ブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路
【課題】フセット補正用抵抗素子の温度係数ＴＣＲの調整、設定が容易なブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路を得る。
【解決手段】電源入力端子と接地端子との間に、感応抵抗素子が直列接続された直列抵抗素子が二組並列に接続され、各直列抵抗素子の中点の電圧が中点電圧として取り出され、前記中点電圧差の中央値が前記差動増幅器の出力レンジの中央値となるようにオフセットする温度特性調整抵抗素子が、前記各直列抵抗素子の前記各中点を挟んだ対角位置に、各直列抵抗素子と直列となるように配置され、前記各温度特性調整抵抗素子の温度係数を、前記直列抵抗素子の温度係数よりも小さく設定された、ブリッジ回路の出力電圧オフセット調整回路であって、前記温度特性調整抵抗素子を、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の積層構造とした。
【解決手段】電源入力端子と接地端子との間に、感応抵抗素子が直列接続された直列抵抗素子が二組並列に接続され、各直列抵抗素子の中点の電圧が中点電圧として取り出され、前記中点電圧差の中央値が前記差動増幅器の出力レンジの中央値となるようにオフセットする温度特性調整抵抗素子が、前記各直列抵抗素子の前記各中点を挟んだ対角位置に、各直列抵抗素子と直列となるように配置され、前記各温度特性調整抵抗素子の温度係数を、前記直列抵抗素子の温度係数よりも小さく設定された、ブリッジ回路の出力電圧オフセット調整回路であって、前記温度特性調整抵抗素子を、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の積層構造とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ出力等を測定するブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力センサ、荷重センサ、加速度センサ等のセンサ出力を環境、回路内の温度変化による変動を極力排除するために、ブリッジ回路が使用されている。従来のグランド接続を有し、定電流駆動するブリッジ回路１１１を、図１０に示した。定電流電源１１３から供給された定電流Ｉｓは、ブリッジ回路１１１を構成する、直列接続された２組の直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３に流れる。直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４の間の中点電圧Ｖout１、直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の間の中点電圧Ｖout２がセンサ出力として取り出され、オペアンプ１１５の非反転入力端子、反転入力端子に入力され、差動増幅されて出力電圧Ｖｏとして出力される。これらの直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４、直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３は、例えば磁気抵抗素子やピエゾ素子などの感応抵抗素子で形成されている。図１１（Ａ）、（Ｂ）に、センサ出力、出力電圧と圧力との関係をグラフとして示した。同図において、横軸は圧力（kPa）、縦軸は、（Ａ）がセンサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）、（Ｂ）が出力電圧（Ｖｏ）である。
【０００３】
このブリッジ回路１１１では、抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４は、０（kPa）時のセンサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）が０となるようにオフセット調整されている。このセンサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）を入力したときの出力電圧Ｖｏは、オペアンプ１１５の出力レンジの最低値となり、センサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）が増大すると、出力電圧Ｖｏは比例して増大する。この出力電圧Ｖｏを測定することにより、抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４に負荷された圧力を測定していた。
【０００４】
また、ブリッジ回路１１１は温度変化の影響を受けて誤差を生じる。このような温度特性を補償するために、抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４よりも温度係数の小さいオフセット補正用抵抗素子を接続する構成が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００-３１０５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のブリッジ回路構成では、オペアンプ１１５の増幅レンジの半分しか利用できないので、本来備えたオペアンプ１１５の分解能の半分しか利用できていなかった。しかも従来のオフセット補正用抵抗素子を接続する構成は、オフセット補正用抵抗素子の温度特性を考慮していないので、ブリッジ回路出力の温度特性が変化してしまい、温度特性も悪化してしまう問題があった。
【０００６】
また、一般的に温度係数ＴＣＲの値はその材料固有の値であるため、膜厚や形状によってＴＣＲの値を調整することは困難であり、適切な温度係数ＴＣＲ値のオフセット補正用抵抗素子を得ることが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、差増増幅回路の全分解能を利用可能として分解能を高めるとともに、温度特性を高めることができるブリッジ回路において、オフセット補正用抵抗素子の温度係数ＴＣＲの調整、設定が容易なブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する本発明は、電源入力端子と接地端子との間に、感応抵抗素子が直列接続された直列抵抗素子が二組並列に接続され、各直列抵抗素子の中点の電圧が中点電圧として取り出され、前記中点電圧差の中央値が前記差動増幅器の出力レンジの中央値となるようにオフセットする温度特性調整抵抗素子が、前記各直列抵抗素子の前記各中点を挟んだ対角位置に、各直列抵抗素子と直列となるように配置され、前記各温度特性調整抵抗素子の温度係数を、前記直列抵抗素子の温度係数よりも小さく設定された、ブリッジ回路の出力電圧オフセット調整回路であって、上記温度特性調整抵抗素子を、Ｎｉ、又はＮｉＦｅとＣｒとからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層を含む積層構造としたことに特徴を有する。
【０００９】
実際的には、ＮｉＦｅＣｒの組成比を、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．３〜１、ｙ＝２０〜４５at％の範囲で設定する。
より好ましくは、ＮｉＦｅＣｒの組成比は、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．８〜１、 ｙ＝３５〜４２at％の範囲で設定する。
【００１０】
