JPH0721401B2 - 温度補償回路 - Google Patents
温度補償回路Info
- Publication number
- JPH0721401B2 JPH0721401B2 JP59187632A JP18763284A JPH0721401B2 JP H0721401 B2 JPH0721401 B2 JP H0721401B2 JP 59187632 A JP59187632 A JP 59187632A JP 18763284 A JP18763284 A JP 18763284A JP H0721401 B2 JPH0721401 B2 JP H0721401B2
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- JP
- Japan
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- temperature
- resistor
- circuit
- resistance
- temperature coefficient
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体変換器の温度上昇にともなう出力感度
の変化を補償する温度補償回路に関する。
の変化を補償する温度補償回路に関する。
（従来技術とその問題点） 従来、半導体変換器として、ピエゾ抵抗素子を用いた圧
力変換器がよく知られている。該ピエゾ抵抗素子のゲー
ジ率は一般に負の温度特性を示し、該ピエゾ抵抗素子の
ブリッジ回路から成る変換器の圧力感度は周囲温度の上
昇に伴ない低下する。この感度低下を補償する感度温度
補償法として、従来、ピエゾ抵抗素子（一般に拡散層抵
抗が利用される）の抵抗値が一般に正の温度特性を示す
ことを利用して、ブリッジ回路と電圧源の間に直列に適
当な値の抵抗を挿入し、周囲温度が上昇した場合にブリ
ッジ回路の励起端子間に加わる電圧が上昇するようにし
て圧力感度の低下を補償する方法が採られている。第３
図にそのような温度補償回路の構成例を示す。図におい
て100はピエゾ抵抗素子1,2,3,4から成るブリッジ回路、
５は定電圧源、６はブリッジ回路100と定電圧源５の間
に直列に挿入された補償用抵抗である。
力変換器がよく知られている。該ピエゾ抵抗素子のゲー
ジ率は一般に負の温度特性を示し、該ピエゾ抵抗素子の
ブリッジ回路から成る変換器の圧力感度は周囲温度の上
昇に伴ない低下する。この感度低下を補償する感度温度
補償法として、従来、ピエゾ抵抗素子（一般に拡散層抵
抗が利用される）の抵抗値が一般に正の温度特性を示す
ことを利用して、ブリッジ回路と電圧源の間に直列に適
当な値の抵抗を挿入し、周囲温度が上昇した場合にブリ
ッジ回路の励起端子間に加わる電圧が上昇するようにし
て圧力感度の低下を補償する方法が採られている。第３
図にそのような温度補償回路の構成例を示す。図におい
て100はピエゾ抵抗素子1,2,3,4から成るブリッジ回路、
５は定電圧源、６はブリッジ回路100と定電圧源５の間
に直列に挿入された補償用抵抗である。
しかしながら、第３図に示した補償回路では、補償用抵
抗６の抵抗値により温度特性だけでなく常温でブリッジ
回路に供給される電圧もまた変化するため、温度補償と
常温での圧力感度とをそれぞれ独立には調整できないと
いう欠点があった。
抗６の抵抗値により温度特性だけでなく常温でブリッジ
回路に供給される電圧もまた変化するため、温度補償と
常温での圧力感度とをそれぞれ独立には調整できないと
いう欠点があった。
一方、上記感度低下の集積化レベルでの補償回路の従来
例として、 （１） バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間
順方向電圧VBEの負の温度係数を利用し、電源電圧からV
BEに比例した電圧を差しひくことによりブリッジ励起電
圧を温度上昇に対して直線的に増大させるようにした温
度補償回路（信号技報ED80−20）， （２） 電流密度の異なる２個のバイポーラ・トランジ
スタのベース・エミッタ間電圧の差ΔVBEが絶縁温度に
比例することを利用して、ブリッジ励起電圧に正の温度
係数を与えるようにした温度補償回路（信学技報ED83−
131）が報告されている。
例として、 （１） バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間
順方向電圧VBEの負の温度係数を利用し、電源電圧からV
BEに比例した電圧を差しひくことによりブリッジ励起電
圧を温度上昇に対して直線的に増大させるようにした温
度補償回路（信号技報ED80−20）， （２） 電流密度の異なる２個のバイポーラ・トランジ
スタのベース・エミッタ間電圧の差ΔVBEが絶縁温度に
比例することを利用して、ブリッジ励起電圧に正の温度
