JP2002084151A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ部の出力を処理する信号処理回路を備
えた物理量検出装置の異常検出が行えるようにする。 【解決手段】 印加される圧力に応じた電圧を出力する
センサ部１０と、センサ部１０からの出力を処理し、セ
ンサ部１０からの出力を増幅すると共に、センサ部のオ
フセット及びオフセット温度特性を補償するアンプ４
と、センサ部１０とは別に備えられ、検査用の基準電圧
を出力する検査用回路ブロック２０とを有している。こ
のような構成において、圧力検出時には、アンプ４にセ
ンサ部１０からの出力が入力され、アンプ４の出力に基
づいて圧力検出が行われるようにし、検査時には、アン
プ４に検査用回路ブロック２０の出力が入力され、アン
プ４の出力に基づいて異常検出が行われるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ部の出力を
増幅する回路（信号処理回路）を備えた物理量検出装置
に関するもので、特に歪ゲージで構成したセンサ部を備
える圧力センサに用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】図１１に、車載用などで用いられる従来
の圧力センサの回路構成例を示す。以下、図１１に基づ
いて従来の圧力センサの構成を説明する。

【０００３】図１１に示すように、圧力センサには、歪
ゲージ（拡散抵抗）４００ａ〜４００ｄで構成したブリ
ッジ回路からなるセンサ部４００が備えられている。こ
の構成例ではセンサ部４００には定電流回路４０１から
温度が変化しても一定の電流が流される。そして、印加
圧力に応じて変動するブリッジ回路の各中点の電位差、
つまりセンサ部４００の出力がアンプ４０２で増幅さ
れ、センサ出力として外部へ出力される。

【０００４】このように構成される圧力センサにおいて
は、感度の温度特性、センサ部の出力のオフセット、こ
のオフセットの温度特性の補償が行われている。

【０００５】感度の温度補償は、ブリッジ回路を構成す
る拡散抵抗４００ａ〜４００ｄの不純物濃度を最適化す
ることによって行っている。

【０００６】ブリッジ回路を構成する拡散抵抗４００ａ
〜４００ｄは温度特性を有しているが、感度の温度特性
と拡散抵抗４００ａ〜４００ｄの温度特性とを合わせ込
むことにより、ブリッジ回路に定電流を流し込んだ時に
感度の温度特性が補償できるようにしている。すなわ
ち、感度の温度係数が−１６００ｐｐｍ／℃程度である
と仮定すると、拡散抵抗４００ａ〜４００ｄの温度係数
が１６００ｐｐｍ／℃程度となるように拡散抵抗の濃度
を選択しており、例えば拡散抵抗４００ａ〜４００ｄの
不純物濃度が１０²⁰ｃｍ^-3程度となるようにしている。

【０００７】このように形成した拡散抵抗に定電流回路
４０１から定電流を流すことで、ブリッジ回路への印加
電圧を変化させることにより、感度の温度補償を行うよ
うにしている。

【０００８】このとき、定電流回路４０１が流す電流値
のデータはメモリ４０３に記憶してあり、メモリ４０３
に記憶されたデジタルデータをＤ／Ａ変換器４０４でア
ナログ変換し、定電流回路４０１にて温度が変化しても
一定の電流を流すようにしている。

【０００９】また、オフセット補償やオフセット温度補
償はアンプ４０２によって行っている。オフセットは、
製造バラツキ等によって生じるため、オフセット補正量
をメモリ４０３に記憶しておき、メモリ４０３に記憶さ
れたデジタルデータをＤ／Ａ変換器４０４でアナログ変
換したのちアンプ４０２に入力し、アンプ４０２にて零
点を調整し、オフセット補償を行っている。

【００１０】さらに、オフセットは様々な要因に基づい
て温度特性を持つため、その温度特性に応じたデータを
メモリ４０３に記憶しておき、メモリ４０３からの出力
をＤ／Ａ変換器４０４でアナログ値に変換したのちアン
プ４０２に入力し、アンプ４０２にてオフセット温度特
性を相殺するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧力センサにおいては、アンプ４０２内の配線ショー
ト、断線、配線抵抗の増加等の要因によって感度やオフ
セット電圧が異常になっても、異常検出を行うことがで
きなかった。

【００１２】本発明は上記点に鑑みて、センサ部の出力
を処理する信号処理回路を備えた物理量検出装置の異常
検出が行えるようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、物理量に応じた電圧を
出力するセンサ部（１０）と、センサ部からの出力を処
理し、センサ部からの出力に応じた信号を出力する信号
処理回路とを備えた物理量検出装置であって、検査時に
は信号処理回路にセンサ部からの出力とは異なる基準電
圧が入力されるようになっており、信号処理回路の出力
に基づいて異常検出が行えるように構成されていること
を特徴としている。

【００１４】このように、検査時にセンサ部からの出力
とは異なる基準電圧が信号処理回路に入力されるように
することで、信号処理回路の出力に基づいて異常検出を
行うことができる。

【００１５】請求項２に記載の発明においては、物理量
に応じた電圧を出力するセンサ部（１０）と、センサ部
からの出力を処理し、センサ部からの出力に応じた信号
を出力する信号処理回路と、センサ部とは別に備えら
れ、検査用の基準電圧を出力する検査用出力発生部（２
０）とを有し、物理量検出時には、信号処理回路にセン
サ部からの出力が入力され、信号処理回路の出力に基づ
いて物理量検出が行われるように構成され、検査時に
は、信号処理回路に検査用出力発生部の出力が入力さ
れ、信号処理回路の出力に基づいて異常検出が行われる
ように構成されていることを特徴としている。

【００１６】このように、物理量検出時には、信号処理
回路にセンサ部からの出力が入力され、信号処理回路の
出力に基づいて物理量検出が行われるようにし、検査時
には、信号処理回路に検査用出力発生部の出力が入力さ
れ、信号処理回路の出力に基づいて異常検出が行われる
ようにすれば、請求項１と同様の効果を得ることができ
る。

【００１７】また、請求項３に示すように、センサ部か
らの出力若しくは検査用出力発生部の出力が信号処理回
路（４）に選択的に入力されるようにし、物理量検出時
にはセンサ部の出力が選択され、検査時には検査用出力
発生部の出力が選択され、信号処理回路に入力されるよ
うにすれば、請求項１と同様の効果を得ることができ
る。

【００１８】例えば、検査用出力発生部として、請求項
４に示すように、直列接続された抵抗によって形成した
４辺形の閉回路を成すホイートストンブリッジ回路を採
用することができる。この場合、ホイートストンブリッ
ジ回路の相対する接続点の一方の差電圧を基準電圧とし
て出力することになる。

【００１９】請求項５に記載の発明においては、検査用
出力発生部には、ホイートストンブリッジ回路に印加す
る印加電圧の大きさを制御する定電流回路（２１）が備
えられていることを特徴としている。

【００２０】このように、定電流回路によってホイート
ストンブリッジ回路に印加する印加電圧の大きさを制御
することができる。

【００２１】そして、請求項６に示すように、定電流回
路に流す電流量に関するデータを検査用メモリ（２２）
に記憶しておけば、定電流回路が流す電流量を検査用メ
モリに備えられたデータに基づいて設定することができ
る。

【００２２】また、検査用出力発生部として、請求項７
に示すように、Ｒ−２Ｒラダーによって構成されたＤ／
Ａ変換回路を採用することも可能である。この場合、定
電流回路をホイートストンブリッジ回路で構成した場合
と比べて、少ない定電流回路の数で高分解能を実現する
ことができる。

【００２３】請求項９に記載の発明においては、信号処
理回路は、センサ部からの出力を増幅すると共に、セン
サ部におけるオフセット及びオフセット温度特性を補償
するアンプ（４）を有していることを特徴としている。

【００２４】このように、アンプによってセンサ部から
の出力を増幅すると共に、センサ部におけるオフセット
及びオフセット温度特性を補償することができる。

【００２５】この場合、請求項１０に示すように、比較
手段（３）によってアンプの出力が所定の基準値と比較
され、この比較結果に基づいて異常検出が行われるよう
にできる。

【００２６】請求項１１に記載の発明においては、信号
処理回路は、異常であることが検出されると、物理量検
出時に信号処理回路が発生させる出力電圧の範囲とは異
なる電圧を発生させる手段（３４）を有することを特徴
としている。

【００２７】このように、異常が検出された際に、物理
量検出時に信号処理回路が発生させる出力電圧の範囲と
は異なる電圧を発生させるようにすれば、物理量検出信
号と異常検出信号とを区別できる。

【００２８】請求項１２に記載の発明では、信号処理回
路は、比較結果に基づいて電流量を変化させる電流源
（３５）を備えていることを特徴としている。このよう
に、比較結果に基づいて電流源の電流量を変化させるよ
うにし、この電流量の変化を検出するようにしても異常
検出を行なうことができる。

【００２９】請求項１３に記載の発明では、信号処理回
路には、比較結果を外部に出力する端子（６０１）が備
えられており、この端子を通じて前記異常検出が行なえ
るようになっていることを特徴としている。このよう
に、比較結果を直接外部に出力し、その出力に基づいて
異常検出を行なうことも可能である。

【００３０】なお、請求項１４に示すように、比較手段
により、信号処理回路によってオフセット及びオフセッ
ト温度特性が補償された出力に応じた電圧を発生させる
出力手段（３４）の出力と所定の基準値とを比較させる
ようにしても構わない。また、請求項１５に示すよう
に、出力手段を反転増幅回路で構成することが可能であ
る。

【００３１】請求項１６に記載の発明においては、検査
時に診断指令信号を出力する診断指令信号発生部を備え
ていることを特徴としている。

【００３２】このように、物理量検出装置に診断指令信
号発生部を備えておくことにより、センサに診断指令信
号入力用のワイヤーハーネスを増やす必要がなくなる。

【００３３】例えば、請求項１７に示すように、診断指
令発生部は、所定の電源電圧が印加される負荷（３５
２）と、負荷に直列接続されたトランジスタ（３５１）
と、トランジスタを制御する電圧を発生させる第１、第
２の抵抗（Ｒ１、Ｒ２）とを有し、負荷とトランジスタ
との接続点の電位を診断指令信号として発生させるもの
として構成できる。

【００３４】請求項１８に記載の発明においては、信号
処理回路は、該信号処理回路自身の補正データとセンサ
部の補正データとの両方を備える第１の記憶部と、信号
処理回路自身の補正データを備える第２の記憶部とを有
し、検査時においては、第２の記憶部のデータを用いる
ようになっていることを特徴としている。

【００３５】請求項１に示した物理量検出装置は、検査
時には基準電圧を用いるものであり、この基準電圧はセ
ンサ部にあるオフセットやオフセットの温度特性を有し
ていないため、検査時には物理量検出時と同じ補正デー
タを用いることはできない。よって、オフセット等の補
正データを物理量検出時と検査時とに分けて持つことに
より、正確な検査を実施できる。

【００３６】この場合、第１の記憶部にセンサ部のオフ
セット等の補正データを記憶させることができるため、
薄膜抵抗等をレーザートリムする等のセンサ部に対する
特別な補正が不要であり、請求項１５に示すように、信
号処理回路を、センサ部と同じチップ上に形成した集積
化センサとするのに好ましい。

【００３７】請求項２０に記載の発明においては、セン
サ部には、該センサの出力を調整する調整部が設けら
れ、信号処理回路は、該信号処理回路自身の補正データ
を備える記憶部を備え、センサ部による物理量検出時及
び検査時の両方において、記憶部のデータを用いるよう
になっていることを特徴としている。このような構成と
すれば、記憶部が１つで済むため好ましい。

【００３８】請求項２１に記載の発明においては、セン
サ部と信号処理回路部とは別々のチップに形成され、記
憶部は信号処理回路が形成されたチップに設けられてい
ることを特徴としている。

【００３９】センサ部はオフセット等の自らの調整を同
一チップ内の調整部によって行うことができるため、セ
ンサ部を信号処理回路部のチップと別々に形成でき、歩
留りを向上させることができる。例えば、信号処理回路
部がＭＯＳチップで構成する場合、必要なデータをＥＰ
ＲＯＭ等のメモリに記憶させることができるため、セン
サチップには、薄膜抵抗等の調整部を設けて調整すれば
よい。

【００４０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００４１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に、本発明
の一実施形態を適用した圧力センサの回路構成を示す。
以下、図１に基づき圧力センサの構成について説明す
る。

【００４２】本実施形態に示す圧力センサにおいては、
センサ部１０への印加圧力に応じた出力を発生させる圧
力検出用回路１の他に、異常状態を検査する際（以下、
検査時という）に検査結果に応じた出力を発生させる検
査用回路２を備えている。これら圧力検出用回路１の出
力及び検査用回路２の出力は共にアナログ・マルチプレ
クサ３を介してアンプ４に入力されるようになってお
り、図示しないシステム制御回路、自動車では電子制御
装置（以下、ＥＣＵという）からの診断指令信号に基づ
いて、通常の圧力検出を行う際（以下、圧力検出時とい
う）には圧力検出用回路１の出力がアンプ４に入力さ
れ、検査時に検査用回路２の出力に切替えられてアンプ
４に入力されるようになっている。なお、検査時におい
ては圧力検出が行えなくなるため、診断指令信号は圧力
検出を行わなくても構わないタイミングで上記ＥＣＵか
ら出力されるようになっている。

【００４３】圧力検出用回路１には、４つの拡散抵抗
（歪ゲージ）５、６、７、８で構成されたブリッジ回路
からなるセンサ部１０と、センサ部１０に対して所望の
定電流を流す定電流回路１１と、感度に応じたデータ等
が記憶されているメモリ１２と、メモリ１２に記憶され
たデジタルデータをアナログ値に変換して定電流回路１
１に出力するＤ／Ａ変換器１３とが備えられている。

【００４４】これらにより、圧力検出時においては、セ
ンサ部１０から印加圧力に応じた出力が発生させられる
ようになっている。そして、これらの構成により、メモ
リ１２に記憶されたデータに基づいて定電流回路１１か
ら定電流値が流され、センサ部１０に印加される電圧が
調整されて、感度の温度補償が行われるようになってい
る。

【００４５】また、メモリ１２には、ブリッジ回路のオ
フセット及びオフセット温度特性に応じたデータ並びに
アンプ４のオフセット及びオフセット温度特性に応じた
データも記憶されており、メモリ１２に記憶されたデジ
タルデータがＤ／Ａ変換器１３を介してアンプ４に入力
されるようになっている。そして、アンプ４によってセ
ンサ部１０の出力のオフセット及びオフセット温度特性
の補償が行われると共に、センサ部１０の出力が増幅さ
れるようになっている。なお、このアンプ４の詳細な回
路構成については後述する。

【００４６】一方、検査用回路２には、センサ部１０を
構成するブリッジ回路とは別に構成された検査用ブリッ
ジ回路２０が備えられていると共に、検査用ブリッジ回
路２０に備えられた定電流回路２１が流す電流量を決定
するデータが記憶された診断用メモリ２２とが備えられ
ている。

【００４７】検査用ブリッジ回路２０は、歪ゲージとは
異なり、温度特性の少ない抵抗２３、２４、２５、２６
によって構成されている。具体的には、検査用ブリッジ
回路２０はダイヤフラム上ではなく基板上に形成され、
圧力信号を発生しないものであり、ＣｒＳｉ等の薄膜抵
抗が形成されている。この検査用ブリッジ回路２０は、
互いに直列接続された抵抗によって４辺形の閉回路を形
成し、相対する接続点２７、２８、２９、３０をそれぞ
れ定電圧回路３１及びアースへの接点（２７、２８）
と、アンプ４への出力に使用する両接点（２９、３０）
とした構成となっている。以下、ブリッジ回路のうち定
電圧回路３１に接続される接続点２７を電源印加接点、
アースに接続される接続点２８を接地接点、アンプ４へ
の出力電位を発生する両接点２９、３０を第１、第２出
力接点という。

【００４８】また、この検査用ブリッジ回路２０のう
ち、電源印加接点２７と第２出力接点３０との間に配置
された抵抗２４の中間位置及び接地接点２８間に、上述
した定電流回路２１が備えられている。この定電流回路
２１が流す電流は、診断用メモリ２２から出力されるデ
ジタルデータによって制御され、例えば第１、第２出力
接点２９、３０間の電位差が所望値となるような大きさ
（電流値）とされる。この第１、第２出力接点２９、３
０間の電位差が検査用の基準電圧に相当する。

【００４９】具体的には、検査用ブリッジ回路２０の出
力がセンサ部１０を構成するブリッジ回路の出力と同
様、アンプ４によって増幅されることから、検査用ブリ
ッジ回路２０の出力がブリッジ回路の出力と同じスパン
となるようにする。このため、検査用ブリッジ回路２０
としては、検査用メモリ２２により数ｍＶ〜２００ｍＶ
程度の幅の値を８〜１０ビット相当の分解能で精度良く
出力できる能力を有していることが好ましい。

【００５０】なお、通常のＤ／Ａ変換器は差電圧出力で
はないため、本実施形態では差電圧出力を発生させられ
るブリッジ構成としている。また、定電圧回路３１が電
源電圧に対してレシオ性が求められる場合には、電源印
加接点２７に直接、電源電圧を印加するようにしてもよ
い。

【００５１】さらに、検査用メモリ２２には、アンプ４
のオフセット及びオフセット温度特性に応じたデータが
記憶されており、検査用メモリ２２に記憶されたデジタ
ルデータがＤ／Ａ変換器１３を介してアンプ４に入力さ
れ、アンプ４によってオフセット及びオフセット温度特
性の補償が行われるようになっている。

【００５２】これらの構成により、検査時においては、
検査用ブリッジ回路２０の出力、すなわち第１、第２出
力接点２９、３０間の電位差がアンプ４に入力され、オ
フセット及びオフセット温度特性の補償が行われると共
に、検査用ブリッジ回路２０の出力が増幅されるように
なっている。

【００５３】なお、センサ部１０の出力のオフセット及
びオフセット温度特性と、検査用ブリッジ回路２０の出
力のオフセット及びオフセット温度特性とは異なるた
め、選択部３２は上記ＥＣＵからの診断指令信号に基づ
き、圧力検出時にはメモリ１２の出力を選択し、検査時
には検査用メモリ２２の出力を選択するようになってい
る。

