JP2005184118A - Ad変換器の故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アナログ信号の電圧を入力するための入力端子と、その入力端子に接続されてアナログ信号の電圧が蓄積されるコンデンサと、コンデンサに蓄積されたアナログ信号の電圧をデジタル信号の電圧に変換するためのAD変換器とを備え、正常時の信号動作電圧範囲がAD変換器の入力動作電圧範囲より狭い電圧範囲に制限されたアナログ信号が入力され、AD変換器で変換したデジタル信号の電圧の故障電圧範囲を予め記憶する記憶部を含み、デジタル信号の電圧が故障電圧範囲にあるときにAD変換器が故障であると判断するAD変換器の故障検出装置において、
AD変換器によって、アナログ信号の電圧をデジタル信号の電圧に変換した後に、コンデンサに蓄積されたアナログ信号の電圧を故障電圧範囲内の電圧に初期化することを特徴とするAD変換器の故障検出装置として実現可能である。
【選択図】 図1
Description
アナログ信号電圧を入力するための1チャンネル以上の入力端子と、アナログ信号電圧をサンプルホールドするコンデンサを有し、コンデンサにサンプルホールドされたアナログ信号電圧をデジタル信号値にAD変換するAD変換器と、
AD変換器の少なくとも1チャンネルの入力端子に、正常時の信号動作電圧範囲がAD変換器の入力動作電圧範囲より狭い電圧範囲に制限されたアナログ信号を入力する入力手段と、
AD変換器で変換したデジタル信号値の故障判定値範囲を予め記憶している記憶部と、
故障判定値範囲を制限されたアナログ信号の正常時の信号動作電圧範囲外で、かつAD変換器の入力電圧範囲内にある電圧範囲に相当する値に設定する電圧範囲設定手段と、
制限されたアナログ信号をAD変換器で変換したデジタル信号の値が故障判定値範囲にあるときに、AD変換異常であると判定するAD変換器の故障検出手段と、
AD変換器によって、少なくとも制限されたアナログ入力信号の電圧をコンデンサにサンプルホールドする前に、前回のAD変換動作でコンデンサに蓄積された電圧を故障判定値範囲内に相当する電圧に初期化する初期化手段と、
を有することを特徴とするAD変換器の故障検出装置として構成される。
本発明の第1実施例の特徴を分かり易くするため、従来技術による構成について図8を用いて説明する。図8は、従来技術によるAD変換器18のブロック図である。VIN0〜VIN3はセンサの入力を電圧源に置き換えて表示したものである。これらがそれぞれ端子AIN0〜AIN3に接続されている。AD変換器18は入力Ch選択スイッチ部20,比較器21,AD変換制御部22,比較電圧選択部23,変換レジスタ部24,Chレジスタ00〜11を備えるレジスタ格納部28を含み、クロック信号φを基準に動作するアドレスバス,データバス,RD(読み出し要求),WR(書き換え要求)の信号線によって制御部19に接続されている。また、AD変換器18は、制御部19から供給されるCLK(クロック)信号を基準に動作している。
図1および図2を用いて、本発明のAD変換器の故障検出装置における第1の実施の形態であるS/Hコンデンサの初期化処理について説明する。
また、S/HコンデンサC1の初期化電圧をAD変換器の上側基準電圧VREF+(本発明における故障検出用電圧生成手段)(即ち、S/Hコンデンサ初期化SW25の一端をVREF+(5V)に接続する)としても、VREF+(5V)は故障電圧範囲にあるため、S/HコンデンサC1に異常がある場合あるいはセンサからの入力系統に断線異常がある場合は、上記と同様に制御部19でAD変換器に異常があると判断できる。
図1のSW00のようにアナログ信号の入力が開放状態になっていると、SW1のS/Hコンデンサ側の電位はS/Hコンデンサ初期化時の電圧となる。即ち、VREF−(0V)に接続されているのと同じ状態である。よって、この場合S/HコンデンサC1を初期化してAD変換を行なうと、変換結果は0Vに相当する値となり故障電圧範囲にあるため、S/HコンデンサC1に異常がある場合あるいはセンサからの入力系統に断線異常がある場合は、上記と同様に制御部19でAD変換器に異常があると判断できる。
さらに、AD変換器の入力の1つ、例えばVIN1をAD変換器に供給されるAD電源電圧(5V)あるいは基準電圧(VREF+、VREF−)に接続される安定化電源とは異なる安定化電源から生成された予め定められた任意の電圧(例えば2.5V)として、その変換結果を制御部19が読み出し、予め制御部19の図示しないROMなどの記憶部に記憶されている該任意の電圧の変換結果の予測値と比較して、所定値以上の差がある場合はデータ異常と判断する処理を行なえば、上記と同様に制御部19でAD電源電圧、基準電圧を含む比較電圧選択部、VIN1に異常があると判断できる。
さらに、図1の故障検出機能付のAD変換器18を複数電源で動作するマイクロコンピュータに内蔵し、AD変換器の入力の1つ、例えばVIN1をAD変換器に供給されるAD電源電圧あるいは基準電圧(VREF+、VREF−)に接続される安定化電源とは異なる安定化電源に接続される電源(例えば、コア電源の2.5V)にマイクロコンピュータ内部で接続して、その変換結果を制御部19が読み出し、予め制御部19の図示しないROMなどの記憶部に記憶されている該任意の電圧の変換結果の予測値と比較して、所定地位状の差がある場合はデータ異常と判断する処理を行なえば、特別な回路を必要とせず、上記と同様に制御部19でAD電源電圧、基準電圧を含む比較電圧選択部、VIN1に異常があると判断できる。
図4を用いて、AD変換時のデータチェック処理の全体の流れについて説明する。この処理は、制御部19を構成するCPUに含まれるプログラムにより周期的に実行される。AD変換器18では、制御部19からの指示に従い、指定されたChについて先に述べたようにAD変換自体が正しく行なわれたかのチェックを行ない(S1〜S4)、AD変換結果の内容に異常がないかを調べる(S5〜S8)。最後に、AD変換結果が正常の場合には、AD変換結果の直線性の判定処理(詳細は後述)を行なう(S9)。
次に、予め定められた少なくとも2点の電圧値を設定し、それら2点の電圧値のAD変換結果を基に、AD変換器の直線性異常の検出する方法について説明する。この処理(図4:S9に相当)は制御部19を構成するCPUに含まれるプログラムにより実行される。図11は該処理の詳細を示すフロー図である。AD変換が終了すると、制御部19からAD変換器18に対してAD変換データ送信要求を行ない、格納レジスタ28のチェック用Chレジスタ00(SW00のAD変換結果)およびチェック用Chレジスタ11(SW11のAD変換結果)の内容を取り込む(S41)。
図1のSW00の入力電圧を2V,SW11の入力電圧を3Vとする。変換レジスタに生成される変換後のデータが8ビット構成であるとすると、これらをAD変換すると、それぞれ$66,$99(16進数で表現)というAD変換結果を得る。これらの値を予め制御部19の図示しないROMなどの記憶部に記憶しておき、一定周期でSW00およびSW11をAD変換してその結果と記憶されている値とを比較する。SW00,SW11の変換結果の少なくとも一方が記憶されている値に対して一定値以上異なる場合は、AD変換器の直線性に異常があると判定する。
図1のSW00の入力電圧を任意のアナログ電圧とし、SW11の入力電圧をSW00の入力電圧の所定の倍率(例えば2倍)の電圧を入力する。あるAD変換時のSW00の入力電圧を2Vとすると,SW11の入力電圧はSW00の入力電圧の2倍である4Vとなる。これらのAD変換を行なうとそれぞれ$66,$CC(16進数で表現)というAD変換結果を得る。$CC=$66×2であるので、AD変換結果においてもSW11のAD変換結果はSW00のAD変換結果の2倍という関係が成り立つ。この関係を用いてSW11のAD変換結果がSW00のAD変換結果の2倍の値でなく、かつどちらの入力電圧もAD変換器の入力電圧範囲を超えていない場合には、AD変換器の直線性に異常があると判定する。
図1のSW00の入力電圧を任意アナログ電圧とし、SW11の入力電圧をSW00の入力電圧に所定のオフセット(例えば0.5V)を加えた電圧を入力する。あるAD変換時のSW00の入力電圧を2Vとすると,SW11の入力電圧はSW00の入力電圧に対してオフセット分0.5Vを加えた2.5Vとなる。これらのAD変換を行なうとそれぞれ$66,$80(16進数で表現)という値となる。$80=$66+$1Aで、$1Aはオフセット分0.5Vに相当する。よって、AD変換結果においてもSW11のAD変換結果はSW00のAD変換結果にオフセット分を加えたものであるという関係が成り立つ。この関係を用いてSW11のAD変換結果がSW00のAD変換結果にオフセット分0.5Vを加えた値でなく、かつどちらの入力電圧もAD変換器の入力電圧範囲を超えていない場合には、AD変換器の直線性に異常があると判定する。
図1のSW00の入力電圧を任意のアナログ電圧とし、SW11の入力電圧をSW00の入力電圧に所定の倍率(例えば2倍)に所定のオフセット(例えば0.5V)を加えた電圧を入力する。あるAD変換時のSW00の入力電圧を2Vとすると,SW11の入力電圧はSW00の入力電圧の2倍の値にオフセット分0.5Vを加えた4.5Vとなる。これらのAD変換を行なうとそれぞれ$66,$CC(16進数で表現)というAD変換結果を得る。$E6=$66×2+$1Aであるので、AD変換結果においてもSW11のAD変換結果はSW00のAD変換結果を2倍してオフセット分を加えたものという関係が成り立つ。この関係を用いてSW11のAD変換結果がSW00のAD変換結果を2倍してオフセット分0.5Vを加えた値でなく、かつどちらの入力電圧もAD変換器の入力電圧範囲を超えていない場合には、AD変換器の直線性に異常があると判定する。
図1のSW00の入力を開放状態とし、SW11の入力電圧を4Vとして、SW00およびSW11のAD変換を行なうと、SW00は開放状態であるため、S/Hコンデンサの初期化電圧0Vを入力したと等価となり、それぞれ$00,$CC(16進数で表現)というAD変換結果を得る。入力0Vは故障電圧範囲にあるため、SW00のAD変換を行なえばS/HコンデンサC1の初期化機能の異常、あるいは入力Ch選択SW部のSWのON固着故障(閉固着故障)検出を行なうことができる。加えて、上述の通り、2点の入力電圧からAD変換器の直線性の異常を検出もあわせて行なうことが可能である。
図1のSW00の入力電圧を2V、SW11の入力電圧をAD変換器の電源および基準電圧に接続されている電源系統以外の電源系統から作られた予め定められた電圧の3Vを入力として、これらをAD変換すると、それぞれ$66,$99(16進数で表現)というAD変換結果を得るはずであるが、SW11のAD変換結果のみが異常となった場合は、AD変換器の基準電圧もしくは電源電圧が異常、SW11の入力電圧の異常、もしくは直線性の異常のどれかの1つ以上の異常が発生していると判定できる。このように、AD変換器の直線性の異常検出の他に、基準電圧,AD電源電圧の異常検出も行なうことができる。
図1のSW00の入力電圧をVREF−(0V),SW11の入力電圧をVREF+(5V)として、これらをAD変換すると、それぞれ$00,$FF(16進数で表現)というAD変換結果を得るはずであるが、変換レジスタ部24でビット固着が発生すると異なる変換結果となる。例えば、変換レジスタ部24の最下位ビットが0固着状態となっている場合には、SW00,SW11のAD変換結果はそれぞれ$00(正常),$FE(異常)となり、最下位ビットが1固着状態となっている場合には、SW00,SW11のAD変換結果はそれぞれ$01(異常),$FF(正常)となる。このように、AD変換器の直線性の異常検出の他に、変換レジスタ部24でのビット固着故障の検出も行なうことができる。
図1のS/Hコンデンサの初期化電圧をVREF−(0V)とし、SW00の入力を開放,SW11の入力電圧をVREF+(5V)として、これらをAD変換すると、SW00の変換結果はS/Hコンデンサの初期化時の電圧、すなわちVREF−(0V)を変換したと等価となり、これらをAD変換すると、それぞれ$00,$FF(16進数で表現)というAD変換結果となり、前述した請求項13の構成と同様に、AD変換器の直線性の異常検出の他に、変換レジスタ部24でのビット固着故障の検出も行なうことができる。
図1のS/Hコンデンサの初期化電圧をVREF+(5V)とし、SW00の入力電圧をVREF−(0V),SW11の入力を開放として、これらをAD変換すると、SW11の変換結果はS/Hコンデンサの初期化時の電圧、すなわちVREF+(5V)を変換したと等価となり、これらをAD変換すると、それぞれ$00,$FF(16進数で表現)というAD変換結果となり、前述した請求項13の構成と同様に、AD変換器の直線性の異常検出の他に、変換レジスタ部24でのビット固着故障の検出も行なうことができる。
図1のAD変換器の入力チャンネル4つのうち、チャンネル番号0(SW00)入力とチャンネル番号3(SW11)入力に2つの入力電圧の関係が明確な入力、例えば0Vと5Vを入力し、これらをAD変換すると、それぞれ$00,$FF(16進数で表現)というAD変換結果となる。ここで、入力Ch選択部に入力される入力Ch選択信号のビット線に信号レベルが固着する故障が発生した場合には、上記どちらかのAD変換結果が異なった値をとなる。例えば、入力Ch選択信号の最下位ビット線が0に固着したとすると、SW11のAD変換時、SW10のAD変換が行われ、そのデータがAD変換結果となる。同様に入力Ch選択信号の最上位ビット線が1に固着したとすると、SW00のAD変換時、SW10のAD変換が行われ、そのデータがAD変換結果となる。このように、AD変換器の直線性の異常検出の他に、入力Ch選択部に入力される入力Ch選択信号のビット線に信号レベルが固着する故障の検出も行なうことができる。
図1および図5を用いて説明する。AD変換が終了した際に、そのAD変換データからパリティビットを生成して、その両方のデータを格納レジスタ28の該当領域に格納する。なお、本実施例では、奇数パリティを採用する。奇数パリティとは、伝送するデータのビット列にある”1”の数が奇数になるようにパリティビットを設定するもので、パリティビットの設定は、AD変換器18のパリティ演算部26によって行なわれる。
19 制御部(電圧範囲設定手段,記憶部,故障検出手段,理想値記憶手段,設定手段,算出手段,)
20 入力Ch選択スイッチ部
21 比較器
22 AD変換制御部
23 比較電圧選択部
24 変換レジスタ部
25 S/Hコンデンサ初期化SW(初期化手段)
26 パリティ演算部
28 レジスタ格納部(変換結果記憶部)
Claims (18)
- アナログ信号電圧を入力するための1チャンネル以上の入力端子と、前記アナログ信号電圧をサンプルホールドするコンデンサを有し、前記コンデンサにサンプルホールドされた前記アナログ信号電圧をデジタル信号値にAD変換するAD変換器と、
前記AD変換器の少なくとも1チャンネルの入力端子に、正常時の信号動作電圧範囲が前記AD変換器の入力動作電圧範囲より狭い電圧範囲に制限されたアナログ信号を入力する入力手段と、
前記AD変換器で変換した前記デジタル信号値の故障判定値範囲を予め記憶している記憶部と、
前記故障判定値範囲を前記制限されたアナログ信号の正常時の信号動作電圧範囲外で、かつ前記AD変換器の入力電圧範囲内にある電圧範囲に相当する値に設定する電圧範囲設定手段と、
前記制限されたアナログ信号を前記AD変換器で変換したデジタル信号の値が前記故障判定値範囲にあるときに、AD変換異常であると判定するAD変換器の故障検出手段と、
前記AD変換器によって、少なくとも前記制限されたアナログ入力信号の電圧を前記コンデンサにサンプルホールドする前に、前回のAD変換動作で前記コンデンサに蓄積された電圧を前記故障判定値範囲内に相当する電圧に初期化する初期化手段と、
を有することを特徴とするAD変換器の故障検出装置。 - 前記初期化手段は、前記コンデンサに蓄積されている電圧値を、AD変換を行なう基準となる基準電圧のうちの上側基準電圧に初期化するものである請求項1に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記初期化手段は、前記コンデンサに蓄積されている電圧値を、AD変換を行なう基準となる基準電圧のうちの下側基準電圧に初期化するものである請求項1に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記故障検出手段は、前記入力端子の少なくとも1つを開放状態として前記初期化手段により前記コンデンサに蓄積された電圧を初期化した時の電圧値をAD変換した時の理想値を記憶する理想値記憶手段を有し、前記入力端子を開放状態としてAD変換したデジタル信号値と前記理想値を比較し、両者の差が所定の値を超えた場合に前記AD変換器の故障と判定するものである請求項1に記載のAD変換器の故障検出装置。
- アナログ信号電圧を入力するための2チャンネル以上の入力端子を有し、前記アナログ信号の電圧値をデジタル信号値にAD変換するAD変換器と、
前記AD変換器を動作させるための電源および前記AD変換の基準となる基準電圧を生成する電源とは別に定められた電源から所定の故障検出用電圧を生成する故障検出用電圧生成手段と、
前記故障検出用電圧値をAD変換したときの理想値を記憶する理想値記憶手段と、
前記故障検出用電圧値を前記AD変換器の少なくとも1チャンネルに入力し、そのAD変換値と前記理想値と比較し、両者の差が所定の値を超えた場合に前記AD変換器の故障と判定する故障検出手段と、
を備えることを特徴とするAD変換器の故障検出装置。 - 複数の電源で動作するマイクロコンピュータに内蔵されたAD変換器において、前記内蔵されたAD変換器の電源、および基準電圧に接続されていない前記マイクロコンピュ−タの電源から予め定められた前記故障検出用電圧を生成する故障検出用電圧生成回路を前記マイクロコンピュータに内蔵することを特徴とする請求項5に記載のAD変換器の故障検出装置。
- アナログ信号電圧を入力するための3チャンネル以上の入力端子を有し、前記アナログ信号電圧をデジタル信号値にAD変換するAD変換器において、
AD変換後の値が予め定められた所定の関係になるように、少なくとも2点の電圧値を設定する設定手段と、
前記少なくとも2点の電圧値のAD変換値から前記少なくとも2点の電圧値の関係を求める算出手段と、
