WO2019176332A1 - センサ装置 - Google Patents

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和宏 松並
睦雄 西川
良平 鵜澤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor device.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-42870 Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-145715 Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2006-84201 Patent Document 4 International Publication No. 2013/100156
  • the sensor device may include a sense circuit that outputs a sense signal corresponding to the magnitude of the detected physical quantity.
  • the sensor device may include an amplifier circuit that amplifies the sense signal.
  • the sensor device may include a switching unit that switches at least one of the sensitivity of the sense circuit and the offset of the amplifier circuit to be discontinuous depending on whether or not the temperature measurement value exceeds a threshold value.
  • the amplifier circuit may have an offset voltage input terminal for adjusting the offset.
  • the switching unit may include an offset switching unit that switches a voltage supplied to the offset voltage input terminal.
  • the offset switching unit may have a variable resistor connected between the offset voltage input terminal and the reference potential.
  • the offset switching unit may include a comparator that compares the temperature measurement value and the threshold value.
  • the offset switching unit may switch the resistance value of the variable resistor according to the comparison result by the comparator.
  • the variable resistor may have a plurality of resistors connected in parallel between the offset voltage input terminal and the reference potential.
  • the variable resistor may have a switch that cuts off a current flowing through any of the plurality of resistors.
  • the offset switching unit may decrease the resistance value of the variable resistor when the temperature measurement value exceeds the threshold value, rather than when the temperature measurement value does not exceed the threshold value.
  • the offset switching unit may reduce the voltage supplied to the offset voltage input terminal when the temperature measurement value exceeds the threshold value than when the temperature measurement value does not exceed the threshold value.
  • the sensor device may include an offset setting unit that sets a reference voltage supplied to the offset voltage input terminal.
  • the offset switching unit may change the voltage supplied to the offset voltage input terminal from the reference voltage depending on whether or not the temperature measurement value exceeds the threshold value.
  • the offset setting unit may include a temperature special offset setting unit that sets a reference voltage according to a fixed setting parameter.
  • the temperature special offset setting unit may continuously change the reference voltage according to the temperature measurement value.
  • the sensitivity of the sense circuit may be adjustable according to the supplied current.
  • the switching unit may include a sensitivity switching unit that switches a current supplied to the sense circuit.
  • the sensitivity switching unit may have a current source connected to the sense circuit.
  • the sensitivity switching unit may include a comparator that compares the temperature measurement value and the threshold value.
  • the sensitivity switching unit may include a switch that cuts off a current flowing between the current source and the sense circuit according to a comparison result by the comparator.
  • the sensitivity switching unit may reduce the current supplied to the sense circuit when the temperature measurement value exceeds the threshold value than when the temperature measurement value does not exceed the threshold value.
  • the sensor device may include a sensitivity setting unit that sets a reference current supplied to the sense circuit.
  • the sensitivity switching unit may change the current supplied to the sense circuit from the reference current depending on whether or not the temperature measurement value exceeds the threshold value.
  • the sensitivity setting unit may include a temperature special sensitivity setting unit that sets a reference current according to a fixed setting parameter.
  • the temperature characteristic sensitivity setting unit may continuously vary the reference current according to the temperature measurement value.
  • the switching unit may switch at least one of the sensitivity and the offset stepwise depending on which of the plurality of threshold values the temperature measurement value exceeds.
  • the sensor device may further include a temperature sensor that measures the temperature of the sense circuit as a temperature measurement value.
  • the sensor apparatus which concerns on this embodiment is shown.
  • An offset setting part and an offset switching part are shown.
  • a sensitivity setting part and a sensitivity switching part are shown.
  • An example of the offset setting by an offset setting part is shown.
  • An example of the sensitivity setting by a sensitivity setting part is shown.
  • An example of sensitivity and offset switching by the switching unit is shown.
  • the offset switching part which concerns on a modification is shown.
  • An example of offset switching by the offset switching unit is shown.
  • FIG. 1 shows a sensor device 1 according to this embodiment.
  • the sensor device 1 detects the magnitude of the physical quantity and outputs an output signal.
  • the sensor apparatus 1 detects the magnitude of the pressure as an example.
  • the sensor device 1 switches the temperature characteristics when the temperature exceeds a threshold value (also referred to as a threshold temperature, which is 100 ° C. as an example).
  • the sensor device 1 includes a sense circuit 2, an amplifier circuit 3, a temperature sensor 4, a storage unit 5, a sensitivity setting unit 6, an offset setting unit 7, and a switching unit 8.
  • the sense circuit 2 outputs a sense signal corresponding to the magnitude of the detected physical quantity (in this embodiment, as an example, pressure).
  • the sense circuit 2 includes a Wheatstone bridge 20 including four piezoresistors 21 to 24.
  • the piezoresistors 21 to 24 may be disposed on a thin film diaphragm (not shown).
  • the piezoresistors 21 to 24 may be disposed at equal intervals along the outer periphery of the circular diaphragm.
  • the piezoresistors 21 to 24 may change their resistance values according to the deformation of the diaphragm and cause a potential difference in the output of the Wheatstone bridge 20.
  • the sense circuit 2 may be adjustable in sensitivity in accordance with a supplied current (also referred to as a bridge current). In this embodiment, as an example, the sensitivity of the sense circuit 2 may increase as the bridge current increases.
  • the sense circuit 2 may output a positive / negative sense signal indicating a potential difference corresponding to the detected pressure level to the amplifier circuit 3.
  • the amplifier circuit 3 amplifies the sense signal.
  • the amplifier circuit 3 may amplify the potential difference of the sense signal.
  • the amplification factor by the amplifier circuit 3 may be a fixed value, for example, 300 times.
  • the amplifier circuit 3 may have an offset voltage input terminal 30 for adjusting the offset, and may adjust the offset according to the input offset voltage. In this embodiment, as an example, the offset of the amplifier circuit 3 may increase as the offset voltage increases.
  • the amplifier circuit 3 may output the amplified sense signal to the outside as an output signal.
  • the temperature sensor 4 measures the temperature of the sense circuit 2 as a temperature measurement value.
  • the temperature sensor 4 may supply the measurement result to the sensitivity setting unit 6, the offset setting unit 7, and the switching unit 8.
  • the temperature sensor 4 may supply a current corresponding to the temperature measurement value.
  • the storage unit 5 stores one or a plurality of setting parameters that determine the setting contents of the sensitivity setting unit 6 and / or the offset setting unit 7.
  • the storage unit 5 may store at least one setting parameter for each of the sensitivity setting unit 6 and the offset setting unit 7.
  • the storage unit 5 stores two setting parameters (m1) and (m2), which will be described later, in the sensitivity setting unit 6, and the two setting parameters (described later) in the offset setting unit 7.
  • n1) and (n2) may be stored.
  • the values of the setting parameters may be set in advance when the sensor device 1 is manufactured. Instead, the storage unit 5 may store a plurality of values for each setting parameter, and may be set by the user as to which value is used.
  • the storage unit 5 may be an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), but may be another storage device.
  • the sensitivity setting unit 6 sets a reference current for the bridge current supplied to the sense circuit 2.
  • the reference current is a current used as a reference.
  • the reference current is supplied to the sense circuit 2 when a temperature measurement value is equal to or lower than a threshold temperature described later.
  • the sensitivity setting unit 6 may include a reference sensitivity setting unit 60 and / or a temperature characteristic sensitivity setting unit 61 that sets a reference current.
  • the sensitivity setting unit 6 includes both the reference sensitivity setting unit 60 and the temperature special sensitivity setting unit 61, the reference sensitivity setting unit 60 and the temperature special sensitivity setting unit 61 may cooperate to set the reference current.
  • the reference sensitivity setting unit 60 sets a reference current according to a fixed setting parameter (m1).
  • the setting parameter (m1) may be set so that an error between the pressure indicated by the output signal of the sensor device 1 and the actual pressure falls within an allowable range.
  • the setting parameter (m1) may be set so that an error at a reference temperature (room temperature as an example) falls within an allowable range.
  • the setting parameter (m1) may be supplied from the storage unit 5.
  • the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 sets a reference current according to a fixed setting parameter (m2), and continuously varies the reference current according to the temperature measurement value.
  • the setting parameter (m2) may be set so that the temperature characteristics of the sensor device 1 are improved.
  • the setting parameter (m2) may be set such that the error falls within an allowable range over a temperature range in which the sensor device 1 can be used.
  • the setting parameter (m2) may be supplied from the storage unit 5.
  • the offset setting unit 7 sets a reference voltage supplied to the offset voltage input terminal 30 of the amplifier circuit 3.
  • the reference voltage is a voltage used as a reference.
  • the reference voltage is supplied to the sense circuit 2 when a temperature measurement value is equal to or lower than a threshold temperature described later.
  • the offset setting unit 7 may include a reference offset setting unit 70 and / or a temperature special offset setting unit 71 that sets a reference voltage.
