JP7440270B2 - センサー装置及びセンサー装置の動作方法 - Google Patents
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Description
変化する物理的な測定量を検出して、出力側にセンサー原信号を提供する少なくとも一つのセンサーと、
センサーから提供されるセンサー原信号をセンサー信号として前処理するためのデジタル信号処理ユニットであって、センサー信号を更に処理して、それにより、測定量に応じたデューティー比によりパルス幅変調された出力信号に変換し、そのために、センサー信号をパルス幅変調された出力信号に変換するために用いられる複数の装置特有の補正パラメータがメモリユニットに保存されているデジタル信号処理ユニットと、
このパルス幅変調された出力信号をアナログ電圧信号又はアナログ電流信号に変換する増幅ユニットと、
を有する。
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・kPWM+dPWM
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサーの測定値
kPWM:(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
dPWM:PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・kPWM
PWM_OUT_MAX:デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN:デューティー比パラメータ最小限界値
MV_OUT_MAX:センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN:センサー測定最小限界値
少なくとも一つのセンサーによって、変化する物理的な測定量を検出して、出力側にセンサー原信号を提供し、
デジタル信号処理ユニットによって、センサーから提供されるセンサー原信号をセンサー信号として前処理して、センサー信号を測定量に応じたデューティー比によりパルス幅変調された出力信号に変換し、
増幅ユニットによって、パルス幅変調された出力信号をアナログ電圧信号又はアナログ電流信号に変換する。
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・kPWM+dPWM
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサー信号の測定値
kPWM:(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
dPWM:PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・kPWM
PWM_OUT_MAX:デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN:デューティー比パラメータ最小限界値
MV_OUT_MAX:センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN:センサー測定最小限界値
UOUT=k・PWM_OUT+d (式1a)
又は
PWM_OUT=(UOUT-d)/d (式1b)
ここで、
UOUT:アナログ電圧信号の値
PWM_OUT:PWM信号のデューティー比パラメータ又はPWM値
k:増幅ユニットの増幅率
d:増幅ユニットのオフセット
k=(OUT_HIGH-OUT_LOW)/(PWM_FIXH-PWM_FIXL) (式2a)
=(9.573V-0.573V)/(50,000-10,000)=0.000225V/LSB
d=OUT_LOW-PWM_FIXL・k (式2b)
=0.573-10,000・0.000225=-1.677V
ここで、
k:増幅ユニットの増幅率
d:増幅ユニットのオフセット
PWM_FIXL:低い方のデューティー比パラメータ値
PWM_FIXH:高い方のデューティー比パラメータ値
OUT_MIN:最小温度でのアナログ出力信号UOUTの値
OUT_HIGH:高い方のデューティー比パラメータ値PWM_FIXHでのアナログ出力信号UOUTの測定値
OUT_LOW:低い方のデューティー比パラメータ値PWM_FIXLでのアナログ出力信号UOUTの測定値
PWM_OUT_MIN=(OUT_MIN-d)/k (式3a)
=(0V+1.667V)/0.000225=7,453
PWM_OUT_MAX=(OUT_MAX-d)/k (式3b)
=(10.000V+1.667V)/0.000225=51,898
ここで、
PWM_OUT_MIN:アナログ電圧信号UOUTにおいてOUT_MIN=0Vを出力するのに必要なPWM値
PWM_OUT_MAX:アナログ電圧信号UOUTにおいてOUT_MAX=10Vを出力するのに必要なPWM値
k:増幅ユニットの増幅率
d:増幅ユニットのオフセット
OUT_MIN:最小温度でのアナログ出力信号UOUTの値
OUT_MAX:最大温度でのアナログ出力信号UOUTの値
MV_OUT_MIN=-4,000(=T_OUT_MIN・100)
MV_OUT_MAX=6,000(=T_OUT_MAX・100)
PWM_OUT_NOW=kPWM・MV_NOW+dPWM (式4)
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサーの測定値
kPWM:(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
dPWM:PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・kPWM
この具体的な例では、これらの二つの変数kPWM及びdPWMに関して、上述した値に対して、以下の結果が得られる。
kPWM=(51,898-7,453)/(6,000+4,000)=4.4444
dPWM=7,453+4,000・4.444444=25,230.78≒25,231
MV_NOW=T_AKT・100=25.00・100=2,500
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・kPWM+dPWM=2,500・4,4444+25,231=36,342.25≒36,342
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下の構成も包含し得る。
1.
センサー装置において、
変化する物理的な測定量(T,rH)を検出して、出力側にセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)を提供する少なくとも一つのセンサー(11,12)と、
このセンサー(11,12)から提供されるセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)をセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)に前処理し、測定量(T,rH)に応じたデューティー比(p)によりこのセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)をパルス幅変調された出力信号(PWM)として更に処理するためのデジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)であって、そのために、デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)がセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)をパルス幅変調された出力信号(PWM)に変換するために用いる複数の装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存されているデジタル信号処理ユニットと、
このパルス幅変調された出力信号(PWM)をアナログ電圧信号又はアナログ電流信号(U OUT )に変換する増幅ユニット(20)と、
を有するセンサー装置。
2.
上記1に記載のセンサー装置において、
センサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)の測定値(MV_NOW)とパルス幅変調された出力信号(PWM)のデューティー比パラメータ(PWM_OUT_NOW)の間の線形的な関係を記述する、装置特有の変換規則がデジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存されているセンサー装置。
3.
上記1に記載のセンサー装置において、
装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)として、少なくともデューティー比パラメータ最小限界値とデューティー比パラメータ最大限界値がメモリユニット(14)に保存されているセンサー装置。
4.
上記1に記載のセンサー装置において、
更に、センサーの測定範囲の境界を画定する、センサー測定最小限界値(MV_OUT_MIN)とセンサー測定最大限界値(MV_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存されているセンサー装置。
5.
上記1から4までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
装置特有の変換規則として、次の関係式が、
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・k PWM +d PWM
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサーの測定値
k PWM :(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
d PWM :PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・k PWM
PWM_OUT_MAX:デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN:デューティー比パラメータ最小限界値
MV_OUT_MAX:センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN:センサー測定最小限界値
デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存されているセンサー装置。
6.
上記1から5までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
前記の少なくとも一つのセンサー(11,12)、デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)及びメモリユニット(14)が一緒に一つのASIC(10)内に配置されるとともに、前記の増幅ユニット(20)が、このASIC(10)と別個に構成されているセンサー装置。
7.
上記6に記載のセンサー装置において、
前記のメモリユニット(14)が不揮発性メモリユニットとして構成されているセンサー装置。
8.
上記1から7までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
前記の増幅ユニット(20)がローパスフィルターを備えた増幅回路として構成されているセンサー装置。
9.
上記1から8までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
二つのセンサー(11,12)を備え、その中の第一のセンサー(11)が温度センサーとして構成され、第二のセンサー(12)が湿度センサーとして構成されているセンサー装置。
10.
センサー装置を測定動作と校正動作により動作させる方法において、
測定動作では、
少なくとも一つのセンサー(11,12)によって、変化する物理的な測定量(T,rH)を検出して、出力側にセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)を提供し、
デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)によって、センサー(11,12)から提供されるセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)をセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)に前処理して、このセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)を測定量(T,rH)に応じたデューティー比によりパルス幅変調された出力信号(PWM)に変換し、
増幅ユニット(20)によって、このパルス幅変調された出力信号(PWM)をアナログ電圧信号又はアナログ電流信号(U OUT )に変換し、
測定動作に先行する校正動作では、
測定動作において信号処理ユニット(13;13.1,13.2)によりセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)をパルス幅変調された出力信号(PWM)に変換するために用いられる複数の装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存される、
方法。
11.
上記10に記載の方法において、
校正動作では、センサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)の測定値(MV_NOW)とパルス幅変調された出力信号(PWM)のデューティー比パラメータ(PWM_OUT_NOW)の間の線形的な関係を記述する、装置特有の変換規則がデジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存される方法。
12.
