JP5033754B2 - Ａｄ変換装置およびａｄ変換装置の故障検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、アナログ電圧源からの信号をAD変換するAD変換装置およびAD変換装置の故障検出方法の技術分野に属する。

特許文献１には、AD変換器にノイズフィルタを介してアナログ電圧源であるセンサ素子を接続した技術が開示されている。ノイズフィルタを構成する外付けコンデンサは、その第１端部がAD変換器とセンサ素子との間に接続され、第２端部が固定電位と接続されている。
特開２００６−３４５２３７号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、外付けコンデンサの信号入力側にオープン故障が発生した場合、AD変換器には外付けコンデンサに充電された電圧が入力されるため、当該オープン故障を検出できず、誤ったセンサ値が出力されてしまう。

本発明の目的は、外付けコンデンサの信号入力側で発生したオープン故障を検出できるAD変換装置およびAD変換装置の故障検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のAD変換装置では、アナログ電圧源と外付けコンデンサを介して接続された第１入力端子の電圧値を変動させて第１入力端子からの信号をAD変換したときのAD変換器の出力値に基づいて、オープン故障を判断するにあたり、第１入力端子からの信号をAD変換する前にサンプリングコンデンサを充電または放電することにより、第１入力端子の電圧値を変動させ、変動した電圧値の変動量に基づいてオープン故障を判断する。

よって、本発明のAD変換装置では、外付けコンデンサの信号入力側で発生したオープン故障を検出できる。

以下、本発明のAD変換装置およびAD変換装置の故障検出方法を実現するための最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のAD変換装置１の構成図である。
実施例１のAD変換装置１は、例えば、車両のECU内に設けられ、アナログセンサからの信号をAD変換してデジタル信号に変換し、ECU内のCPUに出力するために用いられる。CPUは、AD変換装置１からのデジタル信号に基づいて、各種の制御を行う。また、AD変換装置１自体がマイコンであってもよい。

AD変換装置１は、ｎ個（ｎは自然数）の入出力ポートと、電源ポート４と、AD変換器５と、故障判断部６と、を有している。なお、入出力ポートについては、説明および図示の簡素化のために、第１入出力ポート２と第２入出力ポート３のみを図示している。

第１入出力ポート２は、アナログ電圧源であるセンサ素子７と接続されている。なお、第１入出力ポート２は、常時アナログ信号の入力端子として用いられるため、以下の説明では、第１入力端子と称す。

第１入力端子２とセンサ素子７との間の信号入力ライン１０上には、外付けコンデンサ８が接続されている。この外付けコンデンサ８は、センサ素子７から出力されたアナログ信号からノイズ成分を除去するノイズフィルタである。外付けコンデンサ８の第１端部８ａは、第１入力端子２とセンサ素子７との間に接続されている。外付けコンデンサ８の第２端部８ｂは、固定電位としてのグランドGNDと接続されている。以下、信号入力ライン１０上であって外付けコンデンサ８の第１端部８ａの接続位置よりもセンサ素子７側を、外付けコンデンサ８の信号入力側と称し、第１端部８ａの接続位置よりも第１入力端子２側を、外付けコンデンサ８の信号出力側と称する。

第２入出力ポート３は、アナログ電圧源と接続されていない空き端子である。実施例１では、後述するオープン故障の判断時に第２入出力ポートを利用する際、第２入出力ポートの機能を「入出力ポート」と「アナログ入力端子」の一方に切り替えるが、以下の説明では、第２入力端子と称する。

ここで、「入出力ポート」機能とは、第２入力端子３に所定電圧値を入力するために、第２入力端子３を固定電位(実施例１では電源電圧)と接続することをいう。また、「アナログ入力端子」機能とは、第２入力端子３からの信号をAD変換するために、第２入力端子３をAD変換器５と接続することをいう。

他の入出力ポート（第４〜第ｎ入出力ポート）については、説明の簡略化のために、アナログ電圧源と接続されていない空き端子としているが、第１入力端子と同様、アナログ電圧源と接続された構成としてもよい。
電源ポート４は、AD変換器５および故障判断部６を駆動するための電源電圧９と接続されている。

