JP2024024629A - 故障診断回路、電子回路、物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、及び移動体 - Google Patents

故障診断回路、電子回路、物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、及び移動体 Download PDF

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Abstract

Figure 2024024629000001
【課題】基準電圧が一時的に変動しても基準電圧を生成する回路が故障したと誤判断するおそれを低減することが可能な物理量検出回路を提供すること。
【解決手段】物理量を検出する物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、前記故障診断回路は、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う、物理量検出回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、移動体及び物理量センサーの故障診断方法に関する。
現在、様々なシステムや電子機器において、角速度を検出するジャイロセンサーや加速度を検出する加速度センサー等、各種の物理量を検出可能な物理量センサーが広く利用されている。近年、例えば、車両に搭載されるシステム等の高い信頼性が要求されるシステムを構築するために、物理量センサーに自己の故障を診断する機能が要求される場合がある。また、近年、信頼性の高いシステムを構築するために、物理量の検出情報をノイズ耐性の高いデジタルデータとして出力する物理量センサーが用いられている。一般に、このような物理量センサーは、物理量検出素子と、物理量検出素子から出力される信号に基づいて、検出された物理量に応じたアナログ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換回路によってデジタル信号に変換した後にデジタル信号処理を行う物理量検出回路とを備えている。
特許文献１には、電源回路の出力電圧を監視し、当該出力電圧が所定の範囲を外れたときに電源故障信号を出力する車両用電子回路の電源監視装置が記載されている。また、特許文献２には、複数のセンサーと、複数のセンサーの出力電圧をデジタル値に変換するＡＤコンバーターと、複数のセンサーとＡＤコンバーターとに基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、複数のセンサーの出力電圧のＡＤ変換値の少なくとも２つが所定範囲外になったことを検出した時、基準電圧供給手段が故障したと判断する手段と、を備えた故障検出装置が記載されている。
例えば、特許文献１に記載の電源監視装置や特許文献２に記載の故障検出装置を適用することで、自己の故障を診断する物理量センサーが実現される。
特開昭５８－５４８３０号公報 特開平４－８１６１５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の電源監視装置や特許文献２に記載の故障検出装置を適用した物理量センサーでは、物理量検出素子から出力される信号を処理する信号処理回路や、当該信号処理回路の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路の動作によって、基準電圧が一時的に変動して所定範囲外となった場合、基準電圧を生成する回路が故障したと誤判断するおそれがある。
本発明に係る物理量検出回路の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、 前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、
前記故障診断回路は、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
本発明に係る物理量検出回路の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子を駆動する駆動信号を出力し、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路と、
前記物理量信号処理回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、
前記故障診断回路は、前記物理量信号処理回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
本発明に係る物理量センサーの一態様は、
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、を備える。
本発明に係る電子機器の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備える。
本発明に係る移動体の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備える。
本発明に係る物理量センサーの故障診断方法の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断工程を含み、
前記故障診断工程において、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
本発明に係る物理量センサーの故障診断方法の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子を駆動する駆動信号を出力し、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路と、前記物理量信号処理回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断工程を含み、
前記故障診断工程において、前記物理量信号処理回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
第１実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。 選択回路及びアナログ／デジタル変換回路の構成例を示す図。 アナログ／デジタル変換回路による時分割処理のチャンネル構成の一例を示す図。 第１実施形態における基準電圧生成回路の一部及び故障診断回路の構成例を示す図。 第１実施形態において基準電圧生成回路が故障していないときの各種信号の波形の一例を示す図。 第１実施形態において基準電圧生成回路が故障しているときの各種信号の波形の一例を示す図。 第１実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。 第２実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。 第２実施形態における基準電圧生成回路の一部及び故障診断回路の構成例を示す図。 第２実施形態において基準電圧生成回路が故障していないときの各種信号の波形の一例を示す図。 第２実施形態において基準電圧生成回路が故障しているときの各種信号の波形の一例を示す図。 第２実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。 本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。 電子機器の一例であるデジタルカメラを模式的に示す斜視図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
以下では、物理量として角速度と加速度を検出する物理量センサーを例にとり説明する。
１．物理量センサー
１－１．第１実施形態
１－１－１．物理量センサーの構成
図１は、第１実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。第１実施形態の物理量センサー１は、物理量検出回路２と、角速度検出素子３と、加速度検出素子４Ｘと、加速度検出素子４Ｙとを備えている。
加速度検出素子４Ｘ，４Ｙは、物理量として加速度を検出する物理量検出素子である。
加速度検出素子４ＸはＸ軸の方向の加速度を検出し、加速度検出素子４ＹはＸ軸と直交するＹ軸の方向の加速度を検出する。例えば、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙは、不図示の駆動電極と検出電極が配置された静電容量を有し、加速度に応じて静電容量の電荷量が変化し、当該電荷量に応じた信号を出力する素子であってもよい。加速度検出素子４Ｘ，４Ｙは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子であってもよい。
角速度検出素子３は、物理量として角速度を検出する物理量検出素子である。本実施形態では、角速度検出素子３は、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸のまわりの角速度を検出する。例えば、角速度検出素子３は、不図示の駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、角速度に応じて振動片の振動の大きさが変化し、当該振動の大きさに応じた信号を出力する素子であってもよい。角速度検出素子３は、例えば、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の水晶振動片を有する素子であってもよい。
物理量検出回路２は、角速度信号処理回路１０、加速度信号処理回路２０、温度センサー３０、基準電圧生成回路４０、選択回路５０、アナログ／デジタル変換回路６０、デジタル信号処理回路７０、故障診断回路８０、制御回路９０、記憶部１００、インターフェース回路１１０及び発振回路１２０を含む。物理量検出回路２は、例えば、１チップの集積回路（Integrated Circuit）で実現されてもよい。なお、物理量検出回路２は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成であってもよい。
基準電圧生成回路４０は、物理量検出回路２の外部から供給される電源電圧ＶＤＤ及びグラウンド電圧ＶＳＳに基づいて、各種の基準電圧を生成する。本実施形態では、基準電圧生成回路４０は、角速度信号処理回路１０に供給する基準電圧として、電源電圧ＶＧＲ及びコモン電圧ＶＣＭＧＲを生成する。また、基準電圧生成回路４０は、加速度信号処理回路２０に供給する基準電圧として、電源電圧ＶＡＣＣ及びコモン電圧ＶＣＭＡＣＣを生成する。また、基準電圧生成回路４０は、アナログ／デジタル変換回路６０に供給する基準電圧として、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤ及びコモン電圧ＶＣＭＡＤを生成する。また、基準電圧生成回路４０は、温度センサー３０に供給する基準電圧として、電源電圧ＶＴＳ及びコモン電圧ＶＣＭＴＳを生成する。また、基準電圧生成回路４０は、ロジック回路２００に供給する基準電圧として、電源電圧ＶＬＧＣを生成する。また、基準電圧生成回路４０は、発振回路１２０に供給する基準電圧として、電源電圧ＶＯＳＣを生成する。
発振回路１２０は、基準電圧生成回路４０から供給される電源電圧ＶＯＳＣに基づいて動作し、クロック信号ＭＣＫを発生させる。発振回路１２０は、例えば、リングオシレーターやＣＲ発振回路として構成されてもよい。
角速度信号処理回路１０は、駆動回路１１と、検出回路１２とを含み、基準電圧生成回路４０から供給される電源電圧ＶＧＲ及びコモン電圧ＶＣＭＧＲに基づいて動作する。
駆動回路１１は、角速度検出素子３を励振振動させるための駆動信号ＤＲＶＧＲを生成し、角速度検出素子３に供給する。例えば、駆動信号ＤＲＶＧＲは、電源電圧ＶＧＲをハイレベル、グラウンド電圧ＶＳＳをローレベルとする矩形波信号である。また、駆動回路１１は、角速度検出素子３の励振振動により発生する発振電流が入力され、この発振電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号の振幅レベルをフィードバック制御する。角速度検出素子３は、励振振動している状態でＺ軸まわりの角速度が加わると、当該角速度を検出して当該角速度に応じた信号を出力する。本実施形態では、角速度検出素子３から出力される信号は差動信号である。
