JP2022158209A - 異常検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】信号処理回路において出力路に電流を流すことなく異常判定を行うことができる異常検出回路を実現する。【解決手段】異常検出回路６０は、出力路５０の通電を遮断するオフ状態と、出力路５０の通電を許可するオン状態で切り替わる切替部６１と、切替部６１がオン状態のときに出力路５０を流れる電流が過電流状態である場合に、切替部６１をオフ状態に切り替える過電流検出回路６２とを備えている。異常検出回路６０は、出力路５０における切替部６１よりも出力回路４６とは反対側の第２導電路５２に自身の一端が電気的に接続され、自身の他端に所定電圧が印加される第１抵抗部６３と、切替部６１がオフ状態のときに、第２導電路５２の電圧が正常範囲内にあるか否か判定する判定部６５とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、異常検出回路に関するものである。

電源電圧に基づいて動作する信号処理回路は、回路の消費電力が大きくなるにつれて発熱が大きくなる。そのため、回路に大電流が流れないような対策が必要となる。例えば、信号を出力する出力端子が電源やグランドに短絡するような場合、出力端子に大電流が流れることになる。そこで、出力回路の動作を停止させて、出力路における出力回路側をハイインピーダンス状態にして電流を流れないような対策が行われる。例えば、特許文献１に開示される過電流保護回路は、導電路を流れる電流量を検出し、検出した電流量が所定の過電流検出電流量以上である場合に、スイッチ素子をオフ状態にして電流の流れを遮断する構成となっている。

特開２０１５－３５９２４号公報

アナログ信号を出力する信号処理回路において、出力端子が短絡した際に大電流が流れ続けるのを防ぐ方法として、前述した特許文献１のように、出力の短絡によって過電流が発生した場合に、導電路に設けたスイッチ素子をオフ状態にする構成が使用できるが、過電流の検出により通電が遮断された後、ショートなどの異常が解消されたか否かを判断し、通常動作へ復帰する必要がある。例えば、異常状態の判定方法として、所定の時間間隔で出力回路を動作させて出力電流を測定することが考えられる。しかしながら、短絡状態が継続する場合などでは、過電流状態が繰り返し生じさせることになるため、発熱が大きくなってしまう。そのため、例えば、出力回路を低抵抗な構成とするためにサイズを大きくしたり、過電流を流す頻度を少なくするために長い時間を計測可能なカウンターなどを搭載する必要があり、回路サイズが大きくなる問題が生じる。

一方、出力端子が短絡した際に大電流が流れないようにする別の方法としては、出力端子の電圧を検出し、検出した電圧値が電源やグランドに近しい電圧になった場合に、スイッチ素子をオフ状態にして電流の流れを遮断する構成がある。この場合、通常動作中に誤検出しないよう、通常動作時に出力端子のアナログ信号がとりうる電圧範囲の外側に、異常状態を判定する閾値を設ける必要がある。しかしエンジンルーム内のように外乱ノイズが大きい環境で動作するセンサでは、信号対雑音比（ＳＮＲ）を良くするため、アナログ出力は幅広い信号レンジを要求されることが多く、異常状態の判定閾値を電源またはグランドに近い電圧にしなければならない。出力端子が電源またはグランド近傍の電圧になったことを検出するには、入力がレールｔｏレールのコンパレータを使用する必要があるため、この構成においても回路サイズが大きくなる問題が生じる。

本発明は、上述した課題の少なくとも一つを解決するためになされ、信号処理回路において出力路に電流を流すことなく異常判定を行うことができる異常検出回路を実現する。

本発明の異常検出回路は、
出力回路を有するとともに前記出力回路から出力路を介してアナログ信号を出力する信号処理回路の異常検出回路であって、
前記出力路の通電を遮断するオフ状態と、前記出力路の通電を許可するオン状態で切り替わる切替部と、
前記切替部が前記オン状態のときに前記出力路を流れる電流が過電流状態である場合に、前記切替部を前記オフ状態に切り替える制御部と、
前記出力路における前記切替部よりも前記出力回路とは反対側の導電路に自身の一端が電気的に接続され、自身の他端に所定電圧が印加される抵抗部と、
前記切替部が前記オフ状態のときに、前記反対側の導電路の電圧が正常範囲内にあるか否か判定する判定部と、
を備える。

上記の異常検出回路は、切替部がオン状態であるときに出力端子が短絡した場合は、出力路の過電流を検出して切替部をオフ状態へ切り替えることで、大電流が流れ続けるのを防ぐことができる。そのうえ、上記の異常検出回路は、切替部がオフ状態のときに、出力回路とは反対側の導電路にグランドショートが生じていない場合、抵抗部がプルアップ抵抗として機能して、出力回路とは反対側の導電路の電圧が所定の電圧に基づく大きさで固定されることになる。一方で、出力回路とは反対側の導電路にグランドショートが生じている場合、出力回路とは反対側の導電路の電圧がグランドショートに基づく大きさ（所定の電圧よりも低い電圧）になる。そのため、判定部は、出力回路とは反対側の導電路の電圧を判断基準に用いて、信号処理回路の異常判定を行うことができる。したがって、異常検出回路は、出力回路を通常動作へ復帰させる前に、出力路に電流を流すことなく信号処理回路の異常判定を行うことができる。

