JP2002174651A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々なモードの故障検出を行うことができる
物理量検出装置を提供する。 【解決手段】 センシング部が含まれた第１のセンサ回
路１０を備え、この第１のセンサ回路１０の出力を製品
出力Ｖｏｕｔとする。さらに、判定上限値Ｖ１と判定下
限値Ｖ２を形成する第２のセンサ回路２０と、判定上限
値Ｖ１及び判定下限値Ｖ２と製品出力Ｖｏｕｔとを比較
するウィンドウコンパレータ３０とを備えると共に、ウ
ィンドウコンパレータ３０の比較結果をダイアグ制御信
号とし、このダイアグ制御信号に応じた量の電流を流す
電流制御回路４０を備える。そして、電流制御回路４０
における消費電流の変化によって故障検出信号の通知を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物理量に応じた出
力を発生させる物理量検出装置に関するもので、特に、
車両搭載用のピエゾ抵抗式の半導体圧力センサや半導体
加速度センサ等に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来使用されている車載用の圧力センサ
及び圧力センサの出力（製品出力）の信号解析を行う電
子制御装置（以下、ＥＣＵという）の回路構成例を図
７、図８に示す。これらの図に示すように、圧力センサ
１００は、電源電圧Ｖｃｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、ＧＮＤ
（接地）の３端子１００ａ〜１００ｃを有しており、こ
れら３端子１００ａ〜１００ｃがコネクタ１０１、１０
２及びワイヤハーネス１０３ａ〜１０３ｃを介して車載
用のＥＣＵ１０４に接続された構成となっている。

【０００３】このようなセンサ１００は、図９に示すよ
うに物理量と出力電圧とが直線的な関係となるように定
義されている。圧力センサ１００が車載用に使用される
場合、電源電圧Ｖｃｃとして５Ｖが使用されるのが一般
的で、圧力信号を０．５〜４．５Ｖに対応させ、０〜
０．３Ｖ程度と４．７〜５Ｖ程度は異常検出に使用され
るダイアグ領域とされる。

【０００４】例えば、図７に示す回路構成においては、
ＥＣＵ１０４のうち製品出力Ｖｏｕｔが入力されるライ
ンとＧＮＤに接続されるラインとの間にプルダウン抵抗
１０５が配置され、電源電圧Ｖｃｃや製品出力Ｖｏｕｔ
が入力される各端子もしくはワイヤハーネス１０３ｂが
断線した時には製品出力Ｖｏｕｔがゼロとなり、ＧＮＤ
に接続される各端子もしくはワイヤハーネス１０３ｃが
断線したときには圧力センサ１００の内部抵抗とプルダ
ウン抵抗１０５との抵抗比の設定によって製品出力Ｖｏ
ｕｔが４．７Ｖ以上となるように構成されている。そし
て、これらの電圧がダイアグ信号（異常検出信号）とな
って、Ａ／Ｄ変換器１０６を介してＣＰＵ１０７などに
送られ、断線検出が成されるようになっている。なお、
図８に示す回路構成については詳述しないが、この回路
構成に備えられたプルアップ抵抗１０８を用いて、図７
に示す回路構成と同様の手法により、断線検出が成され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】車載用の圧力センサを
例に挙げると、従来は電子式燃料噴射装置等の排気ガス
洗浄のためのシステムやカーエアコン等に圧力センサが
使用されてきたが、近年ではブレーキ液圧制御など安全
性に関わるシステムへの応用も検討されるようになって
きた。そうした動向の中、センサの故障をどのように検
出するのかが最も重要な課題となってきている。

【０００６】上記した従来の圧力センサの回路構成にお
いては、圧力センサとＥＣＵとを接続する端子もしくは
ワイヤハーネスの断線検出を行うことが可能である。し
かしながら、圧力センサの故障には様々なモードが存在
し、例えばセンサの信号、すなわち出力電圧Ｖｏｕｔが
規定された圧力に対する出力をしなくなったときや、誤
差が既定値を超えたときなどの故障もあり、これらの故
障検出を従来のものによって行うことができない。

【０００７】本発明は上記点に鑑みて、様々なモードの
故障検出を行うことができる物理量検出装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決する方法
として、圧力センサ２個を同一箇所に取り付けて使用す
る方法が考えられる。この場合、１つのパッケージ（ア
ッセンブリ）内に入れてしまう方が、省スペース化で
き、取付けも一度に済み、低コスト化できる。このよう
な形態では、同じ出力が２系統出力されるため、ＥＣＵ
側では２つの出力の差を計算してＥＣＵにて故障判定す
る必要がある。

【０００９】そこで、本発明者は図１０に示されるよう
な請求項１記載の故障判定回路２００′を考えた。これ
は故障判定をセンサ内で行おうとするものである。この
圧力センサ２００の回路構成について説明する。

【００１０】この圧力センサ２００には、従来と同様の
構成となるセンシング部が含まれた第１のセンサ回路２
１０が備えられているだけでなく、判定上限値Ｖ１と判
定下限値Ｖ２を形成する第２のセンサ回路２３０と、判
定上限値Ｖ１及び判定下限値Ｖ２と第１のセンサ回路２
１０が発生する製品出力Ｖｏｕｔとを比較するウィンド
ウコンパレータ２４０とが備えられている。

【００１１】そして、ウィンドウコンパレータ２４０で
の比較結果がダイアグ信号として出力される。すなわ
ち、物理量に基づく上限及び下限の判定値を用意し、こ
れらの判定値に従って判定を行い、ダイアグ信号を出力
するものである。

【００１２】これに対し、図１１では、ウィンドウコン
パレータ２４０の比較結果がダイアグ制御信号として出
力回路２２０に入力され、圧力センサ２００が故障した
際には出力回路２２０からダイアグ領域の電位が出力さ
れるように構成されている。これによって、ダイアグ制
御信号用端子を製品外部に出す必要がなくなる。

【００１３】このように構成される圧力センサ２００の
具体的な回路構成例を図１２に示す。 第１のセンサ回
路２１０は、歪ゲージＲａ〜Ｒｄで構成されたホイート
ストンブリッジ回路を有するセンシング部２１１、及び
ホイートストンブリッジ回路の出力信号に対して零点調
整及び感度や零点の温度補償機能を有するアンプ２１２
を含んで構成されている。出力回路２２０は、第１のセ
ンサ回路２１０の出力を受けて製品出力Ｖｏｕｔを発生
させるように構成されている。

【００１４】また、第２のセンサ回路２３０は、第１の
センサ回路２１０と同様にセンシング部２３１とアンプ
２３２とを有すると共に、アンプ２３２の出力に基づい
て判定上限値Ｖ１と判定下限値Ｖ２とを形成する抵抗Ｒ
１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が含まれて構成されている。

【００１５】これら第１、第２のセンサ回路２１０、２
３０のセンシング部２１１、２３１とアンプ２１２、２
３２は同等のもので構成しても別の方式で構成してもよ
い。

【００１６】判定上限値Ｖ１と判定下限値Ｖ２は、直列
接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ４の分圧によって得られ、判定
上限値Ｖ１が製品出力よりもΔＶだけ高くなり、判定下
限値Ｖ２が製品出力よりもΔＶだけ低くなるように各抵
抗値が設定されている。

【００１７】また、ウィンドウコンパレータ２４０は、
出力回路２２０が発生する製品出力Ｖｏｕｔと判定上限
値Ｖ１及び判定下限値Ｖ２とを比較し、この比較結果に
基づいてダイアグ制御信号を発生させるようになってい
る。

【００１８】このウィンドウコンパレータ２４０は製品
出力Ｖｏｕｔが判定下限値Ｖ２から判定上限値Ｖ１の範
囲内の電圧となるときには低電位レベルＬを出力し、こ
の範囲外の電圧となるときには高電位レベルＨを出力す
る。このウィンドウコンパレータ２４０の出力がダイア
グ制御信号となって出力回路２２０に送られるようにな
っている。

【００１９】出力回路２２０は、例えば図１２中に示し
たように反転増幅回路で構成される。この反転増幅回路
に使われるオペアンプの回路構成例を図１３に示す。こ
の図に示されるオペアンプは、一般的なオペアンプの回
路構成に対して、トランジスタ２２０ａを備えている。

【００２０】トランジスタ２２０ｃ、２２０ｄによって
カレントミラー回路が構成され、トランジスタ２２０ｃ
及び抵抗２２０ｅによって基準電流値が決定されると、
抵抗２２０ｆの抵抗値に応じた電流がトランジスタ２２
０ｄにも流れるようになっている。

【００２１】そして、非反転入力端子２２０ｂ及び反転
入力端子２２０ｇからトランジスタ２２０ｈ、２２０ｉ
に対して差動入力が成されると、各端子２２０ｂ、２２
０ｇ間の電位差に基づいてトランジスタ２２０ｊとトラ
ンジスタ２２０ｋ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２２０ｍのコレクタ電流値が変
動すると共に、トランジスタ２２０ｎのコレクタ電流値
も変動し、トランジスタ２２０ｐに流れるコレクタ電流
値が調整され、電源電圧Ｖｃｃから抵抗２２０ｑによる
電位降下分を差し引いた電位が製品出力Ｖｏｕｔから出
力されるという通常のオペアンプ動作を行うようになっ
ている。

