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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung und insbesondere auf eine Sensorvorrichtung, die bei einer Stromversorgungsunterbrechung eine Ausgangsspannung auf eine Stromversorgungsspannung oder ein Massepotential festsetzt.
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Stand der Technik
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Beispiele für herkömmliche Sensorvorrichtungen umfassen eine Sensorvorrichtung für eine physikalische Größe, wie sie in
JP 2004 - 294 069 A (Patentdokument 1) usw. beschrieben ist.
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Der in Patentdokument 1 beschriebene verwandte Stand der Technik ist so ausgelegt, dass eine Unterbrechung einer Stromversorgungsleitung oder deren Kontaktfehler über eine Reduzierung der Stromversorgungsspannung erfasst wird und ein Sensorausgang auf das Potential der Stromversorgungsleitung festgesetzt wird, indem ein Ausgangstransistor gesperrt wird, wenn die Stromversorgungsspannung abnimmt. Dadurch kann eine Einschätzung in Bezug auf Störungen, wie etwa die Unterbrechung der Stromversorgungsleitung, und deren Kontaktfehler vorgenommen werden. Patentdokument 2 betrifft einen Sensor zum Ermitteln eines physikalischen Parameters mit einer Sensorschaltung zum Umwandeln des physikalischen Parameters in ein elektrisches Signal; einer Oszillatorschaltung zum Erzeugen und Ausgeben eines Signals einer bestimmten Frequenz; einer Signalverarbeitungseinheit, die auf der Basis des von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signals arbeitet und einen bestimmten Signalverarbeitungsbetrieb auf das durch die Sensorschaltung umgewandelte elektrische Signal anwendet; und einer Selbsttestschaltung zum Überwachen des von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signals und Ausgeben eines bestimmten Fehlerermittelungssignals, wenn ermittelt wird, daß das überwachte Signal außerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches liegt. Patentdokument 3 betrifft einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor, der zwischen einem Stromversorgungs-Eingangsanschluss und einem Sensor-Ausgangsanschluss angeordnet ist, und ein Gate des N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistors ist mit dem Knoten dazwischen verbunden. Patentdokument 4 betrifft eine Schaltung zum Detektieren einer Unterbrechung einer Brückenschaltung. Patentdokument 5 betrifft eine Sensoranordnung, die eine Sensorschaltung enthält, welche eine physikalische Größe wie einen Druck misst, einen Spannungsdetektor, welcher eine Spannung erfasst, die konkret der Sensorschaltung zugeführt wird, und einen Oszillator, welcher ein oszillierendes Signal erzeugt, wenn der Spannungsdetektor die der Sensorschaltung zugeführte Spannung als abnormal niedrig beurteilt. Patentdokument 6 betrifft eine Sensoreinrichtung, bei der ein Analogsensor über mindestens drei Zuleitungen, von denen zumindest eine Zuleitung eine Signalleitung ist, mit einer Kontrolleinheit verbunden ist, wobei die Signalleitung mit einem Analogeingang der Kontrolleinheit und einem Analogausgang des Analogsensors verbunden ist, und wobei eine Potenzialumschalteinrichtung vorgesehen ist, mit der die zumindest eine Signalleitung mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen zum Zwecke der Fehlererkennung verbindbar ist. Patentdokument 7 betrifft eine Unterbrechungserkennungsschaltung zum Erkennen der fehlerhaften Verbindung mit einer einfachen Schaltungskonfiguration.
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Dokumente des Standes der Technik
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Patentdokumente
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Im obigen verwandten Stand der Technik wird der Anwendung eines widerstandsbehafteten Erfassungselements und einer über einen CMOS-Prozess realisierten, integrierten Schaltung wenig Beachtung geschenkt.
