CN112400097A

CN112400097A - 流量传感器

Info

Publication number: CN112400097A
Application number: CN201980045915.5A
Authority: CN
Inventors: 小埜和夫; 松本昌大
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: CN112400097B; US20210116274A1; WO2020039669A1; DE112019002496T5; JP2020030158A; US11828636B2; JP6909764B2

Abstract

在流量传感器(10)中，电阻桥(100)检测气体流量的变化。差动A/D转换器(122)将从电阻桥(100)输出的模拟信号转换为数字信号。断线检测电路(130)用于检测将差动A/D转换器(122)与电阻桥(100)连接的接合线(164、165)的断线。断线检测电路(130)具有检测电容(141)以及比较器(145)。检测电容(141)的一方的连接部与差动A/D转换器(122)的输入节点连接。比较器(145)根据基于P侧输入电容(116)或侧输入电容(117)的静电电容与检测电容(141)的静电电容之比的电位来检测接合线(164、165)的断线，其中，P侧输入电容(116)或侧输入电容(117)分别与差动A/D转换器(122)的工作输入部连接。

Description

流量传感器

技术领域

本发明涉及流量传感器，特别是涉及有效检测对提供给内燃机的空气流量等进行测定的流量传感器的断线的技术。

背景技术

为了控制以汽车发动机为首的使用化石燃料的内燃机的空气流入量，流量传感器广泛普及。这是因为特别是从改善汽车燃耗的要求出发，为了实现高效的燃烧，要求将空气与汽油的混合比保持为最佳。

对汽车发动机要求的性能有各种各样的指标，即使以地球规模进行观察，根据地域不同所需要的性能也存在差异。例如，在日本的情况下，当在市区行驶时，存在基于信号经常走走停停、以及频繁发生拥堵这样的特有的情况。在该情况下，在发动机输出小时也需要进行高效的燃烧，因此要求流量传感器高精度地检测微小的空气流量的变化。

作为流量传感器的检测方式，例如已知使用电阻桥电路的方式。检测基于空气的流动在电阻桥电路中使用的电阻值发生变化，从而转换为空气的流量。

电阻桥电路检测出的模拟信号通过A/D(Analog/Digital：模拟/数字)转换器转换为数字信号。关于A/D转换器，已知各种类型，但大致分为使用开关电容器的采样保持型和使用电阻的连续型。开关电容器型能够高精度化，耗电小，由环境温度的变动引起的特性变动小，因此被广泛使用。

但是，开关电容器型A/D转换器在A/D转换器的输入部与桥电路的输出部之间断线的情况下，A/D转换器的输入部浮置，难以判断与正常连接了桥电路的状态的差异。

结果，发动机的混合气的调整以及控制不正常工作，燃耗恶化，并且排出环境气体的担忧升高。

作为考虑了桥电路与A/D转换器之间的断线的技术，例如具有以下技术：通过在A/D转换器的输入部设置断线检测电路来检测桥电路与A/D转换器之间的断线(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-8014号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的专利文献1的断线检测技术中，示出了如下的断线检测电路：从直流电流源向A/D转换器的输入部持续流过微小电流，利用在发生断线时不流过电流源的电流来检测断线。

但是，在该断线检测技术中，始终持续流过检测电流，因此缺乏与该检测电流的电流值的变动或在桥电路中使用的电阻值的变动等相伴的A/D转换器的转换精度劣化的考虑。

因此，在具备将流量小且微小的信号转换为数字信号的A/D转换器的流量传感器中，存在其转换精度受损，发动机的故障、燃耗的恶化等有可能变得显著这样的问题。

本发明的目的在于，提供一种能够不降低气体流量的检测精度地检测配线的断线的技术。

根据本说明书的描述和附图，本发明的上述以及其他的目的和新的特征变得清楚。

用于解决课题的手段

如下那样简单地说明在本申请中公开的发明中的代表性的发明的概要。

即，代表性的流量传感器具备传感器部、A/D转换器以及断线检测电路。传感器部检测气体的流量的变化。A/D转换器由开关电容器型构成，将从传感器部输出的模拟信号转换为数字信号。

断线检测电路具有第一电容器和检测部。第一电容器的一个连接部与A/D转换器的输入节点连接，检测部对配线的断线进行检测。该检测部根据基于输入电容器的静电电容与第一电容器的静电电容之间的比的电位，来检测配线的断线，上述输入电容器分别与A/D转换器的工作输入部连接。

另外，断线检测电路具有一方的连接部与A/D转换器的输入节点连接，保持第一电容器中的电位电荷的第二电容器(保持电容144)。检测部根据第二电容器的电位变化来检测配线的断线。

