JPH046887B2 - - Google Patents
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- JPH046887B2 JPH046887B2 JP57141067A JP14106782A JPH046887B2 JP H046887 B2 JPH046887 B2 JP H046887B2 JP 57141067 A JP57141067 A JP 57141067A JP 14106782 A JP14106782 A JP 14106782A JP H046887 B2 JPH046887 B2 JP H046887B2
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
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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
- G01L9/06—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)
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力センサ回路に係り、特にセンサ部
と温度補償回路部とを集積化した圧力センサ回路
に関する。
と温度補償回路部とを集積化した圧力センサ回路
に関する。
たとえば、シリコン単結晶板の中央部に薄肉の
ダイヤフラムを形成し、そのダイヤフラム面に不
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半
導体圧力センサが知られている。そして、近年で
はこの半導体圧力センサのダイヤフラム面あるい
は周辺の厚肉部にセンサの感度の温度補償を行な
う回路あるいは増幅回路を集積化させたものも知
られるようになつた。
ダイヤフラムを形成し、そのダイヤフラム面に不
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半
導体圧力センサが知られている。そして、近年で
はこの半導体圧力センサのダイヤフラム面あるい
は周辺の厚肉部にセンサの感度の温度補償を行な
う回路あるいは増幅回路を集積化させたものも知
られるようになつた。
半導体圧力センサは、第１図に示すように、半
導体基板１の裏面中央部に凹陥部を形成すること
により薄肉のダイヤフラムとその周辺の支持部を
構成し、前記ダイヤフラムの表面にはゲージ抵抗
２，３，４，５が形成されてなる。また、半導体
基板１からなる支持部面には感度の温度補償用の
トランジスタ６を配置してなる。このようにして
形成される半導体基板１上の各素子は第２図に示
すように結線される。図中、第１図と同符号のも
のは同一のものを示している。ブリツジ回路の各
対辺のゲージ抵抗２，３，４，５は圧力によつて
同一抵抗変化を示し、他の対辺のゲージ抵抗とは
逆符の抵抗変化するようになつている。また、感
度の温度補償用のトランジスタ６はブリツジ回路
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、ベース８とエミツタ
９の間にはそれぞれ抵抗R1，R2が接続されてい
る。ここで抵抗R1，R2は、前記ゲージ抵抗２，
３，４，５と同様半導体基板１面の拡散抵抗とす
ることがあるが、一般にはトリミングがし易いよ
うに外部抵抗たとえば厚膜抵抗として構成し、必
要な温度特性を得るようにしている。すなわち、
トランジスタ６、抵抗R1，R2からなる回路は、
一般にnVBE回路として知られ、端子１０および
１１間の電圧V10-11は、トランジスタ６のベース
８およびエミツタ９間の電圧VBEと抵抗R1および
R2で表わされる次式となる。
導体基板１の裏面中央部に凹陥部を形成すること
により薄肉のダイヤフラムとその周辺の支持部を
構成し、前記ダイヤフラムの表面にはゲージ抵抗
２，３，４，５が形成されてなる。また、半導体
基板１からなる支持部面には感度の温度補償用の
トランジスタ６を配置してなる。このようにして
形成される半導体基板１上の各素子は第２図に示
すように結線される。図中、第１図と同符号のも
のは同一のものを示している。ブリツジ回路の各
対辺のゲージ抵抗２，３，４，５は圧力によつて
同一抵抗変化を示し、他の対辺のゲージ抵抗とは
逆符の抵抗変化するようになつている。また、感
度の温度補償用のトランジスタ６はブリツジ回路
