JPH0666476B2 - 集積圧力センサ素子 - Google Patents
集積圧力センサ素子Info
- Publication number
- JPH0666476B2 JPH0666476B2 JP15809685A JP15809685A JPH0666476B2 JP H0666476 B2 JPH0666476 B2 JP H0666476B2 JP 15809685 A JP15809685 A JP 15809685A JP 15809685 A JP15809685 A JP 15809685A JP H0666476 B2 JPH0666476 B2 JP H0666476B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature coefficient
- resistor
- temperature
- pressure sensor
- circuit
- Prior art date
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、圧力を電気変換する半導体素子において、圧
力特性が温度によって変化する量を補償する回路に関す
るものであり、特に温度係数を打消すような増幅回路の
利得設定用抵抗の選択に関するものである。
力特性が温度によって変化する量を補償する回路に関す
るものであり、特に温度係数を打消すような増幅回路の
利得設定用抵抗の選択に関するものである。
（従来技術とその問題点） ピエゾ抵抗で形成される圧力センサのブリッジ回路のス
パン出力は第１図のように変化する。温度係数は負とな
っている。この温度係数の値はピエゾ抵抗を形成する半
導体（シリコン）の中の不純物濃度によって変化し、濃
度が高い程小さい。しかし、温度係数は零になることは
ない。この事実からみて、何らかの形で温度上昇によっ
ておこるスパン出力の低下を回路で補償する必要があ
る。従来は温度上昇に従ってブリッジに付加する電圧を
あげる方法とか、利得回路にブリッジと同じ抵抗を入れ
これを検出体にして温度上昇によって利得をあげる方法
が用いられた。しかし、これらは難点が大きく、調整幅
が小さいきらいがあった。ブリッジに付加する方法は温
度検出体にダイオード又はトランジスタを使っており、
ピエゾ抵抗の温度特性を精度で補償するのが難しい。
又、利得をあげる方法では、温度上昇により大きくなる
のは検出抵抗体の温度係数であり、ピエゾ抵抗の温度係
数と増幅回路の温度係数とを等しくするように、絶対値
を調整することは難しい （発明の目的） 本発明は、この利得調整のところに入れる利得設定用抵
抗の温度係数をピエゾ抵抗の温度係数と一致させること
により、温度特性補償を改良した集積圧力センサ素子を
提供することを目的とするものである。
パン出力は第１図のように変化する。温度係数は負とな
っている。この温度係数の値はピエゾ抵抗を形成する半
導体（シリコン）の中の不純物濃度によって変化し、濃
度が高い程小さい。しかし、温度係数は零になることは
ない。この事実からみて、何らかの形で温度上昇によっ
ておこるスパン出力の低下を回路で補償する必要があ
る。従来は温度上昇に従ってブリッジに付加する電圧を
あげる方法とか、利得回路にブリッジと同じ抵抗を入れ
これを検出体にして温度上昇によって利得をあげる方法
が用いられた。しかし、これらは難点が大きく、調整幅
が小さいきらいがあった。ブリッジに付加する方法は温
度検出体にダイオード又はトランジスタを使っており、
ピエゾ抵抗の温度特性を精度で補償するのが難しい。
又、利得をあげる方法では、温度上昇により大きくなる
のは検出抵抗体の温度係数であり、ピエゾ抵抗の温度係
数と増幅回路の温度係数とを等しくするように、絶対値
を調整することは難しい （発明の目的） 本発明は、この利得調整のところに入れる利得設定用抵
抗の温度係数をピエゾ抵抗の温度係数と一致させること
により、温度特性補償を改良した集積圧力センサ素子を
提供することを目的とするものである。
（発明の構成と作用） 第２図が本発明の一例であるが、R1,R2,R3,R4がピエゾ
抵抗であり、このブリッジの出力を演算増幅器A2,A3,A4
で増幅し出力が（０〜５）Ｖになるようにする回路であ
る。本発明の主要部分は第３図に示したが、原理を説明
すると、次のようになる。
抵抗であり、このブリッジの出力を演算増幅器A2,A3,A4
で増幅し出力が（０〜５）Ｖになるようにする回路であ
る。本発明の主要部分は第３図に示したが、原理を説明
すると、次のようになる。
第３図の増幅器では、出力をV0とし入力をVinとする
と、 となる。Ｋは定数項である。ＫはVaの設定で零にできる
