JP2023098421A - 半導体集積回路装置、超音波センサ、及び車両 - Google Patents

半導体集積回路装置、超音波センサ、及び車両 Download PDF

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Abstract

【課題】内蔵するキャパシタの静電容量値の正確な検出に資する半導体集積回路装置を提供する。【解決手段】半導体集積回路装置は、キャパシタ（Ｃ０）と、充電電流となる定電流を前記キャパシタに供給するように構成される定電流源（ＩＳ１）と、前記キャパシタを放電するように構成される放電部（ＩＳ２、ＳＷ２２）と、基準電圧源（ＶＳ１）と、前記キャパシタの出力電圧と前記基準電圧源から出力される基準電圧とを比較するように構成されるコンパレータ（ＣＯＭＰ１）と、を備える。【選択図】図４

Description

本明細書中に開示されている発明は、半導体集積回路装置、当該半導体集積回路装置を備える超音波センサ、及び当該超音波センサを備える車両に関する。
超音波センサは、超音波を送信し、その反射波を受信することにより物体までの距離、物体の有無及び状態などを検出する。超音波センサは、乗用車用障害物検出装置、自動パーキングシステム、ベルトコンベア上の物体検出、自動ドア、侵入防止の監視、各種の変位計測などに幅広く応用されている。
１つの振動子によって超音波の送信と受信を行う構成の超音波センサでは、振動子の駆動直後において振動子の振動が徐々に低下する現象、いわゆる残響が生じる。このため、上記構成の超音波センサでは、残響時間中に反射波が得られる近距離の物体を検出することが困難である。そこで、残響対策として、超音波の送信直後に発生する振動子の振動（残響振動）を速やかに減衰させることが、上記構成の超音波センサにおける課題となっている。
特許文献１は、残響対策を施した超音波センサとして、残響振動抑制回路を備える超音波センサを開示する。残響振動抑制回路の回路定数は、超音波センサの共振周波数を打ち消すように設定される。
特開２０１９－１２９５５号公報（段落０００５）
残響振動抑制回路はインダクタ成分を有する必要がある。しかしながら、残響振動抑制回路を半導体集積回路装置に搭載する場合、半導体集積回路装置の内部にインダクタを形成することが困難である。このため、一般的に、残響振動抑制回路のインダクタ成分として、キャパシタ、抵抗、及びオペアンプを含む疑似インダクタ回路が用いられる。
疑似インダクタ回路のインダクタンス値は、キャパシタの静電容量値及び抵抗の抵抗値によって定まる。しかしながら、半導体集積回路装置の内部に設けられるキャパシタの静電容量値を正確に検出することは困難であった。そのため、疑似インダクタ回路のインダクタンス値を正確に検出することも困難であった。その結果、製造ばらつきなどに応じて疑似インダクタ回路のインダクタンス値を適切に調整することが困難であり、残響振動抑制回路が振動子の残響振動を適切に抑制できないおそれがあった。
本明細書中に開示されている半導体集積回路装置は、キャパシタと、充電電流となる定電流を前記キャパシタに供給するように構成される定電流源と、前記キャパシタを放電するように構成される放電部と、基準電圧源と、前記キャパシタの出力電圧と前記基準電圧源から出力される基準電圧とを比較するように構成されるコンパレータと、を備える。
本明細書中に開示されている超音波センサは、振動子と、前記振動子を駆動するように構成される上記構成の半導体集積回路装置と、を備える。
本明細書中に開示されている車両は、上記構成の超音波センサを備える。
本明細書中に開示されている半導体集積回路装置、超音波センサ、及び車両は、半導体集積回路装置に内蔵されるキャパシタの静電容量値の正確な検出に資する。
図１は、実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図である。 図２は、駆動回路と残響振動抑制回路とが電気的に接続されている状態での振動子、駆動回路、及び残響振動抑制回路の等価回路である。 図３は、疑似インダクタ回路の一構成例を示す図である。 図４は、残響振動抑制回路及び発振回路の一構成例を示す図である。 図５は、駆動装置の第１変形例を説明するための図である。 図６は、駆動装置の第２変形例を説明するための図である。 図７は、車両の外観図である。
本明細書において、定電流とは、理想的な状態において一定である電流を意味しており、実際には温度変化等により僅かに変動し得る電流である。
本明細書において、基準電圧とは、理想的な状態において一定である電圧を意味しており、実際には温度変化等により僅かに変動し得る電圧である。
図１は、実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図である。図１に示す実施形態に係る超音波センサ１（以下、「超音波センサ１」と略す）は、振動子２と、駆動装置３と、を備える。
振動子２は、駆動装置３からの電圧供給によって駆動（振動）して超音波の送波を行う。また、振動子２は、超音波の受波も行う。
