JPH0351733A - 半導体圧力センサの増巾補償回路 - Google Patents
半導体圧力センサの増巾補償回路Info
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- JPH0351733A JPH0351733A JP1186960A JP18696089A JPH0351733A JP H0351733 A JPH0351733 A JP H0351733A JP 1186960 A JP1186960 A JP 1186960A JP 18696089 A JP18696089 A JP 18696089A JP H0351733 A JPH0351733 A JP H0351733A
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- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
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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
この発明は半導体圧力センサの増巾補償回路に関するも
ので、 特に少ない回路素子数で高精度の半導体圧力センサを実
現できるようにした増巾補償回路に関する。 なお以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す。
ので、 特に少ない回路素子数で高精度の半導体圧力センサを実
現できるようにした増巾補償回路に関する。 なお以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す。
−ａにシリコンダイヤフラムを備えた半導体圧力センサ
を実用化する場合、シリコンダイヤフラムの厚さのばら
つきに起因した圧力感度のばらつきを調節する感度調整
（スパン調整ともいう）。 およびブリッジを構成する抵抗の相対誤差などに起因し
た零点のばらつきを調整する零点調整が不可欠である。 更に広い温度範囲で高精度が要求される場合、ストレン
ゲージ間の温度特性のずれなどに起因する零点温度特性
の補償、およびストレンゲージのピエゾ抵抗係数の温度
依存性などに起因する感度温度特性の補償が不可欠であ
る。 第４図はこれらの４つの補償調整を行う従来回路の一例
を示す。同図においてストレンゲージ（歪みゲージ）Ｒ
ｇ（Ｒｇｌ〜Ｒｇ４）より成るブリッジの出力電圧は演
算増巾器ＯＰ１．０Ｐ２と抵抗Ｒ１〜Ｒ３より成る前段
の差動増巾器により増巾され、更に演算増巾器ＯＰ３と
抵抗Ｒ４〜Ｒ７，ＲＣより成る後段の差動増巾器により
増巾され、出力される。感度調整は抵抗Ｒ１の値を選び
、回路の増中度を所定値にすることにより行われる。ま
た抵抗Ｒｃは例えば拡散抵抗のような正の温度依存性を
有する抵抗であり、後段差動増巾器の増中度に正の温度
依存性を持たせ、ストレンゲ−ジブリッジ出力、つまり
圧力の感度の負の温度依存性を補償している。この補償
における調整抵抗はＲ７である。 演算増巾器ＯＰ４の出力電圧Ｖｄは前記の演算増巾器Ｏ
Ｐ３を含んだ後段の差動増巾器によりセンサ出力電圧Ｖ
ｏｕｔに加算される。この増巾器ＯＰ４の出力電圧Ｖｄ
の電位、および温度特性を選ぶことにより、零点調整、
零点温度特性補償がなされる。Ｒａ、Ｒｂは温度依存性
を有する抵抗である。これらの抵抗にそれぞれ並列に接
続された抵抗ＲＩＯ，Ｒ１１の値を選ぶことにより演算
増巾器ＯＰ４の出力電圧Ｖｄｓの温度特性を所定の特性
にすることができる。また抵抗Ｒ８，Ｒ９の値を選ぶこ
とにより、増巾器ＯＰ４出力Ｖｄの電位を所定の値にす
ることができる。このように零点調整と零点温度特性補
償は演算増巾器ＯＰ４とその周辺の抵抗Ｒ８〜Ｒ１３，
Ｒａ、Ｒｂによりなされる。 この増巾補償回路は、感度温度特性補償、感度調整、零
点温度特性補償、零点調整の順に調整をすることにより
、各調整が独立となり、その結果、高い調整精度が比較
的簡単に実現できる。 第５図は前記の４つの補償調整機能を備えた従来回路の
他の例を示す、第５図においてストレンゲージＲｇｌ＝
Ｒｇ４より成るブリッジの出力電圧は演算増巾器ＯＰ５
と抵抗Ｒ１５〜Ｒ１８より成る差動増巾器により増巾さ
れる。センサの感度調整は抵抗Ｒ１８の値を選び増中度
を所定値にすることにより行われる。 また感度温度特性補償は、電源の正極側端子とストレン
ゲ−ジブリッジ間に接続されたＲ１４とＲｄの抵抗対に
より行われる。この抵抗Ｒｄは負の温度依存性を有する
