JPH1047993A - Variable capacitance sensor system - Google Patents
Variable capacitance sensor systemInfo
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- JPH1047993A JPH1047993A JP20489096A JP20489096A JPH1047993A JP H1047993 A JPH1047993 A JP H1047993A JP 20489096 A JP20489096 A JP 20489096A JP 20489096 A JP20489096 A JP 20489096A JP H1047993 A JPH1047993 A JP H1047993A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は圧力センサなどに用
いられ、トランスジューサとして作動する可変容量キャ
パシタの電気的容量変化を検出する可変容量型センサシ
ステムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable capacitance type sensor system which is used for a pressure sensor or the like and detects a change in electric capacitance of a variable capacitance capacitor which operates as a transducer.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、自動車に搭載される冷凍システ
ムを制御するに際しては、その冷媒圧を検知しこれを電
気信号に変換して制御系に出力する圧力センサなどの装
置が有効である。ところで、このような圧力センサとし
て、シリコン半導体からなるダイヤフラムに用いたもの
があるが、かかる圧力センサを特に自動車に搭載される
機器などのように取り付け条件が過酷で、変動の厳しい
環境条件下で使用することは耐久性および信頼性の点で
問題がある。2. Description of the Related Art For example, when controlling a refrigeration system mounted on an automobile, a device such as a pressure sensor which detects the refrigerant pressure, converts the refrigerant pressure into an electric signal, and outputs the electric signal to a control system is effective. By the way, as such a pressure sensor, there is a pressure sensor used for a diaphragm made of a silicon semiconductor.However, such a pressure sensor is mounted under severe conditions such as a device mounted on an automobile, particularly under an environmental condition with severe fluctuations. Its use is problematic in terms of durability and reliability.
【0003】そこで、このような環境条件下に最も適す
ると考えられる圧力センサとして、可変容量型トランス
デューサがある。この可変容量型トランスデューサは、
キャパシタを形成する2つの電極板の間隔が電極の一方
に加えられる圧力変化などによって変化すると、その変
化量をキャパシタンス変化として導出し、容量−電圧変
換器によって電気信号を得るようにしたものである。こ
のような可変容量トランスデューサを構成するに当たっ
ては、受圧面を塑性変形を生じ無い完全弾性体と見做せ
るセラミックス材料の薄板から成る円形のダイヤフラム
を用い、そのダイヤフラム表面上に導電性のペイントや
金属蒸着手段によってダイヤフラムの撓みに対して柔軟
な薄板電極を形成するとともに、このダイヤフラムの周
縁を対向電極を有する基台に対して微小間隔を保持する
部材にスペーサを介して接着したものが実用に供されて
いる。[0003] As a pressure sensor considered to be most suitable under such environmental conditions, there is a variable capacitance transducer. This variable capacitance transducer
When the distance between two electrode plates forming a capacitor changes due to a change in pressure applied to one of the electrodes, the amount of change is derived as a change in capacitance, and an electric signal is obtained by a capacitance-voltage converter. . In constructing such a variable capacitance transducer, a circular diaphragm made of a thin plate of a ceramic material whose pressure-receiving surface can be regarded as a completely elastic body that does not cause plastic deformation is used. A thin plate electrode which is flexible against the deflection of the diaphragm by means of vapor deposition is formed, and the periphery of the diaphragm is adhered to a base member having a counter electrode with a small gap through a spacer via a spacer. Have been.
【0004】ところで、図13に示すような周縁を固定
した半径aのダイヤフラムへ等分布荷重を加えたモデル
の撓みwは、下記のティモシェンコの公式として広く知
られている。 w=Pa4(1−r2/a2)/64D ここで、0<r<aであり、rはダイヤフラムの中心か
ら撓み測定個所までの距離、Dは常数、Pは加圧力であ
る。このようなダイヤフラムを用いた圧力センサにおい
て、ダイヤフラム上の電極と基台上の電極との対向距離
は、有効直径等の寸法や弾性係数等の材料の特性に従っ
て半径方向に固有の曲線で表される変化をし、それに基
づく電極間の静電容量の変化は加圧力に対して指数函数
的に増大する。The bending w of a model in which an evenly distributed load is applied to a diaphragm having a fixed radius and a radius a as shown in FIG. 13 is widely known as the following Timoshenko formula. w = Pa 4 (1−r 2 / a 2 ) / 64D Here, 0 <r <a, r is the distance from the center of the diaphragm to the deflection measurement point, D is a constant, and P is the pressing force. In such a pressure sensor using a diaphragm, the facing distance between the electrode on the diaphragm and the electrode on the base is expressed by a characteristic curve in the radial direction according to the dimensions of the effective diameter and the like and the characteristics of the material such as the elastic coefficient. And the change in the capacitance between the electrodes increases exponentially with the applied pressure.
【0005】静電容量を電圧に変換する変換方式は種々
提案されているが、単純な構成で安定度を得る方法とし
ては可変容量トランスデューサのキャパシタンスCxに
対して、予め用意しておいた参照用基準キャパシタンス
Crを設けておき、両キャパシタンスCx,Crの比に応
じた変換出力を得る方式がある。[0005] Various conversion methods for converting capacitance to voltage have been proposed. However, as a method of obtaining stability with a simple configuration, a reference method prepared in advance for a capacitance Cx of a variable capacitance transducer is used. There is a method in which a reference capacitance Cr is provided, and a converted output is obtained in accordance with the ratio of the capacitances Cx and Cr.
【0006】この方式の一例としては、例えば特開昭5
8−200119号公報に示されているように、第1の
キャパシタンスと第2のキャパシタンスを直列に接続し
て成る充電回路を構成し、一方の基準キャパシタンスの
電圧変動を監視し、他のキャパシタンスが変動すること
によって基準キャパシタンスの電圧に変動があれば、こ
の変動を補償するに足りる充電電圧の負帰還を行って平
衡を保つようにし、平衡状態が得られた負帰還電圧をも
って出力電圧とする、いわゆるチャージロックトループ
方式がある。An example of this method is disclosed in, for example,
As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-200119, a charging circuit is configured by connecting a first capacitance and a second capacitance in series, and a voltage fluctuation of one reference capacitance is monitored, and the other capacitance is monitored. If the voltage of the reference capacitance fluctuates due to the fluctuation, a negative feedback of the charging voltage sufficient to compensate for this fluctuation is performed to maintain the balance, and the negative feedback voltage at which the equilibrium state is obtained is used as the output voltage. There is a so-called charge lock loop system.
