JPS60203021A - リニア出力センサの多分割増幅装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、リニア出力センサの多分割増幅装置に関する
。

（背景技術） 各種車両情報をリニア出力センサで検出して、Ａ／Ｄ変
換したのち、マイクロコンピュータ等を用いた制御回路
で演算処理し、対応するアクチュエータ等を制御する車
両用電子制御装置が普及している。

このような車両用電子制御装置に用いられるリニア出力
センサについて、つぎのような問題点があった。ここで
は、半導体圧力センサを例にして説明する。

第１に、半導体圧力センサの出力電圧は、第１図に示す
ように、３０’ＯｍｎＨｇ〜９００顛Ｈｇの圧力変化に
対して、３．５〜１．５ｖ程度であって、検出されるセ
ンサ出力の電圧範囲がきわめて狭いということである。

したがって、高い精度が要求される場合にはその出力は
増幅器で増幅しなければならない。しかし、増幅器の増
幅率は電源電圧に規制されるため、高い電圧の電源が必
要となる。

また、デジタル制御をする場合には、Ａ／Ｄ変換しなけ
ればならず、ビット数の多い大規模なＡ／Ｄコンハーク
が必要となる。

第２に、半導体圧力センサの出力特性は、第１図に示す
ように線形であるが、大気圧は第２図に示すように高度
に対して非線形に変化するということである。したがっ
て、半導体圧力センサの出力により高度を検出するよう
な場合には（第３図）、高度を区間分割して各区間ごと
に近似直線を想定して半導体圧力センサの出力をＡ／Ｄ
変換した後、近似直線に代入することによりめなげれば
ならない。しかし、算出高度の精度を向上さゼるには高
度により１ビツト当たりの相当高さが異なるため、高分
解能のＡ／Ｄコンバータが必要となるうえ、高度演算処
理が必要である。

（発明の目的） 本発明の目的は、増幅器の電＃ｉ電圧を低く抑えながら
、リニア出力センサの出力分解能を向上させることがで
きるリニア出力センサの多分割増幅装置を提供すること
にある。

さらに、そのようなリニア出力センサで被検出量の変化
が非線形の場合にも、繁雑な演算処理をすることなく線
形近似できるリニア出力センサの多分割増幅装置を提供
することにある。

（発明の構成） 前記目的を達成するために本発明によるリニア出力セン
サの多分割増幅装置は、リニア出力センサの出力を増幅
してＡ／Ｄコンバータに入力するための増幅装置におい
て、前記リニア出力センサの出力をｎ分割してそれぞれ
の分割区間の出力を増幅する第１から第ｎの差動増幅器
と、前記第１から第ｎの差動増幅器の出力を選択的に切
替えて前記Ａ／Ｄコンバータに接続するアナログスイッ
チと、前記第１から第ｎの何れの差動増幅器が増幅を行
っているかを検出してその差動増幅器に対応させて前記
アナログスイッチを切替える制御をする切替制御回路と
から構成されている。

前記構成によれば本発明の目的は完全に達成できる。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第４図は、本発明によるリニア出力センサの多分割増幅
装置の第１の実施例を示した回路図、第５図は、本発明
によるリニア出力センサの多分割増幅装置の第１の実施
例の動作を説明するための図である。

第１の実施例ではリニア出力センサとして半導体圧力セ
ンサを例にとり、被検出量を３分割することにより８ビ
ツトのＡ／Ｄコンバータに入力する場合について説明す
る。

半導体圧力センサ１の出力はユニティゲイン増幅器２を
介して、差動増幅器３１，３２．３３の非反転入力端子
に接続されている。差動増幅器３１．３２．３３の反転
入力端子には電源■が抵抗Ｒ１〜Ｒ４でそれぞれ分圧さ
れたのち接続されている。差動増幅器３１，３２．３３
は、半導体圧力センサ１の出力電圧を３つの区間に分ｓ
ｊｂで、それぞれの増幅特性により増幅する。差動増幅
器３１．３２．３３の出力は分岐して、一方はアナログ
スイッチ４、他方は切換制御回路５に接続されている。

切換制御回路５では差動増幅器３１゜３２．３３の出力
によりどの区間の増幅が行われているかに対応させてア
ナログスイッチ４を切替える。アナログスイッチ４の出
力はＡ／Ｄコンバータ６に接続されている。Ａ／Ｄコン
バータ６ではアナログスイッチ４で切替えられた差動増
幅器３１’、３２．３３の各区間で８ピノ１−の分解能
を得ることができる。Ａ／Ｄコンバータ６の出力は車両
用電子制御装置７に入力されている。切替制御回路５は
さらにＡ／Ｄコンバーク６の出力がどの区間の出力をＡ
／Ｄ変換して入るのかを車両用電子制御装置７に出力す
る。

