| 【発明の名称】 |
断線検出機能付きブリッジセンサ |
| 【発明者】 |
【氏名】林 雅則
【氏名】小西 保司
|
| 【要約】 |
【課題】センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出を可能にする。
【解決手段】電源端子Ｔ１、グランド端子Ｔ２および両出力端子Ｔ３，Ｔ４を有するブリッジ回路構成の抵抗Ｒs1〜Ｒs4により成るセンサ１１に対して、電圧ＶＤＤの電源とセンサ１１の電源端子Ｔ１との間に介設され、オンまたはオフに応じてそれぞれセンサ１１を駆動または停止させるＦＥＴ１２と、このＦＥＴ１２のオフ時に基準電流としての定電流を電源端子Ｔ１からセンサ１１に供給する電流発生部１３と、センサ１１に供給された定電流によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧と基準電圧との比較を行い、この比較結果に応じてセンサ１１が断線しているか否かの検出を行う比較部１４とを設けた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電源端子、グランド端子および両出力端子を有するブリッジ回路構成の抵抗により成るセンサと、電源と前記センサの電源端子との間に介設され、オンまたはオフに応じてそれぞれ前記センサを駆動または停止させるスイッチ手段と、前記スイッチ手段のオフ時に定電流を前記センサに供給する電流発生手段と、前記センサに供給された定電流により前記センサに発生する電圧と基準電圧との比較を行い、この比較結果に応じて前記センサが断線しているか否かの検出を行う比較手段とを備える断線検出機能付きブリッジセンサ。
【請求項２】 前記電流発生手段は、前記定電流を基準電流として前記センサおよび前記比較手段に個別に供給するカレントミラー回路により成り、前記比較手段は、前記基準電流を流して基準電圧を得る抵抗と、前記基準電流により前記センサに発生する電圧および前記基準電圧がそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に印加されるコンパレータとにより成る請求項１記載の断線検出機能付きブリッジセンサ。
【請求項３】 前記比較手段の抵抗は、正常状態にある前記センサ全体の抵抗より大きく且つほぼ同じ値になるように設定されている請求項２記載の断線検出機能付きブリッジセンサ。
【請求項４】 前記比較手段の抵抗は前記センサと同一構成になっている請求項２または３に記載の断線検出機能付きブリッジセンサ。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にブリッジ回路構成の抵抗により成る圧力センサまたは加速度センサなどを有し機械的な量を電気信号に変換して取り出すトランスジューサ回路に関し、特に、断線検出機能付きブリッジセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の断線検出機能付きブリッジセンサは種々提案されており、例えば特開平６−２４９７３０号公報には、センサチップ上にブリッジ状の抵抗体のセンサを形成し、このブリッジの互いに対向する一対の端部の一方を電源に接続し他方をグランドに接続し、そして上記ブリッジの他の一対の端部を出力として２つのアンプに入力し、各抵抗体のうち互いに対向する一対の抵抗体の各々に、その抵抗体の抵抗値より極めて大きい抵抗値の抵抗体を各々接続して成り、センサチップの抵抗体の断線を確実に検知可能にするセンサ用ブリッジ回路が開示されている。
【０００３】なお、特開平３−２０９１４０号公報には、ダイヤフラムとは無関係の位置に４本の高抵抗を各ゲージ抵抗と並列に接続して成り、断線時に大きな出力を発生し、断線を知ることを可能とした圧力センサが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記センサ用ブリッジ回路では、図４に示すように、センサを構成する各抵抗体のうち、互いに対向する一対の抵抗体の各々に抵抗体Ｒ１，Ｒ２が並列に接続されるので、センサのインピーダンスが変化してセンサの特性が変化し、センサのオフセット電圧や温度特性が悪くなる場合があった。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能な断線検出機能付きブリッジセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１記載の発明の断線検出機能付きブリッジセンサは、電源端子、グランド端子および両出力端子を有するブリッジ回路構成の抵抗により成るセンサと、電源と前記センサの電源端子との間に介設され、オンまたはオフに応じてそれぞれ前記センサを駆動または停止させるスイッチ手段と、前記スイッチ手段のオフ時に定電流を前記センサに供給する電流発生手段と、前記センサに供給された定電流により前記センサに発生する電圧と基準電圧との比較を行い、この比較結果に応じて前記センサが断線しているか否かの検出を行う比較手段とを備えるのである。
【０００７】本発明はセンサの断線を検出するために、スイッチ手段のオフ時に定電流をセンサに供給し、センサに供給された定電流によりセンサに発生する電圧と基準電圧との比較を行うので、センサのインピーダンスは変化しない。この結果、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【０００８】なお、請求項１記載の断線検出機能付きブリッジセンサにおいて、前記電流発生手段は、前記定電流を基準電流として前記センサおよび前記比較手段に個別に供給するカレントミラー回路により成り、前記比較手段は、前記基準電流を流して基準電圧を得る抵抗と、前記基準電流により前記センサに発生する電圧および前記基準電圧がそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に印加されるコンパレータとにより成る構成でもよい（請求項２）。この構成によれば、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【０００９】また、請求項２記載の断線検出機能付きブリッジセンサにおいて、前記比較手段の抵抗は、正常状態にある前記センサ全体の抵抗より大きく且つほぼ同じ値になるように設定されている構成でもよい（請求項３）。この構成によれば、センサの異常なインピーダンス上昇も検出可能になる。
【００１０】さらに、請求項２または３に記載の断線検出機能付きブリッジセンサにおいて、前記比較手段の抵抗は前記センサと同一構成になっている構成でもよい（請求項４）。この構成によれば、周囲温度が変動しても安定なセンサの断線検出が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態に係る断線検出機能付きブリッジセンサを示す構成図で、この図を用いて以下に第１実施形態の説明を行う。
【００１２】図１に示す断線検出機能付きブリッジセンサは、電源端子Ｔ１、グランド端子Ｔ２および両出力端子Ｔ３，Ｔ４を有するブリッジ回路構成の抵抗Ｒs1〜Ｒs4により成り、入力としての加速度や圧力などの物理量に応じたレベルの検出電圧を両出力端子Ｔ３，Ｔ４間に発生するセンサ１１と、電圧ＶＤＤの電源とセンサ１１の電源端子Ｔ１との間に介設され、オンまたはオフに応じてそれぞれセンサ１１を駆動または停止させるＦＥＴ１２（スイッチ手段）と、このＦＥＴ１２のオフ時に基準電流としての定電流を電源端子Ｔ１からセンサ１１に供給する電流発生部１３と、センサ１１に供給された定電流によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧と基準電圧との比較を行い、この比較結果に応じてセンサ１１が断線しているか否かの検出を行う比較部１４とにより構成されている。
【００１３】ただし、センサ１１のグランド端子Ｔ２はグランドＧＮＤに接続されている。また、ＦＥＴ１２は図外の制御部からゲートに供給される信号Ｓ１に応じてオン／オフし、本断線検出機能付きブリッジセンサを間欠的に駆動する構成になっている。近年、低消費電力化の要望に応じて間欠駆動にする場合がしばしばある。また、電流発生部１３は上記制御部から供給される信号Ｓ２に応じて定電流をセンサ１１に供給する構成になっている。さらに、比較部１４は、例えば、センサ１１に供給された基準電流によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧が基準電圧より高レベルになると出力レベルがＨｉｇｈになり、そうでなければＬｏｗになるコンパレータなどで構成される。つまり、電源端子Ｔ１に発生する電圧はコンパレータの非反転入力端子に印加し、基準電圧はコンパレータの反転入力端子に印加する。
【００１４】次に、上記構成の比較部１４に対して行われる設定について説明する。断線検出時、つまりＦＥＴ１２のオフ時、センサ１１に供給された基準電流Ｉref によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖsig は、センサ１１を構成する抵抗Ｒs1〜Ｒs4の合成抵抗をＲｓとしたとき、次式で与えられる。
【００１５】Ｖsig ＝Ｒｓ×Ｉrefここで、センサ１１が断線状態（断線しかかりの状態を含む）になったとすれば、合成抵抗Ｒｓの値が正常状態のそれよりも大きくなるので、上式から、断線状態のセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖsig は、正常状態のそれよりも高レベルになるのが分かる。
【００１６】そこで、第１実施形態では、上記基準電圧（Ｖref ）は、正常状態のセンサ１１の電源端子Ｔ１に基準電流Ｉref を供給したとき、そのセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖsig と同レベルになるように設定される。これにより、センサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖsig が基準電圧Ｖref より高レベルになると、比較部１４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られるのである。
【００１７】次に、第１実施形態の特徴となる断線検出動作を説明する。例えば、電源端子Ｔ１とグランド端子Ｔ２との間に経路を残す断線状態、つまり抵抗Ｒs1，Ｒs4または抵抗Ｒs2，Ｒs3が正常で、他の２つの抵抗の少なくとも１つが断線しているハーフブリッジ状態になると、センサ１１の合成抵抗が２×Ｒｓになるため、電圧Ｖsig は、(２×Ｒｓ)×Ｉref となり基準電圧Ｖref より高くなる。これにより、比較部１４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られる。
【００１８】また、電源端子Ｔ１とグランド端子Ｔ２との間に経路を残さない断線状態（以下、単に完全断線状態）になると、センサ１１の合成抵抗が無限大（∞）になるため、電圧Ｖsig は、∞×Ｉref となって電流発生部１３の電源電圧とほぼ同レベルまで昇圧し、基準電圧Ｖref より高くなる。これにより、比較部１４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られる。
【００１９】一方、センサ１１が正常状態にある場合には、電圧Ｖsig は基準電圧Ｖref と同レベルになる。これにより、比較部１４の出力レベルがＬｏｗになり、センサ１１が断線していないとの検出結果が得られる。
【００２０】以上により、またセンサ１１のインピーダンスが変化しないことにより、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【００２１】図２は本発明の第２実施形態に係る断線検出機能付きブリッジセンサを示す構成図で、この図を用いて以下に第２実施形態の説明を行う。
【００２２】図２に示す断線検出機能付きブリッジセンサは、センサ１１およびＦＥＴ１２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、電流発生部２３および比較部２４を備えている。
【００２３】電流発生部２３は、ＦＥＴ１２のオフ時に、センサ１１および比較部２４の後述する抵抗Ｒ２４に基準電流Ｉref を個別に供給するものである。電流発生部２３は、図２の例では、定電流源２３０と、この定電流源２３０、抵抗Ｒ２４およびセンサ１１とともにカレントミラー回路を構成するＦＥＴ２３１〜２３３とにより構成され、ＦＥＴ２３２，２３３の各ゲート端子がＦＥＴ２３１にカレントミラー接続されている。なお、この構成に限らず、ＦＥＴ１２のオフ時に、電源端子Ｔ１からセンサ１１に基準電流Ｉref を供給する定電流源と、高電位側の一端から抵抗Ｒ２４に基準電流Ｉref を供給する別の定電流源とにより成る構成でもよいのは言うまでもない。
【００２４】比較部２４は、基準電流Ｉref を流して基準電圧Ｖref を得る抵抗Ｒ２４と、基準電流Ｉref によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖsig および基準電圧Ｖref がそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に印加されるコンパレータ２４１とにより構成されている。
【００２５】ここで、比較部２４は、基準電圧Ｖref が次式を満足するように設定される。
【００２６】Ｒｓ×Ｉref ＜Ｖref ＜２×Ｒｓ×Ｉrefつまり、比較部２４の抵抗Ｒ２４は次式を満足する値に設定される。
【００２７】Ｒｓ＜Ｒ２４＜２×Ｒｓ特に、Ｒ２４＞Ｒｓを満足し、且つセンサ１１の合成抵抗Ｒｓとほぼ等しくなる値に抵抗Ｒ２４の値を設定すれば、センサ１１の異常なインピーダンス上昇も検出可能になる。
【００２８】次に、第２実施形態の断線検出動作を説明する。例えば、センサ１１がハーフブリッジ状態になると、センサ１１の合成抵抗が２×Ｒｓになるため、電圧Ｖsig は、(２×Ｒｓ)×Ｉref となり基準電圧Ｖref より高くなる。これにより、比較部２４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られる。
【００２９】また、センサ１１が完全断線状態になると、センサ１１の合成抵抗が無限大になるため、電圧Ｖsig は電源の電圧ＶＤＤとほぼ同レベルまで昇圧し、基準電圧Ｖref より高くなる。これにより、比較部２４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られる。
【００３０】一方、センサ１１が正常状態にある場合には、電圧Ｖsig は基準電圧Ｖref より低レベルになる。これにより、比較部２４の出力レベルがＬｏｗになり、センサ１１が断線していないとの検出結果が得られる。
【００３１】以上により、またセンサ１１のインピーダンスが変化しないことにより、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【００３２】図３は本発明の第３実施形態に係る断線検出機能付きブリッジセンサを示す構成図で、この図を用いて以下に第３実施形態の説明を行う。
【００３３】図３に示す断線検出機能付きブリッジセンサは、センサ１１、ＦＥＴ１２および電流発生部２３を第２実施形態と同様に備えているほか、第２実施形態との相違点として比較部３４を備えている。
【００３４】この比較部３４は、センサ１１と同一構成で同様の温度特性を持ち、基準電流Ｉref を流して基準電圧Ｖref を得るブリッジ抵抗Ｒ３４と、基準電流Ｉref によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖsig および基準電圧Ｖref がそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に印加されるコンパレータ３４１とにより構成されている。このコンパレータ３４１は、センサ１１に供給された基準電流によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧が基準電圧より高レベルになると出力レベルがＨｉｇｈになり、そうでなければＬｏｗになる。また、ブリッジ抵抗Ｒ３４を構成する抵抗Ｒ３４１〜Ｒ３４４は、それぞれセンサ１１の抵抗Ｒs1〜Ｒs4と同じ抵抗値に設定されている。
【００３５】次に、第３実施形態の断線検出動作を説明する。例えば、センサ１１がハーフブリッジ状態になると、センサ１１の合成抵抗が２×Ｒｓになるため、電圧Ｖsig は、(２×Ｒｓ)×Ｉref となり基準電圧Ｖref より高くなる。これにより、比較部３４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られる。
【００３６】また、センサ１１が完全断線状態になると、センサ１１の合成抵抗が無限大になるため、電圧Ｖsig は電源の電圧ＶＤＤとほぼ同レベルまで昇圧し、基準電圧Ｖref より高くなる。これにより、比較部３４の出力レベルがＨｉｇｈになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が得られる。
【００３７】一方、センサ１１が正常状態にある場合には、電圧Ｖsig は基準電圧Ｖref と同レベルになる。これにより、比較部２４の出力レベルがＬｏｗになり、センサ１１が断線していないとの検出結果が得られる。
【００３８】以上により、またセンサ１１のインピーダンスが変化しないことにより、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【００３９】また、一般に、圧力センサ１１は拡散抵抗などで構成されると出力特性が温度依存性の特性となり、ブリッジ抵抗の温度依存性によって、センサ１１に流れ込む電流が温度変動に伴って増減することになる。このことは上記断線検出にとって誤検出の原因となるが、第３実施形態では、センサ１１と同様の温度特性を持つブリッジ抵抗Ｒ３４を備えるので、コンパレータ３４１の反転入力端子の入力電圧がその非反転入力端子の入力電圧に対して安定し、周囲温度が変動しても安定なセンサの断線検出が可能になる。
【００４０】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、電源端子、グランド端子および両出力端子を有するブリッジ回路構成の抵抗により成るセンサと、電源と前記センサの電源端子との間に介設され、オンまたはオフに応じてそれぞれ前記センサを駆動または停止させるスイッチ手段と、前記スイッチ手段のオフ時に定電流を前記センサに供給する電流発生手段と、前記センサに供給された定電流により前記センサに発生する電圧と基準電圧との比較を行い、この比較結果に応じて前記センサが断線しているか否かの検出を行う比較手段とを備えるので、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【００４１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の断線検出機能付きブリッジセンサにおいて、前記電流発生手段は、前記定電流を基準電流として前記センサおよび前記比較手段に個別に供給するカレントミラー回路により成り、前記比較手段は、前記基準電流を流して基準電圧を得る抵抗と、前記基準電流により前記センサに発生する電圧および前記基準電圧がそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に印加されるコンパレータとにより成るので、センサの特性を変化させることなく、センサの断線検出が可能になる。
【００４２】請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の断線検出機能付きブリッジセンサにおいて、前記比較手段の抵抗は、正常状態にある前記センサ全体の抵抗より大きく且つほぼ同じ値になるように設定されているので、センサの異常なインピーダンス上昇も検出可能になる。
【００４３】請求項４記載の発明によれば、請求項２または３に記載の断線検出機能付きブリッジセンサにおいて、前記比較手段の抵抗は前記センサと同一構成になっているので、周囲温度が変動しても安定なセンサの断線検出が可能になる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年９月２７日（１９９９．９．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７７６７
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−９１３８５（Ｐ２００１−９１３８５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月６日（２００１．４．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２７２３５１ |
|