JPH10160753A

JPH10160753A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH10160753A
Application number: JP32053796A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Nohara; 一也野原; Naohiro Taniguchi; 直博谷口; Fumihiro Kasano; 文宏笠野; Hiroyuki Takami; 宏之高見
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ブリッジ回路の異常を正確に検知することが
できるようにする。【解決手段】一対の一方対向接続点1e,1f の間に定電
流源10が接続されるとともに一対の他方対向接続点1g,1
h に出力端子1j,1k がそれぞれ設けられ、抵抗値が加速
度に基づき変化するブリッジ回路1 と、ブリッジ回路1
の異常を検知するブリッジ回路異常検知手段3 と、備
え、一対の他方対向接続点1g,1h の間の電圧値の変化を
出力端子1j,1k に出力する加速度センサにおいて、ブリ
ッジ回路異常検知手段3 は、一方対向接続点1e,1f 間の
電圧変化に基づいてブリッジ回路1 の異常を検知するよ
う成した構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪みゲージ型半導
体加速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の加速度センサの第１従来例とし
て、特開平２−３０７０６４号により開示されたものが
存在する。このものは、図８に示すように、一対の一方
対向接続点A₁,A₂の間に定電流源X が接続されるととも
に一対の他方対向接続点A₃,A₄に出力端子がそれぞれ設
けられ、抵抗値が加速度に基づき変化するブリッジ回路
A と、ブリッジ回路A の出力端子からの出力電圧値を増
幅して増幅電圧を出力する電圧増幅手段C と、増幅電圧
と定電圧とを比較することによりブリッジ回路の異常を
検知するブリッジ回路異常検知手段D と、を備えてい
る。

【０００３】従って、ブリッジ回路A に断線異常等が発
生する等して、対をなした他方対向接続点A₃,A₄の間の
電圧が大きくなると、増幅電圧が定電圧よりも大きくな
り、ブリッジ異常検知手段D によりブリッジ回路A の異
常が検知される。

【０００４】この種の加速度センサの第２従来例とし
て、図９に示すものが存在する。このものは、加速度に
応じて撓む撓み部と、撓みに応じて抵抗値が変化するよ
う撓み部に設けられたピエゾ抵抗E を有するブリッジ回
路F と、を備えている。

【０００５】このものは、周囲の温度変化に基づく抵抗
値の変化を補償するために、撓み部に設けられたブリッ
ジ回路F に補償用抵抗を接続することがある。詳しく
は、この補償用抵抗には、ピエゾ抵抗E に直列接続され
た直列接続抵抗G 及び並列接続された並列接続抵抗H が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した第１従来例の
加速度センサにあっては、ブリッジ回路異常検知手段D
に入力される電圧は、対をなした他方対向接続点の間の
電圧が電圧増幅手段D により増幅されたものであるか
ら、ブリッジ回路A に異常が発生していなくても電圧増
幅手段D に異常が発生している場合には、ブリッジ回路
A に断線異常が発生したときと同程度まで増幅されてし
まって、ブリッジ回路A の異常を正確に検知することが
できなる恐れがある。

【０００７】また、上記した第２従来例の加速度センサ
にあっては、補償用抵抗として並列接続抵抗H が並列接
続されたピエゾ抵抗E が断線する等の異常が生じても、
その断線したピエゾ抵抗に並列接続された補償用抵抗と
しての並列接続抵抗H に電流が流れることとなり、ピエ
ゾ抵抗の断線に伴うブリッジ回路F の両端電圧の増加分
が少なくなるから、ブリッジ回路F の異常をその両端電
圧に基づいて検知しようとしても、正確に検知できなく
なってしまう恐れがある。