本発明において前記温度特性調整抵抗素子の温度係数は、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層の厚さと、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の厚さによって設定される。
【発明の効果】
【００１１】
以上の通り本発明によれば、温度特性の変化が小さく、温度変化による影響が小さいブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路の温度特性調整用抵抗素子が、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の積層によって形成されるので、温度係数を所望の値に設定することが容易になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明について、図に示した実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用したブリッジ回路の実施形態を示す図である。このブリッジ回路１１は、直列に接続された直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の２組が、グランドに接続されるノードと定電流電源１３からの入力ノードとの間に並列接続され、定電流電源１３から供給された定電流Ｉｓが入力され、直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３に流れる。そうして直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４の間に生じる中点電圧Ｖout１及び直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の間に生じる中点電圧Ｖout２が、センサ出力として取り出される。この実施形態の抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４は、磁気に感応する磁気抵抗素子、又は圧力に感応するピエゾ素子などの、感応抵抗素子である。
【００１３】
センサ出力として取り出された中点電圧Ｖout１、中点電圧Ｖout２は、オペアンプ１５の非反転入力端子、反転入力端子に入力され、差動増幅されて、出力電圧Ｖｏとして出力される。つまり、中点電圧Ｖout１、Ｖout２の差（Ｖout１-Ｖout２）がセンサ出力（電圧）として出力され、オペアンプ１５により差動増幅され、出力電圧Ｖｏとして出力される。
【００１４】
さらにこのブリッジ回路１１では、中点電圧Ｖout１、Ｖout２を挟んだ対角位置に、つまり抵抗素子Ｒ４と中点電圧Ｖout１の間、及び中点電圧Ｖout２と抵抗素子Ｒ２との間に、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２が直列に配置されている。温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の抵抗値は、センサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）の出力レンジの中央値が、オペアンプ１５の出力レンジの中央値となるように設定されている。
【００１５】
このブリッジ回路１１において、圧力（kPa）とセンサ出力（Ｖout１-Ｖout２）との関係、及び圧力（kPa）と出力電圧Ｖｏとの関係をシミュレートした結果を、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した。このシミュレートでは、定電流電源１３からの入力電流Ｉsは0.15mA、センサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）の出力レンジは圧力換算で０乃至100（kPa）、オペアンプ１５の出力電圧Ｖｏのレンジは０乃至5.0（V）であって、圧力レンジの中央値である圧力50（kPa）のときに、出力電圧Ｖｏが出力レンジの中央値である2.5（V)となるように、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の抵抗値を設定してある。図２（Ａ）において、縦軸はセンサ出力（Ｖout１-Ｖout２）、横軸は圧力（kPa）、図２（Ｂ）において、縦軸は出力電圧（Ｖ）、横軸は圧力（kPa）である。
【００１６】
このような条件に基づき温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の抵抗値を設定することにより、オペアンプ１５の出力レンジ全域を使用することが可能になり、出力電圧Ｖｏのレンジが２倍になり、分解能も２倍になる。
【００１７】
さらに本発明の実施形態では、温度特性を補償するために、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲは、他の抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４よりも小さく設定し、温度特性を悪化させることなくオフセット電圧をシフトさせることを可能にした。
【００１８】
次に、このブリッジ回路１１において、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の最適な温度係数ＴＣＲを求めたシミュレーション結果を添付の図に示したグラフを参照して説明する。
【００１９】
抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４は、ピエゾ素子により形成してある。
温度５℃、圧力100（kPa）のとき、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３は4.993（Ω）抵抗素子Ｒ２、Ｒ４は4.743（Ω）、温度係数ＴＣＲは、約1500（ppm/℃）である。
温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２は、 ｄＲ２＝ｄＲ４＝160（Ω） 温度係数ＴＣＲは、1500〜-800 （ppm/℃）の範囲で設定できる。以上の通り数値設定されたブリッジ回路１１において、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲを 500、 200、 100、 0 （ppm/℃）に設定した場合のシミュレーション結果を図３乃至図６にグラフ化して示した。
【００２０】
なお、上記シミュレーションのように抵抗素子Ｒ１、Ｒ３と抵抗素子Ｒ２、Ｒ４との間に抵抗差があるときは、抵抗の小さい方である抵抗素子Ｒ２と中点との間及び抵抗素子Ｒ４と中点との間に、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ２、ｄＲ４を入れる方が好ましい。オフセット方向が逆にならないようにするためである。
【００２１】
この実施形態において、感度温度測定の変化率、オフセット温度特性の変化率、オフセット温度特性の変化レンジを、以下の通り定義する。
感度温度特性の変化率：
圧力をある範囲、この実施形態では26から110（kPa）に変化させたときに得られる出力電圧のレンジが感度となるが、この感度は温度毎に変化する。そこでこの実施形態では、10℃環境での感度を基準として、-20、-10、10、25、40℃環境における感度差を求め、これらを10℃における感度で除算し、パーセント（％）表示したものを感度温度特性の変化率としてある。
オフセット温度特性の変化率：
