JPH11230843A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リングゲート遅延回路を利用したＡ／Ｄ変換
回路を備えたものでありながら、検出精度の向上を図る
こと。 【解決手段】 基準電圧発生回路５からの基準信号Ｓ
ａ、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は、アナロ
グマルチプレクサ６を通じて時分割処理され、それらの
信号Ｓｄ、Ｓｔ及びＳａが差動増幅回路８により順次増
幅された後にＡ／Ｄ変換回路９によりデジタルデータに
変換される動作が周期的に行われる。このとき、制御ブ
ロック７は、Ａ／Ｄ変換回路９による各信号Ｓｄ、Ｓｔ
及びＳａの変換動作に先立って、Ａ／Ｄ変換回路９内の
リングゲート遅延回路１０に対し、基準信号Ｓａを電源
電圧として与えた状態で当該リングゲート遅延回路１０
にパルス信号ＰＡを所定時間（例えば０．５秒）だけ継
続して与えるというアイドリング動作を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ回路からの
アナログ量の検出信号をＡ／Ｄ変換回路を通じてデジタ
ルデータに変換する構成としたセンサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧力センサ装置において、検
出圧力に応じた電圧レベルの検出信号を発生するセンサ
回路と、このセンサ回路からの検出信号を増幅する増幅
回路と、この増幅回路により増幅された検出信号をデジ
タルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路とを組み合わせて
構成されたものが提供されている。このような装置で
は、Ａ／Ｄ変換回路による変換速度を高めること、並び
に小型化が要求されており、このような要求を満たすた
めに、例えば特開平５−２５９９０７号公報に見られる
ようなリングゲート遅延回路を含んで構成されたＡ／Ｄ
変換回路を利用することが考えられている。具体的に
は、この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（ＮＡＮＤゲート及び
インバータ）をリング状に連結して成るリングゲート遅
延回路を含んで構成されており、変換対象の電圧信号が
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、上記電圧信
号をデジタルデータに変換するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、非常に高速で分
解能が高いという利点があるが、そのリングゲート遅延
回路自体は、熱などの外乱要因に敏感であるという事
情、具体的には、これを構成する回路素子が冷えている
状態では、パルス信号が入力されたときのパルス信号周
回速度が相対的に速くなるという事情がある。このた
め、上記のようなＡ／Ｄ変換回路の動作開始当初、つま
りリングゲート遅延回路が熱的に安定していない期間に
は、Ａ／Ｄ変換値が不正確になるという不具合がある。
特に、電池駆動とする場合のように、Ａ／Ｄ変換動作を
間欠的に行うことによって省電力化を図る構成が採用さ
れたときには、そのＡ／Ｄ変換動作のインターバル時間
が変化する場合や、雰囲気温度が異なる場合などにおい
て、変換動作開始時点でのリングゲート遅延回路の温度
が変動することになるため、動作開始当初のＡ／Ｄ変換
値と、リングゲート遅延回路が熱的に安定した状態での
Ａ／Ｄ変換値とが大きく異なることになり、結果的に、
Ａ／Ｄ変換特性が不安定になって検出精度が低下すると
いう問題点が出てくる。

【０００４】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、センサ回路による検出信号をデジタ
ルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換回路を設ける場合
において、その変換速度の向上並びに小型化を図るため
にリングゲート遅延回路を利用する構成のものでありな
がら、安定したＡ／Ｄ変換特性を得ることができて検出
精度の向上を実現できるセンサ装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【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記載の手段を採用できる。この手段によれ
ば、センサ回路から出力される検出信号、つまり被検出
物理量に応じた電圧レベルの検出信号は、増幅手段によ
り増幅された後に、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られる。Ａ／Ｄ変換回路
は、このように電源電圧が与えられた状態でリングゲー
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、上記検出信号を被検出物理量を示す
デジタルデータに変換する動作を行う。但し、上記のよ
うなＡ／Ｄ変換回路による変換動作の開始前には、制御
手段が、リングゲート遅延回路に電源電圧を与えた状態
で当該リングゲート遅延回路にパルス信号を所定時間だ
け継続して与えるというアイドリング動作を行わせるよ
うになる。

