JPS59188567A - 信号変換回路 - Google Patents
信号変換回路Info
- Publication number
- JPS59188567A JPS59188567A JP6319583A JP6319583A JPS59188567A JP S59188567 A JPS59188567 A JP S59188567A JP 6319583 A JP6319583 A JP 6319583A JP 6319583 A JP6319583 A JP 6319583A JP S59188567 A JPS59188567 A JP S59188567A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistance
- voltage
- pressure
- resistance value
- operational amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (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、１００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シ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、ブリッジ回路±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は電圧増幅回路２００によって
増幅、シングルエンド化される。該電圧変換回路呈とし
ては、例えば図に示したような３個の演算増幅器９，１
０，１１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
取シ出される。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あり、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。
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シ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、ブリッジ回路±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は電圧増幅回路２００によって
増幅、シングルエンド化される。該電圧変換回路呈とし
ては、例えば図に示したような３個の演算増幅器９，１
０，１１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
取シ出される。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あり、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、その後肢不平衡電圧を増幅
することによシ印加圧力に比例しだ信号電圧を外部に取
り出していた。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、その後肢不平衡電圧を増幅
することによシ印加圧力に比例しだ信号電圧を外部に取
り出していた。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。
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
り、モノリシックＩＣ化には適さない。
で、これらの精度及び素子間のマツチング等が問題とな
り、モノリシックＩＣ化には適さない。
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化を妨げる要因となっていた。
格化、ＩＣ化を妨げる要因となっていた。
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だめ、
装置が複雑・高価格となり、ＩＣ化による小型化、低価
格化が困難であった。
従来の抵抗変化量−電圧変換回路ではブリッジの不平衡
電圧を差動増幅回路で増幅する構成をとっていただめ、
装置が複雑・高価格となり、ＩＣ化による小型化、低価
格化が困難であった。
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の電圧源の間に接続された検知対象の変化
に応じて抵抗値変化を示す抵抗素子と、前記演算増幅器
の反転側入力端子と第２の電圧源の間に接続された前記
検知対象の変化に不感応な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の電圧源の間に接続された検知対象の変化
に応じて抵抗値変化を示す抵抗素子と、前記演算増幅器
の反転側入力端子と第２の電圧源の間に接続された前記
検知対象の変化に不感応な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。
以下夕【施例を挙げ、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は印加圧力に感応
して抵抗値変化を示すゲージ抵抗、２４は圧力に不感応
な抵抗素子、２５及び２６は正及び負の電圧源であり、
ゲージ抵抗２３は演算増幅器２１の反転側入力端子と電
圧源２５０間に、圧力に不感応な抵抗素子２４は演算増
幅器２１の反転側入力端子と電圧源２６の間にそれぞれ
接続されている。なお、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
バイアス（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は印加圧力に感応
して抵抗値変化を示すゲージ抵抗、２４は圧力に不感応
な抵抗素子、２５及び２６は正及び負の電圧源であり、
ゲージ抵抗２３は演算増幅器２１の反転側入力端子と電
圧源２５０間に、圧力に不感応な抵抗素子２４は演算増
幅器２１の反転側入力端子と電圧源２６の間にそれぞれ
接続されている。なお、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
バイアス（接地）されているものとする。
次に第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、ゲージ抵抗２３が圧力が印加されない状態で
抵抗値Ｒ１をもち、圧力が印加されるとその抵抗値がＲ
１＋ΔＲ１に増加するよう選定されているものとして説
明を行なう。
ここでは、ゲージ抵抗２３が圧力が印加されない状態で
抵抗値Ｒ１をもち、圧力が印加されるとその抵抗値がＲ
１＋ΔＲ１に増加するよう選定されているものとして説
明を行なう。
この場合、圧力に感応しない抵抗素子２４の抵抗値をｎ
、 ｅ帰還用抵抗素子２２の抵抗値をＴ％ｆ１正及び負
の電圧源２５及び２６の電圧をＶ、及びｖ２、演算増幅
器２１の出力端子２８に得られる出力電圧を■。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、これよシ出力電圧■。は で与えられる。ここで、簡単のため、正及び負の電圧源
２５及び２６の電圧の絶対値が等しく（ｖ１＝ＶＢ ｙ
Ｖｔ＝ＶＢ ）、圧力が印加されないときのゲージ抵
抗２３の抵抗値と圧力に感応しない抵抗素子２３の抵抗
値が等しい（Ｒ１＝ Ｒ２＝ Ｒ）と（３） となシ、ゲージ抵抗の抵抗変化率（ΔＲ／ｌに比例した
出力電圧が得られる。そして（３）式から明らかなよう
に、本実施例ではゲージ抵抗２３と帰還用抵抗素子２２
の抵抗値の比（Ｒｒ／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２００のよう々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。
、 ｅ帰還用抵抗素子２２の抵抗値をＴ％ｆ１正及び負
の電圧源２５及び２６の電圧をＶ、及びｖ２、演算増幅
器２１の出力端子２８に得られる出力電圧を■。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、これよシ出力電圧■。は で与えられる。ここで、簡単のため、正及び負の電圧源
２５及び２６の電圧の絶対値が等しく（ｖ１＝ＶＢ ｙ
Ｖｔ＝ＶＢ ）、圧力が印加されないときのゲージ抵
抗２３の抵抗値と圧力に感応しない抵抗素子２３の抵抗
値が等しい（Ｒ１＝ Ｒ２＝ Ｒ）と（３） となシ、ゲージ抵抗の抵抗変化率（ΔＲ／ｌに比例した
出力電圧が得られる。そして（３）式から明らかなよう
に、本実施例ではゲージ抵抗２３と帰還用抵抗素子２２
の抵抗値の比（Ｒｒ／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２００のよう々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の抵抗値と圧力に不感応な抵抗素子
２４の抵抗値とが等しいとしたが、もしこれらの値が完
全に揃ってい々くても、端子２７より演算増幅器２１の
非反転側入力端子に印加する電圧あるいは電圧源２４の
電圧を調整することにより零点の調整は可能である。ま
た、上記実施例における半導体ゲージ抵抗２３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
つが、これによるゼロ点温度変動は、例えば、ゲージ抵
抗２３として半導体ダイアフラム上に形成された拡散層
ゲージ抵抗を用い、抵抗２４として同一基板上の圧力不
感部に形成された拡散抵抗を用いる等の方法によシ補償
