JPH064303Y2 - Semiconductor pressure transducer - Google Patents
Semiconductor pressure transducerInfo
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- JPH064303Y2 JPH064303Y2 JP15733988U JP15733988U JPH064303Y2 JP H064303 Y2 JPH064303 Y2 JP H064303Y2 JP 15733988 U JP15733988 U JP 15733988U JP 15733988 U JP15733988 U JP 15733988U JP H064303 Y2 JPH064303 Y2 JP H064303Y2
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Description
【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、シリコンなどの半導体単結晶の持つピエゾ抵
抗効果を利用して圧力を電気信号に変換する半導体圧力
変換装置に係り、特に剪断形ゲージを用いた半導体圧力
変換装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a semiconductor pressure conversion device for converting pressure into an electric signal by utilizing the piezoresistive effect of a semiconductor single crystal such as silicon, and particularly to a shear type. The present invention relates to a semiconductor pressure conversion device using a gauge.
〈従来の技術〉 第２図はこの種の従来の半導体圧力変換装置の圧力セン
サ部分の構成を示す構成図である。<Prior Art> FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a pressure sensor portion of a conventional semiconductor pressure converter of this type.
第２図（イ）は圧力センサ部の平面図、（ロ）は圧力セ
ンサ部の横断面図を示す。１はｎ形のシリコン単結晶で
作られたダイヤフラムであり、凹部２を有し更に凹部２
の形成により単結晶の厚さの薄くなった起歪部３とその
周辺の固定部４とを有している。FIG. 2A shows a plan view of the pressure sensor unit, and FIG. 2B shows a cross-sectional view of the pressure sensor unit. Reference numeral 1 denotes a diaphragm made of n-type silicon single crystal, which has a recess 2 and further a recess 2
Has a strain-generating part 3 in which the thickness of the single crystal is thinned and the fixing part 4 around it.
固定部４は連通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を介
して陽極接合などにより固定されている。The fixing portion 4 is fixed to a substrate 6 having a communication hole 5 via a glass thin film 7 by anodic bonding or the like.
起歪部３は単結晶の（１００）面とされ、その上にはそ
の中心を通る結晶軸＜００１＞方向で起歪部３と固定部
４との境界付近に剪断形ゲージ８が不純物の拡散により
伝導形がＰ形として形成されている。The strain generating portion 3 is a (100) plane of a single crystal, and a shear type gauge 8 is formed on the surface of the strain generating portion 3 in the vicinity of the boundary between the strain generating portion 3 and the fixed portion 4 in the crystal axis <001> direction passing through the center. The conduction type is formed as a P type by diffusion.
第２図（ハ）に剪断形ゲージ８の構成を拡大して示す。
図に示す剪断形ゲージ８はゲージ長がｌでゲージ幅がｗ
であり、この剪断形ゲージ８の長さ方向に電源端９，１
０が形成されここに電圧が印加される。印加圧力Ｐがダ
イヤフラム１に与えられると、これによって、生じた剪
断応力τに対応した電圧がゲージ長ｌのほぼ中央に形成
された出力端１１，１２に得られる。しかし、電源端
９，１０間の抵抗は印加圧力Ｐにより変化を受けること
はない。The configuration of the shear type gauge 8 is enlarged and shown in FIG.
The shear type gauge 8 shown in the figure has a gauge length of 1 and a gauge width of w.
And the power source ends 9 and 1 in the lengthwise direction of the shear type gauge 8.
0 is formed, and a voltage is applied here. When the applied pressure P is applied to the diaphragm 1, a voltage corresponding to the generated shear stress τ is thereby obtained at the output ends 11 and 12 formed substantially at the center of the gauge length l. However, the resistance between the power supply terminals 9 and 10 is not changed by the applied pressure P.
そして、図示しない変換部から電源端９，１０に電圧を
供給し、出力端１１，１２から印加圧力Ｐに対応した出
力電圧を得る。Then, a voltage is supplied from the converter (not shown) to the power supply terminals 9 and 10, and the output voltage corresponding to the applied pressure P is obtained from the output terminals 11 and 12.
この場合の剪断形ゲージ８の出力端１１，１２に得られ
る出力電圧ＶＯは、電源端９，１０に印加される電源電
圧をＶＳ、ピエゾ抵抗係数をπとすれば、次式で現すこ
とができる。In this case, the output voltage V O obtained at the output terminals 11 and 12 of the shear type gauge 8 is expressed by the following equation, where V S is the power source voltage applied to the power source terminals 9 and 10 and π is the piezo resistance coefficient. be able to.
ＶＯ＝πτｗＶＳ／ｌ …（１） また、剪断形ゲージ８のシート抵抗をＲＳ、電源端９，
１０に流れる駆動電流をＩＳとすれば、出力電圧ＶＯは
次式でも表現することができる。V O = πτwV S / l (1) Further, the sheet resistance of the shear type gauge 8 is R S , the power source end 9,
If the drive current flowing through 10 is I S , the output voltage V O can also be expressed by the following equation.
ＶＯ＝πτＲＳＩＳ …（２） この場合の電源電圧ＶＳ、駆動電流ＩＳはいずれも直流
が使用される。従って、出力端１１，１２に現れる出力
電圧ＶＯも直流電圧となる。V O = πτR S I S (2) In this case, direct current is used for both the power supply voltage V S and the drive current I S. Therefore, the output voltage V O appearing at the output terminals 11 and 12 also becomes a DC voltage.
〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来の半導体圧力変換器で
は、大きな出力電圧を得るには（１）式で示すように剪
断形ゲージに印加する電源電圧ＶＳを大きくして大きな
電力を供給しなければならないが、通常この種の工業用
の半導体圧力変換器は受信計器側から電力が２本の伝送
線で例えば４〜２０ｍＡの統一電流として供給されるわ
ずかな電力を用いて動作させるので、電源電圧を大きく
するには限度がある。<Problems to be Solved by the Invention> However, in such a conventional semiconductor pressure converter, in order to obtain a large output voltage, the power supply voltage V S applied to the shear type gauge is increased as shown in the equation (1). However, in this type of industrial semiconductor pressure transducer, a small amount of power is normally supplied from the receiving instrument side through two transmission lines as a unified current of 4 to 20 mA, for example. Since it is used to operate, there is a limit to increase the power supply voltage.
〈課題を解決するための手段〉 本考案は、以上の課題を解決するために、半導体のダイ
アフラムの起歪部に形成された剪断形ゲージと、この剪
断形ゲージの電源端の間にパルス電流を供給する駆動手
段と、剪断形ゲージの出力端に生じるパルス信号を前記
パルス電流に同期してこのパルス信号の平坦部でサンプ
リングしてゲージ信号として出力するサンプルホールド
手段を具備するようにしたものである。<Means for Solving the Problems> In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a shear type gauge formed in a strain generating part of a semiconductor diaphragm and a pulse current between the power source end of the shear type gauge. And a sample-hold means for sampling a pulse signal generated at the output end of the shear type gauge in the flat portion of the pulse signal and outputting it as a gauge signal in synchronization with the pulse current. Is.
〈作用〉 剪断形ゲージの電源端に印加されたパルス電流によりそ
の出力端にはパルス信号が発生する。このパルス信号の
平坦部分をパルス電流に同期してサンプリングする。<Operation> A pulse signal is generated at the output end of the shear type gauge by the pulse current applied to the power supply end. The flat portion of this pulse signal is sampled in synchronization with the pulse current.
このようにサンプリングされる時間だけパルス的に駆動
電流を流すので、そのピーク値が大きくても実質的に平
均の消費電流を小さくしながらその後のアナログ／デジ
タル交換の際のゲージ出力を大きくすることができる。Since the drive current is supplied in a pulsed manner only during the sampling time as described above, the gauge output during the subsequent analog / digital exchange should be increased while reducing the average current consumption substantially even if the peak value is large. You can
〈実施例〉 以下、図を用いて本考案の実施例について説明する。第
１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、第２図に示す圧力センサと同一の機能を有す
る部分には同一の符号を付して適宜にその説明を省略す
る。<Embodiment> An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. The parts having the same functions as those of the pressure sensor shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be appropriately omitted.
直流電源１３はその直流電圧を駆動回路１４に供給す
る。駆動回路１４はその内部に所定のタイミング発生回
路を有し、これにより所定のタイミングでこの直流電圧
をパルス化してパルス電流ＩＳＰとして剪断形ゲージ８
の電源端９，１０に供給する。The DC power supply 13 supplies the DC voltage to the drive circuit 14. The drive circuit 14 has a predetermined timing generating circuit therein, and by this, the DC voltage is pulsed at a predetermined timing to generate a shear current 8 as a pulse current I SP.
To the power supply terminals 9 and 10.
剪断形ゲージ８の出力端１１，１２には、パルス電流Ｉ
ＳＰに対応したタイミングでダイヤフラム１に印加され
た印加圧力Ｐに対応する出力電圧ＶＯＰが出力され、こ
の出力電圧ＶＯＰは増幅器１５の入力端に入力される。A pulse current I is applied to the output ends 11 and 12 of the shear type gauge 8.
The output voltage V OP corresponding to the applied pressure P applied to the diaphragm 1 is output at a timing corresponding to SP , and the output voltage V OP is input to the input terminal of the amplifier 15.
増幅器１５の出力端に現れるパルス状の出力電圧はその
立上り後の出力電圧の平坦部で駆動回路１４からのタイ
ミング信号ＴＳに同期してサンプルホールド回路１６に
よりサンプリングされ、ゲージ信号Ｖｇとして出力され
る。The pulsed output voltage appearing at the output end of the amplifier 15 is sampled by the sample hold circuit 16 in synchronization with the timing signal T S from the drive circuit 14 at the flat portion of the output voltage after the rise, and is output as the gauge signal V g. To be done.
アナログ／デジタル変換器１７はゲージ信号Ｖｇをデジ
タル信号に変換して出力端１８に出力する。The analog / digital converter 17 converts the gauge signal V g into a digital signal and outputs it to the output end 18.