发明效果

如下那样简单地说明通过在本申请中公开的发明中的代表性的发明而获得的效果。

(1)能够不降低气体的流量检测的精度地检测配线的断线。

(2)通过上述(1)，能够提高流量传感器的可靠性。

附图说明

图1是表示实施方式的流量传感器的结构的一个例子的说明图。

图2是表示图1的流量传感器所具有的电源生成部的结构的一个例子的说明图。

图3是表示图1的流量传感器所具有的模拟开关的结构的一个例子的说明图。

图4是示意性地表示图1的电流传感器所具有的检测部的各部信号的定时的时序图。

图5是表示图1的电流传感器所具有的N侧输入电容与检测电容之间的电容比和电位变动与基准电位之间的电压比的关系的说明图。

图6是表示图1的电流传感器所具有的检测电容的依赖性的说明图。

图7是表示根据图1的电流传感器所具有的检测电容与保持电容的静电电容之和而产生的信号特性的一个例子的说明图。

图8是表示图1的流量传感器所具有的断线检测电路的电路动作中的动作窗口的一个例子的说明图。

图9是表示图1的流量传感器所具有的断线检测电路的电路动作中的动作窗口的其他例子的说明图。

图10是表示具备图1的流量传感器的控制系统的结构的一个例子的说明图。

图11是表示实施方式2的流量传感器的结构的一个例子的说明图。

图12是示意性地表示图11的流量传感器所具有的检测部的时钟和内部波形的时序图。

具体实施方式

在用于说明实施方式的所有附图中，原则上对同一部件标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

(实施方式1)

以下，对实施方式进行详细说明。

〈流量传感器的结构例和动作〉

图1是表示本实施方式的流量传感器10的结构的一个例子的说明图。

流量传感器10是测量空气等的流量的传感器，在汽车等具备的发动机等内燃机中使用。

如图1所示，流量传感器10具有电阻桥100及控制电路110。这些电阻桥100及控制电路110例如形成为半导体芯片等。

作为传感器部的电阻桥100由4个电阻102～105构成，检测气体的流量的变化。电阻102及电阻103串联连接。同样地，电阻102及电阻103也串联连接。

另外，电阻102的一方的连接部及电阻104的一方的连接部分别共通连接，电阻103的另一方的连接部及电阻105的另一方的连接部也分别共通连接。

对连接电阻102的一方的连接部与电阻104的一方的连接部的节点供给第1电位101。对连接电阻103的另一方的连接部和电阻105的另一方的连接部的节点供给第2电位106。

分别从流量传感器10的外部供给第1电位101及第2电位106。或者，也可以构成为从设置在控制电路110的未图示的电源电路或后述的电源生成部200等供给第1电位101及第2电位106。无论在哪种情况下，都希望第一电位101以及第二电位106是使用静电电容等而稳定的电源。

电阻桥100具有输出部ELEMOP和输出部ELEMOM。串联连接的电阻102与电阻103的连接部为输出部ELEMOP，串联连接的电阻104与电阻105的连接部为输出部ELEMOM。

电阻桥100的输出部ELEMOP通过接合线164与控制电路110所具有的输入部VINP连接。电阻桥100的输出部ELEMOM通过接合线165与控制电路110所具有的输入部VINM连接。以下，断线是指上述的接合线164或接合线165断线。

控制电路110具有输入处理部111、差动A/D转换器122、断线检测电路130、时钟生成电路170、逻辑部180以及电源生成部200。

输入处理部111由模拟开关112～115、118～121、P侧输入电容116以及N侧输入电容117构成。作为第1开关的模拟开关112以及作为第3开关的模拟开关114的一方的连接部分别与输入部VINP连接。作为第2开关的模拟开关113以及作为第4开关的模拟开关114的一方的连接部分别与输入部VINM连接。

另外，模拟开关112、113的另一方的连接部与P侧输入电容116的一方的连接部连接。将该模拟开关112、113与P侧输入电容116的连接部设为节点CPI。

模拟开关114、115的另一方的连接部与N侧输入电容117的一方的连接部连接。将该模拟开关114、115与N侧输入电容117的连接部设为节点CMI。

在作为输入电容器的P侧输入电容116的另一方的连接部分别连接有模拟开关118、119的一方的连接部。在作为输入电容器的N侧输入电容117的另一方的连接部分别连接有模拟开关120、121的一方的连接部。

将模拟开关120的另一方的连接部连接在模拟开关119的另一方的连接部。在该模拟开关119与模拟开关120的连接部连接有差动A/D转换器122的电源输入部。从模拟开关119和模拟开关120的连接部向该电源输入部输入基准电位VB。

在模拟开关118的另一方的连接部连接有差动A/D转换器122的P侧输入部ADINP，在模拟开关121的另一方的连接部连接有差动A/D转换器122的N侧输入部ADINM。

从差动A/D转换器122的输出部输出输出信号ADOUT。该输出信号ADOUT被输入到逻辑部180。逻辑部180对输出信号ADOUT例如进行温度修正、脉动修正或湿度修正等修正运算，例如向负责发动机控制的发动机ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)等上位系统发送流量信息。

