JP2014035228A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自己診断機能を備えたセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device having a self-diagnosis function.
従来より、自己診断機能を備えたセンサ装置が、例えば特許文献1で提案されている。具体的には、センサ素子と、センサ素子の出力電圧を増幅する増幅回路と、センサ素子の出力端子に接続された電位確定用の抵抗素子と、抵抗素子の一端と基準電位との間に接続されたスイッチ回路と、を備えた構成が提案されている。 Conventionally, for example, Patent Document 1 proposes a sensor device having a self-diagnosis function. Specifically, the sensor element, an amplifier circuit that amplifies the output voltage of the sensor element, a resistance element for determining the potential connected to the output terminal of the sensor element, and a connection between one end of the resistance element and the reference potential There has been proposed a configuration including a switched circuit.
抵抗素子は、センサ素子の一方の出力端子と基準電位との間、及び、センサ素子の他方の出力端子と基準電位との間にそれぞれ接続されている。さらに、スイッチ回路は各抵抗素子のいずれか一方について、当該抵抗素子の一端と基準電位との間に配置されている。 The resistance element is connected between one output terminal of the sensor element and the reference potential, and between the other output terminal of the sensor element and the reference potential. Further, the switch circuit is arranged between one end of each resistance element and the reference potential for any one of the resistance elements.
このような構成によると、センサ装置の自己診断時にスイッチ回路を動作させることにより、センサ装置内の合成抵抗値が変化する。このため、増幅回路の出力も変化するので、当該出力に基づいた自己診断が可能になる。すなわち、従来では、自己診断時に増幅させる信号の増幅極性がプラス側またはマイナス側のいずれか一方の単一極性となっている。 According to such a configuration, the combined resistance value in the sensor device changes by operating the switch circuit during the self-diagnosis of the sensor device. For this reason, since the output of the amplifier circuit also changes, self-diagnosis based on the output becomes possible. That is, conventionally, the amplification polarity of a signal to be amplified at the time of self-diagnosis is a single polarity on either the plus side or the minus side.
しかしながら、上記従来の技術のように、自己診断時の信号振幅が単一極性の場合、増幅回路の出力の動作範囲が狭いために出力の信号振幅が基準電位もしくは動作電位に飽和してしまう可能性がある。このため、所望の信号振幅が増幅回路から出力されていることを確認できないという問題がある。 However, when the signal amplitude at the time of self-diagnosis is a single polarity as in the above-described conventional technique, the output signal amplitude may be saturated to the reference potential or the operation potential because the output operation range of the amplifier circuit is narrow. There is sex. For this reason, there is a problem that it cannot be confirmed that a desired signal amplitude is output from the amplifier circuit.
具体的な例として、センサ素子が圧力を検出する歪みゲージとして構成された場合、広範囲な大気圧すなわち高圧環境や低圧環境に応じてセンサ素子のゼロ点が変化する。ここで、ゼロ点とは、センサ素子が物理量の測定を行っていないときの出力値である。センサ素子が圧力を検出する場合のゼロ点は大気圧である。 As a specific example, when the sensor element is configured as a strain gauge that detects pressure, the zero point of the sensor element changes according to a wide range of atmospheric pressure, that is, a high pressure environment or a low pressure environment. Here, the zero point is an output value when the sensor element is not measuring a physical quantity. The zero point when the sensor element detects pressure is atmospheric pressure.
低圧環境ではゼロ点は基準電位側にシフトする一方、高圧環境ではゼロ点は動作電位側へとシフトする。そして、自己診断時にスイッチ回路を動作させた場合、低圧環境ではゼロ点が基準電位側に位置しているために基準電位側への動作範囲が狭い。このため、増幅回路の出力が基準電位側に変化した場合は当該出力が最大変化値に達する前に基準電位に飽和してしまう。同様に、高圧環境ではゼロ点が動作電位側に位置しているために動作電位側への動作範囲が狭い。このため、増幅回路の出力が動作電位側に変化した場合は当該出力が最大変化値に達する前に動作電位に飽和してしまう。その結果、ゼロ点に対して所望の信号振幅を出力していることを判定することができない。 In the low pressure environment, the zero point shifts to the reference potential side, whereas in the high pressure environment, the zero point shifts to the operating potential side. When the switch circuit is operated at the time of self-diagnosis, the zero point is located on the reference potential side in a low-pressure environment, so the operation range to the reference potential side is narrow. For this reason, when the output of the amplifier circuit changes to the reference potential side, the output is saturated to the reference potential before reaching the maximum change value. Similarly, since the zero point is located on the operating potential side in the high pressure environment, the operating range to the operating potential side is narrow. For this reason, when the output of the amplifier circuit changes to the operating potential side, the output is saturated to the operating potential before reaching the maximum change value. As a result, it cannot be determined that a desired signal amplitude is output with respect to the zero point.
