JP5999550B2 - Adjustment circuit using nonvolatile memory and physical quantity sensor provided with the same - Google Patents
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この発明は、物理量に比例した電気信号を出力する出力端子と、その物理量に比例する出力のゼロ点電位のみを常に出力するリファレンス端子とを備え、且つ物理量に比例した電気信号のゼロ点とスパンを調整し、さらにそのゼロ点とスパンの温度変化を補正する回路と、その調整量と補正量を記憶する不揮発性メモリとを備えた物理量センサに関する。 The present invention includes an output terminal that outputs an electrical signal proportional to a physical quantity, and a reference terminal that always outputs only an output zero-point potential proportional to the physical quantity, and the zero point and span of the electrical signal proportional to the physical quantity. Further, the present invention relates to a physical quantity sensor including a circuit that adjusts the temperature of the zero point and the span, and a nonvolatile memory that stores the adjustment amount and the correction amount.
従来、物理量センサの高精度化を目的に、物理量に比例した電気信号出力のゼロ点やスパン調整を行う調整回路、さらにそのゼロ点とスパンの温度変化を補正する温度補正回路とを備え、また、前述のゼロ点とスパンの調整量や温度補正回路の補正量等の調整情報を不揮発性メモリへ記憶するためのトリミング動作モードを備えるものが紹介されている。
このトリミング動作モードは通常動作時よりも高い電圧で生成される3値の電圧による信号列を出力端子に印加することにより、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードへのモード移行制御を行っている。(例えば、特許文献1参照)Conventionally, for the purpose of improving the accuracy of physical quantity sensors, an adjustment circuit that adjusts the zero point and span of the electrical signal output proportional to the physical quantity, and a temperature correction circuit that corrects the temperature change of the zero point and the span are provided. An apparatus having a trimming operation mode for storing adjustment information such as the above-described zero point and span adjustment amounts and temperature correction circuit correction amounts in a nonvolatile memory has been introduced.
In this trimming operation mode, a signal sequence based on a ternary voltage generated at a higher voltage than that in the normal operation is applied to the output terminal, so that an electric signal proportional to a physical quantity is output and a nonvolatile memory is connected. The mode transition control to the trimming operation mode for writing the adjustment information is performed. (For example, see Patent Document 1)
しかしながら、特許文献1に記載されているセンサ回路は物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードとの移行制御として出力端子に通常に使用する電圧よりもさらに高い電圧で生成される3値の電圧から成る信号列を印加し、その印加された信号列を分離する回路を備える必要があるため回路規模が増大する可能性がある。 However, the sensor circuit described in Patent Document 1 is normally used for an output terminal as a transition control between a normal operation mode for outputting an electrical signal proportional to a physical quantity and a trimming operation mode for writing adjustment information to a nonvolatile memory. The circuit scale may increase because it is necessary to provide a circuit that applies a signal sequence composed of three-valued voltages generated at a voltage higher than the voltage and separates the applied signal sequence.
また、出力端子には、物理量に比例した電気信号を出力する通常の動作よりも高い電圧で生成される3値の電圧から成る信号列を印加するため、出力端子は電源電圧よりも高電圧となることから回路の破損防止として保護回路の付加が必要となり回路規模が増大する可能性もある。 In addition, since a signal string composed of ternary voltages generated at a higher voltage than the normal operation of outputting an electrical signal proportional to a physical quantity is applied to the output terminal, the output terminal has a higher voltage than the power supply voltage. Therefore, it is necessary to add a protection circuit to prevent damage to the circuit, and the circuit scale may increase.
