JPH0442612B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0442612B2 JPH0442612B2 JP57062314A JP6231482A JPH0442612B2 JP H0442612 B2 JPH0442612 B2 JP H0442612B2 JP 57062314 A JP57062314 A JP 57062314A JP 6231482 A JP6231482 A JP 6231482A JP H0442612 B2 JPH0442612 B2 JP H0442612B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- pressure sensor
- constant current
- voltage
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
- G01L1/2281—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、集積型圧力センサに係り、特に、セ
ンサ部分と圧力検出信号の増幅回路部分との半導
体集積化に好適な温度補償回路に関するものであ
る。
ンサ部分と圧力検出信号の増幅回路部分との半導
体集積化に好適な温度補償回路に関するものであ
る。
半導体圧力センサの感度の温度による変動を補
償する回路には、例えばUSP3836796号に記載さ
れたものがある。その原理的構成を第１図に示
す。この補償回路は、トランジスタ１とそのコレ
クタ・ベース間に接続された抵抗R1とベース・
エミツタ間に接続された抵抗R2とからなり、ブ
リツジ構成されたストレンゲージG1〜G4の回路
と直列接続されている。この温度補償回路は、一
般にnVbe回路として知られている回路である。
償する回路には、例えばUSP3836796号に記載さ
れたものがある。その原理的構成を第１図に示
す。この補償回路は、トランジスタ１とそのコレ
クタ・ベース間に接続された抵抗R1とベース・
エミツタ間に接続された抵抗R2とからなり、ブ
リツジ構成されたストレンゲージG1〜G4の回路
と直列接続されている。この温度補償回路は、一
般にnVbe回路として知られている回路である。
補償回路の端子間電圧Vcomは、トランジスタ
１のベース・エミツタ間電圧Vbeを抵抗R1と抵
抗R2とにより決まる定数倍した電圧となる。そ
こで、抵抗R1と抵抗R2とを適当に選び、電圧
Vcomの温度特性で、圧力センサの感度を補償し
ている。
１のベース・エミツタ間電圧Vbeを抵抗R1と抵
抗R2とにより決まる定数倍した電圧となる。そ
こで、抵抗R1と抵抗R2とを適当に選び、電圧
Vcomの温度特性で、圧力センサの感度を補償し
ている。
圧力センサの感度は、一般に、高温になると低
くなる。この感度の低下を補償するには、圧力セ
ンサのブリツジ端子電圧を高くすればよい。すな
わち、補償回路の端子間電圧Vcomを低くすれば
よい。トランジスタ１のベース・エミツタ間電圧
Vbeは温度上昇にともなつて低くなるので、補償
回路の端子間電圧Vcomが低くなり、圧力センサ
のブリツジ端子電圧を高くすることができる。
くなる。この感度の低下を補償するには、圧力セ
ンサのブリツジ端子電圧を高くすればよい。すな
わち、補償回路の端子間電圧Vcomを低くすれば
よい。トランジスタ１のベース・エミツタ間電圧
Vbeは温度上昇にともなつて低くなるので、補償
回路の端子間電圧Vcomが低くなり、圧力センサ
のブリツジ端子電圧を高くすることができる。
この種の温度補償回路には、特開昭49−119675
号公報に記載のものもある。この補償回路は、固
定抵抗と可変抵抗および感熱素子として用いたト
ランジスタにより、温度に応じた電流を圧力セン
サのブリツジ回路に供給する手段、または、さら
にツエナーダイオード等を追加して、温度に応じ
た電圧を圧力センサのブリツジ回路に供給する手
段を提案している。
号公報に記載のものもある。この補償回路は、固
定抵抗と可変抵抗および感熱素子として用いたト
ランジスタにより、温度に応じた電流を圧力セン
サのブリツジ回路に供給する手段、または、さら
にツエナーダイオード等を追加して、温度に応じ
た電圧を圧力センサのブリツジ回路に供給する手
段を提案している。