係数を与えるようにした温度補償回路（信学技報ED83−
131）が報告されている。
上記２例はいずれもバイポーラ技術を用いて構成されて
いる。しかしながら、集積化変換器の目標は、多機能
化，インテリジェン化にあり、これらの目標を実現する
集積回路技術としては、バイポーラ技術よりもMIS技術
の方が優れている。すなわち、将来の集積化変換器に
は、半導体検知素子と同一基板上に、単に温度補償機能
のみでなく、増幅機能，マルチプレックス機能，チップ
内での演算処理機能，コンピュータとのディジタルイン
ターフェースを可能にするA/D変換及びディジタル信号
処理機能等を搭載することが要求される。これらの要求
には、スイッチトキャパシタ回路，アナログ・スイッ
チ,A/D変換，マイクロプロセッサ等を含むアナログ・デ
ィジタル混載回路の分野で実績があり、バイポーラ技術
に比べ、低消費電力化と大規模集積化が可能なMIS集積
回路技術が適している。
いる。しかしながら、集積化変換器の目標は、多機能
化，インテリジェン化にあり、これらの目標を実現する
集積回路技術としては、バイポーラ技術よりもMIS技術
の方が優れている。すなわち、将来の集積化変換器に
は、半導体検知素子と同一基板上に、単に温度補償機能
のみでなく、増幅機能，マルチプレックス機能，チップ
内での演算処理機能，コンピュータとのディジタルイン
ターフェースを可能にするA/D変換及びディジタル信号
処理機能等を搭載することが要求される。これらの要求
には、スイッチトキャパシタ回路，アナログ・スイッ
チ,A/D変換，マイクロプロセッサ等を含むアナログ・デ
ィジタル混載回路の分野で実績があり、バイポーラ技術
に比べ、低消費電力化と大規模集積化が可能なMIS集積
回路技術が適している。
しかしながら、これまでに報告された集積化レベルでの
感度温度補償対策はいずれもバイポーラ集積化を前提と
しており、基本的にMIS集積化プロセスとは共存しな
い。
感度温度補償対策はいずれもバイポーラ集積化を前提と
しており、基本的にMIS集積化プロセスとは共存しな
い。
また、MIS製造プロセスで実現可能な第３図に示した補
償回路には前述のように感度温度補償と感度調整を独立
に達成できないという根本的な欠点があった。
償回路には前述のように感度温度補償と感度調整を独立
に達成できないという根本的な欠点があった。
以上のように、従来の温度補償回路には、感度温度補償
と感度調整を独立に達成でき、かつMIS集積化に適した
ものがなかった。
と感度調整を独立に達成でき、かつMIS集積化に適した
ものがなかった。
（発明の目的） 本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を除去し、MIS
集積化に適した温度補償回路を提供することにある。
集積化に適した温度補償回路を提供することにある。
（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明は、基準電圧発生回
路と、反転側入力端子が抵抗を介してコモン端子に接続
されるとともに前記抵抗よりも大きな正の抵抗温度係数
を有する感温拡散抵抗を介して出力端子に接続され、非
反転側入力端子が前記基準電圧発生回路の出力端に接続
された演算増幅器と、前記演算増幅器の出力端子に接続
された負の温度係数を有するピエゾ抵抗素子からなるブ
リッジ回路とを同一半導体基板上に設けたものである。
路と、反転側入力端子が抵抗を介してコモン端子に接続
されるとともに前記抵抗よりも大きな正の抵抗温度係数
を有する感温拡散抵抗を介して出力端子に接続され、非
反転側入力端子が前記基準電圧発生回路の出力端に接続
された演算増幅器と、前記演算増幅器の出力端子に接続
された負の温度係数を有するピエゾ抵抗素子からなるブ
リッジ回路とを同一半導体基板上に設けたものである。
（実施例） 以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す図である。図におい
て、100は第３図に示したのと同じくピエゾ抵抗素子1,
2,3,4から成るブリッジ回路,10は基準電圧発生回路,20
は非反転側入力端子が基準電圧発生回路10の出力に接続
された演算増幅器,21はコモン端子（接地レベル）と演
算増幅器20の反転側入力端子との間に接続された抵抗,2
2は演算増幅器20の反転側入力端子と出力端子の間に接
続され抵抗21よりも大きな正の温度係数を有する感温拡
散抵抗であり、演算増幅器20の出力電圧でビリッジ回路
100が励起される構成になっている。
て、100は第３図に示したのと同じくピエゾ抵抗素子1,
2,3,4から成るブリッジ回路,10は基準電圧発生回路,20
は非反転側入力端子が基準電圧発生回路10の出力に接続
された演算増幅器,21はコモン端子（接地レベル）と演
算増幅器20の反転側入力端子との間に接続された抵抗,2
