JP2010236992A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、検出対象である物理量に応じて抵抗値を変化させる抵抗をブリッジ接続してなるブリッジ回路を有し、断線検出機能を備えたセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device having a bridge circuit formed by bridge-connecting resistors whose resistance value is changed according to a physical quantity to be detected and having a disconnection detection function.
従来、この種のセンサ装置として、例えば、特許文献1(特開平6−249730号公報)に記載のものが知られている。図8は、特許文献1に記載のセンサ装置の回路図である。従来のセンサ装置は、数kΩのセンサ抵抗Rs1〜Rs4をブリッジ状に接続してなるセンシング部80を備える。センサ抵抗Rs1,Rs2の各一端は端子81に接続されており、端子81は電源線93によって電源Vccに接続されており、各他端は端子83,84を介してセンサ抵抗Rs3,Rs4の各一端と接続されている。
Conventionally, as this type of sensor device, for example, the one described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-249730) is known. FIG. 8 is a circuit diagram of the sensor device described in
センサ抵抗Rs3,Rs4の各他端は端子82に接続されており、端子82はグランド線94を介してGND端子と接続されている。センサ抵抗Rs1には、数MΩの抵抗R17が並列に接続されており、センサ抵抗Rs3にも数MΩの抵抗R18が並列に接続されている。端子83はオペアンプ92の非反転入力端子に接続されており、端子84はオペアンプ91の非反転入力端子に接続されている。
The other ends of the sensor resistors Rs3 and Rs4 are connected to a
電源VccおよびGND間には、抵抗R15,R16が並列接続されており、その抵抗R15,R16の中点が抵抗R11を介してオペアンプ92の反転入力端子に接続されている。つまり、抵抗R15,R16により電源の電位を分圧した電位が基準電位Vrefとしてオペアンプ92に印加される。オペアンプ92の出力は、抵抗R12を介して自身の反転入力端子にフィードバックされている。また、オペアンプ92の出力は、抵抗R13,R14を介してオペアンプ91の出力に接続されている。抵抗R13,R14の中点はオペアンプ91の反転入力端子に接続されている。
Resistors R15 and R16 are connected in parallel between the power sources Vcc and GND, and the midpoints of the resistors R15 and R16 are connected to the inverting input terminal of the
被測定物の磁気が変化すると、その変化した磁気の大きさに応じて各センサ抵抗の抵抗値が変化する。この変化は、センサ抵抗からなるブリッジ回路の中点電位Va,Vbの電位差となって現れる。中点電位Vaはオペアンプ92の非反転入力端子に印加され、中点電位Vbはオペアンプ91の非反転入力端子に印加される。そして、中点電位Va,Vbは、オペアンプ91,92によって差動増幅され、その差動増幅された電位がオペアンプ91から出力される(Vout)。
When the magnetism of the object to be measured changes, the resistance value of each sensor resistance changes according to the magnitude of the changed magnetism. This change appears as a potential difference between the midpoint potentials Va and Vb of the bridge circuit including the sensor resistance. The midpoint potential Va is applied to the non-inverting input terminal of the
センサ抵抗Rs1およびRs4、または、Rs2およびRs3が断線した場合、あるいは、任意の3個のセンサ抵抗が断線した場合、さらに、各センサ抵抗が総て断線した場合は、オペアンプ91の出力Voutの電位はL(ロー)レベルを示す。また、任意のセンサ抵抗が1個断線した場合は、その断線したセンサ抵抗の位置により、オペアンプ91の出力Voutの電位はLレベルまたはH(ハイ)レベルを示す。このように、センサ抵抗が断線した場合、オペアンプ91の出力Voutの電位が、LレベルまたはHレベルを示すため、断線したセンサ抵抗の箇所を特定することができる。 When the sensor resistances Rs1 and Rs4 or Rs2 and Rs3 are disconnected, or when any three sensor resistances are disconnected, and when all the sensor resistances are all disconnected, the potential of the output Vout of the operational amplifier 91 Indicates an L (low) level. When one arbitrary sensor resistance is disconnected, the potential of the output Vout of the operational amplifier 91 is L level or H (high) level depending on the position of the disconnected sensor resistance. As described above, when the sensor resistance is disconnected, the potential of the output Vout of the operational amplifier 91 indicates the L level or the H level. Therefore, the location of the disconnected sensor resistance can be specified.
しかし、前述の従来のセンサ装置は、センシング部の断線箇所によっては断線を検出することができないという問題がある。具体的には、電源Vcc側に配置されたセンサ抵抗Rs1,Rsが同時に断線した場合、あるいは、端子81に接続された電源線93が断線した場合は、その断線を検出することができない。また、GND側に配置されたセンサ抵抗Rs3,Rs4が同時に断線した場合、あるいは、端子82に接続されたグランド線94が断線した場合も、その断線を検出することができない。
However, the above-described conventional sensor device has a problem that the disconnection cannot be detected depending on the disconnection portion of the sensing unit. Specifically, when the sensor resistors Rs1 and Rs arranged on the power supply Vcc side are disconnected at the same time, or when the
特に、端子81,82は、ワイヤボンディングによって、それぞれ電源回路およびグランドに接続されるため、ワイヤボンディングミスやボンディングワイヤの断線が発生することが考えられるため、その断線をも検出できることが望ましい。
上記のように、従来のセンサ装置が、特定の断線を検出することができない理由を以下に述べる。
In particular, since the
The reason why the conventional sensor device cannot detect a specific disconnection as described above will be described below.
抵抗R11〜R14,R17,R18の各抵抗値をR11〜R14,R17,R18とする。また、抵抗R11,R14の抵抗値が等しく、かつ、抵抗R12,R13の抵抗値が等しいとする。ここで、電源Vcc側に配置されたセンサ抵抗Rs1,Rsが同時に断線した場合、あるいは、センサ抵抗Rs1,Rs2と端子81との接続部位が断線したとすると、オペアンプ91の出力Voutの電位は、次式(1)により求まる。
Vout=(R14/R13+1)(Vb−Va)+Vref ・・・(1)
The resistance values of the resistors R11 to R14, R17, and R18 are R11 to R14, R17, and R18. Further, it is assumed that the resistance values of the resistors R11 and R14 are equal and the resistance values of the resistors R12 and R13 are equal. Here, if the sensor resistors Rs1 and Rs arranged on the power supply Vcc side are disconnected simultaneously, or if the connection portion between the sensor resistors Rs1 and Rs2 and the terminal 81 is disconnected, the potential of the output Vout of the operational amplifier 91 is It is obtained by the following formula (1).
Vout = (R14 / R13 + 1) (Vb−Va) + Vref (1)
また、抵抗R18の抵抗値をR18とし、抵抗R17,R18の抵抗値が等しいとする。また、センサ抵抗Rs1〜Rs4の抵抗値がそれぞれRsであるとすると、中点間の電位差(Vb−Va)は、次式(2)により求まる。
Vb−Va=−Vcc/(1+2・(R8/Rs)) ・・・(2)
Further, it is assumed that the resistance value of the resistor R18 is R18, and the resistance values of the resistors R17 and R18 are equal. Further, assuming that the resistance values of the sensor resistors Rs1 to Rs4 are Rs, the potential difference (Vb−Va) between the middle points is obtained by the following equation (2).
Vb−Va = −Vcc / (1 + 2 · (R8 / Rs)) (2)
ところで、Vccは5V、抵抗値Rsは数kΩであり、抵抗値R8は数MΩであるため、(Vb−Va)は数mVとなり、オペアンプ91の出力Voutの電位は、センサ装置が正常に動作しているときの電位と変わらない。従って、電源Vcc側に配置されたセンサ抵抗Rs1,Rs2が同時に断線した場合、あるいは、センサ抵抗Rs1,Rs2と端子81との接続部位が断線した場合は、その断線を検出することができない。 By the way, since Vcc is 5V, resistance value Rs is several kΩ, and resistance value R8 is several MΩ, (Vb−Va) is several mV, and the potential of the output Vout of the operational amplifier 91 is the normal operation of the sensor device. It is not different from the potential when you are. Therefore, when the sensor resistors Rs1 and Rs2 arranged on the power supply Vcc side are disconnected at the same time, or when the connection portion between the sensor resistors Rs1 and Rs2 and the terminal 81 is disconnected, the disconnection cannot be detected.
上記と同じ理由により、GND側に配置されたセンサ抵抗Rs3,Rs4が同時に断線した場合、あるいは、センサ抵抗Rs3,Rs4と端子82との接続部位が断線した場合も、その断線を検出することができない。
以上のように、従来のセンサ装置は、センシング部などに発生し得る断線を総て検出することができない。
For the same reason as above, even when the sensor resistors Rs3 and Rs4 arranged on the GND side are disconnected at the same time, or when the connection part between the sensor resistors Rs3 and Rs4 and the
As described above, the conventional sensor device cannot detect all disconnections that may occur in the sensing unit or the like.
そこでこの発明は、上述の諸問題を解決するためになされたものであり、センシング部などに発生し得る断線を総て検出することのできるセンサ装置を実現することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize a sensor device that can detect all disconnections that may occur in a sensing unit or the like.
