KR20070053594A

KR20070053594A - 센서 검출 장치 및 센서

Info

Publication number: KR20070053594A
Application number: KR1020060019634A
Authority: KR
Inventors: 카츠야 시미즈; 히로유키 사키마; 타카히로 와타이; 마사야 미즈타니; 고주 아오키; 고지 타케카와
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-05-25
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: US20070115005A1; TW200720658A; US7271595B2; TWI279540B; JP2007139667A; EP1795903A3; KR100793223B1; EP1795903B1; DE602006010014D1; JP4749132B2; EP1795903A2

Abstract

본 발명은 입력단 차동 증폭기(20)의 2개의 입력 신호(Va, Vb)를 각각 감시하는 2개의 감시 회로(40a, 40b)와, 2개의 출력 신호(Vc, Vd)를 각각 감시하는 2개의 감시 회로(40c, 40d)가 설치되어 있다. 센서 소자의 브릿지 회로 또는 입력단 차동 증폭기(20)에 고장이 발생한 경우에는, 감시부(40a, 40b) 또는 감시부(40c, 40d)가 이상을 검지하기 때문에, 센서 소자 및 입력단 차동 증폭기(20)의 고장을 검지할 수 있다. 따라서, 센서 소자(100)의 브릿지 회로의 단선 또는 단락 등의 고장과, 센서 소자(100)의 출력을 증폭하기 위한 증폭기(20)에 생긴 고장을 검지할 수 있다.

가속도 센서, 브릿지 회로, 차동 증폭기, 감시부, 고장 검출

Description

센서 검출 장치 및 센서{SENSOR DETECTION APPARATUS AND SENSOR}

도 1은 종래의 가속도 센서의 구성을 도시한 회로도.

도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 가속도 센서의 구성을 도시한 회로도.

도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 센서 검출 회로의 구성을 도시한 회로도.

도 4는 본 발명에 따른 센서 검출 회로의 감시 회로의 구성을 도시한 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 선택 회로의 일구성예를 도시한 회로도.

도 6은 본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제어부가 행하는 고장 검출 처리의 처리 수단을 도시한 흐름도.

도 7a∼도 7g는 본 발명에 따른 센서 검출 회로의 동작예를 간략하게 도시한 파형도.

도 8a∼도 8g는 센서 소자에 가속도가 가해지고 있는 경우의 동작예를 간략하게 도시한 파형도.

도 9a∼도 9g는 센서 소자의 피에조 저항 R4가 단선 고장난 경우의 동작예를 간략하게 도시한 파형도.

도 10a∼도 10g는 센서 소자의 피에조 저항 R2 및 R4가 단선 고장난 경우의 동작예를 간략하게 도시한 파형도.

도 11a∼도 11g는 입력단 차동 증폭기 내의 저항 R11이 접지 전위에 쇼트하는 고장이 일어나는 경우의 동작예를 간략하게 도시한 파형도.

도 12a∼도 12g는 입력단 차동 증폭기 내의 저항 R13이 단선 고장난 경우의 동작예를 간략하게 도시한 파형도.

도 13은 본 발명의 실시형태 2에 따른 가속도 센서의 구성을 도시한 회로도.

도 14는 본 발명의 실시형태 2에 따른 센서 검출 회로의 구성을 도시한 회로도.

도 15는 본 발명의 실시형태 2에 따른 센서 검출 회로의 구성을 도시한 회로도.

본 발명은, 브릿지 회로를 이용한 센서 소자의 이상을 검출할 수 있는 센서 검출 회로를 갖는 센서 검출 장치에 관한 것이며, 또, 그러한 센서 검출 장치를 구비한 센서에 관한 것이다.

도 1은, 종래의 가속도 센서의 구성을 도시하는 회로도이다. 도 1에 있어서 100은 가속도를 감지하는 센서 소자이며, 110은 센서 소자(100)의 출력으로부터 가속도를 검출하는 센서 검출 장치이다. 센서 소자(100)는 자신에 가해지는 압력에 따라 저항치가 변화하는 4개의 피에조 저항 R1, R2, R3 및 R4이 휘스톤 브릿지 (Wheastston bridge) 회로를 구성하고 있다. 직렬로 접속된 피에조 저항 R1 및 R2와, 직렬로 접속된 피에조 저항 R3및 R4가, 구동 전원이 부여되는 전원 단자(101) 와 접지 전위에 접속된 접지 단자(104) 사이에 병렬로 접속되어 있다. 센서 소자(100)의 출력으로서, 피에조 저항 R1 및 R2 사이의 전위 Vs＋가 제1 출력 단자(102)로부터 출력되고, 피에조 저항 R3및 R4 사이의 전위 Vs－가 제2 출력 단자(103)로부터 출력된다.

피에조 저항 R1, R2, R3 및 R4의 저항치가 모두 R이라고 하면, 센서 소자(100)에 가속도가 가해지고 있지 않은 경우, 전위 Vs＋ 및 Vs－는 같다. 그러나 가속도가 가해진 경우에는, 예컨대 대각 위치의 피에조 저항 R1 및 R4의 저항치가 R＋ΔR로 변화하고, 마찬가지로 대각 위치의 피에조 저항 R2 및 R3의 저항치가 R－ΔR로 변화한다. 이 결과, 전위 Vs＋ 및 Vs－ 사이에 ΔR에 따른 전위차가 발생한다.

센서 검출 장치(110)는 센서 소자(100)를 구동하기 위한 전원 회로(115)를 구비하고 있다. 전원 회로(115)의 출력은 전원 출력 단자(111)로부터 출력되고, 센서 소자(100)의 전원 단자(101)에 부여된다. 센서 소자(100)의 2개의 전위 Vs＋ 및 Vs－는, 센서 검출 장치(110)의 제1 입력 단자(112) 및 제2 입력 단자(113)를 각각 사이에 두고 센서 검출 장치(110) 내의 증폭기(116)에 입력된다. 증폭기(116)는 전위 Vs＋ 및 Vs－의 전위차를 증폭하여 출력 단자(114)로부터 출력한다. 이 출력 단자(114)에서의 출력으로부터 센서 소자(100)에 가해지는 가속도를 판단할 수 있다.

실용 공개 평성 제4-109371호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-109371(1992))에 있어서, 휘스톤 브릿지 회로의 2개의 출력 전위가 일정 범위 내의 전위에 드는지 여부를 윈도우 비교기를 이용하여 모니터함으로써, 휘스톤 브릿지 회로에 발생한 단선 또는 단락 등의 고장을 검출할 수 있는 진단 회로가 제안되어 있다. 예컨대, 휘스톤 브릿지 회로에 단선이 발생한 경우, 출력 전위가 전원 전위 또는 접지 전위가 되기 때문에, 윈도우 비교기에 의해 이상을 검출할 수 있다.

또한, 실용 공개 평성 제5-81720호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 5-81720(1993))에 있어서는, 휘스톤 브릿지 회로와 병렬로 접속된 고장 검출용 저항 양단의 전위차가 일정 범위 내에 드는지 여부를 윈도우 비교기를 이용하여 모니터함으로써, 휘스톤 브릿지 회로에 발생한 단선 또는 단락 등의 고장을 검출할 수 있는 고장 검출 장치가 제안되어 있다.

특허 공개 제2003-194646호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 2003-194646)에 있어서는, 휘스톤 브릿지 회로에 전원으로서 펄스 전압을 인가하고, 2개의 출력 전압의 전위차를 일정 시간 간격으로 샘플링 측정하고, 측정치의 변화량이 임계치 이하로 되었을 때의 측정치를 측정 결과로서 출력하는 구성에 의해, 휘스톤 브릿지 회로의 출력 변동 과도 현상의 영향을 저감할 수 있으며, 검출 정밀도를 높일 수 있는 압력 측정 장치가 제안되어 있다.

그러나, 실용 공개 평성 제4-109371호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-109371(1992))에 기재한 진단 회로 및 실용 공개 평성 제5-81720호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 5- 81720(1993))에 기재한 고장 검출 장치에 있어서는, 휘스톤 브릿지 회로에 발생한 단선 또는 단락 등의 고장을 검출하는 것은 가능하지만, 휘스톤 브릿지 회로의 2개의 출력 전위차를 증폭하는 증폭기에 발생한 고장을 검출하는 것은 가능하지 않다는 문제가 있다.

특히, 가속도 센서 및 센서 검출 장치가 다른 IC 칩에 의해 구성되는 있는 경우에는, 센서 검출 장치 IC의 입력 단자로부터 침입하는 정전기에 의해, 센서 검출 장치 입력단의 증폭기가 파괴될 우려가 있다. 증폭기가 파괴된 경우에는, 가속도의 검출을 정상적으로 행할 수 없기 때문에, 센서 검출 회로는 증폭기의 파괴를 검출할 수 있는 구성인 것이 바람직하다.

