(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プログラム可能なスイッチング閾値を持つセンサにおいて、
センサ素子(1)と、センサ素子の測定出力端子に接続された比較器(3)と、基準信号を生成するための信号発生器(5)と、メモリ装置(12)と、エンコード装置(4)と、信号発生器(5)とエンコード装置(4)を制御するための制御装置とを具備し、
比較器(3)はスイッチング閾値を設定し、
信号発生器は、プログラミング処理中に段階的に増加または段階的に減少可能であり、スイッチング閾値を設定する比較器(3)に印加可能な、電流信号(I1,I2)を生成するよう設計された電流信号発生器であり、
エンコード装置(4)は、段階的に増加し、または段階的に減少する電流信号のそれぞれの値にコードを割当てるように設計され、そしてプログラミング処理中に、スイッチング閾値に割当てられたコードを転送するためのメモリ装置に、比較器(3)の出力(9)とともに接続されるよう設計され、この比較器は、電流信号(I1,I2)がセンサ素子(1)の出力信号に適合する時に、スイッチング閾値に割当てられたコードの転送を許可するイネーブル信号を供給し、この比較器はプログラムされるべきスイッチング閾値に対応するコードがプログラミング処理中に記憶可能となるよう、メモリ装置に接続されている、ことを特徴とする上記センサ。
【請求項２】
比較器の出力端子がエンコード装置の停止信号入力端子に結合され、前記エンコード装置がイネーブル信号を転送するためにメモリ装置に接続されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
センサのプログラムコード入力端子が、エンコード装置のスタート入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１または２項記載のセンサ。
【請求項４】
制御装置によって制御されるメモリ値の凍結論理装置が、プログラムコード入力端子とメモリ装置との間に設けられていることを特徴とする請求項３記載のセンサ。
【請求項５】
アドレスコードがメモリ装置に記憶可能であり、センサが、アドレスレジスタ(17)と、メモリ装置(12)と、および電力電源（Ｖｄｄ）とにそれぞれ接続され、記憶されたアドレスコードがアドレスレジスタ(17)を経由して入力されたアドレスコードに適合する時に、電力電源からの信号がセンサ素子(1)と、比較器(3)と、電流信号発生器(5)とを介してスイッチングされて、供給可能なように設計された３つの入力端子を有するスイッチング素子(16)を具備することを特徴とする請求項３ないし４記載のセンサ。
【請求項６】
比較器の出力端子が、センサ素子を制御することができる制御された電流源に結合されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項７】
センサのスイッチング閾値をプログラムするために予め定められた測定量がセンサ素子(1)に与えられ、これにより生成されたセンサ素子(1)の測定出力信号が、プログラミング処理中に段階的に増加または減少する基準信号と比較され、測定出力信号が基準信号に適合する時に、基準信号の値に、プログラムされたスイッチング閾値が決定されるコードを割り当てる、ことを特徴とするセンサのスイッチング閾値をプログラムする方法。
【請求項８】
第１のスイッチング閾値をプログラムするために、測定出力信号の変化量が基準のまたは電流信号の増加量に対応し、コードが増加する数字のシーケンスに対応する請求項７記載の方法。
【請求項９】
第２のスイッチング閾値をプログラムするために、測定出力信号の変化量が第１のスイッチング閾値に対応する電流信号から始まる電流信号または基準信号の減少量に対応し、コードが第１のスイッチング閾値に割当てられた数字から始まる減少する数字のシーケンスに対応することを特徴とする請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
スイッチング閾値のプログラミングが、各閾値、特にパルスシーケンスに割当てられたコードを入力することによって開始されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
センサに割当てられたアドレスコードがメモリユニット(12)に記憶され、選択されたアドレスコードが入力される時に、スイッチング素子(16)中のアドレスコードと比較され、センサが記憶されたアドレスコードと選択されたアドレスコードとの間で一致する場合に作動され、一致しない場合に待機状態に設定されることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