半導体圧力センサ１の被検出量の変化が線形の場合には
、第５図（Ａ）に示すように半導体圧力センサ１の出力
電圧をｐ、、ｐ２．Ｐ３の区間に３分割する。このとき
の差動増幅器３１，３２゜３３の出力特性は、第５図（
Ｂ）に示すようにすべて同一の特性であるように定める
。

Ｐｌの区間、つまり気圧が３００〜５００１１Ｈｇのと
きには、半導体圧力センサ１の出力は差動増幅器３１に
より第５図（Ｂ）■の特性にしたがって増幅される。こ
のとき、切替制御回路５は差動増幅器３１で増幅してい
ることを検出して、アナログスイッチ４を■端子に切替
える。

Ｐ２の区間、つまり気圧が５００〜７００ｍＨｇのとき
には、半導体圧力センサ１の出力は差動増幅器３２によ
り第５図（Ｂ）■の特性にしたがって増幅される。この
とき、切替制御回路５は差動増幅器３２で増幅している
ことを検出し、アナログスイッチ４を■端子に切替える
。

Ｐ３の区間、つまり気圧が７００〜９００＋ｉ昂Ｈ。

のときには、半導体圧力センサ１の出力は差動増幅器３
３により第５図（Ｂ）■の特性にしたがって増幅される
。このとき、切替制御回路５は差動増幅器３３で増幅し
ていることを検出し、アナログスイッチ４を■端子に切
替える。

アナログスイッチ４の出力は、順次Ａ／Ｄコンバータ６
に接続されるので、各差動増幅器３１゜３２．３３の出
力電圧はそれぞれ８ビットの分解能を得ることができる
。したがって、へ／Ｄコンバータ６は１．５ビツトのＡ
／Ｄコンバータとして使用できる。また、差動増幅器３
１．３２＋　３３により各分割区間を増幅するため、第
５図（Ｂ）に示すように、出力電圧ばｖｐ−ｐ　＝　５
　（Ｖ）でよく、差動増幅器の電源電圧を低くすること
ができる。

第６図、第７図は、本発明によるリニア出力センサの多
分割増幅装置の第２の実施例を説明するための図である
。

第２の実施例ばリニア出力センサの被検出量の変化が非
線形の場合に有効な例である。ここでは半導体圧力セン
サを用いて高度を算出する例にってい説明する。第２の
実施例では第４図に示した前記第１の実施例と同様な回
路構成である。異なるのは、差動増幅器３１．３２．３
３の増幅率の設定のしかたである。

高度は、第６図（Ａ）に示すように大気圧に対しては非
線形になる。高度曲線Ｈを区分線ｈ１゜ｈ２．ｈ３によ
り均等分割し、その区分線に対応する分割区間をＰ、、
ｐ２．Ｐ３とする。また、おのおのの分割区間ごとに近
似直線（ａ）、　ｆｂ）、　ｔｃ＞を考えて、この近似
直線係数により差動増幅器３１゜３２．３３の増幅率を
決定する。つまり、差動増幅器３１，３２．３３の出力
電圧特性は、第６図（Ｃ）の■５■、■のようになる。

このようにすれば、差動増幅器の出力と高度とは対応す
るごとになり、かつ各分割区間ごとの増幅器の単位出力
電圧の相対高度（ｍ　／ビット）は同一になる（第７図
）。したがって、１ビツトを５ｍに設定するように定数
を決定しておくと、高度の如何にかかわらず、ビット変
化から高度を直接変換できる。また、アナログスイッチ
４によりＡ／Ｄ変換区間を選択するため、高分解能のＡ
／Ｄコンバータは必要なく、アナログスイッチ４の位置
とビット数から高度が算出できる。

第８図は、本発明によるリニア出力センサの多分割増幅
装置の第３の実施例を示した回路図、第９図は、本発明
によるリニア出力センサの多分割増幅装置の第３の実施
例の動作を説明するための図である。

第３の実施例は、リニア出力センサの出力の分割区間境
界でアナログスイッチが頻繁に切り替わるときに生ずる
誤差をなくすようにした例を示しである。

前記第２の実施例のように、半導体圧力センザを用いて
高度を検出する場合、高度を均等分割し分割区間をそれ
ぞれ差動増幅することにより線形変換することが可能で
ある。しかし、この分割区間の境界は、アナログスイッ
チによる差動増幅器の切替り点でもあり誤差が生ずる。

特に、この境界付近での微小な大気圧または高度の変動
により増幅器の切替えが行われると一層誤差が大きくな
る。そこで、第３の実施例では、直線近似する非線形曲
線を隣合う区間に重ね均等分割するようにしている。

つまり、各分割区間毎に近似直線をめ、この近似直線係
数により各差動増幅器の増幅率を決定する。それぞれの
増幅器出力をアナログスイッチ等を介してＡ／Ｄコンバ
ータにより順次Ａ／Ｄ変換し、デジタルデータとすると
共に重なり合った部分をヒステリシスとして用い、変動
により頻繁な増幅器の切替を防ぎ誤差を減少させようと
するものである。

以下、簡単のために、第８図に示したような、２つの差
動増幅器３１．３２により２分割した例で説明する。高
度曲線■］を高度により隣合う区間を重ねて均等分割し
て、それぞれの区間をＰｌ。

Ｐ２とする。おのおのの分割区間ごとに近似直線（ａｌ
、　（ｂｌを考え、この近似直線係数により各分割区間
ごとに差動増幅器３１．３２の増幅率を決定する。差動
増幅器３１．３２の出力は第９図（Ｃ）の■、■のよう
になり、重なった部分■はヒステリシスとして用いる。

いま、高度が次第に低下して（１）点に達すると、アナ
ログスイッチ４は■端子側に切替わる。

この付近において、高度の昇降がある場合にはヒステリ
シス■がないとアナログスイッチ４の切侶えを余儀なく
される。ヒステリシス■があるので、例えば高度が高く
なるとアナログスイッチ４は■端子側に切替わったまま
となり、Ａ／Ｄコンバータ６の入力は出力■の（ＩＩ）
の方向のデータを用いることになる。（ｎ）点において
、アナログスイッチ４が■端子側に接続されたのらに高
度の昇降があるときにも同様の動作を行う。

なお、前記第１〜第３の実施例では２または３分割した
例を示したが、一般にｎ分割して適用できることはいう
までもない。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明によれば、つぎのよう
な種々の効果がある。

増幅器の電源電圧を低く抑えたままで、リニア出力セン
サの分解能を向上させることができる。

また、被検出量の変化が非線形の場合にも、繁雑な演算
処理をすることなく線形返信できるので、Ａ／Ｄコンバ
ータの必要ハイド数をすくなくすることができる。さら
に、リニア出力センサの出力の分割区間境界で隣接する
差動増幅器の増幅特性を重ね合わせることによりヒステ
リシスをもたせであるので、アナログスイッチが頻繁に
切り替わることがなく、誤差を少なくすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な半導体圧力センサの出方特性を示し
た図、第２図は、大気圧と高度の関係を示した図、第３
図は、半導体圧力センサの出方電圧と高度の関係を示し
た図である。 第４図は、本発明によるリニア出力センサの多分割増幅
装置の第１の実施例を示した回路図、第５図は、本発明
によるリニア出力センサの多分割増幅装置の第Ｉの実施
例の動作を説明するための図である。 第６図、第７図は、本発明によるリニア出力センサの多
分割増幅装置の第２の実施例を説明するための図である
。 第８図は、本発明によるリニア出力センサの多分割増幅
装置の第３の実施例を示した回路図、第９図は、本発明
によるリニア出力センサの多分割増幅装置の第３の実施
例の動作を説明するための図である。 １・・・半導体圧力センサ　２・・・増幅器３１．３２
．．３３・・・差動増幅器 ４・・・アナログスイッチ　５・・・切替制御回路６・
・・Ａ／Ｄコンバータ　７・・・電子制御装置特許出願
人　鈴木自動車工業株式会社 代理人　弁理士　井　ノ　ロ　壽 １９図 手続補正書 １、事件の表示 Ｂｒａ０５９年特　許　願第５９１５８号２、発明の名
称 リニア出力センサの多り昆す増面装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出１臥 ４、代　理　人 ６、　７ｉＩｉ正の対象　明細書および図面７、補正の
内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌｌ　リニア出力センサの出力を増幅してＡ／Ｄコン
   バータに入力するための増幅装置において、前記リニア
   出力センサの出力をｎ分割してそれぞれの分割区間の出
   力を増幅する第１から第ｎの差動増幅器と、前記第１か
   ら第ｎの差動増幅器の出力を選択的に切替えて前記Ａ／
   Ｄコンバータに接続するアナログスイッチと、前記第１
   から第ｎの何れの差動増幅器が増幅を行っているかを検
   出してその差動増幅器に対応させて前記アナログスイッ
   チを切替える制御をする切替制御回路とから構成したこ
   とを特徴とするリニア出力センサの多分割増幅装置。 （２）　前記第１から第ｎの差動増幅器は、前記リニア
   出力センサの被検出量の変化量をｎ分割して各分割区間
   での各差動増幅器の出力変化と前記被検出量の変化が比
   例するように増幅率を定めるように構成した前記特許請
   求の範囲第１項記載のリニア出力センサの多分割増幅装
   置。 （３）　前記第１から第ｎの差動増幅器は、前記リニア
   出力センサの出力が増加するときと減少するときの分担
   範囲を変えてヒステリシスをもたせるように構成した前
   記特許請求の範囲第１項記載のリニア出力センサの多分
   割増幅装置。