JPS63210634A - 半導体センサの検出回路 - Google Patents

半導体センサの検出回路

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JPS63210634A
JPS63210634A JP4469687A JP4469687A JPS63210634A JP S63210634 A JPS63210634 A JP S63210634A JP 4469687 A JP4469687 A JP 4469687A JP 4469687 A JP4469687 A JP 4469687A JP S63210634 A JPS63210634 A JP S63210634A
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JP
Japan
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voltage
terminal
circuit
bridge circuit
input terminal
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JP4469687A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Ishihara
力 石原
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • G01L1/2281—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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) 本発明は、ブリッジ回路を検出手段として用いる半導体
センサを定電流駆動する場合に好適な検出回路に関する
。
(従来の技術) 従来、この種の半導体センサとして、半導体ピエゾ抵抗
素子を用いた圧力センサがよく知られている。該ピエゾ
抵抗素子(一般に拡散抵抗が利用される)のピエゾ抵抗
係数(ゲージ率)の温度係数は一般に拡散層の表面不純
物濃度に応じた負の値をもつので、該ピエゾ抵抗素子を
含むブリッジ回路を定電圧駆動した場合の圧力センサの
圧力−電気変換感度は周囲温度、の上昇に伴い低下する
。
従来、この感度低下を補償する感度温度補償法として、
半導体ピエゾ抵抗素子の抵抗値が正の温度係数を有する
ことを利用して、拡散抵抗の表面不純物濃度をゲージ率
温度係数(負)と抵抗温度係数(正)の絶対値が等しく
なるような濃度に選び、ブリッジ回路を定電流駆動する
方法が採用されている。定電流駆動の場合、周囲温度の
上昇によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の増大が、ブリッジ
回路に加わる電圧を増大させる(温度の上昇に伴い励起
電圧が増大する)ので、ゲージ駕の温度係数に基づく圧
力感度の低下が補償される。
ところで、現在、半導体センサが使用される計測・制御
分野では、マイクロコンピュータの普及に伴い、さらに
高精度、 ノj%型、低価格の半導体センサが要求され
ており、ブリッジ回路とともに駆動、増幅や、特性補償
などのための周辺回路を一体化した検出回路の実現が望
まれている。
感度の温度補償を目的に、ブリッジ回路とともにこれを
定電流駆動するための定電流回路を一体化した検出回路
の従来例として、その構成を第3図に示すような圧力セ
ンサの検出回路が知られている。(第3回センサシンポ
ジウム、Proceedingsof the 3rd
 5enSor 5ymposium、 1983年、
209−213頁)6図において、100はピエゾ抵抗
素子1゜2.3.4から成るブリッジ回路、11はベー
スとフレフタが接続きれた第一のバイポーラトランジス
タ、12は該第−のバイポーラトランジスタ11とベー
スが共通接続された第二のバイポーラトランジスタ、2
1 、22 、23は抵抗素子、5は電−IR電圧端子
、6,7はブリッジ回路の励起端子、8.9はブリッジ
回路の検出端子である。この例では、npnバイポーラ
トランジスタ11 、12と抵抗21゜22 、23か
ら成る回路網が定電流回路を構成しており、バイポーラ
トランジスタ12のコレクタに流入する電流、すなわち
、ブリッジ回路100の励起電流1.□1を制御してい
る。いま、端子5に供給きれる電源電圧をVCC,抵抗
21.バイポーラトランジスタ11および抵抗23を流
れる電流をIr*t、抵抗21 、22および23の抵
抗値をそれぞれR,、R1およびRs、バイポーラトラ
ンジスタ11のベース−エミッタ間順方向電圧降下をV
IEとすると、励起電流L z□は、枝路次式で与えら
れる。
工、。−工1..・(RJ/R# ) ここで、 L−t−(Vec−vam)/ (R++Ra)である
、すなわち、ブリッジ回路の励起電流1.E。
は、基準電流L e tと、抵抗23 、22の抵抗比
(R3/R,)で決定される。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記従来技術では、基準電流工1..が
電mx圧VCCと負の温度特性をもつベース−エミッタ
間順方向電圧降下v、lの差によって決定されるので、
電it圧および温度の変動によってブリッジ励起電流1
0.。が変動するという欠点があった。電源電圧および
温度の変動によるブリッジ励起電流の変動は、それぞれ
、常温での感度変動および感度温度補償効果の低下を招
き、いずれも半導体センサの高精度化にとり極めて不都
合である。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は、ブリッジ回路と定電流回路の一
体化に適し、かつ上記従来技術の欠点が除去きれた半導
体センサの検出回路を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、少なくとも一辺に半導体検知素子を含み、一
方の励起端子が第一の直流電圧に接続されたブリッジ回
路と、ソース端子が該ブリッジ回路の他の励起端子に接
続されたFETと、非反転側入力端子が該FETのドレ
イン端子に、反転側入力端子が第二の直流電圧に、それ
ぞれ、接続きれるとともに、出力端子が前記FETのゲ
ート端子に接続された演算増幅器と、該演算増幅器の前
記非反転側入力端子と第三の直流電圧との間に接続され
た抵抗素子とを備えたことを特徴とする半導体センサの
検出回路である。
(実施例) 以下、実施例を挙げ本発明を一泗詳しく説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す回路図である0図に
おいて、第3図と同一符号で表される構成要素は、それ
ぞれ、第3図の場合と同一構成要素であることを示して
いる。すなわち、100はピエゾ抵抗素子1,2,3.
4から成るブリッジ回路、5はtR1圧端子、6,7は
ブリッジ回路の励起端子、8,9はブリッジ回路の検出
端子をそれぞれ表している。また、図において、1oは
Pチャンネル型MO8FET、20は演算増幅器、30
は基準電圧発生回路、40は抵抗素子をそれぞれ表して
いる。
本実施例において、ブリッジ回路100の一方の励起端
子6はt源電圧端子5に接続され、他の一方の励起端子
7はPチャンネル型MO8FETIOのソースに接続さ
れている。そして、このPチャンネル型MO8FETI
Oのゲートには、非反転個入力端子が該MO3FETI
Oのドレインに、反転側入力端子が基準電圧発生回路3
0に、それぞれ、接続された演算増幅器20の出力端子
が接続されている。そして、該演算増幅器20の非反転
側入力端子は抵抗40を介して接地されている。
本実施例における演算増幅器20は、その高い開放利得
と入力抵抗によって、非反転側入力端子と反転側入力端
子の間の電圧差を増幅し、結果として、非反転側入力端
子の電圧が、反転側入力端子に接続された基準電圧発生
回路30の発生する基準電圧V□、と等しくなるように
Pチャンネル型MO3FETIOのゲート端子の電圧を
制御することによって、抵抗40を流れる電流と等しい
電流をブリッジ回路100に供給する。すなわち、いま
、何らかの原因によりブリッジ励起電流工。。が一時的
に減少(抵抗40の電圧降下が減少し、演算増幅器20
の非反転側入力端子電圧が一時的に下降)したとすると
、演算増幅器20は、これによって一時的に生じた非反
転側入力端子電圧の基準電圧(反転側入力端子電圧)か
らのずれを増幅し、該増幅器20の出力電圧を下降させ
る(Pチャンネル型MO5FETIOのゲート端子電圧
を下降きせる)ことより、ブリッジ励起電流I!ICを
増大し、抵抗4oでの電圧降下を元の値に復帰させるこ
とで非反転側入力端子の電圧を元の値(基準電圧Vut
r)に戻す、ブリッジ励起電流1□0が一時的に増大し
た場合にも、同様のことが起こり、この結果、ブリッジ
回路の駆動電流は、常に、抵抗40での電圧降下が、基
準電圧V□d等しくなるような一定の値に設定きれる。
すなわち、抵抗40の抵抗値をRとすると、ブリッジ励
起寛流工。。は、常に(■□、/R)に保持きれる。
本実施例の特徴は、ブリッジ励起電流hXCの精度が、
基準電圧発生回路30が発生する基準電圧V*tVと抵
抗40の抵抗値Rの精度のみによって決定される点にあ
る。基準電圧発生図830としては、バンドギャップ基
準電圧発生回路、ツェナーダイオードを用いた基準電圧
発生回路、およびエンハンスメント型MO8FETとデ
プリーション型MO8FETの間のしきい値電圧の差を
利用した基準電圧発生回路など、各種製造プロセスに適
した種々の回路構成が提案されており、これらを利用す
ることにより、温度及び電it圧の変動に対して安定な
基準電圧を発生する基準電圧発生回路が容易に集積化可
能である。また、抵抗40としては、例えば、シリコン
・クロム(5iCr )薄膜抵抗など、精度が良く、温
度係数の小さい抵抗素子が集積化可能である。
したがって、本実施例によれば、ブリッジ回路と定電流
回路の一体化に適し、かつ、ブリッジ駆動電流が温度お
よび電源電圧などの使用条件変動に対して安定化された
優れた半導体センサの検出回路が得られる。
上記実施例では、ブリッジ回路の励起端子に接続される
FETl0をPチャンネル型としたが、これをNチャン
ネル型のFETとすることも可能である。その場合の回
路構成の一例を第2図に示す、すなわち、第2図は本発
明の第2の実施例を示す図で、この実施例においては、
ブリッジ回路100の一方の励起端子7が接地きれ、他
の一方の励起端子6がNfwネル型MOS F ET5
0(7)’/ −スに接続されている。そして、該Nチ
ャンネル型MO3FET50のゲートに、非反転側入力
端子が該MO8FET50のドし・インに接続された演
算増幅器20の出力端子が接続されている。該演算増幅
器20の非反転側入力端子は抵抗40を介して基準電圧
発生回路60に接続されており、一方、反転側入力端子
には基準W、圧’btrが抵抗41と抵抗42により分
圧きれた直流電圧が印加されている。
いま、抵抗41および抵抗42の抵抗値をそれぞれR4
