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公開番号2025108865
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002335
出願日2024-01-11
発明の名称信号処理回路およびセンサユニット
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G01R 33/09 20060101AFI20250716BHJP(測定;試験)
要約【課題】ブリッジ抵抗型センサの出力信号の振幅レンジが大きくなる場合でも消費電力が抑えられる信号処理回路を提供する。
【解決手段】信号処理回路は、第1直流電源と接地の間で互いに直列に接続され、観察対象の物理量の変化に応じてそれぞれの抵抗値が変動する第1素子および第2素子と、第1素子と第2素子の中間点に接続された反転入力端子、第2直流電源に接続された非反転入力端子、および出力端子を有するオペアンプと、出力端子と反転入力端子の間に接続された帰還抵抗とを備える。このように接続された信号処理回路のオペアンプは、反転入力端子へ入力される入力電圧が非反転入力端子へ入力される第2直流電源の電圧と等しくなるように負帰還制御が作用するので、両入力端子に入力される電圧の振幅レンジは極めて小さい範囲に抑制され、消費される電力を大幅に抑制することができる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１直流電源と接地の間で互いに直列に接続され、観察対象の物理量の変化に応じてそれぞれの抵抗値が変動する第１素子および第２素子と、
前記第１素子と前記第２素子の中間点に接続された反転入力端子、第２直流電源に接続された非反転入力端子、および出力端子を有するオペアンプと、
前記出力端子と前記反転入力端子の間に接続された帰還抵抗と
を備える信号処理回路。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記第１素子と前記第２素子のそれぞれの抵抗値によって定まる前記反転入力端子への入力抵抗値の最低値は、前記帰還抵抗の抵抗値よりも大きい請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
全体でフルブリッジ回路を形成する２組の前記第１素子および前記第２素子と、
２つの前記オペアンプと、
２つの前記帰還抵抗と
によって構成され、２つの前記オペアンプのそれぞれの前記非反転入力端子は共に共通の前記第２直流電源に接続されている請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記第１素子および前記第２素子のそれぞれは磁気センサである請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記オペアンプは、テレスコピック型オペアンプである請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項６】
第１直流電源と接地の間で互いに直列に接続され、観察対象の物理量の変化に応じてそれぞれの抵抗値が変動する第１素子および第２素子の組合せと、前記第１直流電源と前記接地の間で互いに直列に接続され、前記物理量の変化に応じてそれぞれの抵抗値が変動する第３素子および第４素子の組合せとの全体で形成するフルブリッジ回路と、
前記第１素子と前記第２素子の中間点に接続された反転入力端子、前記第３素子と前記第４素子の中間点に接続された非反転入力端子、第１出力端子、第２出力端子を有する差動オペアンプと、
前記第1出力端子と前記反転入力端子の間に接続された第1帰還抵抗と、
前記第２出力端子と前記非反転入力端子の間に接続された第２帰還抵抗と
を備える信号処理回路。
【請求項７】
前記第１素子から前記第４素子のそれぞれは磁気センサである請求項６に記載の信号処理回路。
【請求項８】
前記差動オペアンプは、テレスコピック型オペアンプである請求項６に記載の信号処理回路。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の信号処理回路を備えるセンサユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理回路およびセンサユニットに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば磁場の大きさを検出するＭＲ（Magneto Resistive）素子などの抵抗素子を複数配置してブリッジ接続したブリッジ抵抗型センサが知られている。ブリッジ抵抗型センサの信号処理回路としては、その出力信号をオペアンプの入力端子のうち入力抵抗の高い非反転入力端子に接続して増幅した電圧信号を得るものがよく知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－８９０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ブリッジ抵抗型センサの出力信号をオペアンプの非反転入力端子に接続する信号処理回路の場合、出力信号が取り得る振幅レンジ（ＡＣ電圧成分＋ＤＣ電圧成分）が大きくなると、ノイズレベルを一定範囲に収めるために必要となる電力が増大するという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ブリッジ抵抗型センサの出力信号の振幅レンジが大きくなる場合でも消費電力が抑えられる信号処理回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様における信号処理回路は、第１直流電源と接地の間で互いに直列に接続され、観察対象の物理量の変化に応じてそれぞれの抵抗値が変動する第１素子および第２素子と、第１素子と第２素子の中間点に接続された反転入力端子、第２直流電源に接続された非反転入力端子、および出力端子を有するオペアンプと、出力端子と反転入力端子の間に接続された帰還抵抗とを備える。
【０００７】
このように接続された信号処理回路のオペアンプは、第１素子と第２素子の中間点から出力される出力電圧が変動しても、反転入力端子へ入力される入力電圧が非反転入力端子へ入力される第２直流電源の電圧と等しくなるように、負帰還制御が作用する。その結果、両入力端子に入力される電圧の振幅レンジは極めて小さい範囲に抑制されるので、信号処理回路で消費される電力を大幅に抑制することができる。
【０００８】
上記の信号処理回路において、第１素子と第２素子のそれぞれの抵抗値によって定まる反転入力端子への入力抵抗値の最低値は、帰還抵抗の抵抗値よりも大きいことが望ましい。このような関係が成立している場合には、第１素子と第２素子の中間点から出力される出力電圧の変化に対するオペアンプの出力端子から出力される出力電圧の追従性が良好である。
【０００９】
また、上記の信号処理回路は、全体でフルブリッジ回路を形成する２組の第１素子および第２素子と、２つのオペアンプと、２つの帰還抵抗とによって構成され、２つのオペアンプのそれぞれの非反転入力端子は共に共通の第２直流電源に接続されていてもよい。このように４つの抵抗素子がいわゆるフルブリッジとして接続された信号処理回路においても、ハーフブリッジとして接続された信号処理回路と同様に、信号処理回路で消費される電力を大幅に抑制することができる。このように、２つの抵抗素子がハーフブリッジとして接続された信号処理回路も、４つの抵抗素子がフルブリッジとして接続された信号処理回路も、抵抗素子としては特にＭＲ素子に代表される磁気センサである場合に、より実用的である。
【００１０】
また、上記の信号処理回路において採用されるオペアンプは、テレスコピック型オペアンプであるとよい。本来テレスコピック型オペアンプは、許容される入力電圧の振幅レンジが小さいので、本発明が想定する出力電圧の振幅レンジに対しては採用が難しかった。しかし、本発明においては入力端子に入力される電圧の振幅レンジは極めて小さい範囲に抑制されるので、テレスコピック型オペアンプを採用することが可能となり、その低消費電力の特性を享受することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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