DE19808349C2 - Sensor für physikalische Parameter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für physikalische Parameter zum Ermitteln (Erfassen) physikali­ scher Größen wie beispielsweise Beschleunigung, Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit, Kreisfrequenz), und Druck und bezieht sich insbesondere auf einen Sensor für physikalische Parameter zum Verarbeiten eines Signals in Beziehung zu einer Referenz­ frequenz.

In der DE 43 22 897 A1 ist eine Drehzahlmeßeinrichtung be­ schrieben. Die DE 42 27 113 A1 offenbart ein Verfahren zur Fehlererkennung bei der Auswertung der Ausgangssignale eines Drehzahlsensors.

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines bei der Anmelderin vor­ handenen Sensors für physikalische Parameter zum Ermitteln der Winkelgeschwindigkeit. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, weist die­ ser Sensor 200 für physikalische Parameter eine Sensorschal­ tung (Sensorabschnitt) 201, eine Signalermittelungsschaltung (Signalerfassungsschaltung) 202, eine Signalverarbeitungs­ schaltung 203 und eine Oszillatorschaltung 204 auf.

Die Oszillatorschaltung 204 erzeugt ein Sinuswellensignal ei­ ner bestimmten Referenzfrequenz und gibt dieses Referenzfre­ quenzsignal an die Sensorschaltung 201 und auch an die Signa­ lermittelungsschaltung 202 aus. Die Sensorschaltung 201 arbei­ tet auf der Basis der Frequenz dieses Referenzfrequenzsigna­ les, das von der Oszillatorschaltung 204 eingegeben wird, um eine ermittelte physikalische Größe in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Ein für die ermittelte physikalische Größe bezeichnendes Signal wird dann von der Sensorschaltung 201 an die Signalermitte­ lungsschaltung 202 ausgegeben.

Die Signalermittelungsschaltung 202 verstärkt dieses für die so ermittelte physikalische Größe bezeichnende Signal und richtet dann das verstärkte Signal gleich, um ein Gleichstrom- (DC)Signal auszugeben. Das Signal der physikalischen Größe, das auf diese Art in das DC-Signal umgewandelt ist, wird an die Si­ gnalverarbeitungsschaltung 203 angelegt. Es wird darauf hinge­ wiesen, daß die Signalermittelungsschaltung 202 das Referenzsi­ gnal benutzt, das von der Oszillatorschaltung 204 geliefert wurde, wenn das Signal der physikalischen Größe in das DC- Signal gleichgerichtet wird.

Die Signalverarbeitungsschaltung 203 verarbeitet das DC-Signal, um eine temperaturabhängige Änderung des DC-Signals von der Si­ gnalermittelungschaltung 202 zu kompensieren, und verstärkt das kompensierte Signal. Das verstärkte Signal wird von der Signal­ verarbeitungsschaltung 203 als ein Ausgangssignal des Sensors 200 für physikalische Parameter durch einen Ausgangsanschluß OUT ausgegeben. Das Ausgangssignal des Sensors 200 für physika­ lische Parameter wird nachfolgend an eine Steuerschaltung 210 angelegt, die typischerweise ein Mikrokontroller oder irgendei­ ne andere Halbleitervorrichtung ist, die zum Ausführen eines bestimmten auf dem von dem Sensor 200 für physikalische Parame­ ter eingegebenen Signal basierenden Prozeß benutzt wird.

Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 203, das heißt das Ausgangssignal des Sensors 200 für physikalische Pa­ rameter wird "Offset-Ausgabe" genannt, wenn der ermittelte phy­ sikalische Parameter 0 ist. Diese Versatzausgabe wird auf Vcc/2 gesetzt, wobei Vcc die Spannung einer Gleichstromquelle reprä­ sentiert. Demgemäß ist, wenn das Referenzfrequenzsignal von der Oszillatorschaltung 204 aus irgendeinem Grund nicht an die Sen­ sorschaltung 201 angelegt wird, der Pegel des von der Sensor­ schaltung 201 in die Signalermittelungsschaltung 202 eingegebe­ nen Signals 0 und deshalb beträgt das Ausgangssignal der Si­ gnalverarbeitungsschaltung 203 Vcc/2.

Das bedeutet, daß eine Spannung innerhalb des normalen Aus­ gangsspannungsbereiches vom Ausgangsanschluß OUT des Sensors 200 für physikalische Parameter ausgegeben wird, sogar wenn die Sensorschaltung 201 nicht fähig ist, den erwünschten physikali­ schen Parameter wegen eines Problems in der Oszillatorschaltung 204 oder des Bruches einer internen Verdrahtung (Leitung) des Sensors 200 für physikalische Parameter zu ermitteln. In ande­ ren Worten hat der bei der Anmelderin vorhandene Sensor 200 für physikalische Parameter keine Selbsttestfähigkeit.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, das oben diskutierte in dem bei der Anmelderin vorhandenen Sensor für physikalische Pa­ rameter vorhandene Problem zu eliminieren und ist dafür ge­ dacht, einen verbesserten Sensor für physikalische Parameter anzugeben, der fähig ist, einen unnormalen Zustand im Sensor für physikalische Parameter selbst zu testen, der andernfalls schwierig zu ermitteln wäre, sogar obwohl die vom Sensor für physikalische Parameter ausgegebene Spannung in den normalen Ausgangsspannungsbereich fällt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor für einen physika­ lischen Parameter nach Anspruch 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Ein Sensor für physikalische Parameter zum Ermitteln (Erfassen) mindestens eines physikalischen Parameters gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: eine Sensor­ schaltung zum Umwandeln eines physikalischen Parameters in ein elektrisches Signal; eine Oszillatorschaltung zum Erzeugen und Ausgeben eines Signals einer bestimmten Frequenz; eine Signal­ verarbeitungseinheit, die betrieben werden kann zum Ausführen eines vorbestimmten Prozesses mit dem elektrischen Signal auf der Basis des Signals von der Oszillatorschaltung; und eine Selbsttestschaltung zum Überwachen des von der Oszillatorschal­ tung ausgegebenen Signales und zum Ausgeben eines vorbestimmten Fehlersignals, wenn ein Fehler im von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signal ermittelt wird.

Die Sensorschaltung kann so konfiguriert sein, daß sie in Reak­ tion auf das von der Oszillatorschaltung ausgegebene Signal ar­ beitet. Die Selbsttestschaltung weist folgendes auf: eine Wel­ lenformungsschaltung zum Formen eines von der Oszillatorschal­ tung ausgegebenen Signales; eine Frequenzspannungsumwandlungs­ schaltung zum Umwandeln der Frequenz des von der Wellenfor­ mungsschaltung geformten Signals in eine DC-Spannung; und eine Fehlerbestimmungsschaltung zum Bestimmen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Fehlers in einem von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signal in Beziehung zur von der Frequenzspannungs­ umwandlungsschaltung umgewandelten DC-Spannung und zum Ausgeben des Ergebnisses dieser Bestimmung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, ob nur die Signalverar­ beitungseinheit des Sensor für physikalische Parameter gemäß des Ausgangssignals von der Oszillatorschaltung arbeitet oder ob die Sensorschaltung und die Signalverarbeitungseinheit gemäß des Ausgangssignals von der Oszillatorschaltung arbeiten, die Selbsttestschaltung einen Fehler im von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signal ermitteln und gibt dann ein Fehlersignal aus, wenn das Signal der bestimmten Frequenz, das von der Os­ zillatorschaltung ausgegeben werden sollte, nicht ausgegeben wird oder die Frequenz des ausgegebenen Signals nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Es ist deshalb möglich, einen Fehlerstatus zu ermitteln, in dem eine normale Ermitte­ lung eines physikalischen Parameters nicht möglich ist, sogar obwohl eine Spannung im normalen Spannungsbereich vom Ausgabe­ anschluß des Sensors für physikalische Parameter oder insbeson­ dere von der Signalverarbeitungseinheit ausgegeben wird.

