JPH10339673A - 圧力センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力検出値の高精度化を実現すると共に、そ
の圧力検出値の演算に必要な時間を短縮すること。 【解決手段】 アナログマルチプレクサ６は、基準電圧
発生回路５からの基準信号Ｓａ、温度検出用ブリッジ回
路４からの温度信号Ｓｔ、圧力検出用ブリッジ回路３か
らの検出信号Ｓｄをこの順に通過させる。Ａ／Ｄ変換回
路９は、アナログマルチプレクサ６から差動増幅回路８
を通じて与えられる各信号をデジタルデータに変換す
る。このデジタルデータに基づいた演算処理により検出
信号Ｓｄに応じた圧力量検出値を温度信号Ｓｔ及び基準
信号Ｓａにより補正した状態で算出するための補正演算
回路１４は、基準信号Ｓａに対応したデジタルデータに
基づく演算処理、温度信号Ｓｔに対応したデジタルデー
タに基づく演算処理、検出信号Ｓｄに対応したデジタル
データに基づく演算処理を、この順に実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサ回路か
らのアナログ量の検出信号をＡ／Ｄ変換回路によりデジ
タルデータに変換した後に信号処理することによって圧
力を検出するようにした圧力センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば半導体圧力センサ装置にお
いては、半導体圧力センサより成る圧力センサ回路から
出力された検出信号（電圧信号）をＡ／Ｄ変換回路によ
ってデジタルデータに変換し、この変換後のデータをマ
イクロコンピュータにより演算処理することによって、
圧力センサ回路による検出圧力に応じた検出値を得る構
成が一般的になっている。

【０００３】このようなデータ処理を行う場合には、圧
力センサ回路の温度に応じたレベルの温度信号（電圧信
号）を発生する温度検出回路を設け、マイクロコンピュ
ータによる圧力検出値の演算処理時においては、上記温
度信号をＡ／Ｄ変換回路によりデジタルデータに変換
し、この変換データに基づいて上記圧力検出値を温度補
正する構成としている。また、回路素子の温度特性のば
らつきなどに起因した圧力検出精度の低下を防止するた
めに、圧力センサ回路に作用する圧力及び温度と無関係
に一定の電圧レベルとなる基準信号を発生する基準電圧
発生回路を設け、マイクロコンピュータによる圧力検出
値の演算処理時には、上記基準信号をＡ／Ｄ変換回路に
より変換したデジタルデータに基づいた補正演算処理を
行う構成とすることも行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年では、半導体圧力
装置を、所謂マイコンガスメータなどを利用した家庭用
保安システムや携帯用機器に使用するニーズが増えてき
ており、この場合には電源として電池を利用することに
なる。このような電池駆動を行う場合、電力消費量を小
さくして電池の消耗を抑制するためには、前記検出信
号、温度信号及び基準信号のデジタル変換データを利用
した演算処理の速度を高めることによって、応答時間
（圧力検出値を出力するまでの時間）を短縮することが
望ましいものである。

【０００５】ところが、従来では、上記のような演算所
要時間の短縮については深く考慮しておらず、これに起
因した電池消耗については看過しているのが実情であっ
た。尚、演算所要時間の短縮のためには、マイクロコン
ピュータのクロック周波数を高めることが考えられる
が、これではコスト高になるという新たな問題点が出て
くる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、圧力検出値の高精度化を実現できる
と共に、その圧力検出値の演算に必要な時間をハードウ
エア構成の変更に起因したコストの上昇を伴うことなく
短縮できるようになる圧力センサ装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の手段を採用することができる。この手
段によれば、アナログマルチプレクサは、基準電圧発生
回路からの基準信号及び検出回路からの温度信号を通過
させた後に、圧力センサ回路からの検出信号を通過させ
るようになる。このようにアナログマルチプレクサを通
過した各信号は、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルデータ
に変換される。

【０００８】信号処理手段は、上記のようにＡ／Ｄ変換
回路により変換されたデジタルデータに基づいた演算処
理を行うことにより前記検出信号に応じた圧力検出値を
算出するものである。具体的には、圧力センサ回路に対
する印加圧力をＰ、検出信号、温度信号及び基準信号を
Ａ／Ｄ変換回路により変換した各デジタルデータをそれ
ぞれ圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ、また、圧
力センサ回路の感度の温度係数をｃ、圧力センサ回路の
室温感度をｄ、圧力検出値のオフセットの温度係数を
ｅ、圧力検出値の室温オフセット値をｆ、温度検出値の
温度係数をａ、温度検出値の室温オフセット値をｂとし
た場合に、 Ｐ＝｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＋Ｄ／Ａ−ｆ｝ ／｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ …… の演算処理を実行して印加圧力Ｐ、つまり圧力検出値を
算出する。

