JPS59188516A - 信号変換回路 - Google Patents
信号変換回路Info
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- JPS59188516A JPS59188516A JP6319683A JP6319683A JPS59188516A JP S59188516 A JPS59188516 A JP S59188516A JP 6319683 A JP6319683 A JP 6319683A JP 6319683 A JP6319683 A JP 6319683A JP S59188516 A JPS59188516 A JP S59188516A
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- JP
- Japan
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- voltage
- resistance
- pressure
- input terminal
- resistance value
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は信号変換回路に関し、特に抵抗体の抵抗値変
化を電圧に変換する抵抗変化量−電圧変換回路に関する
。
化を電圧に変換する抵抗変化量−電圧変換回路に関する
。
従来、この種の抵抗変化量−電圧変換回路として、スト
レイン・ゲージを用いた圧力変換器の検出回路がよく知
られている。該圧力変換器では、ゲージ抵抗を用いてホ
イートストーンブリッジ回路（以後単にブリッジ回路と
略称する）を構成し、印加圧力に応答して生じる該ゲー
ジ抵抗の抵抗値変化を、該ブリッジ回路を定電圧あるい
は定電流源で励起することによって該ブリッジ回路の不
平衡電圧として検出し、該不平衡電圧をさらに増幅して
圧力に比例した出力信号を取シ出していた。
レイン・ゲージを用いた圧力変換器の検出回路がよく知
られている。該圧力変換器では、ゲージ抵抗を用いてホ
イートストーンブリッジ回路（以後単にブリッジ回路と
略称する）を構成し、印加圧力に応答して生じる該ゲー
ジ抵抗の抵抗値変化を、該ブリッジ回路を定電圧あるい
は定電流源で励起することによって該ブリッジ回路の不
平衡電圧として検出し、該不平衡電圧をさらに増幅して
圧力に比例した出力信号を取シ出していた。
第１図はその回路構成例である。図において、」庶はゲ
ージ抵抗１〜４から成るブリッジ回路、５．６は該ブリ
ッジ回路に定電圧あるいは定電流を印加するだめの励起
端子、７，８は該ブリッジ回路の検出端子をそれぞれ示
す。ゲージ抵抗１〜４としては例えば半導体ダイアフラ
ム上に選択拡散等により形成された拡散抵抗が用いられ
、ゲージ抵抗１，３とゲージ抵抗２，４はそれぞれ印加
圧力に対し互いに逆方向の抵抗値変化を示すよう、その
長手及び横手方向の結晶軸が選択されて配列されている
。この結果、印加圧力に対して例えばゲージ抵抗１，３
の抵抗値が増大すると、ゲージ抵抗２，４の抵抗値は逆
に減少し、この結果、プリッジ回路１００の検出端子７
，８間には印加圧力− に比例した不平衡電圧ΔＥが得られる。次に該不平衡電
圧ΔＥは電圧変換回路亜によって増幅、シングルエンド
化される。該・電圧増幅回路２００としては、例えば図
に示したような３個の演算増幅器９，１０．１１と抵抗
１２． １３． １４． １５゜１６．１７，１８から
成る周知の差動増幅回路が用いられ、不平衡電圧ΔＥは
増幅、インピーダンス変換されたシングルエンド出力■
。とじて該圧力変換器の出力端子２０に取り出される。
ージ抵抗１〜４から成るブリッジ回路、５．６は該ブリ
ッジ回路に定電圧あるいは定電流を印加するだめの励起
端子、７，８は該ブリッジ回路の検出端子をそれぞれ示
す。ゲージ抵抗１〜４としては例えば半導体ダイアフラ
ム上に選択拡散等により形成された拡散抵抗が用いられ
、ゲージ抵抗１，３とゲージ抵抗２，４はそれぞれ印加
圧力に対し互いに逆方向の抵抗値変化を示すよう、その
長手及び横手方向の結晶軸が選択されて配列されている
。この結果、印加圧力に対して例えばゲージ抵抗１，３
の抵抗値が増大すると、ゲージ抵抗２，４の抵抗値は逆
に減少し、この結果、プリッジ回路１００の検出端子７
，８間には印加圧力− に比例した不平衡電圧ΔＥが得られる。次に該不平衡電
