JP4241459B2 - 物理量センサの電源回路 - Google Patents
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Description
本発明は、物理量センサの信号処理回路に駆動電力を供給する電源回路に関する。
物理量センサとして、例えば、下記特許文献１に開示される「赤外線センサ」がある。この特許文献１に開示される「赤外線センサ」では、回路基板(20)の一面上に接着剤(40)により接着された赤外線検出用のセンサ素子(30)を搭載することによって、小型化およびコストの削減を可能にしている。またセンサ素子(30)に形成される凹部(31)の全周にこの接着剤(40)を塗布することなく、その一部に接着剤(40)を塗布しない領域を設けることにより隙間部(50)を構成している。これにより、この隙間部(50)によって凹部(31)内の空間と外部とを連通させて凹部(31)内の空間が密閉空間となるのを防止することで、センサ素子(30)に熱が加わっても当該凹部(31)内の気体の体積膨張を抑制して、当該凹部(31)による薄肉部（メンブレン部(32)）の破壊によるセンサ素子(30)の破壊を防止可能にしている。
ところで、このような特許文献１に開示される「赤外線センサ」等の物理量センサの出力（以下「センサ出力」という。）は、いわゆる信号処理回路によって所定の信号処理を施されるのが一般的で、当該信号処理回路は物理量センサと同一の半導体基板に形成されることもある。その一方で、物理量センサの多くはシリコン等の半導体基板上で形成されることから、そのセンサ出力には温度特性があったり、また製造ロットごとに特性が異なったりする。そのため、当該信号処理回路では、このようなセンサ出力の特性のバラツキを吸収するため、例えば、下記特許文献２に開示される「物理量センサのトリミング回路」のような調整回路を備えている。
特開２００３−２７００４７号公報（第２頁〜第４頁、図１、２）
特開２００２−３５０２５６号公報（第２頁〜第６頁、図１〜７）
しかしながら、このような特許文献２に開示される「物理量センサのトリミング回路」等の調整回路によると、製品出荷前のトリミング調整時と製品出荷後のセンサ使用時とでは、当該信号処理回路自体の温度やその周囲、特に特許文献１に開示される「赤外線センサ」のように信号処理回路を構成する基板（回路基板(20)）上に物理量センサ（センサ素子(30)）が搭載されているものでは、当該物理量センサの温度環境も異なる場合がある。そのため、このような場合には、製品出荷前に行われたトリミング調整が有効に働かないことがあり得るという技術的な課題がある。
即ち、特許文献２に開示される「物理量センサのトリミング回路」の場合を例に挙げると、信号処理回路として、ロジック回路部(8)、トリミング電圧制御回路部(9)およびアナログ回路部(10)を備えているが、これら各回路部(8) 〜(10)はトリミング調整時とセンサ使用時とでは、動作する箇所、動作速度、動作時間等の回路の動作状態が異なる。そのため、両状態における各回路部(8) 〜(10)の消費電流量が相違する結果、それに伴う当該各回路部(8) 〜(10)の発熱量も異なることから、当該信号処理回路自体の温度やその周囲の温度が異なり、当該信号処理回路のみならず物理量センサの温度特性に対してもこのような温度変化が影響を与え得る。したがって、製品出荷前のトリミング調整時に特性調整用データを正確に測定しトリミング調整したとしても、製品出荷後のセンサ使用時においては狙った特性が得られ難いという、いわゆる調整ずれの問題が生じ得る。以下、このような問題のことを、単に「調整ずれ」という。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止し得る電源回路を提供することにある。
