JPS62204101A - 検出回路のオフセツト補償方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体検知素子で構成されるブリッジ回路
を備えた物理量検出回路のオフセット補償方法に関する
ものである。

（従来の技術） 従来、この種の検出回路として、ピエゾ抵抗素子でブリ
ッジ回路を構成した圧力検出器（圧力センサ）がよく知
られている。この圧力検出器では、第３図に示すように
、ピエゾ抵抗素子１．　２．　３゜４で構成されるブリ
ッジ回路１ｏの一端を開放し、例えばピエゾ抵抗素子１
（または２）と直列及び並列に補償抵抗５（ｔたは５′
）及び６（または６′）を接続するオフセット補償が行
なわれている。

ブリッジ回路のオフセット電圧とその温度依存性は、ピ
エゾ抵抗素子１−４間の印加圧力ゼロでの抵抗値及び抵
抗温度変化のミスマツチにより生じる。温度係数をほと
んどもたない直列と並列の補償抵抗５（５’）及び６（
６’）は、各ピエゾ抵抗素子間の抵抗温度変化の不一致
を是正するとともに、その是正によってくずれたブリッ
ジの平衡をとりなおすという役割を担っている。

第３図に示した回路に適用されるオフセット補償方法と
して、従来、次の２種類が知られている。

〔１〕２点の温度（低温側ＴＬと高温側ＴＨ）における
４つのピエゾ抵抗素子１−４の抵抗値をすべて実測し、
この測定値をもとに、補償抵抗を接続したとき２点の温
度でのオフセット電圧がともにゼロになるという条件で
連立方程式を解いて補償抵抗値を求める方法（特公昭４
５−１４６８４）。

〔２〕　　ブリッジ回路の一辺に直列及び並列に補償抵
抗を接続したときのブリッジ回路のオフセット電圧の変
化が、それぞれ補償抵抗値及び補償抵抗値の逆数に比例
することを前提として、２点の温度におけるブリッジ回
路のオフセット電圧とピエゾ抵抗素子抵抗値を測定し、
これらをもとに〔１〕と同じ条件で連立方程式を解いて
補償抵抗値を求める方法（予稿集「第１５回自動制御連
合講演会Ｊ　４０２５゜昭和４７年）。

（発明が解決しようとする問題点） 上記補償方法は、いずれもブリッジ出力でのオフセット
電圧を補償するには有効な方法である。

しかしながら、最近開発が進められている増幅器をオン
チップ化した集積化検出器（第１図参照）にとっては、
これらの補償方法が最適とはいえない、集積化検出器で
は、増幅器が検知素子と同一環境（温度条件）下にさら
されるため、第４図に示すように、たとえブリッジ出力
でのオフセット電圧とその温度変化をゼロにできたとし
ても、増幅器側のオフセット電圧とその温度依存性のた
めに、増幅器出力でのオフセット温度特性が劣化してし
まうからである。

本発明の目的は、この問題点を解決し、温度補償が最適
にでき、集積化検出器に適した検出回路のオフセット補
償方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成は、少なくとも一辺に検知素子を含むブリ
ッジ回路と、このブリッジ回路の不平衡電圧を増幅する
増幅器とからなる検出回路のオフセット補償方法におい
て、前記増幅器の出力における少なくとも高、低２点の
温度でのオフセット電圧を測定し、これらのオフセット
電圧値と前記２Ａの温度での前記検出素子の抵抗値及び
前記増幅器の利得を測定シ２、これらの測定値から前記
増幅器のオフセット電圧とその温度依存性がともに最小
となるような補償抵抗値を求め、この値の前記補償抵抗
を前記検出素子と直列あるいは並列に接続することを特
徴とする。

（作用） 増幅器出力で測定されるオフセット電圧は、ブリッジ回
路で発生するオフセット電圧と増幅器の入力換算オフセ
ット電圧が合成され、利得倍され念ものである。したが
って、これらの値を用いて求めた補償抵抗値は、従来例
のようにブリッジ出力でのオフセット電圧を最小にする
のでなく、ブリッジ出力オフセット電圧と増幅器入力換
算オフセット電圧との和を最小にする。この結果未補償
時に増幅器出力に現われていたオフセラ）［圧とその温
度変化は、補償後、効果的に補正される。

（実施例） 以下、実施例を挙げ、本発明について説明する。

第１図に本発明の一実施例を適用する集積化検出器の構
成の一例の回路図を示す。

図において、１０は第３図と同一構成要素から成るブリ
ッジ回路、７はブリッジ回路１０の励起端子、８及び９
はブリッジ回路１０の不平衡電圧検出端子、２０は該検
出端子８．９間に得られるブリッジ出力電圧を増幅する
増幅器、２１け該増幅器の出力端子である。

本実施例のオフセット補償は以下のようにして実施され
る。

まず、２点の温度（低温側ＴＬと高温側ＴＨ）で、増幅
器出力端子２１における未補償時のオフセット電圧を測
定し、測定値を増幅器２０の利得で割る。これより増幅
器２０の入力での値に換算された低温側及び高温側での
オフセット電圧ｖＬ及びＶＨが求められる。これらをい
ずれもゼロにすることが補償の目的となる０次に、同じ
く２点の温度でピエゾ抵抗素子１〜４の平均的な抵抗値
を測定し、低温側及び高温側でのピエゾ抵抗素子抵抗値
ＲＬ及びＲＨを求める。抵抗値測定は、例えば、ブリッ
ジ回路１０の励起端子７とグランド間で行なえばよい。

このため、ブリッジ回路１０の励起端子７は、励起電圧
／電流の供給方法（外部供給か内部発生か等）にかかわ
らずポンディングパッド等により外部へ接続可能とされ
ていることが望ましい。

ブリッジ回路１０の励起端子７に供給される励起電圧を
ｖＥとすると、直列及び並列の補償抵抗５（５’）及び
６（６’）をピエゾ抵抗素子１（２）に接続し念ときの
ブリッジ出力電圧変化は、ピエゾ抵抗素子の抵抗値をＲ
１、直列及び並列の補償抵抗値をγｓｒｓ’）及びｒｐ
ｃｒｐ’　）として、さらにｒｐｃｒｐ’　）＞Ｒ，ｒ
Ｂ（ｒＢ’　）（Ｒとするとそれぞれ、近似的に となる。したがってシ増幅器２ｏの入力での値に換算さ
れたオフセット電圧とその温度変化をゼロにするための
補償抵抗値γＳ及びｒｐは、以下の連立方程式の解とし
て求めることができる。

結果は ただしｒｇ、ｒｐ＞Ｏならば補償抵抗５．６をピエゾ抵
抗素子１に接続、γ３　、　ｒ　ｐ＜０ならば補償抵抗
５’、　　ｅ’をピエゾ抵抗素子２に接続となる。

上式を用いて算出した補償抵抗を接続したときの回路各
部の温度特性、すなわち補償結果の一例を第２図に示す
。図から明らかなように、ブリッジ出力電圧は補償温度
範囲（温度ＴＬと温度ＴＨＯ間）で増幅器の入力換算オ
フセット電圧（補償の前後で不変）を相殺するような特
性（単独ではゼロではない）に修正される。この結果、
増幅器出力でのオフセット電圧は補償温度範囲で最小と
なるよう調整ならびに温度補償さねたものとなる。

従来の補償方法を用いる場合、増幅器を集積した集積化
検出器では、ブリッジ回路のオフセット補償と増幅器の
オフセット補償を別々の工程で行なう必要があった。こ
れに対し７て、本実施例では、ブリッジ回路と増幅器の
オフセットを一括して同時に補償できるので、オフセッ
トの調整・温度補償に要する工数が半減する。

しまたがって、本実施例によれば、集積化検出器に適し
、かつ製造コスト低下の期待できる優れたオフセット補
償方法が得られる。

本実施例で、増幅器出力でのオフセット電圧測定結果を
増幅器入力での値に換算するために用いた増幅器２０の
利得は、例えばブリッジ出力と増幅器出力での圧力感度
を測定し、これらの比を計算することにより求められる
。このため、ブリッジ回路１０の検出端子８及び９は、
ポンディングパッド等により外部へ接続可能とされてい
ることが望ましい。

本実施例では、２つの補償抵抗（直列と並列）を用い、
２点の温度での測定結果をもとに補償を行なったが、３
つ以上の補償抵抗（例えば１つの直列補償抵抗と２つの
並列補償抵抗等）を用い、３点以上の温度での測定結果
をもとに３元以上の連立方程式を解くことによっても同
様に補償を行なうことができる。また、補償抵抗値設定
の自由度を増すために、補償抵抗の数を測定点（温度）
以上とすることも可能である。また、上記実施例では、
−例として、ブリッジ回路を定電圧駆動した場合につい
て述べたが、定電流駆動の場合にも同様な補償方法を用
いることが可能である。

なお、本実施例で補償抵抗値を算出するために用いた各
パラメータのうち、増幅器出力での未補償時のオフセッ
ト電圧以外の数値、すなわちピエゾ抵抗素子の低温及び
高温側での抵抗値ならびに増幅器の利得の値については
、それらが既知であれば必ずしも毎回測定する必要はな
い。これにより補償工程はさらに簡略化される。

以上、検知素子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合を例
に補償方法を説明したが、本発明は半導体検知素子で構
成されるブリッジ回路と増幅器とを含む半導体検出器の
オフセット補償に広く用いることができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明は、ブリッジ回路と増幅器のオフ
セットを一括して同時に補償することにより、集積化検
出器の調整・補償工程の簡略化が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する集積化検出器の回
路図、第２図は本実施例による補償効果の一例を示す特
性図、第３図はオフセット補償を行なう従来の回路構成
の一例の回路図、第４図は集積化検出器のオフセット電
圧温度特性の一例を示す特性図である。 図中、１０・・・・・・ブリッジ回路、２０・・・・・
・増幅器、１、　２．　３．　４・・・・・・半導体検
知素子としてのピエゾ抵抗素子、５．５’及び６．６／
・・・・・・直列及び並列補償抵抗、７・・・・・・ブ
リッジ回路の励起端子、８及び９はブリッジ回路の検出
端子、２１・・・・・・増幅器出力端子である。 千１場 ７′リーＩシ８花イｉ 茅２頂 弔づ覇 第４−回 ン龜蔑

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも一辺に検知素子を含むブリッジ回路と、この
   ブリッジ回路の不平衡電圧を増幅する増幅器とからなる
   検出回路のオフセット補償方法において、前記増幅器の
   出力における少なくとも高、低２点の温度でのオフセッ
   ト電圧を測定し、これらのオフセット電圧値と前記２点
   の温度での前記検出素子の抵抗値及び前記増幅器の利得
   を測定し、これらの測定値から前記増幅器のオフセット
   電圧とその温度依存性がともに最小となるような補償抵
   抗値を求め、この値の前記補償抵抗を前記検出素子と直
   列あるいは並列に接続することを特徴とする検出回路の
   オフセット補償方法。