JPS63255664A - 半導体センサ増幅回路 - Google Patents
半導体センサ増幅回路Info
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- JPS63255664A JPS63255664A JP62090565A JP9056587A JPS63255664A JP S63255664 A JPS63255664 A JP S63255664A JP 62090565 A JP62090565 A JP 62090565A JP 9056587 A JP9056587 A JP 9056587A JP S63255664 A JPS63255664 A JP S63255664A
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- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体センサに発生する微小な電気量変化を
増幅する回路に関するものであり、各素子のオフセット
やドリフトによる検出誤差を低減した半導体センサ増幅
回路である。
増幅する回路に関するものであり、各素子のオフセット
やドリフトによる検出誤差を低減した半導体センサ増幅
回路である。
従来より、弾性変形するＳｉチップ上に拡散抵抗を形成
し、チップに応力を作用させることにより発生するピエ
ゾ効果による抵抗値変化を電流、あるいは電圧信号とし
て検出し、増幅出力する半導体センサが知られている。
し、チップに応力を作用させることにより発生するピエ
ゾ効果による抵抗値変化を電流、あるいは電圧信号とし
て検出し、増幅出力する半導体センサが知られている。
例えば、Ｓｉチップに作用させる応力として、加速度に
より慣性体に発生する慣性力を用いる半導体加速度セン
サがある。
より慣性体に発生する慣性力を用いる半導体加速度セン
サがある。
この半導体加速度センサは、小型軽量で直線性に優れた
出力を得られるという利点をもつが、出力絶対値が小さ
いという問題がある。そこで、ピエゾ抵抗をブリッジに
組み、差動出力をとる事が考えられるが、ピエゾ抵抗の
温度ドリフトのため、オフセット変動が大きい。
出力を得られるという利点をもつが、出力絶対値が小さ
いという問題がある。そこで、ピエゾ抵抗をブリッジに
組み、差動出力をとる事が考えられるが、ピエゾ抵抗の
温度ドリフトのため、オフセット変動が大きい。
そこで、第６図、あるいは第７図のように、増幅器の前
後にコンデンサカップリングを介在させることにより、
オフセットによる直流成分を除去することが考えられる
。しかしながら、ブリッジ回路からの出力絶対値が小さ
いため、増幅度ＡＶを大きくとる必要があり、この増幅
器のオフセン［・ドリフトによる誤差が大きい。
後にコンデンサカップリングを介在させることにより、
オフセットによる直流成分を除去することが考えられる
。しかしながら、ブリッジ回路からの出力絶対値が小さ
いため、増幅度ＡＶを大きくとる必要があり、この増幅
器のオフセン［・ドリフトによる誤差が大きい。
第６図の回路では、増幅器のオフセットドリフトがその
まま出力に現れることとなり、例えばＡｖ−２０００、
増幅器の温度オフセットドリフ１−を１０（μｖ／”Ｃ
）とすると、作動範囲５０（’Ｃ）では１（ｖ）のオフ
セットが出力に現れる。
まま出力に現れることとなり、例えばＡｖ−２０００、
増幅器の温度オフセットドリフ１−を１０（μｖ／”Ｃ
）とすると、作動範囲５０（’Ｃ）では１（ｖ）のオフ
セットが出力に現れる。
また、第７図の回路では、ブリッジ回路のドリフトをそ
のまま増幅するため、増幅器の増幅度が高いことにより
、出力が飽和してしまうことがある。例えば、第７図の
出力をマイクロコンピュータに入力する場合を考え、入
力電圧範囲をＯ〜５（Ｖ）とすると、ピエゾ抵抗値の温
度ドリフトが最悪値３ （ｍｖ）存在しろる為、出力が
飽和してしま・う。
のまま増幅するため、増幅器の増幅度が高いことにより
、出力が飽和してしまうことがある。例えば、第７図の
出力をマイクロコンピュータに入力する場合を考え、入
力電圧範囲をＯ〜５（Ｖ）とすると、ピエゾ抵抗値の温
度ドリフトが最悪値３ （ｍｖ）存在しろる為、出力が
飽和してしま・う。
このように、従来のものでは、ブリッジ回路を構成する
ピエゾ抵抗のドリフト、あるいは増幅器のオフセットド
リフトの影響から出力に誤差を生じる。
ピエゾ抵抗のドリフト、あるいは増幅器のオフセットド
リフトの影響から出力に誤差を生じる。
そこで本発明は、上記問題点に解決するためになされた
