JPH0814497B2 - 半導体センサ増幅回路 - Google Patents
半導体センサ増幅回路Info
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- JPH0814497B2 JPH0814497B2 JP62090565A JP9056587A JPH0814497B2 JP H0814497 B2 JPH0814497 B2 JP H0814497B2 JP 62090565 A JP62090565 A JP 62090565A JP 9056587 A JP9056587 A JP 9056587A JP H0814497 B2 JPH0814497 B2 JP H0814497B2
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体センサに発生する微小な電気量変化
を増幅する回路に関するものであり、各素子のオフセッ
トやドリフトによる検出誤差を低減した半導体センサ増
幅回路である。
を増幅する回路に関するものであり、各素子のオフセッ
トやドリフトによる検出誤差を低減した半導体センサ増
幅回路である。
従来より、弾性変形するSiチップ上に拡散抵抗を形成
し、チップに応力を作用させることにより発生するピエ
ゾ効果による抵抗値変化を電流、あるいは電圧信号とし
て検出し、増幅出力する半導体センサが知られている。
例えば、Siチップに作用させる応力として、加速度によ
り慣性体に発生する慣性力を用いる半導体加速度センサ
がある。
し、チップに応力を作用させることにより発生するピエ
ゾ効果による抵抗値変化を電流、あるいは電圧信号とし
て検出し、増幅出力する半導体センサが知られている。
例えば、Siチップに作用させる応力として、加速度によ
り慣性体に発生する慣性力を用いる半導体加速度センサ
がある。
この半導体加速度センサは、小型軽量で直線性に優れ
た出力を得られるという利点をもつが、出力絶対値が小
さいという問題がある。そこで、ピエゾ抵抗をブリッジ
に組み、差動出力をとる事が考えられるが、ピエゾ抵抗
の温度ドリフトのため、オフセット変動が大きい。
た出力を得られるという利点をもつが、出力絶対値が小
さいという問題がある。そこで、ピエゾ抵抗をブリッジ
に組み、差動出力をとる事が考えられるが、ピエゾ抵抗
の温度ドリフトのため、オフセット変動が大きい。
そこで、第６図、あるいは第７図のように、増幅器の
前後にコンデンサカップリングを介在させることによ
り、オフセットによる直流成分を除去することが考えら
れる。しかしながら、ブリッジ回路からの出力絶対値が
小さいため、増幅度AVを大きくとる必要があり、この増
幅器のオフセットドリフトによる誤差が大きい。
前後にコンデンサカップリングを介在させることによ
り、オフセットによる直流成分を除去することが考えら
れる。しかしながら、ブリッジ回路からの出力絶対値が
小さいため、増幅度AVを大きくとる必要があり、この増
幅器のオフセットドリフトによる誤差が大きい。
第６図の回路では、増幅器のオフセットドリフトがそ
のまま出力に現れることとなり、例えばAV＝2000、増幅
器の温度オフセットドリフトを10（μv/℃）とすると、
作動範囲50（℃）では１（ｖ）のオフセットが出力に現
れる。
のまま出力に現れることとなり、例えばAV＝2000、増幅
器の温度オフセットドリフトを10（μv/℃）とすると、
作動範囲50（℃）では１（ｖ）のオフセットが出力に現
れる。
また、第７図の回路では、ブリッジ回路のドリフトを
そのまま増幅するため、増幅器の増幅度が高いことによ
り、出力が飽和してしまうことがある。例えば、第７図
の出力をマイクロコンピュータに入力する場合を考え、
入力電圧範囲を０〜５（ｖ）とすると、ピエゾ抵抗値の
温度ドリフトが最悪値３（mv）存在しうる為、出力が飽
和してしまう。
そのまま増幅するため、増幅器の増幅度が高いことによ
り、出力が飽和してしまうことがある。例えば、第７図
の出力をマイクロコンピュータに入力する場合を考え、
入力電圧範囲を０〜５（ｖ）とすると、ピエゾ抵抗値の
温度ドリフトが最悪値３（mv）存在しうる為、出力が飽
和してしまう。
このように、従来のものでは、ブリッジ回路を構成す
るピエゾ抵抗のドリフト、あるいは増幅器のオフセット
ドリフトの影響から出力に誤差を生じる。
るピエゾ抵抗のドリフト、あるいは増幅器のオフセット
ドリフトの影響から出力に誤差を生じる。
