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【発明の名称】 センサ出力補償回路
【発明者】 【氏名】伊藤 悟
【要約】 【課題】トリミング装置を用いることなく調整を行えるセンサ出力補償回路を提供する。

【解決手段】センサ駆動部２０は、センサ１００を電流駆動する。作動電流発生部４０は、温度に依存して変化する電流を出力する。補償電流出力部５０は、複数の電流生成回路を有する。各電流生成回路は、それぞれ作動電流発生部４０から出力される電流に比例する電流を生成する。各電流生成回路は、トランジスタスイッチを有する。各トランジスタスイッチは、端子Ｔs0、Ｔs1、．．．の入力に従ってオン／オフ制御される。端子Ｔs0、Ｔs1、．．．に入力する情報は、メモリに格納しておく。補償電流出力部５０は、オン状態のトランジスタスイッチに対応する電流生成回路の出力を加算して感度補償電流Ｉtsとして出力する。感度補償電流Ｉtsをセンサ１００に印加する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含むセンサの出力を補償する回路であって、上記センサを駆動する駆動手段と、温度に依存して変化する電流を出力する温度検出手段と、それぞれ上記温度検出手段から出力された電流に基づいて決まる電流を生成する複数の電流生成回路、およびそれら各電流生成回路の出力を導通／遮断する複数のスイッチを含み、導通状態となっているスイッチに対応する電流生成回路により生成される各電流の和を出力する第１の温度補償電流生成手段と、上記第１の温度補償電流生成手段に設けられた複数のスイッチの導通／遮断状態を指示する情報を格納する第１の記憶手段と、を有し、上記第１の温度補償電流生成手段の出力を用いて上記センサの駆動状態を変化させるセンサ出力補償回路。
【請求項２】 それぞれ温度検出手段から出力された電流に基づいて決まる電流を生成する複数の電流生成回路、およびそれら各電流生成回路の出力を導通／遮断する複数のスイッチを含み、導通状態となっているスイッチに対応する電流生成回路により生成される各電流の和を出力する第２の温度補償電流生成手段と、上記第２の温度補償電流生成手段に設けられた複数のスイッチの導通／遮断状態を指示する情報を格納する第２の記憶手段と、上記センサの出力にオフセットを与えるオフセット調整手段、をさらに有し、上記オフセット調整手段は、上記第２の温度補償電流生成手段の出力を用いてオフセットを変化させる請求項１に記載のセンサ出力補償回路。
【請求項３】 上記温度検出手段は、温度に依存しない電圧を出力する第１の電圧源と、温度に依存して変化する電圧を出力する温度検出回路と、互いに等しい電流を生成する第１および第２の定電流源と、上記第１の電圧源の出力電圧に基づいて上記第１の定電流源により生成される電流を出力する第１の定電流出力回路と、上記温度検出回路の出力電圧に基づいて上記第２の定電流源により生成される電流を出力する第２の定電流出力回路と、上記第１および第２の定電流出力回路の出力電位差に応じて電流を流す抵抗体と、その抵抗体を流れる電流に比例する電流を出力する出力回路とを有し、上記オフセット調整手段は、所定の電圧を出力する第２の電圧源と、増幅器とその増幅器の帰還抵抗とから構成され、上記第２の温度補償電流生成回路の出力電流を電圧に変換して上記第２の電圧源が出力する電圧に加える加算器と、を有し、上記温度検出手段に設けられる抵抗体の温度特性と上記加算器の帰還抵抗の温度特性とを同じにする請求項２に記載のセンサ出力補償回路。
【請求項４】 上記センサを当該センサ出力補償回路を形成する半導体チップと同一の半導体チップ上に形成する構成であって、上記温度検出手段は、温度に依存しない電圧を出力する第１の電圧源と、温度に依存して変化する電圧を出力する温度検出回路と、互いに等しい電流を生成する第１および第２の定電流源と、上記第１の電圧源の出力電圧に基づいて上記第１の定電流源により生成される電流を出力する第１の定電流出力回路と、上記温度検出回路の出力電圧に基づいて上記第２の定電流源により生成される電流を出力する第２の定電流出力回路と、上記第１および第２の定電流出力回路の出力電位差に応じて電流を流す抵抗体と、その抵抗体を流れる電流に比例する電流を出力する出力回路とを有し、上記温度検出手段に設けられる抵抗体の温度特性を上記センサを構成する抵抗体の温度特性と同じにする請求項１に記載のセンサ出力補償回路。
【請求項５】 上記センサを当該センサ出力補償回路を形成する半導体チップと異なる半導体チップ上に形成する構成であって、上記駆動手段は、所定の電圧を出力する第１の電圧源と、上記第１の温度補償電流生成回路の出力電流を電圧に変換して上記第１の電圧源が出力する電圧に加える加算器と、を有し、その加算器の出力を用いて上記センサを電圧駆動する請求項１に記載のセンサ出力補償回路。
【請求項６】 上記温度検出手段は、温度に依存しない電圧を出力する第２の電圧源と、温度に依存して変化する電圧を出力する温度検出回路と、互いに等しい電流を生成する第１および第２の定電流源と、上記第２の電圧源の出力電圧に基づいて上記第１の定電流源により生成される電流を出力する第１の定電流出力回路と、上記温度検出回路の出力電圧に基づいて上記第２の定電流源により生成される電流を出力する第２の定電流出力回路と、上記第１および第２の定電流出力回路の出力電位差に応じて電流を流す抵抗体と、その抵抗体を流れる電流に比例する電流を出力する出力回路とを有し、上記加算器は、増幅器およびその増幅器の帰還抵抗とから構成されており、上記温度検出手段に設けられる抵抗体の温度特性と上記加算器の帰還抵抗の温度特性とを同じにする請求項５に記載のセンサ出力補償回路。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含むセンサの出力を温度変化に対して補償する回路に係わる。
【０００２】
【従来の技術】測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含むセンサは広く知られている。たとえば、このような構成の圧力センサでは、圧力の変化に応じてセンサを構成する抵抗体の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化に従ってそのセンサの出力電流または出力電圧が変化するので、その電流変化または電圧変化を検出することにより圧力変化を測定することができる。ところが、一般に、圧力変化に対応した抵抗値の変化量には温度依存性があり、また抵抗体自身や信号処理回路の増幅回路にも温度依存性がある。したがって、センサの出力は温度特性を有しており、そのばらつきも大きいため、その特性を補償する温度補償回路が従来は設けられていた。
【０００３】この温度補償回路は、たとえば、抵抗値が温度依存性を有する抵抗体を含み、その抵抗体に流れる電流に基づいて生成される電流または電圧をセンサに印加するなどしてセンサの温度依存性を補償する構成である。本願発明の出願人は、以前に、上記構成のセンサ出力補償回路に関する特許出願（特開平７−２０１６２号）をしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のセンサ出力補償回路では、上記特許出願（特開平７−２０１６２号）による構成も含め、測定対象の物理量とセンサ出力値とが予め設定した値になるようにその補償回路内に設けられた抵抗体をトリミングする必要があった。このトリミング工程は、測定環境を変えながら（例えば、圧力センサの場合には、圧力と温度を変化させながら）センサ出力を複数回検出し、その検出結果を参照しながらレーザ光を用いて抵抗体をトリミングするものである。従って、一般に、トリミングを行うための装置は大規模で高価な構成となっていた。
【０００５】本発明の課題は、上記問題を解決するものであり、トリミング装置を用いることなく調整を行えるセンサ出力補償回路を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】図１を参照しながら本発明の手段および作用について説明する。本発明のセンサ出力補償回路は、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含むセンサ１００の出力の温度依存性を補償する構成と前提とする。センサ１００には一定の電流または電圧が印加されており、測定対象の物理量が変化すると、その抵抗体の抵抗値が変わり、それに伴ってセンサ１００の出力電圧が変化する。従って、センサ１００の出力電圧を検出することにより、上記物理量を測定できる。
【０００７】駆動手段１は、センサ１００を駆動する。温度検出手段２は、温度に依存して変化する電流を出力する。温度検出手段２は、たとえば、温度に依存しない電圧を出力する電圧源３、温度に依存して変化する電圧を出力する温度検出回路４、および電圧源３の出力電圧と温度検出回路４の出力電圧との差に基づく電流を生成する差分検出回路５を含む。温度補償電流生成手段６は、それぞれ温度検出手段２から出力された電流に基づいて決まる電流を生成する複数の電流生成回路７−１〜７−ｎ、および電流生成回路７−１〜７−ｎの出力をそれぞれ導通／遮断する複数のスイッチ８−１〜８−ｎを含み、導通状態となっているスイッチに対応する電流生成回路により生成される各電流の和を出力する。記憶手段９は、温度補償電流生成手段６に設けられた複数のスイッチ８−１〜８−ｎの導通／遮断状態を指示する情報を格納する。そして、温度補償電流生成手段６の出力を用いてセンサ１００の駆動状態を変化させる。
【０００８】上記構成において、各電流生成回路７−１〜７−ｎは、それぞれ温度検出手段２から出力された電流に基づいて決まる電流（たとえば、温度検出手段２から出力された電流に比例する電流）を生成する。したがって、温度補償電流生成手段６は、温度に依存して変化する電流を出力する。また、温度補償電流生成手段６は、各電流生成回路７−１〜７−ｎが生成する電流のうち、導通状態となっているスイッチに対応する電流生成回路により生成された電流の和を出力する。したがって、温度補償電流生成手段６の出力電流の大きさは、スイッチ８−１〜８−ｎの導通／遮断状態により決まる。
【０００９】駆動手段１の駆動動作を変化させると、測定対象の物理量とセンサ１００の出力との関係が変わる。すなわち、センサ１００の感度が変化する。駆動手段１の駆動動作は、温度補償電流生成手段６の出力電流を用いて制御される。したがって、スイッチ８−１〜８−ｎの導通／遮断状態の設定により、温度に依存して変化する温度補償電流生成手段６の出力電流を適当に調整して駆動手段１による駆動動作を制御すれば、温度に依存して変化するセンサ１００の感度の温度補償を行うことができる。
【００１０】スイッチ８−１〜８−ｎの導通／遮断状態を指示する情報は、センサ１００の特性を測定しながら決定されて記憶手段９に格納される。本発明のセンサ出力補償回路は、それぞれ温度検出手段２から出力された電流に基づいて決まる電流を生成する複数の電流生成回路、およびそれら各電流生成回路の出力を導通／遮断する複数のスイッチを含み、導通状態となっているスイッチに対応する電流生成回路により生成される各電流の和を出力する温度補償電流生成手段１１と、温度補償電流生成手段１１に設けられた複数のスイッチの導通／遮断状態を指示する情報を格納する記憶手段１２と、センサ１００の出力にオフセットを与えるオフセット調整手段１３とをさらに有し、オフセット調整手段１３が、温度補償電流生成手段１１の出力を用いてオフセットを変化させる構成であってもよい。なお、温度補償電流生成手段６および１１は、互いに同じ構成なので、図１では、それらを重複させて描いている。
【００１１】上記構成において、オフセットもまた温度に依存して変化するので、温度補償電流生成手段１１により生成される電流を用いてオフセットの温度依存性を補償する。この作用は、センサ１００の感度を補償する場合と同じである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態のセンサ出力補償回路の構成図である。ここでは、センサ１００が圧力センサであるものとして説明する。また、センサ１００とその出力を補償する回路とが同一半導体基板上に形成される場合を想定して説明する。
【００１３】センサ１００は、ブリッジ状に接続された４個の抵抗体を含み、センサ駆動部２０により駆動電流が供給される。これらの抵抗体は、圧力の変化に応じてその抵抗値が変化する。センサ１００は、ブリッジ状に接続された４個の抵抗体の各中点（点Ｃおよび点Ｄ）の各電位を出力する。
【００１４】センサ駆動部２０は、抵抗Ｒ４を介して駆動電流をセンサ１００に供給する。この駆動電流は、温度に依存しない定電流である。また、センサ駆動部２０は、センサ１００の感度を調整するための電圧を出力する電圧源２１、およびアンプＡ１を有する。アンプＡ１の非反転端子には電圧源２１の出力が印加され、その反転端子にはセンサ１００の点Ａが接続されている。さらに、アンプＡ１の出力は、センサ１００の点Ｂに接続されている。
【００１５】温度検出部３０は、温度変化を検出するための電圧を生成する電圧源３１、アンプＡ２、および温度に依存しない定電流を供給するための抵抗Ｒ１と、温度に依存した電圧を発生するための抵抗Ｒ２とを有する。従って、抵抗Ｒ１には温度係数の小さい抵抗、抵抗Ｒ２には温度係数の大きい抵抗を用いている。アンプＡ２の非反転端子には電圧源３１の出力が印加され、その反転端子には抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点（点Ｅ）が接続されている。さらに、アンプＡ２の出力は、抵抗Ｒ２の他端に接続され、さらに差動電流発生部４０に接続されている。
【００１６】差動電流発生部４０は、温度検出部３０のゼロ点の調整のための温度に依存しない電圧を出力する電圧源４１、互いに等しい電流を生成する定電流源Ｉ1 およびＩ2 、互いに特性が等しいトランジスタＱ１およびＱ２、それぞれトランジスタＱ１およびＱ２に対して設けられたアンプＡ３およびＡ４、トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２の各ソース端子を接続する抵抗Ｒ３、および互いに特性が等しいトランジスタＱ３およびＱ４を備える。アンプＡ３には、温度検出部３０の出力が入力され、アンプＡ４には電圧源４１の出力が入力されている。
【００１７】アンプＡ３およびＡ４の出力が互いに同じ状態である場合には、トランジスタＱ１、Ｑ３を介して流れる電流と、トランジスタＱ２、Ｑ４を介して流れる電流とが互いに一致し、抵抗Ｒ３には電流が流れない。ところが、温度変化に伴って抵抗Ｒ２の抵抗値が変化し、これにより温度検出部３０の出力が変化すると、トランジスタＱ１、Ｑ３を介して流れる電流とトランジスタＱ２、Ｑ４を介して流れる電流とのバランスが崩れ、その差分（電流差）が抵抗Ｒ３を介して流れる。たとえば、定電流源Ｉ1 およびＩ2 により生成される電流をそれぞれｉとし、温度変化により抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ１側からトランジスタＱ２側に電流Δｉが流れたとすると、トランジスタＱ３を介して流れる電流がｉ−Δｉとなり、トランジスタＱ４を介して流れる電流がｉ＋Δｉとなる。
【００１８】トランジスタＱ３およびＱ５は互いに同じ特性を有し、これら２つのトランジスタによりカレントミラーが構成されている。したがって、トランジスタＱ５には、トランジスタＱ３と同じ電流が流れる。トランジスタＱ１０は、トランジスタＱ５と直列に接続されている。すなわち、トランジスタＱ１０には、トランジスタＱ５と同じ電流が流れる。この結果、トランジスタＱ１０には、トランジスタＱ３と同じ電流が流れることになる。
【００１９】補償電流出力部５０は、センサ１００の感度の温度依存性を補償するための電流を生成する回路であり、補償電流出力部６０は、センサ１００の出力のオフセットの温度依存性を補償するための電流を生成する回路でる。補償電流出力部５０および６０の構成は、互いに同じであるので、以下では、補償電流出力部５０について説明をし、補償電流出力部６０についてはその説明を省略する。
【００２０】補償電流出力部５０は、複数の電流生成回路から構成されている。図２に示す例では２段構成である。同図において、第１段は、トランジスタＱ６、Ｑ１１、Ｑ１５、Ｑ１９から構成されており、第２段は、トランジスタＱ８、Ｑ１３、Ｑ１６、Ｑ２０から構成されている。第１段において、トランジスタＱ６はトランジスタＱ４とカレントミラーを構成し、トランジスタＱ１１はトランジスタＱ１０とカレントミラーを構成している。これらのカレントミラーの比率は、ともに１：１である。
【００２１】トランジスタＱ１５およびＱ１９は、端子Ｔs0の入力信号に従ってオン／オフ状態が切替えられるスイッチである。端子Ｔs0に「Ｌ」レベルが入力されると、トランジスタＱ１５およびＱ１９はオフ状態となり、トランジスタＱ６およびＱ１１には電流が流れない。一方、端子Ｔs0に「Ｈ」レベルが入力されると、トランジスタＱ１５およびＱ１９はオン状態となり、トランジスタＱ６にはトランジスタＱ４と同じ電流が流れ、トランジスタＱ１１にはトランジスタＱ１０と同じ電流が流れる。ここで、トランジスタＱ１０にはトランジスタＱ３と同じ電流が流れるので、トランジスタＱ１１にはトランジスタＱ３と同じ電流が流れることになる。したがって、たとえば、トランジスタＱ３を介して流れる電流がｉ−Δｉ、トランジスタＱ４を介して流れる電流がｉ＋Δｉであると、トランジスタＱ１１を介して流れる電流がｉ−Δｉ、トランジスタＱ６を介して流れる電流がｉ＋Δｉとなる。このように、トランジスタＱ１１およびトランジスタＱ６を介して流れる電流が異なると、その差分（２Δｉ）がトランジスタＱ１５とトランジスタＱ１９との接続点から出力（掃出し、または、吸込み）される。即ち、補償電流出力部５０の第１段目の電流生成回路は、端子Ｔs0に「Ｈ」レベルが入力されると、差動電流発生部４０における差動電流（抵抗Ｒ３を介して流れる電流）の２倍の大きさの電流を出力する。
【００２２】補償電流出力部５０の第２段において、トランジスタＱ８はトランジスタＱ４とカレントミラーを構成し、トランジスタＱ１３はトランジスタＱ１０とカレントミラーを構成している。これらのカレントミラーの比率は、１：２である。トランジスタＱ８およびＱ１３は、それぞれ、たとえば、トランジスタＱ６と同じトランジスタを２つ並列に接続することによって構成される。従って、上述のように、トランジスタＱ３およびＱ４を介して流れる電流がそれぞれｉ−Δｉおよびｉ＋Δｉであるときに、端子Ｔs1に「Ｈ」レベルが入力されると、トランジスタＱ１３を介して流れる電流が２・（ｉ−Δｉ）、トランジスタＱ８を介して流れる電流が２・（ｉ＋Δｉ）となる。この場合、これら２つのトランジスタを流れる電流の差分（４Δｉ）がトランジスタＱ１６とトランジスタＱ２０との接続点から掃き出される。即ち、補償電流出力部５０の第２段目の電流生成回路は、端子Ｔs1に「Ｈ」レベルが入力されると、差動電流発生部４０における差動電流（抵抗Ｒ３を介して流れる電流）の４倍の電流を出力する。
【００２３】補償電流出力部５０の各段ごとに生成された電流は加算されて出力される。すなわち、上述の例の場合、端子Ｔs0およびＴs1に「Ｈ」レベルが入力されると、補償電流出力部５０は、電流６Δｉを出力する。
【００２４】図３は、補償電流出力部５０の構成を説明する図である。本実施形態では、補償電流出力部５０は、２つの電流生成部を有する。各電流生成部は、それぞれ５段の電流生成回路から構成されている。第１〜５段の電流生成回路は、差動電流発生部４０に設けられているトランジスタＱ３およびＱ４に対してそれぞれカレントミラーの比率が１：１、１：２、１：４、１：８、１：１６である１組のトランジスタを有する。また、これら２つの電流生成部は、互いに大きさが同じで且つ流れる方向が反対の電流を生成する。
【００２５】各段の電流生成回路は、それぞれ、メモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ）に格納されている情報により制御される。ここで、メモリは、図１の記憶手段９に対応し、図２においては省略されている。補償電流出力部５０を制御するための情報は、６ビットである。ビットｓ０〜ｓ４は、それぞれ各段に設けられている端子Ｔs0〜Ｔs4および端子Ｔs0' 〜Ｔs4' に入力される。ビットｓ５は、切換え回路を制御する。例えば、メモリに格納されている情報ｓ０〜ｓ５が、”０１０１１１”であれば、第１の電流生成部は、第１、２、３、５段の電流生成回路から出力される電流の和として「−４６Δｉ」を出力し、第２の電流生成部は、第１、２、３、５段の電流生成回路から出力される電流の和として「＋４６Δｉ」を出力する。そして、切換え回路は、ビットｓ５に従って、第１または第２の電流生成部の出力の一方を選択して出力する。
【００２６】このように、補償電流出力部５０は、メモリに設定されている情報に従い、−６３Δｉ〜＋６３Δｉの範囲で、差動電流発生部４０において検出された差動電流に比例する電流を出力する。上記メモリに設定される情報は、この比例関係の比例係数を決定している。ここで、差動電流発生部４０において検出される差動電流は、温度に依存して変化する。即ち、補償電流出力部５０は、温度に依存して変化する電流に比例する電流であって、その比例係数がメモリに設定されている情報によって決まる電流を出力する。
【００２７】尚、補償電流出力部６０は、補償電流出力部５０と同じ構成であるが、補償電流出力部５０に与えられる制御情報（メモリに格納されている６ビットの情報）と独立した６ビットの制御情報が与えられる。これら２つの６ビット情報は、同じメモリ内の異なる領域に格納される。
【００２８】差動増幅器７０は、アンプＡ５を用いてセンサ１００の出力を増幅する。アンプＡ５の出力は、抵抗Ｒ５を介してその反転入力に帰還されている。また、アンプＡ５の非反転入力には、抵抗Ｒ６を介して加算器８０の出力が供給される。
【００２９】加算器８０は、アンプＡ６を含む。アンプＡ６の非反転入力には、電圧源９１の出力が供給されている。電圧源９１は、オフセット電圧調整用の電圧を出力する。アンプＡ６の出力は、抵抗Ｒ７を介してその反転入力に接続されている。また、アンプＡ６の反転入力には、補償電流出力部６０の出力が帰還される。
【００３０】図４は、センサ出力の温度依存性を説明する図である。圧力変化に対する出力電圧の変化の割合、すなわち「感度」は、図４(a) に示すように、温度に依存して変わってしまう。感度は、グラフ上では「傾き」として表される。本実施形態では、補償電流出力部５０により生成される電流を用いて、この感度の変化を補償し、温度が変化した場合であっても一定の感度を維持するようにしている。
【００３１】また、センサ１００の出力に加えられる「オフセット」も、図４(b) に示すように、温度に依存して変化する。本実施形態では、補償電流出力部６０により生成される電流を用いて、このオフセットの変化を補償し、温度が変化した場合であっても一定のオフセットを維持するようにしている。
【００３２】次に、上記構成のセンサ出力補償回路の動作を説明する。ここでは、センサ１００の出力電圧が圧力変化ΔＰ（基準圧力からの変化量）に比例して変化し、出力電圧Ｖout がセンサ１００に流れる電流Ｉs およびセンサ１００全体の抵抗Ｒに比例するものとして説明する。なお、センサ１００に流れる電流Ｉs は、センサ駆動部２０から供給される電流に、補償電流出力部５０から供給される電流が加算されたものである。
【００３３】出力電圧Ｖout は、(1) 式のように表される。
【００３４】
【数１】

【００３５】ここで、Ｋは比例係数である。また、Ｖoff は、差動増幅部７０において与えられるオフセット電圧である。
感度についてまず、センサ１００の感度の補償について説明する。したがって、上記(1) 式において、Ｖoff ＝０とする。
【００３６】センサ１００の抵抗値は、上述したように、温度に依存して変化する。この温度係数をαとする。このため、出力電圧Ｖは、圧力変化ΔＰが一定であったとしても温度に依存して変化する。この出力電圧Ｖの温度係数をβとする。ここで、温度Ｔ0 のときの出力電圧をＶout とすると、温度Ｔ1 のときの出力電圧は(2)式のように表される。
【００３７】
【数２】

【００３８】なお、温度Ｔ0 において、電圧源４１の出力電圧と、温度検出部３０の出力電圧とが一致するように、電圧源４１が予め調整されているものとする。また、差動電流発生部４０において差動電流が流れる抵抗Ｒ３は、センサ１００を構成する抵抗体と同じ温度特性を有するように形成する。これらの抵抗は、半導体領域上に不純物を適当に拡散させることにより形成した拡散抵抗である。本実施形態は、センサ１００と補償回路とを同一半導体チップ上に形成することを前提としているので、これらの抵抗を同一の拡散工程で形成すれば、温度特性は互いに同じになる。
【００３９】温度検出部３０の出力電圧は、温度に比例して変化する。温度が１℃変化したときの温度検出部３０の出力電圧の変化量、すなわち温度に対する出力電圧の変化率をＡ（Ｖ／℃）とすると、抵抗Ｒ３の温度係数とセンサ１００を構成する抵抗体の温度係数とが同じであることを考慮すると、補償電流出力部５０により生成される感度補償電流Ｉtsは、(3) 式で表される。
【００４０】
【数３】

【００４１】ここで、γは、図３に示したメモリに設定する情報により調整可能な比例係数である。センサ１００を流れる電流Ｉs は、センサ駆動部２０から供給される電流Ｉsoに、補償電流出力部５０から供給される感度補償電流Ｉtsが加算されたものである。したがって、(4) 式が得られる。
Ｉs ＝Ｉso＋Ｉts (4)上記(2) 式、および(4) 式より、下記(5) 式が得られる。
【００４２】
【数４】

【００４３】(5) 式において温度に依存する項に着目すると、下記(6) 式が得られ、さらにその(6) 式から(7) 式が得られる。
【００４４】
【数５】

【００４５】(7) 式において、βは、出力電圧Ｖout の温度係数であり、γは、図３に示したメモリに設定する情報により調整可能な比例係数である。すなわち、出力電圧Ｖout の温度係数は、図３に示したメモリに設定する情報を用いて調整することができ、その値を適当に設定することにより、出力電圧Ｖout の温度係数を０にすることができる。
【００４６】温度検出部３０において、抵抗Ｒ１の抵抗値は、基本的に温度に依存しないので、その温度係数α１を０とし、抵抗Ｒ２の抵抗値の温度係数α２を単にαとする。また、電圧源３１の出力電圧をＶcref、電源電圧をＶcc、温度検出部３０の出力電圧をＶT とすると、(8) 式が得られる。
【００４７】
【数６】

【００４８】ここで、予め温度Ｔ0 において、電圧源４１の出力電圧が温度検出部３０の出力電圧ＶT と一致するように調整されている。即ち、温度Ｔ0 においては、トランジスタＱ１のおよびトランジスタＱ２の各制御端子に印加される電圧が互いに一致している。この場合、抵抗Ｒ３には電流は流れない。
【００４９】温度Ｔ1 になると、(8) 式に示したように、温度検出部３０の出力電圧ＶT が変化する。一方、電圧源４１の出力電圧は、温度に依存しない。したがって、温度がＴ0 からＴ1 に変化すると、電圧源４１の出力電圧と温度検出部３０の出力電圧ＶT との差分である差動入力電圧ΔＶT は、温度検出部３０の出力電圧ＶTの変化量となる。差動入力電圧ΔＶT を(9) 式に示す。また、(9) 式より、差動入力電圧の変化率Ａは、(10)式のように表される。
【００５０】
【数７】

【００５１】(9) 及び(10)式に示すように、差動入力電圧ΔＶT は、温度変化量に比例し、その変化率Ａは定数となる。そして、(6) 、(7) 式より、センサ１００の出力電圧は、温度変化量に比例することになる。換言すれば、センサ１００の出力電圧は、センサ１００の入力電圧に比例することになり、感度補償電流Ｉtsによって生じるセンサ１００の入力電圧の変化量ΔＶtsは、温度に比例することから、感度補償電流Ｉtsによって生じる分のセンサ１００の出力電圧も温度に比例することになる。
【００５２】本実施形態では、センサ１００を構成する抵抗体の温度特性および差動電流発生部４０において差動電流を流す抵抗Ｒ３が互いに同じ温度特性を有するように構成したので、感度補償電流Ｉtsが大きい場合であってもセンサ１００の感度の温度依存性を補償できる。
オフセットについてオフセット電圧Ｖoff を補償するためのオフセット補償電流Ｉtzは、補償電流出力部６０により生成される。オフセット補償電流Ｉtzは、温度検出部３０の出力の温度変化に対する比例係数をεとすると、下記(11)式により表される。
【００５３】
【数８】

