JP3287624B2 - 半導体センサ - Google Patents
半導体センサInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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- G—PHYSICS
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
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- Pressure Sensors (AREA)
- Alarm Systems (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体センサに関し、
特に故障検知手段を備えた半導体センサに関するもので
ある。
特に故障検知手段を備えた半導体センサに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図６および図７は従来の半導体センサを
示す等価回路であり、これらの図に於いて、半導体セン
サは例えば圧力、速度、加速度等の様々な物理量を検出
して測定できる半導体センサ素子１と、半導体センサ素
子１の出力信号を処理する差動増幅回路２とを集積して
形成した半導体センサ回路３を備え、半導体センサ回路
３は１点鎖線で示す如く一つのケースに収められて半導
体センサ装置４を構成していて、電源５、出力６および
接地７に接続されている。半導体センサ回路３には電源
端子５ａ、出力端子６ａおよび接地端子７ａが設けら
れ、半導体センサ装置４には電源端子５ｂ、出力端子６
ｂおよび接地端子７ｂが設けられている。出力端子６ｂ
には半導体センサ装置４の信号が入力される制御装置８
の中のアナログ−ディジタル変換器９（以下Ａ−Ｄコン
バーターと称す）に接続されており、Ａ−Ｄコンバータ
ー９の入力インピーダンスは符号１０で表してある。
示す等価回路であり、これらの図に於いて、半導体セン
サは例えば圧力、速度、加速度等の様々な物理量を検出
して測定できる半導体センサ素子１と、半導体センサ素
子１の出力信号を処理する差動増幅回路２とを集積して
形成した半導体センサ回路３を備え、半導体センサ回路
３は１点鎖線で示す如く一つのケースに収められて半導
体センサ装置４を構成していて、電源５、出力６および
接地７に接続されている。半導体センサ回路３には電源
端子５ａ、出力端子６ａおよび接地端子７ａが設けら
れ、半導体センサ装置４には電源端子５ｂ、出力端子６
ｂおよび接地端子７ｂが設けられている。出力端子６ｂ
には半導体センサ装置４の信号が入力される制御装置８
の中のアナログ−ディジタル変換器９（以下Ａ−Ｄコン
バーターと称す）に接続されており、Ａ−Ｄコンバータ
ー９の入力インピーダンスは符号１０で表してある。
【０００３】図７には、図６に示す半導体センサ回路３
の出力部の等価回路を示す。この等価回路から明らかな
通り、半導体センサ回路３にはその出力となるエミッタ
接地のＮＰＮトランジスタ１１、カソードがＮＰＮトラ
ンジスタ１１のコレクタに接続され、アノードが接地さ
れた寄生ダイオード１２、ＮＰＮトランジスタ１１の負
荷となる第１のＰＮＰトランジスタ１３、および第１の
ＰＮＰトランジスタ１３と共にカレントミラー回路を構
成する第２のＰＮＰトランジスタ１４が設けられてい
る。第２のＰＮＰトランジスタ１４は、そのベースが第
１のＰＮＰトランジスタ１３のベースに接続され、エミ
ッタが第１のＰＮＰトランジスタ１３のエミッタと接続
され、コレクタは自身のベースと接続されている。第２
のＰＮＰトランジスタ１４のベースとコレクタには定電
流源１５が接続されて第１のＰＮＰトランジスタ１３に
流れる定流を設定し、ＮＰＮトランジスタ１１のベース
には増幅回路１６が接続されている。１７は半導体セン
サ回路３内部の電源５と接地７との間の内部インピーダ
ンスである。
の出力部の等価回路を示す。この等価回路から明らかな
通り、半導体センサ回路３にはその出力となるエミッタ
接地のＮＰＮトランジスタ１１、カソードがＮＰＮトラ
ンジスタ１１のコレクタに接続され、アノードが接地さ
れた寄生ダイオード１２、ＮＰＮトランジスタ１１の負
荷となる第１のＰＮＰトランジスタ１３、および第１の
ＰＮＰトランジスタ１３と共にカレントミラー回路を構
成する第２のＰＮＰトランジスタ１４が設けられてい
る。第２のＰＮＰトランジスタ１４は、そのベースが第
１のＰＮＰトランジスタ１３のベースに接続され、エミ
ッタが第１のＰＮＰトランジスタ１３のエミッタと接続
され、コレクタは自身のベースと接続されている。第２
のＰＮＰトランジスタ１４のベースとコレクタには定電
流源１５が接続されて第１のＰＮＰトランジスタ１３に
流れる定流を設定し、ＮＰＮトランジスタ１１のベース
には増幅回路１６が接続されている。１７は半導体セン
サ回路３内部の電源５と接地７との間の内部インピーダ
ンスである。
【０００４】次にこのように構成された従来の半導体セ
ンサの動作について説明する。図６に於いて加速度セン
サ等の半導体センサ素子１の出力は差動増幅回路２で増
幅され、出力端子６ａ，６ｂを介して制御装置８のＡ−
Ｄコンバーター９に入力される。Ａ−Ｄコンバーター９
によりアナログ信号はディジタル信号に変換され制御装
置８による制御に用いられる。
ンサの動作について説明する。図６に於いて加速度セン
サ等の半導体センサ素子１の出力は差動増幅回路２で増
幅され、出力端子６ａ，６ｂを介して制御装置８のＡ−
Ｄコンバーター９に入力される。Ａ−Ｄコンバーター９
によりアナログ信号はディジタル信号に変換され制御装
置８による制御に用いられる。
【０００５】ここで、半導体センサ回路の出力電圧の最
大値Ｖo(max)は次式で表わせる。
大値Ｖo(max)は次式で表わせる。
【数１】 但し、Ｖccは電源端子５ａの電圧、Ｖsat13 は第１のＰ
ＮＰトランジスタ１３の飽和電圧である。又、半導体セ
ンサ回路３の出力電圧の最小値Ｖo(min)は次式で表わせ
る。
ＮＰトランジスタ１３の飽和電圧である。又、半導体セ
ンサ回路３の出力電圧の最小値Ｖo(min)は次式で表わせ
る。
【数２】 但し、Ｖsat11 はＮＰＮトランジスタ１１の飽和電圧で
ある。従って半導体センサ装置４の出力電圧は、Ｖ
sat11からＶcc−Ｖsat13までの範囲の電圧をとることに
なる。
ある。従って半導体センサ装置４の出力電圧は、Ｖ
sat11からＶcc−Ｖsat13までの範囲の電圧をとることに
なる。
【０００６】さて、ここで電源端子５ａと５ｂとの間で
断線した場合に出力電圧がどうなるか考えてみる。この
場合は半導体センサ回路３に電源が供給されなくなるた
め、ＮＰＮトランジスタ１１及び第１のＰＮＰトランジ
スタ１３は遮断される。従って出力端子６ｂは非常に高
いインピーダンスとなるが、Ａ−Ｄコンバーター９の入
力インピーダンス１０のため接地電位とほぼ同じ値とな
る。
断線した場合に出力電圧がどうなるか考えてみる。この
場合は半導体センサ回路３に電源が供給されなくなるた
め、ＮＰＮトランジスタ１１及び第１のＰＮＰトランジ
スタ１３は遮断される。従って出力端子６ｂは非常に高
いインピーダンスとなるが、Ａ−Ｄコンバーター９の入
力インピーダンス１０のため接地電位とほぼ同じ値とな
る。
【０００７】次に出力端子６ａと６ｂの間で断線した場
合の出力電圧は、電源端子５ａと５ｂとの間の断線と同
じく出力端子６ｂは非常に高いインピーダンスとなるた
め、Ａ−Ｄコンバーター９の入力インピーダンス１０に
よりほぼ接地電位に等しくなる。
合の出力電圧は、電源端子５ａと５ｂとの間の断線と同
じく出力端子６ｂは非常に高いインピーダンスとなるた
め、Ａ−Ｄコンバーター９の入力インピーダンス１０に
よりほぼ接地電位に等しくなる。
【０００８】最後に接地端子７ａと７ｂとの間で断線す
ると、やはりＮＰＮトランジスタ１１及び第１のＰＮＰ
トランジスタ１３が遮断するが、電源端子５ａから半導
体センサ素子１及び内部インピーダンス１７、寄生ダイ
オード１２を介し、Ａ−Ｄコンバーター９の入力インピ
ーダンス１０に電流が流れる。この時の半導体センサ装
置４の出力電圧Ｖo(7open) は次式の通りとなる。
ると、やはりＮＰＮトランジスタ１１及び第１のＰＮＰ
トランジスタ１３が遮断するが、電源端子５ａから半導
体センサ素子１及び内部インピーダンス１７、寄生ダイ
オード１２を介し、Ａ−Ｄコンバーター９の入力インピ
ーダンス１０に電流が流れる。この時の半導体センサ装
置４の出力電圧Ｖo(7open) は次式の通りとなる。
【数３】 但しＲG は半導体センサ素子１のゲージ抵抗値（即ち、
電源５−接地７間のインピーダンス）、Ｒi は内部イン
ピーダンスの抵抗値、ＲI（Ａ−Ｄ）はＡ−Ｄコンバー
ター９の入力インピーダンス１０の値、ＶE12 は寄生ダ
イオード１２の順方向電圧である。従って、例えばＶcc
＝５Ｖ，ＲG＝３ｋΩ，Ｒi＝１０ｋΩ，ＲI(A-D) ＝１
０ＭΩ，ＶF12 ＝０．６Ｖのとき、Ｖo(7open)≒４．４
０Ｖとなる。
電源５−接地７間のインピーダンス）、Ｒi は内部イン
ピーダンスの抵抗値、ＲI（Ａ−Ｄ）はＡ−Ｄコンバー
ター９の入力インピーダンス１０の値、ＶE12 は寄生ダ
イオード１２の順方向電圧である。従って、例えばＶcc
＝５Ｖ，ＲG＝３ｋΩ，Ｒi＝１０ｋΩ，ＲI(A-D) ＝１
０ＭΩ，ＶF12 ＝０．６Ｖのとき、Ｖo(7open)≒４．４
０Ｖとなる。
【０００９】以上の様に、電源端子５ａ，５ｂ及び出力
端子６ａ，６ｂで断線した場合は、出力はほぼ接地電位
になり、接地端子７ａ，７ｂが断線した場合はＶcc＝５
Ｖのとき出力電圧は約４．４Ｖとなることが分った。し
かしながら、電源端子５ａ，５ｂ及び出力端子６ａ，６
ｂが断線した場合には、Ａ−Ｄインピーダンス９の入力
インピーダンス１０で接地されるため、接地に対するイ
ンピーダンスが高く、出力端子６ｂから制御装置８迄の
配線に重畳されるノイズの影響を受け、非常に不安定な
電位となり、半導体センサの通常動作時の出力電圧範囲
に入ることが多く、正常動作時と断線時との判別ができ
ない。又、接地端子７ａ，７ｂが断線した場合には、出
力端子６ｂの電位はおよそ４．４Ｖになるが、（１）式
の如くＶsat13＝０．２ＶとすればＶo(max) ＝４．８Ｖ
となり、正常に半導体センサ装置４が動作していても、
接地端子７ａ，７ｂが断線した場合と同様の電位を取り
得ることになり、正常動作時と断線時との判別ができな
い。この様にいずれの場合にも、出力端子６ｂの出力電
圧により、半導体センサ装置４の電源端子５ａ，５ｂ、
出力端子６ａ，６ｂ、接地端子７ａ，７ｂの断線を検出
することは不可能である。
端子６ａ，６ｂで断線した場合は、出力はほぼ接地電位
になり、接地端子７ａ，７ｂが断線した場合はＶcc＝５
Ｖのとき出力電圧は約４．４Ｖとなることが分った。し
かしながら、電源端子５ａ，５ｂ及び出力端子６ａ，６
ｂが断線した場合には、Ａ−Ｄインピーダンス９の入力
インピーダンス１０で接地されるため、接地に対するイ
ンピーダンスが高く、出力端子６ｂから制御装置８迄の
配線に重畳されるノイズの影響を受け、非常に不安定な
電位となり、半導体センサの通常動作時の出力電圧範囲
に入ることが多く、正常動作時と断線時との判別ができ
ない。又、接地端子７ａ，７ｂが断線した場合には、出
力端子６ｂの電位はおよそ４．４Ｖになるが、（１）式
の如くＶsat13＝０．２ＶとすればＶo(max) ＝４．８Ｖ
となり、正常に半導体センサ装置４が動作していても、
接地端子７ａ，７ｂが断線した場合と同様の電位を取り
得ることになり、正常動作時と断線時との判別ができな
い。この様にいずれの場合にも、出力端子６ｂの出力電
圧により、半導体センサ装置４の電源端子５ａ，５ｂ、
出力端子６ａ，６ｂ、接地端子７ａ，７ｂの断線を検出
することは不可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体センサは
以上のように構成されているため、端子部の断線が検出
できず信頼性上問題があった。
以上のように構成されているため、端子部の断線が検出
できず信頼性上問題があった。
【００１１】この発明はこのような課題を解決するため
になされたもので、各端子部の断線を確実に検出できる
半導体センサ装置を得ることを目的としている。
になされたもので、各端子部の断線を確実に検出できる
半導体センサ装置を得ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体セ
ンサは、出力端子と、前記電源端子あるいは前記接地端
子との間で前記半導体センサ装置の外部に抵抗を接続す
ると共に、前記半導体センサ内に設けられ、前記電源端
子と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれに関し
ても断線が無い場合は前記出力端子に生じる前記半導体
センサの出力電圧の上限および下限の少なくとも一方を
所定値に制限して前記出力電圧が所定範囲内の値となる
ようにし、前記電源端子と、前記出力端子と、前記接地
端子とのいずれかに関した断線が生じた場合は前記出力
電圧が前記所定範囲外となるようにする出力電圧制限回
路を設け、もって前記出力電圧の値で前記電源端子と、
前記出力端子と、前記接地端子とのいずれかに関した断
線を検出し得るようにしたものである。
ンサは、出力端子と、前記電源端子あるいは前記接地端
子との間で前記半導体センサ装置の外部に抵抗を接続す
ると共に、前記半導体センサ内に設けられ、前記電源端
子と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれに関し
ても断線が無い場合は前記出力端子に生じる前記半導体
センサの出力電圧の上限および下限の少なくとも一方を
所定値に制限して前記出力電圧が所定範囲内の値となる
ようにし、前記電源端子と、前記出力端子と、前記接地
端子とのいずれかに関した断線が生じた場合は前記出力
電圧が前記所定範囲外となるようにする出力電圧制限回
路を設け、もって前記出力電圧の値で前記電源端子と、
前記出力端子と、前記接地端子とのいずれかに関した断
線を検出し得るようにしたものである。
【００１３】
【作用】この発明における半導体センサは、検出すべき
物理量の範囲に対応する出力電圧の範囲を、断線時の出
力電圧と分離区分しているため、半導体センサの断線を
容易に判別でき、極めて信頼性の高い半導体センサを提
供できる。
物理量の範囲に対応する出力電圧の範囲を、断線時の出
力電圧と分離区分しているため、半導体センサの断線を
容易に判別でき、極めて信頼性の高い半導体センサを提
供できる。
【００１４】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、本発明の半導体センサは、出力端
子６ｂと電源５との間で半導体センサ装置４の外部に接
続された抵抗２５と、半導体センサ装置４内部に設けら
れて半導体センサ装置４の出力電圧を制限する出力電圧
制限回路３０とを備えており、半導体センサ装置４の出
力端子６ｂの出力電圧を監視することにより断線を検出
できるようにされている。出力電圧制限回路３０は、半
導体センサ回路３の内部で電源端子５ａと出力端子６ａ
との間に挿入された抵抗１８と、一端が電源５に接続さ
れた抵抗１９と、一端が抵抗１９の他端に接続されて他
端が接地端子７ａに接続された抵抗２０と、抵抗１９お
よび２０間の接続点がベースに接続され、コレクタが電
源端子５ａに接続されたＮＰＮトランジスタ２１と、一
端がＮＰＮトランジスタ２１のエミッタに、端子が接地
端子７ｂに接続された抵抗２２と、ベースがＮＰＮトラ
ンジスタ２１のエミッタと抵抗２２との間の接続点に接
続され、コレクタが接地端子７ｂに接続され、エミッタ
が出力端子６ａに接続されたＰＮＰトランジスタ２３
と、ＮＰＮトランジスタ１１のコレクタと抵抗１８およ
び出力端子６ａ間の接続点との間に接続された抵抗２４
とを備えている。抵抗１８，１９，２０，２２，２４及
びＮＰＮトランジスタ２１、ＰＮＰトランジスタ２３は
半導体センサ回路３の内部に形成されていて、出力電圧
制限回路３０を構成している。
する。図１において、本発明の半導体センサは、出力端
子６ｂと電源５との間で半導体センサ装置４の外部に接
続された抵抗２５と、半導体センサ装置４内部に設けら
れて半導体センサ装置４の出力電圧を制限する出力電圧
制限回路３０とを備えており、半導体センサ装置４の出
力端子６ｂの出力電圧を監視することにより断線を検出
できるようにされている。出力電圧制限回路３０は、半
導体センサ回路３の内部で電源端子５ａと出力端子６ａ
との間に挿入された抵抗１８と、一端が電源５に接続さ
れた抵抗１９と、一端が抵抗１９の他端に接続されて他
端が接地端子７ａに接続された抵抗２０と、抵抗１９お
よび２０間の接続点がベースに接続され、コレクタが電
源端子５ａに接続されたＮＰＮトランジスタ２１と、一
端がＮＰＮトランジスタ２１のエミッタに、端子が接地
端子７ｂに接続された抵抗２２と、ベースがＮＰＮトラ
ンジスタ２１のエミッタと抵抗２２との間の接続点に接
続され、コレクタが接地端子７ｂに接続され、エミッタ
が出力端子６ａに接続されたＰＮＰトランジスタ２３
と、ＮＰＮトランジスタ１１のコレクタと抵抗１８およ
び出力端子６ａ間の接続点との間に接続された抵抗２４
とを備えている。抵抗１８，１９，２０，２２，２４及
びＮＰＮトランジスタ２１、ＰＮＰトランジスタ２３は
半導体センサ回路３の内部に形成されていて、出力電圧
制限回路３０を構成している。
【００１５】次にこのように構成された本発明の半導体
センサの動作につき説明する。まず半導体センサ素子１
が検出する物理量Ｐが加速度などのベクトル量を扱うも
のとすると、値は正および負のいずれも取り得るため、
物理量Ｐが０のときは半導体センサ回路３の出力電圧Ｖ
0 はあるオフセット電圧Voffset を持つことになる。
又、このオフセット電圧Voffset は電源５と接地７との
間の電位差Ｖccの範囲のある値（例えば1/2 Ｖcc）を取
る（図２）。このとき物理量Ｐが増加すると出力電圧Ｖ
0 が増加するものとすると、物理量Ｐが正のとき出力電
圧Ｖ0 はVoffsetより大きくなり、反対に物理量Ｐが負
の時出力電圧Ｖ0 はVoffset より小さくなる。
センサの動作につき説明する。まず半導体センサ素子１
が検出する物理量Ｐが加速度などのベクトル量を扱うも
のとすると、値は正および負のいずれも取り得るため、
物理量Ｐが０のときは半導体センサ回路３の出力電圧Ｖ
0 はあるオフセット電圧Voffset を持つことになる。
又、このオフセット電圧Voffset は電源５と接地７との
間の電位差Ｖccの範囲のある値（例えば1/2 Ｖcc）を取
る（図２）。このとき物理量Ｐが増加すると出力電圧Ｖ
0 が増加するものとすると、物理量Ｐが正のとき出力電
圧Ｖ0 はVoffsetより大きくなり、反対に物理量Ｐが負
の時出力電圧Ｖ0 はVoffset より小さくなる。
【００１６】次に電源端子５ａ，５ｂ、出力端子６ａ，
６ｂならびに接地端子７ａ，７ｂの断線検知について説
明する。まず、電源端子５ａ，５ｂが断線した時の出力
６の出力電圧Ｖ0 （５open）は
６ｂならびに接地端子７ａ，７ｂの断線検知について説
明する。まず、電源端子５ａ，５ｂが断線した時の出力
６の出力電圧Ｖ0 （５open）は
【数４】 ここでＲ18は抵抗１８の抵抗値、Ｒ25は抵抗２５の抵抗
値である。Ｒ25＝２２０ｋΩ，Ｒ18＝５ｋΩ，ＲG＝３
ｋΩ，Ｒi＝１０ｋΩ，ＲI(A-D)＝１０ＭΩ、Ｖcc＝５
ＶとすればＶ0(5open)≒０．１６Ｖとなる。次に出力端
子６ａ，６ｂが断線したときの出力６の出力電圧Ｖ
0(6open)は
値である。Ｒ25＝２２０ｋΩ，Ｒ18＝５ｋΩ，ＲG＝３
ｋΩ，Ｒi＝１０ｋΩ，ＲI(A-D)＝１０ＭΩ、Ｖcc＝５
ＶとすればＶ0(5open)≒０．１６Ｖとなる。次に出力端
子６ａ，６ｂが断線したときの出力６の出力電圧Ｖ
0(6open)は
【数５】 Ｖ0(6open)は同様に計算するとＶ0(6open)≒４．９９Ｖ
である。最後に接地端子７ａ，７ｂが断線したときの出
力６の出力電圧Ｖ0(7open)は
である。最後に接地端子７ａ，７ｂが断線したときの出
力６の出力電圧Ｖ0(7open)は
【数６】 Ｖ0(7open)も同様に計算するとＶ0(7open)≒５．０Ｖで
ある。したがって、例えば出力Ｖ0 として０．５Ｖより
小さい値あるいは４．５Ｖより大きい値が出力されない
様にしておけば、０．５Ｖより小さい電圧あるいは４．
５Ｖより大きい電圧が出力されたときには、端子が断線
していることが分る。
ある。したがって、例えば出力Ｖ0 として０．５Ｖより
小さい値あるいは４．５Ｖより大きい値が出力されない
様にしておけば、０．５Ｖより小さい電圧あるいは４．
５Ｖより大きい電圧が出力されたときには、端子が断線
していることが分る。
【００１７】次に出力Ｖ0 として０．５Ｖより小さいか
４．５Ｖより大きい値が出力されない様にする出力電圧
制限回路３０について説明する。まず図１より半導体セ
ンサ回路３の出力電圧が取り得る最小値Ｖ0(min)は、
４．５Ｖより大きい値が出力されない様にする出力電圧
制限回路３０について説明する。まず図１より半導体セ
ンサ回路３の出力電圧が取り得る最小値Ｖ0(min)は、
【数７】 ここでＲ24は抵抗２４の抵抗値である。従って出力電圧
は、Ｖsat11＝０．２Ｖ，Ｒ18＝５ｋΩ，Ｒ24＝０．３
３ｋΩ，Ｒ25＝２２０ｋΩ，Ｖcc＝５Ｖとしたとき０．
５Ｖより小さくならない。
は、Ｖsat11＝０．２Ｖ，Ｒ18＝５ｋΩ，Ｒ24＝０．３
３ｋΩ，Ｒ25＝２２０ｋΩ，Ｖcc＝５Ｖとしたとき０．
５Ｖより小さくならない。
【００１８】次に半導体センサ回路３が取り得る最大値
Ｖ0(max)は次のように求められる。抵抗１９と抵抗２０
によって分圧された電圧がＮＰＮトランジスタ２１のベ
ースに印加される。このときのＮＰＮトランジスタ２１
のエミッタ電圧ＶE(21) は
Ｖ0(max)は次のように求められる。抵抗１９と抵抗２０
によって分圧された電圧がＮＰＮトランジスタ２１のベ
ースに印加される。このときのＮＰＮトランジスタ２１
のエミッタ電圧ＶE(21) は
【数８】 ここでＲ19は抵抗１９の抵抗値、Ｒ20は抵抗２０の抵抗
値、ＶBE(21)はＮＰＮトランジスタ２１のベース・エミ
ッタ間オン電圧である。抵抗２２はエミッタフォロアで
動作しているＮＰＮトランジスタ２１の負荷であり、Ｖ
E(21) はＰＮＰトランジスタ２３のベース電位であるか
ら（８）式を書き直すと
値、ＶBE(21)はＮＰＮトランジスタ２１のベース・エミ
ッタ間オン電圧である。抵抗２２はエミッタフォロアで
動作しているＮＰＮトランジスタ２１の負荷であり、Ｖ
E(21) はＰＮＰトランジスタ２３のベース電位であるか
ら（８）式を書き直すと
【数９】 但しＶB(23) はＰＮＰトランジスタ２３のベース電位で
ある。
ある。
【００１９】ＰＮＰトランジスタ２３のベース電位は
（９）式の如く一定の電圧であるから、ＰＮＰトランジ
スタ２３はエミッタ電位によってコレクタ電流が流れた
り流れなかったりする。即ちＰＮＰトランジスタ２３を
活性化するにはこのエミッタ電位が
（９）式の如く一定の電圧であるから、ＰＮＰトランジ
スタ２３はエミッタ電位によってコレクタ電流が流れた
り流れなかったりする。即ちＰＮＰトランジスタ２３を
活性化するにはこのエミッタ電位が
【数１０】 但しＶE(23) はＰＮＰトランジスタ２３のエミッタ電
位、ＶBE(23)はＰＮＰトランジスタ２３のベース・エミ
ッタ間オン電圧である。（９）式（１０）式により
位、ＶBE(23)はＰＮＰトランジスタ２３のベース・エミ
ッタ間オン電圧である。（９）式（１０）式により
【数１１】 ここで、ＶBE(23)はＰＮＰトランジスタ２３のエミッタ
電流に係らずほぼ一定と仮定すると（実際はエミッタ電
流の自然対数に比例する）
電流に係らずほぼ一定と仮定すると（実際はエミッタ電
流の自然対数に比例する）
【数１２】 但しＶBE(12)≒ＶBE(23)、即ち半導体センサ回路３の最
大出力電圧Ｖ0(max)は
大出力電圧Ｖ0(max)は
【数１３】 となる。ここでＲ19＝５ｋΩ，Ｒ20＝４５ｋΩ，とする
とＶ0(max)＝４．５Ｖとなる。
とＶ0(max)＝４．５Ｖとなる。
【００２０】以上のように抵抗１８，２４，２５，１
９，２０、ＮＰＮトランジスタ１１，２１、ＰＮＰトラ
ンジスタ２３により半導体センサ回路３の出力Ｖ0 は
０．５Ｖより小さくあるいは４．５Ｖより大きい値をと
らないことになり、半導体センサ回路３の特性は図２の
如くなる。ここで物理量Ｐは、Ｐ1〜Ｐ2の範囲が通常計
測範囲であり、物理量ＰがＰ1′のとき出力Ｖ0 はＶ
0(max)に固定されており、物理料ＰがＰ2′のときはＶ0
はＶ0(max)に固定されている。Ｖ0 がＶ0(max) からＶ
cc迄の範囲及びＶ0(min) から０迄の範囲は半導体セン
サ装置４のいずれかの端子が断線している場合である。
この様にして半導体センサ装置４の断線を検出でき、又
Ｖ0 が断線を示す範囲（図２の斜線の範囲）のときは制
御回路８は半導体センサ装置４の出力電圧Ｖ0を参照し
ない制御のモードを取る様にプログラムを作れば信頼性
の高い制御装置が実現できる。必要があれば、Ｖ0 が断
線を示す範囲のとき、表示ランプ等を点灯させ、警告を
発することも可能である。
９，２０、ＮＰＮトランジスタ１１，２１、ＰＮＰトラ
ンジスタ２３により半導体センサ回路３の出力Ｖ0 は
０．５Ｖより小さくあるいは４．５Ｖより大きい値をと
らないことになり、半導体センサ回路３の特性は図２の
如くなる。ここで物理量Ｐは、Ｐ1〜Ｐ2の範囲が通常計
測範囲であり、物理量ＰがＰ1′のとき出力Ｖ0 はＶ
0(max)に固定されており、物理料ＰがＰ2′のときはＶ0
はＶ0(max)に固定されている。Ｖ0 がＶ0(max) からＶ
cc迄の範囲及びＶ0(min) から０迄の範囲は半導体セン
サ装置４のいずれかの端子が断線している場合である。
この様にして半導体センサ装置４の断線を検出でき、又
Ｖ0 が断線を示す範囲（図２の斜線の範囲）のときは制
御回路８は半導体センサ装置４の出力電圧Ｖ0を参照し
ない制御のモードを取る様にプログラムを作れば信頼性
の高い制御装置が実現できる。必要があれば、Ｖ0 が断
線を示す範囲のとき、表示ランプ等を点灯させ、警告を
発することも可能である。
【００２１】実施例２．図３に示す実施例に於いては、
実施例１の場合と異なり電源５と出力６との間に抵抗が
挿入されておらず、出力６と接地７との間に抵抗２６が
挿入されている。この場合も抵抗２６は半導体センサ装
置４の外部に設けねばならない。出力電圧制限回路３０
の内容は図１のものと同じである。電源端子５ａ，５ｂ
が断線しているときは、半導体センサ回路３の内部のト
ランジスタは全てオフであり、出力端子６ｂは抵抗２６
と入力インピーダンス１０の並列抵抗により接地との間
を終端されている。抵抗２６の値を入力インピーダンス
１０より十分小さな値としておけば、出力６は抵抗２６
で接地されているため出力電圧Ｖ0 は０Ｖである。出力
端子６ａ，６ｂが断線しているときも同様、出力６は抵
抗２６で接地されておりＯＶとなる。接地端子７ａ，７
ｂが断線しているときは出力Ｖ0(7open)は
実施例１の場合と異なり電源５と出力６との間に抵抗が
挿入されておらず、出力６と接地７との間に抵抗２６が
挿入されている。この場合も抵抗２６は半導体センサ装
置４の外部に設けねばならない。出力電圧制限回路３０
の内容は図１のものと同じである。電源端子５ａ，５ｂ
が断線しているときは、半導体センサ回路３の内部のト
ランジスタは全てオフであり、出力端子６ｂは抵抗２６
と入力インピーダンス１０の並列抵抗により接地との間
を終端されている。抵抗２６の値を入力インピーダンス
１０より十分小さな値としておけば、出力６は抵抗２６
で接地されているため出力電圧Ｖ0 は０Ｖである。出力
端子６ａ，６ｂが断線しているときも同様、出力６は抵
抗２６で接地されておりＯＶとなる。接地端子７ａ，７
ｂが断線しているときは出力Ｖ0(7open)は
【数１４】 但しＲ26は抵抗２６の抵抗値である。Ｒ26＝２２０ｋ
Ω，ＲI(A-D)＝１０ＭΩ、Ｒ18＝５ｋΩ，Ｖcc＝５Ｖの
ときＶ0(7open)≒４．８９Ｖ 従って実施例１と同様に半導体センサ回路３の出力Ｖ0
が０．５Ｖより小さいか４．５Ｖより大きな値をとらな
い様にしておけば出力電圧Ｖ0 を見ることにより、半導
体センサ装置４の各端子の断線は検出できる。
Ω，ＲI(A-D)＝１０ＭΩ、Ｒ18＝５ｋΩ，Ｖcc＝５Ｖの
ときＶ0(7open)≒４．８９Ｖ 従って実施例１と同様に半導体センサ回路３の出力Ｖ0
が０．５Ｖより小さいか４．５Ｖより大きな値をとらな
い様にしておけば出力電圧Ｖ0 を見ることにより、半導
体センサ装置４の各端子の断線は検出できる。
【００２２】実施例３．図５の様に絶対圧力の様に負の
値を取らない物理量Ｐを半導体センサ素子１が計測する
場合は、Ｖ0(min)をVoffsetとしておけば、Ｖ0(max)で
のみ出力電圧Ｖ0を制限すれば良いから図１及び図３の
出力電圧制限回路３０の抵抗２４は不要であり、図４に
示す如く、この抵抗２４に対応する抵抗の無い出力電圧
制限回路３１で良い。この場合通常の物理量Ｐの計測範
囲は０〜Ｐ1 である。Ｖ0 がVoffsetより或はＶ0(max)
より大きいとき半導体センサ装置４のいずれかの端子が
断線していることになる。
値を取らない物理量Ｐを半導体センサ素子１が計測する
場合は、Ｖ0(min)をVoffsetとしておけば、Ｖ0(max)で
のみ出力電圧Ｖ0を制限すれば良いから図１及び図３の
出力電圧制限回路３０の抵抗２４は不要であり、図４に
示す如く、この抵抗２４に対応する抵抗の無い出力電圧
制限回路３１で良い。この場合通常の物理量Ｐの計測範
囲は０〜Ｐ1 である。Ｖ0 がVoffsetより或はＶ0(max)
より大きいとき半導体センサ装置４のいずれかの端子が
断線していることになる。
【００２３】又、前記実施例では、半導体センサ素子１
を電源５と接地７の間に挿入して定電圧駆動方式を用い
ているが、半導体センサ素子１を定電流源により駆動す
る定電流駆動方式としても同様の効果を奏するし、温度
特性の点からは好ましい。但しこの場合半導体センサ回
路３の電源５と接地７との間のインピーダンスは抵抗１
７（Ｒ17）のみとなる。半導体センサ素子１としては公
知の様々なタイプのものが使用できる。
を電源５と接地７の間に挿入して定電圧駆動方式を用い
ているが、半導体センサ素子１を定電流源により駆動す
る定電流駆動方式としても同様の効果を奏するし、温度
特性の点からは好ましい。但しこの場合半導体センサ回
路３の電源５と接地７との間のインピーダンスは抵抗１
７（Ｒ17）のみとなる。半導体センサ素子１としては公
知の様々なタイプのものが使用できる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体センサ
によれば、出力端子と、前記電源端子あるいは前記接地
端子との間で前記半導体センサ装置の外部に抵抗を接続
すると共に、前記半導体センサ内に設けられ、前記電源
端子と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれに関
しても断線が無い場合は前記出力端子に生じる前記半導
体センサの出力電圧の上限および下限の少なくとも一方
を所定値に制限して前記出力電圧が所定範囲内の値とな
るようにし、前記電源端子と、前記出力端子と、前記接
地端子とのいずれかに関した断線が生じた場合は前記出
力電圧が前記所定範囲外となるようにする出力電圧制限
回路を設け、もって前記出力電圧の値で前記電源端子
と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれかに関し
た断線を検出し得るようにしたものであるため、センサ
が安価に製造でき、高信頼のものが得られる効果があ
る。
によれば、出力端子と、前記電源端子あるいは前記接地
端子との間で前記半導体センサ装置の外部に抵抗を接続
すると共に、前記半導体センサ内に設けられ、前記電源
端子と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれに関
しても断線が無い場合は前記出力端子に生じる前記半導
体センサの出力電圧の上限および下限の少なくとも一方
を所定値に制限して前記出力電圧が所定範囲内の値とな
るようにし、前記電源端子と、前記出力端子と、前記接
地端子とのいずれかに関した断線が生じた場合は前記出
力電圧が前記所定範囲外となるようにする出力電圧制限
回路を設け、もって前記出力電圧の値で前記電源端子
と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれかに関し
た断線を検出し得るようにしたものであるため、センサ
が安価に製造でき、高信頼のものが得られる効果があ
る。
【図１】この発明の一実施例による半導体センサを示す
等価回路図である。
等価回路図である。
【図２】この発明の一実施例の半導体センサの特性を示
す図である。
す図である。
【図３】この発明の他の実施例による半導体センサを示
す等価回路図である。
す等価回路図である。
【図４】この発明の他の実施例による半導体センサを示
す等価回路図である。
す等価回路図である。
【図５】この発明の他の実施例の半導体センサの特性を
示す図である。
示す図である。
【図６】従来の半導体センサを示すブロック図である。
【図７】従来の半導体センサを示す等価回路図である。
４ 半導体センサ装置 ５ 電源 ５ａ、５ｂ 電源端子 ６ 出力 ６ａ、６ｂ 出力端子 ７ 接地 ７ａ、７ｂ 接地端子 ８ 制御装置 １１ ＮＰＮトランジスタ １８〜２０ 抵抗 ２１ ＮＰＮトランジスタ ２３ ＰＮＰトランジスタ ２４〜２６ 抵抗 ３０、３１ 出力電圧制限回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G08B 29/06 G01P 21/00 H01L 29/84
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体センサ素子と、該半導体センサ素
子の出力信号を処理する差動増幅回路とを集積して形成
した半導体センサ回路を備え、該半導体センサ回路に
は、電源端子と、出力端子と、接地端子とが設けられる
と共に、前記出力端子に入力インピーダンスで接地され
るＡ−Ｄコンバータが接続された半導体センサに於い
て、 前記出力端子と、前記電源端子あるいは前記接地端子と
の間で前記半導体センサ装置の外部に抵抗を接続すると
共に、前記半導体センサ内に設けられ、前記電源端子
と、前記出力端子と、前記接地端子とのいずれに関して
も断線が無い場合は前記出力端子に生じる前記半導体セ
ンサの出力電圧の上限および下限の少なくとも一方を所
定値に制限して前記出力電圧が所定範囲内の値となるよ
うにし、前記電源端子と、前記出力端子と、前記接地端
子とのいずれかに関した断線が生じた場合は前記出力電
圧が前記所定範囲外となるようにする出力電圧制限回路
を設け、前記出力電圧の値で前記電源端子と、前記出力
端子と、前記接地端子とのいずれかに関した断線を検出
し得るようにした ことを特徴とする半導体センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00279093A JP3287624B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体センサ |
| US08/178,740 US5473253A (en) | 1993-01-11 | 1994-01-07 | Semiconductor sensor apparatus |
| DE4400437A DE4400437C2 (de) | 1993-01-11 | 1994-01-10 | Halbleitersensorvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00279093A JP3287624B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208693A JPH06208693A (ja) | 1994-07-26 |
| JP3287624B2 true JP3287624B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=11539160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00279093A Expired - Lifetime JP3287624B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5473253A (ja) |
| JP (1) | JP3287624B2 (ja) |
| DE (1) | DE4400437C2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4443941C2 (de) * | 1994-12-09 | 1998-12-17 | Knorr Bremse Systeme | Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors |
| JP3564796B2 (ja) * | 1995-06-05 | 2004-09-15 | 株式会社デンソー | センサ装置及びセンサ装置の調整方法 |
| DE19539458C2 (de) * | 1995-10-24 | 2001-03-15 | Bosch Gmbh Robert | Sensor mit Testeingang |
| DE19542086C2 (de) * | 1995-11-11 | 2002-10-24 | Bosch Gmbh Robert | Einrichtung zur Fehlererkennung bei einem Sensor |
| JP3335516B2 (ja) * | 1995-12-19 | 2002-10-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体センサ |
| US5701081A (en) * | 1996-01-22 | 1997-12-23 | Rapaport; Leon St Aubyn | Instrument used for the live troubleshooting of short circuits |
| JP4253046B2 (ja) * | 1997-07-18 | 2009-04-08 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | ダイヤフラムの異常検出装置 |
| US6002338A (en) * | 1997-09-15 | 1999-12-14 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and system for detecting failures in self-exciting sensor |
| DE19751519C2 (de) * | 1997-11-21 | 2000-08-24 | Helag Electronic Gmbh | Linearsensor |
| DE19752279C2 (de) * | 1997-11-26 | 2000-09-28 | Daimler Chrysler Ag | Sensoranordnung und Betriebsverfahren hierfür |
