JP2023111659A - 物理量センサーモジュールおよび物理量センサーの診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正常／異常の診断を精度よく行うことのできる物理量センサーモジュールおよび物理量センサーの診断方法を提供する。【解決手段】可動電極と固定電極の間の容量に基づいて物理量を検出する物理量センサーと、物理量を検出する検出モードでは、設計上、可動電極のプルインが生じる設計プルイン電圧よりも低い駆動信号を物理量センサーに印加し、物理量センサーの診断を行う診断モードでは、設計プルイン電圧よりも低い第１電圧から設計プルイン電圧よりも高い第２電圧に上昇させた後、設計プルイン電圧よりも高い第３電圧から設計プルイン電圧よりも低い第４電圧まで降下させる診断信号を物理量センサーに印加する電源回路と、診断モード時の診断信号と容量との関係を出力する出力回路と、を有している。【選択図】図５

Description

本発明は、物理量センサーモジュールおよび物理量センサーの診断方法に関する。

従来から、固定電極と可動電極とを有し、固定電極に対する可動電極の変位によって変化する固定電極と可動電極との間の容量に基づいて加速度を検出する加速度センサーが知られている。このような加速度センサーでは、可動電極が固定電極に接触したまま貼り付いてしまい、自然状態に復帰できない状態である「スティッキング」が生じるおそれがある。特許文献１には、スティッキングが発生し得るか否かを、可動電極を固定電極に強制的に接触させた後、可動電極を固定電極から引き離すように電圧を印加し、可動電極が正しく戻るか否かで判断する方法が記載されている。

特開２００８－２１６１１８号公報

しかしながら、このような診断方法では、可動電極が正しく戻るものは診断で良品と判断されるが、その後使用中にスティッキングが発生するおそれがある。

本発明の物理量センサーモジュールは、固定電極と前記固定電極に対して変位する可動電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極の間の容量に基づいて物理量を検出する物理量センサーと、
前記物理量を検出する検出モードでは、設計上、前記可動電極のプルインが生じる設計プルイン電圧よりも低い駆動信号を前記物理量センサーに印加し、前記物理量センサーの診断を行う診断モードでは、前記設計プルイン電圧よりも低い第１電圧から前記設計プルイン電圧よりも高い第２電圧に上昇させた後、前記設計プルイン電圧よりも高い第３電圧から前記設計プルイン電圧よりも低い第４電圧まで降下させる診断信号を前記物理量センサーに印加する電源回路と、
前記診断モード時の前記診断信号と前記容量との関係を出力する出力回路と、を有している。

本発明の物理量センサーの診断方法は、固定電極と前記固定電極に対して変位する可動電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極の間の容量に基づいて物理量を検出する物理量センサーの診断方法であって、
設計上、前記可動電極のプルインが生じる設計プルイン電圧よりも低い第１電圧から前記設計プルイン電圧よりも高い第２電圧に上昇させた後、前記設計プルイン電圧よりも高い第３電圧から前記設計プルイン電圧よりも低い第４電圧まで降下させる診断信号を前記物理量センサーに印加する診断信号印加ステップと、
前記診断信号と前記容量との関係を取得する関係取得ステップと、
前記取得した前記関係から前記物理量センサーを診断する診断ステップと、を含んでいる。

第１実施形態に係る物理量センサーモジュールを示すブロック図である。 加速度センサーを示す平面図である。 図２中のＸ－Ｘ線断面図である。 理想的なＣＶ特性を示すグラフである。 物理量検出回路を示すブロック図である。 診断モードの動作を示すグラフである。 ホストコンピューターが行う診断工程を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る検出モードを示すグラフである。 第３実施形態に係る物理量検出回路を示すブロック図である。 加速度信号の一例を示すグラフである。 第１解消モードにおいて加速度センサーに印加する電圧の組み合わせを示す表である。 第２解消モードにおいて加速度センサーに印加する電圧の組み合わせを示す表である。 物理量センサーモジュールの変形例を示すブロック図である。

以下、本発明の物理量センサーモジュールおよび物理量センサーの診断方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る物理量センサーモジュールを示すブロック図である。図２は、加速度センサーを示す平面図である。図３は、図２中のＸ－Ｘ線断面図である。図４は、理想的なＣＶ特性を示すグラフである。図５は、物理量検出回路を示すブロック図である。図６は、診断モードの動作を示すグラフである。図７は、ホストコンピューターが行う診断工程を示すフローチャートである。

