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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Sensor zum Erfassen
einer physikalischen Größe unter
Verwendung einer Kapazität,
die zwischen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode
in einem Sensorelement ausgebildet ist. Zum Beispiel wird der kapazitive
Sensor als ein Beschleunigungssensor verwendet und kann eine Haftdiagnose
durchführen.
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Die
US 2005/0016273 A1 (die
der
JP-A-2005-43309 entspricht)
offenbart einen kapazitiven Beschleunigungssensor in einem Fahrzeug.
In dem Sensor wird eine Kapazität
zwischen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode
in einem Sensorelement durch eine Beschleunigung geändert. Die
Kapazität
wird durch eine Kapazität/Spannungs-(C-V)-Wandlerschaltung
zu einem elektrischen Signal gewandelt und das Signal wird von einem
Signalverarbeitungsschaltung, die eine Abtast/Halteschaltung beinhaltet,
und eine geschaltete Kondensatorschaltung differenziell verstärkt. Daher
kann der Sensor das verstärkte
Signal als ein Sensorausgangssignal ausgeben.
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Wenn
ein Fremdobjekt zwischen der beweglichen Elektrode und der festen
Elektrode in dem Sensorelement haftet, kann die Beschleunigung nicht
erfasst werden, da die Kapazitätsänderung,
die der Beschleunigung entspricht, nicht erzeugt werden. Deshalb
wird eine Haftdiagnose durchgeführt,
in welcher die bewegliche Elektrode zwangsweise zu der festen Elektrode
bewegt wird, um die bewegliche Elektrode in Kontakt mit der festen
Elektrode zu bringen.
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In
der Haftdiagnose wird eine Spannung zum Bewegen der beweglichen
Elektrode zu der festen Elektrode angelegt. Das Sensorausgangssignal
ist in Fällen
unterschiedlich, in welchen das Fremdobjekt zwischen der beweglichen
Elektrode und der festen Elektrode haftet oder nicht. Dies ist so,
da ein Spalt zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode
in den Fällen
unterschiedlich ist. Deshalb kann das Fremdobjekt auf der Grundlage
der Differenz des Sensorausgangssignals erfasst werden. Zum Beispiel
wird eine Trägerwellenspannung
(10 V) in der Diagnosebetriebsart an die feste Elektrode angelegt,
welche größer als
die Trägerwellenspannung in
einer normalen Beschleunigungsmessbetriebsart ist. Weiterhin wird
eine Referenzspannung, die in der C/V-Wandlerschaltung an einem
Operationsverstärker
anliegt, von Vdd/2 in der normalen Betriebsart zu Vpp in der Diagnosebetriebsart
erhöht.
Daher wird ein Potenzial der beweglichen Elektrode zu Vpp erhöht, um die
bewegliche Elektrode zu verschieben. Daher wird das Sensorausgangssignal überwacht.
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Jedoch
kann die Haftdiagnose lediglich in einem eine kleine Beschleunigung
erfassenden Sensor durchgeführt
werden, der zum Erfassen einer verhältnismäßig kleinen Beschleunigung
verwendet wird. Ein Sensor zum Erfassen einer großen Beschleunigung,
der zum Erfassen einer verhältnismäßig großen Beschleunigung
verwendet wird, erfordert eine größere Spannung für seine
Haftdiagnose, da eine Fehlerkonstante der beweglichen Elektrode
in dem Sensor zum Erfassen einer großen Beschleunigung größer ist.
In diesem Fall ist es erforderlich, dass ein Halbleiterelement,
zum Beispiel ein Transistor, der in der C/V-Wandlerschaltung und
der geschalteten Kondensatorschaltung enthalten ist, der größeren Spannung
standhält.
Daher kann eine Abmessung eines Halbleiterchips in einer Sensorschaltung
gegenüber
Anforderungen nach Miniaturisierungen vergrößert werden. Jedoch ist es
erforderlich, dass der Sensor zum Erfassen einer großen Beschleunigung
die Haftdiagnose ohne das Vergrößern des
Halbleiterchips durchführt.
