JP5140844B2

JP5140844B2 - 検出手段用のパデ近似関数エミュレータを用いた非線形温度補償の提供

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Publication number: JP5140844B2
Application number: JP2008510050A
Authority: JP
Inventors: ラライア、ホセ・マルコス; ウィリス、デイビッド・ジョン
Original assignee: セミコンダクターコンポーネンツインダストリーズエルエルシー
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: US20080270062A1; WO2006118899A1; US20060265167A1; US7991571B2; CN100592033C; CN101171496A; EP1877733A1; EP1877733B1; JP2008541050A; US7398173B2

Description

本発明は、一般に、温度変化に応答して非線形挙動を示すセンサ及び／又はトランスデューサに関する。より詳しくは、本発明は、温度が変化する環境において、検出手段のそのような非線形挙動を補償するための効率的で正確な方法に関する。

＜本出願人所有の出願の相互参照＞

次の同時係属の米国特許出願は、本出願の所有者に所有されているものであり、その開示する内容は、それらに言及することをもって、あらゆる意味で、その内容の全体を本出願の一部とするものとする。

（Ａ）Jose Marcos Laraia, Jose G. Taveira, Robert P. Moehrkeによる２００４年５月１３日付で出願された、「Pade´Approximant Based Compensation for Integrated Sensor Modules and the Like」と称する米国特許出願第１０／８４５，６８１号。

（Ｂ）Jose Marcos Laraia, Masahisa Niwa, Robert P. Moehrke and Jose G. Taveiraによる２００４年６月１６日付で出願された、、「Reactive Sensor Modules Using Pade´ Approximant Based Compensation and Providing Module-Sourced Excitation」と称する米国特許出願第１０／８７０，３１４号。

技術的な進歩により、様々な用途のために、大量生産が可能な多くの新規の電子センサ又は電子トランスデューサ、及び／又は電磁センサ又は電磁トランスデューサが実現されてきた。温度、圧力、光度、位置、加速度、流速は、そのようなデバイスで、検出、測定、及び／又は伝達される多くの物理的な変数の内のほんの一部である。検出された又は測定されたパラメータは、表示、制御、及び／又はその他の処理をするために、電磁的に又はそれ以外の方法で、コンピュータ又はその他のインテリジェント装置に送信することができる。物理的なパラメータの正確な検出又は測定をすることは、自動車産業、医療産業、航空産業、及びファクトリーオートメーションなどの様々な分野において重要であるため、小型で、正確で、信頼性があり、過酷な環境で動作可能な低コストのセンサデバイスを開発するために、数々の取り組みがなされてきた。これにより、様々な物理的／電気的原理に基づく様々な検出手段がもたらされ、各々の検出手段は、特定の用途毎に最適化されてきた。

物理量の値を、後工程で処理する又は報告する目的のため、物理量が検出又は測定されるとき、検出された／測定された物理量の領域（圧力、又は磁束強度、又は高電圧産業用のモータ電流、又はその他のそのようなパラメータ）から表示信号の領域（例えば、０〜５ボルトの範囲の低電圧、デジタルＣＭＯＳ信号など）への変換が常に発生し、表示信号は、検出された／測定された物理量の後工程での処理及び／又は報告のために使用される。ある領域からある領域への変換経路のどこかに、その挙動が温度変化によって有意な影響を受ける１つ又は複数の素子（例えば、センサ又はトランスデューサ）が存在し得る。ほかにもっと良い言葉がないので、本明細書では、一連の１つ又は複数のそのような温度依存性素子は、「検出手段」の一部であることを理解されたい。変換プロセスにおいて使用される基礎的な物理的原理に関わらず、本質的に全ての検出手段（すなわち、検出素子又は変換素子）は、回避する必要のあるいくつかの制限及び非理想性を示す。例えば、ほとんどのセンサは、一般的に、製造プロセスでのばらつきを考慮した標準公差があることから、オフセット及び感度にばらつきがある。そのオフセット及び／又は感度のばらつきは、センサインタフェース回路を個別に較正することによって、補償しなければならないことが多い。また、本質的に、全ての検出手段は、温度に対する応答にある程度のばらつきがある。これもまた、個別に補正して補償する必要がある。これらの要求に対処するため、適切な電子回路（通常、信号調整回路と呼ばれる）が、各個別の検出手段と（電気的に、論理的に及び／又は物理的に）結合されることが多い。多くの場合、信号調整回路は、検出手段の一部又は全部を含むパッケージ又はハウジングに欠くことができないものである。一般に、検出素子及びその対応する信号調整回路は、１つの物理的なユニットにパッケージ化され、センサモジュールを構成することがよくある。センサ信号調整及び利用できる解決策の実施例に関するより詳しい説明は、次の３つの文献において見ることができる。（ａ）Mnif, K.による「Compensation is critical in fitting analog pressure sensors to the application」、ISD Magazine, July 2001、（ｂ）Travis, B.による「Smart conditioners rub out sensor errors」、EDN Magazine, February 2001、及び（ｃ）McGonigal, J.による「Signal conditioning」、Sensor Magazine, September 2003（これらの文献に言及することをもって、あらゆる意味で、その内容の全体を本出願の一部とするものとする）。

温度補償（ＴＣ）は、ほとんどのセンサ信号調整システムにおいて基本要件となるものであり、より高機能で高価な検出素子を使用することなく、高い精度及び／又は動作温度範囲の拡張を可能にする。温度補償を変化させるための方法は、最も一般的には、まずセンサ出力信号から温度依存性オフセット値を差し引いてから、センサ出力信号に温度依存性ゲイン値の乗算をするようなものである。例えば、次の文献を参照されたい。（ａ）Yunusによる１９９８年１２月登録の米国特許第５，８４８，３８３号（温度係数の多項式補償を提供している）、（ｂ）Crispieらによる１９９９年５月登録の米国特許第５，９０２，９２５号（温度係数の区分的線形補償を提供している）、（ｃ）Roecknerらによる１９９９年１１月登録の米国特許第５，９９５，０３３号（オフセット設定用にＤＡＣを使用している）、（ｄ）Roecknerらによる１９９９年８月登録の米国特許第５，９３９，６９３号（信号変換、並びに温度及び非線形補償の多項式計算のためのＤＡＣを備える信号調整回路、及びＡＤＣ／ＤＡＣコンボを使用している）、及び（ｅ）Ritmiller, IIIによる２０００年２月登録の米国特許第６，０３２，１０９号（ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）によって駆動される粗調整ＤＡＣ及び微調整ＤＡＣを使用している）。これらの文献に言及することをもって、あらゆる意味で、その内容の全体を本出願の一部とするものとする。上記のYunusの米国特許第５，８４８，３８３号などの簡単な説明に示しているように、温度依存性オフセット及びゲインの制御は、区分線形関数（折れ線近似）の発生、多項式関数の発生、及び／又は複雑なデジタル信号処理技術によって達成されるようにすることもできる。しかしながら、常により精度が高く、より安価な解決策を求める市場圧力により、従来の線形温度補償技術又は区分線形温度補償技術は、所定の温度範囲において要求性能を提供することができないことがある。一般に使用される多項式をベースとした非線形温度補償技術は、通常、多項式（例えば、ｙ＝ａ_０＋ａ_１ｘ^１＋ａ_２ｘ^２＋．．．）の近似をしない検出素子にはなじまない。したがって、各多項式に多数の項を使用したり、ことによると異なる多項式を区分的につなぎ合わせたりしない限り、所定の温度範囲における精度は不十分なままであり得る。これらのことは回路の複雑さ及びコストを極めて増加させるため、より単純で、より良い解決策が必要とされている。

本発明の開示によれば、上記のように要約した従来の温度補償技術の欠点を改良するための構造体及び方法が提供される。

より詳しくは、本明細書では、非線形温度補償方法が提供される。その方法は、正確で、プログラム可能で、かつ様々な用途に使用するのに十分にフレキシブルなものを容易に作ることができるものであり、個別に較正される検出手段を、低コストで大量生産することができるような温度補償を提供することを含む。本発明に基づく回路は、通常センサに付随するセンサインタフェースモノリシック集積回路（ＩＣ）に、小さな機能ブロックとして容易に実装されるほど十分に簡素に作ることができる。