本発明は上記点に鑑み、センサ回路のゼロ点の位置が変化したとしても、自己診断時の信号出力の動作範囲を確保することができるセンサ装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a sensor device that can ensure an operation range of signal output during self-diagnosis even when the position of the zero point of the sensor circuit changes.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、動作電位に基づいて物理量を検出すると共に、検出した物理量に応じた信号を出力するセンサ回路(10)と、センサ回路(10)に接続された正極端子(22)及び負極端子(21)を有し、これら正極端子(22)と負極端子(21)との電圧差をセンサ回路(10)から入力された信号として増幅して出力する増幅回路(20)と、を備えている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the sensor circuit (10) for detecting a physical quantity based on the operating potential and outputting a signal corresponding to the detected physical quantity is provided to the sensor circuit (10). It has a positive terminal (22) and a negative terminal (21) connected, and amplifies and outputs a voltage difference between the positive terminal (22) and the negative terminal (21) as a signal input from the sensor circuit (10). And an amplifier circuit (20).
また、一方の端子が負極端子(21)に接続された第1抵抗素子(30)と、一方の端子が正極端子(22)に接続された第2抵抗素子(40)と、第1抵抗素子(30)の他方の端子と動作電位よりも低い基準電位との間に接続された第1スイッチ回路(50)と、第2抵抗素子(40)の他方の端子と基準電位との間に接続された第2スイッチ回路(60)と、を備えている。 The first resistance element (30) having one terminal connected to the negative terminal (21), the second resistance element (40) having one terminal connected to the positive terminal (22), and the first resistance element The first switch circuit (50) connected between the other terminal of (30) and a reference potential lower than the operating potential, and connected between the other terminal of the second resistance element (40) and the reference potential. Second switch circuit (60).
さらに、通常動作時に第1スイッチ回路(50)及び第2スイッチ回路(60)のオンオフ状態を固定する一方、自己診断時に第1スイッチ回路(50)及び第2スイッチ回路(60)のいずれかのオンオフ状態を制御することにより増幅回路(20)から出力される信号の振幅を動作電位側及び基準電位側のいずれかに変化させる極性制御回路(70、80)を備えていることを特徴とする。 Furthermore, while the on / off state of the first switch circuit (50) and the second switch circuit (60) is fixed during normal operation, one of the first switch circuit (50) and the second switch circuit (60) is fixed during the self-diagnosis. A polarity control circuit (70, 80) is provided that changes the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) to either the operating potential side or the reference potential side by controlling the on / off state. .
これによると、極性制御回路(70、80)が自己診断時に増幅回路(20)から出力される信号の振幅の極性を選択的に制御する。このため、自己診断時に増幅回路(20)から出力される信号の振幅を動作電位側及び基準電位側のうち動作範囲が広い側に変化させることができる。したがって、自己診断時の信号出力の動作範囲を確保することができる。 According to this, the polarity control circuit (70, 80) selectively controls the polarity of the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) during the self-diagnosis. For this reason, the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) during the self-diagnosis can be changed to the wide operating range side of the operating potential side and the reference potential side. Therefore, it is possible to secure an operation range of signal output at the time of self-diagnosis.
請求項2に記載の発明では、極性制御回路は、自己診断時において、通常動作時における増幅回路(20)の出力を取得して増幅回路(20)の出力が基準値を超えるか否かを判定し、増幅回路(20)の出力が基準値を超える場合は第1スイッチ回路(50)を動作させることにより増幅回路(20)から出力される信号の振幅を基準電位側に変化させる一方、増幅回路(20)の出力が基準値を超えない場合は第2スイッチ回路(60)を動作させることにより増幅回路(20)から出力される信号の振幅を動作電位側に変化させるゼロ点判定回路(70)であることを特徴とする。 In the second aspect of the invention, the polarity control circuit obtains the output of the amplifier circuit (20) during normal operation during self-diagnosis and determines whether the output of the amplifier circuit (20) exceeds a reference value. When the output of the amplifier circuit (20) exceeds the reference value, the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) is changed to the reference potential side by operating the first switch circuit (50). When the output of the amplifier circuit (20) does not exceed the reference value, the zero point determination circuit changes the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) to the operating potential side by operating the second switch circuit (60). (70).
このように、ゼロ点判定回路(70)によって通常動作時における増幅回路(20)の出力が基準値を超えるか否かを判定することにより、増幅回路(20)から出力される信号の振幅を適切な極性側に増幅させることができる。このため、増幅回路(20)から出力される信号の振幅が動作電位または基準電位に飽和することを防止できる。 As described above, the zero point determination circuit (70) determines whether the output of the amplifier circuit (20) in the normal operation exceeds the reference value, thereby reducing the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20). Can be amplified to the appropriate polarity side. For this reason, it is possible to prevent the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) from being saturated to the operating potential or the reference potential.