圧ΔＥは電圧変換回路亜によって増幅、シングルエンド
化される。該・電圧増幅回路２００としては、例えば図
に示したような３個の演算増幅器９，１０．１１と抵抗
１２． １３． １４． １５゜１６．１７，１８から
成る周知の差動増幅回路が用いられ、不平衡電圧ΔＥは
増幅、インピーダンス変換されたシングルエンド出力■
。とじて該圧力変換器の出力端子２０に取り出される。
なお、第１図において端子１９′は零点調整のだめの電
圧印加端子で弗り、零点の調整は抵抗１７のトリミング
によって行なわれる。また、感度調整は抵抗１４のトリ
ミングによって行なわれる。
圧印加端子で弗り、零点の調整は抵抗１７のトリミング
によって行なわれる。また、感度調整は抵抗１４のトリ
ミングによって行なわれる。
以上のように上記従来技術では印加圧力によるゲージ抵
抗の抵抗値変化を該ゲージ抵抗を組合せたブリッジ回路
の不平衡電圧として検出し、その後該不平衡電圧を増幅
することにより印加圧力に比例した信号電圧を外部に取
シ出していた。しかしながら、上記構成では １）ブリッジ回路を構成するので、ゲージ抵抗を多数必
要とする。
抗の抵抗値変化を該ゲージ抵抗を組合せたブリッジ回路
の不平衡電圧として検出し、その後該不平衡電圧を増幅
することにより印加圧力に比例した信号電圧を外部に取
シ出していた。しかしながら、上記構成では １）ブリッジ回路を構成するので、ゲージ抵抗を多数必
要とする。
２）ブリッジ回路の微小な不平衡電圧を増幅するため、
高性能な差動増幅回路を必要とし、回路が複雑・高価に
なる。 ′ ３）演算増幅回路に多数の外付は抵抗素子を使用するの
で、これらの精度及び素子間のマツチング等が問題とな
ハモノリシックＩＣ化には適さ軽い。
高性能な差動増幅回路を必要とし、回路が複雑・高価に
なる。 ′ ３）演算増幅回路に多数の外付は抵抗素子を使用するの
で、これらの精度及び素子間のマツチング等が問題とな
ハモノリシックＩＣ化には適さ軽い。
等の問題があシ、これらが、圧力変換器の小型化、低価
格化、ＩＣ化を妨げる要因と力っていた。
格化、ＩＣ化を妨げる要因と力っていた。
以上、圧力変換器の場合を例に詳しく説明したように、
従来の抵抗変化量−電圧変換回路では抵抗ブリッジの不
平衡電圧を差動増幅回路で増幅する構成をとっていたた
め、装置が複雑・高価格となり、ＩＣ化による小型化、
低価格が困難であった。
従来の抵抗変化量−電圧変換回路では抵抗ブリッジの不
平衡電圧を差動増幅回路で増幅する構成をとっていたた
め、装置が複雑・高価格となり、ＩＣ化による小型化、
低価格が困難であった。
この発明は上記圧力変換器をはじめとする抵抗変化量−
電圧変換回路の従来の問題を解消するためになされたも
ので、その目的は、ブリッジ回路を用いることなく抵抗
変化量−電圧変換が可能でＩＣ化による小型化・低価格
化に適した信号変換回路を提供することにある。
電圧変換回路の従来の問題を解消するためになされたも
ので、その目的は、ブリッジ回路を用いることなく抵抗
変化量−電圧変換が可能でＩＣ化による小型化・低価格
化に適した信号変換回路を提供することにある。
この発明によれば、非反転側入力端子に適当な電圧が印
加され、反転側入力端子と出力端子の間に帰還用抵抗素
子が接続された演算増幅器と、該演算増幅器の反転側入
力端子と第１および第２の電圧源との間にそれぞれ接続
された検知対象の変化に応じて互いに逆方向の抵抗値変
化を示す第１および第２の抵抗素子を備えたことを特徴
とする信号変換回路が得られる。
加され、反転側入力端子と出力端子の間に帰還用抵抗素
子が接続された演算増幅器と、該演算増幅器の反転側入
力端子と第１および第２の電圧源との間にそれぞれ接続
された検知対象の変化に応じて互いに逆方向の抵抗値変
化を示す第１および第２の抵抗素子を備えたことを特徴
とする信号変換回路が得られる。
以下、実施例を挙げてこの発明の詳細な説明する。
第２図はこの発明を圧力変換器に適用した場合について
の一実施例を示す図である。図において、２１は演算増
幅器、２２は該演算増幅器の出力端子と反転側入力端子
間に接続された帰還用抵抗素子、２３，２４は印加圧力
によりそれぞれ互いに逆方向の抵抗値変化を示すゲージ
抵抗、２５及び２６は正及び負の電圧源であシ、ゲ゛−
ジ抵抗２３及び２４は、一端が演算増幅器２１の反転側
入力端子に他端が正及び負の電圧源２５及び２６にそれ
ぞれ接続されている。また、本実施例では、演算増幅器