ので、その時、増幅度ｍは と考えてよい。演算増幅器A3はインピーダンス変換とR
13,R16によりブリッジ出力を零電位にする働きをしてい
る。このような回路で、予めR15とR16,R14とR13を同じ
抵抗でしかも同じ温度係数にしてやると、（２）式の３
項は１／２となっているので、増幅度ｍは となり、このR14／R15を10以上にとればｍ＝V0／VinR
14／R15と考えられる。
と、 となる。Ｋは定数項である。ＫはVaの設定で零にできる
ので、その時、増幅度ｍは と考えてよい。演算増幅器A3はインピーダンス変換とR
13,R16によりブリッジ出力を零電位にする働きをしてい
る。このような回路で、予めR15とR16,R14とR13を同じ
抵抗でしかも同じ温度係数にしてやると、（２）式の３
項は１／２となっているので、増幅度ｍは となり、このR14／R15を10以上にとればｍ＝V0／VinR
14／R15と考えられる。
このときに、温度を上昇させると、各抵抗値は上昇する
が比は変わらないので、増幅度ｍは変わらない。そこで
R14とR15の物質を変えると、 T:温度 α:R14の物質の抵抗温度係数 β:R15の物質の抵抗温度係数 温度の２次項以下を略すと 従って、α−βの値をピエゾ抵抗の温度係数と同じにし
てやればよい。R14の抵抗を集積回路の拡散抵抗で実現
し、R15を多結晶シリコン抵抗体で実現してみた。拡散
抵抗体の温度係数は不純物濃度によって第４図Ｉのよう
に変化している。多結晶シリコン抵抗体を使う理由は特
許第1171660号に示すように該抵抗体の両端電極に106A
／cm2以上の電流密度で通電すると抵抗値が減少する現
象があり、抵抗値の修正に適しているからである。従っ
て、増幅度ｍを決めるには抵抗値修正を行える利点があ
る。この多結晶シリコン抵抗体の温度係数（第４図II）
と拡散抵抗体の温度係数（第４図Ｉ）の差をピエゾ抵抗
の温度係数（第４図III）に一致させるように拡散抵抗
体の濃度を選ぶ。即ち、α−β＝ｌとするわけである。
拡散抵抗体の温度係数は不純物濃度によって変化して濃
度が高い程小さくなるから、前述のように等しい不純物
領域が存在することになる。
が比は変わらないので、増幅度ｍは変わらない。そこで
R14とR15の物質を変えると、 T:温度 α:R14の物質の抵抗温度係数 β:R15の物質の抵抗温度係数 温度の２次項以下を略すと 従って、α−βの値をピエゾ抵抗の温度係数と同じにし
てやればよい。R14の抵抗を集積回路の拡散抵抗で実現
し、R15を多結晶シリコン抵抗体で実現してみた。拡散
抵抗体の温度係数は不純物濃度によって第４図Ｉのよう
に変化している。多結晶シリコン抵抗体を使う理由は特
許第1171660号に示すように該抵抗体の両端電極に106A
／cm2以上の電流密度で通電すると抵抗値が減少する現
象があり、抵抗値の修正に適しているからである。従っ
て、増幅度ｍを決めるには抵抗値修正を行える利点があ
る。この多結晶シリコン抵抗体の温度係数（第４図II）
と拡散抵抗体の温度係数（第４図Ｉ）の差をピエゾ抵抗
の温度係数（第４図III）に一致させるように拡散抵抗
体の濃度を選ぶ。即ち、α−β＝ｌとするわけである。
拡散抵抗体の温度係数は不純物濃度によって変化して濃
度が高い程小さくなるから、前述のように等しい不純物
領域が存在することになる。
本発明の実施例として、３×1018／cm3でピエゾ抵抗の
温度係数は3000ppMであり、R14が１×1118で4000ppMで
あり、R15は1000ppMであった。R15は多結晶シリコン抵
抗体で1020／cm3以上の不純物濃度を持っている。もち
ろん、R14はR13と同じ構造と材質であり、R15はR16と同
じにしてアンプ回路を集積回路化することになる。この
ように作られた圧力センサアンプ集積回路は−30゜〜11
0℃で0.3％以下の出力特性を示した。
温度係数は3000ppMであり、R14が１×1118で4000ppMで
あり、R15は1000ppMであった。R15は多結晶シリコン抵
抗体で1020／cm3以上の不純物濃度を持っている。もち
ろん、R14はR13と同じ構造と材質であり、R15はR16と同
じにしてアンプ回路を集積回路化することになる。この
ように作られた圧力センサアンプ集積回路は−30゜〜11
0℃で0.3％以下の出力特性を示した。
（発明の効果） 圧力センサとアンプを組み合わせた回路において零電位
から一定電圧までを出力させるために温度補償を行う場
合、アンプ増幅回路の利得設定抵抗に多結晶体を上述の
ように使うことにより、従来より温度補償が良くなり、
また利得設定も多結晶シリコン抵抗体の抵抗値修正が使
えることにより電気的に設定できる利点があり非常に優
れている。
