JPH0735807A - センサ用短絡検出器 - Google Patents
センサ用短絡検出器Info
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Abstract
正常動作しているときおよび前記センサが短絡であると
きを検出するための短絡検出回路を提供する。 【構成】 検出回路10は基準信号を受信するための基
準信号入力16および所定のループ利得を有する閉ルー
プ22、24、26、34、32を包含する。前記閉ル
ープは前記基準信号入力に結合する第1入力、前記入力
信号および前記所定のループ利得に依存する信号で前記
センサを駆動するために結合する第1出力12、前記セ
ンサからフィードバック信号を受信するための第2入力
14および前記センサの動作に依存する出力応答信号を
供給するために前記第1入力に結合する第2出力36を
有する。
Description
に関する。
サ回路網を有する多くのシステムでは、その回路網の動
作を最適化利用するため、例えば高雑音排除性の確保や
センサからの電圧供給を制限するために、フィルタがセ
ンサ回路網で使用される。後者は自動車応用例のタコメ
ータ(タコ)センサでは特に重要である。回路網の誘導
性および容量性センサの時間定数はフィルタのそれと比
較して典型的に低い。それゆえこれらの応用例ではセン
サはそれらの本来の動作を確保する為に密接な監視が要
求される。
よって、センサが接地されているのか、電源に接続され
ているのか、あるいはセンサは非接続であるのかを決定
することができる。しかしこの型の監視は、回路網の他
の部品と比較してセンサの内部インダクタンスが低い
為、短絡したセンサの検出には不向きである。
はステップパルスまたはダイラックパルスを回路網に与
え、閉ループシステム応答を監察することである。しか
しタコメータセンサでは、このような方法では短絡であ
るか非短絡センサ応答であるかの正確かつ信頼性のある
識別ができない。さらにタコメータセンサの時間定数
は、受動フィルタ部品と結合する場合、回路網の他の時
間定数に比較してとるに足らないものになる。
的は誘導性または容量性センサのための改良された短絡
検出器を提供することである。
いる時とセンサが短絡した時を検出するための短絡検出
回路であって:基準信号を受信するための基準信号入
力;所定のループ利得を有する閉ループ手段であって、
前記閉ループ手段は前記基準信号入力に結合する第1入
力、前記入力信号と前記所定のループ利得に依存する信
号を有するセンサを駆動するために結合した第1出力、
前記センサからフィードバック(帰還)信号を受信する
ための第2入力および前記センサの動作に依存する出力
応答信号を供給するために第1入力に結合する第2出力
を有し、前記出力応答信号が正常なセンサ動作で不減衰
振動であるように前記所定のループ利得の値が選択され
る閉ループ手段;前記出力応答信号を分析して、前記出
力応答信号が不減衰振動である場合に正常なセンサ動作
を検出し、前記出力応答信号が減衰振動である場合に短
絡センサ動作を検出する手段。を包含する短絡検出回路
が提供される。
網1では、タコセンサ2からの出力信号はツイストペア
線(撚線)6とフィルタ回路部品8を通してプロセッサ
4に結合する。プロセッサ4はタコセンサからの信号を
分析し、それに応答してエンジンの動作を管理する。
を決定するために、プロセッサ4はツイストペア線6の
一方または双方がグランドに短絡しているのか、電源に
短絡しているか、開放であるか又はその線がお互いに短
絡しているかを検出できなければならない。上記の説明
のように先行技術方法ではその線がお互いに短絡してい
る場合には正確で信頼性のある決定はできない。本発明
はその線がお互いに短絡している時に信頼性のある検出
ができる短絡検出回路を提供することによってこの問題
点を克服するものである。
の前記出力信号を監視するための本発明の好適実施例に
従った短絡検出回路10は、できればプロセッサ4に組
み込まれるのが望ましい。図1の部品と同じ部品は同一
の参照数字によって参照される。また、短絡検出回路は
プロセッサとタコセンサの間のインターフェースとして
働くインターフェース回路に組み込むこともできる。本
発明に従った検出回路はタコセンサを有するもののみに
限定して利用されることを意図するものではないことは
理解されるべきである。本発明はあらゆる誘導性、容量
性センサあるいはアクチュエータで使用できる。
ィルタ回路部品8を通してツイストペア線6のそれぞれ
の線に結合する2つの端子12・14およびステップ信
号発振器(図示せず)からのステップパルス信号を受信
するために結合される入力16を包含する。入力16の
ステップパルス信号は、抵抗20を有する抵抗フィード
バックループに結合されるインバータHCMOSトラン
ジスタゲート19を包含する基準電圧増幅器18に結合
する。このような回路構成は入力に供給される電圧の約
半分の電圧レベルを有する出力電圧信号を供給する。基
準電圧増幅器18からの出力信号は、2つのインバータ
22・24を通って端子12に与えられる。この出力信
号はタコセンサ2に結合され、ツイスト線6を通して端
子14にフィードバックされる。抵抗30・28を包含
するコンパレータ32は基準電圧増幅器18からの出力
信号とインバータ26を通して端子14からそこへ結合
されるフィードバック信号とを比較する。インバータ2
2、24および26はループ利得を決定する。センサ回
路網が開放の時に発生する外部コンデンサ、抵抗器、タ
コセンサ2による発振を防ぐために抵抗34は端子12
と端子14とを結合する。
を示し、S inは基準電圧増幅器18の出力、S o
utは端子14からのフィードバック信号、Kはループ
利得、G(S)はセンサ回路網の伝達関数を意味する。
正常動作では伝達関数は3極(pole)を有する。タ
コセンサ2が短絡のとき極数は2つに減少する。このこ
とは回路網の動応答(dynamic respons
e)に差異を生じさせる。
考えるとすれば、回路網の固有方程式は次の通りであ
る。
おいて、ループ利得を変化させて、S 面の根軌跡を作
図すると明らかである。図4・5は、3極A,B,Cを
有する正常動作および2極D,Eを有する短絡動作にお
ける閉ループ回路網の根軌跡をそれぞれ示す。このよう
に固有の方程式の根は回路網の動応答の特長を決定す
る。
答はループ利得Kに依存し、虚軸Jwの左側において収
束(安定)、虚軸Jwの右側において発散(不安定)の
いずれかである。所定のループ利得Kを選択することに
よって、根軌跡が虚軸を区切るように設定できる。この
所定のループ利得では動応答は緩和発振である。このよ
うに正常動作の動応答が緩和発振になるようにループ利
得は計算される。この場合、プロセッサ4が例えば端子
36でフィードバック信号を分析すると、図6に示すよ
うな信号を検出する。図6は入力端子16に加えられる
ステップパルス信号38と、端子36のフィードバック
信号39を示す。
を示す。上記で説明したように極数は2つ(D,E)に
減少する。根軌跡は常に虚軸Jwに平行なので、センサ
回路網の動応答はループ利得にかかわらず常に減衰(安
定)である。このようにタコセンサ2が短絡している
と、動応答は減衰発振となる。端子36でのフィードバ
ック信号はそれゆえ図7に示すように現われる。図7は
入力16に供給されたステップパルス信号38および端
子36の減衰動応答41を示す。
つ端子36のフィードバック信号を監視することによっ
て、センサが正常に働いているか短絡しているかをプロ
セッサ4は判断することができる。
号は、例えばパルス周期の第2ハーフの間に端子36の
電圧信号を分析するカウンタやシュミットトリガを使用
して監視できる。このような回路の例は図9に示され
る。
56を有する抵抗フィードバックループに結合する2イ
ンバータHCMOSトランジスタゲート52によって形
成される。ヒステリシス係数は抵抗54・56の比率に
よって決定される。シュミットトリガ50の出力はAN
Dゲート60の第1入力に結合される。ANDゲート6
0の第2入力は、入力16に供給される信号に依存する
信号CLK/2CLK反転を受信するために結合され
る。シュミットトリガ50からの出力はそれゆえステッ
プ信号38の径間(spanning)部分の領域でサ
ンプル化されるように調整される。ANDゲート60の
出力は、チェックフラグ(CF)に結合するオーバーフ
ロー出力を有するカウンタ58をクロックする。タコセ
ンサ2が正常動作のとき、ANDゲート60の出力は所
定の計数になるまでカウンタを増加させ、それによって
オーバーフロー信号(OVR)が発生する。オーバーフ
ロー信号(OVR)はチェックフラグ(CF)を設定す
る。タコセンサ2が短絡回路のとき、シュミットトリガ
出力信号はカウンタ58によってフィルタ(ろ過)され
る。このようにしてオーバーフロー信号(OVR)が発
生しないので、チェックフラグ(CF)は設定されな
い。プロセッサ4はタコメータ2の動作状態を決定する
ためにチェックフラグ(CF)の状態を読み取る。チェ
ックフラグはプロッセサ4によって生成される肯定応答
(acknowledge)フラグ(ACK)によって
リセットすることができる。このようにチェックフラグ
(CF)の状態はセンサが正常動作(即ち緩和発振)し
ているか短絡(減衰発振)であるかを示す。
(インバータ22、24、26)に依存し、タコセンサ
の規格、温度、電圧変化にかかわらず一定のままであ
る。これは基準電圧増幅器18のCMOSインバータの
採用によるものであり、電圧変化や温度変化(図8参
照)にかかわらず基準電圧増幅器18がゲートの2つの
スイッチング状態の間の中程で常に出力電圧を供給して
いるためである。
は容量性、誘導性センサまたはアクチュエータの短絡を
検出するための簡単かつ信頼性のある手段を供給する。
本発明の利益はたとえセンサの動応答が回路網のそれよ
り全体として小さいときでさえもセンサの動きを決定で
きる点である。さらにCMOSインバータを増幅器とし
て使用すれば、本発明は非常に低コストでMCUに簡単
に適用できる。さらにS面に伝達関数を有するCMOS
インバータを使用すれば、緩和発振を確実にするために
ループ利得の自己調整ができる。
なハードウェア変更なしに接地電位、電源電位への短絡
または回路開放の検出も可能である。このような回路の
例を図10に示す。タコセンサ2が接地電位、電源電位
への短絡または開放であるか否かを試験するには、所定
の期間プロセッサ4が基準電圧増幅器18の入力に
「1」または「0」信号を供給すれば良い。ループ利得
のように設定値に依存して、チェックフラグ(CF)の
状態を監視することにより、プロッセサ4はある機能障
害が発生しているのか否か、それがどんな種類の機能障
害であるのかを決定するために排他的OR関数を使用し
て動作を監視することができる。例えば、もしチェック
フラグが「1」または「0」の入力信号にそれぞれ
「1」状態または「0」状態を有すると、センサは正常
に動作している。もしチェックフラグが「0」または
「1」の入力信号にそれぞれ「1」状態または「0」状
態を有すると、センサは機能障害を有する。スイッチS
W1、SW2はこの監視シーケンスに入るためにプロセ
ッサ4によって活性化される。
を使用する回路網に使用することができ、又その回路網
の残りの部品と比較して非常に低い時間定数を有するセ
ンサに対しても使用することができる。本発明は正常動
作のときに2極を有し、かつセンサが短絡したときに1
極である回路網でも使用できる。
ステムおよびギヤボックス制御システムで使用できる。
の回路網のブロック図である。
である。
である。
を示す図である。
を示す図である。
電圧増幅器の伝達関数のグラフを示す。
路を組み込んだ図2のブロック図である。
のセンサ動作を監視する回路を組み込んだ図2のブロッ
ク図である。
Claims (10)
- 【請求項1】センサが正常に動作しているときおよび前
記センサが短絡しているときを検出するための短絡検出
回路であって:基準信号を受信するための基準信号入
力;所定のループ利得を有する閉ループ手段であって、
前記閉ループ手段は基準信号入力に結合する第1入力、
前記入力信号および前記所定ループ利得に依存する信号
で前記センサを駆動するために結合する第1出力、前記
センサからのフィードバック信号を受信するための第2
入力および前記センサの動作に依存して出力応答信号を
供給するために前記第1入力に結合する第2出力を有
し、前記所定のループ利得の値は前記出力応答信号が正
常センサ動作で不減衰発振になるように選択される閉ル
ープ手段;前記出力応答信号を分析して、前記出力応答
信号が不減衰発振であるときに正常なセンサ動作を検出
し、前記出力応答信号が減衰発振であるときに短絡セン
サ動作を検出する手段;を有することを特徴とする短絡
検出回路。 - 【請求項2】 前記出力応答信号が最大所定スレッショ
ルドレベルに達したときに第1状態を有する出力信号お
よび前記出力応答信号が最小所定スレッショルドレベル
に達したときに第2状態を有する出力信号を供給するた
めに前記出力応答信号を受信するように結合される検出
手段であって、前記第1、第2状態との間で連続的にス
イッチングする出力信号が前記不減衰発振の出力応答信
号のために生成され、前記第1、第2状態の一方を有す
る出力信号が前記減衰発振の出力応答信号のために生成
されるように前記所定の最大・最小スレッショルドレベ
ル水準が選択される検出手段;および前記出力信号が前
記第1状態と第2状態との間でスイッチングするときに
計数し、前記計数が所定の数に達したときにフラグを設
定するフラグ設定信号を供給するための計数手段であっ
て、前記フラグが設定されると不減衰発振の出力応答信
号を示し、フラグが設定されないと減衰発振の出力応答
信号を示す計数手段;を包含する前記分析手段を有する
請求項1記載の前記短絡検出回路。 - 【請求項3】 前記出力応答信号の前記期間の所定タイ
ムスロットの間に前記検出手段出力信号をサンプリング
し、前記所定タイムスロットの間に前記計数手段に前記
出力信号を供給するために、前記検出手段と前記計数手
段との間に結合するサンプリング手段をさらに包含する
請求項2記載の前記短絡検出回路。 - 【請求項4】 シュミットトリガを包含する前記検出手
段、および前記検出手段の出力信号を受信するために結
合する第1入力、前記基準信号に依存するクロック信号
を受信するために結合する第2入力、前記計数手段に結
合する出力を有するANDゲートを包含する前記サンプ
リング手段から構成される請求項3記載の短絡検出回
路。 - 【請求項5】 所定の利得を有する少なくとも1つのゲ
ート手段を包含する閉ループ手段であって、前記ループ
利得は少なくとも前記1つのゲートの利得に依存する請
求項1記載の短絡検出回路。 - 【請求項6】 前記少なくとも1つのゲート手段がCM
OSインバータを包含する請求項5記載の短絡検出回
路。 - 【請求項7】 前記基準信号がステップパルス信号であ
る請求項1記載の短絡検出回路。 - 【請求項8】 自動車用センサ構成であって:自動車用
センサ;および前記閉ループ手段の前記第1出力および
第2入力は第1および第2線を通して前記自動車用セン
サに結合する請求項1記載の短絡検出回路。 - 【請求項9】 前記自動車用センサがタコメータセンサ
を包含する請求項8記載の自動車用センサ回路構成。 - 【請求項10】 前記センサの正常動作の間に前記短絡
検出回路およびセンサの電気的特性を決定する段階;利
得関数として前記決定した電気的特性から前記根軌跡を
作図する段階;前記根軌跡が虚軸を分割する位置におい
て前記利得の値を決定する段階;および前記段階に従っ
て前記短絡検出回路の閉ループ手段の前記ループ利得の
値を前記決定した利得に等しくするように調節する段
階;から構成される請求項1記載の短絡検出回路の閉ル
ープ手段の閉ループ利得を選択する方法。
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