JP2004173294A - Signal output circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度、角速度や圧力等を検出するセンサ等に用いられている信号出力回路に関するものである。 The present invention relates to a signal output circuit used for a sensor for detecting acceleration, angular velocity, pressure, and the like.
加速度、角速度や圧力等を検出するセンサは、一般的にこれらの検出対象の変位量を電気信号に変換するための変換素子と、この素子から出力される微弱な電気信号を電気的に増幅し出力する出力回路とを有している。その出力回路は図4に示すものが知られている。 Sensors that detect acceleration, angular velocity, pressure, etc. generally have a conversion element for converting the amount of displacement of these detection targets into an electric signal, and electrically amplify a weak electric signal output from this element. And an output circuit for outputting. The output circuit shown in FIG. 4 is known.
図4において、26は第1の差動増幅器であり、この第1の差動増幅器26は、ソース結合したトランジスタ1,2と、このトランジスタ1,2のソースと第1の電源端子33との間に接続された定電流源20とで構成されており、前記トランジスタ1のゲートにセンサからの電気信号を入力され、前記トランジスタ2のゲートに第1の基準電圧設定手段28が与えられる。
In FIG. 4,
30は前記第1の差動増幅器26の能動負荷としての第1のカレントミラーであり、この第1のカレントミラー30は、ダイオード結合したトランジスタ3と、このトランジスタ3のゲートにそのゲートを接続したトランジスタ4とで構成されており、前記トランジスタ3のゲート、ドレインは前記トランジスタ1のドレインに接続され、ソースは第2の電源端子34に接続され、前記トランジスタ4のドレインは前記トランジスタ2のドレインに接続され、ソースは前記第2の電源端子34に接続される。
5は前置増幅用のトランジスタであり、ゲートは前記第1の差動増幅器26の出力である前記トランジスタ2のドレインに接続され、ソースは定電流源21を介して前記第2の電源端子34に接続され、ドレインは前記第1の電源端子33に接続される。
Reference numeral 5 denotes a transistor for pre-amplification. The gate is connected to the drain of the
6は出力用のトランジスタであり、ゲートは前記トランジスタ5のソースに接続され、ソースは前記第2の電源端子34に接続され、ドレインは定電流源22を介して前記第1の電源端子33に接続される。前記トランジスタ6のドレインは出力端子32に接続される。
An output transistor 6 has a gate connected to the source of the transistor 5, a source connected to the second power terminal 34, and a drain connected to the first power terminal 33 via the constant
この出力回路において、前記トランジスタ3のドレインから前記トランジスタ1のドレインに流れる電流と、前記トランジスタ4のドレインから前記トランジスタ2のドレインに流れる電流との和は一定に保持されるため、トランジスタ1のゲートに入力される入力信号が増加すると、第1の差動増幅器26の出力であるトランジスタ2のドレイン電圧は増加し、トランジスタ5のゲート電圧はトランジスタ2のドレイン電圧と同電位であるため、トランジスタ5のソース電圧は増加する。このトランジスタ5のソース電圧が増加するとトランジスタ6のドレイン電圧は減少し、その結果、出力端子32の出力電圧は減少する。
In this output circuit, the sum of the current flowing from the drain of the transistor 3 to the drain of the transistor 1 and the current flowing from the drain of the transistor 4 to the drain of the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら前述した従来の信号出力回路は、前記出力電圧を電線を用いて受電側回路に伝達する際、電線の断線もしくは接地電位へのショートが発生した場合に以下の不具合が生じる。 However, in the conventional signal output circuit described above, when the output voltage is transmitted to the power receiving side circuit using an electric wire, the following problem occurs when the electric wire is disconnected or short-circuited to the ground potential.
すなわち、受電側回路への入力電圧は0Vとなるが、この0Vがセンサの正規出力としての電圧か、あるいは電線の断線もしくは接地電位へのショートによる電圧かをこの出力回路のみでは判断することができず、ショートを検出するための検出回路を別途設けなくてはならないという問題があった。 That is, although the input voltage to the power receiving side circuit is 0 V, it can be determined only by this output circuit whether this 0 V is the voltage as the normal output of the sensor or the voltage due to the disconnection of the electric wire or the short to the ground potential. However, there is a problem that a detection circuit for detecting a short circuit must be separately provided.
本発明は、この検出回路を設けることなく電線の断線もしくは接地電位へのショートを検出することができる出力回路を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an output circuit capable of detecting disconnection of an electric wire or short-circuit to a ground potential without providing this detection circuit.
この目的を達成するために本発明の請求項1に記載の発明は、一方の入力端に信号が入力され、他方の入力端に第1の基準電圧設定手段を接続した第1の差動増幅器と、前記第1の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、ソースに第1の定電流源を接続した第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタと前記第1の定電流源との接続点にゲートを接続し、ドレインに第2の定電流源と出力端子とを接続した第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのソースとドレインとの間に設けられ、前記出力端子における出力電圧が所定のリミット電圧から外れないように前記第1のトランジスタを制御するリミッタ手段とを備えた信号出力回路であり、検出回路を設けることなく電線の断線もしくは接地電位へのショートを検出することができるという作用効果を奏する。 In order to achieve this object, the invention according to claim 1 of the present invention provides a first differential amplifier in which a signal is inputted to one input terminal and a first reference voltage setting means is connected to the other input terminal. A first transistor having a gate connected to the output terminal of the first differential amplifier, and a first constant current source connected to the source; and a first transistor connected to the first transistor and the first constant current source. A second transistor having a gate connected to a connection point and a drain connected to a second constant current source and an output terminal, and a second transistor provided between a source and a drain of the first transistor; A signal output circuit provided with limiter means for controlling the first transistor so that the voltage does not deviate from a predetermined limit voltage. The signal output circuit detects a disconnection of a wire or a short circuit to a ground potential without providing a detection circuit. But Achieves the effect that kill.
請求項2記載の発明は、リミッタ手段は、一方の入力端に出力端子を接続し、他方の入力端にリミット電圧としての第2の基準電圧設定手段を接続した第2の差動増幅器と、前記第2の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、前記第1のトランジスタにソース結合した第3のトランジスタから少なくとも構成した請求項1記載の信号出力回路であり、前記出力端子から出力される出力電圧が前記第2の基準電圧以下にならないため、この第2の基準電圧を0Vよりも大きい値に設定することにより正常状態において前記出力電圧が0Vであるということがなくなる。したがって、前記出力電圧が0Vの場合、断線もしくは接地電位へのショートが発生したと判断することができるという作用効果を奏する。 According to a second aspect of the present invention, the limiter means includes a second differential amplifier having one input terminal connected to the output terminal and the other input terminal connected to second reference voltage setting means as a limit voltage. 2. The signal output circuit according to claim 1, wherein a gate is connected to an output terminal of said second differential amplifier, and at least a third transistor is source-coupled to said first transistor. Since the output voltage does not become lower than the second reference voltage, setting the second reference voltage to a value larger than 0 V eliminates the output voltage being 0 V in a normal state. Therefore, when the output voltage is 0 V, it is possible to determine that disconnection or short-circuit to the ground potential has occurred.
請求項3記載の発明は、第2の基準電圧設定手段は、第2の差動増幅器の他方の入力端にソースを接続し、ドレインを接地電位に接続した第4のトランジスタと、前記第4のトランジスタのゲートに接続した第2の基準電圧源からなる請求項2記載の信号出力回路であり、容易に第2の基準電圧を設定することができるという作用効果を奏する。
The invention according to claim 3, wherein the second reference voltage setting means includes: a fourth transistor having a source connected to the other input terminal of the second differential amplifier and a drain connected to the ground potential; 3. The signal output circuit according to
請求項4記載の発明は、第2の差動増幅器は、ソース結合した第6、第7のトランジスタと、前記第6、第7のトランジスタのソースに接続した第3の定電流源からなる請求項2記載の信号出力回路であり、出力電圧と第2の基準電圧との比較を簡単な構成で精度よく行うことができるという作用効果を奏する。また、出力電圧を第2の差動増幅器に入力しているので、出力電圧が他の回路等を経由する場合と比較して応答速度が速くなるという作用効果も奏する。
According to a fourth aspect of the present invention, the second differential amplifier comprises source-coupled sixth and seventh transistors and a third constant current source connected to the sources of the sixth and seventh transistors.
以上のように本発明は、一方の入力端に信号が入力され、他方の入力端に第1の基準電圧設定手段を接続した第1の差動増幅器と、前記第1の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、ソースに第1の定電流源を接続した第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタと前記第1の定電流源との接続点にゲートを接続し、ドレインに第2の定電流源と出力端子とを接続した第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのソースとドレイン間に設けられ、前記出力端子における出力電圧が所定のリミット電圧から外れないように前記第1のトランジスタを制御するリミッタ手段とを備えた信号出力回路であり、検出回路を設けることなく電線の断線もしくは接地電位へのショートを検知することができるという作用効果を奏する。すなわち、前記出力端子から出力される出力電圧が前記リミット電圧以下あるいはそれ以上にならないため、このリミット電圧を0Vよりも大きい値あるいは電源電圧以下の値に設定することにより正常状態において前記出力電圧が0Vあるいは電源電圧であるということがなく、したがって、前記出力電圧が0Vあるいは電源電圧の場合、断線もしくは接地電位あるいは電源電位へのショートが発生したと判断することができるものである。 As described above, the present invention provides a first differential amplifier in which a signal is input to one input terminal and a first reference voltage setting means is connected to the other input terminal, and an output of the first differential amplifier. A first transistor having a gate connected to an end and a first constant current source connected to a source; a gate connected to a connection point between the first transistor and the first constant current source; A second transistor connecting the constant current source and the output terminal of the second transistor, and a second transistor provided between the source and the drain of the first transistor so that the output voltage at the output terminal does not deviate from a predetermined limit voltage. This is a signal output circuit provided with limiter means for controlling one transistor, and has an effect of being able to detect disconnection of a wire or short-circuit to a ground potential without providing a detection circuit. That is, since the output voltage output from the output terminal does not become equal to or less than the limit voltage, setting the limit voltage to a value larger than 0 V or a value equal to or less than the power supply voltage makes the output voltage in a normal state. It is not 0 V or the power supply voltage. Therefore, when the output voltage is 0 V or the power supply voltage, it can be determined that a disconnection or a short circuit to the ground potential or the power supply potential has occurred.
以下、本発明の信号出力回路について実施の形態および図面を用いて説明する。なお、この信号出力回路に信号を入力する手段としてセンサを用いた。 Hereinafter, a signal output circuit of the present invention will be described with reference to embodiments and drawings. Note that a sensor was used as a means for inputting a signal to this signal output circuit.
(実施の形態1)
本実施の形態1および図1を用いて本発明の特に請求項1,2,3,4に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
With reference to the first embodiment and FIG. 1, the present invention, particularly, the inventions described in
まず、本実施の形態1の信号出力回路の構成について説明する。図1において、26は第1の差動増幅器であり、この第1の差動増幅器26は、ソース結合したトランジスタ1,2と、このトランジスタ1,2の共通ソースと第1の電源端子33との間に接続された定電流源20とで構成されており、前記トランジスタ1のゲートにセンサからの信号が入力され、前記トランジスタ2のゲートに第1の基準電圧設定手段28により第1の基準電圧が与えられる。
First, the configuration of the signal output circuit according to the first embodiment will be described. In FIG. 1,
30は前記第1の差動増幅器26の能動負荷としての第1のカレントミラーであり、この第1のカレントミラー30は、ダイオード結合したトランジスタ3と、このトランジスタ3のゲートにゲートを接続したトランジスタ4とで構成されている。前記トランジスタ3のゲート、ドレインは前記トランジスタ1のドレインに接続され、前記トランジスタ3のソースは第2の電源端子34に接続され、前記トランジスタ4のドレインは前記トランジスタ2のドレインに接続され、前記トランジスタ4のソースは前記第2の電源端子34に接続される。
5は前置増幅用の第1のトランジスタであり、ゲートは前記第1の差動増幅器26の出力である前記トランジスタ2のドレインに接続され、ソースは第1の定電流源21を介して前記第2の電源端子34に接続され、ドレインは前記第1の電源端子33に接続される。
Reference numeral 5 denotes a first transistor for pre-amplification, a gate is connected to a drain of the
6は出力用の第2のトランジスタであり、ゲートは前記第1のトランジスタ5のソースに接続され、ソースは前記第2の電源端子34に接続され、ドレインは出力端子32および第2の定電流源22を介して前記第1の電源端子33に接続される。
Reference numeral 6 denotes a second transistor for output, the gate is connected to the source of the first transistor 5, the source is connected to the second power supply terminal 34, and the drain is the
27は第2の差動増幅器であり、この第2の差動増幅器27は、ソース結合した第6、第7のトランジスタ8,9と、この第6、第7のトランジスタ8,9のソースと前記第1の電源端子33との間に接続された第3の定電流源23とで構成されており、前記第6のトランジスタ8のゲートは定電流源24を介して前記第2の電源端子34に接続され、且つ出力モニター用であるトランジスタ12のソースに接続される。このトランジスタ12のドレインは前記第1の電源端子33に接続され、ゲートは前記出力端子32に接続される。
また、前記第7のトランジスタ9のゲートは定電流源25を介して前記第2の電源端子34に接続され、且つ第2の基準電圧設定手段38の第4のトランジスタ13のソースに接続される。この第4のトランジスタ13のドレインは前記第1の電源端子33に接続され、ゲートはリミット電圧である第2の基準電圧29に接続される。
The gate of the seventh transistor 9 is connected to the second power supply terminal 34 via the constant
31は前記第2の差動増幅器27の能動負荷としての第2のカレントミラーであり、この第2のカレントミラー31は、ダイオード結合したトランジスタ14と、このトランジスタ14のゲートにゲートを接続したトランジスタ15とで構成されており、前記トランジスタ14のゲート、ドレインは前記第6のトランジスタ8のドレインに接続され、ソースは第2の電源端子34に接続されている。前記トランジスタ15のドレインは前記第7のトランジスタ9のドレインに接続され、ソースは前記第2の電源端子34に接続される。
7は出力制限用の第3のトランジスタであり、この第3のトランジスタ7のゲートは前記第2の差動増幅器27の出力である前記第7のトランジスタ9のドレインに接続され、ソースは前記第1のトランジスタ5のソース及び前記第2のトランジスタ6のゲート及び前記第1の定電流源21に接続され、ドレインは前記第1の電源端子33に接続される。
そして、リミッタ手段は、前記第3のトランジスタ7と、第2の差動増幅器27と、第2の基準電圧設定手段38とから少なくとも構成される。
The limiter includes at least the
次に、以上の構成の出力回路の動作について説明する。 Next, the operation of the output circuit having the above configuration will be described.
前記トランジスタ3のドレインから前記トランジスタ1のドレインに流れる電流と、前記トランジスタ4のドレインから前記トランジスタ2のドレインに流れる電流との和は一定に保持されるため、トランジスタ1のゲートに入力される入力信号が増加すると、第1の差動増幅器26の出力であるトランジスタ2のドレイン電圧は増加する。このドレイン電圧と第1のトランジスタ5のゲート電圧は同電位であるためトランジスタ5のソース電圧は増加し、第2のトランジスタ6のドレイン電圧は減少する。その結果、出力端子32の出力電圧は減少する。
Since the sum of the current flowing from the drain of the transistor 3 to the drain of the transistor 1 and the current flowing from the drain of the transistor 4 to the drain of the
ここで、出力電圧がリミット電圧である第2の基準電圧29より小さいとき、出力電圧が低下すると、トランジスタ12のゲート電圧が低下し、第6のトランジスタ8のゲート電圧はトランジスタ12のゲート電圧に連動して低下する。
Here, when the output voltage is lower than the
第4のトランジスタ13のゲートに与えられたリミット電圧である第2の基準電圧29は、第7のトランジスタ9のゲート電圧として与えられる。
A
そのため第2の差動増幅器27の出力である第7のトランジスタ9のドレイン電圧、すなわち第3のトランジスタ7のゲート電圧は低下し、これに連動して第3のトランジスタ7のソース電圧、すなわち、第2のトランジスタ6のゲート電圧が低下し、第2のトランジスタ6のドレイン電圧はリミット電圧である第2の基準電圧29まで上昇する。
Therefore, the drain voltage of the seventh transistor 9 which is the output of the second
その結果、出力電圧が第2の基準電圧29以下になるような入力電圧が入力されても、出力電圧は第2の基準電圧29以下にはならず、第2の基準電圧29に保たれる。このとき第1、第3のトランジスタ5,7は両ソース、両ドレインを接続しており、ソース電圧が共通なため、第3のトランジスタ7はオン状態で第1のトランジスタ5はオフ状態となり、第1の差動増幅器26の出力は遮断され、出力電圧に影響を及ぼさない。
As a result, even if an input voltage such that the output voltage becomes equal to or lower than the
一方、出力電圧がリミット電圧である第2の基準電圧29より大きいとき、第1、第3のトランジスタ5,7はソース電圧が共通なため、第3のトランジスタ7はオフ状態で第1のトランジスタ5はオン状態となり、第2の差動増幅器27の出力は遮断され、出力電圧に影響を及ぼさない。
On the other hand, when the output voltage is higher than the
以上のように出力端子32から出力される出力電圧は前記第2の基準電圧以下にならないため、この第2の基準電圧を0Vよりも大きい値に設定することにより正常状態において前記出力電圧が0Vであるということがなくなる。したがって、前記出力電圧が0Vの場合、断線もしくは接地電位へのショートが発生したと受電側回路で判断することができるものである。
As described above, since the output voltage output from the
また、出力電圧のリミッタ手段が動作した電圧、すなわちリミット電圧は正確、且つ温度等に対して安定な電圧を供給することができ、リミット電圧は第2の基準電圧29を変更するだけで容易に変更することができる。
Further, the voltage at which the output voltage limiter means operates, that is, the limit voltage can supply a voltage that is accurate and stable with respect to temperature, etc., and the limit voltage can be easily changed only by changing the
なお、本実施の形態では信号出力回路にレベル調整手段を設けていないが必要に応じて設けてもよい。例えば図2に示すように、ダイオード結合されたトランジスタ10,11を用いて、第6のトランジスタ8とトランジスタ12との間に、第7のトランジスタ9と第4のトランジスタ13との間にそれぞれ介在させてもよい。
In this embodiment, the signal output circuit is not provided with the level adjusting means, but may be provided as necessary. For example, as shown in FIG. 2, diode-coupled transistors 10 and 11 are used to interpose between the sixth transistor 8 and the
また、本実施の形態で用いたトランジスタに代わりバイポーラトランジスタを用いても同様の効果を奏する(図示せず)。この場合ソースはエミッタ、ドレインはコレクタ、ゲートはベースに相当する。 The same effect can be obtained by using a bipolar transistor instead of the transistor used in the present embodiment (not shown). In this case, the source corresponds to the emitter, the drain corresponds to the collector, and the gate corresponds to the base.
加えて、図3に示すように、図1におけるすべてのトランジスタのPNを反転させたものを用いた場合出力電圧の上限を規定することができる。すなわち、本発明の信号出力回路では第2の基準電圧設定手段38によりリミット電圧つまり下限電圧を設定したが、同様にして上限電圧を設定することができる。これにより検出回路を設けることなく電源端子へのショートを検知することができるという作用効果を奏する。この場合、上記のようにバイポーラトランジスタを用いても同様の作用効果を奏する。 In addition, as shown in FIG. 3, when all the transistors in FIG. 1 are obtained by inverting PN, the upper limit of the output voltage can be defined. That is, in the signal output circuit of the present invention, the limit voltage, that is, the lower limit voltage is set by the second reference voltage setting means 38, but the upper limit voltage can be set in the same manner. As a result, there is an operational effect that a short circuit to the power supply terminal can be detected without providing a detection circuit. In this case, the same operation and effect can be obtained by using a bipolar transistor as described above.
なお、上記実施の形態では、この信号出力回路に信号を入力する手段としてセンサを用いたが、これに限定されるものではない。 In the above embodiment, a sensor is used as a means for inputting a signal to the signal output circuit. However, the present invention is not limited to this.
本発明の信号出力回路は、受電側に別途検出回路を設けることなく、電線の断線あるいは接地電位へのショート、電源電位へのショートを検出することができ、特にセンサ等の信号出力回路として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The signal output circuit of the present invention can detect a disconnection of a wire, a short circuit to a ground potential, or a short circuit to a power supply potential without providing a separate detection circuit on the power receiving side, and is particularly useful as a signal output circuit of a sensor or the like. It is.
1,2,3,4,10,11,12,14,15 トランジスタ
5 第1のトランジスタ
6 第2のトランジスタ
7 第3のトランジスタ
8 第6のトランジスタ
9 第7のトランジスタ
13 第4のトランジスタ
20,24,25 定電流源
21 第1の定電流源
22 第2の定電流源
23 第3の定電流源
26 第1の差動増幅器
27 第2の差動増幅器
28 第1の基準電圧設定手段
29 第2の基準電圧
30 第1の負荷抵抗
31 第2の負荷抵抗
32 出力端子
33 第1の電源端子
34 第2の電源端子
38 第2の基準電圧設定手段
1, 2, 3, 4, 10, 11, 12, 14, 15 transistor 5 first transistor 6
Claims (4)
前記第1の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、ソースに第1の定電流源を接続した第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタと前記第1の定電流源との接続点にゲートを接続し、ドレインに第2の定電流源と出力端子とを接続した第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソースとドレインとの間に設けられ、前記出力端子における出力電圧が所定のリミット電圧から外れないように前記第1のトランジスタを制御するリミッタ手段とを備えた信号出力回路。 A first differential amplifier having a signal input to one input terminal and a first reference voltage setting means connected to the other input terminal;
A first transistor having a gate connected to the output terminal of the first differential amplifier and a first constant current source connected to the source;
A second transistor having a gate connected to a connection point between the first transistor and the first constant current source, and having a drain connected to a second constant current source and an output terminal;
A signal output circuit provided between a source and a drain of the first transistor, the limiter controlling the first transistor so that an output voltage at the output terminal does not deviate from a predetermined limit voltage.
前記第2の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、前記第1のトランジスタにソース結合した第3のトランジスタから少なくとも構成した請求項1記載の信号出力回路。 A second differential amplifier having an output terminal connected to one input terminal and a second reference voltage setting device as a limit voltage connected to the other input terminal;
2. The signal output circuit according to claim 1, wherein a gate is connected to an output terminal of said second differential amplifier, and at least a third transistor is source-coupled to said first transistor.
前記第4のトランジスタのゲートに接続した第2の基準電圧源からなる請求項2記載の信号出力回路。 A second reference voltage setting means, a fourth transistor having a source connected to the other input terminal of the second differential amplifier and a drain connected to the ground potential;
3. The signal output circuit according to claim 2, further comprising a second reference voltage source connected to a gate of said fourth transistor.
前記第6、第7のトランジスタのソースに接続した第3の定電流源からなる請求項2記載の信号出力回路。 A second differential amplifier comprising source-coupled sixth and seventh transistors;
3. The signal output circuit according to claim 2, further comprising a third constant current source connected to the sources of said sixth and seventh transistors.
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