CN102460192A - 电子部件和其故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的电子部件包括：振子；对振子供给驱动信号的驱动电路；对驱动电路输出时钟信号的时钟频率产生单元；控制时钟信号的频率时钟频率控制单元，检测驱动电路的消耗电流的消耗电流测量单元；以及电连接到消耗电流测量单元和时钟频率控制单元的故障检测单元。在时钟频率控制单元使时钟信号的频率变化时被检测到的消耗电流产生变化，从而消耗电流测量单元检测被检测的消耗电流的变化。故障检测单元根据时钟信号的频率的变化和消耗电流的变化而检测故障。该电子部件具有故障检测功能并且能够小型化。

Description

电子部件和其故障检测方法
技术领域
本发明涉及在汽车、飞机、船舶、机器人、其他各种电子设备等中使用的、具有能够检测故障的功能的电子部件和该电子部件的故障检测方法。
背景技术
图8是专利文献1所公开的以往的电子部件501的电路图。电子部件501包括：振子1；对振子1供给驱动信号的驱动电路2；输入来自振子1的感应信号(sense signal)的检测信号处理电路单元；以及将从检测信号处理单元输出的感应信号输出的输出电路。驱动电路2包括：将从振子1输出了的监视信号进行模数变换的模数变换器3；将从模数变换器3输出了的监视信号放大的自动增益放大器4；以及将从自动增益放大器4输出了的监视信号进行数模变换的数模变换器5。
通过将由外部管脚(pin)和移位寄存器等组成的扫描测试电路(scan testcircuit)另外附加在电子部件50上，可以对电子部件501附加故障检测功能。但是，扫描测试电路配有串联地连接了的多个触发器，所以因连接移位寄存器的布线而难以将电子部件501小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特表2008-527340号公报
发明内容
电子部件包括：振子；对振子供给驱动信号的驱动电路；对驱动电路输出时钟信号的时钟频率产生单元；控制时钟信号的频率的时钟频率控制单元，检测驱动电路的消耗电流的消耗电流测量单元；以及电连接到消耗电流测量单元和时钟频率控制单元的故障检测单元。在时钟频率控制单元使时钟信号的频率变化时被检测到的消耗电流产生变化，从而消耗电流测量单元检测被检测的消耗电流的变化。故障检测单元根据时钟信号的频率的变化和消耗电流的变化而检测故障。
该电子部件具有故障检测功能并且能够小型化。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电子部件的电路图。
图2表示实施方式的电子部件的故障检测方法。
图3是实施方式的另外的电子部件的电路图。
图4是实施方式的另外的电子部件的电路图。
图5是实施方式的又一另外的电子部件的电路图。
图6表示图5所示的电子部件的时钟信号的频率的调整方法。
图7是实施方式的又一另外的电子部件的电路图。
图8是以往的电子部件的电路图。
标号说明
11振子
12驱动电路
15时钟频率产生单元
16时钟频率控制单元
17消耗电流测量单元(第1消耗电流测量单元)
18故障检测单元(第1故障检测单元)
33消耗电流测量单元(第2消耗电流测量单元)
34故障检测单元(第2故障检测单元)
具体实施方式
图1是本发明的实施方式1的电子部件1001的电路图。电子部件1001包括：振子11；对振子11供给驱动信号Sd的驱动电路12；输入来自振子11的感应信号Ss的检测信号处理单元13；将从检测信号处理单元13输出的感应信号输出的输出电路14；输出时钟信号Sck的时钟频率产生单元15；控制时钟信号Sck的频率的时钟频率控制单元16；检测驱动电路12和检测信号处理单元13的消耗电流的消耗电流测量单元17；以及电连接到消耗电流测量单元17和时钟频率控制单元16的故障检测单元18。时钟频率产生单元15对驱动电路12和检测信号处理单元13之中的一部分输出时钟信号Sck。消耗电流测量单元17检测驱动电路12和检测信号处理单元13之中的输出时钟信号Sck的那一部分的消耗电流。振子11由驱动信号驱动，输出具有与其振动的频率和相位分别对应的频率和相位的监视信号Sm。监视信号Sm被供给到驱动电路12。振子11例如根据被施加了加速度或角速度等产生的惯性力而输出感应信号Ss。
