JPH0875778A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JPH0875778A JPH0875778A JP20991794A JP20991794A JPH0875778A JP H0875778 A JPH0875778 A JP H0875778A JP 20991794 A JP20991794 A JP 20991794A JP 20991794 A JP20991794 A JP 20991794A JP H0875778 A JPH0875778 A JP H0875778A
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- self
- potential
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- sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 自己診断により生じたセンサの出力変化が所
定範囲内であるどうかを判断する自己診断回路を具備す
る半導体加速度センサを提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板２９に質量部３３を設け、この質
量部３３に加速度が加わることにより生じる応力にて加
速度を検出する加速度検出部１と、前記質量部３３に静
電引力を加えることによる電位変化で前記加速度検出部
１が正常に動作しているか否かの診断を行う自己診断部
とを具備する半導体加速度センサにおいて、前記自己診
断部は、前記加速度検出部１に電位を与えることで前記
質量部３３が変位し、この変位により発生する電位の変
化が所定範囲にあるか否かの判定を行う判定回路３と、
前記判定の結果を保持する信号保持回路５とを設けてあ
る。
定範囲内であるどうかを判断する自己診断回路を具備す
る半導体加速度センサを提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板２９に質量部３３を設け、この質
量部３３に加速度が加わることにより生じる応力にて加
速度を検出する加速度検出部１と、前記質量部３３に静
電引力を加えることによる電位変化で前記加速度検出部
１が正常に動作しているか否かの診断を行う自己診断部
とを具備する半導体加速度センサにおいて、前記自己診
断部は、前記加速度検出部１に電位を与えることで前記
質量部３３が変位し、この変位により発生する電位の変
化が所定範囲にあるか否かの判定を行う判定回路３と、
前記判定の結果を保持する信号保持回路５とを設けてあ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサに
関し、特に自己診断回路を具備した集積化半導体センサ
に関する。
関し、特に自己診断回路を具備した集積化半導体センサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、自動車のエアバッグは、その
衝突時に生じる加速度を検出することにより動作するも
のが多い。ここで、このエアバッグ等に用いられている
加速度センサは、精度が良好である等の理由から半導体
式のものが望まれている。また、このエアバッグ等に用
いられている加速度センサは安全性の要求から、絶えず
このセンサが正常に動作していることをチェック出来る
ことが好ましい。すなわち、このセンサが正常動作をし
ているか否かをチェックする自己診断機能が付いている
ことを要求されている。この自己診断機能を有する半導
体加速度センサについての文献が多数存在する（例え
ば、TECHNICAL DIGEST OF THE 11TH SENSORSYMPOSIUM,1
992.pp43 〜46) 。
衝突時に生じる加速度を検出することにより動作するも
のが多い。ここで、このエアバッグ等に用いられている
加速度センサは、精度が良好である等の理由から半導体
式のものが望まれている。また、このエアバッグ等に用
いられている加速度センサは安全性の要求から、絶えず
このセンサが正常に動作していることをチェック出来る
ことが好ましい。すなわち、このセンサが正常動作をし
ているか否かをチェックする自己診断機能が付いている
ことを要求されている。この自己診断機能を有する半導
体加速度センサについての文献が多数存在する（例え
ば、TECHNICAL DIGEST OF THE 11TH SENSORSYMPOSIUM,1
992.pp43 〜46) 。
【０００３】ここで、上記文献にて開示された半導体加
速度センサについて、図４（ａ）にその概要の断面図を
示し、以下説明する。この半導体加速度センサは、耐熱
ガラス層２７と、Ｓｉ層２９と、トップキャップ３１と
が積層されており、Ｓｉ層２９内には可動マス３３が設
けられ、可撓部３５により保持されている。可動マス２
９に力が加わったときに撓みやすくするため、この可撓
部３５の厚みを少なくしてある。また、可動マス３３上
部であって、Ｓｉ層２９とトップキャップ３１との接合
面には、所定の幅を有して空洞部４５が設けられてい
る。この空洞部４５のトップキャップ３１面側及びＳｉ
層２９面側には、それぞれ電極３７及び３９が備えら
れ、この電極３７及び３９は図示しない電源により所定
の電位差を有することができる。
速度センサについて、図４（ａ）にその概要の断面図を
示し、以下説明する。この半導体加速度センサは、耐熱
ガラス層２７と、Ｓｉ層２９と、トップキャップ３１と
が積層されており、Ｓｉ層２９内には可動マス３３が設
けられ、可撓部３５により保持されている。可動マス２
９に力が加わったときに撓みやすくするため、この可撓
部３５の厚みを少なくしてある。また、可動マス３３上
部であって、Ｓｉ層２９とトップキャップ３１との接合
面には、所定の幅を有して空洞部４５が設けられてい
る。この空洞部４５のトップキャップ３１面側及びＳｉ
層２９面側には、それぞれ電極３７及び３９が備えら
れ、この電極３７及び３９は図示しない電源により所定
の電位差を有することができる。
【０００４】次に、この半導体加速度センサの動作につ
いて説明する。図４（ａ）の紙面の下方向に加速度が生
じると、可動マス３３に力が加わる。これにより、可撓
部３５が撓んで機械的変形が生じ、前記空洞部４５の間
隔が狭くなる。従って、空洞部４５内に設けられた電極
３７及び３９間の容量が変化し、その変化を集積回路４
１が検知することで、加速度を検知することができる。
この加速度検出方法を容量型加速度検出方法という。ま
た、この加速度センサは温度変化による誤差が少なく、
また、例えば、耐熱ガラス層２７とＳｉ層２９との間の
空洞部４３に振動吸収材等を注入することにより、共振
による誤動作をふせぐことができるため、自動車等に搭
載するのに適しているといえる。
いて説明する。図４（ａ）の紙面の下方向に加速度が生
じると、可動マス３３に力が加わる。これにより、可撓
部３５が撓んで機械的変形が生じ、前記空洞部４５の間
隔が狭くなる。従って、空洞部４５内に設けられた電極
３７及び３９間の容量が変化し、その変化を集積回路４
１が検知することで、加速度を検知することができる。
この加速度検出方法を容量型加速度検出方法という。ま
た、この加速度センサは温度変化による誤差が少なく、
また、例えば、耐熱ガラス層２７とＳｉ層２９との間の
空洞部４３に振動吸収材等を注入することにより、共振
による誤動作をふせぐことができるため、自動車等に搭
載するのに適しているといえる。
【０００５】次に、従来の半導体加速度センサの自己診
断機能について説明する。この説明では、前述の容量型
加速度検出方法に対して、抵抗型加速度検出方法につい
て説明する。
断機能について説明する。この説明では、前述の容量型
加速度検出方法に対して、抵抗型加速度検出方法につい
て説明する。
【０００６】この抵抗型加速度検出方法を用いた自己診
断機能を具備する半導体加速度センサの構造は、容量型
加速度検出方法を用いた自己診断機能を具備する半導体
加速度センサの構造とほぼ同様なので、その説明は省略
するが、可撓部３５の上面に抵抗素子４７が設けられて
いる点で相違する。以下、抵抗型加速度検出方法を用い
た自己診断機能を具備した半導体加速度センサの動作を
図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
断機能を具備する半導体加速度センサの構造は、容量型
加速度検出方法を用いた自己診断機能を具備する半導体
加速度センサの構造とほぼ同様なので、その説明は省略
するが、可撓部３５の上面に抵抗素子４７が設けられて
いる点で相違する。以下、抵抗型加速度検出方法を用い
た自己診断機能を具備した半導体加速度センサの動作を
図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
【０００７】電極３７及び３９に電圧がかけられていな
い状態では、可動マス３３は所定の場所に配置されてい
る（図４（ｂ）中の点線部）。ここで、可動マス３３と
トップキャップ３１上の電極３７及び３９の間に自己診
断用の電圧を加えると、静電引力が生じる。この静電引
力が可動マス３３に加わることで、疑似的に可動マス３
３に加速度が加わった状態となり、可動マス３３とトッ
プキャップ３１の距離が変化し、可撓部３５が撓んで機
械的変形が生じる（図４（ｂ）中の実線部）。これによ
って、可撓部３５の上面に設けられた抵抗素子４７の電
気抵抗に変化が生じる。この変化を電気信号として集積
回路４１が検知することによってセンサが正常に動作し
ているか否かを判断し、動作が異常と判断した場合に
は、警告表示等の各種処理を行う。
い状態では、可動マス３３は所定の場所に配置されてい
る（図４（ｂ）中の点線部）。ここで、可動マス３３と
トップキャップ３１上の電極３７及び３９の間に自己診
断用の電圧を加えると、静電引力が生じる。この静電引
力が可動マス３３に加わることで、疑似的に可動マス３
３に加速度が加わった状態となり、可動マス３３とトッ
プキャップ３１の距離が変化し、可撓部３５が撓んで機
械的変形が生じる（図４（ｂ）中の実線部）。これによ
って、可撓部３５の上面に設けられた抵抗素子４７の電
気抵抗に変化が生じる。この変化を電気信号として集積
回路４１が検知することによってセンサが正常に動作し
ているか否かを判断し、動作が異常と判断した場合に
は、警告表示等の各種処理を行う。
【０００８】なお、実際の動作の場合（例えば自動車等
が衝突した場合）には、加速度検出部に相当量の力が加
わる。自己診断を行う場合にはそれに比べて小さい力が
加わるため、実際の動作の検出と自己診断を同時に１つ
の加速度センサにて実施することができるのである。
が衝突した場合）には、加速度検出部に相当量の力が加
わる。自己診断を行う場合にはそれに比べて小さい力が
加わるため、実際の動作の検出と自己診断を同時に１つ
の加速度センサにて実施することができるのである。
【０００９】
【従来技術の問題点】しかしながら、従来の半導体加速
度センサでは、加速度検出部に電圧を加えた場合に、セ
ンサの出力に変化があるか否かだけで判断するのでは、
極端に小さな値や、極端に大きな値でもセンサ出力が変
化と判断するため、誤動作を起こす危険性があった。よ
り確実な方法として、加速度検出部に電圧を加えたとき
センサの出力変化がある範囲内にあるかどうかを判断出
来ることを望まれる。
度センサでは、加速度検出部に電圧を加えた場合に、セ
ンサの出力に変化があるか否かだけで判断するのでは、
極端に小さな値や、極端に大きな値でもセンサ出力が変
化と判断するため、誤動作を起こす危険性があった。よ
り確実な方法として、加速度検出部に電圧を加えたとき
センサの出力変化がある範囲内にあるかどうかを判断出
来ることを望まれる。
【００１０】本発明は上記事情を鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、自己診断により生じた
センサの出力変化が所定範囲内であるかどうかを判断す
る自己診断回路を具備する半導体加速度センサを提供す
ることである。
あり、その目的とするところは、自己診断により生じた
センサの出力変化が所定範囲内であるかどうかを判断す
る自己診断回路を具備する半導体加速度センサを提供す
ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の特徴は、半導体基板に質量部を設け、この質
量部に加速度が加わることにより生じる応力により加速
度を検出する加速度検出部と、この加速度検出部が正常
に動作しているか否かの診断を行う自己診断部とを具備
する半導体加速度センサにおいて、前記自己診断部は、
前記加速度検出部に電位を与えることで前記質量部が変
位し、この変位により発生する電位の変化が所定範囲に
あるか否かの判定を行う判定回路と、前記判定の結果を
保持する信号保持回路と、を具備することである。
に本発明の特徴は、半導体基板に質量部を設け、この質
量部に加速度が加わることにより生じる応力により加速
度を検出する加速度検出部と、この加速度検出部が正常
に動作しているか否かの診断を行う自己診断部とを具備
する半導体加速度センサにおいて、前記自己診断部は、
前記加速度検出部に電位を与えることで前記質量部が変
位し、この変位により発生する電位の変化が所定範囲に
あるか否かの判定を行う判定回路と、前記判定の結果を
保持する信号保持回路と、を具備することである。
【００１２】ここで、前記判定回路は、第１のクロック
で動作する第１のスイッチと、前記第１スイッチと並列
に接続され、第２のクロックで動作する第２のスイッチ
と、第１のクロックで動作する第３のスイッチと、この
第３のスイッチにてその出力と入力とが短絡される第１
のインバータと、前記並列に接続されたスイッチと、前
記第１のインバータの間に設けられたコンデンサとを有
し、前記電位変化を増幅することが好ましい。更に、前
記判定回路は、第２のインバータと、第３のインバータ
と、第４のインバータと、第１のバッファと、第２のバ
ッファと、ＡＮＤゲートを有し、第２のインバータ、第
１のバッファを第１の直列接続をし、第３のインバー
タ、第２のバッファ、及び第４のインバータを第２の直
列接続をし、前記第１の直列接続と前記第２の直列接続
とを並列接続し、前記第１の直列接続の出力と、前記第
２の直列接続の出力とをＡＮＤゲートの入力とすること
が好ましく、更に好ましくは、第２のインバータの論理
しき値を第１のインバータの論理しきい値より小さいこ
とであり、また、第３のインバータの論理しき値を第２
のインバータの論理しきい値より小さいことである。
で動作する第１のスイッチと、前記第１スイッチと並列
に接続され、第２のクロックで動作する第２のスイッチ
と、第１のクロックで動作する第３のスイッチと、この
第３のスイッチにてその出力と入力とが短絡される第１
のインバータと、前記並列に接続されたスイッチと、前
記第１のインバータの間に設けられたコンデンサとを有
し、前記電位変化を増幅することが好ましい。更に、前
記判定回路は、第２のインバータと、第３のインバータ
と、第４のインバータと、第１のバッファと、第２のバ
ッファと、ＡＮＤゲートを有し、第２のインバータ、第
１のバッファを第１の直列接続をし、第３のインバー
タ、第２のバッファ、及び第４のインバータを第２の直
列接続をし、前記第１の直列接続と前記第２の直列接続
とを並列接続し、前記第１の直列接続の出力と、前記第
２の直列接続の出力とをＡＮＤゲートの入力とすること
が好ましく、更に好ましくは、第２のインバータの論理
しき値を第１のインバータの論理しきい値より小さいこ
とであり、また、第３のインバータの論理しき値を第２
のインバータの論理しきい値より小さいことである。
【００１３】また、前記第１のスイッチ及び前記第２の
スイッチ及び前記第３のスイッチは、同一基板上に形成
できるという点でＮＭＯＳ(N-Channel MOS) トランジス
タで構成されていることが好ましい。また、上記全ての
インバータ及びバッファは同一基板上に形成できるとい
う点でＮＭＯＳインバータもしくはＣＭＯＳ(Complemen
tary MOS) インバータで構成されていることが好まし
い。また、前記信号保持回路は、前記判定回路の信号を
保持することができるという点で、Ｄフリップフロップ
で構成されていることが好ましい。また、これら判定回
路及び信号保持回路は専有面積（体積）を低減すること
ができるという点で同一基板上に形成することが好まし
い。
スイッチ及び前記第３のスイッチは、同一基板上に形成
できるという点でＮＭＯＳ(N-Channel MOS) トランジス
タで構成されていることが好ましい。また、上記全ての
インバータ及びバッファは同一基板上に形成できるとい
う点でＮＭＯＳインバータもしくはＣＭＯＳ(Complemen
tary MOS) インバータで構成されていることが好まし
い。また、前記信号保持回路は、前記判定回路の信号を
保持することができるという点で、Ｄフリップフロップ
で構成されていることが好ましい。また、これら判定回
路及び信号保持回路は専有面積（体積）を低減すること
ができるという点で同一基板上に形成することが好まし
い。
【００１４】
【作用】上記構成によれば、前記加速度検出部に電位を
与えることで、この加速度検出部内に設けられた質量部
に力が加わり、この力により質量部が変位する。この力
が所定の大きさであればこの質量部の変位も所定の大き
さのはずである。また、質量部の変位が大きければ、電
位の変化も大きい。従って、この電位の変化が所定の範
囲内にあるかどうかを判定回路にて判定することにより
加速度検出部が正常に動作しているか否かの診断を行う
ことができるのである。これにより、この電位の変化が
極端に小さい又は大きい場合には異常と検出することが
できるので、加速度センサの信頼性を向上することがで
きるのである。
与えることで、この加速度検出部内に設けられた質量部
に力が加わり、この力により質量部が変位する。この力
が所定の大きさであればこの質量部の変位も所定の大き
さのはずである。また、質量部の変位が大きければ、電
位の変化も大きい。従って、この電位の変化が所定の範
囲内にあるかどうかを判定回路にて判定することにより
加速度検出部が正常に動作しているか否かの診断を行う
ことができるのである。これにより、この電位の変化が
極端に小さい又は大きい場合には異常と検出することが
できるので、加速度センサの信頼性を向上することがで
きるのである。
【００１５】また、例えば、差動増幅回路が加速度検出
部の異常を検知した場合には、異常信号を保持して外部
機器等に伝えなければならない。この点で、差動増幅回
路の出力を保持する信号保持回路を用いる意義がある。
部の異常を検知した場合には、異常信号を保持して外部
機器等に伝えなければならない。この点で、差動増幅回
路の出力を保持する信号保持回路を用いる意義がある。
【００１６】
【実施例】以下、本発明に係る実施例について図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の一実施例に係る自
己診断部を具備した半導体加速度センサの概略図であ
る。この半導体加速度センサは、加速度の検出を行う加
速度検出部１と、この検出された信号の電位変化が所定
範囲にあるか否かの判定を行う判定回路と、前記判定さ
れた信号を保持する信号保持回路５とを有する。
照しながら説明する。図１は本発明の一実施例に係る自
己診断部を具備した半導体加速度センサの概略図であ
る。この半導体加速度センサは、加速度の検出を行う加
速度検出部１と、この検出された信号の電位変化が所定
範囲にあるか否かの判定を行う判定回路と、前記判定さ
れた信号を保持する信号保持回路５とを有する。
【００１７】まず、本実施例に係る加速度検出部１につ
いて説明する。ここでは、前述した抵抗型加速度検出方
法を用いたものを使用する。ここで、図１の加速度検出
部１内に記載された可変抵抗は、図４（ｂ）における抵
抗素子４７に相当する。また、この抵抗素子４７には熱
拡散などで作製したものが好ましく、中でも感歪ゲージ
のピエゾ抵抗素子が好ましい。また、図４（ｂ）におけ
る可撓部３５が撓むことによりこの可撓部３５に圧縮応
力が加わる部分に設けられた抵抗素子４７及び引張応力
が加わる部分に設けられた抵抗素子４７を、図１の加速
度検出部１内に記載された可変抵抗のように直列に接続
し、その中間点の電位を基準とすると、自己診断を行う
場合に電位の変化が大きくなる。
いて説明する。ここでは、前述した抵抗型加速度検出方
法を用いたものを使用する。ここで、図１の加速度検出
部１内に記載された可変抵抗は、図４（ｂ）における抵
抗素子４７に相当する。また、この抵抗素子４７には熱
拡散などで作製したものが好ましく、中でも感歪ゲージ
のピエゾ抵抗素子が好ましい。また、図４（ｂ）におけ
る可撓部３５が撓むことによりこの可撓部３５に圧縮応
力が加わる部分に設けられた抵抗素子４７及び引張応力
が加わる部分に設けられた抵抗素子４７を、図１の加速
度検出部１内に記載された可変抵抗のように直列に接続
し、その中間点の電位を基準とすると、自己診断を行う
場合に電位の変化が大きくなる。
【００１８】次に、本実施例に係る判定回路３の構成要
件について説明する。クロックΦ1で動作するスイッチ
９ａ及びΦ2 で動作するスイッチ９ｂが並列に接続さ
れ、いずれか一方がオンの状態で、加速度検出部１から
の信号が入力されるようになっている。なお、これらの
スイッチはＮＭＯＳトランジスタを用いる。コンデンサ
１３は、接点Ａと接点Ｂの電位差を保存、及び、同相雑
音（ノイズ）を防止のために設けてある。インバータ１
５は、その出力と入力との短絡（ショート）をスイッチ
１１にて出来るようにしてある。また、このスイッチ１
１はクロックΦ1で動作するようにしてある。なお、本
実施例においては、インバータ１５は、ＣＭＯＳインバ
ータを用いる。なお、これら構成要件は、加速度検出部
１より出力された電位変化の前後の差を増幅する役割を
担う。
件について説明する。クロックΦ1で動作するスイッチ
９ａ及びΦ2 で動作するスイッチ９ｂが並列に接続さ
れ、いずれか一方がオンの状態で、加速度検出部１から
の信号が入力されるようになっている。なお、これらの
スイッチはＮＭＯＳトランジスタを用いる。コンデンサ
１３は、接点Ａと接点Ｂの電位差を保存、及び、同相雑
音（ノイズ）を防止のために設けてある。インバータ１
５は、その出力と入力との短絡（ショート）をスイッチ
１１にて出来るようにしてある。また、このスイッチ１
１はクロックΦ1で動作するようにしてある。なお、本
実施例においては、インバータ１５は、ＣＭＯＳインバ
ータを用いる。なお、これら構成要件は、加速度検出部
１より出力された電位変化の前後の差を増幅する役割を
担う。
【００１９】また、インバータ１７ａ及びバッファ１９
ａが直列に接続され、また、インバータ１７ｂ、バッフ
ァ１９ｂ及びインバータ２１とが同様に直列に接続さ
れ、上記二つの直列接続が並列に接続されている。この
二つの直列接続は、インバータ１５の出力を入力とし、
ＡＮＤゲート２３に出力している。なお、これら構成要
件は、加速度検出部１の出力変化が所定範囲にあるか否
かを判断する役割を担う。
ａが直列に接続され、また、インバータ１７ｂ、バッフ
ァ１９ｂ及びインバータ２１とが同様に直列に接続さ
れ、上記二つの直列接続が並列に接続されている。この
二つの直列接続は、インバータ１５の出力を入力とし、
ＡＮＤゲート２３に出力している。なお、これら構成要
件は、加速度検出部１の出力変化が所定範囲にあるか否
かを判断する役割を担う。
【００２０】次に、本実施例に係る信号保持回路５につ
いて説明する。この信号保持回路５は、判定回路３から
の出力を保持し、外部に出力する外部インターフェース
の役割を担う。本実施例においては、Ｄフリップフロッ
プを使用することにする。なお、上述した判定回路３及
び信号保持回路５は、同一基板上に形成することが好ま
しい。
いて説明する。この信号保持回路５は、判定回路３から
の出力を保持し、外部に出力する外部インターフェース
の役割を担う。本実施例においては、Ｄフリップフロッ
プを使用することにする。なお、上述した判定回路３及
び信号保持回路５は、同一基板上に形成することが好ま
しい。
【００２１】次に、本実施例に係る半導体加速度センサ
の動作について説明する。 （１）図２（ａ）は、自己診断を行うために静電引力を
発生させる自己診断電極を説明する図である。本図に示
すように、クロックΦ1 の反転信号が高電圧（オンの状
態）の場合（クロックΦ1 が低電圧（オフの状態））の
場合に自己診断電極２５に電圧Ｖが加わるようにしてあ
る。ここで、本実施例においては自己診断電極２５は、
図４（ａ）における電極３７及び３９である。従って、
クロックΦ1 が低電圧（オフの状態）の場合に電極３７
及び３９に電圧が加わる。
の動作について説明する。 （１）図２（ａ）は、自己診断を行うために静電引力を
発生させる自己診断電極を説明する図である。本図に示
すように、クロックΦ1 の反転信号が高電圧（オンの状
態）の場合（クロックΦ1 が低電圧（オフの状態））の
場合に自己診断電極２５に電圧Ｖが加わるようにしてあ
る。ここで、本実施例においては自己診断電極２５は、
図４（ａ）における電極３７及び３９である。従って、
クロックΦ1 が低電圧（オフの状態）の場合に電極３７
及び３９に電圧が加わる。
【００２２】図２（ｂ）は、クロックΦ1 及びクロック
Φ2 のタイミングについて示した図である。クロックΦ
1 の反転信号及びクロックΦ2 の信号は本図に示す通
り、クロックΦ2 がオンの場合に必ずクロックΦ1 の反
転信号がオンになっているようにタイミングをとってあ
る。また、自己診断電極２５に電圧を加えていないとき
のセンサ出力（差動出力の場合は、その片側の出力）を
ＶREF 、また、自己診断用電極に電圧を加えたときのセ
ンサ出力をＶSEN とする。
Φ2 のタイミングについて示した図である。クロックΦ
1 の反転信号及びクロックΦ2 の信号は本図に示す通
り、クロックΦ2 がオンの場合に必ずクロックΦ1 の反
転信号がオンになっているようにタイミングをとってあ
る。また、自己診断電極２５に電圧を加えていないとき
のセンサ出力（差動出力の場合は、その片側の出力）を
ＶREF 、また、自己診断用電極に電圧を加えたときのセ
ンサ出力をＶSEN とする。
【００２３】ここでクロックΦ1 は、１００[Hz]から１
０００[Hz]程度が好ましく、更に好ましくは３００[Hz]
から６００[Hz]である。これはあまりに周波数が高いと
可動マス３３が振動に追従できず、また周波数が低いと
信号の変化時にコンデンサ１３よりリーク電流が発生し
てしまうためである。
０００[Hz]程度が好ましく、更に好ましくは３００[Hz]
から６００[Hz]である。これはあまりに周波数が高いと
可動マス３３が振動に追従できず、また周波数が低いと
信号の変化時にコンデンサ１３よりリーク電流が発生し
てしまうためである。
【００２４】（２）次に、図１を用いて説明する。パル
ス発生回路７より、クロックΦ1 及びΦ2 を発生させ、
スイッチ９ａ及びスイッチ１１にクロックΦ1 を、ま
た、スイッチ９ｂにΦ2 をそれぞれ入力する。
ス発生回路７より、クロックΦ1 及びΦ2 を発生させ、
スイッチ９ａ及びスイッチ１１にクロックΦ1 を、ま
た、スイッチ９ｂにΦ2 をそれぞれ入力する。
【００２５】まず、クロックΦ1 が高電位になった場合
には、スイッチ１１がオンの状態になり、インバータ１
５の出力と入力とがショートされる。これにより、接点
Ｂはインバータ１５の論理のしきい値Ｖth1 にバイアス
され、リセット状態（入力と出力が同電位）にある。す
なわち、このときの接点Ｂの電位ＶB は ＶB ＝Ｖth1 (1) となる。また、スイッチ９ａがオンの状態になり、加速
度検出部１の電位が入力されるが、電極３７及び３９に
自己診断用電圧Ｖが加えられていないので、センサには
静電引力が加えられていない場合の状態である。従っ
て、接点ＡはＶREFに充電される。
には、スイッチ１１がオンの状態になり、インバータ１
５の出力と入力とがショートされる。これにより、接点
Ｂはインバータ１５の論理のしきい値Ｖth1 にバイアス
され、リセット状態（入力と出力が同電位）にある。す
なわち、このときの接点Ｂの電位ＶB は ＶB ＝Ｖth1 (1) となる。また、スイッチ９ａがオンの状態になり、加速
度検出部１の電位が入力されるが、電極３７及び３９に
自己診断用電圧Ｖが加えられていないので、センサには
静電引力が加えられていない場合の状態である。従っ
て、接点ＡはＶREFに充電される。
【００２６】次に、クロックΦ1 は低電位になった場合
には、スイッチ９ａ及びスイッチ１１はオフになる。図
２（ｂ）に示す通り、クロックΦ1 は低電位になってか
ら所定時間をおいてクロックΦ2 が高電位になった時に
は、スイッチ９はオンの状態になる。また、電極３７及
び３９に自己診断用電圧Ｖが加えられているので接点Ａ
はＶSEN に充電される。ここで、クロックΦ1 が低電位
になってから所定時間をおいてクロックΦ2 が高電位に
なるようにするのは、スイッチ１１が確実にＯＦＦにな
ってからスイッチ９ｂをオンにするためである。
には、スイッチ９ａ及びスイッチ１１はオフになる。図
２（ｂ）に示す通り、クロックΦ1 は低電位になってか
ら所定時間をおいてクロックΦ2 が高電位になった時に
は、スイッチ９はオンの状態になる。また、電極３７及
び３９に自己診断用電圧Ｖが加えられているので接点Ａ
はＶSEN に充電される。ここで、クロックΦ1 が低電位
になってから所定時間をおいてクロックΦ2 が高電位に
なるようにするのは、スイッチ１１が確実にＯＦＦにな
ってからスイッチ９ｂをオンにするためである。
【００２７】コンデンサ１３の電位降下（ＶREF −Ｖ
th1 ）は保存されるので、接点Ｂの電位はＶth1 から接
点Ａの電位変化分（ＶSEN −ＶREF ）だけ変化すること
になる。従って、接点Ｂの電位ＶB は、 ＶB ＝Ｖth1 ＋ＶSEN −ＶREF (2) となる。
th1 ）は保存されるので、接点Ｂの電位はＶth1 から接
点Ａの電位変化分（ＶSEN −ＶREF ）だけ変化すること
になる。従って、接点Ｂの電位ＶB は、 ＶB ＝Ｖth1 ＋ＶSEN −ＶREF (2) となる。
【００２８】（３）センサが正常に動作すれば、ＶSEN
とＶREF が異なるはずである。図３（ａ）のインバータ
入出力伝達特性に示すように、インバータ１個では、図
３（ａ）に示す通り、論理しきい値Ｖth1 で垂直に変化
するのではなく、ある傾き（一般に５０〜１００で、こ
こでは絶対値を取って０以上とする。）を有して変化す
るため、僅かな入力の変化に対して５０〜１００倍増幅
された時の出力変化が得られることになる。従って、イ
ンバータ１５の出力電圧Ｖ１は式(3) で表せる。
とＶREF が異なるはずである。図３（ａ）のインバータ
入出力伝達特性に示すように、インバータ１個では、図
３（ａ）に示す通り、論理しきい値Ｖth1 で垂直に変化
するのではなく、ある傾き（一般に５０〜１００で、こ
こでは絶対値を取って０以上とする。）を有して変化す
るため、僅かな入力の変化に対して５０〜１００倍増幅
された時の出力変化が得られることになる。従って、イ
ンバータ１５の出力電圧Ｖ１は式(3) で表せる。
【００２９】 Ｖ１＝Ｖth1 −Ｇ・（ＶSEN −ＶREF ） (3) 一般にセンサの出力変化（ＶSEN −ＶREF ）は微小なも
のであり、せいぜい数ｍＶである、それが式(3) で示す
ように、インバータ１５によってＧ倍に増幅されて、出
力電圧Ｖ１に現れる。従って、本実施例のような構成に
することにより、簡易な構成にて増幅を得ることができ
るのである。
のであり、せいぜい数ｍＶである、それが式(3) で示す
ように、インバータ１５によってＧ倍に増幅されて、出
力電圧Ｖ１に現れる。従って、本実施例のような構成に
することにより、簡易な構成にて増幅を得ることができ
るのである。
【００３０】このように、加速度検出部１から出力され
た信号の電位変化の前後の差を増幅する。この増幅は、
電位変化前と変化後を減算することにより行うため、電
源電圧のゆらぎや、加速度検出部１から出力された信号
に混入した同相ノイズが相殺されるのである。従って、
この比較結果は同相ノイズ等が減算されたものを差動増
幅するため、精度よく微小なセンサ信号を差動増幅する
ことができる。
た信号の電位変化の前後の差を増幅する。この増幅は、
電位変化前と変化後を減算することにより行うため、電
源電圧のゆらぎや、加速度検出部１から出力された信号
に混入した同相ノイズが相殺されるのである。従って、
この比較結果は同相ノイズ等が減算されたものを差動増
幅するため、精度よく微小なセンサ信号を差動増幅する
ことができる。
【００３１】（４）センサの出力変化（ＶSEN −
ＶREF ）が零より大きいとし、その値が以下の式 ΔＶmin ＜ＶSEN −ＶREF ＜ΔＶmax (4) で表す範囲内であれば、センサの動作が正常であると仮
定する。式(3) より式(4) を満たすことは、すなわちイ
ンバータ１５の出力電圧Ｖ１が
ＶREF ）が零より大きいとし、その値が以下の式 ΔＶmin ＜ＶSEN −ＶREF ＜ΔＶmax (4) で表す範囲内であれば、センサの動作が正常であると仮
定する。式(3) より式(4) を満たすことは、すなわちイ
ンバータ１５の出力電圧Ｖ１が
【数１】 Ｖth1 −Ｇ・ΔＶmax ＜Ｖ１＜Ｖth1 −Ｇ・ΔＶmin (5) を満たすことを意味する。
【００３２】従って、インバータ１７ａの論理しきい値
Ｖth2 及びインバータ１７ｂの論理しきい値Ｖth3 が、 Ｖth2 ＝Ｖth1 −ΔＶmin ・Ｇ (6) Ｖth3 ＝Ｖth1 −ΔＶmax ・Ｇ (7) となるように設計すればよい。これは、例えばインバー
タ１７ａと１７ｂのプルアップＰＭＯＳのチャネル幅を
インバータ１５のそれより数パーセント〜数十パーセン
ト小さくすればよい。ほかのパラメータ（チャネル長な
ど）を変えても同じ効果が得られる。
Ｖth2 及びインバータ１７ｂの論理しきい値Ｖth3 が、 Ｖth2 ＝Ｖth1 −ΔＶmin ・Ｇ (6) Ｖth3 ＝Ｖth1 −ΔＶmax ・Ｇ (7) となるように設計すればよい。これは、例えばインバー
タ１７ａと１７ｂのプルアップＰＭＯＳのチャネル幅を
インバータ１５のそれより数パーセント〜数十パーセン
ト小さくすればよい。ほかのパラメータ（チャネル長な
ど）を変えても同じ効果が得られる。
【００３３】インバータ１７ａ及び１７ｂの出力にそれ
ぞれバッファ１９ａ及び１９ｂをつないで理想的なイン
バータを構成するが、バッファ１９ａ及び１９ｂを構成
するインバータはそれぞれインバータ１７ａ及び１７ｂ
と同じように設計する。それによってインバータ１７ａ
の入力電圧Ｖ１とバッファ１９ａの出力電圧Ｖ２とバッ
ファ１９ｂの出力電圧Ｖ３との関係は図３（ｂ）のよう
になる。図３（ｂ）と式(5) よりセンサが正常に動作す
るならば、電圧Ｖ２の出力が１となると同時に電圧Ｖ３
の出力が０となる。よって、そのときに信号保持回路３
への出力（以下Ｖout と記す）が１となる。また、それ
以外に、すなわち、ΔＶmin ＞ＶSEN −ＶREF もしくは
ＶSEN −ＶREF ＞ΔＶmax のときは、Ｖout が０とな
る。
ぞれバッファ１９ａ及び１９ｂをつないで理想的なイン
バータを構成するが、バッファ１９ａ及び１９ｂを構成
するインバータはそれぞれインバータ１７ａ及び１７ｂ
と同じように設計する。それによってインバータ１７ａ
の入力電圧Ｖ１とバッファ１９ａの出力電圧Ｖ２とバッ
ファ１９ｂの出力電圧Ｖ３との関係は図３（ｂ）のよう
になる。図３（ｂ）と式(5) よりセンサが正常に動作す
るならば、電圧Ｖ２の出力が１となると同時に電圧Ｖ３
の出力が０となる。よって、そのときに信号保持回路３
への出力（以下Ｖout と記す）が１となる。また、それ
以外に、すなわち、ΔＶmin ＞ＶSEN −ＶREF もしくは
ＶSEN −ＶREF ＞ΔＶmax のときは、Ｖout が０とな
る。
【００３４】よって、Ｖout が１か０かによってセンサ
が正常に動作しているかどうか判断出来ることは明らか
である。
が正常に動作しているかどうか判断出来ることは明らか
である。
【００３５】以上の説明から分かるように、この回路は
インバータ１５と、インバータ１７ａ及び１７ｂとの間
の論理しきい値の相対的な値を制御できればよいので、
同じチップの中で精度よく得られる。またコンデンサ１
３があらゆる同相雑音を防止しているし、オフセット調
整や温度ドリフト調整を必要としない。
インバータ１５と、インバータ１７ａ及び１７ｂとの間
の論理しきい値の相対的な値を制御できればよいので、
同じチップの中で精度よく得られる。またコンデンサ１
３があらゆる同相雑音を防止しているし、オフセット調
整や温度ドリフト調整を必要としない。
【００３６】なお、ＶSEN がＶREF より小さい場合に
は、Ｖth2 とＶth3 がＶth1 より大きくなるように設計
すればよい。
は、Ｖth2 とＶth3 がＶth1 より大きくなるように設計
すればよい。
【００３７】
【発明の効果】以上のごとき、本発明によれば、判定回
路を有しているので、電極に電圧を加えたときに生じる
電位変化が所定範囲内であるかどうかを判断することが
できる。従って、この電位変化が極端に小さいか又は大
きい場合には異常と検出することができるので、加速度
センサの信頼性を向上することができる。
路を有しているので、電極に電圧を加えたときに生じる
電位変化が所定範囲内であるかどうかを判断することが
できる。従って、この電位変化が極端に小さいか又は大
きい場合には異常と検出することができるので、加速度
センサの信頼性を向上することができる。
【図１】本発明に係る半導体加速度センサの概略図であ
る。
る。
【図２】本発明に係る半導体加速度センサの動作を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】インバータの入出力特性を示した図である。
【図４】（ａ）は従来の半導体加速度センサの概略を示
す図であり、（ｂ）はその動作を説明するための図であ
る。
す図であり、（ｂ）はその動作を説明するための図であ
る。
１ 加速度検出部 ３ 判定回路 ５ 信号保持回路 ７ パルス発生回路 ９ａ、ｂ スイッチ １１ スイッチ １３ コンデンサ １５ インバータ １７ａ、１７ｂ インバータ １９ａ、１９ｂ バッファ ２１ インバータ ２３ ＡＮＤゲート ２５ 自己診断電極 ２７ 耐熱ガラス層 ２９ Ｓｉ層 ３１ 耐熱ガラス層（トップキャップ） ３３ 可動マス ３５ 可撓部 ３７ 電極 ３９ 電極 ４１ 集積回路 ４３ 空洞部 ４５ 空洞部 ４７ 抵抗素子
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板に質量部を設け、この質量部
に加速度が加わることにより生じる応力により加速度を
検出する加速度検出部と、この加速度検出部が正常に動
作しているか否かの診断を行う自己診断部とを具備する
半導体加速度センサにおいて、 前記自己診断部は、 前記加速度検出部に電位を与えることで前記質量部が変
位し、この変位により生じる電位の変化が所定範囲にあ
るか否かの判定を行う判定回路と、 前記判定の結果を保持する信号保持回路と、 を具備することを特徴とする半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20991794A JPH0875778A (ja) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20991794A JPH0875778A (ja) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875778A true JPH0875778A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=16580808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20991794A Pending JPH0875778A (ja) | 1994-09-02 | 1994-09-02 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0875778A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011189931A (ja) * | 2004-11-23 | 2011-09-29 | Robert Bosch Gmbh | 加速度センサを備えた制御装置 |
-
1994
- 1994-09-02 JP JP20991794A patent/JPH0875778A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011189931A (ja) * | 2004-11-23 | 2011-09-29 | Robert Bosch Gmbh | 加速度センサを備えた制御装置 |
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