또, 휘스톤 브릿지 회로의 2개의 출력 전위의 전위차는 미소하기 때문에, 노이즈의 영향이 크다. 따라서, 노이즈에 의해 검출의 정밀도가 악화된다는 문제가 있다. 또, 이 전위차를 증폭하는 증폭기에는 이득 중 큰 것이 이용되는 경우가 많다. 따라서, 증폭기의 오프셋이 커지며, 검출의 정밀도가 악화된다는 문제가 있다. 실용 공개 평성 제4-109371호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-109371(1992)), (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 5-81720(1993)) 및 특허 공개 제2003-194646호 공보(Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 2003-194646)는, 이들의 문제에 관해서는 언급하고 있지 않다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 브릿지 회로를 갖는 센서 소자로부터 부여되는 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하는 차동 증폭부의 입력 신호 및 출력 신호의 전위를 감시하는 감시부를 설치하는 구성을 채용함으로써, 센서 소자의 브릿지 회로의 단선 또는 단락 등의 고장과, 차동 증폭부의 파괴를 검지할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 차동 증폭부에 입력되는 2개의 입력 신호와, 차동 증폭부로부터 출력되는 2개의 출력 신호와 감시부를 설치하는 구성을 채용함으로써, 브릿지 회로의 단선 또는 단락 등의 고장과, 차동 증폭부의 파괴를 확실하게 검지할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 센서 소자로부터 부여되는 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하는 차동 증폭부의 2개의 출력 신호의 전위차를 더 증폭하여 출력하는 출력단 차동 증폭부를 설치하는 구성을 채용함으로써, 보다 확실하게 센서 소자의 상태를 검출할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 센서 소자를 구동하기 위한 구동 수단을 구비하는 구성을 취함으로써, 다른 구동 수단을 구비하는 장치를 필요로 하지 않는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 센서 소자를 정현파 신호 또는 펄스 신호 등의 주기적으로 변화하는 신호를 이용하여 구동하는 동시에, 주기적으로 변화하는 신호를 직류 신호로 변환하여 출력하는 변환 출력 수단을 구비하는 구성을 채용함으로써, 감시부가 전위의 변화를 감시하여 고장을 검지할 수 있고, 고장의 검지와 동시에 센서 소자의 상태를 검출할 수 있으며, 또한, 노이즈에 의한 오동작을 저감할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 주기적으로 변화하는 신호 또는 직류의 신호를 이용하여 센서 소자를 구동하는 구성을 채용함으로써, 주기적으로 변화하는 신호를 이용하여 감시부가 전위의 변화를 감시하고 고장을 검지할 수 있는 동시에, 직류의 신호를 이용하여 센서 소자의 상태를 검출할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 센서 소자를 주기적으로 변화하는 신호를 이용하여 구동하고, 감시점의 전위와 기준 전위를 비교기로써 비교하며, 비교기의 비교 결과를 카운터에 의해 카운트하는 구성을 채용함으로써, 센서 소자의 브릿지 회로에 부여된 구동 신호가 각 감시점에 올바르게 전달되어 있는지 여부를 비교기 및 카운터에 의해 조사할 수 있고, 고장의 검지를 간단히 행할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 복수의 기준 전위와 감시점의 전위를 비교기에 의해 비교하는 구성을 채용함으로써, 보다 다양한 고장을 검지할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 차동 증폭부를 2개의 연산 증폭기를 콘덴서를 통해 접속하는 구성으로 채용함으로써, 2개의 입력 신호의 직류 성분에 대한 이득을 작게 할 수 있고, 교류 성분만을 증폭한 2개의 출력 신호를 얻을 수 있으며, 증폭기의 직류 성분인 오프셋의 영향을 저감할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 센서 소자의 브릿지 회로부터의 출력을, 필터를 통해 차동 증폭부에 부여하는 구성으로 채용함으로써, 예컨대 필터로서 광역 통과 필터를 이용한 경우에는, 차동 증폭부에 부여되는 차동 입력의 직류 성분 및 저주파 성분을 커트할 수 있고, 고주파 성분만을 증폭할 수 있으며, 증폭기의 1/f 노이즈에 의한 영향을 저감할 수 있는 센서 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 목적은, 센서 소자 및 증폭기의 고장을 검지할 수 있는 센서 검출 장치를 구비함으로써, 신뢰성이 높은 센서를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제1 관점은, 브릿지 회로를 갖는 센서 소자로부터 출력되는 상기 브릿지 회로의 2개의 출력 전위의 전위차에 기초하여, 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 센서 검출 장치에 있어서, 상기 센서 소자로부터 출력되는 2개의 출력 전위가 입력되는 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자와, 상기 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자에 입력되는 입력 신호의 전위를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부와, 상기 차동 증폭부의 입력 신호의 전위를 감시하는 감시부 및 상기 차동 증폭부의 출력 신호의 전위를 감시하는 감시부와, 상기 각 감시부에 의한 감시 결과에 기초하여 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제1 관점에서는, 센서 소자의 브릿지 회로로부터 부여되는 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하는 차동 증폭부의 입력 신호 및 출력 신호의 전위를 감시하는 감시부가 설치되어 있다. 센서 소자의 브릿지 회로 또는 차동 증폭부에 고장이 발생한 경우에는 감시부가 이상을 검지하기 때문에, 센서 소자 및 차동 증폭부의 고장을 검지할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제1 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이 브릿지 회로 또는 차동 증폭부에 고장이 발생한 경우에는 감시부가 이상을 검지할 수 있기 때문에, 센서에 의한 가속도 또는 압력 등의 검출 결과의 신뢰성을 향상할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제2 관점은,

상기 차동 증폭부는, 2개의 입력 신호의 전위차를 각각 증폭한 2개의 출력 신호를 출력하고, 상기 감시부는 상기 2개의 입력 신호 및 2개의 출력 신호의 전위를 각각 감시하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제2 관점에서는, 센서 소자부터 2개의 입력 신호의 전위차가 차동 증폭부에 의해 증폭된 2개의 출력 신호를 얻을 수 있다. 이들 2개의 입력 신호 및 2개의 출력 신호의 전위를 감시한다. 센서 소자에 고장이 발생한 경우는 차동 증폭부의 입력 신호의 이상이 검지되고, 차동 증폭부에 고장이 발생한 경우는 차동 증폭부의 출력 신호의 이상이 검지된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제2 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 센서 소자의 고장을 입력 신호의 감시에 의해 확실하게 검지할 수 있고, 차동 증폭부의 고장을 출력 신호의 감시에 의해 확실하게 검지할 수 있기 때문에, 센서에 의한 가속도 또는 압력 등의 검출 결과의 신뢰성을 향상할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제3 관점은,

상기 차동 증폭부의 2개의 출력 신호의 전위차를 증폭하고, 증폭 결과를 출 력하는 출력단 차동 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제3 관점에서는, 센서 소자로부터 2개의 입력 신호의 전위차가 차동 증폭부에 의해 증폭되어 2개의 출력 신호가 얻어진다. 또한, 2개의 출력 신호의 전위차가 출력단 차동 증폭부에 의해 증폭되고, 증폭 결과가 출력된다. 센서 소자로부터 2개의 입력 신호의 전위차는 미소하기 때문에, 전술한 바와 같이 복수단의 증폭부에서 복수 회 증폭함으로써 확실하게 센서 소자의 상태가 검출된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제3 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이 센서 소자로부터 2개의 입력 신호의 미소한 전위차를 확실하게 증폭할 수 있기 때문에, 센서에 의한 가속도 또는 압력 등의 검출 정도가 향상된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제4 관점은, 상기 센서 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 발생하는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제4 관점에서는, 센서 검출 장치에 센서 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 발생하는 구동 수단이 설치되어 잇다. 이것에 의해 구동 수단을 갖는 다른 장치를 설치할 필요가 없어진다. 또, 센서 검출 장치가 고장의 검출을 행하는 경우에 구동 신호를 변경할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제4 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 구동 수단을 갖는 다른 장치를 설치할 필요가 없기 때문에, 센서의 비용을 삭감할 수 있다. 또, 센서 검출 장치 내에서 구동 신호를 변경하는 제어가 가능해지기 때문에, 센서의 상태를 검출하는 경우와, 고장의 검지를 행하는 경우와는 다른 구동 신호를 출력할 수 있기 때문에, 회로 구성에 따른 고장의 검지를 행할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제5 관점은, 상기 구동 수단이 주기적으로 변화하는 구동 신호를 발생하고, 상기 구동 수단이 발생한 주기적으로 변화하는 신호에 기초하여 상기 출력단 차동 증폭부로부터 출력되는 주기적으로 변화하는 신호를 직류 신호로 변환하고, 변환 결과를 출력하는 변환 출력 수단이 구비되어 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제5 관점에서는, 주기적으로 변화하는 신호를 이용하여 센서 소자가 구동된다. 감시부는 감시점의 전위 변화를 감시하여 고장의 감지를 행한다. 또 주기적으로 변화하는 신호를 직류 신호로 변환하여 출력하는 변환 출력 수단이 설치되어 있기 때문에, 고장의 검지와 센서 소자의 상태 검출을 동시에 행할 수 있다. 또, 주기적으로 변화하는 신호를 이용함으로써 노이즈에 의한 오동작이 저감된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제5 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 센서 소자 상태의 검출을 주기적으로 변화하는 신호를 이용하여 행할 수 있고, 또 감시부는 감시점의 전위 변화로부터 고장을 검지할 수 있기 때문에, 센서 소자 상태의 검출과, 고장의 검지를 동시에 행할 수 있게 되며, 센서 신뢰성이 향상된다. 또, 전술한 바와 같이 노이즈에 의한 오동작을 저감할 수 있기 때문에, 센서의 신뢰성이 보다 향상된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제6 관점은, 상기 구동 수단이 주기적으로 변화하는 구동 신호 또는 직류의 구동 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제6 관점에서는, 구동 수단이 주기적으로 변화하는 신호 또는 직류의 신호에 의해 센서 소자가 구동된다. 예컨대, 고장의 검지를 행하는 경우에는 센서 소자의 브릿지 회로를 정현파 신호 또는 펄스 신호 등의 구동 신호에 의해 구동되고, 고장의 검지를 행하지 않는 경우는 브릿지 회로는 직류의 구동 신호에 의해 구동된다. 또, 차동 증폭부에 감시부가 접속되어 있기 때문에, 고장의 검지를 행하는 경우에 감시부를 동작시킴으로써 고장을 검지할 수 있다. 따라서, 용이하게 고장의 검지 기능을 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제6 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 고장의 검지를 행하는 경우에는 주기적으로 변화하는 신호에 의해, 센서 소자의 상태 검출을 행하는 경우에는 직류의 구동 신호에 의해 각각 센서 브릿지 회로를 구동함으로써, 센서 소자의 상태 검출은 종래의 센서 검출 장치와 같은 처리로 행하는 수 있다. 이것은, 기존 회로에 구동 신호의 발생원 및 감시부를 부가하는 것만으로 용이하게 고장 검지의 기능을 추가할 수 있는 것을 의미하고 있기 때문에, 단기간에 설계를 행할 수 있으며 개발 비용을 저감할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제7 관점은, 상기 감시부가 감시 대상의 전위와 기준 전위를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기의 출력 신호를 카운트하는 카운터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 각 카운터에 의한 카운트 결과에 기초하여 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제7 관점에서는, 센서 소자의 브릿지 회로 를 주기적으로 변화하는 신호에 의해 구동되는 동시에, 감시점의 전위와 미리 정해진 기준 전위가 비교기에 의해 비교된다. 휘스톤 브릿지 회로에서 각 감시점으로 전달된 구동 신호와 기준 전위와의 비교 결과로서 비교기의 출력으로부터 펄스 신호를 얻는 수 있기 때문에, 이 펄스 신호를 카운터가 카운트한다. 센서 소자의 브릿지 회로에 부여한 구동 신호의 주기로 결정되는 카운터의 기대치와, 실제 카운터의 값을 비교함으로써 용이하게 고장이 검지된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제7 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 브릿지 회로에 부여된 구동 신호가 각 감시점에 올바르게 전달되어 있는지 여부를 비교기 및 카운터로 조사할 수 있기 때문에, 브릿지 회로 또는 차동 증폭부에 발생한 고장을 용이하면서 확실하게 검출할 수 있으며, 센서에 의한 가속도 또는 압력 등의 검출 결과의 신뢰성이 향상된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제8 관점은, 상기 감시부가 복수의 다른 기준 전위 중 1개를 선택하는 선택부와, 상기 비교기는 감시 대상의 전위와 상기 선택부가 선택한 기준 전위를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호를 출력하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제8 관점에서는, 준비된 복수의 기준 전위를 전환하여 비교기에 부여함으로써, 복수의 비교가 행해진다. 비교 기준을 복수 준비함으로써, 회로의 단선 또는 단락 등의 간단한 고장뿐만 아니라, 예컨대 피에조 저항에 의해 구성되는 휘스톤 브릿지 회로의 열화에 의한 저항치의 변화 또는 회로의 미소한 전류 누설에 의한 전위 변화 등의 여러 가지 고장에 대응할 수 있 다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제8 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 회로의 단선 또는 단락 등의 간단한 고장뿐만 아니라, 예컨대 피에조 저항에 의해 구성되는 브릿지 회로의 열화에 의한 저항치의 변화 또는 회로의 미소한 전류 누설에 의한 전위 변화 등의 여러 가지 고장에 대응할 수 있기 때문에, 보다 신뢰성을 향상할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제9 관점은, 상기 차동 증폭부가 상기 제1 입력 단자가 비반전 입력에 접속되고, 출력이 저항을 통해 반전 입력에 접속된 제1 연산 증폭기와, 상기 2 입력 단자가 비반전 입력에 접속되고, 출력이 저항을 통해 반전 입력에 접속된 제2 연산 증폭기를 포함하고, 상기 제1 연산 증폭기의 반전 입력 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 입력이, 전류 성분을 차단하기 위한 콘덴서를 통해 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제9 관점에서는, 2개의 연산 증폭기가 콘덴서를 통해 접속됨으로써 차동 증폭부가 구성된다. 이러한 구성에 의해 센서 소자의 브릿지 회로로부터 2개의 입력 신호의 직류 성분에 대한 이득이 작아지며, 교류 성분만이 증폭되어 출력되기 때문에, 증폭기의 직류 성분인 오프셋의 영향이 작아진다. 또 전술한 바와 같은 구성에 의해 센서 소자의 브릿지 회로는 항상 정현파 신호 또는 신호 등의 구동 신호에 의해 구동되지만, 이 경우에 높은 주파수의 구동 신호에 의해 브릿지 회로가 구동됨으로써 연산 증폭기의 1/f 노이즈가 저감된다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제9 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같 이 연산 증폭기의 직류 성분인 오프셋의 영향을 저감할 수 있기 때문에, 보다 고정밀도로 가속도 또는 압력 등의 검출을 행할 수 있다. 또 전술한 바와 같이, 연산 증폭기의 1/f 노이즈를 저감할 수 있기 때문에 보다 고정밀도로 가속도 또는 압력 등의 검출을 행할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제10 관점은, 상기 제1 입력 단자 및 상기 제2 입력 단가가 각각 입력 신호의 특정 주파 성분을 커트하는 필터를 통해 상기 차동 증폭부에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제10 관점에서는, 센서 소자의 브릿지 회로부터의 입력 신호가 특정 주파 성분을 커트하는 필터를 통해 차동 증폭부에 부여된다. 예컨대, 입력 신호를 고역 통과 필터를 통하여 직류 성분 및 저주파 성분을 커트하고, 고주파 성분만이 차동 증폭부에 부여되게 된다. 증폭기에 의한 1/f 노이즈는 저주파 영역에서 크기 때문에, 직류 성분 및 저주파 성분을 커트함으로써 1/f 노이즈의 영향을 저감할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 검출 장치의 제10 관점에 의한 경우는, 전술한 바와 같이, 예컨대 필터로서 고역 통과 필터를 이용한 경우에는, 차동 증폭부에 부여되는 입력 직류 성분 및 저주파 성분이 커트되고, 고주파 성분만이 증폭됨으로써, 증폭기의 1/f 노이즈에 의한 영향이 저감되기 때문에, 보다 고정밀도로 가속도 또는 압력 등의 검출을 행할 수 있다.

