JPH07504268A - 発信器用の回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発信器用の回路装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の回路装置に関する。

センサ信号の評価のために、たとえばブリッジおよび電荷増幅器回路のような種 々異なる回路装置が知られている。このような回路形式ではたいていの場合、マ イクロコンビ子−夕に適合した信号準備処理のために装置的に著しく高い費用が 生じることになり、したがって著しく低コストにはならない。さらに、ＬＣ振動 回路において駆動されるセンナ回路も知られている。

たしかにこの回路は、後続の信号処理のために後置接続されたマイクロプロセッ サによってそのまま評価可能な周波数信号を供給するけれども、この稽の振動回 路装置に対しては温度の影響が著しく及ぼされるという欠点を有しており、した がってたいていの適用事例では後置接続された温度補償部が必要である。

本発明は、プロセッサに適したセンサ信号の準備処理を新規な手法で行おうとす るものであって、この手法はたとえば自動車用発信器として用いるのに適したも のとなる。この場合、発信器とは次のような装置であるものとする。すなわち、 伝送可能でありつまり著しく長い距離を介しても伝送可能な測定信号を発借器出 力側から供給する目的で、ユニットとして本来のセンサ素子も含み電気的なセン ナ測定信号を評価する第１の電子回路装置も含む装置である。自動車において殊 に重要な点として、たとえば極端な温度影響のように発信器が駆動される厳しい 環境も挙げられるし、低コストの大量生産のための適性に対する要求も挙げられ る。

したがって本発明の課題は、著しく簡単でありしたがって低コストで温度の影響 を自動的に補償するようにした、容量式発憤器のセンサ信号のための１価回路を 提供することであって、その際、センサ素子は著しくわずかな容量を有していれ ばよく、回路はその出力側から伝送可能な電気信号を送出し、マイクロプロセッ サがこの信号を引き続いて信号変換することなく評価できるようにする点にある 。

この課題は、請求項１または請求項２の特徴部分に記載の構成により解決される 。

本発明による回路は、最も簡単な手段を用いて極めて低コストで構成できる。Ｐ ＷＭ出力信号は、著しく長い距離を介しても情報内容を損なうことなく伝送可能 である。この出力信号はディジタル形式であり、したがってＡ／Ｄ変換器は不要 である。センナ測定量の情報内容を担うパルス持続時間は、マイクロプロセッサ において最も簡単に評価できる。たとえば、１つの周期のパルス持続時間と休止 期間をプロセッサの２つのカウンタでめるようにして評価を行うことができる。

次に、プロセッサは最も簡単な計算ステップで、たわみ振動子として構成された 可動中央電極の変位の尺度量として分割比を形成する。必要に応じて、簡単なＲ Ｃ−低域通過フィルタにより出力信号をアナログ電圧信号に変換できる。

使用される差動測定値センサの形式に応じて、この回路により微細調整可能な著 しく僅かな非線形性を達成できる。これに関連して後から行われる測定信号補正 は、多くの適用事例に対して省略できる。差動コンデンサ方式は周囲の影響によ り障害が及ぼされる場合、自己補償するように動作し、したがってたとえば温度 ドリフトは著しく僅かである。実際の回路構成では、この方式ゆえに付加的な手 段を用いることなく高い耐温度特性と測定信号の著しく高い分解能を得ることが できる。さらにこの回路は著しく僅かな固有電流消費しか有しておらず、しかも 、ＣｕＯ２−構成素子の利用に際して広い給電電圧範囲を許容できる単極の電圧 源電圧源（ＶＣＣ）Ｌか必要としない。この回路はその実現形態において著しく 僅かな構成素子だけで構成されるので、狭いスペースしか与えられていない適用 事例のためにうまく適している。さらにこの回路は、ダイナミックな測定動作に もスタティックな測定動作にも利用できる。