できる。さらに、ゲージ抵抗２３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つが、これによ
るスパン温度変動は、電圧源に正の温度係数をもたせる
周知の方法によって補償できる。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たせ
ることによっても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が用いられる
。なお、上記各種温度変動の補償は第３図に示すように
演算増幅器２１の反転側入力端子に適当な抵抗値をもつ
抵抗素子２９を接続し、端子３０よりこれに温度係数を
もっだ補償用電圧を印加することによっても達成可能で
ある。
でのゲージ抵抗２３の抵抗値と圧力に不感応な抵抗素子
２４の抵抗値とが等しいとしたが、もしこれらの値が完
全に揃ってい々くても、端子２７より演算増幅器２１の
非反転側入力端子に印加する電圧あるいは電圧源２４の
電圧を調整することにより零点の調整は可能である。ま
た、上記実施例における半導体ゲージ抵抗２３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
つが、これによるゼロ点温度変動は、例えば、ゲージ抵
抗２３として半導体ダイアフラム上に形成された拡散層
ゲージ抵抗を用い、抵抗２４として同一基板上の圧力不
感部に形成された拡散抵抗を用いる等の方法によシ補償
できる。さらに、ゲージ抵抗２３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つが、これによ
るスパン温度変動は、電圧源に正の温度係数をもたせる
周知の方法によって補償できる。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たせ
ることによっても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が用いられる
。なお、上記各種温度変動の補償は第３図に示すように
演算増幅器２１の反転側入力端子に適当な抵抗値をもつ
抵抗素子２９を接続し、端子３０よりこれに温度係数を
もっだ補償用電圧を印加することによっても達成可能で
ある。
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
換器のみ々らず、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
換器のみ々らず、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図はこの発明の一実施例にお
ける温度補償方法の一例を示す図である。 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 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 １２．１３，１４，１５，１６，１７，１８・・・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・・・補償用電圧印加端子
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図はこの発明の一実施例にお
ける温度補償方法の一例を示す図である。 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 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 １２．１３，１４，１５，１６，１７，１８・・・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・・・補償用電圧印加端子
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の電圧
源の間に接続された検知対象の変化に応じて抵抗値変化
を示す抵抗素子と、前記演算増幅器の反転側入力端子と
第２の電圧源の間に接続された前記検知対象の変化に不
感応な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 |
|---|---|---|---|
| JP6319583A JPS59188567A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 信号変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319583A JPS59188567A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 信号変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59188567A true JPS59188567A (ja) | 1984-10-25 |
Family
ID=13222192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6319583A Pending JPS59188567A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 信号変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59188567A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841701A1 (en) * | 1996-11-06 | 1998-05-13 | Yozan Inc. | Component characteristics measurement circuit in an integrated semiconductor circuit system |
-
1983
- 1983-04-11 JP JP6319583A patent/JPS59188567A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841701A1 (en) * | 1996-11-06 | 1998-05-13 | Yozan Inc. | Component characteristics measurement circuit in an integrated semiconductor circuit system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0409213B1 (en) | Amplifiying compensation circuit for semiconductor pressure sensor | |
| EP0086462B1 (en) | Pressure sensor employing semiconductor strain gauge | |
| US5507171A (en) | Electronic circuit for a transducer | |
| JPS6144242B2 (ja) | ||
| EP0034807B1 (en) | Semiconductor strain gauge | |
| US3956927A (en) | Strain gauge transducer apparatus | |
| US6101883A (en) | Semiconductor pressure sensor including a resistive element which compensates for the effects of temperature on a reference voltage and a pressure sensor | |
| JPH0972805A (ja) | 半導体センサ | |
| EP0454972B1 (en) | A high gain differential-to single ended amplifier having a tee network feedback loop | |
| US4611129A (en) | Signal conversion circuit | |
| JPS59188567A (ja) | 信号変換回路 | |
| JPS62168030A (ja) | 半導体圧力センサの温度補償回路 | |
| JPS59188516A (ja) | 信号変換回路 | |
| JPH08226862A (ja) | センサおよび該センサにおける測定範囲変動を温度補償する方法 | |
| JPS59196416A (ja) | 信号変換回路 | |
| JPH10339680A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP2948958B2 (ja) | トランスジューサ回路 | |
| JPH01138433A (ja) | 半導体センサ回路 | |
| JPS6341079A (ja) | 半導体歪変換装置 | |
| JP2610736B2 (ja) | 半導体圧力センサの増幅補償回路 | |
| JPS59196415A (ja) | 信号変換回路 | |
| JPH0529634A (ja) | 半導体センサ | |
| KR830001352B1 (ko) | 영점 온도보상을 갖는 반도체 압력검출장치 | |
| RU2165602C2 (ru) | Полупроводниковый датчик давления | |
| JPH02150732A (ja) | 圧力変換器の補償回路 |