抵抗（例えばサーミスタ）である。この抵抗対Ｒ１４，
Ｒｄにより、ストレンゲージとの接続点Ａの電位は正の
温度依存性を持つ。このブリッジの電源電圧駆動端子間
に生じた正の駆動電圧により、ストレンゲージの有する
圧力感度の負の温度依存性を補償する。 零点調整は差動増巾器中の抵抗Ｒ１７に接続された抵抗
Ｒ１９，Ｒ２０の値を選ぶことにより行われる。 また零点温度特性補償は、抵抗Ｒ１７により行われる。 Ｒ１７の値が大であればブリッジ出力同相電位の正の温
度依存性がそのまま出力され、出力Ｖｏｕｔに正の温度
依存圧をもたらすが、抵抗Ｒ１７の値を下げていくにつ
れ、温度依存性の無い抵抗Ｒ１９とＲ２０の接続点Ｂの
電位成分が差動増巾器の非反転入力端子の電位に、より
大きく影響を与えるため、センサ出力Ｖｏｕｔの温度依
存性はより負の傾向を持つようになる。抵抗Ｒ１７の値
をストレンゲージ出力の零点（差圧ゼロ）の温度依存性
を補償するように定めることにより、零点温度特性の補
償がなされる。
を実用化する場合、シリコンダイヤフラムの厚さのばら
つきに起因した圧力感度のばらつきを調節する感度調整
（スパン調整ともいう）。 およびブリッジを構成する抵抗の相対誤差などに起因し
た零点のばらつきを調整する零点調整が不可欠である。 更に広い温度範囲で高精度が要求される場合、ストレン
ゲージ間の温度特性のずれなどに起因する零点温度特性
の補償、およびストレンゲージのピエゾ抵抗係数の温度
依存性などに起因する感度温度特性の補償が不可欠であ
る。 第４図はこれらの４つの補償調整を行う従来回路の一例
を示す。同図においてストレンゲージ（歪みゲージ）Ｒ
ｇ（Ｒｇｌ〜Ｒｇ４）より成るブリッジの出力電圧は演
算増巾器ＯＰ１．０Ｐ２と抵抗Ｒ１〜Ｒ３より成る前段
の差動増巾器により増巾され、更に演算増巾器ＯＰ３と
抵抗Ｒ４〜Ｒ７，ＲＣより成る後段の差動増巾器により
増巾され、出力される。感度調整は抵抗Ｒ１の値を選び
、回路の増中度を所定値にすることにより行われる。ま
た抵抗Ｒｃは例えば拡散抵抗のような正の温度依存性を
有する抵抗であり、後段差動増巾器の増中度に正の温度
依存性を持たせ、ストレンゲ−ジブリッジ出力、つまり
圧力の感度の負の温度依存性を補償している。この補償
における調整抵抗はＲ７である。 演算増巾器ＯＰ４の出力電圧Ｖｄは前記の演算増巾器Ｏ
Ｐ３を含んだ後段の差動増巾器によりセンサ出力電圧Ｖ
ｏｕｔに加算される。この増巾器ＯＰ４の出力電圧Ｖｄ
の電位、および温度特性を選ぶことにより、零点調整、
零点温度特性補償がなされる。Ｒａ、Ｒｂは温度依存性
を有する抵抗である。これらの抵抗にそれぞれ並列に接
続された抵抗ＲＩＯ，Ｒ１１の値を選ぶことにより演算
増巾器ＯＰ４の出力電圧Ｖｄｓの温度特性を所定の特性
にすることができる。また抵抗Ｒ８，Ｒ９の値を選ぶこ
とにより、増巾器ＯＰ４出力Ｖｄの電位を所定の値にす
ることができる。このように零点調整と零点温度特性補
償は演算増巾器ＯＰ４とその周辺の抵抗Ｒ８〜Ｒ１３，
Ｒａ、Ｒｂによりなされる。 この増巾補償回路は、感度温度特性補償、感度調整、零
点温度特性補償、零点調整の順に調整をすることにより
、各調整が独立となり、その結果、高い調整精度が比較
的簡単に実現できる。 第５図は前記の４つの補償調整機能を備えた従来回路の
他の例を示す、第５図においてストレンゲージＲｇｌ＝
Ｒｇ４より成るブリッジの出力電圧は演算増巾器ＯＰ５
と抵抗Ｒ１５〜Ｒ１８より成る差動増巾器により増巾さ
れる。センサの感度調整は抵抗Ｒ１８の値を選び増中度
を所定値にすることにより行われる。 また感度温度特性補償は、電源の正極側端子とストレン
ゲ−ジブリッジ間に接続されたＲ１４とＲｄの抵抗対に
より行われる。この抵抗Ｒｄは負の温度依存性を有する
抵抗（例えばサーミスタ）である。この抵抗対Ｒ１４，
Ｒｄにより、ストレンゲージとの接続点Ａの電位は正の
温度依存性を持つ。このブリッジの電源電圧駆動端子間
に生じた正の駆動電圧により、ストレンゲージの有する
圧力感度の負の温度依存性を補償する。 零点調整は差動増巾器中の抵抗Ｒ１７に接続された抵抗
Ｒ１９，Ｒ２０の値を選ぶことにより行われる。 また零点温度特性補償は、抵抗Ｒ１７により行われる。 Ｒ１７の値が大であればブリッジ出力同相電位の正の温
度依存性がそのまま出力され、出力Ｖｏｕｔに正の温度
依存圧をもたらすが、抵抗Ｒ１７の値を下げていくにつ
れ、温度依存性の無い抵抗Ｒ１９とＲ２０の接続点Ｂの
電位成分が差動増巾器の非反転入力端子の電位に、より
大きく影響を与えるため、センサ出力Ｖｏｕｔの温度依
存性はより負の傾向を持つようになる。抵抗Ｒ１７の値
をストレンゲージ出力の零点（差圧ゼロ）の温度依存性