본 발명에 따른 센서는 브릿지 회로를 갖고, 상기 브릿지 회로의 2개의 전위를 출력하는 센서 소자(100)와, 상기 센서 소자(100)가 출력하는 2개의 전위가 입 력되는 제1 관점 내지 제10 관점 중 어느 하나에 기재한 센서 검출 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 센서에서는, 전술한 센서 검출 장치가 센서에 구비되어 있기 때문에, 센서 소자 및 증폭기 고장을 검지할 수 있게 되며, 센서의 신뢰성이 높아진다.

본 발명에 따른 센서에 의한 경우는, 전술한 바와 같이 센서 소자 및 증폭기 고장을 검지할 수 있게 되기 때문에, 센서가 검출하는 가속도 또는 압력 등의 검출 결과의 신뢰성이 향상된다.

이하, 본 발명을 그 실시형태를 도시하는 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다.

(실시형태 1)

도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 가속도 센서의 구성을 도시하는 회로도이다. 가속도 센서는, 센서 소자(100)와 센서 소자(100)의 출력으로부터 가속도를 출력하는 센서 검출 장치(1)로 구성되어 있다. 도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 센서 검출 장치(1)에 포함되는 센서 검출 회로(10)의 구성을 도시하는 회로도이다. 또한, 도 2에 도시하는 센서 소자(100)는 종래의 센서 구성으로서 도 1에 도시한 센서 소자(100)와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

센서 검출 장치(1)는 센서 소자(100)를 구동하기 위한 구동 신호 발생 회로(6)를 구비하고 있다. 구동 신호 발생 회로(6)는 구동 신호를 센서 소자(100)에 부 여하고, 센서 소자(100)로부터 출력되는 2개의 전위 Vs＋ 및 Vs－의 전위차를 센서 검출 회로(10)에 의해 증폭하여 출력한다. 또, 센서 검출 장치(1)는 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생하고 있는지 여부를 제어부(8)에 의해 판정한다. 제어부(8)는 구동 신호 발생 회로(6), 기준 전위 발생 회로(7), 센서 검출 회로(10) 내의 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)를 제어하여 고장 판정을 행한다.

구동 신호 발생 회로(6)는 약 0 V∼전원 전압(Vdd)의 진폭을 갖고, 약 1 MHz로 발진하는 펄스 신호를 발생시켜 출력한다. 발생된 펄스 신호는 센서 검출 장치(1)의 구동 신호 출력 단자(2)로부터 출력되고, 센서 소자(100)의 전원 단자(101)에 부여된다. 기준 전위 발생 회로(7)는 전원 전압(Vdd)의 변동 및 온도의 변동에 대한 영향이 적어, 안정된 일정한 전위를 출력한다. 기준 전위 발생 회로(7)의 출력인 기준 전위는 센서 검출 회로(10)에 부여된다. 또한, 기준 전위 발생 회로(7)는 제너다이오드를 이용한 기준 전압 회로 또는 밴드 갭 기준 전압 회로 등의 공지한 기술을 이용하여 구성된다.

센서 소자(100)의 2개의 전위 Vs＋ 및 Vs－는, 센서 검출 장치(1)의 제1 입력 단자(3) 및 제2 입력 단자(4)를 각각 사이에 두고 센서 검출 회로(10)의 제1 입력 단자(11) 및 제2 입력 단자(12)에 각각 입력된다. 센서 검출 회로(10)는 입력된 전위 Vs＋ 및 Vs－의 전위차를 증폭하여 출력 단자(13)로부터 출력한다. 이 센서 검출 회로(10)로부터의 출력이 센서 검출 장치(1)의 센서 출력 단자(5)에서 센서 출력으로서 출력됨으로써, 센서 소자(100)에 가해지는 가속도를 판단할 수 있다. 또, 제어부(8)에 의한 고장 검지의 결과는, 고장 검지 출력 단자(9)로부터 출력된 다. 고장이 검지된 경우에는 "H"(하이 레벨의 신호)가 출력되고, 고장이 검지되지 않는 경우는 "L"(로우 레벨의 신호)이 출력된다. 이것에 의해, 예컨대, 본 발명에 따른 센서를 구비한 기기는, 고장 검지 출력 단자(9)로부터 "H"가 출력되어 있는 것을 인식하였을 경우에, 경고 램프를 점등하거나 또는 경고 메시지를 음성 출력하는 등의 처리를 행할 수 있다.

센서 검출 회로(10)는 신호의 저주파 성분을 커트하여 고주파 성분을 통과시키는 2개의 고역 통과 필터(30, 30), 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하고, 증폭된 전위차를 갖는 2개의 신호를 출력하는 입력단 차동 증폭기(20), 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하여 출력하는 출력단 차동 증폭기(25) 및 주기 신호를 직류로 변환하는 정류 회로(35) 등을 구비하고 있다.

센서 검출 회로(10)의 제1 입력 단자(11) 및 제2 입력 단자(12)로부터 입력된 2개의 신호는, 각각 고역 통과 필터(30, 30)에 각각 부여된다. 각 고역 통과 필터(30)는, 일단이 입력 단자에 접속되고 타단이 출력 단자에 접속된 콘덴서(capacitor)(C12)와, 콘덴서(C12)의 타단과 출력 단자 사이에 일단이 접속된 저항(R19)과, 일단이 저항(R19)의 타단에 접속되고 타단이 접지 전위에 각각 접속된 바이어스 전원(31)을 구비하고 있다. 또한, 저항(R19)과 바이어스 전원(31)은 직렬로 접속되어 있다. 따라서, 각 고역 통과 필터(30)는 입력 신호 내의 콘덴서(C12)의 용량치 및 저항(R19)의 저항치에 의해 정해지는 차단 주파수 이하의 주파수 신호를 커트하여 출력한다.

2개의 입력 신호는 각각 고역 통과 필터(30, 30)에서 저주파 성분이 커트된 입력단 차동 증폭기(20)에 부여된다. 입력단 차동 증폭기(20)는 2개의 연산 증폭기(operational amplifier)(21, 22)를 갖고 있다. 2개의 입력 신호는 연산 증폭기(21, 22)의 비반전 입력 단자에 각각 부여된다.

입력단 차동 증폭기(20)는 구체적으로는 이하와 같이 구성되어 있다. 연산 증폭기(21)의 출력 단자가 저항(R11)을 통해 연산 증폭기(21)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 연산 증폭기(22)의 출력 단자는 저항(R12)을 통해 연산 증폭기(22)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 연산 증폭기(21)의 반전 입력 단자와 연산 증폭기(22)의 반전 입력 단자는 저항(R13), 콘덴서(C11) 및 저항(R14)의 직렬 회로를 통해 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 입력단 차동 증폭기(20)는 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하고, 증폭된 전위차를 갖는 2개의 출력 신호를 각 연산 증폭기(21, 22)의 출력 단자로부터 각각 출력한다.

2개의 연산 증폭기(21, 22)의 각 반전 입력 단자가 콘덴서(C11)를 통해 접속되기 때문에, 입력단 차동 증폭기(20)는 입력 신호의 교류 성분만을 증폭하여 출력하고, 직류 성분은 증폭하지 않고 출력한다. 그 이유는, 직류 성분에 관해서는, 2개의 연산 증폭기(21, 22)의 반전 입력 단자가 콘덴서(C11)의 존재로 인해 서로 접속되어 있지 않은 상태가 되며, 이 상태는 각 연산 증폭기(21, 22)가 각각 전압 팔로어(volatage follower) 회로를 형성하고 있는 경우와 등가이기 때문이다. 이것에 의해, 연산 증폭기(21, 22)의 고유 오프셋은 직류 성분으로 간주되어 증폭되지 않기 때문에, 입력단 차동 증폭기(20)의 이득을 크게 하여 정밀도를 높일 수 있다.