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3 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der sich der vorgenannte verwandte Stand der Technik auf ein widerstandsbehaftetes Erfassungselement bezieht. In der vorliegenden Ausgestaltung wird einer Sensorvorrichtung 28 über eine Stromversorgungsleitung 37 und eine Masseleitung 39 von einer Steuerungsvorrichtung 40 her Strom zugeführt, und eine Sensorausgangsspannung wird von dieser über eine Ausgangsleitung 38 auf die Steuerungsvorrichtung 40 übertragen. In der Steuerungsvorrichtung 40 sind eine Konstantspannungsquelle 41, die eine Konstantspannung an die Sensorvorrichtung 28 liefert, und ein Pull-up-Widerstand 42 vorgesehen, der zwischen der Ausgangsleitung 38 und der Konstantspannungsquelle 41 angeschlossen ist. Ein widerstandsbehaftetes Erfassungselement 29 ist in der Sensorvorrichtung 28 angeordnet und weist Widerstände 30 und 31 auf, deren Widerstandswerte sich je nach einer erfassten physikalischen Größe ändern. Eine Spannung Vsen des Erfassungselements 29 verändert sich abhängig von der erfassten physikalischen Größe. Die Spannung Vsen wird durch eine Ausgangsschaltung verstärkt, die aus Widerständen 32 und 33, einem Verstärker 34, einer Referenzstromversorgung 35 und einem Ausgangstransistor 36 gebildet ist, und wird über einen Ausgangsanschluss Vout und die Ausgangsleitung 38 an die Steuerungsvorrichtung 40 ausgegeben. Wenn die Stromversorgungsleitung 37 in der vorliegenden Ausgestaltung unterbrochen wird, wird die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout durch eine Spannung bestimmt, die durch die Widerstände 31, 32 und 33 und den Pull-up-Widerstand 42 geteilt wird. Das heißt, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout nicht auf eine Stromversorgungsspannung oder ein Massepotential festgesetzt ist, sondern zu einem Zwischenpotential führt (einem Spannungsbereich, in dem die Sensorvorrichtung eben dieses Potential abgibt, wenn sie normal arbeitet). Wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout auf die Stromversorgungsspannung oder das Massepotential festgesetzt ist, kann die Steuerungsvorrichtung 40 feststellen, dass die Sensorvorrichtung 28 ausgefallen ist. In der Ausgestaltung von 3 jedoch wird, wenn die Stromversorgungsleitung 37 unterbrochen ist, die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout zum Zwischenpotential, ohne dabei auf die Stromversorgungsspannung öder das Massepotential festgesetzt zu sein. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass es nicht realisierbar ist, die Unterbrechung der Stromversorgungsleitung 37 zu erfassen. Das heißt, dass in der vorliegenden Ausgestaltung ungünstigeUmstände auftreten, wenn es sich bei dem Erfassungselement 28 um ein widerstandsbehaftetes Erfassungselement handelt.
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4 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der eine CMOS-Verstärkerschaltung 43 an die vorgeschaltete Stufe der in 3 gezeigten Ausgestaltung angeschlossen ist. Im Übrigen zeigt 4 nur einen PMOS-Transistor 44 und einen NMOS-Transistor 45, die in einer Ausgangsstufe mit Bezug auf die innere Ausgestaltung der CMOS-Verstärkerschaltung 43 vorgesehen sind. Wenn die Stromversorgungsleitung 37 in der vorliegenden Ausgestaltung unterbrochen wird, wird die Spannung der Konstantspannungsquelle 41 vom Pull-up-Widerstand 42, Widerstand 33, Widerstand 32 und einer Drain-Elektrode des PMOS-Transistors 44 einem Stromversorgungsanschluss Vcc über eine Bulk-Elektrode desselben zugeführt, so dass die Sensorvorrichtung 28 mit Strom versorgt wird. Als Stromversorgung hat dieser Strom einen hohen Widerstand, weil er durch den Pull-up-Widerstand 42, den Widerstand 33 und den Widerstand 32 fließt, und es tritt ein Spannungsabfall an einem PN-Übergang auf, weil er von der Drain-Elektrode des PMOS-Transistors 44 über die Bulk-Elektrode fließt. Deshalb wird die Sensorvorrichtung 28 unvollständig mit Strom versorgt, wodurch bewirkt wird, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout eine unvollständige Spannung wird. Das heißt, dass in der vorliegenden Ausgestaltung bei einer Unterbrechung der Stromversorgungsleitung 37 die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout nicht auf die Stromversorgungsspannung oder das Massepotential festgesetzt wird und zu einer unvollständigen Spannung wird (einer Spannung mit einem sehr großen Fehler innerhalb eines Bereichs von Spannungen, den die Sensorvorrichtung ausgibt, wenn sie normal arbeitet). Es besteht daher die Möglichkeit, dass es nicht realisierbar ist, die Unterbrechung der Stromversorgungsleitung 37 zu erfassen.