JP2002310760A - 気体流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気体流量計の電子回路の高集積化、出力特性調
整の高精度化に好適な手段を提供すること。 【解決手段】電源に印加される過電圧、サージ、高周波
ノイズを低減するノイズ低減回路、気体流量検出回路と
デジタル調整回路により気体流量計を構成するようにし
た。また、ノイズが低減された電圧を検出回路と調整回
路に供給するノイズ低減回路は２経路以上から供給し、
かつ異なる電圧を供給できるようにした。また、調整演
算において、入力値により、あらかじめ用意した１次式
による調整演算式を選択することにより、非線形な調整
もできるようにした。また、集積回路内でセンサ出力経
路とデータ入出力経路を兼用し、スイッチで切り替える
手段を持たせることにより端子数を減らした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車制御用の気
体流量計にかかわり、特に、電子回路の高集積化をはか
る際に好適な、ノイズ低減回路、調整方式、調整用端子
や出力端子の削減、出力回路にかかわる。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の空気流量を検出する気体流量
計がある。気体流量計の例としては、ジャーナル オブ
フリッド メカニクス、４７（１９７１年）第５７７
頁から第５９９頁（Ｊ． Ｆｕｕｉｄ Ｍｅｃｈ．，
ｖｏｌ４７（１９７１）， ＰＰ５７７−５９９）に記
載の定温度制御熱線式気体流量計がある。図２５にこの
構成を応用した気体流量検出回路ＤＥＣＴ１の概略構成
図を示す。この気体流量検出回路は、主に、演算増幅器
ＯＰ１、パワートランジスタＴｒ１、発熱抵抗体（ホッ
トワイヤ、あるいは熱線などとも呼ばれる）Ｒｈ、気体
温度測定抵抗体（コールドワイヤ、あるいは冷線などと
も呼ばれる）Ｒｃ、抵抗Ｒ１、Ｒ２から構成され、発熱
抵抗体Ｒｈの温度を常に一定にする、つまり、演算増幅
器ＯＰ１でブリッジバランスを保って、抵抗値を一定に
する。気体流量が多いほど、発熱抵抗体Ｒｈからの放熱
が増えるので、加熱電流が増える。この加熱電流は、抵
抗Ｒ１の両端の電圧に比例するので、この電圧を測定す
れば気体流量を検出できる。電流検出抵抗Ｒ１で変換さ
れた電圧出力は、要求される気体流量計の出力信号特性
となるように、所定の入出力特性をもつ調整回路で処理
される。

【０００３】また、図２６に示すように、上記の定温度
型制御熱線式気体流量計の発熱抵抗体の上流、下流それ
ぞれに、発熱抵抗体Ｒｈからの熱影響を受けるように気
体流温度を測定する感温抵抗体Ｒｕ、Ｒｄを配置し、こ
れらを直列に接続した構成ＤＥＣＴ２もある。気体流量
に応じて上流側の抵抗体Ｒｕは冷やされて抵抗値が下が
り、下流側の抵抗体Ｒｄは発熱抵抗体Ｒｈによって暖め
られた気体流を受けて温度が上がり、抵抗値は上昇す
る。従って、ＲｕとＲｄの接続点の電位が変化するの
で、この電圧を測定することにより気体流量を検出でき
る。

【０００４】また、図２７に示すように、上記の定温度
型制御熱線式気体流量計の発熱抵抗体Ｒｈの上流、下流
それぞれに、発熱抵抗体Ｒｈからの熱影響を受けるよう
に気体流温度を測定する感温抵抗体を２本ずつ配置し、
これらを上流、下流の順で１対の抵抗体Ｒｕ１、Ｒｄ１
を、下流、上流の順で１対の抵抗体Ｒｄ２、Ｒｕ２を直
列に接続し、ブリッジ構成として、接続点の電位差を測
定する構成ＤＥＣＴ３もある。気体流量に応じて上流側
の抵抗体Ｒｕ１、Ｒｕ２は冷やされて抵抗値が下がり、
下流側の抵抗体Ｒｄ１、Ｒｄ２は発熱抵抗体Ｒｈによっ
て暖められた気体流を受けて温度が上がり、抵抗値は上
昇する。従って、ブリッジの電位差が変化するので、こ
の電圧差を測定することにより気体流量を検出できる。

【０００５】ところで、自動車に搭載される気体流量計
の出力特性を調整する電子回路には、インターナショナ
ル・スタンダード・オーガニゼーション（ＩＳＯ）７６
３７規格や自動車規格（ＪＡＳＯ）Ｄ００１−９４規格
に規定されているように様々なサージ、過電圧が印加さ
れる。これらの規格は、エンジンの点火等で発生するサ
ージ電圧や寒冷時のエンジンスタートの際におけるバッ
テリの２段重ねによる過電圧、各種の電子機器から発生
する高周波ノイズに対し電子回路が誤動作、故障しない
ようにする目的で制定されている。一方で、製造コスト
の低減のために、電子回路は集積化され、さらには、最
近では、排ガス規制に対応するためにエンジン制御の高
機能化に対応した気体流量計の高精度化が必要となって
きている。さらに、使用温度範囲が−４０℃から１３０
℃と広いが、温度変化に対する出力の変化が起きないよ
うにする必要がある。

【０００６】サージや過電圧に対しては、従来から種々
の過電圧保護回路が使用されているが、その例として、
図２８に示すツェナーダイオードＺＤと電流制限抵抗Ｒ
を用いた回路がある。

【０００７】この図２８の回路は、一般的な定電圧回路
の一種で、バッテリへの接続端子ＶＢＢに印加された電
圧により、電流制限抵抗Ｒを介してツェナーダイオード
ＺＤに電流が流れるようにしておき、過電圧が印加され
たときも、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧によ
り回路各部への電源供給端子Ｖｃｃの電圧がクランプさ
れ、これにより過電圧保護が得られるようにしたもので
ある。

【０００８】また、例えば特開平９−３０７３６１号公
報によれば、抵抗とツェナーダイオードで構成した過電
圧検出回路と、バイポーラトランジスタで構成されたス
イッチング回路を用いた過電圧保護回路が従来技術とし
て提案されている。

【０００９】この公報に記載の過電圧保護回路は、マイ
クロ波用ＦＥＴ(電界効果トランジスタ)の保護用で、ツ
ェナーダイオードのツェナー電圧とスイッチング用トラ
ンジスタのベースエミッタ間電圧を加算した電圧以上の
過電圧が電源受給端子に印加されたときスイッチング回
路を動作させ、負荷を電源ラインから切離し、過電圧が
負荷にかからないように保護されるようになっている。

【００１０】次に、図２５〜２７の流量検出回路ＤＥＣ
Ｔ１〜３の電圧出力は、要求されるセンサ出力特性とな
るように、ゼロ点、スパン（出力範囲）の調整を行なう
必要がある。この調整回路は、現在、アナログ回路が主
流であるが、デジタル化することにより高精度な調整が
できると考えられる。

【００１１】表１に、アナログ回路とデジタル回路の比
較を示す（出典：岩田 穆監修、ＣＭＯＳアナログ回路
設計技術、トリケップス（１９９８））。

【００１２】

【表１】 アナログ回路は、デジタル回路と比較して、回路が小型
であり、低消費電力であるが、抵抗などの素子を用いて
いるため、製造ばらつきが生じ、また、経年変化による
変化が生じるため、デジタル回路に比べ精度、安定性の
点で劣る。一方、デジタル回路は、アナログ回路と比較
して、精度、安定性に優れるが、回路が大きく、消費電
力も大きくなる。しかし、近年の集積回路製造技術の急
速な進歩により、微細加工が可能となったため、回路が
小型化され、消費電力も小さくなり、様々な産業分野に
応用されている。気体流量計にデジタル調整回路を適用
した例としては、特許第３０７３０８９号公報、特開平
８−６２０１０号公報、特開平１１−１１８５５２号公
報などがあげられる。

【００１３】表２に気体流量計の調整回路として、アナ
ログ調整とデジタル調整の比較を示す。

【００１４】

【表２】 アナログ調整の概略回路構成は、演算増幅器ＯＰ２、ト
リミング抵抗Ｒｓ１、Ｒｚ１、抵抗Ｒｓ２、Ｒｚ２から
なり、流量検出回路ＤＥＣＴからの電圧出力を、トリミ
ング抵抗Ｒｚ１、Ｒｓ１をトリミングすることによりゼ
ロ点、スパンを調整し、所望の気体流量に対する出力を
得る回路である。トリミング抵抗Ｒｓ、Ｒｚとして、ハ
イブリッドＩＣ上に印刷された厚膜抵抗やＩＣ上の薄膜
抵抗がある。抵抗のトリミングには、レーザトリマ装置
などが用いられるが、高精度にトリミングしようとする
と作業に時間がかかり、また、再トリミングができない
などの問題がある。また、２点のみの調整となるため、
出力特性の非線形調整のような複雑な調整を行なうこと
が難しい。さらに、アナログ回路では、気体流量に対す
る出力仕様が変わると、抵抗値の再設計が必要であり、
場合によっては、ハイブリットＩＣ基板のパターンを再
設計する必要が生じるため、設計工数が増える。

【００１５】一方、デジタル調整回路の場合は、回路パ
ターンはそのままで調整係数を変えることにより、出力
仕様の変更ができるため、設計工数の低減が可能であ
る。このデジタル調整回路としては、例えば特許第３０
７３０８９号公報に記載された方法が提案されている。
デジタル調整の概略構成は、流量検出回路ＤＥＣＴから
の電圧出力をアナログ・デジタル変換器ＡＤにてデジタ
ル値に変換後、デジタル演算器ＣＡＬＣによりゼロ点、
スパン調整を計算にて行ない、デジタル・アナログ変換
器ＤＡにてアナログ信号に変換して、所望の気体流量に
対するアナログ出力を得る回路である。この演算におけ
る調整係数は、ＰＲＯＭなどの記憶装置ＭＥＭに保存さ
れている。また、デジタル演算器ＣＡＬＣは、非線形な
演算が容易であるため、出力の調整において、ゼロ点、
スパン調整のみならず、非線形調整を容易に行なうこと
が可能である。この非線形調整により、調整精度は±２
％以下となる。

【００１６】また、デジタル調整について、他の一例と
して、特開平１１−１１８５５２号公報に示された構成
がある。構成は表２に示したデジタル調整回路と同じで
あるが、アナログ・デジタル変換器ＡＤとして、デルタ
・シグマ変調器を含むオーバーサンプリング型アナログ
・デジタル変換器を用いることにより、回路規模を小さ
くしている。

【００１７】さらに、デジタル調整について、他の一例
として、特開２０００−３３８１９３号公報に示された
構成がある。演算器で調整演算を実行するための調整係
数はセンサ外部との通信を行なうデジタル入出力回路の
端子を介して、ＰＲＯＭなどの記憶素子に書き込まれ
る。また、同公報では調整演算として３次の多項式を用
いることが記載されている。

【００１８】さらに、デジタル調整について、他の一例
として、特開平１１−９４６２０号公報に示された構成
がある。この構成は、気体流量検出回路からの流量信号
を矩形波信号に変換し、さらに、この矩形波が“１”の
期間のみ、カウンタがあるレートでカウントアップされ
る。このカウント値に調整係数を加算して出力する。

【００１９】また、発熱抵抗体Ｒｈを流れる加熱電流
は、供給電源（例えば、バッテリ）の電圧変動に左右さ
れないため、気体流量検出回路ＤＥＣＴ１の電圧出力は
非レシオメトリック特性であるが、気体流量計の出力仕
様として、非レシオメトリックのアナログ出力のほか
に、レシオメトリックのアナログ出力、および、デジタ
ル出力の仕様がある。レシオメトリックのアナログ出力
回路を実現する回路構成として、特開平２−８５７２４
号公報に記載された方法がある。この回路は外部からの
レシオメトリック出力用基準電圧が２個の抵抗により分
圧され、分圧された電圧を演算増幅器に入力し、レシオ
メトリック出力を実現している。２個の抵抗の和を１０
ｋオーム程度とすることにより、基準電圧から供給すべ
き電流は０．５ｍＡ程度と比較的小さい。デジタル出力
回路については、特開平８−２４７８１５号公報に記載
された構成がある。この回路構成は、少なくとも、定温
度制御回路、ゼロ点／スパン調整回路、電圧制御発振器
を１チップ化した集積回路となっている。

【００２０】さらに、アナログ出力とデジタル出力を１
つの回路基板で対応させる構成として特開平５−２０３
４７５号公報に記載された方法がある。これは、１つの
回路基板上にアナログ出力端子とデジタル出力端子の両
方を設けてあり、出力コネクタにアナログ、デジタルの
両方の出力を出力させ、片方の出力信号のみを選択して
利用する、あるいは、出力コネクタに選択的に、片方の
みをワイヤで接続する構成となっている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、気
体流量計の低コスト化、小型化、高精度調整化を進める
ために回路を集積化、デジタル化をする場合において、
最適化されておらず、従来技術では解決できないいくつ
かの問題点がある。

【００２２】特に、回路の高集積化、デジタル化のため
にＣ−ＭＯＳが用いられるが、これはアナログ回路で用
いられるバイポーラトランジスタに比べサージ、過電圧
に弱く、十分に対策する必要がある。

【００２３】まず、過電圧保護回路において、図２８の
回路では、接続される回路の電流が大きい場合、電流制
限用の抵抗による電圧降下を防ぐため、抵抗値を小さく
する必要があるが、この場合、ツェナーダイオードＺＤ
の電気的耐量を大きくして、過電流にも充分に耐えるよ
うにするため、部品のサイズアップとコストアップを誘
引し、好ましくない。

【００２４】次に、特開２０００−３３８１９３号公報
では、３次式により非線形調整を行なっているが、非線
形調整が４次式以上必要な場合は、計算時間の増大を招
き、また、個々の出力特性が理想特性に対し急峻な特性
変化を持っている場合に、このような多項式では調整し
きれない場合が存在するため、好ましくない。

【００２５】次に、気体流量計における電子回路のデジ
タル回路による集積化では、調整時、調整係数を書き込
み可能な記憶装置に書き込む作業が必要であるため、端
子の追加が必要である。また、センサの出力として、レ
シオメトリックのアナログ出力、非レシオメトリックの
アナログ出力、および、デジタル出力の仕様があり、回
路を集積化する場合、製造コストの低減のため、これら
すべての仕様に対応できるようにする必要がある。しか
し、これらの対応のために、特開平１１−９４６２０号
公報に示された方法のように、単に端子を追加すると、
チップ面積の増加を招き、好ましくない。

【００２６】次に、調整演算をデジタル化した場合、出
力段にはデジタル・アナログ変換器が必要となる場合が
ある。このデジタル・アナログ変換器は外部への出力の
ための増幅回路を含むため、消費電流が数ｍＡ程度とな
る。レシオメトリック出力のための外部の基準電圧を用
いてデジタル・アナログ変換器を駆動しようとすると、
この電源から供給される最大電流が小さい場合、デジタ
ル・アナログ変換器を駆動できないため、基準電圧を直
接デジタル・アナログ変換器の電源端子に接続できない
問題が生じる。

【００２７】そこで、本発明の目的は、上記の気体流量
計における低コスト化、電子回路の高集積化、高精度調
整化、デジタル回路化、小型化における問題を解決でき
る手段を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次のように構成される。 （１）気体通路中に配置される抵抗体に流れる電流や発
生電圧を検出することにより、前記気体通路中を流れる
気体流量を電圧信号として出力する気体流量検出回路を
備えた気体流量計において、外来ノイズを低減するノイ
ズ低減回路と検出した気体流量に基づいた信号をデジタ
ル調整して出力するデジタル調整回路とを備え、前記デ
ジタル調整回路で調整した信号に基づいた電圧信号を出
力する。このような構成により、電源に印加される過電
圧、サージ、高周波ノイズからデジタル調整回路が保護
される。 （２）好ましくは、上記（１）において、前記デジタル
調整回路は、前記気体流量検出回路からの出力をデジタ
ル信号に変換するデジタル変換回路と、前記デジタル信
号を所望する出力特性となるように調整する調整手段を
備え、さらに、前記デジタル変換回路および／または前
記調整手段に基準電圧を供給するレギュレータ回路をさ
らに備えている。このような構成により、デジタル調整
方式気体流量計はさらに適切な回路構成となる。 （３）また、好ましくは、気体通路中を流れる気体流量
を検出する気体流量検出回路と、所望する出力特性とな
るように調整して出力する調整回路と、電源端子に印加
されるサージ、過電圧を低減した電圧を前記気体流量検
出回路および前記調整回路に供給する過電圧保護回路を
含むノイズ低減回路を備えた気体流量計において、前記
過電圧保護回路を介して前記気体流量検出回路および前
記調整回路に異なる電圧を供給するように電圧供給経路
を２経路以上供えている。このような構成により、気体
流量計の気体流量検出回路・調整回路それぞれに必要と
なる最低電圧を適切に供給することが可能となる。 （４）好ましくは（３）において、各回路にサージ、過
電圧を低減した電圧を供給する電圧供給経路の１つに
は、前記電圧供給端子と接地端子との間にある電圧以上
でオンとなる電圧リミッタ回路、および、前記電源端子
と前記電圧供給端子との間に電流制限抵抗が接続され、
他の電圧供給経路には、前記電源端子と前記電圧供給端
子との間に別の電流制限抵抗が接続され、さらに、各々
の前記電圧供給端子間にダイオードを接続した過電圧保
護回路を有する。