  • the offset setting unit 7 includes both the reference offset setting unit 70 and the temperature special offset setting unit 71, the reference offset setting unit 70 and the temperature special offset setting unit 71 may cooperate to set the reference voltage.
  • the reference offset setting unit 70 sets a reference current according to a fixed setting parameter (n1).
  • the setting parameter (n1) may be set so that an error between the pressure indicated by the output signal of the sensor device 1 and the actual pressure falls within an allowable range.
  • the setting parameter (n1) may be set so that an error at a reference temperature (room temperature as an example) falls within an allowable range.
  • the setting parameter (n1) may be supplied from the storage unit 5.
  • the temperature special offset setting unit 71 sets the reference voltage according to the fixed setting parameter (n2), and continuously varies the reference voltage according to the temperature measurement value.
  • the setting parameter (n2) may be set so that the temperature characteristics of the sensor device 1 are improved.
  • the setting parameter (n2) may be set such that the error falls within an allowable range over a temperature range in which the sensor device 1 can be used.
  • the setting parameter (m2) may be supplied from the storage unit 5.
  • the switching unit 8 switches at least one of the sensitivity of the sense circuit 2 and the offset of the amplifier circuit 3 discontinuously depending on whether or not the temperature measurement value exceeds the threshold temperature. Switching to discontinuous may be switching so that sensitivity and offset change discontinuously with respect to temperature change.
  • the threshold temperature may be set in advance when the sensor device 1 is manufactured, or may be set by the user.
  • the threshold temperature may be stored in the storage unit 5.
  • the switching unit 8 may include a sensitivity switching unit 80 and an offset switching unit 81.
  • Sensitivity switching unit 80 switches the bridge current supplied to the sense circuit 2.
  • the sensitivity switching unit 80 may change the bridge current from the reference current according to whether the temperature measurement value exceeds the threshold temperature.
  • the offset switching unit 81 switches the voltage supplied to the offset voltage input terminal 30.
  • the offset switching unit 81 may change the voltage supplied to the offset voltage input terminal 30 from the reference voltage depending on whether the temperature measurement value exceeds the threshold temperature.
  • At least one of the sensitivity of the sense circuit 2 and the offset of the amplifier circuit 3 is switched discontinuously depending on whether the temperature measurement value exceeds the threshold temperature. Therefore, since the temperature characteristic of the sensor device 1 can be switched with the threshold temperature as a boundary, an output error due to the temperature characteristic can be reduced.
  • the sensitivity switching unit 80 switches the bridge current of the sense circuit 2
  • the sensitivity of the sense circuit 2 is switched according to whether or not the temperature measurement value exceeds the threshold temperature. Therefore, the temperature characteristic of the sensor device 1 can be switched reliably with the threshold temperature as a boundary.
  • the offset switching unit 81 switches the offset voltage of the offset voltage input terminal 30, the offset of the amplifier circuit 3 is switched according to whether or not the temperature measurement value exceeds the threshold temperature. Therefore, the temperature characteristic of the sensor device 1 can be switched reliably with the threshold temperature as a boundary.
  • the sensitivity setting unit 6 sets the reference current of the bridge current, the sensitivity can be set to cancel the characteristic variation. Further, since the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 continuously changes the reference current according to the temperature measurement value, the temperature characteristic of the sensitivity can be switched by each of the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 and the sensitivity switching unit 80. . Therefore, output errors due to temperature characteristics can be further reduced.
  • the offset setting unit 7 sets the reference voltage of the offset voltage, the offset can be set to cancel the characteristic variation. Further, since the temperature special offset setting unit 71 continuously varies the reference voltage according to the temperature measurement value, the temperature characteristic of the offset can be switched by the temperature special offset setting unit 71 and the offset switching unit 81, respectively. . Therefore, output errors due to temperature characteristics can be further reduced.
  • FIG. 2 shows the offset setting unit 7 and the offset switching unit 81.
  • the reference offset setting unit 70 and the temperature special offset setting unit 71 of the offset setting unit 7 set a reference voltage of the offset voltage supplied to the offset voltage input terminal 30, and the offset switching unit 81 The offset voltage is changed from the reference voltage depending on whether the measured value exceeds the threshold temperature T1.
  • the reference offset setting unit 70 includes a power source 700 and a plurality of current supply units 701 connected in parallel between the power source 700 and the offset voltage input terminal 30 (four current supply units 701 (0) to 701 (0) to 701 as an example in this embodiment). 701 (3)) and a resistor Rc connected between the offset voltage input terminal 30 and the reference potential (ground potential in this embodiment), and a voltage corresponding to the current supplied from the current supply unit 701 Generated by the resistor Rc and supplied to the offset voltage input terminal 30.
  • the power supply 700 outputs a positive voltage so that the current supplied from the current supply unit 701 flows to the offset voltage input terminal 30 and thus to the ground side.
  • the four current supply units 701 (0) to 701 (3) may output currents according to the value of the setting parameter (n1) supplied from the storage unit 5.
  • the four current supply units 701 (0) to 701 (3) output a current n1 ⁇ Ic obtained by multiplying the setting parameter (n1) indicated by a value from 0 to 15 by the current Ic.
  • the current Ic may be a constant current regardless of the temperature change.
  • the IC may be a current that increases the offset voltage by 5 mV.
  • Each of the current supply units 701 (0) to 701 (3) includes a current source 7010 (0) to 7010 (3) connected between the power source 700 and the offset voltage input terminal 30, and a current source 7010 (0) to Switches 7011 (0) to 7011 (3) for individually cutting off currents flowing from 7010 (3) may be provided.
  • Current sources 7010 (0) to 7010 (3) output currents of 1 ⁇ Ic, 2 ⁇ Ic, 4 ⁇ Ic, and 8 ⁇ Ic.
  • the switches 7011 (0) to 7011 (3) open and close according to the value of the setting parameter (n1).
  • the switches 7011 (0) to 7011 (3) are respectively associated with the 0th bit to the 3rd bit of the setting parameter (n1) represented by a 4-digit binary number, and the value of the corresponding bit is 0. When it is, it is open, and when it is 1, it is closed.
  • the switches 7011 (0) to 7011 (3) may be MOSFETs.
  • a buffer circuit 7012 may be provided at the gates of the switches 7011 (0) to 7011 (3).
  • the temperature-special offset setting unit 71 includes a plurality of current supply units 711 (three current supply units 711 (0) to 711 (2 as an example in the present embodiment) connected in parallel between the power source 700 and the offset voltage input terminal 30. )), And a voltage corresponding to the current supplied from the current supply unit 711 is generated by the resistor Rc and supplied to the offset voltage input terminal 30.
  • the three current supply units 711 (0) to 711 (2) may output a current corresponding to the value of the setting parameter (n2) supplied from the storage unit 5.
  • the three current supply units 711 (0) to 711 (2) output a current n2 ⁇ It obtained by multiplying the setting parameter (n2) indicated by a value from 0 to 7 by the current It.
  • the current It may be a current that fluctuates with a change in temperature, and fluctuates linearly according to a change in temperature measurement value, for example.
  • the temperature special offset setting unit 71 continuously varies the reference voltage according to the temperature measurement value.
  • Each of the current supply units 711 (0) to 711 (2) includes a current source 7110 (0) to 7110 (2) connected between the power source 700 and the offset voltage input terminal 30, and a current source 7110 (0) to Switches 7111 (0) to 7111 (2) that individually block currents flowing from 7110 (2).
  • the current sources 7110 (0) to 7110 (2) can change the output current linearly according to the temperature measurement value, and output currents of 1 ⁇ It, 2 ⁇ It, and 4 ⁇ It.
  • the switches 7111 (0) to 7111 (2) open and close according to the value of the setting parameter (n2).
  • the switches 7111 (0) to 7111 (2) are respectively associated with the 0th bit to the 2nd bit of the setting parameter (n2) represented by a 3-digit binary number, and the value of the corresponding bit is 0. When it is, it is open, and when it is 1, it is closed.
  • the switches 7111 (0) to 7111 (2) may be MOSFETs.
  • a buffer circuit 7112 may be provided at the gates of the switches 7111 (0) to 7111 (2).
  • the offset switching unit 81 includes a variable resistor 810 connected between the offset voltage input terminal 30 and the ground, and a comparator 811 that compares the temperature measurement value and the threshold temperature T1.
  • the variable resistor 810 includes a plurality of resistors R (two resistors Rc and R1 as an example in this embodiment) connected in parallel between the offset voltage input terminal 30 and the ground, and one of the resistors R (this embodiment). Then, a switch 8100 for cutting off a current flowing through the resistor R1) is provided.
  • the resistance value of the variable resistor 810 is Rc when the switch 8100 is open, and (Rc / R1) / (Rc + R1) when the switch 8100 is closed.
  • the resistance value (Rc / R1) / (Rc + R1) may be smaller than the resistance value Rc.
