WO2012090627A1 - センサモジュール、およびセンサシステム - Google Patents

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WO2012090627A1
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signal
output
physical quantity
detection element
acceleration
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PCT/JP2011/077070
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前田　大輔
希元 鄭
雅秀 林
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Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/166—Mechanical, construction or arrangement details of inertial navigation systems

Definitions

  • the present invention relates to a measurement technique for a sensor that detects various physical quantities, and more particularly, to a technique that is effective for preventing abnormal value output of a sensor having a detuning frequency band with respect to an input physical quantity and preventing faulty diagnosis.
  • sensors that measure physical quantities such as inertial quantity sensors and pressure sensors, and convert them into electrical signals
  • sensors that use mechanical displacement as the detection principle are generally brought into a steady state by applying vibration at the resonance frequency of the mechanical part. Have different behaviors (vibration modes).
  • detuning frequency such a unique frequency is called a detuning frequency, and it is important to improve the reliability of the sensor to design robustly against vibration application at this frequency.
  • an angular velocity sensor that uses the so-called Coriolis effect as a principle generally oscillates a mass in the driving direction at a resonance frequency, and when the angular velocity is applied to the mass, it is orthogonal to the driving direction. It is configured to detect the corio force generated in a certain direction from the displacement of the mass and output it as an electrical signal. At this time, the difference between the resonance frequency in the driving direction and the resonance frequency in the detection direction is the detuning frequency.
  • FIG. 9 is a diagram showing an open circuit output characteristic with respect to an input angular velocity frequency of an angular velocity sensor having no detuning frequency (that is, a resonance frequency in the driving direction and a resonance frequency in the detection direction coincide with each other).
  • FIG. 5 is a diagram having a detuning frequency of about 500 Hz.
  • the output shows a flat signal strength characteristic up to a certain frequency, and after that, a characteristic that the gain decreases.
  • the angular velocity sensor having the detuning frequency shown in FIG. 10 shows frequency characteristics having a peak in the detuning frequency band. This is because the sum of the frequency of the applied angular velocity and the frequency in the driving direction approaches the resonance frequency in the detection direction.
  • the detection direction As a technique for eliminating the detuning frequency by making the resonance frequency in the drive direction and the resonance frequency in the detection direction the same, and applying a DC force to the mass in the detection direction, the detection direction Generally, a technique for changing the resonance frequency is known.
  • the detuning frequency is individually adjusted for each sensor in order to adjust the detuning frequency, which varies from individual to individual. It was necessary to measure the frequency and set the value of the applied voltage. Therefore, there is a problem that a great adjustment cost is required for adjusting the detuning frequency that varies among the individual sensors. Furthermore, since it is necessary to maintain this throughout the period in which the sensor is used, there arises a problem that high cost is required for adjustment and performance maintenance of the sensor.
  • the signal maximum value of the circuit is matched with the signal intensity at the time of detuning frequency generation to suppress the occurrence of saturation, the resolution in the band originally desired as a sensor, the so-called dynamic range deteriorates, The accuracy of the sensor may be reduced.
  • the reliability and accuracy of the sensor are in a trade-off relationship.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of ensuring the reliability and accuracy of a sensor while suppressing the adjustment cost of the sensor.
  • the present invention includes a first detection element for detecting external acceleration, an acceleration signal processing unit for processing an acceleration signal detected by the first detection element, and a noise signal from a signal processed by the acceleration signal processing unit.
  • a first filter for removing a physical quantity, a second detection element for detecting a physical quantity other than acceleration, a first physical quantity signal processing unit for processing a physical quantity signal detected by the second detection element, and the first A second filter that removes a noise signal from the signal processed by the physical quantity signal processing unit, a frequency component of the signal processed by the acceleration signal processing unit, and the frequency in the driving direction of the second detection element and the second It is determined whether a physical quantity having a detuning frequency component indicating a difference from the frequency in the detection direction of the detection element is applied, and the physical quantity having the detuning frequency component is applied.
  • a signal component analysis unit that outputs an output stop signal when it is determined that the output signal is output from the first filter when an output stop signal is output from the signal component analysis unit. 1 output control unit, and a second output control unit that stops the output of the signal output from the second filter when the output stop signal is output from the signal component analysis unit.
  • the first and second output control units output a signal flag indicating that the signal output is stopped when the output stop signal is output from the signal component analysis unit.
  • the physical quantity detected by the second detection element is an angular velocity.
  • the acceleration signal processing unit, the first and second filters, the signal component analysis unit, the first and second output control units, and the first physical quantity signal processing unit are one semiconductor chip. It is formed above.
  • the present invention provides a third detection element that detects a physical quantity other than acceleration, a second physical quantity signal processing unit that processes a physical quantity signal detected by the third detection element, and the second physical quantity signal processing.
  • a third filter that removes the noise signal from the signal processed by the unit, and a third output that stops the output of the signal output from the third filter when the output stop signal is output from the signal component analysis unit And a control unit.
  • the present invention also provides a first semiconductor chip on which an acceleration signal processing unit, a first filter, a first output control unit, and a signal component analysis unit are formed, a first physical quantity signal processing unit, a second And a second semiconductor chip on which a second output control unit is formed.
  • the first semiconductor chip is connected to the second semiconductor chip by a bonding wire and output from the signal component analysis unit The output stop signal is transmitted to the second output control unit via the bonding wire.
  • the present invention includes a first detection element for detecting external acceleration, an acceleration signal processing unit for processing an acceleration signal detected by the first detection element, and a noise signal from a signal processed by the acceleration signal processing unit.
  • a first filter for removing a physical quantity, a second detection element for detecting a physical quantity other than acceleration, a first physical quantity signal processing unit for processing a physical quantity signal detected by the second detection element, and the first A sensor module having a second filter that removes a noise signal from the signal processed by the physical quantity signal processing unit; and a processor that controls the actuator based on the signals output through the first and second filters;
  • the processor includes a second filter for removing a noise signal from the signal processed by the first physical quantity signal processing unit, and an acceleration signal processing unit Whether or not a physical quantity having a detuning frequency component indicating the difference between the frequency in the driving direction of the second detection element and the frequency in the detection direction of the second detection element is applied by analyzing the frequency component of the signal And a signal component analyzer that outputs an output
  • the present invention includes a first detection element for detecting acceleration from the outside, an acceleration signal processing unit for processing an acceleration signal detected by the first detection element, and a signal processed by the acceleration signal processing unit.
  • a first filter that removes a noise signal
  • a second detection element that detects a physical quantity other than acceleration
  • a first physical quantity signal processing unit that processes a physical quantity signal detected by the second detection element
  • a sensor module including a second filter for removing a noise signal from the signal processed by the physical quantity signal processing unit, and an actuator based on signals output through the first and second filters
  • a processor, and the processor analyzes the frequency component of the signal output from the first filter, and determines the frequency in the driving direction of the second detection element and the first frequency.
  • a signal component analysis unit that outputs a stop signal and an internal state determination unit that causes the processor to transition to a state in which the actuator is not controlled when the stop signal is output from the signal component analysis unit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the sensor module according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between acceleration and other physical quantities
  • FIG. 3 is the sensor of FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a mounting form in a module
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of FIG. 3
  • FIG. 5 is a block diagram showing another example of the sensor module of FIG.
  • the first outline of the present invention includes a first detection element (acceleration detection element 4) for detecting acceleration from the outside, a second detection element (physical quantity detection element 11) for detecting a physical quantity other than acceleration,
  • the acceleration signal processing unit (amplifier 5, A / D converter 6, signal processing unit 7) that processes the acceleration signal (voltage signal) detected by the first detection element, and noise from the signal processed by the acceleration signal processing unit
  • the frequency component of the signal processed by the first filter (low-pass filter 8) for removing the signal and the acceleration signal processing unit is analyzed, and the frequency in the driving direction of the second detection element and the frequency of the second detection element are analyzed.
  • a signal component analysis unit (signal component analysis unit 10) that outputs an output stop signal when the determination is made, and a signal output from the first filter when the output stop signal is output from the signal component analysis unit
  • the sensor module includes a first physical quantity signal processing unit (amplifier 12, A / D converter 13, signal processing unit 14) that processes a physical quantity signal (voltage signal) detected by the second detection element; A second filter (low-pass filter 15) that removes a noise signal from the signal processed by the first physical quantity signal processing unit, and when the output stop signal is output from the signal component analysis unit, from the second filter A second output control unit (output signal control unit 16) for stopping the output of the output signal.
  • a first physical quantity signal processing unit amplifier 12, A / D converter 13, signal processing unit 14
  • a second filter low-pass filter 15
  • the sensor module 1 is a module that detects various physical quantities, and is used, for example, in a skid prevention device mounted in an automobile or the like.
  • the sensor module 1 includes an acceleration sensor unit 2 and a physical quantity sensor unit 3 as shown in FIG.
  • the acceleration sensor unit 2 includes an acceleration detection element 4, an amplifier 5, an A / D (Analog / Digital) converter 6, a signal processing unit 7, a low-pass filter 8, an output signal control unit 9, and a signal component analysis unit 10. ing.
  • the physical quantity sensor unit 3 includes a physical quantity detection element 11, an amplifier 12, an A / D converter 13, a signal processing unit 14, a low-pass filter 15, an output signal control unit 16, and a failure diagnosis unit 17.
  • the signal component analysis unit 10 is provided in the acceleration sensor unit 2 and the failure diagnosis unit 17 is provided in the physical quantity sensor unit 3.
  • the signal component analysis unit 10 and the failure diagnosis unit 17 include acceleration components.
  • the structure provided in either the sensor part 2 or the physical quantity sensor part 3 may be sufficient.
  • the acceleration detection element 4 detects acceleration from the outside.
  • the amplifier 5 amplifies the signal detected by the acceleration detection element 4.
  • the A / D converter 6 converts the analog signal output from the amplifier 5 into a digital signal.
  • the signal processing unit 7 performs signal processing of the digital signal output from the A / D converter 6.
  • the low-pass filter 8 is a filter that passes only low-frequency signals among the signals output from the signal processing unit 7.
