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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(Technischer Gegenstand)
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für eine physikalische Größe zum Erfassen
einer physikalischen Größe und zur
Ausgabe eines elektrischen Signales, dessen Pegel einem Pegel der
physikalischen Größe entspricht
und betrifft insbesondere einen Sensor für eine physikalische Größe, der
mit einem einzigen Aufnehmer für
die physikalische Größe ausgestattet
ist, um ein Signal auszugeben, welches eine Mehrzahl von Bereichen
der physikalischen Größe angibt.
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(Stand der Technik)
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Zur
Zeit sind lebensrettende Airbagsysteme für Kraftfahrzeuge sehr verbreitet
als Mittel zum Schutz von Insassen bei einem Unfall geworden. Ein Typ
derartiger Kraftfahrzeug-Airbagsysteme ist ein Seitenaufprall-Airbagsystem,
um Insassen bei einem Zusammenstoßschlag zu schützen, der
auf die rechte oder linke Seite eines Fahrzeugs einwirkt.
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Das
Seitenaufprall-Airbagsystem ist mit einem linken Seitenaufprall-Airbag
und einem rechten Seitenaufprall-Airbag
ausgestattet. Es ist notwendig, daß sowohl der linke als auch
der rechte Seitenaufprall-Aairbag bei Stößen arbeiten, die auf ein Fahrzeug
von der linken bzw. rechten Seite her einwirken, ohne daß Fehler
eingebracht werden und ohne daß Ausfälle auftreten.
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Um
diesen obigen stabilen Betrieb zu erhalten, sind an einem Fahrzeug
Beschleunigungssensoren angeordnet, um einen Zusammenstoßschlag
als eine physikalische Größe zu erkennen.
Eine Mehrzahl von Beschleunigungsbereichen wird vorab festgelegt,
um ein Ergebnis zu bestimmen, welches durch diese Beschleunigungssensoren
erkannt wird. Beispielsweise werden zwei Beschleunigungsbereiche
verwendet; einer ist gegeben, um ein Signal größerer Amplitude zu bestimmen,
welches einem direktem Stoß entspricht,
der auftritt, wenn das Fahrzeug einen Zusammenstoß verursacht
und der andere wird gegeben, um ein Signal relativ kleinerer Amplitude
zu bestimmen, welches einem sekundären Stoß entspricht, der sekundär durch
den direkten Stoß bewirkt
wird, jedoch in der Amplitude verringert ist, und zwar aufgrund
dadurch, daß er
durch die Fahrzeugkarrosserie während
der Übertragung
des direkten Stoßes
hierdurch mehr oder weniger absorbiert wird.
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Wenn
beispielsweise ein Zusammenstoß auf der
rechten Seite eines Fahrzeuges erfolgt, erkennt ein im Fahrzeug
rechts liegender Beschleunigungssensor (rechter Hauptsensor) einen
direkten Stoß gemäß obiger
Beschreibung und andere Sensoren mit Ausnahme des rechten Sensors,
beispielsweise ein im Fahrzeug mittig angeordneter oder im Fahrzeug
links angeordneter Beschleunigungssensor (rechter Sicherheitssensor)
erkennt einen sekundären
Stoß.
Diese Erkennung führt
zu der Bestimmung, daß ein
stärkerer
Zusammenstoß auf
der rechten Seite des Fahrzeuges aufgetreten ist. Daher wird in diesem
Fall nur der rechte Seitenaufprall-Airbag zwangsbetrieben. Somit
wird sicher verhindert, daß der
rechte Seitenaufprall-Airbag, der auf der Seite liegt, auf der der
Stoß auf
das Fahrzeug aufgebracht wird, nicht betrieben wird und/oder der linke
Seitenaufprall-Airbag, der gegenüber
dem rechten angeordnet ist, fehlerhaft betrieben wird.
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In
dem herkömmlichen
Seitenaufprall-Airbagsystem sollten nicht nur ein Paar von Hauptsensoren
zur Anordnung an den rechten und linken Seiten eines Fahrzeuges,
sondern auch einer oder mehrere Sicherheitssensoren jeweils an einer
Mehrzahl von Stellen des Fahrzeuges angeordnet sein. Solche mehrere
Stellen sind in der Seitenrichtung (entsprechend einer Erkennungsachsenrichtung
eines jeden Beschleunigungssensors) jeweils in vordern, mittigen und
hinteren Teilen der Fahrgastzelle vorhanden. Diese Anordnung erhöht die Anzahl
von Beschleunigungssensoren und die Verdrahtungsmenge zu einer ECU
(electrical control unit) und führt
zu dem Problem, daß die
Anbringung des Seitenaufprall-Airbagsystems in einem Fahrzeug unter
Berücksichtigung der
Anbringstellen erheblich eingeschränkt ist.
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Eine
Lösung
des obigen Problems ist die Erkennung unterschiedlicher Größen der
Beschleunigung in der gleichen Erkennungsachsenrichtung. Diese Erkennung
kann realisiert werden, wenn jeder Beschleunigungssensor genau eine
Beschleunigung erkennt, welche in jeden einer Mehrzahl von Bereichen
fällt.
Man sieht, daß eine
derartige Möglichkeit erlaubt,
daß in
einem Seitenaufprall-Airbagsystem die Anzahl von Beschleunigungssensoren
insgesamt verringert wird.
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Die
Idee, einen Beschleunigungssensor für eine Mehrzahl von unterschiedlichen
Anwendungen zu verwenden, wird durch die japanische offengelegte
Patentveröffentlichung
Nr. HEI10(1998)-282136 beschrieben. Diese Veröffentlichung offenbart ein System,
bei dem ein einzelner Beschleunigungssensor einen Beschleunigungspegel
erkennt und eine Mehrzahl von Typen von Beschleunigungssignalen ausgibt,
bei denen sich die Erkennungsbereiche voneinander unterscheiden
und bei denen die Ansprechfrequenzbereich-Charakteristiken sich
ebenfalls voneinander unterscheiden. Die Mehrzahl unterschiedlicher
Anwendungsfälle
besteht beispielsweise aus einem ABS- (Antiblockierbremssystem) und einem fahrzeugseitigen
Airbagsystem.
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Das
System, wie es in der obigen Veröffentlichung
offenbart ist, hat jedoch ein Problem, daß es nicht in der Lage ist,
insbesondere eine Beschleunigung auf niedrigem Pegel genau zu erkennen.
Dieses Problem rührt
von der Tatsache her, daß bei
dem obigen System ein Ausgang von dem Signalbeschleunigungsaufnehmer
mit zwei Verstärkern
hintereinander einer Verstärkung
unterworfen wird und eine Driftsignalkomponente, welche in dem Aufnehmerausgangssignal
enthalten ist, wird ebenfalls verstärkt.
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Diese
Art von Problem trifft auch auf andere Sensoren für physikalische
Größen anders
als ein Beschleunigungssensor zu, welche beispielsweise Sensoren
für eine
Winkelgeschwindigkeit und eines Drucks betreffend das Fahrverhalten
des Fahrzeuges sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtung der voranstehenden
Schwierigkeiten gemacht und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
einen kompakten Sensor für
eine physikalische Größe bereitzustellen,
der mit einem einzelnen Aufnehmer für eine physikalische Größe ausgestattet
ist, um eine physikalische Größe zu erkennen
und der in der Lage ist, eine Mehrzahl von Signaltypen auszugeben,
welche die physikalische Größe in einer Mehrzahl
von unterschiedlichen Pegelbereichen angeben (nachfolgend einfach
als Bereiche bezeichnet).
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Sensor für eine physikalische Größe vorgesehen.
