JPH0515522U - センサ信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ信号処理回路に関し、センサ信号から
の直流成分をカットするコンデンサが短絡したときに生
ずる信号をフェールセーフ側に出力させ、かつ該コンデ
ンサとして有極性のものを使用可能とすることを目的と
する。 【構成】 センサ信号が入力される差動増幅部２と、そ
の出力側に直流カット用のコンデンサＣと抵抗Ｒ３１を
介して接続される反転増幅部３であってその出力側が差
動増幅部２側に帰還接続されるものとをそなえ、該反転
増幅部３の入力側とアース側（又は電源Ｖｃｃ側）と
の間に抵抗Ｒ３３が接続され、該コンデンサＣの両端側
及びの電位が常時ずらされている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はセンサ等から与えられる信号の処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に増幅回路の出力信号はその電源電圧によって規制される。そこで、信号 処理回路により信号を単極化して増幅するなどの処理により、センサの出力信号 の内必要な部分のみを大きく増幅して精度よく処理することが行われている。 例えば車両が衝突した際に搭乗員を保護するエアバッグ装置等では、車両に加 速度センサを設けて車両の減速度が所定値以上になるとエアバッグを膨らませる ようにしている。この装置においては車両の減速度を精度良く検出するために加 速度センサの出力信号の内、加速に対応する部分は除去し、減速に対応する部分 を大きく増幅する信号処理回路が用いられる。

【０００３】 図３は本考案の前提としてのセンサ信号処理回路の構成を例示するもので、セ ンサ部１は例えば加速度センサであって、検出された加速度に応じてブリッジを 形成する抵抗Ｒ１１乃至Ｒ１４（例えばピエゾ素子により構成される）の抵抗値 が変化するように構成され、加速度に対応した電圧がその出力端子間に発生する 。

【０００４】 ２はセンサ部１の出力信号を増幅する差動増幅部であって、オペアンプ２１， ２２と抵抗Ｒ２１乃至Ｒ２４によって構成されている。なお、抵抗Ｒ２１に対す る抵抗Ｒ２２の抵抗値の比をｎ倍とすると、抵抗Ｒ２３に対する抵抗Ｒ２４の抵 抗値の比もまたｎ倍に設定される。そして該差動増幅部２の出力信号はコンデン サＣを介して反転増幅部３に与えられる。すなわち該差動増幅部２の出力信号の うち、直流成分は該コンデンサＣによりカットされ、該差動増幅部２の出力信号 に含まれる交流成分のみが該反転増幅部３に与えられる。

【０００５】 また該反転増幅部３はオペアンプ３１と抵抗Ｒ３１，Ｒ３２とによって構成さ れており、該コンデンサＣを介して与えられた差動増幅部２の出力信号を、基準 電圧Ｖｒｅｆ（電源電圧Ｖｃｃ、例えば５Ｖを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧し、例えば ２Ｖとする）を基準にして反転させて増幅する。そして前述の差動増幅部２には 、該反転増幅部３の出力信号がその基準電圧として与えられており、該差動増幅 部２の出力信号が増加すると該反転増幅部３の出力信号が低下して該差動増幅部 ２の出力信号の増加を抑制するように負帰還ループが形成されている。

【０００６】 次いで該反転増幅部３の出力信号は、オペアンプ４１と抵抗Ｒ４１乃至Ｒ４３ とによって構成されるオフセット加算部４に与えられる。そして該オフセット加 算部４にも上記基準電圧Ｖｒｅｆが与えられており、これにより該オフセット加 算部４は、該反転増幅部３からの出力信号にオフセット電圧Ｖｃｃを加算して、 その結果を該基準電圧Ｖｒｅｆを基準にして反転させるように構成される。なお 該オフセット加算部４の出力電圧Ｖｏの範囲は０Ｖから電源電圧Ｖｃｃ（例えば ５Ｖ）の間であるため、加算して反転した結果が負である期間の出力電圧Ｖｏは ０Ｖとなり、このようにして加速度センサ１の出力信号のうち、減速度に対応し た電圧のみを該オフセット加算部４から出力させるとともに、加速度センサ１か らの出力信号が０のとき（このとき差動増幅部２の出力側の電圧および反転増 幅部３の入力側の電圧はともにＶｒｅｆ（図３に示される例の場合は直流２Ｖ ）に等しくなる）には、上記オフセット加算部４から出力されるオフセット電圧 Ｖｏが例えば０．５Ｖとなるように、抵抗Ｒ４３およびＲ４２の抵抗値が適宜設 定される。これによって該加速度センサ１からの出力信号が０のときと、該オフ セット加算部４の出力側が断線したときとを容易に識別しうるようにされている 。

