JP6301859B2

JP6301859B2 - センサユニットとホスト装置およびそのデータ通信方法

Info

Publication number: JP6301859B2
Application number: JP2015039682A
Authority: JP
Inventors: 信幸新地; 慈明篠原
Original assignee: Kohshin Electric Corp
Current assignee: Kohshin Electric Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-02-28
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-02-28
Also published as: JP2015195007A; US10499122B2; US20150281808A1

Description

本発明は、センサシステムに関し、特に相互に通信する必要のあるセンサユニット（下
部またはサブ装置）とホスト装置（上位装置）により構成されるセンサシステムおよびセ
ンサシステムのセンサユニットとホスト装置ならびにこれら装置間のデータ通信方法に関
する。

センサユニットは、各種被検出体の物理量（温度、電流、圧力、歪等）の検出に広く使
用されている。例えば、乗用車等の車両にあっては、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を採
用して各部の動作の効率化および高信頼性化のために電子的に制御するのが一般的である
。すなわち、車両のエンジンの燃料噴射、点火、シリンダの内部圧力等のタイミングのみ
ならずドアの開閉やバックミラーの開閉および角度調整等の各種制御を電子的に行ってい
る。

このような電子制御にあっては、ＭＰＵからの指令またはコマンドが出力されると、被
制御部であるモータ等に所定の電気信号が正常に供給されたかまたは動作異常の有無を検
出して、ＭＰＵにフィードバックして動作確認をする必要がある。その目的のために、車
両等には種々の被検出体である導体に流れる電流の大きさやその動作に影響する各部の温
度等の物理量を検出する複数のセンサユニットが使用される。

一般に、センサユニットは半導体集積回路（ＩＣ）技術により、電流、温度および圧力
等を検出するセンサ（例えばホール素子）を電子回路と一体的に製造され、価格の低減お
よび信頼性の改善を図っている。さらに、センサユニットの小型高密度化のためには、動
作電圧の低電圧化および外部との接続に使用されるＩＣの端子数低減のために３端子構造
（すなわち、電源端子、接地端子および信号出力端子）のみに最小限化するのが望ましい
。また、センサユニットは、電源を内蔵することなく、電源端子を介して外部から動作電
圧が供給されるのが一般的である。

例えばホール素子等のセンサは、殆ど例外なく温度、圧力および歪等の外部条件の影響
を受けるのみならず稼働時間による経時変化（すなわちエージング）を有する。特に、Ｉ
Ｃにより一体形成されたセンサは、複数の素子が高密度に配置・形成されているので、こ
れら外部条件の影響や経時変化が大きい。また、個々のセンサの不均一性（またはバラツ
キ）や非線形歪が大きい。これらの影響を最小限化してセンサユニットから安定した検出
信号を出力するためには、センサユニット内部に補正または校正手段を設けるとともにメ
モリ（例えば、不揮発性メモリ）に予め記憶された補正データで、センサの検出出力を適
宜校正する必要がある。

センサおよび不揮発性メモリ等を含むＩＣ化されたセンサユニットの不揮発性メモリに
外部のホスト装置からデータを書き込み、または読み出す技術が提案されている。供給電
圧端子に通常の動作電圧（例えば、＋５Ｖ）よりも十分に高い電圧レベル（例えば、＋８
Ｖ）を印加して、ＩＣをパラメータ化する集積回路をパラメータ化するための方法および
そのための集積回路配置構成を開示している（例えば、下記の特許文献１および特許文献
２参照）。動作電圧を供給する電源端子に外部からトリガーパルスを電源電圧に重畳して
入力し、出力端子から出力されるアナログ出力信号に重畳されたデータを検出器で検出す
るコンポーネント通信回路および方法を開示している（例えば、下記の特許文献３参照）
。また、電源端子、接地端子および出力端子を有し、付加的な端子からのコントロール信
号により出力端子からアナログ信号およびコマンドを選択的に出力可能にする混合信号単
一ワイヤより成るＩＣおよびその動作方法を開示している（例えば、下記の特許文献４参
照）。さらに、センサ、信号プロセッサ、プロセッサに入力する補正データを記憶するデ
ータストレージを含み、電源端子、接地端子および出力端子の３端子を有し、出力端子か
らセンサの出力信号とともに出力端子を介してデータストレージへの校正データを書き込
み可能にする信号校正装置および方法を開示している（例えば、下記の特許文献５参照）
。

また、電源供給ラインおよび出力端子を有し、出力端子以外のパスを介してプログラミ
ングモード等の条件付けする内蔵テスト手段を備えた慣性速度センサおよび方法が開示さ
れている（例えば、下記の特許文献６参照）。電源端子、接地端子および出力端子の３端
子構造で、出力端子に入力される電圧を変化させて通常動作とトリミング動作状態に移行
させるセンサ回路が開示されている（例えば、下記の特許文献７参照）。

米国特許第６９６８４８４号公報日本特許第４５９８２０６号公報米国特許第７９８２４８３号公報米国特許第７５８６４３０号公報米国特許第５８０５４６６号公報日本特許第４３０９０８２号公報日本特許第４２４４８８６号公報

しかし、上述した従来技術は、次のような課題を有している。すなわち、電源端子に供
給する電源電圧を通常動作電圧よりも十分に高い電圧に切り替え制御するには、ＩＣを高
い耐電圧に設計する必要があるので、センサユニットの高密度化（または小型化）および
低価格化が困難である。また、電源電圧の電圧レベルによって動作モードやデータを検出
するには、電源電圧に含まれるノイズ等による誤動作を生じる虞があるので、高信頼性の
動作を期待することが困難である。さらに、電源端子および出力端子のような複数の端子
を介して信号やデータを送受信すると回路構成が複雑になる。さらに、電源端子、接地端
子および出力端子の３端子以外の制御端子を付加すると、ＩＣの高密度化および低価格化
が著しく困難である。

本発明は、従来技術の上述した種々の課題を解決するために考えられたものであって、
簡単、小型かつ安価な構成で、しかも高信頼性で動作するセンサユニット、それと使用さ
れるホスト装置、これらセンサユニットとホスト装置により構成される改良されたセンサ
システムならびにセンサユニットおよびホスト装置間のデータ通信方法を提供することを
目的とする。

上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、本発明のセンサユニ
ットは、次のような特徴的な構成を採用している。すなわち、センサを含み、外部から電
源電圧を供給する電源端子、接地端子およびセンサの検出信号を出力する信号出力端子を
備える３端子構造のＩＣ化されたセンサユニットであって、電源端子から供給される電源
電圧をオンオフして外部から供給される情報を受信する受信手段と、電源端子の電源電圧
を整流して受信手段の動作電源電圧を得る整流回路とを備えることを特徴とする。
ここで、整流回路は、オンオフする電源電圧のオフ期間より長い時定数を有する平滑回
路（フィルタ）を備えている。オンオフされる電源電圧の最大値は、センサユニットの通
常動作電圧と等しい。また、受信手段で受信した情報を記憶する不揮発性メモリをさらに
備えている。電源電圧のオンオフは、電源端子および接地端子に接続された外部のホスト
装置により行う。電源電圧をオンオフして外部からセンサユニットへの情報の送信は、電
源電圧のオンオフ期間（パルス幅）を、送信される情報の「０」および「１」に応じて変
化させてデジタル的に行う。「０」および「１」に対応するオンオフする電源電圧のパル
ス幅を規定する情報を予め外部からセンサユニットへ送信する。センサの検出出力を不揮
発性メモリのデータに基づいて補正して校正された検出信号を信号出力端子から出力する
校正部をさらに備えている。さらに、電源端子から電源電圧を供給する電源の負荷電流を
変化させる電流源を備え、外部からの要求により不揮発性メモリに記憶されたデータを外
部へ送信する。

また、本発明のセンサユニットは、次のような特徴的な構成を採用している。すなわち
、センサ、このセンサの検出出力を補正して校正された検出信号を出力する校正部、デー
タ検出部および不揮発性メモリを含み、電源端子、接地端子および信号出力端子を有する
３端子構造のＩＣ化されたセンサユニットであって、電源端子に外部から供給される電源
電圧のオンオフ脈動を整流する整流回路および電源端子に電源電圧を外部から供給する電
源の負荷電流を変化させる電流源を備え、整流回路は整流された電圧をデータ検出部に動
作電圧として供給し、データ検出部は電源電圧のオンオフにより外部から送信されるデー
タを検出し、電流源は外部からの要求により不揮発性メモリに記憶されたデータに基づい
て電源の負荷電流を変化させて外部へ送信することを特徴とする。
ここで、外部から電源端子へ供給されるオンオフする電源電圧のオン時の最大電圧は、
オンオフしない通常動作時の電源電圧と等しい。外部からセンサユニットへのデータの送
信は、送信するデータの「０」および「１」により電源電圧のオンオフ期間（パルス幅）
を変化させて行う。

一方、本発明のホスト装置は、上述したセンサユニットの電源端子および接地端子に接
続され、センサユニットの初期設定や保守を行う装置であって、次のような特徴的な構成
を採用している。すなわち、センサユニットの電源端子を介して動作電源電圧を供給する
電源と、この電源からの電源電圧をオンオフする電源オンオフ手段と、センサユニットに
よる電源の負荷電流の変化を検出する電流検出部と、この電流検出部で検出した負荷電流
の変化をデジタルデータに変換してデータを検出するデータ検出部とを備えている。
ここで、ホスト装置の電源オンオフ手段は、電源電圧のオンオフ期間（パルス幅）を制
御してセンサユニットへコマンドやデータを送信する。また、複数個のセンサユニットの
信号出力端子を接続する複数の信号端子および複数のセンサユニットを選択する選択手段
を備えている。

さらに、本発明のセンサシステムは、次のような特徴的な構成を採用している。すなわ
ち、センサ装置は、上述したセンサユニットと上述したホスト装置とを備え、ホスト装置
を必要に応じてセンサユニットの電源端子および接地端子に接続し、ホスト装置とセンサ
ユニット間で情報の送信を行うことを特徴とする。
ここで、複数のセンサユニットをホスト装置に同時に接続し、これら複数のセンサユニ
ットを順次選択して動作させる。

さらにまた、本発明によるセンサユニットおよびホスト装置間のデータ通信方法は、次
のような特徴的な構成を採用している。すなわち、センサを含み、電源端子、接地端子お
よび信号出力端子を有する３端子構造のＩＣ化されたセンサユニットと、このセンサユニ
ットの電源端子および接地端子に接続され、センサユニットに電源端子を介して電源電圧
を供給する電源を有するホスト装置とを備えるセンサユニットおよびホスト装置間のデー
タ通信を行うデータ通信方法であって、ホスト装置からセンサユニットへ、電源端子を介
して供給されるホスト装置の電源をオンオフしてコマンドやデータを送信し、センサユニ
ットからホスト装置へ、電源端子を介してホスト装置の電源の負荷電流を変化させてデー
タを送信することを特徴とする。
ここで、センサユニットは、ホスト装置から供給される電源のオンオフによる脈動を整
流してセンサユニットのデータ検出部の動作電源電圧を得る。また、上述した電源のオン
オフによるコマンドやデータの送信に先行して電源を所定回数オンオフし、センサユニッ
トによるコマンドやデータの受信に備える。さらに、上述したホスト装置からおよびセン
サユニット間の電源のオンオフまたは電源負荷電流の変化によるデータの送信は、電源電
圧のオンオフ幅（パルス幅）または電源の負荷電流の変化幅により行う。また、ホスト装
置には複数個のセンサユニットを接続し、ホスト装置によりセンサユニットを順次選択し
て通信する。

本発明のセンサユニットによると、電源を内蔵せず、最小限の３端子（電源端子、接地
端子および信号出力端子）構造であり、しかも電源端子に印加する電源電圧は何れの動作
モードにおいても、その通常動作電圧（例えば、＋５Ｖ）を超えることがないので、安価
かつ小型高密度のＩＣ化が可能である。また、外部との通信時には、電源電圧をオンオフ
するにも拘らず、整流回路により脈動する電源電圧を整流平滑してデータ検出部の動作電
圧を得ることにより、正常なデータ検出動作が可能である。

本発明のホスト装置は、電源端子から供給する電源電圧をオンオフすることによりセン
サユニットと通信するので、一般に電源に不可避的に含まれるノイズ等の影響や誤動作を
効果的に回避可能である。さらに、電源電圧の単なるオンオフのみならず、オンオフ期間
（オンオフパルス幅）を制御してデータ送信することにより、ノイズ等の影響を受けるこ
となく一層確実かつ高信頼性の動作が可能である。

また、センサユニットからホスト装置へのデータ送信は、センサユニット内の電流源に
よりホスト装置の電源の負荷電流を変化させ、この負荷電流の変化をホスト装置内の電流
検出部で検出するので、電源端子のみを介してセンサユニットからホスト装置へ簡単かつ
確実な通信動作が可能である。すなわち、必要に応じて、電源端子を介して外部（ホスト
装置）からセンサユニットへのデータ送信のみならず、センサユニットから外部（ホスト
装置）へ双方向のデータ通信が可能である。

さらに、ホスト装置には、必要に応じて複数のセンサユニットを同時に接続して、これ
らのセンサユニットを順次選択することにより、センサユニットの初期化や更新その他の
作業を効率的に行うことが可能である。その結果、作業効率を大幅に改善し、センサユニ
ットを低価格で量産するとともに効率的な保守管理が可能である。

本発明によるセンサシステムを構成する本発明によるセンサユニットおよびホスト装置の基本構成を示す機能ブロック図である。図１に示すセンサユニットの好適な実施形態における一部の詳細構成を示す図である。ホスト装置に複数のセンサユニットを同時に接続可能にする本発明によるセンサシステムのブロック図である。本発明によるホスト装置の好適な実施形態の詳細図である。本発明によるセンサシステムの動作、すなわちセンサユニットおよびホスト装置間のデータ通信方法を説明するタイミングチャートであり、（Ａ）は通常動作モード時の電源投入後の動作を示し、（Ｂ）は通信モード時の電源投入波形と内部動作を示し、（Ｃ）は通信モード時の１フレームデータの１例を示す。

以下、本発明によるセンサユニット、それとともに使用されるホスト装置およびこれら
センサユニットとホスト装置により構成されるセンサシステムならびにセンサユニットと
ホスト装置間のデータ通信方法の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する
。しかし、ここに開示する実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定
するものではないことに留意されたい。

先ず、図１は、本発明によるセンサユニットおよびこれに接続されて協働するホスト装
置により構成される本発明によるセンサシステムの基本構成を示す機能ブロック図である
。センサユニット１００は、被検出体（例えば、車両）内部の適当な位置に、好ましくは
取り外し可能に実装されまたは組み込まれ、その物理量（例えば、制御信号導体中を流れ
る電流）を検出する。ホスト装置２００は、センサユニット１００の被検出体への実装に
先立ち、センサユニット１００に接続され、必要なデータの入力や検出出力の確認等の初
期化を行う。また、センサユニット１００を、保守、更新その他の目的で被検出体から取
り外した際に、ホスト装置２００をセンサユニット１００に接続してその動作チェック等
を行う。

先ず、センサユニット１００の構成について説明する。センサユニット１００は、好ま
しくは半導体集積回路（ＩＣ）技術により一体形成され、外部機器との接続のために必要
最小限の３端子構造、すなわち電源端子１０１、接地端子１０２および信号出力端子１０
３を有する。このセンサユニット１００は、センサ１１０、増幅器１１１、校正部１１２
、不揮発性メモリ１２０、コントローラ１３０、データ検出部１４０、Ｄ／Ａ変換部１５
０、電流源１６０および整流回路１７０を備えている。

次に、センサユニット１００を構成する上述した各構成要素１１０〜１７０の主要機能
を説明する。センサ１１０は、被検出体の物理量を検出する素子であり、例えば磁界強度
または磁束を検出するホール素子、温度を検出する温度センサ、圧力を検出する圧力セン
サ、歪や応力を検出する歪センサ等である。増幅器１１１は、センサ１１０が検出した微
小検出信号を所望の大きさに増幅する。校正部１１２は、増幅器１１１からの信号を、周
囲温度、エージング特性（稼動時間による特性変化）、非直線歪特性等に基づいて校正し
て正確な物理量を求め、信号出力端子１０３から出力する。

不揮発性メモリ１２０は、センサユニット１００が使用するセンサ１１０の諸特性デー
タ、例えば製造年月、製造番号、経年変化（エージング）特性、温度特性等の必要なデー
タを記憶する。データ検出部１４０は、電源端子１０１を介して外部機器であるホスト装
置２００から入力されるコマンドやデータを検出する。コントローラ１３０は、不揮発性
メモリ１２０およびデータ検出部１４０間に設けられ、データ検出部１４０が検出したコ
マンドにより検出データを不揮発性メモリ１２０に書き込みまたは不揮発性メモリ１２０
に記憶された所定のデータをＤ／Ａ変換部１５０に出力し、また電流源１６０の動作（例
えば、オンオフ）を制御する。整流回路１７０は、ホスト装置２００から電源端子１０１
を介して供給される電源電圧のオンオフによる脈動を整流してデータ検出部１４０に動作
電圧を供給する。

次に、センサユニット１００の全体動作を説明する。センサユニット１００は、必要時
に後述するホスト装置２００に接続され、電源端子１０１（および接地端子１０２）を介
して必要な動作電源圧の供給を受ける。供給された電源電圧は、センサ１１０、増幅器１
１１、校正部１１２、不揮発性メモリ１２０、コントローラ１３０、Ｄ／Ａ変換部１５０
、電流源１６０および゛整流回路１７０の動作電源電圧として供給される。後述するよう
に、ホスト装置２００の電源からの電源電圧が所定のオンオフ（脈動）をすると、整流回
路１７０はデータ検出部１４０が必要とする整流平滑された一定の動作電源電圧を供給し
て、ホスト装置２００から電源電圧のオンオフ脈動により送信されるコマンドおよびデー
タを検出する。

データ検出部１４０で検出されたコマンドおよびデータにより、コントローラ１３０は
、不揮発性メモリ１２０へデータの書き込みまたはこれに書き込まれた所定のデータを読
み出して、Ｄ／Ａ変換部１５０や電流源１６０に出力する。例えばセンサ１１０が電流（
磁束）を検出するホール素子である場合には、校正部１１２は、不揮発性メモリ１２０に
記憶されたデータのうち、このセンサ１１０の稼動時間や（図示しないが内蔵された温度
センサで検出された）周囲温度等に対応する所定の校正データにより増幅器１１１のアナ
ログ出力を校正して正確な検出信号を信号出力端子１０３から外部へ出力可能にする。な
お、センサ１１０の稼働時間情報は、内蔵するタイマ、例えば図２を参照して後述するク
ロックによる経過時間に基づいて得られる。

なお、図１に基づき上述した実施形態では、センサ１１０の出力は、不揮発性メモリ１
２０から読み出されたデータをＤ／Ａ変換部１５０でアナログ信号に変換して校正部１１
２で、アナログ的に校正している。しかし、センサ１１０の出力をＡ／Ｄ変換部でデジタ
ル信号に変換した場合には、不揮発性メモリ１２０から読み出したデジタルデータにより
デジタル的に校正することも可能である。その場合には、Ｄ／Ａ変換部１５０は不要にな
る。

また、電流源１６０は、上述のごとくホスト装置２００から電源端子１０１を介して送
信されるコマンドに基づいて、コントローラ１３０から読み出されたデータにより動作制
御され、電源端子１０１にホスト装置２００から電源電圧が供給される電源の負荷電流を
変化させる。ホスト装置２００は、この電源の負荷電流の変化を検出することにより、不
揮発性メモリ１２０に記憶されたデータ、例えばセンサ１１０の製造番号、稼動時間その
他の情報を取得可能にする。

ここで注目すべきは、ホスト装置２００からセンサユニット１００に供給される動作電
源電圧は、一定の通常動作電圧（例えば、＋５Ｖ）であり、センサユニット１００との通
信時にのみ、その電源電圧をオンオフ脈動させることである。また、センサユニット１０
０は、電源端子１０１を介して電源の負荷電流を変化させることによりホスト装置２００
と通信、すなわち不揮発性メモリ１２０に記憶されたデータをホスト装置２００へ送信す
ることである。換言すると、センサユニット１００とホスト装置２００は、電源端子１０
１のみを介して（ホスト装置２００からセンサユニット１００へは電源電圧のオンオフに
より、センサユニット１００からホスト装置２００へは電源の負荷電流の変化により）相
互に通信、すなわちコマンドやデータの送受信（双方向通信）が可能である。さらに、後
述するように、電源端子１０１からセンサユニット１００に供給されるホスト装置２００
の動作電源電圧の（電圧レベルではなく）オンオフ期間、すなわちパルス幅の変化に基づ
いてデータ検出部１４０でデータ検出することにより、動作の信頼性、安定性が大幅に改
善できる。一般に、電源電圧は種々の条件により不可避的に変動し、かつノイズを含んで
いるが、電源電圧のオンオフパルス幅の変動は、高精度に制御可能であるからである。同
様に、電流源１６０による電源の負荷電流の変動幅（例えば、オンオフパルス幅）も高精
度に制御可能である。

さらに、図２を参照して後述するように、本発明のセンサユニット１００のデータ検出
部１４０は、電源端子１０１に供給される電源電圧を整流する整流回路１７０から電源バ
ス１７４に出力される電圧で駆動される。この整流回路１７０のダイオード１７１は、電
源端子１０１の電源電圧が脈動するときオンとなり、キャパシタ１７２を充電する。この
キャパシタ１７２は、電源端子１０１の電源電圧のオン期間中に充電され、オフ期間中に
放電する。また、ダイオード１７１は、キャパシタ１７２の充電電圧が電源端子１０１側
へ逆流するのを阻止する。キャパシタ１７２の充電電圧は、レギュレータ１７３により安
定化されて電源バス１７４からデータ検出部１４０の動作電源電圧として供給される。電
源端子１０１から供給される電源電圧が一定である通常動作時には、キャパシタ１７２は
ダイオード１７１を介してその電圧と略等しい電圧に充電される。ＯＳＣ１８０は電源端
子１０１の電源電圧の変動周期を観測しているので、電源電圧が一定時間以上脈動しない
とデータ検出部１４０をパワーダウンすることが可能である。データ検出部１４０は、一
度パワーダウンすると、電源を一定時間以上オフにし、整流回路１７０のキャパシタ１７
２が放電するのを待ち、その後に電源投入すると、ＰＯＲ（パワーオンリセット）１８１
によりデータ検出部１４０が初期化（リセット）され、電源電圧のオンオフ脈動（具体的
にはそのオフ期間）を監視する。これにより、データ検出部１４０の動作を確実にする。

次に、センサユニット１００に適宜接続され、これと協働してセンサシステム３００を
形成するホスト装置２００について説明する。このホスト装置２００は、電源端子２０１
、接地端子２０２および出力信号端子２０３を有する。また、このホスト装置２００は、
電源２１０、電源電圧のオンオフ手段２２０、電流検出部２３０、データ検出部２４０お
よび電源オンオフ手段２２０の動作を制御するコントローラ２５０を主要構成要素として
いる。

ホスト装置２００の各構成要素２１０〜２５０の主要機能を説明する。電源（電池）２
１０は、ホスト装置２００の各部が必要とする動作電源電圧を供給するとともにオンオフ
手段２２０を介して電源端子２０１に接続され、上述したセンサユニット１００が必要と
する動作電源電圧を供給する。また、電流検出部２３０は、好ましくは電源２１０とオン
オフ手段２２０との間に設けられ、電源２１０の負荷電流の変化を検出する。データ検出
部２４０は、電流検出部２３０に接続され、上述したセンサユニット１００の電流源１６
０による電源２１０の負荷電流の変化（脈動）に基づいてデータを検出する。コントロー
ラ２５０は、電源オンオフ手段２２０に接続され、センサユニット１００に送信したいコ
マンドやデータに基づいてホスト装置２００の電源端子２０１からセンサユニット１００
の電源端子１０１を介してセンサユニット１００に供給される電源電圧のオンオフ動作を
制御する。

上述した構成により、センサユニット１００の出荷または被検出体への実装または取り
付けの前に、センサユニット１００が必要とする各種データを電源端子２０１および１０
１を介してシリアルデータとしてホスト装置２００からセンサユニット１００に送信する
。この送信されたコマンドやデータに基づいて、不揮発性メモリ１２０に書き込みまたは
読み出すことが可能である。

ホスト装置２００は、センサユニット１００の上述した初期設定時のみならずその保守
その他の必要時にセンサユニット１００と適宜接続される。その際には、上述したように
センサユニット１００と通信して、それに内蔵されたセンサ１１０の特定または識別に必
要なデータ、例えばその製造番号（シリアルナンバー）やその稼動時間等の情報を電流検
出部２３０およびデータ検出部２４０を介して取得することが可能である。

ここで、センサユニット１００を被検出体（例えば、車両）の所定位置に実装または取
り付けた場合には、その被検出体に内蔵される電源から所定の電源電圧（例えば、＋５Ｖ
）が電源端子１０１を介して供給される。これにより、センサユニット１００は、所定の
検出動作を行う。

本発明のセンサシステム３００は、上述した構成および動作を有するセンサユニット１
００およびホスト装置２００により構成されている。そして、センサユニット１００の電
源端子１０１、接地端子１０２および信号出力端子１０３をそれぞれホスト装置２００の
電源端子２０１、接地端子２０２および信号出力端子２０３に、例えばコネクタ付き接続
ケーブル（不図示）で相互接続する。

次に、図２を参照して、本発明によるセンサユニット１００の好適な実施形態を詳細に
説明する。図２は本発明によるセンサユニット１００の一部であるデータ検出部１４０お
よび整流回路１７０を含む部分の好適な実施形態を具体的に示している。

図２において、データ検出部１４０は、電源端子１０１と接地端子１０２との間に接続
された抵抗分圧器１４１、１４２、Ｄフリップフロップ回路（ＤＦＦ）１４３、シリアル
コマンド検出部１４４およびレジスタ１４５により構成されている。一方、整流回路１７
０は、ダイオード１７１、キャパシタ１７２およびレギュレータ１７３により構成され、
レギュレータ１７３により安定化された出力電圧は、電源バス１７４に出力される。図２
中には、データ検出部１４０の動作に必要なクロック発生器（ＯＳＣ）１８０およびＰＯ
Ｒ（パワーオンリセット）１８１をさらに含んでいる。なお、図１のセンサユニット１０
０は、データ検出部１４０のＯＳＣ１８０およびＰＯＲ１８１と同様のＯＳＣおよびＰＯ
Ｒを含み、図５を参照して後述するセンサユニット１００の全体動作の制御を行っている
。

図２に示す整流回路１７０およびデータ検出部１４０の動作を説明する。外部機器であ
るホスト装置２００から電源端子１０１を介して供給される電源電圧のオンオフによる脈
動を、ダイオード１７１で整流してキャパシタ１７２を充電する。このキャパシタ１７２
の充電電圧は、リップルを含むので、レギュレータ１７３により一層安定化して電源バス
１７４に出力する。この整流回路１７０は、電源端子１０１から供給される電源電圧を脈
動（パルス化）してコマンドやデータを送信中、特にそのオフ期間でもデータ検出部１４
０の動作電源電圧を得て、電源バス１７４に出力すれば足りるので、キャパシタ１７２は
、例えば約２００ｐＦの小さい静電容量を有すればよい。そこで、このキャパシタ１７２
はセンサユニット１００の他の構成要素とともに一体的にＩＣ化が可能である。

レギュレータ１７３は、例えば抵抗分圧器とキャパシタによるフィルタ（濾波器）で形成
される。本発明の好適な実施形態において、電源端子１０１に供給される通常動作電圧が
＋５Ｖの場合には、レギュレータ１７３から電源バス１７４に、例えば約＋２Ｖの安定し
た電圧が出力される。電流源１６０は、例えば電源端子１０１および接地端子１０２間に
電子スイッチを介して適当な（例えば、１ＫΩの）抵抗を接続して構成可能である。この
レギュレータ１７３を含む整流回路１７０を設けることにより、電源端子１０１を介して
外部から供給される電源電圧のオンオフ脈動にも拘らず、外部（ホスト装置２００）から
センサユニット１００へのコマンドやデータの送信を可能にすることに注目されたい。

次に、図２中のデータ検出部１４０の詳細構成および動作について説明する。電源端子
１０１の電圧を抵抗分圧器１４１、１４２にて適当な振幅に分圧してＤＦＦ１４３のＤ端
子に入力する。ＤＦＦ１４３のクロック端子には、ＯＳＣ１８０からクロック信号が入力
され、リセット（ＲＳＴ）端子には、ＰＯＲ１８１からリセット信号が入力される。ＤＦ
Ｆ１４３のＱ出力端子の出力信号、ＯＳＣ１８０からのクロック信号およびＲＳＴ１８１
からのリセット信号をシリアルコマンド検出部１４４に入力する。そしてシリアルコマン
ド検出部１４４の出力、ＯＳＣ１８０からのクロック信号およびＰＯＲ（パワーオンリセ
ット）１８１からのリセット信号をレジスタ１４５に入力する。

図２に示すように構成されたデータ検出部１４０は、電源端子１０１から供給される電
源電圧の脈動を検出すると、抵抗分圧器１４１、１４２を介して所望の振幅に分圧してＤ
ＦＦ１４３で検出される。そして、ＯＳＣ１８０からのクロック信号に基づいてシリアル
コマンド検出部１４４において外部機器であるホスト装置２００から送信されるコマンド
やデータを検出する。シリアルコマンド検出部１４４によるデータの検出は、脈動する電
源電圧のパルス幅に基づいて判定検出するのが好ましい。シリアルコマンド検出部１４４
で検出されたコマンドやデータは、順次レジスタ１４５に入力され、コマンドの内容に応
じて不揮発性メモリ１２０に入力されまたはその特定アドレスに記憶されたデータの変更
または削除を行う。また、ＤＦＦ１４３、シリアルコマンド検出部１４４およびレジスタ
１４５は、外部機器のパワーオン時に、ＰＯＲ１８１からのリセット信号によりリセット
される。なお、電源電圧のオンオフ期間（特に、オフ期間のパルス幅）の判定基準または
しきい値は、送信されるコマンドやデータの「０」および「１」に応じて、予めホスト装
置２００からセンサユニット１００へ送信されるのが好ましい。この判定基準の典型例は
、オンオフする電源電圧のパルス幅（すなわちオフ期間）が１５０μＳであり、「０」お
よび「１」に対応するパルス幅がそれぞれ１００μＳおよび２００μＳである。これによ
り、ホスト装置２００からセンサユニット１００に送信されるデータを確実に受信可能に
する。

次に、図３は、本発明によるセンサシステムの他の実施形態を示す。図３に示すセンサ
システム３００Ａは、図１に示すセンサシステム３００に類似するが、ホスト装置２００
と複数のセンサユニット１００Ａ〜１００Ｄにより構成されている点で相違する。各セン
サユニット１００Ａ〜１００Ｄは、図１および図２を参照して上述したセンサユニット１
００と同じであってもよい。また、ホスト装置２００は、説明の便宜上、一部の構成要素
の具体的構成を示すとともに他の構成要素を省略している。

各センサユニット１００Ａ〜１００Ｄは、電源端子１０１、接地端子１０２および信号
出力端子１０３を有する３端子構造である、そして、各センサユニット１００Ａ〜１００
Ｄの電源端子１０１は、ホスト装置２００の電源端子２０１に共通接続され、接地端子１
０２も同様にホスト装置２００の接地端子２０２に共通接続されている。一方、センサユ
ニット１００Ａ〜１００Ｄの信号出力端子１０３は、ホスト装置２００に形成された複数
の信号出力端子２０３Ａ〜２０３Ｄにそれぞれ接続されている。

図３に示すホスト装置２００の電源は、電池２１０で代表している。電流検出部２３０
は、オペアンプ２３１、電流検出抵抗２３２および電流計測部２３３により構成されてい
る。また、電源オンオフ手段２２０は、コントローラ２５０によりオンオフ制御されるス
イッチ２２１で代表されている。

電源２１０は、オペアンプ２３１の非反転入力端子に接続され、所望の低抵抗値を有す
る電流検出抵抗２３２は、オペアンプ２３１の出力端子に直列接続されている。また、オ
ペアンプ２３１の反転入力端子は、電流検出抵抗２３２の出力側、すなわちオペアンプ２
３２の出力端子から遠い端に接続されている。そして、この電流検出抵抗２３２の電圧降
下、すなわち両端電圧を電流計測部２３３で計測する。

好適な実施例では、電池２１０の端子電圧は５Ｖであり、この電圧を電流検出抵抗２３
２の出力端に出力する。特定の実施例では、電流検出抵抗２３２の抵抗値は１５０Ωであ
り、センサユニット１００の通常動作時には、その両端に約３７５ｍＶの電圧降下を生じ
る。この電圧降下は、センサユニット１００からの負荷電流の変化により変動する。電源
オンオフ手段２２０を構成するスイッチ２２１は、通常動作時には、電源端子２０１およ
び１０１を介してセンサユニット１００Ａ〜１００Ｄに通常動作電圧（例えば、＋５Ｖ）
を出力する。しかし、コントローラ２５０の出力によりスイッチ２２１の可動スイッチ接
点が接地位置の場合には、電源端子２０１および１０１は、接地電位となるので、電源電
圧が（例えば、＋５Ｖおよび０Ｖ間で）脈動される。

ホスト装置２００の信号出力端子２０３Ａ〜２０３Ｄに接続されたセンサユニット選択
手段２６０は、複数のセンサユニット１００Ａ〜１００Ｄから１個のセンサユニット（例
えば、１００Ａ）を選択する。そして、残りのセンサユニット（例えば、１００Ｂ〜１０
０Ｄ）の出力を接地する。このセンサユニット選択手段２６０の選択動作により、ホスト
装置２００に接続された複数のセンサユニット１００Ａ〜１００Ｄを所定順序で順次選択
して、上述の如く初期化等の処理を効率的に行う。

次に、図４を参照して、図１および図３に示すセンサシステムを構成するホスト装置２
００の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明は、図１および図３に図示す
るホスト装置との相違点を中心に説明する。このホスト装置２００は、電源端子２０１、
接地端子２０２および４個の信号出力端子２０３Ａ〜２０３Ｄに加えて、書き込みデータ
入力端子２０４、対象アドレス端子２０５、動作指定端子２０６、読み出しデータ端子２
０７およびセンサユニット選択子２０８を有する。

電源オンオフ手段２２０の動作を制御するコントローラ２５０は、メモリ書き込みデー
タ２５１およびオンオフパルス発生部２５２を備えている。データ検出部２４０で検出し
たデータをデータ読み出し端子２０７へ出力するメモリ読出しデータ２４１を有する。ま
た、センサユニット選択手段２６０は、信号出力端子２０３Ａ〜２０３Ｄに接続されたス
イッチを備えている。このセンサユニット選択手段２６０の各スイッチには、センサユニ
ット選択端子２０８に接続されたセンサユニット選択部２６１からの信号により選択制御
される。メモリ書込みデータ２５１には書き込みデータ入力端子２０４からのデータが入
力される。オンオフパルス発生部２５２には、メモリ書込みデータ２５１の出力データ、
対象アドレス端子２０５からのアドレスデータ、動作指定端子２０６からの動作指定デー
タおよびセンサユニット選択端子２０８からのセンサユニット選択データが入力される。
書き込みデータ入力端子２０４、対象アドレス端子２０５、動作指定端子２０６およびセ
ンサユニット選択端子２０８のデータは、オペレータが適当な入力手段（例えば、キーボ
ード等）から入力可能である。読み出しデータ端子２０７から読み出された、選択された
センサユニット１００からのデータは、適当な表示手段等に表示してオペレータとのイン
ターフェースを可能にする。

また、センサユニット選択手段２６０のスイッチには、電源２１０の出力端子にも接続
されている。信号出力端子２０３に電源電圧を印加することにより、複数のセンサユニッ
ト１００Ａ〜１００Ｄのうち希望するセンサユニット（例えば、１００Ａ）を選択するこ
とも可能にする。即ち、センサユニット１００Ａ〜１００Ｄの選択は、パルス列内のＩＤ
（識別データ）で選択する方法と、希望するセンサユニットの出力端子を電源電圧で短絡
（電源電圧を印加）する２通りがある。出力端子を電源に短絡して指定するのは、センサ
ユニット１００内の不揮発性メモリ１２０に保存されているＩＤを使用しない場合で、例
えばセンサユニット１００を設置後にＩＤを指定する場合は、出力端子を電源に短絡し、
センサユニットを指定してから上述した電源ライン通信を使用して不揮発性メモリ１２０
へＩＤを書き込む際に有効である。

次に、本発明によるセンサシステム３００の動作の具体例を図５を参照してさらに詳細
に説明する。図５（Ａ）は、通常動作モード時の電源投入（パワーオン）後の動作を示す
タイミングチャートである。図５（Ｂ）は、通信モード時の電源投入波形と内部動作を示
すタイミングチャートである。また、図５（Ｃ）は、通信モード時の１フレームデータ列
の具体例を示すタイミングチャートである。

図５（Ａ）において、（ａ）はセンサユニット１００の電源端子１０１に供給（印加）
される電源電圧である。（ｂ）は図２に示すＰＯＲ１８１から出力されるパワーオンリセ
ット信号である。（ｃ）は図２に示すＯＳＣ１８０から出力される内部クロック信号であ
る。そして、（ｄ）はセンサユニット１００の動作状態を示す状態図である。

図５（Ａ）のタイミングチャートから明らかなように、時刻Ｔ₀に電源電圧の印加が開始
すると、所定の電圧になるまでに一定の時間を要する。この間の不安定動作を回避するた
めに、時刻Ｔ₁にパワーオンリセット信号を発生し、予め設定された一定期間Ｔ_load動作
を停止する。この動作停止期間は、内部に設けられたタイマ（図示せず）によりＯＳＣ１
８０のクロック信号をカウントすることにより、適宜決定可能であり、好適な実施形態で
は、例えば１ｍＳに設定する。その後、電源電圧が安定する時刻Ｔ₂以後に、センサユニ
ット１００は通常動作に移行する。

次に、図５（Ｂ）を参照して説明する。同図において、（ａ）は電源端子１０１に印加
される電源電圧である。（ｂ）はＰＯＲ１８１からのパワーオンリセット信号である。（
ｃ）はＯＳＣ１８０が出力する内部クロック信号である。（ｄ）はセンサユニット１００
の動作状態図である。

図５（Ｂ）の（ａ）に示すように、ホスト装置２００から電源端子１０１に印加される
電源電圧を複数回オンオフしてコマンドを送信することにより、センサユニット１００は
通信モードに移行する。この通信モード中に、不揮発性メモリ１２０に書き込むべきまた
は書き換えるべきデータを送信する。センサユニット１００が受信したデータは、図２に
示すシリアルコマンド検出部１４４で検出され、レジスタ１４５に書き込まれる。その後
、レジスタ１４５のデータを、不揮発性メモリ１２０の所定のアドレスに書き込む不揮発
性メモリ１２０への書き込み動作期間を経て、センサユニット１００は通常動作に移行す
る。不揮発性メモリ１２０への書き込み期間および通常動作期間中、電源端子１０１に印
加される電源電圧は一定値（例えば、＋５Ｖの通常動作電圧）である。

次に、図５（Ｃ）を参照して通信モード時の動作を説明する。図５において、（ａ）は
ホスト装置２００から電源端子１０１に印加される電源電圧である。（ｂ）はＰＯＲ１８
１からのパワーオンリセット信号である。

センサユニット１００が、図５（Ｂ）を参照して上述した通信モードのとき、ホスト装
置２００からセンサユニット１００への送信の１フレームは、通信開始データ列、ＩＤ列
、コマンド列、アドレス、データおよびフレーム終了により構成される。特定実施形態に
おいて、通信開始データ列はホスト装置２００からセンサユニット１００への通信開始を
知らせるものであり、例えば４ビットである。この通信開始を知らせるデータ列として、
０Ｖ（電源オフの期間）を複数持つことにより、電源ノイズとデータ列の判別精度を改善
することが可能である。ＩＤ列は、ターゲットとなるセンサユニット１００を識別するも
のであり、例えば４ビットである。コマンド列は、例えば２ビットである。この２ビット
のコマンド列により、例えば不揮発性メモリ１２０の読み出し、書き込みおよび消去等の
動作を指定する。アドレスは、例えば８ビットである。データは、例えば１６ビットであ
る。フレーム終了を知らせるデータ列は、例えば４ビットである。

以上、本発明によるセンサユニット、それとともに使用するホスト装置およびこれらに
より構成されるセンサシステムならびにセンサユニットおよびホスト装置間のデータ通信
方法の好適な実施形態の構成及び動作を詳述した。しかし、これらの実施形態は、本発明
の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明
の要旨を逸脱することなく、特定の用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当
業者には容易に理解できよう。例えば、外部（ホスト装置）から電源端子を介して供給さ
れる電源のオンオフにおけるオフ時の電圧は、通常動作電圧より十分低い電圧であれば必
ずしも０ボルトである必要はない。

１００センサユニット（サブ装置）
１０１、２０１電源端子
１０２、２０２接地端子
１０３、２０３、２０３Ａ〜２０３Ｄ信号出力端子
１１０センサ
１１２校正部
１２０不揮発性メモリ
１３０コントローラ
１４０、２４０データ検出部
１５０Ｄ／Ａ変換部
１６０電流源
１７０整流回路
２００ホスト装置
２１０電源
２２０電源オンオフ手段
２３０電流検出部
２５０コントローラ
２６０センサユニット選択手段
３００、３００Ａセンサシステム

Claims

センサおよび該センサの出力を校正する校正部を含み、外部から電源電圧が供給される電源端子、接地端子および信号出力端子を備える３端子構造のＩＣ化されたセンサユニットにおいて、
前記外部から前記電源端子に供給される電源電圧をオンオフして送信される情報を受信する受信手段と、
前記電源端子のオンオフする電源電圧を整流平滑して動作電圧を得る整流回路と、
前記電源端子から供給される前記外部の電源の負荷電流を変化させて前記外部へ情報を送信する電流源と、
を備えることを特徴とするセンサユニット。
請求項１に記載のセンサユニットの前記電源端子、接地端子および信号出力端子に接続され、前記センサユニットの初期設定や保守を行うホスト装置であって、
前記センサユニットの前記電源端子を介して前記センサユニットに動作電源電圧を供給する電源と、
前記センサユニットに送信する情報に応じて前記電源から前記電源端子へ供給する電源電圧をオンオフする電源オンオフ手段と、
前記電源端子を流れる前記電源の負荷電流の変化を検出して、前記センサユニットから送信されるデータを検出するデータ検出部と、
を備えることを特徴とするホスト装置。
センサおよび該センサの出力を校正する校正部を含み、電源端子、接地端子および信号出力端子を備える３端子構造のＩＣ化されたセンサユニットと、該センサユニットの前記電源端子、接地端子および信号出力端子に接続され、前記電源端子を介して前記センサユニットに動作電源電圧を供給する電源を含むホスト装置とにより構成されるセンサシステムにおいて、
前記ホスト装置は、前記センサユニットへ送信する情報に応じて前記電源端子に供給する電源電圧をオンオフする電源電圧オンオフ手段と、前記電源の負荷電流の変化を検出する電流検出手段とを備え、
前記センサユニットは、前記ホスト装置から前記電源端子に供給される電源電圧のオンオフによる前記ホスト装置からの情報を検出する情報受信手段と、前記電源端子の電圧を整流平滑して動作電源電圧を得る整流回路と、前記ホスト装置へ送信するデータに応じて前記電源の負荷電流を変化させる電流源とを備える
ことを特徴とするセンサシステム。
センサおよび該センサの出力を校正する校正部を含み、電源端子、接地端子および信号出力端子を備える３端子構造のＩＣ化されたセンサユニットと、該センサユニットの前記３端子に接続され、前記電源端子を介して前記センサユニットに電源電圧を供給する電源を有するホスト装置とを備えるセンサシステムの前記センサユニットおよび前記ホスト装置間のデータ通信方法において、
前記ホスト装置から前記センサユニットへ、前記電源端子を介して供給する前記ホスト装置の電源の電源電圧をオンオフしてコマンドやデータを送信し、該電源電圧のオンオフを前記センサユニット内のデータ検出器で検出することにより前記コマンドやデータを受信するステップと、
前記センサユニットから前記ホスト装置へ、前記電源端子を介して前記センサユニット内の電流源により前記ホスト装置の電源の負荷電流を変化させてデータを送信し、該負荷電流の変化を前記ホスト装置内の電流検出器で検出することにより前記データを受信するステップとを備えることを特徴とするセンサユニットおよびホスト装置間のデータ通信方法。