Die Frequenzspannungsumwandlungsschaltung kann folgendes auf­ weisen: eine Frequenzumwandlungsschaltung zum Umwandeln einer Frequenzänderung eines eingegebenen Signales in eine Arbeitszy­ klusänderung; und eine Gleichrichtungsschaltung zum Gleichrich­ ten eines durch die Frequenzumwandlungsschaltung umgewandelten Signals.

Außerdem ist die Wellenformungsschaltung vorzugsweise ein Typ, der fähig ist, ein von der Oszillatorschaltung ausgegebenes Si­ gnal in eine Rechteckwelle zu formen; in diesem Fall kann die Frequenzspannungsumwandlungsschaltung ferner eine Schaltung aufweisen, die die Ausgabe der Frequenzumwandlungsschaltung niedrig macht, wenn der Signalpegel des von der Wellenformungs­ schaltung wellengeformten Signals niedrig ist. In diesem Fall kann die Stärke der Änderung des Arbeitszyklusses des Ausgangs­ signals von der Frequenzumwandlungsschaltung im Vergleich zu der Änderung in der Frequenz des von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signales auf ein derartiges Ausmaß vergrößert wer­ den, daß die Empfindlichkeit der Frequenzspannungsumwandlungs­ schaltung vergrößert wird. Aus diesem Grund kann, sogar wenn das Ausgabesignal von der Oszillatorschaltung eine kleine Ände­ rung erfährt, sogar diese kleine Änderung ermittelt werden, um dadurch die Zuverlässigkeit des Sensors für physikalische Para­ meter zu vergrößern.

Die Selbsttestschaltung kann ferner eine Einschaltrückstell­ schaltung zum Ausgeben des Fehlerermittelungssignals für eine vorbestimmte Zeit aufweisen, wenn der Strom anfänglich gelie­ fert wird. Das Benutzen der Einschaltrückstellschaltung macht es möglich, daß das Fehlersignal zwangsweise für eine vorbe­ stimmte Zeit ausgegeben wird zum Zeitpunkt des Einschaltens des Sensors für physikalische Parameter. Aus diesem Grund ist es möglich, einen Test auszuführen, um zu ermitteln, ob eine ex­ terne Schaltung betrieben werden kann zum Ausführen eines vor­ bestimmten Prozesses auf der Basis des von dem Sensor für phy­ sikalische Parameter ausgegebenen Signales nachdem der Sensor für physikalische Parameter eingeschaltet wurde, zum Zeitpunkt, in dem die Selbsttestschaltung einen Fehler im Ausgabesignal von der Oszillatorschaltung ermittelt.

Die Selbsttestschaltung kann ferner einen oder beide der fol­ genden Bestandteile aufweisen: eine Ausgabefehlerermittelungs­ schaltung zum Überwachen eines Ausgabesignals von der Signal­ verarbeitungseinheit und zum Ausgeben eines bestimmten Feh­ lerermittelungssignals, wenn ein Fehler im überwachten Signal ermittelt wird; und eine Ausgabefehlerermittelungsschaltung zum Überwachen eines durch die Signalverarbeitungseinheit verarbei­ teten Signales und zum Ausgeben eines bestimmten Fehlerermitte­ lungssignals, wenn ein Fehler im überwachten Signal ermittelt wird. Dieser Schaltungsaufbau ist effektiv im Ermitteln nicht nur des Fehlers in dem von der Oszillatorschaltung ausgegebenen Signal, sondern auch eines Fehlers im Ausgabesignal einer oder beider Signalverarbeitungseinheiten. Beispielsweise sogar wenn der Ausgang der Signalverarbeitungseinheit mit einer Klemm­ schaltung über zum Beispiel eine externe Schaltung verbunden ist, ist es möglich, einen anderen Fehler als den Fehler in der Ausgabe von der Oszillatorschaltung zu ermitteln, wobei die Zu­ verlässigkeit des Sensors für physikalische Parameter weiter vergrößert wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfin­ dung anhand der Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Sensors für physikalische Parameter gemäß einer er­ sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Selbsttestschal­ tung, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D Darstellungen des Zeitverlaufs, die zum Beschreiben des Betriebs der in Fig. 2 gezeigten Selbsttestschaltung benutzt werden;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer modifizierten Form des Sensors für physikalische Para­ meter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltbild der Selbsttestschaltung, die in dem Sensor für physikalische Pa­ rameter gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung benutzt wird;

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Darstellungen des Zeitverlaufs, die zum Beschreiben des Betriebs der in Fig. 5 gezeigten Selbsttestschaltung verwendet werden;

Fig. 7 ein Schaltbild der Selbsttestschaltung, die in dem Sensor für physikalische Pa­ rameter gemäß einer dritten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung benutzt wird;

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Sensors für phy­ sikalische Parameter gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 9 ein Schaltbild der in Fig. 8 gezeigten Selbsttestschaltung;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer modifizierten Form des Sensors für physikalische Para­ meter der gemäß der vierten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 11 ein Blockschaltbild des bei der Anmelde­ rin vorhandenen Sensors für physikali­ sche Parameter.

Erste Ausführungsform (Fig. 1 bis 4)

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; dort ist ein Blockschaltbild eines Sensors für physikalische Parameter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Sensor für physikalische Parameter gemäß der ersten Ausführungsform unter Verwendung eines Sensors für die Winkelgeschwindigkeit mit einer Sensorschaltung be­ schrieben wird, die basierend auf einem Referenzfrequenzsignal betrieben werden kann, zum Ermitteln der Winkelgeschwindigkeit.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist der mit 1 bezeichnete Sensor für physikalische Parameter folgendes auf: eine Sensorschaltung (Sensorabschnitt) 2, einen Signaldetektor (Signalermittelungs­ schaltung) 3, eine Signalverarbeitungsschaltung 4, eine Oszil­ latorschaltung 5 und eine Selbsttestschaltung 6. Die Oszilla­ torschaltung 5 ist mit der Sensorschaltung 2, dem Signaldetek­ tor 3 und der Selbsttestschaltung 6 verbunden. Die Sensorschal­ tung 2 ist mit dem Signaldetektor 3 verbunden und der Signalde­ tektor 3 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 4 verbunden. Ein Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 4 und ein Ausgangssignal der Selbsttestschaltung 6 werden durch Ausgangs­ anschlüsse Dout bzw. OUT des Sensors für physikalische Parame­ ter 1 geleitet und werden dann an die Steuerschaltung 8 ange­ legt. Die Steuerschaltung 8 kann ein Mikrokontroller oder ir­ gendeine andere Halbleitervorrichtung sein zum Verwirklichen eines bestimmten Prozesses, der auf den an diese vom Sensor 1 für physikalische Parameter gelieferten Signale basiert.

