JP7151061B2 - 故障判定回路、物理量検出装置、電子機器、移動体及び故障判定方法 - Google Patents
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Description
本適用例に係る故障判定回路は、第1物理量検出信号に基づく第1アナログ信号を、連続的にA/D変換する第1変換部と、前記第1物理量検出信号に基づく第2アナログ信号と、第1基準電圧と、を含む複数の信号を入力し、時分割に出力する切替部と、前記切替部の出力を、A/D変換する第2変換部と、比較判定部と、を備え、前記比較判定部は、前記第1変換部が前記第1アナログ信号をA/D変換した第1デジタル信号に基づく信号と、前記第2変換部が前記第2アナログ信号をA/D変換した第2デジタル信号に基づく信号と、により前記第1変換部の故障の判定を行う。
上記適用例に係る故障判定回路は、自己判定部をさらに備え、前記自己判定部は、前記第2変換部が前記第1基準電圧をA/D変換した信号に基づき、前記第2変換部の故障の判定を行ってもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、前記切替部には、第2基準電圧がさらに入力され、前記自己判定部は、前記第2変換部が前記第2基準電圧をA/D変換した信号に基づき、前記第2変換部の故障判定を行ってもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、前記切替部には、第2物理量検出信号がさらに入力されてもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、補正部をさらに含み、前記第2物理量検出信号は、温度に基づく信号であって、前記補正部は、前記第2物理量検出信号を前記第2変換部でA/D変換した第3デジタル信号に基づき、前記第1デジタル信号の補正をしてもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、前記第1変換部のサンプリングレートは、前記第2変換部のサンプリングレートに比べ高くてもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、前記第1変換部の分解能は、前記第2変換部の分解能に比べ高くてもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、前記切替部には、選択信号がさらに入力され、前記切替部は、入力される、前記第2アナログ信号と、前記第1基準電圧と、を含む複数の信号のうちのいずれかを、前記選択信号に従い選択し出力してもよい。
上記適用例に係る故障判定回路は、第3物理量検出信号に基づく第3アナログ信号を、連続的にA/D変換する第3変換部をさらに備え、前記切替部には、前記第3物理量検出信号に基づく第4アナログ信号がさらに入力され、前記比較判定部は、前記第3変換部が前記第3アナログ信号をA/D変換した第4デジタル信号に基づく信号と、前記第2変換部が前記第4アナログ信号をA/D変換した第5デジタル信号に基づく信号と、を比較し、前記第3変換部の故障判定を行ってもよい。
本適量例に係る故障判定方法は、第1物理量検出信号に基づく第1アナログ信号を連続的にA/D変換する第1変換部と、前記第1物理量検出信号に基づく第2アナログ信号と第1基準電圧とを含む複数の信号を入力し時分割に出力する切替部と、前記切替部の出力をA/D変換する第2変換部と、前記第1変換部の出力信号と前記第2変換部の出力信号とを比較する比較判定部と、を備える故障判定回路において、前記第1変換部が、前記第1アナログ信号をA/D変換した第1デジタル信号に基づく信号と、前記第2変換部が前記第2アナログ信号をA/D変換した第2デジタル信号に基づく信号と、を前記比較判定部が比較し前記第1変換部の故障判定を行うステップを含む。
本適用例に係る物理量検出装置は、上記適用例のいずれかの故障判定回路を備えている。
本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る物理量検出装置を備えている。
本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る物理量検出装置を備えている。
1.1 第1実施形態
[物理量検出装置の構成]
図1は、物理量検出装置(角速度処理装置)1の第1実施形態の構成例を示す図である。物理量検出装置1は第1実施形態において、物理量検出素子100と、物理量検出回路200と、を含み構成され、さらに、物理量検出装置1から出力されたデータを用いて、各種の計算処理や制御を行うMCU(Micro Control Unit)3を含んで構成されてもよい。
電圧回路10、駆動回路20、検出回路30、物理量処理回路40、発振回路60、温度センサー70及び記憶部80を含んで構成されており、例えば、1チップの集積回路(IC:Integrated Circuit)であってもよい。なお、物理量検出回路200は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
いるデータを読み出してMCU3に出力する処理や、MCU3から入力されたデータを記憶部80(不揮発性メモリーやレジスター)に書き込む処理などを行う。インターフェイス回路42は、例えば、SPI(Serial Peripheral Interface)バスのインターフェイス回路であり、MCU3が発信する選択信号、クロック信号、データ信号が、それぞれ、物理量検出回路200のSS端子,SCLK端子,SI端子を介して入力され、物理量検出回路200のSO端子を介してデータ信号をMCU3に出力する。なお、インターフェイス回路42は、SPIバス以外の各種のバス(例えば、I2C(Inter Integrated Circuit)バス等)に対応するインターフェイス回路であってもよい。
次に、駆動回路20について説明する。図5は、駆動回路20の構成例を示す図である。図5に示すように、物理量検出装置1の第1実施形態における駆動回路20は、I/V変換回路210、ハイパスフィルター(HPF)220、コンパレーター230、全波整流回路240、積分器250及びコンパレーター260を含んで構成されている。なお、駆動回路20は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
次に、検出回路30について説明する。図6は、検出回路30の構成例を示す図である。図6に示すように、物理量検出装置1の第1実施形態における検出回路30は、チャージアンプ310,320、差動アンプ330、ハイパスフィルター(HPF)340、ACアンプ350、同期検波回路360、可変ゲインアンプ370、スイッチトキャパシタフィルター(SCF)380、出力バッファー390を含んで構成されている。なお、第1実施形態の検出回路30は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
、可変ゲインアンプ371,372は入力される信号が異なるのみで、同じ構成である。そのため、可変ゲインアンプ371,372は可変ゲインアンプ370として説明を行う。
D変換回路410(図7参照)に連続的に入力されA/D変換されるのに対し、角速度信号VAO20は、マルチプレクサ-430(図7参照)により切り替えられ、時分割にA/D変換回路420に入力される。すなわち、角速度信号VAO20には、マルチプレクサ-430の出力が切り換えられた際のノイズが重畳する可能性がある。物理量検出装置1の第1実施形態に示すように、角速度信号VAO10と、角速度信号VAO20とを、検出回路30において分離し出力することで、マルチプレクサ-430により生じたノイズが、角速度信号VAO10に重畳することを低減することが可能となる。
次に、物理量処理回路40の詳細について説明する。図7は、物理量処理回路40の構成例を示す図である。物理量処理回路40は、デジタル演算回路41及びインターフェイス回路42を含んで構成される。
された基準電圧VREFを例えばレギュレータや抵抗分圧等で変圧し、既知の電圧である第1電圧VREF1(「第1基準電圧」の一例)及び第2電圧VREF2(「第2基準電圧」の一例)を生成し、マルチプレクサ-430に出力する。また、電圧生成部440は、例えばA/D変換回路410,420のA/D変換の基準電圧や、その他の構成の駆動電圧も生成し出力する。
2と、制御信号Ctr1と、は同じ構成の信号として示すがこの限りではない。
40は、A/D変換回路420が故障していると判定する。そして故障判定部540は、例えば、不図示のレジスターに対し、故障フラグを立てるための信号を出力する。
/D変換回路420と、故障判定部530と、故障判定回路を構成し、連続的に動作するA/D変換回路410の故障判定を実現している。さらに、マルチプレクサ-430と、A/D変換回路420と、故障判定部540と、で時分割に動作するA/D変換回路420の故障判定(自己判定)を行うことで、連続的に動作するA/D変換回路410の故障判定の精度を向上させることを可能としている。
図8は、物理量検出装置1の第1実施形態における故障判定方法を示すフローチャート図である。また、図9は、図8に含まれるステップS600の詳細を説明するためのフローチャート図である。図10は、図8に含まれるステップS700の詳細を説明するためのフローチャート図である。
行われることが好ましい。これにより、連続的に動作するA/D変換回路410の故障判定に用いられる、A/D変換回路420のA/D変換結果の信頼性が向上し、A/D変換回路410の故障判定の精度を向上させることが可能となる。
部540は、MUX出力デジタル信号VDMO(第2デジタル電圧VDREF2)が、正常の範囲内であるか否かの判定を行う。
は、角速度デジタル信号VD20であると判断する。そして、故障判定部530は、角速度デジタル信号VD10と、MUX出力デジタル信号VDMO(角速度デジタル信号VD20)とを比較し、比較結果が正常の範囲内であるか否かの判定を行う。
以上に説明した容易に、第1実施形態の物理量検出装置1では、A/D変換回路410は、物理量検出素子100で検出された角速度検出信号に基づく角速度信号VAO10をA/D変換し角速度デジタル信号VD10を生成し、A/D変換回路420は、物理量検出素子100で検出された角速度検出信号に基づく角速度信号VAO20をA/D変換し角速度デジタル信号VD20を生成する。すなわち、角速度デジタル信号VD10と、角速度デジタル信号VD20とは、物理量検出素子100で検出された角速度検出信号に基づく同等の信号である。そして故障判定部530において、角速度デジタル信号VD10と角速度デジタル信号VD20との比較を行う。角速度デジタル信号VD10と、角速度デジタル信号VD20とは、同等の信号であるため、故障判定部530は、例えば、角速度デジタル信号VD10と、角速度デジタル信号VD20との差分を検出するなどの比較を行うことで、A/D変換回路410及びA/D変換回路420のA/D変換の結果が正しいかの判断が可能となる。よって、連続的に動作するA/D変換回路410の動作を停止させることなく、A/D変換回路410の故障判定ができる。
号である。これにより、故障判定部530は、角速度デジタル信号VD10と、角速度デジタル信号VD20とを比較することで、精度よくA/D変換回路410の故障を判定することが可能となる。
図11は、第2実施形態における物理量検出装置1の構成を示す図である。また、図12は第2実施形態における物理量処理回路40の構成を示す図である。第1実施形態の物理量検出装置1では、一つの物理量検出素子100が検出した信号を、連続的にA/D変換を行う1つのA/D変換回路410に入力し物理量を取得したのに対し、第2実施形態の物理量検出装置1は、複数(第2実施形態では3個)の物理量検出素子100A,100B,100Cが検出した信号を、複数(第2実施形態では3個)のA/D変換回路410,411,412のそれぞれに入力することで物理量を取得する。
r1,Ctr2を出力する。
いか否かの判定を行うことで、A/D変換回路410の故障判定を行う。
し、故障フラグを立てるための信号を出力する。
上述した実施形態では、角速度を検出する物理量検出素子を含む物理量検出装置(角速度検出装置)を例に挙げて説明したが、本発明は、種々の物理量を検出する物理量検出素子を含む物理量検出装置にも適用することができる。また、物理量検出素子が検出する物理量は、角速度に限らず、角加速度、加速度、地磁気、傾斜などであってもよい。また、物理量検出素子の振動片は、ダブルT型でなくてもよく、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、物理量検出素子の振動片の材料としては、水晶(SiO2)の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。また、物理量検出素子は、圧電型の素子に限らず、動電型、静電容量型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の振動式の素子であってもよい。あるいは、物理量検出素子の方式は、振動式に限らず、例えば、光学式、回転式、流体式であってもよい。
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態
に係る電子機器は、本発明に係る物理量検出装置1を含む。以下では、本発明に係る物理量検出装置1として、物理量検出器400を含む電子機器について、説明する。
)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、ロケット、船舶の計器類)、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
次に、本実施形態に係る移動体について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る移動体は、本発明に係る物理量センサーを含む。以下では、本発明に係る物理量センサーとして、物理量検出器400を含む移動体について、説明する。
分器、310,320…チャージアンプ、330…差動アンプ、340…ハイパスフィルター、350…ACアンプ、360,361,362…同期検波回路、370,371,372…可変ゲインアンプ、380,381,382…スイッチトキャパシタフィルター、390,391,392…出力バッファー、410,411,412,420,421,422…A/D変換回路、430…マルチプレクサ-、440…電圧生成部、450…切替制御部、460…クロック生成回路、510,511,512,520,521,522…デジタルフィルター、530,540…故障判定部、550…デジタル補正部、400…物理量検出器、1200…携帯電話機、1202…操作ボタン、1204…受話口、1208…表示部、1300…デジタルスチルカメラ、1302…ケース(ボディー)、1310…表示部、1306…シャッターボタン、1304…受光ユニット、1308…メモリー、1312…ビデオ信号出力端子、1314…入出力端子、1440…パーソナルコンピューター、1430…テレビモニター、1500…自動車、1502…車体、1504…電子制御ユニット
Claims (11)
- 第1物理量検出信号に基づく第1アナログ信号を、連続的にA/D変換する第1変換部と、
前記第1物理量検出信号に基づく第2アナログ信号と、第1基準電圧と、を含む複数の信号を入力し、時分割に出力する切替部と、
前記切替部の出力を、A/D変換する第2変換部と、
前記第1変換部の故障の判定を行う比較判定部と、
前記第2変換部の故障の判定を行う自己判定部と、
を含み、
前記第1変換部には、前記第1アナログ信号が連続的に入力され、
前記第2変換部には、前記第2アナログ信号が時分割に入力され、
前記第1変換部のサンプリングレートは、前記第2変換部のサンプリングレートに比べ高く、
前記比較判定部は、
前記第1変換部が前記第1アナログ信号をA/D変換した第1デジタル信号に基づく信号と、
前記第2変換部が前記第2アナログ信号をA/D変換した第2デジタル信号に基づく信号と、を比較することで、前記第1変換部の故障の判定を行い、
前記自己判定部は、
前記第1基準電圧を前記第2変換部でA/D変換し得られるデジタル信号の期待値と、
前記第1基準電圧を前記第2変換部でA/D変換し得られるデジタル信号の実測値と、を比較することで、前記第2変換部の故障の判定を行う、
故障判定回路。 - 請求項1において、
前記第2アナログ信号は、前記第1アナログ信号が前記第1変換部に入力されている期間に、前記第2変換部に時分割で入力され、
前記複数の信号は、第2基準電圧を含み、
前記第2基準電圧は、前記切替部に入力し、
前記自己判定部は、
前記第2基準電圧を前記第2変換部でA/D変換し得られるデジタル信号の期待値と、
前記第2基準電圧を前記第2変換部でA/D変換し得られるデジタル信号の実測値と、を比較することで、前記第2変換部の故障の判定を行う、
故障判定回路。 - 請求項1又は2において、
前記切替部には、第2物理量検出信号がさらに入力される、
故障判定回路。 - 請求項3において、
補正部をさらに含み、
前記第2物理量検出信号は、温度に基づく信号であって、
前記補正部は、前記第2物理量検出信号を前記第2変換部でA/D変換した第3デジタル信号に基づき、前記第1デジタル信号を補正する、
故障判定回路。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記第1変換部の分解能は、前記第2変換部の分解能に比べ高い、
故障判定回路。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記切替部には、選択信号がさらに入力され、
前記切替部は、入力される、前記第2アナログ信号と、前記第1基準電圧と、を含む複数の信号のうちのいずれかを、前記選択信号に従い選択し出力する、
故障判定回路。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
第3物理量検出信号に基づく第3アナログ信号を、連続的にA/D変換する第3変換部をさらに備え、
前記切替部には、前記第3物理量検出信号に基づく第4アナログ信号がさらに入力され、
前記比較判定部は、前記第3変換部が前記第3アナログ信号をA/D変換した第4デジタル信号に基づく信号と、前記第2変換部が前記第4アナログ信号をA/D変換した第5デジタル信号に基づく信号と、を比較し、前記第3変換部の故障判定を行う、
故障判定回路。 - 第1物理量検出信号に基づく第1アナログ信号を連続的にA/D変換する第1変換部と、
前記第1物理量検出信号に基づく第2アナログ信号と第1基準電圧とを含む複数の信号を入力し時分割に出力する切替部と、
前記切替部の出力をA/D変換する第2変換部と、
前記第1変換部の出力信号と前記第2変換部の出力信号とを比較する比較判定部と、
を含む故障判定回路において、
前記第1変換部が、前記第1アナログ信号をA/D変換した第1デジタル信号に基づく信号と、
前記第2変換部が、前記第2アナログ信号をA/D変換した第2デジタル信号に基づく信号と、
を前記比較判定部が比較し前記第1変換部の故障判定を行うステップを含み、
前記第1変換部には、前記第1アナログ信号が連続的に入力され、
前記第2変換部には、前記第2アナログ信号が時分割に入力され、
前記第1変換部のサンプリングレートは、前記第2変換部のサンプリングレートに比べ高く、
前記第1基準電圧を前記第2変換部でA/D変換し得られるデジタル信号の期待値と、
前記第1基準電圧を前記第2変換部でA/D変換し得られるデジタル信号の実測値と、を比較することで、前記第2変換部の故障の判定を行う、
故障判定方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の故障判定回路を備えている、物理量検出装置。
- 請求項9に記載の物理量検出装置を備えている、電子機器。
- 請求項9に記載の物理量検出装置を備えている、移動体。
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