CN1572056A - 传感器信号输出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的传感器信号输出电路，具有第一差动放大器(26)、第一负载电阻(30)、第一晶体管(5)、第二晶体管(6)、以及限幅部；该限幅部至少包括：输出端子(32)连接到其一个输入端、第二基准电压设定部(38)连接到其另一个输入端的第二差动放大器(27)；该第二差动放大器(27)的第2负载电阻(31)；以及第二差动放大器(27)的输出端连接到其栅极，第二晶体管(6)的栅极连接到其源极的第三晶体管(7)。

Description

传感器信号输出电路
发明领域
本发明涉及一种用于检测加速度、角速度和压力等的传感器之类的传感器信号输出电路。
背景技术
一般地说，检测加速度、角速度和压力等的传感器，具有用于把这些检测对象的位移量转换为电信号的转换器件，以及对该器件输出的微弱电信号进行电放大并输出的电路。众所周知，其传感器信号输出电路为图7中所示的电路。
在图7中，第一差动放大器(差分放大器)26由源极耦合的晶体管1、2，和该晶体管1、2的源极与第一电源端子33之间连接的恒流源20构成，把来自传感器的电信号输入到晶体管1的栅极，并给晶体管2的栅极加上第一基准电压设定部28。
第一负载电阻30是第一差动放大器26的有源负载，该第一负载电阻30由二极管耦合的晶体管3和其栅极连接到该晶体管3的栅极的晶体管4构成。晶体管3的栅极和漏极连接到晶体管1的漏极，其源极连接到第二电源端子34；晶体管4的漏极连接到晶体管2的漏极，其源极连接到第二电源端子34。
将前置放大用第一晶体管5的栅极连接到作为第一差动放大器26的输出的晶体管2的漏极，其源极通过第一恒流源21连接到第二电源端子34，漏极连接到第一电源端子33。
将输出用第二晶体管6的栅极连接到第一晶体管5的源极，源极连接到第二电源端子34，漏极通过第二恒流源22连接到第一电源端子33。将第二晶体管6的漏极连接到输出端子32。
在该传感器信号输出电路中，由于从晶体管3的漏极流到晶体管1漏极的电流和从晶体管4的漏极流到晶体管2的漏极的电流之和保持固定，故如果增加输入晶体管1的栅极的输入信号，则作为第一差动放大器26的输出的晶体管2的漏电压就增加，由于第一晶体管5的栅电压与晶体管2的漏电压电位相等，所以第一晶体管5的源电压增加。该第一晶体管5的源电压一旦增加，第二晶体管6的漏电压就减少，其结果，输出端子32的输出电压减少。
用电线把该输出电压传递到接收侧电路时，发生电线断线或对第一电源端子33短路的情况下，会发生以下情况。
就是说，向接收侧电路的输入电压变为第一电源端子33的电位，然而不可能只靠该传感器输出电路判断该电位是传感器的正常输出的电压，还是因电线断线或因对第一电源端子33短路而引起的电压，因此，不得不另外设置用于检测短路的检测电路。
发明内容
本发明提供一种传感器信号输出电路，具有：将第一基准电压设定部连接到一个输入端，信号被输入另一个输入端的第一差动放大器；第一差动放大器的第一负载电阻；分别把第一差动放大器的输出端连接到栅极，把第一恒流源连接到源极的第一晶体管；分别把第一恒流源与第一晶体管的连接点连接到栅极，把第二恒流源连接到漏极的第二晶体管；连接到第二晶体管的漏极的输出端子；以及限幅部；其中，限幅部至少包括：分别把输出端子连接到一个输入端，把第二基准电压设定部连接到另一个输入端的第二差动放大器；第二差动放大器的第2负载电阻；以及分别把第二差动放大器的输出端连接到栅极，把第二晶体管的栅极连接到源极的第三晶体管。
附图说明
图1是本发明实施例1的传感器信号输出电路图。
图2是本发明实施例2的传感器信号输出电路图。
图3是本发明实施例2的传感器信号输出电路图。
图4是本发明实施例2的传感器信号输出电路图。
图5是本发明实施例2的传感器信号输出电路图。