この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、駆動電源(11)を供給する電源端子(21)に接続された一対のピエゾ抵抗(Rs1,Rs2)と、グランド端子(22)に接続された一対のピエゾ抵抗(Rs3,Rs4)とからなるブリッジ回路(27)を有し、検出対象である物理量に応じた電位差(VsP−VsM)を前記ブリッジ回路の第1および第2の中点(25,26)間に発生するセンシング部(20)と、前記電位差を増幅する増幅回路(40)と、を備えたセンサ装置(10)において、前記駆動電源(11)の電位(VsI)の1/2(VsI/2)よりも高く、かつ、前記駆動電源(11)の電位(VsI)よりも低い第1の判定電位(VrefH)と、グランド電位よりも高く、かつ、前記駆動電源(11)の電位(VsI)の1/2(VsI/2)よりも低い第2の判定電位(VrefL)とを生成する第1の回路(35,36)と、前記第1の回路と、前記第1および第2の中点とに接続されており、前記第1の中点に発生する電位である第1の電位(VsP)が前記第2の判定電位以上かつ前記第1の判定電位以下であり、さらに、前記第2の中点に発生する電位である第2の電位(VsM)が前記第2の判定電位以上かつ前記第1の判定電位以下であるときに第1の判定結果電位(L)を発生し、前記第1および第2の電位の少なくとも一方が前記第2の判定電位(VrefL)よりも低いとき、あるいは、前記第1および第2の電位の少なくとも一方が前記第1の判定電位(VrefH)よりも高いときに前記第1の判定結果電位とは電位の異なる第2の判定結果電位(H)を発生する第2の回路(32,33,34)と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a pair of piezoresistors (Rs1, Rs2) connected to a power supply terminal (21) for supplying a drive power supply (11) and a ground terminal are provided. A bridge circuit (27) including a pair of piezoresistors (Rs3, Rs4) connected to (22), and a potential difference (VsP−VsM) corresponding to a physical quantity to be detected is set to In the sensor device (10) including a sensing unit (20) generated between the second midpoints (25, 26) and an amplifier circuit (40) for amplifying the potential difference, the drive power supply (11) A first determination potential (VrefH) that is higher than 1/2 (VsI / 2) of the potential (VsI) and lower than the potential (VsI) of the drive power supply (11); and higher than the ground potential; The drive A first circuit (35, 36) for generating a second determination potential (VrefL) lower than 1/2 (VsI / 2) of the potential (VsI) of the power supply (11); , Connected to the first and second midpoints, and a first potential (VsP) that is a potential generated at the first midpoint is equal to or higher than the second judgment potential and the first judgment The first determination is made when the second potential (VsM), which is equal to or lower than the potential and further generated at the second midpoint, is equal to or higher than the second determination potential and equal to or lower than the first determination potential. When a result potential (L) is generated and at least one of the first and second potentials is lower than the second determination potential (VrefL), or at least one of the first and second potentials is When the first determination potential (VrefH) is higher than the first determination potential The fruit potential characterized by comprising a different second determination result second circuit for generating a potential (H) (32,33,34) of potential.
駆動電源(11)を供給する電源端子(21)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs1,Rs2)の少なくとも一方が断線すると、ブリッジ回路(27)の第1および第2の中点(25,26)に発生する第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方はグランドレベルになる。あるいは、電源端子および駆動電源間の電源線(12)が断線すると、ブリッジ回路(27)の第1および第2の中点(25,26)に発生する第1および第2の電位(VsP,VsM)は、どちらもグランドレベルになる。
このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第2の判定電位(VrefL)よりも低いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。
従って、電源端子(21)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs1,Rs2)の両方が断線したことを検出することができる。さらに、電源端子および駆動電源間の電源線(12)が断線したことも検出することができる。
When at least one of the pair of piezoresistive elements (Rs1, Rs2) connected to the power supply terminal (21) that supplies the drive power supply (11) is disconnected, the first and second middle points (25 of the bridge circuit (27)) , 26) at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is at the ground level. Alternatively, when the power supply line (12) between the power supply terminal and the drive power supply is disconnected, the first and second potentials (VsP, V) generated at the first and second midpoints (25, 26) of the bridge circuit (27). Both VsM) are at the ground level.
Therefore, the condition “when at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is lower than the second determination potential (VrefL)” in the second circuit (32, 33, 34) is satisfied. Therefore, the second circuit generates the second determination result potential (H).
Therefore, it is possible to detect that both of the pair of piezoresistive elements (Rs1, Rs2) connected to the power supply terminal (21) are disconnected. Further, it is possible to detect that the power supply line (12) between the power supply terminal and the drive power supply is disconnected.
また、グランド端子(22)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs3,Rs4)の少なくとも一方が断線すると、第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方は略駆動電源の電位(VsI)になる。あるいは、グランド端子に接続されたグランド線(15)が断線すると、第1および第2の電位(VsP,VsM)は、どちらも略駆動電源の電位(VsI)になる。
このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第1の判定電位(VrefH)よりも高いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。
従って、グランド線(15)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs3,Rs4)の両方が断線したことを検出することができる。さらに、グランド線(15)が断線したことも検出することもできる。
When at least one of the pair of piezoresistive elements (Rs3, Rs4) connected to the ground terminal (22) is disconnected, at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is substantially equal to the potential of the drive power supply ( VsI). Alternatively, when the ground line (15) connected to the ground terminal is disconnected, the first and second potentials (VsP, VsM) are both substantially equal to the potential (VsI) of the drive power supply.
Therefore, the condition “when at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is higher than the first determination potential (VrefH)” in the second circuit (32, 33, 34) is satisfied. Therefore, the second circuit generates the second determination result potential (H).
Therefore, it is possible to detect that both of the pair of piezoresistive elements (Rs3, Rs4) connected to the ground line (15) are disconnected. Further, it is possible to detect that the ground line (15) is broken.
また、第1の中点(25)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs1,Rs4)の両方が断線すると、あるいは、第1の中点に接続された信号線(13)が断線すると、あるいは、ピエゾ抵抗素子Rs1のみが断線すると、第1の中点に発生する第1の電位(VsP)は、グランドレベルになる。このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第2の判定電位(VrefL)よりも低いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。さらに、ピエゾ抵抗素子Rs4のみが断線すると、第1の中点に発生する第1の電位(VsP)は、略駆動電源の電位になる。このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第1の判定電位(VrefH)よりも高いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。
従って、第1の中点(25)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs1,Rs4)の一方もしくは両方が断線したことを検出することができる。さらに、第1の中点に接続された信号線(13)が断線したことも検出することができる。
Further, when both of the pair of piezoresistive elements (Rs1, Rs4) connected to the first midpoint (25) are disconnected, or when the signal line (13) connected to the first midpoint is disconnected, Alternatively, when only the piezoresistive element Rs1 is disconnected, the first potential (VsP) generated at the first midpoint becomes the ground level. Therefore, the condition “when at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is lower than the second determination potential (VrefL)” in the second circuit (32, 33, 34) is satisfied. Therefore, the second circuit generates the second determination result potential (H). Further, when only the piezoresistive element Rs4 is disconnected, the first potential (VsP) generated at the first midpoint is substantially the potential of the drive power supply. Therefore, the condition “when at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is higher than the first determination potential (VrefH)” in the second circuit (32, 33, 34) is satisfied. Therefore, the second circuit generates the second determination result potential (H).
Therefore, it is possible to detect that one or both of the pair of piezoresistive elements (Rs1, Rs4) connected to the first midpoint (25) is disconnected. Furthermore, it is possible to detect that the signal line (13) connected to the first midpoint is broken.
さらに、第2の中点(26)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs2,Rs3)の両方が断線すると、あるいは、第2の中点に接続された信号線(14)が断線すると、あるいは、ピエゾ抵抗素子Rs2のみが断線すると、第2の中点(26)に発生する第2の電位(VsM)は、グランドレベルになる。このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第2の判定電位(VrefL)よりも低いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。さらに、ピエゾ抵抗素子Rs3のみが断線すると、第2の中点に発生する第2の電位(VsM)は、略駆動電源の電位になる。このため、第2の回路(32,33,34)における「第1および第2の電位(VsP,VsM)の少なくとも一方が前記第1の判定電位(VrefH)よりも高いとき」という条件が満足されるため、第2の回路が第2の判定結果電位(H)を発生する。
従って、第2の中点(26)に接続された一対のピエゾ抵抗素子(Rs2,Rs3)の両方が断線したことを検出することができる。さらに、第2の中点に接続された信号線(14)が断線したことも検出することができる。
以上のように、請求項1に係る発明によれば、センシング部の断線を総て検出することのできるセンサ装置を実現することができる。
Furthermore, when both of the pair of piezoresistive elements (Rs2, Rs3) connected to the second midpoint (26) are disconnected, or when the signal line (14) connected to the second midpoint is disconnected, Alternatively, when only the piezoresistive element Rs2 is disconnected, the second potential (VsM) generated at the second middle point (26) becomes the ground level. Therefore, the condition “when at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is lower than the second determination potential (VrefL)” in the second circuit (32, 33, 34) is satisfied. Therefore, the second circuit generates the second determination result potential (H). Further, when only the piezoresistive element Rs3 is disconnected, the second potential (VsM) generated at the second midpoint is substantially the potential of the drive power supply. Therefore, the condition “when at least one of the first and second potentials (VsP, VsM) is higher than the first determination potential (VrefH)” in the second circuit (32, 33, 34) is satisfied. Therefore, the second circuit generates the second determination result potential (H).
Therefore, it is possible to detect that both of the pair of piezoresistive elements (Rs2, Rs3) connected to the second middle point (26) are disconnected. Furthermore, it is possible to detect that the signal line (14) connected to the second midpoint is broken.
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to realize a sensor device that can detect all disconnections of the sensing unit.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のセンサ装置(10)において、前記第1の回路(35,36)は、前記駆動電源(11)を入力するバッファ回路(36)と、前記バッファ回路の出力電位を分圧して前記第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)を生成する抵抗回路(35)とを備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the first aspect, the first circuit (35, 36) includes a buffer circuit (36) for inputting the driving power source (11), and And a resistor circuit (35) for dividing the output potential of the buffer circuit to generate the first and second determination potentials (VrefH, VrefL).