  • the resistor R has a common configuration in the reference offset setting unit 70 and the offset switching unit 81, but may be provided individually for each.
  • the switch 8100 may be opened / closed according to an output signal from the comparator 811. Thereby, the resistance value of the variable resistor 810 is switched according to the comparison result of the comparator 811.
  • the switch 8100 may be a MO
  • the comparator 811 may compare a voltage corresponding to the temperature measurement value with a voltage corresponding to the threshold temperature T1 (also referred to as a threshold voltage). For example, a voltage corresponding to the threshold temperature T1 may be input to the non-inverting input terminal of the comparator 811. A voltage corresponding to the output current of the temperature sensor 4 (for example, a voltage generated by a resistor 8110 connected between the inverting input terminal and the ground) may be input to the inverting input terminal of the comparator 811. Thereby, when the measured temperature value exceeds the threshold temperature T1, the switch 8100 is closed, and when the measured temperature value does not exceed the threshold temperature T1, the switch 8100 is opened. As a result, when the measured temperature value exceeds the threshold temperature T1, the resistance value of the variable resistor 810 becomes smaller than when the measured temperature value does not exceed the threshold temperature T1, and the offset voltage supplied to the offset voltage input terminal 30 becomes smaller. The offset becomes lower.
  • the offset switching unit 81 when the temperature measurement value exceeds the threshold temperature T1, the resistance value of the variable resistor 810, and thus the offset voltage can be reduced to switch the temperature characteristic of the offset.
  • FIG. 3 shows the sensitivity setting unit 6 and the sensitivity switching unit 80.
  • the reference sensitivity setting unit 60 and the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 of the sensitivity setting unit 6 set the reference current of the bridge current of the sense circuit 2, and the sensitivity switching unit 80 has a temperature measurement value of the threshold temperature.
  • the bridge current is changed from the reference current according to whether or not T1 is exceeded.
  • the reference sensitivity setting unit 60 includes a power supply 600 and a plurality of current supply units 601 connected in parallel between the power supply 600 and the sense circuit 2 (four current supply units 601 (0) to 601 (in this embodiment as an example). 3)), and supplies the current supplied from the current supply unit 601 to the sense circuit 2.
  • the power supply 600 outputs a positive voltage so that the current supplied from the current supply unit 601 flows to the sense circuit 2 side.
  • the four current supply units 601 (0) to 601 (3) may output currents according to the value of the setting parameter (m1) supplied from the storage unit 5.
  • the four current supply units 601 (0) to 601 (3) output a current m1 ⁇ Ic obtained by multiplying the setting parameter (m1) indicated by a value from 0 to 15 by the current Ic.
  • the current Ic in the reference sensitivity setting unit 60 may be the same as or different from the current Ic in the reference offset setting unit 70.
  • Each of the current supply units 601 (0) to 601 (3) includes a current source 6010 (0) to 6010 (3) connected between the power supply 600 and the sense circuit 2, and a current source 6010 (0) to 6010 ( 3) switches 6011 (0) to 6011 (3) that individually cut off the currents flowing from 3).
  • Current sources 6010 (0) to 6010 (3) output currents of 1 ⁇ Ic, 2 ⁇ Ic, 4 ⁇ Ic, and 8 ⁇ Ic.
  • the switches 6011 (0) to 6011 (3) open and close according to the value of the setting parameter (m1).
  • the switches 6011 (0) to 6011 (3) are respectively associated with the 0th bit to the 3rd bit of the setting parameter (m1) represented by a 4-digit binary number, and the value of the corresponding bit is 0. When it is, it is open, and when it is 1, it is closed.
  • the switches 6011 (0) to 6011 (3) may be MOSFETs.
  • a buffer circuit 6012 may be provided at the gates of the switches 6011 (0) to 6011 (3).
  • the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 includes a plurality of current supply units 611 (three current supply units 611 (0) to 611 (2) as an example in the present embodiment) connected in parallel between the power source 600 and the sense circuit 2. The current supplied from the current supply unit 611 is supplied to the sense circuit 2.
  • the three current supply units 611 (0) to 611 (2) may output a current corresponding to the value of the setting parameter (m2) supplied from the storage unit 5.
  • the three current supply units 611 (0) to 611 (2) output a current m2 ⁇ It obtained by multiplying the setting parameter (m2) indicated by a value from 0 to 7 by the current It.
  • the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 continuously varies the reference current according to the temperature measurement value.
  • the current It in the temperature characteristic sensitivity setting unit 61 may be the same as or different from the current It in the temperature characteristic offset setting unit 71.
  • Each of the current supply units 611 (0) to 611 (2) includes a current source 6110 (0) to 6110 (2) connected between the power supply 600 and the sense circuit 2, and a current source 6110 (0) to 6110 ( 2) switches 6111 (0) to 6111 (2) that individually cut off the currents flowing from 2).
  • the current sources 6110 (0) to 6110 (2) can change the output current linearly according to the temperature measurement value, and output currents of 1 ⁇ It, 2 ⁇ It, and 4 ⁇ It.
  • the switches 6111 (0) to 6111 (2) open and close according to the value of the setting parameter (m2).
  • the switches 6111 (0) to 6111 (2) are respectively associated with the 0th bit to the 2nd bit of the setting parameter (m2) represented by a 3-digit binary number, and the value of the corresponding bit is 0. When it is, it is open, and when it is 1, it is closed.
  • the switches 6111 (0) to 6111 (2) may be MOSFETs.
  • a buffer circuit 6112 may be provided at the gates of the switches 6111 (0) to 6111 (2).
  • the sensitivity switching unit 80 includes a current source 800 connected to the sense circuit 2, a switch 801 that cuts off a current flowing between the current source 800 and the sense circuit 2, and a comparator 802 that compares the measured temperature value and the threshold temperature T1.
  • the current source 800 may be capable of linearly changing the output current according to the temperature measurement value, and may flow any current of 1 ⁇ It, 2 ⁇ It, 3 ⁇ It, 4 ⁇ It, for example.
  • the current source 800 may be a sink type and may be connected between the sense circuit 2 and the ground.
  • the switch 8000 may be provided between the sense circuit 2 and the current source 800 and may be opened / closed according to an output signal from the comparator 802. Thereby, the current source 800 is connected to the sense circuit 2 according to the comparison result of the comparator 802, and the bridge current is switched.
  • the current source 800 is a sink type. Therefore, when the switch 8000 is closed, the bridge current may be reduced by the amount of current drawn into the current source 800 as compared to the open case.
  • Switch 8000 may be a MOSFET.
  • the comparator 802 may compare the voltage according to the temperature measurement value with the voltage according to the threshold temperature T1. For example, a threshold voltage corresponding to the threshold temperature T1 may be input to the non-inverting input terminal of the comparator 802. A voltage corresponding to the output current of the temperature sensor 4 (for example, a voltage generated by a resistor 8020 connected between the inverting input terminal and the ground) may be input to the inverting input terminal of the comparator 802. Thereby, when the temperature measurement value exceeds the threshold temperature T1, the switch 8000 is closed, and when the temperature measurement value does not exceed the threshold temperature T1, the switch 8000 is opened.
  • the comparator 802 may have a configuration common to the sensitivity switching unit 80 and the offset switching unit 81.
  • the bridge current of the sense circuit 2 can be reduced to switch the temperature characteristic of the sensitivity of the sense circuit 2.
  • FIG. 4 shows an example of offset setting by the offset setting unit 7.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the error in the output signal due to the temperature characteristics.
  • the operating temperature range is a temperature range in which the sensor device 1 can be used, and is a temperature range in which the measurement error should be within the upper and lower limits of the standard. As an example, the operating temperature range may be 5 to 150 ° C.
  • the offset setting unit 7 sets the reference voltage of the offset voltage according to the fixed setting parameters (n1) and (n2) stored in the storage unit 5.
  • the setting parameters (n1) and (n2) are not appropriately set, such as when the sensor device 1 is in the middle of manufacturing, the error of the output signal is as shown in the broken line graph as an example. Although it becomes approximately 0 in the normal temperature region, it becomes non-linearly large due to an increase in leakage current in the high temperature region and can exceed the upper limit of the specification at the temperature T11.
  • the setting parameters (n1) and (n2) are appropriately set in order to adjust the offset, as shown in the solid line graph as an example, the error is shifted to the lower limit side of the standard. The error falls within the upper limit of the standard and the lower limit of the standard over the entire area. However, as indicated by shading in the figure, the margin for the upper and lower standard limits of the error is small.
  • FIG. 5 shows an example of sensitivity setting by the sensitivity setting unit 6.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the error in the output signal due to the temperature characteristics.
  • the sensitivity setting unit 6 sets the reference current of the bridge current according to the fixed setting parameters (m1) and (m2) stored in the storage unit 5.
