JP2004301670A - センサ装置用断線検出回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ECU側のプルアップ抵抗もしくはプルダウン抵抗に数kΩ〜数十kΩの抵抗値のものを採用しトランジスタTr14もしくはTr15に直接通電することで、通常動作時にECU側から出力端子Voutを介してセンサ回路側に通電電流を供給する。また、電流制御回路S1,定電流回路S2,バイアス回路B1およびトランジスタTr11およびTr16を設け、電源供給線3の断線時にセンサ回路側のインピーダンスを、ECUのプルアップ抵抗の抵抗値に比較して少なくとも1桁以上は高くなるように構成する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御回路と、1または複数のトランジスタを有してなる機能回路を有し前記制御回路と複数の接続線及び端子を介して制御回路から電源供給されてセンサ信号を前記制御回路に出力するセンサ回路とを備え、接続線のうちの少なくとも一本の断線を検出するセンサ装置用断線検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば、車両内に設置されるセンサ装置においては、センサ回路および制御回路(例えば、ECU)が複数の接続線(例えば電源供給線、センサ信号線およびグランド接続線)及び端子Vcc,Vout,GND等を介して接続されている。図6(a),図6(b)には、このインタフェース部を概略的に示している。
この図6(a),図6(b)において、制御回路1およびセンサ回路2が複数本の接続線3〜5(電源供給線3,センサ信号線4,グランド接続線5)で接続されている。このとき、何らかの影響によりこれらの接続線3〜5のうち一本でも断線した場合に備えて、この接続状態を検出する回路が設けられている。
【0003】
この制御回路1側において、制御回路1およびセンサ回路2間の接続線3〜5の断線を検出するため、図6(a),図6(b)に示すように、例えば、プルアップ抵抗6(もしくはプルダウン抵抗7)を電源回路8に接続して制御回路1の内部端に並列に設け、制御回路1およびセンサ回路2のインピーダンス(すなわち、プルアップ抵抗6もしくはプルダウン抵抗7,および抵抗値Ro)の比を極端に設定(15〜20対1程度)するように構成する。
【0004】
このとき、何らかの影響によりこれらのうちの少なくとも1本(例えばセンサ信号線4)が断線した場合には、制御回路1側の端子Vinに印加される電圧が、プルアップ抵抗6(もしくはプルダウン抵抗7)に流れる電流変化に基づき電源電圧(もしくはグランド電圧)付近になるため、この電源電圧(もしくはグランド電圧)が制御回路1の内部回路9の通常動作時の入力電圧範囲外に設定されていれば、制御回路1の内部回路9でこの電圧を検出することで接続線3〜5のうちの少なくとも一本の断線を検出することができる。このような原理で断線検出が行われている一例として、特許文献1に開示されている断線検出装置がある。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−107292号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来より制御回路1およびセンサ回路2間を接続線3〜5で電気的に接続するときに用いられる端子としては、金メッキ処理が施された端子が用いられており、このとき、図6において、プルアップ抵抗6の値として数百kΩ程度とし、この抵抗値に対してインピーダンス比(15〜20対1程度)のインピーダンスになるようにセンサ回路2の端子の内側に接続されていた抵抗素子の抵抗値Roが調整されることに基づいて断線を検出できるようになっている。
【0007】
しかしながら、近年の要求仕様に基づき、金メッキ処理に代わり、例えばスズメッキ処理が施された安価な端子(以下、スズメッキ端子と称する)が使用されるようにもなってきている。このとき、このスズメッキ端子の接点の劣化に伴い接触抵抗の増大が懸念されるため、プルアップ抵抗6の値を従来より低下させて数kΩ〜数十kΩとすることで、通常動作時にスズメッキ端子に通電される電流を大きくし、端子劣化に伴う接触抵抗の増大を極力防ぐ必要がある。制御回路1側のプルアップ抵抗6の値を数kΩ〜数十kΩとすると、従来に比較すると1桁〜2桁程度も異なり、この仕様を満たしながら断線を検出するために従来と同様に抵抗値Roを変更して構成しても問題を生じる。
【0008】
すなわち、センサ回路2の断線時のインピーダンスを、制御回路1側のプルアップ抵抗6(もしくはプルダウン抵抗7)の値に比較して極端に小さくするためには、例えば、従来よりセンサ回路2側の端子の内側に並列に接続されている抵抗の値Ro(インピーダンス)をさらに低下させなければならないが、抵抗値の関係によりこの端子に接続される抵抗に流れる電流が通常動作時に大幅に増加することになるため、この抵抗Roに流れる無駄な電流が増加することになり好ましくない。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常動作時に接続線が接続される端子の通電電流を大きくすることで端子の接点の接触抵抗の増大を極力防ぎながら、センサ回路の端子の内側に接続されていた抵抗素子に流れる無駄な電流消費を抑えた状態で、回路間に接続された接続線の断線を検出することができる断線検出回路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明によれば、通常動作時に、制御回路により端子を介してセンサ回路側のトランジスタのコレクタもしくはドレインに直接通電電流が供給されるため、通常動作時には制御回路側を予め調整するだけで端子に流れる通電電流を大きくすることができ、端子の接点の接触抵抗の増大を極力防ぐことができると共に、センサ回路の端子の内側に従来より接続されていた抵抗に流れる無駄な電流消費を抑えることができる。しかも、接続線の断線時に、センサ回路側のインピーダンスを制御回路のインピーダンスに比較して高くするように構成したので、制御回路およびセンサ回路間に接続された接続線の断線を検出することができる。尚、接続線の断線時のセンサ回路と制御回路のインピーダンス比は約1桁、望ましくは2桁程度以上(すなわち数十,数百以上対1(約10以上対1))が望ましい。
【0011】
また、請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、逆流阻止手段は、接続線の断線時に機能回路のトランジスタの逆流を阻止するため、接続線の断線時にトランジスタを誤動作させることがない。
【0012】
ところで、センサ回路の内部構成によっては、センサ回路の端子に接続される接続線から電流が流入したり流出することにより、接続線の断線が発生したにも拘らず制御回路側に設けられた例えばプルアップ抵抗もしくはプルダウン抵抗に電圧降下が発生し通常動作時の入力電圧範囲外にならない場合も想定され、制御回路側で断線を信頼性良く検出できない場合が考えられる。
【0013】
そこで、請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明において、機能回路が1または複数の増幅回路を有し、増幅回路がセンサ回路の出力端子から接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであった場合には、逆流阻止手段は、接続線の断線時に出力側増幅回路のトランジスタの逆流を阻止するため、特にトランジスタの逆流に起因する電流経路を断つことができ、センサ信号線から流入もしくは流出する電流を阻止することができ、接続線の断線時に制御回路側で電圧降下が発生し入力電圧範囲外にならないことを防ぐことができ、制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【0014】
またこのとき、増幅回路が定電流回路から電流供給されて駆動され、出力側増幅回路がカレントミラー回路の形態を有した出力電流源を備えたものであった場合には、出力電流源に電流を供給する定電流回路を、出力側増幅回路以外の増幅回路に供給する定電流回路とは別体に設けることが望ましく(請求項4)、この場合には、接続線の断線時にセンサ信号線から流入もしくは流出する電流が定電流回路間を伝達する電流経路がなくなり、出力側増幅回路以外の増幅回路に電流を供給する定電流回路に導かれることがなくなり、出力側増幅回路以外の増幅回路に電流を供給する定電流回路の電流経路を断つことができ、カレントミラー回路の形態を有した出力電流源を備えたものであっても制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【0015】
請求項5記載の発明によれば、請求項2ないし4の何れかに記載の発明において、トランジスタがPNP型のバイポーラトランジスタであり、PNP型のトランジスタのコレクタが機能回路の動作時の下側基準電位となる電源母線側に接続された形態を有するものであった場合には、逆流阻止手段は、PNP型のトランジスタのコレクタおよび下側基準電位の電源母線間に介在してPNP型のトランジスタの逆流を阻止するため、特に接続線の断線時にPNP型のトランジスタの下側基準電位の電源母線からの電流の流入を阻止することができ、下側基準電位の電源母線側に接続されたPNP型のトランジスタの機能が不安定にならず、PNP型のバイポーラトランジスタのコレクタが下側基準電位の電源母線側に接続されていたとしてもその電流経路を遮断することができ、信頼性良く断線を検出することができる。
【0016】
また、請求項6記載の発明によれば、請求項1ないし5の何れかに記載の発明において、機能回路が、1または複数のトランジスタを有する増幅回路を有してなるものであった場合には、電流制御回路は、接続線の断線時に増幅回路に流れる動作電流を遮断するため、増幅回路の機能が停止することで、接続線の断線時にセンサ信号線から流入もしくは流出する電流が増幅回路に動作電流経路を伝達して流れなくなり増幅回路に流れる電流経路を断つことができ、センサ回路側で増幅回路が使用されていたとしても、制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【0017】
また特に、請求項7記載の発明によれば、請求項6記載の発明において、増幅回路がセンサ回路の端子から接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであった場合には、電流制御回路は接続線の断線時に出力側増幅回路に流れる動作電流を遮断するため、特に出力側増幅回路に流れる電流経路を断つことができ制御回路側で断線を信頼性良く検出することができる。
【0018】
また、請求項8記載の発明によれば、請求項6または7記載の発明において、電流制御回路がセンサ回路の電源母線から電流が入力される第1のトランジスタと第1および第2のトランジスタの制御端子同士が接続された第2のトランジスタとを有してなるカレントミラー回路により構成され、センサ回路の電源母線およびトランジスタの制御端子間に抵抗素子が接続されて構成されているので、増幅回路の動作電流を安定して遮断することができる。
【0019】
請求項9記載の発明によれば、請求項1ないし8の何れかに記載の発明において、トランジスタがバイポーラトランジスタであって、電流阻止手段がバイポーラトランジスタのベース電流の通電を阻止するため、特に接続線の断線時にバイポーラトランジスタを機能させることなく、したがってバイポーラトランジスタを介した電流経路を遮断することができ、特にバイポーラトランジスタがセンサ回路側で使用されていたとしても信頼性良く断線を検出することができる。
【0020】
請求項10または11記載の発明によれば、逆流阻止手段もしくは電流阻止手段がダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタを逆接続して構成されているので、簡単な構成で逆流阻止または電流阻止を行うことができる。
【0021】
本発明,本明細書において断線とは、一般的に電気的に遮断される意味で用いられる断線(例えば、回路間に設けられる接続線が電気的に切断された場合)は言うに及ばず、結線が外れた場合(例えば回路間を結線する接続線が端子から外れた場合)等をも含めて電気的な遮断を総称して用いている。また、トランジスタの逆流とは、例えばPNP型のバイポーラトランジスタの場合には、当該トランジスタのコレクタ−ベース間のPN接合を介して流入するコレクタ側からの電流をも意味している。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車両に配設された圧力センサ装置の断線検出回路に適用した第1の実施形態を図1ないし図4を参照しながら説明する。
自動車(車両)内には圧力センサ装置が配設されており、従来より各種車両状態の制御に用いられている。この圧力センサ装置は、センサ信号を出力するセンサ回路11を備えている。図2には、圧力センサ装置の概略的な電気的構成を示している。尚、このセンサ回路11は一例を示しており、本発明を達成できれば、必要に応じて構成の一部を削除しても、必要に応じて回路を付加して設けても良い。
【0023】
センサ回路11は、外部のECU17から電源端子Vccおよびグランド端子GND間に上側基準電位(例えば+5V)および下側基準電位(例えば0V)の電源電圧が与えられることにより動作し、センサ部12と複数段の増幅処理部13を主体として構成されている。センサ部12は、ピエゾ抵抗係数が比較的大きな半導体チップを利用して形成されたもので、印加圧力に応じて電圧レベルの検出信号が出力される。
【0024】
増幅処理部13は、複数のオペアンプOP1…OP3や複数の抵抗Ra〜Rfによる複数段の増幅回路を主体として構成されるもので、センサ部12による検出信号を初段から出力段の増幅回路14,16にかけて増幅処理を行い、センサ回路11の出力端子Voutからセンサ信号を出力する。
【0025】
この接続関係を以下説明する。オペアンプOP1の出力端子は抵抗Rcを介して反転入力端子に入力されている。このオペアンプOP1の反転入力端子は抵抗Rdを介してオペアンプOP2の出力端子に接続されている。また、オペアンプOP2の出力端子は抵抗Reを介して反転入力端子に接続されており、この反転入力端子は抵抗Rfを介してオペアンプOP4の出力端子に接続されている。オペアンプOP4は、ボルテージフォロワとして機能するもので、基準電圧生成用抵抗Rh,Riにより分圧された電圧をオペアンプOP3の反転入力端子に与えるようになっている。センサ部12の検出信号は、オペアンプOP1およびOP2の非反転入力端子に与えられる。
【0026】
このとき、センサ部12の検出信号は、オペアンプOP1およびOP2や抵抗Rc〜Rfを組み合わせで構成される初段の増幅回路14により増幅され、また、補正電圧発生部15により発生された直流電圧による補正信号がボルテージフォロワ(オペアンプOP5により構成)を介して出力段の増幅回路16(オペアンプOP3や抵抗Ra,Rbを組み合わせて構成)に与えられることにより、増幅回路14により増幅された増幅信号に補正信号が加算処理され出力端子Voutからセンサ信号として出力され入力端子Vinを介してECU17に与えられる。
【0027】
センサ回路11に対応してECU(エンジンコントロールユニット:制御回路に相当)17が設けられており、圧力センサ装置を構成している。このECU17は、A/D変換回路18(従来例の内部回路9を構成)や電源回路8を内蔵しており、センサ回路11とは別体に設けられている。このECU17は、センサ回路11との間が三本の接続線3〜5で接続されて構成されている。尚、この接続線3〜5はそれぞれ車両用ワイヤハーネスにより構成されている。
【0028】
そして、ECU17が電源供給線3およびグランド接続線5間に電源回路8から電源電圧を供給すると、センサ回路11は出力端子Voutを介してセンサ信号を通電出力し、ECU17はこのセンサ信号を入力し、初段信号処理用に構成された内部回路としてのA/D変換回路18に入力するようになっている。ECU17内部の入力端にはプルアップ抵抗6もしくはプルダウン抵抗7が接続されており、端子VinおよびVout,およびセンサ信号線4を介してセンサ回路11側に通電電流が供給されるようになっている。尚、A/D変換回路18の入力インピーダンスは、例えば1MΩに近くプルアップ抵抗6およびプルダウン抵抗7よりも大幅に大きい。
【0029】
このA/D変換回路18は、入力されたセンサ信号(直流信号)をデジタル変換処理し、内部のコントローラ(図示せず;内部回路を構成)に与える。このとき、コントローラは、A/D変換回路18から与えられた電圧が例えば入力電圧範囲約0.5〜4.5Vであった場合には、センサ回路11からのセンサ信号を受けて車両各部の制御を行う。またコントローラは、A/D変換回路18を介して通常動作時の入力電圧範囲外の電圧(約0〜0.49V、約4.51V〜5V)を受けると断線したことを判定し、例えば外部に報知するようになっている。
【0030】
次に、出力段の増幅回路16の構成について詳細に説明する。
<出力段の増幅回路16について>
図1は、出力段の増幅回路の電気的構成を概略的に示している。
この増幅回路16は、前述したように、補正電圧発生部15で発生された補正信号に初段の増幅回路14で増幅された増幅信号を加算処理するように構成されている。増幅回路16は、オペアンプOP3の出力端子Toから反転入力端子Tmにフィードバック抵抗Raを接続した負帰還増幅回路を構成している。
【0031】
<オペアンプOP3の内部構成について>
オペアンプOP3の内部構成を以下説明する。尚、本実施形態では、オペアンプOP1〜OP3は同一構成である。
オペアンプOP3の反転入力端子Tmは、PNP型トランジスタTr1のベースに接続されており、オペアンプOP3の非反転入力端子Tpは、PNP型トランジスタTr2のベースに接続されている。差動増幅回路A1の差動入力部を構成する差動入力トランジスタTr1およびTr2のエミッタは共通に接続されており、定電流回路を構成するマルチコレクタタイプのPNP型のトランジスタTr3のコレクタ−エミッタ間と電流制限用抵抗R1とを介して電源線Vc1および電源端子Vccに接続されている。
【0032】
トランジスタTr1,Tr2のコレクタとグランド端子GNDとの間には、NPN型のトランジスタTr4,Tr5からなる能動負荷(負荷回路)が接続されている。これらトランジスタTr4,Tr5は、カレントミラー回路と同様の回路形態となっている。
【0033】
トランジスタTr1とトランジスタTr4との共通接続点は、PNP型のトランジスタTr6のベースに接続されている。このトランジスタTr6のコレクタはダイオードD1のアノード−カソード間を介してグランド線Vc2およびグランド端子GNDに接続されている。また、トランジスタTr6のエミッタはトランジスタTr3のコレクタに接続されている。ダイオードD1は逆流阻止手段に相当するものである。
【0034】
一方、トランジスタTr2とトランジスタTr5との共通接続点は、PNP型のトランジスタTr7のベースに接続されている。このトランジスタTr7のコレクタは、ダイオードD1のアノード−カソード間を介してグランド線Vc2およびグランド端子GNDに接続されている。また、トランジスタTr7のエミッタは、トランジスタTr3のコレクタに接続されるとともに、出力側増幅回路を構成するNPN型のトランジスタTr8のベースに接続されている。このような接続関係から抵抗R1,トランジスタTr1〜Tr7により差動増幅回路A1が構成されている。また、トランジスタTr2のコレクタとトランジスタTr5のコレクタの共通接続点は、位相補償用コンデンサC1を介してオペアンプOP3の出力端子Toに接続されている。
【0035】
<バイアス回路B1について>
この差動増幅回路A1の駆動用に電流制御回路としてのバイアス回路B1が設けられている。電源線Vc1とグランド線Vc2との間には、PNP型のトランジスタTr9のエミッタ−コレクタ間および抵抗R2が接続されている。また同様に、電源線Vc1とグランド線Vc2との間に、抵抗R3およびPNP型のトランジスタTr10のエミッタ−コレクタ間が接続されている。
【0036】
トランジスタTr9のコレクタと抵抗R2の共通接続点は、トランジスタTr10のベースに接続されており、抵抗R3とトランジスタTr10のエミッタとの共通接続点は、トランジスタTr9およびTr3のベースに共通に接続されている。このようにしてバイアス回路B1が抵抗R2およびR3,トランジスタTr9およびTr10により構成されている。
【0037】
出力側増幅回路A2を構成するトランジスタTr8は、そのエミッタがNPN型のトランジスタTr11のコレクタおよびベースに接続されており、このトランジスタTr11のエミッタは、抵抗R4を介してグランド端子GNDに接続されている。これによりトランジスタTr11はダイオード接続されており、本発明の電流阻止手段に相当するように構成されている。
【0038】
他方、トランジスタTr8のコレクタは、抵抗R5およびPNP型のトランジスタTr12のコレクタ−エミッタ間を介して電源線Vc1に接続されている。
【0039】
このトランジスタTr12は、出力側増幅回路用の電流制御回路S1を構成している。
【0040】
<出力側増幅回路A2用電流制御回路について>
出力側増幅回路A2に対する電流を制御するため、出力側増幅回路A2用に電流制御回路(本発明の電流制御回路に相当)S1が設けられている。この電流制御回路S1の接続関係を説明する。電源線Vc1およびグランド線Vc2間に、ダイオード接続されたPNP型のトランジスタTr13(第1のトランジスタに相当)および抵抗R7が直列に接続されておりバイアス回路を構成している。そして、トランジスタTr13およびTr12のベース(制御端子に相当)同士が接続されている。そして、トランジスタTr12(第2のトランジスタに相当)のベースと電源線Vc1との間には抵抗R6が接続されることにより、これら抵抗R6およびR7並びにトランジスタTr12およびTr13によりカレントミラー回路からなる電流制御回路S1が構成されている。
【0041】
そして、トランジスタTr11のベースは、出力側増幅回路A2を構成するNPN型のトランジスタTr14のベースに接続されており、トランジスタTr14のエミッタはグランド線Vc2に接続されている。トランジスタTr14のコレクタは、オペアンプOP3の出力端子Toに接続されていると共に、PNP型のトランジスタTr15のコレクタに接続されている。またこのとき、センサ回路11側にはオペアンプOP3の出力端子Voutに抵抗素子(従来例の抵抗(抵抗値Ro)参照)が接続されないので、トランジスタTr14およびTr15の機能状況に基づいてセンサ回路11側のインピーダンスが変化する。尚、出力側増幅回路A2は、トランジスタTr8およびTr14並びに抵抗R5およびR4を主体として構成される。
【0042】
トランジスタTr15のエミッタは、電源線Vc1に接続されており、このトランジスタTr15のベースはPNP型トランジスタTr16のベースおよびコレクタに接続されている。そして、トランジスタTr16のエミッタが電源線Vc1に接続されている。このトランジスタTr16に定電流を供給するために、カレントミラー回路による定電流回路S2が構成されている。
【0043】
すなわち、この定電流回路S2は差動増幅回路A1に供給する定電流回路(トランジスタTr3および抵抗R1により構成)とは別体に設けられている。この定電流回路S2は、電源線Vc1およびグランド線Vc2間に抵抗R8およびダイオード接続されたNPN型のトランジスタTr17を接続することでバイアス電流が設定され、トランジスタTr17のベースをNPN型のトランジスタTr18のベースに共通に接続して構成され、トランジスタTr18およびTr16のコレクタが接続されることによりトランジスタTr15およびTr16に定電流が供給される。このように定電流が供給されることにより、トランジスタTr15およびTr16が出力側増幅回路の出力電流源として機能するようになる。
【0044】
上記構成の作用について説明する。
さて、図2に示したオペアンプOP1〜OP3による増幅回路は、通常動作時には通常の増幅回路として機能するが、このとき、プルアップ抵抗6が数kΩ〜数十kΩで予め設定されている場合には、通常動作時にはセンサ回路11の出力端子VoutからオペアンプOP3のトランジスタTr14のコレクタに通電電流が流入し、出力端子Voutに対して従来に比べて大きな電流を流すことができる。また、プルダウン抵抗7が数kΩ〜数十kΩで予め設定されている場合には、通常動作時にはオペアンプOP3のトランジスタTr15のコレクタからセンサ回路11の出力端子Voutを介して通電電流が流出し、出力端子Voutに、従来に比して大きな電流を流すことができる。
【0045】
したがって、出力端子Voutが、金メッキ加工処理が施されずスズメッキ加工処理された安価品で構成されていたとしても、プルアップ抵抗6もしくはプルダウン抵抗7の抵抗値を調整することで、出力端子Voutの接点の接触抵抗の増大を極力防ぐことができる。尚、端子は、センサ回路11側の出力端子Vout等に適用したがECU17側の入力端子Vinに適用しても良い。
【0046】
以下、本発明に関連して接続線3〜5が断線した場合の作用説明を行う。接続線3〜5の断線時に問題となるのは、図3に示すような2通りのパターンである。すなわち、
(a)ECU17側でプルアップ抵抗6が接続されており、電源供給線3が断線した場合
(b)ECU17側でプルダウン抵抗7が接続されており、グランド接続線5が断線した場合
である。尚、これ以外の場合、(c)センサ信号線4が断線した場合や、(d)ECU17側でプルアップ抵抗6の接続形態時にグランド接続線5が断線した場合、(e)ECU17側でプルダウン抵抗7の接続形態時に電源供給線3が断線した場合、(f)何れか2本以上の線が断線した場合については、ECU17のA/D変換回路18に対してプルアップ抵抗6もしくはプルダウン抵抗7を介して通常動作時の入力電圧範囲外の電圧が与えられることにより断線が判定される。
【0047】
以下、(a)および(b)の2通りに分けて、従来例との比較に基づいてオペアンプOP3を例に挙げて説明する。尚、図3において、機能回路KはオペアンプOP1〜OP5を主体とした回路を示しており、Rrefはセンサ回路11を構成するために必要とされる基準電圧生成用抵抗(例えば図2における抵抗Rh,抵抗Ri等)を示しており、図6に対応した説明図を示すものである。
【0048】
対策を施さない従来例回路を、図4(a)および図4(b)に示している。この図4(a)および図4(b)は、同一の回路であり、図1に対応した一般的なオペアンプを示すもので、図1と同一の機能を有する各素子については同一符号を付している。
【0049】
(a)プルアップ抵抗6の接続、電源供給線3の断線
従来回路例において、ECU17側にプルアップ抵抗6が接続されており、センサ回路側が図4に示される構成で電源供給線3が断線すると、図4(a)の▲1▼または▲2▼等の経路で電流が流れることが確認されている。尚、出力端子Voutからフィードバック抵抗Raを介して差動入力トランジスタTr1に流入する電流経路も考えられるが、Tr1がPNP型のトランジスタで構成されているので、差動増幅回路A1の入力側から電流は流入しない。▲1▼の電流経路を説明すると、ECU17側の電源回路8から電源が供給されるときに、プルアップ抵抗6を介してセンサ信号線4に通電電流が流れ、出力端子Voutを介してセンサ回路11に流入する。
【0050】
このとき、この通電電流は、PNP型のトランジスタTr15のコレクタ−ベース間(PN接合順方向)を介してトランジスタTr10に流れる。これはトランジスタTr3,Tr9およびTr15のベース同士が接続されていることに起因する。そして、トランジスタTr10のエミッタ−ベース間(PN接合順方向)および抵抗R2を介してグランド線Vc2からECU17側に流れ込み、電流ループが形成される(図示参照)。
【0051】
また▲2▼の電流経路を説明すると、▲1▼の電流経路でトランジスタTr15のコレクタ−ベース間に電流が流れることに起因して、トランジスタTr15のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、この電流が基準電圧生成用抵抗Rref(例えば図2の抵抗Rh,Ri)を介してグランド線Vc2に至り電流経路が形成される(図示参照)。これらの電流が流れることにより、プルアップ抵抗6の電圧降下が大きくなり、ECU17側のA/D変換回路18の入力には、通常動作時の入力電圧範囲(約0.5V〜4.5V)の電圧が与えられ、従来構成では断線したことが検出されない。
【0052】
そこで、この問題を解決するため、図1において、トランジスタTr15およびTr16からなる出力電流源に電流を供給する定電流回路S2をバイアス回路B1および差動増幅回路A1に対して別体に設け、前述説明した接続関係により構成している。このとき、電源供給線3の断線時に出力端子Voutから電流が流入したとしても、電源端子Vccに電源電圧が供給されなくなることから定電流回路S2のトランジスタTr17およびTr18がオフとなり、出力電流源に電流が流れなくなる。したがって図4(a)に示す▲1▼の電流経路がなくなり、トランジスタTr15のコレクタ側から電流が流入しなくなり、さらに図4(a)に示す▲2▼の電流経路もなくなる。
【0053】
これにより、プルアップ抵抗6がECU17側に接続されており電源供給線3が断線したときには、通電電流がトランジスタTr15に逆流しなくなるため、プルアップ抵抗6で電圧降下を生じることなく信頼性良く断線検出することができる。
【0054】
(b)プルダウン抵抗7の接続、グランド接続線5の断線
ECU17側でプルダウン抵抗7が接続されており、センサ回路側が図4に示す回路で形成されている状態でグランド接続線5が断線すると、図4(b)の▲3▼〜▲5▼等の経路で電流が流れることが確認される。すなわち、▲3▼の電流経路を説明すると、ECU17側の電源回路8から電源供給線3を介して電源電圧が供給されるときに、グランド線Vc2の電位が不安定な状態となり、基準電圧生成用抵抗Rref(例えば図2の抵抗Rh、Ri)等を介してグランド線Vc2に電流が流入しPNP型のトランジスタTr6およびTr7のコレクタ−ベース(PN接合順方向)を介してこの電流が流入し、初段の差動増幅回路A1を構成するトランジスタTr1およびTr2のコレクタ側から悪影響が及ぼされる。さらに、▲4▼の経路では、抵抗R4を介してトランジスタTr14にベース電流が流れ込むことに起因して、トランジスタTr14のエミッタ−コレクタ間を介して逆流し出力端子Voutから流出する。
【0055】
また▲5▼の経路の電流を説明する。前述説明したような▲3▼や▲4▼の経路の電流が流れることで、トランジスタTr8のベース−エミッタ間電圧が不安定な状態となり、この影響等により抵抗R5を介してトランジスタTr8およびTr14を介して出力端子Voutから電流が流出する(図示参照)ことが確認されており、これら出力端子Voutから流出する電流は、プルダウン抵抗7に与えられることによりこのプルダウン抵抗7にかかる両端電圧が大きくなり、A/D変換回路18の入力には通常動作時の入力電圧範囲(約0.5V〜4.5V)の電圧が与えられ、断線が検出されない。
【0056】
そこで、この問題を解決するために、本実施形態においては図1において、ダイオードD1,電流制御回路S1,バイアス回路B1,およびダイオード接続されたトランジスタTr11を設け、前述説明した接続関係により構成している。
【0057】
このとき、グランド接続線5の断線時には、グランド線Vc2に電流が流れたとしても、PNP型のトランジスタのコレクタおよびグランド線Vc2間に介在してダイオードD1がグランド線Vc2側から電流が流れ込まないように逆接続されているため(図示極性参照)、トランジスタTr1,Tr2,Tr6およびTr7に流入しなくなる。
【0058】
また、トランジスタTr11を設けることにより、グランド線Vc2から流入するバイポーラトランジスタTr14のベース電流の通電を阻止することができ、ECU17側では電圧降下を生じることがないので、トランジスタTr14を機能させることなく信頼性良く断線検出することができる。
【0059】
また、電源線Vc1および抵抗R5間に電流制御回路S1を設けることにより、電流制御回路S1がグランド接続線5の断線時に抵抗R5に流れる動作電流(トランジスタTr8のコレクタ電流)を遮断するため、出力側増幅回路A2が機能しなくなり出力端子Voutから電流が流出しなくなる。また、電源線Vc1およびトランジスタTr9のベース間に抵抗R3を所定条件で設けることにより、グランド接続線5の断線時に差動増幅回路A1を機能させないようにすることができる。
【0060】
尚、特に、抵抗R3,R2,R6,R7をある所定比で設けることにより、電流制御機能をさらに向上できることが確認されており、このとき抵抗R6およびR7の抵抗値の比や抵抗R3およびR2の抵抗値の比は、数十対1(例えば10対1)程度に設けることが通常動作時および断線時の電流制御機能を維持する点で望ましい。
【0061】
このような場合、接続線3〜5の断線時のセンサ回路11とECU17のインピーダンス比は少なくとも1桁もしくは2桁程度以上(例えば10,数十,数百以上対1)となることが推定される。これにより、プルダウン抵抗7が接続されグランド接続線5が断線したときには▲3▼〜▲5▼等の電流経路が断たれることになり、プルダウン抵抗7で電圧降下を生じることなく信頼性良く断線検出することができる。
【0062】
すなわち、通常動作時に回路の電流のバランスが適切に保たれて動作していた状態であっても、従来、センサ回路11およびECU17間の接続線3〜5のうち何れか一本が断線することに基づいてトランジスタTr6,Tr7,Tr14,Tr15が逆流し電流バランスが崩れ断線を検出することができなかったが、各トランジスタTr6,Tr7,Tr14,Tr15の逆流を阻止するようにダイオードD1や電流制御回路S1,定電流回路S2,ダイオード接続されたトランジスタTr11を設けたので、接続線3〜5の断線時にも各トランジスタが逆流することなく断線を信頼性良く検出することができる。
【0063】
このような第1の実施形態によれば、ECU17側の入力端子VinをトランジスタTr14およびTr15のコレクタに対して抵抗素子を介さずに直接接続し、プルアップ抵抗6もしくはプルダウン抵抗7に数kΩ〜数十kΩの抵抗値の抵抗を採用してトランジスタTr14もしくはTr15のコレクタに通電することで、通常動作時にECU17側から端子Vcc,Vout,GNDを介してセンサ回路11側に通電電流を供給するため、端子Vcc,Vout,GNDがスズメッキ処理の施されたものであったとしても、通電電流を従来に比較して大きくすることができ、端子の接点の接触抵抗の増大を極力防ぐことができる。
【0064】
しかも、電流制御回路S1,定電流回路S2,バイアス回路B1およびトランジスタTr11およびTr16を設け、電源供給線3(もしくはグランド接続線5)の断線時にセンサ回路11側のインピーダンスを、ECU17のプルアップ抵抗6(もしくはプルダウン抵抗7)の抵抗値に比較して少なくとも1桁以上は高くなるように構成しているので、プルアップ抵抗6もしくはプルダウン抵抗7で電圧降下を生じることなく信頼性良く断線検出することができる。
【0065】
センサ回路11全体として断線検出時の電流経路を考えた場合,端子Voutに直接つながるオペアンプOP3だけでなく,抵抗Ra等を介してつながるオペアンプOP1やOP2等についても同様の電流経路が考えられるため,それらのオペアンプについても本実施形態で説明を行ったオペアンプOP3を適用している。これにより、さらに信頼性良く断線検出することができる。
【0066】
尚、オペアンプOP3等を構成するトランジスタTr1〜Tr17等の素子に寄生素子が存在すると,寄生素子が逆流阻止手段D1,電流阻止手段Tr11等のバイパス経路となり,当該阻止手段の機能を阻害する場合があるため,寄生素子の存在しないウェハプロセス(酸化膜絶縁分離プロセス等)を用いるなどして,寄生素子によるバイパス経路を排除すると良い。
【0067】
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態の説明を示すもので、第1の実施形態と異なるところは、オペアンプの電流制御回路S1および定電流回路S2に代えて、出力側増幅回路A2側にトランジスタTr14およびTr15の逆流を阻止するようにダイオードを設けたところにある。第1の実施形態と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
図5において、オペアンプOP3のトランジスタTr15のコレクタおよび出力端子Voutに介在してダイオードD2が図示極性により接続されている。また、トランジスタTr14のコレクタおよび出力端子Voutに介在してダイオードD3が図示極性により接続されている。
【0068】
このとき、例えばECU17側にプルアップ抵抗6が接続されている場合に、トランジスタTr15を逆流する電流がダイオードD2により阻止される。すなわち、図4(a)に示す▲1▼および▲2▼の電流経路が断たれることになる。また、例えばECU17側にプルダウン抵抗7が接続されている場合に、トランジスタTr14を逆流する電流がダイオードD3により阻止される。すなわち、図4(b)に示す▲4▼及び▲5▼の電流経路を断つことができる。
【0069】
このような第2の実施形態によれば、第1の実施形態に比較してオペアンプOP3の出力電圧範囲が狭くなるものの、この場合にも第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0070】
(他の実施形態)
本発明は、上述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような変形もしくは拡張が可能である。
またオペアンプOP1〜OP5を主体として構成された機能回路Kに適用した実施形態を示したが、センサ回路11がトランジスタを有していればこの回路を当該機能回路に適用しても良い。この場合、通常動作時にECU17により出力端子Vout等を介してセンサ回路11側のトランジスタのコレクタに直接通電電流が供給され、接続線3〜5の断線時に、センサ回路11側のインピーダンスをECU17側のインピーダンスに比較して高くするように構成できればどのような回路を適用しても良い。
バイポーラトランジスタに適用した実施形態を示したが、FETに適用しても良い。また、バイアス回路B1と、電流制御回路S1の抵抗R6およびR7並びにトランジスタTr13とを共用するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるセンサ回路の一部を示す電気的構成図
