JP4887641B2 - 積分回路とそれを利用するセンサ電圧処理回路 - Google Patents
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Description
本発明は、入力電圧を積分する積分回路に関する。より詳しくは、入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときに、積分定数を初期化することによって、大きなレベル変動の発生を禁止する機能が付加された積分回路に関する。
物理量に依存して変化する電圧を出力するセンサが開発されている。例えば圧力に依存して変化する電圧を出力する圧力センサが開発されており、その圧力センサを利用すると、内燃機関の燃焼圧の時間的変化を観測することができる。
出力電圧が増減する変化を繰返すセンサ出力を処理するために、センサ電圧を微分した電圧を出力する微分回路と、微分回路の出力電圧を積分した電圧を出力する積分回路を組合わせて用いることがある。微分回路と積分回路を組合わせて用いると、積分回路が出力する電圧のレベルを処理に適した電圧レベルに調整することができる。そのままでは処理しづらいセンサ電圧のレベルを、処理に適した電圧レベルに調整するために、微分回路と積分回路を組合わせた回路が利用される。特許文献１に、この技術が開示されている。
出力電圧が増減する変化を繰返すセンサ出力を処理するために、センサ電圧を微分した電圧を出力する微分回路と、微分回路の出力電圧を積分した電圧を出力する積分回路を組合わせて用いることがある。微分回路と積分回路を組合わせて用いると、積分回路が出力する電圧のレベルを処理に適した電圧レベルに調整することができる。そのままでは処理しづらいセンサ電圧のレベルを、処理に適した電圧レベルに調整するために、微分回路と積分回路を組合わせた回路が利用される。特許文献１に、この技術が開示されている。
センサ電圧が、観測対象事象にのみ依存して変化する場合には、微分回路と積分回路を組合せた回路で問題はなく、処理しづらい電圧レベルを処理に適した電圧レベルに調整することができる。
しかしながら、センサが、観測対象事象に依存して変化する電圧のみならず、その他の要因に依存して変動する電圧が重畳した電圧を出力することが多い。例えば、圧力センサを利用して内燃機関の燃焼圧の時間的変化を観測する場合、内燃機関の吸入・圧縮・燃焼・排気工程に呼応して変化する圧力変化に起因する電圧変化に、内燃機関の温度変動に依存して変動する電圧変動が重畳した電圧が出力される。センサが、急速に増減する変化を繰返す事象（検出したい事象）に依存して変化する電圧に、緩慢に変動する事象に依存して変動する電圧が重畳した電圧を出力することが多い。
急速に増減する変化を繰返す電圧に緩慢に変動する電圧が重畳した電圧を、微分回路と積分回路を組合せた回路で処理すると、緩慢に変動する事象に依存して積分回路が出力する電圧のレベルが経時的に変動してしまう。この結果、処理に適さない電圧レベルに変動してしまうことがある。あるいは、緩慢に変動する事象が検出したい事象の検出値を乱し、検出精度を低下させてしまうことがある。
上記のように、入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化することによって、大きなレベル変動の発生を禁止する機能が必要とされる。大きなレベル変動の発生が禁止されれば、処理に適さない電圧レベルに変動することを防止することができる。さらには、緩慢に変動する事象が検出したい事象の検出精度を低下させてしまうことにも対策することができる。
理解の便宜のために単純化して説明する。温度Ｔ０で圧力がＰ０であるときのセンサ出力がＶ０で、温度Ｔ０で圧力がＰ１であるときのセンサ出力がＶ１であり、温度Ｔ１で圧力がＰ０であるときのセンサ出力がＶ１であるとする。緩慢に変動する温度の影響を除去しなければ（すなわち温度Ｔ１であっても温度Ｔ０であるとして検出すれば）、センサ出力がＶ１（実際には温度Ｔ１で検出されている）であれば、圧力がＰ１であると検出してしまう（温度がＴ０であるとして検出しているから）。この場合、Ｐ１−Ｐ０分の検出誤差が発生する。
緩慢に変動する温度変動によって積分した電圧のレベルが大きく変動したときにレベル変動の発生を禁止する機能が付加されていれば、温度Ｔ１に変動したときの圧力がＰ０であれば、積分電圧はＶ０となる。電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化するために、温度がＴ１に変動していても、圧力Ｐ０における積分電圧はＶ０となる（積分定数が初期化されるためにＶ１ではなくなる）。この場合、実際の圧力であるＰ０を検出することができる。入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化することによってレベル変動の発生を禁止する機能が付加されていると、緩慢に変動する事象によって検出結果がずれることが防止される。
しかしながら、センサが、観測対象事象に依存して変化する電圧のみならず、その他の要因に依存して変動する電圧が重畳した電圧を出力することが多い。例えば、圧力センサを利用して内燃機関の燃焼圧の時間的変化を観測する場合、内燃機関の吸入・圧縮・燃焼・排気工程に呼応して変化する圧力変化に起因する電圧変化に、内燃機関の温度変動に依存して変動する電圧変動が重畳した電圧が出力される。センサが、急速に増減する変化を繰返す事象（検出したい事象）に依存して変化する電圧に、緩慢に変動する事象に依存して変動する電圧が重畳した電圧を出力することが多い。
急速に増減する変化を繰返す電圧に緩慢に変動する電圧が重畳した電圧を、微分回路と積分回路を組合せた回路で処理すると、緩慢に変動する事象に依存して積分回路が出力する電圧のレベルが経時的に変動してしまう。この結果、処理に適さない電圧レベルに変動してしまうことがある。あるいは、緩慢に変動する事象が検出したい事象の検出値を乱し、検出精度を低下させてしまうことがある。
上記のように、入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化することによって、大きなレベル変動の発生を禁止する機能が必要とされる。大きなレベル変動の発生が禁止されれば、処理に適さない電圧レベルに変動することを防止することができる。さらには、緩慢に変動する事象が検出したい事象の検出精度を低下させてしまうことにも対策することができる。
理解の便宜のために単純化して説明する。温度Ｔ０で圧力がＰ０であるときのセンサ出力がＶ０で、温度Ｔ０で圧力がＰ１であるときのセンサ出力がＶ１であり、温度Ｔ１で圧力がＰ０であるときのセンサ出力がＶ１であるとする。緩慢に変動する温度の影響を除去しなければ（すなわち温度Ｔ１であっても温度Ｔ０であるとして検出すれば）、センサ出力がＶ１（実際には温度Ｔ１で検出されている）であれば、圧力がＰ１であると検出してしまう（温度がＴ０であるとして検出しているから）。この場合、Ｐ１−Ｐ０分の検出誤差が発生する。
緩慢に変動する温度変動によって積分した電圧のレベルが大きく変動したときにレベル変動の発生を禁止する機能が付加されていれば、温度Ｔ１に変動したときの圧力がＰ０であれば、積分電圧はＶ０となる。電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化するために、温度がＴ１に変動していても、圧力Ｐ０における積分電圧はＶ０となる（積分定数が初期化されるためにＶ１ではなくなる）。この場合、実際の圧力であるＰ０を検出することができる。入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化することによってレベル変動の発生を禁止する機能が付加されていると、緩慢に変動する事象によって検出結果がずれることが防止される。
図１２に、微分回路１２０と積分回路１３０を組合わせた、従来のセンサ電圧処理回路１００の一例を示す。微分回路１２０は、コンデンサ１２２とオペアンプ１２４と抵抗１２６を備えている。積分回路１３０は、第１抵抗１３２とオペアンプ１３６とコンデンサ１３４と第２抵抗１３８を備えている。
図１３に、センサ電圧処理回路１００の入力電圧Ｖinと、微分回路１２０が出力する電圧Ｖaと、センサ電圧処理回路１００の出力電圧Ｖoutの電圧波形を示す。ここでは、センサ電圧処理回路１００の入力電圧Ｖinが、燃焼圧センサのセンサ電圧である場合を説明する。
図１３（Ａ）に示すように、燃焼圧センサのセンサ電圧Ｖinには、内燃機関の吸入・圧縮・燃焼・排気工程に呼応して変化する圧力変化に起因する電圧変化（図中１９２）に、燃焼圧センサの検知部の温度変動に依存して変動する電圧（図中１９１）が重畳している。
検知部の温度は緩慢に変動することから、検知部の温度に依存して変化する電圧（図中１９１）は一定でなく、図中１９３に示すように、緩慢に変動する。これに対して、圧力変化に起因する電圧変化（図中１９２）は急速に変化する。このため、センサ電圧Ｖinは、温度に依存して緩慢に変動する電圧（図中１９３参照）に、燃焼圧に依存して急速に脈動する電圧（図中１９２）が重畳したものとなる。
図１３に、センサ電圧処理回路１００の入力電圧Ｖinと、微分回路１２０が出力する電圧Ｖaと、センサ電圧処理回路１００の出力電圧Ｖoutの電圧波形を示す。ここでは、センサ電圧処理回路１００の入力電圧Ｖinが、燃焼圧センサのセンサ電圧である場合を説明する。
図１３（Ａ）に示すように、燃焼圧センサのセンサ電圧Ｖinには、内燃機関の吸入・圧縮・燃焼・排気工程に呼応して変化する圧力変化に起因する電圧変化（図中１９２）に、燃焼圧センサの検知部の温度変動に依存して変動する電圧（図中１９１）が重畳している。
検知部の温度は緩慢に変動することから、検知部の温度に依存して変化する電圧（図中１９１）は一定でなく、図中１９３に示すように、緩慢に変動する。これに対して、圧力変化に起因する電圧変化（図中１９２）は急速に変化する。このため、センサ電圧Ｖinは、温度に依存して緩慢に変動する電圧（図中１９３参照）に、燃焼圧に依存して急速に脈動する電圧（図中１９２）が重畳したものとなる。
図１３（Ｂ）は、微分回路１２０が出力する電圧Ｖaである。なお微分回路１２０は、センサ電圧の微係数がゼロのときに基準電圧ＶＢＢを出力し、微係数が正のときに基準電圧ＶＢＢ以下の電圧を出力し、微係数が負のときに基準電圧ＶＢＢ以上の電圧を出力する。微分回路１２０が出力する電圧Ｖaには、燃焼圧に応じた急速な変化成分（図中１９４）だけでなく、温度変動に応じた緩慢な変化成分（図中１９５）も含まれる。
微分回路１２０の出力電圧Ｖaは、積分回路１３０に入力される。図１３（Ｃ）は、積分回路１３０が出力する積分電圧Ｖoutである。積分電圧の波形は、図１３（Ａ）のセンサ電圧の波形に復元されている。ただし、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは基準電圧ＶＢＢに調整されている。基準電圧にＶＢＢに近い電圧は、その後に処理しやすい。
