JPH0731218B2 - 抵抗測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二重積分回路を用いた抵抗測定装置に関し、
特に回路が集積化可能で、高精度な抵抗測定装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の抵抗測定装置は、特開昭54−137378号公報、特開
昭57−16367号公報に記載されているように、二重積分
を用いて抵抗を測定している。

特開昭54−137378号公報には、定電流源（Ｅ、Rc）を被
測定抵抗ＲXに直列に接続し、ＲXの両端の電圧ＶXを測
定し、測定値を得る装置が開示されている。

また、特開昭57−16367号公報には、基準抵抗２と未知
抵抗４とをスイッチ12により切替えて二重積分する装置
が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、特開昭54−137378号公報に示す従来技術では、
次のような課題があった。

（１）温度特性が優れ、精度が高い定電流源を集積回路
内部で作り込むことは難しいため、外付けになってしま
い、コストが高くなる。

（２）抵抗レンジ切換について考慮していない。

（３）従って、低抵抗測定レンジの場合、被測定抵抗に
大電流を流さなければならず、ドライブ能力の大きな低
電流源を必要とし、また、インピーダンスによる電流源
の精度を要求され、コストが高くなる。

また、特開昭57−16367号公報に示す従来技術では、 （４）抵抗レンジ切換について考慮していない。従っ
て、低抵抗〜高抵抗の広いレンジにわたって、抵抗を測
定することはできない。

本発明は、上記課題に鑑み、低抵抗〜高抵抗の広いレン
ジにわたって、抵抗を高精度に測定でき、電源に過負荷
をかけず集積可能な抵抗測定装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の抵抗測定装置は、 基準抵抗と第１のレンジスイッチとを直列に接続した抵
抗回路を、並列に接続してなる基準抵抗群と、 該基準抵抗群と被測定抵抗とを、基準電源とグランドと
の間に直列に接続してなり、前記第１のレンジスイッチ
のオンオフにより前記被測定抵抗の測定レンジに対応す
る基準抵抗群の１つが選択される測定回路と、 前記被測定抵抗の両端電圧を正積分し、前記基準抵抗の
両端電圧を逆積分する二重積分回路と、 を有する抵抗測定装置であって、 前記基準抵抗の前記第１のレンジスイッチ側端子にそれ
ぞれ接続され、前記第１のレンジスイッチとともにオン
オフする第２のレンジスイッチと、 前記被測定抵抗と前記二重積分回路との間に接続され、
正積分するときオン、逆積分するときオフする第１のス
イッチと、 前記第２のレンジスイッチと前記二重積分回路との間に
接続され、逆積分するときオンし、正積分するときオフ
する第２のスイッチと、 前記第１のスイッチと前記二重積分回路との間に接続さ
れた第１のボルテージフォロワと、 前記第２のスイッチと前記二重積分回路との間に接続さ
れた第２のボルテージフォロワと、 を備えたことを特徴とする。

〔作用〕

第１図、第２図に、パルス幅変調型A/D変換回路（PWM変
換回路）を示し、本発明の作用を説明する。

第１図において、PWM変換回路は、電圧に比例したパル
ス幅Ｔを作成し、Ｔの間のクロック数を測定し、A/D変
換を行う。パルス幅Ｔは、 Ｔ＝Ｋ＊ＶIN/EC ……（１） で表わされる。ここで、Ｋは積分用抵抗R1、R2で決まる
定数、ＶINはPWM変換回路への入力電圧、ＥCはPWM変換
回路への基準電圧である。

第２図について説明する。

Rinは、被測定抵抗であり、ＲON、ＲONは、スイッチ2
5、24のON時電流制限用抵抗であり、Rref1、Rref2は、
基準抵抗である。

スイッチ25とRref1とを直列に接続し、スイッチ24とRre
f2とを直列に接続し、Rref1とスイッチ23、Rref2とスイ
ッチ22を接続し、レンジ切換スイッチ群を構成する。

符号19、20、21、14、24、25、22、23、５、６はスイッ
チである。

符号７、12、15、16、17、18は、オペアンプであり、オ
ペアンプ15〜17は、インピーダンス変換用ボルテージフ
ォロワとして、オペアンプ12、18は、外付け抵抗により
反転増幅回路として、オペアンプ７は、積分用回路とし
て用いている。符号８はコンパレータ、符号10はカウン
タ、符号９は表示回路である。

被測定抵抗Rinと、スイッチ25または24と、電流制限用
抵抗ＲON、ＲONと、基準抵抗Rref1またはRref2とを基準
電圧Vref−GND間に直列に接続する。被測定抵抗Rinの抵
抗の大きさによって、被測定抵抗Rinに直列に接続され
る基準抵抗Rref1,2をスイッチ25、24により切り換え
る。

被測定抵抗Rinの基準電圧Vref側端子は、スイッチ19を
介し、ボルテージフォロワ17に、電圧V1として入力され
る。電圧V1は、積分用抵抗R1を介して積分用オペアンプ
７に入力される。

スイッチ20がOFF、スイッチ25または24および19がONの
とき、GNDに対する電位V1は、V1＝Vrefで表わされる。

被測定抵抗Rinの他端は、スイッチ21を介し、ボルテー
ジフォロワ16に電圧V2として入力される。電圧V2は、反
転増幅回路用オペアンプ18、積分用抵抗R1′を介して積
分用オペアンプ７に入力される。

スイッチ14がOFF、スイッチ21がON、スイッチ25または2
4がONのとき、GNDに対する電位V2は、 V2＝Vref＊（ＲON＋Rref）／（Rin＋ＲON＋Rref） ……
（２） と表わされる。

R1＝R1′、R0＝R0′とすると、PWM変換回路の入力電圧
ＶINは、 ＶIN＝V1−V2＝Vref＊Rin/（Rin＋ＲON＋Rref） ……
（３） と表せ、被測定抵抗Rinの両端電圧に等しくなる。

基準抵抗Rref1の一端は、GND端子に接続され、他端は、
制限抵抗ＲONに接続されるとともに、スイッチ23を介し
てボルテージフォロワ15に電圧V3として入力される。

レンジを切り換えたとき、もう一つの基準抵抗Rref2
は、基準抵抗Rref1と同様、一端がGND端子に接続され、
他端が制限抵抗ＲONに接続されるとともにスイッチ22を
介してボルテージフォロワ15に電圧V3として入力され
る。

電圧V3は、スイッチ５、積分用抵抗R2を介して積分用オ
ペアンプ７に入力されるとともに、反復増幅回路用オペ
アンプ12、スイッチ６、積分用抵抗R2を介して積分用オ
ペアンプ７に入力される。

PWM変換回路の基準電圧ＥCは、 ＥC＝Vref＊Rref/（Rin＋ＲON＋Rref） ……（４） で表せ、基準抵抗Rrefの両端電圧に等しくなる。

本発明の実施例では、ＥCがVrefの1/3となるように、被
測定抵抗の抵抗レンジに応じて基準抵抗Rrefを切り換え
ている。

（１）式、（３）式、（４）式より、 Ｔ＝Ｋ＊ＶIN/EC＝Ｋ＊Rin/Rref ……（５） となる。

従って、レンジを切り換えても、レンジ切換スイッチの
ON抵抗、電流制限抵抗の値に依存しない。

オペアンプのオフセット電圧は、オートゼロ回路を利用
してスイッチ19、20、スイッチ21、14の開閉によりキャ
ンセルできる。

PWMを利用した実施例の利点は、基準電圧Vrefの温度ド
リフト、Vrefの電圧値に影響されないことである。ま
た、Vrefは、正負どちらでもよく、オペアンプのダイナ
ミックレンジを越えない範囲においては、任意の値をと
ることができる。内部アナログスイッチのON抵抗、温度
ドリフト、静電対策用抵抗の影響がない、レンジ切換の
集積回路化がスイッチ19、20、21、14により可能になっ
た。

さらに、制限抵抗ＲONの値も任意であるが、Rref、Rin
が小さい低抵抗のレンジでは、VrefからGNDへ流れる電
流を制限している。

〔実施例〕

本発明の二重積分型A/D変換回路を用いた抵抗測定装置
を第３図に示す。

従来の二重積分型A/D変換回路を用いた抵抗測定装置の
ように、ある一定時間Trefの間、被測定抵抗の両端電圧
ＶINが正積分され、次に基準抵抗の両端電圧ＥCの逆極
性電圧−ＥCが積分される。（ＥCが逆積分される）。逆
積分時間Ｔのクロック数をカウントすることによりA/D
変換できる。

式は、Ｔ＝ＶIN/EC＊Tref で表される。

オートゼロ用アナログスイッチ32、34がONすることによ
って、各オペアンプのオフセット電圧は、キャンセルさ
れる。

被測定抵抗Rinの両端電圧Vinは、作用の項で説明したよ
うに積分用オペアンプ48に入力され、第１積分期間（正
積分期間）に ＶIN＝Vref＊Rin/（Rin＋ＲON＋Rref） として積分される。

基準抵抗Rrefの両端電圧ＥCは、スイッチ37または38、
スイッチ39、ボルテージフォロワ45、反転増幅回路用オ
ペアンプ46、積分抵抗R1′を介して積分用オペアンプ48
に入力され、第２積分期間（逆積分期間）に −ＥC＝−Vref＊Rref/（Rin＋ＲON＋Rref） として逆電圧が積分される。

従って、Ｔ＝Rin/Rref＊Trefとなり、基準抵抗Rref、基
準時間Trefが既知のため、被測定抵抗Rinが逆積分時間
Ｔの関数として測定できる。

ここで、正積分のときスイッチ31,33がON、スイッチ39
がOFFし、逆積分のときスイッチ39がON、スイッチ31,33
がOFFすることにより、正積分のとき被測定抵抗Rinの両
端電圧が、逆積分のとき基準抵抗の両端逆極性電圧が二
重積分回路に入力する。また、ボルテージフォロワ44,4
5は、入力インピーダンスンが高く、出力インピーダン
スが低いものであり、入力電圧値を二重積分回路に出力
伝達するものである。従って、正積分時にONするスイッ
チ31、33には電流がほとんど流れず、電流は無視できる
程度であり、被測定抵抗の両端電圧そのものが二重積分
回路に入力できる。また、逆積分時にONするスイッチ3
9、スイッチ37または38にも、電流がほとんど流れず、
電流は無視できる程度であり、基準抵抗の両端電圧その
ものが二重積分回路に入力できる。

そのため、基準抵抗Rref1−レンジ切換スイッチ35−電
流制限抵抗ＲON−被測定抵抗Rinを基準電源とGND間の直
列に接続した回路に電流が流れることによるレンジ切換
スイッチ35と電流制限抵抗ＲONの電圧降下は、ボルテー
ジフォロワ44,45とスイッチ31,33,39により、二重積分
回路に出力されることがない。

〔発明の効果〕

本発明の抵抗測定装置は、 基準抵抗と第１のレンジスイッチとを直列に接続した抵
抗回路を、列に接続してなる基準抵抗群と、 該基準抵抗群と被測定抵抗とを、基準電源とグランドと
の間に直列に接続してなり、前記第１のレンジスイッチ
のオンオフにより前記被測定抵抗の測定レンジに対応す
る基準抵抗群の１つが選択される測定回路と、 を有する抵抗測定装置であって、 前記基準抵抗の前記第１のレンジスイッチ側端子にそれ
ぞれ接続され、前記第１のレンジスイッチとともにオン
オフする第２のレンジスイッチと、 前記被測定抵抗と前記二重積分回路との間に接続され、
正積分するときオン、逆積分するときオフする第１のス
イッチと、 前記第２のレンジスイッチと前記二重積分回路との間に
接続され、逆積分するときオンし、正積分するときオン
する第２のスイッチと、 前記第１のスイッチと前記二重積分回路との間に接続さ
れた第１のボルテージフォロワと、 前記第２のスイッチと前記二重積分回路との間に接続さ
れた第２のボルテージフォロワと、 を備えたため、 抵抗回路のレンジ切換スイッチのオン抵抗の影響を受け
ることなく、被測定抵抗と基準抵抗の両端電圧のみを測
定することができるため、高抵抗〜低抵抗まで広い範囲
にわたって抵抗を高精度に測定できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のPWM変換型抵抗測定装置のブロック
図。 第２図は、本発明のPWM変換型抵抗測定装置の回路図。 第３図は、本発明の二重積分抵抗測定装置の回路図。 15、16、17、44、45……ボルテージフォロワ 46……反転増幅用オペアンプ ７、48……積分用オペアンプ ８、50……コンパレータ 10、51……カウンタ ９、52……表示回路 Rin……被測定抵抗 ＲON……電流制限抵抗 Rref1,2……基準抵抗 R1……積分用抵抗 C1……積分用コンデンサ R0……反転増幅用抵抗 31、32、33、34、35、36、37、38、39……スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準抵抗と第１のレンジスイッチとを直列
   に接続した抵抗回路を、並列に接続してなる基準抵抗群
   と、 該基準抵抗群と被測定抵抗とを、基準電源とグランドと
   の間に直列に接続してなり、前記第１のレンジスイッチ
   のオンオフにより前記被測定抵抗の測定レンジに対応す
   る基準抵抗群の１つが選択される測定回路と、 前記被測定抵抗の両端電圧を正積分し、前記基準抵抗の
   両端電圧を逆積分する二重積分回路と、 を有する抵抗測定装置であって、 前記基準抵抗の前記第１のレンジスイッチ側端子にそれ
   ぞれ接続され、前記第１のレンジスイッチとともにオン
   オフする第２のレンジスイッチと、 前記被測定抵抗と前記二重積分回路との間に接続され、
   正積分するときオン、逆積分するときオフする第１のス
   イッチと、 前記第２のレンジスイッチと前記二重積分回路との間に
   接続され、逆積分するときオンし、正積分するときオン
   する第２のスイッチと、 前記第１のスイッチと前記二重積分回路との間に接続さ
   れた第１のボルテージフォロワと、 前記第２のスイッチと前記二重積分回路との間に接続さ
   れた第２のボルテージフォロワと、 を備えたことを特徴とする抵抗測定装置。