本発明の開示は、総当り的な数値手法を使用することなく数値の除算を実現する方法を提供する。本発明は、いわゆるパデ近似を使用して実行される。パデ近似は、２つのべき級数の比率（２つの多項式の除算）として、エミュレートされる関数を少なくとも区分的に拡張し、べき級数の分子及び分母の両者の係数を決定することによって導かれるようにすることができる。パデ近似は、非線形の物理的変数、及び極を含む数値演算を近似するのに適している。また、有理近似は、本質的に多項式ではない曲線を追随することができる。具体的には、パデ近似法によって発生する有理関数は、一般に、比較的多数の項を備えるテイラー展開よりも、物理的なセンサ挙動に適している。パデ近似を実用的に実行させることに関して従来から存在する障害の１つは、２つのべき級数の比率を形成する必要があることである。総当り的な除算は、一般に、加算、減算又は乗算だけに頼る機械が実行した計算よりもコストがかかる。本発明によれば、フィードバック技術を用いて、パデ近似方法によって求められる除算演算をエミュレートする伝達関数を提供する。

本発明のある態様によれば、所定の温度範囲内の温度変化に対してその非線形性を無効にするために、１つ又は複数のパデ近似に応じた伝達関数が、温度の影響を受けた検出手段によって発生される信号に印加され、それによって、所定の温度範囲において、より正確な検出（又は領域変換）をもたらす。精密な近似を、（わずかな係数を有する）低次のパデ近似関数で実施することができる。これは高いパフォーマンスをもたらし、比較的簡素で、安価な非線形性補償回路を可能にする。より詳しくは、ある実施態様では、センサオフセットは、少なくとも一部がその入力変数が温度である第１のパデ近似生成回路によって近似され、センサゲインの逆数は、少なくとも一部がその入力変数が温度である第２のパデ近似生成回路によって近似される。センサが大量生産される環境において、そのような回路を較正するための方法を、以下に詳述する。

本発明のその他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

パデ近似は、２つのべき級数の比率である関数を拡張し、分子及び分母の両者の係数を決定することによって形成されるようにすることができる。近似される関数が極を含むとき、通常、パデ近似はテイラー展開よりも優れている。なぜなら、有理関数を使用すると、その極の挙動を十分に表せるからである。（例えば、Wolfram Research Math worldのウェブサイトを参照されたい。http://mathworld.wolfram.com/PadeApproximant.html）

その一般的な形式では、パデ近似は、２つのべき級数の間の比率として、方程式Ｅｑ．１のように表される。

ただし、ｘは入力変数、ｐ_Ｌ及びｑ_Ｍは比較的一定の係数であり、実施例において、Ｑ_Ｍ（ｘ）は、Ｑ_Ｍ（０）＝１が与えられるように正規化される。係数ｑ_１〜ｑ_Ｍがゼロに設定される場合、方程式Ｅｑ．１は、単に分子の係数ｐ_０〜ｐ_Ｌを有するテイラーの式に帰着する。

その分子及び分母に１次多項式を有するパデ近似ｙ_１（ｘ）は、次の方程式Ｅｑ．２のように表すことができる。

入力信号ｘ（その極性及び有効な起点を含む）を調整することによって、また各係数ａ、ｂ、及びｃの値を調整することによって、異なる種類の非線形関数を得ることができる。図１、図２、及び図３は、いくつかの実施可能な伝達関数の形式を図示しており、ｙ_１（ｘ）は、図示された曲線と関連付け易い形式に書き換えられる。図１〜図３から明らかなように、各関数の曲線の位置、方向、及び傾斜は、３つの係数ａ、ｂ及びｃを調整することによって、また入力変数ｘの極性及び有効な起点を調整することによって、調整することができる。ａ／ｃ＝ｂという特別な場合では、ｙ_１（ｘ）は定数値になり、その値はｂに等しい。一方、ａ／ｃ＞ｂ又はａ／ｃ＜ｂの場合、対応する非線形関数が得られる。そして、次の式Ｅｘ．３〜Ｅｘ．５という恒等式が容易に確かめられる。

図１の場合、

図２の場合、

図３の場合、

より詳しくは、図１において、非線形の曲線１０１は、ｘ＝０にて値ｂであり、その漸近線は、ａ／ｃ＞ｂの場合、Ｅｘ．３によって与えられる。非線形の曲線１０３は、ｘ＝０にて値ｂであり、その漸近線は、ａ／ｃ＜ｂの場合、Ｅｘ．３によって与えられる。ａ／ｃ＝ｂのとき、一定な応答１０２が得られる。３つのグラフ２０１〜２０３が、ｘ＝ｘ_０の点（２０４）にて交差することを除いて、同様の結果が図２において見られる。入力変数ｘが負極性を与えられているため、３つのグラフ３０１〜３０３が、横方向に反対向きにのびていることを除いて、同様の結果が図３において見られる。ｃｘ＋１＝０のとき、ｙ_１（ｘ）は定義されない、従って、ｃｘ＝−１という条件を避けるべきであることに留意されたい。

上記したように、一般的に、検出素子は、電磁出力信号を発生させる。その検出素子は、温度に対して非線形の形式で変化するオフセット要素、及び温度に対して非線形の形式で別の変化をするゲイン又は感度パラメータを含む。１次パデ近似を入力変数として与えられる環境温度（Ｔ、言い換えれば、検出手段の対象の有効温度）と組み合わせて使用することによって、一般に、検出手段の温度依存性は、次の方程式Ｅｑ．６によって良い精度で示すことができる。

ただし、左辺のＶｓ（Ｔ）は、検出素子の実出力電圧であり（別の種類の検出手段の場合、それは、一部のセンサでは電流又は電荷又はその他の電磁パラメータであり得る）、近似式の右辺のｖｏｆｆ_０は、検出素子のオフセット結果であり、検出した物理的なパラメータ（例えば、圧力）が、基準値又はゼロ等級（例えば、圧力の場合は１気圧）のとき、センサ出力に現れるものである。ただし、この出力ｖｏｆｆ_０は、所定の基準温度Ｔ_０にて測定される。係数ａ、ｂ、及びｃは、非線形のオフセット温度係数であり、その値は較正中に決定される。Ｓ_０は、使用した基準温度Ｔ_０での、検出素子の感度（又はゲイン）である。大文字のＡ、Ｂ、Ｃで表される係数は、非線形の感度温度係数であり、その値もまた、較正中に決定される。最後に、物理的なパラメータであるΦが、近似された検出手段によって検出され、センサの実出力信号Ｖｓ（Ｔ）を生成する。Φの例としては、圧力レベル、機械的ひずみ、機械的移動、遮断放射線又はその他のエネルギ場などを含んで良い。

本発明によれば、方程式Ｅｑ．７によって逆オフセット信号Ｖ_ｏｆｆ（Ｔ）を発生させることによって、対応する補償をセンサのオフセット要素の温度依存性に対して与えられる。

さらに本発明によれば、方程式Ｅｑ．８の逆数を求めることによって、対応する補償をセンサのゲインの温度依存性に対して与えられる。

本発明は、パデ近似を「検出」温度（Ｔ）と組み合わせて使用して、センサ出力信号を調整することに焦点を合わせているが、追加的にパデ近似を、温度補正された結果と組み合わせて使用して、全部の信号経路の非線形性をさらに補償する（事前補償又は事後補償）ようにすることも本発明の企図される範囲内であることに留意されたい。すなわち、それは、「検出」温度（Ｔ）を検出するのに使用される第２のセンサ手段の非線形応答を補償するようにすること、及び／又はこれらの量を表す信号を送信するアナログ信号経路（もしあれば）の非線形応答を補償するようにすることである。補償ＩＣの実出力ピンに現れる信号レベルを用いて較正することによって、信号処理ＩＣ自体の中で、内部の非線形性の一部が本質的に補償されるようにする。追加的にパデ近似を上記の「検出」温度（Ｔ）と組み合わせて使用して、第１のセンサの非線形応答を、近似した検出手段によって検出される物理的なパラメータ（Φ）の様々な値又は値の範囲に補償することも本発明の企図される範囲内である。

まず方程式Ｅｑ．７の逆オフセット信号Ｖ_ｏｆｆ（Ｔ）に焦点を合わせると、３つの未知の係数の値ａ、ｂ及びｃは、基準点、つまり、Ｖｏｆｆ_０に対して、及び各温度点Ｔ１、Ｔ２及びＴ３にて、対応する一連の少なくとも３つのオフセット測定を実行することによって決定される（１つの方法であって、この方法に限定するものではない）。それは、次の方程式セットＥｑｓ．９による。

ただし、

方程式セットＥｑｓ．９から、３つの係数ａ、ｂ、ｃは容易に計算することができる。例えば、方程式セットＥｑ．１１、Ｅｑ．１２、Ｅｑ．１３ａ〜Ｅｑ．１３ｃにより、行列式（クラメールの公式）を用いて計算される。