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die vorstehend genannten Umstände. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, eine Ausgangsspannung der Sensorvorrichtung sicher auf eine Stromversorgungsspannung oder ein Massepotential festzusetzen, wenn eine Stromversorgungsleitung unterbrochen ist.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Um die obigen Probleme zu lösen, wird die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellt, bei der eine Reihenschaltung aus einem MOS-Schalter und einem Kondensator in einem Gegenkopplungsteil einer Ausgangsschaltung zum Erzeugen einer Sensorausgangsspannung angeordnet ist und ein als Diode wirkendes Element an eine Bulk-Elektrode des MOS-Schalters angeschlossen ist.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Stromversorgungsleitung oder Masseleitung einer Sensorvorrichtung unterbrochen wird, eine Ausgangsspannung der Sensorvorrichtung sicher auf ein Stromversorgungs- oder Massepotential festgesetzt werden. Da eine sich der vorliegenden Sensorvorrichtung bedienende Steuerungsvorrichtung in der Lage ist, eine Störung in der vorliegenden Sensorvorrichtung zu erfassen, ist es deshalb möglich, mittels der vorliegenden Sensorvorrichtung eine Ausfallsicherheit eines Steuerungssystems sicherzustellen.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist ein Ablaufdiagramm der Taktsignale ϕ1 und ϕ2.
- 3 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der ein verwandter Stand der Technik auf ein widerstandsbehaftetes Erfassungselement angewendet wird.
- 4 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der eine CMOS-Verstärkerschaltung 43 an die vorgeschaltete Stufe der in 3 gezeigten Ausgestaltung angeschlossen ist.
- 5 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung einer zweiten Ausführungsform.
- 6 veranschaulicht einen Schnittaufbau eines PMOS-Transistors 46.
- 7 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung einer dritten Ausführungsform.
- 8 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung einer vierten Ausführungsform.
- 9 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung einer Sensorvorrichtung einer fünften Ausführungsform.
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Methode zum Ausführen der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Zunächst wird mit Bezug auf 1 und 2 eine Sensorvorrichtung beschrieben, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Übrigen stellt 1 eine Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung der ersten Ausführungsform dar, und 2 ist ein Ablaufdiagramm der Taktsignale ϕ1 und ϕ2.
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In der Sensorvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird Strom über eine Stromversorgungsleitung 22 und eine Masseleitung 24 von einer Steuerungsvorrichtung 25 einem Stromversorgungsanschluss Vcc und einem Masseanschluss Gnd der Sensorvorrichtung 1 zugeführt. Eine Sensorausgangsspannung wird über eine Ausgangsleitung 23 von einem Ausgangsanschluss Vout zur Steuerungsvorrichtung 25 geschickt. Eine Konstantspannungsquelle 26, die eine Konstantspannung an die Sensorvorrichtung 1 liefert, und ein Pull-up-Widerstand 27, der zwischen der Ausgangsleitung 23 und der Konstantspannungsquelle 26 angeschlossen ist, sind in der Steuerungsvorrichtung 25 angeordnet. Ein Erfassungselement 8 ist in der Sensorvorrichtung 1 vorgesehen, und eine Spannung Vsen desselben verändert sich je nach einer erfassten physikalischen Größe. Im Übrigen werden für das Erfassungselement 8 ein Drucksensor, ein Beschleunigungssensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor, ein Luftstromsensor usw. verwendet. Des Weiteren verstärkt eine Ausgangsschaltung, umfassend die MOS-Schalter 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16 und 17 gebildet ist, welche durch die in 2 gezeigten Taktsignale ϕ1 und ϕ2 gesteuert werden, die Kondensatoren 2, 11 und 18, einen Operationsverstärker 19, eine Referenzspannungsquelle 20 und einen SWC (geschalteten Kondensator), der durch einen Ausgangs-NMOS-Transistor 21 gebildet ist, die Spannung Vsen und gibt diese an die Steuerungsvorrichtung 25 über den Ausgangsanschluss Vout und die Ausgangsleitung 23 aus. Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausgangsschaltung eine Reihenschaltung aus dem MOS-Schalter 4 und dem Kondensator 2 in einem Gegenkopplungsteil vorgesehen, und eine Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 4 ist über eine Diode 3 an den Stromversorgungsanschluss Vcc angeschlossen. Außerdem ist eine Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 7 ebenfalls über die Diode 3 an den Stromversorgungsanschluss Vcc angeschlossen.
