JPH0371031A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH0371031A JPH0371031A JP20819989A JP20819989A JPH0371031A JP H0371031 A JPH0371031 A JP H0371031A JP 20819989 A JP20819989 A JP 20819989A JP 20819989 A JP20819989 A JP 20819989A JP H0371031 A JPH0371031 A JP H0371031A
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- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は半導体圧カセンザに関し、特にオフセットや
オフセット温度特性、感度や感度温度特性を補償し、且
つ定電圧駆動を可能とする半導体圧カセンザに関する。
オフセット温度特性、感度や感度温度特性を補償し、且
つ定電圧駆動を可能とする半導体圧カセンザに関する。
従来、薄膜半導体基板上に形成された、薄膜ダイアフラ
ム部と複数の拡散抵抗を含む、半導体圧力センサが知ら
れている。この半導体圧力センサでは、拡散抵抗はホイ
ートストンブリッジの辺の抵抗を構成しており、薄膜タ
イアフラム部に加えられた圧力によって薄膜半導体基板
に歪みを生じ、その結果前記拡散抵抗の抵抗値が変化す
る。
ム部と複数の拡散抵抗を含む、半導体圧力センサが知ら
れている。この半導体圧力センサでは、拡散抵抗はホイ
ートストンブリッジの辺の抵抗を構成しており、薄膜タ
イアフラム部に加えられた圧力によって薄膜半導体基板
に歪みを生じ、その結果前記拡散抵抗の抵抗値が変化す
る。
従ってホイートストンブリッジにバイアス電流を流した
状態ではホイートストンブリッジの出力端子に生じる出
力は薄膜タイアフラム部に加えられる圧力による拡散抵
抗値の変化に従って変化し、この作用を圧カセンザとし
て利用している。
状態ではホイートストンブリッジの出力端子に生じる出
力は薄膜タイアフラム部に加えられる圧力による拡散抵
抗値の変化に従って変化し、この作用を圧カセンザとし
て利用している。
次にこの半導体圧力センサについて図面を用いて説明す
る。
る。
第３図は従来の半導体センサの実施例における電気回路
部のみを取出して示す回路図である。
部のみを取出して示す回路図である。
１〜４は薄膜半導体上に形成された拡散抵抗を示し、習
慣によりゲージ抵抗ＲＧと呼ぶ。このゲージ抵抗ＲＧＩ
〜４はホイートストンブリッジ５を構威し、その出力端
子Ａ−Ｂ間の出力が半導体圧力センサのセンサ出力とし
て使用される。
慣によりゲージ抵抗ＲＧと呼ぶ。このゲージ抵抗ＲＧＩ
〜４はホイートストンブリッジ５を構威し、その出力端
子Ａ−Ｂ間の出力が半導体圧力センサのセンサ出力とし
て使用される。
ゲージ抵抗ＲＧの抵抗値Ｒｇは半導体基板に加えられる
圧力により生じる歪みにより変化し、また温度によって
も変化する。なお薄膜半導体はシリコン（Ｓｉ）、ガリ
ウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム＊ （Ｉ ｎ Ｐ
）などがが知られている。ホイートストンブリッジ５の
一辺を構成するゲージ抵抗ＲＧ１に並列に抵抗ＲＰ６．
直列に抵抗Ｒ８７を接続し、ホイートストンブリッジ５
の出力端子Ａ−Ｂ間の出力をオフセットし、又オフセッ
ト温度特性を補償する。このオフセット、又はオフセッ
ト温度特性補償゛用の抵抗はホイートストンブリッジ５
の他の辺あるいは複数の辺にも設けられてよい。またこ
の抵抗はゲージ抵抗ＲＧＩ〜４より格段に抵抗温度係数
の少ない金属被膜抵抗やセラミック基板上の厚膜印刷抵
抗などが使用されていた。１１はホイートストンブリッ
ジ５に定電流駆動でバイアス電流を供給する定電流電源