検出回路１２は、角速度検出素子３の出力信号に基づいて、Ｚ軸まわりの角速度に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路である。具体的には、検出回路１２は、角速度検出素子３から出力される信号に含まれる角速度成分を検出し、当該角速度成分の大きさに応じた電圧レベルの角速度検出信号ＧＲＯ１を生成して出力する。また、検出回路１２は、角速度検出素子３から出力される信号に含まれる振動漏れ成分を検出し、振動漏れ成分の大きさに応じた電圧レベルの振動漏れ信号ＧＲＯ２を生成して出力する。本実施形態では、角速度検出信号ＧＲＯ１及び振動漏れ信号ＧＲＯ２は、それぞれコモン電圧ＶＣＭＧＲを基準とする差動信号である。
このように、角速度信号処理回路１０は、角速度検出素子３を駆動する駆動信号ＤＲＶＧＲを出力し、角速度検出素子３の出力信号に基づいて物理量の１つであるＺ軸まわりの角速度に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路である。
加速度信号処理回路２０は、駆動回路２１と、検出回路２２Ｘと、検出回路２２Ｙとを含み、基準電圧生成回路４０から供給される電源電圧ＶＡＣＣ及びコモン電圧ＶＣＭＡＣＣに基づいて動作する。また、加速度信号処理回路２０は、制御回路９０から供給されるｎ個の制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎに基づいて制御される。ｎは１以上の整数である。
駆動回路２１は、駆動信号ＤＲＶＡＣＣを生成して加速度検出素子４Ｘ，４Ｙに出力し、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙを駆動する。例えば、駆動信号ＤＲＶＡＣＣは、電源電圧ＶＡＣＣをハイレベル、グラウンド電圧ＶＳＳをローレベルとする矩形波信号である。この状態でＸ軸方向の加速度が加わると、加速度検出素子４Ｘは、当該加速度を検出して当該加速度に応じた信号を出力する。また、Ｙ軸方向の加速度が加わると、加速度検出素子４Ｙは、当該加速度を検出して当該加速度に応じた信号を出力する。本実施形態では、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙからそれぞれ出力される信号は差動信号である。
検出回路２２Ｘは、加速度検出素子４Ｘの出力信号に基づいて、Ｘ軸方向の加速度に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路である。具体的には、検出回路２２Ｘは、加速度検出素子４Ｘから出力される信号に含まれる加速度成分を検出し、当該加速度成分の大きさに応じた電圧レベルのＸ軸加速度検出信号ＡＸＯを生成して出力する。本実施形態では、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯは、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣを基準とする差動信号である。
検出回路２２Ｙは、加速度検出素子４Ｙの出力信号に基づいて、Ｙ軸方向の加速度に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路である。具体的には、検出回路２２Ｙは、加速度検出素子４Ｙから出力される信号に含まれる加速度成分を検出し、当該加速度成分の大きさに応じた電圧レベルのＹ軸加速度検出信号ＡＹＯを生成して出力する。本実施形態では、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯは、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣを基準とする差動信号である。
このように、加速度信号処理回路２０は、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙを駆動する駆動信号ＤＲＶＡＣＣを出力し、加速度検出素子４Ｘの出力信号に基づいて物理量の１つであるＸ軸方向の加速度に応じた検出信号を生成し、加速度検出素子４Ｙの出力信号に基づいて物理量の１つであるＹ軸方向の加速度に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路である。
温度センサー３０は、基準電圧生成回路４０から供給される電源電圧ＶＴＳ及びコモン電圧ＶＣＭＴＳに基づいて、温度を検出し、当該温度に応じた電圧レベルの温度検出信号ＴＳＯを出力する。温度センサー３０は、例えば、バンドギャップリファレンス回路の温度特性を利用した回路であってもよい。本実施形態では、温度検出信号ＴＳＯは、コモン電圧ＶＣＭＴＳを基準とする差動信号である。
選択回路５０は、制御回路９０からの選択信号ＳＥＬに基づいて、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ及び温度検出信号ＴＳＯのいずれかを選択して出力する。本実施形態では、選択回路５０の出力信号ＭＸＯは差動信号である。
アナログ／デジタル変換回路６０は、基準電圧生成回路４０から供給されるフルスケール電圧ＶＦＳＡＤ及びコモン電圧ＶＣＭＡＤに基づいて動作する。アナログ／デジタル変換回路６０は、制御回路９０から供給される各種の制御信号に基づいて、選択回路５０の出力信号ＭＸＯをデジタル信号ＡＤＯに変換して出力する。具体的には、アナログ／デジタル変換回路６０は、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤとグラウンド電圧ＶＳＳとの電圧差をフルスケールとして、差動信号である信号ＭＸＯをデジタル信号ＡＤＯに変換する。
デジタル信号処理回路７０は、制御回路９０から供給される各種の制御信号に基づいて、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯを処理する。例えば、デジタル信号処理回路７０は、デジタル信号ＡＤＯに対して、デジタルフィルター処理や補正演算処理したデジタル信号ＤＳＰＯを出力する。
故障診断回路８０は、コモン電圧ＶＣＭＡＤを監視して基準電圧生成回路４０の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。特に、本実施形態では、故障診断回路８０は、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで基準電圧生成回路４０の故障診断を行う。
例えば、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングは、アナログ／デジタル変換回路６０が選択回路５０の出力信号ＭＸＯのサンプリングを開始するタイミングであり、故障診断回路８０は、当該タイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行ってもよい。また、例えば、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングは、アナログ／デジタル変換回路６０が選択回路５０の出力信号ＭＸＯのサンプリングを終了するタイミングであり、故障診断回路８０は、当該タイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行ってもよい。
本実施形態では、故障診断回路８０は、異常判定回路８１と故障診断信号出力回路８２とを含む。
異常判定回路８１は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する。例えば、異常判定信号ＦＬＧ１は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが異常である場合にハイレベル、コモン電圧ＶＣＭＡＤが正常である場合にローレベルとなるフラグ信号であってもよい。
故障診断信号出力回路８２は、所定のタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。例えば、故障診断信号ＦＬＧ２は、基準電圧生成回路４０が故障している場合にハイレベル、基準電圧生成回路４０が故障していない場合にローレベルとなるフラグ信号であってもよい。本実施形態では、故障診断信号出力回路８２は、制御回路９０から供給されるクロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。後述するように、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングは、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングである。
制御回路９０は、アナログ／デジタル変換回路６０、デジタル信号処理回路７０等の動作を制御するための各種の制御信号、クロック信号ＷＣＫ、選択信号ＳＥＬ、加速度信号処理回路２０を制御する制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎを生成して出力する。
記憶部１００は、不図示の不揮発性メモリーを有し、当該不揮発性メモリーには、角速度信号処理回路１０や加速度信号処理回路２０等に対する各種のトリミングデータや、デジタル信号処理回路７０による処理に用いられる係数データ等が記憶されている。不揮発性メモリーは、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成されてもよい。さらに、記憶部１００は、不図示のレジスターを有し、物理量検出回路２の電源投入時に、すなわち、ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時に、不揮発性メモリーに記憶されている各種のデータがレジスターに転送されて保持され、レジスターに保持された各種のデータが各回路に供給されるように構成されてもよい。
インターフェース回路１１０は、外部装置からの要求に応じて、デジタル信号ＤＳＰＯや故障診断信号ＦＬＧ２を出力する処理を行う。また、インターフェース回路１１０は、物理量検出回路２の外部装置からの要求に応じて記憶部１００の不揮発性メモリーやレジスターに記憶されているデータを読み出して出力する処理や、外部装置から入力されたデータを記憶部１００の不揮発性メモリーやレジスターに書き込む処理等を行う。インターフェース回路１１０は、例えば、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）バスのインターフェース回路や、Ｉ2Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バスのインターフェース回路であってもよい。
デジタル信号処理回路７０、故障診断信号出力回路８２、制御回路９０、記憶部１００及びインターフェース回路１１０は、ロジック回路２００を構成する。ロジック回路２００は、基準電圧生成回路４０から供給される電源電圧ＶＬＧＣに基づいて、クロック信号ＭＣＫによって動作する。
１－１－２．選択回路及びアナログ／デジタル変換回路の構成
図２は、選択回路５０及びアナログ／デジタル変換回路６０の構成例を示す図である。
図２の例では、選択回路５０は、１０個のローパスフィルター５１ｐ，５１ｎ，５２ｐ，５２ｎ，５３ｐ，５３ｎ，５４ｐ，５４ｎ，５５ｐ，５５ｎ及びマルチプレクサー５６を含む。
角速度検出信号ＧＲＯ１を構成する差動信号ＧＲＯ１＿Ｐ，ＧＲＯ１＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５１ｐ，５１ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。
振動漏れ信号ＧＲＯ２を構成する差動信号ＧＲＯ２＿Ｐ，ＧＲＯ２＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５２ｐ，５２ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。
Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯを構成する差動信号ＡＸＯ＿Ｐ，ＡＸＯ＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５３ｐ，５３ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。
Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯを構成する差動信号ＡＹＯ＿Ｐ，ＡＹＯ＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５４ｐ，５４ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。
温度検出信号ＴＳＯを構成する差動信号ＴＳＯ＿Ｐ，ＴＳＯ＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５５ｐ，５５ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。
マルチプレクサー５６は、選択信号ＳＥＬに応じて、ローパスフィルター処理された差動信号ＧＲＯ１＿Ｐ，ＧＲＯ１＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＧＲＯ２＿Ｐ，ＧＲＯ２＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＡＸＯ＿Ｐ，ＡＸＯ＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＡＹＯ＿Ｐ，ＡＹＯ＿Ｎ、及び、ローパスフィルター処理された差動信号ＴＳＯ＿Ｐ，ＴＳＯ＿Ｎのうちのいずれかの差動信号を選択し、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎとして出力する。
図２の例では、アナログ／デジタル変換回路６０は、プリチャージ回路６１、プログラマブルゲインアンプ６２、逐次比較（ＳＡＲ：Successive Approximation Register）型アナログ／デジタル変換器６３及びＳＡＲ制御回路６４を含む。
プリチャージ回路６１は、制御回路９０から供給される制御信号に応じて、逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３による変換処理が開始される前にプログラマブルゲインアンプ６２の入力ノードをチャージすることにより、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎによるチャージを補助する。
プログラマブルゲインアンプ６２は、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎを増幅した差動信号ＰＯ＿Ｐ，ＰＯ＿Ｎを出力する。プログラマブルゲインアンプ６２の利得は、制御回路９０から供給される制御信号に応じて、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎとして選択された差動信号の種類に応じて可変に設定される。
逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３は、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤとグラウンド電圧ＶＳＳとの電圧差をフルスケールとして、差動信号ＰＯ＿Ｐ，ＰＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換して出力する。
ＳＡＲ制御回路６４は、クロック信号ＭＣＫによって動作し、逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３による逐次比較のタイミングや比較結果に応じて比較の基準となる電圧を選択する処理等を行う。
１－１－３．時分割処理のチャンネル構成
上述したように、アナログ／デジタル変換回路６０は、選択回路５０が選択信号ＳＥＬに基づいて選択した差動信号をデジタル信号ＡＤＯに変換して出力する。すなわち、アナログ／デジタル変換回路６０は、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ及び温度検出信号ＴＳＯを時分割に処理してそれぞれデジタル信号に変換する。
図３は、アナログ／デジタル変換回路６０による時分割処理のチャンネル構成の一例を示す図である。
図３に示すように、第１チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“０００”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として、角速度検出信号ＧＲＯ１が選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第１チャンネルの期間において、角速度検出信号ＧＲＯ１、具体的には差動信号ＧＲＯ１＿Ｐ，ＧＲＯ１＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。このように、第１チャンネルでは、角速度検出信号ＧＲＯ１に対する処理が行われる。
第１チャンネルに続く第２チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“００１”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として振動漏れ信号ＧＲＯ２が選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第２チャンネルの期間において、振動漏れ信号ＧＲＯ２、具体的には差動信号ＧＲＯ２＿Ｐ，ＧＲＯ２＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。このように、第２チャンネルでは、振動漏れ信号ＧＲＯ２に対する処理が行われる。
第２チャンネルに続く第３チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“０１０”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号としてＸ軸加速度検出信号ＡＸＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第３チャンネルの期間において、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、具体的には差動信号ＡＸＯ＿Ｐ，ＡＸＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。このように、第３チャンネルでは、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯに対する処理が行われる。
第３チャンネルに続く第４チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“０１１”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号としてＹ軸加速度検出信号ＡＹＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第４チャンネルの期間において、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ、具体的には差動信号ＡＹＯ＿Ｐ，ＡＹＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。このように、第４チャンネルでは、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯに対する処理が行われる。
第４チャンネルに続く第５チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“１００”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として温度検出信号ＴＳＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第５チャンネルの期間において、温度検出信号ＴＳＯ、具体的には差動信号ＴＳＯ＿Ｐ，ＴＳＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。このように、第５チャンネルでは、温度検出信号ＴＳＯに対する処理が行われる。
第５チャンネルの次は第１チャンネルに戻る。すなわち、第１チャンネル～第５チャンネルの複数の期間が順番に繰り返される。デジタル信号処理回路７０において、デジタルフィルターの次数や係数値、補正演算の種類や係数値等は、チャンネル毎に、処理対象の信号に合わせて変更される。
１－１－４．故障診断回路の構成
図４は、基準電圧生成回路４０の一部及び故障診断回路８０の構成例を示す図である。
図４の例では、基準電圧生成回路４０は、バンドギャップリファレンス回路１４１、抵抗１４２，１４３及び演算増幅器１４４を含む。
バンドギャップリファレンス回路１４１は、半導体素子のバンドギャップ電圧を利用して、温度や電源電圧ＶＤＤの変動に対して安定した一定のフルスケール電圧ＶＦＳＡＤを生成する回路である。バンドギャップリファレンス回路の構成は周知であるので、その図示及び説明を省略する。
抵抗１４２，１４３は同じ抵抗値Ｒを有しており、抵抗１４２，１４３によってフルスケール電圧ＶＦＳＡＤが１／２に分圧された電圧が、演算増幅器１４４の非反転入力端子に供給される。
演算増幅器１４４の反転入力端子は、演算増幅器１４４の出力端子と接続されており、演算増幅器１４４は、ボルテージフォロワーとして機能する。したがって、演算増幅器１４４の出力端子はフルスケール電圧ＶＦＳＡＤの１／２の電圧であり、この電圧がコモン電圧ＶＣＭＡＤとして基準電圧生成回路４０から出力される。
故障診断回路８０は、比較器１８１，１８２、論理和回路１８３及びＤ型フリップフロップ１８４を含む。
比較器１８１の反転入力端子にはコモン電圧ＶＣＭＡＤが供給され、比較器１８１の非反転入力端子には所定の閾値電圧ＶＬが供給される。比較器１８１の出力端子は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬ以上であるときにローレベルとなり、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低いときにハイレベルとなる。
比較器１８２の非反転入力端子にはコモン電圧ＶＣＭＡＤが供給され、比較器１８２の反転入力端子には閾値電圧ＶＬよりも高い所定の閾値電圧ＶＨが供給される。比較器１８２の出力端子は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＨ以下であるときにローレベルとなり、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＨよりも高いときにハイレベルとなる。
論理和回路１８３は、比較器１８１の出力信号と比較器１８２の出力信号とが入力され、これらの信号の論理和信号を出力する。すなわち、論理和回路１８３の出力信号は、比較器１８１の出力信号及び比較器１８２の出力信号がともにローレベルのときにローレベルとなり、比較器１８１の出力信号及び比較器１８２の出力信号の少なくとも一方がハイレベルのときにハイレベルとなる。
したがって、論理和回路１８３の出力信号は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下であるときにローレベルとなり、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低いか閾値電圧ＶＨよりも高いときにハイレベルとなる。比較器１８１，１８２及び論理和回路１８３によって異常判定回路８１が構成され、論理和回路１８３の出力信号が異常判定信号ＦＬＧ１となる。すなわち、異常判定回路８１は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下である場合はコモン電圧ＶＣＭＡＤが正常であると判定し、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低いか閾値電圧ＶＨよりも高い場合はコモン電圧ＶＣＭＡＤが異常であると判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する。
なお、閾値電圧ＶＬ，ＶＨは固定値でもよいし、記憶部１００に可変に設定されてもよい。
Ｄ型フリップフロップ１８４は、データ入力端子Ｄに異常判定信号ＦＬＧ１が入力され、クロック入力端子にクロック信号ＷＣＫが入力される。Ｄ型フリップフロップ１８４は、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングで、異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。