【図2】制御回路とセンサ回路を示す電気的構成図
【図3】断線検出の問題点を説明するための図
【図4】(a)(b)従来の断線時の電流の流れを説明するための図
【図5】本発明の第2の実施形態を示す図1相当図
【図6】(a)(b)従来例の説明図
【符号の説明】
3は電源供給線(接続線)、4はセンサ信号線(接続線)、5はグランド接続線(接続線)、6はプルアップ抵抗、7はプルダウン抵抗、11はセンサ回路、13は増幅処理部、14は初段の増幅回路、16は出力段の増幅回路、17はECU(制御回路)、A1は差動増幅回路(増幅回路)、A2は出力側増幅回路(増幅回路)、OP1〜OP5はオペアンプ、Vccは電源端子(端子)、Voutは出力端子(端子)、GNDはグランド端子(端子)、Vinは入力端子(端子)、Vc1は電源線(電源母線)、Vc2はグランド線(下側基準電位の電源母線)、Tr1〜Tr17はバイポーラトランジスタ(トランジスタ)、Tr6,Tr7はPNP型のバイポーラトランジスタ、Tr11は電流阻止手段、Tr12は第2のトランジスタ、Tr13は第1のトランジスタ、R3,R6は抵抗素子、D1はダイオード(逆流阻止手段)、Kは機能回路、B1はバイアス回路(電流制御回路)、S1は電流制御回路、S2は定電流回路である。
Claims (11)
- 制御回路と、1または複数のトランジスタを有してなる機能回路を有し前記制御回路と複数の接続線及び端子を介して前記制御回路から電源供給されてセンサ信号を前記制御回路に出力するセンサ回路とを備え、前記接続線のうちの少なくとも一本の断線を検出するものにおいて、
通常動作時に、前記制御回路により前記端子を介して前記センサ回路側のトランジスタのコレクタもしくはドレインに直接通電電流が供給されるように構成されていると共に、
前記接続線の断線時に、前記センサ回路側のインピーダンスを前記制御回路側のインピーダンスに比較して高くするように構成されていることを特徴とするセンサ装置用断線検出回路。 - 前記接続線の断線時に前記機能回路のトランジスタの逆流を阻止する逆流阻止手段を設けたことを特徴とする請求項1記載のセンサ装置用断線検出回路。
- 前記機能回路は1または複数の増幅回路を有し、当該増幅回路は、前記センサ回路の出力端子から前記接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであって、
前記逆流阻止手段は、前記接続線の断線時に前記出力側増幅回路のトランジスタの逆流を阻止するように構成されていることを特徴とする請求項2記載のセンサ装置用断線検出回路。 - 前記増幅回路は、定電流回路から電流供給されて駆動され、前記出力側増幅回路は、カレントミラー回路の形態を有した出力電流源を備えたものであって、
前記出力電流源に電流を供給する定電流回路を、前記出力側増幅回路以外の増幅回路に供給する定電流回路とは別体に設けたことを特徴とする請求項3記載のセンサ装置用断線検出回路。 - 前記トランジスタはPNP型のバイポーラトランジスタであり、前記PNP型のトランジスタのコレクタが前記機能回路の動作時の下側基準電位となる電源母線側に接続された形態を有するものであって、
前記逆流阻止手段は、前記PNP型のトランジスタのコレクタおよび前記下側基準電位の電源母線間に介在して前記PNP型のトランジスタの逆流を阻止することを特徴とする請求項2ないし4の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。 - 前記機能回路は、前記1または複数のトランジスタを有する増幅回路を有してなるものであって、
前記接続線の断線時に、前記増幅回路の動作電流を遮断する電流制御回路を設けたことを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。 - 前記増幅回路は、前記センサ回路の端子から接続線を介して直流信号を入出力可能な出力側増幅回路を有するものであって、
前記電流制御回路は、前記接続線の断線時に前記出力側増幅回路の動作電流を遮断することを特徴とする請求項6記載のセンサ装置用断線検出回路。 - 前記電流制御回路は、前記センサ回路の電源母線から電流が入力される第1のトランジスタと第1および第2のトランジスタの制御端子同士が接続された第2のトランジスタとを有してなるカレントミラー回路により構成され、前記センサ回路の電源母線および前記トランジスタの制御端子間に抵抗素子が接続されて構成されていることを特徴とする請求項6または7記載のセンサ装置用断線検出回路。
- 前記トランジスタはバイポーラトランジスタであって、
前記接続線の断線時に前記バイポーラトランジスタのベース電流の通電を阻止する電流阻止手段を設けたことを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。 - 前記逆流阻止手段は、ダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタを逆接続して構成されていることを特徴とする請求項2,3,5の何れかに記載のセンサ装置用断線検出回路。
- 前記電流阻止手段は、ダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタを逆接続して構成されていることを特徴とする請求項9記載のセンサ装置用断線検出回路。
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