JPH0529634A - 半導体センサ - Google Patents
半導体センサInfo
- Publication number
- JPH0529634A JPH0529634A JP3203304A JP20330491A JPH0529634A JP H0529634 A JPH0529634 A JP H0529634A JP 3203304 A JP3203304 A JP 3203304A JP 20330491 A JP20330491 A JP 20330491A JP H0529634 A JPH0529634 A JP H0529634A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- semiconductor sensor
- bridge circuit
- change
- output end
- 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.)
- Granted
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- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物理量の変化の割合が小さくても大き
な出力が得られるようにする。 【構成】 複数のゲージ抵抗（２〜５）にて構成された
ブリッジ回路（Ｂ）の一方の出力端と他方の出力端の各
々に設けられ、前記ブリッジ回路の各出力端における出
力電圧の変化の範囲が入出力伝達特性の直線部分に入る
ようにバイアス電圧が設定されたＣＭＯＳインバータ
（７，８）を具備する。
な出力が得られるようにする。 【構成】 複数のゲージ抵抗（２〜５）にて構成された
ブリッジ回路（Ｂ）の一方の出力端と他方の出力端の各
々に設けられ、前記ブリッジ回路の各出力端における出
力電圧の変化の範囲が入出力伝達特性の直線部分に入る
ようにバイアス電圧が設定されたＣＭＯＳインバータ
（７，８）を具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、加速度検出や圧力検
出等に用いられる半導体センサに係り、特に感度の向上
を図った半導体センサに関する。
出等に用いられる半導体センサに係り、特に感度の向上
を図った半導体センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来より用いられている半導体
センサ１の電気的構成を示す回路図であり、この図に示
すように、半導体センサ１は、ブリッジ接続された四個
の被測定物理量に応じて抵抗値の変化するゲージ抵抗２
〜５から構成されている。そして、ゲージ抵抗２，３の
接続点とゲージ抵抗４，５の接続点との間に電圧ＶDが
印加され、ゲージ抵抗２，５の接続点とゲージ抵抗３，
４の接続点との間から出力Ｖoutが得られるようになっ
ている。ゲージ抵抗２〜５としては、例えば圧力によっ
て変化する金属性ストレンゲージや、半導体のピエゾ抵
抗効果を利用した拡散抵抗などが知られている。この半
導体センサ１は定電圧駆動方式を採用しているので、そ
の出力Ｖoutは次のように表される。なお、ゲージ抵抗
２〜５の抵抗値を、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4とする。
センサ１の電気的構成を示す回路図であり、この図に示
すように、半導体センサ１は、ブリッジ接続された四個
の被測定物理量に応じて抵抗値の変化するゲージ抵抗２
〜５から構成されている。そして、ゲージ抵抗２，３の
接続点とゲージ抵抗４，５の接続点との間に電圧ＶDが
印加され、ゲージ抵抗２，５の接続点とゲージ抵抗３，
４の接続点との間から出力Ｖoutが得られるようになっ
ている。ゲージ抵抗２〜５としては、例えば圧力によっ
て変化する金属性ストレンゲージや、半導体のピエゾ抵
抗効果を利用した拡散抵抗などが知られている。この半
導体センサ１は定電圧駆動方式を採用しているので、そ
の出力Ｖoutは次のように表される。なお、ゲージ抵抗
２〜５の抵抗値を、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4とする。
【０００３】
【数１】
【０００４】ここで、半導体センサ１が圧力センサであ
るものとして、圧力が印加されていない状態のときに、
Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝Ｒ0 になるものとし、ある大きさ
の圧力が印加されたときに、Ｒ1＝Ｒ3＝Ｒ0−ΔＲ、Ｒ2
＝Ｒ4＝Ｒ0＋ΔＲに変化するものとすると、出力Ｖout
は次のよう表わされる。
るものとして、圧力が印加されていない状態のときに、
Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝Ｒ0 になるものとし、ある大きさ
の圧力が印加されたときに、Ｒ1＝Ｒ3＝Ｒ0−ΔＲ、Ｒ2
＝Ｒ4＝Ｒ0＋ΔＲに変化するものとすると、出力Ｖout
は次のよう表わされる。
【０００５】
【数２】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の半導体センサ１にあっては、数２に示すΔＲ／Ｒの
値が小さい場合、すなわち被測定物理量の変化の割合が
小さいときには、大きな出力Ｖoutが得られないという
問題がある。この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、被測定物理量の変化の割合が小さくても大きな
出力が得られる半導体センサを提供することを目的とし
ている。
来の半導体センサ１にあっては、数２に示すΔＲ／Ｒの
値が小さい場合、すなわち被測定物理量の変化の割合が
小さいときには、大きな出力Ｖoutが得られないという
問題がある。この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、被測定物理量の変化の割合が小さくても大きな
出力が得られる半導体センサを提供することを目的とし
ている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体センサ
は、複数のゲージ抵抗にて構成されたブリッジ回路を有
する半導体センサにおいて、前記ブリッジ回路の一方の
出力端と他方の出力端の各々に設けられ、前記ブリッジ
回路の各出力端における出力電圧の変化の範囲が入出力
伝達特性の直線部分に入るようにバイアス電圧が設定さ
れたＣ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）ＭＯＳインバー
タを具備することを特徴とする。
は、複数のゲージ抵抗にて構成されたブリッジ回路を有
する半導体センサにおいて、前記ブリッジ回路の一方の
出力端と他方の出力端の各々に設けられ、前記ブリッジ
回路の各出力端における出力電圧の変化の範囲が入出力
伝達特性の直線部分に入るようにバイアス電圧が設定さ
れたＣ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）ＭＯＳインバー
タを具備することを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、アナログ増幅回路として動
作するＣＭＯＳインバータがブリッジ回路の両出力端の
各々に設けられているので、被測定物理量の変化の割合
が小さくても大きな出力が得られる。
作するＣＭＯＳインバータがブリッジ回路の両出力端の
各々に設けられているので、被測定物理量の変化の割合
が小さくても大きな出力が得られる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図１はこの発明の一実施例である半導体
センサ１Ａの電気的構成を示す回路図であり、この図に
示すように、この半導体センサ１Ａは、ゲージ抵抗２〜
５で構成されるブリッジ回路Ｂの両側にＣＭＯＳインバ
ータ７，８が接続されている点と、ゲージ抵抗４，５の
接続点と接地との間に補償抵抗９が介挿されている点と
が従来の半導体センサ１と異なる点である。
いて説明する。図１はこの発明の一実施例である半導体
センサ１Ａの電気的構成を示す回路図であり、この図に
示すように、この半導体センサ１Ａは、ゲージ抵抗２〜
５で構成されるブリッジ回路Ｂの両側にＣＭＯＳインバ
ータ７，８が接続されている点と、ゲージ抵抗４，５の
接続点と接地との間に補償抵抗９が介挿されている点と
が従来の半導体センサ１と異なる点である。
【００１０】ＣＭＯＳインバータ７は、ｐ-ＭＯＳ ＦＥ
Ｔ９と、ｎ-ＭＯＳ ＦＥＴ１０と、バイアス電圧安定化
用の抵抗素子１１を有して構成され、またＣＭＯＳイン
バータ８も同様にｐ-ＭＯＳ ＦＥＴ１２と、ｎ-ＭＯＳ
ＦＥＴ１３と、バイアス電圧安定化用の抵抗素子１４と
を有して構成されている。これらＣＭＯＳインバータ
７，８は、ここではアナログ増幅回路として使用してい
る。すなわち、これらＣＭＯＳインバータ７，８は、そ
の入出力伝達特性の直線部分にブリッジ回路Ｂの各出力
端における出力電圧（中点電圧）ＶIN1，ＶIN2の変化の
範囲が入るようにバイアス電圧を設定している。したが
って、ＣＭＯＳインバータ７，８は増幅動作を行う。こ
こで、図２はＣＭＯＳインバータ７，８の入出力伝達特
性を示すものであり、その入出力特性の直線部分に出力
電圧ＶIN1，ＶIN2の範囲ＡＲがくるようにバイアス電圧
が設定されている。このバイアス電圧は、図３に示すよ
うに、入出力間に直流帰還抵抗ＲM（１〜２ＭΩ）を介
挿することにより設定される。 一方、上記補償抵抗９
は、中点電圧ＶIN1，ＶIN2のバイアス点を調節するため
のものであり、必要に応じて、電源側に接続する場合も
ある。
Ｔ９と、ｎ-ＭＯＳ ＦＥＴ１０と、バイアス電圧安定化
用の抵抗素子１１を有して構成され、またＣＭＯＳイン
バータ８も同様にｐ-ＭＯＳ ＦＥＴ１２と、ｎ-ＭＯＳ
ＦＥＴ１３と、バイアス電圧安定化用の抵抗素子１４と
を有して構成されている。これらＣＭＯＳインバータ
７，８は、ここではアナログ増幅回路として使用してい
る。すなわち、これらＣＭＯＳインバータ７，８は、そ
の入出力伝達特性の直線部分にブリッジ回路Ｂの各出力
端における出力電圧（中点電圧）ＶIN1，ＶIN2の変化の
範囲が入るようにバイアス電圧を設定している。したが
って、ＣＭＯＳインバータ７，８は増幅動作を行う。こ
こで、図２はＣＭＯＳインバータ７，８の入出力伝達特
性を示すものであり、その入出力特性の直線部分に出力
電圧ＶIN1，ＶIN2の範囲ＡＲがくるようにバイアス電圧
が設定されている。このバイアス電圧は、図３に示すよ
うに、入出力間に直流帰還抵抗ＲM（１〜２ＭΩ）を介
挿することにより設定される。 一方、上記補償抵抗９
は、中点電圧ＶIN1，ＶIN2のバイアス点を調節するため
のものであり、必要に応じて、電源側に接続する場合も
ある。
【００１１】このように構成された半導体センサ１Ａに
おいて、この半導体センサ１Ａが圧力センサであるもの
として、圧力が印加されていない状態のときに、Ｒ1＝
Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝Ｒ0 になるものとすると、ブリッジ回
路Ｂの両側の中点電圧ＶIN1，ＶIN2は、共にＶD／２と
なり、理想的には出力Ｖoutは零になる。一方、ある大
きさの圧力が印加されたときに、Ｒ1＝Ｒ3＝Ｒ0−Δ
Ｒ、Ｒ2＝Ｒ4＝Ｒ0＋ΔＲに変化するものとすると、中
点電圧ＶIN1，ＶIN2は次のようになる。
おいて、この半導体センサ１Ａが圧力センサであるもの
として、圧力が印加されていない状態のときに、Ｒ1＝
Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝Ｒ0 になるものとすると、ブリッジ回
路Ｂの両側の中点電圧ＶIN1，ＶIN2は、共にＶD／２と
なり、理想的には出力Ｖoutは零になる。一方、ある大
きさの圧力が印加されたときに、Ｒ1＝Ｒ3＝Ｒ0−Δ
Ｒ、Ｒ2＝Ｒ4＝Ｒ0＋ΔＲに変化するものとすると、中
点電圧ＶIN1，ＶIN2は次のようになる。
【００１２】
【数３】
【００１３】
【数４】
【００１４】数３および数４からわかるように、１／２
ＶDを中心として中点電圧ＶIN1，ＶIN2の増減方向が互
いに逆になっており、Ｖout1とＶout2との間に大きな電
位差が得られる。ここで、増幅回路７，８の各々の増幅
率をＧとすると、半導体センサ１Ａの出力Ｖoutは次の
ようになる。
ＶDを中心として中点電圧ＶIN1，ＶIN2の増減方向が互
いに逆になっており、Ｖout1とＶout2との間に大きな電
位差が得られる。ここで、増幅回路７，８の各々の増幅
率をＧとすると、半導体センサ１Ａの出力Ｖoutは次の
ようになる。
【００１５】
【数５】
【００１６】この場合、Ｇは通常５０〜１００倍程度の
値である。このように、本案は、従来までの半導センサ
１に、２個のＣＭＯＳＦＥＴと１個の直流帰還抵抗から
なるＣＭＯＳインバータを２組追加するだけで簡便に信
号を増幅することができる。また、回路構成が単純なこ
とから、シリコンチップ上の微小領域に容易に集積化で
きるため、従来のホイートストンブリッジ回路を利用し
た各種の半導体センサと特性の揃った２組のＣＭＯＳイ
ンバータとを同一チップ上に形成することにより、低消
費電力で小型・高感度のセンサを実現できる。
値である。このように、本案は、従来までの半導センサ
１に、２個のＣＭＯＳＦＥＴと１個の直流帰還抵抗から
なるＣＭＯＳインバータを２組追加するだけで簡便に信
号を増幅することができる。また、回路構成が単純なこ
とから、シリコンチップ上の微小領域に容易に集積化で
きるため、従来のホイートストンブリッジ回路を利用し
た各種の半導体センサと特性の揃った２組のＣＭＯＳイ
ンバータとを同一チップ上に形成することにより、低消
費電力で小型・高感度のセンサを実現できる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の半導体セ
ンサによれば、ブリッジ回路の各出力端における出力電
圧の変化の範囲が入出力伝達特性の直線部分に入るよう
にバイアス電圧が設定されたＣＭＯＳインバータを具備
したので、被測定物理量の変化の割合が小さくても大き
な出力を得ることができる。また、変化の割合が小さく
ても大きな出力が得られることは、従来の半導体センサ
と同じ出力を得る場合に低い駆動電圧で済むことにな
り、消費電力の低減が図れる。また、本発明の信号処理
方式は、既存のセンサに市販のＣＭＯＳインバータを接
続して簡便な信号増幅回路ができる他、センサとの１チ
ップ集積化も容易である。この場合、ＣＭＯＳインバー
タを利用しているため、ＣＭＯＳ論理回路を同一チップ
上に混載して種々のディジタル信号処理機能を集積化す
ることも可能であるという効果も得られる。
ンサによれば、ブリッジ回路の各出力端における出力電
圧の変化の範囲が入出力伝達特性の直線部分に入るよう
にバイアス電圧が設定されたＣＭＯＳインバータを具備
したので、被測定物理量の変化の割合が小さくても大き
な出力を得ることができる。また、変化の割合が小さく
ても大きな出力が得られることは、従来の半導体センサ
と同じ出力を得る場合に低い駆動電圧で済むことにな
り、消費電力の低減が図れる。また、本発明の信号処理
方式は、既存のセンサに市販のＣＭＯＳインバータを接
続して簡便な信号増幅回路ができる他、センサとの１チ
ップ集積化も容易である。この場合、ＣＭＯＳインバー
タを利用しているため、ＣＭＯＳ論理回路を同一チップ
