A7 S1Q3S7 五、發明説明（1.) 發明背景 發明領域： 本發明係關於一種偏移量消除電路，以消除一個如壓 力感應器或類似感應器的偏移電壓，及使用同型電路之偏 移量消除系統。 相關形式之說明： 一個偏移量消除電路，包括一個前置放大器單元及一 個位準轉移單元。前置放大器單元係與一個能輸出微小電 位差的元件’如壓力感應器或類似感應器，通電相連。前 置放大器單元係一個用來接收這樣一個小電位差的電路， 在其中將它放大’並輸出這個被放大的電位差。位準轉移 單元係一個用來輸出一個電位到八0轉換器上的電路，此 電位係響應自一個可設定在所欲位準的參考電位和被放大 的電位差。因此’位準轉移單元設定輸出到AD轉換器上 的電位’使其能落在AD轉換器的輸入標準範圍内。 茲敘述偏移量消除電路及使用同型電路之偏移量消除 系統之運作方式。 首先，將一個由壓力感應器所輸出的電位差視為XI。 然後’將電位差XI加到一個前置放大器單元的輸入端上。 此時，一個加到位準轉移單元之輸出端的輸出電位YJ，滿 足關係式Yl=aXl+bA+c (其中，a和b :係數；A : —個參 考電位）。前置放大器單元和位準轉移單元分別都是由許 多的運算放大器所構成。此外，每個運算放大器都有一個 偏移電壓。符號c表示一個由偏移電壓所產生的項。AD轉 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS > A4規格（210X 297公釐） -4 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（2.) 換器將Y1接收進來，並將類比值Y1轉換成數位值Y3，其 接著被輸送到一個算術元件上。 接著’將一個“〇，，的電位差加到前置放大器單元的輸 入端上。此時，一個加到位準轉移單元之輸出端的輸出電 位Y2 ’滿足關係式Y2=a.0+bA+c=bA+c。AD轉換器將Y2 接收進來’並將類比值Y2轉換成數位值γ4，其接著被輸 送到一個算術元件上。 算術元件實際上是以前面所得的Y3和γ4進行γ3一Y4 的算術運算。為了簡化說明，以下所述均假設算術元件為 進行Y3-Y4=Yl-Y2的算術運算（因為γ3一γ4與γι_γ2是 相關的）。 算術元件計算Υ1-Υ2以得到一個Yl-Y2=aXl的電位差 。結果可得與每個運算放大器的偏移電壓無關之電位差。 然而，用來提供一個小電位差給前置放大器單元的壓 力感應器或類似感應器，也含有一個偏移電壓。由於會產 生一個具有輸出誤差為“e”的偏移輸出量，所以當壓力感 應器在某—個壓力下時’壓力感應器的-個輸出電位差X1 就變成d+e ’而不是理想的“d”。結果，Yl= a.(d+e)+bA+c ，而Y2=a.0+bA+c。由此二方程式，γι—γ2就變成 a(d+e)(=a‘d+a*e) «因此，由壓力感應器的偏移輸出量所產 生的項a.e ’會出現在位準轉移單元的輸出節點上。偏移電 壓會隨著產品而變化。同樣地，輸出誤差量e也會隨著產 品而變化。m此，柳輸出誤差设有必要的。 發明概要 本紙張纽適用中國國家樣準^ ---------- I 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -5- S1Q387 五、發明説明（3·) 依前述觀點，本發明之目的為調節一個偏移輸出量， 其係個隨著連接在前置放大器單元上的產品，如壓力 感應器等等，而變化的偏移電壓量得。 頁 山根據本發明的觀點，提出—個包括兩個端點、一個輸 出如點及兩個中間節點的偏移量消除電路以達上述目的 。其運作方式是，當偏移量消除電路在第一種狀態下時， 偏移量消除電路將-個響應自兩個端點間之電位差的電位 ^ ’加到兩個中間節點上’而將—個響應自加在兩個中間 節點上之電位差，及響應自一個第一電位的電位，加到輸 出端上，而當偏移量消除電路在第二種狀態下時，偏移量 消除電路將一個響應自兩個端點之電位差的電位差加到 兩個中間即點上，而將一個響應自加在兩個中間節點上之 電位差’及響應自-個第二電位的電位，加到輸出端上。 圖式簡單說明 圖 圖. 僅靠說明，雖然就足以推斷出已特別指明的申請專利 範圍，以及在申請專利範圍中，清楚定義出與本發明有關 的主題。但是，本發明、本發明之目的、特徵和優點，可 從以下的敘述及相關的圖式得到更進一步的了解。其中： 一個偏移量消除系統的電路組態圖，其包含一個根 據本發明第一實施例所構成的偏移量消除電路；及 一個偏移量消除系統的電路組態圖，其包含一個根 據本發明第二實施例所構成的偏移量消除電路。 較佳實施例之詳細說明 茲參閱圖式說明本發明之較佳實施例。 本紙張尺度適用%國家標準（(：奶）八4規格（2丨0><297公釐) * 6 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7 五、發明説明（4.) 參閱圖一說明第一實施例如下。 圖號Ν1至Ν16分別表示節點。圖號Ai至Α4分別表示 運算放大器（簡稱為“Op amps”）。圖號si至S4分別表示 類比開關。圖號R1至R8分別表示電阻。圖號R9表示一個 可變電阻。壓力感應器之一個輸出端係與一個輸入端以工 通電相連，而另一個輸出端係與一個輸入端IN2通電相連 。節點N1係與輸入端IN卜一個運算放大器A1的正輸入端 (以下稱為“非反相輸入端”）及類比開關S1的一個類比 輸入/輸出端通電相連。節點N2係與類比開關SI、S2、S3 和S4的控制輸入端通電相連。節點N3係與類比開關S2的 一個類比輸入/輸出端及運算放大器A2的非反相輸入端通 電相連。節點N4係與運算放大器A1的負輸入端（以下稱 為“反相輸入端”），電阻R1的一端及電阻R2的一端通 電相連。節點N5係與運算放大器A2的反相輸入端，電阻 R3的一端及電阻R2的另一端通電相連。節點N6係與輸入 端IN2及類比開關S2的另一個類比輸入/輸出端通電相連。 節點N7係與運算放大器A1的輸出端，電阻R1的另一端及 電阻R4的一端通電相連。節點N8係與運算放大器A2的輸 出端，電阻R3的另一端及電阻R6的一端通電相連。節點 N9係與電阻R4的另一端，電阻R5的一端及和運算放大器 A4的反相輸入端通電相連。節點N10係與電阻R6的另一端 ，電阻R7的一端及運算放大器A4的非反相輸入端通電相 連。節點Nil係與運算放大器A4的輸出端，電阻R5的另一 端及一個數位類比轉換器（以下稱為“AD轉換器”）的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------'裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 S、 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 310387 五、發明説明（5·)
輸入端通電相連。節點N12係與電阻R7的另一端，運算放 大器A3的輸出端及運算放大器A3的反相輸入端通電相連 。節點N13係與運算放大器A3的非反相輸入端，類比開關 S3的一個類比輸入/輸出端及類比開關S4的一個類比輸入/ 輸出端通電相連。節點N16係與類比開關S3的另一個類比 輸入/輸出端，電阻R8的一端及電阻R9的一端通電相連。 節點N14係與電阻R9的另一端通電相連。在節點N14上加 一個電源電位VDD。節點N15係與電阻R8的另一端及類比 開關S4的另一個類比輸入/輸出端通電相連。在節點N1上5 加一個地電位GNIV 前置放大器單元係由類比開關S1和S2，運算放大器 A1和A2及電阻R1至R3構成。位準轉移單元係由類比開關 S3和S4，運算放大器A3和A4，電阻R4至R8及可變電阻R9 所構成。 電阻Rl、R2、R3和R4的電阻值之比定為1:1:1:卜 可變電阻R9是於類比開關S3為開啟時，用來調節節點 N16的電位位準，及調節節點N13的電位位準。 茲說明根據第一實施例製成的偏移量消除電路及使用 同型電路之偏移量消除系統的運作方式。 根據第一實施例製成的偏移量消除電路，具有輸入電 位差量測模式和偏移量量測模式兩種狀態。 首先說明偏移量消除電路在輸入電位差量測模式下的 運作方式。 <輸入電位差量測模式> 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2丨〇 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝_ 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6·) 當偏移量消除電路置於輸入電位差量測模式下時，節 點N2設在低位準。因此，開關S1和S4是關閉的，而開關 S2和S3是開啟的。 此時，一個待測的壓力被加到壓力感應器上，而輸出 一個電位差Δν。從壓力感應器上輸出的小電位差Δν，從 節點Ν1和Ν3之間輸入。如果節點Ν1和Ν3上的電位分別定 義為VN1和VN3時，其間的電位差AV可以下列式子表示： AV=VN3-VN1 (式 1 ) 前置放大器單元將電位差AV放大(Rl+R2+R3)/R2倍。 位準轉移單元提供一個符合下列關係式的電位VN11到節 點Nil上，其係以放大的電位差(Rl+R2+R3)/R2. Δν和在 節點Ν13上的一個電位VN13為基礎。 VN11 =(R1+R2+R3)/R2.AV+VN13 (式 2 ) 在此，式2是假設在每個運算放大器Al、A2、A3和 A4的非反相和反相輸入端之間沒有偏移電壓出現的一個理 論式。 然而，實際上，偏移電壓V0FF1、VOFF2、VOFF3和 V0FF4分別存在於運算放大器Al、A2、A3和A4的非反相 和反相輸入端之間。 倘若將偏移電壓計算在内，則式（2)可改寫如下： VN11 = (Rl+R2+R3)/R2(AV+VOFFl-V〇FF2)+VN13 +VOFF3+2 VOFF4 (式 3 ) 在節點Nil上，藉由每個運算放大器的偏移電壓而產 生的誤差Vop (由式2而來的式3之飄移或位移量）可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -9- .¾. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7.) 下列式子表示：
Vop=(Rl+R2+R3)/R2 (V〇FFl-V〇FF2)+V〇FF3+2 VOFF4 戎差Vop隨著產品而有所不同。此時’ vni3可以被設 定到一個所想要的值。因此，當輸入到每個產品裡的輸入 電位差均保持相同時，藉由在每個產品上預先設定好 VN13，VN11就可以在產品間設定到一個相同的值。 然而，偏移電壓會隨著溫度、電源電位等而變化。因 此，即使當相同的壓力被加到壓力感應器上時’輸出電位 VN11也會隨著單一產品的使用狀態而變化，即使是在只 有單一產品的狀況下。 此外’壓力感應器也具有一個偏移電壓《因此，即使 是在壓力感應器所產生的電位差AV裡，也會產生誤差， 而電位差AV則與理想值有一些偏差。也就是說，假設在 壓力感應器上加了某一個值的壓力時，由輸入端取丨和別2 之間所加入的理想電位差設定為d，而由壓力感應器之偏 移電壓所造成的輸出電位差之誤差則設定為e，則可得下 列式子： Δ V ~ d+6 由於壓力感應器的偏移電壓，而在節點Nil所產生的 輸出電位之誤差Vp可以下列式子表示：
Vp=(Rl+R2+R3)/R2e 為了在節點Nil上，消除那些在產品和產品間，由每 個運算放大器的偏移電壓和壓力感應器的偏移電壓所產生 的輸出電位誤差之飄移或位移量（即偏移自一個理想值） J---------II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *11 S:
經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 _五、發明説明（8.) ，而將偏移量消除電路設在偏移量量測模式下。 以下所述為偏移量消除電路及偏移量消除系統，在偏 移量量測模式下的運作方式。 <偏移量量測模式> 當偏移量消除電路置於一個偏移量量測模式下時，節 點N2設成高位準。結果，類比開關81為開啟的，類比開關 S2為關閉的，類比開關S3為關閉的，而類比開關S4為開啟 的。因此’彼此相等的電位就分別加到節點川和犯上。 也就是說，在式1中AV= 〇。地電位GND被加到節點N13 上。此時，加在節點Nil上的輸出電位VN11，可以下列式 子表示： VN11;=(Rl+R2+R3)/R2(VOFF-VOFF2) +VOFF3+2.VOFF4 (式 4 ) 在AD轉換器上所加的是VN11，並且為VN11進行AD 轉換。AD轉換器輸出一個基於VN11的值給算術元件。然 後’在AD轉換器上被輸入ΥΝ1Γ，並且為VN11，進行AD轉 換。AD轉換器輸出一個基於VNii'的值給算術元件。算術 元件計算這兩個由AD轉換器輸出的值之差。為了簡化說 明’以下所述均假設在經過AD轉換前的輸入，及經過AD 轉換後的輸出是彼此相等的。 加到節點Nil上的電位VN11 (式3)和電位VNir ( 式4)的差可以下列式子表示： VN11-VN11，=(R1+R2+R3)/R2.AV+VN13 (式 5) 如此’即可消除由每個運算放大器的偏移電壓所產生的誤 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· -丁 _ 、τ 」， Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9·) 差。 如果此時將AV = d+e代入式5，上述的差可改窝如下 VNll-VNir=(Rl+R2+R3)/R2-(d+e) +VN13 在節點Nil上’由壓力感應器的偏移電壓所產生之輸 出電位誤差Vp，可以下列式子表示： Vp=(Rl+R2+R3)/R2e 壓力感應器的偏移電壓會隨著溫度和電源電位的影響 而變化。然而’因溫度和電源電位的影響，由壓力感應器 的偏移電壓而產生的輸出電位差之誤差e係可預先得知。 因此，即使給予的溫度和電源電位之狀態有變動，由於它 們的變動而產生的輸出電位VN11之改變仍可以利用算術 元件來計算。因此，這樣的變化也可以被消除。 因此，當相同的壓力加到壓力感應器上時，藉由在每 個產品上，將V13設定到某一所欲的值，使差值VN11-VNir在各個產品間可以被設為相等。也就是說，在每個 產品上，由壓力感應器的偏移電壓而產生的誤差e之飄移 量可以被消除。 如上述第一實施例，節點N13的電位是在輸入電位差 量測模式和偏移電壓量測模式之間切換。因此，出現在式 5的項VN13係表示在輸入電位差量測模式下所測得的值 (式3)，及在偏移電壓量測模式下所測得的值（式4) 之間的差。所以，在每個產品上，將VN13調節並推移到 某一個所欲的值，差值VNll-VNir就可以被設定到某一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公釐） -12- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 310387 A7 ______________ B7 五、發明説明（10.) 個設定值。如此，運算放大器的偏移電壓所產生的影響， 及壓力感應器的偏移電壓在每個產品上所產生的偏移量即 可消除。 圖二係根據本發明第二實施例製成的偏移量消除系統 之電路圖。 如圖一所示之結構相同的元件，或如圖一所示之結構 類似的元件，係標示以相同的參考圖號，其說明也因而從 略0 圖二所示的偏移量消除系統上，已經將圖一所示的類 比開關S3省略❹節點N13係與運算放大器A3的非反相輸入 端及電阻R8和R9的一端通電相連。節點N14係與電阻R9的 另一端及一個電源電位VDD通電相連。節點N15係與電阻 R8的另一端，類比開關S4的一個類比輸入/輸出端及一個 地電位GND通電相連。節點N12係與類比開關S4的另一個 類比輸入/輸出端，運算放大器A3的輸出端，運算放大器 A3的一個反相輸入端及電阻厌7的一端通電相連。類比開 關S4的一個控制輸入端係與節點N2通電相連。運算放大器 A3的一個准許輸出的輸入端〇E係與節點N2通電相連。 茲說明第二實施例的運作方式。 <輸入電位差量測模式> 第二實施例置於輸入電位差量測模式下的運作方式， 和第一實施例完全相同。因此，加在節點Nil的輸出電位 差可以式3表示。 <偏移量量測模式> 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 -13- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 、βτ A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（11.) 當第二實施例置於偏移量量測模式下時，節點N2被設 為高位準。因此，類比開關S4為開啟的，而運算放大器A3 的輸出端則被禁止動作。在節點N12加上一個加在節點 N15上的電位VN15 »因此，式4可改寫如下： VN11 ^ = (Rl+R2+R3)/R2(VOFFl-VOFF2) +VN15+2.VOFF4 (式 6 ) 考慮到式3和式6之間的差時，可得下列式子： VN11-VN11f = (Rl+R2+R3)/R2AV+VOFF3 +VN16-VN15 (式 7 ) 如此，由運算放大器A3的偏移電壓所產生的誤差項就 可以保留下來。 根據上述第二實施例，由運算放大器A3的偏移電壓所 產生的誤差項，也留在上列的式子中。但是，當第二實施 例置於偏移量量測模式時，運算放大器A3被禁止動作。所 帶來的好處是，運算放大器A3所消耗的電流可設為零。 本發明係參閱圖示之實施例說明，但是這些說明並非 只是偈限在所述的格局之中。由所示的實施例做的一些修 改，及出自於本發明的其他實施例，都視為是參考自本說 明的一些技巧。因此，其主旨即為，所附的申請專利範圍 將涵蓋所有屬於本發明之真實意旨的修改或實施例。 )A4規格（210X297公釐） -14- -----------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
，1T