JPS63124964A - 半導体式加速度検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 二の発明は、例えば自動車用のアンチスキッド制御等に
用いられ、車体の急停止状態、急加速状態等を検出する
半導体式の加速度検出装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、自動車用のアンチスキッド制御装置を構成する
場合、自動車に作用する加速度の状態を検出する必要が
あるものであり、このため加速度検出装置が用いられる
。

このような加速度状態を検出する手段としては、例えば
特公昭５０−１５６６９号公報に示されるような半導体
歪変換素子を用いることが知られている。このような加
速度検出器の構成は種々考えられるものであるか、弾性
変形する半導体チップを用いるものが知られている。す
なわち、シリコンチップ上に拡散抵抗を形成し、」１紀
チップに加速度による応力が作用させられたときに、上
記シリコンチップが弾性変形させられるようにして、こ
の変形に伴って変化する上記拡散抵抗値を電気的に検出
させるようにするものである。

このような加速度検出器にあっては、ピエゾ効果を利用
して加速度情報を検出するものであるため、小型軽量に
構成できるものであり、また検出出力が直線性に優れて
いるものである。しかし、その出力絶対値は例えば１　
ｍ　Ｖ　／　Ｇ程度と非常に小さなものであり、たまピ
エゾ抵抗の初期オフセット量さらに温度ドリフト量が大
きいという欠点を有する。

この出力絶対値の小さい点に関しては、高精度で且つ高
利得の増幅器を使用することで解決できるものであり、
また初期オフセット量および’ＩＭ度ドリフト量をキャ
ンセルすることに関しては、コンデンサカップリングを
有する構成とし、直流成分をカットすることによって解
決することができる。

しかし、自動車の加速度状態検出用としてこのような加
速度検出装置を用いる場合、その使用目的によっては数
十秒の間に亙る加速度入力を扱さ必要がある。したがっ
て、このような場合には記コンデンサカップリングの時
定数をその長さ以上に設定することが要求される。この
ようにコンデンサカップリング部で構成される微分回路
の時定数が長い場合、電源が投入されてから数十秒の間
圧しい電圧出力が得られないものであり、自動車用とし
て使用する加速度検出装置として致命的な問題点を有す
るようになる。

第４図は上記のようなコンデンサカップリングを構成す
る微分回路の構成を示しているもので、入力端子ＩＮか
らの信号はカップリング用のコンデンサＣを介して出力
端子ＯＵＴに導かれるようになっているもので、１−記
コンデンサＣの出力側は、抵抗Ｒを介して接地されるよ
うになっている。

このような微分回路において、例えば第５図の（Ａ）で
示すような矩形波の信号が入力されたとすると、出力波
形は第５図で（Ｂ）に示すようになる。すなわち、入力
信号の時間幅Ｔに対して充分に短い時定数の設定される
微分回路にあっては、入力信号の立上がり後を時間目に
所定の出力電圧Ｖを出力するようになる。

これを実際の回路において考えると、回路電源の投入後
にバイパスフィルタとして作用するようになる微分回路
の両端に電位差が生じた場合には、等価的にその微分回
路に上記電位差分のノくルス状信号が与えられた状態と
なる。ここで、上記電源の投入前の微分回路の両端の電
位差は零である。

上記のように電源投入に対応する人力信号である場合に
は、そのパルスｉＴは無限大であり、したがって微分回
路の時定数が長い状態であっても、この電源投入に対応
した忠実な微分波形が得られる。

ここで、上記のような微分回路において、コンデンサＣ
の値を０．６８μＦ１抵抗Ｒの値を２３．５ＭΩと仮定
すると、時定数では約１６秒となり、電源投入に伴う微
分出力の存在する異常状態が、９９％無視できる状態と
なるには、約。

７５秒必要となる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたちので、特に
電源が投入された直後から、正常な加速度検出信号が出
力されるようにして、例えば自動車用にアンチスキッド
制御等のために効果的に使用できるようにする半導体式
加速度検出装置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る半導体式加速度検出装置にあ
っては、弾性変形する半導体チップにピエゾ抵抗素子を
添着して構成された検出素子を備えた加速度検出器から
の出力信号を、カップリングコンデンサによって接続さ
れるようにした第１および第２の増幅手段で増幅するよ
うにしているものであり、特に上記コンデンサの両端間
の電位差が、定常状態で零ボルトに設定されるようにし
ているものである。