上記USP3836796の圧力センサでは、電源電圧
Vccが変化したとき、トランジスタを含む補償回
路の端子電圧Vcomがほとんど影響を受けないの
に対して、ブリツジ端子電圧は、１対１に影響を
受ける。したがつて、温度変化に伴うVcomの変
化量は、電源電圧Vccの変化の影響をほとんど受
けずに一定であるため、電源電圧Vccが上昇する
と、端子電圧Vcomの全体に占める割合が小さく
なり、温度補償が不足し、電源電圧が低下したと
きは、過補償となる欠点があつた。
Vccが変化したとき、トランジスタを含む補償回
路の端子電圧Vcomがほとんど影響を受けないの
に対して、ブリツジ端子電圧は、１対１に影響を
受ける。したがつて、温度変化に伴うVcomの変
化量は、電源電圧Vccの変化の影響をほとんど受
けずに一定であるため、電源電圧Vccが上昇する
と、端子電圧Vcomの全体に占める割合が小さく
なり、温度補償が不足し、電源電圧が低下したと
きは、過補償となる欠点があつた。
一方、特開昭49−119675号公報の圧力センサで
は、ブリツジ回路部分のみに対して温度に応じた
電流または電圧を供給しているが、小型化特に集
積化に対する配慮が無く、また、ブリツジの圧力
検知信号を増幅し次段に出力する増幅回路の温度
特性も含めた補償については、なんら配慮が無か
つた。
は、ブリツジ回路部分のみに対して温度に応じた
電流または電圧を供給しているが、小型化特に集
積化に対する配慮が無く、また、ブリツジの圧力
検知信号を増幅し次段に出力する増幅回路の温度
特性も含めた補償については、なんら配慮が無か
つた。
ところで、最近は、圧力センサを小型化しまた
は信号の取り扱いを容易にする目的で、圧力セン
サ部分とその圧力検出信号の増幅回路部分とを集
積化する方式が提案されている。その際、圧力セ
ンサのブリツジを構成する拡散ゲージ抵抗は、例
えばシリコンダイアフラム面上に拡散されて形成
される。また、増幅回路部分の増幅度を決定する
抵抗も、前記シリコン基板のダイヤフラム領域外
の面上に形成されている。
は信号の取り扱いを容易にする目的で、圧力セン
サ部分とその圧力検出信号の増幅回路部分とを集
積化する方式が提案されている。その際、圧力セ
ンサのブリツジを構成する拡散ゲージ抵抗は、例
えばシリコンダイアフラム面上に拡散されて形成
される。また、増幅回路部分の増幅度を決定する
抵抗も、前記シリコン基板のダイヤフラム領域外
の面上に形成されている。
前記ブリツジの出力Voutが一般に数10mVで
あるのに対して、後述のセンサ出力Eoutは、こ
の出力Eoutを受け取る機器側の要求から、数Ｖ
が必要となる。したがつて、シリコン基板上に集
積化された増幅回路部分の増幅度は、少なくとも
100倍必要となる。そのため、入力側に接続され
る抵抗に対するフイードバツク抵抗の比は、100
倍以上となり、例えば数100kΩの抵抗値となつ
てしまう。この抵抗をオンチツプ化すると、莫大
な面積が必要となり、面積の確保が困難になると
ともに、チツプのコスト等に反映する。そこで、
チツプ上に薄膜で形成したり、厚膜抵抗で形成し
た方が実用的とされている。
あるのに対して、後述のセンサ出力Eoutは、こ
の出力Eoutを受け取る機器側の要求から、数Ｖ
が必要となる。したがつて、シリコン基板上に集
積化された増幅回路部分の増幅度は、少なくとも
100倍必要となる。そのため、入力側に接続され
る抵抗に対するフイードバツク抵抗の比は、100
倍以上となり、例えば数100kΩの抵抗値となつ
てしまう。この抵抗をオンチツプ化すると、莫大
な面積が必要となり、面積の確保が困難になると
ともに、チツプのコスト等に反映する。そこで、
チツプ上に薄膜で形成したり、厚膜抵抗で形成し
た方が実用的とされている。
このような構造では、増幅回路の増幅度を決め
るために入力側に接続される抵抗とフイードバツ
ク抵抗との材質や構成が異なるところから、両抵
抗の温度係数に差が生じ、上記各種従来技術によ
り、圧力センサのブリツジ部分の温度による感度
低下を十分に補償したとしても、集積化された圧
力センサから得られる出力電圧Voutは、この増
幅回路部分の増幅度の温度による変化の影響を受
けることになる。
るために入力側に接続される抵抗とフイードバツ
ク抵抗との材質や構成が異なるところから、両抵
抗の温度係数に差が生じ、上記各種従来技術によ
り、圧力センサのブリツジ部分の温度による感度