AD変換器５は、入力端子切り替えスイッチ１１と、サンプリングスイッチ１２と、サンプリングコンデンサ１３と、比較器１４とを有している。

入力端子切り替えスイッチ１１は、故障判断部６からの指令に応じて、各入力端子の１つを選択する。実施例１では、入力端子として用いられる入出力ポートは、第１入力端子２と第２入力端子３のみであるため、両者の一方を選択することとなる。なお、上述した「アナログ入力端子」機能とは、入力端子切り替えスイッチ１１が故障判断部６からの指令に応じて第１入力端子２または第２入力端子３を選択することを指す。

サンプリングスイッチ１２は、あらかじめ設定されたサンプリング時間に応じてサンプリングコンデンサ１３の接続先を、入力端子切り替えスイッチ１１側と比較器１４側との間で切り替える。ここで、サンプリング時間は、サンプリングコンデンサ１３の充電量がセンサ素子７から出力されるアナログ信号の電圧レベルに一致するまでの時間をいう。
サンプリングコンデンサ１３は、入力端子切り替えスイッチ１１により選択された入力端子からの信号により充電する。

比較器１４は、サンプリングコンデンサ１３に充電された電圧値を、比較電圧と比較することにより、AD変換、すなわち、アナログ信号をデジタル信号に変換する。ここで、サンプリングコンデンサ１３に充電された電圧値をVin、比較電圧をVoutとしたとき、Voutは、図外のカウンタの２進出力をアナログ電圧に変換した出力であり、比較器１４では、VoutとVinとを比較し、Vin＜Voutの場合はゼロ、Vin＞Voutの場合には１を出力する。ここで、カウンタは、比較器１４から１が出力された場合にカウントアップするよう構成されているため、比較器１４では、Vin＜Voutとなるまで比較を繰り返し、Vin＜VoutとなったときのVoutをVinとして２進出力する。

H/L切り替えスイッチ１５は、故障判断部６からの指令に応じて、第２入力端子３の接続先を、電源電圧９とグランドGNDとの間で切り替える。なお、上述した「入出力ポート」機能とは、H/L切り替えスイッチ１５が第２入力端子３の接続先を電源電圧９に切り替え、かつ、入力端子切り替えスイッチ１１が故障判断部６からの指令に応じて第１入力端子２または第２入力端子３を選択することを指す。

故障判断部６は、AD変換器５の出力値（２進出力）に基づいて、外付けコンデンサ８の信号入力側にオープン故障（断線）が発生しているか否かを判断する。以下、オープン故障の判断方法を詳細に説明する。

［オープン故障判断処理］
図２は、実施例１のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、本処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。

ステップS1では、検査対象端子である第１入力端子２から入力されたアナログ信号のAD変換を実施すると共に、AD変換されたデジタル信号であるAD変換初期値Vaを記憶し、この初期値VaをVbにコピーし、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、空き端子である第２入力端子３の機能を「アナログ入力端子」から「入出力ポート」へ切り替えて第２入力端子３の電圧値をHigh固定し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、第２入力端子３の機能を「入出力ポート」から「アナログ入力端子」へ切り替えてAD変換を実施し、ステップS4へ移行する。

ステップS4では、入力端子切り替えスイッチ１１により第１入力端子２を選択してAD変換を実施し、得られたAD変換値Vcを記憶してステップS5へ移行する。

ステップS5では、ステップS4で記憶したAD変換値VcとステップS1で記憶したAD変換値Vbとの差分からAD変換値の１制御周期当たりの変動量１を算出し、ステップS6へ移行する。

ステップS6では、ステップS5で算出した変動量１がゼロよりも小さいか否かを判定する。YESの場合にはステップS8へ移行し、NOの場合にはステップS7へ移行する。

ステップS7では、ステップS5で算出した変動量１の絶対値|変動量１|が予定の変動量（予測変動量）よりも大きいか否かを判定する。YESの場合にはステップS8へ移行し、NOの場合にはステップS9へ移行する。ここで、「予定の変動量」とは、図１のAにオープン故障が発生していると仮定したとき、ステップS1からステップS4の処理により予測される第１入力端子２の電圧変動量、すなわちコンデンサ８の充電量の増加分をいう。

ステップS8では、オープン故障なし（正常）と判断し、リターンへ移行する。

ステップS9では、ステップS4で記憶したAD変換値VcとステップS1で記憶したAD変換初期値Vaとの差分から、AD変換値のAD変換初期値Vaからの変動量２を算出し、ステップS10へ移行する。

ステップS10では、ステップS9で算出した変動量２の絶対値|変動量２|が故障判断閾値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS11へ移行し、NOの場合にはステップS12へ移行する。ここで、「故障判断閾値」は、例えば、「予定の変動量」×ｍ（ｍは自然数であり、例えば４）により設定する。ｍは、AD変換初期値Vaが小さいほどより小さな値とする。すなわち、故障判断閾値は、AD変換初期値Vaが小さいほどより小さな値に設定する。また、「故障判断閾値」は、例えば、センサ素子７の出力電圧範囲外の電圧に設定する。

ステップS11では、オープン故障と判断し、リターンへ移行する。実施例１では、本制御でオープン故障と判断された場合であっても、本制御を繰り返し、オープン故障との判断が複数回連続した場合に、オープン故障と確定する。なお、オープン故障と確定した場合には、AD変換を中止することにより、誤った入力信号に基づく制御を回避できる。
ステップS12では、Vb＝VcとしてステップS2へ移行する。

次に、実施例１の作用を説明する。
アナログ電圧源と外付けコンデンサを介して接続されたAD変換装置では、外付けコンデンサの信号入力側にオープン故障が発生した場合、AD変換器には外付けコンデンサに充電された電圧が入力されるため、オープン故障を検出できない。

これに対し、実施例１のAD変換装置１では、故障判断部６において、第１入力端子２の電圧値を変動させて入力信号をAD変換したときのAD変換器５の出力値に基づいて、オープン故障を判断する。そして、実施例１では、第１入力端子２からの信号をAD変換する前にサンプリングコンデンサ１３を充電することにより、第１入力端子２の電圧値を変動させている。

また、実施例１では、サンプリングコンデンサ１３を充電する方法として、空き端子である第２入力端子３を利用している。すなわち、図３に示すように、空き端子である第２入力端子３を電源電圧にして第２入力端子３からの信号をAD変換することにより、サンプリングコンデンサ１３には電源電圧を充電することができる。その後、第１入力端子２からの信号をAD変換することにより、外付けコンデンサ８の充電量、すなわち、第１入力端子２の電圧値は、サンプリングコンデンサ１３に充電された電源電圧の影響を受けて増加する。

すなわち、外付けコンデンサ８の信号入力側にオープン故障が発生していない状態で第１入力端子２の電圧値を増加させた場合、外付けコンデンサ８はセンサ素子７からの信号の影響を受けるため、その充電量は第１入力端子２の電圧値の増加量とは無関係に変動する。一方、オープン故障が発生している状態で第１入力端子２の電圧値を増加させた場合、外付けコンデンサ８の充電量は、第１入力端子２の電圧値のみに影響を受け、第１入力端子２の電圧値の変動量に対応した所定の変動量となる。

つまり、実施例１では、上記オープン故障発生時における外付けコンデンサ８の充電量の変動特性に着目し、第１入力端子２の電圧値を変動させて入力信号をAD変換したときのAD変換値から、オープン故障を検出しようとするものである。

（正常時）
オープン故障が発生していない場合には、図２のフローチャーチにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS8、またはステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8へと進む流れとなる。

すなわち、オープン故障が発生していない場合、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値は、センサ素子７からの信号の影響を受けて変動するため、変動量１は予定の変動量とはならない。

つまり、ステップS6で変動方向が減少方向となる（変動量１＜０）か、ステップS7で予定の変動量を超える（|変動量１|＞予定の変動量）。よって、変動量１が予定の変動量でない場合にはオープン故障なしと判断することにより、オープン故障が発生していない状態を正確に検出できる。

（オープン故障発生時）
オープン故障発生時には、図２のフローチャートにおいて、ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS9→ステップS10→ステップS12へと進む流れを繰り返し、ステップS10で|変動量２|≧故障判断閾値の成立後、ステップS10→ステップS11へと進んで故障判断がなされる。

すなわち、オープン故障が発生している場合、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値は、図４に示すように、予定の変動量ずつ増加し、AD変換初期値Vaからの変動量２は、故障判断閾値以上となる。

ここで、AD変換値の変動量が複数回連続して（変動量２が故障判断閾値以上となるまで）予定の変動量ずつ増加した場合、オープン故障が発生している可能性が高い。そこで、変動量１が予定の変動量を維持しつつ、変動量２が故障判断閾値以上となった場合にオープン故障と判断することにより、オープン故障の発生を正確に検出できる。

次に、実施例１の効果を説明する。
実施例１では、第１入力端子２の電圧値を変動させて入力信号をAD変換したときのAD変換器５のAD変換値に基づいて、外付けコンデンサ８の信号入力側に発生したオープン故障を判断する故障判断部６を備える。これにより、外付けコンデンサ８の信号入力側で発生したオープン故障を検出できる。

AD変換器５は、入力信号によりサンプリングコンデンサ１３を充電し、充電された電圧値に基づいてAD変換を行い、故障判断部６は、第１入力端子２からの信号をAD変換する前にサンプリングコンデンサ１３を充電することにより、第１入力端子２の電圧値を変動させる。これにより、既存のAD変換器５に内蔵されたサンプリングコンデンサ１３を用いて第１入力端子２の電圧値を変動させる構成を実現できるため、追加構成を抑えてコストアップを抑制できる。

AD変換器５は、アナログ電圧源と接続されていない第２入力端子３を有し、故障判断部６は、第２入力端子３に電源電圧（所定電圧値）を供給した後に第２入力端子３からの信号をAD変換することにより、サンプリングコンデンサ１３を充電する。これにより、空き端子である第２入力端子３を有効利用してサンプリングコンデンサ１３を充電することができる。
ここで、所定電圧値の供給は、第２入力端子３を出力端子とし'High'出力してもよいし、第２入力端子３はアナログ入力端子のまま電源を接続してもよい。

故障判断部６は、第２入力端子３の機能を「入出力ポート」に切り替えて電源電圧９（固定電位）とした後、その機能を「アナログ入力端子」に戻して第２入力端子３からの信号をAD変換する。このため、複数チャンネル（複数の入力端子）からの信号を順次選択し、選択した信号によりサンプリングコンデンサ１３を充電し、充電した電圧値に基づいてAD変換を行う、という既存のAD変換器の機能を利用できる。これにより、追加構成を抑えてコストアップを抑制できる。

故障判断部６は、第１入力端子２からの信号と第２入力端子３からの信号を交互にAD変換し、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値VcのAD変換初期値Vaからの変動量２が故障判断閾値以上となった場合にオープン故障と判断する。これにより、オープン故障の発生を正確に検出できる。

故障判断部６は、AD変換初期値Vaが小さいほど故障判断閾値をより小さな値に設定する。例えば、故障判断閾値を一定とした場合、オープン故障発生時、変動量２が故障判断閾値以上となるまでに時間を要し、オープン故障判断に遅れが生じる。そこで、AD変換初期値Vaが小さい場合には故障判断閾値をより小さな値とすることで、故障判断時間を短縮できる。

故障判断部６は、AD変換値Vcの前回値Vb（初回のみVa）との差分である変動量１が予定の変動量を超えた場合（|変動量１|＞予定の変動量）、または変動量１の変動方向が予定の変動量の変動方向と反対方向である場合（変動量１＜０）には、オープン故障なしと判断する。すなわち、オープン故障が発生していない場合、変動量１は予定の変動量とはならないため、この場合はオープン故障なしと判断することにより、オープン故障が発生していない状態を正確に検出できる。

故障判断部６は、オープン故障と複数回判断した場合、当該オープン故障と確定するため、オープン故障の検出精度を高め、誤判定を防止できる。

実施例１では、第１入力端子２の電圧値を一定の割合で変動させながら入力信号を繰り返しAD変換したときのAD変換器５のAD変換値の変動量が、第１入力端子２の電圧値の変動量と対応している場合、外付けコンデンサ８の信号入力側にオープン故障が発生していると判断する。これにより、外付けコンデンサ８の信号入力側で発生したオープン故障を検出できる。

実施例２は、第２入力端子３と接続する固定電位をグランドGNDとした例である。
すなわち、実施例２の「入出力ポート」機能は、H/L切り替えスイッチ１５が第２入力端子３の接続先をグランドGNDに切り替え、かつ、入力端子切り替えスイッチ１１が第１入力端子２を選択した状態を指す。なお、他の構成については実施例１と同じであるため、図示ならびに説明を省略する。

［オープン故障判断処理］
図５は、実施例２のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、実施例１と同一処理を行うステップには、同一番号を付して説明を省略する。

ステップS21では、空き端子である第２入力端子３の機能を「アナログ入力端子」から「入出力ポート」へ切り替えて第２入力端子３の電圧値をLow固定し、ステップS3へ移行する。

ステップS22では、ステップS5で算出した変動量１がゼロよりも大きいか否かを判定する。YESの場合にはステップS8へ移行し、NOの場合にはステップS7へ移行する。

次に、実施例２の作用を説明する。
（正常時）
オープン故障が発生していない場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS21→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS22→ステップS8、またはステップS1→ステップS21→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS22→ステップS7→ステップS8へと進む流れとなる。

すなわち、オープン故障が発生していない場合、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値は、センサ素子７からの信号の影響を受けて変動するため、変動量１は予定の変動量とはならない。

つまり、ステップS22で変動方向が増加方向となる（変動量１＞０）か、ステップS7で予定の変動量を超える（|変動量１|＞予定の変動量）。よって、変動量１が予定の変動量でない場合にはオープン故障なしと判断することにより、オープン故障が発生していない状態を正確に検出できる。

（オープン故障発生時）
オープン故障発生時には、図５のフローチャートにおいて、ステップS21→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS22→ステップS7→ステップS9→ステップS10→ステップS12へと進む流れを繰り返し、ステップS10で|変動量２|≧故障判断閾値の成立後、ステップS10→ステップS11へと進んで故障判断がなされる。

すなわち、オープン故障が発生している場合、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値は、図６に示すように、予定の変動量ずつ減少し、AD変換初期値Vaからの変動量２は、故障判断閾値以上となる。

ここで、AD変換値の変動量が複数回連続して（変動量２が故障判断閾値以上となるまで）予定の変動量ずつ減少した場合、オープン故障が発生している可能性が高い。そこで、変動量１が予定の変動量を維持しつつ、変動量２が故障判断閾値以上となった場合にオープン故障と判断することにより、オープン故障の発生を正確に検出できる。
以上説明したように、実施例２においても、実施例１と同様の作用効果を奏する。

実施例３は、AD変換値の値からオープン故障を判断する例である。なお、他の構成については実施例１と同じであるため、図示ならびに説明を省略する。

［オープン故障判断処理］
図７は、実施例３のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、実施例１と同一処理を行うステップには、同一番号を付して説明を省略する。

ステップS31では、ステップS4で記憶したAD変換値Vcの絶対値|Vc|が故障判断閾値以上であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS11へ移行し、NOの場合にはステップS12へ移行する。ここで、「故障判断閾値」は、通常の使用状態でセンサ素子７の出力可能範囲の最大値を超える値とする。

次に、実施例３の作用を説明する。
オープン故障発生時には、図７のフローチャートにおいて、ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS31→ステップS12へと進む流れを繰り返し、ステップS31でVc≧故障判断閾値の成立後、ステップS31→ステップS11へと進んで故障判断がなされる。

すなわち、オープン故障が発生している場合、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値は、予定の変動量ずつ増加し、AD変換値Vcは故障判断閾値以上となる。ここで、故障判断閾値は、センサ素子７の実際の出力が取り得ない値であるため、変動量１が予定の変動量を維持して増加し、AD変換値Vcが故障判断閾値以上となった場合にオープン故障と判断することにより、オープン故障の発生を正確に検出できる。

次に、実施例３の作用効果を説明する。
故障判断部６は、第１入力端子２からの信号と第２入力端子からの信号を交互にAD変換し、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換器５のAD変換値Vcが故障判断閾値以上の場合にオープン故障と判断するため、オープン故障の発生を正確に検出できる。

実施例４は、AD変換値の値からオープン故障を判断する例である。なお、他の構成については実施例２と同じであるため、図示ならびに説明を省略する。

［オープン故障判断処理］
図８は、実施例４のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、実施例２と同一処理を行うステップには、同一番号を付して説明を省略する。

ステップS41では、ステップS4で記憶したAD変換値Vcの絶対値|Vc|が故障判断閾値以下であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS11へ移行し、NOの場合にはステップS12へ移行する。ここで、「故障判断閾値」は、通常の使用状態でセンサ素子７の出力可能範囲の最小値を下回る値とする。また、故障判断閾値は、AD変換初期値Vaが小さいほどより大きな値に設定する。

次に、実施例４の作用を説明する。
オープン故障発生時には、図８のフローチャートにおいて、ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS41→ステップS12へと進む流れを繰り返し、ステップS41でVc≦故障判断閾値の成立後、ステップS41→ステップS11へと進んで故障判断がなされる。

すなわち、オープン故障が発生している場合、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換値は、予定の変動量ずつ減少し、AD変換値Vcの絶対値|Vc|は故障判断閾値以下となる。ここで、故障判断閾値は、センサ素子７の実際の出力が取り得ない値であるため、変動量１が予定の変動量を維持して減少し、AD変換値Vcが故障判断閾値以下となった場合にオープン故障と判断することにより、オープン故障の発生を正確に検出できる。

次に、実施例４の作用効果を説明する。
故障判断部６は、第１入力端子２からの信号と第２入力端子からの信号を交互にAD変換し、第１入力端子２からの信号をAD変換したときのAD変換器５のAD変換値Vcが故障判断閾値以下の場合にオープン故障と判断するため、オープン故障の発生を正確に検出できる。

実施例５は、第２入力端子３を固定電位と常時接続する例である。
図９は、実施例５のAD変換装置２０の構成図であり、第２入力端子３は、トランジスタスイッチ２１の出力端子２１ａと接続されている。このトランジスタスイッチ２１は、入力端子２１ｂに供給する信号（電圧値）を変えることで出力端子２１ａの電圧値、すなわち第２入力端子３の電圧値を変動させることができる。すなわち、入力端子２１ｂに"１"信号を加えることで出力端子２１ａの出力電圧はゼロに維持され、入力端子２１ｂに"０"信号を加えることで出力端子２１ａの出力電圧は電源電圧に維持される。
なお、他の構成については実施例１と同じであるため、図示ならびに説明を省略する。

このように、実施例２では、第２入力端子３を固定電位である電源電圧９またはグランドGNDと常時接続したため、例えば、トランジスタスイッチ２１の入力端子２１ｂに"０"信号を加えてスイッチをオフしておくことにおり、第２入力端子３には常に電源電圧９が供給される。このため、第２入力端子３からの信号をAD変換する際、第２入力端子３の機能を「アナログ入力端子」から「入出力ポート」へと切り替えた後、再び「アナログ入力端子」へと切り替える処理が不要である。

よって、図１０に示すように、第２入力端子３からの信号をAD変換する時間が短縮されることで、第１入力端子２からの信号をAD変換する時間を短縮できる。これにより、実施例１〜４と比較して、オープン故障の判断時間を短くでき、より早期にオープン故障を検出できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、各実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、オープン故障判断を複数回判断する際、１回オープン故障と判断した後は、第２入力端子からの信号のAD変換を実施せず、第１入力端子からの信号のAD変換のみを行い、変動量２またはAD変換値Vcの絶対値と故障判断閾値との比較によりオープン故障を判断してもよい。

また、第２入力端子を固定電位と常時接続する方法として、図１１のような構成を用いることができる。図１１に示すAD変換装置２２では、空き端子３ａが電源電圧９と接続され、空き端子３ｂがグランドGNDと接続されている。入力端子切り替えスイッチ１１により空き端子３ａを選択することで、空き端子３ａを第２入力端子として用いることができる。一方、入力端子切り替えスイッチ１１により空き端子３ｂを選択することで、空き端子３ｂを第２入力端子として用いることができる。

図１１のAD変換装置２２においても、実施例５と同様、第２入力端子の機能の切り替えが不要であるため、オープン故障の判断時間を短くでき、より早期にオープン故障を検出できる。

実施例１のAD変換装置１の構成図である。 実施例１のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のオープン故障判定ロジックを示す第１端子電圧と第２端子電圧のタイムチャートである。 実施例１のオープン故障判断作用を示す第１端子電圧と第２端子電圧のタイムチャートである。 実施例２のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２のオープン故障判断作用を示す第１端子電圧と第２端子電圧のタイムチャートである。 実施例３のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートである。 実施例４のAD変換装置１で実行されるオープン故障判断処理の流れを示すフローチャートである。 実施例５のAD変換装置２０の構成図である。 実施例５のオープン故障判断時間短縮作用を示す第１端子電圧と第２端子電圧のタイムチャートである。 他の実施例のAD変換装置２２の構成図である。

符号の説明

GND グランド（固定電位）
１ AD変換装置
２ 第１入出力ポート（第１入力端子）
３ 第２入出力ポート（第２入力端子）
４ 電源ポート
５ AD変換器
６ 故障判断部
７ センサ素子（アナログ電圧源）
８ 外付けコンデンサ
９ 電源電圧（固定電位）
１０ 信号入力ライン
１１ 入力端子切り替えスイッチ
１２ サンプリングスイッチ
１３ サンプリングコンデンサ
１４ 比較器
１５ H/L切り替えスイッチ

