JP4396452B2 - 車載用コンパレータ回路 - Google Patents

Description

本発明は、差動増幅器からの出力と基準電位とを比較してパルス信号を発生する車載用コンパレータ回路に関する。

自動車用のクランク角センサ、カム角センサ、車輪速センサ等の回転検出器では、バイアス磁石を用いて検出用ギヤに向けて磁界を発生させ、この磁界の方向が検出用ギヤの「山」（ギヤ歯の凸部）と「谷」（ギヤ歯の凹部）による「山」→「谷」、「谷」→「山」の変化により変化するのを、磁気抵抗素子にて検出することで回転の検出を行っている。

この回転検出器の検出回路について、図３を参照して説明する。
磁気抵抗素子側からの入力信号は差動増幅器ＯＰにて増幅されてコンパレータＣＰの信号入力端子Ｃｓに加えられる。一方、コンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃｒには、電源電圧Ｖｃが第１分圧抵抗Ｒ１、第２分圧抵抗Ｒ２で分圧された基準電位（閾値）が加えられる。コンパレータＣＰからは、差動増幅器ＯＰの増幅信号の電位が基準電位を下回った際に、ハイレベルが出力信号として出力される。特許文献１には、回転検出器の検出回路について開示がなされている。
特開平１０−２９３０４４号公報

しかしながら、自動車においては、例えば、点火プラグに高圧を印加するためのハイテンションコードからの影響で、バッテリからの電源ラインに大きなノイズが乗ってしまう。また、ライトの点灯、エアーコンディショナの起動、電動パワーステアリングの切り始め等の大電流を消費し始めるタイミングが重なると、交流発電機の制御遅れによって瞬時的に電源ラインの電圧が低下することもある。この電源電圧の変化によって、上述した検出回路から誤パルスが出力されることがあった。

この誤パルスの発生について、図４（Ａ）を参照して説明する。
ここで、タイミングｔ１において、５Ｖの電源電圧Ｖｃが瞬時的に１Ｖまで低下すると、図３に示すコンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃｒへ印加される基準電位（閾値）は、図中波線で示すように電源電圧の変化に遅れることなく変動する。これに対して、差動増幅器ＯＰは、内部に容量等を有し積分回路と同様な特性を備えるため、増幅信号は、図中実線で示すように鈍って立ち下がり、立ち上がる。このため、タイミングｔ２において、増幅信号の電位が基準電位を下回り、所定の出力遅延（例えば１９μｍ）時間だけ遅れて（タイミングｔ３）、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることになる。

電圧変動のみではなく、電源オンとなる際にも誤パルスが発生することがあった。この誤パルスの発生について、図４（Ｂ）を参照して説明する。
タイミングｔ４において、電源がオンされ０Ｖの電源電圧Ｖｃが上昇すると、図３に示すコンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃｒへ印加される基準電位（閾値）は、図中波線に示すように電源電圧の変化に遅れることなく上昇する。これに対して、差動増幅器ＯＰからの増幅信号は、図中実線で示すように鈍って立ち上がる。このため、タイミングｔ５において、増幅信号の電位が基準電位を下回り、所定の出力遅延（例えば１９μｍ）時間だけ遅れて、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることになる。この誤パルスは、電源オフの際にも同様に発生することがある。ここで、誤パルスが発生すると、回転検出器がクランク角、カム角、車輪の回転等を誤検出することになる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源電圧の変動により誤パルスを出力することがない車載用コンパレータ回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、信号入力端子Ｃｓに差動増幅器ＯＰ１からの出力が加えられ、基準電位入力端子Ｃｓに電源電圧Ｖｃを第１分圧抵抗Ｒ１及び第２分圧抵抗Ｒ２により分圧した基準電位Ｖrefが加えられるコンパレータＣＰからなる車載用コンパレータ回路１０において、
前記コンパレータＣＰの前記信号入力端子に出力を加える前記差動増幅器の入力端子と出力端子との間に抵抗が接続され、
前記第１分圧抵抗Ｒ１及び前記第２分圧抵抗Ｒ２と前記コンパレータＣＰの前記基準電位入力端子Ｃｒとの間に波形を鈍らせる波形鈍化回路２０を設け、
前記波形鈍化回路は、一方の入力端子が前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗間に接続され、他方の入力端子が抵抗を介して前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗間に接続され、当該他方の入力端子と出力端子とが抵抗を介して接続されている差動増幅器からなり、
前記波形鈍化回路を構成する前記差動増幅器として、前記コンパレータの前記信号入力端子に出力を加える前記差動増幅器と同じ物を用い、
前記コンパレータの前記信号入力端子に出力を加える前記差動増幅器の入力端子と出力端子との間に接続される抵抗として、前記波形鈍化回路を構成する前記差動増幅器の前記他方の入力端子と前記出力端子との間に接続される前記抵抗と同じ物を用いることを技術的特徴とする。