２１の非反転側入力端子は電圧印加端子２７より基準電
位にパイアズ（接地）されているものとする。
の一実施例を示す図である。図において、２１は演算増
幅器、２２は該演算増幅器の出力端子と反転側入力端子
間に接続された帰還用抵抗素子、２３，２４は印加圧力
によりそれぞれ互いに逆方向の抵抗値変化を示すゲージ
抵抗、２５及び２６は正及び負の電圧源であシ、ゲ゛−
ジ抵抗２３及び２４は、一端が演算増幅器２１の反転側
入力端子に他端が正及び負の電圧源２５及び２６にそれ
ぞれ接続されている。また、本実施例では、演算増幅器
２１の非反転側入力端子は電圧印加端子２７より基準電
位にパイアズ（接地）されているものとする。
以下、第２図を参照しつつ本実施例の動作を説明するが
、ここでは、印加圧力によシ、ゲージ抵抗２３は抵抗値
が増加、ゲージ抵抗２４は抵抗値が減少するようそれぞ
れ選定されているものとする。したがって、圧力が印加
されないときのゲージ抵抗２３及び２４の抵抗値をＲ１
及びＲ２とすると、印加圧力によシゲージ抵抗２３及び
２４の抵抗値はそれぞれＲ１＋ΔＲ，、：ＦＬ２−ΔＲ
２に変化することになる。このとき、帰還用抵抗素子２
２の抵抗値をＲｆ、正及び負の電圧源２５及び２６の電
圧を■１及びＶ２、演算増幅器２１の出力端子２８に得
られる出力電圧Ｖ。
、ここでは、印加圧力によシ、ゲージ抵抗２３は抵抗値
が増加、ゲージ抵抗２４は抵抗値が減少するようそれぞ
れ選定されているものとする。したがって、圧力が印加
されないときのゲージ抵抗２３及び２４の抵抗値をＲ１
及びＲ２とすると、印加圧力によシゲージ抵抗２３及び
２４の抵抗値はそれぞれＲ１＋ΔＲ，、：ＦＬ２−ΔＲ
２に変化することになる。このとき、帰還用抵抗素子２
２の抵抗値をＲｆ、正及び負の電圧源２５及び２６の電
圧を■１及びＶ２、演算増幅器２１の出力端子２８に得
られる出力電圧Ｖ。
とすると、演算増幅器２１の反転側入力端子に流入する
電流の代数和は零であるから次の関係が成立し、これよ
り出力電圧■。は次式で与えられる。
電流の代数和は零であるから次の関係が成立し、これよ
り出力電圧■。は次式で与えられる。
いま、簡単のために正及び負の電圧源２５及び２６の電
圧の絶対値が等しく （Ｖ＋−ＶＥ ＋ Ｖ２＝ Ｖ
Ｅ）ゲージ抵抗２３と２４の圧力が印加されない状態で
の抵抗値及び印加圧力による抵抗変化率の絶対値が等し
い（Ｒ１−Ｒ２＝ Ｒ＋ΔＲ＋／Ｒ１＝ΔＲ２／ Ｒ２
＝ΔＢ、／ＴＬ）とすると、（２）式は（３） となシ、ゲージ抵抗２３及び２４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
に比例した出力電圧が得られる。そして（３）式から明
らか々ように、本実施例では、圧力が印加されない状態
でのゲージ抵抗２３及び２４の抵抗値と帰還用抵抗素子
２２の抵抗値との比（Ｒｆ／Ｒ）を適当に選定すること
によシ増幅度（感度）を調整することができる。このよ
うに本実施例では、ゲージ抵抗の抵抗値変化ΔＲ／ Ｒ
そのものを増幅するので、第１図に示したブリッジ回路
−１００、差動増幅回路亜のような複雑な構成を必要と
せず、第２図に示すように極めて簡単な構成の圧力変換
器が実現できる。また、本実施例の各構成要素としては
半導体ダイアフラム上に形成された拡散層ゲージ抵抗、
同一基板上の圧力不感部に形成された拡散抵抗及び周辺
回路を用いることができ、モリシックＩＣ化が極めて容
易である。したがって、本実施例によればＩＣ化による
小型化、低価格化が達成できる。
圧の絶対値が等しく （Ｖ＋−ＶＥ ＋ Ｖ２＝ Ｖ
Ｅ）ゲージ抵抗２３と２４の圧力が印加されない状態で
の抵抗値及び印加圧力による抵抗変化率の絶対値が等し
い（Ｒ１−Ｒ２＝ Ｒ＋ΔＲ＋／Ｒ１＝ΔＲ２／ Ｒ２
＝ΔＢ、／ＴＬ）とすると、（２）式は（３） となシ、ゲージ抵抗２３及び２４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
に比例した出力電圧が得られる。そして（３）式から明
らか々ように、本実施例では、圧力が印加されない状態
でのゲージ抵抗２３及び２４の抵抗値と帰還用抵抗素子
２２の抵抗値との比（Ｒｆ／Ｒ）を適当に選定すること
によシ増幅度（感度）を調整することができる。このよ
うに本実施例では、ゲージ抵抗の抵抗値変化ΔＲ／ Ｒ
そのものを増幅するので、第１図に示したブリッジ回路
−１００、差動増幅回路亜のような複雑な構成を必要と
