DE102004015528B4

DE102004015528B4 - Unterbrechungserfassungsschaltung für eine Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102004015528B4
Application number: DE102004015528.3A
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Nagase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: DE102004015528A1; JP2004301670A; US7057396B2; US20040189323A1; JP4082261B2

Abstract

In einer Unterbrechungserfassungsschaltung, die eine Steuerschaltung und eine Sensorschaltung aufweist, wird ein Erregerstrom der Sensorschaltung durch einen Ausgangsanschluss von der Steuerschaltung zugeführt, wobei ein Transistor in der Sensorschaltung direkt erregt wird und wobei ein Hochziehwiderstand oder ein Herabziehwiderstand mit mehreren kΩ bis mehreren zehn kΩ in der Steuerschaltung vorgesehen ist. Zusätzlich sind eine Stromsteuerschaltung, eine Konstantstromschaltung, eine Vorspannungsschaltung und eine Transistoreinheit in der Sensorschaltung vorgesehen, so dass beim Auftreten einer Unterbrechung einer Energieversorgungsleitung die Impedanz der Sensorschaltung um mindestens ein Digit größer als der Widerstandswert des Hochziehwiderstands in der Steuerschaltung wird. Dieses ermöglicht die Erfassung einer Unterbrechung von Verbindungsleitungen zwischen Schaltungen, wobei eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes der Anschlusskontakte verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtungsunterbrechungserfassungsschaltung, die eine Steuerschaltung und eine Sensorschaltung aufweist, die eine funktionelle Schaltung enthält, die einen oder mehrere Transistoren zum Ausgeben eines Sensorsignals an die Steuerschaltung bei der Zufuhr von Energie von der Steuerschaltung, wobei mehrere Verbindungsleitungen und Anschlüsse zwischen der Steuerschaltung und der Sensorschaltung angeordnet sind und wobei die Unterbrechungserfassungsschaltung eine Unterbrechung oder einen Bruch mindestens einer Verbindungsleitung erfasst.
Bisher sind zum Beispiel in einer Steuervorrichtung, die in einem Fahrzeug angebracht ist, eine Sensorschaltung und eine Steuerschaltung (z. B. ECU) durch mehrere Verbindungsleitungen (z. B. Energieversorgungsleitungen, Sensorsignalleitungen und Masseverbindungsleitungen) und Anschlüsse Vcc, Vout, GND und weitere miteinander verbunden.
In den 6A und 6B, die schematisch einen Schnittstellenabschnitt zeigen, sind eine Steuerschaltung 1 und eine Sensorschaltung 2 durch mehrere Verbindungsleitungen 3 bis 5 (eine Energieversorgungsleitung 3, eine Sensorsignalleitung 4, eine Masseverbindungsleitung 5) miteinander verbunden. Bei diesem Aufbau ist eine Schaltung vorgesehen, um die dazwischen herrschenden Verbindungsbedingungen im Falle einer aus irgendeinem Grund eingetretenen Unterbrechung zumindest einer dieser Verbindungsleitungen 3 bis 5 zu erfassen.
In der Steuerschaltung 1 ist, wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, zur Erfassung einer Unterbrechung der Verbindungsleitungen 3 bis 5 zwischen der Steuerschaltung 1 und der Sensorschaltung 2 ein Hochziehwiderstand 6 (Pull-up-Widerstand (oder ein Herabziehwiderstand 7 (Pull-down-Widerstand)) mit einer Energieversorgungsschaltung 8 in paralleler Anordnung zu einem internen Anschluss der Steuerschaltung 1 zum Einstellen des Verhältnisses der Impedanzen (d. h. des Hochziehwiderstandes 6 oder des Herabziehwiderstandes 7 und eines Widerstandswertes R0) der Steuerschaltung 1 und der Sensorschaltung 2 auf einen extremen Wert (näherungsweise 15 bis 20:1) geschaltet.
In dieser Anordnung erreicht in einem Falle, in dem mindestens eine (z. B. die Sensorsignalleitung 4) der Verbindungsleitungen 3 bis 5 aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, eine an einen Anschluss Vin der Steuerschaltung 1 anzulegende Spannung eine Energieversorgungsspannung (oder eine Massespannung) auf der Grundlage einer Änderung eines im Hochziehwiderstand 6 (oder Herabziehwiderstand 7) fließenden Stromes. Dementsprechend kann, wenn diese Energieversorgungsspannung (oder die Massespannung) auf außerhalb eines Eingangsspannungsbereiches in einem normalen Betrieb einer internen Schaltung 9 der Steuerschaltung 1 eingestellt wird, die interne Schaltung 9 der Steuerschaltung 1 diese Spannung erfassen, um die Unterbrechung zumindest einer der Verbindungsleitungen 3 bis 5 zu erfassen. Als ein Beispiel für eine Unterbrechungserfassung nach diesem Prinzip wurde eine Unterbrechungserfassungsvorrichtung in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 5-107292 beschrieben.
Bisher wurde ein goldplattierter Anschluss als Anschluss für die durch die Verbindungsleitungen 3 bis 5 erstellten elektrischen Verbindungen zwischen der Steuerschaltung 1 und der Sensorschaltung 2 verwendet, und in diesem Fall wird, wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, die Unterbrechungserfassung derart durchgeführt, dass der Wert des Hochziehwiderstandes 6 auf näherungsweise mehrere hundert kΩ eingestellt und der Widerstandswert R0 eines mit einer internen Seite eines Anschlusses der Sensorschaltung 2 verbundenen Widerstandselements angepasst wird, um eine Impedanz für ein Impedanzverhältnis (näherungsweise 15 bis 20:1) in Bezug auf den zuerst genannten Widerstandswert zu erzeugen.
Gemäß den jüngsten geforderten Spezifikationen wurde jedoch auch ein zinnplattierter Anschluss niedrigen Preises (der im Folgenden als Zinnplattenanschluss bezeichnet wird) an Stelle des goldplattierten Anschlusses verwendet. Andererseits führt dieses jedoch zu der Befürchtung, dass sich der Kontaktwiderstand mit der Verschlechterung der Kontakte des Zinnplattenanschlusses erhöht, und somit besteht der Bedarf, den Energieversorgungsstrom zum Zinnplattenanschluss in einem normalen Betrieb derart zu erhöhen, dass der Wert des Hochziehwiderstandes 6 kleiner als vorher gemacht wird, um in einem Bereich zwischen mehreren kΩ und mehreren zehn kQ zu liegen. Wenn der Wert des Hochziehwiderstandes 6 der Steuerschaltung 1 auf mehrere kΩ bis mehrere zehn kΩ eingestellt wird, ergibt sich eine Differenz von näherungsweise einem bis zwei Digits im Vergleich zum herkömmlichen Fall, was sogar dann ein Problem verursacht, wenn ebenso wie im herkömmlichen Fall die Änderung des Widerstandswertes R0 erfolgt, um eine Unterbrechung zu erfassen, während diese Spezifikation erfüllt ist.
Das heißt, dass hinsichtlich der Impedanz der Sensorschaltung 2, die beim Auftreten einer Unterbrechung extrem niedriger als der Wert des Hochziehwiderstandes 6 (oder Herabziehwiderstandes 7) der Steuerschaltung 1 z. B. im Vergleich zum herkömmlichen Fall sein muß, die Notwendigkeit besteht, den Wert R0 (Impedanz) eines parallel mit einem Anschluss einer internen Seite der Sensorschaltung 2 verbundenen Widerstandes zu verringern. Da sich jedoch der im mit diesem Anschluss verbundenen Widerstand fließende Strom auf Grund der Beziehung zwischen den Widerstandswerten in einem normalen Betrieb beachtlich erhöht, führt dieses zu einer unerwünschten Erhöhung des in dem Widerstand R0 nutzlos fließenden Stromes.