【０００７】 上述したように上記反転増幅部３は、直流的には該反転増幅部３の出力信号（ センサ１からの出力信号が０のときＶｒｅｆ（この場合直流２Ｖ）となる）を、 上記負帰還ループを介して、該差動増幅部２の入力側に基準電圧として与える機 能を有しており、また交流的には該差動増幅部２から与えられた交流信号を増幅 してオフセット加算部４に送る機能を有している。そしてこの場合、該増幅され た交流信号の一部は上記負帰還ループを介して該差動増幅部２側に戻されること となり、このようにして該差動増幅部２と反転増幅部３との間でループ回路が形 成されることによって、コンデンサＣと抵抗Ｒ３１とからなる該反転増幅部３に 対する入力インピーダンスのＣＲ時定数を、実際の該コンデンサＣおよび抵抗Ｒ ３１のＣＲ値より大きな値とすることができ、それだけ該コンデンサＣおよび抵 抗Ｒ３１として容量および抵抗値の小さなものが使用できるようにされている。

【０００８】 このように上記図３で示される回路は、コンデンサＣで差動増幅部２の出力側 と反転増幅部３の入力側とが直流的に切離されており、上記基準電圧Ｖｒｅｆ（ ここでは直流２Ｖ）は、反転増幅部３を介して差動増幅部２側に与えられる。し たがって該コンデンサＣの両端側であるおよびの電位はともに直流的には上 記Ｖｒｅｆに等しくなる。そのため、該コンデンサＣには該センサ部１から出力 される信号の交流成分が常時加わることになり（すなわち該コンデンサＣの両端 に印加される交流電圧の極性が交互に変化することになり）、したがって該コン デンサＣとしては無極性のものしか使用することができず、有極性のコンデンサ （例えば電解コンデンサとかタンタルコンデンサなど容量が大きくしかもコスト が安いコンデンサ）を使用することができないという問題点があった。

【０００９】 また該センサ部１自体に不平衡電圧があり（例えば加速度に対応した交流信号 がないときにも、センサ素子（抵抗素子）のばらつきで直流電圧が出る）、また オペアンプにもオフセット電圧があるため（これらの直流電圧は素子のばらつき に起因するものであり、その極性や大きさ等は一定でない）、上記およびの 間には潜在的には数１０ｍＶ（例えば０．２Ｖ）程度の電位差が存在する。この 電位差は通常上記コンデンサＣでカットされるため最終段（オフセット加算部４ ）からの出力信号Ｖｏには影響しないが、該コンデンサＣが短絡するとこの電位 差がその後段のオペアンプで増幅されて（例えば２Ｖ程度に増幅されて）、該出 力信号Ｖｏに影響することになる。

【００１０】 ところでかかるセンサを用いたシステムでは、センサの故障を検出し、該故障 が検出されたときには異常な動きをしないように（例えばエアバッグが誤動作し ないように）、フェールセーフを考えているが、該増幅された出力信号がセンサ 部１からの出力信号によるものか、該コンデンサＣの短絡にもとづくものかを判 別する（すなわちセンサ部からの出力信号によるものであれば瞬間的に変化する が、コンデンサの短絡などの故障による場合には該出力信号がずっと維持される ことにより判別する）ためには、１〜２秒必要である。一方、センサ信号により 数１０ミリ秒以内に判断（例えば衝突などの判断）を下す必要があるシステム（ 例えばエアバッグシステム）では、上述のようにしてセンサの故障をチェックし ていては、判断を下す時間が不足してしまい（すなわち故障に起因する出力信号 か否かを判断する時間がなく）、システムの誤動作の原因となるおそれがあると いう問題点もあった。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

本考案はかかる課題を解決するためになされたもので、センサ側に、センサ故 障時（この場合、上記コンデンサＣの短絡時）に生ずる誤った信号を、システム の誤動作にならない方向に積極的に出力させる機能を持たせる（すなわちコンデ ンサ短絡時の出力信号にフェールセーフを持たせ、例えば衝突時のセンサ信号に よって出力信号Ｖｏが上昇する場合には、該コンデンサＣの短絡時には該出力信 号Ｖｏを積極的に低下させる）ことによって、センサ部からの出力信号か該コン デンサの短絡故障にもとづく出力信号かを瞬間的に判断しうるようにしてシステ ムの誤動作を防止し、かつ該コンデンサとして上述したような有極性のコンデン サを使用しうるようにしたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

かかる課題を解決するために本考案によれば、センサ信号が入力される第１の 演算増幅回路と、該第１の演算増幅回路の出力側にコンデンサおよび抵抗からな る入力インピーダンスを介して接続される第２の演算増幅回路であってその出力 側が該第１の演算増幅回路の入力側に帰還接続されるものとをそなえたセンサ信 号処理回路であって、該入力インピーダンスが接続される該第２の演算増幅回路 の入力側と所定の電位を有する電源線との間に抵抗が接続されていることを特徴 とするセンサ信号処理回路が提供される。

【００１３】

【作用】

上記構成によれば、該第２の演算増幅回路の入力側と該電源線との間に抵抗が 接続されることによって、該第２の演算増幅回路の入力側の直流電位が、該第１ の演算増幅回路の出力側の直流電位からずれた値となり（すなわち該コンデンサ の両端側の直流電位のバランスがくずれた状態となり）、これにより該コンデン サが短絡したときには、異常信号を積極的に安全側に（フェールセーフ側に）出 力させることができる。更に該コンデンサの両端側の直流電位差を越えない範囲 のセンサ信号を扱うことにより、該コンデンサとして有極性のコンデンサを用い ることができる。

【００１４】

【実施例】

図１は本考案の１実施例としてのセンサ信号処理回路を示しており、また図２ は本考案の他の実施例としてのセンサ信号処理回路を示すもので、何れも図３の 回路と対応する部分には、同一の符号が用いられている。なお図３に示されるセ ンサ部１およびオフセット加算部４は、該図１および図２では図示が省略されて いる。

【００１５】 そして該図１に示されるものでは、該反転増幅部３におけるオペアンプ３１の 反転入力端子側とアース間に抵抗Ｒ３３が接続されている点に特徴があり、一 方、該図２に示されるものでは、該オペアンプ３１の反転入力端子側と電源Ｖ ｃｃ（例えば５Ｖ）との間に抵抗Ｒ３４が接続されている点に特徴がある。これ により後述するように、コンデンサＣの短絡時には、該図１に示される実施例で は該反転増幅部３の出力信号（オペアンプ３１の出力信号）が、通常時の電圧で ある２Ｖから１．５Ｖに低下し、また該図２に示される実施例では該反転増幅部 ３の出力信号が、通常時の電圧である２Ｖから２．７５Ｖに上昇する。そしてこ のどちらの実施例を採用するかは、この信号を受けるシステムのフェールセーフ により（オフセット加算部４からの出力信号Ｖｏが増加する側を安全側とするか 、該出力信号Ｖｏが減少する側を安全側とするかにより）決められることとなる 。

【００１６】 すなわち該図１に示される実施例では、オペアンプ３１の反転入力端子側は 加算器として働き、センサ部からの出力信号がない通常時において、該の電位 はＶｒｅｆ（この場合１Ｖ）に等しくなるように働く。また該オペアンプ３１の 出力側は該の電位がＶｒｅｆ（１Ｖ）に等しくなるように、この場合２Ｖにな る。また該差動増幅部２の各オペアンプは、該反転増幅部３のオペアンプ３１の 出力を基準にするため、該差動増幅部２の出力側の電位も２Ｖとなる。なお該 図１の回路において抵抗Ｒ３１，Ｒ３２およびＲ３３の抵抗値はともに例えば１ メグオームに設定される。このように上記抵抗Ｒ３３を上記の点とアース間に 接続することによって、センサ部からの出力信号がない通常時において、上記 の電位は上記図３の場合と同様に２Ｖのままとし、上記の電位が１Ｖとされる 。このようにして該コンデンサＣの両端側のおよび間において１Ｖの電位差 を生じさせてあるので、この１Ｖ以上の交流信号を越えない範囲のセンサ信号を 扱えば、該コンデンサＣは常に側が正となり、したがって有極性のコンデンサ を使用することができる。そして通常時においては該コンデンサＣ両端間に存在 する直流電位差（１Ｖ）は、該コンデンサＣによりカットされて出力信号Ｖｏ側 に影響を及ぼさない（反転増幅部３の出力電圧は上述したように通常時２Ｖであ り、これによりオフセット加算部４からの出力電圧Ｖｏ（オフセット電圧）は例 えば０．５Ｖとされる）が、該コンデンサＣが短絡したときには、該コンデンサ 両端間に存在する電位差にもとづいて該側から側に電流が流れ込み（すなわ ち該側に流れ込む電流は通常時の２倍（オペアンプ３１の出力側とオペアンプ ２２の出力側（すなわち側）から流れ込む）となり、該オペアンプ３１の出力 側の電位と該Ｖｒｅｆ（１Ｖ）との差は通常時の１／２となって、該オペアンプ ３１の出力側の電位は１．５Ｖに低下する。なおこのとき該の点の電位も１． ５Ｖに低下し、また該の点の電位は１Ｖのままである。このように該コンデン サの短絡時に該オペアンプ３１の出力側の電位が１．５Ｖまで低下することによ って、該オフセット加算部４から出力される反転出力信号Ｖｏは例えば２〜３Ｖ 以上に上昇する。したがって該図１に示される実施例は、出力信号Ｖｏが上昇す る側を安全側とする（すなわち出力信号Ｖｏの低下によって例えばエアバッグの 作動のための衝突判定を行う）場合に適用される。

【００１７】 一方該図２に示される実施例では、センサ部からの出力信号がない通常時にお いて、オペアンプ３１の反転入力端子側の電位はＶｒｅｆ（この場合３．５Ｖ ）に等しくなるように働く。また該オペアンプ３１の出力側は該の電位がＶｒ ｅｆ（３．５Ｖ）に等しくなるように、この場合も２Ｖとなる。更に該図１の場 合と同様に、該差動増幅部２の出力側の電位も２Ｖとなる。なお該図２の回路 において抵抗Ｒ３１，Ｒ３２およびＲ３４の抵抗値はともに例えば１メグオーム に設定される。このようにしてこの実施例では、上記抵抗Ｒ３４を上記の点と 電源Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）との間に接続することによって、センサ部からの出力 信号がない通常時において、上記の電位は上記図３の場合と同様に２Ｖのまま とし、上記の電位が３．５Ｖとされる。この場合も該コンデンサＣの両端側の および間において１．５Ｖの電位差を生じさせてあるので、この電位差以上 の交流信号を越えない範囲のセンサ信号を扱えば、該コンデンサＣは常に側が 正となり、したがって有極性のコンデンサを使用することができる。

【００１８】 そして通常時においては、該図１の場合と同様に、該コンデンサＣ両端間に存 在する直流電位差（１．５Ｖ）は、該コンデンサＣによりカットされて出力信号 Ｖｏ側に影響を及ぼさないが、該コンデンサＣが短絡したときには、該コンデン サ両端間に存在する電位差にもとづいて該側から側に電流が流れ出し（すな わち該側から流れ出す電流は通常時の２倍（オペアンプ３１の出力側とオペア ンプ２２の出力側（すなわち側）へ流れ出す）となり、該Ｖｒｅｆ（３．５Ｖ ）と該オペアンプ３１の出力側の電位との差は通常時の１／２となって、該オペ アンプ３１の出力側の電位は２．７５Ｖに上昇する。なおこのとき該の点の電 位も２．７５Ｖに上昇し、該の点の電位は３．５Ｖのままである。このように 該コンデンサの短絡時に該オペアンプ３１の出力側の電位が２．７５Ｖまで上昇 することによって、該オフセット加算部４から出力される反転出力信号Ｖｏはほ ぼ０Ｖまで低下する。したがって該図２に示される実施例は、出力信号Ｖｏが低 下する側を安全側とする（すなわち出力信号Ｖｏの上昇によって例えばエアバッ グの作動のための衝突判定を行う）場合に適用される。

【００１９】 このようにして該コンデンサの短絡時には積極的に安全側に（フェールセーフ 側に）異常信号を出力させることによって、該出力された信号が該コンデンサの 短絡故障にもとづくものであることが瞬間的に判別でき、システムの誤動作の発 生を確実に防止することができる。

【００２０】

【考案の効果】

本考案によれば、センサ信号からの直流成分をカットするコンデンサが短絡故 障したときに生ずる信号を、システムの誤動作にならない方向（フェールセーフ 側）に積極的に出力させることができ、更に該コンデンサとして容量が大きくか つコストの安い有極性のコンデンサを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例としてのセンサ信号処理回路
の構成を示す図である。

【図２】本考案の他の実施例としてのセンサ信号処理回
路の構成を示す図である。

【図３】本考案の前提としてのセンサ信号処理回路の構
成を例示する図である。

【符号の説明】

１…センサ部 ２…差動増幅部 ３…反転増幅部 ４…オフセット加算部 ２１，２２，３１，４１…オペアンプ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ信号が入力される第１の演算増幅
   回路と、該第１の演算増幅回路の出力側にコンデンサお
   よび抵抗からなる入力インピーダンスを介して接続され
   る第２の演算増幅回路であってその出力側が該第１の演
   算増幅回路の入力側に帰還接続されるものとをそなえた
   センサ信号処理回路であって、該入力インピーダンスが
   接続される該第２の演算増幅回路の入力側と所定の電位
   を有する電源線との間に抵抗が接続されていることを特
   徴とするセンサ信号処理回路。