입력단 차동 증폭기(20)의 2개의 출력 신호는 출력단 차동 증폭기(25)에 부 여된다. 출력단 차동 증폭기(25)에 의해 2개의 신호의 전위차가 증폭되어 출력된다. 출력단 차동 증폭기(25)는 연산 증폭기(26)를 갖고 있다. 입력단 차동 증폭기(20)로부터 2개의 출력 신호 중 한쪽은 저항(R15)을 통해 연산 증폭기(26)의 반전입력 단자에 부여되고, 다른 한쪽은 저항(R16)을 통해 연산 증폭기(26)의 비반전 입력 단자에 부여된다. 또한, 연산 증폭기(26)의 출력 단자는 저항(R17)을 통해 연산 증폭기(26)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 연산 증폭기(26)의 비반전 입력 단자는 직렬로 접속된 저항(R18) 및 오프셋 조절용 전원(27)을 통해 접지 전위에 접속되어 있다. 출력단 차동 증폭기(25)는, 이들의 저항(R15, R16, R17, R18)에 의해 규정되는 증폭률로 2개의 신호의 전위차를 증폭한다. 또, 연산 증폭기(26)의 출력 단자에는 저항(R20)이 직렬로 접속되어 있다. 연산 증폭기(26)의 출력 신호는 저항(R20)을 통해 출력단 차동 증폭기(25)의 출력 신호로서 출력한다.

출력단 차동 증폭기(25)의 출력 신호는 정류 회로(35)에 부여된다. 정류 회로(35)는, 예컨대 복수의 다이오드에 의한 브릿지 회로와, 저항 및 콘덴서에 의한 저역 통과 필터를 조합한 공지의 회로 구성을 갖는다. 정류 회로(35)에 의해 직류의 신호로 변환된 출력단 차동 증폭기(25)의 출력 신호는, 센서 검출 회로(10)의 출력 단자(13)로부터 출력됨으로써, 센서 검출 장치(1)의 센서 출력 단자(5)로부터 센서 출력으로서 출력된다.

센서 검출 회로(10)는 입력단 차동 증폭기(20)의 2개의 입력 신호 중 연산 증폭기(21)측 입력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40a) 및 연산 증폭기(22)측 입력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40b)를 구비하고 있다. 또한, 센서 검출 회로(10)는, 입력단 차동 증폭기(20)의 2개의 출력 신호 중 연산 증폭기(21)측 출력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40c) 및 연산 증폭기(22)측 출력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40d)를 구비하고 있다. 또한, 도 3에 있어서는 기준 전위 발생 회로(7) 및 제어부(8)의 접속은 도시를 생략하고 있다. 단, 기준 전위 발생 회로(7) 및 제어부(8)는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)와 각각 접속되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 센서 검출 회로의 감시 회로(40a)의 구성을 도시하는 회로도이다. 감시 회로(40a)에는 각 감시점의 전위인 감시 전위와, 기준 전위 발생회로(7)로부터 출력되는 기준 전위와, 제어부(8)로부터의 제어 신호로서 선택 신호 및 리셋 신호가 부여된다. 또한, 감시 회로(40a)는 기준 전위와 접지 전위 사이의 전압을 분압하는 분압 회로(41), 입력된 복수의 전위로부터 1개의 전위를 선택하여 출력하는 선택 회로(42), 입력된 2개의 전위 대소를 비교하는 비교기(43) 및 입력된 신호 변화의 회수를 카운트하는 카운터(44)를 구비하고 있다.

분압 회로(41)는, 기준 전위가 입력되는 입력 단자와 접지 전위 사이에, 기준 전위측으로부터 3개의 저항(R41, R42, R43)이 이 순서대로 직렬로 접속된 회로이다. 저항(R41, R42) 사이의 전위, 저항(R42, R43) 사이의 전위가 각각 비교 기준 전위로서 출력한다. 분압 회로(41)의 출력인 2개의 비교 기준 전위는 선택 회로(42)에 입력된다.

선택 회로(42)는 제어부(8)로부터 부여되는 선택 신호에 따라서, 2개의 비교 기준 전위 중 어느 한쪽의 전위를 출력하여 비교기(43)에 부여한다. 제어부(8)로부터의 선택 신호는, 예컨대 1 비트의 논리 신호(로지컬 신호)이다. 선택 회로(42)는 선택 신호가 "H"의 경우에는 2개의 비교 기준 전위 중 높은 쪽의 비교 기준 전위를 출력하고, 선택 신호가 "L"의 경우에는 낮은 쪽의 비교 기준 전위를 출력하도록 구성되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 선택 회로(42)의 일구성예를 도시하는 회로도이다. 선택 회로(42)는 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 소스끼리 및 드레인끼리를 각각 접속하여 구성되는 전달 회로와, 마찬가지로 PMOS 트랜지스터(P2) 및 NMOS 트랜지스터(N2)의 소스끼리 및 드레인끼리를 각각 접속하여 구성되는 전달게이트 회로를 구비하고 있다. 2개의 전달 게이트 회로의 입력에 2개의 비교 기준 전위가 각각 입력되고, 2개의 전달 게이트 회로의 출력이 와이어드 오어되어(OR) 출력 전위로서 출력된다.

구체적으로는, 한쪽의 비교 기준 전위(비교 기준 전위(1))가 입력되는 단자가 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 소스에 접속되고, 다른 한쪽의 비교 기준 전위(비교 기준 전위 2)가 입력되는 단자가 PMOS 트랜지스터(P2) 및 NMOS 트랜지스터(N2)의 소스에 접속되며, 모든 트랜지스터의 드레인은 출력 전위를 출력하는 단자에 접속되어 있다. 선택 신호가 입력되는 단자는, NMOS 트랜지스터(N1) 및 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트에 접속되어 있다. 또, 선택 회로(42)는 논리를 반전시키는 1개의 인버터(47)를 구비하고 있으며, 선택 신호가 입력되는 단자는 인버터(47)의 입력에 접속되어 있다. 인버터(47)의 출력은 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N2)의 입력에 접속되어 있다.

이상과 같은 구성의 선택 회로(42)에서는, 선택 신호가 "H"의 경우, PMOS 트 랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)로 구성되는 전달 게이트 회로가 도통하고, PMOS 트랜지스터(P2) 및 NMOS 트랜지스터(N2)로 구성되는 전달 게이트 회로는 도통하지 않기 때문에, 출력 전위로서 비교 기준 전위(1)가 출력된다. 선택 신호가 "L"의 경우에는 비교 기준 전위(2)가 출력된다.

비교기(43)는 감시 전위와 선택 회로(42)에 의해 선택된 비교 기준 전위를 비교한다. 예컨대, 감시 전위가 비교 기준 전위보다 높은 경우에 "H"를 출력하고, 감시 전위가 비교 기준 전위보다도 낮은 경우에 "L"을 출력한다. 비교기(43)는 연산 증폭기를 이용한 공지한 회로에 의해 구성되며, 비교기(43)의 출력은 카운터(44)에 부여된다.

카운터(44)는 복수의 플립플롭에 의해 구성되고, 비교기(43)로부터 출력 신호의 수직 상승 엣지에 따라 카운트값을 카운트 업한다. 카운트값의 리셋은 제어부(8)로부터의 리셋 신호에 의해 행해진다. 카운터(44)의 카운트값은 감시 회로(40a)의 출력으로서 제어부(8)에 부여된다.

또한, 도시는 생략하지만, 다른 감시 회로(40b, 40c, 40d)의 회로 구성은 도 4에 도시한 감시 회로(40a)와 같다. 단, 감시 회로(40a 및 40b)는 저항(R41, R42, R43)의 저항치가 동일하지만, 감시 회로(40c 및 40d)는 감시 회로(40a)와 저항(R41, R42, R43)의 저항치가 다르다. 즉 감시 회로(40a, 40b)와 감시 회로(40c, 40d)에서는 비교기(43)에 의한 비교 기준 전위가 다르다.

제어부(8)는 구동 신호 발생 회로(6)가 발생한 펄스 신호가, 센서 소자(100)로부터 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)가 설치된 각 감시점까지 올바르게 전달되어 있는지 여부를, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)의 출력 카운트값에 기초하여 판단한다. 이 때, 제어부(8)는 구동 신호 발생 회로(6)로부터 소정의 시간 내에 출력된 펄스 신호의 펄스 수로 표시되는 기대치와, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)의 카운트값을 비교한다. 예컨대, 구동 신호 발생 회로(6)가 주기 1 μs의 펄스 신호를 출력하는 경우에, 제어부(8)는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d) 내의 카운터(44)를 리셋한 후, 100 μs 후에 카운터(44)의 출력값을 취득한다. 이 때, 카운터(44)의 기대치는 100이기 때문에, 제어부는 취득한 카운트값이 100인지 여부를 판정함으로써, 고장이 발생하고 있는지 여부를 판정할 수 있다.

또한, 제어부(8)는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d) 내의 선택 회로(42)의 전환을 행함으로써, 복수의 비교 기준 전위를 이용하여 카운트값과 기대치와의 비교를 복수회 행한다. 카운트값 및 기대치의 비교 결과로부터, 센서 소자(100) 또는 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생하고 있다고 판단한 경우에는, 제어부(8)는 센서 검출 장치(1)의 고장 검지 출력 단자(9)에 "H"를 출력한다. 고장이 발생하고 있지 않다고 판단한 경우에는, 제어부(8)는 고장 검지 출력 단자(9)에 "L"을 출력한다.

예컨대, 센서 소자(100)의 휘스톤 브릿지 회로에 단선이 발생한 경우, 구동 신호 발생 회로(6)로부터 펄스 신호가 감시점까지 전혀 전달되지 않게 되므로, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)의 카운트값이 증가하지 않게 된다. 이것에 의해 제어부(8)는 고장을 검지할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 센서 검출 장치(1)의 제어부(8)가 행하는 고장 검출 처리의 처리 순서를 도시하는 흐름도이다. 우선, 제어부(8)는 선택 신호로서 "H"를 출력함으로써(단계 S1), 높은 쪽의 비교 기준 전위와의 비교를 준비한다. 계속해서, 카운터(44)를 리셋한다(단계 S2). 그 후, 제어부(8)는 일정 기간, 예컨대, 구동 신호 발생 회로(6)에 의해 발생되는 펄스 신호의 100 주기분의 기간 동안 대기한다(단계 S3). 일정 기간이 경과한 후, 제어부(8)는 카운터(44)의 출력인 카운트값을 취득하고(단계 S4), 기대치와의 비교를 행한다(단계 S5).