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Wenn die Stromversorgungsleitung 22 in der vorliegenden Ausführungsform unterbrochen wird, versucht ein elektrischer Strom, von der Konstantspannungsquelle 26 durch den Pull-up-Widerstand 27 und den Ausgangsanschluss Vout zu fließen. Es werden nun der Reihe nach Strompfade beschrieben, die in diesem Fall in Betracht gezogen werden.
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Zunächst wird der Strompfad, durch den ein elektrischer Strom vom Ausgangsanschluss Vout zum Kondensator 2 über die MOS-Schalter 4 und 5 fließt, vom Kondensator 2 unterbrochen. Als Nächstes wird im Strompfad, durch den der elektrische Strom vom Ausgangsanschluss Vout zum Stromversorgungsanschluss Vcc über eine Drain-(Source-) Elektrode des MOS-Schalters 4, die Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 4 und die Diode 3 fließt, von der Diode 3 die Richtung vom Stromversorgungsanschluss, Vcc zur Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 4 als Vorwärtsrichtung zugrunde gelegt. Da die Richtung von der Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 4 zum Stromversorgungsanschluss Vcc gegenläufig zur Diode 3 wird, wird der elektrische Strom deshalb gesperrt.
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Als Nächstes wird der Strompfad, durch den ein elektrischer Strom ausgehend vom Ausgangsanschluss Vout über den Kondensator 18 fließt, vom Kondensator 18 abgeschnitten. Danach wird im Strompfad, durch den der elektrische Strom zum Stromversorgungsanschluss Vcc über die MOS-Schalter 4 und 5 ausgehend vom Ausgangsanschluss Vout und durch die Diode 3 ausgehend von der Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 7 fließt, der elektrische Strom gesperrt, weil die Diode 3 in Gegenrichtung angeordnet ist.
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Als Nächstes werden, da der Strompfad, durch den der elektrische Strom von den MOS-Schaltern 6 und 7 zum Masseanschluss Gnd durch die MOS-Schalter 4 und 5 ausgehend vom Ausgangsanschluss Vout fließt, durch die in 2 gezeigten Taktsignale ϕ1 und ϕ2 gesteuert wird, entweder die MOS-Schalter 4 und 5 oder die MOS-Schalter 6 und 7 stets in den Sperrzustand übergehen, womit der elektrische Strom blockiert ist. Im Übrigen kann, da die Spannungen der Taktsignale ϕ1 und ϕ2 auch als instabil erachtet werden, wenn in Betracht gezogen wird, dass der Strom nicht in normaler Weise zugeführt wird, der elektrische Strom auch dann sicher abgesperrt werden, wenn der MOS-Schalter 7 hier weggelassen wird.
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Als Nächstes wird in dem Strompfad, durch den ein elektrischer Strom vom Ausgangsanschluss Vout zum Masseanschluss Gnd durch den Ausgangs-MOS-Transistor 21 fließt, der elektrische Strom abgesperrt, da der Ausgangs-MOS-Transistor 21 in einem Zustand, in dem kein Strom zugeführt wird, in den Sperrzustand übergeht.
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Wenn also in der vorliegenden Ausgestaltung die Stromversorgungsleitung 22 unterbrochen ist, fließt kein elektrischer Strom von der Konstantspannungsquelle 26 zum Ausgangsanschluss Vout durch den Pull-up-Widerstand 27. Das heißt, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout auf die Spannung der Konstantspannungsquelle 26 festgesetzt ist. Mit anderen Worten kann die Spannung auf die Stromversorgungsspannung der Sensorvorrichtung 1 festgesetzt werden. Deshalb kann die Steuerungsvorrichtung 25 feststellen, dass in der Sensorvorrichtung 1 irgendeine Störung aufgetreten ist, und kann abhängig von der Störung eine Maßnahme ergreifen. Die Steuerungsvorrichtung 25 kann in ausfallsicherer Weise als Steuerungssystem betrieben werden, das sich der vorliegenden Sensorvorrichtung 1 bedient.