2は演算増幅器20の反転側入力端子と出力端子の間に接
続され抵抗21よりも大きな正の温度係数を有する感温拡
散抵抗であり、演算増幅器20の出力電圧でビリッジ回路
100が励起される構成になっている。
本実施例における抵抗21と感温拡散抵抗22は、演算増幅
器20の出力電圧の一部を反転側入力端子に戻すいわゆる
負帰還ループを形成しており、演算増幅器20も含めた回
路としては、基準電圧発生回路10の出力電圧に対する非
反転形回路を構成している。そして、本実施例の特徴と
するところは、帰還ループが、抵抗21と抵抗21よりも大
きな正の温度係数を有する感温拡散抵抗22で構成されて
いる点にある。この場合の抵抗21としては、実用上温度
に不感な抵抗と見なし得る程度に温度係数の小さな、例
えば金属皮膜抵抗等を用いることができる。また、感温
拡散抵抗22としては、例えばピエゾ抵抗素子と同一基板
上の圧力不感部に形成された不純物拡散領域からなる拡
散抵抗を用いることができる。
器20の出力電圧の一部を反転側入力端子に戻すいわゆる
負帰還ループを形成しており、演算増幅器20も含めた回
路としては、基準電圧発生回路10の出力電圧に対する非
反転形回路を構成している。そして、本実施例の特徴と
するところは、帰還ループが、抵抗21と抵抗21よりも大
きな正の温度係数を有する感温拡散抵抗22で構成されて
いる点にある。この場合の抵抗21としては、実用上温度
に不感な抵抗と見なし得る程度に温度係数の小さな、例
えば金属皮膜抵抗等を用いることができる。また、感温
拡散抵抗22としては、例えばピエゾ抵抗素子と同一基板
上の圧力不感部に形成された不純物拡散領域からなる拡
散抵抗を用いることができる。
したがって、いま抵抗21及び感温拡散抵抗22の抵抗値を
R1,R2とし、基準電圧発生回路10の出力電圧をVrefとす
ると、演算増幅器20の出力電圧すなわちブリッジ回路10
0に供給される励起電圧Vexcは次式で与えられることに
なる。
R1,R2とし、基準電圧発生回路10の出力電圧をVrefとす
ると、演算増幅器20の出力電圧すなわちブリッジ回路10
0に供給される励起電圧Vexcは次式で与えられることに
なる。
ここに、R2（０）及びαは、感温拡散抵抗22の基準温度
における抵抗値及び抵抗温度係数,tは基準温度からの温
度遷移である。上式から明らかなように、本実施例によ
れば、ブリッジ回路100の励起電圧Vexcに感温拡散抵抗2
2の温度係数αに基づく正の温度係数を付与することが
できるので、ピエゾ抵抗素子1,2,3,4の負の温度係数に
基づく圧力感度の負の温度係数を効果的に補償すること
が可能である。
における抵抗値及び抵抗温度係数,tは基準温度からの温
度遷移である。上式から明らかなように、本実施例によ
れば、ブリッジ回路100の励起電圧Vexcに感温拡散抵抗2
2の温度係数αに基づく正の温度係数を付与することが
できるので、ピエゾ抵抗素子1,2,3,4の負の温度係数に
基づく圧力感度の負の温度係数を効果的に補償すること
が可能である。
さらに本実施例では、基準電圧発生回路10の出力電圧Vr
efあるいは抵抗21の抵抗値R1を調整することにより、温
度補償とは独立に常温での圧力感度を調整することがで
きるので、第３図に示した従来の補償回路の欠点が完全
に解消される。
efあるいは抵抗21の抵抗値R1を調整することにより、温
度補償とは独立に常温での圧力感度を調整することがで
きるので、第３図に示した従来の補償回路の欠点が完全
に解消される。
また、本実施例に使用された基準電圧発生回路10は、エ
ンハンスメント形MOSFETとデプリーション形MOSFETのス
レッショルド電圧を検出する回路方式（アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オブ・ソリッド・ステート・サ
ーキッツ（IEEE J.Solid−State Circuits）13巻,1978
年,767〜774ページ）を用いることにより現在のMOS集積
回路技術で容易に実現可能であり、これと演算増幅器2
0,感温拡散抵抗22,ピエゾ抵抗素子1,2,3,4をオンチップ
一体化することによりMOS集積化された温度補償回路が
実現される。
ンハンスメント形MOSFETとデプリーション形MOSFETのス
レッショルド電圧を検出する回路方式（アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オブ・ソリッド・ステート・サ
ーキッツ（IEEE J.Solid−State Circuits）13巻,1978
年,767〜774ページ）を用いることにより現在のMOS集積
回路技術で容易に実現可能であり、これと演算増幅器2
0,感温拡散抵抗22,ピエゾ抵抗素子1,2,3,4をオンチップ
一体化することによりMOS集積化された温度補償回路が