  • the output signal control unit 9 performs output control of the signal output from the low-pass filter 8 based on the output stop signal from the signal component analysis unit 10.
  • the signal component analyzer 10 outputs an output stop signal to the output signal controllers 9 and 16 based on the analysis result analyzed by the signal processor 7.
  • the physical quantity detection element 11 detects a physical quantity other than the acceleration from the outside.
  • the amplifier 12 amplifies the signal detected by the physical quantity detection element 11.
  • the A / D converter 13 converts the analog signal output from the amplifier 12 into a digital signal.
  • the signal processing unit 14 performs signal processing of the digital signal output from the A / D converter 13.
  • the low-pass filter 15 is a filter that passes only low-frequency signals among the signals output from the signal processing unit 14.
  • the output signal control unit 16 performs output control of the signal output from the low-pass filter 15 based on the output stop signal from the signal component analysis unit 10.
  • the failure diagnosis unit 17 notifies the output signal control units 9 and 16 of the failure.
  • the acceleration detection element 4 is, for example, an electrostatic capacitance type element that captures a displacement of a mass mass generated by application of acceleration by a capacitance change, and converts the capacitance change into a voltage signal by C / V (Capacitance to Voltage) conversion. .
  • the physical quantity detection element 11 detects a physical quantity other than acceleration from the outside, for example, an angular velocity. Similar to the acceleration detection element 4, the physical quantity detection element 11 is a capacitance-type element that captures the displacement of the mass generated by the application of the physical quantity as a change in capacitance. The change in capacitance is converted into a voltage signal by C / V conversion. Convert.
  • an amplifier has an allowable signal level of an input signal (hereinafter referred to as “range”).
  • range an allowable signal level of an input signal
  • the signal range needs to be adjusted to a range not saturated by the signals from the acceleration detection element 4 and the physical quantity detection element 11. If the ranges of the amplifiers 5 and 12 are variable, the output range as a sensor is also variable, so the ranges of the amplifiers 5 and 12 may be variable.
  • the voltage levels output from the amplifiers 5 and 12 are converted into digital values by the A / D converters 6 and 13, respectively.
  • the subsequent signal processing units 7 and 14 can be digitized, and low-cost and high-accuracy signal processing can be realized.
  • the A / D converters 6 and 13 may have any configuration, and so-called flash type, pipeline type, successive approximation type, and delta-sigma type are not limited.
  • the digital signals that have passed through the A / D converters 6 and 13 are sent to the signal processing units 7 and 14, respectively, and are processed into appropriate signals as sensor output values by the signal processing units 7 and 14, respectively.
  • demodulation is performed here. For example, when the carrier signal is superimposed, the signal processing units 7 and 14 perform synchronous detection and filtering of the carrier signal, and demodulate the baseband signal.
  • output signal shaping such as compensation for temperature change, zero point correction, and sensitivity correction is performed.
  • the above signal processing may be configured by a semiconductor integrated circuit device such as a dedicated LSI (Large Scale Integration), or may be composed of a DSP (Digital Signal Processor) and rewritable software corresponding thereto. .
  • LSI Large Scale Integration
  • DSP Digital Signal Processor
  • the signal component analyzer 10 receives the signal output from the signal processor 7 and analyzes whether a physical quantity having a detuning frequency related to the physical quantity is applied.
  • the detuning frequency is a frequency component indicating a difference between the frequency in the driving direction of the physical quantity detection element 11 and the frequency in the detection direction of the physical quantity detection element 11.
  • the physical quantity detection element 11 When the physical quantity detection element 11 has a detuning frequency, the sum of the frequency of the applied angular velocity and the frequency in the driving direction approaches the resonance frequency in the detection direction, so that the sensor output has a peak in the detuning frequency band. It becomes frequency characteristic. Thereby, an abnormal value may be output from the sensor module 1.
  • the signal component analysis unit 10 analyzes whether the resonance frequency is applied instead of the detuning frequency.
  • the signal component analysis unit 10 preferably analyzes the baseband signal after signal demodulation by the signal processing unit 7 in order to determine the application of the detuning frequency, but the signal processing unit 7 does not perform any processing.
  • the analysis may be performed from a signal that has not been performed, or the output from the A / D converter 6 may be directly analyzed without going through the signal processing unit 7 at all.
  • an independent A / D converter (not shown) is provided for the signal component analysis unit 10 or a configuration in which an independent amplifier (not shown) is provided may be used. 10 may be given a signal.
  • the signal processing unit 7 and the signal component analysis unit 10 do not have to be physically different circuits, and both may exist in a single semiconductor integrated circuit device such as an LSI. Further, the signal processing unit 7 and the signal component analysis unit 10 may be realized as DSP software.
  • the signal component analysis unit 10 uses the digital signal of the acceleration detection element 4 to determine whether or not the detuning frequency component is included in a physical quantity other than acceleration by a certain value or more.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of the relationship between acceleration and other physical quantities.
  • the sensor module package 19 is mounted on the common substrate 18.
  • the sensor module package 19 is a package on which the sensor module 1 is mounted.
  • the common substrate 18 corresponds to, for example, a chassis in the case of an automobile.
  • the acceleration sensor unit 2 is arranged on the left side of the sensor module package 19, and the physical quantity sensor unit 3 is arranged on the right side thereof.
  • m is the mass of the acceleration detection mass of the acceleration sensor unit 2
  • the acceleration sensor unit 2 and the physical quantity sensor unit 3 other than acceleration are configured to be housed in one sensor module package 19, but the acceleration sensor unit 2 and the physical quantity sensor unit 3 other than acceleration are in the same package. It is not always necessary to place it inside, and it is sufficient if it is on the common substrate 18.
  • the common substrate 18 is not particularly limited as long as it is applied with the same physical quantity (in this case, the amount of inertia) such as a printed board or a casing.
  • a Fourier analysis for calculating the frequency component is performed, and how much the component of the detuning frequency band is included is determined every discrete time T. It is possible to determine whether or not a certain threshold value is exceeded.
  • analysis methods include wavelet analysis that can accurately analyze low-frequency bands even in a short time, and simple analysis methods that combine BPF (Band Pass Filter) and signal level determination. Any analysis method may be used as long as it can be determined that a physical quantity is applied.
  • the signal component analysis unit 10 determines that the application of the detuning frequency component of the physical quantity exceeds a certain value, the signal component analysis unit 10 outputs an output stop signal to the output signal control units 9 and 16, respectively.
  • the output signal control units 9 and 16 receive the output stop signal output from the signal component analysis unit 10, the acceleration signal from which noise is removed by the low-pass filters 8 and 15 through the signal processing units 7 and 14, and the physical quantity signal Stop the output of.
  • the output signal control units 9 and 16 do not stop the signal output from the low-pass filters 8 and 15, but signal stop for notifying that the signal is temporarily stopped (hereinafter referred to as “suspend”). (For example, a continuous signal of “1”) may be output.
  • the signal component analysis unit 10 determines that the application of the detuning frequency component of the physical quantity exceeds a certain value, the gain of the physical quantity detection element 11 or the amplifier 12 is decreased, or the A / D converter 6 If the approach is to maintain the function as a sensor even if accuracy degradation such as an increase in the range is allowed, or an angular velocity sensor that uses the Coriolis effect as a principle as shown in the background art, the amplitude in the driving direction is reduced (driving)
  • the function maintenance described above can also be realized by reducing the voltage) and suppressing the occurrence of saturation. At this time, the outside may be notified that it is in an unsteady state.
  • the failure diagnosis unit 17 is a circuit that monitors signals such as analog signals and digital signals in the sensor module 1 and notifies the output signal control units 9 and 16 of the failure when an abnormality is detected.
  • the failure diagnosis unit 17 may be configured by a program or the like other than hardware.
  • the failure diagnosis unit 17 When the signal component analysis unit 10 determines that the application of the detuning frequency component of the physical quantity exceeds a certain value, the failure diagnosis unit 17 notifies the determination result, and the failure diagnosis unit 17 notifies the internal signal value. It is also possible to instruct not to diagnose a sensor failure even if is an abnormal value.
  • the configuration in which the output signal control units 9 and 16 are connected to the subsequent stage of the low-pass filters 8 and 15 is one example, and the place where the signal is stopped or the flag is added is anywhere in the circuit.
  • it may be configured by a mechanism for indirectly stopping the signal, such as stopping the carrier signal applied to the physical quantity detection element 11 for a certain period of time.
  • acceleration sensor and the angular velocity sensor is used in the detection principle of detuning frequency application, so when only acceleration is applied in the detuning frequency band, that is, when disturbance occurs, Suspend can occur.
  • the physical quantity detection element 11 it is preferable to design the physical quantity detection element 11 so that the detuning frequency is wider than the necessary frequency band among the frequency components of the acceleration and is in a frequency band in which disturbance is unlikely to occur.
  • the linearity of the output signal with respect to the displacement amount of the physical quantity detection element 11 is improved by configuring a servo circuit that suppresses the displacement of the physical quantity detection element 11, and the sensor module shown in FIG.
  • a servo circuit in which a feedback path is added to the circuit configuration of 1 may be configured (not shown).
  • the servo system needs to be configured such that its response frequency is higher than the detuning frequency band.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a mounting form in the sensor module 1.
  • the sensor module 1 includes an amplifier 5, an A / D converter 6, a signal processing unit 7, a low-pass filter 8, an output signal control unit 9, a signal component analysis unit 10, an amplifier 12, and an A / D conversion.
  • the acceleration detection element 4 and the physical quantity detection element 11 are connected to the semiconductor chip 20 on which the device 13, the signal processing unit 14, the low-pass filter 15, the output signal control unit 16, and the failure diagnosis unit 17 are formed.
  • the acceleration detection element 4 is connected to the semiconductor chip 20 via a bonding wire 21, and the physical quantity detection element 11 is connected to the semiconductor chip 20 via a bonding wire 22.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of FIG.
  • the difference from FIG. 3 is that the semiconductor chip 23 on which the amplifier 5, the A / D converter 6, the signal processing unit 7, the low-pass filter 8, the output signal control unit 9, and the signal component analysis unit 10 are formed,
  • the amplifier 12, the A / D converter 13, the signal processing unit 14, the low-pass filter 15, the output signal control unit 16, and the semiconductor chip 24 on which the failure diagnosis unit 17 is formed have a two-chip configuration.