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、ベース８とエミツタ
９の間にはそれぞれ抵抗R1，R2が接続されてい
る。ここで抵抗R1，R2は、前記ゲージ抵抗２，
３，４，５と同様半導体基板１面の拡散抵抗とす
ることがあるが、一般にはトリミングがし易いよ
うに外部抵抗たとえば厚膜抵抗として構成し、必
要な温度特性を得るようにしている。すなわち、
トランジスタ６、抵抗R1，R2からなる回路は、
一般にnVBE回路として知られ、端子１０および
１１間の電圧V10-11は、トランジスタ６のベース
８およびエミツタ９間の電圧VBEと抵抗R1および
R2で表わされる次式となる。
V10-11＝（１＋R1／R2）VBE ……(1)
これにより、VBEの抵抗R1とR2で決定される定
数倍の電圧となることが判る。
数倍の電圧となることが判る。
半導体圧力センサの感度は高温になると低下す
るため、これを補償するためには、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。従つ
て、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R1／R2を適当
に選ぶことにより温度補償ができる。
るため、これを補償するためには、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。従つ
て、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R1／R2を適当
に選ぶことにより温度補償ができる。
しかしながら、電源電圧VCCが変動した際、温
度補償特性が大幅に変動するという大きな欠点が
ある。VBEはコレクタ電流によつて決まり、VCC
が変化しても大きな影響を受けない。したがつて
温度変化にともなう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し、一方、VCCが下が
つた際は過補償となつてしまう。
度補償特性が大幅に変動するという大きな欠点が
ある。VBEはコレクタ電流によつて決まり、VCC
が変化しても大きな影響を受けない。したがつて
温度変化にともなう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し、一方、VCCが下が
つた際は過補償となつてしまう。
それ故、本発明の目的は、電源電圧変動に拘わ
らず、精度よく温度補償が図れる圧力センサ回路
を提供するものである。
らず、精度よく温度補償が図れる圧力センサ回路
を提供するものである。
このような目的を達成するために、本発明は、
ゲージ抵抗を組み合わせてブリツジ回路とし、こ
のゲージ抵抗変化に対して、定電流で駆動した場
合圧力に対するブリツジ出力電圧が温度変化で極
めて非線形に変化することはよく知られ、この特
性を温度変化にともなつて駆動電流を変化させる
ことによつて補償する場合、温度に比例する電流
からゲージ抵抗の温度特性に比例する電流を引い
た電流で駆動すればよいことは明らかにしてなさ
れたものである。
ゲージ抵抗を組み合わせてブリツジ回路とし、こ
のゲージ抵抗変化に対して、定電流で駆動した場
合圧力に対するブリツジ出力電圧が温度変化で極
めて非線形に変化することはよく知られ、この特
性を温度変化にともなつて駆動電流を変化させる
ことによつて補償する場合、温度に比例する電流
からゲージ抵抗の温度特性に比例する電流を引い
た電流で駆動すればよいことは明らかにしてなさ
れたものである。
以下、本発明の実施例を説明する前に半導体圧
力センサの感度の温度特性を定量的に説明する。
第３図ａは半導体圧力センサのダイヤフラム面に
形成されたゲージ抵抗２，３，４，５をブリツジ
接続し、定電流IBを駆動した場合を示している。
圧力による出力変化分VOは前述したように温度
特性を示す。第３図ｂはその模様を示したグラフ
で、縦軸は次式で示す感度変化率を示す。
力センサの感度の温度特性を定量的に説明する。
第３図ａは半導体圧力センサのダイヤフラム面に
形成されたゲージ抵抗２，３，４，５をブリツジ
接続し、定電流IBを駆動した場合を示している。
圧力による出力変化分VOは前述したように温度
特性を示す。第３図ｂはその模様を示したグラフ
で、縦軸は次式で示す感度変化率を示す。
VO（Ｔ）−VO（20）／VO（20）×100（％） ……(2)
ここで、VO（Ｔ）は温度Ｔのときのブリツジ出
