JP2010122185A - 物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまうことを防止することができる物理量センサを提供することにある。
【解決手段】物理量センサ１は、通常モードと調整モードのいずれかの動作モードで動作する。物理量センサ１は、通常モードでは、検出部１１の検出出力を記憶部１２の補正値を用いて補正して出力端子１０ｂより出力し、調整モードでは、記憶部１２の補正値を通信部１４が外部装置より受け取った補正値に書き換える。物理量センサ１は、外部装置の要求に応じて、通常モードと調整モードのいずれの動作モードで動作するかを決定し、そのための構成として判別部１５を備えている。そして、判別部１５は、電源端子１０ａと出力端子１０ｂの両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態となることを、外部装置が調整モードを要求していると判断する際の条件とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサに関するものである。

従来から、物理量を検出することができる物理量センサが提供されている。この種の物理量センサとしては、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ、荷重センサ、磁気センサなどが挙げられる。

例えば、特許文献１に示すものは、圧力センサ要素（pressure sensorelement）の出力を調整する信号処理装置（signal processor）を備えている。信号処理装置は、データ記憶装置（data storage device）に記憶された調整データ（calibrationdata）を用いて、圧力センサ要素の出力の調整を行う。このものでは、動作モードを調整モード（calibrationmode）に切り替えることで、データ記憶装置に調整データを書き込むことができる。そして、調整モードへの切り替えは、出力端子（output terminal）に、外部調整信号（externalcalibration signal）を与えることによって行うことができるようになっている。

そのため、特許文献１に示すものでは、調整用の端子が不要であり、給電、出力、接地の３つの端子のみで、出力特性の調整等を行うことができる。
米国特許第５８０５４６６号明細書

ところで、特許文献１に示すものでは、出力端子に、外部調整信号が与えられた際に、動作モードが調整モードに切り替えられる。そのため、輸送中や、組み込み中、使用中などに出力端子に電流が流れた際には、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わり、その結果、データ記憶装置に調整データが勝手に書き込まれたり、書き換えられたりして、出力特性が意図せずに変更されてしまうおそれがある。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまうことを防止することができる物理量センサを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明では、電源端子、出力端子、および接地端子を有し少なくとも電源端子と出力端子が外部装置に接続される端子部と、所定の物理量を検出する検出部と、特性情報を記憶する記憶部と、検出部の検出出力を出力端子より出力する出力部と、出力端子を通じて外部装置とシリアル通信する通信部と、外部装置が要求している動作モードを判別する判別部と、判別部の判別結果に応じた動作モードで各部の制御を行う制御部とを備え、動作モードには、記憶部の特性情報を通信部が外部装置より受け取った特性情報に書き換える調整モードと、記憶部の特性情報の書き換えを許可しない通常モードとが含まれ、判別部は、電源端子と出力端子の両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態となることを、外部装置が調整モードを要求していると判断する際の条件とすることを特徴とする。

この発明によれば、電源端子または出力端子の一方のみを用いて動作モードの判別を行う場合に比べれば、動作モードの判別誤りが発生する確率を低減できる。したがって、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまうことを防止することができる。また、複数の物理量センサが外部装置の通信相手になる場合には、通信相手の出力端子の電位のみを異ならせることで、通信相手を特定することができる。そのため、通信データに識別用のＩＤを付加しなくても通信対象を特定することが可能になり、通信効率の向上を図ることができる。また、端子数を増やすことなく動作モードを切り替えることが可能になる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記判別部は、上記電源端子の電位が上記出力端子の電位以上であることを、上記外部装置が上記調整モードを要求していると判断する際の条件とすることを特徴とする。

この発明によれば、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性をより低くすることができる。

請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、上記判別部は、上記電源端子と上記出力端子のいずれか一方の電位が上記通常モード時とは異なる所定の状態となる前に、上記電源端子と上記出力端子のいずれか他方の電位が上記通常モード時とは異なる所定の状態となることを、上記外部装置が上記調整モードを要求していると判断する際の条件とすることを特徴とする。

この発明によれば、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性をより低くすることができる。

請求項４の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項の発明において、上記判別部は、上記条件を満たしている状態が所定時間継続された際に、上記外部装置が上記調整モードを要求していると判断することを特徴とする。

この発明によれば、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性をより低くすることができる。

請求項５の発明では、請求項１〜４のうちいずれか１項の発明において、上記特性情報は、上記検出部の検出出力の補正値であり、上記出力部は、上記検出部の検出出力を上記記憶部に記憶された補正値を用いて補正して上記出力端子より出力することを特徴とする。

この発明によれば、所望の出力特性を有する検出出力を得ることができる。

本発明は、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまうことを防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の物理量センサ（以下、単に「センサ」と略称する）１は、図１に示すような物理量検出システムに利用される。

図１に示す物理量検出システムは、例えば、電子制御装置（ElectronicControl Unit；ＥＣＵ）による自動車のエンジン運転における電気的な制御に用いられる。この物理量検出システムは、２つのセンサ１と、外部装置であるＥＣＵよりなる管理装置２とで構成されている（ただし、図１では、一方のセンサ１のみを図示し、他方のセンサ１の図示を省略している）。このものでは、センサ１がスレーブ、管理装置２がマスタとして使用される。