  • the acceleration detection element 4 is connected to the semiconductor chip 23 via a bonding wire 25, and the physical quantity detection element 11 is connected to the semiconductor chip 24 via a bonding wire 26.
  • the bonding wire 27 is a signal line that transmits an output stop signal output from the signal component analysis unit 10 formed on the semiconductor chip 23 to the output signal control unit 16, and the bonding wire 28 is formed on the semiconductor chip 24. It is a signal line that transmits a signal notifying a failure output from the failure diagnosis unit 17.
  • the output stop signal output from the signal component analysis unit 10 is input to the output signal control unit 9 formed on the semiconductor chip 23 and output signal control formed on the semiconductor chip 24 via the bonding wire 27. Input to the unit 16.
  • a signal notifying the failure output from the failure diagnosis unit 17 is input to the output signal control unit 16 formed on the semiconductor chip 24 and also formed on the semiconductor chip 23 via the bonding wire 28. Input to the output signal control unit 9.
  • the amplifier 5 the A / D converter 6, the signal processing unit 7, the low-pass filter 8, the output signal control unit 9, the signal component analysis unit 10, the amplifier 12, the A / D converter 13,
  • the bonding wires 27 and 28 and the semiconductor chip are compared with the configuration shown in FIG. 4.
  • the bonding electrodes necessary for bonding the bonding wires formed on 23 and 24 can be eliminated.
  • the signal processing unit 7 can be shared to eliminate the need for the signal processing unit 14.
  • the chip area can be reduced, and the sensor module can be reduced. 1 can be reduced in size and cost can be further reduced.
  • the acceleration detection element 4 and the physical quantity detection element 11 are connected to the semiconductor chip 23 via the bonding wires 21 and 22.
  • the acceleration detection element 4 and the physical quantity detection element 11 are connected to each other. You may make it form in the semiconductor chip 23. FIG. By adopting such a configuration, it is possible to reduce noise derived from parasitic components.
  • FIG. 4 is not preferable from the viewpoint of cost, but is sufficient to implement the present embodiment, and it can be said that exercising this example by this mounting method is one of the options.
  • the internal signals are processed digitally has been described.
  • the internal signals may all be processed as analog.
  • the sensor module 1a includes an acceleration sensor unit 2a and a physical quantity sensor unit 3a as shown in FIG.
  • the acceleration sensor unit 2a includes an acceleration detection element 4, an amplifier 5, a signal processing unit 7a, a low pass filter 8a, a band pass filter 29, an amplitude detector 30, and an output changeover switch 32.
  • the physical quantity sensor unit 3a includes a physical quantity detection element 11, an amplifier 12, a signal processing unit 14a, a low-pass filter 15a, an interruption signal generation unit 31, and an output changeover switch 33.
  • the amplitude detector 30 is provided in the acceleration sensor unit 2a and the interruption signal generation unit 31 is provided in the physical quantity sensor unit 3a.
  • the amplitude detector 30 or the interruption signal generation unit 31a is What is necessary is just to be provided in either the acceleration sensor part 2a or the physical quantity sensor part 3a.
  • the output part of the low-pass filter 8a is connected to one input part of the output changeover switch 32, and the output part of the interruption signal generation part 31 is connected to the other input part of the output changeover switch 32. .
  • the output unit of the low-pass filter 15 a is connected to one input unit of the output changeover switch 33, and the output unit of the interruption signal generation unit 31 is connected to the other input unit of the output changeover switch 33. ing.
  • the output changeover switch 32 switches and outputs either the signal output from the low-pass filter 8a or the signal output from the interruption signal generation unit 31 based on the determination result output from the amplitude detector 30.
  • the output selector switch 33 switches and outputs either the signal output from the low-pass filter 15a or the signal output from the interruption signal generator 31 based on the determination result output from the amplitude detector 30.
  • a band pass filter (BPF: Band Pass Filter) 29 and an amplitude detector are used to determine whether or not a signal in a detuned frequency band is applied.
  • BPF Band Pass Filter
  • the band-pass filter 29 passes only the signal in the detuned frequency band, and the amplitude detector 30 determines the square of the signal and the threshold value of the signal value, thereby separating the physical quantity other than the acceleration. It is possible to determine whether or not the adjustment frequency is applied.
  • the output changeover switches 32 and 33 for selecting the signal from the interruption signal generation unit 31 indicating the interruption state and the signals from the low-pass filters 8a and 15a are set according to the signal output from the amplitude detector 30. To achieve suspend when the detuning frequency is applied.
  • the signal output from the interruption signal generation unit 31 may be any signal that can be distinguished from the normal output, such as a ground (reference potential) level signal or a signal having a specific period, and the signal is particularly limited. is not.
  • the output changeover switches 32 and 33 are not necessarily required, and the configuration may be such that the output of the amplitude detector 30 is output to the outside as it is, and the suspend is notified to the system side using the sensor through this.
  • a physical quantity having a detuned frequency component peculiar to the physical quantity detection element 11 is applied from the signal frequency component of the broadband acceleration signal before passing through the low-pass filter 8. Therefore, the sensor output can be temporarily stopped and notified only when the application of the detuning frequency exceeds a certain level.
  • the sensor module 1 was comprised from the acceleration sensor part 2 and the physical quantity sensor part 3 was described, it had two or more physical quantity sensor parts 3 except the failure diagnosis part 17. It is good also as a structure. Even in this case, the plurality of physical quantity sensor units 3 stops the output of the physical quantity signal based on the output stop signal output from the signal component analysis unit 10.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a sensor system configured using the sensor module according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the sensor system includes a processor (ECU 35) and a sensor module (sensor module 1).
  • the sensor module includes a first detection element (acceleration detection element 4) that detects acceleration from the outside, and an acceleration signal processing unit (amplifier 5; amplifier 5) that processes an acceleration signal (voltage signal) detected by the first detection element.
  • a detection element physical quantity detection element 11
  • a first physical quantity signal processing unit amplifier 12, A / D converter 13, signal processing unit 14 for processing a physical quantity signal (voltage signal) detected by the second detection element.
  • a second filter low-pass filter 15
  • the processor performs an actuator control operation based on the signals output through the first and second filters, analyzes the frequency component of the signal processed by the acceleration signal processing unit, and It is determined whether a physical quantity having a detuning frequency component indicating a difference between a frequency in the driving direction of the second detection element and a frequency in the detection direction of the second detection element is applied, and the frequency component has the frequency component
  • a signal component analysis unit (signal component analysis unit 10) that outputs an output stop signal when it is determined that a physical quantity is applied; and when the stop signal is output from the signal component analysis unit, the processor And an internal state determination unit (internal state determination unit 36) for transitioning to a state where the control operation is not performed.
  • the sensor system 34 is, for example, a system used for an apparatus for preventing a side slip of an automobile.
  • the sensor system 34 includes a sensor module 1 and an ECU (Electronic Control Unit) 35 as shown in FIG.
  • the automobile is equipped with many ECUs that control various information systems such as navigation systems and audio systems, power train systems such as engines and chassis, and body systems such as air conditioners, headlights, and door locks. This is one of many semiconductor integrated circuit devices.
  • the ECU 35 is connected to an actuator such as a hydraulic pump unit that operates the brake of the automobile, and controls the operation of the brake by controlling the actuator such as the hydraulic pump unit when the automobile slides. .
  • the sensor module 1 shown in FIG. 6 includes an acceleration sensor unit 2 and a physical quantity sensor unit 3 as in FIG.
  • the acceleration sensor unit 2 includes an acceleration detection element 4, an amplifier 5, an A / D converter 6, a signal processing unit 7, and a low-pass filter 8.
  • a difference from the sensor module 1 in FIG. The point which provided the part 10 in ECU35 and the point which deleted the output signal control part 9 are the points.
  • the physical quantity sensor unit 3 includes a physical quantity detection element 11, an amplifier 12, an A / D converter 13, a signal processing unit 14, and a low-pass filter 15.
  • the difference from the sensor module 1 in FIG. 1 is an output signal control unit. 16 and the failure diagnosis unit 17 are deleted.
  • the other configuration of the sensor module 1 of FIG. 6 is the same as that of FIG.
  • the ECU 35 has a signal other than the signal output from the acceleration sensor unit 2 (acceleration signal output through the low-pass filter 8) and the signal output from the physical quantity sensor unit 3 (acceleration output through the low-pass filter 15). (Physical quantity signals) are input so that the ECU 35 controls the skid prevention based on these signals.
  • the ECU 35 is provided with the signal component analysis unit 10 as described above, and further includes an internal state determination unit 36.
  • the signal component analyzer 10 is connected so that the signal output from the signal processor 7 (the signal before being input to the low-pass filter 8) is input.
  • the internal state determination unit 36 changes the internal state switching according to the analysis result of the signal component analysis unit 10, and corresponds to the output signal control units 9 and 16 in FIG.
  • the signal component analysis unit 10 and the internal state determination unit 36 are configured by a DSP provided in the ECU 35 and software corresponding thereto.
  • the switching of the internal state is, for example, a first state where a signal output from the sensor module 1 can be used (that is, a state where the output value is reliable) and a signal output from the sensor module 1 are not used. Refers to a possible mutual transition of the second state.
  • the internal state determination unit 36 performs brake control using the sensor output value, and when in the second state, the internal state determination unit 36 does not perform any brake control. Thus, the reliability and safety of the sensor system 34 can be ensured.
  • condition for determining the state transition of the internal state determination unit 36 may be dynamically changed, or may be recorded in a memory that cannot be changed in advance. Moreover, you may provide the display part which displays an internal state.
  • the highly reliable sensor module 1 can be realized.
  • the sensor system 34 can be dealt with only by changing the software of the ECU 35 without making the sensor system 34 complicated, an increase in the cost of the entire sensor system 34 can be suppressed.
  • the sensor system 34 is suitable because the physical quantity detected by the physical quantity detection element 11 is an angular velocity and is strongly related to the signal as shown in the first embodiment. However, it may be a different physical quantity such as pressure.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a sensor system configured using the sensor module according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows the sensor response and the characteristics of the low-pass filter in the acceleration sensor unit shown in FIG. It is explanatory drawing which showed this relationship.
  • the sensor system includes a processor and a sensor module.
  • the sensor module includes a first detection element (acceleration detection element 4) that detects acceleration from the outside, and an acceleration signal processing unit (amplifier 5; amplifier 5) that processes an acceleration signal (voltage signal) detected by the first detection element.
  • a detection element physical quantity detection element 11
  • a first physical quantity signal processing unit amplifier 12, A / D converter 13, signal processing unit 14 for processing a physical quantity signal (voltage signal) detected by the second detection element.
  • a second filter low-pass filter 15
  • the processor controls the actuator based on the signals output through the first and second filters, analyzes the frequency component of the signal output from the first filter, and It is determined whether a physical quantity having a detuning frequency component indicating a difference between a frequency in the driving direction of the second detection element and a frequency in the detection direction of the second detection element is applied, and the physical quantity having the frequency component
  • a signal component analysis unit (signal component analysis unit 10) that outputs an output stop signal when it is determined that the signal is applied, and when the stop signal is output from the signal component analysis unit, the processor
  • An internal state determination unit (internal state determination unit 36) that makes a transition to a state in which control is not performed.
  • the sensor system 34 has the same configuration as the sensor module 1 including the acceleration sensor unit 2 and the physical quantity sensor unit 3 and the sensor system 34 illustrated in FIG. 6 including the ECU 35.
  • the ECU 35 is provided with a signal component analysis unit 10 and an internal state determination unit 36 as in FIG. 6 of the second embodiment.
  • the sensor module 1 includes an acceleration sensor unit 2 and a physical quantity sensor unit 3.
  • the sensor system 34 shown in FIG. 7 is different from the sensor system 34 shown in FIG. A connection line to which the signal component analysis unit 10 is connected is deleted.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the sensor response in the acceleration sensor unit 2 shown in FIG. 7 and the characteristics of the low-pass filter 8.
  • the detuning frequency of the physical quantity sensor unit 3 is about 500 Hz
  • a sensor response (frequency characteristic) having a peak at 500 Hz is obtained as shown in FIG.
  • the cut-off of the low-pass filter 8 in the acceleration sensor unit 2 is lower than the detuning frequency, that is, when it has the characteristics indicated by LPF-A in the figure, as described in the first and second embodiments. Therefore, it is necessary to determine whether to apply the detuning frequency using a signal preceding the low-pass filter 8, that is, a signal output from the signal processing unit 7.
  • the cutoff of the output characteristic of the low-pass filter 8 in the acceleration sensor unit 2 is higher than the detuning frequency, that is, when it has the characteristic of LPF-B in the figure, the signal before being input to the low-pass filter 8 is signaled. It is not necessary to have a configuration for inputting to the component analysis unit 10.
  • the sensor system 34 is configured to input the output of the acceleration sensor unit 2 to the signal component analysis unit 10, and is similar to the signal component analysis unit 10 shown in FIG. 1 of the first embodiment.
  • the internal state determination unit 36 can determine whether or not the detuning frequency is applied.
  • the signal is strongly related as shown in the first embodiment, which is preferable. However, it may be a different physical quantity such as pressure.
  • the present invention is suitable for a technique for preventing an abnormal output value by detecting an angular velocity in the vicinity of a detuning frequency in a sensor that detects acceleration from the outside and a physical quantity other than acceleration from the outside.

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Abstract

　センサモジュールの調整コストを抑えながらセンサの信頼性や精度を確保する。信号成分解析部１０は、信号処理部７から出力されるローパスフィルタ８を通過する前の信号を受け、物理量に関する脆弱周波数の印加が一定レベル以上で発生しているかどうかを解析し、脆弱周波数の印加が一定レベル以上の場合、出力信号制御部９，１６に出力停止信号を出力する。出力信号制御部９，１６は、信号成分解析部１０から出力された制御信号を受けて、信号処理部７，１４を経てローパスフィルタ８，１５によってノイズが除去された加速度信号、および物理量信号の出力を停止する。

Description

センサモジュール、およびセンサシステム
　本発明は、各種の物理量を検出するセンサの測定技術に関し、特に、入力物理量に対して離調周波数帯域を持つセンサの異常値出力や故障誤診断の防止に有効な技術に関する。
　慣性量センサや圧力センサなどの物理量を計測して電気信号に変換するセンサのうち、機械的な変位を検出原理とするセンサにおいては、一般にその機械部の共振周波数での振動印加によって定常状態とは異なるふるまい（振動モード）が発生する。
　このため、このような固有の周波数を離調周波数と呼び、この周波数での振動印加に対してロバストな設計をすることが、センサの信頼性向上に重要である。
　たとえば、角速度センサのうち、いわゆるコリオリ効果を原理として用いたものは、一般に、質量マスを駆動方向に共振周波数で振動させ、その質量マスに角速度が印加された際に、駆動方向と直交関係にある方向に発生するコリオ力を質量マスの変位から検出し、これを電気信号として出力する構成からなっている。この時駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数との差が離調周波数である。
　上述したコリオリ効果の原理を用いた角速度センサでは、離調周波数近傍での角速度印加によって、マスの検出方向への変位が離調周波数よりも低い帯域、すなわちセンサとして必要な帯域への角速度印加時の変位よりも大きくなることが知られており、回路内での信号の飽和や、常用レンジ外の信号レベルが発生することによりセンサの自己診断機能の故障誤診断を引き起こしてしまう可能性がある。
　図９は、離調周波数がない（すなわち、駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数が一致している）角速度センサの入力角速度周波数に対するオープン回路出力特性を示した図であり、図１０は、離調周波数を約５００Ｈｚに持つ同図である。
　図９に示す離調周波数を持たない状態の角速度センサの場合、その出力は、ある周波数まではフラットな信号強度特性を示し、それ以降はゲインが下がる特性を示す。これに対して、図１０に示す離調周波数を持つ角速度センサでは、離調周波数帯域にピークを持つ周波数特性を示す。これは、印加された角速度の周波数と、駆動方向の周波数の和が検出方向の共振周波数に近づくためである。
　駆動方向の共振周波数と検出方向の共振周波数を同一にすることで離調周波数をなくし、上記した問題を解決するための技術として、検出方向の質量マスに直流での力を印加し、検出方向の共振周波数を変化させる技術が一般に知られている。