ただし、

３つより多い測定より方程式が生成された場合、統計的な曲線を適合させるアルゴリズムが、３つのオフセット係数ａ、ｂ、及びｃの値を決定するために使用され得る。３つのオフセット係数ａ、ｂ、ｃを決定した後、オフセット補償回路は、負の温度依存性非線形関数を合成し、負の補正信号を方程式Ｅｑ．１４のセンサ出力信号に追加するだけで、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３によって画定される関連する温度範囲において、実質的に一定な温度不変性オフセット要素ｖｏｆｆ_０だけを残すようにする。

図４を参照すると、そのプロセスがグラフを用いて示される。ただし、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、３つの測定点の各温度であり、センサの物理的な入力パラメータ（例えば、ゼロ点が１気圧であり得る圧力）に対応するゼロ点があるとき、センサの各出力電圧ｖ_ｏｆｆ１、ｖ_ｏｆｆ２及びｖ_ｏｆｆ３を生成する。Ｔ_０は、センサが必然的に定数成分ｖ_ｏｆｆ０を出力する温度である。温度で変化した応答を差し引いた後に残るのは、図４の右側に示されるような、温度不変性オフセット応答ｖ_ｏｆｆ０だけである。

図５を参照すると、測定点Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を含む関連する温度範囲において、センサのゲイン又は感度に関して同様の方法が実施されている。より詳しくは、センサの感度の温度による変動は、オフセットで使用された相加係数に代わって、上記の方程式Ｅｑ．８で示されるような非線形の倍数因子によって表される。所定のセンサの温度感度Ｓ（Ｔ）に対する非線形性に応じた補償は、物理的なパラメータの入力値が相対ゼロ点以外の値でなければならないことを除いて、オフセットについて行った方法と同様の方法で計算することができる。本発明によれば、感度は、少なくとも３つの異なる温度Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３で測定され、その対応する値は、各々、Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３として記録される。より整合的な結果とするために、励起は、各状況（一般的に、測定される物理的な属性（例えば、圧力）の最大測定限界又はその半分のスケール）において、同じであるべきである。

ここで、方程式Ｅｑ．８は、関数Ｓ（Ｔ）として書き換えられる。

Ｔを既知の温度、Ｓ（Ｔ）を測定される相対感度で置換すると、３つの未知のＡ、Ｂ、Ｃを含む次の少なくとも３つの方程式の系（Ｅｑｓ．１６ａ〜１６ｃ）が得られる。

ただし、

Ｓ_０は温度Ｔ_０での感度である（図５を参照されたい）。

方程式セットＥｑｓ．１６ａ〜１６ｃから、係数Ａ、Ｂ、Ｃもクラメールの公式によって計算することができる。

ただし、

オフセットの場合のように、３つより多い測定が実施される場合、統計的な曲線を適合させる技術（例えば、最小二乗誤差）が、３つの感度係数Ａ、Ｂ、及びＣを決定するために使用され得る。次の方程式Ｅｑ．２０によれば、係数Ａ、Ｂ、Ｃを決定した後、感度に応じた補償を行う回路が、非線形逆関数を合成するように構成されており、元の感度関数と乗算をすると、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３によって画定される温度範囲において、結果として生じる感度は実質的に一定に維持され、Ｓ０に等しくするようにする。

補正関数は、次のようなものである。

センサの自然の感度は次のようなものである。

この補正関数は、その積が１に等しいので、センサの自然の感度に対する「逆パデ近似」と呼ぶことができる。

係数ｘ、ｙ及びｚを、次の方程式セットＥｑｓ．２１のように設定する。

この設定より、感度方程式（Ｅｑ．２０）を書き換えることができ、変調結果Ｓ´（Ｔ）は定数となり、Ｓ_０に等しくなる。

これは、方程式セットＥｑｓ．２１の係数設定による感度補償が、どのように温度不変性感度をもたらすかを明らかにする。

図６を参照すると、本発明に基づく第１の温度補償回路６００が示される。理論的な内容に関して行った上記の説明のように、第１のパデ近似関数は、図示した補償回路６００によってエミュレートされ、温度依存性電圧信号Δｖ_ｏｆｆ（Ｔ）を生成し、温度依存性電圧信号Δｖ_ｏｆｆ（Ｔ）は、検出素子の出力信号オフセットから差し引かれ、センサ出力信号の温度依存性要素を低減する又は排除するようにする。所望の出力電圧Δｖ_ｏｆｆ（Ｔ）がライン６１９に生成される。方程式Ｅｑ．２３は、ライン６１９にある所望の出力信号が、入力電圧Ｖ_Ｔｉｎの１次パデ近似のように振る舞い、その入力電圧が、環境温度とともに実質的に線形に増加することを示す。Ｖ_Ｔｉｎは、第２のセンサ手段６０５によって発生される。したがって、Ｖ_Ｔｉｎは、検出された温度を表すアナログ信号である。第２の温度センサ手段６０５は、その出力が温度効果に反対に作用するように調整される第１のパラメータセンサ（図示せず、圧力センサなど）と混同されることがない。温度センサ手段６０５は、回路６００の残りの部分を実装するモノリシックＩＣ内部に一体的に含むことができる。

図６の回路６００では、電圧信号Ｖ_Ｔｉｎは、可変ゲインアンプ６２１の入力ポート６１１に印加される。可変ゲインアンプ６２１の有効なゲインは、その一部がＤＡＣ６３７及びゲイン設定抵抗６４７によって、Ｇで表される一部ゲイン値にプログラム可能に設定される。より正確に言えば、アンプ６２１の有効なゲインは、ＤＡＣ６３５（デジタル−アナログコンバータ６３５）によって発生される別の係数ｋ_ｖｆ・Ｖ_ｏｕｔ（＝ｋ_ｖｆ・ΔＶ_ｏｆｆ（Ｔ））により減少され、アンプ６２１の全有効ゲインは、Ｇ・（１−ｋ_ｖｆ・Ｖ_ｏｕｔ）で表される（ただし、Ｖ_ｏｕｔ＝ΔＶ_ｏｆｆ（Ｔ））。Ｖ_Ｔｉｎは、この全有効ゲインで乗算をされ、次にアナログ加算器６２２において、プログラム可能に定義されるバイアス電圧ｖ_ｘ０に加算されるようにする。バイアス電圧ｖ_ｘ０は、ＤＡＣ６３２及びバイアス設定抵抗６４２によって設定される。加算器６２２の出力は、ライン６１９に生成される所望の電圧Δｖ_ｏｆｆ（Ｔ）を定義する。フィードバックループ６１５は、生成された出力電圧Δｖ_ｏｆｆが、上記の方程式Ｅｑ．２３を成立させるように用いられる。より詳しくは、フィードバックΔｖｏｆｆ信号６１５は、ＤＡＣ６３５において、第３のプログラムパラメータｋ_ｖｆ（抵抗６４５で設定される）によって乗算され、回路６００が、次の方程式Ｅｑ．２４のフィードバックを含む伝達関数を実現するようにする。

出力Δｖ_ｏｆｆを左辺にまとめると、その式（Ｅｑ．２４）は、次の方程式Ｅｑ．２５のように書き換えることができる。

したがって、発生するΔｖ_ｏｆｆ信号（６１９）は、上記の方程式Ｅｑ．２３によって１次パデ近似をエミュレートする。その場合、方程式セットＥｑｓ．２６の代入が行われる。

別の言い方をすれば、方程式Ｅｑ．２４は、次の方程式Ｅｑ．２７のように書き換えられる。

したがって、図６の回路のパラメータＧ、ｖ_ｘ０、及びｋ_ｖｆは、係数ａ、ｂ、ｃから直接決定することができる。ただし、後者の係数は、図４に関連して実施された温度較正測定から計算される。回路のパラメータＧ、ｖ_ｘ０、及びｋ_ｖｆは、回路６００を実装するＩＣ内又はそのＩＣと結合した不揮発性（ＮＶ）メモリ手段（例えば、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュ）にプログラムされるようにすることもできる。次に、不揮発性メモリ手段に記憶された回路のパラメータは、不揮発性記憶手段（又は他の場所）から、各抵抗６４７、６４２及び６４５にダウンロードされ、図６に示されるような専用のＤ／Ａコンバータ６３７、６３２及び６３５を介して、ゲイン、バイアス及びフィードバックを制御するようにする。回路６００を形成するプログラム可能な構成ブロックは、個々に当該技術分野において周知のものである。（例えば、Harrold, S.による「Programmable analog ICs」、Sensor Magazine, April 2003、及びDunbar and Allenによる「Performance grows with integration」、EE Times, October 7, 2003を参照されたい。これらの刊行物に言及することをもって、あらゆる意味で、その内容の全体を本出願の一部とするものとする。）