請求項4に記載の発明では、極性制御回路は、自己診断時において、増幅回路(20)から出力される信号の振幅を基準電位側に変化させたときの増幅回路(20)の出力の変化を第1変化量として取得すると共に、増幅回路(20)から出力される信号の振幅を動作電位側に変化させたときの増幅回路(20)の出力の変化を第2変化量として取得するロジック回路(80)であることを特徴とする。 In the invention according to claim 4, the polarity control circuit changes the output of the amplifier circuit (20) when the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) is changed to the reference potential side during the self-diagnosis. Is obtained as the first change amount, and the change in the output of the amplifier circuit (20) when the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) is changed to the operating potential side is obtained as the second change amount. It is a circuit (80).
このように、ロジック回路(80)が増幅回路(20)から出力される信号の振幅の変化の方向を両方の極性に切り替えている。このため、増幅回路(20)から出力される信号の振幅が動作電位及び基準電位のいずれか一方に飽和して十分な変化量の信号が得られないとしても、他方については十分な変化量の信号を得ることができる。 Thus, the logic circuit (80) switches the direction of change in the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) to both polarities. Therefore, even if the amplitude of the signal output from the amplifier circuit (20) is saturated to one of the operating potential and the reference potential and a signal having a sufficient amount of change cannot be obtained, a sufficient amount of change is not obtained for the other. A signal can be obtained.
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。図1に示されるように、本実施形態に係るセンサ装置は、センサ回路10と、増幅回路20と、第1抵抗素子30と、第2抵抗素子40と、第1スイッチ回路50と、第2スイッチ回路60と、ゼロ点判定回路70と、を備えて構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the sensor device according to the present embodiment includes a
センサ回路10は、動作電位(Vcc)に基づいて物理量を検出すると共に、検出した物理量に応じた信号を出力するように構成された回路部である。本実施形態では、センサ回路10は4つのピエゾ抵抗素子11が四角形に接続されて構成されたブリッジ回路を備えている。ブリッジ回路の一方の一対の対角点は動作電位とこの動作電位よりも低い基準電位(GND)とにそれぞれ接続されている。また、ブリッジ回路の他方の一対の対角点から物理量に応じた信号が出力される。基準電位は例えばグランド電位である。このような構成のセンサ回路10は、例えばMEMS技術により半導体チップに作り込まれている。
The
本実施形態では、4つのピエゾ抵抗素子11は半導体チップのダイヤフラムの中央部と外縁部とにそれぞれ波形状にレイアウトされている。これにより、ダイヤフラムに圧力が印加されると、ダイヤフラムが歪むので、圧力に応じて変化したピエゾ抵抗素子11の抵抗値が検出されるようになっている。すなわち、センサ回路10は圧力センサである。
In the present embodiment, the four
増幅回路20は、センサ回路10から入力した信号を所定の増幅率で増幅して外部に出力するための回路部である。増幅回路20は、図1に示されるように、負極端子21及び正極端子22を備えている。なお、増幅回路20は例えばオペアンプ等の種々の回路によって構成されている。
The
また、負極端子21及び正極端子22はセンサ回路10のブリッジ回路の他方の一対の対角点にそれぞれ接続されている。負極端子21と正極端子22との電圧差がセンサ回路10から出力された信号となるので、増幅回路20は当該電圧差を増幅する。そして、増幅回路20は、増幅した信号(Vout)を出力端子から図示しない外部ECUに出力する。なお、外部ECUはセンサ装置から入力した圧力信号を取得して所定の制御を行う制御回路装置である。
The
第1抵抗素子30は、一方の端子が増幅回路20の負極端子21に接続された抵抗である。また、第2抵抗素子40は、一方の端子が増幅回路20の正極端子22に接続された抵抗である。すなわち、第1抵抗素子30及び第2抵抗素子40はピエゾ抵抗素子11に対するプルダウン抵抗である。このように、本実施形態では、増幅回路20に対してプルダウン抵抗は2系統設けられている。
The
