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JPH0351040B2 - - Google Patents
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JPH0351040B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0351040B2
JPH0351040B2 JP56196848A JP19684881A JPH0351040B2 JP H0351040 B2 JPH0351040 B2 JP H0351040B2 JP 56196848 A JP56196848 A JP 56196848A JP 19684881 A JP19684881 A JP 19684881A JP H0351040 B2 JPH0351040 B2 JP H0351040B2
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sensor
signal
output
conversion means
signal processing
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JP56196848A
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Ikuro Masuda
Masahiro Ueno
Takao Sasayama
Kazuo Kato
Kazuji Yamada
Motohisa Nishihara
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセンサ信号処理回路に係り、特に回路
の共通化、調整時間の短縮に好適なセンサ信号処
理回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a sensor signal processing circuit, and particularly to a sensor signal processing circuit suitable for commonizing circuits and shortening adjustment time.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、センサ信号処理回路は、一般に、アナロ
グ演算回路で構成されており、その一例を第1図
に示す。第1図は、圧力伝送器を示し、電源1を
伝送路2を介してブリツジ励起回路3に供給する
ことにより、このブリツジ励起回路3を駆動し、
これによつて得られるブリツジ(センサを含む)
4の出力を電圧−電流変換回路5により増幅して
電流に変換し、この変換電流である出力によつて
伝送路2に流れる電流を制御しており、前記電源
1と直列接続される負荷抵抗7の両端にセンサ出
力に応じた電圧を発生させるようにしている。こ
の方式は、伝送路2にて電源供給と信号伝送の機
能をもたせ、簡易な伝送を可能にするものであ
る。また、この演算回路では、温度特性、非線形
性、オフセツト等の補償も併せて行つている。
Conventionally, sensor signal processing circuits have generally been composed of analog arithmetic circuits, an example of which is shown in FIG. FIG. 1 shows a pressure transmitter, which drives the bridge excitation circuit 3 by supplying a power source 1 to the bridge excitation circuit 3 through a transmission line 2,
The resulting bridge (including the sensor)
4 is amplified and converted into a current by a voltage-current conversion circuit 5, and the output, which is this converted current, controls the current flowing through the transmission line 2, and a load resistor connected in series with the power supply 1. A voltage corresponding to the sensor output is generated across the sensor 7. In this method, the transmission line 2 has the functions of power supply and signal transmission, and enables simple transmission. In addition, this arithmetic circuit also compensates for temperature characteristics, nonlinearity, offset, etc.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、第1図の回路は上述したようにアナロ
グ演算回路を中心に構成されているため、次のよ
うな欠点があつた。
However, since the circuit shown in FIG. 1 is mainly composed of analog arithmetic circuits as described above, it has the following drawbacks.

(1) 部品数が多い。(1) There are many parts.

(2) センサの種類によつて異なる演算を実行する
ため、各センサに応じて演算回路を個別に設計
しなければならない。
(2) Different calculations are performed depending on the type of sensor, so the calculation circuit must be designed individually for each sensor.

(3) 調整個所が多く、個々のセンサに対して多く
の調整時間を必要とする。
(3) There are many adjustment points, and it takes a lot of time to adjust each sensor.

(4) 温度特性、非線形性、オフセツト等の補償を
アナログ演算回路を中心に構成しているため、
補償特性が制約されるとともに固定されるの
で、精度向上に限界がある。
(4) Compensation for temperature characteristics, nonlinearity, offset, etc. is mainly composed of analog calculation circuits, so
Since the compensation characteristics are constrained and fixed, there is a limit to the accuracy improvement.

本発明の目的は、最小の部品で構成でき、汎用
性が高く、調整が容易でかつ高い精度で線形性を
改善できるセンサ信号処理回路を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a sensor signal processing circuit that can be configured with a minimum number of components, has high versatility, is easy to adjust, and can improve linearity with high accuracy.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、上記目的を達成するため、主センサ
からのアナログ信号とこの主センサの周囲温度を
含む状態量を検出する少なくとも1つの補助セン
サからのアナログ信号とを取込んでそれぞれデジ
タル信号に変換するAD変換手段と、少なくとも
前記主センサにかかるAD変換手段のオフセツト
量を検出するオフセツト量検出手段と、前記AD
変換手段から出力される前記主センサのデジタル
信号から前記検出されたオフセツト量を除去する
補正をし、この補正された主センサのデジタル信
号を、前記AD変換手段から出力される前記補助
センサのデジタル信号に基づいて補正するデジタ
ル演算装置と、このデジタル演算装置により補正
された前記主センサの信号を外部に伝送する出力
手段とを具備してなるセンサ信号処理装置とした
ことにある。
In order to achieve the above object, the present invention takes in an analog signal from a main sensor and an analog signal from at least one auxiliary sensor that detects a state quantity including the ambient temperature of this main sensor, and converts each into a digital signal. AD conversion means for detecting an offset amount of the AD conversion means applied to at least the main sensor;
A correction is made to remove the detected offset amount from the digital signal of the main sensor outputted from the conversion means, and the corrected digital signal of the main sensor is converted into the digital signal of the auxiliary sensor outputted from the AD conversion means. The sensor signal processing device is provided with a digital arithmetic device that performs correction based on a signal, and an output means that transmits the signal of the main sensor corrected by the digital arithmetic device to the outside.