以上のようにして得られる印加圧力Ｐに対応したサンプ
リング信号は、間欠的に得られることになるが、印加圧
力Ｐは通常急激な変化をしないので、応答速度に関して
は充分に対応できる。The sampling signal corresponding to the applied pressure P obtained as described above is obtained intermittently, but since the applied pressure P does not normally change abruptly, the response speed can be sufficiently dealt with.
剪断形ゲージの出力電圧は（２）式により与えられる
が、これに対応する第１図に示す実施例での出力電圧は ＶＯＰ＝πτＲＳＩＳＰ …（３） となる。The output voltage of the shear-type gauge is given by equation (2), the output voltage of the embodiment shown in Figure 1 corresponding thereto becomes V OP = πτR S I SP ... (3).
この出力電圧ＶＯＰのピーク値を例えばＫ倍にし（２）
式と同一の出力電圧ＶＯとするには、駆動電流ＩＳに対
してパルス電流ＩＳＰを流す時間を１／Ｋとするパルス
電流を流せば良い。The peak value of this output voltage V OP is multiplied by K, for example (2).
In order to obtain the same output voltage V O as in the equation, it is sufficient to flow a pulse current that makes the pulse current I SP flow for 1 / K with respect to the drive current I S.
なお、以上の点だけを考慮すれば、特に剪断形ゲージだ
けに限る必要はなく、例えば通常形ゲージでも駆動電流
をパルス化して流せば同様な効果が得られるようにみえ
る。しかし、剪断形ゲージも通常形ゲージもその電源端
９，１０間の電源電圧ＶＳＳは ＶＳＳ＝ｌＲＳＩＳ／ｗ …（４） で表されるが、剪断形ゲージはｌ／ｗ１が成立するの
に対して、通常形ゲージはｌ／ｗ≫１であるので、同一
の電源電圧に対しては駆動（パルス）電流Ｉ
Ｓ（ＩＳＰ）をその分だけ大きくできるという利点があ
る。If only the above points are taken into consideration, it is not necessary to limit to the shear type gauge in particular. For example, even in the normal type gauge, it seems that the same effect can be obtained by pulsing the drive current. However, in both the shear type gauge and the normal type gauge, the power source voltage V SS between the power source terminals 9 and 10 is represented by V SS = lR S I S / w (4), but the shear type gauge is 1 / w1. On the other hand, since 1 / w >> 1 in the normal type gauge, the drive (pulse) current I is applied to the same power supply voltage.
There is an advantage that S (I SP ) can be increased by that amount.
〈考案の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本考案は、
剪断形ゲージにパルス電流を流してそのピーク値をサン
プリングするようにしたのでピーク値の大きな出力信号
を得ることができ、更に剪断形ゲージを採用しているの
で間欠的に大電流を流しても電源端には大きな電圧が発
生せず、低消費電力化が可能である。<Effect of the Invention> As described above in detail with the embodiments, the present invention is
A pulse current is passed through the shear type gauge to sample its peak value, so an output signal with a large peak value can be obtained, and since a shear type gauge is used, even if a large current is intermittently applied. No large voltage is generated at the power source end, and low power consumption is possible.
【図面の簡単な説明】 第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は従来の圧力変換装置のうちの圧力センサ部の構成
を示す構成図である。 １１……ダイヤフラム、８……剪断形ゲージ、９，１０
……電源端、１１，１２……出力端、１４……駆動回
路、１６……サンプルホールド回路、１７……アナログ
／デジタル変換器。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a pressure sensor unit in a conventional pressure converting device. 11 ... Diaphragm, 8 ... Shear type gauge, 9, 10
...... Power supply end, 11, 12 ...... Output end, 14 ...... Driving circuit, 16 ...... Sample hold circuit, 17 ...... Analog / digital converter.
Claims (1)
た剪断形ゲージと、この剪断形ゲージの電源端の間にパ
ルス電流を供給する駆動手段と、前記剪断形ゲージの出
力端に生じるパルス信号を前記パルス電流に同期してこ
のパルス信号の平坦部でサンプリングしてゲージ信号と
して出力するサンプルホールド手段を具備することを特
徴とする半導体圧力変換器。1. A shear type gauge formed on a strain generating part of a semiconductor diaphragm, a driving means for supplying a pulse current between a power source end of the shear type gauge, and a pulse generated at an output end of the shear type gauge. A semiconductor pressure converter comprising: a sample-hold means for sampling a signal at a flat portion of the pulse signal in synchronization with the pulse current and outputting it as a gauge signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15733988U JPH064303Y2 (en) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | Semiconductor pressure transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15733988U JPH064303Y2 (en) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | Semiconductor pressure transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0277648U JPH0277648U (en) | 1990-06-14 |
| JPH064303Y2 true JPH064303Y2 (en) | 1994-02-02 |
Family
ID=31436691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15733988U Expired - Lifetime JPH064303Y2 (en) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | Semiconductor pressure transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064303Y2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5572001B2 (en) * | 2010-04-23 | 2014-08-13 | 本田技研工業株式会社 | Physical quantity sensor |
-
1988
- 1988-12-02 JP JP15733988U patent/JPH064303Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0277648U (en) | 1990-06-14 |
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