図１に示す物理量センサーモジュール１００は、物理量センサーとしての加速度センサー１と、物理量検出回路２と、を有している。また、物理量検出回路２は、ホストコンピューター９に接続されている。

加速度センサー１は、物理量としての所定の検出軸方向の加速度を検出するセンサーである。図２および図３に示すように、加速度センサー１は、基板１１と、基板１１上に配置されているセンサー素子１２と、を有している。

基板１１は、上面に開口する凹部１１１と、凹部１１１の底面から突出しているマウント１１２と、を有している。そして、マウント１１２にセンサー素子１２が接合されている。また、凹部１１１の底面にはマウント１１２を間に挟むようにして固定電極としての第１固定電極１３１および第２固定電極１３２が配置されている。また、基板１１は、凹部１１１の底面から突出し、センサー素子１２と第１、第２固定電極１３１、１３２との接触を防止するための一対のストッパー１４１、１４２を有している。

センサー素子１２は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板から形成されている。また、センサー素子１２は、マウント１１２に接合されている固定部１２１と、梁１２３を介して固定部１２１に連結され、軸Ｊ１まわりに回動可能な可動電極としての可動部１２２と、を有している。可動部１２２には、例えば、ＶＤＤ／２、ＶＤＤ、０Ｖの順に周期的に変化する駆動信号ＤＲＶが印加される。これにより、第１固定電極１３１と可動部１２２との間に容量Ｃａが形成され、第２固定電極１３２と可動部１２２との間に容量Ｃｂが形成される。

センサー素子１２に矢印方向の加速度Ａが作用すると、可動部１２２が梁１２３を捩り変形させつつ軸Ｊ１まわりにシーソー揺動する。そして、可動部１２２のシーソー揺動に合わせて容量Ｃａ、Ｃｂが逆相で変化する。したがって、加速度センサー１は、容量Ｃａ、Ｃｂの変化量に基づいて加速度Ａを検出することができる。なお、このように駆動信号ＤＲＶを印加して加速度を検出する駆動モードを検出モードとも言う。

ここで、設計から求められる加速度センサー１への印加電圧Ｖとそれにより形成される容量Ｃａとの設計上の関係について図４に基づいて説明する。印加電圧Ｖが０Ｖのときは、可動部１２２と第１固定電極１３１との間に静電引力が生じないため可動部１２２が基板１１に対して略平行となり、容量Ｃａが最も小さくなる。そして、ここから印加電圧Ｖ（可動部１２２と第１固定電極１３１との電位差）を徐々に大きくすると、可動部１２２と第１固定電極１３１との間に生じる静電引力が徐々に大きくなり、それに従って可動部１２２が第１固定電極１３１側へ引き付けられるようにして変位する。そして、印加電圧Ｖがある大きさとなったところで可動部１２２がストッパー１４１に衝突し、それ以上の第１固定電極１３１側への変位が規制される。以下では、この状態を「プルイン」と言う。そのため、プルインした状態において容量Ｃａが最も大きくなる。

以下では、上述した印加電圧Ｖと容量Ｃａとの関係をＣＶ特性とも言う。また、設計上、プルインが生じる電圧を設計プルイン電圧Ｖｐｉ０、印加電圧Ｖを徐々に大きくしていき実際にプルインが生じる電圧をプルイン電圧Ｖｐｉ、プルインの状態から印加電圧Ｖを徐々に小さくしていきプルインが解消される電圧をリリース電圧Ｖｒ、容量Ｃａの最小値をＣｍｉｎ、容量Ｃａが最小値Ｃｍｉｎとなる電圧を最小容量電圧Ｖｃｍｉｎ、プルイン時の容量をプルイン容量Ｃｐｉとも言う。

ここで、図４には設計から求められるＣＶ特性の理想的関係を示したが、加工精度等に起因する加速度センサー１の個体差、加速度センサー１が外部から受ける応力等によってＣＶ特性が上記の理想的関係からずれる場合がある。このずれ量が許容範囲を超えると正常な加速度検出が困難となる。そこで、加速度センサー１は、駆動モードとして、前述した検出モードの他に、ＣＶ特性に基づいて加速度センサー１の駆動が正常か異常かを診断する診断モードを有しており、正常／異常の診断を容易に行うことができる構成となっている。

