JP4617545B2 - センサの異常検出回路及び物理量検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の出力端子に発生する各出力電圧が、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するセンサの異常を検出するための異常検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のセンサとして、例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、各々の抵抗値が歪みによって変化すると共に互いがループ状に接続された４つのゲージ抵抗（一般に拡散抵抗からなるもので、歪みゲージとも呼ばれる）１，２，３，４を有した圧力センサ１００がある。
【０００３】
このような圧力センサ１００では、上記４つのゲージ抵抗１〜４がＳｉ（シリコン）基板１０１上に形成され、そのＳｉ基板１０１は、例えば、内部に油圧などの圧力Ｐが加わる円筒状の金属ダイヤフラム１０２の端面に、接合部材１０３によって接合される。
【０００４】
そして、各ゲージ抵抗１〜４同士の接続点Ａ〜Ｄのうちで、特定の接続点Ａ（図６の例では、ゲージ抵抗１，４同士の接続点）と該接続点Ａから数えて２つ目の接続点Ｃ（図６の例では、ゲージ抵抗２，３同士の接続点）との間に駆動電圧ＶＤが印加され、他の２つの接続点Ｂ，Ｄ（図６の例では、ゲージ抵抗１，２同士の接続点Ｂ及びゲージ抵抗３，４同士の接続点Ｄ）が一対の出力端子Ｊ１，Ｊ２となっている。
【０００５】
そして更に、各ゲージ抵抗１，２，３，４の抵抗値を、それぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とすると、各ゲージ抵抗１，２，３，４は、下記の式１を満たすように、その抵抗値及びＳｉ基板１０１上での配置が設計上決定されている。
尚、式１において、Ｒ０は、圧力Ｐ＝０である時の各ゲージ抵抗１，２，３，４の抵抗値である。また、ΔＲは、圧力Ｐが加わった時の抵抗値の増減を表しており、圧力Ｐ＝０の場合には、ΔＲ＝０である。
【０００６】
【数１】
Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ０−ΔＲ，Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ０＋ΔＲ …式１
このため、圧力Ｐ＝０の場合には、ゲージ抵抗１，２同士の接続点Ｂ（以下、この接続点Ｂを第１の出力端子Ｊ１とする）に発生する第１の出力電圧Ｖ１と、ゲージ抵抗３，４同士の接続点Ｄ（以下、この接続点Ｄを第２の出力端子Ｊ２とする）に発生する第２の出力電圧Ｖ２とが、両方共に、駆動電圧ＶＤの１／２の電圧である平衡点電圧Ｖ０（＝ＶＤ／２）となる。
【０００７】
また、金属ダイヤフラム１０２に圧力Ｐが加わって（圧力Ｐ＝Ｎ≠０になって）、Ｓｉ基板１０１上の各ゲージ抵抗１〜４に歪みが生じると、図６（ｄ）に示すように、第１の出力電圧Ｖ１が平衡点電圧Ｖ０よりもΔＶ１だけ高くなると共に、第２の出力電圧Ｖ２が平衡点電圧Ｖ０よりもΔＶ２だけ低くなる。そして、ΔＶ１とΔＶ２は、ホイートストンブリッジの対象性（上記式１）より、両方共に同じ値（ΔＶ１＝ΔＶ２）となる。つまり、第１の出力端子Ｊ１と第２の出力端子Ｊ２との各々に発生する各出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、検出対象の物理量としての圧力Ｐに応じて、平衡点電圧Ｖ０を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化することとなり、｜Ｖ１−Ｖ０｜＝｜Ｖ２−Ｖ０｜となる。
【０００８】
よって、こうした圧力センサ１００の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を入力する信号処理回路は、上記両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差（Ｖ１−Ｖ２）に基づいて、圧力Ｐを検出する。そして、以上の原理により、圧力Ｐをより精度良く検出できるようにしている。
【０００９】
以上が正常時の動作であるが、例えば図６（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１０１や接合部材１０３に亀裂Ｋが生じるなどして、４つのゲージ抵抗１〜４の何れかの抵抗値が正常な値でなくなると、センサの平衡点電圧Ｖ０や感度が変化して、圧力Ｐの検出精度が悪化してしまう。そして、こうした故障時には、図６（ｅ）に例示するように、第１の出力電圧Ｖ１と本来の平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値（｜Ｖ１−Ｖ０｜＝ΔＶ１）と、第２の出力電圧Ｖ２と本来の平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値（｜Ｖ２−Ｖ０｜＝ΔＶ２）とが等しくならない現象が発生する。
【００１０】
ここで、このようなセンサの異常は、２つの出力電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差（Ｖ１−Ｖ２）を監視していても検出するができない。これは、センサの平衡点電圧Ｖ０は、回路上には存在しない仮想の電位であるためである。
そこで、こうしたセンサの異常を検出するための技術として、特開平８−２４７８８１号公報には、図７に示すような回路構成を採ることが記載されている。
【００１１】
即ち、図７に示すように、上記公報に記載の異常検出装置では、圧力センサ１００に印加される駆動電圧ＶＤを１／２に分圧する２つの抵抗１０６，１０７と、３つの接点位置ａ，ｂ，ｃを有した２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、Ａ／Ｄコンバータ，Ｄ／Ａコンバータ，及びＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などからなる情報処理装置１０８とを設けている。
【００１２】
そして、この異常検出装置では、情報処理装置１０８がスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御して、その両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をａの位置にすることにより、圧力センサ１００の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差（Ｖ１−Ｖ２）を取り込み、また、両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｂの位置にすることにより、圧力センサ１００の一方の出力電圧Ｖ１と抵抗１０６，１０７による分圧電圧（即ちＶＤ／２であり、圧力センサ１００の本来の平衡点電圧Ｖ０と同じ電圧）Ｖ３との差（Ｖ１−Ｖ３）を取り込み、また更に、両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｃの位置にすることにより、圧力センサ１００の他方の出力電圧Ｖ２と抵抗１０６，１０７による分圧電圧Ｖ３との差（Ｖ２−Ｖ３）を取り込むようにしている。
【００１３】
そして更に、情報処理装置１０８は、上記両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｂの位置とｃの位置とに夫々して取り込んだ「Ｖ１−Ｖ３」と「Ｖ２−Ｖ３」とを加算して、「Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３」なる電圧を算出し、その算出した電圧（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）が所定のしきい値を越えている場合に、センサ１００が異常であると判断するようにしている。
【００１４】
つまり、上記公報に記載の異常検出装置では、概念的には、センサ１００の一方の出力電圧Ｖ１から平衡点電圧Ｖ０（＝Ｖ３）を引いた値（Ｖ１−Ｖ０）と、センサ１００の他方の出力電圧Ｖ２から平衡点電圧Ｖ０（＝Ｖ３）を引いた値（Ｖ２−Ｖ０）とを加算した値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）が、正常時には０になるという点に着目して、その加算値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）に基づきセンサ１００の異常を検出するようにしている。
【００１５】
そして、この異常検出装置によれば、図６（ｅ）に例示したような両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のアンバランスを検出して、センサ１００に異常が生じていることを検知することができるようになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の異常検出装置では、以下の問題がある。
▲１▼：まず、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置を順次切り換えて上記加算値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）を得ているため、同じ時点の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいた正確な異常検出を行うことができない。つまり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｂの位置にしてからｃの位置にするまでの間に、圧力センサ１００に加わる圧力Ｐが変化して出力電圧Ｖ１，Ｖ２が正常に変化した場合、誤って異常であると判断してしまう可能性がある。
【００１７】
▲２▼：そして更に、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置を順次切り換えて上記加算値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）を得ているため、センサ１００に異常が発生してから、その異常を検知できるまでに遅れが生じてしまう。
▲３▼：また、上記従来の異常検出装置では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御したり異常検出用の演算を行うためのＭＰＵを備えた情報処理装置１０８が必要となり、このような異常検出機能を持ったセンサユニットを構成する場合に、そのセンサユニットが大規模且つ高価格なものとなってしまう。
【００１８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、一対の出力端子に発生する各出力電圧が、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するセンサの異常を、遅れなく且つ正確に検出することができる小規模な異常検出回路と、その異常検出回路を用いた物理量検出装置とを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段、及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の異常検出回路は、図１に例示するように、第１の出力端子Ｊ１に発生する第１の出力電圧Ｖ１と、第２の出力端子Ｊ２に発生する第２の出力電圧Ｖ２とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧Ｖ０を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサ１０の異常を検出するためのものであり、前記平衡点電圧Ｖ０とほぼ同じの基準電圧ＶＥを発生する基準電圧発生回路１１と、該基準電圧発生回路１１によって発生される基準電圧ＶＥが一方の入力端子に入力された演算増幅器（オペアンプ）１２と、一端に前記センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１が印加されると共に、他端が前記演算増幅器１２の他方の入力端子に接続された第１の抵抗１３と、一端に前記センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２が印加されると共に、他端が前記演算増幅器１２の他方の入力端子に接続され、更に抵抗値が前記第１の抵抗１３と同じに設定された第２の抵抗１４と、前記演算増幅器１２の出力端子と他方の入力端子との間に接続され、該出力端子から該他方の入力端子に負帰還をかける第３の抵抗１５と、演算増幅器１２から、第１の出力電圧Ｖ１と基準電圧ＶＥとの差分と、第２の出力電圧Ｖ２と基準電圧ＶＥとの差分とを加算した電圧に基づく出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、該出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧範囲内であるか判定することにより、これらの差分を加算した電圧が正常な値であるか判定し、該出力電圧Ｖｏｕｔが該電圧範囲内にない場合に、センサ１０が異常であることを示す信号を出力する判定回路１６とを備えている。
【００２０】
尚、図１では、演算増幅器１２の一方の入力端子を非反転入力端子（＋）とし、演算増幅器１２の他方の入力端子を反転入力端子（−）としている。また図１は、異常検出対象のセンサ１０が、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じセンサである場合を例示しているが、本発明の異常検出回路は、それ以外のセンサについても適用することができる。
【００２１】
このような異常検出回路において、第１の抵抗１３及び第２の抵抗１４の各抵抗値をＲとし、第３の抵抗１５の抵抗値をＸ・Ｒとすると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、下記式２のようになる。
【００２２】
【数２】
ＶOUT ＝−Ｘ｛（Ｖ１−ＶＥ）＋（Ｖ２−ＶＥ）｝＋ＶＥ …式２
つまり、演算増幅器１２からは、基準電圧ＶＥを基準として、センサ１０の一方の出力電圧Ｖ１から基準電圧ＶＥを引いた値と、センサ１０の他方の出力電圧Ｖ２から基準電圧ＶＥを引いた値とを、互いに加算した値に比例した電圧ＶOUT が出力されることとなる。
【００２３】
また、センサ１０の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のうち、第１の出力電圧Ｖ１が検出対象の物理量の増加に応じて正方向に変化し、第２の出力電圧Ｖ２が検出対象の物理量の増加に応じて負方向に変化するものとすれば、第１の出力電圧Ｖ１と基準電圧ＶＥとの差の絶対値（｜Ｖ１−ＶＥ｜）をΔＶ１’とし、第２の出力電圧Ｖ２と基準電圧ＶＥとの差の絶対値（｜Ｖ２−ＶＥ｜）をΔＶ２’とすると、式２は下記式３のようになり、演算増幅器１２からは、基準電圧ＶＥを基準として、ΔＶ１’とΔＶ２’との差に比例した電圧ＶOUT が出力されることとなる。
【００２４】
【数３】
ＶOUT ＝−Ｘ（ΔＶ１’−ΔＶ２’）＋ＶＥ …式３
そして、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、基準電圧発生回路１１によって発生される基準電圧ＶＥがセンサ１０の平衡点電圧Ｖ０とほぼ等しいことから、センサ１０が正常であれば、上記式２，３から分かるように、ほぼＶＥとなる。
【００２５】
これに対し、センサ１０に異常が生じて、その両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れると、即ち、図６（ｅ）に例示したように、第１の出力電圧Ｖ１と平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値ΔＶ１と、第２の出力電圧Ｖ２と平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値ΔＶ２とが等しくならない現象が発生すると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向にずれることとなる。
【００２６】
そこで、この異常検出回路では、判定回路１６により、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が良否判定用の電圧範囲外であるか否かを判定し、その電圧範囲外である場合に、センサ１０が異常であることを示す信号を出力するようにしている。
【００２７】
そして、このような請求項１の異常検出回路によれば、常に同じ時点の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、センサ１０の異常を正確に検出することができ、しかも、センサ１０に異常が発生してからその異常を検知できるまでの遅れも殆ど無い。そして更に、ＭＰＵといった高機能な情報処理装置を設けることなく、非常に小規模な回路構成でセンサ１０の異常を検出することができるようになる。
【００２８】
尚、上記検出原理から分かるように、基準電圧発生回路１１が発生させる基準電圧ＶＥは、センサ１０の平衡点電圧Ｖ０と同じであることが望ましい。但し、基準電圧ＶＥがセンサ１０の平衡点電圧Ｖ０と完全に一致していなくても、その誤差分は判定回路１６での良否判定用電圧範囲で吸収させることができるため、その意味で、本発明においては、基準電圧ＶＥをセンサ１０の平衡点電圧Ｖ０とほぼ同じ電圧としている。
【００２９】
ところで、請求項１の異常検出回路において、第１の抵抗１３の一端をセンサ１０の第１の出力端子Ｊ１に直接接続すると共に、第２の抵抗１４の一端をセンサ１０の第２の出力端子Ｊ２に直接接続するようにしても良いが、センサ１０の構造によっては、その出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ電流が流れると出力電圧Ｖ１，Ｖ２がずれてしまう場合がある。
【００３０】
そこで、請求項２に記載の異常検出回路では、図１に例示するように、前記センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１を入力して、該第１の出力電圧Ｖ１を第１の抵抗１３の一端に印加する第１のバッファ１７と、前記センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２を入力して、該第２の出力電圧Ｖ２を第２の抵抗１４の一端に印加する第２のバッファ１８とを設けるようにしている。つまり、センサ１０の第１の出力端子Ｊ１と第１の抵抗１３との間に、第１のバッファ１７を設けると共に、センサ１０の第２の出力端子Ｊ２と第２の抵抗１４との間に、第２のバッファ１８を設けるようにしている。
【００３１】
そして、このような請求項２の異常検出回路によれば、センサ１０の出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ電流が流れることが防止され、センサ１０の異常をより正確に検出することができるようになる。
【００３２】
また更に、上記第１のバッファ及び第２のバッファに加えて、請求項３に記載の如く、基準電圧発生回路により発生される基準電圧ＶＥを入力して、その基準電圧ＶＥを演算増幅器の前記一方の入力端子に入力させる第３のバッファを設けるようにしても良い。
【００３３】
一方、上記第１のバッファ、第２のバッファ、及び第３のバッファの各々としては、入力電圧と同じ電圧を出力するものではなく、請求項４に記載のように、入力電圧を特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせた電圧を、出力電圧として出力するレベルシフト回路を用いることもできる。尚、シフトする分の電圧Ｖｓｆの値は、正と負の何れでも良い。また、各バッファは同じ構成のレベルシフト回路とすれば良い。
【００３４】
つまり、第１〜第３のバッファとして、このようなレベルシフト回路を用いた場合、第１の抵抗の一端には、センサの第１の出力電圧Ｖ１をＶｓｆだけシフトさせた電圧（＝Ｖ１＋Ｖｓｆ）が印加され、第２の抵抗の一端には、センサの第２の出力電圧Ｖ２をＶｓｆだけシフトさせた電圧（＝Ｖ２＋Ｖｓｆ）が印加され、演算増幅器の前記一方の入力端子には、基準電圧ＶＥをＶｓｆだけシフトさせた電圧（＝ＶＥ＋Ｖｓｆ）が入力されることとなり、３つの入力電圧が全て同じ電圧Ｖｓｆだけシフトすることとなる。よって、この場合でも、演算増幅器からは、センサの一方の出力電圧Ｖ１から基準電圧ＶＥを引いた値と、センサの他方の出力電圧Ｖ２から基準電圧ＶＥを引いた値とを、互いに加算した値に比例した電圧ＶOUT が出力されることとなり（式２参照）、前述した請求項１〜３の異常検出回路と同じ効果を得ることができる。
【００３５】
また一般に、レベルシフト回路は、入力電圧と同じ電圧を出力する構成のバッファに比べると構成が簡単であるため、請求項４の異常検出回路によれば、回路規模を小さくすることができるという利点がある。
次に、請求項５に記載の異常検出回路も、第１の出力端子に発生する第１の出力電圧Ｖ１と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧Ｖ２とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧Ｖ０を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサの異常を検出するためのものである。
【００３６】
そして、請求項５の異常検出回路は、前記平衡点電圧Ｖ０とほぼ同じの基準電圧ＶＥを発生する基準電圧発生回路と、該基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥが一方の入力端子に入力された演算増幅器と、前記センサの第１の出力電圧Ｖ１を非反転入力とし、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥを反転入力とした第１の差動増幅器と、前記センサの第２の出力電圧Ｖ２を非反転入力とし、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥを反転入力とした第２の差動増幅器と、一端に前記第１の差動増幅器の出力電圧Ｖ１Ｓが印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続された第１の抵抗と、一端に前記第２の差動増幅器の出力電圧Ｖ２Ｓが印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続され、更に抵抗値が前記第１の抵抗と同じに設定された第２の抵抗と、前記演算増幅器の出力端子と他方の入力端子との間に接続され、該出力端子から該他方の入力端子に負帰還をかける第３の抵抗と、演算増幅器から、第１の出力電圧Ｖ１と基準電圧ＶＥとの差分と、第２の出力電圧Ｖ２と基準電圧ＶＥとの差分とを加算した電圧に基づく出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、該出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧範囲内であるか判定することにより、これらの差分を加算した電圧が正常な値であるか判定し、該出力電圧Ｖｏｕｔが該電圧範囲内にない場合には、センサが異常であることを示す信号を出力する判定回路とを備えている。
【００３７】
つまり、請求項５の異常検出回路では、前述した請求項２の異常検出回路に対し、第１及び第２のバッファに代えて、第１及び第２の差動増幅器を設けている。
このような請求項５の異常検出回路において、第１の差動増幅器及び第２の差動増幅器の増幅率（増幅度）をＹとすると、第１の差動増幅器の出力電圧Ｖ１Ｓは、式４のようになり、第２の差動増幅器の出力電圧Ｖ２Ｓは、式５のようになる。
【００３８】
【数４】
Ｖ１Ｓ＝Ｙ（Ｖ１−ＶＥ）＋ＶＥ …式４
【００３９】
【数５】
Ｖ２Ｓ＝Ｙ（Ｖ２−ＶＥ）＋ＶＥ …式５
そして、演算増幅器の出力電圧ＶOUT は、式２におけるＶ１とＶ２とを、夫々、Ｖ１ＳとＶ２Ｓとに置き換えることにより、下記式６のようになる。
【００４０】
【数６】
ＶOUT ＝−Ｘ・Ｙ｛（Ｖ１−ＶＥ）＋（Ｖ２−ＶＥ）｝＋ＶＥ …式６
この式６から分かるように、請求項５の異常検出回路によれば、センサの出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れた場合に、演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向に、より大きくずれることとなる。
【００４１】
このため、センサの異常をより確実に検出することが可能となる。また、一般に、演算増幅器にはオフセット電圧が存在するが、こうしたオフセット電圧の影響が十分小さい領域でその演算増幅器を動作させることができるようになり、異常検出精度を更に向上させることができる。
【００４２】
また、第１及び第２の差動増幅器は、請求項２に記載の第１及び第２のバッファと同様の役割も果たすこととなる。つまり、センサの出力端子から演算増幅器及び第１〜第３の抵抗からなる回路部分へ余分な電流が流れることも防止される。
【００４３】
ところで、上記請求項１〜５の異常検出回路において、判定回路は、請求項６に記載の如く、前記演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥよりも所定電圧αだけ高い第１の判定電圧（ＶＥ＋α）より高い場合、及び前記演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥよりも所定電圧βだけ低い第２の判定電圧（ＶＥ−β）より低い場合に、センサが異常であることを示す信号を出力するように構成すれば良い。
【００４４】
具体的な構成例としては、基準電圧ＶＥよりも所定電圧αだけ高い第１の判定電圧と、基準電圧ＶＥよりも所定電圧βだけ低い第２の判定電圧とを発生する判定電圧発生回路を設け、その判定電圧発生回路で発生される第１の判定電圧と第２の判定電圧とが判定回路に供給されるようにする。そして、判定回路は、演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、上記供給される２つの電圧のうちの高い方（即ち、第１の判定電圧）よりも高い場合、及び演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、上記供給される２つの電圧のうちの低い方（即ち、第２の判定電圧）よりも低い場合に、センサが異常であることを示す信号を出力するように構成すれば良い。尚、所定電圧α，βは、同じ値に設定することが望ましいが、意図的に異なる値とすることも可能である。
【００４５】
但し、レベルシフト回路からなる第１〜第３のバッファを備えた請求項４の異常検出回路では、前述した式２，３における「＋ＶＥ」の項が「＋（ＶＥ＋Ｖｓｆ）」となり、演算増幅器の出力電圧ＶOUT は「ＶＥ＋Ｖｓｆ」を基準とした電圧となるため、特に請求項７に記載の如く構成するのが有効である。
【００４６】
即ち、請求項７に記載の異常検出回路では、請求項４の異常検出回路において、上記第１の判定電圧と第２の判定電圧とを発生する判定電圧発生回路に加えて、その判定電圧発生回路で発生される第１の判定電圧を、前記第１〜第３のバッファと同じ特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせて判定回路に供給する第４のバッファと、上記判定電圧発生回路で発生される第２の判定電圧を、前記特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせて判定回路に供給する第５のバッファとを備えている。そして、判定回路は、演算増幅器の出力電圧ＶOUT が第４のバッファから供給される電圧（即ち、第１の判定電圧＋Ｖｓｆ）よりも高い場合、及び演算増幅器の出力電圧ＶOUT が第５のバッファから供給される電圧（即ち、第２の判定電圧＋Ｖｓｆ）よりも低い場合に、センサが異常であることを示す信号を出力するように構成するのである。
【００４７】
このような請求項７の異常検出回路によれば、演算増幅器の出力電圧ＶOUT だけではなく、判定回路における良否判定用の電圧範囲も、全体的に特定の電圧Ｖｓｆだけシフトすることとなるため、判定電圧発生回路を調整する等して第１の判定電圧と第２の判定電圧とを設定し直さなくても、正確な異常判定が行えるようになる。
【００４８】
一方、上記請求項１〜７の異常検出回路において、異常検出対象のセンサとしては、請求項８に記載の如く、各々の抵抗値が歪みによって変化すると共に互いがループ状に接続された４つのゲージ抵抗を有し、前記各ゲージ抵抗同士の接続点のうちで、特定の接続点と該特定の接続点から数えて２つ目の接続点との間に駆動電圧が印加され、他の２つの接続点が前記第１及び第２の出力端子となっている圧力センサとすることができる。
【００４９】
そして、このようにすれば、小規模な回路構成でありながら、４つのゲージ抵抗を有した圧力センサの異常を、遅れなく且つ正確に検出することができるようになる。また特に、この種の圧力センサでは、通常、各出力電圧Ｖ１，Ｖ２と平衡点電圧Ｖ０との差が小さいため、請求項５の構成が有効である。
【００５０】
ここで、異常検出対象のセンサを圧力センサとした場合、基準電圧発生回路は、請求項９に記載の如く、その圧力センサに印加される駆動電圧ＶＤを分圧して前記基準電圧ＶＥを発生させる少なくとも２つの抵抗とすることができる。
例えば、図１に示すように、基準電圧発生回路１１は、駆動電圧ＶＤを分圧する２つの抵抗１１ａ，１１ｂによって構成することができる。そして、この場合、その両抵抗１１ａ，１１ｂの抵抗値を、互いの接続点に基準電圧ＶＥが発生するように設定すれば良い。
【００５１】
尚、駆動電圧ＶＤを分圧する抵抗の数は３つ以上であっても良い。つまり、何れかの抵抗同士の接続点に発生する分圧電圧が目的の基準電圧ＶＥとなるように、各抵抗の抵抗値を設定すれば良いからである。
そして、このような請求項９の異常検出回路によれば、圧力センサへの駆動電圧ＶＤが変動して該圧力センサの実際の平衡点電圧Ｖ０が変化しても、その平衡点電圧Ｖ０の変化に追従して基準電圧ＶＥが変わることとなる。よって、駆動電圧ＶＤが変動しても、圧力センサの異常を正確に検出することができる。
【００５２】
次に、請求項１０に記載の物理量検出装置は、第１の出力端子に発生する第１の出力電圧と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサを備えており、そのセンサの第１の出力電圧と第２の出力電圧とに基づいて、検出対象の物理量を示す検出信号を出力端子から出力するものである。
【００５３】
そして特に、請求項１０の物理量検出装置は、前記センサの異常を検出するために、請求項１〜９の何れかに記載の異常検出回路を備えており、その異常検出回路の判定回路からセンサが異常であることを示す信号が出力されると、出力端子から、前記検出信号に代えて、異常の発生を示す特定の信号を出力する。
【００５４】
このような物理量検出装置によれば、センサが正常である場合には、検出対象の物理量を示す検出信号が出力端子から出力されるが、センサに異常が生じた場合には、出力端子から異常の発生を示す特定の信号が出力されることとなる。よって、当該物理量検出装置からの検出信号を入力して処理する電子制御装置などの他の装置は、その入力している検出信号が上記特定の信号に変わったことを検知するだけで、センサが正常か否かを判断することができ、信号ラインを別途設ける必要がない。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態のセンサの異常検出回路について、図面を用いて説明する。
まず、図２は、第１実施形態の異常検出回路の構成を表す回路図である。
【００５６】
尚、本第１実施形態の異常検出回路は、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するためのものであり、前述した図１の異常検出回路を、より具体的にしたものである。そして、図２において、前述の図１及び図６に示した構成要素と同じものについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
図２に示すように、本第１実施形態の異常検出回路は、図１と比較すると、下記の（１−１）〜（１−３）の点が異なっている。
（１−１）：圧力センサ１０を構成する各ゲージ抵抗１〜４同士の接続点Ａ〜Ｄのうち、ゲージ抵抗１，４同士の接続点Ａとゲージ抵抗２，３同士の接続点Ｃとの間に、接続点Ａ側から接続点Ｃ側へと、４つの抵抗２１，２２，２３，２４が順次直列に接続されている。
【００５８】
このため、圧力センサ１０に印加される駆動電圧ＶＤ、即ち上記接続点Ａと上記接続点Ｃとの間に印加される駆動電圧ＶＤは、上記４つの抵抗２１〜２４によって分圧されることとなるが、本第１実施形態では、その４つの抵抗２１〜２４の抵抗値を、各抵抗２１〜２４同士の接続点に下記（１）〜（３）のような電圧が発生するように設定している。
【００５９】
（１）：抵抗２２と抵抗２３との接続点に、駆動電圧ＶＤの１／２の電圧であって、圧力センサ１０の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平衡点電圧Ｖ０と同じ電圧が、基準電圧ＶＥとして発生するようにする。そして、この抵抗２２と抵抗２３との接続点が、演算増幅器１２の非反転入力端子に接続されている。
【００６０】
（２）：抵抗２１と抵抗２２との接続点に、上記基準電圧ＶＥ（＝ＶＤ／２）よりも所定電圧αだけ高い第１の判定電圧ＶＨ（＝ＶＥ＋α）が発生するようにする。
（３）：抵抗２３と抵抗２４との接続点に、上記基準電圧ＶＥ（＝ＶＤ／２）よりも上記所定電圧αだけ低い第２の判定電圧ＶＬ（＝ＶＥ−α）が発生するようにする。
【００６１】
尚、本第１実施形態では、こうした４つの抵抗２１〜２４が、基準電圧発生回路１１に相当している。そして、上記抵抗２１〜２４としては、温度依存性をほとんど持たない薄膜抵抗を用いており、その抵抗値はレーザトリミングによって調整するか、あるいは、抵抗の比率さえ精度良くできればトリミングなしでも良い。
【００６２】
（１−２）：第１のバッファ１７として、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器２５を用いている。そして、その演算増幅器２５の非反転入力端子が、第１のバッファ１７の入力端子として、圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１（ゲージ抵抗１，２同士の接続点Ｂ）に接続され、該演算増幅器２５の出力端子が、第１のバッファ１７の出力端子として、第１の抵抗１３の一端に接続されている。
【００６３】
同様に、第２のバッファ１８として、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器２６を用いている。そして、その演算増幅器２６の非反転入力端子が、第２のバッファ１８の入力端子として、圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２（ゲージ抵抗３，４同士の接続点Ｄ）に接続され、該演算増幅器２６の出力端子が、第２のバッファ１８の出力端子として、第２の抵抗１４の一端に接続されている。
【００６４】
（１−３）：判定回路１６として、ウィンドウコンパレータ２７を備えている。
そして、このウィンドウコンパレータ２７は、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が抵抗２１と抵抗２２との接続点に発生する第１の判定電圧ＶＨよりも高い場合にローレベル信号を、そうでない場合にハイレベル信号を出力する第１の比較器（コンパレータ）２８と、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が抵抗２３と抵抗２４との接続点に発生する第２の判定電圧ＶＬよりも低い場合にハイレベル信号を、そうでない場合にローレベル信号を出力する第２の比較器２９と、上記両比較器２８，２９の出力が両方共にハイレベルである場合にハイレベル信号を、そうでない場合にローレベル信号を出力する第１のアンドゲート３０と、上記両比較器２８，２９の出力が両方共にローレベルである場合にハイレベル信号を、そうでない場合にローレベル信号を出力する第２のアンドゲート３１と、上記両アンドゲート３０，３１の出力の論理和信号を出力するオアゲート３２とから構成されている。
【００６５】
このため、ウィンドウコンパレータ２７の上記オアゲート３２からは、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、第２の判定電圧ＶＬ（＝ＶＥ−α）から第１の判定電圧ＶＨ（＝ＶＥ＋α）までの電圧範囲（良否判定のために設定された電圧範囲に相当）に入っていれば、ローレベル信号が出力される。
【００６６】
これに対して、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、上記電圧範囲（ＶＥ±α）外になると、即ち、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が第１の判定電圧ＶＨよりも高くなるか、或いは第２の判定電圧ＶＬよりも低くなると、ウィンドウコンパレータ２７の上記オアゲート３２から、圧力センサ１０が異常であることを示すハイレベル信号が出力されることとなる。
【００６７】
以上のような第１実施形態の異常検出回路において、第１のバッファ１７としての演算増幅器２５からは、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１（第１の出力端子Ｊ１に発生する出力電圧Ｖ１）と同じ電圧Ｖ１が出力され、同様に、第２のバッファ１８としての演算増幅器２６からは、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２（第２の出力端子Ｊ２に発生する出力電圧Ｖ２）と同じ電圧Ｖ２が出力される。
【００６８】
また、本第１実施形態の異常検出回路において、第３の抵抗１５の抵抗値は、第１及び第２の抵抗１３，１４の抵抗値のＸ倍（但しＸは１よりも大きい値）に設定されている。
このため、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、前述した式２，３のようになり、圧力センサ１０が正常であれば（即ち、圧力センサ１０の各出力電圧Ｖ１，Ｖ２の、基準電圧ＶＥからの変化量が同じであれば）、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は基準電圧ＶＥと等しくなる。
【００６９】
これに対し、圧力センサ１０に異常が生じて、その両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向にずれることとなる。そして、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、良否判定用の上記電圧範囲（ＶＥ±α）から外れると、ウィンドウコンパレータ２７（詳しくは、そのオアゲート３２）から、圧力センサ１０が異常であることを示すハイレベル信号が出力されることとなる。
【００７０】
このような本第１実施形態の異常検出回路によれば、常に同じ時点の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、圧力センサ１０の異常を正確に検出することができ、しかも、圧力センサ１０に異常が発生してからその異常を検知できるまでの遅れも殆ど無い。そして更に、ＭＰＵなどの高機能な情報処理装置を設けることなく、非常に小規模な回路構成で圧力センサ１０の異常を検出できる。
【００７１】
また、圧力センサ１０に印加される駆動電圧ＶＤを抵抗２１〜２４で分圧して、基準電圧ＶＥを発生させるようにしているため、駆動電圧ＶＤが変動して圧力センサ１０の実際の平衡点電圧Ｖ０が変化しても、基準電圧ＶＥを常にその平衡点電圧Ｖ０と同じ値にすることができる。よって、圧力センサ１０への駆動電圧ＶＤが変動しても、その圧力センサ１０の異常を正確に検出することができる。
【００７２】
また更に、圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１と第１の抵抗１３との間に、演算増幅器２５からなる第１のバッファ１７を設けると共に、圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２と第２の抵抗１４との間に、演算増幅器２６からなる第２のバッファ１８を設けるようにしているため、圧力センサ１０の出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ電流が流れて出力電圧Ｖ１，Ｖ２がずれてしまうことが防止され、圧力センサ１０の異常をより正確に検出することができる。
【００７３】
次に、図３は、第２実施形態の異常検出回路の構成を表す回路図である。
尚、本第２実施形態の異常検出回路も、第１実施形態の異常検出回路と同様に、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するためのものである。そして、図３において、図２に示した構成要素と同じものについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
図３に示すように、本第２実施形態の異常検出回路は、第１実施形態の異常検出回路（図２）と比較すると、下記の（２−１）及び（２−２）の点が異なっている。
（２−１）：演算増幅器２５からなる第１のバッファ１７に代えて、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１を非反転入力とし、抵抗２２と抵抗２３との接続点に発生する基準電圧ＶＥを反転入力とした第１の差動増幅器３５を備えている。
【００７５】
同様に、演算増幅器２６からなる第２のバッファ１８に代えて、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２を非反転入力とし、上記基準電圧ＶＥを反転入力とした第２の差動増幅器３６を備えている。
具体的に説明すると、第１の差動増幅器３５は、非反転入力端子が圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１に接続された演算増幅器４１と、抵抗２２と抵抗２３との接続点と演算増幅器４１の反転入力端子との間に接続された抵抗４２と、演算増幅器４１の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗４３とからなり、上記演算増幅器４１の出力端子が、当該第１の差動増幅器３５の出力端子として、第１の抵抗１３の一端に接続されている。そして、この場合、演算増幅器４１の非反転入力端子が、当該第１の差動増幅器３５の非反転入力端子となり、抵抗４２の演算増幅器４１側とは反対側の端部が、当該第１の差動増幅器３５の反転入力端子となっている。
【００７６】
同様に、第２の差動増幅器３６は、非反転入力端子が圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２に接続された演算増幅器４４と、抵抗２２と抵抗２３との接続点と演算増幅器４４の反転入力端子との間に接続された抵抗４５と、演算増幅器４４の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗４６とからなり、上記演算増幅器４４の出力端子が、当該第２の差動増幅器３６の出力端子として、第２の抵抗１４の一端に接続されている。そして、この場合、演算増幅器４４の非反転入力端子が、当該第２の差動増幅器３６の非反転入力端子となり、抵抗４５の演算増幅器４４側とは反対側の端部が、当該第２の差動増幅器３６の反転入力端子となっている。
【００７７】
そして更に、上記抵抗４２，４３，４５，４６の各抵抗値は、抵抗４３と抵抗４２との抵抗値の比と、抵抗４６と抵抗４５との抵抗値の比とが、互いに同じになるように設定されている。
このため、抵抗４３の抵抗値を抵抗４２の抵抗値で割った値と、抵抗４６の抵抗値を抵抗４５の抵抗値で割った値とを、「Ｒｂ／Ｒａ」とすると、第１の差動増幅器３５及び第２の差動増幅器３６の増幅率Ｙは、「１＋Ｒｂ／Ｒａ」となり、前述した式４，５から、第１の差動増幅器３５の出力電圧（即ち、第１の抵抗１３の一端に印加される電圧）Ｖ１Ｓと、第２の差動増幅器３６の出力電圧（即ち、第２の抵抗１４の一端に印加される電圧）Ｖ２Ｓとは、夫々、下記式７，８のようになる。
【００７８】
【数７】
Ｖ１Ｓ＝（１＋Ｒｂ／Ｒａ）×（Ｖ１−ＶＥ）＋ＶＥ …式７
【００７９】
【数８】
Ｖ２Ｓ＝（１＋Ｒｂ／Ｒａ）×（Ｖ２−ＶＥ）＋ＶＥ …式８
そして、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、式２におけるＶ１とＶ２とを、夫々、上記式７，８のＶ１ＳとＶ２Ｓとに置き換えることにより、下記式９のようになる。
【００８０】
【数９】
ＶOUT ＝−Ｘ（１＋Ｒｂ／Ｒａ）×｛（Ｖ１−ＶＥ）＋（Ｖ２−ＶＥ）｝＋ＶＥ …式９
よって、この式９から分かるように、本第２実施形態の異常検出回路では、圧力センサ１０の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れた場合に、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向に、より大きくずれることとなる。
【００８１】
（２−２）：このため、本第２実施形態の異常検出回路では、抵抗２１と抵抗２２との接続点に発生する第１の判定電圧ＶＨが第１実施形態の場合よりも若干高く、且つ、抵抗２３と抵抗２４との接続点に発生する第２の判定電圧ＶＬが第１実施形態の場合よりも若干低くなるように、４つの抵抗２１〜２４の抵抗値を設定している。つまり、良否判定用の電圧範囲（ＶＥ±α）を、基準電圧ＶＥを中心にして若干広げている。
【００８２】
以上のような本第２実施形態の異常検出回路によれば、圧力センサ１０の出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が基準電圧ＶＥからより大きくずれることとなるため、圧力センサ１０が異常であるか否かをより正確に判断して、一層正確な異常検出を行うことができる。
【００８３】
また、演算増幅器１２が持つオフセット電圧の影響を小さくすることができる。
また更に、第１及び第２の差動増幅器３５，３６を構成する各演算増幅器４１，４４は、第１実施形態における第１及び第２のバッファ１７，１８（演算増幅器２５，２６）と同様の役割も果たす。つまり、圧力センサ１０の出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ余分な電流が流れることも防止される。
【００８４】
次に、図４は、第３実施形態の異常検出回路の構成を表す回路図である。
尚、本第３実施形態の異常検出回路も、第１実施形態の異常検出回路と同様に、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するためのものである。そして、図４において、図２に示した構成要素と同じものについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
図４に示すように、本第３実施形態の異常検出回路は、第１実施形態の異常検出回路（図２）と比較すると、下記の（３−１）及び（３−２）の点が異なっている。
（３−１）：演算増幅器２５によるボルテージフォロワ回路のバッファ１７に代えて、後述する構成のバッファ５１を備えている。そして同様に、演算増幅器２６によるボルテージフォロワ回路のバッファ１８に代えて、後述する構成のバッファ５２を備えている。
【００８６】
（３−２）：抵抗２２と抵抗２３との接続点と、演算増幅器１２の非反転入力端子との間に、抵抗２２と抵抗２３との接続点に生じる基準電圧ＶＥを入力としたバッファ５３が追加されている。
更に、抵抗２１と抵抗２２との接続点と、ウィンドウコンパレータ２７を構成する第１の比較器２８の非反転入力端子とが、直接接続されるのではなく、その間に、抵抗２１と抵抗２２との接続点に生じる第１の判定電圧ＶＨを入力としたバッファ５４が追加されている。そして同様に、抵抗２３と抵抗２４との接続点と、ウィンドウコンパレータ２７を構成する第２の比較器２９の非反転入力端子とが、直接接続されるのではなく、その間に、抵抗２３と抵抗２４との接続点に生じる第２の判定電圧ＶＬを入力としたバッファ５５が追加されている。
【００８７】
ここで、上記５つのバッファ５１〜５５は、入力電圧Ｖｉを特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせた電圧（＝Ｖｉ＋Ｖｓｆ）を、出力電圧Ｖｏとして出力するレベルシフト回路であり、例えば図５（Ａ）のような構成のものである、
即ち、図５（Ａ）に示すように、各バッファ５１〜５５は、圧力センサ１０に印加される駆動電圧ＶＤ（詳しくは、駆動電圧ＶＤの高電位側）にコレクタが接続されたＮＰＮトランジスタ６０と、そのＮＰＮトランジスタ６０のエミッタと接地電位（即ち、駆動電圧ＶＤの低電位側）との間に接続された抵抗Ｒとを備えている。そして、ＮＰＮトランジスタ６０のベースが、当該バッファの入力端子となり、ＮＰＮトランジスタ６０のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。
【００８８】
よって、バッファ５１〜５５からは、入力電圧ＶｉをＮＰＮトランジスタ６０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけ低電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ−Ｖｂｅ）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、上記特定の電圧Ｖｓｆであって、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「−Ｖｂｅ」となっている。
【００８９】
このようなバッファ５１〜５５を備えた本第３実施形態の異常検出回路において、バッファ５１から第１の抵抗１３の一端に出力される電圧Ｖｏ１は、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１を上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝Ｖ１−Ｖｂｅ）となり、同様に、バッファ５２から第２の抵抗１４の一端に出力される電圧Ｖｏ２は、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２を上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝Ｖ２−Ｖｂｅ）となる。そして更に、バッファ５３から演算増幅器１２の非反転入力端子に出力される電圧ＶｏＥは、基準電圧ＶＥを上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝ＶＥ−Ｖｂｅ）となる。つまり、第１〜第３の抵抗１３，１４，１５と演算増幅器１２とからなる信号処理回路部分への３つの入力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，ＶｏＥが、全て同じ電圧Ｖｂｅだけ低電位側にシフトすることとなる。
【００９０】
よって、前述した式２からも分かるように、本第３実施形態の異常検出回路においても、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１から基準電圧ＶＥを引いた値と、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２から基準電圧ＶＥを引いた値とを、互いに加算した値に比例した電圧となる。
【００９１】
そして更に、この構成の場合、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、「ＶＥ−Ｖｂｅ」を基準に変化することとなるが、バッファ５４，５５の作用により、ウィンドウコンパレータ２７の判定値（即ち、良否判定用の電圧範囲）も、前述の電圧Ｖｂｅだけ低電位側にシフトして、「ＶＨ−Ｖｂｅ」〜「ＶＬ−Ｖｂｅ」となる。これは、バッファ５４から第１の比較器２８の非反転入力端子に供給される電圧が、第１の判定電圧ＶＨを上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝ＶＨ−Ｖｂｅ）となり、同様に、バッファ５５から第２の比較器２９の非反転入力端子に供給される電圧が、第２の判定電圧ＶＬを上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝ＶＬ−Ｖｂｅ）となるからである。
【００９２】
このため、本第３実施形態の異常検出回路によっても、第１実施形態の異常検出回路と同じ作用及び効果を得ることができる。また、抵抗２１〜２４の抵抗値を調整して第１及び第の判定電圧ＶＨ，ＶＬを設定し直さなくても、正確な異常判定が行えるようになる。
【００９３】
そして特に、レベルシフト回路は、演算増幅器によるボルテージフォロワ回路よりも構成が簡単であるため、本第３実施形態の異常検出回路によれば、回路規模を小さくすることができるという利点がある。
尚、本第３実施形態では、バッファ５１が第１のバッファに相当し、バッファ５２が第２のバッファに相当し、バッファ５３が第３のバッファに相当している。そして、バッファ５４が第４のバッファに相当し、バッファ５５が第５のバッファに相当している。また、抵抗２１〜２４が、基準電圧発生回路１１としてだけではなく、請求項７の判定電圧発生回路としても機能している。
【００９４】
また、バッファ５１〜５５としては、図５（Ａ）に示したレベルシフト回路の他にも、例えば図５（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の各々に示すレベルシフト回路を用いることができる。
まず、図５（Ｂ）に示すレベルシフト回路は、図５（Ａ）のレベルシフト回路におけるＮＰＮトランジスタ６０を、ダーリントン接続された２つのＮＰＮトランジスタ６１，６２に置き換えたものである。そして、１段目のＮＰＮトランジスタ６１のベースが、当該バッファの入力端子となり、２段目のＮＰＮトランジスタ６２のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。
【００９５】
そして、この図５（Ｂ）のレベルシフト回路では、１段目のＮＰＮトランジスタ６１のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ１」とし、２段目のＮＰＮトランジスタ６２のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ２」とすると、入力電圧Ｖｉを「Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２」だけ低電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ−（Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「−（Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２）」となる。
【００９６】
次に、図５（Ｃ）に示すレベルシフト回路は、接地電位にコレクタが接続されたＰＮＰトランジスタ７０と、そのＰＮＰトランジスタ７０のエミッタと駆動電圧ＶＤ（詳しくは、駆動電圧ＶＤの高電位側）との間に接続された抵抗Ｒとを備えている。そして、ＰＮＰトランジスタ７０のベースが、当該バッファの入力端子となり、ＰＮＰトランジスタ７０のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。つまり、このレベルシフト回路は、図５（Ａ）のレベルシフト回路におけるＮＰＮトランジスタ６０を、ＰＮＰトランジスタ７０に置き換えた構成のものである。
【００９７】
そして、この図５（Ｃ）のレベルシフト回路では、入力電圧ＶｉをＰＮＰトランジスタ７０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけ高電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ＋Ｖｂｅ）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「Ｖｂｅ」となる。
【００９８】
また、図５（Ｄ）に示すレベルシフト回路は、図５（Ｃ）のレベルシフト回路におけるＰＮＰトランジスタ７０を、ダーリントン接続された２つのＰＮＰトランジスタ７１，７２に置き換えたものである。そして、１段目のＰＮＰトランジスタ７１のベースが、当該バッファの入力端子となり、２段目のＰＮＰトランジスタ７２のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。
【００９９】
そして、この図５（Ｄ）のレベルシフト回路では、１段目のＰＮＰトランジスタ７１のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ１」とし、２段目のＰＮＰトランジスタ７２のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ２」とすると、入力電圧Ｖｉを「Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２」だけ高電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ＋（Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２」となる。
【０１００】
次に、第４実施形態として、前述した第１〜第３実施形態の各異常検出回路のうちの何れかを備えた物理量検出装置としての圧力検出装置８０について、図８を用いて説明する。
図８に示すように、本実施形態の圧力検出装置８０は、前述した圧力センサ１０と、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１と第２の出力電圧Ｖ２とが入力されて、その両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差を増幅することにより、圧力センサ１０で検出される圧力Ｐに応じたアナログ電圧信号（検出対象の物理量を示す検出信号に相当し、本実施形態では、０．５Ｖ〜４．５Ｖの電圧信号）を出力するアンプ８２と、アンプ８２の出力を外部へ出力するための出力端子８４と、その出力端子８４とアンプ８２との間に設けられた出力回路８６と、異常検出回路８８とを備えている。
【０１０１】
尚、異常検出回路８８は、前述した第１〜第３実施形態（図２〜図４）の各異常検出回路の何れかであり、圧力センサ１０の異常を検出するために設けられている。また、アンプ８２は、温度補償機能を有したものである。
ここで、出力回路８６は、異常検出回路８８のウィンドウコンパレータ２７（詳しくは、オアゲート３２）からローレベル信号が出力されている正常時には、アンプ８２の出力を、そのまま出力端子８４に供給して外部へと出力させる。
【０１０２】
これに対して、ウィンドウコンパレータ２７からハイレベル信号が出力されている異常発生時には、出力端子８４の電圧を、アンプ８２の出力に拘わらず、上記０．５Ｖ〜４．５Ｖの所定電圧範囲内にない電圧（具体的には、０．３Ｖ以下あるいは４．７Ｖ以上）にする。
【０１０３】
つまり、この圧力検出装置８０では、ウィンドウコンパレータ２７から圧力センサ１０が異常であることを示す信号が出力されると、出力端子８４から、異常の発生を示す特定の信号として、正常時とは異なる電圧を出力するようにしている。
【０１０４】
このような本実施形態の圧力検出装置８０によれば、当該装置８０からのアナログ電圧信号を入力して圧力を検知する電子制御装置などの他の装置は、その入力している電圧信号が上記所定電圧範囲外の電圧（０．３Ｖ以下または４．７Ｖ以上）になったことを検知するだけで、圧力センサ１０が正常か否かを判断することができ、信号ラインを別途設ける必要がない。
【０１０５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、図２の異常検出回路において、抵抗２２と抵抗２３との接続点と、演算増幅器１２の非反転入力端子との間に、図２のバッファ１７，１８と同様のバッファ（第３のバッファに相当）を設け、そのバッファから演算増幅器１２の非反転入力端子に基準電圧ＶＥを入力するようにしても良い。つまり、図４の異常検出回路における各バッファ５１〜５５を、演算増幅器によるボルテージフォロワ回路のバッファに置き換えることも可能である。
【０１０６】
また、図３の異常検出回路において、抵抗２２と抵抗２３との接続点と、抵抗４２と抵抗４５との接続点との間に、ボルテージフォロワ回路によるバッファを設け、そのバッファから抵抗４２と抵抗４５との接続点及び演算増幅器１２の非反転入力端子へ基準電圧ＶＥを印加するように構成すれば、基準電圧ＶＥがずれてしまうことが全く無くなり、より高精度な異常検出が可能となる。尚、抵抗２１〜２４の抵抗値が抵抗４２〜４６の抵抗値に対して十分に小さければ、基準電圧ＶＥが大きくずれることは無いため、このようなバッファは必要に応じて設ければ良い。
【０１０７】
また更に、図３の異常検出回路において、圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１と第１の差動増幅器３５との間、及び圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２と第２の差動増幅器３６との間に、夫々、バッファを設けるようにしても良い。
一方、上記各実施形態の異常検出回路は、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するものであったが、本発明は、こうした圧力センサに限らず、図６（ａ）と同じ回路構成を備えた加速度センサや、それ以外の他のセンサについても、全く同様に適用することができる。
【０１０８】
また、異常検出対象のセンサの平衡点電圧Ｖ０が、正常時において変化する可能性が無い場合（例えば、上記実施形態における圧力センサ１０の駆動電圧ＶＤが変動しない場合）、基準電圧ＶＥや第１及び第２の判定電圧ＶＨ，ＶＬは、定電圧回路によって発生させるようにしても良い。
【０１０９】
尚、演算増幅器やコンパレータには、誤差としてオフセット電圧があるが、以上の数式において、これらは十分小さく無視できるものとして説明してある。また、図２，３の各異常検出回路及びその変形例において、バッファは、演算増幅器によるボルテージフォロワ回路以外で構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１，２の本発明の異常検出回路を例示する回路図である。
【図２】 第１実施形態の異常検出回路を表す回路図である。
【図３】 第２実施形態の異常検出回路を表す回路図である。
【図４】 第３実施形態の異常検出回路を表す回路図である。
【図５】 バッファとしてのレベルシフト回路を表す回路図である。
【図６】 圧力センサを説明する説明図である。
【図７】 従来技術を説明する説明図である。
【図８】 実施形態の圧力検出装置の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
１〜４…ゲージ抵抗 １０，１００…圧力センサ １１…基準電圧発生回路
１１ａ，１１ｂ，２１〜２４，４２，４３，４５，４６…抵抗
１２…演算増幅器 １３…第１の抵抗 １４…第２の抵抗 １５…第３の抵抗
１６…判定回路 １７，５１…第１のバッファ １８，５２…第２のバッファ
２７…ウィンドウコンパレータ ２８…第１の比較器 ２９…第２の比較器
３０…第１のアンドゲート ３１…第２のアンドゲート ３２…オアゲート
３５…第１の差動増幅器 ３６…第２の差動増幅器 ５３…第３のバッファ
５４…第４のバッファ ５５…第５のバッファ ８０…圧力検出装置
８２…アンプ ８４…出力端子 ８６…出力回路 ８８…異常検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の出力端子に発生する各出力電圧が、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するセンサの異常を検出するための異常検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のセンサとして、例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、各々の抵抗値が歪みによって変化すると共に互いがループ状に接続された４つのゲージ抵抗（一般に拡散抵抗からなるもので、歪みゲージとも呼ばれる）１，２，３，４を有した圧力センサ１００がある。
【０００３】
このような圧力センサ１００では、上記４つのゲージ抵抗１〜４がＳｉ（シリコン）基板１０１上に形成され、そのＳｉ基板１０１は、例えば、内部に油圧などの圧力Ｐが加わる円筒状の金属ダイヤフラム１０２の端面に、接合部材１０３によって接合される。
【０００４】
そして、各ゲージ抵抗１〜４同士の接続点Ａ〜Ｄのうちで、特定の接続点Ａ（図６の例では、ゲージ抵抗１，４同士の接続点）と該接続点Ａから数えて２つ目の接続点Ｃ（図６の例では、ゲージ抵抗２，３同士の接続点）との間に駆動電圧ＶＤが印加され、他の２つの接続点Ｂ，Ｄ（図６の例では、ゲージ抵抗１，２同士の接続点Ｂ及びゲージ抵抗３，４同士の接続点Ｄ）が一対の出力端子Ｊ１，Ｊ２となっている。
【０００５】
そして更に、各ゲージ抵抗１，２，３，４の抵抗値を、それぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とすると、各ゲージ抵抗１，２，３，４は、下記の式１を満たすように、その抵抗値及びＳｉ基板１０１上での配置が設計上決定されている。
尚、式１において、Ｒ０は、圧力Ｐ＝０である時の各ゲージ抵抗１，２，３，４の抵抗値である。また、ΔＲは、圧力Ｐが加わった時の抵抗値の増減を表しており、圧力Ｐ＝０の場合には、ΔＲ＝０である。
【０００６】
【数１】
Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ０−ΔＲ，Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ０＋ΔＲ …式１
このため、圧力Ｐ＝０の場合には、ゲージ抵抗１，２同士の接続点Ｂ（以下、この接続点Ｂを第１の出力端子Ｊ１とする）に発生する第１の出力電圧Ｖ１と、ゲージ抵抗３，４同士の接続点Ｄ（以下、この接続点Ｄを第２の出力端子Ｊ２とする）に発生する第２の出力電圧Ｖ２とが、両方共に、駆動電圧ＶＤの１／２の電圧である平衡点電圧Ｖ０（＝ＶＤ／２）となる。
【０００７】
また、金属ダイヤフラム１０２に圧力Ｐが加わって（圧力Ｐ＝Ｎ≠０になって）、Ｓｉ基板１０１上の各ゲージ抵抗１〜４に歪みが生じると、図６（ｄ）に示すように、第１の出力電圧Ｖ１が平衡点電圧Ｖ０よりもΔＶ１だけ高くなると共に、第２の出力電圧Ｖ２が平衡点電圧Ｖ０よりもΔＶ２だけ低くなる。そして、ΔＶ１とΔＶ２は、ホイートストンブリッジの対象性（上記式１）より、両方共に同じ値（ΔＶ１＝ΔＶ２）となる。つまり、第１の出力端子Ｊ１と第２の出力端子Ｊ２との各々に発生する各出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、検出対象の物理量としての圧力Ｐに応じて、平衡点電圧Ｖ０を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化することとなり、｜Ｖ１−Ｖ０｜＝｜Ｖ２−Ｖ０｜となる。
【０００８】
よって、こうした圧力センサ１００の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を入力する信号処理回路は、上記両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差（Ｖ１−Ｖ２）に基づいて、圧力Ｐを検出する。そして、以上の原理により、圧力Ｐをより精度良く検出できるようにしている。
【０００９】
以上が正常時の動作であるが、例えば図６（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１０１や接合部材１０３に亀裂Ｋが生じるなどして、４つのゲージ抵抗１〜４の何れかの抵抗値が正常な値でなくなると、センサの平衡点電圧Ｖ０や感度が変化して、圧力Ｐの検出精度が悪化してしまう。そして、こうした故障時には、図６（ｅ）に例示するように、第１の出力電圧Ｖ１と本来の平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値（｜Ｖ１−Ｖ０｜＝ΔＶ１）と、第２の出力電圧Ｖ２と本来の平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値（｜Ｖ２−Ｖ０｜＝ΔＶ２）とが等しくならない現象が発生する。
【００１０】
ここで、このようなセンサの異常は、２つの出力電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差（Ｖ１−Ｖ２）を監視していても検出するができない。これは、センサの平衡点電圧Ｖ０は、回路上には存在しない仮想の電位であるためである。
そこで、こうしたセンサの異常を検出するための技術として、特開平８−２４７８８１号公報には、図７に示すような回路構成を採ることが記載されている。
【００１１】
即ち、図７に示すように、上記公報に記載の異常検出装置では、圧力センサ１００に印加される駆動電圧ＶＤを１／２に分圧する２つの抵抗１０６，１０７と、３つの接点位置ａ，ｂ，ｃを有した２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、Ａ／Ｄコンバータ，Ｄ／Ａコンバータ，及びＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などからなる情報処理装置１０８とを設けている。
【００１２】
そして、この異常検出装置では、情報処理装置１０８がスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御して、その両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をａの位置にすることにより、圧力センサ１００の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差（Ｖ１−Ｖ２）を取り込み、また、両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｂの位置にすることにより、圧力センサ１００の一方の出力電圧Ｖ１と抵抗１０６，１０７による分圧電圧（即ちＶＤ／２であり、圧力センサ１００の本来の平衡点電圧Ｖ０と同じ電圧）Ｖ３との差（Ｖ１−Ｖ３）を取り込み、また更に、両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｃの位置にすることにより、圧力センサ１００の他方の出力電圧Ｖ２と抵抗１０６，１０７による分圧電圧Ｖ３との差（Ｖ２−Ｖ３）を取り込むようにしている。
【００１３】
そして更に、情報処理装置１０８は、上記両スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｂの位置とｃの位置とに夫々して取り込んだ「Ｖ１−Ｖ３」と「Ｖ２−Ｖ３」とを加算して、「Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３」なる電圧を算出し、その算出した電圧（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）が所定のしきい値を越えている場合に、センサ１００が異常であると判断するようにしている。
【００１４】
つまり、上記公報に記載の異常検出装置では、概念的には、センサ１００の一方の出力電圧Ｖ１から平衡点電圧Ｖ０（＝Ｖ３）を引いた値（Ｖ１−Ｖ０）と、センサ１００の他方の出力電圧Ｖ２から平衡点電圧Ｖ０（＝Ｖ３）を引いた値（Ｖ２−Ｖ０）とを加算した値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）が、正常時には０になるという点に着目して、その加算値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）に基づきセンサ１００の異常を検出するようにしている。
【００１５】
そして、この異常検出装置によれば、図６（ｅ）に例示したような両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のアンバランスを検出して、センサ１００に異常が生じていることを検知することができるようになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の異常検出装置では、以下の問題がある。
▲１▼：まず、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置を順次切り換えて上記加算値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）を得ているため、同じ時点の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいた正確な異常検出を行うことができない。つまり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置をｂの位置にしてからｃの位置にするまでの間に、圧力センサ１００に加わる圧力Ｐが変化して出力電圧Ｖ１，Ｖ２が正常に変化した場合、誤って異常であると判断してしまう可能性がある。
【００１７】
▲２▼：そして更に、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点位置を順次切り換えて上記加算値（Ｖ１＋Ｖ２−２・Ｖ３）を得ているため、センサ１００に異常が発生してから、その異常を検知できるまでに遅れが生じてしまう。
▲３▼：また、上記従来の異常検出装置では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御したり異常検出用の演算を行うためのＭＰＵを備えた情報処理装置１０８が必要となり、このような異常検出機能を持ったセンサユニットを構成する場合に、そのセンサユニットが大規模且つ高価格なものとなってしまう。
【００１８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、一対の出力端子に発生する各出力電圧が、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するセンサの異常を、遅れなく且つ正確に検出することができる小規模な異常検出回路と、その異常検出回路を用いた物理量検出装置とを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段、及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の異常検出回路は、図１に例示するように、第１の出力端子Ｊ１に発生する第１の出力電圧Ｖ１と、第２の出力端子Ｊ２に発生する第２の出力電圧Ｖ２とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧Ｖ０を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサ１０の異常を検出するためのものであり、前記平衡点電圧Ｖ０とほぼ同じの基準電圧ＶＥを発生する基準電圧発生回路１１と、該基準電圧発生回路１１によって発生される基準電圧ＶＥが一方の入力端子に入力された演算増幅器（オペアンプ）１２と、一端に前記センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１が印加されると共に、他端が前記演算増幅器１２の他方の入力端子に接続された第１の抵抗１３と、一端に前記センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２が印加されると共に、他端が前記演算増幅器１２の他方の入力端子に接続され、更に抵抗値が前記第１の抵抗１３と同じに設定された第２の抵抗１４と、前記演算増幅器１２の出力端子と他方の入力端子との間に接続され、該出力端子から該他方の入力端子に負帰還をかける第３の抵抗１５と、演算増幅器１２から、第１の出力電圧Ｖ１と基準電圧ＶＥとの差分と、第２の出力電圧Ｖ２と基準電圧ＶＥとの差分とを加算した電圧に基づく出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、該出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧範囲内であるか判定することにより、これらの差分を加算した電圧が正常な値であるか判定し、該出力電圧Ｖｏｕｔが該電圧範囲内にない場合に、センサ１０が異常であることを示す信号を出力する判定回路１６とを備えている。
【００２０】
尚、図１では、演算増幅器１２の一方の入力端子を非反転入力端子（＋）とし、演算増幅器１２の他方の入力端子を反転入力端子（−）としている。また図１は、異常検出対象のセンサ１０が、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じセンサである場合を例示しているが、本発明の異常検出回路は、それ以外のセンサについても適用することができる。
【００２１】
このような異常検出回路において、第１の抵抗１３及び第２の抵抗１４の各抵抗値をＲとし、第３の抵抗１５の抵抗値をＸ・Ｒとすると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、下記式２のようになる。
【００２２】
【数２】
ＶOUT ＝−Ｘ｛（Ｖ１−ＶＥ）＋（Ｖ２−ＶＥ）｝＋ＶＥ …式２
つまり、演算増幅器１２からは、基準電圧ＶＥを基準として、センサ１０の一方の出力電圧Ｖ１から基準電圧ＶＥを引いた値と、センサ１０の他方の出力電圧Ｖ２から基準電圧ＶＥを引いた値とを、互いに加算した値に比例した電圧ＶOUT が出力されることとなる。
【００２３】
また、センサ１０の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のうち、第１の出力電圧Ｖ１が検出対象の物理量の増加に応じて正方向に変化し、第２の出力電圧Ｖ２が検出対象の物理量の増加に応じて負方向に変化するものとすれば、第１の出力電圧Ｖ１と基準電圧ＶＥとの差の絶対値（｜Ｖ１−ＶＥ｜）をΔＶ１’とし、第２の出力電圧Ｖ２と基準電圧ＶＥとの差の絶対値（｜Ｖ２−ＶＥ｜）をΔＶ２’とすると、式２は下記式３のようになり、演算増幅器１２からは、基準電圧ＶＥを基準として、ΔＶ１’とΔＶ２’との差に比例した電圧ＶOUT が出力されることとなる。
【００２４】
【数３】
ＶOUT ＝−Ｘ（ΔＶ１’−ΔＶ２’）＋ＶＥ …式３
そして、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、基準電圧発生回路１１によって発生される基準電圧ＶＥがセンサ１０の平衡点電圧Ｖ０とほぼ等しいことから、センサ１０が正常であれば、上記式２，３から分かるように、ほぼＶＥとなる。
【００２５】
これに対し、センサ１０に異常が生じて、その両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れると、即ち、図６（ｅ）に例示したように、第１の出力電圧Ｖ１と平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値ΔＶ１と、第２の出力電圧Ｖ２と平衡点電圧Ｖ０との差の絶対値ΔＶ２とが等しくならない現象が発生すると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向にずれることとなる。
【００２６】
そこで、この異常検出回路では、判定回路１６により、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が良否判定用の電圧範囲外であるか否かを判定し、その電圧範囲外である場合に、センサ１０が異常であることを示す信号を出力するようにしている。
【００２７】
そして、このような請求項１の異常検出回路によれば、常に同じ時点の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、センサ１０の異常を正確に検出することができ、しかも、センサ１０に異常が発生してからその異常を検知できるまでの遅れも殆ど無い。そして更に、ＭＰＵといった高機能な情報処理装置を設けることなく、非常に小規模な回路構成でセンサ１０の異常を検出することができるようになる。
【００２８】
尚、上記検出原理から分かるように、基準電圧発生回路１１が発生させる基準電圧ＶＥは、センサ１０の平衡点電圧Ｖ０と同じであることが望ましい。但し、基準電圧ＶＥがセンサ１０の平衡点電圧Ｖ０と完全に一致していなくても、その誤差分は判定回路１６での良否判定用電圧範囲で吸収させることができるため、その意味で、本発明においては、基準電圧ＶＥをセンサ１０の平衡点電圧Ｖ０とほぼ同じ電圧としている。
【００２９】
ところで、請求項１の異常検出回路において、第１の抵抗１３の一端をセンサ１０の第１の出力端子Ｊ１に直接接続すると共に、第２の抵抗１４の一端をセンサ１０の第２の出力端子Ｊ２に直接接続するようにしても良いが、センサ１０の構造によっては、その出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ電流が流れると出力電圧Ｖ１，Ｖ２がずれてしまう場合がある。
【００３０】
そこで、請求項２に記載の異常検出回路では、図１に例示するように、前記センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１を入力して、該第１の出力電圧Ｖ１を第１の抵抗１３の一端に印加する第１のバッファ１７と、前記センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２を入力して、該第２の出力電圧Ｖ２を第２の抵抗１４の一端に印加する第２のバッファ１８とを設けるようにしている。つまり、センサ１０の第１の出力端子Ｊ１と第１の抵抗１３との間に、第１のバッファ１７を設けると共に、センサ１０の第２の出力端子Ｊ２と第２の抵抗１４との間に、第２のバッファ１８を設けるようにしている。
【００３１】
そして、このような請求項２の異常検出回路によれば、センサ１０の出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ電流が流れることが防止され、センサ１０の異常をより正確に検出することができるようになる。
【００３２】
また更に、上記第１のバッファ及び第２のバッファに加えて、請求項３に記載の如く、基準電圧発生回路により発生される基準電圧ＶＥを入力して、その基準電圧ＶＥを演算増幅器の前記一方の入力端子に入力させる第３のバッファを設けるようにしても良い。
【００３３】
一方、上記第１のバッファ、第２のバッファ、及び第３のバッファの各々としては、入力電圧と同じ電圧を出力するものではなく、請求項４に記載のように、入力電圧を特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせた電圧を、出力電圧として出力するレベルシフト回路を用いることもできる。尚、シフトする分の電圧Ｖｓｆの値は、正と負の何れでも良い。また、各バッファは同じ構成のレベルシフト回路とすれば良い。
【００３４】
つまり、第１〜第３のバッファとして、このようなレベルシフト回路を用いた場合、第１の抵抗の一端には、センサの第１の出力電圧Ｖ１をＶｓｆだけシフトさせた電圧（＝Ｖ１＋Ｖｓｆ）が印加され、第２の抵抗の一端には、センサの第２の出力電圧Ｖ２をＶｓｆだけシフトさせた電圧（＝Ｖ２＋Ｖｓｆ）が印加され、演算増幅器の前記一方の入力端子には、基準電圧ＶＥをＶｓｆだけシフトさせた電圧（＝ＶＥ＋Ｖｓｆ）が入力されることとなり、３つの入力電圧が全て同じ電圧Ｖｓｆだけシフトすることとなる。よって、この場合でも、演算増幅器からは、センサの一方の出力電圧Ｖ１から基準電圧ＶＥを引いた値と、センサの他方の出力電圧Ｖ２から基準電圧ＶＥを引いた値とを、互いに加算した値に比例した電圧ＶOUT が出力されることとなり（式２参照）、前述した請求項１〜３の異常検出回路と同じ効果を得ることができる。
【００３５】
また一般に、レベルシフト回路は、入力電圧と同じ電圧を出力する構成のバッファに比べると構成が簡単であるため、請求項４の異常検出回路によれば、回路規模を小さくすることができるという利点がある。
次に、請求項５に記載の異常検出回路も、第１の出力端子に発生する第１の出力電圧Ｖ１と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧Ｖ２とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧Ｖ０を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサの異常を検出するためのものである。
【００３６】
そして、請求項５の異常検出回路は、前記平衡点電圧Ｖ０とほぼ同じの基準電圧ＶＥを発生する基準電圧発生回路と、該基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥが一方の入力端子に入力された演算増幅器と、前記センサの第１の出力電圧Ｖ１を非反転入力とし、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥを反転入力とした第１の差動増幅器と、前記センサの第２の出力電圧Ｖ２を非反転入力とし、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥを反転入力とした第２の差動増幅器と、一端に前記第１の差動増幅器の出力電圧Ｖ１Ｓが印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続された第１の抵抗と、一端に前記第２の差動増幅器の出力電圧Ｖ２Ｓが印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続され、更に抵抗値が前記第１の抵抗と同じに設定された第２の抵抗と、前記演算増幅器の出力端子と他方の入力端子との間に接続され、該出力端子から該他方の入力端子に負帰還をかける第３の抵抗と、演算増幅器から、第１の出力電圧Ｖ１と基準電圧ＶＥとの差分と、第２の出力電圧Ｖ２と基準電圧ＶＥとの差分とを加算した電圧に基づく出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、該出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧範囲内であるか判定することにより、これらの差分を加算した電圧が正常な値であるか判定し、該出力電圧Ｖｏｕｔが該電圧範囲内にない場合には、センサが異常であることを示す信号を出力する判定回路とを備えている。
【００３７】
つまり、請求項５の異常検出回路では、前述した請求項２の異常検出回路に対し、第１及び第２のバッファに代えて、第１及び第２の差動増幅器を設けている。
このような請求項５の異常検出回路において、第１の差動増幅器及び第２の差動増幅器の増幅率（増幅度）をＹとすると、第１の差動増幅器の出力電圧Ｖ１Ｓは、式４のようになり、第２の差動増幅器の出力電圧Ｖ２Ｓは、式５のようになる。
【００３８】
【数４】
Ｖ１Ｓ＝Ｙ（Ｖ１−ＶＥ）＋ＶＥ …式４
【００３９】
【数５】
Ｖ２Ｓ＝Ｙ（Ｖ２−ＶＥ）＋ＶＥ …式５
そして、演算増幅器の出力電圧ＶOUT は、式２におけるＶ１とＶ２とを、夫々、Ｖ１ＳとＶ２Ｓとに置き換えることにより、下記式６のようになる。
【００４０】
【数６】
ＶOUT ＝−Ｘ・Ｙ｛（Ｖ１−ＶＥ）＋（Ｖ２−ＶＥ）｝＋ＶＥ …式６
この式６から分かるように、請求項５の異常検出回路によれば、センサの出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れた場合に、演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向に、より大きくずれることとなる。
【００４１】
このため、センサの異常をより確実に検出することが可能となる。また、一般に、演算増幅器にはオフセット電圧が存在するが、こうしたオフセット電圧の影響が十分小さい領域でその演算増幅器を動作させることができるようになり、異常検出精度を更に向上させることができる。
【００４２】
また、第１及び第２の差動増幅器は、請求項２に記載の第１及び第２のバッファと同様の役割も果たすこととなる。つまり、センサの出力端子から演算増幅器及び第１〜第３の抵抗からなる回路部分へ余分な電流が流れることも防止される。
【００４３】
ところで、上記請求項１〜５の異常検出回路において、判定回路は、請求項６に記載の如く、前記演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥよりも所定電圧αだけ高い第１の判定電圧（ＶＥ＋α）より高い場合、及び前記演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、基準電圧発生回路によって発生される基準電圧ＶＥよりも所定電圧βだけ低い第２の判定電圧（ＶＥ−β）より低い場合に、センサが異常であることを示す信号を出力するように構成すれば良い。
【００４４】
具体的な構成例としては、基準電圧ＶＥよりも所定電圧αだけ高い第１の判定電圧と、基準電圧ＶＥよりも所定電圧βだけ低い第２の判定電圧とを発生する判定電圧発生回路を設け、その判定電圧発生回路で発生される第１の判定電圧と第２の判定電圧とが判定回路に供給されるようにする。そして、判定回路は、演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、上記供給される２つの電圧のうちの高い方（即ち、第１の判定電圧）よりも高い場合、及び演算増幅器の出力電圧ＶOUT が、上記供給される２つの電圧のうちの低い方（即ち、第２の判定電圧）よりも低い場合に、センサが異常であることを示す信号を出力するように構成すれば良い。尚、所定電圧α，βは、同じ値に設定することが望ましいが、意図的に異なる値とすることも可能である。
【００４５】
但し、レベルシフト回路からなる第１〜第３のバッファを備えた請求項４の異常検出回路では、前述した式２，３における「＋ＶＥ」の項が「＋（ＶＥ＋Ｖｓｆ）」となり、演算増幅器の出力電圧ＶOUT は「ＶＥ＋Ｖｓｆ」を基準とした電圧となるため、特に請求項７に記載の如く構成するのが有効である。
【００４６】
即ち、請求項７に記載の異常検出回路では、請求項４の異常検出回路において、上記第１の判定電圧と第２の判定電圧とを発生する判定電圧発生回路に加えて、その判定電圧発生回路で発生される第１の判定電圧を、前記第１〜第３のバッファと同じ特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせて判定回路に供給する第４のバッファと、上記判定電圧発生回路で発生される第２の判定電圧を、前記特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせて判定回路に供給する第５のバッファとを備えている。そして、判定回路は、演算増幅器の出力電圧ＶOUT が第４のバッファから供給される電圧（即ち、第１の判定電圧＋Ｖｓｆ）よりも高い場合、及び演算増幅器の出力電圧ＶOUT が第５のバッファから供給される電圧（即ち、第２の判定電圧＋Ｖｓｆ）よりも低い場合に、センサが異常であることを示す信号を出力するように構成するのである。
【００４７】
このような請求項７の異常検出回路によれば、演算増幅器の出力電圧ＶOUT だけではなく、判定回路における良否判定用の電圧範囲も、全体的に特定の電圧Ｖｓｆだけシフトすることとなるため、判定電圧発生回路を調整する等して第１の判定電圧と第２の判定電圧とを設定し直さなくても、正確な異常判定が行えるようになる。
【００４８】
一方、上記請求項１〜７の異常検出回路において、異常検出対象のセンサとしては、請求項８に記載の如く、各々の抵抗値が歪みによって変化すると共に互いがループ状に接続された４つのゲージ抵抗を有し、前記各ゲージ抵抗同士の接続点のうちで、特定の接続点と該特定の接続点から数えて２つ目の接続点との間に駆動電圧が印加され、他の２つの接続点が前記第１及び第２の出力端子となっている圧力センサとすることができる。
【００４９】
そして、このようにすれば、小規模な回路構成でありながら、４つのゲージ抵抗を有した圧力センサの異常を、遅れなく且つ正確に検出することができるようになる。また特に、この種の圧力センサでは、通常、各出力電圧Ｖ１，Ｖ２と平衡点電圧Ｖ０との差が小さいため、請求項５の構成が有効である。
【００５０】
ここで、異常検出対象のセンサを圧力センサとした場合、基準電圧発生回路は、請求項９に記載の如く、その圧力センサに印加される駆動電圧ＶＤを分圧して前記基準電圧ＶＥを発生させる少なくとも２つの抵抗とすることができる。
例えば、図１に示すように、基準電圧発生回路１１は、駆動電圧ＶＤを分圧する２つの抵抗１１ａ，１１ｂによって構成することができる。そして、この場合、その両抵抗１１ａ，１１ｂの抵抗値を、互いの接続点に基準電圧ＶＥが発生するように設定すれば良い。
【００５１】
尚、駆動電圧ＶＤを分圧する抵抗の数は３つ以上であっても良い。つまり、何れかの抵抗同士の接続点に発生する分圧電圧が目的の基準電圧ＶＥとなるように、各抵抗の抵抗値を設定すれば良いからである。
そして、このような請求項９の異常検出回路によれば、圧力センサへの駆動電圧ＶＤが変動して該圧力センサの実際の平衡点電圧Ｖ０が変化しても、その平衡点電圧Ｖ０の変化に追従して基準電圧ＶＥが変わることとなる。よって、駆動電圧ＶＤが変動しても、圧力センサの異常を正確に検出することができる。
【００５２】
次に、請求項１０に記載の物理量検出装置は、第１の出力端子に発生する第１の出力電圧と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサを備えており、そのセンサの第１の出力電圧と第２の出力電圧とに基づいて、検出対象の物理量を示す検出信号を出力端子から出力するものである。
【００５３】
そして特に、請求項１０の物理量検出装置は、前記センサの異常を検出するために、請求項１〜９の何れかに記載の異常検出回路を備えており、その異常検出回路の判定回路からセンサが異常であることを示す信号が出力されると、出力端子から、前記検出信号に代えて、異常の発生を示す特定の信号を出力する。
【００５４】
このような物理量検出装置によれば、センサが正常である場合には、検出対象の物理量を示す検出信号が出力端子から出力されるが、センサに異常が生じた場合には、出力端子から異常の発生を示す特定の信号が出力されることとなる。よって、当該物理量検出装置からの検出信号を入力して処理する電子制御装置などの他の装置は、その入力している検出信号が上記特定の信号に変わったことを検知するだけで、センサが正常か否かを判断することができ、信号ラインを別途設ける必要がない。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態のセンサの異常検出回路について、図面を用いて説明する。
まず、図２は、第１実施形態の異常検出回路の構成を表す回路図である。
【００５６】
尚、本第１実施形態の異常検出回路は、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するためのものであり、前述した図１の異常検出回路を、より具体的にしたものである。そして、図２において、前述の図１及び図６に示した構成要素と同じものについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
図２に示すように、本第１実施形態の異常検出回路は、図１と比較すると、下記の（１−１）〜（１−３）の点が異なっている。
（１−１）：圧力センサ１０を構成する各ゲージ抵抗１〜４同士の接続点Ａ〜Ｄのうち、ゲージ抵抗１，４同士の接続点Ａとゲージ抵抗２，３同士の接続点Ｃとの間に、接続点Ａ側から接続点Ｃ側へと、４つの抵抗２１，２２，２３，２４が順次直列に接続されている。
【００５８】
このため、圧力センサ１０に印加される駆動電圧ＶＤ、即ち上記接続点Ａと上記接続点Ｃとの間に印加される駆動電圧ＶＤは、上記４つの抵抗２１〜２４によって分圧されることとなるが、本第１実施形態では、その４つの抵抗２１〜２４の抵抗値を、各抵抗２１〜２４同士の接続点に下記（１）〜（３）のような電圧が発生するように設定している。
【００５９】
（１）：抵抗２２と抵抗２３との接続点に、駆動電圧ＶＤの１／２の電圧であって、圧力センサ１０の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の平衡点電圧Ｖ０と同じ電圧が、基準電圧ＶＥとして発生するようにする。そして、この抵抗２２と抵抗２３との接続点が、演算増幅器１２の非反転入力端子に接続されている。
【００６０】
（２）：抵抗２１と抵抗２２との接続点に、上記基準電圧ＶＥ（＝ＶＤ／２）よりも所定電圧αだけ高い第１の判定電圧ＶＨ（＝ＶＥ＋α）が発生するようにする。
（３）：抵抗２３と抵抗２４との接続点に、上記基準電圧ＶＥ（＝ＶＤ／２）よりも上記所定電圧αだけ低い第２の判定電圧ＶＬ（＝ＶＥ−α）が発生するようにする。
【００６１】
尚、本第１実施形態では、こうした４つの抵抗２１〜２４が、基準電圧発生回路１１に相当している。そして、上記抵抗２１〜２４としては、温度依存性をほとんど持たない薄膜抵抗を用いており、その抵抗値はレーザトリミングによって調整するか、あるいは、抵抗の比率さえ精度良くできればトリミングなしでも良い。
【００６２】
（１−２）：第１のバッファ１７として、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器２５を用いている。そして、その演算増幅器２５の非反転入力端子が、第１のバッファ１７の入力端子として、圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１（ゲージ抵抗１，２同士の接続点Ｂ）に接続され、該演算増幅器２５の出力端子が、第１のバッファ１７の出力端子として、第１の抵抗１３の一端に接続されている。
【００６３】
同様に、第２のバッファ１８として、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器２６を用いている。そして、その演算増幅器２６の非反転入力端子が、第２のバッファ１８の入力端子として、圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２（ゲージ抵抗３，４同士の接続点Ｄ）に接続され、該演算増幅器２６の出力端子が、第２のバッファ１８の出力端子として、第２の抵抗１４の一端に接続されている。
【００６４】
（１−３）：判定回路１６として、ウィンドウコンパレータ２７を備えている。
そして、このウィンドウコンパレータ２７は、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が抵抗２１と抵抗２２との接続点に発生する第１の判定電圧ＶＨよりも高い場合にローレベル信号を、そうでない場合にハイレベル信号を出力する第１の比較器（コンパレータ）２８と、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が抵抗２３と抵抗２４との接続点に発生する第２の判定電圧ＶＬよりも低い場合にハイレベル信号を、そうでない場合にローレベル信号を出力する第２の比較器２９と、上記両比較器２８，２９の出力が両方共にハイレベルである場合にハイレベル信号を、そうでない場合にローレベル信号を出力する第１のアンドゲート３０と、上記両比較器２８，２９の出力が両方共にローレベルである場合にハイレベル信号を、そうでない場合にローレベル信号を出力する第２のアンドゲート３１と、上記両アンドゲート３０，３１の出力の論理和信号を出力するオアゲート３２とから構成されている。
【００６５】
このため、ウィンドウコンパレータ２７の上記オアゲート３２からは、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、第２の判定電圧ＶＬ（＝ＶＥ−α）から第１の判定電圧ＶＨ（＝ＶＥ＋α）までの電圧範囲（良否判定のために設定された電圧範囲に相当）に入っていれば、ローレベル信号が出力される。
【００６６】
これに対して、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、上記電圧範囲（ＶＥ±α）外になると、即ち、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が第１の判定電圧ＶＨよりも高くなるか、或いは第２の判定電圧ＶＬよりも低くなると、ウィンドウコンパレータ２７の上記オアゲート３２から、圧力センサ１０が異常であることを示すハイレベル信号が出力されることとなる。
【００６７】
以上のような第１実施形態の異常検出回路において、第１のバッファ１７としての演算増幅器２５からは、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１（第１の出力端子Ｊ１に発生する出力電圧Ｖ１）と同じ電圧Ｖ１が出力され、同様に、第２のバッファ１８としての演算増幅器２６からは、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２（第２の出力端子Ｊ２に発生する出力電圧Ｖ２）と同じ電圧Ｖ２が出力される。
【００６８】
また、本第１実施形態の異常検出回路において、第３の抵抗１５の抵抗値は、第１及び第２の抵抗１３，１４の抵抗値のＸ倍（但しＸは１よりも大きい値）に設定されている。
このため、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、前述した式２，３のようになり、圧力センサ１０が正常であれば（即ち、圧力センサ１０の各出力電圧Ｖ１，Ｖ２の、基準電圧ＶＥからの変化量が同じであれば）、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は基準電圧ＶＥと等しくなる。
【００６９】
これに対し、圧力センサ１０に異常が生じて、その両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向にずれることとなる。そして、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、良否判定用の上記電圧範囲（ＶＥ±α）から外れると、ウィンドウコンパレータ２７（詳しくは、そのオアゲート３２）から、圧力センサ１０が異常であることを示すハイレベル信号が出力されることとなる。
【００７０】
このような本第１実施形態の異常検出回路によれば、常に同じ時点の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、圧力センサ１０の異常を正確に検出することができ、しかも、圧力センサ１０に異常が発生してからその異常を検知できるまでの遅れも殆ど無い。そして更に、ＭＰＵなどの高機能な情報処理装置を設けることなく、非常に小規模な回路構成で圧力センサ１０の異常を検出できる。
【００７１】
また、圧力センサ１０に印加される駆動電圧ＶＤを抵抗２１〜２４で分圧して、基準電圧ＶＥを発生させるようにしているため、駆動電圧ＶＤが変動して圧力センサ１０の実際の平衡点電圧Ｖ０が変化しても、基準電圧ＶＥを常にその平衡点電圧Ｖ０と同じ値にすることができる。よって、圧力センサ１０への駆動電圧ＶＤが変動しても、その圧力センサ１０の異常を正確に検出することができる。
【００７２】
また更に、圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１と第１の抵抗１３との間に、演算増幅器２５からなる第１のバッファ１７を設けると共に、圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２と第２の抵抗１４との間に、演算増幅器２６からなる第２のバッファ１８を設けるようにしているため、圧力センサ１０の出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ電流が流れて出力電圧Ｖ１，Ｖ２がずれてしまうことが防止され、圧力センサ１０の異常をより正確に検出することができる。
【００７３】
次に、図３は、第２実施形態の異常検出回路の構成を表す回路図である。
尚、本第２実施形態の異常検出回路も、第１実施形態の異常検出回路と同様に、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するためのものである。そして、図３において、図２に示した構成要素と同じものについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
図３に示すように、本第２実施形態の異常検出回路は、第１実施形態の異常検出回路（図２）と比較すると、下記の（２−１）及び（２−２）の点が異なっている。
（２−１）：演算増幅器２５からなる第１のバッファ１７に代えて、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１を非反転入力とし、抵抗２２と抵抗２３との接続点に発生する基準電圧ＶＥを反転入力とした第１の差動増幅器３５を備えている。
【００７５】
同様に、演算増幅器２６からなる第２のバッファ１８に代えて、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２を非反転入力とし、上記基準電圧ＶＥを反転入力とした第２の差動増幅器３６を備えている。
具体的に説明すると、第１の差動増幅器３５は、非反転入力端子が圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１に接続された演算増幅器４１と、抵抗２２と抵抗２３との接続点と演算増幅器４１の反転入力端子との間に接続された抵抗４２と、演算増幅器４１の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗４３とからなり、上記演算増幅器４１の出力端子が、当該第１の差動増幅器３５の出力端子として、第１の抵抗１３の一端に接続されている。そして、この場合、演算増幅器４１の非反転入力端子が、当該第１の差動増幅器３５の非反転入力端子となり、抵抗４２の演算増幅器４１側とは反対側の端部が、当該第１の差動増幅器３５の反転入力端子となっている。
【００７６】
同様に、第２の差動増幅器３６は、非反転入力端子が圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２に接続された演算増幅器４４と、抵抗２２と抵抗２３との接続点と演算増幅器４４の反転入力端子との間に接続された抵抗４５と、演算増幅器４４の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗４６とからなり、上記演算増幅器４４の出力端子が、当該第２の差動増幅器３６の出力端子として、第２の抵抗１４の一端に接続されている。そして、この場合、演算増幅器４４の非反転入力端子が、当該第２の差動増幅器３６の非反転入力端子となり、抵抗４５の演算増幅器４４側とは反対側の端部が、当該第２の差動増幅器３６の反転入力端子となっている。
【００７７】
そして更に、上記抵抗４２，４３，４５，４６の各抵抗値は、抵抗４３と抵抗４２との抵抗値の比と、抵抗４６と抵抗４５との抵抗値の比とが、互いに同じになるように設定されている。
このため、抵抗４３の抵抗値を抵抗４２の抵抗値で割った値と、抵抗４６の抵抗値を抵抗４５の抵抗値で割った値とを、「Ｒｂ／Ｒａ」とすると、第１の差動増幅器３５及び第２の差動増幅器３６の増幅率Ｙは、「１＋Ｒｂ／Ｒａ」となり、前述した式４，５から、第１の差動増幅器３５の出力電圧（即ち、第１の抵抗１３の一端に印加される電圧）Ｖ１Ｓと、第２の差動増幅器３６の出力電圧（即ち、第２の抵抗１４の一端に印加される電圧）Ｖ２Ｓとは、夫々、下記式７，８のようになる。
【００７８】
【数７】
Ｖ１Ｓ＝（１＋Ｒｂ／Ｒａ）×（Ｖ１−ＶＥ）＋ＶＥ …式７
【００７９】
【数８】
Ｖ２Ｓ＝（１＋Ｒｂ／Ｒａ）×（Ｖ２−ＶＥ）＋ＶＥ …式８
そして、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、式２におけるＶ１とＶ２とを、夫々、上記式７，８のＶ１ＳとＶ２Ｓとに置き換えることにより、下記式９のようになる。
【００８０】
【数９】
ＶOUT ＝−Ｘ（１＋Ｒｂ／Ｒａ）×｛（Ｖ１−ＶＥ）＋（Ｖ２−ＶＥ）｝＋ＶＥ …式９
よって、この式９から分かるように、本第２実施形態の異常検出回路では、圧力センサ１０の両出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れた場合に、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が、基準電圧ＶＥから正方向あるいは負方向に、より大きくずれることとなる。
【００８１】
（２−２）：このため、本第２実施形態の異常検出回路では、抵抗２１と抵抗２２との接続点に発生する第１の判定電圧ＶＨが第１実施形態の場合よりも若干高く、且つ、抵抗２３と抵抗２４との接続点に発生する第２の判定電圧ＶＬが第１実施形態の場合よりも若干低くなるように、４つの抵抗２１〜２４の抵抗値を設定している。つまり、良否判定用の電圧範囲（ＶＥ±α）を、基準電圧ＶＥを中心にして若干広げている。
【００８２】
以上のような本第２実施形態の異常検出回路によれば、圧力センサ１０の出力電圧Ｖ１，Ｖ２のバランスが崩れると、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT が基準電圧ＶＥからより大きくずれることとなるため、圧力センサ１０が異常であるか否かをより正確に判断して、一層正確な異常検出を行うことができる。
【００８３】
また、演算増幅器１２が持つオフセット電圧の影響を小さくすることができる。
また更に、第１及び第２の差動増幅器３５，３６を構成する各演算増幅器４１，４４は、第１実施形態における第１及び第２のバッファ１７，１８（演算増幅器２５，２６）と同様の役割も果たす。つまり、圧力センサ１０の出力端子Ｊ１，Ｊ２から演算増幅器１２及び第１〜第３の抵抗１３，１４，１５からなる回路部分へ余分な電流が流れることも防止される。
【００８４】
次に、図４は、第３実施形態の異常検出回路の構成を表す回路図である。
尚、本第３実施形態の異常検出回路も、第１実施形態の異常検出回路と同様に、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するためのものである。そして、図４において、図２に示した構成要素と同じものについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
図４に示すように、本第３実施形態の異常検出回路は、第１実施形態の異常検出回路（図２）と比較すると、下記の（３−１）及び（３−２）の点が異なっている。
（３−１）：演算増幅器２５によるボルテージフォロワ回路のバッファ１７に代えて、後述する構成のバッファ５１を備えている。そして同様に、演算増幅器２６によるボルテージフォロワ回路のバッファ１８に代えて、後述する構成のバッファ５２を備えている。
【００８６】
（３−２）：抵抗２２と抵抗２３との接続点と、演算増幅器１２の非反転入力端子との間に、抵抗２２と抵抗２３との接続点に生じる基準電圧ＶＥを入力としたバッファ５３が追加されている。
更に、抵抗２１と抵抗２２との接続点と、ウィンドウコンパレータ２７を構成する第１の比較器２８の非反転入力端子とが、直接接続されるのではなく、その間に、抵抗２１と抵抗２２との接続点に生じる第１の判定電圧ＶＨを入力としたバッファ５４が追加されている。そして同様に、抵抗２３と抵抗２４との接続点と、ウィンドウコンパレータ２７を構成する第２の比較器２９の非反転入力端子とが、直接接続されるのではなく、その間に、抵抗２３と抵抗２４との接続点に生じる第２の判定電圧ＶＬを入力としたバッファ５５が追加されている。
【００８７】
ここで、上記５つのバッファ５１〜５５は、入力電圧Ｖｉを特定の電圧Ｖｓｆだけシフトさせた電圧（＝Ｖｉ＋Ｖｓｆ）を、出力電圧Ｖｏとして出力するレベルシフト回路であり、例えば図５（Ａ）のような構成のものである、
即ち、図５（Ａ）に示すように、各バッファ５１〜５５は、圧力センサ１０に印加される駆動電圧ＶＤ（詳しくは、駆動電圧ＶＤの高電位側）にコレクタが接続されたＮＰＮトランジスタ６０と、そのＮＰＮトランジスタ６０のエミッタと接地電位（即ち、駆動電圧ＶＤの低電位側）との間に接続された抵抗Ｒとを備えている。そして、ＮＰＮトランジスタ６０のベースが、当該バッファの入力端子となり、ＮＰＮトランジスタ６０のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。
【００８８】
よって、バッファ５１〜５５からは、入力電圧ＶｉをＮＰＮトランジスタ６０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけ低電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ−Ｖｂｅ）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、上記特定の電圧Ｖｓｆであって、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「−Ｖｂｅ」となっている。
【００８９】
このようなバッファ５１〜５５を備えた本第３実施形態の異常検出回路において、バッファ５１から第１の抵抗１３の一端に出力される電圧Ｖｏ１は、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１を上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝Ｖ１−Ｖｂｅ）となり、同様に、バッファ５２から第２の抵抗１４の一端に出力される電圧Ｖｏ２は、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２を上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝Ｖ２−Ｖｂｅ）となる。そして更に、バッファ５３から演算増幅器１２の非反転入力端子に出力される電圧ＶｏＥは、基準電圧ＶＥを上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝ＶＥ−Ｖｂｅ）となる。つまり、第１〜第３の抵抗１３，１４，１５と演算増幅器１２とからなる信号処理回路部分への３つの入力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，ＶｏＥが、全て同じ電圧Ｖｂｅだけ低電位側にシフトすることとなる。
【００９０】
よって、前述した式２からも分かるように、本第３実施形態の異常検出回路においても、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１から基準電圧ＶＥを引いた値と、圧力センサ１０の第２の出力電圧Ｖ２から基準電圧ＶＥを引いた値とを、互いに加算した値に比例した電圧となる。
【００９１】
そして更に、この構成の場合、演算増幅器１２の出力電圧ＶOUT は、「ＶＥ−Ｖｂｅ」を基準に変化することとなるが、バッファ５４，５５の作用により、ウィンドウコンパレータ２７の判定値（即ち、良否判定用の電圧範囲）も、前述の電圧Ｖｂｅだけ低電位側にシフトして、「ＶＨ−Ｖｂｅ」〜「ＶＬ−Ｖｂｅ」となる。これは、バッファ５４から第１の比較器２８の非反転入力端子に供給される電圧が、第１の判定電圧ＶＨを上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝ＶＨ−Ｖｂｅ）となり、同様に、バッファ５５から第２の比較器２９の非反転入力端子に供給される電圧が、第２の判定電圧ＶＬを上記Ｖｂｅだけ低電位側にシフトした電圧（＝ＶＬ−Ｖｂｅ）となるからである。
【００９２】
このため、本第３実施形態の異常検出回路によっても、第１実施形態の異常検出回路と同じ作用及び効果を得ることができる。また、抵抗２１〜２４の抵抗値を調整して第１及び第の判定電圧ＶＨ，ＶＬを設定し直さなくても、正確な異常判定が行えるようになる。
【００９３】
そして特に、レベルシフト回路は、演算増幅器によるボルテージフォロワ回路よりも構成が簡単であるため、本第３実施形態の異常検出回路によれば、回路規模を小さくすることができるという利点がある。
尚、本第３実施形態では、バッファ５１が第１のバッファに相当し、バッファ５２が第２のバッファに相当し、バッファ５３が第３のバッファに相当している。そして、バッファ５４が第４のバッファに相当し、バッファ５５が第５のバッファに相当している。また、抵抗２１〜２４が、基準電圧発生回路１１としてだけではなく、請求項７の判定電圧発生回路としても機能している。
【００９４】
また、バッファ５１〜５５としては、図５（Ａ）に示したレベルシフト回路の他にも、例えば図５（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の各々に示すレベルシフト回路を用いることができる。
まず、図５（Ｂ）に示すレベルシフト回路は、図５（Ａ）のレベルシフト回路におけるＮＰＮトランジスタ６０を、ダーリントン接続された２つのＮＰＮトランジスタ６１，６２に置き換えたものである。そして、１段目のＮＰＮトランジスタ６１のベースが、当該バッファの入力端子となり、２段目のＮＰＮトランジスタ６２のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。
【００９５】
そして、この図５（Ｂ）のレベルシフト回路では、１段目のＮＰＮトランジスタ６１のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ１」とし、２段目のＮＰＮトランジスタ６２のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ２」とすると、入力電圧Ｖｉを「Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２」だけ低電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ−（Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「−（Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２）」となる。
【００９６】
次に、図５（Ｃ）に示すレベルシフト回路は、接地電位にコレクタが接続されたＰＮＰトランジスタ７０と、そのＰＮＰトランジスタ７０のエミッタと駆動電圧ＶＤ（詳しくは、駆動電圧ＶＤの高電位側）との間に接続された抵抗Ｒとを備えている。そして、ＰＮＰトランジスタ７０のベースが、当該バッファの入力端子となり、ＰＮＰトランジスタ７０のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。つまり、このレベルシフト回路は、図５（Ａ）のレベルシフト回路におけるＮＰＮトランジスタ６０を、ＰＮＰトランジスタ７０に置き換えた構成のものである。
【００９７】
そして、この図５（Ｃ）のレベルシフト回路では、入力電圧ＶｉをＰＮＰトランジスタ７０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけ高電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ＋Ｖｂｅ）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「Ｖｂｅ」となる。
【００９８】
また、図５（Ｄ）に示すレベルシフト回路は、図５（Ｃ）のレベルシフト回路におけるＰＮＰトランジスタ７０を、ダーリントン接続された２つのＰＮＰトランジスタ７１，７２に置き換えたものである。そして、１段目のＰＮＰトランジスタ７１のベースが、当該バッファの入力端子となり、２段目のＰＮＰトランジスタ７２のエミッタが、当該バッファの出力端子となっている。
【００９９】
そして、この図５（Ｄ）のレベルシフト回路では、１段目のＰＮＰトランジスタ７１のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ１」とし、２段目のＰＮＰトランジスタ７２のベース−エミッタ間電圧を「Ｖｂｅ２」とすると、入力電圧Ｖｉを「Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２」だけ高電位側へシフトさせた電圧（＝Ｖｉ＋（Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２）が、出力電圧Ｖｏとして出力されることとなる。つまり、入力電圧Ｖｉをシフトさせる電圧分Ｖｓｆは、「Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２」となる。
【０１００】
次に、第４実施形態として、前述した第１〜第３実施形態の各異常検出回路のうちの何れかを備えた物理量検出装置としての圧力検出装置８０について、図８を用いて説明する。
図８に示すように、本実施形態の圧力検出装置８０は、前述した圧力センサ１０と、圧力センサ１０の第１の出力電圧Ｖ１と第２の出力電圧Ｖ２とが入力されて、その両出力電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差を増幅することにより、圧力センサ１０で検出される圧力Ｐに応じたアナログ電圧信号（検出対象の物理量を示す検出信号に相当し、本実施形態では、０．５Ｖ〜４．５Ｖの電圧信号）を出力するアンプ８２と、アンプ８２の出力を外部へ出力するための出力端子８４と、その出力端子８４とアンプ８２との間に設けられた出力回路８６と、異常検出回路８８とを備えている。
【０１０１】
尚、異常検出回路８８は、前述した第１〜第３実施形態（図２〜図４）の各異常検出回路の何れかであり、圧力センサ１０の異常を検出するために設けられている。また、アンプ８２は、温度補償機能を有したものである。
ここで、出力回路８６は、異常検出回路８８のウィンドウコンパレータ２７（詳しくは、オアゲート３２）からローレベル信号が出力されている正常時には、アンプ８２の出力を、そのまま出力端子８４に供給して外部へと出力させる。
【０１０２】
これに対して、ウィンドウコンパレータ２７からハイレベル信号が出力されている異常発生時には、出力端子８４の電圧を、アンプ８２の出力に拘わらず、上記０．５Ｖ〜４．５Ｖの所定電圧範囲内にない電圧（具体的には、０．３Ｖ以下あるいは４．７Ｖ以上）にする。
【０１０３】
つまり、この圧力検出装置８０では、ウィンドウコンパレータ２７から圧力センサ１０が異常であることを示す信号が出力されると、出力端子８４から、異常の発生を示す特定の信号として、正常時とは異なる電圧を出力するようにしている。
【０１０４】
このような本実施形態の圧力検出装置８０によれば、当該装置８０からのアナログ電圧信号を入力して圧力を検知する電子制御装置などの他の装置は、その入力している電圧信号が上記所定電圧範囲外の電圧（０．３Ｖ以下または４．７Ｖ以上）になったことを検知するだけで、圧力センサ１０が正常か否かを判断することができ、信号ラインを別途設ける必要がない。
【０１０５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、図２の異常検出回路において、抵抗２２と抵抗２３との接続点と、演算増幅器１２の非反転入力端子との間に、図２のバッファ１７，１８と同様のバッファ（第３のバッファに相当）を設け、そのバッファから演算増幅器１２の非反転入力端子に基準電圧ＶＥを入力するようにしても良い。つまり、図４の異常検出回路における各バッファ５１〜５５を、演算増幅器によるボルテージフォロワ回路のバッファに置き換えることも可能である。
【０１０６】
また、図３の異常検出回路において、抵抗２２と抵抗２３との接続点と、抵抗４２と抵抗４５との接続点との間に、ボルテージフォロワ回路によるバッファを設け、そのバッファから抵抗４２と抵抗４５との接続点及び演算増幅器１２の非反転入力端子へ基準電圧ＶＥを印加するように構成すれば、基準電圧ＶＥがずれてしまうことが全く無くなり、より高精度な異常検出が可能となる。尚、抵抗２１〜２４の抵抗値が抵抗４２〜４６の抵抗値に対して十分に小さければ、基準電圧ＶＥが大きくずれることは無いため、このようなバッファは必要に応じて設ければ良い。
【０１０７】
また更に、図３の異常検出回路において、圧力センサ１０の第１の出力端子Ｊ１と第１の差動増幅器３５との間、及び圧力センサ１０の第２の出力端子Ｊ２と第２の差動増幅器３６との間に、夫々、バッファを設けるようにしても良い。
一方、上記各実施形態の異常検出回路は、図６を用いて説明した圧力センサ１００と同じ構成の圧力センサ１０の異常を検出するものであったが、本発明は、こうした圧力センサに限らず、図６（ａ）と同じ回路構成を備えた加速度センサや、それ以外の他のセンサについても、全く同様に適用することができる。
【０１０８】
また、異常検出対象のセンサの平衡点電圧Ｖ０が、正常時において変化する可能性が無い場合（例えば、上記実施形態における圧力センサ１０の駆動電圧ＶＤが変動しない場合）、基準電圧ＶＥや第１及び第２の判定電圧ＶＨ，ＶＬは、定電圧回路によって発生させるようにしても良い。
【０１０９】
尚、演算増幅器やコンパレータには、誤差としてオフセット電圧があるが、以上の数式において、これらは十分小さく無視できるものとして説明してある。また、図２，３の各異常検出回路及びその変形例において、バッファは、演算増幅器によるボルテージフォロワ回路以外で構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１，２の本発明の異常検出回路を例示する回路図である。
【図２】 第１実施形態の異常検出回路を表す回路図である。
【図３】 第２実施形態の異常検出回路を表す回路図である。
【図４】 第３実施形態の異常検出回路を表す回路図である。
【図５】 バッファとしてのレベルシフト回路を表す回路図である。
【図６】 圧力センサを説明する説明図である。
【図７】 従来技術を説明する説明図である。
【図８】 実施形態の圧力検出装置の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
１〜４…ゲージ抵抗 １０，１００…圧力センサ １１…基準電圧発生回路
１１ａ，１１ｂ，２１〜２４，４２，４３，４５，４６…抵抗
１２…演算増幅器 １３…第１の抵抗 １４…第２の抵抗 １５…第３の抵抗
１６…判定回路 １７，５１…第１のバッファ １８，５２…第２のバッファ
２７…ウィンドウコンパレータ ２８…第１の比較器 ２９…第２の比較器
３０…第１のアンドゲート ３１…第２のアンドゲート ３２…オアゲート
３５…第１の差動増幅器 ３６…第２の差動増幅器 ５３…第３のバッファ
５４…第４のバッファ ５５…第５のバッファ ８０…圧力検出装置
８２…アンプ ８４…出力端子 ８６…出力回路 ８８…異常検出回路
Claims (10)
- 第１の出力端子に発生する第１の出力電圧と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサの異常を検出するための異常検出回路であって、
前記平衡点電圧とほぼ同じの基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
該基準電圧発生回路によって発生される基準電圧が一方の入力端子に入力された演算増幅器と、
一端に前記センサの第１の出力電圧が印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続された第１の抵抗と、
一端に前記センサの第２の出力電圧が印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続され、更に抵抗値が前記第１の抵抗と同じに設定された第２の抵抗と、
前記演算増幅器の出力端子と他方の入力端子との間に接続され、該出力端子から該他方の入力端子に負帰還をかける第３の抵抗と、
前記演算増幅器から、前記第１の出力電圧と前記基準電圧との差分と、前記第２の出力電圧と前記基準電圧との差分とを加算した電圧に基づく出力電圧が入力され、該出力電圧が予め定められた電圧範囲内であるか判定することにより、これらの差分を加算した電圧が正常な値であるか判定し、該出力電圧が該電圧範囲内にない場合に、前記センサが異常であることを示す信号を出力する判定回路と、
を備えたことを特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項１に記載のセンサの異常検出回路において、
前記センサの第１の出力電圧を入力して、該第１の出力電圧を前記第１の抵抗の一端に印加する第１のバッファと、
前記センサの第２の出力電圧を入力して、該第２の出力電圧を前記第２の抵抗の一端に印加する第２のバッファと、
を備えていることを特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項２に記載のセンサの異常検出回路において、
前記基準電圧発生回路により発生される基準電圧を入力して、該基準電圧を前記演算増幅器の前記一方の入力端子に入力させる第３のバッファを備えていること、
を特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項３に記載のセンサの異常検出回路において、
前記第１のバッファと、前記第２のバッファと、前記第３のバッファは、
入力電圧を特定の電圧だけシフトさせた電圧を、出力電圧として出力するレベルシフト回路であること、
を特徴とするセンサの異常検出回路。 - 第１の出力端子に発生する第１の出力電圧と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサの異常を検出するための異常検出回路であって、
前記平衡点電圧とほぼ同じの基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
該基準電圧発生回路によって発生される基準電圧が一方の入力端子に入力された演算増幅器と、
前記センサの第１の出力電圧を非反転入力とし、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧を反転入力とした第１の差動増幅器と、
前記センサの第２の出力電圧を非反転入力とし、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧を反転入力とした第２の差動増幅器と、
一端に前記第１の差動増幅器の出力電圧が印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続された第１の抵抗と、
一端に前記第２の差動増幅器の出力電圧が印加されると共に、他端が前記演算増幅器の他方の入力端子に接続され、更に抵抗値が前記第１の抵抗と同じに設定された第２の抵抗と、
前記演算増幅器の出力端子と他方の入力端子との間に接続され、該出力端子から該他方の入力端子に負帰還をかける第３の抵抗と、
前記演算増幅器から、前記第１の出力電圧と前記基準電圧との差分と、前記第２の出力電圧と前記基準電圧との差分とを加算した電圧に基づく出力電圧が入力され、該出力電圧が予め定められた電圧範囲内であるか判定することにより、これらの差分を加算した電圧が正常な値であるか判定し、該出力電圧が該電圧範囲内にない場合に、前記センサが異常であることを示す信号を出力する判定回路と、
を備えたことを特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項１ないし請求項５の何れかに記載のセンサの異常検出回路において、
前記判定回路は、
前記演算増幅器の出力電圧が、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧よりも所定電圧だけ高い第１の判定電圧より高い場合、及び前記演算増幅器の出力電圧が、前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧よりも所定電圧だけ低い第２の判定電圧より低い場合に、前記信号を出力するように構成されていること、
を特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項４に記載のセンサの異常検出回路において、
前記基準電圧発生回路によって発生される基準電圧よりも所定電圧だけ高い第１の判定電圧と、前記基準電圧よりも所定電圧だけ低い第２の判定電圧とを発生する判定電圧発生回路と、
該判定電圧発生回路によって発生される前記第１の判定電圧を、前記特定の電圧だけシフトさせて前記判定回路に供給する第４のバッファと、
前記判定電圧発生回路によって発生される前記第２の判定電圧を、前記特定の電圧だけシフトさせて前記判定回路に供給する第５のバッファとを備え、
前記判定回路は、前記演算増幅器の出力電圧が前記第４のバッファから供給される電圧よりも高い場合、及び前記演算増幅器の出力電圧が前記第５のバッファから供給される電圧よりも低い場合に、前記信号を出力するように構成されていること、
を特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項１ないし請求項７の何れかに記載のセンサの異常検出回路において、
前記センサは、
各々の抵抗値が歪みによって変化すると共に互いがループ状に接続された４つのゲージ抵抗を有し、前記各ゲージ抵抗同士の接続点のうちで、特定の接続点と該特定の接続点から数えて２つ目の接続点との間に駆動電圧が印加され、他の２つの接続点が前記第１及び第２の出力端子となっている圧力センサであること、
を特徴とするセンサの異常検出回路。 - 請求項８に記載のセンサの異常検出回路において、
前記基準電圧発生回路は、
前記駆動電圧を分圧して前記基準電圧を発生させる少なくとも２つの抵抗からなること、
を特徴とするセンサの異常検出回路。 - 第１の出力端子に発生する第１の出力電圧と、第２の出力端子に発生する第２の出力電圧とが、検出対象の物理量に応じて、所定の平衡点電圧を基準として正方向と負方向とに夫々同じ電圧だけ変化するように形成されたセンサを備え、
該センサの前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧とに基づいて、前記検出対象の物理量を示す検出信号を出力端子から出力する物理量検出装置であって、
前記センサの異常を検出するために請求項１ないし請求項９の何れかに記載の異常検出回路を備えると共に、その異常検出回路の前記判定回路から前記センサが異常であることを示す信号が出力されると、前記検出信号に代えて、異常の発生を示す特定の信号を前記出力端子から出力するように構成されていること、
を特徴とする物理量検出装置。
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