せず、第２図に示すように極めて簡単な構成の圧力変換
器が実現できる。また、本実施例の各構成要素としては
半導体ダイアフラム上に形成された拡散層ゲージ抵抗、
同一基板上の圧力不感部に形成された拡散抵抗及び周辺
回路を用いることができ、モリシックＩＣ化が極めて容
易である。したがって、本実施例によればＩＣ化による
小型化、低価格化が達成できる。
なお、上記実施例の説明では、圧力が印加されない状態
でのゲージ抵抗２３と２４の抵抗値を等しいとしたが、
もしこれらの抵抗値が完全に一致していなくとも、零点
は、端子２７よシ演算増幅器２１の非反転側入力端子に
印加する電圧を調整することにより調整可能である。な
お、上記零点の調整は、演算増幅器２１の反転側入力端
子にゲージ抵抗２３及び２４に加えてさらに抵抗素子を
接続し、該抵抗素子に適当な電圧を供給することによっ
ても可能である。これを第３図に示す。
でのゲージ抵抗２３と２４の抵抗値を等しいとしたが、
もしこれらの抵抗値が完全に一致していなくとも、零点
は、端子２７よシ演算増幅器２１の非反転側入力端子に
印加する電圧を調整することにより調整可能である。な
お、上記零点の調整は、演算増幅器２１の反転側入力端
子にゲージ抵抗２３及び２４に加えてさらに抵抗素子を
接続し、該抵抗素子に適当な電圧を供給することによっ
ても可能である。これを第３図に示す。
第３図は、この発明の第２の実施例を示す図で、本発明
に従う回路において零点の調整を可能とした構成の一例
である。同図において、２１〜２８は第２図と同一構成
要素であり、２９は一端が演算増幅器２１０反転側入力
端子に接続された抵抗素子、３０は該抵抗素子２９の他
端が接続された電圧印加用端子である。いま、抵抗２９
の抵抗値をＲ３，端子３０に印加される電圧を■、とす
ると、圧力が印加されない状態での出力電圧はとなるの
で、圧力が印加されない状態でのゲージ抵抗２３と２４
の抵抗値Ｒ１とＲ２の間にばらつきがあっても、抵抗２
９の抵抗値Ｒ８または端子３０の印加電圧■３を調整す
ることによ多出力オフセット電圧は零に調整することが
できる。したがって、本実施例によれば、前記第１の実
施例と同じく、極めて構成が簡単な上、感度及び零点の
調整も可能な優れた圧力変換器が得られる。
に従う回路において零点の調整を可能とした構成の一例
である。同図において、２１〜２８は第２図と同一構成
要素であり、２９は一端が演算増幅器２１０反転側入力
端子に接続された抵抗素子、３０は該抵抗素子２９の他
端が接続された電圧印加用端子である。いま、抵抗２９
の抵抗値をＲ３，端子３０に印加される電圧を■、とす
ると、圧力が印加されない状態での出力電圧はとなるの
で、圧力が印加されない状態でのゲージ抵抗２３と２４
の抵抗値Ｒ１とＲ２の間にばらつきがあっても、抵抗２
９の抵抗値Ｒ８または端子３０の印加電圧■３を調整す
ることによ多出力オフセット電圧は零に調整することが
できる。したがって、本実施例によれば、前記第１の実
施例と同じく、極めて構成が簡単な上、感度及び零点の
調整も可能な優れた圧力変換器が得られる。
なお、上記実施例における半導体ゲージ抵抗２３及び２
４の圧力が印加されない状態での抵抗値は一般に正の温
度係数をもち、両者の温度係数等にバラツキがあるとい
わゆる零点温度変動を生じるが、これは上記実施例にお
ける抵抗２９まだは端子３０に印加する電圧に適当な温
度依存性をもたせることによシ補償できる。
４の圧力が印加されない状態での抵抗値は一般に正の温
度係数をもち、両者の温度係数等にバラツキがあるとい
わゆる零点温度変動を生じるが、これは上記実施例にお
ける抵抗２９まだは端子３０に印加する電圧に適当な温
度依存性をもたせることによシ補償できる。
また、ゲージ抵抗２３及び２４の圧力による抵抗変化率
ΔＲ／Ｒは一般に負の温度係数をもち、いわゆるスパン
温度変動を生じるが、これは、電圧源に正の温度係数を
もたせる周知の方法で補償できる。また、本実施例の場
合、帰還用抵抗素子２２にゲージ抵抗２３よシも大きい
正の温度係数をもたせ、Ｒｆ／Ｒに正の温度係数をもだ
せることによっても前記スパン温度変動を補償できる。
ΔＲ／Ｒは一般に負の温度係数をもち、いわゆるスパン
温度変動を生じるが、これは、電圧源に正の温度係数を
もたせる周知の方法で補償できる。また、本実施例の場
合、帰還用抵抗素子２２にゲージ抵抗２３よシも大きい