ある圧力で得られる出力電圧がオフセット電圧であるが、温度が変化するとオフセット電圧も変化する。この実施形態では、10℃環境でのオフセット電圧を基準として、各温度におけるオフセット電圧との差を求め、基準のオフセット電圧で除算して％表示したものがオフセット温度特性の変化率である。この実施形態では、圧力が、26、68、110（kPa）の場合について、環境温度を-20、-10、10、25、40℃と変化させてシミュレーションしている。
オフセット温度特性の変化レンジ：
ある圧力でのオフセット温度特性の変化率について、最大値と最小値の差を算出したものがオフセット温度特性の変化レンジである。
【００２２】
図３（Ａ）乃至（Ｄ）は、圧力（kPa）と出力電圧（Ｖout１-Ｖout２）との関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。温度係数ＴＣＲは、（Ａ）が500（ppm/℃）、（Ｂ）が200（ppm/℃）、（Ｃ）が100（ppm/℃）、（Ｄ）が 0 （ppm/℃）である。図３において、黒塗り三角形、菱形、正方形はそれぞれ温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２を有しない場合の、温度−20℃、25℃、40℃の場合のシミュレーション結果、白抜き三角形、菱形、正方形はそれぞれ本発明のブリッジ回路１１における、温度−20℃、25℃、40℃の場合のシミュレーション結果である。このグラフによれば、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲが大きいほど温度によるオフセット電圧のバラツキが大きくなる傾向があることが分かる。
【００２３】
図４（Ａ）乃至（Ｄ）は、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２と感度温度特性の関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。温度係数ＴＣＲは、（Ａ）が500（ppm/℃）、（Ｂ）が200（ppm/℃）、（Ｃ）が100（ppm/℃）、（Ｄ）が 0 （ppm/℃）である。図４において、縦軸は感度温度特性の変化率（％）、横軸は温度（℃）であって、菱形は温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２を有しないブリッジ回路、正方形は本実施形態のブリッジ回路１１であるが、グラフは重なっている。このグラフによれば、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の有無にかかわらず、特性が一定であること、つまり、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲは感度温度特性には影響を与えないことが分かる。
【００２４】
図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の値と温度特性変化の関係を異なる圧力毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図であって、（Ａ）は圧力26（kPa）の場合、（Ｂ）は68（kPa）の場合、（Ｃ）は110（kPa）の場合である。図５の各グラフにおいて、縦軸はオフセット温度特性の変化率（％）、横軸は温度（℃）であって、温度係数ＴＣＲは、菱形が1500（ppm/℃）、正方形が800（ppm/℃）、三角形が500（ppm/℃）、Ｘ印が200（ppm/℃）、＊印が０（ppm/℃）、黒丸が-200（ppm/℃）、＋印が-500（ppm/℃）、−印が-800（ppm/℃）である。
【００２５】
このシミュレーション結果から、温度補償特性ＴＣＲは、０（ppm/℃）のときに温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２が無い場合と同じ特性となること、及び各圧力毎に、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の最適温度係数ＴＣＲがあることが分かる。
【００２６】
図６には、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲとオフセット温度特性の変化レンジとの関係をシミュレーションした結果をグラフで示した図である。図６において、縦軸はオフセット温度特性の変化レンジ（％、パーセント）、横軸は温度係数ＴＣＲ（ppm/℃）であって、菱形は圧力26（kPa）の場合、正方形は圧力68（kPa）の場合、三角形は圧力110（kPa）の場合のシミュレーション結果である。
【００２７】
このシミュレーション結果から、このブリッジ回路１１における温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲは、０乃至200（ppm/℃）が最適であることが分かる。したがって、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲの値は、ブリッジ回路１１の仕様に応じて変動するが、前記シミュレーションによって設定することができる。
【００２８】
温度係数ＴＣＲは、０乃至200（ppm/℃）を満足する温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の材料、組成及び構造に関する実施例を表１に示した。これらの実施例１乃至９は、ＮｉＦｅＣｒ（ニッケル、鉄、クロム）と、Ｔａ（タンタル）又はＴａＮ（窒化タンタル）により二層薄膜構造とし、抵抗値Ｒｓ及び温度係数ＴＣＲを測定した。なお、各実施例１乃至９は、スパッタリング装置、真空蒸着装置等による薄膜形成工程によって二層に製造される。
【００２９】
表１において、温度係数ＴＣＲは、雰囲気温度85℃と25℃における測定結果から下記式によって求めている。
ＴＣＲ [ppm/℃]=[Ｒ(85℃)-Ｒ(25℃)]/[Ｒ(25℃)×(85℃-25℃)]×1000000
但し、Ｒ(85℃)は雰囲気温度85℃のときの抵抗値、Ｒ(25℃)は雰囲気温度25℃のときの抵抗値である。
ＮｉＦｅＣｒの組成比は、ＮｉとＦｅの比が０．８：０．２のＮｉＦｅが６０at％と、Ｃｒが４０at％である。つまり、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．８、ｙ＝４０at％である。
【表１】
【００３０】
実施例１乃至５は、ＮｉＦｅＣｒ層上にＴａ層を積層しており（図７（Ａ））、実施例６はＴａ層上にＮｉＦｅＣｒ層を積層し（図７（Ｂ））、実施例７乃至実施例９は、ＮｉＦｅＣｒ層上にＴａＮ層を積層している（図７（Ａ））。なお、図７（Ｃ）のように、ＮｉＦｅＣｒ層の上下にＴａ層又はＴａＮ層を積層してもよい。また、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２と直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４、直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３を導通する導電層１７は、例えばＡｌで形成される。
実施例７乃至９は、Ｔａによる薄膜を形成するスパッタリング工程において、アルゴンＡｒに対して窒素Ｎ2をそれぞれ、３体積パーセント(Vol％)、６体積パーセント(Vol％)、８体積パーセント(Vol％)加えて、ＴａＮ層を形成してある。
実施例２、５の結果から、これらの実施例において、ＮｉＦｅＣｒ層とＴａ層又はＴａＮ層の積層順は問わず、いずれを下層に形成してもよいことが分かる。