駆動装置３は、半導体集積回路装置である。駆動装置３は、処理装置４と、駆動回路５と、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）６と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）７と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）８と、スイッチ装置９及び１０と、残響振動抑制回路１１と、外部端子Ｔ１～Ｔ５と、を備える。
外部端子Ｔ１に電源電圧ＶＣＣが印加され、外部端子Ｔ２がグラウンド電位に接続されることで、駆動装置３は動作可能な状態となる。
処理装置４は、送波信号を生成する。処理装置４としては、例えばＭＰＵ（Micro Processor Unit）が用いられる。
駆動回路５は、処理装置４から出力される送波信号を高電圧に変換して差動信号を出力する。駆動回路５から出力される差動信号は、外部端子Ｔ３及びＴ４を介して振動子２に供給される。駆動回路５は、振動子２への差動信号の供給によって振動子２を駆動する。
ＬＮＡ６は、外部端子Ｔ３及びＴ４を介して振動子２の出力信号を受け取る。ＬＮＡ６は、差動信号である振動子２の出力信号を電力増幅しつつシングルエンド信号に変換する。
ＬＰＦ７は、ＬＮＡ６から出力されるシングルエンド信号に含まれ得る高周波ノイズ成分を除去し、高周波ノイズ成分を除去した後の信号をＡＤＣ８に供給する。
ＡＤＣ８は、ＬＰＦ７の出力信号をアナログ信号からデジタル信号へＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の信号を処理装置４に供給する。ＡＤＣ８の出力信号は、超音波の受波に基づく受波信号である。処理装置４は、受波信号を用いて送波の反射波を検知する。例えば、処理装置４は、受波信号のレベルが所定レベル以上であれば、送波の反射波（自波）を検知する。また、処理装置４は、超音波を送波してから物体での反射による反射波を受波するまでの時間であるＴＯＦ（Time Of Flight）を計測する。なお、処理装置４は、ＴＯＦを用いて超音波センサ１から物体までの距離を求めてもよい。処理装置４は、ＴＯＦの情報又は超音波センサ１から物体までの距離の情報を、外部端子Ｔ５を介して超音波センサ１の外部に供給する。
スイッチ装置９及び１０は、駆動回路５と残響振動抑制回路１１との間の電気的接続と電気的遮断とを切り替えるように構成される。スイッチ装置９及び１０は、処理装置４からの指示に応じてオン／オフが切り替わる。処理装置４は、残響振動が発生していると想定される期間、すなわち送波信号の出力完了から一定時間経過するまでの期間にスイッチ装置９及び１０をオンにする。一方、処理装置４は、残響振動が発生していないと想定される期間にスイッチ装置９及び１０をオフにする。
残響振動抑制回路１１は、振動子２の残響振動を抑制するように構成される。残響振動抑制回路１１は、抵抗ＲＤと、疑似インダクタ回路ＬＰと、を備える。残響振動抑制回路１１は、抵抗ＲＤと、疑似インダクタ回路ＬＰとの並列回路である。なお、本実施形態では、抵抗ＲＤ及び疑似インダクタ回路ＬＰとスイッチ装置１０との接続ノードにバイアス電圧（例えば２Ｖの電圧）を印加する。
抵抗ＲＤは、抵抗ＲＤの抵抗値Ｒｄが調整可能であるように構成される。疑似インダクタ回路ＬＰは、疑似インダクタ回路ＬＰのインダクタンス値Ｌｐが調整可能であるように構成される。
図２は、駆動回路５と残響振動抑制回路１１とが電気的に接続されている状態での振動子２、駆動回路５、及び残響振動抑制回路１１の等価回路である。
図２に示す等価回路は、次のような回路構成である。抵抗ＲＤの一端及び疑似インダクタ回路ＬＰの一端は、キャパシタＣＰの一端及び抵抗ＲＳの一端に接続される。抵抗ＲＳの他端は、キャパシタＣＳを介してインダクタＬＳの一端に接続される。キャパシタＣＰの他端及びインダクタＬＳの他端は、抵抗ＲＤの他端及び疑似インダクタ回路ＬＰの他端に接続される。
図２に示す等価回路において下記式（１）及び式（２）を満たせば、残響振動抑制回路１１は、超音波センサ１の共振周波数を打ち消すことができ、適切に残響振動を抑制できる。なお、ＣｐはキャパシタＣＰの静電容量値である。Ｒｓは抵抗ＲＳの抵抗値である。ＣｓはキャパシタＣＳの静電容量値である。ＬｓはインダクタＬＳのインダクタンス値である。
Ｌｐ＝Ｌｓ＊Ｃｓ／Ｃｐ …（１）
Ｒｄ＝（１／２）＊√（Ｌｓ／Ｃｐ） …（２）
図３は、疑似インダクタ回路ＬＰの一構成例を示す図である。図３に示す構成例の疑似インダクタ回路ＬＰは、キャパシタＣ０と、抵抗Ｒ１～Ｒ４と、オペアンプＯＰ１及びＯＰ２と、を備える。抵抗Ｒ１及びＲ２は固定抵抗であり、抵抗Ｒ３及びＲ４は可変抵抗である。