时钟频率控制单元16使时钟信号Sck的频率变化时消耗电流测量单元17检测的消耗电流变化，并检测该消耗电流的变化。故障检测单元18根据时钟信号的频率的变化和上述消耗电流的变化之间的关系检测电子部件1001的故障。图2表示时钟信号Sck的频率fck和消耗电流之间的关系。一般地，数字电路的消耗电流I按下面表达式表示。
I＝(1/2)·fck·V·C
如上述表达式所示，消耗电流I以时钟频率fck和电源电压V及输入电容C之积表示。在该电路中的一部分中产生断线或短路等故障时，时钟频率的变化和消耗电流的变化的斜率改变。如图2所示，频率fck从频率f1变化为频率f2时，在电路正常地动作的情况下，消耗电流I因特性P1而从电流I1变化为电流I2，在电路中有故障的情况下，消耗电流I因特性P2而从电流I3变化为电流I4。于是，在使频率fck变化了时，电路正常地动作的情况下的消耗电流I的变化的范围和电路中有故障的情况下的消耗电流I的变化的范围不同。因此，故障检测单元18通过检测使频率fck变化了时的消耗电流I，可以判定在电路中是否有故障。具体地说，故障检测单元18在使频率fck变化了时的消耗电流I的变化的范围为规定的范围的情况下判定为电路正常地动作，在消耗电流I的变化的范围与该规定的范围不同的情况下判定为电路产生故障。
根据这样的结构，在电子部件1001中，可以附加故障检测功能而不在图8所示的以往的电子部件501中设置附加故障检测功能的扫描测试电路，可以实现电子部件1001的小型化。
扫描测试电路中电路规模越大，测试数据越长，在故障检测上需要长时间。实施方式的电子部件1001可在短时间内检测故障。因此，缩短制造工序中的出厂检查时间，从而能够降低成本，此外，通过缩短出厂后的电子部件1001的起动时的自我诊断时间，可以将电子部件1001更快地起动。
如图1所示，时钟频率产生单元15具有电压控制振荡器(VCO)19。时钟频率控制单元16具有电压控制单元20。电压控制振荡器19产生具有与根据供给的电压而变化的数的时钟信号。电压控制单元20通过使电压控制振荡器19上供给的电压变化，从而控制从上述时钟频率产生单元15输出的时钟信号的频率fck。
时钟频率产生单元15包括分频单元21、相位比较单元22、滤波器23和开关24。分频单元21将电压控制振荡器19产生的时钟信号Sck的频率fck基于分频比进行分频。相位比较单元22输出基于比较从分频单元21输出了的信号的相位和监视信号Sm的相位所得的比较结果而变化的输出电流。滤波器23将相位比较单元22的输出电流进行平滑而变换为电压，并供给到电压控制振荡器19。开关24选择性地切换滤波器23输出的电压和电压控制单元20输出的电压并供给到电压控制振荡器19。
驱动电路12内的监视信号Sm的相位或振幅达到了规定的值时，开关24对电压控制振荡器19供给滤波器23输出的电压。
相位比较单元22可以比较由分频单元21分频传送的时钟信号的频率和驱动电路12中的监视信号的频率，将时钟信号Sck的频率fck调整为期望的频率，所以可以期望在更稳定的频率下时钟频率产生单元15输出时钟信号。
驱动电路12包括：将从振子11输出了的监视信号Sm进行模数变换的模数变换器25；将从模数变换器25输出了的监视信号放大的自动增益放大器26；以及将从自动增益放大器26输出了的监视信号进行数模变换的数模变换器27。时钟频率产生单元15对模数变换器25和自动增益放大器26及数模变换器27之中的至少一个输出时钟信号Sck。时钟频率控制单元16使从时钟频率产生单元15输出的时钟信号Sck的频率fck变化。消耗电流测量单元17检测在频率fck变化了时产生的、模数变换器25和自动增益放大器26及数模变换器27之中的至少一个的消耗电流的变化。