Der Sensor weist auf: einen Aufnehmer für eine physikalische Größe zur Erfassung
einer physikalischen Größe, welche
auf den Aufnehmer für
die physikalische Größe einwirkt
und zur Ausgabe eines elektrischen Erkennungssignales, welches im
Pegel einer Größe der physikalischen
Größe entspricht;
einen ersten Schaltkreis, der dafür ausgelegt ist, das Erkennungssignal
zu empfangen und ein erstes Signal der physikalischen Größe abhängig vom
Pegel des Erkennungssignals auszugeben; einen zweiten Schaltkreis,
der ausgelegt ist, ein zweites Signal der physikalichen Größe aus dem
ersten Signal der physikalischen Größe zu erzeugen, wobei das zweite
Signal der physikalischen Größe größenmäßig größer als das
erste Signal der physikalischen Größe ist; und einen dritten Schaltkreis,
der dafür
ausgelegt ist, die ersten und zweiten Signale der physikalischen
Größe zu empfangen
und ein einzelnes Signal auszugeben, welches aus den Signalen der
ersten und zweiten physikalischen Größe besteht, welche alternativ
ausgewählt
und zeitsequenziell aneinandergereiht werden.
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Wie
oben beschrieben werden die ersten und zweiten Signale der physikalischen
Größe vom gleichen
Aufnehmer erzeugt und in ein einzelnes zeitserielles Signal umgesetzt,
welches aus den ersten und zweiten Signalen der physikalischen Größe zusammengesetzt
ist. Da die ersten und zweiten Signale der physikalischen Größe in ihren
Größenbereichen
unterschiedlich sind, wird das einzelne erzeugte Signal als ein
Signal bereitgestellt, welches zwei unterschiedliche Bereiche hat.
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Es
ist bevorzugt, daß der
erste Schaltkreis ein erster Verstärker ist, der das Erkennungssignal mit
einem ersten gegebenen Faktor verstärkt, der dem ersten Verstärker verliehen
wird, um das erste Signal der physikalischen Größe zu erzeugen und der zweite
Schaltkreis ist ein zweiter Verstärker, der das erste Signal
der physikalischen Größe mit einem zweiten
Faktor verstärkt,
welcher dem zweiten Verstärker
gegeben ist.
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Somit
wird das erste Signal der physikalischen Größe durch Verstärkung des
Erkennungssignals mit dem ersten Faktor erzeugt und das zweite Signal
der physikalischen Größe wird
durch Verstärkung
des ersten Signals der physikalischen Größe mit dem zweiten Faktor erzeugt.
Das heißt,
das erste Signal der physikalischen Größe wird eine Verstärkung mit
einem Faktor unterworfen, der ein Produkt der ersten und zweiten
Faktoren ist. Das zweite Signal der physikalischen Größe kann
leichter hergestellt werden.
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Beispielsweise
ist der dritte Schaltkreis mit einem Multiplexer versehen, der dafür ausgelegt
ist, abwechselnd die ersten und zweiten Signale der physikalischen
Größe zu bestimmten
Zyklen auszuwählen,
sowie mit einem A/D-Wandler, der eine A/D-Wandlung an den ersten
und zweiten Signalen der physikalischen Größe durchführt, so daß das einzelne Signal in Form
eines einzelnen digitalen Signales problemlos ausgegeben wird.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, daß der
Sensor einen Driftkorrekturschaltkreis aufweist, der dafür ausgelegt
ist, eine Driftsignalkomponente aus dem zweiten Signal der physikalischen
Größe zu entfernen.
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Da
die Driftsignalkomponente positiv aus dem zweiten Signal der physikalischen
Größe entfernt
wird, erfährt
das einzelne Signal, welches vom dritten Schaltkreis ausgegeben
wird, einen Anstieg in der Signalgenauigkeit. Der Grund dafür ist, daß das ursprüngliche
erste Signal der physikalischen Größe einen relativ geringen Einfluß auf die
Driftsignalkomponenten hat und das zweite Signal der positiven Driftentfernung
unterworfen wird.
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Bei
diesem Aufbau ist beispielsweise der dritte Schaltkreis mit einem
Multiplexer versehen, der dafür
ausgelegt ist, zu bestimmten Zyklen abwechselnd das erste Signal
der physikalischen Größe, aus welchem
die Driftsignalkomponente entfernt worden ist, auszuwählen, sowie
mit einem A/D-Wandler, der eine A/D-Wandlung an dem ersten Signal
der physikalischen Größe und dem
zweiten Signal der physikalischen Größe mit entfernter Drift durchführt, so daß das einzelne
Signal in Form eines einzelnen digitalen Signales ausgegeben wird.
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Beispielsweise
ist der Driftkorrekturschaltkreis ein Hochpaßfilter, der mit einem Ausgangsanschluß des zweiten
Verstärkers
verbunden ist, und dafür
ausgelegt ist, nur Signalkomponenten des zweiten Signals der physikalischen
Größe durchzulassen,
welche höher
als eine bestimmte Frequenz sind. Der Hochpaßfilter macht es möglich, nur
Signalkomponenten durchzulassen, die höher als eine zu entfernende
Driftsignalkomponente sind, welche sich langsam in dem zweiten Signal
der physikalischen Größe ändert. Somit
ist der Hochpaßfilter
in der Lage, die Driftkomponente aus dem zweiten Signal der physikalischen
Größe stabil
zu entfernen.
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Bevorzugt
ist der zweite Verstärker
ein Differenzverstärker
und der Hochpaßfilter
ist so angeordnet, daß ein
Ausgangssignal hiervon negativ auf einen Referenzeingang des Differenzverstärkers zurückgekoppelt
wird. Diese Differenzverstärkung
erzeugt auch ein relativ niedrigpegeliges Sensorsignal, d. h. das
zweite Signal der physikalischen Größe.
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Der
Aufnehmer der physikalischen Größe ist ein
Beschleunigungssensor, der eine Beschleunigung erfaßt, welche
auf ein Fahrzeug einwirkt, oder ein Winkelgeschwindigkeitssensor,
der eine Winkelgeschwindigkeit erfaßt, die auf das Fahrzeug einwirkt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt eines Sensors für
eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die ersten bis dritten Schaltkreise und der Driftkorrekturschaltkreis
als ein Halbleiterschaltkreis auf einem Halbleiterchip ausgebildet und
der Aufnehmer für
die physikalische Größe ist auf
dem Halbleiterchip angeordnet, wobei der Halbleiterchip von einem
Gehäuse
eingeschlossen ist, wobei der Aufnehmer für die physikalische Größe hierin
angeordnet ist. Diese Ausgestaltung erlaubt, daß der Sensor in einem Sensorgehäuse enthalten werden
kann, so daß der
Sensor kompakter wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Weitere
Einzelheiten und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung und den Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung, in der:
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1A eine
Draufsicht ist, welche einen internen Aufbau eines Gehäuses zeigt,
in dem ein Beschleunigungssensor eingebaut ist, der als Sensor für eine physikalische
Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung dient;
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1B eine
Schnittdarstellung entlang Linie 1A-1A in 1A ist;
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2 ein
Blockdiagramm ist, welches den Aufbau eines Beschleunigungssensors
gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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3 ein
funktionelles Blockdiagramm ist, welches einen digitalen Hochpaßfilter
wiedergibt, der von dem Beschleunigungssensor verwendet wird;
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4 ein
Blockdiagramm ist, welches den Schaltkreis eines Beschleunigungssensors
zeigt, der als Sensor für
eine physikalische Größe gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient;
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5 ein
Blockdiagramm ist, welches den Aufbau eines Beschleunigungssensors
zeigt, der als Sensor für
eine physikalische Größe gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient;
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6 ein
Blockdiagramm ist, welches den Aufbau eines Beschleunigungssensors
zeigt, der als Sensor für
eine physikalische Größe gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient;
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7 ein
Blockdiagramm ist, welches den Aufbau eines Winkelgeschwindigkeitssensors
zeigt, der als Sensor für
die physikalische Größe gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient;
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8 ein
Blockdiagramm ist, welches den Aufbau eines Winkelgeschwindigkeitssensors
zeigt, der als Sensor für
eine physikalische Größe gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient; und
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9 ein
Blockdiagramm ist, welches den Aufbau eines Winkelgeschwindigkeitssensor
zeigt, der als Sensor für
eine physikalische Größe gemäß einer
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dient.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezug auf die beigefügte
Zeichnung werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf die 1 bis 3 wird nun
eine erste Ausführungsform
eines physikalischen Sensors gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben, bei der der physikalische Sensor beispielsweise
als ein Beschleunigungssensor realisiert ist, der von einem fahrzeugseitigen
Seitenaufprall-Airbagsystem verwendet wird.