Die DE 199 05 071 A1 offenbart einen Messumformer, der eine Diagnose der Versorgung mit einer Versorgungsspannung von einem Speisegerät, das Bestandteil einer Steuereinheit sein kann, vornimmt. Mittels eines Transistors werden Messsignale an das Speisegerät ausgegeben, unter anderem wenn die Funktion des Messumformers wegen unzureichender Spannungsversorgung nicht mehr gewährleistet ist. Zudem sind zwischen Messumformer und Speisegerät mehrere Leitungen und Anschlüsse vorhanden. Weiterhin beinhaltet die Diagnose der Spannungsversorgung das Erkennen defekter Anschlüsse oder der Versorgungszuführung. In dem Messumformer wird ein von dem Speisegerät kommender Strom durch einen Anschluss dem Kollektor des Transistors zugeführt. Schließlich wird die Übermittlung des Diagnoseergebnisses derart gesteuert, dass der Strom in der Zweidrahtleitung mittels des Transistors geregelt wird.
Die US 3 826 977 A offenbart eine Vorrichtung zum Orten und Verfolgen eines elektrischen Pfades durch elektrische Leiter. Ein Signalgenerator, der ein multiharmonisches Signal erzeugt, wird bei einem Test mit eine elektrischen Leiter verbunden. Das Signal enthält amplitudenmodulierte Harmonische in dem AM-Band. Ein zusätzlicher, selektiv erregter Schaltkreis gibt visuelle eine Kontinuitätsprüfung hinsichtlich des elektrischen Leiters an.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Unterbrechungserfassungsschaltung anzugeben, die in der Lage ist, eine Unterbrechung einer Verbindungsleitung zwischen Schaltungen in einem Zustand zu erfassen, in dem eine nutzlose Stromdissipation, die von einem in einem Widerstandselement fließenden Strom stammt, das mit einer Innenseite eines Anschlusses einer Sensorschaltung verbunden ist, unter Kontrolle gebracht wird, wobei ein Anwachsen des Kontaktwiderstandes an Anschlusskontakten durch Erhöhen des Erregungsstromes in Bezug auf einen Anschluss, mit dem eine Verbindungsleitung verbunden ist, in einem normalen Betrieb, vermieden wird.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem normalen Betrieb ein Erregerstrom direkt von einer Steuerschaltung durch einen Anschluss einem Kollektor oder Drain eines Transistors in einer Sensorschaltung zugeführt. Dieses kann den im Anschluss fließenden Erregerstrom nur durch Anpassen der Steuerschaltung im Voraus im normalen Betrieb erhöhen, was eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes des Anschlusses der Sensorschaltung verhindern und eine nutzlose Dissipation eines in einem mit einer Innenseite des Anschlusses der Sensorschaltung verbundenen Widerstand fließenden Stromes unterdrücken kann. Außerdem wird beim Auftreten einer Unterbrechung einer Verbindungsleitung die Impedanz der Sensorschaltung größer als die Impedanz der Steuerschaltung eingestellt, was es ermöglicht, die Unterbrechung der Verbindungsleitung zwischen der Steuerschaltung und der Sensorschaltung zu erfassen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Impedanzen der Sensorschaltung und der Steuerschaltung bei der Unterbrechung der Verbindungsleitung näherungsweise ein Digit, weiter vorzugsweise mehr als zwei Digits (d. h. mehrere zehn, mehrere hundert zu eins (näherungsweise 10 oder mehr:1).
Zusätzlich überprüft (verhindert) gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung mit der oben genannten Anordnung eine Umkehrstromüberprüfungseinrichtung den Umkehrstrom bzw. Rückwärtsstrom (Umkehrflüsse) eines Transistors der funktionellen Schaltung beim Auftreten einer Unterbrechung der Verbindungsleitung, was eine Fehlfunktion des Transistors während der Unterbrechung der Verbindungsleitung verhindert.
In Abhängigkeit von einer inneren Anordnung der Sensorschaltung wird berücksichtigt, dass z. B., wenn ein Strom in die bzw. von der Verbindungsleitung, die mit dem Anschluss der Sensorschaltung verbunden ist, herein oder heraus fließt, ein Spannungsabfall an einem Hochziehwiderstand oder einem Herabziehwiderstand in der Steuerschaltung sogar dann auftritt, wenn eine Unterbrechung in einer Verbindungsleitung auftritt, so dass der Spannungsabfall einen Eingangsspannungsbereich im normalen Betrieb nicht überschreitet, was es schwierig macht, die Unterbrechung auf der Steuerseite zu erfassen.
Daher kann insbesondere gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung mit der oben genannten Anordnung, wenn die funktionelle Schaltung eine oder mehrere Verstärkungsschaltungen aufweist und die Verstärkungsschaltung eine Ausgangsverstärkungsschaltung enthält, die in der Lage ist, ein Gleichstromsignal von einem Ausgangsanschluss der Sensorschaltung durch die Verbindungsleitung einzugeben/auszugeben, zum Zwecke der Überprüfung eines Umkehrstromes in einem Transistor der Ausgangsverstärkungsschaltung beim Auftreten einer Unterbrechung der Verbindungsleitung, die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung einen vom Umkehrstrom des Transistors stammenden Strompfad abschneiden (unterbrechen), einen Stromfluss in/aus eine/einer Sensorsignalleitung überprüfen, verhindern, dass die Spannung einen Eingangsspannungsbereich verlässt, wenn ein Spannungsabfall in der Steuerschaltung beim Auftreten einer Unterbrechung der Verbindungsleitung auftritt, und eine Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit an der Steuerschaltungsseite erfassen.
Außerdem wird gleichzeitig die Verstärkungsschaltung beim Empfang eines Versorgungsstromes von einer Konstantstromschaltung angesteuert, und die Ausgangsverstärkungsschaltung ist mit einer Ausgangsstromquelle versehen, die in Form einer Stromspiegelschaltung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Konstantstromschaltung für die Zufuhr eines Stromes zur Ausgangsstromquelle unabhängig von einer Konstantstromschaltung für eine andere Verstärkungsschaltung als der Ausgangsverstärkungsschaltung vorgesehen. In diesem Fall verschwindet ein Strompfad zwischen Konstantstromschaltungen, der zur Übertragung eines von der Sensorsignalleitung einfließenden/ausfließenden Stromes beim Auftreten einer Unterbrechung einer Verbindungsleitung dienen können, was verhindert, dass der Strom in eine Konstantstromschaltung zur Zufuhr eines Stromes zu einer anderen Verstärkungsschaltung als der Ausgangsverstärkungsschaltung fließt, um den Strompfad der Konstantstromschaltung zur Zufuhr eines Stromes zu einer anderen Verstärkungsschaltung als der Ausgangsverstärkungsschaltung zu unterbrechen, so dass die Steuerschaltung das Auftreten einer Unterbrechung sogar dann mit hoher Zuverlässigkeit erfassen kann, wenn eine in Form einer Stromspiegelschaltung angeordnete Ausgangsstromquelle vorgesehen ist.
Weiter zusätzlich ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung mit der oben genannten Anordnung der Transistor ein PNP-Bipolartransistor, und ein Kollektor des PNP-Transistors ist mit einem Energieversorgungsbus verbunden, der ein unteres elektrisches Bezugspotential beim Betrieb der funktionellen Schaltung erzeugt. In diesem Fall ist die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung zwischen dem Kollektor des PNP-Transistors und dem Energieversorgungsbus mit dem unteren elektrischen Bezugspotential angeordnet, um den Umkehrstrom im PNP-Transistor zu überprüfen, was das Einfließen eines Stroms vom Energieversorgungsbus, der das untere elektrische Bezugspotential des PNP-Transistors ausbildet, verhindert. Dieses verhindert, dass die Funktion des mit dem Energieversorgungsbus, der das untere elektrische Bezugspotential aufweist, verbundenen PNP-Transistors instabil wird, was den Strompfad sogar dann unterbrechen bzw. abschneiden kann, wenn der Kollektor des PNP-Bipolartransistors mit dem Energieversorgungsbus, der das untere elektrische Bezugspotential aufweist, verbunden ist, womit eine hohe Zuverlässigkeit bei der Erfassung einer Unterbrechung erzielt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung mit der oben genannten Anordnung enthält die funktionelle Schaltung eine Verstärkerschaltung mit einem oder mehreren Transistoren. In diesem Fall unterbricht eine Stromsteuerschaltung einen in der Verstärkungsschaltung beim Auftreten einer Unterbrechung einer Verbindungsleitung fließenden Betriebsstrom, um die Funktion der Verstärkungsschaltung anzuhalten bzw. zu unterbrechen, was verhindert, dass ein Strom, der von der Sensorsignalleitung beim Auftreten einer Unterbrechung der Verbindungsleitung ein-/ausfließt, durch den optischen Strompfad in die Verstärkungsschaltung fließt, um den Strompfad, der die Verstärkungsschaltung betreibt, zu unterbrechen, so dass die Steuerschaltung sogar dann eine hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich der Erfassung einer Unterbrechung der Steuerschaltung erzielen kann, wenn die Verstärkungsschaltung in der Sensorschaltung zum Einsatz gebracht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält in der oben genannten Anordnung die Verstärkungsschaltung eine Ausgangsverstärkungsschaltung, die in der Lage ist, ein Gleichstromsignal von einem Anschluss der Sensorschaltung durch die Verbindungsleitung einzugeben/auszugeben. In diesem Fall unterbricht die Stromsteuerschaltung einen Betriebsstrom, der in der Ausgangsverstärkungsschaltung beim Auftreten einer Unterbrechung einer Verbindungsleitung fließt, womit insbesondere der Strompfad zur Ausgangsverstärkungsschaltung unterbrochen wird, so dass die Steuerschaltung die Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit erfassen kann.