図４の例では、コモン電圧ＶＣＭＡＤは、抵抗１４２，１４３によってフルスケール電圧ＶＦＳＡＤが１／２に分圧された電圧であるので、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤが常時異常であればコモン電圧ＶＣＭＡＤも常時異常となり、異常判定信号ＦＬＧ１が常時ハイレベルとなる。したがって、演算増幅器１４４が故障してコモン電圧ＶＣＭＡＤが常時異常となった場合も、バンドギャップリファレンス回路１４１が故障してフルスケール電圧ＶＦＳＡＤが常時異常となった場合も、故障診断信号ＦＬＧ２がハイレベルとなり、故障診断回路８０は、基準電圧生成回路４０が故障していると診断することができる。
図５は、基準電圧生成回路４０が故障していないときの、コモン電圧ＶＣＭＡＤ、異常判定信号ＦＬＧ１及び故障診断信号ＦＬＧ２を含む各種信号の波形の一例を示す図である。また、図６は、基準電圧生成回路４０が故障しているときの、コモン電圧ＶＣＭＡＤ、異常判定信号ＦＬＧ１及び故障診断信号ＦＬＧ２を含む各種信号の波形の一例を示す図である。
図５及び図６の例では、アナログ／デジタル変換回路６０が選択回路５０の出力信号ＭＸＯの電圧をサンプリングするサンプリング期間において状態信号ＣＯＮＶがローレベルとなり、アナログ／デジタル変換回路６０がサンプリングした電圧をホールドしてデジタル信号ＡＤＯに変換する変換期間において状態信号ＣＯＮＶがハイレベルである。図５及び図６に示すように、第１チャンネル～第５チャンネルの繰り返しと同期して、アナログ／デジタル変換回路６０はサンプリング期間と変換期間とを交互に繰り返す。なお、前出の図１及び図２では、状態信号ＣＯＮＶの図示は省略されている。
本実施形態では、基準電圧生成回路４０の面積を低減させるために、アナログ／デジタル変換回路６０に対するフルスケール電圧ＶＦＳＡＤの供給能力が必ずしも十分ではないものとする。そのため、アナログ／デジタル変換回路６０のサンプリング期間と変換期間との切り替わりにおいて、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤが大きく変動し、これに伴い、図５及び図６に示すように、コモン電圧ＶＣＭＡＤも大きく変動する。変換期間からサンプリング期間へ切り替わるタイミングは、アナログ／デジタル変換回路６０が選択回路５０の出力信号ＭＸＯのサンプリングを開始するタイミングである。また、サンプリング期間から変換期間へ切り替わるタイミングは、アナログ／デジタル変換回路６０が選択回路５０の出力信号ＭＸＯのサンプリングを終了するタイミングである。
図５の例では、周期的に到来するサンプリング期間と変換期間とが切り替わるタイミングにおいてコモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低くなり、その結果、異常判定信号ＦＬＧ１がクロック信号ＭＣＫの１周期の期間だけハイレベルになる現象が周期的に繰り返される。サンプリング期間と変換期間とが切り替わるタイミングにおいて一時的にコモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低くなっても、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に影響はないため、基準電圧生成回路４０が故障しているわけではない。しかしながら、仮に、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動し、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にハイレベルとなるタイミングで故障診断信号出力回路８２が異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んでしまうと、ハイレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を出力することになる。そして、外部装置がインターフェース回路１１０を介して、ハイレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を読み出してしまうと、外部装置は基準電圧生成回路４０が故障していると誤判定してしまう。
また、図６の例では、基準電圧生成回路４０が故障し、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＨよりも高くなっている。実際には、図５の例と同様、アナログ／デジタル変換回路６０のサンプリング期間と変換期間との切り替わりにおいてコモン電圧ＶＣＭＡＤが大きく変動するため、コモン電圧ＶＣＭＡＤは一時的に閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下の範囲となる。そのため、図６の例では、図５の例とは逆に、サンプリング期間と変換期間とが切り替わるタイミングにおいて、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にローレベルとなっている。したがって、仮に、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にローレベルとなるタイミングで故障診断信号出力回路８２が異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んでしまうと、ローレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を出力することになる。そして、外部装置がインターフェース回路１１０を介して、ローレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を読み出してしまうと、外部装置は基準電圧生成回路４０が故障していないと誤判定してしまう。
これに対して、本実施形態では、故障診断信号出力回路８２が異常判定信号ＦＬＧ１を取り込むタイミング、すなわち、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングが、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングと重ならないようにしている。本実施形態では、制御回路９０は、不図示のカウンターを有し、当該カウンターのカウント値ＣＮＴに基づいて、アナログ／デジタル変換回路６０を制御する制御信号を生成する。
図５及び図６の例では、カウント値ＣＮＴは各チャンネルにおいて０に初期化された後、０からＮまで１ずつ増加し、アナログ／デジタル変換回路６０の動作はカウント値ＣＮＴに基づいて制御されている。そして、アナログ／デジタル変換回路６０のサンプリング期間と変換期間とが切り替わるタイミング、すなわち、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングと重ならないタイミングである、カウント値ＣＮＴがｋ－１からｋに変化するタイミングを、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングとしている。
そのため、図５の例では、故障診断信号出力回路８２は、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にハイレベルとなるタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込むことがなく、故障診断信号ＦＬＧ２はローレベルを維持しつづける。したがって、外部装置は、任意のタイミングでインターフェース回路１１０を介して故障診断信号ＦＬＧ２を読み出しても、基準電圧生成回路４０が故障していないと正しい判定を行うことができる。
また、図６の例では、故障診断信号出力回路８２は、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にローレベルとなるタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込むことがなく、故障診断信号ＦＬＧ２はハイレベルを維持しつづける。したがって、外部装置は、任意のタイミングでインターフェース回路１１０を介して故障診断信号ＦＬＧ２を読み出しても、基準電圧生成回路４０が故障していると正しい判定を行うことができる。
１－１－５．故障診断方法の手順
第１実施形態の物理量センサー１の故障診断方法は、基準電圧の１つであるコモン電圧ＶＣＭＡＤを監視して基準電圧生成回路４０の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断工程を含み、故障診断工程において、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行う。
図７は、第１実施形態の物理量センサー１の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図７のフローチャートにおいて、各ステップの処理を適宜入れ替えてもよい。
図７に示すように、コモン電圧ＶＣＭＡＤが所定の電圧範囲内である場合（ステップＳ１のＹ）、すなわち、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下である場合、物理量センサー１の異常判定回路８１は、異常判定信号ＦＬＧ１を異常なしに設定する（ステップＳ２）。具体的には、異常判定回路８１は、異常判定信号ＦＬＧ１をローレベルに設定する。
一方、コモン電圧ＶＣＭＡＤが所定の電圧範囲内でない場合（ステップＳ１のＮ）、すなわち、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低いか閾値電圧ＶＨよりも高い場合、物理量センサー１の異常判定回路８１は、異常判定信号ＦＬＧ１を異常ありに設定する（ステップＳ３）。具体的には、異常判定回路８１は、異常判定信号ＦＬＧ１をハイレベルに設定する。
所定のタイミングである故障診断タイミングが到来するまで（ステップＳ４のＮ）、異常判定回路８１はステップＳ１，Ｓ２及びＳ３の処理を繰り返す。そして、故障診断タイミングが到来すると（ステップＳ４のＹ）、物理量センサー１の故障診断信号出力回路８２は、異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力し（ステップＳ５）、異常判定回路８１は再びステップＳ１，Ｓ２及びＳ３の処理を繰り返す。
なお、図７のステップＳ１～Ｓ５が故障診断工程に相当する。そして、ステップＳ１，Ｓ２及びＳ３は、異常判定回路８１が基準電圧の１つであるコモン電圧ＶＣＭＡＤが異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する異常判定工程である。また、ステップＳ４及びＳ５は、故障診断信号出力回路８２が所定のタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断信号出力工程である。
１－１－６．作用効果
以上に説明した第１実施形態では、物理量検出回路２は、基準電圧生成回路４０が生成してアナログ／デジタル変換回路６０に供給するコモン電圧ＶＣＭＡＤを監視して基準電圧生成回路４０の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断回路８０を備え、故障診断回路８０は、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行う。本実施形態によれば、故障診断回路８０は、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動しても基準電圧生成回路４０が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。例えば、基準電圧生成回路４０によるコモン電圧ＶＣＭＡＤの供給能力が比較的低くても故障診断回路８０が誤判断するおそれが低減されるので、基準電圧生成回路４０のサイズを小さくすることが可能であり、コストダウンに有利である。
特に、本実施形態では、故障診断回路８０は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動する、アナログ／デジタル変換回路６０がサンプリングを開始するタイミングやサンプリングを終了するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動しても基準電圧生成回路４０が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