抵抗回路(35)は、駆動電源(11)を入力するバッファ回路(36)の出力電位を分圧して第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)を生成するため、センシング部(20)に供給される駆動電源の電位(VsI)が低下し、物理量の検出精度が低下したり誤動作したりするおそれがない。 Since the resistance circuit (35) divides the output potential of the buffer circuit (36) to which the drive power supply (11) is input to generate the first and second determination potentials (VrefH, VrefL), the sensing unit (20) The potential (VsI) of the drive power source supplied to the power source is lowered, and there is no possibility that the physical quantity detection accuracy is lowered or malfunctions.
請求項3に記載の発明では、請求項1に記載のセンサ装置(10)において、前記第1の回路(35,36)は、前記センシング部(20)の温度補償用抵抗(RH、RM、RL)から構成されており、前記温度補償用抵抗に発生する電位を分圧して前記第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)を生成することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the first aspect, the first circuit (35, 36) includes a temperature compensation resistor (RH, RM, RL), and the first and second determination potentials (VrefH, VrefL) are generated by dividing the potential generated in the temperature compensation resistor.
センシング部(20)の温度補償用抵抗(RH、RM、RL)に発生する電位を分圧して第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)を生成することができるため、第1および第2の判定電位を生成するための専用の回路を設ける必要がない。
従って、上記の専用の回路を設ける必要のない分、回路面積を小さくすることができ、かつ、センサ装置の製造コストを低減することができる。
Since the first and second determination potentials (VrefH, VrefL) can be generated by dividing the potential generated in the temperature compensation resistors (RH, RM, RL) of the sensing unit (20), the first and first There is no need to provide a dedicated circuit for generating the second determination potential.
Therefore, the circuit area can be reduced and the manufacturing cost of the sensor device can be reduced because the dedicated circuit is not necessary.
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載のセンサ装置(10)において、前記ブリッジ回路を構成する各ピエゾ抵抗は、それぞれ熱拡散抵抗であり、前記温度補償用抵抗(RH、RM、RL)は、薄膜抵抗であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the third aspect, each piezoresistor constituting the bridge circuit is a thermal diffusion resistor, and the temperature compensating resistors (RH, RM, RL) is a thin film resistor.
センシング部(20)を構成する各抵抗(Rs1〜Rs4)は、熱拡散抵抗であるため、正の温度特性を有するので、温度上昇に伴って抵抗値が上昇する。一方、温度補償用抵抗(RH、RM、RL)は、薄膜抵抗であるため、温度が上昇しても抵抗値は殆ど変化しない。このため、温度上昇に伴ってセンシング部に流れる電流が減少するため、センシング部の感度が低下する。このようにして、センシング部の感度の温度特性を補正することができる。 Since each resistance (Rs1 to Rs4) constituting the sensing unit (20) is a thermal diffusion resistance, it has a positive temperature characteristic, so that the resistance value increases as the temperature rises. On the other hand, since the temperature compensation resistors (RH, RM, RL) are thin film resistors, the resistance value hardly changes even when the temperature rises. For this reason, since the electric current which flows into a sensing part reduces with a temperature rise, the sensitivity of a sensing part falls. In this way, the temperature characteristic of the sensitivity of the sensing unit can be corrected.
請求項5に記載の発明では、請求項2に記載のセンサ装置(10)において、前記バッファ回路(36)は、非反転入力端子が前記駆動電源(11)に接続されており、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ(31)であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the second aspect, the buffer circuit (36) has a non-inverting input terminal connected to the drive power supply (11), and a voltage follower is provided. It is an operational amplifier (31) to be configured.
バッファ回路(36)は、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ(31)であるため、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いので、センシング部(20)に供給する駆動電圧(VsI)と同じ電圧を抵抗回路(35)に印加することができる。 Since the buffer circuit (36) is an operational amplifier (31) constituting a voltage follower, the input circuit has a high input impedance and a low output impedance. Therefore, the buffer circuit (36) has a resistance circuit that uses the same voltage as the drive voltage (VsI) supplied to the sensing unit (20). (35).
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載のセンサ装置(10)において、前記オペアンプ(31)は、非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれゲートが接続された一対のPMOSトランジスタ(P1,P2)を有する第1の差動増幅部と、前記非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれゲートが接続された一対のNMOSトランジスタ(N6,N5)を有する第2の差動増幅部と、前記第1および第2の差動増幅部の少なくとも一方から出力される差動増幅信号を増幅して出力する出力部(P5)と、を備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the fifth aspect, the operational amplifier (31) includes a pair of PMOS transistors (P1) each having a gate connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal. , P2), a second differential amplifier having a pair of NMOS transistors (N6, N5) each having a gate connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal, And an output section (P5) for amplifying and outputting a differential amplification signal output from at least one of the first and second differential amplification sections.
オペアンプ(31)の入力段は、一対のPMOSトランジスタ(P1,P2)および一対のNMOSトランジスタ(N5,N6)により構成されているため、オペアンプの入力範囲をグランド電位から駆動電圧(VsI)まで広げることができる。
従って、第1の回路(35,36)は、センシング部(20)に断線が発生していない正常時の場合と、センシング部の所定箇所に断線が発生している異常時の場合とに対応することのできる第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)を生成することができる。
Since the input stage of the operational amplifier (31) is constituted by a pair of PMOS transistors (P1, P2) and a pair of NMOS transistors (N5, N6), the input range of the operational amplifier is expanded from the ground potential to the drive voltage (VsI). be able to.
Accordingly, the first circuit (35, 36) corresponds to a normal case where no disconnection has occurred in the sensing unit (20) and an abnormal case in which a disconnection has occurred at a predetermined location of the sensing unit. First and second determination potentials (VrefH, VrefL) that can be generated can be generated.
請求項7に記載の発明では、請求項2に記載のセンサ装置(10)において、前記バッファ回路(36)は、ベースが前記駆動電源(11)に、エミッタが定電流源(31c)にそれぞれ接続されており、コレクタが接地されたPNP型バイポーラトランジスタ(T1)と、ベースが前記PNP型バイポーラトランジスタのエミッタに、ベース・コレクタ間に前記定電流源がそれぞれ接続されており、エミッタが前記抵抗回路(35)に接続されたNPN型バイポーラトランジスタ(T2)と、により構成されていることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the second aspect, the buffer circuit (36) has a base as the driving power source (11) and an emitter as the constant current source (31c). A PNP bipolar transistor (T1) connected to the collector, the base connected to the emitter of the PNP bipolar transistor, the constant current source connected between the base and the collector, and the emitter connected to the resistor And an NPN bipolar transistor (T2) connected to the circuit (35).
バッファ回路(36)は、PNP型バイポーラトランジスタ(T1)と、NPN型バイポーラトランジスタ(T2)とにより構成されているため、オペアンプ(31)を用いる構成よりもバッファ回路の面積を小さくすることができる。
従って、センサ装置(10)を小型化することができる。
Since the buffer circuit (36) is composed of a PNP bipolar transistor (T1) and an NPN bipolar transistor (T2), the area of the buffer circuit can be made smaller than the configuration using the operational amplifier (31). .
Therefore, the sensor device (10) can be reduced in size.
請求項8に記載の発明では、請求項2に記載のセンサ装置(10)において、前記バッファ回路(36)は、ゲートが前記駆動電源(11)に、ソースが定電流源(31cd)にそれぞれ接続されており、ドレインが接地されたPMOSトランジスタ(P1)と、ゲートが前記PMOSトランジスタのソースに、ゲート・ドレイン間に前記定電流源がそれぞれ接続されており、ソースが前記抵抗回路にそれぞれ接続されたNMOSトランジスタ(N1)と、により構成されていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the second aspect, the buffer circuit (36) has a gate for the drive power supply (11) and a source for the constant current source (31cd). The PMOS transistor (P1) that is connected, the drain is grounded, the gate is connected to the source of the PMOS transistor, the constant current source is connected between the gate and the drain, and the source is connected to the resistor circuit, respectively. And an NMOS transistor (N1) formed.
バッファ回路(36)は、PMOSトランジスタ(P1)と、NMOSトランジスタ(N1)とにより構成されているため、オペアンプ(31)を用いる構成よりもバッファ回路の面積を小さくすることができる。
従って、センサ装置(10)を小型化することができる。
Since the buffer circuit (36) is composed of the PMOS transistor (P1) and the NMOS transistor (N1), the area of the buffer circuit can be made smaller than the configuration using the operational amplifier (31).
Therefore, the sensor device (10) can be reduced in size.
請求項9に記載の発明では、請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のセンサ装置(10)において、前記第2の回路(32,33,34)の出力は前記増幅回路(40)に接続されており、前記増幅回路は前記第2の回路の出力に応じて出力電位を変化させることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to any one of the first to eighth aspects, the output of the second circuit (32, 33, 34) is the amplification circuit ( 40), and the amplifier circuit changes the output potential in accordance with the output of the second circuit.
センシング部(20)における断線を増幅回路(40)の出力電位の変化として検出することができるため、第2の回路(32,33,34)の出力を検出するための回路を別個に設ける必要がない。
従って、断線検出のための回路構成を簡易化することができ、センサ装置(10)の製造コストを低減することができる。
Since the disconnection in the sensing unit (20) can be detected as a change in the output potential of the amplifier circuit (40), a circuit for detecting the output of the second circuit (32, 33, 34) needs to be provided separately. There is no.
Therefore, the circuit configuration for detecting disconnection can be simplified, and the manufacturing cost of the sensor device (10) can be reduced.