ものであり、その目的とするところは、ブリッジ回路の
ドリフトと、増幅器のドリフトとの影響を抑制した半導
体センサ増幅回路を提供することにある。
ものであり、その目的とするところは、ブリッジ回路の
ドリフトと、増幅器のドリフトとの影響を抑制した半導
体センサ増幅回路を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段］
本発明は前述の目的を達成するために、物理量変化を抵
抗値変化に変換する変換素子を少なくとも一辺に備える
ブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続され、前記変換
素子の抵抗値変化に伴う電気量変化を差動増幅する第１
の増幅回路と、 該第１の増幅回路の差動増幅出力に直列に設けられるコ
ンデンサを備えるフィルタ回路と、該フィルタ回路の出
力を増幅する第２の増幅回路と、 を備えるという技術的手段を採用する。
抗値変化に変換する変換素子を少なくとも一辺に備える
ブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続され、前記変換
素子の抵抗値変化に伴う電気量変化を差動増幅する第１
の増幅回路と、 該第１の増幅回路の差動増幅出力に直列に設けられるコ
ンデンサを備えるフィルタ回路と、該フィルタ回路の出
力を増幅する第２の増幅回路と、 を備えるという技術的手段を採用する。
１作用〕
本発明の上記構成による作用を説明する。本発明では、
上記構成に述べた如く、増幅器を２段とし、各段の間に
コンデンサを備えるフィルタ回路を設けるため、ブリッ
ジ回路のドリフトと第１の増幅器のオフセットドリフト
とによる直流成分がコンデンサで除去され、出力には第
２の増幅器のオフセントドリフトのみが現れる。しかも
、２段で増幅しているため、第２の増幅器の増幅度は従
来の１段のものより小さくできるため、出力に現れるオ
フセットドリフトは小さくなる。
上記構成に述べた如く、増幅器を２段とし、各段の間に
コンデンサを備えるフィルタ回路を設けるため、ブリッ
ジ回路のドリフトと第１の増幅器のオフセットドリフト
とによる直流成分がコンデンサで除去され、出力には第
２の増幅器のオフセントドリフトのみが現れる。しかも
、２段で増幅しているため、第２の増幅器の増幅度は従
来の１段のものより小さくできるため、出力に現れるオ
フセットドリフトは小さくなる。
以上に述べたように本発明によると、変換素子を備える
ブリッジ回路のドリフトと、増幅器のオフセットドリフ
トとの影響を効果的に低減することができ、誤差の少な
い出力を得ることができる。
ブリッジ回路のドリフトと、増幅器のオフセットドリフ
トとの影響を効果的に低減することができ、誤差の少な
い出力を得ることができる。
［実施例］
以下、本発明を半導体加速度センサに適用した一実施例
を説明する。
を説明する。
まず、この実施例の構成を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。
て説明する。
第１図は半導体加速度センサの作動原理を示す図である
。基体１１の上に、カンチレバー１２の固定端１２ａが
固定され、自由＠１２ｂには慣性を増すウェイト１２ｃ
が設けられる。さらにカンチレバー１２には肉薄のダイ
ヤフラム部１２ｄが形成され、ここに、４つの拡散抵抗
１２ｅが形成される。ウェイト１２ｃおよび自由端１２
ｂに作用する加速度により、ダイヤフラム部１２ｄに応
力が集中し、ピエゾ効果により、拡散抵抗の抵抗値が変
化する。この加速度に応じた抵抗値変化を電気的に検出
することにより、加速度が測定され第２図は、その検出
回路を示すブロック図である。１０は、前述の４つの拡
散抵抗からなるブリッジ回路、１３ば定電流源２０は差
動増幅部、３０はフィルタ部、４０は増幅部である。
。基体１１の上に、カンチレバー１２の固定端１２ａが
固定され、自由＠１２ｂには慣性を増すウェイト１２ｃ
が設けられる。さらにカンチレバー１２には肉薄のダイ
ヤフラム部１２ｄが形成され、ここに、４つの拡散抵抗
１２ｅが形成される。ウェイト１２ｃおよび自由端１２
ｂに作用する加速度により、ダイヤフラム部１２ｄに応
力が集中し、ピエゾ効果により、拡散抵抗の抵抗値が変
化する。この加速度に応じた抵抗値変化を電気的に検出
することにより、加速度が測定され第２図は、その検出
回路を示すブロック図である。１０は、前述の４つの拡
散抵抗からなるブリッジ回路、１３ば定電流源２０は差
動増幅部、３０はフィルタ部、４０は増幅部である。
第３図は第２図に示す各ブロックの回路構成を示す回路
図である。差動増幅部２０は、オペアンプＡｔ、Ａ２お