を補償するように定めることにより、零点温度特性の補
償がなされる。
しかしながら前述した第４図の回路に用いられる素子の
数は、演算増巾器が４．抵抗が１３．温度依存性を有す
る抵抗が３と多く、センサの小形化が要求される場合、
例えばセンサの全素子を１つのシリコンチップ上に集積
化しようとする場合、問題となる。 他方、第５図においては、この増巾補償回路を構成する
素子は演算増巾器ｌ、低抵抗、温度依存性を有する抵抗
１であり、素子数は少ない。しかし、感度調整と零点調
整、零点温度特性補償が独立でないため、高精度の調整
が困難である。また零点温度特性補償の補償範囲の限界
がブリッジ出力量相電圧の温度依存性で限られるため、
補償範囲が狭く、ブリッジ出力の零点の温度依存性が大
きくばらつく場合、補償できなくなる。さらにＲ１４、
Ｒｄで構成した抵抗対両端の電圧降下のため、ブリッジ
の駆動電圧がセンサの電源電圧よりも低くなり、その結
果、ブリッジの出力信号電圧が小さくなるという問題を
有する。 なお前述の回路に類似の回路例として特開昭５９−２１
７３７５号公報がある。しかしこの回路も構成素子数は
第４図より少ないものの、零点温度補償の範囲が狭く、
各特性の補償が独立でないという問題がある。 そこで本発明は上記課題を解決するために、ブリッジ回
路の１対の信号出力端子のうち、いずれか一方の電圧を
１つの演算増巾器からなるボルテージフォロワ回路に入
力し、前記１対の信号出力端子の他方の電圧と、前記ボ
ルテージフォロワ回路の出力電圧の差を、自身の帰還抵
抗回路に正の温度依存性を持つ抵抗を含み、自身の反転
入力端子と直流電源端子間を温度依存性の大きな抵抗を
含む抵抗群で結合された他の１つの演算増巾器を介して
増巾するようにした半導体圧力センサの増巾補償回路を
提供することを課題とする。
数は、演算増巾器が４．抵抗が１３．温度依存性を有す
る抵抗が３と多く、センサの小形化が要求される場合、
例えばセンサの全素子を１つのシリコンチップ上に集積
化しようとする場合、問題となる。 他方、第５図においては、この増巾補償回路を構成する
素子は演算増巾器ｌ、低抵抗、温度依存性を有する抵抗
１であり、素子数は少ない。しかし、感度調整と零点調
整、零点温度特性補償が独立でないため、高精度の調整
が困難である。また零点温度特性補償の補償範囲の限界
がブリッジ出力量相電圧の温度依存性で限られるため、
補償範囲が狭く、ブリッジ出力の零点の温度依存性が大
きくばらつく場合、補償できなくなる。さらにＲ１４、
Ｒｄで構成した抵抗対両端の電圧降下のため、ブリッジ
の駆動電圧がセンサの電源電圧よりも低くなり、その結
果、ブリッジの出力信号電圧が小さくなるという問題を
有する。 なお前述の回路に類似の回路例として特開昭５９−２１
７３７５号公報がある。しかしこの回路も構成素子数は
第４図より少ないものの、零点温度補償の範囲が狭く、
各特性の補償が独立でないという問題がある。 そこで本発明は上記課題を解決するために、ブリッジ回
路の１対の信号出力端子のうち、いずれか一方の電圧を
１つの演算増巾器からなるボルテージフォロワ回路に入
力し、前記１対の信号出力端子の他方の電圧と、前記ボ
ルテージフォロワ回路の出力電圧の差を、自身の帰還抵
抗回路に正の温度依存性を持つ抵抗を含み、自身の反転
入力端子と直流電源端子間を温度依存性の大きな抵抗を
含む抵抗群で結合された他の１つの演算増巾器を介して
増巾するようにした半導体圧力センサの増巾補償回路を
提供することを課題とする。
前記課題を解決するために本発明の回路は、ｒシリコン
ダイヤフラム上に拡散により形成された歪ゲージ（Ｒｇ
ｌ＝Ｒｇ４など）を含み、かつ１対の駆動電圧入力端子
および１対の信号出力端子（Ｃ，Ｄなど）を有するブリ
ッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力信号電圧の増巾、
温度補償を行う回路とを備えた半導体圧力センサにおい
て、前記ブリッジ回路の１対の信号出力端子のうち、い
ずれか一方（Ｄなど）の電圧（Ｖｉ−など）を（演算増
巾器ＯＰ６などからなる）ボルテージフォロワ回路に入
力し、前記１対の信号出力端子の他方（Ｃなど）の電圧
（Ｖｉ＋など）と、前記ボルテージフォロワ回路の出力
電圧との差を（入力抵抗Ｒ２１，帰還抵抗および）演算
増巾器（ＯＦ２など）を含んだ差動増巾回路により増巾
し、前記演算増巾器の帰還抵抗として正の温度依存性を
有する抵抗（Ｒｈなど）、もしくは該抵抗を含んだ抵抗
群（Ｒｈ、Ｒ２６など）を接続し、前記演算増巾器の反
転入力端子と直流電源端子の正極側（Ｅなど）もしくは
負極側（Ｇなど）またはこの両極側との間に温度依存性