第1スイッチ回路50は、第1抵抗素子30の他方の端子と基準電位との間に接続された回路部である。また、第2スイッチ回路60は、第2抵抗素子40の他方の端子と基準電位との間に接続された回路部である。本実施形態では、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60は例えばMOSトランジスタで構成されている。したがって、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60のオンオフ状態に対応して増幅回路20から出力される信号の極性を制御できるようになっている。なお、オン状態がスイッチ回路の導通状態に該当し、オフ状態がスイッチ回路の遮断状態に該当する。
The
ゼロ点判定回路70は、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60のオンオフ状態を制御する回路部である。センサ装置が圧力の検出を行う通常動作時には、ゼロ点判定回路70は第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60を両方ともオン状態に制御する。これにより、増幅回路20の正極端子22及び負極端子21の各電位がピエゾ抵抗素子11、第1抵抗素子30、第2抵抗素子40の合成抵抗値によって決まる。
The zero
また、ゼロ点判定回路70は、自己診断機能と異常判定機能とを備えている。自己診断機能は、ゼロ点判定回路70が外部ECUから自己診断信号を入力している自己診断時において、ゼロ点判定回路70が増幅回路20から自己診断用の出力信号を出力させる機能である。ゼロ点判定回路70が自己診断信号を入力している間が自己診断時に相当し、それ以外の期間がゼロ点判定回路70の通常動作時である。
Further, the zero
具体的には、ゼロ点判定回路70は、自己診断時において、増幅回路20の出力に基づいて第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60のいずれかのオンオフ状態を制御する。これにより、ゼロ点判定回路70は、ピエゾ抵抗素子11、第1抵抗素子30、第2抵抗素子40による合成抵抗値を変化させ、増幅回路20から出力される信号の振幅を動作電位側または基準電位側に変化させる。つまり、ゼロ点判定回路70は、増幅回路20の出力の極性を一方の極性だけでなく他方の極性にも変化させる。
Specifically, the zero
また、異常判定機能は、増幅回路20から正常な信号が出力されているかを判定する機能である。ゼロ点判定回路70は増幅回路20の出力信号を入力しているので、常に異常判定が可能である。
The abnormality determination function is a function for determining whether a normal signal is output from the
上述の増幅回路20、第1抵抗素子30、第2抵抗素子40、第1スイッチ回路50、第2スイッチ回路60、及びゼロ点判定回路70は、例えば一つのICチップに作り込まれている。
The amplifying
以上が、本実施形態に係るセンサ装置の全体構成である。当該センサ装置は、例えば車両用のセンサ装置として構成され、車両に搭載されて用いられる。 The above is the overall configuration of the sensor device according to the present embodiment. The sensor device is configured as a sensor device for a vehicle, for example, and is used by being mounted on a vehicle.
次に、ゼロ点判定回路70の自己診断機能について、図2〜図4を参照して説明する。通常、ゼロ点判定回路70は通常動作時の動作を行っており、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60を両方ともオン状態に制御している。そして、ゼロ点判定回路70は、外部ECUから自己診断信号を入力すると、図2に示された自己診断処理を開始する。なお、自己診断信号がゼロ点判定回路70に入力されるタイミングは、例えば、車両の電源オン時やイグニッションオン時等である。
Next, the self-diagnosis function of the zero
まず、ステップ100では、ゼロ点の設定が行われる。このため、ゼロ点判定回路70は、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60を両方ともオン状態に固定する。これにより、外部ECUは、センサ回路10が圧力の測定を行っていないときの増幅回路20の出力を取得する。すなわち、外部ECUは大気圧であるゼロ点の信号を取得する。
First, in
この後、ステップ110では、ゼロ点が基準値を超えるか否かが判定される。基準値は動作電位と基準電位との間の電位である。本実施形態では、動作電位をVccとすると、基準値は(1/2)Vccである。したがって、ゼロ点判定回路70は、増幅回路20の出力(Vout)を取得し、Vout>(1/2)Vccの条件を満たすか否かを判定する。これにより、ゼロ点が高圧環境の出力値であるのか、低圧環境の出力値であるのかを判定する。
Thereafter, in
そして、ステップ110でVout>(1/2)Vccの条件を満たす場合、ステップ120に進む。この場合はセンサ装置が高圧環境に置かれていることを示す。
When the condition of Vout> (1/2) Vcc is satisfied in
ステップ120では、第2スイッチ回路60のオン状態を維持しつつ、第1スイッチ回路50がオフ状態に制御される。これにより、増幅回路20の負極端子21に接続された抵抗の合成抵抗値が変化するので、第1スイッチ回路50がオン状態の場合よりも負極端子21の電位が上昇する。つまり、増幅回路20への入力電位差が変化する。これにより、増幅回路20によって負極側の信号を増幅させることとなり、増幅回路20から出力される信号の振幅をゼロ点から基準電位側に変化させることができる。この様子を図3に示す。