よび周辺の抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
からなる。フィルタ部３０は、差動増幅部２０の出力に
直列のコンデンサＣと、抵抗Ｒ７、定電圧源Ｅ１からな
る。増幅部４０は、オペアンプＡ３と周辺の抵抗器Ｒ８
，Ｒ９および定電圧源Ｅ２からなる。
図である。差動増幅部２０は、オペアンプＡｔ、Ａ２お
よび周辺の抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
からなる。フィルタ部３０は、差動増幅部２０の出力に
直列のコンデンサＣと、抵抗Ｒ７、定電圧源Ｅ１からな
る。増幅部４０は、オペアンプＡ３と周辺の抵抗器Ｒ８
，Ｒ９および定電圧源Ｅ２からなる。
次に上記構成による作動を説明する。この半導体加速度
センサに加速度が作用すると、カンチレバー１２の自由
端１２ｃとウェイト１２ｂとの慣性により、ダイヤフラ
ム部１２ｄに応力が作用し変形する。この応力の作用に
より、各拡散抵抗１２ｅはピエゾ効果によりその抵抗値
が変化する。
センサに加速度が作用すると、カンチレバー１２の自由
端１２ｃとウェイト１２ｂとの慣性により、ダイヤフラ
ム部１２ｄに応力が作用し変形する。この応力の作用に
より、各拡散抵抗１２ｅはピエゾ効果によりその抵抗値
が変化する。
すると、ブリッジ回路１０の各辺の抵抗値が変化するた
め、ブリッジ回路１０の雨検出端子には、抵抗値変化に
比例した電圧変化を生じる。この電圧変化が差動増幅部
２０で差動増幅される。この差動増幅出力は、フィルタ
部３０で、コンデンサＣと抵抗Ｒ７により各拡散抵抗の
温度ドリフトと、差動増幅部２０のオンセットドリフト
との直流成分が除去されると共に、定電圧源Ｅ１の起電
力が直流成分として加えられる。そして、増幅部４０で
さらに増幅され、出力される。
め、ブリッジ回路１０の雨検出端子には、抵抗値変化に
比例した電圧変化を生じる。この電圧変化が差動増幅部
２０で差動増幅される。この差動増幅出力は、フィルタ
部３０で、コンデンサＣと抵抗Ｒ７により各拡散抵抗の
温度ドリフトと、差動増幅部２０のオンセットドリフト
との直流成分が除去されると共に、定電圧源Ｅ１の起電
力が直流成分として加えられる。そして、増幅部４０で
さらに増幅され、出力される。
ブリッジ部１０の出力電圧は、その強度を考慮すると通
常１ ｍ ｖ ／ Ｇ程度であり、又、オフセットドリ
フトは温度等により３ｍｖ程度考える必要がある。差動
増幅部２０の増幅度Ａｖ２を１００程度とすれば、特に
温度特性に優れたオペアンプを用いずとも、オフセット
ドリフトにより出力が飽和してしまう事はない。例えば
、１０（μＶ／℃）のオペアンプを用い、作動範囲を±
５０（’Ｃ）とすると、（３（ｍｖ） ＋ （１０（μ
ｖ／”Ｃ） Ｘ５０ （”Ｃ））Ｘ１００＝３５０ （
ｍｖ）となり、オフセットドリフトのみで出力が飽和す
ることはない。
常１ ｍ ｖ ／ Ｇ程度であり、又、オフセットドリ
フトは温度等により３ｍｖ程度考える必要がある。差動
増幅部２０の増幅度Ａｖ２を１００程度とすれば、特に
温度特性に優れたオペアンプを用いずとも、オフセット
ドリフトにより出力が飽和してしまう事はない。例えば
、１０（μＶ／℃）のオペアンプを用い、作動範囲を±
５０（’Ｃ）とすると、（３（ｍｖ） ＋ （１０（μ
ｖ／”Ｃ） Ｘ５０ （”Ｃ））Ｘ１００＝３５０ （
ｍｖ）となり、オフセットドリフトのみで出力が飽和す
ることはない。
差動増幅部２０で、飽和する事なく出力されれば、フィ
ルタ部３０にて、マイクロコンピュータなどのサンプル
クロック（自動車ＥＳＣ用＝０．０１セ）より格段に長
い周期で推移するこれらのドリフトは充分にキャンセル
され、必要な変化分のみ出力される。すなわち、本回路
において出力に影響を及ぼすドリフト量は増幅部４０に
使用されるオペアンプＡ３のオフセットドリフトのみと
なる。通常のオペアンプは前述した如く１０（８７７°
Ｃ）程度のオフセットドリフトを有しているが、増幅部
４０の増幅度Ａ ｖ ２を２０程度にすることで作動範
囲±５０°Ｃを考えても、そのオフセットドリフトの影
響器よ、Ｉ Ｏ（ｕＶ／”Ｃ）Ｘ５０ （’Ｃ）Ｘ２０
＝１０ （ｍｖ）となり全体の増幅度Ａｖ＝１００ｘ２
０＝２０００による出力１（ｍｖ／Ｇ）Ｘ２０００＝２
（Ｖ／Ｇ）、（ＩＧあたり２Ｖの出力）にしめる誤差
は、１０／２０００＝０．５（％）程度におさめる事が
できる。
ルタ部３０にて、マイクロコンピュータなどのサンプル
クロック（自動車ＥＳＣ用＝０．０１セ）より格段に長
い周期で推移するこれらのドリフトは充分にキャンセル
され、必要な変化分のみ出力される。すなわち、本回路
において出力に影響を及ぼすドリフト量は増幅部４０に
使用されるオペアンプＡ３のオフセットドリフトのみと
なる。通常のオペアンプは前述した如く１０（８７７°
Ｃ）程度のオフセットドリフトを有しているが、増幅部
４０の増幅度Ａ ｖ ２を２０程度にすることで作動範
囲±５０°Ｃを考えても、そのオフセットドリフトの影
響器よ、Ｉ Ｏ（ｕＶ／”Ｃ）Ｘ５０ （’Ｃ）Ｘ２０
＝１０ （ｍｖ）となり全体の増幅度Ａｖ＝１００ｘ２
０＝２０００による出力１（ｍｖ／Ｇ）Ｘ２０００＝２
（Ｖ／Ｇ）、（ＩＧあたり２Ｖの出力）にしめる誤差
は、１０／２０００＝０．５（％）程度におさめる事が
できる。
このように、この実施例の回路によると、ビニゾ効果を
有する拡散抵抗の温度等によるドリフトと増幅器として
用いるオペアンプの温度等によるオフセットドリフトと
の出力への影響を効果的に減少させることができる。
有する拡散抵抗の温度等によるドリフトと増幅器として
用いるオペアンプの温度等によるオフセットドリフトと
の出力への影響を効果的に減少させることができる。
以上に述べた回路は、第１図に示すセンサ部と一体的に
ハイブリッドＩＣ化される。
ハイブリッドＩＣ化される。
この際、オペアンプとしては、フリップチップ型ＩＣを
用いるが、このフリップチップの端子と、他の素子、あ
るいは配線などとの間のリーク電流によりオフセットが
生じる。そこでこの実施例では、オペアンプのフリップ
チップ型ＩＣの端子を第４図に示すように構成し、実装
時には第５図に示すようにガード電極を構成する。
用いるが、このフリップチップの端子と、他の素子、あ
るいは配線などとの間のリーク電流によりオフセットが
生じる。そこでこの実施例では、オペアンプのフリップ
チップ型ＩＣの端子を第４図に示すように構成し、実装
時には第５図に示すようにガード電極を構成する。
これにより、オペアンプの入力端子および、入力系から
の漏洩電流を減少することができる。
の漏洩電流を減少することができる。
例えば、この実施例では半導体加速度センサの検出信号
を、車両制動時の車輪ロックを防止するアンチスキッド
装置に用いるため、要求される周波数特性は０．１〜１
０（Ｈｚ）と極めて低い帯域となる。このため、フィル
タ部３ｏのカットオフ周波数としては、０．０１ （Ｈ
ｚ）程度が要求される。
を、車両制動時の車輪ロックを防止するアンチスキッド
装置に用いるため、要求される周波数特性は０．１〜１
０（Ｈｚ）と極めて低い帯域となる。このため、フィル
タ部３ｏのカットオフ周波数としては、０．０１ （Ｈ
ｚ）程度が要求される。
ここで、第４図、第５図のように実装時の入力容量、お
よび漏洩電流の低減対策をとることで、上記の如き要求
を安定して満たすことができる。
よび漏洩電流の低減対策をとることで、上記の如き要求
を安定して満たすことができる。
第１図は半導体加速度センサの原理を説明する斜視図、
第２図は本発明を適用した一実施例のブロック構成図、
第３図は第２図に示す一実施例の回路構成図、第４図は
一実施例で用いるフリップチップＩＣの斜視図、第５図
は一実施例で用いるガード電極を示す回路図、第６図、
第７図は従来の半導体センサ増幅回路を示すブロック構
成図である。 １０・・・ブリッジ回路、２０・・・差動増幅部、３０
・・・フィルタ部、４０・・・増幅部、５０・・・フリ
ップチップＩＣ，６０・・・ガード。
第２図は本発明を適用した一実施例のブロック構成図、
第３図は第２図に示す一実施例の回路構成図、第４図は
一実施例で用いるフリップチップＩＣの斜視図、第５図
は一実施例で用いるガード電極を示す回路図、第６図、
第７図は従来の半導体センサ増幅回路を示すブロック構
成図である。 １０・・・ブリッジ回路、２０・・・差動増幅部、３０
・・・フィルタ部、４０・・・増幅部、５０・・・フリ
ップチップＩＣ，６０・・・ガード。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 物理量変化を抵抗値変化に変換する変換素子を少なく
とも一辺に備えるブリッジ回路と、 該ブリッジ回路に接続され、前記変換素子の抵抗値変化
に伴う電気量変化を差動増幅する第１の増幅回路と、 該第１の増幅回路の差動増幅出力に直列に設けられるコ
ンデンサを備えるフィルタ回路と、該フィルタ回路の出
力を増幅する第２の増幅回路と、 を備えることを特徴とする半導体センサ増幅回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62090565A JPH0814497B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 半導体センサ増幅回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62090565A JPH0814497B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 半導体センサ増幅回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63255664A true JPS63255664A (ja) | 1988-10-21 |
| JPH0814497B2 JPH0814497B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=14001952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62090565A Expired - Fee Related JPH0814497B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | 半導体センサ増幅回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814497B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4127979A1 (de) * | 1990-11-30 | 1992-06-04 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiter-beschleunigungsmesser |
| US5155467A (en) * | 1990-04-17 | 1992-10-13 | Fujitsu Ten Limited | Inclination angle detection apparatus and automobile theft alarm apparatus using the same |
| US5396439A (en) * | 1991-08-20 | 1995-03-07 | Nec Corporation | Acceleration sensing device having negative feedback loop |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59163533A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Nec Corp | 圧力変換器とその駆動方法 |
-
1987
- 1987-04-13 JP JP62090565A patent/JPH0814497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59163533A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Nec Corp | 圧力変換器とその駆動方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5155467A (en) * | 1990-04-17 | 1992-10-13 | Fujitsu Ten Limited | Inclination angle detection apparatus and automobile theft alarm apparatus using the same |
| DE4127979A1 (de) * | 1990-11-30 | 1992-06-04 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiter-beschleunigungsmesser |
| US5396439A (en) * | 1991-08-20 | 1995-03-07 | Nec Corporation | Acceleration sensing device having negative feedback loop |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0814497B2 (ja) | 1996-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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