線51と同一長とするとともに演算増幅器1の非反転入
力端子(及び発振器4)に接続したシールド7dでシー
ルドしている。なお、ダミー・インピーダンス8及び被
測定インピーダンス6は互いに抵抗同士か、又は容量同
士であることが好ましい。また、スイッチ回路9を、演
算増幅器1の入力端子の間近、または被測定インピーダ
ンス6及びダミー・インピーダンス8の間近に配置する
こともできる。前者の場合は、信号線52及びシールド
2が不要となり、後者の場合は、信号線5 1、5d及び
シールド71、7dが不要となる。
In FIG. 2, the switch circuit 9 is the device under test.
Of the signal line connecting the impedance 6 and the operational amplifier 1
Signals on both sides of the switch circuit 9 are connected to the middle section
Line 5 15,2To shield 71, 72And these signals
To reduce the effects of stray capacitance between the wire and the shield.
To protect, shield 71And 72Is connected to the oscillator 4
It is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier 1. And da
Same impedance as measured impedance 6
Since it is preferable to place it in the environment,
-Signal line 5 connecting to impedance 8dThe signal
Line 51Has the same length as the non-inverting input of the operational amplifier 1.
Shield 7 connected to the input terminal (and oscillator 4)dAt sea
I'm rude. The dummy impedance 8 and
The measured impedances 6 are resistances or capacitances.
It is preferable to be a teacher. Also, switch circuit 9
Close to the input terminal of the operational amplifier 1 or the impeder under test
Place it close to the impedance 6 and the dummy impedance 8.
You can also In the former case, signal line 52And shield
72Is unnecessary, and in the latter case, the signal line 5 15,das well as
Shield 71, 7dIs unnecessary.

【0016】図3は、図2に示したZ/V変換装置の制
御回路13から出力される制御信号S9、S10、S11
出力タイミングを示している。制御信号S9は、スイッ
チ回路9に供給され、高レベルの場合にダミー・インピ
ーダンス8側に、低レベルの場合に被測定インピーダン
ス6側に、演算増幅器1の反転入力端子が接続されるよ
う、スイッチ回路を制御する。制御信号S10は、サンプ
ルホールド回路10に供給され、高レベルの場合にサン
プルホールド回路を動作させて、交流/直流変換回路2
の出力Voutのサンプリング・ホールドを行う。制御信
号S11は、減算回路11に供給され、高レベルの場合に
減算動作を実行するよう減算回路11を制御する。
FIG. 3 shows the output timing of the control signals S 9 , S 10 and S 11 output from the control circuit 13 of the Z / V converter shown in FIG. The control signal S 9 is supplied to the switch circuit 9 so that the inverting input terminal of the operational amplifier 1 is connected to the dummy impedance 8 side when the level is high and to the measured impedance 6 side when the level is low. Control the switch circuit. The control signal S 10 is supplied to the sample hold circuit 10, and when the signal is at a high level, the sample hold circuit is operated to operate the AC / DC conversion circuit 2
The output Vout of is sampled and held. The control signal S 11 is supplied to the subtraction circuit 11 and controls the subtraction circuit 11 to execute the subtraction operation when it is at a high level.

【0017】図2及び図3を参照して、本発明の第1の
実施例の動作を説明する。まず、スイッチ15をオン・
オフして初期化を行った後、測定動作を時点t0で開始
すると、制御回路12は、制御信号S9を高レベルにし
て、スイッチ回路9をダミー・インピーダンス8側(点
線の位置)に切り替えるとともに、時点t 1において制
御信号S10を高レベルにして、サンプルホールド回路1
0中のゲートをオンにしてサンプリング及びホールド動
作を実行させる。これにより、ダミー・インピーダンス
Zdに対応する直流電圧Vout(=Vout-d(t))が、交
流/直流変換回路2から出力されてサンプルホールド回
路10のコンデンサに蓄積すなわちホールドされる。次
に、時点t2において、制御信号S9を低レベルに戻し
て、スイッチ回路9を被測定インピーダンス6側に接続
し、交流/直流変換回路2から被測定インピーダンスZ
xに対応する直流電圧Vout(=Vout-x(t))が出力され
る。このとき、制御信号S10が低レベルを保持している
ので、サンプルホールド回路10のゲートはオフ状態を
保持し、したがってホールド電圧はダミー・インピーダ
ンスZdに対応する電圧Vout-d(t)を保持する。
With reference to FIGS. 2 and 3, the first aspect of the present invention is described.
The operation of the embodiment will be described. First, turn on the switch 15.
After turning off and initialization, the measurement operation is performed at time t0Start with
Then, the control circuit 12 causes the control signal S9To a high level
Switch circuit 9 to the dummy impedance 8 side (point
Line position) and at time t 1In
Signal STenTo high level, and sample and hold circuit 1
Sampling and hold operation by turning on the gate in 0
Let the work run. This allows dummy impedance
DC voltage Vout (= Vout-d (t)) corresponding to Zd
Output from the flow / DC converter circuit 2
It is stored or held in the capacitor of path 10. Next
At time t2At the control signal S9Back to low level
Switch circuit 9 to the measured impedance 6 side
The measured impedance Z from the AC / DC conversion circuit 2
DC voltage Vout (= Vout-x (t)) corresponding to x is output
It At this time, the control signal STenHas a low level
Therefore, the gate of the sample hold circuit 10 is in the off state.
Hold, and therefore the hold voltage is a dummy impeder
The voltage Vout-d (t) corresponding to the resistance Zd is held.