請求項１の車載用コンパレータ回路１０では、電源電圧Ｖｃの変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動しコンパレータＣＰに加えられるが、コンパレータＣＰに加えられる基準電位Ｖrefも波形鈍化回路２０により鈍化（鈍る）して変動するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

請求項１の車載用コンパレータ回路１０では、基準電位Ｖrefを鈍らせる波形鈍化回路２０は差動増幅器ＯＰ２からなる。このため、電源電圧の変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動してコンパレータＣＰに加えられると同様に、基準電位Ｖrefも差動増幅器ＯＰ２で鈍化（鈍る）するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

請求項１の車載用コンパレータ回路１０では、波形鈍化回路２０を構成する差動増幅器ＯＰ２として、コンパレータＣＰの信号入力端子Ｃｓに出力を加える差動増幅器ＯＰ１と同じ物を用いる。このため、電源電圧Ｖｃの変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動してコンパレータＣＰに加えられると同様に、基準電位Ｖrefも同じ差動増幅器ＯＰ２で鈍化（鈍る）するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

請求項１の車載用コンパレータ回路１０では、波形鈍化回路２０を構成する差動増幅器ＯＰ２の入力と出力との間に接続される抵抗Ｒ６と、コンパレータＣＰの信号入力端子Ｃｓに出力を加える差動増幅器ＯＰ１の入力と出力との間に接続される抵抗Ｒ４と同じ物を用いる。このため、電源電圧Ｖｃの変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動してコンパレータＣＰに加えられると同様に、基準電位Ｖrefも鈍化（鈍る）するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

以下、本発明を自動車の車輪の回転数を検出する回転検出器に適用した場合の実施形態について、図１、図２を参照しながら説明する。これは、例えば、ＡＢＳ（Antilock Brake System）、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）等の制御に必要な車輪の回転状態を検出するために各車輪に設けた回転検出体部分に配設されるものであり、低速回転から高速回転まで高精度で検出するように設けられたものである。

図１は、実施形態に係る回転検出器の検出信号処理回路の回路図である。
ブレーキ制御用のＥＣＵ３０は、検出信号処理回路１０を介してギア５０の回転数（回転角度）を検出する。検出対象である回転体としてのギア５０は、図示しない自動車のタイヤと一体となって回転するように設けられ、磁性材により構成されている。このギア５０には、外周部に所定ピッチで山部５０ａ，谷部５０ｂが形成されている。検出信号処理回路１０は、このギア５０に対応して配設されているもので、このギア５０の山部５０ａ，谷部５０ｂを検出してその検出信号を出力するようになっている。ギア５０には、図示しないバイアス磁石からの磁界が印加されている。

検出信号処理回路１０には、ＥＣＵ３０側の電源からの電位Ｖｃが印加される。検出信号処理回路１０は、バイアス磁石を用いて検出用ギヤに向けて磁界を発生させ、この磁界の方向が検出用ギア５０の「山５０ａ」（ギヤ歯の凸部）と「谷５０ｂ」（ギヤ歯の凹部）による「山」→「谷」、「谷」→「山」の変化により変化するのを磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値の変化により検出し、これに基づきギア５０の回転を検出する。磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４はブリッジ状に結線され、磁気抵抗素子ＭＲ１及び磁気抵抗素子ＭＲ４は、電源Ｖｃに接続され、磁気抵抗素子ＭＲ２及び磁気抵抗素子ＭＲ３は、アース側に接続されている。磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子ＭＲ３との間は、第１出力端子ＶMR1として電位を出力する。同様に、磁気抵抗素子ＭＲ２と磁気抵抗素子ＭＲ４との間は、第２出力端子ＶMR2として電位を出力する。

第１出力端子ＶMR1の電位は、抵抗Ｒ３を介して差動増幅器ＯＰ１の反転入力端子に接続されている。第２出力端子ＶMR2は差動増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に直接接続されている。差動増幅器ＯＰ１の出力端子は、抵抗Ｒ４を介して反転入力端子側へ接続されている。差動増幅器ＯＰ１は、非反転入力端子への入力電位と反転入力端子の入力電位の差分を所定の増幅率で増幅し、増幅信号としてコンパレータＣＰの信号入力端子Ｃｓへ印加する。