さらに、出力端子に通常の動作より高い電圧で生成される3値の電圧から成る信号列に含まれるデータパターンが不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードへの移行信号を示す特定パターンである事を判定するために專用の判定回路が必要となり、回路が複雑化して回路規模が増大する可能性もあるため回路の低コスト化が困難である。 Further, the data pattern included in the signal string composed of ternary voltages generated at a higher voltage than the normal operation at the output terminal is a specific pattern indicating a transition signal to the trimming operation mode in which the adjustment information to the nonvolatile memory is written. It is difficult to reduce the cost of the circuit because a determination circuit for deception is necessary to determine a certain thing, and the circuit may be complicated and the circuit scale may increase.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、少なくとも回路に電源を印加する電源端子と、その回路の基準電位であるGND端子と、物理量を電気信号として出力する出力端子と、その出力信号のゼロ点であるゼロ点電位を出力するリファレンス端子とを備え、センサデバイスの感度調整やゼロ点調整を行う調整回路、その感度とゼロ点が周囲温度の影響によって起こる電圧変化を補正する温度補正回路と、前述の調整回路の調整量や温度補正回路の補正量等の調整情報を記憶するメモリ機能をもつセンサ回路において、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードのモード移行制御と、そのトリミング動作モードにおける不揮発性メモリへ調整情報の読み書き込みを簡素な回路で実現でき低コストに製造される物理量センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and at least a power supply terminal that applies power to the circuit, a GND terminal that is a reference potential of the circuit, an output terminal that outputs a physical quantity as an electrical signal, and It has a reference terminal that outputs the zero point potential, which is the zero point of the output signal, and an adjustment circuit that adjusts the sensitivity of the sensor device and adjusts the zero point, and the sensitivity and the zero point correct the voltage change caused by the influence of the ambient temperature Normal operation mode and non-volatile memory that outputs an electrical signal proportional to the physical quantity in the sensor circuit having a memory function for storing the temperature correction circuit and adjustment information such as the adjustment amount of the adjustment circuit and the correction amount of the temperature correction circuit. The mode transition control of the trimming operation mode for writing the adjustment information to the memory and the reading of the adjustment information to the nonvolatile memory in the trimming operation mode And to provide a physical quantity sensor manufactured at low cost can be realized inclusive can with a simple circuit.
この目的を達成するため本発明は、物理量センサに備えられるリファレンス端子を、センサ回路の基準電位であるGND端子または回路の電源を印加するための電源端子に電気的に接続し、これにより発生した過電流を閾値判定することで、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへ調整情報を書き込むトリミング動作モードとの移行制御を行うものである。 In order to achieve this object, the present invention is generated by electrically connecting a reference terminal provided in a physical quantity sensor to a GND terminal which is a reference potential of a sensor circuit or a power supply terminal for applying power to the circuit. By determining the overcurrent as a threshold value, transition control is performed between a normal operation mode in which an electric signal proportional to a physical quantity is output and a trimming operation mode in which adjustment information is written in a nonvolatile memory.
また、このリファレンス端子をセンサ回路の基準電位であるGND端子または回路に電源を印加する電源端子に電気的に接続し、これにより発生する過電流量が予め設定された閾値を超え、且つ継続的に閾値を超えることを判定することで、外部ノイズによる移行制御の誤動作を防止することができる。 Further, the reference terminal is electrically connected to a GND terminal which is a reference potential of the sensor circuit or a power supply terminal for applying power to the circuit, and the amount of overcurrent generated thereby exceeds a preset threshold value and is continuously Therefore, it is possible to prevent a malfunction of transition control due to external noise.
さらに、リファレンス端子による移行制御が成されると、出力端子はセンサ回路に設置されているスイッチにより、物理量を電気信号として出力する回路から不揮発性メモリへ調整情報を書き込む回路へと電気的に接続が切り替わる。これにより出力端子は一般的な2値の電圧からなる信号列でデータの読み書きが可能となり、回路の簡素化ができる。 Furthermore, when transition control is performed using the reference terminal, the output terminal is electrically connected from the circuit that outputs the physical quantity as an electrical signal to the circuit that writes the adjustment information to the nonvolatile memory by a switch installed in the sensor circuit. Switches. As a result, the output terminal can read and write data with a signal string composed of a general binary voltage, and the circuit can be simplified.
また、通常動作モードにおいて、不揮発性メモリへ調整情報を書き込む回路は出力端子と電気的に接続されていないため、通常動作モード時に出力端子から混入する外部ノイズによる動作モード移行の誤動作を防止することができる。 Also, in normal operation mode, the circuit that writes the adjustment information to the nonvolatile memory is not electrically connected to the output terminal, so it is possible to prevent malfunction of the operation mode transition due to external noise mixed from the output terminal in the normal operation mode. Can do.
本発明によれば、物理量を電気信号として出力する通常動作モードと、出力の調整情報を不揮発性メモリへ書き込むトリミング動作モードとの動作モード移行制御の際に、制御用及び書き込みの専用端子を必要とせず、外部より混入するノイズによるモード移行の誤動作の防止とセンサ回路を簡素化し且つ低コストに製造される物理量センサを提供することができる。 According to the present invention, a dedicated terminal for control and writing is required in the operation mode transition control between the normal operation mode for outputting a physical quantity as an electric signal and the trimming operation mode for writing output adjustment information to the nonvolatile memory. However, it is possible to provide a physical quantity sensor that can prevent malfunction of mode transition due to noise mixed from outside, simplify the sensor circuit, and can be manufactured at low cost.
