KR950003599B1 - 자동차용 센서장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

자동차용 센서장치
제1도는 본 발명의 제1실시예의 설명도.
제2도는 제1도에 표시된 센서의 측단면도.
제3도는 제2도에 표시된 A-A선을 따른 정단면도.
제4도는 본 발명의 제2실시예의 설명도.
제5도는 본 발명의 제3실시예의 설명도.
제6도는 본 발명의 제4실시예의 설명도.
제7도는 본 발명의 1실시예의 신호프로세서의 회로도.
제8도는 본 발명의 1실시예의 신호프로세서에서 사다리형 저항기에 의해 형성된 영점 조정메모리부의 표시도.
제9도는 제8도에 표시한 실시예에서 온도특성보상기를 가지는 영점 조정메모리부의 표시도.
제10도는 본 발명의 1실시예의 신호프로세서에서 사다리형 저항기에 의해 형성된 감도조정메모리부의 표시도.
제11도는 본 발명의 타의 실시예의 신호프로세서에 직렬저항기에 의해 형성된 타의 영점조정메모리부의 표시도.
제12도는 본 발명의 타의 실시예의 신호프로세서에서 직렬저항기에 의해 형성된 타의 감도조정메모리부의 표시도.
제13도는 1스위치가 지너제핌(zener zapping)기법에 의해 선택되었을 때의 설명도.
제14도의 제13도에 표시된 회로의 동작을 설명하는 특성도.
제15도는 지너제핑기법을 적용할 수 있는 제8도∼제12도에 표시된 각 스위치 회로의 1실시예를 표시하는 회로도.
제16도는 지너제핌기법을 사용하는 센서에 설치된 마이크로컴퓨터에서의 출력신호에 의해 1스위치가 선택될 수 있는 제8도∼제12도에 표시한 각 스위치 회로의 타의 실시예를 표시하는 회로도.
제17도는 폴리실리콘퓨즈기법(polysilicon fuse method)을 적용할 수 있는 제8도∼제12도에 표시된 각 스위치 회로의 1실시예를 설명하는 회로도.
제18a도와 제18b도는 실리콘퓨즈기법의 설명도.
제19도는 반도체정전용량식 가속도센서로서 사용되는 본 발명의 제5실시예의 설명도.
제20도는 제19도에 표시된 센서의 동작을 설명하는 전압파형도.
제21도는 제19도에 표시되는 출력조정회로의 특성도.
제21도는 제19도에 표시되는 출력조정회로의 특성도.
제22도는 본 발명의 감도조정의 효과의 설명도.
제23도는 속도센서로서 적용되는 본 발명의 제6실시예의 설명도.
제24도는 반도체압력센서로서 적용되는 본 발명의 제7실시예의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 신호처리회로부 2 : 출력조정회로부
3,4 : 패드 5 : 신호프로세서
6 : 검출부 7 : 도선
본 발명은 가속도 또는 압력을 검출하는 센서에 관한 것으로서, 구체적으로 자동차의 차체 또는 엔진을 제어하는데 사용되는 센서에 관한 것이다.
모든 종류의 차체 제어시스템 또는 엔진제어시스템은 자동차에 대한 각종 규칙을 크리어하고 차의 좋은 승차조건을 제공하기 위해 개발되었다.
이러한 시스템을 위해 요구되는 센서로서 가속도센서 또는 반도체압력센서가 있다.
예를들면 자동차용으로서 사용되는 가속도센서는 비교적 미약하고 그리고 상당히 긴 요동사이클(fluctuation cycle)을 가지는 가속도를 검출해야 하기 때문에 반도체 정전용량식 가속도센서 또는 반도체 스트레인 게이지(strain gage)식 가속도센서가 주로 사용되고 있다.
그러나 이러한 종래의 센서들은 그들이 제조된 후 요동되는 특성을 가진다.
따라서 그들은 신호처리회로에서 검출감도 그리고/또는 영점을 조정하도록 요구되었다.
예를들면 하나의 조정방법으로서는 신호처리회로가 프린트 회로판으로 구성되고 프린트 회로판의 출력조정부의 1저항소자는 센서의 조정출력신호를 얻기 위해 선택되어야 하는 것이다.
타의 조정방법으로서는 신호처리회로부가 하이브리드(hybrid)집적회로로 구성되고 하이브리드집적회로의 출력 조정부의 1저항소자는 센서의 조정출력신호를 얻기 위해서 레이저조절방법(laster trimming)에 의해 선택되어져야 하는 것이다.
그러나 센서의 종전신호처리회로부의 사이즈가 너무커서 그의 코스트는 높게 된다.
더욱 검출부의 신호처리회로부사이의 결선길이가 길게 되고 결선의 수도 증가된다.
이결과 온도변화나 가속도에 의한 단선 트러블발생의 확률이 높게 되는 등의 결점이 있다.