図５に示すように、物理量検出回路２は、オフセット・コントロール・キャパシター（ＯＣＣ）２０と、Ｑ／Ｖアンプ（ＱＶＡ）２１と、プログラマブル・ゲイン・アンプ（ＰＧＡ）２２と、温度センサー２３と、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）２４と、デジタル・フィルター２５と、制御回路２６と、通信部２７と、メモリー２８と、電源回路２９と、を有している。また、電源回路２９は、発振回路２９１と、基準電源回路２９２と、電圧昇圧回路２９３と、駆動回路２９４と、を有している。

オフセット・コントロール・キャパシター２０は、加速度センサー１の第１、第２固定電極１３１、１３２に接続されており、容量Ｃａ、Ｃｂの０点調整を行う。Ｑ／Ｖアンプ２１は、加速度センサー１から出力される電荷の差動信号対ＰＩＮ、ＮＩＮを電圧の差動信号対に変換して出力する。プログラマブル・ゲイン・アンプ２２は、Ｑ／Ｖアンプ２１から出力される差動信号対が入力され、差動信号を増幅した差動信号対ＰＯＰ、ＰＯＮを出力する。Ａ／Ｄ変換回路２４は、クロック信号に基づいてプログラマブル・ゲイン・アンプ２２が出力する差動信号対をサンプリングし、その差動信号対の電位差をデジタル信号に変換する。また、Ａ／Ｄ変換回路２４は、温度センサー２３で検出される温度に基づいて、温度に依存してドリフトするバイアスを補正する。

デジタル・フィルター２５は、Ａ／Ｄ変換回路２４から出力されるデジタル信号に対してフィルタリング処理を行う。Ａ／Ｄ変換回路２４から出力されるデジタル信号にはＡ／Ｄ変換回路２４のＡ／Ｄ変換処理により発生した高周波ノイズが重畳されているため、デジタル・フィルター２５は、この高周波ノイズを低減させるローパスフィルターとして機能する。デジタル・フィルター２５は、必要によりハイパスフィルターとしても機能させることができる。

メモリー２８は、物理量検出回路２の動作に必要なデータ、設定情報等のデータおよび制御回路２６から出力されるデータ等が記憶される。通信部２７は、ホストコンピューター９と通信するためのシリアル・インターフェース回路である。ホストコンピューター９は、制御回路２６を介して、メモリー２８に対するデータの書き込みや読み出しを行うことができる。そのため、ホストコンピューター９には加速度Ａに相当する物理量信号が通信部２７を介して出力される。通信部２７は、例えば、３端子や４端子のＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）インターフェース回路であってもよいし、２端子のＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）インターフェース回路であってもよいし、その双方間で切り換え可能であってもよい。

また、発振回路２９１は、クロック信号を出力する。基準電源回路２９２は、電源電圧であるＶＤＤを生成し、電圧昇圧回路２９３に出力する。電圧昇圧回路２９３は、発振回路２９１が出力するクロック信号に基づいて診断モードにおいて可動部１２２に印加する診断信号ＤＩＶを生成する。診断信号ＤＩＶは、電源電圧であるＶＤＤを昇圧して生成される。駆動回路２９４は、発振回路２９１が出力するクロック信号に基づいて検出モードにおいて可動部１２２に印加する駆動信号ＤＲＶを生成する。駆動信号ＤＲＶは、ＶＤＤ、ＶＤＤ／２、０Ｖの順に周期的に変化する。

制御回路２６は、通信部２７がホストコンピューター９から受信する信号に基づいて検出モードと診断モードとを切り替える。検出モードでは、制御回路２６は、図示しないスイッチング回路を制御して加速度センサー１と駆動回路２９４とを接続状態とし、加速度センサー１と電圧昇圧回路２９３とを非接続状態とする。その後、制御回路２６は、加速度センサー１に駆動信号ＤＲＶを印加する。この際、制御回路２６は、オフセット・コントロール・キャパシター２０、Ｑ／Ｖアンプ２１、プログラマブル・ゲイン・アンプ２２およびＡ／Ｄ変換回路２４に基準電圧として駆動信号ＤＲＶと同じ電圧を印加する。

一方、診断モードでは、制御回路２６は、図示しないスイッチング回路を制御して加速度センサー１と駆動回路２９４とを非接続状態とし、加速度センサー１と電圧昇圧回路２９３とを接続状態とする。そして、下記に示すステップでＣＶ特性の診断を行う。