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Aus
der
JP 05281256 A ist
eine Diagnose mittels eines Erzeugens einer Hochspannung bekannt.
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Im
Hinblick auf die vorhergehenden und andere Probleme ist es eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kapazitiven Sensor für eine physikalische
Größe zu schaffen,
welcher eine Haftdiagnose durchführen
kann, während
seine bewegliche Elektrode eine große Federkonstante aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 und 8 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Gemäß einem
ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein kapazitiver
Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe ein Sensorelement und eine
Erfassungsschaltung. Das Sensorelement beinhaltet eine bewegliche
Elektrode, die in Übereinstimmung
mit einer physikalischen Größe verschiebbar
ist, und eine feste Elektrode, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt.
Eine periodische Trägerwellenspannung
wird an die feste Elektrode angelegt. Die Erfassungsschaltung beinhaltet eine
C/V-Wandlerschaltung, eine Differenzialverstärkerschaltung und eine Hochspannungs-Erzeugungsschaltung.
Die C/V-Wandlerschaltung gibt ein Spannungssignal aus, das einer
Kapazität
zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode entspricht,
und beinhaltet einen Diagnoseschalter. Die Differenzialverstärkerschaltung
verstärkt
das Spannungssignal aus der C/V-Wandlerschaltung differenziell und
gibt das verstärkte
Signal als ein Sensorausgangssignal in einer normalen Messbetriebsart
aus. Die Hochspannungs-Erzeugungsschaltung
legt eine Diagnosespannung an eine Eingangsseite der C/V-Wandlerschaltung
in einer Diagnosebetriebsart an, um ein Haften eines Fremdobjekts
zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode zu diagnostizieren.
Die periodische Trägerwellenspannung
in der Diagnosebetriebsart ist größer als die periodische Trägerwellenspannung
in der normalen Betriebsart. Der Diagnoseschalter ist zwischen der C/V-Wandlerschaltung
und der Differenzialverstärkerschaltung
vorgesehen. Der Diagnoseschalter ist in der normalen Betriebsart
geschlossen, um das Spannungssignal von der C/V-Wandlerschaltung
in die Differenzialverstärkungsschaltung
einzugeben, und in der Diagnosebetriebsart geöffnet, um die C/V-Wandlerschaltung
und die Differenzialverstärkungsschaltung
zu trennen.
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Gemäß einem
zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren
eines Diagnostizierens eines Sensors für eine physikalische Größe einen
Erhöhungsschritt,
einen Anlegeschritt und einen Stoppschritt. Der Sensor für eine physikalische
Größe beinhaltet
eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode, an welche eine
Trägerwellenspannung
angelegt ist, eine Wandlungsschaltung zum Ausgeben eines Spannungssignals,
das einer Kapazität
der Elektroden entspricht, und eine Verstärkerschaltung zum Erzeugen
eines Sensorausgangssignals auf der Grundlage des Spannungssignals.
In dem Erhöhungsschritt
wird die Trägerwellenspannung
zu einem Zeitpunkt einer Diagnose der Elektroden auf höher als
die normal angelegte Spannung erhöht, um eine physikalische Größe zu erfassen,
die an den Elektroden anliegt. In dem Anlegeschritt wird eine vorbestimmte
Spannung zwischen der beweglichen Elektrode und der Wandlerschaltung
zu einer Zeit eines Diagnostizierens der Elektroden angelegt. In
dem Stoppschritt wird gestoppt, dass das Spannungssignal, das von
der Wandlerschaltung erzeugt wird, zu einer Zeit eines Diagnostizierens
der Elektroden an die Verstärkerschaltung angelegt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild eines kapazitiven Beschleunigungssensors gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein
Zeitablaufdiagramm eines Betriebs des kapazitiven Beschleunigungssensors.
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Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Beschleunigungssensor
ein Sensorelement 10 und eine Erfassungsschaltung 20.