低下を十分に補償したとしても、集積化された圧
力センサから得られる出力電圧Voutは、この増
幅回路部分の増幅度の温度による変化の影響を受
けることになる。
増幅回路も含めた集積化に対する配慮を欠いた
上記従来技術では、いずれも、増幅回路も含めた
精密な温度補償ができないという欠点があつた。
上記従来技術では、いずれも、増幅回路も含めた
精密な温度補償ができないという欠点があつた。
本発明の目的は、ダイアフラムを形成した基板
上に集積化された圧力センサ部分とその増幅回路
部分のうち、圧力センサ部分の温度による感度の
変動のみならず、増幅回路部分の増幅度を決める
抵抗等の温度による変動も含めて総合的に温度補
償し、しかも電源電圧が変動してもその温度補償
特性が変化しない補償手段を備えた圧力センサを
提供することである。
上に集積化された圧力センサ部分とその増幅回路
部分のうち、圧力センサ部分の温度による感度の
変動のみならず、増幅回路部分の増幅度を決める
抵抗等の温度による変動も含めて総合的に温度補
償し、しかも電源電圧が変動してもその温度補償
特性が変化しない補償手段を備えた圧力センサを
提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、裏面を
ダイアフラムに加工した半導体基板の表面上に圧
力に応じて抵抗値が変わる複数の拡散抵抗からな
る応力感知素子を形成し、この応力感知素子から
の信号を所定の増幅率で増幅するために半導体基
板表面上に形成され温度に応じて抵抗値が変わる
増幅率設定抵抗を含む増幅回路を半導体基板の前
記ダイアフラム外の表面上に配置した集積型圧力
センサにおいて、前記半導体基板表面上に形成さ
れ応力感知素子の複数の拡散抵抗を定電流駆動し
電源電圧の影響を除去する定電流駆動手段と、半
導体基板表面上に形成されたトランジスタと拡散
抵抗素子とを含み温度に応じて変わるトランジス
タのVbe電圧および拡散抵抗素子の抵抗値の変化
に基づいて定電流駆動手段の設定電流を変更する
定電流変更手段とからなり、電源電圧の変化と応
力感知素子の温度による感度特性変化および増幅
回路の温度による増幅率変化とを総合的に補償す
る補償回路を設けた集積型圧力センサを提案する
ものである。
ダイアフラムに加工した半導体基板の表面上に圧
力に応じて抵抗値が変わる複数の拡散抵抗からな
る応力感知素子を形成し、この応力感知素子から
の信号を所定の増幅率で増幅するために半導体基
板表面上に形成され温度に応じて抵抗値が変わる
増幅率設定抵抗を含む増幅回路を半導体基板の前
記ダイアフラム外の表面上に配置した集積型圧力
センサにおいて、前記半導体基板表面上に形成さ
れ応力感知素子の複数の拡散抵抗を定電流駆動し
電源電圧の影響を除去する定電流駆動手段と、半
導体基板表面上に形成されたトランジスタと拡散
抵抗素子とを含み温度に応じて変わるトランジス
タのVbe電圧および拡散抵抗素子の抵抗値の変化
に基づいて定電流駆動手段の設定電流を変更する
定電流変更手段とからなり、電源電圧の変化と応
力感知素子の温度による感度特性変化および増幅
回路の温度による増幅率変化とを総合的に補償す
る補償回路を設けた集積型圧力センサを提案する
ものである。
前記定電流変更手段は、より具体的には、エミ
ツタ面積が異なる複数の前記トランジスタのVbe
電圧に基づいて絶対温度に比例した電圧を得る回
路と、不純物濃度が異なる複数の前記拡散抵抗素
子を含み前記絶対温度に比例した電圧を定電流駆
動手段の設定電流に変換する電圧−電流変換回路
とからなる。
ツタ面積が異なる複数の前記トランジスタのVbe
電圧に基づいて絶対温度に比例した電圧を得る回
路と、不純物濃度が異なる複数の前記拡散抵抗素
子を含み前記絶対温度に比例した電圧を定電流駆
動手段の設定電流に変換する電圧−電流変換回路
とからなる。
本発明においては、まず、電源電圧の変動がブ
リツジ構成の応力感知素子の検知信号に与える影
響は、基本的に前記ブリツジを定電流駆動して排
除する。
リツジ構成の応力感知素子の検知信号に与える影
響は、基本的に前記ブリツジを定電流駆動して排
除する。
次に、応力感知素子と増幅器とを集積化し小型
化する要求に答えるには、温度係数が小さい金属
膜抵抗と温度係数が大きい拡散抵抗とを増幅器の
増幅率決定素子に混用せざるを得ないので、金属
膜抵抗と拡散抵抗との混用による温度変化の全体