In
図3に示されるように、高圧環境では、増幅回路20のゼロ点(Vp1)は動作電位(Vcc)側に位置している。増幅回路20の出力が動作電位側に変化する場合、ヘッドルームまでの変化の幅が限られている。しかし、時点T10後、増幅回路20の出力の極性はマイナスとなり、増幅回路20の出力信号はゼロ点から基準電位側に変化する。増幅回路20の出力はゼロ点を基準としたマイナス側への変化に対して十分な余裕があるので、当該出力が最大変化値(Vout1)に達する。この最大変化値(Vout1)が外部ECUに取得される。
As shown in FIG. 3, in the high voltage environment, the zero point (Vp1) of the
そして、時点T11でゼロ点判定回路70が第1スイッチ回路50をオン状態に戻すことで増幅回路20の出力は時点T12でゼロ点に戻る。こうして自己診断処理は終了する。なお、時点T10から時点T12までの自己診断の期間を初期診断と言う。
Then, the zero
一方、ステップ110でVout>(1/2)Vccの条件を満たさない場合はステップ130に進む。この場合はセンサ装置が低圧環境に置かれていることを示す。
On the other hand, if the condition of Vout> (1/2) Vcc is not satisfied in
ステップ130では、第1スイッチ回路50のオン状態を維持しつつ、第2スイッチ回路60がオフ状態に制御される。これにより、増幅回路20の正極端子22に接続された抵抗の合成抵抗値が変化するので、第2スイッチ回路60がオン状態の場合よりも正極端子22の電位が上昇する。これにより、増幅回路20によって正極側の信号を増幅させることなり、増幅回路20から出力される信号の振幅をゼロ点から動作電位側に変化させることができる。この様子を図4に示す。
In
図4に示されるように、低圧環境では、増幅回路20のゼロ点(Vp2)は基準電位側に位置している。増幅回路20の出力が基準電位側に変化する場合、基準電位までの変化の幅が限られている。しかし、時点T20後、増幅回路20の出力の極性はプラスとなり、増幅回路20の出力信号はゼロ点から動作電位側に変化する。増幅回路20の出力はゼロ点を基準としたプラス側への変化に対して十分な余裕があるので、当該出力が最大変化値(Vout2)に達する。この最大変化値(Vout2)が外部ECUに取得される。
As shown in FIG. 4, in the low pressure environment, the zero point (Vp2) of the
そして、時点T21でゼロ点判定回路70が第2スイッチ回路60をオン状態に戻すことで増幅回路20の出力は時点T22でゼロ点に戻る。この後、自己診断処理は終了する。
Then, when the zero
以上のように、ゼロ点が(1/2)Vccを超える場合は増幅回路20のマイナス入力側の第1スイッチ回路50をオフし、増幅回路20の信号振幅の極性をマイナスにする。また、ゼロ点が(1/2)Vccを下回る場合は増幅回路20のプラス入力側の第2スイッチ回路60をオフし、増幅回路20の信号振幅の極性をプラスにする。これにより、自己診断時の信号出力の動作範囲を確保することができる。
As described above, when the zero point exceeds (1/2) Vcc, the
また、外部ECUは、ゼロ点(Vp1、Vp2)に対する変化量を算出する。外部ECUは、高圧環境の場合は|Vout1−Vp1|を算出し、低圧環境の場合は|Vout2−Vp2|を算出する。そして、外部ECUは算出した値が所定値を超えるか否かを判定することにより、センサ装置が正常に動作しているかを判定する。 Further, the external ECU calculates the amount of change with respect to the zero points (Vp1, Vp2). The external ECU calculates | Vout1-Vp1 | for the high pressure environment, and | Vout2-Vp2 | for the low pressure environment. Then, the external ECU determines whether the sensor device is operating normally by determining whether the calculated value exceeds a predetermined value.
以上のように、本実施形態では、ゼロ点判定回路70は自己診断時に増幅回路20から出力される信号の振幅の極性を選択的に制御できる構成となっているので、増幅回路20から出力される信号の振幅を適切な極性側に変化させることができる。このため、自己診断時に増幅回路20から出力される信号の振幅が動作電位または基準電位に飽和することを防止できる。したがって、外部ECUに確実な自己診断を行わせることができる。
As described above, in the present embodiment, the zero
特に、センサ装置は圧力センサとして構成されているので、大気圧に対して、常に出力動作範囲が広い側での信号振幅を得られるようにすることができる。 In particular, since the sensor device is configured as a pressure sensor, it is possible to always obtain a signal amplitude on the wide output operation range with respect to atmospheric pressure.