【００３１】
図８には、Ｔａ層の厚さ（膜厚）を一定とし、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示し、図９にはＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）を一定とし、Ｔａ層の厚さ（膜厚）を変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示した。図８では、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さを、41.5（nm）、43.5（nm）、45.5(nm）に設定し、図９ではＴａ層の厚さを、41.5（nm）、43.5（nm）、45.5(nm）に設定してある。各図において、横軸は膜厚、縦軸はシート抵抗Ｒｓ(Ω/□)、温度係数ＴＣＲ(ppm/℃)である。
【００３２】
図８及び図９のグラフでは、シート抵抗Ｒｓの値は膜厚が増加すると、いずれの場合も減少するが、温度係数ＴＣＲはＮｉＦｅＣｒ層の厚さ増加で増加傾向となり、Ｔａ層の厚さ増加で減少傾向となっている。つまり温度係数ＴＣＲに対してはＮｉＦｅＣｒはプラスの効果、Ｔａはマイナスの効果があることが分かる。
【００３３】
図８及び図９の測定結果及び実施例１乃至９から、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さとＴａ層の厚さを適切な膜厚とすることで、シート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲを回路に合わせた所望の値に容易に設定可能であることが分かる。
【００３４】
またＮｉＦｅＣｒの組成については、組成式 （ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ=０．３〜１、ｙ=２０〜４５at％になる範囲で設定すればよい。より好ましい範囲は、ｘ=０．８〜１、y=３５〜４２at％である。なお、ｘが０．３〜１の下限を下回る（３０at％未満になる）と、Ｆｅの割合が多くなり、錆びやすくなるという問題が生じる。
【００３５】
一方、Ｔａについては、窒化物のＴａＮとすれば、Ｎの添加量を増やすことでＴＣＲのマイナス側寄与を大きくできるので、温度係数ＴＣＲの調整幅を大きくすることができる。
単層のＮｉＣｒ又はＮｉＦｅＣｒを組成調整のみでＴＣＲを改善することはばらつきが大きくなる。本発明は、積層して各層の膜厚を調整することでばらつきを吸収し、目的のＴＣＲに設定することが容易になる。
【００３６】
図示したブリッジ回路の場合、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２は、２組の直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の中点を挟んだ対角位置であれば、いずれの対角位置に配置してもよい。図示実施形態では感応抵抗素子として圧力に感応する感応抵抗素子を使用したが、本発明は、加速度、磁場、磁気等他の物理量に感応する感応抵抗素子、例えば磁気抵抗効果素子を使用したブリッジ回路に適用することもできる。
同実施形態は定電流電源を使用したブリッジ回路であるが、本発明は、定電圧電源を使用したブリッジ回路にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の出力電圧オフセット調整回路を適用したブリッジ回路の一実施形を示す回路図である。
【図２】同実施形態のブリッジ回路によりオフセットされたセンサ出力、増幅後出力と圧力との関係をグラフで示す図であって、（Ａ）はセンサ出力と圧力、（Ｂ）は増幅後の出力電圧と圧力との関係を示す図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｄ）は、同実施形態のブリッジ回路を使用して、圧力（kPa）と出力電圧（Ｖout１-Ｖout２）との関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｄ）は、同実施形態のブリッジ回路を使用して、温度特性調整用抵抗素子と感度温度特性の関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図５】（Ａ）乃至（Ｃ）は、同実施形態のブリッジ回路を使用して温度特性調整用抵抗素子の値と温度特性変化の関係を異なる圧力毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図６】同実施形態のブリッジ回路を使用して、温度特性調整用抵抗素子の温度係数ＴＣＲとオフセット温度特性の変化レンジとの関係をシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図７】同実施形態のブリッジ回路において、温度調整用抵抗素子部分を縦断して示した断面図である。
【図８】同実施形態の温度特性調整用抵抗素子を、Ta層の厚さ（膜厚）を一定としてＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示した図である。
【図９】同実施形態の温度特性調整用抵抗素子を、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）を一定とし、Ta層の厚さ（膜厚）を変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示した図である。
【図１０】従来のブリッジ回路の回路図である。
【図１１】同従来のブリッジ回路によるセンサ出力、増幅後出力と圧力との関係をグラフで示す図であって、（Ａ）はセンサ出力と圧力、（Ｂ）は増幅後出力と圧力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１ ブリッジ回路
１３ 定電流電源
１５ オペアンプ（差動増幅器）
Ｒ１ Ｒ４ 直列抵抗素子
Ｒ２ Ｒ３ 直列抵抗素子
ｄＲ４ ｄＲ２ 温度特性調整用抵抗素子
Ｖout１ Ｖout２ 中点電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ出力等を測定するブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力センサ、荷重センサ、加速度センサ等のセンサ出力を環境、回路内の温度変化による変動を極力排除するために、ブリッジ回路が使用されている。従来のグランド接続を有し、定電流駆動するブリッジ回路１１１を、図１０に示した。定電流電源１１３から供給された定電流Ｉｓは、ブリッジ回路１１１を構成する、直列接続された２組の直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３に流れる。直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４の間の中点電圧Ｖout１、直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の間の中点電圧Ｖout２がセンサ出力として取り出され、オペアンプ１１５の非反転入力端子、反転入力端子に入力され、差動増幅されて出力電圧Ｖｏとして出力される。これらの直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４、直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３は、例えば磁気抵抗素子やピエゾ素子などの感応抵抗素子で形成されている。図１１（Ａ）、（Ｂ）に、センサ出力、出力電圧と圧力との関係をグラフとして示した。同図において、横軸は圧力（kPa）、縦軸は、（Ａ）がセンサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）、（Ｂ）が出力電圧（Ｖｏ）である。