力、VO（20）は基準温度20℃におけるブリツジ出
力を示している。図中、曲線１３が実測結果であ
り、この特性はゲージ抵抗の不純物濃度あるいは
シリコンダイヤフラムの熱応力等によつて若干異
なりいずれにしても、一般に用いられる不純物濃
度では低温側にて感度が高く、高温側にて低くな
る。この温度特性を補償するためには駆動電流IB
の温度特性を図中曲線１４のようにする必要があ
る。たとえば、低温で感度が高くなつたとき、駆
動電流を下げ、出力を一定に保つことができるわ
けである。すなわち、第３図ａにおいて、駆動電
流IBが定電流の場合のブリツジ出力電圧は次式で
表わされる。
力、VO（20）は基準温度20℃におけるブリツジ出
力を示している。図中、曲線１３が実測結果であ
り、この特性はゲージ抵抗の不純物濃度あるいは
シリコンダイヤフラムの熱応力等によつて若干異
なりいずれにしても、一般に用いられる不純物濃
度では低温側にて感度が高く、高温側にて低くな
る。この温度特性を補償するためには駆動電流IB
の温度特性を図中曲線１４のようにする必要があ
る。たとえば、低温で感度が高くなつたとき、駆
動電流を下げ、出力を一定に保つことができるわ
けである。すなわち、第３図ａにおいて、駆動電
流IBが定電流の場合のブリツジ出力電圧は次式で
表わされる。
VO＝ΔR・IB ……(3)
ここで、ΔRは圧力によるゲージ抵抗の変化分
である。第３図ｂの曲線１３は、一定圧力下での
ブリツジ出力VOの温度変化を示したものであり、
変化分ΔRの温度変化に対応する。しががつて、
駆動電流IBの温度特性を、曲線１３と逆の特性と
することにより、出力VOを温度Ｔに対して一定
にすることができる。
である。第３図ｂの曲線１３は、一定圧力下での
ブリツジ出力VOの温度変化を示したものであり、
変化分ΔRの温度変化に対応する。しががつて、
駆動電流IBの温度特性を、曲線１３と逆の特性と
することにより、出力VOを温度Ｔに対して一定
にすることができる。
式(3)の両辺を温度Ｔについて微分すると、
（１／VO）（∂VO／∂T）＝（１／ΔR）×
（∂ΔR／∂T）＋（１／IB）（∂IB／∂T）……(4)
となる。出力電圧VOを温度Ｔに対して一定にす
ることは式(4)の左辺を０にすることであるので、
式(4)は （１／IB）（∂IB／∂T） ＝−（１／ΔR）（∂ΔR／∂T） ……(5) となる。式(5)から明らかなように出力電圧VOを
温度Ｔに対して一定にするには駆動電流IBの温度
特性をブリツジの感度変化率の温度特性（曲線１
３）と逆に、すなわち曲線１４のようにすればよ
い。上記駆動電流特性を得るために従来からサー
ミスタと抵抗とからなる温度補償回路が使用され
ているが、サーミスタを半導体圧力センサと同一
チツプ上に形成することは不適となる。すなわ
ち、サーミスタは、セラミツクス焼結体からでき
ており、焼結が1000℃を越え、半導体プロセスと
共存させることは困難である。したがつて、サー
ミスタを半導体圧力センサと同一チツプ上に形成
することは困難である。それ故トランジスタ等の
能動素子の温度特性を利用することが好ましい
が、トランジスタの温度特性はかなり制限を受け
ることとなる。すなわち、温度補償回路に単にト
ランジスタを使用しただけでは、式(5)を満足する
駆動電流IBの温度特性を得ることができないため
にトランジスタの温度特性を制御する必要があ
る。ここで、容易に実現し得る温度特性として
は、トランジスタ特性を応用した絶対温度に比例
する電流、温度に依存しない電流、抵抗温度計数
に比例する電流等が考えられる。
ることは式(4)の左辺を０にすることであるので、
式(4)は （１／IB）（∂IB／∂T） ＝−（１／ΔR）（∂ΔR／∂T） ……(5) となる。式(5)から明らかなように出力電圧VOを
温度Ｔに対して一定にするには駆動電流IBの温度
特性をブリツジの感度変化率の温度特性（曲線１
３）と逆に、すなわち曲線１４のようにすればよ
い。上記駆動電流特性を得るために従来からサー
ミスタと抵抗とからなる温度補償回路が使用され
ているが、サーミスタを半導体圧力センサと同一
チツプ上に形成することは不適となる。すなわ
ち、サーミスタは、セラミツクス焼結体からでき
ており、焼結が1000℃を越え、半導体プロセスと
共存させることは困難である。したがつて、サー
ミスタを半導体圧力センサと同一チツプ上に形成
することは困難である。それ故トランジスタ等の
能動素子の温度特性を利用することが好ましい
が、トランジスタの温度特性はかなり制限を受け
ることとなる。すなわち、温度補償回路に単にト
ランジスタを使用しただけでは、式(5)を満足する
駆動電流IBの温度特性を得ることができないため
にトランジスタの温度特性を制御する必要があ
る。ここで、容易に実現し得る温度特性として
は、トランジスタ特性を応用した絶対温度に比例
する電流、温度に依存しない電流、抵抗温度計数
に比例する電流等が考えられる。
本発明は集積回路技術で容易に製造できる電流
源を用いて、第３図ｂ中の曲線１４を得るもので
ある。まず、本発明を第４図ａを用いて定性的に
説明する。横軸に温度、縦軸に任意目盛のブリツ
ジ駆動電流をとる。図中曲線１５が補償に必要な
駆動電流の温度特性である。20℃を基準にして感
度変化率をプロツトすれば、第３図ｂの図中曲線
１４となる。前記曲線１５を得るには、温度に比
例した電流１６から、ゲージ抵抗の温度特性に比
例した電流１７を差し引けばよい。抵抗の温度特
性は低温度で変化が少なく、高温度で大きい特性
をもつため、曲線１５のような曲つた特性を得る
ことができる。このような特性を得るには、第４
図ｂに示すような等価回路が考えられる。図にお
いて、絶対温度Ｔに比例した電流ITと温度に依存
しない電流ICをソースとし、ゲージ抵抗の温度特
性に比例した電流IRをSinkとすれば、ゲージ抵抗
２，３，４，５で構成されたブリツジに第４図ａ
中曲線１５で示す電流を供給することができるこ
とが判る。
源を用いて、第３図ｂ中の曲線１４を得るもので
ある。まず、本発明を第４図ａを用いて定性的に
説明する。横軸に温度、縦軸に任意目盛のブリツ
ジ駆動電流をとる。図中曲線１５が補償に必要な
駆動電流の温度特性である。20℃を基準にして感
度変化率をプロツトすれば、第３図ｂの図中曲線
１４となる。前記曲線１５を得るには、温度に比
例した電流１６から、ゲージ抵抗の温度特性に比
例した電流１７を差し引けばよい。抵抗の温度特
性は低温度で変化が少なく、高温度で大きい特性
をもつため、曲線１５のような曲つた特性を得る
ことができる。このような特性を得るには、第４
図ｂに示すような等価回路が考えられる。図にお
いて、絶対温度Ｔに比例した電流ITと温度に依存
しない電流ICをソースとし、ゲージ抵抗の温度特
性に比例した電流IRをSinkとすれば、ゲージ抵抗
２，３，４，５で構成されたブリツジに第４図ａ
中曲線１５で示す電流を供給することができるこ
とが判る。
このような原理に基づいた補償結果について、
第５図をもちいて説明する。半導体圧力センサの
温度による感度変化率は曲線１３にて示される。
20℃において、ブリツジに流れる電流を1mAと
した場合、第４図ｂのITを0.9mA、ICを1.7mAIR
を1.6mAとしたときの補償結果は曲線１８で示さ
れる。この結果±0.1％以内に補償できることが
判明できる。
第５図をもちいて説明する。半導体圧力センサの
温度による感度変化率は曲線１３にて示される。
20℃において、ブリツジに流れる電流を1mAと
した場合、第４図ｂのITを0.9mA、ICを1.7mAIR
を1.6mAとしたときの補償結果は曲線１８で示さ
れる。この結果±0.1％以内に補償できることが
判明できる。
以下、本発明による圧力センサ回路の一実施例
について、第６図を用いて説明する。トランジス
タQ1およびQ2、温度係数ほぼ零の抵抗R3，R4お
よび定電流源１９で構成する回路は一般には定電
流源として集積回路で多く用いられ、この回路に
よつて、温度に比例した電流、すなわち第４図ｂ
におけるIT＋IC電流を供給するようになつてい
る。トランジスタQ3、定電流源２０、増幅器２
１、たとえばCr−Si等の薄膜抵抗として形成さ
れる、ほぼ温度影響のない抵抗R5、およびブリ
ツジ２２を構成する拡散抵抗とほとんど等しい温
度計数をもつ抵抗R6とで構成する回路によつて、
第４図に示した抵抗IRすなわちゲージ抵抗の温度
係数とほぼ等しい定電流SINKが形成されるよう
になつている。このような回路によつてIT＋IC−
IRなる電流をブリツジ２２に供給できることとな
る。
について、第６図を用いて説明する。トランジス
タQ1およびQ2、温度係数ほぼ零の抵抗R3，R4お
よび定電流源１９で構成する回路は一般には定電
流源として集積回路で多く用いられ、この回路に
よつて、温度に比例した電流、すなわち第４図ｂ
におけるIT＋IC電流を供給するようになつてい
る。トランジスタQ3、定電流源２０、増幅器２
１、たとえばCr−Si等の薄膜抵抗として形成さ
れる、ほぼ温度影響のない抵抗R5、およびブリ
ツジ２２を構成する拡散抵抗とほとんど等しい温
度計数をもつ抵抗R6とで構成する回路によつて、
第４図に示した抵抗IRすなわちゲージ抵抗の温度
係数とほぼ等しい定電流SINKが形成されるよう
になつている。このような回路によつてIT＋IC−
IRなる電流をブリツジ２２に供給できることとな
る。
以下、それぞれの回路における動作の定性的説
明をする。まず、温度比例電流を得る回路では、
一般の集積回路と異なる点は、出力電流IC2に、
積極的に温度特性をもたせる点で、このために
Q1とQ2のエミツタ面積をかえる点にある。一般
に定電流１９の電流以上に出力電流をとりたいた
めトランジスタQ2のエミツタ面積をトランジス
タQ1のそれに比較し大きくとる。エミツタ単位
面積当りの飽和電流を等しいとおけば、面積比分
全飽和電流比が生じる。ここで、トランジスタの
電流増幅率βを無限大と仮定すると、 Iref1R3＋kT／ｑlnIref1／IC2・γ−IC2R4＝０……(6
) ここで、Iref1は定電流１９の電流、ｋはボルツ
マン定数、ｑは電荷、γはエミツタ面積比であ
る。上記(3)式で定められるIC2は近似的に第１項
が一定電流項・第２項が絶対温度比例項である。
上記(3)式から、大略、IC2を小さくすれば、IC2の
温度影響が大きくなり、IC2を大きくすれば、そ
の逆になることが判る。
明をする。まず、温度比例電流を得る回路では、
一般の集積回路と異なる点は、出力電流IC2に、
積極的に温度特性をもたせる点で、このために
Q1とQ2のエミツタ面積をかえる点にある。一般
に定電流１９の電流以上に出力電流をとりたいた
めトランジスタQ2のエミツタ面積をトランジス
タQ1のそれに比較し大きくとる。エミツタ単位
面積当りの飽和電流を等しいとおけば、面積比分
全飽和電流比が生じる。ここで、トランジスタの
電流増幅率βを無限大と仮定すると、 Iref1R3＋kT／ｑlnIref1／IC2・γ−IC2R4＝０……(6
) ここで、Iref1は定電流１９の電流、ｋはボルツ
マン定数、ｑは電荷、γはエミツタ面積比であ
る。上記(3)式で定められるIC2は近似的に第１項
が一定電流項・第２項が絶対温度比例項である。
上記(3)式から、大略、IC2を小さくすれば、IC2の
温度影響が大きくなり、IC2を大きくすれば、そ
の逆になることが判る。
一方、ゲージ抵抗の温度特性比例電流Sinkは、
増幅器２１の増幅器が無限大とすれば、定電流２
０によつて発生する抵抗R6の両端電圧と抵抗R5
の両端電圧は等しい。また、抵抗R5の両端電圧
とトランジスタＱのコレクタ電流IC3は比例する
ことから、結果的に抵抗R6はゲージ抵抗と同一
プロセスで形成すれば、IC3はゲージ抵抗の温度
特性に比例した電流が流れる。
増幅器２１の増幅器が無限大とすれば、定電流２
０によつて発生する抵抗R6の両端電圧と抵抗R5
の両端電圧は等しい。また、抵抗R5の両端電圧
とトランジスタＱのコレクタ電流IC3は比例する
ことから、結果的に抵抗R6はゲージ抵抗と同一
プロセスで形成すれば、IC3はゲージ抵抗の温度
特性に比例した電流が流れる。
第８図ａに示す原理回路では、トランジスタの
電流増幅率βが有限のとき、製造上のβのばらつ
きによつて温度補償特性が変化する欠点がある。
βが一定であれば第８図ａの回路で充分であるけ
れども、一般にはばらつくものとして設計するこ
とが普通である。そこで、そのβの高価を補償し
た回路が第８図ｂに示されている。温度比例電流
源ではQ4を付加し、Q1およびQ2のベース電流影
響をQ4で補償した。一方、抵抗温度特性比例電
流源はQ3とQ5のダーリント接続とした。この回
路で得られた感度補償特性を第７図に示す。各軸
および曲線１３は第５図に等しい。補償特性を曲
線２３に示した。全温度域ではほぼ±0.1％以内
に入ることがわかる。
電流増幅率βが有限のとき、製造上のβのばらつ
きによつて温度補償特性が変化する欠点がある。
βが一定であれば第８図ａの回路で充分であるけ
れども、一般にはばらつくものとして設計するこ
とが普通である。そこで、そのβの高価を補償し
た回路が第８図ｂに示されている。温度比例電流
源ではQ4を付加し、Q1およびQ2のベース電流影
響をQ4で補償した。一方、抵抗温度特性比例電
流源はQ3とQ5のダーリント接続とした。この回
路で得られた感度補償特性を第７図に示す。各軸
および曲線１３は第５図に等しい。補償特性を曲
線２３に示した。全温度域ではほぼ±0.1％以内
に入ることがわかる。
また、増幅回路の形態によつては、ブリツジ駆
動電源の異なつた特性を必要とする場合がある。
すなわち、第８図ａに示すように、増幅回路が構
成され、Riが温度依存性のない抵抗で、Rfがゲー
ジ抵抗２，３，４，５と同一プロセスで形成され
ていると、感度の温度補償に必要な駆動電源の特
性が異なる。この場合はブリツジ抵抗負荷に対し
ては定電圧を供給し、かつその温度特性を第３図
ｂの曲線１４のようにしなければならない。これ
は上述した定電流源を定電圧源に置き換えればよ
いことから、原理的には第８図のようにすること
によつて容易に実現し得る。ここで、RLは温度
に依存しない抵抗、２４は増幅器である。
動電源の異なつた特性を必要とする場合がある。
すなわち、第８図ａに示すように、増幅回路が構
成され、Riが温度依存性のない抵抗で、Rfがゲー
ジ抵抗２，３，４，５と同一プロセスで形成され
ていると、感度の温度補償に必要な駆動電源の特
性が異なる。この場合はブリツジ抵抗負荷に対し
ては定電圧を供給し、かつその温度特性を第３図
ｂの曲線１４のようにしなければならない。これ
は上述した定電流源を定電圧源に置き換えればよ
いことから、原理的には第８図のようにすること
によつて容易に実現し得る。ここで、RLは温度
に依存しない抵抗、２４は増幅器である。
これらの回路は、集積化に適した回路であり、
ゲージ抵抗と容易に一体化できる。R3，R4およ
びR5のトリミング抵抗は薄膜抵抗で同一チツプ
上に集積化してもよいし、外部の厚膜抵抗として
もよい。また、基本的に定電流回路で構成するた
め、電源VCCの10％程度の変動影響はほとんど受
けない特徴を有する。また、ブリツジ出力の増幅
回路を同一チツプ上に集積する場合には、増幅回
路製造プロセスと同一プロセスで補償回路を構成
できることができる。さらに、抵抗温度特性比例
電流源の素子として、ゲージ抵抗と同一プロセス
で作る素子を使うためゲージ抵抗の不純物濃度が
変化したとしても、補償回路の特性も同じように
変化するので、プロセス上のゆらぎの影響を受け
にくいという特徴を有する。
ゲージ抵抗と容易に一体化できる。R3，R4およ
びR5のトリミング抵抗は薄膜抵抗で同一チツプ
上に集積化してもよいし、外部の厚膜抵抗として
もよい。また、基本的に定電流回路で構成するた
め、電源VCCの10％程度の変動影響はほとんど受
けない特徴を有する。また、ブリツジ出力の増幅
回路を同一チツプ上に集積する場合には、増幅回
路製造プロセスと同一プロセスで補償回路を構成
できることができる。さらに、抵抗温度特性比例
電流源の素子として、ゲージ抵抗と同一プロセス
で作る素子を使うためゲージ抵抗の不純物濃度が
変化したとしても、補償回路の特性も同じように
変化するので、プロセス上のゆらぎの影響を受け
にくいという特徴を有する。
以上述べた補償回路の能動素子は、ゲージ抵抗
と同一上に配置されることが最も効果的であるが
別チツプとして熱的ゲージ抵抗と近傍しておれば
充分に本発明の効果が得られることはもちろんで
ある。
と同一上に配置されることが最も効果的であるが
別チツプとして熱的ゲージ抵抗と近傍しておれば
充分に本発明の効果が得られることはもちろんで
ある。
以上述べたように本発明によれば、圧力センサ
の感度の温度特性を、電源電圧に影響することな
く補償できる効果がある。すなわち、温度補償回
路を絶対温度に比例する定電流源、温度影響を受
けない定電流源又はそれらが一緒になつた回路及
びゲージ抵抗の温度特性に比例した定電源を用い
て、温度補償するためである。
の感度の温度特性を、電源電圧に影響することな
く補償できる効果がある。すなわち、温度補償回
路を絶対温度に比例する定電流源、温度影響を受
けない定電流源又はそれらが一緒になつた回路及
びゲージ抵抗の温度特性に比例した定電源を用い
て、温度補償するためである。
第１図は従来技術圧力センサの断面図、第２図
は従来技術の感度温度補償回路、第３図は圧力セ
ンサの感度の温度特性を説明する図、第４図は、
本発明の基本方式を説明する図、第５図は、基本
方式によつて補償した一例を示す図、第６図は集
積回路に適した具体的実施例を示す図、第７図は
その補償結果を示す図、第８図は本発明の原理回
路図をそれぞれ示す。 １……シリコンチツプ、２〜５はゲージ抵抗、
６……温度補償用トランジスタ、１３……圧力セ
ンサの感度の温度特性を示す曲線、１４……それ
を補償すべき曲線、１５……補償するために必要
なブリツジ駆動電流の温度特性、１６……温度に
比例した電流ITの温度特性、１７はゲージ抵抗の
温度特性に比例した電流IRの温度特性、１８は本
発明の原理に基づいて補償した結果、１９，２０
は定電流源、２２……ゲージ抵抗で構成したブリ
ツジ、２１は増幅器、Q1〜Q5はトランジスタを
示す。
は従来技術の感度温度補償回路、第３図は圧力セ
ンサの感度の温度特性を説明する図、第４図は、
本発明の基本方式を説明する図、第５図は、基本
方式によつて補償した一例を示す図、第６図は集
積回路に適した具体的実施例を示す図、第７図は
その補償結果を示す図、第８図は本発明の原理回
路図をそれぞれ示す。 １……シリコンチツプ、２〜５はゲージ抵抗、
６……温度補償用トランジスタ、１３……圧力セ
ンサの感度の温度特性を示す曲線、１４……それ
を補償すべき曲線、１５……補償するために必要
なブリツジ駆動電流の温度特性、１６……温度に
比例した電流ITの温度特性、１７はゲージ抵抗の
温度特性に比例した電流IRの温度特性、１８は本
発明の原理に基づいて補償した結果、１９，２０
は定電流源、２２……ゲージ抵抗で構成したブリ
ツジ、２１は増幅器、Q1〜Q5はトランジスタを
示す。
Claims (1)
- １ 半導体基板のダイヤフラム面にブリツジ構成
したゲージ抵抗を有する圧力センサと、そのブリ
ツジ電源供給端子に、絶対温度に比例する電流を
流す電流源と温度に依存しない電流を供給する電
流源とによつて、電源を供給するとともに、前記
ゲージ抵抗の温度特性にほぼ比例する電流をブリ
ツジ電源供給端子から吸い込む定電流源と、を備
えたことを特徴とする圧力センサ回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141067A JPS5931404A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 圧力センサ回路 |
| EP83107850A EP0106050B1 (en) | 1982-08-16 | 1983-08-09 | Pressure transducer with temperature compensation circuit |
| DE8383107850T DE3373343D1 (en) | 1982-08-16 | 1983-08-09 | Pressure transducer with temperature compensation circuit |
| US06/522,227 US4556807A (en) | 1982-08-16 | 1983-08-11 | Pressure transducer with temperature compensation circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141067A JPS5931404A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 圧力センサ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5931404A JPS5931404A (ja) | 1984-02-20 |
| JPH046887B2 true JPH046887B2 (ja) | 1992-02-07 |
Family
ID=15283467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57141067A Granted JPS5931404A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 圧力センサ回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4556807A (ja) |
| EP (1) | EP0106050B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5931404A (ja) |
| DE (1) | DE3373343D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0542355Y2 (ja) * | 1986-11-28 | 1993-10-26 | ||
| US4736155A (en) * | 1987-03-06 | 1988-04-05 | Colt Industries Inc | Transducer temperature control circuit and method |