【００５４】ここで、比例係数εは、補償電流出力部６０の各段の電流生成回路のオン／オフ状態を指示する情報（図３のメモリに格納される情報に相当する）により調整可能である。
【００５５】加算器８０において使用される抵抗Ｒ７は、抵抗Ｒ３と同じ温度特性のものを用いる。この場合、オフセット補償電流Ｉtzにより発生するオフセット電圧Ｖtzは、(12)式で表される。
【００５６】
【数９】

【００５７】(11)式において、εは、上述したように、メモリに設定する情報により調整可能な比例係数である。すなわち、オフセット電圧Ｖoff は、メモリに設定する情報を用いて調整することができ、その値を適当に設定することにより、オフセット電圧Ｖoff が温度に依存することなく一定になるようにすることができる。
【００５８】次に、補償電流出力部５０および６０の調整方法を説明する。ここでは、センサの感度が規格通りであり、且つ所定の圧力が与えられたときに予め決められた所定の電圧を出力するように調整するものとする。また、ここでは、本発明を理解しやすくするために、調整方法を簡略化して説明する。
【００５９】まず、温度Ｔ0 において、補償電流出力部５０および６０に制御データとして「オール０」を入力した後、センサ１００の感度が規格の値になるように電圧源２１の出力電圧を調整し、また、圧力Ｐ2 を印加した際の出力電圧Ｖout が規格の値になるように電圧源９１の出力電圧を調整する。尚、制御データが「０」の場合は、対応する端子（Ｔs0、Ｔs1、．．．Ｔz0、Ｔz1、．．．）に「Ｌ」レベルが入力され、その段の電流生成回路には電流が流れない状態となるものとしている。
【００６０】次に、補償電流出力部５０および６０に制御データとして「オール１」を設定する。制御データが「オール１」の場合は、対応する端子（Ｔs0、Ｔs1、．．．Ｔz0、Ｔz1、．．．）に「Ｈ」レベルが入力され、その段の電流生成回路に電流が流れている状態となる。この状態において、圧力Ｐ2 を印加した際の出力電圧Ｖout が、上記電圧源９１を用いて調整した電圧値となるように、電圧源４１の出力電圧を調整する。このとき、補償電流は０であり、電圧源４１の出力電圧と温度検出部の出力電圧ＶT とは一致している。
【００６１】続いて、温度Ｔ1 において以下の手順を行う。ここでは、最初、補償電流出力部６０に入力する制御データを「オール０」に設定しておく。図５を参照しながら説明する。
(a) 圧力Ｐ1 において、補償電流出力部５０に対する制御データをＫ1 として出力電圧■、および補償電流出力部５０に対する制御データをＫ2 として出力電圧■を測定する。
(b) 圧力Ｐ2 において、補償電流出力部５０に対する制御データをＫ1 として出力電圧■、および補償電流出力部５０に対する制御データをＫ2 として出力電圧■を測定する。
(c) 出力電圧■と出力電圧■とを結ぶ直線と、出力電圧■と出力電圧■とを結ぶ直線との交点を求める。この交点を０点とする。そして、上記０点と圧力＝Ｐ2 上の所定の点とを結ぶ直線の傾きが規格感度に対応する値になるような圧力＝Ｐ2 上の点（出力電圧■）を算出する。
(d) 圧力Ｐ2 において出力電圧が点■に一致するように補償電流出力部５０に対する制御データを調整する。
(e) 圧力Ｐ2 において、出力電圧が予め決められている規格値■に一致するように補償電流出力部６０に対する制御データを調整する。
(f) 上記(d) および(e) で得た各制御データをメモリに書き込む。
【００６２】上述のようにして制御データが決定されてメモリに書き込まれると、以降、そのデータは保持される。これらの制御データは、温度に依存して変化する差動電流をその差動電流に比例する電流に変換する際の比例係数に相当する。したがって、この操作は、実質的に、差動電流を流す抵抗Ｒ３および加算器８０に用いられている抵抗Ｒ７をトリミングする工程に対応する。
【００６３】このように、本実施形態では、レーザトリミングを行うことなくセンサ出力の温度依存性を補償するための調整を行うことができる。したがって、調整工程が簡易化される。
【００６４】本発明の他の実施形態について説明する。図６は、他の実施形態のセンサ出力補償回路の構成図である。図６に示す補償回路は、センサ１００とは異なる半導体チップ上に形成される構成を想定する。
【００６５】図６に示す補償回路は、基本的には、図２に示した補償回路と同じ構成であるが、センサ駆動部の構成が異なる。すなわち、図２に示した補償回路のセンサ駆動部２０は、センサ１００を電流駆動していたが、図６に示す補償回路のセンサ駆動部１１０は、センサ１００を電圧駆動する。すなわち、センサ駆動部１１０は、センサ１００の感度を調整するための電圧を出力する電圧源１１１、およびアンプＡ１１を有する。アンプＡ１１の非反転端子には電圧源１１１の出力が印加され、その反転端子には、補償電流出力部５０から出力される感度補償電流Ｉtsが入力される。また、アンプＡ１１の出力は、抵抗Ｒ１１を介してその反転端子に帰還される。このように、アンプＡ１１および抵抗Ｒ１１により加算器が構成されている。そして、アンプＡ１１の出力がセンサに印加される。
【００６６】図６に示すセンサ出力補償回路の動作を説明する。この動作は、図２に示したセンサ出力補償回路の動作と共通点が多いので、重複する部分は省略する。センサ１００は、圧力変化量ΔＰおよび駆動電圧に比例した電圧を出力するものとする。この場合、出力電圧Ｖout は、センサ駆動部１１０の出力電圧をＶsとすると、(21)式のように表される。
【００６７】
【数１０】