また、本実施形態では、故障診断回路８０は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する異常判定回路８１と、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断信号出力回路８２と、を含む。したがって、本実施形態によれば、コモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動した場合、仮に、異常判定回路８１が、コモン電圧ＶＣＭＡＤが異常であることを示す異常判定信号ＦＬＧ１を一時的に出力しても、故障診断信号出力回路８２が、コモン電圧ＶＣＭＡＤが異常であることを示す異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで基準電圧生成回路４０が故障していることを示す故障診断信号ＦＬＧ２を誤って出力するおそれを低減することができる。
このように、本実施形態によれば、基準電圧生成回路４０が故障していると誤判断するおそれを低減することができるので、物理量検出回路２及び物理量センサー１の故障診断の信頼性を高めることができる。
１－２．第２実施形態
以下では、第２実施形態の物理量センサーについて、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する内容については説明を省略又は簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。
１－２－１．物理量センサーの構成
図８は、第２実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。第２実施形態の物理量センサー１は、第１実施形態と同様、物理量検出回路２と、角速度検出素子３と、加速度検出素子４Ｘと、加速度検出素子４Ｙとを備えている。
角速度検出素子３、加速度検出素子４Ｘ及び加速度検出素子４Ｙの機能は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
第１実施形態と同様、物理量検出回路２は、角速度信号処理回路１０、加速度信号処理回路２０、温度センサー３０、基準電圧生成回路４０、選択回路５０、アナログ／デジタル変換回路６０、デジタル信号処理回路７０、制御回路９０、記憶部１００、インターフェース回路１１０、発振回路１２０及び故障診断回路１３０を含み、例えば、１チップの集積回路で実現されてもよい。なお、物理量検出回路２は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成であってもよい。
角速度信号処理回路１０、加速度信号処理回路２０、温度センサー３０、基準電圧生成回路４０、選択回路５０、アナログ／デジタル変換回路６０、デジタル信号処理回路７０、制御回路９０、記憶部１００、インターフェース回路１１０及び発振回路１２０の機能は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
故障診断回路１３０は、基準電圧の１つであるコモン電圧ＶＣＭＡＣＣを監視して基準電圧生成回路４０の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。特に、本実施形態では、故障診断回路１３０は、物理量信号処理回路の１つである加速度信号処理回路２０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで基準電圧生成回路４０の故障診断を行う。
例えば、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングは、駆動信号ＤＲＶＡＣＣの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングであり、故障診断回路１３０は、当該タイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行ってもよい。また、例えば、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングは、制御回路９０が生成する制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの各々の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングであり、故障診断回路１３０は、当該タイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行ってもよい。
本実施形態では、故障診断回路１３０は、異常判定回路１３１と故障診断信号出力回路１３２とを含む。
異常判定回路１３１は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する。例えば、異常判定信号ＦＬＧ１は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常である場合にハイレベル、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが正常である場合にローレベルとなるフラグ信号であってもよい。
故障診断信号出力回路１３２は、所定のタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。例えば、故障診断信号ＦＬＧ２は、基準電圧生成回路４０が故障している場合にハイレベル、基準電圧生成回路４０が故障していない場合にローレベルとなるフラグ信号であってもよい。本実施形態では、故障診断信号出力回路１３２は、制御回路９０から供給されるクロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。後述するように、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングは、加速度信号処理回路２０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングである。
１－２－２．故障診断回路の構成
図９は、基準電圧生成回路４０の一部及び故障診断回路１３０の構成例を示す図である。図９の例では、基準電圧生成回路４０は、バンドギャップリファレンス回路１４５、抵抗１４６，１４７及び演算増幅器１４８を含む。
バンドギャップリファレンス回路１４５は、半導体素子のバンドギャップ電圧を利用して、温度や電源電圧ＶＤＤの変動に対して安定した一定の電源電圧ＶＡＣＣを生成する回路である。バンドギャップリファレンス回路の構成は周知であるので、その図示及び説明を省略する。
抵抗１４６，１４７は同じ抵抗値Ｒを有しており、抵抗１４６，１４７によって電源電圧ＶＡＣＣが１／２に分圧された電圧が、演算増幅器１４８の非反転入力端子に供給される。
演算増幅器１４８の反転入力端子は、演算増幅器１４８の出力端子と接続されており、演算増幅器１４８は、ボルテージフォロワーとして機能する。したがって、演算増幅器１４８の出力端子は電源電圧ＶＡＣＣの１／２の電圧であり、この電圧がコモン電圧ＶＣＭＡＣＣとして基準電圧生成回路４０から出力される。
故障診断回路１３０は、比較器２３１，２３２、論理和回路２３３及びＤ型フリップフロップ２３４を含む。
比較器２３１の反転入力端子にはコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが供給され、比較器２３１の非反転入力端子には所定の閾値電圧ＶＬが供給される。比較器２３１の出力端子は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬ以上であるときにローレベルとなり、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬよりも低いときにハイレベルとなる。
比較器２３２の非反転入力端子にはコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが供給され、比較器２３２の反転入力端子には閾値電圧ＶＬよりも高い所定の閾値電圧ＶＨが供給される。比較器２３２の出力端子は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＨ以下であるときにローレベルとなり、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＨよりも高いときにハイレベルとなる。
論理和回路２３３は、比較器２３１の出力信号と比較器２３２の出力信号とが入力され、これらの信号の論理和信号を出力する。すなわち、論理和回路２３３の出力信号は、比較器２３１の出力信号及び比較器２３２の出力信号がともにローレベルのときにローレベルとなり、比較器２３１の出力信号及び比較器２３２の出力信号の少なくとも一方がハイレベルのときにハイレベルとなる。
したがって、論理和回路２３３の出力信号は、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下であるときにローレベルとなり、コモン電圧ＶＣＭＡＤが閾値電圧ＶＬよりも低いか閾値電圧ＶＨよりも高いときにハイレベルとなる。比較器２３１，２３２及び論理和回路２３３によって異常判定回路１３１が構成され、論理和回路２３３の出力信号が異常判定信号ＦＬＧ１となる。すなわち、異常判定回路１３１は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下である場合はコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが正常であると判定し、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬよりも低いか閾値電圧ＶＨよりも高い場合はコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常であると判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する。
なお、閾値電圧ＶＬ，ＶＨは固定値でもよいし、記憶部１００に可変に設定されてもよい。
Ｄ型フリップフロップ２３４は、データ入力端子Ｄに異常判定信号ＦＬＧ１が入力され、クロック入力端子にクロック信号ＷＣＫが入力される。Ｄ型フリップフロップ２３４は、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングで、異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する。
図９の例では、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣは、抵抗１４６，１４７によって電源電圧ＶＡＣＣが１／２に分圧された電圧であるので、電源電圧ＶＡＣＣが常時異常であればコモン電圧ＶＣＭＡＣＣも常時異常となり、異常判定信号ＦＬＧ１が常時ハイレベルとなる。したがって、演算増幅器１４８が故障してコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが常時異常となった場合も、バンドギャップリファレンス回路１４５が故障して電源電圧ＶＡＣＣが常時異常となった場合も、故障診断信号ＦＬＧ２がハイレベルとなり、故障診断回路１３０は、基準電圧生成回路４０が故障していると診断することができる。
図１０は、基準電圧生成回路４０が故障していないときの、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣ、異常判定信号ＦＬＧ１及び故障診断信号ＦＬＧ２を含む各種信号の波形の一例を示す図である。また、図１１は、基準電圧生成回路４０が故障しているときの、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣ、異常判定信号ＦＬＧ１及び故障診断信号ＦＬＧ２を含む各種信号の波形の一例を示す図である。
