JP2003329713A - 測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば車両用オンボード回路網における電
流、電圧および温度を測定する。 【構成】 この発明による電流、電圧および温度を測定
するＡＳＩＣは、入力信号を受信するための複数の信号
入力（ＲＳＨＨ、ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳ、ＥＴ
Ｒ）と、複数のチョッパ（４．１〜４．６）と、増幅器
（５）と、アナログ−ディジタル変換機（８、９）と、
測定の結果を出力し、高次の制御ユニットと通信するた
めの信号出力とを具備している。さらに、複数の信号入
力（ＲＳＨＨ、ＲＳＨＬ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳ、ＥＴＲ）
を有し、これらの各信号入力の後段に各々１つのチョッ
パ・マルチプレクサ（４．１〜４．５）が配置されてい
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、測定回路に関し、
特に、請求項１の前提部分（上位概念）による（例えば
車載（オンボード、内蔵）回路網における）電流、電圧
および温度を測定するためのＡＳＩＣ（特定用途向け集
積回路）に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開２０００−２３５０５０号公報（特
許出願第２０００−３７０１６号）、欧州特許出願ＥＰ
１０３０１８５（Ａ２）号および米国特許第６４８９６
９３（Ｂ１）号には、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路
“Application-Specific Integrated Circuit”）とし
て構成され、かつ欠陥、故障または障害のある負荷（電
力消費体）、またはバッテリ（電池）の過負荷を検出で
きるようにするための、車載（オンボード）回路網内に
おける電流をモニタ（監視）する測定回路が開示されて
いる。

【０００３】アナログ信号を測定するために、とりわ
け、所謂チョッパ（Zerhacker、Chopper）またはチョッ
パ増幅器が使用される。チョッパ増幅器は、入力オフセ
ット（入力オフセット電圧）およびその温度ドリフト
（変動）、ならびに低周波の干渉を低減させることがで
きる。このタイプのチョッパ増幅器は、入力側のチョッ
パ（Zerhacker、Chopper）と、後段増幅器と、チョッピ
ング（チョッパ処理）され、増幅された測定信号を位相
同期整流する出力側の復調器とからなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの公知
のチョッパ増幅器回路は、ノイズ状態に対する対応が不
満足（不充分）であり、入力オフセット電圧の抑制が不
完全であり、および前記回路が別々の増幅器回路の形式
においてのみ使用可能であるという事実がある。

【０００５】そこで本発明は、ディジタル部分（セクシ
ョン）が増幅器に何らの悪影響も与えず、復調がディジ
タル的に行われるような態様で、アナログ−ディジタル
変換器のディジタル環境中の共通出力回路と直列に接続
された複数の入力チャネル用の物理的に最適化されたチ
ョッパ増幅器回路を集積化するという目的に基づいてい
構成されたものである。

【０００６】この目的は、冒頭に述べたチョッパ増幅器
回路に基づいて、請求項１の特徴によって実現される。

【課題を解決するための手段】

【０００７】本発明は、複数の信号入力を有するチョッ
パ増幅器回路内で、個々の入力信号に対してそれぞれ１
個のチョッパを設けた一般的な技術的思想を含むもので
ある。集積回路の形で実現される測定回路の一実施形態
において、個々のチョッパは、そのチョッパ作用を最適
化するために、好ましくは、それぞれの入力保護回路を
具えたチップの入力接点（コンタクト）に直接設置され
る（取り付けられる）。

【０００８】本発明の好ましい一実施形態では、測定の
温度依存性を補償するために、測定回路は温度センサを
有している。この場合、個々のチョッパは、好ましくは
温度センサの後段（下流）に配置される。

【０００９】好ましくは、チョッパ自体が同時に、測定
信号を電圧バス上に配送するための各々のマルチプレク
サを構成する。信号は、この電圧バスから別のマルチプ
レクサ回路によって増幅器もしくはＡＤ変換器に供給さ
れる。

【００１０】本発明の好ましい一実施形態では、増幅器
と復調器との間に、増幅したチョッパ信号をディジタル
信号に変換するアナログ／ディジタル変換器が配設さ
れ、その結果、それに続く復調をディジタル的に行うこ
とができる。

【００１１】この形式のアナログ／ディジタル変換器
は、好ましくはプログラム可能（プログラマブル）順序
番号（Ordnungszahl、order number、序数、命令番
号、次数）を具えたフィルタを有し、アナログ／ディジ
タル変換器のオーバーサンプリング（over sampling）
比およびオーバーサンプリング・クロック周波数は好ま
しくは上記順序番号に加えて調節可能である。