出力感度への影響は、上記定電流回路の設定電流
を温度に応じて変更する。
化する要求に答えるには、温度係数が小さい金属
膜抵抗と温度係数が大きい拡散抵抗とを増幅器の
増幅率決定素子に混用せざるを得ないので、金属
膜抵抗と拡散抵抗との混用による温度変化の全体
出力感度への影響は、上記定電流回路の設定電流
を温度に応じて変更する。
具体的には、トランジスタのVbeの温度依存性
を利用し、２つのトランジスタのVbeの差ΔVbe
をパラメータとして用いる。また、複数の拡散抵
抗の温度係数を不純物濃度で調整し、前記差電圧
ΔVbeに基づいて、定電流回路の設定電流を温度
に応じて変更する。
を利用し、２つのトランジスタのVbeの差ΔVbe
をパラメータとして用いる。また、複数の拡散抵
抗の温度係数を不純物濃度で調整し、前記差電圧
ΔVbeに基づいて、定電流回路の設定電流を温度
に応じて変更する。
第２図は、シリコンダイアフラム型圧力センサ
の温度に対する感度の変化の一例を示す図であ
る。この特性は、第１図に示したブリツジ構成の
圧力センサを定電圧駆動した場合の特性である。
の温度に対する感度の変化の一例を示す図であ
る。この特性は、第１図に示したブリツジ構成の
圧力センサを定電圧駆動した場合の特性である。
詳しくは、1981年９月25日に開催された日本機
械学会・精密機械学会共催の日立地方講演会の
〓講演論文集〓No.105「工業計器用半導体圧力セン
サの構造解析」に示されているように、拡散抵抗
の不純物濃度の感度への影響は大きくないが、シ
リコンダイアフラムとそれを取り付けるダイの線
膨張係数の違いという機械的要因の感度への影響
が大きい。すなわち、本来は圧力のみによつてシ
リコンダイアフラムに生ずる応力の値が熱歪の影
響を受け、圧力センサの感度の変化となつて現れ
る。
械学会・精密機械学会共催の日立地方講演会の
〓講演論文集〓No.105「工業計器用半導体圧力セン
サの構造解析」に示されているように、拡散抵抗
の不純物濃度の感度への影響は大きくないが、シ
リコンダイアフラムとそれを取り付けるダイの線
膨張係数の違いという機械的要因の感度への影響
が大きい。すなわち、本来は圧力のみによつてシ
リコンダイアフラムに生ずる応力の値が熱歪の影
響を受け、圧力センサの感度の変化となつて現れ
る。
さて、第２図は、より具体的に説明すると、シ
リコンダイアフラムをホウケイ酸ガラスに接着し
た圧力センサの特性である。この特性は次の実験
式で表される。
リコンダイアフラムをホウケイ酸ガラスに接着し
た圧力センサの特性である。この特性は次の実験
式で表される。
Vout(T)＝Vout（T0）｛１＋ξ（１／Ｔ−１／T
0）｝…(1) ただし、ξはサンプルによつて異なるが、例え
ば233Kである。
0）｝…(1) ただし、ξはサンプルによつて異なるが、例え
ば233Kである。
本発明による温度補償手段を備え集積化された
圧力センサの基本的系統構成の一例を第３図に示
す。圧力センサ部分のブリツジを構成する拡散ゲ
ージ抵抗G1〜G4は、シリコンダイアフラム面上
に拡散されている。２は本発明による温度補償回
路、３は抵抗R3，R4とともに検出信号増幅回路
を形成する増幅器である。
圧力センサの基本的系統構成の一例を第３図に示
す。圧力センサ部分のブリツジを構成する拡散ゲ
ージ抵抗G1〜G4は、シリコンダイアフラム面上
に拡散されている。２は本発明による温度補償回
路、３は抵抗R3，R4とともに検出信号増幅回路
を形成する増幅器である。
すでに述べたように、ブリツジG1〜G4の出力
Voutが一般に数10mVであるのに対して、増幅
回路３からのセンサ出力Eoutは数Ｖが要求され
る。したがつて、シリコン基板上に集積化された
増幅回路部分３，R3，R4の増幅度は、少なくと
も100倍必要となる。そのため、入力側に接続さ
れる抵抗R3に対するフイードバツク抵抗R4の比
は100倍以上となり、例えば数100kΩの抵抗値に
なつてしまう。この抵抗R4をオンチツプ化する
と、莫大な面積が必要となり、チツプのコスト等
にも反映する。そこで、このような値の抵抗は、
チツプ上に薄膜で形成したり、厚膜で形成する。
Voutが一般に数10mVであるのに対して、増幅
回路３からのセンサ出力Eoutは数Ｖが要求され
る。したがつて、シリコン基板上に集積化された
増幅回路部分３，R3，R4の増幅度は、少なくと