【０００９】このような演算処理によれば、検出信号に
応じた圧力情報Ｄが、温度信号に応じた温度情報Ｔ及び
基準信号に応じた基準情報Ａにより補正されることにな
り、結果的に圧力検出値の高精度化を実現できるように
なる。

【００１０】この場合、信号処理手段は、上記のような
印加圧力Ｐの算出時において、まず、検出信号に先立っ
てアナログマルチプレクサを通過する基準信号及び温度
信号に対応したデジタルデータ（基準情報Ａ及び温度情
報Ｔ）に基づく演算処理、つまり、｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×
（−ｅ／ａ）−ｆ｝の演算、並びに｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×
ｃ／ａ＋ｄ｝の演算をそれぞれ行うことができる。そし
て、この後に、上記演算処理結果並びに前記検出信号に
対応したデジタルデータ（圧力情報Ｄ）に基づく演算処
理、つまり、 ｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ＋Ｄ／Ａ｝／
｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ の演算を行うことにより、前記印加圧力Ｐを算出するこ
とになる。

【００１１】ここで、上記式に基づいて印加圧力Ｐの
演算処理を行う際には、圧力情報Ｄを使用した演算（Ｄ
／Ａの演算、その演算結果の加算、並びに最後に行う割
算）以外の演算、つまり演算回数が多くてその処理時間
が比較的長くならざるを得ない演算処理であるところ
の、｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ｝の演算と、
｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝の演算については、先
行して実行可能であることが分かる。

【００１２】一方、Ａ／Ｄ変換回路は、その変換データ
を出力するまでに一定のサンプリング時間が必要になる
という性質があるため、圧力情報Ｄのサンプリング時間
中において、これより先にデジタルデータに変換されて
いる基準情報Ａ及び温度情報Ｔに基づく上記のような演
算処理を先行して行うことが可能であり、このような順
序で演算処理を行った場合には、圧力検出値の演算に要
する時間を短縮できるようになる。しかも、上記のよう
に圧力検出値の演算所要時間の短縮を実現するために、
演算プログラムを動かすためのクロック周波数を高める
などのハードウエア構成の変更を伴うことがないから、
コストの上昇を未然に防止できるようになる。

【００１３】請求項２記載の手段によれば、アナログマ
ルチプレクサは、前記基準信号、温度信号及び検出信号
をこの順に通過させるようになり、このようにアナログ
マルチプレクサを通過した各信号は、Ａ／Ｄ変換回路に
よりデジタルデータに変換される。信号処理手段は、こ
のようにＡ／Ｄ変換回路により変換されたデジタルデー
タに基づいて前記式の演算を行うことにより圧力検出
値を算出する。

【００１４】この場合、デジタルデータの割算は加算器
を利用して行うことが一般的となっており、Ｔ／Ａの演
算並びにＤ／Ａの演算、つまり基準情報Ａを除数とした
割算を加算器を利用して行う際には、当該基準情報Ａの
補数を演算する必要がある。しかるに、信号処理手段に
は、まず基準情報Ａが与えられるから、その基準情報Ａ
の補数の演算を最初に行うことができる。この後に上記
演算処理結果並びに温度信号に対応した温度情報Ｔに基
づく演算処理、その演算処理結果並びに検出信号に対応
した圧力情報Ｄに基づく演算処理を順次行うことができ
るものであり、これにより、圧力検出値の演算に要する
時間をさらに短縮できるようになる。

【００１５】請求項３記載の手段によれば、圧力センサ
回路からの検出信号、温度検出回路からの温度信号、基
準電圧発生回路からの基準信号を、Ａ／Ｄ変換回路内の
リングゲート遅延回路に電源電圧として与えると、当該
Ａ／Ｄ変換回路は、このように電源電圧が与えられた各
状態でリングゲート遅延回路にパルス信号が入力された
ときのパルス信号周回数に基づいて上記検出信号、温度
信号及び基準信号をデジタルデータに変換するようにな
る。

【００１６】このようなリングゲート遅延回路を利用し
たＡ／Ｄ変換回路にあっては、変換速度の大幅な向上を
実現できるという利点があるため、圧力検出値の算出の
ために必要な時間の大幅な短縮を実現できるようにな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照しながら説明する。全体の電気的構成を示す
図１において、本実施例による半導体圧力センサ装置
は、圧力検出用のセンサ部１と、このセンサ部１からの
出力を処理するための信号処理部２とを備えた構成とな
っており、これらセンサ部１及び信号処理部２は、異な
る半導体チップ上に分離した状態で形成されている。

【００１８】センサ部１は、ピエゾ抵抗係数が大きな半
導体チップ（例えばシリコン単結晶基板）を利用して形
成されたもので、圧力検出用ブリッジ回路３（本発明で
いう圧力センサ回路に相当）と、この圧力検出用ブリッ
ジ回路３の温度を検出するための温度検出用ブリッジ回
路４（本発明でいう温度検出回路に相当）とにより構成
されている。