図７を参照すると、本発明に基づく第２の温度補償回路７００が示される。可能であれば、「６００」番台の符号が付けられた図６の素子と同様の素子を参照する場合、「７００」番台の同様の符号が付けられている。回路７００のブロック７０１は、そのようなものであるので、その説明を繰り返す必要がない。なぜなら、オンチップ温度検出手段７０５（またはオフチップであることもある）が、ブロック７０１の外側にあり、かつ第２ブロック７０２の温度入力ライン７４１とさらに結合するように示されていることを除いて、ブロック７０１は本質的に回路６００と同じだからである。第２ブロック７０２は、構造的に言えば、第１ブロック７０１の鏡像であることは、図７から明らかである。温度に応じたオフセット補正信号（７１９）を発生させる代わりに、第２ブロック７０２は、ライン７５０に温度に応じた感度補正信号を発生させる（ただし、感度補正信号は、ΔＳで表される）。

温度補償回路７００を実装する集積回路の入力端子（例えば、パッケージのピン）７０６は、温度依存性センサからセンサ出力信号Ｖｓを受信する。そのセンサは図示していないが、抵抗性圧力センサ、又は反応性位置センサ、又はその他のセンサであり得る。そして、そのセンサは、所定の温度範囲（即ち、Ｔ１〜Ｔ３）において動作する際に、対応する物理的なパラメータを測定する。受信されたセンサ出力信号Ｖｓは、アナログ加算器７０７に印加され、（ライン７１９の）温度依存性オフセット電圧Δｖ_ｏｆｆ（Ｔ）を差し引くことができる。次に、加算器７０７の出力電圧は、可変ゲインアンプ（又はアッテネータ）７０８に結合し、オフセットのないセンサ出力信号Ｖ´ｓは、感度補正信号ΔＳの値で乗算をすることができる。次に、２回補正されたセンサ出力信号Ｖ´´_ｓは、別の処理をするために、集積回路の出力端子（例えば、パッケージのピン）７０９から出力することができる。代わりに又は追加的に、補正されたセンサ出力信号Ｖ´´_ｓは、回路７００を含むＩＣ内でさらに使用する又は処理するために、オンチップ回路（図示せず）に結合することができる。簡潔にするため、図７は、受信されたセンサ出力信号Ｖｓからの温度不変性オフセットの排除は図示していない。その温度不変性オフセットも、加算器７０７にて差し引かれるべきものであることは、上記の論理的説明から明らかである。

図７のブロック７０２を参照すると、感度補正用のパデ近似関数は、出力信号７５０が、オフセット電圧ではなくゲイン調整ΔＳを表すものであることを除いて、ブロック７０１の手段と同様の手段によって実行される。ΔＳ信号は、ゲイン制御電圧として用いられ、電圧制御アンプ（ＶＣＡ）７０８の対応するゲイン制御ノードに印加されるようにすることができ、それによって、電圧信号を対応するゲイン補正に変換する。所望のゲイン補正のための式は、方程式Ｅｑ．２８で与えられる。

方程式Ｅｑ．２８における大文字のＡ、Ｂ及びＣは、方程式Ｅｑ．２６及びＥｑ．２７の式における小文字のａ、ｂ及びｃに対応する、プログラム可能に設定される係数を表すために用いられる。当然のことながら、大文字の係数Ａ、Ｂ及びＣの値は、オフセット補正ではなく、適切な感度補正ΔＳをもたらすように決定される。図５を再び参照されたい。

図７は大部分がアナログの解決法であるが（ただし、デジタル信号領域からアナログ領域への遷移が、図示した６つのＤＡＣ７４２、７４５、７４７、７７２、７７５、及び７７７によって行われる）、所望の温度補償を実現するような回路を実行させるための実施可能な方法は他にもある。図８Ａは、別の実施例８００のブロック図であり、オフセット及び感度用の温度補償は、プログラム可能な演算論理装置（ＡＬＵ）８０３によって、デジタル領域において演算され、次いで、デジタル結果信号８１９（Δｖ_ｏｆｆ（Ｔ））及び８４９（ΔＳ）が、抵抗８２０、８５０及びＤＡＣ８２５、８５５を介して、各々、アナログ信号経路８０６〜８０９に印加される。ＤＡＣ８５５は、アナログアンプ８０８のゲイン設定ループ経路（フィードバック又はフィードフォワード）の一部を形成し、したがって、そのアンプ回路のゲインを（例えば、フィードバックインピーダンスを変調することによって）変調する。アナログ部よりもデジタル部の方が多い例の利点は、低電力ＣＭＯＳ回路で実現することができること、及びデジタル部が、より容易にプログラム可能であることに加えて、ノイズの影響を受けないことである。

図８Ｂを参照すると、実施態様８００の変形が８８０で示されている。抵抗性ブリッジ圧力センサが８６０で示され、差動入力バッファが８６１で示される。センサ８６０に印加される圧力は、メータ８５９で示される。そのメータ８５９は、少なくとも３つの設定、最大測定限界であるＰ_ＦＳ、測定範囲の中間であるＰ_Ｍ、及び基準ゼロ圧力（即ち、１気圧）であるＰ_０を有している。アナログ入力アンプ８６５は、オフセット入力端子８６４を有しており、オフセット入力端子８６４は、バッファ８６１より与えられる出力に、粗オフセットを印加するように使用することができる。抵抗８６２は、温度不変性粗オフセット値を表すデジタル信号を記憶し、ＤＡＣ８６３は、その記憶された値を、対応するアナログ信号値に変換し、オフセット入力端子８６４に供給するようにする。加算器８６７は、ここで、温度不変性ファインオフセット値及び温度依存性要素を加算する。ＤＡＣ８２５´のアナログ出力電圧は、次の方程式Ｅｑ．２９ａによって表される。

ただし、ｋはＤＡＣ変換係数であり、ファインオフセット抵抗８２４´（ｆｏ）に保持されるデジタルコード及び温度補償抵抗８２０´に保持されるデジタルコードとＤＡＣ８２５´で生成されるＤＡＣ出力電圧Δｖ_ｏｆｆに応じて加算器８７０で出力する実電圧Ｖ_ｏｕｔ３の比例関係を示す。一般に、製造の際のばらつきにより、ＤＡＣ８２５´の個々の態様毎に、さらにはアンプ８６８及び８６９の個々の態様毎に様々な係数ｋが生じる。ｋが大量生産された各回路毎に正確に決定されていない場合、このデジタル−アナログ変換係数ｋの大量生産の際のばらつきは、事後補償の精度を下げてしまう。ｆｏが変化するのにつれて、回路８８０の出力にて電圧Ｖ_ｏｕｔ３を測定することによって、所定の回路にｋの値を正確に決定することができる。較正中、基準温度（例えば、Ｔ２）にて、基準圧力Ｐ_０が第１センサ８６０に印加されるとき、Ｖ_ｏｕｔ３をベースとなる基準値（相対的ゼロと呼ばれることもある）と等しくさせるようにｆｏを調整することが一般に望ましい。オフチップの着脱自在に結合可能な較正コンピュータ（例えば、８２７´）は、較正プロセスを自動的に実行し得る。ある実施態様では、コンピュータ８２７´は、外部の温度コントローラ８５８及び外部の物理的なパラメータ（例えば、圧力）コントローラ８５９と動作可能に結合し、これらの環境要素を制御するようにする。コンピュータ８２７´は、較正中のセンサチップ８８０のメモリユニット８０１´及び８０２´とさらに一時的に動作可能に結合し、それらに記憶される温度補償係数を設定するようにする。図が乱雑になるのを避けるため、コンピュータ８２７´と較正中のセンサチップ８８０の様々な内部部品（例えば、８２４´、８６２、８６６、８０１´、８０２´）との全ての動作可能な結合を図示しているわけではない。様々な信号結合技術が使用されるようにすることができ、そのようなものには、コンピュータ８２７及び動作可能な方法（有線又は無線）で一時的にコンピュータ８２７が結合するセンサチップ８８０の間の、制御信号及びデータ信号のシリアルトランスミッションを含む。