Die Oszillatorschaltung 5 erzeugt ein Sinuswellensignal einer bestimmten Referenzfrequenz und gibt dieses Referenzfrequenzsi­ gnal an die Sensorschaltung 2, den Signaldetektor 3 und die Selbsttestschaltung 6 aus.

Die Sensorschaltung 2 arbeitet auf der Basis der Frequenz die­ ses Referenzfrequenzsignales, das von der Oszillatorschaltung 5 eingegeben wird, zum Umwandeln einer ermittelten (erfaßten) physikalischen Größe in ein elektrisches Signal. Das für den ermittelten physikalischen Parameter bezeichnende elektrische Signal wird von der Sensorschaltung 2 an den Signaldetektor 3 ausgegeben.

Der Signaldetektor 3 verstärkt das Signal der Sensorschaltung 2 und richtet das verstärkte Signal gleich, um ein DC-Signal an die Signalverarbeitungsschaltung 4 auszugeben. Es wird darauf hingewiesen, daß der Signaldetektor 3 das von der Oszillator­ schaltung 5 gelieferte Referenzfrequenzsignal benutzt, wenn er das Signal der physikalischen Größe in ein DC-Signal gleich­ richtet.

Die Signalverarbeitungsschaltung 4 verstärkt ferner das Signal des Signaldetektors 3 und kompensiert dann eine temperaturab­ hängige Änderung des verstärkten Signals. Das verstärkte Signal wird von der Signalverarbeitungsschaltung 4 als das Ausgangs­ signal des Sensors 1 für physikalische Parameter durch den Aus­ gangsanschluß OUT an die Steuerschaltung 8 ausgegeben. Das Aus­ gangssignal des Sensors für physikalische Parameter 1 wird eine "Versatzausgabe" genannt, wenn der durch den Sensor 1 für phy­ sikalische Parameter ermittelte physikalische Parameter 0 be­ trägt. Diese Versatzausgabe ist auf Vcc/2 gesetzt, wobei Vcc die Spannung einer Gleichstromquelle repräsentiert.

Die Selbsttestschaltung 6 überwacht das von der Oszillator­ schaltung 5 ausgegebene Referenzfrequenzsignal, um zu ermit­ teln, ob die Frequenz des Referenzfrequenzsignals innerhalb ei­ nes vorbestimmten akzeptablen Bereichs liegt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Signaldetektor 3 und die Signalverarbei­ tungsschaltung 4 miteinander einen Signalprozessor bilden.

Fig. 2 stellt die Einzelheiten der Selbsttestschaltung 6 dar. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Selbsttestschaltung 6 eine Wellenformungsschaltung 11, eine Frequenzspannungsumwandlungs­ schaltung 12 und eine Fehlerbestimmungsschaltung 13 auf. Die Wellenformungsschaltung 11 weist einen Komparator 21 und Wider­ stände 27 und 28 auf. Die Frequenzspannungsumwandlungsschaltung 12 weist einen Komparator 22, Kondensatoren 25 und 26 und Wi­ derstände 29 bis 32 auf. Die Fehlerbestimmungsschaltung 13 weist Komparatoren 23 und 24 und Widerstände 33 bis 35 auf. Es wird darauf hingewiesen, daß der Komparator 22, der Kondensator 25, und die Widerstände 29 bis 31 zusammen eine Frequenzumwand­ lungsschaltung bilden und der Kondensator 26 und der Widerstand 32 eine Gleichrichtungsschaltung bilden.

Drei Schaltungen mit Reihenschaltungen sind zwischen den An­ schlüssen der DC-Stromversorgungsspannung und Masse geschaltet: eine erste Schaltung mit Reihenschaltungen, welche die in Reihe miteinander verbundenen Widerstände 27 und 28 aufweist; eine zweite Schaltung mit Reihenschaltungen, welche die in Reihe miteinander verbundenen Widerstände 30 und 31 aufweist; und ei­ ne dritte Schaltung mit Reihenschaltungen, die in Reihe mitein­ ander verbundene Widerstände 33 bis 35 aufweist.

Die Leitung zwischen den Widerständen 27 und 28 der ersten in Reihe verbundenen Schaltung ist mit einem nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 21 verbunden. Es wird darauf hingewie­ sen, daß eine vorbestimmte Spannung, das heißt die DC- Stromversorgungsspannung Vcc/2 an den nicht-umkehrenden Eingang angelegt ist. Ein umkehrender Eingang des Komparators 21 dient als ein Eingangsanschluß der Selbsttestschaltung 6 und ist mit der Oszillatorschaltung 5 verbunden, zum Empfangen des Refe­ renzfrequenzsignals von der Oszillatorschaltung 5. Ein Ausgabe des Komparators 21 wird durch einen von dem Kondensator 25 und dem Widerstand 29 gebildeten Tiefpaßfilter zum umkehrenden Ein­ gang des Komparators 22 in der Frequenzspannungsumwandlungs­ schaltung 12 geleitet.

Die Leitung zwischen den Widerständen 30 und 31 der zweiten Schaltung mit Reihenschaltungen ist mit einem nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 22 verbunden. Eine Ausgabe dieses Kom­ parators 22 wird durch einen von dem Kondensator 26 und dem Wi­ derstand 32 gebildeten Tiefpaßfilter geleitet und wird dann an den umkehrenden Eingang des Komparators 23 und an den nicht- umkehrenden Eingang des Komparators 24 in der Fehlerbestim­ mungsschaltung 13 angelegt. Die Komparatoren 23 und 24 bilden einen Fensterkomparator (Fensterdetektor). Die Leitung zwischen den Widerständen 33 und 34 in der dritten Schaltung mit Reihen­ schaltungen ist mit dem nicht-umkehrenden Eingang des Kompara­ tors 23 verbunden, und die Leitung zwischen den Widerständen 34 und 35 ist mit einem umkehrenden Eingang des Komparators 24 verbunden. Die Ausgänge beider Komparatoren 23 und 24 sind mit einer gemeinsamen Leitung verbunden, die als der Ausgangsan­ schluß Dout der Selbsttestschaltung 6 dient, und sind deshalb mit der Steuerschaltung 8 verbunden.

Es wird darauf hingewiesen, daß der umkehrende Eingang des Kom­ parators 21, der als ein Eingangsanschluß der Selbsttestschal­ tung 6 dient, später als ein Eingangsanschluß Din bezeichnet wird, und der gemeinsame Ausgangsanschluß der Komparatoren 23 und 24, der als ein Ausgangsanschluß der Selbsttestschaltung 6 dient, später als ein Ausgangsanschluß Dout bezeichnet wird.