Claims (12)

1. アナログ電圧源と外付けコンデンサを介して接続された第１入力端子と、
   入力信号をAD変換するAD変換器と、
   を有するAD変換装置において、
   前記AD変換器は、入力信号によりサンプリングコンデンサを充電し、充電された電圧値に基づいてAD変換を行い、
   前記第１入力端子の電圧値を変動させて前記入力信号をAD変換したときの前記AD変換器の出力値に基づいて、前記外付けコンデンサの信号入力側に発生したオープン故障を判断する故障判断部を備え、
   前記故障判断部は、前記第１入力端子からの信号をAD変換する前に前記サンプリングコンデンサを充電または放電することにより、前記第１入力端子の電圧値を変動させ、前記変動した電圧値の変動量に基づいて前記オープン故障を判断することを特徴とするAD変換装置。
2. 請求項１に記載のAD変換装置において、
   前記AD変換器は、アナログ電圧源と接続されていない第２入力端子を有し、
   前記故障判断部は、前記第２入力端子に所定電圧値を供給した後に前記第２入力端子からの信号をAD変換することにより、前記サンプリングコンデンサを充電または放電することを特徴とするAD変換装置。
3. 請求項２に記載のAD変換装置において、
   前記故障判断部は、前記第２入力端子の機能を入出力ポートに切り替えて固定電位と接続した後、その機能をアナログ入力端子に戻して前記第２入力端子からの信号をAD変換することを特徴とするAD変換装置。
4. 請求項２に記載のAD変換装置において、
   前記第２入力端子を、固定電位と常時接続したことを特徴とするAD変換装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のAD変換装置において、
   前記故障判断部は、前記第１入力端子からの信号と前記第２入力端子からの信号を交互にAD変換し、前記第１入力端子からの信号をAD変換したときの前記AD変換器の出力値の初期値からの変動量が故障判断閾値以上となった場合に前記オープン故障と判断することを特徴とするAD変換装置。
6. 請求項５に記載のAD変換装置において、
   前記故障判断部は、前記出力値の初期値が小さいときは、大きいときよりも前記故障判断閾値をより小さな値に設定することを特徴とするAD変換装置。
7. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のAD変換装置において、
   前記故障判断部は、前記第１入力端子からの信号と前記第２入力端子からの信号を交互にAD変換し、前記第１入力端子からの信号をAD変換したときの前記AD変換器の出力値が前記アナログ電圧源の出力可能電圧範囲から外れた場合に前記オープン故障と判断することを特徴とするAD変換装置。
8. 請求項７に記載のAD変換装置において、
   前記故障判断部は、前記出力値の初期値が小さいときは、大きいときよりも前記出力可能電圧範囲をより狭くすることを特徴とするAD変換装置。
9. 請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載のAD変換装置において、
   前記故障判断部は、前記出力値の前回値との差分が前記オープン故障発生時に予測される前記第１入力端子の電圧変動量である予測変動量を超えた場合、または前記電圧値の変動方向が前記予測変動量の変動方向と反対方向である場合には、前記オープン故障なしと判断することを特徴とするAD変換装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のAD変換装置において、
    前記故障判断部は、前記オープン故障と複数回判断した場合、当該オープン故障と確定することを特徴とするAD変換装置。
11. アナログ電圧源と外付けコンデンサを介して接続された第１入力端子に入力された信号をAD変換器によりAD変換するAD変換装置において、
    前記第１入力端子の電圧値を一定の割合で変動させながら前記入力信号を繰り返しAD変換したときの前記AD変換器の出力値の変動量が、前記第１入力端子の電圧値の変動量と対応している場合、前記外付けコンデンサの信号入力側にオープン故障が発生していると判断することを特徴とするAD変換装置。
12. アナログ電圧源と外付けコンデンサを介して接続された第１入力端子に入力された信号をAD変換器によりAD変換するAD変換装置の故障検出方法において、
    前記第１入力端子の電圧値を一定の割合で変動させながら前記入力信号を繰り返しAD変換し、
    前記AD変換器の出力値の変動量が、前記第１入力端子の電圧値の変動量と対応している場合、前記外付けコンデンサの信号入力側にオープン故障が発生していると判断することを特徴とするAD変換装置の故障検出方法。

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