実現される。
したがって、本実施例によれば、上記従来技術の欠点が
ことごとく解消され、MOS集積化に適した極めて有用な
温度補償回路が得られる。
ことごとく解消され、MOS集積化に適した極めて有用な
温度補償回路が得られる。
上記実施例において、圧力感度の温度係数を零にするた
めには、ブリッジ励起電圧の温度係数すなわち感温拡散
抵抗22の抵抗温度係数α（正の値）を、ブリッジ回路10
0を構成するピエゾ抵抗素子１〜４のピエゾ抵抗係数の
温度係数と等しく選べばよい。これは、一般には、ピエ
ゾ抵抗素子１〜４と感温拡散抵抗22を構成する不純物拡
散領域の不純物濃度をそれぞれ適宜制御することにより
達成される。ｎ形シリコン基板に形成されたｐ形不純物
領域からなる拡散抵抗の場合、表面不純物濃度が３×10
18及び２×1020cm-3の２点において、抵抗温度係数（正
の値）とピエゾ抵抗係数温度係数（負の値）の絶対値が
等しくなる。したがって表面不純物濃度を上記条件に選
べば、感度温度補償のための感温拡散抵抗22をピエゾ抵
抗素子１〜４と同一工程で製造することが可能となり、
きわめて効果的でかつ製造プロセスの簡単化された感度
温度補償が達成できる。
めには、ブリッジ励起電圧の温度係数すなわち感温拡散
抵抗22の抵抗温度係数α（正の値）を、ブリッジ回路10
0を構成するピエゾ抵抗素子１〜４のピエゾ抵抗係数の
温度係数と等しく選べばよい。これは、一般には、ピエ
ゾ抵抗素子１〜４と感温拡散抵抗22を構成する不純物拡
散領域の不純物濃度をそれぞれ適宜制御することにより
達成される。ｎ形シリコン基板に形成されたｐ形不純物
領域からなる拡散抵抗の場合、表面不純物濃度が３×10
18及び２×1020cm-3の２点において、抵抗温度係数（正
の値）とピエゾ抵抗係数温度係数（負の値）の絶対値が
等しくなる。したがって表面不純物濃度を上記条件に選
べば、感度温度補償のための感温拡散抵抗22をピエゾ抵
抗素子１〜４と同一工程で製造することが可能となり、
きわめて効果的でかつ製造プロセスの簡単化された感度
温度補償が達成できる。
なお、ピエゾ抵抗素子1,2,3,4のピエゾ抵抗係数と感温
拡散抵抗の抵抗温度係数の絶対値が異なる場合にも同様
に本発明の概念は適用可能である。そのような場合の構
成の一例を第２図に示す。すなわち、第２図は本発明の
第２の実施例を示す図で、基本的には第１図とほぼ同一
構成であるが、演算増幅器20の反転側入力端子と出力端
子の間にピエゾ抵抗素子1,2,3,4のピエゾ抵抗係数温度
係数（負の値）の絶対値よりも大きな正の温度係数を有
する感温拡散抵抗32が接続されており、該感温拡散抵抗
32と並列に抵抗31が接続されている。該抵抗31は、演算
増幅器20の反転側入力端子と出力端子の間の抵抗値の抵
抗温度係数を感温拡散抵抗32固有の抵抗温度係数より低
下させ、実質的にピエゾ抵抗素子1,2,3,4のピエゾ抵抗
温度係数と同程度にするために適当な値に調整され、感
度温度補償を達成する。この構成によれば、ピエゾ抵抗
素子1,2,3,4のピエゾ抵抗係数温度係数（負の値）の絶
対値が抵抗温度係数（正の値）と異なる場合でも、感温
拡散抵抗32をピエゾ抵抗素子１〜４と同一工程で製造す
ることが可能になり、ピエゾ抵抗素子1,2,3,4の表面不
純物濃度選択の自由度が増大する。
拡散抵抗の抵抗温度係数の絶対値が異なる場合にも同様
に本発明の概念は適用可能である。そのような場合の構
成の一例を第２図に示す。すなわち、第２図は本発明の
第２の実施例を示す図で、基本的には第１図とほぼ同一
構成であるが、演算増幅器20の反転側入力端子と出力端
子の間にピエゾ抵抗素子1,2,3,4のピエゾ抵抗係数温度
係数（負の値）の絶対値よりも大きな正の温度係数を有
する感温拡散抵抗32が接続されており、該感温拡散抵抗
32と並列に抵抗31が接続されている。該抵抗31は、演算
増幅器20の反転側入力端子と出力端子の間の抵抗値の抵
抗温度係数を感温拡散抵抗32固有の抵抗温度係数より低
下させ、実質的にピエゾ抵抗素子1,2,3,4のピエゾ抵抗
温度係数と同程度にするために適当な値に調整され、感
度温度補償を達成する。この構成によれば、ピエゾ抵抗
素子1,2,3,4のピエゾ抵抗係数温度係数（負の値）の絶
対値が抵抗温度係数（正の値）と異なる場合でも、感温
拡散抵抗32をピエゾ抵抗素子１〜４と同一工程で製造す
ることが可能になり、ピエゾ抵抗素子1,2,3,4の表面不
純物濃度選択の自由度が増大する。
なお、上記２実施例では、抵抗21を実用上温度に不感と
見なせる程度に温度係数の小さい金属皮膜抵抗とした
が、これは比較的小さな固有の温度係数をもつ、例えば
前記感温拡散抵抗32より高不純物濃度の拡散抵抗として
もよい。また、抵抗21をトリミングが可能な厚膜または
薄膜抵抗としてもよい。
見なせる程度に温度係数の小さい金属皮膜抵抗とした
