KR101127891B1 - 출력증폭회로 및 그것을 사용한 센서 장치 - Google Patents

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Abstract

커먼모드 리젝션 레시오(동상전압 제거비;CMRR)를 양호하게 한다. 가속도 센서 장치는, 저항 변화를 이용하여 미소한 차동출력전압VIP, VIN을 출력하는 가속도 센서(10)와, 그 차동출력전압을 증폭하는 출력증폭회로(20)를 구비하고 있다. 출력증폭회로(30)는, 오프셋 전압 조정회로(40)와, OP 앰프(51～53)등으로 구성된 인스트루먼테이션 앰프(50)를 가지고 있다. 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM을 OP 앰프(52)측에도 인가하도록 했기 때문에, 출력증폭회로(30)의 출력 전압VOUT이 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP,VIN으로부터 영향을 받는 것은, OP 앰프(53)에 의한 차동(VIP-VIN)증폭만으로, CMRR가 양호하게 된다.
가속도 센서, 차동출력전압, 출력증폭회로, OP 앰프

Description

출력증폭회로 및 그것을 사용한 센서 장치{OUTPUT AMPLIFIER CIRCUIT AND SENSOR DEVICE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예 1을 도시하는 가속도 센서 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예 2를 도시하는 가속도 센서 장치의 구성도,
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 가속도 센서 20: 휘트스톤 브릿지회로
30,30A:출력증폭회로 40,40A:오프셋 전압조정회로
50:인스트루먼테이션 앰프
51, 52, 53: 제 1, 제 2, 제 3 OP 앰프
본 발명은, 가속도 센서 등으로부터 출력되는 미소한 편차전압을 증폭하는 인스트루먼테이션 증폭기(instrumentation amplifier(계장용 증폭기), 이하 「인스트루먼테이션 앰프」라 함), 및 오프셋 전압조정회로를 가지는 출력증폭회로와, 그 것을 이용한 센서 장치에 관한 것이다.
종래, 오프셋 조정 기능이 있는 인스트루먼테이션 앰프를 가지는 출력증폭회로에 관한 기술은, 예를 들면 하기의 특허문헌 1의 도 1, 도 6 및 이 설명문에 기재되어 있다. 또한, 가속도 센서로부터 출력되는 미소한 차동출력전압을, 인스트루먼테이션 앰프를 가지는 출력증폭회로에 의해 증폭하는 센서 장치는, 예를 들면 하기의 특허문헌 2 도 4, 도 7 및 이 설명문에 기재되어 있다.
[특허문헌 1]일본국 공개특허공보 특개2003-215172호 공보(충방전 전류검출 회로 및 가변저항기)
[특허문헌 2]일본국 공개특허공보 특개평7-244071호 공보(가속도 센서의 감도조정 장치)
특허문헌 1에 기재된 출력증폭회로는, 인스트루먼테이션 앰프 및 오프셋 전압조정회로에 의해 구성되어 있다. 인스트루먼테이션 앰프는, 브릿지회로 등의 미소편차전압을 증폭하는 것으로, 고이득(예를 들면 몇백～몇천), 저드리프트, 저오프셋 등이 요구된다. 그 때문에 문헌 1의 인스트루먼테이션 앰프에서는, 검출 저항의 미소출력 전압을 제 1 및 제 2 연산증폭기(이하 「 OP 앰프」라 함)에 의하여 각각 증폭하고, 이 제 1 또는 제 2 OP 앰프의 출력 전압을 스위치로 바꾸어, 제 3 OP 앰프에 의해 더욱 증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하고 있다. 그리고 오프셋 전압 조정회로에 의해 제 3 OP 앰프의 오프셋 오차를 조정하고 있다.
특허문헌 2에 기재된 센서 장치는, 피에조 저항소자를 이용한 휘트스톤 브릿지회로로 이루어지는 가속도 센서와, 이 가속도 센서로부터 출력되는 미소한 차동 출력전압을 인스트루먼테이션 앰프에 의해 증폭하는 출력증폭회로 에 의하여, 구성되어 있다. 출력증폭회로를 구성하는 인스트루먼테이션 앰프에서는, 차동출력전압을 제 1 및 제 2 OP 앰프로 각각 증폭하고, 이 제 1 및 제 2 OP 앰프의 출력 전압의 차이를 제 3 OP 앰프로 증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하고 있다.
특허문헌 1에 기재된 출력증폭회로에서는, 오프셋 전압조정회로를 이용하여, 출력단의 제 3 OP 앰프의 오프셋 전압을 조정하고 있다. 그러나, 제 1과 제 2 OP 앰프의 오프셋 전압은 각각 달라, 이 제 1 OP 앰프를 스위치를 통해 제 3 OP 앰프에 접속했을 때와, 제 2 OP 앰프를 스위치를 통해 제 3 OP 앰프에 접속했을 때에는, 제 3 OP 앰프에 대한 OP 앰프 조정값을 다르게 해야 하므로, 오프셋 조정 회로에 있어서의 OP 앰프 조정값의 설정이 번잡해진다는 문제가 있었다. 이러한 문제는, 특허문헌 2에 기재된 출력증폭회로에서도 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 예를 들면 특허문헌 2의 출력증폭회로에 있어서, 제 1 또는 제 2 OP 앰프의 어느 한쪽(예를 들면 제 1 OP 앰프)의 입력측에, 상기의 전압조정회로를 접속하고, 제 1 OP 앰프의 오프셋 전압을 조정하여, 제 1과 제 2 OP 앰프의 출력 전압을 균등하게 하는 것도 생각할 수 있다.
그러나, 이러한 구성으로 하면, 예를 들면 특허문헌 2에 기재된 가속도 센서의 차동출력전압에 동상 노이즈가 실린 경우, 증폭회로 출력전압이 규정값으로부터 변동하고, 커먼모드 리젝션 레시오(동상전압제거비, 이하 「CMRR」라고 한다. )가 나빠진다는 과제가 생긴다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명 내의 청구항 1에 관한 발명의 출력증폭회로는, 외부로부터의 지령에 의해 조정한 원하는 오프셋 전압을 출력하는 오프셋 전압조정회로와, 편차전압의 제 1전극이 입력되는 제 1입력단자와, 상기 편차전압의 제 2전극이 입력되는 제 2입력단자와, 상기 오프셋 전압을 입력하는 제 1전압 입력단자와, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압이 입력되는 제 2전압 입력단자와, 상기 제1 및 제 2입력단자로부터 입력되는 상기 편차전압을 차동증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하는 인스트루먼테이션 앰프를 구비하고 있다.
그리고, 상기 인스트루먼테이션 증폭기에서는, 비반전 입력단자가 상기 제 1입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 1전압 입력단자에 접속된 제 1 OP 앰프와, 비반전 입력단자가 상기 제 2입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 2전압 입력단자에 접속된 제 2 OP 앰프와, 비반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 1 OP 앰프의 출력단자 및 상기 제 2전압 입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 2 OP 앰프의 출력단자에 접속되어, 출력단자로부터 상기 증폭회로 출력전압을 출력하는 제 3 OP 앰프를 가지고 있다.
청구항 2에 관한 발명의 출력증폭회로는, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압을 입력하는 기준전압 입력단자와, 외부로부터의 지령에 의해 조정한 원하는 오프셋 전압과, 상기 기준전압 입력단자로부터 입력되는 상기 기준전압을 중심으로 상기 오프셋 전압의 레벨을 반전시킨 조정전압을 출력하는 오프셋 전압조정회로와, 편차전압의 제 1전극이 입력되는 제 1입력단자와, 상기 편차전압의 제 2전극이 입력되는 제 2입력단자와, 상기 오프셋 전압을 입력하는 제 1전압 입력단자와, 상기 조정전압을 입력하는 제 2전압 입력단자와, 상기 제1 및 제 2입력단자로부터 입력되는 상기 편차전압을 차동증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하는 인스트루먼테이션 앰프를 구비하고 있다.
그리고, 상기 인스트루먼테이션 증폭기에서는, 비반전 입력단자가 상기 제 1입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 1전압 입력단자에 접속된 제 1앰프와, 비반전 입력단자가 상기 제 2입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 2전압 입력단자에 접속된 제 2앰프와, 비반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 1 OP 앰프의 출력단자 및 상기 기준전압 입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 2 OP 앰프의 출력단자에 접속되어, 출력단자로부터 상기 증폭회로 출력전압을 출력하는 제 3 OP 앰프를 가지고 있다.
청구항 3, 4에 관한 발명의 센서 장치에서는, 청구항 1 또는 2의 출력증폭회로와, 상기 제 1 및 제 2입력단자에 접속되어, 저항 변화를 이용하여 차동출력전압을 출력하고, 이 차동출력전압을 상기 편차전압으로서 상기 제 1 및 제 2입력단자에 입력하는 센서를 구비하고 있다. 상기 센서는, 예를 들면 피에조 저항소자를 이용한 휘트스톤 브릿지회로에 의해 구성되어 있다.
본 발명의 센서 장치는, 저항 변화를 이용하여 미소한 차동출력전압을 출력 하는 가속도 센서 등의 센서와, 이 센서의 차동출력전압을 증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하는 출력증폭회로를 구비하고 있다.
상기 출력증폭회로는, 외부로부터의 지령에 의해 조정한 원하는 오프셋 전압을 출력하는 오프셋 전압조정회로와, 상기 차동출력전압의 제 1전극이 입력되는 제 1입력단자와, 상기 차동출력전압의 제 2전극이 입력되는 제 2입력단자와, 상기 오프셋 전압을 입력하는 제 1전압 입력단자와, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압이 입력되는 제 2전압 입력단자와, 상기 제1 및 제 2입력단자로부터 입력되는 상기 차동출력전압을 차동증폭하여 상기 증폭회로 출력전압을 출력하는 인스트루먼테이션 앰프를 구비하고 있다.
상기 인스트루먼테이션 앰프는, 비반전 입력단자가 상기 제 1입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 1전압 입력단자에 접속된 제 1앰프와, 비반전 입력단자가 상기 제 2입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 2전압 입력단자에 접속된 제 2앰프와, 비반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 1앰프의 출력단자 및 상기 제 2전압 입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항을 통해 상기 제 2앰프의 출력단자에 접속되어, 출력단자로부터 상기 증폭회로 출력전압을 출력하는 제 3앰프를 가지고 있다.
[실시예 1]
(구성)
도 1은, 본 발명의 실시예 1을 도시하는 센서 장치인 가속도 센서 장치의 구성 도이다.
이 가속도 센서 장치는, 저항 변화를 이용하여 미소한 차동출력전압(예를 들면 제 1전극전압VIP, 제 2전극전압VIN)을 출력하는 센서(예를 들면 가속도 센서)(10)와, 그 차동출력전압VIP, VIN을 증폭하는 출력증폭회로(30)를 구비하고, 반도체 집적회로 등으로 구성되고 있다.
가속도 센서(10)는, 기준전압VREF를 입력하는 기준전압 입력단자(11)와 그라운드 사이에 접속된 휘트스톤 브릿지회로(20)에 의해 구성되고 있다. 휘트스톤 브릿지회로(20)는, 4개의 피에조 저항소자(21～24)에 의해 구성되며, 이들의 저항 변화를 브릿지 출력 전압의 변화로서 검출하고, 차동출력전압VIP, VIN을 출력증폭회로(30)에 출력하는 회로이다.
출력증폭회로(30)는, 차동출력전압VIP을 입력하는 제 1입력단자(31), 차동출력전압VIN을 입력하는 제 2입력단자(32), 오프셋 전압VOFFIN을 입력하는 제 1전압 입력단자(33), 기준전압VREF의 1/2전압 레벨인 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM을 입력하는 제 2전압 입력단자(34), 기준전압VCOM을 입력하는 기준전압 입력단자(35) 및 증폭회로 출력전압VOUT을 출력하는 출력단자(36)와, 출력측이 입력단자(33)에 접속된 오프셋 전압 조정회로(40)와, 입력측이 입력단자(31～34)에 접속된 인스트루먼테이션 앰프(50)를 가지고 있다. 오프셋 전압 조정회로(40)는, 외부로부터의 지령에 의해 원하는 오프셋 전압VOFFIN을 조정하여 입력단자(33)에 출력하는 회로이다.
인스트루먼테이션 앰프(50)는, 각 입력단자(31,32)로부터 입력되는 각 차동출력전압VIP, VIN을 각각 증폭하는 제1, 제 2 OP 앰프((51, 52))와, 이 OP 앰프 (51, 52)로 증폭된 각 출력 전압을 차동 입력으로서 더욱 증폭하는 제 3 OP 앰프(53)와, 이 인스트루먼테이션 앰프(50)의 증폭도를 설정하는 저항값R1～R7의 저항(61～67)으로 구성되며, 기준전압VCOM을 기준으로서 차동출력전압VIP, VIN을 증폭하고, 이 출력 전압VOUT을 출력단자(36)에 출력하는 회로이다.
즉 OP 앰프(51)는, 이 비반전 입력단자가 입력단자(31)에 접속되고, 반전 입력단자가 저항값R8의 저항(68)을 통해 입력단자(33)에 접속되고 있다. OP 앰프(52)는, 이 비반전 입력단자가 입력단자(32)에 접속되고, 반전 입력단자가 저항값R9의 저항(69)을 통해 입력단자(34)에 접속되고 있다. OP 앰프(51)의 반전 입력단자는, 노드N1, 저항(61) 및 노드N3를 통해, 상기 OP 앰프(51)의 출력단자에 귀환 접속되고 있다. OP 앰프(52)의 반전 입력단자는, 노드N2, 저항(63) 및 노드N4를 통해, 상기 OP 앰프(52)의 출력단자에 귀환 접속되고 있다. 노드N1와 N2는, 저항(62)을 통해 서로 접속되고 있다. 노드N3는, 저항(64) 및 노드N5를 통해 OP 앰프(53)의 비반전 입력단자에 접속됨과 동시에, 노드N4가, 저항(66) 및 노드N6를 통해 OP 앰프(53)의 반전 입력단자에 접속되고 있다. 노드N5는, 저항(65)을 통해 입력단자(35)에 접속되고, 노드N6는, 저항(67)을 통해 출력단자(36)에 접속되고 있다.
일반적으로, 인스트루먼테이션 앰프(50)의 증폭도를 설정하는 저항값R1～R7의 저항(61～67)은, R1=R3, R4=R6, R5=R7로 설정된다. 오프셋 전압 조정회로(40)로부터 출력되는 오프셋 전압VOFFIN은, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리지 않을 때에는 출력 전압VOm을 계측하고, 노드N3와 N4의 전압이 동일하게 되도록 조정된 다. 또한, 일반적으로, 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP,VIN은, 가속도가 걸리지 않을 때와 걸려있을 때의 전압변동이 미소하므로, 출력증폭회로(30)의 증폭도는 수백배 정도로 설정된다. 각 OP 앰프(51,52,53)의 증폭도는 수십배 정도이며, OP 앰프51와 52의 증폭도는 동일하다.
본 실시예 1의 특징은, 기준전압VCOM을 입력하는 입력단자(34)가, 저항(69)을 통해 노드N2에 접속되고 있는 것이다. 또, 2개의 입력단자(34,35)는, 동일한 기준전압VCOM을 입력하는 단자이기 때문에, 어느 한쪽을 생략해도 좋다.
(동작)
우선, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리지 않을 때의 출력 전압VOUT을 계측하여 오프셋 전압 조정회로(40)의 오프셋 전압VOFFIN을 결정한다. 다음에 외부로부터의 지령에 의해 결정한 오프셋 전압VOFFIN이 오프셋 전압 조정회로(40)로부터 출력되고, 노드N3와 N4의 전압이 동일하게 된다. 그리고, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리고, 피에조 저항소자(21～24)에 비뚤어짐이 발생하며, 휘트스톤 브릿지 회로(20)의 차동출력전압VIP, VIN이 출력된다. 마지막으로, 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN이 OP 앰프(51,52)에 의해 각각 증폭되어 노드N3와 N4의 전압이 변동되고, 그 증폭된 각 출력 전압을 차동 입력으로서 OP 앰프(53)에 의해 더욱 증폭되며, 증폭된 출력 전압VOUT이 출력단자(36)로부터 출력된다.
이하에, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리지 않을 때의 가속도 센서(10)의 차동 출력전압VIPa, VINa과, 오프셋 전압VOFFIN의 관계식을 나타낸다.
V3 = VIPa + |(VIPa-VOFFIN)/R8 + (VIPa-VINa)/R2| ‥?（1）
V4 = VINa + R3 ×(VINa-VIPa)/R2‥?(2）
V3 = V4로부터
VOFFIN = R8 ×(1+2×R1/R2) ×(VIPa -VINa)/R1+VIPa ‥?（3)
단, R1=R3
이에 따라 노드N3의 전압 레벨이, 오프셋 전압VOFFIN에 의해 노드N4의 전압 레벨이 되고, 노드N3과 노드N4의 전압 레벨이 동일하게 된다. 전술한 바와 같이, 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN은, 가속도가 걸려있을 때와 걸리지 않을 때의 전압변동이 미소하지만, 노드N3와 노드N4에서는, 오프셋 전압VOFFIN에 의해 동일하게 된 전압 레벨로부터, 속도센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN의 수십 배의 전압변동이 있기 때문에, OP 앰프(53)의 입력전압범위는 그것들을 만족하도록 설정되고 있다.
다음에 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리고 있을 때의 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN과, 출력증폭회로(30)의 출력 전압VOUT의 관계식을 설명한다.
가령, 도 1의 입력단자(34) 및 저항(69)이 없고, OP 앰프(52)의 반전 입력단자가 노드N2에 접속된 회로구성(이하 이를 「개량전 회로구성」이라 함)의 경우, 차동출력전압VIP, VIN과 출력 전압VOUT의 관계식은, 아래와 같이 된다.
VOUT=(R5/R4)×|(1+2 ×R1/R2) × (VIP-VIN) + (R1/R8) ×(VIP-VOFFIN)|
＋VCOM ?‥ (4)
단, R1=R3, R4=R6, R5=R7
그러나, 이러한 개량전 회로구성에서는, 오프셋 전압VOFFIN이 OP 앰프(51) 측에만 인가되므로, 예를 들면 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP,VIN에 동상 노이즈△V가 실린 경우(VIP →VIP + △V, VIN →VIN +△V)에, 하기의 (5)식에 나타나 있는 바와 같이 출력 전압VOUT가 (4)식의 값으로부터 변동하고, 상기 [발명이 이루고자 하는 기술적 과제]의 란에서 설명한 바와 같이, CMRR가 나빠진다는 문제가 생긴다.
VOUT = (R5/R4) ×|(1+2 ×R1/R2) ×(VIP+△V-VIN-△V)
+ (R1/R8) ×(VIP+△V-VOFFIN）| +VCOM
=（R5/R4)×|(1+2×R1/R2) ×(VIP-VIN)
+ (R1/R8) ×(VIP+△V-VOFFIN)|+VCOM‥?(5)
단, R1=R3, R4=R6, R5=R7
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예 1에서는, 기준전압VCOM을 저항(69)을 통해 노드N2에 인가하고 있으므로, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸려있을 때의 차동출력전압VIP,VIN과 출력 전압VOUT의 관계식은 (6)식과 같이 된다.
VOUT = (R5/R4)×|(1 + 2 ×R1/R2 + R1/R8) ×(VIP + △V - VIN - △V)
+ (R1/R8) ×(VCOM-VOFFIN)|+VCOM
= (R5/R4)×|(1 + 2 ×R1/R2 + R1/R8) ×(VIP - VIN)
+ (R1/R8) ×(VCOM-VOFFIN)|+VCOM ‥?（6)
단, R1=R3, R4=R6, R5=R7, R8=R9
이에 따라 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN에 동상 노이즈△V가 실린 경우(VIP →VIP+△V, VIN →VIN + △V)에서도, (7)식에 나타나 있는 바와 같이 출력 전압VOUT이 (6)식의 값으로부터 변동하지 않는다.
VOUT = (R5/R4)×|(1+2×R1/R2+R1/R8)×(VIP+△V-VIN-△V)
+ (R1/R8) ×(VCOM-VOFFIN)| + VCOM
=(R5/R4) ×|(1+2 ×R1/R2+R1/R8) × (VIP-VIN)
+ (R1/R8)×(VCOM-VOFFIN)| + VCOM ?‥ (7)
단, R1=R3, R4=R6, R5=R7, R8=R9
(효과)
본 실시예 1에서는, 개량전 회로구성에 대하여, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM을 OP 앰프(52)측에도 인가하도록 했으므로, 출력증폭회로(30)의 출력 전압VOUT이 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP,VIN으로부터 영향을 받는 것은, 차동(VIP-VIN)만이며, CMRR가 양호가 된다.
[실시예 2]
(구성)
도 2는, 본 발명의 실시예 2를 도시하는 센서 장치인 가속도 센서 장치의 구성 도이며, 실시예 1을 도시한 도 1안의 요소와 공통 요소에는 공통 부호가 붙여지고 있다.
본 실시예 2에서는, 실시예 1의 출력증폭회로(30)내의 오프셋 전압 조정회로(40)대신에, 구성이 다른 오프셋 전압 조정회로(40A)를 출력증폭회로(30A)내에 마련하고, 이 오프셋 전압 조정회로(40A)로부터 출력되는 오프셋 전압VOFFIN 및 조정전압VOFFMIN 내, 오프셋 전압VOFFIN을 제 1전압 입력단자(33)에 입력하고, 조정전 압VOFFMIN을 제 2전압 입력단자(34)에 입력하고 있는 점만이 실시예 1과 다르다. 그 밖의 구성은, 실시예 1과 같다. 오프셋 전압 조정회로(40A)는, 오프셋 전압VOFFIN을 설정하고, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM을 중심으로 오프셋 전압VOFFIN을 반전시킨 조정전압VOFFMIN도 설정할 수 있는 구성이 되고 있다.
(동작)
본 실시예 2의 기본동작은, 실시예 1과 동일하므로, 설명을 생략한다. 이하에, 본 실시예 2에서의, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸려있을 때의 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN과, 출력증폭회로(30A)의 출력 전압VOVT의 관계식을 나타낸다.
VOUT = (R5/R4)×|(1+2×R1/R2+R1/R8)×(VIP-VIN)
+ (R1/R8) ×(VOFFMIN-VOFFIN)| + VCOM ‥?（8)
단, R1=R3, R4=R6, R5=R7, R8=R9
이에 따라 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIP, VIN에 동상 노이즈△V가 실린 경우(VIP →VIP+△V, VIN →VIN+△V)에서도, (9)식에 나타나 있는 바와 같이 출력 전압VOUT가 (8)식의 값으로부터 변동되지 않는다.
VOUT=(R5/R4) ×|(1+2 ×R1/R2+R1/R8)×(VIP+△V-VIN-△V)
+(R1/R8) ×(VOFFMIN-VOFFIN)| + VCOM
=(R5/R4)×|(1+2×R1/R2+R1/R8) ×(VIP-VIN)
+(R1/R8) ×(VOFFMIN-VOFFIN)| + VCOM ‥?（9)
단, R1=R3, R4=R6, R5=R7, R8=R9
또, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리지 않을 때의 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIPa, VINa과, 오프셋 전압VOFFIN의 관계식을 이하에 설명한다.