ＣＶ特性の診断方法は、診断信号ＤＩＶを加速度センサー１に印加する診断信号印加ステップと、診断信号ＤＩＶと容量Ｃａとの関係を取得する関係取得ステップと、取得した関係から加速度センサー１を診断する診断ステップと、を含んでいる。

＜診断信号印加ステップ＞
本ステップでは、可動部１２２に診断信号ＤＩＶを印加し、電圧値と容量Ｃａとの関係を測定する。具体的には、図６に示すように、診断信号ＤＩＶを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで上昇させ、その際の容量Ｃａの変化を計測する電圧上昇ステップＳ１と、診断信号ＤＩＶを第３電圧Ｖ３から第４電圧Ｖ４まで降下させ、その際の容量Ｃａの変化を計測する電圧降下ステップＳ２と、を有している。

第１電圧Ｖ１および第４電圧Ｖ４は、設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも十分に低く、本実施形態では共に０Ｖである。一方、第２電圧Ｖ２および第３電圧Ｖ３は、設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも十分に高く、本実施形態では共にＶＤＤ３である。そのため、電圧上昇ステップＳ１中にプルインが生じ、電圧降下ステップＳ２中にリリースが生じる。

なお、この際、制御回路２６は、オフセット・コントロール・キャパシター２０、Ｑ／Ｖアンプ２１、プログラマブル・ゲイン・アンプ２２およびＡ／Ｄ変換回路２４に基準電圧として診断信号ＤＩＶと同じ電圧を印加する。これにより、各部を正常に作動させることができる。

＜関係取得ステップ＞
本ステップでは、制御回路２６は、各ステップＳ１、Ｓ２における電圧値と容量Ｃａとの関係を示す計測データＤを取得し、取得した計測データＤをメモリー２８に記憶し、通信部２７からホストコンピューター９へ出力する。

＜診断ステップ＞
本ステップでは、図７に示すように、ホストコンピューター９は、加速度センサー１から受け付けた計測データＤに基づいて図６に示すようなグラフを生成し、その生成結果からプルイン電圧Ｖｐｉ、リリース電圧Ｖｒ、最小容量電圧Ｖｃｍｉｎ、プルイン容量Ｃｐｉをそれぞれ求める。ホストコンピューター９は、このようにして求めたプルイン電圧Ｖｐｉ、リリース電圧Ｖｒ、最小容量電圧Ｖｃｍｉｎ、プルイン容量Ｃｐｉと、予め記憶されているこれら各項目の正常範囲とを比べ、プルイン電圧Ｖｐｉが正常範囲内であるかの判定と、プルイン容量Ｃｐｉが正常範囲であるかの判定と、リリース電圧Ｖｒが正常範囲であるかの判定と、最小容量電圧Ｖｃｍｉｎが正常範囲であるかの判定と、を行う。なお、これら各項目の判定順は、特に限定されない。

そして、診断モードの終了時に、これら各項目の計測値および判断結果を含む情報を診断ログとして記憶する。ホストコンピューター９は、記憶した診断ログに基づいて、加速度センサー１の正常／異常を診断する。正常／異常の決定方法は、特に限定されず、例えば、正常範囲外の項目が少なくとも１つあれば異常とすることができる。

以上、本実施形態の物理量センサーモジュール１００および加速度センサー１の診断方法について説明した。物理量センサーモジュール１００は、前述したように、固定電極としての第１固定電極１３１と、第１固定電極１３１に対して変位する可動電極としての可動部１２２とを有し、可動部１２２と第１固定電極１３１の間の容量Ｃａに基づいて物理量としての加速度を検出する物理量センサーとしての加速度センサー１と、加速度を検出する検出モードでは、設計上、可動部１２２のプルインが生じる設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも低い駆動信号ＤＲＶを加速度センサー１に印加し、加速度センサー１の診断を行う診断モードでは、設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも低い第１電圧Ｖ１から設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも高い第２電圧Ｖ２に上昇させた後、設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも高い第３電圧Ｖ３から設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも低い第４電圧Ｖ４まで降下させる診断信号ＤＩＶを加速度センサー１に印加する電源回路２９と、診断モード時の診断信号ＤＩＶと容量Ｃａとの関係を出力する出力回路としての通信部２７と、を有している。このような構成によれば、診断信号ＤＩＶと容量Ｃａとの関係を受け付けたホストコンピューター９が、受け付けた情報からプルイン電圧Ｖｐｉ、リリース電圧Ｖｒ、最小容量電圧Ｖｃｍｉｎ、プルイン容量Ｃｐｉを求め、これら各項目が正常範囲内にあるか否かを判断することにより、加速度センサー１の正常／異常を診断することができる。特に、診断モードに切り替えることで、使用中においても異常（スティッキング）を診断することができる。

また、前述したように、物理量センサーの診断方法は、固定電極としての第１固定電極１３１と第１固定電極１３１に対して変位する可動電極としての可動部１２２とを有し、可動部１２２と第１固定電極１３１の間の容量Ｃａに基づいて物理量としての加速度を検出する物理量センサーとしての加速度センサー１の診断方法であって、設計上、可動部１２２のプルインが生じる設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも低い第１電圧Ｖ１から設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも高い第２電圧Ｖ２に上昇させた後、設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも高い第３電圧Ｖ３から設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも低い第４電圧Ｖ４まで降下させる診断信号ＤＩＶを加速度センサー１に印加する診断信号印加ステップと、診断信号ＤＩＶと容量Ｃａとの関係を取得する関係取得ステップと、取得した関係から加速度センサー１を診断する診断ステップと、を含んでいる。このような方法によれば、関係取得ステップで取得した情報からプルイン電圧Ｖｐｉ、リリース電圧Ｖｒ、最小容量電圧Ｖｃｍｉｎ、プルイン容量Ｃｐｉを求め、これら各項目が正常範囲内にあるか否かを判断することにより、加速度センサー１の正常／異常を診断することができる。特に、診断モードに切り替えることで、使用中においても異常（スティッキング）を診断することができる。

また、前述したように、診断ステップでは、プルインが生じた状態での容量Ｃａが正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて加速度センサー１を診断する。これにより、加速度センサー１の診断を精度よく行うことができる。

また、前述したように、診断ステップでは、プルインが生じたときの診断信号ＤＩＶの電圧値が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて加速度センサー１を診断する。これにより、加速度センサー１の診断を精度よく行うことができる。

また、前述したように、診断ステップでは、容量Ｃａが最低となるときの診断信号ＤＩＶの電圧値が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて加速度センサー１を診断する。これにより、加速度センサー１の診断を精度よく行うことができる。

また、前述したように、診断ステップでは、プルインがリリースされたときの診断信号ＤＩＶの電圧値が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて加速度センサー１を診断する。これにより、加速度センサー１の診断を精度よく行うことができる。

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態に係る検出モードを示すグラフである。

本実施形態の物理量センサーモジュール１００は、検出モードが異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーモジュール１００と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態では、検出モードが第１検出モードと第２検出モードとを有している。図８に示すように、第１検出モードは、前述した第１実施形態と同様であり、加速度センサー１と駆動回路２９４とを接続状態とし、加速度センサー１と電圧昇圧回路２９３とを非接続状態とした上で、駆動回路２９４から加速度センサー１に駆動信号ＤＲＶを印加する。

これに対して、第２検出モードでは、加速度センサー１と駆動回路２９４とを非接続状態とし、加速度センサー１と電圧昇圧回路２９３との間を接続状態とした上で、電圧昇圧回路２９３から加速度センサー１に駆動信号ＤＲＶよりも大きく、設計プルイン電圧Ｖｐｉ０よりも小さい駆動信号ＤＲＶ２を印加する。駆動信号ＤＲＶ２は、ＶＤＤ２、ＶＤＤ２／２、０Ｖの順に周期的に変化する。ただし、ＶＤＤ２＞ＶＤＤである。このような第２検出モードによれば、第１検出モードと比較して、容量Ｃａ、Ｃｂが大きくなるため、加速度の検出範囲が拡大する。つまり、よりワイドレンジな加速度検出が可能となる。このように、診断モードの実行に必要となる電圧昇圧回路２９３を利用することにより、装置の複雑化を伴うことなく、第２検出モードを追加することができる。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係る物理量検出回路を示すブロック図である。図１０は、加速度信号の一例を示すグラフである。図１１は、第１解消モードにおいて加速度センサーに印加する電圧の組み合わせを示す表である。図１２は、第２解消モードにおいて加速度センサーに印加する電圧の組み合わせを示す表である。

本実施形態の物理量センサーモジュール１００は、駆動モードとして、検出モードおよび診断モードに加えてスティッキング解消モードをさらに有していること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーモジュール１００と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における各図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態の物理量センサーモジュール１００は、加速度センサー１にスティッキングが生じた場合に、このスティッキングを解消するためのスティッキング解消モードをさらに有している。以下、具体的に説明する。

図９に示すように、本実施形態の物理量検出回路２は、判定回路３０をさらに有している。判定回路３０は、デジタル・フィルター２５から出力された加速度信号の値またはその値の変化量に基づいて、加速度センサー１の異常を判定する。判定回路３０は、加速度信号の値が所定期間において継続して所定の範囲内にあるかどうかを判定し、継続しない場合は、加速度センサー１の動作が正常である正常状態と判定し、継続する場合には加速度センサー１の動作が異常である第２状態と判定する。例えば、加速度信号が図１０に示すような特性であった場合、期間Ｔ１～Ｔ３では、加速度測定値が所定の範囲であるＴｈｒｅｓｈｏｌｄ０とＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１との間に継続しないので正常状態と判定する。一方、期間Ｔ４では、加速度測定値が所定の範囲であるＴｈｒｅｓｈｏｌｄ０とＴｈｒｅｓｈｏｌｄ１との間に継続しているので異常状態と判定する。この判定結果は、通信部２７からホストコンピューター９に出力される。

制御回路２６は、ホストコンピューター９から加速度センサー１が異常状態であることを受け付けると、図示しないスイッチング回路を制御して、加速度センサー１と駆動回路２９４とを非接続状態とし、加速度センサー１と電圧昇圧回路２９３とを接続状態とした上でスティッキング解消モードを実行する。スティッキング解消モードは、さらに、第１解消モードと、第１解消モードよりも強力な力を生じさせる第２解消モードと、を有している。

第１解消モードでは、加速度センサー１に図１１に示すＳＥＴ１、ＳＥＴ２、ＳＥＴ３、ＳＥＴ４のいずれかの信号を印加する。例えば、可動部１２２が第１固定電極１３１側に貼り付いている場合には、ＳＥＴ１またはＳＥＴ４を印加すればよい。一方、可動部１２２が第２固定電極１３２側に貼り付いている場合には、ＳＥＴ２またはＳＥＴ３を印加すればよい。これにより、可動部１２２にスティッキングを解消する方向の静電力が加わり、加速度センサー１を正常状態に復帰させることができる。可動部１２２の貼り付き状態が不明な場合は、例えば、ＳＥＴ１からＳＥＴ４まで順に印加してもよい。

第１解消モードによってスティッキングが解消されない場合には、第２解消モードに移行する。第２解消モードでは、加速度センサー１に図１２に示すＳＥＴ１、ＳＥＴ２、ＳＥＴ３、ＳＥＴ４のいずれかの信号を印加する。なお、ＶＤＤ４＞ＶＤＤである。例えば、可動部１２２が第１固定電極１３１側に貼り付いている場合には、ＳＥＴ１またはＳＥＴ４を印加すればよい。一方、可動部１２２が第２固定電極１３２側に貼り付いている場合には、ＳＥＴ２またはＳＥＴ３を印加すればよい。これにより、可動部１２２にスティッキングを解消する方向の静電力が加わり、加速度センサー１を正常状態に復帰させることができる。可動部１２２の貼り付き状態が不明な場合は、例えば、ＳＥＴ１からＳＥＴ４まで順に印加してもよい。

このような第２解消モードによれば、スティッキングを解消する方向の力が第１解消モードよりも大きくなるため、より強力にスティッキングを解消することができる。このように診断モードの実行に必要となる電圧昇圧回路２９３を利用することにより、装置の複雑化を伴うことなく、スティッキング解消モードを追加することができる。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の物理量センサーモジュールおよび物理量センサーの診断方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、物理量センサーとして加速度を検出する加速度センサーを用いているが、これに限定されず、例えば、角速度を検出する角速度センサーを用いてもよい。また、前述した実施形態では、１つの物理量センサーを有しているが、物理量センサーの数は、特に限定されない。複数の物理量センサーを用いる場合は、例えば、３つの加速度センサー１を検出軸が互いに直交するように配置することができる。これにより、３軸加速度センサーとなり、利便性が向上する。この場合は、例えば、図１３に示すように、マルチプレクサー（ＭＵＸ）３３を用いて３つの加速度センサー１からの信号を時分割で処理すればよい。