【０００３】
このブリッジ回路１１１では、抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４は、０（kPa）時のセンサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）が０となるようにオフセット調整されている。このセンサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）を入力したときの出力電圧Ｖｏは、オペアンプ１１５の出力レンジの最低値となり、センサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）が増大すると、出力電圧Ｖｏは比例して増大する。この出力電圧Ｖｏを測定することにより、抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４に負荷された圧力を測定していた。
【０００４】
また、ブリッジ回路１１１は温度変化の影響を受けて誤差を生じる。このような温度特性を補償するために、抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４よりも温度係数の小さいオフセット補正用抵抗素子を接続する構成が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００-３１０５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のブリッジ回路構成では、オペアンプ１１５の増幅レンジの半分しか利用できないので、本来備えたオペアンプ１１５の分解能の半分しか利用できていなかった。しかも従来のオフセット補正用抵抗素子を接続する構成は、オフセット補正用抵抗素子の温度特性を考慮していないので、ブリッジ回路出力の温度特性が変化してしまい、温度特性も悪化してしまう問題があった。
【０００６】
また、一般的に温度係数ＴＣＲの値はその材料固有の値であるため、膜厚や形状によってＴＣＲの値を調整することは困難であり、適切な温度係数ＴＣＲ値のオフセット補正用抵抗素子を得ることが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、差増増幅回路の全分解能を利用可能として分解能を高めるとともに、温度特性を高めることができるブリッジ回路において、オフセット補正用抵抗素子の温度係数ＴＣＲの調整、設定が容易なブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する本発明は、電源入力端子と接地端子との間に、感応抵抗素子が直列接続された直列抵抗素子が二組並列に接続され、各直列抵抗素子の中点の電圧が中点電圧として取り出され、前記中点電圧差の中央値が前記差動増幅器の出力レンジの中央値となるようにオフセットする温度特性調整抵抗素子が、前記各直列抵抗素子の前記各中点を挟んだ対角位置に、各直列抵抗素子と直列となるように配置され、前記各温度特性調整抵抗素子の温度係数を、前記直列抵抗素子の温度係数よりも小さく設定された、ブリッジ回路の出力電圧オフセット調整回路であって、上記温度特性調整抵抗素子を、Ｎｉ、又はＮｉＦｅとＣｒとからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層を含む積層構造としたことに特徴を有する。
【０００９】
実際的には、ＮｉＦｅＣｒの組成比を、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．３〜１、ｙ＝２０〜４５at％の範囲で設定する。
より好ましくは、ＮｉＦｅＣｒの組成比は、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．８〜１、 ｙ＝３５〜４２at％の範囲で設定する。
【００１０】
本発明において前記温度特性調整抵抗素子の温度係数は、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層の厚さと、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の厚さによって設定される。
【発明の効果】
【００１１】
以上の通り本発明によれば、温度特性の変化が小さく、温度変化による影響が小さいブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路の温度特性調整用抵抗素子が、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の積層によって形成されるので、温度係数を所望の値に設定することが容易になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明について、図に示した実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用したブリッジ回路の実施形態を示す図である。このブリッジ回路１１は、直列に接続された直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の２組が、グランドに接続されるノードと定電流電源１３からの入力ノードとの間に並列接続され、定電流電源１３から供給された定電流Ｉｓが入力され、直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３に流れる。そうして直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４の間に生じる中点電圧Ｖout１及び直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の間に生じる中点電圧Ｖout２が、センサ出力として取り出される。この実施形態の抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４は、磁気に感応する磁気抵抗素子、又は圧力に感応するピエゾ素子などの、感応抵抗素子である。
【００１３】
センサ出力として取り出された中点電圧Ｖout１、中点電圧Ｖout２は、オペアンプ１５の非反転入力端子、反転入力端子に入力され、差動増幅されて、出力電圧Ｖｏとして出力される。つまり、中点電圧Ｖout１、Ｖout２の差（Ｖout１-Ｖout２）がセンサ出力（電圧）として出力され、オペアンプ１５により差動増幅され、出力電圧Ｖｏとして出力される。
【００１４】
さらにこのブリッジ回路１１では、中点電圧Ｖout１、Ｖout２を挟んだ対角位置に、つまり抵抗素子Ｒ４と中点電圧Ｖout１の間、及び中点電圧Ｖout２と抵抗素子Ｒ２との間に、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２が直列に配置されている。温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の抵抗値は、センサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）の出力レンジの中央値が、オペアンプ１５の出力レンジの中央値となるように設定されている。
【００１５】
このブリッジ回路１１において、圧力（kPa）とセンサ出力（Ｖout１-Ｖout２）との関係、及び圧力（kPa）と出力電圧Ｖｏとの関係をシミュレートした結果を、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した。このシミュレートでは、定電流電源１３からの入力電流Ｉsは0.15mA、センサ出力（Ｖout１ - Ｖout２）の出力レンジは圧力換算で０乃至100（kPa）、オペアンプ１５の出力電圧Ｖｏのレンジは０乃至5.0（V）であって、圧力レンジの中央値である圧力50（kPa）のときに、出力電圧Ｖｏが出力レンジの中央値である2.5（V)となるように、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の抵抗値を設定してある。図２（Ａ）において、縦軸はセンサ出力（Ｖout１-Ｖout２）、横軸は圧力（kPa）、図２（Ｂ）において、縦軸は出力電圧（Ｖ）、横軸は圧力（kPa）である。
【００１６】
このような条件に基づき温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の抵抗値を設定することにより、オペアンプ１５の出力レンジ全域を使用することが可能になり、出力電圧Ｖｏのレンジが２倍になり、分解能も２倍になる。
【００１７】
さらに本発明の実施形態では、温度特性を補償するために、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲは、他の抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４よりも小さく設定し、温度特性を悪化させることなくオフセット電圧をシフトさせることを可能にした。
【００１８】
次に、このブリッジ回路１１において、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の最適な温度係数ＴＣＲを求めたシミュレーション結果を添付の図に示したグラフを参照して説明する。
【００１９】
抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４は、ピエゾ素子により形成してある。
温度５℃、圧力100（kPa）のとき、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３は4.993（Ω）抵抗素子Ｒ２、Ｒ４は4.743（Ω）、温度係数ＴＣＲは、約1500（ppm/℃）である。
温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２は、 ｄＲ２＝ｄＲ４＝160（Ω） 温度係数ＴＣＲは、1500〜-800 （ppm/℃）の範囲で設定できる。以上の通り数値設定されたブリッジ回路１１において、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲを 500、 200、 100、 0 （ppm/℃）に設定した場合のシミュレーション結果を図３乃至図６にグラフ化して示した。
【００２０】
なお、上記シミュレーションのように抵抗素子Ｒ１、Ｒ３と抵抗素子Ｒ２、Ｒ４との間に抵抗差があるときは、抵抗の小さい方である抵抗素子Ｒ２と中点との間及び抵抗素子Ｒ４と中点との間に、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ２、ｄＲ４を入れる方が好ましい。オフセット方向が逆にならないようにするためである。
【００２１】
この実施形態において、感度温度測定の変化率、オフセット温度特性の変化率、オフセット温度特性の変化レンジを、以下の通り定義する。
感度温度特性の変化率：
圧力をある範囲、この実施形態では26から110（kPa）に変化させたときに得られる出力電圧のレンジが感度となるが、この感度は温度毎に変化する。そこでこの実施形態では、10℃環境での感度を基準として、-20、-10、10、25、40℃環境における感度差を求め、これらを10℃における感度で除算し、パーセント（％）表示したものを感度温度特性の変化率としてある。
オフセット温度特性の変化率：
ある圧力で得られる出力電圧がオフセット電圧であるが、温度が変化するとオフセット電圧も変化する。この実施形態では、10℃環境でのオフセット電圧を基準として、各温度におけるオフセット電圧との差を求め、基準のオフセット電圧で除算して％表示したものがオフセット温度特性の変化率である。この実施形態では、圧力が、26、68、110（kPa）の場合について、環境温度を-20、-10、10、25、40℃と変化させてシミュレーションしている。
オフセット温度特性の変化レンジ：
ある圧力でのオフセット温度特性の変化率について、最大値と最小値の差を算出したものがオフセット温度特性の変化レンジである。
【００２２】
図３（Ａ）乃至（Ｄ）は、圧力（kPa）と出力電圧（Ｖout１-Ｖout２）との関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。温度係数ＴＣＲは、（Ａ）が500（ppm/℃）、（Ｂ）が200（ppm/℃）、（Ｃ）が100（ppm/℃）、（Ｄ）が 0 （ppm/℃）である。図３において、黒塗り三角形、菱形、正方形はそれぞれ温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２を有しない場合の、温度−20℃、25℃、40℃の場合のシミュレーション結果、白抜き三角形、菱形、正方形はそれぞれ本発明のブリッジ回路１１における、温度−20℃、25℃、40℃の場合のシミュレーション結果である。このグラフによれば、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲが大きいほど温度によるオフセット電圧のバラツキが大きくなる傾向があることが分かる。
【００２３】
図４（Ａ）乃至（Ｄ）は、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２と感度温度特性の関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。温度係数ＴＣＲは、（Ａ）が500（ppm/℃）、（Ｂ）が200（ppm/℃）、（Ｃ）が100（ppm/℃）、（Ｄ）が 0 （ppm/℃）である。図４において、縦軸は感度温度特性の変化率（％）、横軸は温度（℃）であって、菱形は温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２を有しないブリッジ回路、正方形は本実施形態のブリッジ回路１１であるが、グラフは重なっている。このグラフによれば、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の有無にかかわらず、特性が一定であること、つまり、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲは感度温度特性には影響を与えないことが分かる。
【００２４】
図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の値と温度特性変化の関係を異なる圧力毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図であって、（Ａ）は圧力26（kPa）の場合、（Ｂ）は68（kPa）の場合、（Ｃ）は110（kPa）の場合である。図５の各グラフにおいて、縦軸はオフセット温度特性の変化率（％）、横軸は温度（℃）であって、温度係数ＴＣＲは、菱形が1500（ppm/℃）、正方形が800（ppm/℃）、三角形が500（ppm/℃）、Ｘ印が200（ppm/℃）、＊印が０（ppm/℃）、黒丸が-200（ppm/℃）、＋印が-500（ppm/℃）、−印が-800（ppm/℃）である。
【００２５】
このシミュレーション結果から、温度補償特性ＴＣＲは、０（ppm/℃）のときに温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２が無い場合と同じ特性となること、及び各圧力毎に、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の最適温度係数ＴＣＲがあることが分かる。
【００２６】
図６には、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲとオフセット温度特性の変化レンジとの関係をシミュレーションした結果をグラフで示した図である。図６において、縦軸はオフセット温度特性の変化レンジ（％、パーセント）、横軸は温度係数ＴＣＲ（ppm/℃）であって、菱形は圧力26（kPa）の場合、正方形は圧力68（kPa）の場合、三角形は圧力110（kPa）の場合のシミュレーション結果である。
【００２７】
このシミュレーション結果から、このブリッジ回路１１における温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲは、０乃至200（ppm/℃）が最適であることが分かる。したがって、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の温度係数ＴＣＲの値は、ブリッジ回路１１の仕様に応じて変動するが、前記シミュレーションによって設定することができる。
【００２８】
温度係数ＴＣＲは、０乃至200（ppm/℃）を満足する温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２の材料、組成及び構造に関する実施例を表１に示した。これらの実施例１乃至９は、ＮｉＦｅＣｒ（ニッケル、鉄、クロム）と、Ｔａ（タンタル）又はＴａＮ（窒化タンタル）により二層薄膜構造とし、抵抗値Ｒｓ及び温度係数ＴＣＲを測定した。なお、各実施例１乃至９は、スパッタリング装置、真空蒸着装置等による薄膜形成工程によって二層に製造される。
【００２９】
表１において、温度係数ＴＣＲは、雰囲気温度85℃と25℃における測定結果から下記式によって求めている。
ＴＣＲ [ppm/℃]=[Ｒ(85℃)-Ｒ(25℃)]/[Ｒ(25℃)×(85℃-25℃)]×1000000
但し、Ｒ(85℃)は雰囲気温度85℃のときの抵抗値、Ｒ(25℃)は雰囲気温度25℃のときの抵抗値である。
ＮｉＦｅＣｒの組成比は、ＮｉとＦｅの比が０．８：０．２のＮｉＦｅが６０at％と、Ｃｒが４０at％である。つまり、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．８、ｙ＝４０at％である。
【表１】
【００３０】
実施例１乃至５は、ＮｉＦｅＣｒ層上にＴａ層を積層しており（図７（Ａ））、実施例６はＴａ層上にＮｉＦｅＣｒ層を積層し（図７（Ｂ））、実施例７乃至実施例９は、ＮｉＦｅＣｒ層上にＴａＮ層を積層している（図７（Ａ））。なお、図７（Ｃ）のように、ＮｉＦｅＣｒ層の上下にＴａ層又はＴａＮ層を積層してもよい。また、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２と直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４、直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３を導通する導電層１７は、例えばＡｌで形成される。
実施例７乃至９は、Ｔａによる薄膜を形成するスパッタリング工程において、アルゴンＡｒに対して窒素Ｎ2をそれぞれ、３体積パーセント(Vol％)、６体積パーセント(Vol％)、８体積パーセント(Vol％)加えて、ＴａＮ層を形成してある。
実施例２、５の結果から、これらの実施例において、ＮｉＦｅＣｒ層とＴａ層又はＴａＮ層の積層順は問わず、いずれを下層に形成してもよいことが分かる。
【００３１】
図８には、Ｔａ層の厚さ（膜厚）を一定とし、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示し、図９にはＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）を一定とし、Ｔａ層の厚さ（膜厚）を変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示した。図８では、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さを、41.5（nm）、43.5（nm）、45.5(nm）に設定し、図９ではＴａ層の厚さを、41.5（nm）、43.5（nm）、45.5(nm）に設定してある。各図において、横軸は膜厚、縦軸はシート抵抗Ｒｓ(Ω/□)、温度係数ＴＣＲ(ppm/℃)である。
【００３２】
図８及び図９のグラフでは、シート抵抗Ｒｓの値は膜厚が増加すると、いずれの場合も減少するが、温度係数ＴＣＲはＮｉＦｅＣｒ層の厚さ増加で増加傾向となり、Ｔａ層の厚さ増加で減少傾向となっている。つまり温度係数ＴＣＲに対してはＮｉＦｅＣｒはプラスの効果、Ｔａはマイナスの効果があることが分かる。
【００３３】
図８及び図９の測定結果及び実施例１乃至９から、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さとＴａ層の厚さを適切な膜厚とすることで、シート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲを回路に合わせた所望の値に容易に設定可能であることが分かる。
【００３４】
またＮｉＦｅＣｒの組成については、組成式 （ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ=０．３〜１、ｙ=２０〜４５at％になる範囲で設定すればよい。より好ましい範囲は、ｘ=０．８〜１、y=３５〜４２at％である。なお、ｘが０．３〜１の下限を下回る（３０at％未満になる）と、Ｆｅの割合が多くなり、錆びやすくなるという問題が生じる。
【００３５】
一方、Ｔａについては、窒化物のＴａＮとすれば、Ｎの添加量を増やすことでＴＣＲのマイナス側寄与を大きくできるので、温度係数ＴＣＲの調整幅を大きくすることができる。
単層のＮｉＣｒ又はＮｉＦｅＣｒを組成調整のみでＴＣＲを改善することはばらつきが大きくなる。本発明は、積層して各層の膜厚を調整することでばらつきを吸収し、目的のＴＣＲに設定することが容易になる。
【００３６】
図示したブリッジ回路の場合、温度特性調整用抵抗素子ｄＲ４、ｄＲ２は、２組の直列抵抗素子Ｒ１、Ｒ４と直列抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の中点を挟んだ対角位置であれば、いずれの対角位置に配置してもよい。図示実施形態では感応抵抗素子として圧力に感応する感応抵抗素子を使用したが、本発明は、加速度、磁場、磁気等他の物理量に感応する感応抵抗素子、例えば磁気抵抗効果素子を使用したブリッジ回路に適用することもできる。
同実施形態は定電流電源を使用したブリッジ回路であるが、本発明は、定電圧電源を使用したブリッジ回路にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の出力電圧オフセット調整回路を適用したブリッジ回路の一実施形を示す回路図である。