V3 = VIPa + R1 ×|(VIPa-VINa)/R2+(VIPa-VOFFIN)/R8 ‥?(10）
V4 = VINa + R3 ×|(VINa-VIPa)/R2+(VINa-VOFFMIN)/R9| ‥?（11）
V3 = V4, VOFFMIN=2VCOM-VOFFIN으로부터,
VOFFIN(R8/2)×(1+2×R1/R2+R1/R8)×(VIPa-VINa)/R1+VCOM ‥?（12）
VOFFMIN =(-R9/2)×(1+2×R3/R2+R3/R9)×(VIPa-VINa)/R3+VCOM‥?(13)
단, R1 = R3, R8 =R9
이에 따라 노드N3의 전압 레벨은, 오프셋 전압VOFFIN, 노드N4의 전압 레벨은, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM을 중심으로 오프셋 전압VOFFIN을 반전시킨 조정전압VOFFMIN에 의해, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM근방에서 동일하게 된다. 이 (10)식 ～ (13)식의 일 예에 대해서, 이하에 설명한다.
예를 들면 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리지 않을 때의 가속도 센서(10)의 차동출력전압VIPa,VINa가 1.020V, 1.040V, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOH이 1.000V,출력증폭회로(30A)의 증폭도가 503배(R1=R3=115Ω,R2=10Ω, R4=R6=10Ω, R5=R7=200Ω, R8=R9=100Ω）일 때, (12)식, (13)식으로부터 VOFFIN=0.781V, VOFFMIN=1. 219V를 산출할 수 있고, (10)식, (11)식으로부터 V3=V4=1.065V를 산출할 수 있으며, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM=1.000V근방의 레벨에서 동일하게 된다.
(효과)
본 실시예 2에서는, 개량전 회로구성에 대하여, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM을 중심으로 오프셋 전압VOFFIN을 반전시킨 조정전압VOFFMIN이 OP 앰프(52)측에도 인가하도록 했으므로, 실시예 1과 거의 동일한 효과를 얻을 수 있는데다가, 오프셋 전압VOFFIN이 클 경우에도, 가속도 센서(10)에 가속도가 걸리기 전에 노드N3, N4가 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압VCOM근방의 레벨에서 동일하게 되며, 그 후에 가속도 센서(10)에 가속도가 걸려 증폭되므로, OP 앰프(53)의 입력전압범위를 용이하게 설정할 수 있다.
[실시예 3]
본 발명은, 상기 실시예 1, 2에 한정되지 않으며, 여러가지 변형예나 이용 형태가 가능하다. 이 변형예나 이용 형태를 도시하는 실시예 3으로서는, 예를 들면 하기와 같은 것이 있다.
실시예 1, 2에서는, 피에조 저항소자(21～24)에 의해 휘트스톤 브릿지회로(20)를 구성한 가속도 센서(10)의 출력 전압을 증폭하는 인스트루먼테이션 앰프(50)의 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 저항소자의 종류, 센서의 종류에 관계없이, 여러가지의 편차전압을 증폭하는 인스트루먼테이션 앰프(50)를 이용한 출력증폭회로(30,30A)나 센서 장치에 적용가능하다.
청구항 1, 3, 4에 관한 발명에 의하면, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압을 제 2 OP 앰프측에도 인가하도록 했으므로, 증폭회로 출력전압이 입력되는 편 차전압으로부터 영향을 받는 것은 제 3 OP 앰프의 차동 증폭만이며 CMRR이 양호하게 된다.
청구항2, 3, 4에 관한 발명에 의하면, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압을 중심으로 오프셋 전압의 레벨을 반전시킨 조정전압을, 제 2 OP 앰프측에도 인가하도록 했으므로, 청구항 1, 3, 4와 거의 동일한 효과를 얻는 데다가, 오프셋 전압이 클 경우에도, 예를 들면 센서에 가속도 등이 걸리기 전에, 제 1 및 제 2 OP 앰프의 출력단자의 전압이, 인스트루먼테이션 앰프출력의 기준전압근방의 레벨로 동일하게 되어, 그 후 센서에 가속도 등이 걸려서 증폭되므로, 제 3 OP 앰프의 입력전압범위를 용이하게 설정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 외부로부터의 지령에 의해 조정한 원하는 오프셋 전압을 출력하는 오프셋 전압조정회로와,
    편차전압의 제 1전극이 입력되는 제 1입력단자와,
    상기 편차전압의 제 2전극이 입력되는 제 2입력단자와,
    상기 오프셋 전압을 입력하는 제 1전압 입력단자와,
    인스트루먼테이션 증폭기 출력의 기준전압이 입력되는 제 2전압 입력단자와,
    상기 제1 및 제 2입력단자로부터 입력되는 상기 편차전압을 차동증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하는 인스트루먼테이션 증폭기를 구비한 출력증폭회로에 있어서,
    상기 인스트루먼테이션 증폭기는,
    비반전 입력단자가 상기 제 1입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항(R8)을 통해 상기 제 1전압 입력단자에 접속된 제 1연산 증폭기와,
    비반전 입력단자가 상기 제 2입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항(R9)을 통해 상기 제 2전압 입력단자에 접속된 제 2연산 증폭기와,
    비반전 입력단자가 저항(R4)을 통해 상기 제 1연산 증폭기의 출력단자에 접속되고 저항(R5)을 통해 상기 제 2전압 입력단자에 접속되며, 반전 입력단자가 저항(R6)을 통해 상기 제 2연산 증폭기의 출력단자에 접속되고 저항(R7)을 통해 출력단자에 접속되어, 출력단자로부터 상기 증폭회로 출력전압을 출력하는 제 3연산 증폭기를 구비하고,
    저항값 R4=R6, R5=R7, R8=R9인 것을 특징으로 하는 출력증폭회로.
  2. 인스트루먼테이션 증폭기 출력의 기준전압을 입력하는 기준전압 입력단자와,
    외부로부터의 지령에 의해 조정한 원하는 오프셋 전압과, 상기 기준전압 입력단자로부터 입력되는 상기 기준전압을 중심으로 상기 오프셋 전압의 레벨을 반전시킨 조정전압을 출력하는 오프셋 전압조정회로와,
    편차전압의 제 1전극이 입력되는 제 1입력단자와,
    상기 편차전압의 제 2전극이 입력되는 제 2입력단자와,
    상기 오프셋 전압을 입력하는 제 1전압 입력단자와,
    상기 조정전압을 입력하는 제 2전압 입력단자와,
    상기 제1 및 제 2입력단자로부터 입력되는 상기 편차전압을 차동증폭하여 증폭회로 출력전압을 출력하는 인스트루먼테이션 증폭기를 구비한 출력증폭회로에 있어서,
    상기 인스트루먼테이션 증폭기에서는,
    비반전 입력단자가 상기 제 1입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항(R8)을 통해 상기 제 1전압 입력단자에 접속된 제 1연산 증폭기와,
    비반전 입력단자가 상기 제 2입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항(R9)을 통해 상기 제 2전압 입력단자에 접속된 제 2연산 증폭기와,
    비반전 입력단자가 저항(R4)을 통해 상기 제 1연산 증폭기의 출력단자에 접속되고 저항(R5)을 통해 상기 기준전압 입력단자에 접속되고, 반전 입력단자가 저항(R6)을 통해 상기 제 2연산 증폭기의 출력단자에 접속되고 저항(R7)을 통해 출력단자에 접속되어, 출력단자로부터 상기 증폭회로 출력전압을 출력하는 제 3연산 증폭기를 구비하고,
    저항값 R4=R6, R5=R7, R8=R9인 것을 특징으로 하는 출력증폭회로.
  3. 제 1항 또는 제 2항의 출력증폭회로와,
    상기 제 1 및 제 2입력단자에 접속되어, 저항 변화를 이용하여 차동출력전압을 출력하고, 이 차동출력전압을 상기 편차전압으로서 상기 제 1 및 제 2입력단자에 입력하는 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 센서장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 센서는, 피에조 저항소자를 이용한 휘트스톤 브릿지회로에 의해 구성되는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 센서장치.
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