한편 신호처리회로부를 집적화하고 집적회로상에 박막저항을 형성하고 그 저항치를 레이저로 아날로그적으로 조절하여 교정을 하는 것도 고려된다.
그러나 이러한 방법으로서는 트리밍된 저항치에 경년변화(secular change)가 나타나기 쉽고 그러한 센서는 가속도 센서로서 신뢰성면에 있어서는 결함이 있다.
이 종류의 가속도센서에 있어서 관련되는 공지예로서는 예를 들면 6월 2∼5일 동경에서 개최된 "Transducer '87, The 4th International Conference on Solidstate and Actuators"의 페이지 395∼398에 공개된 반도체 정전용량식 센서와 페이지 399∼402에 공개된 반도체 스트레인게이지식 센서를 들 수가 있다.
상기 선행기술은 검출부의 제조시에 발생하는 감도나 영점의 편차가 완전히 조정되지 않은 결점이 있고, 센서의 사이즈는 크고 그의 코스트는 높고 신뢰성에서도 부족하다.
본 발명의 목적은 소형이고 자동차에 용이하게 설치되고, 코스트가 낮고, 신뢰성도 높은 센서를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 신호프로세서의 특성이 선택적으로 변경되도록 센서에 설치되는 마이크로컴퓨터 또는 신호프로세서의 전원소스에서 신호프로세서에 선택전류전송에 의해 디지탈적으로 검출부에 연결된 신호프로세서의 상태가 변화되는 그러한 방법으로 센서가 형성되는 것을 공개한다.
특히 본 발명은 신호프로세서의 특성이 후에 언급되는 설명에서 명백한 것같이 변화되도록 신호프로세서의 감도조정메모리 그리고/또는 영점조정메모리의 메모리상태가 디지탈적으로 선택되는 것을 공개하고 그것에 의해 거기의 감도와/또는 영점이 용이하게 조정된다.
따라서 본 발명은 조건결과가 안정하고 경시적인 변화에 강하고 높은 신뢰성을 용이하게 유지할 수 있다.
이와 같은 검출부의 감도나 영점의 편차를 조정하는 부분이 신호처리회로를 집적화한 집적회로상에 형성되어 있기 때문에 검출부의 신호처리회로부를 동일의 회로기판에 설치할 수가 있고 센서의 소형화가 용이하고 이 결과 자동차의 장착성의 향상이나 저코스트화가 충분히 이루어진다.
검출부와 신호처리회로부와의 결선부분이 단축되고 또한 배선개수를 억제할 수있기 때문에 결선부에서의 트러블발생이 없게되어 신뢰성이 향상한다.
[실시예]
제1도를 참조하여 1은 신호처리회로부, 2는 출력 조정회로부를 표시하고 3은 센서의 감도를 조정하기 위해 각각 열로 배치된 패드, 4는 센서의 영점을 조정하기 위해 각각 열로 배치된 패드이다.
이러한 회로(1)(2)는 집적회로(IC)는 형성하기 위해 집적되고, 5는 IC에 의해 만들어진 신호프로세서를 표시하고, 6은 검출부 또는 센스소자를 표시한다.
검출부(6는 도선(7)을 통하여 신호프로세서(5)에 접속된다.
많은 도전패드(3)(4)는 센서(6)의 조정량에 대응하는 필요한 비트를 구성하기 위해 제공된다.
출력조정회로부(2)에서 감도와 영점을 조정하기 위해 사용되는 2개의 내부메모리(14)(16)의 상태는 후에 설명되는 것과 같이 패드열(3)(4)사이에서 필요한 패드를 선택하고 선택된 패드에 전압을 인가함으로서 전환된다.
감도와 영점보정은 선택된 패드에 전압에 인가함으로서 각각 선택된 1개의 특성에 고정된다.
제7도∼제18도를 참조하여 감도와 영점보정의 조정방법을 이하 설명한다.
이러한 검출부(6)에서의 감도와 영점의 특성에는 요동이 있는 것을 피할 수 없다.
따라서 이러한 조정은 모든 센서에 피할 수 없다.
센서가 조립된 후 조정작업이 들어간다.
우선 센서에 제공된 가속도(G)는 변화하게 되고 출력조정회로부(2)의 출력신호(Vout)가 측정된다.
예를 들면 센서의 측정범위가 0∼±1G(1G=9.8m/s2)일때 출력신호(Vout)는 G=0, 그리고 G=±1으로 측정된다.
통상의 가속도센서는 그의 검출특성에 방향성이 있기 때문에 그 측정은 중력의 가속도를 이용하여 센서소자를 경사지게 하므로써 용이하게 할 수가 있다.
이결과 조정해야할 센서의 감도특성과 영점위치가 잘 알려진 방법으로 얻게될 수 있다.
센서의 감도특성과 영점위치가 얻게된 후 조정에 필요한 보정량이 계산되고 그리고 그 보정량에 대응하는 일정한 패드는 감도보정용 패드(3)와 영점조정용(4)중에서 선택된다.