【００５４】さらに、圧力センサには、検査時にアンプ
４の出力と所定の基準電圧とを比較し、圧力センサの異
常検出を行うウィンドウコンパレータ３３と、アンプ４
の出力が入力されると共にウィンドウコンパレータ３３
からの出力信号が入力される反転増幅回路で構成された
出力回路３４とが備えられている。

【００５５】ウィンドウコンパレータ３３は内部に上限
値を決定する基準電圧と下限値を決定する基準電圧を有
しており、アンプ４の出力がこれら２つの基準電圧の範
囲内にあるか否かを判定する。そして、上記ＥＣＵから
の診断指令信号が入力された際、つまり検査時にアンプ
４の出力が上記範囲外であると、ウィンドウコンパレー
タ３３から出力回路３４に所定のダイアグ制御信号が出
力されるようになっている。これにより、出力回路３４
から圧力センサが異常であることを意味する信号が出力
され、圧力センサに何らかの異常が発生したことを検出
することができる。なお、ここでいう出力回路３４と上
述したアンプ４が本発明における信号処理回路に相当す
る。

【００５６】続いて、定電流回路部１１及びアンプ４の
回路構成の一例と出力回路３４の一例をそれぞれ図２、
図３に示し、これらの図に基づいて定電流回路部１１と
アンプ４、及び出力回路３４の詳細を説明する。

【００５７】定電流回路部１１は、２つのトランジスタ
５１ａ、５１ｂのベースが互いに接続されたカレントミ
ラー回路と、カレントミラー回路の一方のトランジスタ
５１ａに直列接続されたトランジスタ５２と、トランジ
スタ５２のコレクタ電流の大きさを調整するオペアンプ
５３と、温度依存性がほとんどない抵抗（例えばＣｒＳ
ｉ等の薄膜抵抗）５０とを有した構成となっている。

【００５８】そして、感度に応じたアナログ信号がオペ
アンプ５３に入力されると、トランジスタ５２のコレク
タ電流が調整されると共に、カレントミラー接続された
トランジスタ５１ａ、５１ｂのコレクタ電流も調整さ
れ、センサ部１０に感度に応じた電流が流れるようにな
っている。

【００５９】アンプ４には、アナログマルチプレクサ３
の一方の出力が入力されるオペアンプ５４と抵抗５５及
び抵抗５６によって構成される非反転増幅器５７と、他
方の出力が入力されるオペアンプ５８と抵抗５９及び抵
抗６０によって構成される非反転増幅器６１とが備えら
れている。また、電源電圧Ｖｃｃを抵抗６２、６３で抵
抗分割した電位に基づき、オペアンプ６４によるボルテ
ージ・フォロワ回路によって基準電位を形成している。
この基準電位に基づいて非反転増幅器５７が作動すると
共に、非反転増幅器５７に備えられたオペアンプ５４の
出力電位を基準電位として非反転増幅器６１が作動する
ようになっている。なお、抵抗６５は、オペアンプ６４
のオフセットキャンセル用に備えられている。

【００６０】また、オペアンプ６６と抵抗６７及び抵抗
６８によって反転増幅器が構成されている。この反転増
幅器は、上述のオペアンプ６４の出力電位を基準電位と
して作動するようになっており、非反転増幅器６１のオ
ペアンプ５８の出力をさらに増幅するようになってい
る。

【００６１】オフセットのデータに応じたアナログ信号
は、オペアンプ６９によって構成されたボルテージ・フ
ォロワ回路及び抵抗７０を介してオペアンプ６６に入力
される。オフセット温度特性のデータに応じたアナログ
信号もオペアンプ７１によって構成されたボルテージ・
フォロワ回路及び抵抗７２を介してオペアンプ６６に入
力される。また、オフセット温度特性のデータに応じた
アナログ信号は、オペアンプ７１からオペアンプ７３、
抵抗７４及び抵抗７５によって構成された加算器７６と
抵抗７７を介してオペアンプ６６に入力される。

【００６２】加算器７６に備えられた抵抗７４若しくは
抵抗７５のうちいずれかは温度依存性を有した抵抗（例
えば拡散抵抗）、もう一方は温度依存性がほとんどない
抵抗（例えばＣｒＳｉ等の薄膜抵抗）で構成されてお
り、この加算器７６によってオフセット温度特性に応じ
たデータのアナログ信号に温度特性を持たせている。

【００６３】また、オペアンプ６６と抵抗６８と抵抗６
７、７０、７２、７７によって加算器が構成されるた
め、この加算器によってオフセットやオフセット温度特
性が補償されたのち、オペアンプ６６の出力端子Ｖｏｕ
ｔからアンプ４の出力に相当する電位が出力される。

【００６４】図３に示す出力回路３４は、一般的なオペ
アンプの回路構成に対して、トランジスタ１００を備え
たものである。

【００６５】トランジスタ１０２、１０３によってカレ
ントミラー回路が構成されている。トランジスタ１０２
及び抵抗１０４によって基準電流値が決定されると、抵
抗１０５の抵抗値に応じた電流がトランジスタ１０３に
も流れる。

【００６６】そして、非反転入力端子１０１及び反転入
力端子１０６からトランジスタ１０７、１０８に対して
差動入力が成されると、各端子１０１、１０６間の電位
差に基づいてトランジスタ１０９とトランジスタ１１０
のコレクタ電流値が若干変動する。これにより、トラン
ジスタ１１１のコレクタ電流値が変動すると共に、トラ
ンジスタ１１２のコレクタ電流値も変動し、トランジス
タ１１３に流れるコレクタ電流値が調整される。

【００６７】これにより、電源電圧Ｖｃｃから抵抗１１
４による電位降下分を差し引いた電位が出力端子Ｖｏｕ
ｔから出力されるという動作を行うようになっている。

【００６８】一方、出力回路３４には、上述したように
ウィンドウコンパレータ３３からダイアグ制御信号が入
力されるようになっている。本実施形態の場合、検査時
においてアンプ４の出力が上記範囲外であったときに
は、ウィンドウコンパレータ３３からダイアグ制御信号
としてＬｏｗレベルが出力されるようになっている。

【００６９】このようなＬｏｗレベル信号により、出力
回路３４に備えられたトランジスタ１００がオンすると
共に、トランジスタ１１３もオンし、出力端子Ｖｏｕｔ
の電位がアース電位に近い電位（Ｌｏｗレベル）とな
る。

【００７０】これにより、圧力センサの異常検出が成さ
れる。圧力検出においては、電源として例えば５Ｖ電源
を用いる場合、多くは圧力に応じた出力を０．５〜４．
５Ｖの範囲で出力することが規格化されている。このた
め、圧力検出に用いられる範囲外の電位（例えば、０．
３Ｖ以下（Ｌｏｗレベル）や４．７Ｖ以上（Ｈｉレベ
ル））を検査時に出力すれば、圧力検出用の出力端子Ｖ
ｏｕｔの電位に基づいて圧力検出だけでなく圧力センサ
の異常検出も行うことができる。図３に示すオペアンプ
をボルテージ・フォロワ回路として用いる場合には、入
力が０．５〜４Ｖ程度にしか対応していないので、４．
５Ｖに対応するためには、入力がＲａｉｌ−ｔｏ−Ｒａ
ｉｌの回路構成のオペアンプに変更する必要がある。

【００７１】以上説明したように、圧力検出用回路１と
は別に検査用回路２を備えることにより、アンプ４の異
常を検出することが可能となる。

【００７２】なお、本実施形態では出力回路３４からの
出力によって異常検出を行っているが、ウィンドウコン
パレータ３３からのダイアグ制御信号によって直接異常
検出が行えるようにしてもよい。この場合、出力回路３
４の故障を考慮に入れる必要がなくなるという効果があ
る。但し、この場合には、ダイアグ制御信号を出力する
端子が必要となる。

【００７３】また、本実施形態では、メモリ１２にセン
サ部４のオフセット及びオフセットの温度特性を記憶さ
せることができるため、例えば薄膜抵抗を用いたレーザ
ートリミングといった作業が不要であり、集積化センサ
とする際に好ましい。

【００７４】（第２実施形態）図４に、本発明の第２実
施形態を適用した圧力センサの回路構成を示す。なお、
図４に示す回路の基本構成は図１とほぼ同様であるた
め、同様の部分については図１と同じ符号を付し、異な
る部分についてのみ説明する。

【００７５】図４に示すように、センサ部１０のブリッ
ジ回路を構成する４つの抵抗５〜８のうち、抵抗５に対
して抵抗２０１を並列接続し、抵抗６に対して抵抗２０
２を並列接続し、抵抗７に対して抵抗２０３を直列接続
し、抵抗８に対して抵抗２０４を直列接続している。

【００７６】これら各抵抗２０１〜２０４はＴＣＲ（抵
抗温度係数）がほぼ零であるＣｒＳｉ薄膜抵抗等で構成
され、これら各抵抗２０１〜２０４をレーザトリミング
することにより、ブリッジ回路を構成する抵抗５〜８の
オフセット電圧を調整している。

【００７７】具体的には、ブリッジ回路のオフセット電
圧の半分を抵抗２０１あるいは抵抗２０２で調整した
後、残りの半分を抵抗２０１を調整した場合には抵抗２
０４、抵抗２０２を調整した場合には抵抗２０３で調整
することにより、ブリッジ回路のオフセット温度特性が
ほぼ零となるようにしている。

【００７８】すなわち、上記第１実施形態では、センサ
部１０を構成するブリッジ回路のオフセット及びオフセ
ット温度特性が存在したため、メモリ１２にはブリッジ
回路とアンプ４のオフセット及びオフセット温度特性の
データを記憶し、検査用メモリ２２にはアンプ４のオフ
セット及びオフセット温度特性を記憶させておく必要が
あったが、本実施形態の構成によると、その必要性をな
くすことができるのである。

【００７９】このため、本実施形態では、検査用メモリ
２２に定電流回路２１が流す定電流のデータが記憶させ
てあり、オフセット及びオフセット温度特性のデータは
記憶させていない。

【００８０】従って、第１実施形態と同様に、アンプ４
の異常検出が行えるだけでなく、センサ部１０のオフセ
ット等が記憶されているメモリ１２やＤ／Ａ変換器１３
の異常検出も行うことができる。

【００８１】また、本実施形態では、抵抗によりセンサ
部１０の調整が行えるため、オフセットなどの補正デー
タは通常使用時、検査時共に共有化でき、かつセンサ部
の調整を回路部の調整とは独立で行えるため、センサ部
と信号処理部とを別々のチップとすることができ、歩留
りを向上させることができる。

【００８２】（第３実施形態）図６に、本発明の第３実
施形態を適用した圧力センサの回路構成を示す。本実施
形態では、上記第１実施形態のように診断結果を出力端
子から通知するのではなく、他の方法によって通知す
る。以下、図６に基づいて圧力センサの構成について説
明するが、本実施形態に示す圧力センサの基本構成は第
１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ
説明する。

【００８３】図６に示すように、定電圧（ここでは、電
源電圧Ｖｃｃ）が印加される端子とＧＮＤとの間に電流
源３５が備えられている。この電流源３５には、ウィン
ドウコンパレータ３３からのダイアグ制御信号が入力さ
れるようになっており、ダイアグ制御信号に応じて消費
電流が変化するようになっている。

【００８４】このような構成によれば、電流源３５にお
ける消費電流量の変化を検出することにより故障診断を
行なうことができる。例えば、この消費電流量の変化は
圧力センサが接続されるＥＣＵで検出される。図７に、
圧力センサが接続されるＥＣＵ５００の回路構成例を示
し、上記消費電流量の変化の検出方法について具体的に
説明する。

【００８５】圧力センサは、電源電圧Ｖｃｃが印加され
る端子１ａ、製品出力Ｖｏｕｔを出力する端子１ｂ、Ｇ
ＮＤに接続される端子１ｃの３端子が備えられており、
これら３つの端子１ａ〜１ｃがコネクタ５０１、５０２
及びワイヤハーネス５０３を介してＥＣＵ５００に接続
される。

【００８６】ＥＣＵ５００には、電源電圧Ｖｃｃを供給
している電源回路５０４が備えられている。この電源回
路５０４には、所定電圧を発生させる定電圧回路５０５
と、電源回路５０４の出力（すなわち電源電圧Ｖｃｃと
なる部位）と定電圧回路５０５が発生させる所定電圧と
がそれぞれ反転入力端子と非反転入力端子とに入力され
るオペアンプ５０６、オペアンプ５０６の出力に接続さ
れた第４のトランジスタ５０７とｎ個のトランジスタか
らなる第５のトランジスタ５０８とからなるカレントミ
ラー回路５０９、第４のトランジスタ５０７に直列接続
された電流モニタ用抵抗５１０が備えられている。この
電流モニタ用抵抗５１０には、抵抗温度係数（ＴＣＲ）
がほぼ零のものを用いることで、広い温度範囲で正確な
電流モニタが可能となる。また、抵抗５１９とコンデン
サ５２０はＶｃｃラインからのノイズ除去フィルタを形
成している。抵抗５２１とコンデンサ５２２も同様であ
る。

【００８７】この電源回路５０４は、圧力センサでの消
費電流の変化によって第５のトランジスタ５０８に流れ
る電流量が変化すると、この変化量に応じて第４のトラ
ンジスタ５０７及び電流モニタ用抵抗５２０に流れる電
流量も変化し、第４のトランジスタ５０７と電流モニタ
用抵抗５２０との間の電位Ｖｓが変化するようになって
いる。

【００８８】また、ＥＣＵ５００にはＡ／Ｄ変換器５１
１が備えられていると共に、Ａ／Ｄ変換器５１１からの
情報を受け取るＣＰＵ５１２が備えられている。Ａ／Ｄ
変換器５１１には複数のチャンネル（ＣＨ０〜ＣＨｎ）
が備えられており、そのうちの１つのチャンネルＣＨｍ
には抵抗５１３及びコンデンサ５１４からなるフィルタ
回路を介して製品出力Ｖｏｕｔが入力され、もう１つの
チャンネルＣＨｍ＋１には抵抗５１５及びコンデンサ５
１６からなるフィルタ回路を介して電位Ｖｓが入力され
るようになっている。つまり、圧力センサの故障は、Ａ
／Ｄ変換器５１１のうち圧力センサが発生させた製品出
力Ｖｏｕｔと対応するチャンネルとは異なるチャンネル
での電圧変化としてＣＰＵ５１２側に通知されるように
なっている。

【００８９】なお、ＥＣＵ５００には、製品出力Ｖｏｕ
ｔが入力されるラインとＧＮＤに接続されるラインとの
間を連結するようにプルダウン抵抗５１７が備えられて
いるが、このプルダウン抵抗５１７は従来と同様の役割
を果たすものである。

【００９０】このような構成においては、圧力センサ内
の電流源３５での消費電流がＡ／Ｄ変換器５２１を介し
てＣＰＵ５１２に送られるため、ＣＰＵ５１２では消費
電流の変化が大きく変化するとき、すなわちＡ／Ｄ変換
器５１１から送られてくる電圧が大きく変化するときを
例えば所定のしきい値電圧との比較によって検出するこ
とで、圧力センサの故障診断を行うことができる。

【００９１】なお、消費電流は通常、圧力に応じた回路
動作状態や温度によっても変化するし、個々の製品ごと
にもばらつくので、それらを考慮して正常時と異常時の
消費電流差を設定しておく必要がある。

【００９２】以上説明したように、ウィンドウコンパレ
ータ３３からのダイアグ制御信号によって電流源３５の
消費電流の変化を検出するようにしても、故障診断を行
なうことができる。

【００９３】（第４実施形態）図８に、本発明の第４実
施形態を適用した圧力センサの回路構成を示す。本実施
形態では、上記第１実施形態のように診断結果を出力端
子から通知するのではなく、他の方法によって通知す
る。以下、図８に基づいて圧力センサの構成について説
明するが、本実施形態に示す圧力センサの基本構成は第
１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ
説明する。

【００９４】図８に示すように、本実施形態では、圧力
に応じた信号を出力する圧力信号出力端子６００の他
に、ウィンドウコンパレータ３３からのダイアグ制御信
号を出力するための故障診断出力端子６０１を備えたこ
とが第１実施形態と異なる。このように、故障診断結果
を専用の故障診断出力端子６０１から出力するようにし
ても良い。

【００９５】（第５実施形態）図９に、本発明の第５実
施形態を適用した圧力センサの回路構成を示す。上記各
実施形態では、ウィンドウコンパレータ３３を備えるこ
とで、ウィンドウコンパレータ３３からダイアグ制御信
号が出力されるようになっていたが、図９に示すよう
に、本実施形態では、上記各実施形態で示したウィンド
ウコンパレータ３３を備えず、アンプ４の出力、つまり
圧力センサの出力に基づいて故障診断を行うようにして
いる。

【００９６】具体的には、ＥＣＵ又はシステム制御回路
側に圧力センサの出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変
換器を備え、このＡ／Ｄ変換器によってデジタル値に変
換された圧力センサの出力をＣＰＵ等の演算処理装置に
て故障診断を行なうようにする。なお、検査時に圧力セ
ンサに入力される診断指令信号は、もともとＥＣＵ又は
システム制御回路側から発せられるものであるため、Ｅ
ＣＵ又はシステム制御回路側では診断指令信号が発せら
れるタイミングが分かっている。従って、ＥＣＵ又はシ
ステム制御回路では、このタイミングに合わせて検査時
であるか圧力検出時であるかを見分け、故障診断が行な
われる。

【００９７】このように、圧力センサ側には圧力検出用
回路１に加えて検査用回路２を備えるだけとし、圧力セ
ンサからの出力に基づいてＥＣＵ又はシステム制御回路
側で故障診断を行なうようにすることもできる。なお、
本実施形態では、第１実施形態のような出力回路３４を
設けていない構成としているが、出力回路３４を設ける
ようにし、出力回路３４の出力に基づいて故障診断が行
なわれるようにしても良い。

【００９８】（他の実施形態）上記各実施形態では、診
断指令信号がセンサ部外から送信されるように記載して
あるが、センサ内において電源Ｖｃｃに図１０に示す回
路を増設し、通常よりも高い電圧にすることで、診断指
令とすることができる。この場合、ＥＣＵ側では電源電
圧の切替えを行う機能を付加しておく必要がある。

【００９９】このような構成においては、トランジスタ
３５１のＶＢＥが約０．７Ｖでオン状態となることか
ら、通常のセンサ出力時にはＶＢＥ≒０．７Ｖ＞Ｖｃｃ
・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となるように、抵抗Ｒ１、Ｒ２
を設定しておく。なお、負荷３５２は、抵抗やトランジ
スタを用いた定電流負荷とする等が考えられる。また、
トランジスタ３５１はＭＯＳトランジスタで構成しても
よい。この場合、ＶＢＥはＶＴに置き換えられる。

【０１００】このような構成とすることで、ＥＣＵが診
断しようとする場合に、Ｖｃｃを予め決めた電圧、つま
りトランジスタ３５１がオン状態になる電圧に昇圧する
ことで、センサ内のトランジスタ３５１をオンし、Ｌｏ
ｗの診断指令信号を生成することができる。なお、図１
０に示す構成例では、診断指令信号がＬｏｗとなるが、
Ｈｉとしてももちろん良い。

【０１０１】このように、センサ内に診断指令信号を出
力する診断指令信号発生部を備えることにより、通常、
車載用のセンサとして必要となる電源、出力、グランド
の３本のワイヤーハーネス以外のワイヤーハーネスを増
やすことなく、上記各実施形態に示したセンサを構成す
ることができる。

【０１０２】また、上記各実施形態では、検査用メモリ
２２や通常の圧力測定時に使用するメモリ１２を別構成
として記載しているが、必ずしも別構成とする必要はな
い。

【０１０３】また、検査用ブリッジ回路２０をホイート
ストンブリッジ構成としたが、このようなブリッジ構成
であると、ビット数分の定電流回路が必要となるため、
図５に示すようなＲ−２ＲラダーによるＤ／Ａ変換回路
に基づいて構成してもよい。この図に示す各抵抗におい
て、抵抗Ｒａの抵抗値をＲとすると、抵抗Ｒｂの抵抗値
もＲとなっており、抵抗Ｒｃの抵抗値は抵抗Ｒａの２倍
の抵抗値に相当する２Ｒとなっている。

【０１０４】この図に示す回路は、抵抗Ｒａに対して抵
抗Ｒｂと抵抗Ｒｃとが並列接続され、抵抗Ｒａと抵抗Ｒ
ｂとの接続点とアース間、及び抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃとの
接続点とアース間に所定のオン／オフ制御信号によって
制御される定電流回路３０１、３０２が備えられた構成
となっている。そして、抵抗Ｒｃに対して抵抗Ｒｂと抵
抗Ｒｃとを並列接続していくということを繰り返した構
成となっている。このような構成により、ホイートスト
ンブリッジ構成とする場合と比べて、少ない定電流回路
の数で高分解能を実現することができる。

【０１０５】また、出力回路３４における基準電圧Ｖｒ
ｅｆは、定電圧Ｖｃｃを分圧したもの、あるいは定電圧
Ｖｃｃとは別に定電圧回路を設け、この回路の電圧を利
用したものであっても良い。

【０１０６】なお、上記各実施形態では、物理量検出装
置として圧力センサを例に挙げて説明したが、他のセン
サ類にも本発明を適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における圧力センサの回
路構成を示す図である。

【図２】図１に示す定電流回路１１とアンプ４の具体的
な回路構成を示す図である。

【図３】図１に示す出力回路３４の具体的な回路構成を
示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態における圧力センサの回
路構成を示す図である。

【図５】検査用ブロック回路に代えて適用可能なＲ−２
ＲラダーによるＤ／Ａ変換器の具体的な回路構成を示す
図である。

【図６】本発明の第３実施形態における圧力センサの回
路構成を示す図である。

【図７】圧力センサが接続されるＥＣＵ５０の詳細を示
した図である。

【図８】本発明の第４実施形態における圧力センサの回
路構成を示す図である。

【図９】本発明の第５実施形態における圧力センサの回
路構成を示す図である。

【図１０】他の実施形態で説明する診断指令信号発生部
の回路構成例を示す図である。

【図１１】従来における圧力センサの回路構成例を示す
図である。

【符号の説明】

１…圧力検出用回路、２…検査用回路、３…アナログ・
マルチプレクサ、４…アンプ、５〜８…拡散抵抗、１０
…センサ部、１１…定電流回路、１２…メモリ、１３…
Ｄ／Ａ変換器、２０…検査用ブリッジ回路、２２…検査
用メモリ、３２…選択部、３３…ウィンドウコンパレー
タ、３４…出力回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC60 DD04 EE14 FF02 FF45 GG32 GG42 5J091 AA01 AA47 CA02 CA13 HA08 HA10 HA25 HA26 HA29 HA42 KA00 KA01 KA04 KA05 KA06 KA09 KA11 KA17 KA33 KA34 KA61 MA05 MA09 MA21 SA15 TA01 UW08

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物理量に応じた電圧を出力するセンサ部
   （１０）と、 前記センサ部からの出力を処理し、該センサ部からの出
   力に応じた信号を出力する信号処理回路（４、３４）と
   を備えた物理量検出装置であって、 検査時には、前記信号処理回路に前記センサ部からの出
   力とは異なる基準電圧が入力されるようになっており、
   前記信号処理回路の出力に基づいて異常検出が行えるよ
   うに構成されていることを特徴とする物理量検出装置。
2. 【請求項２】 物理量に応じた電圧を出力するセンサ部
   （１０）と、 前記センサ部からの出力を処理し、該センサ部からの出
   力に応じた信号を出力する信号処理回路（４、３４）
   と、 前記センサ部とは別に備えられ、検査用の基準電圧を出
   力する検査用出力発生部（２０）とを有し、 物理量検出時には、前記信号処理回路に前記センサ部か
   らの出力が入力され、前記信号処理回路の出力に基づい
   て物理量検出が行われるように構成され、 検査時には、前記信号処理回路に前記検査用出力発生部
   の出力が入力され、前記信号処理回路の出力に基づいて
   異常検出が行われるように構成されていることを特徴と
   する物理量検出装置。
3. 【請求項３】 物理量に応じた電圧を出力するセンサ部
   （１０）と、 検査用の基準電圧を出力する検査用出力発生部（２０）
   と、 前記センサ部からの出力若しくは前記検査用出力発生部
   の出力が選択的に入力されると共に、入力された信号に
   応じた電圧を出力する信号処理回路（４、３４）と、を
   備え、 物理量検出時には前記センサ部の出力が選択され、前記
   信号処理回路に入力されるようになっており、 検査時には前記検査用出力発生部の出力が選択され、前
   記信号処理回路に入力されるようになっていることを特
   徴とする物理量検出装置。
4. 【請求項４】 前記検査用出力発生部は、直列接続され
   た抵抗によって形成した４辺形の閉回路を成すホイート
   ストンブリッジ回路であり、該ホイートストンブリッジ
   回路の相対する接続点の一方の差電圧を前記基準電圧と
   して出力するようになっていることを特徴とする請求項
   ２又は３に記載の物理量検出装置。
5. 【請求項５】 前記検査用出力発生部には、前記ホイー
   トストンブリッジ回路に印加する印加電圧の大きさを制
   御する定電流回路（２１）が備えられていることを特徴
   とする請求項４に記載の物理量検出装置。
6. 【請求項６】 前記定電流回路に流す電流量に関するデ
   ータを記憶する検査用メモリ（２２）を有し、 前記定電流回路が流す電流量は、前記検査用メモリに備
   えられたデータに基づいて設定されるようになっている
   ことを特徴とする請求項５に記載の物理量検出装置。
7. 【請求項７】 前記検査用出力発生部は、Ｒ−２Ｒラダ
   ーによって構成されたＤ／Ａ変換回路であることを特徴
   とする請求項２又は３に記載の物理量検出装置。
8. 【請求項８】 前記センサ部の出力と前記検査用出力発
   生部の出力とはアナログ・マルチプレクサに入力される
   ようになっており、 該アナログ・マルチプレクサは、物理量検出時には前記
   センサ部の出力を前記信号処理回路に出力し、検査時に
   は前記検査用出力発生部の出力を前記信号処理回路に出
   力するように構成されていることを特徴とする請求項２
   乃至７のいずれか１つに記載の物理量検出装置。
9. 【請求項９】 前記信号処理回路は、前記センサ部から
   の出力を増幅すると共に、前記センサ部におけるオフセ
   ット及びオフセット温度特性を補償する機能を有してい
   ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記
   載の物理量検出装置。
10. 【請求項１０】 前記信号処理回路によってオフセット
    及びオフセット温度特性が補償された出力と所定の基準
    値とを比較する比較手段（３３）を有し、 前記検査時には、前記比較手段によって前記オフセット
    及びオフセット温度特性が補償された出力が前記所定の
    基準値と比較され、この比較結果に基づいて前記異常検
    出が行われるようになっていることを特徴とする請求項
    ９に記載の物理量検出装置。
11. 【請求項１１】 前記信号処理回路は、前記比較結果に
    基づいて異常であることが検出されると、前記物理量検
    出時に該信号処理回路が発生させる出力電圧の範囲とは
    異なる電圧を発生させる出力手段（３４）を有すること
    を特徴とする請求項１０に記載の物理量検出装置。
12. 【請求項１２】 前記信号処理回路は、前記比較結果に
    基づいて電流量を変化させる電流源（３５）を備えてい
    ることを特徴とする請求項１０に記載の物理量検出装
    置。
13. 【請求項１３】 前記信号処理回路には、前記比較結果
    を外部に出力する端子（６０１）が備えられており、こ
    の端子を通じて前記異常検出が行なえるようになってい
    ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに
    記載の物理量検出装置。
14. 【請求項１４】 前記比較手段は、前記信号処理回路に
    よってオフセット及びオフセット温度特性が補償された
    出力に応じた電圧を発生させる出力手段（３４）の出力
    と前記所定の基準値とを比較するようになっていること
    を特徴とする請求項１０、１２、１３のいずれか１つに
    記載の物理量検出装置。
15. 【請求項１５】 前記出力手段は、反転増幅回路で構成
    されていることを特徴とする請求項１１又は１４に記載
    の物理量検出装置。
16. 【請求項１６】 検査時に診断指令信号を出力する診断
    指令信号発生部を備えていることを特徴とする請求項１
    乃至１５のいずれか１つに記載の物理量検出装置。
17. 【請求項１７】 前記診断指令信号発生部は、 所定の電源電圧が印加される負荷（３５２）と、 前記負荷に直列接続されたトランジスタ（３５１）と、 前記トランジスタを制御する電圧を発生させる第１、第
    ２の抵抗（Ｒ１、Ｒ２）とを有し、 前記負荷とトランジスタとの接続点の電位を診断指令信
    号として発生させるものであることを特徴とする請求項
    １６に記載の物理量検出装置。
18. 【請求項１８】 前記信号処理回路は、該信号処理回路
    自身の補正データと前記センサ部の補正データとの両方
    を備える第１の記憶部と、前記信号処理回路自身の補正
    データを備える第２の記憶部とを有し、前記検査時にお
    いては、前記第２の記憶部のデータを用いるようになっ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装
    置。
19. 【請求項１９】 前記信号処理回路は、前記センサ部と
    同じチップ上に形成された集積化センサであることを特
    徴とする請求項１８に記載の物理量検出装置。
20. 【請求項２０】 前記センサ部には、該センサの出力を
    調整する調整部が設けられ、 前記信号処理回路は、該信号処理回路自身の補正データ
    を備える記憶部を備え、前記センサ部による物理量検出
    時及び前記検査時の両方において、前記記憶部のデータ
    を用いるようになっていることを特徴とする請求項１に
    記載の物理量検出装置。
21. 【請求項２１】 前記センサ部と前記信号処理回路部と
    は別々のチップに形成され、 前記記憶部は前記信号処理回路が形成されたチップに設
    けられていることを特徴とする請求項２０に記載の物理
    量検出装置。