JP5832751B2 - 自己診断可能な電子回路及び磁界検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路が正常に機能しているか否かを判断できる自己診断可能な電子回路に関する。

従来、例えば磁界検出のための検出回路を有する電子回路において、磁界検出信号のみを取得可能な構成では、電子回路内にて故障が生じていても、マイクロプロセッサは、その磁界検出信号を正しいものとして演算処理を行ってしまい、信頼性に劣る構成となっていた。

例えば特許文献１には、マルチプレクサ方式電圧測定素子の測定チャネルに、０ボルトの基準電圧を測定するチャネルを設けておき、この基準電圧を測定し、測定結果と基準電圧値とを比較することにより、電圧測定デバイスが正常に通信することが出来ているかどうか判断する構成が開示されている（特許文献１の［００２９］欄参照）。

しかしながら特許文献１に記載された構成のように、一つの基準電圧のみでは、例えばマルチプレクサが故障していて切換がうまくいかずにロック状態となり、たまたま一つの基準電圧に合った測定結果が出続けると、正常と判断されてしまい、信頼性を十分に向上させることができない。

また特許文献１では、例えば電子回路内にオペアンプが接続された構成で、前記オペアンプが故障していても、基準電圧を０Ｖにしているため、オペアンプの故障を適切に判断することができない。

また特許文献２に記載された発明は、外部負荷の種類に応じて複数の駆動電圧を切り替えるように構成された電子回路構成であり、駆動電圧の切換が正常に行われたか否かを一対の分圧抵抗により分圧することで得られる分圧値に基づいて判断している（特許文献２の［００６８］欄参照）。

しかしながら特許文献２においても、特許文献１と同様に、ひとつの基準電圧（分圧値）でのみ判断しており、信頼性を十分に向上させることができない。

特開２００６−１１３６９９号公報 特開２００８−５９５１７号公報

本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、従来に比べて、信頼性の高い自己診断可能な電子回路及び磁界検出装置を提供することを目的としている。

本発明は、検出回路と、前記検出回路からの検出信号を増幅させるオペアンプと、前記検出回路と前記オペアンプとの間に接続されたマルチプレクサと、前記オペアンプからの検出信号を演算処理するマイクロプロセッサと、を有する電子回路において、
高電圧の第１の診断信号と低電圧の第２の診断信号を夫々生成するための診断回路を有し、
前記診断回路は前記マルチプレクサに接続され、前記マルチプレクサにより選択された各診断信号が前記オペアンプを介して前記マイクロプロセッサに入力可能とされており、
前記マイクロプロセッサでは、前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号に基づいて、前記オペアンプおよび前記マルチプレクサが正常に機能しているか否かを診断可能とされており、前記マイクロプロセッサに入力された前記第１の診断信号と比較するための第１の基準電圧と、前記マイクロプロセッサに入力された前記第２の診断信号と比較するための第２の基準電圧とが前記マイクロプロセッサ内に記憶されており、前記マイクロプロセッサに設けられた基準電圧調整部が、前記診断回路の入力電圧の変動に応じて、前記第１の基準電圧と、前記第２の基準電圧とを夫々、入力電圧に対し所定の割合に調整することを特徴とするものである。

このように、本発明では、高電圧と低電圧の２つの診断信号に基づいてマイクロプロセッサにより電子回路が正常に機能しているか否かを判断しているので、従来に比べて信頼性の高い自己診断可能な電子回路を構成できる。また検出回路と診断回路とをマルチプレクサに接続して、一つのオペアンプ及びマイクロプロセッサを設けた構成であるため、回路構成が複雑にならずコストアップを抑制することができる。

また第１の基準電圧と第２の基準電圧を夫々、補正可能であることで、より信頼性の高い自己診断可能な電子回路を構成できる。

また本発明では、前記マイクロプロセッサは、前記マイクロプロセッサに入力された前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号に基づいて、前記電子回路が正常に機能しているか否かを診断するための自己診断部を有し、
前記自己診断部には、前記マイクロプロセッサに入力された前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号が正常範囲内か否かを評価するための評価部と、
前記評価部により前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号が正常範囲から逸脱したときに所定のカウンター値を蓄積していくためのカウンター部とを有し、
前記カウンター値が所定以上となったときに異常と判断してエラー信号を出力することが好ましい。これにより、評価部にて、第１の診断信号や第２の診断信号が正常範囲から外れていると判断しても、直ぐにエラー信号を出さずにカウンター値が所定以上になったときに初めてエラー信号を出すことで、電子回路の駆動安定性を向上させることができる。

また本発明では、前記診断回路は、抵抗分圧回路により、高電圧の前記第１の診断信号及び低電圧の前記第２の診断信号を夫々、出力可能とされていることが好ましい。これにより簡単な診断回路を構成でき、回路構成が複雑にならずコストアップを抑制することができる。

また本発明では、前記検出回路を、複数の磁界検出素子のブリッジ回路にて構成にできる。

また本発明における磁界検出装置は、
磁気センサと磁石とが間隔を空けて対向配置されており、前記磁気センサは前記磁石から発生する磁界の変化を検知するためのものであり、
前記磁気センサに、上記の前記磁界検出素子を含む前記電子回路が構成されていることを特徴とするものである。これにより、誤った磁界検出を行うリスクを効果的に回避でき、磁界検出精度を向上させることができる。

本発明では、高電圧と低電圧の２つの診断信号に基づいてマイクロプロセッサにより電子回路が正常に機能しているか否かを判断しているので、従来に比べて信頼性の高い自己診断可能な電子回路を構成できる。また検出回路と診断回路とをマルチプレクサに接続して、一つのオペアンプ及びマイクロプロセッサを設けた構成であるため、回路構成が複雑にならずコストアップを抑制することができる。

磁界検出装置の斜視図、 本実施形態における電子回路図 本実施形態におけるマイクロプロセッサの構成図、 磁石の回転に伴う磁界の変化に基づき、図２に示す検出回路からオペアンプを経て生成されるＳＩＮ信号と、ＣＯＳ信号のイメージ図（（ａ）がＳＩＮ信号で、（ｂ）がＣＯＳ信号）、 本実施形態における電子回路が正常に機能しているか否かを自己診断するためのフローチャート図。

図１は、本実施形態における磁界検出装置の斜視図である。
図１に示す磁界検出装置９は、磁気センサ１０と、磁石１４とを有して構成される。図１に示すように磁気センサ１０はプリント配線基板１１と、プリント配線基板１１に電気接続されたセンサ素子１２とを有して構成されている。磁気センサ１０と磁石１４とは間隔を空けて配置されている（非接触）。

図２は、磁気センサ１０内に組み込まれる電子回路２０の回路図である。
図２に示すように電子回路２０は、磁界検知部としての検出回路２１と、マルチプレクサ２２と、オペアンプ（差動増幅器）２３と、マイクロプロセッサ２４と、診断回路２５とを有して構成されている。

図２に示すように検出回路２１は、複数の磁界検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８のブリッジ回路２６，２７により構成されている。

図２に示すように磁石１４（図２では模式的に点線で示す）が回転すると、各磁界検出素子Ｓ１〜Ｓ８の電気特性が変化し、第１のブリッジ回路２６からは磁界検出信号としてＳＩＮ⁺信号とＳＩＮ^-信号が出力され、第２のブリッジ回路２７からは磁界検出信号としてＣＯＳ⁺信号とＣＯＳ^-信号が出力される。ＳＩＮ⁺信号とＳＩＮ^-信号、及び、ＣＯＳ⁺信号とＣＯＳ^-信号は夫々、位相が１８０度ずれている。またＳＩＮ⁺信号とＣＯＳ⁺信号、及びＳＩＮ^-信号とＣＯＳ^-信号は夫々、位相が９０度ずれている。

図２に示すマルチプレクサ２２により、ＳＩＮ⁺信号とＳＩＮ^-信号とが選択されて、オペアンプ２３に入力されると、オペアンプ２３にて図４（ａ）に示すように増幅されたＳＩＮ信号３４を得ることができる。

また図２に示すマルチプレクサ２２により、ＣＯＳ⁺信号とＣＯＳ^-信号とが選択されて、オペアンプ２３に入力されると、オペアンプ２３にて図４（ｂ）に示すように増幅されたＣＯＳ信号３５を得ることができる。

なお図２に示すように例えば、各ブリッジ回路２６，２７の入力電圧（電源電圧）は５Ｖであり、よって図４（ａ）（ｂ）に示すように中点電位は２．５Ｖである。

オペアンプ２３により生成されたＳＩＮ信号３４及びＣＯＳ信号３５が、例えば、マイクロプロセッサ２４の図３に示す演算処理部１９にディジタル信号に変換された状態で入力され、演算処理部１９にて、「ａｒｃ ｔａｎ」関数にて磁石の角度が演算され、角度値を示す出力がおこなわれる。例えば、図示しないＤ／Ａ変換部においてアナログ値に変換され、電圧値として出力される。このとき、出力電圧は、磁石１４が１回転する間に、その角度変化に対して比例的に変化する電圧、すなわち角度変化に対して一次関数で変化する電圧、または一次関数に近似して変化する電圧となり、磁石１４の回転角や角速度の信号４３として機器本体側の制御部（例えばECU)４４に送信される。

図２に示す複数の磁界検出素子Ｓ１〜Ｓ８の素子構成は、磁石１４の回転に伴う磁場変化を受けて電気特性が変化するものであれば特に限定されない。例えば、磁界検出素子Ｓ１〜Ｓ８はＧＭＲ素子であり、固定磁性層／非磁性層／フリー磁性層の積層構造を有する。ＧＭＲ素子は、固定磁性層の固定磁化方向（ＰＩＮ方向）と、外部磁界の方向により磁化方向が変動するフリー磁性層の磁化方向との磁化関係で電気抵抗が変動する素子である。そして、各磁界検出素子Ｓ１〜Ｓ８の抵抗変化に基づいて各ブリッジ回路２６，２７から得られる出力が中点電位から変動し、磁石１４の回転に伴って第１ブリッジ回路２６からＳＩＮ⁺信号とＳＩＮ^-信号、及び、第２ブリッジ回路２７からＣＯＳ⁺信号とＣＯＳ^-信号が夫々出力される。このとき、各ブリッジ回路２６，２７における直列接続された磁界検出素子の間、及び第１ブリッジ回路２６と第２ブリッジ回路２７との間で、磁界検出素子の固定磁性層の固定磁化方向（ＰＩＮ方向）を異ならせて、第１ブリッジ回路２６からＳＩＮ⁺信号とＳＩＮ^-信号、及び、第２ブリッジ回路２７からＣＯＳ⁺信号とＣＯＳ^-信号が夫々出力されるように調整されている。

図２に示すように本実施形態の電子回路２０は、診断回路２５を有する。診断回路２５は、３つの固定抵抗２８ａ〜２８ｃが直列に接続され、固定抵抗２８ａと固定抵抗２８ｂとの間、及び固定抵抗２８ｂと固定抵抗２８ｃとの間から夫々、異なる分圧抵抗を得るための分圧抵抗回路を構成している。

図２に示すように、固定抵抗２８ａ側に入力端子３０が接続され、固定抵抗２８ｃ側にグランド端子３１が接続されている。入力端子３０は、第１ブリッジ回路２６及び第２ブリッジ回路２７と共通化することができる。よって、第１ブリッジ回路２６及び第２ブリッジ回路２７の入力電圧が５Ｖであれば、診断回路２５の入力電圧も５Ｖである。

図２に示す診断回路２５により、固定抵抗２８ａと固定抵抗２８ｂとの間の接続部から得られる第１の診断信号３２は高電圧となり、固定抵抗２８ｂと固定抵抗２８ｃとの間の接続部から得られる第２の診断信号３３は低電圧となる。オペアンプ２３を介した後の、第１の診断信号３２は中点電位（２．５Ｖ）より高く、第２の診断信号３３は中点電位（２．５Ｖ）より低い方が望ましい。

図２に示すマルチプレクサ２２では、マイクロプロセッサ２４からチャンネルセレクト信号３６を受けて、第１のブリッジ回路２６により生成されたＳＩＮ⁺信号とＳＩＮ^-信号、第２ブリッジ回路２７により生成されたＣＯＳ⁺信号とＣＯＳ^-信号、診断回路２５により生成された第１の診断信号３２及び第２の診断信号３３を順次、選択してオペアンプ２３に送る。

図３に示すように、マイクロプロセッサ２４には、オペアンプ２３により増幅されたＳＩＮ信号３４、ＣＯＳ信号３５、第１の診断信号３２、第２の診断信号３３が順次、入力され、ＳＩＮ信号３４とＣＯＳ信号３５は、上記したように、演算処理部１９に送られる。

一方、第１の診断信号３２と第２の診断信号３３は、マイクロプロセッサ２４の自己診断部３７に送られる。図５に示すフローチャートも交えながら以下、電子回路２０が正常に機能しているか否かを診断する自己診断方法について説明する。

図３に示すように、自己診断部３７は評価部３８、カウンター部３９及び基準電圧調整部４０等を有して構成される。評価部３８では、マイクロプロセッサ２４に入力された第１の診断信号３２が第１の基準電圧に対して正常範囲内にあるか否か、及び、マイクロプロセッサ２４に入力された第２の診断信号３３が第２の基準電圧に対して正常範囲内にあるか否かが評価される。

各診断信号３２，３３と比較するための第１の基準電圧及び第２の基準電圧はマイクロプロセッサ２４内に記憶されており、第１の基準電圧は、電子回路２０が正常に機能した状態で、マイクロプロセッサ２４に入力される第１の診断信号３２の電圧値に一致し、第２の基準電圧は、電子回路２０が正常に機能した状態で、マイクロプロセッサ２４に入力される第２の診断信号３３の電圧値に一致している。

図３に示す基準電圧調整部４０では、診断回路２５の入力電圧が変動したときに、それに応じて、第１の基準電圧と第２の基準電圧とを夫々補正する。各基準電圧を入力電圧に対する所定の割合（パーセント）で規制することで、入力電圧の変動に応じて、第１の基準電圧及び第２の基準電圧を高精度に調整することができる。

図３に示すカウンター部３９は、評価部３８にて第１の診断信号３２や第２の診断信号３３が正常範囲から逸脱していると判断された場合に、ある所定のカウンター値を蓄積し、あるいは、正常範囲内であるとカウンター値を減少させる機能を備える。

図５のフローチャートに示すようにカウンター値は、最初、ゼロである。図２に示す診断回路２５により生成された高電圧の第１の診断信号３２と、低電圧の第２の診断信号３３が、マルチプレクサ２２により夫々、選択され、オペアンプ２３を介してマイクロプロセッサ２４にて読み取られると、マイクロプロセッサ２４の評価部３８では、第１の診断信号３２を第１の基準電圧と比較して正常範囲内にあるか否か評価し、第２の診断信号３３を第２の基準電圧と比較して正常範囲内にあるか否か評価する（図５のステップＳＴ１，ＳＴ２）。例えば「正常範囲」は基準電圧からある程度の幅を有している。

第１の診断信号３２及び第２の診断信号３３が正常範囲内であると、現時点でのカウンター部３９のカウンター値がゼロよりも大きいか否かを判断し（図５のステップＳＴ３）、カウンター値がゼロであれば、マイクロプロセッサ２４により磁界検出信号であるＳＩＮ信号３４、ＣＯＳ信号３５が読み取られる（図５のステップＳＴ４）。そして、磁石１４の回転角度や角速度の計算（図５のステップＳＴ５）を経て、ＣＡＮ送信タイミングであれば（図５のステップＳＴ６）、磁石１４の回転角度や角速度の信号が、図１の磁界検出装置９を組み込んだ電子機器や車載機器等に送信される（図５のステップＳＴ７）。ＣＡＮ送信タイミングでなければ（図５のステップＳＴ６）、再び、ステップＳＴ１に戻る。また、図５のステップＳＴ３で、カウンター値が０よりも大きければ、カウンター値を１つ減らして（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ４へ移行する。

図５に示すように、ステップＳＴ２で、第１の診断信号３２あるいは、第２の診断信号３３が正常範囲から逸脱していると判断されると、カウンター部３９でのカウンター値が例えば３増える（図５のステップＳＴ８）。

続いてカウンター値が所定のエラー閾値以上であるか否か判断され（図５のステップＳＴ９）、カウンター値がエラー閾値を越えていればエラー確定となる（図５のステップＳＴ１０）。エラー信号４５は、図１の磁界検出装置９を組み込んだ電子機器や車載機器等の制御部に送信される（図３参照）。エラー信号４５を制御部にてどのように取り扱うかは任意に決定される。例えばエラー信号４５を受けて、電子機器や車載機器の駆動を完全に停止させることができる。

また図５に示すように、ステップＳＴ９で、カウンター値がエラー閾値を下回っていれば、ステップＳＴ４に移行される。

このように、評価部３８にて、第１の診断信号３２や第２の診断信号３３が正常範囲から外れていると判断されても、直ぐにエラー信号を出さずにカウンター値が所定以上になったときに初めてエラー信号（図５のステップＳＴ９，ＳＴ１０）を出すことで、電子回路２０内に故障は無く、ノイズ等により、たまたま異常な診断信号を出力しても即座にエラーにしないため、電子回路２０の駆動安定性を向上させることができる。

本実施形態では、高電圧と低電圧の２つの診断信号３２，３３に基づいてマイクロプロセッサ２４により電子回路２０が正常に機能しているか否かを判断している点に特徴的構成がある。

従来では、診断回路２５を設けず、検出回路２１からの検出信号のみを処理していたため、マルチプレクサ２２やオペアンプ２３などに故障があってもマイクロプロセッサ２４は、検出回路２１からの検出信号が正しいものとして演算及び所定の出力処理を行ってしまうため、信頼性に劣っていた。

あるいは従来では、１つの診断電圧をマイクロプロセッサに入力して、前記マイクロプロセッサ内で設定された基準電圧と比較して、電子回路内に故障があるか否か自己診断する回路構成もある。しかし診断電圧を一つだけにすると、例えば、マルチプレクサ２２がロックする故障を起こしたときに、たまたま、マイクロプロセッサ２４に設定された基準電圧と一致した電圧が入力され続けると、マイクロプロセッサ２４は電子回路２０が正常に動作していると誤った判断をしてしまう。

これに対して本実施形態では、高電圧と低電圧の２つの診断信号３２，３３に基づいてマイクロプロセッサ２４により電子回路２０が正常に機能しているか否かを判断するので、上記のような問題は生じず、従来に比べて信頼性の高い自己診断可能な電子回路２０を構成できる。すなわち、高電圧と低電圧の二つの診断信号３２，３３を用いることで、電子回路２０が故障して正常に機能しなくなったとき、マイクロプロセッサ２４に入力される第１の診断信号３２あるいは第２の診断信号３３の少なくとも一方が、必ず基準電圧と比較して正常範囲から逸脱するため、高精度に電子回路２０の状態を調べることが可能にある。

また図２にように、検出回路２１と診断回路２５とをマルチプレクサ２２に接続して、一つのオペアンプ２３及びマイクロプロセッサ２４を設けた構成であるため回路構成が複雑化せず、コストアップを抑制することができる。

また本実施形態では図３に示すように、マイクロプロセッサ２４の自己診断部３７には基準電圧調整部４０が設けられており、基準電圧調整部４０では診断回路２５の入力電圧に応じて、マイクロプロセッサ２４に入力された第１の診断信号と比較するための第１の基準電圧と、マイクロプロセッサ２４に入力された第２の診断信号と比較するための第２の基準電圧とをそれぞれ、補正可能としている。これにより、より信頼性の高い自己診断可能な電子回路２０を構成できる。

また本実施形態では、診断回路２５は、抵抗分圧回路により、高電圧の第１の診断信号３２と、低電圧の第２の診断信号を夫々、出力可能とされている。これにより簡単な診断回路２５を構成でき、回路構成が複雑にならずコストアップを抑制することができる。

そして本実施形態における電子回路２０を、磁石１４と対向配置される磁気センサ１０内に組み込むことで、誤った磁界検出を行うリスクを回避でき、磁界検出精度を向上させることが可能である。
本実施形態における電子回路２０は、磁気センサ１０以外にも適用可能である。

９ 磁界検出装置
１０ 磁気センサ
１１ プリント配線基板
１４ 磁石
２０ 電子回路
２１ 検出回路
２２ マルチプレクサ
２３ オペアンプ
２４ マイクロプロセッサ
２５ 診断回路
２６、２７ ブリッジ回路
２８ａ〜２８ｃ 固定抵抗
３２ 第１の診断信号
３３ 第２の診断信号
３４ ＳＩＮ信号
３５ ＣＯＳ信号
３７ 自己診断部
３８ 評価部
３９ カウンター部
４０ 基準電圧調整部

Claims (5)

1. 検出回路と、前記検出回路からの検出信号を増幅させるオペアンプと、前記検出回路と前記オペアンプとの間に接続されたマルチプレクサと、前記オペアンプからの検出信号を演算処理するマイクロプロセッサと、を有する電子回路において、
   高電圧の第１の診断信号と低電圧の第２の診断信号を夫々生成するための診断回路を有し、
   前記診断回路は前記マルチプレクサに接続され、前記マルチプレクサにより選択された各診断信号が前記オペアンプを介して前記マイクロプロセッサに入力可能とされており、
   前記マイクロプロセッサでは、前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号に基づいて、前記オペアンプおよび前記マルチプレクサが正常に機能しているか否かを診断可能とされており、前記マイクロプロセッサに入力された前記第１の診断信号と比較するための第１の基準電圧と、前記マイクロプロセッサに入力された前記第２の診断信号と比較するための第２の基準電圧とが前記マイクロプロセッサ内に記憶されており、前記マイクロプロセッサに設けられた基準電圧調整部が、前記診断回路の入力電圧の変動に応じて、前記第１の基準電圧と、前記第２の基準電圧とを夫々、入力電圧に対し所定の割合に調整することを特徴とする自己診断可能な電子回路。
2. 前記マイクロプロセッサは、前記マイクロプロセッサに入力された前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号に基づいて、前記電子回路が正常に機能しているか否かを診断するための自己診断部を有し、
   前記自己診断部には、前記マイクロプロセッサに入力された前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号が正常範囲内か否かを評価するための評価部と、
   前記評価部により前記第１の診断信号及び前記第２の診断信号が正常範囲から逸脱したときに所定のカウンター値を蓄積していくためのカウンター部とを有し、
   前記カウンター値が所定以上となったときに異常と判断してエラー信号を出力する請求項１記載の自己診断可能な電子回路。
3. 前記診断回路は、抵抗分圧回路により、高電圧の前記第１の診断信号及び低電圧の前記第２の診断信号を夫々、出力可能とされている請求項１又は２に記載の自己診断可能な電
   子回路。
4. 前記検出回路は、複数の磁界検出素子のブリッジ回路により構成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の自己診断可能な電子回路。
5. 磁気センサと磁石とが間隔を空けて対向配置されており、前記磁気センサは前記磁石から発生する磁界の変化を検知するためのものであり、
   前記磁気センサに、請求項４に記載された前記磁界検出素子を含む前記電子回路が構成されていることを特徴とする磁界検出装置。

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