TWI279540B - Sensor detection apparatus and sensor - Google Patents

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1279540 九、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域】 發明領域 本發明有關一感測器檢測裝置以及具有此一感測器檢 5測裝置之一感測器，此感測器檢測裝置具有能夠使用橋接 電路來檢測一感測器元件之異常的一感測器檢測電路。 發明背景 第1圖係一電路圖顯示一傳統加速感測器之一結構。In 10苐1圖，參考編號1〇〇代表感測加速之一感測器元件，參考 編號110代表檢測來自感測器元件100之一輸出加速的一感 測器檢測裝置。感測器元件100中，電阻值依據施於其上之 應力變化的四個壓電阻器R卜尺2、尺3、及尺4構成一惠斯同 橋接電路。串聯之壓電阻器R1和R2與串聯之壓電阻器R3和 15 R4被並聯連接在被施與一驅動電源之一電源端101與連至 接地電位之一接地端之間104。就感測器元件1〇〇之輸出， 介於壓電阻器R1和R2之間之一電位Vs+從一第一輸出端 102輸出，而介於壓電阻器R3和R4之間之一電位ys_自一第 二輸出端103輸出。 20 在一例子中假設壓電阻器m、R2、R3、及R4各具有一 電阻值R，在沒有加速被施於感測器元件1〇〇時電位Vs+和 Vs-相等。然而’在被施以力σ速時，例如，壓電阻器ri和對 角位置上的R4之電阻值變成rS-Dr，而壓電阻器R2和和對 角位置上的R3之電阻值也變成R_Dr。結果，在電位vs+和 1279540