그리고 나서 소정의 전압이 선택된 패드에 인가되고 그리고 출력조정회로부(2)의 회로메모리(14)(16)는 일정한 상태로 고정된다.
이결과 신호처리회로부(1)의 특성은 검출부(6)의 감도특성과 영점위치를 미리 예정되어 있는 소정의 범위내에 조정되어 있는 것으로 합치한 것에서 소위 디지탈적으로 선택, 고정되어 검출부(6)의 감도성과 영점위치는 소정의 값으로 조정되어 교정된다.
제2도와 제3도를 참조하여 8은 스템(stem), 9는 기판, 10은 커버를 표시한다.
11과 12는 전원소스단자이다.
13은 출력단자를 표시한다.
제2도와 제3도에서 명백한 것과 같이 신호 프로세서부(5)와 검출부(6)는 기판(9)에 설치된다.
신호프로세서부(5)와 검출부(6)는 도선(7)을 통해 접속된다.
기판(9)는 스템(8)상에 접착되어 있다.
신호처리회로(1)의 특성은 상기 패드(3)(4)중의 어느 것으로 전류를 선택적으로 전송하는 디지탈방법을 사용하여 출력조정회로부(2)의 특성을 선택하고 고정함으로서 결정된다.
검출부(6)의 보정이 종료된 후 커버(10)는 스템(8)에 고정되어 센서를 얻기 위해 단단하게 접착된다.
제4도는 검출부(6)가 신호프로세서(5)에 부착되어 있는 제2실시예를 표시한다.
제5도는 신호처리회로부(1)와 출력조정회로(2)가 신호프로세서(5)상에 서로 부착된 제3실시예를 표시한다.
제6도는 검출부(6), 신호처리회로부(1) 그리고 출력조정회로(2)가 신호프로세서(5)상에 일체(unitary)로 부착되어 있다.
제7도를 참조하여 출력조정회로부(2)는 영점조정메모리부(14), 차동증폭기(15), 감도조정메모리(16) 그리고 차동증폭기(17)로 구성되어 있다.
각 차동증폭기(15)(17)는 입력저항과 귀환저항에 접속되어 있다.
이러한 저항은 같은 저항치(R)를 가진다.
신호처리회로부(1)의 출력은 입력저항을 통하여 입력신호(Vin)로서 차동증폭기(15)의 비반전입력단자에 입력된다.
차동증폭기(15)의 출력은 감도조정메모리부(16)를 통하여 차동증폭기(17)에 공급된다.
기준전압(Vref)은 영점조정메모리부(14)에 입력된다.
영점조정메모리(14)의 조정지수를 α, 감도 조정 메모리부(16)의 조정지수를 베β로한다.
차동증폭기(15)의 출력신호(VO1)는 다음과 같다.
VO1=Vin-α·Vref…(1)
이 식(1)의 우변, 제2항의 α·Vref는 영점조정항이다.
따라서 검출부(6)의 영점위치는 항을 바꾸므로서 조정된다.
Vref가 출력프로세서(5)에서 기준전압에 의해 고정되어 있으므로 영점은 영점조정메모리부(14)의 조정치수 α를 선택함으로서 조정될 수가 있다.
다음은 감도조정메모리부(16)의 출력신호를 VO2로 한다.
출력신호(VO2)는 다음과 같다.
VO2=β·(α·Vref-Vin)…(2)
출력신호(VO2)가 식(2)에 표시한 것과 같이 조정지수(β)에 비례하고 있으므로 감도는 감도조정 메모리부(16)의 조정지수(β)를 선택함으로서 조정될 수 있다.
차동증폭기(17)의 출력신호, 즉 출력조정회로부(2)의 출력신호(Vout)는 다음과 같다.
Vout=β·(Vin-α·Vref)…(3)
Vout는 극성이 Vout의 극성에서 반전된 출력신호(VO2)에 대응한다.
따라서 검출부(6)에 존재하는 영점과 감도특성의 요동은 각각 영점메모리부(14)와 감도조정 메모리부(16)의 각 조정지수(α,β)를 선택함으로서 보정될 수가 있다.
그리고나서 보정된 출력신호(Vout)는 출력조정회로부(2)에서 출력될 수 있다.
다음은 영점조정메모리부(14)와 감도조정 메모리부(16)에 대해 설명한다.
제8도를 참조하여 18은 저항치가 R과 2R인 저항소자로 구성하는 사다리형 저항부를 표시하고 19는 후술하는 메모리부이다.
영점조정메모리부(14)는 사다리형저항부(18), 메모리부(19), 차동증폭기(21) 그리고 귀환저항으로 구성된다.
메모리부(19)는 많은 스위치(20)에 의해 형성된다.
제8도에 있어서 사다리형저항부(18)는 8비트의 스위치(20)로 형성된다.
각 스위치(20)는 사다리형저항부(18)의 각 저항소자에 관련하는 20∼27의 무게를 가진다.
각 스위치(20)는 3개 단자 a, b 그리고 c를 가진다.
단자(a)는 단자(b) 또는 (c)중의 어느 하나에 접속될 수 있다.
단자(b)는 모두 그라운드(25)에 접속된다.
차동증폭기(21)의 비반전입력단자(22)는 그라운드(25)에 접속된다.
스위치(20)는 후에 설명되는 것과 같이 영점조정을 위해 사용되는 각 패드(4)에 선택적으로 전압을 인가함으로서 단자(b) 또는 (c)중의 어느 하나가 접속되는 것이 결정된다.
영점조정메모리부(14)는 상기 조정지수 α가 선택되도록 메모리부(19)내에서 각 스위치(20)의 사다리형저항부(18)에 입력되는 기준전압(Vref)의 전압분할비가 결정된다.
결과로서 α·Vref의 전압치를 가지는 출력신호는 차동증폭기(21)의 출력신호와 같이 발생된다.
21, 22, 24, 25그리고 27의 각 비트의 스위치(20)의 단자(a)는 단자(b)에 접속되고 나머지스위치단자들(a)은 단자(c)에 접속되어 있다고 가상하면 이 경우에는 조정지수 α는 다음과 같다.
α=73/255…(4)
따라서 차동증폭기의 출력신호 α·Vref는 다음과 같다.
α·Vref=73/255×Vref…(5)
영점조정에 필요한 출력신호는 메모리부(19)내에서 스위치(20)의 접속상태를 선택함으로서 얻게된다.
제9도를 참조하여 65는 서미스터(thermister), 64는 저항기를 표시한다.
센서의 온도보상은 서미스터(65)에 의해 얻을 수 있다.
제10도를 참조하여 감도조정 메모리부(16)의 기본구조는 제8도에 표시된 영점조정메모리부(14)의 것과 같다.
감도조정 메모리부(16)는 저항기(R)와 (2R)를 포함하는 사다리형저항부(18A), 8비트의 스위치(20A)를 포함하는 메모리부(19A), 차동증폭기(27) 그리고 감도조정 메모리부(16)의 입력단자(28)와 차동증폭기(27)의 반전입력단자 사이에 접속되는 저항(26)에 의해 형성된다.
제8도와 제9도에 표시된 차동증폭기(15)의 출력신호 Vin-α·Vref는 입력단자(28)에 입력된다.
차동증폭기(27)의 출력신호(VO2)는 식(2)에서 설명되는 것과 같다.
VO2=β·(α·Vref-Vin)…(6)
감도조정 메모리(16)의 조정지수(β)는 메모리(19A)은 각 스위치(20A)를 선정하여 전환하므로서 결정된다.
검출부(6)의 감도요동은 메모리부(19A)의 스위치부(20A)의 전환상태에 의해 디지탈적으로 보정된다.
제10도를 참조하여 21,22,24,25그리고 27의 비트의 스위치(20a)의 단자(a)는 단자(b)에 접속되고 다른 스위치의 잔여단자(a)는 단자(c)에 접속되고 조정지수(β)는 다음과 같다.
β=1+73/255¨(7)
이하 메모리(19)와 (19A)의 실시예를 설명한다.
이러한 메모리들은 실시예에서 신호프로세서 또는 IC5에 형성된다.
스위치(20)와 (20A)의 전환상태는 도전성패드(3-4)에의 선택적인 전류전송에 의해 결정된다.
메모리(19)와 (19A)의 일부를 구성하는 스위치(20)와 (20A)의 전환은 예를 들면 지너제핑기법 또는 폴리실리콘 퓨즈기법(polysilicon fuse method)을 사용하여 실행된다.
이후 제13도에 제14도에 인용하는 1트랜지스터 스위치에서의 지너제핑기법(zener zapping method)을 설명한다.
전류(i)가 제13도에 표시한 것과 같이 이미터와 트랜지스터의 베이스사이에 흐르게될 때 트랜지스터의 전압강하(V)의 특성은 제14도의 실선(61)에 표시된 것과 같이 된다.
트랜지스터 p-n접합이 이미터와 트랜지스터의 베이스 사이에 고압을 인가하고 강제적으로 큰 전류를 흐르게 함으로서 파괴될 때 거기의 Vi특성은 제14도의 점선(60)에서 표시된 것과같이 변화된다.
따라서 트랜지스터의 p-n접합이 이미터와 트랜지스터의 베이스사이의 전류이송에 의해 파괴되지 않을 때 트랜지스터는 비교적 큰 전압강하(V)를 표시한다.
반면에 p-n접합이 파괴된 후 트랜지스터는 충분히 작은 전압강하(V)를 표시한다.
트랜지스터의 p-n접합의 파괴가 발생할 때 p-n접합은 다시 회복되지 않는다.
