JPH0721402B2 - 温度補償回路 - Google Patents
温度補償回路Info
- Publication number
- JPH0721402B2 JPH0721402B2 JP59187633A JP18763384A JPH0721402B2 JP H0721402 B2 JPH0721402 B2 JP H0721402B2 JP 59187633 A JP59187633 A JP 59187633A JP 18763384 A JP18763384 A JP 18763384A JP H0721402 B2 JPH0721402 B2 JP H0721402B2
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- Japan
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- resistor
- circuit
- resistance
- temperature coefficient
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- Measurement Of Force In General (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。
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。
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（信学技報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が絶対温度に
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（信学技報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が絶対温度に
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、
インテリジェント化にあり、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MOS技術の
方が優れている。
いる。しかしながら集積化変換器の目標は、多機能化、
インテリジェント化にあり、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MOS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変換及びデイ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
クプロセッサ等を含むアナログ・デイジタル混載回路の
分野で実績があり、バイポーラ技術に比べ、低消費電力
と大規模集積化が可能なMIS集積回路技術が適してい
る。
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変換及びデイ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
クプロセッサ等を含むアナログ・デイジタル混載回路の
分野で実績があり、バイポーラ技術に比べ、低消費電力
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前記基準電圧発生
回路の出力端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、かつ、非反転側入力端子がコモン端子
に接続された演算増幅器と、前記演算増幅器の出力によ
り励起される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前記基準電圧発生
回路の出力端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、かつ、非反転側入力端子がコモン端子
に接続された演算増幅器と、前記演算増幅器の出力によ
り励起される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接地された演算増幅器、
21は該演算増幅器20の反転側入力端子と基準電圧発生回
路10の間に接続された抵抗、22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た抵抗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の出力電圧でブリッジ回路100が励起される構成に
なっている。
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接地された演算増幅器、
21は該演算増幅器20の反転側入力端子と基準電圧発生回
路10の間に接続された抵抗、22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た抵抗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の出力電圧でブリッジ回路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22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22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100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３×1018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度拡散抵抗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。
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100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３×1018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度拡散抵抗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33が接続されている。該並列抵抗33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33が接続されている。該並列抵抗33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少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少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、バイボ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、21,33……抵抗、22,32…
…感温拡散抵抗。
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、21,33……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
抗を介して前記基準電圧発生回路の出力端に接続される
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、かつ、非
反転側入力端子がコモン端子に接続された演算増幅器
と、前記演算増幅器の出力により励起される負の温度係
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 |
|---|---|---|---|
| JP59187633A JPH0721402B2 (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 温度補償回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187633A JPH0721402B2 (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 温度補償回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166106A JPS6166106A (ja) | 1986-04-04 |
| JPH0721402B2 true JPH0721402B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=16209522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59187633A Expired - Lifetime JPH0721402B2 (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 温度補償回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721402B2 (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 JP59187633A patent/JPH0721402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6166106A (ja) | 1986-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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