上記異常検出回路は、自身の一端が接地され、自身の他端が反対側の導電路に電気的に接続される第２抵抗部を備えていてもよい。判定部は、接地電圧よりも大きく、かつ所定電圧が抵抗部および第２抵抗部によって分圧された分圧値よりも小さい範囲内の所定電圧を第１閾値とし、分圧値よりも大きく、かつ所定電圧よりも小さい範囲内の電圧を第２閾値とし、切替部がオフ状態のときに、反対側の導電路の電圧が、第１閾値よりも小さい場合または第２閾値よりも大きい場合に、正常範囲内にないと判定し、切替部がオフ状態のときに、反対側の導電路の電圧が、第１閾値以上かつ第２閾値以下である場合に、正常範囲内にあると判定してもよい。

上記の異常検出回路では、切替部がオフ状態のときに、出力回路とは反対側の導電路にショートが生じていない場合、出力回路とは反対側の導電路の電圧が、抵抗部および第２抵抗部による分圧値に固定される。電源ショートが生じている場合、出力回路とは反対側の導電路の電圧が所定電圧になり、第２閾値を上回る。グランドショートが生じている場合、出力回路とは反対側の導電路の電圧が接地電圧になり、第１閾値を下回る。そのため、判定部は、電源ショートまたはグランドショートが生じている場合に、出力回路とは反対側の導電路の電圧が正常範囲内にないと判定でき、電源ショートおよびグランドショートが生じていない場合に、出力回路とは反対側の導電路の電圧が正常範囲内であると判定することができる。

上記異常検出回路は、所定電圧が信号処理回路の電源電圧であってもよい。所定電圧を電源電圧とすることで、異常判定用の所定電圧に使用する電圧源を別途用意する必要がないため、回路を簡略化できる。よって、異常検出回路は、出力回路を通常動作へ復帰させる前に、出力路に電流を流すことなく信号処理回路の異常判定を容易に行うことができる。

上記異常検出回路は、切替部がオフ状態のときに、判定部にて反対側の導電路の電圧が正常範囲内にあると判定した場合に、制御部は切替部を前記オン状態に切り替えてもよい。

これにより、異常検出回路を用いて正常範囲内と判定した出力回路を通常動作に復帰させることができる。

本発明に係る異常検出回路は、信号処理回路において出力路に電流を流すことなく異常判定を行うことができる。

図１は、第１実施形態の筒内圧センサを概略的に例示する断面図である。 図２は、第１実施形態の筒内圧センサの電気的構成を概念的に例示するブロック図である。 図３は、第１実施形態の異常検出回路における異常検出制御の流れを例示するフローチャートである。

１．第１実施形態
１－１．筒内圧センサ１の構成
図１に示される筒内圧センサ１は、図示が省略された内燃機関に取り付けられるセンサである。筒内圧センサ１は、内燃機関の燃焼筒の筒内圧を検知対象とし、筒内圧の値を示す信号を出力し得るセンサである。内燃機関の燃焼筒は、筒内に燃焼室を構成する部位である。筒内圧は、燃焼筒の筒内の圧力であり、燃焼室内の圧力である。

内燃機関は、４ストロークエンジンを備える。４ストロークエンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程を１サイクルとした動作を周期的に繰り返すエンジンである。吸気行程は、燃焼筒の筒内に空気（あるいは気化燃料と空気が混ざった混合気）を取り込む行程である。圧縮行程は、燃焼筒の筒内に取り込んだ気体を圧縮する行程である。燃焼行程は、圧縮した気体を燃焼して膨張させる行程である。排気行程は、燃焼ガスを排気する行程である。

筒内圧センサ１は、図１に示されるように、ハウジング２、コネクタケース３、金属ステム４、接合ガラス５、センサ部６及び複数の端子金具７を備える。

ハウジング２は、ステンレス等の金属材料が切削等により加工された中空形状のケースである。ハウジング２は、内燃機関に取り付けられる部分である。ハウジング２には、ハウジング２の燃焼室側とは反対側にコネクタケース３が連結される。このコネクタケース３により、ハウジング２の内側空間における燃焼室側とは反対側の開口が閉塞される。

金属ステム４は、圧力導入孔１０が設けられた中空筒形状の金属製の部材である。金属ステム４は、ハウジング２の内側空間における燃焼室側を閉塞するようにハウジング２の燃焼室側に固定される。金属ステム４は、圧力導入孔１０が燃焼室に通じた位置関係で配置される。圧力導入孔１０内の空間は、燃焼室内の空間に通じている。金属ステム４は、燃焼室側から圧力導入孔１０内に導入された圧力媒体（例えば気体、気液混合気など）の圧力によって歪むダイヤフラム１１を有する。