스위치(20)와 (20A)는 상기 현상을 이용하여 형성된다.
제15도를 참조하여 29와 30은 각각 FET를 표시한다.
스위치(20) 또는 (20A)는 2개 FET(29)와 (30)으로 형성된다.
제15도의 단자(a)(b) 그리고 (c)는 제8도,제9도 그리고 제10도의 것에 상당하다.
31과 32는 인버터이다.
33은 트랜지스터, 34는 패드, 그리고 35는 노드를 표시한다.
제15도에서 명백한 것과 같이 소정의 작은 정전류(i)는 IC5의 전원에서 트랜지스터(33)의 베이스와 이미터 사이에 항상 공급된다.
트랜지스터(33)의 p-n접합이 아직 파괴되지 않을 때 비교적 큰 전압강하(V)가 제14도에 설명한 것과 같이 p-n접합에서 발생한다.
이때 노드(35)는 하이레빌이 된다.
따라서 FET(29)의 게이트도 하이레벨이 되고, FET(30)의 게이트도가 로우레벨이 되어, FET(29)가 턴온 그리고 FET(30)가 턴온프된다.
결과로서 스위치(20)는 단자(a)가 단자(b)에 접속되는 상태에 선택된다.
다음은 소정의 고압이 패드(34)에 인가되고 큰전류가 p-n접합을 파괴하도록 이미터와 트랜지스터(33)의 베이스 사이의 p-n접합에 흐르게 된다고 하자.
이때 노드(35)의 전위는 제14도에서 명백한 것과 같이 FET(29)가 턴오프 그리고 FET(30)가 턴온이 되도록 로우레벨이 있게 된다.
결과로서 스위치(20) 또는 (20A)는 단자(a)가 단자(c)에 접속되는 상태를 선택된다.
따라서 제15도에 표시한 스위치(20) 또는 (20A)가 제8도∼제10도에 표시한 메모리(19) 또는 (19A)의 각각으로서 사용될 때 패드(34)는 감도조정패드(3) 또는 영점조정패드(4)의 각각으로서 사용될 수가 있다.
메모리(19) 또는 (19A)의 접속상태가 상기 방법으로 각 스위치(20) 또는 (20A)의 상태를 선택함으로서 결정될 때 메모리(19) 또는 (19A)의 조정지수(α) 또는 (β)가 결정될 수 있다.
결과로서 검출부(6)의 보정은 디지탈적으로 할 수 있다.
지너제핑기법을 사용하는 스위치(20)와 (20A)의 선택 전환은 일종의 디지탈적인 메리트로서 기능을 하고 높은 신뢰성을 가진다.
이러한 기법을 사용하는 스위치의 선택전환이 종료된 후 검출부의 특성은 시간의 결과로 변화하지 않는다.
이와같이, 지너제핑기법이란 트랜지스터에 고전압을 인가할 때 지너효과(zener effect)에 의해 트랜지스터의 에미터와 베이스의 PN접합이 파괴됨에 따라 상기 에미터와 베이스가 도통되게 하는 기법을 의미한다.
제16도를 참조하여 FET(29)와 (30)의 전환은 저항(67)을 통하여 마이크로컴퓨터(66)에서의 출력신호에 의해 일어난다.
마이크로컴퓨터(66)와 레지스터(67)는 센서에 장치된다.
다음은 제17도에 인용하는 폴리실리콘 퓨즈기법을 사용하는 스위치(20)와 (20A)의 선택전환을 설명한다.
다음은 제17도에 있어서 36은 전류제한용 저항, 그리고 37은 폴리실리콘을 포함하는 퓨즈를 표시한다.
제15도에 있어서와 같은 부분은 같은 부호를 붙인다.
폴리실리콘퓨트(37)와 저항(36)은 IC5의 칩상에 형성된다.
폴리실리콘퓨즈(37)은 그것이 단선상태가 되게 소정치 이상의 전류를 흘리므로서 용해되며 단절된다.
제18a도는 폴리실리콘퓨즈(37)에 전류전송상태를 표시하고 제18b도는 폴리실리콘퓨즈(37)에 큰 전류를 흘리므로서 단선상태를 표시한다.
38은 그라운드에 사용되는 패드를 표시한다.
제17도에서의 노드의 전위는 폴리실리콘퓨즈(37)가 용해되어 단절되기전 로우레벨에 있다.
폴리실리콘퓨즈(37)가 패드(34)에 큰 전류를 흘리게 함으로서 용해되어 단절된 후에 노드(35)에서의 전위는 하이레벨에 있다.
FET(29) 또는 FET(30)의 어느 것을 턴온 또는 턴오프하는가를 선택하는 것이 가능하다.
이러한 방법으로 스위치(20)와 (20A)는 턴온 또는 턴오프될 수가 있다.