【００１９】これらのうち、圧力検出用ブリッジ回路３
は、半導体チップに設けたダイヤフラム上に拡散抵抗に
より形成した抵抗素子Ｒd1、Ｒd2、Ｒd3、Ｒd4を図示の
ようにフルブリッジ接続して成るもので、印加圧力の増
大に応じて各抵抗素子Ｒd1、Ｒd2、Ｒd3、Ｒd4の抵抗値
が図１に矢印で示す態様（上向きの矢印は抵抗値が増加
することを示し、下向きの矢印は抵抗値が減少すること
を示す）で変化する構成となっている。また、圧力検出
用ブリッジ回路３の入力端子Ｐ１及びＰ２間には、定電
圧電源端子＋Ｖccから一定電圧が印加されるようになっ
ている。

【００２０】従って、圧力検出用ブリッジ回路３の一方
の出力端子Ｑ１（抵抗素子Ｒd1及びＲd2の共通接続点）
の電位は印加圧力の増大に応じて上昇し、また、他方の
出力端子Ｑ２（抵抗素子Ｒd3及びＲd4の共通接続点）の
電位は印加圧力の増大に応じて低下するものであり、出
力端子Ｑ１及びＱ２間からは、印加圧力に応じた電圧レ
ベルの検出信号Ｓｄが出力されることになる。尚、上記
検出信号Ｓｄは、圧力検出用ブリッジ回路３の温度にも
依存して変動するものであり、斯様な温度ドリフト除去
用のデータを得るために前記温度検出用ブリッジ回路４
が設けられている。

【００２１】この温度検出用ブリッジ回路４は、拡散抵
抗（温度係数は１５００〜１７００ppm/℃程度）により
形成された感温抵抗素子Ｒt1、Ｒt2と、温度係数が零に
近い材料である例えばＣｒＳｉにより形成された抵抗素
子Ｒc1、Ｒc2とを図示のようにフルブリッジ接続するこ
とにより構成されている。また、温度検出用ブリッジ回
路４の入力端子Ｐ３及びＰ４間にも、定電圧電源端子＋
Ｖccから一定電圧が印加されるようになっている。

【００２２】従って、温度検出用ブリッジ回路４の一方
の出力端子Ｑ３（感温抵抗素子Ｒt1及び抵抗素子Ｒc1の
共通接続点）の電位は検出温度の上昇に応じて上昇し、
また、他方の出力端子Ｑ４（感温抵抗素子Ｒt2及び抵抗
素子Ｒc2の共通接続点）の電位は検出温度の低下に応じ
て低下するものであり、出力端子Ｑ３及びＱ４間から
は、圧力検出用ブリッジ回路３の温度に応じた電圧レベ
ルの温度信号Ｓｔが出力されることになる。

【００２３】一方、前記信号処理部２は、半導体チップ
上に以下に述べるような各回路要素を形成した構成とな
っている。基準電圧発生回路５は、拡散抵抗により形成
した抵抗素子Ｒa1及びＲa2を備えたもので、それら抵抗
素子Ｒa1及びＲa2の直列回路を定電圧電源端子＋Ｖcc及
びグランド端子間に接続した構成となっている。この場
合、抵抗素子Ｒa1及びＲa2の温度係数は厳密に一致する
ものであり、従って、基準電圧発生回路５の出力端子Ｑ
５（抵抗素子Ｒa1及びＲa2の共通接続点）からは、前記
圧力検出用ブリッジ回路３に作用する圧力（被検出圧
力）及び当該ブリッジ回路３の温度と無関係に一定の電
圧レベルとなる基準信号Ｓａが出力されることになる。
尚、この基準電圧発生回路５は、前記センサ部１側の半
導体チップ上に形成することも可能である。

【００２４】アナログマルチプレクサ６は、上記圧力検
出用ブリッジ回路３からの検出信号Ｓｄ、温度検出用ブ
リッジ回路４からの温度信号Ｓｔ、基準電圧発生回路５
からの基準信号Ｓａを、後述する制御ブロック７から与
えられるセレクト信号に基づいて選択出力するためのも
のである。

【００２５】高入力インピーダンス差動増幅回路８は、
オペアンプ８ａ、８ｂ及び抵抗８ｃ、８ｄ、８ｅを組み
合わせて成る周知構成のもので、前記アナログマルチプ
レクサ６から出力される信号を増幅してＡ／Ｄ変換回路
９に与えるようになっている。尚、差動増幅回路８の電
源は、前記定電圧電源端子＋Ｖccから与えられるように
なっている。

