JPH1164135A

JPH1164135A - センサ装置

Info

Publication number: JPH1164135A
Application number: JP10095917A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ikuta; 敏雄生田; Noboru Endo; 昇遠藤; Takamoto Watanabe; 高元渡辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 1999-03-05
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: JP3915238B2

Abstract

(57)【要約】【課題】全体の小型化を実現し、物理量検出値の精度
を長期間に渡って良好な状態に維持すること。【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に対応した３種類のデジタルデ
ータが同一の差動増幅回路８及びＡ／Ｄ変換回路９を通
じて採取される。補正演算回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路
９から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。

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物理量
を検出するようにしたセンサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば圧力センサ装置においては、感度
やオフセットに対する温度補償をアナログ的に行うよう
にしており、図６には、このような温度補償機能を備え
た圧力センサ装置の回路例が示されている。尚、この圧
力センサ装置は、半導体チップ（例えばシリコンチッ
プ）上に形成されるものであるが、圧力センサ５０は別
チップに形成される。

【０００３】この図６に示した回路の動作は以下の通り
である。即ち、Ｖｋ、Ｖｘ、Ｖｚ、Ｖｔの各端子には、
Ｄ／Ａ変換器の出力電圧が印加されるようになってい
る。

【０００４】Ｖｋ端子に対してＤ／Ａ変換器の出力電圧
が印加されると、オペアンプＯＰ１によって、トランジ
スタＴ１に流れる電流ｉ１が制御されるものであり、そ
の電流ｉ１のレベルは上記出力電圧に応じたものとな
る。ゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤをフルブリッジ
接続して成る圧力センサ５０には、上記電流ｉ１に比例
した定電流Ｉがカレントミラー回路６０を通じて供給さ
れる。従って、Ｖｋ端子への出力電圧を変化させること
によりセンサ感度を調整することができる。

【０００５】圧力センサ５０にあっては、定電流Ｉが供
給された状態では、その一対の出力端子（ＲＡ・ＲＢ及
びＲＣ・ＲＤの各共通接続点）から印加圧力に応じた電
圧レベルの検出信号を出力するものであり、その検出信
号は、オペアンプＯＰ２及びＯＰ３を含んで成る差動増
幅回路７０で増幅された後に、さらに補正演算用のオペ
アンプＯＰ４で増幅されるものであり、その最終的な増
幅出力がセンサ出力Ｖｏｕｔ（圧力検出値）となる。

【０００６】Ｖｚ端子に対してＤ／Ａ変換器の出力電圧
が印加されると、オペアンプＯＰ５を通じて抵抗Ｒ１に
電流が流れるものであり、その電流レベルは当該出力電
圧に応じたものとなる。この電流は、オペアンプＯＰ４
の帰還抵抗Ｒ２に流れ込むことによって、センサ出力Ｖ
ｏｕｔの電位を変化させる。従って、Ｖｚ端子への出力
電圧を変化させることによりセンサ出力Ｖｏｕｔのゼロ
オフセットを調節することができる。

【０００７】Ｖｘ端子に対してＤ／Ａ変換器の出力電圧
が印加されると、温度検出ブロック８０内のオペアンプ
ＯＰ６によって、当該温度検出ブロック８０に流れ込む
電流が制御される。この温度検出ブロック８０は、オペ
アンプＯＰ６の他に抵抗Ｒ３〜Ｒ６及びオペアンプＯＰ
７を備えたもので、抵抗Ｒ４は温度特性を有した温度補
償用の抵抗（例えば拡散抵抗）、抵抗Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６
は温度特性がない抵抗（例えばＣｒＳｉ）である。この
場合、各抵抗Ｒ３〜Ｒ６の抵抗値は、圧力センサ装置が
基準温度にある状態において温度検出ブロック８０から
の出力電流ｉｘがゼロとなるように設定される。

【０００８】そして、圧力センサ装置の温度が基準温度
と異なる状態では、ｉｘ≠０になるため、抵抗Ｒ７に電
流ｉｘが流れる。この電流ｉｘによって、カレントミラ
ー回路６０を通じてセンサ回路５０に流れ込む電流Ｉが
補正されるものであり、以てセンサ回路５０の感度につ
いての温度特性の補正が行われる。

【０００９】Ｖｔ端子に対してＡ／Ｄ変換器の出力電圧
が印加されると、温度検出ブロック９０内のオペアンプ
ＯＰ８によって、当該温度検出ブロック９０に流れ込む
電流が制御される。この温度検出ブロック９０は、オペ
アンプＯＰ８の他に抵抗Ｒ８〜Ｒ１１及びオペアンプＯ
Ｐ９を備えたもので、抵抗Ｒ９は温度特性を有した温度
補償用の抵抗（例えば拡散抵抗）、抵抗Ｒ８、Ｒ１０、
Ｒ１１は温度特性がない抵抗（例えばＣｒＳｉ）であ
る。この場合、各抵抗Ｒ８〜Ｒ１１の抵抗値は、圧力セ
ンサ装置が基準温度にある状態において温度検出ブロッ
ク９０からの出力電流ｉｔがゼロとなるように設定され
る。

【００１０】そして、圧力センサ装置の温度が基準温度
と異なる状態では、ｉｔ≠０になるため、その電流ｉｔ
が抵抗Ｒ２に流れ込むことによって、センサ出力Ｖｏｕ
ｔの電位を変化させる。従って、Ｖｔ端子への出力電圧
を変化させることによりセンサ出力Ｖｏｕｔのゼロオフ
セットについての温度特性の補正が行われる。

【００１１】基準検出ブロック１００は、センサ回路５
０に対する印加圧力及び温度と無関係に一定レベルの基
準電圧信号を発生するためもので、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４
及びオペアンプＯＰ１０より成り、その基準電圧信号
は、補正演算用のオペアンプＯＰ４に対して、回路定数
のばらつきなどに起因した誤差を補正するため信号とし
て与えられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにアナログ
的な補正演算を行う従来構成の圧力センサ装置では、多
数のオペアンプ（図６の例では合計１０個）が必要であ
るが、オペアンプは小型化が難しいという一般的事情が
ある。このため、従来構成の装置ではチップ面積が大き
くならざるを得ず、全体の小型化が困難になるという問
題点があった。

【００１３】また、経時変化に伴いチップ表面を覆う保
護膜の応力が解放されるなどして、各オペアンプのオフ
セットが初期値からずれたり、各抵抗のペア比が初期値
から崩れたりする現象（所謂耐久変動）が発生すると、
各部の回路定数が種々変動することが避けられないとい
う事情があるため、最終的に得られる圧力検出値の精度
が低下するという問題点もある。

【００１４】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、全体の小型化を実現できると共に、
物理量検出値の精度を長期間に渡って良好な状態に維持
できるようになるなどの効果を奏するセンサ装置を提供
することにある。

【００１５】

【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、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変換回路によりデ
ジタルデータに変換される。

【００１６】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。

【００１７】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
た精度の高い物理量検出値を得るようにしている。

【００１８】従って、温度補償をアナログ的に行うよう
にした図６の従来構成の装置のように、多数のオペアン
プを必要としないものであり、以て全体の小型化を実現
できるようになる。また、比較的大きな面積を占有する
ことになる増幅手段を、検出信号、温度信号及び基準信
号の増幅用に兼用する構成となっているから、多数の増
幅手段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。

【００１９】さらに、最終的にデジタルデータに変換さ
れる検出信号、温度信号及び基準信号は、全て同じアナ
ログ回路（アナログマルチプレクサ、増幅手段、Ａ／Ｄ
変換回路）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、物理量検出
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。

【００２０】請求項２記載の手段によれば、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。

【００２１】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、物理量検出値の算出
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。

【００２２】請求項５記載のセンサ装置によれば、Ａ／
Ｄ変換回路が検出信号、温度信号及び基準信号をデジタ
ルデータに変換する動作を終了したときに、制御手段が
電源回路の動作を停止させるようになるから、その電源
回路を通じた不要な電力消費が抑制されるようになっ
て、特に電池駆動する構成が採用される場合に極めて有
用になるものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を半導体圧力センサ
装置に適用した第１実施例について図１ないし図３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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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変化するＮＡＮＤゲート１
０ａ（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（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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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

【００３９】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。

【００４０】Ａ＝β（ｔ） ……

【００４１】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｝ ……

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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Ｓ２を実行する。このル
ーチンＳ２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。

【００４６】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。

【００４７】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ２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Ｓ３）。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。

【００４８】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Ｓ４を実行する。このル
ーチンＳ４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。

【００４９】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。

【００５０】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Ｓ５）。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。

【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Ｓ６を実行する。このル
ーチンＳ６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。

【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（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。

【００５３】尚、本実施例の場合、上述した出力制御ル
ーチンＳ２、Ｓ４、Ｓ６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。

【００５４】制御ブロック７は、上記出力制御ルーチン
Ｓ６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Ｓ７）。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。

【００５５】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Ｓ８）、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〜Ｓ７）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。

【００５６】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。

【００５７】上記のような本実施例の回路構成によれ
ば、差動増幅回路８にオペアンプ８ａ、８ｂを利用する
だけで、温度補償をアナログ的に行うようにした図６の
従来構成の装置のように多数のオペアンプを必要としな
いものであり、全体の小型化を実現できるようになる。

【００５８】上記のように圧力検出値の算出に利用され
る式からは、Ｔ／Ａ及びＤ／Ａの値を一定に保持でき
れば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。

【００５９】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。

【００６０】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
を短縮できるようになる。

【００６１】（第２の実施の形態）図４及び図５には本
発明の第２実施例が示されており、以下これについて前
記第１実施例と異なる部分のみ説明する。図４に、本実
施例によるセンサ装置の全体構成が概略的な機能ブロッ
ク図により示したもので、第１実施例と同一構成の差動
増幅回路８、Ａ／Ｄ変換回路９をブロック化した状態で
表現すると共に、第１実施例におけるセンサ部１（セン
サ回路３、温度検出回路４より成る）、基準電圧発生回
路５、アナログマルチプレクサ６を一つのブロックにま
とめたセンシング部１６として表現している。従って、
このセンシング部１６からは、検出信号Ｓｄ、温度信号
Ｓｔ及び基準信号Ｓａが出力されることになる。