も100倍必要となる。そのため、入力側に接続さ
れる抵抗R3に対するフイードバツク抵抗R4の比
は100倍以上となり、例えば数100kΩの抵抗値に
なつてしまう。この抵抗R4をオンチツプ化する
と、莫大な面積が必要となり、チツプのコスト等
にも反映する。そこで、このような値の抵抗は、
チツプ上に薄膜で形成したり、厚膜で形成する。
このように、増幅回路の増幅度を決めるために
増幅器３の入力側に接続される抵抗R3とフイー
ドバツク抵抗のR4との材質が異なるところから、
両抵抗Ｒ３，Ｒ４の温度係数に差が生じ、圧力セ
ンサのブリツジ部分の温度による感度低下を十分
に補償したとしても、集積化された圧力センサか
ら得られる出力電圧Eoutは、この増幅回路部分
３，R3，R4の増幅度の温度による変化の影響を
受けることになる。
増幅器３の入力側に接続される抵抗R3とフイー
ドバツク抵抗のR4との材質が異なるところから、
両抵抗Ｒ３，Ｒ４の温度係数に差が生じ、圧力セ
ンサのブリツジ部分の温度による感度低下を十分
に補償したとしても、集積化された圧力センサか
ら得られる出力電圧Eoutは、この増幅回路部分
３，R3，R4の増幅度の温度による変化の影響を
受けることになる。
そこで、次に、この増幅回路部分３，R3，R4
の増幅度の温度による変化の影響の補償も含めた
温度補償の原理を説明する。
の増幅度の温度による変化の影響の補償も含めた
温度補償の原理を説明する。
前記拡散ゲージ抵抗G1〜G4で形成されている
ブリツジが、定電流Ib(T)で駆動されているとする
と、圧力センサの出力Eoutは、 Eout(T)＝R4／R3Vout(T) …(2) Vout(T)＝Ｋ（１＋αdr）Ib(T) …(3) (3)式を(2)式に代入して、 Eout(T)＝R4／R3（１＋αr）Ｋ（１＋αdr）
Ib(T)…(4) ただし、Ｋ：比例定数 αdr：定電流駆動ブリツジの感度の温度変
化分 ar：抵抗の温度変化分 となる。
ブリツジが、定電流Ib(T)で駆動されているとする
と、圧力センサの出力Eoutは、 Eout(T)＝R4／R3Vout(T) …(2) Vout(T)＝Ｋ（１＋αdr）Ib(T) …(3) (3)式を(2)式に代入して、 Eout(T)＝R4／R3（１＋αr）Ｋ（１＋αdr）
Ib(T)…(4) ただし、Ｋ：比例定数 αdr：定電流駆動ブリツジの感度の温度変
化分 ar：抵抗の温度変化分 となる。
いま、抵抗R3の不純物濃度を拡散ゲージ抵抗
と同一に選ぶと、(4)式は、 Eout＝R4／R3Ｋ（１＋β）Ib(T) …(5) ただし、β＝αdr−αr となる。ここで、R4はR3と比べて抵抗温度係数
が極めて小さい金属薄膜抵抗とすると、βは、定
電流駆動ブリツジの感度の温度変化分で、(1)式の
中のξ（１／Ｔ−１／T0）で表される量である。
したがつて、Eoutは、 Eout(T)＝R4／R3Ｋ｛１＋ξ（１／Ｔ−１／T
0）Ib(T)｝…(6) となる。この(6)式から、Eoutを温度と無関係に
するためには、 Ib(T)＝Ib（T0）１／１＋ξ（１／Ｔ−１／T0） …(7) とする必要があることが分かる。(7)式をさらに変
形すると、 Ib(T)＝Ib（T0）Ｔ／T0÷｛１＋T1−ξ／T0 2
（Ｔ−T0）｝…(8) となる。T0＝293Kすなわち20℃の第２図の特性
の例では、（T0−ξ）／T0 2は、７×10-4K-1とな
り、拡散抵抗で実現し得る値である。(8)式から明
らかなように、IbはＴに比例する項とそれを抑制
する項とからなる。
と同一に選ぶと、(4)式は、 Eout＝R4／R3Ｋ（１＋β）Ib(T) …(5) ただし、β＝αdr−αr となる。ここで、R4はR3と比べて抵抗温度係数
が極めて小さい金属薄膜抵抗とすると、βは、定
電流駆動ブリツジの感度の温度変化分で、(1)式の
中のξ（１／Ｔ−１／T0）で表される量である。
したがつて、Eoutは、 Eout(T)＝R4／R3Ｋ｛１＋ξ（１／Ｔ−１／T
0）Ib(T)｝…(6) となる。この(6)式から、Eoutを温度と無関係に
するためには、 Ib(T)＝Ib（T0）１／１＋ξ（１／Ｔ−１／T0） …(7) とする必要があることが分かる。(7)式をさらに変
形すると、 Ib(T)＝Ib（T0）Ｔ／T0÷｛１＋T1−ξ／T0 2
（Ｔ−T0）｝…(8) となる。T0＝293Kすなわち20℃の第２図の特性