【0007】この方式によると、出力電圧は第1のキャ
パシタンスCBと第2のキャパシタンスCAとの比CB/
CAに応じて得られることから、キャパシタンスが計測
対象の変動に応じて比例して変化する、例えば、対向電
極面積が比例する可変容量トランスデューサCBにあっ
ては、基準キャパシタンスとして定容量のCAを用い、
対向電極距離が変化することにより双曲線的に容量変化
する可変容量トランスデューサCAにあっては、基準キ
ャパシタンスとして定容量のCBを組み合わせれば、計
測対象の変動に対して比例関係の忠実な、いわゆる出力
の直線性の良好なセンサを容易に構成することができ
る。然しながら、前述の周辺固定ダイヤフラム型構成の
圧力トランスデューサでは、圧力の変化に応じた容量変
化は完全に圧力に比例するものでも無ければ、圧力に応
じた双曲線的に変化をするものでも無いので、圧力の電
圧信号変換結果は、直線性を示さず、センサの出力は圧
力変化に対して過剰傾向になるという問題がある。According to this method, the output voltage is the ratio of the first capacitance CB to the second capacitance CA, CB /
Since the capacitance is obtained in accordance with CA, the capacitance changes in proportion to the variation of the measurement target. For example, in a variable capacitance transducer CB in which the area of the counter electrode is proportional, a constant capacitance CA is used as the reference capacitance. ,
In the case of the variable capacitance transducer CA in which the capacitance changes in a hyperbolic manner due to the change in the distance of the counter electrode, if a constant capacitance CB is combined as the reference capacitance, a so-called output which is faithful in a proportional relation to the fluctuation of the measurement object. A sensor having good linearity can be easily configured. However, in the above-described peripheral fixed diaphragm type pressure transducer, the change in capacity according to the change in pressure is not completely proportional to the pressure, nor does it change in a hyperbolic manner according to the pressure. Is not linear, and the output of the sensor tends to be excessive with respect to the pressure change.
【0008】上記のセンサでは、ダイヤフラムの撓み量
が微小なときには圧力変化に対する容量変化曲線の曲率
が小さいので、公差は許容される範囲内にあり、これを
直線又は双曲線の一部と見做して使用することもでき
る。しかしながら、この構成を用いてわずかの撓み量で
容量の変化量の大きないわゆる高感度なトランスデュー
サを得るには、広い面積のダイヤフラムを有する大型の
ものとなる。このようなダイヤフラムを用いてセンサと
することは、製作が難しくなるばかりでなく、近時需要
者からの重要な要請であるセンサの小型化に対応するに
は不適当である。In the above-described sensor, when the amount of deflection of the diaphragm is small, the curvature of the capacitance change curve with respect to the pressure change is small, so that the tolerance is within an allowable range, and this is regarded as a part of a straight line or a hyperbola. Can also be used. However, in order to obtain a so-called high-sensitivity transducer having a large amount of change in capacitance with a small amount of deflection using this configuration, a large-sized transducer having a large-area diaphragm is required. The use of such a diaphragm to form a sensor is not only difficult to manufacture, but also unsuitable for responding to the recent demand for miniaturization of the sensor, which is an important requirement from consumers.
【0009】これに対処するために、指数函数的な容量
変化の影響を軽減し、加圧力に可及的に比例した出力が
得られる提案が種々行われている。例えば、反比例型の
変換において、トランスデューサの電極の中心部を分割
して補正容量を得て基準キャパシタンスの一部として使
用する方法がある。この種の方法による欠点としてはト
ランスデューサの電極パターンが複雑になるとともに、
導出端子の数が増すので製作が難しくなり、結局、信頼
性および歩留りの低下、価格上昇等の問題がある。In order to cope with this, various proposals have been made to reduce the influence of exponential function capacity change and to obtain an output as proportional as possible to the pressing force. For example, in the inverse proportional conversion, there is a method of dividing the center of the electrode of the transducer to obtain a correction capacitance and using it as a part of the reference capacitance. The disadvantages of this method are that the electrode pattern of the transducer is complicated and
Since the number of lead-out terminals increases, manufacturing becomes difficult, and eventually, there are problems such as a decrease in reliability and yield, an increase in price, and the like.
【0010】加圧圧力Pに対する容量変化CPは、図1
4に示すように指数函数的な増加曲線Cを呈する。この
曲線Cは加圧圧力Pが小さいとき、即ちダイヤフラムの
撓みが小さいときは理想的な直線変化Aに対しての誤差
の割合は小さいが、加圧圧力Pが大きくなるにつれて急
激に誤差の割合が増大するので、比例型の容量−電圧変
換手段(以下、CV変換手段)を用いた場合、変換出力
の増加率が圧力の増加に応じて増大してしまう傾向があ
る。また、図15に示すように出力電圧Bが右下がりと
なる反比例型のCV変換手段を用いた場合場合は、その
出力電圧B′を反転増幅させることによって、加圧圧力
Pの増大に応じて出力電圧B′を補正して比例型と同様
の出力とすることができるが、可変容量の容量変化に対
応した特性の手段を得ることが困難であり、対応した特
性の手段が得られないときには、出力電圧B′の誤差を
無くすことができない。The change in capacitance CP with respect to the pressure P is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, an exponentially increasing curve C is exhibited. When the pressure P is small, that is, when the deflection of the diaphragm is small, the ratio of the error to the ideal linear change A is small, but the ratio of the error sharply increases as the pressure P increases. Therefore, when a proportional capacity-voltage conversion unit (hereinafter, CV conversion unit) is used, the rate of increase in the conversion output tends to increase with an increase in pressure. In the case where an inverse proportional CV conversion means in which the output voltage B decreases to the right as shown in FIG. Although the output voltage B 'can be corrected to obtain an output similar to that of the proportional type, it is difficult to obtain a means having a characteristic corresponding to a change in the capacitance of the variable capacitor. , The error in the output voltage B 'cannot be eliminated.
【0011】出力信号の直線性を改善する方法として、
従来オペアンプの出力回路に折線近似回路を付設して、
出力が指定された一定範囲内に収まる様にするものが多
かった。しかし、折線近似法によると、曲線の固有の曲
率自体は改善されず、折線補正時に曲率の急変を伴ない
出力特性の円滑な連続性を確保するには不向きであっ
た。As a method for improving the linearity of an output signal,
Conventionally, an approximation circuit is added to the output circuit of the operational amplifier,
In many cases, the output was within the specified range. However, according to the broken line approximation method, the inherent curvature of the curve itself is not improved, and it is not suitable for securing smooth continuity of output characteristics accompanied by a sudden change in curvature at the time of correcting a broken line.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明の目的はCV変換手段において、フィードバック電
圧の変化率を小容量時に増大させ、大容量時に減少させ
ることによって、緩やかな変化率を有する特性曲線と
し、綜合的な直線性の改善を図った可変容量型センサシ
ステムを提供することにある。本発明の他の目的はCV
変換後の出力信号増幅に於ける高電圧出力時、出力電圧
に応じてその出力電圧を抑制し低減することによって直
線性の改善を図った可変容量型センサシステムを提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a CV converter that increases the rate of change of the feedback voltage when the capacity is small and decreases the rate when the capacity is large, thereby reducing the gradual change rate. It is an object of the present invention to provide a variable capacitance sensor system having a characteristic curve having improved linearity. Another object of the present invention is to provide a CV
An object of the present invention is to provide a variable-capacitance sensor system that improves linearity by suppressing and reducing the output voltage in accordance with the output voltage at the time of high voltage output in the output signal amplification after conversion.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1の発明に係る可変容量型センサシステムは
電源の接地側にそれぞれの一端が接続された第1のキャ
パシタンスおよび第2のキャパシタンスと、該第1およ
び第2のキャパシタンスの他端に接続された第1のキャ
パシタンスを充電する充電回路、第1のキャパシタンス
の電荷を第2のキャパシタンスに転流させる転流回路な
らびに第1および第2のキャパシタンスの充電電荷を放
電する放電回路が順次周期的に形成されるように切替制
御する切替手段と、該切替手段により第1および第2の
キャパシタンスの転流回路が形成されるとそのとき両キ
ャパシタンスに生起する電圧を検出する比較器と、該比
較器の出力をクロック信号に同期させて取り込むメモリ
と、該メモリの出力を積分して第1のキャパシタンスに
比例した、又は第2のキャパシタンスの容量に反比例し
た電圧として検出するとともに、その出力電圧を切替手
段により第1のキャパシタンスの充電回路が形成された
とき与える積分器と、該積分器の出力をセンサの検出出
力として送出する出力端子とを備え、充電回路は積分器
の出力端と切替手段との間に挿入された可変容量ダイオ
ードを有し、該可変容量ダイオードを切替手段を介して
第1のキャパシタンスに直列接続し、可変容量ダイオー
ドの固有容量と第1のキャパシタンスの容量比によって
定まる分担電圧を該第1のキャパシタンスに印加するよ
うにした構成にある。In order to achieve the above object, a variable capacitance type sensor system according to the present invention has a first capacitance and a second capacitance each having one end connected to the ground side of a power supply. A capacitance, a charging circuit for charging a first capacitance connected to the other ends of the first and second capacitances, a commutation circuit for commutating the charge of the first capacitance to a second capacitance, and a first and a second commutation circuit. A switching means for performing switching control so that a discharge circuit for discharging the charge of the second capacitance is formed sequentially and periodically; and a commutation circuit for the first and second capacitances formed by the switching means. A comparator for detecting a voltage occurring in both capacitances, a memory for taking in an output of the comparator in synchronization with a clock signal, and a memory for taking out an output of the memory. Is integrated to detect a voltage proportional to the first capacitance or a voltage inversely proportional to the capacitance of the second capacitance, and to provide the output voltage when the charging circuit of the first capacitance is formed by the switching means. And an output terminal for sending the output of the integrator as a detection output of the sensor. The charging circuit has a variable capacitance diode inserted between the output terminal of the integrator and the switching means. Are connected in series to a first capacitance via a switching means, and a shared voltage determined by a capacitance ratio between the intrinsic capacitance of the variable capacitance diode and the first capacitance is applied to the first capacitance.