In dem oben beschriebenen Schaltungsaufbau wird das Referenz­ frequenzsignal einer Sinuswellenform, das durch den Eingangsan­ schluß Din eingegeben wird, in eine Rechteckwelle durch die Wellenformungsschaltung 11 geformt. Eine Änderung in der Fre­ quenz des geformten Signals wird in eine Änderung des Arbeits­ zyklus durch die Frequenzspannungsumwandlungsschaltung 12 umge­ wandelt und wird dann in ein DC-Signal gleichgerichtet, wobei die Signalfrequenz in diejenige einer DC-Spannung umgewandelt wird. Ein Signal, mit dem wiederholt basierend auf der Zeitkon­ stante des durch den Kondensator 25 und den Widerstand 29 ge­ bildeten Tiefpaßfilters beladen und entladen wird, wird zu die­ sem Zeitpunkt in den umkehrenden Eingang des Komparators 22 eingegeben, und ein Signal, mit dem wiederholt basierend auf der Zeitkonstante des durch den Kondensator 26 und den Wider­ stand 32 gebildeten Tiefpaßfilters beladen und entladen wird, wird in die gemeinsame Verbindungsstelle zwischen dem umkehren­ den Eingang des Komparators 23 und dem nicht-umkehrenden Ein­ gang des Komparators 24 eingegeben.

Die Zeitkonstante des durch den Kondensator 26 und den Wider­ stand 32 gebildeten Tiefpaßfilters ist groß genug gesetzt, um das durch die gemeinsame Verbindungsstelle zwischen dem umkeh­ renden Eingang des Komparators 23 und dem nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 24 eingegebene Signal an ein DC-Signal annähern zu lassen. Mit der in Fig. 2 gezeigten Schaltungskon­ figuration steigt die Spannung des von der Frequenzspannungsum­ wandlungsschaltung 12 ausgegebenen Signals an, wenn die Fre­ quenz des in den Eingangsanschluß Din eingegebenen Signals an­ steigt. Die Fehlerbestimmungsschaltung 13 bestimmt dann, ob die Spannung des von der Frequenzspannungsumwandlungsschaltung 12 umgewandeltem Signals innerhalb eines bestimmten Spannungsbe­ reichs liegt. Das Ergebnis dieser Auswertung wird vom Ausgangs­ anschluß Dout in der Form eines binären Signals ausgegeben.

Die Fig. 3A bis 3D sind Darstellungen eines Zeitverlaufs, der zum Beschreiben des Betriebs der in Fig. 2 gezeigten Selbst­ testschaltung 6 benutzt wird. Es wird auf diese Bezug genommen; eine Signalform, die in Fig. 3A gezeigt ist, repräsentiert das Referenzfrequenzsignal Vin, das in den Eingangsanschluß Din der Selbsttestschaltung 6 eingegeben wird; eine Signalform, die in Fig. 3B gezeigt ist, repräsentiert das Ausgangssignal Va des Komparators 21; eine Signalform, die in Fig. 3C gezeigt ist, repräsentiert das Eingangssignal Vb in den umkehrenden Eingang und das Eingangssignal Vc in den nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 22; und eine Signalform, die in Fig. 3D gezeigt ist, repräsentiert das Ausgangssignal Vd des Komparators 22 und das Ausgangssignal Ve des aus dem Kondensator 26 und dem Wider­ stand 32 bestehenden Tiefpaßfilters, das heißt das Eingangs­ signal in die gemeinsame Verbindungsstelle zwischen dem umkeh­ renden Eingang des Komparators 23 und dem nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 24.

Das Ausgangssignal Ve der in Fig. 3D gezeigten Signalform wird in den durch die Komparatoren 23 und 24 gebildeten Fensterkom­ parator eingegeben. Die Spannung dieses Eingabesignals wird mit einer durch die Widerstände 33 bis 35 gesetzten Schwellenspan­ nung verglichen. Wenn die Spannung des Ausgangssignals Ve eine andere ist als die Referenzspannung, wird ein Signal, das einen Fehler anzeigt, vom Ausgangsanschluß Dout an die Steuerschal­ tung 8 ausgegeben. Es wird darauf hingewiesen, daß in dieser Ausführungsform ein L-Pegelsignal für dieses Fehlersignal be­ nutzt wird. Wenn dieses Fehlersignal in die Steuerschaltung 8 eingegeben wird, ignoriert die Steuerschaltung 8 das von der Signalverarbeitungsschaltung 4 eingegebene Signal und führt ei­ nen bestimmten Prozeß aus, der mit dem ermittelten Fehlersignal zusammenhängt.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Sensor für physikalische Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Sensor für die Winkelgeschwindigkeit benutzt wird, dessen Sensorschaltung auf der Basis eines Referenzfrequenzsignals arbeitet. Jedoch kann, wie später unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wird, der Sensor für physikalische Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung eine Sensorschaltung besitzten, die nicht auf der Ba­ sis des Referenzfrequenzsignals arbeitet.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Sensors für physikalische Parameter gemäß einer modifizierten Form der ersten Ausfüh­ rungsform. Da die in Fig. 4 gezeigte Sensorschaltung nicht auf der Basis des Referenzfrequenzsignals arbeitet, kann der eine derartige Sensorschaltung verwendende Sensor für physikalische Parameter als beispielsweise ein Beschleunigungssensor zum Er­ mitteln einer Beschleunigung benutzt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß gleiche Teile in Fig. 1 und Fig. 4 mit glei­ chen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine zugehörige weitere Beschreibung im folgenden unterlassen wird.

Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen; der darin gezeigte Sensor 41 für physikalische Parameter weist eine Sensorschaltung 42, eine Signalverarbeitungsschaltung 43, eine Oszillatorschaltung 44 und einen Selbsttestschaltung 45 auf. Die Oszillatorschaltung 44 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 43 und der Selbst­ testschaltung 45 verbunden und die Sensorschaltung 42 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 43 verbunden.

Ein Ausgangssignal von der Signalverarbeitungsschaltung 43 und ein Ausgangsssignal von der Selbsttestschaltung 45 werden durch die Ausgangsanschlüsse OUT bzw. Dout des Sensors 41 für physi­ kalische Parameter geleitet und dann an die Steuerschaltung 8 angelegt. Die Steuerschaltung 8 kann ein Mikrokontroller oder irgendeine andere Halbleiterspeichervorrichtung zum Verwirkli­ chen eines bestimmten Prozesses sein, der auf den in diese vom Sensor 41 für physikalische Parameter eingegebenen Signalen ba­ siert.

Es wird darauf hingewiesen, daß in der in Fig. 4 gezeigten Mo­ difikation die Signalverarbeitungsschaltung 43 den Signalpro­ zessor bildet.

Die Oszillatorschaltung 44 erzeugt ein Rechteckwellensignal ei­ ner bestimmten Referenzfrequenz und gibt dieses Referenzfre­ quenzsignal an die Signalverarbeitungsschaltung 43 und die Selbsttestschaltung 45 aus. Die Signalverarbeitungsschaltung 43 arbeitet auf der Basis des von der Oszillatorschaltung 44 ein­ gegebenen Referenzfrequenzsignals und erzeugt das Ausgangs­ signal, das nachfolgend vom Ausgangsanschluß OUT des Sensors 41 für physikalische Parameter an die Steuerschaltung 8 geleitet wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 43 kompensiert eine tem­ peraturabhängige Änderung des von der Sensorschaltung 42 einge­ gebenen DC-Signals und verstärkt dann das kompensierte Signal bevor es an die Steuerschaltung 8 durch den Ausgangsanschluß OUT des Sensor 41 für physikalische Parameter ausgegeben wird.

Die Selbsttestschaltung 45 überwacht das von der Oszillator­ schaltung 44 ausgegebene Referenzfrequenzsignal, um zu ermit­ teln, ob die Frequenz des Referenzfrequenzsignales innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Aufbau der Selbsttestschaltung 45 identisch zu der in Fig. 2 gezeigten Selbsttestschaltung 6 ist, und deshalb wird um der Kürze willen keine weitere zugehörige Beschreibung wieder­ holt.

Wie oben diskutiert, weist der Sensor für physikalische Parame­ ter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Selbsttestschaltung auf zum Ermitteln eines Fehlerstatus (Fehlerzustands) und zum Ausgeben eines den Fehler bezeichnen­ den Signales, welcher ermittelt wird, wenn aus irgendeinem Grund ein Referenzfrequenzsignal nicht von einer Oszillator­ schaltung ausgegeben werden kann, oder wenn die Frequenz des von einer Oszillatorschaltung ausgegebenen Referenzfrequenzsi­ gnals nicht innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Durch diese Verfahrensweise ist es außerdem möglich, Fehlerzustände zu ermitteln, in denen ein physikalischer Parameter nicht kor­ rekt ermittelt werden kann, obwohl eine Spannung innerhalb des normalen Bereichs von Ausgangsanschluß OUT des Sensors für phy­ sikalische Parameter ausgegeben wird. Als eine Folge kann die Zuverlässigkeit des Sensors für physikalische Parameter vergrö­ ßert werden.

Zweite Ausführungsform (Fig. 5 und 6)

Ein Sensor für physikalische Parameter gemäß einer zweiten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform darin, daß die Selbsttestschaltung derart modifiziert ist, daß sie die Ände­ rung im Ausgangssignal im Verhältnis zur Änderung in der Fre­ quenz des darin eingegebenen Referenzfrequenzsignals vergrö­ ßert.

In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der in der oben genannten Ausführungsform mit 1 bezeichnete Sensor für physikalische Parameter mit 55 und die in der oben genannten Ausführungsform mit 6 bezeichnete Selbsttestschaltung mit 51 bezeichnet. Alle anderen Komponententeile sind mit den­ selben Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 5 ist ein Schaltbild der im Sensor gemäß dieser zweiten Ausführungsform verwendeten Selbsttestschaltung 51. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Selbsttestschaltung 51 von der in Fig. 2 gezeigten darin verschieden ist, daß npn-Transistoren 61 und 62 und Widerstände 63 und 64 der Frequenzspannungsumwand­ lungsschaltung 12 der in Fig. 2 gezeigten Selbsttestschaltung 6 hinzugefügt sind und infolge dieser Änderung die in Fig. 5 ge­ zeigte Frequenzspannungsumwandlungsschaltung mit 67 bezeichnet ist.

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen; die Ausgabe des Komparators 21 wird durch den Widerstand 63 zur Basis des npn-Transistors 61 geleitet. Der Kollektor des npn-Transistors 61 ist mit der Basis des npn-Transistors 62 und auch mit dem Anschluß der DC- Stromversorgungsspannung Vcc über den Widerstand 64 verbunden. Die Emitter beider npn-Transistoren 61 und 62 liegen auf Masse. Der Kollektor des npn-Transistors 62 ist mit dem Ausgang des Komparators 22 verbunden. Als eine Folge dieser Konfiguration wird der npn-Transistor 62 eingeschaltet, wenn die Ausgabe des Komparators 21 niedrig ist, was verursacht, daß die Ausgabe des Komparators 22 niedrig wird.

Fig. 6A bis 6D sind Darstellungen von Zeitverläufen, die zum Beschreiben des Betriebs der in Fig. 5 gezeigten Selbsttest­ schaltung 51 benutzt werden. Fig. 6A bis 6D unterscheiden sich von den Fig. 3A bis 3D im Ausgangssignal Vd des Komparators 22 und im Ausgangssignal Ve des den Kondensator 26 und den Wider­ stand 32 aufweisenden Tiefpaßfilters, welches durch die Signal­ form der Fig. 6D gezeigt ist. Die folgende Beschreibung des Be­ triebs der Selbsttestschaltung 51 konzentriert sich deshalb vorrangig auf diese Unterschiede.

In Fig. 6A bis 6D präsentiert eine in Fig. 6A gezeigte Signal­ form das Referenzfrequenzsignal Vin, das in den Eingangsan­ schluß Din der Selbsttestschaltung 51 eingegeben wird; eine in Fig. 6B gezeigte Signalform repräsentiert das Ausgangssignal Va des Komparators 21; eine in Fig. 6C gezeigte Signalform reprä­ sentiert das Eingangssignal Vb des umkehrenden Eingangs und das Eingangssignal Vc des nicht-umkehrenden Eingangs des Kompara­ tors 22; und eine in Fig. 6D gezeigte Signalform repräsentiert das Ausgangssignal Vd des Komparators 22 und das Ausgangssignal Ve des Tiefpaßfilters, das heißt, daß Eingangssignal in die ge­ meinsame Verbindungsstelle zwischen dem umkehrenden Eingang des Komparators 23 und dem nicht-umkehrenden Eingang des Kompara­ tors 24.

Wie durch die Signalformen der Fig. 6B und 6D gezeigt ist, ist, wenn das Ausgangssignal Va des Komparators 21 niedrig ist, das Ausgangssignal Vd des Komparators 22 ebenfalls niedrig. Als ei­ ne Folge fällt der Signalpegel des durch die Signalform der Fig. 6D gezeigten Ausgangssignals Ve vom Tiefpaßfilter, aber die Änderung im Ausgangssignal Ve im Vergleich zur Änderung in der Frequenz des Referenzfrequenzsignals Vin steigt an.

Deshalb ist der Sensor für physikalische Parameter gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich zum Erreichen der Vorteile des Sensors für physikalische Para­ meter gemäß der ersten Ausführungsform ferner darin erfolg­ reich, die Änderung im Arbeitszyklus des Ausgangssignals des Komparators 22 als Reaktion auf eine Änderung in der Frequenz des Referenzfrequenzsignals zu vergrößern. Die Empfindlichkeit der Frequenzspannungsumwandlungsschaltung kann deshalb vergrö­ ßert werden, kleinste Frequenzänderungen im Referenzfrequenzsi­ gnal können ebenfalls ermittelt werden, und die Zuverlässigkeit des Sensors für physikalische Parameter kann deshalb weiter vergrößert werden.

