JP3991982B2 - 信号出力回路 - Google Patents

Description

本発明は、加速度、角速度や圧力等を検出するセンサ等に用いられている信号出力回路に関するものである。

加速度、角速度や圧力等を検出するセンサは、一般的にこれらの検出対象の変位量を電気信号に変換するための変換素子と、この素子から出力される微弱な電気信号を電気的に増幅し出力する出力回路とを有している。その出力回路は図４に示すものが知られている。

図４において、２６は第１の差動増幅器であり、この第１の差動増幅器２６は、ソース結合したトランジスタ１，２と、このトランジスタ１，２のソースと第１の電源端子３３との間に接続された定電流源２０とで構成されており、前記トランジスタ１のゲートにセンサからの電気信号を入力され、前記トランジスタ２のゲートに第１の基準電圧設定手段２８が与えられる。

３０は前記第１の差動増幅器２６の能動負荷としての第１のカレントミラーであり、この第１のカレントミラー３０は、ダイオード結合したトランジスタ３と、このトランジスタ３のゲートにそのゲートを接続したトランジスタ４とで構成されており、前記トランジスタ３のゲート、ドレインは前記トランジスタ１のドレインに接続され、ソースは第２の電源端子３４に接続され、前記トランジスタ４のドレインは前記トランジスタ２のドレインに接続され、ソースは前記第２の電源端子３４に接続される。

５は前置増幅用のトランジスタであり、ゲートは前記第１の差動増幅器２６の出力である前記トランジスタ２のドレインに接続され、ソースは定電流源２１を介して前記第２の電源端子３４に接続され、ドレインは前記第１の電源端子３３に接続される。

６は出力用のトランジスタであり、ゲートは前記トランジスタ５のソースに接続され、ソースは前記第２の電源端子３４に接続され、ドレインは定電流源２２を介して前記第１の電源端子３３に接続される。前記トランジスタ６のドレインは出力端子３２に接続される。

この出力回路において、前記トランジスタ３のドレインから前記トランジスタ１のドレインに流れる電流と、前記トランジスタ４のドレインから前記トランジスタ２のドレインに流れる電流との和は一定に保持されるため、トランジスタ１のゲートに入力される入力信号が増加すると、第１の差動増幅器２６の出力であるトランジスタ２のドレイン電圧は増加し、トランジスタ５のゲート電圧はトランジスタ２のドレイン電圧と同電位であるため、トランジスタ５のソース電圧は増加する。このトランジスタ５のソース電圧が増加するとトランジスタ６のドレイン電圧は減少し、その結果、出力端子３２の出力電圧は減少する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平２−６２１０６号公報

しかしながら前述した従来の信号出力回路は、前記出力電圧を電線を用いて受電側回路に伝達する際、電線の断線もしくは接地電位へのショートが発生した場合に以下の不具合が生じる。

すなわち、受電側回路への入力電圧は０Ｖとなるが、この０Ｖがセンサの正規出力としての電圧か、あるいは電線の断線もしくは接地電位へのショートによる電圧かをこの出力回路のみでは判断することができず、ショートを検出するための検出回路を別途設けなくてはならないという問題があった。

本発明は、この検出回路を設けることなく電線の断線もしくは接地電位へのショートを検出することができる出力回路を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、一方の入力端に入力信号が印加され、他方の入力端に第１の基準電圧設定手段を接続した第１の差動増幅器と、この第１の差動増幅器に設けた第１の能動負荷と、前記第１の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、ソースに第１の定電流源を接続した第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源の接続点にゲートを接続し、ドレインに第２の定電流源と出力端子とを接続した第２のトランジスタと、作用端子が前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源との接続点に接続され、前記出力端子における前記入力信号に応じた出力電圧が所定のリミット電圧を超える範囲では前記第１のトランジスタに流れる電流を前記作用端子を通してバイパスし前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源の接続点の電位を制御することで前記出力端子における出力電圧が前記所定のリミット電圧を維持するよう構成したリミッタ手段とを備えた信号出力回路であり、検出回路を設けることなく電線の断線もしくは接地電位へのショートを検出することができるという作用効果を奏する。

請求項２記載の発明は、リミッタ手段は、一方の入力端に出力端子を接続し、他方の入力端にリミット電圧の設定を行う第２の基準電圧設定手段を接続した第２の差動増幅器と、この第２の差動増幅器に設けた第２の能動負荷と、前記第２の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、第１のトランジスタと第１の定電流源の接続点に作用端子としてのソースを接続した第３のトランジスタから少なくとも構成した請求項１記載の信号出力回路であり、前記出力端子から出力される出力電圧が前記第２の基準電圧以下にならないため、この第２の基準電圧を０Ｖよりも大きい値に設定することにより正常状態において前記出力電圧が０Ｖであるということがなくなる。したがって、前記出力電圧が０Ｖの場合、断線もしくは接地電位へのショートが発生したと判断することができるという作用効果を奏する。

請求項３記載の発明は、第２の基準電圧設定手段は、第２の差動増幅器の他方の入力端にソースを接続し、ドレインを接地電位に接続した第４のトランジスタと、前記第２の差動増幅器の他方の入力端と前記第４のトランジスタのソースとの接続点に接続した電流供給源と、前記第４のトランジスタのゲートに接続した第２の基準電圧源からなる請求項２記載の信号出力回路であり、容易に第２の基準電圧を設定することができるという作用効果を奏する。

請求項４記載の発明は、第２の差動増幅器は、ソース結合した第６、第７のトランジスタと、前記第６、第７のトランジスタのソースに接続した第３の定電流源からなる請求項２記載の信号出力回路であり、出力電圧と第２の基準電圧との比較を簡単な構成で精度よく行うことができるという作用効果を奏する。また、出力電圧を第２の差動増幅器に入力しているので、出力電圧が他の回路等を経由する場合と比較して応答速度が速くなるという作用効果も奏する。
請求項５に記載の発明は、リミッタ手段は、一方の入力端に出力端子を所定電圧分の遷移を行う第１のレベル調整手段を介して接続し、他方の入力端にリミット電圧の設定を行う第２の基準電圧設定手段を所定電圧分の遷移を行う第２のレベル調整手段を介して接続した第２の差動増幅器と、この第２の差動増幅器に設けた第２の能動負荷と、前記第２の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、第１のトランジスタと第１の定電流源の接続点に作用端子としてのソースを接続した第３のトランジスタから少なくとも構成した請求項１記載の信号出力回路であり、リミット電圧を第２の基準電圧以下の電圧に設定可能であり、動作領域の拡大を図ることができると共に、前記出力端子から出力される出力電圧が新たに設定されたリミット電圧以下にならないため、この新たに設定したリミット電圧を０Ｖより大きい値とすることにより正常状態において前記出力電圧が０Ｖになることはない。よって、前記出力電圧が０Ｖの場合、断線もしくは接地電位へのショートが発生したと判断することができるという作用効果を奏する。

以上のように本発明は、一方の入力端に入力信号が印加され、他方の入力端に第１の基準電圧設定手段を接続した第１の差動増幅器と、この第１の差動増幅器に設けた第１の能動負荷と、前記第１の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、ソースに第１の定電流源を接続した第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源の接続点にゲートを接続し、ドレインに第２の定電流源と出力端子とを接続した第２のトランジスタと、作用端子が前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源との接続点に接続され、前記出力端子における前記入力信号に応じた出力電圧が所定のリミット電圧を超える範囲では前記第１のトランジスタに流れる電流を前記作用端子を通してバイパスし前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源の接続点の電位を制御することで前記出力端子における出力電圧が前記所定のリミット電圧を維持するよう構成したリミッタ手段とを備えた信号出力回路であり、検出回路を設けることなく電線の断線もしくは接地電位へのショートを検知することができるという作用効果を奏する。すなわち、前記出力端子から出力される出力電圧が前記リミット電圧以下あるいはそれ以上にならないため、このリミット電圧を０Ｖよりも大きい値あるいは電源電圧以下の値に設定することにより正常状態において前記出力電圧が０Ｖあるいは電源電圧であるということがなく、したがって、前記出力電圧が０Ｖあるいは電源電圧の場合、断線もしくは接地電位あるいは電源電位へのショートが発生したと判断することができるものである。

以下、本発明の信号出力回路について実施の形態および図面を用いて説明する。なお、この信号出力回路に信号を入力する手段としてセンサを用いた。

（実施の形態１）
本実施の形態１および図１を用いて本発明の特に請求項１，２，３，４に記載の発明について説明する。

まず、本実施の形態１の信号出力回路の構成について説明する。図１において、２６は第１の差動増幅器であり、この第１の差動増幅器２６は、ソース結合したトランジスタ１，２と、このトランジスタ１，２の共通ソースと第１の電源端子３３との間に接続された定電流源２０とで構成されており、前記トランジスタ１のゲートにセンサからの信号が入力され、前記トランジスタ２のゲートに第１の基準電圧設定手段２８により第１の基準電圧が与えられる。

３０は前記第１の差動増幅器２６の能動負荷としての第１のカレントミラーであり、この第１のカレントミラー３０は、ダイオード結合したトランジスタ３と、このトランジスタ３のゲートにゲートを接続したトランジスタ４とで構成されている。前記トランジスタ３のゲート、ドレインは前記トランジスタ１のドレインに接続され、前記トランジスタ３のソースは第２の電源端子３４に接続され、前記トランジスタ４のドレインは前記トランジスタ２のドレインに接続され、前記トランジスタ４のソースは前記第２の電源端子３４に接続される。

５は前置増幅用の第１のトランジスタであり、ゲートは前記第１の差動増幅器２６の出力である前記トランジスタ２のドレインに接続され、ソースは第１の定電流源２１を介して前記第２の電源端子３４に接続され、ドレインは前記第１の電源端子３３に接続される。

６は出力用の第２のトランジスタであり、ゲートは前記第１のトランジスタ５のソースに接続され、ソースは前記第２の電源端子３４に接続され、ドレインは出力端子３２および第２の定電流源２２を介して前記第１の電源端子３３に接続される。

２７は第２の差動増幅器であり、この第２の差動増幅器２７は、ソース結合した第６、第７のトランジスタ８，９と、この第６、第７のトランジスタ８，９のソースと前記第１の電源端子３３との間に接続された第３の定電流源２３とで構成されており、前記第６のトランジスタ８のゲートは定電流源２４を介して前記第２の電源端子３４に接続され、且つ出力モニター用であるトランジスタ１２のソースに接続される。このトランジスタ１２のドレインは前記第１の電源端子３３に接続され、ゲートは前記出力端子３２に接続される。

また、前記第７のトランジスタ９のゲートは定電流源２５を介して前記第２の電源端子３４に接続され、且つ第２の基準電圧設定手段３８の第４のトランジスタ１３のソースに接続される。この第４のトランジスタ１３のドレインは前記第１の電源端子３３に接続され、ゲートはリミット電圧である第２の基準電圧２９に接続される。

３１は前記第２の差動増幅器２７の能動負荷としての第２のカレントミラーであり、この第２のカレントミラー３１は、ダイオード結合したトランジスタ１４と、このトランジスタ１４のゲートにゲートを接続したトランジスタ１５とで構成されており、前記トランジスタ１４のゲート、ドレインは前記第６のトランジスタ８のドレインに接続され、ソースは第２の電源端子３４に接続されている。前記トランジスタ１５のドレインは前記第７のトランジスタ９のドレインに接続され、ソースは前記第２の電源端子３４に接続される。

７は出力制限用の第３のトランジスタであり、この第３のトランジスタ７のゲートは前記第２の差動増幅器２７の出力である前記第７のトランジスタ９のドレインに接続され、ソースは前記第１のトランジスタ５のソース及び前記第２のトランジスタ６のゲート及び前記第１の定電流源２１に接続され、ドレインは前記第１の電源端子３３に接続される。

そして、リミッタ手段は、前記第３のトランジスタ７と、第２の差動増幅器２７と、第２の基準電圧設定手段３８とから少なくとも構成される。

次に、以上の構成の出力回路の動作について説明する。

前記トランジスタ３のドレインから前記トランジスタ１のドレインに流れる電流と、前記トランジスタ４のドレインから前記トランジスタ２のドレインに流れる電流との和は一定に保持されるため、トランジスタ１のゲートに入力される入力信号が増加すると、第１の差動増幅器２６の出力であるトランジスタ２のドレイン電圧は増加する。このドレイン電圧と第１のトランジスタ５のゲート電圧は同電位であるためトランジスタ５のソース電圧は増加し、第２のトランジスタ６のドレイン電圧は減少する。その結果、出力端子３２の出力電圧は減少する。

ここで、出力電圧がリミット電圧である第２の基準電圧２９より小さいとき、出力電圧が低下すると、トランジスタ１２のゲート電圧が低下し、第６のトランジスタ８のゲート電圧はトランジスタ１２のゲート電圧に連動して低下する。

第４のトランジスタ１３のゲートに与えられたリミット電圧である第２の基準電圧２９は、第７のトランジスタ９のゲート電圧として与えられる。

そのため第２の差動増幅器２７の出力である第７のトランジスタ９のドレイン電圧、すなわち第３のトランジスタ７のゲート電圧は低下し、これに連動して第３のトランジスタ７のソース電圧、すなわち、第２のトランジスタ６のゲート電圧が低下し、第２のトランジスタ６のドレイン電圧はリミット電圧である第２の基準電圧２９まで上昇する。

その結果、出力電圧が第２の基準電圧２９以下になるような入力電圧が入力されても、出力電圧は第２の基準電圧２９以下にはならず、第２の基準電圧２９に保たれる。このとき第１、第３のトランジスタ５，７は両ソース、両ドレインを接続しており、ソース電圧が共通なため、第３のトランジスタ７はオン状態で第１のトランジスタ５はオフ状態となり、第１の差動増幅器２６の出力は遮断され、出力電圧に影響を及ぼさない。

一方、出力電圧がリミット電圧である第２の基準電圧２９より大きいとき、第１、第３
のトランジスタ５，７はソース電圧が共通なため、第３のトランジスタ７はオフ状態で第１のトランジスタ５はオン状態となり、第２の差動増幅器２７の出力は遮断され、出力電圧に影響を及ぼさない。

以上のように出力端子３２から出力される出力電圧は前記第２の基準電圧以下にならないため、この第２の基準電圧を０Ｖよりも大きい値に設定することにより正常状態において前記出力電圧が０Ｖであるということがなくなる。したがって、前記出力電圧が０Ｖの場合、断線もしくは接地電位へのショートが発生したと受電側回路で判断することができるものである。

また、出力電圧のリミッタ手段が動作した電圧、すなわちリミット電圧は正確、且つ温度等に対して安定な電圧を供給することができ、リミット電圧は第２の基準電圧２９を変更するだけで容易に変更することができる。

なお、本実施の形態では信号出力回路にレベル調整手段を設けていないが必要に応じて設けてもよい。例えば図２に示すように、ダイオード結合されたトランジスタ１０，１１を用いて、第６のトランジスタ８とトランジスタ１２との間に、第７のトランジスタ９と第４のトランジスタ１３との間にそれぞれ介在させてもよい。

また、本実施の形態で用いたトランジスタに代わりバイポーラトランジスタを用いても同様の効果を奏する（図示せず）。この場合ソースはエミッタ、ドレインはコレクタ、ゲートはベースに相当する。

