JP3202674B2 - 静電容量型圧力センサーユニット - Google Patents
静電容量型圧力センサーユニットInfo
- Publication number
- JP3202674B2 JP3202674B2 JP01539998A JP1539998A JP3202674B2 JP 3202674 B2 JP3202674 B2 JP 3202674B2 JP 01539998 A JP01539998 A JP 01539998A JP 1539998 A JP1539998 A JP 1539998A JP 3202674 B2 JP3202674 B2 JP 3202674B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- drive
- output voltage
- amplifier
- ground potential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，圧力センサーユニ
ットに関し，特に静電容量型圧力センサーを用いた圧力
センサーユニットに関する。
ットに関し，特に静電容量型圧力センサーを用いた圧力
センサーユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】静電容量型圧力センサー（以下，単に圧
力センサーと記す）を使用した静電容量型圧力センサー
ユニット（以下，圧力センサーユニットと呼ぶ）として
図６に示す回路が，従来用いられている。
力センサーと記す）を使用した静電容量型圧力センサー
ユニット（以下，圧力センサーユニットと呼ぶ）として
図６に示す回路が，従来用いられている。
【０００３】図６に示すように，圧力センサーユニット
５０は，圧力センサー５１と，この圧力センサー５１を
駆動するセンサー駆動部５２と，圧力センサー５１の容
量比（Ｃｓ／Ｃｒ）をスイッチドキャパシタ動作によ
り，出力電圧として得るスイッチドキャパシタ動作部５
３と，その出力電圧をサンプリングし，一定時間保持す
るサンプル・ホールド回路部５４と，その出力電圧を反
転増幅部５５の第１及び第２の抵抗Ｒｓ，Ｒｆにより得
られるゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）で増幅し，圧力センサーユ
ニット５０として所定の出力電圧を出力する反転増幅部
５５とを備えて構成される。
５０は，圧力センサー５１と，この圧力センサー５１を
駆動するセンサー駆動部５２と，圧力センサー５１の容
量比（Ｃｓ／Ｃｒ）をスイッチドキャパシタ動作によ
り，出力電圧として得るスイッチドキャパシタ動作部５
３と，その出力電圧をサンプリングし，一定時間保持す
るサンプル・ホールド回路部５４と，その出力電圧を反
転増幅部５５の第１及び第２の抵抗Ｒｓ，Ｒｆにより得
られるゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）で増幅し，圧力センサーユ
ニット５０として所定の出力電圧を出力する反転増幅部
５５とを備えて構成される。
【０００４】以下，図６に示す従来例の動作について説
明する。まず，圧力センサー５１は，基準容量となる基
準容量キャパシタＣｒと，被検出対象中（ガス雰囲気中
など）に設置され，その圧力変化に応じて，容量値が変
化する検出容量Ｃｓとから成る。
明する。まず，圧力センサー５１は，基準容量となる基
準容量キャパシタＣｒと，被検出対象中（ガス雰囲気中
など）に設置され，その圧力変化に応じて，容量値が変
化する検出容量Ｃｓとから成る。
【０００５】センサー駆動電圧をＶｉｎ，スイッチドキ
ャパシタ動作部の反転増幅器（ＷＯＰ）５６の非反転入
力端子５７の電圧をＶopelとすると，スイッチドキャパ
シタ動作を行った時のＷＯＰ５６の出力電圧Ｖ(opl)
は，次の数１式で示される。
ャパシタ動作部の反転増幅器（ＷＯＰ）５６の非反転入
力端子５７の電圧をＶopelとすると，スイッチドキャパ
シタ動作を行った時のＷＯＰ５６の出力電圧Ｖ(opl)
は，次の数１式で示される。
【０００６】
【数１】 サンプルホールド部５４の反転増幅器（以下，ＨＯＰと
呼ぶ）６１の出力電圧Ｖ(op2) は，ＨＯＰ６１をボルテ
ージフォロワーで使用する為，次の数２式で示される。
呼ぶ）６１の出力電圧Ｖ(op2) は，ＨＯＰ６１をボルテ
ージフォロワーで使用する為，次の数２式で示される。
【０００７】
【数２】 反転増幅部５５の反転増幅器（以下，ＴＯＰと呼ぶ）６
２の非反転入力端子６４の設定電圧をＶope3とすると，
ＴＯＰ６２の出力電圧Ｖ(op3) は，次の数３式で示され
る。この電圧が圧力センサーユニットの出力電圧とな
る。
２の非反転入力端子６４の設定電圧をＶope3とすると，
ＴＯＰ６２の出力電圧Ｖ(op3) は，次の数３式で示され
る。この電圧が圧力センサーユニットの出力電圧とな
る。
【０００８】
【数３】 従来Vope1 は，電源電圧をＶＤＤとすると，通常（ＶＤ
Ｄ／２）に設定される。この為，センサー駆動電圧Ｖｉ
ｎは（ＶＤＤ／２）より小さい電圧に設定しなけらばら
ない。
Ｄ／２）に設定される。この為，センサー駆動電圧Ｖｉ
ｎは（ＶＤＤ／２）より小さい電圧に設定しなけらばら
ない。
【０００９】次に，図６に示す圧力センサーユニット５
０の感度について説明する。
０の感度について説明する。
【００１０】無圧時の検出容量の値をＣｓ１，ある加圧
があった時の検出容量の値をＣｓ２とすると，次の数４
式及び数５式の関係が成立する。
があった時の検出容量の値をＣｓ２とすると，次の数４
式及び数５式の関係が成立する。
【００１１】
【数４】
【００１２】
【数５】 尚，上記数５式において，ΔＣｓは加圧によるＣｓの容
量変化値を表している。
量変化値を表している。
【００１３】以上から，無圧時及び加圧時の圧力センサ
ーユニットの出力電圧Ｖ(op3)1及びＶ(op3)2は，それぞ
れ，次の数６式及び数７式で表される。
ーユニットの出力電圧Ｖ(op3)1及びＶ(op3)2は，それぞ
れ，次の数６式及び数７式で表される。
【００１４】
【数６】
【００１５】
【数７】 これより，無圧時から加圧時になった場合のセンサーユ
ニットの出力電圧変化ΔＶ(op3) は，次の数８式で示さ
れる。
ニットの出力電圧変化ΔＶ(op3) は，次の数８式で示さ
れる。
【００１６】
【数８】 即ち，上記数８式で表せるΔＶ(op3) が，圧力センサー
ユニット５０の感度である。圧力センサーユニット５０
には，圧力センサーユニット５０の出力電圧を処理する
アプリケーションに応じ，所定の電圧変化，即ち感度が
要求される。
ユニット５０の感度である。圧力センサーユニット５０
には，圧力センサーユニット５０の出力電圧を処理する
アプリケーションに応じ，所定の電圧変化，即ち感度が
要求される。
【００１７】前述の数８式から，センサーに関わる項目
（Ｃｒ，Ｃｓ１，ΔＣｓ）が変えられないとすれば，圧
力センサーユニット５０の感度は，センサー駆動電圧Ｖ
ｉｎとアンプ（ＴＯＰ）のゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）で決ま
る。
（Ｃｒ，Ｃｓ１，ΔＣｓ）が変えられないとすれば，圧
力センサーユニット５０の感度は，センサー駆動電圧Ｖ
ｉｎとアンプ（ＴＯＰ）のゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）で決ま
る。
【００１８】次に，圧力センサーユニット５０の出力電
圧Ｖ(op3) の温度ドリフ卜について説明する。ここでの
説明では，無圧時の場合に限定するが，加圧時でも同様
である。圧力センサーユニット５０を構成する各ブロッ
クの温度ドリフト値を以下次の通りとする。まず，セン
サー駆動部５２の温度ドリフトをΔＶ(g) とする。ま
た，反転増幅器（ＷＯＰ）５６の出力電圧の温度ドリフ
トを，ΔＶ(op1) ，サンプル・ホルード部の反転増幅器
（ＨＯＰ）６１の出力電圧の温度ドリフトをΔＶ(op2)
，反転増幅部の反転増幅器（ＴＯＰ）６２の入力オフ
セット電圧のドリフトを，ΔＶ(off) とする。
圧Ｖ(op3) の温度ドリフ卜について説明する。ここでの
説明では，無圧時の場合に限定するが，加圧時でも同様
である。圧力センサーユニット５０を構成する各ブロッ
クの温度ドリフト値を以下次の通りとする。まず，セン
サー駆動部５２の温度ドリフトをΔＶ(g) とする。ま
た，反転増幅器（ＷＯＰ）５６の出力電圧の温度ドリフ
トを，ΔＶ(op1) ，サンプル・ホルード部の反転増幅器
（ＨＯＰ）６１の出力電圧の温度ドリフトをΔＶ(op2)
，反転増幅部の反転増幅器（ＴＯＰ）６２の入力オフ
セット電圧のドリフトを，ΔＶ(off) とする。
【００１９】これにより，圧力センサー出力電圧Ｖ（OP
3)の温度ドリフト，ΔＶ（OP3)は，次の数９式で表せ
る。
3)の温度ドリフト，ΔＶ（OP3)は，次の数９式で表せ
る。
【００２０】
【数９】 即ち，圧力センサー出力電圧の温度ドリフトは，圧力セ
ンサーユニット５０を構成する各ブロックの温度ドリフ
トが，最終的にＴＯＰ６２により増幅されて現れる事と
なる。
ンサーユニット５０を構成する各ブロックの温度ドリフ
トが，最終的にＴＯＰ６２により増幅されて現れる事と
なる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来技
術では，ＷＯＰ５６の非反転入力端子の電圧を（ＶＤＤ
／２）に設定している為に，スイッチドキャパシタ動作
時に，ＷＯＰ５６の出力電圧を電源電圧にクランプさせ
ない為には，センサー駆動部Ｖｉｎは，（ＶＤＤ／２）
未満に設定せざるを得ず，圧力センサーユニット５０の
感度として所定の出力電圧を得る為には，ＴＯＰ６２の
ゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）を大きく設定せざるを得ず，前述
した通り，圧力センサーユニット出力電圧の温度ドリフ
トが大きくなってしまう。したがって，圧力センサーユ
ニット出力電圧の温度ドリフトを小さくしつつ，スイッ
チドキャパシタ駆動部のＷＯＰ５６のゲイン変動による
圧力センサーユニット５０の誤動作を防ぐことができな
いということである。
術では，ＷＯＰ５６の非反転入力端子の電圧を（ＶＤＤ
／２）に設定している為に，スイッチドキャパシタ動作
時に，ＷＯＰ５６の出力電圧を電源電圧にクランプさせ
ない為には，センサー駆動部Ｖｉｎは，（ＶＤＤ／２）
未満に設定せざるを得ず，圧力センサーユニット５０の
感度として所定の出力電圧を得る為には，ＴＯＰ６２の
ゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）を大きく設定せざるを得ず，前述
した通り，圧力センサーユニット出力電圧の温度ドリフ
トが大きくなってしまう。したがって，圧力センサーユ
ニット出力電圧の温度ドリフトを小さくしつつ，スイッ
チドキャパシタ駆動部のＷＯＰ５６のゲイン変動による
圧力センサーユニット５０の誤動作を防ぐことができな
いということである。
【００２２】この問題を解決する為には，ＷＯＰ５６の
非反転入力端子の電圧Ｖope1を（ＶＤＤ／２）以下のよ
りＧＮＤ電位近くに設定し，それによりセンサー駆動電
圧Ｖｉｎを（ＶＤＤ／２）より大きく設定する事によ
り，ＴＯＰ６２のゲインを小さく設定できればよい。し
かし，従来の回路では，図７に示す様にスイッチドキャ
パシタ動作の際に，容量型圧力センサーによるカップリ
ング作用の為，センサー駆動部の出力電圧の変化Ｖｉｎ
が，そのままＷＯＰ５６の反転入力端子の変化となって
しまう。尚，図７において，符号８はＳＷＷ１，ＳＷＤ
１，ＳＷＤ２，ＳＷＨ１の電位変化，符号９は正常の場
合の出力，７０は誤ったＷＯＰ出力を示している。した
がって，ＷＯＰ５６の反転入力端子の電位が一瞬，ＧＮ
Ｄ電位を割り込みマイナス電位となってしまう事によ
り，図６に示すＳＷＷ１を構成するＮｃｈ ＭＯＳ Ｆ
ＥＴのサブとドレイン（あるいはソース）間の寄生ダイ
オード７１に順方向電圧が加わり，図８に示すように，
圧力センサーＣｒ，Ｃｓから電荷が漏れ，ＷＯＰ５６の
ゲイン（Ｃｒ／Ｃｓ）が変わってしまい，圧力センサー
ユニットとして，誤動作を生じてしまうという問題があ
った。
非反転入力端子の電圧Ｖope1を（ＶＤＤ／２）以下のよ
りＧＮＤ電位近くに設定し，それによりセンサー駆動電
圧Ｖｉｎを（ＶＤＤ／２）より大きく設定する事によ
り，ＴＯＰ６２のゲインを小さく設定できればよい。し
かし，従来の回路では，図７に示す様にスイッチドキャ
パシタ動作の際に，容量型圧力センサーによるカップリ
ング作用の為，センサー駆動部の出力電圧の変化Ｖｉｎ
が，そのままＷＯＰ５６の反転入力端子の変化となって
しまう。尚，図７において，符号８はＳＷＷ１，ＳＷＤ
１，ＳＷＤ２，ＳＷＨ１の電位変化，符号９は正常の場
合の出力，７０は誤ったＷＯＰ出力を示している。した
がって，ＷＯＰ５６の反転入力端子の電位が一瞬，ＧＮ
Ｄ電位を割り込みマイナス電位となってしまう事によ
り，図６に示すＳＷＷ１を構成するＮｃｈ ＭＯＳ Ｆ
ＥＴのサブとドレイン（あるいはソース）間の寄生ダイ
オード７１に順方向電圧が加わり，図８に示すように，
圧力センサーＣｒ，Ｃｓから電荷が漏れ，ＷＯＰ５６の
ゲイン（Ｃｒ／Ｃｓ）が変わってしまい，圧力センサー
ユニットとして，誤動作を生じてしまうという問題があ
った。
【００２３】そこで，本発明の技術的課題は，温度ドリ
フトを小さくしつつ，スイッチドキャパシタ駆動部のア
ンプのゲイン変動による誤動作を防ぐことができる静電
容量型圧力センサーユニットを提供することにある。
フトを小さくしつつ，スイッチドキャパシタ駆動部のア
ンプのゲイン変動による誤動作を防ぐことができる静電
容量型圧力センサーユニットを提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基準容
量と検出容量とから構成される圧力センサーと、該圧力
センサーを駆動するセンサー駆動部と、前記圧力センサ
ーの容量比をスイッチドキャパシタ動作により出力電圧
として得るスイッチドキャパシタ動作部と、該出力電圧
をサンプリングし一定時間保持するサンプル・ホールド
回路部と、前記出力電圧を定められたゲインで増幅し所
定の出力電圧を出力する反転増幅部とを備えて構成され
る静電容量型圧力センサーユニットにおいて、前記セン
サー駆動部の出力信号をなまらせる時定数回路を有し、
前記時定数回路によってなまらせた前記出力信号を前記
圧力センサーに入力するように構成したことを特徴とす
る静電容量型圧力センサーユニットが得られる。
量と検出容量とから構成される圧力センサーと、該圧力
センサーを駆動するセンサー駆動部と、前記圧力センサ
ーの容量比をスイッチドキャパシタ動作により出力電圧
として得るスイッチドキャパシタ動作部と、該出力電圧
をサンプリングし一定時間保持するサンプル・ホールド
回路部と、前記出力電圧を定められたゲインで増幅し所
定の出力電圧を出力する反転増幅部とを備えて構成され
る静電容量型圧力センサーユニットにおいて、前記セン
サー駆動部の出力信号をなまらせる時定数回路を有し、
前記時定数回路によってなまらせた前記出力信号を前記
圧力センサーに入力するように構成したことを特徴とす
る静電容量型圧力センサーユニットが得られる。
【００２５】ここで，本発明の前記静電容量型圧力セン
サーユニットにおいて，前記センサー駆動部は，一端が
接地電位に接続されている電源の他端と第１の駆動スイ
ッチの一端を接続し，一端が接地電位に接続されている
第２の駆動スイッチの他端と第１の駆動抵抗素子の一端
を接続し，一端が接地電位に接続されている第１の駆動
容量素子の他端と前記第１の駆動抵抗素子の他端と前記
第１の駆動スイッチの他端を共通接続し，前記センサー
駆動部の出力とすることが好ましく，また，前記センサ
ー駆動部は，一端が接地電位に接続されている電源の他
端と第１の駆動スイッチの一端を接続し，一端が接地電
位に接続されている第２の駆動スイッチの他端と第３の
駆動スイッチの一端を接続し，前記第３の駆動スイッチ
の他端と第４の駆動スイッチの一端と一端が接地電位に
接続されている第１の駆動容量素子の他端を共通接続
し，前記第４の駆動スイッチの他端と一端が接地電位に
接続されている第２の駆動容量素子の他端と前記第１の
駆動スイッチの他端を共通接続して，前記センサー駆動
部の出力とすることも好ましい。
サーユニットにおいて，前記センサー駆動部は，一端が
接地電位に接続されている電源の他端と第１の駆動スイ
ッチの一端を接続し，一端が接地電位に接続されている
第２の駆動スイッチの他端と第１の駆動抵抗素子の一端
を接続し，一端が接地電位に接続されている第１の駆動
容量素子の他端と前記第１の駆動抵抗素子の他端と前記
第１の駆動スイッチの他端を共通接続し，前記センサー
駆動部の出力とすることが好ましく，また，前記センサ
ー駆動部は，一端が接地電位に接続されている電源の他
端と第１の駆動スイッチの一端を接続し，一端が接地電
位に接続されている第２の駆動スイッチの他端と第３の
駆動スイッチの一端を接続し，前記第３の駆動スイッチ
の他端と第４の駆動スイッチの一端と一端が接地電位に
接続されている第１の駆動容量素子の他端を共通接続
し，前記第４の駆動スイッチの他端と一端が接地電位に
接続されている第２の駆動容量素子の他端と前記第１の
駆動スイッチの他端を共通接続して，前記センサー駆動
部の出力とすることも好ましい。
【００２６】本発明によれば、基準容量と検出容量とか
ら構成される圧力センサーと、該圧力センサーを駆動す
るセンサー駆動部と前記圧力センサーの容量比をスイッ
チドキャバシタ動作により出力電圧として得るスイッチ
ドキャパシタ動作部と、該出力電圧をサンプリングし一
定時間保持するサンプル・ホールド回路部と、前記出力
電圧を定められたゲインで増幅し所定の出力電圧を出力
する反転増幅部とを備えて構成される静電容量型圧力セ
ンサーユニットにおいて、前記スイッチドキャパシタ動
作部は、動作アンプの反転入力に時定数回路が設けられ
ているとともに、前記動作アンプの反転入力に一端が接
地電位に接続されている第１の動作容量素子の他端と第
１の動作抵抗素子の一端を共通接続し、前記第１の動作
抵抗素子の他端と第１の動作スイッチの一端を接続し、
前記第１の動作スイッチの他端と前記動作アンプの出力
とを接続し、前記動作アンプの非反転入力と一端が接地
電位に接続された第１の動作抵抗素子の他端と一端が電
源電位に接続された第２の抵抗素子の他端とが共通接続
されていることを特徴とする静電容量型圧力センサーユ
ニットが得られる。
ら構成される圧力センサーと、該圧力センサーを駆動す
るセンサー駆動部と前記圧力センサーの容量比をスイッ
チドキャバシタ動作により出力電圧として得るスイッチ
ドキャパシタ動作部と、該出力電圧をサンプリングし一
定時間保持するサンプル・ホールド回路部と、前記出力
電圧を定められたゲインで増幅し所定の出力電圧を出力
する反転増幅部とを備えて構成される静電容量型圧力セ
ンサーユニットにおいて、前記スイッチドキャパシタ動
作部は、動作アンプの反転入力に時定数回路が設けられ
ているとともに、前記動作アンプの反転入力に一端が接
地電位に接続されている第１の動作容量素子の他端と第
１の動作抵抗素子の一端を共通接続し、前記第１の動作
抵抗素子の他端と第１の動作スイッチの一端を接続し、
前記第１の動作スイッチの他端と前記動作アンプの出力
とを接続し、前記動作アンプの非反転入力と一端が接地
電位に接続された第１の動作抵抗素子の他端と一端が電
源電位に接続された第２の抵抗素子の他端とが共通接続
されていることを特徴とする静電容量型圧力センサーユ
ニットが得られる。
【００２７】また、本発明によれば、基準容量と検出容
量とから構成される圧力センサーと、該圧力センサーを
駆動するセンサー駆動部と前記圧力センサーの容量比を
スイッチドキャバシタ動作により出力電圧として得るス
イッチドキャパシタ動作部と、該出力電圧をサンプリン
グし一定時間保持するサンプル・ホールド回路部と、前
記出力電圧を定められたゲインで増幅し所定の出力電圧
を出力する反転増幅部とを備えて構成される静電容量型
圧力センサーユニットにおいて、前記スイッチドキャパ
シタ動作部は、動作アンプの反転入力に時定数回路が設
けられているとともに、前記反転入力に前記時定数回路
内の一端が接地電位に接続されている第１の動作容量素
子の他端と第１の動作スイッチの一端を共通接続し、前
記第１の動作スイッチの他端と前記動作アンプの出力と
を接続し、前記動作アンプの非反転入力と一端が接地電
位に接続された第１の動作抵抗素子の他端と一端が電源
電位に接続された第２の抵抗素子の他端とが共通接続さ
れていることを特徴とする静電容量型圧力センサーユニ
ットが得られる。
量とから構成される圧力センサーと、該圧力センサーを
駆動するセンサー駆動部と前記圧力センサーの容量比を
スイッチドキャバシタ動作により出力電圧として得るス
イッチドキャパシタ動作部と、該出力電圧をサンプリン
グし一定時間保持するサンプル・ホールド回路部と、前
記出力電圧を定められたゲインで増幅し所定の出力電圧
を出力する反転増幅部とを備えて構成される静電容量型
圧力センサーユニットにおいて、前記スイッチドキャパ
シタ動作部は、動作アンプの反転入力に時定数回路が設
けられているとともに、前記反転入力に前記時定数回路
内の一端が接地電位に接続されている第１の動作容量素
子の他端と第１の動作スイッチの一端を共通接続し、前
記第１の動作スイッチの他端と前記動作アンプの出力と
を接続し、前記動作アンプの非反転入力と一端が接地電
位に接続された第１の動作抵抗素子の他端と一端が電源
電位に接続された第２の抵抗素子の他端とが共通接続さ
れていることを特徴とする静電容量型圧力センサーユニ
ットが得られる。
【００２８】また，本発明の前記いずれかの静電容量型
圧力センサーユニットにおいて，前記反転増幅部の反転
増幅アンプのゲインを低く設定する為に前記スイッチド
キャパシタ動作部の動作アンプの非反転入力端子の電位
を接地電位付近に設定する事がより好ましい。
圧力センサーユニットにおいて，前記反転増幅部の反転
増幅アンプのゲインを低く設定する為に前記スイッチド
キャパシタ動作部の動作アンプの非反転入力端子の電位
を接地電位付近に設定する事がより好ましい。
【００２９】さらに，本発明の静電容量型圧力センサー
ユニットにおいて，前記スイッチドキャパシタ動作部の
アンプの反転入力に時定数回路を設け，前記反転入力に
前記時定数回路内の一端が接地電位に接続されている第
１の動作容量素子の他端と第１の動作スイッチの一端を
共通接続し，前記第１の動作スイッチの他端と前記動作
アンプの出力とを接続し，前記動作アンプの非反転入力
と一端が接地電位に接続された第１の動作抵抗素子の他
端と一端が電源電位に接続された第２の抵抗素子の他端
とが共通接続されていることが好ましく，前記反転増幅
部の反転増幅アンプのゲインを低く設定する為に前記ス
イッチドキャパシタ動作部の動作アンプの非反転入力端
子の電位を接地電位付近に設定する事がより好ましい。
ユニットにおいて，前記スイッチドキャパシタ動作部の
アンプの反転入力に時定数回路を設け，前記反転入力に
前記時定数回路内の一端が接地電位に接続されている第
１の動作容量素子の他端と第１の動作スイッチの一端を
共通接続し，前記第１の動作スイッチの他端と前記動作
アンプの出力とを接続し，前記動作アンプの非反転入力
と一端が接地電位に接続された第１の動作抵抗素子の他
端と一端が電源電位に接続された第２の抵抗素子の他端
とが共通接続されていることが好ましく，前記反転増幅
部の反転増幅アンプのゲインを低く設定する為に前記ス
イッチドキャパシタ動作部の動作アンプの非反転入力端
子の電位を接地電位付近に設定する事がより好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】次に，本発明の実施の形態につい
て，図面を参照しながら説明する。
て，図面を参照しながら説明する。
【００３１】図１は本発明の第１の実施の形態による静
電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック図
である。図１に示すように，圧力センサーユニット１０
は，圧力センサー５１と，この圧力センサー５１を駆動
するセンサー駆動部５２と，圧力センサー５１の容量比
（Ｃｓ／Ｃｒ）をスイッチドキャパシタ動作により，出
力電圧として得るスイッチドキャパシタ動作部５３と，
その出力電圧をサンプリングし，一定時間保持するサン
プル・ホールド回路部５４と，その出力電圧を第１及び
第２の反転増幅抵抗Ｒｓ，Ｒｆにより得られるゲイン
（Ｒｆ／Ｒｓ）で増幅し，圧力センサーユニット５０と
して所定の出力電圧を出力する反転増幅部５５とを備え
て構成される。
電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック図
である。図１に示すように，圧力センサーユニット１０
は，圧力センサー５１と，この圧力センサー５１を駆動
するセンサー駆動部５２と，圧力センサー５１の容量比
（Ｃｓ／Ｃｒ）をスイッチドキャパシタ動作により，出
力電圧として得るスイッチドキャパシタ動作部５３と，
その出力電圧をサンプリングし，一定時間保持するサン
プル・ホールド回路部５４と，その出力電圧を第１及び
第２の反転増幅抵抗Ｒｓ，Ｒｆにより得られるゲイン
（Ｒｆ／Ｒｓ）で増幅し，圧力センサーユニット５０と
して所定の出力電圧を出力する反転増幅部５５とを備え
て構成される。
【００３２】図１において，図６に示す従来技術による
ものとの違いは，反転増幅器（ＷＯＰ）５６の非反転入
力端子の電圧を，よりＧＮＤ電位に近い電位に設定して
いる点と，センサー駆動部５２に，第１の駆動抵抗素子
である抵抗ＲＤ１と第１の駆動容量素子である容量ＣＤ
１とにより構成される時定数回路１を有する点である。
ものとの違いは，反転増幅器（ＷＯＰ）５６の非反転入
力端子の電圧を，よりＧＮＤ電位に近い電位に設定して
いる点と，センサー駆動部５２に，第１の駆動抵抗素子
である抵抗ＲＤ１と第１の駆動容量素子である容量ＣＤ
１とにより構成される時定数回路１を有する点である。
【００３３】図２は，図１に示す本発明の第１の実施の
形態における動作を表すタイミングチャートである。上
述した様に，従来例でＷＯＰ５６の非反転入力端子の電
圧をＧＮＤに近い電位に設定すると，容量型圧力センサ
ーによるカップリング作用の為に誤動作を生じてしまう
が，本発明の第１の実施の形態では，センサー駆動部に
時定数回路１を設定し，センサー駆動部の出力電圧変化
を積分する事により容量型圧力センサーによるカップリ
ング作用の影響を軽減し，図２に示す様にスイッチドキ
ャパシタ動作時にも，ＷＯＰ５６の反転入力端子の電位
がマイナス電位となる事がなく，従って従来技術の様な
誤動作を生じる事がなく，正常な圧力センサー出力電圧
を得る事ができる。
形態における動作を表すタイミングチャートである。上
述した様に，従来例でＷＯＰ５６の非反転入力端子の電
圧をＧＮＤに近い電位に設定すると，容量型圧力センサ
ーによるカップリング作用の為に誤動作を生じてしまう
が，本発明の第１の実施の形態では，センサー駆動部に
時定数回路１を設定し，センサー駆動部の出力電圧変化
を積分する事により容量型圧力センサーによるカップリ
ング作用の影響を軽減し，図２に示す様にスイッチドキ
ャパシタ動作時にも，ＷＯＰ５６の反転入力端子の電位
がマイナス電位となる事がなく，従って従来技術の様な
誤動作を生じる事がなく，正常な圧力センサー出力電圧
を得る事ができる。
【００３４】従って，本発明の第１の実施の形態によれ
ば，ＷＯＰ５６の非反転入力電圧の電位をＧＮＤ電位に
近ずける設定が可能となり，センサー駆動電圧Ｖｉｎを
従来技術に比べ大きな電圧に設定できる為，ＴＯＰ６２
のゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）を従来技術より小さな値に設定
可能となる。
ば，ＷＯＰ５６の非反転入力電圧の電位をＧＮＤ電位に
近ずける設定が可能となり，センサー駆動電圧Ｖｉｎを
従来技術に比べ大きな電圧に設定できる為，ＴＯＰ６２
のゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）を従来技術より小さな値に設定
可能となる。
【００３５】図３は本発明の第２の実施の形態による静
電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック図
である。図３の静電容量型圧力センサーユニット２０
は，従来技術によるセンサー駆動部５２に，更に，スイ
ッチド・キャパシタ・フィルターにより時定数回路２を
付加した点で，従来技術とは異なっている。この時定数
回路２は，一端が接地された第２の駆動スイッチＳＷＤ
２の他端側に一端が接続された第３の駆動スイッチＳＷ
Ｄ３と，第３の駆動スイッチＳＷＤ３の他端に一端が接
続された第４の駆動スイッチＳＷＤ４と，第４の駆動ス
イッチＳＷＤ４の他端ととともに第１の駆動スイッチＳ
ＷＤ１の他端に接続され，他端が接地された第１の駆動
キャパシタＣＤ１と，一端が接地され第３の駆動スイッ
チＳＷＤ３の他端に他端が接続された第２の駆動キャパ
シタＣＤ２とを備えている。
電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック図
である。図３の静電容量型圧力センサーユニット２０
は，従来技術によるセンサー駆動部５２に，更に，スイ
ッチド・キャパシタ・フィルターにより時定数回路２を
付加した点で，従来技術とは異なっている。この時定数
回路２は，一端が接地された第２の駆動スイッチＳＷＤ
２の他端側に一端が接続された第３の駆動スイッチＳＷ
Ｄ３と，第３の駆動スイッチＳＷＤ３の他端に一端が接
続された第４の駆動スイッチＳＷＤ４と，第４の駆動ス
イッチＳＷＤ４の他端ととともに第１の駆動スイッチＳ
ＷＤ１の他端に接続され，他端が接地された第１の駆動
キャパシタＣＤ１と，一端が接地され第３の駆動スイッ
チＳＷＤ３の他端に他端が接続された第２の駆動キャパ
シタＣＤ２とを備えている。
【００３６】図３の時定数回路２は，図１の時定数回路
１と同様な作用効果を有している。
１と同様な作用効果を有している。
【００３７】図４は，本発明の第３の実施の形態による
静電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック
図である。図４に示すように，第３の実施の形態による
静電容量型圧力センサーユニット３０は，ＷＯＰ５６の
反転入力端子部に，抵抗ＲＷ１と容量ＣＷ１により構成
される時定数を付加した他は，従来技術と同様の構成を
有している。第３の実施の形態においては，第１及び第
２の実施の形態と同様の作用効果を有している。
静電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック
図である。図４に示すように，第３の実施の形態による
静電容量型圧力センサーユニット３０は，ＷＯＰ５６の
反転入力端子部に，抵抗ＲＷ１と容量ＣＷ１により構成
される時定数を付加した他は，従来技術と同様の構成を
有している。第３の実施の形態においては，第１及び第
２の実施の形態と同様の作用効果を有している。
【００３８】図５は，本発明の第４の実施の形態による
静電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック
図である。図５に示すように，第４の実施の形態による
静電容量型圧力センサーユニット３０は，ＷＯＰ５６の
反転入力端子部に，ＳＷＷ１の一端が，ＷＯＰ５６の反
転入力端子部に直接接続されている他は，第３の実施の
形態と同様な構成を有している。第４の実施の形態にお
いては，第３の実施の形態のものよりも，帰還形も含め
てＷＯＰ５６の動作の安定性が向上し，温度ドリフトが
更に小さくなるが，第１乃至第３の実施の形態と同様の
作用効果を有している。
静電容量型圧力センサーユニットの概略を示すブロック
図である。図５に示すように，第４の実施の形態による
静電容量型圧力センサーユニット３０は，ＷＯＰ５６の
反転入力端子部に，ＳＷＷ１の一端が，ＷＯＰ５６の反
転入力端子部に直接接続されている他は，第３の実施の
形態と同様な構成を有している。第４の実施の形態にお
いては，第３の実施の形態のものよりも，帰還形も含め
てＷＯＰ５６の動作の安定性が向上し，温度ドリフトが
更に小さくなるが，第１乃至第３の実施の形態と同様の
作用効果を有している。
【００３９】
【発明の効果】以上，説明したように，本発明によれ
ば，センサー駆動部あるいは反転増幅器（ＷＯＰ）の反
転入力端子部に，時定数を設ける事によりスイッチドキ
ャパシタ動作時の容量型圧力センサーによるカップリン
グの影響を軽減する事で，ＷＯＰの反転入力端子の電位
がＧＮＤ電位を割り込む事を防止でき，従ってＷＯＰの
ゲイン変動による誤動作を防止できる為，ＷＯＰの非反
転入力端子電圧を，従来技術に比べよりＧＮＤ電位に近
い電位に設定する事が可能となり，それによりセンサー
駆動電圧を従来技術より大きく設定でき，更に，反転増
幅部の反転増幅器（ＴＯＰ）のゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）を
従来例より，より小さく設定できる。したがって，圧力
センサーユニット出力電圧の温度ドリフトを小さくしつ
つ，スイッチドキャパシタ駆動部のＷＯＰのゲイン変動
による誤動作を防ぐ事ができる静電容量型圧力センサー
ユニットを提供することができる。
ば，センサー駆動部あるいは反転増幅器（ＷＯＰ）の反
転入力端子部に，時定数を設ける事によりスイッチドキ
ャパシタ動作時の容量型圧力センサーによるカップリン
グの影響を軽減する事で，ＷＯＰの反転入力端子の電位
がＧＮＤ電位を割り込む事を防止でき，従ってＷＯＰの
ゲイン変動による誤動作を防止できる為，ＷＯＰの非反
転入力端子電圧を，従来技術に比べよりＧＮＤ電位に近
い電位に設定する事が可能となり，それによりセンサー
駆動電圧を従来技術より大きく設定でき，更に，反転増
幅部の反転増幅器（ＴＯＰ）のゲイン（Ｒｆ／Ｒｓ）を
従来例より，より小さく設定できる。したがって，圧力
センサーユニット出力電圧の温度ドリフトを小さくしつ
つ，スイッチドキャパシタ駆動部のＷＯＰのゲイン変動
による誤動作を防ぐ事ができる静電容量型圧力センサー
ユニットを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による静電容量型圧
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
【図２】図１の静電容量型圧力センサーユニットの動作
説明に供せられるタイミングチャートである。
説明に供せられるタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による静電容量型圧
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による静電容量型圧
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態による静電容量型圧
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
力センサーユニットの概略を示す回路図である。
【図６】従来技術による静電容量型圧力センサーユニッ
トの概略を示す回路図である。
トの概略を示す回路図である。
【図７】図６において，ＷＯＰの非反転入力端子の電圧
をＧＮＤ電位に近い電位に設定した場合にスイッチドキ
ャパシタ動作の際に生ずる誤動作を示すタイミングチャ
ートである。
をＧＮＤ電位に近い電位に設定した場合にスイッチドキ
ャパシタ動作の際に生ずる誤動作を示すタイミングチャ
ートである。
【図８】図６において，ＷＯＰの非反転入力端子の電圧
をＧＮＤ電位に近い電位に設定した場合にスイッチドキ
ャパシタ動作の際に生ずる誤動作の原因となるＳＷＷ１
の寄生ダイオードを示す回路図である。
をＧＮＤ電位に近い電位に設定した場合にスイッチドキ
ャパシタ動作の際に生ずる誤動作の原因となるＳＷＷ１
の寄生ダイオードを示す回路図である。
１，２，３ 時定数回路 ６ 反転増幅器（ＷＯＰ）５６の動作点の電圧（本発
明） ７ 反転増幅器（ＷＯＰ）５６の動作点の電圧（従来
技術＝ＶＤＤ／２） ８ ＳＷＷ１，ＳＷＤ１，ＳＷＤ２，ＳＷＨ１はハイ
電位の時にオンする ９ 正常な出力電圧 １０，２０，３０，５０ 圧力センサーユニット ５１ 圧力センサー ５２ センサー駆動部 ５３ スイッチドキャパシタ動作部 ５４ サンプル・ホールド回路部 ５５ 反転増幅部 ５６ 反転増幅器（アンプ，ＷＯＰ） ６１ サンプル・ホルード部の反転増幅器（アンプ，
ＨＯＰ） ６２ 反転増幅部の反転増幅器（アンプ，ＴＯＰ） ７０ 誤った出力電圧 ７１ 寄生ダイオード
明） ７ 反転増幅器（ＷＯＰ）５６の動作点の電圧（従来
技術＝ＶＤＤ／２） ８ ＳＷＷ１，ＳＷＤ１，ＳＷＤ２，ＳＷＨ１はハイ
電位の時にオンする ９ 正常な出力電圧 １０，２０，３０，５０ 圧力センサーユニット ５１ 圧力センサー ５２ センサー駆動部 ５３ スイッチドキャパシタ動作部 ５４ サンプル・ホールド回路部 ５５ 反転増幅部 ５６ 反転増幅器（アンプ，ＷＯＰ） ６１ サンプル・ホルード部の反転増幅器（アンプ，
ＨＯＰ） ６２ 反転増幅部の反転増幅器（アンプ，ＴＯＰ） ７０ 誤った出力電圧 ７１ 寄生ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 かおり 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 福沢 文春 神奈川県川崎市中原区小杉町一丁目403 番53 日本電気アイシーマイコンシステ ム株式会社内 (72)発明者 敦賀 紀久夫 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (56)参考文献 特開 平５−231973（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−215006（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】 基準容量と検出容量とから構成される圧
力センサーと、該圧力センサーを駆動するセンサー駆動
部と、前記圧力センサーの容量比をスイッチドキャパシ
タ動作により出力電圧として得るスイッチドキャパシタ
動作部と、該出力電圧をサンプリングし一定時間保持す
るサンプル・ホールド回路部と、前記出力電圧を定めら
れたゲインで増幅し所定の出力電圧を出力する反転増幅
部とを備えて構成される静電容量型圧力センサーユニッ
トにおいて、前記センサー駆動部の出力信号をなまらせ
る時定数回路を有し、前記時定数回路によってなまらせ
た前記出力信号を前記圧力センサーに入力するように構
成したことを特徴とする静電容量型圧力センサーユニッ
ト。 - 【請求項２】 請求項１記載の静電容量型圧力センサー
ユニットにおいて、前記センサー駆動部は、一端が接地
電位に接続されている電源の他端と第１の駆動スイッチ
の一端を接続し、一端が接地電位に接続されている第２
の駆動スイッチの他端と第１の駆動抵抗素子の一端を接
続し、一端が接地電位に接続されている第１の駆動容量
素子の他端と前記第１の駆動抵抗素子の他端と前記第１
の駆動スイッチの他端を共通接続し、前記センサー駆動
部の出力とする事を特徴とする静電容量型圧力センサー
ユニット。 - 【請求項３】 請求項１記載の静電容量型圧力センサー
ユニットにおいて、前記センサー駆動部は、一端が接地
電位に接続されている電源の他端と第１の駆動スイッチ
の一端を接続し、一端が接地電位に接続されている第２
の駆動スイッチの他端と第３の駆動スイッチの一端を接
続し、前記第３の駆動スイッチの他端と第４の駆動スイ
ッチの一端と一端が接地電位に接続されている第１の駆
動容量素子の他端を共通接続し、前記第４の駆動スイッ
チの他端と一端が接地電位に接続されている第２の駆動
容量素子の他端と前記第１の駆動スイッチの他端を共通
接続して、前記センサー駆動部の出力とする事を特徴と
する静電容量型圧力センサーユニット。 - 【請求項４】 基準容量と検出容量とから構成される圧
力センサーと、該圧力センサーを駆動するセンサー駆動
部と前記圧力センサーの容量比をスイッチドキャバシタ
動作により出力電圧として得るスイッチドキャパシタ動
作部と、該出力電圧をサンプリングし一定時間保持する
サンプル・ホールド回路部と、前記出力電圧を定められ
たゲインで増幅し所定の出力電圧を出力する反転増幅部
とを備えて構成される静電容量型圧力センサーユニット
において、前記スイッチドキャパシタ動作部は、動作ア
ンプの反転入力に時定数回路が設けられているととも
に、前記動作アンプの反転入力に一端が接地電位に接続
されている第１の動作容量素子の他端と第１の動作抵抗
素子の一端を共通接続し、前記第１の動作抵抗素子の他
端と第１の動作スイッチの一端を接続し、前記第１の動
作スイッチの他端と前記動作アンプの出力とを接続し、
前記動作アンプの非反転入力と一端が接地電位に接続さ
れた第１の動作抵抗素子の他端と一端が電源電位に接続
された第２の抵抗素子の他端とが共通接続されているこ
とを特徴とする静電容量型圧力センサーユニット。 - 【請求項５】 請求項１乃至４の内のいずれかに記載の
静電容量型圧力センサーユニットにおいて、前記反転増
幅部の反転増幅アンプのゲインを低く設定する為に前記
スイッチドキャパシタ動作部の動作アンプの非反転入力
端子の電位を接地電位付近に設定する事を特徴とする静
電容量型圧力センサーユニット。 - 【請求項６】 基準容量と検出容量とから構成される圧
力センサーと、該圧力センサーを駆動するセンサー駆動
部と前記圧力センサーの容量比をスイッチドキャバシタ
動作により出力電圧として得るスイッチドキャパシタ動
作部と、該出力電圧をサンプリングし一定時間保持する
サンプル・ホールド回路部と、前記出力電圧を定められ
たゲインで増幅し所定の出力電圧を出力する反転増幅部
とを備えて構成される静電容量型圧力センサーユニット
において、前記スイッチドキャパシタ動作部は、動作ア
ンプの反転入力に時定数回路が設けられているととも
に、前記反転入力に前記時定数回路内の一端が接地電位
に接続されている第１の動作容量素子の他端と第１の動
作スイッチの一端を共通接続し、前記第１の動作スイッ
チの他端と前記動作アンプの出力とを接続し、前記動作
アンプの非反転入力と一端が接地電位に接続された第１
の動作抵抗素子の他端と一端が電源電位に接続された第
２の抵抗素子の他端とが共通接続されていることを特徴