图6是本发明实施例2的传感器信号输出电路图。
图7是现有的传感器信号输出电路图。
具体实施方式
以下，利用实施例和附图说明本发明的传感器信号输出电路。还有，在本传感器信号输出电路中，使用传感器作为输入信号的手段。
(实施例1)
利用图1说明实施例1。
首先，说明实施例1的传感器信号输出电路结构。
图1中，第一差动放大器26由源极耦合的晶体管1、2，和连接到该晶体管1、2的共同源极与第一电源端子33之间的恒流源20构成，将来自传感器的信号输入晶体管1的栅极，由第一基准电压设定部28给晶体管2的栅极施加第一基准电压。
第一负载电阻30是第一差动放大器26的有源负载；该第一负载电阻30由二极管接合而成的晶体管3、和栅极连接到该晶体管3的栅极的晶体管4构成。晶体管3的栅极、漏极都连接到晶体管1的漏极，晶体管3的源极连接到第二电源端子34，晶体管4的漏极连接到晶体管2的漏极，晶体管4的源极连接到第二电源端子34。
前置放大用第一晶体管5的栅极连接到作为第一差动放大器26输出的晶体管2的漏极，源极通过第一恒流源21连接到第二电源端子34，漏极连接到第一电源端子33。
输出用第二晶体管6的栅极连接到第一晶体管5的源极，源极连接到第二电源端子34，漏极通过输出端子32和第二恒流源22连接到第一电源端子33。
第二差动放大器27由源极耦合的第六、第七晶体管8、9、和连接到该第六、第七晶体管8、9的源极与第一电源端子33之间的第三恒流源23构成，第六晶体管8的栅极通过恒流源24连接到第二电源端子34，而且连接到作为输出监视器用的晶体管12的源极。该晶体管12的漏极连接到第一电源端子33，栅极连接到输出端子32。
并且，第七晶体管9的栅极通过恒流源25连接到第二电源端子34，而且连接到第二基准电压设定部38的第四晶体管13的源极。该第四晶体管13的漏极连接到第一电源端子33，栅极连接到作为限幅电压的第二基准电压29。
第二负载电阻31是第二差动放大器27的有源负载，该第二负载电阻31由二极管接合而成的晶体管14和把栅极连接到该晶体管14的栅极的晶体管15构成，晶体管14的栅极、漏极连接到第六晶体管8的漏极，源极连接到第二电源端子34。晶体管15的漏极连接到第七晶体管9的漏极，源极连接到第二电源端子34。
限制输出用第三晶体管7的栅极是第二差动放大器27的输出，连接到第七晶体管9的漏极，源极连接到第一晶体管5的源极和第二晶体管6的栅极以及第一恒流源21，漏极连接到第一电源端子33。
而且，限幅部至少由第三晶体管7、第二差动放大器27和第二基准电压设定部38构成。
接着，说明以上结构的传感器信号输出电路的动作。
因为从晶体管3的漏极流到晶体管1的漏极的电流和从晶体管4的漏极流到晶体管2的漏极的电流之和保持固定，所以如果增加输入晶体管1栅极的输入信号，则作为第一差动放大器26输出的晶体管2的漏电压就增加。由于该漏电压与第一晶体管5的栅电压是等电位，所以晶体管5的源电压增加，第二晶体管6的漏电压减小。其结果，输出端子32的输出电压减小。
在这里，当输出电压小于作为限幅电压的第二基准电压29时，如果输出电压降低，则晶体管12的栅电压降低，第六晶体管8的栅电压就与晶体管12的栅电压连动降低。
提供给第四晶体管13栅极的作为限幅电压的第二基准电压29，作为第七晶体管9的栅电压。
为此，作为第二差动放大器27输出的第七晶体管9的漏电压，也就是，第三晶体管7的栅电压降低，与其连动第三晶体管7的源电压，即，第二晶体管6的栅电压降低，第二晶体管6的漏电压上升到作为限幅电压的第二基准电压29为止。
其结果，即使输入使输出电压变为第二基准电压29或以下的输入电压，输出电压也不会变为第二基准电压29或以下，而保持在第二基准电压29。这是由于第一、第三的晶体管5、7连接着两个源极和两个漏极，并共用源电压，所以第三晶体管7是导通状态，第一晶体管5为截止状态，将第一差动放大器26的输出截断，对输出电压不会造成影响。