較正（自動又は手動）中に、ｋを決定するために、オフセット用のパデ近似係数ａ、ｂ及びｃは、まずゼロにリセットされ、感度用の係数Ａ、Ｂ及びＣもゼロに設定され、オフセットを排除するように出力電圧Ｖ_ｏｕｔ３を粗調整し、次いで微調整することができるようにする。ファインオフセット抵抗８２４も、初めにｆｏ＝０にリセットされる。圧力をＰ０に維持し、温度を基準値（即ち、Ｔ２）で維持しつつ、試行錯誤によって実験的に、粗オフセット抵抗８６２が、真のゼロから許容できる粗エラー範囲内（ある実施態様では、これはゼロから約３００μＶの範囲内であった）にＶ_ｏｕｔ３を減少させるコード値を読み込んだ後に、新たなノンゼロ値ｆｏ´が、ファインオフセット抵抗８２４に読み込まれ、差異ΔＶ_ｏｕｔ３を測定することができる。その方法は、較正コンピュータ８２７内に記憶されたソフトウェアコード８２６ｂの制御の下で実行され得る。この方法では、各アンプ８６５、８６８及び８６９のゲインが、ΔＶ_ｏｕｔ３の測定結果に対して一定している限り、各アンプのゲインを気にする必要はない。ある実施態様では、この方法を実行中、アンプ８６５のゲインは略８に設定され、アンプ８６８のゲインは略１で維持され、アンプ８６９のゲインは略３で維持される。次に、ＡＬＵ８０３´が、単なる比率ΔＶ_ｏｕｔ３／Δｆ０として、ｋの値を計算するようにする。このｋの値は、較正コンピュータのＤＡＣ係数抵抗８２６ａに記憶され、後に、コンピュータが、温度補償抵抗８０１´の係数ａ、ｂ及びｃを較正するために方程式Ｅｑ．２９ａを用いるときに使用する。また、保存されたｋの値は、抵抗８２４に記憶されるファインオフセットコードを演算するために、較正コンピュータ８２７によって使用される。ｋを計算するためのステップの最後にて測定されるＶ_ｏｕｔ３の値は、ゼロ以外の値であることが多い。Ｖ_ｏｕｔ３をゼロに近づけるようにするためにｆ０に加えられる補正は、単に、Δｆ０＝ΔＶ´_ｏｕｔ３／ｋである。ただし、ΔＶ´_ｏｕｔ３は、Ｖ_ｏｕｔ３をゼロに近づけるようにするために行われる変化である。ある特定の実施態様において、第１センサにおける圧力をＰ０に維持し、同様に温度を基準値（即ち、Ｔ２）に維持しつつ、オフセット抵抗のこの微調整が、Ｖ_ｏｕｔ３を、粗調整範囲（真のゼロから約３００μＶまで）の範囲外から、ゼロから略２μＶ以内に集中させられることがわかった。ｆｏ及びｋが設定されるとすぐに、自動較正プロセス（８２６ｂ）が開始して良く、センサパラメータ（例えば、８６０の場合は圧力）を基準値（Ｐ０）で維持し、温度（例えば、外部の温度コントローラ８５８によって設定される）を、少なくとも３つの検査点Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の間で切り替えながら、ａ、ｂ及びｃに適切な値を決定するようにする。上記のＥｑ．９〜Ｅｑ．１３の方法が、較正ソフトウェア８２６ｂで使用され得る。

図８Ｂの実施態様では、次の方程式Ｅｑ．２９ｂのコードの正規化が用いられる。

四角括弧の中の値は、微調整ＤＡＣ８２５´に送信されるデジタルコードで表される。ｋは、ＤＡＣコードから最終の出力電圧Ｖ_ｏｕｔ３への変換を表す。方程式Ｅｑ．２９ｂで使用される定数（即ち、４、２５６、６４、２、及び５１２）は、特定の固定少数点ＤＳＰ用に方程式を最適化するように選択されたものであり、そのＤＳＰ内に備えられた１０ビットＤＡＣに、０〜１０２３の範囲内でデジタルコード値を維持するようにする。より詳しくは、特定のＤＳＰにおいて、Ｔコードの範囲は、−１２７〜＋１２７の範囲に維持され、デジタル温度を２５５の離散準位で表すようにする。ある実施態様では、Ｔ＝０のコード値が室温を表すのに使用された。微調整抵抗８２４´は８ビットを有し、微調整範囲が１０２４の離散準位を有するようにした。ｆ０＝０の設定により、式２^＊ｆｏ＋５１２が１０ビットの範囲の中ほどに置かれた。同様に、係数ｂ及びｃのスケーリング因子は、Ｅｑ．２９ｂの式の中に用いられる定数と同じく、特定の固定少数点ＤＳＰ用に方程式を最適化するように選択されたものであり、その特定のＤＳＰに備えられた１０ビットＤＡＣに、０〜１０２３の範囲内で、結果として生じるコード値を維持するようにする。当然ながら、異なるデジタル分解能のＤＡＣ及び／又はコード保持抵抗を使用する実施態様に、別の適切な定数を用いることは、本発明の企図される範囲内である。

図８Ａ〜図８Ｂのよりデジタル化された実施態様８００、８８０では、総当り的な除算を用いる代わりに、方程式Ｅｑ．２９ａ〜Ｅｑ．２９ｂで示唆されるように、パデ近似式の反復フィードバック形式を使用することも可能であり、それによって、総当り的な除算を実施することが必要となるのを避けることも可能であることに留意されたい。より詳しくは、オフセット及び感度のデジタルコード用の計算は、コンピュータプログラムの次の式Ｅｘ．３０ａ及びＥｘ．３０ｂによって反復的にコンピュータで計算することができる。

ただし、ｃ´＝ｃ／ａ、及びＣ´＝Ｃ／Ａである。

したがって、ＡＬＵ８０３´は、総当り的な除算を実施するより、むしろ式Ｅｘ．３０ａ及びＥｘ．３０ｂの反復手順を使用して良く、検出温度（Ｔ）が変化するのにつれて、抵抗８２０´及び８５０´（又は、図８Ａの８２０及び８５０）のオフセットコード及び感度コードを定期的に更新するようにする。係数ａ、ｂ、ｃ´及びＡ、Ｂ、Ｃ´は、不揮発性の又はその他の適切なメモリ８０１´及び８０２´に記憶される。演算論理装置（ＡＬＵ）が、式Ｅｘ．３０ａ〜Ｅｘ．３０ｂの加算／減算及び乗算を実行し、それによって、温度が変化するのにつれて、抵抗８２０（又は８２０´）及び８５０（又は８５０´）の温度補償コードを反復的に更新するようにする場合、ＡＬＵのサイズ及び温度補償チップ８８０の消費電力の大きさを比較的小さくすることもできる。抵抗８２０´及び８５０´の反復的に計算されるコードは、ＤＡＣ（８２５´及び８５５´）を制御し、次いで、アナログオフセット信号及びアナログゲイン制御信号をアナログ信号経路８０６〜８０９（又は図８Ｂの場合８６０〜８７０）に供給するようにする。

図９を参照すると、別の実施可能な実施態様が、また別のよりデジタルな方法で９３０として示されている。オフセット減算器９１７は、デジタルブロック９３０内で実行され、感度乗算器９１８もまたデジタルブロック９３０内で実行される。アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）９０７は、検出手段が発する検出信号Ｖｓをデジタル化する。９０８で示されるデジタル−アナログ逆変換器は随意的なものである。なぜなら、多くの場合、乗算器９１８のデジタル出力は、別の処理をするために、システムコンピュータ（例えば、自動車の制御用及び表示用コンピュータ）に、連続的に又は別の方式で（例えば、パルス幅偏重に基づく通信を用いることによって）送信されるからである。ＩＣ端子９０９にてアナログＶｏｕｔが望まれる場合、随意的なＤＡＣ９０８を、その出力に含むようにすることができる。

図８Ａ〜図８Ｂ及び図９において、デジタルブロック（８３０又は９３０）を構成するものとして線で囲まれた範囲は、本質的にデジタル動作だけに用いられる。これらのデジタル動作は、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又は別のそのような手段によって実行することができる。しかしながら、ブロック８３０／９３０内で実行される動作は比較的少なく、ごく基本的なもの（加算、乗算、抵抗の記憶）であることから、生産規模の大きい大量生産向けには、単体の専用ＤＳＰ回路が、よりコスト効果のある解決策となり得る。図９は、１つの一連の係数（即ち、ａ、ｂ、及びｃ）がメモリ９０１に記憶され、別の１つの一連の係数（即ち、Ａ、Ｂ及びＣ）がメモリ９０２に記憶されることを示唆しているように見えるが、温度サブレンジの遷移を確認する又は表すようなデジタル化された温度表示信号Ｔ（ｇ）を扱うこと、及び対応する一連のパデ近似係数をメモリユニット９０１及び９０２内に記憶することも、本発明の企図される範囲内である。温度表示信号Ｔ（ｇ）のより有意なビットは、マルチレンジメモリユニット９０１及び９０２に対して、直接的なアドレス入力として使用され得る。また、デジタル化された温度表示信号Ｔ（ｇ）は、まず、ＡＬＵ９０３によって処理され、それによって、メモリアドレス信号を生成し、次いで、各温度サブレンジに用いられるおおよそのパデ近似係数を取り出すために、そのメモリアドレス信号は、マルチレンジメモリユニット９０１及び９０２に印加される。次に説明する図１０に、ある例を図示する。

