JP5768822B2 - センサ信号処理装置およびセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、物理量センサから出力されるセンサ信号をＡ／Ｄ変換して出力するセンサ信号処理装置およびセンサ装置に関する。

多くの物理量センサは温度特性を有しており、物理量センサが出力するセンサ信号のオフセットと感度は温度により変動する。特許文献１記載のセンサ装置は、物理量センサの周囲温度に応じた温度信号を出力する温度センサを備え、１つのＡ／Ｄ変換器を択一的に用いてセンサ信号と温度信号のＡ／Ｄ変換値を得ている。このセンサ装置は、温度信号のＡ／Ｄ変換値を用いて、センサ信号のＡ／Ｄ変換値に対する温度補正を行う。

特開２００４−８５５６２号公報

上述した従来構成では、温度信号のＡ／Ｄ変換、センサ信号のＡ／Ｄ変換および温度補正処理を順次行う。そのため、センサ信号のＡ／Ｄ変換開始（サンプル＆ホールド開始）から温度補正したＡ／Ｄ変換データを得るまでには、少なくともセンサ信号のＡ／Ｄ変換時間と温度補正演算時間とを合算した遅れが発生する。物理量センサと温度センサにそれぞれ専用のＡ／Ｄ変換器を設けた構成に変更しても、上記遅れ時間は短縮されない。

温度補正処理では、Ａ／Ｄ変換データのオフセットと傾き（感度）の補正を行う必要がある。これらの補正演算は四則演算を含むので時間を要し、特に乗算や除算では演算時間が増大する。その結果、センサ信号のＡ／Ｄ変換開始（サンプル＆ホールド開始）から温度補正がなされたＡ／Ｄ変換データを出力するまでの遅れ時間が増大し、センサ信号を入力信号として動作する制御機器の高速処理が妨げられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、センサ信号のＡ／Ｄ変換開始から物理量センサの温度特性が打ち消されたＡ／Ｄ変換データを出力するまでの時間を短縮できるセンサ信号処理装置およびセンサ装置を提供することにある。

請求項１に記載したセンサ信号処理装置は、第１、第２のＡ／Ｄ変換器を備え、物理量センサから出力されるセンサ信号をＡ／Ｄ変換して出力する。第１のＡ／Ｄ変換器は、入力信号に対するオフセットと変換ゲインを変更可能に構成され、センサ信号を入力信号としてＡ／Ｄ変換する。第２のＡ／Ｄ変換器は、物理量センサの温度を知るための温度センサから出力される温度信号をＡ／Ｄ変換する。

制御部は、温度測定処理、演算処理および信号変換処理を実行するもので、温度測定処理と演算処理の少なくとも何れか一方と信号変換処理とを並行して実行する。温度測定処理は、第２のＡ／Ｄ変換器に温度信号のＡ／Ｄ変換を実行させる処理である。演算処理は、第２のＡ／Ｄ変換器から出力されたＡ／Ｄ変換値と予め準備された物理量センサの温度特性データとに基づいて、第１のＡ／Ｄ変換器がセンサ信号をＡ／Ｄ変換する過程で物理量センサの温度特性が打ち消されるように第１のＡ／Ｄ変換器のオフセットと変換ゲインを演算する処理である。信号変換処理は、演算処理で演算したオフセットと変換ゲインを第１のＡ／Ｄ変換器に設定し、センサ信号のＡ／Ｄ変換を実行させる処理である。

この構成によれば、第１のＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換特性（オフセットと変換ゲイン）は、物理量センサの温度特性を打ち消すようなＡ／Ｄ変換特性に設定される。このため、Ａ／Ｄ変換を実行する過程で、同時に物理量センサの温度特性が打ち消される。その結果、センサ信号のＡ／Ｄ変換開始（サンプル＆ホールド開始）から物理量センサの温度特性が打ち消されたＡ／Ｄ変換データを出力するまでの時間は、温度測定処理および演算処理の実行に要する時間を含まず、第１のＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換時間により定まる。本手段を用いれば、センサ信号を入力信号として動作する制御機器の高速処理が可能となる。

請求項２に記載した手段によれば、第１のＡ／Ｄ変換器は、互いに同一の変換特性を有し、それぞれデジタル値Ｘ１、Ｘ２を入力してアナログ電圧ＶREF1、ＶREF2を出力する第１、第２のＤ／Ａ変換器と、アナログ電圧ＶREF1からＶREF2までの電圧範囲を所定のビット数でコード化する逐次比較型Ａ／Ｄ変換器とから構成されている。この場合、逐次比較型Ａ／Ｄ変換器のオフセットは（Ｘ１＋Ｘ２）／（Ｘ１−Ｘ２）により定まり、変換ゲインは１／（Ｘ１−Ｘ２）により定まる。制御部は、これらの関係に基づいて、演算したオフセットと変換ゲインが得られるようにデジタル値Ｘ１、Ｘ２を決定する。

請求項３に記載した手段によれば、第１のＡ／Ｄ変換器は、センサ信号であるアナログ入力電圧Ｖinと所定の基準電圧ｘrefとの差分に応じたＡ／Ｄ変換データＤＴを出力する。アナログ入力電圧Ｖinは、基準電圧ｘrefとＡ／Ｄ変換データＤＴに対応する信号電圧Δｘinとの和として表せる。第１のＡ／Ｄ変換器は、第１から第４パルス周回回路と、第１および第２カウンタを有している。第１パルス周回回路と第２パルス周回回路は対をなして用いられ、これらに対し第１カウンタが設けられる。第３パルス周回回路と第４パルス周回回路は対をなして用いられ、これらに対し第２カウンタが設けられる。

４つのパルス周回回路は、入力信号を電源電圧に応じて定まる遅延時間だけ遅延させて出力する複数の遅延ユニットがリング状に接続されて構成され、これら遅延ユニットにパルス信号を周回させるようになっている。第１から第４パルス周回回路は、互いに同数の遅延ユニットを有し、互いに熱的に結合した状態に形成されている。

第１パルス周回回路は、アナログ入力電圧Ｖinから基準電圧ｘrefを減じた差分電圧の正負反転電圧を基準電圧ｘrefに加えた電圧（２・ｘref−Ｖin）を電源電圧としてパルス周回動作をし、第２パルス周回回路は、アナログ入力電圧Ｖinを電源電圧としてパルス周回動作をする。第１カウンタは、カウント値のプリセットが可能であり、第１パルス周回回路におけるパルス信号の周回数と第２パルス周回回路におけるパルス信号の周回数をカウントし、その差分値を出力する。

第３パルス周回回路は、設定電圧Ｖsetから基準電圧ｘrefを減じた差分電圧の正負反転電圧を基準電圧ｘrefに加えた電圧（２・ｘref−Ｖset）を電源電圧としてパルス周回動作をし、第４パルス周回回路は、設定電圧Ｖsetを電源電圧としてパルス周回動作をする。設定電圧Ｖsetは、基準電圧ｘrefとは異なる電圧である。第２カウンタは、第３パルス周回回路におけるパルス信号の周回数と第４パルス周回回路におけるパルス信号の周回数をカウントし、その差分値を出力する。