Vs-間產生對應於DR之一電位差。 感測器檢測裝置110具有一電源電路115以驅動感測器 元件100。電源電路115之輸出係從一電源輸出端111輸出， 而被供給感測器元件100之電源端101。感測器元件100之兩 5 個電位和Vs-分別經由感測器檢測裝置11〇之一第一輸 入端112和一第二輸入端113輸入到感測器檢測裝置11〇中 之一放大器116。放大器116放大介於Vs+和Vs-之間之電位 差電位然後從一輸出端114輸出一結果。施於感測器元件 100之加速可根據來自輸出端114之輸出來調整。 10 曰本新型申請案早期公開第4-109371號中（1992)，揭 示一種可檢測例如在一惠斯同橋接器發生之一開路或一短 路電路之電路故障的診斷電路，其藉由使用一視窗比較器 來監視惠斯同橋接電路的兩個輸出電位是否落在一特定電 位犯圍中。例如，在惠斯同橋接電路中發生一開路時，輸 15出電位便成一電源供應器電位或一接地電位，如此異常可 藉由視窗比較器檢測到。 又’在曰本新型申請案早期公開第5_8172〇號中 (1993 )’揭示一種可檢測在一惠斯同橋接器發生之例如一 開路或-¾路電路之電路故障的診斷電路，其利用一視窗 20比車乂為來|^視介於一故障檢測電阻器兩端間之一電位差是 否洛在-特定範圍中，該故障檢測電阻器並聯連接惠 橋接電路。 ’ 曰本專利申請案早期公開 第2003-194646號中揭示一 種應力心裝置，其可減少-惠斯同橋接電路輪出變化 6 1279540 的暫態效應’因此，藉由提供一脈衝電壓至惠斯同橋接恭 路作為-電源供應器而増加檢測準確性，以固定時間區二 取樣兩個輸出電壓之間之電位差供測量，並輪出已 界值以下的測量值作為測量結果。 5 《而’在曰本新型申請案早期公開第4-1〇9371號 (脈）巾麟之-料電路、以及日柄”請案早= 公開第5-81720號（1993)中所述可檢測惠斯同橋接電路中 發生之例如-開路或-短路之電路故障的故障檢測裝置， 可能發生-種問題，即在檢測發生在一放大器之故障時放 10大了介於惠斯同橋接電路兩個輸出間之一電位差。 尤其，在一加速感測器與一感測器檢測裝置包含不同 的晶片時，感測檢測裝置輸入級之一放大器可能因進入 感測器檢測裝置之1C輸入端之靜電而毀壞。當放大器毀 壞，便不可能正確地進行加速檢測；因此需要一種可檢測 15 放大器毀損之感測器檢測電路的結構。 此外，由於介於惠斯同橋接電路兩個輸出之間之電位 差極微小，雜訊引起更大效應。肇於雜訊而使得檢測準確 性有惡化的問題。此外，就放大電位差之放大器而言，通 常用高增益放大器。由此，放大器的偏移變得更大，使得 20檢測之準確性有惡化的問題。日本新型申請案早期公開第 4-109371號（ 1992)、日本新型申請案早期公開第5·8172〇 號（1993)、以及日本專利申請案早期公開第2〇〇3-194646 號都沒提到這些問題。 【明内】 7 1279540 發明概要 本發明係針對前述問題，因而本發明之一目標係提供 —種能夠檢測-感測器^件之橋接電路之例如m ，路之$路故障以及—差動放大單元毀損之之感測器檢測 衣置’其藉由採取一種結構，其中之監視單元用來監視差 =放大單元之輸人和輸出信號電位，其放大介於具有橋接 電路之感測器元件給定之兩個輸入信號間之一電位差。 本發明之另一目標在於提供一種能夠可靠地檢測例如 橋接電路中-開路或-短路之電路故障以及差動放大單元 10之毁損的感測器檢測裝置，其藉由採取一種結構，其中監 視單元用來分別監視輸入至差動放大單元之兩個輸入信號 以及自差動放大單元輸出之兩個輸出信號。 本發明之另一目標在於提供一種能夠更可靠地檢測感 測器元件之裝置之感測器檢測裝置，其藉由採取一種結 15構，其中一輸出級差動放大單元用來更進一步放大介於差 動放大單元之兩個輸出信號間之一電位差、放大感測器元 件給予之兩個輸入信號間之一電位差，並輸出一放大結果。 本發明之另一目標在於提供一感測器檢測裝置，其驅 動裝置不需額外裝置，藉由採取一種結構，其中驅動裝置 20 用以驅動感測器元件。 本發明之另一目標在於提供一種能夠藉由監視監視單 元中之電位變化，同步檢測感測器元件之裝置，來檢測故 障之感測器檢測裝置，以及藉由採用一種結構來減少雜訊 造成的故P早’ s亥結構中感測器元件係利用一週期性改變信 8 1279540 5虎驅動 <列如一正弦波信號或一脈衝信號，且轉換輸出裝 置被用來將週期性改變信號轉換成-直流信號並輸出信 號。 本I明之另一目標在於提供一種能夠透過利用一週期 5 11改又彳"唬，藉以監視在監視單元之電位變化來檢測故障 之感測器檢測裝置，以及藉由利用一直流信號來檢測感測 ③兀件之骏置’其採取一種結構，其中之感測器元件由週 期性改變信號或直流信號驅動。 务月之另目標在於提供一感測器檢測裝置，其能 10夠松一、、、a予感測裔元件之橋接電路之一驅動信號是否被正 確地傳送到比較器之個別監視點和計數器，並能夠輕易地 藉由採取一結構來檢測故障，該結構中，感測器元件利用 週期性改變信號驅動，比較監視點之電位與在比較器之參 考電位然後计异在計數器之比較器的比較結果。 15 本發明之另一目標在於提供一感測器檢測裝置，其能 夠藉由採取一結構檢測更多故障，該結構中，比較器比較 多個參考電位與監視點之電位。 本發明之另一目標在於提供一感測器檢測裝置，其能 夠減少差動放大單元之兩個輸入信號的直流成分上之增 20益’獲得兩個輪出信號，其等之交流成份分別被放大，而 減少差動放大單元之兩個運算放大器之直流成分偏移的影 響’藉由採取~種結構，其中兩個運算放大器經由一電容 器彼此相連接。 本發明之另一目標在於提供一感測器檢測裝置，其能 9 1279540 ，二差動放大單71之差動輸出之蝴分與低頻成 刀 -各自南頻率成分，且藉由採取一種結構，運曾 ==!_效應’該結構中，譬如在使用高通遽波 :乍^波科，感測器元件之橋接電路經域波器輸出 至差動放大單元。 树明之p目標在於提供藉岐供能夠檢測感測器 2舁放大車元之故障之感測器檢測裝置的一可靠的感測 态0 10 15 依據本發明之感測器檢測裝置之第_層 一橋接電路的感測器檢洌f ’、 有 列衣置，根據自一感測器元件輸出 至該橋接電路間之兩個輸出電位之一電位差來檢測該感測 為兀件之-狀態’其特徵在於包含：自該感測器元件輸出 〜亥4兩個輸出電位所分別輸入至的-第-輸入端與-第 1端’差動放大單兀’其放大分別輸入至該第一輸 入端與該^輸人端之該輸人信號該電位並輸出放大結 果’皿視早疋用以監視該差動放大單元之該輸入信號之該 電位、以及用以監視該差動放大單元之該輪出信號之該電 位之監視單元’以及一控制單元，其根據該監視單元之監 視結果檢測該感測器元件之該狀態。 依據本發明之感測器檢測裝置之第—層面，監視單元 用來監視差動放大單元之輸入和輸出信號之電位，其分別 放大介於感測器元件之橋接電路之兩個輪入信號間之一電 m。當故障發生在感測器元件之橋接電路或差動放大單 元守凰視單元^双’則異常，從而感測器元件或差動放大單 20 1279540 元處之故障可被檢測。 依據本發明之感測器檢測裝置之第一層面，如前述者 故障已發生在橋接電路或差動放大單元時，監視單元可2 測異常，其可增進加速、應力、利用感測器所獲得之檢測 5結果之可靠度。 、 依據本發明之感測器檢測裝置之第二層面，其特徵在 於：該差動放大單元輸出藉由放大該等兩個輸入信號間之 一電位差所產生的該等兩個輸出信號，以及該監視單元分 別監視該等兩個輸入信號與該等兩個輸出信號之該電位。 10 依據本發明之感測器檢測裝置之第二層面，兩個輸出 信號可由放大介於差動放大單元之感測器元件之兩個輸入 信號間之一電位差所獲得。監視器電路監視兩個輸入信號 與兩個輸出信號之電位。當故障發生在感測器元件時，差 動放大單元之異常輸入信號被檢測，且當故障發生在差動 15放大單元時，差動放大單元之異常輸出信號被檢測。 依據本發明之感測器檢測裝置之第二層面，由於可以 藉由監視輸入信號而確貫地檢測感測器元件之故障，以及 藉由監視輸出信號碟實地檢測差動放大單元之故障，如同 前述，可以增進加速、應力、及利用感測器所獲得之檢測 20結果之可靠度。 依據本發明之一感測器檢測裝置之第三層面，其特徵 更包含一輸出級差動放大單元，其放大一在該差動放大單 元之該兩個輸出信號間之電位差，並輸出一放大結果。 依據本發明之感測為檢測裝置之第三層面，兩個輸出 11 1279540 信號係由放大介於來自差動放大單元之感測器元件之兩個 輸入信號間之一電位差所獲得。接著介於兩個輸出信號間 之一電位差藉由輸出級差動放大單元放大，然後放大結果 被輸出。由於介於感測器元件之兩個輸入信號間之電位差 5 極微小，感測器元件之裝置可確實地藉由放大單元之放大 電位差多級多次地檢測，如前所述。 依據本發明之感測器檢測裝置之第三層面，由於介於 感測器元件之兩個輸入信號間之微小電位差會如同前述確 實地放大，可增進對加速、應力、及由感測器檢測所獲之 10 檢測準確性。 依據本發明一感測器檢測裝置之第四層面，其特徵更 包含用以產生一驅動信號來驅動該感測器元件之驅動裝 置。 依據本發明之感測器檢測裝置之第二層面，由於可以 15 藉由監視輸入信號而確實地檢測感測器元件之故障，以及 藉由監視輸出信號確實地檢測差動放大單元之故障，如同 前述，可以增進加速、應力、及利用感測器所獲得之檢測 結果之可靠度。 依據本發明之一感測器檢測裝置之第三層面，其特徵 20 更包含一輸出級差動放大單元，其放大一在該差動放大單 元之該兩個輸出信號間之電位差，並輸出一放大結果。 依據本發明之感測器檢測裝置之第三層面，兩個輸出 信號係由放大介於來自差動放大單元之感測器元件之兩個 輸入信號間之一電位差所獲得。接著介於兩個輸出信號間 12 1279540 之一電位差藉由輸出級差動放大单元放大’然後放大結果 被輸出。由於介於感測器元件之兩個輸入信號間之電位差 極微小，感測器元件之裝置可確實地藉由放大單元之放大 電位差多級多次地檢測，如前所述。 5 依據本發明之感測器檢測裝置之第三層面，由於來自 感測器元件之兩個輸入信號間之微小電位差可如前述被確 實放大，加速、應力、或其他藉由感測器進行之檢測之準 確性被增進。 依據本發明一感測器檢測裝置之第四層面，其特徵更 10 包含用以產生一驅動信號來驅動該感測器元件之驅動裝 置。 依據本發明之感測器檢測裝置之第四層面，感測器檢 測裝置具有用來產生一驅動信號以驅動感測器元件之驅動 裝置。結果不需提供一種額外具備驅動裝置之裝置。且由 15 此感測器檢測裝置進行故障檢測變成可以改變驅動信號。 依據本發明之感測器檢測裝置之第四層面，由於不需 提供額外前述具有驅動裝置之裝置，感測器之生產成本可 被減少。此外，由於其變成可以控制感測器檢測裝置中之 驅動信號變化，可以使用不同的驅動信號，在檢測到感測 20 器之裝置並進行故障檢測時，可以依據電路結構進行故障 檢測。 依據本發明之感測器檢測裝置之第五層面，其特徵在 於··該驅動裝置產生週期性改變之驅動信號，以及轉換輸 出裝置被提供以根據該驅動裝置產生的該週期性改變信號 13 1279540 來將自該輸出級差動放大單元輸出之該改變信號週期性地 、 轉換為一直流信號，並用來輸出該轉換信號。 依據本發明之感測器檢測裝置之第五層面，感測器元 件係利用一週期性改變的信號驅動。監視單元監視在監視 5 點處之電位變化來進行故障檢測。此外，由於具有將週期 性改變信號轉換成一直流信號然後輸出之信號轉換輸出裝 ‘ 置’故障檢測與感測器元件之裝置檢測可同時進行。此外， Φ 藉由利用週期性地改變信號，可減少雜訊所致之一故障。 依據本發明之感測器檢測裝置之第五層面，由於其可 10 藉由週期性地改變信號來檢測感測器元件之裝置、以及檢 測來自前述監視點電位變化之監視單元故障，其變成可以 同時檢測感測器元件之裝置與故障，而進一步改善感測器 之可靠度。再者，如前述，可減少雜訊造成的故障，藉此 更進一步改善感測器之可靠度。 15 依據本發明之感測器檢測裝置之第六層面，其特徵在 • 於該驅動裝置產生一週期性地改變驅動信號或一直流驅動 信號。 依據本發明之感測器檢測裝置之第六層面，感測器元 件係由週期性献變信號或由驅動裝置產生的直流信二驅 動。例如’在進行故障檢_，感測器元件之橋接電路係 由例如正弦波信號或脈衝信號驅動信號之驅動，但在不進 :故障檢測時’橋接電路係由直流驅動信號驅動。此外， 由於監視單元被連接到差動放大單元， 因此可輕易地進 行故障檢測功能。 可由操作監視單元檢測。------ 订㈣測時 20 1279540 依據本發明之感測器檢測裝置之第六層面，當進行故 障檢測時，感測器元件之橋接電路係由週期性地改變信號 驅動，且在感測器元件之裝置被檢測到時，感測器元件之 橋接電路係由直流驅動信號驅動，因此如前述，感測器元 5件之裝置可藉由利用與傳統感測器檢測裝置相同之方法進 行檢測。由於此裝置可藉由僅加上驅動信號產生源以及監 視單元到現存電路而輕易地加入故障檢測功能，具有這樣 一種結構之感測器檢測裝置可以短時間設計，且其開發費 用可以減少。 10 依據本發明之感測器檢測裝置之第七層面，其特徵在 於：該監視單元包括：一比較器，其將被監視的一電位與 一參考電位相比較，然後輸出表示一比較結果之一信號； 以及計數該比較器之該輸出信號的一計數器；以及該控制 單元根據該計數器之計數結果檢測該感測器元件之該狀 15 態。 依據本發明之感測器檢測裝置之第七層面，感測器元 件之橋接電路係藉由週期性地改變信號所驅動，而監視點 電位與預定參考電位之比較係由比較器進行。由於脈衝信 波可隨驅動信號自惠斯同橋接電路傳送到個別監視點與參 2〇考電位之比較結果由比較器之輸出獲得，計數器計數脈衝 信號。藉由比較計數器之計數期望值，其係藉由供給感測 杰元件之橋接電路之驅動信號之週期判定、以及實際計數 器計數值，可輕易地檢測到故障。 依據本發明之感測器檢測裝置之第七層面，由於可藉 15 1279540 由前述比較器和計敦哭叮 〇〇 可以檢測供給橋接電路之驅動信 號疋否正t也傳送到個別的監視點，可確實而容易地檢測 發生在橋接電路或絲放大單元之故障，而改善加速、應 力、或其他利用感測器進行之檢測結果的可靠度。 依據本餐明之感測ϋ檢測I置之第人層面，其特徵在 選擇多個不同參考電位中之其 ’以及該比較器將被監視的該 之該參考電位，並輸出表示一