Weiterhin ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in der genannten Anordnung die Stromsteuerschaltung mit einer Stromspiegelschaltung aufgebaut, die einen ersten Transistor, in den ein Strom von dem Energieversorgungsbus der Sensorschaltung eingegeben wird, und einen zweiten Transistor aufweist, wobei die ersten und zweiten Transistorsteueranschlüsse miteinander verbunden sind, und es ist ein Widerstandselement zwischen den Energieversorgungsbus der Sensorschaltung und die Transistorsteueranschlüsse geschaltet. Dieses kann den Betriebsstrom der Verstärkungsschaltung stabil unterbrechen.
Außerdem ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in der oben genannten Anordnung der Transistor ein Bipolartransistor, und eine Stromüberprüfungseinrichtung überprüft die Zufuhr eines Basisstromes zum Bipolartransistor. Dieses kann verhindern, dass der Bipolartransistor insbesondere beim Auftreten einer Unterbrechung einer Verbindungsleitung arbeitet, um den Strompfad durch den Bipolartransistor zu unterbrechen, womit insbesondere dann eine hohe Zuverlässigkeit bei der Erfassung einer Unterbrechung erzielt wird, wenn der Bipolartransistor in der Senderschaltung verwendet wird.
Weiterhin ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in der oben genannten Anordnung die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung oder die Stromüberprüfungseinrichtung durch Schalten einer Diode in Umkehrrichtung oder eines als Diode geschalteten Transistors aufgebaut. Dieses kann eine Umkehrstromverhinderung oder eine Stromüberprüfung mittels eines einfachen Aufbaus erzielen.
In der vorliegenden Erfindung und in dieser Beschreibung stellt „Unterbrechung“ ein allgemeiner Ausdruck für elektrische Unterbrechungen einschließlich Unterbrechungen (z. B. die elektrische Unterbrechung einer Verbindungsleitung zwischen Schaltungen) im allgemeinen Sinn elektrischer Unterbrechungen, die Entfernung einer Verbindungsleitung (z. B. verschiebt sich eine Verbindungsleitung zwischen Schaltungen gegenüber einem Anschluss) und Ähnliches dar. Außerdem bezeichnet der „Umkehrstrom“ des Transistors auch z. B. im Falle eines PNP-Bipolartransistors einen durch den PN-Übergang zwischen einem Kollektor und einer Basis dieses Transistor einfließenden Strom.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Darstellung einer elektrischen Anordnung eines Abschnitts einer Sensorschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Darstellung einer elektrischen Anordnung einer Steuerschaltung und einer Sensorschaltung gemäß dieser ersten Ausführungsform,
3A und 3B Darstellungen, die zur Beschreibung von Problemen bei der Erfassung einer Unterbrechung dienen,
4A und 4B Darstellungen zur Erläuterung eines herkömmlichen Stromflusses beim Auftreten einer Unterbrechung,
5 eine Darstellung einer elektrischen Anordnung eines Abschnitts einer Sensorschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
6A und 6B Darstellungen zur Erläuterung einer herkömmlichen Anordnung von Schaltungen einschließlich einer Steuerschaltung und einer Sensorschaltung.

Mit Bezug auf die 1 bis 4B wird im Folgenden eine erste Ausführungsform beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung auf eine Unterbrechungserfassungsschaltung für eine in einem Fahrzeug angebrachte Drucksensorvorrichtung angewendet wird.
Eine Drucksensorvorrichtung wird in einem Fahrzeug angebracht und für verschiedene Steuerungen von Fahrzeugzuständen verwendet. Diese Drucksensorvorrichtung ist mit einer Sensorschaltung 11 zum Ausgeben eines Sensorsignals versehen. 2 zeigt schematisch einen elektrischen Aufbau der Drucksensorvorrichtung. Diese Sensorschaltung 11 stellt nur ein Beispiel dar, und es kann auch bei Bedarf ein Abschnitt der Anordnung entfernt oder eine Schaltung hinzugefügt werden, wenn die vorliegende Erfindung damit erzielt wird.
Die Sensorschaltung 11 wird betrieben, wenn eine Energieversorgungsspannung mit einem oberen elektrischen Bezugspotential (z. B. +5V) und einem unteren Bezugspotential (z. B. 0V) von einer externen ECU 17 zwischen einen Energieversorgungsanschluss Vcc und einen Masseanschluss GND angelegt wird. Die Sensorschaltung besteht hauptsächlich aus einer Sensoreinheit 12 und einer mehrstufigen Verstärkungsverarbeitungseinheit 13. Die Sensoreinheit 12 ist unter Verwendung eines Halbleiterchips hergestellt, der einen relativ großen Piezowiderstandskoeffizienten aufweist, und gibt ein Erfassungssignal mit einem Spannungspegel aus, der einem ausgeübten bzw. einwirkenden Druck entspricht.
Die Verstärkungsverarbeitungseinheit 13 weist hauptsächliche mehrstufige Verstärkungsschaltungen mit mehreren Operationsverstärkern OP1 ... OP3 und mehrere Widerstände Ra bis Rf auf, und ein Erfassungssignal von der Sensoreinheit 12 wird durch die erste Stufe bis zur Ausgangsstufe der Verstärkungsschaltungen 14, 16 verstärkt, so dass ein Sensorsignal von einem Ausgangsanschluss Vout der Sensorschaltung 11 ausgegeben wird.
Im Folgenden werden Verbindungen zwischen den Komponenten beschrieben. Ein Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP1 ist über den Widerstand Rc mit seinem invertierenden Eingangsanschluss verbunden. Dieser invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP1 ist über den Widerstand Rd mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP2 verbunden. Außerdem ist der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP2 über den Widerstand Re mit dessen invertierenden Eingangsanschluss verbunden, und dieser invertierende Eingangsanschluss ist über den Widerstand Rf mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP4 verbunden. Der Operationsverstärker OP4 dient als Spannungsfolger und legt eine geteilte Spannung an einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP3 an, die durch Bezugsspannungserzeugungswiderstände Rh und Ri erzeugt wird. Ein Erfassungssignal von der Sensoreinheit 12 wird an die nicht invertierenden Eingangsanschlüsse der Operationsverstärker OP1 und OP2 angelegt.
Das Erfassungssignal von der Sensoreinheit 12 wird durch die Verstärkungsschaltung der ersten Stufe 14, die durch Kombinieren der Operationsverstärker OP1, OP2 und der Widerstände Rc bis Rf aufgebaut ist, verstärkt, und ein Korrektursignal, das eine Gleichspannung aufweist, die von einer Korrekturspannungserzeugungseinheit 15 erzeugt wird, wird durch einen Spannungsfolger (durch einen Operationsverstärker OP5 aufgebaut) in die Verstärkungsschaltung der Ausgangsstufe 16 (durch eine Kombination des Operationsverstärkers OP3 und der Widerstände Ra und Rb aufgebaut) eingegeben, so dass das Korrektursignal einem von der Verstärkungsschaltung 14 verstärkten Signal hinzugefügt und als ein Sensorsignal von dem Ausgangsanschluss Vout ausgegeben wird, um durch einen Eingangsanschluss Vin in eine ECU 17 eingegeben zu werden.