連続的な解決法を上記のように説明したが、特定の種類のセンサは、本発明の別の変形から効果を得ることもでき、そのようなものには、区分的パデ近似解決法を別のパデ近似解決法とつなぎ合わせる、或いは区分的パデ近似解決法を多項式及び／又は線形の解決法及び／又は別の区分的解決法とつなぎ合わせるようなものがある。使用する検出手段の特定された動作温度範囲Ｔ１〜Ｔ４（図１０）を複数のサブレンジに分割することによって、また各サブレンジ毎に非線形の又は線形の局所的な温度補償を実施することによって、高精度を達成することができる場合がある。図１０に図示する例は、仮想検出素子が、その動作温度範囲においてオフセット変動を有するものであり、その動作温度範囲は３つの異なるサブレンジ、すなわち、次のようなものを備えている。

Ｔ１〜Ｔ２：線形のオフセット変動がある第１サブレンジ。

Ｔ２〜Ｔ３：中間点Ｔ_２．５を含む非線形の第２サブレンジ。

Ｔ３〜Ｔ４：中間点Ｔ_３．５を含む非線形の第３サブレンジ。

例示的なこれら３つのセンサオフセットサブレンジの各サブレンジは、１つの共通の一連の係数によって対処するより、むしろ各々、カスタムの一連の線形の又は非線形の温度補償係数によって対処するほうが良い。上記のオフセット温度補償の実施例のいずれかを、この例示したセンサを取り扱うのに適切なものとして選択することができる。上記の回路において、ある温度サブレンジから次の温度サブレンジへの変更を検出するため、いくつかの副次的なものが追加されるようにすることもできる。例えば、２つのアナログ又はデジタルコンパレータが追加されるようにすることもでき、それらには、各々、図１０のＴ２及びＴ３を交差する温度を検出するように検出スレショルドが設定されている。これらコンパレータの出力は、周期的に確認され、温度サブレンジが変化したかどうかを判断するようにする。また、ＡＬＵ（図９の９０３など）は、サブレンジの変更を実行すべきときを決定するように、及び使用するのに適切な一連の係数を決定するようにプログラムし得る。図１０に示す具体的な実施例１０００では、次のような３つの可能性がある。

１）Ｔ≦Ｔ２（及び、随意的に、Ｔ＞Ｔ１）の場合、センサオフセットは、線形の第１サブレンジにあるものである。線形の温度補償を実行するため、フィードバック経路が単に排除され得る。例えば、方程式Ｅｑ．２４又はＥｑ．３０のフィードバック係数ｋ_ｖｆが、単にゼロにされ、結果として、アナログ又はデジタルの各実施例の伝達関数は、各々、新たに次のような伝達関数になる。

２）Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ３の場合、センサオフセットは、非線形の第２サブレンジにあるものであり、一連の非線形の温度補償係数ａ_１、ｂ_１、ｃ_１が、（Ｔ_２、Ｔ_２．５及びＴ_３の較正点で）上記したように計算され、温度がこの第２サブレンジ内の温度であるとき、この第１の非線形温度補償特性を用いることができる。ある実施態様では、Ｔ２は、第１サブレンジＴ≦Ｔ２で用いられる第１補償手段及び第２サブレンジＴ２＜Ｔ≦Ｔ３で用いられる第２補償手段の共有較正点として使用されるものであり、したがって、２つの解決法は、まったく同じ値（Ｖ_ｏｆｆ２）で相接する。このようにして、少なくとも第１及び第２サブレンジにおいて連続的な補償関数が与えられる。

２）Ｔ＞Ｔ３（及び、随意的に、又はＴ≦Ｔ４）の場合、センサオフセットは、非線形の第３サブレンジにあるものであり、別の一連の非線形温度補償（ＴＣ）係数ａ_２、ｂ_２、ｃ_２が、（Ｔ_３、Ｔ_３．５及びＴ_４の較正点で）上記したように計算され、温度がこの第３サブレンジ内の温度であるとき、この第２の非線形温度補償特性を用いることができる。ある実施態様では、Ｔ３は、第２サブレンジＴ２＜Ｔ≦Ｔ３で用いられる第２補償手段及び第３サブレンジＴ＞Ｔ３で用いられる第３補償手段の共有較正点として使用されるものであり、したがって、第２及び第３解決法は、まったく同じ値（Ｖ_ｏｆｆ３）で相接する。このようにして、少なくとも第２及び第３サブレンジにおいて連続的な補償関数が与えられる。

同様の方法を、感度に応じた補償を行うために用いることができる。一般的な例では、オフセット及び感度の両者のための異なる一連の温度補償係数が、非線形の又は線形の各サブレンジ毎に記憶される。この概念は、複数の非線形の及び線形のオフセットサブレンジ並びに非線形の及び線形の感度サブレンジに拡張することができ、各々、一連の追加較正ステップ、追加ウインドウコンパレータ、及び別の一連の係数により処理されるようにする。

所定の検出手段の特性をまず明らかにするとき、所定のサブレンジ（例えば、Ｔ１〜Ｔ２）が線形なのか又は非線形なのかわかっていない場合がある。したがって、その温度サブレンジに区分的線形補償を使用するか、非線形補償（例えば、パデ近似エミュレーションによって近似されるもの）を使用するか、すぐに分かるわけではない。本発明のある態様によれば、各サブレンジ毎に少なくとも３つの較正点が測定される。各サブレンジは、それらサブレンジの境界（例えば、Ｔ２、Ｔ３）にて較正結果を共有するものである。例えば、Ｔ１〜Ｔ２のサブレンジにて、境界点Ｔ１及びＴ２、並びに中間点Ｔ_１．５にて測定が行われる。次に、中間点Ｔ_１．５にて測定された特性（例えば、Ｖ_ｏｆｆ）が、境界点Ｔ１及びＴ２にて測定された測定結果（Ｖ_ｏｆｆ１、Ｖ_ｏｆｆ２）と十分に線形に近いかどうかが判断される。もし十分に線形に近ければ、線形の補正アルゴリズムが使用される。もしそうではない場合、非線形の補正アルゴリズム（例えば、パデ近似をベースとしたアルゴリズム）が使用される。中間点の特性が、線形に近いものではなく、非線形のものであると判断される前に考慮される誤差の量は、用途ごとに変化されるものであり、所定の用途の状況に応じて予め定義される。上記の例では、中間点Ｔ_２．５にて測定された特性（例えば、Ｖ_ｏｆｆ）を、Ｔ２及びＴ３の終点の結果に対して比較したところ、この中間点の結果が非線形であることがわかった。その結果、Ｔ２、Ｔ２．５及びＴ３の３つの点のデータは、Ｔ２〜Ｔ３のサブレンジのための適切なパデ近似係数を生成するために使用される。同様に、中間点Ｔ_３．５にて測定された特性を、Ｔ３及びＴ４の終点の結果に対して比較したところ、この中間点の結果が非線形であることがわかった。その結果、Ｔ３、Ｔ３．５及びＴ４の３つの点のデータは、Ｔ３〜Ｔ４のサブレンジのための適切なパデ近似係数を生成するために使用される。

本明細書で説明した実施態様は、非線形温度補償を与えるための手段として１次パデ近似を実行するが、高次パデ近似を使用することも本発明の範囲内であり、そのようなものには、分子及び分母が異なる次数を有するパデ近似を含む。また、分子及び分母の両者は、意図された結果に影響を与えることなく、様々な定数で乗算をするようにすることもできる。したがって、本明細書で用いられる例示的な分母の定数係数１（例えば、Ｅｑ．２３を参照されたい）は、様々な実定数で置換され得る（Ｅｑ．２９ａ及びＥｑ．２９ｂを参照されたい）。さらに、分子又は分母の高次多項式における変動を制限することによって、わずかな係数（例えば、４つの係数）だけを使用しつつ、非線形の温度補償を与えるための手段として２次以上のパデ近似を実行することも可能である。例えば、次の方程式Ｅｑ．３３ａを検討する。