폴리실리콘퓨즈(37)의 용해 또는 불용해는 디지탈 메모리로서 사용될 수가 있다
따라서 이 기법을 사용하는 센서는 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
이와같이, 폴리실리콘 퓨즈기법이란 퓨즈인터럽션기법(fuse interruption method)의 하나로서 폴리실리콘재질의 퓨즈에 인가되는 고전류에 의해 이 전류가 용해되어 단절되게 함에 따라 부도통되게 하는 기법을 의미한다.
여기서, 퓨즈인터럽션기법이라함은 퓨즈의 절단 또는 비절단에 의해 전기적으로 부도통 또는 도통되게 하는 방법을 의미한다.
제11도와 제12도를 참조하여 스위치(20)(20') 그리고 (20")는 제13도∼제18도에서와 같이 지너제핑기법 또는 폴리실리콘퓨즈기법을 사용하여 선택될 수 있다.
제8도,제9도,제10도 그리고 제12도에 표시한 저항(R)과 (2R)은 반도체소자 또는 콘덴서로 교체될 수가 있다.
제19도를 참조하여 검출부(6)는 가속도센서소자로서 형성된다.
가속도센서소자는 반도체정전용량의 방식이다.
센서소자는 실리콘판(40)의 두장의 유리기판(39,41)사이에 위치하는 그러한 방법으로 3층구조로서 만들어졌다.
실리콘판(40)은 에칭가공에 의한 캔틸레버(42)와 전극과 중추로서 기능하는 가동전극부(43)에 의해 형성된다.
고정전극(44)은 가동전극부(43)에 대응하여 유리기판(39,41)의 내면에 설치된다.
가속도(G)가 제19도에 표시한 화살표방향으로 가해질 때 가동전극(43)은 상하로 변위되어 고정전극(44)과 가동전극(43) 사이에 존재하는 정전용량이 변화한다.
가속도(G)는 정전용량의 변화에 의해 검출된다.
검출부(6)는 3개도선(15)을 통하여 IC5에 접속된다.
IC5는 정전용량의 작은 편차랑 △C를 검출하는 △C검출(46), 증폭기(47), 펄스폭변조기(48), 인버터(49), 그리고 로우패스필터(50)를 포함한다.
이러한 회로는 제1도에서 설명한 신호처리회로부(1)를 구성한다.
로우패스필터의 검출된 신호(Vin)가 출력조정회로부(2)에 출력된다.
이후 검출부(6)의 동작을 설명한다.
제20도에 표시된 구형파전압(VE)은 실리콘판(40)의 전위(5V)에 유지하면서 고정전극(44)에 인가된다.
인버터(49)의 출력은 위상이 구형파전압(VE)에서 반전되는 전압이 된다.
가속도가 가해질 때 가동전극은 변위되고 가동전극(43)과 고정전극(44)사이의 정전용량(C1)과 (C2)이 변환된다.
정전용량(C1)과 (C2)사이의 차 △C는 스위치드 커패시터 방법(switched capacitor method)에 의해 검출된다.
정전기력에 의한 전자적 서보(serveo) 제어가 용량차 △C가 제로에 수점되게, 즉 가동전극(43)이 고정 전극(44)에 등간격을 유지하도록 걸려있다.
이 전자적 서보제어는 △C검출기(46)의 출력을 증폭기(47)에서 펄스폭변조기(48)에 입력하고 펄스폭변조기(48)의 출력신호를 사용하는 구형파전압(VE)의 펄스폭을 제어하는 것에 의해 실행된다.
이 결과 구형파전압(VE)의 펄스폭이 제20도에 표시된 것과 같이 가속도(G)의 크기(magnitude)에 의해 변화한다.
가속도(G)에 대응하는 DC전압이 검출출력신호(Vin)가 로우패스필터(50)를 통하여 구형파전압(VE)을 꺼내는 것에 의해 얻게될 수가 있다.
구형파전압(VE)의 펄스폭은 주기가 50μ초, 즉 주파수가 제20도에 표시된 것과 같이 20KHz일때 가속도(G)에 비례하여 변화한다.
펄스폭은 정의 가속도(G)에서는 감소하고 부의 가속도(G)에서는 증가한다.
출력신호(Vin)는 출력조정회로부(2)에 입력되고 감도와 영점의 보정된 신호인 출력신호(Vout)가 거기에서 얻게된다.
제21도를 참조하여 제19도에 표시된 센서의 보정결과를 설명한다.
제21도의 조정이 실행된 후 소망의 특성을 표시한다.
출력조정회로(2)를 사용하는 감도와 영점을 조정하는 것에 의해 센서에 가해진 가속도가 각각 -1G, 0G, 그리고 +1G일때 1.0V, 2.5V 그리고 4.0V의 출력이 얻게 된다.
제22도는 본 발명의 실시예에 의해 감도를 조정하기 전후의 10개 샘플의 요동의 정도를 표시한다.
감도의 요동은 점선특성(62)에 의해 표시된 것과 같이 조정이 실시되기전에는 ±25%이다.
그러나 그 요동은 실선특성(63)에 의해 표시된 것과 같이 실시된 후에는 ±1% 이하로 억제될 수가 있다.
제23도를 참조하여 캔틸레버부(42)의 정전용량형의 가속도검출부(6)는 신호처리회로부(1)와 출력조정회로부(2)와 함께 IC5상에 설치된다.
제23도에 표시된 실시예는 자동차에 센서의 설치가 제1도에 표시된 실시에와 용이하게 비교될 수 있게 센서의 형을 소형화로 할 수 있는 효과를 가진다.
제23도의 실시예는 캔틸레버부(42)의 고정단부의 근방에 반도체스트레인게이지(55)를 형성하는 것에 의해 반도체스트레인게이지형 가속도센서로 사용될 수 있다.
제24도를 참조하여 4개 반도체스트레인게이지(57)가 검출압력이 작용되고 박막을 사용하는 대략 정방형으로 형성되는 다이어프램(diaphragm)(56)의 주변에 설치된다.
본 발명의 실시예는 감도와 영점조정에서의 디지탈 조정에 의해 높은 신뢰도를 가진다.
본 발명에 따라 감도와 영점에 관한 요동은 본 발명의 센서가 높은 신뢰도를 용이하게 유지할 수 있게 디지탈적으로 조정될 수 있다.
더욱 본 발명은 소형이고 자동차에 용이하게 설치하고 저가인 모든 종류의 센서를 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. (a) 물리량을 검출하는 검출부(6)와; (b) 상기 검출부(6)에 접속된 신호처리회로부(1); 그리고 (c) 상기 신호처리회로부(1)에 접속되어 상기 검출부(6)의 특성을 조정하는 조정수단(2)을 구비한 센서장치에 있어서, 상기 신호처리회로부(1)와 상기 조정수단(2)은 단일반도체칩상에 집적회로로서 형성되어 있고, 상기 조정수단(2)은 디지탈제어신호들을 입력하는 입력단자와 상기 검출부(6)의 특성을 전기적으로 증분하여 조정하는 스위치수단(20,20,20",20A)를 구비하며, 상기 스위치수단은 전류-반응성 스위칭 소자와; 전류를 인가하여 상기 전류-반응성 스위치 소자가 도전상태에서 비도전상태로 전환하게 하는 제어소자; 그리고 상기 전류-반응성 스위칭 소자의 상태에 응답하여 상기 검출부(6)의 특성을 조정하고 그리고 상기 입력 단자에 의해 입력된 디지탈 제어신호들에 의해서 제어되는 전압제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치수단(20,20',20",20A)은 상기 신호처리회로부(1)의 전원으로부터 제공되는 전류의 전송처리에 의해서 전환되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위치수단(20,20',20",20a)은 상기 센서장치상에 부착된 마이크로컴퓨터(66)로부터 제공되는 전류의 전송처리에 의해서 전환되는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소정수단(2)은 영점조정메모리부(14) 그리고/또는 감도정메모리부(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조성수단(2)은 온도특성수단(65)을 부가하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  6. (a) 자동차 또는 엔진의 작동파라메터에 대응하는 물리량을 검출하는 검출부(6)와; (b) 상기 검출부(6)에 접속된 신호처리회로부(1); 그리고 (c) 상기 신호처리회로부(1)에 접속되어 상기 검출부(6)의 특성을 조정하는 조정수단(2)을 구비하는 자동차용 센서장치에 있어서, 상기 신호처리회로부(1)와 상기 조정수단은 단일 반도체칩상에 집적회로로서 형성되어 있고, 상기 조정수단(2)은 디지탈제어신호들을 입력하는 입력단자와 상기 검출부(6)의 특성을 전기적으로 증분하여 조정하는 스위치수단(20,20',20",20A)를 구비하며, 상기 스위치수단은 전류-반응성 스위칭 소자와; 전류를 인가하여 상기 전류-반응성 스위칭 소자가 도전상태에서 비도전상태를 전환하게 하는 제어소자; 그리고 상기 전류-반응성 스위칭 소자의 상태에 응답하여 상기 검출부(6)의 특성을 조정하고 그리고 상기 입력단자에 의해 입력된 디지탈 제어신호들에 의해서 제어되는 전압제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 센서장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조정수단(2)은 상기 스위치수단을 디지탈적으로 선택하는 것에 의해 상기 검출부(6)의 소망하는 특성을 얻기 위한 다수의 스위치수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 센서장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스위치수단은 그의 조정절차중에 선택되는 것을 특징으로 하는 자동차용 센서장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위치수단은 지너 제핑 기법(zener zapping method)에 의해 선택되는 자동차용 센서장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 스위치수단은 퓨즈 인터럽션 기법(fuse interruption method)에 의해서 선택되는 자동차용 센서장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 센서장치는 상기 엔진의 공기흡입로(空氣吸入路)의 부압(negative pressure)을 검출하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 센서장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 조정수단(2)은 영점조정메모리부(14) 그리고/또는 감도조정메모리부(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 센서장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 조정수단(2)은 온도특성조정수단(65)을 부가하는 것을 특징으로 하는 자동차용 센서장치.
  14. (a) 가속도를 검출하는 가속도검출부(6)와; (b) 상기 가속도검출부(6)에 접속된 신호처리부(1); 그리고 (c) 상기 신호처리회로부에 접속되어 상기 가속도검출부(6)의 특성을 조정하는 조정수단(2)을 구비하는 가속도검출 센서장치에 있어서, 상기 신호처리회로부와 상기 조정수단은 단일 반도체칩상에서 집적회로로서 형성되어 있고, 상기 조정수단(2)은 디지탈제어신호들을 입력하는 입력단자와 영점과 상기 가속도검출부(6)의 영점(zero poing)과 감도(sensi-tivity level)를 증분하여 조정하는 스위치수단(2,20',20",20A)를 구비하며, 상기 스위치수단은 전류-반응성 스위칭 소자와; 전류를 인가하여 상기 전류-반응성 스위칭 소자가 도전상태에서 비도전상태로 전환하게 하는 제어소자; 그리고 상기 전류-반응성 스위칭 소자의 상태에 응답하여 상기 가속도검출부(6)의 특성을 조정하고 그리고 상기 입력단자에 의해 입력된 디지탈 제어신호들에 의해서 제어되는 전압제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도검출 센서장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조정수단(2)은 상기 스위치수단을 선택하는 것에 의해 상기 가속도검출부(6)의 소망하는 특성을 얻기 위한 다수의 스위치수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도검출 센서장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스위치수단은 그의 조정절차중에 선택되는 것을 특징으로 하는 가속도검출 센서장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스위치수단은 지너 제핑 기법에 의해서 선택되는 가속도 검출 센서장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 스위치수단은 퓨즈 인터럽션 기법에 의해서 선택되는 가속도검출 센서장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 조정수단(2)은 영점조정메모리부(14) 그리고/또는 감도조정메모리부(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도검출 센서장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 조정수단(2)은 온도특성조정수단(65)을 부가하는 것을 특징으로 하는 가속도 검출 센서.
  21. (a) 반도체기판과 이 반도체기판상에 부착되어 물리량을 검출하는 검출부(6)와, (b) 상기 반도체기판상에 부착되고 그리고 상기 검출부(6)에 접속되는 신호처리회로부(1); 그리고 (c) 상기 반도체기판상에 부착되어 있고, 상기 신호처리회로부(1)부터는 별개로 형성되어 있으며 그리고 상기 신호처리회로부(1)에 접속되어 있어, 상기 검출부(6)의 특성을 조정하는 출력조정회로(2)를 구비하는 센서장치에 있어서, 상기 출력조정회로(2)는 디지탈제어신호들을 입력하는 입력단자와 상기 검출부(6)의 특성을 전기적으로 증분하여 조정하는 스위치수단(20,20',20",20a)를 구비하고, 상기 스위치수단은 전류-반응성 스위칭 소자와; 전류를 인가하여 상기 전류-반응성 스위칭 소자가 도전상태에서 비도전상태로 전환하게 하는 제어소자; 그리고 상기 전류-반응성 스위칭 소자의 상태에 응답하여 상기 검출부(6)의 특성을 조정하고 상기 입력단자에 의해 입력된 디지탈 제어신호들에 의해서 제어되는 전압제어수다을 구비하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  22. (a) 반도체기판과 이 반도체기판상에 부착되어 물리량을 검출하는 검출부(6)와, (b) 반도체기판과 이 제2반도체기판상에 부착되고 상기 검출부(6)를 접속하는 신호처리회로부(1); 그리고 (c) 상기 제2반도체기판상에 부착되어 있고, 상기 신호처리회로부(1)로부터는 별개로 형성되어 있으며 그리고 상기 신호처리회로부(1)에 접속되어 있어, 상기 검출부(6)의 특성을 조정하는 출력조정회로(2)를 구비하는 센서장치에 있어서, 상기 출력조정회로(2)는 디지탈제어신호들을 입력하는 입력단자와 상기 검출부(6)의 특성을 전기적으로 증분하여 조정하는 스위치수단(20,20',20",20a)을 구비하고, 상기 스위치수단은 전류-반응성 스위칭 소자와; 전류를 인가하여 상기 전류-반응성 스위칭 소자가 도전상태에서 비도전상태로 전환하게 하는 제어소자; 그리고 상기 전류-반응성 스위칭 소자의 상태에 응답하여 상기 검출부(6)의 특성을 조정하고 그리고 상기 입력단자에 의해 입력된 디지탈 제어신호들에 의해서 제어되는 전압제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
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