【００２６】上記Ａ／Ｄ変換回路９は、基本的には特開
平５−２５９９０７号公報に記載されたＡ／Ｄ変換回路
と同様構成のものであり、詳細には図示しないが、反転
動作時間が電源電圧に応じてＮＡＮＤゲート１０ａ（本
発明でいう反転回路に相当）と反転動作時間が電源電圧
に応じて変化する偶数個のインバータ１０ｂ（同じく本
発明でいう反転回路に相当）とをリング状に連結して成
るリングゲート遅延回路１０（以下の説明では、リング
ゲート遅延回路をＲＧＤ（Ring Gate Delay ）と略称す
る）、このＲＧＤ１０内でのパルス信号の周回数をカウ
ントするための周回数カウンタ１１、この周回数カウン
タ１１の計数値を上位ビットとし、且つＲＧＤ１０内の
各インバータ１０ｂの出力を下位ビットとして格納する
ためのスタックメモリ１２などを含んで構成されてい
る。

【００２７】このような構成のＡ／Ｄ変換回路９による
変換原理の大略は以下の通りである。即ち、ＲＧＤ１０
内のＮＡＮＤゲート１０ａに対し、図２に示すようなパ
ルス信号ＰＡを与えると、ＮＡＮＤゲート１０ａ及び各
インバータ１０ｂがその電源電圧に応じた速度で逐次的
に反転動作を開始して、そのパルス信号ＰＡの入力期間
中は信号周回動作が継続して行われるものであり、斯様
なパルス信号周回数を示す二進数のデジタルデータが、
スタックメモリ１２に対しリアルタイムで与えられるこ
とになる。この後、図２に示すように、一定のサンプリ
ング周期Δｔ（例えば〜１００μ秒）を得るためのパル
ス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメモリ１２をラッチ
すれば、そのスタックメモリ１２内の各ラッチデータの
差に基づいて、インバータ１０ｂに与えられている電源
電圧を二進数のデジタルデータに変換した値が得られる
ようになる。

【００２８】この場合、ＲＧＤ１０内のＮＡＮＤゲート
１０ａ及びインバータ１０ｂには、前記差動増幅回路８
から電源電圧が与えられる構成となっている。従って、
Ａ／Ｄ変換回路９にあっては、差動増幅回路８からの出
力信号、つまり、アナログマルチプレクサ６を通じて選
択出力される検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号
Ｓａをデジタルデータに変換することになる。

【００２９】尚、以下においては、Ａ／Ｄ変換回路９に
よる変換データのうち、検出信号Ｓｄに対応したデジタ
ルデータを圧力情報Ｄ、温度信号Ｓｔに対応したデジタ
ルデータを温度情報Ｔ、基準信号Ｓａに対応したデジタ
ルデータを基準情報Ａと呼ぶことにする。

【００３０】ここで、圧力情報Ｄと圧力検出用ブリッジ
回路３に対する印加圧力Ｐとの間には次式のような関
係がある。 Ｄ＝｛（ｃｔ＋ｄ）×Ｐ＋ｅｔ＋ｆ｝×β（ｔ） …… 但し、ｔ：圧力検出用ブリッジ回路３の温度 ｃ：圧力検出用ブリッジ回路３の感度の温度係数 ｄ：圧力検出用ブリッジ回路３の室温感度 ｅ：圧力検出値のオフセットの温度係数 ｆ：圧力検出値の室温オフセット値 また、β（ｔ）は、差動増幅回路８の温度特性やＲＧＤ
１０の遅延時間の温度特性などに依存した非線形項であ
り、これが圧力検出値の精度劣化の要因となるものであ
る。

【００３１】上記式からＰの解を得るためには、ｔが
必要であり、また、非線形の係数であるβ（ｔ）を除去
する必要がある。このため、温度検出用ブリッジ回路４
を通じて温度情報Ｔを得ると共に、基準電圧発生回路５
を通じて基準情報Ａを得るようにしている。

【００３２】この場合、温度情報Ｔと圧力検出用ブリッ
ジ回路３の温度ｔとの間には次式のような関係が存在
するものである。 Ｔ＝（ａｔ＋ｂ）×β（ｔ） …… 但し、ａ：温度検出値の温度係数 ｂ：温度検出値の室温オフセット値

【００３３】また、基準情報Ａは、圧力検出用ブリッジ
回路３に作用する圧力及び温度と無関係に一定の電圧レ
ベルとなる基準信号Ｓａを、差動増幅回路８により増幅
し且つＡ／Ｄ変換回路９によりデジタル変換したデータ
であるから、次式が成立することになる。

【００３４】Ａ＝β（ｔ） ……

【００３５】上記、の式を用いてＰについて解く
と、非線形項β（ｔ）が削除された状態の次式が得ら
れる。 Ｐ＝｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＋Ｄ／Ａ−ｆ｝ ／｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ ……

【００３６】ＥＰＲＯＭ１３には、式に基づいた圧力
Ｐの演算に必要な係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆが補正係
数として予め記憶されている。