センサ部６は、複数の抵抗体を有し内燃機関の筒内に配置され、筒内の圧力に応じた圧力信号を出力する装置である。センサ部６は、ダイヤフラム１１における燃焼室側とは反対側の面に対して接合ガラス５を介して取り付けられる。接合ガラス５は、絶縁体であり、ダイヤフラム１１とセンサ部６とを接合する。センサ部６は、シリコン基板を有し、このシリコン基板上には、イオン注入などによって抵抗体としての歪みゲージが形成されている。センサ部６は、ボンディングワイヤ１２及び基板１３を介して端子金具７に電気的に接続されている。

複数の端子金具７は、いずれも金属製であり、いずれもコネクタケース３を貫通して配置される。端子金具７は、一端がボンディングワイヤ１２及び基板１３を介してセンサ部６に電気的に接続され、他端が筒内圧センサ１の外側の空間に露出した状態で配置される。センサ部６が出力した圧力信号は、例えば端子金具７を介して筒内圧センサ１の外部に出力される。

図２に示されるように、筒内圧センサ１は、更に信号処理回路４０を備えている。筒内圧センサ１は、入力端子Ｔｉから供給された電力をセンサ部６に供給し、センサ部６から出力された圧力信号を信号処理回路４０で処理した後、出力端子Ｔｏから出力する。

センサ部６の一端は、導電路３１に電気的に接続されている。導電路３１は、駆動回路４１から出力電流が供給される導電路である。図２の例では、導電路３１と同電位となる部分がセンサ部６の一端とされている。センサ部６の他端は、導電路３２を介して基準導電路９０に電気的に接続されている。図２の例では、導電路３２と同電位となる部分がセンサ部６の他端とされている。

センサ部６は、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２とが直列に接続される第１直列部２５と、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４とが直列に接続される第２直列部２６と、を具備する。センサ部６は、第１直列部２５及び第２直列部２６が上記「センサ部６の一端」と上記「センサ部６の他端」との間に並列に接続されたブリッジ回路２７を有する。なお、第１直列部２５と第２直列部２６とは、別々のシリコン基板上に形成されていてもよいし、同一のシリコン基板上に形成されていてもよい。

第１抵抗体２１及び第３抵抗体２３はいずれも上記「センサ部６の一端」の側に接続され、第１抵抗体２１及び第３抵抗体２３の一方側の端部は導電路３１と同電位とされる。第２抵抗体２２及び第４抵抗体２４はいずれも上記「センサ部６の他端」の側に接続され、第２抵抗体２２及び第４抵抗体２４の他方側の端部は導電路３２と同電位とされる。第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が減少するＮ型素子（例えばＮ型ピエゾ抵抗素子）である。従って、圧力導入孔１０内の圧力が大きくなるほど、第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４の抵抗値は減少する。第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が増加するＰ型素子（例えばＰ型ピエゾ抵抗素子）である。従って、圧力導入孔１０内の圧力が大きくなるほど、第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３の抵抗値は増加する。第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４は、例えば、ダイヤフラム１１が基準形状のときに互いに同じ抵抗値となる。第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３は、例えば、ダイヤフラム１１が基準形状のときに互いに同じ抵抗値となる。ダイヤフラム１１は、例えば圧力導入孔１０内の圧力が標準気圧のときに基準形状となる。

センサ部６は、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間の第１電位と、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間の第２電位と、の電位差に応じた圧力信号を生成して出力する。圧力信号は、可変増幅部４３の非反転入力端子４３Ａと反転入力端子４３Ｂとに入力される電圧信号であり、非反転入力端子４３Ａと反転入力端子４３Ｂとの間に印加される電圧が圧力信号の一例に相当する。図２のように、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間に介在する導電路の電位が、第１電位として可変増幅部４３の非反転入力端子４３Ａに入力される。更に、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間に介在する導電路の電位が、第２電位として可変増幅部４３の反転入力端子４３Ｂに入力される。

１－２．信号処理回路４０の構成
信号処理回路４０は、筒内圧センサ１のセンサ部６と電気的に接続され、センサ部６から出力された圧力信号が入力される回路である。信号処理回路４０は、駆動回路４１、検出部４２、可変増幅部４３、フィルタ回路４５、及び出力回路４６を備える。

駆動回路４１は、入力端子Ｔｉとセンサ部６との間に配置されており、入力端子Ｔｉから供給される電力に基づき、センサ部６に対して駆動用の電力を供給する。駆動回路４１は、例えば公知の定電流回路によって構成されており、導電路３１に対して予め決められた一定値の定電流（以下、一定電流という）を流す。従って、センサ部６の一端から他端には、一定電流が流れる。また、一定電流は製品出荷検査などの時に導電路３１と基準導電路９０の電位差が所定温度にしたときに所定電圧になるような電流に調整される。センサ部６に流れる一定電流値は予めＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリなどに記憶される。