另一方面，当输出电压大于作为限幅电压的第二基准电压29时，因为第一、第三的晶体管5、7共用源电压，所以第三晶体管7是截止状态，第一晶体管5变为导通状态，第二差动放大器27的输出被截断，对输出电压不会造成影响。
如以上那样，因为从输出端子32输出的输出电压不会在第二基准电压29或以下，所以若将该第二基准电压29设定为大于第一电源端子33的电位，则在正常状态下，输出电压就不会是第一电源端子33的电位。所以，如果输出电压是第一电源端子33的电位，就能够断定发生了断线或对第一电源端子33的短路。
并且，输出电压的限幅部动作的电压、即限幅电压，能够准确且相对于温度稳定地提供，而且，只要变更第二基准电压29就能容易地变更限幅电压。
并且，本发明因为第二基准电压设定部38是由把栅极连接到第二基准电压29、漏极连接到第一电源端子33、源极连接到第二差动放大器27的另一个输入端的第四晶体管13构成的传感器信号输出电路，所以能够容易设定第二基准电压29。
并且，本发明第二差动放大器27是由源极耦合的第六、第七晶体管8、9以及和该第六、第七晶体管8、9的源极连接的第三恒流源23构成的传感器信号输出电路，能以简单构成高精度地进行输出电压与第二基准电压29的比较。
并且，因为把输出电压直接输入第二差动放大器27，所以与输出电压经由其它电路等的场合相比，响应速度会变快。
(实施例2)
利用图2～图6，说明实施例2。
图2表示实施例2中的传感器信号输出电路的电路图，对于和实施例1相同的构成要素附加相同的标号并省略说明。
实施例2和实施例1的不同点是设置限幅解除部35和输出饱和部36这一点。
限幅解除部35由并联连接到第四晶体管13的第五晶体管16构成，输出饱和部36由设在第一基准电压设定部28与第一电源端子33之间的第十晶体管17构成。并且，限幅解除部35和输出饱和部36由异常检测部37进行动作控制。
该异常检测部37是，例如，在从传感器启动到输出稳定为止的期间，传感器受到过大或异常干扰(振动、电磁波之类)时发生控制信号的部分。
接着，对实施例2的传感器信号输出电路的动作进行说明。
当输入晶体管1栅极的输入电压上升，输出电压将要下降到低于作为限幅电压的第二基准电压29时，如果从异常检测部37将异常检测信号输入第五晶体管16的栅极，则作为限幅解除部35的第五晶体管16就成为导通状态，因此使第四晶体管13的源-漏极间短路，其结果，第四晶体管13的栅-源极间电压和第二基准电压29被去除。于是，将第七晶体管9的栅电压调整到比第六晶体管8的电平调整电压低第四晶体管13的栅-源极间电压和第二基准电压29的电位。这相当于外表上的基准电压只降低了第四晶体管13的栅-源极间电压和第二基准电压29的电位，是使输出电压时常大于作为限幅电压的第二基准电压29的条件。这时作为第二差动放大器27输出的第七晶体管9的漏电压即第三晶体管7的栅电压上升，由于第三晶体管7和第一晶体管5的源电压相同，所以第三晶体管7为截止状态、第一晶体管5成为导通状态，第二差动放大器27的输出被截断，对输出电压不会造成影响。其结果，即使输入了使输出电压变为第二基准电压29或以下的输入电压，在输出电压为第二基准电压29或以下的区域也能进行对应于输入的输出。
并且，作为限幅解除部35也可以是如下结构。即，如图3所示，设置第八晶体管18，把该第八晶体管18的源极连接到第六、第七晶体管8、9的共同源极，漏极连接到第二电源端子34，栅极连接到异常检测部37的输出端子。
进而，如图4所示的结构也可以用作限幅解除部35。也就是，设置第九晶体管19，把该第九晶体管19的源极连接到第三晶体管7的栅极，漏极连接到第二电源端子34，栅极连接到异常检测部37的输出。图3、图4的场合都与图2同样，第三晶体管7和第一晶体管5因为源电压相同，所以第三晶体管7是截止状态而第一晶体管5为导通状态，第二差动放大器27的输出被截断，对输出电压不会造成影响。其结果，即使输入了使输出电压变为第二基准电压29或以下的输入电压，在输出电压为第二基准电压29或以下的区域也能进行对应于输入的输出。