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、制御手段により、入力される電力の一部を抵抗を介して信号処理回路に供給するとともに信号処理回路の消費電力の大きさにかかわらず抵抗に流れる電流が一定になるように制御し信号処理回路の消費電力の変動分を入力される電力の残部により吸収して当該電源回路の消費電力および信号処理回路の消費電力の合計を一定にし（消費電力の一定化）、また熱結合手段により、当該電源回路と信号処理回路との間を熱伝達可能に結合する。これにより、たとえ信号処理回路の消費電力が変動してそれ自体による発熱量が増減しても、このような消費電力の一定化によって当該電源回路および信号処理回路による総発熱量を一定にすることができる。その一方で、当該電源回路と信号処理回路とは熱伝達可能に結合されているので、信号処理回路による発熱量が変動してもその分だけ増減した当該電源回路による発熱量によってこれら両者自体の温度を一定にできる（電源回路および信号処理回路の恒温化）。これにより、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
特許請求の範囲に記載の請求項２では、信号処理回路の消費電力が、物理量センサのトリミング調整時と物理量センサの通常使用時とにおいて異なっても、当該電源回路の消費電力および信号処理回路の消費電力の合計が一定にできるので、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
特許請求の範囲に記載の請求項３では、物理量センサは、赤外線センサであり、熱結合手段は当該電源回路が構成される半導体基板であり、赤外線センサとの間においても熱伝達可能に結合し、赤外線センサには、前記半導体基板の発熱状態が熱伝達される。このような場合においても、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
特許請求の範囲に記載の請求項４では、赤外線センサには、前記半導体基板の発熱状態を赤外線としても検出される。このような場合においても、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
請求項１の発明では、信号処理回路の消費電力が変動しても消費電力の変動分を吸収して当該電源回路の消費電力および信号処理回路の消費電力の合計が一定となるように制御するので（消費電力の一定化）、たとえ信号処理回路の消費電力が変動してそれ自体による発熱量が増減しても、このような消費電力の一定化によって当該電源回路および信号処理回路による総発熱量を一定にすることができる。その一方で、当該電源回路と信号処理回路とは熱伝達可能に結合されているので、信号処理回路による発熱量が変動してもその分だけ増減した当該電源回路による発熱量によってこれら両者自体の温度を一定にできる（電源回路および信号処理回路の恒温化）。したがって、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
請求項２の発明では、信号処理回路の消費電力は、物理量センサのトリミング調整時と物理量センサの通常使用時とにおいて異なり、これらのいずれにおいても、抵抗に流れる電流は、同じ値である。すなわち、物理量センサの消費電流も一定、消費電力も一定、発熱量も一定となる。したがって、物理量センサのトリミング調整時と物理量センサの通常使用時とにおける信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
請求項３の発明では、例えば、当該電源回路と信号処理回路を同一の半導体基板上に構成し、前記半導体基板上と赤外線センサを近接配置する場合、これらの間は容易に熱伝達される。このような場合においても、信号処理回路の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。
請求項４の発明では、赤外線センサは、信号制御回路の発熱状態を赤外線としても検出するので、このような赤外線センサに特有の機能による信号処理回路の動作状態の違いに起因する調整ずれを比較的容易に防止することができる。
