JPH02302640A - 半導体圧力センサの抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体基板上に４つの抵抗素子からなるブリ
ッジ回路を形成した半導体圧力センサについて、各抵抗
素子の値をそれぞれ測定できるようにした抵抗測定装置
に関する。

〈従来の技術〉 半導体圧力センサは、半導体基板上に４つの抵抗素子か
らなるブリッジ回路を形成して構成されており、半導体
基板に加わる機械的圧力によるピエゾ効果を利用して外
部からの圧力を電気信号に変換する。

この半導体圧力センサは、半導体基板に外圧が加わらな
いときには、４つの抵抗素子が等しクツ（ランスしてい
ることが素子形成上の重要な要素となっており、このた
め、従来は、各抵抗素子の個々の抵抗値よりも全体とし
てのバランスがとれているか否かが重要視されていた。

しかも、各抵抗素子は半導体基板上に拡散処理等によっ
て形成されているので、個々の抵抗素子を分離して測定
することができず、したがって、従来は、ブリッジ回路
を流れる全電流を測定することによって４つの抵抗素子
の合成抵抗を測定するのに留どまりでいる。

第２図は従来の半導体圧力センサのブリッジ回路を構成
する各抵抗素子の合成抵抗を測定するための装置の構成
図である。同図において、Ｌは半導体圧力センサで、Ｍ
　ａ　−Ｍ　ｄの４つの抵抗素子を岨み合わせてブリッ
ジ回路が構成されており、各抵抗素子Ｍ　ａ　−Ｍ　ｄ
の接続点に入力端子Ｎａ、Ｎｂと出力端子Ｐａ５Ｐｂが
それぞれ設けられている。Ｅは抵抗測定用の直流電源、
■は直流電圧計、Ｉは直流電流計である。この回路にお
いて、半導体圧力センサＬの各抵抗素子Ｍ　ａ　−Ｍ　
ｄの合成抵抗値をＲｐｓとし、直流電流計Ｖで検出され
る直流電源Ｅの出力電圧を符号Ｅで、直流電流計■で検
出される半導体圧力センサＬを流れる全電流を符号■で
表すと、 Ｒｓｐ＝　Ｅ　／夏 となり、この関係式に基づいて合成抵抗Ｒｓｐの値が算
出される。

〈発明が解決しようとする課題〉 このように、従来技術では、ブリッジ回路を構成する各
抵抗素子Ｍ　ａ　−Ｍ　ｄの全体的な合成抵抗Ｒｓｐを
求めることができても、個々の抵抗素子Ｍａ〜Ｍｄの抵
抗値をそれぞれ個別に測定することは極めて困難であっ
た。

しかしながら、近年は、上述のような合成抵抗Ｒｓｐを
求めるだけでは足りず、ブリツノ回路りを構成する各抵
抗素子Ｍａ−Ｍｄの個々の抵抗値を正確に測定すること
が必要となってきた。すなわち、半導体基板に外圧が加
わらない場合にブリツノ回路が平衡するように調整され
ていても、各抵抗素子の個々の抵抗値の差が大きい場合
には、半導体圧力センサに外圧が加わった場合の出力電
圧の絶対値が異なってくる。したがって、この半導体圧
力センサの出力電圧に基づいて各種の機器をフィードバ
ック制御するような場合には、出力電圧の値が個々の半
導体圧力センサごとに相違すると、フィードバック制御
を精度良く行えない事態を生じる。このため、半導体圧
力センサを機器に取り付けるに先立って、予め各抵抗素
子の抵抗値を正確に求めて出力電圧の補正ができるよう
にする必要がある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、このような事情に鑑みてなされたしのであっ
て、半導体圧力センサのブリッジ回路を構成する４つの
抵抗素子の個々の抵抗値を簡単に測定できるようにする
ものである。