各スイッチング閾値に割当てられたコード、または選択されたアドレスコードが、正の電源電圧に重畳されたパルスのシーケンスとして入力されることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プログラム可能なスイッチング閾値を有するセンサ、及びそのようなセンサのスイッチング閾値をプログラムする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのようなセンサ及びそのような方法は、モノリシックに集積されたセンサの場合に特に重要である。そのようなプログラムに適したセンサは、物理的な量の変化を検知し、電気信号を出力するようなものの全て、即ち、特にホールセンサ、圧力センサ、光電子センサ、及びホールスイッチ等のような対応するスイッチである。特に、センサがスイッチとして使用されるならば、所定の閾値は各応用に対して選択されなければならない。異なった閾値を有する多数の異なった型式のスイッチの製造は費用がかかり且つ複雑であるので、そのようなセンサがプログラムされる、即ちスイッチング閾値が設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このために、センサが集積されるチップ上に抵抗回路網を配置することが一般的に行われ、そこから補助パッドを介して、或いは相互接続ライン中に挿入することによって、或いはセンサのパッケージに設けられている追加のピンを介して、所望の抵抗値を得ることができる。このスイッチング閾値の設定は、センサがパッケージに収容される前に行うことができる。これは、後でスイッチング閾値を変化させる応力がセンサ内で生ずるという欠点を有する。センサがパッケージに収納された後で、閾値を設定できるならば、チップは、必要な追加のパッドのためにより大きい面積を有さなければならず、パッケージは対応して大きくなるか或いは追加のピンを有さなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、プログラム可能なスイッチング閾値を有するセンサ、及び簡単で信頼できるプログラミングを可能にするセンサのスイッチング閾値をプログラムする方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、比較器に接続される測定出力端子を有するセンサ素子と、センサ素子からの測定出力端子信号と比較するために比較器に送られる段階的に変化する基準信号、特に電流信号を発生するための信号発生器と、基準信号または電流信号の値にコードを割り当てることができるエンコード装置と、コードを転送するためにエンコード装置に接続されたメモリ装置と、及び信号発生器及びエンコード装置を制御するための制御装置とを具備し、コードの転送を可能にするイネーブル信号を供給するために比較器の出力はメモリ装置に結合されているセンサを提供することによって達成される。基準信号は、使用されるセンサ素子及び評価回路に応じて電流信号か或いは電圧信号である。
【０００６】
本発明は、予め決められた測定量に応じて生成されるセンサ素子からの測定出力信号を、段階的に変化する基準信号、特に電流信号、と比較し、コードを基準信号か或いは電流信号の各値に割当て、基準信号或いは電流信号が出力信号に対応する前出のコードを記憶するステップを含むセンサのスイッチング閾値をプログラムする方法を提供する。電流信号は、電流出力端子を有するＤ／Ａ変換器で発生されるのが好ましい。Ｄ／Ａ変換器は、電流信号を段階的に変化する、即ち増減することができる。コードは、電流信号の一方向の変化を個々に割り当てるように選択される。増加するか或いは減少する数字のシーケンスのような、ディジタル表示のコードが使用される。測定出力端子の信号は、予め決められた測定量に応じて生成される。例えば、ホールスイッチの場合、センサの望ましいスイッチング閾値を決定する固定磁界を供給することができる。従って、例えばホールセンサのオン状態をプログラムすることができる。コードは、電流信号と測定出力端子の信号とが等しい時に、メモリ装置へ転送され、その結果比較器は状態を変化させ、イネーブル信号はメモリ装置へ供給される。メモリ装置はＯＴＰ
（１回でプログラム可能な）メモリ装置である。
【０００７】
そのようなセンサ及びそのような方法によって、センサのスイッチング閾値は簡単で信頼できるやり方でプログラムすることができる。測定量を供給して、比較器内でそれに応答して生成された電気信号を発生させた電流信号と比較することによって、閾値のプログラミングが行われる。このようにしてセンサ或いはチップの設置後に、プログラミングがその位置で行われることができる。この方法で、機械的応力による閾値の変化が回避される。所望であれば、センサのプログラミングは変化させることができる。これは、メモリ装置の内容が消去されるならば可能である。ＯＴＰのメモリが使用されるならば、これは紫外線で行うことができる。加えて、追加の外部ピンは、センサ或いはセンサパッケージに全く必要とされない。
【０００８】
