JP3937951B2

JP3937951B2 - センサ回路

Info

Publication number: JP3937951B2
Application number: JP2002205092A
Authority: JP
Inventors: 正人今井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP2004045295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ回路に関し、例えば印加される圧力を検出する圧力センサのように、物理量に応じた抵抗値変化を利用して物理量を検出する物理量検出装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用ブレーキシステムにおいて、ブレーキ配管内の油圧を検出する油圧センサがある。この種の車両用ブレーキシステムには、複数の油圧センサを搭載し、それぞれのセンサ出力の差が所定の範囲内にあるか否かを判定することによって油圧センサの故障診断を行っているものがある。しかし、複数のセンサを搭載すると高コストや実装面積が大きいといった問題が生じる。そこで、油圧センサ内に故障診断機能が設けられた、故障診断機能付き油圧センサがある。
【０００３】
図２に、故障診断機能付き油圧センサの構成を示す。図に示すように、油圧センサはセンシング部１０、定電流回路２０、故障診断回路３０および増幅回路４０から構成されている。
【０００４】
センシング部１０は、半導体基板に薄肉のダイヤフラム部が形成され、このダイヤフラム部の中央部および周辺部に圧力検出素子（ゲージ抵抗）が２つずつ形成され、このゲージ抵抗がホイーストンブリッジ接続されて構成されている。そして、ダイヤフラム部に圧力が印加されると、ピエゾ抵抗効果によってゲージ抵抗の抵抗値が変化し、この結果として中央部および周辺部のゲージ抵抗における２つの中点Ｂ、Ｃ間には、センシング部１０に印加された圧力に応じた電圧が出力される。
【０００５】
定電流回路２０は、オペアンプ２１１、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２、抵抗２１３〜２１６を有している。
【０００６】
オペアンプ２１１の出力端子はトランジスタ２１２のベースに接続され、このトランジスタ２１２のコレクタとオペアンプ２１１の一方の入力端子の間にセンシング部１０が設けられている。また、オペアンプ２１１の他方の入力端子は、電源電圧Ｖｃを分圧している抵抗２１３と２１４の接続点に接続されている。オペアンプ２１１は、電源電圧Ｖｃを抵抗２１３、２１４の抵抗分割によって分圧した調整電圧に応じて抵抗２１５を介してセンシング部１０に流れる電流を駆動する。また、トランジスタ２１２のエミッタには抵抗２１６が接続され、このエミッタと抵抗２１６の接続点から入力電圧Ｖ１が出力される。なお、抵抗２１６に流れる電流、すなわちセンシング部１０に流れる電流は調整電圧Ｖｋに比例するため、入力電圧Ｖ１は調整電圧Ｖｋに比例した電圧となる。
【０００７】
増幅回路４０は、オペアンプ４０１を有し、センシング部１０の２つの中点Ｂ、Ｃから出力される電位差を増幅・調整処理して圧力に応じた電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【０００８】
故障診断回路３０は、オペアンプ３１１、３１２、抵抗３１３〜３１５を有してウィンドコンパレータを構成している。
【０００９】
オペアンプ３１１の反転入力端子とオペアンプ３１２の非反転入力端子には、出力電位Ｖ１が入力され、オペアンプ３１１の非反転入力端子とオペアンプ３１２の反転入力端子には、第１、第２の基準電圧Ｖin+A、Ｖin-Aがそれぞれ入力される。この第１、第２の基準電圧Ｖin+A、Ｖin-Aは、電源電圧Ｖｃから抵抗３１３〜３１５の抵抗分割によって生成される。すなわち、直列接続された抵抗３１３〜３１５に電源電圧Ｖｃが印加され、抵抗３１３と抵抗３１４の接続点から第１の基準電圧Ｖin+Aが出力され、抵抗３１４と抵抗３１５の接続点から第２の基準電圧Ｖin-Aが出力される。
【００１０】
入力電圧Ｖ１が第１の基準電圧Ｖin+Aと第２の基準電圧Ｖin-Bの間、すなわち第１、第２の基準電圧Ｖin+A、Ｖin-Aによって設定された規格電圧範囲内にあるときには、故障診断回路３０はハイレベルの正常検出信号を出力し、入力電圧Ｖ１が規格電圧範囲外にあるときには故障診断回路３０はローレベルの異常検出信号を出力する。このようにして、入力電圧Ｖ１が規格電圧範囲内にあるか否かを判定する。
【００１１】
上記した構成において、センシング部１０のゲージ抵抗の合成抵抗（ブリッジ抵抗）Ｒｓの抵抗値は製造上のばらつきを有しているため、以下の調整が必要である。まず、センシング部１０とトランジスタ２１２の接続点Ｄの電位が所定の電圧となるように抵抗２１５の抵抗値を調整する。次に、トランジスタ２１２のエミッタ電位が所定の電圧となるように抵抗２１６の抵抗値を調整する。このように、抵抗２１５および抵抗２１６の抵抗値を調整することによってセンサ感度および入力電圧Ｖ１の電位を調整している。なお、抵抗２１５、２１６の抵抗値の調整は、半導体基板上に形成された薄膜抵抗の幅方向、長手方向にレーザを走査することによって薄膜抵抗をカットして高精度な抵抗を作り込むレーザトリミングによって行われる。
【００１２】
ここで、センシング部１０、定電流回路２０、故障診断回路３０および増幅回路４０の全てが同一ＩＣチップ上で形成される場合、ウェハの状態で抵抗２１５、２１６の抵抗値を調整することが可能である。そして、ウェハ上の数チップ分に相当する回路でレーザの焦点合わせをすれば、残りの数百チップ分についての焦点合わせは自動化が可能なため、ウェハ全体を短時間で調整できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、故障診断機能付き油圧センサには、例えば、センシング部１０を構成するセンサチップと処理回路チップ（定電流回路２０、故障診断回路３０および増幅回路４０）の２個のＩＣチップで構成されるように、センサチップはその他の回路と別のＩＣチップで構成される場合が多い。このような場合、上記したようなウェハ上での調整が困難なため、処理回路とセンサチップを接続した状態で調整する必要がある。また、処理回路とセンサチップの組み合わせ毎に微妙なレーザの焦点合わせを必要とするため、調整時間が長くなってしまう。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みたもので、レーザトリミングによる抵抗値の調整が不要なセンサ回路を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量に応じた電圧を出力するセンシング部（１０）と、調整電圧（Ｖｋ）に比例した定電流をセンシング部（１０）に供給する定電流回路（２０）と、センシング部（１０）と直列接続され、センシング部（１０）に流れる電流に比例した入力電圧（Ｖ２）を生成する第１の抵抗（３０８）を有し、調整電圧（Ｖｋ）を複数の抵抗（３０４〜３０７）の抵抗分割によって生成した基準電圧と入力電圧（Ｖ２）とを比較し、入力電圧（Ｖ２）が基準電圧によって設定された規格電圧範囲外にあると異常検出信号を出力する故障診断回路（３０）、とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
このように、センシング部（１０）と直列接続された第１の抵抗（３０８）によって、センシング部（１０）に流れる電流に比例した入力電圧（Ｖ２）を生成するので、センシング部（１０）の抵抗値のばらつき、温度特性による抵抗値の変化による影響を受けることなく、規格電圧範囲と入力電圧（Ｖ２）とを比較することができ、また、入力電圧（Ｖ２）および規格電圧範囲は共に調整電圧（Ｖｋ）に比例し、調整電圧（Ｖｋ）を変化させることにより、入力電圧（Ｖ２）および規格電圧範囲を同時に調整できるので、レーザトリミングによる抵抗値の調整を不要とすることができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明では、定電流回路（２０）は、カレントミラー回路を構成する第１のトランジスタ（２０４）と第２のトランジスタ（２０５）および第１のトランジスタ（２０４）と直列接続された第２の抵抗（２０８）を有し、第１のトランジスタ（２０４）には基準電流が流れ、第２のトランジスタ（２０５）には基準電流に比例した定電流が流れるように構成され、第１の抵抗（３０８）および第２の抵抗（２０８）は同一ＩＣチップに形成されていることを特徴としている。
【００１８】
このように、第２の抵抗（２０８）と第１の抵抗（３０８）は同一ＩＣチップに形成されているので、第２の抵抗（２０８）と第１の抵抗（３０８）の各抵抗値を高精度で形成でき、入力電圧（Ｖ２）のばらつきを抑えることができる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係るセンサ回路の構成を図１に示す。なお、上記した従来技術と同一部分には、同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００２１】
図に示すように、センサ回路は、センシング部１０、定電流回路２０、故障診断回路３０、増幅回路４０および特性調整部５０から構成されており、図２に示した従来技術と比べて、定電流回路２０および故障診断回路３０の構成および特性調整部５０を備えた点が異なっている。また、センサ回路は、特性調整部５０を構成する特性調整チップ、センシング部１０を構成するセンサチップおよび処理回路チップ（定電流回路２０、故障診断回路３０および増幅回路４０）の３個のＩＣチップで構成されている。
【００２２】
特性調整部５０は、不揮発性メモリ（例えば、紫外線照射によりデータの消去を行うＥＰＲＯＭ）５０１およびデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ５０２を有し、ＥＰＲＯＭに書き込まれたデータに応じたアナログ信号（調整電圧）Ｖｋが出力されるように構成されており、このデータにより定電流回路２０の調整電圧Ｖｋを変化させる。
【００２３】
定電流回路２０は、オペアンプ２０１、ダーリントン接続されたトランジスタ２０２、２０３、抵抗２０８、カレントミラー回路を構成しているトランジスタ２０４、２０５、２０６および抵抗２０７を備えている。
【００２４】
オペアンプ２０１の非反転入力端子には調整電圧ＶＫが入力され、オペアンプ２０１の反転入力端子はダーリントン接続されたトランジスタ２０３のエミッタと接続されている。このオペアンプ２０１はボルテージ・フォロワとなっており、ダーリントン接続されたトランジスタ２０２、２０３を介してトランジスタ２４に流れる電流を駆動する。また、トランジスタ２０４、２０５、２０６および抵抗２０７はカレントミラー回路を構成し、トランジスタ２０４には基準電流が流れ、トランジスタ２０５には基準電流に比例した定電流が流れる。
【００２５】
故障診断回路３０は、オペアンプ３０１〜３０３、抵抗３０４〜３０８を有している。
【００２６】
抵抗３０８はセンシング部１０と直列に接続され、抵抗３０８の両端の電位差、すなわちセンシング部１０と抵抗３０８の接続点から出力される入力電圧Ｖ２は、センシング部１０に流れる電流Ｉｓに比例する。また、オペアンプ３０１は、出力端子と反転入力端子が接続され、ボルテージフォロアとなっており、出力端子の電圧は非反転入力端子に入力される電圧Ｖｋと等しくなる。また、第１のオペアンプ３０２の反転入力端子と第２のオペアンプ３０３の非反転入力端子には入力電圧Ｖ２が入力され、第１のオペアンプ３０２の非反転入力端子と第２のオペアンプ３０３の反転入力端子には第１、第２の基準電圧Ｖin+B、Ｖin-Bがそれぞれ入力される。この第１、第２の基準電圧Ｖin+B、Ｖin-Bは、オペアンプ３０１の出力電圧から抵抗３１３〜３１５の抵抗分割によって生成される。すなわち、直列接続された抵抗３０６、３０７にオペアンプ３０１の出力電圧が印加され、抵抗３０６、３０７の接続点から第１の基準電圧Ｖin+Bが出力され、直列接続された抵抗３０４、３０５にオペアンプ３０１の出力電圧が印加され、抵抗３０４、３０５の接続点から第２の基準電圧Ｖin-Bが出力される。
【００２７】
入力電圧Ｖ２が第１の基準電圧Ｖin+Bと第２の基準電圧Ｖin-Bの間、すなわち第１、第２の基準電圧Ｖin+B、Ｖin-Bによって設定された規格電圧範囲内にあるときには、第１、第２のオペアンプ３０２、３０３の出力がいずれもハイレベルとなるため、故障診断回路３０はハイレベルの正常検出信号を出力する。しかし、入力電圧Ｖ２が第１の基準電圧Ｖin+Bより高いと、第１のオペアンプ３０２の出力はローレベルとなり、また入力電圧Ｖ２が第２の基準電圧Ｖin-Bより低いと、第２のオペアンプ３０３の出力はローレベルとなるため、いずれの場合も故障診断回路３０はローレベルの異常検出信号を出力する。このようにして、入力電圧Ｖ２が規格電圧範囲内にあるか否かを判定する。
【００２８】
上記した構成において、オペアンプ２０１の非反転入力端子と反転入力端子はオペアンプの作用により同電位となるため、抵抗２０８の抵抗値をＲ２０８、抵抗２０８に流れる電流をＩ１とすると、抵抗２０８に流れる電流は、Ｉ１＝Ｖｋ／Ｒ２０８となる。そして、カレントミラー回路を構成しているトランジスタ２０５のコレクタサイズをトランジスタ２０４のコレクタサイズの２倍にすると、トランジスタ２０５に流れる電流はトランジスタ２０４に流れる電流の２倍となり、センシング部１０のブリッジ抵抗Ｒｓに流れる電流は、Ｉｓ＝２×Ｖｋ／Ｒ２０８となる。そして、センシング部１０と抵抗３０８の接続点Ｄの入力電圧Ｖ２は次式で示される。ただし、Ｒ３０８抵抗は３０８の抵抗値である。
【００２９】
【数１】
Ｖ２＝（２×Ｒ３０８×Ｖｋ）／Ｒ２０８
このように、入力電圧Ｖ２は、調整電圧Ｖｋに比例する。また、センシング部１０のＡ点の電位Ｖｓも調整電圧Ｖｋに比例する。従って、入力電圧Ｖ２およびセンシング部１０のＡ点の電位Ｖｓは共に調整電圧Ｖｋに比例し、調整電圧Ｖｋを変化させることにより、センシング部１０のＡ点、Ｄ点の電位を同時に変化させ、センサ感度を調整できる。
【００３０】
また、ウィンドコンパレータの規格電圧範囲は、オペアンプ３０１の出力電圧（調整電圧Ｖｋに等しい）の抵抗分割によって生成される第１、第２の基準電圧Ｖin+B、Ｖin-Bによって設定されるため、調整電圧Ｖｋに比例する。従って、入力電圧Ｖ２および規格電圧範囲は共に調整電圧Ｖｋに比例し、調整電圧Ｖｋを変化させることにより、入力電圧Ｖ２および規格電圧範囲を同時に調整できる。つまり、調整電圧Ｖｋの設定により、センサ感度、入力電圧Ｖ２およびウィンドコンパレータの規格電圧範囲を調整することができ、図２に示した従来技術のようなレーザトリミングによる抵抗値の調整が不要である。
【００３１】
また、入力電圧Ｖ２は、数式１に示すように、抵抗２０８と抵抗３０８の抵抗値の比（Ｒ３０８／Ｒ２０８）および調整電圧Ｖｋのみに依存するため、電源電圧Ｖｃの変動やブリッジ抵抗Ｒｓの製造上の抵抗値のばらつき、ブリッジ抵抗Ｒｓの温度特性による抵抗値の変化による影響を受けない。更に、定電流回路２０と故障診断回路３０は同一のＩＣチップ上に構成されているので、抵抗２０８と抵抗３０８の抵抗値の比（Ｒ３０８／Ｒ２０８）を１％以内の高精度で形成することができ、これにより入力電圧Ｖ２のばらつきを抑えることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態において、故障診断回路３０は、センシング部１０のブリッジ抵抗Ｒｓの製造上の抵抗値のばらつき、ブリッジ抵抗Ｒｓの温度特性による抵抗値の変化による影響を受けないこともあり、定電流回路２０の故障検出を主目的としているが、例えば、センシング部１０のブリッジ抵抗Ｒｓの断線等によって入力電圧Ｖ２がウィンドコンパレータの規格電圧範囲外となる場合には、異常検出信号を出力し、センシング部１０の故障検出することもできる。
【００３３】
なお、上記実施形態において、センサ回路が特性調整チップ、センサチップおよび処理回路チップの３つのＩＣチップで構成された例について示したが、３つのＩＣチップに限ることなく、例えばセンサチップおよび処理回路チップを同一のＩＣチップで構成したり、また、処理回路チップを複数のＩＣチップに分割した構成としても、レーザトリミングによる抵抗値の調整を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるセンサ回路の構成を示す図である。
【図２】従来のセンサ回路の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・センシング部、２０・・・定電流回路、３０・・・故障診断回路、
４０・・・増幅回路、５０・・・特性調整部、
２０１、３０１〜３０３、４０１・・・オペアンプ。

Claims

物理量に応じた電圧を出力するセンシング部（１０）と、
調整電圧（Ｖｋ）に比例した定電流を前記センシング部（１０）に供給する定電流回路（２０）と、
前記センシング部（１０）と直列接続され、前記センシング部（１０）に流れる電流に比例した入力電圧（Ｖ２）を生成する第１の抵抗（３０８）を有し、前記調整電圧（Ｖｋ）を複数の抵抗（３０４〜３０７）の抵抗分割によって生成した基準電圧と前記入力電圧（Ｖ２）とを比較し、前記入力電圧（Ｖ２）が前記基準電圧によって設定された規格電圧範囲外にあると異常検出信号を出力する故障診断回路（３０）、とを備えたことを特徴とするセンサ回路。
前記定電流回路（２０）は、カレントミラー回路を構成する第１のトランジスタ（２０４）と第２のトランジスタ（２０５）および第１のトランジスタ（２０４）と直列接続された第２の抵抗（２０８）を有し、第１のトランジスタ（２０４）には基準電流が流れ、第２のトランジスタ（２０５）には前記基準電流に比例した前記定電流が流れるように構成されており、
前記第１の抵抗（３０８）および前記第２の抵抗（２０８）は同一ＩＣチップに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ回路。