□およびR4!とすると、本実施例で演算増幅器20の
反転側入力端子に加わる電圧は、R1・V□、/(R,
□+R4m)となる。演算増幅器20の非反転倒入力端
子電圧は、この電圧と同じ値になるよう制御されるので
、基準電圧発生回路60と演算増幅器20の非反転側入
力端子の間に接続された抵抗40を流れる電流(ブリッ
ジ励起電流はこれと等しい)は、CRar−Vast/
 (R41+ Rat) )/ Rトft リ、高精度
化が可能な基準電圧■、rと抵抗値Rt Ra s p
Ramで決まるから、本実施例においても、上記第1図
に示した実施例と同じく、ブリッジ励起電流がt、@電
圧および温度変動などの使用条件変動に対して安定化さ
れた優れた半導体センサの検出回路が得られる。
なお、上記二つの実施例では、抵抗40の一端またはブ
リッジ励起端子の一方を接地レベルとしたが、これは必
ずしも接地レベルである必要はなく、例えば基準電圧を
分圧した適当な直流電圧とすることができる。
また、上記両案流側において、一時的な励起電流の変化
に起因して生じる非反転側入力端子と反転側入力端子間
の過渡的なアンバランスで、演算増幅器20の出力電圧
が飽和するのを防ぐため、演算増幅器20の反転側入力
端子と出力端子および基準電圧発生回路の間に、それぞ
れ、帰還ダイオードおよび帰還抵抗を追加接続すること
ができる。
以上、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサの場合を例に
本発明を説明したが、本発明は圧力センサのみならず、
検知対象の変化に応答して抵抗値変化を示す半導体検知
素子でブリッジ回路を構成し、これを定電流駆動する半
導体センサの検出回路として広く適用できる。
(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、ブリッジ回路と定電流
回路の一体化に適し、かつ、ブリッジ励起電流が温度お
よび電flt圧などの使用条件変力に対して安定化され
た優れた半導体センサの検出回路が実現谷れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第一の実施例を示す回路図、第2図
はこの発明の第二の実施例を示す回路図、第3図は半導
体センサの検出回路の従来例を示す回路図である。 1〜4・・・半導体検知素子、5・・・電源電圧端子、
6.7・・・励起端子、8,9・・・検出端子、10 
、50・・・MOSFET、11.12・・・バイポー
ラトランジスタ、20・・・演算増幅器、21 、22
 、23・・・抵抗素子、30 、60−・・基準’t
JE源、40 、41 、42・・・抵抗素子、100
・・・ブリッジ回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも一辺に半導体検知素子を含み、一方の励起端
    子が第一の直流電圧に接続されたブリッジ回路と;ソー
    ス端子が該ブリッジ回路の他の励起端子に接続されたF
    ETと;非反転側入力端子が該FETのドレイン端子に
    、反転側入力端子が第二の直流電圧にそれぞれ接続され
    るとともに、出力端子が前記FETのゲート端子に接続
    された演算増幅器と;該演算増幅器の前記非反転側入力
    端子と第三の直流電圧との間に接続された抵抗素子とを
    備えたことを特徴とする半導体センサの検出回路。
JP4469687A 1987-02-26 1987-02-26 半導体センサの検出回路 Pending JPS63210634A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57113337A (en) * 1981-01-07 1982-07-14 Hitachi Ltd Semiconductor transducer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57113337A (en) * 1981-01-07 1982-07-14 Hitachi Ltd Semiconductor transducer

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