JP2610736B2 - 半導体圧力センサの増幅補償回路 - Google Patents
半導体圧力センサの増幅補償回路Info
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- JP2610736B2 JP2610736B2 JP3327878A JP32787891A JP2610736B2 JP 2610736 B2 JP2610736 B2 JP 2610736B2 JP 3327878 A JP3327878 A JP 3327878A JP 32787891 A JP32787891 A JP 32787891A JP 2610736 B2 JP2610736 B2 JP 2610736B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、シリコンダイヤ
フラム上に形成された感圧ゲージ抵抗（ピエゾ抵抗素
子）からなる抵抗ブリッジ回路を備えた半導体圧力セン
サ素子と、このセンサ素子から出力された信号を増幅す
るバイポーラリニアＩＣ（集積回路）とを同一半導体チ
ップに集積化した所謂集積化圧力センサの増幅補償回路
として好適の半導体圧力センサの増幅補償回路に関す
る。
フラム上に形成された感圧ゲージ抵抗（ピエゾ抵抗素
子）からなる抵抗ブリッジ回路を備えた半導体圧力セン
サ素子と、このセンサ素子から出力された信号を増幅す
るバイポーラリニアＩＣ（集積回路）とを同一半導体チ
ップに集積化した所謂集積化圧力センサの増幅補償回路
として好適の半導体圧力センサの増幅補償回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、自動車の電装品として使用され
る半導体圧力センサのように、温度変化が大きい環境で
使用される圧力センサには、広い温度範囲において高精
度で圧力を測定できることが要求される。半導体圧力セ
ンサは、センサ素子として、シリコンダイヤフラム上に
形成された感圧ゲージ抵抗からなる抵抗ブリッジ回路を
備えている。しかし、このセンサ素子は、温度により感
度及びゼロ点が変動してしまうため、温度変化が大きい
環境で使用する場合には、通常、センサ素子の出力の温
度による変動を補償するために補償回路が設けられてい
る。
る半導体圧力センサのように、温度変化が大きい環境で
使用される圧力センサには、広い温度範囲において高精
度で圧力を測定できることが要求される。半導体圧力セ
ンサは、センサ素子として、シリコンダイヤフラム上に
形成された感圧ゲージ抵抗からなる抵抗ブリッジ回路を
備えている。しかし、このセンサ素子は、温度により感
度及びゼロ点が変動してしまうため、温度変化が大きい
環境で使用する場合には、通常、センサ素子の出力の温
度による変動を補償するために補償回路が設けられてい
る。
【０００３】図６は、従来の半導体圧力センサ素子の出
力の温度による変動を補償する補償回路を示す回路図で
ある。抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄはいずれもシリコン
ダイヤフラム上に形成された感圧ゲージ抵抗（ピエゾ抵
抗素子）であり、抵抗ブリッジ回路を構成している。従
来、感圧ゲージ抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄにより構成
されたブリッジ回路の入力端子１，２間に外付け抵抗Ｒ
L を接続することにより、温度による感度の変動を補償
し、入力端子１と出力端子３（又は、出力端子４）との
間に外付け抵抗ＲP を接続することにより、温度による
ゼロ点の変動を補償するようになっている。
力の温度による変動を補償する補償回路を示す回路図で
ある。抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄはいずれもシリコン
ダイヤフラム上に形成された感圧ゲージ抵抗（ピエゾ抵
抗素子）であり、抵抗ブリッジ回路を構成している。従
来、感圧ゲージ抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄにより構成
されたブリッジ回路の入力端子１，２間に外付け抵抗Ｒ
L を接続することにより、温度による感度の変動を補償
し、入力端子１と出力端子３（又は、出力端子４）との
間に外付け抵抗ＲP を接続することにより、温度による
ゼロ点の変動を補償するようになっている。
【０００４】つまり、シリコンダイヤフラム上に形成さ
れた感圧ゲージ抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、1000乃
至3000ppm ／℃程度の正の温度係数を有している。一
方、外付け抵抗ＲP ，ＲL は通常の抵抗素子であり、そ
の温度係数は100ppm／℃程度と小さい。従って、感圧ゲ
ージ抵抗に比して温度係数が小さい外付け抵抗ＲP ，Ｒ
L を図６に示すように接続することにより、合成抵抗値
の温度係数を小さくすることができる。
れた感圧ゲージ抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、1000乃
至3000ppm ／℃程度の正の温度係数を有している。一
方、外付け抵抗ＲP ，ＲL は通常の抵抗素子であり、そ
の温度係数は100ppm／℃程度と小さい。従って、感圧ゲ
ージ抵抗に比して温度係数が小さい外付け抵抗ＲP ，Ｒ
L を図６に示すように接続することにより、合成抵抗値
の温度係数を小さくすることができる。
【０００５】更に詳細に説明すると、感圧ゲージ抵抗か
らなるブリッジ回路を定電流で駆動した場合、ブリッジ
回路を構成する抵抗のアンバランスにより、オフセット
電圧が発生するが、これはブリッジ回路の出力端子間に
擬似的に抵抗が存在するものと考えることができる。そ
うすると、この擬似的な抵抗の抵抗値が温度により変化
することにより、抵抗ブリッジ回路からの出力電圧が温
度により変化するということができる。この疑似的な抵
抗の温度係数を打ち消すように外付け抵抗ＲP，ＲL を
接続することにより、圧力センサ素子の温度特性を補償
することができる。
らなるブリッジ回路を定電流で駆動した場合、ブリッジ
回路を構成する抵抗のアンバランスにより、オフセット
電圧が発生するが、これはブリッジ回路の出力端子間に
擬似的に抵抗が存在するものと考えることができる。そ
うすると、この擬似的な抵抗の抵抗値が温度により変化
することにより、抵抗ブリッジ回路からの出力電圧が温
度により変化するということができる。この疑似的な抵
抗の温度係数を打ち消すように外付け抵抗ＲP，ＲL を
接続することにより、圧力センサ素子の温度特性を補償
することができる。
【０００６】具体的には、抵抗ＲP ，ＲL の抵抗値は以
下に示すように決定する。
下に示すように決定する。
【０００７】感度補償用抵抗ＲL 先ず、抵抗ブリッジ回路の温度が低いときの抵抗値Ｒbl
及びスパン（感度）Ｓl と温度が高いときの抵抗値Ｒbh
及びスパンＳh とを測定する。その後、下記数式１によ
り、感度補償用抵抗ＲL の値を決定する。
及びスパン（感度）Ｓl と温度が高いときの抵抗値Ｒbh
及びスパンＳh とを測定する。その後、下記数式１によ
り、感度補償用抵抗ＲL の値を決定する。
【０００８】
【数１】 ＲL ＝（Ｒbh×Ｓl −Ｒbl×Ｓh ）／（Ｓh −Ｓl ）
【０００９】外付け抵抗ＲL の抵抗値をこのようにして
決定することにより、センサ素子の温度による感度の変
動を補償することができる。
決定することにより、センサ素子の温度による感度の変
動を補償することができる。
【００１０】ゼロ点補償用抵抗ＲP 一般的に、抵抗の温度係数をａとし、温度がｔ1 のとき
の前記出力端子間に存在する疑似的な抵抗値をＲ01とす
ると、この温度ｔ1よりもｔ℃だけ高い温度における抵
抗の値Ｒ1 は、Ｒ1 ＝Ｒ01（１＋ａｔ）である。
の前記出力端子間に存在する疑似的な抵抗値をＲ01とす
ると、この温度ｔ1よりもｔ℃だけ高い温度における抵
抗の値Ｒ1 は、Ｒ1 ＝Ｒ01（１＋ａｔ）である。
【００１１】温度が変化してもブリッジ回路からの出力
電圧Ｖ0 が変化しなければよいとすると、温度がｔ1 の
ときの疑似抵抗値Ｒ01と、温度がｔ2 のときの疑似抵抗
値Ｒ02とが同一であればよいことになる。即ち、温度が
ｔ1 のときの各抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，ＲL ，Ｒ
P の合成抵抗値と、温度がｔ2 のときの各抵抗Ｒａ，Ｒ
ｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，ＲL ，ＲPの合成抵抗値との方程式を
抵抗ＲP について解くことにより、抵抗ＲP の値を算出
することができる。実際には、温度によるゼロ点の変化
は直線的ではないが、このようにして抵抗ＲP の抵抗値
を決定することにより、実用上は十分な精度で温度によ
るゼロ点の変動を補償することができる。
電圧Ｖ0 が変化しなければよいとすると、温度がｔ1 の
ときの疑似抵抗値Ｒ01と、温度がｔ2 のときの疑似抵抗
値Ｒ02とが同一であればよいことになる。即ち、温度が
ｔ1 のときの各抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，ＲL ，Ｒ
P の合成抵抗値と、温度がｔ2 のときの各抵抗Ｒａ，Ｒ
ｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，ＲL ，ＲPの合成抵抗値との方程式を
抵抗ＲP について解くことにより、抵抗ＲP の値を算出
することができる。実際には、温度によるゼロ点の変化
は直線的ではないが、このようにして抵抗ＲP の抵抗値
を決定することにより、実用上は十分な精度で温度によ
るゼロ点の変動を補償することができる。
【００１２】図７は、従来の半導体圧力センサの増幅補
償回路を示す回路図である。感圧ゲージ抵抗により構成
された半導体圧力センサ素子５には、演算増幅器ＡＭＰ
１を介して所定の電流が供給されるようになっている。
前述の如く、センサ素子５には温度による感度の変動を
補償する抵抗ＲL 及びゼロ点の変動を補償する抵抗ＲP
が接続されている。また、センサ素子５には、抵抗ブリ
ッジ回路の微調整用抵抗Ｒ11，Ｒ12が接続されている。
そして、センサ素子５から出力された信号は、演算増幅
器ＡＭＰ２，３で増幅されて、出力端子７，８から出力
される。
償回路を示す回路図である。感圧ゲージ抵抗により構成
された半導体圧力センサ素子５には、演算増幅器ＡＭＰ
１を介して所定の電流が供給されるようになっている。
前述の如く、センサ素子５には温度による感度の変動を
補償する抵抗ＲL 及びゼロ点の変動を補償する抵抗ＲP
が接続されている。また、センサ素子５には、抵抗ブリ
ッジ回路の微調整用抵抗Ｒ11，Ｒ12が接続されている。
そして、センサ素子５から出力された信号は、演算増幅
器ＡＭＰ２，３で増幅されて、出力端子７，８から出力
される。
【００１３】このような半導体圧力センサの増幅補償回
路は、センサ素子の温度特性を補償するのに、感圧ゲー
ジ抵抗の温度特性と、外付け抵抗の温度特性との差を利
用するものなので、補償用の素子として特別な感温度素
子及び能動素子を必要とせず、容易に且つ高精度で圧力
センサ素子の温度による出力変動の補償及び調整が行な
えるという長所がある。このため、この種の増幅補償回
路は広く採用されている。
路は、センサ素子の温度特性を補償するのに、感圧ゲー
ジ抵抗の温度特性と、外付け抵抗の温度特性との差を利
用するものなので、補償用の素子として特別な感温度素
子及び能動素子を必要とせず、容易に且つ高精度で圧力
センサ素子の温度による出力変動の補償及び調整が行な
えるという長所がある。このため、この種の増幅補償回
路は広く採用されている。
【００１４】ところで、通常、センサ素子の特性に応じ
て外付けの抵抗の抵抗値を設定するために、外付け抵抗
として厚膜印刷抵抗回路を用い、センサ毎に、厚膜抵抗
の抵抗値を調整（トリミング）している。一般的な半導
体圧力センサの場合、外付け抵抗ＲP として抵抗値が 3
00ｋΩ乃至15ＭΩの高抵抗が必要であり、外付け抵抗Ｒ
L として抵抗値が15ｋΩ乃至 100ｋΩの抵抗が必要であ
る。従来は、通常、外付け抵抗ＲP ，ＲL として厚膜抵
抗回路を使用しており、各抵抗に合わせて、数種類のシ
ート抵抗値を持つ厚膜抵抗体を印刷焼成して形成してい
る。
て外付けの抵抗の抵抗値を設定するために、外付け抵抗
として厚膜印刷抵抗回路を用い、センサ毎に、厚膜抵抗
の抵抗値を調整（トリミング）している。一般的な半導
体圧力センサの場合、外付け抵抗ＲP として抵抗値が 3
00ｋΩ乃至15ＭΩの高抵抗が必要であり、外付け抵抗Ｒ
L として抵抗値が15ｋΩ乃至 100ｋΩの抵抗が必要であ
る。従来は、通常、外付け抵抗ＲP ，ＲL として厚膜抵
抗回路を使用しており、各抵抗に合わせて、数種類のシ
ート抵抗値を持つ厚膜抵抗体を印刷焼成して形成してい
る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体圧力センサの増幅補償回路においては、以下に示
す問題点がある。つまり、近時、圧力センサの小型化の
要望に応じて、センサ素子とアンプ部（温度補償及び調
整部を含む）とを一体として同一チップに形成した集積
化圧力センサが開発されている。このような集積化圧力
センサにおいては、厚膜印刷抵抗では大きな面積が必要
であり、また、印刷焼成工程においてセンサ素子及びア
ンプ等の半導体部分が高温に絶えられないため、一般的
に、補償用抵抗として金属薄膜抵抗をセンサ素子と同一
チップに集積化する。
半導体圧力センサの増幅補償回路においては、以下に示
す問題点がある。つまり、近時、圧力センサの小型化の
要望に応じて、センサ素子とアンプ部（温度補償及び調
整部を含む）とを一体として同一チップに形成した集積
化圧力センサが開発されている。このような集積化圧力
センサにおいては、厚膜印刷抵抗では大きな面積が必要
であり、また、印刷焼成工程においてセンサ素子及びア
ンプ等の半導体部分が高温に絶えられないため、一般的
に、補償用抵抗として金属薄膜抵抗をセンサ素子と同一
チップに集積化する。
【００１６】しかし、薄膜抵抗で数百ｋΩ乃至数ＭΩの
高抵抗を形成することは実用技術的に困難であり、且
つ、数種類のシート抵抗を持つ抵抗体を個別的に形成す
ることも技術的に困難が多い。このため、薄膜抵抗とし
て形成することが困難な高抵抗を使用しなくてもセンサ
素子の温度特性の補償が可能であり、集積化圧力センサ
に適用できる半導体圧力センサの増幅補償回路が要望さ
れている。
高抵抗を形成することは実用技術的に困難であり、且
つ、数種類のシート抵抗を持つ抵抗体を個別的に形成す
ることも技術的に困難が多い。このため、薄膜抵抗とし
て形成することが困難な高抵抗を使用しなくてもセンサ
素子の温度特性の補償が可能であり、集積化圧力センサ
に適用できる半導体圧力センサの増幅補償回路が要望さ
れている。
【００１７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、薄膜抵抗として形成することが困難な高抵
抗を必要とせずに半導体圧力センサ素子の温度特性を補
償することができて、集積化圧力センサに適用できる半
導体圧力センサの増幅補償回路を提供することを目的と
する。
のであって、薄膜抵抗として形成することが困難な高抵
抗を必要とせずに半導体圧力センサ素子の温度特性を補
償することができて、集積化圧力センサに適用できる半
導体圧力センサの増幅補償回路を提供することを目的と
する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体圧力
センサの増幅回路は、半導体圧力センサ素子から出力さ
れた信号を増幅する演算増幅器を有し、前記演算増幅器
のオフセット電圧の温度特性は、前記センサ素子の温度
特性に応じて、前記演算増幅器の入力段を構成する差動
増幅回路の入力トランジスタのコレクタ電流を調整し、
このトランジスタのベース−エミッ夕間電圧を変化させ
ることにより設定されていることを特徴とする。
センサの増幅回路は、半導体圧力センサ素子から出力さ
れた信号を増幅する演算増幅器を有し、前記演算増幅器
のオフセット電圧の温度特性は、前記センサ素子の温度
特性に応じて、前記演算増幅器の入力段を構成する差動
増幅回路の入力トランジスタのコレクタ電流を調整し、
このトランジスタのベース−エミッ夕間電圧を変化させ
ることにより設定されていることを特徴とする。
【００１９】
【作用】本発明においては、センサ素子から出力された
信号を増幅する演算増幅器のオフセット電圧の温度特性
を利用することにより、半導体圧力センサ素子の温度特
性を補償する。即ち、半導体圧力センサ素子の感圧ゲー
ジ抵抗ブリッジ回路から出力される電圧は小さいため、
増幅回路を用いてセンサ素子の出力を 100倍乃至300 倍
程度に増幅する。この場合に、増幅回路として、前記セ
ンサ素子の温度特性に応じてオフセット電圧の温度特性
が設定された演算増幅器を使用する。
信号を増幅する演算増幅器のオフセット電圧の温度特性
を利用することにより、半導体圧力センサ素子の温度特
性を補償する。即ち、半導体圧力センサ素子の感圧ゲー
ジ抵抗ブリッジ回路から出力される電圧は小さいため、
増幅回路を用いてセンサ素子の出力を 100倍乃至300 倍
程度に増幅する。この場合に、増幅回路として、前記セ
ンサ素子の温度特性に応じてオフセット電圧の温度特性
が設定された演算増幅器を使用する。
【００２０】一般的に、演算増幅器は、オフセット電圧
温度ドリフトといわれる温度特性（即ち、オフセット電
圧の温度特性）を有している。このオフセット電圧温度
ドリフトは、主に差動増幅回路の２個の入力トランジス
タのベース−エミッタ間電圧ＶBEの温度特性に差がある
ことに起因して演算増幅器の入力オフセット電圧が温度
により変化する現象である。このオフセット電圧温度ド
リフトは、演算増幅器の増幅分だけ増幅されるから、一
般的な用途ではこのオフセット電圧温度ドリフトが小さ
いほど、温度変化に対して安定な特性を示す。
温度ドリフトといわれる温度特性（即ち、オフセット電
圧の温度特性）を有している。このオフセット電圧温度
ドリフトは、主に差動増幅回路の２個の入力トランジス
タのベース−エミッタ間電圧ＶBEの温度特性に差がある
ことに起因して演算増幅器の入力オフセット電圧が温度
により変化する現象である。このオフセット電圧温度ド
リフトは、演算増幅器の増幅分だけ増幅されるから、一
般的な用途ではこのオフセット電圧温度ドリフトが小さ
いほど、温度変化に対して安定な特性を示す。
【００２１】しかし、本発明においては、例えば演算増
幅器の入力段を構成する差動増幅回路の入力トランジス
タのコレクタ電流を半導体圧力センサ素子に応じて調整
することにより、半導体圧力センサ素子の温度特性を打
ち消すように演算増幅器のオフセット電圧温度ドリフト
を発生させる。これにより、従来、必要とされていたゼ
ロ点補償用の高抵抗が不要になり、集積化圧力センサに
適用できるようになる。
幅器の入力段を構成する差動増幅回路の入力トランジス
タのコレクタ電流を半導体圧力センサ素子に応じて調整
することにより、半導体圧力センサ素子の温度特性を打
ち消すように演算増幅器のオフセット電圧温度ドリフト
を発生させる。これにより、従来、必要とされていたゼ
ロ点補償用の高抵抗が不要になり、集積化圧力センサに
適用できるようになる。
【００２２】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００２３】図１は、本発明の第１の実施例に係る半導
体圧力センサの増幅補償回路における演算増幅器を示す
回路図である。また、図２は、従来、半導体圧力センサ
素子の出力の増幅に使用されている一般的な演算増幅器
を示す回路図である。
体圧力センサの増幅補償回路における演算増幅器を示す
回路図である。また、図２は、従来、半導体圧力センサ
素子の出力の増幅に使用されている一般的な演算増幅器
を示す回路図である。
【００２４】本実施例の演算増幅器が従来の演算増幅器
と異なる点は、演算増幅器の入力段の差動増幅回路の入
力トランジスタＱ1 ，Ｑ2 に流れる電流の比を変化させ
るためのトランジスタＱ6 及び抵抗Ｒ2 が設けられてい
ることにある。
と異なる点は、演算増幅器の入力段の差動増幅回路の入
力トランジスタＱ1 ，Ｑ2 に流れる電流の比を変化させ
るためのトランジスタＱ6 及び抵抗Ｒ2 が設けられてい
ることにある。
【００２５】図２において、トランジスタＱ1 ，Ｑ2 は
演算増幅器の入力段の差動増幅回路の入力トランジスタ
であり、トランジスタＱ3 〜Ｑ5 は能動負荷回路を構成
している。このような差動増幅回路では、入力トランジ
スタＱ1 ，Ｑ2 のベース−エミッタ間電圧ＶBE1 ，Ｖ
BE2 が同一であれば、両者は打ち消し合って、オフセッ
ト電圧は発生しない。しかし、両者が異なる場合はオフ
セット電圧が発生する。そして、ベース−エミッタ間電
圧ＶBE1 ，ＶBE2 の差が温度により変化すれば、オフセ
ット電圧が温度特性を有することとなる。従来は、セン
サ素子の出力の温度特性の補償を外付け抵抗で行なうた
め、演算増幅器のオフセット電圧は可及的に小さいこと
が好ましいとされている。
演算増幅器の入力段の差動増幅回路の入力トランジスタ
であり、トランジスタＱ3 〜Ｑ5 は能動負荷回路を構成
している。このような差動増幅回路では、入力トランジ
スタＱ1 ，Ｑ2 のベース−エミッタ間電圧ＶBE1 ，Ｖ
BE2 が同一であれば、両者は打ち消し合って、オフセッ
ト電圧は発生しない。しかし、両者が異なる場合はオフ
セット電圧が発生する。そして、ベース−エミッタ間電
圧ＶBE1 ，ＶBE2 の差が温度により変化すれば、オフセ
ット電圧が温度特性を有することとなる。従来は、セン
サ素子の出力の温度特性の補償を外付け抵抗で行なうた
め、演算増幅器のオフセット電圧は可及的に小さいこと
が好ましいとされている。
【００２６】一方、本実施例においては、トランジスタ
Ｑ6 及び抵抗Ｒ2 により構成された部分で、演算増幅器
の差動増幅回路の入力トランジスタＱ1 ，Ｑ2 に流れる
電流の比を変化させることにより、各入力トランジスタ
Ｑ1 ，Ｑ2 のベース−エミッタ間電圧ＶBE1 ’，Ｖ
BE2 ’間に、意図的に差を発生させる。これにより、演
算増幅器にオフセット電圧温度ドリフトが発生する。セ
ンサ素子の出力の温度特性を補償するようにこの演算増
幅器のオフセット電圧温度ドリフトを発生させることに
より、回路全体としてセンサ素子の温度特性の補償がで
きることになる。
Ｑ6 及び抵抗Ｒ2 により構成された部分で、演算増幅器
の差動増幅回路の入力トランジスタＱ1 ，Ｑ2 に流れる
電流の比を変化させることにより、各入力トランジスタ
Ｑ1 ，Ｑ2 のベース−エミッタ間電圧ＶBE1 ’，Ｖ
BE2 ’間に、意図的に差を発生させる。これにより、演
算増幅器にオフセット電圧温度ドリフトが発生する。セ
ンサ素子の出力の温度特性を補償するようにこの演算増
幅器のオフセット電圧温度ドリフトを発生させることに
より、回路全体としてセンサ素子の温度特性の補償がで
きることになる。
【００２７】なお、本実施例による温度補償は、理論的
には以下の数式により説明することができる。
には以下の数式により説明することができる。
【００２８】先ず、トランジスタのエミッタ電流ＩE は
下記数式２で表される。
下記数式２で表される。
【００２９】
【数２】ＩE ＝ＩS ｅｘｐ（ｑＶBE／ｋＴ） 但し、ＩS ；飽和電流 ｑ；電子の電荷 ｋ；ボルツマン定数 Ｔ；絶対温度 ＶBE；ベース−エミッタ電圧
【００３０】トランジスタが理想的なものであり、ｈFE
が無限大、ＩE ＝ＩC （コレクタ電流）であるとする
と、数式２より下記数式３が成立する。
が無限大、ＩE ＝ＩC （コレクタ電流）であるとする
と、数式２より下記数式３が成立する。
【００３１】
【数３】ＶBE＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（ＩC ／ＩS ）
【００３２】トランジスタのエミッタ面積をＡとする
と、一般に、飽和電流ＩS は下記数式４で表すことがで
きる。但し、γは比例定数である。
と、一般に、飽和電流ＩS は下記数式４で表すことがで
きる。但し、γは比例定数である。
【００３３】
【数４】ＩS ＝γＡ
【００３４】図１におけるＰＮＰトランジスタＱ7 ，Ｑ
8 ，Ｑ9 のエミッタサイズが同一であり、また、ＮＰＮ
トランジスタＱ6 ，Ｑ10，Ｑ11，Ｑ12のエミッタサイズ
がいずれも同一であり、トランジスタＱ13のエミッタサ
イズがトランジスタＱ10のエミッタサイズのＢ倍である
とする。また、能動負荷トランジスタＱ11，Ｑ12のコレ
クタ電流が同一であるとする。そうすると、演算増幅器
の入力オフセット電圧ＶIDは、入力トランジスタＱ1 ，
Ｑ2 のベース−エミッタ間電圧ＶBE1 ’，ＶBE 2 ’の差
であるから、これらの関係は、下記数式５で示すことが
できる。
8 ，Ｑ9 のエミッタサイズが同一であり、また、ＮＰＮ
トランジスタＱ6 ，Ｑ10，Ｑ11，Ｑ12のエミッタサイズ
がいずれも同一であり、トランジスタＱ13のエミッタサ
イズがトランジスタＱ10のエミッタサイズのＢ倍である
とする。また、能動負荷トランジスタＱ11，Ｑ12のコレ
クタ電流が同一であるとする。そうすると、演算増幅器
の入力オフセット電圧ＶIDは、入力トランジスタＱ1 ，
Ｑ2 のベース−エミッタ間電圧ＶBE1 ’，ＶBE 2 ’の差
であるから、これらの関係は、下記数式５で示すことが
できる。
【００３５】
【数５】ＶID＝ＶBE1 ’−ＶBE2 ’
【００３６】数式３，４，５を用いて入力オフセット電
圧ＶIDを計算すると、下記数式６〜８に示す関係が得ら
れる。
圧ＶIDを計算すると、下記数式６〜８に示す関係が得ら
れる。
【００３７】
【数６】ＶID＝ｌｎ｛（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ2 ）
【００３８】
【数７】Ｉ1 ＝｛（ｋＴ／ｑ）・ｌｎＢ｝／Ｒ1
【００３９】
【数８】 Ｉ2 ＝｛（ｋＴ／ｑ）・ｌｎ（Ｉ1 ／Ｉ2 ）｝／Ｒ2
【００４０】この数式５〜８において、Ｔは絶対温度で
あるから、この演算増幅器の入力オフセット電圧に温度
依存性があることと、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 が計算可能である
ことが明らかである。即ち、抵抗Ｒ1 及びＲ2 の値をレ
ーザートリミング等で調整することで適正な値とし、演
算増幅器にセンサ素子の出力電圧の温度特性に対応した
温度依存性を与えることが可能である。
あるから、この演算増幅器の入力オフセット電圧に温度
依存性があることと、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 が計算可能である
ことが明らかである。即ち、抵抗Ｒ1 及びＲ2 の値をレ
ーザートリミング等で調整することで適正な値とし、演
算増幅器にセンサ素子の出力電圧の温度特性に対応した
温度依存性を与えることが可能である。
【００４１】なお、実際の使用においては、図７に示す
演算増幅器ＡＭＰ２，３として、図１に示す演算増幅器
を使用し、インストルメンテーションアンプ構成とし
て、各演算増幅器にオフセット電圧の温度特性を持たせ
ることにより、回路全体で温度変化に対して、正負いず
れの温度特性でも発生させることができる。この演算増
幅器の温度特性によりセンサ素子の温度によるゼロ点の
変動を打ち消すことができるため、従来、必要とされて
いた抵抗ＲP が不要になる。
演算増幅器ＡＭＰ２，３として、図１に示す演算増幅器
を使用し、インストルメンテーションアンプ構成とし
て、各演算増幅器にオフセット電圧の温度特性を持たせ
ることにより、回路全体で温度変化に対して、正負いず
れの温度特性でも発生させることができる。この演算増
幅器の温度特性によりセンサ素子の温度によるゼロ点の
変動を打ち消すことができるため、従来、必要とされて
いた抵抗ＲP が不要になる。
【００４２】本実施例は、抵抗値が大きい抵抗を必要と
しないため、特に、半導体圧力センサ素子と増幅回路と
が同一のチップに形成された集積化圧力センサに好適で
ある。
しないため、特に、半導体圧力センサ素子と増幅回路と
が同一のチップに形成された集積化圧力センサに好適で
ある。
【００４３】図３は、横軸に印加電圧をとり、縦軸に出
力電圧をとって、本実施例による温度補償を行なった場
合の圧力センサの出力の温度による変動を示すグラフ図
である。また、図４は、図２に示した従来の演算増幅器
を用いて温度補償を行なわない場合の圧力センサの出力
の温度による変動を示すグラフ図である。
力電圧をとって、本実施例による温度補償を行なった場
合の圧力センサの出力の温度による変動を示すグラフ図
である。また、図４は、図２に示した従来の演算増幅器
を用いて温度補償を行なわない場合の圧力センサの出力
の温度による変動を示すグラフ図である。
【００４４】この図３，４に示すように、−30乃至100
℃の温度において、温度補正を行なわない場合は、温度
変化により約20％ＦＳ（フルスケールの20％）の変動が
あったものを、本実施例においては約 1.5％ＦＳに改善
することができる。
℃の温度において、温度補正を行なわない場合は、温度
変化により約20％ＦＳ（フルスケールの20％）の変動が
あったものを、本実施例においては約 1.5％ＦＳに改善
することができる。
【００４５】図５は本発明の第２の実施例に係る半導体
圧力センサの増幅補償回路における演算増幅器の入力部
の差動増幅回路を示す回路図である。
圧力センサの増幅補償回路における演算増幅器の入力部
の差動増幅回路を示す回路図である。
【００４６】本実施例は、演算増幅器として、能動負荷
回路を有しないタイプのものを使用した例である。即
ち、入力トランジスタＱ21，Ｑ22のエミッタは電流源Ｉ
に接続されており、このトランジスタＱ21，Ｑ22の各コ
レクタと電源ＶCCとの間にはコレクタ負荷抵抗ＲC1，Ｒ
C2が介装されている。
回路を有しないタイプのものを使用した例である。即
ち、入力トランジスタＱ21，Ｑ22のエミッタは電流源Ｉ
に接続されており、このトランジスタＱ21，Ｑ22の各コ
レクタと電源ＶCCとの間にはコレクタ負荷抵抗ＲC1，Ｒ
C2が介装されている。
【００４７】本実施例においては、差動増幅回路の入力
トランジスタのコレクタ負荷抵抗ＲC1，ＲC2の値を適正
に調整することで、入力トランジスタＱ21，Ｑ22のコレ
クタ電流を変化させて、このトランジスタＱ21，Ｑ22の
ベース−エミッタ間電圧を変化させる。これにより、セ
ンサ素子の出力の温度特性に応じたオフセット電圧の温
度依存性を発生させることができて、第１の実施例と同
様の効果を得ることができる。
トランジスタのコレクタ負荷抵抗ＲC1，ＲC2の値を適正
に調整することで、入力トランジスタＱ21，Ｑ22のコレ
クタ電流を変化させて、このトランジスタＱ21，Ｑ22の
ベース−エミッタ間電圧を変化させる。これにより、セ
ンサ素子の出力の温度特性に応じたオフセット電圧の温
度依存性を発生させることができて、第１の実施例と同
様の効果を得ることができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
半導体圧力センサ素子の温度補償をこのセンサ素子から
の出力を増幅する演算増幅器において行なうから、薄膜
抵抗として形成することが困難な高抵抗を使用しなくて
もセンサ素子のゼロ点の温度補償が可能である。このた
め、本発明は、集積化圧力センサの実用化に極めて有用
である。
半導体圧力センサ素子の温度補償をこのセンサ素子から
の出力を増幅する演算増幅器において行なうから、薄膜
抵抗として形成することが困難な高抵抗を使用しなくて
もセンサ素子のゼロ点の温度補償が可能である。このた
め、本発明は、集積化圧力センサの実用化に極めて有用
である。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体圧力センサ
の増幅補償回路における演算増幅器を示す回路図であ
る。
の増幅補償回路における演算増幅器を示す回路図であ
る。
【図２】半導体圧力センサ素子の出力を増幅する従来の
演算増幅器を示す回路図である。
演算増幅器を示す回路図である。
【図３】本発明の実施例による温度補償を行なった場合
の温度による出力の変動を示すグラフ図である。
の温度による出力の変動を示すグラフ図である。
【図４】温度補償を行なわない場合の温度による出力の
変動を示すグラフ図である。
変動を示すグラフ図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る半導体圧力センサ
の増幅補償回路における演算増幅器を示す回路図であ
る。
