(57)【要約】【課題】  物理量センサのセンサ回路で異常が発生した場合に、その異常がセンサ回路中のいずれの部位で発生しているかを特定できるようにする。【解決手段】  パターン生成・選択回路４２にて、センサ回路中の各部の異常があるか否かを示す信号のパターンと対応付けたパルスパターンを作成する。つまり、異常箇所と対応付けられたパルスパターンを生成する。そして、自己診断回路４０が出力する自己診断信号としてそのパルスパターンを出力する。これにより、自己診断信号により、正常時であるか異常時であるかの判定だけでなく、具体的にどの箇所に異常があるかを特定することが可能となる。【選択図】        図１
2006349560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定振幅かつ所定周波数で駆動振動させられ、物理量に応じた容量値で示される物理量検知信号を出力すると共に、前記駆動振動の振幅および周波数に応じた振幅モニタ信号を出力するように構成されたセンサエレメント（１０）と、
駆動信号を発生させる駆動信号発生回路（２１）を含み、前記センサエレメント（１０）に対して前記駆動信号を出力することで前記センサエレメント（１０）を駆動振動させると共に、この振動中における前記センサエレメント（１０）の前記振幅モニタ信号をフィードバックし、フィードバック結果に応じた制御信号を前記駆動信号発生回路（２１）に対して入力することで、前記センサエレメント（１０）が前記所定振幅かつ所定周波数で振動するように前記駆動信号を制御するという自励発振のフィードバックループを構成する駆動回路（２０）と、
前記センサエレメント（１０）が出力する前記物理量検知信号に基づいて、物理量に応じた出力信号をセンサ出力として発生させるヨー検出回路（３０）と、
センサ異常があるか否かの自己診断を行う自己診断回路（４０）とを備えてなる物理量センサのセンサ回路であって、
前記自己診断回路（４０）は、
前記駆動信号に基づいてクロックを生成するクロック生成回路（４１）と、
異常箇所に応じたパルスパターンの生成を行う異常パターン出力回路（４２）と、
前記クロック生成回路（４１）で生成されたクロックに基づいて、前記異常パターン出力回路（４２）で生成されたパルスパターンを自己診断信号として出力する自己診断信号出力部（４３）とを有した構成とされていることを特徴とする物理量センサのセンサ回路。
【請求項２】
前記異常パターン出力回路（４２）は、異常箇所と対応付けられたパルスパターンのマップを有し、異常箇所を示す信号を受け取ると共に、前記マップを用いて、受け取った前記異常個所を示す信号と対応するパルスパターンを選択するパターン生成・選択回路であることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサのセンサ回路。
【請求項３】
前記クロック生成回路（４１）は、前記駆動信号を所定周波数の信号に分周する分周回路（４１）であることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサのセンサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサエレメントを所定振幅・所定周波数で駆動振動させることで物理量の検出を行うと共に、この駆動振動の周波数に基づいて各部の異常検出を行う物理量センサにおけるセンサ回路に関するものであり、例えば、静電駆動・容量検出型のジャイロセンサに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、センサエレメントを所定振幅・所定周波数で駆動振動させながらセンサエレメントに加えられた物理量を検出する物理量センサとして、ヨー検出を行うジャイロセンサが知られている。ジャイロセンサでは、振動子が備えられたセンサエレメントと駆動回路とでフィードバックループを構成し、所定振幅・所定周波数で振動子を駆動振動させることで検出信号を得ている。
【０００３】