　また、この種の角速度センサにおいて、ゲインの大きい離調周波数帯域の信号が出力されるのを防ぐ技術としては、たとえば、センサの所望の帯域のゲインを維持しつつ、離調周波数のゲインのみを下げるフィルタ構成としてバターワースフィルターとチェビシェフフィルターを直列に接続するものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００８－２５６６６８号公報
　ところが、上記のような角速度センサにおける離調周波数の調整技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
　たとえば、角速度センサの離調周波数をなくすために検出方向の質量マスに直流での力を印加する構成においては、個体ごとにばらつきを有する離調周波数の調整のため、センサ毎に個別に離調周波数を測定し、印加電圧の値を設定する必要があった。そのため、センサ個体でばらつく離調周波数の調整に多大な調整コストがかかってしまうという問題がある。さらに、センサが使用される期間全域にわたってこれを維持する必要があるため、センサの調整や性能維持に高いコストがかかってしまうという問題が生じる。
　また、センサの所望の帯域のゲインを維持しつつ、離調周波数帯域のゲインのみを下げるフィルタ構成を実装する技術においては、フィルタ段よりも前段での信号飽和による異常値の出力や故障誤診断が発生し、信頼性が低下する恐れがある。
　これに対し、飽和の発生を抑制すべく回路の信号最大値を離調周波数発生時の信号強度に合わせた場合は、センサとして本来所望していた帯域での解像度、いわゆるダイナミックレンジが劣化し、センサの精度が低下する恐れがある。すなわち、上記構成においては、センサとしての信頼性確保と精度がトレードオフの関係となっていた。
　本発明の目的は、センサの調整コストを抑えつつ、センサの信頼性や精度を確保することのできる技術を提供することにある。
　本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
　本発明は、外部からの加速度を検出する第１の検出エレメントと、該第１の検出エレメントが検出した加速度信号を処理する加速度信号処理部と、該加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタと、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメントと、該第２の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第１の物理量信号処理部と、該第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタと、加速度信号処理部が処理した信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、該離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部と、該信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、第１のフィルタから出力される信号の出力を停止する第１の出力制御部と、信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、第２のフィルタから出力される信号の出力を停止する第２の出力制御部とを有するものである。
　また、本発明は、第１、および第２の出力制御部が、信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、信号出力が停止したことを示す信号フラグを出力するものである。
　さらに、本発明は、第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度よりなるものである。
　また、本発明は、加速度信号処理部、第１、および第２のフィルタ、信号成分解析部、第１、および第２の出力制御部、および第１の物理量信号処理部が、１つの半導体チップ上に形成されているものである。
　さらに、本発明は、加速度以外の物理量を検出する第３の検出エレメントと、該第３の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第２の物理量信号処理部と、該第２の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第３のフィルタと、信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、第３のフィルタから出力される信号の出力を停止する第３の出力制御部とをさらに有するものである。
　また、本発明は、加速度信号処理部、第１のフィルタ、第１の出力制御部、および信号成分解析部が形成された第１の半導体チップと、第１の物理量信号処理部、第２のフィルタ、および第２の出力制御部が形成された第２の半導体チップとを有し、第１の半導体チップは、第２の半導体チップとボンディングワイヤによって接続され、信号成分解析部から出力された出力停止信号をボンディングワイヤを介して第２の出力制御部に伝達するものである。
　また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
　本発明は、外部からの加速度を検出する第１の検出エレメントと、該第１の検出エレメントが検出した加速度信号を処理する加速度信号処理部と、該加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタと、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメントと、該第２の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第１の物理量信号処理部と、該第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタとを有するセンサモジュールと、第１、および第２のフィルタを介して出力された信号に基づいて、アクチュエータを制御するプロセッサとを有し、該プロセッサは、第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタと、加速度信号処理部が処理した信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、その離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部と、信号成分解析部から停止信号が出力された際に、プロセッサがアクチュエータの制御を行わない状態に遷移させる内部状態決定部とを有するものである。
　さらに、本発明は、外部からの加速度を検出する第１の検出エレメントと、該第１の検出エレメントが検出した加速度信号を処理する加速度信号処理部と、該加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタと、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメントと、該第２の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第１の物理量信号処理部と、第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタとを備えたセンサモジュールと、第１、および第２のフィルタを介して出力された信号に基づいて、アクチュエータを制御するプロセッサとを有し、該プロセッサは、第１のフィルタから出力された信号の周波数成分を解析し、第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、その離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部と、該信号成分解析部から停止信号が出力された際に、プロセッサがアクチュエータの制御を行わない状態に遷移させる内部状態決定部とを有するものである。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
　（１）離調周波数における角速度の検知による異常値出力を防止することができるので、センサモジュールにおける離調周波数の調整などを不要としながら、高精度なセンサモジュールを実現することができる。
　（２）また、上記（１）により、低コストで信頼性の高いセンサモジュールを実現することができる。
　（３）さらに、上記センサモジュールを用いてセンサシステムを構成することにより、該センサシステムにおける信頼性を向上させることができる。
本発明の実施の形態１によるセンサモジュールにおける構成の一例を示すブロック図である。 加速度と他の物理量の関連性の一例を示す説明図である。 図１のセンサモジュールにおける実装形態の一例を示した説明図である。 図３の他の例を示す説明図である。 図１のセンサモジュールにおける他の例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２によるセンサモジュールを用いて構成されたセンサシステムにおける一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態３によるセンサモジュールを用いて構成されたセンサシステムにおける一例を示す説明図である。 図７に示した加速度センサ部におけるセンサ応答とローパスフィルタの特性との関係を示した説明図である。 本発明者が検討した離調周波数がない角速度センサの入力角速度周波数に対するオープン回路出力特性の一例を示した説明図である。 本発明者が検討した離調周波数を５００Ｈｚに持つ角速度センサの入力角速度周波数に対するオープン回路出力特性の一例を示した説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１によるセンサモジュールにおける構成の一例を示すブロック図、図２は、加速度と他の物理量の関連性の一例を示す説明図、図３は、図１のセンサモジュールにおける実装形態の一例を示した説明図、図４は、図３の他の例を示す説明図、図５は、図１のセンサモジュールにおける他の例を示すブロック図である。
　《発明の概要》
　本発明の第１の概要は、外部からの加速度を検出する第１の検出エレメント（加速度検出エレメント４）と、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメント（物理量検出エレメント１１）と、前記第１の検出エレメントが検出した加速度信号（電圧信号）を処理する加速度信号処理部（アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７）と、前記加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタ（ローパスフィルタ８）と、前記加速度信号処理部が処理した信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、前記離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部（信号成分解析部１０）と、前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第１のフィルタから出力される信号の出力を停止する第１の出力制御部（出力信号制御部９）とを有するセンサモジュールである。
　また、センサモジュールは、前記第２の検出エレメントが検出した物理量信号（電圧信号）を処理する第１の物理量信号処理部（アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４）と、前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタ（ローパスフィルタ１５）と、前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第２のフィルタから出力される信号の出力を停止する第２の出力制御部（出力信号制御部１６）とを有している。
　以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
　本実施の形態１において、センサモジュール１は、各種の物理量を検出するモジュールであり、たとえば、自動車などに搭載される横滑り防止装置などに用いられる。
　センサモジュール１は、図１に示すように、加速度センサ部２、および物理量センサ部３から構成されている。加速度センサ部２は、加速度検出エレメント４、アンプ５、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)変換器６、信号処理部７、ローパスフィルタ８、出力信号制御部９、および信号成分解析部１０から構成されている。
　また、物理量センサ部３は、物理量検出エレメント１１、アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４、ローパスフィルタ１５、出力信号制御部１６、および故障診断部１７から構成されている。
　なお、図１では、信号成分解析部１０を加速度センサ部２に設け、故障診断部１７を物理量センサ部３に設けた構成としたが、信号成分解析部１０、および故障診断部１７は、加速度センサ部２、または物理量センサ部３のいずれに設けた構成であってもよい。
　加速度センサ部２において、加速度検出エレメント４は、外部からの加速度を検知する。アンプ５は、加速度検出エレメント４が検知した信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器６は、アンプ５から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
　信号処理部７は、Ａ／Ｄ変換器６から出力されたデジタル信号の信号処理を行う。ローパスフィルタ８は、信号処理部７から出力された信号のうち、低域周波数の信号のみをそれぞれ通過させるフィルタである。
　出力信号制御部９は、信号成分解析部１０からの出力停止信号に基づいて、ローパスフィルタ８から出力される信号の出力制御を行う。信号成分解析部１０は、信号処理部７が解析した解析結果に基づいて、出力信号制御部９，１６に出力停止信号を出力する。