から一定電圧までを出力させるために温度補償を行う場
合、アンプ増幅回路の利得設定抵抗に多結晶体を上述の
ように使うことにより、従来より温度補償が良くなり、
また利得設定も多結晶シリコン抵抗体の抵抗値修正が使
えることにより電気的に設定できる利点があり非常に優
れている。
第１図は温度によって変化するピエゾ抵抗ブリッジの出
力特性図、第２図は本発明の実施例を示す回路図、第３
図は本発明の主要部を示す回路図、第４図は拡散抵抗体
とピエゾ抵抗の不純物濃度に依存する温度係数と、多結
晶シリコン抵抗体の温度係数を示す特性図である。 R1,R2,R3,R4……センサのピエゾ抵抗、R15,R16,R17,R18
（r1,r2,r3,……,r7）……多結晶シリコン抵抗体、r8…
…調整用多結晶シリコン抵抗体、R9〜R14……拡散抵抗
体、A1〜A4……演算増幅器、〜……モノリシックIC
の電極取出しタップ、１〜11……電極。
力特性図、第２図は本発明の実施例を示す回路図、第３
図は本発明の主要部を示す回路図、第４図は拡散抵抗体
とピエゾ抵抗の不純物濃度に依存する温度係数と、多結
晶シリコン抵抗体の温度係数を示す特性図である。 R1,R2,R3,R4……センサのピエゾ抵抗、R15,R16,R17,R18
（r1,r2,r3,……,r7）……多結晶シリコン抵抗体、r8…
…調整用多結晶シリコン抵抗体、R9〜R14……拡散抵抗
体、A1〜A4……演算増幅器、〜……モノリシックIC
の電極取出しタップ、１〜11……電極。
Claims (1)
- 【請求項１】ピエゾ抵抗よりなりセンサ入力が一対の対
向端子に印加されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路の
他方の一対の端子からの出力を増幅する増幅回路とを備
えた集積圧力センサ素子において、 前記ピエゾ抵抗の温度係数と前記増幅回路に分割して設
けられた利得設定用抵抗の温度係数とが互いに打消し合
う関係となるように配置されると共に、 前記増幅回路の利得設定用抵抗は多結晶シリコン抵抗体
と拡散抵抗体とを含んで構成され、 かつ該多結晶シリコン抵抗体の温度係数と該拡散抵抗体
の温度係数との差が前記ピエゾ抵抗の温度係数と略等し
い温度係数に設定されて温度補償が行なわれるように構
成されたことを特徴とする集積圧力センサ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809685A JPH0666476B2 (ja) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | 集積圧力センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809685A JPH0666476B2 (ja) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | 集積圧力センサ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6220379A JPS6220379A (ja) | 1987-01-28 |
| JPH0666476B2 true JPH0666476B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=15664214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15809685A Expired - Lifetime JPH0666476B2 (ja) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | 集積圧力センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666476B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63241969A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-07 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 半導体圧力センサ |
-
1985
- 1985-07-19 JP JP15809685A patent/JPH0666476B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6220379A (ja) | 1987-01-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |