JP6358133B2 - Gas concentration sensor signal processing device - Google Patents

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Description

本発明は、ガス濃度センサの信号処理装置に関する。   The present invention relates to a signal processing device for a gas concentration sensor.

ガス濃度センサは、例えば内燃機関の排気ガスを検出するセンサであり、当該ガス濃度に応じて変化する検知信号を出力する。通常、ストイキ(理論空燃比)であるときには、センサの出力電流は0Aとなり、リッチ状態とリーン状態では電流が流れる方向が互いに逆方向となる。例えば、このセンサ電流の検出には検出抵抗が用いられ、センサ電流が流れる検出抵抗の端子間電圧を検出することで、適切に燃料噴射制御することができる。   The gas concentration sensor is, for example, a sensor that detects exhaust gas of an internal combustion engine, and outputs a detection signal that changes according to the gas concentration. Normally, when stoichiometric (theoretical air-fuel ratio), the sensor output current is 0 A, and the directions of current flow in the rich state and the lean state are opposite to each other. For example, a detection resistor is used for detecting the sensor current, and the fuel injection can be appropriately controlled by detecting the voltage across the detection resistor through which the sensor current flows.

このガス濃度センサの信号処理装置の一例が特許文献1に開示されている。この特許文献1記載の技術では、A/D変換器はシングルエンド入力の機器を用いており、当該A/D変換器の前に設けられるアナログフロントエンド回路もまたシングルエンド出力の差動増幅器を用いている。   An example of a signal processing device of this gas concentration sensor is disclosed in Patent Document 1. In the technology described in Patent Document 1, the A / D converter uses a single-ended input device, and the analog front-end circuit provided in front of the A / D converter also includes a single-ended output differential amplifier. Used.

特開2004−205488号公報JP 2004-205488 A

シングルエンド入力のA/D変換器は、グランドとの電位差に応じて信号電圧を測定することから、差動入力タイプのA/D変換器と比較してノイズの影響を受けやすい。このため、ノイズの影響を発しやすいセンサ信号の検出については、差動入力タイプのA/D変換器を用いることが望ましい。   Since a single-ended input A / D converter measures a signal voltage according to a potential difference from the ground, it is more susceptible to noise than a differential input type A / D converter. For this reason, it is desirable to use a differential input type A / D converter for detection of sensor signals that are likely to be affected by noise.

一般に、アナログ処理回路が差動信号を処理するためには例えば2つの差動増幅器を用いて構成できる。このとき電源電圧をVDDとすると、差動入力タイプのA/D変換器は、その差動入力電圧範囲が−VDD/2〜+VDD/2であり、同相入力電圧範囲がVDD/2であることが多い。この回路形式を用いてセンサ電流を検出する場合、リッチ状態の電流検出範囲とリーン状態の電流検出範囲が絶対値で等しい場合(例えば、電流検出範囲:−25mA〜+25mA)はA/D変換器の差動入力電圧範囲を十分に使用できる。   In general, an analog processing circuit can be configured using, for example, two differential amplifiers in order to process a differential signal. If the power supply voltage is VDD at this time, the differential input type A / D converter has a differential input voltage range of −VDD / 2 to + VDD / 2 and an in-phase input voltage range of VDD / 2. There are many. When detecting the sensor current using this circuit format, if the current detection range in the rich state and the current detection range in the lean state are equal in absolute value (for example, current detection range: −25 mA to +25 mA), the A / D converter The differential input voltage range can be fully used.

しかし、リッチ状態とリーン状態とで電流検出範囲の絶対値が等しくない場合(例えば、電流検出範囲:−10mA〜+40mA)、電流検出範囲のフルレンジは一定となるものの、差動入力電圧範囲を十分に活用できない。しかも、電流電圧変換を行うための抵抗を例えば5/8(25mA/40mA)に小さくしなければならない。この場合、検出精度が低下してしまう。   However, when the absolute value of the current detection range is not equal between the rich state and the lean state (for example, current detection range: −10 mA to +40 mA), the full range of the current detection range is constant, but the differential input voltage range is sufficient. It cannot be used for. In addition, the resistance for current-voltage conversion must be reduced to, for example, 5/8 (25 mA / 40 mA). In this case, the detection accuracy is lowered.

本発明の目的は、リッチ状態とリーン状態とで検出範囲の絶対値が等しくない場合であっても差動入力電圧範囲を十分に活用できるようにしたガス濃度センサの信号処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a signal processing device for a gas concentration sensor that can fully utilize the differential input voltage range even when the absolute values of the detection ranges are not equal between the rich state and the lean state. It is in.

請求項1記載の発明によれば、ガス濃度センサは非検出ガスのガス濃度を検出しセンサ信号を出力するが、アナログ処理部はこのセンサ信号を差動信号として入力し当該差動信号をアナログ処理する。このときオフセット付与部がアナログ処理部による差動信号のアナログ処理中にオフセットを付与する。差動入力タイプのA/D変換部はアナログ処理部による処理後の差動信号をA/D変換するため、差動入力電圧範囲を十分に活用できるようになる。デジタル処理部は、A/D変換部のA/D変換結果から印加されたオフセットに対応する値をデジタル処理することで除外するため、予め付与されたオフセットの影響を除外することができる。これにより、リッチ状態とリーン状態とで検出範囲の絶対値がたとえ等しくない場合であっても差動入力タイプのA/D変換部の差動入力電圧範囲を十分に活用できるようになる。   According to the first aspect of the present invention, the gas concentration sensor detects the gas concentration of the non-detection gas and outputs a sensor signal. The analog processing unit inputs the sensor signal as a differential signal, and the differential signal is analog. To process. At this time, the offset applying unit applies an offset during analog processing of the differential signal by the analog processing unit. Since the differential input type A / D converter performs A / D conversion on the differential signal processed by the analog processing unit, the differential input voltage range can be fully utilized. Since the digital processing unit excludes the value corresponding to the offset applied from the A / D conversion result of the A / D conversion unit by digital processing, it is possible to exclude the influence of the offset given in advance. Thereby, even when the absolute values of the detection ranges are not equal between the rich state and the lean state, the differential input voltage range of the differential input type A / D converter can be fully utilized.

第1実施形態に係るガス濃度センサの信号処理装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図1 is a block diagram schematically showing an example of an electrical configuration of a signal processing device of a gas concentration sensor according to a first embodiment. A/D変換器の使用範囲を示す例Example showing the range of use of the A / D converter 比較例を示すA/D変換器の使用範囲を示す例Example showing range of use of A / D converter showing comparative example 比較例を示すA/D変換器の使用範囲を示す例Example showing range of use of A / D converter showing comparative example 比較例のオフセット印加部の構成例Configuration example of offset application unit of comparative example 第2実施形態に係るガス濃度センサの信号処理装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図(分解能を調整する場合の一形態:その1)Block diagram schematically showing an example of an electrical configuration of a signal processing apparatus of a gas concentration sensor according to a second embodiment (one form when adjusting resolution: part 1) ガス濃度センサの信号処理装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図(分解能を調整する場合の一形態(ストイキオメトリの調整時):その2)Block diagram schematically showing an example of the electrical configuration of the signal processing device of the gas concentration sensor (one form when adjusting the resolution (when adjusting the stoichiometry): Part 2) A/D変換器の使用範囲を示す例(その1)Example (1) showing range of use of A / D converter A/D変換器の使用範囲を示す例(その2)Example (2) showing range of use of A / D converter

以下、ガス濃度センサの信号処理装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、各実施形態で説明した構成と同一又は類似機能を備えた構成について同一符号又は類似符号を付し、第2実施形態以降では必要に応じて説明を省略する。   Hereinafter, several embodiments of a signal processing device of a gas concentration sensor will be described with reference to the drawings. In the following description, components having the same or similar functions as those described in each embodiment are denoted by the same reference numerals or similar symbols, and description thereof will be omitted as necessary in the second and subsequent embodiments.

(第1実施形態)
図1から図5は、第1実施形態の説明図を示す。図1には、ガス濃度センサの信号処理装置1の電気的構成を概略的なブロック図により示している。図1に示す信号処理装置1は、車両用エンジン(図示せず)が排出する排気燃焼ガスを被検出ガスとし、排気中の酸素濃度を検出し、空燃比を特定するための空燃比センサの各種制御処理を行うものである。信号処理装置1は、例えば所謂ASIC(特定用途向けIC)により構成され、アナログ処理部2、オフセット付与部3、A/D変換器(A/D変換部相当)4、デジタル処理部としてのDSP5、記憶部6、駆動部7、及び、バイアス印加部8、及び、空燃比センサ9に流れる電流検出用の抵抗10を接続して構成される。A/D変換器4は、差動入力タイプのものであり、電源電圧VDDが与えられることで動作し、その差動入力電圧範囲が−VDD/2〜+VDD/2であり、同相入力電圧範囲がVDD/2のものとされている。
(First embodiment)
1 to 5 are explanatory diagrams of the first embodiment. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an electrical configuration of a signal processing device 1 of a gas concentration sensor. A signal processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is an air-fuel ratio sensor for detecting an oxygen concentration in exhaust gas and specifying an air-fuel ratio by using an exhaust combustion gas discharged from a vehicle engine (not shown) as a detected gas. Various control processes are performed. The signal processing apparatus 1 is configured by, for example, a so-called ASIC (specific application IC), an analog processing unit 2, an offset adding unit 3, an A / D converter (corresponding to an A / D conversion unit) 4, and a DSP 5 as a digital processing unit. , A storage unit 6, a drive unit 7, a bias application unit 8, and a current detection resistor 10 flowing through the air-fuel ratio sensor 9. The A / D converter 4 is of a differential input type, operates by being supplied with a power supply voltage VDD, has a differential input voltage range of −VDD / 2 to + VDD / 2, and has an in-phase input voltage range. Is assumed to be VDD / 2.

信号処理装置1は、空燃比センサ9のセンサ信号を受付けると、このセンサ信号に基づいて空燃比センサ9に通電制御する。抵抗10は、バイアス印加部8の出力の第1ノードN1と、空燃比センサ9の電流通電ノードとなる第2ノードN2との間に接続されており、バイアス印加部8がその出力ノードに規定のバイアス電圧Vcom(例えば2.5V=VDD/2)を印加した状態で、空燃比センサ9が抵抗10に通電するように構成されている。空燃比センサ9の素子電流の増減は空燃比の増減(リーン/リッチ)に対応し、例えば空燃比がリーンになれば素子電流は正(電流方向は図1参照)となり、空燃比がリッチになれば素子電流が負(電流方向は図1参照)となる。   When the signal processing apparatus 1 receives the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9, the signal processing apparatus 1 controls energization of the air-fuel ratio sensor 9 based on the sensor signal. The resistor 10 is connected between the first node N1 of the output of the bias applying unit 8 and the second node N2 serving as the current conduction node of the air-fuel ratio sensor 9, and the bias applying unit 8 is defined as the output node. The air-fuel ratio sensor 9 is configured to energize the resistor 10 with a bias voltage Vcom (for example, 2.5 V = VDD / 2) applied. The increase / decrease in the element current of the air / fuel ratio sensor 9 corresponds to the increase / decrease (lean / rich) of the air / fuel ratio. For example, when the air / fuel ratio becomes lean, the element current becomes positive (refer to FIG. 1 for the current direction) and the air / fuel ratio becomes rich. Then, the device current becomes negative (refer to FIG. 1 for the current direction).

なお、DSP5は、記憶部6に記憶されるプログラムに基づいて動作する。記憶部6は、揮発性メモリ又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリなどにより構成され、フラッシュメモリには各種のパラメータ(例えば、後述のオフセット電圧)などが予め記憶されている。アナログ処理部2は、オフセット付与部3により与えられるオフセット電圧を用いて抵抗10の第1ノードN1及び第2ノードN2間の電圧を差動増幅する。アナログ処理部2は、抵抗10の一方の第1ノードN1に接続された第1バッファ11、抵抗10の他方の第2ノードN2に接続された第2バッファ12、第1差動増幅器13、及び、第2差動増幅器14、を備える。   The DSP 5 operates based on a program stored in the storage unit 6. The storage unit 6 includes a volatile memory or a non-volatile memory such as a flash memory, and various parameters (for example, an offset voltage described later) are stored in advance in the flash memory. The analog processing unit 2 differentially amplifies the voltage between the first node N1 and the second node N2 of the resistor 10 using the offset voltage provided by the offset applying unit 3. The analog processing unit 2 includes a first buffer 11 connected to one first node N1 of the resistor 10, a second buffer 12 connected to the other second node N2 of the resistor 10, a first differential amplifier 13, and , A second differential amplifier 14.

オフセット付与部3は、抵抗分圧回路15、スイッチ16,17、第3バッファ18、及び、第4バッファ19を用いて構成される。DSP5が、スイッチ16,17を切換制御することで、オフセット付与部3がオフセット電圧を付与することになる。   The offset applying unit 3 includes a resistance voltage dividing circuit 15, switches 16 and 17, a third buffer 18, and a fourth buffer 19. When the DSP 5 controls the switches 16 and 17, the offset applying unit 3 applies the offset voltage.

抵抗分圧回路15は、複数の抵抗R1〜R4を電源端子20(第1電源線相当)及びグランド端子21(第2電源線相当)間に直列接続して構成され、電源電圧VDDを分圧してスイッチ16,17に出力する。スイッチ16,17は、例えばDSP5などの制御ロジックから切換可能に構成されており、抵抗分圧回路15による分圧電圧を出力切換可能に構成される。   The resistance voltage dividing circuit 15 is configured by connecting a plurality of resistors R1 to R4 in series between a power supply terminal 20 (corresponding to a first power supply line) and a ground terminal 21 (corresponding to a second power supply line), and divides the power supply voltage VDD. Output to the switches 16 and 17. The switches 16 and 17 are configured to be switchable from a control logic such as a DSP 5, for example, and are configured to be capable of switching the output of the divided voltage by the resistance voltage dividing circuit 15.

第3バッファ18はアナログ処理部2に第1オフセット電圧(第1オフセット相当)V1を出力すると共に、第4バッファ19はアナログ処理部2に第2オフセット電圧(第2オフセット相当)V2を出力する。第1オフセット電圧V1は、例えば電源電圧VDDの0.65倍に設定されており、第2オフセット電圧V2は、例えば電源電圧VDDの0.35倍に設定されている。この場合、オフセット付与部3は、電源電圧VDDの中央値0.5・VDDから0.15・VDDだけプラスマイナスした電圧を第1オフセット電圧V1、第2オフセット電圧V2として付与することになる。言い換えると、これらの第1オフセット電圧V1、第2オフセット電圧V2は、A/D変換器4の入力可能範囲(VDD〜0)の中央値(0.5・VDD)を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一の電圧(0.15・VDD)を中央値にプラスマイナスした値となる。   The third buffer 18 outputs the first offset voltage (corresponding to the first offset) V1 to the analog processing unit 2, and the fourth buffer 19 outputs the second offset voltage (corresponding to the second offset) V2 to the analog processing unit 2. . The first offset voltage V1 is set to 0.65 times the power supply voltage VDD, for example, and the second offset voltage V2 is set to 0.35 times the power supply voltage VDD, for example. In this case, the offset applying unit 3 applies a voltage obtained by adding or minus 0.15 · VDD from the median value 0.5 · VDD of the power supply voltage VDD as the first offset voltage V1 and the second offset voltage V2. In other words, the first offset voltage V1 and the second offset voltage V2 are in opposite directions with respect to the median value (0.5 · VDD) of the input possible range (VDD to 0) of the A / D converter 4 and The voltage having the same absolute value (0.15 · VDD) is obtained by adding or subtracting the median value.

他方、アナログ処理部2の第1バッファ11は、抵抗10の第1ノードN1を非反転入力端子に接続すると共に、出力端子を反転入力端子にフィードバック接続したオペアンプOP1を用いて構成されている。アナログ処理部2の第2バッファ12は、抵抗10の第2ノードN2を非反転入力端子に接続すると共に出力端子を反転入力端子にフィードバック接続したオペアンプOP2を用いて構成されている。   On the other hand, the first buffer 11 of the analog processing unit 2 is configured using an operational amplifier OP1 in which the first node N1 of the resistor 10 is connected to the non-inverting input terminal and the output terminal is feedback-connected to the inverting input terminal. The second buffer 12 of the analog processing unit 2 is configured using an operational amplifier OP2 in which the second node N2 of the resistor 10 is connected to the non-inverting input terminal and the output terminal is feedback-connected to the inverting input terminal.

第1差動増幅器13は、例えばオペアンプOP3及び抵抗R5〜R8を備え、第1バッファ11の出力信号を反転入力すると共に第2バッファ12の出力信号を正転入力して差動増幅する。これにより第1差動増幅器13は空燃比センサ9のセンサ信号の差動信号の検出電圧を反転して差動増幅する。例えば図1の回路構成では、第1バッファ11の出力ノードとオペアンプOP3の反転入力端子との間に抵抗R5が接続されると共に、第3オペアンプOP3の出力端子と反転入力端子との間に抵抗R6が接続されている。また、第2バッファ12の出力ノードとオペアンプOP3の非反転入力端子との間に抵抗R7が接続されており、第3バッファ18の出力ノードとオペアンプOP3の非反転入力端子との間に抵抗R8が接続されている。   The first differential amplifier 13 includes, for example, an operational amplifier OP3 and resistors R5 to R8. The first differential amplifier 13 inverts the output signal of the first buffer 11 and inputs the output signal of the second buffer 12 in the normal direction to perform differential amplification. Thereby, the first differential amplifier 13 inverts the detection voltage of the differential signal of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 to differentially amplify it. For example, in the circuit configuration of FIG. 1, a resistor R5 is connected between the output node of the first buffer 11 and the inverting input terminal of the operational amplifier OP3, and a resistor is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the third operational amplifier OP3. R6 is connected. A resistor R7 is connected between the output node of the second buffer 12 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP3, and a resistor R8 is connected between the output node of the third buffer 18 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP3. Is connected.

第2差動増幅器14は、例えばオペアンプOP4及び抵抗R9〜R12を備え、第2バッファ12の出力信号を反転入力すると共に第1バッファ11の出力信号を正転入力して差動増幅する。これにより第2差動増幅器14は空燃比センサ9のセンサ信号の差動信号の検出電圧を差動増幅する。例えば図1の回路構成では、第2バッファ12の出力ノードとオペアンプOP4の反転入力端子との間に抵抗R11が接続されると共に、オペアンプOP4の出力端子と反転入力端子との間に抵抗R12が接続されている。また、第1バッファ11の出力ノードとオペアンプOP4の非反転入力端子との間に抵抗R9が接続されており、第4バッファ19の出力ノードと非反転入力端子との間に抵抗R10が接続されている。図1中において、オペアンプOP3及びOP4は同一特性の素子が採用されており、抵抗R5〜R12の抵抗値は全て同一値に設定されている。なお、オペアンプOP3及びOP4は同一特性の素子を採用しなくても良く、抵抗R5〜R12の抵抗値は同一値に設定されていなくても良い。   The second differential amplifier 14 includes, for example, an operational amplifier OP4 and resistors R9 to R12. The second differential amplifier 14 inverts the output signal of the second buffer 12 and inputs the output signal of the first buffer 11 in the normal direction to perform differential amplification. As a result, the second differential amplifier 14 differentially amplifies the detection voltage of the differential signal of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9. For example, in the circuit configuration of FIG. 1, a resistor R11 is connected between the output node of the second buffer 12 and the inverting input terminal of the operational amplifier OP4, and a resistor R12 is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier OP4. It is connected. A resistor R9 is connected between the output node of the first buffer 11 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP4, and a resistor R10 is connected between the output node of the fourth buffer 19 and the non-inverting input terminal. ing. In FIG. 1, elements having the same characteristics are employed for the operational amplifiers OP3 and OP4, and the resistance values of the resistors R5 to R12 are all set to the same value. Note that the operational amplifiers OP3 and OP4 do not have to employ elements having the same characteristics, and the resistance values of the resistors R5 to R12 may not be set to the same value.

第1差動増幅器13の出力電圧Vadinmは、差動入力タイプのA/D変換器4の負入力端子に与えられており、第2差動増幅器14の出力電圧Vadinpは、A/D変換器4の正入力端子に与えられている。言い換えると、A/D変換器4は、アナログ処理部2による処理後の差動信号を入力する。A/D変換器4は、これらのアナログ出力電圧Vadinp、Vadinmの差動電圧Vad(=Vadinp−Vadinm)を算出してデジタル変換し、DSP5にデジタル出力する。ここで、A/D変換器4は、電源電圧VDDとグランド電圧が入力されて動作するものであり、その入力される差動電圧Vad(=Vadinp−Vadinm)が、下記の(1)式の範囲で動作するように構成されている。   The output voltage Vadinm of the first differential amplifier 13 is given to the negative input terminal of the differential input type A / D converter 4, and the output voltage Vadinp of the second differential amplifier 14 is supplied to the A / D converter. 4 positive input terminals. In other words, the A / D converter 4 inputs the differential signal processed by the analog processing unit 2. The A / D converter 4 calculates and converts the differential voltage Vad (= Vadinp−Vadinm) of these analog output voltages Vadinp and Vadinm into a digital output to the DSP 5. Here, the A / D converter 4 operates by receiving the power supply voltage VDD and the ground voltage, and the input differential voltage Vad (= Vadinp−Vadinm) is expressed by the following equation (1). Configured to work with a range.

−VDD/2 ≦ Vad ≦ VDD/2 … (1)
なお、この動作範囲以外では使用不能となっているが、この動作範囲内では、A/D変換器4は、DSP5に空燃比センサ9の出力電流に対応するデジタル値を出力することになる。DSP5は、後述のオフセット分を減算し、空燃比センサ9のセンサ信号に基づいて駆動部9により空燃比センサ9の通電電流をフィードバック制御するように構成されている。
−VDD / 2 ≦ Vad ≦ VDD / 2 (1)
Although not usable outside this operating range, the A / D converter 4 outputs a digital value corresponding to the output current of the air-fuel ratio sensor 9 to the DSP 5 within this operating range. The DSP 5 is configured to subtract an offset, which will be described later, and to feedback control the energization current of the air-fuel ratio sensor 9 by the drive unit 9 based on the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9.

上記構成の作用について説明する。前述したように、第1オフセット電圧V1は例えば電源電圧VDDの0.65倍に設定されており、第2オフセット電圧V2が例えば電源電圧VDDの0.35倍に設定されている。したがって、抵抗10の第1ノードN1の電圧をVinp、抵抗10の第2ノードN2の電圧をVinmとすると、出力電圧Vadinm、Vadinpは、下記の(2)式、(3)式となる。   The operation of the above configuration will be described. As described above, the first offset voltage V1 is set to 0.65 times the power supply voltage VDD, for example, and the second offset voltage V2 is set to 0.35 times the power supply voltage VDD, for example. Accordingly, when the voltage at the first node N1 of the resistor 10 is Vinp and the voltage at the second node N2 of the resistor 10 is Vinm, the output voltages Vadinm and Vadinp are expressed by the following equations (2) and (3).

Vadinm = 0.65・VDD + (Vinm−Vinp) ÷ 2 … (2)
Vadinp = 0.35・VDD + (Vinp−Vinm) ÷ 2 … (3)
このため、差動入力タイプのA/D変換器4がこれらの差分値を算出すると、
Vad = Vadinp −Vadinm
= Vinp − Vinm − 0.3・VDD … (4)
と求められる。DSP5は、このシフト電圧0.3・VDDを減算することで抵抗10の端子間電圧を算出できる。これにより、空燃比センサ9のセンサ信号を正確に取得できる。
Vadinm = 0.65 · VDD + (Vinm-Vinp) ÷ 2 ... (2)
Vadinp = 0.35 · VDD + (Vinp-Vinm) ÷ 2 ... (3)
Therefore, when the differential input type A / D converter 4 calculates these difference values,
Vad = Vadinp-Vadinm
= Vinp-Vinm-0.3 · VDD (4)
Is required. The DSP 5 can calculate the voltage between the terminals of the resistor 10 by subtracting the shift voltage 0.3 · VDD. Thereby, the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 can be obtained accurately.

さて、本実施形態では、第1差動増幅器13及び第2差動増幅器14に対し、意図的にA/D変換器4の入力可能範囲(VDD〜0)の中央値を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一の第1オフセット電圧V1、第2オフセット電圧V2(オフセット分)を付与しているが、この意義について説明する。   In the present embodiment, the first differential amplifier 13 and the second differential amplifier 14 are intentionally opposite to each other on the basis of the median value of the input possible range (VDD to 0) of the A / D converter 4. In addition, the first offset voltage V1 and the second offset voltage V2 (offset) having the same absolute value are applied. The significance of this will be described.

理論空燃比(ストイキ)となることを想定すると、空燃比センサ9の出力電流は0[A]となり、検出用の抵抗10の端子間電圧は0[V]となる。この場合、(2)式、(3)式において、Vinp=Vinmとなるため、Vadinm=0.65・VDD、Vadinp=0.35・VDD、となる。このとき、図2の縦軸の入力差動電圧Vadが−0.3・VDDとなる位置が動作点P1,P2となる。この動作点P1,P2は、(1)式の入力可能範囲X1を「1」とすれば0.2の割合に位置する動作点となる。   Assuming that the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) is assumed, the output current of the air-fuel ratio sensor 9 is 0 [A], and the voltage across the terminals of the detection resistor 10 is 0 [V]. In this case, since Vinp = Vinm in the equations (2) and (3), Vadinm = 0.65 · VDD and Vadinp = 0.35 · VDD. At this time, the positions where the input differential voltage Vad on the vertical axis in FIG. The operating points P1 and P2 are operating points located at a ratio of 0.2 if the input possible range X1 in the equation (1) is “1”.

例えば、このストイキとなる動作点P1,P2から、空燃比がリッチ状態に遷移すると、空燃比センサ9に流れる電流が0Aから負方向に遷移し、Vinp<Vinmとなる。このときの変化を図2に示しているが、電圧Vadinpが減少し電圧Vadinmが増加する(図2の矢印Y1参照)。A/D変換器4に入力される差動電圧Vadは−0.5・VDDを最小値としている。このため、このときの動作点P3,P4は、電圧Vadinp=0.25・VDD、電圧Vadinm=0.75・VDDとなり、空燃比センサ9の出力電流dの有効動作範囲は、負の第1所定電流値I1(例えば−10mA)程度となる。   For example, when the air-fuel ratio transitions from the stoichiometric operating points P1 and P2 to the rich state, the current flowing through the air-fuel ratio sensor 9 transitions from 0A in the negative direction, and Vinp <Vinm. The change at this time is shown in FIG. 2, but the voltage Vadinp decreases and the voltage Vadinm increases (see arrow Y1 in FIG. 2). The differential voltage Vad input to the A / D converter 4 has a minimum value of −0.5 · VDD. Therefore, the operating points P3 and P4 at this time are the voltage Vadinp = 0.25 · VDD and the voltage Vadinm = 0.75 · VDD, and the effective operating range of the output current d of the air-fuel ratio sensor 9 is a negative first. The predetermined current value is about I1 (for example, −10 mA).

逆に、例えば、ストイキとなる動作点P1,P2から、空燃比がリーン状態に遷移すると、空燃比センサ9に流れる電流が0Aから正方向に遷移しVinp>Vinmとなる。このときの変化も図2に示しているが、電圧Vadinpが増加し電圧Vadinmが減少する(図2の矢印Y2参照)。A/D変換器4に入力される差動電圧Vadは+0.5・VDDを最大値としている。このため、このときの動作点P5,P6は、電圧Vadinp=0.75・VDD、電圧Vadinm=0.25・VDDとなり、空燃比センサ9の出力電流の有効動作範囲は、正の第2所定電流値I2(例えば+40mA)程度となる。   Conversely, for example, when the air-fuel ratio transitions to the lean state from the operating points P1 and P2 that become stoichiometric, the current flowing through the air-fuel ratio sensor 9 transitions from 0A in the positive direction and Vinp> Vinm. The change at this time is also shown in FIG. 2, but the voltage Vadinp increases and the voltage Vadinm decreases (see arrow Y2 in FIG. 2). The differential voltage Vad input to the A / D converter 4 has a maximum value of + 0.5 · VDD. Therefore, the operating points P5 and P6 at this time are the voltage Vadinp = 0.75 · VDD and the voltage Vadinm = 0.25 · VDD, and the effective operating range of the output current of the air-fuel ratio sensor 9 is a positive second predetermined value. The current value is about I2 (for example, +40 mA).

ここで、第1所定電流値I1の絶対値と、第2所定電流値I2の絶対値と、を比較すると、下記(5)式のように表すことができる。
|I1|<|I2| … (5)
したがって、オフセット電圧V1、V2を0V以外に設定することで、空燃比センサ9の出力電流の検出有効動作範囲をシフトすることができる。
Here, when the absolute value of the first predetermined current value I1 and the absolute value of the second predetermined current value I2 are compared, it can be expressed as the following equation (5).
| I1 | <| I2 | (5)
Therefore, by setting the offset voltages V1 and V2 to other than 0V, the effective detection range of the output current of the air-fuel ratio sensor 9 can be shifted.

例えば、近年ではリーンバーン化の要求があり、理論空燃比よりリーン状態で運転することが多いことを考慮するならば、リーン状態における有効動作範囲を拡張しつつ、リッチ状態における有効動作範囲を縮小することで、この要求に応えることができる。   For example, in recent years, there is a demand for lean burn, and considering that there are many cases of operation in a lean state than the stoichiometric air-fuel ratio, the effective operating range in the rich state is reduced while the effective operating range in the lean state is expanded. This can meet this demand.

また図1に示すように、スイッチ16,17を設けることでオフセット電圧V1及びV2を切換可能にしている。このとき、DSP5が、スイッチ16,17を切換制御することでオフセット電圧V1,V2を共に0.5・VDDとするように、抵抗分圧回路15の抵抗(R1+R2)と抵抗(R3+R4)の共通接続ノードN3に接続するように切換えることを考慮する。   Further, as shown in FIG. 1, the offset voltages V1 and V2 can be switched by providing switches 16 and 17. At this time, the resistance (R1 + R2) and the resistance (R3 + R4) of the resistance voltage dividing circuit 15 are common so that the DSP 5 controls the switches 16 and 17 so that the offset voltages V1 and V2 are both 0.5 · VDD. Consider switching to connect to connection node N3.

この場合、抵抗分圧回路15が0.5・VDDを出力するため、第1差動増幅器13及び第2差動増幅器14の入力オフセット電圧V1,V2が共に0.5・VDDと同一値となる。この場合の動作点P7を図3に示している。例えば第1所定電流値I1の絶対値と第2所定電流値I2の絶対値とを下記の(6)式のように同一に設定できる。   In this case, since the resistance voltage dividing circuit 15 outputs 0.5 · VDD, the input offset voltages V1 and V2 of the first differential amplifier 13 and the second differential amplifier 14 are both equal to 0.5 · VDD. Become. The operating point P7 in this case is shown in FIG. For example, the absolute value of the first predetermined current value I1 and the absolute value of the second predetermined current value I2 can be set to be the same as the following equation (6).

|I1|=|I2| … (6)
この場合、DSP5は、そのシフト電圧を0.3・VDDから0に変化させれば良い。A/D変換器4は電源電圧VDD〜0Vで動作するため、オフセット付与部3は、A/D変換器4が差分を取得することで相殺可能となる0.5・VDDを第1オフセット電圧V1及び第2オフセット電圧V2として付与している。このため、DSP5は、A/D変換器4の出力デジタル値からオフセット分に相当する値を除去する必要がなくなり、A/D変換器4から入力されたデジタル値をそのまま使用できる。
| I1 | = | I2 | (6)
In this case, the DSP 5 may change the shift voltage from 0.3 · VDD to 0. Since the A / D converter 4 operates at the power supply voltage VDD to 0 V, the offset applying unit 3 sets 0.5 · VDD to the first offset voltage that can be canceled by the A / D converter 4 acquiring the difference. V1 and the second offset voltage V2 are applied. For this reason, the DSP 5 does not need to remove the value corresponding to the offset from the output digital value of the A / D converter 4, and can use the digital value input from the A / D converter 4 as it is.

これにより、DSP5がスイッチ16,17を切換えることで、(5)式を満たす場合と(6)式を満たす場合とを切換えることができる。例えば、空燃比センサ9のセンサ信号の電流検出範囲を−10mA〜+40mAとすることも、電流検出範囲を−25mA〜+25mAとすることもできる。   Thereby, the DSP 5 can switch between the case where the expression (5) is satisfied and the case where the expression (6) is satisfied by switching the switches 16 and 17. For example, the current detection range of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 can be -10 mA to +40 mA, or the current detection range can be -25 mA to +25 mA.

図2に対応した比較例を図4に示すと共に、図1のオフセット付与部3に相当する部分の比較例を図5に示す。例えば、空燃比センサ9の電流検出範囲に偏り(−10mA〜+40mA)を生じさせるように動作させようとしても、図5に示すように、オフセット付与部103が抵抗分圧回路115の分圧電圧を0.5・VDDとしてそのまま付与してしまう場合には、図4に示すように、A/D変換器4の動作下限値が制限を受けてしまい(動作点P103,P104参照)、A/D変換器4の使用範囲は限られてしまうことになる。例えば、前述したように、空燃比センサ9の電流検出範囲を例えば−10mA〜+40mAのように偏りを生じさせたくても、例えば−10mA〜+25mAまでしか求めることができなくなってしまう。   FIG. 4 shows a comparative example corresponding to FIG. 2, and FIG. 5 shows a comparative example of a portion corresponding to the offset applying unit 3 of FIG. For example, even if an operation is performed so as to generate a bias (−10 mA to +40 mA) in the current detection range of the air-fuel ratio sensor 9, as shown in FIG. Is given as 0.5 · VDD as it is, as shown in FIG. 4, the operation lower limit value of the A / D converter 4 is limited (see operation points P103 and P104). The use range of the D converter 4 is limited. For example, as described above, even if it is desired to cause the current detection range of the air-fuel ratio sensor 9 to be biased, for example, from -10 mA to +40 mA, it can be obtained only from -10 mA to +25 mA.

これに対し、本実施形態によれば、オフセット付与部3がアナログ処理部2による差動信号のアナログ処理中にオフセットを付与し、DSP5がA/D変換器4のA/D変換結果から付与されたオフセットに対応する値をデジタル処理してオフセット除去している。このため、予め付与されたオフセットの影響を除外することができる。このため、リッチ状態とリーン状態とで検出範囲の絶対値が等しくない場合であっても、A/D変換器4の差動入力電圧範囲を十分に活用できる。   On the other hand, according to the present embodiment, the offset applying unit 3 applies an offset during analog processing of the differential signal by the analog processing unit 2, and the DSP 5 provides from the A / D conversion result of the A / D converter 4. The value corresponding to the offset is digitally processed to remove the offset. For this reason, the influence of the offset given previously can be excluded. For this reason, even if the absolute values of the detection ranges are not equal between the rich state and the lean state, the differential input voltage range of the A / D converter 4 can be fully utilized.

オフセット付与部3が、第1及び第2オフセット電圧V1,V2を第1及び第2差動増幅器3,4に付与するため、空燃比センサ9のセンサ信号の電流検出範囲をシフトできる。このため、空燃比センサ9のセンサ信号の電流検出範囲を様々に変化させることができ、この結果、様々な制御方法に対応可能になる。   Since the offset applying unit 3 applies the first and second offset voltages V1 and V2 to the first and second differential amplifiers 3 and 4, the current detection range of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 can be shifted. For this reason, the current detection range of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 can be changed variously. As a result, various control methods can be supported.

オフセット付与部3は、第1及び第2オフセット電圧V1及びV2を互いに異なる値に設定可能に構成すると良い。また、オフセット付与部3は、第1及び第2オフセット電圧V1及びV2として、A/D変換器4の入力可能範囲の中央値を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一のオフセット分を付与するように構成すると良い。   The offset applying unit 3 may be configured so that the first and second offset voltages V1 and V2 can be set to different values. Further, the offset applying unit 3 applies offsets that are in the opposite directions and have the same absolute value as the first and second offset voltages V1 and V2, with reference to the median value of the input range of the A / D converter 4. It is good to configure.

(第2実施形態)
図6から図9は第2実施形態の追加説明図を示す。前述実施形態と同一又は類似の機能を有する構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。図6に示すように、信号処理装置201は、アナログ処理部2に代えてアナログ処理部202を備える。このアナログ処理部202は、第1差動増幅器13に代わる第1差動増幅器213を備え、第2差動増幅器14に代わる第2差動増幅器214を備える。本実施形態では、DSP5は、分解能調整部、及び、ストイキオメトリ時増幅度調整部としての機能を備えるものである。
(Second Embodiment)
6 to 9 show additional explanatory views of the second embodiment. About the structure which has the same or similar function as the said embodiment, the same or similar code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted as needed. As shown in FIG. 6, the signal processing device 201 includes an analog processing unit 202 instead of the analog processing unit 2. The analog processing unit 202 includes a first differential amplifier 213 that replaces the first differential amplifier 13 and a second differential amplifier 214 that replaces the second differential amplifier 14. In the present embodiment, the DSP 5 has functions as a resolution adjustment unit and a stoichiometric amplification degree adjustment unit.

第1差動増幅器213は、オペアンプOP3と、第1バッファ11の出力ノードとオペアンプOP3の出力ノードとの間に直列接続された抵抗R5、R205、R6と、第2バッファ12の出力ノードと第3バッファ18の出力ノードとの間に直列接続された抵抗R7、R207、R8と、抵抗R205の両端子の何れかとオペアンプOP3の反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ218と、抵抗R207の両端子の何れかとオペアンプOP3の非反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ219と、を備える。   The first differential amplifier 213 includes an operational amplifier OP3, resistors R5, R205, and R6 connected in series between the output node of the first buffer 11 and the output node of the operational amplifier OP3, and the output node of the second buffer 12. A switch 218 that enables connection switching between one of the terminals of the resistor R205 and the inverting input terminal of the operational amplifier OP3, and a resistor R7, R207, R8 connected in series with the output node of the three buffer 18; A switch 219 that enables connection switching between either one of the terminals of R207 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP3.

第2差動増幅器214は、オペアンプOP4と、第1バッファ11の出力ノードと第4バッファ19の出力ノードとの間に直列接続された抵抗R9、R209、R10と、第2バッファ12の出力ノードとオペアンプOP4の出力ノードとの間に直列接続された抵抗R11、R211、R12と、抵抗R209の両端子の何れかとオペアンプOP4の非反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ220と、抵抗R211の両端子の何れかとオペアンプOP4の反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ221と、を備える。各スイッチ218〜221はDSP5(制御部)が切替制御可能になっている。その他の構成は、前述実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。   The second differential amplifier 214 includes an operational amplifier OP4, resistors R9, R209, and R10 connected in series between the output node of the first buffer 11 and the output node of the fourth buffer 19, and the output node of the second buffer 12. And a switch 220 that enables connection switching between any one of the terminals of the resistor R209 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP4, and the resistors R11, R211, and R12 connected in series between the output node of the operational amplifier OP4 and the operational amplifier OP4. A switch 221 that enables connection switching between either one of the terminals of the resistor R211 and the inverting input terminal of the operational amplifier OP4. The switches 218 to 221 can be switched and controlled by the DSP 5 (control unit). Other configurations are the same as those in the above-described embodiment, and thus description thereof is omitted.

上記構成の作用について説明する。オペアンプOP3と抵抗R205の両端子との間にスイッチ218が接続されており、オペアンプOP3と抵抗R207の両端子との間にスイッチ219が接続されているが、これは第1差動増幅器213の増幅度を調整するために設けられている。   The operation of the above configuration will be described. A switch 218 is connected between both terminals of the operational amplifier OP3 and the resistor R205, and a switch 219 is connected between both terminals of the operational amplifier OP3 and the resistor R207. It is provided to adjust the degree of amplification.

DSP5は、スイッチ218を抵抗R205とR6との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ219を抵抗R207とR8との共通接続点側に切替える。また、DSP5は、スイッチ220を抵抗R209とR10との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ221を抵抗R211とR12との共通接続点側に切替える。説明を理解しやすくするため、各抵抗R5〜R12、R205、R207、R209、R211の抵抗値を同一値とすれば、第1差動増幅器213と第2差動増幅器214のゲインを同一値に設定することができる。   When switching the switch 218 to the common connection point side of the resistors R205 and R6, the DSP 5 switches the switch 219 to the common connection point side of the resistors R207 and R8. Further, when switching the switch 220 to the common connection point side of the resistors R209 and R10, the DSP 5 switches the switch 221 to the common connection point side of the resistors R211 and R12. For easy understanding of the explanation, if the resistance values of the resistors R5 to R12, R205, R207, R209, and R211 are set to the same value, the gains of the first differential amplifier 213 and the second differential amplifier 214 are set to the same value. Can be set.

抵抗R5、R7、R9、R11の値を抵抗値Ra、抵抗R205、R207、R209、R211の値を抵抗値Rb、抵抗R6、R8、R10、R12の値を抵抗値Rc、とし、図6に示すようにスイッチ218〜221が切替えられていると、増幅度をRc/(Ra+Rb)に設定できる。このときの図2に対応した特性図を図8に示す。図8に示すように、空燃比センサ9のセンサ信号の電流検出範囲をシフトできる(動作点P1〜P6参照)。この説明は省略する。   The values of the resistors R5, R7, R9, and R11 are the resistance value Ra, the values of the resistors R205, R207, R209, and R211 are the resistance value Rb, and the values of the resistors R6, R8, R10, and R12 are the resistance value Rc. As shown, when the switches 218 to 221 are switched, the amplification degree can be set to Rc / (Ra + Rb). A characteristic diagram corresponding to FIG. 2 at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the current detection range of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 can be shifted (see operating points P1 to P6). This description is omitted.

また、図7に示すように、DSP5が、スイッチ218を抵抗R205とR5との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ219を抵抗R207とR7との共通接続点側に切替える。また、DSP5は、スイッチ220を抵抗R209とR9との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ221を抵抗R211とR11との共通接続点側に切替える。図7に示すようにスイッチ218〜221が切替えられていると、各差動増幅器213、214の増幅度を(Rb+Rc)/Raに設定できる。この結果、DSP5がスイッチ218〜221を切替制御することで第1及び第2差動増幅器213及び214の増幅度を変更できる。第1及び第2差動増幅器213及び214の増幅度を互いに同一としながら変更することで、A/D変換器4の入力電圧の感度も変化するため、A/D変換器4による分解能を調整できる。   As shown in FIG. 7, when the DSP 5 switches the switch 218 to the common connection point side of the resistors R205 and R5, the switch 219 switches to the common connection point side of the resistors R207 and R7. Further, when switching the switch 220 to the common connection point side of the resistors R209 and R9, the DSP 5 switches the switch 221 to the common connection point side of the resistors R211 and R11. As shown in FIG. 7, when the switches 218 to 221 are switched, the amplification degrees of the differential amplifiers 213 and 214 can be set to (Rb + Rc) / Ra. As a result, the DSP 5 can switch the switches 218 to 221 to change the amplification degrees of the first and second differential amplifiers 213 and 214. Since the sensitivity of the input voltage of the A / D converter 4 is changed by changing the amplification degrees of the first and second differential amplifiers 213 and 214 to be the same, the resolution by the A / D converter 4 is adjusted. it can.

さて、図7の構成では、DSP5がスイッチ16及び17を切替制御することで、抵抗分圧回路15がその出力電圧を0.5・VDDとし、互いに同一値に設定している。したがって、オフセット付与部3は、A/D変換器4にて相殺可能となる0.5・VDDをそれぞれ第1及び第2差動増幅器13及び14に付与することになる。DSP5はA/D変換器4の出力デジタル値からオフセット分に相当する値を除去する必要がなくなり、A/D変換器4から出力されたデジタル値をそのまま使用できる。この結果デジタル処理を不要にでき処理を迅速化できる。   In the configuration of FIG. 7, the DSP 5 switches and controls the switches 16 and 17, so that the resistance voltage dividing circuit 15 sets its output voltage to 0.5 · VDD, which are set to the same value. Therefore, the offset applying unit 3 applies 0.5 · VDD that can be canceled by the A / D converter 4 to the first and second differential amplifiers 13 and 14, respectively. The DSP 5 does not need to remove the value corresponding to the offset from the output digital value of the A / D converter 4 and can use the digital value output from the A / D converter 4 as it is. As a result, digital processing can be eliminated and processing can be speeded up.

したがって、DSP5がスイッチ16、17、218〜221を切替制御することにより、空燃比センサ9の電流検出範囲の中央値を回路構成上で0Aとして増幅度を高くできる。空燃比センサ9のセンサ信号は、例えば外的要因などが変動することから0A(ストイキ)の調整を行う必要がある。このストイキオメトリ調整時においては、「0A」を感度良く検出するために、空燃比センサ9のセンサ信号の増幅度を通常の増幅度より高くすると良い。増幅度を通常より高くすることで、A/D変換器4の分解能を高くできるため、0A付近の電圧の感度を高めることができ、ストイキオメトリを調整し易くなるためである。   Therefore, the DSP 5 switches and controls the switches 16, 17, 218 to 221, whereby the median value of the current detection range of the air-fuel ratio sensor 9 can be set to 0 A on the circuit configuration and the amplification degree can be increased. The sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 needs to be adjusted to 0 A (stoichiometric) because, for example, external factors fluctuate. At the time of this stoichiometry adjustment, in order to detect “0A” with high sensitivity, the amplification degree of the sensor signal of the air-fuel ratio sensor 9 is preferably set higher than the normal amplification degree. This is because the resolution of the A / D converter 4 can be increased by making the amplification degree higher than usual, so that the sensitivity of the voltage near 0 A can be increased and the stoichiometry can be easily adjusted.

DSP5が、スイッチ16、17、218〜221を図6及び図7に示すように切替制御することで、空燃比センサ9の電流検出範囲をリーンバーン化可能な検出構成(図6)、ストイキオメトリ調整時に感度を高感度とした構成(図7)に切替えることができる。   The DSP 5 performs switching control of the switches 16, 17, 218 to 221 as shown in FIGS. 6 and 7, so that the current detection range of the air-fuel ratio sensor 9 can be made lean burn (FIG. 6), stoichiometric. It is possible to switch to a configuration (FIG. 7) in which the sensitivity is high when adjusting the metrics.

以上説明したように本実施形態によれば、DSP5は、第1差動増幅器213及び第2差動増幅器214の増幅度を互いに同一としながら当該増幅度を調整するため、A/D変換器4の分解能を調整することができる。また、ストイキオメトリ調整時には、オフセット付与部3は、第1オフセット電圧V1及び第2オフセット電圧V2として、A/D変換器4が差分電圧をA/D変換するときに相殺可能とする同一値に設定し、DSP5は、第1差動増幅器213及び第2差動増幅器214の増幅度を通常の増幅度よりも高い増幅度に調整するため、ストイキオメトリ調整時の感度を高感度にできる。   As described above, according to the present embodiment, the DSP 5 adjusts the amplification levels of the first differential amplifier 213 and the second differential amplifier 214 while keeping the same amplification levels, so that the A / D converter 4 Resolution can be adjusted. In addition, at the time of stoichiometry adjustment, the offset applying unit 3 uses the same value as the first offset voltage V1 and the second offset voltage V2 that can be canceled when the A / D converter 4 A / D converts the differential voltage. Since the DSP 5 adjusts the amplification degree of the first differential amplifier 213 and the second differential amplifier 214 to an amplification degree higher than the normal amplification degree, the sensitivity at the time of stoichiometry adjustment can be increased. .

(他の実施形態)
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
DSP5がデジタル処理部を構成した形態を示したが、オフセット付与部3が付与したオフセット分をデジタル処理により除去処理できれば、デジタル処理部はDSP5に限られるものではない。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible.
Although the DSP 5 is shown as a digital processing unit, the digital processing unit is not limited to the DSP 5 as long as the offset added by the offset applying unit 3 can be removed by digital processing.

A/D変換器4は、その電源電圧を電圧VDDとグランドとの間の片電源の電圧を用いた形態を示したが両電源(例えば+VDD〜−VDD)を用いても良い。
また、前記のシフト電圧に差動増幅器13及び14の誤差成分も加入し、この誤差成分を記憶部6に記憶し、DSP5が用いる定数とすることで、差動増幅器13及び14の固体誤差成分を補正できる。また、空燃比センサ9の個体差に伴う誤差の補正処理等を考慮しても良い。
The A / D converter 4 has shown a form in which a single power supply voltage between the voltage VDD and the ground is used as the power supply voltage, but both power supplies (for example, + VDD to −VDD) may be used.
In addition, the error components of the differential amplifiers 13 and 14 are added to the shift voltage, and the error components are stored in the storage unit 6 and set as constants used by the DSP 5, whereby the solid error components of the differential amplifiers 13 and 14 are stored. Can be corrected. In addition, an error correction process associated with the individual difference of the air-fuel ratio sensor 9 may be considered.

なお、抵抗分圧回路15が生成するオフセット電圧V1,V2はさらに細分化して3段階以上に離散的に変更可能に構成しても良い。さらに、オフセット電圧V1,V2を離散的に複数切替可能にした形態を示したが、連続的に切替可能に構成できることは言うまでもない。   The offset voltages V1 and V2 generated by the resistance voltage dividing circuit 15 may be further subdivided so as to be discretely changeable in three or more stages. Further, although a mode in which a plurality of offset voltages V1, V2 can be switched discretely has been shown, it is needless to say that it can be configured to be continuously switchable.

図面中、1,201は信号処理装置(ガス濃度センサの信号処理装置)、2,202はアナログ処理部、3はオフセット付与部、4はA/D変換部、5はDSP(デジタル処理部、分解能調整部、ストイキオメトリ時増幅度調整部)、13,213は第1差動増幅器、14,214は第2差動増幅器、を示す。   In the drawing, 1, 201 are signal processing devices (signal processing devices for gas concentration sensors), 2, 202 are analog processing units, 3 is an offset applying unit, 4 is an A / D conversion unit, and 5 is a DSP (digital processing unit, Resolution adjusting unit, stoichiometric amplification degree adjusting unit), 13, 213, a first differential amplifier, and 14, 214, a second differential amplifier.

Claims (7)

被検出ガスのガス濃度を検出するガス濃度センサのセンサ信号を差動信号として入力してアナログ処理するアナログ処理部(2,202)と、
前記アナログ処理部による差動信号のアナログ処理中にオフセットを印加するオフセット付与部(3)と、
前記アナログ処理部による処理後の差動信号をA/D変換する差動入力タイプのA/D変換部(4)と、
前記A/D変換部のA/D変換結果から前記付与されたオフセットに対応する値をデジタル処理することでオフセット除去するデジタル処理部(5)と、を備えるガス濃度センサの信号処理装置。
An analog processing unit (2,202) that inputs a sensor signal of a gas concentration sensor that detects a gas concentration of a gas to be detected as a differential signal and performs analog processing;
An offset applying unit (3) for applying an offset during analog processing of the differential signal by the analog processing unit;
A differential input type A / D converter (4) for A / D converting a differential signal after processing by the analog processing unit;
A signal processing apparatus for a gas concentration sensor, comprising: a digital processing unit (5) that removes an offset by digitally processing a value corresponding to the given offset from an A / D conversion result of the A / D conversion unit.
前記アナログ処理部(2,202)は、
前記センサ信号の差動信号を検出する検出電圧を反転して差動増幅すると共に前記オフセット付与部により第1オフセット(V1)が付与される第1差動増幅器(13,213)と、
前記センサ信号の差動信号を検出する検出電圧を差動増幅すると共に前記オフセット付与部により第2オフセット(V2)が付与される第2差動増幅器(14,214)と、を備え、
前記A/D変換部は、前記アナログ処理部の処理後の差動信号として、前記第1差動増幅器の出力電圧と前記第2差動増幅器の出力電圧との差分電圧をA/D変換することを特徴とする請求項1記載のガス濃度センサの信号処理装置。
The analog processing unit (2,202)
A first differential amplifier (13, 213) to which a detection voltage for detecting a differential signal of the sensor signal is inverted and differentially amplified and a first offset (V1) is applied by the offset applying unit;
A second differential amplifier (14, 214) that differentially amplifies a detection voltage for detecting a differential signal of the sensor signal and is provided with a second offset (V2) by the offset applying unit;
The A / D converter performs A / D conversion on a differential voltage between an output voltage of the first differential amplifier and an output voltage of the second differential amplifier as a differential signal after processing by the analog processing unit. The signal processing apparatus for a gas concentration sensor according to claim 1.
前記オフセット付与部(3)は、前記第1オフセットと前記第2オフセットとを互いに異なる値に設定可能であることを特徴とする請求項2記載のガス濃度センサの信号処理装置。   The signal processing apparatus of the gas concentration sensor according to claim 2, wherein the offset applying unit (3) can set the first offset and the second offset to different values. 前記オフセット付与部(3)は、前記第1オフセットと前記第2オフセットとして、前記A/D変換器の入力可能範囲の中央値を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一のオフセット分を付与することを特徴とする請求項2または3記載のガス濃度センサの信号処理装置。   The offset assigning unit (3) assigns, as the first offset and the second offset, offsets that are in opposite directions and have the same absolute value with reference to the median value of the input range of the A / D converter. The signal processing apparatus for a gas concentration sensor according to claim 2 or 3, wherein 前記オフセット付与部(3)は、前記第1オフセット及び前記第2オフセットとして、前記A/D変換器(4)が差分電圧をA/D変換するときに相殺可能とする同一値に設定可能であり、
前記オフセット付与部(3)が、前記第1オフセットと前記第2オフセットとを同一値に設定したときには、前記デジタル処理部(5)は前記A/D変換部(4)のA/D変換結果のオフセット除去についてのデジタル処理を不要とすることを特徴とする請求項2記載のガス濃度センサの信号処理装置。
The offset applying unit (3) can set the first offset and the second offset to the same value that can be canceled when the A / D converter (4) A / D converts the differential voltage. Yes,
When the offset applying unit (3) sets the first offset and the second offset to the same value, the digital processing unit (5) outputs the A / D conversion result of the A / D conversion unit (4). 3. The signal processing apparatus for a gas concentration sensor according to claim 2, wherein digital processing for removing the offset of the gas concentration sensor is unnecessary.
前記第1差動増幅器(213)及び前記第2差動増幅器(214)の増幅度を互いに同一としながら当該増幅度の値を調整することで前記A/D変換部(4)の分解能を調整する分解能調整部(5)を備えることを特徴とする請求項2から5の何れか一項に記載のガス濃度センサの信号処理装置。   The resolution of the A / D converter (4) is adjusted by adjusting the value of the amplification level while making the amplification levels of the first differential amplifier (213) and the second differential amplifier (214) the same. The signal processing apparatus for a gas concentration sensor according to any one of claims 2 to 5, further comprising a resolution adjusting unit (5) for performing the processing. ストイキオメトリの調整時には、
前記オフセット付与部(3)は、前記第1オフセット及び前記第2オフセットとして、前記A/D変換器(4)が差分電圧をA/D変換するときに相殺可能とする同一値に設定し、
前記第1差動増幅器(213)及び前記第2差動増幅器(214)の増幅度を通常の増幅度よりも高い増幅度に調整するストイキオメトリ時増幅度調整部(5)を備えることを特徴とする請求項2または5記載のガス濃度センサの信号処理装置。
When adjusting stoichiometry,
The offset applying unit (3) sets the first offset and the second offset to the same value that can be canceled when the A / D converter (4) A / D converts the differential voltage,
A stoichiometric amplification degree adjustment unit (5) for adjusting the amplification degree of the first differential amplifier (213) and the second differential amplifier (214) to an amplification degree higher than a normal amplification degree; 6. A signal processing device for a gas concentration sensor according to claim 2, wherein the signal processing device is a gas concentration sensor.
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