Die ECU (Motorsteuereinheit; entspricht einer Steuerschaltung) 17 ist im Hinblick auf die Sensorschaltung 11 vorgesehen und bildet eine Drucksensorvorrichtung. Diese ECU 17 enthält einen A/D-Wandler 18 (bildet die interne Schaltung 9 im herkömmlichen Beispiel) und eine Energieversorgungsschaltung 8 und ist getrennt von der Sensorschaltung 11 vorgesehen. Diese ECU 17 ist über drei Verbindungsleitungen 3 bis 5 mit der Sensorschaltung 11 verbunden. Jede dieser Verbindungsleitungen 3 bis 5 besteht aus einem Fahrzeugkabelbaum.
Wenn die ECU 17 eine Energieversorgungsspannung von der Energieversorgungsschaltung 8 zwischen der Energieversorgungsleitung 3 und der Masseverbindungsleitung 5 zuführt, gibt die Sensorschaltung 11 ein Sensorsignal durch den Ausgangsanschluss Vout aus bzw. führt dieses zu und die ECU 17 empfängt dieses Sensorsignal, und das Sensorsignal wird in den A/D-Wandler 18 eingegeben, der als eine interne Schaltung zur Signalverarbeitung der ersten Stufe dient. Ein Hochziehwiderstand 6 oder ein Herabziehwiderstand 7 ist mit einem Eingangsanschluss im Inneren der ECU 17 verbunden, und ein Erregerstrom wird durch die Anschlüsse Vin und Vout und die Sensorsignalleitung 4 der Sensorschaltung 11 zugeführt. Die Impedanz des A/D-Wandlers 18 liegt z. B. dicht bei 1 MΩ und ist beträchtlich höher als der Hochziehwiderstand 6 und der Herabziehwiderstand 7.
Der A/D-Wandler 18 führt die Umwandlungsverarbeitung eines eingegebenen Sensorsignals (Gleichstromsignal) in ein digitales Signal durch, das wiederum einer internen Steuerung zugeführt wird (nicht gezeigt; eine interne Schaltung bildend). Wenn die Spannung vom A/D-Wandler 18 z. B. in einem Eingangsspannungsbereich von näherungsweise 0,5V bis näherungsweise 4,5V liegt, führt die Steuerung beim Empfang des Sensorsignals von der Sensorschaltung 11 die Steuerung für jeden Teil des Fahrzeugs durch. Wenn andererseits eine Spannung (näherungsweise 0V bis 0,49V, näherungsweise 4,51V bis 5V), die außerhalb des Spannungsbereiches im normalen Betrieb liegt, durch den A/D-Wandler 18 empfangen wird, trifft die Steuerung eine Entscheidung, dass eine Unterbrechung aufgetreten ist und gibt dieses Entscheidungsergebnis z. B. nach außen weiter.
Im Folgenden wird eine genaue Beschreibung eines Aufbaus der Verstärkungsschaltung der Ausgangsstufe 16 beschrieben.
<Verstärkungsschaltung der Ausgangsstufe 16>
1 zeigt schematisch einen elektrischen Aufbau einer Verstärkungsschaltung einer Ausgangsstufe.
Wie oben erwähnt ist, addiert diese Verstärkungsschaltung 16 ein verstärktes Signal, das in der Verstärkungsschaltung der ersten Stufe 14 verstärkt wurde, zu einem von der Korrekturspannungserzeugungseinheit 15 erzeugten Korrektursignal. Die Verstärkungsschaltung 16 bildet eine Negativ-Rückführungs-Verstärkungsschaltung, bei der ein Ausgangsanschluss To des Operationsverstärkers OP3 über einen Rückführwiderstand Ra mit dessen invertierendem Eingangsanschluss verbunden ist.
<Interner Aufbau des Operationsverstärkers OP3>
Im Folgenden wird ein interner Aufbau des Operationsverstärkers OP3 beschrieben. In dieser Ausführungsform besitzen die Operationsverstärker OP1 bis OP3 denselben Aufbau.
Der invertierende Eingangsanschluss Tm des Operationsverstärkers OP3 ist mit der Basis eines PNP-Transistors Tr1 verbunden, während der nichtinvertierende Eingangsanschluss Tp des Operationsverstärkers OP3 mit der Basis eines PNP-Transistors Tr2 verbunden ist. Die Emitter der unterschiedlichen Eingangstransistoren Tr1 und Tr2 bilden einen Differenzeingangsabschnitt einer Differenzverstärkungsschaltung A1 und sind miteinander verbunden und zwischen dem Kollektor und Emitter eines Mehrfachkollektor-PNP-Transistors Tr3 geschaltet, der eine Konstantstromschaltung bildet und außerdem durch einen Strombegrenzungswiderstand R1 mit einer Energieversorgungsleitung Vc1 und einem Energieversorgungsanschluss Vcc verbunden ist.
Eine aktive Last (Lastschaltung), die NPN-Transistoren Tr4 und Tr5 aufweist, ist zwischen die Kollektoren der Transistoren Tr1, Tr2 und den Masseanschluss GND geschaltet. Die Transistoren Tr4 und Tr5 bilden eine Schaltung, die einer Stromspiegelschaltung ähnelt.
Ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen den Transistoren Tr1 und TR4 ist mit der Basis eines PNP-Transistors Tr6 verbunden. Der Kollektor des Transistors Tr6 ist über die Anode-Kathode (zwischen der Anode und der Kathode) einer Diode D1 mit einer Masseleitung Vc2 und dem Masseanschluss GND verbunden. Außerdem ist der Emitter des Transistors Tr6 mit dem Kollektor des Transistors Tr3 verbunden. Die zuvor genannte Diode D1 entspricht einer Umkehrstromüberprüfungseinrichtung.
Andererseits ist ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen den Transistoren Tr2 und Tr5 mit der Basis eines PNP-Transistors Tr7 verbunden. Der Kollektor dieses Transistors Tr7 ist über die Anode-Kathode der Diode D1 mit der Masseleitung Vc2 und dem Masseanschluss GND verbunden. Außerdem ist der Emitter des Transistors Tr7 mit dem Kollektor des Transistors Tr3 und außerdem mit der Basis eines NPN-Transistors Tr8 verbunden, der die Ausgangsverstärkungsschaltung bildet. Diese Verbindungen des Widerstandes R1 und der Transistoren Tr1 bis Tr7 bilden die Differenzverstärkungsschaltung A1. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors Tr2 und dem Kollektor des Transistors Tr5 ist über eine Phasenkompensationskapazität C1 mit dem Ausgangsanschluss To des Operationsverstärkers OP3 verbunden.
<Vorspannungsschaltung B1>
Eine Vorspannungsschaltung B1 dient als eine Stromsteuerschaltung und ist zur Ansteuerung der zuvor genannten Differenzverstärkungsschaltung A1 vorgesehen. Zwischen der Energieversorgungsleitung Vc1 und der Masseleitung Vc2 sind der Emitter-Kollektor (zwischen dem Emitter und dem Kollektor) eines PNP-Transistors Tr9 und ein Widerstand R2 geschaltet. Außerdem sind zwischen der Energieversorgungsleitung Vc1 und der Masseleitung Vc2 ein Widerstand R3 und der Emitter-Kollektor eines PNP-Transistors Tr10 geschaltet.
Ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors Tr9 und dem Widerstand R2 ist mit der Basis des Transistors Tr10 verbunden, und ein gemeinsamer Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R3 und dem Emitter des Transistors Tr10 ist mit den Basen (Basisanschlüssen) der Transistoren Tr9 und Tr3 verbunden. Auf diese Weise ist die Vorspannungsschaltung B1 unter Verwendung der Widerstände R2, R3 und der Transistoren Tr9, Tr10 aufgebaut.