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Die 1A und 1B zeigen
ein Gehäuse 3,
welches die physische Form eines Beschleunigungssensors 10 ist,
wohingegen 2 den gesamten Schaltkreisaufbau
des Beschleunigungssensors 10 zeigt, der auf einem Halbleiterchip 2 aufgebaut
ist, der von dem Gehäuse 3 umschlossen
ist.
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Im
Innenraum des Gehäuses 3 ist
der Halbleiterchip 2 aufgenommen und ein einzelner Beschleunigungsaufnehmer 1 ist
auf dem Halbleiterchip 2 angeordnet. Auf dem Chip 2 ist
ein Halbleiterschaltkreis für
verschiedene Schaltkreise ausgebildet.
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Der
Beschleunigungssensor 1 ist als Aufnehmer des Halbleitertyps
ausgelegt und so angeordnet, daß er
eine bestimmte Erkennungsachse hat, welche in 1A mit
den Pfeilen AR bezeichnet ist. Der Beschleunigungsaufnehmer 1 erfaßt eine
Beschleunigungskomponente, welche in der Erkennungsachse AR verursacht
wird und gibt ein elektrisches Analogsignal entsprechend einem Pegel
der Beschleunigungskomponente aus, wobei er noch einen weiten Dynamikbereich
hat, der es gewährleistet,
daß Beschleunigungssignale
sowohl in einem ersten Erkennungsbereich (z. B. maximal 200 G),
notwendig für einen
Hauptsensor und gerichtet auf die Betriebsbestimmungen von Seitenaufprall-Airbags
und einem zweiten Erkennungsbereich (z. B. maximal 50 G) zu messen,
notwendig für
einen Sicherheitssensor. Elektrische Verbindungen zwischen dem Beschleunigungsaufnehmer 1 und
dem Halbleiterchip 2 werden durch Verdrahtungen 4 vorgenommen,
wie bildlich in 1A gezeigt.
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Auf
dem Halbleiterchip 2 wird der Halbleiterschaltkreis, der
als Schaltkreis zur Verarbeitung eines Ausgangssignals von dem Beschleunigungsaufnehmer 1 dient,
als ein Halbleiterschaltkreismuster erzeugt. Verdrahtungen 5 verbinden
elektrisch Anschlüsse 6 an
dem Gehäuse 3 und
Anschlüsse
an dem Chip 2, wie bildlich in 1A gezeigt.
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Da
sowohl der Beschleunigungsaufnehmer 1 als auch der Halbleiterchip 2 kompakt
sind, können die äußeren Abmessungen
des Gehäuses 3 auf
60 × 60 × 20 [mm]
in Länge
mal Breite mal Höhe
verringert werden.
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Der
Halbleiterschaltkreis, der auf dem Halbleiterchip 2 ausgebildet
ist, hat einen Schaltkreisaufbau, der durch das Blockdiagramm von 2 veranschaulicht
ist. Dieser Halbleiterschaltkreis ist mit einem ersten Verstärker 20,
einem zweiten Verstärker 21,
einem Multiplexer (MPX) 22, einem A/D-Wandler (ADC) 23,
einem Hochpaßfilter
des digitalen Typs (D-HPF) 24, einem D/A-Wandler (DAC)
und einem Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 versehen,
der mit einem Sensorausgangsanschluß 27 verbunden ist.
von diesen Bauelementen dient zum Vergleich mit der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung der erste Verstärker 20 als der erste
Schaltkreis, der zweite Verstärker
als der zweite Schaltkreis, der Multiplexer 22 und der
A/D-Wandler dienen als
A/D-Wandlerschaltkreis als dritter Schaltkreis und der Hochpaßfilter 24 und
der D/A-Wandler 25 dienen als der Driftkorrekturschaltkreis
(oder "Nullbeschleunigungskorrekturschaltkreis").
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Ein
Ausgangssignal von dem Beschleunigungsaufnehmer 1 des Halbleitertyps
wird dem ersten Verstärker 20 zugeführt, der
als Differenzialverstärker
ausgelegt ist, an welchen ein Referenzpotential von 2,5 [V] angelegt
wird. Hierbei wird das Ausgangssignal vom Aufnehmer 1 einer
Differenzialverstärkung
auf der Grundlage des Referenzpotentials von 2,5 [V] unterworfen.
In der vorhandenen Ausführungsform
ist der erste Verstärker 20 so
ausgelegt, daß er
einen Faktor 7 hat, so daß eine Einstellung derart gemacht
wird, daß der
Ausgang vom ersten Verstärker 20 einen
vollen Wert erreicht, wenn die am Fahrzeug erzeugte Beschleunigung
150 G beträgt.
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Das
Ausgangssignal vom ersten Verstärker 20 wird
als erstes Beschleunigungssignal einem nicht invertierenden Eingangsanschluß des zweiten Verstärkers 21 zugeführt, der
ebefalls als Differenzialverstärker
ausgebildet ist, sowie einem von zwei Eingangsanschlüssen des
Multiplexers 22. Somit hat das Ausgangssignal vom ersten
Verstärker 20 einen Betrag,
der erhalten wird, wenn das Ausgangssignal vom Beschleunigungsaufnehmer 1 um
den Faktor 7 verstärkt
wird. Dieses verstärkte
Signal wird dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des zweiten Verstärkers 21 zugeführt. Dem
invertierenen Eingangsanschluß des
zweiten Verstärkers 21 wird
ein Signal zugeführt,
welches nach einer A/D-Wandlung (anolog/digital) und einer D/A-Wandlung
(digital/analog) eines Ausgangssignals vom zweiten Verstärker 21 gebildet
worden ist, wie noch beschrieben wird. Diese Signalverstärkung bewirkt,
daß der
Ausgang des zweiten Verstärkers 21 auf
eine negative Rückkopplungsweise
an seinen invertierenden Eingangsanschluß zurückgekoppelt wird.
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Der
zweite Verstärker 21 hat
einen Faktor von 7,5 als zweiter Verstärkungsfaktor und eine Einstellung
wird gemacht, daß es
möglich
wird, daß ein Ausgangssignal
vom zweiten Verstärker 21 den
vollen wert erreicht, wenn die am Fahrzeug erzeugte Beschleunigung
20 G beträgt.
Ein Ausgangssignal vom zweiten Verstärker 21 wird als zweites
Beschleunigungssignal dem verbleibenden Eingangsanschluß des Multiplexers 22 zugeführt.
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In
der ersten Ausführungsform
können
das erste Beschleunigungssignal, bestehend aus dem Ausgang des ersten
Verstärkers 20 (d.
h. das dem zweiten Verstärker 21 einzugebende
Signal) und das zweite Beschleunigungssignal, bestehend aus dem Ausgang
des zweiten Verstärkers 21 selektiv
oder gleichzeitig als Signale analoger Größe ausgegeben werden, wie durch
die gestrichelten Pfeile in 2 dargestellt.