【0018】そして、制御回路12は、時点t3におい
て、制御信号S11を高レベルとし、これにより、減算回
路11が、被測定インピーダンスZxに対応する直流電
圧Vout-x(t)からサンプルホールド回路10にホールド
された電圧Vout-d(t)を差し引いて、差の電圧V V=Vout-x(t)−Vout-d(t) (3) を出力する。なお、時点t0とt1とのタイムラグ及び時
点t2とt3とのタイムラグは、スイッチ回路9を切り替
えてから交流/直流変換回路2の出力電圧が安定するま
でに時間を要するために、設けたものである。
Then, the control circuit 12 sets the control signal S 11 to a high level at the time point t 3 , so that the subtraction circuit 11 samples and holds from the DC voltage Vout-x (t) corresponding to the impedance Zx to be measured. The voltage Vout-d (t) held in the circuit 10 is subtracted, and the difference voltage VV = Vout-x (t) -Vout-d (t) (3) is output. The time lag between the time points t 0 and t 1 and the time lag between the time points t 2 and t 3 require time from the switching of the switch circuit 9 until the output voltage of the AC / DC conversion circuit 2 stabilizes. It is provided.

【0019】ところで、式(3)におけるVout-x(t)及
びVout-d(t)には、環境温度の変化等によって生じるド
リフト成分が含まれているが、該ドリフト成分は、Vou
t-x(t)及びVout-d(t)共に同一の値ΔV(t)である。す
なわち、 Vout-x(t)=Vout-x+ΔV(t) Vout-d(t)=Vout-d+ΔV(t) ∴V=Vout-x−Vout-d (4) ただし、Vout-x及びVout-dは、出力電圧Voutにドリ
フト成分が含まない場合の真の被測定インピーダンスZ
x及びZdに対応する出力電圧を表すものとする。これ
は、被測定インピーダンスZx(及びダミー・インピー
ダンスZd)の値に拘わらず成り立つことである。した
がって、Vout-x及びVout-dの差で表される電圧V(式
(4))には環境変化等によって生じるドリフト成分が
含まれないので、減算回路11から、被測定インピーダ
ンスZxの変化に追随して変化する出力電圧Vを得るこ
とができる。なお、被測定インピーダンスZxの変化を
継続的に監視する必要がある場合は、サンプルホールド
回路10のホールド電圧Vout-d(t)が自然放電等により
低下することを考慮して、時点t4でスイッチ回路9を
ダミー・インピーダンスZd側に再度接続して、上記し
た動作を適宜の周期で繰り返せばよい。これにより、ホ
ールド電圧Vout-d(t)がダミー・インピーダンスZdに
常に正確に対応したものとなる。
By the way, Vout-x (t) and Vout-d (t) in the equation (3) include a drift component caused by a change in environmental temperature. The drift component is Vou.
Both tx (t) and Vout-d (t) have the same value ΔV (t). That is, Vout-x (t) = Vout-x + ΔV (t) Vout-d (t) = Vout-d + ΔV (t) ∴V = Vout-x-Vout-d (4) However, Vout-x and Vout-d Is the true measured impedance Z when the output voltage Vout does not include a drift component.
Let us denote the output voltage corresponding to x and Zd. This is true regardless of the value of the measured impedance Zx (and the dummy impedance Zd). Therefore, the voltage V (equation (4)) represented by the difference between Vout-x and Vout-d does not include a drift component caused by a change in the environment, so that the subtraction circuit 11 changes the measured impedance Zx. It is possible to obtain the output voltage V that changes following the change. In addition, when it is necessary to continuously monitor the change in the impedance Zx to be measured, at the time t 4 , considering that the hold voltage Vout-d (t) of the sample hold circuit 10 decreases due to spontaneous discharge or the like. It suffices to reconnect the switch circuit 9 to the dummy impedance Zd side and repeat the above operation at an appropriate cycle. As a result, the hold voltage Vout-d (t) always accurately corresponds to the dummy impedance Zd.