【００３７】補正演算回路１４（本発明でいう信号処理
手段に相当）は、上記式を利用した圧力Ｐの演算を、
制御ブロック７からの指令を受けて行うものであり、そ
の演算時には、スタックメモリ１２から読み出した圧力
情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａ、並びにＥＰＲＯＭ
１３から読み出した補正係数（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆ）を使用する構成となっている。そして、補正演算回
路１４による演算結果は、センサ部１による検出圧力を
示す圧力データとしてＩ／Ｏブロック１５から出力され
る。

【００３８】上記式の演算において重要なことは、非
線形項β（ｔ）が消去されている点であるが、このよう
な非線形項β（ｔ）の消去は、前記〜式中の各非線
形項β（ｔ）が同じであるという条件が成立して初めて
可能になるものである。このような消去条件が成立する
ためには、圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａの動
作点を同じ状態にする必要がある。

【００３９】しかしながら、実際の回路構成上において
は、圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａの発生源で
ある圧力検出用ブリッジ回路３、温度検出用ブリッジ回
路４及び基準電圧発生回路５内における抵抗値のばらつ
きなどに起因したオフセットが避けられないため、それ
ら圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情報Ａが、要求され
る設計値と異なってくるという事情がある。このため、
上記のような非線形項β（ｔ）の消去条件が成立しなく
なる場合があり、このような場合には、式の演算で得
られる圧力データ中に非線形成分による誤差が残ること
になって、圧力検出精度が劣化するという問題点が出て
くる。

【００４０】このような問題点を解決するために、本実
施例では、信号処理部２内に補正回路１６を設ける構成
としている。この補正回路１６において、ＥＰＲＯＭ１
７、１８及び１９には、圧力センサ装置の製造工程上に
おける調整段階で以下に述べるような補正用の電圧デー
タが記憶されるようになっている。

【００４１】即ち、ＥＰＲＯＭ１７には、圧力検出用ブ
リッジ回路３に対して標準的な圧力を加えたときに出力
される検出信号Ｓｄを差動増幅回路８により増幅した後
の電圧レベルと、予め設定された圧力検出用標準電圧レ
ベルとの差に対応した補正電圧データＶｄが量子化され
た状態で記憶されている。また、ＥＰＲＯＭ１８には、
温度検出用ブリッジ回路４に対して標準的な温度を加え
たときに出力される温度信号Ｓｔを差動増幅回路８によ
り増幅した後の電圧レベルと、予め設定された温度検出
用標準電圧レベルとの差に対応した補正電圧データＶｔ
が量子化された状態で記憶されている。さらに、ＥＰＲ
ＯＭ１９には、基準電圧発生回路から出力される基準信
号Ｓａを差動増幅回路８により増幅した後の電圧レベル
と、予め設定された標準的な基準電圧レベルとの差に対
応した補正電圧データＶａが量子化された状態で記憶さ
れている。

【００４２】補正回路１６において、セレクタ２０は、
上記ＥＰＲＯＭ１７、１８及び１９の記憶データを、制
御ブロック７からのセレクト信号に基づいて選択的に出
力するために設けられており、また、Ｄ／Ａ変換回路２
１は、このセレクタ２０を通じて出力される補正電圧デ
ータをアナログ値の電圧信号に変換するために設けられ
ている。そして、Ｄ／Ａ変換回路２１からの電圧信号
は、インピーダンス整合用のバッファ２２及び抵抗２３
を介して前記差動増幅回路８の出力信号に重畳される構
成となっている。

【００４３】さて、図３には、制御ブロック７による制
御内容が概略的に示されており、以下これについて図２
も参照しながら説明する。尚、図２は、アナログマルチ
プレクサ６からの信号出力タイミング、前記パルス信号
ＰＡ及びＰＢの出力タイミング、補正演算回路１４での
演算タイミング及び演算内容（これは符号（１）〜（1
0）で表されている）を示すものである。

【００４４】即ち、制御ブロック７は、まず、アナログ
マルチプレクサ６に対して、基準電圧発生回路５からの
基準信号Ｓａを選択するためのセレクト信号を出力する
と共に、補正回路１６内のセレクタ２０に対して、ＥＰ
ＲＯＭ１９に記憶された補正電圧データＶａを選択する
ためのセレクト信号を出力する（ステップＳ１、Ｓ
２）。

【００４５】すると、差動増幅回路８から上記基準信号
Ｓａを増幅した電圧信号が出力されると共に、Ｄ／Ａ変
換回路２１から上記補正電圧データＶａをアナログ変換
した電圧信号が出力されて上記差動増幅回路８からの電
圧信号に重畳されるようになり、このように補正電圧デ
ータＶａの成分が重畳された状態の電圧信号が、Ａ／Ｄ
変換回路９内のＲＧＤ１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号と
して印加されるようになる。

【００４６】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ３を実行する。このル
ーチンＳ３では、図２に示す時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ１
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グ（具体的には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において４回立
ち上がる状態）で出力する。