明らかに、センサ電圧Ｖinに温度変動に依存して変動する電圧が重畳していなければ、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは基準電圧ＶＢＢのレベルに維持され、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは処理しやすいレベルに維持される。また、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差を増幅することによって、燃焼圧の変化を正確に検出することができる。
微分回路１２０の出力電圧Ｖaは、積分回路１３０に入力される。図１３（Ｃ）は、積分回路１３０が出力する積分電圧Ｖoutである。積分電圧の波形は、図１３（Ａ）のセンサ電圧の波形に復元されている。ただし、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは基準電圧ＶＢＢに調整されている。基準電圧にＶＢＢに近い電圧は、その後に処理しやすい。
明らかに、センサ電圧Ｖinに温度変動に依存して変動する電圧が重畳していなければ、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは基準電圧ＶＢＢのレベルに維持され、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは処理しやすいレベルに維持される。また、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差を増幅することによって、燃焼圧の変化を正確に検出することができる。
しかしながら実際には、センサ電圧Ｖinに温度変動に依存して変動する電圧が重畳しており、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは基準電圧ＶＢＢのレベルに維持されない。緩慢に変動する事象は長時間持続することから、時間が経過すると、積分電圧Ｖoutの電圧レベルは基準電圧ＶＢＢのレベルから大きく離れ、処理しづらいレベルに変化してしまう。また、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差には、燃焼圧の変化のみならず、温度の変動まで反映しており、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差を処理しても、燃焼圧の変化を取出すことができない。検出値から温度変動の影響を補償することができない。
本発明では、上記の問題を解決する。すなわち、積分電圧Ｖoutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、時間の経過とともに大きくレベル変動するときに、そのレベル変動を禁止する積分回路を提供する。このことは、数学的にいうと積分定数を調整することに相当する。ここでいう積分定数は、積分電圧Ｖoutのバイアス電圧に相当する。積分電圧Ｖoutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、基準電圧ＶＢＢから大きく逸脱するときには、積分電圧Ｖoutのレベルを基準電圧ＶＢＢに近いレベルに再調整する。
これができれば、積分電圧Ｖoutの電圧レベルが基準電圧ＶＢＢのレベルから大きく離れれてしまい、処理しづらい電圧レベルに変化してしまうことを禁止できる。また、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差から、緩慢に変動する電圧変動の影響が除去され、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差を処理することによって、検出したい事象を精度よく検出することが可能となる。
これができれば、積分電圧Ｖoutの電圧レベルが基準電圧ＶＢＢのレベルから大きく離れれてしまい、処理しづらい電圧レベルに変化してしまうことを禁止できる。また、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差から、緩慢に変動する電圧変動の影響が除去され、積分電圧Ｖoutと基準電圧ＶＢＢの差を処理することによって、検出したい事象を精度よく検出することが可能となる。
図１２の積分回路１３０の第２抵抗１３８の値を調整することによって、低周波数領域（緩慢に変動する電圧変動に対する）ゲインを小さくすれば、緩慢に変動するセンサ電圧の変動（図１３（Ａ）中の１９３参照）に対応する積分電圧Ｖoutの変動傾向を、図１３（Ｃ）に示すように、緩やかな変動に低減することができる。しかしながら、その傾きをゼロとすることはできない。緩慢な変動が長期間に亘って続くと、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBから大きく離れてしまう。
なお、この問題は微分回路と積分回路を組み合わせたセンサ電圧処理回路だけに認められるものでない。あるいは、圧力変化に温度変動が重畳した現象にだけ認められるものでもない。
積分回路を微分回路と組み合わせないで用いる場合でもこの問題は存在する。即ち、積分回路に入力する正負の入力電圧が長期間に亘って続くときは、積分回路の出力電圧が基準電圧から大きく離れてしまう。これに抗して、積分回路の出力電圧を所定の電圧範囲内に維持したいという要求が存在する。
本発明では、積分電圧Ｖoutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、時間とともに大きくレベル変動するときには、そのレベル変動を禁止する積分回路を提供する。本発明の積分回路は、微分回路と組合せて用いるときに特に有効である。また、急速な変化を繰返す事象に依存して変化する電圧と、緩慢に変動する事象に依存して変化する電圧が重畳した電圧を処理するときに特に有効であり、緩慢に変動する事象による影響を排除し、急速に変化する事象を正確に検出することを可能とする。
積分回路を微分回路と組み合わせないで用いる場合でもこの問題は存在する。即ち、積分回路に入力する正負の入力電圧が長期間に亘って続くときは、積分回路の出力電圧が基準電圧から大きく離れてしまう。これに抗して、積分回路の出力電圧を所定の電圧範囲内に維持したいという要求が存在する。
本発明では、積分電圧Ｖoutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、時間とともに大きくレベル変動するときには、そのレベル変動を禁止する積分回路を提供する。本発明の積分回路は、微分回路と組合せて用いるときに特に有効である。また、急速な変化を繰返す事象に依存して変化する電圧と、緩慢に変動する事象に依存して変化する電圧が重畳した電圧を処理するときに特に有効であり、緩慢に変動する事象による影響を排除し、急速に変化する事象を正確に検出することを可能とする。
本明細書で開示される１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、一対のダイオードが逆方向に並列に接続された並列回路を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記並列回路の一方の接続線が前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記並列回路の他方の接続線が前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、一方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、他方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続され、ソース端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路を備えている。その電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路を備えている。その緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上下の限度値に達したのを合図に、前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する調整回路を備えている。
なお、調製回路は、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上下の限度値に厳密に達したときの他に、上下の限度値にほぼ達したときに動作することも多い。実際に動作させる場合、上下の限度値にはある程度の許容幅が含まれる。
また、ここでいう「基準量」とは、所定の電圧範囲内の電圧に相当する電荷量のことをいう。「基準量」は一定の場合もあれば、変動することもある。
緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの緩慢な電圧変化のみを抽出する。緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を抽出しない。緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が、予め設定されている上限度値又は下限度値に達すると、調整回路は電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。電荷量が調整されると、電荷蓄積回路の出力電圧は基準の電圧に調整される。基準の電圧は所定の電圧範囲内に設定されている。したがって、電荷蓄積回路の出力電圧が基準の電圧から大きく離れてしまうことが防止される。また、緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を抽出していない。したがって、電荷蓄積回路の出力電圧に、脈動的に変化する電圧が現れても、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が調整されることはない。電荷蓄積回路の出力電圧は、緩慢に変化する電圧に関しては所定の電圧範囲に調整される一方で、急速に増減する脈動的な変化の電圧に関しては調整されない。電荷蓄積回路の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