Ein Transistor Tr8, der eine Ausgangsverstärkungsschaltung A2 organisiert, ist mit seinem Emitter mit dem Kollektor und der Basis eines NPN-Transistors Tr11 verbunden, und der Emitter des Transistors Tr11 ist über einen Widerstand R4 mit dem Masseanschluss GND verbunden. Somit ist der Transistor Tr11 als Diode geschaltet, um der Stromüberprüfungseinrichtung in der vorliegenden Erfindung zu entsprechen.
Andererseits ist der Kollektor des Transistors Tr8 über einen Widerstand R5 und den Kollektor-Emitter eines PNP-Transistors Tr12 mit der Energieversorgungsleitung Vc1 verbunden.
Der Transistor Tr12 bildet eine Stromsteuerschaltung S1 für die Ausgangsverstärkungsschaltung A2.
<Stromsteuerschaltung für die Ausgangsverstärkungsschaltung A2>
Zur Steuerung des Stromes der Ausgangsverstärkungsschaltung A2 ist eine Stromsteuerschaltung (entspricht der Stromsteuerschaltung in der vorliegenden Erfindung) S1 für die Ausgangsverstärkungsschaltung A2 vorgesehen. Die Verbindungen in dieser Stromsteuerschaltung S1 sind wie folgt: Zwischen der Energieversorgungsleitung Vc1 und der Masseleitung Vc2 sind ein als Diode geschalteter PNP-Transistor Tr13 (entspricht dem ersten Transistor) und ein Widerstand R7 in Serie geschaltet und bilden somit eine Vorspannungsschaltung. Außerdem sind die Basen (entspricht dem Steueranschluss) der Transistoren Tr13 und Tr12 miteinander verbunden. Ein Widerstand R6 ist zwischen die Basis des Transistors Tr12 (entspricht dem zweiten Transistor) und die Energieversorgungsleitung Vc1 geschaltet, wodurch die Stromsteuerschaltung S1 durch die Verwendung der Widerstände R6, R7 und der Transistoren Tr12, Tr13 gebildet wird, die eine Stromspiegelschaltung aufweist.
Zusätzlich ist die Basis des Transistors Tr11 mit der Basis eines NPN-Transistors Tr14 verbunden, die die Ausgangsverstärkungsschaltung A2 bilden, und der Emitter des Transistors Tr1 ist mit der Masseleitung Vc2 verbunden. Der Kollektor des Transistors Tr14 ist mit dem Ausgangsanschluss To des Operationsverstärkers OP3 und außerdem mit dem Kollektor eines PNP-Transistors Tr15 verbunden. Da ein Widerstandselement (siehe den Widerstand im herkömmlichen Beispiel (Widerstandswert Ro)) nicht mit dem Ausgangsanschluss Vout des Operationsverstärkers OP3 der Sensorschaltung 11 verbunden ist, ändert sich zusätzlich gleichzeitig die Impedanz der Sensorschaltung 11 entsprechend den funktionellen Situationen der Transistoren Tr14 und Tr15. Die Ausgangsverstärkungsschaltung A2 besteht hauptsächlich aus den Transistoren Tr8, Tr14 und den Widerständen R5, R4.
Der Emitter des Transistors Tr15 ist mit der Energieversorgungsleitung Vc1 verbunden, und die Basis des Transistors Tr15 ist mit der Basis und dem Kollektor eines PNP-Transistors Tr16 verbunden. Der Emitter des Transistors Tr16 ist mit der Energieversorgungsleitung Vc1 verbunden. Eine Konstantstromschaltung S2, die eine Stromspiegelschaltung aufweist, ist zur Zufuhr eines Konstantstromes zum Transistor Tr16 ausgelegt.
Das heißt, dass diese Konstantstromschaltung S2 getrennt von der Konstantstromschaltung (die den Transistor Tr3 und den Widerstand R1 aufweist) für die Versorgung der Differenzverstärkungsschaltung A1 vorgesehen ist. Für diese Konstantstromschaltung S2 sind ein Widerstand R8 und ein als Diode geschalteter NPN-Transistor Tr17 zwischen die Energieversorgungsleitung Vc1 und die Masseleitung Vc2 geschaltet, um einen Vorspannungsstrom einzustellen, und die Basis des Transistors Tr17 ist mit der Basis eines NPN-Transistors Tr18 verbunden, und die Kollektoren der Transistoren Tr18 und Tr16 sind miteinander verbunden, wodurch den Transistoren Tr15 und Tr16 ein Konstantstrom zugeführt wird. Auf Grund der auf diese Weise erfolgenden Zufuhr des Konstantstromes dienen die Transistoren Tr15 und Tr16 als Ausgangsstromquelle für die Ausgangsverstärkungsschaltung.
Im Folgenden wird ein Betrieb der oben beschriebenen Anordnung beschrieben.
Die Verstärkungsschaltung, die die in 2 gezeigten Operationsverstärker OP1 bis OP3 aufweist, funktioniert als normale Verstärkungsschaltung im normalen Betrieb, und wenn der Hochziehwiderstand 6 auf mehrere kΩ bis mehrere zehn kΩ im Voraus eingestellt wird, fließt im normalen Betrieb ein Erregerstrom vom Ausgangsanschluss Vout der Sensorschaltung 11 in den Kollektor des Transistors Tr14 des Operationsverstärkers OP3, so dass ein größerer Strom als im herkömmlichen Fall zum Ausgangsanschluss Vout fließen kann. Wenn der Herabziehwiderstand 7 auf mehrere kΩ bis mehrere zehn kΩ im Voraus eingestellt wird, fließt ein Erregerstrom vom Kollektor des Transistors Tr15 des Operationsverstärkers OP3 durch den Ausgangsanschluss Vout der Sensorschaltung heraus, so dass ein größerer Strom als im herkömmlichen Fall zum Ausgangsanschluss Vout fließen kann.
Dementsprechend kann sogar dann, wenn der Ausgangsanschluss Vout aus einem kostengünstigen zinnplattierten Anschluss an Stelle eines goldplattierten Anschlusses besteht, durch die Anpassung des Widerstandswertes des Hochziehwiderstandes 6 oder des Herabziehwiderstandes 7 eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes des Kontaktes des Ausgangsanschlusses Vout verhindert werden. Obwohl der Anschluss der Ausgangsanschluss Vout der Sensorschaltung 11 und Ähnliches ist, ist er auch für den Eingangsanschluss Vin in der ECU 17 anwendbar.
Im Folgenden wird ein Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Fall beschrieben, in dem die Verbindungsleitungen 3 bis 5 unterbrochen werden. Bezüglich der Unterbrechung der Verbindungsleitungen 3 bis 5 sind in den 3A und 3B zwei Muster gezeigt. Das heißt,

(a) die Unterbrechung der Energieversorgungsleitung 3, wobei der Hochziehwiderstand 6 in der ECU 17 geschaltet ist, und
(b) die Unterbrechung der Masseverbindungsleitung 5, wobei der Herunterziehwiderstand 7 in der ECU 17 geschaltet ist.

Abgesehen davon gibt es (c) die Unterbrechung der Sensorsignalleitung 4, (d) die Unterbrechung der Masseverbindungsleitung 5 bei geschaltetem Hochziehwiderstand in der ECU 17, (e) die Unterbrechung der Energieversorgungsleitung 3 im geschalteten Hochziehwiderstand in der ECU 17, und (f) die Unterbrechung von zwei oder mehreren dieser Verbindungsleitungen. In diesen Fällen kann eine Unterbrechung festgestellt werden, da eine Spannung, die außerhalb des Eingangsspannungsbereiches im normalen Betrieb liegt, durch den Hochziehwiderstand 6 oder den Herabziehwiderstand 7 an den A/D-Wandler 18 der ECU 17 angelegt wird.