　物理量センサ部３において、物理量検出エレメント１１は、外部からの加速度以外の物理量を検知する。アンプ１２は、物理量検出エレメント１１が検知した信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１３は、アンプ１２から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
　信号処理部１４は、Ａ／Ｄ変換器１３から出力されたデジタル信号の信号処理を行う。ローパスフィルタ１５は、信号処理部１４から出力された信号のうち、低域周波数の信号のみをそれぞれ通過させるフィルタである。
　出力信号制御部１６は、信号成分解析部１０からの出力停止信号に基づいて、ローパスフィルタ１５から出力される信号の出力制御を行う。故障診断部１７は、出力信号制御部９，１６に故障を通知する。
　このセンサモジュール１についての動作を以下に説明する。
　加速度検出エレメント４は、たとえば、加速度の印加によって発生する質量マスの変位を容量変化で捉える静電容量型のエレメントであり、容量変化をＣ／Ｖ(Capacitance to Voltage)変換によって電圧信号に変換する。
　また、物理量検出エレメント１１は、外部からの加速度以外の物理量、たとえば、角速度を検知する。この物理量検出エレメント１１は、加速度検出エレメント４と同様に、物理量の印加によって発生する質量マスの変位を容量変化で捉える静電容量型のエレメントであり、容量変化をＣ／Ｖ変換によって電圧信号に変換する。
　次に、アンプ５，１２にて、加速度検出エレメント４と物理量検出エレメント１１のそれぞれの電気信号を適切なレベルに変換する。ただし、一般に、アンプには入力信号の許容できる信号レベル(以下、「レンジ」と呼ぶ)があり、レンジを上回る信号が入力されると飽和と呼ばれる現象が起こり、アンプ５，１２の出力は線形性を失う。
　このため、信号レンジは、加速度検出エレメント４、および物理量検出エレメント１１からの信号によって飽和しない範囲に調整されている必要がある。また、アンプ５，１２のレンジが可変であれば、センサとしての出力範囲もまた可変になるため、アンプ５，１２のレンジは可変構成となっていてもよい。
　アンプ５，１２からそれぞれ出力された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器６，１３によって信号レベルがデジタル値にそれぞれ変換される。これによって、後段の信号処理部７，１４がデジタル化することができ、低コストかつ高精度な信号処理を実現可能にする。
　このとき、Ａ／Ｄ変換器６，１３はどのような構成であってもよく、いわゆるフラッシュ型、パイプライン型、逐次比較型、デルタシグマ型とアーキテクチャは問わない。
　次に、Ａ／Ｄ変換器６，１３を経たデジタル信号は、信号処理部７，１４にそれぞれ送られ、該信号処理部７，１４によってセンサ出力値として適切な信号に処理される。まず、Ａ／Ｄ変換器６，１３を経た信号が何らかの変調を受けている場合は、ここで復調を行う。たとえば、キャリア信号が重畳されている場合は、この信号処理部７，１４においてキャリア信号の同期検波とフィルタリングを行い、ベースバンド信号に復調する。
　次に、温度変化に対する補償、ゼロ点の補正、および感度の補正などの出力信号整形を実施する。以上の信号処理は、たとえば、専用のＬＳＩ(Large Scale Integration)などの半導体集積回路装置によって構成されていてもよく、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)とそれに対応した書き換え可能なソフトウェアからなっていてもよい。
　信号成分解析部１０は、信号処理部７から出力される信号を受け、物理量に関する離調周波数を有する物理量が印加されているかを解析する。離調周波数とは、物理量検出エレメント１１の駆動方向の周波数と該物理量検出エレメント１１の検出方向の周波数との差を示す周波数成分である。
　物理量検出エレメント１１が離調周波数を有する場合、印加された角速度の周波数と、駆動方向の周波数の和が検出方向の共振周波数に近づいてしまうために、離調周波数帯域にセンサ出力のピークを有する周波数特性となってしまう。これにより、センサモジュール１から異常値が出力される恐れがある。
　ここで、物理量検出エレメント１１が角速度の検出ではなく、圧力を検出する場合には、信号成分解析部１０は離調周波数ではなく、共振周波数が印加されているかを解析する。
　離調周波数の印加判断を行うため、一般には、信号成分解析部１０は、信号処理部７によって信号復調後のベースバンド信号を解析することが好適であるが、信号処理部７によって一切処理が行われていない信号から解析を行ったり、信号処理部７を一切経由せず、Ａ／Ｄ変換器６からの出力を直接解析したりする構成となっていてもよい。
　また、信号成分解析部１０のために独立したＡ／Ｄ変換器（図示せず）を設ける構成や、独立したアンプ（図示せず）を設けた構成でもよく、これらから直接、信号成分解析部１０に信号を与えてもよい。
　さらに、信号処理部７と信号成分解析部１０は物理的に異なる回路である必要はなく、単一のＬＳＩなどの半導体集積回路装置の中に両者が存在してもよい。また、ＤＳＰのソフトとして信号処理部７と信号成分解析部１０とが実現されていてもよい。
　信号成分解析部１０は、加速度検出エレメント４のデジタル信号を用いて、加速度以外の物理量に離調周波数成分が一定値以上含まれているかどうかを判定する。
　ここで、この原理について、図２を用いて説明する。図２は、加速度と他の物理量の関連性の一例を示す説明図である。
　共通基板１８には、センサモジュールパッケージ１９が搭載されている。センサモジュールパッケージ１９は、センサモジュール１を搭載したパッケージである。この場合、共通基板１８は、たとえば、自動車の場合には、シャーシなどに相当する。また、図示するように、センサモジュールパッケージ１９の左側には、加速度センサ部２が配置されており、その右側に、物理量センサ部３が配置されている。
　今、物理量を角速度としてとらえた場合、共通基板１８に図２に示す矢印方向に角速度が印加された時、物理量センサ部３には角速度ω(rad/s)が観測される。また、このとき同時に加速度センサ部２には、Ｆ＝ｍｒω２の遠心力が印加される。
　ここで、ｍは加速度センサ部２の加速度検知マスの質量、ｒは基板の回転中心ＣＥＮと加速度センサ部２の重心との距離Ｌ(＝回転半径)である。すなわち、印加される角速度で発生する遠心力の軸方向に加速度センサ部２の感度があれば、たとえ共通基板１８の回転中心ＣＥＮと加速度センサ部２の重心との距離Ｌが不明であっても、角速度の印加有無は加速度センサ部２において検知することができ、さらには、その周波数成分も加速度センサ部２の解析によって明らかにすることができる。
　なお、図２では、加速度センサ部２と、加速度以外の物理量センサ部３を１つのセンサモジュールパッケージ１９内に収める構造としたが、加速度センサ部２、ならびに加速度以外の物理量センサ部３は同一パッケージ内に必ずしもおさめる必要はなく、共通基板１８上にあればよい。
　また、共通基板１８は、たとえば、プリント基板や筺体などの物理量(ここでは、慣性量)が同一に印加されるものであれば、特段の限定はされない。
　なお、ここで加速度センサ部２の解析では、たとえば、周波数成分を計算するフーリエ解析(ＦＦＴ: Fast Fourier Transform)を行い、離調周波数帯域の成分がどの程度含まれているのかを離散時間Ｔ毎に判断し、一定のしきい値を超えているかどうかを判定するものが考えられる。
　また、別の解析手法としては、短時間でも低周波帯域を精度よく分析できるウェーブレット解析や、ＢＰＦ(Band Pass Filter)と信号レベル判定を組み合わせた単純な解析手法などがあり、離調周波数での物理量が印加されていることが判断できれば、いかなる解析手法であってもよい。
　説明を図１に戻し、信号成分解析部１０は、物理量の離調周波数成分の印加が一定値を超えていると判断した場合、出力停止信号を出力信号制御部９，１６にそれぞれ出力する。出力信号制御部９，１６は、信号成分解析部１０から出力された出力停止信号を受けて、信号処理部７，１４を経てローパスフィルタ８，１５によってノイズが除去された加速度信号、および物理量信号の出力を停止する。
　なぜなら、離調周波数成分での物理量が印加されている時は、回路内部での飽和が発生している可能性が高く、センサ信号としての信頼性が確保できない。従って、不安定な信号をあえて出力しないというアプローチが、システム全体としての安全性を高めることになる。
　また、このとき出力信号制御部９，１６は、ローパスフィルタ８，１５からの信号出力を停止するのではなく、信号の一時的な停止（以下、サスペンドと呼ぶ）であることを通知する信号フラグ（たとえば、連続した’１’の信号）を出力してもよい。
　このことは、センサモジュール１を利用する側のシステムに離調周波数での物理量印加によるごく短時間の一時的な信号出力のサスペンドであることを通知することで、システムがこのセンサ出力のサスペンドに対応した処理を実施することができ、システム全体の信頼性向上に貢献する。
　そのほか、信号成分解析部１０によって物理量の離調周波数成分の印加が一定値を超えていると判断された場合は、物理量検出エレメント１１やアンプ１２のゲインを落としたり、Ａ／Ｄ変換器６のレンジを広げたりといった精度の劣化を許容してもセンサとしての機能を維持するアプローチや、背景技術に示したようにコリオリ効果を原理に用いる角速度センサであれば、駆動方向の振幅を落とし(駆動電圧を下げ)、飽和の発生を抑えることでも前述した機能維持を実現できる。この時、外部には非定常状態であることを通知してもよい。
　故障診断部１７は、センサモジュール１内のアナログ信号やデジタル信号など信号を監視し、異常を検出すると出力信号制御部９，１６に故障を通知する回路である。この故障診断部１７は、ハードウェア以外に、たとえば、プログラムなどによって構成するようにしてもよい。
　さて、信号成分解析部１０によって物理量の離調周波数成分の印加が一定値を超えていると判断された場合は、この故障診断部１７に判断結果を通知し、故障診断部１７によって内部信号値が異常値であってもセンサの故障と診断しないように指示することも可能である。
　このことは、物理量の離調周波数成分の印加という、原因が明らかになっている一時的な信号異常でセンサが故障と診断されることを防ぎ、センサの交換サイクルを延ばすことに寄与する。
　なお、ここで出力信号制御部９，１６をローパスフィルタ８，１５の後段に接続する構成は１つの例であり、信号を停止したりフラグを付与したりする箇所は回路内のいかなる場所にあってもよく、また、一定時間、物理量検出エレメント１１に印加するキャリア信号を停止するなど、間接的な信号停止を行う仕組みで構成されていてもよい。
　なお、以上の加速度センサと角速度センサの関係性を離調周波数印加の検知原理に使用している関係上、加速度だけが離調周波数帯域で印加された場合、すなわち外乱の発生時にも、センサのサスペンドは発生し得る。
　従って、離調周波数が加速度の周波数成分のうち、必要な周波数帯域よりも広く、かつ外乱の発生しにくい周波数帯になるように物理量検出エレメント１１を設計することが好適である。
　また、物理量検出エレメント１１の変位を抑制するサーボ回路を構成することで、物理量検出エレメント１１の変位量に対する出力信号の線形性が向上することが一般に知られており、図１に示したセンサモジュール１の回路構成にフィードバックパスを追加したサーボ回路を構成してもよい(図示せず)。ただし、サーボ系では、その応答周波数が離調周波数帯域よりも高くなるように構成する必要がある。
　図３は、センサモジュール１における実装形態の一例を示した説明図である。
　センサモジュール１は、図１に示すように、アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７、ローパスフィルタ８、出力信号制御部９、信号成分解析部１０、アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４、ローパスフィルタ１５、出力信号制御部１６、および故障診断部１７が形成された半導体チップ２０に、加速度検出エレメント４と物理量検出エレメント１１とが接続された構成からなる。
　加速度検出エレメント４は、ボンディングワイヤ２１を介して半導体チップ２０と接続されており、物理量検出エレメント１１は、ボンディングワイヤ２２を介して半導体チップ２０と接続されている。
　図４は、図３の他の例を示す説明図である。
　この場合、図３と異なる点は、アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７、ローパスフィルタ８、出力信号制御部９、および信号成分解析部１０が形成された半導体チップ２３と、アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４、ローパスフィルタ１５、出力信号制御部１６、ならびに故障診断部１７が形成された半導体チップ２４とを有する２チップ構成からなるところである。
　そして、半導体チップ２３には、ボンディングワイヤ２５を介して加速度検出エレメント４が接続されており、半導体チップ２４には、ボンディングワイヤ２６を介して物理量検出エレメント１１が接続されている。
　また、半導体チップ２３と半導体チップ２４とは、ボンディングワイヤ２７，２８を介してそれぞれ接続されている。ボンディングワイヤ２７は、半導体チップ２３に形成された信号成分解析部１０から出力される出力停止信号を出力信号制御部１６に伝達する信号線であり、ボンディングワイヤ２８は、半導体チップ２４に形成された故障診断部１７から出力される故障を通知する信号を伝達する信号線である。
　信号成分解析部１０から出力された出力停止信号は、半導体チップ２３に形成されている出力信号制御部９に入力されると共に、ボンディングワイヤ２７を介して半導体チップ２４に形成されている出力信号制御部１６に入力される。
　また、故障診断部１７から出力される故障を通知する信号は、半導体チップ２４に形成されている出力信号制御部１６に入力されると共に、ボンディングワイヤ２８を介して半導体チップ２３に形成されている出力信号制御部９に入力される。
　図３に示した構成の場合、アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７、ローパスフィルタ８、出力信号制御部９、信号成分解析部１０、アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４、ローパスフィルタ１５、出力信号制御部１６、および故障診断部１７を１つの半導体チップ２０に形成することにより、図４に示した構成に比べてボンディングワイヤ２７，２８や、半導体チップ２３，２４に形成される該ボンディングワイヤをボンディングする際に必要なボンディング電極を不要とすることができる。
　さらに、ボンディングワイヤのボンディング作業も不要となるので、低コスト化することができる。
　また、図３の構成では、信号処理部７を共有化することにより、信号処理部１４を不要とすることも可能であるので、その場合には、チップ面積の低減が可能であり、センサモジュール１の小型化、および一層の低コスト化を行うことができる。
　さらに、図３においては、半導体チップ２３にボンディングワイヤ２１，２２を介して加速度検出エレメント４、ならびに物理量検出エレメント１１を接続する構成としたが、たとえば、加速度検出エレメント４、および物理量検出エレメント１１を半導体チップ２３に形成するようにしてもよい。このような構成にすることにより、寄生成分由来のノイズを削減することもできる。
　また、図４に示した構成は、コスト面から好適でないが、本実施例を実施する上では十分であり、本実装方式による本例の行使は選択肢の一つといえる。
　ここまでは、内部信号がデジタルにて処理される場合について示したが、たとえば、図５に示すように、内部信号が全てアナログのまま処理される形態であってもよい。
　この場合、センサモジュール１ａは、図５に示すように、加速度センサ部２ａ、および物理量センサ部３ａから構成されている。加速度センサ部２ａは、加速度検出エレメント４、アンプ５、信号処理部７ａ、ローパスフィルタ８ａ、帯域通過フィルタ２９、振幅検出器３０、および出力切り替えスイッチ３２から構成されている。
　また、物理量センサ部３ａは、物理量検出エレメント１１、アンプ１２、信号処理部１４ａ、ローパスフィルタ１５ａ、中断信号生成部３１、ならびに出力切り替えスイッチ３３から構成されている。
　なお、図５においても、振幅検出器３０を加速度センサ部２ａに設け、中断信号生成部３１を物理量センサ部３ａに設けた構成としたが、振幅検出器３０、または中断信号生成部３１ａは、加速度センサ部２ａ、または物理量センサ部３ａのいずれかに設けられていればよい。
　出力切り替えスイッチ３２の一方の入力部には、ローパスフィルタ８ａの出力部が接続されており、該出力切り替えスイッチ３２の他方の入力部には、中断信号生成部３１の出力部が接続されている。
　また、出力切り替えスイッチ３３の一方の入力部には、ローパスフィルタ１５ａの出力部が接続されており、該出力切り替えスイッチ３３の他方の入力部には、中断信号生成部３１の出力部が接続されている。
　出力切り替えスイッチ３２は、振幅検出器３０から出力される判断結果に基づいて、ローパスフィルタ８ａから出力される信号、または中断信号生成部３１から出力される信号のいずれかを切り換えて出力する。
　出力切り替えスイッチ３３は、振幅検出器３０から出力される判断結果に基づいて、ローパスフィルタ１５ａから出力される信号、または中断信号生成部３１から出力される信号のいずれかを切り換えて出力する。
　センサモジュール１ａにおいて、信号がアナログで処理される場合には、離調周波数帯域の信号が印加されているかどうかを判断するために、たとえば帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）２９と振幅検出器３０による構成が考えられる。
　すなわち、帯域通過フィルタ２９では、離調周波数帯域の信号のみを通過させ、振幅検出器３０では信号の２乗と、その信号値のしきい値判断を行うことで、加速度以外の物理量にかかる離調周波数の印加有無が判断可能になる。
　この後、中断状態であることを示す中断信号生成部３１からの信号と、ローパスフィルタ８ａ，１５ａからの信号を選択する出力切り替えスイッチ３２，３３を、振幅検出器３０から出力される信号に応じて切り替えることにより、離調周波数印加時のサスペンドを実現する。
　このとき、中断信号生成部３１から出力される信号はグランド（基準電位）レベルの信号や、特定周期の信号など、通常時の出力と区別がつくものであればよく、信号を特に限定するものではない。
　また、出力切り替えスイッチ３２，３３は必ずしも必要ではなく、振幅検出器３０の出力をそのまま外部に出力し、これを通じてセンサを利用するシステム側にサスペンドを通知する構成であってもよい。
　それにより、本実施の形態１によれば、ローパスフィルタ８を通過する前の広帯域な加速度信号の信号周波数成分から、物理量検出エレメント１１に特有の離調周波数成分を持つ物理量が印加されていることを検出することができるので、離調周波数の印加が一定レベルを超える時のみセンサ出力を一時的に停止しこれを通知することができる。
　よって、コストのかかる離調周波数の調整などを不要としながら、異常値の出力や、故障誤診断などを引き起こしたりすることのない高信頼なセンサモジュール１を実現することができる。
　なお、本実施の形態１では、センサモジュール１が加速度センサ部２、および物理量センサ部３から構成されている場合について記載したが、故障診断部１７を除いた物理量センサ部３を複数個有した構成としてもよい。この場合においても、複数の物理量センサ部３は、信号成分解析部１０から出力される出力停止信号に基づいて、物理量信号の出力を停止する。
　（実施の形態２）
　図６は、本発明の実施の形態２によるセンサモジュールを用いて構成されたセンサシステムにおける一例を示す説明図である。
　《発明の概要》
　本発明の第２の概要は、センサシステム（センサシステム３４）が、プロセッサ（ＥＣＵ３５）、およびセンサモジュール（センサモジュール１）から構成されている。
　センサモジュールは、外部からの加速度を検出する第１の検出エレメント（加速度検出エレメント４）と、前記第１の検出エレメントが検出した加速度信号（電圧信号）を処理する加速度信号処理部（アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７）と、前記加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタ（ローパスフィルタ８）と、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメント（物量検出エレメント１１）と、前記第２の検出エレメントが検出した物理量信号（電圧信号）を処理する第１の物理量信号処理部（アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４）と、前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタ（ローパスフィルタ１５）とを有するものである。
　また、プロセッサは、前記第１、および前記第２のフィルタを介して出力された信号に基づいて、アクチュエータの制御動作を行い、前記加速度信号処理部が処理した信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、前記周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部（信号成分解析部１０）と、前記信号成分解析部から停止信号が出力された際に、前記プロセッサが前記アクチュエータの制御動作を行わない状態に遷移させる内部状態決定部（内部状態決定部３６）とを有するものである。
　以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
　本実施の形態２においては、センサモジュール１を用いたセンサシステム３４の一例について説明する。この場合、センサシステム３４は、たとえば、自動車の横滑り防止し装置に用いられるシステムである。
　センサシステム３４は、図６に示すように、センサモジュール１、およびＥＣＵ(Electronic Control Unit)３５から構成されている。自動車には、ナビゲーションシステムやオーディオなどの情報系、エンジンやシャーシなどのパワートレイン系、あるいはエアコンやヘッドライト、ドアロックなどのボディ系などの各種制御を司るＥＣＵが多数搭載されており、ＥＣＵ３５は、多数搭載された半導体集積回路装置のうちの１つである。
　この場合、ＥＣＵ３５は、たとえば、自動車のブレーキを動作させる油圧ポンプユニットなどのアクチュエータに接続されており、自動車が横滑りした際などに該油圧ポンプユニットなどのアクチュエータを制御してブレーキを動作を制御する。
　図６に示すセンサモジュール１は、図１と同様に、加速度センサ部２、および物理量センサ部３から構成されている。加速度センサ部２は、加速度検出エレメント４、アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７、ならびにローパスフィルタ８から構成されており、図１のセンサモジュール１と異なるところは、信号成分解析部１０をＥＣＵ３５に設けた点と出力信号制御部９を削除した点である。
　また、物理量センサ部３は、物理量検出エレメント１１、アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４、およびローパスフィルタ１５からなり、図１のセンサモジュール１と異なるところは、出力信号制御部１６と故障診断部１７とをそれぞれ削除した点である。図６のセンサモジュール１における他の構成については、図１と同様であるので、説明は省略する。
　ＥＣＵ３５には、加速度センサ部２から出力される信号（ローパスフィルタ８を介して出力される加速度信号）、および物理量センサ部３から出力される信号（ローパスフィルタ１５を介して出力される加速度以外の物理量信号）がそれぞれ入力されるように接続されており、これらの信号に基づいて該ＥＣＵ３５は、横滑り防止の制御を行う。
　また、ＥＣＵ３５には、前述したように信号成分解析部１０が設けられており、その他に内部状態決定部３６を備えている。信号成分解析部１０では、信号処理部７から出力された信号（ローパスフィルタ８に入力される前の信号）が入力されるように接続されている。
　内部状態決定部３６は、信号成分解析部１０の解析結果に応じて内部状態の切り替えを変更するものであり、図１の出力信号制御部９，１６に相当する。
　ここで、信号成分解析部１０、および内部状態決定部３６は、ＥＣＵ３５に設けられたＤＳＰ、およびそれに対応したソフトウェアから構成されている。また、内部状態の切り替えとは、たとえば、センサモジュール１の出力する信号が利用可能な第１の状態（すなわち、出力値の信頼性がある状態）と、センサモジュール１の出力する信号が利用不可能な第２の状態の相互の遷移を指す。
　第１の状態の場合、たとえば、内部状態決定部３６は、センサ出力値を用いたブレーキ制御などを行い、第２の状態にあるとき、該内部状態決定部３６は、ブレーキ制御を一切行わない、とすることでセンサシステム３４の信頼性、ならびに安全性を確保することができる。
　なお、内部状態決定部３６の状態遷移を決定する条件は動的に変更されてもよいし、あらかじめ変更できないメモリなどに記録されていてもよい。また、内部状態を表示する表示部を備えていてもよい。
　それにより、本実施の形態２においても、高信頼なセンサモジュール１を実現することができる。
　また、センサシステム３４を複雑な構成にすることなく、ＥＣＵ３５のソフトウェアの変更のみで対応することができるので、センサシステム３４全体のコスト上昇を抑制することができる。
　なお、センサシステム３４では、特に物理量検出エレメント１１の検出する物理量が角速度であるので実施の形態１に示したように信号に強い関連があるため、好適である。しかし、圧力などの異なる物理量であってもよい。
　（実施の形態３）
　図７は、本発明の実施の形態３によるセンサモジュールを用いて構成されたセンサシステムにおける一例を示す説明図、図８は、図７に示した加速度センサ部におけるセンサ応答とローパスフィルタの特性との関係を示した説明図である。
　《発明の概要》
　本発明の第３の概要は、センサシステムが、プロセッサと、センサモジュールとから構成されている。
　センサモジュールは、外部からの加速度を検出する第１の検出エレメント（加速度検出エレメント４）と、前記第１の検出エレメントが検出した加速度信号（電圧信号）を処理する加速度信号処理部（アンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７）と、前記加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタ（ローパスフィルタ８）と、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメント（物量検出エレメント１１）と、前記第２の検出エレメントが検出した物理量信号（電圧信号）を処理する第１の物理量信号処理部（アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３、信号処理部１４）と、前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタ（ローパスフィルタ１５）とを有している。
　また、プロセッサは、前記第１、および前記第２のフィルタを介して出力された信号に基づいて、アクチュエータを制御し、前記第１のフィルタから出力された信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、前記周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部（信号成分解析部１０）と、前記信号成分解析部から停止信号が出力された際に、前記プロセッサが前記アクチュエータの制御を行わない状態に遷移させる内部状態決定部（内部状態決定部３６）とを有する。
　以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