上に混載して種々のディジタル信号処理機能を集積化す
ることも可能であるという効果も得られる。
【００１８】
【図１】この発明の一実施例による半導体センサ１Ａの
電気的構成を示す回路図である。
電気的構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す半導体センサを構成するＣＭＯＳイ
ンバータの入出力伝達特性を示す図である。
ンバータの入出力伝達特性を示す図である。
【図３】従来の半導体センサ１の電気的構成を示す回路
図である。
図である。
２，３，４，５ 抵抗素子 ７，８ ＣＭＯＳインバータ １１，１４ 直流帰還抵抗
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年８月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】 図１に示す半導体センサを構成するＣＭＯＳ
インバータの回路図である。
インバータの回路図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】追加
【補正内容】
【図４】 従来の半導体センサ１の電気的構成を示す回
路図である。
路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄野 克房 神奈川県横浜市旭区白根５丁目45番12号
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数のゲージ抵抗にて構成されたブリッ
ジ回路を有する半導体センサにおいて、前記ブリッジ回
路の一方の出力端と他方の出力端の各々に設けられ、前
記ブリッジ回路の各出力端における出力電圧の変化の範
囲が入出力伝達特性の直線部分に入るようにバイアス電
圧が設定されたＣＭＯＳインバータを具備することを特
徴とする半導体センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3203304A JPH0786512B2 (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 半導体センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3203304A JPH0786512B2 (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 半導体センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529634A true JPH0529634A (ja) | 1993-02-05 |
| JPH0786512B2 JPH0786512B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=16471820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3203304A Expired - Lifetime JPH0786512B2 (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 半導体センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786512B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100601824B1 (ko) * | 2001-04-12 | 2006-07-20 | 후지 덴키 홀딩스 가부시키가이샤 | 반도체 물리량 센서 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01167625A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-03 | Seiko Instr & Electron Ltd | 圧力検出器 |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP3203304A patent/JPH0786512B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01167625A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-03 | Seiko Instr & Electron Ltd | 圧力検出器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100601824B1 (ko) * | 2001-04-12 | 2006-07-20 | 후지 덴키 홀딩스 가부시키가이샤 | 반도체 물리량 센서 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0786512B2 (ja) | 1995-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960416 |