JPH0425487B2 - - Google Patents
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- JPH0425487B2 JPH0425487B2 JP57170832A JP17083282A JPH0425487B2 JP H0425487 B2 JPH0425487 B2 JP H0425487B2 JP 57170832 A JP57170832 A JP 57170832A JP 17083282 A JP17083282 A JP 17083282A JP H0425487 B2 JPH0425487 B2 JP H0425487B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- 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
- G01L9/06—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 piezo-resistive devices
- G01L9/065—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 piezo-resistive devices with temperature compensating means
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
- Y10S323/907—Temperature compensation of semiconductor
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体圧力センサの感度温度補償に
係り、特に、センサ部と温度補償回路部を集積化
した圧力センサの感度温度補償に関する。
係り、特に、センサ部と温度補償回路部を集積化
した圧力センサの感度温度補償に関する。
先ずシリコン（Si）圧力センサの感度の温度特
性について定量的に説明する。第１図Ａは第２図
に示されたダイヤフラム面上に形成されたゲージ
抵抗２〜５をブリツジ接続し、定電圧VBで駆動
した状態を示す。圧力による出力変化分V0は前
述したように温度特性をもつ。第１図Ｂにその一
例を示す。縦軸は次式で示す感度変化率を示す。
性について定量的に説明する。第１図Ａは第２図
に示されたダイヤフラム面上に形成されたゲージ
抵抗２〜５をブリツジ接続し、定電圧VBで駆動
した状態を示す。圧力による出力変化分V0は前
述したように温度特性をもつ。第１図Ｂにその一
例を示す。縦軸は次式で示す感度変化率を示す。
V0（Ｔ）−V0（20）／V0（20）×100（％） ……(1)
ここで、V0（Ｔ）は温度Ｔのときのブリツジ出
力、V0（20）は基準温度20℃におけるブリツジ出
力を示す。曲線１３が実測結果である。この特性
はゲージ抵抗の不純物濃度やシリコンダイアフラ
ム内に発生する熱応力等によつて若干異なること
がある。いずれにしても一般に用いられる不純物
濃度では低温側で感度が高く、高温側で低い傾向
がある。この温度特性を補償するには駆動電圧
VBの温度特性を曲線１４のようにする必要があ
る。曲線１４の如くすることにより温度による出
力電圧の変化をなくすことができる。例えば、低
温で感度が高くなつたとき、駆動電圧を下げるこ
とによつて、出力を一定に保つことができるわけ
である。曲線１４で示される駆動電圧の温度特性
を得るための回路の一例として従来より行われて
いる第２図に示した回路がある。
力、V0（20）は基準温度20℃におけるブリツジ出
力を示す。曲線１３が実測結果である。この特性
はゲージ抵抗の不純物濃度やシリコンダイアフラ
ム内に発生する熱応力等によつて若干異なること
がある。いずれにしても一般に用いられる不純物
濃度では低温側で感度が高く、高温側で低い傾向
がある。この温度特性を補償するには駆動電圧
VBの温度特性を曲線１４のようにする必要があ
る。曲線１４の如くすることにより温度による出
力電圧の変化をなくすことができる。例えば、低
温で感度が高くなつたとき、駆動電圧を下げるこ
とによつて、出力を一定に保つことができるわけ
である。曲線１４で示される駆動電圧の温度特性
を得るための回路の一例として従来より行われて
いる第２図に示した回路がある。
シリコン単結晶板の中央部に肉薄のダイアフラ
ムを形成し、そのダイアフラム面に不純物拡散層
からなるゲージ抵抗を設け、このゲージ抵抗を組
み合わせてブリツジ回路を構成した圧力検出器が
盛んに開発されている。更に最近の傾向として、
ダイアフラム面又は、周辺の肉厚部に圧力検出器
の感度の温度補償回路あるいは増幅回路を集積化
する研究開発が活発化している。この種の圧力検
出器は、第２図に示すように、Si単結晶板からな
るダイアフラム１に複数個のゲージ抵抗２，３，
４，５を、ダイアフラム１の周辺部に感度の温度
補償用トランジスタ６を配置し、第３図のように
回路を組んで構成される。ブリツジ回路の各対辺
のゲージ抵抗は圧力によつて同一抵抗変化をし、
他の対辺のゲージ抵抗とは逆符号の抵抗変化をす
るように構成されている。また感度の温度補償用
トランジスタ６は、第３図に示す如くゲージ抵抗
２，３，４，５によつて構成されるブリツジ回路
の電源供給端子１０にそのエミツタ９が接続さ
れ、コレクタ７とベース８及びベース８とエミツ
タ９の間にそれぞれ抵抗R1，R2が接続されてい
る。ここで抵抗R1とR2は、ゲージ抵抗と同様に
拡散抵抗とすることもあるが、一般には外部の抵
抗例えば厚膜抵抗で、トリミングすることによ
り、必要な温度特性を得ている。すなわち、トラ
ンジスタ６、抵抗R1及びR2からなる回路は、一
般にnVBE回路として知られている。端子１０及
び端子１１間の電圧V10-11は、トランジスタ６の
ベース８及びエミツタ９間の電圧VBEと抵抗R1及
びR2で表わされ次式となる。
ムを形成し、そのダイアフラム面に不純物拡散層
からなるゲージ抵抗を設け、このゲージ抵抗を組
み合わせてブリツジ回路を構成した圧力検出器が
盛んに開発されている。更に最近の傾向として、
ダイアフラム面又は、周辺の肉厚部に圧力検出器
の感度の温度補償回路あるいは増幅回路を集積化
する研究開発が活発化している。この種の圧力検
出器は、第２図に示すように、Si単結晶板からな
るダイアフラム１に複数個のゲージ抵抗２，３，
４，５を、ダイアフラム１の周辺部に感度の温度
補償用トランジスタ６を配置し、第３図のように
回路を組んで構成される。ブリツジ回路の各対辺
のゲージ抵抗は圧力によつて同一抵抗変化をし、
他の対辺のゲージ抵抗とは逆符号の抵抗変化をす
るように構成されている。また感度の温度補償用
トランジスタ６は、第３図に示す如くゲージ抵抗
２，３，４，５によつて構成されるブリツジ回路
の電源供給端子１０にそのエミツタ９が接続さ
れ、コレクタ７とベース８及びベース８とエミツ
タ９の間にそれぞれ抵抗R1，R2が接続されてい
る。ここで抵抗R1とR2は、ゲージ抵抗と同様に
拡散抵抗とすることもあるが、一般には外部の抵
抗例えば厚膜抵抗で、トリミングすることによ
り、必要な温度特性を得ている。すなわち、トラ
ンジスタ６、抵抗R1及びR2からなる回路は、一
般にnVBE回路として知られている。端子１０及
び端子１１間の電圧V10-11は、トランジスタ６の
ベース８及びエミツタ９間の電圧VBEと抵抗R1及
びR2で表わされ次式となる。
V10-11＝（１＋R1／R2）VBE ……(2)
すなわち、ベース・エミツタ間電圧VBEの抵抗
R1とR2で決定される定数倍の電圧となる。そこ
で、圧力センサの感度は高温になると低下するた
め、これを補償するには、V10-11を小さくするこ
とにより、ブリツジ供給端子１０，１２間の電圧
V10-12を大きくする必要がある。トランジスタ６
のベース・エミツタ間電圧VBEは高温になると小
さくなる傾向にあるため、その変化を見かけ上増
幅する抵抗比R1／R2を適当に選ぶことにより温
度補償ができる。
R1とR2で決定される定数倍の電圧となる。そこ
で、圧力センサの感度は高温になると低下するた
め、これを補償するには、V10-11を小さくするこ
とにより、ブリツジ供給端子１０，１２間の電圧
V10-12を大きくする必要がある。トランジスタ６
のベース・エミツタ間電圧VBEは高温になると小
さくなる傾向にあるため、その変化を見かけ上増
幅する抵抗比R1／R2を適当に選ぶことにより温
度補償ができる。
しかし、電源電圧VCCが変動したとき、温度補
償特性が大幅に変化するという重大な欠点があ
る。ベース・エミツタ間電圧VBEはコレクタ電流
によつて決まり、電源電圧VCCが変化しても大き
な影響を受けない。したがつて温度変化に伴う
V10-11の変化量は電源電圧VCCの影響を受けずほ
ぼ一定となるため、VCCが上昇すると温度補償が
不足となり、一方、VCCが下つたときは過補償に
なる。このように、第３図の補償方式によると電
源電圧VCCの変動に伴つて、温度補償特性が変化
してしまうという欠点がある。
償特性が大幅に変化するという重大な欠点があ
る。ベース・エミツタ間電圧VBEはコレクタ電流
によつて決まり、電源電圧VCCが変化しても大き
な影響を受けない。したがつて温度変化に伴う
V10-11の変化量は電源電圧VCCの影響を受けずほ
ぼ一定となるため、VCCが上昇すると温度補償が
不足となり、一方、VCCが下つたときは過補償に
なる。このように、第３図の補償方式によると電
源電圧VCCの変動に伴つて、温度補償特性が変化
してしまうという欠点がある。
なお、半導体圧力センサの感度温度補償に関す
る公知例として、特開昭58−180926号公報と特開
昭59−31404号公報があるが、これらはブリツジ
回路を定電流で励起するようにしたものである。
る公知例として、特開昭58−180926号公報と特開
昭59−31404号公報があるが、これらはブリツジ
回路を定電流で励起するようにしたものである。
本発明の目的は、電源電圧に変化が生じても温
度補償特性が変化することのない感度温度補償回
路を提供することにある。
度補償特性が変化することのない感度温度補償回
路を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、ブリツ
ジ接続された抵抗のうち少なくとも２個の抵抗が
拡散抵抗で形成され、その拡散抵抗がダイヤフラ
ム表面上に設けられた圧力検出部と、前記ダイヤ
フラムの固定部に設けられ、前記圧力検出部の感
度の温度補償を行う温度補償部と、を備えた集積
化圧力センサにおいて、前記温度補償部としてベ
ースが互いに接続された２個のトランジスタを設
け、その一方のトランジスタのコレクタに定電流
を供給するとともに、他方のトランジスタのエミ
ツタ電流密度を前記一方のトランジスタのエミツ
タ電流密度より小さく設定し、かつ前記他方のト
ランジスタのコレクタ電流に比例した電圧を発生
する電流／電圧変換器の出力電圧を、前記圧力検
出部に供給する構成としたものである。
ジ接続された抵抗のうち少なくとも２個の抵抗が
拡散抵抗で形成され、その拡散抵抗がダイヤフラ
ム表面上に設けられた圧力検出部と、前記ダイヤ
フラムの固定部に設けられ、前記圧力検出部の感
度の温度補償を行う温度補償部と、を備えた集積
化圧力センサにおいて、前記温度補償部としてベ
ースが互いに接続された２個のトランジスタを設
け、その一方のトランジスタのコレクタに定電流
を供給するとともに、他方のトランジスタのエミ
ツタ電流密度を前記一方のトランジスタのエミツ
タ電流密度より小さく設定し、かつ前記他方のト
ランジスタのコレクタ電流に比例した電圧を発生
する電流／電圧変換器の出力電圧を、前記圧力検
出部に供給する構成としたものである。
また、本発明は、ブリツジ接続された抵抗のう
ち少なくとも２個の抵抗が拡散抵抗で形成され、
その拡散抵抗がダイヤフラム表面上に設けられた
圧力検出部と、前記ダイヤフラムの固定部に設け
られ、前記圧力検出部の感度の温度補償を行う温
度補償部と、を備えた集積化圧力センサにおい
て、前記温度補償部としてベースが互いに接続さ
れた２個のトランジスタを設け、その一方のトラ
ンジスタのコレクタに定電流を供給するととも
に、他方のトランジスタのエミツタ電流密度を前
記一方のトランジスタのエミツタ電流密度より小
さく設定し、かつ前記他方のトランジスタのコレ
クタ電流を前記圧力検出部に供給する構成とした
ものである。
ち少なくとも２個の抵抗が拡散抵抗で形成され、
その拡散抵抗がダイヤフラム表面上に設けられた
圧力検出部と、前記ダイヤフラムの固定部に設け
られ、前記圧力検出部の感度の温度補償を行う温
度補償部と、を備えた集積化圧力センサにおい
て、前記温度補償部としてベースが互いに接続さ
れた２個のトランジスタを設け、その一方のトラ
ンジスタのコレクタに定電流を供給するととも
に、他方のトランジスタのエミツタ電流密度を前
記一方のトランジスタのエミツタ電流密度より小
さく設定し、かつ前記他方のトランジスタのコレ
クタ電流を前記圧力検出部に供給する構成とした
ものである。
上記構成のように、２個のトランジスタのう
ち、一方のトランジスタのコレクタに供給される
電流が一定であれば、その一方のトランジスタに
関するベース・電源電圧間の電圧は一定である。
そして、電源電圧が変動しても、他方のトランジ
スタに関するベース・電源電圧間の電圧も一定
（ベース・エミツタ間の電圧も一定）である。し
たがつて、電源電圧が変動しても、他方のトラン
ジスタのコレクタ電流はその影響を受けず変動し
ないことになる。
ち、一方のトランジスタのコレクタに供給される
電流が一定であれば、その一方のトランジスタに
関するベース・電源電圧間の電圧は一定である。
そして、電源電圧が変動しても、他方のトランジ
スタに関するベース・電源電圧間の電圧も一定
（ベース・エミツタ間の電圧も一定）である。し
たがつて、電源電圧が変動しても、他方のトラン
ジスタのコレクタ電流はその影響を受けず変動し
ないことになる。
また、一般にトランジスタの特性は、後述する
ようにエバース・モルモデルで近似され、コレク
タ電流の温度特性はベース・エミツタ間の電圧が
決まれば、電源電圧の影響を受けない。
ようにエバース・モルモデルで近似され、コレク
タ電流の温度特性はベース・エミツタ間の電圧が
決まれば、電源電圧の影響を受けない。
以上のことから、上記構成の集積化圧力センサ
に対して、ある電源電圧で温度補償を行つた場
合、電源電圧が変動しても温度補償特性を一定に
維持することができる。
に対して、ある電源電圧で温度補償を行つた場
合、電源電圧が変動しても温度補償特性を一定に
維持することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
第４図には本発明の一実施例が示されている。
第４図Ａは基本回路図であり、第４図Ｂはトラン
ジスタの電流増幅率hFEのばらつきを吸収する回
路図である。
第４図Ａは基本回路図であり、第４図Ｂはトラン
ジスタの電流増幅率hFEのばらつきを吸収する回
路図である。
図において、トランジスタQ1，Q2、抵抗R3，
R4及び定電流源１５で構成する回路によつて、
抵抗R5に第１図Ｂの曲線１４に温度特性が一致
する定電流源を構成する。抵抗R5及び増幅器１
６で構成される回路によつて、前述した電流を電
圧に変換して圧力センサ用ブリツジ１７の電圧供
給端１８に印加するものである。
R4及び定電流源１５で構成する回路によつて、
抵抗R5に第１図Ｂの曲線１４に温度特性が一致
する定電流源を構成する。抵抗R5及び増幅器１
６で構成される回路によつて、前述した電流を電
圧に変換して圧力センサ用ブリツジ１７の電圧供
給端１８に印加するものである。
さて、本発明の回路が、第１図Ｂ曲線１４に示
す温度特性をもつ理由を半定量的に述べる。第４
図Ａにおいて、Q2のエミツタ面積はQ1のそれよ
り大きくすることが効率的である。トランジスタ
Q1のエミツタ面積に対するQ2のそれとの比をγ
とする。トランジスタの特性を、よく知られたエ
バース・モルモデルで表わせば、Q1及びQ2のコ
レクタ電流IC1及びIC2はそれぞれ、 IC1IS1exp（qVBE1／KT） ……(3) IC2γIS1exp（qVBE2／KT） ……(4) で表わされる。ここで、IS1はトランジスタQ1の
飽和電流、ｑは電荷量、VBE1及びVBE2はそれぞれ
トランジスタQ1及びQ2のベース・エミツタ間電
圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度を示す。
す温度特性をもつ理由を半定量的に述べる。第４
図Ａにおいて、Q2のエミツタ面積はQ1のそれよ
り大きくすることが効率的である。トランジスタ
Q1のエミツタ面積に対するQ2のそれとの比をγ
とする。トランジスタの特性を、よく知られたエ
バース・モルモデルで表わせば、Q1及びQ2のコ
レクタ電流IC1及びIC2はそれぞれ、 IC1IS1exp（qVBE1／KT） ……(3) IC2γIS1exp（qVBE2／KT） ……(4) で表わされる。ここで、IS1はトランジスタQ1の
飽和電流、ｑは電荷量、VBE1及びVBE2はそれぞれ
トランジスタQ1及びQ2のベース・エミツタ間電
圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度を示す。
VCCとQ1及びQ2のベース間電圧は等しいから次
式が成り立つ。
式が成り立つ。
VBE1＋R3Iref＝VBE2＋R4IC2 ……(5)
ここで、Irefは定電流源１５の電流を示し、各
トランジスタの電流増幅率hFEは無限大と仮定し
た。この仮定は半定量的な説明のめには十分であ
る。(3)，(4)式を(5)式に代入して、 １／R4 kT／ｑlnIref／IC2・γ＋R3／R4Iref＝IC2……(
6) が得られる。(6)式左辺第１項が絶対温度Ｔに比例
する電流項、第２項が一定項である。すなわち、
第１項の成分を増加させれば、温度影響が大きく
なり、第２項の成分を増加させれば、温度影響は
小さくなる。IC2の温度影響を第１図Ｂの曲線１
４のように正の温度係数を得るには次の要件が必
要である。
トランジスタの電流増幅率hFEは無限大と仮定し
た。この仮定は半定量的な説明のめには十分であ
る。(3)，(4)式を(5)式に代入して、 １／R4 kT／ｑlnIref／IC2・γ＋R3／R4Iref＝IC2……(
6) が得られる。(6)式左辺第１項が絶対温度Ｔに比例
する電流項、第２項が一定項である。すなわち、
第１項の成分を増加させれば、温度影響が大きく
なり、第２項の成分を増加させれば、温度影響は
小さくなる。IC2の温度影響を第１図Ｂの曲線１
４のように正の温度係数を得るには次の要件が必
要である。
(1) Iref＞IC2
(2) γ＞１
ここで、Irefを一定に保てば、抵抗R3を大きく
するなど(6)式第２項が増加し、正の温度特性が小
さくなる。抵抗R4を大きくすると、左辺第１項
対数の中にIC2が含まれているものの、左辺が小
さくなり、IC2も小さくなる。このとき左辺第１
項対数の分母にIC2があるためR4増加に対する左
辺第１項の減少のしかたの方が第２項のそれより
小さいため、正の温度特性が大きくなる。このよ
うにR3又はR4を適当に選ぶことにより、最適な
補償特性が得られるわけである。
するなど(6)式第２項が増加し、正の温度特性が小
さくなる。抵抗R4を大きくすると、左辺第１項
対数の中にIC2が含まれているものの、左辺が小
さくなり、IC2も小さくなる。このとき左辺第１
項対数の分母にIC2があるためR4増加に対する左
辺第１項の減少のしかたの方が第２項のそれより
小さいため、正の温度特性が大きくなる。このよ
うにR3又はR4を適当に選ぶことにより、最適な
補償特性が得られるわけである。
しかし、シリコンストレンゲージに供給するに
は、定電圧で供給する必要がある。そのために、
抵抗R5、演算増幅器１６によつて、トランジス
タQ2のコレクタ電流IC2をIC2・R5で決まる電圧に
変換してブリツジ供給端子１８に印加するもので
ある。
は、定電圧で供給する必要がある。そのために、
抵抗R5、演算増幅器１６によつて、トランジス
タQ2のコレクタ電流IC2をIC2・R5で決まる電圧に
変換してブリツジ供給端子１８に印加するもので
ある。
ここで、第４図Ａに示した圧力センサの温度補
償特性が、電源電圧VCCの影響を受けず一定とな
ることを説明する。
償特性が、電源電圧VCCの影響を受けず一定とな
ることを説明する。
すなわち、定電流源１５の電流Irefが一定なら
ば、トランジスタQ1に関するベース・VCC間電圧
は一定である。そして、電源電圧VCCが変動して
も、トランジスタQ2に関するベース・VCC間電圧
も一定（ベース・エミツタ間電圧VBE2も一定）で
あり、コレクタ電流IC2は電源電圧VCCの影響を受
けない。
ば、トランジスタQ1に関するベース・VCC間電圧
は一定である。そして、電源電圧VCCが変動して
も、トランジスタQ2に関するベース・VCC間電圧
も一定（ベース・エミツタ間電圧VBE2も一定）で
あり、コレクタ電流IC2は電源電圧VCCの影響を受
けない。
また、トランジスタの特性は、(3)、(4)式のエバ
ース・モルモデルで近似され、トランジスタQ2
のコレクタ電流IC2の温度特性はベース・エミツ
タ間電圧VBE2が決まれば、電源電圧VCCの影響を
受けない。
ース・モルモデルで近似され、トランジスタQ2
のコレクタ電流IC2の温度特性はベース・エミツ
タ間電圧VBE2が決まれば、電源電圧VCCの影響を
受けない。
したがつて、ある電源電圧VCCで温度補償を行
つた場合、その電源電圧VCCが変動しても温度補
償特性を一定とすることが可能となる。
つた場合、その電源電圧VCCが変動しても温度補
償特性を一定とすることが可能となる。
しかし、第４図Ａの原理回路によると、トラン
ジスタの電流増幅率hFEの影響を受けやすい。そ
こで、トランジスタQ1及びQ2のベース電流を基
準電流IrefとバイパスするトランジスタQ3を付加
した実用的な回路を第４図Ｂに示した。動作原理
は同じであるので説明は省略する。
ジスタの電流増幅率hFEの影響を受けやすい。そ
こで、トランジスタQ1及びQ2のベース電流を基
準電流IrefとバイパスするトランジスタQ3を付加
した実用的な回路を第４図Ｂに示した。動作原理
は同じであるので説明は省略する。
この第４図Ｂに示す回路での最適補償結果を第
５図に示した。曲線１３は第１図ｂの曲線１３を
示し、曲線１９が第４図Ｂの回路に基づく補償結
果である。すなわち、第４図ｂのブリツジ供給端
子１８の電圧の温度特性が、第１図ｂの曲線１４
からずれた量を示す。良好な補償が得られること
がわかる。
５図に示した。曲線１３は第１図ｂの曲線１３を
示し、曲線１９が第４図Ｂの回路に基づく補償結
果である。すなわち、第４図ｂのブリツジ供給端
子１８の電圧の温度特性が、第１図ｂの曲線１４
からずれた量を示す。良好な補償が得られること
がわかる。
さて、第５図で示した例は、定電流源が温度に
よらず一定の場合で、理想的な場合である。ゲー
ジ抵抗と周辺回路を一体化する場合には、温度に
影響を受けない定電流源を得ることはむずかし
い。集積回路でよく使われる定電流回路を接続し
た例が第６図Ａである。この例ではトランジスタ
Q5のコレクタ電流IC5が第４図の１５の定電流に
相当する。第６図Ａの例では、トランジスタのベ
ース・エミツタ間電圧が温度上昇に伴い小さくな
るためトランジスタQ5のコレクタ電流IC5は増加
する。このため、抵抗R3とR4の最適値が第４図
の場合とは異なつたものとなる。
よらず一定の場合で、理想的な場合である。ゲー
ジ抵抗と周辺回路を一体化する場合には、温度に
影響を受けない定電流源を得ることはむずかし
い。集積回路でよく使われる定電流回路を接続し
た例が第６図Ａである。この例ではトランジスタ
Q5のコレクタ電流IC5が第４図の１５の定電流に
相当する。第６図Ａの例では、トランジスタのベ
ース・エミツタ間電圧が温度上昇に伴い小さくな
るためトランジスタQ5のコレクタ電流IC5は増加
する。このため、抵抗R3とR4の最適値が第４図
の場合とは異なつたものとなる。
第６図Ａに示した実施例における感度の温度補
償特性を第６図Ｂに示す。曲線１３は前記第１図
Ｂの１３及び第５図の１３と同様圧力センサの感
度温度特性で、この特性を完全に補償すべき特性
（第６図Ａにおいて、ブリツジ出力電圧V0が温度
によらず一定となる条件）からのずれ量を曲線２
０で示した。第４図Ａで示した実施例と同様±
0.1％以内の極めて良好な補償ができることがわ
かる。第６図Ｂに示した結果は、抵抗R6が固定
抵抗で温度係数０の場合である。
償特性を第６図Ｂに示す。曲線１３は前記第１図
Ｂの１３及び第５図の１３と同様圧力センサの感
度温度特性で、この特性を完全に補償すべき特性
（第６図Ａにおいて、ブリツジ出力電圧V0が温度
によらず一定となる条件）からのずれ量を曲線２
０で示した。第４図Ａで示した実施例と同様±
0.1％以内の極めて良好な補償ができることがわ
かる。第６図Ｂに示した結果は、抵抗R6が固定
抵抗で温度係数０の場合である。
第６図Ａにおいて、トランジスタQ4，Q5及び
Q6で構成された定電流源を省略し、トランジス
タQ3のコレクタ・ベース間に抵抗を接続しても、
ほぼ同様な特性が得られる。補償定数決定のため
の計算は複雑となるけれども第６図に示した回路
より素子数を少なくてもほぼ同等の補償ができ
る。第７図に他の実施例を示す。第６図におい
て、pnpトランジスタによつて構成された温度補
償回路をnpnトランジスタで置きかえた回路であ
る。同じ機能を有する素子は同じ符号で表わして
ある。すなわち、スパン温度補償に必要な特性を
得るトランジスタQ1，Q2，Q3にnpnトランジス
タを用い、得られた電流をカレントミラQ7，Q8，
Q9によつて、抵抗R5を介してアース電位Ｅを基
準に検出できるようにしたものである。又定電流
源はトランジスタQ4，Q5，Q6及び抵抗R6，R7，
R8から構成されている。集積回路においてpnpト
ランジスタは、npnトランジスタに較べ面積が大
きくなるため、第７図の回路構成では、Q2のエ
ミツタ面積をQ1に比較し大きくとる場合、Q1，
Q2をnpnトランジスタとしているためチツプ面積
を小さくできる効果がある。
Q6で構成された定電流源を省略し、トランジス
タQ3のコレクタ・ベース間に抵抗を接続しても、
ほぼ同様な特性が得られる。補償定数決定のため
の計算は複雑となるけれども第６図に示した回路
より素子数を少なくてもほぼ同等の補償ができ
る。第７図に他の実施例を示す。第６図におい
て、pnpトランジスタによつて構成された温度補
償回路をnpnトランジスタで置きかえた回路であ
る。同じ機能を有する素子は同じ符号で表わして
ある。すなわち、スパン温度補償に必要な特性を
得るトランジスタQ1，Q2，Q3にnpnトランジス
タを用い、得られた電流をカレントミラQ7，Q8，
Q9によつて、抵抗R5を介してアース電位Ｅを基
準に検出できるようにしたものである。又定電流
源はトランジスタQ4，Q5，Q6及び抵抗R6，R7，
R8から構成されている。集積回路においてpnpト
ランジスタは、npnトランジスタに較べ面積が大
きくなるため、第７図の回路構成では、Q2のエ
ミツタ面積をQ1に比較し大きくとる場合、Q1，
Q2をnpnトランジスタとしているためチツプ面積
を小さくできる効果がある。
更に、前記定電流回路のかわりに、抵抗を、ト
ランジスタQ3のベース・コレクタ間に入れても
同様な機能が得られる。
ランジスタQ3のベース・コレクタ間に入れても
同様な機能が得られる。
さて、第８図Ａに示す回路構成では、増幅器の
増幅度を決定する抵抗R10及びR11がゲージ抵抗
２〜５と同一プロセスで拡散されたものである。
一方、R12及びR13は外付抵抗で温度係数がR10，
R11のそれに比較し小さい場合を示す。この場合
には、ブリツジ１７に供給する電流の温度特性を
第１図Ｂ曲線１４のごとくにする必要がある。こ
の場合には、今まで述べてきたように増幅器１６
によつて、電流を電圧に変換する必要がないの
で、第８図Ｂに示す回路構成でよいことがわか
る。この回路における変形例は前述したとおりで
ある。この例では、温度補償回路を簡単にするこ
とができる特徴がある。
増幅度を決定する抵抗R10及びR11がゲージ抵抗
２〜５と同一プロセスで拡散されたものである。
一方、R12及びR13は外付抵抗で温度係数がR10，
R11のそれに比較し小さい場合を示す。この場合
には、ブリツジ１７に供給する電流の温度特性を
第１図Ｂ曲線１４のごとくにする必要がある。こ
の場合には、今まで述べてきたように増幅器１６
によつて、電流を電圧に変換する必要がないの
で、第８図Ｂに示す回路構成でよいことがわか
る。この回路における変形例は前述したとおりで
ある。この例では、温度補償回路を簡単にするこ
とができる特徴がある。
したがつて、本実施例によれば、機械量検出素
子と集積化した２個の主要トランジスタのエミツ
タ面積を変え、電流密度を変えることにより広い
温度範囲にわたり、機械量と出力が一定になる回
路が実現できる。
子と集積化した２個の主要トランジスタのエミツ
タ面積を変え、電流密度を変えることにより広い
温度範囲にわたり、機械量と出力が一定になる回
路が実現できる。
以上説明したように、本発明によれば、圧力検
出器に供給される電圧または電流を常に一定に維
持できるので、電源電圧が変動しても温度補償特
性の変動を回避することができ、正確な圧力測定
が可能となる。
出器に供給される電圧または電流を常に一定に維
持できるので、電源電圧が変動しても温度補償特
性の変動を回避することができ、正確な圧力測定
が可能となる。
第１図は圧力センサの感度の温度特性を説明す
る図、第２図は従来の圧力センサの断面図、第３
図は第２図の感度補償回路図、第４図は本発明の
実施例を示す図、第５図は第４図図示回路図の温
度特性図、第６図は本発明の他の実施例を示す
図、第７図は本発明の別な実施例を示す図、第８
図は増幅器構成が異なつたときの実施例を示す図
である。 １……シリコンチツプ、２，３，４，５……ゲ
ージ抵抗、１６……増幅器、１７……ブリツジ回
路、Q1，Q2……トランジスタ。
る図、第２図は従来の圧力センサの断面図、第３
図は第２図の感度補償回路図、第４図は本発明の
実施例を示す図、第５図は第４図図示回路図の温
度特性図、第６図は本発明の他の実施例を示す
図、第７図は本発明の別な実施例を示す図、第８
図は増幅器構成が異なつたときの実施例を示す図
である。 １……シリコンチツプ、２，３，４，５……ゲ
ージ抵抗、１６……増幅器、１７……ブリツジ回
路、Q1，Q2……トランジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ブリツジ接続された抵抗のうち少なくとも２
個の抵抗が拡散抵抗で形成され、その拡散抵抗が
ダイヤフラム表面上に設けられた圧力検出部と、
前記ダイヤフラムの固定部に設けられ、前記圧力
検出部の感度の温度補償を行う温度補償部と、を
備えた集積化圧力センサにおいて、 前記温度補償部としてベースが互いに接続され
た２個のトランジスタを設け、その一方のトラン
ジスタのコレクタに定電流を供給するとともに、
他方のトランジスタのエミツタ電流密度を前記一
方のトランジスタのエミツタ電流密度より小さく
設定し、かつ前記他方のトランジスタのコレクタ
電流に比例した電圧を発生する電流／電圧変換器
の出力電圧を、前記圧力検出部に供給する構成と
したことを特徴とする集積化圧力センサ。 ２ ブリツジ接続された抵抗のうち少なくとも２
個の抵抗が拡散抵抗で形成され、その拡散抵抗が
ダイヤフラム表面上に設けられた圧力検出部と、
前記ダイヤフラムの固定部に設けられ、前記圧力
検出部の感度の温度補償を行う温度補償部と、を
備えた集積化圧力センサにおいて、 前記温度補償部としてベースが互いに接続され
た２個のトランジスタを設け、その一方のトラン
ジスタのコレクタに定電流を供給するとともに、
他方のトランジスタのエミツタ電流密度を前記一
方のトランジスタのエミツタ電流密度より小さく
設定し、かつ前記他方のトランジスタのコレクタ
電流を前記圧力検出部に供給する構成としたこと
を特徴とする集積化圧力センサ。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の集積
化圧力センサにおいて、前記２個のトランジスタ
の電流密度は、該２個のトランジスタのエミツタ
面積比を変えることによつて行なうことを特徴と
する集積化圧力センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57170832A JPS5961736A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 集積化圧力センサ |
| US06/536,870 US4558238A (en) | 1982-10-01 | 1983-09-29 | Pressure transducer using integrated circuit elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57170832A JPS5961736A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 集積化圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961736A JPS5961736A (ja) | 1984-04-09 |
| JPH0425487B2 true JPH0425487B2 (ja) | 1992-05-01 |
Family
ID=15912154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57170832A Granted JPS5961736A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 集積化圧力センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4558238A (ja) |
| JP (1) | JPS5961736A (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4659235A (en) * | 1985-04-16 | 1987-04-21 | Borg-Warner Automotive, Inc. | Fluid pressure sensor with temperature indication |
| JPH0691265B2 (ja) * | 1986-08-01 | 1994-11-14 | 株式会社日立製作所 | 半導体圧力センサ |
| US4812801A (en) * | 1987-05-14 | 1989-03-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Solid state gas pressure sensor |
| US4810962A (en) * | 1987-10-23 | 1989-03-07 | International Business Machines Corporation | Voltage regulator capable of sinking current |
| US4883992A (en) * | 1988-09-06 | 1989-11-28 | Delco Electronics Corporation | Temperature compensated voltage generator |
| GB8908518D0 (en) * | 1989-04-14 | 1989-06-01 | Lucas Ind Plc | Transducer temperature compensation circuit |
| GB2238132A (en) * | 1989-11-13 | 1991-05-22 | Nat Res Dev | Transducer power supply |
| US5068595A (en) * | 1990-09-20 | 1991-11-26 | Delco Electronics Corporation | Adjustable temperature dependent current generator |
| US5134310A (en) * | 1991-01-23 | 1992-07-28 | Ramtron Corporation | Current supply circuit for driving high capacitance load in an integrated circuit |
| JP3264689B2 (ja) * | 1992-04-07 | 2002-03-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体圧力センサ用の圧力検出回路 |
| US7931447B2 (en) | 2006-06-29 | 2011-04-26 | Hayward Industries, Inc. | Drain safety and pump control device |
| US10030647B2 (en) | 2010-02-25 | 2018-07-24 | Hayward Industries, Inc. | Universal mount for a variable speed pump drive user interface |
| US8754700B1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-06-17 | Futurewei Technologies, Inc. | Linearity improvement over temperature using temperature dependent common-mode voltages in active mixer |
| EP3954352B1 (en) | 2013-03-15 | 2024-08-21 | Hayward Industries, Inc. | Modular pool/spa control system |
| US11720085B2 (en) | 2016-01-22 | 2023-08-08 | Hayward Industries, Inc. | Systems and methods for providing network connectivity and remote monitoring, optimization, and control of pool/spa equipment |
| US10363197B2 (en) | 2016-01-22 | 2019-07-30 | Hayward Industries, Inc. | Systems and methods for providing network connectivity and remote monitoring, optimization, and control of pool/spa equipment |
| US10718337B2 (en) | 2016-09-22 | 2020-07-21 | Hayward Industries, Inc. | Self-priming dedicated water feature pump |
| RU174159U1 (ru) * | 2017-04-12 | 2017-10-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Интегральный чувствительный элемент преобразователя давления на основе биполярного транзистора |
| RU2731033C1 (ru) * | 2019-06-07 | 2020-08-28 | Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" | Тензопреобразователь давления мостового типа |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3886799A (en) * | 1973-09-24 | 1975-06-03 | Nat Semiconductor Corp | Semiconductor pressure transducer employing temperature compensation circuits and novel heater circuitry |
| US4233848A (en) * | 1978-01-06 | 1980-11-18 | Hitachi, Ltd. | Strain gauge pressure transducer apparatus having an improved impedance bridge |
| JPS5832646B2 (ja) * | 1978-09-08 | 1983-07-14 | 株式会社東芝 | 圧力伝送器 |
| US4300395A (en) * | 1978-11-08 | 1981-11-17 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor pressure detection device |
| JPS5653404A (en) * | 1979-10-08 | 1981-05-13 | Hitachi Ltd | Nonlinear correction circuit |
| US4313082A (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-26 | Motorola, Inc. | Positive temperature coefficient current source and applications |
| DE3047685C2 (de) * | 1980-12-18 | 1986-01-16 | Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn | Temperaturstabile Spannungsquelle |
| JPS587618A (ja) * | 1981-07-07 | 1983-01-17 | Canon Inc | 測光回路の温度補償方式 |
| US4476726A (en) * | 1982-08-19 | 1984-10-16 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Pressure transducers exhibiting linear pressure operation |
-
1982
- 1982-10-01 JP JP57170832A patent/JPS5961736A/ja active Granted
-
1983
- 1983-09-29 US US06/536,870 patent/US4558238A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4558238A (en) | 1985-12-10 |
| JPS5961736A (ja) | 1984-04-09 |
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