本実施形態では、基準電圧生成回路４０の面積を低減させるために、加速度信号処理回路２０に対する電源電圧ＶＡＣＣの供給能力が必ずしも十分ではないものとする。駆動信号ＤＲＶＡＣＣのハイレベルは電源電圧ＶＡＣＣであるため、駆動信号ＤＲＶＡＣＣの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングにおいて、電源電圧ＶＡＣＣが大きく変動し、これに伴い、図１０及び図１１に示すように、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣも大きく変動する。同様に、制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎのハイレベルは電源電圧ＶＡＣＣであるため、制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの各々の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングにおいて、電源電圧ＶＡＣＣが大きく変動し、これに伴い、図１０及び図１１に示すように、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣも大きく変動する。
図１０の例では、駆動信号ＤＲＶＡＣＣの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングと、制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの各々の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングとにおいて、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬよりも低くなり、その結果、異常判定信号ＦＬＧ１がクロック信号ＭＣＫの１周期の期間だけハイレベルになる現象が周期的に繰り返される。これらのエッジのタイミングにおいて一時的にコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬよりも低くなっても、加速度信号処理回路２０の動作に影響はないため、基準電圧生成回路４０が故障しているわけではない。しかしながら、仮に、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動し、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にハイレベルとなるタイミングで故障診断信号出力回路１３２が異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んでしまうと、ハイレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を出力することになる。そして、外部装置がインターフェース回路１１０を介して、ハイレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を読み出してしまうと、外部装置は基準電圧生成回路４０が故障していると誤判定してしまう。
また、図１１の例では、基準電圧生成回路４０が故障し、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＨよりも高くなっている。実際には、図１０の例と同様、駆動信号ＤＲＶＡＣＣの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングと、制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの各々の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのタイミングとにおいてコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが大きく変動するため、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣは一時的に閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下の範囲となる。そのため、図１１の例では、図１０の例とは逆に、これらのエッジのタイミングにおいて、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にローレベルとなっている。したがって、仮に、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にローレベルとなるタイミングで故障診断信号出力回路１３２が異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んでしまうと、ローレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を出力することになる。そして、外部装置がインターフェース回路１１０を介して、ローレベルの故障診断信号ＦＬＧ２を読み出してしまうと、外部装置は基準電圧生成回路４０が故障していないと誤判定してしまう。
これに対して、本実施形態では、故障診断信号出力回路１３２が異常判定信号ＦＬＧ１を取り込むタイミング、すなわち、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングが、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングと重ならないようにしている。本実施形態では、制御回路９０は、不図示のカウンターを有し、当該カウンターのカウント値ＣＮＴに基づいて、加速度信号処理回路２０を制御する制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎを生成する。そして、加速度信号処理回路２０は、制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの少なくとも一部に基づいて、駆動信号ＤＲＶＡＣＣを生成する。図１０及び図１１の例では、カウント値ＣＮＴは、駆動信号ＤＲＶＡＣＣがローレベルの各期間及び駆動信号ＤＲＶＡＣＣがハイレベルの各期間において、０に初期化された後、０からＮまで１ずつ増加し、加速度信号処理回路２０の動作はカウント値ＣＮＴに基づいて制御されている。そして、駆動信号ＤＲＶＡＣＣの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのタイミング、及び、制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの各々の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのタイミング、すなわち、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングと重ならないタイミングである、カウント値ＣＮＴが２から３に変化するタイミングを、クロック信号ＷＣＫの立ち上がりエッジのタイミングとしている。
そのため、図１０の例では、故障診断信号出力回路１３２は、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にハイレベルとなるタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込むことがなく、故障診断信号ＦＬＧ２はローレベルを維持しつづける。したがって、外部装置は、任意のタイミングでインターフェース回路１１０を介して故障診断信号ＦＬＧ２を読み出しても、基準電圧生成回路４０が故障していないと正しい判定を行うことができる。
また、図１１の例では、故障診断信号出力回路１３２は、異常判定信号ＦＬＧ１が一時的にローレベルとなるタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込むことがなく、故障診断信号ＦＬＧ２はハイレベルを維持しつづける。したがって、外部装置は、任意のタイミングでインターフェース回路１１０を介して故障診断信号ＦＬＧ２を読み出しても、基準電圧生成回路４０が故障していると正しい判定を行うことができる。
１－２－３．故障診断方法の手順
第２実施形態の物理量センサー１の故障診断方法は、基準電圧の１つであるコモン電圧ＶＣＭＡＣＣを監視して基準電圧生成回路４０の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断工程を含み、故障診断工程において、加速度信号処理回路２０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行う。
図１２は、第２実施形態の物理量センサー１の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図１２のフローチャートにおいて、各ステップの処理を適宜入れ替えてもよい。
図１２に示すように、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが所定の電圧範囲内である場合（ステップＳ１１のＹ）、すなわち、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬ以上閾値電圧ＶＨ以下である場合、物理量センサー１の異常判定回路１３１は、異常判定信号ＦＬＧ１を異常なしに設定する（ステップＳ１２）。具体的には、異常判定回路１３１は、異常判定信号ＦＬＧ１をローレベルに設定する。
一方、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが所定の電圧範囲内でない場合（ステップＳ１１のＮ）、すなわち、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが閾値電圧ＶＬよりも低いか閾値電圧ＶＨよりも高い場合、物理量センサー１の異常判定回路１３１は、異常判定信号ＦＬＧ１を異常ありに設定する（ステップＳ１３）。具体的には、異常判定回路１３１は、異常判定信号ＦＬＧ１をハイレベルに設定する。
所定のタイミングである故障診断タイミングが到来するまで（ステップＳ１４のＮ）、異常判定回路１３１はステップＳ１１，Ｓ１２及びＳ１３の処理を繰り返す。そして、故障診断タイミングが到来すると（ステップＳ１４のＹ）、物理量センサー１の故障診断信号出力回路１３２は、異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力し（ステップＳ１５）、異常判定回路１３１は再びステップＳ１１，Ｓ１２及びＳ１３の処理を繰り返す。
なお、図１２のステップＳ１１～Ｓ１５が故障診断工程に相当する。そして、ステップＳ１１，Ｓ１２及びＳ１３は、異常判定回路１３１が基準電圧の１つであるコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する異常判定工程である。また、ステップＳ１４及びＳ１５は、故障診断信号出力回路１３２が所定のタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断信号出力工程である。
以上に説明した第２実施形態では、物理量検出回路２は、基準電圧生成回路４０が生成して加速度信号処理回路２０に供給するコモン電圧ＶＣＭＡＣＣを監視して基準電圧生成回路４０の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断回路１３０を備え、故障診断回路１３０は、加速度信号処理回路２０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行う。本実施形態によれば、故障診断回路１３０は、加速度信号処理回路２０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動しても基準電圧生成回路４０が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。例えば、基準電圧生成回路４０によるコモン電圧ＶＣＭＡＣＣの供給能力が比較的低くても故障診断回路１３０が誤判断するおそれが低減されるので、基準電圧生成回路４０のサイズを小さくすることが可能であり、コストダウンに有利である。
特に、本実施形態では、故障診断回路１３０は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動する、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙを駆動する駆動信号ＤＲＶＡＣＣの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジや、加速度信号処理回路２０を制御する制御信号ＣＴＬ１～ＣＴＬｎの各々の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動しても基準電圧生成回路４０が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