の例では、（T0−ξ）／T0 2は、７×10-4K-1とな
り、拡散抵抗で実現し得る値である。(8)式から明
らかなように、IbはＴに比例する項とそれを抑制
する項とからなる。
さて、(8)式で示される駆動電流の温度特性を実
現する回路である温度補償回路２の詳細な回路の
一例を第４図に示す。図において、２０および３
０は、トランジスタ４０および５０にそれぞれ定
電流を供給する定電流源、６０および７０は差動
増幅器、８０は電圧を電流に変換するためのトラ
ンジスタ、R5，R6，R7は拡散抵抗または薄膜抵
抗または厚膜抵抗である。
現する回路である温度補償回路２の詳細な回路の
一例を第４図に示す。図において、２０および３
０は、トランジスタ４０および５０にそれぞれ定
電流を供給する定電流源、６０および７０は差動
増幅器、８０は電圧を電流に変換するためのトラ
ンジスタ、R5，R6，R7は拡散抵抗または薄膜抵
抗または厚膜抵抗である。
トランジスタ４０および５０のエミツタ面積の
比をγとすると、両者のVbeの差ΔVbeは、 ΔVbe＝Ｔｋ／ｑlnγ …(9) ここで、ｋはボルツマン定数、ｑは電荷量であ
る。したがつて、出力電流Ib(T)は、 Ib(T)＝TkR6／qR5R7（lnγ）＝kR60／qR50R70
（lnγ）Ｔ／１＋（α5＋α7−α6）（Ｔ−T0）…(10) (8)式と(10)式とから、 kR60lnγ／qR50R70＝Ib（T0）／T0 …(11) α5＋α7−α6＝T0−ξ／T0 2 を満足するように、温度T0におけるそれぞれの
抵抗値R50，R60，R70および抵抗温度係数を選べ
ばよいことが分かる。拡散抵抗の温度係数は、周
知のように、不純物濃度に大きく依存するので、
前記条件を満足する不純物濃度を選べばよい。第
２図の特性においては、R7を金属の薄膜または
厚膜抵抗として温度係数を極めて小さくし、R6
の不純物濃度Nsを４×1018cm-3、R5の不純物濃
度Nsを２×1019cm-3とすれば、上式を満足する抵
抗温度係数が得られ、(1)式と実験結果との間には
良い近似が見られる。
比をγとすると、両者のVbeの差ΔVbeは、 ΔVbe＝Ｔｋ／ｑlnγ …(9) ここで、ｋはボルツマン定数、ｑは電荷量であ
る。したがつて、出力電流Ib(T)は、 Ib(T)＝TkR6／qR5R7（lnγ）＝kR60／qR50R70
（lnγ）Ｔ／１＋（α5＋α7−α6）（Ｔ−T0）…(10) (8)式と(10)式とから、 kR60lnγ／qR50R70＝Ib（T0）／T0 …(11) α5＋α7−α6＝T0−ξ／T0 2 を満足するように、温度T0におけるそれぞれの
抵抗値R50，R60，R70および抵抗温度係数を選べ
ばよいことが分かる。拡散抵抗の温度係数は、周
知のように、不純物濃度に大きく依存するので、
前記条件を満足する不純物濃度を選べばよい。第
２図の特性においては、R7を金属の薄膜または
厚膜抵抗として温度係数を極めて小さくし、R6
の不純物濃度Nsを４×1018cm-3、R5の不純物濃
度Nsを２×1019cm-3とすれば、上式を満足する抵
抗温度係数が得られ、(1)式と実験結果との間には
良い近似が見られる。
なお、シリコンダイアフラムとダイとの関係
で、第２図の傾斜が小さくなることがある。この
ときには、ξが小さくなり、（T0−ξ）／T0 2を
大きく取らなければならない場合、抵抗温度係数
に大きな差を持たせなければならないから、R7
も抵抗温度係数の大きな拡散抵抗を使う必要があ
る。
で、第２図の傾斜が小さくなることがある。この
ときには、ξが小さくなり、（T0−ξ）／T0 2を
大きく取らなければならない場合、抵抗温度係数
に大きな差を持たせなければならないから、R7
も抵抗温度係数の大きな拡散抵抗を使う必要があ
る。
以上説明してきたように、本実施例において
は、ブリツジを定電流Ibで駆動する方式とし、こ
のIbが電源電圧Vccには依存せず、トランジスタ
固有の電圧Vbeと拡散ゲージ抵抗の温度係数αに
よつて決められるように工夫しているので、温度
補償特性は、電源電圧の変動の影響を受けないこ
とが分かる。すなわち、電源電圧に影響されるこ
となく、温度に依存するトランジスタのベース・
エミツタ間電圧Vbeと拡散抵抗とにより、増幅回
路の増幅率決定素子の温度変化も含めて半導体圧
力センサ全体の感度温度補償を正確に行うことが
できる。