［作用］ 上記のように構成される半導体式加速度検出装置にあっ
ては、例えば上記第１および第２の増幅手段に設定され
る電源を、それぞれ独立的に設定される第１および第２
の基準電源により構成することによって、微分回路のコ
ンデンサの入力端電圧Ｖ　ｃｌｎと出力側電圧ｖ　ｃｏ
ｕｔとが、電源が投入された状態の定常状態で等しくな
るように設定されるものであり、したがって電源投入直
後から検出器部分からの検出信号がカップリング用コン
デンサを介して第２の増幅手段に現れるようになり、電
源投入直後から、加速度検出器からの検出信号を高精度
に検出出力できるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は半導体式加速度検出装置の基本的な構成を示し
ているもので、加速度検出器１１は、加速度が作用させ
られたときに弾性変形するようなシリコンチップに添着
されたピエゾ抵抗素子を含むブリッジ回路によって構成
されるもので、このブリッジ回路には定電流回路１２を
介して電源が供給されている。そして、このブリッジ回
路にＪって構成される加速度検出器１１からの検出出力
信号は、増幅装置１３で増幅して出力されるようにする
。

ここで、この加速度検出装置を自動車に装備するように
した場合、この自動車の加速時あるいは減速時に、この
この自動車独自の加減速動作に伴う振動を発生する。し
たがって、加速度検出器１１からは実際の加速度あるい
は減速度の他に、上記振動成分が重畳された信号が検出
されるようになる。このため、上記増幅装置１３からの
出力信号は上記のような不要振動による加速度検出信号
を除去するために、例えばカット周波数を１０Ｈｚとし
たローパスフィルタ１４に供給する。そして、さらに例
えば坂道等における自動車の傾きによる影響を無くする
ために、カット周波数０．０１Ｈｚのバイパスフィルタ
１５を介して、加速度検出のモニタ出力が得られるよう
にし、アンチスキッド制御等に使用されるようにするも
のである。

第２図は上記のような加速度検出装置の、特に増幅器１
３に対応する部分を取出して示したもので、加速度検出
器１１を構成するブリッジ回路からの出力信号は、それ
ぞれ抵抗値Ｒ１の抵抗を介して、帰還抵抗Ｒ２の設定さ
れる第１のオペアンプＯＰＩの両入力端子部に差動人力
されるようにしている。そして、このオペアンプからの
出力信号は、抵抗Ｒ３を介して、帰還抵抗Ｒ４の設定さ
れた第１の増幅手段を構成するオペアンプＯＰ２に供給
するもので、このオペアンプＯＰ２には第１の基準電圧
電源Ｖｒｅｆ’ｌが供給されるようにしている。

この第１の増幅手段で増幅された検出信号は、信号中の
直流成分をカットするための抵抗Ｒと共に微分回路を構
成するコンデンサＣを介し、さらに抵抗Ｒ５を介して、
第２の増幅手段を構成するオペアンプＯＰ３に供給する
。このオペアンプＯＰ３には帰還抵抗Ｒ６が設定されて
いるものであり、また第２基準電源電圧Ｖ　ｒｃｆ２が
供給設定されるようになっている。

上記のように構成される装置において、ピエゾ抵抗素子
を含み構成される検出器１１のオフセット電圧がＶｌと
すると、微分回路を構成するコンデンサＣの入力端の電
圧Ｖ　ｃｌｎは、定常状態において、 Ｖｃｌｎ　　−ＶＩ　　Ｘ　　（Ｒ２／Ｒ１）ｘ　（Ｒ
４／Ｒ３）　＋Ｖｒｅｆ’１ となるものであり、またコンデンサＣの出力側の電圧ｖ
　ｃｏｕｔは、第２の基準電源電圧Ｖ　ｒｅｆ’２にほ
ぼ等しくなる。

そして、この装置にあっては電源の投入時において、コ
ンデンサＣの出力側に電源投入に伴う異常出力か現れな
いようにするため、このコンデンサＣの両端電圧か等し
くなるように設定させるものであり、具体的には Ｖ　ｃｉｎ　−Ｖ　ｃｏｕｔ とされるようにするものである。

このために、上記第１および第２の基■電圧電源Ｖｒｅ
ｆ’ｌおよびＶ　ｒａｔ２を１凋整可能に設定し、Ｖｒ
ｅｆ’１−Ｖｒｅｒ２−ＶＩ　Ｘ　（Ｒ２／Ｒ１）ｘ　
（Ｒ４／Ｒ３） なるように調整を行なうようにする。したがって、二の
ような調整を行なうことによって、パワーオンリセット
は不要となるものである。

上記実施例にあっては、微分回路を挟んで設定される第
１および第２の増幅手段それぞれに、独立的に設定され
る第１および第２の基準電源ＶｒｃｆｌおよびＶ　ｒａ
ｔ２を調整し、定常状態において、コンデンサＣの入力
側電圧Ｖ　ｃｉｎと出力側電圧Ｖ　ｏｕｔとを一致させ
るようにし、このコンデンサＣの両端間の電位差を零ボ
ルトとなるようにした。

しかし、第３図で示すようにピエゾ抵抗素子を含むブリ
ッジ回路からなる加速度検出器１［の、定常状態におけ
るオフセット電圧Ｖ１を零となるようにブリッジ回路定
数を設定させるようにすれば、前記式から明らかなよう
にＶ　ｅｌｎはＶｒｅｆ’ｌと等しくなる。

この実施例にあっては、第１および第２の増幅手段を構
成するオペアンプＯＰ１およびオペアンプＯＰ２の電源
は、１つの電源Ｖ　ｒｅｆで共用するようにしているも
のであり、したがって微分回路を構成するコンデンサＣ
の両端間の電位差は、）ｉ常状態で零ボルトに設定され
るようになる。この場合、特にオペアンプの電源が共用
できるものであるため、回路構成的に簡易化できるよう
になる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体式加速度検出装置に
あっては、回路中に時定数の大きい微分回路が設定され
たような場合、特に電源の投入時に検出動作の立上がり
に存在する問題が効果的に解決されるものである。すな
わち、ピエゾ抵抗の初期オフセット量、温度ドリフト量
等は」−２微分回路を構成するコンデンサによってカッ
トするものであり、さらにこの微分回路の時定数によっ
て電源投入時に存在する立上がりの遅れは、上記コンデ
ンサの両端の電位差が、定常状態で零ボルトに設定され
ることで解決されるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る半導体式加速度検出
装置を説明する構成図、第２図は上記実施例の増幅手段
部分を含む具体的な回路例を示す図、第３図はこの発明
の他の実施例を説明するための回路図、第４図は従来か
ら使用されている微分回路を示す図、第５図は上記微分
回路の動作状態を説明する信号波形図である。 １１・・・半導体加速度検出器、１２・・・定電流回路
、１３・・・増幅装置、１４．１５・・・フィルタ回路
、ＯＰ１〜ＯＰ３・・・オペアンプ、Ｖ　ｒａｔ・・・
基準電源電圧。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ’ＩＡＩＷＪ 第２ｒＩＡ 第３凶 県　５ｒｓ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性変形する半導体チップにピエゾ抵抗素子を添
   着して構成した検出素子を備え、この検出素子からの上
   記ピエゾ抵抗素子の抵抗値変化に基づく検出信号を発生
   する加速度検出器と、 この加速度検出器からの検出信号を増幅する第１の増幅
   手段と、 この第１の増幅手段からの出力信号を増幅する第２の増
   幅手段と、 上記第１および第２の増幅手段の相互間に介在設定され
   た、微分回路を構成するカップリング用のコンデンサと
   、 定常状態で上記コンデンサの入出力端間の電位差を零ボ
   ルトに設定する手段とを具備し、 電源の投入直後から第２の増幅手段に上記検出器で発生
   された出力信号に対応する信号が結合されるようにした
   ことを特徴とする半導体式加速度検出装置。
2. （２）上記コンデンサの両端の電位差を零ボルトに設定
   する手段は、上記第１および第２の増幅手段にそれぞれ
   独立的に設定される第１および第２の基準電源によって
   構成されるようにした特許請求の範囲第１項記載の半導
   体式加速度検出装置。
3. （３）上記加速度検出器は、上記ピエゾ抵抗素子を少な
   くとも１つの抵抗素子として用いるようにしたブリッジ
   回路によって構成され、加速度の作用しない定常状態で
   このブリッジ回路からの出力信号が零ボルトに設定され
   るようにして、上記コンデンサの両端の電位差が零ボル
   トに設定されるようにした特許請求の範囲第１項記載の
   半導体式加速度検出装置。