【0014】請求項1の構成によれば、比較器の出力を
Vc、比較器の基準電圧をVr、可変容量ダイオードの固
有容量をCDとすると、 Vc=(CA+CB)(1/CA+1/CD)Vr になる。CAが小さいときVcが大きくなる従来動作に対
して、Vcに対するCDの分担電圧が減少する結果、CD
が増加してVcを減少傾向にする。また、CAが大きいと
きVcが小さくなる従来動作に対して、Vcに対するCD
の分担電圧が増大する結果、CDが減少してVcを増加傾
向にする。この結果、出力曲線は図5に示すように直線
に近づく傾向に補正される。According to the first aspect of the present invention, if the output of the comparator is Vc, the reference voltage of the comparator is Vr, and the specific capacitance of the variable capacitance diode is CD, Vc = (CA + CB) (1 / CA + 1 / CD) Vr. As compared with the conventional operation in which Vc increases when CA is small, the shared voltage of Vc with respect to Vc decreases, resulting in Cd
Increases and Vc tends to decrease. Also, in contrast to the conventional operation in which Vc decreases when CA is large, CD with respect to Vc
As a result, CD decreases and Vc tends to increase. As a result, the output curve is corrected so as to approach a straight line as shown in FIG.
【0015】また請求項2の発明に係る可変容量型セン
サシステムは、電源の接地側にそれぞれの一端が接続さ
れた第1のキャパシタンスおよび第2のキャパシタンス
と、該第1のキャパシタンスおよび第2のキャパシタン
スの他端に接続された第1のキャパシタンスを充電する
充電回路、第1のキャパシタンスの電荷を第2のキャパ
シタンスに転流させる転流回路ならびに第1および第2
のキャパシタンスの充電電荷を放電する放電回路が順次
周期的に形成されるように切替制御する切替手段と、該
切替手段により第1および第2のキャパシタンスの転流
回路が形成されるとそのとき両キャパシタンスに生起す
る電圧を検出する比較器と、該比較器の出力をクロック
信号に同期させて取り込むメモリと、該メモリの出力を
積分して第1のキャパシタンスに比例した、又は第2の
キャパシタンスの容量に反比例した電圧として検出する
とともに、その出力電圧を切替手段により第1のキャパ
シタンスの充電回路が形成されたとき与える積分器と、
該積分器の出力を増幅する増幅器と、該増幅器の出力を
センサの検出出力として送出する出力端子とを備え、増
幅器の入力端子には該増幅器の出力電圧に応じて帰還量
を制御するトランジスタを並列接続し、該増幅器の出力
電圧をトランジスタの制御端子に印加するようにした構
成にある。In the variable capacitance type sensor system according to the second aspect of the present invention, the first capacitance and the second capacitance each having one end connected to the ground side of the power supply, and the first capacitance and the second capacitance. A charging circuit that charges a first capacitance connected to the other end of the capacitance, a commutation circuit that diverts the charge of the first capacitance to a second capacitance, and first and second
Switching means for performing switching control so as to sequentially form a discharging circuit for discharging the charge of the capacitance, and a commutation circuit for the first and second capacitances formed by the switching means. A comparator for detecting a voltage generated in the capacitance; a memory for capturing an output of the comparator in synchronization with a clock signal; and an output of the memory integrated and proportional to the first capacitance or a second capacitance of the second capacitance. An integrator that detects the voltage as being inversely proportional to the capacitance and provides the output voltage when the first capacitance charging circuit is formed by the switching means;
An amplifier for amplifying the output of the integrator, and an output terminal for sending the output of the amplifier as a detection output of a sensor, and a transistor for controlling a feedback amount according to the output voltage of the amplifier is provided at an input terminal of the amplifier. They are connected in parallel, and the output voltage of the amplifier is applied to the control terminal of the transistor.
【0016】請求項2の構成によれば、トランジスタは
増幅器の出力電圧に応じて入力端側へ流れる電流を増減
させ、増幅器の出力電圧を制御する。つまりトランジス
タによって制御される電流は出力電圧の函数となるの
で、出力電圧の増加に対して出力端から入力端に流れる
電流を漸減させ、出力電圧の増加を抑制する。According to the second aspect of the present invention, the transistor controls the output voltage of the amplifier by increasing or decreasing the current flowing to the input terminal according to the output voltage of the amplifier. That is, since the current controlled by the transistor is a function of the output voltage, the current flowing from the output terminal to the input terminal is gradually reduced with respect to the increase in the output voltage, and the increase in the output voltage is suppressed.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる可変容量型
センサの実施の形態を図面に基づいて説明する。 (第一の実施形態)図1に本発明にかかる可変容量セン
サの第一の実施形態の回路構成を示す。本実施の態様に
かかる可変容量型センサは、クロックパルス発振器11
と、比較器12と、フリップフロップ回路からなるディ
ジタルメモリ13と、積分回路14と、分圧手段15
と、可変容量キャパシタンスCA16と、基準キャパシ
タンスCB17と、印加電圧によって容量が変化する可
変容量ダイオードCD18と、第1スイッチS1および
第2スイッチS2とから構成される。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a variable capacitance type sensor according to an embodiment of the present invention. (First Embodiment) FIG. 1 shows a circuit configuration of a variable capacitance sensor according to a first embodiment of the present invention. The variable-capacitance sensor according to the present embodiment includes a clock pulse oscillator 11
A comparator 12, a digital memory 13 composed of a flip-flop circuit, an integrating circuit 14, and a voltage dividing means 15.
, A variable capacitance capacitance CA16, a reference capacitance CB17, a variable capacitance diode CD18 whose capacitance changes according to an applied voltage, and a first switch S1 and a second switch S2.