Im Folgenden wird jeder der Fälle (a) und (b) getrennt für den Fall des Operationsverstärkers OP3 im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel beschrieben. In den 3A und 3B ist eine funktionelle Schaltung K eine Schaltung, die hauptsächlich die Operationsverstärker OP1 bis OP5 aufweist, und Rref stellt einen Bezugsspannungserzeugungswiderstand (z. B. in der 2 der Widerstand Rh, der Widerstand Ri, oder Ähnliches) dar, der zur Ausbildung der Sensorschaltung 11 benötigt wird, und diese Darstellungen sind beispielhafte Zeichnungen, die den 6A und 6B entsprechen.
Die 4A und 4B sind Darstellungen einer herkömmlichen Schaltung, die keine Gegenmaßnahme beinhaltet. Die 4A und 4B sind Darstellungen derselben Schaltung, die einen allgemeinen Operationsverstärker entsprechend dem der 1 zeigen. Elemente, die dieselben Funktionen wie diejenigen der 1 aufweisen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fall der Schaltung bzw. Verbindung des Hochziehwiderstands 6 und Unterbrechung der Energieversorgungsleitung 3
Im herkömmlichen Schaltungsbeispiel wird, wenn der Hochziehwiderstand 6 in der ECU 17 geschaltet ist und die Energieversorgungsleitung 3 unterbrochen wird, wobei die Sensorschaltung den in den 4A und 4B gezeigten Aufbau aufweist, bestätigt, dass ein Strom durch einen Pfad fließt, der in 4A durch die eingekreisten Nummern 1 oder 2 oder Ähnlichem bezeichnet ist. Obwohl ebenso berücksichtigt wird, dass ein Strompfad vom Ausgangsanschluss Vout durch den Rückführtransistor Ra in den Differenzeingangstransistor Tr1 vorliegt, da der Transistor Tr1 ein PNP-Transistor ist, fließt der Strom nicht von der Eingangsseite der Differenzverstärkungsschaltung A1. Im Falle des Strompfades, der durch das eingekreiste Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, fließt, wenn der ECU 17 Energie von der Energiezufuhrschaltung 8 zugeführt wird, ein Erregerstrom durch den Hochziehwiderstand 6 zur Sensorsignalleitung 4 und durch den Ausgangsanschluss Vout in die Sensorschaltung 11.
Gleichzeitig fließt dieser Erregerstrom durch die Kollektor-Basis (PN-Übergang in Vorwärtsrichtung) des PNP-Transistors Tr15 zum Transistor Tr10. Dieses kommt daher, dass die Basen der Transistoren Tr3, Tr9 und Tr15 miteinander verbunden sind. Außerdem fließt Strom durch die Emitter-Basis (PN-Übergang in Vorwärtsrichtung), den Widerstand R2 und die Masseleitung Vc2 in die ECU 17, womit eine Stromschleife (siehe Darstellung) gebildet wird.
Zusätzlich fließt im Falle des Strompfades, der durch das eingekreiste Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, auf Grund des Stromflusses durch den durch das eingekreiste Bezugszeichen 1 bezeichneten Strompfad zur Kollektor-Basis des Transistors Tr15 ein Strom durch die Kollektor-Emitter des Transistors Tr15 und durch den Bezugsspannungserzeugungswiederstand Rref (z. B. die Widerstände Rh, Ri der 2) zur Masseleitung Vc2, um einen Strompfad zu errichten (siehe Darstellung). Auf Grund des Flusses dieser Ströme erhöht sich der Spannungsabfall des Hochziehwiderstandes 6, und es wird eine Spannung im Eingangsspannungsbereich (näherungsweise 0,5V bis 4,5V) im normalem Betrieb an den Eingang des A/D-Wandlers 18 der ECU 17 angelegt. Somit ist es beim herkömmlichen Aufbau schwierig, eine Unterbrechung zu erfassen.
Aus diesem Grund ist zur Lösung dieses Problems gemäß 1 die Konstantstromschaltung zur Zufuhr eines Stromes zur Ausgangsstromquelle einschließlich der Transistoren Tr15 und Tr16 getrennt von der Vorspannungsschaltung B1 und der Differenzverstärkungsschaltung A1 vorgesehen, wobei die Verbindungen wie oben beschrieben eingerichtet werden. Sogar wenn bei der Unterbrechung der Energieversorgungsleitung 3 ein Strom vom Ausgangsanschluss Vout fließt, wird die Zufuhr der Energieversorgungsspannung zum Energieversorgungsanschluss Vcc unterbrochen, um die Transistoren Tr17 und Tr18 der Konstantstromschaltung S2 auszuschalten, so dass der Strom nicht in die Ausgangsstromquelle fließt. Daher verschwindet der durch das eingekreiste Bezugszeichen 1 der 4A angedeutete Strompfad und der vom Kollektor des Transistors Tr15 einfließende Strom verschwindet, und der durch das eingekreiste Bezugszeichen 2 der 4A angezeigte Strompfad verschwindet ebenfalls.
Somit ist der Hochziehwiderstand 6 in der ECU 17 geschaltet, und wenn die Energieversorgungsleitung 3 unterbrochen wird, tritt kein Umkehrstrom des Energiezufuhrstromes im Transistor Tr15 auf, und somit kann die Erfassung der Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt werden, ohne einen Spannungsabfall am Hochziehwiderstand 6 zu verursachen.
Fall der Verbindung bzw. Schaltung des Herabziehwiderstandes 7 und Unterbrechung der Masseverbindungsleitung 5.
Wenn der Herabziehwiderstand 7 in der ECU 17 geschaltet ist und die Masseverbindungsleitung 5 unterbrochen wird, wobei die Sensorschaltung wie in den 4A und 4B aufgebaut ist, wird bestätigt, dass ein Strom durch Pfade, die durch eingekreiste Bezugszeichen 3 bis 5 der 4B angezeigt sind, und andere Pfade fließt. Das heißt, dass im Falle des durch das eingekreiste Bezugszeichen 3 angezeigten Pfades, wenn die Erregerspannung von der Energieversorgungsschaltung 8 der ECU 17 durch die Energieversorgungsleitung 3 zugeführt wird, das elektrische Potential der Masseleitung Vc2 instabil wird, und es fließt ein Strom durch den Bezugsspannungserzeugungswiderstand Rref (z. B. der Widerstand Rh, Ri der 2) in die Masseleitung Vc2, und dieser Strom fließt durch die Kollektor-Basis (PN-Übergang in Vorwärtsrichtung) der PNP-Transistoren Tr6 und Tr7, so dass ein nachteiliger Einfluss von der Kollektorseite der Transistoren Tr1 und Tr2 her, die die Differenzverstärkungsschaltung der ersten Stufe A1 bilden, auftritt. Außerdem tritt im Falle des Pfades des eingekreisten Bezugszeichens 4 auf Grund des Flusses eines Basisstroms durch den Widerstand R4 in den Transistor Tr14 ein Umkehrstrom durch den Emitter-Kollektor des Transistors Tr14 auf, der aus dem Ausgangsanschluss Vout austritt.
Zusätzlich wird im Falle des Pfades mit dem eingekreisten Bezugszeichen 5 auf Grund der Stromflüsse durch die oben genannten Pfade der eingekreisten Bezugszeichen 3 und 4 bestätigt, dass die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Tr8 instabil wird und deren Einfluss einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss Vout durch den Widerstand R5 und die Transistoren Tr8 und Tr14 (siehe Darstellung) bewirkt, und der durch den Ausgangsanschluss Vout herausfließende Strom erreicht den Herabziehwiderstand 7 und erhöht die Spannung über dem Herabziehwiderstand 7, so dass eine Spannung im Eingangsspannungsbereich (näherungsweise 0,5V bis 4,5V) in normalem Betrieb an den Eingang des A/D-Wandlers 18 angelegt wird und keine Erfassung einer Unterbrechung stattfindet.
Daher sind, wie es in 1 gezeigt ist, zur Lösung dieses Problems gemäß dieser Ausführungsform die Diode D1, die Stromsteuerschaltung S1, die Vorspannungsschaltung B1 und der als Diode geschaltete Transistor Tr11 vorgesehen, die wie oben beschrieben geschaltet sind.