【００１２】本発明の一実施形態において、差動的な測
定を可能にするために全ての入力信号に対するラインの
レイアウト（配置、配線）は双極（バイポーラ）的に行
われ、それによってオフセット、ドリフト、ノイズおよ
び外部からの干渉が低減される。従って、信号入力とチ
ョッパとの間、チョッパと増幅器との間、増幅器とＡＤ
変換器との間の全ての配線ライン・レイアウトは、好ま
しくは双極に形成され、そのために好ましくは極めて接
近した導体のトレースが使用される。

【００１３】さらに、本発明の好ましい一実施形態にお
いて、チョッピング（チョッパ処理）され、増幅された
測定信号をディジタル信号に変換するシグマ-デルタ変
換器が増幅器の後段に配置されている。

【００１４】さらに好ましくは、入力側に接続された測
定ラインおよびセンサの遮断を検出するセンサ故障検出
器が設けられている。この目的のために、好ましくは、
信号入力の少なくとも１個に接続可能である制御可能な
電源が設けられている。各信号入力の電圧を測定するこ
とによって、入力側に接続された測定ラインおよびセン
サが遮断されているか否かを検出することができる。

【００１５】本発明は特に非常に小さい双極性（バイポ
ーラ）信号の測定に好適であり、比較対象となる公知の
変換器と異なり、同様な小さい電圧を処理するためにコ
ストのかかる追加の前置増幅器およびマルチプレクサを
必要としないという利点がある。

【００１６】本発明の開発された他の好ましい構成は、
従属請求項に含まれ、また図面に示された本発明の好ま
しい実施形態を参照して以下でより詳細に説明する。図
面では本発明による測定回路の好ましい実施形態をブロ
ック図の形式で示す。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１のブロック図は、車載（オン
ボード）ネットワーク（回路網）における電流をモニタ
する目的で使用される本発明による測定回路１の回路構
成を具体的に示す。

【００１８】車載（オンボード）ネットワークは、バッ
テリ（電池）ＢＡＴＴ、２個の抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッ
チング素子２、および精密な測定抵抗Ｒｓｈの形でごく
概略的に示されており、測定抵抗Ｒｓｈの両端間の降下
電圧は車両用オンボード・ネットワーク中の電流を表わ
す。

【００１９】測定回路１が２個の信号入力ＲＳＨＨおよ
びＲＳＨＬを含むのは、これら２個の信号入力を精密な
測定抵抗Ｒｓｈの２個の端子に接続して、この測定抵抗
Ｒｓｈの両端子間の電圧を差動的に（差電圧を）測定す
ることができるようにするためである。

【００２０】さらに測定回路１は、車両用オンボード・
ネットワークのスイッチング素子２と抵抗Ｒ２の間の接
続点に接続されたバッテリ電圧入力ＶＢＡＴを有してい
る。

【００２１】さらに測定回路１は、可変抵抗を具えたセ
ンサ３が接続された信号入力ＥＴＳを有している。

【００２２】最後に、測定回路１は、抵抗Ｒｒｅｆを介
してアース（接地点）に接続されたもう１つの信号入力
ＥＴＲを有している。

【００２３】入力ＶＢＡＴ、ＥＴＳおよびＥＴＲに接続
されたセンサ／抵抗は、各入力に接続可能な内蔵（イン
ストール）された電流源１８を介して測定回路によって
付勢され、上記電流源１８はプログラム可能で且つディ
ジタル的に制御される。それによって生じた電圧降下
は、次いで同じ入力でセンサ信号として検出される。

【００２４】信号入力ＲＳＨＬ、ＲＳＨＨ、ＶＢＡＴ、
ＥＴＳおよびＥＴＲは、周波数２０ｋＨｚで動作するチ
ョッパ４．１〜４．５にそれぞれ接続されている。個々
のチョッパ４．１〜４．５は、入力保護回路と入力マル
チプレクサとを含んでいる。これらのチョッパは、オフ
セット抑制およびノイズの影響を最適化するために、測
定回路１のチップ上の信号入力ＲＳＨＬ、ＲＳＨＨ、Ｖ
ＢＡＴ、ＥＴＳおよびＥＴＲの接点に直接接続されて配
設されている。

【００２５】チョッパ４．１は、双極（バイポーラ）接
続によって２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬに
（直接）接続され、双極性配線（バイポーラ・ライン）
はオフセット、ドリフトおよびノイズ、さらに外部の干
渉磁界（電界）に対する感度（ＥＭＶ感度）を低減す
る。

【００２６】チョッパ４．３は、同様に双極性配線によ
って２個の信号入力ＶＢＡＴおよびＥＴＳに（直接）接
続され、チョッパ４．２、４．４および４．５は共通の
アース線およびスイッチング素子Ｍ３を介してアースに
接続されている。

【００２７】チョッパ４．１の出力は、利得がプログラ
ム可能な増幅器５に接続されている。

【００２８】他のチョッパ４．２〜４．５の出力は、双
極性（バイポーラ）電圧バス１１に接続され、該電圧バ
ス１１は増幅器１２（バッファ）を介してマルチプレク
サ６に接続されている。従って、マルチプレクサ６は増
幅器５によって増幅されたチョッパ４．１の信号、また
は電圧バス１１に供給されたチョッパ４．２〜４．５の
中の１つのチョッパ信号のいずれかを変調器７に伝送す
ることができる。

【００２９】さらに、電圧バス１１は、他のマルチプレ
クサ１３を介して増幅器５の入力に接続されている。こ
れによって増幅器５は、その入力側でチョッパ４．１の
信号、または電圧バス１１に印加された信号のいずれか
を受信することができる。

【００３０】ディジタル部は、増幅器のこれらの２個の
入力チャネル間で切換えを行うことができる制御モード
を含み、それによって唯１個のＡ／Ｄ変換器を用いて擬
似（準）２チャネル測定が可能になる。この場合、電流
測定（チョッパ４．１）と電圧バス上の測定（チョッパ
４．２〜４．６）の間で自動切換えが行われる。測定パ
ラメータ（増幅、測定速度、チャネル、等）の選択およ
び調整は、測定開始前に、ディジタル領域での内部レジ
スタの書込みによって行われる。

【００３１】さらに、測定回路１は、温度センサ１４を
含み、その出力は別のチョッパ４．６に接続されてい
る。この別のチョッパ４．６の出力は電圧バス１１に接
続されている。

【００３２】増幅器５の出力は、マルチプレクサ６を介
して、変調器７とデシメータ（間引器）８とを含むシグ
マ-デルタ変換器に接続されており、該シグマ-デルタ変
換器の出力はディジタル信号をディジタル回路９に導
く。復調すなわちデチョッピング（逆チョッピング“de
chopping”）はディジタル部で行われ、従来のチョッパ
増幅器の場合のように回路のアナログ部では行われな
い。

【００３３】測定サイクル（周期）中、マルチプレクサ
の各極性で４回（または８回）の測定が実行され、その
うちアナログ部の避けられない過渡現象のために最後の
値のみがオフセット補償された測定値のディジタル計算
に利用される。更新され且つ充分にオフセット補償され
た測定値は、それぞれ異なる（他の）符号をもった最後
の所定測定値がディジタル計算に利用できるので、連続
する測定期間の通常の変換時間後に有効に使用される。

【００３４】ディジタル回路９は、さらに測定信号を出
力するディジタル・インタフェース１０に接続されてい
る。

【００３５】さらに、測定回路１は、２個の信号入力Ｒ
ＳＨＨおよびＲＳＨＬに接続された接続ラインの遮断も
しくは故障を検出することができる。そのために測定回
路１は、２個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬに接続
され、かつ測定電流を供給すことができる２個の切換え
可能な電流源１５．１および１５．２を有している。２
個の信号入力ＲＳＨＨおよびＲＳＨＬにおける差電圧を
測定することによって、接続ラインが遮断もしくは故障
しているか否かを検出することができる。

【００３６】同様の方法で、内部電源１７を接続するこ
とによって、入力ＶＢＡＴ、ＥＴＲおよびＥＴＳにおけ
る接続ラインの切断（故障）を検査することができる。

【００３７】最後に、測定回路１は、入力信号のアナロ
グ・オフセットを供給電圧の約半分にし、それによって
最大で＋／−０．７Ｖまでの正および負の値をもった入
力電圧を等しい精度で測定することができる。そのため
に測定回路１は、タイミング回路１６および１７を有
し、その出力は変調器７に接続され、その入力は基準入
力ＲＥＦおよびアナログ・アース入力ＡＧＮＤに接続さ
れている。

【００３８】この回路は、また、正確な基準電圧を有
し、その絶対値および温度係数はディジタル・インタフ
ェースによってトリミング（除去）できる。

【００３９】この測定回路は、さらに、消費電流（電
力）を低減するために全機能群を遮断する、いわゆる
「スリープモード“Sleep-Modus、sleep mode”」を含
んでいる。このときの供給電流は１００μＡより小さく
なる。

【００４０】特殊な１つの特徴として、前記モードで付
勢（作動）可能の「アクティブ・ウェイクアップ・モー
ド“Aktive Wake-Up-Modus、active wake-up mod
e”」がある。この場合、ディジタル領域内に配置され
た内部オシレータ／タイマによって測定回路は毎秒約１
回付勢され、プレプログラミングされた測定が実行され
る。また、この測定期間中にプレプログラミングされた
限界値を超過したことが検出（決定）されると、出力回
路は再び付勢され、外部の高次（上位）電子モジュール
をウェイクアップする（動作可能状態にする）ことが可
能になる。欠陥（エラー）が検出されないときは、回路
が次の付勢まで「スリープモード」に戻る。

【００４１】上述の測定回路は、特開２０００−２３５
０５０号公報、欧州特許公開第ＥＰ１０３０１８５（Ａ
１）号明細書および米国特許第６４８９６９３（Ｂ１）
号に記載されているように、個々の負荷（電力消費体）
をモニタし、および/またはバッテリ（電池）の電流
を、そのバッテリの寿命を延長するように制御するため
に、車両のバッテリから接続された負荷（電力消費体）
へ流れる全電流を測定し、および／または車両のバッテ
リの充電電流を測定するために有効に使用することがで
きる。また前記米国特許第６４８９６９３（Ｂ１）号明
細書の開示内容を参照により組込む。それによれば、測
定回路１を合金からなる測定抵抗の表面上に配設するこ
とができる。

【００４２】本発明は、好ましい実施形態を表わす上述
のＡＳＩＣに制限されるものではない。むしろ本発明の
思想を採用し、特許請求の範囲によってのみ制限される
保護範囲に属する多数の変形、修正(変更)が想到可能で
あることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の測定回路の一実施形態をブロッ
ク図の形式で示した図である。

【符号の説明】

１ 測定回路 ４．１〜４．６ チョッパ ５ 増幅器 ６ マルチプレクサ ７ 変調器 ９ ディジタル回路 １０ インタフェース １１ 電圧バス １２ 増幅器 １３ マルチプレクサ １５．１、１５．２ 電流源 １６ タイミング回路 １７ 内部電源 ＲＳＨＨ 信号入力 ＲＳＨＬ 信号入力 ＶＢＡＴ 信号入力 ＥＴＳ 信号入力 ＥＴＲ 信号入力 Ｒｓｈ 測定抵抗 Ｒ１、Ｒ２ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルリッヒ ヘツラー ドイツ連邦共和国 デー−35688 ディレ ンブルク−オーベルシェルト ベルクシュ トラーセ ９・アー Ｆターム(参考） 2G035 AA03 AA05 AA08 AA20 AB03 AC01 AC02 AC16 AD10 AD47

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を受信するための信号入力（Ｒ
   ＳＨＨ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳ、ＥＴＲ）と、チョッパ
   （４．１〜４．６）と、増幅器（５）と、ディジタル信
   号プロセッサ（９）と、出力信号を出力するための信号
   出力（１０）とを具備し、 各々が１つの入力信号を受信するための複数の信号入力
   （ＲＳＨＨ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳ、ＥＴＲ）を有し、上記
   入力信号は共通基準電位（ＲＳＨＬ）を基準として測定
   され、その各信号入力（ＲＳＨＨ、ＶＢＡＴ、ＥＴＳ、
   ＥＴＲ）の後段に各々１つのチョッパ（４．１〜４．
   ５）が配置されていることを特徴とする、電流および電
   圧を測定する測定回路。
2. 【請求項２】 測定される２個の異なる信号が上記増幅
   器（５）に交互に供給されるように２個の入力チャンネ
   ル（４．１、１１）間で自動的に切換える制御手段が設
   けられていることを特徴とする、請求項１に記載の測定
   装置。
3. 【請求項３】 上記増幅器（５）は電流信号（４．１）
   と電圧信号（１１）を交互に通過させるものであること
   を特徴とする、請求項２に記載の測定装置。
4. 【請求項４】 温度を検出するための温度センサ（１
   ４）が設けられており、この温度センサ（１４）の後段
   に上記チョッパ（４．６）が配置されていることを特徴
   とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の測定回路。
5. 【請求項５】 上記ディジタル信号プロセッサはディジ
   タル復調器（９）を含み、上記増幅器（５）と復調器
   （９）との間にアナログ／ディジタル変換器（７，８）
   が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至４の
   いずれかに記載の測定装置。
6. 【請求項６】 アナログ／ディジタル変換器（７、８）
   がプログラム可能な順序番号（８）を有するフィルタを
   含むことを特徴とする、請求項５に記載の測定回路。
7. 【請求項７】 各別に付勢可能であり、少なくとも１個
   のマルチプレクサ手段（６、１３）によって上記増幅器
   （５）またはアナログ／ディジタル変換器（７、８）に
   接続可能である複数のチョッパ（４．１〜４．６）を有
   することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記
   載の測定回路。
8. 【請求項８】 複数のチョッパ（４．２〜４．６）が電
   圧バス（１１）によって互いに接続されていることを特
   徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の測定回
   路。
9. 【請求項９】 信号入力（ＲＳＨＨ−ＲＳＨＬ、ＶＢＡ
   Ｔ−ＲＳＨＬ、ＥＴＳ−ＲＳＨＬ、およびＥＴＲ−ＲＳ
   ＨＬ、並びにＶＢＡＴ−ＥＴＳ）とチョッパ（４．１〜
   ４．６）の間、および／または上記チョッパ（４．１〜
   ４．５）増幅器（５）の間、および／または上記増幅器
   （５）と復調器（９）の間、および／または復調器
   （９）と信号出力の間に双極性配線ラインが設けられて
   いることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記
   載の測定回路。
10. 【請求項１０】 上記増幅器（５）の後段にシグマ−デ
    ルタ変調器（７）が配置されていることを特徴とする、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の測定回路。
11. 【請求項１１】 信号入力（ＲＳＨＨ、ＲＳＨＬ）の少
    なくとも１つに接続可能である制御可能な第１の電流源
    （１５．１、１５．２）が設けられていることを特徴と
    する、請求項１乃至１０のいずれかに記載の測定回路。
12. 【請求項１２】 外部のセンサを付勢するために、出力
    （ＥＴＲ、ＥＴＳ、およびＶＢＡＴ）の少なくとも１つ
    に切換え可能である制御可能な第２の電流源（１８）が
    設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１１の
    いずれかに記載の測定回路。
13. 【請求項１３】 上記増幅器（５）の利得が調整可能で
    あることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに
    記載の測定回路。
14. 【請求項１４】 上記チョッパ（４．１〜４．６）が５
    ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲の周波数で動作することを特
    徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の測定回
    路。
15. 【請求項１５】 上記チョッパ（４．１〜４．６）が２
    ０ｋＨｚの周波数で動作することを特徴とする、請求項
    １４に記載の測定回路。
16. 【請求項１６】 測定回路（１）の動作パラメータの少
    なくとも１つを調整するためのディジタル・インタフェ
    ース（１０）が設けられていることを特徴とする、請求
    項１乃至１５のいずれかに記載の測定回路。
17. 【請求項１７】 調整可能な動作パラメータが基準電圧
    の絶対値および／または温度係数であることを特徴とす
    る、請求項１６に記載の測定回路。
18. 【請求項１８】 クロックを内部で発生させるためのオ
    シレータおよび／またはタイマが設けられていることを
    特徴とする、請求項１乃至１７のいずれかに記載の測定
    回路。
19. 【請求項１９】 上記チョッパ（４．１〜４．６）、上
    記増幅器（５）、上記ディジタル信号プロセッサ
    （９）、マルチプレクサ（６、１３）、および／または
    アナログ／ディジタル変換器（７、８）が、消費電力を
    低減させるために遮断可能であることを特徴とする、請
    求項１乃至９のいずれかに記載の測定回路。
20. 【請求項２０】 測定回路が所定の時間間隔で測定を行
    い、所定の閾値を超過したか否かを検査し、超過したと
    きに必要があれば外部の装置を付勢する動作モードを含
    むことを特徴とする、請求項１乃至１９のいずれかに記
    載の測定回路。
21. 【請求項２１】 集積回路を含むことを特徴とする、請
    求項１乃至２０のいずれかに記載の測定回路。
22. 【請求項２２】 上記信号入力の少なくとも１つ（ＲＳ
    ＨＨ）に接続された測定抵抗（Ｒｓｈ）を含み、上記集
    積回路が上記測定抵抗（Ｒｓｈ）上に設置されているこ
    とを特徴とする、請求項２１に記載の測定回路。