そこで本発明は、上記問題点に解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、ブリッジ回路
のドリフトと、増幅器のドリフトとの影響を抑制した半
導体センサ増幅回路を提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、ブリッジ回路
のドリフトと、増幅器のドリフトとの影響を抑制した半
導体センサ増幅回路を提供することにある。
本発明は前述の目的を達成するために、 ピエゾ効果を利用して物理量変化を抵抗値変化に変換
する変換素子を少なくとも一辺に備えるブリッジ回路
と、 該ブリッジ回路に接続され、前記変換素子の抵抗値変
化に伴う電気量変化を差動増幅するものであり、前記ブ
リッジ回路の温度ドリフトによるオフセット出力が発生
したときにも増幅後の出力が前記オフセット出力により
飽和しないように増幅率が設定された第１の増幅回路
と、 該第１の増幅回路の差動増幅出力に直列に設けられる
コンデンサを備えるフィルタ回路と、 該フィルタ回路の出力を増幅する第２の増幅回路と、 を備えるという技術的手段を採用する。
する変換素子を少なくとも一辺に備えるブリッジ回路
と、 該ブリッジ回路に接続され、前記変換素子の抵抗値変
化に伴う電気量変化を差動増幅するものであり、前記ブ
リッジ回路の温度ドリフトによるオフセット出力が発生
したときにも増幅後の出力が前記オフセット出力により
飽和しないように増幅率が設定された第１の増幅回路
と、 該第１の増幅回路の差動増幅出力に直列に設けられる
コンデンサを備えるフィルタ回路と、 該フィルタ回路の出力を増幅する第２の増幅回路と、 を備えるという技術的手段を採用する。
本発明の上記構成による作用を説明する。本発明で
は、上記構成に述べた如く、増幅器を２段とし、第１の
増幅器の増幅率を上記のごとく設定しているから、ピエ
ゾ効果を利用した変換素子の出力に温度ドリフトによる
オフセット分が生じても、第１の増幅器の出力がオフセ
ットにより飽和してしまうことはない。そして、増幅さ
れた出力信号をコンデンサを備えるフィルタ回路に通し
ているため、ブリッジ回路のドリフトと第１の増幅器の
オフセットドリフトとによる直流成分がコンデンサで除
去され、出力には第２の増幅器のオフセットドリフトの
みが現れる。しかも、２段で増幅しているため、第２の
増幅器の増幅度は従来の１段のものより小さくできるた
め、出力に現れるオフセットドリフトは小さくなる。
は、上記構成に述べた如く、増幅器を２段とし、第１の
増幅器の増幅率を上記のごとく設定しているから、ピエ
ゾ効果を利用した変換素子の出力に温度ドリフトによる
オフセット分が生じても、第１の増幅器の出力がオフセ
ットにより飽和してしまうことはない。そして、増幅さ
れた出力信号をコンデンサを備えるフィルタ回路に通し
ているため、ブリッジ回路のドリフトと第１の増幅器の
オフセットドリフトとによる直流成分がコンデンサで除
去され、出力には第２の増幅器のオフセットドリフトの
みが現れる。しかも、２段で増幅しているため、第２の
増幅器の増幅度は従来の１段のものより小さくできるた
め、出力に現れるオフセットドリフトは小さくなる。
以上に述べたように本発明によると、変換素子を備え
るブリッジ回路のドリフトと、増幅器のオフセットドリ
フトとの影響を効果的に低減することができ、誤差の少
ない出力を得ることができる。
るブリッジ回路のドリフトと、増幅器のオフセットドリ
フトとの影響を効果的に低減することができ、誤差の少
ない出力を得ることができる。
以下、本発明を半導体加速度センサに適用した一実施
例を説明する。
例を説明する。
まず、この実施例の構成を第１図ないし第３図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
第１図は半導体加速度センサの作動原理を示す図であ
る。基体11の上に、カンチレバー12の固定端12aが固定
され、自由端12bには慣性を増すウェイト12cが設けられ
る。さらにカンチレバー12には肉薄のダイヤフラム部12
dが形成され、ここに、４つの拡散抵抗12eが形成され
る。ウェイト12cおよび自由端12bに作用する加速度によ
り、ダイヤフラム部12dに応力が集中し、ピエゾ効果に
より、拡散抵抗の抵抗値が変化する。この加速度に応じ
た抵抗値変化を電気的に検出することにより、加速度が
測定される。
る。基体11の上に、カンチレバー12の固定端12aが固定
され、自由端12bには慣性を増すウェイト12cが設けられ