【図２】同実施形態のブリッジ回路によりオフセットされたセンサ出力、増幅後出力と圧力との関係をグラフで示す図であって、（Ａ）はセンサ出力と圧力、（Ｂ）は増幅後の出力電圧と圧力との関係を示す図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｄ）は、同実施形態のブリッジ回路を使用して、圧力（kPa）と出力電圧（Ｖout１-Ｖout２）との関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図４】（Ａ）乃至（Ｄ）は、同実施形態のブリッジ回路を使用して、温度特性調整用抵抗素子と感度温度特性の関係を異なる温度係数ＴＣＲ毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図５】（Ａ）乃至（Ｃ）は、同実施形態のブリッジ回路を使用して温度特性調整用抵抗素子の値と温度特性変化の関係を異なる圧力毎にシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図６】同実施形態のブリッジ回路を使用して、温度特性調整用抵抗素子の温度係数ＴＣＲとオフセット温度特性の変化レンジとの関係をシミュレーションした結果をグラフで示した図である。
【図７】同実施形態のブリッジ回路において、温度調整用抵抗素子部分を縦断して示した断面図である。
【図８】同実施形態の温度特性調整用抵抗素子を、Ta層の厚さ（膜厚）を一定としてＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示した図である。
【図９】同実施形態の温度特性調整用抵抗素子を、ＮｉＦｅＣｒ層の厚さ（膜厚）を一定とし、Ta層の厚さ（膜厚）を変えた場合のシート抵抗Ｒｓと温度係数ＴＣＲの変化をグラフにして示した図である。
【図１０】従来のブリッジ回路の回路図である。
【図１１】同従来のブリッジ回路によるセンサ出力、増幅後出力と圧力との関係をグラフで示す図であって、（Ａ）はセンサ出力と圧力、（Ｂ）は増幅後出力と圧力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１ ブリッジ回路
１３ 定電流電源
１５ オペアンプ（差動増幅器）
Ｒ１ Ｒ４ 直列抵抗素子
Ｒ２ Ｒ３ 直列抵抗素子
ｄＲ４ ｄＲ２ 温度特性調整用抵抗素子
Ｖout１ Ｖout２ 中点電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源入力端子と接地端子との間に、感応抵抗素子が直列接続された直列抵抗素子が二組並列に接続され、各直列抵抗素子の中点の電圧が中点電圧として取り出され、
前記中点電圧差の中央値が前記差動増幅器の出力レンジの中央値となるようにオフセットする温度特性調整抵抗素子が、前記各直列抵抗素子の前記各中点を挟んだ対角位置に、各直列抵抗素子と直列となるように配置され、
前記各温度特性調整抵抗素子の温度係数を、前記直列抵抗素子の温度係数よりも小さく設定された、ブリッジ回路の出力電圧オフセット調整回路であって、
前記温度特性調整抵抗素子が、Ｎｉ、又はＮｉＦｅとＣｒとからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層を含む積層構造であることを特徴とするブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項２】
請求項１記載のブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路において、ＮｉＦｅＣｒの組成比は、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．３〜１、ｙ＝２０〜４５at％の範囲で設定されているブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項３】
請求項１記載のブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路において、ＮｉＦｅＣｒの組成比は、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．８〜１、 ｙ＝３５〜４２at％の範囲で設定されているブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路において、前記温度特性調整抵抗素子の温度係数は、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層の厚さと、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の厚さによって設定されているブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項１】
電源入力端子と接地端子との間に、感応抵抗素子が直列接続された直列抵抗素子が二組並列に接続され、各直列抵抗素子の中点の電圧が中点電圧として取り出され、
前記中点電圧差の中央値が前記差動増幅器の出力レンジの中央値となるようにオフセットする温度特性調整抵抗素子が、前記各直列抵抗素子の前記各中点を挟んだ対角位置に、各直列抵抗素子と直列となるように配置され、
前記各温度特性調整抵抗素子の温度係数を、前記直列抵抗素子の温度係数よりも小さく設定された、ブリッジ回路の出力電圧オフセット調整回路であって、
前記温度特性調整抵抗素子が、Ｎｉ、又はＮｉＦｅとＣｒとからなる薄膜層と、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層を含む積層構造であることを特徴とするブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項２】
請求項１記載のブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路において、ＮｉＦｅＣｒの組成比は、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．３〜１、ｙ＝２０〜４５at％の範囲で設定されているブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項３】
請求項１記載のブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路において、ＮｉＦｅＣｒの組成比は、組成式、（ＮｉxＦｅ(1-x)）(100-y)Ｃｒy において、ｘ＝０．８〜１、 ｙ＝３５〜４２at％の範囲で設定されているブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路において、前記温度特性調整抵抗素子の温度係数は、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒからなる薄膜層の厚さと、Ｔａ又はＴａＮからなる薄膜層の厚さによって設定されているブリッジ回路出力電圧のオフセット調整回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２２３１（Ｐ２０１１−２２３１Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７１７４５（Ｐ２００７−２７１７４５）
【出願日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]