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Im Übrigen ist in der Sensorvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die Ausgestaltung der Ausgangsschaltung als Schaltungsanordnung in der Bauart mit offenem Drain realisiert, die auf dem Ausgangs-MOS-Transistor 21 basiert. Dadurch ist es möglich, einen PMOS-Transistor als Ausgangstransistor wegzulassen. Falls ein PMOS-Transistor vorhanden ist, tritt ein Strompfad auf, bei dem die Bulk-Elektrode des PMOS-Transistors mit dem Stromversorgungsanschluss Vcc verbunden ist, und deshalb versucht ein elektrischer Strom, von der Konstantspannungsquelle 26 zum Stromversorgungsanschluss Vcc durch den Pull-up-Widerstand 27 und den Ausgangsanschluss Vout zu fließen, wenn die Stromversorgungsleitung 22 beschädigt ist. Da ein als Ausgangstransistor verwendeter PMOS-Transistor einen analogähnlichen Betrieb ausführt, ist es so schwierig, die Strompfade vom Ausgangsanschluss Vout zum Stromversorgungsanschluss Vcc zu beseitigen, ohne dabei den analogähnlichen Betrieb zu beeinträchtigen. Obwohl nachstehend die Beschreibung einer Ausführungsform erfolgt, bei der selbst in der vorliegenden Erfindung ein PMOS-Transistor als Ausgangstransistor verwendet wird, werden die Strompfade auf Kosten der maximalen Amplitude beseitigt. Das heißt, dass es möglich ist, eine Verbesserung der Schaltungseigenschaften, eine Schaltungsvereinfachung, eine Verkleinerung der Chipgröße usw. zu realisieren, indem die Ausgestaltung der Ausgangsschaltung als Bauart mit offenem Drain vorgesehen wird.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf die 5 und 6 eine Sensorvorrichtung beschrieben, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Übrigen ist 5 eine Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung der zweiten Ausführungsform, und 6 ist ein Schnittaufbau eines PMOS-Transistors 46.
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Die Sensorvorrichtung der zweiten Ausführungsform ist von der Ausgestaltung her prinzipiell identisch zur Sensorvorrichtung der ersten Ausführungsform, wobei aber die folgenden Verbesserungen hinzugekommen sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist anstelle der Diode 3 ein PMOS-Transistor 46 vorgesehen. Eine Source-Elektrode 47 des PMOS-Transistors 46 ist an den Stromversorgungsanschluss Vcc angeschlossen, und eine Drain-Elektrode 49, eine Bulk-Elektrode 50 und eine Gate-Elektrode 48 desselben sind an die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 angeschlossen. Dabei sind das Diodenelement und der MOS-Transistor im Wesentlichen parallel zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und den Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 angeordnet. Somit können die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 mit einem stabileren Potential versorgt werden, wenn der Stromversorgungsanschluss Vcc in normaler Art und Weise mit Strom versorgt wird.