る。さらにカンチレバー12には肉薄のダイヤフラム部12
dが形成され、ここに、４つの拡散抵抗12eが形成され
る。ウェイト12cおよび自由端12bに作用する加速度によ
り、ダイヤフラム部12dに応力が集中し、ピエゾ効果に
より、拡散抵抗の抵抗値が変化する。この加速度に応じ
た抵抗値変化を電気的に検出することにより、加速度が
測定される。
第２図は、その検出回路を示すブロック図である。10
は、前述の４つの拡散抵抗からなるブリッジ回路、13は
定電流源20は差動増幅部、30はフィルタ部、40は増幅部
である。
は、前述の４つの拡散抵抗からなるブリッジ回路、13は
定電流源20は差動増幅部、30はフィルタ部、40は増幅部
である。
第３図は第２図に示す各ブロックの回路構成を示す回
路図である。差動増幅部20は、オペアンプA1,A2および
周辺の抵抗器R1,R2,R3,R4,R5,R6からなる。フィルタ部3
0は、差動増幅部20の出力に直列のコンデンサＣと、抵
抗R7、定電圧源E1からなる。増幅部40は、オペアンプA3
と周辺の抵抗器R8,R9および定電圧源E2からなる。
路図である。差動増幅部20は、オペアンプA1,A2および
周辺の抵抗器R1,R2,R3,R4,R5,R6からなる。フィルタ部3
0は、差動増幅部20の出力に直列のコンデンサＣと、抵
抗R7、定電圧源E1からなる。増幅部40は、オペアンプA3
と周辺の抵抗器R8,R9および定電圧源E2からなる。
次に上記構成による作動を説明する。この半導体加速
度センサに加速度が作用すると、カンチレバー12の自由
端12cとウェイト12bとの慣性により、ダイヤフラム部12
dに応力が作用し変形する。この応力の作用により、各
拡散抵抗12eはピエゾ効果によりその抵抗値が変化す
る。すると、ブリッジ回路10の各辺の抵抗値が変化する
ため、ブリッジ回路10の両検出端子には、抵抗値変化に
比例した電圧変化を生じる。この電圧変化が差動増幅部
20で差動増幅される。この差動増幅出力は、フィルタ部
30で、コンデンサＣと抵抗R7により各拡散抵抗の温度ド
リフトと、差動増幅部20のオンセットドリフトとの直流
成分が除去されると共に、定電圧源E1の起電力が直流成
分として加えられる。そして、増幅部40でさらに増幅さ
れ、出力される。
度センサに加速度が作用すると、カンチレバー12の自由
端12cとウェイト12bとの慣性により、ダイヤフラム部12
dに応力が作用し変形する。この応力の作用により、各
拡散抵抗12eはピエゾ効果によりその抵抗値が変化す
る。すると、ブリッジ回路10の各辺の抵抗値が変化する
ため、ブリッジ回路10の両検出端子には、抵抗値変化に
比例した電圧変化を生じる。この電圧変化が差動増幅部
20で差動増幅される。この差動増幅出力は、フィルタ部
30で、コンデンサＣと抵抗R7により各拡散抵抗の温度ド
リフトと、差動増幅部20のオンセットドリフトとの直流
成分が除去されると共に、定電圧源E1の起電力が直流成
分として加えられる。そして、増幅部40でさらに増幅さ
れ、出力される。
ブリッジ部10の出力電圧は、その強度を考慮すると通
常1mv/G程度であり、又、オフセットドリフトは温度等
により3mv程度考える必要がある。差動増幅部20の増幅
度Av2を100程度とすれば、特に温度特性に優れたオペア
ンプを用いずとも、オフセットドリフトにより出力が飽
和してしまう事はない。例えば、10（μv/℃）のオペア
ンプを用い、作動範囲を±50（℃）とすると、（３（m
v）＋（10（μv/℃）×50（℃））×100＝350（mv）と
なり、オフセットドリフトのみで出力が飽和することは
ない。
常1mv/G程度であり、又、オフセットドリフトは温度等
により3mv程度考える必要がある。差動増幅部20の増幅
度Av2を100程度とすれば、特に温度特性に優れたオペア
ンプを用いずとも、オフセットドリフトにより出力が飽
和してしまう事はない。例えば、10（μv/℃）のオペア
ンプを用い、作動範囲を±50（℃）とすると、（３（m
v）＋（10（μv/℃）×50（℃））×100＝350（mv）と
なり、オフセットドリフトのみで出力が飽和することは
ない。
差動増幅部20で、飽和する事なく出力されれば、フィ
ルタ部30にて、マイクロコンピュータなどのサンプルク
ロック（自動車ESC用＝0.01Hz）より格段に長い周期で
推移するこれらのドリフトは充分にキャンセルされ、必
要な変化分のみ出力される。すなわち、本回路において