検出部４２は、例えばセンサ部６を構成する抵抗体に発生する電圧値を測定するセンサ電圧測定回路として構成されている。検出部４２は、具体的には、上述した「センサ部６の一端」と「センサ部６の他端」との間の合成抵抗値に応じた電圧値を「センサ部６の電圧値」として検出する。合成抵抗値に応じた値は、より詳しくは、導電路３１の電位と基準導電路９０の電位との電位差である。

センサ部６を構成する抵抗体（第１抵抗体２１、第２抵抗体２２、第３抵抗体２３、第４抵抗体２４）は、温度依存性があり、第１抵抗体２１、第２抵抗体２２、第３抵抗体２３、第４抵抗体２４の各々の抵抗値は温度に応じた値となる。ゆえに、「センサ部６の電圧値」も温度に応じた値となる。

検出部４２は、センサ部６の一端側に接続されており、「センサ部６の電圧値」を測定する。検出部４２の入力線４２Ａは、導電路３１及びセンサ部６の一端に電気的に接続されている。センサ部６に流れる電流はセンサ個体毎に調整された一定電流であり、検出部４２が測定する電圧値はブリッジ回路２７の合成抵抗のばらつきに依存せず、合成抵抗の温度特定のみに従って変化するため、「センサ部６の電圧値」はセンサ部６の抵抗変化率を示す信号として圧力感度の補正に使用することができる。検出部４２は、センサ部６の電圧値を示す信号を可変増幅部４３に与える。検出部４２から可変増幅部４３に与えられる信号は、センサ部６の電圧値を特定し得る信号であればよく、デジタル信号であってもよく、アナログ信号であってもよい。

可変増幅部４３は、例えば差動増幅回路として構成されている。可変増幅部４３の非反転入力端子４３Ａは、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間に電気的に接続されており、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間の導電路の電位Ｖ１を示す電圧信号が入力される。可変増幅部４３の反転入力端子４３Ｂは、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間に電気的に接続されており、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間の電位Ｖ２を示す電圧信号が入力される。つまり、非反転入力端子４３Ａと反転入力端子４３Ｂとの間の電位差Ｖ１－Ｖ２が可変増幅部４３に入力される入力電圧Ｖｉｎである。そして、この入力電圧Ｖｉｎが、センサ部６が出力する圧力信号の一例に相当する。

さらに、可変増幅部４３は、例えば検出部４２で検出された電圧値に基づいて増幅率を設定し、圧力信号を増幅した増幅信号を生成する感度補正回路として構成されている。可変増幅部４３は、補正開始条件が成立した場合に、検出部４２から与えられた信号に基づき、センサ部６の電圧値に応じて増幅率を設定する。補正開始条件は、可変増幅部４３が検出部４２からセンサ部６の電圧値を示す信号を受信したことであってもよく、その他の条件であってもよい。可変増幅部４３は、アナログ演算を行い得る回路であってもよく、デジタル演算を行い得る回路であってもよく、両演算を行い得る回路であってもよい。

可変増幅部４３は、例えば検出部４２で検出された「センサ部６の電圧値」に基づいて、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を算出する。具体的には、可変増幅部４３は、センサ部６の電圧値を変数として増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を求めるための演算式を予め記憶しておき、検出部４２から与えられた上記電圧値をこの演算式に代入することで増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を求める。そして、可変増幅部４３は、センサ部６が出力する上記圧力信号（入力電圧Ｖｉｎ）を、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）で増幅した増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ）×Ｖｉｎを生成する。なお、ここでは、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を演算式で求める例が説明されたが、可変増幅部４３は、センサ部６各電圧値と各増幅率とを対応付けたテーブルが予め記憶され、検出部４２で検出された電圧値に対応する増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）がテーブルから求められる構成であってもよい。

可変増幅部４３は、このような「増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ）×Ｖｉｎ」を、アナログ電圧信号としてフィルタ回路４５に向けて出力する。

フィルタ回路４５は、例えばローパスフィルタであり、ＲＣ回路等のアナログフィルタであってもよいし、ＦＩＲ（finite impulse response）等のデジタルフィルタであってもよい。フィルタ回路４５は、可変増幅部４３から与えられる増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ）×Ｖｉｎにおいて高周波成分を減衰させ、減衰後の信号を出力する。

出力回路４６は、フィルタ回路４５を経由した補正後の増幅信号（具体的には、フィルタ回路４５によって高周波成分の減衰がなされた補正後の増幅信号）を、安定的に外部に出力するための回路である。なお、本構成では、信号処理回路４０の動作中には、補正後の増幅信号がフィルタ回路４５及び出力回路４６を介して出力路５０に出力され、出力端子Ｔｏからに継続的に外部へ出力されるようになっている。

１－３．異常検出回路６０の構成
図２に示されるように、筒内圧センサ１は、更に異常検出回路６０を備えている。異常検出回路６０は、信号処理回路４０の異常を検出する回路である。異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じたことを検出し、出力路５０に電源ショートやグランドショートが生じたことを検出する。異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じた場合に信号処理回路４０からの信号の出力を停止し、過電流状態が解消された場合に信号処理回路４０からの信号の出力を復帰させる。異常検出回路６０は、切替部６１、過電流検出回路６２、第１抵抗部６３、第２抵抗部６４及び判定部６５を備える。

切替部６１は、例えばＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチとして構成されている。切替部６１は、出力路５０に設けられている。具体的には、出力路５０を構成する第１導電路５１と第２導電路５２との間に設けられている。切替部６１は、出力路５０の通電（第１導電路５１と第２導電路５２の通電）を遮断するオフ状態と、出力路５０の通電を許可するオン状態で切り替わる。切替部６１は、後述する過電流検出回路６２からの制御信号に基づいて、オン状態とオフ状態とで切り替わる。

過電流検出回路６２は、切替部６１がオン状態のときに、出力路５０に過電流が生じているか否かを判定し、過電流が生じている場合に切替部６１をオン状態からオフ状態に切り替えるとともに、出力回路４６の動作を停止させる。過電流検出回路６２は、「制御部」の一例に相当し、制御回路および電流検出回路を備えている。制御回路は、例えば、電流検出回路で測定した電流値をもとに切替部６１の状態を切り替えるロジック回路として構成されている。電流検出回路は、例えばシャント抵抗を備え、シャント抵抗の両端電圧に基づいて電流の大きさを計測する構成である。なお、カレントミラー回路を設けて、出力路５０に流れる電流に対応するミラー電流の大きさを測定する構成であってもよい。制御回路は、電流検出回路によって検出された電流の値が所定の電流閾値（過電流発生時に検出される電流値よりも小さい閾値）を超えた場合に、出力路５０が過電流状態であると判定する。

第１抵抗部６３は、プルアップ抵抗として機能する。第１抵抗部６３は、「抵抗部」の一例に相当する。第１抵抗部６３は、出力路５０における切替部６１よりも出力回路４６とは反対側の導電路（第２導電路５２）に自身の一端が電気的に接続され、自身の他端に電源電圧ＶＤＤが印加される構成となっている。

第２抵抗部６４は、プルダウン抵抗として機能する。第２抵抗部６４は、自身の一端が基準導電路９０に接続され（例えば、接地電圧が印加され）、自身の他端が第２導電路５２に電気的に接続されている。第２抵抗部６４は、例えば、第１抵抗部６３の抵抗値と同じ抵抗値になっている。

判定部６５は、切替部６１がオフ状態のときに、第２導電路５２の電圧が正常範囲内にあるか否か判定する。判定部６５は、２つのコンパレータ６６，６７を備えている。コンパレータ６６の一方の入力端子は、第２導電路５２に電気的に接続されている。具体的には、コンパレータ６６の一方の入力端子は、第２導電路５２において切替部６１と第１抵抗部６３および第２抵抗部６４との間に電気的に接続されている。コンパレータ６７の他方の入力端子は、第１閾値となる基準電圧（Ｖｒｅｆ１）が印加されるようになっている。ここで、第１閾値は、基準導電路９０の電圧（接地電圧）よりも大きく、かつ電源電圧ＶＤＤが第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって分圧された分圧値（例えばＶＤＤ／２）よりも小さい範囲内の所定電圧である。例えば、第１閾値は、第２導電路５２にグランドショートが生じた場合に第２導電路５２で検出される電圧（例えば接地電圧）よりもわずかに大きい電圧値である。コンパレータ６６の出力端子から出力される信号は、出力回路４６に入力されるようになっている。コンパレータ６６は、一方の入力端子に印加される電圧（第２導電路５２の電圧）の方が、他方の入力端子に印加される電圧（第１閾値）よりも大きい場合に、例えば所定のハイレベル信号を出力する。一方で、コンパレータ６６は、他方の入力端子に印加される電圧（第２導電路５２の電圧）の方が、他方の入力端子に印加される電圧（第１閾値）よりも小さい場合に、例えば所定のローレベル信号を出力する。