In diesem Fall fließt beim Auftreten einer Unterbrechung der Masseverbindungsleitung 5 sogar dann, wenn ein Strom in die Masseleitung Vc2 fließt, der Strom nicht in die Transistoren Tr1, Tr2, Tr6 und Tr7, da die Diode D1 in Umkehrrichtung zwischen den Kollektor des PNP-Transistors und der Masseleitung Vc2 angeordnet bzw. geschaltet ist, um zu verhindern, dass ein Strom von der Masseleitungsseite Vc2 (siehe Polaritäten in der Darstellung) darin fließt.
Außerdem kann anhand der Verwendung des Transistors Tr11 die Erregung des Basisstromes des Bipolartransistors Tr14, der von der Masseleitung Vc2 einfließt, überprüft (verhindert) werden, und da kein Spannungsabfall in der ECU 17 auftritt, kann die Unterbrechungserfassung mit hoher Zuverlässigkeit ohne Funktion des Transistors Tr14 durchgeführt werden.
Außerdem wird durch die Verwendung der Stromsteuerschaltung S1 zwischen der Energieversorgungsleitung Vc1 und dem Widerstand R5 der Betriebsstrom (der Kollektorstrom des Transistors Tr8) unterbrochen, der im Widerstand R5 beim Auftreten einer Unterbrechung der Masseverbindungsleitung 5 fließt, und somit unterbricht die Ausgangsverstärkungsschaltung R2 den vom Ausgangsanschluss Vout ausfließenden Strom nicht. Da außerdem der Widerstand R3 zwischen der Energieversorgungsleitung Vc1 und der Basis des Transistors Tr9 unter einer vorbestimmten Bedingung vorgesehen ist, ist es möglich, die Funktion der Differenzverstärkungsschaltung A1 beim Auftreten einer Unterbrechung der Masseverbindungsleitung 5 zu unterbrechen.
Insbesondere wird, wenn die Widerstände R3, R2, R6 und R7 mit einem vorbestimmten Verhältnis vorgesehen sind, bestätigt, dass die sich Stromsteuerfunktion weiter verbessert. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten der Widerstände R6 und R7 oder das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten der Widerstände R3 und R2 auf näherungsweise mehrere zehn zu eins (z. B. 10:1) eingestellt wird, so dass die Stromsteuerfunktion im normalen Betrieb und beim Auftreten einer Unterbrechung aufrecht erhalten wird.
In diesem Fall wird geschätzt, dass das Verhältnis der Impedanz zwischen der Sensorschaltung 11 und der ECU 17 mindestens ein Digit, zwei Digit oder mehr wird (z. B. 10, mehrere 10, mehr als mehrere 100 zu 1). Dementsprechend tritt, wenn der Herabziehwiderstand 7 geschaltet ist und die Masseverbindungsleitung 5 unterbrochen wird, die Unterbrechung der Strompfade, die durch die eingekreisten Bezugszeichen 3 bis 5 angezeigt sind, auf, und somit tritt kein Spannungsabfall am Herabziehwiderstand 7 auf, wodurch eine Erfassung der Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit gewährleistet ist.
Das heißt, dass sogar dann, wenn der Normalbetrieb in einem Zustand erfolgt, in dem die Strombalance in den Schaltungen geeignet gehalten wird, im herkömmlichen Beispiel der Umkehrstrom in den Transistoren Tr6, Tr7, Tr14 und Tr15 auf Grund der Unterbrechung irgendeines der Verbindungsleitungen 3 bis 5 zwischen der Sensorschaltung 11 und der ECU 17 auftritt, der die Strombalance stört, so dass Schwierigkeiten beim Erfassen der Unterbrechung auftreten. Andererseits sind erfindungsgemäß die Diode D1, die Stromsteuerschaltung S1, die Konstantstromschaltung S2 und der als Diode geschaltete Transistor Tr11 vorgesehen, um den Umkehrstrom in den jeweiligen Transistoren Tr6, Tr7, Tr14 und Tr15 zu überprüfen (zu verhindern), und somit kann die Erfassung einer Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt werden, ohne die Umkehrströme der jeweiligen Transistoren sogar beim Auftreten einer Unterbrechung der Verbindungsleitungen 3 bis 5 zu entwickeln.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Eingangsanschluss Vin der ECU 17 direkt mit den Kollektoren der Transistoren Tr14 und Tr15 ohne Anordnung eines Widerstandselementes dazwischen verbunden, und ein Widerstand mit einem Widerstandswert von mehreren kΩ bis mehreren zehn kΩ wird als Hochziehwiderstand 6 oder Herabziehwiderstand 7 zum Erregen des Kollektors des Transistors Tr14 oder Tr15 verwendet, wodurch ein Erregungsstrom von der ECU 17 durch die Anschlüsse Vcc, Vout und GND der Sensorschaltung 11 in normalem Betrieb zugeführt wird. Daher ist es sogar dann, wenn die Anschlüsse Vcc, Vout und GND zinnplattierte Anschlüsse sind, im Vergleich zum herkömmlichen Fall möglich, den Erregerstrom zu verstärken, was verhindern kann, dass sich der Kontaktwiderstand an den Anschlusskontakten erhöht.
Da die Stromsteuerschaltung S1, die Konstantstromschaltung S2, die Vorspannungsschaltung B1 und die Transistoren Tr11 und Tr16 vorgesehen sind, so dass die Impedanz der Sensorschaltung 11 beim Auftreten einer Unterbrechung der Energieversorgungsleitung 3 (oder der Masseverbindungsleitung 5) um zumindest einen Digit oder mehr größer als der Widerstandswert des Hochziehwiederstands 6 (oder des Herabziehwiderstands 7) der ECU 17 eingestellt wird, tritt außerdem kein Spannungsabfall an dem Hochziehwiderstand 6 oder dem Herabziehwiderstand 7 auf, wodurch die Erfassung einer Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit erzielt wird.
Wird der Strompfad bei der Erfassung einer Unterbrechung in der gesamten Sensorschaltung 11 betrachtet, stellen nicht nur der Operationsverstärker OP3, der direkt mit dem Anschluss Vout verbunden ist, sondern auch der Operationsverstärker OP1, OP2 oder ähnliche, die über den Widerstand Ra oder Ähnliches verbunden sind, einen ähnlichen Strompfad bereit. Aus diesem Grund gilt der Aufbau des Operationsverstärkers OP3, der in dieser Ausführungsform beschrieben wurde, ebenso für diejenigen der Operationsverstärker OP1 und OP2. Dieses ermöglicht die Erfassung einer Unterbrechung mit hoher Zuverlässigkeit.
Wenn ein parasitäres Element in den Elementen wie z. B. den Transistoren Tr1 bis Tr17, die die Operationsverstärker OP3 und weitere ausbilden, vorhanden ist, kann das parasitäre Element einen Bypasspfad für die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung D1, die Stromüberprüfungseinrichtung Tr11 und andere bereitstellen, der die Funktionen dieser Einrichtungen stört. Aus diesem Grund ist es z. B. vorteilhaft, einen Waferprozess (Oxidfilmisolierungs-/trennungs-Prozess oder Ähnliches) zur Eliminierung des parasitären Elementes einzusetzen, wodurch der Bypasspfad, der von dem parasitären Element herrührt, beseitigt wird.
(Zweite Ausführungsform)
5 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Unterschied zur ersten Ausführungsform darin besteht, dass an Stelle der Stromsteuerschaltung S1 und der Konstantstromschaltung S2 des Operationsverstärkers eine Diode an der Ausgangsverstärkungsschaltung A2 vorgesehen ist, um den Umkehrstrom der Transistoren Tr14 und Tr15 zu überprüfen. Dieselben Teile wie diejenigen der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen.
In 5 ist eine Diode D2 mit der dargestellten Polarität zwischen den Kollektor des Transistors Tr15 des Operationsverstärkers OP3 und den Ausgangsanschluss Vout geschaltet. Außerdem ist eine Diode D3 mit der dargestellten Polarität zwischen den Kollektor des Transistors Tr14 und den Ausgangsanschluss Vout geschaltet.