Das Sensorelement 10 beinhaltet bewegliche Elektroden 1a, 1b und
feste Elektroden 2a, 2b. Die Erfassungsschaltung 20 erfasst eine
Beschleunigung auf der Grundlage einer Änderung einer differenziellen
Kapazität
zwischen der beweglichen Elektrode 1a, 1b und
der festen Elektrode 2a, 2b.
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Das
Sensorelement 10 beinhaltet eine Trägerstruktur und die bewegliche
Elektrode 1a, 1b und die feste Elektrode 2a, 2b sind
mit der Trägerstruktur aufgebaut.
Die differenzielle Kapazität
wird durch die bewegliche Elektrode 1a, 1b und
die feste Elektrode 2a, 2b ausgebildet, welche
angeordnet sind, um einander gegenüberzuliegen. Jedes von Trägerwellensignalen
PW1, PW2 wird periodisch an jede der festen Elektroden 2a, 2b angelegt,
und die Signale PW1, PW2, die an die festen Elektroden 2a, 2b angelegt
werden, sind zueinander umgekehrt. Dadurch wird eine Beschleunigung
auf der Grundlage einer Änderung
der differenziellen Kapazität
erfasst und entspricht die Änderung
einer Verschiebung der beweglichen Elektrode 1a, 1b.
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Die
Erfassungsschaltung 20 beinhaltet einen Kapazität/Spannungs-(C/V)-Wandlerschaltung 21, eine
Differenzialverstärkerschaltung 22,
eine Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 23 und
eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24. Die C/V-Wandlerschaltung 21 wandelt
die Differenzialkapazität
zu einem Spannungssignal und beinhaltet einen Operationsverstärker 21a,
einen Kondensator 21b, einen Schalter 21c und
einen Diagnoseschalter 21d. Ein invertierender Eingangsanschluss
des Verstärkers 21a ist
mit den beweglichen Elektroden 1a, 1b verbunden und
jeder des Kondensators 21b und des Schalters 21c ist
parallel zu dem Operationsverstärker 21a zwischen
dem invertierenden Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss
angeschlossen. Der Schalter 21c wird durch ein Signal S1
von der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 angesteuert.
Einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 21a wird
eine halbe Spannung Vdd/2 (2,5 V) einer Spannung VDD (5 V), die
an der festen Elektrode 2a, 2b anliegt, als eine
Mitten-(Referenz)-Spannung zugeführt.
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Weiterhin
beinhaltet die C/V-Wandlerschaltung 21 den Diagnoseschalter 21d für eine Haftdiagnose.
Der Diagnoseschalter 21d wird von einem Signal 32 aus
der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 angesteuert. In
einer normalen Beschleunigungsmessbetriebsart ist der Diagnoseschalter 21c geschlossen
und wird ein Ausgangssignal aus der C/V-Wandlerschaltung 21 zu
der Differenzialverstärkerschaltung 22 gesendet.
In der Haftdiagnosebetriebsart ist der Diagnoseschalter 21d geöffnet, wodurch
die C/V-Wandlerschaltung 21 und die Differenzialverstärkerschaltung 22 voneinander
getrennt sind. Dann wird ein Potenzial zwischen dem Diagnoseschalter 21b und
dem Operationsverstärker 21a, das
heißt
ein Potenzial eines Verbindungspunkts zwischen dem Ausgangsanschluss
des Operationsverstärkers 21a,
dem Kondensator 21b und dem Schalter 21c, als
ein Diagnoseausgangssignal für
die Haftdiagnose ausgegeben.
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Die
Differenzialverstärkerschaltung 22 beinhaltet
eine Abtast/Halte-(SH)-Schaltung 22a,
eine Verstärker-(AMP)-Schaltung 22b und
eine Tiefpassfilter-(LPF)-Schaltung 22c.
Die SH-Schaltung 22a wird von einem Signal S3 aus der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 angesteuert.