【0020】図2に示した第1の実施例のZ/V変換装
置において、ダミー・インピーダンスZdに対応し、ド
リフト成分を含まない出力電圧Vout-dは、該装置を基
準温度(例えば、25℃)等の環境で用いることにより
予め得ることができる。したがって、式(4)から Vout-x=V−Vout-d (5) が得られ、式(5)により、被測定インピーダンスZx
に対応し、かつドリフト成分を含まない電圧Vout-xを
得ることができる。なお、被測定インピーダンスZxの
変化の状態のみを監視すればよい場合は、式(5)で表
される処理を必要とせずに出力Vを監視すればよいこと
は、言うまでもない。
In the Z / V converter according to the first embodiment shown in FIG. 2, the output voltage Vout-d corresponding to the dummy impedance Zd and containing no drift component has a reference temperature (for example, 25 It can be obtained in advance by using in an environment such as (° C). Therefore, Vout-x = V-Vout-d (5) is obtained from the equation (4), and the measured impedance Zx is obtained from the equation (5).
It is possible to obtain a voltage Vout-x that corresponds to the above and does not include a drift component. Needless to say, when it is sufficient to monitor only the state of change in the measured impedance Zx, the output V may be monitored without the process represented by the equation (5).

【0021】図4は、本発明の第2の実施例のZ/V変
換装置を示している。第2の実施例においては、図2に
示した第1の実施例と相違する点は、サンプルホールド
回路10及び減算回路11の替わりにバイアス電圧発生
回路13及び加算回路14を用いていることである。バ
イアス電圧発生回路13は、制御回路12からの制御信
号S13が高レベルとなったときに、そのときの交流/直
流変換回路2の出力と絶対値が等しく極性が反対の電圧
をバイアス電圧を発生するためのものである。制御信号
13は、制御信号S10(図2及び図3)と同一のタイミ
ングで発生され、制御信号S9が高レベルのときに高レ
ベルとなるよう制御されるため、スイッチ回路9がダミ
ー・インピーダンス8側に切り替えられたときの出力電
圧Vout-d(t)と絶対値が同一で符号が反対のバイアス電
圧−Vout-d(t)が設定される。加算回路14は、制御信
号S11(図2及び図3)と同一のタイミングで発生さ
れ、制御信号S14が高レベルのときに加算動作を実行し
て、被測定インピーダンスZxに対応する電圧Vout-x
(t)にバイアス電圧−Vout-d(t)を重畳する。
FIG. 4 shows a Z / V converter according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 2 in that a bias voltage generating circuit 13 and an adding circuit 14 are used instead of the sample hold circuit 10 and the subtracting circuit 11. is there. When the control signal S 13 from the control circuit 12 becomes a high level, the bias voltage generation circuit 13 outputs a voltage having the same absolute value and the opposite polarity as the output of the AC / DC conversion circuit 2 at that time. It is intended to occur. The control signal S 13 is generated at the same timing as the control signal S 10 (FIGS. 2 and 3) and is controlled to be high level when the control signal S 9 is high level. A bias voltage -Vout-d (t) having the same absolute value and opposite sign as the output voltage Vout-d (t) when switched to the impedance 8 side is set. The adder circuit 14 is generated at the same timing as the control signal S 11 (FIGS. 2 and 3), and executes the addition operation when the control signal S 14 is at a high level, and the voltage Vout corresponding to the measured impedance Zx. -x
The bias voltage −Vout-d (t) is superimposed on (t).

【0022】すなわち、測定開始時に、制御信号S9
より信号線5dがダミー・インピーダンス8側に接続さ
れるようスイッチ回路9を切り替え、対応する出力電圧
Vout-d(t)を交流/直流変換回路2から出力する。出力
電圧Vout-d(t)が安定した後に、制御信号S13によりバ
イアス回路13に−Vout-d(t)が設定される。そして、
スイッチ回路9を被測定インピーダンス6側に切り替
え、交流/直流変換回路2から電圧Vout-x(t)を出力
し、加算回路14において、以下の加算が実行され、実
施例1の場合と同様にドリフト成分が除去され、被測定
インピーダンスZxの変化に追従して変化する出力電圧
Vを得ることができる。 V=Vout-x(t)+(−Vout-d(t))=Vout-x−Vout-d なお、バイアス電圧発生回路のバイアス電圧を、交流/
直流変換回路2の出力電圧の極性を反転させたものとし
て説明したが、同一極性とすることも可能であり、その
場合、加算回路14は減算回路として構成される。した
がって、図2の実施例と図4の実施例とは、実現手段が
相違しているが機能的には同一である。
That is, at the start of measurement, the switch circuit 9 is switched so that the signal line 5 d is connected to the dummy impedance 8 side by the control signal S 9 , and the corresponding output voltage Vout-d (t) is converted into AC / DC. Output from the circuit 2. After the output voltage Vout-d (t) becomes stable, the control signal S 13 sets −Vout-d (t) in the bias circuit 13. And
The switch circuit 9 is switched to the measured impedance 6 side, the voltage Vout-x (t) is output from the AC / DC conversion circuit 2, and the following addition is executed in the adder circuit 14, similar to the case of the first embodiment. The drift component is removed, and it is possible to obtain the output voltage V that changes in accordance with the change in the impedance Zx to be measured. V = Vout-x (t) + (-Vout-d (t)) = Vout-x-Vout-d Note that the bias voltage of the bias voltage generating circuit is AC /
Although the polarity of the output voltage of the DC conversion circuit 2 has been described as being inverted, it is also possible to make the polarity the same, in which case the adder circuit 14 is configured as a subtractor circuit. Therefore, the embodiment of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 4 are functionally the same although the realizing means are different.

