JP2013242285A - 不揮発性メモリを用いた調整回路及びこれを備えた物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】物理量を電気信号として出力する通常動作モードと、出力の調整情報を不揮発性メモリへ書き込むトリミング動作モードとの動作モード移行を行い、その際に制御用及び書き込みの専用端子を必要とせず、外部より混入するノイズによるモード移行の誤動作の防止とセンサ回路を簡素化し且つ低コストに製造される物理量センサを提供する。
【解決手段】電流検出部１４により検出されるリファレンス端子２１の電流量が継続的にモード判定閾値を超えることで、出力端子２０は信号切り替えスイッチ１５によって物理量に比例した電気信号を出力するバッファアンプ１２からシリアルＩ／Ｆ部１０へと接続が選択される。
【選択図】図１

Description

この発明は、物理量に比例した電気信号を出力する出力端子と、その物理量に比例する出力のゼロ点電位のみを常に出力するリファレンス端子とを備え、且つ物理量に比例した電気信号のゼロ点とスパンを調整し、さらにそのゼロ点とスパンの温度変化を補正する回路と、その調整量と補正量を記憶する不揮発性メモリとを備えた物理量センサに関する。

従来、物理量センサの高精度化を目的に、物理量に比例した電気信号出力のゼロ点やスパン調整を行う調整回路、さらにそのゼロ点とスパンの温度変化を補正する温度補正回路とを備え、また、前述のゼロ点とスパンの調整量や温度補正回路の補正量等の調整情報を不揮発性メモリへ記憶するためのトリミング動作モードを備えるものが紹介されている。
このトリミング動作モードは通常動作時よりも高い電圧で生成される３値の電圧による信号列を出力端子に印加することにより、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードへのモード移行制御を行っている。（例えば、特許文献１参照）

特許第４２４４８８６号

しかしながら、特許文献１に記載されているセンサ回路は物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードとの移行制御として出力端子に通常に使用する電圧よりもさらに高い電圧で生成される３値の電圧から成る信号列を印加し、その印加された信号列を分離する回路を備える必要があるため回路規模が増大する可能性がある。

また、出力端子には、物理量に比例した電気信号を出力する通常の動作よりも高い電圧で生成される３値の電圧から成る信号列を印加するため、出力端子は電源電圧よりも高電圧となることから回路の破損防止として保護回路の付加が必要となり回路規模が増大する可能性もある。

さらに、出力端子に通常の動作より高い電圧で生成される３値の電圧から成る信号列に含まれるデータパターンが不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードへの移行信号を示す特定パターンである事を判定するために專用の判定回路が必要となり、回路が複雑化して回路規模が増大する可能性もあるため回路の低コスト化が困難である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、少なくとも回路に電源を印加する電源端子と、その回路の基準電位であるＧＮＤ端子と、物理量を電気信号として出力する出力端子と、その出力信号のゼロ点であるゼロ点電位を出力するリファレンス端子とを備え、センサデバイスの感度調整やゼロ点調整を行う調整回路、その感度とゼロ点が周囲温度の影響によって起こる電圧変化を補正する温度補正回路と、前述の調整回路の調整量や温度補正回路の補正量等の調整情報を記憶するメモリ機能をもつセンサ回路において、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへの調整情報を書き込むトリミング動作モードのモード移行制御と、そのトリミング動作モードにおける不揮発性メモリへ調整情報の読み書き込みを簡素な回路で実現でき低コストに製造される物理量センサを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、物理量センサに備えられるリファレンス端子を、センサ回路の基準電位であるＧＮＤ端子または回路の電源を印加するための電源端子に電気的に接続し、これにより発生した過電流を閾値判定することで、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードと不揮発性メモリへ調整情報を書き込むトリミング動作モードとの移行制御を行うものである。

また、このリファレンス端子をセンサ回路の基準電位であるＧＮＤ端子または回路に電源を印加する電源端子に電気的に接続し、これにより発生する過電流量が予め設定された閾値を超え、且つ継続的に閾値を超えることを判定することで、外部ノイズによる移行制御の誤動作を防止することができる。

さらに、リファレンス端子による移行制御が成されると、出力端子はセンサ回路に設置されているスイッチにより、物理量を電気信号として出力する回路から不揮発性メモリへ調整情報を書き込む回路へと電気的に接続が切り替わる。これにより出力端子は一般的な２値の電圧からなる信号列でデータの読み書きが可能となり、回路の簡素化ができる。

また、通常動作モードにおいて、不揮発性メモリへ調整情報を書き込む回路は出力端子と電気的に接続されていないため、通常動作モード時に出力端子から混入する外部ノイズによる動作モード移行の誤動作を防止することができる。

本発明によれば、物理量を電気信号として出力する通常動作モードと、出力の調整情報を不揮発性メモリへ書き込むトリミング動作モードとの動作モード移行制御の際に、制御用及び書き込みの専用端子を必要とせず、外部より混入するノイズによるモード移行の誤動作の防止とセンサ回路を簡素化し且つ低コストに製造される物理量センサを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の構成図である。 本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の通常動作モードの動作例である。 本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路のトリミング動作モードの動作例である。 本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の動作モード移行図である。 本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の外部ノイズ影響時の動作モード移行図である。 本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の動作モード波形例である。 本発明の実施形態２に係る物理量センサ回路の構成図である。

次に、本発明の実施形態１係る不揮発性メモリを用いた調整回路及びこれを備えた物理量センサについて図を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の構成図である。
物理量センサ回路１は、小型化、量産性、低コスト化の効率を上げるために半導体プロセスを用いた高密度集積回路で構成されてもよい。

物理量センサ回路１に備えられ、センサ駆動回路２によって生成される電圧または電流は、センサ駆動端子１８と電気的に接続される物理量センサ２２に供給され、物理量センサ２２の駆動電源となる。この物理量センサ２２は、たとえばホール素子やＡＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子等の磁気センサ、または、それを応用した電流センサであってもよい。または、歪みゲージ等を用いた圧力センサであってもよい。さらにまた、半導体プロセスによって物理量センサ回路１の内部に取り込まれ、回路と一体構成されてもよい。

物理量センサ回路１には、外部電源装置２３と接続される電源端子１６及びＧＮＤ端子１７を備える。この電源端子１６に接続された外部電源装置２３から供給される電源は、物理量センサ回路１のアナログ回路電源として使用され、また、降圧または昇圧機能及び電圧安定化機能を有したディジタル回路電源生成部７に接続され、物理量センサ回路１のディジタル回路の電源に使用される。

物理量センサ回路１には、物理量センサ２２の出力と接続されるセンサ出力端子１９を備える。このセンサ出力端子１９に接続された物理量センサ２２の出力は、センサ増幅回路部１１により所定の電気信号量に増幅され、さらにバッファアンプ１２により負荷駆動範囲を増加させ出力端子２０より出力される。このセンサ増幅回路部１１はディジタル制御部６により制御され増幅率が調整される。また、補正電圧生成部８はディジタル制御部６により制御され補正電圧を生成する。その生成された電圧をセンサ増幅回路部１１に加算することで出力端子２０から出力される電気信号のゼロ点調整を行う。

物理量センサ回路１には、物理量センサが測定する物理量がゼロの時に出力端子２０から出力される電気信号量であるリファレンス電圧を生成するＲＥＦ電圧生成部９を備える。ＲＥＦ電圧生成部９から生成されたリファレンス電圧はセンサ増幅回路部１１及びバッファアンプ１２に供給される。このリファレンス電圧は、出力端子２０から出力される電気信号量のゼロ点電位であり、これを基準とすることで正負の極性を含む物理量を表現することができる。たとえば、５Ｖの電源電圧の時にリファレンス電圧を２．５Ｖとすると、物理量が正の方向に変化した場合、出力端子２０から出力される電気信号は２．５Ｖから５Ｖに変化し、物理量が負の方向に変化した場合、出力端子から出力される電気信号は２．５Ｖから０Ｖの方向の変化となる。また、ＲＥＦ電圧生成部９で生成されるリファレンス電圧はバッファアンプ１３により負荷駆動範囲を広げてリファレンス端子２１より出力される。このリファレンス端子２１から出力されるリファレンス電圧は、常に電気信号量のゼロ点電位であるため、出力端子２０から出力される電気信号量と比較することで、より正確な電気信号量の測定が可能となる。

物理量センサ回路１には、外部電源装置２３から電源端子１６を経由して印加される電源電圧を測定する電源電圧測定部４を備える。この電源電圧測定部４は、物理量センサ回路１の出力端子２０及びリファレンス端子２１から出力される電気信号量が電源電圧と比例するレシオメトリック動作の電源電圧の測定部として機能する。また、測定された電源電圧によって、ディジタル制御部６はセンサ駆動回路２と補正電圧生成部８とＲＥＦ電圧生成部９とセンサ増幅回路部１１を制御し、これにより物理量センサの感度及びリファレンス電圧を含めた電気信号量が電源電圧と比例する機能を有する。

物理量センサ回路１には、物理量センサ回路を含めた周囲温度を測定する温度センサ５を備える。この温度センサ５の温度情報によって、ディジタル制御部６はセンサ駆動回路２と補正電圧生成部８とＲＥＦ電圧生成部９とセンサ増幅回路部１１を制御し、これにより物理量センサの感度及びリファレンス電圧を含めた電気信号量の温度変化を補正する機能を有する。

物理量センサ回路１には、ディジタル制御部６に接続される不揮発性メモリ３を備える。この不揮発性メモリ３は、センサ増幅回路部１１の増幅率の調整量や補正電圧生成部８の補正電圧量、また、ＲＥＦ電圧生成部のリファレンス電圧量やセンサ駆動回路２の電圧または電流量、さらにまた、これらの温度変化の補正量を記憶する機能を有する。

物理量センサ回路１には、リファレンス端子２１の電流量を検出する電流検出部１４を備える。この電流検出部１４は、リファレンス端子２１をセンサ回路の基準電位であるＧＮＤ端子１７または電源を印加するための電源端子１６に接続することでバッファアンプ１３及びリファレンス端子２１に発生する過電流の検出と、その電流量を閾値判定する機能を有する。また、ディジタル制御部６によって前述の過電流量が閾値を超え、且つ継続的で十分な時間をともなっていることが判定されると信号切り替えスイッチ１５が切り替わり、出力端子２０はバッファアンプ１２からシリアルＩ／Ｆ部１０へと接続が選択される。これにより、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードから不揮発性メモリへ調整情報を書き込むトリミング動作モードへと移行する。
さらにまた、リファレンス端子２１をセンサ回路の基準電位であるＧＮＤ端子１７または電源を印加するための電源端子１６との接続が開放されバッファアンプ１３及びリファレンス端子２１に発生する電流量が通常となると信号切り替えスイッチ１５は出力端子２０とシリアルＩ／Ｆ部１０との接続からバッファアンプ１２への接続にされ、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードに復帰する。この接続を選択する信号切り替えスイッチ１５は、ディジタル制御部６で制御され、３路スイッチまたは３ステート回路等で構成されるものである。

図２は本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の通常動作モードの動作例である。リファレンス端子２１がセンサ回路の基準電位であるＧＮＤ端子１７または電源を印加するための電源端子１６と接続がされていない通常動作モードの構成例２４では、常に動作波形２６のように物理量センサ出力の電気信号量のゼロ点電位が出力される。そのとき、出力端子２０からは、動作波形２５のように物理量に比例した電気信号が出力される。このときシリアルＩ／Ｆ部１０は出力端子と接続されていないため、通常動作モード時に出力端子２０から混入する外部ノイズによって発生する動作モード移行の誤動作を防止することができる

図３は本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路のトリミング動作モードの動作例である。リファレンス端子２１とセンサ回路の基準電位であるＧＮＤ端子とがスイッチ２９により接続されてなる構成例２７のトリミング動作モードでは、バッファアンプ１３及びリファレンス端子２１に発生する過電流が電流検出部１４により検出される。その過電流の電流量及び継続性が所定の閾値を満たすと信号切り替えスイッチ１５は出力端子２０とシリアルＩ／Ｆ部１０の接続を行う。これにより不揮発性メモリ３と、その不揮発性メモリ３へのデータの読み書きを行う上位トリミング装置等との通信は、通信波形２８のように一般的な２値の電圧からなる信号列で可能となり、回路の簡素化ができる。

図４は本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の動作モード移行図である。動作モード移行図３０によると、電流検出部１４の電流検出量がモード判定閾値を超えない時は、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードを維持し続ける。電流検出量がモード判定閾値を超え、且つ継続的で十分なモード判定時間を満たしたとき、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードから不揮発性メモリへ調整情報を書き込むトリミング動作モードへと移行する。

図５は本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の外部ノイズ影響時の動作モード移行図である。動作モード移行図３１によると、図４と同様に電流検出部１４の電流検出量がモード判定閾値を超えない時は、物理量に比例した電気信号を出力する通常動作モードを維持し続ける。このとき、外部ノイズ影響がモード判定閾値を超えても継続的で十分なモード判定時間を満たさなければ動作モードは移行しない。これにより外部より混入するノイズによるモード移行の誤動作を防止することができる。

図６は本発明の実施形態１に係る物理量センサ回路の動作モード波形例である。動作モードの波形例３２によると、出力端子２０の通常動作モードの波形は物理量に比例した電気信号が出力され、電流検出部１４の電流検出量がモード判定閾値を超え、且つ継続的で十分なモード判定時間を満たした時、トリミング動作モードに移行する。また、トリミング動作モードの出力端子２０は、物理量に比例した電気信号を生成する回路との接続から不揮発性メモリへデータの読み書きを行うシリアルＩ／Ｆ部との接続に変わるため上位トリミング装置等との通信は一般的な２値の電圧からなる信号列でデータの読み書きができる。

（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る物理量センサ回路の構成図である。
基台３３上に設置された物理量センサ回路１は、その上面に導電性材料で構成されるシールド板３４を備える。なお、基台３３上に設置される物理量センサ回路１は、半導体プロセスによって物理量センサと一体構成されてもよい。

このシールド板３４は、安定した電位である例えばＧＮＤ端子に電気的に接続されることで外部より混入する電気的ノイズを低減する効果を有するため、さらにモード移行の誤動作を防止することができる。
さらにまた、シールド板３４により外部より混入する電気的ノイズが低減されることで物理量センサを高精度化することもできる。

なお、このシールド板３４は、図面上で物理量センサ回路１の設置部分上面を全て覆う形状となっているが、物理量センサ回路１の一部分のみ覆う形状に簡略化することもできる。

１・・・物理量センサ回路、２・・・センサ駆動回路、３・・・不揮発性メモリ、４・・・電源電圧測定部、５・・・温度センサ、６・・・ディジタル制御部、７・・・ディジタル回路電源生成部、８・・・補正電圧生成部、９・・・ＲＥＦ電圧生成部、１０・・・シリアルＩ／Ｆ部、１１・・・センサ増幅回路部、１２、１３・・・バッファアンプ、１４・・・電流検出部、１５・・・信号切り替えスイッチ、１６・・・電源端子、１７・・・ＧＮＤ端子、１８・・・センサ駆動端子、１９・・・センサ出力端子、２０・・・出力端子、２１・・・リファレンス端子、２２・・・物理量センサ、２３・・・外部電源装置、２４・・・通常動作モードの構成例、２５、２６・・・動作波形、２７・・・トリミング動作モードの構成例、２８・・・通信波形、２９・・・スイッチ、３０、３１・・・動作モード移行図、３２・・・動作モードの波形例、３３・・・基台、３４・・・シールド板

Claims (7)

1. 物理量センサが測定する物理量がゼロの時の電気信号量を常に出力するリファレンス端子と、回路の基準電位であるＧＮＤ端子と、回路に電源を供給する電源端子と、リファレンス端子に流れる電流量を検出する電流検出部とを備え、リファレンス端子がＧＮＤ端子または電源端子の少なくとも一方に電気的に接続されることで発生する通常とは異なる過電流量を検出することによって、物理量を電気信号として出力する通常動作モードと、出力の調整情報を不揮発性メモリへ書き込むトリミング動作モードと少なくとも２つ以上の動作モードの移行制御を行う事を特徴とする物理量センサ回路。
2. 前記リファレンス端子と、前記ＧＮＤ端子と、前記電源端子とを備え、リファレンス端子がＧＮＤ端子または電源端子の少なくとも一方に電気的に接続され、且つ接続が電気信号出力の調整情報であるトリミングデータを通信している間、継続的に維持されていることを特徴とする請求項１の物理量センサ回路
3. 前記リファレンス端子と、前記ＧＮＤ端子と、出力端子とを備え、リファレンス端子がＧＮＤ端子または電源端子の少なくとも一方への接統が継続的に維持されている間、前記トリミングデータが出力端子より書き込まれる事を特徴とする請求項１の物理量センサ回路。
4. 前記出力端子と、不揮発性メモリとを備え、不揮発性メモリへ書き込まれる前記トリミングデータの通信信号が、二値の電圧から成る信号列で形成されることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の物理量センサ回路。
5. 前記出力端子に３路以上のスイッチまたは、３路以上のスイッチと同様の信号選択効果をもつ機能部品を備え、少なくとも物理量に比例した電気信号の出力と、その電気信号出力の調整情報である前記トリミングデータの通信信号とを選択する機能を有することを特徴とする請求項１の物理量センサ回路
6. 導電性材料のシールド板を備え、物理量センサ回路の上面、または下面、もしくは上面及び下面の両方に設置され、物理量センサ回路の全面または一部を覆うことで外部から混入するノイズを低減する効果を有することを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の物理量センサ回路。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の特徴を有したセンサ回路を備えてなる物理量センサ

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