제어부(8)는 기대치와의 비교를 종료한 후, 선택 신호로서 "L"을 출력함으로써(단계 S6), 낮은 쪽의 비교 기준 전위와의 비교를 준비한다. 계속해서, 제어부(8)는 카운터(44)를 리셋한다(단계 S7). 그 후 일정 기간, 제어부(8)는 대기한다(단계 S8). 일정 기간이 경과한 후, 카운터(44)의 출력인 카운트값을 취득하고(단계 S9), 기대치와의 비교를 행한다(단계 S10).

계속해서, 제어부(8)는 단계 S5 및 단계 S10에서 행한 카운터(44)의 카운트값과 기대치와의 비교 결과가 전부 일치하였는지 여부를 조사한다(단계 S11). 모든 비교 결과가 일치하고 있는 경우(S11:예), 고장은 발생하고 있지 않기 때문에, 제어부(8)는 고장 검지 출력 단자(9)로부터 "L"을 출력한다(단계 S12). 비교 결과 중 하나도 일치하지 않을 경우(S11:아니오), 고장이 발생하고 있기 때문에, 제어부(8)는 고장 검지 출력 단자(9)로부터 "H"를 출력한다(단계 S13). 고장 검지 출력 단자(9)로부터 "H" 또는 "L"을 출력한 후, 제어부(8)는 처리를 종료한다.

도 7a∼도 7g는 본 발명에 따른 센서 검출 회로의 동작예를 간략하게 도시하는 파형도이다. 구체적으로는, 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생하고 있지 않는 상태에서 센서 소자(100)에 가속도가 가해지고 있지 않은 상태를 나타내고 있다. 도 7a∼도 7g에 도시하는 파형은,

도 7a : 구동 신호 발생 회로(6)의 구동 신호

도 7b : 입력단 차동 증폭기(20)의 한쪽 입력이 되는 연산 증폭기(21)의 입력 신호(Va)

도 7c : 입력단 차동 증폭기(20)의 다른 한쪽의 입력이 되는 연산 증폭기(22)의 입력 신호(Vb)

도 7d : 연산 증폭기(21)의 출력 신호(Vc)

도 7e : 연산 증폭기(22)의 출력 신호(Vd)

도 7f : 출력단 차동 증폭기(25)의 출력 신호(Vz)

도 7g : 센서 검출 장치(1)의 센서 출력 신호이다.

또한, 감시 회로(40a, 40b) 중 높은 쪽의 비교 기순 전위를 V1, 낮은 쪽의 기준 전위를 V2로 하여 각각 도시되어 있다. 또한, 감시 회로(40c, 40d) 중 높은 쪽의 비교 기준 전위를 V3으로 하고, 낮은 쪽의 기준 전위를 V4로 하여 도면 중에 각각 파선에 의해 도시되어 있다.

또한, 이하의 동작예에 있어서는, 입력단 차동 증폭기(20) 내의 저항(R11 및 R12)의 저항치가 같고, 저항(R13 및 R14)의 저항치가 같은 것으로 한다. 또, 출력단 차동 증폭기(25) 내의 저항(R15 및 R16)의 저항치가 같고, 저항(R17 및 R18)의 저항치를 같게 한다.

구동 신호 발생 회로(6)로부터 센서 소자(100)에, 구동 신호로서 일정 주기의 펄스 신호가 입력되어 있다(도 7a 참조). 센서 소자(100)에 가속도가 가해지고 있지 않은 상태에서는 구동 신호의 진폭이 1/2 배됨으로써 생성된 신호가 센서 소자(100)의 출력 Vs＋ 및 Vs－로서 출력되어 센서 검출 회로(10)에 각각 부여된다. 센서 검출 회로(10)에 입력된 2개의 신호는 고역 통과 필터(30, 30)를 통과하여 입력단 차동 증폭기(20)에 2개의 입력 신호(Va 및 Vb)로서 부여된다(도 7b 및 도 7c 참조).

입력단 차동 증폭기(20)의 입출력 관계는, 이하의 식으로 나타낸다. 단, 이하에서는, 신호를 나타내는 참조 신호가 각각 신호의 전위도 나타내고 있는 것으로 한다.

Vc－Vd ＝ α0×(Va－Vb) … (1)

Vc ＝ α1×Va－α2×Vb … (2)

Vd ＝ α1×Vb－α2×Va … (3)

단, α1＞α2이며, α0, α1 및 α2는 저항(R11, R12, R13, R14)의 저항치 및 콘덴서(C11)의 용량치에 의해 정해지는 증폭률이다.

센서 소자(100)에 가속도가 가해지고 있지 않은 경우, 입력단 차동 증폭기(20)에 부여되는 입력 신호(Va 및 Vb)의 전위는 같기 때문에, 출력 신호(Vc 및 Vd)의 전위도 같다(도 7d 및 도 7e 참조). 입력단 차동 증폭기(20)의 출력 신호(Vc 및 Vd)는 출력단 차동 증폭기(25)에 부여된다.

출력단 차동 증폭기(25)의 입출력 신호의 전위 관계는, 이하의 식으로 나타낸다.

Vz＝β×(Vd－Vc) … (4)

단, β는 저항(R15, R16, R17 및 R18)의 저항치에 의해 정해지는 증폭률이다.

따라서, 출력 신호(Vc 및 Vd)가 같은 경우는, 출력단 차동 증폭기(25)의 출력(Vz)은 0이 되며(도 7f 참조), 센서 검출 장치(1)의 센서 출력도 또 0 V가 된다(도 7g 참조).

도 8a∼도 8g는, 센서 소자(100)에 가속도가 가해지고 있는 경우의 동작예를 간략하게 도시하는 파형도이다. 구체적으로는, 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생하고 있지 않는 상태에서, 센서 소자(100)에 가속도가 가해짐으로써, 피에조 저항(R1 및 R4)의 저항치가 증가하고, 피에조 저항(R2 및 R3)의 저항치가 감소한 경우를 도시하고 있다. 도 8a∼도 8g 각각에는, 도 7a∼도 7g 각각에 도시되어 있는 신호와 동일한 신호의 파형이 도시되어 있다.

이 경우, 도 7b 및 도 7c와 비교하여 입력단 차동 증폭기(20)에의 입력 신호(Va)의 진폭은 감소하고, 입력 신호(Vb)의 진폭은 증가한다(도 8b 및 도 8c 참조). 전술한 (1)식 내지 (3)식에 따라서, 입력단 차동 증폭기(20)에서는 입력 신호(Va 및 Vb)의 전위차를 증폭하도록 출력 신호(Vc 및 Vd)가 출력된다(도 8d 및 도 8e 참조). 출력단 차동 증폭기(25)는 전술한 (4)식에 따라 입력단 차동 증폭기(20)의 출력 신호(Vc 및 Vd)의 전위차를 더 증폭하여 출력 신호(Vz)로서 출력한다(도 8f 참조). 출력 신호(Vz)가 정류 회로(35)에서 직류 신호로 변환되어 센서 출력으로서 출력된다(도 8g 참조). 이 때, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 센서 출력의 전위가 0 V보다 크기 때문에, 가속도가 센서 소자(100)에 가해지고 있는 것을 판단할 수 있다.

또한, 도 7a∼도 7g, 및 도 8a∼도 8g에 도시하는 바와 같이, 감시 회로(40a, 40b)의 비교 기준 전위(V1 및 V2)는, 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10)에 고장이 생기지 않을 때의 입력 신호(Va 및 Vb)의 진폭 변동 범위에서, 높은 쪽의 비교 기준 전위(V1)로 비교가 행해진 경우는 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않고, 낮은 쪽의 비교 기준 전위(V2)로 비교가 행해진 경우는 카운터(44)의 값이 카운트 업되도록 미리 정해져 있다. 마찬가지로, 감시 회로(40c, 40d)의 비교 기준 전위(V3 및 V4)는 높은 쪽 비교 기준 전위(V3)로 비교가 행해진 경우는 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않고, 낮은 쪽 비교 기준 전위(V4)로 비교가 행해진 경우는 카운터(44)의 값이 카운트 업되도록 미리 정해져 있다. 따라서, 제어부(8)는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)가 높은 쪽 비교 기준 전위에서 비교를 행한 경우에 카운터(44)의 값이 카운트 업되고, 낮은 쪽 비교 기준 전위에서 비교를 행한 경우에 카운터(44) 값이 카운트 업되는 상태를, 고장이 발생하지 않는 정상 상태라고 판정하여 고장 검지 출력 단자(9)에 " L"을 출력한다.

도 9a∼도 9g는 센서 소자(100)의 피에조 저항(R4)이 단선 고장난 경우의 동작예를 간략하게 도시하는 파형도이다. 단, 센서 소자(100)에는 가속도가 가해지고 있지 않은 것으로 한다. 또한, 도 9a∼도 9g 각각에는, 도 7a∼도 7g 각각에 도시되어 있는 신호와 동일한 신호의 파형이 도시되어 있다.

이 경우, 입력단 차동 증폭기(20)의 한쪽 입력 신호(Va)로서는, 도 7에 도시한 고장이 발생하지 않는 정상 상태와 마찬가지로, 구동 신호의 진폭을 1/2배한 신 호가 부여되고(도 9b 참조), 다른 한쪽의 입력 신호(Vb)로서는, 피에조 저항(R4)에서 단선이 생기 때문에, 구동 신호의 진폭이 1/2 배되지 않고, 구동 신호가 그대로 부여된다(도 9c 참조). 전술한 (1)식 내지 (3)식에 따라 입력단 차동 증폭기(20)에서는 입력 신호(Va 및 Vb)의 전위차를 증폭하도록 출력 신호(Vc 및 Vd)가 출력된다. 이 때 입력 신호(Vb)의 진폭이 입력 신호(Va)의 진폭보다도 크기 때문에, 출력 신호(Vc)의 진폭이 보다 작고(도 9d 참조), 출력 신호(Vd)의 진폭이 보다 커지도록(도 9e 참조) 입력단 차동 증폭기(20)는 증폭을 행한다.

입력 신호(Va)를 감시하는 감시 회로(40a)가 높은 쪽 비교 기준 전위(V1)를 이용하여 비교를 행한 경우는 카운터(44)는 카운트 업되지 않고, 낮은 쪽 비교 기준 전위(V2)를 이용하여 비교를 행한 경우, 카운터(44)의 값이 카운트 업되기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하지 않는 정상 상태로 판정한다. 그러나, 입력 신호(Vb)를 감시하는 감시 회로(40b)가 높은 쪽 비교 기준 전위(V1)를 이용하여 비교를 행한 경우에는 카운터(44)의 값이 카운트 업되기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다. 또한, 출력 신호(Vc)를 감시하는 감시 회로(40c)가 낮은 쪽의 비교 기준 전위(V4)를 이용하여 비교를 행한 경우에는 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않고, 출력 신호(Vd)를 감시하는 감시 회로(40d)가 높은 쪽의 비교 기준 전위(V3)를 이용하여 비교를 행한 경우에는, 카운터(44)의 값이 카운트 업되기 때문에, 양 감시 회로(40c, 40d)의 출력으로부터도 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다.