例如，可以避免该传感器信号输出电路由于在电源投入后等系统不稳定时接收输入信号装置的输出信号而产生的误判断。
这里，当同时把异常检测部37的异常检测输出送到输出饱和部36的第十晶体管17的栅极和限幅解除部35的第五晶体管16的栅极时，如上述一样解除限幅器，进而第十晶体管17变成导通状态，晶体管2的栅极被第一电源端子33接地，因而输入到晶体管1栅极的输入电压总会大于晶体管2的栅电压。因此，作为第一差动放大器26的输出的晶体管2的漏电压增加，与其同电位的第一晶体管5的栅电压也增加，因而第一晶体管5的源电压也增加。因此第二晶体管6的漏电压减小，因而输出端子32的输出电压也减小。由于该输出端子32的输出电压进一步随晶体管2的栅电压减小，其结果，就固定在第一电源端子33的电位。
因为通过采用以上这种结构，在异常检测时能够输出与由于断线或对第一电源端子33短路而引起的电压类似的电压，所以即使没有另外设置异常检测用端子，也能通过信号输出端子32把异常检测信息传送到接受侧电路。
另外，在实施例中，在传感器输出电路中虽没有设置电平调整部，但根据需要也可以设置。例如如图5所示，使用二极管接合而成的晶体管10、11，使之分别介于第六晶体管8与晶体管12之间、和第七晶体管9与第四晶体管13之间也行。
并且，在实施例中，即使使用双极晶体管来代替MOS晶体管也起同样的效果(图未示出)。这时源极相当于发射极、漏极相当于集电极、栅极相当于基极。
此外，如图6所示，将图1中所有晶体管的PN结倒过来使用的场合，可以规定输出电压的上限值。即，在本发明的传感器信号输出电路中，虽然借助于第二基准电压设定部38设定限幅电压即下限电压，但是同样也能设定上限电压。因此即使没有设置检测电路也可以测定对第二电源端子34的短路。这种场合，如上述那样使用双极晶体管也起同样的效果。
并且，本发明是在限幅部设置限幅解除部35的传感器信号输出电路，也起到同样的作用效果。
并且，本发明是在限幅解除部35设置与第二基准电压设定部38的第四晶体管13处于并联关系的第五晶体管16，并把该第五晶体管16的漏极连接到第四晶体管13的源极、把第五晶体管16的源极连接到第一电源端子33、把第五晶体管16的栅极作为限幅器解除信号的输入端而构成的传感器信号输出电路，并起到同样的作用效果。
并且，本发明是限幅解除部35由将其源极连接到构成第二差动放大器27的第六、第七晶体管8、9的共同源极，其漏极连接到第二电源端子34，其栅极作为限幅解除信号输入端构成的第八晶体管18而构成的传感器信号输出电路，并起到同样的作用效果。
并且，本发明是把第九晶体管19的源极连接到第三晶体管7的栅极、把第九晶体管19的漏极连接到第二电源端子34、把第九晶体管19的栅极作为限幅解除信号的输入端而构成限幅解除部35的传感器信号输出电路，并起到同样的作用效果。
并且，本发明是设有异常时使限幅解除部35动作的异常检测部37、和根据来自该异常检测部37的异常检测输出信号将其输出电压保持在第二基准电压29或以下电压的输出饱和部36的传感器信号输出电路，在发生断线或对第一电源端子33短路以外的异常场合，能够检测该异常。
并且，本发明是输出饱和部36由将其漏极连接到输入第一差动放大器26的第一基准电压的输入端，其源极连接到第一电源端子33的电位，其栅极连接到异常检测部37的第十晶体管17构成的传感器信号输出电路，并起到同样的作用效果。
还有，本实施例中，虽利用传感器作为把信号输入该传感器信号输出电路的手段，但不限定与此。
如以上一样，本发明没有设置检测电路，但也能够测定电线断线或对第一电源端子33的短路。