センサ１は、端子部（以下、スレーブ側端子部と称する）１０と、検出部１１と、記憶部１２と、出力補正部（出力部）１３と、通信部（以下、スレーブ側通信部と称する）１４と、判別部１５と、制御部（以下、スレーブ側制御部と称する）１６とを備えている。なお、２つのセンサ１は、同一の物理量を検出するものであって、同一の筐体（図示せず）に収納されている（すなわち、モジュール化されている）。

スレーブ側端子部１０は、管理装置２との接続に使用される。スレーブ側端子部１０は、電源端子１０ａと、出力端子１０ｂと、接地端子１０ｃとを備える３端子型のものである。

電源端子１０ａは、センサ１に電力を供給するための端子である。電源端子１０ａを通じてセンサ１に供給された電力は、センサ１の各部を構成する電気部品等に供給される。なお、センサ１には、必要に応じて、電源端子１０ａを通じて得た電力を元にして所定の電圧を生成するための三端子レギュレータなどが設けられる。

出力端子１０ｂは、センサ１の検出出力を管理装置２に出力するための端子である。接地端子１０ｃは、センサ１の電気回路に基準電位点を与えるための端子である。ここで、電源端子１０ａと出力端子１０ｂとの間には、ダイオードＤ１０が挿入されている。ダイオードＤ１０は、アノードが出力端子１０ｂに接続され、カソードが電源端子１０ａに接続されており、出力端子１０ｂを静電気やサージから保護する役割を果たす。なお、電源端子１０ａと接地端子１０ｃとの間には、電源ノイズや輻射ノイズなどの高周波ノイズ対策のために、バイパスコンデンサ（パスコン）が必要に応じて挿入される。

検出部１１は、所定の物理量を検出するためのものである。検出部１１としては、例えば、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ、荷重センサ、磁気センサなどの検出素子が挙げられる。このような検出部１１は、例えば、物理量の検出値に応じた電位を有する信号（検出信号）を検出出力として出力する。

記憶部１２は、例えば、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリや、ＥＥＰＲＯＭ、ヒューズ、ＯＴＰＲＯＭその他の電気的に書き込みが可能な記憶媒体）を備えている。この記憶部１２には、センサ１に関する特性情報が書き込まれる。本実施形態において、特性情報は、検出部１１の検出出力の補正（すなわち検出値の補正）に使用する補正値である。なお、上記特性情報は、センサ１の規格や、製品ＩＤ、クランプ電圧、その他種々のセンサ１に関する情報であってもよい。

出力補正部１３は、検出部１１の検出出力を補正して出力する。より詳細には、出力補正部１３は、検出部１１より検出出力を得ると、検出出力より検出値を取得する。そして、出力補正部１３は、取得した検出値を記憶部１２に記憶された補正値を用いて補正する。そして、出力補正部１３は、補正した検出値に応じた電位を有する信号を補正後の検出出力として出力端子１０ｂに出力する。また、出力補正部１３は、後述する通常モード時のみ動作する。

本実施形態における出力補正部１３は、検出出力の補正を行うにあたっては、取得した検出値に所定の加算値（オフセット値）を加算するオフセット処理と、オフセット処理後の値に所定の乗算値（ゲイン値）を乗算するゲイン処理とを行う。そのため、記憶部１２に記憶された補正値には、上記オフセット値と上記ゲイン値とが含まれている。なお、上記オフセット値は正または負の値であり、上記ゲイン値は０を除く値である。

上述したオフセット処理やゲイン処理は、例えば、検出部１１が出力する検出出力の電位を所望の範囲内の値に設定することを目的として行われる。これは、センサ１の使用場所や使用状況によっては、検出出力の電位の大きさが、管理装置２で検出可能な大きさより大きくなって、正しい検出結果が得られない場合があるからである。この場合、出力補正部１３によって検出出力を補正して、検出出力の大きさを管理装置２で検出可能な範囲内に収まるようにすることで、適切な検出結果を得ることが可能になる。また、出力補正部１３の補正によって、部品等の特性にばらつきが原因で製品毎に検出出力の値の範囲が異なってしまうことを防止することができる。これによって、いずれの製品においても検出出力を所望の範囲内に収めることが可能となる。なお、出力補正部１３は、上述のオフセット処理とゲイン処理に加えて、温度補正処理を実行するものであってもよく、さらに他の補正処理（例えば、検出出力の反転などの処理）を実行してもよいし、これら種々の処理を択一的に実行するものであってもよい。また、出力補正部１３がどの処理を実行するかを、上述の特性情報に含めるようにしてもよい。さらに、出力補正部１３は、検出部１１の検出出力を補正した最終結果ではなく、その中間結果を出力端子１０ｂに出力する機能を有していてもよい。このような出力補正部１３の機能の切り替えは、上述の特性情報によって与えることができるようにしてもよい。

スレーブ側通信部１４は、記憶部１２に記憶させる特性情報（補正値）を管理装置２から受け取るためのものである。このスレーブ側通信部１４は、出力端子１０ｂを利用して、管理装置２と有線による通信（シリアル通信）を行う。本実施形態では、スレーブ側通信部１４は、主として、通信処理部１４ａと、スイッチＱ１０，Ｑ１１と、抵抗Ｒ１０とを備えている。