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Der
Multiplexer 22 aktiviert abwechselnd seinen Eingangsanschluß in einem
Schaltzyklus von beispielsweise 250 μs, so daß ein Ausgangssignal von dem
Multiplexer 22 zu dem A/D-Wandler 22 abwechselnd
zwischen den beiden Ausgangssignalen von den ersten und zweiten
Verstärkern 20 und 21 hin-
und hergeschaltet wird. Somit werden dem Multiplexer 22 das
erste Beschleunigungssignal und das zweite Beschleunigungssignal
eingegeben, wobei das erste Beschleunigungssignal nicht nur einem Ausgang
vom ersten Verstärker 20 entspricht,
in welchem der Ausgang von dem Beschleunigungsaufnehmer 1 wiedergegeben
wird, sondern auch ein Eingangssignal für den zweiten Verstärker 21 ist
und das zweite Beschleunigungssignal wird gebildet durch Verstärken des
ersten Beschleunigungssignals mit einem zweiten Faktor in dem zweiten
Verstärker 21.
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Der
A/D-Wandler 23 arbeitet als eine Vorrichtung zur A/D-Wandlung
und gibt das gewandelte Signal aus. Genauer gesagt, der Wandler 23 macht
eine A/D-Wandlung in ein Signal digitaler Größe eines jeden Ausgangssignales
von den ersten und zweiten Verstärkern,
welche zu jeder Zeitdauer gegeben sind und zwar auf der Grundlage
eines vorbestimmten Schaltzyklus. Weiterhin fügt der A/D-Wandler 23 nicht
nur ein Vorzeichen an das gewandelte Signal hinzu, um die Ausgangssignale
der ersten und zweiten Verstärker
voneinander zu unterscheiden, sondern gibt auch in Serie die Signale
mit dem angefügten
Vorzeichen als Zweibereichs-Beschleunigungssignale
aus, aufgebaut aus einem Hauptsensorsignal und einem Sicherheitssensorsignal.
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Das
digitale Signal, welches von dem A/D-Wandler 23 ausgegeben
wird, wird einer Seitenaufprall-Airbag ECU (nicht gezeigt) über den Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 und
den Sensorausgangsanschluß 27 zugeführt, wobei
diese beiden als eine Schnittstelle zu einer externen Vorrichtung
wirken.
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Die
Seitenaufprall-Airbag ECU empfängt
die zwei Bereichs-Beschleunigungssignale von den Beschleunigungssensoren 10,
die an den rechten und linken Seiten des Fahrzeuges angeordnet sind, trennt
die Beschleunigungssignale unter Verwendung der jeweiligen Identifikationsvorzeichen,
welche hinzugefügt
worden sind und erzeugt Hauptsensorsignale und Sicherheitssensorsignale
und verwendet diese Haupt- und Sicherheitssensorsignale zur Bestimmung
der Betriebe der Seitenaufprall-Airbags.
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Beispielsweise
wird der auf linken Seite liegende Seitenaufprall-Airbag zwangsbetätigt (d.
h. entfaltet) wenn eine Bestimmung derart gemacht, daß das Hauptsensorsignal
von dem Beschleunigungssensor 10 (L) (d. h. ein Ausgang
vom ersten Verstärker 20)
auf der linken Seite des Fahrzeuges EIN ist (gleich oder höher als
ein Schwellenwert), bestimmt durch das Referenzpotential von 2,5
[V] und gleichzeitig das Hauptsensorsignal von dem Beschleunigungssensor 10 (R)
auf der rechten Seite des Fahrzeuges AUS ist (niedriger als der
Schwellenwert) und das Sicherheitssensorsignal EIN ist (gleich oder
höher als
ein Schwellenwert).
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Die
Ausgangssignale vom A/D-Wandler 23 laufen auch durch einen
Extraktionsschaltkreis (nicht gezeigt), der in dem A/D-Wandler 23 liegt.
Somit werden in dem Extraktionsschaltkreis von den Ausgangssignalen
des A/D-Wandlers 23 die Identifikationsvorzeichen verwendet,
um das digitale Ausgangssignal vom zweiten Verstärker 21 zu identifizieren.
Das identifizierte digitale Ausgangssignal, welches als zweites
digitales Signal bezeichnet wird, wird vom Extraktionsschaltkreis
ausgegeben, d. h.
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vom
A/D-Wandler 23 und wird dem digitalen Hochpaßfilter 24 (D-HPF)
zugeführt.
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Der
digitale Hochpaßfilter 24 ist
ein digitaler Filter des IIR-Typs (infinit impulse response), dessen Funktionsaufbau
in 3 veranschaulicht ist. Wie hier gezeigt, ist der
Hochdruckfilter 24 funktionell mit Multiplizierern 240, 244 und 245,
Addierern 241, 242 und einem Verzögerungselement 243 versehen.
Bei dieser Konfiguration hat der digitale Hochpaßfilter 24 eine Grenzfrequenz
von 0,1 Hz, welche durch Einstellen der Konstanten der Multiplizierer 240, 244 und 245 gesetzt
wird.
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Ein
Ausgangssignal von diesem digitalen Hochpaßfilter 24 wird dem
D/A-Wandler zugeführt, wo
das Signal eine D/A-Wandlung in ein entsprechendes Analogsignal
erfährt.
Dieses gewandelte Analogsignal wird einem invertierenden Eingangsanschluß des zweiten
Verstärkers 21 zugeführt, wie
in 2 gezeigt. Der digitale Hochpaßfilter 24, der D/A-Wandler 25,
die ersten und zweiten Verstärker 20 und 21,
der Multiplexer 22, der A/D-Wandler 23 und der
Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 sind alle auf
dem Halbleiterchip 2 ausgebildet.
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Somit
erzeugt der digitale Hochpaßfilter 24 ein
Signal, bei dem Frequenzkomponenten niedriger als die Grenzfrequenz
vom Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 21 entfernt
worden sind. Der zweite Verstärker 21 verstärkt mit
dem zweiten Faktor einen Differenzeingang zwischen dem Ausgangssignal
des ersten Verstärkers 20 und
dem obigen Ausgangssignal von sich selbst, dessen niedrige Komponenten
entfernt worden sind.
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Bei
dem Beschleunigungsaufnehmer 1 und den Schaltkreiselementen,
die auf dem Halbleiterchip 2 ausgebildet sind, bewirken
bestimmte Faktoren, beispielsweise eine Drift aufgrund von Temperaturänderungen über die
Zeit hinweg langsame Änderungen
der Signalpegel.
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Mit
anderen Worten, selbst wenn der Aufnehmer 1 keine Beschleunigung
erfaßt,
fließt
eine Driftkomponente langsam von dem Aufnehmer 1 mit einer
hohen Zeitkonstante zu jedem Zeitpunkt und diese Driftsignalkomponente
wird mit dem Sensorerkennungssignal gemischt. Da das erste Beschleunigungssignal
von einem relativ hochpegeligen Signal des Ausgangs vom Aufnehmer 1 erzeugt
wird, ist das Driftkomponentensignal vernachlässigbar klein im Vergleich
zu dem ersten Beschleunigungssignal. Im Gegensatz hierzu wird das
zweite Beschleunigungssignal von einem relativ niedrigpegeligen
Signal des Aufnehmerausgangs durch Verstärkung mit einem höheren Faktor
erzeugt, der ein Produkt der ersten und zweiten Faktoren ist. Dies
bedeutet, daß die Driftsignalkomponente
ebenfalls mit dem höheren Faktor
verstärkt
wird, so daß es
nicht länger
möglich ist,
die Driftsignalkomponente im zweiten Beschleunigungssignal zu übergehen.