次に、６つの図面に基づき本発明を説明する。

第１図には、請求項１に記載の本発明による解決手段の回路構成が示されており 、第２図にはこの回路に付随する信号経過特性が実例として示されている。第３ 図には、容量式差動測定値センサの可能な実施形態が縦断面図で示されており、 これはここでは動作原理だけを明らかにしようとするものである。第４図〜第６ 図には、本発明による解決手段の選択的な実施例が示されている。

第１図による回路装置の場合、容量式差動測定値センサ１は測定装置内に固定さ れている２つの電極２および３を有しており、さらにこれらの電極間に可動の中 央電極４を有している。この可動中央電極に対して。

電気的ではなく物理的な被検出測定量が作用を及ぼす。

このような構造的配置により、両方の部分コンデンサ５と６が形成される。中央 電極４はこの実施例の場合、共通のゼロ電位ないしは発信器回路１５のアース端 子７と接続されている。第１図では、この回路装置の基礎となる動作原理をいっ そう良好に理解できるようにする目的のためだけで、差動測定値センサ１を２つ の可変部分コンデンサ５と６の形で示した。

検出すべき測定量が中央電極４に作用を及ぼすと、コンデンサ装置における間隔 状態が変化し、このことによって両方の部分コンデンサ５と６において互いに逆 方向で容量値が変化することになる。したがって、作用を及ぼす測定量に比して コンデンサ５と６の充電時間も変化する。

部分コンデンサ５は高抵抗値の抵抗８とともにＲＣ素子を形成し、同様に部分コ ンデンサ６は高抵抗値の抵抗９とともに１つのＲＣ素子を形成する。このＲＣ組 み合わせ体５と８の結果として生じる充電時間により、反転閾値検出器１０の切 換時点が決定される。ＲＣ合成回路６と９についても、非反転閾値検出器１１に 関して相応のことがあてはまる。中央電極４の変位に起因して充電時間が変化す ると、閾値検出器１０および１１の切換時点もずらされる。両方のＲＣ発振器が リング状に結線されていることにより、これらは互いにトリガし合う。そのつど 両方のトリガ回路の後で排他ＯＲ素子１２を用いて信号経過特性ｅ１と８２を評 価することにより、発信器回路１５の信号タップ１３へそのまま導かれている排 他ＯＲ素子の出力側にＰＷＭ信号１４が生じる。

このように既述の回路は、特徴をなす構成素子として２つの閾値検出器１０およ び１１ならびに排他ＯＲ結合ゲート１２を有している。実際の回路構成では、こ れら両方の閾値検出器１０および１１は、有利には第１図において回路記号で示 されているように、シュミットトリガによって実現される。

この回路装置の動作を定める素子は、 ａ）結合された両方のＲＣ発振器６と９ないし５と８であり、この場合、それぞ れ一方の発振器は他方の発振器のフィードバック回路中に配置されており、ｂ） これら両方の発振器をそれぞれ相互接続しているシュミットトリガ１０および１ １であり、この場合、両方のシュミットトリガのうち一方のシュミットトリガ１ ０は付加的にレベル反転を行い、Ｃ）シュミットトリガ１０と１１の出力側に生 じる両方の部分信号ｅ１とＣ２を排他ＯＲ論理結合する後置接続されたゲート１ ２である。

つまりこの場合、２つの時限素子が直列接続されている。後置接続された各シュ ミットトリガは、それらの個々の入力側に連続的に生じる電圧レベルｕ５とＵ６ の正の変化にも負の変化にも応答する。次に、ｕ５ないしｕ６が両方のシュミッ トトリガのうち一方のシュミットトリガの上方の切換閾値Ｏ５を上回ると、ある いは下方の閾値ＵＳを下回るとただちに、排他ＯＲ結合素子１２の両方の入力側 に加わる電圧レベルｅ１およびＣ２の時間的に遅延された切り換えが行われる。

この場合、切換時点はＲｅ素子により定められる。この回路装置の振動周波数は 構造に起因して、Ｃ１＋Ｃ２；一定の条件下にある。

この回路装置の場合、パルス幅変調された出力信号１４は、両方の部分信号ｅ１ とＣ２の論理結合によっ特表平７−５０４２６８　（４） ではじめ生じる。したがってここで述べた解決方式は必然的に、有用な測定信号 を発生させるために排他ＯＲ結合素子１２を必要前提条件とする。

第２図の信号経過特性から明らかなように、両方の部分コンデンサの１つの完全 な振動周期つまり充／放電サイクルを捕捉検出するために、信号ｅｌＸＯＲｅ２ の２つの周期の評価が必要である。したがってこのような回路形式の場合、測定 量に比例するＰＷＭ信号を得るためには、それぞれ２つの完全な振動周期ａおよ びｂから合成された２重のパルスを評価する必要がある。

これらの点で上記の回路形式は、それぞれ同じ課題を解決するとしても第４図〜 第６図による他の回路装置とは異なる。殊に第１図による回路は、モノフロップ またはユニパイプレークとも称される単安定マルチバイブレークによって構成さ れていない。第１図による回路装置はトリガパルスで作動するものでもないし、 つまりこの回路装置は側縁制御されるのではなく連続的なレベル変化に対して応 動するのであって、さらにこの回路装置はＲＣ時間経過後に独立的に初期状態へ 跳躍的に戻るわけでもない。使用可能な測定信号は、部分信号ｅ１およびＣ２の 結合後にはじめて生じる。

第１図による回路装置は有利には、著しく簡単な個別構成に適している。この回 路装置のためにもっばら標準的であるほんの僅かな個数の構成素子しか必要とし ないので、著しくコストが安（省スペースの構成を実現できる。周知のとおり、 モノフロップのようにいっそう複雑な構成素子は簡単なシュミットトリガよりも 高価である。

殊に自動車の発信器における評価回路のためには、上述の要求の実現は不可欠で ある。組み込みスペースが極度に制限されているため回路は微小化可能でなけれ ばならず、その理由で簡単な解決方式だけしか、つまり僅かな個数の回路素子し か必要としない解決方式だけしか考慮の対象とはならない。

第４図〜第６図には、これまで述べてきた動作原理とは異なる回路形式が開示さ れている。この回路形式が特徴としているのは、この場合にはセンサ信号の評価 のためにただ１つの信号経路しか辿らない点である。

低抵抗の２つのスイッチにより、つまり有利には一図示されているように一電界 効果トランジスタ３２゜３３ないし４４．４５ないし５４．５５により、発振器 ＲＣＩまたはＲＣ２からの測定電圧−Ｃ１およびＣ２はセンサ素子の両方の部分 容量でありＲは作動電圧源に対し接続された高抵抗値の抵抗であるーが、側縁制 御される双安定素子３１ないし４３ないし５〇−図面ではそれぞれフリップフロ ップで表されている−の互いに相補的にラッチされる両方の出力側を介して、ト リガ回路３０ないし４１ないし５１へ交互に供給される。このような特徴的な組 み合わせは、既述の３つの図面すべてにおいて繰り返し表されている。

被測定電圧に比例する時間間隔のパルス（ＰＷＭ）を回路装置の出力側１３に生 じさせることができるように、発振器で取り出された測定電圧は、それぞれ異な る構成を有する回路を介してフィードバックされて双安定素子のクロック入力端 へも作用を及ぼす。

第４図〜第６図による回路装置は、温度の影響を自動的に補償するのにとりわけ 適している。周知のように、トリガ素子の切換閾値の温度に起因するドリフトは 、評価回路で達成できる測定精度に対し著しく不利な影響を及ぼす。しかしなが らここに開示されている回路は、測定結果にとって重要であり同一の構成素子の ものであるただ１つの切換閾値だけしか有していない。センナ信号は交互にその 切換入力側へ供給される。

温度に起因して切換閾値が変動すると、発振器ＲＣＩおよびＲＣ２からの両方の 部分信号に対し同じように作用が及ぼされる。しかも実践において重要な適用事 例の場合、切換周波数は、１つの測定周期中に生じた切換閾値の変化が実質的に 何の影響もないままであるような大きさである。したがってこのような回路形式 は、著しく有利な温度特性を表すものである。

第３図による容量式差動測定値上ンサ１は、たとえば加速度センナとすることが できる。そしてこの加速度センサが微小機械的にシリコンで構成されているなら ば、本発明による回路と組み合わせて多数の著しい利点が得られる。それという のは、両方ともに容易に集積可能であり互いに組み合わせることができるので、 著しくコンパクトな構成が得られるからである。

本発明による回路構成は有利には著しく小さい容量式センサ（ｃ＜１０９Ｆ）の 評価のために着想されているとはいえ、既述の解決手段は基本的にこのような適 用事例に限定されるものではない。このような形式の差動測定値センサ１は、た とえば圧力測定または力測定のようなその他の物理的測定量のためにも使用でき る。したがって、たとえば中央電極４のそれぞれ異なる部分平面が固定電極２と ３で覆われるように中央電極４を両方の電極２と３の間に変位可能に支承するこ とであれ、構造によりたわみ振動子、膜振動子あるいはプレート状振動子を選択 することであれ、差動測定値センサ１の特別な構成様式は本発明による解決手段 の適用に際して重要ではない。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　６ 国際調査報告　ＰＣＴ／εＰ　９３１００３４２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．差動測定値センサ（１）の測定信号を準備処理し伝送可能な信号を回路装置 の出力側（１３）に生じさせるように構成されている、容量式差動測定値センサ （１）を備えた発信器用の回路装置において、結合された２つのＲＣ発振器（６ ，９：５，８）が設けられており、 ａ．それぞれ一方の発振器は他方の発振器のフィードバック回路中に配置されて おり、これらの発振器の容量はそれぞれ差動測定値センサ（１）の両方の部分容 量の一方により形成され、 ｂ．前記の両方の発振器をそれぞれ相互接続する２つのシュミットトリガ（１０ ，１１）が設けられており、これら両方のシュミットトリガのうち一方のシュミ ットトリガ（１０）は付加的にレベル反転を行わせ、 ｃ．前記シュミットトリガ（１０，１１）の出力側に生じる両方の部分信号（ｅ １，ｅ２）を排他ＯＲ結合する後置接続されたゲート（１２）が設けられていて 、該ゲート（１２）の出力側に、測定量に相応する２重の論理パルス信号（１４ ）が生じることを特徴とする、 発信器用の回路装置。 ２．差動測定値センサ（１）の測定信号を準備処理し伝送可能な信号を回路装置 の出力側（１３）に生じさせるように構成されている、容量式差動測定値センサ （１）を備えた発信器用の回路装置において、１つの抵抗（Ｒ）と２つの並列分 岐から成る容量とを備えたＲＣ発振器が設けられており、前記の両方の分岐は差 動測定値センサ（１）の両方の部分容量により形成され、差動測定値センサ（１ ）において生じた両方の部分信号の評価が行われ、前記の分岐を交互に切り換え ることにより、測定電圧に相応するパルス幅変調された信号（ＰＷＭ）がただ１ つの信号経路を介して生じることを特徴とする、発信器用の回路装置。 ３．高抵抗値の抵抗（Ｒ）と２つの並列分岐から成る容量とを備えたＲＣ発振器 が設けられており、ａ．前記の容量において生じた測定電圧が、低抵抗のスイッ チ（３２，３３；４４，４５；５４，５５）を介してそれぞれ交互にトリガ回路 （３０；４１；５１）へ供給され、 ｂ．前記スイッチは、側縁制御される双安定素子（３１；４３；５０）の互いに 相補的にラッチされる両方の出力側にり制御され、 ｃ．前記双安定素子は、フィードバック回路を介して発振器で取り出される測定 電圧によりクロック制御され、 ｄ．選択的に前記双安定素子の両方の出力側のうち一方の出力側において、測定 電圧に相応するパルス幅変調された信号（ＰＷＭ）が取り出される、請求項２記 載の回路装置。 ４．前記容量式差動測定値センサ（１）は加速度センサであって、検出すべき加 速度により中央電極（４）の変位が行われる、請求項１または２記載の回路装置 。