変換制御回路は、第１カウンタにオフセットに相当する値をプリセットした後、第１から第４パルス周回回路に対し同時にパルス信号の周回動作を開始させ、第２カウンタが出力する差分値が変換ゲインに相当する値（規定値Ｙ）に達すると変換データ出力処理信号を出力し、その時の第１カウンタが出力する差分値をアナログ入力電圧に対するＡ／Ｄ変換データＤＴとして出力する。

第１および第２パルス周回回路について、パルス周回回路の電源電圧と単位時間当たりの周回数は、基準電圧ｘrefを中心にして二次特性に近い特性を有している。第３および第４パルス周回回路についても同様である。第４パルス周回回路の電源電圧（設定電圧Ｖset）としてｘ（＝ｘref＋Δｘ）を与え、第３パルス周回回路の電源電圧としてｘ′（＝ｘref−Δｘ）を与えると、第３パルス周回回路の単位時間当たりの周回数ｙ′と第４パルス周回回路の単位時間当たりの周回数ｙとの差ｙ−ｙ′は、Δｘおよび上記二次特性の一次係数Ｂに比例する（ｙ−ｙ′＝２×Ｂ×Δｘ）ことが導出される。

周回数差ｙ−ｙ′が規定値Ｙに達するまでの時間ＴAD（Ａ／Ｄ変換時間）は、Ｙ／（ｙ−ｙ′）＝Ｙ／（２・Ｂ・Δｘ）となる。この時間ＴADの間における第１パルス周回回路の周回数と第２パルス周回回路の周回数との差は、ＴAD×（２・Ｂ・Δｘin）＝（Δｘin／Δｘ）×Ｙとなり、温度に依存する上記二次特性の係数（二次係数Ａ、一次係数Ｂ）が消滅した形式を持つ。ここで、Δｘin（後述する実施形態ではΔｘABと表記）は、アナログ入力電圧Ｖinと基準電圧ｘrefとの差分電圧Ｖin−ｘrefである。

つまり、周回動作を開始してから第３パルス周回回路におけるパルス信号の周回数と第４パルス周回回路におけるパルス信号の周回数との差（第２カウンタの出力値）が規定値Ｙに等しくなった時の、第１パルス周回回路におけるパルス信号の周回数と第２パルス周回回路におけるパルス信号の周回数との差（第１カウンタの出力値）は、第１のＡ／Ｄ変換器自体の温度特性が除かれたＡ／Ｄ変換値（Δｘin／Δｘ）×Ｙになる。

変換ゲインに相当する規定値Ｙは、基準電圧ｘrefとの差分ΔｘinがΔｘに等しいアナログ入力電圧Ｖinが入力されたときのＡ／Ｄ変換値、すなわち入力幅Δｘに対するフルスケールコードを定めており、第２カウンタにプリセットされる。また、第１カウンタには、オフセットに相当する値をプリセットできる。この構成によれば、第１のＡ／Ｄ変換器自体の非直線性や温度特性が小さい高精度のＡ／Ｄ変換データＤＴを得られるとともに、オフセットと変換ゲインが変更可能である。

請求項４に記載したセンサ装置は、物理量センサと、物理量センサの温度を知るための温度センサと、上述したセンサ信号処理装置とを備えている。

請求項５に記載した手段によれば、物理量センサおよび温度センサは、一体的に構成されている。ブリッジ回路はブリッジ接続されたセンス抵抗を備え、一対の駆動端子と一対の信号出力端子が形成されている。温度検出抵抗は、上記センス抵抗とは異なる温度係数を有し、駆動端子を介してブリッジ回路と接続されている。この構成によれば、物理量センサとは別に温度センサを具備する必要がない。

第１の実施形態を示すセンサ装置のブロック構成図 第１のＡ／Ｄ変換器のブロック構成図 信号処理の流れを示す図 第１のＡ／Ｄ変換器内での変換特性を示す図 物理量とＡ／Ｄ変換データとの関係を示す図 温度信号のＡ／Ｄ変換値とオフセットとの関係を示す図 温度信号のＡ／Ｄ変換値と感度係数、ゲイン補正係数との関係を示す図 比較例として示す従来構成における図３相当図 第２の実施形態を示す第１のＡ／Ｄ変換器の構成図 第３の実施形態を示す図１相当図 センサの電気的構成図

各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図８を参照しながら説明する。図１に示すセンサ装置１は、物理量センサ２、温度センサ３およびセンサ信号処理装置４を備えて構成されている。

物理量センサ２は、信号処理回路チップとは別のセンサ素子専用チップに構成する場合が多く、圧力、電流、磁気、光などの物理量に応じたセンサ信号を出力する。例えば圧力を検出する場合、半導体基板の裏面をエッチングして薄肉のダイアフラムを形成し、表面に歪ゲージとしてピエゾ抵抗効果が大きい４つの半導体拡散抵抗によるホイートストンブリッジを形成する。チップ表裏の圧力差でダイアフラムが撓み、その歪を歪ゲージが検出して差動形式のセンサ信号を出力する。

拡散抵抗には抵抗値のばらつきが存在するため、センサ信号にはオフセットが発生する。また、拡散抵抗は温度特性を有するため、オフセットも温度特性を有する。さらに、拡散抵抗のピエゾ抵抗効果も温度特性を有するため、感度も温度特性を有する。

温度センサ３は、物理量センサ２の温度に応じた差動形式の温度信号を出力する。本実施形態では、物理量センサ２の近傍の温度を検出している。
センサ信号処理装置４は、センサ信号が持つ温度特性を打ち消しながら当該センサ信号のＡ／Ｄ変換を実行し、Ａ／Ｄ変換データＤＴを出力する。センサ信号処理装置４は、増幅回路５、６、第１のＡ／Ｄ変換器７、第２のＡ／Ｄ変換器８、制御部９、通信回路１０などが形成された信号処理ＩＣとして構成されている。増幅回路５、６は、それぞれ差動形式のセンサ信号、温度信号をシングルエンド形式の信号に変換するために設けられている。Ａ／Ｄ変換器７、８が差動入力形式を備えている場合には省いてもよい。

第１のＡ／Ｄ変換器７は、入力信号に対するオフセットと変換ゲインを変更可能に構成され、入力したセンサ信号をｍビットでＡ／Ｄ変換する。図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器７は、デジタル値Ｘ１を入力とするＤ／Ａ変換器１１、デジタル値Ｘ２を入力とするＤ／Ａ変換器１２および逐次比較型Ａ／Ｄ変換器１３から構成されている。Ａ／Ｄ変換器１３は、Ｄ／Ａ変換器１１、１２からそれぞれ出力された参照電圧ＶREF1、ＶREF2によりオフセットと変換ゲインが設定されてセンサ信号をＡ／Ｄ変換する。