Wenn somit der Schaltkreisaufbau, der in dieser Ausführungsform
beschrieben worden ist, nicht verwendet wird, werden Fehler aufgrund
der Drift größer.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet jedoch, wie bereits beschrieben,
den Schaltkreisaufbau, bei welchem Driftkomponenten von dem Signal
entfernt werden, welches durch den zweiten Verstärker 21 weiter verstärkt wird,
so daß eine
Korrektur für
die Situation geschaffen wird, wo die am Fahrzeug bewirkte Beschleunigung
0 ist (d.h. eine Nullbeschleunigung ist). Dies ermöglicht,
daß der
zweite Verstärker 21 ein
niedrigpegeliges Beschleunigungssignal ausgibt, welches genau und
frei von Drifteinflüssen
ist.
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Im
Ergebnis wird es dem A/D-Wandler 23 ermöglicht, A/D-Wandlungen mit
praktisch gleicher Präzision
sowohl an dem ersten Beschleunigungssignal DS1N und dem zweiten
Beschleunigungssignal DS2N durchzuführen (siehe 2),
wobei das erste Beschleunigungssignal DS1N ein Ausgang vom ersten
Verstärker 20 ist,
mit einem relativ niedrigen Faktor verstärkt worden ist und von Drifterscheinungen weniger
beeinflußt
ist, wohingegen das zweite Beschleunigungssignal DS2N frei von Driftkomponenten
ist und ein Ausgang des zweiten Verstärkers 21 weiter einen
Ausgang des ersten Verstärkers 20 verstärkt.
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In
der voliegenden Ausführungsform
bilden der Multiplexer 22 und der A/D-Wandler 23 einen A/D-Wandlerschaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung und der digitale Hochpaßfilter 24 und der D/A-Wandler 25 bilden
einen Driftkorrekturschaltkreis (oder "Nullbeschleunigungskorrekturschaltkreis").
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Wie
oben beschrieben verwendet der Beschleunigungssensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
nur den einen Beschleunigungsaufnehmer 1, um Beschleunigungssignale
in zwei oder mehr unterschiedlichen Bereichen in einem Zustand zu
schaffen, bei dem die Signale genau sind, was der Entfernung der
Driftkomponenten hiervon zu verdanken ist. Zusätzlich können Beschleunigungssignale
in mehreren Bereichen als ein einzelnes zeitserielles di gitales
Signal DS ausgegeben werden, wie in 2 gezeigt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
kann der Verarbeitungsschaltkreis zur Verarbeitung des Ausgangs
vom Beschleunigungsaufnehmer 1 auf dem einzelnen Halbleiterchip 2 ausgebildet
werden, der in dem Sensorgehäuse 3 zusammen
mit dem Beschleunigungsaufnehmer 1 angeordnet ist. Diese Gehäusestruktur
macht den Beschleunigungssensor 10 kompakt.
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Weiterhin
werden in dem vom Beschleunigungsaufnehmer 1 erkannten
Signal niedrigpegelige Signalkomponenten von Driftkomponenten befreit, was
durch den digitalen Hochpaßfilter 24 und
den D/A-Wandler 25 erfolgt. Es ist daher möglich, zu
bewirken, daß der
Beschleunigungssensor 10 sowohl die höherpegelige Beschleunigungssignalkomponente
als auch eine niedrigpegelige Beschleunigungssignalkomponente als
zwei Signaltypen praktisch gleich miteinander bezüglich der
Präzision
ausgibt.
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Wenn
der Beschleunigungssensor 10 in einem fahrzeugseitigen
Seitenaufprall-Airbagsystem verwendet wird, ist es möglich, daß der einzelne
Beschleunigungssensor 10 und die einzelne Signalleitung,
welche mit dem Sensor verbunden ist, gleichzeitig sowohl das Hauptsensorsignal
als auch das Sicherheitssensorsignal bereitstellen. Die Anzahl von Beschleunigungssensoren,
welche in dem Fahrzeug angeordnet werden, kann somit verringert
werden und die Verdrahtungsmenge oder der Kabelbaum, der mit jedem
Beschleunigungssensor und der Airbag-ECU verbunden ist, kann auch
verringert werden. Der Ausgang vom Beschleunigungssensor 10 ist
als Signal mit digitalem Format be reitgestellt, so daß das fahrzeugseitige
Airbagsystem in der Lage ist, eine hohe Rauschfestigkeit zu haben.
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Ein
Beispiel, welches aus der ersten Ausführungsform durch Modifikation
hervorgeht, ist, daß eine
Mehrzahl von Paaren, jeweils bestehend aus dem zweiten Verstärker 21,
der das Ausgangssignal vom ersten Verstärker 20 empfängt und
der Driftkorrekturschaltkreis parallel zum ersten Verstärker 20 vorgesehen
ist und der Multiplexer 22 ist so aufgebaut, daß er sequenziell
mehrere Eingänge
von dem Ausgang des geschalteten schaltet, wobei die Mehrzahl von
Eingängen
der Anzahl von Verstärkern
entspricht. Dies schafft ein System, bei dem drei oder mehr Beschleunigungssignale
in unterschiedlichen Bereichen als einzelnes digitales zeitserielles
Signal ausgegeben werden können.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 4 wird eine zweite Ausführungsform eines Beschleunigungssensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung nun beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen
werden, um wiederholte Erläuterungen
zu vermeiden, ähnliche
oder identische Komponenten zu denjenigen der voranstehenden ersten Ausführungsform
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
vorliegende Ausführungsform
hat den Verarbeitungsschaltkreis, der das Ausgangssignal von dem
Beschleunigungsaufnehmer verarbeitet. Die Verarbeitung ist unterschiedlich
zu der beschriebenen ersten Ausführungsform
ausgebildet, und ist wie folgt.
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Gemäß 4 unterscheidet
sich der Beschleunigungssensor 10, der als Sensor für eine physikalische
Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung dient, von dem der ersten Ausführungsform in der Anordnungsreihe
der Schaltkreise, welche den A/D-Wandlerschaltkreis der vorliegenden
Erfindung bilden. Genauer gesagt, der A/D-Wandlerschaltkreis ist
aufgebaut aus einem A/D-Wandler 28 und einem Multiplexer 29,
welche beide miteinander in einer Anordnungsreihe entgegengesetzt
zur ersten Ausführungsform
verbunden sind.
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Der
A/D-Wandler 28, der zwei Kanäle für die Umwandlung hat, liegt
vor dem Umwandler 29 und empfängt die ersten und zweiten
Beschleunigungssignale, welche von den ersten bzw. zweiten Verstärkern 20 und 21 ausgegeben
werden. Der A/D-Wandler 28 wandelt dann separat die ersten
und zweiten Beschleunigungssignale in ein erstes digitales Signal und
ein zweites digitales Signal und die ersten und zweiten digitalen
Signale werden dem Multiplexer 29 über unterschiedliche Kanäle zugeführt.
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Der
Multiplexer 29 empfängt
die ersten und zweiten digitalen Signale durch abwechselndes Schalten
seiner Eingangsanschlüsse
von dem einen auf den anderen mit einem bestimmten Zyklus, um ein
einzelnes digitales zeitserielles Signal zu erzeugen. Dieses Signal
wird dem Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 als
ein Beschleunigungssignal mit zwei unterschiedlichen Bereichen zugeführt. Zusätzlich wird
aus den ersten und zweiten digitalen Signalen von dem A/D-Wandler 28 das
zweite digitale Signal alleine dem digitalen Hochpaßfilter 24 zugeführt.
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Der
A/D-Wandlerschaltkreis, der aus dem Zweikanal-A/D-Wandler 28 und dem Multiplexer 29 aufgebaut
ist, arbeitet auf ähnliche
Weise wie in der ersten Ausführungsform.