この場合、４つの未知の係数ａ、ｂ、ｃ及びｄがあり、それらは４つ以上の較正用測定結果を用いて決定される。Ｅｑ．３３ａで示すような２次パデ近似は、図６の概念より得られるが、かなりのレベルの複雑さをもって実行される。図６は、可変ゲインステージ６２１を図示する。ただし、可変ゲインは、単なる出力電圧（ｋ・Ｖ_ｏｕｔ）の関数及び定数の合計である。しかしながら、可変ゲインが、入力電圧Ｖ_ｉｎ＝Ｖ_Ｔｉｎの関数である場合、総当り的な除算を用いることなく、Ｅｑ．３３ａに示したものと同様の高次パデ近似を得られる。一般的な可変ゲインの結果のＥｑ．３３ｂを検討し、次いでＥｑ．３３ｃに示される置換式を検討する。

方程式Ｅｑ．３３ｃの類似の項をまとめることによって、方程式Ｅｑ．３３ｄの除算前の式が容易に得られる。

Ｖ_ｏｕｔを解くと、あるものはＥｑ．３３ａに示される形式になる。４つの較正用測定結果が、方程式Ｅｑ．３３ａ〜Ｅｑ．３３ｄの４つの係数ａ、ｂ、ｃ及びｄを求めるために使用され得る。

１次又は高次パデ近似エミュレーションに、Ｎが未知（例えば、Ｎ＝３、Ｎ＝４）で、Ｎ個の方程式を与えるためにＮ個の測定を用いることのほかに、最適化したパデ近似係数を決定するために、曲線を適合させるのに様々な数学的な方法が使用されるようにすることもでき、そのようなものには、最小二乗法又は様々な線形或いは非線形回帰法などが含まれる。数値計算法を、所定の制約の中で、複数のサブレンジ及びそれらの各スレショルドを決定するように使用することもできる。

上記の説明を踏まえ、本発明は、制御関数を実行するための複雑な回路を必要とせずに、温度補償パラメータを制御するための非常にフレキシブルで、強力な解決策を提供できることがわかる。センサの温度範囲又は温度サブレンジを適切に選択することによって、また個々の各サブレンジにおける温度の非線形性がひどいものではなく、好ましくは単調なものであるようにすることによって、動作を最適化することができる。また、比較的大きな数の入力ビットを有するＤＡＣは、より微細な制御及び全体精度の向上を可能にし得る。高次パデ近似及び較正点を多くすることも、精度を向上し得る。したがって、より要求の厳しい用途では、精度と複雑さのトレードオフが望まれることがある。本発明は、センサインタフェースＩＣのシステム及び／又はその他のシステムに広く応用できる。その他のシステムの機能性には、温度依存性非線形性を補正するという機能性を含む。そのような例として、自動車のセンサ用の単体のＡＳＩＣは、一般的に、年間２００万〜３００万個の範囲の生産量を必要とし、安い単価が求められる。本発明に基づいて作られた回路の単純さは、（縮小したダイサイズにより）低コスト及び大量生産を可能にする。

本明細書は、特許請求の範囲の主要事項の範囲、本質、又は精神を制限するというよりも、むしろ例示として受け取られるべきものである。多くの修正及び変形は、本明細書を検討した後、当業者にとって明らかとなり、ここに記述された要素についての同等機能及び／又は構造の代替の使用、ここに記述された連結についての同等機能の連結の使用、及び／又はここに記述されたステップについての同等機能のステップの使用を含む。そのようなわずかな変形は、ここで熟考されたものの範囲内であると思料されるものである。さらに、複数の特定の手段又は複数のステップに付与される複数の例、及びそのような所与の例の間及び／又は越える外挿が、本明細書を考慮して明白である場合、本明細書は、少なくともそのような外挿を効果的に開示し、したがってカバーすると思料されるものである。

別の例として、本明細書の開示に基づくプログラム可能なパデ近似エミュレートデバイス（例えば、図８Ａの８００）は、較正手順を制御し、得られた係数を適切なオンチップメモリにプログラムするため、コンピュータ（例えば、図８Ｂの８２７）を使用することが含まれることを理解されたい。したがって、コンピュータで読み込み可能な指示メディア、或いは別の形態のソフトウェア製品又は機械的な指示手段（ハードディスク、コンパクトディスク、フラッシュメモリスティック、又はネットワークを介してコンピュータ８２７に生成された指示信号をダウンロードすることを含むが、これらに限定されるわけではない）が、本発明に基づく較正動作を実行するように、指示可能な機械（例えば、コンピュータ８２７）を指示するのに用いられるようにすることもできる。そのようなものとして、上記した手順に基づく１つ又は複数の方法で、大量生産されるセンサの調整回路の較正を機械で実行するように指示可能な機械を含むこと、上記した手順に基づく１つ又は複数の方法で、大量生産されるセンサの調整回路の較正を機械で実行するように、機械に指示可能なソフトウェア製品を提供することも本明細書の開示の範囲内である。

＜追加特許権の留保、衝突の解決、及び用語の解釈＞

本発明が合法的に公開された後、本特許出願の所有者は、ここに含まれるテキスト形式の資料及び図画資料の当該所有者以外による複製について何ら異議はない。ただし、そのような複製は、本発明の開示を理解するという限定的な目的、それにより有用な技術及び科学の普及を促進するという限定的な目的であることを条件とする。しかし、当該所有者は、開示した資料に合法的に関連し得るその他の様々な権利は放棄しない。そのようなものには、様々なコンピュータプログラムリスト又は図面又はここで用いられたその他の著作物における著作権、及びここで用いられた造語又は図面に関連し得る商標権又はトレードドレス権についての著作権、及びここに含まれるその他の保護可能な主要事項又はここから導き出せるその他の保護可能な主要事項についての権利などが含まれるが、これらに限定されるわけではない。

様々な開示が参考としてここに組み込まれており、そのような組み込まれた開示が本発明の開示の一部又は全体と衝突する場合、衝突範囲について、及び／又は広範な開示範囲について、及び／又は用語の広範な定義範囲について、本発明の開示を調整する。そのような組み込まれた開示が、互いにその一部又は全体で衝突する場合、衝突範囲について、後の日付が付与されている開示を調整する。

ここで明示的に別段の定めをした場合を除き、通常の用語は、それら表現の文脈内でのそれらの対応する通常の意味をもち、通常の技術用語は、相当する専門技術内及びここにおけるそれら表現のそれぞれの文脈内でのそれら対応する通常の意味をもつ。

一般的な概念及び特定実施態様の上記開示が与えられれば、求められる保護の範囲は、ここに添付された特許請求の範囲によって定められるべきものである。開示された特許請求の範囲は、米国特許法第１２０条及び／又は米国特許法第２５１条に従って提出された出願を含む１つ又は複数の更なる出願でまだ文字通り請求されない主要事項を除いて、出願人の権利を開示された特許請求の範囲に制限するように受け取られるべきものではない。

１次パデ近似回路でエミュレートすることができる３つの関数の第１のグラフを示す図である。わずかに異なる１次パデ近似回路でエミュレートすることができる別の３つの関数の第２のグラフを示す図である。また別の異なる１次パデ近似回路でエミュレートすることができるさらに別の３つの関数の第３のグラフを示すである。所望のセンサの逆オフセット関数のグラフを示す図である。所望のセンサの逆ゲイン関数のグラフを示す図である。センサ出力信号から差し引かれるべき逆オフセットを生成し、それによって温度依存性オフセットを排除するようにする第１の回路を示す回路図である。センサオフセット及びセンサ感度の温度依存的な状況を解消するための回路の大部分がアナログで構成された実施態様の回路図である。センサオフセット及びセンサ感度の温度依存的な状況を解消するための回路がよりデジタルで構成された実施態様のブロック図である。大量生産の際の較正中に、較正コンピュータがどのように温度補償ＩＣと相互結合するのかを図示することを含む図８Ａの特定の実施態様の回路図である。センサオフセット及びセンサ感度の温度依存的な状況を解消するための回路のよりデジタルで構成された別の実施態様のブロック図である。異なる温度サブレンジ毎に区分的温度補償及び較正を説明するのに使用されるセンサオフセット対温度の典型的なグラフを示す図である。