【0018】この可変容量ダイオードDC18は、基本
的にはPNジャンクションから成るダイオードであり、
等価回路として示すと図2(A)に示すようにダイオー
ドDCに等価容量CDが並列に接続された形で示される
が、図2(B)に示すように印加される逆方向電圧に従
って等価容量CDが大きく変化する特性を有している。
このような回路において、クロックパルス発振器11か
ら出力されるクロック発振出力信号Scを図示を省略し
たパルス分配器に与え、このパルス分配器で分配された
パルス信号を比較器12と、フリップフロップ回路13
と、第1スイッチS1および第2スイッチS2の駆動手
段に供給する。This variable capacitance diode DC18 is basically a diode consisting of a PN junction.
When shown as an equivalent circuit, the equivalent capacitance CD is connected in parallel with the diode DC as shown in FIG. 2A, but as shown in FIG. It has the characteristic that the CD changes greatly.
In such a circuit, the clock oscillation output signal Sc output from the clock pulse oscillator 11 is supplied to a pulse distributor (not shown), and the pulse signal distributed by the pulse distributor is supplied to the comparator 12 and the flip-flop circuit 13.
Is supplied to the driving means of the first switch S1 and the second switch S2.
【0019】クロックパルスScは、比較器12と、第1
スイッチS1および第2スイッチS2と、フリップフロ
ップ回路13を以下の態様に動作させる。 分圧手段15の出力電圧Vfにより第1キャパシタ
ンスCA16を充電する充電回路を構成するとともに、
第2キャパシタンスCB17の充電電荷を放電させる放
電回路を形成する態様。 第1キャパシタンスCA16を分圧手段15の出力
Vfから切離すとともに、第1キャパシタンスCA16の
充電電荷を第2キャパシタンスCB17へ移動させる転
流回路を形成する態様。 第2キャパシタンスCB17の端子電圧Vb(=V
i)と基準電圧Vrとを比較する態様。 比較器12の出力状態をフリップフロップ回路13
に取り込む形態。The clock pulse Sc is supplied to the comparator 12 and the first
The switch S1, the second switch S2, and the flip-flop circuit 13 are operated in the following manner. A charging circuit for charging the first capacitance CA16 with the output voltage Vf of the voltage dividing means 15;
A mode in which a discharge circuit for discharging the charge of the second capacitance CB17 is formed. A mode in which the first capacitance CA16 is separated from the output Vf of the voltage dividing means 15 and a commutation circuit for moving the charge of the first capacitance CA16 to the second capacitance CB17 is formed. The terminal voltage Vb of the second capacitance CB17 (= V
A mode in which i) is compared with a reference voltage Vr. The output state of the comparator 12 is determined by the flip-flop circuit 13
The form to take in.
【0020】分圧手段15の出力Vfと第1スイッチS
1との間には可変容量ダイオードDC18が挿入されて
おり、第1キャパシタンスCA16の充電時には分圧手
段15の出力電圧Vcを可変容量ダイオードDC18の等
価容量CDとキャパシタンスCA16で分圧した電圧Va
がキャパシタンスCA16に印加される。The output Vf of the voltage dividing means 15 and the first switch S
1, a variable capacitance diode DC18 is inserted between the first capacitance CA16 and the voltage Va obtained by dividing the output voltage Vc of the voltage dividing means 15 by the equivalent capacitance CD of the variable capacitance diode DC18 and the capacitance CA16 when the first capacitance CA16 is charged.
Is applied to the capacitance CA16.
【0021】以下、図3を用いて本発明にかかるシステ
ムのCV変換の動作を説明する。図3は、図1に示した
回路におけるスイッチS1,S2の動作態様と各点の電
圧の態様を示すタイミングチャートである。第1スイッ
チS1第2スイッチS2は、図3(A)に示すように、
a接点またはb接点に周期的に切り替えられる。The CV conversion operation of the system according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the switches S1 and S2 and the voltage at each point in the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the first switch S1 and the second switch S2
It is periodically switched to a contact or b contact.
【0022】の態様 スイッチがa接点側にあるとき、第1キャパシタンスC
A13は、可変容量ダイオードDC18を介して分圧器1
5の出力電圧Vfで充電されて充電電荷が蓄積され、端
子電圧Vaは、Vf・CD(1/CA+CD)となる(図3
(B))。このとき、第2キャパシタンスCB17の端
子間は、第2スイッチS2によって短絡され、第1キャ
パシタンスCA16によって充電された充電電荷が放電
される(図3(C))。すなわち、上記が実行される。
このとき、比較器12は、出力電圧Vcは低電位"L"と
なっており(図3(D))、フリップフロップ回路から
なるメモリ13は、前回の状態を維持している(図3
(E))。すなわち、図3(C)中の矢印は図3(D)
の内容をメモリ13に取り込む理論的タイミングを示し
ている。積分回路14の出力電圧Voは、メモリ13の
出力Vmが高電位”H”のときは、所定の時定数で上昇
し、メモリ13の出力が低電位”L”のときには所定の
時定数で低下する(図3F))。When the switch is on the a contact side, the first capacitance C
A13 is a voltage divider 1 via a variable capacitance diode DC18.
The terminal voltage Va is charged by the output voltage Vf of 5 and the charge is accumulated, and the terminal voltage Va becomes Vf · CD (1 / CA + CD) (FIG. 3).
(B)). At this time, the terminals of the second capacitance CB17 are short-circuited by the second switch S2, and the charge charged by the first capacitance CA16 is discharged (FIG. 3C). That is, the above is executed.
At this time, the output voltage Vc of the comparator 12 is at the low potential “L” (FIG. 3D), and the memory 13 including the flip-flop circuit maintains the previous state (FIG. 3).
(E)). That is, the arrow in FIG.
The theoretical timing for loading the contents of the memory 13 into the memory 13 is shown. The output voltage Vo of the integrating circuit 14 increases with a predetermined time constant when the output Vm of the memory 13 is at the high potential “H”, and decreases with a predetermined time constant when the output of the memory 13 is at the low potential “L”. (FIG. 3F).
【0023】の態様 スイッチがb接点側に切り替えられると、第1キャパシ
タンスCA13は、分圧器15の出力電圧Vfから切り離
され、端子間の短絡が解除された第2キャパシタンスC
B17に接続され、充電電荷が第2キャパシタンスCB1
7に転流され、第1キャパシタンスCA13の端子間電
圧Vaと第2キャパシタンスCB17の端子間電圧Vb
が等しくなる(図3(B),(C))。When the switch is switched to the contact b side, the first capacitance CA13 is disconnected from the output voltage Vf of the voltage divider 15 and the second capacitance C13 in which the short circuit between the terminals is released.
B17, and the charge is transferred to the second capacitance CB1
7, the voltage Va between the terminals of the first capacitance CA13 and the voltage Vb between the terminals of the second capacitance CB17.
Are equal (FIGS. 3B and 3C).
【0024】の態様 比較器12は、第1キャパシタンスCA13の端子間伝
圧Vaが第2キャパシタンスCB17の端子間電圧Vbと
平衡した時点以降に動作し、基準電圧Vrと入力電圧Vi
(=Vb=Va)を比較する。入力電圧Viが基準電圧Vr
を超えないとき(Vr≧Vi)出力電圧Vcは”H”とな
り、入力電圧Viが基準電圧Vrを超えたとき(Vr<V
i)出力電圧Vcは”L”となる(図3(D))。The comparator 12 operates after the voltage Va between the terminals of the first capacitance CA13 is balanced with the voltage Vb between the terminals of the second capacitance CB17, and the comparator 12 operates with the reference voltage Vr and the input voltage Vi.