【0023】図5は、本発明の第3の実施例を示してお
り、第3の実施例は、図4に示した第2の実施例と、信
号線5dをスイッチ回路9を介して接地する(すなわ
ち、ダミー・インピーダンスZd=0)ようにした点で
のみ相違している。この第3の実施例においては、スイ
ッチ回路9がグランド端子に切り換えられたときのゼロ
・インピーダンスに対応する出力電圧Vout-g(t)が交流
/直流変換回路2から出力され、バイアス回路13に−
Vout-g(t)がバイアス電圧として設定される。このとき
のVout-g(t)は、ゼロ・インピーダンスに対応している
からドリフト成分と発振器4の発振出力Viに相当する
直流成分Vidcのみであり(式(1)から)、したがっ
て、バイアス回路13は −Vout-g(t)=−ΔV(t)−Vidc をバイアス電圧として出力することになる。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the signal line 5d is grounded via the switch circuit 9 and the second embodiment shown in FIG. (That is, the dummy impedance Zd = 0). In the third embodiment, the output voltage Vout-g (t) corresponding to the zero impedance when the switch circuit 9 is switched to the ground terminal is output from the AC / DC conversion circuit 2 and supplied to the bias circuit 13. −
Vout-g (t) is set as the bias voltage. Since Vout-g (t) at this time corresponds to zero impedance, it is only the drift component and the DC component Vidc corresponding to the oscillation output Vi of the oscillator 4 (from the equation (1)). 13 outputs -Vout-g (t) =-ΔV (t) -Vidc as a bias voltage.

【0024】そして、スイッチ回路9を被測定インピー
ダンス6側に切り替えたときに、加算回路14におい
て、以下の加算が実行される。 V=Vout-x(t)+(−Vout-g(t)) ∴V=Vout-x+ΔV(t)−ΔV(t)−Vidc =Vout-x−Vidc =Vidc(1+Zx/Zf)−Vidc =Vidc・Zx/Zf これにより、被測定インピーダンスZxに対応し、ドリ
フト成分を含まない電圧Vを得ることができる。なお、
バイアス電圧発生回路13及び加算回路14の代わり
に、図2に示すサンプルホールド回路10及び減算回路
11を用いてもよいことは、勿論である。
When the switch circuit 9 is switched to the measured impedance 6 side, the addition circuit 14 performs the following addition. V = Vout-x (t) + (-Vout-g (t)) ∴V = Vout-x + ΔV (t) -ΔV (t) -Vidc = Vout-x-Vidc = Vidc (1 + Zx / Zf) -Vidc = Vidc · Zx / Zf With this, it is possible to obtain the voltage V corresponding to the measured impedance Zx and including no drift component. In addition,
Of course, the sample hold circuit 10 and the subtraction circuit 11 shown in FIG. 2 may be used instead of the bias voltage generation circuit 13 and the addition circuit 14.

【0025】図6は、図2に示した本発明の第1の実施
例において、被測定インピーダンス6を静電容量等のキ
ャパシタンス成分とし、ダミー・インピーダンス8をキ
ャパシタンスとし、帰還インピーダンス3としてキャパ
シタンス31及び抵抗32の並列回路を採用して、容量/
電圧(C/V)変換装置とした場合を示している。この
ような構成のC/V変換装置によれば、演算増幅器等の
要因で出力Voに生じる位相のズレを補正することがで
きる。また、キャパシタンス31及び抵抗32の少なくと
も一方が可変であると、より好ましい位相補正を行うこ
とができる。なお、図4に示した本発明の第2の実施例
の被測定インピーダンス6及び帰還インピーダンス3
を、図6のように設定することにより、上記と同様な作
用効果を奏することができることは、言うまでもない。
In FIG. 6, in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the impedance to be measured 6 is a capacitance component such as capacitance, the dummy impedance 8 is a capacitance, and the feedback impedance 3 is a capacitance 3. 1 / resistor 3 2 parallel circuit is adopted,
The case where it is a voltage (C / V) converter is shown. According to the C / V conversion device having such a configuration, it is possible to correct the phase shift that occurs in the output Vo due to a factor such as an operational amplifier. Further, if at least one of the capacitance 3 1 and the resistance 3 2 is variable, more preferable phase correction can be performed. The measured impedance 6 and the feedback impedance 3 of the second embodiment of the present invention shown in FIG.
It is needless to say that by setting as shown in FIG. 6, it is possible to obtain the same effect as the above.