は、ブリツジを定電流Ibで駆動する方式とし、こ
のIbが電源電圧Vccには依存せず、トランジスタ
固有の電圧Vbeと拡散ゲージ抵抗の温度係数αに
よつて決められるように工夫しているので、温度
補償特性は、電源電圧の変動の影響を受けないこ
とが分かる。すなわち、電源電圧に影響されるこ
となく、温度に依存するトランジスタのベース・
エミツタ間電圧Vbeと拡散抵抗とにより、増幅回
路の増幅率決定素子の温度変化も含めて半導体圧
力センサ全体の感度温度補償を正確に行うことが
できる。
本発明によれば、電源電圧の変動はもちろん、
増幅回路の増幅率決定素子の温度変化も含めて半
導体圧力センサ全体の感度補償を正確に実行でき
る。
増幅回路の増幅率決定素子の温度変化も含めて半
導体圧力センサ全体の感度補償を正確に実行でき
る。
第１図は従来の圧力センサの温度補償の一例の
原理を示す図、第２図はシリコン圧力センサの温
度に対する感度の特性を示す図、第３図は本発明
による圧力センサの温度補償の原理を示す図、第
４図は第３図温度補償のより具体的な実施例を示
す図である。 ２……温度補償回路、３……検出信号増幅器、
２０，３０……定電流源、４０，５０……絶対温
度比例電圧演算用トランジスタ、６０，７０……
差動増幅器、８０……電圧／電流変換用トランジ
スタ、R5，R6，R7……温度補償用抵抗。
原理を示す図、第２図はシリコン圧力センサの温
度に対する感度の特性を示す図、第３図は本発明
による圧力センサの温度補償の原理を示す図、第
４図は第３図温度補償のより具体的な実施例を示
す図である。 ２……温度補償回路、３……検出信号増幅器、
２０，３０……定電流源、４０，５０……絶対温
度比例電圧演算用トランジスタ、６０，７０……
差動増幅器、８０……電圧／電流変換用トランジ
スタ、R5，R6，R7……温度補償用抵抗。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 裏面をダイアフラムに加工した半導体基板の
表面上に圧力に応じて抵抗値が変わる複数の拡散
抵抗からなる応力感知素子を形成し、前記応力感
知素子からの信号を所定の増幅率で増幅するため
に前記半導体基板表面上に形成され前記温度に応
じて抵抗値が変わる増幅率設定抵抗を含む増幅回
路を前記半導体基板の前記ダイアフラム外の表面
上に配置した集積型圧力センサにおいて、 前記半導体基板表面上に形成され前記応力感知
素子の複数の拡散抵抗を定電流駆動し電源電圧の
影響を除去する定電流駆動手段と、前記半導体基
板表面上に形成されたトランジスタと拡散抵抗素
子とを含み温度に応じて変わる前記トランジスタ
のVbe電圧および前記拡散抵抗素子の抵抗値の変
化に基づいて前記定電流駆動手段の設定電流を変
更する定電流変更手段とからなり、前記電源電圧
の変化と前記応力感知素子の温度による感度特性
変化および前記増幅回路の温度による増幅率変化
とを総合的に補償する補償回路を設けたことを特
徴とする集積型圧力センサ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の集積型圧力セ
ンサにおいて、 前記定電流変更手段が、エミツタ面積が異なる
複数の前記トランジスタのVbe電圧に基づいて絶
対温度に比例した電圧を得る回路と、不純物濃度
が異なる複数の前記拡散抵抗素子を含み前記絶対
温度に比例した電圧を前記定電流駆動手段の設定
電流に変換する電圧−電流変換回路とからなるこ
とを特徴とする集積型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6231482A JPS58180926A (ja) | 1982-04-16 | 1982-04-16 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6231482A JPS58180926A (ja) | 1982-04-16 | 1982-04-16 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58180926A JPS58180926A (ja) | 1983-10-22 |
| JPH0442612B2 true JPH0442612B2 (ja) | 1992-07-14 |
Family