检测信号处理单元13包括：将从振子11输出的感应信号Ss进行模数变换的模数变换器28；将从模数变换器28输出了的感应信号根据从振子11输出了的监视信号Sm进行检波的检波器29；以及将检波的感应信号进行平滑并变化为直流电压而输出的滤波器30。时钟频率产生单元15对模数变换器28、检波器29、滤波器30之中的至少一个输出时钟信号Sck。在检测故障时，开关24不将滤波器23输出的电压而将电压控制单元20输出的电压供给到电压控制振荡器19。消耗电流测量单元17检测在时钟频率控制单元16使频率fck变化时产生的、模数变换器28、检波器29及滤波器30之中的至少一个的消耗电流的变化。输出电路14将来自故障检测单元18的故障检测信号输出，并且还输出来自滤波器30的感应信号。输出电路14也可以将故障检测信号和感应信号以时分方式输出。即，输出电路14在检测电子部件1001的故障的期间输出故障检测信号，在振子11例如根据惯性力输出感应信号Ss的期间输出感应信号。
图3是实施方式的其他电子部件1002的电路图。在图3中，对与图1所示的电子部件1001相同的部分附加相同参考标号。电源31对消耗电流测量单元17供给电压。电源32对消耗电流测量单元33供给电压。消耗电流测量单元17检测自动增益放大器26、检波器29、滤波器30等仅处理数字信号的电路的消耗电流。消耗电流测量单元33检测模数变换器25、28、数模变换器27等处理数字信号和模拟信号的电路的消耗电流。电源32的电压比电源31的电压高。
根据这样的结构，可以将处理模拟信号的电路中的模拟信号的振幅增大，所以可以提高电子部件1002中的模拟信号的S/N比而使信号质量良好。
故障检测单元18基于消耗电流测量单元17检测到的消耗电流和消耗电流测量单元33检测到消耗电流，检测电子部件1002的故障。
图4是实施方式的又一其他电子部件1003的电路图。在图4中，对与图3所示的电子部件1002相同的部分附加相同参考标号。故障检测单元18根据消耗电流测量单元17检测到的消耗电流而检测电子部件1003的故障。故障检测单元34基于消耗电流测量单元33检测到的消耗电流而检测电子部件1003的故障。根据该结构，可以确定故障仅位于处理数字信号的电路，还是也位于处理模拟信号的电路，所以可以尽快地确定发生故障的电路。
图5是实施方式的再一其他电子部件1004的电路图。在图5中，对与图1所示的电子部件1001相同的部分附加相同参考标号。在电子部件1004中，时钟频率控制单元16还具有灵敏度控制单元35。根据电压控制单元20使对电压控制振荡器19供给的电压变化，控制从时钟频率产生单元15输出的时钟信号Sck的频率fck。灵敏度控制单元35控制相对于对电压控制振荡器19供给的电压变化量的频率fck的变化量的灵敏度。图6表示对电压控制振荡器19供给的控制电压和由电压控制振荡器19产生的时钟信号Sck的振荡频率fck之间的关系。具体地说，电压控制单元20输出固定电压Vc，灵敏度控制单元35通过使电压控制振荡器19的灵敏度从灵敏度G2变化为灵敏度G1而进行控制，以使时钟信号Sck的频率fck从频率fck1成为频率fck2。在该结构中，电压控制单元20输出的电压不必是可变的，所以有助于电路的进一步小型化。
图7是实施方式的又一其他电子部件1005的电路图。在图7中，对与图1所示的电子部件1001相同的部分附加相同参考标号。在图7所示的电子部件1005中，时钟频率控制单元16还具有使分频单元21的分频比变化的分频控制单元36。通过分频控制单元36使分频单元21的分频比变化，使来自相位比较单元22的输出及从滤波器23输出的电压变化，可控制时钟信号Sck的频率fck。在该结构中，电压控制单元20输出的电压不必可变，所以有助于电路的进一步的小型化。