【0026】図7は、図6に示した本発明のC/V変換
装置と、図1に示したZ/V変換装置をC/V変換装置
として構成したものとを、実機テストによりテストした
結果をグラフ表示している。なお、測定すべき静電容量
Cxは同一のものを用い、さらに条件を同一にしてCx
を測定し、その変化量を求めた。グラフにおいて、四角
(□)で示したプロット点は、本発明によるテスト測定
結果であり、ほぼ直線(A)沿って現れている。一方、
丸(○)で示したプロット点は、図1の装置によるテス
ト結果であり、ほぼ直線(B)に沿って現れている。こ
のグラフから明らかなように、本発明によれば、ほぼ一
定の測定値が得られているので、ドリフト成分を抑圧で
きることが分かる。
FIG. 7 shows the C / V conversion device of the present invention shown in FIG. 6 and the Z / V conversion device shown in FIG. 1 configured as a C / V conversion device. The results are displayed in a graph. Note that the same capacitance Cx to be measured is used, and the conditions are the same, and Cx
Was measured and the amount of change was determined. In the graph, the plot points indicated by squares (□) are the test measurement results according to the present invention, and appear almost along the straight line (A). on the other hand,
Plot points indicated by circles (∘) are test results by the apparatus of FIG. 1, and appear almost along the straight line (B). As is clear from this graph, according to the present invention, it is understood that the drift component can be suppressed because the measured value is almost constant.

【0027】本発明は、上記したように構成されている
ので、Z/V変換装置において、測定環境の変化による
出力ドリフトを補償することができ、また、被測定イン
ピーダンスZxを接続するための信号線上の浮遊容量等
による影響を低減することができるので、極めて高精度
のZ/V変換が可能となり、実用性が極めて高い。
Since the present invention is configured as described above, in the Z / V converter, it is possible to compensate the output drift due to the change of the measurement environment, and to connect the impedance Zx to be measured. Since it is possible to reduce the influence of stray capacitance on the line, it is possible to perform Z / V conversion with extremely high accuracy, and the utility is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のZ/V変換装置の原理構成を示す回路
図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a principle configuration of a Z / V conversion device of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例のZ/V変換装置の構成
を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a Z / V conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図3】図2に示したZ/V変換装置における制御信号
の発生タイミングを示すタイミング図である。
FIG. 3 is a timing chart showing a generation timing of a control signal in the Z / V conversion device shown in FIG.

【図4】本発明の第2の実施例のZ/V変換装置の構成
を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a Z / V conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例のZ/V変換装置の構成
を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a Z / V conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】図2に示したZ/V変換装置を容量/電圧(C
/V)変換装置として用いた場合の構成を示す回路図で
ある。
FIG. 6 shows the Z / V conversion device shown in FIG.
It is a circuit diagram which shows the structure at the time of using as a / V) conversion device.

【図7】図6に示したC/V変換装置と、図1に示した
Z/V変換装置をC/V変換装置とした場合とを、実機
テストした測定結果を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the measurement results of actual device tests of the C / V conversion device shown in FIG. 6 and the case where the Z / V conversion device shown in FIG. 1 is used as the C / V conversion device.

【図8】従来例のC/V変換装置の構成を示す回路図で
ある。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional C / V conversion device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01D 5/24 K (72)発明者 松本 俊行 兵庫県尼崎市扶桑町1番8号 住友金属 工業株式会社エレクトロニクス技術研究 所内 (56)参考文献 特開 平9−280806(JP,A) 特開 平2−302628(JP,A) 特開 昭61−82103(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 27/26 G01R 27/02 G01R 35/00 G01D 5/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G01D 5/24 K (72) Inventor Toshiyuki Matsumoto 1-8 Fuso-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. 56) References JP-A-9-280806 (JP, A) JP-A-2-302628 (JP, A) JP-A-61-82103 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 27/26 G01R 27/02 G01R 35/00 G01D 5/24