加えて、図３に示すように、図１におけるすべてのトランジスタのＰＮを反転させたものを用いた場合出力電圧の上限を規定することができる。すなわち、本発明の信号出力回路では第２の基準電圧設定手段３８によりリミット電圧つまり下限電圧を設定したが、同様にして上限電圧を設定することができる。これにより検出回路を設けることなく電源端子へのショートを検知することができるという作用効果を奏する。この場合、上記のようにバイポーラトランジスタを用いても同様の作用効果を奏する。

なお、上記実施の形態では、この信号出力回路に信号を入力する手段としてセンサを用いたが、これに限定されるものではない。

本発明の信号出力回路は、受電側に別途検出回路を設けることなく、電線の断線あるいは接地電位へのショート、電源電位へのショートを検出することができ、特にセンサ等の信号出力回路として有用である。

本発明の一実施の形態の信号出力回路図 同信号出力回路図 同信号出力回路図 従来の信号出力回路図

符号の説明

１，２，３，４，１０，１１，１２，１４，１５ トランジスタ
５ 第１のトランジスタ
６ 第２のトランジスタ
７ 第３のトランジスタ
８ 第６のトランジスタ
９ 第７のトランジスタ
１３ 第４のトランジスタ
２０，２４，２５ 定電流源
２１ 第１の定電流源
２２ 第２の定電流源
２３ 第３の定電流源
２６ 第１の差動増幅器
２７ 第２の差動増幅器
２８ 第１の基準電圧設定手段
２９ 第２の基準電圧
３０ 第１の能動負荷
３１ 第２の能動負荷
３２ 出力端子
３３ 第１の電源端子
３４ 第２の電源端子
３８ 第２の基準電圧設定手段

Claims (5)

1. 一方の入力端に入力信号が印加され、他方の入力端に第１の基準電圧設定手段を接続した第１の差動増幅器と、この第１の差動増幅器に設けた第１の能動負荷と、
   前記第１の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、ソースに第１の定電流源を接続した第１のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源の接続点にゲートを接続し、ドレインに第２の定電流源と出力端子とを接続した第２のトランジスタと、
   作用端子が前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源との接続点に接続され、前記出力端子における前記入力信号に応じた出力電圧が所定のリミット電圧を超える範囲では前記第１のトランジスタに流れる電流を前記作用端子を通してバイパスし前記第１のトランジスタと前記第１の定電流源の接続点の電位を制御することで前記出力端子における出力電圧が前記所定のリミット電圧を維持するよう構成したリミッタ手段とを備えた信号出力回路。
2. リミッタ手段は、
   一方の入力端に出力端子を接続し、他方の入力端にリミット電圧の設定を行う第２の基準電圧設定手段を接続した第２の差動増幅器と、この第２の差動増幅器に設けた第２の能動負荷と、
   前記第２の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、第１のトランジスタと第１の定電流源の接続点に作用端子としてのソースを接続した第３のトランジスタから少なくとも構成した請求項１記載の信号出力回路。
3. 第２の基準電圧設定手段は、第２の差動増幅器の他方の入力端にソースを接続し、ドレインを接地電位に接続した第４のトランジスタと、前記第２の差動増幅器の他方の入力端と前記第４のトランジスタのソースとの接続点に接続した電流供給源と、
   前記第４のトランジスタのゲートに接続した第２の基準電圧源からなる請求項２記載の信号出力回路。
4. 第２の差動増幅器は、ソース結合した第６、第７のトランジスタと、
   前記第６、第７のトランジスタのソースに接続した第３の定電流源からなる請求項２記載の信号出力回路。
5. リミッタ手段は、
   一方の入力端に出力端子を所定電圧分の遷移を行う第１のレベル調整手段を介して接続し、他方の入力端にリミット電圧の設定を行う第２の基準電圧設定手段を所定電圧分の遷移を行う第２のレベル調整手段を介して接続した第２の差動増幅器と、この第２の差動増幅器に設けた第２の能動負荷と、
   前記第２の差動増幅器の出力端にゲートを接続し、第１のトランジスタと第１の定電流源の接続点に作用端子としてのソースを接続した第３のトランジスタから少なくとも構成した請求項１記載の信号出力回路。

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