Claims

検出手段によって検出される温度依存性オフセット及び温度依存性感度を示す検出信号に、温度に応じた補償を提供するための方法であって、
（ａ）前記検出手段の対象の有効温度を示す温度表示信号を得るステップと、
（ｂ）前記得られた温度表示信号から、温度依存性オフセットを補償するための補償信号及び温度依存性感度を補償するための補償信号を生成するステップとを含み、
前記温度依存性オフセットのための補償信号及び前記温度依存性感度のための補償信号の各々は、各々のために少なくとも１つの記憶手段に記憶された別個の係数及び前記温度表示信号を用いて求められるパデ近似関数のそれぞれに対応し、
前記別個の係数は、温度依存性オフセット及び温度依存性感度の各々に対応するように決定されたことを特徴とする方法。
前記方法が、
（ｃ）前記検出手段によって検出された前記温度表示信号を、少なくとも１つの前記補償信号でオフセットする及び／又は乗算をするステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記方法が、
（ａ．１）少なくとも１つの前記補償信号の対応する１つを生成する１つ又は複数の回路をモノリシックに集積した温度検出回路から、前記温度表示信号が得られることを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記方法が、
（ｂ．１）前記パデ近似関数が前記記憶手段に記憶された３つの係数を有する少なくとも１つの１次パデ近似関数を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記方法が、
（ｄ）前記記憶手段に記憶される前記３つの係数を決定するため、３つ以上の異なる温度における、前記検出手段によって検出された前記検出信号の測定結果を取り込むステップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記方法が、
（ｅ）前記記憶手段に記憶される前記３つの係数を決定するため、３つの連立方程式を解くステップを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
温度依存性オフセット及び温度依存性感度を示す検出手段から得られる検出信号に、温度に応じた補償を提供するのにそれぞれ用いられる、検出手段と論理的及び／又は物理的に関連する第１及び第２の温度補償回路を較正するための方法であって、
（ａ）検出手段によって検出される物理的な特性の所定の基準値に対して、少なくとも３つの異なる温度点のサンプル関数として前記検出手段のオフセット挙動及び感度挙動を決定するステップと、
（ｂ）前記決定されたオフセット挙動及び感度挙動を、それぞれ、所定のレベルのオフセット精度及び感度精度に近似する１次以上のパデ近似関数のための３つ以上の係数をオフセット精度及び感度精度の各々のために決定するステップと、
（ｃ）前記検出手段用にオフセット及び感度に応じた信号を生成するように使用される温度補償回路で用いるために、前記決定された係数を記憶するステップとを含むことを特徴とする較正方法。
前記第１の温度補償回路が、
（ｃ．１）前記検出手段の温度を示す温度表示信号を得るステップと、
（ｃ．２）前記得られた温度表示信号から、前記決定された係数で定義される、前記温度表示信号のパデ近似関数を用いて、温度依存性オフセットに応じた信号を生成するステップとによって、
前記オフセットに応じた信号を生成するように、前記決定された係数を用いることを特徴とする請求項７に記載の較正方法。
前記第２の温度補償回路が、
（ｆ．１）前記検出手段の温度を示す前記温度表示信号を得るステップと、
（ｃ．２）前記得られた温度表示信号から、前記決定された別の係数で定義される、前記温度表示信号の別のパデ近似関数を用いて、前記感度に応じた信号を生成するステップとによって、
前記感度に応じた信号を生成するように、前記決定された別の係数を用いることを特徴とする請求項７に記載の較正方法。
前記較正方法が、
（ｄ）前記温度依存性オフセットに応じた信号と組み合わせて使用される温度不変性オフセットに応じた信号のための１つ又は複数の値を決定するステップと、
（ｅ）前記対応する温度補償回路内のデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）から供給されるコード−出力変換係数を決定するステップであって、前記ＤＡＣは、デジタルコードの組み合わせに対してアナログ対応信号を生成するのに使用されるものであり、前記コードの１つは、前記温度不変性オフセットに応じた信号の微調整要素を表すものであり、前記コードの別の１つは、前記温度依存性オフセットに応じた信号の少なくとも一部を表すものである、該ステップと、
（ｆ）前記決定されたコード−出力変換係数を、前記微調整要素を表す前記コードの前記１つを定義するように使用するステップとを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の較正方法。
温度依存性オフセット及び温度依存性感度を示す検出手段によって検出される検出信号に、温度に応じた補償を提供するためのデバイスであって、
（ａ）所定の検出手段の温度を測定するための温度測定手段と、
（ｂ）前記温度測定手段によって測定された前記温度から、温度依存性オフセットを補償するための補償信号及び温度依存性感度を補償するための補償信号を生成するための、前記温度測定手段と動作可能に結合した補償生成手段とを含み、
前記温度依存性オフセットのための補償信号及び前記温度依存性感度のための補償信号の各々は、各々のために少なくとも１つの記憶手段に記憶された別個の係数及び前記温度表示信号を用いて求められるパデ近似関数のそれぞれに対応し、
前記別個の係数は、温度依存性オフセット及び温度依存性感度の各々に対応するように決定されたことを特徴とするデバイス。
前記デバイスが、
（ｃ）前記補償生成手段によって生成されたオフセットに応じた信号を、前記所定の検出手段によって検出された前記検出信号と結合するための、前記補償生成手段と動作可能に結合したオフセット手段を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
前記デバイスが、
（ｃ）前記所定の検出手段によって検出された前記検出信号を、前記補償生成手段によって生成された温度依存性感度に応じた信号と変調し、温度変化に対する前記変調された検出信号の変動を減らすようにする、前記補償生成手段と動作可能に結合した感度補償手段を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
前記デバイスが、
（ａ．１）前記温度測定手段が前記補償生成手段の１つ又は複数の部品とモノリシックに集積した温度検出回路を含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
前記デバイスが、
（ｂ．１）前記パデ近似関数が前記記憶手段に記憶された３つの係数を有する少なくとも１つの１次パデ近似関数を含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
前記デバイスが、
（ｂ．２）前記補償生成手段が前記記憶手段に記憶される３つの係数を記憶するためのメモリ手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
前記デバイスが、
（ｂ．１）前記補償生成手段が前記補償信号を反復的に生成するための反復手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
温度依存性オフセット及び温度依存性感度を示す検出手段から得られる検出信号に、温度に応じた補償を提供するのにそれぞれ用いられる、検出手段と論理的及び／又は物理的に関連する第１及び第２の温度補償回路を較正するための較正デバイスであって、
（ａ）前記検出手段によって検出される物理的な特性の所定の基準値に対して、少なくとも３つの異なる温度点のサンプル関数として前記検出手段のオフセット挙動及び感度挙動をそれぞれ決定するためのオフセット挙動決定手段及び感度挙動決定手段と、
（ｂ）前記決定されたオフセット挙動を所定のレベルのオフセット精度に近似する対応する１次以上のパデ近似関数のための３つ以上の第１の係数を決定するための第１の係数決定手段と、
（ｃ）前記決定された感度挙動を所定のレベルの感度精度に近似する別の対応する１次以上のパデ近似関数のための３つ以上の第２の係数を決定するための第２の係数決定手段と、
（ｄ）（ｉ）前記検出手段用のオフセットに応じた信号を生成するように使用される第１の温度補償回路のために、前記決定された第１の係数を記憶し、（ｉｉ）前記検出手段用の感度に応じた信号を生成するように使用される第２の温度補償回路のために、前記決定された第２の係数を記憶する記憶手段とを含むことを特徴とする較正デバイス。
前記較正デバイスが、前記温度補償回路と着脱自在に結合可能であり、
前記第１の温度補償回路が、前記較正デバイスが取り外された後、
（ｃ．１）前記検出手段の温度表示信号を得ることと、
（ｃ．２）前記得られた温度表示信号から、前記記憶された第１の係数によって定義される、前記温度表示信号のパデ近似関数を用いて、温度依存性オフセットに応じた信号を生成することとによって、
前記オフセットに応じた信号を生成するように、前記決定及び記憶された第１の係数を用いることを特徴とする請求項１８に記載の較正デバイス。
前記第２の温度補償回路が、
（ｃ．１ａ）前記検出手段の温度を示す温度表示信号を得ること、及び、
（ｃ．１ｂ）前記得られた温度表示信号から、前記決定された第２の係数によって定義される、前記温度表示信号の第２のパデ近似関数を用いて、感度に応じた信号を生成することによって、
前記感度に応じた信号を生成するように、前記決定された第２の係数を用いることを特徴とする請求項１８に記載の較正デバイス。
前記較正デバイスが、
（ｄ）前記温度依存性オフセットに応じた信号と組み合わせて使用される温度不変性オフセットに応じた信号のための１つ又は複数の値を決定するための不変性オフセット決定手段と、
（ｅ）前記対応する温度補償回路内のデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）から供給されるコード−出力変換係数を決定するための変換係数決定手段とを更に含み、
前記ＤＡＣは、デジタルコードの組み合わせに対してアナログ対応信号を生成するのに使用されるものであり、前記コードの１つは、前記温度不変性オフセットに応じた信号の微調整要素を表すものであり、前記コードの別の１つは、前記温度依存性オフセットに応じた信号の少なくとも一部を表すものであることを特徴とする請求項１８に記載の較正デバイス。