JP4082261B2 - センサ装置用断線検出回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御回路と、１または複数のトランジスタを有してなる機能回路を有し前記制御回路と複数の接続線及び端子を介して制御回路から電源供給されてセンサ信号を前記制御回路に出力するセンサ回路とを備え、接続線のうちの少なくとも一本の断線を検出するセンサ装置用断線検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、車両内に設置されるセンサ装置においては、センサ回路および制御回路（例えば、ＥＣＵ）が複数の接続線（例えば電源供給線、センサ信号線およびグランド接続線）及び端子Ｖｃｃ，Ｖｏｕｔ，ＧＮＤ等を介して接続されている。図６（ａ），図６（ｂ）には、このインタフェース部を概略的に示している。
この図６（ａ），図６（ｂ）において、制御回路１およびセンサ回路２が複数本の接続線３〜５（電源供給線３，センサ信号線４，グランド接続線５）で接続されている。このとき、何らかの影響によりこれらの接続線３〜５のうち一本でも断線した場合に備えて、この接続状態を検出する回路が設けられている。
【０００３】
この制御回路１側において、制御回路１およびセンサ回路２間の接続線３〜５の断線を検出するため、図６（ａ），図６（ｂ）に示すように、例えば、プルアップ抵抗６（もしくはプルダウン抵抗７）を電源回路８に接続して制御回路１の内部端に並列に設け、制御回路１およびセンサ回路２のインピーダンス（すなわち、プルアップ抵抗６もしくはプルダウン抵抗７，および抵抗値Ｒｏ）の比を極端に設定（１５〜２０対１程度）するように構成する。
【０００４】
このとき、何らかの影響によりこれらのうちの少なくとも１本（例えばセンサ信号線４）が断線した場合には、制御回路１側の端子Ｖｉｎに印加される電圧が、プルアップ抵抗６（もしくはプルダウン抵抗７）に流れる電流変化に基づき電源電圧（もしくはグランド電圧）付近になるため、この電源電圧（もしくはグランド電圧）が制御回路１の内部回路９の通常動作時の入力電圧範囲外に設定されていれば、制御回路１の内部回路９でこの電圧を検出することで接続線３〜５のうちの少なくとも一本の断線を検出することができる。このような原理で断線検出が行われている一例として、特許文献１に開示されている断線検出装置がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１０７２９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来より制御回路１およびセンサ回路２間を接続線３〜５で電気的に接続するときに用いられる端子としては、金メッキ処理が施された端子が用いられており、このとき、図６において、プルアップ抵抗６の値として数百ｋΩ程度とし、この抵抗値に対してインピーダンス比（１５〜２０対１程度）のインピーダンスになるようにセンサ回路２の端子の内側に接続されていた抵抗素子の抵抗値Ｒｏが調整されることに基づいて断線を検出できるようになっている。
【０００７】
しかしながら、近年の要求仕様に基づき、金メッキ処理に代わり、例えばスズメッキ処理が施された安価な端子（以下、スズメッキ端子と称する）が使用されるようにもなってきている。このとき、このスズメッキ端子の接点の劣化に伴い接触抵抗の増大が懸念されるため、プルアップ抵抗６の値を従来より低下させて数ｋΩ〜数十ｋΩとすることで、通常動作時にスズメッキ端子に通電される電流を大きくし、端子劣化に伴う接触抵抗の増大を極力防ぐ必要がある。制御回路１側のプルアップ抵抗６の値を数ｋΩ〜数十ｋΩとすると、従来に比較すると１桁〜２桁程度も異なり、この仕様を満たしながら断線を検出するために従来と同様に抵抗値Ｒｏを変更して構成しても問題を生じる。
【０００８】
すなわち、センサ回路２の断線時のインピーダンスを、制御回路１側のプルアップ抵抗６（もしくはプルダウン抵抗７）の値に比較して極端に小さくするためには、例えば、従来よりセンサ回路２側の端子の内側に並列に接続されている抵抗の値Ｒｏ（インピーダンス）をさらに低下させなければならないが、抵抗値の関係によりこの端子に接続される抵抗に流れる電流が通常動作時に大幅に増加することになるため、この抵抗Ｒｏに流れる無駄な電流が増加することになり好ましくない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常動作時に接続線が接続される端子の通電電流を大きくすることで端子の接点の接触抵抗の増大を極力防ぎながら、センサ回路の端子の内側に接続されていた抵抗素子に流れる無駄な電流消費を抑えた状態で、回路間に接続された電源線、グランド線の断線を検出することができる断線検出回路を提供することにある。
【００１０】
【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記載の発明によれば、通常動作時に、制御回路により端子を介してセンサ回路側のトランジスタのコレクタもしくはドレインに直接通電電流が供給されるため、通常動作時には制御回路側を予め調整するだけで端子に流れる通電電流を大きくすることができ、端子の接点の接触抵抗の増大を極力防ぐことができると共に、センサ回路の端子の内側に従来より接続されていた抵抗に流れる無駄な電流消費を抑えることができる。しかも、電源線、グランド線の断線時に、センサ回路側のインピーダンスを制御回路のインピーダンスに比較して高くするように構成したので、制御回路およびセンサ回路間に接続された電源線、グランド線の断線を検出することができる。尚、接続線の断線時のセンサ回路と制御回路のインピーダンス比は約１桁、望ましくは２桁程度以上（すなわち数十，数百以上対１（約１０以上対１））が望ましい。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、逆流阻止手段は、接続線の断線時に機能回路のトランジスタの逆流を阻止するため、接続線の断線時にトランジスタを誤動作させることがない。