である。
圧力により生じる歪みにより変化し、また温度によって
も変化する。なお薄膜半導体はシリコン（Ｓｉ）、ガリ
ウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム＊ （Ｉ ｎ Ｐ
）などがが知られている。ホイートストンブリッジ５の
一辺を構成するゲージ抵抗ＲＧ１に並列に抵抗ＲＰ６．
直列に抵抗Ｒ８７を接続し、ホイートストンブリッジ５
の出力端子Ａ−Ｂ間の出力をオフセットし、又オフセッ
ト温度特性を補償する。このオフセット、又はオフセッ
ト温度特性補償゛用の抵抗はホイートストンブリッジ５
の他の辺あるいは複数の辺にも設けられてよい。またこ
の抵抗はゲージ抵抗ＲＧＩ〜４より格段に抵抗温度係数
の少ない金属被膜抵抗やセラミック基板上の厚膜印刷抵
抗などが使用されていた。１１はホイートストンブリッ
ジ５に定電流駆動でバイアス電流を供給する定電流電源
である。
前述した従来の半導体圧力センサにおいては、オフセッ
トおよびオフセット温度特性は補償していたが、感度の
補償はされていなかった。
トおよびオフセット温度特性は補償していたが、感度の
補償はされていなかった。
また従来の実施例においては、半導体圧力センサを定電
流駆動で使用しなければ感度に温度特性を持つという欠
点があった。
流駆動で使用しなければ感度に温度特性を持つという欠
点があった。
即ち、半導体圧力センサの感度（又はホイートストンブ
リッジ５の出力）はホイートストンブリッジ５に印加さ
れる電流値に比例するが、ホイートストンブリッジ５を
定電圧駆動した場合、ホイートストンブリッジ５に流れ
る電流はゲージ抵抗ＲＧＩ〜４の抵抗値の温度特性によ
り変化する。拡散抵抗の温度特性は、シリコンの場合は
約０．２〜０．３％／℃程度である。従ってホイートス
トンブリッジ５に流れる電流は約０．２〜０．３％／℃
程度の比例常数で温度に反比例し、この結果ホイートス
トンブリッジ５の出力、即ち半導体圧力センサの感度が
温度特性を持つことになる。
リッジ５の出力）はホイートストンブリッジ５に印加さ
れる電流値に比例するが、ホイートストンブリッジ５を
定電圧駆動した場合、ホイートストンブリッジ５に流れ
る電流はゲージ抵抗ＲＧＩ〜４の抵抗値の温度特性によ
り変化する。拡散抵抗の温度特性は、シリコンの場合は
約０．２〜０．３％／℃程度である。従ってホイートス
トンブリッジ５に流れる電流は約０．２〜０．３％／℃
程度の比例常数で温度に反比例し、この結果ホイートス
トンブリッジ５の出力、即ち半導体圧力センサの感度が
温度特性を持つことになる。
本発明による半導体圧力センサは薄膜ダイアフラム部と
ホイートストンブリッジを構成する複数のゲージ抵抗を
含む薄膜半導体基板と、前記−または複数のゲージ抵抗
に直列または並列あるいは直並列に接続された抵抗と、
前記ホイートストンブリッジにバイアス電流を供給する
電源を備えた半導体圧力センサにおいて、前記電源と前
記ホイートストンブリッジの間に抵抗を接続している。
ホイートストンブリッジを構成する複数のゲージ抵抗を
含む薄膜半導体基板と、前記−または複数のゲージ抵抗
に直列または並列あるいは直並列に接続された抵抗と、
前記ホイートストンブリッジにバイアス電流を供給する
電源を備えた半導体圧力センサにおいて、前記電源と前
記ホイートストンブリッジの間に抵抗を接続している。
次にこの発明について図面を用いて説明する。
第１図は本発明による第１の実施例の電気回路部を示す
回路図である。
回路図である。
１〜７は従来の実施例で述べたと同様である。
８はホイートストンブリッジ５に直列に接続した抵抗Ｒ
Ｎであり、半導体圧力センサの感度および感度温度特性
を補償する。９は定電圧電源を示し、ホイートストンブ
リッジ５にバイアス電流を供給する。
Ｎであり、半導体圧力センサの感度および感度温度特性
を補償する。９は定電圧電源を示し、ホイートストンブ
リッジ５にバイアス電流を供給する。
いまホイートストンブリッジ５が平衡し、その出力端子
Ａ−Ｂ間の出力がオフセラ１〜された状態では、ホイー
トストンブリッジ５の合成抵抗値は各ゲージ抵抗ＲＧ１
〜４の抵抗値Ｒｇと等しくなる。そしてゲージ抵抗値Ｒ
ｇと抵抗ＲＮの抵抗値Ｒｎの比により、ホイートストン
ブリッジ５に流れる電流値および電流値の温度特性、言
換えれば半導体圧力センサの感度および感度の温度特性
が決定される。 −例として本実施例におけるホイート
ストンブリッジ５に流れる電流値の温度依存性を計算し
てみる。例えば、ゲージ抵抗値ＲｇをｌｋΩ（２５°Ｃ
）、その温度係数を０．２％／°Ｃとし、抵抗ＲＮはセ
ラミック基板上の厚膜印刷抵抗を用い、その抵抗値Ｒｎ
を２０にΩり２５℃）、温度係数を５０ｐｐｍ／℃とす
る。使用温度範囲は０〜６０℃、電源電圧ＶをＩＯＶと
する。以上の仮定でホイートストンブリッジ５に流れる
電流Ｉｈを計算すると以下のようになる。
Ａ−Ｂ間の出力がオフセラ１〜された状態では、ホイー
トストンブリッジ５の合成抵抗値は各ゲージ抵抗ＲＧ１
〜４の抵抗値Ｒｇと等しくなる。そしてゲージ抵抗値Ｒ
ｇと抵抗ＲＮの抵抗値Ｒｎの比により、ホイートストン
ブリッジ５に流れる電流値および電流値の温度特性、言
換えれば半導体圧力センサの感度および感度の温度特性
が決定される。 −例として本実施例におけるホイート
ストンブリッジ５に流れる電流値の温度依存性を計算し
てみる。例えば、ゲージ抵抗値ＲｇをｌｋΩ（２５°Ｃ
）、その温度係数を０．２％／°Ｃとし、抵抗ＲＮはセ
ラミック基板上の厚膜印刷抵抗を用い、その抵抗値Ｒｎ
を２０にΩり２５℃）、温度係数を５０ｐｐｍ／℃とす
る。使用温度範囲は０〜６０℃、電源電圧ＶをＩＯＶと
する。以上の仮定でホイートストンブリッジ５に流れる
電流Ｉｈを計算すると以下のようになる。
１） ０℃の場合
Ｉｈ＝］、、０／ｌｌＸｌ０’ （１−０，２Ｘ１０
−２ｘ２５）＋２０ｘ １ ｏ３ Ｘ（１−５０ｘｉ
Ｏ−６） ｘ２５） ４７６ ８μＡ ２） ２５°Ｃの場合 Ｉｈ＝１０／（ＩＸｌ、０３ ＋２０Ｘ１０３ ）−
４７６、２μＡ ３） ６０℃の場合 Ｉｈ −１−０／ｌｌＸｌ０ ３ （１」−０，２
Ｘ１０−”）ｘ３５＋２ｏｘ１０３ｘ （１＋５０Ｘ１０−６＞Ｘ３５） ＝４７３．８μＡ 上記計算より０℃と６０℃でのホイートストンブリッジ
５に流れる電流値Ｉｈの差は、３μＡである。つまり２
５°Ｃのときの電流を基準にして０〜６０°Ｃで０６３
％の電流変化である。
−２ｘ２５）＋２０ｘ １ ｏ３ Ｘ（１−５０ｘｉ
Ｏ−６） ｘ２５） ４７６ ８μＡ ２） ２５°Ｃの場合 Ｉｈ＝１０／（ＩＸｌ、０３ ＋２０Ｘ１０３ ）−
４７６、２μＡ ３） ６０℃の場合 Ｉｈ −１−０／ｌｌＸｌ０ ３ （１」−０，２
Ｘ１０−”）ｘ３５＋２ｏｘ１０３ｘ （１＋５０Ｘ１０−６＞Ｘ３５） ＝４７３．８μＡ 上記計算より０℃と６０℃でのホイートストンブリッジ
５に流れる電流値Ｉｈの差は、３μＡである。つまり２
５°Ｃのときの電流を基準にして０〜６０°Ｃで０６３
％の電流変化である。
感度の温度特性は電源電流１ｈの変化に比例するので、
０〜６０°Ｃて０．６３％の感度変動か定電圧駆動の場
合に発生することになる。
０〜６０°Ｃて０．６３％の感度変動か定電圧駆動の場
合に発生することになる。
一方、同様の計算を第１図において抵抗ＲＮ８のない場
合について行う。感度の条件を一致させるために、ホイ
ートストンブリッジ５に２５°Ｃにおいて４７６．２μ
Ａの電流Ｉｈを流すとすれば、ホイートストンブリッジ
５に印加すべき電圧Ｖは以下の通りとなる。
合について行う。感度の条件を一致させるために、ホイ
ートストンブリッジ５に２５°Ｃにおいて４７６．２μ
Ａの電流Ｉｈを流すとすれば、ホイートストンブリッジ
５に印加すべき電圧Ｖは以下の通りとなる。
Ｖ−４５６，２ＸＩＸ１０−６ＸＩＸＩＯ’−〇、４７
６Ｖ このときの０℃ ６０℃でのホイートストブリッジ電流