このようなジャイロセンサにおいて、故障しているか否かの自己診断を行い、故障しているか否かを外部に知らせる機能（以下、自己診断機能という）を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３は、この自己診断機能を備えたジャイロセンサのブロック構成を示したものである。図３に示されるように、ジャイロセンサでは、センサエレメントＪ１０は例えば左右一対の振動子で構成される。このセンサエレメントＪ１０に対してセンサエレメントＪ１０を所定振幅・所定周波数で駆動振動させる駆動回路Ｊ２０と、センサエレメントから出力されるヨー検知信号に基づいてセンサ出力を得るヨー検出回路Ｊ３０と、自己診断を行うための自己診断回路Ｊ４０とを備えることでジャイロセンサにおけるセンサ回路が構成されている。
【０００５】
駆動回路Ｊ２０は、駆動信号発生回路Ｊ２１とチャージアンプ回路Ｊ２２と位相調整回路Ｊ２３とを有した構成とされ、図示しない昇圧回路から印加される高電圧に基づき駆動信号発生回路Ｊ２１から駆動信号を発生させることで、センサエレメントＪ１０を振動させる。そして、センサエレメントＪ１０からの駆動振動に応じた出力（以下、振幅モニタ信号という）をチャージアンプ回路Ｊ２２で増幅したのち、位相調整回路Ｊ２３で位相調整することで駆動信号発生回路Ｊ２１が発生させる駆動信号を制御し、センサエレメントＪ１０の駆動振動が正確に所定振幅・所定周波数になるようにしている。
【０００６】
ヨー検出回路Ｊ３０は、チャージアンプ回路Ｊ３１、Ｊ３２、差動増幅回路Ｊ３３、同期検波回路Ｊ３４および０点・感度温度特性調整回路Ｊ３５を有した構成とされている。このヨー検出回路Ｊ３０では、各振動子それぞれの容量で示された検出信号がチャージアンプ回路Ｊ３１、Ｊ３２で電圧変換されたのち、差動増幅回路Ｊ３３によって電圧変換後のそれぞれの検出信号の差動出力が求められ、その後、同期検波回路Ｊ３４や０点・感度温度特性調整回路Ｊ３５等を経ることで、ジャイロセンサにおけるセンサ出力が得られるようになっている。
【０００７】
自己診断回路Ｊ４０は、駆動信号を分周する分周回路Ｊ４１と、センサ回路中の各部の異常であるか否かを示す信号を受け取ってジャイロセンサに異常が発生しているか否かを示す信号を出力するＮＯＲ回路Ｊ４２と、分周回路Ｊ４１で分周された所定周波数の信号をクロックとしてＮＯＲ回路Ｊ４２の信号を外部に出力するＡＮＤ回路Ｊ４３とを備えている。この自己診断回路Ｊ４０では、所定周波数の信号として表される駆動信号を利用し、この駆動回路を分周することで所定周期のクロックを作成して、ＮＯＲ回路４２から出力される信号を所定周期毎に外部に出力するようになっている。
【０００８】
図４は、この自己診断回路Ｊ４０での自己診断結果の一例を示したものである。例えば、センサ回路中の各部から異常が発生したときにＨｉ信号が出力され、異常が発生していないときにはＬｏｗ信号が出力されるようになっている。このため、図４に示されるように、センサ回路中の各部が正常に機能している場合（以下、単に正常時という）には、駆動信号が分周回路Ｊ４１によって分周された信号のパルスと同期してＨｉ信号が出力され、センサ回路中のいずれかの部位で異常が発生した場合（以下、単に異常時という）には、分周された信号のパルスによらずＬｏｗ信号が継続して出力される。このため、自己診断回路Ｊ４０の出力を確認すれば、ジャイロセンサのセンサ回路に異常が発生していることを検出することが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−１３９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような自己診断機能においては、センサ回路中のいずれかの部位で異常が発生したことが検出できるものの、どこの部位で異常が発生しているのかを検出することができない。特に、ジャイロセンサのように、微細で複雑な形状をしたセンサエレメントを有し、微小な信号を精密に計測する回路部を備えるものにおいては、故障発生後にその箇所の特定を行うことが非常に困難である。このため、異常検出された場合にも、修理すべき箇所を特定することができず、結局、ジャイロセンサのセンサ回路を全体的に取り替えなければならない等の問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、物理量センサのセンサ回路で異常が発生した場合に、その異常がセンサ回路中のいずれの部位で発生しているかを特定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴によると、自己診断回路（４０）は、駆動信号に基づいてクロックを生成するクロック生成回路（４１）と、異常箇所に応じたパルスパターンの生成を行う異常パターン出力回路（４２）と、クロック生成回路（４１）で生成されたクロックに基づいて、異常パターン出力回路（４２）で生成されたパルスパターンを自己診断信号として出力する自己診断信号出力部（４３）とを有した構成とされている。