  • the setting parameters (m1) and (m2) are not appropriately set, such as when the sensor device 1 is in the middle of manufacturing, the error of the output signal is in the normal temperature range as shown in the broken line graph as an example. Although it becomes approximately 0, it becomes non-linearly large due to an increase in leakage current in the high temperature region, and can exceed the upper limit of the specification at temperature T21.
  • the setting parameters (m1) and (m2) are appropriately set to adjust the sensitivity, as shown in the solid line graph as an example, the inclination of the temperature characteristic of the error changes, resulting in the operating temperature. The error falls between the upper and lower specification limits over the entire range. However, as indicated by shading in the figure, the margin for the upper and lower standard limits of the error is small.
  • FIG. 6 shows an example of sensitivity and offset switching by the switching unit 8.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the error in the output signal due to the temperature characteristics.
  • the switching unit 8 switches the sensitivity of the sense circuit 2 to be discontinuous by changing the bridge current from the reference current when the measured temperature value exceeds the threshold temperature T1, and the offset voltage is changed to the reference voltage.
  • the offset of the amplifier circuit 3 is switched discontinuously.
  • the temperature characteristic of the sensor device 1 is switched with the threshold temperature T1 as a boundary.
  • the error value range over the entire operating temperature range is narrower than in FIGS. Becomes larger.
  • FIG. 7 shows an offset switching unit 82 according to a modification.
  • the switching unit 8 may include an offset switching unit 82 instead of the offset switching unit 81 in the above embodiment.
  • the offset switching unit 82 includes a variable resistor 820 connected between the offset voltage input terminal 30 and the ground, a temperature measurement value, and a plurality of threshold temperatures (two threshold temperatures T1, T2 as an example in this modification). Comparators 821 and 822 for comparison are included.
  • the threshold temperatures T1 and T2 may satisfy T1 ⁇ T2, the threshold temperature T1 may be 100 ° C., and the threshold temperature T2 may be 120 ° C.
  • the variable resistor 820 includes a plurality of resistors R (three resistors Rc, R1, R2 as an example in the present modification) connected in parallel between the offset voltage input terminal 30 and the ground, and one of the resistors R (this In the modified example, switches 8200 and 8201 for cutting off the current flowing through the resistors R1 and R2) are provided.
  • the resistance value of the variable resistor 820 is Rc when the switches 8200 and 8201 are open, and is (Rc ⁇ R1) / (Rc + R1) when the switch 8200 is closed, and the switches 8200 and 8201 are closed.
  • the resistance value (Rc ⁇ R1 ⁇ R2) / (R1 ⁇ R2 + Rc ⁇ R2 + Rc ⁇ R1) may be smaller than the resistance value (Rc / R1) / (Rc + R1).
  • the switch 8200 may be opened / closed according to an output signal from the comparator 821, and the switch 8201 may be opened / closed according to an output signal from the comparator 822. As a result, the resistance value of the variable resistor 820 is switched stepwise in accordance with the comparison result of the comparators 821 and 822.
  • the switches 8200 and 8201 may be MOSFETs.
  • Each of the comparators 821 and 822 may compare a voltage corresponding to the temperature measurement value and a voltage corresponding to the threshold temperature T1 or T2. As a result, when the temperature measurement value does not exceed either of the threshold temperatures T1 and T2, the switches 8200 and 8201 are opened, and when the temperature measurement value exceeds the threshold temperature T1, the switch 8200 is closed and the temperature measurement value is When the threshold temperature T2 is exceeded, the switches 8200 and 8201 are closed. As a result, the voltage supplied to the offset voltage input terminal 30 decreases stepwise and the offset is switched stepwise depending on which of the two threshold temperatures T1 and T2 the temperature measurement value exceeds.
  • the offset switching unit 82 that switches the offset stepwise is described as being provided in the switching unit 8, but in addition to / in place, the sensitivity switching unit 80 that switches the sensitivity stepwise is switched.
  • the unit 8 may be provided. Similar to the offset switching unit 82, the sensitivity switching unit 80 may switch the sensitivity stepwise in accordance with which of the plurality of threshold temperatures the temperature measurement value exceeds.
  • FIG. 8 shows an example of offset switching by the offset switching unit 82.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the error in the output signal due to the temperature characteristics.
  • the offset switching unit 8 discontinuously offsets the offset of the amplifier circuit 3 by changing the offset voltage stepwise from the reference voltage when the measured temperature value exceeds the threshold temperatures T1 and T2. Switch automatically.
  • the temperature characteristics of the sensor device 1 are switched with the threshold temperatures T1 and T2 as a boundary.
  • the error range over the entire operating temperature range is further narrowed compared to FIG. Becomes even bigger.
  • the sensitivity switching unit 80 and the offset switching unit 81 have been described as using the same threshold temperature T1, separate threshold temperatures may be used.
  • the sensitivity switching unit 80 has been described as having the sink type current source 800 connected between the sense circuit 2 and the ground, but the source type current source connected between the power source 600 and the sense circuit 2 is used. You may have.
  • the switch 801 of the sensitivity switching unit 80 may be closed when the temperature measurement value does not exceed the threshold temperature, and may be open when the temperature exceeds the threshold temperature. Accordingly, as in the above-described embodiment, when the temperature measurement value exceeds the threshold temperature, the bridge current is smaller than when the temperature measurement value does not exceed the threshold temperature, and the sensitivity of the sense circuit 2 is reduced.
  • the sensor device 1 has been described as including the temperature sensor 4, the storage unit 5, the sensitivity setting unit 6, and the offset setting unit 7, any of these may be omitted.
  • the temperature of the sense circuit 2 may be acquired from an external temperature sensor.
  • the opening / closing of the switches of the sensitivity setting unit 6 and / or the offset setting unit 7 may be set by default.
  • the switching unit 8 has been described as switching the sensitivity and / or offset when the temperature measurement value exceeds the threshold temperature, but may be switched when the temperature falls below the threshold temperature (for example, 0 ° C.).
  • the sense circuit 2 has been described as detecting the magnitude of pressure as a physical quantity, other physical quantities such as acceleration may be detected.

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Abstract

温度特性に起因する出力誤差をさらに低減することが望まれている。検知された物理量の大きさに応じたセンス信号を出力するセンス回路と、センス信号を増幅する増幅回路と、温度測定値が閾値を超えるか否かに応じて、センス回路の感度および増幅回路のオフセットの少なくとも一方を非連続に切り換える切換部とを備えるセンサ装置が提供される。

Description

センサ装置
 本発明は、センサ装置に関する。
 従来、物理量を検知するセンサ装置では、様々な手法により温度特性による出力誤差を低減している(例えば、特許文献1~4参照)。
 特許文献1 特開2003-42870号公報
 特許文献2 特開平8-145715号公報
 特許文献3 特開2006-84201号公報
 特許文献4 国際公開第2013/100156号
解決しようとする課題
 近年、温度特性に起因する出力誤差をさらに低減することが望まれている。
一般的開示
 上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、センサ装置が提供される。センサ装置は、検知された物理量の大きさに応じたセンス信号を出力するセンス回路を備えてよい。センサ装置は、センス信号を増幅する増幅回路を備えてよい。センサ装置は、温度測定値が閾値を超えるか否かに応じて、センス回路の感度および増幅回路のオフセットの少なくとも一方を非連続に切り換える切換部を備えてよい。
 増幅回路は、オフセットを調整するためのオフセット電圧入力端子を有してよい。切換部は、オフセット電圧入力端子に供給される電圧を切り換えるオフセット切換部を有してよい。
 オフセット切換部は、オフセット電圧入力端子と基準電位との間に接続された可変抵抗を有してよい。オフセット切換部は、温度測定値および閾値を比較するコンパレータを有してよい。オフセット切換部は、コンパレータによる比較結果に応じて可変抵抗の抵抗値を切り換えてよい。
 可変抵抗は、オフセット電圧入力端子と基準電位との間に並列に接続された複数の抵抗を有してよい。可変抵抗は、複数の抵抗の何れかに流れる電流を遮断するスイッチを有してよい。
 オフセット切換部は、温度測定値が閾値を超えない場合よりも、温度測定値が閾値を超える場合に、可変抵抗の抵抗値を小さくしてよい。
 オフセット切換部は、温度測定値が閾値を超えない場合よりも、温度測定値が閾値を超える場合に、オフセット電圧入力端子に供給される電圧を小さくしてよい。
 センサ装置は、オフセット電圧入力端子に供給される基準電圧を設定するオフセット設定部を備えてよい。オフセット切換部は、温度測定値が閾値を超えるか否かに応じて、オフセット電圧入力端子に供給される電圧を基準電圧から変化させてよい。
 オフセット設定部は、固定の設定パラメータに従って基準電圧を設定する温特オフセット設定部を有してよい。温特オフセット設定部は、温度測定値に応じて基準電圧を連続的に変動させてよい。
 センス回路は、供給される電流に応じて感度が調整可能でよい。切換部は、センス回路に供給される電流を切り換える感度切換部を有してよい。
 感度切換部は、センス回路に接続された電流源を有してよい。感度切換部は、温度測定値および閾値を比較するコンパレータを有してよい。感度切換部は、コンパレータによる比較結果に応じて電流源とセンス回路との間に流れる電流を遮断するスイッチを有してよい。
 感度切換部は、温度測定値が閾値を超えない場合よりも、温度測定値が閾値を超える場合に、センス回路に供給される電流を小さくしてよい。
 センサ装置は、センス回路に供給される基準電流を設定する感度設定部を備えてよい。感度切換部は、温度測定値が閾値を超えるか否かに応じて、センス回路に供給される電流を基準電流から変化させてよい。
 感度設定部は、固定の設定パラメータに従って基準電流を設定する温特感度設定部を有してよい。温特感度設定部は、温度測定値に応じて基準電流を連続的に変動させてよい。
 切換部は、温度測定値が複数の閾値の何れを超えるかに応じて、感度およびオフセットの少なくとも一方を段階的に切り換えてよい。
 センサ装置は、センス回路の温度を温度測定値として測定する温度センサをさらに備えてよい。
 なお、上記の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本実施形態に係るセンサ装置を示す。 オフセット設定部およびオフセット切換部を示す。 感度設定部および感度切換部を示す。 オフセット設定部によるオフセット設定の一例を示す。 感度設定部による感度設定の一例を示す。 切換部による感度およびオフセットの切り換えの一例を示す。 変形例に係るオフセット切換部を示す。 オフセット切換部によるオフセットの切り換えの一例を示す。
 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[1.センサ装置]
 図1は、本実施形態に係るセンサ装置1を示す。センサ装置1は、物理量の大きさを検知して出力信号を出力するものであり、本実施形態においては一例として圧力の大きさを検知する。また、本実施形態においてセンサ装置1は、温度が閾値(閾値温度とも称する。一例として100℃)を超える場合に温度特性を切り換える。センサ装置1は、センス回路2、増幅回路3、温度センサ4、記憶部5、感度設定部6、オフセット設定部7および切換部8を備える。
[1-2.センス回路]
 センス回路2は、検知された物理量(本実施形態では一例として圧力)の大きさに応じたセンス信号を出力する。本実施形態では一例として、センス回路2は、4つのピエゾ抵抗21~24を含むホイートストンブリッジ20を有する。ピエゾ抵抗21~24は薄膜状のダイヤフラム(図示せず)上に配置されてよく、一例として円形のダイヤフラムの外周に沿って等間隔に配置されてよい。ピエゾ抵抗21~24は、ダイヤフラムの変形に応じて抵抗値を変化させ、ホイートストンブリッジ20の出力に電位差を生じさせてよい。センス回路2は、供給される電流(ブリッジ電流とも称する)に応じて感度が調整可能でよい。本実施形態では一例として、ブリッジ電流が大きくなるほど、センス回路2の感度が高くなってよい。センス回路2は、検知した圧力の大きさに応じた電位差を示す正負のセンス信号を増幅回路3に出力してよい。
[1-3.増幅回路]
 増幅回路3は、センス信号を増幅する。例えば、増幅回路3はセンス信号の電位差を増幅してよい。増幅回路3による増幅率は固定値でよく、一例として300倍でよい。増幅回路3は、オフセットを調整するためのオフセット電圧入力端子30を有してよく、入力されるオフセット電圧に応じてオフセットを調整してよい。本実施形態では一例として、オフセット電圧が大きくなるほど、増幅回路3のオフセットが大きくなってよい。増幅回路3は、増幅したセンス信号を出力信号として外部に出力してよい。
[1-4.温度センサ]
 温度センサ4は、センス回路2の温度を温度測定値として測定する。温度センサ4は、測定結果を感度設定部6、オフセット設定部7および切換部8に供給してよい。本実施形態では一例として、温度センサ4は、温度測定値に応じた電流を供給してよい。
[1-5.記憶部]
 記憶部5は、感度設定部6および/またはオフセット設定部7の設定内容を決定する1または複数の設定パラメータを記憶する。例えば、記憶部5は感度設定部6およびオフセット設定部7のそれぞれについて少なくとも1つの設定パラメータを記憶してよい。本実施形態では一例として、記憶部5は、感度設定部6に対して後述の2つの設定パラメータ(m1),(m2)を記憶し、オフセット設定部7に対して後述の2つの設定パラメータ(n1),(n2)を記憶してよい。各設定パラメータの値はセンサ装置1の製造時などに予め設定されてよい。これに代えて、記憶部5は、各設定パラメータについて複数の値を記憶してよく、いずれの値を使用するかユーザにより設定可能でよい。記憶部5はEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)でよいが、他の記憶装置でもよい。
[1-6.感度設定部]
 感度設定部6は、センス回路2に供給されるブリッジ電流の基準電流を設定する。基準電流は基準として用いられる電流であり、本実施形態では一例として温度測定値が後述の閾値温度以下の場合にセンス回路2に供給される。感度設定部6は、基準電流を設定する基準感度設定部60および/または温特感度設定部61を有してよい。感度設定部6が基準感度設定部60および温特感度設定部61の両方を有する場合には、基準感度設定部60および温特感度設定部61は協働して基準電流を設定してよい。
 基準感度設定部60は、固定の設定パラメータ(m1)に従って基準電流を設定する。設定パラメータ(m1)は、センサ装置1の出力信号で示される圧力と、実際の圧力との誤差が許容範囲内に収まるよう設定されてよい。例えば、設定パラメータ(m1)は、基準温度(一例として室温)での誤差が許容範囲内に収まるように設定されてよい。設定パラメータ(m1)は記憶部5から供給されてよい。
 温特感度設定部61は、固定の設定パラメータ(m2)に従って基準電流を設定し、温度測定値に応じて基準電流を連続的に変動させる。設定パラメータ(m2)は、センサ装置1の温度特性が改善されるように設定されてよい。例えば、設定パラメータ(m2)は、センサ装置1が使用され得る温度範囲にわたって誤差が許容範囲内に収まるように設定されてよい。設定パラメータ(m2)は記憶部5から供給されてよい。
[1-7.オフセット設定部]
 オフセット設定部7は、増幅回路3のオフセット電圧入力端子30に供給される基準電圧を設定する。基準電圧は基準として用いられる電圧であり、本実施形態では一例として温度測定値が後述の閾値温度以下の場合にセンス回路2に供給される。オフセット設定部7は、基準電圧を設定する基準オフセット設定部70および/または温特オフセット設定部71を有してよい。オフセット設定部7が基準オフセット設定部70および温特オフセット設定部71の両方を有する場合には、基準オフセット設定部70および温特オフセット設定部71は協働して基準電圧を設定してよい。
 基準オフセット設定部70は、固定の設定パラメータ(n1)に従って基準電流を設定する。設定パラメータ(n1)は、センサ装置1の出力信号で示される圧力と、実際の圧力との誤差が許容範囲内に収まるよう設定されてよい。例えば、設定パラメータ(n1)は、基準温度(一例として室温)での誤差が許容範囲内に収まるように設定されてよい。設定パラメータ(n1)は記憶部5から供給されてよい。
 温特オフセット設定部71は、固定の設定パラメータ(n2)に従って基準電圧を設定し、温度測定値に応じて基準電圧を連続的に変動させる。設定パラメータ(n2)は、センサ装置1の温度特性が改善されるように設定されてよい。例えば、設定パラメータ(n2)は、センサ装置1が使用され得る温度範囲にわたって誤差が許容範囲内に収まるように設定されてよい。設定パラメータ(m2)は記憶部5から供給されてよい。
[1-8.切換部]
 切換部8は、温度測定値が閾値温度を超えるか否かに応じて、センス回路2の感度および増幅回路3のオフセットの少なくとも一方を非連続に切り換える。非連続に切り換えるとは、温度変化に対して感度,オフセットが非連続に変化するよう切り換えることでよい。閾値温度は、センサ装置1の製造時などに予め設定されてもよいし、ユーザにより設定可能でもよい。閾値温度は記憶部5に記憶されてよい。切換部8は、感度切換部80およびオフセット切換部81を有してよい。
 感度切換部80は、センス回路2に供給されるブリッジ電流を切り換える。例えば、感度切換部80は、温度測定値が閾値温度を超えるか否かに応じてブリッジ電流を基準電流から変化させてよい。
 オフセット切換部81は、オフセット電圧入力端子30に供給される電圧を切り換える。例えば、オフセット切換部81は、温度測定値が閾値温度を超えるか否かに応じて、オフセット電圧入力端子30に供給される電圧を基準電圧から変化させてよい。
 以上のセンサ装置1によれば、温度測定値が閾値温度を超えるか否かに応じて、センス回路2の感度および増幅回路3のオフセットの少なくとも一方が非連続に切り換えられる。従って、閾値温度を境にセンサ装置1の温度特性を切り換えることができるため、温度特性に起因する出力誤差を低減することができる。
 また、感度切換部80がセンス回路2のブリッジ電流を切り換えるので、温度測定値が閾値温度を超えるか否かに応じてセンス回路2の感度が切り換えられる。従って、閾値温度を境にセンサ装置1の温度特性を確実に切り換えることができる。
 また、オフセット切換部81がオフセット電圧入力端子30のオフセット電圧を切り換えるので、温度測定値が閾値温度を超えるか否かに応じて増幅回路3のオフセットが切り換えられる。従って、閾値温度を境にセンサ装置1の温度特性を確実に切り換えることができる。
 また、ブリッジ電流の基準電流を感度設定部6が設定するので、特性のばらつきをキャンセルすべく感度を設定することができる。また、温特感度設定部61が温度測定値に応じて基準電流を連続的に変動させるので、温特感度設定部61と、感度切換部80とのそれぞれによって感度の温度特性を切り換えることができる。従って、温度特性に起因する出力誤差をいっそう低減することができる。
 また、オフセット電圧の基準電圧をオフセット設定部7が設定するので、特性のばらつきをキャンセルすべくオフセットを設定することができる。また、温特オフセット設定部71が温度測定値に応じて基準電圧を連続的に変動させるので、温特オフセット設定部71と、オフセット切換部81とのそれぞれによってオフセットの温度特性を切り換えることができる。従って、温度特性に起因する出力誤差をいっそう低減することができる。
[2.オフセットの制御]
 図2は、オフセット設定部7およびオフセット切換部81を示す。本実施形態では一例として、オフセット設定部7の基準オフセット設定部70および温特オフセット設定部71はオフセット電圧入力端子30に供給されるオフセット電圧の基準電圧を設定し、オフセット切換部81は、温度測定値が閾値温度T1を超えるか否かに応じて、オフセット電圧を基準電圧から変化させる。
[2-1.基準オフセット設定部]
 基準オフセット設定部70は、電源700と、電源700およびオフセット電圧入力端子30の間に並列に接続された複数の電流供給部701(本実施形態では一例として4つの電流供給部701(0)~701(3))と、オフセット電圧入力端子30および基準電位(本実施形態ではグランド電位)の間に接続された抵抗Rcとを有し、電流供給部701から供給される電流に応じた電圧を抵抗Rcで生じさせオフセット電圧入力端子30に供給する。電源700は、電流供給部701から供給される電流がオフセット電圧入力端子30、ひいてはグランドの側に流れるよう正電圧を出力する。
 4つの電流供給部701(0)~701(3)は、記憶部5から供給される設定パラメータ(n1)の値に応じた電流を出力してよい。本実施形態では一例として、4つの電流供給部701(0)~701(3)は、0から15の値で示される設定パラメータ(n1)に電流Icを乗算した電流n1・Icを出力する。ここで、電流Icは、温度変化に関わらず一定の電流でよい。一例として、ICはオフセット電圧を5mV増やす程度の電流でよい。
 電流供給部701(0)~701(3)のそれぞれは、電源700およびオフセット電圧入力端子30の間に接続された電流源7010(0)~7010(3)と、電流源7010(0)~7010(3)から流れる電流を個別に遮断するスイッチ7011(0)~7011(3)とを有してよい。電流源7010(0)~7010(3)は1×Ic,2×Ic,4×Ic,8×Icの電流を出力する。スイッチ7011(0)~7011(3)は、設定パラメータ(n1)の値に応じて開閉する。例えば、スイッチ7011(0)~7011(3)は、4桁の2進数で表した設定パラメータ(n1)の第0ビット~第3ビットにそれぞれ対応付けられており、対応するビットの値が0である場合にオープンとなり、1である場合にクローズとなる。スイッチ7011(0)~7011(3)は、MOSFETでよい。スイッチ7011(0)~7011(3)のゲートには、バッファ回路7012が設けられてもよい。
[2-2.温特オフセット設定部]
 温特オフセット設定部71は、電源700およびオフセット電圧入力端子30の間に並列に接続された複数の電流供給部711(本実施形態では一例として3つの電流供給部711(0)~711(2))を有し、電流供給部711から供給される電流に応じた電圧を抵抗Rcで生じさせオフセット電圧入力端子30に供給する。
 3つの電流供給部711(0)~711(2)は、記憶部5から供給される設定パラメータ(n2)の値に応じた電流を出力してよい。本実施形態では一例として、3つの電流供給部711(0)~711(2)は、0から7の値で示される設定パラメータ(n2)に電流Itを乗算した電流n2・Itを出力する。ここで、電流Itは温度変化に伴い変動する電流でよく、例えば温度測定値の変化に応じてリニアに変動する。これにより、温特オフセット設定部71は、温度測定値に応じて基準電圧を連続的に変動させる。