(= Vb = Va). The input voltage Vi is the reference voltage Vr
(Vr ≧ Vi), the output voltage Vc becomes “H”, and when the input voltage Vi exceeds the reference voltage Vr (Vr <V
i) The output voltage Vc becomes "L" (FIG. 3D).
【0025】の態様 比較器12の出力Vmはメモリ13に入力される。メモ
リ13は、今回の入力電圧Vcの状態に対応した状態と
なる(図3(E))。積分回路14の出力電圧Voは、
メモリ13の出力Vmに応じて変化する(図3F))。The output Vm of the comparator 12 is input to the memory 13. The memory 13 is in a state corresponding to the current state of the input voltage Vc (FIG. 3E). The output voltage Vo of the integrating circuit 14 is
It changes according to the output Vm of the memory 13 (FIG. 3F).
【0026】上記の可変容量ダイオードDC18の働き
を図4を用いて説明する。可変容量ダイオードDC18
は、可変静電容量素子を構成する第1キャパシタンスC
A16と直列に接続されており、第1キャパシタンスCA
16の分担電圧VaをVf(=VO:演算増幅器13の
出力電圧)に応じてわずかに補正すれば良いので、図4
(b)に示すように固定容量CEと並列に小容量変化の
ものを使用するのが実用的である。チャージロックトル
ープの基本式は、Va・CA=(CA+CB)Vrで現され
るので、 Va=[1+(CB/CA)]Vr … (1) ここで、出力Vd=Vaである。比較器12の出力電圧V
Oが可変容量ダイオードDC18と第1キャパシタンスC
A16に印加される電圧Vfに等しい場合は、 Va=[CD/(CA+CD)]Vf … (2) で表され、(1)=(2)なので、 Vf=[(CA+CD)/CD]Va =[1+(CA/CD)][1+(CB/CA)]Vr =(CA+CB)[(1/CA)+(1/CD)]Vr 故に、第1キャパシタンスCAの容量が小となるとき、
帰還電圧Vfが大となる従来動作に対して、帰還電圧Vf
に対する可変容量ダイオードDCの分担電圧が減少する
結果、可変容量ダイオードDCの等価容量CDが増加して
帰還電圧Vfを減少傾向にする。また、第1キャパシタ
ンスCAの容量が大となるとき、帰還電圧Vfが小となる
従来動作に対して、帰還電圧Vfに対する可変容量ダイ
オードDCの分担電圧が増大する結果、可変容量ダイオ
ードDCの等価容量CDが減少して帰還電圧Vfを増加傾
向にする。この結果、出力曲線は図5に示すように直線
に近づく傾向に補正される。The operation of the variable capacitance diode DC18 will be described with reference to FIG. Variable capacitance diode DC18
Is a first capacitance C constituting a variable capacitance element.
A16 connected in series with the first capacitance CA
16 only needs to be slightly corrected in accordance with Vf (= VO: output voltage of the operational amplifier 13).
As shown in (b), it is practical to use a capacitor having a small capacity change in parallel with the fixed capacity CE. Since the basic equation of the charge locked loop is represented by Va · CA = (CA + CB) Vr, Va = [1+ (CB / CA)] Vr (1) Here, the output Vd = Va. Output voltage V of comparator 12
O is the variable capacitance diode DC18 and the first capacitance C
When the voltage is equal to the voltage Vf applied to A16, Va = [CD / (CA + CD)] Vf (2) Since (1) = (2), Vf = [(CA + CD) / CD] Va = [1+ (CA / CD)] [1+ (CB / CA)] Vr = (CA + CB) [(1 / CA) + (1 / CD)] Vr Therefore, when the capacitance of the first capacitance CA becomes small,
In contrast to the conventional operation in which the feedback voltage Vf is large, the feedback voltage Vf
As a result, the equivalent capacitance CD of the variable capacitance diode DC increases and the feedback voltage Vf tends to decrease. In addition, when the capacitance of the first capacitance CA is large, the shared voltage of the variable capacitance diode DC with respect to the feedback voltage Vf is increased as compared with the conventional operation in which the feedback voltage Vf is small. CD decreases and the feedback voltage Vf tends to increase. As a result, the output curve is corrected so as to approach a straight line as shown in FIG.
【0027】第1キャパシタンスCA16と第2キャパ
シタンスCB17は、ともにその一端を電源の一端に直
接接続することができるので、トランジューサの一端は
電源の一端と同電位にあり、このことは極板の一方で内
部回路の外部電界に対するシールドを構成したことと等
価であり、外部ノイズの影響を受けることなく、正確且
つ信頼性の高い測定が可能となる。また、CB/CAは感
度を決定する要素となるので、第1キャパシタンスCA
16または第2キャパシタンスCBを外部から容易に調
整可能とすれば、感度を適宜変更することができる。更
に、同一回路構成をもってキャパシタンス変化に応じて
比例または反比例する出力を全く同等の安定性が補償さ
れた状態で必要に応じて任意に選択することができる。The first capacitance CA16 and the second capacitance CB17 can both have one end connected directly to one end of the power supply, so that one end of the transducer is at the same potential as one end of the power supply, which means that the On the other hand, this is equivalent to configuring a shield against an external electric field of the internal circuit, and accurate and highly reliable measurement can be performed without being affected by external noise. Also, since CB / CA is a factor for determining the sensitivity, the first capacitance CA
If the sixteenth or second capacitance CB can be easily adjusted from the outside, the sensitivity can be changed as appropriate. Further, an output that is proportional or inversely proportional to a change in capacitance can be arbitrarily selected as needed with exactly the same stability compensated by the same circuit configuration.
【0028】なお、上記では比較器12に基準電圧Vr
を直流電源より与えるようにしたが、ほぼ一定のスレッ
シュホールドレベルを有するロジックICを比較器12
として用いるようにしてもよい。In the above, the comparator 12 supplies the reference voltage Vr
Is supplied from a DC power supply, but a logic IC having a substantially constant threshold level is connected to a comparator 12.
May be used.
【0029】第一の実施形態によれば、出力電圧は一対
のキャパシタンスCA16とCB17の容量比CB/CAに
よって決まるので、第2キャパシタンスCBを固定され
た基準容量とし、トランジューサ16の静電容量CAを
可変として、そのCAに負帰還電圧を印加するチャージ
ロックトループ方式のCV変換器を用いている場合は、
圧力Pの変化に対してトランスジューサ16の容量CA
が好ましい容量増加に対して過剰に増加している結果と
見做せ、容量増加に対して、小容量時には変化率が小さ
く、大容量時には変化率が急増している結果と見做せ
る。よって、フィードバック電圧を可変容量ダイオード
DCを直列に介して第1キャパシタンスCAに印加するこ
とによって、実質的に小容量時には変化率を増大させ、
大容量時には変化率を減少させる働きを得ることがで
き、大容量時に緩やかな変化率の特性曲線とすることに
より、綜合的な直線性の低下を緩和することができる。According to the first embodiment, since the output voltage is determined by the capacitance ratio CB / CA of the pair of capacitances CA16 and CB17, the second capacitance CB is used as a fixed reference capacitance, and the capacitance of the transducer 16 is changed. When using a charge-locked loop type CV converter in which CA is variable and a negative feedback voltage is applied to CA,
When the pressure P changes, the capacity CA of the transducer 16 increases.