の大きな抵抗（Ｒｅ、Ｒｆなと）を含んだ抵抗群（Ｒｅ
、Ｒｆ、Ｒ２２〜Ｒ２５など）を接続したｊものとする
。
ダイヤフラム上に拡散により形成された歪ゲージ（Ｒｇ
ｌ＝Ｒｇ４など）を含み、かつ１対の駆動電圧入力端子
および１対の信号出力端子（Ｃ，Ｄなど）を有するブリ
ッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力信号電圧の増巾、
温度補償を行う回路とを備えた半導体圧力センサにおい
て、前記ブリッジ回路の１対の信号出力端子のうち、い
ずれか一方（Ｄなど）の電圧（Ｖｉ−など）を（演算増
巾器ＯＰ６などからなる）ボルテージフォロワ回路に入
力し、前記１対の信号出力端子の他方（Ｃなど）の電圧
（Ｖｉ＋など）と、前記ボルテージフォロワ回路の出力
電圧との差を（入力抵抗Ｒ２１，帰還抵抗および）演算
増巾器（ＯＦ２など）を含んだ差動増巾回路により増巾
し、前記演算増巾器の帰還抵抗として正の温度依存性を
有する抵抗（Ｒｈなど）、もしくは該抵抗を含んだ抵抗
群（Ｒｈ、Ｒ２６など）を接続し、前記演算増巾器の反
転入力端子と直流電源端子の正極側（Ｅなど）もしくは
負極側（Ｇなど）またはこの両極側との間に温度依存性
の大きな抵抗（Ｒｅ、Ｒｆなと）を含んだ抵抗群（Ｒｅ
、Ｒｆ、Ｒ２２〜Ｒ２５など）を接続したｊものとする
。
ボルテージフォロワー回路は１つの演算増巾器ＯＰ６か
らなり、ブリッジ回路の１方の出力電圧Ｖｉ−を低出力
インピーダンスの形で１：１に作動増巾回路に与え、か
つ回路内の抵抗変化やバラツキ等に基づく差動増巾回路
とブリッジ回路との間の特性の干渉を断つ。 また差動増巾回路は１つの演算増巾器からなり、自身の
入力抵抗Ｒ２１で感度調整を、正温度係数の抵抗Ｒｈを
含む自身の帰還抵抗Ｒｈ、Ｒ２６によって感度温度補償
を、また正、負の電源端子と自身の反転入力端子との間
の抵抗Ｒ２２，Ｒ２３で零点調整を、また同じく正、負
の電源端子と自身の反転入力端子との間の温度依存性の
大きな抵抗Ｒｅ、Ｒｆを含む抵抗群Ｒｅ、 Ｒｆ、 Ｒ
２４，Ｒ２５によって零点の温度補償を、それぞれ行わ
せる。 ここで感度調整および感度温度補償と、零点調整および
零点温度補償とは独立になる。
らなり、ブリッジ回路の１方の出力電圧Ｖｉ−を低出力
インピーダンスの形で１：１に作動増巾回路に与え、か
つ回路内の抵抗変化やバラツキ等に基づく差動増巾回路
とブリッジ回路との間の特性の干渉を断つ。 また差動増巾回路は１つの演算増巾器からなり、自身の
入力抵抗Ｒ２１で感度調整を、正温度係数の抵抗Ｒｈを
含む自身の帰還抵抗Ｒｈ、Ｒ２６によって感度温度補償
を、また正、負の電源端子と自身の反転入力端子との間
の抵抗Ｒ２２，Ｒ２３で零点調整を、また同じく正、負
の電源端子と自身の反転入力端子との間の温度依存性の
大きな抵抗Ｒｅ、Ｒｆを含む抵抗群Ｒｅ、 Ｒｆ、 Ｒ
２４，Ｒ２５によって零点の温度補償を、それぞれ行わ
せる。 ここで感度調整および感度温度補償と、零点調整および
零点温度補償とは独立になる。
以下第１図ないし第３図に基づいて本発明の詳細な説明
する。第１図は本発明を適用した半導体センサの第１の
実施例を示す。同図においてＲｇ（Ｒｇ、１−Ｒｇ４）
はシリコンダイヤフラム上に分散配置されたストレンゲ
ージ（歪みゲージ）であり、ブリッジを構成する。加圧
によりブリッジの差動出力端子Ｃ，Ｄ間に電圧信号を生
じるようにダイヤフラム上の位置が決められている。端
子りは演算増巾器ＯＰ６の非反転入力端子に接続される
。この増巾器ＯＰ６の反転入力端子は同増巾ＯＰ６の出
力端子に接続され、ボルテージフォロワ回路が構成され
る。同増中器ＯＰ６の出力は抵抗Ｒ２１を介して演算増
巾器ＯＰ７の反転入力端子に接続される。ストレンゲー
ジの差動出カ端子Ｃは同増巾器ＯＰ７の非反転入力端子
に接続される。 同増巾器ＯＰ７の反転入力端子と電源端子Ｅ間に抵抗Ｒ
２２が接続される。また同じく該反転入力端子と電源端
子Ｅ間に抵抗Ｒ２４と温度依存性を有する抵抗Ｒｅとの
直列抵抗が接続される。同増巾器ＯＰ７の反転入力端子
と接地端子６間に抵抗Ｒ２３が接続される。また同じく
該反転入力端子と接地端子６間に抵抗Ｒ２５と温度依存
性を有する抵抗Ｒｆとの直列抵抗が接続される。 また正の温度依存性を有する抵抗Ｒｈと抵抗Ｒ２６とが
並列に接続され、この並列抵抗が前記増ｌＪ器ＯＰ７の
反転入力端子と該増巾器ＯＰ７の出力端子間に接続され
る。該出力端子が圧力センサの出力端子Ｆであり、セン
サ出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。 以上のような構成において本発明回路の動作を説明スる
。シリコンダイヤフラムの加圧により、ストレンゲ−ジ
ブリッジ出力端子Ｃの電位Ｖｉ＋は上昇し、出力端子り
の電位Ｖｉ−は下降する。Ｖｉ−は演算増巾器ＯＰ６の
ボルテージフォロワ回路によりインピーダンス変換され
、出力される。このＶｉ−とＶｉ＋との差は演算増巾器
ＯＰ７とその周辺に接続された抵抗により増巾され、出
力される。 この場合抵抗Ｒ２１の値を変化させることにより増巾器
が変化し、感度調整がなされる。この差動増巾器の増巾
器は帰還抵抗として接続された抵抗対Ｒｈ、Ｒ２６中の
Ｒｈの影響により正の温度依存性を持つ、この正の温度
依存性によりストレンゲージ出力電圧信号の持つ負の温
度依存性を補償する。 抵抗Ｒ２２，Ｒ２３は零点調整用の抵抗である。電源端
子Ｅより電流が抵抗Ｒ２２，帰還抵抗Ｒ２６／Ｒｈを通
って演算増巾器ＯＰ７の出力端子Ｆに流れ込み、センサ
出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる。また逆にこの増巾器Ｏ
Ｐ７出力端子Ｆより電流が帰還抵抗、 Ｒ２６／／Ｒｈ
、抵抗Ｒ２３を通って接地端子Ｇに流れ込み、センサ出
力電圧Ｖｏｕｔを上昇させる。この抵抗Ｒ２２とＲ２３
の大小関係を調整することにより、センサ出力ＶｏｕＬ
の零点を調整する。 抵抗Ｒ２４とＲｅとの直列抵抗、抵抗Ｒ２５とＲｆとの
直列抵抗は零点温度特性補償用の抵抗である。 ここで抵抗Ｒｅ、Ｒｆは正の温度依存正を有するものと
する。電源端子Ｅより電流が直列抵抗Ｒ２４゜Ｒｅ、帰
還抵抗Ｒ２６／／Ｒｈを通って演算増巾器ＯＰ７の出力
端子Ｆに流れ込み、センサ出力電圧Ｖｏｕｔを低下させ
る。この電流は抵抗Ｒｅのため負の温度依存性を有し、
センサ出力電圧Ｖｏｕｔに正の温度依存性を持たせてい
る。また逆に演算増巾器ＯＰ７の出力端子Ｆより電流が
帰還抵抗Ｒ２６／／Ｒｈ、直列抵抗抵抗Ｒｆ、Ｒ２５を
通って接地端子Ｇに流れ込み、センサ出力電圧Ｖｏｕｔ
を上昇させる。この電流はＲｆのために負の温度依存性
を有し、センサ出力電圧Ｖｏｕｔに負の温度依存性を持
たせている。この２つの電流のもつ温度依存性の大小関
係を調整することにより、センサ出力Ｖｏｕｔの零点温
度特性を補傷する。ここでセンサ出力Ｖｏｕｔは次の式
（１）で表わされる。 Ｒ２２Ｒ２３ 但し Ｒｘ ＝ Ｒｈ Ｘ Ｒ２６／ （Ｒｈ ＋ Ｒ２６）
・−−一式（２）またＶｃｃは電源電圧である。 式（１）右辺第２項は増巾されたストレンゲ−ジブリッ
ジ差動出力の成分である。第３項は抵抗Ｒ２２を通る電
流による成分、第４項は抵抗２３を通る電流による成分
、第５項は抵抗Ｒ２４，Ｒｅを通る電流よる成分、第６
項は抵抗Ｒ２５，Ｒｆを通る電流による成分である。換
言すれば右辺第２項は感度調整、感度温度特性（補償）
調整、第３項、第４項は零点調整、第５項、第６項は零
点温度特性補償）調整に関係する項である。このように
感度に関する項と零点に関する項は分離しているため、
感度調整、感度温度特性補償と零点調整、零点温度特性
補償とは独立となり、そのために高い調整精度が容易に
実現できる。 零点温度特性補償は通常、温度勾配の補償を指すが、こ
の回路は温度特性の曲がりを補償するとこもできる。第
２図に抵抗Ｒ２４，Ｒ２５の値と温度勾配補償後の温度
特性との関係を示す。このようにＲ２４とＲ２５の値を
バランスをとりながら変えることにより、温度特性の曲
がりを変化させ、平坦な特性にすることが可能である。 また感度温度特性の曲がりは、抵抗Ｒｈの温度特性を変
えることにより変化させ、平坦な状態にすることができ
る。例えばＲｈをストレンゲージと同様に拡散によりチ
ップ上に形成した場合、不純物のドーズ量を変化させる
ことにより、抵抗Ｒｈの温度特性を変化させ、それによ
りセンサ出力Ｖｏｕｔの感度温度特性の曲がりを平坦な
状態にすることができる。 第３図は本発明の他の実施例であり、第１図の実施例と
同様の効果を有する。この第３図の実施例の場合、抵抗
Ｒ２７〜Ｒ３０の値を適当に選ぶことにより、零点調整
および零点温度特性補償を行う。
する。第１図は本発明を適用した半導体センサの第１の
実施例を示す。同図においてＲｇ（Ｒｇ、１−Ｒｇ４）
はシリコンダイヤフラム上に分散配置されたストレンゲ
ージ（歪みゲージ）であり、ブリッジを構成する。加圧
によりブリッジの差動出力端子Ｃ，Ｄ間に電圧信号を生
じるようにダイヤフラム上の位置が決められている。端
子りは演算増巾器ＯＰ６の非反転入力端子に接続される
。この増巾器ＯＰ６の反転入力端子は同増巾ＯＰ６の出
力端子に接続され、ボルテージフォロワ回路が構成され
る。同増中器ＯＰ６の出力は抵抗Ｒ２１を介して演算増
巾器ＯＰ７の反転入力端子に接続される。ストレンゲー
ジの差動出カ端子Ｃは同増巾器ＯＰ７の非反転入力端子
に接続される。 同増巾器ＯＰ７の反転入力端子と電源端子Ｅ間に抵抗Ｒ
２２が接続される。また同じく該反転入力端子と電源端
子Ｅ間に抵抗Ｒ２４と温度依存性を有する抵抗Ｒｅとの
直列抵抗が接続される。同増巾器ＯＰ７の反転入力端子
と接地端子６間に抵抗Ｒ２３が接続される。また同じく
該反転入力端子と接地端子６間に抵抗Ｒ２５と温度依存
性を有する抵抗Ｒｆとの直列抵抗が接続される。 また正の温度依存性を有する抵抗Ｒｈと抵抗Ｒ２６とが
並列に接続され、この並列抵抗が前記増ｌＪ器ＯＰ７の
反転入力端子と該増巾器ＯＰ７の出力端子間に接続され
る。該出力端子が圧力センサの出力端子Ｆであり、セン
サ出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。 以上のような構成において本発明回路の動作を説明スる
。シリコンダイヤフラムの加圧により、ストレンゲ−ジ
ブリッジ出力端子Ｃの電位Ｖｉ＋は上昇し、出力端子り
の電位Ｖｉ−は下降する。Ｖｉ−は演算増巾器ＯＰ６の
ボルテージフォロワ回路によりインピーダンス変換され
、出力される。このＶｉ−とＶｉ＋との差は演算増巾器
ＯＰ７とその周辺に接続された抵抗により増巾され、出
力される。 この場合抵抗Ｒ２１の値を変化させることにより増巾器
が変化し、感度調整がなされる。この差動増巾器の増巾
器は帰還抵抗として接続された抵抗対Ｒｈ、Ｒ２６中の
Ｒｈの影響により正の温度依存性を持つ、この正の温度
依存性によりストレンゲージ出力電圧信号の持つ負の温
度依存性を補償する。 抵抗Ｒ２２，Ｒ２３は零点調整用の抵抗である。電源端
子Ｅより電流が抵抗Ｒ２２，帰還抵抗Ｒ２６／Ｒｈを通
って演算増巾器ＯＰ７の出力端子Ｆに流れ込み、センサ
出力電圧Ｖｏｕｔを低下させる。また逆にこの増巾器Ｏ
Ｐ７出力端子Ｆより電流が帰還抵抗、 Ｒ２６／／Ｒｈ
、抵抗Ｒ２３を通って接地端子Ｇに流れ込み、センサ出
力電圧Ｖｏｕｔを上昇させる。この抵抗Ｒ２２とＲ２３
の大小関係を調整することにより、センサ出力ＶｏｕＬ
の零点を調整する。 抵抗Ｒ２４とＲｅとの直列抵抗、抵抗Ｒ２５とＲｆとの
直列抵抗は零点温度特性補償用の抵抗である。 ここで抵抗Ｒｅ、Ｒｆは正の温度依存正を有するものと
する。電源端子Ｅより電流が直列抵抗Ｒ２４゜Ｒｅ、帰
還抵抗Ｒ２６／／Ｒｈを通って演算増巾器ＯＰ７の出力
端子Ｆに流れ込み、センサ出力電圧Ｖｏｕｔを低下させ
る。この電流は抵抗Ｒｅのため負の温度依存性を有し、
センサ出力電圧Ｖｏｕｔに正の温度依存性を持たせてい
る。また逆に演算増巾器ＯＰ７の出力端子Ｆより電流が
帰還抵抗Ｒ２６／／Ｒｈ、直列抵抗抵抗Ｒｆ、Ｒ２５を
通って接地端子Ｇに流れ込み、センサ出力電圧Ｖｏｕｔ
を上昇させる。この電流はＲｆのために負の温度依存性
を有し、センサ出力電圧Ｖｏｕｔに負の温度依存性を持
たせている。この２つの電流のもつ温度依存性の大小関
係を調整することにより、センサ出力Ｖｏｕｔの零点温
度特性を補傷する。ここでセンサ出力Ｖｏｕｔは次の式
（１）で表わされる。 Ｒ２２Ｒ２３ 但し Ｒｘ ＝ Ｒｈ Ｘ Ｒ２６／ （Ｒｈ ＋ Ｒ２６）
・−−一式（２）またＶｃｃは電源電圧である。 式（１）右辺第２項は増巾されたストレンゲ−ジブリッ
ジ差動出力の成分である。第３項は抵抗Ｒ２２を通る電
流による成分、第４項は抵抗２３を通る電流による成分
、第５項は抵抗Ｒ２４，Ｒｅを通る電流よる成分、第６
項は抵抗Ｒ２５，Ｒｆを通る電流による成分である。換
言すれば右辺第２項は感度調整、感度温度特性（補償）
調整、第３項、第４項は零点調整、第５項、第６項は零
点温度特性補償）調整に関係する項である。このように
感度に関する項と零点に関する項は分離しているため、
感度調整、感度温度特性補償と零点調整、零点温度特性
補償とは独立となり、そのために高い調整精度が容易に
実現できる。 零点温度特性補償は通常、温度勾配の補償を指すが、こ
の回路は温度特性の曲がりを補償するとこもできる。第
２図に抵抗Ｒ２４，Ｒ２５の値と温度勾配補償後の温度
特性との関係を示す。このようにＲ２４とＲ２５の値を
バランスをとりながら変えることにより、温度特性の曲
がりを変化させ、平坦な特性にすることが可能である。 また感度温度特性の曲がりは、抵抗Ｒｈの温度特性を変
えることにより変化させ、平坦な状態にすることができ
る。例えばＲｈをストレンゲージと同様に拡散によりチ
ップ上に形成した場合、不純物のドーズ量を変化させる
ことにより、抵抗Ｒｈの温度特性を変化させ、それによ
りセンサ出力Ｖｏｕｔの感度温度特性の曲がりを平坦な