| US4766763A (en) * | 1987-05-05 | 1988-08-30 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Gas leak detection apparatus and methods |
| US4866640A (en) * | 1987-08-20 | 1989-09-12 | Granville-Phillips Company | Temperature compensation for pressure gauge |
| US4883992A (en) * | 1988-09-06 | 1989-11-28 | Delco Electronics Corporation | Temperature compensated voltage generator |
| US4970497A (en) * | 1989-11-22 | 1990-11-13 | Westinghouse Electric Corp. | Method and apparatus for sensing thermal stress in integrated circuits |
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| 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 |
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| EP2822105A1 (en) | 2013-02-05 | 2015-01-07 | Amphenol Corporation | Coupling system for electrical connector assembly |
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| 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 |
| CN105806521A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-07-27 | 深圳市欧利德仪器仪表有限公司 | 一种陶瓷压力传感器 |
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| CN121275195B (zh) * | 2025-12-09 | 2026-03-13 | 江西鑫源传感器有限责任公司 | 一种预应力监测的信号补偿方法、系统及锚索传感器 |
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| US4079308A (en) * | 1977-01-31 | 1978-03-14 | Advanced Micro Devices, Inc. | Resistor ratio circuit construction |
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-
1982
- 1982-08-16 JP JP57141067A patent/JPS5931404A/ja active Granted
-
1983
- 1983-08-09 EP EP83107850A patent/EP0106050B1/en not_active Expired
- 1983-08-09 DE DE8383107850T patent/DE3373343D1/de not_active Expired
- 1983-08-11 US US06/522,227 patent/US4556807A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5931404A (ja) | 1984-02-20 |
| EP0106050B1 (en) | 1987-09-02 |
| DE3373343D1 (en) | 1987-10-08 |
| US4556807A (en) | 1985-12-03 |
| EP0106050A1 (en) | 1984-04-25 |
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