JP4887641B2 - 積分回路とそれを利用するセンサ電圧処理回路 - Google Patents

積分回路とそれを利用するセンサ電圧処理回路 Download PDF

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本発明は、入力電圧を積分する積分回路に関する。より詳しくは、入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときに、積分定数を初期化することによって、大きなレベル変動の発生を禁止する機能が付加された積分回路に関する。
物理量に依存して変化する電圧を出力するセンサが開発されている。例えば圧力に依存して変化する電圧を出力する圧力センサが開発されており、その圧力センサを利用すると、内燃機関の燃焼圧の時間的変化を観測することができる。
出力電圧が増減する変化を繰返すセンサ出力を処理するために、センサ電圧を微分した電圧を出力する微分回路と、微分回路の出力電圧を積分した電圧を出力する積分回路を組合わせて用いることがある。微分回路と積分回路を組合わせて用いると、積分回路が出力する電圧のレベルを処理に適した電圧レベルに調整することができる。そのままでは処理しづらいセンサ電圧のレベルを、処理に適した電圧レベルに調整するために、微分回路と積分回路を組合わせた回路が利用される。特許文献1に、この技術が開示されている。
特開2002−62211号公報
センサ電圧が、観測対象事象にのみ依存して変化する場合には、微分回路と積分回路を組合せた回路で問題はなく、処理しづらい電圧レベルを処理に適した電圧レベルに調整することができる。
しかしながら、センサが、観測対象事象に依存して変化する電圧のみならず、その他の要因に依存して変動する電圧が重畳した電圧を出力することが多い。例えば、圧力センサを利用して内燃機関の燃焼圧の時間的変化を観測する場合、内燃機関の吸入・圧縮・燃焼・排気工程に呼応して変化する圧力変化に起因する電圧変化に、内燃機関の温度変動に依存して変動する電圧変動が重畳した電圧が出力される。センサが、急速に増減する変化を繰返す事象(検出したい事象)に依存して変化する電圧に、緩慢に変動する事象に依存して変動する電圧が重畳した電圧を出力することが多い。
急速に増減する変化を繰返す電圧に緩慢に変動する電圧が重畳した電圧を、微分回路と積分回路を組合せた回路で処理すると、緩慢に変動する事象に依存して積分回路が出力する電圧のレベルが経時的に変動してしまう。この結果、処理に適さない電圧レベルに変動してしまうことがある。あるいは、緩慢に変動する事象が検出したい事象の検出値を乱し、検出精度を低下させてしまうことがある。
上記のように、入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化することによって、大きなレベル変動の発生を禁止する機能が必要とされる。大きなレベル変動の発生が禁止されれば、処理に適さない電圧レベルに変動することを防止することができる。さらには、緩慢に変動する事象が検出したい事象の検出精度を低下させてしまうことにも対策することができる。
理解の便宜のために単純化して説明する。温度T0で圧力がP0であるときのセンサ出力がV0で、温度T0で圧力がP1であるときのセンサ出力がV1であり、温度T1で圧力がP0であるときのセンサ出力がV1であるとする。緩慢に変動する温度の影響を除去しなければ(すなわち温度T1であっても温度T0であるとして検出すれば)、センサ出力がV1(実際には温度T1で検出されている)であれば、圧力がP1であると検出してしまう(温度がT0であるとして検出しているから)。この場合、P1−P0分の検出誤差が発生する。
緩慢に変動する温度変動によって積分した電圧のレベルが大きく変動したときにレベル変動の発生を禁止する機能が付加されていれば、温度T1に変動したときの圧力がP0であれば、積分電圧はV0となる。電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化するために、温度がT1に変動していても、圧力P0における積分電圧はV0となる(積分定数が初期化されるためにV1ではなくなる)。この場合、実際の圧力であるP0を検出することができる。入力電圧を積分して得られた電圧のレベルが経時的に大きく変動するときには、積分定数を初期化することによってレベル変動の発生を禁止する機能が付加されていると、緩慢に変動する事象によって検出結果がずれることが防止される。
図12に、微分回路120と積分回路130を組合わせた、従来のセンサ電圧処理回路100の一例を示す。微分回路120は、コンデンサ122とオペアンプ124と抵抗126を備えている。積分回路130は、第1抵抗132とオペアンプ136とコンデンサ134と第2抵抗138を備えている。
図13に、センサ電圧処理回路100の入力電圧Vinと、微分回路120が出力する電圧Vaと、センサ電圧処理回路100の出力電圧Voutの電圧波形を示す。ここでは、センサ電圧処理回路100の入力電圧Vinが、燃焼圧センサのセンサ電圧である場合を説明する。
図13(A)に示すように、燃焼圧センサのセンサ電圧Vinには、内燃機関の吸入・圧縮・燃焼・排気工程に呼応して変化する圧力変化に起因する電圧変化(図中192)に、燃焼圧センサの検知部の温度変動に依存して変動する電圧(図中191)が重畳している。
検知部の温度は緩慢に変動することから、検知部の温度に依存して変化する電圧(図中191)は一定でなく、図中193に示すように、緩慢に変動する。これに対して、圧力変化に起因する電圧変化(図中192)は急速に変化する。このため、センサ電圧Vinは、温度に依存して緩慢に変動する電圧(図中193参照)に、燃焼圧に依存して急速に脈動する電圧(図中192)が重畳したものとなる。
図13(B)は、微分回路120が出力する電圧Vaである。なお微分回路120は、センサ電圧の微係数がゼロのときに基準電圧VBBを出力し、微係数が正のときに基準電圧VBB以下の電圧を出力し、微係数が負のときに基準電圧VBB以上の電圧を出力する。微分回路120が出力する電圧Vaには、燃焼圧に応じた急速な変化成分(図中194)だけでなく、温度変動に応じた緩慢な変化成分(図中195)も含まれる。
微分回路120の出力電圧Vaは、積分回路130に入力される。図13(C)は、積分回路130が出力する積分電圧Voutである。積分電圧の波形は、図13(A)のセンサ電圧の波形に復元されている。ただし、積分電圧Voutの電圧レベルは基準電圧VBBに調整されている。基準電圧にVBBに近い電圧は、その後に処理しやすい。
明らかに、センサ電圧Vinに温度変動に依存して変動する電圧が重畳していなければ、積分電圧Voutの電圧レベルは基準電圧VBBのレベルに維持され、積分電圧Voutの電圧レベルは処理しやすいレベルに維持される。また、積分電圧Voutと基準電圧VBBの差を増幅することによって、燃焼圧の変化を正確に検出することができる。
しかしながら実際には、センサ電圧Vinに温度変動に依存して変動する電圧が重畳しており、積分電圧Voutの電圧レベルは基準電圧VBBのレベルに維持されない。緩慢に変動する事象は長時間持続することから、時間が経過すると、積分電圧Voutの電圧レベルは基準電圧VBBのレベルから大きく離れ、処理しづらいレベルに変化してしまう。また、積分電圧Voutと基準電圧VBBの差には、燃焼圧の変化のみならず、温度の変動まで反映しており、積分電圧Voutと基準電圧VBBの差を処理しても、燃焼圧の変化を取出すことができない。検出値から温度変動の影響を補償することができない。
本発明では、上記の問題を解決する。すなわち、積分電圧Voutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、時間の経過とともに大きくレベル変動するときに、そのレベル変動を禁止する積分回路を提供する。このことは、数学的にいうと積分定数を調整することに相当する。ここでいう積分定数は、積分電圧Voutのバイアス電圧に相当する。積分電圧Voutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、基準電圧VBBから大きく逸脱するときには、積分電圧Voutのレベルを基準電圧VBBに近いレベルに再調整する。
これができれば、積分電圧Voutの電圧レベルが基準電圧VBBのレベルから大きく離れれてしまい、処理しづらい電圧レベルに変化してしまうことを禁止できる。また、積分電圧Voutと基準電圧VBBの差から、緩慢に変動する電圧変動の影響が除去され、積分電圧Voutと基準電圧VBBの差を処理することによって、検出したい事象を精度よく検出することが可能となる。
図12の積分回路130の第2抵抗138の値を調整することによって、低周波数領域(緩慢に変動する電圧変動に対する)ゲインを小さくすれば、緩慢に変動するセンサ電圧の変動(図13(A)中の193参照)に対応する積分電圧Voutの変動傾向を、図13(C)に示すように、緩やかな変動に低減することができる。しかしながら、その傾きをゼロとすることはできない。緩慢な変動が長期間に亘って続くと、出力電圧Voutは基準電圧VBBから大きく離れてしまう。
なお、この問題は微分回路と積分回路を組み合わせたセンサ電圧処理回路だけに認められるものでない。あるいは、圧力変化に温度変動が重畳した現象にだけ認められるものでもない。
積分回路を微分回路と組み合わせないで用いる場合でもこの問題は存在する。即ち、積分回路に入力する正負の入力電圧が長期間に亘って続くときは、積分回路の出力電圧が基準電圧から大きく離れてしまう。これに抗して、積分回路の出力電圧を所定の電圧範囲内に維持したいという要求が存在する。
本発明では、積分電圧Voutが持続的に一定の傾向を持って変動するために、時間とともに大きくレベル変動するときには、そのレベル変動を禁止する積分回路を提供する。本発明の積分回路は、微分回路と組合せて用いるときに特に有効である。また、急速な変化を繰返す事象に依存して変化する電圧と、緩慢に変動する事象に依存して変化する電圧が重畳した電圧を処理するときに特に有効であり、緩慢に変動する事象による影響を排除し、急速に変化する事象を正確に検出することを可能とする。
本明細書で開示される1つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、一対のダイオードが逆方向に並列に接続された並列回路を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記並列回路の一方の接続線が前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記並列回路の他方の接続線が前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、一方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、他方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の1つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、n型チャネルの半導体スイッチング素子とp型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の1つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、n型チャネルの半導体スイッチング素子とp型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、前記調整回路では、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続され、ソース端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
本明細書で開示される他の1つの積分回路は、入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路を備えている。その電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路を備えている。その緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上下の限度値に達したのを合図に、前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する調整回路を備えている。
なお、調製回路は、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上下の限度値に厳密に達したときの他に、上下の限度値にほぼ達したときに動作することも多い。実際に動作させる場合、上下の限度値にはある程度の許容幅が含まれる。
また、ここでいう「基準量」とは、所定の電圧範囲内の電圧に相当する電荷量のことをいう。「基準量」は一定の場合もあれば、変動することもある。
緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの緩慢な電圧変化のみを抽出する。緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を抽出しない。緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が、予め設定されている上限度値又は下限度値に達すると、調整回路は電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。電荷量が調整されると、電荷蓄積回路の出力電圧は基準の電圧に調整される。基準の電圧は所定の電圧範囲内に設定されている。したがって、電荷蓄積回路の出力電圧が基準の電圧から大きく離れてしまうことが防止される。また、緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のうちの急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を抽出していない。したがって、電荷蓄積回路の出力電圧に、脈動的に変化する電圧が現れても、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が調整されることはない。電荷蓄積回路の出力電圧は、緩慢に変化する電圧に関しては所定の電圧範囲に調整される一方で、急速に増減する脈動的な変化の電圧に関しては調整されない。電荷蓄積回路の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
調整回路は、一対のスイッチング素子を備えているのが好ましい。この場合の調整回路では、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、一方のスイッチング素子がオンすることによって電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。さらに、緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、他方のスイッチング素子がオンすることによって電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
一対のスイッチング素子を利用することによって、電荷蓄積回路の出力電圧を、下限度値と上限度値に挟まれた電圧範囲内に調整することができる。電荷蓄積回路の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
電荷蓄積回路は、抵抗と、オペアンプと、コンデンサを少なくとも用いて構成することができる。この場合の電荷蓄積回路は、基準電圧がオペアンプの非反転入力端子に接続されており、入力電圧が抵抗を介してオペアンプの反転入力端子に接続されており、オペアンプの出力端子がコンデンサを介してオペアンプの反転入力端子に接続されている。
この電荷蓄積回路では、入力電圧が抵抗によって電流に変換され、入力電圧に応じた電荷がコンデンサに充放電される。正の入力電圧のときはコンデンサに電荷が充電され、負の入力電圧のときはコンデンサから電荷が放電される。この種の電荷蓄積回路は、入力電圧に応じた電荷をコンデンサに蓄積して入力電圧の積分値を出力する場合に好適に利用することができる。
緩慢変化抽出回路は、電荷蓄積回路の出力電圧のボトム電圧を抽出する回路、電荷蓄積回路の出力電圧のピーク電圧を抽出する回路、又は電荷蓄積回路の出力電圧の平均電圧を抽出する回路を利用することができる。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている急速な増減を繰返す電圧変化が、上に凸状の波形の場合は、緩慢変化抽出回路にコンデンサを利用するボトム検出回路を利用するのが好ましい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている急速な増減を繰返す電圧変化が、下に凸状の波形の場合は、緩慢変化抽出回路にコンデンサを利用するピーク検出回路を利用するのが好ましい。
電荷蓄積回路の出力電圧に含まれている緩慢な電圧変化を、電荷蓄積回路の出力電圧のほぼ平均であると見なせるときは、緩慢変化抽出回路に平均値検出回路を利用してもよい。
調整回路には、一対のダイオードが逆方向に並列に接続された並列回路を利用することができる。この場合の並列回路の一方の接続線が緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、並列回路の他方の接続線が電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。
緩慢変化抽出回路の出力端子には、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が出力される。この緩慢な電圧変化が並列回路の一方の接続線に印加される。例えば、並列回路を構成する一対のダイオードの材料にシリコンが用いられている場合、そのpn接合の順方向電圧降下は約0.6Vである。したがって、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が基準電圧よりも−0.6Vにほぼ達すると、並列回路の一方のダイオードがオンする。ダイオードがオンすると、電荷蓄積回路のコンデンサと緩慢変化抽出回路のコンデンサが導通する。これにより、電荷蓄積回路のコンデンサから緩慢変化抽出回路のコンデンサに向けて電荷が放電され、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が基準量に調整される。一方、緩慢変化抽出回路で抽出された緩慢な電圧変化が基準電圧よりも+0.6Vにほぼ達すると、並列回路の他方のダイオードがオンする。電荷蓄積回路のコンデンサと緩慢変化抽出回路のコンデンサが導通する。この場合は、緩慢変化抽出回路のコンデンサから電荷蓄積回路のコンデンサに向けて電荷が充電され、電荷蓄積回路のコンデンサに蓄積されている電荷量が基準量に調整される。したがって、積分回路の出力電圧のうちの緩慢な電圧変化のみを取出した電圧を、基準電圧からほぼ±0.6Vの電圧範囲に調整して出力することができる。
調整回路には、n型チャネルの半導体スイッチング素子とp型チャネルの半導体スイッチング素子を備えた回路を利用することができる。この場合のn型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。さらに、p型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。
この場合の基本的な動作原理は、前記のダイオードを利用した並列回路の場合と同様である。ダイオードの場合はダイオードの順方向電圧降下を利用しているが、半導体スイッチング素子の場合はゲート電極の閾値電圧を利用する。p型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。n型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
調整回路には、n型チャネルの半導体スイッチング素子とp型チャネルの半導体スイッチング素子を備えた回路を利用することができる。この場合のn型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続されている。さらに、p型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は電荷蓄積回路のコンデンサに接続され、ソース端子は緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されている。
この場合の基本的な動作原理も、前記のダイオードを利用した並列回路の場合と同様である。この場合も半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用する。n型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。p型チャネルの半導体スイッチング素子の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
上記の積分回路と、その積分回路に接続する微分回路によってセンサ電圧処理回路を構成することができる。この場合の微分回路は、緩慢に変化する第1事象に依存して変化する電圧に、急速に増減する変化を繰返す第2事象に依存して変化する電圧が重畳しているセンサ電圧を微分し、その微分後の電圧を積分回路に入力するように構成するのが好ましい。
上記のセンサ電圧処理回路を利用すると、緩慢に変化する第1事象に依存して変化する電圧の影響を低減し、急速に増減する変化を繰返す第2事象に依存して変化する電圧を正確に取出すことができる。
本発明の積分回路を利用すると、出力電圧の緩慢な電圧変化によって積分電圧が基準の電圧から大きく逸脱してしまうことを防止することができる。さらに、その積分回路を微分回路と組み合わせたセンサ用処理回路を利用すると、緩慢に変化する第1事象に依存して変化する電圧の影響を低減し、急速に増減する変化を繰返す第2事象に依存して変化する電圧を正確に計測することができる。
図1に、センサ電圧処理回路10の回路図を示す。センサ電圧処理回路10は、微分回路20と、電荷蓄積回路30と、緩慢変化抽出回路40と、調整回路50を備えている。本明細書では、電荷蓄積回路30と緩慢変化抽出回路40と調整回路50を合わせて積分回路80という。センサ電圧処理回路10は、微分回路20と積分回路80を組み合わせて構成されている。
微分回路20は、入力電圧Vinを所定時間毎に微分してその変化成分を電圧Vaとして出力する。
電荷蓄積回路30は、微分回路20の電圧Vaを電流に変換した電流でコンデンサ34を充放電する。電荷蓄積回路30は、コンデンサ34に蓄積された電荷に基づいて出力電圧Voutを出力する。
緩慢変化抽出回路40は、電荷蓄積回路30の出力電圧Voutから急速な増減を繰返す電圧変化を除去して、緩慢な電圧変化を抽出して電圧Vとして出力する。
調整回路50は、緩慢変化抽出回路40で抽出された電圧Vが上下の限度値にほぼ達したのを合図に、電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量を基準量に調整する。
微分回路20は、コンデンサ22と、オペアンプ24と、抵抗26を備えている。基準電圧VBBはオペアンプ24の非反転入力端子に入力している。入力電圧Vinはコンデンサ22を介してオペアンプ24の反転入力端子に入力している。オペアンプ24の出力端子は抵抗26を介してオペアンプ24の反転入力端子に接続されている。
微分回路20は、入力電圧Vinの所定時間毎の変化量に相当する電圧値を反転して電圧Vaとして出力する。微分回路20は、入力電圧Vinの微係数がゼロのときに基準電圧VBBを出力し、微係数が正のときに基準電圧VBB以下の電圧を出力し、微係数が負のときに基準電圧VBB以上の電圧を出力する。
電荷蓄積回路30は、抵抗32と、オペアンプ36と、コンデンサ34を備えている。基準電圧VBBはオペアンプ36の非反転入力端子に入力している。微分回路20の電圧Vaは抵抗32を介してオペアンプ32の反転入力端子に入力している。オペアンプ32の出力端子はコンデンサ34を介してオペアンプ36の反転入力端子に接続されている。
電荷蓄積回路30では、微分回路20の電圧Vaが抵抗32によって電流に変換され、電圧Vaに応じた電荷をコンデンサ34に充放電する。電圧Vaが正のときは、コンデンサ34に電荷が充電される。電圧Vaが負のときは、コンデンサ34から電荷が放電される。
電荷蓄積回路30は、電圧Vaを所定時間毎に積分した電圧値を反転して出力電圧Voutとして出力する。ただし、後に説明するように、電荷蓄積回路30は、緩慢変化抽出回路40と調整回路50を利用して、出力電圧Voutの電圧レベル(急速な増減を繰返す電圧変化を除去して緩慢な電圧変化のみを抽出した電圧値)に基づいてフィードバック制御されており、微分回路20の電圧Vaを単純に積分した値を出力していない。
緩慢変化抽出回路40は、オペアンプ42と、ダイオード44と、コンデンサ46と、抵抗48と、定電圧電源49を備えている。電荷蓄積回路30の出力電圧Voutはオペアンプ42の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ42の出力端子はダイオード44のカソード端子に接続されている。ダイオード44のアノード端子はオペアンプ42の反転入力端子に接続されている。さらに、ダイオード44のアノード端子はコンデンサ46を介して定電圧電源49に接続されている。抵抗48はコンデンサ46に並列に接続されている。
ここで、本実施形態の技術の理解を助けるために、緩慢変化抽出回路40の動作を一般化して説明する。図2に、緩慢変化抽出回路40を拡大して示す。ここで、オペアンプ42の反転入力端子に入力する電圧をV1とし、緩慢変化抽出回路40の出力電圧をV2とし、オペアンプ42の出力端子とダイオード44のカソード端子の間の接続線の電圧をVとし、低電圧電源49の電圧をVpとする。図3に、緩慢変化抽出回路40の動作を説明するための図を示す。図4に、各電圧の波形を示す。なお、以下の説明では、緩慢変化抽出回路40の動作を一般化して説明しており、入力電圧V1の波形は実際に入力する電圧Voutの波形と若干異なることに留意されたい。
図4(A)に示すように、入力電圧V1は、定常的なボトム電圧に、急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化が重畳しているとする。緩慢変化抽出回路40は、センサ電圧V1が出力電圧V2を上回っている場合(V1>V2)と、入力電圧V1が出力電圧V2に等しい場合(V1=V2)で動作が異なる。脈動の大部分ではV1>V2であり、残りの部分でV1=V2となる。但し、この割合は、後述するコンデンサ46と抵抗48の素子特性で決まる時定数によって変化させることができる。
図3(a)に示すように、V1>V2の場合は、オペアンプ42がコンパレータとして機能する状態となり、オペアンプ42の出力電圧VはVHighとなる。V=VHighのときはダイオード44(等価的にスイッチとみなせる)がオフするように、正の定電圧電源49の電圧値Vp等が設定されている。ダイオード44がオフの状態では、コンデンサ46に新たな電荷が充電されることがない。したがって、V1>V2の場合は、基本的にはコンデンサ46の電圧が維持される。コンデンサ46が維持している電圧は、ダイオード44がオンからオフに変化したときの電圧である。ダイオード44がオフの状態では、緩慢変化抽出回路40の出力電圧V2は、正の定電圧電源49の電圧値Vpからコンデンサ46の両端間電圧VCを減じた電圧(Vp−VC)となる。Vpは一定であり、VCはダイオード44がオンからオフに変化したときの電圧に維持されるので、緩慢変化抽出回路40の出力電圧V2は、ほぼ一定値に保存される。したがって、緩慢変化抽出回路40は、急速な増減を繰返す脈動的な電圧変化を除去して、ボトム電圧に応じた電圧のみを抽出して出力することになる。
ただしコンデンサ46の電圧は、抵抗48によって緩やかに放電して徐々に減少する。このため、緩慢変化抽出回路40の出力電圧V2は徐々に増加する(図4(A)参照)。出力電圧V2の増加の度合い(V2の傾き)は、コンデンサ46と抵抗48の時定数によって任意に設定することができる。時定数を大きくすると、V2の応答性は低くなる。即ち、V2の増加の度合いは緩やかになる。逆に時定数を小さくすると、V2の応答性は高くなる。即ち、V2の増加の度合いは急になる。
図4(A)に示すように、緩慢変化抽出回路40の出力電圧V2は徐々に大きくなるのに対し、入力電圧V1はピークを超えて降下してくる。脈動する電圧がほぼゼロになると、V2とV1が一致する。これにより、V2=V1となる状態が発生するので、ダイオード44がターンオンする。
ダイオード44がオンすると、図3(b)に示すように、オペアンプ42を含む回路はボルテージフォロワ状態となる。この結果、ダイオード44の順方向電圧降下(オン電圧)をVDとすると、V2=V1=V+VDとなる。ダイオード44がオンの状態では、コンデンサ46の両端電圧VCが、正の定電圧電源49の電圧値Vpから入力電圧V1を減じた電圧に一致するまで充電される。
図4(A)に示すように、V1がボトム電圧を脱して再度増加段階に移行すると、再びV1>V2となり、ダイオード44はターンオフする。緩慢変化抽出回路40は、入力電圧V1が出力電圧V2から脱して増加段階に移行するのを境にして、ダイオード44がオンからオフに切換わる。ダイオード44がオフすると、先に述べたように、次のボトム電圧が現れるまで、緩慢変化抽出回路40は、コンデンサ46が電荷を徐々に放電しながら、基本的にはボトム電圧に応じた出力電圧V2を出力する。
上記の一般化した説明では、定常的なボトム電圧の場合を例に挙げたが、ボトム電圧が緩慢に変化する場合でも、緩慢変化抽出回路40は、急速な増減を繰返す脈動な電圧を除去して、緩慢に変化する電圧を抽出することができる。緩慢に変化する電圧が上昇する場合は、ダイオード44と抵抗48の時定数を調整することによって、緩慢に変化する電圧に追随させることができる。
図1に示すように、調整回路50には、一対のダイオード52、54が逆方向に並列に接続されている。調整回路50の一方の接続線56は緩慢変化抽出回路40の出力端子(この例では、ダイオード44のアノード端子である)に接続されている。調整回路50の他方の接続線58は電荷蓄積回路30のコンデンサ34と電荷蓄積回路30のオペアンプ36の反転入力端子の間の接続線38に接続されている。
センサ電圧処理回路10は、内燃機関に設置される燃焼圧センサのセンサ電圧を処理するために利用されている。
図5に、本実施形態の燃焼圧センサ60の回路図を示す。燃焼圧センサ60は、作用する応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子62を利用している。燃焼圧センサ60は、内燃機関の燃焼室に臨んで配置されている。ピエゾ抵抗素子62には、定電流源12から定電流が流されている。ピエゾ抵抗素子62に定電流が流されている状態で、圧力(応力)がピエゾ抵抗素子62に加わると、その抵抗値が変化する。すると、その両端に現れるセンサ電圧(出力電圧)Vinが抵抗値の変化に応じて変化する。ピエゾ抵抗素子62は環境温度によって抵抗値が変化する特性を備えているので、センサ電圧Vinには温度変化の影響も重畳する。したがって、センサ電圧Vinには、燃焼圧センサ60の検知部70(図6と図7参照)の周囲の緩慢に変化する温度変化に依存して変化する電圧に、急速に脈動する燃焼圧の変化に依存して変化する電圧が重畳している。センサ電圧Vinはセンサ電圧処理回路10の入力電圧Vinとなる。
図6に、燃焼圧センサ60の一例を挙げ、その要部断面図を概略して示す。燃焼圧センサ60は、アウターハウジング63と、インナーハウジング67と、断熱部材65(力伝達部材ともいう)と、検知部70と、ハーメチック端子66と、細長状の端子68a、68bと、ワイヤ64a、64b等を備えている。なお、図2の右側を前端側、左側を後端側とする。
インナーハウジング67は、アウターハウジング63に収容されている。インナーハウジング67は金属等で形成されており、前端部に形成されたダイアフラム部67aと、筒状部67bによって構成されている。断熱部材65はダイアフラム部67aの後端面に取付けられており、ダイアフラム部67aによって圧力から変換された力を検知部70へ伝達する。さらに、断熱部材65は燃焼に伴う熱の影響が検知部70に伝わるのを抑制する効果もある。検知部70は、ハーメチック端子66上に載置され、かつ、固定されている。細長状の端子68a、68bは、ハーメチック端子66の空洞部を通って後端側へ伸びている。検知部70の前端(半球の前端)は、断熱部材65の後端面と接触している。
図7に、燃焼圧センサ60の検知部70の斜視図を概略して示す。検知部70は、力検知ブロック78と、力伝達ブロック72、74を有する。力検知ブロック78はシリコン基板等からなり、その表面に1本の細長状のメサ段差状の突出部が形成されている。突出部にピエゾ抵抗素子62が形成されている。ピエゾ抵抗素子62は、応力が作用すると抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子62の両端に、電極61a、61bが形成されている。直方体状の力伝達ブロック74はガラス等からなり、突起79を介して力検知ブロック78に陽極接合されている。半球状の力伝達ブロック72は鉄等の金属からなり、直方体状の力伝達ブロック74に接着されている。なお、力伝達ブロック72についても、シリコンあるいはガラス等によって形成してもよい。
図7に示す細長状の端子68aはワイヤ64aによって電極61aに接続されている。細長状の端子68bはワイヤ64bによって電極61bに接続されている。細長状の端子68aは定電流電源12に接続され、細長状の端子68bは接地されている。
燃焼圧センサ60のダイアフラム部67aに圧力が加わると、ダイアフラム部67aがたわむことによって、断熱部材65の位置が後端側に変位する。断熱部材65が後端側に変位すると、断熱部材65に接触している検知部70の力検知ブロック78のピエゾ抵抗素子62に圧縮応力が作用する。この結果、そのピエゾ抵抗素子62の抵抗値が変化する。その抵抗値の変化に応じたセンサ電圧Vinが電極61aに現れる。このセンサ電圧Vinを利用することで、ダイアフラム部67aに加わる圧力の大きさを計測することができる。
次に、センサ用処理回路10の動作を説明する。
図8(A)に示すように、燃焼圧センサ60のセンサ電圧Vinには、検知部70の温度に依存して変化する電圧(図中91)に、燃焼圧に依存して変化する電圧(図中92)が重畳している。検知部70の温度は緩慢に変化することから、検知部70の温度に依存して変化する電圧(図中91)は、図中93に示すように、検知部70の温度に追随して緩慢に変化している。このため、燃焼圧センサ60のセンサ電圧Vinは、温度に依存して緩慢に変化する電圧(図中93参照)に、燃焼圧に依存して急速な増減を繰返す脈動的な電圧(図中92)が重畳したものとなる。
図8(B)に示すように、微分回路20を利用することによって、センサ電圧Vinの所定時間毎の変化量に相当する電圧を反転した電圧Vaを取出すことができる。取出された電圧Vaには、燃焼圧に応じた変化成分(図中94)だけでなく、温度変化に応じた変化成分(図中95)も含まれる。取出された電圧Vaは、電荷蓄積回路30に入力される。電荷蓄積回路30は、微分回路20の電圧Vaを、燃焼圧センサ60のセンサ電圧Vinに応じた電圧に復元し、出力電圧Voutとして出力する。
電荷蓄積回路30の出力電圧Voutは緩慢変化抽出回路40に入力される。前記したように、緩慢変化抽出回路40は、電荷蓄積回路30の出力電圧Voutのうちの緩慢に変化する電圧のみを抽出する。緩慢変化抽出回路40は、電荷蓄積回路30の出力電圧Voutのうちの急速な増減を繰返す脈動的な変化の電圧を抽出しない。緩慢変化抽出回路40で抽出された緩慢な変化の電圧は、調整回路50の一方の接続線56に印加される。
調整回路50のダイオード52、54は、その材料にシリコンが用いられており、pn接合の順方向電圧降下は約0.6V(常温において)である。電荷蓄積回路30の接続線38の電位は、オペアンプ36のバーチャルショートの関係から基準電圧VBBに固定されている。したがって、図8(c)の図中98aに示すように、緩慢な変化の電圧が基準電圧VBBよりも約0.6V低い電圧にほぼ達すると、調整回路50の一方のダイオード52がオンする。これにより、電荷蓄積回路30の接続線38が緩慢変化抽出回路40と導通する。電荷蓄積回路30と緩慢変化抽出回路40が導通すると、電荷蓄積回路30のコンデンサ34から緩慢変化抽出回路40のコンデンサ46に向けて電荷が放電される。電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量は、基準電圧VBBに相当する量に調整され、出力電圧Voutは基準電圧VBBに調整される(図8(c)の図中98b)。したがって、出力電圧Voutのうちの緩慢な変化を、基準電圧VBBから約−0.6Vの電圧範囲に調整して出力することができる。
なお、ダイオード52がオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が基準電圧VBBよりも0.6V低い電圧に厳密に達したときではなく、0.6Vに対してある程度の許容幅を持つ。即ち、ダイオード52がオンするタイミングは、コンデンサ34の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、ダイオード52がオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ34の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
また、緩慢変化抽出回路40は、急速に増減する脈動的な変化を抽出していない。したがって、電荷蓄積回路30の出力電圧Voutに、急速な増減を繰返す脈動的な電圧が現れたとしても、電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量が調整されることはない。出力電圧Voutのうちの脈動的な変化の電圧は調整されることなく取出される。電荷蓄積回路30の出力電圧Voutは、緩慢に変化する電圧が所定の電圧範囲に調整される一方で、急速な増減を繰返す脈動的な電圧は調整されない。電荷蓄積回路30の出力電圧を利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧を得ることができる。
図9に示すように、緩慢に変化する電圧が上昇する場合も同様の結果を得ることができる。すなわち、図9(C)の図中99aに示すように、緩慢に変化する電圧が基準電圧VBBよりも約0.6V高い電圧にほぼ達すると、調整回路50の他方のダイオード54がオンする。これにより、電荷蓄積回路30の接続線38が緩慢変化抽出回路40と導通する。電荷蓄積回路30と緩慢変化抽出回路40が導通すると、緩慢変化抽出回路40のコンデンサ46から電荷蓄積回路30のコンデンサ34に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量は、基準電圧VBBに相当する量に調整され、出力電圧Voutは基準電圧VBBに調整される(図9(C)の図中99b)。したがって、出力電圧Voutのうちの緩慢な変化を、基準電圧VBBから約0.6Vの電圧範囲に調整して出力することができる。
一対のダイオード52、54を利用することによって、電荷蓄積回路30の出力電圧Voutのうちの緩慢に変化する電圧を、基準電圧VBBから約±0.6Vの電圧範囲内に調整することができる。電荷蓄積回路30の出力電圧Voutを利用すると、緩慢に変化する電圧の影響が低減された出力電圧Voutを得ることができる。
本実施形態のセンサ電圧処理回路10の効果は、背景技術で説明したセンサ電圧処理回路100の場合と比較すると明瞭である。図13(C)に示すように、従来のセンサ電圧処理回路100では、燃焼圧センサのセンサ電圧Vinのうちの緩慢に変化する電圧(図中197参照)が長期間に亘って続くと、センサ用処理回路100の出力電圧Voutは基準電圧VBBから大きく離れてしまっていた。
一方、本実施形態のセンサ電圧処理回路10では、緩慢変化抽出回路40で抽出された電圧が正負の限度値に達すると、電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量が調整される。電荷量が調整されると、電荷蓄積回路30の出力電圧Vout、即ちセンサ電圧処理回路10の出力電圧Voutのうちの緩慢に変化する電圧は基準電圧値VBBに調整される。これにより、センサ電圧処理回路10の出力電圧Voutのうちの緩慢に変化する電圧が基準電圧値VBBから大きく離れることが防止されている。その後の処理に適した基準電圧値VBBに近い電圧に調整することができる。
(第1変形例)
図10に示すように、n型チャネルのn−MOSFET154とp型チャネルのp−MOSFET152を備えた調整回路150を利用することもできる。n−MOSFET154のゲート端子は緩慢変化抽出回路40の出力端子(この例では、ダイオード44のアノード端子)に接続され、ドレイン端子は定電圧電源49に接続され、ソース端子は電荷蓄積回路30の接続線38に接続されている。定電圧電源49の電圧値は基準電圧VBBよりも大きい。さらに、p−MOSFET152のゲート端子は緩慢変化抽出回路40の出力端子(この例では、ダイオード44のアノード端子)に接続され、ドレイン端子は接地され、ソース端子は電荷蓄積回路30の接続線38に接続されている。基準電圧値VBBには正の電圧値が利用されているので、p−MOSFET152のドレイン端子には基準電圧値VBBよりも小さい電圧であり、且つ安定した電位の接地電位を利用するのが好ましい。
この場合の所定電圧の範囲は、n−MOSFET154とp−MOSFET152の閾値電圧によって調整される。p−MOSFET152を利用して下限度値を調整することができる。n−MOSFET154を利用して上限度値を調整することができる。
緩慢変化抽出回路40で抽出された電圧が、下限度値(p−MOSFET152の閾値電圧)にほぼ達すると、p−MOSFET152がターンオンする。これにより、電荷蓄積回路30の接続線38が接地される。これにより、電荷蓄積回路30のコンデンサ34から電荷が放電される。電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量は、基準電圧VBBに相当する量に調整され、出力電圧Voutは基準電圧VBBに調整される。
緩慢変化抽出回路40で抽出された電圧が、上限度値(n−MOSFET154の閾値電圧)にほぼ達すると、n−MOSFET154がターンオンする。これにより、電荷蓄積回路30の接続線38が定電位電源49と導通する。定電位電源49は、基準電圧VBBよりも高い電位に調整されている。したがって、電荷蓄積回路30のコンデンサ34に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量は、基準電圧VBBに相当する量に調整され、出力電圧Voutは基準電圧VBBに調整される。
なお、p−MOSFET152又はn−MOSFET154がターンオンするタイミングは、閾値電圧に厳密に達したときではなく、閾値電圧に対してある程度の許容幅を持つ。即ち、p−MOSFET152又はn−MOSFET154がターンオンするタイミングは、コンデンサ34の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、p−MOSFET152又はn−MOSFET154がターンオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ34の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
(第2変形例)
図11に示すように、n型チャネルのn−MOSFET254とp型チャネルのp−MOSFET252を備えた調整回路250を利用することもできる。n−MOSFET254のゲート端子とドレイン端子は緩慢変化抽出回路40の出力端子(この例では、ダイオード44のアノード端子)に接続されている。n−MOSFET254のソース端子は電荷蓄積回路30の接続線38に接続されている。さらに、p−MOSFET252のゲート端子とドレイン端子は電荷蓄積回路30の接続線38に接続されている。p−MOSFET252のソース端子は緩慢変化抽出回路40の出力端子(この例では、ダイオード44のアノード端子)に接続されている。
この場合の所定電圧の範囲は、n−MOSFET254とp−MOSFET252の閾値電圧によって調整される。n−MOSFET254の閾値電圧を利用して下限度値を調整することができる。p−MOSFET252の閾値電圧を利用して上限度値を調整することができる。
緩慢変化抽出回路40で抽出された電圧が、下限度値(n−MOSFET254の閾値電圧)にほぼ達すると、n−MOSFET254を介して、電荷蓄積回路30の接続線38が緩慢変化抽出回路40と導通する。電荷蓄積回路30と緩慢変化抽出回路40が導通すると、電荷蓄積回路30のコンデンサ34から緩慢変化抽出回路40のコンデンサ46に向けて電荷が放電される。電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量は、基準電圧VBBに相当する量に調整され、出力電圧Voutは基準電圧VBBに調整される。
緩慢変化抽出回路40で抽出された電圧が、上限度値(p−MOSFET252の閾値電圧)にほぼ達すると、p−MOSFET252を介して、電荷蓄積回路30の接続線38が緩慢変化抽出回路40と導通する。電荷蓄積回路30と緩慢変化抽出回路40が導通すると、緩慢変化抽出回路40のコンデンサ46から電荷蓄積回路30のコンデンサ34に向けて電荷が充電される。電荷蓄積回路30のコンデンサ34に蓄積されている電荷量は、基準電圧VBBに相当する量に調整され、出力電圧Voutは基準電圧VBBに調整される。
なお、p−MOSFET252又はn−MOSFET254が導通するタイミングは、閾値電圧に厳密に達したときではなく、閾値電圧に対してある程度の許容幅を持つ。即ち、p−MOSFET252又はn−MOSFET254が導通するタイミングは、コンデンサ34の電荷を充放電できる程度に緩慢な変化の電圧が低くなったとき、ということもできる。あるいは、p−MOSFET252又はn−MOSFET254がターンオンするタイミングは、緩慢な変化の電圧が十分に低くなり、コンデンサ34の電荷を充放電できる程度に素子インピーダンスが低下したとき、ということもできる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
実施形態のセンサ電圧処理回路を示す。 実施形態の緩慢変化抽出回路を示す。 緩慢変化抽出回路の動作を説明するための説明図を示す。 (A)緩慢変化抽出回路の電圧VとVの電圧波形を示す。(B)緩慢変化抽出回路の電圧Vの電圧波形を示す。 実施形態の燃焼圧センサの回路図を示す。 実施形態の燃焼圧センサの要部断面図を示す。 実施形態の燃焼圧センサの検知部の斜視図を示す。 (A)入力電圧Vinの電圧波形を示す。(B)電圧Vaの電圧波形を示す。(C)出力電圧Voutの電圧波形を示す。 A)入力電圧Vinの電圧波形を示す。(B)電圧Vaの電圧波形を示す。(C)出力電圧Voutの電圧波形を示す。 第1変形例のセンサ電圧処理回路を示す。 第2変形例のセンサ電圧処理回路を示す。 従来のセンサ電圧処理回路を示す。 (A)入力電圧Vinの電圧波形を示す。(B)電圧Vaの電圧波形を示す。(C)出力電圧Voutの電圧波形を示す。
符号の説明
10:センサ電圧処理回路
20:微分回路
22、34、46:コンデンサ
24、36、42:オペアンプ
26、32、48:抵抗
30:電荷蓄積回路
38:接続線
40:緩慢変化抽出回路
44、52、54:ダイオード
49:定電圧電源
50:調整回路
152、252:p−MOSFET
154、254:n−MOSFET

Claims (5)

  1. 入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、
    前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、
    一対のダイオードが逆方向に並列に接続された並列回路を有する調整回路と、を備えており、
    前記調整回路では、前記並列回路の一方の接続線が前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、前記並列回路の他方の接続線が前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、
    前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、一方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、
    前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、他方の前記ダイオードがオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する積分回路。
  2. 入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、
    前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、
    n型チャネルの半導体スイッチング素子とp型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、
    前記調整回路では、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも大きな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ドレイン端子には基準電圧よりも小さな電圧が印加され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、
    前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、
    前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する積分回路。
  3. 入力電圧を電流に変換した電流で充放電するコンデンサを有する電荷蓄積回路と、
    前記電荷蓄積回路の出力電圧から急速な電圧変化を除去して緩慢な電圧変化を抽出する緩慢変化抽出回路と、
    n型チャネルの半導体スイッチング素子とp型チャネルの半導体スイッチング素子を有する調整回路と、を備えており、
    前記調整回路では、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続され、ソース端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続されており、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子のゲート端子とドレイン端子は前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに接続され、ソース端子は前記緩慢変化抽出回路の出力端子に接続されており、
    前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が下限度値に達したのを合図に、前記n型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整し、
    前記緩慢変化抽出回路で抽出された電圧が上限度値に達したのを合図に、前記p型チャネルの半導体スイッチング素子がオンすることによって前記電荷蓄積回路の前記コンデンサに蓄積されている電荷量を基準量に調整する積分回路。
  4. 前記電荷蓄積回路は、抵抗とオペアンプをさらに有しており、
    基準電圧が前記オペアンプの非反転入力端子に接続されており、
    入力電圧が前記抵抗を介して前記オペアンプの反転入力端子に接続されており、
    前記オペアンプの出力端子が前記コンデンサを介して前記オペアンプの前記反転入力端子に接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの積分回路。
  5. 緩慢に変化する第1事象に依存して変化する電圧に、急速に増減する変化を繰返す第2事象に依存して変化する電圧が重畳しているセンサ電圧を処理する回路であり、
    センサ電圧を入力して微分した電圧を出力する微分回路と、
    その微分回路の出力電圧を入力電圧とする請求項1〜4のいずれかの積分回路と、
    を備えているセンサ電圧処理回路。
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