FR2775081A1

FR2775081A1 - SENSOR MODULE

Info

Publication number: FR2775081A1
Application number: FR9901832A
Authority: FR
Inventors: Gerald Brinks; Thomas Ohgke; Gunther Schuster
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 1999-08-20
Also published as: GB9901498D0; GB2334588A; DE19806753A1

Abstract

Le module de capteur et constitué par un élément capteur (12) destiné à détecter une grandeur physique, en particulier une pression et une accélération, et au moins par un circuit intégré (10), au moins un pont de Wheatstone (13) étant agencé sur l'élément capteur (12) et engendrant au moins deux signaux de sortie (Voutpos , Voutneg ). Des comparateurs à fenêtres (14, 15) sont montés dans le circuit intégré (10) et engendrent un message d'erreur en cas de dépassement vers le haut ou vers le bas de valeurs limites prédéterminées des signaux de sortie (Voutpos , Voutneg ). Par ailleurs, on peut avec deux comparateurs à fenêtres (14, 15) vérifier simultanément chaque signal de sortie (Voutpos , Voutneg ) du pont de Wheatstone (13) et saisir des décalages de niveaux de ponts.The sensor module consists of a sensor element (12) intended to detect a physical quantity, in particular a pressure and an acceleration, and at least by an integrated circuit (10), at least one Wheatstone bridge (13) being arranged on the sensor element (12) and generating at least two output signals (Voutpos, Voutneg). Window comparators (14, 15) are mounted in the integrated circuit (10) and generate an error message if predetermined limit values of the output signals (Voutpos, Voutneg) are exceeded or exceeded. Moreover, with two window comparators (14, 15) it is possible to simultaneously check each output signal (Voutpos, Voutneg) of the Wheatstone bridge (13) and to enter the level offsets of the bridges.

Description

L'invention se rapporte à un module de capteur constitué par un élémentThe invention relates to a sensor module consisting of an element

capteur destiné à la détection d'une grandeur physique et par au moins un circuit intégré destiné à l'analyse des signaux détectés, au moins un pont de mesure, en particulier un pont de Wheatstone, qui engendre au moins deux signaux de sortie, étant agencé sur l'élément capteur. On connaît divers modules de capteur de ce type. Les modules de capteur sont constitués par un élément capteur et un circuit d'analyse des signaux, lequel se trouve sur un circuit intégré. L'élément capteur est en particulier un capteur d'accélération piézoélectrique, piézorésistif ou capacitif. De tels capteurs, destinés à mesurer des grandeurs physiques telles que la pression ou l'accélération, sont eux-mêmes constitués par une partie mobile, appelée masse sismique, et par une partie stationnaire. Les parties mobiles et stationnaires sont reliées l'une à l'autre par une ou plusieurs barrettes. Le déport de la partie mobile par rapport à la partie stationnaire est la mesure pour l'intensité de sensor intended for the detection of a physical quantity and by at least one integrated circuit intended for the analysis of the detected signals, at least one measurement bridge, in particular a Wheatstone bridge, which generates at least two output signals, being arranged on the sensor element. Various sensor modules of this type are known. The sensor modules consist of a sensor element and a signal analysis circuit, which is located on an integrated circuit. The sensor element is in particular a piezoelectric, piezoresistive or capacitive acceleration sensor. Such sensors, intended to measure physical quantities such as pressure or acceleration, are themselves constituted by a mobile part, called seismic mass, and by a stationary part. The mobile and stationary parts are connected to one another by one or more bars. The offset of the mobile part from the stationary part is the measure for the intensity of

l'accélération ou de la pression, respectivement. Le signal mécanique - acceleration or pressure, respectively. The mechanical signal -

le déport de la partie mobile - est ici transformé en un signal électrique. the offset of the mobile part - is here transformed into an electrical signal.

Pour mesurer exactement le signal électrique, on agence sur l'élément capteur un pont de Wheatstone. Les résistances piézoélectriques forment ici les éléments résistifs du pont de Wheatstone. Les signaux de sortie du pont de Wheatstone sont transmis à une unité d'analyse des signaux. Dans cette unité d'analyse des signaux, le signal est analysé et To measure the electrical signal exactly, a Wheatstone bridge is arranged on the sensor element. The piezoelectric resistors here form the resistive elements of the Wheatstone bridge. The output signals from the Wheatstone bridge are passed to a signal analysis unit. In this signal analysis unit, the signal is analyzed and

traité pour être ultérieurement utilisé. processed for later use.

Il en résulte plusieurs inconvénients: - on ne tient pas compte des variations du niveau du pont de Wheatstone dans le cas des éléments capteurs piézorésistifs. La cause de ces variations est le vieillissement des liaisons par fils de connexion, leur résistance augmentant et la chute de tension adoptant des valeurs This results in several drawbacks: - variations in the level of the Wheatstone bridge are not taken into account in the case of piezoresistive sensor elements. The cause of these variations is the aging of the connections by connection wires, their resistance increasing and the voltage drop adopting values

inadmissibles dans la liaison qui est normalement à faible résistance. inadmissible in the connection which is normally low resistance.

- ces modules de capteur ne détectent ni interruptions des contacts électriques par décollement des connexions, ni liaison parasitaire à faible résistance causée par l'humidité ou l'encrassement, en particulier un court-circuit dans la tension d'alimentation. L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients dans un - these sensor modules detect neither interruptions of the electrical contacts by detachment of the connections, nor parasitic connection with low resistance caused by humidity or fouling, in particular a short-circuit in the supply voltage. The invention therefore aims to overcome these drawbacks in a

module de capteur du type précité. sensor module of the aforementioned type.

Selon l'invention, cet objectif est atteint par le fait qu'au moins un circuit intégré présente au moins un comparateur à fenêtres qui compare au moins un signal de sortie du pont de mesure à des valeurs admissibles maximum et minimum respectives et définies, grâce à quoi au moins un niveau de pont est détecté sur le pont de mesure. Au moins un circuit intégré présente ici au moins un comparateur à fenêtres qui compare au moins un signal de sortie du pont de mesure à des valeurs admissibles maximum ou minimum respectives et définies, ce qui permet de déceler des variations de niveau sur le pont de mesure. On peut ainsi économiser de l'espace et des coûts et surveiller le fonctionnement de l'élément capteur. On peut ainsi détecter de manière simple des vieillissements des liaisons à fils de connexion, des interruptions des contacts électriques entre l'élément capteur et l'unité de traitement des signaux, et aussi des courts-circuits qui sont par According to the invention, this objective is achieved by the fact that at least one integrated circuit has at least one window comparator which compares at least one output signal from the measurement bridge to respective and defined maximum and minimum admissible values, by virtue of at which at least one bridge level is detected on the measuring bridge. At least one integrated circuit here has at least one window comparator which compares at least one output signal from the measurement bridge to respective maximum and minimum admissible and defined values, which makes it possible to detect level variations on the measurement bridge . This can save space and costs and monitor the operation of the sensor element. It is thus possible to detect in a simple manner aging of the connections with connection wires, interruptions of the electrical contacts between the sensor element and the signal processing unit, and also short circuits which are due

exemple causés par l'humidité.example caused by humidity.

Des perfectionnements avantageux ressortent de l'agencement d'au moins deux comparateurs à fenêtres qui détectent et analysent en même temps les deux signaux de sortie d'un pont de Wheatstone. On peut Advantageous improvements emerge from the arrangement of at least two window comparators which simultaneously detect and analyze the two output signals of a Wheatstone bridge. We can

ainsi localiser de manière encore plus exacte la source d'erreurs. thus locating the source of errors even more precisely.

L'invention sera expliquée ci-après à l'aide d'exemples de réalisation, The invention will be explained below using examples of embodiments,

en rapport avec la figure unique.related to the single figure.

La figure montre un circuit de surveillance du niveau d'un pont de mesure. Sur l'élément capteur 12 se trouve, dans le cas de capteurs d'accélération piézorésistifs ou de capteurs de pression, quatre résistances 5 qui forment un pont de Wheatstone 13. Le pont de Wheatstone se distingue par le fait qu'il réagit de manière sensible à la moindre variation de résistance, ce qui signifie que l'on peut mesurer très précisément des faibles variations de résistance des résistances piézoélectriques 5. Dans cet exemple de réalisation, les quatre résistances individuelles sont quatre résistances piézoélectriques 5 théoriquement de même taille dont la valeur varie sous l'effet d'une grandeur physique, telle que la pression ou l'accélération, qui désaccorde le pont. La tension de pont VB est proportionnelle à la grandeur physique active, telle que la pression ou l'accélération. Il peut se produire ici un décalage inadmissible du niveau de pont. Les niveaux de pont Vpp et VPN sont ici la chute de tension entre les signaux de sorties Voutpos et Voutneg respectifs et la masse. Ces décalages inadmissibles peuvent être dus au vieillissement des liaisons par fils de connexion à la masse ou à la tension d'alimentation de l'élément capteur Vdds. La tension Vdds est ici dépendante des conditions de fonctionnement telles que la température de fonctionnement. La résistance totale augmente et la chute de tension dans les liaisons par fils de connexion, normalement à faible résistance, atteint des valeurs inadmissibles. Les contacts électriques vers la masse, vers la tension Vdds, et vers les signaux Voutpos et Voutneg peuvent être interrompus entre le capteur 12 et le circuit intégré 10, en particulier par des décollements de connexion. Une autre cause d'erreur pour le décalage du niveau de pont est un court-circuit dû à l'humidité. Pour exclure de telles erreurs, le niveau de pont est surveillé en permanence grâce à ce circuit. Les signaux de sortie Voutpos et Voutneg du pont de Wheatstone sont introduits dans des comparateurs à fenêtres 14, 15 et surveillés. Les seuils de commutation sont définis comme suit: v V V =dd - T et V = dd+ T The figure shows a circuit for monitoring the level of a measuring bridge. On the sensor element 12 there are, in the case of piezoresistive acceleration sensors or pressure sensors, four resistors 5 which form a Wheatstone bridge 13. The Wheatstone bridge is distinguished by the fact that it reacts in a way sensitive to the slightest variation in resistance, which means that small variations in resistance of the piezoelectric resistors 5 can be measured very precisely. In this embodiment, the four individual resistors are four piezoelectric resistors 5 theoretically of the same size, the value varies under the effect of a physical quantity, such as pressure or acceleration, which detunes the bridge. The bridge voltage VB is proportional to the active physical quantity, such as pressure or acceleration. An inadmissible shift in the bridge level can occur here. The Vpp and VPN bridge levels here are the voltage drop between the respective Voutpos and Voutneg output signals and ground. These inadmissible shifts may be due to the aging of the connections by ground connection wires or to the supply voltage of the sensor element Vdds. The voltage Vdds is here dependent on the operating conditions such as the operating temperature. The total resistance increases and the voltage drop in the connection wires, normally low resistance, reaches unacceptable values. The electrical contacts to earth, to the voltage Vdds, and to the signals Voutpos and Voutneg can be interrupted between the sensor 12 and the integrated circuit 10, in particular by connection detachments. Another cause of error for the bridge level offset is a short circuit due to humidity. To exclude such errors, the bridge level is continuously monitored by this circuit. The Voutpos and Voutneg output signals from the Wheatstone bridge are introduced into window comparators 14, 15 and monitored. The switching thresholds are defined as follows: v V V = dd - T and V = dd + T

2 22 2

La variable T représente la valeur de tension de laquelle les niveaux de pont peuvent s'écarter de Vdd/2 en cas de fonctionnement parfait. Les valeurs de tension VI et V2 sont contrôlées en permanence dans une seconde unité de surveillance 16. À la sortie AF est appliqué le signal logique "UN" lorsque les niveaux de pont se situent dans les limites The variable T represents the voltage value from which the bridge levels can deviate from Vdd / 2 in the event of perfect operation. The voltage values VI and V2 are continuously monitored in a second monitoring unit 16. At the AF output is applied the logic signal "UN" when the bridge levels are within the limits

spécifiques VI et V2. Pour le cas d'un fonctionnement défectueux, c'est- specific VI and V2. In the case of faulty operation,

à-dire soit Voutpos ou Voumtneg ou bien Voutpos et Voutneg dépasse(nt) le(s) seuil(s) VI ou V2, respectivement, le signal "ZERO" est engendré à la ie either Voutpos or Voumtneg or Voutpos and Voutneg exceed (s) threshold (s) VI or V2, respectively, the signal "ZERO" is generated at the

sortie AF.AF output.

De tels modules de capteurs peuvent aussi être équipés de ponts de Such sensor modules can also be fitted with bridges of

mesure capacitifs ou autres, qui engendrent plusieurs signaux de sortie. capacitive or other measurements, which generate several output signals.

Claims

1. Sensor module consisting of a sensor element (12) intended for the detection of a physical quantity and by at least one integrated circuit (10) intended for the analysis of the detected signals, at least one measurement bridge (13) , in particular a Wheatstone bridge which generates at least two output signals (Voutpos, Voumeg), being arranged on the sensor element (12), characterized in that at least one integrated circuit (10) has at least one comparator with windows (14, 15) which compares at least one output signal (Voutpo. Vouteg) of the measurement bridge to respective and defined maximum and minimum admissible values, whereby at least one inadmissible level (Vpp, VPN)

on the measuring bridge.

2. Sensor module according to claim 1, characterized in that at least one integrated circuit (10) has at least two window comparators (14, 15) which simultaneously detect and analyze the two output signals (Vonos, Vouteg) of a measuring bridge (13) and by

therefore their level (Vpp, VPN).