本発明の好ましい実施例において、比較器の出力端子は、イネーブル信号を転送するためにメモリ装置に接続されるエンコード装置の停止信号入力端子に結合される。エンコード装置は、スイッチング閾値のプログラミングが完了した後で停止することができる。都合の良いことに、プログラムコード入力端子は、エンコード装置の始動出力端子に接続される。プログラムコードの入力端子において、使用者は、エンコード装置、即ちプログラミングの手順を開始するためのプログラムコードを入れることができる。異なった閾値をプログラムするために、異なったプログラムコードが与えられることができる。各プログラムコードはＶｄｄ上に重畳されたパルスのシーケンスとして入力されることが有効である。
【０００９】
メモリの値の凍結論理装置が、プログラムコード入力端子とメモリ装置との間に配置されることが有効である。この凍結論理装置は、非揮発性メモリ内のメモリ装置から転送される電流値を記憶するように機能する。メモリの値は、電源電圧が遮断される時に、メモリ装置内で維持される。ＯＴＰのメモリが使用されるならば、高電圧信号をプログラムコードの入力端子へ供給することによって記憶させることができる。その場合、凍結論理装置は、電圧値を超過した時に、導電状態に変化するスイッチング素子にすることができる。これは、センサが記憶に必要な電圧より低い電源電圧で作動される場合にのみ適用可能である。センサがメモリ装置における記憶に必要とされるよりも高い電圧で作動されるならば、凍結論理装置は、例えば、プログラムコードの入力端子に供給される特定の信号、特にパルスのシーケンスの型式の信号に応答することができる。
【００１０】
本発明の別の実施例において、アドレスコードがメモリ装置に記憶可能であり、プログラムコード入力端子、メモリ装置、及び電力電源に夫々接続された３個の入力端子を有し、前記記憶されたアドレスコードが、プログラムコード入力端子を介して入力されたアドレスコードと整合する時、電力電源からセンサ素子、比較器、及び電流信号発生器へ供給するスイッチング素子が設けられる。従って、スイッチはアドレスコードを介して動作可能である。アドレスは、Ｖｄｄ電圧ラインを介して呼び出されることができ、センサを作動状態にする。従ってセンサは３つの状態、即ち待機状態、低エネルギー状態、及び高エネルギー状態を有することができる。待機状態は、センサは作動状態にあるが、そのアドレスが呼び出されていない時に存在する。それから電源電圧は、スイッチング素子の前方の部品、特にエンコード装置及びメモリ装置へ供給されるに過ぎない。スイッチング素子に後続するセンサの他の部品、特に基準信号発生器、ホール素子、及び比較器は、電源電圧に接続されない。電源電圧は、センサがアドレスされる時のみ、後者の素子に供給され、その結果スイッチング素子がオンに切り換えられる。
【００１１】
比較器の出力端子は制御される電流源に結合され、それによってセンサ素子は制御することができることが好ましい。このようにして、それを介して２線式センサが得られる。
【００１２】
センサがセンサのシステム内で使用される場合のみ、アドレスコードを記憶することが適切である。その場合、センサは、同じく、入力トランジスタを介してアドレスすることができる２線式センサであることができる。従ってアドレスコードはトランジスタのゲートを駆動することができる。アドレスコードはＶｄｄ電源電圧に正で重畳される電圧パルスのシーケンスであり、その場合、センサは非常に低いバッテリ電圧の時でさえ作動し続けることができる。入力トランジスタを有する構成において、各センサの出力信号はコレクタから取出すことができる。従って、高エネルギー状態、低エネルギー状態、或いは待機状態の出力情報が得られる。この出力情報は、３つの異なった電流値に対応するものでも良い。本発明の２線式センサは、バスシステムで使用することができ、各センサの閾値とバスアドレスの両方がプログラムされる。
【００１３】
更に、本発明のセンサ、或いはそのプログラミングは、その中で磁界が測定されるセンサシステムで利用することができる。センサによって測定される磁界を有することができる磁石が置換可能であり、センサは、センサ或いは完全なシステムを交換する必要無しに、スイッチング閾値を再びプログラミングすることによって新しい磁石に整合させることができる。
【００１４】
本発明のシリコンホールセンサがバスシステムで使用されるならば、システムの配線は単純化され、その結果信頼性は高くなり、より低価格になる。
【００１５】
例えば、ホール素子のような、ディジタル・システム（クロック）を具備するアナログ・センサも、そのようなシステムに挿入することができる。アナログ値は、ディジタルのデータ流としてエンコードされ、出力されることができる。これは、溶接検査システムのような磁化された金属表面の磁界を検査するためのシステムにおいて、或いは位置、速度、或いは加速度を検知するシステムにおいて、或いは工業的な自動制御で磁性物質を認識するためのシステムにおいて都合が良い。本発明のセンサ及び本発明の方法は、差動センサでも使用することができる。例えば、２つのチップ上のホールセンサ素子の磁界の間の差を測定し、評価することができる。オフセットをもたらすシステム内に存在する磁界の差、即ちいわゆる予備誘導は、適切な方法で閾値をプログラミングすることによって無くすことができる。