以下、本発明の電源回路の実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、センサ素子４０の信号処理回路５１に駆動電力を供給する電源回路５５に、本発明の電源回路を適用した赤外線センサ２０の例を図１〜３に基づいて説明する。まず、赤外線センサ２０の機械的な構成を図１を参照して説明する。なお、図１(A) には、キャップ２２を除いた状態の平面方向視による赤外線センサ２０の概略構成図、図１(B) には、図１(A) に示す1B-1B 線による赤外線センサ２０の概略断面図が、それぞれ図示されている。
図１に示すように、赤外線センサ２０は、主に、ステム２１、キャップ２２、フィルタ２３、リードピン２５、半導体基板３０、センサ素子４０等から構成されている。ステム２１は、金属板を切削加工やプレス加工する等により形成された円板形状の部材で、その一面上には、センサ素子４０を搭載した半導体基板３０が接着材等を介して接着固定されている。またこのステム２１には、リードピン２５が貫通可能なリード孔２１ａが３箇所に形成されている。
キャップ２２は、ステム２１の一面側を覆うことが可能な有底の円筒形状に金属板をプレス加工したもので、その底部のほぼ中央には、センサ素子４０の検出対象である赤外線の受光窓として機能し得る開口部２２ａが設けられている。なお、この開口部２２ａは、シリコンやゲルマニウム等の赤外線に対して透明な単結晶体もしくはセラミックスからなるフィルタ２３により閉塞されている。
リードピン２５は、金や錫によりメッキされた銅線からなる電気線材で、ステム２１のリード孔２１ａを貫通するように設けられている。なお、リード孔２１ａを貫通するリードピン２５の外周壁とリード孔２１ａの内周壁との間には、ハーメチックガラス２６が気密可能に充填されシールされている。これにより、このようなステム２１、キャップ２２、フィルタ２３、リードピン２５およびハーメチックガラス２６により区画形成される赤外線センサ２０の内部空間に、半導体基板３０やセンサ素子４０を収容するとともに赤外線を吸収しない窒素や不活性ガスの封入を可能にしている。
半導体基板３０は、シリコン等からなり、後述する信号処理回路５１や電源回路５５等を形成可能にするとともにセンサ素子４０を搭載可能な大きさに設定されている。即ち、半導体基板３０に搭載されたセンサ素子４０から出力されるセンサ出力に対し、所定の信号処理を施す信号処理回路５１や、この信号処理回路５１に駆動電力を供給する電源回路５５等、を半導体製造プロセスによって形成可能に構成されている。
センサ素子４０は、シリコン等の半導体基板に対して、その一面側から凹部４０ａを形成することにより薄肉部としてのメンブレン部が形成されたもので、例えば、このメンブレン部の周囲の厚肉部を基準点とし、この基準点の温度とメンブレン部の温度との温度差に対応した電圧信号を発生するサーモパイル式の赤外線検出素子である。このため、センサ素子４０の電気的な等価回路は、直流電圧源ｅと抵抗ｒとの直列回路として表現される（図２参照）。なお、このセンサ素子４０は、半導体基板３０に対して接着剤３５により接着固定されている。また、センサ素子４０の電極４１と半導体基板３０の電極３１またはリードピン２５とは、金線等のワイヤ４５によって電気的に接続されている。これにより、センサ素子４０から出力されるセンサ出力は、当該ワイヤ４５を介して半導体基板３０の信号処理回路５１やリードピン２５に入力可能となる。
このように赤外線センサ２０を構成することによって、フィルタ２３を透過してキャップ２２内に入射してくる赤外線をセンサ素子４０により受光可能にしている。また、受光した赤外線によるエネルギーは、センサ素子４０によって電気信号（電圧）に変換され、センサ出力として半導体基板３０の信号処理回路５１等に入力されて、所定の信号処理を経てリードピン２５から外部へ出力される。
次に、赤外線センサ２０の電気的な構成を図２および図３を参照して説明する。なお、図２には赤外線センサ２０の電気的な構成例を示す回路図、図３には図２に示す信号処理回路５１の構成例を示すブロック図が、それぞれ図示されている。