が、これは比較的小さな固有の温度係数をもつ、例えば
前記感温拡散抵抗32より高不純物濃度の拡散抵抗として
もよい。また、抵抗21をトリミングが可能な厚膜または
薄膜抵抗としてもよい。
以上、ピエゾ抵抗素子1,2,3,4を用いた圧力変換器の場
合を例に本発明を説明したが、本発明は圧力変換器のみ
ならず、検知対象の変化に応答して抵抗値変化を示す半
導体検知素子を用いる半導体変換器の温度補償回路に広
く適用できる。
合を例に本発明を説明したが、本発明は圧力変換器のみ
ならず、検知対象の変化に応答して抵抗値変化を示す半
導体検知素子を用いる半導体変換器の温度補償回路に広
く適用できる。
（発明の効果） このような本発明によれば、バイポーラトランジスタを
使用しないので標準のMIS製造プロセスで製造でき、か
つ温度補償と出力感度を独立に調整し得る機構を備えた
優れた温度補償回路が実現される。本発明による温度補
償回路は半導体変換器のマイクロコンピュータとの組合
せによるインテリジェント化に著しく寄与し、その効果
は大きいものである。
使用しないので標準のMIS製造プロセスで製造でき、か
つ温度補償と出力感度を独立に調整し得る機構を備えた
優れた温度補償回路が実現される。本発明による温度補
償回路は半導体変換器のマイクロコンピュータとの組合
せによるインテリジェント化に著しく寄与し、その効果
は大きいものである。
第１図，第２図は本発明の実施例を示す回路図。 第３図は半導体変換器の温度補償回路の従来例を示す回
路図100 ……ブリッジ回路 1,2,3,4……ピエゾ抵抗素子 ５……定電圧源 ６……温度補償用抵抗 10……基準電圧発生回路 20……演算増幅器 21,31……抵抗 22,32……感温拡散抵抗
路図100 ……ブリッジ回路 1,2,3,4……ピエゾ抵抗素子 ５……定電圧源 ６……温度補償用抵抗 10……基準電圧発生回路 20……演算増幅器 21,31……抵抗 22,32……感温拡散抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】基準電圧発生回路と、反転側入力端子が抵
抗を介してコモン端子に接続されるとともに前記抵抗よ
りも大きな正の抵抗温度係数を有する感温拡散抵抗を介
して出力端子に接続され、非反転側入力端子が前記基準
電圧発生回路の出力端に接続された演算増幅器と、前記
演算増幅器の出力端子に接続された負の温度係数を有す
るピエゾ抵抗素子からなるブリッジ回路とを同一半導体
基板上に備えたことを特徴とする温度補償回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187632A JPH0721401B2 (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 温度補償回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187632A JPH0721401B2 (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 温度補償回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166105A JPS6166105A (ja) | 1986-04-04 |
| JPH0721401B2 true JPH0721401B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=16209506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59187632A Expired - Lifetime JPH0721401B2 (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 温度補償回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721401B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56100305A (en) * | 1980-01-16 | 1981-08-12 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Conversion circuit |
-
1984
- 1984-09-07 JP JP59187632A patent/JPH0721401B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6166105A (ja) | 1986-04-04 |
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |