傳感器電路的制作方法
【專利摘要】提供一種能夠不增大消耗電流、高速且高放大率地放大傳感器信號的傳感器電路。該傳感器電路包括將作為傳感器元件的電流信號的差動輸出信號預(yù)先放大的一級放大器、將放大的差動輸出信號放大的二級放大器、用于將傳感器元件驅(qū)動電流保持為恒定的恒壓產(chǎn)生電路、和返回反饋信號來調(diào)整放大率的反饋電路。該傳感器電路中流過一級放大器的電流的大部分作為傳感器元件的偏置電流。
【專利說明】傳感器電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器電路，更具體涉及具有橋式傳感器元件的傳感器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]因為傳感器元件的輸出信號(傳感器信號)一般很微小，所以為了適用于使用傳感器元件的電子電路，需要通過傳感器電路來進行放大。
[0003]近年，電子設(shè)備的小型化得到進展，內(nèi)含的傳感器電路也進行小型化，傳感器電路的小型化導(dǎo)致傳感器信號的微小信號化。為了使作為微小信號的傳感器信號能由一般的電子設(shè)備使用，在傳感器電路的放大器中需要更加高的放大率。一方面，傳感器電路不斷要求高速工作化。高放大率和高速工作一般是對立的，為了滿足這些的要求，現(xiàn)有的放大器的消耗電流變多(例如，參照專利文獻I)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻1:日本特開2010-181211號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明要解決的問題
但是，在電子設(shè)備中，尤其是在電池驅(qū)動的移動設(shè)備中，消耗電流的增大存在難以被市場接受的問題。
[0006]本發(fā)明鑒于這些問題點而成，提供能夠不增大消耗電流、高速且高放大率地放大傳感器信號的傳感器電路。
[0007]解決問題的方案
本發(fā)明為了解決上述問題，提供一種傳感器電路，其包括:將作為傳感器元件的電流信號的差動輸出信號預(yù)先放大的一級放大器、將放大的差動輸出信號放大的二級放大器、用于將傳感器元件驅(qū)動電流保持為恒定的恒壓產(chǎn)生電路、和返回反饋信號來調(diào)整放大率的反饋電路。該傳感器電路中流過一級放大器的電流的大部分作為傳感器元件的偏置電流。
[0008]發(fā)明的效果
通過本發(fā)明的傳感器電路，因為通過一級放大器被放大的傳感器信號輸入到二級放大器，所以傳感器電路能夠高速且高放大率地放大傳感器信號。
[0009]此外，即使傳感器電路附加一級放大器，一級放大器的消耗電流的大部分也作為傳感器元件驅(qū)動電流來利用，所以傳感器電路的消耗電流幾乎不增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是示出第I實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0011]圖2是示出第2實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0012]圖3是示出第3實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0013]圖4是示出第4實施方式的傳感器電路的電路圖。[0014]圖5是示出第5實施方式的傳感器電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0015]第I實施方式
圖1是示出第I實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0016]第I實施方式的傳感器電路包括:傳感器元件S1、將作為傳感器元件SI的電流信號的差動輸出信號(傳感器信號)預(yù)先放大的一級放大器Cl、將放大的傳感器信號放大的二級放大器Al、用于將傳感器元件驅(qū)動電流保持為恒定的恒壓產(chǎn)生電路C2、返回反饋信號來調(diào)整放大率的反饋電路C3。這里，流過一級放大器Cl的電流的大部分作為傳感器元件SI的偏置電流而流過傳感器元件SI。
[0017]傳感器元件SI由電阻值相同的四個電阻R33~R36構(gòu)成橋式。此外，傳感器元件SI是表現(xiàn)為四個橋式的等效電阻的元件。
[0018]在一級放大器Cl中，NMOS晶體管Mll的柵極以及漏極連接到節(jié)點N13，源極通過串聯(lián)連接的電阻Rlf R12連接到接地端子。恒流源Il設(shè)在電源端子和節(jié)點N13之間。NMOS晶體管M21的柵極以及漏極連接到節(jié)點N23，源極通過串聯(lián)連接的電阻R2 f R22連接到接地端子。恒流源12設(shè)在電源端子和節(jié)點N23之間。NMOS晶體管M12的柵極連接到節(jié)點N13，源極連接到節(jié)點N31，漏極通過電阻R31連接到電源端子。NMOS晶體管M22的柵極連接到節(jié)點N23，源極連接到節(jié)點N31，漏極通過電阻R32連接到電源端子。節(jié)點N331是與NMOS晶體管M12的漏極的連接點。節(jié)點N332是與NMOS晶體管M22的漏極的連接點。節(jié)點Nll是NMOS晶體管Mll的源極 。節(jié)點N21是NMOS晶體管M21的源極。
[0019]二級放大器Al的非反相輸入端子連接到節(jié)點N332，反相輸入端子連接到節(jié)點N331，非反相輸出端子連接到傳感器電路的非反相輸出端子N02，反相輸出端子連接到傳感器電路的反相輸出端子N01。此外，二級放大器Al的輸出公共電壓反饋端子連接到作為傳感器元件驅(qū)動電流的供給節(jié)點的節(jié)點N31。二級放大器Al的輸出公共電壓輸入端子連接到作為二級放大器Al的輸出公共電壓的供給節(jié)點的節(jié)點N41。
[0020]在恒壓產(chǎn)生電路C2中，NMOS晶體管M41的柵極以及漏極連接到節(jié)點N43，源極通過串聯(lián)連接的電阻R41~R42連接到接地端子。恒流源14設(shè)在電源端子和節(jié)點N43之間。節(jié)點N41是NMOS晶體管M41的源極。
[0021]在反饋電路C3中，電阻13設(shè)在傳感器電路的反相輸出端子NOl和節(jié)點N12之間，電阻23設(shè)在傳感器電路的非反相輸出端子N02和節(jié)點N22之間。
[0022]這里，恒流源If 12流過相同的恒流。NMOS晶體管MlI和NMOS晶體管M21是相同尺寸。NMOS晶體管M12和NMOS晶體管M22是相同尺寸。電阻R11~R13和電阻R21~R23以及電阻R41~R42與傳感器元件SI為相同材料。電阻R11~R12以及電阻R21~R22的電阻值相同。電阻R41~R42的電阻值相同。
[0023]此外，電阻R11~R13的電阻值分別為Rll~R13，電阻R21~R23的電阻值分別為R2TR23,電阻R31~R36的電阻值分別為R31~R36，電阻R41~R42的電阻值分別為R41~R42。恒流源Ι1~Ι2的電流值分別為Ι1~Ι2，恒流源14的電流值為14。于是，NMOS晶體管Mll和NMOS晶體管M12的尺寸比表示為:
I/ (R11+R12):1/ (R33+R34)NMOS晶體管M21和NMOS晶體管M22的尺寸比表示為:
I/ (R21+R22):1/ (R35+R36)
NMOS晶體管Mll和NMOS晶體管M41的尺寸比表示為:
I/ (R11+R12):1/ (R41+R42)
此外，表示為:
Il:14。
[0024]接著關(guān)于第I實施方式的傳感器電路的工作進行說明。
[0025]這里，傳感器元件SI基于節(jié)點N31與接地端子之間流過的偏置電流以及施加的磁力等物理量，對節(jié)點N12以及節(jié)點N22輸出作為傳感器元件SI的電流信號的差動輸出信號(傳感器信號)。此外，恒壓產(chǎn)生電路C2基于恒流源14的恒流以及電阻R4f R42的電阻值，對節(jié)點N41產(chǎn)生恒壓。該恒壓輸入二級放大器Al的輸出公共電壓輸入端子，成為二級放大器Al的輸出公共電壓。二級放大器Al以輸出公共電壓輸入端子和輸出公共電壓反饋端子的電壓相等的方式來控制非反相輸出端子和反相輸出端子的電壓。二級放大器Al的輸出公共電壓反饋端子連接有節(jié)點N31，所以節(jié)點N31和節(jié)點N41的電壓相等。
[0026]當(dāng)不存在施加到傳感器元件SI的磁力等物理量時，因為電阻RlfR12的電阻值根據(jù)溫度而變動，所以節(jié)點N ll的電壓也變動。同樣地因為電阻R33~R36的電阻值變動，所以節(jié)點N31的電壓也變動。但是，因為電阻Rlf R12和傳感器元件SI的電阻R33~R36為相同的材料，所以具有相同的電阻值的溫度特性。因此，電阻RlfR12以及電阻R33~R36根據(jù)溫度的電阻值的變動量相等。于是，節(jié)點Nll和節(jié)點N31的電壓也相等，為IlX (R11+R12)。同樣地，節(jié)點Nll和節(jié)點N21和節(jié)點N31和節(jié)點N41的電壓也全部相等。這里，因為電阻R33與電阻R34的連接點和電阻Rll與電阻R12的連接點為相同電壓，所以電流不流過這些連接點之間。同樣地，因為電阻R35與電阻R36的連接點和電阻R21與電阻R22的連接點為相同電壓，所以電流不流過這些連接點之間。