図２に示すように、赤外線センサ２０は、電気的には、主に、半導体基板３０に電気的に接続されるセンサ素子４０と、半導体基板３０に形成される信号処理回路５１および電源回路５５と、から構成されている。センサ素子４０は、前述したように、直流電圧源ｅと抵抗ｒとの直列回路と等価に構成される。信号処理回路５１は、そのブロック構成の詳細が図３に図示されているので、ここからは図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、信号処理回路５１は、主に、増幅回路５１ａ、マルチプレクサ回路５１ｂ、温度依存電圧源５１ｃ、ＡＤ変換器５１ｄ、ディジタル・シグナル・プロセッサ５１ｅ、読み出し専用半導体メモリ装置５１ｆ、ＤＡ変換器５１ｇ、オペアンプ５１ｈ、制御回路５１ｉ、発振回路５１ｊ、入出力インタフェース回路５１ｋ等から構成されている。なお、以下、増幅回路５１ａをＡＭＰ５１ａ、マルチプレクサ回路５１ｂをＭＵＸ５１ｂ、温度依存電圧源５１ｃをＴｅｍｐ５１ｃ、ＡＤ変換器５１ｄをＡ／Ｄ５１ｄ、ディジタル・シグナル・プロセッサ５１ｅをＤＳＰ５１ｅ、読み出し専用半導体メモリ装置５１ｆをＲＯＭ５１ｆ、ＤＡ変換器５１ｇをＤ／Ａ５１ｇ、オペアンプ５１ｈをＯＰ５１ｈ、制御回路５１ｉをＣＴＲＬ５１ｉ、発振回路５１ｊをＯＳＣ５１ｊ、入出力インタフェース回路５１ｋをＩ／Ｏ５１ｋ、とそれぞれ表記する。
センサ素子４０から入力端子間電圧として入力されたセンサ出力は、まずＡＭＰ５１ａにより所定利得で増幅された後、ＭＵＸ５１ｂを介してＡ／Ｄ５１ｄに入力される。このときＡ／Ｄ５１ｄには、増幅されたセンサ出力のほかに、Ｔｅｍｐ５１ｃから入力される温度依存性のある電圧信号もＡＤ変換すべき信号としてＭＵＸ５１ｂにより入力される。そして、Ａ／Ｄ５１ｄによりアナログ値からディジタル値に変換されたセンサ信号は、ＤＳＰ５１ｅに入力される。これにより、ＤＳＰ５１ｅでは、当該センサ信号に応じて必要な補正データをＲＯＭ５１ｆから読み込み、当該センサ信号と補正データとに基づいたディジタル値の四則演算（所定の信号処理）を行う。なお、この補正データは、センサ素子４０ごとに異なる特性に合わせた補正用のデジタルデータとして、予めＲＯＭ５１ｆに記憶されている。これにより、センサ素子４０や信号処理回路５１自体に存在する、オフセットや感度、非直線性およびそれらの温度依存性を補正できるので、高精度な赤外線センサ２０が実現可能となる。
この種の信号処理回路５１では、同一のセンサ信号に対して複数回のサンプリングを行い、平均化処理をしたり、デジタルフィルタを実現したりすることができる。この信号処理回路５１による回路例では、その出力データをアナログ電圧値としているので、Ｄ／Ａ５１ｇによってアナログ信号に変換した後、ＯＰ５１ｈに構成されるボルテージフォロワを介して出力する。ボルテージフォロワの役割は、通常、Ｄ／Ａ５１自体の乏しい電流駆動能力を補うことにある。
Ｉ／Ｏ５１ｋは、主に、ＲＯＭ５１ｆの書込みデータの受け渡しを行うものであるが、その他、調整前のセンサデータの読み出したり、また書込みデータの読み出し等、これらの制御を行うためのコマンド（命令）の入力等に利用される。また、ＯＳＣ５１ｊは、デジタル回路用のクロック信号あるいはクロック信号の原信号を発生させるものである。さらに、ＣＴＲＬ５１ｉは、ＡＭＰ５１ａ、ＭＵＸ５１ｂ、Ａ／Ｄ５１ｄ、ＤＳＰ５１ｅ、ＲＯＭ５１ｆ、Ｄ／Ａ５１ｇ等を制御するためのもので、それぞれの動作タイミング等を調停する制御等を行う。
このように構成される信号処理回路５１であるが、本実施形態では、信号処理回路５１の動作モードとして、「製品出荷前のトリミング調整時」の動作モード（以下「調整時モード」という。）と「製品出荷後のセンサ使用時」の動作モード（以下「使用時モード」という。）とがある。即ち、この信号処理回路５１は、製品出荷前のトリミング調整時では、センサ素子４０の個々に異なる特性データを取得するため、各種条件の下でセンサ出力を取得する特性測定処理を行う。そして、これにより取得された特性データを図略の別のコンピュータ等によって解析し、補正データとしてＲＯＭ５１ｆに書込むべきデータを算出する。そして、この算出された補正データをＩ／Ｏ５１ｋを介して外部（例えば図略の別のコンピュータ）からＲＯＭ５１ｆに書き込み処理を行う。このように特性測定処理やＲＯＭ書込処理を主に行うものが、調整時モードである。
これに対して、使用時モードでは、センサ素子４０のセンサ出力に応じた複数のＲＯＭ５１ｆを選択した後、ＤＳＰ５１ｅによる所定の信号処理を行い、さらにＤ／Ａ５１、ＯＰ５１ｈによるボルテージフォロワを介してアナログ信号を出力するといった各処理が行われる。このため、これら２つの動作モード間では、信号処理回路５１中で動作する回路の箇所、動作速度や動作時間が異なることから、信号処理回路５１で消費される電流量が異なり、またそれに伴う発熱量も異なる。特に、本実施形態のように、信号処理回路５１を形成する半導体基板３０上にセンサ素子４０を搭載する構成を採っている場合には、この動作モードにより異なる発熱量の差が、センサ素子４０の周囲温度の差となって影響を与え、［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたような「調整ずれ」の原因となる。そこで、本実施形態に係る赤外線センサ２０では、信号処理回路５１に駆動電力を供給する電源回路５５を図２に示すような構成にすることで、このような「調整ずれ」を解決している。なお、この電源回路５５は、信号処理回路５１が形成される半導体基板３０上に形成されている。
即ち、図２に示すように、電源回路５５では、入力電圧Ｖcc0 として入力された電力の一部を、抵抗Ｒmon を介して信号処理回路５１の電源電圧Ｖcc1 として供給可能に構成する一方で、信号処理回路５１の消費電流Ｉ’の大きさにかかわらず抵抗Ｒmon に流れる電流Ｉが常に一定となるように制御する回路をオペアンプＯＰ、抵抗Ｒａ、Ｒｂにより構成している。つまり、入力電圧Ｖcc0 を抵抗Ｒａ、Ｒｂにより分圧して基準電圧Ｖref を発生させて、これをオペアンプＯＰによるボルテージフォロアにより受けてその出力を抵抗Ｒmon と信号処理回路５１の電源電圧Ｖcc1 とに接続する構成を採っている。
これにより、オペアンプＯＰの出力は、ボルテージフォロアにより常に基準電圧Ｖref になるようにオペアンプＯＰにより制御されるため、抵抗Ｒmon の両端電圧は一定となり、当該抵抗Ｒmon を流れる電流Ｉも一定となる。その一方で、この抵抗Ｒmon に流れる電流Ｉは、Ｉ＝（Ｖcc0 −Ｖref ）／Ｒmon となり、またこの電流Ｉは信号処理回路５１に流れる電流Ｉ’とオペアンプＯＰに流れ込む電流ｉとに分かれる。このため、信号処理回路５１に流れる電流Ｉ’が変動しても、その変動分を打ち消すようにオペアンプＯＰに流れ込む電流ｉが変動することから、両電流の和（Ｉ’＋ｉ）である電流Ｉの電流量は変化しない。したがって、このオペアンプＯＰによるボルテージフォロア回路と基準電圧Ｖrefを発生させる分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂとにより構成される電源回路５５は、入力電圧Ｖcc0 として入力される電力の一部を信号処理回路５１に供給するとともに信号処理回路５１の消費電力の変動分を入力電圧Ｖcc0 として入力される電力の残部により吸収して当該電源回路５５の消費電力および信号処理回路５１の消費電力の合計が一定となるように制御しているといえる。
なお、このほかに分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂに流れる電流やオペアンプＯＰの非反転入力に流れ込む電流もあるが、入力電圧Ｖcc0 が定電圧である限り、これらは定電流となるため、これによる発熱量も一定となる。そのため、当該電流を安定化するための付加回路は要しない。また、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂは本来、基準電圧Ｖref を得る目的であることからこれらの抵抗値は一般に数十ｋΩ以上に設定され、またオペアンプＯＰの入力インピーダンスも一般に１ＭΩ以上と極めて高い。そのため、これらによって消費される電流は、通常、ミリアンペア未満のオーダになる一方で、信号処理回路５１に流れる電流Ｉは、通常、ミリアンペア以上のオーダとなるので、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂ等による発熱量は、信号処理回路５１による発熱量に比べて無視できる範囲内のものとなり得る。したがって、本実施形態では、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂ等に流れる電流については特に問題としていない。
ここで、このような電源回路５５の動作について具体例を挙げて説明すると、次のようになる。例えば、電源回路５５の入力電圧Ｖcc0 を５．０Ｖとし、また信号処理回路５１に流れる電流Ｉ’（以下「信号処理回路５１の消費電流Ｉ’」という。）を前述した動作モードに分けて、調整時モードの消費電流を１０ｍＡ、使用時モードの消費電流を８ｍＡとする。また、基準電圧Ｖref を４．７Ｖに設定し、抵抗Ｒmon の電流Ｉが１２ｍＡとなるように当該抵抗Ｒmon の値を２５Ωに設定する。
これにより、例えば、信号処理回路５１が調整時モードの場合には、信号処理回路５１の消費電流Ｉ’は１０ｍＡになることから、これにより消費される電力は４７ｍＷ（＝４．７Ｖ×１０ｍＡ）となる。この時、オペアンプＯＰに流れる電流ｉは、抵抗Ｒmon の電流Ｉ（１２ｍＡ）から信号処理回路５１の消費電流Ｉ’（１０ｍＡ）を差し引いた値となることから、ｉ＝２ｍＡ（＝１２ｍＡ−１０ｍＡ）となり、これにより消費される電力は４．７Ｖ×２ｍＡから９．４ｍＷとなる。また抵抗Ｒmon の両端には０．３Ｖ（＝５．０Ｖ−４．７Ｖ）の電位差があり、常に、１２ｍＡの電流が流れていることから、これにより消費される電力は３．６ｍＷ（＝０．３Ｖ×１２ｍＡ）となる。したがって、信号処理回路５１が調整時モードの場合には、信号処理回路５１により４７ｍＷの電力が消費され、また電源回路５５により１３ｍＷ（＝９．４ｍＷ＋３．６ｍＷ）の電力が消費されて、半導体基板３０全体では合計６０ｍＷ（＝４７ｍＷ＋１３ｍＷ）の電力が消費される。
一方、例えば、信号処理回路５１が使用時モードの場合には、信号処理回路５１の消費電流Ｉ’は８ｍＡになることから、これにより消費される電力は３７．６ｍＷ（＝４．７Ｖ×８ｍＡ）となる。この時、オペアンプＯＰに流れる電流ｉは、抵抗Ｒmon の電流Ｉ（１２ｍＡ）から信号処理回路５１の消費電流Ｉ’（８ｍＡ）を差し引いた値となることから、ｉ＝４ｍＡ（＝１２ｍＡ−８ｍＡ）となり、これにより消費される電力は１８．８ｍＷ（＝４．７Ｖ×４ｍＡ）となる。また抵抗Ｒmon には、前述したように、常に１２ｍＡの電流が流れて３．６ｍＷが消費されている。したがって、信号処理回路５１が使用時モードの場合には、信号処理回路５１により３７．６ｍＷの電力が消費され、また電源回路５５により２２．４ｍＷ（＝１８．８ｍＷ＋３．６ｍＷ）の電力が消費されて、半導体基板３０全体では合計６０ｍＷ（＝３７．６ｍＷ＋２２．４ｍＷ）の電力が消費される。
このように以上のように設定された具体例では、信号処理回路５１の動作モードが、調整時モード、使用時モードのいずれであっても、半導体基板３０全体では６０ｍＷが消費されていることがわかる（消費電力の一定化）。また、前述したように、信号処理回路５１と電源回路５５とは同一の半導体基板３０上に形成されているので、信号処理回路５１の動作モードにかかわらず、半導体基板３０全体としての消費電力が一定であれば、同半導体基板３０での発熱量も一定にすることができる（信号処理回路５１および電源回路５５の恒温化）。したがって、動作モードの違いにより信号処理回路５１の発熱量に変動が生じても半導体基板３０全体としては発熱量も一定にすることができるので、本実施形態のように半導体基板３０上にセンサ素子４０を搭載する構成を採っている場合でも、当該センサ素子４０の周囲温度を変化させることなく、センサ素子４０の温度特性等に対して影響を与えることを防止することができる。つまり、［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたような「調整ずれ」の原因発生を防止できる。
以上説明したように、本実施形態に係る赤外線センサ２０を構成するセンサ素子４０の信号処理回路５１に駆動電力を供給する電源回路５５によると、入力電圧Ｖcc0 を抵抗Ｒａ、Ｒｂにより分圧して基準電圧Ｖref を発生させて、これをオペアンプＯＰによるボルテージフォロアにより受けてその出力を抵抗Ｒmon と信号処理回路５１の電源電圧Ｖcc1 とに接続する構成を採ることによって、入力電圧Ｖcc0 に入力される電力の一部を信号処理回路５１に供給するとともに信号処理回路５１の消費電力の変動分を入力電圧Ｖcc0 に入力される電力の残部により吸収して当該電源回路５５の消費電力および信号処理回路５１の消費電力の合計が一定となるように制御する。また、信号処理回路５１と電源回路５５とを同一の半導体基板３０上に形成することによって、信号処理回路５１との間において熱伝達可能に結合する。
これにより、信号処理回路５１の消費電力が変動しても消費電力の変動分を吸収して当該電源回路５５の消費電力と信号処理回路５１による消費電力の合計が一定となるように制御するので（消費電力の一定化）、たとえ信号処理回路５１の消費電力が変動してそれ自体による発熱量が増減しても、このような消費電力の一定化によって当該電源回路５５および信号処理回路５１による総発熱量を一定にすることができる。その一方で、当該電源回路５５と信号処理回路５１とは熱伝達可能に結合されているので、信号処理回路５１による発熱量が変動してもその分だけ増減した当該電源回路５５による発熱量によってこれら両者自体の温度を一定にできる（電源回路５５および信号処理回路５１の恒温化）。したがって、信号処理回路５１の動作状態の違いによる調整ずれを防止することができる。なお調整ずれを防止する目的のためには、Ｒmon には温度依存性があっても良い。電流Ｉに温度依存性があっても、トリミング調整時とセンサ使用時の発熱量を同一にできるためである。
２０…赤外線センサ
２１…ステム
２２…キャップ
２３…フィルタ
２５…リードピン
３０…半導体基板（熱結合手段）
４０…センサ素子（物理量センサ）
５１…信号処理回路
５５…電源回路
ＯＰ…オペアンプ（制御手段）
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒmon …抵抗（制御手段）
２１…ステム
２２…キャップ
２３…フィルタ
２５…リードピン
３０…半導体基板（熱結合手段）
４０…センサ素子（物理量センサ）
５１…信号処理回路
５５…電源回路
ＯＰ…オペアンプ（制御手段）
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒmon …抵抗（制御手段）
Claims (4)
- 物理量センサの信号処理回路に駆動電力を供給する物理量センサの電源回路であって、
入力される電力の一部を抵抗を介して前記信号処理回路に供給するとともに前記信号処理回路の消費電力の大きさにかかわらず前記抵抗に流れる電流が一定になるように制御し前記信号処理回路の消費電力の変動分を前記入力される電力の残部により吸収して当該電源回路の消費電力および前記信号処理回路の消費電力の合計を一定にする制御手段と、
当該電源回路と前記信号処理回路との間を熱伝達可能に結合する熱結合手段と、
を備えることを特徴とする物理量センサの電源回路。 - 前記信号処理回路の消費電力は、前記物理量センサのトリミング調整時と前記物理量センサの通常使用時とにおいて異なり、これらのいずれにおいても、前記抵抗に流れる電流は、同じ値であることを特徴とする請求項１記載の物理量センサの電源回路。
- 前記物理量センサは、赤外線センサであり、
前記熱結合手段は当該電源回路が構成される半導体基板であり、前記赤外線センサとの間においても熱伝達可能に結合し、
前記赤外線センサは、前記半導体基板の発熱状態が熱伝達されることを特徴とする請求項１または２記載の物理量センサの電源回路。 - 前記赤外線センサは、前記半導体基板の発熱状態を赤外線としても検出することを特徴とする請求項３記載の物理量センサの電源回路。
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