　本実施の形態３においては、ローパスフィルタ８，１５（図６）におけるフィルタ特性のカットオフが離調周波数よりも高い場合のセンサシステム３４の構成の一例について説明する。
　センサシステム３４は、図７に示すように、加速度センサ部２と物理量センサ部３とからなるセンサモジュール１、およびＥＣＵ３５からなる図６のセンサシステム３４と同様の構成からなる。
　また、ＥＣＵ３５には、前記実施の形態２の図６と同様に、信号成分解析部１０、および内部状態決定部３６が設けられている。センサモジュール１は、加速度センサ部２と物理量センサ部３とから構成されており、図７に示すセンサシステム３４が、図６に示したセンサシステム３４と異なる点は、信号処理部７とＥＣＵ３５の信号成分解析部１０とが接続される接続線が削除されているところである。
　図７に示すセンサシステム３４におけるその他の構成については、図６のセンサシステム３４と同様であるので、説明は省略する。
　図８は、図７に示した加速度センサ部２におけるセンサ応答とローパスフィルタ８の特性との関係を示した説明図である。
　たとえば、物理量センサ部３の離調周波数が５００Ｈｚ程度であるとき、図８に示すように、５００Ｈｚにピークを持つセンサ応答（周波数特性）になる。このとき、加速度センサ部２におけるローパスフィルタ８のカットオフが離調周波数よりも低い時、すなわち、図中ＬＰＦ－Ａに示す特性を持つ時は、前記実施の形態１、２において示したように、ローパスフィルタ８よりも前段の信号、すなわち、信号処理部７から出力された信号を用いて離調周波数印加の判断を行う必要がある。
　しかし、加速度センサ部２におけるローパスフィルタ８の出力特性のカットオフが離調周波数よりも高い時、すなわち図中ＬＰＦ－Ｂの特性を持つ時は、ローパスフィルタ８に入力される前の信号を信号成分解析部１０に入力する構成とする必要はない。
　この場合、センサシステム３４は、図７に示したように、加速度センサ部２の出力を信号成分解析部１０に入力する構成とし、前記実施の形態１の図１に示す信号成分解析部１０同様の解析処理を実施することで、内部状態決定部３６が離調周波数の印加有無を判断することが可能である。
　換言すると、ローパスフィルタ８における出力特性と物理量センサ部３のセンサ応答の関係をローパスフィルタ８の出力特性のカットオフが離調周波数よりも高くなるように、センサシステム３４を構成することで、該センサシステム３４におけるＥＣＵ３５内のソフトウェアの変更のみで対応することができる。
　この時、特に物理量センサ部３の検出する物理量が角速度である時、実施の形態１に示したように信号に強い関連があるため、好適である。しかし、圧力など、異なる物理量であってもよい。
　それにより、本実施の形態３においても、低コストで信頼性の高いセンサシステム３４を実現することができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　本発明は、外部からの加速度、外部からの加速度以外の物理量を検知するセンサにおける離調周波数近傍の角速度の検知による異常出力値の防止技術に適している。
１　センサモジュール
１ａ　センサモジュール
２　加速度センサ部
２ａ　加速度センサ部
３　物理量センサ部
３ａ　物理量センサ部
４　加速度検出エレメント
５　アンプ
６　Ａ／Ｄ変換器
７　信号処理部
７ａ　信号処理部
８　ローパスフィルタ
８ａ　ローパスフィルタ
９　出力信号制御部
１０　信号成分解析部
１１　物理量検出エレメント
１２　アンプ
１３　Ａ／Ｄ変換器
１４　信号処理部
１４ａ　信号処理部
１５　ローパスフィルタ
１５ａ　ローパスフィルタ
１６　出力信号制御部
１７　故障診断部
１８　共通基板
１９　センサモジュールパッケージ
２０　半導体チップ
２１　ボンディングワイヤ
２２　ボンディングワイヤ
２３　半導体チップ
２４　半導体チップ
２５　ボンディングワイヤ
２６　ボンディングワイヤ
２７　ボンディングワイヤ
２８　ボンディングワイヤ
２９　帯域通過フィルタ
３０　振幅検出器
３１　中断信号生成部
３２　出力切り替えスイッチ
３３　出力切り替えスイッチ
３４　センサシステム
３５　ＥＣＵ
３６　内部状態決定部

Claims (16)

  1. 　外部からの加速度を検出する第１の検出エレメントと、
    　前記第１の検出エレメントが検出した加速度信号を処理する加速度信号処理部と、
    　前記加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタと、
    　加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメントと、
    　前記第２の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第１の物理量信号処理部と、
    　前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタと、
    　前記加速度信号処理部が処理した信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、前記離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部と、
    　前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第１のフィルタから出力される信号の出力を停止する第１の出力制御部と、
    　前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第２のフィルタから出力される信号の出力を停止する第２の出力制御部とを有することを特徴とするセンサモジュール。
  2. 　請求項１記載のセンサモジュールにおいて、
    　前記第１、および前記第２の出力制御部は、前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、信号出力が停止したことを示す信号フラグを出力することを特徴とするセンサモジュール。
  3. 　請求項１記載のセンサモジュールにおいて、
    　前記第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度であることを特徴とするセンサモジュール。
  4. 　請求項１記載のセンサモジュールにおいて、
    　前記加速度信号処理部、前記第１、および前記第２のフィルタ、前記信号成分解析部、前記第１、および前記第２の出力制御部、および前記第１の物理量信号処理部が、１つの半導体チップ上に形成されていることを特徴とするセンサモジュール。
  5. 　請求項１記載のセンサモジュールにおいて、
    　加速度以外の物理量を検出する第３の検出エレメントと、
    　前記第３の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第２の物理量信号処理部と、
    　前記第２の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第３のフィルタと、
    　前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第３のフィルタから出力される信号の出力を停止する第３の出力制御部とをさらに有することを特徴とするセンサモジュール。
  6. 　請求項５記載のセンサモジュールにおいて、
    　前記第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度であることを特徴とするセンサモジュール。
  7. 　請求項１記載のセンサモジュールにおいて、
    　前記加速度信号処理部、前記第１のフィルタ、前記第１の出力制御部、および前記信号成分解析部が形成された第１の半導体チップと、
    　前記第１の物理量信号処理部、前記第２のフィルタ、および前記第２の出力制御部が形成された第２の半導体チップとを有し、
    　前記第１の半導体チップは、
    　前記第２の半導体チップとボンディングワイヤによって接続され、前記信号成分解析部から出力された出力停止信号を前記ボンディングワイヤを介して前記第２の出力制御部に伝達することを特徴とするセンサモジュール。
  8. 　請求項１記載のセンサモジュールにおいて、
    　前記加速度信号処理部、前記第１のフィルタ、および前記第１の出力制御部が形成された第１の半導体チップと、
    　前記第１の物理量信号処理部、前記第２のフィルタ、前記第２の出力制御部、および前記信号成分解析部が形成された第２の半導体チップとを有し、
    　前記第２の半導体チップは、
    　前記第１の半導体チップとボンディングワイヤによって接続されており、前記信号成分解析部から出力される出力停止信号を前記ボンディングワイヤを介して前記第１の出力制御部に伝達することを特徴とするセンサモジュール。
  9. 　外部からの加速度を検出する第１の検出エレメントと、前記第１の検出エレメントが検出した加速度信号を処理する加速度信号処理部と、前記加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタと、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメントと、前記第２の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第１の物理量信号処理部と、前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタとを有するセンサモジュールと、
    　前記第１、および前記第２のフィルタを介して出力された信号に基づいて、アクチュエータを制御するプロセッサとを有し、
    　前記プロセッサは、
    　前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタと、
    　前記加速度信号処理部が処理した信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、前記離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部と、
    　前記信号成分解析部から停止信号が出力された際に、前記プロセッサが前記アクチュエータの制御を行わない状態に遷移させる内部状態決定部とを有することを特徴とするセンサシステム。
  10. 　請求項９記載のセンサシステムにおいて、
    　前記第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度であることを特徴とするセンサシステム。
  11. 　請求項９記載のセンサシステムにおいて、
    　前記センサモジュールは、
    　加速度以外の物理量を検出する第３の検出エレメントと、
    　前記第３の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第２の物理量信号処理部と、
    　前記第２の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第３のフィルタと、
    　前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第３のフィルタから出力される信号の出力を停止する第３の出力制御部とをさらに有することを特徴とするセンサシステム。
  12. 　請求項１１記載のセンサシステムにおいて、
    　前記第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度であることを特徴とするセンサシステム。
  13. 　外部からの加速度を検出する第１の検出エレメントと、前記第１の検出エレメントが検出した加速度信号を処理する加速度信号処理部と、前記加速度信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第１のフィルタと、加速度以外の物理量を検出する第２の検出エレメントと、前記第２の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第１の物理量信号処理部と、前記第１の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第２のフィルタとを備えたセンサモジュールと、
    　前記第１、および前記第２のフィルタを介して出力された信号に基づいて、アクチュエータを制御するプロセッサとを有し、
    　前記プロセッサは、
    　前記第１のフィルタから出力された信号の周波数成分を解析し、前記第２の検出エレメントの駆動方向の周波数と前記第２の検出エレメントの検出方向の周波数との差を示す離調周波数成分を有する物理量が印加されているか否かを判定し、前記離調周波数成分を有する物理量が印加されていると判定した際に出力停止信号を出力する信号成分解析部と、
    　前記信号成分解析部から停止信号が出力された際に、前記プロセッサが前記アクチュエータの制御を行わない状態に遷移させる内部状態決定部とを有することを特徴とするセンサシステム。
  14. 　請求項１３記載のセンサシステムにおいて、
    　前記第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度であることを特徴とするセンサシステム。
  15. 　請求項１３記載のセンサシステムにおいて、
    　前記センサモジュールは、
    　加速度以外の物理量を検出する第３の検出エレメントと、
    　前記第３の検出エレメントが検出した物理量信号を処理する第２の物理量信号処理部と、
    　前記第２の物理量信号処理部が処理した信号からノイズ信号を除去する第３のフィルタと、
    　前記信号成分解析部から出力停止信号が出力された際に、前記第３のフィルタから出力される信号の出力を停止する第３の出力制御部とをさらに有することを特徴とするセンサシステム。
  16. 　請求項１５記載のセンサシステムにおいて、
    　前記第２の検出エレメントが検出する物理量が角速度であることを特徴とするセンサシステム。
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