따라서, 감시 회로(40b, 40c, 40d)의 3개의 출력으로부터, 제어부(8)는 고장 이 발생하고 있다고 판정되기 때문에, 제어부(8)는 센서 소자(100)에 고장이 발생하고 있다고 판단하고, 고장 검지 출력 단자(9)에 "H"를 출력한다.

도 10a∼도 10g는 센서 소자(100)의 피에조 저항(R2 및 R4)이 단선 고장난 경우의 동작예를 간략하게 도시하는 파형도이다. 단, 센서 소자(100)에는 가속도가 가해지고 있지 않은 것으로 한다. 또한, 도 10a∼도 10g 각각에는 도 7a∼도 7g 각각에 도시되어 있는 신호와 동일한 신호의 파형이 도시되어 있다.

이 경우, 입력단 차동 증폭기(20)의 입력 신호(Va 및 Vb)로서, 구동 신호가 그대로 부여된다(도 10B 및 도 10C 참조). 입력 신호(Va 및 Vb)로서, 진폭이 같고, 게다가 진폭이 큰 신호가 부여되기 때문에, 입력 차동 증폭기(20)는 진폭이 같고, 보다 큰 진폭의 출력 신호(Vc 및 Vd)를 출력한다(도 10D 및 도 10E 참조).

입력 신호(Va)를 감시하는 감시 회로(40a) 및 입력 신호(Vb)를 감시하는 감시 회로(40b)가 높은 쪽의 비교 기준 전위(V1)를 이용하여 비교를 행한 경우에는, 카운터(44)의 값이 카운트 업되기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다. 또, 출력 신호(Vc)를 감시하는 감시 회로(40c) 및 출력 신호(Vd)를 감시하는 감시 회로(40c)가 높은 쪽의 비교 기준 전위(V3)를 이용하여 비교를 행한 경우에는 카운터(44)의 값이 카운트 업되기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다. 따라서, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)의 4개의 출력으로부터 고장이 발생하고 있다고 판정되기 때문에, 제어부(8)는 센서 소자(100)에 고장이 발생하고 있다고 판단하여 고장 검지 출력 단자(9)에 "H"를 출력한다.

도 9a 내지 도 9g에는 센서 소자(100)의 피에조 저항(R4)이 단선 고장난 경 우의 동작예를 도시하고, 도 10a 내지 도 10g에는 피에조 저항(R2 및 R4)이 단선 고장난 경우의 동작예를 도시하였지만, 그 외에도 센서 소자(100)의 고장 패턴이 존재한다. 도시는 생략하지만, 예컨대, 피에조 저항(R1)이 단선 고장난 경우, 구동 신호 발생 회로(6)로부터의 구동 신호가 센서 소자(100)의 제1 출력 단자(102)에 전해지지 않기 때문에, 센서 소자(100)의 출력 Vs＋가 접지 전위가 된다. 이 경우, 입력단 차동 증폭기(20)의 한쪽 입력 신호(Va)를 감시하는 감시 회로(40a)의 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않기 때문에, 제어부(8)가 고장을 검지할 수 있다. 또, 피에조 저항(R1 및 R3)이 단선 고장난 경우도 마찬가지로 하여, 입력단 차동 증폭기(20)의 입력 신호(Va)를 감시하는 감시 회로(40a) 및 입력 신호(Vb)를 감시하는 감시 회로(40b)의 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않기 때문에, 제어부(8)는 고장을 검지할 수 있다. 그 밖의 단선 고장의 조합 및 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)에 의한 고장의 검지 결과를 이하의 표에 나타낸다. 또한, 이 표에 있어서는, "○"은 대응하는 감시 회로로써 고장이 검지되는 것을 나타내고, "×"는 검지되지 않는 것을 나타내는 것으로 한다.

[표 1]

그 다음, 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생한 경우의 동작예를 도시한다. 도 11a∼도 11g는 입력단 차동 증폭기(20) 내의 저항(R11)이 접지 전위에 쇼트하는 고장이 일어나고 있는 경우의 동작예를 간략하게 도시하는 파형도이다. 단, 센서 소자(100)에는 가속도가 가해지고 있지 않은 것으로 한다. 도 11a∼도 11g 각각에는, 도 7a∼도 7g 각각에 도시되어 있는 신호와 동일한 신호의 파형이 도시되어 있다.

이 경우, 입력단 차동 증폭기(20)의 입력 신호(Va 및 Vb)로서, 도 7b 및 도 7c에 도시한 고장이 발생하고 있지 않는 정상 상태와 마찬가지로, 구동 신호의 진폭을 1/2 배함으로써 생성된 신호가 부여된다(도 11b 및 도 11c 참조). 그러나, 입 력단 차동 증폭기(20) 내의 저항(R11)은 고장에 의해 접지 전위와 쇼트하고 있기 때문에, 출력 신호(Vc)는 접지 전위가 되지만(도 11d 참조), 출력 신호(Vd)는 입력 신호(Va)에 관계없이, 입력 신호(Vb)의 진폭을 증폭한 신호가 된다(도 11e 참조).

입력 신호(Va)를 감시하는 감시 회로(40a) 및 입력 신호(Vb)를 감시하는 감시 회로(40b)에서는, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있지 않다고 판정한다. 출력 신호(Vc)를 감시하는 감시 회로(40c)가 낮은 쪽의 비교 기준 전위(V4)를 이용하여 비교를 행한 경우에는, 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다. 또, 출력 신호(Vd)를 감시하는 감시 회로(40d)가 높은 쪽의 비교 기준 전위(V3)를 이용하여 비교를 행한 경우에는 카운터(44)의 값이 카운트 업되기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다. 따라서, 감시 회로(40c, 40d)의 출력 결과만으로 제어부(8)의 고장이 발생하고 있다고 판정되기 때문에, 제어부(8)는 입력단 차동 증폭기(20)에 고장이 발생하고 있다고 판정하고, 고장 검지 출력 단자(9)에 "H"를 출력한다.

도 12a∼도 12g는, 입력단 차동 증폭기(20) 내의 저항(R13)이 단선 고장이 난 경우의 동작예를 간략하게 도시하는 파형도이다. 단, 센서 소자(100)에는 가속도가 가해지고 있지 않은 것으로 한다. 또한, 도 12a∼도 12g 각각에는 도 7a∼도 7g 각각에 도시되어 있는 신호와 동일한 신호의 파형이 도시되어 있다.

이 경우, 입력단 차동 증폭기(20)의 입력 신호(Va 및 Vb)로서, 도 7b 및 도 7b에 도시한 고장이 발생하고 있지 않는 정상 상태와 마찬가지로, 구동 신호의 진폭을 1/2 배함으로써 생성된 신호가 부여된다(도 12b 및 도 12c 참조). 그러나, 입 력단 차동 증폭기(20) 내의 저항(R13)이 고장에 의해 단선되어 있는 경우는, 연산 증폭기(21)와 저항(R11)이, 또 연산 증폭기(22)와 저항(R12)이 각각 증폭률이 1인 비반전 증폭기, 소위 전압 팔로어 회로를 형성한다. 따라서 이 경우, 입력 신호(Va 및 Vb)는 증폭되지 않고 그대로 출력 신호(Vc 및 Vd)로서 출력된다(도 12d 및 도 12e 참조).

입력 신호(Va)를 감시하는 감시 회로(40a) 및 입력 신호(Vb)를 감시하는 감시 회로(40b)에서는 제어부(8)는 고장이 발생하고 있지 않다고 판정한다. 그러나, 입력단 차동 증폭부(20)에 있어서 입력 신호(Va 및 Vb)가 증폭되지 않기 때문에, 출력 신호(Vc)를 감시하는 감시 회로(40c) 및 출력 신호(Vd)를 감시하는 감시 회로(40d)가 낮은 쪽의 비교 기준 전위(V4)를 이용하여 비교를 행한 경우에, 카운터(44)의 값이 카운트 업되지 않기 때문에, 제어부(8)는 고장이 발생하고 있다고 판정한다. 따라서, 감시 회로(40c, 40d)의 출력만으로 고장이 발생하고 있다고 판정되기 때문에, 제어부(8)는 입력단 차동 증폭기(20)에 고장이 발생하고 있다고 판단하고, 고장 검지 출력 단자(9)에 "H"를 출력한다.

또한, 도 9a∼도 9g, 도 10a∼도 10g, 도 11a∼도 11g, 도 12a∼도 12g에 도시된 센서 소자(100) 또는 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생한 경우의 동작예에 있어서는, 센서 소자(100)에는 가속도가 가해지고 있지 않은 경우를 도시하여 설명을 행하였다. 그러나, 센서 소자(100)에 가속도가 가해진 경우에 센서 소자의 전위 Vs＋ 및 Vs－ 사이에 생기는 전위차는 수 mV 정도이며, 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10)에 고장이 발생한 경우에는, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)에 의한 감 시점의 전위는 정상 동작시의 전위와 비교하여 수백 mV∼수 V 정도의 차가 생긴다. 따라서, 비교 기준 전위(Va, Vb, Vc 및 Vd)를 적절하게 설정함으로써, 센서 소자(100)에 가속도가 가해지고 있는 상태에서도 고장 검지를 행할 수 있다.

이상과 같은 구성의 가속도 센서에 있어서는, 구동 신호 발생 회로(6)가 출력하는 펄스 신호를 이용하여, 센서 소자(100)에 의한 가속도의 검지를 행할 수 있는 동시에, 센서 소자(100) 및 입력단 차동 증폭기(20)의 고장 검지를 행할 수 있다. 구동 신호 발생 회로(6)가 출력하는 펄스 신호의 주파수를 높게 함으로써, 입력단 차동 증폭기(20) 및 출력단 차동 증폭기(25) 내의 연산 증폭기의 1/f 노이즈를 저감할 수 있고, 보다 고정밀도로 가속도의 검출을 행할 수 있다. 또, 입력단 차동 증폭기(20)의 2개의 입력 신호 및 2개의 출력 신호를 각각 감시하는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)를 설치함으로써, 센서 소자(100)뿐만 아니라 입력단 차동 증폭기(20)의 고장 유무를 판단할 수 있다. 또, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)에 서 고장이 발생하고 있지 않다고 판정되어 있음에도 관계없이, 센서 출력에 이상이 발생하고 있는 경우에는, 출력단 차동 증폭기(25) 또는 정류 회로(35)에 고장이 발생하고 있다고 간접적으로 판단할 수 있다.