【００６２】電源回路１７は、例えば電池（図示せず）
の出力端子＋Ｂから給電されるもので、その動作状態で
定電圧電源端子＋Ｖccから一定電圧を出力するようにな
っており、この定電圧出力が前記センシング部１６、差
動増幅回路８及びＡ／Ｄ変換回路９に与えられる。この
電源回路１７は、その動作を選択的に停止できるように
構成されたもので、制御手段たる制御ブロック７′から
出力される通電指令信号Ｓon及び断電指令信号Ｓoff に
応じて動作開始及び動作停止するようになっている。
尚、制御ブロック７′、ＥＰＲＯＭ１３、補正演算回路
１４及びＩ／Ｏブロック１５の電源は、上記図示しない
電池から与えられる構成となっている。

【００６３】上記制御ブロック７′は、第１実施例にお
ける制御ブロック７と同様の制御機能を備えたもので、
これ以外に以下に述べるような制御機能を備えた構成と
なっている。

【００６４】即ち、全体の消費電力の時間推移特性を表
した図５に示すように、制御ブロック７′は、所定タイ
ミングｔ１（例えば外部のマイクロコンピュータからの
センシング動作開始指令を受けたタイミング、或いはタ
イマにより設定された周期的なセンシング動作タイミン
グなど）において、電源回路１７に通電指令信号Ｓonを
与えることにより、当該電源回路１７を動作させるもの
であり、以てセンシング部１６、差動増幅回路８、Ａ／
Ｄ変換回路９に電源を供給する。これに伴い全体の消費
電力は図５に示すように増大する。

【００６５】制御ブロック７′は、上記のような電源供
給動作後に、第１実施例における図３のような制御を実
行することにより、センシング部１６からの基準信号Ｓ
ａ、温度信号Ｓｔ及び検出信号Ｓｄにそれぞれ対応した
デジタルデータである基準情報Ａ、温度情報Ｔ及び圧力
情報Ｄを取得するものである。

【００６６】そして、制御ブロック７′は、Ａ／Ｄ変換
回路９が、センシング部１６からの検出信号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
動作（基準情報Ａ、温度情報Ｔ及び圧力情報Ｄを取得す
る動作）を終了したタイミングｔ２に至ったときに、電
源回路１７に断電指令信号Ｓoff を与えることにより、
当該電源回路１７を動作停止させるものであり、これに
よりセンシング部１６、差動増幅回路８、Ａ／Ｄ変換回
路９に対する電源供給が停止される。これに伴い全体の
消費電力は図５に示すように減少する。そして、制御ブ
ロック７′は、上記のような電源供給停止後に、補正演
算回路１４に対して演算指令を出力することによって、
当該補正演算回路１４によって、センサ部１による検出
圧力を演算させると共に、その演算結果を圧力データと
してＩ／Ｏブロック１５から出力させるようになる。

【００６７】従って、この第２実施例の構成によれば、
アナログ回路部分（センシング部１６、差動増幅回路
８、Ａ／Ｄ変換回路９）の動作が不要となったタイミン
グｔ２以降においては、それらアナログ回路部分に対す
る電源供給が自動的に停止され、次のセンシングタイミ
ングが来るまでの間はその停止状態がそのまま保持され
ることになるから、不要な電力消費を抑制できるように
なるものであり、特に本実施例のように電池駆動する構
成を採用した場合に極めて有用になる。

【００６８】（その他の実施の形態）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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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】本発明の第２実施例の構成を示す概略的な機能
ブロック図

【図５】作用説明用のタイミングチャート

【図６】従来構成例を示す電気的構成図

【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、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、１０はリングゲート遅延回路、１０
ａ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
センシング部、１７は電源回路を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記被検出物理量及び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選択的に出力す
るアナログマルチプレクサと、このアナログマルチプレクサから順次出力される信号を
増幅する増幅手段と、この増幅手段により増幅された前記検出信号、温度信号
及び基準信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回
路と、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センサ装置。
【請求項２】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記載のセンサ装置。
【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。
【請求項４】前記センサ回路の印加圧力を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、センサ回路の感度の
温度係数をｃ、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、前記信号処理手段
は、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を算出するように構成
されていることを特徴とする請求項３記載のセンサ装
置。
【請求項５】動作状態で前記センサ回路、温度検出回
路、基準電圧発生回路、アナログマルチプレクサ及び増
幅手段に対し定電圧出力を供給するように設けられた電
源回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路が前記検出信号、温度信号及び基準
信号をデジタルデータに変換する動作を終了したときに
前記電源回路の動作を停止させる制御を行う制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに
記載のセンサ装置。