【００１６】
更に、本発明の方法を実行する際に、センサの第１のスイッチング閾値をプログラムするために、変化量が電流信号の増加量に対応し、コードが増加する数字のシーケンスに対応するならば都合が良い。これは、スイッチとして使用されるセンサをオンに切り換えるための閾値をプログラムすることも可能にする。第２のスイッチング閾値をプログラムするために、変化量は、第１のスイッチング閾値に対応する電流信号から始まる電流信号の減少量に対応し、コードは、第１のスイッチング閾値に割り当てられた数字から始まって減少する数字のシーケンスに対応するようにすることができる。これは、センサをオンに切り換えるための第１の閾値から開始するセンサをオフに切り換えるための閾値をプログラムすることを可能にする。この場合、オンに切り換える閾値は基準点として働き、その結果電流信号発生器はその信号を差分で変化させる。この方法で、より高い正確度が達成される。従って電流信号発生器は、第１のスイッチング閾値に対する第１の電流の絶対値と、第２のスイッチング閾値に対する第２の電流の差分値を変化させるように設計することができる。必要条件は、絶対値がその符号を変えても、差が常にそれよりも小さいことであり、その結果比較器の振動が避けられる。スイッチとして使用されるホールセンサの場合、作動状態及びそのヒステレシス現象は、この方法で自由に選択可能である。
【００１７】
【実施例】
図１において、スイッチとして使用されるホールセンサが、本発明のセンサの第１の実施例として示される。ホールセンサは、ホール素子１を有し、その測定出力端子２は比較器３に接続される。センサのスイッチング閾値をプログラムするために、予め決められた磁界を有する磁石（図示されていない）は、ホール素子１の感度の領域内に配置され、この磁界はセンサの第１のスイッチング閾値を決定する。このスイッチング閾値をプログラムするために、電流信号発生器５は、エンコード装置４、即ち以下で“カウント装置”と呼ばれる装置を介して駆動される。カウント装置４は、第１のパルスのシーケンス信号を供給することによって始動される。電流信号発生器５は、Ｄ／Ａ変換器６、及びＤ／Ａ変換器の出力に接続される２つの電流源７及び８から構成される。重要なことは、２つの電流信号I1、I2が、電流信号発生器５によって発生できるということである。電流I1、I2は、Ｄ／Ａ変換器、それ自身によって発生されることもできる。電流信号発生器５によって、出力電流I1を段階的に増加させることができ、個々のステップはカウント装置４によってカウントされる。電流信号発生器５からの電流I1は、ホール素子１からの出力信号上に重畳される。ホール素子１の出力信号V1、V2は、外部から供給される磁界によって決定される。比較器３の出力端子９は、カウント装置４の停止入力端子10に結合される。電流信号発生器５からの電流I1は、ホール素子１からの出力電圧V1を補償するように大きくなる時、比較器３の出力端子は状態を変化させる。この状態の変化は、カウント装置４を停止させ、カウント装置４の電流の数値は、メモリ装置12に送られてそこに記憶される。非揮発状態でこの数値を記憶するために、凍結論理装置13はカウント装置４の始動入力端子14とメモリ装置12との間に設けられる。所定の電圧信号が電源電圧の入力端子Ｖｄｄに供給されるならば、信号は凍結論理装置13を通ってメモリ装置12へ送られて、そこに記憶された数値は第１の閾値として記憶される。
【００１８】
電流信号発生器５の第２の電流源８は、ホール素子１からの電圧信号V2に重畳される電流I2を発生する。電流源８によって、電流は、カウント装置４及びＤ／Ａ変換器６によって制御されて、メモリ装置12内に記憶された第１の閾値からスタートとして、段階的に減少されることができる。カウント装置４において、減少する数字のシーケンスは、電流I2の減少量の個々のステップに対して割り当てられる。カウント装置４は、第１のパルスのシーケンスの信号とは異なる第２のパルスのシーケンスの信号を供給することによって始動される。第２の電流信号I2は、第２の外部磁石によって生じる磁界の存在において発生するホール素子１からの出力電圧V2に重畳される。電流I2が、ホール素子１の出力電圧V1、V2を補償する時、比較器３の出力端子は状態を変え、カウント装置４の信号入力端子10に供給されてそれを停止する。電流源７か或いは電流源８の何れかを制御する制御信号は、比較器３の出力とＤ／Ａ変換器６との間の接続ライン上を転送される。
【００１９】