【０００８】本発明は、上記の点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、ブリッジ回路の異常を
正確に検知することができる加速度センサを提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載のものは、一対の一方対向接続点
の間に定電流源が接続されるとともに一対の他方対向接
続点に出力端子がそれぞれ設けられ、抵抗値が加速度に
基づき変化するブリッジ回路と、ブリッジ回路の異常を
検知するブリッジ回路異常検知手段と、備え、一対の他
方対向接続点の間の電圧値の変化を出力端子に出力する
加速度センサにおいて、前記ブリッジ回路異常検知手段
は、前記一方対向接続点間の電圧変化に基づいて前記ブ
リッジ回路の異常を検知するよう成した構成にしてあ
る。

【００１０】請求項２記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記ブリッジ回路異常検知手段は、前記定
電流源の入力端子側の前記一方対向接続点に接続される
とともに、接地された検知用抵抗の電位と定電圧との比
較に基づいて前記ブリッジ回路の異常を検知するよう成
した構成にしている。

【００１１】請求項３記載のものは、請求項１記載のも
のにおいて、前記ブリッジ回路異常検知手段は、前記定
電流源の出力端子側の前記一方対向接続点の電位と、互
いに電圧値が異なる第１及び第２の定電圧との比較に基
づいて前記ブリッジ回路の異常を検知するよう成した構
成にしている。

【００１２】請求項４記載のものは、加速度に応じて撓
む撓み部と、撓みに応じて抵抗値が変化するよう撓み部
に設けられたピエゾ抵抗を有するブリッジ回路と、を備
えた加速度センサにおいて、前記ブリッジ回路に直列接
続された直列回路が前記撓み部を通る状態で設けられた
構成にしている。

【００１３】請求項５記載のものは、請求項４記載のも
のにおいて、前記撓み部は半導体チップよりなるもので
あって、前記直列回路は拡散配線層より設けられた構成
にしている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１に基
づいて以下に説明する。この加速度センサは、ブリッジ
回路1 、検知用抵抗2 、比較器（ブリッジ回路異常検知
手段）3 、トランジスタ4 を備えて構成されている。

【００１５】ブリッジ回路1 は、抵抗1a,1b,1c,1d が環
状に接続されたものであって、抵抗1aと抵抗1bとの接続
点1eが、抵抗1cと抵抗1dとの接続点f に対向し、抵抗1a
と抵抗1dとの接続点1gが、抵抗1cと抵抗1bとの接続点1h
に対向している。つまり、接続点1e及び接続点f のそれ
ぞれが、対をなした一方対向接続点となり、接続点1g及
び接続点1hのそれぞれが他方対向接続点となる。このブ
リッジ回路1 は、その対をなした一方対向接続点1e,1f
の間に定電流源10が接続されている。詳しくは、このブ
リッジ回路1 は、その一方対向接続点1eが定電流源10の
出力側に接続され、一方対向接続点1fが定電流源10の入
力側に接続されている。つまり、対をなした一方対向接
続点1e,1f が、定電流源10からの定電流が流れる入力端
子をなっている。このブリッジ回路1 は、その対をなし
た他方対向接続点1g,1h が出力端子1j,1k にそれぞれ接
続されている。

【００１６】検知用抵抗2 は、その一端が一方対向接続
点1f及び定電流源10に接続され、他端が接地されてい
る。この検知用抵抗2 は、定電流源10の出力電圧をブリ
ッジ回路1 と共に分圧する。

【００１７】比較器3 は、ブリッジ回路異常検知手段5
を成すものである。この比較器3 は、基準電圧Ｖ_CCを分
圧する分圧用抵抗20a,20b,20c のその分圧用抵抗20b,20
c の間に非反転入力端子が接続され、分圧用抵抗20a,20
b,20c により分圧されてなる定電圧と検知用抵抗2 の両
端電圧とを比較する。つまり、比較器3 は、定電流源10
の出力電圧をブリッジ回路1 と共に分圧する検知用抵抗
2 の両端電圧を定電圧と比較することによって、間接的
に対をなした一方対向接続点1e,1f の間の電圧を定電圧
と比較することになる。この比較器3 は、例えば、検知
用抵抗2 の両端電圧が定電圧よりも小さいときに、ブリ
ッジ回路1 に異常が発生したことを検知して、その比較
器3 に反転入力端子が接続されたトランジスタ4 へ検知
信号を出力する。なお、ブリッジ回路1 の異常の検知に
ついては、詳しく後述する。