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定インピーダンス値を電圧に変換す
るインピーダンス/電圧変換装置において、 入力端子に接続されたインピーダンスの値に対応する振
幅を有する交流電圧を出力する交流電圧出力手段と、 既知の値のダミー・インピーダンスと、 ダミー・インピーダンスと被測定インピーダンスとを選
択的に交流電圧出力手段の入力端子に接続するスイッチ
回路と、 交流電圧出力手段からの交流電圧をその振幅に対応する
直流電圧に変換する交流/直流変換回路と、 交流/直流変換回路からの直流電圧をサンプリング・ホ
ールドするサンプルホールド回路と、 交流/直流変換回路からの直流電圧から、サンプルホー
ルド回路にホールドされた電圧を減算する減算回路と、 スイッチ回路及びサンプルホールド回路を制御して、交
流電圧出力手段の入力端子にダミー・インピーダンスを
接続すると共に、交流/直流変換回路からのダミー・イ
ンピーダンスに対応する直流電圧をサンプルホールド回
路にホールドさせ、その後、スイッチ回路及び減算回路
を制御して、交流電圧出力手段の入力端子に被測定イン
ピーダンスを接続すると共に、交流/直流変換回路から
の被測定インピーダンスに対応する直流電圧からサンプ
ルホールド回路にホールドされた電圧を減算するよう制
御する制御回路とからなり、ドリフト成分が除去された
出力を得ることができるようにしたことを特徴とするイ
ンピーダンス/電圧変換装置。
1. An impedance / voltage converter for converting an impedance value to be measured into a voltage, an AC voltage output means for outputting an AC voltage having an amplitude corresponding to a value of an impedance connected to an input terminal, and a known value. And a switch circuit that selectively connects the dummy impedance and the measured impedance to the input terminal of the AC voltage output means, and converts the AC voltage from the AC voltage output means into a DC voltage corresponding to its amplitude. AC / DC conversion circuit, sample / hold circuit for sampling / holding DC voltage from AC / DC conversion circuit, and subtraction for subtracting voltage held in sample / hold circuit from DC voltage from AC / DC conversion circuit AC voltage by controlling the circuit, switch circuit and sample hold circuit A dummy impedance is connected to the input terminal of the force means, and a DC voltage corresponding to the dummy impedance from the AC / DC conversion circuit is held by the sample hold circuit, and then the switch circuit and the subtraction circuit are controlled to change the AC voltage. And a control circuit for connecting the impedance to be measured to the input terminal of the voltage output means, and controlling so as to subtract the voltage held in the sample hold circuit from the DC voltage corresponding to the impedance to be measured from the AC / DC conversion circuit. An impedance / voltage conversion device characterized in that an output from which a drift component is removed can be obtained.
【請求項2】 被測定インピーダンス値を電圧に変換す
るインピーダンス/電圧変換装置において、 入力端子に接続されたインピーダンスの値に対応する振
幅を有する交流電圧を出力する交流電圧出力手段と、 既知の値のダミー・インピーダンスと、 ダミー・インピーダンスと被測定インピーダンスとを選
択的に交流電圧出力手段の入力端子に接続するスイッチ
回路と、 交流電圧出力手段からの交流電圧をその振幅に対応する
直流電圧に変換する交流/直流変換回路と、 交流/直流変換回路からの直流電圧と絶対値が同一で極
性が反対の電圧をバイアス電圧として発生するバイアス
電圧発生回路と、 交流/直流変換回路からの直流電圧とバイアス電圧発生
回路からのバイアス電圧とを加算する加算回路と、 スイッチ回路及びバイアス電圧発生回路を制御して、交
流電圧出力手段の入力端子にダミー・インピーダンスを
接続すると共に、そのときの交流/直流変換回路からの
直流電圧に基づいてバイアス電圧を設定し、その後、ス
イッチ回路及び加算回路を制御して、交流電圧出力手段
の入力端子に被測定インピーダンスを接続すると共に、
交流/直流変換回路からの被測定インピーダンスに対応
する直流電圧にバイアス電圧を加算するよう制御する制
御回路とからなり、ドリフト成分が除去された出力を得
ることができるようにしたことを特徴とするインピーダ
ンス/電圧変換装置。
2. An impedance / voltage converter for converting an impedance value to be measured into a voltage, an AC voltage output means for outputting an AC voltage having an amplitude corresponding to a value of an impedance connected to an input terminal, and a known value. And a switch circuit that selectively connects the dummy impedance and the measured impedance to the input terminal of the AC voltage output means, and converts the AC voltage from the AC voltage output means into a DC voltage corresponding to its amplitude. An AC / DC converter circuit, a bias voltage generator circuit that generates a voltage having the same absolute value and opposite polarity as the bias voltage from the AC / DC converter circuit, and a DC voltage from the AC / DC converter circuit. An adder circuit for adding the bias voltage from the bias voltage generating circuit, a switch circuit and a bias voltage The raw circuit is controlled to connect the dummy impedance to the input terminal of the AC voltage output means, and the bias voltage is set based on the DC voltage from the AC / DC conversion circuit at that time, and then the switch circuit and the addition circuit are added. Control the circuit and connect the impedance to be measured to the input terminal of the AC voltage output means,
And a control circuit for controlling to add a bias voltage to a DC voltage corresponding to the impedance to be measured from the AC / DC conversion circuit, and it is possible to obtain an output from which a drift component is removed. Impedance / voltage converter.
【請求項3】 請求項1又は2記載のインピーダンス/
電圧変換装置において、被測定インピーダンス及びダミ
ー・インピーダンスが共に同一特性であることを特徴と
するインピーダンス/電圧変換装置。
3. The impedance according to claim 1 or 2.
