JP7165080B2 - 物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、移動体及び物理量センサーの故障診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、移動体及び物理量センサーの故障診断方法に関する。

現在、様々なシステムや電子機器において、角速度を検出するジャイロセンサーや加速度を検出する加速度センサー等、各種の物理量を検出可能な物理量センサーが広く利用されている。近年、特に、信頼性の高いシステムを構築するために、物理量の検出情報をノイズ耐性の高いデジタルデータとして出力する物理量センサーが用いられている。一般に、このような物理量センサーは、物理量検出素子と、物理量検出素子から出力される信号に基づいて、検出された物理量に応じたアナログ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換回路によってデジタル信号に変換した後にデジタル信号処理を行う物理量検出回路とを備えている。

特許文献１には、ＡＤコンバーターに入力する試験用信号の電圧値を変化させ、試験用信号の電圧値に対応して予め記憶されたＡＤコンバーターの正常出力値と前記ＡＤコンバーターの実際の出力値との一致判定を行い、不一致となる場合にＡＤコンバーターを異常とみなすＡＤコンバーターの異常検出装置が記載されている。

また、特許文献２には、アナログ入力電圧とデジタル／アナログ変換部の出力電圧とを比較した結果へ所定の値を加算及び減算した加算デジタルデータ及び減算デジタルデータを生成し、デジタル／アナログ変換部が加算デジタルデータ及び減算デジタルデータを変換した各出力レベルと、アナログ入力電圧とを比較した結果を用いて故障が発生しているか否かを判定するアナログ／デジタル変換器が記載されている。

特開平８－５６１６０号公報 特開２０１４－９０３６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置や特許文献２に記載のアナログ／デジタル変換器によれば、アナログ／デジタル変換回路の故障を診断することはできるものの、アナログ／デジタル変換回路が正常であってもその後段の回路が故障していれば、物理量検出回路から正常なデータが出力されないおそれがある。

本発明に係る物理量検出回路の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
順番に繰り返される複数の期間のうちの第１期間において前記検出信号を第１デジタル信号に変換し、前記複数の期間のうちの第２期間において第１テスト信号を第２デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記第１期間において前記第１デジタル信号を処理して第３デジタル信号を生成し、前記第２期間において第２テスト信号を処理して第４デジタル信号を生成するデジタル信号処理回路と、
前記第２期間において前記第１テスト信号を生成する第１テスト信号生成回路と、
前記第２期間において前記第２テスト信号を生成する第２テスト信号生成回路と、
前記第２期間において、前記第２デジタル信号に基づく前記アナログ／デジタル変換回路の故障診断と前記第４デジタル信号に基づく前記デジタル信号処理回路の故障診断とを行う故障診断回路と、を含む。

前記物理量検出回路の一態様において、
前記第１テスト信号は、前記アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を上限値にするための上限値テスト信号と、前記アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を下限値にするための下限値テスト信号と、を含み、
前記故障診断回路は、
前記上限値テスト信号が前記アナログ／デジタル変換回路によって変換された前記第２デジタル信号の値が前記上限値と一致しない場合に前記アナログ／デジタル変換回路が故障であると診断し、前記下限値テスト信号が前記アナログ／デジタル変換回路によって変換された前記第２デジタル信号の値が前記下限値と一致しない場合に前記アナログ／デジタル変換回路が故障であると診断してもよい。

前記物理量検出回路の一態様において、
前記第１テスト信号は、前記アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を前記上限値と前記下限値との間の値にするための中間値テスト信号を含み、
前記故障診断回路は、
前記中間値テスト信号が前記アナログ／デジタル変換回路によって変換された前記第２デジタル信号の値が前記上限値と前記下限値との間の所定の範囲に含まれない場合に前記アナログ／デジタル変換回路が故障であると診断してもよい。

前記物理量検出回路の一態様において、
前記デジタル信号処理回路は、デジタルフィルターを含み、
前記第２テスト信号は、前記デジタルフィルターをテストするためのデジタルフィルターテスト信号を含み、
前記故障診断回路は、
前記デジタルフィルターテスト信号の値が変化してから所定時間後の前記第４デジタル信号の値が基準値と一致しない場合に前記デジタル信号処理回路が故障であると診断してもよい。

前記物理量検出回路の一態様において、
前記基準値は、
前記デジタルフィルターの出力信号の値が飽和する前の値であってもよい。

前記物理量検出回路の一態様において、
前記デジタルフィルターテスト信号は、第１の値から第２の値に変化し、前記第２の値を保持した後、前記第２の値から前記第１の値に変化してもよい。

前記物理量検出回路の一態様において、
前記デジタルフィルターテスト信号は、前記第１の値から第３の値に変化し、前記第３の値を保持した後、前記第３の値から前記第１の値に変化し、
前記第１の値は、前記第２の値と前記第３の値との間の値であってもよい。

本発明に係る物理量センサーの一態様は、
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、を備えている。

本発明に係る電子機器の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えている。

本発明に係る移動体の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えている。

本発明に係る物理量センサーの故障診断方法の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、順番に繰り返される複数の期間のうちの第１期間において前記検出信号を第１デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記第１期間において前記第１デジタル信号を処理して第３デジタル信号を生成するデジタル信号処理回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記複数の期間のうちの第２期間において、第１テスト信号を生成する第１テスト信号生成工程と、
前記第２期間において、第２テスト信号を生成する第２テスト信号生成工程と、
前記第２期間において、前記アナログ／デジタル変換回路が前記第１テスト信号を第２デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換工程と、
前記第２期間において、前記デジタル信号処理回路が前記第２テスト信号を処理して第４デジタル信号を生成するデジタル信号処理工程と、
前記第２期間において、前記第２デジタル信号に基づく前記アナログ／デジタル変換回路の故障診断を行う第１故障診断工程と、
前記第２期間において、前記第４デジタル信号に基づく前記デジタル信号処理回路の故障診断を行う第２故障診断工程と、を含む。

本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。 選択回路及びアナログ／デジタル変換回路の構成例を示す図。 デジタル信号処理回路の構成例を示す図。 アナログ／デジタル変換回路及びデジタル信号処理回路による時分割処理のチャンネル構成の一例を示す図。 第６チャンネルが細分化された複数のサブチャンネルの構成例を示す図。 第１テスト信号及びアナログ／デジタル変換回路から出力されるデジタル信号の一例を示す図。 第２テスト信号及びデジタル信号処理回路から出力されるデジタル信号の一例を示す図。 サブチャンネルの時間的な関係の一例を示す図。 本実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。 本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。 電子機器の一例であるデジタルカメラを模式的に示す斜視図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

以下では、物理量として角速度と加速度を検出する物理量センサーを例にとり説明する
。

１．物理量センサー
１－１．物理量センサーの構成
図１は、本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。本実施形態の物理量センサー１は、物理量検出回路２と、角速度検出素子３と、加速度検出素子４Ｘと、加速度検出素子４Ｙとを備えている。

加速度検出素子４Ｘ，４Ｙは、物理量として加速度を検出する物理量検出素子である。加速度検出素子４ＸはＸ軸の方向の加速度を検出し、加速度検出素子４ＹはＸ軸と直交するＹ軸の方向の加速度を検出する。例えば、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙは、不図示の駆動電極と検出電極が配置された静電容量を有し、加速度に応じて静電容量の電荷量が変化し、当該電荷量に応じた信号を出力する素子であってもよい。加速度検出素子４Ｘ，４Ｙは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子であってもよい。

角速度検出素子３は、物理量として角速度を検出する物理量検出素子である。本実施形態では、角速度検出素子３は、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸のまわりの角速度を検出する。例えば、角速度検出素子３は、不図示の駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、角速度に応じて振動片の振動の大きさが変化し、当該振動の大きさに応じた信号を出力する素子であってもよい。角速度検出素子３は、例えば、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の水晶振動片を有する素子であってもよい。

物理量検出回路２は、角速度信号処理回路１０、加速度信号処理回路２０、温度センサー３０、第１テスト信号生成回路４０、選択回路５０、アナログ／デジタル変換回路６０、デジタル信号処理回路７０、故障診断回路８０、第２テスト信号生成回路９０、制御回路１００、記憶部１１０、インターフェース回路１２０、発振回路１３０及び電源回路１４０を含む。物理量検出回路２は、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）で実現されてもよい。なお、物理量検出回路２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であってもよい。

電源回路１４０は、物理量検出回路２の外部から供給される電源電圧ＶＤＤ及びグラウンド電圧ＶＳＳに基づいて、基準電圧ＶＧＹＲＯ、基準電圧ＶＡＣＣ、基準電圧ＶＡＤＣ、基準電圧ＶＬＯＧＩＣ及び基準電圧ＶＯＳＣを生成する。また、電源回路１４０は、電源電圧ＶＤＤ及びグラウンド電圧ＶＳＳに基づいて、各種のコモン電圧を生成する。

発振回路１３０は、基準電圧ＶＯＳＣを電源電圧として動作し、クロック信号ＭＣＫを発生させる。発振回路１３０は、例えば、リングオシレーターやＣＲ発振回路として構成されてもよい。

角速度信号処理回路１０は、駆動回路１１と、検出回路１２とを含み、基準電圧ＶＧＹＲＯを電源電圧として動作する。

駆動回路１１は、角速度検出素子３を励振振動させるための駆動信号を生成し、角速度検出素子３に供給する。また、駆動回路１１は、角速度検出素子３の励振振動により発生する発振電流が入力され、この発振電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号の振幅レベルをフィードバック制御する。角速度検出素子３は、励振振動している状態でＺ軸まわりの角速度が加わると、当該角速度を検出して当該角速度に応じた信号を出力する。本実施形態では、角速度検出素子３から出力される信号は差動信号である。

検出回路１２は、角速度検出素子３の出力信号に基づいて、Ｚ軸まわりの角速度に応じ
た検出信号を生成する検出信号生成回路である。具体的には、検出回路１２は、角速度検出素子３から出力される信号に含まれる角速度成分を検出し、当該角速度成分の大きさに応じた電圧レベルの角速度検出信号ＧＲＯ１を生成して出力する。また、検出回路１２は、角速度検出素子３から出力される信号に含まれる振動漏れ成分を検出し、振動漏れ成分の大きさに応じた電圧レベルの振動漏れ信号ＧＲＯ２を生成して出力する。本実施形態では、角速度検出信号ＧＲＯ１及び振動漏れ信号ＧＲＯ２はそれぞれ差動信号である。

加速度信号処理回路２０は、駆動回路２１と、検出回路２２Ｘと、検出回路２２Ｙとを含み、基準電圧ＶＡＣＣを電源電圧として動作する。

駆動回路２１は、搬送波信号を生成して加速度検出素子４Ｘ，４Ｙに出力し、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙを駆動する。この状態でＸ軸方向の加速度が加わると、加速度検出素子４Ｘは、当該加速度を検出して当該加速度に応じた信号を出力する。また、Ｙ軸方向の加速度が加わると、加速度検出素子４Ｙは、当該加速度を検出して当該加速度に応じた信号を出力する。本実施形態では、加速度検出素子４Ｘ，４Ｙからそれぞれ出力される信号は差動信号である。

検出回路２２Ｘは、加速度検出素子４Ｘの出力信号に基づいて、Ｘ軸方向の加速度に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路である。具体的には、検出回路２２Ｘは、加速度検出素子４Ｘから出力される信号に含まれる加速度成分を検出し、当該加速度成分の大きさに応じた電圧レベルのＸ軸加速度検出信号ＡＸＯを生成して出力する。本実施形態では、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯは差動信号である。

検出回路２２Ｙは、加速度検出素子４Ｙの出力信号に基づいて、Ｙ軸方向の加速度に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路である。具体的には、検出回路２２Ｙは、加速度検出素子４Ｙから出力される信号に含まれる加速度成分を検出し、当該加速度成分の大きさに応じた電圧レベルのＹ軸加速度検出信号ＡＹＯを生成して出力する。本実施形態では、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯは差動信号である。

温度センサー３０は、温度を検出し、当該温度に応じた電圧レベルの温度検出信号ＴＳＯを出力する。温度センサー３０は、例えば、バンドギャップリファレンス回路の温度特性を利用した回路であってもよい。本実施形態では、温度検出信号ＴＳＯは差動信号である。

第１テスト信号生成回路４０は、制御回路１００からの制御信号に基づいて、第１テスト信号ＴＳＴ１を生成して出力する。後述するように、第１テスト信号ＴＳＴ１は、アナログ／デジタル変換回路６０の故障診断に用いられるテスト信号である。本実施形態では、第１テスト信号ＴＳＴ１は差動信号である。

選択回路５０は、制御回路１００からの選択信号ＳＥＬに基づいて、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ、温度検出信号ＴＳＯ及び第１テスト信号ＴＳＴ１のいずれかを選択して出力する。本実施形態では、選択回路５０の出力信号ＭＸＯは差動信号である。

アナログ／デジタル変換回路６０は、制御回路１００からの制御信号に基づいて、選択回路５０の出力信号ＭＸＯをデジタル信号ＡＤＯに変換して出力する。

デジタル信号処理回路７０、故障診断回路８０、第２テスト信号生成回路９０、制御回路１００、記憶部１１０及びインターフェース回路１２０は、ロジック回路２００を構成する。ロジック回路２００は、基準電圧ＶＬＯＧＩＣを電源電圧とし、クロック信号ＭＣ
Ｋによって動作する。

デジタル信号処理回路７０は、制御回路１００からの制御信号に基づいて、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯを処理する。本実施形態では、デジタル信号処理回路７０は、デジタル信号ＡＤＯをデジタルフィルター処理したデジタル信号ＤＦＯを出力する。また、デジタル信号処理回路７０は、デジタル信号ＤＦＯを補正演算処理したデジタル信号ＤＳＰＯを出力する。また、本実施形態では、デジタル信号処理回路７０は、所定の期間において、デジタル信号ＡＤＯに代えて第２テスト信号ＴＳＴ２をデジタルフィルター処理したデジタル信号ＤＦＯを出力する。

故障診断回路８０は、制御回路１００からの制御信号に基づいて、所定の期間において、アナログ／デジタル変換回路６０の故障診断及びデジタル信号処理回路７０の故障診断を行う。具体的には、故障診断回路８０は、所定の期間において、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯに基づいてアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断を行うとともに、デジタル信号処理回路７０から出力されるデジタル信号ＤＦＯに基づいてデジタル信号処理回路７０の故障診断を行う。そして、故障診断回路８０は、故障診断に基づき、アナログ／デジタル変換回路６０が故障しているか否かを示すフラグ情報及びデジタル信号処理回路７０が故障しているか否かを示すフラグ情報を生成し、記憶部１１０に記憶する。

第２テスト信号生成回路９０は、制御回路１００からの制御信号に基づいて、第２テスト信号ＴＳＴ２を生成して出力する。後述するように、第２テスト信号ＴＳＴ２は、デジタル信号処理回路７０の故障診断に用いられるテスト信号である。

制御回路１００は、第１テスト信号生成回路４０、アナログ／デジタル変換回路６０、デジタル信号処理回路７０、故障診断回路８０、第２テスト信号生成回路９０等の動作を制御するための各種の制御信号や、選択信号ＳＥＬを生成して出力する。

記憶部１１０は、不図示の不揮発性メモリーを有し、当該不揮発性メモリーには、角速度信号処理回路１０や加速度信号処理回路２０等に対する各種のトリミングデータや、デジタル信号処理回路７０による処理に用いられる係数データ等が記憶されている。不揮発性メモリーは、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成されてもよい。さらに、記憶部１１０は、不図示のレジスターを有し、物理量検出回路２の電源投入時に、すなわち、ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時に、不揮発性メモリーに記憶されている各種のデータがレジスターに転送されて保持され、レジスターに保持された各種のデータが各回路に供給されるように構成されてもよい。また、記憶部１１０のレジスターには、故障診断回路８０が生成したフラグ情報が記憶される。

インターフェース回路１２０は、外部装置からの要求に応じて、デジタル信号処理回路７０から出力されるデジタル信号ＤＳＰＯを出力する処理を行う。また、インターフェース回路１２０は、物理量検出回路２の外部装置からの要求に応じて記憶部１１０の不揮発性メモリーやレジスターに記憶されているデータを読み出して出力する処理や、外部装置から入力されたデータを記憶部１１０の不揮発性メモリーやレジスターに書き込む処理等を行う。インターフェース回路１２０は、例えば、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）バスのインターフェース回路や、Ｉ^２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バスのインターフェース回路であってもよい。

１－２．選択回路及びアナログ／デジタル変換回路の構成
図２は、選択回路５０及びアナログ／デジタル変換回路６０の構成例を示す図である。図２の例では、選択回路５０は、１０個のローパスフィルター５１ｐ，５１ｎ，５２ｐ，５２ｎ，５３ｐ，５３ｎ，５４ｐ，５４ｎ，５５ｐ，５５ｎ及びマルチプレクサー５６を含む。

角速度検出信号ＧＲＯ１を構成する差動信号ＧＲＯ１＿Ｐ，ＧＲＯ１＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５１ｐ，５１ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。

振動漏れ信号ＧＲＯ２を構成する差動信号ＧＲＯ２＿Ｐ，ＧＲＯ２＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５２ｐ，５２ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。

Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯを構成する差動信号ＡＸＯ＿Ｐ，ＡＸＯ＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５３ｐ，５３ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。

Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯを構成する差動信号ＡＹＯ＿Ｐ，ＡＹＯ＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５４ｐ，５４ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。

温度検出信号ＴＳＯを構成する差動信号ＴＳＯ＿Ｐ，ＴＳＯ＿Ｎは、それぞれ、ローパスフィルター５５ｐ，５５ｎによってローパスフィルター処理されてマルチプレクサー５６に入力される。

第１テスト信号ＴＳＴ１を構成する差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎは、ローパスフィルター処理されずにマルチプレクサー５６に入力される。

マルチプレクサー５６は、選択信号ＳＥＬに応じて、ローパスフィルター処理された差動信号ＧＲＯ１＿Ｐ，ＧＲＯ１＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＧＲＯ２＿Ｐ，ＧＲＯ２＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＡＸＯ＿Ｐ，ＡＸＯ＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＡＹＯ＿Ｐ，ＡＹＯ＿Ｎ、ローパスフィルター処理された差動信号ＴＳＯ＿Ｐ，ＴＳＯ＿Ｎ、及び差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎのうちのいずれかの差動信号を選択し、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎとして出力する。

図２の例では、アナログ／デジタル変換回路６０は、プリチャージ回路６１、プログラマブルゲインアンプ６２、逐次比較（ＳＡＲ：Successive Approximation Register）型アナログ／デジタル変換器６３及びＳＡＲ制御回路６４を含む。

プリチャージ回路６１は、制御回路１００からの制御信号に応じて、逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３による変換処理が開始される前にプログラマブルゲインアンプ６２の入力ノードをチャージすることにより、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎによるチャージを補助する。

プログラマブルゲインアンプ６２は、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎを増幅した差動信号ＰＯ＿Ｐ，ＰＯ＿Ｎを出力する。プログラマブルゲインアンプ６２の利得は、制御回路１００からの制御信号に応じて、差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎとして選択された差動信号の種類に応じて可変に設定される。

逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３は、差動信号ＰＯ＿Ｐ，ＰＯ＿Ｎの電圧差を
、＋ＶＡＤＣと－ＶＡＤＣとの間をフルスケールとしてデジタル信号ＡＤＯに変換して出力する。

ＳＡＲ制御回路６４は、クロック信号ＭＣＫによって動作し、逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３による逐次比較のタイミングや比較結果に応じて比較の基準となる電圧を選択する処理等を行う。

１－３．デジタル信号処理回路の構成
図３は、デジタル信号処理回路７０の構成例を示す図である。図３の例では、デジタル信号処理回路７０は、スイッチ回路７１、浮動小数点変換回路７２、デジタルフィルター７３、デジタル補正回路７４及び固定小数点変換回路７５を含む。

スイッチ回路７１は、制御回路１００からの制御信号に応じて、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯと第２テスト信号生成回路９０から出力される第２テスト信号ＴＳＴ２のいずれか一方を選択して出力する
浮動小数点変換回路７２は、スイッチ回路７１から出力される固定小数点型のデジタル信号を浮動小数点型のデジタル信号に変換して出力する。

デジタルフィルター７３は、制御回路１００からの制御信号に応じて、浮動小数点変換回路７２から出力されるデジタル信号をフィルター処理してデジタル信号ＤＦＯを出力する。

デジタル補正回路７４は、制御回路１００からの制御信号に応じて、デジタルフィルター７３から出力されるデジタル信号ＤＦＯに対して、オフセット補正やゲイン補正等の各種の補正演算を行って出力する。

固定小数点変換回路７５は、デジタル補正回路７４から出力される浮動小数点型のデジタル信号を固定小数点型のデジタル信号ＤＳＰＯに変換して出力する。

本実施形態では、デジタル信号処理回路７０は、汎用の加算器と乗算器を有しており、当該加算器及び乗算器を兼用してデジタルフィルター７３及びデジタル補正回路７４を実現する。

１－４．時分割処理のチャンネル構成
上述したように、アナログ／デジタル変換回路６０は、選択回路５０が選択信号ＳＥＬに基づいて選択した差動信号をデジタル信号ＡＤＯに変換して出力する。すなわち、アナログ／デジタル変換回路６０は、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ、温度検出信号ＴＳＯ及び第１テスト信号ＴＳＴ１を時分割に処理してそれぞれデジタル信号に変換する。

また、デジタル信号処理回路７０は、アナログ／デジタル変換回路６０が時分割処理により生成したデジタル信号ＡＤＯ又は第２テスト信号ＴＳＴ２を処理する。すなわち、デジタル信号処理回路７０は、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ、温度検出信号ＴＳＯにそれぞれ対応するデジタル信号及び第２テスト信号ＴＳＴ２を時分割に処理する。

図４は、アナログ／デジタル変換回路６０及びデジタル信号処理回路７０による時分割処理のチャンネル構成の一例を示す図である。

図４に示すように、第１チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“０００”であ
り、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として角速度検出信号ＧＲＯ１が選択され、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号としてデジタル信号ＡＤＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第１チャンネルの期間において、角速度検出信号ＧＲＯ１、具体的には差動信号ＧＲＯ１＿Ｐ，ＧＲＯ１＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。また、デジタル信号処理回路７０は、第１チャンネルの期間において、デジタル信号ＡＤＯを処理してデジタル信号ＤＦＯ及びデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。このように、第１チャンネルでは、角速度検出信号ＧＲＯ１に対する処理が行われる。

第１チャンネルに続く第２チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“００１”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として振動漏れ信号ＧＲＯ２が選択され、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号としてデジタル信号ＡＤＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第２チャンネルの期間において、振動漏れ信号ＧＲＯ２、具体的には差動信号ＧＲＯ２＿Ｐ，ＧＲＯ２＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。また、デジタル信号処理回路７０は、第２チャンネルの期間において、デジタル信号ＡＤＯを処理してデジタル信号ＤＦＯ及びデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。このように、第２チャンネルでは、振動漏れ信号ＧＲＯ２に対する処理が行われる。

第２チャンネルに続く第３チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“０１０”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号としてＸ軸加速度検出信号ＡＸＯが選択され、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号としてデジタル信号ＡＤＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第３チャンネルの期間において、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、具体的には差動信号ＡＸＯ＿Ｐ，ＡＸＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。また、デジタル信号処理回路７０は、第３チャンネルの期間において、デジタル信号ＡＤＯを処理してデジタル信号ＤＦＯ及びデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。このように、第３チャンネルでは、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯに対する処理が行われる。

第３チャンネルに続く第４チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“０１１”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号としてＹ軸加速度検出信号ＡＹＯが選択され、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号としてデジタル信号ＡＤＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第４チャンネルの期間において、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ、具体的には差動信号ＡＹＯ＿Ｐ，ＡＹＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。また、デジタル信号処理回路７０は、第４チャンネルの期間において、デジタル信号ＡＤＯを処理してデジタル信号ＤＦＯ及びデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。このように、第４チャンネルでは、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯに対する処理が行われる。

第４チャンネルに続く第５チャンネルでは、３ビットの選択信号ＳＥＬが“１００”であり、選択回路５０によってアナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として温度検出信号ＴＳＯが選択され、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号としてデジタル信号ＡＤＯが選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第５チャンネルの期間において、温度検出信号ＴＳＯ、具体的には差動信号ＴＳＯ＿Ｐ，ＴＳＯ＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。また、デジタル信号処理回路７０は、第５チャンネルの期間において、デジタル信号ＡＤＯを処理してデジタル信号ＤＦＯ及びデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。このように、第５チャンネルでは、温度検出信号ＴＳＯに対する処理が行われる。

第５チャンネルに続く第６チャンネルでは、第１テスト信号生成回路４０は第１テスト
信号ＴＳＴ１を生成し、第２テスト信号生成回路９０は第２テスト信号ＴＳＴ２を生成する。そして、３ビットの選択信号ＳＥＬが“１０１”であり、アナログ／デジタル変換回路６０の入力信号として第１テスト信号ＴＳＴ１が選択され、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号として第２テスト信号ＴＳＴ２が選択される。したがって、アナログ／デジタル変換回路６０は、第６チャンネルの期間において、第１テスト信号ＴＳＴ１、具体的には差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎの電圧差をデジタル信号ＡＤＯに変換する。また、デジタル信号処理回路７０は、第６チャンネルの期間において、第２テスト信号ＴＳＴ２を処理してデジタル信号ＤＦＯ及びデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。このように、第６チャンネルでは、第１テスト信号ＴＳＴ１に対するデジタル変換処理と第２テスト信号ＴＳＴ２に対するデジタル信号処理が行われる。この第６チャンネルの期間は、アナログ／デジタル変換回路６０の故障診断及びデジタル信号処理回路７０の故障診断のためのテスト期間に対応する。

第６チャンネルの次は第１チャンネルに戻る。すなわち、第１チャンネル～第６チャンネルの複数の期間が順番に繰り返される。デジタル信号処理回路７０において、デジタルフィルター７３の次数や係数値、デジタル補正回路７４による補正演算の種類や係数値等は、チャンネル毎に、処理対象の信号に合わせて変更される。

なお、順番に繰り返される複数のチャンネルの期間のうちの第１チャンネル～例えば、第１チャンネル、第３チャンネル及び第４チャンネルのいずれかの期間が「第１期間」に相当し、第６チャンネルの期間が「第２期間」に相当する。また、第１チャンネル、第３チャンネル及び第４チャンネルのいずれかの期間においてアナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯが「第１デジタル信号」に相当し、第６チャンネルの期間においてアナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯが「第２デジタル信号」に相当する。また、第１チャンネル、第３チャンネル及び第４チャンネルのいずれかの期間においてデジタル信号処理回路７０から出力されるデジタル信号ＤＳＰＯが「第３デジタル信号」に相当し、第６チャンネルの期間においてデジタル信号処理回路７０から出力されるデジタル信号ＤＦＯが「第４デジタル信号」に相当する。

１－５．故障診断処理
上述したように、第６チャンネルの期間は、アナログ／デジタル変換回路６０の故障診断及びデジタル信号処理回路７０の故障診断のためのテスト期間であり、第６チャンネルは、各種のテストをそれぞれ行うための複数のサブチャンネルに細分化される。図５は、第６チャンネルが細分化された複数のサブチャンネルの構成例を示す図である。

図５に示すように、アナログ／デジタル変換回路６０の故障診断のためのテストはサブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃで行われる。図６は、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃにおける、第１テスト信号ＴＳＴ１及びアナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯの一例を示す図である。図６において、横軸は時間であり、縦軸は第１テスト信号ＴＳＴ１の電圧あるいはデジタル信号ＡＤＯの値である。

図５及び図６に示すように、サブチャンネル６ａでは、図２に示した逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３に入力される差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎの電圧差が＋ＶＡＤＣとなるように、第１テスト信号生成回路４０が第１テスト信号ＴＳＴ１の電圧値、具体的には差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎの電圧差を電圧値ＶＭＡＸに設定し、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯの値が上限値となるか否かがテストされる。例えば、図２に示したプログラマブルゲインアンプ６２の利得が１に設定され、差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎが基準電圧ＶＡＤＣとグラウンド電圧ＶＳＳに設定されてもよい。そして、例えば、アナログ／デジタル変換回路６０が１４ビットのデジタル信号ＡＤＯを出力する場合は、デジタル信号ＡＤＯの値が“０１１１１１１
１１１１１１１”、すなわち１０進数の＋８１９１になるか否かがテストされる。このように、サブチャンネル６ａにおける第１テスト信号ＴＳＴ１は、アナログ／デジタル変換回路６０の出力信号の値を上限値にするための上限値テスト信号である。

そして、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ａの所定のタイミング、例えば、サブチャンネル６ａが終了する直前において、上限値テスト信号がアナログ／デジタル変換回路６０によって変換されたデジタル信号ＡＤＯの値が上限値ＡＯＭＡＸと一致しない場合にアナログ／デジタル変換回路６０が故障であると診断する。

図５及び図６に示すように、サブチャンネル６ｂでは、図２に示した逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３に入力される差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎの電圧差が－ＶＡＤＣとなるように、第１テスト信号生成回路４０が第１テスト信号ＴＳＴ１の電圧値、具体的には差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎの電圧差を電圧値ＶＭＩＮに設定し、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯの値が下限値となるか否かがテストされる。例えば、図２に示したプログラマブルゲインアンプ６２の利得が１に設定され、差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎがグラウンド電圧ＶＳＳと基準電圧ＶＡＤＣに設定されてもよい。そして、例えば、アナログ／デジタル変換回路６０が１４ビットのデジタル信号ＡＤＯを出力する場合は、デジタル信号ＡＤＯの値が“１０００００００００００００”、すなわち１０進数の－８１９２になるか否かがテストされる。このように、サブチャンネル６ｂにおける第１テスト信号ＴＳＴ１は、アナログ／デジタル変換回路６０の出力信号の値を下限値にするための下限値テスト信号である。

そして、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ｂの所定のタイミング、例えば、サブチャンネル６ｂが終了する直前において、下限値テスト信号がアナログ／デジタル変換回路６０によって変換されたデジタル信号ＡＤＯの値が下限値ＡＯＭＩＮと一致しない場合にアナログ／デジタル変換回路６０が故障であると診断する。

図５及び図６に示すように、サブチャンネル６ｃでは、図２に示した逐次比較型アナログ／デジタル変換器６３に入力される差動信号ＭＸＯ＿Ｐ，ＭＸＯ＿Ｎの電圧差が＋ＶＡＤＣと－ＶＡＤＣとの間の電圧値となるように、第１テスト信号生成回路４０が第１テスト信号ＴＳＴ１の電圧値、具体的には差動信号ＴＳＴ１＿Ｐ，ＴＳＴ１＿Ｎの電圧差を電圧値Ｖ１に設定し、アナログ／デジタル変換回路６０から出力されるデジタル信号ＡＤＯの値が上限値と下限値との間の所定の範囲ＡＯ１～ＡＯ２に含まれるか否かがテストされる。例えば、図２に示したプログラマブルゲインアンプ６２の利得が１に設定され、電圧値Ｖ１が０Ｖになるように設定されてもよい。このように、サブチャンネル６ｃにおける第１テスト信号ＴＳＴ１は、アナログ／デジタル変換回路６０の出力信号の値を上限値と下限値との間の値にするための中間値テスト信号である。

そして、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ｃの所定のタイミング、例えば、サブチャンネル６ｃが終了する直前において、中間値テスト信号がアナログ／デジタル変換回路６０によって変換されたデジタル信号ＡＤＯの値が上限値ＡＯＭＡＸと下限値ＡＯＭＩＮとの間の所定の範囲ＡＯ１～ＡＯ２に含まれない場合にアナログ／デジタル変換回路６０が故障であると診断する。

また、図５に示すように、デジタル信号処理回路７０の故障診断のためのテストはサブチャンネル６ｄ，６ｅで行われる。図７は、サブチャンネル６ｄ，６ｅにおける、第２テスト信号ＴＳＴ２及びデジタル信号処理回路７０から出力されるデジタル信号ＤＦＯの一例を示す図である。図７において、横軸は時間であり、縦軸は第２テスト信号ＴＳＴ２の値あるいはデジタル信号ＤＦＯの値である。なお、連続する２つのサブチャンネル６ｄの間、サブチャンネル６ｄとサブチャンネル６ｅとの間、連続する２つのサブチャンネル６
ｅの間、及びサブチャンネル６ｅとサブチャンネル６ｄとの間にはそれぞれ第１チャンネル～第５チャンネルが存在するが、図７では第１チャンネル～第５チャンネルは図示が省略されている。

図５及び図７に示すように、サブチャンネル６ｄでは、第２テスト信号生成回路９０が第２テスト信号ＴＳＴ２の値を０よりも大きい値ＤＩＨに設定し、デジタル信号処理回路７０のデジタルフィルター７３に対する入力信号の立ち上がりのステップ応答がテストされる。また、サブチャンネル６ｅでは、第２テスト信号生成回路９０が第２テスト信号ＴＳＴ２の値を０よりも小さい値ＤＩＬに設定し、デジタルフィルター７３に対する入力信号の立ち下がりのステップ応答がテストされる。

具体的には、図７に示すように、第６チャンネルにおいて、サブチャンネル６ｄは期間Ｔ１にわたって複数回連続して繰り返され、期間Ｔ１の最初のサブチャンネル６ｄが開始されるときに、デジタルフィルター７３がリセットされるとともに、第２テスト信号ＴＳＴ２の値が０からＤＩＨに変化する。そして、後続のサブチャンネル６ｄにおいて第２テスト信号ＴＳＴ２の値がＤＩＨに保持されることによって、期間Ｔ１においてデジタルフィルター７３から出力されるデジタル信号ＤＦＯの値が増加していく。また、第６チャンネルにおいて、サブチャンネル６ｅは期間Ｔ２にわたって複数回連続して繰り返され、期間Ｔ２の最初のサブチャンネル６ｅが開始されるときに、デジタルフィルター７３がリセットされるとともに、第２テスト信号ＴＳＴ２の値が０からＤＩＬに変化する。そして、後続のサブチャンネル６ｅにおいて第２テスト信号ＴＳＴ２の値がＤＩＬに保持されることによって、期間Ｔ２においてデジタルフィルター７３から出力されるデジタル信号ＤＦＯの値が減少していく。なお、サブチャンネル６ｄが連続する回数とサブチャンネル６ｅが連続する回数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

このように、サブチャンネル６ｄ，６ｅにおける第２テスト信号ＴＳＴ２は、デジタルフィルター７３をテストするためのデジタルフィルターテスト信号である。具体的には、図７に示すように、デジタルフィルターテスト信号としての第２テスト信号ＴＳＴ２は、期間Ｔ１において、ＤＩＨとＤＩＬとの間の値である０からＤＩＨに変化し、ＤＩＨを保持した後、ＤＩＨから０に変化する。さらに、デジタルフィルターテスト信号は、期間Ｔ２において、０からＤＩＬに変化し、ＤＩＬを保持した後、ＤＩＬから０に変化する。これらの期間Ｔ１，Ｔ２は交互に繰り返される。

なお、図７の例では、第２テスト信号ＴＳＴ２の値である“０”が「第１の値」に相当し、ＤＩＨ及びＤＩＬの一方が「第２の値」に相当し、ＤＩＨ及びＤＩＬの他一方が「第３の値」に相当する。

そして、故障診断回路８０は、デジタルフィルターテスト信号の値が変化してから所定時間後のデジタル信号ＤＦＯの値が基準値と一致しない場合にデジタル信号処理回路７０が故障であると診断する。具体的には、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ｄの所定のタイミング、例えば、期間Ｔ１の最後のサブチャンネル６ｄが終了する直前において、デジタル信号ＤＦＯの値が基準値ＤＯＨと一致しない場合にデジタル信号処理回路７０が故障であると診断する。また、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ｅの所定のタイミング、例えば、期間Ｔ２の最後のサブチャンネル６ｅが終了する直前において、デジタル信号ＤＦＯの値が基準値ＤＯＬと一致しない場合にデジタル信号処理回路７０が故障であると診断する。

これらの基準値ＤＯＨ，ＤＯＬは、デジタルフィルター７３の出力信号の値が飽和する前の値である。換言すれば、期間Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ、デジタルフィルター７３の出力信号の値が飽和する前に終了する。これにより、デジタルフィルター７３の出力信号が
飽和値に固定される故障も検出可能となる。

なお、前述の通り、デジタルフィルター７３の次数や係数値はチャンネル毎に変更されるので、例えば、デジタルフィルター７３の次数及び係数値は、サブチャンネル６ｄでは第１チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定され、サブチャンネル６ｅでは第３チャンネルや第４チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定されてもよい。これにより、デジタル信号処理回路７０の故障検出率が向上する。

前述の通り、第６チャンネルでは、スイッチ回路７１によってデジタル信号処理回路７０の処理対象信号として第２テスト信号ＴＳＴ２が選択される。すなわち、アナログ／デジタル変換回路６０とデジタル信号処理回路７０とが電気的に切断される。したがって、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃにおけるアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断処理とサブチャンネル６ｄ，６ｅにおけるデジタル信号処理回路７０の故障診断処理は並行して実行可能である。図８は、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅの時間的な関係の一例を示す図である。図８において、横軸は時間である。図８の例では、サブチャンネル６ｄが複数回連続する期間Ｔ１において、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃが繰り返されており、同様に、サブチャンネル６ｅが複数回連続する期間Ｔ２において、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃが繰り返されている。このように、第６チャンネルにおいて、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃにおけるアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断処理とサブチャンネル６ｄ，６ｅにおけるデジタル信号処理回路７０の故障診断処理が並行して実行されることにより、アナログ／デジタル変換回路６０及びデジタル信号処理回路７０の故障診断の頻度が上がるため、物理量センサー１の信頼性が向上する。

１－６．故障診断方法の手順
図９は、本実施形態の物理量センサー１の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図９のフローチャートにおいて、各ステップの処理を適宜入れ替えてもよい。

図９に示すように、第６チャンネルのタイミングになると（ステップＳ１のＹ）、第１テスト信号生成回路４０が第１テスト信号ＴＳＴ１を生成する（ステップＳ２）。具体的には、第１テスト信号生成回路４０は、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに対して前述した第１テスト信号ＴＳＴ１を生成する。

次に、アナログ／デジタル変換回路６０が第１テスト信号ＴＳＴ１をデジタル信号ＡＤＯに変換する（ステップＳ３）。

次に、故障診断回路８０は、診断のタイミングが到来すれば（ステップＳ４のＹ）、デジタル信号ＡＤＯに基づくアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断を行う（ステップＳ５）。具体的には、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに対して前述した故障診断を行う。故障診断回路８０は、診断のタイミングが到来しなければ（ステップＳ４のＮ）、ステップＳ５の処理を行わない。

また、ステップＳ２～Ｓ５の処理と並行して、第２テスト信号生成回路９０及び故障診断回路８０がステップＳ６～Ｓ９の処理を行う。

具体的には、まず、第２テスト信号生成回路９０が第２テスト信号ＴＳＴ２を生成する（ステップＳ６）。具体的には、第２テスト信号生成回路９０は、サブチャンネル６ｄ，６ｅのそれぞれに対して前述した第２テスト信号ＴＳＴ２を生成する。

次に、デジタル信号処理回路７０が第２テスト信号ＴＳＴ２を処理してデジタル信号ＤＦＯを生成する（ステップＳ７）。

次に、故障診断回路８０は、診断のタイミングが到来すれば（ステップＳ８のＹ）、デジタル信号ＤＦＯに基づくデジタル信号処理回路７０の故障診断を行う（ステップＳ９）。具体的には、故障診断回路８０は、サブチャンネル６ｄ，６ｅのそれぞれに対して前述した故障診断を行う。故障診断回路８０は、診断のタイミングが到来しなければ（ステップＳ８のＮ）、ステップＳ９の処理を行わない。

そして、第１チャンネルが到来した後（ステップＳ１０のＹ）、第６チャンネルが到来する毎に（ステップＳ１のＹ）、ステップＳ２～Ｓ５の処理とステップＳ６～Ｓ９の処理が並行して実行される。

なお、図９のステップＳ２は、「第１テスト信号生成工程」の一例である。また、図９のステップＳ３は、「アナログ／デジタル変換工程」の一例である。また、図９のステップＳ５は、「第１故障診断工程」の一例である。また、図９のステップＳ６は、「第２テスト信号生成工程」の一例である。また、図９のステップＳ７は、「デジタル信号処理工程」の一例である。また、図９のステップＳ９は、「第２故障診断工程」の一例である。

１－７．作用効果
本実施形態では、順番に繰り返される第１チャンネル～第６チャンネルの期間のうちの第１チャンネル～第５チャンネルの期間において、アナログ／デジタル変換回路６０は、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ、温度検出信号ＴＳＯをデジタル信号ＡＤＯに変換し、デジタル信号処理回路７０は、デジタル信号ＡＤＯを処理してデジタル信号ＤＳＰＯを生成する。また、第６チャンネルの期間において、アナログ／デジタル変換回路６０は、第１テスト信号ＴＳＴ１をデジタル信号ＡＤＯに変換し、デジタル信号処理回路７０は、第２テスト信号ＴＳＴ２を処理してデジタル信号ＤＦＯを生成し、故障診断回路８０は、デジタル信号ＡＤＯに基づくアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断とデジタル信号ＤＦＯに基づくデジタル信号処理回路７０の故障診断とを行う。すなわち、本実施形態では、アナログ／デジタル変換回路６０及びデジタル信号処理回路７０が通常の処理を行う合間に、故障診断回路８０がアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断とデジタル信号ＤＦＯに基づくデジタル信号処理回路７０の故障診断とを行う。したがって、本実施形態によれば、例えば、起動時や静止時等の特定のタイミングにおいてのみ故障診断を行う従来の物理量センサー１とは異なり、アナログ／デジタル変換回路６０の故障診断及びデジタル信号処理回路７０の故障診断を常時行うことができるので、従来よりも信頼性の高い物理量検出回路２及び物理量センサー１を実現することができる。

また、本実施形態によれば、第６チャンネルにおいて、故障診断回路８０がアナログ／デジタル変換回路６０の故障診断とデジタル信号処理回路７０の故障診断を並行して行うことができるので、故障診断に要するチャンネルが１つで済むため、第１チャンネル～第５チャンネルの各期間をより長くすることができる。したがって、角速度検出信号ＧＲＯ１、振動漏れ信号ＧＲＯ２、Ｘ軸加速度検出信号ＡＸＯ、Ｙ軸加速度検出信号ＡＹＯ及び温度検出信号ＴＳＯに対して必要な処理時間を確保することができる。

また、本実施形態では、第１テスト信号ＴＳＴ１は、アナログ／デジタル変換回路６０の出力信号の値を上限値ＡＯＭＡＸにするための上限値テスト信号と、アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を下限値ＡＯＭＩＮにするための下限値テスト信号と、を含む。そして、故障診断回路８０は、上限値テスト信号がアナログ／デジタル変換回路６０によって変換されたデジタル信号ＡＤＯの値が上限値ＡＯＭＡＸと一致しない場合にアナロ
グ／デジタル変換回路６０が故障であると診断し、下限値テスト信号がアナログ／デジタル変換回路６０によって変換されたデジタル信号ＡＤＯの値が下限値ＡＯＭＩＮと一致しない場合にアナログ／デジタル変換回路６０が故障であると診断する。したがって、本実施形態によれば、アナログ／デジタル変換回路６０の出力値の範囲が異常となる故障を診断することができる。また、本実施形態によれば、例えば、前述の例のように、デジタル信号ＡＤＯの値の上限値ＡＯＭＡＸが“０１１１１１１１１１１１１１”であり、下限値ＡＯＭＩＮが“１０００００００００００００”である場合は、デジタル信号ＡＤＯの各ビットが反転するか否かがテストされるので、各ビットが“０”又は“１”に固定される故障を診断することができる。

さらに、本実施形態では、第１テスト信号ＴＳＴ１は、アナログ／デジタル変換回路６０の出力信号の値を上限値ＡＯＭＡＸと下限値ＡＯＭＩＮとの間の値にするための中間値テスト信号を含む。そして、故障診断回路８０は、中間値テスト信号がアナログ／デジタル変換回路６０によって変換されたデジタル信号ＡＤＯの値が所定の範囲ＡＯ１～ＡＯ２に含まれない場合にアナログ／デジタル変換回路６０が故障であると診断する。したがって、本実施形態によれば、アナログ／デジタル変換回路６０の出力信号の上限値と下限値の間の値が異常となる故障を診断することができる。

また、本実施形態では、第２テスト信号ＴＳＴ２は、デジタルフィルター７３をテストするためのデジタルフィルターテスト信号を含む。そして、故障診断回路８０は、デジタルフィルターテスト信号の値が変化してから所定時間後のデジタル信号ＤＦＯの値が基準値と一致しない場合にデジタル信号処理回路７０が故障であると診断する。例えば、デジタルフィルターテスト信号は、期間Ｔ１が開始するときに０からＤＩＨに変化し、期間Ｔ１においてＤＩＨを保持した後、ＤＩＨから０に変化する。さらに、デジタルフィルターテスト信号は、期間Ｔ２が開始するときに０からＤＩＬに変化し、期間Ｔ２においてＤＩＬを保持した後、ＤＩＬから０に変化する。したがって、本実施形態によれば、例えば、出荷前にスキャンテスト等によってデジタル信号処理回路７０の故障の有無が検査される従来の物理量センサー１とは異なり、デジタルフィルター７３の応答特性を利用したデジタル信号処理回路７０の故障診断を常時行うことができる。

また、本実施形態によれば、デジタル信号処理回路７０は、汎用の加算器と乗算器を兼用してデジタルフィルター７３及びデジタル補正回路７４を実現するので、デジタルフィルター７３の故障診断によりデジタル補正回路７４の故障診断も行われることになり、物理量検出回路２及び物理量センサー１の信頼性が向上する。

１－８．変形例
例えば、上記の実施形態において、ＤＩＨ，ＤＩＬ，ＤＯＨ、ＤＯＬ、ＡＯ１，ＡＯ２等の各値、期間Ｔ１，Ｔ２等の故障診断に用いられる各種のデータは、記憶部１１０に可変に設定されてもよい。

また、上記の実施形態では、デジタルフィルター７３の次数及び係数値が、サブチャンネル６ｄでは第１チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定され、サブチャンネル６ｅでは第３チャンネルや第４チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定される例を挙げたが、これに限られない。例えば、デジタルフィルター７３の次数及び係数値は、サブチャンネル６ｄ，６ｅともに、第１チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定されてもよいし、第３チャンネルあるいは第４チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定されてもよい。また、デジタルフィルター７３の故障診断用のサブチャンネルは２つに限られない。例えば、デジタルフィルター７３の次数及び係数値が第１チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定され、入力信号の立ち上がりのステップ応
答及び立ち下がりのステップ応答がテストされる２つのサブチャンネルと、デジタルフィルター７３の次数及び係数値が第３チャンネルあるいは第４チャンネルにおけるデジタルフィルター７３と同じとなるように設定され、入力信号の立ち上がりのステップ応答及び立ち下がりのステップ応答がテストされる２つのサブチャンネルとからなる４つのサブチャンネルが設けられていてもよい。

また、上記の実施形態では、アナログ／デジタル変換回路６０は、差動信号が入力され、当該差動信号をデジタル信号ＡＤＯに変換しているが、シングルエンドの信号が入力され、当該シングルエンドの信号をデジタル信号ＡＤＯに変換してもよい。

また、上記の実施形態では、物理量センサー１は、角速度検出素子３と、加速度検出素子４Ｘと、加速度検出素子４Ｙとを含むが、これらの物理量検出素子の一部のみを有するセンサーであってもよい。また、物理量センサー１は、角速度や加速度以外の物理量を検出する物理量検出素子、例えば、角加速度、速度、力などの物理量を検出する物理量検出素子を含んでもよい。

また、上記の実施形態では、角速度検出素子３の振動片がダブルＴ型の水晶振動片である例を挙げたが、各種の物理量を検出する物理量検出素子の振動片は、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、物理量検出素子の振動片は、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、上記の実施形態では、圧電型の角速度検出素子３や静電容量型の加速度検出素子４Ｘ，４Ｙを例示したが、各種の物理量を検出する物理量検出素子は、圧電型や静電容量型の素子に限らず、動電型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の素子であってもよい。また、物理量検出素子の検出方式は、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。

２．電子機器
図１０は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１０に示すように、本実施形態の電子機器３００は、物理量センサー３１０、処理回路３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含む。なお、本実施形態の電子機器は、図１０の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

物理量センサー３１０は、物理量を検出して検出結果を処理回路３２０に出力する。物理量センサー３１０として、例えば、上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することができる。

処理回路３２０は、物理量センサー３１０の出力信号に基づく処理を行う。具体的には、処理回路３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、物理量センサー３１０と通信し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、処理回路３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理回路３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、処理回路３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、処理回路３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、処理回路３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、処理回路３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、処理回路３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。

物理量センサー３１０として、例えば上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することにより、例えば、信頼性の高い電子機器を実現することができる。

このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、モバイル型、ラップトップ型、タブレット型などのパーソナルコンピューター、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルカメラ、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡等の医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶等の計器類、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、歩行者自立航法（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning）装置等が挙げられる。

図１１は、本実施形態の電子機器３００の一例であるデジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１１には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号を生成する。

デジタルカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される
。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。デジタルカメラ１３００は、例えば、角速度センサーである物理量センサー３１０を有し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。

３．移動体
図１２は、本実施形態の移動体の一例を示す図である。図１２に示す移動体４００は、物理量センサー４１０、処理回路４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１２の構成要素の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

物理量センサー４１０、処理回路４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。

物理量センサー４１０は、物理量を検出して検出結果を処理回路４４０，４５０，４６０に出力する。

処理回路４４０，４５０，４６０は、物理量センサー４１０の出力信号に基づく処理を行う。例えば、処理回路４４０，４５０，４６０は、それぞれ、物理量センサー４１０の出力信号を用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う。

ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、ＧＰＳの電波が届かない時でも物理量センサー４１０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きを特定し、必要な情報の表示を継続する。

例えば、物理量センサー４１０として、上述した各実施形態の物理量センサー１を適用することにより、例えば、信頼性の高い移動体を実現することができる。

このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、電気自動車等の自動車、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…物理量センサー、２…物理量検出回路、３…角速度検出素子、４Ｘ…加速度検出素子、４Ｙ…加速度検出素子、１０…角速度信号処理回路、１１…駆動回路、１２…検出回路、２０…加速度信号処理回路、２１…駆動回路、２２Ｘ…検出回路、２２Ｙ…検出回路、３０…温度センサー、４０…第１テスト信号生成回路、５０…選択回路、５１ｐ，５１ｎ，５２ｐ，５２ｎ，５３ｐ，５３ｎ，５４ｐ，５４ｎ，５５ｐ，５５ｎ…ローパスフィル
ター、５６…マルチプレクサー、６０…アナログ／デジタル変換回路、６１…プリチャージ回路、６２…プログラマブルゲインアンプ、６３…逐次比較型アナログ／デジタル変換器、６４…ＳＡＲ制御回路、７０…デジタル信号処理回路、７１…スイッチ回路、７２…浮動小数点変換回路、７３…デジタルフィルター、７４…デジタル補正回路、７５…固定小数点変換回路、８０…故障診断回路、９０…第２テスト信号生成回路、１００…制御回路、１１０…記憶部、１２０…インターフェース回路、１３０…発振回路、１４０…電源回路、２００…ロジック回路、３００…電子機器、３１０…物理量センサー、３２０…処理回路、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…物理量センサー、４４０，４５０，４６０…処理回路、４７０…バッテリー、４８０…ナビゲーション装置、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター

Claims (11)

1. 物理量を検出する物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
   順番に繰り返される複数の期間のうちの第１期間において前記検出信号を第１デジタル信号に変換し、前記複数の期間のうちの第２期間において第１テスト信号を第２デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
   前記第１期間において前記第１デジタル信号を処理して第３デジタル信号を生成し、前記第２期間において第２テスト信号を処理して第４デジタル信号を生成するデジタル信号処理回路と、
   前記第２期間において前記第１テスト信号を生成する第１テスト信号生成回路と、
   前記第２期間において前記第２テスト信号を生成する第２テスト信号生成回路と、
   前記第２期間において、前記第２デジタル信号に基づく前記アナログ／デジタル変換回路の故障診断と前記第４デジタル信号に基づく前記デジタル信号処理回路の故障診断とを行う故障診断回路と、を含む、物理量検出回路。
2. 前記第１テスト信号は、前記アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を上限値にするための上限値テスト信号と、前記アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を下限値にするための下限値テスト信号と、を含み、
   前記故障診断回路は、
   前記上限値テスト信号が前記アナログ／デジタル変換回路によって変換された前記第２デジタル信号の値が前記上限値と一致しない場合に前記アナログ／デジタル変換回路が故障であると診断し、前記下限値テスト信号が前記アナログ／デジタル変換回路によって変換された前記第２デジタル信号の値が前記下限値と一致しない場合に前記アナログ／デジタル変換回路が故障であると診断する、請求項１に記載の物理量検出回路。
3. 前記第１テスト信号は、前記アナログ／デジタル変換回路の出力信号の値を前記上限値と前記下限値との間の値にするための中間値テスト信号を含み、
   前記故障診断回路は、
   前記中間値テスト信号が前記アナログ／デジタル変換回路によって変換された前記第２デジタル信号の値が前記上限値と前記下限値との間の所定の範囲に含まれない場合に前記アナログ／デジタル変換回路が故障であると診断する、請求項２に記載の物理量検出回路。
4. 前記デジタル信号処理回路は、デジタルフィルターを含み、
   前記第２テスト信号は、前記デジタルフィルターをテストするためのデジタルフィルターテスト信号を含み、
   前記故障診断回路は、
   前記デジタルフィルターテスト信号の値が変化してから所定時間後の前記第４デジタル信号の値が基準値と一致しない場合に前記デジタル信号処理回路が故障であると診断する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物理量検出回路。
5. 前記基準値は、
   前記デジタルフィルターの出力信号の値が飽和する前の値である、請求項４に記載の物理量検出回路。
6. 前記デジタルフィルターテスト信号は、第１の値から第２の値に変化し、前記第２の値を保持した後、前記第２の値から前記第１の値に変化する、請求項４又は５に記載の物理量検出回路。
7. 前記デジタルフィルターテスト信号は、前記第１の値から第３の値に変化し、前記第３の値を保持した後、前記第３の値から前記第１の値に変化し、
   前記第１の値は、前記第２の値と前記第３の値との間の値である、請求項６に記載の物理量検出回路。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
   前記物理量検出素子と、を備えた、物理量センサー。
9. 請求項８に記載の物理量センサーと、
   前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えた、電子機器。
10. 請求項８に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えた、移動体。
11. 物理量を検出する物理量検出素子と、前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、順番に繰り返される複数の期間のうちの第１期間において前記検出信号を第１デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記第１期間において前記第１デジタル信号を処理して第３デジタル信号を生成するデジタル信号処理回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
    前記複数の期間のうちの第２期間において、第１テスト信号を生成する第１テスト信号生成工程と、
    前記第２期間において、第２テスト信号を生成する第２テスト信号生成工程と、
    前記第２期間において、前記アナログ／デジタル変換回路が前記第１テスト信号を第２デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換工程と、
    前記第２期間において、前記デジタル信号処理回路が前記第２テスト信号を処理して第４デジタル信号を生成するデジタル信号処理工程と、
    前記第２期間において、前記第２デジタル信号に基づく前記アナログ／デジタル変換回路の故障診断を行う第１故障診断工程と、
    前記第２期間において、前記第４デジタル信号に基づく前記デジタル信号処理回路の故障診断を行う第２故障診断工程と、を含む、物理量センサーの故障診断方法。

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