の増幅補償回路における演算増幅器を示す回路図であ
る。
【図６】従来の半導体圧力センサの感度及びゼロ点の補
償方法を示す回路図である。
償方法を示す回路図である。
【図７】従来の半導体圧力センサの増幅補償回路を示す
回路図である。
回路図である。
１，２；入力端子 ３，４，７，８：出力端子 ５；半導体圧力センサ Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ；感圧ゲージ抵抗 ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３；演算増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−51733（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−217375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−263773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168331（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体圧力センサ素子から出力された信
号を増幅する演算増幅器を有し、前記演算増幅器のオフ
セット電圧の温度特性は、前記センサ素子の温度特性に
応じて、前記演算増幅器の入力段を構成する差動増幅回
路の入力トランジスタのコレクタ電流を調整し、このト
ランジスタのベース−エミッ夕間電圧を変化させること
により設定されていることを特徴とする半導体圧力セン
サの増幅補償回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3327878A JP2610736B2 (ja) | 1991-12-11 | 1991-12-11 | 半導体圧力センサの増幅補償回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3327878A JP2610736B2 (ja) | 1991-12-11 | 1991-12-11 | 半導体圧力センサの増幅補償回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164635A JPH05164635A (ja) | 1993-06-29 |
| JP2610736B2 true JP2610736B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=18203994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3327878A Expired - Lifetime JP2610736B2 (ja) | 1991-12-11 | 1991-12-11 | 半導体圧力センサの増幅補償回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2610736B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107479743B (zh) * | 2017-07-28 | 2020-08-18 | 上海天马微电子有限公司 | 一种显示基板、显示面板和显示装置 |
| CN107393497A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-11-24 | 上海天马微电子有限公司 | 显示面板和显示装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59168331A (ja) * | 1983-03-15 | 1984-09-22 | Fuji Electric Co Ltd | 圧力変換器 |
| JPS59217375A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体機械−電気変換装置 |
| JP3071202B2 (ja) * | 1989-07-19 | 2000-07-31 | 富士電機株式会社 | 半導体圧力センサの増巾補償回路 |
-
1991
- 1991-12-11 JP JP3327878A patent/JP2610736B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05164635A (ja) | 1993-06-29 |
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