【０００６】このため、上記アイドリング動作期間中に
おいて、リングゲート遅延回路が熱的に安定した状態を
呈するようになるから、その後に行われる前記変換動作
により得られるデジタルデータが従来構成のように不正
確になる恐れがなくなるものであり、従って、このよう
に安定したＡ／Ｄ変換特性が得られる結果、物理量の検
出精度が向上することになる。また、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、その変換速
度の大幅な向上並びに小型化を実現できるものである。

【０００７】請求項２記載の手段によれば、アナログマ
ルチプレクサが、センサ回路からの検出信号、基準電圧
発生回路からの基準信号、検出回路からの温度信号を選
択的に通過させるようになる。増幅手段は、アナログマ
ルチプレクサから順次出力される信号を増幅するように
なり、ここで増幅された検出信号、温度信号及び基準信
号は、Ａ／Ｄ変換回路内のリングゲート遅延回路に電源
電圧として与えられ、これに応じて当該Ａ／Ｄ変換回路
によりデジタルデータに変換される。尚、この変換動作
前には、前述したアイドリング動作が同様に行われるた
め、そのデジタルデータが正確なものとなる。信号処理
手段は、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
に応じた物理量検出値を前記温度信号及び基準信号によ
り補正した状態で算出するようになる。

【０００８】つまり、検出信号、温度信号及び基準信号
をアナログマルチプレクサを通じて時分割処理すると共
に、それらの信号に対応した複数種類のデジタルデータ
を同一の増幅手段及びＡ／Ｄ変換回路を用いて採取し、
斯様に採取したデジタルデータに基づいた補正演算（デ
ジタル演算）により、感度などに対する温度補償を施し
た精度が高い物理量検出値が得られるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体圧力センサ
装置に適用した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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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（本発
明でいう制御手段に相当）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。

【００１７】高入力インピーダンス差動増幅回路８（本
発明でいう増幅手段に相当）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から順次出力
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。この場合、差動増幅回路８には、その増幅
出力電圧を持ち上げるための定電圧電源８ｆ及び抵抗８
ｇが付随して設けられている。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。

【００１８】上記Ａ／Ｄ変換回路９は、基本的には、例
えば特開平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変化するＮＡＮＤ
ゲート１０ａ（本発明でいう反転回路に相当）と、同じ
く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（Ri
ng 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。

【００１９】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、ＮＡＮＤゲート１０ａ及びインバータ１
０ｂ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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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

【００２５】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。 Ａ＝β（ｔ） ……

【００２６】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｝ …… 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。

【００２７】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。

【００２８】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、以下これについて関連
した作用と共に説明する。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（ステップＳ１）。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
るようになり、この電圧信号がＡ／Ｄ変換回路９内のＲ
ＧＤ１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるよ
うになる。

【００２９】この後、制御ブロック７は、パルス信号Ｐ
Ａを出力した状態で、所定のアイドリング時間である例
えば０．５秒だけ待機する（ステップＳ１、Ｓ２）。つ
まり、図２に示す時刻ｔ０から０．５秒が経過した時刻
ｔ１までの期間は、ＲＧＤ１０に対し、前記基準信号Ｓ
ａを増幅した電圧信号を電源電圧として与えた状態で、
当該ＲＧＤ１０にパルス信号ＰＡを所定時間（０．５
秒）だけ継続して与えるというアイドリング動作が行わ
れることになる。

【００３０】このようなアイドリング動作が終了したと
き（パルス信号ＰＡの出力開始後に０．５秒が経過した
時刻ｔ１に至ったとき）には、パルス信号ＰＡ及びＰＢ
の出力制御ルーチンＳ４を実行する。このルーチンＳ４
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を引き続き出力すると共に、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。