状態にすることができる。 第３図は本発明の他の実施例であり、第１図の実施例と
同様の効果を有する。この第３図の実施例の場合、抵抗
Ｒ２７〜Ｒ３０の値を適当に選ぶことにより、零点調整
および零点温度特性補償を行う。
本発明によれば、シリコンダイヤフラム上に拡散により
形成された歪ゲージＲｇｌ＝Ｒｇ４を含み、かつ１対の
駆動電圧入力端子および１対の信号出力端子Ｃ，Ｄを有
するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力信号電圧
の増巾、温度補償を行う回路とを備えた半導体圧力セン
サにおいて、前記ブリッジ回路の１対の信号出力端子Ｃ
，Ｄのうち、一方の端子りの電圧Ｖｉ−を演算増巾器Ｏ
Ｐ６からなるボルテージフォロワ回路に入力し、前記１
対の信号出力端子の他方Ｃの電圧Ｖｉ＋と前記ボルテー
ジフォロワ回路の出力電圧との差を抵抗Ｒ２１，帰還抵
抗および演算増巾器ＯＰ７を含んだ差動増巾回路により
増申し、前記演算増巾器の帰還抵抗として正の温度依存
性を有する抵抗Ｒｈもしくは該抵抗を含んだ抵抗群Ｒｈ
、Ｒ２６′を接続し、前記演算増巾器ＯＰ７の反転入力
端子と直流電源端子の正極側Ｅもしくは負極側Ｇまたは
この両極側Ｅ、Ｇとの間に温度依存性の大きな抵抗Ｒｅ
。 Ｒｆを含んだ抵抗群Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒ２２〜Ｒ２５を接続
するようにしたので、 以下のような効果を奏することができる。 ■増巾補償回路を構成するために必要な素子数は、例え
ば第１図の実施例の場合、演算増巾器２゜抵抗６．温度
依存性を有する抵抗３であり、第４図の従来方式と比較
して約半分の素子数で構成できる。従ってセンサの小形
化が容易に実現できる。 更に温度依存性を有する素子をチップ上に拡散により構
成し、抵抗に薄膜抵抗を用いることにより、全ての回路
素子を１つのチップ上に構成することが可能である。 ■感度調整、感度温度補償と零点調整、零点温度特性補
償とが独立に行える。そのため容易に高精度が実現でき
る。 ■零点温度特性に関係する抵抗の値を選ぶことにより、
零点温度特性の曲がりまで補償することができ、広い温
度範囲にわたり、高い精度が得られる。
形成された歪ゲージＲｇｌ＝Ｒｇ４を含み、かつ１対の
駆動電圧入力端子および１対の信号出力端子Ｃ，Ｄを有
するブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の出力信号電圧
の増巾、温度補償を行う回路とを備えた半導体圧力セン
サにおいて、前記ブリッジ回路の１対の信号出力端子Ｃ
，Ｄのうち、一方の端子りの電圧Ｖｉ−を演算増巾器Ｏ
Ｐ６からなるボルテージフォロワ回路に入力し、前記１
対の信号出力端子の他方Ｃの電圧Ｖｉ＋と前記ボルテー
ジフォロワ回路の出力電圧との差を抵抗Ｒ２１，帰還抵
抗および演算増巾器ＯＰ７を含んだ差動増巾回路により
増申し、前記演算増巾器の帰還抵抗として正の温度依存
性を有する抵抗Ｒｈもしくは該抵抗を含んだ抵抗群Ｒｈ
、Ｒ２６′を接続し、前記演算増巾器ＯＰ７の反転入力
端子と直流電源端子の正極側Ｅもしくは負極側Ｇまたは
この両極側Ｅ、Ｇとの間に温度依存性の大きな抵抗Ｒｅ
。 Ｒｆを含んだ抵抗群Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒ２２〜Ｒ２５を接続
するようにしたので、 以下のような効果を奏することができる。 ■増巾補償回路を構成するために必要な素子数は、例え
ば第１図の実施例の場合、演算増巾器２゜抵抗６．温度
依存性を有する抵抗３であり、第４図の従来方式と比較
して約半分の素子数で構成できる。従ってセンサの小形
化が容易に実現できる。 更に温度依存性を有する素子をチップ上に拡散により構
成し、抵抗に薄膜抵抗を用いることにより、全ての回路
素子を１つのチップ上に構成することが可能である。 ■感度調整、感度温度補償と零点調整、零点温度特性補
償とが独立に行える。そのため容易に高精度が実現でき
る。 ■零点温度特性に関係する抵抗の値を選ぶことにより、
零点温度特性の曲がりまで補償することができ、広い温
度範囲にわたり、高い精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例としての回路図、第２図
は第１図の回路における抵抗Ｒ２４，Ｒ２５の値と温度
勾配補償後の温度特性との関係を示す図、 第３図は本発明の第２の実施例としての回路図、第４図
、第５図はそれぞれ圧力センサの従来の増巾補償回路の
異なる例を示す図である。 Ｒｇ（Ｒｇｌ−Ｒｇ４） ：拡散形ストレンゲージ、