次に、本発明の実施形態1係る不揮発性メモリを用いた調整回路及びこれを備えた物理量センサについて図を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。 Next, an adjustment circuit using the nonvolatile memory according to Embodiment 1 of the present invention and a physical quantity sensor including the adjustment circuit will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る物理量センサ回路の構成図である。
物理量センサ回路1は、小型化、量産性、低コスト化の効率を上げるために半導体プロセスを用いた高密度集積回路で構成されてもよい。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a physical quantity sensor circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
The physical quantity sensor circuit 1 may be composed of a high-density integrated circuit using a semiconductor process in order to increase the efficiency of downsizing, mass productivity, and cost reduction.
物理量センサ回路1に備えられ、センサ駆動回路2によって生成される電圧または電流は、センサ駆動端子18と電気的に接続される物理量センサ22に供給され、物理量センサ22の駆動電源となる。この物理量センサ22は、たとえばホール素子やAMR素子、GMR素子、TMR素子等の磁気センサ、または、それを応用した電流センサであってもよい。または、歪みゲージ等を用いた圧力センサであってもよい。さらにまた、半導体プロセスによって物理量センサ回路1の内部に取り込まれ、回路と一体構成されてもよい。 The voltage or current provided in the physical quantity sensor circuit 1 and generated by the
物理量センサ回路1には、外部電源装置23と接続される電源端子16及びGND端子17を備える。この電源端子16に接続された外部電源装置23から供給される電源は、物理量センサ回路1のアナログ回路電源として使用され、また、降圧または昇圧機能及び電圧安定化機能を有したディジタル回路電源生成部7に接続され、物理量センサ回路1のディジタル回路の電源に使用される。 The physical quantity sensor circuit 1 includes a
物理量センサ回路1には、物理量センサ22の出力と接続されるセンサ出力端子19を備える。このセンサ出力端子19に接続された物理量センサ22の出力は、センサ増幅回路部11により所定の電気信号量に増幅され、さらにバッファアンプ12により負荷駆動範囲を増加させ出力端子20より出力される。このセンサ増幅回路部11はディジタル制御部6により制御され増幅率が調整される。また、補正電圧生成部8はディジタル制御部6により制御され補正電圧を生成する。その生成された電圧をセンサ増幅回路部11に加算することで出力端子20から出力される電気信号のゼロ点調整を行う。 The physical quantity sensor circuit 1 includes a sensor output terminal 19 connected to the output of the
物理量センサ回路1には、物理量センサが測定する物理量がゼロの時に出力端子20から出力される電気信号量であるリファレンス電圧を生成するREF電圧生成部9を備える。REF電圧生成部9から生成されたリファレンス電圧はセンサ増幅回路部11及びバッファアンプ12に供給される。このリファレンス電圧は、出力端子20から出力される電気信号量のゼロ点電位であり、これを基準とすることで正負の極性を含む物理量を表現することができる。たとえば、5Vの電源電圧の時にリファレンス電圧を2.5Vとすると、物理量が正の方向に変化した場合、出力端子20から出力される電気信号は2.5Vから5Vに変化し、物理量が負の方向に変化した場合、出力端子から出力される電気信号は2.5Vから0Vの方向の変化となる。また、REF電圧生成部9で生成されるリファレンス電圧はバッファアンプ13により負荷駆動範囲を広げてリファレンス端子21より出力される。このリファレンス端子21から出力されるリファレンス電圧は、常に電気信号量のゼロ点電位であるため、出力端子20から出力される電気信号量と比較することで、より正確な電気信号量の測定が可能となる。 The physical quantity sensor circuit 1 includes a REF voltage generation unit 9 that generates a reference voltage that is an electric signal quantity output from the
物理量センサ回路1には、外部電源装置23から電源端子16を経由して印加される電源電圧を測定する電源電圧測定部4を備える。この電源電圧測定部4は、物理量センサ回路1の出力端子20及びリファレンス端子21から出力される電気信号量が電源電圧と比例するレシオメトリック動作の電源電圧の測定部として機能する。また、測定された電源電圧によって、ディジタル制御部6はセンサ駆動回路2と補正電圧生成部8とREF電圧生成部9とセンサ増幅回路部11を制御し、これにより物理量センサの感度及びリファレンス電圧を含めた電気信号量が電源電圧と比例する機能を有する。 The physical quantity sensor circuit 1 includes a power supply
物理量センサ回路1には、物理量センサ回路を含めた周囲温度を測定する温度センサ5を備える。この温度センサ5の温度情報によって、ディジタル制御部6はセンサ駆動回路2と補正電圧生成部8とREF電圧生成部9とセンサ増幅回路部11を制御し、これにより物理量センサの感度及びリファレンス電圧を含めた電気信号量の温度変化を補正する機能を有する。 The physical quantity sensor circuit 1 includes a temperature sensor 5 that measures the ambient temperature including the physical quantity sensor circuit. Based on the temperature information of the temperature sensor 5, the digital control unit 6 controls the
