JPH0713644B2 - 半導体式加速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば自動車用のアンチスキッド制御等に
用いられ、車体の急停止状態、急加速状態等を検出する
半導体式の加速度検出装置に関する。

［従来の技術］ 例え、自動車用のアンチスキッド制御装置を構成する場
合、自動車に作用する加速度の状態を検出する必要があ
るものであり、このため加速度検出装置が用いられる。

このような加速度状態を検出する手段としては、例えば
特公昭50-15669号公報に示されるような半導体歪変換素
子を用いることが知られている。このような加速度検出
器の構成は種々考えられるものであるが、弾性変形する
半導体チップを用いるものが知られている。すなわち、
シリコンチップ上に拡散抵抗を形成し、上記チップに加
速度による応力が作用させられたときに、上記シリコン
チップが弾性変形させられるようにして、この変形に伴
って変化する上記拡散抵抗値を電気的に検出させるよう
にするものである。

このような加速度検出器にあっては、ピエゾ効果を利用
して加速度情報を検出するものであるため、小型軽量に
構成できるものであり、また検出出力が直線性に優れて
いるものである。しかし、その出力絶対値は例えば1mV/
G程度と非常に小さなものであり、またピエゾ抵抗の初
期オフセット量さらに温度ドリフト量が大きいという欠
点を有する。

この出力絶対値の小さい点に関しては、高精度で且つ高
利得の増幅器を使用することで解決できるものであり、
また初期オフセット量および温度ドリフト量をキャンセ
ルすることに関しては、コンデンサカップリングを有す
る構成とし、直流成分をカットすることによって解決す
ることができる。

しかし、自動車の加速度状態検出用としてこのような加
速度検出装置を用いる場合、その使用目的によっては数
十秒の間に亙る加速度入力を扱う必要がある。したがっ
て、このような場合には上記コンデンサカップリングの
時定数をその長さ以上に設定することが要求される。こ
のようにコンデンサカップリング部で構成される微分回
路の時定数が長い場合、電源が投入されてから数十秒の
間正しい電圧出力が得られないものであり、自動車用と
して使用する加速度検出装置として致命的な問題点を有
するようになる。

第４図は上記のようなコンデンサカップリングを構成す
る微分回路の構成を示しているもので、入力端子INから
の信号はカップリング用のコンデンサＣを介して出力端
子OUTに導かれるようになっているもので、上記コンデ
ンサＣの出力側は、抵抗Ｒを介して接地されるようにな
っている。

このような微分回路において、例えば第５図の（Ａ）で
示すような矩形波の信号が入力されたとすると、出力波
形は第５図で（Ｂ）に示すようになる。すなわち、入力
信号の時間幅Ｔに対して充分に短い時定数の設定される
微分回路にあっては、入力信号の立上がり後ｔ時間目に
所定の出力電圧Ｖを出力するようになる。

これを実際の回路において考えると、回路電源の投入後
にハイパスフィルタとして作用するようになる微分回路
の両端に電位差が生じた場合には、等価的にその微分回
路に上記電位差分のパルス状信号が与えられた状態とな
る。ここで、上記電源の投入前の微分回路の両端の電位
差は零である。

上記のように電源投入に対応する入力信号である場合に
は、そのパルス幅Ｔは無限大であり、したがって微分回
路の時定数が長い状態であっても、この電源投入に対応
した忠実な微分波形が得られる。

ここで、上記のような微分回路において、コンデンサＣ
の値を0.68μＦ、抵抗Ｒの値を23.5MΩと仮定すると、
時定数τは約16秒となり、電源投入に伴う微分出力の存
在する異常状態が、99％無視できる状態となるには、約
75秒必要となる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
電源が投入された直後から、正常な加速度検出信号が出
力されるようにして、例えば自動車用にアンチスキッド
制御等のために効果的に使用できるようにする半導体式
加速度検出装置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る半導体式加速度検出装置にあ
っては、弾性変形する半導体チップにピエゾ抵抗素子を
添着して構成された検出素子を備えた加速度検出器から
の出力信号を、カップリングコンデンサによって接続さ
れるようにした第１および第２の増幅手段で増幅するよ
うにしているものであり、特に上記コンデンサの両端間
の電位差が、定常状態で零ボルトに設定されるようにし
ているものである。

［作用］ 上記のように構成される半導体式加速度検出装置にあっ
ては、例えば上記第１および第２の増幅手段に設定され
る電源を、それぞれ独立的に設定される第１および第２
の基準電源により構成することによって、微分回路のコ
ンデンサの入力側電圧Vcinと出力側電圧Vcoutとが、電
源が投入された状態の定常状態で等しくなるように設定
されるものであり、したがって電源投入直後から検出器
部分からの検出信号がカップリング用コンデンサを介し
て第２の増幅手段に現れるようになり、電源投入直後か
ら、加速度検出器からの検出信号を高精度に検出出力で
きるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第１図は半導体式加速度検出装置の基本的な構成を示し
ているもので、加速度検出器11は、加速度が作用させら
れたときに弾性変形するようなシリコンチップに添着さ
れたピエゾ抵抗素子を含むブリッジ回路によって構成さ
れるもので、このブリッジ回路には定電流回路12を介し
て電源が供給されている。そして、このブリッジ回路に
よって構成される加速度検出器11からの検出出力信号
は、増幅装置13で増幅して出力されるようにする。

ここで、この加速度検出装置を自動車に装備するように
した場合、この自動車の加速時あるいは減速時に、この
この自動車独自の加減速動作に伴う振動を発生する。し
たがって、加速度検出器11からは実際の加速度あるいは
減速度の他に、上記振動成分が重畳された信号が検出さ
れるようになる。このため、上記増幅装置13からの出力
信号は上記のような不要振動による加速度検出信号を除
去するために、例えばカット周波数を10Hzとしたローパ
スフィルタ14に供給する。そして、さらに例えば坂道等
における自動車の傾きによる影響を無くするために、カ
ット周波数0.01Hzのハイパスフィルタ15を介して、加速
度検出のモータ出力が得られるようにし、アンチスキッ
ド制御等に使用されるようにするものである。

第２図は上記のような加速度検出装置の、特に増幅器13
に対応する部分を取出して示したもので、加速度検出器
11を構成するブリッジ回路からの出力信号は、それぞれ
抵抗値R1の抵抗を介して、帰還抵抗R2の設定される第１
のオペアンプOP1の両入力端子部に差動入力されるよに
している。そして、このオペアンプからの出力信号は、
抵抗R3を介して、帰還抵抗R4の設定された第１の増幅手
段を構成するオペアンプOP2に供給するもので、このオ
ペアンプOP2には第１の基準電圧電源Vref1が供給される
ようにしている。

この第１の増幅手段で増幅された検出信号は、信号中の
直流成分をカットするための抵抗Ｒと共に微分回路を構
成するコンデンサＣを介し、さらに抵抗R5を介して、第
２の増幅手段を構成するオペアンプOP3に供給する。こ
のオペアンプOP3には帰還抵抗R6が設定されているもの
であり、また第２基準電源電圧Vref2が供給設定される
ようになっている。

上記のように構成される装置において、ピエゾ抵抗素子
を含み構成される検出器11のオフセット電圧がV1とする
と、微分回路を構成するコンデンサＣの入力側の電圧Vc
inは、定常状態において、 Vcin＝V1×（R2/R1） ×（R4/R3）＋Vref1 となるものであり、またコンデンサＣの出力側の電圧Vc
outは、第２の基準電源電圧Vref2にほぼ等しくなる。

そして、この装置にあっては電源の投入時において、コ
ンデンサＣの出力側に電源投入に伴う異常出力が現れな
いようにするため、このコンデンサＣの両端電圧が等し
くなるように設定させるものであり、具体的には Vcin＝Vcout とされるようにするものである。

このために、上記第１および第２の基準電圧電源Vref1
およびVref2を調整可能に設定し、 Vref1＝Vref2−V1×（R2/R1） ×（R4/R3） なるように調整を行なうようにする。したがって、この
ような調整を行なうことによって、パワーオンリセット
は不要となるものである。

上記実施例にあっては、微分回路を挟んで設定される第
１および第２の増幅手段それぞれに、独立的に設定され
る第１および第２の基準電源Vref1およびVref2を調整
し、定常状態において、コンデンサＣの入力側電圧Vcin
と出力側電圧Voutとを一致させるようにし、このコンデ
ンサＣの両端間の電位差を零ボルトとなるようにした。

しかし、第３図で示すようにピエゾ抵抗素子を含むブリ
ッジ回路からなる加速度検出器11の、定常状態における
オフセット電圧V1を零となるようにブリッジ回路定数を
設定させるようにすれば、前記式から明らかなようにVc
inはCoutと等しくなる。

この実施例にあっては、第１および第２の増幅手段を構
成するオペアンプOP1およびオペアンプOP2の電源は、１
つの電源Vrefで共用するようにしているものであり、し
たがって微分回路を構成するコンデンサＣの両端間の電
位差は、定常状態で零ボルトに設定されるようになる。
この場合、特にオペンアプの電源が共用できるものであ
るため、回路構成的に簡易化できるようになる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体式加速度検出装置に
あっては、回路中に時定数の大きい微分回路が設定され
たような場合、特に電源の投入時に検出動作の立上がり
に存在する問題が効果的に解決されるものである。すな
わち、ピエゾ抵抗の初期オフセット量、温度ドリフト量
等は上記微分回路を構成するコンデンサによってカット
するものでり、さらにこの微分回路の時定数によって電
源投入時に存在する立上がりの遅れは、上記コンデンサ
の両端の電位差が、定常状態で零ボルトに設定されるこ
とで解決されるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る半導体式加速度検出
装置を説明する構成図、第２図は上記実施例の増幅手段
部分を含む具体的な回路例を示す図、第３図はこの発明
の他の実施例を説明するための回路図、第４図は従来か
ら使用されている微分回路を示す図、第５図は上記微分
回路の動作状態を説明する信号波形図である。 11……半導体加速度検出器、12……定電流回路、13……
増幅装置、14、15……フィルタ回路、OP1〜OP3……オペ
アンプ、Vref……基準電源電圧。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性変形する半導体チップにピエゾ抵抗素
   子を添着して構成した検出素子を備え、この検出素子か
   らの上記ピエゾ抵抗素子の抵抗値変化に基づく検出信号
   を発生する加速度検出器と、 この加速度検出器からの検出信号を増幅する第１の増幅
   手段と、 この第１の増幅手段からの出力信号を増幅する第２の増
   幅手段と、 上記第１および第２の増幅手段の相互間に介在設定され
   た、微分回路を構成するカップリング用のコンデンサ
   と、 定常状態で上記コンデンサの入出力端間の電位差を零ボ
   ルトに設定する手段とを具備し、 電源の投入直後から第２の増幅手段に上記検出器で発生
   された出力信号に対応する信号が結合されるようにした
   ことを特徴とする半導体式加速度検出装置。
2. 【請求項２】上記コンデンサの両端の電位差を零ボルト
   に設定する手段は、上記第１および第２の増幅手段にそ
   れぞれ独立的に設定される第１および第２の基準電源に
   よって構成されるようにした特許請求の範囲第１項記載
   の半導体式加速度検出装置。
3. 【請求項３】上記加速度検出器は、上記ピエゾ抵抗素子
   を少なくとも１つの抵抗素子として用いるようにしたブ
   リッジ回路によって構成され、加速度の作用しない定常
   状態でこのブリッジ回路からの出力信号が零ボルトに設
   定されるようにして、上記コンデンサの両端の電位差が
   零ボルトに設定されるようにした特許請求の範囲第１項
   記載の半導体式加速度検出装置。