また、本発明の他の発明は、主センサからのア
ナログ信号とゼロ基準信号とを入力とし、いずれ
か一方の信号を初替えて出力するスイツチ手段
と、このスイツチ手段の出力を取り込んでデジタ
ル信号に変換する第1のAD変換手段と、前記ス
イツチ手段を前記ゼロ基準信号側に切替える指令
を出力するとともに、この信号の出力期間におけ
る前記第1のAD変換手段の出力信号を保持手段
に一旦保持させる制御手段と、前記主センサの周
囲温度を含む状態量を検出する補助センサからの
アナログ信号を取り込んでデジタル信号に変換す
る第2のAD変換手段と、前記第1のAD変換手
段から出力される前記主センサの出力信号から前
記保持手段に保持されている前記第1のAD変換
手段の出力信号を減算し、この減算処理された主
センサの出力信号を前記第2のAD変換手段から
出力される前記補助センサの出力信号に基づいて
補正するデジタル演算装置と、このデジタル演算
装置により補正された前記主センサの出力信号を
外部に伝送する出力手段とを具備してなるセンサ
信号処理装置としたことにある。
Further, another invention of the present invention provides a switch means which inputs an analog signal from the main sensor and a zero reference signal and outputs either one of the signals after switching the output, and a digital signal which takes in the output of the switch means. outputting a command to switch the switch means to the zero reference signal side, and temporarily holding the output signal of the first AD conversion means during the output period of this signal in the holding means. a second AD conversion means that captures an analog signal from an auxiliary sensor that detects a state quantity including the ambient temperature of the main sensor and converts it into a digital signal; subtracting the output signal of the first AD converting means held in the holding means from the output signal of the main sensor, and outputting the subtracted output signal of the main sensor from the second AD converting means. a sensor signal processing device comprising: a digital arithmetic device that corrects the output signal of the auxiliary sensor based on the output signal of the auxiliary sensor; and an output means that transmits the output signal of the main sensor corrected by the digital arithmetic device to the outside; It's what I did.

〔作用〕[Effect]

このように構成されることから、本発明によれ
ば、次の作用により、上記本発明の目的が達成さ
れる。
With this configuration, according to the present invention, the above object of the present invention is achieved through the following actions.

すなわち、主センサの出力信号と真の測定値
(出力)との間には、主センサの周囲温度を含む
状態量(主センサ及びセンサ信号処理回路の周囲
の温度、電源電圧等を含めて、以下環境状態量と
いう)によつて、一定の関係の非線形性又は誤差
が存在する。そこで、それらの環境状態量を補助
センサで測定し、これに基づいて主センサの出力
信号を補正することにより、真の測定値が高い精
度で得られる。特に、周囲温度等が変化すると、
真の測定値の非線形性自体が変化する。この点本
発明では補助センサにより周囲温度を測定して主
センサ出力を補正するようにしていることから、
高い精度で線形性を改善できる。
That is, between the output signal of the main sensor and the true measured value (output), there is a state quantity including the ambient temperature of the main sensor (including the ambient temperature of the main sensor and sensor signal processing circuit, power supply voltage, etc.). (hereinafter referred to as environmental state quantities), there is a nonlinearity or error in a certain relationship. Therefore, by measuring these environmental state quantities with an auxiliary sensor and correcting the output signal of the main sensor based on this, true measured values can be obtained with high accuracy. In particular, when the ambient temperature etc. changes,
The nonlinearity of the true measurement value itself changes. In this regard, in the present invention, since the ambient temperature is measured by the auxiliary sensor and the main sensor output is corrected,
Linearity can be improved with high accuracy.

しかも、上記補正処理をデジタル演算装置によ
り行うようにしたことから、アナログ演算回路の
ような補償特性の制約がなく、広い範囲にわたつ
て一層高精度の補正を行うことができる。また、
補正データや係数等の補正プログラムをデジタル
演算装置に設定するだけで、各種のセンサに対応
させることができ、最小の部品で構成でき、汎用
性が高く、調整作業を容易にすることができる。
Furthermore, since the above-mentioned correction processing is performed by a digital arithmetic unit, there are no restrictions on compensation characteristics as in an analog arithmetic circuit, and it is possible to perform correction with higher accuracy over a wide range. Also,
By simply setting a correction program such as correction data and coefficients in a digital arithmetic unit, it can be made compatible with various types of sensors, can be configured with a minimum number of parts, has high versatility, and can simplify adjustment work.

しかも、少なくとも前記主センサにかかるAD
変換手段のオフセツト量を検出するオフセツト量
検出手段を設け、前記AD変換手段から出力され
る前記主センサのデジタル信号から前記検出され
たオフセツト量を除去する補正をするようにして
いることから、AD変換手段の温度や電源電圧変
動に起因するオフセツト等の誤差を除去できるの
で、一層精度が向上する。
Moreover, at least the AD applied to the main sensor is
An offset amount detection means for detecting an offset amount of the conversion means is provided, and a correction is made to remove the detected offset amount from the digital signal of the main sensor output from the AD conversion means. Since errors such as offsets caused by temperature and power supply voltage fluctuations of the converting means can be removed, accuracy is further improved.

また、本発明の他の発明によれば、AD変換手
段が主センサ用と補助センサ用とにそれぞれ分か
れている場合であり、スイツチ手段をゼロ基準側
に切り替えれば、AD変換手段のオフセツト量等
の誤差が保持手段に保持される。そして、デジタ
ル演算手段により、主センサのデジタル信号から
上記オフセツト量等が減算除去される。したがつ
て、簡単な構成によりAD変換手段の正しいオフ
セツト量を検出できる。第1のAD変換回路の温
度や電源電圧変動に起因するオフセツト等の誤差
分を除去することができ、一層精度が向上する。
Further, according to another invention of the present invention, in the case where the AD conversion means is divided into one for the main sensor and one for the auxiliary sensor, if the switch means is switched to the zero reference side, the offset amount of the AD conversion means, etc. The error is held in the holding means. Then, the offset amount and the like are subtracted and removed from the digital signal of the main sensor by the digital calculation means. Therefore, the correct amount of offset of the AD conversion means can be detected with a simple configuration. Errors such as offsets caused by temperature and power supply voltage fluctuations of the first AD conversion circuit can be removed, further improving accuracy.

ここで、さらに具体的に本発明について説明す
る。センサやアナログ回路が製品として提供され
た場合、通常、エイジングの処理により経年変化
は比較的問題とならないが、 温度、あるいは電源電圧に対する依存性 入力と出力信号の間の非線形 等が問題となり、一般的に真の測定値(出力)と
これらの変数との間には次式で示すような関数関
係で表わされる。
Here, the present invention will be explained in more detail. When sensors and analog circuits are provided as products, deterioration over time is usually not a problem due to aging processing, but dependence on temperature or power supply voltage, nonlinearity between input and output signals, etc. can become problems, and Generally speaking, the true measured value (output) and these variables are expressed by a functional relationship as shown in the following equation.

Vput=f(Vio,Ta,Tc,Vps) ……(1) ここで、 Vio;センサの出力信号すなわちセンサ信号処理
回路の入力信号 Ts;センサ地点の温度 Tc:センサ信号処理回路地点の温度 Vps:センサ信号処理回路の電源電圧 このため、エイジングを終了した時点で、セン
サと信号処理回路を一体化させ、Vput,Ts,Tc
TpsとVioの関係を個々に正確に測定し、これらの
アツピング関係をデイジタル的にROM(Read
Only Memory)内に係数として記憶させる。そ
して、センサ信号処理回路の使用時には、Tc
Vpsを内部(チツプ上)でセンスし、Vio,Ts
外部のセンサにより取り込み、前記係数を用いる
ことによつて、Vputを出力させる。なお、センサ
とセンサ信号処理回路を近接地点におけば、Ts
=Tcとなり次元を一つ少なくすることができる。
また、電源レギユレータの適切なものを用いれ
ば、Vps=constとし、さらに、次元を一つ下げる
ことができる。前記(1)式を用いて、出力値自体を
計算することは、マイクロ・プロセツサの原理を
利用すれば、基本的に解決できる。
V put = f (V io , Ta , T c , V ps ) ...(1) Here, V io ; Output signal of the sensor, that is, input signal of the sensor signal processing circuit T s ; Temperature at the sensor point T c : Temperature at the point of the sensor signal processing circuit V ps : Power supply voltage of the sensor signal processing circuit Therefore, when aging is finished, the sensor and the signal processing circuit are integrated, and V put , T s , T c ,
Accurately measure the relationship between T ps and V io individually, and digitally record the relationship between T ps and V io in ROM (Read
Only Memory) is stored as a coefficient. When using the sensor signal processing circuit, T c ,
V ps is sensed internally (on the chip), V io and T s are captured by external sensors, and V put is output by using the coefficients. Note that if the sensor and sensor signal processing circuit are placed in close proximity, T s
= T c , and the dimension can be reduced by one.
Furthermore, if an appropriate power supply regulator is used, V ps =const, and the dimension can be further lowered by one. Calculating the output value itself using the above equation (1) can basically be solved by utilizing the principle of a microprocessor.

一方、出力値を各種のセンサや、被測定値のダ
イナミツク・レンジに対応させるためには、補助
入力信号の点数の大小等を考慮して、アナログ信
号の流れ(結線)とゲインの設定を自由に行なえ
ることが望ましい。このためには、基本的に必要
となるプリ・アンプ,マルチ・プレクサ,AD変
換回路等を、Siウエハー上にあらかじめ形成し、
これらを最終的なアルミ配線で結びつけていく手
法が考えられ、このようにすれば、新しいセンサ
に対するセンサプロセツサを必要とする時にも、
全LSIの設計を行なうことなく、比較的短時間で
実現することができる。
On the other hand, in order to make the output value compatible with various sensors and the dynamic range of the measured value, the analog signal flow (wire connection) and gain settings can be freely set, taking into account the number of auxiliary input signals, etc. It is desirable to be able to do this. To this end, the basically necessary preamplifiers, multiplexers, AD conversion circuits, etc. are formed in advance on a Si wafer.
A method of connecting these with final aluminum wiring is considered, and in this way, even when a sensor processor is required for a new sensor,
It can be realized in a relatively short time without designing the entire LSI.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

第2図は本発明によるセンサ信号処理回路の一
実施例を示す説明図である。制御対象であるプラ
ント10の温度や圧力をそれぞれセンサ群11,
11′を介して、センサ出力信号21として、セ
ンサプロセツサ19に取り込むようになつてい
る。一般には、該信号21は信号レベルが低く、
各センサ群11,11′にそれぞれ対応したプリ
アンプ12,12′によつて増幅されるようにな
つている。たとえばプリアンプ12の増幅度は、
入力容量13と帰還容量13″との比によつて決
定される。ここで容量によつてゲインを決めてい
るのは、LSIのオンチツプで得られるインピーダ
ンス特性が、抵抗に比して、容量の方が線形特
性、温度特性が良好なためである。該プリアンプ
12,12′の出力はそれぞれAD変換器16,
16′に入り、デイジタル信号に変換されマイク
ロ・プロセツサ17に入力されるようになつてい
る。マイクロ・プロセツサ17は該デイジタル信
号を入力とし、PROM22に記憶された補正係
数を用いて、温度補正、非線形補正を行ない、補
正結果を出力回路18の入力とするようになつて
いる。出力回路18は、4〜20mAのアナログ出
力信号を送出することができ、またデイジタル信
号のままで出力することができるようになつてい
る。この出力は、センサプロセツサの出力信号2
0として外部に接続される。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an embodiment of the sensor signal processing circuit according to the present invention. The temperature and pressure of the plant 10 to be controlled are measured by sensor groups 11 and 11, respectively.
The sensor output signal 21 is input to the sensor processor 19 via the sensor 11'. Generally, the signal 21 has a low signal level;
The signals are amplified by preamplifiers 12 and 12' corresponding to each sensor group 11 and 11', respectively. For example, the amplification degree of the preamplifier 12 is
It is determined by the ratio of the input capacitance 13 and the feedback capacitance 13''.The reason why the gain is determined by the capacitance is that the impedance characteristics obtained on the LSI on-chip are This is because the preamplifiers 12 and 12' have better linear characteristics and temperature characteristics.
16', the signal is converted into a digital signal, and is input to the microprocessor 17. The microprocessor 17 receives the digital signal, performs temperature correction and nonlinear correction using the correction coefficients stored in the PROM 22, and inputs the correction results to the output circuit 18. The output circuit 18 is capable of sending out an analog output signal of 4 to 20 mA, and is also capable of outputting a digital signal as it is. This output is the output signal 2 of the sensor processor.
Connected externally as 0.

前記第2図は、特定のセンサを対象として、プ
リアンプ12,12′やAO変換器16,16′の
相互の結線が確定した場合の実施例を示している
が、先に述べたように、センサの種類や、測定対
象の動作範囲によつて、補助入力の数、プリアン
プの必要性の有無・ゲインの大きさが変わつてく
る。したがつてこの度に、センサ・プロセツサを
全面的に作り変えなければならず、コスト高とな
る。
FIG. 2 shows an example in which the mutual connections of the preamplifiers 12, 12' and the AO converters 16, 16' have been determined for a specific sensor, but as stated earlier, The number of auxiliary inputs, whether a preamplifier is necessary, and the size of the gain will vary depending on the type of sensor and the operating range of the object to be measured. Therefore, it is necessary to completely redesign the sensor/processor at this time, which increases the cost.

したがつて、センサプロセツサを全面的に作り
変える必要のないセンサ信号処理回路の実施例を
第3図および第4図を用いて説明する。半導体チ
ツプ面にはプリアンプ12A、このプリアンプ1
2Aの近傍にて配置されるコンデンサ13A〜1
3D、ゲイン設定用オペアンプ12B、このゲイ
ン設定用オペアンプ12Bの近傍にて配置される
コンデンサ13E〜13H、マルチプレクサ2
3、AD変換器16,16′、マクロプロセツサ
17、補正係数設定用のPROM22、出力駆動
回路18が組み込まれている。そして、各回路間
の結線は前記マイクロプロセツサ17、出力駆動
回路18、および補正係数設定用PROM22間
においてアルミニウム蒸着等によりなされてい
る。プリアンプ12A、コンデンサ13A〜13
D、ゲイン設定用オペアンプ12B、コンデンサ
13E〜13H、マルチプレクサ23、AD変換
器16,16′間の結線はセンサプロセツサとし
て最終的に形成する前工程で行なうようになつて
いる。すなわち、最終的に形成されたマイクロ・
プロセツサの一部断面図は第4図に示すようにな
つており、シリコンの基板50上には、ホトエツ
チング,拡散,酸化,蒸着等のプロセスを用い
て、いくつかの層が構成されている。図示右側P
−well層42上には、NMOSが形成されている。
このNMOSのドレイン44とソース44′の拡散
層の上にはアルミ電極48が形成されており、
酸化膜を介したゲートはポリシリコンにより形成
されている。その左側PMOSは前記NMOSとほ
ぼ同じ構成であることからその説明を省略する。
第4図の図示左側には、コンデンサが形成されて
いる。このコンデンサはN+拡散層43の上に形
成された酸化膜上に、一方の電極であるポリシリ
コン層47が配置され、その上に、SiO2またはナ
イトライドの誘電体膜51が形成され、その上に
他方の電極となるアルミ電極48が形成されて構
成されている。ここで、ポリシリコン層47から
なる電極からもアルミ電極が引き出され、最終工
程における配線を許す構造となつている。そし
て、このような一部配線がなされた酸化膜上には
PSG層49″が形成され、このPSG層49″には
アルミニウム層48により最終的な配線がなさ
れている。前記PSG層49″におけるアルミニウ
ム層48″は、センサの種類、測定対象の動作範
囲、補助入力の数、プリアンプの必要性の有無等
によつて決定されるものであり、第4図において
は、この部分を一点鎖線41で囲まれる部分とし
て示している。なお、同図において一点鎖線40
で囲まれる部分は、センサの種類、測定対象の動
作範囲、補助入力の数等の相異によつても配線状
態が全て同一の部分を示している。
Therefore, an embodiment of a sensor signal processing circuit that does not require a complete redesign of the sensor processor will be described with reference to FIGS. 3 and 4. There is a preamplifier 12A on the semiconductor chip surface, and this preamplifier 1
Capacitors 13A to 1 placed near 2A
3D, gain setting operational amplifier 12B, capacitors 13E to 13H placed near this gain setting operational amplifier 12B, multiplexer 2
3. AD converters 16, 16', a macro processor 17, a PROM 22 for setting correction coefficients, and an output drive circuit 18 are incorporated. Connections between the circuits are made by aluminum evaporation or the like between the microprocessor 17, the output drive circuit 18, and the correction coefficient setting PROM 22. Preamplifier 12A, capacitor 13A~13
D, the gain setting operational amplifier 12B, the capacitors 13E to 13H, the multiplexer 23, and the AD converters 16 and 16' are connected in a pre-processing process for final formation as a sensor processor. That is, the final formed micro-
A partial cross-sectional view of the processor is shown in FIG. 4, and several layers are formed on a silicon substrate 50 using processes such as photoetching, diffusion, oxidation, and vapor deposition. Right side P as shown
-NMOS is formed on the well layer 42.
An aluminum electrode 48 is formed on the diffusion layer of the drain 44 and source 44' of this NMOS.
The gate through the oxide film is formed of polysilicon. The left side PMOS has almost the same configuration as the NMOS, so its explanation will be omitted.
A capacitor is formed on the left side of FIG. 4. In this capacitor, a polysilicon layer 47 serving as one electrode is placed on an oxide film formed on an N + diffusion layer 43, and a dielectric film 51 of SiO 2 or nitride is formed on top of the polysilicon layer 47. An aluminum electrode 48 serving as the other electrode is formed thereon. Here, an aluminum electrode is also drawn out from the electrode made of the polysilicon layer 47, so that the structure allows wiring in the final process. Then, on the oxide film with such partial wiring,
A PSG layer 49'' is formed, and final wiring is provided to this PSG layer 49'' using an aluminum layer 48. The aluminum layer 48'' in the PSG layer 49'' is determined depending on the type of sensor, the operating range of the object to be measured, the number of auxiliary inputs, the necessity of a preamplifier, etc. In FIG. This portion is shown as a portion surrounded by a dashed line 41. In addition, in the same figure, the dashed line 40
The area surrounded by 2 indicates a part where the wiring state is the same even if there are differences in the type of sensor, the operating range of the object to be measured, the number of auxiliary inputs, etc.

ここで、センサとして熱電対を用いた場合のセ
ンサとセンサプロセツサとの結線、およびセンサ
プロセツサ内部の結線を第5図に示す。熱電対の
出力は10mV〜100mVの低レベルであるので、プ
リアンプ12に結線される。一方、センサ11、
プロセツサ内のプリアンプ12やAD変換器16
の温度補正を行なうためにバンド・キヤツプ電圧
等による温度センサ24を同一チツプ内に有して
いる。また、センサ・プロセツサ内のアナログ回
路は電源電圧15に依存するので、これらチツプ
温度信号と電源電圧信号をマルチプレクサ24に
より切り替えて、第2のAD変換器16′でデイ
ジタル信号に変える。この場合、第1のAD変換
器16に比して、第2のAD変換器16′の精度
は低くても良い。AD変換器16,16′以降の
結線は第2図と同じである。なお、センサ部分で
ある熱電対とセンサプロセツサ間の結線は、第6
図に示すように熱電対63は端子60を介してツ
イスト62・シールド61線により、センサプロ
セツサ19に結線されている。
FIG. 5 shows the connections between the sensor and the sensor processor when a thermocouple is used as the sensor, and the connections inside the sensor processor. Since the output of the thermocouple is at a low level of 10 mV to 100 mV, it is connected to the preamplifier 12. On the other hand, the sensor 11,
Preamplifier 12 and AD converter 16 in the processor
In order to perform temperature correction, a temperature sensor 24 using a band cap voltage or the like is included in the same chip. Further, since the analog circuit in the sensor processor depends on the power supply voltage 15, these chip temperature signals and power supply voltage signals are switched by the multiplexer 24 and converted into digital signals by the second AD converter 16'. In this case, the accuracy of the second AD converter 16' may be lower than that of the first AD converter 16. The wiring connections after the AD converters 16, 16' are the same as in FIG. Note that the connection between the thermocouple, which is the sensor part, and the sensor processor is the sixth one.
As shown in the figure, the thermocouple 63 is connected to the sensor processor 19 via a terminal 60 and a twisted 62/shield 61 wire.

前記AD変換回路16を第7図を用いて詳細に
示す。ここでは電荷平衡形のAD変換を用いてお
り、積分形であるので、プラント側のノイズに対
して有利となる。積分器36には入力信号21に
比例する電荷と、これを打ち消す逆符号の基準パ
ルス電荷が抽入される。積分器36の出力はコン
パレータ35に入力され、ある基準を越えた時、
コンパレータ35の出力が基準パルス生成回路3
2に帰還され、これによつて、積分器36の出力
レベルが一定水準の近くに保持されるよう制御さ
れる。AD変換の出力は該コンパレータ35の出
力を一定時間カウントすることにより得られる
が、この出力のままでは、AD変換部やプリアン
プ部の温度、電源電圧依存性により誤差を含むこ
とになる。従つて、必要な補正値を用いてマイク
ロ・プロセツサ17が出力を補正し、出力回路1
8に送出する。補正値は、チツプに供給されてい
る電源電位15および温度24に依存して決める
ことになるので、第2のAD変換によりこれらの
情報を取り込み、これにより補正値を選ぶことに
なる。なお、AD変換器16にはオートゼロ制御
回路30が内蔵されており、このオートゼロ制御
回路30からの出力がセンサとオペアンプ12と
の間に介在されたオートゼロ切換スイツチ37、
およびマイクロ・プロセツサ17と信号のやりと
りをするオートゼロ出力保持回路31に出力され
ることによりセンサの0点調整が行なわれるよう
になつている。すなわち、オートゼロ制御回路3
0は、例えば一定周期ごとにオーロゼロ切換スイ
ツチ37を接地電位(ゼロ基準信号)側に切替え
るとともに、オートゼロ出力保持回路31に指令
を送つて、そのときのAD変換回路16の出力を
保持させる。この保持された出力信号は、増幅器
12とAD変換回路16の温度や電源電圧の変動
に起因するオフセツト等の誤差に相当する値にな
つている。したがつて、マイクロ・プロセツサ1
7において、センサ11のAD変換出力から上記
保持されている出力信号を減算することにより、
上記オフセツト等の誤差が消去されるので、セン
サ出力の精度を一層向上できる。なお、この場合
は、増幅器12とAD変換回路16の温度を検出
して、補正する処理は不要となるのは言うまでも
ない。
The AD conversion circuit 16 will be shown in detail using FIG. Here, charge-balanced AD conversion is used, and since it is an integral type, it is advantageous against noise on the plant side. The integrator 36 receives a charge proportional to the input signal 21 and a reference pulse charge of the opposite sign that cancels the charge. The output of the integrator 36 is input to the comparator 35, and when it exceeds a certain standard,
The output of the comparator 35 is the reference pulse generation circuit 3
2, thereby controlling the output level of the integrator 36 to be maintained near a constant level. The output of AD conversion is obtained by counting the output of the comparator 35 for a certain period of time, but if this output is left as it is, it will contain errors due to the temperature and power supply voltage dependence of the AD conversion section and preamplifier section. Therefore, the microprocessor 17 corrects the output using the necessary correction value, and the output circuit 1
Send on 8th. Since the correction value is determined depending on the power supply potential 15 and temperature 24 supplied to the chip, this information is taken in by the second AD conversion, and the correction value is selected based on this information. The AD converter 16 has an auto-zero control circuit 30 built-in, and the output from the auto-zero control circuit 30 is connected to an auto-zero switch 37 interposed between the sensor and the operational amplifier 12.
The zero point adjustment of the sensor is performed by outputting the signal to an auto-zero output holding circuit 31 which exchanges signals with the microprocessor 17. That is, auto zero control circuit 3
0, for example, switches the auro-zero changeover switch 37 to the ground potential (zero reference signal) side at regular intervals, and sends a command to the auto-zero output holding circuit 31 to hold the output of the AD conversion circuit 16 at that time. This held output signal has a value corresponding to errors such as offsets caused by fluctuations in temperature and power supply voltage of the amplifier 12 and AD conversion circuit 16. Therefore, microprocessor 1
7, by subtracting the above-mentioned held output signal from the AD conversion output of the sensor 11,
Since errors such as the offset are eliminated, the accuracy of the sensor output can be further improved. In this case, it goes without saying that the process of detecting and correcting the temperatures of the amplifier 12 and AD conversion circuit 16 is unnecessary.

さらに、圧力・抵抗変換素子を用いた圧力セン
サと、センサ・プロセツサ19との接続関係を第
8図を用いて示す。センサ・プロセツサ19側か
らの定電流駆動71により、ブリツジ回路に電流
が印加され、圧力歪により正じた差電圧により圧
力を算出しようとするものである。センサ部の温
度は、ブリツジ全体の電圧降下に関係するので、
これを第1の補助入力72とする。第2の補助入
力としてはオンチツプ温度センサ24の出力、第
3の補助入力としてはチツプの電源電圧15がマ
ルチプレクサ23を介して入力されている。AD
変換器以降の回路動作は第2図と同様である。こ
の場合、PROMに保存される補正係数値は、セ
ンサの温度依存性、非線形性、オンチツプ・温度
センサの誤差、プリアンプおよび2つのAD変換
器の温度依存性、電源依存性、非線形性等を一括
して補正するように記憶されている。従つて各部
の補正をその都度行なう無駄な作業は不要とな
る。
Furthermore, the connection relationship between a pressure sensor using a pressure/resistance conversion element and the sensor/processor 19 is shown using FIG. A current is applied to the bridge circuit by a constant current drive 71 from the sensor/processor 19 side, and the pressure is calculated using a differential voltage corrected by pressure strain. The temperature of the sensor part is related to the voltage drop across the bridge, so
This is assumed to be the first auxiliary input 72. The output of the on-chip temperature sensor 24 is input as the second auxiliary input, and the chip power supply voltage 15 is input as the third auxiliary input via the multiplexer 23. A.D.
The circuit operation after the converter is the same as that shown in FIG. In this case, the correction coefficient value stored in the PROM collectively accounts for sensor temperature dependence, nonlinearity, on-chip temperature sensor error, temperature dependence, power supply dependence, nonlinearity, etc. of the preamplifier and two AD converters. It is stored so that it can be corrected. Therefore, there is no need for the wasteful work of correcting each part each time.

上述した実施例では、補正演算を行なわせるの
にマイクロ・プロセツサを用いて例示したが、マ
イクロ・プロセツサに限定する必要はなく、たと
えばDDAの加算器を、コンパレータの出力で直
接タイミングを取つて動作させるようにしてもよ
いことはもちろんである。
In the above embodiment, a microprocessor is used to perform the correction calculation, but it is not necessary to be limited to the microprocessor; for example, the DDA adder can be operated by timing directly with the output of the comparator. Of course, it is also possible to do so.