 電流供給部711(0)~711(2)のそれぞれは、電源700およびオフセット電圧入力端子30の間に接続された電流源7110(0)~7110(2)と、電流源7110(0)~7110(2)から流れる電流を個別に遮断するスイッチ7111(0)~7111(2)とを備える。電流源7110(0)~7110(2)は、温度測定値に応じて出力電流をリニアに変更可能であり、1×It,2×It,4×Itの電流を出力する。スイッチ7111(0)~7111(2)は、設定パラメータ(n2)の値に応じて開閉する。例えば、スイッチ7111(0)~7111(2)は、3桁の2進数で表した設定パラメータ(n2)の第0ビット~第2ビットにそれぞれ対応付けられており、対応するビットの値が0である場合にオープンとなり、1である場合にクローズとなる。スイッチ7111(0)~7111(2)は、MOSFETでよい。スイッチ7111(0)~7111(2)のゲートには、バッファ回路7112が設けられてもよい。
[2-3.オフセット切換部]
 オフセット切換部81は、オフセット電圧入力端子30とグランドとの間に接続された可変抵抗810と、温度測定値および閾値温度T1を比較するコンパレータ811とを有する。
 可変抵抗810は、オフセット電圧入力端子30とグランドとの間に並列に接続された複数の抵抗R(本実施形態では一例として2つの抵抗Rc,R1)と、いずれかの抵抗R(本実施形態では抵抗R1)に流れる電流を遮断するスイッチ8100とを有する。これにより、可変抵抗810の抵抗値は、スイッチ8100がオープンの場合にはRcとなり、スイッチ8100がクローズの場合には(Rc/R1)/(Rc+R1)となる。抵抗値(Rc/R1)/(Rc+R1)は、抵抗値Rcより小さくてよい。なお、抵抗Rは基準オフセット設定部70およびオフセット切換部81で共通の構成となっているが、それぞれに対して個別に設けられてもよい。スイッチ8100は、コンパレータ811からの出力信号に応じて開閉してよい。これにより、コンパレータ811の比較結果に応じて可変抵抗810の抵抗値が切り換えられる。スイッチ8100はMOSFETでよい。
 コンパレータ811は、温度測定値に応じた電圧と、閾値温度T1に応じた電圧(閾値電圧とも称する)とを比較してよい。例えば、コンパレータ811の非反転入力端子には、閾値温度T1に応じた電圧が入力されてよい。コンパレータ811の反転入力端子には、温度センサ4の出力電流に応じた電圧(一例として反転入力端子およびグランドの間に接続された抵抗8110で生じる電圧)が入力されてよい。これにより、温度測定値が閾値温度T1を超える場合にはスイッチ8100がクローズとなり、温度測定値が閾値温度T1を超えない場合にはスイッチ8100がオープンとなる。その結果、温度測定値が閾値温度T1を超える場合には、超えない場合よりも可変抵抗810の抵抗値が小さくなり、オフセット電圧入力端子30に供給されるオフセット電圧が小さくなり、増幅回路3のオフセットが低くなる。
 以上のオフセット切換部81によれば、温度測定値が閾値温度T1を超える場合に可変抵抗810の抵抗値、ひいてはオフセット電圧を小さくしてオフセットの温度特性を切り換えることができる。
[3.感度の制御]
 図3は、感度設定部6および感度切換部80を示す。本実施形態では一例として、感度設定部6の基準感度設定部60および温特感度設定部61はセンス回路2のブリッジ電流の基準電流を設定し、感度切換部80は、温度測定値が閾値温度T1を超えるか否かに応じてブリッジ電流を基準電流から変化させる。
[3-1.基準感度設定部]
 基準感度設定部60は、電源600と、電源600およびセンス回路2の間に並列に接続された複数の電流供給部601(本実施形態では一例として4つの電流供給部601(0)~601(3))とを有し、電流供給部601から供給される電流をセンス回路2に供給する。電源600は、電流供給部601から供給される電流がセンス回路2の側に流れるよう正電圧を出力する。
 4つの電流供給部601(0)~601(3)は、記憶部5から供給される設定パラメータ(m1)の値に応じた電流を出力してよい。本実施形態では一例として、4つの電流供給部601(0)~601(3)は、0から15の値で示される設定パラメータ(m1)に電流Icを乗算した電流m1・Icを出力する。なお、基準感度設定部60における電流Icは、基準オフセット設定部70における電流Icと同じでもよいし、異なってもよい。
 電流供給部601(0)~601(3)のそれぞれは、電源600およびセンス回路2の間に接続された電流源6010(0)~6010(3)と、電流源6010(0)~6010(3)から流れる電流を個別に遮断するスイッチ6011(0)~6011(3)とを有してよい。電流源6010(0)~6010(3)は1×Ic,2×Ic,4×Ic,8×Icの電流を出力する。スイッチ6011(0)~6011(3)は、設定パラメータ(m1)の値に応じて開閉する。例えば、スイッチ6011(0)~6011(3)は、4桁の2進数で表した設定パラメータ(m1)の第0ビット~第3ビットにそれぞれ対応付けられており、対応するビットの値が0である場合にオープンとなり、1である場合にクローズとなる。スイッチ6011(0)~6011(3)は、MOSFETでよい。スイッチ6011(0)~6011(3)のゲートには、バッファ回路6012が設けられてもよい。
[3-2.温特感度設定部]
 温特感度設定部61は、電源600およびセンス回路2の間に並列に接続された複数の電流供給部611(本実施形態では一例として3つの電流供給部611(0)~611(2))を有し、電流供給部611から供給される電流をセンス回路2に供給する。
 3つの電流供給部611(0)~611(2)は、記憶部5から供給される設定パラメータ(m2)の値に応じた電流を出力してよい。本実施形態では一例として、3つの電流供給部611(0)~611(2)は、0から7の値で示される設定パラメータ(m2)に電流Itを乗算した電流m2・Itを出力する。これにより、温特感度設定部61は、温度測定値に応じて基準電流を連続的に変動させる。なお、温特感度設定部61における電流Itは、温特オフセット設定部71における電流Itと同じでもよいし、異なってもよい。
 電流供給部611(0)~611(2)のそれぞれは、電源600およびセンス回路2の間に接続された電流源6110(0)~6110(2)と、電流源6110(0)~6110(2)から流れる電流を個別に遮断するスイッチ6111(0)~6111(2)とを備える。電流源6110(0)~6110(2)は、温度測定値に応じて出力電流をリニアに変更可能であり、1×It,2×It,4×Itの電流を出力する。スイッチ6111(0)~6111(2)は、設定パラメータ(m2)の値に応じて開閉する。例えば、スイッチ6111(0)~6111(2)は、3桁の2進数で表した設定パラメータ(m2)の第0ビット~第2ビットにそれぞれ対応付けられており、対応するビットの値が0である場合にオープンとなり、1である場合にクローズとなる。スイッチ6111(0)~6111(2)は、MOSFETでよい。スイッチ6111(0)~6111(2)のゲートには、バッファ回路6112が設けられてもよい。
[3-3.感度切換部]
 感度切換部80は、センス回路2に接続された電流源800と、電流源800およびセンス回路2の間に流れる電流を遮断するスイッチ801と、温度測定値および閾値温度T1を比較するコンパレータ802とを有する。
 電流源800は、温度測定値に応じて出力電流をリニアに変更可能でよく、例えば1×It,2×It,3×It,4×Itのいずれかの電流を流してよい。電流源800はシンク型でよく、センス回路2およびグランドの間に接続されてよい。スイッチ8000は、センス回路2と電流源800との間に設けられ、コンパレータ802からの出力信号に応じて開閉してよい。これにより、コンパレータ802の比較結果に応じてセンス回路2に電流源800が接続され、ブリッジ電流が切り換えられる。本実施形態では一例として電流源800はシンク型であるため、スイッチ8000がクローズの場合には、オープンの場合と比較して、ブリッジ電流が電流源800に引き込まれる電流分だけ小さくなってよい。スイッチ8000はMOSFETでよい。
 コンパレータ802は、温度測定値に応じた電圧と、閾値温度T1に応じた電圧とを比較してよい。例えば、コンパレータ802の非反転入力端子には、閾値温度T1に応じた閾値電圧が入力されてよい。コンパレータ802の反転入力端子には、温度センサ4の出力電流に応じた電圧(一例として反転入力端子およびグランドの間に接続された抵抗8020で生じる電圧)が入力されてよい。これにより、温度測定値が閾値温度T1を超える場合にはスイッチ8000がクローズとなり、温度測定値が閾値温度T1を超えない場合にはスイッチ8000がオープンとなる。その結果、温度測定値が閾値温度を超える場合には、超えない場合よりもブリッジ電流が小さくなり、センス回路2の感度が低くなる。なお、コンパレータ802は感度切換部80およびオフセット切換部81で共通の構成でもよい。
 以上の感度切換部80によれば、温度測定値が閾値温度T1を超える場合にセンス回路2のブリッジ電流を小さくしてセンス回路2の感度の温度特性を切り換えることができる。
[4.動作例]
[4-1.オフセットの設定]
 図4は、オフセット設定部7によるオフセット設定の一例を示す。図中、横軸は温度を示し、縦軸は温度特性による出力信号の誤差を示す。また、使用温度範囲は、センサ装置1が使用され得る温度範囲であり、測定誤差を規格の上限,下限の内側に収めるべき温度範囲である。一例として、使用温度範囲は5~150℃でよい。
 オフセット設定部7は、記憶部5に記憶される固定の設定パラメータ(n1),(n2)に従ってオフセット電圧の基準電圧を設定する。ここで、センサ装置1が製造途中である場合など、設定パラメータ(n1),(n2)が適切に設定されていない場合には、一例として破線のグラフに示されるように、出力信号の誤差は常温域で概ね0になるものの、高温域ではリーク電流の増大などに起因して非線形に大きくなり、温度T11で規格上限を超え得る。これに対し、オフセットを調整すべく設定パラメータ(n1),(n2)が適切に設定されると、一例として実線のグラフに示されるように、誤差が規格下限側にシフトする結果、使用温度範囲の全域にわたって誤差が規格上限および規格下限の間に収まる。但し、図中に網掛けで示すように、誤差の規格上限,規格下限に対するマージンは小さい。
[4-2.感度の設定]
 図5は、感度設定部6による感度設定の一例を示す。図中、横軸は温度を示し、縦軸は温度特性による出力信号の誤差を示す。
 感度設定部6は、記憶部5に記憶される固定の設定パラメータ(m1),(m2)に従ってブリッジ電流の基準電流を設定する。センサ装置1が製造途中である場合など、設定パラメータ(m1),(m2)が適切に設定されていない場合には、一例として破線のグラフに示されるように、出力信号の誤差は常温域で概ね0になるものの、高温域ではリーク電流の増大などに起因して非線形に大きくなり、温度T21で規格上限を超え得る。これに対し、感度を調整すべく設定パラメータ(m1),(m2)が適切に設定されると、一例として実線のグラフに示されるように、誤差の温度特性の傾きが変化する結果、使用温度範囲の全域にわたって誤差が規格上限および規格下限の間に収まる。但し、図中に網掛けで示すように、誤差の規格上限,規格下限に対するマージンは小さい。
[4-3.感度およびオフセットの切換]