Dritte Ausführungsform (Fig. 7)

Gemäß jeder der ersten und zweiten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung, erfordert die Selbsttestschaltung, wenn die Selbsttestschaltung die Anwesenheit eines Fehlers im Referenz­ frequenzsignal ermittelt und nachfolgend das Fehlersignal aus­ gibt, das heißt, das H-Pegelausgangssignal Dout an die Steuer­ schaltung ausgibt, daß das Ausgangssignal Dout der Selbsttest­ schaltung zwangsweise in einen H-Pegelzustand zum Zeitpunkt des Einschaltens des Sensors gebracht wird, so daß die Steuerschal­ tung einen Betriebstest ausführen kann, um zu ermitteln, ob ein bestimmter Fehlerermittelungsprozeß normalerweise ausgeführt werden soll, wenn der Sensor eingeschaltet wird. Dies ist in einem Sensor für physikalische Parameter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht, der nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben wird und diese Erfor­ dernis erfüllt.

Ein Blockschaltbild des Sensors für physikalische Parameter ge­ mäß dieser dritten Ausführungsform ist im wesentlichen iden­ tisch zu derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt ist, ausgenommen daß der Sensor für physikalische Parameter mit 75 und die Selbst­ testschaltung mit 71 bezeichnet ist. Alle anderen Komponenten­ teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen; dort ist ein Schaltbild der im Sensor gemäß dieser dritten Ausführungsform benutzten Selbsttestschaltung 71 gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Selbsttestschaltung 71 von derjenigen in Fig. 2 darin un­ terschiedlich ist, daß eine Einschaltrückstellschaltung (Power- on-reset-Schaltung) 77 verwendet ist.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist die Einschaltrückstellschal­ tung 77 einen Komparator 81, einen Kondensator 82 und Wider­ stände 83 bis 87 auf. Eine Schaltung mit Reihensschaltungen, die einen in Reihe verbundenen Widerstand 83 und einen Konden­ sator 82 aufweist, ist zwischen dem Anschluß der DC- Stromversorgungsspannung Vcc und Masse geschaltet, und eine Schaltung mit Reihenschaltungen, die in Reihe geschaltete Wi­ derstände 85 und 86 aufweist, ist parallel zur ersten Schaltung mit Reihenschaltungen geschaltet. Eine Verbindungsstelle F zwi­ schen dem Widerstand 83 und dem Kondensator 82 ist über den Wi­ derstand 84 mit dem nicht-umkehrenden Eingang eines Komparators 81 verbunden. Eine Verbindungsstelle G zwischen den Widerstän­ den 85 und 86 ist mit dem umkehrenden Eingang des Komparators 81 verbunden. Der Widerstand 87 ist ebenfalls zwischen dem nicht-umkehrenden Eingang und dem Ausgang des Komparators 81 geschaltet, und der Ausgang des Komparators 81 ist mit dem Aus­ gangsanschluß Dout der Selbsttestschaltung 71 verbunden.

In der in Fig. 7 gezeigten Schaltkonfiguration steigt die Span­ nung VF an der Verbindungsstelle F auf der Basis der Zeitkon­ stante des Widerstandes 83 und des Kondensators 82, wenn der Strom eingeschaltet wird. Wenn diese Spannung VF eine vorbe­ stimmte Schwellenspannung übersteigt, insbesondere die Spannung VG an der Verbindungsstelle G, verändert sich die Ausgabe des Komparators 81 nach hoch von niedrig. Weil die Ausgabe des Kom­ parators 81 niedrig ist vor dieser Pegelumkehrung, beträgt die Spannung des nicht-umkehrenden Eingangs des Komparators 81 (R87 × VF)/(R84 + R87), wobei R84 der Widerstand des Widerstands 84 und R87 der Widerstand des Widerstands 87 ist.

Die Spannung am nicht-umkehrenden Eingang, nachdem die Ausgabe des Komparators 81 von niedrig nach hoch umgekehrt ist, beträgt {VF + (Vcc - VF) × R84/(R84 + R87)}. Der Widerstand der Wider­ stände 84 und 87 und die Spannung VG sind deshalb so gesetzt, daß die Spannung am nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 81 beträchtlich um die Spannung VG schwankt, bevor und nachdem sich die Ausgabe des Komparators 81 von niedrig nach hoch än­ dert.

Es wird darauf hingewiesen, daß die die so beschriebene Ein­ schaltrückstellschaltung aufweisende Selbsttestschaltung auch im Sensor für physikalische Parameter gemäß der zweiten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Wie im Vorhergehenden beschrieben, ist durch ein derartiges zwangsweises Bringen des Ausgangsanschlusses Dout auf einen H- Pegel für eine bestimmte Zeitperiode, wenn der Strom einge­ schaltet wird, der Sensor für physikalische Parameter gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin effek­ tiv, daß ein Betriebstest zum Ermitteln, ob die Selbsttest­ schaltung auf normale Weise arbeitet zum Ermitteln eines Feh­ lers im Referenzfrequenzsignal, als Teil des Betriebstestrouti­ nelaufs ausgeführt werden kann, wenn der Strom eingeschaltet wird.

Vierte Ausführungsform (Fig. 8 bis 10)

Es wird darauf hingewiesen, daß in der oben beschriebenen er­ sten bis dritten Ausführungsform die Selbsttestschaltung einen Fehler in einem Referenzfrequenzsignal ermittelt. Der Sensor für physikalische Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und kann so konfiguriert sein, daß er einen anderen Fehler als denjenigen im Referenz­ frequenzsignal ermittelt, wie im folgenden in Verbindung mit der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be­ schrieben wird.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild des Sensors für physikalische Parameter gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, daß der Sensor für phy­ sikalische Parameter dieser Ausführungsform so beschrieben ist, daß er auf der Basis des Referenzfrequenzsignals in einer dem Winkelgeschwindigkeitssensor ähnlichen Weise betrieben werden kann.

Der in Fig. 8 gezeigte Sensor 95 für physikalische Parameter unterscheidet sich vom Sensor 1 für physikalische Parameter der Fig. 1 darin, daß die Selbsttestschaltung auch die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT des Sensors für physikalische Parameter überwacht und ermittelt, ob diese Spannung innerhalb eines be­ stimmten Spannungsbereiches liegt. Falls die Spannung des Aus­ gangsanschlusses OUT nicht innerhalb dieses Bereiches liegt, wird ein einen Fehler anzeigendes Signal vom Ausgangsanschluß Dout ausgegeben. Diese in der vierten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung verwendete Selbsttestschaltung wird mit 91 bezeichnet.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, weist der Sensor 95 für physikali­ sche Parameter eine Sensorschaltung 2, einen Signaldetektor (Signalermittelungsschaltung) 3, eine Signalverarbeitungsschal­ tung 4, eine Oszillatorschaltung 5 und die Selbsttestschaltung 91 auf. Die Oszillatorschaltung 5 ist mit der Sensorschaltung 2, dem Signaldetektor 3 und der Selbsttestschaltung 91 verbun­ den. Die Selbsttestschaltung 91 ist ferner mit dem Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung 4 verbunden.

Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 4 und das Ausgangssignal der Selbsttestschaltung 91 werden durch die ent­ sprechenden Ausgangsanschlüsse Dout und OUT des Sensors 95 für physikalische Parameter geleitet und wird dann an die Steuer­ schaltung 8 angelegt. Die Steuerschaltung 8 kann einen Mikro­ kontroller oder irgendeine andere Halbleitervorrichtung zum Verwirklichen eines bestimmten Prozesses sein, der auf dem dar­ in eingegebenen Signalen vom Sensor 95 für physikalische Para­ meter basiert.