１…加速度センサー、２…物理量検出回路、９…ホストコンピューター、１１…基板、１２…センサー素子、２０…オフセット・コントロール・キャパシター、２１…Ｑ／Ｖアンプ、２２…プログラマブル・ゲイン・アンプ、２３…温度センサー、２４…Ａ／Ｄ変換回路、２５…デジタル・フィルター、２６…制御回路、２７…通信部、２８…メモリー、２９…電源回路、３０…判定回路、３３…マルチプレクサー、１００…物理量センサーモジュール、１１１…凹部、１１２…マウント、１２１…固定部、１２２…可動部、１２３…梁、１３１…第１固定電極、１３２…第２固定電極、１４１…ストッパー、１４２…ストッパー、２９１…発振回路、２９２…基準電源回路、２９３…電圧昇圧回路、２９４…駆動回路、Ａ…加速度、Ｃａ…容量、Ｃｂ…容量、Ｃｐｉ…プルイン容量、Ｄ…計測データ、ＤＩＶ…診断信号、ＤＲＶ…駆動信号、ＤＲＶ２…駆動信号、Ｊ１…軸、ＮＩＮ…差動信号対、ＰＩＮ…差動信号対、ＰＯＮ…差動信号対、ＰＯＰ…差動信号対、Ｓ１…電圧上昇ステップ、Ｓ２…電圧降下ステップ、Ｔ１…期間、Ｔ２…期間、Ｔ３…期間、Ｔ４…期間、Ｖ…印加電圧、Ｖ１…第１電圧、Ｖ２…第２電圧、Ｖ３…第３電圧、Ｖ４…第４電圧、Ｖｃｍｉｎ…最小容量電圧、Ｖｐｉ…プルイン電圧、Ｖｐｉ０…設計プルイン電圧、Ｖｒ…リリース電圧

Claims (6)

1. 固定電極と前記固定電極に対して変位する可動電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極の間の容量に基づいて物理量を検出する物理量センサーと、
   前記物理量を検出する検出モードでは、設計上、前記可動電極のプルインが生じる設計プルイン電圧よりも低い駆動信号を前記物理量センサーに印加し、前記物理量センサーの診断を行う診断モードでは、前記設計プルイン電圧よりも低い第１電圧から前記設計プルイン電圧よりも高い第２電圧に上昇させた後、前記設計プルイン電圧よりも高い第３電圧から前記設計プルイン電圧よりも低い第４電圧まで降下させる診断信号を前記物理量センサーに印加する電源回路と、
   前記診断モード時の前記診断信号と前記容量との関係を出力する出力回路と、を有していることを特徴とする物理量センサーモジュール。
2. 固定電極と前記固定電極に対して変位する可動電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極の間の容量に基づいて物理量を検出する物理量センサーの診断方法であって、
   設計上、前記可動電極のプルインが生じる設計プルイン電圧よりも低い第１電圧から前記設計プルイン電圧よりも高い第２電圧に上昇させた後、前記設計プルイン電圧よりも高い第３電圧から前記設計プルイン電圧よりも低い第４電圧まで降下させる診断信号を前記物理量センサーに印加する診断信号印加ステップと、
   前記診断信号と前記容量との関係を取得する関係取得ステップと、
   前記取得した前記関係から前記物理量センサーを診断する診断ステップと、を含んでいることを特徴とする物理量センサーの診断方法。
3. 前記診断ステップでは、前記プルインが生じた状態での前記容量が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて前記物理量センサーを診断する請求項２に記載の物理量センサーの診断方法。
4. 前記診断ステップでは、前記プルインが生じたときの前記診断信号の電圧値が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて前記物理量センサーを診断する請求項２または３に記載の物理量センサーの診断方法。
5. 前記診断ステップでは、前記容量が最低となるときの前記診断信号の電圧値が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて前記物理量センサーを診断する請求項２ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサーの診断方法。
6. 前記診断ステップでは、前記プルインがリリースされたときの前記診断信号の電圧値が正常範囲内であるかを判定し、当該判定結果に基づいて前記物理量センサーを診断する請求項２ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサーの診断方法。

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