Ｒ２１−Ｒ３０：抵抗、Ｒｅ−Ｒｊ：温度依存性を有す
る抵抗、ＯＦ２．ＯＦ２ ：演算増巾器、ＶＣＣ：電
源電圧、Ｖｏｕｔ ：センサ出力電圧、Ｇｎｄ：接地
電紮ご練
は第１図の回路における抵抗Ｒ２４，Ｒ２５の値と温度
勾配補償後の温度特性との関係を示す図、 第３図は本発明の第２の実施例としての回路図、第４図
、第５図はそれぞれ圧力センサの従来の増巾補償回路の
異なる例を示す図である。 Ｒｇ（Ｒｇｌ−Ｒｇ４） ：拡散形ストレンゲージ、
Ｒ２１−Ｒ３０：抵抗、Ｒｅ−Ｒｊ：温度依存性を有す
る抵抗、ＯＦ２．ＯＦ２ ：演算増巾器、ＶＣＣ：電
源電圧、Ｖｏｕｔ ：センサ出力電圧、Ｇｎｄ：接地
電紮ご練
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）シリコンダイヤフラム上に拡散により形成された歪
ゲージを含み、かつ１対の駆動電圧入力端子および一対
の信号出力端子を有するブリッジ回路と、前記ブリッジ
回路の出力信号電圧の増巾、温度補償を行う回路とを備
えた半導体圧力センサにおいて、 前記ブリッジ回路の一対の信号出力端子のうち、いずれ
か一方の電圧をボルテージフォロワ回路に入力し、前記
一対の信号出力端子の他方の電圧と前記ボルテージフォ
ロワ回路の出力電圧との差を、演算増巾器を含んだ差動
増巾回路により増巾し、前記演算増巾器の帰還抵抗とし
て正の温度依存性を有する抵抗、もしくは該抵抗を含ん
だ抵抗群を接続し、前記演算増巾器の反転入力端子と直
流電源端子の正極側もしくは負極側またはこの両極側と
の間に温度依存性の大きな抵抗を含んだ抵抗群を接続し
たことを特徴とする半導体圧力センサの増巾補償回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1186960A JP3071202B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 半導体圧力センサの増巾補償回路 |
| US07/553,339 US5042307A (en) | 1989-07-19 | 1990-07-17 | Amplifying compensation circuit for semiconductor |
| EP90113791A EP0409213B1 (en) | 1989-07-19 | 1990-07-18 | Amplifiying compensation circuit for semiconductor pressure sensor |
| DE69017536T DE69017536T2 (de) | 1989-07-19 | 1990-07-18 | Verstärkungsschaltkreis mit Temperaturausgleich für Halbleiterdruckwandler. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1186960A JP3071202B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 半導体圧力センサの増巾補償回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0351733A true JPH0351733A (ja) | 1991-03-06 |
| JP3071202B2 JP3071202B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=16197740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1186960A Expired - Fee Related JP3071202B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 半導体圧力センサの増巾補償回路 |
Country Status (4)
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|---|---|
| US (1) | US5042307A (ja) |
| EP (1) | EP0409213B1 (ja) |
| JP (1) | JP3071202B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017536T2 (ja) |
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