続いて、ゼロ点判定回路70の異常判定機能について、図5を参照して説明する。ゼロ点判定回路70は、図1に示されるように、増幅回路20の出力端子と接続されている。したがって、ゼロ点判定回路70には、常時、増幅回路20から出力される信号(Vp)が入力される。
Next, the abnormality determination function of the zero
そして、ゼロ点判定回路70は、取得した増幅回路20の出力が正常範囲内であるか否かを判定する。正常範囲は、増幅回路20から出力された信号(Vp)が正常であると言える振幅の範囲である。
Then, the zero
図5に示されるように、正常範囲の動作電位側の上限値は動作電位より僅かに小さい値であり、正常範囲の基準電位側の下限値は基準電位より僅かに大きい値である。つまり、正常範囲は、増幅回路20の出力が動作電位に張り付くHigh固着と、増幅回路20の出力が基準電位に張り付くLow固着を検出するための判定値である。
As shown in FIG. 5, the upper limit value on the operation potential side in the normal range is slightly smaller than the operation potential, and the lower limit value on the reference potential side in the normal range is slightly larger than the reference potential. That is, the normal range is a determination value for detecting High fixation where the output of the
したがって、ゼロ点判定回路70は、増幅回路20の出力が正常範囲の上限値より大きい場合または正常範囲の下限値よりも小さい場合は異常が発生していると判定する。このように、ゼロ点判定回路70の異常判定機能によって増幅回路20の出力の異常を検出することができる。
Therefore, the zero
ゼロ点判定回路70は、異常判定の結果を外部ECUに出力する。外部ECUは、ゼロ点判定回路70から入力した異常判定の結果が異常を示す場合はセンサ装置に異常が生じていることをダイアグ信号等で報知することとなる。
The zero
以上説明したように、センサ装置は、ゼロ点判定回路70が増幅回路20から出力される信号の振幅の極性を選択的に制御する構成となっている。そして、圧力センサのゼロ点は圧力センサが置かれる環境に応じて変化するため、本実施形態に係るセンサ装置の構成は圧力センサの自己診断時に特に有効である。また、車両は使用される地域に応じた大気圧の変化を受けるため、センサ回路10が受ける大気圧が変化したとしても、外部ECUに確実な自己診断を行わせることが可能となる。
As described above, the sensor device has a configuration in which the zero
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ゼロ点判定回路70が特許請求の範囲の「極性制御回路」に対応する。
As for the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the zero
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図6に示されるように、本実施形態に係るセンサ装置は、センサ回路10と、増幅回路20と、第1抵抗素子30と、第2抵抗素子40と、第1スイッチ回路50と、第2スイッチ回路60と、ロジック回路80と、を備えて構成されている。このうち、ロジック回路80以外の構成は第1実施形態と同じである。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the sensor device according to the present embodiment includes a
ロジック回路80は、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60のオンオフ状態を交互に制御する回路である。ロジック回路80は、通常動作時には、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60を両方ともオン状態に固定する。
The
また、ロジック回路80は、スイッチ切り替え機能と異常判定機能とを備えている。スイッチ切り替え機能は、ロジック回路80がセンサ装置の機能診断を行う自己診断時において、増幅回路20から出力される信号の極性を交互に切り替えたときの振幅の変化量を取得する機能である。
Further, the
具体的には、ロジック回路80は、自己診断時において、増幅回路20から出力される信号の振幅を基準電位側に変化させたときの増幅回路20の出力の変化を第1変化量として取得する。また、ロジック回路80は、増幅回路20から出力される信号の振幅を動作電位側に変化させたときの増幅回路20の出力の変化を第2変化量として取得する。これら第1変化量及び第2変化量は、それぞれゼロ点を基準とした増幅回路20の出力信号の振幅の変化量であり、振幅の変化の絶対量である。
Specifically, at the time of self-diagnosis, the
ロジック回路80の異常判定機能はゼロ点判定回路70に備えられた異常判定機能と同じである。以上が、本実施形態に係るセンサ装置の全体構成である。
The abnormality determination function of the
次に、ロジック回路80の自己診断時におけるスイッチ切り替え機能について、図7〜図9を参照して説明する。第1実施形態と同様に、ロジック回路80は通常動作時の動作を行っており、第1スイッチ回路50及び第2スイッチ回路60を両方ともオン状態に制御している。そして、ロジック回路80は外部ECUから自己診断信号を入力すると、図7に示されたスイッチ切り替え処理を実行する。
Next, the switch switching function at the time of self-diagnosis of the
まず、ステップ200では、ゼロ点の設定が行われる。これは、上述のステップ100と同じ処理である。
First, in
続いて、ステップ210では、第1スイッチ回路50のオン状態を維持しつつ、第2スイッチ回路60がオフ状態に制御される。これにより、増幅回路20から出力される信号の振幅をプラス側である動作電位側に変化させる。
Subsequently, in
そして、ステップ220では、ゼロ点に対する増幅回路20の出力の変化である第1変化量が取得される。具体的には、第1変化量をV1とし、ロジック回路80が第2スイッチ回路60をオフしたときの増幅回路20の出力の振幅をVout1とし、ゼロ点の振幅をVp1とすると、第1変化量V1はV1=|Vout1−Vp1|となる。ロジック回路80は第1変化量V1を取得した後、第2スイッチ回路60をオン状態に戻す。
In
続いて、ステップ230では、第2スイッチ回路60のオン状態を維持しつつ、第1スイッチ回路50がオフ状態に制御される。これにより、増幅回路20から出力される信号の振幅をマイナス側である基準電位側に変化させる。
Subsequently, in
そして、ステップ240では、ゼロ点に対するロジック回路80は増幅回路20の出力の変化である第2変化量が取得される。具体的には、第2変化量をV2とし、ロジック回路80が第1スイッチ回路50をオフしたときの増幅回路20の出力の振幅をVout2とし、ゼロ点の振幅をVp2とすると、第2変化量V2はV2=|Vout2−Vp2|となる。ロジック回路80は第2変化量V2を取得した後、第1スイッチ回路50をオン状態に戻す。こうしてスイッチ切り替え処理は終了する。
In
ロジック回路80は、取得した第1変化量及び第2変化量を外部ECUに出力する。外部ECUは、ロジック回路80から受け取った各変化量を比較し、大きい変化量を有効な変化量とする。そして、外部ECUは有効とした変化量が所定値を超えるか否かを判定することにより、センサ装置が正常に動作しているかを判定する。
The