上記10に記載の方法において、
校正動作では、装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)として、少なくともデューティー比パラメータ最小限界値とデューティー比パラメータ最大限界値がメモリユニット(14)に保存される方法。
13.
上記10に記載の方法において、
更に、センサーの測定範囲の境界を画定する、センサー測定最小限界値(MV_OUT_MIN)とセンサー測定最大限界値(MV_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存される方法。
14.
上記10から13までのいずれか一つに記載の方法において、
装置特有の変換規則として、次の関係式が、
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・k PWM +d PWM
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサーの測定値
k PWM :(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
d PWM :PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・k PWM
PWM_OUT_MAX:デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN:デューティー比パラメータ最小限界値
MV_OUT_MAX:センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN:センサー測定最小限界値
デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存される方法。
15.
上記10から14までのいずれか一つに記載の方法において、
前記の校正動作が、センサー装置の温度を変化させること無く実行される方法。
11 第一のセンサー(温度センサー)
12 第二のセンサー(湿度センサー)
13 デジタル信号処理ユニット
13.1 デジタル信号処理ユニット13の第一の機能ブロック
13.2 デジタル信号処理ユニット13の第二の機能ブロック
13.2a PWMクロック発生ユニット
13.2b PWMカウンタユニット
13.2c PWM比較段
14 メモリユニット
15 LDO電圧コントローラー
16 インタフェース
20 増幅ユニット
k 増幅ユニットの増幅率
d 増幅ユニットのオフセット
tp PWM信号の信号サイクルタイム
tH ハイレベルの時間長
GND 地気
MV_NOW センサーの測定値
MV_OUT_MAX センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN センサー測定最小限界値
PWM_FIXL 低い方のデューティー比パラメータ値
PWM_FIXH 高い方のデューティー比パラメータ値
PWM_OUT_MAX デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN デューティー比パラメータ最小限界値
PWM パルス幅変調された出力信号
PWM_OUT PWM信号のデューティー比パラメータ又はPWM値
PWM_OUT_NOW 実際の測定値に関するPWM信号のデューティー比パラメータ
rH_ASIC 測定量rH(湿度)に関するセンサー信号
rH_RAW 測定量rH(湿度)に関するセンサー原信号
SCL,SCA 信号伝送配線
T_ASIC 測定量T(温度)に関するセンサー信号
T_RAW 測定量T(温度)に関するセンサー原信号
UOUT 測定量に応じた出力信号(アナログ電圧信号又はアナログ電流信号)の値
VDD 供給電圧
Claims (13)
- センサー装置であって、
変化する物理的な測定量(T,rH)を検出して、出力側にセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)を提供する少なくとも一つのセンサー(11,12)と、
このセンサー(11,12)から提供されるセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)をセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)に前処理し、測定量(T,rH)に応じたデューティー比(p)によりこのセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)をパルス幅変調された出力信号(PWM)として更に処理するためのデジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)であって、そのために、デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)がセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)をパルス幅変調された出力信号(PWM)に変換するために用いる複数の装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存されているデジタル信号処理ユニットと、
このパルス幅変調された出力信号(PWM)をアナログ電圧信号又はアナログ電流信号(UOUT)に変換する増幅ユニット(20)と、
を有する当該センサー装置において、
装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)として、少なくともデューティー比パラメータ最小限界値とデューティー比パラメータ最大限界値がメモリユニット(14)に保存されている当該センサー装置。 - 請求項1に記載のセンサー装置において、
センサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)の測定値(MV_NOW)とパルス幅変調された出力信号(PWM)のデューティー比パラメータ(PWM_OUT_NOW)の間の線形的な関係を記述する、装置特有の変換規則がデジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存されているセンサー装置。 - 請求項1に記載のセンサー装置において、
更に、センサーの測定範囲の境界を画定する、センサー測定最小限界値(MV_OUT_MIN)とセンサー測定最大限界値(MV_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存されているセンサー装置。 - 請求項1から3までのいずれか1つに記載のセンサー装置において、
装置特有の変換規則として、次の関係式が、
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・kPWM+dPWM
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサーの測定値
kPWM:(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
dPWM:PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・kPWM
PWM_OUT_MAX:デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN:デューティー比パラメータ最小限界値
MV_OUT_MAX:センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN:センサー測定最小限界値
デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存されているセンサー装置。 - 請求項1から4までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
前記の少なくとも一つのセンサー(11,12)、デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)及びメモリユニット(14)が一緒に一つのASIC(10)内に配置されるとともに、前記の増幅ユニット(20)が、このASIC(10)と別個に構成されているセンサー装置。 - 請求項5に記載のセンサー装置において、
前記のメモリユニット(14)が不揮発性メモリユニットとして構成されているセンサー装置。 - 請求項1から6までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
前記の増幅ユニット(20)がローパスフィルターを備えた増幅回路として構成されているセンサー装置。 - 請求項1から7までのいずれか一つに記載のセンサー装置において、
二つのセンサー(11,12)を備え、その中の第一のセンサー(11)が温度センサーとして構成され、第二のセンサー(12)が湿度センサーとして構成されているセンサー装置。 - センサー装置を測定動作と校正動作により動作させる方法であって、
測定動作では、
少なくとも一つのセンサー(11,12)によって、変化する物理的な測定量(T,rH)を検出して、出力側にセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)を提供し、
デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)によって、センサー(11,12)から提供されるセンサー原信号(T_RAW,rH_RAW)をセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)に前処理して、このセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)を測定量(T,rH)に応じたデューティー比によりパルス幅変調された出力信号(PWM)に変換し、
増幅ユニット(20)によって、このパルス幅変調された出力信号(PWM)をアナログ電圧信号又はアナログ電流信号(UOUT)に変換し、
測定動作に先行する校正動作では、
測定動作において信号処理ユニット(13;13.1,13.2)によりセンサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)をパルス幅変調された出力信号(PWM)に変換するために用いられる複数の装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存される当該方法において、
校正動作では、装置特有の補正パラメータ(PWM_OUT_MIN,PWM_OUT_MAX)として、少なくともデューティー比パラメータ最小限界値とデューティー比パラメータ最大限界値がメモリユニット(14)に保存される当該方法。 - 請求項9に記載の方法において、
校正動作では、センサー信号(T_ASIC,rH_ASIC)の測定値(MV_NOW)とパルス幅変調された出力信号(PWM)のデューティー比パラメータ(PWM_OUT_NOW)の間の線形的な関係を記述する、装置特有の変換規則がデジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存される方法。 - 請求項9に記載の方法において、
更に、センサーの測定範囲の境界を画定する、センサー測定最小限界値(MV_OUT_MIN)とセンサー測定最大限界値(MV_OUT_MAX)がメモリユニット(14)に保存される方法。 - 請求項9から11までのいずれか一つに記載の方法において、
装置特有の変換規則として、次の関係式が、
PWM_OUT_NOW=MV_NOW・kPWM+dPWM
ここで、
PWM_OUT_NOW:PWM信号のデューティー比パラメータ
MV_NOW:センサーの測定値
kPWM:(PWM_OUT_MAX-PWM_OUT_MIN)/(MV_OUT_MAX-MV_OUT_MIN)
dPWM:PWM_OUT_MIN-MV_OUT_MIN・kPWM
PWM_OUT_MAX:デューティー比パラメータ最大限界値
PWM_OUT_MIN:デューティー比パラメータ最小限界値
MV_OUT_MAX:センサー測定最大限界値
MV_OUT_MIN:センサー測定最小限界値
デジタル信号処理ユニット(13;13.1,13.2)に保存される方法。 - 請求項9から12までのいずれか一つに記載の方法において、
前記の校正動作が、センサー装置の温度を変化させること無く実行される方法。
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