第２のＡ／Ｄ変換器８は、温度センサ３から出力される温度信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換器８のオフセットと変換ゲインは一定である。本実施形態では、増幅回路５、６とＡ／Ｄ変換器７、８の温度特性は十分に小さいものとする。また、図示しないが、Ａ／Ｄ変換器７、８は、必要に応じてサンプル＆ホールド回路を備えている。通信回路１０は、Ａ／Ｄ変換器７から出力されるＡ／Ｄ変換データＤＴを、例えばＳＥＮＴ（Single Edge Nibble Transmission）規格により車両内のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に送信する。通信回路１０に替えて、シリアル通信回路、パラレル出力形式の出力回路などを用いてもよい。

制御部９は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１４、制御回路１５、ＲＡＭ１６、ＲＯＭ１７、ＥＰＲＯＭ１８などから構成されている。ＤＳＰ１４は、Ａ／Ｄ変換器８から出力されたＡ／Ｄ変換値と予め準備された物理量センサ２の温度特性データとに基づいて、Ａ／Ｄ変換器７がセンサ信号をＡ／Ｄ変換する過程で物理量センサ２の温度特性が打ち消されるようにＡ／Ｄ変換器７のオフセットと変換ゲインを演算する。

ＲＯＭ１７には、ＤＳＰ１４が実行する演算プログラムが記憶されている。ＲＡＭ１６は、この演算プログラムの実行用メモリである。ＥＰＲＯＭ１８には、物理量センサ２の温度特性データが記憶されている。制御回路１５は、Ａ／Ｄ変換器８に温度信号のＡ／Ｄ変換を実行させる温度測定処理、ＤＳＰ１４に演算処理を実行させる演算制御処理、演算したオフセットと変換ゲインをＡ／Ｄ変換器７に設定してセンサ信号のＡ／Ｄ変換を実行させる信号変換処理、通信回路１０にＡ／Ｄ変換データＤＴを出力させる通信制御処理などを実行する。

次に、図３から図８を参照しながら本実施形態の作用を説明する。図３に示すように、制御回路１５は、Ａ／Ｄ変換器８、ＤＳＰ１４およびＡ／Ｄ変換器７に対し、それぞれ温度測定処理、演算処理および信号変換処理を並行して実行させる。図３では、各処理を一定周期ごとに同期して実行する形態を示している。この形態では、各処理は互いに一定の時間関係を持って実行される。ただし、各処理の処理時間が異なると、一部の処理に待ちが生じる。そこで、同期をとらず各処理を待ち時間なく連続して実行し、その処理結果を用いる後段の処理は、前段の最新の処理結果を用いるようにしてもよい。

時刻ｔ１に制御回路１５がＡ／Ｄ変換器８に変換開始指令を与えると、Ａ／Ｄ変換器８は温度信号をサンプル＆ホールドしてＡ／Ｄ変換を実行する（温度測定処理）。Ａ／Ｄ変換器８は、変換が終了すると、得られた温度データをＤＳＰ１４に出力し、制御回路１５に変換終了信号を出力する。

時刻ｔ２に制御回路１５がＤＳＰ１４に演算開始指令を与えると、ＤＳＰ１４は物理量センサ２の温度特性（オフセット、感度）を打ち消すために必要なＡ／Ｄ変換器７のオフセットと変換ゲインを演算する（演算処理）。実際には、オフセットと変換ゲインに対応付けられた参照電圧ＶREF1、ＶREF2に相当するデジタル値Ｘ１、Ｘ２を演算する。ＤＳＰ１４は、演算が終了すると、得られたデジタル値Ｘ１、Ｘ２をＡ／Ｄ変換器７に出力し、制御回路１５に演算終了信号を出力する。

時刻ｔ３に制御回路１５がＡ／Ｄ変換器７に特性更新指令を与えると、Ａ／Ｄ変換器７はデジタル値Ｘ１、Ｘ２を設定する。続いて変換開始指令を与えると、Ａ／Ｄ変換器７はセンサ信号をサンプル＆ホールドしてＡ／Ｄ変換を実行する（信号変換処理）。Ａ／Ｄ変換の過程で物理量センサ２の温度特性が打ち消される。Ａ／Ｄ変換器７は、変換が終了すると、得られたＡ／Ｄ変換データＤＴを通信回路１０に出力し、制御回路１５に変換終了信号を出力する。図３には示されていないが、各時刻ｔ１、ｔ２、…に制御回路１５が通信回路１０に送信指令を与えると、通信回路１０はＥＣＵに対し物理量を示すＡ／Ｄ変換データＤＴを送信する。

図４（ａ）はＤ／Ａ変換器１１、１２の変換特性を表し、図４（ｂ）はＡ／Ｄ変換器１３の変換特性を表している。Ｄ／Ａ変換器１１、１２は、それぞれデジタル値Ｘ１、Ｘ２を入力し、（１）式、（２）式で示す参照電圧ＶREF1、ＶREF2を出力する。ＤＡmaxはＤ／Ａ変換器１１、１２の最大入力データであり、ＶccはＤ／Ａ変換器１１、１２の電源電圧である。
参照電圧ＶREF1＝（Ｘ１／ＤＡmax）・Ｖcc …（１）
参照電圧ＶREF2＝（Ｘ２／ＤＡmax）・Ｖcc …（２）

参照電圧ＶREF1とＶREF2との中央値である基準値は（３）式となり、参照電圧ＶREF1とＶREF2との差分である基準幅は（４）式となる。
基準値＝（ＶREF1＋ＶREF2）／２＝Ｖcc／（２・ＤＡmax）・（Ｘ１＋Ｘ２） …（３）
基準幅＝ＶREF1−ＶREF2＝Ｖcc／ＤＡmax・（Ｘ１−Ｘ２） …（４）

Ａ／Ｄ変換器１３は、基準値に等しい入力電圧をコード０に変換し、参照電圧ＶREF1を＋ＡＤmaxに変換し、参照電圧ＶREF2を−ＡＤmaxに変換する。Ａ／Ｄ変換器１３がｍビットの場合、ＡＤmaxは２^ｍ／２−１となる。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１３が出力するＡ／Ｄ変換データＤＴは（５）式となり、これに（３）式と（４）式を代入すると（６）式となる。
ＤＴ＝（センサ信号−基準値）／（基準幅／２）・ＡＤmax …（５）
ＤＴ＝ＡＤmax／（Ｘ１−Ｘ２）・｛センサ信号・（２・ＤＡmax／Ｖcc）―（Ｘ１＋Ｘ２）｝ …（６）