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Der Schnittaufbau des PMOS-Transistors 46 ist in 6 veranschaulicht. Der PMOS-Transistor 46 hat einen Aufbau, bei dem eine N-Wannenzone 55 (N-Wanne) in einem P-Typ-Substrat (P-Sub) vorgesehen ist und P-Typ-Zonen 51 und 53 in der N-Wannenzone 55 (N-Wanne) vorgesehen sind, um eine Source-Zone und eine Drain-Zone zu bilden, und ein Gate 52 zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone angeordnet ist. Weiterhin ist eine Source-Elektrode 47 in der P-Typ-Zone 51 vorgesehen, ist eine Drain-Elektrode 49 in der P-Typ-Zone 53 vorgesehen und ist das Gate 52 mit einer Gate-Elektrode 48 ausgestattet. Darüber hinaus ist eine N-Typ-Zone 54 in der N-Wannenzone 55 (N-Wanne) vorgesehen und eine Bulk-Elektrode 50 darin angeordnet.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Source-Elektrode 47 des PMOS-Transistors 46 an den Stromversorgungsanschluss Vcc angeschlossen, und dessen Drain-Elektrode 49, Bulk-Elektrode 50 und Gate-Elektrode 48 sind an die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 angeschlossen. Demzufolge ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und den Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 ein Diodenelement auf der Grundlage eines PN-Übergangs durch die P-Typ-Zone 51 und die N-Wannenzone 55 bereitgestellt. Da die Gate-Elektrode 48 des PMOS-Transistors 46 an die Bulk-Elektrodenseiten der MOS-Schalter 4 und 7 angeschlossen ist, ist darüber hinaus auch das Potential der Gate-Elektrode 48 des PMOS-Transistors 46 reduziert, wenn das Potential der Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 jeweils niedrig ist. Deshalb wird der PMOS-Transistor 46 in den Durchschaltzustand überführt, so dass die Potentiale der Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 angehoben werden. Durch diesen Effekt wird es möglich, das Potential der Gate-Elektrode 48 des PMOS-Transistors 46 mit höherer Geschwindigkeit zu stabilisieren.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf 7 eine Sensorvorrichtung beschrieben, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Übrigen handelt es sich bei 7 um eine Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung der dritten Ausführungsform.
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Die Sensorvorrichtung der dritten Ausführungsform ist vom Aufbau her gesehen im Grunde identisch zur Sensorvorrichtung der ersten Ausführungsform, wobei jedoch die folgenden Verbesserungen hinzugekommen sind. Die vorliegende Ausführungsform liefert einen Widerstand 56 und einen MOS-Transistor 57, der die Spannung zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und dem Masseanschluss Gnd auf einen vorbestimmten Pegel reduziert, wenn der Stromversorgungsanschluss Vcc oder der Masseanschluss Gnd geöffnet bzw. unterbrochen werden, MOS-Transistoren 58, 59 und 60, die im Ansprechen auf den Spannungspegel zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und dem Masseanschluss Gnd durchgeschaltet bzw. gesperrt werden, MOS-Transistoren 62, 64 und 66, die jeweils durch das Durchschalten bzw. Sperren der MOS-Transistoren 58, 59 bzw. 60 gesteuert werden, Widerstände 61, 63 und 65, die jeweils zwischen der Drain- und Gate-Elektrode der MOS-Transistoren 62, 64 bzw. 66 angeordnet sind, einen Ausgangs-PMOS-Transistor 68 und einen Ausgangs-NMOS-Transistor 69, die die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout ansteuern, sowie einen Operationsverstärker 67, der den Ausgangs-PMOS-Transistor 68 und den Ausgangs-NMOS-Transistor 69 steuert.
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In der Sensorvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird darüber hinaus, wenn der Stromversorgungsanschluss Vcc oder der Masseanschluss Gnd unterbrochen wird, die Spannung zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und dem Masseanschluss Gnd durch den Widerstand 56 und den MOS-Transistor 57 auf eine vorbestimmte Spannung reduziert. Da weiter die MOS-Transistoren 58, 59 und 60 jeweils Gate-Elektroden, die mit dem Stromversorgungsanschluss Vcc verbunden sind, und Source-Elektroden aufweisen, die mit einem Ende des Widerstands 56 verbunden sind, gelangen sie