請求項10に記載の発明では、請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載のセンサ装置(10)において、前記第2の回路(32,33,34)は、前記第1の電位(VsP)と、前記第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)とを比較するとともにその比較結果を出力する第1のウインドウコンパレータ(32)と、前記第2の電位(VsM)と、前記第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)とを比較するとともにその比較結果を出力する第2のウインドウコンパレータ(33)と、前記第1および第2のウインドウコンパレータからそれぞれ出力された比較結果に応じて前記第1または第2の判定結果電位を発生する論理回路(34)と、を備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to any one of the first to ninth aspects, the second circuit (32, 33, 34) has the first potential. A first window comparator (32) for comparing (VsP) with the first and second determination potentials (VrefH, VrefL) and outputting the comparison result; and the second potential (VsM); A second window comparator (33) that compares the first and second determination potentials (VrefH, VrefL) and outputs the comparison result, and a comparison output from each of the first and second window comparators And a logic circuit (34) for generating the first or second determination result potential according to the result.
ウインドウコンパレータは、1つの入力電圧を2つの判定電圧と比較することができるため、第1および第2のウインドウコンパレータ(32,33)を用いることにより、第1および第2の電位(VsP、VsM)をそれぞれ第1および第2の判定電位(VrefH、VrefL)と比較することができる。 Since the window comparator can compare one input voltage with two determination voltages, the first and second potentials (VsP, VsM) can be obtained by using the first and second window comparators (32, 33). ) Can be compared with the first and second determination potentials (VrefH, VrefL), respectively.
請求項11に記載の発明では、請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載のセンサ装置(10)において、前記センシング部(20)は、前記物理量として圧力に応じた電位差を前記第1および第2の中点(25,26)間に発生するものであることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to any one of the first to tenth aspects, the sensing unit (20) sets the potential difference according to pressure as the physical quantity. It occurs between the first and second midpoints (25, 26).
請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の特徴を用いることにより、圧力を検出するセンサ装置(10)のセンシング部(20)に発生し得る断線を総て検出することができる。
By using the feature according to any one of
請求項12に記載の発明では、請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載のセンサ装置(10)において、前記センシング部(20)は、前記物理量として加速度に応じた電位差を前記第1および第2の中点(25,26)間に発生するものであることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to any one of the first to tenth aspects, the sensing unit (20) uses a potential difference corresponding to an acceleration as the physical quantity. It occurs between the first and second midpoints (25, 26).
請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の特徴を用いることにより、加速度を検出するセンサ装置(10)のセンシング部(20)に発生し得る断線を総て検出することができる。
By using the feature according to any one of
請求項13に記載の発明では、請求項11に記載のセンサ装置(10)において、前記圧力は、車両のドア(70)内に発生する圧力であり、前記増幅回路(40)の出力によって前記車両に設けられた乗員保護装置(60)が作動することを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the sensor device (10) according to the eleventh aspect, the pressure is a pressure generated in a door (70) of a vehicle, and the pressure is generated by an output of the amplification circuit (40). The occupant protection device (60) provided in the vehicle operates.
車両のドア(70)内に発生する圧力を検出するセンサ装置(10)のセンシング部(20)に発生し得る断線を総て検出することができるため、その断線が原因で乗員保護装置(60)が作動しないという事態をなくすことができる。 Since all the disconnections that can occur in the sensing unit (20) of the sensor device (10) that detects the pressure generated in the vehicle door (70) can be detected, the disconnection causes the occupant protection device (60 ) Can be eliminated.
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in each said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
〈第1実施形態〉
この発明に係る第1実施形態について図を参照して説明する。以下の各実施形態では、この発明に係るセンサ装置として、車両のドア内に配置された圧力センサを例に挙げて説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a pressure sensor disposed in a vehicle door will be described as an example of the sensor device according to the present invention.
(圧力センサの配置状態)
圧力センサの配置状態について、それを示す図1を参照して説明する。圧力センサ10は、車両に備えられたドア70の内部に配置されている。圧力センサ10は、ドア70の内部に発生する圧力を検出する。圧力センサ10は、車両に備えられたECU(Electronic Control Unit)50と接続されており、ECU50はドア70の内部またはドア70の周囲の構造物に配置されたエアバッグ60と接続されている。
(Pressure sensor placement)
The arrangement state of the pressure sensor will be described with reference to FIG. The
ドア70に外力が加わり、ドア70の内部圧力が上昇すると、その上昇した内部圧力が圧力センサ10によって検出される。その検出された内部圧力に対応した検出信号が圧力センサ10からECU50へ出力される。ECU50は、入力した検出信号に基づいて内部圧力の大きさを演算し、その演算値が所定の閾値を超えると判定したときにエアバッグ60に対して作動信号を出力し、エアバッグ60を作動させる。
When an external force is applied to the
(圧力センサの電気的構成)
次に、圧力センサ10の電気的構成について、それを示す図2の回路図を参照して説明する。なお、以下の説明において断線とは、非導通状態となる完全な断線の他、一部が導通した状態となる不完全な断線を含む。また、断線とは、圧力センサ10を製造した後に発生した断線と、製造時に発生した接続不良による断線とを含む意味である。
(Electric configuration of pressure sensor)
Next, the electrical configuration of the
センサ装置10は、電源Vccに接続された可変電流源11と、この可変電流源11に接続されたセンシング部20と、可変電流源11に接続された断線検出回路30と、センシング部20に接続された増幅・調整回路40とを備える。センシング部20は、検出対象である圧力に応じた電位差を発生する。断線検出回路30は、センシング部20などに発生した断線を検出する。増幅・調整回路40は、センシング部20に発生した電位差を増幅・調整する。
The
センサ装置10は、図示しないシリコン基板上に形成されており、図示しないダイアフラムを備える。このダイアフラムの感圧領域にセンシング部20が形成されている。センシング部20は、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4を接続してなるブリッジ回路27を有する。
一対のピエゾ抵抗Rs1,Rs2の各一端は、電源端子21に接続されており、各他端は、もう一対のピエゾ抵抗Rs4,Rs3の各一端に接続されている。ピエゾ抵抗Rs4,Rs3の各他端は、グランド端子22に接続されている。つまり、ブリッジ回路27は、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4により、ホイートストンブリッジ回路を構成している。
The
One end of the pair of piezoresistors Rs1, Rs2 is connected to the
ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4のうち、一方の対角位置のピエゾ抵抗Rs1,Rs3は、圧力の上昇に応じて抵抗値が減少し、他の対角位置のピエゾ抵抗Rs2,Rs4は、圧力の上昇に応じて抵抗値が増加するように設定されている。なお、ブリッジ回路27の各片にピエゾ抵抗を2つずつ設けても良いし、1つのピエゾ抵抗と1つの固定抵抗とを組み合わせた抵抗対を各片に設けても良い。
Among the piezoresistors Rs1 to Rs4, the piezoresistors Rs1 and Rs3 at one diagonal position decrease in resistance as the pressure increases, and the piezoresistors Rs2 and Rs4 at other diagonal positions increase the pressure. The resistance value is set to increase accordingly. Note that two piezoresistors may be provided on each piece of the
この実施形態では、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4は、シリコン基板の表層部にボロンなどの不純物を熱拡散してなる熱拡散抵抗であり、温度係数は、数千ppm/℃である。 In this embodiment, the piezo resistors Rs1 to Rs4 are thermal diffusion resistors formed by thermally diffusing impurities such as boron in the surface layer portion of the silicon substrate, and have a temperature coefficient of several thousand ppm / ° C.
電源端子21は、電源供給線12を介して可変電流源11と接続されている。グランド端子22は、グランド線15を介してグランド電位GNDと接続されている。ブリッジ回路の第1の中点25は第1の端子23に接続されており、第2の中点26は第2の端子24に接続されている。第1の端子23には、第1の中点25に発生する第1の電位VsPが現れ、第2の端子24には、第2の中点26に発生する第2の電位VsMが現れる。
The
第1および第2の端子23,24は、それぞれ出力線13,14を介して増幅・調整回路40と接続されている。増幅・調整回路40は、オペアンプ、トランジスタおよび抵抗などから構成されており、第1および第2の中点25,26間に発生する電位差、つまり第1の端子23に発生する第1の電位VsPと第2の端子24に発生する第2の電位VsMとの差(VsP−VsM)を差動増幅する。出力線13,14には、プルダウン抵抗R2,R1がそれぞれ接続されている。プルダウン抵抗R1,R2は、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4の各抵抗値よりも十分大きな抵抗値(例えば、数百kΩ)に設定されている。
The first and
断線検出回路30は、オペアンプ31により構成されたバッファ回路36と、オペアンプ31の出力に直列接続された抵抗回路35と、第1のウインドウコンパレータ32と、第2のウインドウコンパレータ33と、OR回路34とを備える。オペアンプ31の非反転入力端子VPは、電源供給線12に接続されており、出力は反転入力端子VNに接続されており、ボルテージフォロワを構成する。これにより、センシング部20に供給される駆動電圧VsIに影響を与えることなく、駆動電圧VsIと略同一の電位VsIoをオペアンプ31から出力することができる。
The
抵抗回路35は、抵抗RH,RM,RLを直列接続した構成になっている。抵抗RH,RMの中点35aには、オペアンプ31の出力電位VsIoを分圧した第1の判定電位VrefHが発生し、抵抗RM,RLの中点35bには、オペアンプ31の出力電位VsIoを分圧した第2の判定電位VrefLが発生する。
The
第1および第2の判定電位VrefH,VrefLは、ブリッジ回路27における断線を検出するための電位である。第1の判定電位VrefHは、ブリッジ回路27の断線により、第1および第2の電位VsP,VsMの少なくとも一方が、正常範囲を超えて駆動電圧VsIにまで上昇したことを判定するための電位である。また、第2の判定電位VrefLは、ブリッジ回路27の断線により、第1および第2の電位VsP,VsMの少なくとも一方が、正常範囲を超えてグランド電位にまで下降したことを判定するための電位である。このため、第1の判定電位VrefHは、第2の判定電位VrefLよりも高い電位に設定する。
The first and second determination potentials VrefH and VrefL are potentials for detecting disconnection in the
第1のウインドウコンパレータ32は、抵抗回路35の中点35a,35bと、出力線13とに接続されている。そして、第1のウインドウコンパレータ32は、第1の電位VsPが第2の判定電位VrefL以上かつ第1の判定電位VrefH以下のとき、つまり正常範囲内にあるときにローレベル(L)を出力し、その正常範囲内にないときにハイレベル(H)を出力する。
The
第2のウインドウコンパレータ33は、抵抗回路35の中点35a,35bと、出力線14とに接続されている。そして、第2のウインドウコンパレータ33は、第2の電位VsMが第2の判定電位VrefL以上かつ第1の判定電位VrefH以下のとき、つまり正常範囲内にあるときにローレベル(L)を出力し、その正常範囲内にないときにハイレベル(H)を出力する。
The
従って、OR回路34は、第1および第2のウインドウコンパレータ32,33の両方からローレベルが出力されているときのみ、ローレベルの出力信号Soutを出力する。
また、OR回路34は、第1および第2のウインドウコンパレータ32,33の少なくとも一方からハイレベルが出力されたときは、ハイレベルの出力信号Soutを出力する。
Therefore, the
The OR
第1および第2の判定電位VrefH,VrefLは、次のようにして決定する。
この実施形態では、ブリッジ回路27の駆動電圧VsIは1〜4Vであり、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4はそれぞれ数kΩである。センシング部20のどこにも断線の発生していない正常時は、第1および第2の端子23,24に発生する第1および第2の電位VsP,VsMは、それぞれ(VsI/2)±数十mVの範囲にある。
The first and second determination potentials VrefH and VrefL are determined as follows.