Can be considered as a result of an excessive increase with respect to a preferable capacity increase, and a result of a small increase in capacity with respect to an increase in capacity and a sharp increase in change rate with a large capacity. Therefore, by applying the feedback voltage to the first capacitance CA via the variable capacitance diode DC in series, the rate of change is substantially increased when the capacitance is small,
When the capacity is large, the function of reducing the change rate can be obtained. When the characteristic curve has a gradual change rate when the capacity is large, the overall decrease in linearity can be mitigated.
【0030】(第二の実施形態)次に、充電回路によっ
て充電される第一1キャパシタCAを基準キャパシタン
スとなる固定容量のキャパシタンス27とし、第1のキ
ャパシタンスによって充電される第2キャパシタンスC
Bを可変容量センサの容量26とした例を図6を用いて
説明する。この場合は、可変容量ダイオードDC18
は、第1キャパシタンスCA27に並列に接続される。
その他の構成は、図1に示した例と変わるところはな
い。例えば、可変容量センサ26が圧力センサである場
合は、可変容量キャパシタンスCBの容量が小さく、分
圧回路15の出力電圧Vfが低い場合は、固定容量キャ
パシタンスCAと可変容量ダイオードCDの合成容量は大
きく、分圧回路15の出力電圧Vfは低い電圧になる。
可変容量キャパシタンスCBの容量が大きく、分圧回路
15の出力電圧Vfが高い場合は固定容量キャパシタン
スCAと可変容量ダイオードCDの合成容量は小さく、出
力電圧Vfはより高い電圧になる。可変容量ダイオード
DCの一般的特性は、高電圧印加時には減少率が小さい
(または小さい特性のものを選ぶ)ので、綜合特性とし
ては低域の低下を大きく、高域の上昇を少なくすること
によって、振幅の増加と直線性の改善の双方を図ること
ができ、好都合である。本実施例によれば、図7に示す
出力電圧Vfと可変容量キャパシタンスCBのVf−CB特
性を得ることができる。(Second Embodiment) Next, the first capacitor CA charged by the charging circuit is set as a fixed-capacitance capacitance 27 serving as a reference capacitance, and the second capacitance C charged by the first capacitance is used.
An example in which B is the capacitance 26 of the variable capacitance sensor will be described with reference to FIG. In this case, the variable capacitance diode DC18
Are connected in parallel to the first capacitance CA27.
Other configurations are not different from the example shown in FIG. For example, when the variable capacitance sensor 26 is a pressure sensor, the capacitance of the variable capacitance capacitance CB is small, and when the output voltage Vf of the voltage dividing circuit 15 is low, the combined capacitance of the fixed capacitance CA and the variable capacitance diode CD is large. , The output voltage Vf of the voltage dividing circuit 15 becomes a low voltage.
When the capacitance of the variable capacitance capacitance CB is large and the output voltage Vf of the voltage dividing circuit 15 is high, the combined capacitance of the fixed capacitance capacitance CA and the variable capacitance diode CD is small, and the output voltage Vf becomes higher. The general characteristic of the variable capacitance diode DC is that the reduction rate is small (or a small characteristic is selected) when a high voltage is applied. This is advantageous because it can achieve both an increase in amplitude and an improvement in linearity. According to this embodiment, the output voltage Vf and the Vf-CB characteristics of the variable capacitance CB shown in FIG. 7 can be obtained.
【0031】(第三の実施形態)次に、CV変換後に、
その出力を入力とし、所望の出力電圧の領域を整定する
従来の処置を行う増幅器を設け、更にその増幅器に自ら
の出力電圧を高電圧出力時には出力電圧に応じて抑制
し、低減せしめる機能を付加した例を図8〜図10を用
いて説明する。すなわち、比較器の出力回路に折線近似
回路を付設して出力を一定範囲内に収まるようにするこ
とが従来から行なわれているが、このような折線近似法
によると、曲線固有の曲率自体を改善することができ
ず、折線補正時に曲率が段階的に変化するので、円滑な
連続性を持つ出力特性とすることは困難であった。(Third Embodiment) Next, after CV conversion,
An amplifier that takes the output as an input and performs the conventional measures to settle the desired output voltage area is provided, and a function to suppress and reduce its own output voltage according to the output voltage at the time of high voltage output is added to the amplifier. This example will be described with reference to FIGS. That is, it has been conventionally performed to add a broken line approximation circuit to the output circuit of the comparator so that the output falls within a certain range. However, according to such a broken line approximation method, the curvature itself inherent in the curve is reduced. Since it cannot be improved and the curvature changes stepwise at the time of correcting the broken line, it is difficult to obtain output characteristics having smooth continuity.
【0032】図8に本発明の第三の実施形態の回路構成
を示す。この例は、図1に示した可変容量型センサの出
力Voに図9に示す演算増幅回路19を付加した例であ
る。積分回路14の出力端は入力抵抗Rsを介して反転
増幅器Aの反転端子に接続される。反転増幅器Aの出力
端子は帰還抵抗Rfを介して反転端子に接続されるとと
もに、トランジスタQの制御端子bに接続されている。
さらに、電流itの滑らかな変化を得るためにエミッタ
抵抗(ソース抵抗)Raを有する自己バイアス型とする
ことが実用的である。FIG. 8 shows a circuit configuration of a third embodiment of the present invention. This example is an example in which the operational amplifier circuit 19 shown in FIG. 9 is added to the output Vo of the variable capacitance type sensor shown in FIG. The output terminal of the integrating circuit 14 is connected to the inverting terminal of the inverting amplifier A via the input resistor Rs. The output terminal of the inverting amplifier A is connected to the inverting terminal via a feedback resistor Rf and to the control terminal b of the transistor Q.
Furthermore, in order to obtain a smooth change in the current it, it is practical to use a self-bias type having an emitter resistance (source resistance) Ra.
【0033】図9に演算増幅器19の回路構成を示す。
図9(A)に示される回路において、一般的に反転増幅
器Aの利得Gは、 G=−(Rf/Rs) で示される。入力端子電流を無視できる反転増幅器Aで
は、帰還抵抗Rfを流れる電流ifは、入力抵抗Rsを
流れる電流isに等しく、is=(Vs−Vin)/Rsで示
されるから、Vout=Rf・if+Vsとなる。FIG. 9 shows a circuit configuration of the operational amplifier 19.
In the circuit shown in FIG. 9A, generally, the gain G of the inverting amplifier A is represented by G =-(Rf / Rs). In the inverting amplifier A in which the input terminal current can be ignored, the current if flowing through the feedback resistor Rf is equal to the current is flowing through the input resistor Rs, and is represented by is = (Vs−Vin) / Rs, so that Vout = Rf · if + Vs. Become.
【0034】この演算増幅器の回路に図9(B)に示す
電源VccからトランジスタQを通して反転増幅器Aの反
転端子に電流itを導入すると、is=it+iftとな
り、itはVoutの函数となるので、Voutの増加に対し
てiftを漸減させることができる。すなわち、Vout=
Rf・ift+Vsとなって出力Voutの増加は抑制される。
特に、トランジスタQとしてバイポーラ型のトランジス
タも使用することができるが、種々の制御特性のものが
入手可能なFETを用いることによって、状況に従って
それ等を選定して使用することができる。When a current it is introduced from the power supply Vcc shown in FIG. 9B to the inverting terminal of the inverting amplifier A through the transistor Q in the circuit of the operational amplifier, is = it + ift, and it becomes a function of Vout. Can be gradually reduced with the increase of. That is, Vout =
Rf.if + Vs, and the output Vout is suppressed from increasing.