【００２９】このような構成により、さらに適切な過電
圧保護回路の構成となる。 （５）好ましくは、（３）において、各回路にサージ、
過電圧を低減した電圧を供給する電圧供給経路のすべて
に、電圧供給端子と接地端子との間にある電圧以上でオ
ンとなる電圧リミッタ回路、および、電源端子と前記電
圧供給端子との間に電流制限抵抗が接続され、各々の前
記電圧供給端子に接続された各々の前記電流制限抵抗の
抵抗値が異なる過電圧保護回路を有する。このような構
成により、さらに適切なノイズ低減回路の構成となる。 （６）好ましくは、（４）または（５）において、前記
電圧供給端子と前記接地端子の間にダイオードを追加し
て接続した過電圧保護回路を有する。このような構成に
より、さらに適切な過電圧保護回路の構成となる。 （７）好ましくは、（３）から（６）のいずれかにおい
て、前記過電圧保護回路、前記気体流量検出回路、およ
び調整回路に含まれる素子の一部、あるいは全部が同一
集積回路上に形成されている。このような構成により、
回路を小型化することが可能となる。 （８）好ましくは、（３）から（７）のいずれかにおい
て、前記電圧供給経路は２経路であり、供給電圧の高い
ほうに接続される回路は、前記気体流量検出回路内の演
算増幅器であり、供給電圧の低いほうに接続される回路
は、前記デジタル調整回路に電圧を供給するレギュレー
タである。このような構成により、デジタル調整気体流
量計はより適切な構成となる。 （９）また、好ましくは、気体通路中を流れる気体流量
を電圧信号として出力する気体流量検出回路からの前記
電圧出力を調整する調整回路を有する気体流量計におい
て、前記調整回路に入力される電圧信号の入力範囲を２
分割以上に分割して、各分割範囲であらかじめ異なる調
整演算式を定めるておき、前記調整回路に入力される電
圧信号の入力値によって前記調整演算式を選択して調整
演算を行ない、出力値を得る手段を有する。このような
構成により、気体流量計の調整時に高精度な調整が可能
となる。 （１０）好ましくは、（９）において、前記調整回路
は、検出した気体流量に基づいた信号をデジタル調整し
て出力するデジタル調整回路である。このような構成に
より、前記（９）のような調整が実現できる。 （１１）好ましくは、（９）、または（１０）におい
て、前記調整回路の各調整演算式は、前記気体流量検出
回路の出力値（すなわち、調整演算の入力値）をｘ、調
整演算の結果をｙ、調整係数をａ、ｂとしてｙ＝ａ・ｘ
＋ｂの１次式で表現される調整回路を有する。このよう
な構成により、計算時間を短くすることができる。 （１２）好ましくは、（９）から（１１）のいずれかに
おいて、さらに温度センサ、前記温度センサの出力をデ
ジタル値に変換するデジタル変換回路を追加し、前記温
度センサの出力も用いて調整演算を行なう調整回路を有
する。このような構成により、温度調整を行なうことが
可能となる。 （１３）好ましくは、（１２）において、前記気体流量
検出回路の出力値をｘ、前記温度センサの出力値をｔ、
調整係数をａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２として、ｙ＝（ａ１
・ｔ＋ａ２）・ｘ＋（ｂ１・ｔ＋ｂ２）で表現される調
整回路を有する。

【００３０】このような構成により、デジタル調整回路
において適切な調整を行なうことが可能となる。 （１４）好ましくは、（１１）、（１３）において、前
記各調整係数ａ、ａ１、ａ２、ｂ、ｂ１、ｂ２は書き込
み可能な記憶装置に書きこむ調整回路を有する。このよ
うな構成により、デジタル調整回路において、適切な回
路構成となる。 （１５）好ましくは、（１１）、（１３）において、前
記各調整係数ａ、ａ１、ａ２、ｂ、ｂ１、ｂ２は書き込
み後消去可能で、再書き込みできる記憶装置に書きこむ
調整回路を有する。このような構成により、デジタル調
整回路において、適切な回路構成となる。 （１６）また、好ましくは、気体通路中を流れる気体流
量を電圧信号として出力する気体流量検出回路からの前
記電圧出力を調整する調整回路と調整のためのデータを
記憶する記憶装置を有する気体流量計において、前記記
憶装置に外部から調整データを書きこんだり、外部へデ
ータを読み出したりするための外部データ通信経路が２
端子であるデータ入出力回路を含む。このような構成に
より、気体流量計を小型化することが可能となる。 （１７）好ましくは（１６）において、前記データ入出
力回路の前記外部データ通信端子のいずれかに、２パル
ス以上の定められたパルス数が入力されてから、前記調
整回路が記憶装置と外部とでデータを読み書きするデー
タ通信モードに移行する手段をもつ。

【００３１】このような構成により、通常使用中にパル
スノイズが印加されても誤って通信モードに移行するこ
とを防ぐことができる。 （１８）また、好ましくは、気体通路中を流れる気体流
量を電圧信号として出力する気体流量検出回路からの前
記電圧出力を調整する調整回路と調整のためのデータを
記憶する記憶装置を有する気体流量計において、前記検
出気体流量の出力信号として、レシオメトリックアナロ
グ出力、ノンレシオメトリックアナログ出力、およびデ
ジタル出力を取り出せ、かつ前記調整回路に設けた出力
選択手段で出力信号を切り替える前記調整回路を有す
る。このような構成により、ひとつの気体流量計で様々
な出力仕様に対応できて標準化が可能となり、製造コス
トの低減をすることができる。 （１９）好ましくは（１８）において、気体流量計が、
前記レシオメトリックアナログ出力、前記ノンレシオメ
トリックアナログ出力、および前記デジタル出力をする
回路が同一集積回路上に形成されていることを特徴とす
る。このような構成により、回路を小型化することが可
能となる。 （２０）好ましくは（１６）、（１８）において、気体
流量計が前記外部データ通信端子と検出端子の出力経路
を兼用することを特徴とする。このような構成により、
気体流量計を小型化することが可能となる。 （２１）好ましくは、気体通路中に配置される抵抗体に
流れる電流や発生電圧を検出することにより、前記気体
通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体
流量検出回路と検出した気体流量をデジタル信号に変換
するデジタル変換回路と前記デジタル信号をデジタル調
整して出力するデジタル調整回路と前記デジタル調整回
路で調整した信号に基づいた電圧信号を出力する気体流
量計において、前記デジタル変換回路は単相入力と差動
入力のいずれかを選択できる手段を有する。このような
構成により、調整回路が、単相出力、差動出力の気体流
量検出回路に対応することが可能となる。 （２２）好ましくは、気体通路中に配置される抵抗体に
流れる電流や発生電圧を検出することにより、前記気体
通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体
流量検出回路と、検出した気体流量をデジタル信号に変
換するデジタル変換回路と、前記デジタル信号をデジタ
ル調整して出力するデジタル調整回路と前記デジタル調
整出力を受けて、アナログ信号に変換するアナログ変換
回路からなるデジタル調整回路を有する気体流量計にお
いて、前記アナログ変換回路は外部からの基準電圧を基
準として駆動され、かつ、前記基準電圧端子と前記アナ
ログ変換回路を駆動する電源端子との間に、電圧ホロア
回路を配置したことを特徴とする。このような構成によ
り、外部からの基準電圧からの供給電流が小さくても、
デジタル・アナログ変換器を駆動できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による気体流量計、
集積回路、および調整回路の構成について、図示の実施
の形態により詳細に説明する。

【００３３】図１は本発明の第一の実施形態による気体
流量計の構成を示したものである。この構成は、気体流
量検出回路、デジタル調整回路、レギュレータ、および
ノイズ低減回路からなる。気体流量検出回路は、気体通
路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する。気体
流量検出回路は、例えば、気体通路中に配置される抵抗
体に流れる電流や現れる電圧を検出することにより、前
記気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力す
る図２１に示した気体流量検出回路ＤＥＣＴ１を用いる
ことができる。

【００３４】前記電圧出力はデジタル調整回路に入力さ
れる。デジタル調整回路の構成のひとつとして、表２
（ｂ）に示したように、流量検出回路からの電圧出力を
アナログ・デジタル変換器ＡＤ１にてデジタル値に変換
後、デジタル演算器ＣＡＬＣによりゼロ点、スパンなど
の調整を計算にて行ない、デジタル・アナログ変換器Ｄ
Ａにてアナログ信号に変換し、所望の気体流量に対する
アナログ出力を得る回路構成である。さらに、これらの
アナログ・デジタル変換器ＡＤ、デジタル演算器ＣＡＬ
Ｃ、デジタル・アナログ変換器ＤＡを駆動し、また、ア
ナログ・デジタル変換器ＡＤ、デジタル・アナログ変換
器ＤＡの基準電圧となるレギュレータからなる。

【００３５】ノイズ低減回路は、サージ、過電圧、高周
波ノイズを低減し、安定した電源電圧を供給する回路で
ある。デジタル調整回路の一部にはサージ、過電圧で故
障する恐れのあるＣ−ＭＯＳが用いられており、また、
各種の電子機器から発生する高周波電磁波ノイズで誤動
作する恐れがあるので、デジタル調整回路の電源端子は
レギュレータを介してこのノイズ低減回路を接続する。
なお、デジタル調整回路の一部、もしくは全部をバイポ
ーラトランジスタを使用してもよく、また、このノイズ
低減回路は、空気流量計に含まれる様々な回路の電源部
に接続してもよい。

