JP4816412B2 - スイッチ信号入力用インターフェイス回路 - Google Patents

Description

本発明は、外部スイッチの状態をマイクロコンピュータに報知するスイッチ信号入力用インターフェイス回路に関する。本発明のスイッチ信号入力用インターフェイス回路は、たとえばシートベルトのバックル操作検出用のスイッチの状態信号をマイクロコンピュータに入力する用途に採用される。

シートベルトのバックル操作検出用のスイッチの状態信号をマイクロコンピュータに入力する用途に用いるスイッチ信号入力用インターフェイス回路が、下記の特許文献１に記載されている。

この種のスイッチ信号入力用インターフェイス回路は、車両のエアバッグ制御用マイクロコンピュータと一体に、個別の複数の素子で回路構成されたり、ＩＣチップに集積され構成されたりしている。バックル操作検出用のスイッチとしては、機械接点開閉スイッチのごとき抵抗値変化型スイッチや、ホール素子センサのような電流値変化型スイッチが、用途や車種に応じて採用される。更に、使用電流範囲や出力抵抗値が種々異なる抵抗値変化型スイッチが、同じく用途や車種に応じて採用される。このため、少ない内部回路変更によりこれら種々のスイッチ接続可能なスイッチ信号入力用インターフェイス回路が要望されている。

内部回路共用により各種スイッチを接続可能な従来のスイッチ信号入力用インターフェイス回路の一例を図４に示す。

ADコンバータAD１はスイッチ信号入力端子Teに電流値変化型スイッチを接続した場合のスイッチ信号をAD変換する。ただし、この場合には抵抗素子R1〜R3及びR6〜R7を実装しない。なお、これらを実装しておいて、これらへの給電をカットするようにしてもよい。

ADコンバータAD２はスイッチ信号入力端子Teに抵抗値変化型スイッチを接続した場合のスイッチ信号をAD変換する。この場合には、抵抗素子R4を実装せず、抵抗素子R1と抵抗値変化型スイッチの出力抵抗値とによる分圧を抵抗分圧回路部（R2，R3）で抵抗分圧して検出する。R2、R3は比較的大きな抵抗値とされる。ADコンバータAD３は電源電圧の分圧を参照のために出力するために実装されている。
特開平１０−７１９２７号公報

しかしながら、上記した多種類のスイッチ入力に対応可能なスイッチ信号入力用インターフェイス回路は、電流値変化型スイッチと抵抗値変化型スイッチとを異なる回路で処理するとともに、使用電流範囲が異なる複数種類の抵抗値変化型スイッチに対して抵抗素子の抵抗値を変更する必要もあるため、回路規模が大きくなり、製造工程も煩雑化するという面倒があった。更に、抵抗値変化型スイッチへの給電用の抵抗素子R1は抵抗値変化型スイッチの出力抵抗値との分圧を正確化するために高精度とする必要があり、IC内に集積することが容易でない。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素かつ共通化された回路構成にて多種類のスイッチ入力に対応可能なスイッチ信号入力用インターフェイス回路を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する第１発明は、スイッチ動作に応じて抵抗値が変化する複数種類の抵抗値変化型スイッチの一つ又は吸い込み電流値が変化する複数種類の電流値変化型スイッチの一つが接続されるスイッチ信号入力端子と、前記スイッチ信号入力端子に接続された前記スイッチに給電するスイッチ給電回路部と、前記スイッチの動作状態変化による前記スイッチ信号入力端子の電流変化又は電位変化に応じた大きさのデジタル信号を創成して信号処理回路部に前記デジタル信号を出力する信号整形回路部と、を備えるスイッチ信号入力用インターフェイス回路において、前記スイッチ給電回路部は、前記抵抗値変化型スイッチに給電する場合に前記スイッチ信号入力端子に接続された前記抵抗値変化型スイッチの種類に応じて最適な大きさの定電流を前記抵抗値変化型スイッチに給電可能とされ、前記電流値変化型スイッチに給電する場合に前記電流値変化型スイッチの吸い込み電流値の最大値よりも大きな電流を前記電流値変化型スイッチに給電可能とされていることを特徴としている。

すなわち、この発明では、スイッチ信号入力用インターフェイス回路のスイッチ信号入力端子に接続される抵抗値変化型スイッチの使用電流範囲に応じて抵抗値変化型スイッチに給電する定電流を種々選択可能に構成されている。これにより、スイッチ信号入力端子の電位は、給電される定電流値と抵抗値変化型スイッチの出力抵抗との積とほぼみなすことができる。したがって、種々の抵抗値変化型スイッチそれぞれに対して最適な使用電流範囲にて抵抗値変化型スイッチの出力抵抗にほぼ比例した信号を検出することができる。また、スイッチ給電回路部が、電流値変化型スイッチの吸い込み電流値の最大値よりも大きな電流を給電する能力をもつ。このようにすれば、スイッチ給電回路部から電流値変化型スイッチに実際に通電される電流は、相対的に小さい電流値変化型スイッチの吸い込み電流値に限定されるため、スイッチ信号入力端子の電位乃至それに連動するスイッチ信号入力用インターフェイス回路の所定部位の電位は、吸い込み電流値に応じた値となる。したがって、この電位を検出することにより、電流値変化型スイッチの吸い込み電流値を検出することができる。

なお、上記した給電回路部における定電流の切り替えは、複数の定電流源を選択スイッチにより断続することができる。この選択スイッチとしては、トランジスタ型スイッチを採用することが好適であるが、その他の種々のハードウエア的方法を採用してもよい。たとえば、このトランジスタ型スイッチの代わりにメカニカルスイッチ、ジャンパ用のリードの切断、ディスクリートトランジスタをプリント基板に実装する際の実装位置の変更などにより選択スイッチを実現することができる。また、抵抗素子の精度を従来より落とすことができるため、集積化も格段に容易となる。

好適な態様において、前記スイッチ給電回路部は、前記電流値変化型スイッチの吸い込み電流値よりも大きくかつ前記抵抗値変化型スイッチの使用電流範囲内の好適な定電流値を出力する。このようにすれば、スイッチ信号入力用インターフェイス回路のスイッチ給電回路部を電流値変化型スイッチを接続する場合と、抵抗値変化型スイッチを接続する場合とで共用することができるため、回路構成を単純化することができる。
また、スイッチ信号入力用インターフェイス回路は、前記抵抗値変化型スイッチの出力抵抗値と定電流値との積である電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを備える。この構成によれば、抵抗値変化型スイッチの出力抵抗値と定電流値との積である電圧は、上述したように、種々の抵抗値変化型スイッチそれぞれに対して最適な使用電流範囲にて抵抗値変化型スイッチの出力抵抗にほぼ比例した信号なので、この信号をデジタル信号として検出することが出来る。
また、スイッチ信号入力用インターフェイス回路は、前記電流値変化型スイッチの吸い込み電流値に比例するデジタル信号を出力するＡＤコンバータを備える。この構成によれば、電流値変化型スイッチの吸い込み電流値を、デジタル信号として検出することが出来る。

本発明のスイッチ信号入力用インターフェイス回路の好適態様を図面を参照して具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきものではなく、本発明の技術思想を他技術を組み合わせて実現してもよい。

（実施形態１）
（回路構成）
実施形態１を図１を参照して説明する。

１はエアバッグ用ECUであり、図１はそのスイッチ信号入力用インターフェイス回路を示している。Teは、電流値変化型スイッチＳＷi又は抵抗値変化型スイッチＳＷｒが接続されるエアバッグ用ECU１のスイッチ信号入力端子である。なお、この実施形態では、電流値変化型スイッチＳＷi及び抵抗値変化型スイッチＳＷｒの一端は接地され、他端がスイッチ信号入力端子Teに接続されているローサイドスイッチ接続方式を採用している。

スイッチ信号入力用インターフェイス回路１は、スイッチ信号入力端子Teに定電流を給電するスイッチ給電回路部２と、ほぼスイッチ信号入力端子Teの電位に応じた大きさのデジタル信号をそれぞれ創成する信号整形回路部３、４とを有している。

スイッチ給電回路部２は、所定の定電流を選択発生させる定電流回路部２Aと、定電流回路部２Aの出力電流に一致する出力電流をスイッチ信号入力端子Teに出力するカレントミラー回路部２Bとからなる。

定電流回路部２Aは、それぞれ異なる大きさの定電流を出力する定電流源２１〜２３と、定電流源２１〜２３と個別に直列接続された選択スイッチ２４〜２６とからなり、定電流源２１〜２３の一端は選択スイッチ２４〜２６を個別に介してカレントミラー回路部２Bの入力トランジスタ２７のドレイン端子に接続され、定電流源２１〜２３の他端は接地されている。

カレントミラー回路部２Bは、PMOSトランジスタである入力トランジスタ２７及び出力トランジスタ２８により構成される周知の回路構成をもつ。入力トランジスタ２７及び出力トランジスタ２８のソース端子は抵抗素子ｒ１を通じて定電源電圧を印加され、出力トランジスタ２８のドレイン電極はスイッチ信号入力端子Teに接続されている。

信号整形回路部３は、抵抗素子ｒ２、ｒ３を直列接続してなりスイッチ信号入力端子Teの電圧を分圧する抵抗分圧回路３１と、抵抗分圧回路３１の出力電圧をデジタル信号に変換するADコンバータ３２とからなる。この実施形態では、抵抗素子ｒ２、ｒ３の抵抗値は抵抗値変化型スイッチＳＷｒの出力抵抗値より格段に大きく設定されている。

信号整形回路部４は、一端が定電圧源に接続された抵抗素子ｒ１、ｒ４と、一端が接地された抵抗素子ｒ５と、オペアンプ４１と、PMOSトランジスタ４２と、ADコンバータ４３とからなる。抵抗素子ｒ１はカレントミラー回路部２Bに給電している。抵抗素子ｒ４は、オペアンプ４１に制御されるPMOSトランジスタ４２と、抵抗素子ｒ５と直列接続されている。オペアンプ４１には抵抗素子ｒ１、ｒ４の電圧降下が入力され、ADコンバータ４３は、抵抗素子ｒ５の電圧降下をデジタル信号に変換している。

（動作説明）
（電流値変化型スイッチＳＷi接続モード）
まず、スイッチ信号入力端子Teに電流値変化型スイッチＳＷiを接続する場合を説明する。

この実施形態では、カレントミラー回路部２Bの出力トランジスタ２８の出力可能電流は、電流値変化型スイッチＳＷiの吸い込み電流値よりも大きく設定されている。また、抵抗分圧回路３１の抵抗値はそこに流れ込む電流が無視できる程度に大きい抵抗値とする。

その結果、抵抗素子ｒ１からカレントミラー回路部２Bの出力トランジスタ２８を通じて電流値変化型スイッチＳＷiに通電される電流の大きさは、電流値変化型スイッチＳＷiの吸い込み電流値となり、抵抗素子ｒ１の両端にはこの吸い込み電流値に比例した電圧降下を発生する。

オペアンプ４１は、抵抗素子ｒ１の電圧降下が抵抗素子ｒ４のそれよりも大きくなるとＰＭＯＳトランジスタ４２のチャンネル抵抗を減少させ、抵抗素子ｒ１の電圧降下が抵抗素子ｒ４のそれよりも小さくなるとＰＭＯＳトランジスタ４２のチャンネル抵抗を増大させ、抵抗素子ｒ４と抵抗素子ｒ１の電圧降下が等しくなるよう動作する。従って、抵抗素子ｒ５に抵抗素子ｒ１に流れる電流のｒ１／ｒ４倍の電流すなわち電流値変化型スイッチＳＷｉの吸い込み電流値に比例した電流が流れ、ＡＤコンバータ４３は、電流値変化型スイッチＳＷｉの吸い込み電流値に比例するデジタル信号を出力する。

なお、このモードにおいて、選択スイッチ２４〜２６のすべてをオンしてもよい。

（抵抗値変化型スイッチＳＷｒ接続モード）
次に、スイッチ信号入力端子Teに所定の使用電流範囲をもつ第１の抵抗値変化型スイッチＳＷｒを接続する場合を説明する。この実施形態では、定電流源２１が出力する定電流値はこの使用電流範囲に含まれる（たとえばこの使用電流範囲の中央値とされる）ものとする。

選択スイッチ２４のみをオンすることにより、出力トランジスタ２８から抵抗値変化型スイッチＳＷｒにこの定電流値を出力する。抵抗素子ｒ２、ｒ３が抵抗値変化型スイッチＳＷｒの出力抵抗値よりも格段に大きく設定されているため、その消費電流は無視できる。この場合には、カレントミラー回路部２Bが正常に動作し、抵抗値変化型スイッチＳＷｒにはスイッチ給電回路部２が出力する定電流値に等しい電流が通電される。その結果。スイッチ信号入力端子Teの電圧は、抵抗値変化型スイッチＳＷｒの出力抵抗とこの定電流値との積となるため、この電圧が抵抗分圧回路３１により分圧してADコンバータ３２にてデジタル信号に変換される。

次に、上記した第１の抵抗値変化型スイッチＳＷｒとは異なる使用電流範囲をもつ第２の抵抗値変化型スイッチＳＷｒをスイッチ信号入力端子Teに接続する場合を説明する。定電流源２２が出力する定電流値はこの第２の抵抗値変化型スイッチＳＷｒの使用電流範囲に含まれるとする。そこで、選択スイッチ２５のみをオンすることにより、この定電流を第２の抵抗値変化型スイッチＳＷｒに通電すればよい。

同様に、第１、第２の抵抗値変化型スイッチＳＷｒとは異なる使用電流範囲をもつ第３の抵抗値変化型スイッチＳＷｒをスイッチ信号入力端子Teに接続する場合には、この使用電流範囲に含まれる定電流値を出力する定電流源２３を選択スイッチ２６で選択すればよい。

更に、第１〜第３の抵抗値変化型スイッチＳＷｒよりも使用電流範囲が大きい抵抗値変化型スイッチＳＷｒを用いる場合には、選択スイッチ２４〜２６のうちの複数又はすべてをオンすることにより、更に大きな定電流を抵抗値変化型スイッチＳＷｒに通電することができる。

なお、上記説明では、定電流源２１〜２３の定電流値は抵抗値変化型スイッチＳＷｒの使用電流範囲により決定するとしたが、抵抗値変化型スイッチＳＷｒの出力抵抗値をも勘案して決定することが好適である。すなわち、ADコンバータ３２への入力電圧レベルにはおのずから最適な電圧範囲が存在するため、抵抗分圧回路３１の抵抗比及び定電流源２１〜２３が出力する定電流値を調整することによりそれが可能となる。

（実施形態２）
実施例２を図２を参照して説明する。ただし、図２では、信号整形回路部４の図示は省略している。

図２は、図１において、信号整形回路部３の抵抗分圧回路３１を省略し、ADコンバータ３２をスイッチ信号入力端子Teに直接接続したものである。このようにしても上記と同様の作用、効果を奏することができる。

（実施形態３）
実施例３を図３を参照して説明する。ただし、図３では、信号整形回路部４の図示は省略している。

図３は、図２において、信号整形回路部４と、スイッチ給電回路部２のカレントミラー回路部２Bを省略し、スイッチ給電回路部２の定電流回路部２Aを定電圧電源側に配置し、更に、スイッチ信号入力端子Teを選択スイッチ３４及び抵抗素子３３を通じて接地した点をその特徴としている。

（動作説明）
（電流値変化型スイッチＳＷi接続モード）
まず、スイッチ信号入力端子Teに電流値変化型スイッチＳＷiを接続する場合を説明する。

この実施形態では、スイッチ給電回路部２の定電流回路部２Aが出力する定電流Ｉｃは、電流値変化型スイッチＳＷiの吸い込み電流値Ｉｉよりも大きく設定されている。定電流回路部２Aが出力する定電流は、選択スイッチ２４〜２６のいずれか又はその複数をオンすることにより得られる。また、電流値変化型スイッチＳＷi接続モードでは選択スイッチ３４がオンされるものとする。

その結果、定電流回路部２Aが出力する定電流Icから電流値変化型スイッチＳＷiの吸い込み電流値Iiを差し引いた電流Iｃ−Iiが抵抗値がｒである抵抗素子３３に流れ、その電圧降下Ｖｓは、ｒ・（Iｃ−Ii）となる。ｒとIｃは一定であるため、ADコンバータ３２の出力信号が吸い込み電流値Iiに応じたデジタル信号となる。

なお、抵抗素子３３を抵抗分圧回路３１とし、ADコンバータ３２がこの抵抗分圧回路３１の分圧を処理するようにしてもよいことは明白である。

（抵抗値変化型スイッチＳＷｒ接続モード）
次に、スイッチ信号入力端子Teに所定の使用電流範囲をもつ第１の抵抗値変化型スイッチＳＷｒを接続する場合を説明する。この抵抗値変化型スイッチＳＷｒ接続モードでは、選択スイッチ３４をオフしておく。この実施形態では、定電流源２１が出力する定電流値はこの使用電流範囲に含まれる（たとえばこの使用電流範囲の中央値とされる）ものとする。

選択スイッチ２４のみをオンすることにより、定電流源２１は抵抗値変化型スイッチＳＷｒにこの定電流値を出力する。その結果。スイッチ信号入力端子Teの電圧は、抵抗値変化型スイッチＳＷｒの出力抵抗とこの定電流値との積となるため、この電圧が抵抗分圧回路３１により分圧してADコンバータ３２にてデジタル信号に変換される。

抵抗値変化型スイッチＳＷｒの使用電流範囲を変更した場合に、抵抗値変化型スイッチＳＷｒに給電する定電流源２１〜２３の組み合わせを選択スイッチ２４〜２６で変更することにより、抵抗値変化型スイッチＳＷｒの使用電流範囲に適した定電流を各種の抵抗値変化型スイッチＳＷｒに通電できることは、実施形態１で説明したと同じである。

実施形態１のスイッチ信号入力用インターフェイス回路を示す回路図である。 実施形態２のスイッチ信号入力用インターフェイス回路を示す回路図である。 実施形態３のスイッチ信号入力用インターフェイス回路を示す回路図である。 従来のスイッチ信号入力用インターフェイス回路を示す回路図である。

符号の説明

１ スイッチ信号入力用インターフェイス回路
２A 定電流回路部
２B カレントミラー回路部
２ スイッチ給電回路部
３ 信号整形回路部
４ 信号整形回路部
２１〜２３ 定電流源
２４〜２６ 選択スイッチ
２７ 入力トランジスタ
２８ 出力トランジスタ
３１ 抵抗分圧回路
３２ コンバータ
３３ 抵抗素子
３４ 選択スイッチ
４１ オペアンプ
４２ トランジスタ
４３ コンバータ

Claims (4)

1. スイッチ動作に応じて抵抗値が変化する複数種類の抵抗値変化型スイッチの一つ又は吸い込み電流値が変化する複数種類の電流値変化型スイッチの一つが接続されるスイッチ信号入力端子と、
   前記スイッチ信号入力端子に接続された前記スイッチに給電するスイッチ給電回路部と、
   前記スイッチの動作状態変化による前記スイッチ信号入力端子の電流変化又は電位変化に応じた大きさのデジタル信号を創成して信号処理回路部に前記デジタル信号を出力する信号整形回路部と、
   を備えるスイッチ信号入力用インターフェイス回路において、
   前記スイッチ給電回路部は、
   前記抵抗値変化型スイッチに給電する場合に前記スイッチ信号入力端子に接続された前記抵抗値変化型スイッチの種類に応じて最適な大きさの定電流を前記抵抗値変化型スイッチに給電可能とされ、
   前記電流値変化型スイッチに給電する場合に前記電流値変化型スイッチの吸い込み電流値の最大値よりも大きな電流を前記電流値変化型スイッチに給電可能とされていることを特徴とするスイッチ信号入力用インターフェイス回路。
2. 請求項１記載のスイッチ信号入力用インターフェイス回路において、
   前記スイッチ給電回路部は、
   前記電流値変化型スイッチの吸い込み電流値よりも大きくかつ前記抵抗値変化型スイッチの使用電流範囲内の好適な定電流値を出力するスイッチ信号入力用インターフェイス回路。
3. 前記抵抗値変化型スイッチの出力抵抗値と定電流値との積である電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ信号入力用インターフェイス回路。
4. 前記電流値変化型スイッチの吸い込み電流値に比例するデジタル信号を出力するＡＤコンバータを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ信号入力用インターフェイス回路。

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