In particular, a bipolar transistor can be used as the transistor Q. However, by using FETs having various control characteristics, those can be selected and used according to the situation.
【0035】例えば、図10(A)に示すデプレッショ
ンとエンハンストメントの特性を両方具備するFETに
あっては、図10(B)に示すように広い出力電圧Vou
tの範囲にわたって補正効果を呈することができる。For example, in an FET having both the depletion and enhancement characteristics shown in FIG. 10A, a wide output voltage Vou as shown in FIG.
A correction effect can be exhibited over the range of t.
【0036】図11にCV変換後に出力信号増幅器にお
いて対応する場合の増幅器の変形例を示す。CV変換
は、図1および図8に示す回路構成と同じである。本例
は、サーミスタリニアライザの様に、出力特性の曲線部
分を多段の折線近似法によって直線性の良好な出力に変
換するものである。演算増幅器Aの出力端と反転端子間
に挿入される帰還抵抗Rfに並列に、抵抗Rfnのとアナ
ログスイッチAnの直列接続体(Rf1+A1,Rf2+A
2,Rf3+A3,Rf4+A4)を複数個接続している。演
算増幅器Aの出力端にはアナログスイッチAのそれぞれ
のスイッチA1,A2,A3,A4の動作信号を発生させる
ための、比較器がアナログスイッチA1,A2,A3,A4
に対応して設けられている。それぞれの比較器の端子
(+)にはアナログスイッチA1,A2,A3,A4を動作
させるため出力電圧Voutを適宜に分割して得た異なる
電圧が印加される。比較器の反転端子(−)には基準電
圧が印加される。この構成によって、各比較器の出力端
にはアナログスイッチA1,A2,A3,A4を順次動作さ
せる出力信号A1,A2,A3,A4が発生される。なお、
帰還量を調整する抵抗は4つに限定されるものでなく、
n個で構成することができる。n個の抵抗(Rf1〜Rf
n)で構成される帰還量の調整では出力をモニタしなが
ら指定出力に調整可能なレーザートリミングシステムの
採用によってシーケンシャルに自動的に実施することが
できる。FIG. 11 shows a modified example of the amplifier in the case where the output signal amplifier corresponds to the output signal amplifier after the CV conversion. The CV conversion is the same as the circuit configuration shown in FIGS. In this example, like a thermistor linearizer, a curve portion of the output characteristic is converted into an output having good linearity by a multi-stage broken line approximation method. In parallel with the feedback resistor Rf inserted between the output terminal of the operational amplifier A and the inverting terminal, a series connection of the resistor Rfn and the analog switch An (Rf1 + A1, Rf2 + A
2, Rf3 + A3, Rf4 + A4). At the output terminal of the operational amplifier A, comparators for generating operation signals of the respective switches A1, A2, A3, A4 of the analog switch A are provided with analog switches A1, A2, A3, A4.
Is provided in correspondence with. Different voltages obtained by appropriately dividing the output voltage Vout to operate the analog switches A1, A2, A3, A4 are applied to the terminals (+) of the respective comparators. A reference voltage is applied to the inverting terminal (-) of the comparator. With this configuration, output signals A1, A2, A3, A4 for sequentially operating the analog switches A1, A2, A3, A4 are generated at the output terminals of the comparators. In addition,
The resistance to adjust the feedback amount is not limited to four,
It can be composed of n pieces. n resistors (Rf1 to Rf
The adjustment of the feedback amount configured in n) can be automatically performed sequentially by adopting a laser trimming system that can be adjusted to a designated output while monitoring the output.
【0037】このように構成すると、多段折線近似によ
り、図12に示す出力電圧特性が得られる。多段折線近
似の特長は折線に連続性があり、各折線の帰還量の調整
はそれぞれ独立性があるので、調整誤差を少なくするこ
とができる。With such a configuration, the output voltage characteristic shown in FIG. 12 is obtained by multi-stage broken line approximation. The feature of the multi-step folding line approximation is that the folding lines have continuity, and the adjustment of the feedback amount of each folding line is independent of each other, so that the adjustment error can be reduced.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上述べたように、請求項1の発明によ
れば、フィードバック電圧を可変容量ダイオードDCを
直列に介して第1キャパシタンスCAに印加することに
よって、実質的に第1キャパシタンスの容量が小さいと
きにはその変化率を増大させ、大容量時には変化率を減
少させて緩やかな変化率の特性曲線とすることで、綜合
的な直線性の低下を緩和することができる。また、請求
項2の発明によれば、CV変換後の出力信号増幅器の出
力電圧をトランジスタの制御端子に印加し、該増幅器の
入力端子側に流れる電流を制御することによって、高電
圧出力時の増幅器の出力電圧を抑制し直線性の低下を緩
和することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, by applying the feedback voltage to the first capacitance CA via the variable capacitance diode DC in series, the capacitance of the first capacitance is substantially increased. Is small, the rate of change is increased, and when the capacity is large, the rate of change is reduced to obtain a gradual change rate characteristic curve, whereby the overall decrease in linearity can be mitigated. Further, according to the invention of claim 2, by applying the output voltage of the output signal amplifier after the CV conversion to the control terminal of the transistor and controlling the current flowing to the input terminal side of the amplifier, the output voltage at the time of high voltage output is controlled. The output voltage of the amplifier can be suppressed, and the decrease in linearity can be reduced.
【図1】本発明にかかる可変容量型センサシステムの第
一の実施形態を示す回路構成図。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of a variable capacitance sensor system according to the present invention.
【図2】可変容量ダイオードの動作説明図。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of a variable capacitance diode.
【図3】可変容量システムの動作およびそのタイミング
を説明するタイムチャート図。FIG. 3 is a time chart illustrating the operation and timing of the variable capacity system.
【図4】本発明にかかる可変容量型センサシステムの構
成を示す概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration of a variable capacitance sensor system according to the present invention.
【図5】第一の実施形態のVf−CA特性図。FIG. 5 is a Vf-CA characteristic diagram of the first embodiment.
【図6】本発明にかかる可変容量型センサシステムの第
二の実施形態を示す回路構成図。FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the variable capacitance sensor system according to the present invention.
【図7】第二の実施形態のVf−CB特性図。FIG. 7 is a Vf-CB characteristic diagram of the second embodiment.
【図8】本発明にかかる可変容量型センサシステムの第
三の実施形態を示す回路構成図。FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a third embodiment of the variable capacitance sensor system according to the present invention.
【図9】演算増幅回路の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of an operational amplifier circuit.
【図10】第三の実施形態のVout−P特性図。FIG. 10 is a Vout-P characteristic diagram of the third embodiment.
【図11】多段折線近似法による出力信号増幅器の回路
構成を説明する回路図。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of an output signal amplifier based on a multi-stage broken line approximation method.
【図12】多段折線近似法によるVout−P特性図。FIG. 12 is a Vout-P characteristic diagram based on a multi-stage broken line approximation method.
【図13】受圧ダイヤフラムの等分布荷重のモデルを示
す図。FIG. 13 is a diagram showing a model of an evenly distributed load of the pressure receiving diaphragm.