Die SH-Schaltung 22a tastet das Ausgangssignal aus der C/V-Wandlerschaltung 21 ab
und hält
das Ausgangssignal für
eine vorbestimmte Dauer. Die AMP-Schaltung 22b verstärkt das
abgetastete Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.
Die LPF-Schaltung 22c wird von einem Hauptsignal F1 aus
der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 angesteuert und
wählt ein
Signal in einer vorbestimmten Frequenzbandkomponente aus dem Ausgangssignal der
AMP-Schaltung 22b aus. Dann gibt die LPF-Schaltung 22c das
Signal als ein Sensorausgangssignal, das ein Beschleunigungssignal
anzeigt, zu einer externen Schaltung aus.
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Die
Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 23 legt eine Spannung
Vpp (8 V) an eine Eingangsseite der C/V-Wandlerschaltung 21 als
eine Hochspannung für
die Haftdiagnose an. Die Hochspannung Vpp ist größer als die Referenzspannung
Vdd/2 (2,5 V), die in der normalen Beschleunigungsmessbetriebsart
anliegt. Die Eingangsseite der C/V-Wandlerschaltung 21 entspricht
dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 21a.
Die Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 23 wird
von einem Signal T1 aus der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 angesteuert
und erzeugt die Hochspannung Vpp für die Haftdiagnose.
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Die
Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 gibt die Trägerwellenspannungssignale
PW1, PW2, die Signale S1, S2 zum Anzeigen des Schaltzeitpunkts für den Schalter 21c und
den Diagnoseschalter 21c, das Signal T1 zum Steuern der
Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 23, das Signal S3 zum Steuern
der SH-Schaltung 22a und das Signal F1 zum Ansteuern der
LPF-Schaltung 22c aus.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb des Beschleunigungssensors unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Zuerst wird die normale Beschleunigungsmessbetriebsart beschrieben.
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In
der normalen Betriebsart weist jedes der Signale PW1, PW2 aus der
Steuersignal-Erzeugungsschaltung 24 eine vorbestimmte Amplitude
einer Spannung Vdd (5 V) auf und sind die Pegel der Spannungen Vdd
der Signale PW1, PW2 zueinander umgekehrt, so dass die Signale PW1,
PW2 zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisen. Die Signale PW1,
PW2 weisen Rechteckwellenformen mit der vorbestimmten Amplitude
auf und ändern
sich zwischen einem hohen Pegel (Hi) und einem niedrigen Pegel (Lo)
in vier Dauern t1 bis t4 in jedem Erfassungszyklus.
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In
der ersten Dauer t1 stellen die Signale PW1, PW2 ein elektrisches
Potenzial der festen Elektrode 2a auf Vdd und ein elektrisches
Potenzial der festen Elektrode 2b auf 0 V ein. Weiterhin
wird der Schalter 21c als Reaktion auf das Signal S1 geschlossen.
Daher weisen die beweglichen Elektroden 1a, 1b eine
Vorspannung Vdd/2 durch einen Betrieb des Verstärkers 21a auf, und
eine elektrische Ladung in dem Kondensator 21b wird entladen,
welcher eine Rückkopplungskapazität sein wird.
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Zu
dieser Zeit halten, wenn eine Kapazität C1 zwischen der beweglichen
Elektrode 1a und der festen Elektrode 2a größer als
eine Kapazität
C2 zwischen der beweglichen Elektrode 1b und der festen Elektrode 2b ist
(C1 > C2), die beweglichen
Elektroden 1a, 1b eine größere Menge von Negativladungen aufgrund
dieser Beziehungen und der Spannungen, die an den festen Elektroden 2a, 2b anliegen.
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In
der zweiten Dauer t2 stellen die Signale PW1, PW2 das elektrische
Potenzial der festen Elektrode 2a auf Vdd und das elektrische
Potenzial der festen Elektrode 2b auf 0 V ein. Weiterhin
wird der Schalter 21c als Reaktion auf das Signal S1 geöffnet. Dadurch
wird der Kondensator 21b mit einer Elektrizität geladen,
die einem Zustand der beweglichen Elektroden 1a, 1b entspricht.