Das heißt,
sowohl das erste Beschleunigungssignal als auch das zweite Beschleunigungssignal
werden separat dem A/D-Wandler 28 zugeführt, wobei das erste nicht
nur vom ersten Verstärker 20 ausgegeben
wird, der den Ausgang von dem Beschleunigungsaufnehmer 1 empfängt, sondern
auch dem zweiten Verstärker 21 eingegeben
wird, wohingegen das zweite vom zweiten Verstärker 21 ausgegeben
wird, wo das erste Beschleunigungssignal von dem zweiten Faktor
verstärkt
wird.
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Somit
erlaubt wie in der ersten Ausführungsform
der Schaltkreis in der zweiten Ausführungsform, daß das zweite
Beschleunigungssignal der negativen Rückkopplung auf den zweiten
Verstärker 21 über den
digitalen Hochpaßfilter 24 und
den D/A-Wandler 25 unterworfen wird. Durch diese negative
Rückkopplung
werden Driftkomponenten, welche im zweiten Beschleunigungssignal
enthalten sind, hiervon entfernt. Es ist daher möglich, ein niedrigpegeliges Beschleunigungssignal
mit hoher Präzision
bereitzustellen, welches vom zweiten Verstärker 21 zusammen mit
einem hochpegeligen Beschleunigungssignal vom ersten Verstärker 20 ausgegeben
wird. Genauer gesagt, die beiden Beschleunigungssignale mit unterschiedlichem
Bereich können
als einzelner Signalzug erhalten werden, der auf zeitserielle Weise ausgegeben
wird.
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In
der zweiten Ausführungsform
ist wie in der ersten Ausführungsform
der Verarbeitungsschaltkreis auf dem Halbleiterchip 2 ausgebildet,
so daß der
Beschleunigungssensor 10 kompakter gemacht wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 5 wird eine dritte Ausführungsform eines Beschleunigungssensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung nun erläutert.
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Ein
Beschleunigungssensor 10 gemäß der dritten Ausführungsform
ist im Block in 5 gezeigt, wobei anstelle des
voranstehenden zweiten Verstärkers 21 ein
zweiter Verstärker 210 mit
einem Faktor 705 angeordnet ist, der als zweiter Faktor
der vorliegenen Erfindung dient. Der Ausgangsanschluß des zweiten
Verstärkers 210 ist
direkt mit einem Hochpaßfilter 211 verbunden.
Sowohl der digitale Hochpaßfilter 24 als
auch der D/A-Wandler 25, welche in den voranstehenden Ausführungsformen
erläutert wurden,
sind aus dem Schaltkreis entfernt.
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Der
Hochpaßfilter 211 entfernt
Driftsignalkomponenten von dem Ausgangssignal mit analogem Betrag
des zweiten Verstärkers 210.
Die Driftsignalkomponenten gehören
zu einem Niederfrequenzband, welches frequenzmäßig niedriger als die Grenzfrequenz
(0,1 Hz) ist, welche der Hochpaßfilter 211 hat.
Das hochfrequent durchgelassene von der Drift befreite Signal vom
Filter 211 wird als zweites Beschleunigungssignal dem Multiplexer 22 zugeführt.
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In
diesem Schaltkreis entspricht der Hochpaßfilter 211 dem Driftkorrekturschaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Zum
Empfang der beiden Ausgangssignale vom Hochpaßfilter 211 und vom
ersten Verstärker 20 schaltet
der Multiplexer 22 abwechselnd die beiden Signale mit bestimmten
Zyklen um, um einen einzelnen Signalzug zu erzeugen, der in zeitserieller
Weise verläuft.
Diese Signale werden dem A/D-Wandler 23 zugeführt, so
daß entsprechende
digitale Signale erzeugt werden und werden dann dem Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 zugeführt.
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Obgleich
sich die Driftkorrektureinheit in der vorliegenden Ausführungsform
von der ersten Ausführungsform
unterscheidet, wird ein einzelner Zug digitaler Signale auf ähnliche
Weise wie in der ersten Ausführungsform
erzeugt. Das heiß,
wie in der ersten Ausführungsform
empfängt
der Multiplexer 22, der Teil des A/D-Wandlerschaltkreises
ist, sowohl das erste Beschleunigungssignal (welches das Ausgangssignal
vom ersten Verstäker 20 ist
und auch als Eingangssignal dem zweiten Verstärker 210 zugeführt wird)
als auch das zweite Beschleunigungssignal (welches erzeugt wird
durch Entfernen niedrigfrequenter Signalkomponenten vom Ausgangssignal des
zweiten Verstärkers 210).
Der Multiplexer 22 schaltet abwechselnd die beiden Eingänge, um
entweder das erste oder das zweite Beschleunigungssignal auszuwählen. Das
ausgewählte
Signal erfährt durch
den A/D-Wandler 23 eine A/D-Wandlung, um einen einzelnen
Zeitzug von digitalen Signalen entsprechend den ersten und zweiten
Beschleunigungssignalen zu erzeugen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
werden die Driftsignalkomponenten daher vom Ausgang (d. h. dem zweiten
Beschleunigungssignal) des zweiten Verstärkers 210 fehlerfrei
entfernt. Im Ergebnis ist der einzelne Beschleunigungssensor in
der Lage, ein hochpegeliges Beschleunigungssignal, sowie auch ein
genaues niedrigpegeliges Beschleunigungssignal bereitzustellen.
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Zusätzlich kann
die Anzahl von Schaltkreisen verringert werden (d. h., der D/A-Wandler 25 der 2 und 4 kann
aus dem Schaltkreis weggelassen werden), was den Schaltkreis insgesamt
vereinfacht.
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(Vierte Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 6 wird eine vierte Ausführungsform des Beschleunigungssensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung nun erläutert.
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Ein
Beschleunigungssensor 10 gemäß der vierten Ausführungsform
ist als Block in 6 gezeigt, wobei anstelle des
vorherigen zweiten Verstärkers 21 ein
zweiter Verstärker 220 mit
einem Faktor 7,5 vorhanden ist, der als zweiter Faktor der vorliegenden
Erfindung dient. Der Ausgangsanschluß des zweiten Verstärkers 220 ist
direkt sowohl mit einem Hochpaßfilter 221 als
auch dem Multiplexer 22 verbunden. Sowohl der digitale
Hochpaßilter 24 als
auch der D/A-Wandler 25, welche in den ersten und zweiten
Ausführungsformen
erläutert
wurden, sind aus dem Schaltkreis entfernt.
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Der
Hochpaßfilter 221 entfernt
niedrigfrequente Signalkomponenten aus dem Ausgangssignal mit analogem
Betrag des zweiten Verstärkers 220.
Die niederfrequenten Signalkomponenten haben eine niedrigere Frequenz
als die Grenzfrequenz (0,1 Hz), welche der Hochpaßfilter 221 hat.
Das hochfrequente durchgelassene Signal vom Filter 221 wird
auf negative Rückkopplungsweise
dem zweiten Verstärker 220 zugeführt.
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Bei
dieser Sensorkonfiguration bildet der Hochpaßfilter 221 den Driftkorrekturschaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Obgleich
sich die Driftkorrektureinheit der vorliegenden Ausführungsform
von der ersten Ausführungsform
unterscheidet, wird ein einzelner Zug digitaler Signale auf ähnliche
Weise wie in der ersten Ausführungsform
erzeugt. Das heißt,
wie in der ersten Ausführungsform
empfängt
der Multiplexer 22, der Teil des A/D-Wandlerschaltkreises
ist, sowohl das erste Beschleunigungssignal (das das Ausgangssignal
vom ersten Verstärker 20 ist
und auch als Eingangssignal dem zweiten Verstärker 220 zugeführt wird)
als auch das zweite Beschleunigungssignal (welches durch Entfernen
niedrigfrequenter Signalkomponenten vom Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 220 erzeugt
wird). Der Multiplexer 22 schaltet abwechselnd die beiden
Eingänge,
um entweder das erste oder das zweite Beschleunigungssignal auszuwählen. Das
ausgewählte
Signal erfährt durch
den A/D-Wandler 23 eine A/D-Wandlung, um einen einzelnen
Zeitzug digitaler Signale entsprechend den ersten und zweiten Beschleunigungssignalen
zu erzeugen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
werden daher die Driftsignalkomponenten vom Ausgang (d. h. im zweiten
Beschleunigungssignal) des zweiten Verstärkers 220 fehlerfrei
entfernt. Im Ergebnis ist ein einziger Beschleunigungssensor in
der Lage, ein hochpegeliges Beschleunigungssignal, sowie ein genaues
niedrigpegeliges Beschleunigungssignal bereitzustellen.