Ｉｈは ４） ０℃の場合 Ｉｈ、＝０．４．７６／ｌｌＸ１０３ Ｘ（１−０，２
Ｘ１０−２）Ｘ２５） ５０１．５メ１Ａ ５） ６０℃の場合 Ｉｈ＝０．４７６／ ｆｌ、ｘｌ、ｏ３ｘ（１＋０．２
ｘｌＯ−２）ｘ３５） ４．４４．．９μＡ となり、０℃と６０°Ｃで５６６μＡ、２５℃時の電流
を基準にして］−１−３８９％の電源電流変化となる。
６Ｖ このときの０℃ ６０℃でのホイートストブリッジ電流
Ｉｈは ４） ０℃の場合 Ｉｈ、＝０．４．７６／ｌｌＸ１０３ Ｘ（１−０，２
Ｘ１０−２）Ｘ２５） ５０１．５メ１Ａ ５） ６０℃の場合 Ｉｈ＝０．４７６／ ｆｌ、ｘｌ、ｏ３ｘ（１＋０．２
ｘｌＯ−２）ｘ３５） ４．４４．．９μＡ となり、０℃と６０°Ｃで５６６μＡ、２５℃時の電流
を基準にして］−１−３８９％の電源電流変化となる。
従って、定電圧電源９を用い抵抗ＲＮ８のない場合の半
導体圧力センサでは０〜６０°Ｃの温度範囲で感度が１
１．８９％変化するが、本発明では０．６３％しか変化
せず感度温度特性の改養に大なるものがある。また半導
体圧カセンザの電源は後段に接続されるより大きな電圧
を必要とする信号処理回路など外部回路と共用される場
合が多い。その場合、抵抗ＲＮ８により半導体圧力セン
サのバイアス電流を小さくできるので、消費電力を少な
くできる効果があり、さらにホイートストンブリッジ５
の各ゲージ抵抗ＲＧ１〜４の抵抗値Ｒｇを低くして出力
インピーダンスを低くすることが可能となり、外部回路
の入力インピーダンスが低くても精度の良い測定が可能
となる。
導体圧力センサでは０〜６０°Ｃの温度範囲で感度が１
１．８９％変化するが、本発明では０．６３％しか変化
せず感度温度特性の改養に大なるものがある。また半導
体圧カセンザの電源は後段に接続されるより大きな電圧
を必要とする信号処理回路など外部回路と共用される場
合が多い。その場合、抵抗ＲＮ８により半導体圧力セン
サのバイアス電流を小さくできるので、消費電力を少な
くできる効果があり、さらにホイートストンブリッジ５
の各ゲージ抵抗ＲＧ１〜４の抵抗値Ｒｇを低くして出力
インピーダンスを低くすることが可能となり、外部回路
の入力インピーダンスが低くても精度の良い測定が可能
となる。
次に第２図に本発明による第２の実施例を示す。
１０ａ、１０ｂは感度を補償するための抵抗ＲＮＩ、Ｒ
Ｎ２であり、ホイートストンブリッジ５の前後に分割し
て接続する。この構成にした結果ホイートストンブリッ
ジ５の出力電圧を電源電圧に対して中点におくことが可
能となり、半導体圧カセンザの出力電圧を外部の信号処
理回路で処理する場合に、信号入力をバランス入力で構
成することが可能となり、外部の信号処理回路の構成が
簡略化できるという利点がある。
Ｎ２であり、ホイートストンブリッジ５の前後に分割し
て接続する。この構成にした結果ホイートストンブリッ
ジ５の出力電圧を電源電圧に対して中点におくことが可
能となり、半導体圧カセンザの出力電圧を外部の信号処
理回路で処理する場合に、信号入力をバランス入力で構
成することが可能となり、外部の信号処理回路の構成が
簡略化できるという利点がある。
以上実施例において説明したように本発明の半導体圧カ
センザは次のような効果を持ち、圧力測定の精度向」二
、操作性向」二、価格低減等に大きく役立つものである
。
センザは次のような効果を持ち、圧力測定の精度向」二
、操作性向」二、価格低減等に大きく役立つものである
。
（１） オフセット及びオフセット温度特性の補償に加
えて、感度および感度温度特性の補償が可能である。
えて、感度および感度温度特性の補償が可能である。
（２） 半導体圧カセンザを定電圧駆動でき、低価格の
部品を使用できる。
部品を使用できる。
（３） 半導体圧力センサの入力インピーダンスを高く
できるので、消費電力を低減できる。
できるので、消費電力を低減できる。
（４） 半導体圧カセンザの出力インピーダンスを低く
出来るので、外部回路の入力インピーダンスが低くても
精度の良い測定が可能となり、これ０− により外部回路の構成を簡略化できる。
出来るので、外部回路の入力インピーダンスが低くても
精度の良い測定が可能となり、これ０− により外部回路の構成を簡略化できる。
第１図は本発明による半導体圧力センサの第１の実施例
の電気回路部を示す回路図、第２図は第２の実施例の電
気回路部を示す回路図、第３図は従来の実施例の電気回
路部を示す回路図である。 １〜４・・・ゲージ抵抗ＲＧ、５・・・ホイートストン
ブリッジ、６・・抵抗ＲＰ、７・・・抵抗Ｒ３，８・・
・抵抗ＲＮ、９・・・定電圧電源、１０ａ、１０ｂ・・
・抵抗ＲＮＩ、ＲＮ２、■１・・・定電流電源。
の電気回路部を示す回路図、第２図は第２の実施例の電
気回路部を示す回路図、第３図は従来の実施例の電気回
路部を示す回路図である。 １〜４・・・ゲージ抵抗ＲＧ、５・・・ホイートストン
ブリッジ、６・・抵抗ＲＰ、７・・・抵抗Ｒ３，８・・
・抵抗ＲＮ、９・・・定電圧電源、１０ａ、１０ｂ・・
・抵抗ＲＮＩ、ＲＮ２、■１・・・定電流電源。
Claims (1)
- 薄膜ダイアフラム部とホイートストンブリッジを構成す
る複数のゲージ抵抗を含む薄膜半導体基板と、前記一ま
たは複数のゲージ抵抗に直列または並列あるいは直並列
に接続された抵抗と、前記ホイートストンブリッジにバ
イアス電流を供給する電源を備えた半導体圧力センサに
おいて、前記電源と前記ホイートストンブリッジの間に
抵抗を接続することを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20819989A JPH0371031A (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20819989A JPH0371031A (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0371031A true JPH0371031A (ja) | 1991-03-26 |
Family
ID=16552304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20819989A Pending JPH0371031A (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0371031A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003097003A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Misawa Homes Co Ltd | 階段および階段の施工方法 |
| KR100532194B1 (ko) * | 2002-12-09 | 2005-12-02 | 안판상 | 맨홀 뚜껑 |
| WO2021177024A1 (ja) | 2020-03-05 | 2021-09-10 | Tdk株式会社 | 圧力センサ |
-
1989
- 1989-08-10 JP JP20819989A patent/JPH0371031A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003097003A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Misawa Homes Co Ltd | 階段および階段の施工方法 |
| KR100532194B1 (ko) * | 2002-12-09 | 2005-12-02 | 안판상 | 맨홀 뚜껑 |
| WO2021177024A1 (ja) | 2020-03-05 | 2021-09-10 | Tdk株式会社 | 圧力センサ |
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