JP7226386B2

JP7226386B2 - センサ信号生成装置

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Publication number: JP7226386B2
Application number: JP2020072838A
Authority: JP
Inventors: 亮介水谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2040-04-15
Also published as: JP2021169953A

Description

本発明は、センサ信号生成装置に関する。

従来、センサに流れる電流を電圧に変換してセンサ信号として出力するセンサ信号生成装置が知られている。

例えば特許文献１に開示されたセンサ信号生成装置は、車両に搭載され、電源から入力された電源電圧を、電圧出力端子（Ｖｏｕｔ）を介して車輪速センサに印加する。車輪速センサは磁気抵抗素子で構成され、印加された電源電圧に応じた電流が磁束の変化に伴って変化する。センサ信号生成装置は、車輪速センサに流れるセンサ電流を電圧に変換し、車輪の回転速度に応じたセンサ信号を信号出力端子（Ｓｏｕｔ）から出力する。

特開２０１３－１８１９４６号公報

特許文献１の装置では、電圧出力端子（Ｖｏｕｔ）とグランドとの間に、電磁波ノイズによる誤動作を防止するコンデンサが設けられている。しかし、電源電圧の急峻な変動が発生した場合、このコンデンサに充放電電流が流れる。この充放電電流とセンサ電流とは区別することができないため、電源電圧変動時に誤ったセンサ信号が信号出力端子から出力されるおそれがある。

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、耐電磁波ノイズ性能を確保しつつ、電源電圧の急峻な変動によって誤ったセンサ信号が出力されることを防ぐセンサ信号生成装置を提供することにある。

本発明のセンサ信号生成装置は、物理量の変化に伴って電流が変化するセンサ（７０）に接続され、センサに流れる電流であるセンサ電流（Ｉｓｎｓ）を電圧に変換してセンサ信号（Ｓｓｎｓ）として出力する。このセンサ信号生成装置は、電圧印加回路（３０）と、センサ信号生成回路（４０）と、端子間コンデンサ（２７）と、を備える。

電圧印加回路は、電源（２０）から電圧入力端子（Ｖｉｎ）を介して入力された電源電圧（Ｖｃｃ）を、電圧出力端子（Ｖｏｕｔ）を介してセンサに印加する。センサ信号生成回路は、電圧出力端子を介してセンサに接続され、センサ電流を電圧に変換してセンサ信号を生成する。端子間コンデンサは、電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続され、電源電圧の変動がセンサ信号生成回路に伝わることを抑制する。

本発明では、電源電圧の急峻な変動が発生した場合、電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された端子間コンデンサに充放電電流が流れるが、その充放電電流はセンサ信号生成回路を通らない。したがって、電源電圧変動時に誤ったセンサ信号が信号出力端子から出力されることを防ぐことができる。また、電圧出力端子に印加される電磁波ノイズは端子間コンデンサを介して電圧入力端子に逃がされるため、耐電磁波ノイズ性能を確保することができる。

一実施形態によるセンサ信号生成装置が適用される車両の模式図。一実施形態によるセンサ信号生成装置の回路図。（ａ）比較例、（ｂ）本実施形態による電源電圧変動時のセンサ信号を比較するタイムチャート。

（一実施形態）
以下、本発明によるセンサ信号生成装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。センサ信号生成装置は、物理量の変化に伴って電流が変化するセンサに接続され、センサに流れる電流であるセンサ電流を電圧に変換したセンサ信号を出力する。本実施形態のセンサ信号生成装置は、車両において車輪の回転速度信号を生成する装置として適用される。

図１に示すように、例えば四輪の車両９０において、右前輪（ＦＲ）８１、左前輪（ＦＬ）８２、右後輪（ＲＲ）８３、左後輪（ＲＬ）８４にそれぞれ車輪速センサ７０１、７０２、７０３、７０４が設けられている。制動制御ＥＣＵ６０は、各車輪速センサ７０１、７０２、７０３、７０４に対応する四つのセンサ信号生成装置５０１、５０２、５０３、５０４を含む。

各車輪速センサ７０１－７０４は、各車輪８１－８４の回転速度に応じて車輪速センサ７０１－７０４に流れるセンサ電流Ｉｓｎｓ１－Ｉｓｎｓ４を、対応するセンサ信号生成装置５０１－５０４に出力する。センサ信号生成装置５０１－５０４には電源２０から電源電圧Ｖｃｃが供給される。センサ信号生成装置５０１－５０４は、センサ電流Ｉｓｎｓ１－Ｉｓｎｓ４を電圧に変換したセンサ信号Ｓｓｎｓ１－Ｓｓｎｓ４として回転速度信号を出力する。回転速度信号は、回転速度に応じた周波数のパルス信号である。

図１における各車輪速センサ７０１－７０４及び各センサ信号生成装置５０１－５０４の構成は同等であるため、以下、包括的な符号として「車輪速センサ７０」及び「センサ信号生成装置５０」と記す。同様に、センサ電流Ｉｓｎｓ１－Ｉｓｎｓ４及びセンサ信号Ｓｓｎｓ１－Ｓｓｎｓ４の記号を、包括的に「センサ電流Ｉｓｎｓ」及び「センサ信号Ｓｓｎｓ」と記す。さらに、車輪速センサ７０を、適宜「センサ７０」と記す。

次に図２を参照する。まず、センサ信号生成装置５０以外の電源２０及びセンサ７０について説明する。電源２０は、例えば標準電圧が約１４［Ｖ］、最大電圧が約２０［Ｖ］の車載用バッテリである。電源２０の正極はセンサ信号生成装置５０の電圧入力端子Ｖｉｎに接続されており、電源電圧Ｖｃｃが電圧入力端子Ｖｉｎを介してセンサ信号生成装置５０に印加される。電源２０の負極は接地されている。以下、「接地されている」とは、具体的には車体に接続されていることを意味する。

センサ７０は、物理量の変化に伴って、電圧が印加されたときに流れる電流が変化する素子である。具体的に本実施形態のセンサ７０は、物理量としての磁束の変化に伴って抵抗値が変化する磁気抵抗素子である。センサ７０は、車輪と共に回転する円板状の回転体７５と軸方向に対向して配置されている。回転体７５の周方向にはＮ極及びＳ極が交互に着磁されており、回転体７５の回転に伴ってセンサ７０を通る磁束が変化する。

センサ７０の一端は、センサ信号生成装置５０の電圧出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。センサ信号生成装置５０に印加された電源電圧Ｖｃｃは、電圧出力端子Ｖｏｕｔを介してセンサ７０に印加される。センサ７０の他端は接地されている。

続いてセンサ信号生成装置５０の内部の回路構成について説明する。センサ信号生成装置５０は、電圧印加回路３０と、センサ信号生成回路４０と、端子間コンデンサ２７とを備えている。電圧印加回路３０及びセンサ信号生成回路４０は、特許文献１（特開２０１３－１８１９４６号公報）の従来技術と同様にＩＣとして一体的に構成されている。端子間コンデンサ２７は、そのＩＣが実装された基板に共に実装されている。図２において、センサ信号生成装置５０を示す一点鎖線の枠は基板を意味し、各端子Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、Ｓｏｕｔは基板の端子を意味する。

電圧印加回路３０は、電源２０から電圧入力端子Ｖｉｎを介して入力された電源電圧Ｖｃｃを、電圧出力端子Ｖｏｕｔを介してセンサ７０に印加する。センサ信号生成回路４０は、電圧出力端子Ｖｏｕｔを介してセンサ７０に接続され、センサ電流Ｉｓｎｓを電圧に変換してセンサ信号Ｓｓｎｓを生成する。

端子間コンデンサ２７は、電圧入力端子Ｖｉｎと電圧出力端子Ｖｏｕｔとの間に接続されており、例えば数十ｎＦ程度の容量を有する。端子間コンデンサ２７は、電圧出力端子Ｖｏｕｔに印加される電磁波ノイズによる誤動作を防止する。また端子間コンデンサ２７は、電源電圧Ｖｃｃが急峻に変動したとき、電源電圧Ｖｃｃの変動がセンサ信号生成回路４０に伝わることを抑制する。その詳しい作用効果については後述する。

電圧印加回路３０及びセンサ信号生成回路４０を含むＩＣの回路構成は、基本的に特許文献１の従来技術と同様である。ただし本明細書では、特許文献１で用いられている用語の一部を変更し、符号を全面的に改める。

電圧印加回路３０は、ＦＥＴ３１及び駆動回路３５を含む。ＦＥＴ３１は、センサ７０への電源電圧Ｖｃｃの供給、又は、供給の遮断を切り替える。ＦＥＴ３１のソースは電圧入力端子Ｖｉｎに接続されている。ＦＥＴ３１のドレインは、センサ信号生成回路４０の電流縮減回路４１に接続されている。ＦＥＴ３１のゲートは、駆動回路３５に接続されている。駆動回路３５は、外部からの始動信号、及び、センサ信号生成回路４０の過電流検出回路４５から入力される過電流検出信号に基づいてＦＥＴ３１を駆動する。

センサ信号生成回路４０は、電流縮減回路４１、電流電圧変換回路４２、フィルタ回路４３、パルス波形成形回路４４及び過電流検出回路４５を含む。

電流縮減回路４１は、第１ＦＥＴ４１１及び第１ＦＥＴ４１２を有するカレントミラー回路で構成されている。第１ＦＥＴ４１１のソース及び第２ＦＥＴ４１２のソースは、電圧印加回路３０のＦＥＴ３１のドレインに接続されている。第１ＦＥＴ４１１のドレインは電圧出力端子Ｖｏｕｔに接続されており、第２ＦＥＴ４１２のドレインは電流電圧変換回路４２に接続されている。第１ＦＥＴ４１１のゲート及び第２ＦＥＴ４１２のゲートは、電圧出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。

電流電圧変換回路４２は、一端が電流縮減回路４１の第２ＦＥＴ４１２のドレインに接続され、他端が接地された抵抗４２３で構成されている。

フィルタ回路４３は、抵抗４３３及びフィルタコンデンサ４３４を有する。抵抗４３３の一端には、電流電圧変換回路４２が出力した電圧が入力される。抵抗４３３の他端は、パルス波形成形回路４４及び過電流検出回路４５に接続されている。フィルタコンデンサ４３４の一端は抵抗４３３の他端に接続されており、フィルタコンデンサ４３４の他端は接地されている。

パルス波形成形回路４４は、コンパレータ４４５及び基準電源４４０で構成される。コンパレータ４４５は、フィルタ回路４３の出力電圧を基準電源４４０の基準電圧Ｖｒｅｆ４と比較する。コンパレータ４４５の出力端子は、信号出力端子Ｓｏｕｔに接続されている。

過電流検出回路４５は、コンパレータ４５５及び基準電源４５０で構成される。コンパレータ４５５は、フィルタ回路４３の出力電圧を基準電源４５０の基準電圧Ｖｒｅｆ５と比較する。コンパレータ４５５の出力端子は、電圧印加回路３０の駆動回路３５に接続されている。

次に、図２を参照して回転速度検出装置の動作について説明する。車両のイグニッションスイッチがオンして始動信号が入力されると、駆動回路３５は電圧印加回路３０のＦＥＴ３１をオンする。ＦＥＴ３１がオンすると、電圧出力端子Ｖｏｕｔを介してセンサ７０に電源電圧Ｖｃｃが印加される。これにより、センサ７０の抵抗値に応じたセンサ電流Ｉｓｎｓが流れる。

車輪８１－８４と共に回転体７５が回転するとセンサ７０の磁束が変化し、それに伴ってセンサ７０の抵抗値も変化する。そのため、車輪８１－８４の回転に応じてセンサ７０に流れるセンサ電流Ｉｓｎｓが変化する。

電圧印加回路３０のＦＥＴ３１がオンすると、電流縮減回路４１の第１ＦＥＴ４１１にセンサ電流Ｉｓｎｓと同一の電流が流れる。一方、第２ＦＥＴ４１２には第１ＦＥＴ４１１より小さい、例えば（１／１０）倍の縮減電流Ｉｒｄｃが流れる。つまり、電流縮減回路４１は、センサ電流Ｉｓｎｓを「１倍より小さい所定倍」、例えば（１／１０）倍し、センサ電流Ｉｓｎｓより小さい縮減電流Ｉｒｄｃを電流電圧変換回路４２に出力する。

電流電圧変換回路４２は、電流縮減回路４１が出力した縮減電流Ｉｒｄｃを電圧に変換して出力する。フィルタ回路４３は、ローパスフィルタとして高周波成分を除去する。

パルス波形成形回路４４は、フィルタ回路４３の出力電圧波形を成形し、パルス波形のセンサ信号Ｓｓｎｓとして出力する。コンパレータ４４５は、フィルタ回路４３の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ４より大きいときハイレベルを出力し、フィルタ回路４３の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ４以下のときローレベルを出力する。これにより、パルス波形に成形された、回転速度に応じた周波数のセンサ信号Ｓｓｎｓが出力される。

過電流検出回路４５は、フィルタ回路４３の出力電圧に基づき、電圧印加回路３０のＦＥＴ３１及び電流縮減回路４１の第１ＦＥＴ４１１を流れる電流、又は、センサ電流Ｉｓｎｓについて過電流を検出する。コンパレータ４５５は、フィルタ回路４３の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ５より大きいとき、過電流が流れていることを示すハイレベルを出力する。一方、コンパレータ４５５は、フィルタ回路４３の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ５以下のとき、過電流が流れていないことを示すローレベルを出力する。駆動回路３５は、コンパレータ４５５の出力がハイレベルのときＦＥＴ３１をオフし、ＦＥＴ３１、４１１及びセンサ７０を過電流から保護する。

（作用効果）
図３に、比較例及び本実施形態において電源電圧変動時に出力されるパルス信号のシミュレーション結果を示す。比較例の構成は特許文献１の従来技術に相当し、電圧出力端子Ｖｏｕｔとグランドとの間に、電磁波ノイズによる誤動作を防止するコンデンサが設けられている。時刻ｔｘに電源電圧Ｖｃｃが例えば約１４［Ｖ］から約２０［Ｖ］まで急峻に上昇した場合を想定すると、このときコンデンサに充電電流が流れ込む。なお、電源電圧Ｖｃｃが急峻に下降した場合、コンデンサから放電電流が流れ出す。

図３（ａ）に示す比較例では、コンデンサの充電電流によってセンサ信号生成回路４０の電流縮減回路４１に流れる電流が影響を受ける。そのため、信号出力端子Ｓｏｕｔから出力されるセンサ信号Ｓｓｎｓに誤ったパルスが重畳する。この誤ったパルスにより車輪速の検出誤差が生じる。

一方、図３（ｂ）に示す本実施形態では、時刻ｔｘに電源電圧Ｖｃｃが急峻に上昇すると端子間コンデンサ２７に充電電流が流れるが、その充電電流はセンサ信号生成回路４０を通らない。したがって、信号出力端子Ｓｏｕｔから出力されるセンサ信号Ｓｓｎｓには誤ったパルスが重畳しない。電源電圧Ｖｃｃが急峻に下降し、端子間コンデンサ２７に放電電流が流れる場合も同様である。このように本実施形態では、電源電圧変動時に充放電電流がセンサ信号生成回路４０に流れ、誤ったセンサ信号Ｓｓｎｓが信号出力端子Ｓｏｕｔから出力されることを防ぐことができる。

また本実施形態では、電圧出力端子Ｖｏｕｔに印加される電磁波ノイズは端子間コンデンサ２７を介して電圧入力端子Ｖｉｎに逃がされるため、耐電磁波ノイズ性能を確保することができる。

さらに特許文献１の従来技術と同様に、センサ信号生成回路４０では、電流縮減回路４１によりセンサ電流Ｉｓｎｓを１倍より小さい所定倍した縮減電流Ｉｒｄｃが、電流電圧変換回路４２にて電圧に変換される。これにより、電流電圧変換回路４２を構成する抵抗４２３の許容電力を抑え、センサ信号生成回路４０を小型化することができる。

加えて、本実施形態のセンサ信号生成装置５０は、車輪の回転速度を検出する車輪速センサ７０に接続され、車輪の回転速度に応じたセンサ信号Ｓｓｎｓを出力する。一般に車載バッテリの電源電圧Ｖｃｃは急峻に変動する可能性がある。また、車両制動制御の信頼性を向上させる視点から車輪速の検出精度を向上させることは重要である。したがって、本実施形態のセンサ信号生成装置５０は、車輪速センサ信号の生成装置として用いられると特に有効である。

（その他の実施形態）
（ａ）センサ７０は、磁気抵抗素子に限らず、何らかの物理量の変化に伴って電流が変化するどのような原理のセンサでもよい。センサ７０が適用される用途は車輪速センサに限らず、どのような用途のセンサでもよい。電源電圧が急変する可能性があるシステムでは、本発明のセンサ信号生成装置は有効である。

（ｂ）センサ信号生成回路４０の小型化の要求が無い場合等には、電流縮減回路４１を設けず、センサ電流Ｉｓｎｓを直接電圧に変換してもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２０・・・電源、
２７・・・端子間コンデンサ、
３０・・・電圧印加回路、
４０・・・センサ信号生成回路、
５０（５０１－５０４）・・・センサ信号生成装置、
７０（７０１－７０４）・・・車輪速センサ（センサ）。

Claims

物理量の変化に伴って電流が変化するセンサ（７０）に接続され、前記センサに流れる電流であるセンサ電流（Ｉｓｎｓ）を電圧に変換したセンサ信号（Ｓｓｎｓ）を出力するセンサ信号生成装置であって、
電源（２０）から電圧入力端子（Ｖｉｎ）を介して入力された電源電圧（Ｖｃｃ）を、電圧出力端子（Ｖｏｕｔ）を介して前記センサに印加する電圧印加回路（３０）と、
前記電圧出力端子を介して前記センサに接続され、前記センサ電流を電圧に変換して前記センサ信号を生成するセンサ信号生成回路（４０）と、
前記電圧入力端子と前記電圧出力端子との間に接続され、前記電源電圧の変動が前記センサ信号生成回路に伝わることを抑制する端子間コンデンサ（２７）と、
を備えたセンサ信号生成装置。
前記センサ信号生成回路は、
前記センサ電流を１倍より小さい所定倍し、前記センサ電流より小さい縮減電流（Ｉｒｄｃ）を出力する電流縮減回路（４１）と、
前記縮減電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路（４２）と、
を含む請求項１に記載のセンサ信号生成装置。
前記センサとして車輪（８１－８４）の回転速度を検出する車輪速センサに接続され、前記車輪の回転速度に応じた前記センサ信号を出力する請求項１または２に記載のセンサ信号生成装置。