高圧環境では、図8に示されるように、増幅回路20のゼロ点は動作電位側に位置している。このため、時点T30で第2スイッチ回路60がオフされると増幅回路20の出力はプラス側に変化するので動作電位に飽和する。したがって、第1変化量V1は十分な変化量を確保できていない。時点T31で第2スイッチ回路60がオン状態に戻される。
In a high pressure environment, as shown in FIG. 8, the zero point of the
一方、時点T32で第1スイッチ回路50がオフされることにより増幅回路20の出力はマイナス側である基準電位側に変化する。この場合、マイナス側への変化に対して十分な余裕があるので、増幅回路20の出力が最大変化値(Vout1)に達する。したがって、十分な振幅の第2変化量V2を取得することができる。時点T33で第1スイッチ回路50がオン状態に戻される。そして、時点T34でスイッチ切り替え処理が終了する。
On the other hand, when the
外部ECUは、図8に示された第1変化量V1及び第2変化量V2のうち、変化量が大きい第2変化量V2が有効であると判定する。そして、外部ECUは第2変化量V2に基づいてセンサ装置が正常に動作しているかを判定する。 The external ECU determines that the second change amount V2 having a large change amount is effective among the first change amount V1 and the second change amount V2 shown in FIG. Then, the external ECU determines whether the sensor device is operating normally based on the second change amount V2.
また、低圧環境では、図9に示されるように、増幅回路20のゼロ点は基準電位側に位置している。このため、時点T40で第2スイッチ回路60がオフされると増幅回路20の出力はプラス側である動作電位側に変化する。これにより、十分な振幅の第1変化量V1を確保することができる。時点T41で第2スイッチ回路60がオン状態に戻される。
Further, in the low pressure environment, as shown in FIG. 9, the zero point of the
一方、時点T42で第1スイッチ回路50がオフされることにより増幅回路20の出力はマイナス側である基準電位側に変化する。このため、増幅回路20の出力は基準電位に飽和する。したがって、第2変化量V2は十分な変化量を確保できていない。時点T43で第1スイッチ回路50がオン状態に戻される。そして、時点T44でスイッチ切り替え処理が終了する。
On the other hand, when the
そして、外部ECUは、図9に示された第1変化量V1及び第2変化量V2のうち、変化量が大きい第1変化量V1が有効であると判定する。そして、外部ECUは第1変化量V1に基づいてセンサ装置が正常に動作しているかを判定する。 Then, the external ECU determines that the first change amount V1 having a large change amount is effective among the first change amount V1 and the second change amount V2 shown in FIG. Then, the external ECU determines whether the sensor device is operating normally based on the first change amount V1.
図8及び図9に示されるように、ロジック回路80は増幅回路20から出力される信号の振幅の変化の方向を両方の極性に交互に切り替えている。このため、大気圧に対して、常に出力動作範囲が広い側の信号振幅を得ることができる。したがって、増幅回路20から出力される信号の振幅が動作電位及び基準電位のいずれかに一方に飽和して十分な変化量が得られないとしても、他方については十分な変化量を得ることができる。したがって、外部ECUに確実な自己診断を行わせることができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ロジック回路80が特許請求の範囲の「極性制御回路」に対応する。
As for the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the
(第3実施形態)
本実施形態では、第2実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、ロジック回路80は、第1変化量と第2変化量とを比較し、第1変化量及び第2変化量のうち大きい変化量を有効な変化量として出力する自己完結機能を備えている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the second embodiment will be described. In the present embodiment, the
具体的に、ロジック回路80の自己完結処理について、図10を参照して説明する。図10に示されるように、ステップ250では、ステップ200〜ステップ240のスイッチ切り替え処理が実行される。
Specifically, the self-completion processing of the
この後、ステップ260では、第1変化量V1>第2変化量V2の条件を満たすか否かが判定される。そして、第1変化量V1が第2変化量V2よりも大きい場合はステップ270に進み、第1変化量V1が第2変化量V2よりも小さい場合はステップ280に進む。
Thereafter, in
ステップ270では、第1変化量V1及び第2変化量V2のうち第1変化量V1が有効であることを外部ECUに出力する。こうして自己完結処理は終了する。一方、ステップ280では、第1変化量V1及び第2変化量V2のうち第2変化量V2が有効であることを外部ECUに出力する。こうして自己完結処理は終了する。外部ECUはロジック回路80から入力した有効な変化量に基づいてセンサ装置が正常に動作しているかを判定する。
In
以上のように、ロジック回路80は両極における信号の振幅の変化量をそれぞれ取得するだけでなく、どちらの変化量が自己診断に有効であるかを判定することができる。このように、自己完結にて自己診断に有効な変化量を外部に出力することができる。
As described above, the
(他の実施形態)
上記各実施形態で示されたセンサ装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、センサ装置のゼロ点判定回路70やロジック回路80は異常判定機能を備えていなくても良い。
(Other embodiments)
The configuration of the sensor device described in each of the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to the configuration described above, and may be another configuration that can realize the present invention. For example, the zero
第1実施形態では、ゼロ点が高圧環境に位置するかまたは低圧環境に位置するかを判定するための基準値を(1/2)Vccとしていたが、これは基準値の一例である。したがって、もちろん他の値を基準値としても良い。 In the first embodiment, the reference value for determining whether the zero point is located in the high pressure environment or the low pressure environment is (1/2) Vcc, but this is an example of the reference value. Therefore, of course, other values may be used as the reference value.