连接为将从逻辑部180输出的控制信号ADCTRL输入到差动A/D转换器122的控制端子。差动A/D转换器122例如是采样保持型的差动输入A/D转换器。

时钟生成电路170生成并输出时钟P1、P1B、P2、P2B的时钟信号。时钟P1B是时钟P1的反转时钟，时钟P2B是时钟P2的反转时钟。时钟P1、P1B是第1控制时钟，时钟P2、P2B是第2控制时钟。

图1的空白所示的模拟开关112、115、118、121通过由时钟生成电路170生成的时钟P1及时钟P1B来控制接通、断开的动作。

图1的涂黑所示的模拟开关113、114、119、120通过由时钟生成电路170生成的时钟P2及时钟P2B来控制接通、断开的动作。另外，时钟P1、P2还被用作差动A/D转换器122控制A/D转换动作的控制时钟。

在此，在将时钟P1＝高电平时设为阶段1，将时钟P2＝高电平时设为阶段2时，在阶段2中，控制电路110的输入部VINP、P侧输入电容116以及差动A/D转换器122的P侧输入部ADINP被串联连接。

此时，控制电路110的输入部VINM、N侧输入电容117以及差动A/D转换器122的N侧输入部ADINM被串联连接，通过差动A/D转换器122进行信号取入动作。

另一方面，在阶段1中，控制电路110的输入部VINP、N侧输入电容117以及差动A/D转换器122的电源输入部被串联连接。此时，控制电路110的输入部VINM、P侧输入电容116以及差动A/D转换器122的电源输入部被串联连接，进行P侧输入电容116以及N侧输入电容117中的信号的采样。

在从阶段1(或阶段2)迁移为阶段2(阶段1)的情况下，与节点CPI连接的电位从P侧切换为N侧，与节点CMI连接的电位从N侧切换为P侧，因此实现在差动A/D转换器122的输入时除去了电阻桥100的输出的共模的状态。由此，能够增大差动A/D转换器122的动态范围，结果，能够实现高精度的A/D转换。

断线检测电路130由断线检测部131、断线检测部132以及判定部133构成。断线检测部131检测作为配线的接合线164的断线。断线检测部132检测作为配线的接合线165的断线。

作为断线判定部的判定部133基于从断线检测部131输出的判定信号DIAGM以及从断线检测部132输出的判定信号DIAGP，判定是否存在接合线164、165的断线。并且，在判定为接合线164和接合线165中的某一个存在断线时，将断线检测信号DIAGOUT输出到逻辑部180。

断线检测部131由模拟开关140、142、143、检测电容141、保持电容144以及比较器145构成。

作为第5开关的模拟开关140的一方的连接部与控制电路110的输入部VINM连接，在该模拟开关140的另一方的连接部分别连接有检测电容141的一方的连接部、模拟开关142、143的一方的连接部。将这些模拟开关140、检测电容141以及模拟开关142、143的连接部设为节点VM。

在作为第一电容器的检测电容141的另一方的连接部连接作为第6开关的模拟开关142的另一方的连接部。连接为将作为第一检测用基准电压的检测用基准电位V1输入到这些检测电容141及模拟开关142的连接部。

在作为第7开关的模拟开关143的另一方的连接部分别连接有保持电容144的一方的连接部和比较器145的一方的输入部。将这些模拟开关143、保持电容144以及比较器145的连接部设为检测节点VDETM。

连接为将检测用基准电位V2输入到作为第二电容器的保持电容144的另一方的连接部，并连接为将检测用基准电位V3输入到比较器145的另一方的输入部。作为第2声音检测用基准电位的检测用基准电位V2是与检测用基准电位V1不同的电位。

电源生成部200生成检测用基准电位V3及基准电位VB。另外，也可以构成为从流量传感器10的外部供给检测用基准电位V3及基准电位VB。

同样地，关于检测用基准电位V1、V2，也可以构成为从流量传感器10的外部供给检测用基准电位V1、V2。或者，也可以由电源生成部200生成或者在流量传感器10中设置新的电源生成部来生成。

从比较器145的输出部输出比较信号DIAGM来作为比较结果。连接为将该比较信号DIAGM输入到判定部133的另一方的输入部。

在此，关于断线检测部132的结构，通过与断线检测部131相同的结构来构成，不同点仅在于断线检测部132的模拟开关140的一方的连接部与控制电路110的输入部VINM连接，从比较器145的输出部向判定部133的另一方的输入部输入作为比较结果的比较信号DIAGP。

接着，对断线检测部131中的动作进行说明。

在此，如上所述，断线检测部131与断线检测部132的结构相同，因此对断线检测部131进行说明。

模拟开关142以时钟生成电路170生成的时钟P2进行动作，模拟开关140、143以时钟生成电路170生成的时钟P1进行动作。

作为检测部的比较器145针对基于检测电容141及保持电容144的电位的检测节点VDETM与检测用基准电位V3的电位的大小关系进行比较，作为比较结果从输出部输出比较信号DIAGM。

模拟开关142具有在上述的阶段2中对检测电容141进行放电的作用。断线检测部131在阶段1时与控制电路110的输入部VINM连接，此时进行接合线165的断线检测动作。另外，在阶段2中，与输入部VINM断开。

差动A/D转换器122在阶段2中与控制电路110的输入部VINM连接，在阶段1中被断开。因此，在差动A/D转换器122的信号取入动作时，断线检测部131从差动A/D转换器122的输入节点断开。

因此，在差动A/D转换器122的信号取入时能够切断断线检测电路130产生的噪声，能够实现高精度的A/D转换。

关于检测节点VDETP的电位，通过P侧输入电容116的静电电容值CIN、检测电容141的静电电容值C1以及保持电容144的静电电容值C2之间的比来决定，成为VDETM＝(VB-V1)×CIN/(CIN+C1+C2)。

静电电容值C2是仅以保持为目的而设置的值，只要能够保持检测节点VDETM的电位，可以利用配线的寄生电容或比较器145所具有的输入晶体管的栅极电容等，也可以是非常小的静电电容。

此时，在形成流量传感器10的半导体芯片的电路布局上，虽然没有确认明显的电容元件，但具有静电电容值C2所提供的电荷的保持功能，从能够削减电路面积的方面考虑是优选的。

另外，由于与静电电容值C2相比静电电容值C1占主导，所以上述的式子被简化为VDETM＝(VB-V1)×CIN/(CIN+C1)。

在此，通过静电电容的比来决定检测VDETM的电位，在以下方面是有利的。

在集成电路中，由于电容的制造偏差小，因此能够减小检测节点VDETM的电位偏差。并且，通过取电容的比，还可期待消除偏差的效果。

当检测节点VDETM的电位偏差变小时，在检测用基准电位V3的设定中似然增加，因此能够简化电路设计。另外，通过将检测用基准电位V1设定为比作为基准的电位即GND(接地)电位低的电位，能够增大检测节点VDETM的电位变动(DVDET)。由此，能够简化比较器145的设计以及检测用基准电位V3的电位设定。

检测用基准电位V1的电位可以低于基准电位VB，也可以高于基准电位VB。例如，当在构成流量传感器10的半导体芯片上已经准备了升压电源等的情况下，可以将检测用基准电位V1设定得比基准电位VB高。

这是因为一般不使用比GND电位低的负电源，而是使用比模拟电路的动作电源高的升压电源。检测用基准电位V2的电压基本上可以是GND电位，但是能够设计为方便电路动作的任意的电位。

判定部133例如由“或”电路构成，得到从断线检测部131输出的判定信号DIAGM与从断线检测部132输出的判定信号DIAGP的OR(“或”)。

在发生了输入部VINP侧的接合线164的断线以及输入部VINM侧的接合线165的断线中的某一个断线的时刻，控制电路110无法进行正常的动作。

因此，在接合线164和接合线165的某一个断线时，将断线信息包含在作为流量传感器10的输出的从逻辑部180输出的传感器信号SENOUT中，通知给图10所示的控制器353等上位系统。

另外，从耗电的观点考虑，不优选在控制电路110无法正常动作的状态下使差动A/D转换器122动作，因此优选在检测到接合线164或接合线165断线的时刻立即进行反馈从而停止差动A/D转换器122的动作。

此时，在从判定部133输出了断开检测信号DIAGOUT时，逻辑部180将控制信号ADCTRL输出到差动A/D转换器122的控制端子。当输入了控制信号ADCTRL时，差动A/D转换器122停止动作。

〈电源生成部的结构例〉

图2是表示图1的流量传感器10所具有的电源生成部200的结构的一个例子的说明图。

电源生成部200由多个电阻202及稳定化电容204、205构成，生成上述的检测用基准电位V3及基准电位VB。

多个电阻202通过在模拟的基准电位201与基准电位203之间串联连接的所谓的电阻串来生成检测用基准电位V3及基准电位VB。

基准电位VB的变动对检测节点VDETP及检测节点VDETM的电位产生影响。因此，在以检测用基准电位V3为基准通过图1的比较器145对该检测节点VDETP、VDETM的电位进行判定时，优选基准电位VB和检测用基准电位V3为相同程度的变动。

为了使基准电位VB和检测用基准电位V3为相同程度的变动，如图2所示，优选由相同的电阻串生成基准电位VB和检测用基准电位V3。

在电阻串中，在输出检测用基准电位V3及基准电位VB的节点分别连接有稳定化电容204及稳定化电容205。由此，使检测用基准电位V3及基准电位VB的电位稳定。

但是，稳定化电容204、205使芯片面积增大，结果导致芯片成本增大，因此优选将其电容值保持在所需最小限度。

〈模拟开关的结构例〉

图3是表示图1的流量传感器10所具有的模拟开关112的结构的一个例子的说明图。

如图3所示，模拟开关112由P沟道MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)的晶体管301和N沟道MOS的晶体管302构成。另外，在图3中，示出了模拟开关112的结构例，但其他模拟开关也通过与图3相同的结构来构成。

向晶体管301的栅极输入时钟P1B，向晶体管302的栅极输入时钟P1。通过采用晶体管301与晶体管302的并联连接的结构，能够无损失地传递从GND电位到电源电压的电位。

〈检测部的信号定时的例子〉

图4是示意性地表示图1的流量传感器10所具有的断线检测部131中的各部信号的定时的时序图。

在图4中，从上到下分别示出了时钟P1、时钟P1B、时钟P2、时钟P2B、节点VM、控制电路110的输入部VINM以及检测节点VDETM的信号定时。

在该图4中，示出了图1的输出部ELEMOM与输入部VINM之间从导通变为非导通的状态，具体而言，接合线165断线前(图4的“连接”)以及断线后(图4的“断开”)的节点VM及检测节点VDETM的电位状态的变化。

在图4的时钟P1、P2的1个周期的期间即期间t0中，时钟P1为高电平状态的期间t1和时钟P2为高电平状态的期间t2分别设置有重叠的期间t3和期间t4，以使上升沿和下降沿不重叠。由此，能够减小模拟开关动作时感应出的时钟馈通的影响。

在未断线时，在P1＝高电平的期间t1与重叠期间t3的期间，节点VM为电阻桥100的输出电平即电位VSIG的电平。在接下来的时钟P2＝高电平的期间t2和重叠期间t4的期间，节点VM为检测用基准电位V1的电平。这是因为通过模拟开关142使检测电容141的两端电压短路。

在图4的例子中示出了检测用基准电位V1＝GND的情况。当接合线165断线时，在期间t1和期间t3的期间，动作变化为输入部VINM成为基准电位VB-电位变动DVDET的电平。

这是因为在图1中，变化为通过节点CMI的电位和检测电容141的电位对|VB-V1|进行分压而得到的电位即|VB-V1|×CIN/(CIN+C1)的电位。

由于电位变动DVDET是检测节点VDET相对于基准电位VB的变化，所以在检测用基准电位V1＝0时，DVDET＝VB-VB×CIN/(CIN+C1)＝VB×C1/(CIN+C1)。

输入部VINM的电位是输入到差动A/D转换器122的N侧输入部ADINM的电位。因此，在接合线165未断线的情况下，保持从电阻桥100输出的信号电平VSIG的状态。

当在接合线165发生断线时，由于在期间t1及期间t3的期间断线检测部131与控制电路110的输入部VINM连接，因此该输入部VINM与节点VM为相同电位即|VB-V1|×CIN/(CIN+C1)。

检测节点VDETM的断线检测电位不是在发生了断线的定时变动，而是在断线后的最初的期间t1开始变动。此时，若检测节点VDETM的电位低于检测用基准电位V3，则断线检测部131判断为接合线165已断线。

〈检测电容的设定〉

图5是表示图1的流量传感器10所具有的N侧输入电容117与检测电容141之间的电容比和电位变动DVDET与基准电位VB之间的电压比的关系的说明图。

该图5示出了例如设检测用基准电位V1＝0时的C1/CIN(检测电容141的静电电容值C1与N侧输入电容117的静电电容值CIN的电容比)与DVDET/VB(电位变动DVDET与基准电位VB的电压比)的关系。检测节点的电位变化DVDET的信号强度越大，越容易进行断线检测，因此DVDET/VB越接近1越好。

因此，需要增大检测电容141的静电电容值C1，但若增大该检测电容141的静电电容值，则电路面积变大。考虑到这一点，在检测电容141的静电电容值C1的设计中，可以说C1/CIN＝0.5～1.0左右效果大，较为理想。

图6是表示图1的流量传感器10所具有的检测电容141的依赖性的说明图。

在该图6中，示出了在设检测用基准电位V1＝0时，N侧输入电容117的静电电容值CIN为1pF左右～4pF左右之间的、电位变动DVDET与基准电位VB的电压比中的该检测电容141的依赖性。

如图所示，在N侧输入电容117的静电电容值小的情况下，即使检测电容141的静电电容值C1小至2pF以下，也能够获得比较大的电位变动DVDET的信号强度。但是，可知在N侧输入电容117的静电电容值变大的情况下，若不将检测电容141的静电电容值C1设定得更大，则无法获得相同信号强度的电位变动DVDET。

为了提高差动A/D转换器122的噪声性能，需要增大输入电容116、117的静电电容值，但在该情况下，意味着也必须同时增大检测电容141的静电电容值。

接着，说明允许将检测电容141及保持电容144的静电电容值增大到何种程度的大小。

图7是表示根据图1的流量传感器10所具有的检测电容141与保持电容144的静电电容之和而产生的信号特性的一个例子的说明图。

图7的(a)示出了根据检测电容141与保持电容144的电容之和而产生的信号传递的延迟时间的关系，示意性地示出了随着检测电容141与保持电容144的静电电容之和变大A/D转换器122的电路动作的延迟变大的情况。

在图5和图6中，示出了检测电容141的静电电容值越大则能够获得越大的信号强度的电位变动DVDET，但如果使该检测电容141的静电电容值过大，则不仅上述芯片面积会增加，而且信号延迟变大从而超过所容许的延迟时间即容许延迟时间(延迟Lim)。