【００１２】
ところで、センサ回路の内部構成によっては、センサ回路の端子に接続される接続線から電流が流入したり流出することにより、接続線の断線が発生したにも拘らず制御回路側に設けられた例えばプルアップ抵抗もしくはプルダウン抵抗に電圧降下が発生し通常動作時の入力電圧範囲外にならない場合も想定され、制御回路側で断線を信頼性良く検出できない場合が考えられる。
【００１３】
そこで、請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明において、機能回路が１または複数の増幅回路を有し、増幅回路がセンサ回路の出力端子から接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであった場合には、逆流阻止手段は、接続線の断線時に出力側増幅回路のトランジスタの逆流を阻止するため、特にトランジスタの逆流に起因する電流経路を断つことができ、センサ信号線から流入もしくは流出する電流を阻止することができ、接続線の断線時に制御回路側で電圧降下が発生し入力電圧範囲外にならないことを防ぐことができ、制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【００１４】
またこのとき、増幅回路が定電流回路から電流供給されて駆動され、出力側増幅回路がカレントミラー回路の形態を有した出力電流源を備えたものであった場合には、出力電流源に電流を供給する定電流回路を、出力側増幅回路以外の増幅回路に供給する定電流回路とは別体に設けることが望ましく（請求項４）、この場合には、接続線の断線時にセンサ信号線から流入もしくは流出する電流が定電流回路間を伝達する電流経路がなくなり、出力側増幅回路以外の増幅回路に電流を供給する定電流回路に導かれることがなくなり、出力側増幅回路以外の増幅回路に電流を供給する定電流回路の電流経路を断つことができ、カレントミラー回路の形態を有した出力電流源を備えたものであっても制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、請求項２ないし４の何れかに記載の発明において、トランジスタがＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、ＰＮＰ型のトランジスタのコレクタが機能回路の動作時の下側基準電位となる電源母線側に接続された形態を有するものであった場合には、逆流阻止手段は、ＰＮＰ型のトランジスタのコレクタおよび下側基準電位の電源母線間に介在してＰＮＰ型のトランジスタの逆流を阻止するため、特に接続線の断線時にＰＮＰ型のトランジスタの下側基準電位の電源母線からの電流の流入を阻止することができ、下側基準電位の電源母線側に接続されたＰＮＰ型のトランジスタの機能が不安定にならず、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタのコレクタが下側基準電位の電源母線側に接続されていたとしてもその電流経路を遮断することができ、信頼性良く断線を検出することができる。
【００１６】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５の何れかに記載の発明において、機能回路が、１または複数のトランジスタを有する増幅回路を有してなるものであった場合には、電流制御回路は、接続線の断線時に増幅回路に流れる動作電流を遮断するため、増幅回路の機能が停止することで、接続線の断線時にセンサ信号線から流入もしくは流出する電流が増幅回路に動作電流経路を伝達して流れなくなり増幅回路に流れる電流経路を断つことができ、センサ回路側で増幅回路が使用されていたとしても、制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【００１７】
また特に、請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明において、増幅回路がセンサ回路の端子から接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであった場合には、電流制御回路は接続線の断線時に出力側増幅回路に流れる動作電流を遮断するため、特に出力側増幅回路に流れる電流経路を断つことができ制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【００１８】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項６または７記載の発明において、電流制御回路がセンサ回路の電源母線から電流が入力される第１のトランジスタと第１および第２のトランジスタの制御端子同士が接続された第２のトランジスタとを有してなるカレントミラー回路により構成され、センサ回路の電源母線およびトランジスタの制御端子間に抵抗素子が接続されて構成されているので、増幅回路の動作電流を安定して遮断することができる。
【００１９】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８の何れかに記載の発明において、トランジスタがバイポーラトランジスタであって、電流阻止手段がバイポーラトランジスタのベース電流の通電を阻止するため、特に接続線の断線時にバイポーラトランジスタを機能させることなく、したがってバイポーラトランジスタを介した電流経路を遮断することができ、特にバイポーラトランジスタがセンサ回路側で使用されていたとしても信頼性良く断線を検出することができる。
【００２０】
請求項１０または１１記載の発明によれば、逆流阻止手段もしくは電流阻止手段がダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタを逆接続して構成されているので、簡単な構成で逆流阻止または電流阻止を行うことができる。
【００２１】
本発明，本明細書において断線とは、一般的に電気的に遮断される意味で用いられる断線（例えば、回路間に設けられる接続線が電気的に切断された場合）は言うに及ばず、結線が外れた場合（例えば回路間を結線する接続線が端子から外れた場合）等をも含めて電気的な遮断を総称して用いている。また、トランジスタの逆流とは、例えばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタの場合には、当該トランジスタのコレクタ−ベース間のＰＮ接合を介して流入するコレクタ側からの電流をも意味している。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車両に配設された圧力センサ装置の断線検出回路に適用した第１の実施形態を図１ないし図４を参照しながら説明する。
自動車（車両）内には圧力センサ装置が配設されており、従来より各種車両状態の制御に用いられている。この圧力センサ装置は、センサ信号を出力するセンサ回路１１を備えている。図２には、圧力センサ装置の概略的な電気的構成を示している。尚、このセンサ回路１１は一例を示しており、本発明を達成できれば、必要に応じて構成の一部を削除しても、必要に応じて回路を付加して設けても良い。
【００２３】
センサ回路１１は、外部のＥＣＵ１７から電源端子Ｖｃｃおよびグランド端子ＧＮＤ間に上側基準電位（例えば＋５Ｖ）および下側基準電位（例えば０Ｖ）の電源電圧が与えられることにより動作し、センサ部１２と複数段の増幅処理部１３を主体として構成されている。センサ部１２は、ピエゾ抵抗係数が比較的大きな半導体チップを利用して形成されたもので、印加圧力に応じて電圧レベルの検出信号が出力される。
【００２４】
増幅処理部１３は、複数のオペアンプＯＰ１…ＯＰ３や複数の抵抗Ｒａ〜Ｒｆによる複数段の増幅回路を主体として構成されるもので、センサ部１２による検出信号を初段から出力段の増幅回路１４，１６にかけて増幅処理を行い、センサ回路１１の出力端子Ｖｏｕｔからセンサ信号を出力する。
【００２５】
この接続関係を以下説明する。オペアンプＯＰ１の出力端子は抵抗Ｒｃを介して反転入力端子に入力されている。このオペアンプＯＰ１の反転入力端子は抵抗Ｒｄを介してオペアンプＯＰ２の出力端子に接続されている。また、オペアンプＯＰ２の出力端子は抵抗Ｒｅを介して反転入力端子に接続されており、この反転入力端子は抵抗Ｒｆを介してオペアンプＯＰ４の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ４は、ボルテージフォロワとして機能するもので、基準電圧生成用抵抗Ｒｈ，Ｒｉにより分圧された電圧をオペアンプＯＰ３の反転入力端子に与えるようになっている。センサ部１２の検出信号は、オペアンプＯＰ１およびＯＰ２の非反転入力端子に与えられる。
【００２６】
このとき、センサ部１２の検出信号は、オペアンプＯＰ１およびＯＰ２や抵抗Ｒｃ〜Ｒｆを組み合わせで構成される初段の増幅回路１４により増幅され、また、補正電圧発生部１５により発生された直流電圧による補正信号がボルテージフォロワ（オペアンプＯＰ５により構成）を介して出力段の増幅回路１６（オペアンプＯＰ３や抵抗Ｒａ，Ｒｂを組み合わせて構成）に与えられることにより、増幅回路１４により増幅された増幅信号に補正信号が加算処理され出力端子Ｖｏｕｔからセンサ信号として出力され入力端子Ｖｉｎを介してＥＣＵ１７に与えられる。
【００２７】
センサ回路１１に対応してＥＣＵ（エンジンコントロールユニット：制御回路に相当）１７が設けられており、圧力センサ装置を構成している。このＥＣＵ１７は、Ａ／Ｄ変換回路１８（従来例の内部回路９を構成）や電源回路８を内蔵しており、センサ回路１１とは別体に設けられている。このＥＣＵ１７は、センサ回路１１との間が三本の接続線３〜５で接続されて構成されている。尚、この接続線３〜５はそれぞれ車両用ワイヤハーネスにより構成されている。
【００２８】
そして、ＥＣＵ１７が電源供給線３およびグランド接続線５間に電源回路８から電源電圧を供給すると、センサ回路１１は出力端子Ｖｏｕｔを介してセンサ信号を通電出力し、ＥＣＵ１７はこのセンサ信号を入力し、初段信号処理用に構成された内部回路としてのＡ／Ｄ変換回路１８に入力するようになっている。ＥＣＵ１７内部の入力端にはプルアップ抵抗６もしくはプルダウン抵抗７が接続されており、端子ＶｉｎおよびＶｏｕｔ，およびセンサ信号線４を介してセンサ回路１１側に通電電流が供給されるようになっている。尚、Ａ／Ｄ変換回路１８の入力インピーダンスは、例えば１ＭΩに近くプルアップ抵抗６およびプルダウン抵抗７よりも大幅に大きい。
【００２９】
このＡ／Ｄ変換回路１８は、入力されたセンサ信号（直流信号）をデジタル変換処理し、内部のコントローラ（図示せず；内部回路を構成）に与える。このとき、コントローラは、Ａ／Ｄ変換回路１８から与えられた電圧が例えば入力電圧範囲約０．５〜４．５Ｖであった場合には、センサ回路１１からのセンサ信号を受けて車両各部の制御を行う。またコントローラは、Ａ／Ｄ変換回路１８を介して通常動作時の入力電圧範囲外の電圧（約０〜０．４９Ｖ、約４．５１Ｖ〜５Ｖ）を受けると断線したことを判定し、例えば外部に報知するようになっている。
【００３０】
次に、出力段の増幅回路１６の構成について詳細に説明する。
＜出力段の増幅回路１６について＞
図１は、出力段の増幅回路の電気的構成を概略的に示している。
この増幅回路１６は、前述したように、補正電圧発生部１５で発生された補正信号に初段の増幅回路１４で増幅された増幅信号を加算処理するように構成されている。増幅回路１６は、オペアンプＯＰ３の出力端子Ｔｏから反転入力端子Ｔｍにフィードバック抵抗Ｒａを接続した負帰還増幅回路を構成している。
【００３１】
＜オペアンプＯＰ３の内部構成について＞
オペアンプＯＰ３の内部構成を以下説明する。尚、本実施形態では、オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３は同一構成である。
オペアンプＯＰ３の反転入力端子Ｔｍは、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ１のベースに接続されており、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子Ｔｐは、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ２のベースに接続されている。差動増幅回路Ａ１の差動入力部を構成する差動入力トランジスタＴｒ１およびＴｒ２のエミッタは共通に接続されており、定電流回路を構成するマルチコレクタタイプのＰＮＰ型のトランジスタＴｒ３のコレクタ−エミッタ間と電流制限用抵抗Ｒ１とを介して電源線Ｖｃ１および電源端子Ｖｃｃに接続されている。
【００３２】
トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタとグランド端子ＧＮＤとの間には、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５からなる能動負荷（負荷回路）が接続されている。これらトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、カレントミラー回路と同様の回路形態となっている。
【００３３】
トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４との共通接続点は、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ６のベースに接続されている。このトランジスタＴｒ６のコレクタはダイオードＤ１のアノード−カソード間を介してグランド線Ｖｃ２およびグランド端子ＧＮＤに接続されている。また、トランジスタＴｒ６のエミッタはトランジスタＴｒ３のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１は逆流阻止手段に相当するものである。
【００３４】
一方、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ５との共通接続点は、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ７のベースに接続されている。このトランジスタＴｒ７のコレクタは、ダイオードＤ１のアノード−カソード間を介してグランド線Ｖｃ２およびグランド端子ＧＮＤに接続されている。また、トランジスタＴｒ７のエミッタは、トランジスタＴｒ３のコレクタに接続されるとともに、出力側増幅回路を構成するＮＰＮ型のトランジスタＴｒ８のベースに接続されている。このような接続関係から抵抗Ｒ１，トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ７により差動増幅回路Ａ１が構成されている。また、トランジスタＴｒ２のコレクタとトランジスタＴｒ５のコレクタの共通接続点は、位相補償用コンデンサＣ１を介してオペアンプＯＰ３の出力端子Ｔｏに接続されている。
【００３５】
＜バイアス回路Ｂ１について＞
この差動増幅回路Ａ１の駆動用に電流制御回路としてのバイアス回路Ｂ１が設けられている。電源線Ｖｃ１とグランド線Ｖｃ２との間には、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ９のエミッタ−コレクタ間および抵抗Ｒ２が接続されている。また同様に、電源線Ｖｃ１とグランド線Ｖｃ２との間に、抵抗Ｒ３およびＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１０のエミッタ−コレクタ間が接続されている。
【００３６】
トランジスタＴｒ９のコレクタと抵抗Ｒ２の共通接続点は、トランジスタＴｒ１０のベースに接続されており、抵抗Ｒ３とトランジスタＴｒ１０のエミッタとの共通接続点は、トランジスタＴｒ９およびＴｒ３のベースに共通に接続されている。このようにしてバイアス回路Ｂ１が抵抗Ｒ２およびＲ３，トランジスタＴｒ９およびＴｒ１０により構成されている。
【００３７】
出力側増幅回路Ａ２を構成するトランジスタＴｒ８は、そのエミッタがＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１１のコレクタおよびベースに接続されており、このトランジスタＴｒ１１のエミッタは、抵抗Ｒ４を介してグランド端子ＧＮＤに接続されている。これによりトランジスタＴｒ１１はダイオード接続されており、本発明の電流阻止手段に相当するように構成されている。
【００３８】
他方、トランジスタＴｒ８のコレクタは、抵抗Ｒ５およびＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１２のコレクタ−エミッタ間を介して電源線Ｖｃ１に接続されている。
【００３９】
このトランジスタＴｒ１２は、出力側増幅回路用の電流制御回路Ｓ１を構成している。
【００４０】
＜出力側増幅回路Ａ２用電流制御回路について＞
出力側増幅回路Ａ２に対する電流を制御するため、出力側増幅回路Ａ２用に電流制御回路（本発明の電流制御回路に相当）Ｓ１が設けられている。この電流制御回路Ｓ１の接続関係を説明する。電源線Ｖｃ１およびグランド線Ｖｃ２間に、ダイオード接続されたＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１３（第１のトランジスタに相当）および抵抗Ｒ７が直列に接続されておりバイアス回路を構成している。そして、トランジスタＴｒ１３およびＴｒ１２のベース（制御端子に相当）同士が接続されている。そして、トランジスタＴｒ１２（第２のトランジスタに相当）のベースと電源線Ｖｃ１との間には抵抗Ｒ６が接続されることにより、これら抵抗Ｒ６およびＲ７並びにトランジスタＴｒ１２およびＴｒ１３によりカレントミラー回路からなる電流制御回路Ｓ１が構成されている。
【００４１】