図３に示す構成例の疑似インダクタ回路ＬＰは、次のような回路構成である。抵抗Ｒ１の一端及びオペアンプＯＰ１の非反転入力端との接続ノードが、疑似インダクタ回路ＬＰの一端となる。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ４の一端及びオペアンプＯＰ２の出力端に接続される。抵抗Ｒ４の他端は、オペアンプＯＰ１及びＯＰ２の各反転入力端と抵抗Ｒ２の一端に接続される。抵抗Ｒ２の他端は、オペアンプＯＰ１の出力端及びキャパシタＣ０の一端に接続される。キャパシタＣ０の他端は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端及び抵抗Ｒ３の一端に接続される。図３に示す構成例の疑似インダクタ回路ＬＰのインダクタンス値Ｌｐは下記式（３）で表される。なお、Ｃ０はキャパシタＣ０の静電容量値である。Ｒ１は抵抗Ｒ１の抵抗値である。Ｒ２は抵抗Ｒ２の抵抗値である。Ｒ３は抵抗Ｒ３の抵抗値である。Ｒ４は抵抗Ｒ４の抵抗値である。
Ｌｐ＝Ｃ０＊Ｒ１＊Ｒ２＊Ｒ３／Ｒ４ …（３）
また、図１に示す駆動装置３は、図１では図示を省力しているが、図４に示すスイッチＳＷ１～ＳＷ２０、ＳＷ２３、及びＳＷ２４並びに発振回路１２も備える。
スイッチＳＷ１及びＳＷ２の各一端は、抵抗ＲＤの一端に接続される。スイッチＳＷ１の他端は、スイッチ装置９を介して外部端子Ｔ３に接続される。スイッチＳＷ２の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ３及びＳＷ４の各一端は、抵抗Ｒ１の一端に接続される。スイッチＳＷ３の他端は、スイッチ装置９を介して外部端子Ｔ３に接続される。スイッチＳＷ４の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ５及びＳＷ６の各一端は、抵抗Ｒ１の他端及び抵抗Ｒ４の一端に接続される。スイッチＳＷ５の他端は、スイッチ装置９を介して外部端子Ｔ３に接続される。スイッチＳＷ６の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ７及びＳＷ８の各一端は、抵抗Ｒ４の他端及び抵抗Ｒ２の一端に接続される。スイッチＳＷ７の他端は、スイッチ装置９を介して外部端子Ｔ３に接続される。スイッチＳＷ８の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ９及びＳＷ１０の各一端は、抵抗Ｒ２の他端及びキャパシタＣ０の一端に接続される。スイッチＳＷ９の他端は、スイッチ装置９を介して外部端子Ｔ３に接続される。スイッチＳＷ１０の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ１１及びＳＷ１２の各一端は、キャパシタＣ０の他端及び抵抗Ｒ３の一端に接続される。スイッチＳＷ１１の他端は、スイッチ装置９を介して外部端子Ｔ３に接続される。スイッチＳＷ１２の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ１３の一端は、抵抗Ｒ３の他端に接続される。スイッチＳＷ１３の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ１４の一端は、抵抗Ｒ１の他端及び抵抗Ｒ４の一端に接続される。スイッチＳＷ１４の他端は、グラウンド電位に接続される。
スイッチＳＷ１５の一端は、抵抗Ｒ４の他端及び抵抗Ｒ２の一端に接続される。スイッチＳＷ１５の他端は、グラウンド電位に接続される。
スイッチＳＷ１６の一端は、抵抗Ｒ２の他端及びキャパシタＣ０の一端に接続される。スイッチＳＷ１６の他端は、グラウンド電位に接続される。
スイッチＳＷ１７の一端は、キャパシタＣ０の他端及び抵抗Ｒ３の一端に接続される。スイッチＳＷ１７の他端は、グラウンド電位に接続される。
スイッチＳＷ１８の一端は、抵抗Ｒ３の他端に接続される。スイッチＳＷ１８の他端は、グラウンド電位に接続される。
スイッチＳＷ１９の一端は、抵抗ＲＤの他端に接続される。スイッチＳＷ１９の他端は、スイッチ装置１０を介して外部端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳＷ２０の一端は、抵抗ＲＤの他端に接続される。スイッチＳＷ２０の他端は、グラウンド電位に接続される。
上述したスイッチＳＷ１～ＳＷ２０及びスイッチＳＷ２１～ＳＷ２４は、処理装置４によってオン／オフ制御される。スイッチＳＷ１～ＳＷ２４のオン／オフによって、抵抗Ｒ１～Ｒ４及びＲＤの各抵抗値が駆動装置３の外部で検知可能となる。
例えば、抵抗Ｒ４の抵抗値検知では、処理装置４の制御によってスイッチ装置９、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ１５がオンになった状態で、外部端子Ｔ３に定電流が供給される。そして、処理装置４の制御によってスイッチ装置１０及びスイッチＳＷ６がオンになり、スイッチＳＷ１～ＳＷ４、ＳＷ７～ＳＷ１４、ＳＷ１６～ＳＷ２４がオフになった状態で外部端子Ｔ４において抵抗Ｒ４の一端の電位が検知される。その後、処理装置４の制御によってスイッチ装置１０及びスイッチＳＷ８がオンになり、スイッチＳＷ１～ＳＷ４、ＳＷ６、ＳＷ７、ＳＷ９～ＳＷ１４、ＳＷ１６～ＳＷ２４がオフになった状態で外部端子Ｔ４において抵抗Ｒ４の他端の電位が検知される。これにより、抵抗Ｒ４に定電流が流れているときの抵抗Ｒ４の両端電位差が求まり、定電流及び抵抗Ｒ４の両端電位差から抵抗Ｒ４の抵抗値が求まる。
次に、発振回路１２並びにスイッチＳＷ２３及びＳＷ２４について説明する。
