CN109564139B - 传感器装置 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一方式，将温度检测电路(4)构成为，形成向包括电阻电桥电路的传感器(2)的正侧、负侧差动输出端子的一方供给电流的第一路径，并形成使从电流另一方流出的第二路径，并且能够将第一路径与第二路径相对于两个输出端子调换而形成。控制部(5)针对通过温度检测电路在差动输出端子的一方形成第一路径并在另一方形成第二路径的情况、以及在一方形成第二路径并在另一方形成第一路径的情况，使电压测定部(3)分别测定两个输出端子的电压。运算部(6)通过运算两个输出端子的电压的差分来取得传感器的温度信息。

Description

传感器装置
相关申请的相互参照
本申请基于2016年8月5日提出申请的日本专利申请第2016－154534号，在此援引其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种，具有传感器的传感器装置，该传感器包括电阻电桥电路。
背景技术
压力传感器一般来说包括使用了扩散电阻的电阻电桥电路，因此具有温度特性。因而，在利用压力传感器对压力进行检测时，需要进行与温度特性相应的校正。例如，在专利文献1中，通过在电阻电桥电路的对角输出端子间连接恒定电流源，取得压力传感器的温度信息。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第2898500号公报
发明内容
然而，专利文献1的图1中所示的结构实际上如图18所示那样，可认为恒定电流源串联连接于电源与电阻电桥电路之间。实际的电路必须在电源与地(ground)之间动作，若考虑电流的方向，则必然应成为图18所示的结构。这样，由于对电阻电桥电路施加的电压降低了恒定电流源中的电压下降的量，因此会产生传感器灵敏度降低，S/N比恶化这一问题。
本公开的目的在于，提供一种不使传感器灵敏度降低就能够取得温度信息的传感器装置。
根据本公开的一方式，将温度检测电路构成为，形成向包括电阻电桥电路的传感器的正侧、负侧差动输出端子的一方供给电流的第一路径，并形成使电流从另一方流出的第二路径，并且能够将第一路径与第二路径相对于两个输出端子调换而形成。控制部针对通过温度检测电路在差动输出端子的一方形成第一路径并在另一方形成第二路径的情况、以及在一方形成第二路径并在另一方形成第一路径的情况，使电压测定部分别测定两个输出端子的电压。而且，运算部通过运算两个输出端子的电压的差分来取得传感器的温度信息。若这样构成，则不像专利文献1那样使传感器灵敏度降低，能够在维持了S/N比的状态下取得传感器的温度信息。
另外，根据本公开的一方式，温度检测电路具备：分别连接于正侧、负侧差动输出端子与电源之间的、包括电阻元件及开关电路的第一、第二串联电路；以及分别连接于正侧、负侧差动输出端子与地之间的、包括电阻元件及开关电路的第三、第四串联电路。若这样构成，则通过仅同时接通构成第一及第四串联电路的开关电路，能够在差动输出端子的一侧形成第一路径，并且在另一侧形成第二路径。而且，通过仅同时接通构成第二及第三串联电路的开关电路，能够将上述的一侧、另一侧调换而形成第一路径及第二路径。
附图说明
关于本公开的上述目的以及其他目的、特征及优点通过参照添付的附图以及下述的详细的描述而更加明确。该附图为，
图1是表示第一实施方式中的传感器装置的结构的图，
图2是表示使温度检测电路的开关电路SP1及SP2接通的状态的图，
图3是表示使温度检测电路的开关电路SM1及SM2接通的状态的图，
图4是表示传感器装置的控制序列的图，
图5是表示与电阻比(ΔR/Rs)所对应的近似式的误差的图，
图6是将电阻比(ΔR/Rs)的对数在横轴表示、将所述误差在纵轴表示的图，
图7是表示第二实施方式中的传感器装置的结构的图，
图8是表示第三实施方式中的传感器装置的结构的图，
图9是表示第四实施方式中的传感器装置的控制序列的图，
图10是表示设10Rs＝10kΩ，使温度检测电路的电阻元件Rd的电阻值变化而对(6)式、(7)式进行计算后的结果的图，
图11是表示第五实施方式中的传感器装置的结构的图，
图12是表示采样保持电路的图，
图13是表示传感器装置的控制序列的图，
图14是表示在第六实施方式中，在传感器装置中差动输出端子Vinp侧已断线的情况下，使温度检测电路的开关电路SP1及SP2接通的状态的图，
图15是表示使该开关电路SM1及SM2接通的状态的图，
图16是表示在差动输出端子Vinm侧已断线的情况下，使温度检测电路的开关电路SP1及SP2接通的状态的图，
图17是表示使该开关电路SM1及SM2接通的状态的图，
图18是表示现有技术的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
如图1所示，在本实施方式的传感器装置1中，由四个电阻元件Rs构成电阻电桥电路的压力传感器2的电阻电桥的对角的一方连接于电源与地之间。另外，成为电阻电桥的对角的另一方的差动输出端子Vinp、Vinm分别与电压测定部3的输入端子连接。电压测定部3对差动输出端子Vinp、Vinm的各电压进行测定。
在差动输出端子Vinp、Vinm之间连接有温度检测电路4。温度检测电路4具备：连接于输出端子Vinp与电源之间的、电阻元件Rd及开关电路SP1的串联电路；以及连接于输出端子Vinp与地之间的、电阻元件Rd及开关电路SM2的串联电路。另外，温度检测电路4具备：连接于输出端子Vinm与电源之间的、电阻元件Rd与开关电路SM1的串联电路；以及连接于输出端子Vinm与地之间的、电阻元件Rd与开关电路SP2的串联电路。
构成温度检测电路4的开关电路SP1及SP2、以及SM1及SM2的接通/断开控制由控制部5进行。运算部6通过运算由电压测定部3测定的差动输出端子Vinp、Vinm的各电压，取得由压力传感器2检测的压力的信息、以及用于校正该压力的温度信息。另外，与具备开关电路SP1、SP2、SM1、SM2的电阻元件Rd的串联电路分别相当于第一、第四、第二、第三串联电路。
接下来，对本实施方式的作用进行说明。如图4所示，控制部5在阶段(A)中，使温度检测电路4的开关电路SP1及SP2、以及SM1及SM2全部断开，成为图1所示的状态。在该状态下，使电压测定部3测定用于得到由压力传感器2检测出的压力信息的差动电压。这与一般的方法相同，通过分别测定压力传感器2的差动输出端子Vinp、Vinm的电压，可通过(1)式得到压力信息。
[式1]
Figure GDA0001961297450000041
接下来，控制部5在阶段(B)中，使温度检测电路4的开关电路SP1及SP2接通，并使SM1及SM2断开，成为图2所示的状态。然后，使电压测定部3测定用于得到压力传感器2的温度信息的差动电压。此时，关于压力传感器2的输出端子Vinp侧，形成从电源引入灌(sink)电流的第一路径，关于输出端子Vinm侧，形成将拉(source)电流向地供给的第二路径。若将在该状态下测定的电压设为温度P(Vinp－Vinm)，则由(2)式表示。
[式2]
Figure GDA0001961297450000042
接着，控制部5在阶段(C)中，使温度检测电路4的开关电路SP1及SP2断开，并使SM1及SM2接通，成为图3所示的状态。然后，同样使电压测定部3测定用于得到压力传感器2的温度信息的差动电压。在该情况下，调换为在输出端子Vinp侧形成第二路径，在输出端子Vinm形成第一路径。若将在该状态下测定的电压设为温度M(Vinp－Vinm)，则由(3)式表示。
[式3]
Figure GDA0001961297450000051
若这样测定两个电压温度P、M，则运算部6通过取两者的差，可得到压力传感器2的温度信息。但是，构成压力传感器2的电阻元件Rs的电阻值与根据压力而变化的电阻值ΔR相比足够大成为条件。
[式4]
Figure GDA0001961297450000052
由于(4)式中不包含电阻值ΔR，因此电压(温度P－温度M)不包含压力传感器2检测出的压力的信息，成为反映了压力传感器2的温度特性的电压。通过这样取得压力传感器2的温度信息，能够根据温度特性对压力传感器2检测出的压力进行校正。
如图4所示，传感器装置1依次反复执行阶段(A)、(B)、(C)。然后，运算部6在下一个周期中，运算之前的周期中测定到的温度P、温度M的差而得到电压(温度P－温度M)。另外，也可以根据需要进行对压力进行校正的运算。
在此，(4)式中的运算结果与应用了条件(Rs＞＞ΔR)的近似式的误差[％]为(5)式。
[式5]
Figure GDA0001961297450000053
例如，在设为Rs＝10kΩ、Rd＝20kΩ的情况下，与电阻比(ΔR/Rs)所对应的近似式的误差成为如图5及图6所示那样。因此，只要在允许误差的范围内适当设定电阻比(ΔR/Rs)即可。
如以上那样，根据本实施方式，将温度检测电路4构成为，形成向包括电阻电桥电路的传感器2的正侧、负侧差动输出端子Vinp、Vinm的一方供给电流的第一路径，并形成使电流从另一方流出的第二路径，并且能够将第一路径与第二路径相对于两个输出端子Vinp、Vinm调换而形成。
控制部5针对通过温度检测电路4在差动输出端子Vinp、Vinm的一方形成第一路径并在另一方形成第二路径的情况、以及在一方形成第二路径并在另一方形成第一路径的情况，使电压测定部3分别测定两个输出端子Vinp、Vinm的电压。然后，运算部6通过运算输出端子Vinp、Vinm的电压的差分来取得传感器2的温度信息。若这样构成，则不需要恒定电流源，不像专利文献1那样使传感器灵敏度降低，能够在维持了S/N比的状态下取得传感器2的温度信息。
具体而言，温度检测电路4具备：分别连接于差动输出端子Vinp、Vinm与电源之间的、包括电阻元件Rd及开关电路SP1、SM1的第一、第二串联电路；以及分别连接于差动输出端子Vinp、Vinm与地之间的、包括电阻元件Rd及开关电路SM2、SP2的第三、第四串联电路。若这样构成，则通过仅同时接通开关电路SP1及SP2，能够在正侧差动输出端子Vinp形成第一路径，并且在负侧差动输出端子Vinm形成第二路径。而且，通过仅同时接通开关电路SM1及SM2，能够将上述的正侧、负侧调换而形成第一路径及第二路径。
(第二实施方式)
以下，对与第一实施方式相同的部分赋予相同的附图标记而省略说明，对不同的部分进行说明。如图7所示，第二实施方式的传感器装置11的温度检测电路12具备连接于电源与地之间的电阻元件R1～R3的串联电路13。而且，开关电路SP1及SM1的共用连接点连接于电阻元件R1及R2的共用连接点，开关电路SP2及SM2的共用连接点连接于电阻元件R2及R3的共用连接点。电阻元件R1～R3相当于第一～第三电阻元件，串联电路13相当于分压电阻电路。
在上述的构成中，通过调整电阻元件R1～R3的电阻值，能够可变地设定检测温度时的电压振幅。另外，开关电路SP、SM一般来说包括MOSFET等的情况较多。在该情况下，通过使开关电路SP、SM的两端具有相对于电源或地的电位差，FET的阈值因基板效应上升，能够使截止泄漏电流减少。此处的“截止泄漏(off leak)”是指，例如图2所示那样，在开关电路SP侧正接通时断开的、开关电路SM侧的截止泄漏。
(第三实施方式)
如图8所示，构成第三实施方式的传感器装置21温度检测电路22从第一实施方式的温度检测电路4中删除电阻元件Rd，代替它们具备第一恒定电流源23、第二恒定电流源24。第一恒定电流源23的一端与电源连接，第二恒定电流源24的一端与地连接。而且，开关电路SP1及SM1的共用连接点与第一恒定电流源23的另一端连接，开关电路SP2及SM2的共用连接点与第二恒定电流源24的另一端连接。
根据如以上那样构成的第三实施方式，可得到与第一实施方式相同的效果。另外，由于第三实施方式的恒定电流源23及24相对于压力传感器2并联连接，因此不会像专利文献1那样使施加于压力传感器2的电压降低。
(第四实施方式)
如图9所示，在第四实施方式中，通过对在上述的实施方式中为了取得温度信息而测定出的温度P、温度M进行加法运算，还取得压力传感器2检测出的压力的信息。若设定条件(Rd＝Rs/2)并运算(温度P+温度M)，则可得到与(1)式相同的结果。
[式6]
Figure GDA0001961297450000071
另外，(6)式也相当于传感器装置1等的压力灵敏度。温度灵敏度可通过(7)式得到。
[式7]
Figure GDA0001961297450000072
然后，若设Rs＝10kΩ，使温度检测电路4的电阻元件Rd的电阻值变化，对(6)式、(7)式进行计算，则成为图10所示的结果。由此，可知温度灵敏度在条件(Rd＝Rs/2)的情况下为最大。
如以上那样，根据第四实施方式，运算部6通过对温度P、温度M进行加法运算来取得压力传感器2检测出的压力的信息，因此能够缩短控制序列所需的时间。另外，通过将电阻元件Rd的电阻值设定为构成压力传感器2的电阻元件Rs的电阻值的1/2，能够使温度灵敏度最大。
(第五实施方式)
如图11所示，第五实施方式的传感器装置31具备两组压力传感器2及温度检测电路4，将它们的一方设为压力传感器2(0)及温度检测电路4(0)，将另一方设为压力传感器2(1)及温度检测电路4(1)。电压测定部32内置于包括采样电路部33S及保持电路部33H的采样保持电路33。
如图12所示，采样保持电路33具备分别与压力传感器2(0)、2(1)对应的采样电路部33S(0)、33S(1)。采样电路部33具备输入侧的开关电路41p及41m、42p及42m；以及输出侧的开关电路43p及43m、44p及44m。开关电路42p及42m、44p及44m的共用连接点均与地连接。在开关电路41p及41m与开关电路43p及43m之间连接有采样用的电容器45p及45m。
保持电路部33H具备差动放大器46。在差动放大器46的反相输入端子与非反相输出端子之间连接有保持用的电容器47p及开关电路48p的并联电路，在非反相输入端子与反相输出端子之间连接有电容器47m及开关电路48m的并联电路。而且，开关电路43p及43m分别与差动放大器46的反相输入端子、非反相输入端子连接。
图11所示的控制部35还对具备采样保持电路33的各开关电路的接通/断开进行控制。而且，由采样保持电路33保持的电压信号输入至A/D转换器34，转换为数字数据而输入至运算部6。
接下来，对第五实施方式的作用进行说明。另外，关于采样保持电路33的动作，由于是一般的动作，因此省略详细的说明。如图13所示，在第五实施方式的控制序列中，反复执行压力传感器2(0)的压力(0)测定、压力传感器2(1)的压力(1)测定、温度P(0)测定、温度P(1)测定、温度M(0)测定、温度M(1)测定。
电压测定部32在最初的阶段(A)中，对压力传感器2(0)的压力(0)测定结果进行采样。在下一个阶段(B)中，与保持压力传感器2(0)的压力(0)测定结果并行地对压力传感器2(1)的压力(1)测定结果进行采样。在下一个阶段(C)中，与对压力传感器2(0)的压力(0)测定结果进行采样并行地对压力传感器2(1)的压力(1)测定结果进行保持。控制部35以与该控制序列对应的方式对温度检测电路4(0)、4(1)的各开关电路进行切换。
如以上那样，根据第五实施方式，在具备两组压力传感器2及温度检测电路4、且电压测定部32对各测定结果进行采样保持的构成中，通过将一方的测定结果的采样与另一方的测定结果的保持并行地进行，能够缩短控制序列。
(第六实施方式)
在第六实施方式中，例如在第一实施方式的构成中，检测压力传感器2的差动输出端子Vinp、Vinm的一方与电压测定部3之间的断线的产生。如图14及图15所示，在差动输出端子Vinp侧已断线的情况下，若与第一实施方式同样地测定温度P、温度M，并对它们的差分进行运算，则成为如(8)～(10)式那样。
[式8]
Figure GDA0001961297450000091
Figure GDA0001961297450000092
Figure GDA0001961297450000093
(10)式的结果在条件(Rd＝Rs/2)下为1.5Vdd，检测出非常大的电压。因此，能够通过设定适当阈值并检测该过大的电压的产生来检测断线。
图16及图17为差动输出端子Vinm侧已断线的情况，若与差动输出端子Vinp侧已断线的情况同样地测定温度P、温度M，并对它们的差分进行运算，则成为如(11)～(13)式那样。
[式9]
Figure GDA0001961297450000101
Figure GDA0001961297450000102
Figure GDA0001961297450000103
(13)式的结果同样在条件(Rd＝Rs/2)下为1.5Vdd。因此，在该情况下也同样能够检测断线。
如以上那样，根据第6实施方式，运算部6能够识别出两个电压温度P、温度M的差分超过上限值而对压力传感器2的差动输出端子的断线进行检测。
(其他实施方式)
传感器只要是包括电阻电桥电路的传感器即可，并不限于压力传感器。
在第五实施方式中，也可以具备三组以上的压力传感器2及温度检测电路4。
也可以将各实施方式适当地组合而实施。
虽然本公开遵照实施例进行了描述，但可理解为本公开是不限于该实施例和结构的发明。本公开也包含各种变形例或均等范围内的变形。除此之外，包含各种组合和方式、甚至是这些中的仅一个要素、其以上、或其以下的其他组合和方式也落入本公开的范畴和思想范围内。

Claims (8)

1.一种传感器装置，具备：传感器（2），包括连接于电源与地之间的电阻电桥电路，并对物理量进行检测；温度检测电路（4、12、22），形成向所述电阻电桥电路的正侧、负侧差动输出端子的一方供给电流的第一路径，并且形成使电流从所述电阻电桥电路的正侧、负侧差动输出端子的另一方流出的第二路径，并且能够将所述第一路径与所述第二路径相对于所述正侧、负侧差动输出端子调换而形成；电压测定部（3、32），分别测定所述正侧、负侧差动输出端子的电压；控制部（5、35），针对通过所述温度检测电路在所述正侧、负侧差动输出端子的一方形成所述第一路径并在另一方形成所述第二路径的情况、以及在一方形成所述第二路径并在另一方形成所述第一路径的情况，以使所述电压测定部分别测定所述正侧、负侧差动输出端子的电压的方式进行控制；以及运算部（6），通过运算所述正侧、负侧差动输出端子的电压的差分来取得所述传感器的温度信息。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述温度检测电路（4）具备：包括第一、第二串联用电阻元件（Rd）及第一、第二开关电路（SP1、SM1）的第一、第二串联电路，分别连接于所述正侧、负侧差动输出端子与电源之间；以及包括第三、第四串联用电阻元件（Rd）及第三、第四开关电路（SP2、SM2）的第三、第四串联电路，分别连接于所述正侧、负侧差动输出端子与地之间，所述第一、第二串联用电阻元件、第三、第四串联用电阻元件是相同的串联用电阻元件。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，所述温度检测电路（12）具备包括第一电阻元件、第二电阻元件、第三电阻元件（R1～R3）的分压电阻电路（13），该分压电阻电路（13）连接于电源与地之间，所述第一、第二串联电路经由所述第一电阻元件与电源连接，所述第三、第四串联电路经由所述第三电阻元件与地连接。
4.根据权利要求2所述的传感器装置，其中， 将构成所述温度检测电路的所述串联用电阻元件的电阻值设定为构成所述电阻电桥电路的构成用电阻元件（Rs）的电阻值的1／2。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述温度检测电路（22）具备：第一恒定电流源（23），一端与电源连接；第二恒定电流源（24），一端与地连接；第一、第二开关电路（SP1、SM1），连接于所述正侧、负侧差动输出端子与所述第一恒定电流源的另一端之间；以及第三、第四开关电路（SP2、SM2），连接于所述正侧、负侧差动输出端子与所述第二恒定电流源的另一端之间。
6.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述运算部通过将运算所述差分的对象的两个电压相加，取得与由所述传感器检测的压力对应的电压数据。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的传感器装置，其中，所述运算部在所述正侧、负侧差动输出端子的电压的差分超过上限值时，对所述正侧、负侧差动输出端子的断线进行检测。
8.根据权利要求1至6的任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器（2）是压力传感器。
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