Die Selbsttestschaltung 91 überwacht das von der Oszillator­ schaltung 5 ausgegebene Referenzfrequenzsignal, um zu ermit­ teln, ob die Frequenz des Referenzfrequenzsignals innerhalb ei­ nes bestimmten Bereiches liegt. Die Selbsttestschaltung 91 überwacht auch die Spannung des Ausgangssignals von der Signal­ verarbeitungsschaltung 4 und ermittelt, ob diese Spannung in­ nerhalb eines bestimmten Bereiches liegt.

Fig. 9 ist ein Schaltbild der in Fig. 8 gezeigten Selbsttest­ schaltung 91. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Selbsttest­ schaltung 91 von der in Fig. 2 gezeigten darin verschieden ist, daß eine Ausgabefehlerauswertungsschaltung 100 zum Überwachen der Ausgangssignalspannung von der Signalverarbeitungsschaltung 4 verwendet ist.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, weist die Selbsttestschaltung 91 ei­ ne Wellenformungsschaltung 11, eine Frequenzspannungsumwand­ lungsschaltung 12, eine Fehlerbestimmungsschaltung 13 und einen Ausgabefehlerauswertungsschaltung 100 auf. Die Ausgabefehler­ auswertungsschaltung 100 weist Komparatoren 101 und 102, die einen Fensterkomparator bilden, und Widerstände 103 bis 105 auf.

Eine in Reihe verbundene Schaltung von Widerständen 103 bis 105 ist zwischen einem Anschluß der DC-Stromversorgungsspannung Vcc und Masse geschaltet. Die Verbindungsstelle zwischen den Wider­ ständen 103 und 104 ist mit dem nicht-umkehrenden Eingang des Komparators 101 verbunden, und die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 104 und 105 ist mit dem umkehrenden Eingang des Komparators 102 verbunden. Der umkehrende Eingang des Kom­ parators 101 und der nicht-umkehrende Eingang des Komparators 102 sind miteinander und wiederum mit dem Eingangsanschluß Din1 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Eingangsan­ schluß Din1 mit dem Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung 4 verbunden ist. Die Ausgänge der Komparatoren 101 und 102 sind mit einer gemeinsamen Leitung verbunden, die als der Ausgang der Ausgabefehlerauswertungsschaltung 100 dient und mit dem Ausgangsanschluß Dout der Selbsttestschaltung 91 verbunden ist.

Falls die Ausgabesignalspannung von der Signalverarbeitungs­ schaltung 4, die in den Eingangsanschluß Din1 der Ausgabefeh­ lerauswertungsschaltung 100 eingegeben wird, innerhalb eines bestimmten Schwellenspannungsbereiches liegt, der durch die Wi­ derstände 103 bis 105 gesetzt ist, ist die Ausgabe der Ausgabe­ fehlerauswertungsschaltung 100 hoch, und der Ausgabesignalpegel vom Ausgangsanschluß Dout der Selbsttestschaltung 91 wird durch das Ausgabesignal der Fehlerbestimmungsschaltung 13 bestimmt. Jedoch ist, falls die Eingangsspannung des Eingabeanschlusses Din1 nicht innerhalb des Schwellenspannungsbereiches liegt, die Ausgabe niedrig. Dieser niedrige Ausgabepegel verursacht ein Fehlersignal, das vom Ausgangsanschluß Dout an die Steuerschal­ tung 8 ausgegeben wird. Es wird darauf hingewiesen, daß in die­ se Ausführungsform ein Niedrigpegel-(L-Pegel-)Signal für die­ ses Fehlersignal benutzt wird. Wenn das Fehlersignal in die Steuerschaltung 8 eingegeben wird, ignoriert die Steuerschal­ tung 8 das von der Signalverarbeitungsschaltung 4 eingegebene Signal und führt einen bestimmten mit dem ermittelten Fehler zusammenhängenden Prozeß aus.

Wenn eine Klemmschaltung innerhalb der Steuerschaltung 8 mit dem Ausgangsanschluß OUT des Sensors 95 für physikalische Para­ meter verbunden wird, liegt die Ausgangsanschluß OUT-Spannung immer innerhalb des Schwellenspannungsbereiches, der durch die Ausgabefehlerauswertungsschaltung 100 gesetzt ist, sogar wenn ein Fehler im Sensor 95 für physikalische Parameter auftritt. In diesem Fall kann ein vor der Verstärkerschaltung in der Si­ gnalverarbeitungsschaltung 4 auftretender Fehler durch den Sen­ sor 95 für physikalische Parameter ermittelt werden durch Anle­ gen des temperaturkompensierten Signals von der Signalverarbei­ tungsschaltung 4 an den Eingangsanschluß Din1, bevor es ver­ stärkt wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Sensor für physikalische Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung so beschrieben ist, daß er eine Sensorschaltung besitzt, die auf der Basis des Re­ ferenzfrequenzsignals in einer dem Winkelgeschwindigkeitssensor ähnlichen Weise arbeitet. Wie im folgenden beschrieben mit Be­ zugnahme auf Fig. 10, kann der Sensor für physikalische Parame­ ter jedoch auch aus der Sensorschaltung bestehen, die nicht auf der Basis eines Referenzfrequenzsignals arbeitet.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild des Sensors für physikalische Parameter gemäß einer Modifikation der oben in Fig. 9 gezeigten vierten Ausführungsform. Wie Falle des Beschleunigungssensors zum Ermitteln einer Beschleunigung, arbeitet die Sensorschal­ tung des in Fig. 10 gezeigten Sensors für physikalische Parame­ ter nicht auf der Basis eines Referenzfrequenzsignales. Es wird darauf hingewiesen, daß gleiche Teile in Fig. 4 und Fig. 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine weitere zuge­ hörige Beschreibung wird um der Kürze willen nicht wiederholt.

Der in Fig. 10 gezeigte Sensor für physikalische Parameter un­ terscheidet sich von denjenigen in Fig. 4 darin, daß die Selbsttestschaltung auch die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT des Sensors für physikalische Parameter überwacht, ermit­ telt, ob die Ausgangsanschluß-OUT-Spannung innerhalb eines be­ stimmten Bereiches liegt und ein Signal vom Ausgangsanschluß Dout ausgibt, das für einen Fehler bezeichnend ist, wenn die Ausgangsanschluß-OUT-Spannung nicht innerhalb des Bereiches liegt. Ein Sensor 115 für physikalische Parameter dieser Modi­ fikation ist deshalb in Fig. 10 gezeigt, wobei er die Selbst­ testschaltung 111 aufweist.

Es wird auf Fig. 10 Bezug genommen; der Sensor 115 für physika­ lische Parameter weist eine Sensorschaltung 42, eine Signalver­ arbeitungsschaltung 43, eine Oszillatorschaltung 44 und die Selbsttestschaltung 111 auf. Die Oszillatorschaltung 44 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 43 und der Selbsttestschaltung 111 verbunden, und die Selbsttestschaltung 111 ist ferner mit der Signalverarbeitungsschaltung 43 verbunden.

Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 43 und das Ausgangssignal der Selbsttestschaltung 111 werden durch die entsprechenden Ausgangsanschlüsse OUT und Dout des Sensors 41 für physikalische Parameter an eine Steuerschaltung 8 geleitet. Die Steuerschaltung 8 kann ein Mikrokontroller oder irgendeine andere Halbleitervorrichtung sein, zum Verwirklichen eines be­ stimmten Prozesses, der auf dem darin vom Sensor 115 für physi­ kalische Parameter eingegebenen Signalen basiert.

Die Selbsttestschaltung 111 überwacht das von der Oszillator­ schaltung 44 ausgegebene Referenzfrequenzsignal, um zu ermit­ teln, ob die Frequenz des Referenzfrequenzsignals innerhalb ei­ nes bestimmten Bereiches liegt, und ermittelt, ob die Ausgangs­ signalspannung der Signalverarbeitungsschaltung 43 innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Aufbau der Selbsttestschaltung 111 im wesentlichen identisch zu der in Fig. 9 gezeigten Selbsttestschaltung 91 ist, und deshalb wird keine zugehörige weitere Beschreibung um der Kürze willen wiederholt.

Wenn eine Klemmschaltung innerhalb der Steuerschaltung 8 mit dem Ausgangsanschluß OUT des Sensors 115 für physikalische Pa­ rameter verbunden ist, liegt die Ausgangsanschluß-OUT-Spannung immer innerhalb des Schwellenspannungsbereiches, der durch die Ausgabefehlerauswertungsschaltung 100 gesetzt ist, sogar wenn ein Fehler im Sensor 115 für physikalische Parameter auftritt. In diesem Fall kann ein Fehler, der vor der Verstärkerschaltung in der Signalverarbeitungsschaltung 43 auftritt, durch den Sen­ sor 115 für physikalische Parameter ermittelt werden durch An­ legen des temperaturkompensierten Signals von der Signalverar­ beitungsschaltung 43 an den Eingangsanschluß Din1, bevor es verstärkt wird.

Es wird darauf hingewiesen, wenn auch die Modifikation des vierten Ausführungsform so beschrieben ist, daß sie auf die oben beschriebene erste Ausführungsform angewendet wird, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß eine ähnliche Anwendung auf irgendeine der oben beschriebenen zweiten und dritten Aus­ führungsformen ebenfalls möglich ist.

Der Sensor für physikalische Parameter gemäß der vierten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung kann auf diese Weise einen Fehler in einem Referenzfrequenzsignal ermitteln und kann ferner einen Fehler im Ausgangssignal des Sensors für physika­ lische Parameter selbst ermitteln. Als eine Folge erreicht durch ein derartiges Ermitteln eines Fehlers, der ein anderer ist als derjenige im Referenzfrequenzsignal, ein Sensor für physikalische Parameter gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine noch weitere Verbesserung der Be­ triebszuverlässigkeit.

Claims (8)

1. Sensor zum Ermitteln eines physikalischen Parameters mit
einer Sensorschaltung (2, 42) zum Umwandeln des physikalischen Parameters in ein elektrisches Signal;
einer Oszillatorschaltung (5, 44) zum Erzeugen und Ausgeben eines Signals einer bestimmten Frequenz;
einer Signalverarbeitungseinheit (4, 43), die auf der Basis des von der Oszillatorschaltung (5, 44) ausgegebenen Signals arbeitet und einen bestimmten Signalverarbeitungsbetrieb auf das durch die Sensorschaltung (2, 42) umgewandelte elektrische Signal anwendet; und
einer Selbsttestschaltung (6, 45, 51, 71, 91) zum Überwachen des von der Oszillatorschaltung (5, 44) ausgegebenen Signals und Ausgeben eines bestimmten Fehlerermittelungssignals, wenn ermittelt wird, daß das überwachte Signal außerhalb eines vor­ bestimmten Frequenzbereiches liegt.

2. Sensor für einen physikalischen Parameter nach Anspruch 1, in dem die Sensorschaltung (2, 42) auf der Basis eines von der Oszillatorschaltung (5, 44) ausgegebenen Signals arbeitet.

3. Sensor für einen physikalischen Parameter nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Selbsttestschaltung (6, 45, 51, 71, 91) auf­ weist:
eine Wellenformungsschaltung (11) zum Wellenformen eines von der Oszillatorschaltung (5, 44) ausgegebenen Signals;
eine Frequenzspannungsumwandlungsschaltung (12, 67) zum Umwan­ deln der Frequenz des von der Wellenformungsschaltung (11) wel­ lengeformten Signals zu einer DC-Spannung; und
eine Fehlerbestimmungsschaltung (13) zum Auswerten der Anwesen­ heit eines Fehlers in einem von der Oszillatorschaltung (5, 44) ausgegebenen Signal auf der Basis eines DC-Spannungswertes, der von der Frequenzspannungsumwandlungsschaltung (12, 67) umgewan­ delt ist, und Ausgeben des Ergebnisses dieser Auswertung.

4. Sensor für einen physikalischen Parameter nach einem der Ansprüche 2 bis 3, in dem die Frequenzspannungsumwandlungs­ schaltung (12, 67) aufweist:
eine Frequenzumwandlungsschaltung zum Umwandeln einer Frequen­ zänderung in einem Eingangssignal in eine Arbeitszyklusände­ rung; und
eine Gleichrichtungsschaltung zum Gleichrichten eines durch die Frequenzumwandlungsschaltung umgewandelten Signals.

5. Sensor für einen physikalischen Parameter nach einem der Ansprüche 3 bis 4, in dem die Wellenformungsschaltung (11) ein von der Oszillatorschaltung (5, 44) ausgegebenes Signal zu ei­ ner Rechteckwelle formt; und die Frequenzspannungsumwandlungsschaltung (12, 67) ferner eine Schaltung aufweist, die die Ausgabe der Frequenzumwandlungs­ schaltung zwangsweise niedrig macht, wenn der Signalpegel des durch die Wellenformungsschaltung (11) wellengeformten Signals niedrig ist.

6. Sensor für einen physikalischen Parameter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in dem die Selbsttestschaltung (6, 45, 51, 71, 91) eine Einschaltrücksetzschaltung (77) aufweist zum Aus­ geben des Fehlerermittlungssignals für eine vorbestimmte Zeit, wenn anfänglich Strom geliefert wird.

7. Sensor für einen physikalischen Parameter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem die Selbsttestschaltung (6, 45, 51, 71, 91) eine Ausgabefehlerermittelungsschaltung (100) zum Über­ wachen eines Ausgabesignals von der Signalverarbeitungseinheit (4, 43) aufweist und ein bestimmtes Fehlerermittelungssignal ausgibt, wenn ein Fehler im überwachten Signal ermittelt wird.

8. Sensor für einen physikalischen Parameter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem die Selbsttestschaltung (6, 45, 51, 71, 91) eine Ausgabefehlerbestimmungsschaltung (100) zum Über­ wachen eines von der Signalverarbeitungseinheit (4, 43) verar­ beiteten Signals aufweist und ein bestimmtes Fehlerbestimmungs­ signal ausgibt, wenn ein Fehler im überwachten Signal ermittelt wird.