JP2010236992A - センサ装置 - Google Patents
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Abstract
実現する。
【解決手段】 電源線12が断線したり、ピエゾ抵抗Rs1,Rs2が両方とも断線する
と、VsP,VsM<VrefLとなるため、第1および第2のウインドウコンパレータ
32,33がそれぞれハイレベル(H)を出力し、OR回路34の出力Soutがハイレ
ベルになるので断線を検出することができる。グランド線15が断線したり、ピエゾ抵抗
Rs3,Rs4が両方とも断線すると、VsP,VsMはそれぞれほぼ電源電位Vccま
で上昇するため、VsP,VsM>VrefHとなり、第1および第2のウインドウコン
パレータ32,33がそれぞれハイレベル(H)を出力し、OR回路34の出力Sout
はハイレベルになるので断線を検出することができる。
【選択図】 図2
Description
上記のように、従来のセンサ装置が、特定の断線を検出することができない理由を以下に述べる。
Vout=(R14/R13+1)(Vb−Va)+Vref ・・・(1)
Vb−Va=−Vcc/(1+2・(R8/Rs)) ・・・(2)
以上のように、従来のセンサ装置は、センシング部などに発生し得る断線を総て検出することができない。
このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第2の判定電位(VrefL)よりも低いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。
従って、電源端子(21)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs1,Rs2)の両方が断線したことを検出することができる。さらに、電源端子および駆動電源間の電源線(12)が断線したことも検出することができる。
このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第1の判定電位(VrefH)よりも高いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。
従って、グランド線(15)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs3,Rs4)の両方が断線したことを検出することができる。さらに、グランド線(15)が断線したことも検出することもできる。
従って、第1の中点(25)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs1,Rs4)の一方もしくは両方が断線したことを検出することができる。さらに、第1の中点に接続された信号線(13)が断線したことも検出することができる。
従って、第2の中点(26)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs2,Rs3)の両方が断線したことを検出することができる。さらに、第2の中点に接続された信号線(14)が断線したことも検出することができる。
以上のように、請求項1に係る発明によれば、センシング部の断線を総て検出することのできるセンサ装置を実現することができる。
従って、上記の専用の回路を設ける必要のない分、回路面積を小さくすることができ、かつ、センサ装置の製造コストを低減することができる。
従って、第1の回路(35,36)は、センシング部(20)に断線が発生していない正常時の場合と、センシング部の所定箇所に断線が発生している異常時の場合とに対応することのできる第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)を生成することができる。
従って、センサ装置(10)を小型化することができる。
従って、センサ装置(10)を小型化することができる。
従って、断線検出のための回路構成を簡易化することができ、センサ装置(10)の製造コストを低減することができる。
この発明に係る第1実施形態について図を参照して説明する。以下の各実施形態では、この発明に係るセンサ装置として、車両のドア内に配置された圧力センサを例に挙げて説明する。
圧力センサの配置状態について、それを示す図1を参照して説明する。圧力センサ10は、車両に備えられたドア70の内部に配置されている。圧力センサ10は、ドア70の内部に発生する圧力を検出する。圧力センサ10は、車両に備えられたECU(Electronic Control Unit)50と接続されており、ECU50はドア70の内部またはドア70の周囲の構造物に配置されたエアバッグ60と接続されている。
次に、圧力センサ10の電気的構成について、それを示す図2の回路図を参照して説明する。なお、以下の説明において断線とは、非導通状態となる完全な断線の他、一部が導通した状態となる不完全な断線を含む。また、断線とは、圧力センサ10を製造した後に発生した断線と、製造時に発生した接続不良による断線とを含む意味である。
一対のピエゾ抵抗Rs1,Rs2の各一端は、電源端子21に接続されており、各他端は、もう一対のピエゾ抵抗Rs4,Rs3の各一端に接続されている。ピエゾ抵抗Rs4,Rs3の各他端は、グランド端子22に接続されている。つまり、ブリッジ回路27は、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4により、ホイートストンブリッジ回路を構成している。
また、OR回路34は、第1および第2のウインドウコンパレータ32,33の少なくとも一方からハイレベルが出力されたときは、ハイレベルの出力信号Soutを出力する。
この実施形態では、ブリッジ回路27の駆動電圧VsIは1〜4Vであり、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4はそれぞれ数kΩである。センシング部20のどこにも断線の発生していない正常時は、第1および第2の端子23,24に発生する第1および第2の電位VsP,VsMは、それぞれ(VsI/2)±数十mVの範囲にある。
VrefL=VsI*0.4 ・・・(4)
そこで、第1の判定電位VrefHは、駆動電圧VsIの0.6倍、つまり正常範囲に対して10%のみ高く設定し、第2の判定電位VrefLは、駆動電圧VsIの0.4倍、つまり正常範囲に対して10%のみ低く設定しているため、ブリッジ回路27の不完全な断線をも検出することができる。