とする静電容量型圧力センサーユニット。 - 【請求項７】 請求項６記載の静電容量型圧力センサー
ユニットにおいて、前記反転増幅部の反転増幅アンプの
ゲインを低く設定する為に前記スイッチドキャパシタ動
作部の動作アンプの非反転入力端子の電位を接地電位付
近に設定する事を特徴とする静電容量型圧力センサーユ
ニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01539998A JP3202674B2 (ja) | 1997-01-29 | 1998-01-28 | 静電容量型圧力センサーユニット |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1498197 | 1997-01-29 | ||
| JP9-14981 | 1997-01-29 | ||
| JP01539998A JP3202674B2 (ja) | 1997-01-29 | 1998-01-28 | 静電容量型圧力センサーユニット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10274586A JPH10274586A (ja) | 1998-10-13 |
| JP3202674B2 true JP3202674B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=26351039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01539998A Expired - Fee Related JP3202674B2 (ja) | 1997-01-29 | 1998-01-28 | 静電容量型圧力センサーユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202674B2 (ja) |
-
1998
- 1998-01-28 JP JP01539998A patent/JP3202674B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10274586A (ja) | 1998-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU731610B2 (en) | Capacitance detection system and method | |
| US5231351A (en) | Magnetoresistive speed sensor processing circuit utilizing a symmetrical hysteresis signal | |
| US5783951A (en) | Small current detector circuit and locator device using the same | |
| US8487701B2 (en) | Circuit for amplifying a signal representing a variation in resistance of a variable resistance and corresponding sensor | |
| US11012044B2 (en) | Amplifier with common mode detection | |
| US7456731B2 (en) | Capacitive-type physical quantity sensor | |
| JP3301405B2 (ja) | 圧電式加速度センサ用増幅回路 | |
| JPH0159525B2 (ja) | ||
| EP1106981A3 (en) | Capacitive transducer | |
| EP1128173A3 (en) | Capacitive semiconductor pressure sensor | |
| JP2006292469A (ja) | 容量式物理量センサ | |
| JP3202674B2 (ja) | 静電容量型圧力センサーユニット | |
| JPH08327677A (ja) | 容量型センサ用検出回路および検出方法 | |
| US6411161B1 (en) | AC coupling circuit | |
| US4644253A (en) | Voltage reference source with true ground sensing and force-sense outputs referred thereto | |
| US10054502B2 (en) | Sensor driving device | |
| JP2618822B2 (ja) | 静電容量センサ | |
| US6104120A (en) | Electric charge type sensor | |
| US5744717A (en) | Circuit arrangement for a capacitive acceleration sensor | |
| JP3036680B2 (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサー用の信号処理回路 | |
| US20020044137A1 (en) | Sensor panel position coordinates signal detecting circuit | |
| JPH0713645B2 (ja) | 半導体式加速度検出装置 | |
| JPH0961189A (ja) | センサ用検出回路 | |
| JP3165173B2 (ja) | 静電容量センサ回路 | |
| JP2000022506A (ja) | 台形波形出力機能を有する非反転増幅回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981118 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |