JP3060851B2 - 波形整形回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータ等の被検出対象
物の回転速度に応じて発生する交流信号を処理するため
の波形整形回路に係わり、例えば車両の車輪等に有効利
用される波形整形回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の波形整形回路として、回転
速度センサから出力される交流信号をプルアップ抵抗に
より所定レベルを中心にした交流信号に変換し、それを
所定のスレッショルドレベルでコンパレートするように
したものがある。しかし、センサからの出力の振幅中心
が種々の要因により変動する場合に、それをー定のスレ
ッショルドレベルと比較していたのでは正確に波形整形
できないという問題がある。

【０００３】そこで、センサからの出力の振幅中心が変
動しても、スレッショルドレベルをこの出力変動に追従
するように設定することで入力信号を検出しようとする
波形整形回路が既に考案されている。この種の従来技術
として特開昭６２−１３５７７３号に開示のごとく図５
に示すようなスレッショルドレベル追従型の波形整形回
路がある。

【０００４】図に示すスレッショルドレベル追従型の波
形整形回路は、回転速度を検出する回転速度センサ３２
と、回転速度センサ３２からの入力信号のノイズを除去
するための抵抗３３、コンデンサー３４からなるローパ
スフィルタおよび５Ｖ定電流源３７の定電流によりプル
アップされた電圧の状態を検出する参照信号を作るため
の抵抗３５、コンデンサー３６からなるローパスフィル
タと、ノイズを除去した後の信号と参照信号とをそれぞ
れインピーダンス変換するオペアンプ３８、３９と、こ
のインピーダンス変換された信号に対してスレッショル
ドレベルを作る定電流源４２、４３、抵抗４０、４１か
らなる回路と、スレッショルドレベルのＨｉｇｈ、Ｌｏ
ｗの２レベルから実際に波形整形し出力するコンパレー
タ４４、４５、およびＲＳフリップフロップ４７から構
成されている。さらに、参照信号を監視することによっ
て回転速度センサ３２の断線等を検出するコンパレータ
４６を上記回路に結線し、回路異常発生時に回路異常を
検出し異常信号をｆＮＧ側へ出力して図示しない外部接
続のモニタ回路に波形整形回路のエラー表示を可能にし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のスレッショ
ルドレベル追従型の波形整形回路では、回転速度を検出
した回転速度センサからの入力信号を定電流源からの定
電流または抵抗によりプルアップし同相入力電圧範囲内
に信号を調整し、回転速度センサからの出力の振幅中心
の変動に追従するようにスレッショルドレベルを設定し
ている。しかし、この回路構成であると調整電圧が回転
速度センサの抵抗等によって変動するため、後段のパル
ス整形回路が複雑になる。即ち、スレッショルドレベル
追従型の波形整形回路にあっては、まず、定電流により
プルアップされた電圧の状態を検出する参照信号を作る
ためのローパスフィルタが必ず必要となり、さらに、こ
の参照信号を基準にＨｉｇｈ、Ｌｏｗに一定のスレッシ
ョルドレベルを決めるのに、参照信号が不安定なために
新たな定電流とそれに係る抵抗も必ず必要となるからで
ある。また、通常これらの定電流と抵抗は個々に独立の
温度特性を有しているため、それぞれを合わすような温
度補償回路が必要な場合もあった。従って、どうしても
後段のパルス整形回路を複雑にせざるを得ないという問
題があった。

【０００６】そこで本発明は、以上のような問題点に鑑
みてなされたものであり、スレッショルドレベルを追従
させるための複雑な回路構成を用いずに、入力信号の振
幅中心が変動しても確実に信号処理を行うことができる
波形整形回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、請求項１に記載の発明によれば、一端が接
地され、他端より交流信号を発生するセンサと、 前記他
端を介して前記センサからの入力信号を入力する入力端
子と、前記入力端子からの前記入力信号を積分してこの
入力信号波形の平均レベル信号を抽出し、この平均レベ
ル信号が一定の基準電圧レベルになるように前記入力信
号を調整し、前記入力端子からの前記入力信号自身が前
記基準電圧レベルにて振幅するようにするレベル調整回
路と、レベル調整された前記入力信号を２つの異なる比
較電圧にて比較し、前記入力信号を矩形波信号に変換す
る波形変換回路とを有し、前記基準電圧レベルを前記２
つの異なる比較基準値の間に設定した波形整形回路であ
って、 前記レベル調整回路を、第１の抵抗とコンデンサ
と第２の抵抗とをこの順で直列接続した直列接続回路
と、前記第２の抵抗と前記コンデンサとの接続点を反転
入力端子に接続すると共に前記基準電圧レベルを非反転
入力端子に入力して、その出力を前記第１の抵抗と前記
コンデンサとの接続点に接続するオペアンプとを備え、
かつ前記直列接続回路の第１の抵抗側の回路端と前記第
２の抵抗側の回路端を相互に接続して、この接続部分に
前記センサからの入力信号を入力すると共に更にこの接
続部分から後段の前記波形変換回路に前記入力信号自身
をレベル調整して出力するものとして構成したことを特
徴とする。

【０００８】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１記載の発明において、前記波形変換回路は、前記
２つの異なる比較基準値のうち、前記レベル調整された
前記入力信号が一方を超えるとセットされ他方を超える
とリセットされ、このセット・リセットに応じて前記レ
ベル調整された入力信号を矩形波信号に変換するもので
あることを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に記載の発明によれば、請
求項１又は２に記載の発明において、前記レベル調整回
路の前記オペアンプの出力電流状態を監視して回路の異
常を検出する回路異常検出回路を有することを特徴とす
る。

【００１０】

【作用及び発明の効果】請求項１に記載の発明によれ
ば、センサからの入力信号は積分されレベル調整回路に
入力され、レベル調整回路は、この入力信号の積分値に
基づいて入力信号の波形中心を所定の基準電圧レベルに
調整するので、入力信号の振幅中心が変動しても確実に
信号処理を行うことができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
記載の発明において、レベル調整された入力信号を、２
つの異なる比較基準値に基づくセット・リセットに応じ
て矩形波信号に変換しているので、入力信号の振幅中心
が変動しても確実にセンサからの入力信号を矩形波信号
に波形整形できる。請求項３に記載の発明によれば、請
求項１又は２に記載の発明において、さらにレベル調整
回路の前記オペアンプの出力電流状態を監視することに
より回路の異常を検出するようにしているので、センサ
の断線やショート等の異常に対して確実に異常検出動作
ができる。

【００１２】以上説明したように、上記いずれの発明に
おいても簡単な回路にて構成可能であるので、従来の波
形整形回路にみられるようなスレッショルドレベルを追
従させる複雑な回路構成を用いずに十分波形整形できる
波形整形回路が提供できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図に示すー実施例に従って説
明する。尚、本実施例において使用するセンサは波形整
形回路に種々利用されるセンサのー例であって、例えば
車両に利用した場合の図示しないセンサロータの回転速
度に作用する回転速度センサを示し、回転速度に比例す
る周波数を有する信号を発生するものである。

【００１４】本発明は、回転速度センサ、積分回路を含
んで構成されるレベル調整回路、ローパスフィルタ、パ
ルス整形回路、回路異常検出回路、およびＣＰＵより構
成されている。このように構成される回路の基本動作を
説明する。回転速度センサは車輪の回転速度に応じた電
磁ピックアップを用いたものであり、車輪の回転速度に
比例する周波数を有する信号を発生する。この信号は回
転速度センサの−電位、即ちＧＮＤ電位を中心に正負に
振れる略正弦波の交流信号で、その出力電圧は周波数に
応じて発生する。そこで後段のパルス整形回路への信号
を同相入力電圧範囲内の信号とするために、上記レベル
調整回路により、回転速度センサの出力をモニタし、そ
の信号を積分し、平均レベル信号を抽出し、そして、こ
の信号の波形中心の中心電圧レベルを予め設定した基準
電圧レベルとなるようにレベル調整する。

【００１５】好適には、レベル調整回路は、入力され積
分された回転速度センサからの入力信号に対して、この
入力信号の波形中心の信号成分を相殺する逆位相の信号
を前記入力信号に加算し、さらに所定の直流バイアスを
加えて入力信号の波形中心を所定の基準電圧レベルに調
整する。また、さらに回転速度センサへのバイアス電圧
を可変調整して、回転速度センサからの入力信号をレベ
ル調整することも特に有効である。

【００１６】その結果、回転速度センサの出力は前記の
ような所定の基準電圧レベルを中心とした信号となり、
この信号をローパスフィルタ回路に送り、ここで、高周
波干渉信号を除去してパルス整形回路へ送る。パルス整
形回路では前記所定の基準電圧レベルを基準にスレッシ
ョルドレベルを設定して、高周波干渉信号を除去した信
号をロジックレベルの矩形波信号に変換する。

【００１７】最後に、この信号をＣＰＵへ送り、ＣＰＵ
にて車輪速度を演算する。ここで、レベル調整回路によ
りレベル調整される信号は、結果的にパルス整形回路へ
の入力信号を調整できる信号ならばどの信号を調整して
も良く、たとえばローパスフィルタを通った信号をレベ
ル調整する回路構成でも差支え無い。

【００１８】また上述の回路構成に回路異常検出回路を
接続することで、レベル調整回路に含まれる積分回路の
出力電流を回路異常検出回路によりモニタし、回路のＧ
ＮＤショートや回転速度センサの断線等の異常を判定す
ることができる。そして、その結果をｆＮＧ側へ異常信
号として出力してＣＰＵへ送り、ＣＰＵにてフェールセ
ーフ、ダイアグ出力等の異常処理を行う。

【００１９】以上のような回路ブロック構成からなる波
形整形回路を実現したー回路例を図１（ａ）に示す。図
１（ａ）において、積分回路を伴うレベル調整回路はオ
ペアンプ１２，抵抗８，９，１０，およびコンデンサー
１１により構成され、ローパスフィルタ回路は抵抗１
３、コンデンサー１４で構成されている。そしてパルス
整形回路は、抵抗１５、１６、１７、１８、１９、コン
パレータ２１、２２、およびＲＳフリップフロップ２３
により構成されている。また、回路異常検出回路はコン
パレータ２０により構成されている。

【００２０】このように構成された波形整形回路では、
車輪の回転速度に応じ信号を出力する回転速度センサ７
のインピーダンスをＲｓとし、コンデンサー１１、１４
の容量をそれぞれＣ₂ 、Ｃ₁ とし、抵抗８、９、および
１３の抵抗値をそれぞれＲ₂、Ｒ₃ 、およびＲ₁ とす
る。このときレベル調整は、回転速度センサ７の出力信
号を入力し、数式１に示すような積分時定数τ_C1を有す
る抵抗８、９、およびコンデンサー１１より構成される
積分回路により平均レベル信号のみを取り出し、その信
号の波形の中心が予め設定した所定の基準電圧レベルＶ
_AVE となるようレベル調整回路のオペアンプ１２により
レベル調整を行う。

【００２１】

【数１】 その結果、回転速度センサ７の出力は電圧Ｖ_AVE を中心
とした信号となり、数式２に示すようなカットオフ周波
数を有する後段のローパスフィルタ回路にて処理され、
イグニッションノイズやＥＭＩノイズ等の高周波干渉信
号が除去される。

【００２２】

【数２】 最後に、この高周波干渉信号を除去した信号を単純な抵
抗分圧で構成されるパルス整形回路にてロジックレベル
の矩形波信号に変換してＯＵＴ側へ出力することで、図
示しないＣＰＵによって車輪の回転速度は演算され処理
されるのである。このとき、コンパレータ２１、２２の
スレッショルドレベルはレベル調整回路の参照電圧Ｖ
_AVE と同一回路で作られ、抵抗１５、１６、１７、１
８、１９で構成される抵抗分圧により電圧Ｖ_AVE の上下
に同一電位差Ｖ_THにてＶ_AVE ±Ｖ_THに設定されている。
但しここでは、抵抗１７，１８は同一抵抗値である。こ
れにより図示しないセンサロータの歯精度に見合ったデ
ューテイを有する矩形波信号に変換可能となる。

【００２３】また、レベル調整回路に含まれる積分回路
の出力、即ちオペアンプ１２の出力Ｐ１をコンパレータ
２０にて構成される回路異常検出回路にてモニタし、回
転速度センサ７の断線等を検出している。以上のように
本実施例に示す回路を車両の車輪速度検出用として利用
する場合、車両がある速度以上になると、回転速度セン
サ１の被検出対象となるセンサロータの軸が車両の固有
振動（通常、２０〜５０Ｈｚ）により振れることがあ
る。ロータ軸が振れると、その周波数で回転速度センサ
１からの出力波形の波形中心が図２（ａ）に示すー点斜
線のように予め設定したー定の電圧レベルＶ_AVE に対し
て変動する。

【００２４】この状態においても正確な波形整形をする
必要があり、そのために図１（ａ）の抵抗９（Ｒ₃ ）の
両端子間において、抵抗Ｒ₃ と並列に新たな抵抗ｒを挿
入した回路、即ち、図１（ｂ）に示すような積分時定数
切替回路を接続する。この積分時定数切替回路により、
入力信号または波形整形後の信号の周波数に応じて積分
時定数を切り替え小さく調整している。これにより、レ
ベル調整回路の反応時間を早くし、回転速度センサ１か
らの出力波形の車両の固有振動による影響、換言すれ
ば、センサロータのロータ高速回転時に、ロータ軸共振
による軸振れが原因となって生じる低周波ノイズによる
影響が防止できる。

【００２５】したがって、この積分時定数切替回路によ
れば、全車速領域において、回転速度センサ１からの出
力波形を図２（ｂ）に示すように予め設定したー定の電
圧レベルＶ_AVE に対して変動の無い正確なものに波形整
形を行うことができる。また、この時、回路の異常検出
用に予め設定した所定の後述の電圧レベルＶ_NGがー定の
レベルであると、前記の如く回転速度センサ１からの出
力波形の変動により、あたかも回路に異常でもあったか
のような誤検出を生じてしまう恐れがある。この場合、
電圧レベルＶ_NGを積分時定数の切り替えに応じて変化さ
せる、若しくは、変動時の出力波形の検出を禁止させる
ことにより誤検出を効果的に防止できる。

【００２６】次に、以上のような波形整形回路の信号処
理動作時の各部の波形を図３に示す。図３（ａ）は、レ
ベル調整回路によってレベル調整される前後の回転速度
センサから発する出力波形を示し、図３（ｂ）はレベル
調整回路によってレベル調整された波形がローパスフィ
ルタおよびパルス整形回路によって整形された時の出力
波形を示している。

【００２７】図３（ａ）において、回転速度センサから
発する図１（ａ）のＩＮでの出力波形はＧＮＤ電位を中
心に図の破線のような波形２４となり、この波形２４は
レベル調整回路によって図に示す予め設定した一定の電
圧レベルＶ_AVE を中心に実線のような波形２５となるよ
うに図の矢印の方へレベル調整される。こうしてレベル
調整された波形２５は後段のローパスフィルタ回路にて
高周波干渉信号が除去処理されると、図１（ａ）の出力
Ｐ２にて図３（ｂ）に示すような略正弦波２６が出力さ
れる。ここで図３（ｂ）に示すＶ_AVE ＋Ｖ_TH及びＶ_AVE
−Ｖ_THは、抵抗分圧で決められた同相入力電圧範囲内の
スレッショルドレベルであるから、このレベルに従って
ＲＳフリップフロップ回路により波形整形を行い、最終
的に、回転速度センサの出力波形は図３（ｂ）のような
矩形波２７として図１（ａ）のＯＵＴ側に出力されるこ
ととなる。

【００２８】また、波形整形回路に回転速度センサの断
線等の異常が発生した際に、結線されている回路異常検
出回路の異常検出動作時の各部の波形を図４に示す。回
路に異常があり回転速度センサの断線等を確認すると、
レベル調整回路によってレベル調整された回転速度セン
サの図１（ａ）のＩＮでの出力波形は、図４（ａ）に示
す波形２８のように断線した時点で出力しなくなる。折
しも回転速度センサのインピーダンスＲｓは∞（無限
大）となり、図４（ｂ）に示す電位レベル２９は、

【００２９】

【数３】 で与えられるため、図１（ａ）のＰ１における出力波形
は図の波形３０のようにＶ_AVE へ降下する。そして、予
め設定した電圧レベルＶ_NG以下になるやいなやコンパレ
ータの出力が反転し、図１（ａ）のｆＮＧ側へ異常信号
として図の波形３１のように出力される。

【００３０】また、回転速度センサにＧＮＤショートの
異常が発生した場合は、インピーダンスＲ_S は０Ωとな
るので、図１（ａ）のＰ１における電圧は上昇する。し
たがって、この電圧を異常信号としてｆＮＧ側にて検出
すれば、回路異常が検出できる。なお、オペアンプ１２
の出力電圧を監視することは、レベル調整回路の出力電
流を監視することと同じである。したがって、本実施例
の回転異常検出回路は、実質的にレベル調整回路の出力
電流状態を監視していることになる。

【００３１】以上述べた本実施例の波形整形回路であっ
ては、回転速度センサ７の出力電圧波形の中心を予め設
定した中心電圧レベルＶ_AVE に精度よくレベル調整する
ことが可能であり、この調整によりセンサ抵抗の変化や
ＧＮＤ電位の変化が吸収され、数十ｍＶ_PPといった微小
な信号の処理を可能としている。また、波形中心が精度
よく確実にコントロールされているため、後段のパルス
整形回路４は単にコンパレータにて比較処理するのみで
よく、ダイオード等の特別なクランプ回路（図示せず）
を設けることなしに数百Ｖ_PPもの過大なセンサ出力にも
対応できる。

【００３２】よって、回路構成が簡単となり、従来の複
雑な回路構成を要した処理回路に比して十分回路面積が
小さくなる。即ち、図５に示す従来の回路構成は少なく
ともオペアンプ２個、コンパレータ３個を必要としたの
に対して、本実施例ではオペアンプ１個、コンパレータ
３個を使用するのみで済み、少なくともオペアンプが１
個不要となる。ここで、回路に使用されるオペアンプに
は位相補償用のコンデンサーが必要でありコンパレータ
の略１．５倍の面積を必要とするため、回路面積比較に
おいて、本実施例回路は従来回路に比して略７５％で構
成可能となる。さらに、本実施例に示す波形整形回路は
特に車載用として使用されることが多く、少なくとも３
回路または４回路使用するＡＢＳ（アンチロック・ブレ
ーキ・システム）やＴＲＣ（トラクション・コントロー
ル）システム等のようなシステムでは総合的に考慮すれ
ば大幅な小型化が可能となり、３個または４個のオペア
ンプが不要となればその分廉価な波形整形回路が実現で
きることとなる。

【００３３】またセンサの断線等の回路異常検出につい
ても、特別な回路を追加することなく、レベル調整回路
のオペアンプ１２の出力を常にコンパレータにて比較す
るのみで実現できるという利点もある。尚、本実施例で
は特に車両等の車輪の回転速度に応じた回転速度センサ
からの信号処理について詳述したが、本発明には負荷
（図示せず）を感知し略正弦波の交流信号を発するよう
な通常考え得るセンサが殆ど全て適用でき、車両以外の
他の被検出対象物への利用も有効に行うことができる。
この場合であっても、本実施例と全く同様の効果は得ら
れる。

【００３４】また、本発明は、上記本実施例に限られる
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種
々変形が可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の構成を示すー回路図である。
（ｂ）は積分時定数切替回路である。

【図２】（ａ）は回転速度センサからの波形整形前の出
力波形である。 （ｂ）は回転速度センサからの波形整形
後の出力波形である。

【図３】（ａ）は図１のレベル調整回路による信号処理
の前後の入出力波形である。 （ｂ）は図１のローパスフ
ィルタ回路及びパルス整形回路による出力波形である。

【図４】（ａ）は図１の回路異常のときの入力波形であ
る。 （ｂ）は図１の回路異常のときの出力波形である。

【図５】従来技術の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１…回転速度センサ、３…ローパスフィルタ回路、４…
パルス整形回路、５…回路異常検出回路、６…ＣＰＵ、
１２…オペアンプ、２０、２１、２２…コンパレータ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/245 102 G01P 3/481 H03H 11/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が接地され、他端より交流信号を発
   生するセンサと、 前記他端を介して前記センサ からの入力信号を入力する
   入力端子と、 前記入力端子からの前記入力信号を積分してこの入力信
   号波形の平均レベル信号を抽出し、この平均レベル信号
   が一定の基準電圧レベルになるように前記入力信号を調
   整し、前記入力端子からの前記入力信号自身が前記基準
   電圧レベルにて振幅するようにするレベル調整回路と、 レベル調整された前記入力信号を２つの異なる比較電圧
   にて比較し、前記入力信号を矩形波信号に変換する波形
   変換回路とを有し、 前記基準電圧レベルを前記２つの異なる比較基準値の間
   に設定した波形整形回路であって、 前記レベル調整回路を、第１の抵抗とコンデンサと第２
   の抵抗とをこの順で直列接続した直列接続回路と、前記
   第２の抵抗と前記コンデンサとの接続点を反転入力端子
   に接続すると共に前記基準電圧レベルを非反転入力端子
   に入力して、その出力を前記第１の抵抗と前記コンデン
   サとの接続点に接続するオペアンプとを備え、かつ前記
   直列接続回路の第１の抵抗側の回路端と前記第２の抵抗
   側の回路端を相互に接続して、この接続部分に前記セン
   サからの入力信号を入力すると共に更にこの接続部分か
   ら後段の前記波形変換回路に前記入力信号自身をレベル
   調整して出力するものとして構成した ことを特徴とする
   波形整形回路。
2. 【請求項２】 前記波形変換回路は、前記２つの異なる
   比較基準値のうち、前記レベル調整された前記入力信号
   が一方を超えるとセットされ他方を超えるとリセットさ
   れ、このセット・リセットに応じて前記レベル調整され
   た入力信号を矩形波信号に変換するものである請求項１
   記載の波形整形回路。
3. 【請求項３】 前記レベル調整回路の前記オペアンプの
   出力電流状態を監視して回路の異常を検出する回路異常
   検出回路を有することを特徴とする請求項１又は２に記
   載の波形整形回路。