スイッチＱ１０は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであり、出力端子１０ｂとグラウンド（基準電位点）との間に挿入されている。スイッチＱ１１は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、電源端子１０ａと出力端子１０ｂとの間に挿入されている。抵抗Ｒ１０は、スイッチＱ１０と出力端子１０ｂとの間に挿入されている。なお、スイッチＱ１０，Ｑ１１としては、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子の他に、継電器等のオン・オフ制御が可能なスイッチを用いることができる。

通信処理部１４ａは、管理装置２との間でシリアル信号の送受信を行うためのものである。通信処理部１４ａは、クロック回路と、判定回路とを有しており、これらを利用して、シリアル信号の受信処理（すなわちシリアル信号のビット列を識別する処理）を行う。上記判定回路は、コンパレータなどであって、出力端子１０ｂの電位を信号受信用の閾値と比較することで、出力端子１０ｂの電位がシリアル信号のハイレベルに対応する電位であるかロウレベルに対応する電位であるかを判定する。例えば、本実施形態では、信号受信用の閾値を１０Ｖに設定してあり、上記判定回路は、出力端子１０ｂの電位が１０Ｖ超過であればシリアル信号がハイレベルと判定し、１０Ｖ以下であればシリアル信号がロウレベルと判定する。

また、通信処理部１４ａは、上記クロック回路を利用してスイッチＱ１０，Ｑ１１をオン・オフ制御することでシリアル信号の送信処理（送信するシリアル信号のビット列に応じて出力端子１０ｂの電位を変化させる処理）を行う。このような通信処理部１４ａは、例えば、論理回路や、マイクロコンピュータ（マイクロコントローラ、略称としてマイコン、広義にはＣＰＵとも称される）などを利用して構成されている。

スレーブ側制御部１６は、センサ１の全体的な制御を行う制御装置である。このようなスレーブ側制御部１６は、例えば、マイクロコンピュータを備え、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより種々の機能を実現する。なお、スレーブ側制御部１６は、スレーブ側通信部１４の通信処理部１４ａと一体に構成されていてもよい。

本実施形態において、スレーブ側制御部１６は、通常モードと調整モードとの２種類の動作モードを有している（すなわち、センサ１は通常モードと調整モードのいずれか一方の動作モードで動作する）。

調整モードでは、スレーブ側制御部１６は、検出部１１および出力補正部１３の駆動を停止し、スレーブ側通信部１４を駆動する。これによって、検出出力の出力を行わないようにし、また管理装置２とのシリアル通信を可能とする。そして、管理装置２とのシリアル通信によって補正値を取得すると、スレーブ側制御部１６は、記憶部１２の補正値を管理装置２より取得した補正値に書き換える処理を行う。書き換えが終了すると、スレーブ側制御部１６は、スレーブ側通信部１４を制御して、書き換え後の記憶部１２の補正値を管理装置２に送信させる。すなわち、調整モードは、検出出力の出力を行わないが、記憶部１２の補正値の書き換えは可能とするモードである。

一方、通常モードでは、スレーブ側制御部１６は、検出部１１および出力補正部１３を駆動し、スレーブ側通信部１４の駆動を停止する。これによって、検出出力（出力補正部１３で補正された検出出力）を出力端子１０ｂに出力可能とし、また管理装置２とシリアル通信を行わないようにする。すなわち、通常モードは、検出出力の出力を行うが、記憶部１２の補正値の書き換えは禁止するモードである。

スレーブ側制御部１６が調整モードと通常モードのいずれの動作モードで動作するかは、管理装置２の要求に応じて決定される。

判別部１５は、管理装置２がいずれの動作モードを要求しているかを判別するためのものであり、その判別結果をスレーブ側制御部１６に通知する。よって、スレーブ側制御部１６は、判別部１５の判別結果に応じた動作モードで各部の制御を実行する。

本実施形態では、判別部１５は、２つの過電圧検出部１５ａ，１５ｂと、比較部１５ｃと、論理積回路部１５ｄと、タイマ回路部１５ｅとを備えている。

一方の過電圧検出部１５ａは、出力端子１０ｂの電位が所定の電圧を越えているか否かを検出する。過電圧検出部１５ａは、検出した出力端子１０ｂの電位が６Ｖを越えていればハイレベル、６Ｖ以下であればロウレベルの信号を論理積回路部１５ｄに出力する。他方の過電圧検出部１５ｂは、電源端子１０ａの電位が所定の電圧を越えているか否かを検出する。過電圧検出部１５ｂは、検出した電源端子１０ａの電位が６Ｖを越えていればハイレベル、６Ｖ以下であればロウレベルの信号を論理積回路部１５ｄに出力する。これら過電圧検出部１５ａ，１５ｂはコンパレータなどを用いて実現可能であるから詳細な説明は省略する。

比較部１５ｃは、電源端子１０ａの電位と出力端子１０ｂの電位を比較する。比較部１５ｃは、電源端子１０ａの電位が出力端子１０ｂの電位以上であればハイレベル、電源端子１０ａの電位が出力端子１０ｂの電位未満であればロウレベルの信号を論理積回路部１５ｄに出力する。このような比較部１５ｃは、電源端子１０ａおよび出力端子１０ｂの電位をそれぞれ分圧する分圧回路や、分圧回路で得られる分圧電圧を比較する比較回路などを用いて構成されている。

論理積回路部１５ｄは、ＡＮＤ回路である。論理積回路部１５ｄには、２つの過電圧検出部１５ａ，１５ｂの出力と、比較部１５ｃの出力とが入力される。そのため、論理積回路部１５ｄは、過電圧検出部１５ａが出力する信号と、過電圧検出部１５ｂが出力する信号と、比較部１５ｃが出力する信号とが全てハイレベルであるときに、ハイレベルの信号をスレーブ側制御部１６に出力する。一方、論理積回路部１５ｄは、過電圧検出部１５ａが出力する信号と、過電圧検出部１５ｂが出力する信号と、比較部１５ｃが出力する信号との少なくとも１つがロウレベルであるときには、ロウレベルの信号をタイマ回路部１５ｅに出力する。

タイマ回路部１５ｅは、論理積回路部１５ｄの出力信号を監視する。タイマ回路部１５ｅは、論理積回路部１５ｄの出力信号がハイレベルである期間が、所定時間継続されると、スレーブ側制御部１６にハイレベルの信号を出力する。それ以外の場合では、タイマ回路部１５ｅは、スレーブ側制御部１６にロウレベルの信号を出力する。

そして、スレーブ側制御部１６は、タイマ回路部１５ｅからハイレベルの信号を受け取った際（すなわち、判別部１５からハイレベルの信号を受け取った際）に、動作モードを調整モードに設定する。一方、スレーブ側制御部１６は、タイマ回路部１５ｅからロウレベルの信号を受け取った際（すなわち、判別部１５からロウレベルの信号を受け取った際）に、動作モードを通常モードに設定する。

管理装置２は、主として、端子部（以下、マスタ側端子部と称する）２０と、２つの電源部２１ａ，２１ｂと、通信回路部２２と、制御部（以下、マスタ側制御部と称する）２３とを備えている。また、管理装置２は、各部２０〜２３を構成する電気機器等を収納する筐体（図示せず）を備えている。

マスタ側端子部２０は、センサ１との接続に使用される。マスタ側端子部２０は、給電端子２０ａと、入力端子２０ｂと、接地端子２０ｃとを備える３端子型のものである。給電端子２０ａは、電源部２１ａからセンサ１に給電するための端子である。入力端子２０ｂは、センサ１より検出出力を得るための端子である。入力端子２０ｂは接続するセンサ１の数に応じた数だけ設けられる。本実施形態の場合、センサ１を２つ接続するために２つの入力端子２０ｂが設けられているが、図１では図示を省略している。接地端子２０ｃは、センサ１に基準電位点を与えるためのものであり、例えば車のボディ等に接続されている。したがって、センサ１は、電源端子１０ａを給電端子２０ａに電線（給電線）Ｌ１で、出力端子１０ｂを入力端子２０ｂに電線（出力線）Ｌ２で、接地端子１０ｃを接地端子２０ｃに電線（接地線）Ｌ３でそれぞれ接続することによって、管理装置２に接続される。なお、図１に示す例では、センサ１の接地端子１０ｃは、必ずしも管理装置２の接地端子２０ｃに接続する必要はなく、基準電位点を与えることができるものに接続されていればよい。

２つの電源部２１ａ，２１ｂは、出力電圧を変更することができる可変型の電源である。一方の電源部（以下、必要に応じて第１の電源部と称する）２１ａは、給電端子２０ａに接続され、他方の電源部（以下、必要に応じて第２の電源部と称する）２１ｂは、入力端子２０ｂに接続されている。このような電源部２１ａ，２１ｂは、例えば、自動車に搭載されたバッテリや、バッテリの直流電圧を所定電圧に降圧可能な回路（降圧チョッパ回路やバンドギャップリファレンス回路）などを用いて構成されている。本実施形態において、各電源部２１ａ，２１ｂは、出力電圧として５Ｖと１２Ｖとを択一的に選択することができるようになっている。このような電源部２１ａ，２１ｂは従来周知のものを採用することができるから詳細な説明は省略する。また、電源部２１ａ，２１ｂは、出力電圧を変えるための回路を備えているが、出力電圧が異なる２つの電源（本実施形態の場合は、１２Ｖの電源と５Ｖの電源）よりなるものであってもよい。

通信回路部２２は、センサ１（センサ１のスレーブ側通信部１４）と有線による通信（シリアル通信）を行うために使用される。通信回路部２２は、２つのスイッチＱ２０，Ｑ２１と、２つの抵抗Ｒ２０，Ｒ２１とで構成されている。一方のスイッチＱ２０は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴであり、入力端子２０ａとグラウンドとの間に挿入されている。また、スイッチＱ２０と入力端子２０ａとの間には抵抗Ｒ２０が挿入されている。他方のスイッチＱ２１は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、入力端子２０ａと第２の電源部２１ｂとの間に挿入されている。また、スイッチＱ２１には、抵抗Ｒ２１が並列接続されている。

マスタ側制御部２３は、管理装置２の全体的な制御を行う制御装置である。このようなマスタ側制御部２３は、例えば、マイクロコンピュータを備え、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより種々の機能を実現する。

