JP4053034B2

JP4053034B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4053034B2
Application number: JP2004298239A
Authority: JP
Inventors: 陽一高橋; 伴長大場; 藤男樋口; 彰齋藤; 圭一岩住; 景子小林
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: JP2006115027A; US20060077089A1; US7312733B2

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、アナログ信号をデジタルデータに変換して出力する半導体装置に関する。

近年、車両の安全に係わる規制が日米で相次ぎ強化されている。北米にて施行されるＴＲＥＡＤ法（ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｃａｌｌＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ＡｃｏｕｎｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄＤｏｃｕｍｅｎｔＡｃｔ）によると、２００６年以降に販売される新車には、自動車タイヤ空気圧監視システムの装着が義務付けられる。そのため、現在、タイヤの中にセンサを装着して空気圧及び温度を測定する技術が検討されている。当該技術は、タイヤのバルブ部分にセンサユニットを搭載し、４輪全てを個別に監視するシステムである。このため、高精度のモニタリングが可能であり、駐停車中でもタイヤ空気圧を監視することができるなどのメリットを有する。

上述のようなセンサユニットには、一般的に、センサと、そのセンサの出力を増幅するための増幅装置と、その増幅装置の出力をＡＤ変換するためのＡＤ変換装置と、そのＡＤ変換装置の出力に基づいてセンサ出力データを算出するマイクロコンピュータ（演算処理装置）が搭載されている。

上述のＴＰＭＳに代表されるタイヤ空気圧監視システムでは、圧力センサを使用してタイヤの空気圧を計測している。センサを使用して対象の状態（ＴＰＭＳにおけるタイヤの空気圧など）を監視する場合、まず最初に、圧力センサから出力される２つのアナログ信号の電位差である微弱電圧を増幅回路で増幅する必要がある。増幅回路は、その微弱電圧を増幅して増幅電圧を生成する。次に、その増幅電圧をマイクロコンピュータで処理可能とするため、ＡＤ変換回路で増幅電圧の値をデジタル値に変換する必要がある。ＡＤ変換回路は、その増幅電圧をＡＤ変換してＡＤ変換値（デジタル値）を生成し、マイクロコンピュータに供給している。マイクロコンピュータは、そのＡＤ変換値に基づいて所定の演算処理を実行し、空気圧データを算出している。一般に、ＡＤ変換回路が変換可能な入力電圧の範囲は、０Ｖ（ＡＤ変換回路の接地側電位）からＡＤ変換回路に印加される基準電圧（Ｖｒｅｆ）の範囲である。そのため、０Ｖ以下の電圧や、基準電圧（Ｖｒｅｆ）以上の電圧がＡＤ変換回路に入力されても、そのＡＤ変換回路では正しいＡＤ変換値を出力することができない。つまり、０Ｖ以下の入力電圧に対しては、ＡＤ変換回路は０Ｖに対応した一定のデジタル値（一般的には、０）を出力する。一方、基準電圧以上の入力電圧に対しては、ＡＤ変換回路は基準電圧に対応した一定のデジタル値（一般的に、ＡＤ変換のビット数で表現し得る最大値）を出力する。

タイヤ空気圧監視システムにおいては、高精度で信頼性の高い監視結果の出力が求められている。従来、監視システムの信頼性を向上させるために、高い分解能を有するＡＤ変換回路をシステムに採用する等の方法がとられてきた。タイヤ空気圧を高い分解能で検出する一つの方法として、圧力センサが出力する微弱電圧を増幅率の大きい増幅回路で増幅し、ＡＤ変換回路でデジタル値に変換する手法がある。他の方法として、ＡＤ変換のビット数を増加させることにより、微弱な入力電圧を高い分解能でデジタル値に変換する手法がある。特許文献１（特開平５−２４８９７５号公報）には、圧力センサの信号を増幅する増幅器のゲイン調整回路について記載されている。増幅回路の増幅率を大きくした場合、ＡＤ変換回路への入力電圧が大きくなる。一方で、上述の通り、ＡＤ変換回路がＡＤ変換可能な入力電圧の最大値は基準電圧で決定される。従って、増幅させた入力電圧を正しくＡＤ変換するには、基準電圧を高くする必要がある。この高電圧化は、ＡＤ変換回路をマイクロコンピュータに内蔵させた場合、マイクロコンピュータ自体の動作電圧を前記基準電圧より下げることが困難となる。

一方、上記のようなＡＤ変換のビット数を増加させて分解能を向上させる手法を採用する場合、基準電圧の高電圧化は避けることができる。しかし、ＡＤ変換のビット数増加はＡＤ変換回路の回路規模を増大させ、最終的にはチップ面積の増加・高価格化を招く。場合によっては、ＡＤ変換回路のマイクロコンピュータへの内蔵を困難にする。

使用環境温度の変化が大きいタイヤは、その内部の空気圧変動も大きい。また、タイヤがパンクする前兆をわずかな空気圧の変化で捕らえる必要もある。従って、タイヤ空気圧を検出するシステムで使用されるＡＤ変換回路には、広範囲で変化する圧力センサの出力電圧を確実にデジタル値に変換する能力と、圧力センサの出力電圧のわずかな変化をも検出しうる高分解能の両立が求められる。