또한, 본 실시형태 1에서는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)를 센서 검출 회로(10)의 각 감시점에 하나씩 설치하는 구성을 나타내었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 감시 회로를 센서 검출 회로(10)에 1개만 설치하고, 각 감시점의 전위를 스위치로 전환함으로써 1개의 감시 회로에 입력하는 구성이라도 좋다. 또, 본 실시형태 1에서는 4개의 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)에 의해 센서 검출 회로(10)의 4개의 감시점을 감시하는 구성을 나타내었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 5개 이상 또는 3개 이하의 감시점 전위를 감시하는 구성으로 하여도 좋다. 또 본 실시형태 1에서는 각 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)가 각각 2개의 비교 기준 전위를 이용하여 비교를 행하는 구성을 나타내었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 1개의 비교 기준 전위 또는 3개 이상의 비교 기준 전위를 이용하여 비교를 행하는 구성으로 하여도 좋다. 또 본 실시형태 1에서는 각 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)가 각각 선택 회로(42)를 구비하여 복수의 비교 기준 전위를 전환하는 구성을 나타내었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 각 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)가 비교기(43) 및 카운터(44)를 복수 구비하고, 복수의 비교기 기준 전위와 각각 비교를 행하는 구성으로 하여도 좋다. 또, 본 실시형태 1에서는, 감시 회로(40a, 40b)를 고역 통과 필터(30, 30)의 출력측에 설치하는 구성을 나타내었지만, 입력측에 설치하는 구성으로 하여도 좋다. 또, 본 실시형태 1에서는 필요 없는 경우에는, 센서 검출 회로(10)가 고역 통과 필터(30, 30)를 구비하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또, 본 실시형태 1에서는 구동 신호 발생 회로(6)가 발생하는 구동 신호가 펄스 신호인 구성을 나타내었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 사인파 또는 삼각파 등의 다른 신호라도 좋다. 또, 도 7a∼도 7g, 도 8a∼도 8g, 도 9a∼도 9g, 도 10a∼도 10g, 도 11a∼도 11g, 도 12a∼도 12g에 도시한 동작예는 일례로서, 이것에 한정되는 것이 아니며, 그 외의 고장을 동일한 방법으로 검출하는 것이 가능하다.

(실시형태 2)

도 13은 본 발명의 실시형태 2에 따른 가속도 센서의 구성을 도시하는 회로도이다. 실시형태 2에 다른 가속도 센서는, 실시형태 1의 가속도 센서와 비교하여, 센서 검출 장치(1a)의 구성이 다르다.

센서 검출 장치(1a)는, 센서 소자(100)를 구동하기 위한 정전류원(71) 및 구동 신호 발생 회로(6)를 구비하고 있다. 또 센서 검출 장치(1a)는 정전류원(71)의 출력 또는 구동 신호 발생 회로(6)의 출력 중 어느 하나를 선택하여 구동 신호 출력 단자(2)로부터 출력하는 선택기(70)를 구비하고 있다. 선택기(70)는 가속도의 검지를 행하는 통상의 동작시에는 정전류원(71)의 출력이 센서 소자(100)에 부여되고, 센서 소자(100) 및 센서 검출 장치(1a)의 고장을 검지하는 고장 검지 동작시에는 구동 신호 발생 회로(6)의 출력이 센서 소자(100)에 부여되도록 제어부(8)에 의해 제어된다.

또, 센서 검출 장치(1a)는 기준 전위를 발생하는 기준 전위 발생 회로(7), 및 센서 소자(100)의 2개의 전위 Vs＋ 및 Vs－의 전위차를 증폭하여 출력하는 센서 검출 회로(10a)를 구비하고 있다. 기준 전위 발생 회로(7)의 출력은 센서 검출 회로(10a)에 부여되어 있다. 센서 검출 회로(10a)는 고장 검지 동작시에는 제어부(8)에 의해 제어되어 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10a)의 고장 검지를 행할 수 있다.

센서 소자(100)의 2개의 전위 Vs＋ 및 Vs－는, 센서 검출 장치(1a)의 제1 입력 단자(3) 및 제2 입력 단자(4)를 각각 사이에 두고 센서 검출 회로(10a)의 제1 입력 단자(11) 및 제2 입력 단자(12)에 각각 입력된다. 센서 검출 회로(10a)는 입 력된 전위 Vs＋ 및 Vs－의 전위차를 증폭하여 제1 출력 단자(13a) 및 제2 출력 단자(13b)로부터 각각 출력한다. 이 2개의 출력이 센서 검출 장치(1a)의 제1 센서 출력 단자(5a) 및 제2 센서 출력 단자(5b)로부터 센서 출력으로서 각각 출력된다. 제1 출력 단자(13a) 및 제2 출력 단자(13b)로부터 출력되는 출력 신호는, 모두 센서 소자(100)의 Vs＋ 및 Vs－의 전위차를 증폭한 신호이지만, 증폭률이 다르다. 또, 제어부(8)에 의한 고장 검지의 결과는, 고장 검지 출력 단자(9)로부터 출력된다.

도 14는 본 발명의 실시형태 2에 따른 센서 검출 회로(10a)의 구성을 도시하는 회로도이다. 또한, 도 14에 있어서는 기준 전위 발생 회로(7) 및 제어부(8)와의 접속은 도시를 생략하고 있지만, 기준 전위 발생 회로(7) 및 제어부(8)는 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)와 각각 접속된다.

센서 검출 회로(10a)의 제1 입력 단자(11) 및 제2 입력 단자(12)로부터 입력된 2개의 신호는, 입력단 차동 증폭기(50)에 부여된다. 입력단 차동 증폭기(50)는 2개의 연산 증폭기(51, 52)를 갖고 있으며, 2개의 입력 신호는 연산 증폭기(51, 52)의 비반전 입력 단자에 각각 부여된다. 연산 증폭기(51)의 출력 단자는 저항(R51)을 통해 연산 증폭기(51)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 연산 증폭기(52)의 출력 단자는 저항(R52)을 통해 연산 증폭기(52)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 또, 연산 증폭기(51)의 반전 입력 단자 및 연산 증폭기(52)의 반전 입력 단자는 저항(R53)을 통해 상호 접속되어 있다. 입력단 차동 증폭기(50)는 2개의 입력 신호의 전위차를 증폭하고, 증폭된 전위차를 갖는 2개의 출력 신호를 각 연산 증폭기(51, 52)의 출력 단자로부터 각각 출력한다.

입력단 차동 증폭기(50)의 2개의 출력 신호는 출력단 차동 증폭기(25)에 부여된다. 출력단 차동 증폭기(25)에 의해 2개의 신호의 전위차를 증폭하여 출력한다. 또한, 입력단 차동 증폭기(50) 및 출력단 차동 증폭기(25)는, 합쳐서 1개의 차동 증폭기로 볼 수 있다. 이 경우, 2개의 차동 증폭기에 의해 소위 계측 증폭기가 구성된다. 계측 증폭기는 높은 동상 성분 제거비를 갖기 때문에, 노이즈에 강하고, 또 입력 임피던스가 높다는 이점이 있다.

출력단 차동 증폭기(25)의 출력은 제1 출력 단자(13a)에서 출력되는 동시에, 비반전 증폭기(60)에 부여된다. 비반전 증폭기(60)는 연산 증폭기(61) 및 2개의 저항(R54, R55)을 갖고 있다. 출력단 차동 증폭기(25)로부터 출력 신호가 연산 증폭기(61)의 비반전 입력 단자에 부여된다. 연산 증폭기(61)의 출력 단자는 저항(R55)을 통해 연산 증폭기(61)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 연산 증폭기(61)의 반전 입력 단자는 저항(R54)를 통해 전원 전위에 접속되어 있다.

비반전 증폭기(60)의 출력은, 반전 증폭기(65)에 부여된다. 반전 증폭기(65)는 연산 증폭기(66), 2개의 저항(R56, R57) 및 오프셋 조절용 전원(67)을 갖고 있다. 비반전 증폭기(60)의 출력 단자가 저항(R56)을 통해 연산 증폭기(66)의 반전 입력 단자에 접속된다. 또한, 연산 증폭기(66)의 출력 단자가 저항(R57)을 통해 연산 증폭기(66)의 반전 입력 단자에 접속되고, 연산 증폭기(66)의 비반전 입력 단자에 오프셋 조절용 전원(67)이 접속된다.

반전 증폭기(65)의 출력은 센서 검출 회로(10a)의 제2 출력 단자에 부여된다. 즉 센서 검출 회로(10a)는 출력단 차동 증폭기(25)의 출력을 제1 출력 단자(13 a)에서 출력하는 동시에, 비반전 증폭기(60) 및 반전 증폭기(65)에 의해 더 증폭한 신호를 제2 출력 단자(13b)에서 출력한다.

또, 센서 검출 회로(10a)는, 입력단 차동 증폭기(50)의 2개의 입력 신호 중 연산 증폭기(51)측 입력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40a) 및 연산 증폭기(52)측 입력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40b)를 구비한다. 또 센서 검출 회로(10a)는 입력단 차동 증폭기(50)의 2개의 출력 신호 중 연산 증폭기(51)측 출력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40c) 및 연산 증폭기(52)측 출력 신호의 전위를 감시하는 감시 회로(40d)를 구비하고 있다. 센서 검출 장치(1a)의 제어부(8)는 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10a)의 고장 검출을 행하는 경우, 선택기(70)를 전환하여 구동 신호 발생 회로(6)가 출력하는 펄스 신호를 센서 소자(100)에 부여함으로써, 펄스 신호가 입력단 차동 증폭기(50)의 입력 및 출력에 올바르게 전달되어 있는지 여부를 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)의 카운터(44) 값이 카운트 업되는지 여부에 기초하여 판단할 수 있다.

또한, 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10a)의 고장 검출을 행하는 경우의, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)의 동작은 실시형태 1의 도 9a∼도 9g, 도 10a∼도 10g, 도 11a∼도 11g, 도 12a∼도 12g에 도시하는 것과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

이상과 같은 구성의 실시형태 2에 따른 가속도 센서는, 센서 소자(100) 및 센서 검출 회로(10a)의 고장 검지를 행하는 경우에는, 선택기(70)를 전환하여 펄스 신호를 센서 소자(100)에 부여하고, 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)에서 입력단 차 동 증폭기(50)의 입력 및 출력을 감시함으로써 고장의 검지를 행할 수 있다. 또, 센서 검출 회로(10a)에서 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)를 제외한 회로는, 센서 검출 회로로서 종래부터 이용되고 있는 공지된 회로이다. 따라서, 센서 검출 회로(10a)는 공지된 센서 검출 회로에 감시 회로(40a, 40b, 40c, 40d)를 추가하는 것만으로 용이하게 고장의 검지 기능을 구비할 수 있고, 적어도 설계 기간 및 설계 비용 등으로 실현할 수 있다. 또, 가속도의 검출을 행하는 경우에는, 도 1에 도시한 종래의 가속도 센서와 완전 동일하기 때문에, 종래의 가속도 센서와의 치환이 용이해진다는 이점이 있다.

또한, 실시형태 2에 따른 가속도 센서에 있어서는, 제1 센서 출력 단자(5a) 및 제2 센서 출력 단자(5b)의 2개의 출력 단자를 구비하는 구성을 나타내었지만, 이것에 한정되지 않고, 그 중 어느 한쪽만을 갖는 구성이어도 좋다.