【００３１】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。

【００３２】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ４の実行に応じて基準情報Ａを取り込んだ後には、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（ステップＳ５）。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よう
になり、この電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ
１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるように
なる。

【００３３】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Ｓ６を実行する。このル
ーチンＳ６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。

【００３４】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。

【００３５】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ６の実行に応じて温度情報Ｔを取り込んだ後には、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（ステップＳ７）。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よう
になり、この電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路９内のＲＧＤ
１０に対しＡ／Ｄ変換対象信号として印加されるように
なる。

【００３６】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Ｓ８を実行する。このル
ーチンＳ８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。

【００３７】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。

【００３８】尚、本実施例の場合、上述した出力制御ル
ーチンＳ４、Ｓ６、Ｓ８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。

【００３９】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ８の実行後には、補正演算回路１４に対して演算指令
を出力する（ステップＳ９）。すると、補正演算回路１
４にあっては、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）を使用して、前記式の演算を行うものであり、そ
の演算結果を、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。

【００４０】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Ｓ１０）、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〜Ｓ９）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。

【００４１】要するに上記した本実施例によれば、検出
信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号Ｓａをアナログマ
ルチプレクサ６を通じて時分割処理すると共に、それら
の信号Ｓｄ、Ｓｔ及びＳａに対応した各デジタルデータ
（圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ、基準情報Ａ）を同一の差動
増幅回路８及びＡ／Ｄ変換回路９を用いて採取し、斯様
に採取したデジタルデータを利用した式の補正演算
（デジタル演算）を行う構成としており、これによっ
て、感度やオフセットなどに対する温度補償を施した精
度の高い圧力検出値を得ることができるものである。

【００４２】特に、本実施例によれば、上記のようなＡ
／Ｄ変換回路９による基準信号Ｓａ、温度信号Ｓｔ及び
検出信号Ｓｄの変換動作の開始前には、制御ブロック７
が、ＲＧＤ１０に対し検出信号Ｓａを電源電圧として与
えた状態で当該ＲＧＤ１０にパルス信号ＰＡを所定時間
（０．５秒）だけ継続して与えるというアイドリング動
作を行わせる構成ととなっている。このため、上記アイ
ドリング動作期間中において、ＲＧＤ１０が熱的に安定
した状態を呈するようになるから、その後に行われる前
記Ａ／Ｄ変換動作により得られるデジタルデータが従来
構成のように不正確になる恐れがなくなるものであり、
以て安定したＡ／Ｄ変換特性が得られるようになる。こ
の結果、最終的に得られる圧力検出値の精度をさらに高
め得るようになる。

【００４３】因みに、ＲＧＤ１０を構成する回路素子の
温度は、その動作に応じて図４に示すように変化すると
考えられる。つまり、上記回路素子の温度は、ＲＧＤ１
０の動作開始時において当該回路素子が発熱源となって
急激な温度上昇を来たすが、その動作停止後には自然冷
却により徐々に温度低下すると考えられる。このため、
Ａ／Ｄ変換回路９によるＡ／Ｄ変換動作の待機時間が変
化する場合や、雰囲気温度が異なる場合などにおいて、
変換動作開始時点でのＲＧＤ１０の温度が変動すること
になるため、Ａ／Ｄ変換動作の開始当初におけるのデジ
タルデータと、ＲＧＤ１０が熱的に安定した状態でのデ
ジタルデータとが大きく異なることになるが、上述した
ようなアイドリング動作を行うようにした本実施例によ
れば、このような事態を招くことがないものである。

【００４４】また、図５には、本実施例によるＡ／Ｄ変
換回路９を初期状態から動作（コールドスタート）させ
た場合において、そのＡ／Ｄ変換値（デジタルデータ）
が時間の経過に応じてどのように変化するかを測定した
結果が示されている。この図５からは、アイドリング時
間を５００μ秒（０．５秒）以上に設定すれば、Ａ／Ｄ
変換回路９により得られるＡ／Ｄ変換値が安定した状態
になっていることが分かる。