一方、電源Ｖｃとアースとの間に配置された第１分圧抵抗Ｒ１、第２分圧抵抗Ｒ２により、基準電位Ｖrefが作られる。この第１分圧抵抗Ｒ１、第２分圧抵抗Ｒ２間の基準電位Ｖrefは、波形を鈍らせる波形鈍化回路２０を介して、コンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃｒへ印加される。

波形鈍化回路２０は、差動増幅器ＯＰ２と抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６から成る。差動増幅器ＯＰ２の非反転入力端子が第１分圧抵抗Ｒ１と第２分圧抵抗Ｒ２間に接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ５を介して第１分圧抵抗Ｒ１と第２分圧抵抗Ｒ２間に接続される。当該反転入力端子と出力端子とは抵抗Ｒ６を介して接続されている。この波形鈍化回路２０は、反転入力端子及び非反転入力端子が共に第１分圧抵抗Ｒ１と第２分圧抵抗Ｒ２間の基準電位Ｖrefに接続されているため増幅率が１で、入力された基準電位Ｖrefの電位をそのまま出力するが、入力される基準電位Ｖrefの電位変化を鈍らせて出力する。なお、差動増幅器ＯＰ２は、反転入力端子と非反転入力端子との結線を入れ替えても動作は同じである。

コンパレータＣＰからは、差動増幅器ＯＰ１側の増幅信号の電位が基準電位Ｖrefを下回った際に、ハイレベルが出力信号として出力される。即ち、検出信号処理回路１０では、ギア５０の回転に伴い、磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗値が変化し、第１出力端子ＶMR1と第２出力端子ＶMR2の電位がそれぞれ変動し、これら電位変動の差分が差動増幅器ＯＰ１で増幅されて、この増幅信号と基準電位Ｖrefとが比較され、ギア５０の回転に同期したパルス信号がコンパレータＣＰから出力される。

実施形態の検出信号処理回路１０の動作について図２を参照して説明する。
図２（Ａ）は、点火プラグに高圧を印加するためのハイテンションコードからの影響で、バッテリからの電源ラインに大きなノイズが乗って電源電位が変動した際を示している。なおこれは、ライトの点灯、エアーコンディショナの起動、電動パワーステアリングの切り始め等の大電流を消費し始めるタイミングが重なり、交流発電機の制御遅れによって瞬時的に電源ラインの電圧が低下した場合も同様である。

図４（Ａ）を参照して上述したと同様にタイミングｔ１において、５Ｖの電源電圧Ｖｃが瞬時的に１Ｖまで低下すると、図１に示すコンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃｒへ印加される基準電位（閾値Ｖref）は、容量等を有し積分回路としての特性を備え波形を鈍らせる差動増幅器ＯＰ２を介して入力されるため、図中波線で示すように、電源電圧の変化に遅れ変動する。同様に、差動増幅器ＯＰ２は、内部に容量等を有し積分回路と同様な特性を備えるため、増幅信号は、図中実線で示すように基準電位（閾値）と同じように鈍って立ち下がり、立ち上がる。このため、差動増幅器ＯＰ１側からの増幅信号の電位が基準電位Ｖrefを下回ることが無くなり、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されなくなる。

実施形態の検出信号処理回路１０は、電圧変動のみではなく、電源オン、オフとなる際にも誤パルスが発生しない。この電源オン時の検出信号処理回路１０の動作について図２（Ｂ）を参照して説明する。
タイミングｔ４において、電源がオンされ０Ｖの電源電圧Ｖｃが上昇すると、コンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃｒへ印加される基準電位（閾値）は、図中波線で示すように電源電圧の変化に遅れて上昇する。同様に、差動増幅器ＯＰ１からの増幅信号は、図中実線で示すよう基準電位（閾値）と同じように鈍って立ち上がる。このため、差動増幅器ＯＰ１側の増幅信号の電位が基準電位Ｖrefを下回ることが無くなり、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されなくなる。図示しないが、電源オフ時も同様に誤パルスを出力しない。このため、検出信号処理回路１０は、電源のノイズの重畳、電源のオン、オフで車輪の回転を誤検出することがない。

実施形態の検出信号処理回路１０では、電源電圧Ｖｃの変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動しコンパレータＣＰの信号入力端子Ｃsに加えられる。一方、コンパレータＣＰの基準電位入力端子Ｃrに加えられる基準電位Ｖrefも波形鈍化回路２０により鈍化（鈍る）して変動する。このため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

実施形態の検出信号処理回路１０では、基準電位Ｖrefを鈍らせる波形鈍化回路２０は差動増幅器ＯＰ２からなる。このため、電源電圧の変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動してコンパレータＣＰの信号入力端子Ｃsに加えられると同様に、基準電位入力端子Ｃrに加えられる基準電位Ｖrefも差動増幅器ＯＰ２で鈍化（鈍る）するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無い。

なお、波形鈍化回路２０を構成する差動増幅器ＯＰ２として、コンパレータＣＰの信号入力端子Ｃｓに出力を加える差動増幅器ＯＰ１と同じ物を用いると好適である。この場合には、電源電圧Ｖｃの変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動してコンパレータＣＰに加えられると同様に、基準電位Ｖrefも同じ差動増幅器ＯＰ２で鈍化（鈍る）するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

また更に、波形鈍化回路２０を構成する差動増幅器ＯＰ２の反転入力端子と出力端子との間に接続される抵抗Ｒ６と、コンパレータＣＰの信号入力端子Ｃｓに出力を加える差動増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に接続される抵抗Ｒ４とを、抵抗値の等しい物を用いると好適である。この場合には、電源電圧Ｖｃの変動に対して差動増幅器ＯＰ１からの出力が鈍化（鈍る）して変動してコンパレータＣＰに加えられると同様に、基準電位Ｖrefも鈍化（鈍る）するため、コンパレータＣＰから誤パルスが出力されることが無くなる。

実施形態の検出信号処理回路１０は、回転検出回路のパルス発生器として用いられるため、回転の誤検出を無くし、正確に回転を検出することが可能になる。

上述した実施形態では、本発明の回転センサの検出信号処理回路を車輪の回転数および回転方向の検出に用いる例を挙げたが、本発明の構成は、例えば、クランク角センサ、カム角センサ等の他、種々の回転体の回転数の検出に用いることができる。更に、回転センサのみでなく、出力信号と基準電位とを比較してパルス信号を発生する種々のデジタル出力の半導体センサの電源オン時、電源オフ時の誤パルスの発生防止用に好適に適用することが可能である。

本発明の実施形態に係る検出信号処理回路の回路図である。 図２（Ａ）は、検出信号処理回路の電源電圧変動時、図２（Ｂ）は、電源オン時の電源電圧、増幅信号及び閾値、コンパレータ出力を示す波形図である。 従来技術に係る回転検出回路の回路図である。 図４（Ａ）は、従来技術に係る回転検出回路の電源電圧変動時、図４（Ｂ）は、電源オン時の電源電圧、増幅信号及び閾値、コンパレータ出力を示す波形図である。

符号の説明

１０ 検出信号処理回路（車載用コンパレータ回路）
２０ 波形鈍化回路
３０ ＥＣＵ
Ｒ１ 第１分圧抵抗
Ｒ２ 第２分圧抵抗
ＯＰ１ 差動増幅器
ＯＰ２ 差動増幅器
ＣＰ コンパレータ
Ｃｒ 基準電位入力端子
Ｃｓ 信号入力端子
Ｖｃ 電源
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 抵抗

Claims (1)

1. 信号入力端子に差動増幅器からの出力が加えられ、基準電位入力端子に電源電圧を第１分圧抵抗及び第２分圧抵抗により分圧した基準電位が加えられるコンパレータからなる車載用コンパレータ回路において、
   前記コンパレータの前記信号入力端子に出力を加える前記差動増幅器の入力端子と出力端子との間に抵抗が接続され、
   前記第１分圧抵抗及び前記第２分圧抵抗と前記コンパレータの前記基準電位入力端子との間に波形を鈍らせる波形鈍化回路を設け、
   前記波形鈍化回路は、一方の入力端子が前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗間に接続され、他方の入力端子が抵抗を介して前記第１分圧抵抗と前記第２分圧抵抗間に接続され、当該他方の入力端子と出力端子とが抵抗を介して接続されている差動増幅器からなり、
   前記波形鈍化回路を構成する前記差動増幅器として、前記コンパレータの前記信号入力端子に出力を加える前記差動増幅器と同じ物を用い、
   前記コンパレータの前記信号入力端子に出力を加える前記差動増幅器の入力端子と出力端子との間に接続される抵抗として、前記波形鈍化回路を構成する前記差動増幅器の前記他方の入力端子と前記出力端子との間に接続される前記抵抗と同じ物を用いることを特徴とする車載用コンパレータ回路。

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