(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子と、
前記振動素子に駆動信号を供給する駆動回路と、
前記駆動回路の少なくとも一部にクロック信号を出力するクロック周波数発生部と、
前記クロック信号の周波数を制御するクロック周波数制御部と、
前記駆動回路の前記少なくとも一部の消費電流を検知する第１の消費電流測定部と、
前記第１の消費電流測定部と前記クロック周波数制御部とに電気的に接続された第１の故障検知部と、
を備え、
前記クロック周波数制御部が前記クロック信号の周波数を変化させる際に前記検知された消費電流が変化して、前記第１の消費電流測定部が前記検知された消費電流の変化を検知し、
前記第１の故障検知部は、前記クロック信号の周波数の変化と前記消費電流の変化に基づき故障を検知する、電子部品。
【請求項２】
前記クロック周波数発生部は前記クロック信号を発生する電圧制御発振器を有し、
前記クロック周波数制御部は電圧制御部を有し、
前記電圧制御部は前記電圧制御発振器に供給する電圧を変化させることにより前記クロック信号の周波数を制御する、請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
前記クロック周波数発生部は、
前記クロック信号の周波数を分周比に基づき分周する分周部と、
前記分周部から出力された信号の周波数と前記駆動回路内における信号の周波数とを比較して得られた比較結果に基づいて出力電流を変化させる位相比較部と、
前記位相比較部の前記出力電流を平滑化して得られた電圧を前記電圧制御発振器に供給する第１のフィルタと、
をさらに有する、請求項２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記第１のフィルタが供給する前記電圧と前記電圧制御部が供給する前記電圧とを選択的に切り替えて前記電圧制御発振器に供給するスイッチをさらに備え、
前記駆動回路内における信号の位相又は振幅が所定の値に達した時に、
前記スイッチは前記第１のフィルタが供給する前記電圧を前記電圧制御発振器に供給する、請求項３に記載の電子部品。
【請求項５】
前記クロック周波数発生部は電圧制御発振器を有し、
前記クロック周波数制御部は前記電圧制御発振器の感度を制御する感度制御部を有し、
前記感度制御部は前記電圧制御発振器の前記感度を変化させることにより前記クロック信号の周波数を制御する、請求項１に記載の電子部品。
【請求項６】
前記クロック周波数発生部は、
電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器からのクロック信号の周波数を分周比に基づき分周する分周部と、
前記分周部から出力された信号の周波数と前記駆動回路内における信号の周波数とを比較して得られた比較結果に応じた出力電流を出力する位相比較部と、
前記位相比較部の前記出力電流を平滑化して得られた電圧を前記電圧制御発振器に出力する第１のフィルタと、
を備え、
前記クロック周波数制御部は前記分周比を変化させる分周制御部を有し、
前記分周制御部が前記分周比を変化させることにより前記クロック周波数発生部から出力される前記クロック信号の前記周波数を制御する、請求項１に記載の電子部品。
【請求項７】
前記駆動回路は、
前記振動素子から出力されたモニタ信号をアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器と、
前記アナログ・デジタル変換器から出力されたモニタ信号を増幅する自動利得増幅器と、
前記自動利得増幅器から出力されたモニタ信号をデジタル・アナログ変換するデジタル・アナログ変換器と、
を有し、
前記クロック周波数発生部は、前記アナログ・デジタル変換器、自動利得増幅器、デジタル・アナログ変換器の内の少なくとも１つに前記クロック信号を出力し、
前記クロック周波数制御部は前記クロック信号の前記周波数を変化させる際に前記アナログ・デジタル変換器、自動利得増幅器、デジタル・アナログ変換器の内の少なくとも１つの消費電流が変化し、前記第１の消費電流測定部は前記消費電流の変化を検知する、請求項１に記載の電子部品。
【請求項８】
前記第１の消費電流測定部に電圧を供給する第１の電源と、
前記アナログ・デジタル変換器とデジタル・アナログ変換器の内の少なくとも１つの消費電流を検知する第２の消費電流測定部と、
前記第２の消費電流測定部に電圧を供給する第２の電源と、
をさらに備え、
前記第１の消費電流測定部が前記自動利得増幅器の消費電流を検知し、
前記第２の消費電流測定部が前記アナログ・デジタル変換器とデジタル・アナログ変換器の内の少なくとも１つの消費電流を検知し、
前記第１の電源の電圧より前記第２の電源の電圧が高い、請求項７に記載の電子部品。
【請求項９】
前記第１の故障検知部は前記第１の消費電流測定部が検知した消費電流と前記第２の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知する、請求項８に記載の電子部品。
【請求項１０】
前記第２の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知する第２の故障検知部をさらに備え、
前記第１の故障検知部は前記第１の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知し、前記第２の故障検知部は前記第２の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知する請求項８に記載の電子部品。
【請求項１１】
振動素子と、
前記振動素子に駆動信号を入力する駆動回路と、
前記振動素子から出力されたセンス信号が入力される検出信号処理部と、
前記検出信号処理部の少なくとも一部にクロック信号を出力するクロック周波数発生部と、
前記クロック信号の周波数を制御するクロック周波数制御部と、
前記検出信号処理部の前記少なくとも一部の消費電流を検知する第１の消費電流測定部と、
前記第１の消費電流測定部と前記クロック周波数制御部とに電気的に接続された第１の故障検知部と、
前記検出信号処理部から出力されるセンス信号を出力する出力回路と、
を備え、
前記検出信号処理部は、
前記振動素子から出力されたセンス信号をアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器と、
前記振動素子から出力されたモニタ信号を用いて前記アナログ・デジタル変換器から出力されたセンス信号を検波する検波器と、
前記検波されたセンス信号を平滑化し直流電圧を出力する第２のフィルタと、
を有し、
前記クロック周波数制御部が前記クロック信号の周波数を変化させる際に前記検知された消費電流が変化して、前記第１の消費電流測定部が前記検知された消費電流の変化を検知し、
前記第１の故障検知部は、前記クロック信号の周波数の変化と前記消費電流の変化に基づき故障を検知する、電子部品。
【請求項１２】
前記クロック周波数発生部は、前記アナログ・デジタル変換器と前記検波器と前記第２のフィルタの内の少なくとも１つにクロック信号を出力する、請求項１１に記載の電子部品。
【請求項１３】
前記第１の消費電流測定部に電圧を供給する第１の電源と、
前記アナログ・デジタル変換器の消費電流を検知する第２の消費電流測定部と、
前記第２の消費電流測定部に電圧を供給する第２の電源と、
をさらに備え、
前記第１の消費電流測定部が前記検波器と第２のフィルタの内の少なくともいずれか１つの消費電流を検知し、
前記第１の電源の電圧よりも前記第２の電源の電圧の方が高い、請求項１２に記載の電子部品。
【請求項１４】
前記第１の故障検知部は、前記第１の消費電流測定部が検知した消費電流と前記第２の消費電流測定部が検知した消費電流とに基づき故障を検知する、請求項１３に記載の電子部品。
【請求項１５】
前記第２の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知する第２の故障検知部をさらに備え、
前記第１の故障検知部は前記第１の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知し、
前記第２の故障検知部は前記第２の消費電流測定部が検知した消費電流に基づき故障を検知する、請求項１３に記載の電子部品。
【請求項１６】
振動素子と、前記振動素子に駆動信号を供給する駆動回路とを備えた電子部品の故障検知方法であって、
前記駆動回路の少なくとも一部にクロック信号を出力するステップと、
前記クロック信号の周波数を変化させるステップと、
前記周波数の変化による前記駆動回路の前記少なくとも一部の消費電流の変化を検知するステップと、
前記クロック信号の周波数の変化と前記消費電流の変化との関係から故障検知を行うステップと、
を含む、電子部品の故障検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、航空機、船舶、ロボット、その他各種電子機器等に用いられる、故障を検知できる機能を有する電子部品と、その電子部品の故障検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は特許文献１に開示されている従来の電子部品５０１の回路図である。電子部品５０１は、振動素子１と、振動素子１に駆動信号を供給する駆動回路２と、振動素子１からのセンス信号が入力される検出信号処理部と、検出信号処理部から出力されるセンス信号を出力する出力回路とを備える。駆動回路２は、振動素子１から出力されたモニタ信号をアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器３と、アナログ・デジタル変換器３から出力されたモニタ信号を増幅する自動利得増幅器４と、自動利得増幅器４から出力されたモニタ信号をデジタル・アナログ変換するデジタル・アナログ変換器５とを備える。【０００３】
外部ピンとシフトレジスタ等からなるスキャンテスト回路を電子部品５０１に別途付加することにより電子部品５０１に故障検知機能を付加することができる。しかし、スキャンテスト回路は、直列に接続された多数のフリップフロップを備えるので、シフトレジスタを接続する配線により電子部品５０１を小型化が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２７３４０号公報
【発明の概要】
【０００５】
電子部品は、振動素子と、振動素子に駆動信号を供給する駆動回路と、駆動回路にクロック信号を出力するクロック周波数発生部と、クロック信号の周波数を制御するクロック周波数制御部と、駆動回路の消費電流を検知する消費電流測定部と、消費電流測定部とクロック周波数制御部とに電気的に接続された故障検知部とを備える。クロック周波数制御部がクロック信号の周波数を変化させる際に検知された消費電流が変化して、消費電流測定部が検知された消費電流の変化を検知する。故障検知部は、クロック信号の周波数の変化と消費電流の変化とから故障を検知する。
【０００６】
この電子部品は故障検知機能を有してかつ小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は本発明の実施の形態における電子部品の回路図である。
【図２】図２は実施の形態における電子部品の故障検知方法を示す。
【図３】図３は実施の形態における他の電子部品の回路図である。
【図４】図４は実施の形態における他の電子部品の回路図である。
【図５】図５は実施の形態におけるさらに他の電子部品の電気回路図である。
【図６】図６は図５に示す電子部品のクロック信号の周波数の調整方法を示す。
【図７】図７は実施の形態におけるさらに他の電子部品の回路図である。
【図８】図８は従来の電子部品の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明の実施の形態１における電子部品１００１の回路図である。電子部品１００１は、振動素子１１と、振動素子１１に駆動信号Ｓｄを供給する駆動回路１２と、振動素子１１からのセンス信号Ｓｓが入力される検出信号処理部１３と、検出信号処理部１３から出力されるセンス信号を出力する出力回路１４と、クロック信号Ｓｃｋを出力するクロック周波数発生部１５と、クロック信号Ｓｃｋの周波数を制御するクロック周波数制御部１６と、駆動回路１２と検出信号処理部１３の消費電流を検知する消費電流測定部１７と、消費電流測定部１７とクロック周波数制御部１６とに電気的に接続される故障検知部１８とを備える。クロック周波数発生部１５は、駆動回路１２と検出信号処理部１３のうちの一部にクロック信号Ｓｃｋを出力する。消費電流測定部１７は、駆動回路１２と検出信号処理部１３のうちのクロック信号Ｓｃｋが出力されるその一部の消費電流を検知する。振動素子１１は駆動信号により振動し、その振動の周波数と位相にそれぞれ応じた周波数と位相とを有するモニタ信号Ｓｍを出力する。モニタ信号Ｓｍは駆動回路１２に供給される。振動素子１１は、例えば加えられた加速度や角速度等に起因する慣性力に応じてセンス信号Ｓｓを出力する。
【０００９】
クロック周波数制御部１６がクロック信号Ｓｃｋの周波数を変化させると消費電流測定部１７が検知する消費電流は変化し、その消費電流の変化を検知する。故障検知部１８は、クロック信号の周波数の変化と前記消費電流の変化との関係から電子部品１００１の故障を検知する。図２はクロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋと消費電流の関係を示す。一般に、デジタル回路の消費電流Ｉは次式で示される。
【００１０】
Ｉ＝（１／２）・ｆｃｋ・Ｖ・Ｃ
上記式で示すように、消費電流Ｉはクロック周波数ｆｃｋと電源電圧Ｖと入力容量Ｃの積で示される。その回路中の一部に断線やショート等の故障が生じると、クロック周波数の変化と消費電流の変化の傾きが変わる。図２に示すように、周波数ｆｃｋが周波数ｆ１から周波数ｆ２に変化すると、回路が正常に動作している場合には消費電流Ｉは特性Ｐ１により電流Ｉ１から電流Ｉ２に変化し、回路に故障がある場合には消費電流Ｉは特性Ｐ２により電流Ｉ３から電流Ｉ４に変化する。このように、周波数ｆｃｋを変化させたときに回路が正常に動作している場合の消費電流Ｉの変化の範囲と、回路に故障がある場合の消費電流Ｉの変化の範囲が異なる。したがって、故障検知部１８は、周波数ｆｃｋを変化させたときの消費電流Ｉを検知することで、回路に故障があるか否かを判定することができる。具体的には、故障検知部１８は、周波数ｆｃｋを変化させたときの消費電流Ｉの変化の範囲が所定の範囲である場合には回路が正常に動作していると判定し、消費電流Ｉの変化の範囲がその所定の範囲と異なる場合に回路が故障していると判定する。
【００１１】
このような構成により、電子部品１００１には、図８に示す従来の電子部品５０１に故障検知機能を付加するスキャンテスト回路を設けることなく故障検知機能を付加することが可能となり、電子部品１００１の小型化を実現することができるのである。
【００１２】
スキャンテスト回路では回路規模が大きくなるほどテストデータが長くなり、故障検知に長い時間が必要となる。実施の形態による電子部品１００１は短時間で故障を検知することが可能となる。したがって、製造工程における出荷検査時間を短縮してコストを低減でき、また、出荷後の電子部品１００１の起動時の自己診断時間を短縮することで、電子部品１００１をより早く起動することができる。
【００１３】
図１に示すように、クロック周波数発生部１５は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１９を有する。クロック周波数制御部１６は電圧制御部２０を有する。電圧制御発振器１９は供給された電圧に応じて変化する数を有するクロック信号を発生する。電圧制御部２０は電圧制御発振器１９に供給する電圧を変化させることにより、前記クロック周波数発生部１５から出力されるクロック信号の周波数ｆｃｋを制御する。
【００１４】
クロック周波数発生部１５は分周部２１と位相比較部２２とフィルタ２３とスイッチ２４とを備える。分周部２１は、電圧制御発振器１９が発生するクロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋを分周比に基づき分周する。位相比較部２２は、分周部２１から出力された信号の位相とモニタ信号Ｓｍの位相とを比較して得られた比較結果に基づいて変化する出力電流を出力する。フィルタ２３は、位相比較部２２の出力電流を平滑化して電圧に変換し、電圧制御発振器１９に供給する。スイッチ２４は、フィルタ２３が出力する電圧と電圧制御部２０が出力する電圧とを選択的に切り替えて電圧制御発振器１９に供給する。
【００１５】
駆動回路１２内におけるモニタ信号Ｓｍの位相又は振幅が所定の値に達した時に、スイッチ２４は電圧制御発振器１９にフィルタ２３が出力する電圧を供給する。
【００１６】
分周部２１により分周されて伝達されたクロック信号の周波数と駆動回路１２におけるモニタ信号の周波数とを位相比較部２２が比較し、クロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋを所望の周波数に調整することができるので、より安定した周波数でクロック周波数発生部１５がクロック信号を出力することができ望ましい。
【００１７】
駆動回路１２は、振動素子１１から出力されたモニタ信号Ｓｍをアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器２５と、アナログ・デジタル変換器２５から出力されたモニタ信号を増幅する自動利得増幅器２６と、自動利得増幅器２６から出力されたモニタ信号をデジタル・アナログ変換するデジタル・アナログ変換器２７とを備える。クロック周波数発生部１５は、アナログ・デジタル変換器２５と自動利得増幅器２６とデジタル・アナログ変換器２７の内の少なくとも１つにクロック信号Ｓｃｋを出力する。クロック周波数制御部１６はクロック周波数発生部１５から出力されるクロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋを変化させる。周波数ｆｃｋが変化した際に発生するアナログ・デジタル変換器２５と自動利得増幅器２６とデジタル・アナログ変換器２７の内の少なくとも１つの消費電流の変化を消費電流測定部１７が検知する。
【００１８】
検出信号処理部１３は、振動素子１１から出力されたセンス信号Ｓｓをアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器２８と、アナログ・デジタル変換器２８から出力されセンス信号を振動素子１１から出力されたモニタ信号Ｓｍを元に検波する検波器２９と、検波されたセンス信号を平滑化し直流電圧に変化して出力するフィルタ３０とを備える。クロック周波数発生部１５は、アナログ・デジタル変換器２８、検波器２９、フィルタ３０の内の少なくとも１つにクロック信号Ｓｃｋを出力する。故障を検知する際には、スイッチ２４は、フィルタ２３が出力する電圧ではなく電圧制御部２０が出力する電圧を電圧制御発振器１９に供給する。クロック周波数制御部１６が周波数ｆｃｋを変化させる際に発生するアナログ・デジタル変換器２８、検波器２９、フィルタ３０の内の少なくとも１つの消費電流の変化を消費電流測定部１７が検知する。出力回路１４は故障検知部１８からの故障検知信号を出力するとともに、フィルタ３０からのセンス信号も出力する。出力回路１４は故障検知信号とセンス信号とを時分割で出力してもよい。すなわち、出力回路１４は、電子部品１００１の故障を検知している期間は故障検知信号を出力し、振動素子１１が例えば慣性力に応じてセンス信号Ｓｓを出力している期間はセンス信号を出力する。
【００１９】
図３は実施の形態における他の電子部品１００２の回路図である。図３において、図１に示す電子部品１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。電源３１は消費電流測定部１７に電圧を供給する。電源３２は消費電流測定部３３に電圧を供給する。消費電流測定部１７は自動利得増幅器２６、検波器２９、フィルタ３０等、デジタル信号のみを取り扱う回路の消費電流を検知する。消費電流測定部３３はアナログ・デジタル変換器２５、２８、デジタル・アナログ変換器２７等、デジタル信号とアナログ信号とを取り扱う回路の消費電流を検知する。電源３１の電圧よりも電源３２の電圧の方が高い。
【００２０】
このような構成とすることにより、アナログ信号を取り扱う回路におけるアナログ信号の振幅を大きくすることができるので、電子部品１００２でのアナログ信号のＳ／Ｎ比を向上させて信号品質を良好にすることができる。
【００２１】
故障検知部１８は消費電流測定部１７で検知された消費電流と消費電流測定部３３で検知された消費電流とに基づき電子部品１００２の故障を検知する。
【００２２】
図４は実施の形態によるさらに他の電子部品１００３の回路図である。図４において、図３に示す電子部品１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。故障検知部１８は消費電流測定部１７で検知された消費電流により電子部品１００３の故障を検知する。故障検知部３４は消費電流測定部３３で検知された消費電流に基づき電子部品１００３の故障を検知する。この構成により、故障がデジタル信号のみを扱う回路にあるのか、アナログ信号も取り扱う回路にあるのかを特定することができるので、故障している回路を早期に特定できる。
【００２３】
図５は実施の形態におけるさらに他の電子部品１００４の回路図である。図５において、図１に示す電子部品１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。電子部品１００４では、クロック周波数制御部１６は感度制御部３５をさらに有する。電圧制御部２０が電圧制御発振器１９に供給する電圧を変化させることにより、クロック周波数発生部１５から出力されるクロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋを制御する。感度制御部３５は電圧制御発振器１９に供給される電圧の変化量に対する周波数ｆｃｋの変化量である感度を制御する。図６は電圧制御発振器１９に供給される制御電圧と、電圧制御発振器１９で発生するクロック信号Ｓｃｋの発振周波数ｆｃｋとの関係を示す。具体的には、電圧制御部２０は一定電圧Ｖｃを出力し、感度制御部３５が電圧制御発振器１９の感度を感度Ｇ２から感度Ｇ１に変化させることによりクロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋを周波数ｆｃｋ１から周波数ｆｃｋ２になるように制御する。この構成では、電圧制御部２０の出力する電圧は可変である必要が無いので、回路の更なる小型化に貢献することができる。
【００２４】
図７は実施の形態によるさらに他の電子部品１００５の回路図である。図７において、図１に示す電子部品１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図７に示す電子部品１００５では、クロック周波数制御部１６は、分周部２１の分周比を変化させる分周制御部３６をさらに有する。分周制御部３６が分周部２１の分周比を変化させることにより、位相比較部２２からの出力及びフィルタ２３から出力される電圧を変化させて、クロック信号Ｓｃｋの周波数ｆｃｋを制御することが可能である。この構成では、電圧制御部２０の出力する電圧は可変である必要が無いので、回路の更なる小型化に貢献することができる。
【００２５】
さらに、周波数誤差が小さく安定した周波数ｆｃｋでクロック周波数発生部１５がクロック信号Ｓｃｋを出力することができるので、クロック周波数に基づく消費電流の検知誤差も小さくなり、故障検知精度を向上させ、故障検知の誤判定を抑制できる。
【００２６】
なお、実施の形態における振動素子１１を備えた電子部品１００１〜１００５は、水晶振動素子を用いた温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）やシリコン振動素子を用いたＭｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）発振器等にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明における電子部品は故障検知機能を有してかつ小型化することができるので、自動車、航空機、船舶、ロボット、その他各種電子機器等において有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１１    振動素子
１２    駆動回路
１５    クロック周波数発生部
１６    クロック周波数制御部
１７    消費電流測定部（第１の消費電流測定部）
１８    故障検知部（第１の故障検知部）
３３    消費電流測定部（第２の消費電流測定部）
３４    故障検知部（第２の故障検知部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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