発振回路１２は、定電流源ＩＳ１及びＩＳ２と、スイッチＳＷ２１及びＳＷ２２と、基準電圧源ＶＳ１と、コンパレータＣＯＭＰ１と、を備える。
定電流源ＩＳ１はスイッチＳＷ２１を介してキャパシタＣ０の一端に接続される。スイッチＳＷ２１がオンであるとき、キャパシタＣ０は定電流源ＩＳ１から出力される定電流によって充電される。すなわち、定電流源ＩＳ１からキャパシタＣ０に供給される定電流は充電電流となる。
定電流源ＩＳ２はスイッチＳＷ２２を介してキャパシタＣ０の一端に接続される。スイッチＳＷ２２がオンであるとき、定電流源ＩＳ１２によってキャパシタＣ０から定電流が引き抜かれる。すなわち、定電流源ＩＳ１２によってキャパシタＣ０から引き抜かれる定電流は放電電流となる。
キャパシタＣ０の一端はコンパレータＣＯＭＰ１の非反転入力端に接続される。基準電圧源ＶＳ１から出力される基準電圧ＶＲＥＦはコンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端に供給される。基準電圧源ＶＳ１は、基準電圧源ＶＳ１Ａ及びＶＳ１Ｂと、スイッチＳＷ２５Ａ及びＳＷ２５Ｂと、を備える。基準電圧源ＶＳ１Ａ及びＶＳ１Ｂの各負極はグラウンド電位に接続される。基準電圧源ＶＳ１Ａの正極はスイッチＳＷ２５Ａを介してコンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端に接続される。基準電圧源ＶＳ１Ｂの正極はスイッチＳＷ２５Ｂを介してコンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端に接続される。基準電圧源ＶＳ１Ａの正極から出力される基準電圧の値と基準電圧源ＶＳ１Ｂの正極から出力される基準電圧の値とは互いに異なる。例えば、基準電圧源ＶＳ１Ａの正極から出力される基準電圧の値は１Ｖに設定され、基準電圧源ＶＳ１Ｂの正極から出力される基準電圧の値は２Ｖに設定される。処理装置４は、コンパレータＣＯＭＰ１の出力を取得し、コンパレータＣＯＭＰ１の出力に応じてスイッチＳＷ２５Ａ及びＳＷ２５Ｂのいずれかをオンにする。これにより、基準電圧源ＶＳ１から出力される基準電圧ＶＲＥＦの値は、コンパレータＣＯＭＰ１の出力に応じて切り替わる。コンパレータＣＯＭＰ１は、キャパシタＣ０の出力電圧と基準電圧源ＶＳ１から出力される基準電圧ＶＲＥＦとを比較し、その比較結果である発振信号を出力する。
コンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端はスイッチＳＷ２３を介してスイッチ装置１０に接続される。コンパレータＣＯＭＰ１の出力端はスイッチＳＷ２４を介してスイッチ装置１０に接続される。
スイッチＳＷ１～ＳＷ２４のオン／オフによって、定電流源ＩＳ１及びＩＳ２の各定電流値、基準電圧ＶＲＥＦ、及びコンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数が駆動装置３の外部で検知可能となる。
定電流源ＩＳ１の定電流値検知では、処理装置４の制御によってスイッチ装置９、スイッチＳＷ９、及びスイッチＳＷ２１がオンになり、スイッチ装置１０並びにスイッチＳＷ１～ＳＷ８、ＳＷ１０～ＳＷ２０、及びＳＷ２２～ＳＷ２４がオフになった状態で、定電流源ＩＳ１から外部端子Ｔ３に向かって定電流源ＩＳ１の定電流が流れる。
定電流源ＩＳ２の定電流値検知では、処理装置４の制御によってスイッチ装置９、スイッチＳＷ９、及びスイッチＳＷ２２がオンになり、スイッチ装置１０並びにスイッチＳＷ１～ＳＷ８、ＳＷ１０～ＳＷ２１、ＳＷ２３、及びＳＷ２４がオフになった状態で、外部端子Ｔ３から定電流源ＩＳ２に向かって定電流源ＩＳ２の定電流が流れる。
基準電圧ＶＲＥＦの検知では、処理装置４の制御によってスイッチ装置１０及びスイッチＳＷ２３がオンになり、スイッチ装置９並びにスイッチＳＷ１～ＳＷ２２及びＳＷ２４がオフになった状態で、外部端子Ｔ４に基準電圧ＶＲＥＦが印加される。
コンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数検知では、処理装置４の制御によってスイッチ装置１０並びスイッチＳＷ１７及びＳＷ２４がオンになり、スイッチ装置９並びにスイッチＳＷ１～ＳＷ１６、ＳＷ１８～ＳＷ２０、及びＳＷ２３がオフになり、スイッチＳＷ２１及びＳＷ２２が周期的且つ相補的にオン／オフになった状態で、コンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号が外部端子Ｔ４から外部出力される。
キャパシタＣ０の出力電圧は、キャパシタＣ０の充電時にキャパシタＣ０の静電容量値及び定電流源ＩＳ１の定電流値によって定まる傾きで増加し、キャパシタＣ０の放電時にキャパシタＣ０の静電容量値及び定電流源ＩＳ２の定電流値によって定まる傾きで減少する。
キャパシタＣ０の出力電圧は、キャパシタＣ０の静電容量値に依存する傾きを有する三角波形状となる。したがって、コンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数はキャパシタＣ０の静電容量値に依存する。つまり、コンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数が駆動装置３の外部で検出されることで、キャパシタＣ０の静電容量値を駆動装置３の外部で正確に検出することができる。
なお、コンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数は、定電流源ＩＳ１の定電流値、定電流源ＩＳ２の定電流値、基準電圧ＶＲＥＦの値にも依存する。このため、本実施形態では、上述した通り、定電流源ＩＳ１の定電流値、定電流源ＩＳ２の定電流値、及び基準電圧ＶＲＥＦの値も駆動装置３の外部で検出可能としている。これにより、定電流源ＩＳ１の定電流値、定電流源ＩＳ２の定電流値、及び基準電圧ＶＲＥＦの値の少なくとも一つが設計値からずれている場合でも、キャパシタＣ０の静電容量値を駆動装置３の外部で正確に検出することができる。
また、本実施形態では、定電流源ＩＳ２によって放電電流が一定になるので、キャパシタＣ０の放電がばらつかなくなる。したがって、図４に示す発振回路１２を備える駆動装置３は、図４に示す発振回路１２を備える駆動装置３から定電流源ＩＳ２が取り除かれてスイッチＳＷ２２が直接グラウンド電位に接続されるものと比べて、キャパシタＣ０の静電容量値のより一層正確な検出に資する。
駆動装置３は、キャパシタＣ０の静電容量値の正確な検出に資するので、疑似インダクタ回路ＬＰのインダクタンス値の正確な検出に資する。
図５は、駆動装置３の第１変形例を説明するための図である。なお、図５において図４と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第１変形例では、上述した実施形態に係る駆動装置３からスイッチＳＷ２３及びＳＷ２４が取り除かれ、その代わりに測定部１３、異常検出部１４、及びスイッチＳＷ２６が設けられる。
測定部１３は、コンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数を測定する周波数カウンタである。測定部１３が駆動装置３の内部に設けられることによって、キャパシタＣ０の静電容量値に依存するコンパレータＣＯＭＰ１から出力される発振信号の周波数が駆動装置３内部において認識可能となる。
異常検出部１４は、定電流源ＩＳ１の定電流値検知、定電流源ＩＳ２の定電流値検知、及び基準電圧ＶＲＥＦの検知を行う。異常検出部１４によって定電流源ＩＳ１の定電流値検知が行われるときには、処理装置４の制御によってスイッチＳＷ２６がオンになる。同様に、異常検出部１４によって定電流源ＩＳ２の定電流値検知が行われるときには、処理装置４の制御によってスイッチＳＷ２６がオンになる。
異常検出部１４は、測定部１３の測定結果に基づきキャパシタＣ０の異常を検出する。これにより、駆動装置３は、キャパシタＣ０の異常を検出することができる。したがって、駆動装置３では、キャパシタＣ０が関連する機能に関して機能安全を実現することが可能となる。
例えば、異常検出部１４は、測定部１３の測定結果及び判定値に基づきキャパシタＣ０の異常を検出してもよい。具体的には、異常検出部１４は、測定部１３の測定結果と判定値との差分の絶対値が閾値以上であれば、キャパシタＣ０の異常を検出する。これにより、駆動装置３は、判定値を基準としてキャパシタＣ０の正常と異常とを区別することができる。ここで、上記の判定値は、キャパシタＣ０の静電容量値の設計値、定電流源ＩＳ１の定電流値の設計値、定電流源ＩＳ２の定電流値の設計値、及び基準電圧ＶＲＥＦの設計値によって定まる定数である。
また、測定部１３の測定結果と判定値との差分の絶対値に代えて、測定部１３の測定結果と判定値との比が用いられてもよい。当然の事ながら、測定部１３の測定結果と判定値との差分の絶対値が用いられる場合の閾値と、測定部１３の測定結果と判定値との比が用いられる場合の閾値とは、互いに異なる値である。
そして、測定部１３の測定結果及び判定値に基づきキャパシタＣ０の異常が検出される場合、異常検出部１４では、測定部１３の測定結果又は判定値のいずれか一方が、定電流源ＩＳ１の定電流値検知結果、定電流源ＩＳ２の定電流値検知結果、及び基準電圧ＶＲＥＦの検知結果に応じて補正される。これにより、定電流源ＩＳ１の定電流値、定電流源ＩＳ２の定電流値、及び基準電圧ＶＲＥＦの値の少なくとも一つが設計値からずれている場合でも、異常検出部１４は、キャパシタＣ０の異常を精度良く検出できる。
また例えば、異常検出部１４は、測定部１３の測定結果の履歴に基づきキャパシタＣ０の異常を検出してもよい。具体的には、異常検出部１４は、測定部１３の前回測定結果と測定部１３の今回測定結果との差分の絶対値が閾値以上であれば、キャパシタＣ０の異常を検出する。これにより、駆動装置３は、キャパシタＣ０の状態変化をとらえてキャパシタＣ０の正常と異常とを区別することができる。
また、測定部１３の前回測定結果と測定部１３の今回測定結果との差分の絶対値に代えて、測定部１３の前回測定結果と測定部１３の今回測定結果との比が用いられてもよい。当然の事ながら、測定部１３の前回測定結果と測定部１３の今回測定結果との差分の絶対値が用いられる場合の閾値と、測定部１３の前回測定結果と測定部１３の今回測定結果との比が用いられる場合の閾値とは、互いに異なる値である。
そして、測測定部１３の測定結果の履歴に基づきキャパシタＣ０の異常が検出される場合、異常検出部１４では、測定部１３の各回測定結果が、定電流源ＩＳ１の定電流値検知結果、定電流源ＩＳ２の定電流値検知結果、及び基準電圧ＶＲＥＦの検知結果に応じて補正される。これにより、定電流源ＩＳ１の定電流値、定電流源ＩＳ２の定電流値、及び基準電圧ＶＲＥＦの値の少なくとも一つが設計値からずれている場合でも、異常検出部１４は、キャパシタＣ０の異常を精度良く検出できる。
なお、本変形例とは異なり、異常検出部１４は、定電流源ＩＳ１の定電流値検知、定電流源ＩＳ２の定電流値検知、及び基準電圧ＶＲＥＦの検知を行わない構成であってもよい。この場合、駆動装置３にスイッチＳＷ２６を設けないようにすればよい。
図６は、駆動装置３の第２変形例を説明するための図である。なお、図６において図４及び図５と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第２変形例では、上述した実施形態に係る駆動装置３からスイッチＳＷ２３及びＳＷ２４が取り除かれ、その代わりに測定部１３、静電容量値検出部１５、異常検出部１６、及びスイッチＳＷ２６が設けられる。
静電容量値検出部１５は、定電流源ＩＳ１の定電流値検知、定電流源ＩＳ２の定電流値検知、及び基準電圧ＶＲＥＦの検知を行う。静電容量値検出部１５によって定電流源ＩＳ１の定電流値検知が行われるときには、処理装置４の制御によってスイッチＳＷ２６がオンになる。同様に、静電容量値検出部１５によって定電流源ＩＳ２の定電流値検知が行われるときには、処理装置４の制御によってスイッチＳＷ２６がオンになる。
静電容量値検出部１５は、測定部１３の測定結果に基づきキャパシタＣ０の静電容量値を検出する。具体的には、静電容量値検出部１５は、測定部１３の測定結果と、定電流源ＩＳ１の定電流値検知結果と、定電流源ＩＳ２の定電流値検知結果と、基準電圧ＶＲＥＦの検知結果とから、キャパシタＣ０の静電容量値を算出する。これにより、キャパシタＣ０の静電容量値が駆動装置３内部において検出可能となる。また、定電流源ＩＳ１の定電流値、定電流源ＩＳ２の定電流値、及び基準電圧ＶＲＥＦの値の少なくとも一つが設計値からずれている場合でも、異常検出部１４は、キャパシタＣ０の静電容量値を精度良く算出できる。
なお、本変形例とは異なり、異常検出部１４は、定電流源ＩＳ１の定電流値検知、定電流源ＩＳ２の定電流値検知、及び基準電圧ＶＲＥＦの検知を行わない構成であってもよい。この場合、駆動装置３にスイッチＳＷ２６を設けないようにし、静電容量値検出部１５は、測定部１３の測定結果と、定電流源ＩＳ１の定電流値の設計値と、定電流源ＩＳ２の定電流値の設計値と、基準電圧ＶＲＥＦの設計値とから、キャパシタＣ０の静電容量値を算出すればよい。
異常検出部１６は、静電容量値検出部１５の検出結果に基づきキャパシタＣ０の異常を検出する。これにより、駆動装置３は、キャパシタＣ０の異常を検出することができる。したがって、駆動装置３では、キャパシタＣ０が関連する機能に関して機能安全を実現することが可能となる。
例えば、異常検出部１６は、静電容量値検出部１５の検出結果及び判定値に基づきキャパシタＣ０の異常を検出してもよい。具体的には、異常検出部１６は、静電容量値検出部１５の検出結果と判定値との差分の絶対値が閾値以上であれば、キャパシタＣ０の異常を検出する。これにより、駆動装置３は、判定値を基準としてキャパシタＣ０の正常と異常とを区別することができる。ここで、上記の判定値は、キャパシタＣ０の静電容量値の設計値である。
また、静電容量値検出部１５の検出結果と判定値との差分の絶対値に代えて、静電容量値検出部１５の検出結果と判定値との比が用いられてもよい。当然の事ながら、静電容量値検出部１５の検出結果と判定値との差分の絶対値が用いられる場合の閾値と、静電容量値検出部１５の検出結果と判定値との比が用いられる場合の閾値とは、互いに異なる値である。
また例えば、異常検出部１６は、静電容量値検出部１５の検出結果の履歴に基づきキャパシタＣ０の異常を検出してもよい。具体的には、異常検出部１４は、静電容量値検出部１５の前回検出結果と静電容量値検出部１５の今回検出結果との差分の絶対値が閾値以上であれば、キャパシタＣ０の異常を検出する。これにより、駆動装置３は、キャパシタＣ０の状態変化をとらえてキャパシタＣ０の正常と異常とを区別することができる。
また、静電容量値検出部１５の前回検出結果と静電容量値検出部１５の今回検出結果との差分の絶対値に代えて、静電容量値検出部１５の前回検出結果と静電容量値検出部１５の検出結果との比が用いられてもよい。当然の事ながら、静電容量値検出部１５の前回検出結果と静電容量値検出部１５の今回検出結果との差分の絶対値が用いられる場合の閾値と、静電容量値検出部１５の前回検出結果と静電容量値検出部１５の検出結果との比が用いられる場合の閾値とは、互いに異なる値である。
上述した超音波センサ１は、例えば図７に示す車両Ｘに搭載される車載用クリアランスソナーとして利用することができる。また、圧電素子を駆動する駆動装置は、測定対象物までの距離をセンシングする超音波センサ以外に、例えば流体の速度を計測する超音波流量計に搭載することもできる。
本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態は、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り、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
例えば、上記実施形態では、発振回路は振動子を駆動する駆動装置に搭載されたが、上述した発振回路は振動子を駆動する駆動装置以外の半導体集積回路装置にも搭載することができる。上述した発振回路は、キャパシタを内蔵する半導体集積回路装置全般に搭載することができる。上述した発振回路に接続されるキャパシタとしては、例えば、疑似インダクタ回路内のキャパシタ、チャージポンプ回路内のキャパシタ、オペアンプの位相補償回路内のキャパシタ、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路に設けられるループフィルタ回路内のキャパシタ、バンドパスフィルタ回路内のキャパシタ等を挙げることができる。
以上説明した半導体集積回路装置（３）は、キャパシタ（Ｃ０）と、充電電流となる定電流を前記キャパシタに供給するように構成される定電流源（ＩＳ１）と、前記キャパシタを放電するように構成される放電部（ＩＳ２、ＳＷ２）と、基準電圧源（ＶＳ１）と、前記キャパシタの出力電圧と前記基準電圧源から出力される基準電圧とを比較するように構成されるコンパレータ（ＣＯＭＰ１）と、を備える構成（第１の構成）である。
上記第１の構成である半導体集積回路装置は、コンパレータの出力信号の周波数がキャパシタの静電容量値に依存するため、コンパレータの出力信号を利用することによりキャパシタの静電容量値の正確な検出に資する。
上記第１の構成である半導体集積回路装置において、前記放電部は、前記キャパシタの放電電流を一定にするように構成される構成（第２の構成）であってもよい。
上記第２の構成である半導体集積回路装置は、前記キャパシタの放電がばらつかなくなるため、キャパシタの静電容量値のより一層正確な検出に資する。
上記第１又は第２の構成である半導体集積回路装置において、前記コンパレータの出力信号の周波数を測定するように構成される測定部（１３）を備える構成（第３の構成）であってもよい。
上記第３の構成である半導体集積回路装置は、キャパシタの静電容量値に依存するコンパレータの出力信号の周波数が半導体集積回路装置内部において認識可能となる。
上記第３の構成である半導体集積回路装置において、前記測定部の測定結果に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される異常検出部（１４）を備える構成（第４の構成）であってもよい。
上記第４の構成である半導体集積回路装置は、キャパシタの異常を検出することができる。
上記第４の構成である半導体集積回路装置において、前記異常検出部は、前記測定部の測定結果及び判定値に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される構成（第５の構成）であってもよい。
上記第５の構成である半導体集積回路装置は、判定値を基準としてキャパシタの正常と異常とを区別することができる。
上記第４の構成である半導体集積回路装置において、前記異常検出部は、前記測定部の測定結果の履歴に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される構成（第６の構成）であってもよい。
上記第６の構成である半導体集積回路装置は、キャパシタの状態変化をとらえてキャパシタの正常と異常とを区別することができる。
上記第３の構成である半導体集積回路装置において、前記測定部の測定結果に基づき前記キャパシタの静電容量値を検出するように構成される静電容量値検出部（１５）を備える構成（第７の構成）であってもよい。
上記第７の構成である半導体集積回路装置は、キャパシタの静電容量値が半導体集積回路装置内部において検出可能となる。
上記第７の構成である半導体集積回路装置において、前記静電容量値検出部の検出結果に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される異常検出部（１６）を備える構成（第８の構成）であってもよい。
上記第８の構成である半導体集積回路装置は、キャパシタの異常を検出することができる。
上記第８の構成である半導体集積回路装置において、前記異常検出部は、前記静電容量値検出部の検出結果及び判定値に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される構成（第９の構成）であってもよい。
上記第９の構成である半導体集積回路装置は、判定値を基準としてキャパシタの正常と異常とを区別することができる。
上記第８の構成である半導体集積回路装置において、前記異常検出部は、前記静電容量値検出部の検出結果の履歴に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される構成（第１０の構成）であってもよい。