Dann gibt die C/V-Wandlerschaltung 21 ein
Spannungssignal aus, das der Ladung in dem Kondensator 21b entspricht, und
tastet die SH-Schaltung 22a das Spannungssignal als Reaktion
auf das Signal S3 ab.
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In
der dritten Periode t3 stellen die Signale PW1, PW2 das elektrische
Potenzial der festen Elektrode 2a auf 0 V und das elektrische
Potenzial der festen Elektrode 2b auf Vdd ein. Das heißt, die
elektrischen Potenzialen werden vertauscht. Weiterhin wird der Schalter 21c von
dem Signal S2 offen gehalten.
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Zu
dieser Zeit wird ein Zustand der elektrischen Ladung in den beweglichen
Elektroden 1a, 1b zu dem einer zweiten Periode
t2 aufgrund einer Umkehr der Signale PW1, PW2 umgekehrt. Das heißt, wenn
die Kapazität
C1 größer als
die Kapazität
C2 ist (C1 > C2),
halten die beweglichen Elektroden 1a, 1b eine
große
Menge an positiven Ladungen aufgrund einer Umkehr der Spannungen,
die an den festen Elektroden 2a, 2b anliegen.
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Jedoch
werden zu dieser Zeit, da eine Schaltung zwischen der beweglichen
Elektrode 1a, 1b und dem Kondensator 21b geschlossen
wird, die elektrischen Ladungen, die in der ersten Dauer t1 entladen werden,
in der Schaltung gespeichert. Deshalb wird ein Teil der elektrischen
Ladungen in dem Kondensator 21b zum Ausgleich übertragen
und gespeichert. Dann gibt die C/V-Wandlerschaltung 21 ein
Spannungssignal, welches proportional zu der übertragenen Ladung und umgekehrt
proportional zu einer Kapazität
C des Kondensators 21b ist, auf der Grundlage einer Beziehung
von Q = CV aus.
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In
der vierten Dauer t4 stellen die Signale PW1, PW2 das elektrische
Potenzial der festen Elektrode 2a auf 0 V und das elektrische
Potenzial der festen Elektrode 2b auf Vdd ein. Nachdem
das Spannungssignal aus der C/V-Wandlerschaltung 21 ausreichend
stabil geworden ist, tastet die SH-Schaltung 22a das Spannungssignal
aus der C/V-Wandlerschaltung 21 als Reaktion auf das Signal
S3 ab.
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Die
AMP-Schaltung 22b führt
eine Differenzialberechnung zwischen dem Spannungssignal, das in
der zweiten Dauer t2 abgetastet wird, und dem Spannungssignal durch,
das in der vierten Dauer t4 abgetastet wird, und gibt das Berechnungsergebnis aus.
Auf der Grundlage des Ergebnisses kann eine Beschleunigung, die
einer Verschiebung der beweglichen Elektrode 1a, 1b entspricht,
erfasst werden.
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Als
Nächstes
wird die Diagnosebetriebsart beschrieben. In der Diagnosebetriebsart
wird eine Hochspannung Vpp, die von der Hochspannungs- Erzeugungsschaltung 23 erzeugt
wird, an eine Eingangsseite der C/V-Wandlerschaltung 21 angelegt. Weiterhin
werden die Spannungssignale PW1, PW2, die an den festen Elektroden 2a, 2b anliegen,
größer als
die Signale PW1, PW2 in der normalen Betriebsart gemacht und wird
der Diagnoseschalter 21b geöffnet. Die anderen Betriebe
in der Diagnosebetriebsart können ähnlich zu
denjenigen in der normalen Betriebsart gemacht werden.
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Genauer
gesagt werden die Spannungssignale PW1, PW2 zum Beispiel auf 10
V in der Diagnosebetriebsart eingestellt, während die Spannungssignale
PW1, PW2 auf zum Beispiel 5 V in der normalen Betriebsart eingestellt
werden. Weiterhin wird die Hochspannung Vpp von zum Beispiel 8 V
an die Eingangsseite der C/V-Wandlerschaltung 21 von
der Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 23 angelegt und wird
der Diagnoseschalter 21d als Reaktion auf das Signal S2
geöffnet.