In this embodiment, the drive voltage VsI of the
そこで、この実施形態では、第1および第2の判定電位VrefH,VrefLを次の式(3)および(4)により設定する。 Therefore, in this embodiment, the first and second determination potentials VrefH and VrefL are set by the following equations (3) and (4).
VrefH=VsI*0.6 ・・・(3)
VrefL=VsI*0.4 ・・・(4)
VrefH = VsI * 0.6 (3)
VrefL = VsI * 0.4 (4)
また、ブリッジ回路27の断線が不完全で一部が導通しているような場合は、第1および第2の電位VsP,VsMが駆動電圧VsIにまで上昇しなかったり、グランド電位まで下降しなかったりすることが考えられる。
そこで、第1の判定電位VrefHは、駆動電圧VsIの0.6倍、つまり正常範囲に対して10%のみ高く設定し、第2の判定電位VrefLは、駆動電圧VsIの0.4倍、つまり正常範囲に対して10%のみ低く設定しているため、ブリッジ回路27の不完全な断線をも検出することができる。
Further, when the disconnection of the
Therefore, the first determination potential VrefH is set to 0.6 times the drive voltage VsI, that is, only 10% higher than the normal range, and the second determination potential VrefL is set to 0.4 times the drive voltage VsI, that is, Since only 10% is set lower than the normal range, incomplete disconnection of the
また、上記の理由により、抵抗回路35を構成する各抵抗RH,RM,RLは、次の式(5)および(6)を満足するように計算して設定する。この実施形態では、抵抗RH,RM,RLの各抵抗値はそれぞれ数十〜数百kΩである。
For the above reason, the resistors RH, RM, and RL constituting the
VrefH=VsI*(RM+RL)/(RH+RM+RL) ・・・(5)
VrefL=VsI*RL/(RH+RM+RL) ・・・(6)
VrefH = VsI * (RM + RL) / (RH + RM + RL) (5)
VrefL = VsI * RL / (RH + RM + RL) (6)
次に、オペアンプ31の回路構成について、それを示す図3を参照して説明する。
オペアンプ31は、第1の差動増幅部31fと、第2の差動増幅部31gと、第1のカレントミラー回路31hと、第2のカレントミラー回路31iと、第3のカレントミラー回路31jと、第1の定電流源31aと、第2の定電流源31bと、出力部31kとを備える。オペアンプ31は、出力端子31eと反転入力端子VNとを接続したボルテージフォロワを構成している。
Next, the circuit configuration of the
The
第1の差動増幅部31fは、非反転入力端子VPにゲートが接続されたPチャンネル型のMOSFET(P-channel-type-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:以下、PMOSトランジスタと略す)P1と、反転入力端子VNにゲートが接続されたPMOSトランジスタP2とから構成される。第2の差動増幅部31gは、非反転入力端子VPにゲートが接続されたNチャンネル型のMOSFET(以下、NMOSトランジスタと略す)N6と、反転入力端子VNにゲートが接続されたNMOSトランジスタN5とから構成される。
The first
PMOSトランジスタP1,P2の共通ソースには、第1の定電流源31aが接続されている。PMOSトランジスタP1のドレインには、NMOSトランジスタN1のドレインが、PMOSトランジスタP2のドレインには、NMOSトランジスタN2のドレインがそれぞれ接続されている。NMOSトランジスタN1,N3の各ゲートは共通接続されており、NMOSトランジスタN1のドレインはゲートに接続されている。つまり、第1のカレントミラー回路31hは、PMOSトランジスタP1の能動負荷として作用する。
NMOSトランジスタN2,N4の各ゲートは共通接続されており、NMOSトランジスタN2のドレインはゲートに接続されている。つまり、第2のカレントミラー回路31iは、PMOSトランジスタP2の能動負荷として作用する。
A first constant
The gates of the NMOS transistors N2 and N4 are commonly connected, and the drain of the NMOS transistor N2 is connected to the gate. That is, the second current mirror circuit 31i functions as an active load for the PMOS transistor P2.
NMOSトランジスタN5,N6の共通ソースには、第2の定電流源31bが接続されている。NMOSトランジスタN5のドレインには、PMOSトランジスタP3のドレインが、NMOSトランジスタN6のドレインには、PMOSトランジスタP4のドレインがそれぞれ接続されている。PMOSトランジスタP3,P4の各ゲートは共通接続されており、PMOSトランジスタP3のドレインはゲートに接続されている。PMOSトランジスタP3,P4の各ソースは、電源Vccに接続されている。つまり、第3のカレントミラー回路31jは、第2の差動増幅部31gの能動負荷として作用する。 A second constant current source 31b is connected to a common source of the NMOS transistors N5 and N6. The drain of the PMOS transistor P3 is connected to the drain of the NMOS transistor N5, and the drain of the PMOS transistor P4 is connected to the drain of the NMOS transistor N6. The gates of the PMOS transistors P3 and P4 are commonly connected, and the drain of the PMOS transistor P3 is connected to the gate. The sources of the PMOS transistors P3 and P4 are connected to the power supply Vcc. That is, the third current mirror circuit 31j acts as an active load for the second differential amplifier 31g.
また、PMOSトランジスタP4のドレインと、NMOSトランジスタN6のドレインとの間が、ライン31nによって出力部31kを構成するPMOSトランジスタP5のゲートに接続されている。また、第3のカレントミラー回路31jを構成するPMOSトランジスタP3のドレインと、第2の差動増幅部31gを構成するNMOSトランジスタN5との間と、第1のカレントミラー回路31hを構成するNMOSトランジスタN3のドレインとが、ライン31mによって接続されている。このため、第1の差動増幅部31fが動作して第1のカレントミラー回路31hに流れる電流値が変化すると、第3のカレントミラー回路31jに流れる電流値が変化する。
The drain of the PMOS transistor P4 and the drain of the NMOS transistor N6 are connected to the gate of the PMOS transistor P5 constituting the output unit 31k by a
また、ライン31nと、第2のカレントミラー回路31iを構成するNMOSトランジスタN4のドレインとが、ライン31pによって接続されている。このため、第1の差動増幅部31fが動作して第2のカレントミラー回路31iに流れる電流値が変化すると、第2の差動増幅部31gを構成するNMOSトランジスタN6のドレイン電位、すなわち、出力部31kを構成するPMOSトランジスタP5のゲート電位が変化し、出力端子31eの電位VsIoが変化する。
また、PMOSトランジスタP5のドレインには、発振防止のための位相補償用コンデンサC1が接続されている。
Further, the
Further, a phase compensation capacitor C1 for preventing oscillation is connected to the drain of the PMOS transistor P5.
正常時は入力信号VsIは1〜4Vである。VsIが低いときは、NMOSトランジスタにより構成された第2の差動増幅部31gは動作しないが、PMOSトランジスタにより構成された第1の差動増幅部31fが動作するため、入力信号VsIと略同一電位の出力電位VsIoを出力することができる。VsIが高いときには、PMOSトランジスタにより構成された第1の差動増幅部31fは動作しないが、NMOSトランジスタにより構成された第2の差動増幅部31gが動作するため、入力信号VsIと略同一電位の出力電位VsIoを出力することができる。VsIが中間の電位の場合は、PMOSトランジスタにより構成された第1の差動増幅部31fとNMOSトランジスタにより構成された第2の差動増幅部31gの両方が動作し、入力信号VsIと略同一電位の出力電位VsIoを出力することができる。
When normal, the input signal VsI is 1 to 4V. When VsI is low, the second differential amplifier 31g configured by the NMOS transistor does not operate, but the first
センシング部20などにおいて断線が発生し、入力信号VsIが、電源電位Vccまたは電源電位Vccに近い電位にまで上昇したときは、PMOSトランジスタにより構成された第1の差動増幅部31fは動作しないが、NMOSトランジスタにより構成された第2の差動増幅部31gが動作するため、入力信号VsIと略同一電位の出力電位VsIoを出力することができる。
When a disconnection occurs in the
つまり、オペアンプ31は、グランド電位に近い電位から電源電位までの広い入力レンジを有するため、センシング部20などに断線が発生した場合であっても、入力信号VsIと略同電位の出力電位VsIoを出力できる。
従って、抵抗回路35から発生する第1および第2の判定電位VrefH,VrefLと入力信号VsIとの比が変動しないため、断線を高精度で検出することができる。
That is, since the
Accordingly, since the ratio between the first and second determination potentials VrefH and VrefL generated from the
[断線検出]
次に、ブリッジ回路27に発生した断線の検出について説明する。
(電源側の断線により駆動電源が供給されない場合)
電源側の断線により駆動電源が供給されない場合としては、電源線12と電源端子21との接続部位が断線した状態(例えば、電源線12と電源端子21とのボンディング不良など)、電源線12が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs1,Rs2が両方とも断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
[Disconnection detection]
Next, detection of disconnection occurring in the
(When drive power is not supplied due to disconnection on the power supply side)
In the case where the driving power is not supplied due to the disconnection on the power supply side, the connection portion between the
これらの状態が発生すると、第1および第2の電位VsP,VsMは、グランド電位まで低下する。一方、可変電流源11の作用により、オペアンプ31の入力電位は、略電源電位Vccまで上昇する。このため、オペアンプ31の出力電位VsIoも略電源電位Vccまで上昇するため、第2の判定電位VrefLは、次の式(7)に示す電位になる。
When these states occur, the first and second potentials VsP and VsM are lowered to the ground potential. On the other hand, due to the action of the variable
VrefL≒Vcc*0.4 ・・・(7) VrefL≈Vcc * 0.4 (7)
従って、次の式(8)が成立する。 Therefore, the following equation (8) is established.
VsP,VsM<VrefL ・・・(8) VsP, VsM <VrefL (8)
これにより、第1および第2のウインドウコンパレータ32,33は、それぞれハイレベル(H)を出力するため、OR回路34の出力Soutはハイレベルになるので、断線を検出することができる。
Accordingly, since the first and
(グランド側の断線によりグランドされない場合)
グランド側の断線によりグランドされない場合としては、グランド線15とグランド端子22との接続部位が断線した状態(例えば、グランド線15とグランド端子22とのボンディング不良など)、グランド線15が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs3,Rs4が両方とも断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
(When not grounded due to disconnection on the ground side)
In the case where the ground is not ground due to the disconnection on the ground side, the connection part between the
これらの状態が発生すると、第1および第2の電位VsP,VsMは、略電源電位まで上昇する。一方、可変電流源11の作用により、オペアンプ31の入力電位は、略電源電位Vccまで上昇する。このため、オペアンプ31の出力電位VsIoも略電源電位Vccまで上昇するため、第1の判定電位VrefHは、次の式(9)に示す電位になる。
When these states occur, the first and second potentials VsP and VsM rise to substantially the power supply potential. On the other hand, due to the action of the variable
VrefH≒Vcc*0.6 ・・・(9) VrefH≈Vcc * 0.6 (9)
また、第1および第2の電位VsP,VsMは、次の式(10)および(11)に示す電位になる。 Further, the first and second potentials VsP and VsM are potentials represented by the following equations (10) and (11).
VsP=R2*VsI/(Rs1+R2)≒R2*Vcc/(Rs1+R2)
・・・(10)
VsM=R1*VsI/(Rs2+R1)≒R1*Vcc/(Rs2+R1)
・・・(11)
VsP = R2 * VsI / (Rs1 + R2) ≈R2 * Vcc / (Rs1 + R2)
... (10)
VsM = R1 * VsI / (Rs2 + R1) ≈R1 * Vcc / (Rs2 + R1)
(11)
また、プルダウン抵抗R1,R2の各抵抗値は、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4の各抵抗値よりも十分大きいため、次の式(12)および(13)が成立する。 Further, since the resistance values of the pull-down resistors R1 and R2 are sufficiently larger than the resistance values of the piezo resistors Rs1 to Rs4, the following equations (12) and (13) are established.
VsP≒Vcc ・・・(12)
VsM≒Vcc ・・・(13)
VsP≈Vcc (12)
VsM≈Vcc (13)
従って、次の(14)式が成立する。 Therefore, the following equation (14) is established.
VsP,VsM>VrefH ・・・(14) VsP, VsM> VrefH (14)
これにより、第1および第2のウインドウコンパレータ32,33は、それぞれハイレベル(H)を出力するため、OR回路34の出力Soutはハイレベルになるので、断線を検出することができる。
Accordingly, since the first and
(断線により第1の電位VsPが異常な場合)
断線により第1の電位VsPが異常な場合としては、出力線13と第1の端子23との接続部位が断線した状態(例えば、出力線13と第1の端子23とのボンディング不良など)、出力線13が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs1,Rs4の少なくとも一方が断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
(When the first potential VsP is abnormal due to disconnection)
As a case where the first potential VsP is abnormal due to disconnection, a state where the connection portion between the
これらの状態のうちピエゾ抵抗Rs1のみ断線した場合、出力線13に接続されたプルダウン抵抗R2の抵抗値は、ピエゾ抵抗Rs1の抵抗値よりも十分大きいので、第1の電位VsPは、略駆動電源の電位VsIまで上昇する。このため、次の式(15)および(16)が成立する。
VsP>VrefH ・・・(15)
VrefL<VsM<VrefH ・・・(16)
When only the piezoresistor Rs1 is disconnected in these states, since the resistance value of the pull-down resistor R2 connected to the
VsP> VrefH (15)
VrefL <VsM <VrefH (16)
これにより、第1のウインドウコンパレータ32の出力がハイレベルになり、第2のウインドウコンパレータ33の出力がローレベルになるため、OR回路34の出力Soutはハイレベルになるので、断線を検出することができる。
また、ピエゾ抵抗Rs1のみ断線した場合以外の状態が発生すると、第1の電位VsPは、出力線13に接続されたプルダウン抵抗R2によりグランド電位に低下する。このため、次の式(17)および(18)が成立する。
As a result, the output of the
Further, when a state other than the case where only the piezoresistor Rs1 is disconnected occurs, the first potential VsP is lowered to the ground potential by the pull-down resistor R2 connected to the
VsP<VrefL ・・・(17)
VrefL<VsM<VrefH ・・・(18)
VsP <VrefL (17)
VrefL <VsM <VrefH (18)
これにより、第1のウインドウコンパレータ32の出力がハイレベルになり、第2のウインドウコンパレータ33の出力がローレベルになるため、OR回路34の出力Soutはハイレベルになるので、断線を検出することができる。
As a result, the output of the
(断線により第2の電位VsMが異常な場合)
断線により第2の電位VsMが異常な場合としては、出力線14と第2の端子24との接続部位が断線した状態(例えば、出力線14と第2の端子24とのボンディング不良など)、出力線14が断線した状態、ピエゾ抵抗Rs2,Rs3の少なくとも一方が断線した状態、あるいは、それらの状態の2つ以上が同時に発生している状態などが存在する。
(When the second potential VsM is abnormal due to disconnection)
As a case where the second potential VsM is abnormal due to disconnection, the connection part between the
これらの状態のうちピエゾ抵抗Rs2のみ断線した場合、出力線14に接続されたプルダウン抵抗R1の抵抗値は、ピエゾ抵抗Rs2の抵抗値よりも十分大きいので、第2の電位VsMは、略駆動電源の電位VsIまで上昇する。このため、次の式(19)および(20)が成立する。
VsM>VrefH ・・・(19)
VrefL<VsP<VrefH ・・・(20)
When only the piezoresistor Rs2 is disconnected in these states, since the resistance value of the pull-down resistor R1 connected to the
VsM> VrefH (19)
VrefL <VsP <VrefH (20)
これにより、第2のウインドウコンパレータ33の出力がハイレベルになり、第1のウインドウコンパレータ32の出力がローレベルになるため、OR回路34の出力Soutはハイレベルになるので、断線を検出することができる。
また、ピエゾ抵抗Rs2のみ断線した場合以外の状態が発生すると、第2の電位VsMは、出力線14に接続されたプルダウン抵抗R1によりグランド電位に低下する。このため、次の式(21)および(22)が成立する。
As a result, the output of the
Further, when a state other than the case where only the piezoresistor Rs2 is disconnected occurs, the second potential VsM is lowered to the ground potential by the pull-down resistor R1 connected to the output line. Therefore, the following expressions (21) and (22) are established.
VsM<VrefL ・・・(21)
VrefL<VsP<VrefH ・・・(22)
VsM <VrefL (21)
VrefL <VsP <VrefH (22)
これにより、第2のウインドウコンパレータ33の出力がハイレベルになり、第1のウインドウコンパレータ32の出力がローレベルになるため、OR回路34の出力Soutはハイレベルになるので、断線を検出することができる。
As a result, the output of the
以上のように、第1実施形態の圧力センサ10を使用すれば、センシング部20に発生し得る断線を総て検出することができる。また、電源線12およびグランド線15の少なくとも一方の断線をも検出することができる。
As described above, if the
〈第2実施形態〉
次に、この発明の第2実施形態について図4を参照して説明する。図4は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路を一部省略して示す回路図である。この実施形態の圧力センサは、抵抗回路35がセンシング部20の感度の温度補償抵抗を兼用していることを特徴とする。なお、第1実施形態と同じ構成については同一の符号を使用し、説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a part of the disconnection detection circuit provided in the pressure sensor of this embodiment. The pressure sensor of this embodiment is characterized in that the
断線検出回路30は、第1実施形態の断線検出回路30に備えられていたオペアンプ31を備えていない。抵抗回路35は、電源線12に接続されている。抵抗回路35は、センシング部20の温度特性を補償するための温度補償回路であるとともに、第1および第2の判定電位VrefH,VrefLを生成する回路でもある。抵抗回路35と第1および第2のウインドウコンパレータ32,33との接続関係は第1実施形態の断線検出回路30と同じである。
The
ここで、可変電流源11の電流値をIs、可変電流源11から電源線12を介してブリッジ回路27に流れる電流値をIsg、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4の抵抗値の合計をRsとすると、電流値Isgは次の式(23)により求めることができる。
Here, if the current value of the variable
Isg=Is*1/(1+Rs/(RH+RM+RL)) ・・・(23) Isg = Is * 1 / (1 + Rs / (RH + RM + RL)) (23)
この実施形態では、抵抗RH,RM,RLはそれぞれCrSiなどの薄膜抵抗であり、各抵抗値はそれぞれ数十〜数百kΩである。また、各ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4は熱拡散抵抗であり、各抵抗値はそれぞれ数kΩである。
従って、電流値Isgは略電流値Isと等しくなるため、電源線12に抵抗回路35を接続したことにより、ブリッジ回路27に流れる電流値Isgが大きく減少し、圧力センサ10の感度が低下するおそれがない。
In this embodiment, the resistors RH, RM, and RL are thin film resistors such as CrSi, and each resistance value is several tens to several hundreds kΩ. Each piezoresistor Rs1 to Rs4 is a thermal diffusion resistor, and each resistance value is several kΩ.
Therefore, since the current value Isg is substantially equal to the current value Is, the connection of the
また、各ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4は熱拡散抵抗であり、正の温度特性を有し、各抵抗温度係数は数千ppm/℃であるため、圧力センサ10の環境温度が上昇すると、ピエゾ抵抗Rs1〜Rs4の各抵抗値が高くなる。このため、ブリッジ回路27に流れる電流値Isgが減少し、圧力センサ10の感度が低下する。
Further, each of the piezoresistors Rs1 to Rs4 is a thermal diffusion resistor, has a positive temperature characteristic, and each resistance temperature coefficient is several thousand ppm / ° C. Therefore, when the environmental temperature of the
そこで、抵抗回路35の抵抗値を調整し、電流値Isgを調整することにより、感度の温度補償を行う。例えば、複数の環境温度毎の電流値Isgをそれぞれ計測し、それら計測値の中心値を算出する。そして、その中心値と理想値との誤差がなくなるように抵抗回路35の抵抗値を設定する。具体的には、前述の式(23)より、電流値Isgを大きくしたい場合は、抵抗回路35の抵抗値(RH+RM+RL)を高くし、逆に電流値Isgを小さくしたい場合は、抵抗回路35の抵抗値(RH+RM+RL)を低くする。
このとき、抵抗回路35の各抵抗の抵抗温度係数は略ゼロであるため、抵抗回路35に設定した抵抗値が環境温度により変化しないので、電流値Isgを高精度で調整することができる。
Therefore, the temperature value of the sensitivity is compensated by adjusting the resistance value of the
At this time, since the resistance temperature coefficient of each resistance of the
以上のように、第2実施形態の圧力センサ10を使用すれば、センシング部20の温度補償のための抵抗回路35に発生する電位を分圧して第1および第2の判定電位VrefH,VrefLを生成することができるため、第1および第2の判定電位を生成するための専用の回路を設ける必要がない。
従って、上記の専用の回路を設ける必要のない分、回路面積を小さくすることができ、かつ、圧力センサ10の製造コストを低減することができる。
As described above, if the
Therefore, the circuit area can be reduced and the manufacturing cost of the
〈第3実施形態〉
次に、この発明の第3実施形態について図5を参照して説明する。図5は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路を構成するバッファ回路の回路図である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of a buffer circuit constituting the disconnection detection circuit provided in the pressure sensor of this embodiment.
バッファ回路36は、PNP型バイポーラトランジスタT1と、NPN型バイポーラトランジスタT2と、定電流源31cとを備える。トランジスタT1のベースは電源線12に、エミッタは定電流源31cを介して電源Vccに、コレクタはグランドGNDにそれぞれ接続されている。トランジスタT2のベースはトランジスタT1のエミッタに接続されており、ベース・コレクタ間には定電流源31cが接続されており、エミッタは抵抗回路35に接続されている。トランジスタT1はトランジスタT2のベース電位を決定する役割をしている。
The
ここで、トランジスタT1のベースに印加される電位をVsI、トランジスタT1,T2のベース・エミッタ間電圧をそれぞれVBE(T1),VBE(T2)、トランジスタT2のエミッタの出力電位をVsIoとすると、次の式(24)が成立する。 Here, if the potential applied to the base of the transistor T1 is VsI, the base-emitter voltages of the transistors T1 and T2 are VBE (T1) and VBE (T2), respectively, and the output potential of the emitter of the transistor T2 is VsIo, then (24) is established.
VsI+VBE(T1)=VBE(T2)+VsIo ・・・(24) VsI + VBE (T1) = VBE (T2) + VsIo (24)
上記式(24)より、次の式(25)が導かれる。 From the above equation (24), the following equation (25) is derived.
VsIo=VsI+VBE(T1)−VBE(T2) ・・・(25) VsIo = VsI + VBE (T1) −VBE (T2) (25)
トランジスタT1,T2間には、ベース・エミッタ間電圧の差が存在するが、その差を無視すると、式(25)において、トランジスタT2のエミッタ出力電位VsIoはトランジスタT1のベースに印加される電位VsIと同一になる。つまり、ブリッジ回路27の駆動電圧VsIと略同一の電位をトランジスタT2から取出し、それを抵抗回路35に印加することができる。
There is a base-emitter voltage difference between the transistors T1 and T2. If this difference is ignored, the emitter output potential VsIo of the transistor T2 is the potential VsI applied to the base of the transistor T1 in equation (25). Will be the same. That is, a potential substantially the same as the drive voltage VsI of the
以上のように、第3実施形態の圧力センサ10を使用すれば、2つのバイポーラトランジスタと、1つの定電流源とによりバッファ回路36が構成されており、オペアンプ31を用いたバッファ回路よりも素子数を減らすことができるため、バッファ回路の面積を小さくすることができる。
従って、センサ装置10を小型化することができる。
As described above, when the
Therefore, the
〈第4実施形態〉
次に、この発明の第4実施形態について図6を参照して説明する。図6は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路を構成するバッファ回路の回路図である。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a circuit diagram of a buffer circuit constituting the disconnection detection circuit provided in the pressure sensor of this embodiment.
バッファ回路36は、PMOSトランジスタP1と、NMOSトランジスタN1と、定電流源31dとを備える。PMOSトランジスタP1のゲートは電源線12に、ソースは定電流源31dを介して電源Vccに、ドレインはグランドGNDにそれぞれ接続されている。NMOSトランジスタN1のゲートはPMOSトランジスタP1のソースに接続されており、ゲート・ドレイン間には定電流源31dが接続されており、ソースは抵抗回路35に接続されている。PMOSトランジスタP1はNMOSトランジスタN1のゲート電位を決定する役割をしている。
The
ここで、PMOSトランジスタP1のゲートに印加される電位をVsI、PMOSトランジスタP1およびNMOSトランジスタN1のゲート・ソース間電圧をそれぞれVGS(P1),VGS(N1)、NMOSトランジスタN1のソースの出力電位をVsIoとすると、次の式(26)が成立する。 Here, the potential applied to the gate of the PMOS transistor P1 is VsI, the gate-source voltages of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1 are VGS (P1), VGS (N1), and the output potential of the source of the NMOS transistor N1 is, respectively. When VsIo is established, the following equation (26) is established.
VsI+VGS(P1)=VGS(N1)+VsIo ・・・(26) VsI + VGS (P1) = VGS (N1) + VsIo (26)
上記式(26)より、次の式(27)が導かれる。 From the above equation (26), the following equation (27) is derived.