出力に影響を及ぼすドリフト量は増幅部40に使用される
オペアンプA3のオフセットドリフトのみとなる。通常の
オペアンプは前述した如く10（μv/℃）程度のオフセッ
トドリフトを有しているが、増幅部40の増幅度Av2を20
程度にすることで作動範囲±50℃を考えても、そのオフ
セットドリフトの影響は、10（μv/℃）×50（℃）×20
＝10（mv）となり全体の増幅度Av＝100×20＝2000によ
る出力１（mv/G）×2000＝２（V/G）、（1Gあたり2Vの
出力）にしめる誤差は、10/2000＝0.5（％）程度におさ
める事ができる。
ルタ部30にて、マイクロコンピュータなどのサンプルク
ロック（自動車ESC用＝0.01Hz）より格段に長い周期で
推移するこれらのドリフトは充分にキャンセルされ、必
要な変化分のみ出力される。すなわち、本回路において
出力に影響を及ぼすドリフト量は増幅部40に使用される
オペアンプA3のオフセットドリフトのみとなる。通常の
オペアンプは前述した如く10（μv/℃）程度のオフセッ
トドリフトを有しているが、増幅部40の増幅度Av2を20
程度にすることで作動範囲±50℃を考えても、そのオフ
セットドリフトの影響は、10（μv/℃）×50（℃）×20
＝10（mv）となり全体の増幅度Av＝100×20＝2000によ
る出力１（mv/G）×2000＝２（V/G）、（1Gあたり2Vの
出力）にしめる誤差は、10/2000＝0.5（％）程度におさ
める事ができる。
このように、この実施例の回路によると、ピエゾ効果
を有する拡散抵抗の温度等によるドリフトと増幅器とし
て用いるオペアンプの温度等によるオフセットドリフト
との出力への影響を効果的に減少させることができる。
を有する拡散抵抗の温度等によるドリフトと増幅器とし
て用いるオペアンプの温度等によるオフセットドリフト
との出力への影響を効果的に減少させることができる。
以上に述べた回路は、第１図に示すセンサ部と一体的
にハイブリッドIC化される。
にハイブリッドIC化される。
この際、オペアンプとしては、フリップチップ型ICを
用いるが、このフリップチップの端子と、他の素子、あ
るいは配線などとの間のリーク電流によりオフセットが
生じる。そこでこの実施例では、オペアンプのフリップ
チップ型ICの端子を第４図に示すように構成し、実装時
には第５図に示すようにガード電極を構成する。
用いるが、このフリップチップの端子と、他の素子、あ
るいは配線などとの間のリーク電流によりオフセットが
生じる。そこでこの実施例では、オペアンプのフリップ
チップ型ICの端子を第４図に示すように構成し、実装時
には第５図に示すようにガード電極を構成する。
これにより、オペアンプの入力端子および、入力系か
らの漏洩電流を減少することができる。
らの漏洩電流を減少することができる。
例えば、この実施例では半導体加速度センサの検出信
号を、車両制動時の車輪ロックを防止するアンチスキッ
ド装置に用いるため、要求される周波数特性は0.1〜10
（Hz）と極めて低い帯域となる。このため、フィルタ部
30のカットオフ周波数としては、0.01（Hz）程度が要求
される。ここで、第４図、第５図のように実装時の入力
容量、および漏洩電流の低減対策をとることで、上記の
如き要求を安定して満たすことができる。
号を、車両制動時の車輪ロックを防止するアンチスキッ
ド装置に用いるため、要求される周波数特性は0.1〜10
（Hz）と極めて低い帯域となる。このため、フィルタ部
30のカットオフ周波数としては、0.01（Hz）程度が要求
される。ここで、第４図、第５図のように実装時の入力
容量、および漏洩電流の低減対策をとることで、上記の
如き要求を安定して満たすことができる。
第１図は半導体加速度センサの原理を説明する斜視図、
第２図は本発明を適用した一実施例のブロック構成図、
第３図は第２図に示す一実施例の回路構成図、第４図は
一実施例で用いるフリップチップICの斜視図、第５図は
一実施例で用いるガード電極を示す回路図、第６図、第
７図は従来の半導体センサ増幅回路を示すブロック構成
図である。 10……ブリッジ回路,20……差動増幅部,30……フィルタ
部,40……増幅部,50……フリップチップIC,60……ガー
ド。
第２図は本発明を適用した一実施例のブロック構成図、
第３図は第２図に示す一実施例の回路構成図、第４図は
一実施例で用いるフリップチップICの斜視図、第５図は
一実施例で用いるガード電極を示す回路図、第６図、第
７図は従来の半導体センサ増幅回路を示すブロック構成