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In
den ersten und zweiten Dauern t1, t2 wird die Hochspannung Vpp an
die Eingangsseite der C/V-Wandlerschaltung 21 angelegt.
Dadurch wird die Hochspannung Vpp ebenso an die bewegliche Elektrode 1a, 1b angelegt.
Gleichzeitig stellen die Signale PW1, PW2 das elektrische Potenzial
der festen Elektrode 2a auf 10 V und das elektrische Potenzial
der festen Elektrode 2b auf 0 V ein.
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Daher
wird eine Potenzialdifferenz zwischen der festen Elektrode 2b und
den beweglichen Elektroden 1a, 1b ausreichend
größer als
die zwischen der festen Elektrode 2a und den beweglichen
Elektroden 1a, 1b. Dadurch werden die beweglichen Elektroden 1a, 1b zu
der festen Elektrode 2b bewegt, um die bewegliche Elektrode 1b in
Kontakt mit der festen Elektrode 2b zu bringen.
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Da
der Schalter 21c in der ersten Dauer t1 geschlossen ist,
wird die Ladung in dem Kondensator 21b entladen, welche
die Rückkopplungskapazität sein wird.
Weiterhin wird, da der Schalter 21c in der zweiten Dauer
t2 geöffnet
ist, der Kondensator 21b mit einer Elektrizität geladen,
die einem Zustand der beweglichen Elektroden 1a, 1b entspricht.
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Zu
dieser Zeit ist ein Zustand der beweglichen Elektroden 1a, 1b in
Fällen
unterschiedlich, in welchen ein Fremdobjekt zwischen der beweglichen Elektrode 1b und
der festen Elektrode 2b haftet oder nicht. Zum Beispiel
kann, wenn ein Fremdobjekt zwischen der beweglichen Elektrode 1b und
der festen Elektrode 2b haftet, die bewegliche Elektrode 1b zu der
festen Elektrode 2b bewegt werden. Deshalb ändert sich
die Menge der Elektrizität,
die in dem Kondensator 21b geladen ist, und ändert sich
ein Potenzial für
ein Diagnoseausgangssignal. Durch Überwachen des Potenzials und
Vergleichen von ihm mit einem vorbestimmten Wert kann ein Haften
eines Fremdobjekts zwischen der beweglichen Elektrode 1b und
der festen Elektrode 2b erfasst werden.
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In
den dritten und vierten Dauern t3, t4 werden die elektrischen Potenziale
der festen Elektroden 2a, 2b umgekehrt. Das heißt, die
Signale PW1, PW2 stellen das elektrische Potenzial der festen Elektrode 2a auf
0 V und das elektrische Potenzial der festen Elektrode 2b auf
10 V ein.
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Daher
wird die Potenzialdifferenz zwischen der festen Elektrode 2a und
den beweglichen Elektroden 13, 1b ausreichend
größer als
diejenige zwischen der festen Elektrode 2b und den beweglichen Elektroden 1a, 1b.
Dadurch werden die beweglichen Elektroden 1a, 1b zu
der festen Elektrode 2a bewegt, um die bewegliche Elektrode 1a in
Kontakt mit der festen Elektrode 2a zu bringen.
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Ähnlich zu
den ersten und zweiten Dauern t1, t2 ist ein Zustand der beweglichen
Elektroden 1a, 1b in Fällen unterschiedlich, in welchen
irgendein Fremdobjekt zwischen der beweglichen Elektrode 1a und
der festen Elektrode 2a haftet oder nicht. Deshalb ändert sich
die Menge der Elektrizität,
die in dem Kondensator 21b geladen ist, und ändert sich
das Potenzial für
das Diagnoseausgangssignal. Durch Überwachen des Potenzials und
Vergleichen von ihm mit einem vorbestimmten Wert kann ein Haften
eines Fremdobjekts zwischen den beweglichen Elektroden 1a,
und der festen Elektrode 2a erfasst werden.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
beinhaltet der zuvor beschriebene Beschleunigungssensor den Diagnoseschalter 21d und
den Hochspannungs-Erzeugungsschalter 23.