ここで、Ｋ１、Ｋ２をそれぞれ（７）式、（８）式で定義すれば、Ａ／Ｄ変換データＤＴは（９）式となる。
Ｋ１＝（２・ＡＤmax・ＤＡmax）／Ｖcc …（７）
Ｋ２＝ＡＤmax …（８）
ＤＴ＝Ｋ１・センサ信号／（Ｘ１−Ｘ２）−Ｋ２・（Ｘ１＋Ｘ２）／（Ｘ１−Ｘ２） …（９）

すなわち、（Ｘ１＋Ｘ２）／（Ｘ１−Ｘ２）に応じてＡ／Ｄ変換器７のオフセットが設定され、１／（Ｘ１−Ｘ２）に応じてＡ／Ｄ変換器７の変換ゲインが設定される。ＤＳＰ１４は、Ａ／Ｄ変換器７の変換特性（オフセットと変換ゲイン）により物理量センサ２の温度特性が打ち消されるように、物理量センサ２の温度特性データと測定温度に基づいてデジタル値Ｘ１、Ｘ２を設定する。

続いて、ＤＳＰ１４が実行する演算処理について説明する。ここでは、オフセット補正値Δｈとゲイン補正係数ｇを考察するに当たり、物理量センサ２の出力特性は、予め基準温度（例えば２５℃）における値が調整されているものとする。すなわち、物理量センサ２が基準温度のとき、Ａ／Ｄ変換器７が出力するＡ／Ｄ変換データＤＴは、Ａ／Ｄ変換器７が有する基準のオフセット（ここでは０とする）と変換ゲイン（ここでは１とする）を用いて（１０）式で表されるものとする。ｐは圧力などの物理量である。ｈｒ、ｓｒは、それぞれ物理量センサ２が基準温度にあるときの物理量センサ２のオフセット、感度である。
ＤＴ＝ｈｒ＋ｓｒ・ｐ …（１０）

物理量センサ２は、一般に温度特性を有している。物理量センサ２がｔ℃のとき、Ａ／Ｄ変換器７が出力するＡ／Ｄ変換データＤＴは（１１）式となる。上述したように、Ａ／Ｄ変換器７自体および増幅回路５自体は温度特性が無視できるものとする。ｈ、ｓは、それぞれ物理量センサ２がｔ℃にあるときの物理量センサ２のオフセット、感度である。
ＤＴ＝ｈ＋ｓ・ｐ …（１１）

オフセットｈおよび感度ｓを３次の多項式で近似すると、それぞれ（１２）式および（１３）式となる。ｈ１、ｓ１は１次係数、ｈ２、ｓ２は２次係数、ｈ３、ｓ３は３次係数である。
ｈ＝ｈｒ・｛１＋ｈ１・（ｔ−２５）＋ｈ２・（ｔ−２５）^２＋ｈ３・（ｔ−２５）^３｝ …（１２）
ｓ＝ｓｒ・｛１＋ｓ１・（ｔ−２５）＋ｓ２・（ｔ−２５）^２＋ｓ３・（ｔ−２５）^３｝ …（１３）

温度信号のＡ／Ｄ変換値を用いると、（１２）式に示すオフセットｈは（１４）式で表すことができる。Ｔはｔ℃での温度信号のＡ／Ｄ変換値であり、Ｔｒは基準温度での温度信号のＡ／Ｄ変換値である。ここで用いるＨｒ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、物理量センサ２のオフセットに係る温度係数（温度特性データ）である。
ｈ＝Ｈｒ・｛１＋Ｈ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｈ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｈ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝ …（１４）

図５は、物理量ｐとＡ／Ｄ変換データＤＴとの関係を示している。物理量ｐがゼロのときのＡ／Ｄ変換データＤＴは、物理量センサ２のオフセットとＡ／Ｄ変換器７のオフセット（上述したように０）を加えた値になる。グラフの傾きは、物理量センサ２の感度とＡ／Ｄ変換器７の変換ゲイン（上述したように１）を掛け合わせた値になる。

物理量センサ２のオフセットに係る温度特性を打ち消すには、Ａ／Ｄ変換器７の変換特性のうちオフセットを変更すればよい。すなわち、（１４）式で示すオフセットｈがオフセットｈｒに等しくなるように、Ａ／Ｄ変換器７が有する基準のオフセットに（１５）式で示すオフセット補正値Δｈを加算する。
Δｈ＝−Ｈｒ・｛Ｈ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｈ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｈ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝ …（１５）

図６は、温度信号のＡ／Ｄ変換値と上記オフセットとの関係を示している。実線は、物理量センサ２とＡ／Ｄ変換器７の総合オフセットである。一点鎖線で示すオフセットｈｒは、物理量センサ２が基準温度にあるときの物理量センサ２とＡ／Ｄ変換器７の総合オフセットである。ここでは、上述したようにＡ／Ｄ変換器７のオフセットを０としている。実線で示す総合オフセットを一点鎖線で折り返して得た値を二点鎖線で示している。（１５）式で示すオフセット補正値Δｈ（＝ｈｒ−ｈ）は、一点鎖線と二点鎖線との差分（ここでは負）に等しくなる。

一方、温度信号のＡ／Ｄ変換値を用いると、（１３）式に示す感度ｓは（１６）式で表すことができる。ここで用いるＳｒ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、物理量センサ２の感度に係る温度係数（温度特性データ）である。
ｓ＝Ｓｒ・｛１＋Ｓ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｓ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｓ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝ …（１６）

さらに、感度係数Ｃｓを（１７）式で定義する。
Ｃｓ＝ｓ／ｓｒ＝１＋Ｓ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｓ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｓ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３ …（１７）

物理量センサ２の感度に係る温度特性を打ち消すには、Ａ／Ｄ変換器７の変換特性のうち変換ゲインを変更すればよい。すなわち、（１６）式で示す感度ｓが感度ｓｒに等しくなるように、Ａ／Ｄ変換器７が有する基準の変換ゲインに（１８）式で示すゲイン補正係数ｇを乗算する。図７は、温度信号のＡ／Ｄ変換値と上記感度係数Ｃｓ、ゲイン補正係数ｇとの関係を示している。

ｇ＝１／Ｃｓ
＝１／｛１＋Ｓ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｓ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｓ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝
＝｛１＋Ｓ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｓ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｓ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝^−１
…（１８）

一般に除算には乗算に比して演算に時間がかかるが、この（１８）式には除算が含まれるので、１＞｜ｘ｜の場合には級数展開（１＋ｘ）^−１≒１−ｘ＋ｘ^２−ｘ^３＋…を使って除算のない形式に変更し、演算の高速化を図ることができる。例えば、１＞＞｜ｘ｜ならば、ｘの１次の項のみを使って（１９）式のように近似できる。
ｇ≒１−｛Ｓ１・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｓ２・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｓ３・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝ …（１９）

さらにｘの２次と３次の項も考慮に入れ、３次まで各係数を見直すと、（２０）式のように近似できる。
ｇ≒１−｛Ｓ１’・（Ｔ−Ｔｒ）＋Ｓ２’・（Ｔ−Ｔｒ）^２＋Ｓ３’・（Ｔ−Ｔｒ）^３｝ …（２０）