図である。 10……ブリッジ回路,20……差動増幅部,30……フィルタ
部,40……増幅部,50……フリップチップIC,60……ガー
ド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｆ 3/34 Ａ 8943−5Ｊ (72)発明者 山田 利貴 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 稲葉保著「アナログ回路の実用設計」初 版（昭和56年３月30日発行）ＣＱ出版株式 会社，日本，142−143頁
Claims (1)
- 【請求項１】ピエゾ効果を利用して物理量変化を抵抗値
変化に変換する変換素子を少なくとも一辺に備えるブリ
ッジ回路と、 該ブリッジ回路に接続され、前記変換素子の抵抗値変化
に伴う電気量変化を差動増幅するものであり、前記ブリ
ッジ回路の温度ドリフトによるオフセット出力が発生し
たときにも増幅後の出力が前記オフセット出力により飽
和しないように増幅率が設定された第１の増幅回路と、 該第１の増幅回路の差動増幅出力に直列に設けられるコ
ンデンサを備えるフィルタ回路と、 該フィルタ回路の出力を増幅する第２の増幅回路と、 を備えることを特徴とする半導体センサ増幅回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62090565A JPH0814497B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 半導体センサ増幅回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62090565A JPH0814497B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 半導体センサ増幅回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63255664A JPS63255664A (ja) | 1988-10-21 |
| JPH0814497B2 true JPH0814497B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=14001952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62090565A Expired - Fee Related JPH0814497B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 半導体センサ増幅回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814497B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0659815B2 (ja) * | 1990-04-17 | 1994-08-10 | 富士通テン株式会社 | 車両用盗難警報装置 |
| JPH0830716B2 (ja) * | 1990-11-30 | 1996-03-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体加速度検出装置 |
| JP2812007B2 (ja) * | 1991-08-20 | 1998-10-15 | 日本電気株式会社 | 加速度センサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59163533A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Nec Corp | 圧力変換器とその駆動方法 |
-
1987
- 1987-04-13 JP JP62090565A patent/JPH0814497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 稲葉保著「アナログ回路の実用設計」初版（昭和５６年３月３０日発行）ＣＱ出版株式会社，日本，１４２−１４３頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63255664A (ja) | 1988-10-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |