JPH08146050A

JPH08146050A - 差動増幅器を用いる測定装置

Info

Publication number: JPH08146050A
Application number: JP6290800A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Yano; 秀俊矢野; Tadashi Okumura; 匡史奥村; Mitsuo Saeki; 充雄佐伯; Tsutomu Suzui; 勤鈴井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、差動増幅器を用いる測定装置に関
し、片電源で動作する差動増幅器を使用できるようにす
ることを目的とする。【構成】片電源で動作して同一の増幅率に従って入力電
圧を増幅する第１及び第２の増幅器と、片電源で動作
し、第１及び第２の増幅器の出力値の差分値に応じた電
圧を出力する差動増幅器とを備えて、差動増幅器の出力
電圧に従って入力電圧の示す測定値を測定する構成を採
る測定装置において、差動増幅器の入力端子のいずれか
一方に基準電圧を付加する電圧源を備える構成を採り、
かつ、この基準電圧が差動増幅器の出力電圧を非ゼロ値
に設定するもので構成され、更に、入力電圧が等しい値
をとるときの差動増幅器の出力電圧値を記憶する記憶手
段と、この記憶値と差動増幅器の出力電圧値との差分値
を算出する算出手段とを備え、算出手段の算出値に応じ
て入力電圧の示す測定値を測定するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差動増幅器を使用して
物理量を測定する差動増幅器を用いる測定装置に関し、
特に、片電源で動作する差動増幅器を使用できるように
する差動増幅器を用いる測定装置に関する。

【０００２】物理量を測定する測定装置では、差動増幅
器を用いて回路を構成することがある。このとき用いら
れる差動増幅器と、それに接続される前段の２つの増幅
器とはオフセット電圧を発生するので、このオフセット
電圧に影響されずに高精度の測定処理を実現できるよう
にする構成を構築していく必要がある。

【０００３】

【従来の技術】＋電源で動作する差動増幅器は、−側の
出力電圧を出力することができない。これとは逆に、−
電源で動作する差動増幅器は、＋側の出力電圧を出力す
ることができない。すなわち、片電源で動作する差動増
幅器は、オフセット電圧の零調機能を持たないのであ
る。

【０００４】このようなことを背景として、通常、測定
装置に組み込まれる差動増幅器としては、＋電源と−電
源の両方を電圧源とするものが用いられている。すなわ
ち、測定装置に組み込まれる差動増幅器は、通常、＋側
と−側の両方の電圧を出力することが要求され、これが
ために、＋電源と−電源の両方を電圧源とする差動増幅
器が用いられているのである。また、片側の電圧のみを
出力することが要求されるときにも、片電源で動作する
差動増幅器を用いていたのでは、オフセット電圧の発生
により本来の出力電圧が逆側に入り込むことがあって
も、それを出力できないからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、片電源で動
作する差動増幅器を用いると、用意する電源装置が簡単
になるとともにローコストになることから、携帯型電子
機器のような装置では、片電源で動作する差動増幅器を
用いることの要求が強い。

【０００６】しかしながら、従来技術に従っていると、
＋側と−側の両方の電圧を出力することが要求される場
合には、片電源で動作する差動増幅器を用いることがで
きない。また、片側の電圧のみを出力することが要求さ
れるときにも、オフセット電圧の影響を無視できない場
合には、片電源で動作する差動増幅器を用いることがで
きない。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、片電源で動作する差動増幅器を使用できるよ
うにする新たな差動増幅器を用いる測定装置の提供を目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１に本発明の原理構成
を図示する。図中、１は本発明を具備する測定装置であ
って、測定対象の物理量に応じた電圧値を検出する検出
回路２と、検出回路２の検出する電圧値に演算処理を施
すことで物理量を特定する演算機構３とを備える。

【０００９】検出回路２は、第１の増幅器４と、第２の
増幅器５と、差動増幅器６とを備える。この第１の増幅
器４は、片電源で動作して、測定対象の物理量から検出
される第１の入力電圧を増幅する。第２の増幅器５は、
片電源で動作して、第１の増幅器４の増幅率と同じ増幅
率を持って、測定対象の物理量から検出される第２の入
力電圧を増幅する。差動増幅器６は、片電源で動作し、
第１及び第２の増幅器４，５の出力を入力として、この
入力の差分値に応じた電圧を出力するものであって、本
発明を実現するために、２つの入力端子のいずれか一方
に基準電圧を付加する電圧源７を備える構成を採る。

【００１０】一方、演算機構３は、読取手段８と、記憶
手段９と、算出手段１０と、変換手段１１とを備える。
この読取手段８は、検出回路２の検出する電圧値を読み
取る。記憶手段９は、第１及び第２の入力電圧が等しい
値をとるときの検出回路２の検出電圧値を記憶する。算
出手段１０は、記憶手段９の記憶値と、検出回路２の検
出電圧値との差分値を算出する。変換手段１１は、算出
手段１０の算出値から物理量を特定する。

【００１１】

【作用】本発明では、第１の入力電圧と第２の入力電圧
との差分値が正負のいずれにもなる可能性があるときに
は、電圧源７の発生する基準電圧が、第１及び第２の入
力電圧の入力範囲内で差動増幅器６の出力電圧を非ゼロ
値に設定するもので構成する。この構成に従い、差動増
幅器６は、片電源で動作しても、常に、非ゼロ値の電圧
を出力していくよう動作する。

【００１２】この検出回路２の検出処理を受けて、読取
手段８は、例えば測定の開始に先立って、第１及び第２
の入力電圧が等しい値をとるときの差動増幅器６の出力
電圧値を記憶手段９に格納し、測定が開始されると、差
動増幅器６の出力電圧値を算出手段１０に出力する。

【００１３】そして、算出手段１０は、読取手段８から
差動増幅器６の出力電圧値を受け取ると、記憶手段９の
記憶値と、受け取った差動増幅器６の出力電圧値との差
分値を算出し、これを受けて、変換手段１１は、算出手
段１０の算出値から物理量を特定する。

【００１４】また、本発明では、第１の入力電圧と第２
の入力電圧との差分値が正負のいずれか一方しかとらな
いときには、電圧源７の発生する基準電圧が、第１及び
第２の入力電圧が等しい値をとるときに差動増幅器６の
出力電圧をゼロ値に設定するもので構成する。この構成
に従い、差動増幅器６は、片電源で動作しても、オフセ
ット電圧の零調機能を持つことで、常に、正確な電圧を
出力していくよう動作する。

【００１５】この検出回路２の検出処理を受けて、読取
手段８は、測定が開始されると、差動増幅器６の出力電
圧値を変換手段１１に出力し、これを受けて、変換手段
１１は、受け取った出力電圧値から物理量を特定する。

【００１６】このようにして、本発明の測定装置１によ
れば、測定対象の物理量に従って、差動増幅器６に対し
て＋側と−側の両方の電圧を出力することが要求される
ときにも、その差動増幅器６として片電源で動作するも
のを用いることができるようになる。そして、差動増幅
器６に対して＋側と−側のいずれか一方の電圧を出力す
ることが要求されるときにあって、オフセット電圧の大
きさを無視できないようなときにも、その差動増幅器６
として片電源で動作するものを用いることができるよう
になる。

【００１７】

【実施例】以下、携帯型電子機器の電池残量の検出処理
に適用した実施例に従って本発明を詳細に説明する。

【００１８】図２に、携帯型電子機器２０の装置構成の
一例を図示する。この図に示すように、携帯型電子機器
２０は、ディスプレイ２１を備えて規定のデータ処理を
実行するデータ処理回路２２と、データ処理回路２２に
電源を供給する充電可能な電池２３と、ＡＣアダプタ２
４が装着されるとき、電池２３の充電処理を行う充電回
路２５と、電池２３の充放電電流に応じた電圧値を検出
する充放電電流検出回路２６と、充放電電流検出回路２
６の検出する電圧値をアナログからディジタルに変換す
るＡ／Ｄ変換器２７と、プログラムにより構成されて、
Ａ／Ｄ変換器２７の出力値から電池２３の残量を検出す
る電池残量検出機構２８と、充電回路２５と電池２３と
の間の電源路の開閉を制御する第１のスイッチ２９と、
データ処理回路２２と電池２３との間の電源路の開閉を
制御する第２のスイッチ３０とを備える。

【００１９】図３に、本発明により構成される充放電電
流検出回路２６の一実施例を図示する。この図に示すよ
うに、充放電電流検出回路２６は、電池２３の充放電電
流を検出するための抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の電池２３側
端とアースとの間に設けられる直列接続の抵抗Ｒ２及び
Ｒ４と、抵抗Ｒ１の充電回路２５（データ処理回路２
２）側端とアースとの間に設けられる直列接続の抵抗Ｒ
３及びＲ５と、抵抗Ｒ１の電池２３側端の電位を検出す
るための第１の演算増幅器４０と、抵抗Ｒ１の充電回路
２５（データ処理回路２２）側端の電位を検出するため
の第２の演算増幅器４１と、第１の演算増幅器４０の出
力電圧値と、第２の演算増幅器４１の出力電圧値との差
分値を出力する差動増幅器４２とを備える。

【００２０】この第１の演算増幅器４０は、＋電源で動
作して、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の分割する電圧を＋端子
に入力し、抵抗Ｒ６を介して−端子を第２の演算増幅器
４１の−端子に接続するとともに、出力端子と−端子と
の間にフィードバック抵抗Ｒ８を設ける。また、第２の
演算増幅器４１は、＋電源で動作して、抵抗Ｒ３及び抵
抗Ｒ５の分割する電圧を＋端子に入力し、抵抗Ｒ６を介
して−端子を第１の演算増幅器４０の−端子に接続する
とともに、出力端子と−端子との間にフィードバック抵
抗Ｒ７を設ける。

【００２１】この構成に従い、抵抗Ｒ１の電池２３側端
の電位をＶ１で表すならば、第１の演算増幅器４０の＋
端子には、

【００２２】

【数１】

【００２３】で表される電圧が入力され、この入力を受
けて、第１の演算増幅器４０は、

【００２４】

【数２】

【００２５】で表される電圧値を出力する。また、抵抗
Ｒ１の充電回路２５（データ処理回路２２）側端の電位
をＶ２で表すならば、第２の演算増幅器４１の＋端子に
は、

【００２６】

【数３】

【００２７】で表される電圧が入力され、この入力を受
けて、第２の演算増幅器４１は、

【００２８】

【数４】

【００２９】で表される電圧値を出力する。ここで、
「Ｒ２＝Ｒ３，Ｒ４＝Ｒ５，Ｒ７＝Ｒ８」を想定してい
る。一方、差動増幅器４２は、＋電源で動作して、抵抗
Ｒ１０を介して第１の演算増幅器４０の出力電圧を＋端
子に入力し、抵抗Ｒ９を介して第２の演算増幅器４１の
出力電圧を−端子に入力するとともに、出力端子と−端
子との間にフィードバック抵抗Ｒ１１を設け、更に、抵
抗Ｒ１２及び電圧源４３の直列接続を介して＋端子とア
ースとの間を接続する。ここで、抵抗Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ
１１，Ｒ１２は全て同じインピーダンスのものを使用し
ており、これにより、差動増幅器４２は、既存のボルテ
ージフォロワ回路を構成することになる。

【００３０】この差動増幅器４２の＋端子に接続される
電圧源４３が本発明に特徴的なものであって、これを設
けた理由は以下の通りである。すなわち、充電回路２５
が備えられるときには、抵抗Ｒ１には放電電流の他に充
電電流が流れ、放電電流が流れるときには、「Ｖ１＞Ｖ
２」の関係式が成立し、逆に、充電電流が流れるときに
は、「Ｖ１＜Ｖ２」の関係式が成立する。従って、差動
増幅器４２は、抵抗Ｒ１に放電電流が流れるときには、
＋端子に入力される電圧値の方が−端子に入力される電
圧値よりも大きくなることから、＋側の電圧値を出力
し、抵抗Ｒ１に充電電流が流れるときには、−端子に入
力される電圧値の方が＋端子に入力される電圧値よりも
大きくなることから、−側の電圧値を出力する。これか
ら、そのままでは、＋電源で動作する差動増幅器４２を
使用することができない。

【００３１】そこで、本発明では、電圧源４３を差動増
幅器４２の＋端子に接続する構成を採って、抵抗Ｒ１に
電流が流れていないときにも、差動増幅器４２が例えば
４Ｖといったような大きな＋電圧を出力するようにし
て、それを基準にして出力電圧を振らせることで、放電
電流と充電電流の双方を測定可能にする構成を採ったの
である。

【００３２】また、充電回路２５が備えられないときに
は、抵抗Ｒ１には放電電流しか流れないことから、常に
「Ｖ１＞Ｖ２」の関係式が成立し、従って、差動増幅器
４２は、常に＋側の電圧値を出力することが要求される
ので、＋電源で動作する差動増幅器４２を使用すること
が可能である。しかしながら、抵抗Ｒ１のインピーダン
スは、電力損失を抑えるためにかなり小さな値のものと
なり、これから、第１の演算増幅器４０や第２の演算増
幅器４１の持つオフセット電圧（汎用ＩＣで約±１０ｍ
Ｖ程度になる）の影響を無視できなくなる。例えば、−
１０ｍＶのオフセット電圧が存在する場合に、第１の演
算増幅器４０、第２の演算増幅器４１及び差動増幅器４
２の入力部抵抗により定まる増幅率が２０倍であるとす
るならば、差動増幅器４２は、−２００ｍＶの電圧を出
力しなけれはならないが、＋電源で動作する差動増幅器
４２を使用すると、この値は０Ｖに抑えられてしまう。
従って、抵抗Ｒ１のインピーダンスが小さいことで、差
動増幅器４２の出力する電圧が小さな値になるようなと
きには、放電電流を正確に測定できない。

【００３３】そこで、本発明では、電圧源４３を差動増
幅器４２の＋端子に接続する構成を採って、抵抗Ｒ１に
電流が流れていないときに、差動増幅器４２が０Ｖを出
力するようにすることで、＋電源で動作する差動増幅器
４２を使用しても、放電電流を正確に測定可能にする構
成を採ったのである。上述の例で説明するならば、＋２
００ｍＶの電圧を出力する電圧源４３を差動増幅器４２
の＋端子に接続することになる。

【００３４】図４に、電池残量検出機構２８の実行する
処理フローの一実施例を図示する。次に、この処理フロ
ーについて説明する。ここで、この処理フローは、充電
回路２５が備えられるときに実行されるものであり、従
って、電圧源４３は、抵抗Ｒ１に電流が流れていないと
きにも、差動増幅器４２が例えば４Ｖといったような大
きな＋電圧を出力するように制御することになる。

【００３５】電池残量検出機構２８は、ユーザから電源
ＯＮが指示されると、図４の処理フローに示すように、
先ず最初に、ステップ１で、充放電電流検出回路２６の
出力する出力電圧を読み取る。このとき、第１及び第２
のスイッチ２９，３０はＯＦＦしていることから、充放
電電流検出回路２６の抵抗Ｒ１には電流が流れず、従っ
て、このとき読み取った出力電圧は電圧源４３が与える
ものとなっている。なお、説明の便宜上、この読み取っ
た出力電圧を４Ｖとする。

【００３６】続いて、ステップ２で、この読み取った出
力電圧の４Ｖを規定のメモリ領域に書き込む。続いて、
ステップ３で、充電回路２５と電池２３との間の電源路
の開閉を制御する第１のスイッチ２９をＯＮすること
で、電池２３を充電可能状態にセットする。続いて、ス
テップ４で、データ処理回路２２と電池２３との間の電
源路の開閉を制御する第２のスイッチ３０をＯＮするこ
とで、電池２３を放電可能状態にセットする。

【００３７】ステップ４の処理が完了すると、データ処
理回路２２は、電池２３から電源供給を受けることがで
きるようになることから、データ処理の実行に入ること
になる。なお、ＡＣアダプタ２４が装着されるときに
は、第２のスイッチ３０のＯＮ／ＯＦＦに関係なく、Ａ
Ｃアダプタ２４から電源供給を受けることができるよう
になることから、直ちに、データ処理の実行に入ること
が可能である。

【００３８】このデータ処理回路２２の動作開始に従っ
て、充放電電流検出回路２６の抵抗Ｒ１に充電電流か放
電電流が流れ始めるので、電池残量検出機構２８は、続
いて、ステップ５で、規定の周期に従って充放電電流検
出回路２６の出力する出力電圧を読み取る。このとき読
み取る出力電圧は、図５に示すように、４Ｖを中心にし
て、抵抗Ｒ１に放電電流が流れるときには４Ｖ以上の電
圧値を示し、抵抗Ｒ１に充電電流が流れるときには４Ｖ
以下の電圧値を示すことになる。

【００３９】続いて、ステップ６で、規定メモリ領域に
格納される４Ｖを読み出して、ステップ５で読み取った
電圧と、この読み出した４Ｖとの差分値を求めて、充放
電電流検出回路２６の増幅率を考慮しつつ抵抗Ｒ１の抵
抗値で割り算することで、抵抗Ｒ１に流れる電流の大き
さと、それが充電電流であるのか放電電流であるのかを
求める。

【００４０】続いて、ステップ７で、ステップ６で求め
た充放電電流を前回のサイクルに求めた積算値に加減算
していくことで電池２３の残量（ここでは、「電流×時
間」で残量を求める方式を採っている）を求めて、それ
をデータ処理回路２２に通知する。ここで、この通知を
受け取ると、データ処理回路２２は、必要に応じてディ
スプレイ２１にアラームを表示していくよう処理するこ
とになる。そして、続くステップ８で、ユーザから電源
ＯＦＦが指示されたのか否かを判断して、指示されたこ
とを判断するときには全処理を終了し、指示されないこ
とを判断するときにはステップ５に戻っていく。

【００４１】このようにして、＋電源で動作する差動増
幅器４２を用いても、電池２３の充放電電流を検出でき
るようになることで、電池２３の残量を検出できるよう
になるのである。

【００４２】この図４の処理フローでは、充放電電流検
出回路２６の抵抗Ｒ１に充電電流と放電電流の両方が流
れることを想定したが、放電電流しか流れないときに
は、電圧源４３が、抵抗Ｒ１に電流が流れていないとき
に、差動増幅器４２が０Ｖを出力するように制御する構
成を採る。この構成を採ると、電池残量検出機構２８
は、オフセット電圧の影響を受けることなく、ただ単に
充放電電流検出回路２６の出力電圧を読み取って、それ
からそのまま放電電流を求めていくことができるように
なる。なお、充電電流しか流れないときには、第１の演
算増幅器４０の＋端子に抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ５の分割電
圧を入力し、第２の演算増幅器４１の＋端子に抵抗Ｒ２
及び抵抗Ｒ４の分割電圧を入力していくことで、同様に
求めていくことができるようになる。

【００４３】これに対して、従来技術に従っていると、
＋電源で動作する差動増幅器４２を用いたのでは、電池
２３の充電電流と放電電流の両方を検出できない。ま
た、図６に示すように、抵抗Ｒ１に放電電流しか流れな
いときには、差動増幅器４２の出力電圧が常に＋側にな
ることから、＋電源で動作する差動増幅器４２を用いて
放電電流を測定できる可能性はあるが、オフセット電圧
の影響を受けることでその精度はよくない。また、充電
電流を検出するときには、図７に示すように、第１の演
算増幅器４０に入力される電圧と、第２の演算増幅器４
１に入力される電圧とを入れ換えていかなくてはならな
いという問題点もある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の測定装置
によれば、測定対象の物理量に従って、検出回路を構成
する差動増幅器に対して＋側と−側の両方の電圧を出力
することが要求されるときにも、その差動増幅器として
片電源で動作するものを用いることができるようにな
る。そして、差動増幅器に対して＋側と−側のいずれか
一方の電圧を出力することが要求されるときにあって、
オフセット電圧の大きさを無視できないようなときに
も、その差動増幅器として片電源で動作するものを用い
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】携帯型電子機器の装置構成の一例である。

【図３】充放電電流検出回路の一実施例である。

【図４】電池残量検出機構の実行する処理フローの一実
施例である。

【図５】充放電電流検出回路の出力電圧の説明図であ
る。

【図６】従来技術の説明図である。

【図７】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１測定装置２検出回路３演算機構４第１の増幅器５第２の増幅器６差動増幅器７電圧源８読取手段９記憶手段１０算出手段１１変換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴井勤神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片電源で動作して、第１の入力電圧を増
幅する第１の増幅器と、片電源で動作して、該第１の増
幅器の増幅率と同じ増幅率を持って第２の入力電圧を増
幅する第２の増幅器と、片電源で動作し、第１及び第２
の増幅器の出力を入力として、この入力の差分値に応じ
た電圧を出力する差動増幅器とを備えて、差動増幅器の
出力電圧に従って第１及び第２の入力電圧の示す測定値
を測定する構成を採る差動増幅器を用いる測定装置にお
いて、差動増幅器の２つの入力端子のいずれか一方に基準電圧
を付加する電圧源を備える構成を採り、かつ、この電圧
源の発生する基準電圧が、上記第１及び第２の入力電圧
が等しい値をとるときに差動増幅器の出力電圧をゼロ値
に設定するもので構成されることを、特徴とする差動増幅器を用いる測定装置。
【請求項２】片電源で動作して、第１の入力電圧を増
幅する第１の増幅器と、片電源で動作して、該第１の増
幅器の増幅率と同じ増幅率を持って第２の入力電圧を増
幅する第２の増幅器と、片電源で動作し、第１及び第２
の増幅器の出力を入力として、この入力の差分値に応じ
た電圧を出力する差動増幅器とを備えて、差動増幅器の
出力電圧に従って第１及び第２の入力電圧の示す測定値
を測定する構成を採る差動増幅器を用いる測定装置にお
いて、差動増幅器の２つの入力端子のいずれか一方に基準電圧
を付加する電圧源を備える構成を採り、かつ、この電圧
源の発生する基準電圧が、上記第１及び第２の入力電圧
の入力範囲内で差動増幅器の出力電圧を非ゼロ値に設定
するもので構成され、更に、上記第１及び第２の入力電圧が等しい値をとると
きの差動増幅器の出力電圧値を記憶する記憶手段と、上記記憶手段の記憶する記憶値と、差動増幅器の出力電
圧値との差分値を算出する算出手段とを備え、上記算出手段の算出値に応じて、上記第１及び第２の入
力電圧の示す測定値を測定するよう構成されることを、特徴とする差動増幅器を用いる測定装置。