In der Diagnosebetriebsart kann das Haften zwischen der beweglichen Elektrode 1a, 1b und
der festen Elektrode 2a, 2b durch Überwachen
des Potenzials der Ausgangsseite der C/V-Wandlerschaltung 21 als
das Diagnoseausgangssignal erfasst werden. Die Ausgangsseite der
C/V-Wandlerschaltung 21 stellt
den Verbindungspunkt dar, der den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 21a,
den Kondensator 21b und den Schalter 21c verbindet.
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Weiterhin
ist in der Diagnosebetriebsart der Diagnoseschalter 21d geöffnet. Daher
wird das Potenzial des Verbindungspunkts nicht zu der Differenzialverstärkerschaltung 22 übertragen.
Das heißt, wenn
die Hochspannung Vpp (8 V) an dem invertierenden Eingangsanschluss
des Operationsverstärkers 21a anliegt,
wird das Ausgangssignal aus der C/V-Wandlerschaltung 21 nicht
zu der Differenzialverstärkerschaltung 22 übertragen.
Deshalb ist ein Transistor (nicht gezeigt) in der Differenzialverstärkerschaltung 22 nicht
erforderlich, um einer großen Spannung
standzuhalten, die dem Diagnoseausgangssignal entspricht. Dann ist
es nicht erforderlich, dass eine Abmessung eines Halbleiterchips,
der in der Erfassungsschaltung beinhaltet ist, groß ist. Demgemäß kann die
Haftdiagnose in dem Beschleunigungssensor zum Erfassen einer verhältnismäßig großen Beschleunigung
durchgeführt
werden.
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Nachstehend
erfolgt die Beschreibung von anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung.
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In
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
liegt die Hochspannung Vpp (8 V) an dem invertierenden Eingangsanschluss
des Operationsverstärkers 21a an.
Alternativ kann die Hochspannung Vpp an einem nicht invertierenden
Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 21a anliegen.
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Alternativ
kann, wenn der Beschleunigungssensor eine Eigendiagnosefunktion
aufweist, eine Schaltung, die im Stande ist, die Hochspannung Vpp zu
erzeugen, ursprünglich
in dem Beschleunigungssensor enthalten sein. In diesem Fall kann
die Schaltung, die im Stande ist, die Hochspannung Vpp zu erzeugen,
als die Hochspannungs-Erzeugungsschaltung 23 wirken.
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Weiterhin
kann ein Drucksensor oder ein Gierratensensor als der kapazitive
Sensor für
eine physikalische Größe an Stelle
des Beschleunigungssensors verwendet werden, der in dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel
beschrieben ist.
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Derartige Änderungen
und Ausgestaltungen verstehen sich als innerhalb des Umfangs der
vorliegenden Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert
ist.
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Ein
zuvor beschriebener erfindungsgemäßer kapazitiver Sensor zum
Erfassen einer physikalischen Größe beinhaltet
ein Sensorelement und eine Erfassungsschaltung. Das Sensorelement
beinhaltet eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode. Eine
periodische Spannung wird an die feste Elektrode angelegt. Eine
Hochspannungs-Erzeugungsschaltung legt eine Diagnosespannung an
eine Eingangsseite einer C/V-Wandlerschaltung an, um ein Haften
eines Fremdobjekts zwischen der beweglichen Elektrode und der festen
Elektrode zu diagnostizieren. Die C/V-Wandlerschaltung beinhaltet
einen Diagnoseschalter, welcher in einer Diagnosebetriebsart offen
ist. Die periodische Spannung in der Diagnosebetriebsart ist größer als
die periodische Spannung in einer normalen Messbetriebsart.