このとき、（２０）の各係数には以下の関係が成り立つ。
Ｓ１’＝Ｓ１
Ｓ２’＝Ｓ２＋Ｓ１^２
Ｓ３’＝Ｓ３＋２・Ｓ１・Ｓ２＋Ｓ１^３

ＤＳＰ１４は、Ａ／Ｄ変換器７の基準のオフセットにオフセット補正値Δｈを加算してオフセットを求め、Ａ／Ｄ変換器７の基準の変換ゲインにゲイン補正係数ｇを乗算して変換ゲインを求める。その後、これらの変換特性が得られるように（９）式に基づいてデジタル値Ｘ１、Ｘ２を決定する。

以上説明した本実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器７の変換特性が物理量センサ２の温度特性を打ち消すように設定されるので、センサ信号のＡ／Ｄ変換を実行する過程で、同時に物理量センサ２の温度特性を打ち消すことができる。その結果、センサ信号のサンプル＆ホールド（時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、…）から温度特性が打ち消されたＡ／Ｄ変換データＤＴを出力するまで（時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、…）の時間が短縮される。当該時間に、演算処理の実行時間が含まれないからである。

これに対し、温度信号のＡ／Ｄ変換、センサ信号のＡ／Ｄ変換および補正演算を順に実行する従来構成では、図８に示す処理の流れとなる。センサ信号をサンプル＆ホールドした時刻ｔ１２から補正演算を経てＡ／Ｄ変換データＤＴを得るまでの時間は、補正演算に要する時間を含むために長くなる。温度信号とセンサ信号を並行してＡ／Ｄ変換する構成に変更しても、上記遅れ時間は短縮されない。本実施形態のセンサ信号処理装置４を用いれば、センサ信号を入力信号として動作する制御機器、例えば車両のＥＣＵの高速処理が可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図９を参照しながら説明する。時間Ａ／Ｄ方式のＡ／Ｄ変換器２１は、オフセットと変換ゲインを変更可能に構成されており、上述した第１のＡ／Ｄ変換器７に替えて用いることができる。第１のＡ／Ｄ変換器２１は、物理量センサ２のセンサ信号であるアナログ入力電圧Ｖinを、基準電圧ｘref（＝Ｖcc／２）との差分に応じたデジタル値に変換し、それをＡ／Ｄ変換データＤＴとして出力する。

Ａ／Ｄ変換器２１は、第１パルス周回回路２２、第２パルス周回回路２３、第３パルス周回回路２４および第４パルス周回回路２５を備えている。これらのパルス周回回路２２〜２５は、入力信号を電源電圧に応じて定まる遅延時間だけ遅延させて出力する複数且つ同数の反転回路Ｎａ、Ｎｂ、…、Ｎｘ（遅延ユニット）がリング状に接続されて構成されている。パルス周回回路２２〜２５の反転回路Ｎａ〜Ｎｘは、互いに熱的に結合した状態とされている。

第１パルス周回回路２２と第２パルス周回回路２３が対になって動作し、第３パルス周回回路２４と第４パルス周回回路２５が対になって動作する。第１パルス周回回路２２の反転回路Ｎａ〜Ｎｘは、規定電圧Ｖcc（例えば５Ｖ）を持つ規定電圧線２６とアナログ入力電圧Ｖinが入力される信号入力線２７とから電源電圧（Ｖcc−Ｖin）の供給を受ける。この電源電圧は、アナログ入力電圧Ｖinから基準電圧ｘrefを減じた差分電圧の正負反転電圧を基準電圧ｘrefに加えた電圧（２・ｘref−Ｖin）に等しい。第２パルス周回回路２３の反転回路Ｎａ〜Ｎｘは、信号入力線２７とグランド線２８とからアナログ入力電圧Ｖinの供給を受ける。

第３パルス周回回路２４の反転回路Ｎａ〜Ｎｘは、規定電圧線２６と設定電圧Ｖsetが入力される設定電圧線２９とから電源電圧（Ｖcc−Ｖset）の供給を受ける。この電源電圧は、設定電圧Ｖsetから基準電圧ｘrefを減じた差分電圧の正負反転電圧を基準電圧ｘrefに加えた電圧（２・ｘref−Ｖset）に等しい。第４パルス周回回路２５の反転回路Ｎａ〜Ｎｘは、設定電圧線２９とグランド線２８とから設定電圧Ｖsetの供給を受ける。

Ａ／Ｄ変換器２１のうちパルス周回回路２２〜２５を除く回路部分は、規定電圧線２６とグランド線２８とから規定電圧Ｖccの供給を受けて動作する。パルス周回回路２２、２４の前には入力レベルシフト回路３０が設けられ、パルス周回回路２３、２５の前には入力レベルシフト回路３１が設けられている。パルス周回回路２２、２４の後には出力レベルシフト回路３２が設けられ、パルス周回回路２３、２５の後には出力レベルシフト回路３３が設けられている。

第１パルス周回回路２２および第２パルス周回回路２３には、それぞれ処理信号Ｓａの出力時におけるパルス周回回路内でのパルス位置を検出するため、第１および第２周回位置検出回路としてラッチ＆エンコーダ３４および３５が設けられている。第１パルス周回回路２２とラッチ＆エンコーダ３４との間および第２パルス周回回路２３とラッチ＆エンコーダ３５との間にも、それぞれ出力レベルシフト回路３６、３７が設けられている。

ラッチ＆エンコーダ３４は、Ｈレベルの処理信号Ｓａが入力されると、第１パルス周回回路２２の反転回路Ｎａ〜Ｎｘの出力信号を並列に入力する。ラッチ＆エンコーダ３４は、これらの出力信号に基づいて第１パルス周回回路２２内でのパルス信号の周回位置を検出（エンコード）し、所定のビット幅（例えば４ビット）で出力する。ラッチ＆エンコーダ３５も同様に構成されている。減算器３８は、ラッチ＆エンコーダ３５が出力する位置データからラッチ＆エンコーダ３４が出力する位置データを減算し、処理信号Ｓａが入力された時の減算値を例えばＡ／Ｄ変換データＤＴの下位４ビットとする。

なお、第１パルス周回回路２２、ラッチ＆エンコーダ３４およびレベルシフト回路３０、３２、３６からなる回路を「系統Ａ」と称し、第２パルス周回回路２３、ラッチ＆エンコーダ３５およびレベルシフト回路３１、３３、３７からなる回路を「系統Ｂ」と称し、第３パルス周回回路２４およびレベルシフト回路３０、３２からなる回路を「系統Ｃ」と称し、第４パルス周回回路２５およびレベルシフト回路３１、３３からなる回路を「系統Ｄ」と称する場合がある。