在此，容许延迟时间(延迟Lim)由采样保持型的差动A/D转换器122的动作频率来决定。在差动A/D转换器122为过采样方式的情况下，动作频率越高，精度越高，但此时，容许延迟时间(延迟Lim)的值变小，所容许的检测电容141与保持电容144的电容之和的值变小。

延迟容许时间(延迟Lim)的值也可以说是差动A/D转换器122的输入节点的电位静定所需要的时间，因此在根据规格决定了断线检测所需的信号强度时，需要根据此时的延迟容许时间(延迟Lim)来决定差动A/D转换器122的采样频率。

如上所述，在决定检测电容141以及保持电容144的静电电容值时，必须考虑差动A/D转换器122的动作频率，所以能够根据与差动A/D转换器122的采样频率之间的关联来决定检测电容141的静电电容值。

图7的(b)示出了检测电容141与保持电容144的静电电容之和与差动A/D转换器122的输入阻抗之间的关系。

与电阻桥100连接的差动A/D转换器122将模拟的电阻值转换为数字值，因此输入阻抗越大能够进行越高精度的动作。另一方面，若增大检测电容141与保持电容144的静电电容之和，则输入阻抗变小，作为流量传感器10的性能恶化。

需要设定检测电容141和保持电容144的电容之和，使得输入阻抗大于由构成电阻桥100的电阻值的大小决定的容许阻抗值(阻抗Lim)。

如上所述，需要将检测电容141和保持电容144的静电电容值适当地设定为同时满足作为差动A/D转换器122的电路动作延迟的规格的容许延迟时间(延迟Lim)和作为输入阻抗规格的容许阻抗值(阻抗Lim)这两个条件的值。如此决定检测电容141以及保持电容144的静电电容的值。

〈断线检测电路的动作范围〉

图8是表示图1的流量传感器10所具有的断线检测电路130的电路动作中的动作窗口的一个例子的说明图。

在该图8中，示意性地示出了图1中的检测用基准电位V1小于基准电位VB时的电压的关系。

电阻桥100的共模电压由于电阻值的制造偏差等如图8的共模电压变动量DVCOM那样在某个范围内变动。在从其下限输出来自电阻桥100的信号的最大值SIGMAX的情况下，检测节点VDET的电位降低至电位NormalLim(正常Lim)。

检测节点VDET的电位即使没有断线也下降到电位NormalLim(正常Lim)，因此输入到比较器145的检测用基准电位V3需要低于电位NormalLim(正常Lim)。

另一方面，由于通过输入电容116(或输入电容117)的静电电容值与检测电容141的静电电容值之比来设计电位变动DVDET，因此断线时的电位变动DVDET仅下降至电位VdetLim。

即，电位NormalLim与电位VdetLim之间成为动作窗口DIAGWIN。在该动作窗口DIAGWIN内需要一边考虑比较器145的偏差、环境温度变化等一边设定检测用基准电位V3。

此时，考虑到电位VdetLim的偏差小，优选设定为满足V3＜(NormalLim-VdetLim)/2。

图9是表示图1的流量传感器10所具有的断线检测电路130的电路动作中的窗口的其他例子的说明图。

该图9示出了将检测用基准电位V1设定为大于基准电位VB时的断线检测电路130中的动作窗口。

在图9中，也与图8同样地设定检测用基准电位V3使得满足V3＞(VdetLim-NormalLim)/2。

图10是表示具备图1的流量传感器10的控制系统350中的结构的一个例子的说明图。

该图10中的控制系统例如是对发动机的控制进行管理的发动机控制系统。该发动机控制系统所控制的发动机是内燃机，例如是在汽车或发电机等中使用的发动机。

如图10所示，控制系统350由空气流量控制模块351、控制模块352以及控制器353构成。空气流量控制模块351是调整向发动机供给的空气量的模块，由流量传感器10及流量控制器355构成。

流量控制器355根据从流量传感器10输出的传感器信号SENOUT的结果，进行向发动机供给的空气量的控制。控制模块352由节气门控制器、喷射器控制器等进行发动机控制的各种控制器构成。

节气门控制器对节气门的开度即发动机的供给燃料量等进行控制。喷射器控制器进行向发动机的进气口等喷射燃料的喷射器的动作控制。

控制器353负责控制系统350的整体控制。具体而言，基于从空气流量控制模块351输入输出的输入输出信号FLOWCTRL以及从控制模块352输入输出的输入输出信号MODULECTRL，进行控制系统350整体的控制。

此外，在此，对于将流量传感器10用于汽车等的发动机的例子进行了说明，但在检测原理上使用了电阻桥的传感器除此之外还能够用于测量压力或应变的传感器等各种传感器。

根据以上所述，仅在该差动A/D转换器122采样时检测差动A/D转换器122的输入节点的电位，由此能够进行低噪声下的接合线164、165的断线检测。

由此，能够实现可靠性高的流量传感器10。另外，通过将流量传感器10搭载在控制系统350，能够提高发动机控制的可靠性。

(实施方式2)

〈流量传感器的结构例及动作〉

图11是表示本实施方式2的流量传感器10的结构的一个例子的说明图。

图11的流量传感器10与上述实施方式1的图1的流量传感器10的不同之处在于断线检测部131、132所具有的模拟开关140、142、143的动作以及时钟生成电路170生成的时钟的种类。关于流量传感器10的结构，与图1的流量传感器10相同，因此省略说明。

时钟生成电路170除了生成图1所示的时钟生成电路170所生成的时钟P1、P1B、P2、P2B以外，还生成时钟PD1、PD1B、PD2、PD2B。时钟PD1B是时钟PD1的反转信号，时钟PD2B是时钟PD2的反转信号。

模拟开关142以时钟PD2、PD2B进行动作。模拟开关140、143分别以时钟PD1、PD1B进行动作。时钟PD1、PD1B、PD2、PD2B是与时钟P1、P1B、P2、P2B不同的时钟。

如上所述，时钟PD1、PD1B、PD2、PD2B是与作为差动A/D转换器122的动作时钟的时钟P1、P2不同的时钟，因此，断线检测电路130和差动A/D转换器122通过不同的控制时钟进行动作这一点与上述实施方式1不同。

〈检测部的信号定时的例子〉

图12是示意性地表示图11的流量传感器10所具有的断线检测部131中的时钟和内部波形的时序图。

在图12中，从上到下分别示出了时钟P1、时钟P2、时钟PD1、时钟PD2、断线检测部131的节点VM、控制电路110的输入部VINM以及检测节点VDETM的信号定时。

如在上述实施方式1中所述，时钟P1、P2是差动A/D转换器122的控制时钟，因此与图4相同。

在期间t1中，时钟P1D的高电平期间与时钟P1相同，但不同点在于低电平期间长度为时钟P1的数个周期。同样地，在期间t2，时钟P2D的高电平期间与时钟P2相同，但低电平期间长度为时钟P2的数个周期。

由此，与上述实施方式1相比，能够将断线检测电路130的动作频率降低至1/4左右。由此，能够降低与差动A/D转换器122重叠的来自断线检测电路130的噪声。

除此之外，通过动作频率的降低，能够降低与断线检测电路130的动作相伴的电力消耗。

通过以上所述，能够提供一种以低的电力消耗进行更高精度的断线检测的流量传感器10。

另外，在图12中，示出了与差动A/D转换器122的动作相比将断线检测电路130的动作频率降低到1/4左右的例子，但只要使该断线检测电路130的动作频率比差动A/D转换器122的采样低，则不限于1/4。

另外，根据过采样的考虑，差动A/D转换器122的动作时钟多为数百kHz为高速。另一方面，断线检测的频率有时可以是几百Hz，也可以将断线检测电路130的动作频率降低到差动A/D转换器122的1/1000左右。

优选根据对流量传感器10要求的响应性等来适当地设计将断线检测电路130的动作频率降低到何种程度。

以上，基于实施方式具体地说明了由本发明人做出的发明，但本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施方式，并不限于必须具备所说明的全部结构。