而且，由于可以在频率误差小且稳定的频率fck下时钟频率产生单元15输出时钟信号Sck，所以基于时钟频率的消耗电流的检测误差也小，提高故障检测精度，并可以抑制故障检测的误判定。
再有，包括了实施方式中的振子11的电子部件1001～1005也可以适用于采用了石英振子的温度补偿型石英振荡器(TCXO)或采用了硅振子的微机电系统(MEMS：Micro Electro Mechanical System)振荡器等。
工业实用性
本发明的电子部件具有故障检测功能并且能够小型化，所以在汽车、飞机、船舶、机器人、其他各种电子设备等中是有用的。

Claims (16)

1.电子部件，包括：
振子；
驱动电路，对所述振子供给驱动信号；
时钟频率产生单元，对所述驱动电路的至少一部分输出时钟信号；
时钟频率控制单元，控制所述时钟信号的频率；
第1消耗电流测量单元，检测所述驱动电路的所述至少一部分的消耗电流；以及
第1故障检测单元，电连接到所述第1消耗电流测量单元和所述时钟频率控制单元，
在所述时钟频率控制单元使所述时钟信号的频率变化时所述被检测到的消耗电流发生变化，从而所述第1消耗电流测量单元检测所述被检测到的消耗电流的变化，
所述第1故障检测单元基于所述时钟信号的频率的变化和所述消耗电流的变化而检测故障。
2.如权利要求1所述的电子部件，
所述时钟频率产生单元具有产生所述时钟信号的电压控制振荡器，
所述时钟频率控制单元具有电压控制单元，
所述电压控制单元通过使供给到所述电压控制振荡器的电压变化而控制所述时钟信号的频率。
3.如权利要求2所述的电子部件，
所述时钟频率产生单元还具有：
分频单元，将所述时钟信号的频率基于分频比进行分频；
相位比较单元，基于将从所述分频单元输出的信号的频率和所述驱动电路内的信号的频率进行比较所得的比较结果而使输出电流变化；以及
第1滤波器，将对所述相位比较单元的所述输出电流进行平滑所得的电压供给到所述电压控制振荡器。
4.如权利要求3所述的电子部件，还包括：
开关，选择性地切换所述第1滤波器供给的所述电压和所述电压控制单元供给的电压并供给到所述电压控制振荡器，
在所述驱动电路内的信号的相位或振幅达到了规定的值时，所述开关将所述第1滤波器供给的所述电压供给到所述电压控制振荡器。
5.如权利要求1所述的电子部件，
所述时钟频率产生单元具有电压控制振荡器，
所述时钟频率控制单元具有控制所述电压控制单元的灵敏度的灵敏度控制单元，
所述灵敏度控制单元通过使所述电压控制振荡器的灵敏度变化而控制所述时钟信号的频率。
6.如权利要求1所述的电子部件，
所述时钟频率产生单元包括：
电压控制振荡器；
分频单元，将来自所述电压控制振荡器的时钟信号的频率基于分频比进行分频；
相位比较单元，输出与将从所述分频单元输出的信号的频率和所述驱动电路内的信号的频率进行比较所得的比较结果对应的输出电流；以及
第1滤波器，将所述相位比较单元的所述输出电流进行平滑所得的电压输出到所述电压控制振荡器，
所述时钟频率控制单元具有使所述分频比变化的分频控制单元，
所述分频控制单元通过使所述分频比变化而控制从所述时钟频率产生单元输出的所述时钟信号的所述频率。
7.如权利要求1所述的电子部件，
所述驱动电路具有：
模数变换器，将从所述振子输出了的监视信号进行模数变换；
自动增益放大器，放大从所述模数变换器输出了的监视信号；以及
数模变换器，将从所述自动增益放大器输出了的监视信号进行数模变换，
所述时钟频率产生单元对所述模数变换器、自动增益放大器、数模变换器之中的至少一个输出所述时钟信号，
所述时钟频率控制单元使所述时钟信号的所述频率变化时所述模数变换器、自动增益放大器、数模变换器之中的至少一个的消耗电流产生变化，所述第1消耗电流测量单元检测所述至少一个的消耗电流的变化。
8.如权利要求7所述的电子部件，还包括：
第1电源，对所述第1消耗电流测量单元供给电压；
第2消耗电流测量单元，检测所述模数变换器和数模变换器之中的至少一个的消耗电流；以及
第2电源，对所述第2消耗电流测量单元供给电压，
所述第1消耗电流测量单元检测所述自动增益放大器的消耗电流，
所述第2消耗电流测量单元检测所述模数变换器和数模变换器之中的至少一个的消耗电流，
所述第2电源的电压比所述第1电源的电压高。
9.如权利要求8所述的电子部件，所述第1故障检测单元基于所述第1消耗电流测量单元检测到的消耗电流和所述第2消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障。
10.如权利要求8所述的电子部件，还包括：
第2故障检测单元，基于所述第2消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障，
所述第1故障检测单元基于所述第1消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障，所述第2故障检测单元基于所述第2消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障。
11.电子部件，包括：
振子；
驱动电路，对所述振子输入驱动信号；
检测信号处理单元，输入从所述振子输出了的感应信号；
时钟频率产生单元，对所述检测信号处理单元的至少一部分输出时钟信号；
时钟频率控制单元，控制所述时钟信号的频率；
第1消耗电流测量单元，检测所述检测信号处理单元的所述至少一部分的消耗电流；
第1故障检测单元，电连接到所述第1消耗电流测量单元和所述时钟频率控制单元；以及
输出电路，将从所述检测信号处理单元输出了的感应信号输出，
所述检测信号处理单元具有：
模数变换器，将从所述振子输出了的感应信号进行模数变换；
检波器，使用从所述振子输出了的监视信号，将从所述模数变换器输出的感应信号进行检波；以及
第2滤波器，将所述检波了的感应信号进行平滑并输出直流电压，
在所述时钟频率控制单元使所述时钟信号的频率变化时所述被检测到的消耗电流产生变化，从而所述第1消耗电流测量单元检测所述被检测到的消耗电流的变化，
所述第1故障检测单元基于所述时钟信号的频率的变化和所述消耗电流的变化而检测故障。
12.如权利要求11所述的电子部件，所述时钟频率产生单元对所述模数变换器、所述检波器和所述第2滤波器之中的至少一个输出时钟信号。
13.如权利要求12所述的电子部件，还包括：
第1电源，对所述第1消耗电流测量单元供给电压；
第2消耗电流测量单元，检测所述模数变换器的消耗电流；以及
第2电源，对所述第2消耗电流测量单元供给电压，
所述第1消耗电流测量单元检测所述检波器和第2滤波器之中的至少一个的消耗电流，
所述第2电源的电压比所述第1电源的电压高。
14.如权利要求13所述的电子部件，所述第1故障检测单元基于所述第1消耗电流测量单元检测到的消耗电流和所述第2消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障。
15.如权利要求13所述的电子部件，还包括：
第2故障检测单元，基于所述第2消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障，
所述第1故障检测单元基于所述第1消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障，
所述第2故障检测单元基于所述第2消耗电流测量单元检测到的消耗电流而检测故障。
16.电子部件的故障检测方法，所述电子部件包括振子、以及对所述振子供给驱动信号的驱动电路，该电子部件的故障检测方法包括：
对所述驱动电路的至少一部分输出时钟信号的步骤；
使所述时钟信号的频率变化的步骤；
检测所述频率的变化造成的所述驱动电路的所述至少一部分的消耗电流的变化的步骤；以及
根据所述时钟信号的频率的变化和所述消耗电流的变化之间的关系进行故障检测的步骤。
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