そのため、本発明は、ブリッジ回路の入力部に接続され
る２つの入力端子と、前記ブリッジ回路の出力部に接続
された２つの出力端子と、前記両入力端子に接続される
基準電源と、前記両出力端子に接続されて該ブリッジ回
路の出力電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器
と前記両出力端子との間に介在されたスイッチ回路とを
備え、このスイッチ回路は、第１〜第４スイッチを有し
、第１〜第４スイッチのそれぞれの一方端が前記２つの
出力端子に交互に接続される一方、前記第１、第２スイ
ッチの各他方端は直接に、第３、第４スイッチの各他方
端はオフセット抵抗を介してそれぞれ前記入力端子の一
方側に共通に接続されていることを特徴としている。

く作用〉 上記構成において、半導体圧力センサの各抵抗素子の抵
抗値を求めるには、スイッチ回路を構成する各第１〜第
４スイッチを一つずつオンにして、出力端子からスイッ
チをオンするごとに得られる出力電圧を電圧検出器で検
出する。

これにより、ブリッジ回路の各抵抗素子の抵抗値（未知
）、電圧検出器で検出された出力電圧（既知）、オフセ
ット抵抗の抵抗値（既知）および基準電源の電源電圧（
既知）を互いに関係付ける４つの連立方程式が得られる
。したがって、この連立方程式を解くことにより、ブリ
ツノ回路の各抵抗素子の抵抗値が個別に算出されること
になる。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例に係る半導体圧力センサの抵抗
測定装置の構成図である。同図において、符号ｌは抵抗
測定装置の全体を示し、２は半導体圧力センサであって
、半導体基板上に４つの抵抗素子３ａ〜３ｄからなるブ
リッジ回路が構成されている。また、４ａ、４ｂはブリ
ッジ回路の入力部に接続される２つの入力端子、５ａ、
５ｂはブリッジ回路の出力部に接続される２つの出力端
子でる。

６は入力端子４ａ、４ｂに接続された基準電源、７は両
出力端子５ａ、５ｂに接続されて該ブリッジ回路の出力
電圧を検出する電圧検出器（本例ではデジタル電圧計）
、８はデジタル電圧計７と両出力端子５ａ、５ｂとの間
に介在されるスイッチ回路である。

上記のスイッチ回路８は、第１〜第４スイッチＳ、〜ｓ
４を有する。そして、第１〜第４スイッチ８１〜ｓ４の
それぞれの一方端が２つの出力端子５ａ。

５ｂに交互に接続される一方、第１１第２スイッチＳ１
％　ｓｔの各他方端は直接に一方の入力端子４ｂに、ま
た、第３、第４スイッチ３３Ｓ８４の各他方端はオフセ
ット抵抗ｌＯを介してそれぞれ上記と同じ入力端子４ｂ
に共通に接続されている。

１１は基準電源６の電源電圧とオフセット抵抗１０の抵
抗値をそれぞれ設定入力する設定器、１２はスイッチ回
路８の第１〜第４スイッチ５ｔ−ｓ４を順次切り換える
とともに、デジタル電圧計７で検出された出力電圧と設
定器１１で設定された各値とに基づいて半導体圧力セン
サ２の各抵抗素子３ａ〜３ｄの抵抗値を算出する演算制
御部（ＣＰＵ）、１４は演算制側１２で算出された各抵
抗素子３ａ〜３ｄの抵抗値を記録する記録計である。

次に、上記構成の抵抗測定装置１の作用について説明す
る。

半導体圧力センサ２の各抵抗素子３ａ〜３ｄの抵抗値Ｒ
ａ−Ｒｄを個々に求めるには、予め、設定器１１を用い
て基準電源６の電源電圧Ｅとオフセット抵抗１０の抵抗
値Ｒとをそれぞれ演算制御部１２に設定入力しておく。

測定が開始されると、演算制御部１２はスイッチ回路８
を構成する第１〜第４スイッチ８１〜ｓ４を一つずつ順
にオンにするので、そのたびに半導体圧力センサ２のブ
リッジ回路に接続された出力端子５ａ、５ｂから得られ
る出力電圧ｅＩ、　ｅｓ、ｅｏｌ、ｅ。３がデジタル電
圧計７で検出される。そして、各出力電圧ｅ３、ｅ８、
ｅａＩｓ　ｅｏｓの値が次段の演算制御部１２に転送さ
れる。