また、上述した実施例では、基本回路を同一の
チツプ上に配置して構成する例を示したが、この
構成が複数のチツプに分れても、なんら発明の本
質を損うものではないことはいうまでもない。
Furthermore, although the above-mentioned embodiment shows an example in which the basic circuit is arranged on the same chip, the essence of the invention will not be impaired in any way even if this configuration is divided into multiple chips. Needless to say.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたことから明らかなように、本発明に
よるセンサ信号処理回路によれば、最小の部品で
構成でき、汎用性が高くかつ調整が容易で高い精
度の線形性を有するものとすることができる。
As is clear from the above, the sensor signal processing circuit according to the present invention can be configured with a minimum number of components, has high versatility, is easy to adjust, and has highly accurate linearity. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のセンサ信号処理回路の一実施例
を示す回路図、第2図は本発明によるセンサ信号
処理回路の一実施例を示す回路図、第3図は本発
明によるセンサ信号処理回路の他の実施例を示す
回路図、第4図は第3図に示す回路を半導体チツ
プ上に組み込んだ場合の構成図、第5図は本発明
によるセンサ信号処理回路の他の実施例を示す回
路図、第6図〜第8図はそれぞれ本発明によるセ
ンサ信号処理回路の他の実施例を示す回路図であ
る。 10…プラント、11,11′…センサ、12…
オペアンプ、16…AD変換器、17…マイクロ
プロセツサー、18…出力駆動回路、19…セン
サ信号処理回路、22…PROM。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a conventional sensor signal processing circuit, FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of a sensor signal processing circuit according to the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a sensor signal processing circuit according to the present invention. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the sensor signal processing circuit according to the present invention; FIG. 4 is a configuration diagram when the circuit shown in FIG. 3 is incorporated on a semiconductor chip; FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the sensor signal processing circuit according to the present invention The circuit diagrams and FIGS. 6 to 8 are circuit diagrams showing other embodiments of the sensor signal processing circuit according to the present invention. 10...Plant, 11,11'...Sensor, 12...
Operational amplifier, 16...AD converter, 17...Microprocessor, 18...Output drive circuit, 19...Sensor signal processing circuit, 22...PROM.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 主センサからのアナログ信号を処理するセン
サ信号処理装置において、 主センサからのアナログ信号とこの主センサの
周囲温度を含む状態量を検出する少なくとも1つ
の補助センサからのアナログ信号とを取込んでそ
れぞれデジタル信号に変換するAD変換手段と、 少なくとも前記主センサにかかるAD変換手段
のオフセツト量を検出するオフセツト量検出手段
と、 前記AD変換手段から出力される前記主センサ
のデジタル信号から前記検出されたオフセツト量
を除去する補正をし、この補正された主センサの
デジタル信号を、前記AD変換手段から出力され
る前記補助センサのデジタル信号に基づいて補正
するデジタル演算装置と、 このデジタル演算装置により補正された前記主
センサの信号を外部に伝送する出力手段とを具備
してなるセンサ信号処理装置。 2 特許請求の範囲第1項記載のセンサ信号処理
装置において、 前記補助センサが、当該センサ信号処理装置の
電源電圧を検出する補助センサを含んでなること
を特徴とするセンサ信号処理装置。 3 特許請求の範囲第1項記載のセンサ信号処理
装置において、 前記補助センサが、当該センサ信号処理装置の
周囲温度を検出する補助センサを含んでなること
を特徴とするセンサ信号処理装置。 4 特許請求の範囲第1項記載のセンサ信号処理
装置において、 前記AD変換手段は、マルチプレクサを介して
前記補助センサの出力信号を切替えて取込むこと
を特徴とするセンサ信号処理装置。 5 特許請求の範囲第1項記載のセンサ信号処理
装置において、 前記AD変換手段は、前記主センサの出力信号
を取込む第1のAD変換手段と、 マルチプレクサを介して前記補助センサの出力
信号を切替えて取込む第2のAD変換手段とを含
んでなることを特徴とするセンサ信号処理装置。 6 特許請求の範囲第1項記載のセンサ信号処理
装置において、 前記AD変換手段と前記デジタル演算装置と前
記出力手段とが、同一の半導体チツプ面に形成さ
れてなることを特徴とするセンサ信号処理装置。 7 主センサからのアナログ信号を処理するセン
サ信号処理装置において、 主センサからのアナログ信号とゼロ基準信号と
を入力とし、いずれか一方の信号を切替えて出力
するスイツチ手段と、 このスイツチ手段の出力を取り込んでデジタル
信号に変換する第1のAD変換手段と、 前記スイツチ手段を前記ゼロ基準信号側に切替
える指令を出力するとともに、この信号の出力期
間における前記第1のAD変換手段の出力信号を
保持手段に一旦保持させる制御手段と、 前記主センサの周囲温度を含む状態量を検出す
る補助センサからのアナログ信号を取り込んでデ
ジタル信号に変換する第2のAD変換手段と、 前記第1のAD変換手段から出力される前記主
センサの出力信号から前記保持手段に保持されて
いる前記第1のAD変換手段の出力信号を減算
し、この減算処理された主センサの出力信号を前
記第2のAD変換手段から出力される前記補助セ
ンサの出力信号に基づいて補正するデジタル演算
装置と、 このデジタル演算装置により補正された前記主
センサの出力信号を外部に伝送する出力手段とを
具備してなるセンサ信号処理装置。
[Claims] 1. In a sensor signal processing device that processes an analog signal from a main sensor, an analog signal from at least one auxiliary sensor that detects an analog signal from the main sensor and a state quantity including the ambient temperature of the main sensor. AD conversion means for taking in signals and converting them into digital signals, offset amount detection means for detecting an offset amount of the AD conversion means applied to at least the main sensor, and offset amount detection means for detecting the offset amount of the AD conversion means applied to at least the main sensor; a digital calculation device that performs correction to remove the detected offset amount from the digital signal, and corrects the corrected digital signal of the main sensor based on the digital signal of the auxiliary sensor output from the AD conversion means; and output means for transmitting the signal of the main sensor corrected by the digital arithmetic device to the outside. 2. The sensor signal processing device according to claim 1, wherein the auxiliary sensor includes an auxiliary sensor that detects a power supply voltage of the sensor signal processing device. 3. The sensor signal processing device according to claim 1, wherein the auxiliary sensor includes an auxiliary sensor that detects an ambient temperature of the sensor signal processing device. 4. The sensor signal processing device according to claim 1, wherein the AD conversion means switches and takes in the output signal of the auxiliary sensor via a multiplexer. 5. In the sensor signal processing device according to claim 1, the AD conversion means includes a first AD conversion means that receives the output signal of the main sensor, and a first AD conversion means that receives the output signal of the auxiliary sensor via a multiplexer. A sensor signal processing device comprising: a second AD conversion means for switching and inputting. 6. The sensor signal processing device according to claim 1, wherein the AD conversion means, the digital calculation device, and the output means are formed on the same semiconductor chip surface. Device. 7 In a sensor signal processing device that processes an analog signal from the main sensor, a switch means receives the analog signal from the main sensor and a zero reference signal as input, and switches and outputs one of the signals; and an output of the switch means. a first AD conversion means that takes in and converts it into a digital signal, outputs a command to switch the switch means to the zero reference signal side, and outputs an output signal of the first AD conversion means during an output period of this signal. a control means for temporarily holding the holding means; a second AD conversion means for capturing an analog signal from an auxiliary sensor that detects a state quantity including the ambient temperature of the main sensor and converting it into a digital signal; and the first AD. The output signal of the first AD conversion means held in the holding means is subtracted from the output signal of the main sensor outputted from the conversion means, and the subtracted output signal of the main sensor is converted to the second output signal of the main sensor. A digital calculation device that performs correction based on the output signal of the auxiliary sensor output from the AD conversion device; and an output device that transmits the output signal of the main sensor corrected by the digital calculation device to the outside. Sensor signal processing device.
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