【００２２】このように構成されたオペアンプ回路に対
し、上述したようにウィンドウコンパレータ２４０から
ダイアグ制御信号が入力される。そして、製品出力Ｖｏ
ｕｔ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２４０からダイアグ制御信号として高電位レベル
Ｈが上述のオペアンプ回路に入力される。

【００２３】このような信号が入力されると、上述のオ
ペアンプ回路に備えられたトランジスタ２２０ａがオン
し、トランジスタ２２０ｐがオフ状態とされるため、製
品出力Ｖｏｕｔが電源電圧Ｖｃｃと同等、つまりダイア
グ領域の電位となり、ダイアグ信号として出力される。
このようにして、圧力センサの故障検出が行えるように
なっている。

【００２４】しかしながら、このような方式による故障
検出においては、突発のノイズや第１、第２のセンサ回
路２１０、２２０間での過渡信号の時間差等に基づく誤
作動により、一旦故障検出が成されて製品出力としてダ
イアグ信号が出力されると、ウィンドウコンパレータ２
４０が正常状態となる製品出力Ｖｏｕｔの範囲外となる
ために、ノイズや過渡状態が解消されたのちにもダイア
グ信号を出力し続けてしまうという不具合が発生しう
る。

【００２５】これを解決する方法として、ウィンドウコ
ンパレータ入力を出力回路入力側とする図１４も考えら
れるが、その場合には出力回路２２０の故障検出ができ
ないという問題がある。

【００２６】そこで、請求項７に記載の発明では、第１
のセンシング部（１１）を有し、物理量に応じた出力を
発生させる第１のセンサ回路（１０）と、物理量に応じ
た比較値（Ｖ１、Ｖ２）を形成する比較値形成手段（２
０）と、第１のセンサ回路の出力と比較値とを比較する
比較手段（３０）と、比較手段による比較結果をセンサ
回路に供給される電源を介して出力することを特徴とし
ている。

【００２７】上記構成により、電源を介して比較結果を
出力できるため、第１のセンサ回路では故障検出結果に
関係なく物理量に応じた出力を発生させることができ
る。従って、比較手段では、故障検出結果とは関係な
く、第１のセンサ回路が発生させる出力と比較値との比
較が行われ、一旦、突発のノイズ等に基づく誤作動が発
生した後においても、確実に第１のセンサ回路の出力を
発生させることができ、故障検出を正確に行うことがで
きる。

【００２８】請求項２に記載の発明では、比較値形成手
段は、第２のセンシング部（２１）が含まれ、物理量に
基づいて判定上限値（Ｖ１）と判定下限値（Ｖ２）を形
成する第２のセンサ回路（２０）で構成され、比較手段
は、第１のセンサ回路の出力が判定上限値と判定下限値
との範囲内にあるか否かを判定することを特徴としてい
る。このように、第１のセンサ回路の出力が判定上限値
と判定下限値との範囲内にあるか否かに基づいて故障検
出信号の通知を行うことができる。

【００２９】また、請求項３又は請求項９に記載の発明
では、比較値形成手段は、物理量に基づいた第２のセン
サ回路の出力に対して、電源電圧を印加する電源端子
（１ａ）との間の複数の直列抵抗によって分圧されてな
る判定上限値（Ｖ１）と、ＧＮＤに接続されるグランド
端子（１ｃ）との間に複数の直列抵抗によって分圧され
てなる判定下限値（Ｖ２）とを出力するようになってい
る。

【００３０】このような構成により、判定上限値、判定
下限値を別々の回路構成として設ける必要はなく、容易
に比較値を形成できる。

【００３１】請求項４に記載の発明においては、第１の
センサ回路に電源電圧（Ｖｃｃ）を印加する第１端子
（１ａ）を備え、比較手段による比較結果に基づいて電
流量を変化させる電流制御手段（４０）が第１端子に接
続され、第１端子に流れる電流の変化に基づいて故障検
出信号の通知を行うようになっていることを特徴として
いる。

【００３２】このように、電源電圧が印加される第１端
子を備え、この第１端子に流れる電流の変化に基づいて
故障検出を行うようにすれば、端子数や端子接続用のワ
イヤハーネスを増加させることなく、故障検出を行うこ
とができる。

【００３３】このようにした場合、請求項５に示すよう
に、第１端子（１ａ）と、第１のセンサ回路の出力用の
第２端子（１ｂ）と、ＧＮＤに接続される第３端子（１
ｃ）の３端子のみで構成することが可能である。

【００３４】請求項６に記載の発明においては、電流制
御手段は、比較手段の比較結果に基づいてオン／オフ駆
動される第１素子（４２）と第２素子（４３、４４）と
を有しており、第１のセンサ回路の出力が判定上限値と
判定下限値との範囲内であるとき、第１素子には電流が
流れ、第２素子には電流が流れないように構成されてい
ると共に、第１のセンサ回路の出力が判定上限値と判定
下限値との範囲外であるとき、第１素子には電流が流れ
ず、第２素子には電流が流れるように構成されており、
第１素子に流れる電流と第２素子に流れる電流の変化に
基づいて故障検出信号の通知を行うようになっているこ
とを特徴としている。

【００３５】このように、比較手段による比較結果に応
じて電流が流れる素子を決めておくことで、第１素子と
第２素子に流れる電流の変化に基づいて故障検出を行う
ことが可能である。なお、第１、第２素子としては例え
ばトランジスタが挙げられ、第２素子をカレントミラー
接続されたトランジスタとしておけば、第１、第２素子
に流れる電流の増加分に基づいて故障検出信号の通知を
行うことが可能である。

【００３６】また、請求項１０に記載の発明では、請求
項３や請求項９に記載の比較値形成手段において、第２
のセンサ回路の感度の方が第１のセンサ回路の感度より
も高いものとしている。この感度は、圧力などの物理量
の変化に対する出力電圧の変化の割合である。つまり、
圧力に対する出力電圧の傾きが、第１のセンサ回路の出
力よりも第２のセンサ回路の出力の方が大きいというこ
とである。

【００３７】このようにすると、第１のセンサ回路の出
力特性に対して、判定上限値の特性と判定下限値の特性
とをほぼ平行な値とすることができる。つまり、第１の
センサ回路の感度と判定上限値、判定下限値との感度が
ほぼ同じとすることができ、第１のセンサ回路の出力と
判定上限値と判定下限値との差を物理量の変化範囲にお
いてほぼ一定とすることができ、正確な判定を行うこと
ができる。

【００３８】また、請求項１１に記載の発明では、セン
サが動作するための電源電圧を供給する機能と、センサ
の出力電圧を監視する機能とを有するセンサ信号処理装
置において、センサに電源電圧を供給する端子より流れ
出す電流に比例する電圧を発生する電流検知手段（５
９、６０）と、センサ信号を変換する信号変換手段（６
１）と、信号変換手段からの信号を処理する信号処理手
段（６２）とを備え、電流検知手段からの電圧が信号変
換手段によって変換され、信号処理手段に通知された電
圧値にて前記センサの故障を検出するようにしたことを
特徴としている。

【００３９】このように、センサの故障を電源から流れ
る電流を電圧に変換することで、信号処理手段にて容易
に故障の検出を行うことができる。なお、このとき、信
号変換手段を介して信号処理手段へ電圧値を送るように
すれば、電流検知手段から信号処理手段へ信号を伝達す
る手段を別途設ける必要がないので好ましい。

【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１のブロック図を示
す。この図に示すように、本実施形態に示す圧力センサ
１には、従来と同様の構成となるセンシング部が含まれ
た第１のセンサ回路１０が備えられており、この第１の
センサ回路１０の出力が製品出力Ｖｏｕｔとされてい
る。さらに、本実施形態に示す圧力センサ１には、比較
値となる判定上限値Ｖ１と判定下限値Ｖ２を形成する比
較値形成手段としての第２のセンサ回路２０と、判定上
限値Ｖ１及び判定下限値Ｖ２と製品出力Ｖｏｕｔとを比
較する比較手段としてのウィンドウコンパレータ３０と
が備えられていると共に、ウィンドウコンパレータ３０
の比較結果をダイアグ制御信号とし、このダイアグ制御
信号に応じた量の電流を流す電流制御手段としての電流
制御回路４０が備えられている。

【００４２】このように構成される圧力センサ１の具体
的な回路構成例を図２に示す。この図に示されるよう
に、第１のセンサ回路１０には、歪ゲージＲａ〜Ｒｄで
構成されたホイートストンブリッジ回路を有するセンシ
ング部（第１のセンシング部）１１、及びホイートスト
ンブリッジ回路の出力信号に対して零点調整及び感度や
零点の温度補償機能を有するアンプ１２が備えられてい
る。

【００４３】また、第２のセンサ回路２０には、第１の
センサ回路１０と同様に歪ゲージＲａ’〜Ｒｄ’で構成
されたセンシング部（第２のセンシング部）２１とアン
プ２２とが備えられていると共に、アンプ２２の出力に
基づいて判定上限値Ｖ１と判定下限値Ｖ２とを形成する
抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が備えられている。

【００４４】これら第１、第２のセンサ回路１０、２０
のセンシング部１１、２１とアンプ１２、２２は同等の
もので構成しても別の方式で構成してもよい。

【００４５】判定上限値Ｖ１と判定下限値Ｖ２は、直列
接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ４の分圧によって得られ、判定
上限値Ｖ１が製品出力ＶｏｕｔよりもΔＶだけ高くな
り、判定下限値Ｖ２が製品出力ＶｏｕｔよりもΔＶだけ
低くなるように各抵抗値が設定されている。なお、ΔＶ
の設定としては、例えば圧力信号の出力幅４Ｖ（＝４．
５Ｖ−０．５Ｖ）に対して５％を見込んだ０．２Ｖにす
る等が考えられる。

【００４６】このΔＶを得るための条件は次式となる。

【００４７】

【数１】Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）
＝２・ΔＶ／Ｖｃｃ また、このときの第２のセンサ回路２０の出力Ｖｏｕ
ｔ’と製品出力Ｖｏｕｔとの関係は、次式で表される。

【００４８】

【数２】Ｖｏｕｔ’＝（１＋Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｏｕｔ−
（Ｖｃｃ／２）／（Ｒ２／Ｒ１） このため、Ｖｏｕｔ≠Ｖｏｕｔ’となる。

【００４９】なお、このようなＶｏｕｔ’とした理由を
図３を用いて説明する。このＶｏｕｔ’は判定上限値Ｖ
１と判定下限値Ｖ２とを生成するための基準電圧とな
る。上限値Ｖ１＝（Ｖｃｃ−Ｖｏｕｔ’）・Ｒ１／（Ｒ
１＋Ｒ２）、下限値Ｖ２＝Ｖｏｕｔ’・Ｒ３／（Ｒ３＋
Ｒ４）となり、Ｖｏｕｔ’は圧力の増加に伴って増加す
る値であるため、図３に示すように、圧力が低いときは
Ｖｏｕｔ’と上限値Ｖ１とは差が大きく、またＶｏｕ
ｔ’と下限値Ｖ２とは差が小さい。また、圧力が大きい
ときはその逆の状態となる。つまり、製品出力Ｖｏｕｔ
がＶｏｕｔ’と同じである場合、判定するための上限
値、下限値が印加圧力によって変動してしまうことにな
る。

【００５０】従って、Ｖｏｕｔ’の出力特性を製品出力
Ｖｏｕｔの出力特性とは異なるようにし、判定上限値Ｖ
１の特性と判定下限値Ｖ２の特性とが製品出力Ｖｏｕｔ
とほぼ同じ感度になるようにしたものである。また、図
３に示すように、上限判定値Ｖ１の特性線と下限判定値
Ｖ２の特性線とは、製品出力Ｖｏｕｔの特性線に対して
平行となる。実際に上記関係を満たすためには、第２の
センサ回路２０の出力Ｖｏｕｔ’の感度を製品出力Ｖｏ
ｕｔの感度よりも高いものとする必要がある。

【００５１】また、ウィンドウコンパレータ３０は、判
定上限値Ｖ１と製品出力Ｖｏｕｔとの大小比較を行う第
１のコンパレータ３１、判定下限値Ｖ２と製品出力Ｖｏ
ｕｔとの大小比較を行う第２のコンパレータ３２、第
１、第２のコンパレータ３１、３２の比較結果が入力さ
れる第１のＡＮＤ回路３３、第１、第２のコンパレータ
３１、３２の比較結果を反転させた信号が入力される第
２のＡＮＤ回路３４、第１、第２のＡＮＤ回路３３、３
４の出力が入力されるＯＲ回路３５とを有して構成され
ている。これらのうちのＯＲ回路３５の出力がダイアグ
制御信号とされる。

【００５２】このウィンドウコンパレータ３０は製品出
力Ｖｏｕｔが判定下限値Ｖ２から判定上限値Ｖ１の範囲
内の電圧となるときには低電位レベルＬを出力し、この
範囲外の電圧となるときには高電位レベルＨを出力する
ようになっている。なお、ウィンドウコンパレータ３０
の入力についている抵抗３６とコンデンサ３７はフィル
タを形成している。

【００５３】また、電流制御回路４０は、電源電圧Ｖｃ
ｃが印加される端子とＧＮＤに接続される端子との間に
備えられている。この電流制御回路４０は、ダイアグ制
御信号を反転させるＮＯＴ回路４１、ＮＯＴ回路４１の
出力電流を電圧に変換する分割抵抗Ｒ５、Ｒ６、分割抵
抗Ｒ５、Ｒ６の中間電圧に基づいて駆動される第１のト
ランジスタ４２、第２のトランジスタ４３及びｎ個のト
ランジスタで構成された第３のトランジスタ４４とから
なるカレントミラー回路４５、第１、第２のトランジス
タ４２、４３のコレクタに接続された抵抗Ｒ７とを有し
て構成されている。これらのうち第１のトランジスタ４
１が第１素子に相当し、第２のトランジスタ４３及び第
３のトランジスタ４４が第２素子に相当する。

【００５４】このように構成された圧力センサ１の故障
検出は以下のように行われる。

【００５５】まず、製品出力Ｖｏｕｔが正常に得られて
いる時（以下、正常時という）には、製品出力Ｖｏｕｔ
が判定下限値Ｖ２から判定上限値Ｖ１の範囲内の電圧と
なるため、ウィンドウコンパレータ３０から低電位レベ
ルＬが出力される。このため、ダイアグ制御信号として
低電位レベルＬが電流制御回路４０に入力される。

【００５６】このとき、電流制御回路４０に備えられた
ＮＯＴ回路４１によってダイアグ制御信号が反転される
ため、第１のトランジスタ４２がオン状態となる。この
ため、第２、第３のトランジスタ４３、４４がオフ状態
とされ、電流制御回路４０内での消費電流はほぼ抵抗Ｒ
７に流れる電流Ｉ１によるものと言える。このときの電
流Ｉ１をＩ１’と定義すると、Ｉ１’は以下のように表
される。

【００５７】

【数３】Ｉ１’＝（Ｖｃｃ−Ｖ_CE（ｓａｔ））／Ｒ７≒
Ｖｃｃ／Ｒ７ これに対し、製品出力Ｖｏｕｔが正常に得られていない
時（以下、異常時という）には、製品出力Ｖｏｕｔが判
定下限値Ｖ２から判定上限値Ｖ１の範囲外の電圧となる
ため、ウィンドウコンパレータ３０から高電位レベルＨ
が出力され、ダイアグ制御信号として高電位レベルＨが
電流制御回路４０に入力される。

【００５８】そして、ＮＯＴ回路４１によってダイアグ
制御信号が反転され、第１のトランジスタ４２がオフ状
態になり、逆に、第２、第３のトランジスタ４３、４４
がオン状態になる。このとき、電流Ｉ１は以下のように
表される。

【００５９】

【数４】 Ｉ１＝（Ｖｃｃ−ＶＢＥ）／Ｒ７≒（Ｖｃｃ
−０．７）／Ｒ７ また、第３のトランジスタ４４に流れる電流Ｉ２がカレ
ントミラー回路４５のカレントミラー比によって決定さ
れ、電流Ｉ２＝ｎＩ１となることから、電流制御回路４
０内での消費電流はＩ１＋Ｉ２＝（ｎ＋１）Ｉ１とな
る。

【００６０】従って、正常時と異常時における消費電流
の大きさを比較すると、異常時にはＩ１＋Ｉ２−Ｉ１’
（＝（ｎ＋１）Ｉ１−Ｉ１’）分、消費電流が増えるこ
とになる。この様子を図４に示す。なお、この場合、他
の回路部分での消費電流の変化も発生し得るが、無視で
きる程度である。

【００６１】このため、電流制御回路４０内における消
費電流の変化を検出することで、圧力センサ１の故障検
出を行うことが可能となる。図５に、圧力センサ１が接
続されるＥＣＵ５０の回路構成例を示す。

【００６２】圧力センサ１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、
ＧＮＤ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５１、５２
及びワイヤハーネス５３を介してＥＣＵ５０に接続され
る。

【００６３】ＥＣＵ５０には、電源電圧Ｖｃｃを供給し
ている電源回路５４が備えられている。この電源回路５
４には、所定電圧を発生させる定電圧回路５５と、電源
回路５４の出力（すなわち電源電圧Ｖｃｃとなる部位）
と定電圧回路５５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
５６、オペアンプ５６の出力に接続された第４のトラン
ジスタ５７とｎ個のトランジスタからなる第５のトラン
ジスタ５８とからなるカレントミラー回路５９、第４の
トランジスタ５７に直列接続された電流モニタ用抵抗６
０が備えられている。この電流モニタ用抵抗６０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６９とコンデンサ７０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７１とコンデン
サ７２も同様である。

【００６４】この電源回路５４は、圧力センサ１での消
費電流の変化によって第５のトランジスタ５８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５７及び電流モニタ用抵抗６０に流れる電流量も
変化し、第４のトランジスタ５７と電流モニタ用抵抗６
０との間の電位Ｖｓが変化するようになっている。

【００６５】また、ＥＣＵ５０にはＡ／Ｄ変換器６１が
備えられていると共に、Ａ／Ｄ変換器６１からの情報を
受け取るＣＰＵ６２が備えられている。Ａ／Ｄ変換器６
１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６
３及びコンデンサ６４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ＣＨ
ｍ＋１には抵抗６５及びコンデンサ６６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１の故障は、Ａ／Ｄ変換器６１
のうち圧力センサ１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ＣＰＵ６２側に通知されるようになっている。

【００６６】なお、ＥＣＵ５０には、製品出力Ｖｏｕｔ
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６７が備えられている
が、このプルダウン抵抗６７は従来と同様の役割を果た
すものである。

【００６７】このような構成においては、圧力センサ１
内の電流制御回路４０での消費電流がＡ／Ｄ変換器６１
を介してＣＰＵ６２に送られるため、ＣＰＵ６２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６１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１の故障検出を行うことができる。

【００６８】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。

【００６９】以上説明したように、本実施形態では、圧
力に応じた製品出力Ｖｏｕｔを発生させる第１のセンサ
回路１０に加えて、第１のセンサ回路１０の出力の比較
電圧（判定上限値Ｖ１、判定下限値Ｖ２）を形成する第
２のセンサ回路２０や第１のセンサ回路１０の出力が正
常であるか否かを判定するウィンドウコンパレータ３０
を備え、さらに、ウィンドウコンパレータ３０の判定結
果を電流制御回路４０の消費電流の変化によって故障検
出を行うようにしている。

【００７０】そして、電流制御回路４０の消費電流の変
化を、電源電圧Ｖｃｃに接続される端子１ａに流れる電
流に基づいて検出している。このため、製品出力Ｖｏｕ
ｔに用いられる端子１ｂとは異なる端子を用いて故障検
出を行うことが可能となり、故障検出が成された時にも
製品出力Ｖｏｕｔを出力することができる。

【００７１】従って、ウィンドウコンパレータ３０で
は、故障検出結果とは関係なく、第１のセンサ回路１０
が発生させる製品出力Ｖｏｕｔと第２のセンサ回路２０
が形成する比較電圧との比較が行われ、一旦、突発のノ
イズや第１、第２のセンサ回路１０、２０間での過渡信
号の時間差等に基づく誤作動が発生した後においても、
確実に正常状態に復帰することができる。これにより、
圧力センサ１の故障検出を正確に行うことができる。

【００７２】さらに、本実施形態では、電流制御回路４
０における消費電流の変化を、圧力センサ１に電源電圧
Ｖｃｃを印加する端子１ａに流れる電流に基づいて検出
していることから、消費電流変化検出用に新たな端子を
設ける必要がない。このため、従来と同様に圧力センサ
１とＥＣＵ５０との接続を３端子によって行うことがで
きる。

【００７３】車載用の圧力センサ１の場合、車両重量増
や配線スペース等の問題、さらには接続箇所増加に伴う
信頼性低下等の問題があり、ワイヤハーネスの数は今後
減らされるべき方向にある。このため、上記のように圧
力センサ１とＥＣＵ５０との接続箇所を増加させずに圧
力センサ１の故障検出を行えれば、これらの問題に対し
ても有効である。

【００７４】（他の実施形態）上記実施形態では圧力セ
ンサ１を例に回路構成を示したが、その他の物理量検出
装置、例えば加速度センサに適用することもできる。ま
た、第１のセンサ回路と第２のセンサ回路で同一のセン
シング素子を共用する図６のような構成も考えられる。
この場合、センシング素子２１１の故障検出はできず、
ＡＭＰ２１２の故障検出のみ可能となる。

【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１の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す圧力センサ１の具体的な回路構成例
を示す図である。

【図３】判定上限値Ｖ１、判定下限値Ｖ２、製品出力Ｖ
ｏｕｔおよびＶｏｕｔ’の関係を説明するための図であ
る。

【図４】正常時と異常時における消費電流の関係を示す
図である。

【図５】圧力センサ１に接続されるＥＣＵ５０の構成例
を示す図である。

【図６】第１のセンサ回路と第２のセンサ回路で同一の
センシング素子を共用する場合を示した図である。

【図７】従来の圧力センサ及びＥＣＵの回路構成を示す
図である。

【図８】従来の圧力センサ及びＥＣＵの回路構成を示す
図である。

【図９】圧力センサに要求される物理量と出力電圧との
関係を示した図である。

【図１０】本発明者が検討を行った圧力センサの構成を
示すブロック図である。

【図１１】本発明者が検討を行った圧力センサの構成を
示すブロック図である。

【図１２】図１１に示す圧力センサの具体的な回路構成
例を示す図である。

【図１３】出力回路を構成するオペアンプ回路の具体的
な回路構成を示す図である。

【図１４】ウィンドウコンパレータ入力を出力回路入力
側とする場合を示した図である。

【符号の説明】

１…圧力センサ、１０…第１のセンサ回路、２０…第２
のセンサ回路、３０…ウィンドウコンパレータ、４０…
電流制御回路、５０…ＥＣＵ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のセンシング部（１１）を有し、物
   理量に応じた出力を発生させる第１のセンサ回路（１
   ０）と、 前記物理量に応じた比較値（Ｖ１、Ｖ２）を形成する比
   較値形成手段（２０）と、 前記第１のセンサ回路の出力と前記比較値とを比較する
   比較手段（３０）と、 前記比較手段による比較結果に基づいて故障検出信号の
   通知を行うようになっていることを特徴とする物理量検
   出装置。
2. 【請求項２】 前記比較値形成手段は、第２のセンシン
   グ部（２１）が含まれ、前記物理量に基づいて判定上限
   値（Ｖ１）と判定下限値（Ｖ２）を形成する第２のセン
   サ回路（２０）であり、 前記比較手段は、前記第１のセンサ回路の出力が前記判
   定上限値と前記判定下限値との範囲内にあるか否かを判
   定す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。
3. 【請求項３】 前記比較値形成手段は、前記物理量に基
   づいた第２のセンサ回路の出力に対して、電源電圧を印
   加する電源端子（１ａ）との間の複数の直列抵抗によっ
   て分圧されてなる判定上限値（Ｖ１）と、ＧＮＤに接続
   されるグランド端子（１ｃ）との間に複数の直列抵抗に
   よって分圧されてなる判定下限値（Ｖ２）とを出力する
   ことを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
4. 【請求項４】 前記第１のセンサ回路に電源電圧（Ｖｃ
   ｃ）を印加する第１端子（１ａ）を備え、 前記比較手段による比較結果に基づいて電流量を変化さ
   せる電流制御手段（４０）が前記第１端子に接続され、
   前記第１端子に流れる電流の変化に基づいて前記故障検
   出信号の通知を行うようになっていることを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか１つに記載の物理量検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記第１端子（１ａ）と、前記第１のセ
   ンサ回路の出力用の第２端子（１ｂ）と、ＧＮＤに接続
   される第３端子（１ｃ）の３端子のみが備えられている
   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】 前記電流制御手段は、前記比較手段の比
   較結果に基づいてオン／オフ駆動される第１素子（４
   ２）と第２素子（４３、４４）とを有しており、 前記第１のセンサ回路の出力が前記判定上限値と前記判
   定下限値との範囲内であるとき、前記第１素子には電流
   が流れ、前記第２素子には電流が流れないように構成さ
   れていると共に、 前記第１のセンサ回路の出力が前記判定上限値と前記判
   定下限値との範囲外であるとき、前記第１素子には電流
   が流れず、前記第２素子には電流が流れるように構成さ
   れており、 前記第１素子に流れる電流と前記第２素子に流れる電流
   の変化に基づいて前記故障検出信号の通知を行うように
   なっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の物
   理量検出装置。
7. 【請求項７】 第１のセンシング部（１１）を有し、物
   理量に応じた出力を発生させる第１のセンサ回路（１
   ０）と、 前記物理量に応じた比較値（Ｖ１、Ｖ２）を形成する比
   較値形成手段（２０）と、 前記第１のセンサ回路の出力と前記比較値とを比較する
   比較手段（３０）と、 前記比較手段による比較結果を、前記センサ回路に供給
   される電源を介して出力することを特徴とする物理量検
   出装置。
8. 【請求項８】 前記第１のセンサ回路に電源電圧（Ｖｃ
   ｃ）を印加する第１端子（１ａ）を備え、 前記比較手段による比較結果に基づいて電流量を変化さ
   せる電流制御手段（４０）が前記第１端子に接続され、
   前記第１端子に流れる電流の変化に基づいて前記故障検
   出信号の通知を行うようになっていることを特徴とする
   請求項７に記載の物理量検出装置。
9. 【請求項９】 前記比較値形成手段は、第２のセンシン
   グ部（２１）が含まれ、前記物理量に基づいて判定上限
   値（Ｖ１）と判定下限値（Ｖ２）を形成する第２のセン
   サ回路（２０）であり、 前記比較値形成手段は、前記物理量に基づいた第２のセ
   ンサ回路の出力に対して、電源電圧を印加する電源端子
   （１ａ）との間の複数の直列抵抗によって分圧されてな
   る判定上限値（Ｖ１）と、ＧＮＤに接続されるグランド
   端子（１ｃ）との間に複数の直列抵抗によって分圧され
   てなる判定下限値（Ｖ２）とを出力することを特徴とす
   る請求項７又は８に記載の物理量検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第２のセンサ回路の感度の方が前
    記第１のセンサ回路の感度よりも高いものであることを
    特徴とする請求項３又は９に記載の物理量検出装置。
11. 【請求項１１】 センサが動作するための電源電圧を供
    給する機能と、前記センサの出力電圧を監視する機能と
    を有するセンサ信号処理装置において、 前記センサに電源電圧を供給する端子より流れ出す電流
    に比例する電圧を発生する電流検知手段（５９、６０）
    と、 センサ信号を変換する信号変換手段（６１）と、 前記信号変換手段からの信号を処理する信号処理手段
    （６２）とを備え、 前記電流検知手段からの電圧が前記信号変換手段によっ
    て変換され、前記信号処理手段に通知された前記電圧値
    にて前記センサの故障を検出するようにしたセンサ信号
    処理装置。