即，因为从输出端子输出的输出电压不能在第二基准电压29或以下，所以通过把该第二基准电压29设定为大于第一电源端子33的电位的值，在正常状态下输出电压不会成为第一电源端子33的电位。所以，输出电压为第一电源端子33的电位的场合，就可以断定为发生了断线或对第一电源端子33的短路。
本发明是关于用于检测加速度、角速度或压力之类的传感器等的传感器信号输出电路，虽然没有设置检测电路，但是能够检测电线断线或对电源端子短路。

Claims (10)

1.一种传感器信号输出电路，具有：
一个输入端与第一基准电压设定部连接、将信号输入另一个输入端的第一差动放大器；
所述第一差动放大器的第一负载电阻；
分别将栅极连接到所述第一差动放大器的输出端、将源极连接到第一恒流源的第一晶体管；
分别将栅极连接到所述第一恒流源与所述第一晶体管的连接点、将漏极连接到第二恒流源的第二晶体管；
连接到所述第二晶体管的所述漏极的输出端子；以及
限幅部；
其中，所述限幅部至少包括：
分别将一个输入端连接到所述输出端子、将另一个输入端连接到第二基准电压设定部的第二差动放大器；
所述第二差动放大器的第2负载电阻；以及
分别将栅极连接到所述第二差动放大器输出端、将源极连接到所述第二晶体管的栅极的第三晶体管。
2.按照权利要求1所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述限幅部还具有限幅解除部。
3.按照权利要求1所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述第二基准电压设定部包括分别将栅极连接到第二基准电压、将漏极连接到接地电位、将源极连接到第二差动放大器的另一个输入端的第四晶体管。
4.按照权利要求1所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述第二差动放大器由源极耦合的第六、第七晶体管，以及与所述第六、第七晶体管的源极连接的第三恒流源构成。
5.按照权利要求4所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述限幅部还具有限幅解除部。
6.按照权利要求5所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述限幅解除部是通过设置与第二基准电压设定部的第四晶体管处于并联关系的第五晶体管，并把所述第四晶体管的源极连接到所述第五晶体管的漏极，将所述第五晶体管的源极连接到接地电位，以所述第五晶体管栅极为限幅解除信号的输入端而构成。
7.按照权利要求5所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述限幅解除部包括将源极连接到构成第二差动放大器的第六、第七晶体管的共同源极、将漏极连接到电源电位，以栅极为限幅解除信号的输入端而构成的第八晶体管。
8.按照权利要求5所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述限幅解除部由将源极连接到第三晶体管的栅极、将漏极连接到电源电位，以栅极为限幅解除信号的输入端而构成的第九晶体管。
9.按照权利要求5所述的传感器信号输出电路，其特征在于，还具有异常时使所述限幅解除部动作的异常检测部，以及根据来自所述异常检测部的异常检测输出信号，使其输出电压保持在第二基准电压或以下的电压的输出饱和部。
10.按照权利要求9所述的传感器信号输出电路，其特征在于，所述输出饱和部包括将漏极连接到第一差动放大器的输入第一基准电压的输入端、将源极连接到接地电位、并将栅极连接到异常检测部的第十晶体管。
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