前記算出された少なくとも2点の電圧値の関係と前記所定の関係とを比較し、両者の差が所定の値を超えた場合に前記AD変換器の故障と判定する故障検出手段と、
を備えることを特徴とするAD変換器の故障検出装置。 - 前記設定手段は、前記少なくとも2点の電圧値から算出される直線性を前記所定の関係として設定するものである請求項7に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記設定手段は、前記少なくとも2点の電圧値の比率が所定の値となるように前記所定の関係を設定するものである請求項7に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記設定手段は、前記少なくとも2点の電圧値の差が所定の値となるように前記所定の関係を設定するものである請求項7に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記設定手段は、前記少なくとも2点の電圧値のうち、一方の電圧値が、もう一方の電圧値に所定の比率を乗じた結果に所定の値を加えた値となるように前記所定の関係を設定するものである請求項7に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 請求項7に記載のAD変換器の故障検出装置であって、少なくとも2点の電圧値のうちの1点を、入力が開放状態の電圧値である前記コンデンサに蓄積された電圧を初期化したときの電圧値に設定するものである請求項1ないし4のいずれか1項に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 請求項7に記載のAD変換器の故障検出装置であって、前記入力端子に入力される少なくとも2点の電圧値のうちの1点を、前記AD変換器を動作させるための電源および前記AD変換の基準となる基準電圧を生成する電源とは別に定められた電源から生成された所定の電圧値に設定するものである請求項5ないし8のいずれか1項に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記設定手段は、前記2点の電圧を、AD変換を行なう基準となる上側基準電圧と下側基準電圧に設定することを特徴とする請求項7または8に記載のAD変換器の故障検出装置。
- 前記AD変換器は、前記アナログ信号電圧をサンプルホールドするコンデンサと、前記アナログ信号電圧の値を前記コンデンサにサンプルホールドする前に、前記コンデンサに蓄積されている電圧値を前記故障判定値範囲内に相当する電圧値に初期化する初期化手段とを有し、
前記設定手段は、前記2点の電圧の内の1点をAD変換を行なう基準となる基準電圧のうちの上側基準電圧とし、もう1点を開放状態の電圧とし、かつ前記コンデンサに蓄積されている電圧値をAD変換を行なう基準となる基準電圧のうちの下側基準電圧とすることを特徴とする請求項7または8に記載のAD変換器の故障検出装置。 - 前記AD変換器は、前記アナログ信号電圧をサンプルホールドするコンデンサと、前記アナログ信号電圧の値を前記コンデンサにサンプルホールドする前に、前記コンデンサに蓄積されている電圧値を前記故障判定値範囲内に相当する電圧値に初期化する初期化手段とを有し、
前記設定手段は、前記2点の電圧の内の1点をAD変換を行なう基準となる基準電圧のうちの下側基準電圧とし、もう1点を開放状態の電圧とし、かつ前記コンデンサの初期化電圧をAD変換を行なう基準となる基準電圧のうちの上側基準電圧とすることを特徴とする請求項7または8に記載のAD変換器の故障検出装置。 - 前記入力端子は、その入力端子に対応した番号が付与され、前記2点の電圧値のうちの1点を前記入力端子のうち二進数表現で全て0で表現されるものから入力し、もう1点を前記入力端子のうち二進数表現で全て1で表現されるものから入力するように設定するものである請求項7ないし請求項16のいずれか1項に記載のAD変換器の故障検出装置。
- アナログ信号電圧を入力するための少なくとも一つの入力端子を有し、前記アナログ信号の電圧値をデジタル信号値にAD変換するAD変換器と、
前記アナログ信号のAD変換値に、パリティビットを付加するパリティ演算部と、
前記アナログ信号のAD変換値および前記パリティビットを記憶する変換結果記憶部と、
前記変換結果記憶部から前記AD変換値を読み出すとともに前記パリティビットの整合性を調べ、前記パリティビットの不整合があった場合に前記AD変換器の故障と判定する故障検出手段と、
を備えたことを特徴とするAD変換器の故障検出装置。
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