【００４５】さらに、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
できると共に、その小型化ひいては装置全体の小型化を
実現できるようになる。

【００４６】加えて、圧力検出値の算出に利用される前
記式からは、Ｔ／Ａ及びＤ／Ａの値を一定に保持でき
れば所謂耐久変動による影響を無視できるということが
理解できる。この場合、本実施例では、式の演算に供
するために最終的に圧力情報Ｄ、温度情報Ｔ及び基準情
報Ａに変換される検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準
信号Ｓａは、全て同じアナログ回路（アナログマルチプ
レクサ６、差動増幅回路８、Ａ／Ｄ変換回路９）を通過
する構成であるから、その信号伝送系統での回路定数の
変動に起因した各信号のドリフト成分が互いにキャンセ
ルされることになって、上記Ｔ／Ａ及びＤ／Ａが経時変
化することがなくなる。この結果、耐久変動による影響
を除去できるようになって、圧力検出値の精度を長期間
に渡って良好な状態に維持できるようになる。

【００４７】また、圧力検出値の精度のさらなる向上を
実現するためには、差動増幅回路８として増幅能力が高
い大型のものを使用することになるが、当該差動増幅回
路８は、検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ及び基準信号Ｓａ
の増幅用に兼用する構成となっているから、多数の差動
増幅回路を設ける必要がなくなるものであり、この面か
らも全体の小型化を実現できるようになる。

【００４８】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。半導体圧力センサ装置に適用した例を説明したが、
加速度、磁束、湿度などの他の物理量を検出するための
センサ装置に広く適用することができる。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。ＲＧＤ１０のアイドリング動作時には、当該ＲＧＤ
１０に対して、基準信号Ｓａを電源電圧として与える構
成としたが、他の信号（検出信号Ｓｄ、温度信号Ｓｔ）
或いは当該アイドリング動作のための専用の電圧信号を
電源電圧として与える構成とすることも可能である。ま
た、アイドリング動作の継続時間は、実際の回路状態に
応じて適宜に変更設定できるものである。

【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

【図４】リングゲート遅延回路内の回路素子の温度変化
特性図

【図５】Ａ／Ｄ変換値の時間変化特性図

【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（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（制御手段）、８
は差動増幅回路（増幅手段）、９はＡ／Ｄ変換回路、１
０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）を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物理量に応じた電圧レベルの検出
   信号を発生するセンサ回路と、 このセンサ回路からの検出信号を増幅する増幅手段と、 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
   含んで構成され、前記増幅手段により増幅された検出信
   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
   号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、 このＡ／Ｄ変換回路による変換動作の開始前に、前記リ
   ングゲート遅延回路に電源電圧を与えた状態で当該リン
   グゲート遅延回路にパルス信号を所定時間だけ継続して
   与えるアイドリング動作を行わせる制御手段とを備えた
   ことを特徴とするセンサ装置。
2. 【請求項２】 前記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、 被検出物理量及び前記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、 前記センサ回路からの検出信号、並びに前記温度信号及
   び基準信号を選択的に出力するアナログマルチプレクサ
   とを備えた上で、 前記増幅手段を、前記アナログマルチプレクサから順次
   出力される信号を増幅するように構成すると共に、 前記Ａ／Ｄ変換回路を、前記増幅手段により増幅された
   前記検出信号、温度信号及び基準信号が前記リングゲー
   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ように構成し、 前記Ａ／Ｄ変換回路からのデジタルデータに基づいた演
   算処理により前記検出信号に応じた物理量検出値を前記
   温度信号及び基準信号により補正した状態で算出する信
   号処理手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の
   センサ装置。
3. 【請求項３】 前記センサ回路の検出対象となる物理量
   が圧力であることを特徴とする請求項１または２記載の
   センサ装置。