第１カウンタ３９は、第１パルス周回回路２２におけるパルス信号の周回数と第２パルス周回回路２３におけるパルス信号の周回数をカウントしその差分値（例えば１４ビット）を出力するアップダウンカウンタである。カウントアップ入力端子には、第２パルス周回回路２３の出力信号が入力され、カウントダウン入力端子には、第１パルス周回回路２２の出力信号が入力される。

プリセット端子とストップ解除端子には特性更新指令が入力され、ストップ端子には処理信号Ｓａが入力される。第１カウンタ３９のプリセット値には、Ａ／Ｄ変換器２１のオフセットに相当する値が与えられる。処理信号Ｓａが入力された時の第１カウンタ３９の出力値を、例えばＡ／Ｄ変換データの上位１４ビットとする。

第２カウンタ４０は、第３パルス周回回路２４におけるパルス信号の周回数と第４パルス周回回路２５におけるパルス信号の周回数をカウントしその差分値（例えば１４ビット）を出力するアップダウンカウンタである。カウントアップ入力端子には、第４パルス周回回路２５の出力信号が入力され、カウントダウン入力端子には、第３パルス周回回路２４の出力信号が入力される。

プリセット端子とストップ解除端子には特性更新指令が入力され、ストップ端子には処理信号Ｓａが入力される。プリセット端子に特性更新指令が与えられると、プリセットデータとしてＡ／Ｄ変換器２１の変換ゲインに相当する値（規定値Ｙ）がセットされる。

第２カウンタ４０の後段には、第２カウンタ４０の出力値の全ビットが０になったことを判定するコンパレータ４１が設けられている。コンパレータ４１が、第２カウンタ４０の出力値が確定した後に比較できるように、第２カウンタ４０は、カウント値が確定すると、コンパレータ４１に対しＨレベルの確定完了信号を出力する。第２カウンタ４０は、コンパレータ４１からＨレベルの比較完了信号が入力されると、確定完了信号をＬレベルに戻す。

コンパレータ４１から全ビット０を示すＨレベルの比較結果信号が出力されると、ＲＳフリップフロップ４２はセットされ、そのＱ出力からＨレベルの処理信号Ｓａが出力される。処理信号Ｓａは、インバータ４３からなる遅延要素を介して変換終了信号となる。ＲＳフリップフロップ４２のＱ／出力は、ＡＮＤゲート４４に入力されている。

変換開始指令は、ＡＮＤゲート４４を介してレベルシフト回路３０、３１に与えられる。変換が終了した時点でＲＳフリップフロップ４２のＱ／出力がＬレベルになり、ＡＮＤゲート４４の出力もＬレベルになるため、パルス信号の周回が停止する。Ａ／Ｄ変換を開始するには、特性更新指令を一時的にＨレベルにした後、変換開始指令をＬレベルからＨレベルにすればよい。なお、減算器３８、コンパレータ４１、ＲＳフリップフロップ４２およびＡＮＤゲート４４は、変換制御回路４５を構成する。

図１に示した制御回路１５が、Ａ／Ｄ変換器２１に特性更新指令を与えると、第１カウンタにオフセット相当値がプリセットされ、第２カウンタ４０に規定値Ｙがプリセットされる。規定値Ｙは、後述するように変換ゲインを定める値である。設定電圧Ｖsetが電圧Ｖcc／２よりも高い場合には、第２カウンタ４０のカウント値が増加するので、第２カウンタ４０には規定値Ｙの２の補数がプリセットされる。設定電圧Ｖsetが電圧Ｖcc／２よりも低い場合には、第２カウンタ４０のカウント値が減少するので、第２カウンタ４０には規定値Ｙがプリセットされる。

制御回路１５がＡ／Ｄ変換器２１に変換開始指令を与えると、第１から第４パルス周回回路２２〜２５は、同時にパルス周回動作を開始する。第２カウンタ４０が規定値Ｙをカウントしてカウント値が全ビット０になると、ＲＳフリップフロップ４２がセットされ、処理信号ＳａがＨレベルになる。Ａ／Ｄ変換器２１は、その時の第１カウンタ３９の出力値（上位１４ビット）およびラッチ＆エンコーダ３４、３５が出力する差分値（下位４ビット）を、アナログ入力電圧Ｖin（センサ信号）に対するＡ／Ｄ変換データＤＴとして出力する。Ａ／Ｄ変換器２１は、制御回路１５に変換終了信号を出力する。この信号変換処理の過程で、物理量センサ２の温度特性が打ち消される。

次に、Ａ／Ｄ変換器２１の変換特性について説明する。系統Ｄのパルス周回回路２５には電源電圧ｘ（＝設定電圧Ｖset）が印加され、系統Ｃのパルス周回回路２４には電源電圧ｘ′（＝Ｖcc−Ｖset）が印加されている。その結果、基準電圧ｘrefに対し常に（２１）式と（２２）式が成り立つ。Δｘは、系統Ｃ、Ｄにおける設定電圧Ｖsetと基準電圧ｘrefとの差分電圧である。基準電圧ｘrefは規定電圧Ｖccの１／２倍の電圧値を持ち、電源電圧ｘ（＝設定電圧Ｖset）は基準電圧ｘrefと異なるように設定されている。
ｘ ＝ｘref＋Δｘ …（２１）
ｘ′＝ｘref−Δｘ …（２２）

系統ＡからＤのパルス周回回路の特性は２次関数で近似でき、基準電圧ｘrefを中心にして（２３）式、（２４）式で示すことができるように設定する。ｙ、ｙ′は、それぞれ系統Ｄ、Ｃのパルス周回回路２５、２４に電源電圧ｘ、ｘ′を印加したときの単位時間当たりの周回数である。ｙrefは、Ａ／Ｄ変換器２１が基準温度（例えば２５℃）にあるときに基準電圧ｘrefを印加したときの単位時間当たりの周回数である。

ｙ ＝Ａ・（Δｘ）^２＋Ｂ・（Δｘ）＋ｙref …（２３）
ｙ′＝Ａ・（−Δｘ）^２＋Ｂ・（−Δｘ）＋ｙref …（２４）
係数ＡはΔｘに対する２次係数、係数ＢはΔｘに対する１次係数であり、温度特性を有している。
（２３）式、（２４）式より次の（２５）式が成り立つ。
ｙ−ｙ′＝２・Ｂ・Δｘ …（２５）

系統Ｄと系統Ｃの単位時間当たりの周回数差ｙ−ｙ′には、電圧変化Δｘに対する非直線性成分である２次係数Ａの項がなくなっており、良好な直線性が確保されていることが分かる。系統Ａのパルス周回回路２２および系統Ｂのパルス周回回路２３も系統Ｃおよび系統Ｄと同様な構成を備えているので、Ａ/Ｄ変換データの直線性は同様に良好となる。

系統Ｃ、Ｄの２系統のパルス周回回路２４、２５の周回数差がＹとなる時間ＴAD（Ａ／Ｄ変換時間）は（２６）式で表せる。
ＴAD＝Ｙ／（ｙ−ｙ′）＝Ｙ／（２・Ｂ・Δｘ） …（２６）