In the voltage converter, the impedance to be measured and the dummy impedance have the same characteristic, and the impedance / voltage converter is characterized.
【請求項4】 請求項1〜3いずれかに記載のインピー
ダンス/電圧変換装置において、被測定インピーダンス
とダミー・インピーダンスとは同一の条件下に置かれる
ことを特徴とするインピーダンス/電圧変換装置。
4. The impedance / voltage conversion device according to claim 1, wherein the impedance to be measured and the dummy impedance are placed under the same condition.
【請求項5】 請求項1〜4いずれかに記載のインピー
ダンス/電圧変換装置において、 交流電圧出力手段は、該交流電圧出力手段の入力端子と
なる反転入力端子と出力端子との間に帰還インピーダン
スが接続された演算増幅器と、演算増幅器の非反転入力
端子に接続された発振器とを含み、 スイッチ回路と演算増幅器の反転入力端子とを接続する
第1の信号線の少なくとも一部に施されたシールド、ス
イッチ回路と被測定インピーダンスとを接続する第2の
信号線の少なくとも一部に施されたシールド、及びスイ
ッチ回路とダミー・インピーダンスとを接続する第3の
信号線の少なくとも一部に施されたシールドの内の少な
くとも1つのシールドが演算増幅器の非反転入力端子に
接続されていることを特徴とするインピーダンス/電圧
変換装置。
5. The impedance / voltage conversion device according to claim 1, wherein the AC voltage output means has a feedback impedance between an inverting input terminal serving as an input terminal of the AC voltage output means and an output terminal. Applied to at least a part of the first signal line connecting the switch circuit and the inverting input terminal of the operational amplifier, which includes an operational amplifier connected to the operational amplifier and an oscillator connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier. A shield is provided on at least a part of the second signal line connecting the switch circuit and the impedance to be measured, and a shield is provided on at least a part of the third signal line connecting the switch circuit and the dummy impedance. Impedance / voltage conversion, characterized in that at least one of the two shields is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier. Location.
【請求項6】 被測定インピーダンス値を電圧に変換す
るインピーダンス/電圧変換装置において、 既知の値のダミー・インピーダンスと、 演算増幅器と、 ダミー・インピーダンスと被測定インピーダンスとを選
択的に演算増幅器の反転入力端子に接続するスイッチ回
路と、 演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続され
た帰還インピーダンスと、 演算増幅器の非反転入力端子に接続された発振器とを備
え、スイッチ回路と演算増幅器の反転入力端子とを接続
する第1の信号線の少なくとも一部に施されたシール
ド、スイッチ回路と被測定インピーダンスとを接続する
第2の信号線の少なくとも一部に施されたシールド、及
びスイッチ回路とダミー・インピーダンスとを接続する
第3の信号線の少なくとも一部に施されたシールドの内
の少なくとも1つのシールドが演算増幅器の非反転入力
端子に接続されていることを特徴とするインピーダンス
/電圧変換装置。
6. An impedance / voltage converter for converting a measured impedance value into a voltage, wherein a dummy impedance having a known value, an operational amplifier, and the dummy impedance and the measured impedance are selectively inverted. A switch circuit connected to the input terminal, a feedback impedance connected between the output terminal of the operational amplifier and the inverting input terminal, and an oscillator connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier. A shield applied to at least a part of the first signal line connecting the inverting input terminal of the switch, a shield applied to at least a part of the second signal line connecting the switch circuit and the impedance to be measured, and a switch Shield applied to at least a part of the third signal line connecting the circuit and the dummy impedance At least one shield is non-inverting impedance / voltage conversion apparatus characterized by being connected to an input terminal of the operational amplifier of the inner.
【請求項7】 請求項6記載のインピーダンス/電圧変
換装置において、被測定インピーダンス及びダミー・イ
ンピーダンスが共に同一特性であることを特徴とするイ
ンピーダンス/電圧変換装置。
7. The impedance / voltage converter according to claim 6, wherein the measured impedance and the dummy impedance have the same characteristics.
【請求項8】 請求項6又は7記載のインピーダンス/
電圧変換装置において、被測定インピーダンス及びダミ
ー・インピーダンスが共に同一の条件下に置かれること
を特徴とするインピーダンス/電圧変換装置。
8. The impedance according to claim 6 or 7.
In the voltage converter, the impedance to be measured and the dummy impedance are both placed under the same condition.
【請求項9】 被測定インピーダンス値を電圧に変換す
るインピーダンス/電圧変換装置において、 入力端子に接続されたインピーダンスの値に対応する振
幅を有する交流電圧を出力する交流電圧出力手段と、 グランド端子と被測定インピーダンスとを選択的に交流
電圧出力手段の入力端子に接続するスイッチ回路と、 交流電圧出力手段からの交流電圧の振幅に対応する直流
電圧に変換する交流/直流変換回路と、 交流/直流変換回路からの直流電圧と絶対値が同一で極
性が反対の電圧をバイアス電圧として発生するバイアス
電圧発生回路と、 交流/直流変換回路からの直流電圧とバイアス電圧発生
回路からのバイアス電圧とを加算する加算回路と、 スイッチ回路及びバイアス電圧発生回路を制御して、交
流電圧出力手段の入力端子にグランド端子を接続すると
共に、そのときの交流/直流変換回路からの直流電圧に
基づいてバイアス電圧を設定し、その後、スイッチ回路
及び加算回路を制御して、交流電圧出力手段の入力端子
に被測定インピーダンスを接続すると共に、交流/直流
変換回路からの被測定インピーダンスに対応する直流電
圧にバイアス電圧を加算するよう制御する制御回路とか
らなり、ドリフト成分が除去された出力を得ることがで
きるようにしたことを特徴とするインピーダンス/電圧
変換装置。
