JP2016217713A5

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Publication number: JP2016217713A5
Application number: JP2015098792A
Authority: JP
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2035-05-14

Description

ここで物理量信号は、ジャイロセンサーを例にとれば角速度の検出信号である。但し、物理量信号は、例えば加速度、速度、角加速度などの他の物理量の検出信号であってもよい。不要信号は漏れ信号である。具体的には不要信号は例えば機械振動漏れ信号である。この機械振動漏れ信号は、所望信号である物理量信号に対して例えば９０度の位相差がある不要信号である。また第２のクロック信号ＣＫ９０は、第１のクロック信号ＣＫ０に対して、例えば位相が９０度ずれた信号である。入力信号ＩＮは、例えば前段側の増幅回路からの信号である。増幅回路は、例えば物理量トランスデューサーから出力された物理量（角速度等）に応じた信号を増幅し、増幅後の信号を入力信号ＩＮとして同期検波回路８１に出力する。

例えば、同期検波回路８１とフィルター部９０の間には信号選択回路８８が設けられている。そして信号選択回路８８は、第１のモードでは、検波回路８２からの物理量信号を、フィルター９２に出力し、検波回路８４からの不要信号を、フィルター９４に出力する。一方、第２のモードでは、検波回路８２からの前記物理量信号を、フィルター９２及びフィルター９４に出力する。

ここでノードＮ４は、フィルター９２の入力ノードとなる。またノードＮ４とフィルター９４の入力ノードＮ３との間にはスイッチ素子Ｓ５が設けられる。ノードＮ５とフィルター９４の入力ノードＮ３との間にはスイッチ素子Ｓ６が設けられる。

従って、図４に示すように第１、第２、第３、第４の期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４からなる期間を繰り返すことで、信頼性の高い常時の故障診断と、物理量信号の常時の取り込みとを両立して実現できるようになる。

ゲイン制御回路４０（ＡＧＣ）は、駆動信号出力回路５０に制御電圧ＤＳを出力して、駆動信号ＤＱの振幅を制御する。具体的には、ゲイン制御回路４０は、信号ＤＶを監視して、発振ループのゲインを制御する。例えば駆動回路３０では、ジャイロセンサー５１０の感度を一定に保つために、振動片１０（駆動用振動片）に供給する駆動電圧の振幅を一定に保つ必要がある。このため、駆動振動系の発振ループ内に、ゲインを自動調整するためのゲイン制御回路４０が設けられる。ゲイン制御回路４０は、振動片１０からのフィードバック信号ＤＩの振幅（振動片の振動速度ｖ）が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。このゲイン制御回路４０は、増幅回路３２の出力信号ＤＶを全波整流する全波整流器や、全波整流器の出力信号の積分処理を行う積分器などにより実現できる。

また診断回路１５０は、第１、第２、第３、第４のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を有する。また診断用信号ＳＦＤを第１のノードＮ１に入力するための第５のスイッチ素子ＳＷ５を有する。第１のスイッチ素子ＳＷ１は、第１のキャパシターＣ１の一端と入力ノードＮＡ１との間に設けられる。第２のスイッチ素子ＳＷ２は、第２のキャパシターＣ２の一端と入力ノードＮＡ２との間に設けられる。

診断モード時（診断期間）には、第１、第２のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がオンになり、第３、第４のスイッチ素子ＳＷ３、ＳＷ４がオフになる。これにより、第１、第２の端子ＰＤ１、ＰＤ２側との電気的な接続を、オフになった第３、第４のスイッチ素子ＳＷ３、ＳＷ４により遮断しながら、オンになった第１、第２のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を介して、診断用信号ＳＦＤを用いた診断用の所望信号（疑似所望信号）を検出回路６０に供給できる。

また、ＲＤ１〜ＲＤ４は抵抗値が可変の抵抗素子になっており、これらの抵抗素子の抵抗値を調整することで、ゲイン調整アンプ７６におけるゲインＧＤが調整される。例えば抵抗素子ＲＤ１、ＲＤ３の抵抗値をＲ１とし、抵抗素子ＲＤ２、ＲＤ４の抵抗値をＲ２とし、基準抵抗値をＲとすると、ゲインＧＤに設定するための抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、Ｒ１＝Ｒ／ＧＤ、Ｒ２＝Ｒ×（１−１／ＧＤ）と表すことができる。そしてゲイン調整アンプ７６は、信号ＱＣ１、ＱＣ２が入力されると、下記の式に示すような信号ＱＤ１、ＱＤ２を出力する。

また差動増幅回路７０の故障検出は、例えば差動増幅回路７０の出力信号ＱＣ１、ＱＣ２の電圧を監視することで実現できる。例えば出力信号ＱＣ１の第１の電圧と出力信号ＱＣ２の第２の電圧とに基づく監視電圧（例えば第１の電圧と第２の電圧の中点電圧）が、判定電圧範囲内（高電位側閾値電圧と低電位側閾値電圧の間の範囲）にあるか否かを判定することで、差動増幅回路７０の個別の故障を検出し、常時の故障検出を実現できるようになる。

同期検波回路８１は、検波回路８２と検波回路８４を含み、差動の同期検波を行う。同期検波回路８１の構成・動作は図５（Ａ）、図５（Ｂ）で説明した通りである。例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）のスイッチ素子ＳＤ１〜ＳＤ４が図９のスイッチ素子ＳＦ１〜ＳＦ４に相当し、スイッチ素子ＳＤ５〜ＳＤ８がスイッチ素子ＳＧ１〜ＳＧ４に相当する。

例えば振動片１０に恣意的に振動漏れ信号を発生させ、検波回路８４（スイッチングミキサー）がこの振動漏れ信号を検波することで、検出回路６０の故障診断を行う。

振動片１０において恣意的に発生させる振動漏れの信号（広義には不要信号）は、同期信号ＳＹＣ（所望信号）とは位相が９０度異なる。従って、検波回路８４が、同期信号ＳＹＣであるクロック信号ＣＫ０と位相が９０度異なるクロック信号ＣＫ９０に基づき、信号ＱＤ１、ＱＤ２を同期検波することで、恣意的に混入された振動漏れ信号を抽出できる。この場合の振動漏れ信号のレベルは既知となっているため、検波回路８４による検出結果をＡ／Ｄ変換して、期待値と比較することで、期待する振動漏れ信号が信号ＱＤ１、ＱＤ２に混入されていることを検出できる。そして、期待する振動漏れ信号が検出された場合には、検出回路６０は正常に動作している判定できる。この検波回路８４を用いた診断処理は、図１２に示す常時診断の期間において実行される。

即ち、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４の演算増幅器ＯＰＢ１、ＯＰＢ２による仮想接地（バーチャルショート）により、入力ノードＮＡ１、ＮＡ２の電位は共にアナログコモン電圧ＶＣＭに設定される。そして、キャパシターＣ１に比べて、キャパシターＣ２の方が容量値が大きいため、電圧振幅がＶＢである診断用信号ＳＦＤがキャパシターＣ１、Ｃ２の他端に印加された場合に、キャパシターＣ１の蓄積電荷量よりもキャパシターＣ２の蓄積電荷量の方が大きくなる。そして、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４の帰還キャパシターＣＢ１、ＣＢ２の容量値は等しいため、信号ＱＢ１、ＱＢ２の電圧振幅については、ＶＢ１＜ＶＢ２の関係が成り立つ。即ち、信号ＱＢ１の電圧振幅ＶＢ１は、キャパシターＣ１と帰還キャパシターＣＢ１の容量比（Ｃ１／ＣＢ１）に応じた振幅に設定され、信号ＱＢ２の電圧振幅ＶＢ２は、キャパシターＣ２と帰還キャパシターＣＢ２の容量比（Ｃ２／ＣＢ２）に応じた振幅に設定される。そして、キャパシターＣ１に比べてキャパシターＣ２の方が容量値が大きいため、ＶＢ１＜ＶＢ２の関係が成り立つ。