 図6は、切換部8による感度およびオフセットの切り換えの一例を示す。図中、横軸は温度を示し、縦軸は温度特性による出力信号の誤差を示す。本実施形態では一例として、切換部8は、温度測定値が閾値温度T1を超える場合に、ブリッジ電流を基準電流から変化させることでセンス回路2の感度を非連続に切り換え、オフセット電圧を基準電圧から変化させることで増幅回路3のオフセットを非連続に切り換える。これにより、閾値温度T1を境にセンサ装置1の温度特性が切り換わる結果、図4、図5と比較して使用温度範囲の全域にわたる誤差の値域が狭まり、誤差の規格上限,規格下限に対するマージンが大きくなる。
[5.変形例]
 図7は、変形例に係るオフセット切換部82を示す。切換部8は、上記実施形態におけるオフセット切換部81に代えてオフセット切換部82を有してよい。
 オフセット切換部82は、オフセット電圧入力端子30とグランドとの間に接続された可変抵抗820と、温度測定値および複数の閾値温度(本変形例では一例として2つの閾値温度T1,T2)をそれぞれ比較するコンパレータ821,822とを有する。例えば閾値温度T1,T2はT1<T2を満たしてよく、閾値温度T1は100℃、閾値温度T2は120℃でよい。
 可変抵抗820は、オフセット電圧入力端子30とグランドとの間に並列に接続された複数の抵抗R(本変形例では一例として3つの抵抗Rc,R1,R2)と、いずれかの抵抗R(本変形例では抵抗R1,R2)に流れる電流を遮断するスイッチ8200,8201とを有する。これにより、可変抵抗820の抵抗値は、スイッチ8200,8201がオープンの場合にはRcとなり、スイッチ8200がクローズの場合には(Rc・R1)/(Rc+R1)となり、スイッチ8200,8201がクローズの場合には(Rc・R1・R2)/(R1・R2+Rc・R2+Rc・R1)となる。抵抗値(Rc・R1・R2)/(R1・R2+Rc・R2+Rc・R1)は抵抗値(Rc/R1)/(Rc+R1)より小さくてよい。スイッチ8200はコンパレータ821からの出力信号に応じて開閉してよく、スイッチ8201はコンパレータ822からの出力信号に応じて開閉してよい。これにより、コンパレータ821,822の比較結果に応じて可変抵抗820の抵抗値が段階的に切り換えられる。スイッチ8200,8201はMOSFETでよい。
 コンパレータ821,822はそれぞれ、温度測定値に応じた電圧と、閾値温度T1,T2に応じた電圧とを比較してよい。これにより、温度測定値が閾値温度T1,T2のいずれも超えない場合にはスイッチ8200,8201がオープンとなり、温度測定値が閾値温度T1を超える場合にはスイッチ8200がクローズとなり、温度測定値が閾値温度T2を超える場合にはスイッチ8200,8201がクローズとなる。その結果、温度測定値が2つの閾値温度T1,T2の何れを超えるかに応じて、オフセット電圧入力端子30に供給される電圧が段階的に小さくなってオフセットが段階的に切り換えられる。
 なお、この変形例ではオフセットを段階的に切り換えるオフセット切換部82が切換部8に具備されることとして説明したが、これに加えて/代えて、感度を段階的に切り換える感度切換部80が切換部8に具備されてもよい。このような感度切換部80は、オフセット切換部82と同様にして、温度測定値が複数の閾値温度の何れを超えるかに応じて、感度を段階的に切り換えてよい。
[5-1.変形例の動作例]
 図8は、オフセット切換部82によるオフセットの切り換えの一例を示す。図中、横軸は温度を示し、縦軸は温度特性による出力信号の誤差を示す。本変形例では一例として、オフセット切換部8は、温度測定値が閾値温度T1,T2を超える場合に、オフセット電圧を基準電圧から段階的に変化させることで増幅回路3のオフセットを非連続かつ段階的に切り換える。これにより、閾値温度T1,T2を境にセンサ装置1の温度特性が切り換わる結果、図6と比較して使用温度範囲の全域にわたる誤差の値域がさらに狭まり、誤差の規格上限,規格下限に対するマージンがいっそう大きくなる。
[6.その他の変形例]
 以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
 例えば、感度切換部80およびオフセット切換部81が同一の閾値温度T1を用いることとして説明したが、別々の閾値温度を用いてもよい。
 また、感度切換部80はセンス回路2およびグランドの間に接続されたシンク型の電流源800を有することとして説明したが、電源600およびセンス回路2の間に接続されたソース型の電流源を有してもよい。この場合には、感度切換部80のスイッチ801は、温度測定値が閾値温度を超えない場合にクローズとなり、閾値温度を超えた場合にオープンとなってよい。これにより、上述の実施形態と同様に、温度測定値が閾値温度を超える場合には、超えない場合よりもブリッジ電流が小さくなり、センス回路2の感度が低くなる。
 また、センサ装置1は温度センサ4、記憶部5、感度設定部6およびオフセット設定部7を備えることとして説明したが、これらの何れかを備えないこととしてもよい。例えば、センサ装置1は温度センサ4を備えない場合には、外部の温度センサからセンス回路2の温度を取得してよい。また、センサ装置1は、記憶部5を備えない場合には、感度設定部6および/またはオフセット設定部7のスイッチの開閉がデフォルトで設定されてよい。
 また、切換部8は温度測定値が閾値温度を超えた場合に感度および/またはオフセットを切り換えることとして説明したが、閾値温度(一例として0℃)を下回った場合に切り換えてもよい。
 また、センス回路2は物理量として圧力の大きさを検知することとして説明したが、加速度など他の物理量を検知してもよい。
 請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
1 センサ装置、2 センス回路、3 増幅回路、4 温度センサ、5 記憶部、6 感度設定部、7 オフセット設定部、8 切換部、20 ホイートストンブリッジ、21 ピエゾ抵抗、22 ピエゾ抵抗、23 ピエゾ抵抗、24 ピエゾ抵抗、30 オフセット電圧入力端子、60 基準感度設定部、61 温特感度設定部、70 基準オフセット設定部、71 温特オフセット設定部、80 感度切換部、81 オフセット切換部、82 オフセット切換部、600 電源、601 電流供給部、611 電流供給部、700 電源、701 電流供給部、711 電流供給部、800 電流源、801 スイッチ、802 コンパレータ、810 可変抵抗、811 コンパレータ、820 可変抵抗、821 コンパレータ、822 コンパレータ、6010 電流源、6011 スイッチ、6012 バッファ回路、6110 電流源、6111 スイッチ、6112 バッファ回路、7010 電流源、7011 スイッチ、7012 バッファ回路、7110 電流源、7111 スイッチ、7112 バッファ回路、8100 スイッチ、8110 抵抗、8000 スイッチ、8020 抵抗、8200 スイッチ、8201 スイッチ

Claims (15)

  1.  検知された物理量の大きさに応じたセンス信号を出力するセンス回路と、
     前記センス信号を増幅する増幅回路と、
     温度測定値が閾値を超えるか否かに応じて、前記センス回路の感度および前記増幅回路のオフセットの少なくとも一方を非連続に切り換える切換部と
     を備えるセンサ装置。
  2.  前記増幅回路は、前記オフセットを調整するためのオフセット電圧入力端子を有し、
     前記切換部は、前記オフセット電圧入力端子に供給される電圧を切り換えるオフセット切換部を有する、請求項1に記載のセンサ装置。
  3.  前記オフセット切換部は、
     前記オフセット電圧入力端子と基準電位との間に接続された可変抵抗と、
     前記温度測定値および前記閾値を比較するコンパレータと
     を有し、
     前記コンパレータによる比較結果に応じて前記可変抵抗の抵抗値を切り換える、請求項2に記載のセンサ装置。
  4.  前記可変抵抗は、
     前記オフセット電圧入力端子と前記基準電位との間に並列に接続された複数の抵抗と、
     前記複数の抵抗の何れかに流れる電流を遮断するスイッチとを有する、請求項3に記載のセンサ装置。
  5.  前記オフセット切換部は、前記温度測定値が前記閾値を超えない場合よりも、前記温度測定値が前記閾値を超える場合に、前記可変抵抗の抵抗値を小さくする、請求項3または4に記載のセンサ装置。
  6.  前記オフセット切換部は、前記温度測定値が前記閾値を超えない場合よりも、前記温度測定値が前記閾値を超える場合に、前記オフセット電圧入力端子に供給される電圧を小さくする、請求項2から5のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  7.  前記オフセット電圧入力端子に供給される基準電圧を設定するオフセット設定部を備え、
     前記オフセット切換部は、前記温度測定値が前記閾値を超えるか否かに応じて、前記オフセット電圧入力端子に供給される電圧を前記基準電圧から変化させる、請求項2から6のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  8.  前記オフセット設定部は、固定の設定パラメータに従って前記基準電圧を設定する温特オフセット設定部を有し、
     前記温特オフセット設定部は、前記温度測定値に応じて前記基準電圧を連続的に変動させる、請求項7に記載のセンサ装置。
  9.  前記センス回路は、供給される電流に応じて前記感度が調整可能であり、
     前記切換部は、前記センス回路に供給される電流を切り換える感度切換部を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  10.  前記感度切換部は、
     前記センス回路に接続された電流源と、
     前記温度測定値および前記閾値を比較するコンパレータと、
     前記コンパレータによる比較結果に応じて前記電流源と前記センス回路との間に流れる電流を遮断するスイッチと
     を有する、請求項9に記載のセンサ装置。
  11.  前記感度切換部は、前記温度測定値が前記閾値を超えない場合よりも、前記温度測定値が前記閾値を超える場合に、前記センス回路に供給される電流を小さくする、請求項9または10に記載のセンサ装置。
  12.  前記センス回路に供給される基準電流を設定する感度設定部を備え、
     前記感度切換部は、前記温度測定値が前記閾値を超えるか否かに応じて、前記センス回路に供給される電流を前記基準電流から変化させる、請求項9から11のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  13.  前記感度設定部は、固定の設定パラメータに従って前記基準電流を設定する温特感度設定部を有し、
     前記温特感度設定部は、前記温度測定値に応じて前記基準電流を連続的に変動させる、請求項12に記載のセンサ装置。
  14.  前記切換部は、前記温度測定値が複数の閾値の何れを超えるかに応じて、前記感度および前記オフセットの少なくとも一方を段階的に切り換える、請求項1から13のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  15.  前記センス回路の温度を前記温度測定値として測定する温度センサをさらに備える、請求項1から14のいずれか一項に記載のセンサ装置。
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