コンパレータ６７の一方の入力端子は、第２導電路５２に電気的に接続されている。具体的には、コンパレータ６７の一方の入力端子は、第２導電路５２において切替部６１と第１抵抗部６３および第２抵抗部６４との間に電気的に接続されている。コンパレータ６７の他方の入力端子は、第２閾値となる基準電圧（Ｖｒｅｆ２）が印加されるようになっている。ここで、第２閾値は、電源電圧ＶＤＤが第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって分圧された分圧値（例えばＶＤＤ／２）よりも大きく、かつ電源電圧ＶＤＤよりも小さい範囲内の所定電圧である。例えば、第２閾値は、第２導電路５２に電源ショートが生じた場合に第２導電路５２で検出される電圧（例えば電源電圧ＶＤＤ）よりもわずかに小さい電圧値である。コンパレータ６７の出力端子から出力される信号は、出力回路４６に入力されるようになっている。コンパレータ６７は、一方の入力端子に印加される電圧（第２導電路５２の電圧）の方が、他方の入力端子に印加される電圧（第２閾値）よりも大きい場合に、例えば所定のハイレベル信号を出力する。一方で、コンパレータ６７は、他方の入力端子に印加される電圧（第２導電路５２の電圧）の方が、他方の入力端子に印加される電圧（第２閾値）よりも小さい場合に、例えば所定のローレベル信号を出力する。

判定部６５は、切替部６１がオフ状態のときに、第２導電路５２の電圧が、第１閾値よりも小さい場合または第２閾値よりも大きい場合に、第２導電路５２の電圧が正常範囲内にないと判定する。例えば、第２導電路５２にグランドショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧は、接地電圧となり、第１閾値を下回ることになる。この場合、判定部６５は、コンパレータ６６からローレベルの信号を出力するとともに、コンパレータ６７からローレベルの信号を出力する。また、第２導電路５２に電源ショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧は、電源電圧（ＶＤＤ）となり、第２閾値を上回ることになる。この場合、判定部６５は、コンパレータ６６からハイレベルの信号を出力するとともに、コンパレータ６７からハイレベルの信号を出力する。一方で、判定部６５は、切替部６１がオフ状態のときに、第２導電路５２の電圧が、第１閾値以上かつ第２閾値以下となる場合に、第２導電路５２の電圧が正常範囲内にあると判定する。例えば、第２導電路５２にグランドショートおよび電源ショートが生じていない場合、第２導電路５２の電圧は、電源電圧ＶＤＤが第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって分圧された分圧値（例えばＶＤＤ／２）となり、第１閾値を下回ることなく、第２閾値を上回ることもない。この場合、判定部６５は、コンパレータ６６からハイレベルの信号を出力するとともに、コンパレータ６７からローレベルの信号を出力する。

出力回路４６は、コンパレータ６６から出力されるハイレベルの信号が入力され、かつコンパレータ６７から出力されるローレベルの信号が入力される場合に、停止していた信号の出力を開始する。一方で、出力回路４６は、コンパレータ６６から出力されるローレベルの信号が入力される場合、又はコンパレータ６７から出力されるハイレベルの信号が入力される場合に、信号出力の停止状態を継続する。

出力回路４６は、過電流検出回路６２から、出力を停止させるための制御信号が入力されるようになっている。出力回路４６は、過電流検出回路６２からの信号に基づいて、出力を停止させる。また、出力回路４６は、コンパレータ６６、６７の出力信号に基づいて、停止させた出力回路４６を復帰させる際に、過電流検出回路６２に対して、切替部６１をオフ状態からオン状態に切り替えさせるための制御信号を出力するようになっている。

１－４．異常検出処理
以下の説明は、異常検出回路６０による信号処理に関する。異常検出回路６０は、図３に示す異常検出処理を行う。異常検出処理は、出力路５０に過電流が生じたか否か判定する。そして、異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じた場合に、信号処理回路４０からの信号の出力を停止し、過電流状態が解消された場合に信号処理回路４０からの信号の出力を復帰させるように動作する。

異常検出回路６０は、所定の開始条件が成立した場合に異常検出処理を行う。所定の開始条件の成立は、例えば、信号処理回路４０の信号処理が開始されたことである。より具体的には、所定の開始条件の成立は、「自動車における不図示の始動スイッチ（例えばイグニッションスイッチ）がオフ状態からオン状態に切り替わったこと」であってもよく、「特定装置の動作が開始したこと」であってもよく、「その他の条件が成立したこと」であってもよい。異常検出回路６０は、上記開始条件が成立した場合、上記異常検出処理を繰り返し行う。なお、切替部６１は、信号処理回路４０の信号処理の開始に伴い、オン状態となる。

まず、異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じているか否か判断する（ステップＳ１１）。すなわち、過電流検出回路６２は、電流検出回路によって検出された出力路５０を流れる電流の値が所定の電流閾値（過電流発生時に検出される電流値よりも小さい閾値）を超えたか否か判断する。異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じていないと判断する場合（ステップＳ１１でＮｏ）、出力路５０に過電流が生じていると判断されるまでステップＳ１１の処理を繰り返し行う。

一方で、異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じていると判断する場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、信号処理回路４０からの信号出力を停止させる処理を行う（ステップＳ１２）。過電流検出回路６２は、切替部６１をオン状態からオフ状態に切り替えるとともに、出力回路４６の動作を停止させる。例えば、過電流検出回路６２は、過電流状態を検出した場合に、出力回路４６に対して所定の制御信号を出力する。出力回路４６は、過電流検出回路６２から入力される所定の制御信号に基づいて動作を停止させる。これにより、異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が流れることを防ぐことができる。

続いて、異常検出回路６０は、出力路５０（具体的には第２導電路５２）の電圧が正常範囲内か否か判断する（ステップＳ１３）。判定部６５は、切替部６１がオフ状態のときに、第２導電路５２の電圧を第１閾値および第２閾値と比較する。判定部６５は、第２導電路５２の電圧が第１閾値よりも小さい場合または第２閾値よりも大きい場合に、第２導電路５２の電圧が正常範囲内にないと判定する。例えば、第２導電路５２にグランドショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧は、接地電圧となり、第１閾値を下回ることになる。また、第２導電路５２に電源ショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧は、電源電圧（ＶＤＤ）となり、第２閾値を上回ることになる。

異常検出回路６０は、第２導電路５２の電圧が正常範囲内ではないと判断する場合（ステップＳ１３でＮｏ）、第２導電路５２の電圧が正常範囲内であると判断するまで、ステップＳ１３の処理を繰り返し行い、出力停止状態を維持する。例えば、異常検出回路６０は、第２導電路５２にグランドショートが生じている場合、コンパレータ６６から出力回路４６にローレベルの信号が入力されるため、出力回路４６に信号出力の復帰動作を行わせない。また、例えば、異常検出回路６０は、第２導電路５２に電源ショートが生じている場合、コンパレータ６７から出力回路４６にハイレベルの信号が入力されるため、出力回路４６に信号出力の復帰動作を行わせない。

一方で、異常検出回路６０は、第２導電路５２の電圧が正常範囲内であると判断する場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、信号処理回路４０の信号出力を復帰させる処理を行う（ステップＳ１４）。例えば、異常検出回路６０は、第２導電路５２にグランドショートおよび電源ショートが生じていない場合、コンパレータ６６から出力回路４６にハイレベルの信号が出力されるとともに、コンパレータ６７から出力回路４６にローレベルの信号が出力される。これにより、異常検出回路６０は、出力回路４６に信号出力の復帰動作を行わせる。出力回路４６は、例えば、過電流検出回路６２に対して、オフ状態からオン状態に切り替えさせるための制御信号を出力する。過電流検出回路６２は、切替部６１をオフ状態からオン状態に切り替えさせる。これにより、出力回路４６は、第２導電路５２にグランドショートおよび電源ショートが生じていない状態（過電流状態が解消された状態）で、出力路５０に増幅信号を出力することができる。異常検出回路６０は、ステップＳ１４の後、再びステップＳ１１の処理を行う。

１－５．効果の例
以下の説明は、異常検出回路６０の効果の例に関する。
異常検出回路６０は、切替部６１がオフ状態のときに、出力回路４６とは反対側の導電路（第２導電路５２）にショートが生じていない場合、電源電圧に基づく所定電圧が第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって分圧された分圧値で固定されることになる。第２導電路５２に電源ショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧が電源電圧になり、第２閾値を上回る。第２導電路５２にグランドショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧が接地電圧になり、第１閾値を下回る。そのため、判定部６５は、電源ショートまたはグランドショートが生じている場合に、第２導電路５２の電圧が正常範囲内にないと判定でき、電源ショートおよびグランドショートが生じていない場合に、第２導電路５２の電圧が正常範囲内であると判定することができる。特に、異常検出回路６０は、第１抵抗部６３、第２抵抗部６４、および判定部６５を設けるだけの簡易な構成であるため、回路サイズの増大を抑えることができる。

異常検出回路６０では、切替部６１がオン状態のときに、過電流検出回路６２で出力路に流れる過電流を検出することで、切替部６１をオフ状態に切り替えて通電を遮断し、出力路に大電流が流れ続けるのを防止する。筒内圧センサ１のように広いレンジのアナログ電圧信号が出力路に出力される構成において、短絡時の出力路の電圧を検出して通電を遮断するような構成にする場合、誤検出を防ぐため異常状態の判定閾値を電源またはグランドに近い電圧にしなければならず、判定回路にはレールｔоレールのような大きいサイズの検出用コンパレータを用いる必要がある。しかし、異常検出回路６０のように過電流を検出する構成では、例えば出力路に設けたシャント抵抗の両端電圧に基づいて電流の大きさを計測するような簡易な構成で出力路５０のショートを検出することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記実施形態では、第２導電路５２に第１抵抗部６３および第２抵抗部６４が電気的に接続される構成であったが、第２導電路５２に第１抵抗部６３のみが電気的に接続される構成であってもよい。このような構成では、切替部６１がオフ状態のときに、第２導電路５２にグランドショートが生じていない場合、第１抵抗部６３がプルアップ抵抗として機能して、第２導電路５２の電圧が電源電圧に基づく大きさで固定されることになる。一方で、第２導電路５２にグランドショートが生じている場合、第２導電路５２の電圧がグランドショートに基づく大きさ（電源電圧よりも低い電圧）になる。そのため、判定部６５は、第２導電路５２の電圧に基づいて、信号処理回路４０の異常判定を行うことができる。

上記実施形態において、異常検出回路６０は、第２導電路５２の電圧に基づいて信号処理回路４０の出力復帰を行うか否かを判断する構成であった。しかしながら、異常検出回路６０は、第２導電路５２の電圧に加え、別途筒内圧センサ１に設ける温度検出部によって検出される温度（筒内圧センサ１の信号処理回路４０の温度など）などに基づいて、信号処理回路４０の出力復帰を行うか否かを判断する構成であってもよい。

上記実施形態において、第１抵抗部６３の抵抗値と第２抵抗部６４の抵抗値が同じ構成を例示したが、両抵抗値が異なっていてもよい。この場合、電源電圧が第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって分圧された分圧値が、第１閾値と第２閾値との間の範囲にあるようにすればよい。さらに、第１閾値は、接地電圧よりもわずかに大きい電圧値として例示したが、第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって決まる分圧値より小さく、接地電圧より大きい電圧値の範囲にあるようにすればよい。また第２閾値についても、電源電圧ＶＤＤよりもわずかに小さい電圧値として例示したが、第１抵抗部６３および第２抵抗部６４によって決まる分圧値より大きく、電源電圧ＶＤＤより小さい電圧値の範囲にあるようにすればよい。

上記実施形態において、異常検出回路６０は、判定部６５の判定結果を出力回路４６に入力する構成であったが、過電流検出回路６２に入力する構成であってもよい。この場合、過電流検出回路６２は、切替部６１の動作の切り替え時に、出力回路４６の出力の有無も同時に切り替えさせる制御信号を出力回路４６に出力してもよい。

上記実施形態において、異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じていると判断する場合に、切替部６１をオン状態からオフ状態に切り替えるとともに、出力回路４６の動作を停止させた（図３のステップＳ１２）。しかしながら、異常検出回路６０は、出力路５０に過電流が生じていると判断する場合に、出力回路４６の動作を停止させることなく、切替部６１をオン状態からオフ状態に切り替える処理を行ってもよい。この構成では、異常検出回路６０は、第２導電路５２の電圧が正常範囲内であると判断する場合に、切替部６１をオフ状態からオン状態に切り替える処理を行う。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…筒内圧センサ
６…センサ部
４０…信号処理回路
４６…出力回路
５０…出力路
５２…第２導電路（導電路）
６０…異常検出回路
６１…切替部
６２…過電流検出回路（制御部）
６３…第１抵抗部（抵抗部）
６４…第２抵抗部
６５…判定部
６６，６７…コンパレータ

Claims (4)

1. 出力回路を有するとともに前記出力回路から出力路を介してアナログ信号を出力する信号処理回路の異常検出回路であって、
   前記出力路の通電を遮断するオフ状態と、前記出力路の通電を許可するオン状態で切り替わる切替部と、
   前記切替部が前記オン状態のときに前記出力路を流れる電流が過電流状態である場合に、前記切替部を前記オフ状態に切り替える制御部と、
   前記出力路における前記切替部よりも前記出力回路とは反対側の導電路に自身の一端が電気的に接続され、自身の他端に所定電圧が印加される抵抗部と、
   前記切替部が前記オフ状態のときに、前記反対側の導電路の電圧が正常範囲内にあるか否か判定する判定部と、
   を備える異常検出回路。
2. 自身の一端が接地され、自身の他端が前記反対側の導電路に電気的に接続される第２抵抗部を備え、
   前記判定部は、
   接地電圧よりも大きく、かつ前記所定電圧が前記抵抗部および前記第２抵抗部によって分圧された分圧値よりも小さい範囲内の電圧を第１閾値とし、
   前記分圧値よりも大きく、かつ前記所定電圧よりも小さい範囲内の電圧を第２閾値とし、
   前記切替部が前記オフ状態のときに、前記反対側の導電路の電圧が、前記第１閾値よりも小さい場合または前記第２閾値よりも大きい場合に、前記正常範囲内にないと判定し、
   前記切替部が前記オフ状態のときに、前記反対側の導電路の電圧が、前記第１閾値以上かつ前記第２閾値以下である場合に、前記正常範囲内にあると判定する請求項１に記載の異常検出回路。
3. 前記所定電圧は、前記信号処理回路の電源電圧であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の異常検出回路。
4. 前記切替部が前記オフ状態のときに、前記判定部にて前記反対側の導電路の電圧が正常範囲内にあると判定した場合に、前記制御部は前記切替部を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の異常検出回路。

Images