VrefL=VsI*RL/(RH+RM+RL) ・・・(6)
オペアンプ31は、第1の差動増幅部31fと、第2の差動増幅部31gと、第1のカレントミラー回路31hと、第2のカレントミラー回路31iと、第3のカレントミラー回路31jと、第1の定電流源31aと、第2の定電流源31bと、出力部31kとを備える。オペアンプ31は、出力端子31eと反転入力端子VNとを接続したボルテージフォロワを構成している。
NMOSトランジスタN2,N4の各ゲートは共通接続されており、NMOSトランジスタN2のドレインはゲートに接続されている。つまり、第2のカレントミラー回路31iは、PMOSトランジスタP2の能動負荷として作用する。
また、PMOSトランジスタP5のドレインには、発振防止のための位相補償用コンデンサC1が接続されている。
従って、抵抗回路35から発生する第1および第2の判定電位VrefH,VrefLと入力信号VsIとの比が変動しないため、断線を高精度で検出することができる。
次に、ブリッジ回路27に発生した断線の検出について説明する。
(電源側の断線により駆動電源が供給されない場合)
電源側の断線により駆動電源が供給されない場合としては、電源線12と電源端子21との接続部位が断線した状態(例えば、電源線12と電源端子21とのボンディング不良など)、電源線12が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs1,Rs2が両方とも断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
グランド側の断線によりグランドされない場合としては、グランド線15とグランド端子22との接続部位が断線した状態(例えば、グランド線15とグランド端子22とのボンディング不良など)、グランド線15が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs3,Rs4が両方とも断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
・・・(10)
VsM=R1*VsI/(Rs2+R1)≒R1*Vcc/(Rs2+R1)
・・・(11)
VsM≒Vcc ・・・(13)
断線により第1の電位VsPが異常な場合としては、出力線13と第1の端子23との接続部位が断線した状態(例えば、出力線13と第1の端子23とのボンディング不良など)、出力線13が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs1,Rs4の少なくとも一方が断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
VsP>VrefH ・・・(15)
VrefL<VsM<VrefH ・・・(16)
また、ピエゾ抵抗Rs1のみ断線した場合以外の状態が発生すると、第1の電位VsPは、出力線13に接続されたプルダウン抵抗R2によりグランド電位に低下する。このため、次の式(17)および(18)が成立する。
VrefL<VsM<VrefH ・・・(18)
断線により第2の電位VsMが異常な場合としては、出力線14と第2の端子24との接続部位が断線した状態(例えば、出力線14と第2の端子24とのボンディング不良など)、出力線14が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs2,Rs3の少なくとも一方が断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
VsM>VrefH ・・・(19)
VrefL<VsP<VrefH ・・・(20)
また、ピエゾ抵抗Rs2のみ断線した場合以外の状態が発生すると、第2の電位VsMは、出力線14に接続されたプルダウン抵抗R1によりグランド電位に低下する。このため、次の式(21)および(22)が成立する。
VrefL<VsP<VrefH ・・・(22)
次に、この発明の第2実施形態について図4を参照して説明する。図4は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路を一部省略して示す回路図である。この実施形態の圧力センサは、抵抗回路35がセンシング部20の感度の温度補償抵抗を兼用していることを特徴とする。なお、第1実施形態と同じ構成については同一の符号を使用し、説明を省略する。
従って、電流値Isgは略電流値Isと等しくなるため、電源線12に抵抗回路35を接続したことにより、ブリッジ回路27に流れる電流値Isgが大きく減少し、圧力センサ10の感度が低下するおそれがない。
このとき、抵抗回路35の各抵抗の抵抗温度係数は略ゼロであるため、抵抗回路35に設定した抵抗値が環境温度により変化しないので、電流値Isgを高精度で調整することができる。
従って、上記の専用の回路を設ける必要のない分、回路面積を小さくすることができ、かつ、圧力センサ10の製造コストを低減することができる。
次に、この発明の第3実施形態について図5を参照して説明する。図5は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路を構成するバッファ回路の回路図である。
従って、センサ装置10を小型化することができる。
次に、この発明の第4実施形態について図6を参照して説明する。図6は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路を構成するバッファ回路の回路図である。
従って、センサ装置10を小型化することができる。
次に、この発明の第5実施形態について図7を参照して説明する。図7は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路30および増幅・調整回路40の回路図である。この実施形態の圧力センサは、断線検出回路30の出力によって増幅・調整回路40の出力を変化させることを特徴とする。
以上のように、第5実施形態の圧力センサ10を使用すれば、断線の発生していない正常時よりも出力Voutが上昇したことを検出することにより、断線の発生を検出することができる。
この発明に係るセンサ装置は、車両のドア内部の圧力以外の圧力を検出する圧力センサとして使用することもできる。また、液体の圧力を検出する圧力センサとしても使用することができる。さらに、加速度センサにも適用することができる。この場合、前述のダイアフラムの変位加速度に応じた電位差が、ブリッジ回路27の第1および第2の中点25,26間に発生する。
13,14・・出力線、15・・グランド線、20・・センシング部、
21・・電源端子、22・・グランド端子、23・・第1の端子、
24・・第2の端子、25・・第1の中点、26・・第2の中点、
27・・ブリッジ回路、30・・断線検出回路、31・・オペアンプ、
32・・第1のウインドコンパレータ(第2の回路)、
33・・第2のウインドコンパレータ(第2の回路)、
34・・OR回路(第2の回路)、35・・抵抗回路(第1の回路)、
36・・バッファ回路(第1の回路)、40・・増幅・調整回路(増幅回路)。
Claims (13)
- 駆動電源を供給する電源端子に接続された一対のピエゾ抵抗と、グランド端子に接続された一対のピエゾ抵抗とからなるブリッジ回路を有し、検出対象である物理量に応じた電位差を前記ブリッジ回路の第1および第2の中点間に発生するセンシング部と、
前記電位差を増幅する増幅回路と、を備えたセンサ装置において、
前記駆動電源の電位の1/2よりも高く、かつ、前記駆動電源の電位よりも低い第1の判定電位と、グランド電位よりも高く、かつ、前記駆動電源の電位の1/2よりも低い第2の判定電位とを生成する第1の回路と、
前記第1の回路と、前記第1および第2の中点とに接続されており、前記第1の中点に発生する電位である第1の電位が前記第2の判定電位以上かつ前記第1の判定電位以下であり、さらに、前記第2の中点に発生する電位である第2の電位が前記第2の判定電位以上かつ前記第1の判定電位以下であるときに第1の判定結果電位を発生し、前記第1および第2の電位の少なくとも一方が前記第2の判定電位よりも低いとき、あるいは、前記第1および第2の電位の少なくとも一方が前記第1の判定電位よりも高いときに前記第1の判定結果電位とは電位の異なる第2の判定結果電位を発生する第2の回路と、
を備えたことを特徴とするセンサ装置。 - 前記第1の回路は、
前記駆動電源を入力するバッファ回路と、
前記バッファ回路の出力電位を分圧して前記第1および第2の判定電位を生成する抵抗回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記第1の回路は、
前記センシング部の温度補償用抵抗から構成されており、前記温度補償用抵抗に発生する電位を分圧して前記第1および第2の判定電位を生成することを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記ブリッジ回路を構成する各ピエゾ抵抗は、それぞれ熱拡散抵抗であり、
前記温度補償用抵抗は、薄膜抵抗であることを特徴とする請求項3に記載のセンサ装置。 - 前記バッファ回路は、
非反転入力端子が前記駆動電源に接続されており、ボルテージフォロワを構成するオペアンプであることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 - 前記オペアンプは、
非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれゲートが接続された一対のPMOSトランジスタを有する第1の差動増幅部と、
前記非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれゲートが接続された一対のNMOSトランジスタを有する第2の差動増幅部と、
前記第1および第2の差動増幅部の少なくとも一方から出力される差動増幅信号を増幅して出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載のセンサ装置。 - 前記バッファ回路は、
ベースが前記駆動電源に、エミッタが定電流源にそれぞれ接続されており、コレクタが接地されたPNP型バイポーラトランジスタと、
ベースが前記PNP型バイポーラトランジスタのエミッタに、ベース・コレクタ間に前記定電流源がそれぞれ接続されており、エミッタが前記抵抗回路に接続されたNPN型バイポーラトランジスタと、により構成されていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 - 前記バッファ回路は、
ゲートが前記駆動電源に、ソースが定電流源にそれぞれ接続されており、ドレインが接地されたPMOSトランジスタと、
ゲートが前記PMOSトランジスタのソースに、ゲート・ドレイン間に前記定電流源がそれぞれ接続されており、ソースが前記抵抗回路にそれぞれ接続されたNMOSトランジスタと、により構成されていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 - 前記第2の回路の出力は前記増幅回路に接続されており、
前記増幅回路は前記第2の回路の出力に応じて出力電位を変化させることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のセンサ装置。 - 前記第2の回路は、
前記第1の電位と、前記第1および第2の判定電位とを比較するとともにその比較結果を出力する第1のウインドウコンパレータと、
前記第2の電位と、前記第1および第2の判定電位とを比較するとともにその比較結果を出力する第2のウインドウコンパレータと、
前記第1および第2のウインドウコンパレータからそれぞれ出力された比較結果に応じて前記第1または第2の判定結果電位を発生する論理回路と、
を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載のセンサ装置。 - 前記センシング部は、前記物理量として圧力に応じた電位差を前記第1および第2の中点間に発生するものであることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載のセンサ装置。
- 前記センシング部は、前記物理量として加速度に応じた電位差を前記第1および第2の中点間に発生するものであることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載のセンサ装置。
- 前記圧力は、車両のドア内に発生する圧力であり、前記増幅回路の出力によって前記車両に設けられた乗員保護装置が作動することを特徴とする請求項11に記載のセンサ装置。
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