本明細書で開示される他の１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続され、ソース端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の１つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路を備えている。その電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路を備えている。その緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上下の限度値に達したのを合図に、前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する調整回路を備えている。
なお、調製回路は、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上下の限度値に厳密に達したときの他に、上下の限度値にほぼ達したときに動作することも多い。実際に動作させる場合、上下の限度値にはある程度の許容幅が含まれる。
また、ここでいう「基準量」とは、所定の電圧範囲内の電圧に相当する電荷量のことをいう。「基準量」は一定の場合もあれば、変動することもある。
緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの緩慢な電圧変化のみを抽出する。緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を抽出しない。緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が、予め設定されている上限度値又は下限度値に達すると、調整回路は電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。電荷量が調整されると、電荷蓄積回路の出力電圧は基準の電圧に調整される。基準の電圧は所定の電圧範囲内に設定されている。したがって、電荷蓄積回路の出力電圧が基準の電圧から大きく離れてしまうことが防止される。また、緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を抽出していない。したがって、電荷蓄積回路の出力電圧に、脈動的に変化する電圧が現れても、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が調整されることはない。電荷蓄積回路の出力電圧は、緩慢に変化する電圧に関しては所定の電圧範囲に調整される一方で、急速に増減する脈動的な変化の電圧に関しては調整されない。電荷蓄積回路の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
調整回路は、一対のスイッチング素子を備えているのが好ましい。この場合の調整回路では、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、一方のスイッチング素子がオンすることによって電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。さらに、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、他方のスイッチング素子がオンすることによって電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
一対のスイッチング素子を利用することによって、電荷蓄積回路の出力電圧を、下限度値と上限度値に挟まれた電圧範囲内に調整することができる。電荷蓄積回路の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
一対のスイッチング素子を利用することによって、電荷蓄積回路の出力電圧を、下限度値と上限度値に挟まれた電圧範囲内に調整することができる。電荷蓄積回路の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
電荷蓄積回路は、抵抗と、オペアンプと、コンデンサを少なくとも用いて構成することができる。この場合の電荷蓄積回路は、基準電圧がオペアンプの非反転入力端子に接続されており、入力電圧が抵抗を介してオペアンプの反転入力端子に接続されており、オペアンプの出力端子がコンデンサを介してオペアンプの反転入力端子に接続されている。
この電荷蓄積回路では、入力電圧が抵抗によって電流に変換され、入力電圧に応じた電荷がコンデンサに充放電される。正の入力電圧のときはコンデンサに電荷が充電され、負の入力電圧のときはコンデンサから電荷が放電される。この種の電荷蓄積回路は、入力電圧に応じた電荷をコンデンサに蓄積して入力電圧の積分値を出力する場合に好適に利用することができる。
この電荷蓄積回路では、入力電圧が抵抗によって電流に変換され、入力電圧に応じた電荷がコンデンサに充放電される。正の入力電圧のときはコンデンサに電荷が充電され、負の入力電圧のときはコンデンサから電荷が放電される。この種の電荷蓄積回路は、入力電圧に応じた電荷をコンデンサに蓄積して入力電圧の積分値を出力する場合に好適に利用することができる。
緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のボトム電圧を抽出する回路、電荷蓄積回路の出力電圧のピーク電圧を抽出する回路、又は電荷蓄積回路の出力電圧の平均電圧を抽出する回路を利用することができる。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている急速な増減を繰返す電圧変化が、上に凸状の波形の場合は、緩慢変化抽出回路にコンデンサを利用するボトム検出回路を利用するのが好ましい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている急速な増減を繰返す電圧変化が、下に凸状の波形の場合は、緩慢変化抽出回路にコンデンサを利用するピーク検出回路を利用するのが好ましい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている緩慢な電圧変化を、電荷蓄積回路の出力電圧のほぼ平均であると見なせるときは、緩慢変化抽出回路に平均値検出回路を利用してもよい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている急速な増減を繰返す電圧変化が、上に凸状の波形の場合は、緩慢変化抽出回路にコンデンサを利用するボトム検出回路を利用するのが好ましい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている急速な増減を繰返す電圧変化が、下に凸状の波形の場合は、緩慢変化抽出回路にコンデンサを利用するピーク検出回路を利用するのが好ましい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている緩慢な電圧変化を、電荷蓄積回路の出力電圧のほぼ平均であると見なせるときは、緩慢変化抽出回路に平均値検出回路を利用してもよい。
調整回路には、一対のダイオードが逆方向に並列に接続された並列回路を利用することができる。この場合の並列回路の一方の接続線が緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、並列回路の他方の接続線が電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。
緩慢変化抽出回路の出力端子には、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が出力される。この緩慢な電圧変化が並列回路の一方の接続線に印加される。例えば、並列回路を構成する一対のダイオードの材料にシリコンが用いられている場合、そのｐｎ接合の順方向電圧降下は約０．６Ｖである。したがって、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が基準電圧よりも−０．６Ｖにほぼ達すると、並列回路の一方のダイオードがオンする。ダイオードがオンすると、電荷蓄積回路のコンデンサと緩慢変化抽出回路のコンデンサが導通する。これにより、電荷蓄積回路のコンデンサから緩慢変化抽出回路のコンデンサに向けて電荷が放電され、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が基準量に調整される。一方、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が基準電圧よりも＋０．６Ｖにほぼ達すると、並列回路の他方のダイオードがオンする。電荷蓄積回路のコンデンサと緩慢変化抽出回路のコンデンサが導通する。この場合は、緩慢変化抽出回路のコンデンサから電荷蓄積回路のコンデンサに向けて電荷が充電され、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が基準量に調整される。したがって、積分回路の出力電圧のうちの緩慢な電圧変化のみを取出した電圧を、基準電圧からほぼ±０．６Ｖの電圧範囲に調整して出力することができる。
緩慢変化抽出回路の出力端子には、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が出力される。この緩慢な電圧変化が並列回路の一方の接続線に印加される。例えば、並列回路を構成する一対のダイオードの材料にシリコンが用いられている場合、そのｐｎ接合の順方向電圧降下は約０．６Ｖである。したがって、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が基準電圧よりも−０．６Ｖにほぼ達すると、並列回路の一方のダイオードがオンする。ダイオードがオンすると、電荷蓄積回路のコンデンサと緩慢変化抽出回路のコンデンサが導通する。これにより、電荷蓄積回路のコンデンサから緩慢変化抽出回路のコンデンサに向けて電荷が放電され、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が基準量に調整される。一方、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が基準電圧よりも＋０．６Ｖにほぼ達すると、並列回路の他方のダイオードがオンする。電荷蓄積回路のコンデンサと緩慢変化抽出回路のコンデンサが導通する。この場合は、緩慢変化抽出回路のコンデンサから電荷蓄積回路のコンデンサに向けて電荷が充電され、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が基準量に調整される。したがって、積分回路の出力電圧のうちの緩慢な電圧変化のみを取出した電圧を、基準電圧からほぼ±０．６Ｖの電圧範囲に調整して出力することができる。