上記第１０の構成である半導体集積回路装置は、キャパシタの状態変化をとらえてキャパシタの正常と異常とを区別することができる。
上記第１～第１０いずれかの構成である半導体集積回路装置において、前記キャパシタ、抵抗（Ｒ１～Ｒ４）、及びオペアンプ（ＯＰ１、ＯＰ２）を含む疑似インダクタ回路（ＬＰ）を備える構成（第１１の構成）であってもよい。
上記第１１の構成である半導体集積回路装置は、疑似インダクタ回路のインダクタンス値の正確な検出に資する。
上記第１１の構成である半導体集積回路装置において、振動子（２）を駆動するように構成される駆動回路（５）と、前記疑似インダクタ回路を含み前記振動子の残響振動を抑制するように構成される残響振動抑制回路（１１）と、を備える構成（第１２の構成）であってもよい。
上記第１２の構成である半導体集積回路装置は、疑似インダクタ回路のインダクタンス値の適切な調整が可能となるため、振動子の残響振動の適切な抑制に資する。
以上説明した超音波センサ（１）は、上記第１２の構成である半導体集積回路装置と、前記振動子と、を備える構成（第１３の構成）である。
上記第１３の構成である超音波センサは、振動子の残響振動を適切に抑制することが可能となる。
以上説明した車両（Ｘ）は、上記第１３の構成である超音波センサを備える構成（第１４の構成）である。
上記第１４の構成である車両は、超音波センサにおける振動子の残響振動を適切に抑制することが可能となる。
１ 実施形態に係る超音波センサ
２ 振動子
３ 駆動装置
４ 処理装置
５ 駆動回路
６ ＬＮＡ
７ ＬＰＦ
８ ＡＤＣ
９、１０ スイッチ装置
１１ 残響振動抑制回路
１２ 発振回路
１３ 測定部
１４、１６ 異常検出部
１５ 静電容量値検出部
Ｃ０、ＣＰ、ＣＳ キャパシタ
ＣＯＭＰ１ コンパレータ
ＩＳ１、ＩＳ２ 定電流源
Ｒ１～Ｒ４、ＲＤ、ＲＳ 抵抗
ＬＰ 疑似インダクタ回路
ＬＳ インダクタ
ＯＰ１、ＯＰ２ オペアンプ
ＳＷ１～ＳＷ２４、ＳＷ２５Ａ、ＳＷ２５Ｂ、ＳＷ２６ スイッチ
Ｔ１～Ｔ５ 外部端子
ＶＳ１、ＶＳ１Ａ、ＶＳ１Ｂ 基準電圧源
Ｘ 車両

Claims (14)

  1. キャパシタと、
    充電電流となる定電流を前記キャパシタに供給するように構成される定電流源と、
    前記キャパシタを放電するように構成される放電部と、
    基準電圧源と、
    前記キャパシタの出力電圧と前記基準電圧源から出力される基準電圧とを比較するように構成されるコンパレータと、
    を備える、半導体集積回路装置。
  2. 前記放電部は、前記キャパシタの放電電流を一定にするように構成される、請求項１に記載の半導体集積回路装置。
  3. 前記コンパレータの出力信号の周波数を測定するように構成される測定部を備える、請求項１又は請求項２に記載の半導体集積回路装置。
  4. 前記測定部の測定結果に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される異常検出部を備える、請求項３に記載の半導体集積回路装置。
  5. 前記異常検出部は、前記測定部の測定結果及び判定値に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される、請求項４に記載の半導体集積回路装置。
  6. 前記異常検出部は、前記測定部の測定結果の履歴に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される、請求項４に記載の半導体集積回路装置。
  7. 前記測定部の測定結果に基づき前記キャパシタの静電容量値を検出するように構成される静電容量値検出部を備える、請求項３に記載の半導体集積回路装置。
  8. 前記静電容量値検出部の検出結果に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される異常検出部を備える、請求項７に記載の半導体集積回路装置。
  9. 前記異常検出部は、前記静電容量値検出部の検出結果及び判定値に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される、請求項８に記載の半導体集積回路装置。
  10. 前記異常検出部は、前記静電容量値検出部の検出結果の履歴に基づき前記キャパシタの異常を検出するように構成される、請求項８に記載の半導体集積回路装置。
  11. 前記キャパシタ、抵抗、及びオペアンプを含む疑似インダクタ回路を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
  12. 振動子を駆動するように構成される駆動回路と、
    前記疑似インダクタ回路を含み前記振動子の残響振動を抑制するように構成される残響振動抑制回路と、
    を備える、請求項１１に記載の半導体集積回路装置。
  13. 請求項１２に記載の半導体集積回路装置と、
    前記振動子と、
    を備える、超音波センサ。
  14. 請求項１３に記載の超音波センサを備える、車両。
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