In diesem Aufbau wird z. B., wenn der Hochziehwiderstand 6 in der ECU 17 geschaltet ist, der Umkehrstrom des Transistors Tr15 durch die Diode D2 überprüft. Das heißt, dass es möglich ist, die Strompfade, die durch die eingekreisten Bezugszeichen 1 und 2 der 4A angezeigt sind, zu unterbrechen. Wenn der Herabziehwiderstand 7 der ECU 17 geschaltet ist, wird der Umkehrstrom des Transistors Tr14 durch die Diode D3 überprüft. Das heißt, dass es möglich ist, die Strompfade, die durch die eingekreisten Bezugszeichen der 4 und 5 der 4B angezeigt sind, zu unterbrechen.
Im Vergleich zur ersten Ausführungsform kann diese Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform erzielen, obwohl der Ausgangsspannungsbereich des Operationsverstärkers OP3 kleiner wird.
(Andere Ausführungsformen)
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es ist möglich, z. B. die folgenden Änderungen und Modifikationen der Ausführungsformen der Erfindung vorzusehen.
Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen die funktionelle Schaltung K, die hauptsächlich aus den Operationsverstärkern OP1 bis OP5 besteht, verwendet, ist es ebenso möglich, wenn die Sensorschaltung 11 Transistoren enthält, diese Schaltung 11 als die funktionelle Schaltung zu verwenden. In diesem Fall ist es ebenso möglich eine Schaltung zu verwenden, wodurch ein Erregerstrom direkt von der ECU 17 durch den Ausgangsanschluss Vout und weiteren dem Kollektor eines Transistors einer Sensorschaltung 11 im normalen Betrieb zugeführt wird, und die Impedanz der Sensorschaltung 11 wird beim Auftreten einer Unterbrechung der Verbindungsleitungen 3 bis 5 größer als die Impedanz der ECU 17.
Außerdem ist es möglich, einen FET zu verwenden, obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen einen Bipolartransistor verwenden. Außerdem ist es ebenso angemessen, dass die Vorspannungsschaltung B1 und die Widerstände R6, R7 und der Transistor Tr13 der Stromsteuerschaltung S1 allgemein verwendet werden.

Claims

Unterbrechungserfassungsschaltung für eine Steuervorrichtung, die aufweist: eine Steuerschaltung (17), die mehrere erste Anschlüsse (Vin) enthält; und eine Sensorschaltung (11) einschließlich einer funktionellen Schaltung (K), die einen oder mehrere Transistoren (Tr1-Tr18) und zweite Anschlüsse (Vcc, Vout, GND) enthält, mit denen mehrere Verbindungsleitungen (3, 4, 5), die sich von den ersten Anschlüssen (Vin) erstrecken, verbunden sind, wobei die Sensorschaltung (11) von der Steuerschaltung (17) über die Verbindungsleitungen (3, 4, 5) mit Strom versorgt wird und ein Sensorsignal über die Verbindungsleitungen (3, 4, 5) an die Steuerschaltung (17) ausgibt, die Unterbrechungserfassungsschaltung ausgelegt ist, eine Unterbrechung von mindestens einer der Verbindungsleitungen (3, 4, 5) zu erfassen, in einem normalen Betrieb, in dem der Sensorschaltung (11) Strom zugeführt wird, ein Erregerstrom direkt von der Steuerschaltung (17) durch die zweiten Anschlüsse einem Kollektor oder Drain des einen oder der mehreren Transistoren (Tr1-Tr18) in der Sensorschaltung (11) zugeführt wird, und auf das Auftreten einer Unterbrechung der mindestens einen Verbindungsleitung (3, 4, 5) hin, bei der der Sensorschaltung (11) kein Strom zugeführt wird, eine Impedanz, die an den zweiten Anschlüssen (Vcc, Vout, GND) in der Sensorschaltung (11) auftritt, größer als eine Impedanz, die an den ersten Anschlüssen (Vin) in der Steuerschaltung (17) auftritt, wird.
Schaltung nach Anspruch 1, die außerdem eine Umkehrstromüberprüfungseinrichtung zum Überprüfen eines Umkehrstromes in dem einen oder den mehreren Transistoren (Tr1-Tr18) der funktionellen Schaltung (K) beim Auftreten der Unterbrechung der mindestens einen Verbindungsleitung (3, 4, 5) aufweist.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei die funktionelle Schaltung (K) einen oder mehrere Verstärkungsschaltungen (A1, A2) aufweist und die eine oder mehreren Verstärkungsschaltungen (A1, A2) eine Ausgangsverstärkungsschaltung (A2) enthalten, die ein Gleichstromsignal von einem Ausgangsanschluss der Sensorschaltung (11) durch die mindestens eine Verbindungsleitung (3, 4, 5) ausgibt, und die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung den Umkehrstrom im Transistor der Ausgangsverstärkungsschaltung (A2) beim Auftreten der Unterbrechung der mindestens einen Verbindungsleitung (3, 4, 5) überprüft.
Schaltung nach Anspruch 3, wobei die eine oder mehreren Verstärkungsschaltungen (A1, A2) beim Empfang der Zufuhr eines Stromes von einer Konstantstromschaltung angesteuert wird, und die Ausgangsverstärkungsschaltung (A2) mit einer Ausgangsstromquelle versehen ist, die in Form einer Stromspiegelschaltung aufgebaut ist, wobei die Konstantstromschaltung der Ausgangsstromquelle einen Strom zuführt und getrennt von einer Konstantstromschaltung zur Zufuhr eines Stromes zu einer anderen Verstärkungsschaltung als der Ausgangsverstärkungsschaltung (A2) vorgesehen ist.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei der eine oder die mehreren Transistoren (Tr1-Tr18) jeweils ein PNP-Bipolartransistor sind und ein Kollektor des PNP-Bipolartransistors mit einem Energieversorgungsbus verbunden ist, der ein unteres elektrisches Bezugspotential beim Betrieb der funktionellen Schaltung (K) erzeugt, und die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung zwischen den Kollektor des PNP-Bipolartransistors und den Energieversorgungsbus mit dem unteren elektrischen Bezugspotential geschaltet ist, um einen Umkehrstrom im PNP-Bipolartransistor zu überprüfen.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die funktionelle Schaltung (K) eine Verstärkungsschaltung (A1, A2) aufweist, die einen oder mehrere Transistoren (Tr1-Tr18) enthält, und eine Stromsteuerschaltung (S1) vorgesehen ist, um einen Betriebsstrom für die Verstärkungsschaltung beim Auftreten der Unterbrechung der mindestens einen Verbindungsleitung (3, 4, 5) zu unterbrechen.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die Verstärkungsschaltung (A1, A2) eine Ausgangsverstärkungsschaltung (A2) zum Ausgeben eines Gleichstromsignales von einem Anschluss der Sensorschaltung (11) durch die Verbindungsleitung ist und die Stromsteuerschaltung (S1) einen Betriebsstrom für die Ausgangsverstärkungsschaltung (A2) beim Auftreten der Unterbrechung der mindestens einen Verbindungsleitung (3, 4, 5) unterbricht.
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die Stromsteuerschaltung (S1) mit einer Stromspiegelschaltung aufgebaut ist, die einen ersten Transistor, in den ein Strom von einem Energieversorgungsbus der Sensorschaltung (11) eingegeben wird, und einen zweiten Transistor enthält, wobei die ersten und zweiten Transistorsteueranschlüsse miteinander verbunden sind und wobei ein Widerstandselement zwischen den Energieversorgungsbus der Sensorschaltung (11) und die Transistorsteueranschlüsse geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Transistoren (Tr1-Tr18) jeweils ein Bipolartransistor sind, und wobei eine Stromüberprüfungseinrichtung vorgesehen ist, um die Zufuhr eines Basisstromes zum Bipolartransistor beim Auftreten der Unterbrechung der mindestens einen Verbindungsleitung (3, 4, 5) zu überprüfen.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Umkehrstromüberprüfungseinrichtung durch eine in Umkehrrichtung geschaltete Diode oder einen als Diode geschalteten Transistor aufgebaut ist.
Schaltung nach Anspruch 9, wobei die Stromüberprüfungseinrichtung durch eine im Umkehrrichtung geschaltete Diode oder einen als Diode geschalteten Transistor aufweist.