於：該監視單元更包括用以 中一參考電位的一選擇單元 電位相較於该選擇單元所選 比較結果之一信號。 10 依據本發明之感測器檢測褒置之第八層面，藉由切換 所提供^個荟考電位並將選定參考電位供給比較器，進行 多個比較。藉由提供多個比較參考，不僅可以解決簡單的 故障，例如電路開路或短路，亦可解決許多例如 肇於由壓 電阻器組成之橋接電路惡化之電阻值變化之故障、或電路 15中極少量電流茂露造成之電位變化，如前述，可靠度可進 一步提昇。 依據本發明之感測器檢測裳置之第八層面，由於不僅 可以解決簡單的故障，例如電路開路或短路，亦可解決許 多例如肇於由壓電阻器組成之惠斯同橋接電路惡化之電阻 20值變化之故障、或電路中極少量電流祕造成之電位變 化，如前述，可靠度可進一步提昇。 依據本發明之感測器檢測袭置之第九層面，其特徵在 於：該差動放大單元包括-第—運算放大器，其本身之非 反相輸入與該第一輸入端相連、以及其本身之輸出經由一 16 1279540 電阻器與本身之反相輸入相連；以及一第二運算放大器， 其本身之非反相輸入與該第二輸入端相連，且其本身之輸 出經由一電阻器與一反相輸入相連；以及該第一運算放大 器之反相輸入與該第二運算放大器之該反相輸入經由一電 5 容器彼此相連接以切斷該直流成分。 依據本發明之感測器檢測裝置之第九層面，差動放大 單元係經由一電容器相連兩個運算放大器所構成。藉由採 取這樣一種結構，來自感測器元件之橋接電路之兩個輸入 信號的直流成分上之增益被降低，且僅其交流成分被放大 10 與輸出，藉此運算放大器處之直流成分偏移之影響被消 除。此外，藉由採取這樣一種結構，感測器元件之橋接電 路不斷地藉由例如正弦波信號或脈衝信號驅動信號驅動， 藉此，驅動橋接電路藉用高頻率的驅動信號，運算放大器 之Ι/f雜訊被減少。 15 依據本發明之感測器檢測裝置之第九層面，由於能夠 減少前述中運算放大器之直流成分之影響，加速、應力等 之檢測可具有較高的準確性。此外，由於前述中ι/f的運算 放大器雜訊可被減少，檢測，加速、應力等可具有更高的 可靠度。 20 依據本發明之感測器檢測裝置之第十層面，其特徵在 於：該第一輸入端與該第二輸入端經由一濾波器分別被連 接至該差動放大單元，其切斷該等輸入信號之等該特定頻 率成份。 依據本發明之感測器檢測裝置之第十層面，來自感測 17 1279540 器元件之橋接電路之輸出信號透過切除其特定頻率成分之 濾波器被供至差動放大單元。例如，其可藉由將信號傳送 通過高通濾波器來切除輸入信號之直流成分與低頻成分而 僅將其高頻率成分給予差動放大單元。由於l/f的運算放大 5 器雜訊在一低頻區中很高，l/f雜訊之影響可藉由切斷直流 成分和低頻成分來降低。 依據本發明之感測器檢測裝置之第十層面，如前述， 在例如使用高通濾波器作為濾波器時，輸出的給差動放大 單元之直流成分與低頻成分被切除，而僅高頻率成分被放 10 大，因而l/f的運算放大器雜訊之影響被減少。由此得以進 行較高準確性之加速、應力等檢測。 依據本發明之一感測器特徵包含：該感測器元件具有 一橋接電路並輸出該橋接電路之兩個電位；以及前述第一 到第十層面的感測器檢測裝置被輸入感測器元件所輸出之 15 兩個電位。 依據本發明之感測器，由於前述感測器檢測裝置被提 供給感測器，感測器元件與差動放大單元之故障可被檢測 而提昇感測器之可靠度。 依據本發明之感測器，由於感測器元件與差動放大單 20 元之故障可如前述，檢測，加速、應力或或其他利用感測 器進行之檢測結果可靠度被增進。 前述以及更進一步之未發明目的與特點想完整呈現於 下述細節說明與附圖。 圖式簡單說明 18 1279540 第1圖之一電路圖顯示一傳統加速感測器之一結構； 第2圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例1之一加 速感測器一結構； 第3圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例1之一感 5 測器檢測電路之一結構； 第4圖係一電路圖顯示依據本發明之感測器檢測電路 之監視1§電路結構， 第5圖之一電路圖顯示依據本發明之一選擇電路之一 範例結構； 10 第6圖之一流程圖顯示依據本發明一感測器檢測裝置 之一控制單元所引用的一故障檢測處理程序； 第7A圖至第7G圖之概略波形圖顯示依據本發明之感 測器檢測電路之操作範例； 第8 A圖至第8G圖之概略波形圖顯示當施加加速於一 15 感測器元件時之範例操作； 第9A圖至第9G圖之概略波形圖顯示當感測器元件之 壓電阻器R4之故障造成斷接時之範例操作； 第10A圖至第10G圖之概略波形圖顯示當感測器元件 之壓電阻器R2和R4故障造成斷接時之範例操作； 20 第11A圖至第11G圖之概略波形圖顯示當一輸入級差 動放大器之電阻器R11短路至一接地電位之故障發生時之 範例操作； 第12A圖至第12G圖之概略波形圖顯示當輸入級差動 放大器之電阻器R13故障造成斷接時之範例操作； 19 1279540 第13圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之一加 速感測器結構； 第14圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之一感 測器檢測電路結構；以及 5 第15圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之修改 之一感測器檢測電路結構。 L實施方式3 較佳實施例之詳細說明 依據本發明之實施例將在下面參考圖示詳細地說明。 ίο (實施例1 ) 第2圖係一電路圖顯示依據本發明之實施例1之一加 速感測器之一種結構。加速感測器包含一感測器元件100以 及檢測來自感測器元件100之加速的一感測器檢測裝置1。 第3圖係一電路圖顯示依據本發明之實施例1之感測器檢 15 測裝置1中所包括之一種一感測器檢測電路10結構。附帶 地，第2圖所示感測器元件100之結構與第1圖之傳統感測器 結構中所示感測器元件100的結構相同；因此，省略其解釋。 感測器檢測裝置1具有用來驅動感測器元件10 0之一驅 動信號產生電路6。驅動信號產生電路6供應一驅動信號到 20 感測器元件100，而感測器檢測電路10放大一電位差感測器 元件100輸出的一電位Vs+與一電位Vs-的電位差並輸出一 結果。此外，藉由一控制單元8感測器檢測裝置1，判斷是 否有任何故障發生在感測器元件100及感測器檢測電路 10。控制單元8透過對驅動信號產生電路6、一參考電位產 20 1279540 生電路7、及感測器檢測電路1〇 -JH7 3見哭^^ Λ ^ 40c、和4〇d之控制判斷故障。 σ包 〇a、40b、 5

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20 时驅動信號產生電路6產生及輪出具有約 應态電壓Vdd之振幅的一脈衝信號，且苴、 电源供 產生的脈衝信號從感卿檢測裝置丨I、WMHz振蘯。 被輸出並供至感測器元件i⑽之艇動信號輸出端2 包源供應器端1 f) 1。会名 笔位產生電路7輸出穩定的定電位，其 乡考 器電壓Vdd與溫度的變化。來考、又有電源供應 考電位被供至感測器檢測電路1〇 t生電路7輸出之一參 ·10。附帶地，參考電位產生 電路7由使用例如使用一齊衲- 更用以-極體或價帶參考電壓電路 之-參考電壓％路之一習知電路所組成。 感測器元件100的兩個電位Vs+和Vs分別被輪入至感 測器檢測電賴第-輸入端u和第二端12，分別經由减測 器檢測裝置1之第-輸入端3和第二輸入端4。感測器檢測電 ㈣社介於輸人電位Vs_Vs•之間之電位差並輸出來自 輸出知13之結果。感測器檢測電路1〇之輸出從感測器 檢測裝置1之感測器輸出端5被輸出作為一感測器輪出，藉 此施於感測H元件刚之—加速可被觸。此外，故障檢測 結果藉由控制單元8由—故障檢測輸出端9輸出 。檢測到故 P早時’ 2出（高位準信號）被輪出，而未檢測到故障時，2L2 (低位準信號）被輪出。此結果，例如，在具有依據本發 明之一感測器的裝置查覺有2 H 2從故障檢測輸出端9被輸 出，此裝置被允許執行一步驟，例如亮起一警示燈或一警 示訊息的一語言輪出。 21 1279540 感測器檢測電路10具有兩個高通濾波器30，其切斷信 就的低頻成分而通過其高頻率成分，一輸入級差動放大器 20其放大介於兩個輸入信號與輸出兩個信號間之電位差， 一輸出級差動放大器25，其放大介於兩個輸入信號之間之 5 電位差並輸出一結果，一整流器電路35，其將一周期性信 號轉成一直流信號等。 從感測器檢測電路10之第一和第二輸入端11和12輸入 之兩個信號分別被供至高通濾波器30。每一高通濾波器30 具有一電容器C12,其一端被連接到輸入端而另一端被連接 10 到輸出端；一電阻器R19，其一端被連接介於電容器C12之 一端與輸出端之間；以及一偏壓源31，其一端被連接到電 阻器R19之其他端和和被連接到一接地電位之其他端點之 間。又，電阻器R19和偏壓源31被串聯。因此，每一高通濾 波器30藉判斷電容器C12之電容值和電阻器R19之電阻值 15 切斷輸入信號中頻率等於或低於一切斷頻率之一信號並輸 出結果。 在低頻成分被高通濾波器30切斷後，兩個輸入信號分 別被供至輸入級差動放大器20。輸入級差動放大器20具有 兩個運算放大器21和22。兩個輸入信號分別被供至運算放 20 大器21和22之非反相輸入端，。 特別是，輸入級差動放大器20具有前述的一種結構。 運算放大器21之一輸出端經由一電阻器RU被連接到運算 放大器21之一反相輸入端。運算放大器22之輸出端經由一 電阻器R12被連接到運算放大器22之反相輸入端。運算放大 22 1279540 器21之反相輸入端和運算放大器22之反相輸入端經由包含 一電阻态R13、一電容器cn、及一電阻器R14之一串電路 彼此連接。藉由此種結構，輸入級差動放大器2〇放大介於 兩個輸入信號之間之一電位差並從運算放大器21和22之輸 5出端輸出具有放大電位差之兩個輸出信號。 由於兩個運算放大器21和22之各反相輸入端經由電容 器C11互相連接，輸入級差動放大器2〇只放大並輸出輸入信 號之交流成分而不放大地輸出輸入信號之直流成分。這是 因為關於直流成分，兩個運算放大器21和22之反相輸入端 10因電容器C11之存在而使得狀態不相連，此一狀態等於一運 算放大器21和22分別形成一電壓追隨器電路。結果，在此 等運算放大器21和22之偏置不被放大，因為他們被視為直 流成分，使得輸入級差動放大器20之增益增家，藉此提昇 其準確性。 15 輸入級差動放大器20之兩個輸出信號被供至輸出級差 動放大器25。輸出級差動放大器25放大介於兩個輸入信號 之間之一電位差並輸出一結果。輸出級差動放大器25具有 一運算放大器26。來自輸入級差動放大器20之兩個輸出信 號其中之一經由一電阻器R15被供至運算放大器26之一反 20 相輸入端，而其他6經由一電阻器R16被供至運算放大器2 之一非反相輸入端。此外，運算放大器26之一輸出端經由 一電阻器R17被連接到運算放大器26之反相輸入端。運算放 大器26之非反相輸入端經由彼此連接串聯一電阻器R18及 一偏移調整電源27連接到接地電位。輸出級差動放大器25 23 1279540 以藉由這些電阻器R15，R16，R17，和R18判定之一放大因 數放大介於兩個信號之間之電位差。此外，一電阻器R20 被串聯連接至運算放大器26之輸出端。運算放大器26之一 輸出信號經由電阻器R20被輸出為輸出級差動放大器25之 5 一輸出信號。 輸出級差動放大器2 5吃輸出信號被供至一整流器電路 35。整流器電路35具有一習知電路結構，其組配以例如， 包含多個二極體之一橋接電路和包含一電阻器與一電容器 之一低通濾波器的組合。具有藉由整流器電路35被轉換成 10 一直流信號之輸出級差動放大器25之輸出信號，從感測器 檢測裝置1之感測器輸出端5藉由從感測器檢測電路1〇之輸 出端13輸出作為一感測器輸出。 感測器檢測電路10具有一監視器電路4〇a，其監視至輸 入級差動放大器20在運算放大器21端之兩個輸入信號之輸 15入信號電位及一監視器電路40b，其監視在運算放大器22端 之輸入信號電位。又，感測器檢測電路10具有一監視器電 路4〇c，其監視來自輸入級差動放大器20運算放大器21端之 兩個輸出信號之輸出信號電位、及一監視器電路40d其監視 運算放大器22端之輸出信號電位。附帶地，比第3圖，未顯 20示至參考電位產生電路7與至控制單元8之連接。然而，參 考電位產生電路7和控制單元8分別被連接至監視器電路 4〇a、4〇b、40c、和40d。 第4圖之-電路圖顯示-種依據本發明之感測器檢測 電路之監視器電路40a結構。為監視器電路4〇a，係各監視 24 1279540 設信號。此外，監視器電路40a具有： 驗參考電位和接地電位之間電位分壓 從多個輸入電位選擇並輸出一電位； 兩個輸入電位之大小；及一計數器44 改變之次數。 點電位之-監視電位、自參考電位產生電路7輸出之一參考 電位、及來自控制單元8作為控制信號之―選擇信號和一重 5 一分壓電路41，其將 ;~選擇電路42，其 一比較器43，其比較 ’其計算一輸入信號 分廢電路41係-電路，其中三個電阻器R4i、R42、和 祕被串聯連接於-輸入端與參考電位被輪入處之間，而接 1〇地電位依比例來自參考電位。介於電阻器R4i和R42之間之 電位與介於電阻器驗和R43之間之電位分別被輸出作為 比較參考電位。從分壓電路41輸出之兩個比較參考電位被 輸入至選擇電路42。 選擇電路42輸出兩個比較參考電位任一者並依據控制 15單元8所給一選擇信號供給比較器43。來自控制單元8之選 擇信號，例如，一位元的一邏輯信號。選擇電路42被組配 以在選擇彳5號為2H2時輸出較高的兩個比較參考電位，但在 %擇彳§號為2L2時輸出較低的比較參考電位。 第5圖之一電路圖顯示依據本發明之選擇電路42之一 20種範例結構。選擇電路42具有以藉由相連一PMOS電晶體P1 與一NMOS電晶體N1之源極以及藉由相連一pm〇S電晶體 P1與一NMOS電晶體N1之汲極組配之一傳輸閘電路、及藉 由相連一 PMOS電晶體P2與一 nm〇S電晶體N2之源極以及 藉由相連一 PMOS電晶體P2與一 nm〇S電晶體N2之汲極組 25 1279540 成的一傳輪閘電路。兩個比較參考電位分別被輸入至兩個 傳輸閘電路之輸入端，然後兩個傳輸閘電路之輸出受有線 OR控制被輸出為一輸出電位。 特別是，其中被輸入比較參考電位（比較參考電位。 5 之一端被連接到PMOS電晶體P1和NMOS電晶體N1之源 極’被輸入比較參考電位2之另一端被連接到PMOS電晶體 P2與NMOS電晶體N2之源極，and汲極ofall電晶體被連接至 輸出一輸出電位之一端。選擇信號被輸入之一端被連接到 NMOS電晶體N1和PMOS電晶體P2之閘極。此外，選擇電路 10 42具有被連至輸入選擇信號之一端的反相器47，其反相至 反相器47之一輸入信號之邏輯。反相器47之一輸出被連接 到PMOS電晶體pi和NMOS電晶體N2之輸入。 具有這樣一種結構之選擇電路42中，當選擇信號為2H2 時，包含PMOS電晶體P1和NMOS電晶體N1之傳輸閘電路導 15 通而包含PMOS電晶體P2和NMOS電晶體N2傳輸閘電路不 導通’藉此比較參考電位1被輸出為輸出電位。當選擇信號 為2L2時比較參考電位2被輸出。 比較器43比較一監視電位和藉由選擇電路42選擇之參 考電位，以及例如當監視電位高於比較參考電位時輸出 20 2H2，並在監視電位低於比較參考電位輸出2L2。比較器43 係組配以利用一運算放大器之一習知電路，而比較器43之 輸出被供至計數器44。 計數器44由多個正反器組成並依據比較器43之輸出信 號上升緣計算計數。計數值被來自控制單元8之一重設信號 26 1279540 重5又。什數器44之計數值被供至控制單元8作為監視器電路 40a之輸出。 雖未顯示，其他監視器電路4〇b、40c、40d之電路結構 兵弟4圖所示監視電路40a相同。附帶地，監視器電路4〇a 5和4〇b之電阻器R4卜R42，及R43之電阻值相等，但監視器 電路40c與4〇d與監視器電路4〇a之電阻器R4卜R42, R43之 電阻值不同。因此監視器電路40a和40b與監視器電路4〇c與 40d在用於比較器43之比較參考電位上有所不同。 控制單元8判斷藉由驅動信號產生電路6產生的脈衝信 10號是否正確地從感測器元件1〇〇根據監視器電路40a、40b、 40c、和40d之輸出計數傳送到監視器電路4〇a、4〇b、4〇c、 和40d之個別監視點。此時，控制單元8比較一期望值，其 以監視器電路40a、40b、40c、和40d之輸出計數由一預定 時間區間内自驅動信號產生電路6輸出之一脈衝信號之脈 I5衝數表示。例如，當驅動信號產生電路6輸出具有1μδ周期 的一脈衝#號，控制單元8在ΐ〇〇μ§周期後重設監視器電路 40a、40b、40c、和4〇d之計數器44，控制單元8獲得計數器 44之輸出值。那時，計數器44之期望值係1〇〇，因而控制單 元8可以藉由判斷是否所獲計數為1〇〇來判斷是否有故障發 20 生。 此外’控制單元8利用藉由在監視器電路4〇a、40b、 40c、和40d之選擇電路42之間切換所得多個比較參考電位 來多次比較計數與期值。在經由計數與期望值比較結果判 斷出有故障發生在感測器元件100或感測器檢測電路10 27 1279540 山抆制單疋8輪出2Η2至感測器檢測裝置1之故障檢測輪出 认在判斷出沒有故障發生時，控制單元8輸出Μ至 檢測輪出端9。 5 例如，當在感測器元件1⑻之惠斯同橋接電路發生開 2來自軸信财生電路6之—脈衝信號完全不被傳送至 監視點，使得監視器電路40a、40b、40C、和40d之計數不 增加’藉此控制單元8可檢測到故障。 第6圖係顯示依據本發明藉由感測器檢測裝置丨之控制 單元8之—故障檢測方法程序流程®。f先，控制單元8輸 10出2H2作為一選擇信號（步驟S1)來準備與較高比較參考電 位相比較。控制單元8接著重設計數器44 (步驟S2)。此後， 控制單元8等待-段預定時間，例如，對應於1〇〇次藉由驅 動信號產生電路6產生之一脈衝信號週期的一時間區間（步 驟S))過了預疋時間區間後，控制單元8獲得計數器44輸 15出之計數（步驟S4)並進行與期望值之比較（步驟S5)。 元成與期望值之比較後，控制單元8輸出2l2為選擇信號 (步驟S6)以準備與一較低比較參考電位相比較。控制單 元8接著重設計數器44 (步驟S7)。此後，控制單元8等待一 預定時間區間（步驟S8)。過了一段預定時間後，控制單元 20 8獲得計數器44輸出之計數（步驟S9)並進行與期望值比較 (步驟S10)。 控制單元8接著檢查步驟S5和S10中所獲得的計數44 的所有計數比較結果和期望值是否相符（步驟S11)。當所 有比較結果相符時（步驟S11 :是），沒有故障發生，所以 28 1279540 控制單元8從故障檢測輸出端9輸出2l2 (步驟)。當即使 其中一比較結果與其他不相符時（步驟S11 :否），故障發 生，所以控制單元8自故障檢測輸出端9輸出2H2 (步驟 S13)。在從故障檢測輸出端9輸出2H2或几2後，控制單元8 5 結束處理。 第7A圖至第7G圖係顯示依據本發明之感測器檢測電 路之操作範例之概略波形圖。特別是，圖中顯示在加速未 被施於感測器元件100時之沒有故障發生在感測器元件1〇〇 和感測器檢測電路1〇的一信號個別狀態。個別波形如下第 10 7A圖至第7G圖所示： 第7A圖：來自驅動信號產生電路6之一驅動信號； 第7B圖：至運算放大器21之一輸入信號va其係一至輸 入級差動放大器20之輸入； 第7C圖：至運算放大器22之一輸入信號Vb，其係另一 15 至輸入級差動放大器20之輸入； 第7D圖：來自運算放大器21之一輸出信號Vc ; 第7E圖：來自運算放大器22之一輸出信號Vd ; 第7F圖：來自輸出級差動放大器25之一輸出信號I 以及 ^ 20 第7G圖：來自感測器檢測裝置！之一感測器輸出信號。 且，監視器電路40a和40b之比較參考電位之高位準與 低位準係分別由圖中輪替的長、短虛線表示為、丨和v2\、 又’監視ϋ電路4Ge與4Gd之比較參考電位之高位準與低位 準係分別由圖中輪替的長、短虛線表示為¥3和、4。 29 1279540 附帶地’在後續感測|§檢測電路之操作中，假設輸 入級差動放大器20中之電阻器R11和R12具相同的電阻 值’而電阻器R13和R14也具相同的電阻值。此外，假設輸 出級差動放大器25之電阻器R15和R16有相同電阻值，而電 5 阻器R17和R18也有相同電阻值。 驅動信號從驅動信號產生電路6至感測器元件1〇〇，具 定週期之一脈衝信號被輸入（見第7A圖）。在一狀態下，加 速不被施於感測器元件100，由減半驅動信號振幅所產生之 信號各自被輸出到感測器檢測電路1〇作為感測器元件100 10 之輸出Vs+和Vs_。輸入至感測器檢測電路1〇之兩個信號各 通過高通濾波器3 0而供至輸入級差動放大器2 〇作為兩個輸 入信號Va和Vb (見第7B圖和第7C圖）。 輸入級差動放大器20之輸入和輸出信號間的電位關係 分別由下列表示式表示；然而，下述中假設表示信號之參 15 考符號亦表示各信號之電位。