jeweils in den Durchschaltzustand, wenn die Spannung zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und dem Masseanschluss Gnd normal ist, und gelangen in den Sperrzustand, wenn die Spannung zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und dem Masseanschluss Gnd vermindert ist. Deshalb dienen sie als Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen, dass die Spannung zwischen dem Stromversorgungsanschluss Vcc und dem Masseanschluss Gnd reduziert ist. Da die MOS-Transistoren 62, 64 und 66 durchschalten, wenn die MOS-Transistoren 58, 59 bzw. 60 jeweils im Durchschaltzustand sind, werden darüber hinaus die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 sowie die Source- und Bulk-Elektrode des Ausgangs-PMOS-Transistors 68 mit dem Stromversbrgungsanschluss Vcc so verbunden, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout normal ausgegeben wird. Im Übrigen ist, da der MOS-Transistor 64 in Reihe mit dem Ausgangs-PMOS-Transistor 68 geschaltet ist, die Ausgangsamplitude reduziert, wenn die Größe des MOS-Transistors 64 nicht mit einer hierfür ausreichenden Größe angesetzt wird. Dagegen gehen die MOS-Transistoren 62, 64 und 66 jeweils in den Sperrzustand über, wenn der Stromversorgungsanschluss Vcc unterbrochen wird und dadurch die MOS-Transistoren 58, 59 und 60 jeweils in einen Sperrzustand gebracht werden. Deshalb sind die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 4 und 7 sowie die Source- und Bulk-Elektrode des Ausgangs-PMOS-Transistors 68 vom Stromversorgungsanschluss Vcc abgeschnitten. Im Übrigen ist, da die Bulk-Elektroden der MOS-Transistoren 62, 64 und 66 jeweils mit den Drain-Elektroden der MOS-Transistoren 62, 64 bzw. 66 verbunden sind, ein Diodenelement an den MOS-Transistor 62 angeschlossen, das über eine Vorwärtsrichtung vom Stromversorgungsanschluss Vcc zu den Bulk-Elektroden der MOS-Transistoren 4 und 7 verfügt. Ein Diodenelement mit einer Vorwärtsrichtung vom Stromversorgungsanschluss Vcc zur Source-Elektrode des Ausgangs-PMOS-Transistors 68 ist an den MOS-Transistor 64 angeschlossen. Ein Diodenelement mit einer Vorwärtsrichtung vom Stromversorgungsanschluss Vcc zur Bulk-Elektrode des Ausgangs-PMOS-Transistors 68 ist an den MOS-Transistor 66 angeschlossen. Demzufolge ist, da der Strompfad vom Ausgangsanschluss Vout zum Stromversorgungsanschluss Vcc abgeschnitten ist, die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout auf die Stromversorgungsspannung festgesetzt. Deshalb kann die Steuerungsvorrichtung 25 feststellen, dass eine Störung in der Sensorvorrichtung 1 aufgetreten ist, und kann abhängig von der Störung eine Maßnahme ergreifen. Die Steuerungsvorrichtung 25 kann in ausfallsicherer Weise als ein Steuerungssystem betrieben werden, das sich der vorliegenden Sensorvorrichtung 1 bedient.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf 8 eine Sensorvorrichtung beschrieben, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Übrigen handelt es sich bei 8 um eine Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung der vierten Ausführungsform.
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Die Sensorvorrichtung der vierten Ausführungsform ist vom Aufbau her im Grunde identisch zur Sensorvorrichtung der ersten Ausführungsform, wobei aber die folgenden Verbesserungen hinzugekommen sind. Obwohl bei der ersten Ausführungsform von einem CMOS-Prozess unter Verwendung des P-Typ-Substrats ausgegangen wurde, wird bei der vorliegenden Ausführungsform von einem CMOS-Prozess ausgegangen, der sich eines N-Typ-Substrats bedient. Wenn vom CMOS-Prozess unter Verwendung des N-Typ-Substrats ausgegangen wird, kann eine Wanne eines NMOS-Transistors separiert werden, wobei aber eine Wanne eines PMOS-Transistors nicht separiert werden kann. Aus diesem Grund ist am Ausgangsanschluss Vout ein Pull-down-Widerstand 72 angeordnet. Darüber hinaus ist wegen des Pull-down-Widerstands 72 ein Ausgangs-PMOS-Transistor 71 in einer Ausgangsschaltung angeordnet. Außerdem ist selbst in Bezug auf die Diode 3 eine Diode 70 in einer solchen Weise angeordnet, dass sie die Richtung von den NMOS-Schaltern 5 und 6 zum Masseanschluss Gnd als Vorwärtsrichtung zugrunde legt.