系統Ａ、Ｂについても、系統Ｂのパルス周回回路２３の電源電圧がΔｘABだけ増加したとき、系統Ａのパルス周回回路２２の電源電圧がΔｘABだけ減少し、系統Ａと系統Ｂのパルス周回回路への電源電圧が等しくなったときの電圧がｘrefとなる。従って、設定電圧Ｖsetに替えてアナログ入力電圧Ｖinを用いる点を除き、系統Ｃ、Ｄと同様に（２５）式が成立する。なお、パルス周回回路２２〜２５の特性が２次関数で近似できる電圧範囲で、設定電圧Ｖsetおよびアナログ入力電圧Ｖinを設定することを前提としている。

系統ＡからＤのパルス周回回路２２〜２５に同時にパルス周回動作を開始させたとき、時間ＴADの経過時における系統Ａ、Ｂの２系統のパルス周回回路２２、２３の周回数差ＹABは（２７）式で表せる。ΔｘABは、系統Ａ、Ｂにおけるアナログ入力電圧Ｖinと基準電圧ｘrefとの差分電圧Ｖin−ｘrefである。
ＹAB＝２・Ｂ・ΔｘAB・ＴAD＝（ΔｘAB／Δｘ）×Ｙ …（２７）

この周回数差ＹAB自体が、基準電圧ｘref（＝Ｖcc／２）から見たアナログ入力電圧ＶinのＡ／Ｄ変換データとなる。（２７）式から明らかなように、Δｘを０（ｘ＝ｘref）にすることはできない。（２７）式は、温度特性を有している係数Ａ、Ｂがなくなった数式となっており、得られたＡ／Ｄ変換データＹABにＡ／Ｄ変換器２１自体の温度特性がないことを示している。

ΔｘABはアナログ入力電圧Ｖinに応じて正負ともに取り得る。アナログ入力電圧Ｖinが基準電圧ｘrefに等しいときは、ΔｘAB＝０なのでＡ／Ｄ変換データＹAB＝０となる。アナログ入力電圧Ｖinが設定電圧Ｖsetに等しいときは、ΔｘAB＝ΔｘなのでＡ／Ｄ変換データＹAB＝Ｙとなり、アナログ入力電圧Ｖinが−Ｖsetに等しいときは、ΔｘAB＝−ΔｘなのでＡ／Ｄ変換データＹAB＝−Ｙとなる。このように電圧Δｘ（＝Ｖset−ｘref）が規定値Ｙに変換されるので、規定値Ｙは、入力幅Δｘに対するフルスケールコード、すなわち変換ゲインを定めている。

以上説明したＡ／Ｄ変換器２１は、少なくとも基準電圧ｘref±Δｘ（ｘref＝Ｖcc／２、Δｘ＝Ｖset−ｘref）におけるパルス周回回路２２〜２５の特性が２次関数で近似できる電圧範囲内において、非常に良好な直線性を持ち、広範な温度変化にかかわらず良好な直線性を維持して高い変換精度を持つ。従って、第１のＡ／Ｄ変換器７に替えて用いることにより、より高精度のセンサ装置を構成できる。なお、ラッチ＆エンコーダ３４、３５は、必要に応じて設ければよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図１０および図１１を参照しながら説明する。図１０に示すセンサ装置５１は、物理量センサおよび温度センサが一体に形成されたセンサ５２と、第１の実施形態で説明したセンサ信号処理装置４を備えている。圧力を検出するセンサ５２は、図１１に示すように、半導体基板に形成された４つの半導体拡散抵抗（センス抵抗である歪ゲージ抵抗Ｒａ〜Ｒｄ）からなるブリッジ回路５３と温度検出抵抗５４を備えている。

ブリッジ回路５３は、一対の駆動端子５３ａ、５３ｂと一対の信号出力端子５３ｃ、５３ｄを有している。温度検出抵抗５４は、歪ゲージ抵抗Ｒａ〜Ｒｄとは異なる種類の抵抗で形成されているので、ブリッジ回路５３とは異なる温度係数を有し、温度信号を生成することができる。ブリッジ回路５３と温度検出抵抗５４は、電源線間に直列に接続されてハーフブリッジを構成する。センサ５２を用いることにより、物理量センサとは別に温度センサを設ける必要がなくなる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。

上述した各実施形態は、圧力の他に電流、磁気、光などの物理量を検出する物理量センサに対しても同様に適用できる。
物理量センサがシャント抵抗方式による電流センサの場合、センサ素子として抵抗単体を用いるため、複数のセンサ素子の組み合わせに起因するオフセットは発生しない。しかし、シャント抵抗の温度特性により、感度の温度特性を有する。

物理量センサが、４つのＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistive effect）を用いたホイートストンブリッジからなる電流センサの場合、各素子の抵抗や配線との接続抵抗がばらつくためオフセットが発生する。これらの抵抗は温度特性を有するため、オフセットも温度特性を有する。さらに感度も温度特性を有する。

物理量センサがホール素子方式の磁気センサである場合、磁気センサの内部には等価的にホイートストンブリッジが構成されており、オフセットが発生する。このオフセットは温度特性を有する。ホール電圧も温度特性を有するため、感度も温度特性を有する。

物理量センサがフォトダイオード方式の光センサである場合、キャパシタとオペアンプとからなる積分回路がフォトダイオードに流れる電流を積分する。このため、オペアンプのオフセットが光センサのオフセットとして現れる。

第１のＡ／Ｄ変換器は、入力信号に対するオフセットと変換ゲインを変更可能であれば、第１の実施形態のような逐次比較型、第２の実施形態のような時間Ａ／Ｄ方式に限られない。また、第２のＡ／Ｄ変換器の形式は問わない。

温度センサ３は物理量センサ２と近接して配置され、熱的に結合されていることが望ましい。しかし、両センサが離れていても、両センサの温度に相関関係があれば温度特性を打ち消すことができる。

上述した実施形態では、説明の簡略化のため、Ａ／Ｄ変換器７および増幅回路５の温度特性が十分に小さいとした。しかし、Ａ／Ｄ変換器７および増幅回路５の少なくとも一方が無視できない温度特性を有しており、Ａ／Ｄ変換器７の温度および増幅回路５の温度と物理量センサ２の温度とが相関関係を有する場合、物理量センサ２の温度特性とＡ／Ｄ変換器７の温度特性および増幅回路５の温度特性とを併せて打ち消すことができる。この場合には、物理量センサ２のオフセットとＡ／Ｄ変換器７のオフセットおよび増幅回路５のオフセットとを加えた値を、（１２）式に示すオフセットｈとすればよい。また、物理量センサ２の感度とＡ／Ｄ変換器７の変換ゲインおよび増幅回路５のゲインとをすべて掛け合わせた値を、（１３）式に示す感度ｓとすればよい。