【００１８】トランジスタ4 は、比較器3 からの検知信
号が入力されるとオン状態になり、アラーム等が出力さ
れる。

【００１９】定電流源10は、分圧用抵抗20a,20b の間に
接続され、ブリッジ回路1 に定電流を給電する。

【００２０】この加速度センサは、他方対向接続点1g,1
h の電圧値が変化すると、その他方対向接続点1g,1h に
それぞれ接続された出力端子1j,1k から、電圧値の変化
が出力されて、その出力された電圧値の変化に基づい
て、加速度が検出される。

【００２１】次に、ブリッジ回路1 の異常検知について
説明する。例えば、ブリッジ回路1を構成する抵抗1a,1
b,1c,1d のいずれかが断線した場合、ブリッジ回路1 の
対向接続点1e,1f の間の電圧が増加して、定電流源の出
力電圧が上限値まで増大したとき、ブリッジ回路1 の対
向接続点1e,1f と共に定電流源10の出力電圧を分圧する
検知用抵抗2 の両端電圧が減少する。このとき、比較器
3 は、検知用抵抗2 の両端電圧と定電圧とを比較するこ
とにより、検知用抵抗2 の両端電圧が定電圧よりも小さ
くなったことを検知して、前述したように、トランジス
タ4 へ検知信号を出力し、トランジスタ4 がオン状態に
なって、アラーム等が出力される。

【００２２】かかる加速度センサにあっては、一対の一
方対向接続点1e,1f の間に定電流源10が接続されている
ということは、定電流源10に接続された一対の一方対向
接続点1e,1f が、定電流源10からの定電流が流れる入力
端子ということである。一般に、入力端子には電圧増幅
手段が接続されることがないから、一対の一方対向接続
点1e,1f のいずれの電位も、第１従来例のように電圧増
幅手段が異常となることに基づいて変動することがな
く、一方対向接続点1e,1f 間の電圧変化を正確に測定で
きるので、ブリッジ回路1 の異常を正確に検知すること
ができる。

【００２３】また、ブリッジ回路1 が断線して、対をな
した一方対向接続点1e,1f 間の電圧が増加することによ
り、定電流源10の出力電圧が上限値まで増大したとき、
検出用抵抗の両端電圧は、定電流源の上限値である出力
電圧の分圧となって、一対の一方対向接続点1e,1f 間の
電圧が増加するのとは逆に減少することになり、その減
少状態を検知することにより、ブリッジ回路1 の異常を
検知することができる。つまり、一定電圧となった定電
流源10の出力電圧に基づきブリッジ回路1 の異常を検知
していることになるので、正確にブリッジ回路1 の異常
を検知することができる。

【００２４】また、ブリッジ回路1 に直列接続された検
知用抵抗2 を、周囲温度等の影響を受けない箇所で接地
することにより、ブリッジ回路1 の異常を一段と正確に
検知することができる。

【００２５】次に、本発明の第２実施形態を図２に基づ
いて以下に説明する。なお、第１実施形態と実質的に同
一の機能を有する部材には同一の符号を付し、第１実施
形態と異なるところのみ記す。第１実施形態では、ブリ
ッジ回路異常検知手段5 は、検知用抵抗2 の両端電圧と
１つの定電圧とを比較する構成になっているが、本実施
形態では、一方対向接続点1eの電位と、互いに電圧値が
異なる第１及び第２の定電圧とをそれぞれ比較する構成
となっている。

【００２６】詳しくは、第１及び第２の定電圧は、基準
電圧Ｖ_CCが分圧用抵抗20a,20b,20c,20d によりそれぞれ
分圧されてなる。分圧用抵抗20a,20b の間の電位である
第１の定電圧は、分圧用抵抗20b,20b の間の電位である
第２の定電圧よりも大きくなっている。定電流源10は、
分圧用抵抗20c,20d の間に接続されている。ブリッジ回
路異常検知手段5 は、いわゆるウィンドコンパレータで
ある第１及び第２の比較器3a,3b により構成されてい
る。この第１の比較器3aは、その反転入力端子が分圧用
抵抗20a,20b の間に接続され、非反転入力端子が一方対
向接続点1eに接続されている。第２の比較器3bは、その
反転入力端子が一方対向接続点1eに接続され、非反転入
力端子が分圧用抵抗20b,20c の間に接続されている。こ
れらの第１及び第２の比較器3a,3b は、それぞれの出力
端子がトランジスタ4 に接続されている。

【００２７】次に、ブリッジ回路1 の異常検知を表１に
基づいて説明する。例えば、ブリッジ回路1 を構成する
抵抗1a,1b,1c,1d のいずれかが断線した場合、ブリッジ
回路1 の対向接続点1e,1f の間の電圧が増加して、定電
流源10の出力電圧が上限値まで増大したとき、第１の比
較器3aは、ブリッジ回路1 の一方対向接続点1eの電位と
第１の定電圧とを比較することにより、ブリッジ回路1
の一方対向接続点1eの電位が第１の定電圧よりも大きく
なったことを検知して、トランジスタ4 へ検知信号を出
力する。表１では、「Ｈ」により示している。そして、
トランジスタ4がオン状態になって、アラーム等が出力
される。

【００２８】また、例えば、ブリッジ回路1 を構成する
抵抗1a,1b,1c,1d のいずれかが短絡した場合、ブリッジ
回路1 の対向接続点1e,1f の間の電圧が減少することに
なり、ブリッジ回路1 の対向接続点1eの電位が減少す
る。このとき、第２の比較器3bは、ブリッジ回路1 の対
向接続点1eの電位と第２の定電圧とを比較することによ
り、ブリッジ回路1 の対向接続点1eの電位が第２の定電
圧よりも小さくなったことを検知して、トランジスタ4
へ検知信号を出力する。表１では、「Ｈ」により示して
いる。そして、トランジスタ4 がオン状態になって、ア
ラーム等が出力される。

【００２９】

【表１】

【００３０】こうして、一方対向接続点1eの電位が第１
の定電圧と第２の定電圧との間にあるかないかという比
較がなされることにより、ブリッジ回路1 の異常が検知
される。

【００３１】かかる加速度センサにあっては、第１実施
形態と同様に、一対の一方対向接続点1e,1f のいずれの
電位も、第１従来例のように電圧増幅手段が異常となる
ことに基づいて変動することがなく、一方対向接続点1
e,1f 間の電圧変化を正確に測定できるので、ブリッジ
回路1 の異常を正確に検知することができる。

【００３２】また、一方対向接続点1eの電位は、ある１
つの定電圧よりも大きいとか小さいとかという比較がな
されるのではなく、第１の定電圧と第２の定電圧との間
にあるかないかという比較がなされるから、一方対向接
続点1eの電位が、ブリッジ回路1 に断線等の異常が生じ
て増大する方向に変化しても、またブリッジ回路1 に短
絡等の異常が生じて減少する方向に変化しても、その変
化に基づいて、ブリッジ回路1 の異常を検知することが
でき、ブリッジ回路1 の多種の異常を検知することがで
きるものとなっている。

【００３３】本発明の第３実施形態を図３乃至図５に基
づいて以下に説明する。31はセンサー本体で、単結晶シ
リコン製の半導体チップよりなり、その中央よりも一端
側には、センサ−本体31の略中央の２箇所を除いて、切
り込み部31a が設けられることにより、切り込み部31a
よりも内側部分が、センサ−本体31の略中央から一端部
方向へ延設された延設部31b となっている。この延設部
31b は、その表面に垂直な加速度を受けると、延設根本
部分を支点として、加速度を受けた方向へ撓るようにな
り、延設根本部分の近傍である幅狭部分が、それに連動
して撓む撓み部31c となっている。

【００３４】このセンサー本体31は、その撓み部1cに、
撓みに応じて抵抗値が変化する４個のピエゾ抵抗32a,32
b,32c,32d が設けられ、その４個のピエゾ抵抗32a,32b,
32c,32d が、拡散配線層であるＰ（＋）配線層及びメタ
ル配線部34により環状に接続されることによって、ブリ
ッジ回路34が形成されている。詳しくは、ピエゾ抵抗32
a とピエゾ抵抗32c との接続点34a は、ブリッジ回路33
に直列接続された直列回路35であるＰ（＋）配線層に接
続され、このＰ（＋）配線層がワイヤボンディンングに
より、ワイヤボンディンングパッド35a に接続されてい
る。同様に、ピエゾ抵抗32c とピエゾ抵抗32d との接続
点34b は、ブリッジ回路34に直列接続された直列回路35
であるＰ（＋）配線層に接続され、このＰ（＋）配線層
がワイヤボンディンングにより、ワイヤボンディンング
パッド35b に接続されている。詳しくは、これらの直列
回路35は、センサー本体31の撓み部31c を通る状態で設
けられている。接続点34a,34b との間は、電源40に接続
されている。

【００３５】かかる加速度センサにあっては、ブリッジ
回路34が断線するような事故が撓み部に起きたときに
は、ブリッジ回路34に直列接続されて撓み部31c を通る
状態で設けられた直列回路35も断線することになるか
ら、周囲の温度変化に基づく抵抗値の変化を補償するた
めに、ブリッジ回路34をなすピエゾ抵抗32a,32b,32c,32
dに補償用抵抗が並列接続された場合でも、確実にブリ
ッジ回路34の両端電圧が増大するから、このブリッジ回
路34の両端電圧が増大することに基づいて、ブリッジ回
路34の異常を正確に検知することができる。

【００３６】また、直列回路35が拡散配線層であるＰ
（＋）配線層より設けられることにより、直列回路35が
設けられ易いものとなっている。

【００３７】また、第３実施形態の第１及び第２変形例
を図６及び図７に示している。これらの第１及び第２変
形例は、配線形態が第３実施形態とは異なっているが、
いずれの直列回路35も、センサー本体31の撓み部31c を
通る状態で設けられており、第３実施形態と同様の効果
を奏することができる。

【００３８】なお、第３次実施形態では、直列回路35は
拡散配線層より設けられているが、例えば、撓み部31c
が半導体チップにより設けられないときは、拡散配線層
により設けられたものでなくてもよく、そのときは設計
の自由度を上げることができる。

【００３９】また、第３次実施形態では、拡散配線層
は、Ｐ（＋）配線層からなるが、これに限るものではな
い。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、一対の一方対向
接続点の間に定電流源が接続されているということは、
定電流源に接続された一対の一方対向接続点が、定電流
源からの定電流が流れる入力端子ということである。一
般に、入力端子には電圧増幅手段が接続されることがな
いから、一対の一方対向接続点のいずれの電位も、第１
従来例のように電圧増幅手段が異常となることに基づい
て変動することがなく、一方対向接続点間の電圧変化を
正確に測定できるので、ブリッジ回路の異常を正確に検
知することができる。

【００４１】請求項２記載の発明は、ブリッジ回路が断
線して、一対の一方対向接続点間の電圧が増加すること
により、定電流源の出力電圧が上限値まで増大したと
き、検出用抵抗の両端電圧は、定電流源の上限値である
出力電圧の分圧となって、対をなした一方対向接続点間
の電圧が増加するのとは逆に減少することになり、その
減少状態を検知することにより、ブリッジ回路の異常を
検知することができる。つまり、一定電圧となった定電
流源の出力電圧に基づきブリッジ回路の異常を検知して
いることになるので、請求項１記載の発明のよりも正確
にブリッジ回路の異常を検知することができる。

【００４２】請求項３記載の発明は、一方対向接続点の
間の電位は、ある１つの定電圧よりも大きいとか小さい
とかという比較がなされるのではなく、第１の定電圧と
第２の定電圧との間にあるかないかという比較がなされ
るから、一方対向接続点の電位が、ブリッジ回路に断線
等の異常が生じて増大する方向に変化しても、またブリ
ッジ回路に短絡等の異常が生じて減少する方向に変化し
ても、その変化に基づいて、ブリッジ回路の異常を検知
することができ、請求項１記載の発明よりも、ブリッジ
回路の多種の異常を検知することができる。

【００４３】請求項４記載の発明は、ブリッジ回路が断
線するような事故が撓み部に起きたときには、ブリッジ
回路に直列接続されて撓み部を通る状態で設けられた直
列回路も断線することになるから、周囲の温度変化に基
づく抵抗値の変化を補償するために、ブリッジ回路をな
す抵抗に補償用抵抗が並列接続された場合でも、確実に
ブリッジ回路の両端電圧が増大するから、このブリッジ
回路の両端電圧が増大することに基づいて、ブリッジ回
路の異常を正確に検知することができる。

【００４４】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明の効果に加えて、直列回路が拡散配線層より設けられ
ることにより、直列回路を設け易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の回路図である。

【図２】本発明の第２実施形態の回路図である。

【図３】本発明の第３実施形態の撓み部付近の部分平面
図である。

【図４】同上のセンサー本体の平面図である。

【図５】同上の回路図である。

【図６】同上の第１変形例の撓み部付近の部分平面図で
ある。

【図７】同上の第２変形例の撓み部付近の部分平面図で
ある。

【図８】第１従来例の回路図である。

【図９】第２従来例の回路図である。

【符号の説明】

1 ブリッジ回路 1e,1f 一方対向接続点 1g,1h 他方対向接続点 1j,1k 出力端子 2 検知用抵抗 5 ブリッジ異常検知手段 10 定電流源 31c 撓み部 33 ブリッジ回路 35 直列回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高見宏之大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の一方対向接続点の間に定電流源が
接続されるとともに一対の他方対向接続点に出力端子が
それぞれ設けられ、抵抗値が加速度に基づき変化するブ
リッジ回路と、ブリッジ回路の異常を検知するブリッジ
回路異常検知手段と、備え、一対の他方対向接続点の間
の電圧値の変化を出力端子に出力する加速度センサにお
いて、前記ブリッジ回路異常検知手段は、前記一方対向接続点
間の電圧変化に基づいて前記ブリッジ回路の異常を検知
するよう成したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】前記ブリッジ回路異常検知手段は、前記
定電流源の入力端子側の前記一方対向接続点に接続され
るとともに、接地された検知用抵抗の電位と定電圧との
比較に基づいて前記ブリッジ回路の異常を検知するよう
成したことを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】前記ブリッジ回路異常検知手段は、前記
定電流源の出力端子側の前記一方対向接続点の電位と、
互いに電圧値が異なる第１及び第２の定電圧との比較に
基づいて前記ブリッジ回路の異常を検知するよう成した
ことを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項４】加速度に応じて撓む撓み部と、撓みに応
じて抵抗値が変化するよう撓み部に設けられたピエゾ抵
抗を有するブリッジ回路と、を備えた加速度センサにお
いて、前記ブリッジ回路に直列接続された直列回路が前記撓み
部を通る状態で設けられたことを特徴とする加速度セン
サ。
【請求項５】前記撓み部は半導体チップよりなるもの
であって、前記直列回路は拡散配線層より設けられたこ
とを特徴とする請求項４記載の加速度センサ。