本実施形態におけるマスタ側制御部２３は、図示しない入出力部からの指示に応じて、センサ１に動作モードの切り替えを要求する機能を有している。マスタ側制御部２３は、上記入出力部より動作モードを通常モードに設定する旨の指示を受けた場合には、２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を５Ｖに設定し、かつスイッチＱ２１をオフに設定する。一方、マスタ側制御部２３は、動作モードを調整モードに設定する旨の指示を受けた場合には、２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を１２Ｖに設定し、かつスイッチＱ２１をオフに設定する。なお、上記入出力部は、ユーザが情報を入力するための操作ボタンなどの入力部と、ユーザに情報を提示するための画像表示装置などの出力部とを備えたユーザインタフェースであり、管理装置２と一体に、または別体に設けられる。

また、マスタ側制御部２３は、調整モード時には、通信回路部２２とともに、スレーブ側通信部１４との間でシリアル信号の送受信を行うマスタ側通信部を構成する。すなわち、マスタ側制御部２３は、通信処理部１４ａと同様に、クロック回路と、判定回路とを有しており、これらを利用して、シリアル信号の受信処理（すなわちシリアル信号のビット列を識別する処理）を行う。マスタ側制御部２３の判定回路は、通信処理部１４ａの判定回路と同様に、コンパレータなどであって、入力端子２０ｂの電位（すなわち出力端子１０ｂの電位）を信号受信用の閾値と比較することで、入力端子２０ｂの電位がシリアル信号のハイレベルに対応する電位であるかロウレベルに対応する電位であるかを判定する。例えば、本実施形態では、信号受信用の閾値を１０Ｖに設定してあり、マスタ側制御部２３の判定回路は、入力端子２０ｂの電位が１０Ｖ超過であればシリアル信号がハイレベルと判定し、１０Ｖ以下であればシリアル信号がロウレベルと判定する。

一方、マスタ側制御部２３は、上記クロック回路を利用してスイッチＱ２０，Ｑ２１をオン・オフ制御することでシリアル信号の送信処理（送信するシリアル信号のビット列に応じて入力端子２０ｂの電位を変化させる処理）を行う。たとえば、シリアル信号をハイレベルに設定する際には、マスタ側制御部２３は、スイッチＱ２０をオフ、スイッチＱ２１をオンに設定する。これによって、入力端子２０ｂには、第２の電源部２１ｂの出力電圧に等しい電位が与えられる（実際には、スイッチＱ２１のオン抵抗による電圧降下がある）。調整モード時には、第２の電源部２１ｂの電位が１２Ｖに設定されるから、入力端子２０ｂの電位は１２Ｖととなり、これは通信処理部１４ａの判定回路の信号受信用の閾値を越える値である。また、シリアル信号をロウレベルに設定する際には、マスタ側制御部２３は、スイッチＱ２０をオン、スイッチＱ２１をオフに設定する。これによって、入力端子２０ｂには、第２の電源部２１ｂの出力電圧を抵抗Ｒ２０，Ｒ２１で分圧した電圧に等しい電位が与えられる。ここで、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の抵抗値は、第２の電源部２１ｂの出力電圧（調整モード時は１２Ｖ）を、通信処理部１４ａの判定回路の信号受信用の閾値を下回る値（例えば９Ｖ）に分圧可能な大きさに設定されている。

ここで、スレーブ側通信部１４における通信処理部１４ａの送信処理について説明する。通信処理部１４ａは、シリアル信号をハイレベルに設定する際には、スイッチＱ１０をオフ、スイッチＱ１１をオンに設定する。これによって、出力端子１０ｂと電源端子１０ａとがスイッチＱ１１によって短絡される。その結果、出力端子１０ｂには、第１の電源部２１ａの出力電圧に等しい電位が与えられる。ここで、スイッチＱ１１のオン抵抗による電圧降下があるから、出力端子１０ｂの電位は電源端子１０ａの電位より僅かに低くなる。そのため、比較部１５ｃの出力信号はハイレベルのままである。
調整モード時には、第１の電源部２１ａの電位が１２Ｖに設定されるから、出力端子１０ｂの電位は１２Ｖととなり、これはマスタ側制御部２３の判定回路の信号受信用の閾値を越える値である。また、通信処理部１４ａは、シリアル信号をロウレベルに設定する際には、スイッチＱ１０をオン、スイッチＱ１１をオフに設定する。これによって、出力端子１０ｂには、第２の電源部２１ｂの出力電圧を抵抗Ｒ１０，Ｒ２１で分圧した電圧に等しい電位が与えられる。ここで、抵抗Ｒ１０の抵抗値は、第２の電源部２１ｂの出力電圧（調整モード時は１２Ｖ）を、マスタ側制御部２３の判定回路の信号受信用の閾値を下回る値（例えば９Ｖ）に分圧可能な大きさに設定されている。

マスタ側制御部２３は、上述したように通信回路部２２を制御して、上記入出力部を用いてユーザが入力した補正値をセンサ１に送信する機能を有する。このとき、マスタ側制御部２３は、センサ１に補正値を送信してから所定時間以内にセンサ１からの応答（センサ１における更新後の補正値）が得られれば、補正値の更新が成功したと判断し、その旨を上記入出力部により使用者に通知する。また、マスタ側制御部２３は、上記所定時間以内に、センサ１からの応答（センサ１における更新後の補正値）が得られなかったとき、あるいは、得られたがその補正値がセンサ１に送信した補正値と一致しなかったときに、補正値の更新が失敗したと判断し、その旨を上記入出力部により使用者に通知する。

さらに、マスタ側制御部２３は、入力端子２０ｂに入力された検出出力を上記入出力部に出力して、上記入出力部にセンサ１の検出出力を表示させる機能を有する。ただし、この機能による動作（上記入出力部にセンサ１の検出出力を表示させる動作）は、通常モード時のみに行われ、調整モード時には行われない。また、マスタ側制御部２３は、２つのセンサ１の検出出力を比較して、２つのセンサ１の一方の異常が発生しているか否かを判定する機能を有している。これによって、信頼性の高い検出結果を得ることができる。この他、マスタ側制御部２３は、入力端子２０ｂに入力された検出出力に応じて種々の制御を実行する機能を有する。

以下、センサ１と管理装置２により構築された物理量検出システムの動作について説明する。

まず、初期状態では、センサ１が通常モードであるとする。この初期状態では、管理装置２のマスタ側制御部２３は、２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を５Ｖに設定するとともに、スイッチＱ２１をオフとする。この場合、センサ１の電源端子１０ａには、５Ｖの電位が与えられるから、過電圧検出部１５ａはロウレベルの信号を出力する。また、センサ１の出力端子１０ｂは、抵抗Ｒ２１を介して電源部２１ｂに接続されているから、センサ１の出力端子１０ｂの電位は、電源部２１ｂの出力電圧（５Ｖ）に、抵抗Ｒ２１でプルアップされる。そのため、出力補正部１３の出力値（本実施形態では５Ｖ）以下となる。よって、過電圧検出部１５ｂはロウレベルの信号を出力する。そのため、論理積回路部１５ｄからはロウレベルの信号が出力され、タイマ回路部１５ｅからもロウレベルの信号が出力される。すなわち、判別部１５は、管理装置２が通常モードを要求していると判断する。その結果、スレーブ側制御部１６は動作モードを通常モードに設定する。よって、センサ１は、記憶部１２に記憶されている補正値で検出部１１の検出出力を補正して得られた検出出力（補正後の検出出力）を出力端子１０ｂに出力する。出力端子１０ｂに出力された補正後の検出出力は、入力端子２０ｂに入力され、マスタ側制御部２３によって上記入出力部に送られ、ユーザに提示される。

一方、上記入出力部によって調整モードが選択されると、マスタ側制御部２３は、２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を１２Ｖに設定するとともに、スイッチＱ２１をオフとする。この場合、センサ１の電源端子１０ａには、１２Ｖの電位が与えられるから、過電圧検出部１５ａはハイレベルの信号を出力する。また、センサ１の出力端子１０ｂの電位は、電源部２１ｂの出力電圧（１２Ｖ）に、抵抗Ｒ２１でプルアップされている。このときの出力端子１０ｂの電位は１０Ｖを越えるように設定されており、過電圧検出部１５ｂはハイレベルの信号を出力する。さらに、このときには、電源端子１０ａの電位が出力端子１０ｂの電位以上となるから、比較部１５ｃはハイレベルの信号を出力する。そのため、論理積回路部１５ｄは、ハイレベルの信号を出力し、論理積回路部１５ｄの出力信号がハイレベルである期間が所定時間継続されると、タイマ回路部１５ｅは、スレーブ側制御部１６にハイレベルの信号を出力する。

すなわち、判別部１５は、電源端子１０ａと出力端子１０ｂの両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態となる（６Ｖを越える）ことを、管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件としている。また、判別部１５は、電源端子１０ａの電位が出力端子１０ｂの電位以上であることも、管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件としている。そして、判別部１５は、上記条件のすべてを満たしている状態が所定時間継続された際に、管理装置２が調整モードを要求していると判断し、その判断結果を、スレーブ側制御部１６に与える。

上述したように判断部１５からハイレベルの信号が出力されるため、スレーブ側制御部１６は動作モードを調整モードに設定する。よって、スレーブ側通信部１４が駆動されて、管理装置２とのシリアル通信が可能になる。そして、使用者が上記入出力部を用いて補正値の入力を行うと、マスタ側制御部２３は、入力された補正値をセンサ１に送信する。

マスタ側通信部２２は、上述したように、スイッチＱ２０，Ｑ２１を制御することで、電源端子１０ａの電位を調整し、これによって、シリアル信号の送信を行う。たとえば、マスタ側制御部２３は、シリアル信号を送信するにあたっては、スタートビットを送信し、その後に補正値を示す補正値データの送信を行う。補正値データの送信後、マスタ側制御部２３は、ストップビットを送信してセンサ１に送信を終えたことを通知する。

スレーブ側制御部１６は、スレーブ側通信部１４でシリアル信号を受信すると、シリアル信号から補正値を得て、記憶部１２の補正値を、管理装置２より得た補正値に書き換える。書き換えが終了すると、スレーブ側制御部１６は、スレーブ側通信部１４を制御して、書き換え後の記憶部１２の補正値を示す応答データを管理装置２に送信する。また、スレーブ側通信部１４は、シリアル信号を送信するにあたっては、スタートビットを送信し、その後に応答データの送信を行う。応答データの送信後、スレーブ側制御部１６は、ストップビットを送信して管理装置２に送信を終えたことを通知する。

マスタ側制御部２３は、センサ１からのシリアル信号を受信すると、その応答データの補正値が、センサ１に送信した補正値データの補正値と等しいかどうかを確認し、等しければ、補正値の更新が成功したと判断し、等しくなければ、補正値の更新が失敗したと判断する。この判断結果は、上記入出力部によって使用者に通知される。

この後に、上記入出力部によって通常モードが選択されると、マスタ側制御部２３は、２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を５Ｖに設定するとともに、スイッチＱ２１をオンとする。この場合、判別部１５は、管理装置２が通常モードを要求していると判断するから、スレーブ側制御部１６は動作モードを通常モードに設定する。

以上述べたように、本実施形態のセンサ１では、判別部１５は、電源端子１０ａと出力端子１０ｂの両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態となることを管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件としている。

そのため、本実施形態のセンサ１によれば、電源端子１０ａまたは出力端子１０ｂの一方のみを用いて動作モードの判別を行う場合に比べれば、動作モードの判別誤りが発生する確率を低減できる。したがって、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまうことを防止することができる。また、複数のセンサ１が管理装置２の通信相手になる場合には、通信相手の出力端子１０ｂの電位のみを異ならせることで、通信相手を特定することができる。そのため、通信データに識別用のＩＤを付加しなくても通信対象を特定することが可能になり、通信効率の向上を図ることができる。また、端子数を増やすことなく動作モードを切り替えることが可能になる。

本実施形態のセンサ１には、回路保護のために、電源端子１０ａと出力端子１０ｂとの間にダイオードＤ１０を挿入している。ここで、ダイオードＤ１０のアノードは出力端子１０ｂに、カソードは電源端子１０ａに接続されている。そのため、出力端子１０ｂの電位が電源端子１０ａの電位よりも高くなると（電位差がダイオードＤ１０のスレショルド電圧を越えると）、ダイオードＤ１０を介して電源端子１０ａと出力端子１０ｂが導通する。例えば、サージなどによって出力端子１０ｂの電位が上昇した場合、ダイオードＤ１０の導通により電源端子１０ａの電位までもが上昇することがある。このような場合には、意図せずに、電源端子１０ａと出力端子１０ｂの両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態（本実施形態の場合は６Ｖ超過）となるおそれがある。

そこで、本実施形態における判別部１５は、出力端子１０ｂの電位が電源端子１０ａの電位以下であることを、管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件の１つとしている。そのため、単に、電源端子１０ａと出力端子１０ｂの両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態となっただけでは、動作モードが調整モードに切り替えられることがない。よって、ダイオードＤ１０のような回路保護用の素子を設けた場合であっても、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性をより低くすることができる。

また、判別部１５は、上記条件を満たしている状態が所定時間継続された際に、管理装置２が調整モードを要求していると判断する。そのため、ノイズなどの影響によって意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性を低くすることができる。

ところで、本実施形態のセンサ１では、上述したようにダイオードＤ１０を備えている。そのため、管理装置２が２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を５Ｖから１２Ｖに変更する際に、第１の電源部２１ａより先に第２の電源部２１ｂの出力電圧が１２Ｖになると、ダイオードＤ１０によって電源端子１０ａと出力端子１０ｂとが導通するおそれがある。例えば、電源端子１０ａの電位が５Ｖであるときに、出力端子１０ｂの電位を１２Ｖ、スイッチＱ２１をオフとしてしまうと、ダイオードＤ１０によって電源端子１０ａと出力端子１０ｂとが導通する。この場合には、出力端子１０ｂの電位が、電源端子１０ａの電位よりダイオードＤ１０のスレショルド電圧だけ高い値までしか上がらない。このとき、抵抗Ｒ２１の抵抗値が小さいと、ダイオードＤ１０に過大な電流が流れ、これは異常発熱の原因となってしまう。

また、センサ１の回路要素としては、半導体スイッチング素子や、バルクに不純物を注入した拡散抵抗などの半導体素子を利用することができる。例えば、Ｎ型バルクにＰ型領域を形成してなるＰＮＰ型のバイポーラ・トランジスタや、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、拡散抵抗などが挙げられる。ここで、半導体素子がＮ型バルクにＰ型領域を適宜形成してなるものである場合、使用時に、Ｎ型バルクを電源端子１０ａなどの電気回路中の最高電位に接続するのが一般的である。これは、Ｐ型領域とＮ型バルクとが導通してしまうことを防止するためである。

しかしながら、本実施形態における管理装置２は、調整モードの要求時には、２つの電源部２１ａ，２１ｂそれぞれの出力電圧を５Ｖから１２Ｖに変更する。このとき、第１の電源部２１ａより先に第２の電源部２１ｂの出力電圧が１２Ｖになると、半導体素子のＰ型領域とＮ型バルクとが導通し、その結果、過電流が流れたり、出力端子１０ｂの電位をうまく設定することができなくなったりするおそれがある。

したがって、管理装置２が２つの電源部２１ａ，２１ｂの出力電圧を変更する際には、第１の電源部２１ａの出力電圧と第２の電源部２１ｂの出力電圧とが等しい状態を維持するか、第１の電源部２１ａの出力電圧が第２の電源部２１ｂの出力電圧よりも高い状態を維持することが好ましい。

そこで、管理装置２としては、調整モードの要求時に、第１の電源部２１ａの出力電圧を１２Ｖに設定してから、第２の電源部２１ｂの出力電圧を１２Ｖに設定するものを採用することができる。

このような管理装置２を採用する場合には、判別部１５は、出力端子１０ｂの電位が通常モード時とは異なる所定の状態（本実施形態では６Ｖ超過かどうか）となる前に、電源端子１０ａの電位が通常モード時とは異なる所定の状態（本実施形態では６Ｖ超過かどうか）となることを、管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件とすることができる。このようにすれば、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性をより低くすることができる。

なお、センサ１の構成によっては、出力端子１０ｂの電位が電源端子１０ａの電位よりも高くなっても問題がないこと、あるいはそのほうが好適であることもあり得る。このような場合には、管理装置２としては、調整モードの要求時に、第２の電源部２１ｂの出力電圧を１２Ｖに設定してから、第１の電源部２１ａの出力電圧を１２Ｖに設定するものを採用することができる。

そして、このような管理装置２を採用する場合には、判別部１５は、電源端子１０ａの電位が通常モード時とは異なる所定の状態となる前に、出力端子１０ｂの電位が通常モード時とは異なる所定の状態となることを、管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件とすることができる。このようにすれば、意図せずに動作モードが調整モードに切り替わってしまう可能性をより低くすることができる。

すなわち、判別部１５は、電源端子１０ａと出力端子１０ｂのいずれか一方の電位が通常モード時とは異なる所定の状態となる前に、電源端子１０ａと出力端子１０ｂのいずれか他方の電位が通常モード時とは異なる所定の状態となること（すなわち、電源端子１０ａと出力端子１０ｂの電位変化の順番）を、管理装置２が調整モードを要求していると判断する際の条件とすることができる。

なお、本実施形態のセンサ１では、少なくとも検出部１１を除く部位は、モノリシックＩＣにより構成されていてもよい。このようにすれば、センサ１の小型化を図ることができる。ここで、検出部１１が、ＭＥＭＳ技術を利用した加速度センサであれば、検出部１１もモノリシックＩＣとして一体化することができる。また、検出部１１が、ホール素子とその検出回路とからなる磁気センサである場合には、検出部１１の検出回路をモノリシックＩＣとして一体化してもよい。

以上、本発明のセンサ１の実施形態について述べたが、上述のものは、あくまでも一実施形態に過ぎない。よって、本発明の技術的範囲は上記の例に限定されず、上述の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。

本発明の一実施形態の物理量センサを適用した物理量検出システムのブロック図である。

符号の説明

１ 物理量センサ
２ 管理装置（外部装置）
１０ スレーブ側端子部（端子部）
１０ａ 電源端子
１０ｂ 出力端子
１０ｃ 接地端子
１１ 検出部
１２ 記憶部
１３ 出力補正部（出力部）
１４ スレーブ側通信部（通信部）
１５ 判別部
１６ スレーブ側制御部（制御部）

Claims (5)

1. 電源端子、出力端子、および接地端子を有し少なくとも電源端子と出力端子が外部装置に接続される端子部と、所定の物理量を検出する検出部と、特性情報を記憶する記憶部と、検出部の検出出力を出力端子より出力する出力部と、出力端子を通じて外部装置とシリアル通信する通信部と、外部装置が要求している動作モードを判別する判別部と、判別部の判別結果に応じた動作モードで各部の制御を行う制御部とを備え、
   動作モードには、記憶部の特性情報を通信部が外部装置より受け取った特性情報に書き換える調整モードと、記憶部の特性情報の書き換えを許可しない通常モードとが含まれ、
   判別部は、電源端子と出力端子の両方の電位がそれぞれ通常モード時とは異なる所定の状態となることを、外部装置が調整モードを要求していると判断する際の条件とすることを特徴とする物理量センサ。
2. 上記判別部は、上記電源端子の電位が上記出力端子の電位以上であることを、上記外部装置が上記調整モードを要求していると判断する際の条件とすることを特徴とする請求項１記載の物理量センサ。
3. 上記判別部は、上記電源端子と上記出力端子のいずれか一方の電位が上記通常モード時とは異なる所定の状態となる前に、上記電源端子と上記出力端子のいずれか他方の電位が上記通常モード時とは異なる所定の状態となることを、上記外部装置が上記調整モードを要求していると判断する際の条件とすることを特徴とする請求項１または２記載の物理量センサ。
4. 上記判別部は、上記条件を満たしている状態が所定時間継続された際に、上記外部装置が上記調整モードを要求していると判断することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の物理量センサ。
5. 上記特性情報は、上記検出部の検出出力の補正値であり、
   上記出力部は、上記検出部の検出出力を上記記憶部に記憶された補正値を用いて補正して上記出力端子より出力することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の物理量センサ。

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