ところで、いま、第１スイッチＳ１をオンにして符号３
ｂの抵抗素子を短絡させた場合の出力電圧をｅｌ、第２
スイッチＳ、をオンにして符号３ｄの抵抗素子を短絡さ
せた場合の出力電圧をｅｌ、第３スイッチＳ、をオンに
して符号３ｄの抵抗素子に並列にオフセット抵抗！０を
挿入した場合の出力電圧をｅ。３、第４スイッチＳ４を
オンして符号３ｄの抵抗素子に並列にオフセット抵抗１
０を挿入した場合の出力電圧をｅ。３とすると、それぞ
れ次の関係式％式％ ここに・、電圧検出器７で検出される出力電圧ｅｌｓｅ
８、ｅａｔ、ｅ０３、オフセット抵抗１０の抵抗値Ｒお
よび基準電源６の電源電圧Ｅは全て既知であるから、上
記（１）式〜（４）式を４つの連立方程式として各抵抗
値Ｒａ−Ｒｄに関して解けば、次の関係式％式％ 演算制御部１２には、これらの演算式（（５）弐〜（８
）式）が予め記憶されており、したがって、演算制御部
１２は、デジタル電圧計７で検出された各出力電圧ｅ１
、ｅ３、ｅｏｌｑ　ｅｏｓ、設定器１１で設定されたオ
フセット抵抗１０の抵抗値Ｒおよび基準電源６の電源電
圧Ｅに基づいて上記の各演算式に従って半導体圧力セン
サ２の各抵抗素子３ａ〜３ｄの抵抗値Ｒａ−Ｒｄを算出
する。そして、演算制御部１２で算出された各抵抗値Ｒ
ａ−Ｒｄのデータが記録計１４に出力されて記録される
。これにより、測定者は、ブリッジ回路の各抵抗素子３
ａ〜３ｄの抵抗値Ｒａ−Ｒｄを個別に知ることができる
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、スイッチ回路の各スイッチを切り換え
て出力電圧を測定するだけで各抵抗素子の値を個別に求
めることができる。しかも、直流電流計は不要であり、
また、個々の抵抗素子の測定のために結線をし直す必要
もないので、測定操作が簡単になる等の優れた効果が発
揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体圧力センサの抵抗
測定装置の構成図、第２図は従来の半導体圧力センサの
抵抗測定装置の構成図である。 １・・・抵抗測定装置、２・・・半導体圧力センサ、３
ａ〜３ｄ・・・抵抗素子、４ａ、４ｂ・・・入力端子、
５ａ。 ５ｂ・・・出力端子、６・・・基準電源、７・・・電圧
検出器、８・・・スイッチ回路、Ｓ、〜Ｓ、ａ・・・第
１〜第４スイッチ、１０・・・オフセット抵抗、１１・
・・設定器、１２・・・演算制御Ｉ！Ｂ（ＣＰ　Ｕ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体圧力センサのブリッジ回路を構成する各抵
   抗素子の抵抗値を測定する装置であって、前記ブリッジ
   回路の入力部に接続される２つの入力端子と、前記ブリ
   ッジ回路の出力部に接続される２つの出力端子と、前記
   両入力端子に接続された基準電源と、前記両出力端子に
   接続されて該ブリッジ回路の出力電圧を検出する電圧検
   出器と、この電圧検出器と前記両出力端子との間に介在
   されたスイッチ回路とを備え、 前記スイッチ回路は、第１〜第４スイッチを有し、第１
   〜第４スイッチのそれぞれの一方端が前記２つの出力端
   子に交互に接続される一方、前記第１、第２スイッチの
   各他方端は直接に、第３、第４スイッチの各他方端はオ
   フセット抵抗を介してそれぞれ前記入力端子の一方側に
   共通に接続されていることを特徴とする半導体圧力セン
   サの抵抗測定装置。