カウント装置４の電流数値は、それを第２のメモリに記憶するメモリ装置12へ転送される。予め決められた電圧信号を凍結論理装置13を経由して電圧入力端子Ｖｄｄへ供給することによって、メモリの値は非揮発性状態へ再び変化される。電流信号発生器５、カウント装置４、及び凍結論理装置13は、制御装置（図示されていない）によって制御される。
【００２０】
図２は、本発明のセンサの第２の実施例である。図１の素子に対応する素子は、同様の参照記号よって示されている。同様の素子は、図１のものと同じ機能を有するので、相違点及び追加の素子のみが以下で説明される。
【００２１】
図示されたセンサは、２線式センサである。比較器３の出力端子９は、制御される電流源15に接続される。比較器３からの出力信号V3は電流源15を制御し、その結果電流源15の電流値は比較器３の状態を示す。ホール素子１のオンオフのための２つの閾値は、それぞれ、図１に関して説明されるようにプログラムされる。各閾値のために、予め決められた磁界はホール素子１の感度領域内に位置する。それから、電流I1或いはI2は、比較器３に供給されるホール電圧V1或いはV2が補償されるまで、電流信号発生器５によって変化される。従って比較器３の出力信号V3が変化し、その結果カウント装置４が停止され、そこに含まれている電流数値或いはコードがメモリ装置12に転送されて、そこに記憶される。ホールスイッチの場合に、メモリ装置12はホールセンサのオン状態及びオフ状態に対応する２つの値を含む。図示された実施例において、スイッチング閾値に加えてセンサの識別を可能にするアドレスコードも記憶することができる。アドレスコードは、メモリ装置12の第３の領域内に記憶される。それは、電源電圧の入力端子Ｖｄｄにおいて信号、例えば正の電源電圧に重畳されたパルスのシーケンスを供給することによって入力されることができる。従って非揮発性状態でのメモリ装置12は、図１に関連して、スイッチング閾値に関して説明されたように、即ち凍結論理装置13によって記憶を行う。
【００２２】
スイッチング素子16は、メモリ装置12と電流信号発生器５との間に接続される。さらに、アドレスレジスタ17は正の電源電圧Ｖｄｄ入力端子とスイッチング素子16との間に設けられる。センサのアドレスのためのコードであり、電源電圧中に含まれるコードは、アドレスレジスタ17内に入力される。アドレスレジスタ17の１つの出力端子は、カウント装置４を介してメモリ装置12へ接続され、その結果上記で説明されたアドレスの記憶はアドレスレジスタ17を介して行うことができる。アドレスレジスタ17の別の出力端子は、スイッチング素子16の１つの入力端子に結合される。スイッチング素子16のさらに別の入力端子は、正の電源電圧入力端子Ｖｄｄに直接に接続される。スイッチング素子16は、メモリ装置12からそれへ供給された信号が、アドレスレジスタ17から供給される信号に適合する時、電源電圧入力端子Ｖｄｄからその出力端子へ、更に電流信号発生器及びそれに続くスイッチング素子、即ちホール素子１及び比較器３に達する電圧を転送するように設計される。従って、アドレス信号が正の電源電圧Ｖｄｄと共に入力されるならば、それはアドレスレジスタ17を通ってスイッチング素子16へ供給され、そこでそれはメモリ装置12に記憶されたアドレスコードと比較されるであろう。入力されたアドレスコードが記憶された値と一致するならば、電源電圧Ｖｄｄはスイッチング素子16を通って電流信号発生器５、ホール素子１、及び比較器３へ供給されるであろう。この場合、センサは外側からアドレスされ、センサの全ての素子が作動する。従って、センサは作動中であり、磁界が供給される時にプログラムされたスイッチング閾値で応答するであろう。センサが外側の信号によってアドレスされない時、スイッチング素子16は、Ｖｄｄの入力端子からの電源電圧を遮断する。従って、電源電圧Ｖｄｄは、電流信号発生器５、ホール素子１、及び比較器３に供給されず、センサは待機状態である。そのようなセンサは、センサシステムで、例えばバスシステムで使用されるのが好ましい。そのようなシステムにおいて、アドレスされない全てのセンサは、待機状態に設定される。そのようなセンサは、センサ15からの電流の値を介して測定可能である３つの出力状態、即ち閾値にしたがった高電流状態及び低電流状態、並びに他の２つの値よりも低い電流値を有する待機状態を有する。センサの状態は、回路構成を評価することによって検知することができ、更に作動中のセンサが干渉パルスによってオフに切り換えられる時を決定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの閾値がプログラム可能な本発明のセンサの第１の実施例のブロック図。
【図２】本発明のセンサの第２の実施例の２つの閾値及び１つのアドレスコードがプログラム可能な２線式センサのブロック図。
【図１】
0003691549.tif 000002
【図２】
0003691549.tif 000003