正の温度係数をもたせ、Ｒｆ／Ｒに正の温度係数をもだ
せることによっても前記スパン温度変動を補償できる。
これには例えば、帰還用抵抗素子２２とゲージ抵抗２３
を構成する拡散層の不純物濃度を変える等の方法を用い
ることができる。
を構成する拡散層の不純物濃度を変える等の方法を用い
ることができる。
以上、圧力検出ゲージ抵抗素子を用いた圧力変換器の場
合を例にこの発明を説明してきたが、この発明は圧力変
換器のみならず、温度センサをはじめ抵抗体を検知素子
として用いる各種センサの検出回路に広く適用できる。
合を例にこの発明を説明してきたが、この発明は圧力変
換器のみならず、温度センサをはじめ抵抗体を検知素子
として用いる各種センサの検出回路に広く適用できる。
そして、本発明によれば従来に比べはるかに簡単な構成
の抵抗変化量−電圧変換回路が得られ、ＩＣ化に適した
小型、低価格の信号変換回路が実現できる。
の抵抗変化量−電圧変換回路が得られ、ＩＣ化に適した
小型、低価格の信号変換回路が実現できる。
第１図は、抵抗変化量−電圧変換回路としてよく知られ
ている圧力変換器の従来の回路構成例、第２図はこの発
明の一実施例を示す図、第３図はこの発明の第２の実施
例を示す図である。 １００・・・ブリッジ回路 １、２．３．４・・・ゲージ抵抗 ５．６・・・ブリッジ回路の励起端子 α１） ７．８・・・ブリッジ回路の検出端子 ２００・・・差動電圧増幅回路 ９．１０．１１・・・演算増幅器 １２．１３，１４，１５，１６，１７，１Ｂ・・・抵抗
１９・・・電圧印加端子 ２１・・・演算増幅器 ２２・・・抵 抗 ２３．２４・・・ゲージ抵抗 ２５．２６・・・電圧源 ２７・・・電圧印加端子 ２８・・・出力端子 ２９・・・抵 抗 ３０・・・電圧印加端子 Ｑ３ ’
ている圧力変換器の従来の回路構成例、第２図はこの発
明の一実施例を示す図、第３図はこの発明の第２の実施
例を示す図である。 １００・・・ブリッジ回路 １、２．３．４・・・ゲージ抵抗 ５．６・・・ブリッジ回路の励起端子 α１） ７．８・・・ブリッジ回路の検出端子 ２００・・・差動電圧増幅回路 ９．１０．１１・・・演算増幅器 １２．１３，１４，１５，１６，１７，１Ｂ・・・抵抗
１９・・・電圧印加端子 ２１・・・演算増幅器 ２２・・・抵 抗 ２３．２４・・・ゲージ抵抗 ２５．２６・・・電圧源 ２７・・・電圧印加端子 ２８・・・出力端子 ２９・・・抵 抗 ３０・・・電圧印加端子 Ｑ３ ’
Claims (1)
- 非反転側入力端子に適当な電圧が印加され、反転側入力
端子と出力端子間に帰還用抵抗素子が接続された演算増
幅器と、核演算増幅器の反転側入力端子と第１および第
２の電圧源との間にそれぞれ接続された検知対象の変化
に応じて互いに逆方向の抵抗値変化を示す第１および第
２の抵抗素子を備えたことを特徴とする信号変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319683A JPS59188516A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 信号変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319683A JPS59188516A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 信号変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59188516A true JPS59188516A (ja) | 1984-10-25 |
Family
ID=13222220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6319683A Pending JPS59188516A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 信号変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59188516A (ja) |
-
1983
- 1983-04-11 JP JP6319683A patent/JPS59188516A/ja active Pending
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