また、本実施形態では、故障診断回路１３０は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号ＦＬＧ１を出力する異常判定回路１３１と、アナログ／デジタル変換回路６０の動作に伴ってコモン電圧ＶＣＭＡＤが一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで故障診断信号ＦＬＧ２を出力する故障診断信号出力回路１３２と、を含む。したがって、本実施形態によれば、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが一時的に変動した場合、仮に、異常判定回路１３１が、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常であることを示す異常判定信号ＦＬＧ１を一時的に出力しても、故障診断信号出力回路１３２が、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣが異常であることを示す異常判定信号ＦＬＧ１を取り込んで基準電圧生成回路４０が故障していることを示す故障診断信号ＦＬＧ２を誤って出力するおそれを低減することができる。
このように、本実施形態によれば、基準電圧生成回路４０が故障していると誤判断するおそれを低減することができるので、物理量検出回路２及び物理量センサー１の故障診断の信頼性を高めることができる。
１－３．変形例
例えば、上記の第１実施形態では、故障診断回路８０はコモン電圧ＶＣＭＡＤを監視し、上記の第２実施形態では、故障診断回路１３０はコモン電圧ＶＣＭＡＣＣを監視しているが、故障診断回路は、コモン電圧ＶＣＭＡＤとコモン電圧ＶＣＭＡＣＣの両方を監視してもよい。すなわち、物理量センサー１は、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせた構成であってもよい。
また、上記の第１実施形態では、故障診断回路８０は、コモン電圧ＶＣＭＡＤを監視しているが、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤを監視してもよいし、フルスケール電圧ＶＦＳＡＤの変動に伴って変動する任意の電圧を監視してもよい。また、上記の第２実施形態では、故障診断回路１３０は、コモン電圧ＶＣＭＡＣＣを監視しているが、電源電圧ＶＡＣＣを監視してもよいし、電源電圧ＶＡＣＣの変動に伴って変動する任意の電圧を監視してもよい。あるいは、故障診断回路は、コモン電圧ＶＣＭＧＲ等の電源電圧ＶＧＲの変動に伴って変動する任意の電圧を監視してもよいし、電源電圧ＶＧＲを監視してもよい。
また、上記の各実施形態において、物理量センサー１は、物理量として角速度と加速度の両方を検出しているが、角速度と加速度のいずれか一方を検出してもよい。また、物理量センサー１は、物理量として、角速度及び加速度以外の物理量を検出してもよい。
また、上記の各実施形態では、アナログ／デジタル変換回路６０は、差動信号が入力され、当該差動信号をデジタル信号ＡＤＯに変換しているが、シングルエンドの信号が入力され、当該シングルエンドの信号をデジタル信号ＡＤＯに変換してもよい。
また、上記の各実施形態では、物理量センサー１は、角速度検出素子３と、加速度検出素子４Ｘと、加速度検出素子４Ｙとを含むが、これらの物理量検出素子の一部のみを有するセンサーであってもよい。また、物理量センサー１は、角速度や加速度以外の物理量を検出する物理量検出素子、例えば、角加速度、速度、力などの物理量を検出する物理量検出素子を含んでもよい。
また、上記の各実施形態では、角速度検出素子３の振動片がダブルＴ型の水晶振動片である例を挙げたが、各種の物理量を検出する物理量検出素子の振動片は、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、物理量検出素子の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ2）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、物理量検出素子の振動片は、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。
また、上記の各実施形態では、圧電型の角速度検出素子３や静電容量型の加速度検出素子４Ｘ，４Ｙを例示したが、各種の物理量を検出する物理量検出素子は、圧電型や静電容量型の素子に限らず、動電型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の素子であってもよい。また、物理量検出素子の検出方式は、振動式に限らず、例えば、光学式、回転式、流体式であってもよい。
２．電子機器
図１３は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１３に示すように、本実施形態の電子機器３００は、物理量センサー３１０、処理回路３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含む。なお、本実施形態の電子機器は、図１３の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
物理量センサー３１０は、物理量を検出して検出結果を処理回路３２０に出力する。物理量センサー３１０として、例えば、上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することができる。
処理回路３２０は、物理量センサー３１０の出力信号に基づく処理を行う。具体的には、処理回路３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、物理量センサー３１０と通信し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、処理回路３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理回路３２０に出力する。
ＲＯＭ３４０は、処理回路３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
ＲＡＭ３５０は、処理回路３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、処理回路３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
通信部３６０は、処理回路３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、処理回路３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
物理量センサー３１０として、例えば上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することにより、例えば、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、モバイル型、ラップトップ型、タブレット型などのパーソナルコンピューター、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルカメラ、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡等の医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶等の計器類、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、歩行者自立航法（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning）装置等が挙げられる。
図１４は、本実施形態の電子機器３００の一例であるデジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１４には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。デジタルカメラ１３００は、物理量センサー３１０を有し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。
３．移動体
図１５は、本実施形態の移動体の一例を示す図である。図１５に示す移動体４００は、物理量センサー４１０、処理回路４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１５の構成要素の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
物理量センサー４１０、処理回路４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。
物理量センサー４１０は、物理量を検出して検出結果を処理回路４４０，４５０，４６０に出力する。
処理回路４４０，４５０，４６０は、物理量センサー４１０の出力信号に基づく処理を行う。例えば、処理回路４４０，４５０，４６０は、それぞれ、物理量センサー４１０の出力信号を用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う。
ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、ＧＰＳの電波が届かない時でも物理量センサー４１０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きを特定し、必要な情報の表示を継続する。
例えば、物理量センサー４１０として、上述した各実施形態の物理量センサー１を適用することにより、例えば、信頼性の高い移動体を実現することができる。
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、電気自動車等の自動車、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
物理量検出回路の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、 前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、
前記故障診断回路は、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
この物理量検出回路によれば、故障診断回路は、アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。例えば、基準電圧生成回路による基準電圧の供給能力が比較的低くても故障診断回路が誤判断するおそれが低減されるので、基準電圧生成回路のサイズを小さくすることが可能であり、物理量検出回路のコストダウンに有利である。
前記物理量検出回路の一態様において、
前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記アナログ／デジタル変換回路が前記検出信号のサンプリングを開始するタイミングであってもよい。
この物理量検出回路によれば、故障診断回路は、基準電圧が一時的に変動する、アナログ／デジタル変換回路が検出信号のサンプリングを開始するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
前記物理量検出回路の一態様において、
前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記アナログ／デジタル変換回路が前記検出信号のサンプリングを終了するタイミングであってもよい。
この物理量検出回路によれば、故障診断回路は、基準電圧が一時的に変動する、アナログ／デジタル変換回路が検出信号のサンプリングを終了するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
物理量検出回路の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子を駆動する駆動信号を出力し、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路と、