調整回路には、ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を備えた回路を利用することができる。この場合のｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。さらに、ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。
この場合の基本的な動作原理は、前記のダイオードを利用した並列回路の場合と同様である。ダイオードの場合はダイオードの順方向電圧降下を利用しているが、半導体スイッチング素子の場合はゲート電極の閾値電圧を利用する。ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
この場合の基本的な動作原理は、前記のダイオードを利用した並列回路の場合と同様である。ダイオードの場合はダイオードの順方向電圧降下を利用しているが、半導体スイッチング素子の場合はゲート電極の閾値電圧を利用する。ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
調整回路には、ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を備えた回路を利用することができる。この場合のｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。さらに、ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続され、ソース端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されている。
この場合の基本的な動作原理も、前記のダイオードを利用した並列回路の場合と同様である。この場合も半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用する。ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
この場合の基本的な動作原理も、前記のダイオードを利用した並列回路の場合と同様である。この場合も半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用する。ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
上記の積分回路と、その積分回路に接続する微分回路によってセンサ電圧処理回路を構成することができる。この場合の微分回路は、緩慢に変化する第１事象に依存して変化する電圧に、急速に増減する変化を繰返す第２事象に依存して変化する電圧が重畳しているセンサ電圧を微分し、その微分後の電圧を積分回路に入力するように構成するのが好ましい。
上記のセンサ電圧処理回路を利用すると、緩慢に変化する第１事象に依存して変化する電圧の影響を低減し、急速に増減する変化を繰返す第２事象に依存して変化する電圧を正確に取出すことができる。
上記のセンサ電圧処理回路を利用すると、緩慢に変化する第１事象に依存して変化する電圧の影響を低減し、急速に増減する変化を繰返す第２事象に依存して変化する電圧を正確に取出すことができる。
本発明の積分回路を利用すると、出力電圧の緩慢な電圧変化によって積分電圧が基準の電圧から大きく逸脱してしまうことを防止することができる。さらに、その積分回路を微分回路と組み合わせたセンサ用処理回路を利用すると、緩慢に変化する第１事象に依存して変化する電圧の影響を低減し、急速に増減する変化を繰返す第２事象に依存して変化する電圧を正確に計測することができる。
図１に、センサ電圧処理回路１０の回路図を示す。センサ電圧処理回路１０は、微分回路２０と、電荷蓄積回路３０と、緩慢変化抽出回路４０と、調整回路５０を備えている。本明細書では、電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０と調整回路５０を合わせて積分回路８０という。センサ電圧処理回路１０は、微分回路２０と積分回路８０を組み合わせて構成されている。
微分回路２０は、入力電圧Ｖinを所定時間毎に微分してその変化成分を電圧Ｖaとして出力する。
電荷蓄積回路３０は、微分回路２０の電圧Ｖaを電流に変換した電流でコンデンサ３４を充放電する。電荷蓄積回路３０は、コンデンサ３４に蓄積された電荷に基づいて出力電圧Ｖoutを出力する。
緩慢変化抽出回路４０は、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutから急速な増減を繰返す電圧変化を除去して、緩慢な電圧変化を抽出して電圧Ｖ２として出力する。
調整回路５０は、緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧Ｖ２が上下の限度値にほぼ達したのを合図に、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
微分回路２０は、入力電圧Ｖinを所定時間毎に微分してその変化成分を電圧Ｖaとして出力する。
電荷蓄積回路３０は、微分回路２０の電圧Ｖaを電流に変換した電流でコンデンサ３４を充放電する。電荷蓄積回路３０は、コンデンサ３４に蓄積された電荷に基づいて出力電圧Ｖoutを出力する。
緩慢変化抽出回路４０は、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutから急速な増減を繰返す電圧変化を除去して、緩慢な電圧変化を抽出して電圧Ｖ２として出力する。
調整回路５０は、緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧Ｖ２が上下の限度値にほぼ達したのを合図に、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
微分回路２０は、コンデンサ２２と、オペアンプ２４と、抵抗２６を備えている。基準電圧ＶBBはオペアンプ２４の非反転入力端子に入力している。入力電圧Ｖinはコンデンサ２２を介してオペアンプ２４の反転入力端子に入力している。オペアンプ２４の出力端子は抵抗２６を介してオペアンプ２４の反転入力端子に接続されている。
微分回路２０は、入力電圧Ｖinの所定時間毎の変化量に相当する電圧値を反転して電圧Ｖaとして出力する。微分回路２０は、入力電圧Ｖinの微係数がゼロのときに基準電圧ＶＢＢを出力し、微係数が正のときに基準電圧ＶＢＢ以下の電圧を出力し、微係数が負のときに基準電圧ＶＢＢ以上の電圧を出力する。
微分回路２０は、入力電圧Ｖinの所定時間毎の変化量に相当する電圧値を反転して電圧Ｖaとして出力する。微分回路２０は、入力電圧Ｖinの微係数がゼロのときに基準電圧ＶＢＢを出力し、微係数が正のときに基準電圧ＶＢＢ以下の電圧を出力し、微係数が負のときに基準電圧ＶＢＢ以上の電圧を出力する。
電荷蓄積回路３０は、抵抗３２と、オペアンプ３６と、コンデンサ３４を備えている。基準電圧ＶBBはオペアンプ３６の非反転入力端子に入力している。微分回路２０の電圧Ｖaは抵抗３２を介してオペアンプ３２の反転入力端子に入力している。オペアンプ３２の出力端子はコンデンサ３４を介してオペアンプ３６の反転入力端子に接続されている。
電荷蓄積回路３０では、微分回路２０の電圧Ｖaが抵抗３２によって電流に変換され、電圧Ｖaに応じた電荷をコンデンサ３４に充放電する。電圧Ｖaが正のときは、コンデンサ３４に電荷が充電される。電圧Ｖaが負のときは、コンデンサ３４から電荷が放電される。
電荷蓄積回路３０は、電圧Ｖaを所定時間毎に積分した電圧値を反転して出力電圧Ｖoutとして出力する。ただし、後に説明するように、電荷蓄積回路３０は、緩慢変化抽出回路４０と調整回路５０を利用して、出力電圧Ｖoutの電圧レベル（急速な増減を繰返す電圧変化を除去して緩慢な電圧変化のみを抽出した電圧値）に基づいてフィードバック制御されており、微分回路２０の電圧Ｖaを単純に積分した値を出力していない。
電荷蓄積回路３０では、微分回路２０の電圧Ｖaが抵抗３２によって電流に変換され、電圧Ｖaに応じた電荷をコンデンサ３４に充放電する。電圧Ｖaが正のときは、コンデンサ３４に電荷が充電される。電圧Ｖaが負のときは、コンデンサ３４から電荷が放電される。
電荷蓄積回路３０は、電圧Ｖaを所定時間毎に積分した電圧値を反転して出力電圧Ｖoutとして出力する。ただし、後に説明するように、電荷蓄積回路３０は、緩慢変化抽出回路４０と調整回路５０を利用して、出力電圧Ｖoutの電圧レベル（急速な増減を繰返す電圧変化を除去して緩慢な電圧変化のみを抽出した電圧値）に基づいてフィードバック制御されており、微分回路２０の電圧Ｖaを単純に積分した値を出力していない。
緩慢変化抽出回路４０は、オペアンプ４２と、ダイオード４４と、コンデンサ４６と、抵抗４８と、定電圧電源４９を備えている。電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutはオペアンプ４２の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ４２の出力端子はダイオード４４のカソード端子に接続されている。ダイオード４４のアノード端子はオペアンプ４２の反転入力端子に接続されている。さらに、ダイオード４４のアノード端子はコンデンサ４６を介して定電圧電源４９に接続されている。抵抗４８はコンデンサ４６に並列に接続されている。
ここで、本実施形態の技術の理解を助けるために、緩慢変化抽出回路４０の動作を一般化して説明する。図２に、緩慢変化抽出回路４０を拡大して示す。ここで、オペアンプ４２の反転入力端子に入力する電圧をＶ1とし、緩慢変化抽出回路４０の出力電圧をＶ2とし、オペアンプ４２の出力端子とダイオード４４のカソード端子の間の接続線の電圧をＶＸとし、低電圧電源４９の電圧をＶpとする。図３に、緩慢変化抽出回路４０の動作を説明するための図を示す。図４に、各電圧の波形を示す。なお、以下の説明では、緩慢変化抽出回路４０の動作を一般化して説明しており、入力電圧Ｖ1の波形は実際に入力する電圧Ｖoutの波形と若干異なることに留意されたい。
図４（Ａ）に示すように、入力電圧Ｖ1は、定常的なボトム電圧に、急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化が重畳しているとする。緩慢変化抽出回路４０は、センサ電圧Ｖ1が出力電圧Ｖ2を上回っている場合（Ｖ1＞Ｖ2）と、入力電圧Ｖ1が出力電圧Ｖ2に等しい場合（Ｖ1＝Ｖ2）で動作が異なる。脈動の大部分ではＶ1＞Ｖ2であり、残りの部分でＶ1＝Ｖ2となる。但し、この割合は、後述するコンデンサ４６と抵抗４８の素子特性で決まる時定数によって変化させることができる。
図３（ａ）に示すように、Ｖ1＞Ｖ2の場合は、オペアンプ４２がコンパレータとして機能する状態となり、オペアンプ４２の出力電圧ＶＸはＶHighとなる。ＶＸ＝ＶHighのときはダイオード４４（等価的にスイッチとみなせる）がオフするように、正の定電圧電源４９の電圧値Ｖp等が設定されている。ダイオード４４がオフの状態では、コンデンサ４６に新たな電荷が充電されることがない。したがって、Ｖ1＞Ｖ2の場合は、基本的にはコンデンサ４６の電圧が維持される。コンデンサ４６が維持している電圧は、ダイオード４４がオンからオフに変化したときの電圧である。ダイオード４４がオフの状態では、緩慢変化抽出回路４０の出力電圧Ｖ2は、正の定電圧電源４９の電圧値Ｖpからコンデンサ４６の両端間電圧ＶCを減じた電圧（Ｖp−ＶC）となる。Ｖpは一定であり、ＶCはダイオード４４がオンからオフに変化したときの電圧に維持されるので、緩慢変化抽出回路４０の出力電圧Ｖ2は、ほぼ一定値に保存される。したがって、緩慢変化抽出回路４０は、急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を除去して、ボトム電圧に応じた電圧のみを抽出して出力することになる。
ただしコンデンサ４６の電圧は、抵抗４８によって緩やかに放電して徐々に減少する。このため、緩慢変化抽出回路４０の出力電圧Ｖ2は徐々に増加する（図４（Ａ）参照）。出力電圧Ｖ2の増加の度合い（Ｖ2の傾き）は、コンデンサ４６と抵抗４８の時定数によって任意に設定することができる。時定数を大きくすると、Ｖ2の応答性は低くなる。即ち、Ｖ2の増加の度合いは緩やかになる。逆に時定数を小さくすると、Ｖ2の応答性は高くなる。即ち、Ｖ2の増加の度合いは急になる。
ただしコンデンサ４６の電圧は、抵抗４８によって緩やかに放電して徐々に減少する。このため、緩慢変化抽出回路４０の出力電圧Ｖ2は徐々に増加する（図４（Ａ）参照）。出力電圧Ｖ2の増加の度合い（Ｖ2の傾き）は、コンデンサ４６と抵抗４８の時定数によって任意に設定することができる。時定数を大きくすると、Ｖ2の応答性は低くなる。即ち、Ｖ2の増加の度合いは緩やかになる。逆に時定数を小さくすると、Ｖ2の応答性は高くなる。即ち、Ｖ2の増加の度合いは急になる。
図４（Ａ）に示すように、緩慢変化抽出回路４０の出力電圧Ｖ2は徐々に大きくなるのに対し、入力電圧Ｖ1はピークを超えて降下してくる。脈動する電圧がほぼゼロになると、Ｖ2とＶ1が一致する。これにより、Ｖ2＝Ｖ1となる状態が発生するので、ダイオード４４がターンオンする。
ダイオード４４がオンすると、図３（ｂ）に示すように、オペアンプ４２を含む回路はボルテージフォロワ状態となる。この結果、ダイオード４４の順方向電圧降下（オン電圧）をＶDとすると、Ｖ2＝Ｖ1＝ＶＸ＋ＶDとなる。ダイオード４４がオンの状態では、コンデンサ４６の両端電圧ＶCが、正の定電圧電源４９の電圧値Ｖpから入力電圧Ｖ1を減じた電圧に一致するまで充電される。
ダイオード４４がオンすると、図３（ｂ）に示すように、オペアンプ４２を含む回路はボルテージフォロワ状態となる。この結果、ダイオード４４の順方向電圧降下（オン電圧）をＶDとすると、Ｖ2＝Ｖ1＝ＶＸ＋ＶDとなる。ダイオード４４がオンの状態では、コンデンサ４６の両端電圧ＶCが、正の定電圧電源４９の電圧値Ｖpから入力電圧Ｖ1を減じた電圧に一致するまで充電される。
図４（Ａ）に示すように、Ｖ1がボトム電圧を脱して再度増加段階に移行すると、再びＶ1＞Ｖ2となり、ダイオード４４はターンオフする。緩慢変化抽出回路４０は、入力電圧Ｖ1が出力電圧Ｖ2から脱して増加段階に移行するのを境にして、ダイオード４４がオンからオフに切換わる。ダイオード４４がオフすると、先に述べたように、次のボトム電圧が現れるまで、緩慢変化抽出回路４０は、コンデンサ４６が電荷を徐々に放電しながら、基本的にはボトム電圧に応じた出力電圧Ｖ2を出力する。
上記の一般化した説明では、定常的なボトム電圧の場合を例に挙げたが、ボトム電圧が緩慢に変化する場合でも、緩慢変化抽出回路４０は、急速な増減を繰返す脈動な電圧を除去して、緩慢に変化する電圧を抽出することができる。緩慢に変化する電圧が上昇する場合は、ダイオード４４と抵抗４８の時定数を調整することによって、緩慢に変化する電圧に追随させることができる。
上記の一般化した説明では、定常的なボトム電圧の場合を例に挙げたが、ボトム電圧が緩慢に変化する場合でも、緩慢変化抽出回路４０は、急速な増減を繰返す脈動な電圧を除去して、緩慢に変化する電圧を抽出することができる。緩慢に変化する電圧が上昇する場合は、ダイオード４４と抵抗４８の時定数を調整することによって、緩慢に変化する電圧に追随させることができる。
図１に示すように、調整回路５０には、一対のダイオード５２、５４が逆方向に並列に接続されている。調整回路５０の一方の接続線５６は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子である）に接続されている。調整回路５０の他方の接続線５８は電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４と電荷蓄積回路３０のオペアンプ３６の反転入力端子の間の接続線３８に接続されている。
センサ電圧処理回路１０は、内燃機関に設置される燃焼圧センサのセンサ電圧を処理するために利用されている。
図５に、本実施形態の燃焼圧センサ６０の回路図を示す。燃焼圧センサ６０は、作用する応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子６２を利用している。燃焼圧センサ６０は、内燃機関の燃焼室に臨んで配置されている。ピエゾ抵抗素子６２には、定電流源１２から定電流が流されている。ピエゾ抵抗素子６２に定電流が流されている状態で、圧力（応力）がピエゾ抵抗素子６２に加わると、その抵抗値が変化する。すると、その両端に現れるセンサ電圧（出力電圧）Ｖinが抵抗値の変化に応じて変化する。ピエゾ抵抗素子６２は環境温度によって抵抗値が変化する特性を備えているので、センサ電圧Ｖinには温度変化の影響も重畳する。したがって、センサ電圧Ｖinには、燃焼圧センサ６０の検知部７０（図６と図７参照）の周囲の緩慢に変化する温度変化に依存して変化する電圧に、急速に脈動する燃焼圧の変化に依存して変化する電圧が重畳している。センサ電圧Ｖinはセンサ電圧処理回路１０の入力電圧Ｖinとなる。
図５に、本実施形態の燃焼圧センサ６０の回路図を示す。燃焼圧センサ６０は、作用する応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子６２を利用している。燃焼圧センサ６０は、内燃機関の燃焼室に臨んで配置されている。ピエゾ抵抗素子６２には、定電流源１２から定電流が流されている。ピエゾ抵抗素子６２に定電流が流されている状態で、圧力（応力）がピエゾ抵抗素子６２に加わると、その抵抗値が変化する。すると、その両端に現れるセンサ電圧（出力電圧）Ｖinが抵抗値の変化に応じて変化する。ピエゾ抵抗素子６２は環境温度によって抵抗値が変化する特性を備えているので、センサ電圧Ｖinには温度変化の影響も重畳する。したがって、センサ電圧Ｖinには、燃焼圧センサ６０の検知部７０（図６と図７参照）の周囲の緩慢に変化する温度変化に依存して変化する電圧に、急速に脈動する燃焼圧の変化に依存して変化する電圧が重畳している。センサ電圧Ｖinはセンサ電圧処理回路１０の入力電圧Ｖinとなる。
図６に、燃焼圧センサ６０の一例を挙げ、その要部断面図を概略して示す。燃焼圧センサ６０は、アウターハウジング６３と、インナーハウジング６７と、断熱部材６５（力伝達部材ともいう）と、検知部７０と、ハーメチック端子６６と、細長状の端子６８ａ、６８ｂと、ワイヤ６４ａ、６４ｂ等を備えている。なお、図２の右側を前端側、左側を後端側とする。
インナーハウジング６７は、アウターハウジング６３に収容されている。インナーハウジング６７は金属等で形成されており、前端部に形成されたダイアフラム部６７ａと、筒状部６７ｂによって構成されている。断熱部材６５はダイアフラム部６７ａの後端面に取付けられており、ダイアフラム部６７ａによって圧力から変換された力を検知部７０へ伝達する。さらに、断熱部材６５は燃焼に伴う熱の影響が検知部７０に伝わるのを抑制する効果もある。検知部７０は、ハーメチック端子６６上に載置され、かつ、固定されている。細長状の端子６８ａ、６８ｂは、ハーメチック端子６６の空洞部を通って後端側へ伸びている。検知部７０の前端（半球の前端）は、断熱部材６５の後端面と接触している。
インナーハウジング６７は、アウターハウジング６３に収容されている。インナーハウジング６７は金属等で形成されており、前端部に形成されたダイアフラム部６７ａと、筒状部６７ｂによって構成されている。断熱部材６５はダイアフラム部６７ａの後端面に取付けられており、ダイアフラム部６７ａによって圧力から変換された力を検知部７０へ伝達する。さらに、断熱部材６５は燃焼に伴う熱の影響が検知部７０に伝わるのを抑制する効果もある。検知部７０は、ハーメチック端子６６上に載置され、かつ、固定されている。細長状の端子６８ａ、６８ｂは、ハーメチック端子６６の空洞部を通って後端側へ伸びている。検知部７０の前端（半球の前端）は、断熱部材６５の後端面と接触している。
図７に、燃焼圧センサ６０の検知部７０の斜視図を概略して示す。検知部７０は、力検知ブロック７８と、力伝達ブロック７２、７４を有する。力検知ブロック７８はシリコン基板等からなり、その表面に１本の細長状のメサ段差状の突出部が形成されている。突出部にピエゾ抵抗素子６２が形成されている。ピエゾ抵抗素子６２は、応力が作用すると抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子６２の両端に、電極６１ａ、６１ｂが形成されている。直方体状の力伝達ブロック７４はガラス等からなり、突起７９を介して力検知ブロック７８に陽極接合されている。半球状の力伝達ブロック７２は鉄等の金属からなり、直方体状の力伝達ブロック７４に接着されている。なお、力伝達ブロック７２についても、シリコンあるいはガラス等によって形成してもよい。
図７に示す細長状の端子６８ａはワイヤ６４ａによって電極６１ａに接続されている。細長状の端子６８ｂはワイヤ６４ｂによって電極６１ｂに接続されている。細長状の端子６８ａは定電流電源１２に接続され、細長状の端子６８ｂは接地されている。
燃焼圧センサ６０のダイアフラム部６７ａに圧力が加わると、ダイアフラム部６７ａがたわむことによって、断熱部材６５の位置が後端側に変位する。断熱部材６５が後端側に変位すると、断熱部材６５に接触している検知部７０の力検知ブロック７８のピエゾ抵抗素子６２に圧縮応力が作用する。この結果、そのピエゾ抵抗素子６２の抵抗値が変化する。その抵抗値の変化に応じたセンサ電圧Ｖinが電極６１ａに現れる。このセンサ電圧Ｖinを利用することで、ダイアフラム部６７ａに加わる圧力の大きさを計測することができる。
次に、センサ用処理回路１０の動作を説明する。
図８（Ａ）に示すように、燃焼圧センサ６０のセンサ電圧Ｖinには、検知部７０の温度に依存して変化する電圧（図中９１）に、燃焼圧に依存して変化する電圧（図中９２）が重畳している。検知部７０の温度は緩慢に変化することから、検知部７０の温度に依存して変化する電圧（図中９１）は、図中９３に示すように、検知部７０の温度に追随して緩慢に変化している。このため、燃焼圧センサ６０のセンサ電圧Ｖinは、温度に依存して緩慢に変化する電圧（図中９３参照）に、燃焼圧に依存して急速な増減を繰返す脈動的な電圧（図中９２）が重畳したものとなる。
図８（Ａ）に示すように、燃焼圧センサ６０のセンサ電圧Ｖinには、検知部７０の温度に依存して変化する電圧（図中９１）に、燃焼圧に依存して変化する電圧（図中９２）が重畳している。検知部７０の温度は緩慢に変化することから、検知部７０の温度に依存して変化する電圧（図中９１）は、図中９３に示すように、検知部７０の温度に追随して緩慢に変化している。このため、燃焼圧センサ６０のセンサ電圧Ｖinは、温度に依存して緩慢に変化する電圧（図中９３参照）に、燃焼圧に依存して急速な増減を繰返す脈動的な電圧（図中９２）が重畳したものとなる。
図８（Ｂ）に示すように、微分回路２０を利用することによって、センサ電圧Ｖinの所定時間毎の変化量に相当する電圧を反転した電圧Ｖaを取出すことができる。取出された電圧Ｖaには、燃焼圧に応じた変化成分（図中９４）だけでなく、温度変化に応じた変化成分（図中９５）も含まれる。取出された電圧Ｖaは、電荷蓄積回路３０に入力される。電荷蓄積回路３０は、微分回路２０の電圧Ｖaを、燃焼圧センサ６０のセンサ電圧Ｖinに応じた電圧に復元し、出力電圧Ｖoutとして出力する。
電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutは緩慢変化抽出回路４０に入力される。前記したように、緩慢変化抽出回路４０は、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧のみを抽出する。緩慢変化抽出回路４０は、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutのうちの急速な増減を繰返す脈動的な変化の電圧を抽出しない。緩慢変化抽出回路４０で抽出された緩慢な変化の電圧は、調整回路５０の一方の接続線５６に印加される。
調整回路５０のダイオード５２、５４は、その材料にシリコンが用いられており、ｐｎ接合の順方向電圧降下は約０．６Ｖ（常温において）である。電荷蓄積回路３０の接続線３８の電位は、オペアンプ３６のバーチャルショートの関係から基準電圧ＶBBに固定されている。したがって、図８（ｃ）の図中９８ａに示すように、緩慢な変化の電圧が基準電圧ＶBBよりも約０．６Ｖ低い電圧にほぼ達すると、調整回路５０の一方のダイオード５２がオンする。これにより、電荷蓄積回路３０の接続線３８が緩慢変化抽出回路４０と導通する。電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０が導通すると、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４から緩慢変化抽出回路４０のコンデンサ４６に向けて電荷が放電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される（図８（ｃ）の図中９８ｂ）。したがって、出力電圧Ｖoutのうちの緩慢な変化を、基準電圧ＶBBから約−０．６Ｖの電圧範囲に調整して出力することができる。
なお、ダイオード５２がオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が基準電圧ＶBBよりも０．６Ｖ低い電圧に厳密に達したときではなく、０．６Ｖに対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ダイオード５２がオンするタイミングは、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ダイオード５２がオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
また、緩慢変化抽出回路４０は、急速に増減する脈動的な変化を抽出していない。したがって、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutに、急速な増減を繰返す脈動的な電圧が現れたとしても、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量が調整されることはない。出力電圧Ｖoutのうちの脈動的な変化の電圧は調整されることなく取出される。電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutは、緩慢に変化する電圧が所定の電圧範囲に調整される一方で、急速な増減を繰返す脈動的な電圧は調整されない。電荷蓄積回路３０の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
なお、ダイオード５２がオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が基準電圧ＶBBよりも０．６Ｖ低い電圧に厳密に達したときではなく、０．６Ｖに対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ダイオード５２がオンするタイミングは、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ダイオード５２がオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
また、緩慢変化抽出回路４０は、急速に増減する脈動的な変化を抽出していない。したがって、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutに、急速な増減を繰返す脈動的な電圧が現れたとしても、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量が調整されることはない。出力電圧Ｖoutのうちの脈動的な変化の電圧は調整されることなく取出される。電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutは、緩慢に変化する電圧が所定の電圧範囲に調整される一方で、急速な増減を繰返す脈動的な電圧は調整されない。電荷蓄積回路３０の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
図９に示すように、緩慢に変化する電圧が上昇する場合も同様の結果を得ることができる。すなわち、図９（Ｃ）の図中９９ａに示すように、緩慢に変化する電圧が基準電圧ＶBBよりも約０．６Ｖ高い電圧にほぼ達すると、調整回路５０の他方のダイオード５４がオンする。これにより、電荷蓄積回路３０の接続線３８が緩慢変化抽出回路４０と導通する。電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０が導通すると、緩慢変化抽出回路４０のコンデンサ４６から電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される（図９（Ｃ）の図中９９ｂ）。したがって、出力電圧Ｖoutのうちの緩慢な変化を、基準電圧ＶBBから約０．６Ｖの電圧範囲に調整して出力することができる。
一対のダイオード５２、５４を利用することによって、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧を、基準電圧ＶBBから約±０．６Ｖの電圧範囲内に調整することができる。電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutを利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧Ｖoutを得ることができる。
一対のダイオード５２、５４を利用することによって、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧を、基準電圧ＶBBから約±０．６Ｖの電圧範囲内に調整することができる。電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖoutを利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧Ｖoutを得ることができる。
本実施形態のセンサ電圧処理回路１０の効果は、背景技術で説明したセンサ電圧処理回路１００の場合と比較すると明瞭である。図１３（Ｃ）に示すように、従来のセンサ電圧処理回路１００では、燃焼圧センサのセンサ電圧Ｖinのうちの緩慢に変化する電圧（図中１９７参照）が長期間に亘って続くと、センサ用処理回路１００の出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBから大きく離れてしまっていた。
一方、本実施形態のセンサ電圧処理回路１０では、緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が正負の限度値に達すると、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量が調整される。電荷量が調整されると、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖout、即ちセンサ電圧処理回路１０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧は基準電圧値ＶBBに調整される。これにより、センサ電圧処理回路１０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧が基準電圧値ＶBBから大きく離れることが防止されている。その後の処理に適した基準電圧値ＶBBに近い電圧に調整することができる。
一方、本実施形態のセンサ電圧処理回路１０では、緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が正負の限度値に達すると、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量が調整される。電荷量が調整されると、電荷蓄積回路３０の出力電圧Ｖout、即ちセンサ電圧処理回路１０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧は基準電圧値ＶBBに調整される。これにより、センサ電圧処理回路１０の出力電圧Ｖoutのうちの緩慢に変化する電圧が基準電圧値ＶBBから大きく離れることが防止されている。その後の処理に適した基準電圧値ＶBBに近い電圧に調整することができる。