另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。

附图标记的说明

10 流量传感器

100 电阻桥

102 电阻

103 电阻

104 电阻

105 电阻

110 控制电路

111 输入处理部

112 模拟开关

113 模拟开关

114 模拟开关

116 P侧输入电容

117 N侧输入电容

118 模拟开关

119 模拟开关

120 模拟开关

121 模拟开关

122 差动A/D转换器

130 断线检测电路

131 断线检测部

132 断线检测部

133 判定部

140 模拟开关

141 检测电容

142 模拟开关

143 模拟开关

144 保持电容

145 比较器

164 接合线

165 接合线

170 时钟生成电路

180 逻辑部

200 电源生成部

202 电阻

204 稳定化电容

205 稳定化电容

301 晶体管

302 晶体管

350 控制系统

351 空气流量控制模块

352 控制模块

353 控制器

355 流量控制器。

Claims

1.一种流量传感器，其特征在于，具备：

传感器部，其检测气体的流量的变化；

开关电容器型的A/D转换器，其将从所述传感器部输出的模拟信号转换为数字信号；以及

断线检测电路，其检测将所述A/D转换器与所述传感器部连接的配线的断线，

所述断线检测电路具有：

第一电容器，其一方的连接部与所述A/D转换器的输入节点连接；以及

检测部，其检测所述配线的断线，

所述检测部根据基于输入电容器的静电电容与所述第一电容器的静电电容之比的电位来检测所述配线的断线，所述输入电容器分别与所述A/D转换器的工作输入部连接。

2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，

所述断线检测电路具有第二电容器，该第二电容器的一方的连接部与所述A/D转换器的输入节点连接，保持所述第一电容器中的电位的电荷，

所述检测部根据所述第二电容器的电位变化来检测所述配线的断线。

3.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

所述第二电容器通过基于所述输入电容器与所述第一电容器之比的电位来蓄积电荷。

4.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

所述第二电容器在所述A/D转换器取入所述模拟信号时蓄积电荷，在所述输入电容器进行信号采样的期间与所述配线断开。

5.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

向所述第一电容器的另一方的连接部供给第一检测用基准电位，

向所述第二电容器的另一方的连接部供给电位与所述第一检测用基准电位不同的第二检测用基准电位。

6.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

所述检测部由比较器构成，将基于所述输入电容器的静电电容与所述第一电容器的静电电容之比的电位与预先设定的基准电位进行比较，在基于所述输入电容器的静电电容与所述第一电容器的静电电容之比的所述电位低于所述基准电位时，检测出所述配线断线。

7.根据权利要求6所述的流量传感器，其特征在于，

所述第二电容器是构成所述比较器的输入晶体管的栅极电容。

8.根据权利要求6所述的流量传感器，其特征在于，

所述第二电容器是与所述比较器的输入部连接的配线的寄生电容。

9.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，

设定所述第一电容器的静电电容值，使得满足根据所述A/D转换器的动作频率而容许的电路动作的延迟时间以及所容许的所述A/D转换器的输入阻抗。

10.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，

所述第一电容器的静电电容值小于与所述A/D转换器连接的所述输入电容器的静电电容值。

11.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，

基于所述A/D转换器的电路动作延迟来设定所述A/D转换器的动作频率，所述A/D转换器的电路动作延迟是根据与所述A/D转换器连接的所述输入电容器和所述第一电容器的静电电容而决定的。

12.一种流量传感器，其特征在于，具备：

传感器部，其检测气体的流量的变化；

时钟生成电路，其生成第1控制时钟以及第2控制时钟；

差动输入开关电容器型的A/D转换器，其基于所述第1控制时钟进行动作，将从所述传感器部输出的差动模拟信号转换为数字信号；

断线检测电路，其检测将所述A/D转换器与所述传感器部连接的配线的断线；

第一输入电容器，其连接在所述传感器部的一方的输出部与所述A/D转换器的一方的输入部之间；

第1开关，其基于所述时钟生成电路生成的所述第1控制时钟，切换所述A/D转换器的一方的输入部与所述第一输入电容器的连接；

第2开关，其基于所述第2控制时钟来切换所述A/D转换器的另一方的输入部与所述第一输入电容器的连接；

第二输入电容器，其连接在所述传感器部的另一方的输出部与所述A/D转换器的另一方的输入部之间；

第3开关，其基于所述第2控制时钟来切换所述A/D转换器的一方的输入部与所述第二输入电容器的连接；以及

第4开关，其基于所述第1控制时钟来切换所述A/D转换器的另一方的输入部与所述第二输入电容器的连接，

所述断线检测电路具有：

第一断线检测部，其检测与所述传感器部连接的一方的所述配线的断线；

第二断线检测部，其检测与所述传感器部连接的另一方的所述配线的断线；以及

断线判定部，其基于所述第一断线检测部以及所述第二断线检测部的检测结果，判定所述配线是否断线，

所述第一断线检测部具备：

第一电容器，其连接在一方的所述配线与第1基准电压之间；

第5开关，其基于所述第2控制时钟来切换所述配线与所述第一电容器的连接；

第6开关，其基于所述第1控制时钟，将所述第一电容器复位；

第7开关，其基于所述第2控制时钟来切换所述第一电容器与所述第一输入电容器的连接；以及

第一检测部，其检测上述配线的断线，

所述第二断线检测部具备：

第二电容器，其连接在另一方的所述配线与第1基准电压之间；

第8开关，其基于所述第2控制时钟，切换另一方的所述配线与所述第二电容器的连接，

第9开关，其基于所述第1控制时钟对所述第二电容器进行放电；

第10开关，其基于所述第2控制时钟切换所述第二电容器与所述第二输入电容器的连接；以及

第二检测部，其检测所述配线的断线，

所述第2开关、所述第3开关、所述第5开关、所述第7开关、所述第8开关以及所述第10开关切换连接，使得在所述A/D转换器的采样动作时将所述A/D转换器的各个输入节点的电位分别输入到所述第一断线检测部以及所述第二断线检测部，

所述第一检测部以及所述第二检测部根据在所述A/D转换器的采样动作时输入的所述A/D转换器的输入节点的电位来检测所述配线的断线。

13.根据权利要求12所述的流量传感器，其特征在于，

所述断线判定部在所述第一断线检测部以及所述第二断线检测部中的某一个检测出断线时，判定为所述配线已断线，并输出断线检测信号。

14.根据权利要求12所述的流量传感器，其特征在于，

所述时钟生成电路生成的所述第2控制时钟是与所述第1控制时钟不同频率的时钟。

15.根据权利要求12所述的流量传感器，其特征在于，

所述时钟生成电路生成的所述第2控制时钟是比所述第1控制时钟的周期长的周期。