[0027]再者，當(dāng)電阻R12以及電阻R22的電阻值根據(jù)溫度分別變動時，節(jié)點NOf N02的二級放大器Al的輸出公共電壓也相應(yīng)于該電阻變動的程度進行變動。
[0028]施加到傳感器元件SI的磁力等物理量存在的情況下，傳感器信號輸出到節(jié)點N12，流過電阻R12。此外，傳感器信號輸出到節(jié)點N22，流過電阻R22。因此，節(jié)點N12和節(jié)點N22之間產(chǎn)生電壓差A(yù)V12。該電壓差A(yù)V12分別電平移動而傳播到節(jié)點N13以及節(jié)點N23，分別輸入NMOS晶體管M12以及NMOS晶體管M22的柵極。
[0029]由于該差電壓Λ V12，流過電阻R31和電阻R32的電流基于NMOS晶體管Μ12以及NMOS晶體管Μ22的跨導(dǎo)gm3而分別變化。因此，節(jié)點N331和節(jié)點N332之間產(chǎn)生電壓差A(yù)V331。該電壓差A(yù)V331為電壓差A(yù)V12的(gm3XR31)倍。一般容易確保(gm3XR31)^ 10，對二級放大器Al的輸入信號振幅由于一級放大器Cl的存在而大約變大為IOX(R12) / (R12+R34)倍。
[0030]電壓差A(yù)V331通過二級放大器Al進行放大，通過電阻R13以及電阻R23分別反饋到節(jié)點N12以及節(jié)點N22。此時，電阻13以及電阻23返回反饋信號而調(diào)整放大率，一級放大器Cl以及二級放大器Al以抵消傳感器信號的變動的方式進行工作。反饋之后，如果傳感器信號靜止，則一級放大器Cl的工作狀態(tài)與沒有傳感器信號的情況相同。
[0031]此外，因為作為傳感器元件SI的電流信號的差動輸出信號(傳感器信號)依賴于電阻R33~R36的電阻值，所以這些電阻值根據(jù)溫度而變動時，傳感器信號也變動。但是，因為電阻R13和電阻R23以及電阻R33~R36為相同的材料，所以具有相同的電阻值的溫度特性。因此，電阻R13和電阻R23以及電阻R33~R36根據(jù)溫度的電阻值的變動量相等。即，這些電阻的電阻值的比不變動。此外，由于這些電阻的電阻值的溫度依賴性，傳感器元件SI的電流信號變動。因此，節(jié)點NOfN02的電壓不變動，不具有溫度依賴性。于是，不需要修正溫度依賴性的溫度補償電路。在傳感器電路中，電路規(guī)模變小，消耗電流變少。
[0032]第2實施方式
圖2是示出第2實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0033]第2實施方式的傳感器電路對第I實施方式的傳感器電路追加輸出公共電壓調(diào)整電路C4。產(chǎn)生希望的基準電壓的基準電壓產(chǎn)生電路V41通過電阻R43連接到節(jié)點N42。該電阻R43的電阻值例如為R13X (1+R12/R34)。第I實施方式的傳感器電路中，節(jié)點N01~N02的二級放大器Al的輸出公共電壓為(I1XR12)。但是,第2實施方式的傳感器電路中輸出公共電壓也可以為希望的電壓。 [0034]第3實施方式
圖3是示出第3實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0035]第3實施方式的傳感器電路中，反饋電路C3的電阻R13以及電阻R23的連接位置被變更。第I實施方式的傳感器電路中，電阻R13以及電阻R23分別連接到節(jié)點N12以及節(jié)點N22。但是，第3實施方式的傳感器電路中，電阻R13以及電阻R23也可以分別連接到節(jié)點Nll以及節(jié)點N21。當(dāng)不存在施加到傳感器元件SI的磁力等物理量的情況下，第I實施方式的傳感器電路中，節(jié)點Ν01-Ν02的二級放大器Al的輸出公共電壓為節(jié)點N12以及節(jié)點N22的電壓，為與電源電壓相比較低的電壓。但是，第3實施方式的傳感器電路中，輸出公共電壓為節(jié)點Nll以及節(jié)點N21的電壓，比圖1的情況更高。于是，能夠擴大節(jié)點NOf N02的傳感器信號的振幅，傳感器信號的放大率能夠升高與其相應(yīng)的程度。
[0036]第4實施方式
圖4是示出第4實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0037]第4實施方式的傳感器電路中，一級放大器Cl的電阻R3f R32分別置換為二極管連接的PMOS晶體管M31~M32。