【００６８】まず、感度について考察するため、上記(21)式においてＶoff ＝０とする。上述したように、センサの出力は温度に依存して変化する。この出力電圧Ｖout の温度係数をβとする。ここで、温度Ｔ0 のときの出力電圧をＶout とすると、温度Ｔ1 のときの出力電圧は、(22)式のように表される。
【００６９】
【数１１】

【００７０】なお、温度Ｔ0 において、電圧源４１の出力電圧と、温度検出部３０の出力電圧とが一致するように、電圧源４１が予め調整されているものとする。また、差動電流発生部４０において差動電流が流れる抵抗Ｒ３、およびセンサ駆動部１１０に設けられる抵抗１１は、互いに同じ温度特性を有するように形成されているものとする。抵抗Ｒ３およびＲ１１の温度係数をαとする。
【００７１】温度検出部３０の出力電圧は、温度に比例して変化する。温度が１℃変化したときの温度検出部３０の出力電圧の変化量をΔＶT （Ｖ／℃）とすると、補償電流出力部５０により生成される感度補償電流Ｉtsは、(23)式で表される。なお、γは、調整可能な比例係数である。
【００７２】
【数１２】

【００７３】また、この感度補償電流Ｉtsにより発生するセンサ１００への印加電圧は、下記(24)式により表される。
【００７４】
【数１３】

【００７５】このように、感度補償電流Ｉtsにより発生するセンサ１００への印加電圧は、温度変化量に比例する。また、センサ１００に印加される電圧は、(25)式に示すように、温度に依存しない電圧と、温度に依存する電圧（感度補償電流Ｉtsにより発生する電圧）とを合わせたものである。
Ｖs ＝ＶSO＋Ｖts (25)上記(22)式、および(25)式より、下記(26)式が得られる。
【００７６】
【数１４】

【００７７】(26)式において温度に依存する項に着目すると、下記(27)式が得られる。
【００７８】
【数１５】

【００７９】(27)式において、βは、出力電圧Ｖout の温度係数であり、γは、調整可能な比例係数である。すなわち、γを適当に設定することにより、出力電圧Ｖout の温度係数をなくすことができる。
【００８０】なお、上記構成では、差動電流を流す抵抗Ｒ３および感度補償電流を電圧に変換して電圧源１１１の出力電圧に加算する加算器の抵抗Ｒ１１が互いに同じ温度特性を有するように構成したので、感度補償電流Ｉtsが大きい場合であってもセンサ１００の感度の温度依存性を補償できる。
【００８１】図６に示すセンサ出力補償回路において、オフセットを補償する構成および作用については、図２に示して回路と同じなので、説明を省略する。上記他の実施形態によれば、センサとそのセンサの出力を補償する回路とが互いに異なるチップ上に形成される場合であっても、センサの温度依存性を補償できる。
【００８２】なお、上記実施例では、圧力センサを採り上げて説明したが、本発明は、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含むセンサの出力を補償する回路に広く適用可能である。
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体を含むセンサの出力を補償する回路において、温度補償回路を調整するための情報メモリに格納し、その格納した情報を使って温度補償動作を行う構成を導入したので、温度補償回路の調整の際のレーザトリミング工程が不要となる。このため調整作業が簡単になる。
【出願人】 【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
【出願日】 平成９年（１９９７）１０月３日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
【公開番号】 特開平１１−１０８７８６
【公開日】 平成１１年（１９９９）４月２３日
【出願番号】 特願平９−２７１１６９