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Zusätzlich kann
wie in der dritten Ausführungsform
die Anzahl von Schaltkreiselementen verringert werden (d. h. der
D/A-Wandler 25 der 2 und 4 kann
aus dem Schaltkreis weggelassen werden), was den Schaltkreis insgesamt
vereinfacht.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 7, so wird eine fünfte Ausführungsform eines Sensors für eine physikalische
Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung nun beschrieben.
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Die
vorliegende Ausführungsform
enthält
einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der als Sensor für eine physikalische
Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Der Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet einen
Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer entsprechend dem Aufnehmer für eine physikalische
Größe der vorliegenden
Erfindung.
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Gemäß 7 ist
ein Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 vorgesehen, dessen
Ausgangsanschluß elektrisch
mit dem Eingang des Halbleiterchips 2 verbunden ist, der
Teil eines Winkelgeschwindigkeitssensors 12 ist.
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Von
diesen Bauteilen ist der Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 von
bekanntem Aufbau, der eine Drehachse (d.h. eine Erkennungsachse)
hat und in Form eines elektrischen Signals eine Winkelgeschwindigkeit
entlang eines Kreises auf einer Ebene senkrecht zur Drehachse erkennt.
Dieser Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 kann beispielsweise am
Massenschwerpunkt eines Fahrzeuges derart angeordnet werden, daß die Drehachse
des Aufnehmers 11 in Längsrichtung
des Schwerpunktes verläuft.
Durch diese Anordnung kann das Ausgangssignal vom Aufnehmer 11,
welches die Winkelgeschwindigkeit am Massenschwerpunkt anzeigt,
als ein Signal erhalten werden, welches eine Gierrate des Fahrzeuges
anzeigt. Das Gierratensignal kann für eine Bewegungssteuerung des
Fahrzeuges verwendet werden.
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Andererseits
liefert der Halbleiterchip 2, der auf eine Weise ähnlich zu
derjenigen der 1A und 1B aufgebaut
ist, als Halbleiterschaltkreis den Schaltkreisaufbau von 7.
Dieser Schaltkreis dient zur Verarbeitung eines Ausgangssignals
vom Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 und ist ähnlich zu
demjenigen von 4 aufgebaut, mit der Ausnahme,
daß kein
Driftkorrekturschaltkreis vorhanden ist.
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Im
Schaltkreis von 7 sind wie bei der zweiten Ausführungsform
der erste Verstärker 20 und
der zweite Verstärker 21 auf
der Eingangsseite des Schaltkreises angeordnet. Die Ausgangssignale der
beiden Verstärker 20 und 21 werden
dem A/D-Wandlerschaltkreis zugeführt.
Diese Einheit besteht aus einem Zweikanal-A/D-Wandler 28 und einem
Multiplexer 29. Der Ausgang vom Multiplexer 29 wird dem
Sensorausgangsanschluß 27 über den Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 zugeführt.
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Die
Arbeitsweisen dieses Sensors lassen sich wie folgt zusammenfassen.
Ein Ausgangssignal von dem Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 wird zunächst vom
ersten Verstärker 20 mit
einem ersten hierin vorhandenen Faktor verstärkt und ein erstes Winkelgeschwindigkeitssignal,
welches eine erkannte Winkelgeschwindigkeit angibt, wird vom ersten Verstärker 20 ausgegeben.
Dieses erste Winkelgeschwindigkeitssignal ist ein Signal entsprechend
der erkannten Winkelgeschwindigkeit.
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Das
erste Winkelgeschwindigkeitssignal wird dann einem der beiden Eingangsanschlüsse des Zweikanal-A/D-Wandlers 28 und
auch dem zweiten Verstärker 21 zugeführt. Somit
verstärkt
der zweite Verstärker 21 das
eingegebene erste Winkelgeschwindigkeitssignal mit einem zweiten
Faktor, um ein zweites Winkelgeschwindigkeitssignal zu erzeugen.
Dieses Signal wird dem verbleibenden Eingangsanschluß des A/D-Wandlers 28 zugeführt.
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Der
A/D-Wandler 28 wandelt dann die ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssignale
mittels einer A/D-Wandlung in die ersten und zweiten entsprechenden
digitalen Signale und die beiden digitalen Signale werden den Eingangsanschlüssen des Multiplexers 29 eingegeben. Ähnlich wie
oben schaltet der Multiplexer 29 abwechselnd zu bestimmten Zyklen
seine Eingänge
um, so daß die
ersten und zweiten digitalen Signale zu einem einzelnen Zug zeitserieller
digitaler Signale kombiniert werden, welche die Zwei-Bereichs-Winkelgeschwindigkeitssignale
beinhalten. Dieses zeitserielle digitale Signal wird dann dem Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26 zugeführt.
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Wie
oben beschrieben werden in der fünften Ausführungsform
sowohl das dem zweiten Verstärker
eingegebene Signal (d.h. das erste Winkelgeschwindigkeitssignal,
welches direkt einem Betrag vom Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 entspricht)
als auch das Ausgangssignal vom zweiten Verstärker 21 (d.h. das
zweite Winkelgeschwindigkeitssignal) dem A/D-Wandlerschaltkreis
zugeführt. Zusätzlich können die
ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssignale von den ersten
und zweiten Verstärkern 20 und 21 als
Analogsignale von diesem Winkelgeschwindigkeitssensor 12 auf
geeignete Weise ausgegeben werden, wie mit gestrichelten Linien
in 7 gezeigt. Die ersten und zweiten Faktoren, welche
den ersten und zweiten Verstärker 20 und 21 verliehen
werden, können
abhängig
von den gewünschten
Winkelgeschwindigkeitsbereichen festgelegt werden.
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Unterschiedlich
zu der voranstehenden dritten Ausführungsform, welche unter Bezug
auf 5 beschrieben worden ist, ist in dieser fünften Ausführungsform
kein Driftkorrekturschaltkreis vorgesehen. Solange die Driftkomponenten,
welche im Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 selbst erzeugt
werden, vernachlässigbar
klein sind, ist der Schaltkreis gemäß der fünften Ausführungsform ausreichend. Mit anderen
Worten, es ist nicht immer notwendig, um mit dem Ausgang des zweiten
Verstärkers 21 den Driftkorrekturschaltkreis,
beispielsweise einen Hochpaßfilter
zu verbinden. Obgleich der Schaltkreis von 7 keinen
Driftkorrekturschaltkreis hat, ist dieser Schaltkreis in der Lage,
das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal als hochpräzises Niedrigpegelbereichs-Winkelgeschwindigkeitssignal
auszugeben.
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Wie
oben erwähnt,
kann der Winkelgeschwindigkeitssensor 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
den Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 als Sensor für eine physika lische
Größe verwenden.
Das heißt,
das Ausgangssignal vom Aufnehmer 11, also das Signal, welches
eine Winkelgeschwindigkeit angibt (d.h. eine physikalische Größe), das
in einer ausgewählten
Richtung der einen Erkennungsachse des Aufnehmers 11 bewirkt
wird, kann in zwei Winkelgeschwindigkeitssignale mit unterschiedlichen
Bereichen umgewandelt werden. Diese Signale werden dann in ein einzelnes
zeitserielles digitales Signal in einer kombinierten Form verarbeitet.