[0038]第I實施方式的傳感器電路中，傳感器元件SI的電阻值由于溫度而升高時，節(jié)點N31的電壓也升高，NMOS晶體管M12以及NMOS晶體管M22的漏極一源極之間的電壓分別降低。此時，由于施加到傳感器元件SI的磁力等物理量,節(jié)點N12或者節(jié)點N22的電壓降低，節(jié)點N331或者節(jié)點N332的電壓降低時，NMOS晶體管M12或者NMOS晶體管M22的漏極一源極之間的電壓進一步降低。于是，NMOS晶體管M12或者NMOS晶體管M22不能夠正常工作。
[0039]第4實施方式的傳感器電路中，節(jié)點Ν331-Ν332的電壓難以因施加到傳感器元件SI的磁力等物理量而變動。因此，NMOS晶體管M12以及NMOS晶體管M22的漏極一源極之間的電壓難以降低。
[0040]第5實施方式
圖5是示出第5實施方式的傳感器電路的電路圖。
[0041]如第5實施方式的傳感器電路，即使將各構(gòu)成元件對于電源端子以及接地端子反向連接，將NMOS晶體管變更為PMOS晶體管來進行構(gòu)成也能得到與其它實施方式同樣的效果。第5實施方式的傳感器電路雖然將第I實施方式的傳感器電路的各構(gòu)成兀件對于電源端子以及接地端子反向連接來進行構(gòu)成，但是關(guān)于其它實施方式也是同樣可以這么做的。[0042] 附圖標記
SI傳感器元件；Cl 一級放大器；C2恒壓產(chǎn)生電路；C3反饋電路；Al 二級放大器；If 12、14恒流源。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器電路,包括第一輸入端子、第二輸入端子、第一輸出端子、第二輸出端子，放大四個橋式等效電阻構(gòu)成的傳感器元件產(chǎn)生的電壓并輸出，所述傳感器電路的特征在于，包括: 一級放大器，其包括:在電源端子和接地端子之間串聯(lián)連接的第一恒流源和第一 MOS晶體管以及第一與第二電阻、在所述電源端子和所述接地端子之間串聯(lián)連接的第二恒流源和第二 MOS晶體管以及第三與第四電阻、在所述電源端子和所述傳感器元件的第一輸入端子之間串聯(lián)連接的第一電阻成分和電流鏡連接到所述第一 MOS晶體管的第三MOS晶體管、以及在所述電源端子和所述傳感器元件的第一輸入端子之間串聯(lián)連接的第二電阻成分和電流鏡連接到所述第二 MOS晶體管的第四MOS晶體管，所述第一與第二電阻的連接點連接到所述傳感器元件的第一輸出端子，所述第三與第四電阻的連接點連接到所述傳感器元件的第二輸出端子； 恒壓產(chǎn)生電路，其包括在電源端子和接地端子之間串聯(lián)連接的第三恒流源和第五MOS晶體管以及第五與第六電阻，所述恒壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生恒壓； 二級放大器，其反相輸入端子連接到所述第三MOS晶體管的漏極，非反相輸入端子連接到所述第四MOS晶體管的漏極，反相輸出端子連接到所述傳感器電路的反相輸出端子，非反相輸出端子連接到所述傳感器電路的非反相輸出端子，輸出公共電壓輸入端子中輸入所述恒壓，輸出公共電壓反饋端子中輸入所述傳感器元件的第一輸入端子的電壓；以及 反饋電路，其包括設(shè)在所述二級放大器的反相輸出端子和所述傳感器元件的第一輸出端子之間的第七電阻、和設(shè)在所述二級放大器的非反相輸出端子和所述傳感器元件的第二輸出端子之間的第八電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器電路，其特征在于: 所述第七電阻一端連接到所述二級放大器的反相輸出端子，另一端連接到所述傳感器兀件的第一輸出端子， 所述第八電阻一端連接到所述二級放大器的非反相輸出端子，另一端連接到所述傳感器元件的第二輸出端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器電路，其特征在于: 所述第七電阻一端連接到所述二級放大器的反相輸出端子，另一端通過所述第一電阻連接到所述傳感器元件的第一輸出端子， 所述第八電阻一端連接到所述二級放大器的非反相輸出端子，另一端通過所述第三電阻連接到所述傳感器元件的第二輸出端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器電路，其特征在于: 在所述第五與第六電阻的連接點和接地端子之間進一步包括串聯(lián)連接的第九電阻和基準電壓產(chǎn)生電路。
【文檔編號】H03F3/45GK103997307SQ201410051183
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月14日
【發(fā)明者】吉川清至 申請人:精工電子有限公司