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Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Stromversorgungsleitung 22 unterbrochen ist, fließt über den Ausgangsanschluss Vout kein Strom, weil der Pull-down-Widerstand 72 an den Ausgangsanschluss Vout angeschlossen ist. Deshalb wird die Spannung des Ausgangsanschlusses Vout zum Massepotential. Wenn weiter die Masseleitung 24 beschädigt ist, wird eine Reihenschaltung aus dem MOS-Schalter 5 und dem Kondensator 2 vorgesehen, die im Gegenkopplungsteil der Ausgangsschaltung angeordnet ist, und eine Bulk-Elektrode des MOS-Schalters 5 ist mit der Diode 70 ausgestattet, um dadurch.einen elektrischen Strom zu unterbrechen, der vom Ausgangsanschluss Vout zum Masseanschluss Gnd fließt. Dadurch fließt kein elektrischer Strom zum Ausgangsanschluss Vout, wenn die Masseleitung 24 unterbrochen ist. Es ist daher möglich, das Potential des Ausgangsanschlusses Vout auf das Massepotential festzusetzen.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf 9 eine Sensorvorrichtung beschrieben, die eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Übrigen handelt es sich bei 9 um eine Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung der fünften Ausführungsform.
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Die Sensorvorrichtung der fünften Ausführungsform ist von der Ausgestaltung her grundsätzlich identisch zur Sensorvorrichtung der vierten Ausführungsform, wobei aber die folgenden Verbesserungen hinzugekommen sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist anstelle der Diode 70 ein NMOS-Transistor 73 vorgesehen. Eine Source-Elektrode des NMOS-Transistors 73 ist an den Masseanschluss Gnd angeschlossen, und dessen Drain-, Bulk- und Gate-Elektrode sind an die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 5 und 6 angeschlossen. Dabei sind ein Diodenelement und ein MOS-Transistor im Wesentlichen parallel zwischen dem Masseanschluss Gnd und den Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 5 und 6 angeordnet. Somit kann, wenn der Masseanschluss Gnd in normaler Art und Weise mit Strom versorgt wird, durch die Bulk-Elektroden der MOS-Schalter 5 und 6 ein stabileres Potential bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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1 ... Sensorvorrichtung, 2 ... Kondensator, 3 ... Diode, 4 bis 7 ... MOS-Schalter, 8 ... Erfassungselement, 9, 10 ... MOS-Schalter, 11 ... Kondensator, 12 bis 17 ... MOS-Schalter, 18 ... Kondensator, 19 ... Operationsverstärker, 20 ... Referenzspannungsquelle, 21 ... Ausgangs-MOS-Transistor, 22 ... Stromversorgungsleitung, 23 ... Ausgangsleitung, 24 ... Masseleitung, 25 ... Steuerungsvorrichtung, 26 ... Konstantspannungsquelle, 27 ... Pull-up-Widerstand, 28 ... Sensorvorrichtung, 29 ... Erfassungselement, 30 bis 33 ... Widerstände, 34 ... Verstärker, 35 ... Referenzstromversorgung, 36 ... Ausgangstransistor, 37 ... Stromversorgungsleitung, 38 ... Ausgangsleitung, 39 ... Masseleitung, 40 ... Steuerungsvorrichtung, 41 ... Konstantspannungsquelle, 42 ... Pull-up-Widerstand, 43 ... CMOS-Verstärkerschaltung, 44 ... PMOS-Transistor, 45 ... NMOS-Transistor, 46 ... PMOS-Transistor, 47 ... Source-Elektrode, 48 ... Gate-Elektrode, 49 ... Drain-Elektrode, 50 ... Bulk-Elektrode, 51 ... P-Typ-Zone, 52 ... Gate, 53 ... P-Typ-Zone, 54 ... N-Typ-Zone, 55 ... N-Wannen-Zone, 56 ... Widerstand, 57 bis 60 ... MOS-Transistoren, 61 ... Widerstand, 62 ... MOS-Transistor, 63 ... Widerstand, 64 ... NMOS-Transistor, 65 ... Widerstand, 66 ... MOS-Transistor, 67 ... Operationsverstärker, 68 ... Ausgangs-PMOS-Transistor, 69 ... Ausgangs-NMOS-Transistor, 70 ... Diode, 71 ... Ausgangs-PMOS-Transistor, 72 ... Pull-down-Widerstand, 73 ... NMOS-Transistor.