【図14】容量変化CPと圧力Pの関係を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a capacitance change CP and a pressure P.
【図15】出力電圧Voと圧力Pの関係を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a relationship between an output voltage Vo and a pressure P.
11 クロック信号発生器 12 比較器 13 メモリ(フリップフロップ) 14 積分回路 15 分圧回路 16 第1キャパシタンス 17 第2キャパシタンス 18 可変容量ダイオード 19 演算増幅回路 Reference Signs List 11 clock signal generator 12 comparator 13 memory (flip-flop) 14 integrator 15 voltage divider 16 first capacitance 17 second capacitance 18 variable capacitance diode 19 operational amplifier circuit
Claims (2)
れたいずれか一方が可変容量である第1のキャパシタン
スおよび第2のキャパシタンスと、 該第1のキャパシタンスの他端に接続された前記第1の
キャパシタンスを充電する充電回路、前記第1のキャパ
シタンスの電荷を前記第2のキャパシタンスに転流させ
る転流回路ならびに前記第2のキャパシタンスの充電電
荷を放電する放電回路が順次周期的に形成されるように
切替制御する切替手段と、 該切替手段により転流回路が形成されるとそのとき両キ
ャパシタンスに生起する電圧を基準電圧と比較する比較
器と、 該比較器の出力をクロック信号に同期させて取り込むメ
モリと、 該メモリの出力を積分して前記第1のキャパシタンスに
比例した、又は第2のキャパシタンスの容量に反比例し
た電圧として検出するとともに、その出力電圧を前記切
替手段によって前記第1のキャパシタンスの充電回路が
形成されたとき充電回路に与える積分器と、 該積分器の出力をセンサの検出出力として送出する出力
端子とを備え、 前記充電回路は前記積分器の出力端と前記切替手段との
間に挿入された可変容量ダイオードを有し、該可変容量
ダイオードを前記切替手段を介して第1のキャパシタン
スに直列接続し、前記可変容量ダイオードの固有容量と
第1のキャパシタンスの容量の分担電圧を該第1のキャ
パシタンスに印加する構成としたことを特徴とする可変
容量型センサシステム。1. A first capacitance and a second capacitance each having one end connected to a ground side of a power supply and one of which is variable, and the first capacitance connected to the other end of the first capacitance. A charge circuit for charging the first capacitance, a commutation circuit for commutating the charge of the first capacitance to the second capacitance, and a discharge circuit for discharging the charge of the second capacitance are sequentially and periodically formed. Means for controlling the switching so as to perform switching control, a comparator for comparing a voltage occurring in both capacitances when the commutation circuit is formed with the reference voltage with a reference voltage, and synchronizing an output of the comparator with a clock signal. And a memory which is integrated with the output of the memory and which is integrated with the output of the memory to be proportional to the first capacitance or to the capacity of the second capacitance. An integrator for detecting the output voltage as an example and providing the output voltage to the charging circuit when the charging circuit of the first capacitance is formed by the switching means; and sending out the output of the integrator as a detection output of the sensor. An output terminal, wherein the charging circuit has a variable capacitance diode inserted between an output terminal of the integrator and the switching means, and connects the variable capacitance diode to a first capacitance via the switching means. A variable-capacitance sensor system, which is connected in series and configured to apply a shared voltage of a specific capacitance of the variable-capacitance diode and a capacitance of a first capacitance to the first capacitance.
れたいずれか一方が可変容量である第1のキャパシタン
スおよび第2のキャパシタンスと、 該第1のキャパシタンスおよび第2のキャパシタンスの
他端に接続された前記第1のキャパシタンスを充電する
充電回路、前記第1のキャパシタンスの電荷を前記第2
のキャパシタンスに転流させる転流回路ならびに前記第
1および第2のキャパシタンスの充電電荷を放電する放
電回路が順次周期的に形成されるように切替制御する切
替手段と、 該切替手段により前記第1のキャパシタンスおよび第2
のキャパシタンスの転流回路が形成されるとそのとき両
キャパシタンスに生起する電圧を基準電圧と比較する比
較器と、 該比較器の出力をクロック信号に同期させて取り込むメ
モリと、 該メモリの出力を積分して前記第1のキャパシタンスに
比例した、又は第2のキャパシタンスの容量に反比例し
た電圧として検出するとともに、その出力電圧を前記切
替手段により前記第1のキャパシタンスの充電回路が形
成されたとき充電回路に与える積分器と、 該積分器の出力を増幅する増幅器と、 該増幅器の出力をセンサの検出出力として送出する出力
端子とを備え、 前記増幅器の入力端子には該増幅器の出力電圧に応じて
帰還量を制御するトランジスタを並列接続し、該増幅器
の出力電圧を前記トランジスタの制御端子に印加する構
成としたことを特徴とする可変容量型センサシステム。2. A first capacitance and a second capacitance each having one end connected to a ground side of a power supply and one of which is variable, and the other end of the first capacitance and the second capacitance being connected to the other end of the first capacitance and the second capacitance. A charging circuit for charging the connected first capacitance, and charging the first capacitance to the second capacitance;
Switching means for performing switching control such that a commutation circuit for commutating to the first capacitance and a discharging circuit for discharging the charge of the first and second capacitances are sequentially and periodically formed; and Capacitance and the second
When a commutation circuit of capacitance is formed, a comparator that compares a voltage occurring in both capacitances with a reference voltage at that time, a memory that takes in an output of the comparator in synchronization with a clock signal, and an output of the memory Integrate and detect as a voltage proportional to the first capacitance or inversely proportional to the capacitance of the second capacitance, and charge the output voltage when the switching circuit forms the charging circuit of the first capacitance. An integrator to be provided to the circuit; an amplifier for amplifying the output of the integrator; and an output terminal for transmitting the output of the amplifier as a detection output of a sensor. The input terminal of the amplifier corresponds to the output voltage of the amplifier. A transistor for controlling the amount of feedback is connected in parallel, and the output voltage of the amplifier is applied to the control terminal of the transistor. Variable capacitive sensor system according to claim.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20489096A JPH1047993A (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Variable capacitance sensor system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20489096A JPH1047993A (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Variable capacitance sensor system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1047993A true JPH1047993A (en) | 1998-02-20 |
Family
ID=16498099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20489096A Pending JPH1047993A (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Variable capacitance sensor system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1047993A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008026177A (en) * | 2006-07-21 | 2008-02-07 | Toyota Motor Corp | Capacity type detection circuit |
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JP2009531713A (en) * | 2006-03-29 | 2009-09-03 | ローズマウント インコーポレイテッド | Capacitance detection circuit |
CN112857408A (en) * | 2021-03-10 | 2021-05-28 | 北京同芯科技有限公司 | High-reliability current frequency conversion circuit |
JP2022532651A (en) * | 2019-05-15 | 2022-07-15 | スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッド | Pressure gauge sensor with bridge voltage inversion circuit and bridge voltage inversion circuit of vacuum gauge |
-
1996
- 1996-08-02 JP JP20489096A patent/JPH1047993A/en active Pending
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US11906380B2 (en) | 2019-05-15 | 2024-02-20 | Sumitomo (Shi) Cryogenics Of America, Inc. | Bridge voltage inversion circuit for vacuum gauge and pressure gauge sensor having the voltage inversion circuit |
CN112857408A (en) * | 2021-03-10 | 2021-05-28 | 北京同芯科技有限公司 | High-reliability current frequency conversion circuit |
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