또한, 실시형태 2에 따른 가속도 센서의 그 밖의 구성은, 실시형태 1에 따른 가속도 센서의 구성과 동일하기 때문에, 대응하는 개소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.

(변형예)

도 15는 본 발명의 실시형태 2의 변형예에 따른 센서 검출 회로의 구성을 도시하는 회로도이다. 본 변형예의 센서 검출 회로(10b)는 도 14에 도시하는 센서 검출 회로(10a)에 더욱 감시 회로(40e, 40f, 40g)를 추가하여 구성되어 있다.

감시 회로(40e)는 출력단 차동 증폭기(25)의 저항(R20)과 비반전 증폭기(60)의 연산 증폭기(61)의 비반전 입력 단자 사이에 접속되어 있으며, 출력단 차동 증 폭기(25)의 출력 신호의 전위를 감시한다. 감시 회로(40f)는 비반전 증폭기(60)의 연산 증폭기(61)의 출력 단자와 반전 증폭기(65)의 저항(R56) 사이에 접속되어 있으며, 비반전 증폭기(60)의 출력 신호의 전위를 감시한다. 감시 회로(40g)는 반전 증폭기(65)의 연산 증폭기(66)의 출력 단자와 센서 검출 회로(10b)의 제2 출력 단자(13b) 사이에 접속되어 있으며, 반전 증폭기(65)의 출력 신호의 전위를 감시한다.

감시 회로(40e, 40f, 40g)를 설치함으로써, 출력단 차동 증폭기(25), 비반전 증폭기(60) 및 반전 증폭기(65)에 고장이 발생한 경우에도 고장을 검지할 수 있다. 또, 이상이 검지된 감시 회로의 조합에 의해 어느 쪽의 증폭기에 고장이 발생하였는지를 특정할 수 있다.

예컨대, 감시 회로(40c, 40d)에서 이상이 검지되지 않고, 감시 회로(40e)에서 이상이 검지된 경우에는, 출력단 차동 증폭기(25)에 고장이 발생하였다고 특정할 수 있다. 마찬가지로 하여 감시 회로(40e)가 이상을 검지하지 않고, 감시 회로(40f)가 이상을 검지한 경우에는, 비반전 증폭기(60)에 고장이 발생하였다고 특정할 수 있다. 또, 감시 회로(40f)가 이상을 검지하지 않고, 감시 회로(40g)가 이상을 검지한 경우에는, 반전 증폭기(65)에 고장이 발생하였다고 특정할 수 있다.

이상과 같은 구성에 의해, 센서 소자(100)에 생긴 고장과, 센서 검출 회로(10b) 내의 증폭기에 생긴 고장을 검출할 수 있는 동시에, 고장이 발생한 개소의 특정을 행할 수 있기 때문에, 센서의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명은 그 본질적 특성의 사상으로부터 벗어나지 않고도 여러가지 형태로 구현될 수 있기 때문에, 본 실시예들은 예시적인 것이며 제한적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기의 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되며, 특허청구범위 내에 드는 모든 변경, 또는 그 등가물들은 특허청구범위에 포함되도록 의도되었다.

센서 소자의 브릿지 회로의 단선 또는 단락 등의 고장과, 차동 증폭부의 파괴를 검지할 수 있는 센서 검출 장치와, 브릿지 회로의 단선 또는 단락 등의 고장과, 차동 증폭부의 파괴를 확실하게 검지할 수 있는 센서 검출 장치와, 보다 확실하게 센서 소자의 상태를 검출할 수 있는 센서 검출 장치와, 다른 구동 수단을 구비하는 장치를 필요로 하지 않는 센서 검출 장치와, 감시부가 전위의 변화를 감시하여 고장을 검지할 수 있고, 고장의 검지와 동시에 센서 소자의 상태를 검출할 수 있으며, 또한, 노이즈에 의한 오동작을 저감할 수 있는 센서 검출 장치와, 주기적으로 변화하는 신호를 이용하여 감시부가 전위의 변화를 감시하고 고장을 검지할 수 있는 동시에, 직류의 신호를 이용하여 센서 소자의 상태를 검출할 수 있는 센서 검출 장치와, 센서 소자의 브릿지 회로에 부여된 구동 신호가 각 감시점에 올바르게 전달되어 있는지 여부를 비교기 및 카운터에 의해 조사할 수 있고, 고장의 검지를 간단히 행할 수 있는 센서 검출 장치와, 보다 다양한 고장을 검지할 수 있는 센서 검출 장치와, 2개의 입력 신호의 직류 성분에 대한 이득을 작게 할 수 있고, 교류 성분만을 증폭한 2개의 출력 신호를 얻을 수 있으며, 증폭기의 직류 성분인 오프셋의 영향을 저감할 수 있는 센서 검출 장치와, 예컨대 필터로서 광역 통과 필터 를 이용한 경우에는, 차동 증폭부에 부여되는 차동 입력의 직류 성분 및 저주파 성분을 커트할 수 있고, 고주파 성분만을 증폭할 수 있으며, 증폭기의 1/f 노이즈에 의한 영향을 저감할 수 있는 센서 검출 장치와, 신뢰성이 높은 센서가 제공된다.

Claims

브릿지 회로를 갖는 센서 소자로부터 출력되는 상기 브릿지 회로의 2개의 출력 전위의 전위차에 기초하여, 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 센서 검출 장치에 있어서,

상기 센서 소자로부터 출력되는 2개의 출력 전위가 입력되는 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자와;

상기 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자에 각각 입력되는 입력 신호의 전위를 증폭하고, 증폭 결과를 출력하는 차동 증폭부와;

상기 차동 증폭부의 입력 신호의 전위를 감시하는 감시부 및 상기 차동 증폭부의 출력 신호의 전위를 감시하는 감시부와;

상기 각 감시부에 의한 감시 결과에 기초하여, 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 발생하는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 구동 수단은 주기적으로 변화하는 구동 신호 또는 직류의 구동 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 구동 수단은 주기적으로 변화하는 구동 신호를 발생하고,

상기 구동 수단이 발생시킨 주기적으로 변화하는 신호에 기초하여, 상기 출력단 차동 증폭부로부터 출력되는 주기적으로 변화하는 신호를 직류 신호로 변환하고, 변환 결과를 출력하는 변환 출력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제4항에 있어서, 상기 감시부는,

감시 대상의 전위와 기준 전위를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호를 출력하는 비교기와,

상기 비교기의 출력 신호를 카운트하는 카운터를 포함하고,

상기 제어부는 상기 각 카운터에 의한 카운트 결과에 기초하여 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 감시부는 복수의 상이한 기준 전위 중 1개를 선택하는 선택부를 더 포함하고,

상기 비교기는 감시 대상의 전위와 상기 선택부가 선택한 기준 전위를 비교하여 비교 결과를 나타내는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 차동 증폭부는 2개의 입력 신호의 전위차를 각각 증폭한 2개의 출력 신호를 출력하고,

상기 감시부는 상기 2개의 입력 신호 및 2개의 출력 신호의 전위를 각각 감시하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제7항에 있어서, 상기 차동 증폭부의 2개의 출력 신호의 전위차를 증폭하고, 증폭 결과를 출력하는 출력단 차동 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차동 증폭부는,

상기 제1 입력 단자가 비반전 입력에 접속되고 출력이 저항을 통하여 반전 입력에 접속된 제1 연산 증폭기와,

상기 제2 입력 단자가 비반전 입력에 접속되고 출력 저항을 통하여 반전 입력에 접속된 제2 연산 증폭기를 포함하고,

상기 제1 연산 증폭기의 반전 입력 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 입력이 직류 성분을 차단하기 위한 콘덴서를 통해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 입력 단자 및 상기 제2 입력 단자는 각각 입력 신호의 특정 주파수 성분을 커트하는 필터를 통해 상기 차 동 증폭부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 센서 검출 장치.
브릿지 회로를 가지며 상기 브릿지 회로의 2개의 전위를 출력하는 센서 소자와, 상기 센서 소자로부터 출력되는 상기 브릿지 회로의 2개의 출력 전위의 전위차에 기초하여 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 센서 검출 장치를 포함하는 센서에 있어서, 상기 센서 검출 장치는,

상기 센서 소자로부터 출력되는 2개의 출력 전위가 각각 입력되는 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자와,

상기 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자에 각각 입력되는 입력 신호의 전위를 증폭하고, 증폭 결과를 출력하는 차동 증폭부와,

상기 차동 증폭부의 입력 신호의 전위를 감시하는 감시부 및 상기 차동 증폭부의 출력 신호의 전위를 감시하는 감시부와,

상기 각 감시부에 의한 감시 결과에 기초하여, 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제11항에 있어서, 상기 센서 소자를 구동하기 위한 구동 신호를 발생하는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제12항에 있어서, 상기 구동 수단은 주기적으로 변화하는 구동 신호 또는 직 류의 구동 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 센서.
제12항에 있어서,

상기 구동 수단은, 주기적으로 변화하는 구동 신호를 발생하고,

상기 구동 수단이 발생한 주기적으로 변화하는 신호에 기초하여 상기 출력 수단 차동 증폭부로부터 출력되는 주기적으로 변화하는 신호를 직류 신호로 변환하고, 변환 결과를 출력하는 변환 출력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제14항에 있어서, 상기 감시부는,

감시 대상의 전위와 기준 전위를 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호를 출력하는 비교기와,

상기 비교기의 출력 신호를 카운트하는 카운터를 포함하고,

상기 제어부는 상기 각 카운터에 의한 카운트 결과에 기초하여 상기 센서 소자의 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 센서.
제15항에 있어서, 상기 감시부는 복수의 상이한 기준 전위 중 1개를 선택하는 선택부를 더 포함하고,

상기 비교기는 감시 대상의 전위와 상기 선택부가 선택한 기준 전위를 비교하여 비교 결과를 나타내는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 센서.
제11항에 있어서, 상기 차동 증폭부는 2개의 입력 신호의 전위차를 각각 증폭한 2개의 출력 신호를 출력하고,

상기 감시부는 상기 2개의 입력 신호 및 2개의 출력 신호의 전위를 각각 감시하는 것을 특징으로 하는 센서.
제17항에 있어서, 상기 차동 증폭부의 2개의 출력 신호의 전위차를 증폭하고, 증폭 결과를 출력하는 출력단 차동 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차동 증폭부는,

상기 제1 입력 단자가 비반전 입력에 접속되고 출력이 저항을 통하여 반전 입력에 접속된 제1 연산 증폭기와,

상기 제2 입력 단자가 비반전 입력에 접속되고 출력이 저항을 통하여 반전 입력에 접속된 제2 연산 증폭기를 포함하고,

상기 제1 연산 증폭기의 반전 입력 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 입력이 직류 성분을 차단하기 위한 콘덴서를 통해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 센서.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 입력 단자 및 상기 제2 입력 단자는 각각 입력 신호의 특정 주파 성분을 커트하는 필터를 통해 상기 차동 증폭부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 센서.