VsIo=VsI+VGS(P1)−VGS(N1) ・・・(27) VsIo = VsI + VGS (P1) −VGS (N1) (27)
PMOSトランジスタP1およびNMOSトランジスタN1間に存在するゲート・ソース間電圧の差を無視すると、式(27)において、NMOSトランジスタN1のソース出力電位VsIoはPMOSトランジスタP1のゲートに印加される電位VsIと同一になる。つまり、ブリッジ回路27の駆動電圧VsIと略同一の電位をNMOSトランジスタN1から取出し、それを抵抗回路35に印加することができる。
If the gate-source voltage difference existing between the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1 is ignored, the source output potential VsIo of the NMOS transistor N1 is the same as the potential VsI applied to the gate of the PMOS transistor P1 in equation (27). become. That is, a potential substantially the same as the drive voltage VsI of the
以上のように、第4実施形態の圧力センサ10を使用すれば、2つのMOSトランジスタと、1つの定電流源とによりバッファ回路36が構成されており、オペアンプ31を用いたバッファ回路よりも素子数を減らすことができるため、バッファ回路の面積を小さくすることができる。
従って、センサ装置10を小型化することができる。
As described above, when the
Therefore, the
〈第5実施形態〉
次に、この発明の第5実施形態について図7を参照して説明する。図7は、この実施形態の圧力センサに備えられた断線検出回路30および増幅・調整回路40の回路図である。この実施形態の圧力センサは、断線検出回路30の出力によって増幅・調整回路40の出力を変化させることを特徴とする。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a circuit diagram of the
増幅・調整回路40は、差動増幅部43と、この差動増幅部43に定電流を供給する定電流源41と、差動増幅部43に接続されたカレントミラー回路44と、差動増幅部43の差動出力を入力するNMOSトランジスタN3と、NMOSトランジスタN4とを備える。NMOSトランジスタN4のゲートは、断線検出回路30のOR回路34の出力に接続されており、ドレインは、差動増幅部43から差動出力をNMOSトランジスタN3に入力するライン45に接続されており、ソースはグランドに接続されている。増幅・調整回路40の出力Voutは、正常時で、例えば0.5〜4.5Vである。
The amplification /
断線検出回路30が断線を検出し、OR回路34の出力Soutがハイレベルになると、増幅・調整回路40のNMOSトランジスタN4がオンするため、NMOSトランジスタN3のゲートの電位が低下し、NMOSトランジスタN3がオフするので、出力Voutが上昇する。例えば、断線が検出されると、出力Voutは、正常時の上限である4.5Vを超えてほぼ電源電位5.0Vに達する。例えば、ECU50(図1)が、Voutが正常時の範囲を超えたことを検出し、センシング部20などに断線が発生したと判定する。
以上のように、第5実施形態の圧力センサ10を使用すれば、断線の発生していない正常時よりも出力Voutが上昇したことを検出することにより、断線の発生を検出することができる。
When the
As described above, if the
<他の実施形態>
この発明に係るセンサ装置は、車両のドア内部の圧力以外の圧力を検出する圧力センサとして使用することもできる。また、液体の圧力を検出する圧力センサとしても使用することができる。さらに、加速度センサにも適用することができる。この場合、前述のダイアフラムの変位加速度に応じた電位差が、ブリッジ回路27の第1および第2の中点25,26間に発生する。
<Other embodiments>
The sensor device according to the present invention can also be used as a pressure sensor for detecting a pressure other than the pressure inside the door of the vehicle. It can also be used as a pressure sensor for detecting the pressure of the liquid. Furthermore, it can be applied to an acceleration sensor. In this case, a potential difference corresponding to the displacement acceleration of the diaphragm is generated between the first and
10・・圧力センサ(センサ装置)、11・・駆動電源、12・・電源線、
13,14・・出力線、15・・グランド線、20・・センシング部、
21・・電源端子、22・・グランド端子、23・・第1の端子、
24・・第2の端子、25・・第1の中点、26・・第2の中点、
27・・ブリッジ回路、30・・断線検出回路、31・・オペアンプ、
32・・第1のウインドコンパレータ(第2の回路)、
33・・第2のウインドコンパレータ(第2の回路)、
34・・OR回路(第2の回路)、35・・抵抗回路(第1の回路)、
36・・バッファ回路(第1の回路)、40・・増幅・調整回路(増幅回路)。
10 .... Pressure sensor (sensor device), 11 .... Drive power supply, 12 .... Power supply line,
13, 14 ... Output line, 15 ... Ground line, 20 ... Sensing part,
21..Power supply terminal, 22..Ground terminal, 23..First terminal,
24..Second terminal, 25..First midpoint, 26..Second midpoint,
27 .. Bridge circuit, 30 .. Disconnection detection circuit, 31.
32 .. First window comparator (second circuit),
33 .. Second window comparator (second circuit),
34 .. OR circuit (second circuit), 35 .. Resistance circuit (first circuit),
36-Buffer circuit (first circuit), 40-Amplification and adjustment circuit (amplification circuit).
Claims (13)
前記電位差を増幅する増幅回路と、を備えたセンサ装置において、
前記駆動電源の電位の1/2よりも高く、かつ、前記駆動電源の電位よりも低い第1の判定電位と、グランド電位よりも高く、かつ、前記駆動電源の電位の1/2よりも低い第2の判定電位とを生成する第1の回路と、
前記第1の回路と、前記第1および第2の中点とに接続されており、前記第1の中点に発生する電位である第1の電位が前記第2の判定電位以上かつ前記第1の判定電位以下であり、さらに、前記第2の中点に発生する電位である第2の電位が前記第2の判定電位以上かつ前記第1の判定電位以下であるときに第1の判定結果電位を発生し、前記第1および第2の電位の少なくとも一方が前記第2の判定電位よりも低いとき、あるいは、前記第1および第2の電位の少なくとも一方が前記第1の判定電位よりも高いときに前記第1の判定結果電位とは電位の異なる第2の判定結果電位を発生する第2の回路と、
を備えたことを特徴とするセンサ装置。 It has a bridge circuit composed of a pair of piezoresistors connected to a power supply terminal for supplying drive power and a pair of piezoresistors connected to a ground terminal, and a potential difference corresponding to a physical quantity to be detected is set in the bridge circuit. A sensing unit generated between the first and second midpoints;
In a sensor device comprising an amplifier circuit for amplifying the potential difference,
A first determination potential that is higher than 1/2 of the potential of the drive power supply and lower than the potential of the drive power supply, and higher than a ground potential, and lower than 1/2 of the potential of the drive power supply. A first circuit for generating a second determination potential;
The first potential that is connected to the first circuit and the first and second midpoints and that is generated at the first midpoint is greater than or equal to the second determination potential and the first 1st determination potential or less, and further, the first determination is made when a second potential, which is a potential generated at the second midpoint, is not less than the second determination potential and not more than the first determination potential. When a result potential is generated and at least one of the first and second potentials is lower than the second determination potential, or at least one of the first and second potentials is lower than the first determination potential A second circuit for generating a second determination result potential different from the first determination result potential when
A sensor device comprising:
前記駆動電源を入力するバッファ回路と、
前記バッファ回路の出力電位を分圧して前記第1および第2の判定電位を生成する抵抗回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 The first circuit includes:
A buffer circuit for inputting the drive power;
The sensor device according to claim 1, further comprising: a resistor circuit that divides an output potential of the buffer circuit to generate the first and second determination potentials.
前記センシング部の温度補償用抵抗から構成されており、前記温度補償用抵抗に発生する電位を分圧して前記第1および第2の判定電位を生成することを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 The first circuit includes:
2. The temperature compensation resistor of the sensing unit is configured to divide a potential generated in the temperature compensation resistor to generate the first and second determination potentials. Sensor device.
前記温度補償用抵抗は、薄膜抵抗であることを特徴とする請求項3に記載のセンサ装置。 Each piezoresistor constituting the bridge circuit is a thermal diffusion resistor,
The sensor device according to claim 3, wherein the temperature compensating resistor is a thin film resistor.
非反転入力端子が前記駆動電源に接続されており、ボルテージフォロワを構成するオペアンプであることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 The buffer circuit is
The sensor device according to claim 2, wherein a non-inverting input terminal is connected to the driving power source and is an operational amplifier constituting a voltage follower.
非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれゲートが接続された一対のPMOSトランジスタを有する第1の差動増幅部と、
前記非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれゲートが接続された一対のNMOSトランジスタを有する第2の差動増幅部と、
前記第1および第2の差動増幅部の少なくとも一方から出力される差動増幅信号を増幅して出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載のセンサ装置。 The operational amplifier is
A first differential amplifier having a pair of PMOS transistors each having a gate connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal;
A second differential amplifier having a pair of NMOS transistors each having a gate connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal;
An output section for amplifying and outputting a differential amplification signal output from at least one of the first and second differential amplification sections;
The sensor device according to claim 5, further comprising:
ベースが前記駆動電源に、エミッタが定電流源にそれぞれ接続されており、コレクタが接地されたPNP型バイポーラトランジスタと、
ベースが前記PNP型バイポーラトランジスタのエミッタに、ベース・コレクタ間に前記定電流源がそれぞれ接続されており、エミッタが前記抵抗回路に接続されたNPN型バイポーラトランジスタと、により構成されていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 The buffer circuit is
A PNP bipolar transistor having a base connected to the drive power source, an emitter connected to a constant current source, and a collector grounded;
The base is composed of an emitter of the PNP bipolar transistor, the constant current source is connected between a base and a collector, and an NPN bipolar transistor whose emitter is connected to the resistor circuit. The sensor device according to claim 2.
ゲートが前記駆動電源に、ソースが定電流源にそれぞれ接続されており、ドレインが接地されたPMOSトランジスタと、
ゲートが前記PMOSトランジスタのソースに、ゲート・ドレイン間に前記定電流源がそれぞれ接続されており、ソースが前記抵抗回路にそれぞれ接続されたNMOSトランジスタと、により構成されていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 The buffer circuit is
A PMOS transistor having a gate connected to the drive power source, a source connected to a constant current source, and a drain grounded;
An NMOS transistor having a gate connected to the source of the PMOS transistor, the constant current source connected between the gate and the drain, and an NMOS transistor connected to the resistance circuit, respectively. Item 3. The sensor device according to Item 2.
前記増幅回路は前記第2の回路の出力に応じて出力電位を変化させることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のセンサ装置。 The output of the second circuit is connected to the amplifier circuit;
The sensor device according to claim 1, wherein the amplifier circuit changes an output potential according to an output of the second circuit.
前記第1の電位と、前記第1および第2の判定電位とを比較するとともにその比較結果を出力する第1のウインドウコンパレータと、
前記第2の電位と、前記第1および第2の判定電位とを比較するとともにその比較結果を出力する第2のウインドウコンパレータと、
前記第1および第2のウインドウコンパレータからそれぞれ出力された比較結果に応じて前記第1または第2の判定結果電位を発生する論理回路と、
を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載のセンサ装置。 The second circuit includes:
A first window comparator that compares the first potential with the first and second determination potentials and outputs the comparison result;
A second window comparator that compares the second potential with the first and second determination potentials and outputs the comparison result;
A logic circuit for generating the first or second determination result potential according to the comparison result output from each of the first and second window comparators;
The sensor device according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
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