物理量センサ回路1には、ディジタル制御部6に接続される不揮発性メモリ3を備える。この不揮発性メモリ3は、センサ増幅回路部11の増幅率の調整量や補正電圧生成部8の補正電圧量、また、REF電圧生成部のリファレンス電圧量やセンサ駆動回路2の電圧または電流量、さらにまた、これらの温度変化の補正量を記憶する機能を有する。 The physical quantity sensor circuit 1 includes a nonvolatile memory 3 connected to the digital controller 6. The nonvolatile memory 3 includes an adjustment amount of the amplification factor of the sensor
物理量センサ回路1には、リファレンス端子21の電流量を検出する電流検出部14を備える。この電流検出部14は、リファレンス端子21をセンサ回路の基準電位であるGND端子17または電源を印加するための電源端子16に接続することでバッファアンプ13及びリファレンス端子21に発生する過電流の検出と、その電流量を閾値判定する機能を有する。また、ディジタル制御部6によって前述の過電流量が閾値を超え、且つ継続的で十分な時間をともなっていることが判定されると信号切り替えスイッチ15が切り替わり、出力端子20はバッファアンプ12からシリアルI/F部10へと接続が選択される。これにより、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードから不揮発性メモリへ調整情報を書き込むトリミング動作モードへと移行する。
さらにまた、リファレンス端子21をセンサ回路の基準電位であるGND端子17または電源を印加するための電源端子16との接続が開放されバッファアンプ13及びリファレンス端子21に発生する電流量が通常となると信号切り替えスイッチ15は出力端子20とシリアルI/F部10との接続からバッファアンプ12への接続にされ、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードに復帰する。この接続を選択する信号切り替えスイッチ15は、ディジタル制御部6で制御され、3路スイッチまたは3ステート回路等で構成されるものである。The physical quantity sensor circuit 1 includes a
Furthermore, when the connection between the
図2は本発明の実施形態1に係る物理量センサ回路の通常動作モードの動作例である。リファレンス端子21がセンサ回路の基準電位であるGND端子17または電源を印加するための電源端子16と接続がされていない通常動作モードの構成例24では、常に動作波形26のように物理量センサ出力の電気信号量のゼロ点電位が出力される。そのとき、出力端子20からは、動作波形25のように物理量に比例した電気信号が出力される。このときシリアルI/F部10は出力端子と接続されていないため、通常動作モード時に出力端子20から混入する外部ノイズによって発生する動作モード移行の誤動作を防止することができる FIG. 2 shows an operation example in the normal operation mode of the physical quantity sensor circuit according to the first embodiment of the present invention. In the configuration example 24 in the normal operation mode in which the
図3は本発明の実施形態1に係る物理量センサ回路のトリミング動作モードの動作例である。リファレンス端子21とセンサ回路の基準電位であるGND端子とがスイッチ29により接続されてなる構成例27のトリミング動作モードでは、バッファアンプ13及びリファレンス端子21に発生する過電流が電流検出部14により検出される。その過電流の電流量及び継続性が所定の閾値を満たすと信号切り替えスイッチ15は出力端子20とシリアルI/F部10の接続を行う。これにより不揮発性メモリ3と、その不揮発性メモリ3へのデータの読み書きを行う上位トリミング装置等との通信は、通信波形28のように一般的な2値の電圧からなる信号列で可能となり、回路の簡素化ができる。 FIG. 3 is an operation example of the trimming operation mode of the physical quantity sensor circuit according to the first embodiment of the present invention. In the trimming operation mode of the configuration example 27 in which the
図4は本発明の実施形態1に係る物理量センサ回路の動作モード移行図である。動作モード移行図30によると、電流検出部14の電流検出量がモード判定閾値を超えない時は、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードを維持し続ける。電流検出量がモード判定閾値を超え、且つ継続的で十分なモード判定時間を満たしたとき、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードから不揮発性メモリへ調整情報を書き込むトリミング動作モードへと移行する。 FIG. 4 is an operation mode transition diagram of the physical quantity sensor circuit according to the first embodiment of the present invention. According to FIG. 30, when the current detection amount of the
図5は本発明の実施形態1に係る物理量センサ回路の外部ノイズ影響時の動作モード移行図である。動作モード移行図31によると、図4と同様に電流検出部14の電流検出量がモード判定閾値を超えない時は、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードを維持し続ける。このとき、外部ノイズ影響がモード判定閾値を超えても継続的で十分なモード判定時間を満たさなければ動作モードは移行しない。これにより外部より混入するノイズによるモード移行の誤動作を防止することができる。 FIG. 5 is an operation mode transition diagram when the physical quantity sensor circuit according to the first embodiment of the present invention is affected by external noise. According to FIG. 31, as in FIG. 4, when the current detection amount of the
図6は本発明の実施形態1に係る物理量センサ回路の動作モード波形例である。動作モードの波形例32によると、出力端子20の通常動作モードの波形は物理量に比例した電気信号が出力され、電流検出部14の電流検出量がモード判定閾値を超え、且つ継続的で十分なモード判定時間を満たした時、トリミング動作モードに移行する。また、トリミング動作モードの出力端子20は、物理量に比例した電気信号を生成する回路との接続から不揮発性メモリへデータの読み書きを行うシリアルI/F部との接続に変わるため上位トリミング装置等との通信は一般的な2値の電圧からなる信号列でデータの読み書きができる。 FIG. 6 is an operation mode waveform example of the physical quantity sensor circuit according to the first embodiment of the present invention. According to the waveform example 32 of the operation mode, the waveform of the normal operation mode of the
(実施形態2)
図7は、本発明の実施形態2に係る物理量センサ回路の構成図である。
基台33上に設置された物理量センサ回路1は、その上面に導電性材料で構成されるシールド板34を備える。なお、基台33上に設置される物理量センサ回路1は、半導体プロセスによって物理量センサと一体構成されてもよい。(Embodiment 2)
FIG. 7 is a configuration diagram of a physical quantity sensor circuit according to the second embodiment of the present invention.
The physical quantity sensor circuit 1 installed on the
このシールド板34は、安定した電位である例えばGND端子に電気的に接続されることで外部より混入する電気的ノイズを低減する効果を有するため、さらにモード移行の誤動作を防止することができる。
さらにまた、シールド板34により外部より混入する電気的ノイズが低減されることで物理量センサを高精度化することもできる。Since this
Furthermore, the physical quantity sensor can be improved in accuracy by reducing electrical noise mixed from the outside by the
なお、このシールド板34は、図面上で物理量センサ回路1の設置部分上面を全て覆う形状となっているが、物理量センサ回路1の一部分のみ覆う形状に簡略化することもできる。 Although the
1・・・物理量センサ回路、2・・・センサ駆動回路、3・・・不揮発性メモリ、4・・・電源電圧測定部、5・・・温度センサ、6・・・ディジタル制御部、7・・・ディジタル回路電源生成部、8・・・補正電圧生成部、9・・・REF電圧生成部、10・・・シリアルI/F部、11・・・センサ増幅回路部、12、13・・・バッファアンプ、14・・・電流検出部、15・・・信号切り替えスイッチ、16・・・電源端子、17・・・GND端子、18・・・センサ駆動端子、19・・・センサ出力端子、20・・・出力端子、21・・・リファレンス端子、22・・・物理量センサ、23・・・外部電源装置、24・・・通常動作モードの構成例、25、26・・・動作波形、27・・・トリミング動作モードの構成例、28・・・通信波形、29・・・スイッチ、30、31・・・動作モード移行図、32・・・動作モードの波形例、33・・・基台、34・・・シールド板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Physical quantity sensor circuit, 2 ... Sensor drive circuit, 3 ... Non-volatile memory, 4 ... Power supply voltage measurement part, 5 ... Temperature sensor, 6 ... Digital control part, 7 ..Digital circuit power supply generation unit, 8... Correction voltage generation unit, 9... REF voltage generation unit, 10... Serial I / F unit, 11. Buffer amplifier, 14 ... Current detection unit, 15 ... Signal changeover switch, 16 ... Power supply terminal, 17 ... GND terminal, 18 ... Sensor drive terminal, 19 ... Sensor output terminal, 20 ... output terminal, 21 ... reference terminal, 22 ... physical quantity sensor, 23 ... external power supply, 24 ... configuration example of normal operation mode, 25, 26 ... operation waveform, 27 ... Configuration example of trimming operation mode, - communication waveforms, 29 ... switch, 30, 31 ... operation mode transition diagram, waveform example of 32 ... operation mode, 33 ... base, 34 ... shield plate
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