そして、トランジスタＴｒ１１のベースは、出力側増幅回路Ａ２を構成するＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１４のベースに接続されており、トランジスタＴｒ１４のエミッタはグランド線Ｖｃ２に接続されている。トランジスタＴｒ１４のコレクタは、オペアンプＯＰ３の出力端子Ｔｏに接続されていると共に、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１５のコレクタに接続されている。またこのとき、センサ回路１１側にはオペアンプＯＰ３の出力端子Ｖｏｕｔに抵抗素子（従来例の抵抗（抵抗値Ｒｏ）参照）が接続されないので、トランジスタＴｒ１４およびＴｒ１５の機能状況に基づいてセンサ回路１１側のインピーダンスが変化する。尚、出力側増幅回路Ａ２は、トランジスタＴｒ８およびＴｒ１４並びに抵抗Ｒ５およびＲ４を主体として構成される。
【００４２】
トランジスタＴｒ１５のエミッタは、電源線Ｖｃ１に接続されており、このトランジスタＴｒ１５のベースはＰＮＰ型トランジスタＴｒ１６のベースおよびコレクタに接続されている。そして、トランジスタＴｒ１６のエミッタが電源線Ｖｃ１に接続されている。このトランジスタＴｒ１６に定電流を供給するために、カレントミラー回路による定電流回路Ｓ２が構成されている。
【００４３】
すなわち、この定電流回路Ｓ２は差動増幅回路Ａ１に供給する定電流回路（トランジスタＴｒ３および抵抗Ｒ１により構成）とは別体に設けられている。この定電流回路Ｓ２は、電源線Ｖｃ１およびグランド線Ｖｃ２間に抵抗Ｒ８およびダイオード接続されたＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１７を接続することでバイアス電流が設定され、トランジスタＴｒ１７のベースをＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１８のベースに共通に接続して構成され、トランジスタＴｒ１８およびＴｒ１６のコレクタが接続されることによりトランジスタＴｒ１５およびＴｒ１６に定電流が供給される。このように定電流が供給されることにより、トランジスタＴｒ１５およびＴｒ１６が出力側増幅回路の出力電流源として機能するようになる。
【００４４】
上記構成の作用について説明する。
さて、図２に示したオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３による増幅回路は、通常動作時には通常の増幅回路として機能するが、このとき、プルアップ抵抗６が数ｋΩ〜数十ｋΩで予め設定されている場合には、通常動作時にはセンサ回路１１の出力端子ＶｏｕｔからオペアンプＯＰ３のトランジスタＴｒ１４のコレクタに通電電流が流入し、出力端子Ｖｏｕｔに対して従来に比べて大きな電流を流すことができる。また、プルダウン抵抗７が数ｋΩ〜数十ｋΩで予め設定されている場合には、通常動作時にはオペアンプＯＰ３のトランジスタＴｒ１５のコレクタからセンサ回路１１の出力端子Ｖｏｕｔを介して通電電流が流出し、出力端子Ｖｏｕｔに、従来に比して大きな電流を流すことができる。
【００４５】
したがって、出力端子Ｖｏｕｔが、金メッキ加工処理が施されずスズメッキ加工処理された安価品で構成されていたとしても、プルアップ抵抗６もしくはプルダウン抵抗７の抵抗値を調整することで、出力端子Ｖｏｕｔの接点の接触抵抗の増大を極力防ぐことができる。尚、端子は、センサ回路１１側の出力端子Ｖｏｕｔ等に適用したがＥＣＵ１７側の入力端子Ｖｉｎに適用しても良い。
【００４６】
以下、本発明に関連して接続線３〜５が断線した場合の作用説明を行う。接続線３〜５の断線時に問題となるのは、図３に示すような２通りのパターンである。すなわち、
（ａ）ＥＣＵ１７側でプルアップ抵抗６が接続されており、電源供給線３が断線した場合
（ｂ）ＥＣＵ１７側でプルダウン抵抗７が接続されており、グランド接続線５が断線した場合
である。尚、これ以外の場合、（ｃ）センサ信号線４が断線した場合や、（ｄ）ＥＣＵ１７側でプルアップ抵抗６の接続形態時にグランド接続線５が断線した場合、（ｅ）ＥＣＵ１７側でプルダウン抵抗７の接続形態時に電源供給線３が断線した場合、（ｆ）何れか２本以上の線が断線した場合については、ＥＣＵ１７のＡ／Ｄ変換回路１８に対してプルアップ抵抗６もしくはプルダウン抵抗７を介して通常動作時の入力電圧範囲外の電圧が与えられることにより断線が判定される。
【００４７】
以下、（ａ）および（ｂ）の２通りに分けて、従来例との比較に基づいてオペアンプＯＰ３を例に挙げて説明する。尚、図３において、機能回路ＫはオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５を主体とした回路を示しており、Ｒｒｅｆはセンサ回路１１を構成するために必要とされる基準電圧生成用抵抗（例えば図２における抵抗Ｒｈ，抵抗Ｒｉ等）を示しており、図６に対応した説明図を示すものである。
【００４８】
対策を施さない従来例回路を、図４（ａ）および図４（ｂ）に示している。この図４（ａ）および図４（ｂ）は、同一の回路であり、図１に対応した一般的なオペアンプを示すもので、図１と同一の機能を有する各素子については同一符号を付している。
【００４９】
（ａ）プルアップ抵抗６の接続、電源供給線３の断線
従来回路例において、ＥＣＵ１７側にプルアップ抵抗６が接続されており、センサ回路側が図４に示される構成で電源供給線３が断線すると、図４（ａ）の▲１▼または▲２▼等の経路で電流が流れることが確認されている。尚、出力端子Ｖｏｕｔからフィードバック抵抗Ｒａを介して差動入力トランジスタＴｒ１に流入する電流経路も考えられるが、Ｔｒ１がＰＮＰ型のトランジスタで構成されているので、差動増幅回路Ａ１の入力側から電流は流入しない。▲１▼の電流経路を説明すると、ＥＣＵ１７側の電源回路８から電源が供給されるときに、プルアップ抵抗６を介してセンサ信号線４に通電電流が流れ、出力端子Ｖｏｕｔを介してセンサ回路１１に流入する。
【００５０】
このとき、この通電電流は、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１５のコレクタ−ベース間（ＰＮ接合順方向）を介してトランジスタＴｒ１０に流れる。これはトランジスタＴｒ３，Ｔｒ９およびＴｒ１５のベース同士が接続されていることに起因する。そして、トランジスタＴｒ１０のエミッタ−ベース間（ＰＮ接合順方向）および抵抗Ｒ２を介してグランド線Ｖｃ２からＥＣＵ１７側に流れ込み、電流ループが形成される（図示参照）。
【００５１】
また▲２▼の電流経路を説明すると、▲１▼の電流経路でトランジスタＴｒ１５のコレクタ−ベース間に電流が流れることに起因して、トランジスタＴｒ１５のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、この電流が基準電圧生成用抵抗Ｒｒｅｆ（例えば図２の抵抗Ｒｈ，Ｒｉ）を介してグランド線Ｖｃ２に至り電流経路が形成される（図示参照）。これらの電流が流れることにより、プルアップ抵抗６の電圧降下が大きくなり、ＥＣＵ１７側のＡ／Ｄ変換回路１８の入力には、通常動作時の入力電圧範囲（約０．５Ｖ〜４．５Ｖ）の電圧が与えられ、従来構成では断線したことが検出されない。
【００５２】
そこで、この問題を解決するため、図１において、トランジスタＴｒ１５およびＴｒ１６からなる出力電流源に電流を供給する定電流回路Ｓ２をバイアス回路Ｂ１および差動増幅回路Ａ１に対して別体に設け、前述説明した接続関係により構成している。このとき、電源供給線３の断線時に出力端子Ｖｏｕｔから電流が流入したとしても、電源端子Ｖｃｃに電源電圧が供給されなくなることから定電流回路Ｓ２のトランジスタＴｒ１７およびＴｒ１８がオフとなり、出力電流源に電流が流れなくなる。したがって図４（ａ）に示す▲１▼の電流経路がなくなり、トランジスタＴｒ１５のコレクタ側から電流が流入しなくなり、さらに図４（ａ）に示す▲２▼の電流経路もなくなる。
【００５３】
これにより、プルアップ抵抗６がＥＣＵ１７側に接続されており電源供給線３が断線したときには、通電電流がトランジスタＴｒ１５に逆流しなくなるため、プルアップ抵抗６で電圧降下を生じることなく信頼性良く断線検出することができる。
【００５４】
（ｂ）プルダウン抵抗７の接続、グランド接続線５の断線
ＥＣＵ１７側でプルダウン抵抗７が接続されており、センサ回路側が図４に示す回路で形成されている状態でグランド接続線５が断線すると、図４（ｂ）の▲３▼〜▲５▼等の経路で電流が流れることが確認される。すなわち、▲３▼の電流経路を説明すると、ＥＣＵ１７側の電源回路８から電源供給線３を介して電源電圧が供給されるときに、グランド線Ｖｃ２の電位が不安定な状態となり、基準電圧生成用抵抗Ｒｒｅｆ（例えば図２の抵抗Ｒｈ、Ｒｉ）等を介してグランド線Ｖｃ２に電流が流入しＰＮＰ型のトランジスタＴｒ６およびＴｒ７のコレクタ−ベース（ＰＮ接合順方向）を介してこの電流が流入し、初段の差動増幅回路Ａ１を構成するトランジスタＴｒ１およびＴｒ２のコレクタ側から悪影響が及ぼされる。さらに、▲４▼の経路では、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＴｒ１４にベース電流が流れ込むことに起因して、トランジスタＴｒ１４のエミッタ−コレクタ間を介して逆流し出力端子Ｖｏｕｔから流出する。
【００５５】
また▲５▼の経路の電流を説明する。前述説明したような▲３▼や▲４▼の経路の電流が流れることで、トランジスタＴｒ８のベース−エミッタ間電圧が不安定な状態となり、この影響等により抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴｒ８およびＴｒ１４を介して出力端子Ｖｏｕｔから電流が流出する（図示参照）ことが確認されており、これら出力端子Ｖｏｕｔから流出する電流は、プルダウン抵抗７に与えられることによりこのプルダウン抵抗７にかかる両端電圧が大きくなり、Ａ／Ｄ変換回路１８の入力には通常動作時の入力電圧範囲（約０．５Ｖ〜４．５Ｖ）の電圧が与えられ、断線が検出されない。
【００５６】
そこで、この問題を解決するために、本実施形態においては図１において、ダイオードＤ１，電流制御回路Ｓ１，バイアス回路Ｂ１，およびダイオード接続されたトランジスタＴｒ１１を設け、前述説明した接続関係により構成している。
【００５７】
このとき、グランド接続線５の断線時には、グランド線Ｖｃ２に電流が流れたとしても、ＰＮＰ型のトランジスタのコレクタおよびグランド線Ｖｃ２間に介在してダイオードＤ１がグランド線Ｖｃ２側から電流が流れ込まないように逆接続されているため（図示極性参照）、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ６およびＴｒ７に流入しなくなる。
【００５８】
また、トランジスタＴｒ１１を設けることにより、グランド線Ｖｃ２から流入するバイポーラトランジスタＴｒ１４のベース電流の通電を阻止することができ、ＥＣＵ１７側では電圧降下を生じることがないので、トランジスタＴｒ１４を機能させることなく信頼性良く断線検出することができる。
【００５９】
また、電源線Ｖｃ１および抵抗Ｒ５間に電流制御回路Ｓ１を設けることにより、電流制御回路Ｓ１がグランド接続線５の断線時に抵抗Ｒ５に流れる動作電流（トランジスタＴｒ８のコレクタ電流）を遮断するため、出力側増幅回路Ａ２が機能しなくなり出力端子Ｖｏｕｔから電流が流出しなくなる。また、電源線Ｖｃ１およびトランジスタＴｒ９のベース間に抵抗Ｒ３を所定条件で設けることにより、グランド接続線５の断線時に差動増幅回路Ａ１を機能させないようにすることができる。
【００６０】
尚、特に、抵抗Ｒ３，Ｒ２，Ｒ６，Ｒ７をある所定比で設けることにより、電流制御機能をさらに向上できることが確認されており、このとき抵抗Ｒ６およびＲ７の抵抗値の比や抵抗Ｒ３およびＲ２の抵抗値の比は、数十対１（例えば１０対１）程度に設けることが通常動作時および断線時の電流制御機能を維持する点で望ましい。
【００６１】
このような場合、接続線３〜５の断線時のセンサ回路１１とＥＣＵ１７のインピーダンス比は少なくとも１桁もしくは２桁程度以上（例えば１０，数十，数百以上対１）となることが推定される。これにより、プルダウン抵抗７が接続されグランド接続線５が断線したときには▲３▼〜▲５▼等の電流経路が断たれることになり、プルダウン抵抗７で電圧降下を生じることなく信頼性良く断線検出することができる。
【００６２】
すなわち、通常動作時に回路の電流のバランスが適切に保たれて動作していた状態であっても、従来、センサ回路１１およびＥＣＵ１７間の接続線３〜５のうち何れか一本が断線することに基づいてトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７，Ｔｒ１４，Ｔｒ１５が逆流し電流バランスが崩れ断線を検出することができなかったが、各トランジスタＴｒ６，Ｔｒ７，Ｔｒ１４，Ｔｒ１５の逆流を阻止するようにダイオードＤ１や電流制御回路Ｓ１，定電流回路Ｓ２，ダイオード接続されたトランジスタＴｒ１１を設けたので、接続線３〜５の断線時にも各トランジスタが逆流することなく断線を信頼性良く検出することができる。
【００６３】
このような第１の実施形態によれば、ＥＣＵ１７側の入力端子ＶｉｎをトランジスタＴｒ１４およびＴｒ１５のコレクタに対して抵抗素子を介さずに直接接続し、プルアップ抵抗６もしくはプルダウン抵抗７に数ｋΩ〜数十ｋΩの抵抗値の抵抗を採用してトランジスタＴｒ１４もしくはＴｒ１５のコレクタに通電することで、通常動作時にＥＣＵ１７側から端子Ｖｃｃ，Ｖｏｕｔ，ＧＮＤを介してセンサ回路１１側に通電電流を供給するため、端子Ｖｃｃ，Ｖｏｕｔ，ＧＮＤがスズメッキ処理の施されたものであったとしても、通電電流を従来に比較して大きくすることができ、端子の接点の接触抵抗の増大を極力防ぐことができる。
【００６４】
しかも、電流制御回路Ｓ１，定電流回路Ｓ２，バイアス回路Ｂ１およびトランジスタＴｒ１１およびＴｒ１６を設け、電源供給線３（もしくはグランド接続線５）の断線時にセンサ回路１１側のインピーダンスを、ＥＣＵ１７のプルアップ抵抗６（もしくはプルダウン抵抗７）の抵抗値に比較して少なくとも１桁以上は高くなるように構成しているので、プルアップ抵抗６もしくはプルダウン抵抗７で電圧降下を生じることなく信頼性良く断線検出することができる。
【００６５】
センサ回路１１全体として断線検出時の電流経路を考えた場合，端子Ｖｏｕｔに直接つながるオペアンプＯＰ３だけでなく，抵抗Ｒａ等を介してつながるオペアンプＯＰ１やＯＰ２等についても同様の電流経路が考えられるため，それらのオペアンプについても本実施形態で説明を行ったオペアンプＯＰ３を適用している。これにより、さらに信頼性良く断線検出することができる。
【００６６】
尚、オペアンプＯＰ３等を構成するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ１７等の素子に寄生素子が存在すると，寄生素子が逆流阻止手段Ｄ１，電流阻止手段Ｔｒ１１等のバイパス経路となり，当該阻止手段の機能を阻害する場合があるため，寄生素子の存在しないウェハプロセス（酸化膜絶縁分離プロセス等）を用いるなどして，寄生素子によるバイパス経路を排除すると良い。
【００６７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態の説明を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、オペアンプの電流制御回路Ｓ１および定電流回路Ｓ２に代えて、出力側増幅回路Ａ２側にトランジスタＴｒ１４およびＴｒ１５の逆流を阻止するようにダイオードを設けたところにある。第１の実施形態と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
図５において、オペアンプＯＰ３のトランジスタＴｒ１５のコレクタおよび出力端子Ｖｏｕｔに介在してダイオードＤ２が図示極性により接続されている。また、トランジスタＴｒ１４のコレクタおよび出力端子Ｖｏｕｔに介在してダイオードＤ３が図示極性により接続されている。
【００６８】
このとき、例えばＥＣＵ１７側にプルアップ抵抗６が接続されている場合に、トランジスタＴｒ１５を逆流する電流がダイオードＤ２により阻止される。すなわち、図４（ａ）に示す▲１▼および▲２▼の電流経路が断たれることになる。また、例えばＥＣＵ１７側にプルダウン抵抗７が接続されている場合に、トランジスタＴｒ１４を逆流する電流がダイオードＤ３により阻止される。すなわち、図４（ｂ）に示す▲４▼及び▲５▼の電流経路を断つことができる。
【００６９】
このような第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比較してオペアンプＯＰ３の出力電圧範囲が狭くなるものの、この場合にも第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７０】
（他の実施形態）
本発明は、上述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような変形もしくは拡張が可能である。
またオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５を主体として構成された機能回路Ｋに適用した実施形態を示したが、センサ回路１１がトランジスタを有していればこの回路を当該機能回路に適用しても良い。この場合、通常動作時にＥＣＵ１７により出力端子Ｖｏｕｔ等を介してセンサ回路１１側のトランジスタのコレクタに直接通電電流が供給され、接続線３〜５の断線時に、センサ回路１１側のインピーダンスをＥＣＵ１７側のインピーダンスに比較して高くするように構成できればどのような回路を適用しても良い。
バイポーラトランジスタに適用した実施形態を示したが、ＦＥＴに適用しても良い。また、バイアス回路Ｂ１と、電流制御回路Ｓ１の抵抗Ｒ６およびＲ７並びにトランジスタＴｒ１３とを共用するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態におけるセンサ回路の一部を示す電気的構成図
【図２】 制御回路とセンサ回路を示す電気的構成図
【図３】 断線検出の問題点を説明するための図
【図４】 （ａ）（ｂ）従来の断線時の電流の流れを説明するための図
【図５】 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図６】 （ａ）（ｂ）従来例の説明図
【符号の説明】
３は電源供給線（接続線）、４はセンサ信号線（接続線）、５はグランド接続線（接続線）、６はプルアップ抵抗、７はプルダウン抵抗、１１はセンサ回路、１３は増幅処理部、１４は初段の増幅回路、１６は出力段の増幅回路、１７はＥＣＵ（制御回路）、Ａ１は差動増幅回路（増幅回路）、Ａ２は出力側増幅回路（増幅回路）、ＯＰ１〜ＯＰ５はオペアンプ、Ｖｃｃは電源端子（端子）、Ｖｏｕｔは出力端子（端子）、ＧＮＤはグランド端子（端子）、Ｖｉｎは入力端子（端子）、Ｖｃ１は電源線（電源母線）、Ｖｃ２はグランド線（下側基準電位の電源母線）、Ｔｒ１〜Ｔｒ１７はバイポーラトランジスタ（トランジスタ）、Ｔｒ６，Ｔｒ７はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、Ｔｒ１１は電流阻止手段、Ｔｒ１２は第２のトランジスタ、Ｔｒ１３は第１のトランジスタ、Ｒ３，Ｒ６は抵抗素子、Ｄ１はダイオード（逆流阻止手段）、Ｋは機能回路、Ｂ１はバイアス回路（電流制御回路）、Ｓ１は電流制御回路、Ｓ２は定電流回路である。

Claims (11)

1. 電源回路を備えた制御回路と、１または複数のトランジスタを有してなる機能回路を有し前記制御回路との間で電源線、グランド線、センサ信号線を含む複数の接続線及び端子を介して接続されると共に前記制御回路の電源回路から電源線およびグランド線を介して電源供給され前記センサ信号線を介してセンサ信号を前記制御回路に出力するセンサ回路とを備え、前記接続線のうちの少なくとも一本の断線を検出するものにおいて、
   通常動作時に、前記制御回路により前記端子を介して前記センサ回路側のトランジスタのコレクタもしくはドレインに直接通電電流が供給されるように構成されていると共に、
   前記電源線、グランド線の何れか少なくとも一本の断線時に、前記センサ回路側のインピーダンスを前記制御回路側のインピーダンスに比較して高くするように構成されていることを特徴とするセンサ装置用断線検出回路。
2. 前記接続線の断線時に前記機能回路のトランジスタの逆流を阻止する逆流阻止手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置用断線検出回路。
3. 前記機能回路は１または複数の増幅回路を有し、当該増幅回路は、前記センサ回路の出力端子から前記接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであって、
   前記逆流阻止手段は、前記接続線の断線時に前記出力側増幅回路のトランジスタの逆流を阻止するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のセンサ装置用断線検出回路。
4. 前記増幅回路は、定電流回路から電流供給されて駆動され、前記出力側増幅回路は、カレントミラー回路の形態を有した出力電流源を備えたものであって、
   前記出力電流源に電流を供給する定電流回路を、前記出力側増幅回路以外の増幅回路に供給する定電流回路とは別体に設けたことを特徴とする請求項３記載のセンサ装置用断線検出回路。
5. 前記トランジスタはＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、前記ＰＮＰ型のトランジスタのコレクタが前記機能回路の動作時の下側基準電位となる電源母線側に接続された形態を有するものであって、
   前記逆流阻止手段は、前記ＰＮＰ型のトランジスタのコレクタおよび前記下側基準電位の電源母線間に介在して前記ＰＮＰ型のトランジスタの逆流を阻止することを特徴とする請求項２ないし４の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。
6. 前記機能回路は、前記１または複数のトランジスタを有する増幅回路を有してなるものであって、
   前記接続線の断線時に、前記増幅回路の動作電流を遮断する電流制御回路を設けたことを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。
7. 前記増幅回路は、前記センサ回路の端子から接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであって、
   前記電流制御回路は、前記接続線の断線時に前記出力側増幅回路の動作電流を遮断することを特徴とする請求項６記載のセンサ装置用断線検出回路。
8. 前記電流制御回路は、前記センサ回路の電源母線から電流が入力される第１のトランジスタと第１および第２のトランジスタの制御端子同士が接続された第２のトランジスタとを有してなるカレントミラー回路により構成され、前記センサ回路の電源母線および前記トランジスタの制御端子間に抵抗素子が接続されて構成されていることを特徴とする請求項６または７記載のセンサ装置用断線検出回路。
9. 前記トランジスタはバイポーラトランジスタであって、
   前記接続線の断線時に前記バイポーラトランジスタのベース電流の通電を阻止する電流阻止手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。
10. 前記逆流阻止手段は、ダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタを逆接続して構成されていることを特徴とする請求項２，３，５の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。
11. 前記電流阻止手段は、ダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタを逆接続して構成されていることを特徴とする請求項９記載のセンサ装置用断線検出回路。

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