（第１変形例）
図１０に示すように、ｎ型チャネルのｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４とｐ型チャネルのｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２を備えた調整回路１５０を利用することもできる。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４のゲート端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続され、ドレイン端子は定電圧電源４９に接続され、ソース端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。定電圧電源４９の電圧値は基準電圧ＶBBよりも大きい。さらに、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２のゲート端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続され、ドレイン端子は接地され、ソース端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。基準電圧値ＶBBには正の電圧値が利用されているので、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２のドレイン端子には基準電圧値ＶBBよりも小さい電圧であり、且つ安定した電位の接地電位を利用するのが好ましい。
この場合の所定電圧の範囲は、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４とｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２の閾値電圧によって調整される。ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２を利用して下限度値を調整することができる。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４を利用して上限度値を調整することができる。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、下限度値（ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２の閾値電圧）にほぼ達すると、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２がターンオンする。これにより、電荷蓄積回路３０の接続線３８が接地される。これにより、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４から電荷が放電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、上限度値（ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４の閾値電圧）にほぼ達すると、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンする。これにより、電荷蓄積回路３０の接続線３８が定電位電源４９と導通する。定電位電源４９は、基準電圧ＶBBよりも高い電位に調整されている。したがって、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
なお、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンするタイミングは、閾値電圧に厳密に達したときではなく、閾値電圧に対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンするタイミングは、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
図１０に示すように、ｎ型チャネルのｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４とｐ型チャネルのｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２を備えた調整回路１５０を利用することもできる。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４のゲート端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続され、ドレイン端子は定電圧電源４９に接続され、ソース端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。定電圧電源４９の電圧値は基準電圧ＶBBよりも大きい。さらに、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２のゲート端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続され、ドレイン端子は接地され、ソース端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。基準電圧値ＶBBには正の電圧値が利用されているので、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２のドレイン端子には基準電圧値ＶBBよりも小さい電圧であり、且つ安定した電位の接地電位を利用するのが好ましい。
この場合の所定電圧の範囲は、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４とｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２の閾値電圧によって調整される。ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２を利用して下限度値を調整することができる。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４を利用して上限度値を調整することができる。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、下限度値（ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２の閾値電圧）にほぼ達すると、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２がターンオンする。これにより、電荷蓄積回路３０の接続線３８が接地される。これにより、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４から電荷が放電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、上限度値（ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４の閾値電圧）にほぼ達すると、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンする。これにより、電荷蓄積回路３０の接続線３８が定電位電源４９と導通する。定電位電源４９は、基準電圧ＶBBよりも高い電位に調整されている。したがって、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
なお、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンするタイミングは、閾値電圧に厳密に達したときではなく、閾値電圧に対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンするタイミングは、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ１５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ１５４がターンオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
（第２変形例）
図１１に示すように、ｎ型チャネルのｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４とｐ型チャネルのｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２を備えた調整回路２５０を利用することもできる。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４のゲート端子とドレイン端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続されている。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４のソース端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。さらに、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２のゲート端子とドレイン端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２のソース端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続されている。