第2実施形態では、先に第2スイッチ回路60がオフされ、その後に第1スイッチ回路50がオフされる順番になっている。しかし、これは一例であり、先に第1スイッチ回路50がオフされ、この後に第2スイッチ回路60がオフされる順番でも良い。
In the second embodiment, the
また、センサ回路10が検出する物理量は圧力に限らない。すなわち、センサ回路10はピエゾ抵抗素子11によって検出可能な加速度等の他の物理量を検出するように構成されていても良い。
The physical quantity detected by the
さらに、センサ装置の用途はもちろん車両用に限られない。物理量を検出するように構成されたセンサ装置において、増幅回路20の自己診断を行うものに適用することができる。
Furthermore, the application of the sensor device is not limited to the vehicle. The sensor device configured to detect the physical quantity can be applied to a device that performs self-diagnosis of the
10 センサ回路
11 ピエゾ抵抗素子
20 増幅回路
21 負極端子
22 正極端子
30 第1抵抗素子
40 第2抵抗素子
50 第1スイッチ回路
60 第2スイッチ回路
70 ゼロ点判定回路(極性制御回路)
80 ロジック回路(極性制御回路)
DESCRIPTION OF
80 Logic circuit (polarity control circuit)
Claims (8)
前記センサ回路(10)に接続された正極端子(22)及び負極端子(21)を有し、これら正極端子(22)と負極端子(21)との電圧差を前記センサ回路(10)から入力された信号として増幅して出力する増幅回路(20)と、
一方の端子が前記負極端子(21)に接続された第1抵抗素子(30)と、
一方の端子が前記正極端子(22)に接続された第2抵抗素子(40)と、
前記第1抵抗素子(30)の他方の端子と前記動作電位よりも低い基準電位との間に接続された第1スイッチ回路(50)と、
前記第2抵抗素子(40)の他方の端子と前記基準電位との間に接続された第2スイッチ回路(60)と、
通常動作時に前記第1スイッチ回路(50)及び前記第2スイッチ回路(60)のオンオフ状態を固定する一方、自己診断時に前記第1スイッチ回路(50)及び前記第2スイッチ回路(60)のいずれかのオンオフ状態を制御することにより前記増幅回路(20)から出力される信号の振幅を前記動作電位側及び前記基準電位側のいずれかに変化させる極性制御回路(70、80)と、を備えていることを特徴とするセンサ装置。 A sensor circuit (10) for detecting a physical quantity based on the operating potential and outputting a signal corresponding to the detected physical quantity;
A positive terminal (22) and a negative terminal (21) connected to the sensor circuit (10) are provided, and a voltage difference between the positive terminal (22) and the negative terminal (21) is input from the sensor circuit (10). An amplification circuit (20) for amplifying and outputting the signal as
A first resistance element (30) having one terminal connected to the negative terminal (21);
A second resistance element (40) having one terminal connected to the positive terminal (22);
A first switch circuit (50) connected between the other terminal of the first resistance element (30) and a reference potential lower than the operating potential;
A second switch circuit (60) connected between the other terminal of the second resistance element (40) and the reference potential;
While the on-off state of the first switch circuit (50) and the second switch circuit (60) is fixed during normal operation, either the first switch circuit (50) or the second switch circuit (60) is used during self-diagnosis. A polarity control circuit (70, 80) for changing the amplitude of a signal output from the amplifier circuit (20) to either the operating potential side or the reference potential side by controlling the on / off state of A sensor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012175568A JP2014035228A (en) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | Sensor device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018189545A (en) * | 2017-05-09 | 2018-11-29 | 株式会社島津製作所 | Gas supply controller, gas chromatograph, and method for determining abnormality of pressure sensor |
| JP2022548717A (en) * | 2019-09-24 | 2022-11-21 | ローズマウント インコーポレイテッド | Process transmitter and test method |
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2012
- 2012-08-08 JP JP2012175568A patent/JP2014035228A/en active Pending
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