ID=13196543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6231482A Granted JPS58180926A (ja) | 1982-04-16 | 1982-04-16 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58180926A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5647484B2 (ja) * | 1973-03-15 | 1981-11-10 |
-
1982
- 1982-04-16 JP JP6231482A patent/JPS58180926A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58180926A (ja) | 1983-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0106050B1 (en) | Pressure transducer with temperature compensation circuit | |
| US6724202B2 (en) | Physical quantity detection device with temperature compensation | |
| US5507171A (en) | Electronic circuit for a transducer | |
| US4813272A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JPH0425487B2 (ja) | ||
| US6137341A (en) | Temperature sensor to run from power supply, 0.9 to 12 volts | |
| US5134885A (en) | Circuit arrangement for measuring a mechanical deformation, in particular under the influence of a pressure | |
| JPH0159525B2 (ja) | ||
| US6101883A (en) | Semiconductor pressure sensor including a resistive element which compensates for the effects of temperature on a reference voltage and a pressure sensor | |
| JPH0442612B2 (ja) | ||
| JPS6020692B2 (ja) | 半導体圧力検出装置 | |
| JP2610736B2 (ja) | 半導体圧力センサの増幅補償回路 | |
| EP0709660A1 (en) | Sensor and a method for temperature compensating for span variation in the sensor | |
| EP0500631A1 (en) | Transducer power supply | |
| US3956686A (en) | Compensating circuit for a cold junction of a thermocouple | |
| JP2940283B2 (ja) | 半導体歪ゲージ式センサのオフセット温度ドリフト補償方法 | |
| JPS63210636A (ja) | 半導体センサの検出回路 | |
| JP2000039363A (ja) | 零点補償回路を有する熱電対 | |
| JPS5844330Y2 (ja) | 駆動回路 | |
| KR19980084452A (ko) | 압력센서의 온도 보상 회로 | |
| RU2165602C2 (ru) | Полупроводниковый датчик давления | |
| JPS6166106A (ja) | 温度補償回路 | |
| JPS63210635A (ja) | 半導体センサの検出回路 | |
| JPS63210634A (ja) | 半導体センサの検出回路 | |
| JPS6166105A (ja) | 温度補償回路 |