上述した実施形態では、信号変換処理、温度測定処理および演算処理をすべて並行して実行した。しかし、信号変換処理は、温度測定処理と演算処理の少なくとも何れか一方と並行して実行すればよい。この場合でも、センサ信号のサンプル＆ホールドから温度特性が打ち消されたＡ／Ｄ変換データＤＴを出力するまでの時間が短縮される。

図面中、１、５１はセンサ装置、２は物理量センサ、３は温度センサ、４はセンサ信号処理装置、７、２１は第１のＡ／Ｄ変換器、８は第２のＡ／Ｄ変換器、９は制御部、１１、１２は第１、第２のＤ／Ａ変換器、１３は逐次比較型Ａ／Ｄ変換器、２２〜２５は第１〜第４パルス周回回路、３９、４０は第１、第２カウンタ、４５は変換制御回路、５２はセンサ（物理量センサ、温度センサ）、５３はブリッジ回路、５３ａ、５３ｂは駆動端子、５３ｃ、５３ｄは信号出力端子、５４は温度検出抵抗、Ｎａ、Ｎｂ、…、Ｎｘは反転回路（遅延ユニット）、Ｒａ〜Ｒｄは歪ゲージ抵抗（センス抵抗）である。

Claims (5)

1. 物理量センサ（２，５２）から出力されるセンサ信号をＡ／Ｄ変換して出力するセンサ信号処理装置（４）において、
   入力信号に対するオフセットと変換ゲインを変更可能に構成され、前記センサ信号を入力信号としてＡ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換器（７，２１）と、
   前記物理量センサの温度を知るための温度センサ（３，５２）から出力される温度信号をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器（８）と、
   前記第２のＡ／Ｄ変換器に前記温度信号のＡ／Ｄ変換を実行させる温度測定処理、前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されたＡ／Ｄ変換値と予め準備された前記物理量センサの温度特性データとに基づいて、前記第１のＡ／Ｄ変換器が前記センサ信号をＡ／Ｄ変換する過程で前記物理量センサの温度特性が打ち消されるように前記第１のＡ／Ｄ変換器のオフセットと変換ゲインを演算する演算処理、および前記演算処理で演算したオフセットと変換ゲインを前記第１のＡ／Ｄ変換器に設定して前記センサ信号のＡ／Ｄ変換を実行させる信号変換処理を実行するもので、前記温度測定処理と前記演算処理の少なくとも何れか一方と前記信号変換処理とを並行して実行する制御部（９）とを備えていることを特徴とするセンサ信号処理装置。
2. 前記第１のＡ／Ｄ変換器（７）は、
   互いに同一の変換特性を有し、それぞれデジタル値Ｘ１、Ｘ２を入力してアナログ電圧ＶREF1、ＶREF2を出力する第１、第２のＤ／Ａ変換器（１１，１２）と、
   前記アナログ電圧ＶREF1からＶREF2までの電圧範囲を所定のビット数でコード化する逐次比較型Ａ／Ｄ変換器（１３）とから構成され、
   前記制御部は、（Ｘ１＋Ｘ２）／（Ｘ１−Ｘ２）が前記演算したオフセットに応じた値となり、１／（Ｘ１−Ｘ２）が前記演算した変換ゲインに応じた値となるようにデジタル値Ｘ１、Ｘ２を決定して前記第１、第２のＤ／Ａ変換器に出力することを特徴とする請求項１記載のセンサ信号処理装置。
3. 前記第１のＡ／Ｄ変換器（２１）は、前記センサ信号であるアナログ入力電圧と所定の基準電圧との差分に応じたＡ／Ｄ変換データを出力するものであって、
   前記アナログ入力電圧から前記基準電圧を減じた差分電圧の正負反転電圧を前記基準電圧に加えた電圧を電源電圧とし、入力信号を当該電源電圧に応じて定まる遅延時間だけ遅延させて出力する複数の遅延ユニット（Ｎａ，…，Ｎｘ）がリング状に接続されて構成され、これら遅延ユニットにパルス信号を周回させる第１パルス周回回路（２２）と、
   前記アナログ入力電圧を電源電圧とし、入力信号を当該電源電圧に応じて定まる遅延時間だけ遅延させて出力する複数の遅延ユニット（Ｎａ，…，Ｎｘ）がリング状に接続されて構成され、これら遅延ユニットにパルス信号を周回させる第２パルス周回回路（２３）と、
   カウント値のプリセットが可能であり、前記第１パルス周回回路におけるパルス信号の周回数と前記第２パルス周回回路におけるパルス信号の周回数をカウントしその差分値を出力する第１カウンタ（３９）と、
   前記基準電圧とは異なる設定電圧が与えられ、前記設定電圧から前記基準電圧を減じた差分電圧の正負反転電圧を前記基準電圧に加えた電圧を電源電圧とし、入力信号を当該電源電圧に応じて定まる遅延時間だけ遅延させて出力する複数の遅延ユニット（Ｎａ，…，Ｎｘ）がリング状に接続されて構成され、これら遅延ユニットにパルス信号を周回させる第３パルス周回回路（２４）と、
   前記設定電圧を電源電圧として動作し、入力信号を当該電源電圧に応じて定まる遅延時間だけ遅延させて出力する複数の遅延ユニット（Ｎａ，…，Ｎｘ）がリング状に接続されて構成され、これら遅延ユニットにパルス信号を周回させる第４パルス周回回路（２５）と、
   前記第３パルス周回回路におけるパルス信号の周回数と前記第４パルス周回回路におけるパルス信号の周回数をカウントしその差分値を出力する第２カウンタ（４０）と、
   前記第１カウンタに前記オフセットに相当する値をプリセットした後、前記第１から第４パルス周回回路に対し同時にパルス信号の周回動作を開始させ、前記第２カウンタが出力する差分値が前記変換ゲインを決定する規定値に達すると処理信号を出力し、その時の前記第１カウンタが出力する差分値を前記アナログ入力電圧に対するＡ／Ｄ変換データとして出力する変換制御回路（４５）とを備え、
   前記第１から第４パルス周回回路が有する遅延ユニットは、同数で且つ互いに熱的に結合した状態に形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ信号処理装置。
4. 物理量センサ（２，５２）と、前記物理量センサの温度を知るための温度センサ（３，５２）と、請求項１から３の何れか一項に記載のセンサ信号処理装置（４）とを備えていることを特徴とするセンサ装置。
5. 前記物理量センサ（５２）および前記温度センサ（５２）は、
   センス抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）がブリッジ接続されて一対の駆動端子（５３ａ，５３ｂ）と一対の信号出力端子（５３ｃ，５３ｄ）が形成されたブリッジ回路（５３）と、
   前記センス抵抗とは異なる温度係数を有し、前記駆動端子を介して前記ブリッジ回路と接続された温度検出抵抗（５４）とから構成され、
   一対の電源線間に前記ブリッジ回路と前記温度検出抵抗が直列に接続されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ装置。

Images