この場合の所定電圧の範囲は、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４とｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２の閾値電圧によって調整される。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、下限度値（ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４の閾値電圧）にほぼ達すると、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４を介して、電荷蓄積回路３０の接続線３８が緩慢変化抽出回路４０と導通する。電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０が導通すると、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４から緩慢変化抽出回路４０のコンデンサ４６に向けて電荷が放電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、上限度値（ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２の閾値電圧）にほぼ達すると、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２を介して、電荷蓄積回路３０の接続線３８が緩慢変化抽出回路４０と導通する。電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０が導通すると、緩慢変化抽出回路４０のコンデンサ４６から電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
なお、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４が導通するタイミングは、閾値電圧に厳密に達したときではなく、閾値電圧に対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４が導通するタイミングは、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４がターンオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
図１１に示すように、ｎ型チャネルのｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４とｐ型チャネルのｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２を備えた調整回路２５０を利用することもできる。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４のゲート端子とドレイン端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続されている。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４のソース端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。さらに、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２のゲート端子とドレイン端子は電荷蓄積回路３０の接続線３８に接続されている。ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２のソース端子は緩慢変化抽出回路４０の出力端子（この例では、ダイオード４４のアノード端子）に接続されている。
この場合の所定電圧の範囲は、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４とｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２の閾値電圧によって調整される。ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、下限度値（ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４の閾値電圧）にほぼ達すると、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４を介して、電荷蓄積回路３０の接続線３８が緩慢変化抽出回路４０と導通する。電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０が導通すると、電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４から緩慢変化抽出回路４０のコンデンサ４６に向けて電荷が放電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
緩慢変化抽出回路４０で抽出された電圧が、上限度値（ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２の閾値電圧）にほぼ達すると、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２を介して、電荷蓄積回路３０の接続線３８が緩慢変化抽出回路４０と導通する。電荷蓄積回路３０と緩慢変化抽出回路４０が導通すると、緩慢変化抽出回路４０のコンデンサ４６から電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路３０のコンデンサ３４に蓄積されている電荷量は、基準電圧ＶBBに相当する量に調整され、出力電圧Ｖoutは基準電圧ＶBBに調整される。
なお、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４が導通するタイミングは、閾値電圧に厳密に達したときではなく、閾値電圧に対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４が導通するタイミングは、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ｐ−ＭＯＳＦＥＴ２５２又はｎ−ＭＯＳＦＥＴ２５４がターンオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ３４の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１０：センサ電圧処理回路
２０：微分回路
２２、３４、４６：コンデンサ
２４、３６、４２：オペアンプ
２６、３２、４８：抵抗
３０：電荷蓄積回路
３８：接続線
４０：緩慢変化抽出回路
４４、５２、５４：ダイオード
４９：定電圧電源
５０：調整回路
１５２、２５２：ｐ−ＭＯＳＦＥＴ
１５４、２５４：ｎ−ＭＯＳＦＥＴ
２０：微分回路
２２、３４、４６：コンデンサ
２４、３６、４２：オペアンプ
２６、３２、４８：抵抗
３０：電荷蓄積回路
３８：接続線
４０：緩慢変化抽出回路
４４、５２、５４：ダイオード
４９：定電圧電源
５０：調整回路
１５２、２５２：ｐ−ＭＯＳＦＥＴ
１５４、２５４：ｎ−ＭＯＳＦＥＴ
Claims (5)
- 入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、
前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、
一対のダイオードが逆方向に並列に接続された並列回路を有する調整回路と、を備えており、
前記調整回路では、前記並列回路の一方の接続線が前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記並列回路の他方の接続線が前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、
前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、一方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、
前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、他方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する積分回路。 - 入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、
前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、
ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、
前記調整回路では、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、
前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、
前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する積分回路。 - 入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、
前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、
ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子とｐ型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、
前記調整回路では、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続され、ソース端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、
前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記ｎ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、
前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記ｐ型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する積分回路。 - 前記電荷蓄積回路は、抵抗とオペアンプをさらに有しており、
基準電圧が前記オペアンプの非反転入力端子に接続されており、
入力電圧が前記抵抗を介して前記オペアンプの反転入力端子に接続されており、
前記オペアンプの出力端子が前記コンデンサを介して前記オペアンプの前記反転入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの積分回路。 - 緩慢に変化する第１事象に依存して変化する電圧に、急速に増減する変化を繰返す第２事象に依存して変化する電圧が重畳しているセンサ電圧を処理する回路であり、
センサ電圧を入力して微分した電圧を出力する微分回路と、
その微分回路の出力電圧を入力電圧とする請求項１〜４のいずれかの積分回路と、
を備えているセンサ電圧処理回路。
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