【００３６】図２に示すように、ノイズ低減回路１００
は電源端子ＶＢＢに印加されるサージ、過電圧から気体
流量検出回路および調整回路を保護する過電圧保護回路
１０１、および、高周波ノイズを低減する高周波ノイズ
低減回路１０２からなる。ノイズ低減回路１００は気体
流量検出回路、および調整回路などの回路Ｌｄ１、Ｌｄ
２に過電圧、サージ、高周波ノイズが低減された供給電
圧を２端子以上から供給する。各回路Ｌｄ１、Ｌｄ２で
必要な最低電圧が異なる場合、この電圧供給端子から供
給される電圧を異なるようにすればよい。

【００３７】次に、ノイズ低減回路の一部である過電圧
保護回路について、図３を用いて説明する。

【００３８】この過電圧保護回路１０３は、電圧リミッ
タ回路１１０、２個の電流制限用の抵抗Ｒａ、Ｒｂ、ダ
イオードＤ２、Ｄ３で構成され、電源端子ＶＢＢと接地
端子ＧＮＤを介して、図示しない自動車のバッテリ（蓄
電池）などから直流電力の供給を受け、２個の電圧供給
端子Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２に接続された回路Ｌｄ１、Ｌｄ
２に過電圧保護された直流電力を供給するようになって
いる。

【００３９】電圧リミッタ回路１１０は、ある電圧以上
となるとオンとなって電流が流れる回路で、電流制限抵
抗を直列に接続することにより、電源端子ＶＢＢと接地
端子ＧＮＤの間に印加されたサージ電圧などの過電圧を
クリッピングして、過電圧エネルギーを吸収する働きを
する。

【００４０】電圧リミッタ回路１１０は、例えば図４に
あるように、いくつかのツェナーダイオードＺＤ１〜ｎ
を直列に接続し、Ｎｃｈ Ｄ−ＭＯＳ Ｍを加えた回路
を用いる。これは、ツェナーダイオード群ＺＤ１〜ＺＤ
ｎにある以上の電圧が印加されるとＯＮとなり、Ｎｃｈ
Ｄ−ＭＯＳ ＭがＯＮとなって、サージ電流が流れる
構成である。これにより、ほとんど電流が流れないツェ
ナーダイオードを小さくすることができ、小型化が可能
となる。なお、この電圧リミッタ回路のＮｃｈＤ−ＭＯ
Ｓの代わりにバイポーラトランジスタを用いたり、ツェ
ナーダイオードのみで電圧リミッタ回路を形成してもよ
い。

【００４１】図３に戻って、ダイオードＤ３は回路Ｌｄ
１に抵抗Ｒｂからの電流が、あるいは回路Ｌｄ２に抵抗
Ｒａからの電流が流れ込まないようにし、また、各電圧
供給端子Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２から異なる供給電圧を供給
させる働きを持つ。

【００４２】このダイオードＤ３は、例えば、図５に示
すように、バイポーラトランジスタを用いて、ベースと
エミッタを接続する構成とする。これにより、バイポー
ラトランジスタを作る工程でダイオードを作ることがで
きるので、製造工程を低減することができる。

【００４３】ここで、抵抗Ｒａの大きさは抵抗Ｒｂより
も大きいと仮定する。回路Ｌｄ１、Ｌｄ２を保護するべ
きプラスのサージ電圧が電源端子ＶＢＢと接地端子ＧＮ
Ｄとの間に印加されたとすると、サージ電流は主に電流
制限抵抗Ｒｂ、電圧リミッタ回路１１０を介して流れる
ことにより、回路Ｌｄ２はサージから保護される。ま
た、ダイオードＤ３により、電圧供給端子Ｖｃｃ１の電
圧はほぼ、電圧供給端子Ｖｃｃ２の電圧と同じとなり、
回路Ｌｄ１もサージから保護される。

【００４４】一方、マイナスのサージ電圧がかかった場
合は、サージ電流はダイオードＤ２、電流制限抵抗Ｒｂ
を流れ、回路Ｌｄ１、Ｌｄ２はサージから保護される。

【００４５】また、別の過電圧保護回路の構成として、
図６の構成１０４がある。これは図３に対してダイオー
ドＤ２をダイオードＤ１の位置に接続し直した構成であ
る。

【００４６】回路Ｌｄ１、Ｌｄ２を保護するべきプラス
のサージ電圧が電源端子ＶＢＢと接地端子ＧＮＤとの間
に印加されたとすると、サージ電流は主に電流制限抵抗
Ｒｂ、電圧リミッタ回路１１０を介して流れることによ
り、回路Ｌｄ２はサージから保護される。また、ダイオ
ードＤ３により、電圧供給端子Ｖｃｃ１の電圧はほぼ、
電圧供給端子Ｖｃｃ２の電圧と同じとなり、回路Ｌｄ１
もサージから保護される。また、マイナスのサージに対
しては、サージ電流はダイオードＤ１、Ｄ３、電流制限
抵抗Ｒｂを流れ、回路Ｌｄ１、Ｌｄ２はサージから保護
される。

【００４７】また、別の過電圧保護回路の構成として、
図７の構成１０５がある。これは図３に対して電圧リミ
ット回路１１１、ダイオードＤ１を電流制限抵抗Ｒａに
直列に接続し、電圧供給端子Ｖｃｃ１とＶｃｃ２の間に
ツェナーダイオードＺＤを接続した構成である。

【００４８】回路Ｌｄ１、Ｌｄ２を保護するべきプラス
のサージ電圧が電源端子ＶＢＢと接地端子ＧＮＤとの間
に印加されたとすると、サージ電流は主に電流制限抵抗
Ｒｂ、ツェナーダイオードＺＤ、電圧リミッタ回路１１
１を介して流れることにより、回路Ｌｄ１、Ｌｄ２はサ
ージから保護される。

【００４９】また、マイナスのサージに対しては、サー
ジ電流はダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ、電
流制限抵抗Ｒｂを流れ、回路Ｌｄ１、Ｌｄ２はサージか
ら保護される。

【００５０】さらに別の過電圧保護回路の構成として図
８の構成１０６がある。この過電圧保護回路１０６は、
電圧リミッタ回路１１０、１１１、２個の電流制限用の
抵抗Ｒａ、Ｒｂ、ダイオードＤ１、Ｄ２で構成され、電
源端子ＶＢＢと接地端子ＧＮＤを介して、図示しない自
動車のバッテリ（蓄電池）などから直流電力の供給を受
け、電圧供給端子Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２に接続された回路
Ｌｄ１、回路Ｌｄ２に過電圧保護された直流電力を供給
するようになっている。

【００５１】ここで、回路Ｌｄ１、Ｌｄ２に必要な最低
電圧、最低電流が異なると仮定する。電流制限抵抗Ｒ
ａ、Ｒｂは通常時においては、回路Ｌｄ１、Ｌｄ２を流
れる電流により電圧降下を起こすが、回路１および回路
２に最低必要な供給電圧の範囲内で電流制限抵抗Ｒａ、
Ｒｂの抵抗値を大きくすれば、電圧リミッタ回路を小さ
くでき、回路の小型化を図ることができる。

【００５２】ところで、本発明は特にデジタル調整回路
を持つ気体流量計の回路に適用する場合において好適で
あり、図９に具体例を示す。ここで、過電圧保護回路は
図３の構成１０３とした場合で説明する。図３における
回路Ｌｄ１として、図２５に示した流量検出回路ＤＥＣ
Ｔ１の一部である演算増幅器ＯＰ１を接続する。また、
回路Ｌｄ２として、気体流量計の回路の各部に必要な基
準電圧を供給するレギュレータＲＥＧを接続する。

【００５３】演算増幅器ＯＰ１はパワートランジスタＴ
ｒ１を制御するので、演算増幅器ＯＰ１に必要な供給電
流は少なくて良いが（１．５ｍＡ程度と仮定）、パワー
トランジスタＴｒ１を駆動するために比較的高い供給電
圧が必要である。例えば、自動車のエンジンの始動時な
どバッテリ電圧が下がって、電源端子ＶＢＢの電圧が６
Ｖとなっても、５．５Ｖ程度の出力を出せるようにする
必要がある。一方、レギュレータＲＥＧは、表２（ｂ）
のデジタル調整回路のアナログ・デジタル変換器ＡＤ
１、デジタル演算器ＣＡＬＣ、デジタル・アナログ変換
器ＤＡなどに電圧を供給するもので、レギュレータＲＥ
Ｇに必要な供給電流は比較的大きいが（１５ｍＡ程度と
仮定）、電源供給端子ＶＢＢの電圧が仮に６Ｖに下がっ
ても、常に５Ｖの出力を出せるようにすれば良い。

【００５４】仮に、過電圧保護回路を図２８に示した構
成とし、１つの電圧供給端子から演算増幅器ＯＰ１、レ
ギュレータＲＥＧの両方に過電圧保護された電圧を供給
しようとすると、電源端子ＶＢＢの電圧が６Ｖのとき
に、供給電圧は５．５Ｖ、供給電流は１６．５ｍＡ必要
いう条件から、電流制限抵抗Ｒの抵抗値は例えば３０オ
ームとする必要がある。

【００５５】一方、図９の過電圧保護回路１０３では、
図２８の一般的な過電圧保護回路に比べ、抵抗値を大き
くすることが可能である。すなわち、電流制限抵抗Ｒａ
は電流が１．５ｍＡ流れたときに電圧降下が０．５Ｖ以
下、電流制限抵抗Ｒｂは電流が１５ｍＡ流れたときに電
圧降下が１Ｖ以下という条件から、例えば、抵抗Ｒａを
２５０オーム、抵抗Ｒｂを５０オームとすれば良い。し
たがって、電圧リミッタ回路１１０を流れる電流、すな
わちエネルギーが小さくなるので、必要となる電気的耐
量が小さくなり、電圧リミッタ回路１１０を小さくする
ことも可能となる。

【００５６】また、これらの過電圧保護回路、流量検出
回路ＤＥＣＴ、デジタル調整回路に含まれる素子の一
部、もしくは全部をＢＣＤ（バイポーラ、Ｃ−ＭＯＳ、
Ｄ−ＭＯＳ）プロセスなどを利用して、同一集積回路上
に集積化することにより、小型化や製造コストの低減を
図ることが可能である。

【００５７】なお、本発明による過電圧保護回路の構成
は、電圧供給端子Ｖｃｃが３端子以上に増えても同様な
考え方で応用できる。

【００５８】次に、センサ出力特性の調整の高精度化に
ついて、図１０〜１３を用いて、本発明における調整
演算の例を、ゼロ点、スパンのみの調整した従来例と
比較して、説明する。

【００５９】図１０は流量検出回路ＤＥＣＴにおける流
量に対する出力電圧特性であり、この出力電圧を、所望
の流量に対する出力特性である図１２の細線で示した
（Ａ）理想出力となるように調整回路で調整する。

【００６０】まず、ゼロ点、スパンのみを調整した従
来例の場合、図１１の調整回路における調整演算式は、
入力される電圧値によらず、１次式の関係となる。この
調整回路での入出力特性で図１０の流量検出回路におけ
る流量に対する出力電圧特性を調整すると図１２のの
図のようになる。（Ａ）理想出力との誤差を図１３の
に示す。一方、本発明による調整演算の例では、図１
１に示すように、調整回路の入出力特性は、入力される
電圧信号の入力範囲を２分割して、各分割範囲Ａ、Ｂで
異なる調整演算式（本例では、最も簡単な１次式とし
た）を定めている。この調整回路での入出力特性で図１
０の流量検出回路における流量に対する出力電圧特性を
調整すると図１２のの図のようになる。（Ａ）理想出
力との誤差を図１３にの従来例と重ねて示すと、の
ようになり、調整誤差が小さくなることが分かる。

【００６１】なお、本例では、入力される電圧信号の入
力範囲の分割を、最も簡単な２分割としているが、調整
誤差をさらに小さくするためには分割数を増やし、それ
ぞれに調整演算式を与えれば良い。例えば、４分割とす
ると図１３のに示したようになる。また、調整演算式
も２次以上の関係式を用いて、調整誤差を小さくしても
良い。ただし、この場合には回路規模が増大したり、デ
ジタル演算では計算時間が長くなるといった問題があ
る。

【００６２】また、本例では、誤差が２次関数的な特性
として検討しているが、誤差が３次（以上）関数的な特
性であったり、急峻な特性であっても、分割数を増やす
ことにより調整誤差を小さくできる。

【００６３】このような調整回路は調整回路をデジタル
化すると容易に実現できる。このデジタル調整回路の例
は表２（ｂ）のデジタル調整に示した。

【００６４】このデジタル調整回路は、図２５、図２６
に示した流量検出回路ＤＥＣＴ１、ＤＥＣＴ２の電圧出
力をアナログ・デジタル変換器ＡＤ１にてデジタル値に
変換後、デジタル演算器ＣＡＬＣにより出力特性を調整
演算し、デジタル・アナログ変換器ＤＡにてアナログ出
力を得る構成である。デジタル演算器ＣＡＬＣを制御
し、また、調整演算のためのプログラム、調整演算式に
必要な調整係数、演算上、一時的に保存するデータは、
ＲＯＭなどの読み出し専用のメモリ、ＰＲＯＭなどの書
き込み可能なメモリやＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能
なメモリ、ＲＡＭなどの読み書き可能なメモリなどの記
憶装置ＭＥＭに記憶される。

【００６５】ところで、微分可能な任意の関数ｙ＝ｆ
（ｘ）に対して、ａを定数として、｜ｘ−ａ｜が極めて
小さいとき、平均値の定理からｆ（ｘ）＝ｆ（ａ）＋
ｆ'（ａ）（ｘ−ａ）で表される、つまり、ｘの微少変
化範囲では任意関数は１次式で置き換えることが可能で
ある。

【００６６】そこで、ＤｉｎとＤｏｕｔについても、 Dout=ｆ（Din） (式1) と置くと、各Ｄｉｎの微少変化範囲においてＡ，Ｂを係
数として、１次式 Dout=A・Din＋B (式2) で置き換えることができる。ただし、すべてのＤｉｎに
対し、１次式を与えるのは現実的でないことや、あるＤ
ｉｎの範囲内ではほぼ同じ１次の調整演算式を用いるこ
とができることから、Ｄｉｎの軸を分割点Ｄｉｎ
（１），Ｄｉｎ（２），．．．，Ｄｉｎ（ｎ）でｎ分割
して、各分割区間に対し１次の調整演算式

【数１】 を与えることにした。

【００６７】これに基づいた計算のフローチャートを図
１４に示す。まず、デジタル演算器ＣＡＬＣに入力され
たＤｉｎから、Ｄｉｎ（ｋ）≦Ｄｉｎ＜Ｄｉｎ（ｋ＋
１）となるｋを検索する。次に、係数Ａ（ｋ）、Ｂ
（ｋ）を記憶装置ＭＥＭより呼び出して、デジタル演算
器ＣＡＬＣで調整演算式（式３）に則り計算を行なうこ
とにより、出力が調整される。

【００６８】ここで、分割点の数ｎを２のｉ乗とする。
デジタル値Ｄｉｎを２進数であらわし、ｍ（＝ｎ＋１以
上）ビットで表現されるとする。分割点については、上
位ｉビットは任意値であり、残りの下位ｍ−ｉビットは
すべて０であるとする。つまり、Ｄｉｎ（ｋ）は iビット m-i ビット Din(1)= 0 0 0 0 0 .... 0 0 Din(2)= 0 0 1 0 0 .... 0 0 ： ： Din(n)= 1 1 1 0 0 .... 0 0 (式4) とする。つまり、分割の区間は均等となる。センサ出力
を調整するには、Ｄｉｎの上位ｉビットがｋ（２進数表
現）であれば、Ｄｉｎは必ず Ｄｉｎ（ｋ）≦Ｄｉｎ＜Ｄｉｎ（ｋ＋１） となる。従って、調整演算式の係数はＡ（ｋ）、Ｂ
（ｋ）となる。つまり、Ｄｉｎの上位ｉビットをラベル
に持つＡ（ｋ）、Ｂ（ｋ）を記憶装置から読み出し、デ
ジタル演算器ＣＡＬＣにて調整演算を行なえば良い。

【００６９】このような検索方法は、分割数が大きくな
っても、検索にかかる時間は変わらないので、特に分割
数が大きくなる場合において有効な方法である。

【００７０】なお、調整値の書き込む前の気体流量計の
調整時の測定ポイントはｎ個を均等に測定する必要はな
く、任意ポイントで測定し、ｎ個の調整係数Ａ（ｋ）、
Ｂ（ｋ）は補間により求め、書き込めばよい。

【００７１】また、この均等分割での直線近似の直線は
図１５に示すグラフの関係がある。すなわち、Ｄｉｎの
ある区間の検索に用いた上位ｉビットの残り下位ｍ−ｉ
ビットを用いて、 Dout=A・(Dinの下位m-iビット)+B (式5) の調整演算式を用いれば、計算においてオーバーフロー
を起こす可能性が小さくなる。

【００７２】ところで、気体流量検出回路ＤＥＣＴの電
流検出抵抗Ｒｈで変換された電圧出力Ｖと流量Ｑの間
は、図１０に示したような４次式で表現されるような関
係をもっている。ここで、仮にＱに対し、Ｖ∝Ｑのよう
なリニアな出力特性を出す必要が生じた場合、分割数を
増やして、直線近似で４次式を表現する方法を用いるこ
とができる。この気体流量計の場合、４次式と直線近似
による誤差は、１６分割では約３％、３２分割では約
０．８％、６４分割では約０．２％、１２８分割では約
０．０５％となる。分割数を増やせば、４次式を直線近
似したことによる誤差が当然小さくなり、流量Ｑに対し
リニアな出力特性に近づくが、気体流量計の出力特性に
許容される誤差を考えると、３２分割以上にすると良
い。

【００７３】次に、温度特性の調整について説明する。
気体流量計の温度特性、すなわち、温度による出力特性
の変化は、大きく分けて、回路基板温度が一定で、気体
温度が変化した場合の吸気温度特性、および、気体温度
が一定で回路基板温度が変化した場合の基板温度特性
（モジュール温度特性ともよぶ）の２つであるが、ここ
では、基板温度特性の調整について説明する。なお、吸
気温度特性については、流量検出回路ＤＥＣＴ１の発熱
抵抗体Ｒｈ、気体温度測定抵抗体Ｒｃの抵抗値、抵抗温
度係数（ＴＣＲ）、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を適切に設
定することにより、小さくすることができる。なお、吸
気温度特性は流量依存性があり、完全にゼロとすること
が難しいので、基板温度特性に、故意に吸気温度特性に
対して逆特性を持たせることにより、気体流量計全体の
温度特性をゼロとすることもできる。

【００７４】一方、基板温度特性は、主に、アナログ・
デジタル変換器ＡＤやデジタル・アナログ変換器ＤＡに
基準電圧を供給するレギュレータの出力電圧の温度特性
に起因する。

【００７５】この温度特性の調整をする回路の概略構成
を図１６に示す。表２（ｂ）のデジタル調整回路に対
し、温度特性の調整を行なうため、温度センサＴＳとそ
の出力をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換
器ＡＤ２を追加し、デジタル演算器ＣＡＬＣに入力して
いる。

【００７６】まず、温度特性の調整に必要な温度センサ
ＴＳは、温度特性を持つレギュレータの近傍に配置され
る。この温度センサの構成として、例えば、図１７にあ
るように、定電流源ＩＳと１〜数個のダイオードＤを用
いた構成がある。例えばダイオードを３個直列に接続し
た構成とすると、温度変化に対する出力がおよそ−６〜
−５ｍＶ／℃の割合で変化し、直線性も良い。

【００７７】さらに、レギュレータの供給電圧は、温度
に対しリニアに変化するようにすれば、温度調整は１次
式で良いことになる。

【００７８】このようなレギュレータはバンドギャップ
基準電源回路（バンドギャップ電圧源回路）を用いるこ
とにより、実現される。この回路の概略構成を図１８に
示す。２個のダイオード接続されたトランジスタＱ１、
Ｑ２、演算増幅器ＯＰ３、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９により
構成される。トランジスタＱ１、Ｑ２に流れる電流は、
演算増幅器ＯＰ３を用いることにより、抵抗Ｒ８、Ｒ９
の抵抗値により定められる一定比率となる。このとき、
トランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧と抵抗Ｒ７
の電圧降下の和と、トランジスタＱ１のベース・エミッ
タ間電が等しくなるように演算増幅器ＯＰ３の出力電圧
が安定する。抵抗Ｒ７の電圧降下は、トランジスタＱ２
とＱ１のベース・エミッタ間電圧の差に等しく、これは
サーマルボルテージＶ_T＝ｋＴ／ｑに比例した値となる
ので、抵抗Ｒ８、Ｒ９とトランジスタＱ２、Ｑ１に流れ
る電流は１次の正の温度特性を有する。一般に、ベース
・エミッタ間電圧は負の温度特性を有することから、ト
ランジスタＱ２、Ｑ１のベース・エミッタ間電圧と、サ
ーマルボルテージＶ_Tに比例する抵抗Ｒ７の電圧降下と
の和であるバンドギャップ基準電源回路の出力である基
準電圧は、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９の抵抗値を変えること
により、１次の温度係数を設定できる。実際には、バン
ドギャップ基準電源回路に含まれる各要素がわずかに非
線形な温度係数を持つので、この基準電源回路の出力電
圧は、温度変化に対して高温側でわずかに非線形な特性
となる。

【００７９】温度センサＴＳの出力、基準電圧を供給す
るレギュレータの供給電圧が温度変化に対して１次の温
度特性をもつので、温度特性の調整は、Ｄｉｎに対する
調整演算式（式２）でＡ、Ｂの調整項に温度に対する１
次の調整項をくわえればよいことになる、すなわち、
ａ、ｂ、ｃ、ｄを係数として、 Dout=（a・Dtemp＋ｂ）・Din＋(c・Dtemp＋d) (式6) の式で与える。

【００８０】従って、調整演算式は（式３）、（式４）
をまとめて、ａ（ｋ）、ｂ（ｋ）、ｃ（ｋ）、ｄ（ｋ）
を係数として、

【数２】 で与えられる。

【００８１】センサの出力を調整するには、図１４のフ
ローチャートと同様に、Ｄｉｎ（ｋ）≦Ｄｉｎ＜Ｄｉｎ
（ｋ＋１）となるｋを検索し、調整演算式の係数ａ
（ｋ）、ｂ（ｋ）、ｃ（ｋ）、ｄ（ｋ）を記憶装置より
呼び出して、デジタル演算器ＣＡＬＣで調整演算式（式
７）に則り計算を行なうことにより、出力が調整され
る。

【００８２】なお、温度に対する調整をさらに簡略化す
るには、演算調整式（式６）の代わりに、Ｃ、Ｄを係数
として Dout=（C・Dtemp＋D）・(A・Din＋B) (式8) としても良い。この式は、まず、流量に関する調整演算
を行なってから、温度に関する調整演算を行なう演算式
となる。

【００８３】さらに、レギュレータがわずかに非線形の
温度特性を持っていることから、温度特性に対する調整
精度の向上のために、流量調整と同様に温度センサの出
力値によって演算式を変えて調整しても良い。この例を
図１９に、（ａ）温度センサの出力値によって演算式を
変えて調整する例（ここでは、２分割とした）を、
（ｂ）一律調整の例と比較して示す。なお、ここでは、
調整回路への入力値が一定、つまり、吸気温度特性がゼ
ロで、流量が一定である仮定する。図１８に示したレギ
ュレータの温度特性に対する調整演算式の例を図１９
（１）とすると、温度特性に対する調整後の出力特性は
図１９（２）のようになり、誤差が小さくなることがわ
かる。

【００８４】また、温度特性調整の演算式は２次式以上
であってもよい。さらに、吸気温度特性の調整のため
に、気体温度センサとアナログ・デジタル変換器を追加
し、上記と同様な調整演算を行なうことも可能である。

【００８５】ところで、調整係数の記憶装置として、再
書き込み可能なＥＥＰＲＯＭなどの記憶装置を用いれ
ば、不要になった自動車から、まだ使用可能な気体流量
計を取り出し、出力の仕様を変えることで、他の自動車
に使用することが可能となる。また、製造工程において
は、現状では、調整において、まず、調整前に気体を流
し出力特性の調整量を決定して調整を行ない、その上
で、さらに特性を確認試験する工程を取っているが、Ｅ
ＥＰＲＯＭを用いた場合、あらかじめ調整係数を書き込
んでおき、特性確認試験でＮＧとなった気体流量計を再
調整すれば良い。つまり、ＥＥＰＲＯＭを用いることに
より、リサイクル性が高まり、製造コストを引き下げる
メリットが生まれる。

【００８６】また、デジタル調整回路として、図２０の
ような構成もある。これは、図１６とほぼ同構成である
が、図２７に示した差動出力型の流量検出回路ＤＥＣＴ
３をアナログ・デジタル変換器ＡＤ１に接続した構成で
ある。さらに、図２５、図２６に示した流量検出回路Ｄ
ＥＣＴ１、ＤＥＣＴ２も接続できるように、スイッチ群
ＳＷＳを追加し、単相入力、差動入力を切り替えられる
ようにした。さらに、出力回路として周波数出力回路Ｆ
Ｃを追加した。なお、調整演算は同じように行なうこと
ができる。

【００８７】次に図２１は、気体流量計の流量信号出力
端子と調整データが書きこまれる記憶装置とのデータ通
信に必要な通信用の入出力端子の削減、ならびに、気体
流量計の流量信号出力として、レシオメトリックのアナ
ログ出力、非レシオメトリックのアナログ出力、およ
び、デジタル出力のいずれかを出力可能とし、さらに、
データ通信用入出力経路と流量信号出力経路を兼ねるこ
とにより、端子を削減することが可能となる、本発明の
実施例を説明する図の一例である。

【００８８】出力回路部２０１は、主にデジタル・アナ
ログ変換器ＤＡ、周波数出力回路ＦＣ、スイッチＳＷ
１、ＳＷ２から構成される。

【００８９】デジタル演算器ＣＡＬＣにより調整演算し
て得られるデジタル値は、デジタル・アナログ変換器Ｄ
Ａ、周波数出力回路ＦＣに入力される。デジタル・アナ
ログ変換器ＤＡは入力されたデジタル値をアナログ電圧
出力に変換する。このアナログ電圧出力の基準はデジタ
ル・アナログ変換器ＤＡに供給される電圧であるが、こ
の電圧を気体流量計の内部の電子回路で生成された電圧
とレシオメトリック基準電圧端子２３２に外部から供給
される電圧（例えば、自動車用エンジンコントロールユ
ニットのアナログ・デジタル変換器の基準電圧）とをス
イッチＳＷ２で切り替えることにより、ノンレシオメト
リック電圧出力とレシオメトリック出力を切り替えるこ
とが可能である。また、周波数出力回路ＦＣは入力され
たデジタル値を所望のデジタル出力として出力する。ア
ナログ電圧出力とデジタル出力はスイッチＳＷ２によ
り、切り替える。

【００９０】これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替え
は、センサ調整時に書き込み可能な記憶装置ＭＥＭのデ
ータで行なう。

【００９１】また、センサ調整時に調整係数、スイッチ
切り替え設定を書き込む記憶装置ＭＥＭと気体流量計外
部とのデータを転送するデータ入出力回路部２０２は、
主に、集積回路内部のデータのビット数（８ビットや１
６ビット）と外部とのデータ転送時の１ビットデータを
変換するデータ変換回路Ｉ／Ｏ、および、データ変換回
路Ｉ／Ｏがデータの入力するか、出力するかを示すＤＩ
ＲＥＣＴＩＯＮ信号を出力する方向信号出力回路ＤＩ
Ｒ、ＣＬＯＣＫ端子に入力されたクロック信号を検出す
るクロック検出回路ＣＤＥＣＴ、方向信号出力回路ＤＩ
Ｒからの信号によりデータ変換回路Ｉ／Ｏにデータ信号
を入力するか、出力するかを切り替えるスイッチＳＷ４
から構成される。

【００９２】クロック検出回路ＣＤＥＣＴからの検出信
号はデータ変換回路Ｉ／Ｏに入力され、データ変換回路
が動作する。また、スイッチＳＷ３を追加し、この検出
信号によりスイッチＳＷ３が切り替わるようにすれば、
集積回路内で流量信号出力経路とデータ入出力経路を１
つの経路にまとめることが可能となる。また、ＣＬＯＣ
Ｋ端子にパルスノイズが入って、誤ってスイッチＳＷ３
を切り替えることがないように、クロック検出回路ＣＤ
ＥＣＴにあらかじめ定められたパルス数が入力されてか
ら、検出信号を出力するようにした。

【００９３】図２２にデータ入出力時のデータのタイミ
ングチャートの一例を示す。ＣＬＯＣＫ端子にＣＬＯＣ
Ｋ信号２５１が入ると、クロック検出回路ＣＤＥＣＴが
動作しＳＴＡＲＴ信号２５２を生成する。スイッチＳＷ
３はこのＳＴＡＲＴ信号２５２で切り替える。また、Ｄ
ＩＲＥＣＴＩＯＮ信号２５３は、あらかじめ定められた
クロックパルスの数で信号が切り替わる。ＤＥＩＲＥＣ
ＴＩＯＮ信号２５３により、スイッチＳＷ４を切り替
え、データの流れる方向、つまり、ＤＡＴＡ ＩＮ信号
２５４とＤＡＴＡ ＯＵＴ信号２５５を切り替える。

【００９４】図２３は、気体流量計の流量信号出力端子
と調整情報を書き込む記憶素子との通信に必要な通信用
の入出力端子の削減、ならびに、センサの出力として、
レシオメトリックのアナログ出力、非レシオメトリック
のアナログ出力、および、パルス出力のいずれかを出力
可能とし、さらに、通信用入出力端子とセンサ出力端子
を兼ねて、端子を削減することが可能となる、本発明の
他の実施例を説明する図である。

【００９５】図２１と異なる点はデジタル・アナログ変
換器ＤＡの後段にアナログ電圧をデジタル出力に変換す
るＶＦ変換回路ＶＦを入れ、スイッチＳＷ１により、ア
ナログ電圧出力かデジタル出力かを切り替える構成とし
た。この構成の動作は図２１と同じとなるので、説明は
省略する。

【００９６】従って、本構成により、気体流量計の外部
との接続端子は電源端子、接地端子、流量信号出力兼デ
ータ入出力端子、データ入出力端子の最低４端子で実現
できる。

【００９７】ところで、エンジンコントロールユニット
からの外部基準電圧から供給される最大電流が小さく
て、この外部基準電圧をデジタル・アナログ変換器ＤＡ
に直接接続した場合、出力段の増幅回路を含むために消
費電流が大きいデジタル・アナログ変換器ＤＡを駆動で
きない可能性がある。そこで、図２４のように演算増幅
器ＯＰ４の供給電源を図示しないバッテリ電圧に接続し
たバッファ回路を挿入し、バッファ回路の入力を抵抗と
して、出力をデジタル・アナログ変換器ＤＡの電源端子
に接続すれば、演算増幅器ＯＰ４より電流が供給される
ため、デジタル・アナログ変換器ＤＡを駆動することが
可能となる。なお、バッファ回路の負荷抵抗Ｒｉは１０
ｋオーム程度とする。

【００９８】

【発明の効果】本発明によれば、デジタル調整の気体流
量計において、高集積化、デジタル化のためにサージ、
過電圧に弱いＣ−ＭＯＳを用いても、故障、誤動作が起
きない効果が得られる。また、気体流量計における電子
回路のノイズ低減回路に含まれる過電圧保護回路におい
て、過電圧保護回路に必要な電流制限抵抗による電圧降
下による電圧供給端子からの供給電圧の低下を抑制する
効果、ならびに、電圧リミッタ回路を小型化できる効果
を得られる。

【００９９】また、気体流量計の出力の特性調整演算に
おいて、入力値により、あらかじめ用意した１次式によ
る調整演算式を選択し計算を行なうため、計算時間が短
く、かつ、非線形な調整もできる効果が生まれる。さら
に、基板温度調整も同時に行なうことができる。

【０１００】また、流量信号出力兼データ入出力の経路
を兼ねることにより、端子数の増加を招くことなく、少
数の経路で気体流量計の調整、ならびに、流量信号出力
として、レシオメトリックのアナログ出力、非レシオメ
トリックのアナログ出力、および、デジタル出力のすべ
ての仕様に対応できる効果が得られる。また、出力段の
デジタル・アナログ変換器に対し、外部からの基準電圧
から供給される最大電流が小さくても、デジタル・アナ
ログ変換器を駆動できる効果が得られる。

【０１０１】以上より、気体流量計の低コスト化、高精
度出力化を進めるために回路を集積化、デジタル化をす
る場合において、最適化された集積回路、構成を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における気体流量計の概略回路構成
図。

【図２】 本発明における気体流量計に適用されるノイ
ズ低減回路の概略回路構成図。

【図３】 本発明における気体流量計に用いられる過電
圧保護回路の概略回路構成図。

【図４】 本発明における過電圧保護回路に用いられる
電圧リミット回路の一例を示す図。

【図５】 本発明における気体流量計に用いられる過電
圧保護回路の概略回路構成図。

【図６】 本発明における気体流量計に用いられる過電
圧保護回路の概略回路構成図。

【図７】 本発明における過電圧保護回路に用いられる
ダイオードの一例を示す図。

【図８】 本発明における気体流量計に用いられる過電
圧保護回路の概略回路構成図。

【図９】 本発明における気体流量計に用いられる過電
圧保護回路の概略回路構成図。

【図１０】 気体流量計の流量検出回路の出力特性の一
例を示した図。

【図１１】 本発明における気体流量計の調整回路にお
ける入出力特性の一例を示した図。

【図１２】 本発明における気体流量計の調整後の出力
特性の一例を示した図。

【図１３】 本発明における気体流量計の調整後の出力
特性の誤差を示した図。

【図１４】 本発明における気体流量計に用いられる調
整演算のフローチャートを示した図。

【図１５】 本発明における気体流量計に用いられる調
整演算の原理を示した図。

【図１６】 本発明における気体流量計に用いられる調
整回路の概略回路構成図。

【図１７】 温度センサ回路の一例を示した図。

【図１８】 レギュレータ回路の一例を示した図。

【図１９】 本発明における気体流量計の温度特性調整
後の出力特性の一例を示した図。

【図２０】 本発明における気体流量計に用いられる調
整回路の概略回路構成図。

【図２１】 本発明による気体流量計に用いられるデー
タ通信用入出力回路とセンサ出力回路の概略回路構成
図。

【図２２】 図１７におけるデータ通信用入出力回路の
各端子のタイミングチャートの概略を示した図。

【図２３】 本発明による気体流量計に用いられるデー
タ通信用入出力回路とセンサ出力回路の概略回路構成
図。

【図２４】 本発明における気体流量計に用いられるデ
ジタル・アナログ変換器回路の電源回路部の概略回路構
成図。

【図２５】 流量検出回路の一例を示した概略図。

【図２６】 流量検出回路の一例を示した概略図。

【図２７】 流量検出回路の一例を示した概略図。

【図２８】 従来から用いられている過電圧保護回路の
概略回路構成の一例を示した図。

【符号の説明】 ＤＥＣＴ…流量検出回路 ＯＰ…演算増幅器 Ｔｒ…パワートランジスタ Ｒｈ…ホットワイヤ（熱線） Ｒｃ…コールドワイヤ（冷線） Ｒ…抵抗 Ｒｕ…上流側感温抵抗体 Ｒｄ…下流側感温抵抗体 １００…ノイズ低減回路 １０１…過電圧保護回路 １０２…高周波ノイズ低減回路 １１０、１１１…電圧リミッタ回路 ＺＤ…ツェナーダイオード Ｄ…ダイオード ＶＢＢ…電源供給端子 ＧＮＤ…接地端子 ＲＥＧ…レギュレータ ２０１…センサ出力回路部 ２０２…データ通信回路部 ＳＷ…スイッチ ＡＤ…アナログ・デジタル変換器 ＣＡＬＣ…デジタル演算器 ＤＡ…デジタル・アナログ変換器 ＦＣ…周波数出力回路 ＶＦ…ＶＦ変換回路 ＴＳ…温度センサ ＭＥＭ…記憶装置 Ｉ／Ｏ…データ変換回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 登 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 片岸 健一 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 2F035 AA02 EA09 3G084 DA04 DA06 DA13 EA01 EB02 EB06 FA02 FA03 FA08

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体通路中に配置される抵抗体に流れる電
   流や発生電圧を検出することにより、前記気体通路中を
   流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流量検出
   回路を備えた気体流量計において、 外来ノイズを低減するノイズ低減回路と検出した気体流
   量に基づいた信号をデジタル調整して出力するデジタル
   調整回路とを備え、 前記デジタル調整回路で調整した信号に基づいた電圧信
   号を出力することを特徴とする気体流量計。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記デジタル調整回路は、 前記気体流量検出回路からの出力をデジタル信号に変換
   するデジタル変換回路と、 前記デジタル信号を所望する出力特性となるように調整
   する調整手段とを備え、 前記デジタル変換回路および／または前記調整手段に基
   準電圧を供給するレギュレータ回路をさらに備えたこと
   を特徴とする気体流量計。
3. 【請求項３】気体通路中を流れる気体流量を検出する気
   体流量検出回路と、 所望する出力特性となるように調整して出力する調整回
   路と、 電源端子に印加されるサージ、過電圧を低減した電圧を
   前記気体流量検出回路および前記調整回路に供給する過
   電圧保護回路を含むノイズ低減回路を備えた気体流量計
   において、 前記過電圧保護回路を介して前記気体流量検出回路およ
   び前記調整回路に異なる電圧を供給するように電圧供給
   経路を２経路以上供えたことを特徴とする気体流量計。
4. 【請求項４】請求項３において、 各回路にサージ、過電圧を低減した電圧を供給する電圧
   供給経路の１つには、前記電圧供給端子と接地端子との
   間にある電圧以上でオンとなる電圧リミッタ回路、およ
   び、前記電源端子と前記電圧供給端子との間に電流制限
   抵抗が接続され、 他の電圧供給経路には、前記電源端子と前記電圧供給端
   子との間に別の電流制限抵抗が接続され、 さらに、各々の前記電圧供給端子間にダイオードを接続
   した過電圧保護回路を有することを特徴とする気体流量
   計。
5. 【請求項５】請求項３において、 各回路にサージ、過電圧を低減した電圧を供給する電圧
   供給経路のすべてに、電圧供給端子と接地端子との間に
   ある電圧以上でオンとなる電圧リミッタ回路、および、
   電源端子と前記電圧供給端子との間に電流制限抵抗が接
   続され、 各々の前記電圧供給端子に接続された各々の前記電流制
   限抵抗の抵抗値が異なる過電圧保護回路を有することを
   特徴とする気体流量計。
6. 【請求項６】請求項４または請求項５において、 前記電圧供給端子と前記接地端子の間にダイオードを追
   加して接続した過電圧保護回路を有することを特徴とす
   る気体流量計。
7. 【請求項７】請求項３から請求項６のいずれかにおい
   て、 前記過電圧保護回路、前記気体流量検出回路および前記
   調整回路に含まれる素子の一部、あるいは全部が同一集
   積回路上に形成されていることを特徴とする気体流量
   計。
8. 【請求項８】請求項３から請求項７のいずれかにおい
   て、 前記電圧供給経路は２経路であり、 供給電圧の高いほうに接続される回路は、前記気体流量
   検出回路内の演算増幅器であり、供給電圧の低いほうに
   接続される回路は、前記デジタル調整回路に電圧を供給
   するレギュレータであることを特徴とする気体流量計。
9. 【請求項９】気体通路中を流れる気体流量を電圧信号と
   して出力する気体流量検出回路からの前記電圧出力を調
   整する調整回路を有する気体流量計において、 前記調整回路に入力される電圧信号の入力範囲を２分割
   以上に分割して、各分割範囲であらかじめ異なる調整演
   算式を定めておき、 前記調整回路に入力される電圧信号の入力値によって前
   記調整演算式を選択して、調整演算を行ない、出力値を
   得る手段を有することを特徴とする気体流量計。
10. 【請求項１０】請求項９において、 前記調整回路は、 検出した気体流量に基づいた信号をデジタル調整して出
    力するデジタル調整回路であることを特徴とする気体流
    量計。
11. 【請求項１１】請求項９、または請求項１０において、 前記調整回路の各調整演算式は、前記気体流量検出回路
    の出力値（すなわち、調整演算の入力値）をｘ、調整演
    算の結果をｙ、調整係数をａ、ｂとしてｙ＝ａ・ｘ＋ｂ
    の１次式で表現される調整回路を有することを特徴とす
    る気体流量計。
12. 【請求項１２】請求項９から請求項１１のいずれかにお
    いて、 さらに温度センサ、前記温度センサの出力をデジタル値
    に変換するデジタル変換回路を追加し、前記温度センサ
    の出力も用いて調整演算を行なう調整回路を有すること
    を特徴とする気体流量計。
13. 【請求項１３】請求項１２において、 前記気体流量検出回路の出力値をｘ、前記温度センサの
    出力値をｔ、調整係数をａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２とし
    て、 ｙ＝（ａ１・ｔ＋ａ２）・ｘ＋（ｂ１・ｔ＋ｂ２）で表
    現される調整回路を有することを特徴とする気体流量
    計。
14. 【請求項１４】請求項１１、または請求項１３におい
    て、 前記各調整係数ａ、ａ１、ａ２、ｂ、ｂ１、ｂ２は書き
    込み可能な記憶装置に書きこむ調整回路を有することを
    特徴とする気体流量計。
15. 【請求項１５】請求項１１、または請求項１３におい
    て、 前記各調整係数ａ、ａ１、ａ２、ｂ、ｂ１、ｂ２は書き
    込み後消去可能であり、再書き込みできる記憶装置に書
    きこむ調整回路を有することを特徴とする気体流量計。
16. 【請求項１６】気体通路中を流れる気体流量を電圧信号
    として出力する気体流量検出回路からの前記電圧出力を
    調整する調整回路と調整のためのデータを記憶する記憶
    装置を有する気体流量計において、 前記記憶装置に外部から調整データを書きこんだり、外
    部へデータを読み出したりするための外部データ通信端
    子が２端子であるデータ入出力回路を含むことを特徴と
    する気体流量計。
17. 【請求項１７】請求項１６において、 前記データ入出力回路の前記外部データ通信端子のいず
    れかに、２パルス以上の定められたパルス数が入力され
    てから、前記調整回路が前記記憶装置と外部とでデータ
    を読み書きするデータ通信モードに移行する手段をもつ
    ことを特徴とする気体流量計。
18. 【請求項１８】気体通路中を流れる気体流量を電圧信号
    として出力する気体流量検出回路からの前記電圧出力を
    調整する調整回路と調整のためのデータを記憶する記憶
    装置を有する気体流量計において、 前記検出気体流量の出力信号として、レシオメトリック
    アナログ出力、ノンレシオメトリックアナログ出力、お
    よびデジタル出力を取り出せ、かつ前記調整回路に設け
    た出力選択手段で出力信号を切り替える前記調整回路を
    有することを特徴とする気体流量計。
19. 【請求項１９】請求項１８において、 前記レシオメトリックアナログ出力、前記ノンレシオメ
    トリックアナログ出力、および前記デジタル出力をする
    回路が同一集積回路上に形成されていることを特徴とす
    る気体流量計。
20. 【請求項２０】請求項１６、または請求項１８におい
    て、 前記外部データ通信端子と検出流量の出力端子を兼用す
    ることを特徴とする気体流量計。
21. 【請求項２１】気体通路中に配置される抵抗体に流れる
    電流や発生電圧を検出することにより、前記気体通路中
    を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流量検
    出回路と、 検出した気体流量をデジタル信号に変換するデジタル変
    換回路と、 前記デジタル信号をデジタル調整して出力するデジタル
    調整回路とを備え、 前記デジタル調整回路で調整した信号に基づいた電圧信
    号を出力する気体流量計において、 前記デジタル変換回路は単相入力と差動入力のいずれか
    を選択できる手段を有することを特徴とする気体流量
    計。
22. 【請求項２２】気体通路中に配置される抵抗体に流れる
    電流や発生電圧を検出することにより、前記気体通路中
    を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体流量検
    出回路と、 検出した気体流量をデジタル信号に変換するデジタル変
    換回路と、 前記デジタル信号をデジタル調整して出力するデジタル
    調整回路と 前記デジタル調整出力を受けて、アナログ信号に変換す
    るアナログ変換回路からなるデジタル調整回路を有する
    気体流量計において、 前記アナログ変換回路は外部からの基準電圧を基準とし
    て駆動され、かつ、前記基準電圧端子と前記アナログ変
    換回路を駆動する電源端子との間に、電圧ホロア回路を
    配置したことを特徴とする発熱抵抗体式気体流量計。