| EP1069407B1 (de) * | 1999-07-15 | 2005-11-30 | Micronas GmbH | Elektronische Gebereinrichtung |
| EP1069568B1 (de) | 1999-07-15 | 2006-06-21 | Micronas GmbH | Wiedergabegerät |
| DE10008180C2 (de) * | 1999-07-15 | 2002-11-14 | Micronas Gmbh | Elektronische Gebereinrichtung |
| US7092340B2 (en) | 2000-07-13 | 2006-08-15 | Micronas Gmbh | Playback apparatus |
| DE10061589C1 (de) * | 2000-12-11 | 2002-07-25 | Infineon Technologies Ag | Schaltungsanordnung mit Integriertem Verstärker |
| JP3918614B2 (ja) * | 2002-04-09 | 2007-05-23 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | 断線故障検知回路 |
| JP4075744B2 (ja) * | 2003-02-12 | 2008-04-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料タンクの取付構造 |
| DE102005038316B4 (de) * | 2005-08-11 | 2007-12-27 | Zentrum Mikroelektronik Dresden Ag | Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines definierten Ausgangssignals |
| US10126347B2 (en) | 2016-12-29 | 2018-11-13 | Infineon Technologies Ag | Passive bridge circuit with oxide windows as leakage sink |
| JP7403238B2 (ja) * | 2019-05-31 | 2023-12-22 | 日立Astemo株式会社 | 電子回路およびセンサシステム |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3883753A (en) * | 1974-01-04 | 1975-05-13 | Ford Motor Co | Thermocouple-failure warning circuit |
| US4031461A (en) * | 1976-01-23 | 1977-06-21 | Deere & Company | Source related potential indicating continuity tester |
| US4172252A (en) * | 1977-06-15 | 1979-10-23 | Pan Data Ab | Monitoring arrangement for monitoring a change from a normal condition of any one of a plurality of condition sensing devices |
| JPS58137329A (ja) * | 1982-02-10 | 1983-08-15 | Nec Corp | 入力信号線断線検出回路 |
| DE3724926A1 (de) * | 1987-07-28 | 1989-02-09 | Bayerische Motoren Werke Ag | Schaltungsanordnung zur ueberpruefung der zuleitungen eines schalters oder sensors |
| US4845435A (en) * | 1988-01-20 | 1989-07-04 | Honeywell Inc. | Sensor fault detector |
| US4841286A (en) * | 1988-02-08 | 1989-06-20 | Honeywell Inc. | Apparatus and method for detection of an open thermocouple in a process control network |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP00279093A patent/JP3287624B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-01-07 US US08/178,740 patent/US5473253A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-01-10 DE DE4400437A patent/DE4400437C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4400437C2 (de) | 1996-04-11 |
| JPH06208693A (ja) | 1994-07-26 |
| DE4400437A1 (de) | 1994-07-14 |
| US5473253A (en) | 1995-12-05 |
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