Vc-Vd=a0? (Va-Vb) ιΛ (1)

Vc=arVa-a2^Vb1>4 (2)

Vd=arVb-a2^Va1/4 (3) 其中al>a2，=而a0、al、及a2係經由電阻器Rll、R12、 20 R13、R14之電阻值及電容器Cll之電容值判定之放大因數。 在加速未被施於感測器元件100時，給予輸入級差動放 大器20之輸入信號Va和Vb等於電位，故輸出信號Vc與Vd 之電位亦相等（見第7D圖和第7E圖）。輸入級差動放大器 20之輸出信號Vc與Vd被供至輸出級差動放大器25。 30 1279540 輸入和輸出信號of輸出級差動放大器25之間之電位關 係由下列表示式表示··

Vz=b^ ( Vd-Vc) y4 (4) 其中b係由電阻器R15、R16、R17、R18之電阻值判定 5 之一放大因數。 因此’當輸出信號Vc與Vd電位相等，輸出級差動放大 器25之輸出Vz電位變成零（見第7F圖）而感測器檢測裝置1 之感測器輸出亦變成0V (見第7G圖）。 弟8A圖至第8G圖係顯示當施加加速至感測器元件;[〇〇 10 之操作範例之概略波形圖。特別是，第8A圖至第8G圖所示 係藉由施加加速於感測器元件1〇〇上於沒有故障發生在感 測器元件100與感測器檢測電路10上之狀態時，壓電阻器R1 和R4之電阻值增加而壓電阻器R2和R3之電阻值減少之個 別信號狀態。附帶地，第8A圖至第8G圖中分別顯示與第7A 15 圖至第7G圖相同的信號波形。 如此，相較於第7B圖和第7C圖，至輸入級差動放大器 20之輸入信號Va之振幅減少，而輸入信號Vb振幅增加（見 第8B圖和第8C圖）。依據前述表示式（1)至（3)，輸出信 號Vc與Vd從輸入級差動放大器20被輸出，因而放大介於輸 2〇 入信號Va和Vb間之電位差（見第8D圖和第8E圖）。依據表 示式（4)，輸出級差動放大器25進一步放大介於輸入級差 動放大器20之輸出信號Vc與Vdof間之電位差來輸出為輸出 信號Vz (見第8F圖）。輸出信號Vz在整流器電路35被轉換 成一直流信號並輸出為感測器輸出（見第8G圖）。此時，如 31 1279540 第8G圖所示，由於感測器之電位輸出大於〇v，可判斷感測 器元件100被施加加速。 此外，如第7A圖至第7G圖和第8A圖至第犯圖所示， 當沒有故障發生在感測器元件则和感測器檢測電路_ 5輸入信號Va和Vb振幅之波動範圍中，監視器電路術和杨 之比較參考電位VI和V2被提前設定，以這樣一種方式，計 數器44之值在與較高比較參考電位V1相較時不繼續計數， 而计數為44之值在與較低比較參考電位V2相較時繼續計 數。同樣的，監視器電路4〇c與40d之比較參考電位^^與乂# 1〇以這樣-種方式預先設頂，其中計數器44之值在與較高比 較苓考電位V3相較時不繼續計數，而計數器料之值在與較 低比較參考電位V4相較時繼續計數。因此控制單元8在監視 器電路40a、40b、40c、和4〇d與較高比較參考電位相較之 情況下計數器44之值不繼續計數之狀態、及在與較低比較 15參考電位相較時繼續計數之狀態，判斷為沒有故障發生之 一正常狀態，然後輸出2L2至故障檢測輸出端9。 第9A圖至第9G圖係顯示感測器元件100之壓電阻器R4 因斷接而故障之操作範例之概略波形圖；然而，假設感測 态兀件100沒有被施加加。附帶地，第9A圖至第圖中分 2〇別顯示與第7A圖至第7G圖所示相同的信號。 如此，在如第7B圖所示沒有故障發生之正常狀態中藉 減半驅動^號振幅所產生之信號各自被輸出到感測器檢 /則電路ίο作為輸入級差動放大器20之一輸入信號Va (見第 9B圖），而由於開路發生在壓電阻器R4，驅動信號係未經 32 1279540 減半振幅原封不動地作為其他輸入信號vb (見第9(：圖）。 依據表示式（1)至（3)，輸出信號從輸入級差動 放大20被輸出而放大介於輸入信號Va*vb間之電位差。 此％，由於輸入信號Vb之振幅大於輸入信號Va之振幅，輸 5入級差動放大器20以這樣一種輸出信號Vc之振幅變更小 (見第9D圖）而輸出信號Vd之振幅變更大（見第9E圖）之 方式放大。 在用來監視輸入信號Va之監視器電路4〇a利用較高比 較參考電位VI比較時，計數器44值不繼續計數，且在利用 1〇較低比較參考電位V2比較時繼續計數計數器44之值，故控 制單元8判斷引起沒有故障發生之正常狀態。然而，當監視 态電路40bfor監視輸入信號Vb比較藉由利用比較參考電位 VI ’计數裔44，控制單元8判斷故障發生。此外，當用來監 視輸出h號Vc之監視器電路4〇c利用較低比較參考電位乂々 15比較時，計數器44之值不繼續計數，且當用來監視輸出信 號Vd之監視态電路4〇d利用較高比較參考電位乂3比較時， 繼續計數計數器44之值，故控制單元8亦判斷監視器電路 40c與40d之兩輸出均有故障發生。 因此，由於由監視器電路40b、40c、40d之三個輸出判 20斷出有故障發生’控制單元8判斷故障發生在感測器元件 100’然後輸出2H2至故障檢測輸出端9。 第10A圖至第10G圖係顯示在感測器元件1〇〇之壓電阻 器R2和R4因斷接而故障時之操作範例概略波形圖；然而， 假設沒有加速施加於感測器元件1〇〇。附帶地，在第1〇A圖 33 1279540 至第10G圖中，分別顯示與第7A圖至第7G圖顯示波形相同 之信號。 如此，驅動信號係原封不動地作為輸入級差動放大器 20之輸入信號Va和Vb (見第10B圖和第10C圖）。由於相等 5 振幅與較大振幅之信號被供為輸入信號Va和Vb，輸入級差 動放大器20輸出相等振幅與較大振幅之輸出信號Vc與Vd (見第10D圖和第11E圖）。 用來監視輸入信號Va和Vb之監視器電路40a和40b，分 別利用較高比較參考電位VI比較，計數器44之值繼續計 10 數，故控制單元8判斷故障發生。此外，當用來監視輸出信 號Vc與Vd之監視器電路40c與40d，分別利用較高比較參考 電位V3比較，計數器44之值繼續計數，故控制單元8判斷故 障發生。因此，由於判斷出由監視器電路4〇a、4〇b、40c、 和40d之四個輸出發生故障，控制單元8判斷故障發生在感 15測器元件100，然後輸出2H2到故障檢測輸出端9。 第9A圖至第9G圖顯示在感測器元件1〇〇之壓電阻器R4 因開路而故障之操作範例，以及第l〇A圖至第i〇G圖顯示壓 電阻器R2和R4因開路而故障之操作範例；然而，感測器元 件100亦有其他故障態樣。雖然未顯示，在例如壓電阻器r 1 20因斷接故障時，來自驅動信號產生電路6之驅動信號不被傳 輸到感測為元件100之第一輸出端102，使得感測器元件i〇〇 之輸出Vs+具接地電位。如此，由於用來監視輸入級差動放 大器20—輸入信號Va之監視器電路4〇a之計數器料之值不 繼續計數，控制單元8可檢測故障。同樣的，當壓電阻器R1 34 1279540 ” ~R3因斷接故障時，用來分別監視輪入級差動放大器20之 • 輸入仏號Va*Vb之監視态電路40a和40b之計數器44之值不 繼續計數，餅控制單元8可檢測故障。其他開路故障與由 監視器電路40a、40b、40c、和40d檢測之故障結果之組合 5不於下列表1。附帶地，纟丄中，2〇2代表於對應監視器電 路之故障檢測，而2χ2代表未檢測。

接下來，將說明故障發生在感測器檢測電路10之操作 範例。第11Α圖至第11G圖係顯示發生輸入級差動放大器20 10 也 甲之電阻器R11短路至接地電位之一故障的操作範例概略 波形圖；然而，假設沒有加速被施於感測器元件1〇〇。附帶 地，第11Α圖至第11G圖中，分別顯示與第7Α圖至第7G圖相 同的信號波形。 如此，在未發生第7B圖和第7C圖所示故障的正常狀態 35 1279540 中，藉由減半驅動信號之振幅產生的信號被供為輪入級差 動放大态20之輸入信號v#0Vb (見第nB圖和第η。圖）。 然而，由於輸入級差動放大器2〇中之電阻器RU因故障被短 路到接地電位，輪出信號Vc接著具有接地電位（見第 5圖），同時輸出信號Vd變成藉由不論輸入信號％地增加輪入 k號Vb之振幅所產生的一信號（見第11E圖）。 才工制單元8刀別由監視器電路4〇&和4〇匕之輸出來於視 輸入信號Va和Vb，_沒有故障發生。#絲監視輸^言 號Vc之監視器電路4〇c藉由利用較低比較參考電位乂^比 1〇較，計數器44之值不再增加，使得控制單元8判斷故障發 生。此外，用來監視輸出信號Vd之監視器電路4〇d利用較高 比較參考電位V3進行比較，計數器44之值增加，使得控制 單兀8判斷故障發生。因此，由於故障發生係僅由監視器電 路40c與40d之輸出判斷，控制單元8判定故障發生在輸入2 15差動放大器20，然後輸出2H2至故障檢測輸出端9。 第12A圖至第12G圖之概略波形圖顯示當輸入級差動 放大為20之電阻益R13故障造成斷接時之範例操作；然而， 假設沒有加速被施於感測器元件1〇〇。附帶地，第12八圖至 第12G圖分別顯示與第7A圖至第7G圖相同之信號波形。 20 如此，在沒有第7B圖和第7C圖之故障發生之正常狀熊 下，係將經由減半驅動信號之振幅所產生之信號供為輪入 級差動放大裔20之輸入信號Va — Vb (見第12B圖和第12C 圖）。然而，當輸入級差動放大器20中之電阻器Rig因斷接 而故障時，運算放大器21和電阻器R11、以及運算放大器22 36 1279540 和電阻器R12形成均有放大因數為1之非反相放大器，即所 謂電壓追隨器電路。因此，輸入信號Va*Vb不經放大被原 封不動地輸出為輸出信號Vc與Vd(見第12D圖和第12E圖）。 分別由監視器電路40a和40b輸出監視輸入信號Va和 5 Vb ’控制單元8判斷沒有故障發生。然而，由於輸入信號

10 15

20

Va和Vb不在輸入級差動放大器2〇處放大，在監視器電路4〇c 與40d已分別藉由利用較低比較參考電位V4進行比較來監 視輸出信號Vc與Vd時，計數器44之值不再增加，使得控制 單元8判斷故障發生。因此，由於作出發生僅監視器電路4〇c 與40d輸出之故障之判斷，控制單元8判斷故障發生在輸入 級差動放大器20,然後輸出2H2至故障檢測輸出端9。

附帶地，在故障發生於前述第9A圖至第9g圖、第1〇A 圖至第10G圖、第ΠΑ圖至第11G圖、及第12A圖至第12〇圖 所不之感測器元件1〇〇或感測器檢測電路1〇時之操作範例 中，流程圖沒有解釋加速被施加到感測器元件1〇〇的情況。 然而，當加速被施加到感測器元件1〇〇，於感測器元件 之電位Vs+和Vs-之間產生之一電位差係數毫伏（特）之程 度，然而在故障已發生在感測器元件1〇〇和感測器檢測電路 10時，監視器電路40a、40b、40C、和40d在正常操作期間 進行監視點電位比㈣對其電位產生數百毫伏(特)至數^ (特)程度之電位差。因此’藉由適#地設定比較參考電位

Va，Vb，Vc，及Vd，即使在感測器元件1〇〇被施加加2 故障亦可被檢測。 速^ 加速可藉由感測 在加速感測器中具有這樣一種結構， 37 1279540 器元件100利用輸出自驅動信號產生電路6之脈衝信號施 t ’而可檢測感測以件削與輸人級差動放大器20之故 I5早。精由增加自驅動信號產生電路6輸出之脈衝信號頻率， 輸入級差動放大器20與輸出級差動放大器25中之運算放大 5器之l/f的雜訊可被減少，藉此加速可更準確地檢測。且， 藉由提供監視器電路4加和40b及監視器電路4〇c與4〇d來分 別監視輸入級差動放大器2〇之兩個輸入信號和兩個輸出信 就’可判斷故障是否不只發生在感測器元件卿也發生在 輸入級差動放大器20。此外，儘管在監視器電路4〇a、4〇b、 〇 ♦、和4()d判斷沒有故障發生時產生—不正常感測器輸 出，可間接判斷故障發生在輸出級差動放大器25或整流器 電路35〇 时 實施例1中之結構顯示監視器電路40a、40b、40c、和 4〇d各供至其感測器檢測電路1〇之對應監視點；然而，本發 15明不局限於此。例如，可使用一種提供一單一監視器電路 至感測器檢測電路10而監視點電位一對一地藉由切換電位 被輪入至單一監視器電路之結構。且在實施例1之結構 中，感測器檢測電路1〇之四個監視點電位由所示四個監視 器電路4〇a、40b、40c、和40d監視,·然而，本發明不局限 2〇於此。例如，可利用一種結構，其中至少五個至多三個監 視點之電位被監視。此外，實施例1之結構中，個別監視 器電路4〇a、40b、40C、和40d各藉用所示兩個比較參考電 位比較；然而，本發明不局限於此。例如，一種可用於比 較之結構係藉用一或至少三個比較參考電位。再者，實施 38 1279540 例1之結構中，監視态電路4〇a、4〇b、40c、和40d各具有 選擇電路42來在多個比較參考電位之間切換；然而，本發 明不局限於此。例如，可使用一種結構，其中監視器電路 40a、40b、40c、和40d各具備多個比較器43和計數器44來 5與多個比較參考電位比較。又在實施例1之結構中，監視 器電路40a和40b如所示被供給高通濾波器3〇之輸出側；然 而所使用之一種結構中它們被被供給高通濾波器3 〇之輸入 側。再者，實施例1可使用之一種結構，其中感測器檢測 電路10沒有高通濾波器30，在這樣的例子中便不需要他 10們。此外，在實施例1之一種結構中，其中藉由驅動信號 產生電路6產生之驅動>^说%員不為脈衝信號；然而’本發明 不局限於此。可使用其他例如一正弦波信號和一三角波信 號之信號。此外，第7A圖至第7G圖、第8A圖至第8G圖、 第9A圖至第9G圖、第10A圖至第l〇G圖、第11A圖至第11G 15圖、及第12A圖至第12G圖所示之操作範例僅為示範，而本 發明不局限於此；因此其他故障可藉由相同的方式來檢測。 (實施例2) 弟13圖係一電路圖’其顯示依據本發明之實施例2之 一加速感測器之一種結構。加速感測器依據實施例2之感 20 測器檢測裝置la與依據實施例1之感測器檢測裝置1之結 構不同。 感測器檢測裝置la具有一定電流源71和驅動信號產生 電路6，其均用於驅動感測器元件1〇〇。裝置la亦具有一選 擇器，其用以選擇一定電流源71輸出或驅動信號產生電路6 39 1279540 之輸出來提供自驅動信號輸出端2之輸出。選擇器70係由控 制單元8以這樣一種方式控制：定電流源71之輸出在正常操 作期間被供至感測器元件100，其間進行加速檢測，而驅動 信號產生電路6之輸出在故障檢測操作期間被供至感測器 5 元件100，其間在感測器元件100與感測器檢測裝置la進行 故障檢測。 此外，感測器檢測裝置la具有產生一參考電位之參考 電位產生電路7、及放大介於感測器元件100兩個電位Vs+ 和Vs-of間之一電位差並輸出結果的一感測器檢測電路 10 10a。參考電位產生電路7之輸出被供至感測器檢測電路 10a。在故障檢測操作期間，感測器檢測電路10a可以藉由 控制單元8之控制在感測器元件10 0與感測器檢測電路10 a 進行故障檢測。 感測器元件100之兩個電位Vs+和Vs-分別經由感測器 15 檢測裝置la之第一和第二輸入端3和4輸入至感測器檢測電 路10a之第一和第二輸入端11和12。感測器檢測電路10a放 大介於輸入電位Vs+和Vs-之間之一電位差並分別從一第一 輸出端13a與一第二輸出端13b輸出結果。感測器之輸出， 兩個輸出係分別由感測器檢測裝置la之第一和第二感測器 20 輸出端5a和5b給予。從第一和第二輸出端13a和13b輸出的 兩個輸出信號係由放大介於感測器元件10 0之具不同放大 因數之電位VS+和Vs-間之電位差產生之信號。此外，藉由 控制單元8進行之一故障檢測結果從故障檢測輸出端9輸 出0 40 1279540 第14圖係一電路圖顯示依據本發明之實施例2之一種 感測器檢測電路l〇a結構。附帶地，第14圖中，未顯示介於 參考電位產生電路7和控制單元8間之一連接結構，但其各 連接與監視器電路4〇a、4〇b、40c、和4〇d。 5 來自感測器檢測電路l〇a之第一與第二輸入端η和12 之兩個信號輸入被供至一輸入級差動放大器5〇。輸入級差 動放大器50具有兩個運算放大器51和52，而兩個輸入信號 分別被供至運算放大器51和52非反相輸入端。運算放大器 51之一輸出端經由一電阻器r51被連接到運算放大器51之 10 一反相輸入端。運算放大器52之一輸出端經由一電阻器R52 被連接到運异放大器52之一反相輸入端。此外，運算放大 器51和52之反相輸入端經由一電阻器R53彼此相連接。輸入 級差動放大器50放大介於兩個輸入信號之間之一電位差並 輸出兩個輸出信號具有分別來自運算放大器51和52輸出端 15 之放大電位差。 輸入級差動放大器50之兩個輸出信號被供至一輸出級 差動放大器25。輸出級差動放大器25放大兩個信號輸入之 一電位差並輸出結果。附帶地，輸入級差動放大器50和輸 出級差動放大器25可視為合在一起的差動放大器。如此， 20 一所謂測試設備之放大器係由兩個差動放大器組成。具有 一高同相排斥率使得測試設備放大器有益於抵抗雜訊及具 有一高輸入阻抗。 輸出級差動放大器25之輸出信號不但從第一輸出端 13a輸出尚給至一非反相放大器60。非反相放大器60具有一 41 1279540 運算放大器61和兩個電阻器R54與R55。來自輸出級差動放 大器25之輸出信號被供至運算放大器61之一非反相輸入 端。運算放大器61之一輸出端經由電阻器R55被連接到運算 放大器61之一反相輸入端。運算放大器61之一反相輸入端 5 經由電阻器R54被連接到一電源電位。 非反相放大器60之輸出被供至一反相放大器65。反相 放大器65具有一運算放大器66、兩個電阻器R56和R57、及 一偏移調整電源67。非反相放大器60之輸出端經由電阻器 R56被連接到運算放大器66之一反相輸入端。此外，運算放 10 大器66之一輸出端經由電阻器R57被連接到運算放大器66 之反相輸入端，而偏移調整電源67被連接到運算放大器66 之一非反相輸入端。 反相放大器65之輸出被供至感測器檢測電路l〇a之第 二輸出端。即，感測器檢測電路10a不原封不動地自第一輸 15 出端13a輸出輸出級差動放大器25之輸出，亦由第二輸出端 13b輸出進一步由非反相放大器60和反相放大器65放大。 再者，感測器檢測電路10a具有用以監視運算放大器51 側之兩個至輸入級差動放大器50之輸入信號的輸入信號電 位的監視器電路40a、以及用以監視運算放大器52側之輸入 20信號電位的監視器電路40b。再者，感測器檢測電路1〇a具 有用來監視來自輸入級差動放大器5〇之運算放大器51側之 兩個輸出信號電位的監視器電路4〇c、以及用來監視在運算 放大恭52側之輸出#遽電位的監視器電路4〇(j。當在感測器 元件100和感測器檢測電路l〇a進行故障檢測時，藉由藉由 42 1279540 切換選擇器70將自驅動信號產生電路6產生之一脈衝信號 輸出至感測器元件1〇〇，感測器檢測裝置la之控制單元8能 夠判斷脈衝信號是否正培地輸入和輸出輸入級差動放大器 50，根據判斷監視器電路40a、40b、40c、和40d之計數器 5 44是否繼續向上計數。 附帶地’在感測器元件100與感測器檢測電路1(^之監 視器電路40a、40b、40c、和40d之故障檢測操作期間與第 9A圖至第9G圖、第10A圖至第10G圖、第11A圖至第iig圖、 弟12A圖至第12G圖所示貫施例1相同，因而其說明省略。 10 具有依據實施例2這樣一種結構之加速感測器，感測 态元件100和感測裔檢測電路l〇a之故障檢測可藉由切換選 擇器70將脈衝信號供給感測器元件1〇〇及藉著監視監視哭 電路40a、40b、40c、和40d之輸入級差動放大器5〇之輸入 和輸出來進行。此外，將監視器電路4〇a、40b、4〇c、和4〇d 15自感測器檢測電路l〇a移除之一電路係一習知電路，在這之 鈾用為一感測為檢測電路。因此感測器檢測電路可輕易 地僅藉由將監視為電路40a、40b、40c、和4〇d力口入這樣一 種習知感測器檢測電路而具有故障檢測功能，因此實現一 較短設計期，以較低的設計成本，等等。此外，在進行加 20速檢測時，其他依據本發明之加速感測器之結構完全相同 於第1圖所示傳統加速感測器，其提供一優勢在於可輕易地 置換傳統加速感測器。 在依據實施例2之加速感測器結構中，其中具有所示兩 個輸出端，即，-第-感測器輸出端&與一第二感測器輸 43 1279540 出端5b，然而，本發明不局限於此，也可使用僅且其中個 輸出端之結構。 附帶地，由於依據實施例2之加速感測器之其他結構 與加速感測器依據實施例1之結構相同，對應成分以相同 5 的爹考彳示说而非其焊細解釋明稱來表示。 (修改） 第15圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之修改 之一感測斋檢測電路結構。一感測器檢測電路1〇b依據由再 加上監視器電路40e、40f、40g到第14圖所示感測器檢測電 10 路l〇a組成之修改。 監視器電路40e被連接於輸出級差動放大器25之電阻 态R20和非反相放大器6〇之運算放大器6丨之非反相輸入端 之間，並監視輸出級差動放大器25之一輸出信號電位。監 視器電路40f被連接於非反相放大器6〇之運算放大器61之 15輸出端與反相放大器65之電阻器R56之間，並監視非反相放 大器60之一輸出信號之電位。監視器電路4〇g被連接於反相 放大器65之運算放大器66之輸出端與感測器檢測電路1〇b 之第二輸出端13b間，並監視反相放大器65之一輸出信號電 位。 20 藉由提供監視器電路40e、40f、40g，即使當故障已發 生在輸出級差動放大器25、非反相放大器60、及反相放大 器65時’故障可被檢測。此外，透過檢測到異常之後監視 器電路之組合，可以指明放大器故障發生再何處。 例如，當監視器電路4〇c與40d沒有檢測到異常，但監 44 1279540 =電Γ崎刺㈣，可μ日錢障已發生在輸出級差 方大益25。同樣的’當監視器電路她沒有檢測到異常， 但監《電路，可㈣明輯已發生在非反 相放大m6G。此外，當監視器電路撕沒有檢測到異常但 監視器電路卿檢酬異常，可叫明故障已發生在反相放 大器65。 透過這樣一種結構，不但可以檢測發生在感測器元件 100之故障和發生在感_檢測電路勘之放大器之故障， 亦可指出在哪一點發生故障，而能夠改進一步增進感測器 10 之可靠度。 由與本發明可以多種不脫本發明精要特點之精神的形 式具現’故本發明之實施例用於例說而非限制，由於本發 $之feg除了由前述說明外僅由所附中冑專利範圍所界 疋而本發明之相關變化或等效預包含於申請專利範圍之 15 保護中。 【圖式簡單說明】 圖式簡單說明 第1圖之一電路圖顯示一傳統加速感測器之一結構； 第2圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例1之一加 20速感測器一結構； 第3圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例1之一感 測器檢測電路之一結構； 第4圖係一電路圖顯示依據本發明之感測器檢測電路 之監視器電路結構； 45 1279540 第5圖之一電路圖顯示依據本發明之一選擇電路之一 範例結構； 第6圖之一流程圖顯示依據本發明一感測器檢測裝置 之一控制單元所引用的一故障檢測處理程序； 5 第7A圖至第7G圖之概略波形圖顯示依據本發明之感 測器檢測電路之操作範例； 第8A圖至第8G圖之概略波形圖顯示當施加加速於一 感測器元件時之範例操作； 第9A圖至第9G圖之概略波形圖顯示當感測器元件之 10 壓電阻器R4之故障造成斷接時之範例操作； 第10A圖至第10G圖之概略波形圖顯示當感測器元件 之壓電阻器R2和R4故障造成斷接時之範例操作； 第11A圖至第11G圖之概略波形圖顯示當一輸入級差 動放大器之電阻器R11短路至一接地電位之故障發生時之 15 範例操作； 第12A圖至第12G圖之概略波形圖顯示當輸入級差動 放大器之電阻器R13故障造成斷接時之範例操作； 第13圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之一加 速感測器結構； 20 第14圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之一感 測器檢測電路結構；以及 第15圖之一電路圖顯示依據本發明之實施例2之修改 之一感測器檢測電路結構。 【主要元件符號說明】 46 1279540 100感測器元件 101電源端 102第一輸出端 103第二^出端 104接地端 110感測器檢測裝置 115電源電路 115電源電路 111電源輸出端 116放大器 112第一輸入端 113第二I#入端 114輸出端 1感測器檢測裝置 2驅動信號輸出端 5感測器輸出端 6驅動信號產生電路 7參考電位產生電路 8控制單元 9故障檢測輸出端 10感測器檢測電路 10a感測器檢測電路 11第一輸入端 12第二端 13輸出端 13a第一輸出端 13b第二^出端 20輸入級差動放大器 21和22運算放大器 25輸出級差動放大器 26運算放大器 27偏移調整電源 30高通濾波器 31偏壓源 35整流器電路 40a、40b、40c、40d 監視器電 路 40e、40f、40g監視器電路 41分壓電路 42選擇電路 43比較器 44計數器 47 1279540 47 反相器 FU、R2、R3、R4、RU、R12、 50 輸入級差動放大器 R13、R14、R15、R16、R17、R18、 51和52運算放大器 R19、R20、R4 卜 R42、R43、R51、 60 非反相放大器 R52、R53、R54、R55、R56、R57 61 運算放大器 電阻器 65 反相放大器 Cll、C12電容器 66 運算放大器 PI、N1、P2、N2 電晶體 67 偏移調整電源 S1-S13步驟 70 選擇器 71 定電流源

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Claims (1)

1279540 十、申請專利範圍： L 一種用以檢測具有一橋接電路之感測器元件之狀態的 感測器檢測裝置，其係根據自該感測器元件輸出的該橋 接電路之兩個輸出電位間之一電位差來檢測該感測器 5 元件之一狀態，該裝置之特徵在於包含： 讓自該感測器元件輸出之該等兩個輸出電位所分別 輸入的一第一輸入端與一第二輸入端； 一差動放大單元，其放大分別輸入至該第一輸入端 與該第二輸入端之該等輸入信號的電位，並輸出放大結 10 果； 用以監視該差動放大單元之該輸入信號之該電位的 監視單元、以及用以監視該差動放大單元之輸出信號之 電位的監視單元，以及 一控制單元，其根據該監視單元所得之監視結果檢 15 測該感測器元件之該狀態。 2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器檢測裝置，其特徵 更在於包含用以產生用來驅動該感測器元件之一驅動 信號的驅動裝置。 3. 如申請專利範圍第2項所述之感測器檢測裝置，其特徵 20 在於： 該驅動裝置產生一週期性地改變驅動信號或一直流 驅動信號。 4. 如申請專利範圍第2項所述之感測器檢測裝置，其特徵 在於： 49 1279540 該驅動裝置產生週期性改變之驅動信號，以及 設有轉換輸出裝置’用以根據該驅動裝置產生的該 週期性改變信號來將自輸出級差動放大單元輸出之週 期性改變信號轉換為一直流信號，並用來輸出該經轉換 5 信號。 5. 如申請專利範圍第4項所述之感測器檢測裝置，其特徵 在於： 該監視單元包括：一比較器，其將欲監視的一電位 與一參考電位相比較，然後輸出表示一比較結果之一信 10 號；以及計數該比較器之該輸出信號的一計數器；以及 該控制單元根據該計數器之計數結果檢測該感測器 元件之該狀態。 6. 如申請專利範圍第5項所述之感測器檢測裝置，其特徵 在於： 15 該監視單元更包括用以選擇多個不同參考電位中之 一參考電位的一選擇單元，以及 該比較器將欲監視的該電位與該選擇單元所選之該 參考電位相比較，並輸出表示一比較結果之一信號。 7. 如申請專利範圍第1項所述之感測器檢測裝置，其特徵 20 在於： 該差動放大單元把藉由放大該等兩個輸入信號間之 一電位差所產生的該等兩個輸出信號輸出，以及 該監視單元分別監視該等兩個輸入信號與該等兩個 輸出信號之電位。 50 1279540 如申請專利範圍第7項所述之感測器檢測裝置，其特徵 更在於包含一輸出級差動放大單元，其用以放大該差動 放大單元之該等兩個輸出信號間之一電位差，並輸出一 放大結果。 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、或8項所述之 感測器檢測裝置，其特徵在於：

該差動放大單元包括一第一運算放大器，該第一運 算放大器之非反相輸入與該第一輸入端相連，以及其本 身之輸出經由一電阻器與其本身之反相輸入相連；以及 一第二運算放大器，該第二運算放大器之非反相輸入與 該第二輸入端相連，且其本身之輸出經由一電阻器與一 反相輸入相連；以及 该第一運异放大器之該反相輸入與該第二運算放大 器之該反相輸入經由一電容器彼此相連接，以切斷直流 15 成分。

波器切斷該輸入信號之特定頻率成份。 20 11·一種感測器，其特徵在於包含：

感測器元件；以及

的該橋接電路之兩個輸出電位間之 用以根據自該感測器元件輸出 〕電位間之-電位差來檢測該 51 1279540 感測器元件之一狀態； 該感測器檢測裝置包括· 讓自該感測器元件輸出之該等兩個輸出電位所分別 輸入的一第一輸入端與一第二輸入端； 5 —差動放大單元，其放大分別輸入至該第一輸入端 與該第二輸入端之輸入信號的電位，並輸出放大結果； 用以監視該差動放大單元之該輸入信號之該電位的 監視單元、以及用以監視該差動放大單元之輸出信號之 電位的監視單元，以及 10 一控制單元，其根據該監視單元所得之監視結果檢 測該感測器元件之該狀態。 12.如申請專利範圍第11項所述之感測器，其特徵更在於包 含用以產生用來驅動該感測器元件之一驅動信號的驅 動裝置。 15 13.如申請專利範圍第12項所述之感測器，其特徵在於該驅 動裝置產生一週期性改變之驅動信號或一直流驅動信 號。 1屯如申請專利範圍第12項所述之感測器，其特徵在於： 該驅動裝置產生週期性改變之驅動信號，以及 20 設置有轉換輸出裝置，用以根據該驅動裝置產生的 該週期性改變信號來將自輸出級差動放大單元輸出之 週期性改變信號轉換為一直流信號，並用來輸出該經轉 換信號。 15.如申請專利範圍第14項所述之感測器，其特徵在於： 52 1279540 該監視單元包括：一比較器，其將欲監視的一電位 與—參考電位相比較，然後輸出表示一比較結果之一信 旒；以及計數該比較器之該輸出信號的一計數器；以及 该控制單元根據該計數裔之計數結果檢測該感測器 5 元件之該狀態。 16·如申請專利範圍第15項所述之感測器，其特徵在於： 該監視單元更包括用以選擇多個不同參考電位中之 % 一參考電位的一選擇單元，以及 该比較|§將欲監視的該電位與該選擇單元所選之兮 1〇 參考電位相比較，並輸出表示一比較結果之一信號。 17·如申請專利範圍第11項所述之感測器，其特徵在於： 該差動放大單元把藉由放大該等兩個輸入信號間之 笔位差所產生的该寻兩個輸出信號輸出，以及 该監視單元分別監視該等兩個輪入信號與該等兩個 15 輸出信號之電位。 # I8.如申請專利範圍第17項所述之感測器，其特徵更在於包 含一輸出級差動放大單元，其放大該差動放大單元之該 ^ 等兩個輸出信號間之—電位差，並輸ib-經放大結果。 • 19·如申請專利範圍第11、12、13、14、15、16、17、或18 20 項所述之感測器，其特徵在於·· 該差動放大單元包括一第一運算放大器，該第一運 算放大器之非反相輸入與該第一輸入端相連、以及其本 身之輸出經由一電阻器與該第一運算放大器之反相輸 入相連，以及一第二運算放大器，該第二運算放大器之 53 1279540 非反相輸入與該第二輸入端相連，且其本身之輸出經由 一電阻器與一反相輸入相連；以及 該第一運算放大器之該反相輸入與該第二運算放大 器之該反相輸入經由一電容器彼此相連接，以切斷直流 5 成分。 20·如申請專利範圍第11、12、13、14、15、16、17、或18 項所述之感測器，其特徵在於：該第一輸入端與該第二 輸入端經由一濾波器分別連接至該差動放大單元，該濾 波器切斷該輸入信號之特定頻率成份。

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