9. An impedance / voltage converter for converting a measured impedance value into a voltage, an AC voltage output means for outputting an AC voltage having an amplitude corresponding to the value of the impedance connected to an input terminal, and a ground terminal. A switch circuit for selectively connecting the impedance to be measured to the input terminal of the AC voltage output means, an AC / DC conversion circuit for converting to a DC voltage corresponding to the amplitude of the AC voltage from the AC voltage output means, and an AC / DC A bias voltage generating circuit that generates a voltage having the same absolute value and opposite polarity as the bias voltage from the conversion circuit, and the DC voltage from the AC / DC conversion circuit and the bias voltage from the bias voltage generation circuit are added. Control the adder circuit, the switch circuit and the bias voltage generating circuit, and input the voltage to the input terminal of the AC voltage output means. And the bias terminal is set based on the DC voltage from the AC / DC conversion circuit at that time, and then the switch circuit and the addition circuit are controlled to measure the input voltage to the input terminal of the AC voltage output means. A control circuit for connecting the impedance and controlling to add a bias voltage to the DC voltage corresponding to the measured impedance from the AC / DC conversion circuit, so that an output from which the drift component is removed can be obtained. An impedance / voltage converter characterized in that
【請求項10】 請求項9記載のインピーダンス/電圧
変換装置において、スイッチ回路を介して交流電圧発生
手段に接続される被測定インピーダンス及びグランド端
子は、同一の条件下に置かれることを特徴とするインピ
ーダンス/電圧変換装置。
10. The impedance / voltage conversion device according to claim 9, wherein the impedance to be measured and the ground terminal connected to the AC voltage generating means via the switch circuit are placed under the same condition. Impedance / voltage converter.
【請求項11】 請求項9又は10記載のインピーダン
ス/電圧変換装置において、 交流電圧出力手段は、該交流電圧出力手段の入力端子と
なる反転入力端子と出力端子との間に帰還インピーダン
スが接続された演算増幅器と、演算増幅器の非反転入力
端子に接続された発振器とを含み、 スイッチ回路と演算増幅器の反転入力端子とを接続する
第1の信号線の少なくとも一部に施されたシールド、ス
イッチ回路と被測定インピーダンスとを接続する第2の
信号線の少なくとも一部に施されたシールド、及びスイ
ッチ回路とダミー・インピーダンスとを接続する第3の
信号線の少なくとも一部に施されたシールドの内の少な
くとも1つのシールドが演算増幅器の非反転入力端子に
接続されていることを特徴とするインピーダンス/電圧
変換装置。
11. The impedance / voltage conversion device according to claim 9 or 10, wherein the AC voltage output means has a feedback impedance connected between an inverting input terminal serving as an input terminal of the AC voltage output means and an output terminal. An operational amplifier and an oscillator connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and a shield and a switch applied to at least a part of a first signal line connecting the switch circuit and the inverting input terminal of the operational amplifier. A shield applied to at least a part of the second signal line connecting the circuit and the impedance to be measured, and a shield applied to at least a part of the third signal line connecting the switch circuit and the dummy impedance. At least one of the shields is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier.
【請求項12】 被測定インピーダンス値を電圧に変換
するインピーダンス/電圧変換装置において、 演算増幅器と、 グランド端子と被測定インピーダンスとを選択的に演算
増幅器の反転入力端子に接続するスイッチ回路と、 演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続され
た帰還インピーダンスと、 演算増幅器の非反転入力端子に接続された発振器とを備
え、スイッチ回路と演算増幅器の反転入力端子とを接続
する第1の信号線の少なくとも一部に施されたシール
ド、スイッチ回路と被測定インピーダンスとを接続する
第2の信号線の少なくとも一部に施されたシールド、及
びスイッチ回路とダミー・インピーダンスとを接続する
第3の信号線の少なくとも一部に施されたシールドの内
の少なくとも1つのシールドが演算増幅器の非反転入力
端子に接続されていることを特徴とするインピーダンス
/電圧変換装置。
12. An impedance / voltage converter for converting a measured impedance value into a voltage, an operational amplifier, a switch circuit for selectively connecting a ground terminal and the measured impedance to an inverting input terminal of the operational amplifier, and an operational circuit. A feedback impedance connected between an output terminal and an inverting input terminal of the amplifier; and an oscillator connected to a non-inverting input terminal of the operational amplifier, the first circuit connecting the switch circuit and the inverting input terminal of the operational amplifier A shield provided on at least a part of the signal line, a shield provided on at least a part of the second signal line connecting the switch circuit and the impedance to be measured, and a shield provided on the switch circuit and the dummy impedance. Of at least one of the shields applied to at least a part of the signal line 3 of the operational amplifier. It is connected to the inverting input terminal impedance / voltage conversion device according to claim.
【請求項13】 請求項12記載のインピーダンス/電
圧変換装置において、被測定インピーダンス及びグラン
ド端子が共に同一の条件下に置かれることを特徴とする
インピーダンス/電圧変換装置。
13. The impedance / voltage conversion device according to claim 12, wherein the impedance to be measured and the ground terminal are both placed under the same condition.
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