特開平５−２４８９７５号公報（図１）

本発明が解決しようとする課題は、ＡＤ変換のビット数を増加させることなく、広範囲かつ微小に変化するセンサ出力を確実にＡＤ変換する装置を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

上記課題を解決するため、本願発明の半導体装置（１）は、図５に示すとおり、増幅部（４１）と前記増幅部（４１）への入力信号にバイアス電圧を印加するバイアス制御回路（４８）とを有する増幅回路（４）と、前記増幅回路（４）から出力される増幅電圧をＡＤ変換してＡＤ変換値を出力するＡＤ変換回路（５）と、前記バイアス制御回路（４８）に制御信号を出力する制御回路（８）とを具備する。前記制御回路（８）は、前記ＡＤ変換値が所定の値との一致を検出すると、前記制御信号を出力する。そして、バイアス制御回路（４８）は、その制御信号に応答してバイアス電圧を段階的に切り替える。

制御回路（８）は、ＡＤ変換回路（５）の出力値（ＡＤ変換値）がＡＤ変換ビット数で表現できる上限値又は下限値と一致したことを検出すると、バイアス制御回路（４８）に制御信号を出力する。この制御信号を受けて、バイアス制御回路（４８）は、出力するバイアス電圧の値を離散的に変更する。

本発明によると、ＡＤ変換のビット数を増加させることなく、広範囲かつ微小に変化するセンサ出力を高精度でＡＤ変換することができる。

以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明を行う。以下に述べる実施の形態では、本発明の半導体装置を自動車タイヤ空気圧監視システム、特にＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ）に適用した場合を例に説明を行う。

初めに、本発明の実施の形態に係わる半導体装置１を備えたデータ通信装置（本実施の形態においては「送信側モジュール」）が装備されるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の概略構成を図１を参照して説明する。

ＴＰＭＳ１０は、タイヤ内に装着される送信側モジュール１５ａ〜ｄと、車体側に設置されるセンサイニシエータ１８ａ〜ｄおよび受信側モジュール２２とからなる。送信側モジュール１５ａ〜ｄは、圧力および温度等を検出するための数種類のセンサと、受信側モジュール２２へ上記センサで取得されたデータ信号をＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の電波で送信するための送信部と、センサイニシエータ１８ａ〜ｄから送信されるコマンドデータ信号をＬＦ（ＬｏｗＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の電波で受信するための受信部とを備えている。また、受信側モジュール２２は、送信側モジュール１５ａ〜ｄから送信されるデータ信号を受信するのみでなく、ＫｅｙＬｅｓｓＥｎｔｒｙなどから送信されるＲＦの電波を受信するための受信機能をも併せ持っている。

図２および図３に本発明の実施の形態に係わるＴＰＭＳ１０のシステムブロック図を示す。また、図４には本発明の実施の形態に係わるＴＰＭＳ１０における無線通信経路を示す。

図２から図４を参照すると、本実施形態に係わるＴＰＭＳ１０の送信側モジュール１５ａ〜ｄは、全てのタイヤ１０ａ〜ｄに装着される。送信側モジュール１５ａ〜ｄは、空気圧センサ２ａ〜ｄ、温度センサ１１ａ〜ｄと、センサイニシエータ１８ａ〜ｄを介して受信側モジュール２２に上記センサで取得された測定データをＲＦの電波で送信するための送信部１６ａ〜ｄとを備えている。

運転者が車に搭乗する際、運転者により受信側モジュール２２へＫｅｙＬｅｓｓＥｎｔｒｙ用のＲＦ電波が送信される。受信側モジュール２２においてＫｅｙＬｅｓｓＥｎｔｒｙ用のＲＦ電波が受信されると、受信側モジュール２２から車内ＬＡＮ２０を介してセンサイニシエータ１８ａ〜ｄへ向けて起動を知らせるためのコマンド信号が送信される。センサイニシエータ１８ａ〜ｄは、そのコマンド信号に応答してＬＦ電波により送信側モジュール１５ａ〜ｄを起動させる。送信側モジュール１５ａ〜ｄが起動すると、その送信側モジュール１５ａ〜ｄに備えられた各種センサにより、直ちにタイヤの空気圧および温度が測定される。そして、測定により得られた情報は、送信部１６ａ〜ｄにより、データ信号としてＲＦ（４３３ＭＨｚ、３１５ＭＨｚ）の電波で車体側に装着されている受信側モジュール２２に入力される。受信側モジュール２２は、入力されたデータ信号に基づき、表示装置２５（表示部２４、警報部２６など）により、運転者に対してタイヤの空気圧情報を知らせている。

車が走行を開始すると、タイヤに装備されている図示せぬ走行検出器により車の走行が感知されて、特定の時間間隔毎に、あるいはタイヤの空気圧変動及びタイヤ内の温度の変化が規定値以上になった場合に、空気圧センサ２ａ〜ｄおよび温度センサ１１ａ〜ｄで取得されたタイヤの空気圧および温度情報等を示すデータ信号が送信側モジュール１５ａ〜ｄの送信部１６ａ〜ｄによりＲＦの電波で受信側モジュール２２に送信される。そして、受信側モジュール２２に入力されたデータ信号は、所定の演算処理によってデータ処理された後、車内ＬＡＮ２０を介して表示部２４および警報部２６に送信され、運転者にタイヤの空気圧および温度情報等が知らされる。

その送信側モジュール１５ａ〜ｄは、図５に示されているように、半導体装置１と圧力センサ２とを含んで構成されている。図５は、本発明の実施形態における半導体装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態における半導体装置１は、前述の送信側モジュール１５ａ〜ｄの各々に備えられている。圧力センサ２は、タイヤの空気圧を検出する空気圧力センサである。圧力センサ２は、タイヤ内部に備えられ、そのタイヤの空気圧に応答してセンサ出力としての信号電圧を出力している。図５に示されているように、半導体装置１は、圧力センサ２から出力される信号電圧を受ける端子Ｔ１および端子Ｔ２を備えている。半導体装置１は、端子Ｔ１および端子Ｔ２を介して受信した信号電圧を増幅し、その増幅された信号をＡＤ変換した後、出力端子Ｔ３を介して受信側モジュール２２に送信している。

図５に示されているように、半導体装置１は、基準電圧生成回路３と、増幅回路４と、ＡＤ変換回路５と、マイクロコンピュータ８と、温度センサ１１とを含んで構成されている。基準電圧生成回路３は、増幅回路４とＡＤ変換回路５とに供給する電圧を生成する電圧生成回路である。基準電圧生成回路３は、ＡＤ変換回路５に供給する基準電圧（Ｖｒｅｆ）を生成すると共に増幅回路４に供給するバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを生成している。図５に示されているように、基準電圧生成回路３はノードＮ２およびノードＮ１２を備えている。ノードＮ２から出力される基準電圧はノードＮ６を介してＡＤ変換回路５に供給されている。基準電圧生成回路３は、基準電圧生成部とバイアス電圧生成部とを含んで構成されていることが好ましい。基準電圧生成部は、ＡＤ変換回路５に供給するための電圧を生成する電圧生成回路である。基準電圧生成部は直流電源に接続され、その直流電源から供給される電圧に基づいて基準電圧を生成する。また、基準電圧生成部から出力される基準電圧は、バイアス電圧生成部に供給されている。バイアス電圧生成部は、抵抗分圧によってバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを生成し、そのバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳをノードＮ１２を介して増幅回路４に供給されている。バイアス電圧生成部を上記のように構成することで、基準電圧の変動に対応してバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳを生成する基準電圧生成回路３を構成することができる。

増幅回路４は、本発明の増幅回路である。増幅回路４は、圧力センサ２から供給される信号電圧を増幅して出力している。増幅回路４は、ノードＮ３およびノードＮ４を備え、圧力センサ２から供給される信号電圧をノードＮ３およびノードＮ４を介して受信している。増幅回路４によって増幅された増幅電圧（アナログ信号）は、ノードＮ５を介してＡＤ変換回路５に供給されている。なお、増幅回路４の具体的な回路構成は後述する。

ＡＤ変換回路５は、増幅回路４から供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。以下に述べる実施形態においては、そのＡＤ変換回路５は、１０ビットの分解能を有するＡＤ変換回路であることを前提に説明を行う。なおこれは、本発明におけるＡＤ変換回路の分解能を制限するものではない。ＡＤ変換回路５は、増幅回路４から供給される増幅電圧をノードＮ７を介して受信している。ＡＤ変換回路５は、その増幅電圧に対してＡＤ変換を実行し、ノードＮ８を介してマイクロコンピュータ８に出力している。また、ＡＤ変換回路５は温度センサ１１から出力される信号電圧のＡＤ変換も実行している。

マイクロコンピュータ８は、半導体装置１に備えられた集積回路である。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５から供給されるデジタル信号に基づいてタイヤの空気圧（または温度）を算出する。マイクロコンピュータ８は、算出した空気圧を空気圧データ信号として端子Ｔ３から出力している。端子Ｔ３から出力された空気圧データ信号は、送信側モジュール１５ａ〜ｄを介して受信側モジュール２２へＲＦの電波で送信される。図５に示されているように、マイクロコンピュータ８はメモリ８１とＣＰＵ８２とを含んで構成されている。メモリ８１は、情報の読み出し／書込みが可能な記憶装置である。本実施の形態におけるメモリ８１は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）であることを前提に説明をおこなう。なお、これは本発明のメモリ８１の構成を限定するものではなく、例えば、ＥＥＰＲＯＭに代表される不揮発性メモリでメモリ８１を構成することも可能である。ＣＰＵ８２は、マイクロコンピュータ８に備えられた演算処理部である。ＣＰＵ８２は、半導体装置１に備えられた各種装置の制御やバス９を介して受信するデータの処理を実行している。

図６は、上述の増幅回路４の具体的な回路構成を示す回路図である。図６に示されているように、増幅回路４は、増幅部４１と、ボルテージフォロア４２と、ボルテージフォロア４３と、バイアス制御回路４８とを含んで構成されている。圧力センサ２から供給される信号電圧は、ノードＮ３およびノードＮ４を介してボルテージフォロア４２とボルテージフォロア４３のそれぞれに供給される。ボルテージフォロア４２の出力は増幅部第1抵抗４６を介してＯＰアンプ４５に供給される。同様に、ボルテージフォロア４３の出力は、抵抗４４を介してＯＰアンプ４５に供給される。ＯＰアンプ４５の出力はノードＮ５に接続され、増幅部４１は増幅した信号をノードＮ５を介してＡＤ変換回路５に供給している。

増幅部４１はさらに、ＯＰアンプ４５と、増幅部第１抵抗４６と、増幅部第２抵抗４７とを備えている。増幅部４１の増幅率は、増幅部第１抵抗４６の抵抗値と増幅部第２抵抗４７の抵抗値との比で決定される。以下の説明においては、増幅部４１は、圧力センサ２から供給される信号電圧を３０倍増幅するような増幅器である場合を例に説明をおこなう。バイアス制御回路４８は、マイクロコンピュータ８から供給される制御信号に応答してＡＤ変換回路５に出力する増幅電圧（Ｖａｉｎ）を可変的に制御する制御回路である。図６に示されているように、バイアス制御回路４８は、複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を有するスイッチ群４９と、複数の抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）と、ボルテージフォロア６１と、抵抗６２とを含んで構成されている。スイッチ群４９は、ノードＮ１５を介して供給される制御信号に基づいて、スイッチ群４９に備えられた複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を切り替えている。バイアス制御回路４８は、制御信号に応答してスイッチ群４９の中の任意のスイッチを閉じることで所望のバイアス電圧を生成する。生成されたバイアス電圧は、ボルテージフォロア６１を介してノード６０に供給される。増幅回路４は、スイッチ群４９のスイッチを切り替えることで増幅部４１出力をステップ状に変化させることが可能になる。

増幅部４１に入力される圧力センサ２からの一方の出力信号には、上記バイアス電圧が印加されている。このバイアス電圧を増加又は減少させることにより、増幅部４１の出力電圧を増加又は減少させることができる。圧力センサ２の出力電圧が増加し、その時のバイアス電圧における増幅回路４の出力電圧をＡＤ変換回路５でデジタル値に変換したＡＤ変換値が、ＡＤ変換ビット数で表現できる上限値を超えるＡＤ変換値が必要となる可能性がある。この場合でも、ＡＤ変換値は上記上限値（例えば、変換ビットが１０ビットの場合、３ＦＦＨ）となる。制御回路８は、ＡＤ変換値が上限値と一致したことを検出すると、バイアス制御回路４８に対して、バイアス電位を切り替えるように指示する。

図７は、スイッチ群４９に備えられた複数のスイッチを切り替えたときの、増幅回路４からの出力の変化を概念的に示す図である。図７に示されているグラフの横軸は圧力（単位：Ｋｐａ）を示し、図７の縦軸はセンサ出力（増幅回路４からの出力）を示している。圧力センサ２に加えられる圧力が一定の場合に、スイッチ群４９のスイッチを切り替えると、増幅部４１から出力される増幅電圧はステップ状に変化する。このように、増幅電圧がステップ状に変化することによって、ＡＤ変換回路５から出力される変換値も変化する。図７に示されているグラフＳ１は、スイッチ群４９のスイッチＳＷ１をオン状態にして、スイッチＳＷ２〜スイッチＳＷ５をオフ状態にした場合の、センサ出力に対応する圧力値を表している。同様に、スイッチＳＷ２をオン状態にし、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ３〜スイッチＳＷ５をオフ状態にした場合、センサ出力に対応する圧力値はグラフＳ２に示されている値になる。

このように、スイッチ群４９のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を切り替えることで、圧力センサ２から出力される信号電圧が一定であった場合でも、センサ出力をステップ状に変化させることが可能になる。したがって、圧力センサ２から出力される信号電圧が増幅されて、ＡＤ変換回路５における入力電圧範囲（０Ｖ〜基準電圧（Ｖｒｅｆ）の範囲）を超えるような場合に、スイッチ群４９のスイッチを切り替えることで、正常にＡＤ変換可能なセンサ出力を得ることが可能になる。例えば、ＡＤ変換回路５に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えている場合、ＡＤ変換回路５からは、３ＦＦＨ（１０ビットのフルスケール）に対応するＡＤ変換値が出力される。このとき、マイクロコンピュータ８は、バイアス制御回路４８のスイッチ群４９のスイッチを切り替えて、０Ｖから基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応するような増幅電圧を増幅部４１から出力させる。マイクロコンピュータ８は、スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を切り替えた後のセンサ出力（補正前ＡＤ変換値）を特定する。その後、予めメモリ８１に格納されているテーブルを参照し、センサ出力を補正するための補正値を抽出する。そのテーブルには、上記の補正値として、ステップを切り替えた場合の変化量を各ステップに対応して格納しておく。マイクロコンピュータ８は、切り替え前のステップと切り替え後のステップを特定し、その変化量である補正値を算出して補正前ＡＤ変換値に加減する。それによって、補正済ＡＤ変換値を得ることができる。なお、メモリ８１に格納されるテーブルの詳細については後述する。

図８は、上述の補正値を含むテーブルである。図８に示されているテーブル７０は、メモリ８１に記憶されていることが好ましい。図８を参照すると、テーブル７０は、一定圧力におけるセンサ出力を測定値７１として格納している。また、テーブル７０は、スイッチ群４９のスイッチＳＷ１がオン状態であり、スイッチＳＷ２〜スイッチＳＷ５がオフ状態であるときをステップ１としてそのときの情報を格納している。同様に、スイッチＳＷ２がオン状態であり、その他のスイッチがオフ状態である場合をステップ２としている。以下、スイッチＳＷ３がオン状態のときをステップ３、スイッチＳＷ４がオン状態のときをステップ４、スイッチＳＷ５がオン状態のときをステップ５として情報を格納している。

テーブル７０の補正値７２は、センサ出力の補正に使用される補正データである。スイッチ群４９のスイッチの切り替えが行われたときに、切り替え前のステップと切り替え後のステップに基づいて、補正値７２を参照し、その補正値を特定する。例えば、ステップ１でＡＤ変換回路５に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えてしまい、ステップ１からステップ３に切り替えた場合、その補正値として「０Ｆ０Ｈ（０７８Ｈ＊２段階）」が使用される。なお、テーブル７０に示されている補正値は、各ステップ毎に均等であるが、これは本発明の補正値を制限するものではない。

図９は、本実施の形態における動作を示すフローチャートである。図９のフローチャートは、増幅回路４から出力される増幅電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆを超えるときの補正動作を示している。また、上述のように本実施の形態のＡＤ変換回路５は、１０ビットの分解能を有する。したがって、ＡＤ変換回路５に基準電圧Ｖｒｅｆと等しいか、または、Ｖｒｅｆ以上の入力電圧が供給される場合、ＡＤ変換回路５はセンサ出力として「３ＦＦＨ」に対応するＡＤ変換値を出力するものとする。同様に、ＡＤ変換回路５に接地電圧と等しいか、または、接地電圧以下の入力電圧が供給される場合、ＡＤ変換回路５はセンサ出力として「０００Ｈ」に対応するＡＤ変換値を出力する。したがって、増幅回路４から出力される増幅電圧が接地電圧以下の場合は、基準電圧Ｖｒｅｆを超えるときと反対の方向へシフトさせるようにスイッチ群４９を制御することで補正動作を行うことが可能である。

本実施の形態の動作は、ＴＰＭＳが動作することに応答して開始する。ステップＳ１０１において、半導体装置１のマイクロコンピュータ８は、初期ステップを特定するための制御信号を出力する。マイクロコンピュータ８は、その制御信号の出力に応答して、初期ステップに関連する情報（初期ステップ情報）をメモリ８１に格納する。増幅回路４は、その制御信号に応答して所定のスイッチをオン状態にする。本実施の形態において、特定される初期ステップに制限は無いが、複数のステップの中間ステップを初期ステップとすることが好ましい。それにより、ＡＤ変換回路５の出力を上方に補正することも下方に補正することも可能になる。

ステップＳ１０２において、マイクロコンピュータ８はバス９を介してＡＤ変換回路５から供給される出力電圧を受信する。マイクロコンピュータ８は、受信する出力電圧に基づいて所定の演算処理を実行し、その出力電圧に対応する圧力データを生成する。ステップＳ１０３において、マイクロコンピュータ８は、受信したＡＤ変換値が、３ＦＦＨであるかどうかの判断を実行する。受信したＡＤ変換値が３ＦＦＨではなかった場合、処理ステップＳ１０７に進む。受信した出力電圧が３ＦＦＨであった場合、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、マイクロコンピュータ８は、レンジの変更をおこなうための制御信号（スイッチ切り替え命令）を増幅回路４出力する。マイクロコンピュータ８は、その制御信号の出力に応答して、切り替え後のステップに関連する情報（切り替えステップ情報）をメモリ８１に格納する。増幅回路４は、その制御信号に応答して現在のスイッチをオフ状態にするとともに、新たなスイッチをオン状態にする。本実施の形態での切り替えステップの段数に制限は無い。設定を変更することで、例えば、１段刻みで切り替える設定や、２段刻みで切り替える設定にすることが可能である。

ステップＳ１０５において、マイクロコンピュータ８は、変更後のステップに対応するＡＤ変換値を受信する。ＡＤ変換値を受信したマイクロコンピュータ８は、さらにレンジの変更が必要かどうかの判断を行う為にステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６において、マイクロコンピュータ８は受信したＡＤ変換値が３ＦＦＨであるかどうかの判断を行う。その判断の結果、受信したＡＤ変換値が３ＦＦＨであった場合、処理はステップＳ１０４に戻り、レンジを、さらに次のレンジに変更する。受信したＡＤ変換値が３ＦＦＨでなかった場合、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において、マイクロコンピュータ８は、ステップＳ１０５で受信した出力電圧に対応するＡＤ変換値を補正前ＡＤ変換値としてメモリ８１に記憶する。ステップＳ１０８において、マイクロコンピュータ８は、補正前ＡＤ変換値を補正するための補正値を算出する。マイクロコンピュータ８は、メモリ８１に格納している初期ステップ情報と切り替えステップ情報とに基づいて初期ステップと現在ステップとを特定する。その後、特定した初期ステップと現在ステップとに基づいて前述のテーブル７０を参照し、その補正値を算出する。

ステップＳ１０９において、マイクロコンピュータ８は、ステップＳ１０８で算出した補正値に基づいて補正済ＡＤ変換値を算出する。上述の動作の場合、マイクロコンピュータ８は、特定したＡＤ変換値が３ＦＦＨであるかどうかを判断した後、ステップの切り替えを実行している。この場合、マイクロコンピュータ８は、補正前ＡＤ変換値に対して、ステップＳ１０８で算出された補正値を加えることで、補正済ＡＤ変換値を特定する。マイクロコンピュータ８は、その補正済ＡＤ変換値に基づいて最終的な圧力データを演算して出力端子Ｔ３を介して出力する。

以上述べてきたように、バイアス制御回路４８を備える増幅回路４を構成し、そのバイアス制御回路４８を上記のように動作させる。そして、増幅回路４の出力が、ＡＤ変換回路５の入力電圧範囲を超えるような場合に、増幅回路４の出力をバイアス制御回路４８でシフト制御する。それによって、ＡＤ変換回路５には、正常にＡＤ変換可能な入力電圧が印加されるため、マイクロコンピュータ８は、適正なＡＤ変換値を出力することが可能になる。マイクロコンピュータ８は、メモリ８１に格納された補正データに基づいてそのＡＤ変換値を補正する。マイクロコンピュータ８は、その補正されたＡＤ変換値に基づいて圧力データを生成するので、ＡＤ変換回路５の変換範囲を拡大することが可能になる。そのためＡＤ変換回路の分解能を向上させたことと同義となり、信頼性の高いデータを供給することができる。

図１０は、図９で説明した動作を具体的に示すグラフである。前述したように、半導体装置１に備えられたＡＤ変換回路５は、１０ビットの分解能を有するものである。図１０の横軸は圧力を示し、縦軸はＡＤ変換回路５から出力される電圧に基づいて算出されるＡＤ変換値を示している。また、図１０に示されているグラフＳ１〜グラフＳ５は、テーブル７０のステップ１〜ステップ５に対応している。

ここで、初期ステップとして、ステップ３（グラフＳ３）が選択されているものとする。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５から供給される出力電圧を随時受信している。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５からＡＤ変換値として３ＦＦＨを示す電圧が出力されると、そのときの圧力を一時的に特定する（点Ｐ０１に対応する圧力値Ｑ１を算出する）。このとき、圧力値Ｑ１が算出されているにもかかわらず、実際の圧力が圧力値Ｑ１を超えている場合がある（図１０の矢印Ａ１の範囲）。したがって、補正を行わないときには、実際の圧力値が、通常使用圧力の範囲を超えている場合がある。

マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換値が３ＦＦＨであることに応答してレンジの変更を実行するための制御信号を出力する。ここで、その制御信号は、ステップ３（グラフＳ３）からステップ５（グラフＳ５）に切り替える制御信号であるものとする。増幅回路４は、その制御信号に応答してスイッチＳＷ３をオフ状態にすると共に、スイッチＳＷ５をオン状態にする。マイクロコンピュータ８は、その状態でのＡＤ変換回路５からの出力電圧を受信し、ＡＤ変換値（３３０Ｈ）を特定する。マイクロコンピュータ８は、テーブル７０を参照し、ステップを２段階切り替えた場合に対応する補正値（０Ｆ０Ｈ）を算出して先に特定したＡＤ変換値（３３０Ｈ）に加算する。

マイクロコンピュータ８は、上記の計算によって得られた補正済ＡＤ変換値４２０Ｈと、グラフＳ３の傾きに基づいて点Ｐ０３を特定する。マイクロコンピュータ８は、点Ｐ０３に対応する圧力値Ｑ２を圧力データとして出力する。これによって、基準電圧Ｖｒｅｆをこえる電圧がＡＤ変換回路５に供給された場合に、ＡＤ変換回路のレンジを切り替えて圧力データを得ることができる。

以下に図面を使用して、ＡＤ変換値を上方に補正する場合の動作を説明する。図１１に示されているグラフＧ１は、ＡＤ変換回路５から出力される出力電圧に基づくＡＤ変換値と、そのＡＤ変換値に基づいて算出される圧力との対応を示すグラフである。タイヤの空気圧力を高精度に測定する場合、グラフＧ１の傾き（センサ出力／圧力（Ｋｐａ））を大きくすることが要求される。しかし、グラフＧ１の傾きを大きくすることで、通常使用圧力範囲以外の範囲（例えば、常圧）での圧力測定が困難になってしまう。図１１を参照すると、グラフＧ１に対応して圧力測定を行う場合、通常使用圧力の範囲では、所望の圧力値を特定することが可能である（例えば点Ｐ１１のときのならば、圧力値Ｑ３）。ＡＤ変換回路５から出力される出力電圧が、ＡＤ変換値が０００Ｈに対応する電圧になったときに、点Ｐ１２が特定され、そのときの圧力値Ｑ４が出力される。そして、これ以下の圧力値を特定することができない。

図１２は、スイッチ群４９のスイッチを切り替えてレンジを変更する場合の動作を具体的に示す図である。図１２に示されている複数のグラフ（Ｓ１〜Ｓ５）は、図１０と同様に、テーブル７０のステップ１〜ステップ５に対応している。ここで、初期ステップとして、ステップ４（グラフＳ４）が選択されているものとする。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５から供給される出力電圧を随時受信している。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５からＡＤ変換値として０００Ｈを示す電圧が出力されると、そのときのタイヤ圧力として圧力値Ｑ４を特定する。

マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５からＡＤ変換値として０００Ｈを示す電圧が供給されたことに応答して、レンジを変更するための制御信号を出力する。（例えばここで、マイクロコンピュータ８はステップをステップ４（グラフＳ４）からステップ２（グラフＳ２）に切り替える制御信号を出力したものとする。）増幅回路４は、その制御信号に応答してスイッチＳＷ４をオフ状態にすると共に、スイッチＳＷ２をオン状態にする。したがって、マイクロコンピュータ８には、切り替え後の出力電圧が供給される。マイクロコンピュータ８は、供給された電圧に基づいてＡＤ変換値を算出し、さらに、テーブル７０を参照してステップを２段階切り替えた場合に対応する補正値を算出する。その後、マイクロコンピュータ８は、算出したＡＤ変換値から上記補正値を減算して補正済ＡＤ変換値を算出する。

マイクロコンピュータ８は、上記の計算によって得られた補正済ＡＤ変換値と、グラフＳ４の傾きに基づいて点Ｐ１３を特定する。マイクロコンピュータ８は、点Ｐ１３に対応する圧力値Ｑ５を圧力データとして出力する。これによって、入力電圧範囲以外の電圧（例えば、接地電圧（０Ｖ）を下回る電圧）がＡＤ変換回路５に供給された場合であっても、ＡＤ変換回路のレンジを切り替えることで、ＡＤ変換範囲を拡大することができる。

図１３は、本実施の形態におけるテーブル７０の作成するときの動作を示すフローチャートである。図１３のフローチャートに示されている動作は、テーブル７０の補正値７２の新規入力を実行するか、またはテーブル７０に格納された情報がリセットされることに関連して開始する。テーブル７０を作成する場合、圧力センサ２には予め特定された一定の圧力が加えられているものとする。

ステップＳ２０１において、マイクロコンピュータ８は、初期ステップを特定するための制御信号を生成して増幅回路４に出力する。増幅回路４は、その制御信号に応答してスイッチ群４９の複数のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）の中から所定のスイッチをオン状態にする。増幅回路４は、初期ステップが特定したことに応答して、そのときの出力電圧をＡＤ変換回路５に供給する。ＡＤ変換回路５は、増幅回路４から供給される出力電圧をＡＤ変換した出力電圧をマイクロコンピュータ８に出力する。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路から出力される出力電圧に基づいてＡＤ変換値（測定値７１）を特定し、そのＡＤ変換値（測定値７１）と現在のステップ（初期ステップ）とを対応させてテーブル７０に格納する。

ステップＳ２０２において、マイクロコンピュータ８は、現在のステップでのＡＤ変換値の格納完了に応答して、スイッチ群４９のスイッチを切り替えるための制御信号を生成する。ここで、ステップの切り替えは、１段階毎に行われることが好ましい。スイッチの数が多く、切り替え動作を多数実行しなければならない場合、任意の複数段毎に切り替えを実行する構成であっても良い。その場合、実測値を供給されない測定値７１は演算によって算出する方法であることが好ましい。ＡＤ変換回路５は、スイッチ切り替え後の出力電圧をマイクロコンピュータ８に供給する。マイクロコンピュータ８は、上記の動作と同様に、ＡＤ変換回路５から出力される出力電圧に基づいてＡＤ変換値（測定値７１）を特定し、そのＡＤ変換値（測定値７１）と現在のステップとを対応させてテーブル７０に格納する。

ステップＳ２０３において、マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換回路５から供給されるＡＤ変換値が３ＦＦＨ（または０００Ｈ）であるかどうかの判断を実行する。ＡＤ変換値がが３ＦＦＨ（または０００Ｈ）になっていない場合、処理は戻り、次のステップでのＡＤ変換値（測定値）の格納を継続する。マイクロコンピュータ８は、ＡＤ変換値として３ＦＦＨ（または０００Ｈ）を示す場合、そのステップでの測定限度を超えているので、１段階前のステップを上限（または下限）としてメモリ８１に記憶する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０５において、マイクロコンピュータ８は、メモリ８１に格納した各ステップのＡＤ変換値から、補正値（隣り合うＡＤ変換値の差）を算出してテーブル７０に格納する。ここで、全てのステップに対応して補正値が算出されていない場合、圧力センサ２に加える圧力を変更して、上記のステップＳ２０１〜ステップＳ２０５の動作を実行する。上記のような動作でＡＤ変換値を補正するための補正値を算出することで、個々の補正値が各々異なる場合であっても、正確なＡＤ変換値を算出することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）のシステムブロック図である。図３は、本発明の実施形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）のシステムブロック図である。図４は、本発明の実施の形態に係わるＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）での無線通信経路を示す図である。図５は、本発明の実施形態における半導体装置の構成を示すブロック図である。図６は、増幅回路の具体的な回路構成を示す回路図である。図７は、スイッチ群に備えられた複数のスイッチを切り替えたときの、ＡＤ変換値の変化を示す図である。図８は、メモリに格納されるテーブルである。図９は、本実施の形態における動作を示すフローチャートである。図１０は、本実施の形態の動作を例示する示すグラフである。図１１は、ＡＤ変換値と圧力との対応を示すグラフである。図１２は、スイッチ群のスイッチを切り替えてレンジを変更する場合の動作を具体的に示す図である。図１３は、本実施の形態におけるテーブルの作成動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ＴＰＭＳ
１…半導体装置
２…圧力センサ
３…基準電圧生成回路
４…増幅回路
４１…増幅部
４８…バイアス制御回路
５…ＡＤ変換回路
８…マイクロコンピュータ
９…バス
１１…温度センサ
Ｎ２〜Ｎ８、Ｎ１２、Ｎ１３…ノード
Ｔ１〜Ｔ３…端子
１２…直流電源
Ｎ１５…ノード
４２、４３…ボルテージフォロア
４４…抵抗
４５…ＯＰアンプ
４６…増幅部第１抵抗
４７…増幅部第２抵抗
４８…バイアス制御回路
４９…スイッチ群
ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ
Ｒ１〜Ｒ５…抵抗
６０…ノード、６１…ボルテージフォロア、６２…抵抗
８１…メモリ、８２…ＣＰＵ
７０…テーブル

Claims

（ａ）増幅部の基準電位側入力に印加するバイアス電圧を生成するステップと、
（ｂ）前記増幅部の出力を帰還した帰還入力と前記基準電位側入力とで構成された差動入力信号を前記増幅部に供給したときの前記増幅部の出力を、ＡＤ変換回路により所定のビット数でＡＤ変換してＡＤ変換値を出力するステップと、
（ｃ）前記ＡＤ変換値が所定の値となったときにバイアス制御回路に制御信号を出力するステップと、
（ｄ）前記制御信号に応答して前記バイアス電圧の値を離散的に変更するステップと、
（ｅ）離散的に前記バイアス電圧の値を変更した前後における前記ＡＤ変換回路の出力値の変化量である補正データをテーブルに記憶するステップと、
（ｆ）変更後の前記バイアス電圧の値に対応する前記増幅部の出力のＡＤ変換値を、前記テーブルの補正データに基づき算出するステップ
を具備する
ＡＤ変換回路のレンジ切り替え方法。
請求項１に記載のレンジ切り替え方法において、
前記（ｃ）ステップは、さらに、
前記ＡＤ変換値が、前記所定のビット数で表現可能な最大値又は最小値と一致したときに前記制御信号を出力するステップ
を具備する
ＡＤ変換回路のレンジ切り替え方法。
請求項２に記載のレンジ切り替え方法において、
前記（ｃ）ステップは、さらに、
前記ＡＤ変換値が、前記所定のビット数で表現可能な最大値と一致した場合に前記バイアス電圧の値を減少させ、前記ＡＤ変換回路の出力値が、前記所定のビット数で表現可能な最小値と一致した場合に前記バイアス電圧の値を増加させる前記制御信号を発生させるステップ
を具備する
ＡＤ変換回路のレンジ切り替え方法。
ＴＰＭＳ（ＴｉｒｅＰｒｅｓｓｕｒｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）で使用され、タイヤ内部に備えられるデータ送信装置を動作させるプログラムであって、
（ａ）増幅部の基準電位側入力に印加するバイアス電圧を生成するステップと、
（ｂ）前記増幅部の出力を帰還した帰還入力と前記基準電位側入力とで構成された差動入力信号を前記増幅部に供給したときの前記増幅部の出力を、ＡＤ変換回路により所定のビット数でＡＤ変換してＡＤ変換値を出力するステップと、
（ｃ）前記ＡＤ変換値が所定の値となったときにバイアス制御回路に制御信号を出力するステップと、
（ｄ）前記制御信号に応答して前記バイアス電圧の値を離散的に変更するステップと、
（ｅ）離散的に前記バイアス電圧の値を変更した前後における前記ＡＤ変換回路の出力値の変化量である補正データをテーブルに記憶するステップと、
（ｆ）変更後の前記バイアス電圧の値に対応する前記増幅部の出力のＡＤ変換値を、前記テーブルの補正データに基づき算出するステップ
を具備する方法をコンピュータで実行可能なプログラム。
請求項４に記載のプログラムにおいて、
前記（ｃ）ステップは、さらに、
前記ＡＤ変換値が、前記所定のビット数で表現可能な最大値又は最小値と一致したときに前記制御信号を出力するステップ
を具備する方法をコンピュータで実行可能なプログラム。
請求項５に記載のプログラムにおいて、
前記（ｃ）ステップは、さらに、
前記ＡＤ変換値が、前記所定のビット数で表現可能な最大値と一致した場合に前記バイアス電圧の値を減少させ、前記ＡＤ変換回路の出力値が、前記所定のビット数で表現可能な最小値と一致した場合に前記バイアス電圧の値を増加させる前記制御信号を発生させるステップ
を具備する方法をコンピュータで実行可能なプログラム。