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(Sechste Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 8 wird nachfolgend eine sechste Ausführungsform
eines Sensors für eine
physikalische Größe gemäß der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Die
vorliegende Ausführungsform
enthält auch
einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der als Sensor für eine physikalische
Größe dient,
unterscheidet sich jedoch vom Schaltkreis der voranstehenden fünften Ausführungsform
dahingehend, daß der
Aufbau zur Verstärkung
weiter vereinfacht ist.
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Gemäß 8 ist
ein Winkelgeschwindigkeitssensor 12 vorgesehen mit einem
Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 und einem Halbleiterchip 2.
In dem auf dem Chip 2 ausgebildeten Schaltkreis ist der
Ausgang vom Aufnehmer 11 elektrisch über eine Leitung LN sowohl
mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des zweiten Verstärkers 21 und
einem der beiden Eingangsanschlüsse
des A/D-Wandlers 28 verbunden, der als Teil des A/D-Wandlerschaltkreises
der vorliegenden Erfindung dient. Die Leitung LN entspricht dem
ersten Schaltkreis der vorliegenden Erfindung.
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In
diesem Schaltkreis gibt es keinen Verstärker, der dem ersten Verstärker 20 von 7 entspricht.
Der einzige Verstärker,
d.h. der zweite Verstärker 21 ist
vorhanden, dessen Ausgang dem verbleibenden Eingangsanschluß des A/D-Wandlers 28 zugeführt wird.
Mit dem Merkmal, daß kein
Driftkorrekturschaltkreis vorhanden ist, ist der verbleibende Aufbau
der gleiche wie bei der fünften
Ausführungsform.
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Im
Ergebnis wird das Ausgangssignal selbst von dem Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 als erstes
Winkelgeschwindigkeitssignal behandelt und direkt sowohl dem A/D-Wandler 28 als
auch dem zweiten Verstärker 21 zugeführt. Das
erste Winkelgeschwindigkeitssignal wird vom zweiten Verstärker 21 mit
dessen zweiten Faktor verstärkt,
was ein zweites Winkelgeschwindigkeitssignal erzeugt, welches dem A/D-Wandler 28 zugeführt wird.
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Somit
empfängt
der A/D-Wandler 28 sowohl das erste Winkelgeschwindigkeitssignal
(d.h. das Eingangssignal für
den zweiten Verstärker 21)
und das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (das Ausgangssignal
vom zweiten Verstärker 21).
Diese ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssignale können auch
vom Sensor 12 als analoge Signale unter Verwendung einer
geeigneten Verdrahtung herausgeführt
werden.
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Wie
sich aus dem obigen ergibt, ist bei der sechsten Ausführungsform
nur der eine Verstärker (d.h.
der zweite Verstärker 21)
vorgesehen, um den Ausgang des Winkelgeschwindigkeitsaufnehmers 11 zu
verstärken.
Dieser vereinfachte Schaltkreis ist insbesondere sinnvoll in Fällen, wo
ein Ausgangssignal vom Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 relativ
höher im
Pegel bis zu einem Betrag ist, der die Notwendigkeit beseitigt,
die zweistufige Verstär kungsweise zu
verwenden, um ein niedrigpegeliges Winkelgeschwindigkeitssignal
zu erhalten.
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Infolgedessen
ist, obgleich der Schaltkreis im Vergleich zur fünften Ausführungsform vereinfacht ist,
der Winkelgeschwindigkeitssensor 12 der sechsten Ausführungsform
in der Lage, zwei im Bereich unterschiedliche Geschwindigkeitssignale
in Form eines einzigen zeitseriellen digitalen Signals wie die fünfte Ausführungsform
auszugeben.
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(Siebte Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 9 wird nachfolgend eine siebte Ausführungsform
eines Sensors für
eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Die
siebte Ausführungsform
wird auch im Rahmen einer Ausgestaltung erläutert, welche bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor
angewendet wird, der als Sensor für die physikalische Größe dient und
eine kombinierte Form der Schaltkreise der 7 und 4 ist.
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Gemäß 9 ist
ein Winkelgeschwindigkeitssensor 12 vorgesehen mit dem
Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer 11 und dem Halbleiterchip 2 mit den
ersten und zweiten Verstärkern 20 und 21,
dem Zweikanal-A/D-Wandler 28, dem Zweikanal-Multiplexer 29,
dem Kommunikationsverarbeitungsschaltkreis 26, dem Sensorausgangsanschluß 27,
dem digitalen Hochpaßfilter 24 und
dem D/A-Wandler 25.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird, wie bei der zweiten Ausführungsform
erläutert,
das zweite Winkelgeschwindigkeitssignal (d.h. das Ausgangssignal
vom zweiten Verstärker 21)
als negatives Rückkopplungssignal
dem invertierenden Eingangsanschluß des zweiten Verstärkers 21 über den digitalen
Hochpaßfilter 24 und
den D/A-Wandler 25 zurückgeführt, so
daß Driftsignalkomponenten
von dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssignal entfernt werden. Es
ist daher möglich,
daß ein
niedrigpegeliges Winkelgeschwindigkeitssignal mit hoher Genauigkeit
(d.h. weniger Drift), welches vom zweiten Verstärker 21 kommt, zusammen
mit einem hochpegeligen Winkelgeschwindigkeitssignal erhalten wird,
welches vom ersten Verstärker 20 kommt.
Die beiden im Bereich unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeitssignale
werden als einzelner digitaler Signalzug erzeugt, der zeitseriell
läuft.
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Wie
bei der zweiten Ausführungsform
kann der Verarbeitungsschaltkreis auf dem Halbleiterchip 2 ausgebildet
werden, so daß der
Winkelgeschwindigkeitssensor mit geringer Größe gefertigt werden kann.
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Weitere
Abwandlungen können
wie folgt vorgesehen werden. Der Sensor für eine physikalische Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht auf den Beschleunigungssensor und den Winkelgeschwindigkeitssensor
beschränkt,
welche bereits beschrieben worden sind. Ein anderes Beispiel wäre ein Drucksensor,
bei dem ein Druckaufnehmer, ein Verstärker (die ersten und/oder zweiten
Verstärker),
ein A/D-Wandlerschaltkreis und/oder ein Driftkorrekturschaltkreis
auf ähnliche
Weise wie bereits erläutert kombiniert
werden. Der Druckaufnehmer ist dafür ausgelegt, einen Druck (oder
ein Drehmoment) zu erfassen, welches in seiner Erkennungsachsenrichtung
einwirkt und ein elektrisches Signal entsprechend einer Größe des erfaßten Druckes
auszugeben. Dieser Drucksensor ist auch in der Lage, zwei im Bereich
unterschiedliche Drucksignale (Signale physikalischer Größen) als
einzelnen zeitseriellen digitalen Signalzug auszugeben.
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen speziellen Ausgestaltungsformen
ausgelegt werden, ohne vom Umfang oder wesentlichen Eigenschaften hiervon
abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in
allen Aspekten als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten und der Umfang
der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorangehende
Beschreibung angegeben und sämtliche Änderungen,
welche innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz
der Ansprüche
liegen, sollen somit mit umfaßt
sein.
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Auf
den gesamten Offenbarungsgehalt der japanischen Patentanmeldungen
Nr. 2003-29599, angemeldet am 06. Februar 2003 und Nr. 2003-3999932,
angemeldet am 28. November 2003 mit der Beschreibung, den Ansprüchen, der
Zeichnung und der Zusammenfassung wird hier vollinhaltlich Bezug
genommen.