前記物理量信号処理回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、
前記故障診断回路は、前記物理量信号処理回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
この物理量検出回路によれば、故障診断回路は、物理量信号処理回路の動作に伴って基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。例えば、基準電圧生成回路による基準電圧の供給能力が比較的低くても故障診断回路が誤判断するおそれが低減されるので、基準電圧生成回路のサイズを小さくすることが可能であり、物理量検出回路のコストダウンに有利である。
前記物理量検出回路の一態様において、
前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記駆動信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングであってもよい。
この物理量検出回路によれば、故障診断回路は、基準電圧が一時的に変動する、駆動信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
前記物理量検出回路の一態様は、
前記物理量信号処理回路を制御する制御信号を生成する制御回路を備え、
前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングであってもよい。
この物理量検出回路によれば、故障診断回路は、基準電圧が一時的に変動する、制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
前記物理量検出回路の一態様において、
前記故障診断回路は、
前記基準電圧が異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号を出力する異常判定回路と、
前記所定のタイミングで前記異常判定信号を取り込んで前記故障診断信号を出力する故障診断信号出力回路と、を含んでもよい。
この物理量検出回路によれば、基準電圧が一時的に変動した場合、仮に、異常判定回路が、基準電圧が異常であることを示す異常判定信号を一時的に出力しても、故障診断信号出力回路が、基準電圧が異常であることを示す異常判定信号を取り込んで基準電圧生成回路が故障していることを示す故障診断信号を誤って出力するおそれを低減することができる。
物理量センサーの一態様は、
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、を備える。
この物理量センサーによれば、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することが可能な物理量検出回路を備えるので、高い信頼性を実現することができる。
電子機器の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備える。
この電子機器によれば、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することが可能な物理量検出回路を備えた物理量センサーを備えるので、高い信頼性を実現することができる。
移動体の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備える。
この移動体によれば、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することが可能な物理量検出回路を備えた物理量センサーを備えるので、高い信頼性を実現することができる。
物理量センサーの故障診断方法の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断工程を含み、
前記故障診断工程において、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
この物理量センサーの故障診断方法によれば、故障診断工程において、アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
物理量センサーの故障診断方法の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子を駆動する駆動信号を出力し、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路と、前記物理量信号処理回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断工程を含み、
前記故障診断工程において、前記物理量信号処理回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う。
この物理量センサーの故障診断方法によれば、故障診断工程において、物理量信号処理回路の動作に伴って基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで故障診断を行うので、基準電圧が一時的に変動しても基準電圧生成回路が故障したと誤判断するおそれを低減することができる。
１…物理量センサー、２…物理量検出回路、３…角速度検出素子、４Ｘ…加速度検出素子、４Ｙ…加速度検出素子、１０…角速度信号処理回路、１１…駆動回路、１２…検出回路、２０…加速度信号処理回路、２１…駆動回路、２２Ｘ…検出回路、２２Ｙ…検出回路、３０…温度センサー、４０…基準電圧生成回路、５０…選択回路、５１ｐ，５１ｎ，５２ｐ，５２ｎ，５３ｐ，５３ｎ，５４ｐ，５４ｎ，５５ｐ，５５ｎ…ローパスフィルター、５６…マルチプレクサー、６０…アナログ／デジタル変換回路、６１…プリチャージ回路、６２…プログラマブルゲインアンプ、６３…逐次比較型アナログ／デジタル変換器、６４…ＳＡＲ制御回路、７０…デジタル信号処理回路、８０…故障診断回路、８１…異常判定回路、８２…故障診断信号出力回路、９０…制御回路、１００…記憶部、１１０…インターフェース回路、１２０…発振回路、１３０…故障診断回路、１３１…異常判定回路、１３２…故障診断信号出力回路、１４１…バンドギャップリファレンス回路、１４２…抵抗、１４３…抵抗、１４４…演算増幅器、１４５…バンドギャップリファレンス回路、１４６…抵抗、１４７…抵抗、１４８…演算増幅器、１８１…比較器、１８２…比較器、１８３…論理和回路、１８４…Ｄ型フリップフロップ、２００…ロジック回路、２３１…比較器、２３２…比較器、２３３…論理和回路、２３４…Ｄ型フリップフロップ、３００…電子機器、３１０…物理量センサー、３２０…処理回路、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…物理量センサー、４４０，４５０，４６０…処理回路、４７０…バッテリー、４８０…ナビゲーション装置、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター

Claims (12)

  1. 物理量を検出する物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
    前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
    前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、 前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、
    前記故障診断回路は、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う、物理量検出回路。
  2. 前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記アナログ／デジタル変換回路が前記検出信号のサンプリングを開始するタイミングである、請求項１に記載の物理量検出回路。
  3. 前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記アナログ／デジタル変換回路が前記検出信号のサンプリングを終了するタイミングである、請求項１又は２に記載の物理量検出回路。
  4. 物理量を検出する物理量検出素子を駆動する駆動信号を出力し、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路と、
    前記物理量信号処理回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
    前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断回路と、を備え、
    前記故障診断回路は、前記物理量信号処理回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う、物理量検出回路。
  5. 前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記駆動信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングである、請求項４に記載の物理量検出回路。
  6. 前記物理量信号処理回路を制御する制御信号を生成する制御回路を備え、
    前記基準電圧が一時的に変動する前記タイミングは、前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方のタイミングである、請求項４又は５に記載の物理量検出回路。
  7. 前記故障診断回路は、
    前記基準電圧が異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号を出力する異常判定回路と、
    前記所定のタイミングで前記異常判定信号を取り込んで前記故障診断信号を出力する故障診断信号出力回路と、を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の物理量検出回路。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
    前記物理量検出素子と、を備えた、物理量センサー。
  9. 請求項８に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えた、電子機器。
  10. 請求項８に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えた、移動体。
  11. 物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、前記検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記アナログ／デジタル変換回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
    前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断工程を含み、
    前記故障診断工程において、前記アナログ／デジタル変換回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う、物理量センサーの故障診断方法。
  12. 物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子を駆動する駆動信号を出力し、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する物理量信号処理回路と、前記物理量信号処理回路に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
    前記基準電圧を監視して前記基準電圧生成回路の故障診断を行い、前記故障診断の結果を示す故障診断信号を出力する故障診断工程を含み、
    前記故障診断工程において、前記物理量信号処理回路の動作に伴って前記基準電圧が一時的に変動するタイミングとは異なる所定のタイミングで前記故障診断を行う、物理量検出回路。
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