【００４７】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差（例えば３回目の立ち上がりと４回目の立ち上がり
における各ラッチデータの差）に基づいて、差動増幅回
路８からの電圧信号（基準信号Ｓａを増幅した電圧信号
に対し補正電圧データＶａの成分が重畳された状態の電
圧信号）に応じたデジタルデータが基準情報Ａとして得
られるようになる。

【００４８】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ３の実行に応じて基準情報Ａを取り込んだ後には、当
該基準情報Ａの補数を得るための演算（１）を補正演算
回路１４により実行させる（ルーチンＳ４）。ここで、
前記式中の「Ｔ／Ａ」の演算、つまり二進数の基準情
報Ａを除数とした演算を、例えば加算器を用いた割り算
により実行する場合にはＡについての２の補数を得る必
要があるものであり、このために上記演算ルーチンＳ４
においては、Ａの各桁の１と０を入れ替えることにより
１の補数を得ると共に、この１の補数に１を加えてＡに
ついての２の補数を得る演算を行うようにしている。

【００４９】制御ブロック７は、上記演算ルーチンＳ４
の実行後には、アナログマルチプレクサ６に対して、基
準電圧発生回路５からの温度信号Ｓｔを選択するための
セレクト信号を出力すると共に、補正回路１６内のセレ
クタ２０に対して、ＥＰＲＯＭ１８に記憶された補正電
圧データＶｔを選択するためのセレクト信号を出力する
（ステップＳ５、Ｓ６）。

【００５０】すると、差動増幅回路８から上記温度信号
Ｓｔを増幅した電圧信号が出力されると共に、Ｄ／Ａ変
換回路２１から上記補正電圧データＶｔをアナログ変換
した電圧信号が出力されて上記差動増幅回路８からの電
圧信号に重畳されるようになり、このように補正電圧デ
ータＶｔの成分が重畳された状態の電圧信号が、Ａ／Ｄ
変換回路９内のＲＧＤ１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号と
して印加されるようになる。

【００５１】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ７を実行する。このル
ーチンＳ７では、図２に示す時刻ｔ３〜ｔ４の期間中に
おいてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻ｔ３
後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイミン
グで出力する。

【００５２】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差に基づいて、差動増幅回路８からの電圧信号（温度
信号Ｓｔを増幅した電圧信号に対し補正電圧データＶｔ
の成分が重畳された状態の電圧信号）に応じたデジタル
データが温度情報Ｔとして得られるようになる。

【００５３】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ７の実行に応じて温度情報Ｔを取り込んだ後には、前
記式中の演算項目のうち、圧力情報Ｄが不必要な下記
の演算（２）〜（７）を補正演算回路１４に実行させる
（ルーチンＳ８）。尚、この演算時には、上記温度情報
Ｔの他に、前記演算ルーチンＳ４で演算した基準情報Ａ
の補数並びにＥＰＲＯＭ１３から読み出した補正係数
（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）が使用される。

【００５４】演算（２）…Ｔ／Ａ＝δ１ 演算（３）…Ｔ／Ａ−ｂ＝δ１−ｂ＝δ２ 演算（４）…（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＝δ２×
（−ｅ／ａ）＝δ３ 演算（５）…（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ＝δ３
−ｆ＝δ４ 演算（６）…（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＝δ２×ｃ／ａ＝
δ５ 演算（７）…（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ＝δ５＋ｄ＝
δ６

【００５５】制御ブロック７は、上記演算ルーチンＳ８
の実行後には、アナログマルチプレクサ６に対して、基
準電圧発生回路５からの検出信号Ｓｄを選択するための
セレクト信号を出力すると共に、補正回路１６内のセレ
クタ２０に対して、ＥＰＲＯＭ１７に記憶された補正電
圧データＶｄを選択するためのセレクト信号を出力する
（ステップＳ９、Ｓ１０）。

【００５６】すると、差動増幅回路８から上記検出信号
Ｓｄを増幅した電圧信号が出力されると共に、Ｄ／Ａ変
換回路２１から上記補正電圧データＶｄをアナログ変換
した電圧信号が出力されて上記差動増幅回路８からの電
圧信号に重畳されるようになり、このように補正電圧デ
ータＶｄの成分が重畳された状態の電圧信号が、Ａ／Ｄ
変換回路９内のＲＧＤ１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号と
して印加されるようになる。

【００５７】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａ及びＰＢの出力制御ルーチンＳ１１を実行する。この
ルーチンＳ１１では、図２に示す時刻ｔ５〜ｔ６の期間
中においてパルス信号ＰＡを出力すると共に、その時刻
ｔ５後においてパルス信号ＰＢを図２に示すようなタイ
ミングで出力する。

【００５８】これにより、パルス信号ＰＡの出力期間中
において、ＲＧＤ１０内で信号周回動作が継続して行わ
れると共に、パルス信号ＰＢの立上がり毎にスタックメ
モリ１２がラッチされるものであり、そのラッチデータ
の差に基づいて、差動増幅回路８からの電圧信号（検出
信号Ｓｄを増幅した電圧信号に対し補正電圧データＶｄ
の成分が重畳された状態の電圧信号）に応じたデジタル
データが圧力情報Ｄとして得られるようになる。

【００５９】尚、本実施例の場合、上述した出力制御ル
ーチンＳ３、Ｓ７、Ｓ１１の実行時において、スタック
メモリ１２からラッチデータの差に基づいたデジタルデ
ータを３回取り込むことができるから、それらを平均化
した値をデジタルデータ（基準情報Ａ、温度情報Ｔ及び
圧力情報Ｄ）として得る構成とすることもできる。

【００６０】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ１１の実行に応じて圧力情報Ｄを取り込んだ後には、
下記の演算（８）〜（10）を補正演算回路１４に実行さ
せる（ルーチンＳ１２）。尚、この演算時には、上記圧
力情報Ｄの他に、前記演算ルーチンＳ４及びＳ８での演
算結果が使用されるものであり、特に、演算（10）は、
前記式に基づいて印加圧力Ｐを得るための演算であ
る。

【００６１】演算（８）…Ｄ／Ａ＝δ７ 演算（９）…（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ＋Ｄ／
Ａ＝δ４＋δ７＝δ８ 演算（10）…｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ＋Ｄ
／Ａ｝／｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝＝δ８／δ６

【００６２】制御ブロック７は、上記演算ルーチンＳ１
２の実行後には、最終的な演算結果（つまり印加圧力Ｐ
を示す情報）を、センサ部１による検出圧力を示す圧力
データとしてＩ／Ｏブロック１５から出力するようにな
る。

【００６３】この後、制御ブロック７は、所定の待機時
間が経過するまで待機し（ステップＳ１４）、当該待機
時間が経過したときにステップＳ１へ戻るようになる。
従って、一連の圧力検出動作（Ｓ１〜Ｓ１３）は、上記
待機時間が経過する毎に周期的に行われることになる。

【００６４】要するに上記した本実施例によれば、補正
演算回路１４は、印加圧力Ｐの算出時において、まず、
検出信号Ｓｄ及び温度信号Ｓｔに先立ってアナログマル
チプレクサ６を通過する基準信号Ｓａに対応したデジタ
ルデータ（基準情報Ａ）についての補数の演算（１）を
行った後に、検出信号Ｓｄに先立ってアナログマルチプ
レクサ６を通過する温度信号Ｓｔに対応したデジタルデ
ータ（温度情報Ｔ）に基づく演算（２）〜（７）、つま
り、｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ｝の演算、並
びに｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝の演算をそれぞれ
行うものである。そして、この後に、上記演算処理結果
並びに前記検出信号Ｓｄに対応したデジタルデータ（圧
力情報Ｄ）に基づく演算（８）〜（10）、つまり、 ｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ＋Ｄ／Ａ｝／
｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ の演算を行うことにより、前記印加圧力Ｐを算出するも
のである。

【００６５】ここで、上記のように印加圧力Ｐの演算処
理を行う際には、圧力情報Ｄを使用した演算（Ｄ／Ａの
演算、その演算結果の加算、並びに最後に行う割算）以
外の演算、つまり演算回数が多くてその処理時間が比較
的長くならざるを得ない演算処理である｛（Ｔ／Ａ−
ｂ）×（−ｅ／ａ）−ｆ｝の演算、並びに｛（Ｔ／Ａ−
ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝の演算については、先行して実行可
能である。一方、Ａ／Ｄ変換回路９は、その変換データ
を出力するまでにある程度のサンプリング時間（〜１０
０μ秒）が必要になるという性質があるため、圧力情報
Ｄのサンプリング時間中において、これより先にデジタ
ルデータに変換されている基準情報Ａに基づく演算
（１）、及び温度情報Ｔに基づく演算（２）〜（７）を
この順で先行して行った後に、圧力情報Ｄが必要な演算
（７）〜（10）を行うことが可能であり、このような順
序で演算処理を行った場合には、印加圧力Ｐ（圧力検出
値）の演算に要する時間を短縮できるようになる。

【００６６】従って、演算処理時間が長引くことに起因
した消費電力の増大を未然に防止できるようになり、特
に、電池駆動とする場合には、その電池の消耗を抑制で
きることになる。また、圧力検出値の演算所要時間の短
縮を実現するために、演算プログラムを動かすためのク
ロック周波数を高めるなどのハードウエア構成の変更を
伴うことがないから、コストの上昇も未然に防止できる
ようになる。

【００６７】しかも、上記のような演算処理によれば、
検出信号Ｓｄに応じた圧力情報Ｄが、温度信号Ｓｔに応
じた温度情報Ｔ及び基準信号Ｓａに応じた基準情報Ａに
より補正されることになり、結果的に斯様な演算処理に
より得られる圧力検出値の高精度化を実現できるように
なる。

【００６８】本実施例のように、ＲＧＤ１０を利用した
Ａ／Ｄ変換回路９にあっては、変換速度の大幅な向上
（つまりサンプリング時間の大幅な短縮）を実現できる
という利点があるため、圧力検出値の算出に必要な時間
をさらに短縮できるようになり、この面からも消費電力
を抑制できるようになる。

【００６９】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。差動増幅回路８は必要に応じて設ければ良い。但
し、差動増幅回路８を設けない場合には、これに代わる
インピーダンス変換回路を設けることが望ましい。Ａ／
Ｄ変換回路９内のＲＧＤ１０は、基本的な構成例を示し
たものであり、これと異なる構成のＲＧＤを設けること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の電気的構成図

【図２】作用説明用のタイミングチャート

【図３】制御ブロックによる制御内容を示すフローチャ
ート

【符号の説明】

１はセンサ部、２は信号処理部、３は圧力検出用ブリッ
ジ回路（圧力センサ回路）、４は温度検出用ブリッジ回
路（温度検出回路）、５は基準電圧発生回路、６はアナ
ログマルチプレクサ、７は制御ブロック、８は差動増幅
回路、９はＡ／Ｄ変換回路、１０はリングゲート遅延回
路、１０ａはＮＡＮＤゲート（反転回路）、１０ｂはイ
ンバータ（反転回路）、１１は周回数カウンタ、１２は
スタックメモリ、１４は補正演算回路（信号処理手
段）、１６は補正回路、１７、１８、１９はＥＰＲＯ
Ｍ、２０はセレクタ、２１はＤ／Ａ変換回路を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出圧力に応じた電圧レベルの検出信
   号を発生する圧力センサ回路と、 この圧力センサ回路の温度に応じた電圧レベルの温度信
   号を発生する温度検出回路と、 前記被検出圧力及び圧力センサ回路の温度と無関係に一
   定の電圧レベルとなる基準信号を発生する基準電圧発生
   回路と、 前記検出信号、温度信号及び基準信号をデジタルデータ
   に変換するためのＡ／Ｄ変換回路と、 前記検出信号、温度信号及び基準信号を選択的に通過さ
   せて前記Ａ／Ｄ変換回路に変換対象信号として与えるア
   ナログマルチプレクサと、 前記圧力センサ回路に対する印加圧力をＰ、前記検出信
   号、温度信号及び基準信号を前記Ａ／Ｄ変換回路により
   変換した各デジタルデータをそれぞれ圧力情報Ｄ、温度
   情報Ｔ及び基準情報Ａ、また、圧力センサ回路の感度の
   温度係数をｃ、圧力センサ回路の室温感度をｄ、圧力検
   出値のオフセットの温度係数をｅ、圧力検出値の室温オ
   フセット値をｆ、温度検出値の温度係数をａ、温度検出
   値の室温オフセット値をｂとした場合に、 Ｐ＝｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×（−ｅ／ａ）＋Ｄ／Ａ−ｆ｝／
   ｛（Ｔ／Ａ−ｂ）×ｃ／ａ＋ｄ｝ の演算処理を実行して印加圧力Ｐを算出する信号処理手
   段とを備え、 前記アナログマルチプレクサは、前記基準信号及び温度
   信号を前記検出信号に先立って通過させるように構成さ
   れ、 前記信号処理手段は、前記基準信号及び温度信号に対応
   した基準情報Ａ及び温度情報Ｔに基づく演算処理を行っ
   た後に、その演算処理結果並びに前記検出信号に対応し
   た圧力情報Ｄに基づく演算処理を行うことによって、印
   加圧力Ｐを算出するように構成されていることを特徴と
   する圧力センサ装置。
2. 【請求項２】 前記アナログマルチプレクサは、前記基
   準信号、温度信号及び検出信号をこの順に通過させるよ
   うに構成され、 前記信号処理手段は、前記基準信号に対応した基準情報
   Ａに基づく演算処理、その演算処理結果並びに前記温度
   信号に対応した温度情報Ｔに基づく演算処理、その演算
   処理結果並びに前記検出信号に対応した圧力情報Ｄに基
   づく演算処理を順次行うことによって、印加圧力Ｐを算
   出するように構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の圧力センサ装置。
3. 【請求項３】 前記Ａ／Ｄ変換回路は、反転動作時間が
   電源電圧に応じて変化する複数個の反転回路をリング状
   に連結して成るリングゲート遅延回路を含んで成り、前
   記検出信号、温度信号及び基準信号が上記リングゲート
   遅延回路に電源電圧として与えられた各状態で当該リン
   グゲート遅延回路にパルス信号が入力されたときのパル
   ス信号周回数に基づいて上記検出信号、温度信号及び基
   準信号をデジタルデータに変換する構成のものであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の圧力センサ装
   置。