【００１２】
このように、異常箇所に応じたパルスパターンを生成するようにし、自己診断回路（４０）が出力する自己診断信号がセンサ回路中の異常部位に対応付けられたパルスパターンとなるようにしている。これにより、自己診断信号により、正常時であるか異常時であるかの判定だけでなく、具体的にどの箇所に異常があるかを特定することが可能となる。
【００１３】
例えば、異常パターン出力回路（４２）は、異常箇所と対応付けられたパルスパターンのマップを備え、異常箇所を示す信号を受け取ると、そのマップを用いて、受け取った異常個所を示す信号と対応するパルスパターンを選択するパターン生成・選択回路で構成される。
【００１４】
また、クロック生成回路（４１）は、駆動信号を所定周波数の信号に分周する分周回路（４１）で構成される。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した静電駆動・容量検出型のジャイロセンサのセンサ回路のブロック構成を図１に示す。以下、この図を参照して本実施形態におけるセンサ回路について説明する。
【００１８】
図１に示されるように、センサエレメント１０と駆動回路２０とヨー検出回路３０および自己診断回路４０とが備えられ、これらによりジャイロセンサにおけるセンサ回路が構成されている。
【００１９】
センサエレメント１０は、例えば左右一対の振動子によって構成されるもので、駆動用センサエレメントおよびヨー検出用センサエレメント（図示せず）を備えた構成とされ、駆動用センサエレメントが駆動振動を行っている際にヨーが発生すると、コリオリ力によって一対で構成されたヨー検出用センサエレメントが振動するようになっている。このセンサエレメント１０は、一対のヨー検出用センサエレメントそれぞれでの振動に応じた出力（第１、第２検知信号）を発生させると共に、駆動用センサエレメントが的確に駆動振動しているかを検出するために振幅モニタ信号を発生させるようになっている。
【００２０】
駆動回路２０は、センサエレメント１０における駆動用センサエレメントを振動させるためのものである。この駆動回路２０には、駆動信号発生回路２１とチャージアンプ回路２２および位相調整回路２３が備えられている。
【００２１】
駆動信号発生回路２１は、センサエレメント１０における駆動用センサエレメントを駆動振動させるための駆動信号を発生させるものである。この駆動信号発生回路２１は、センサ駆動電源の電圧を高電圧に昇圧させる図示しない昇圧回路からの高電圧を受け、内蔵のＥＰＲＯＭ（図示せず）に記憶されたプログラムに従って上記駆動信号を発生させるようになっている。また、この駆動信号発生回路２１は、センサエレメント１０からの振幅モニタ信号がチャージアンプ回路２２や位相調整回路２３を介してフィードバックされることで、上記駆動信号が制御され、センサエレメントＪ１０を正確に所定振幅・所定周波数で駆動振動させられるようになっている。
【００２２】
チャージアンプ回路２２は、センサエレメント１０から駆動用のセンサエレメントの駆動振動に応じた振幅モニタ信号を受け取り、それを電圧変換するものである。このチャージアンプ回路２２での電圧変換後の振幅モニタ信号が位相調整回路２３に入力されるようになっている。
【００２３】
位相調整回路２３は、駆動信号の位相を調整するためのものである。上記したように駆動信号発生回路２１により振幅モニタ信号に基づいて駆動信号が形成されることになるため、振幅モニタ信号の位相が実際に駆動用センサエレメントに出力したい駆動信号の位相とずれる場合がある。この位相のズレを修復するために、振幅モニタ信号の位相を調整し、駆動信号の位相に合わせなければならない。このため、位相調整回路２３によって、振幅モニタ信号の位相が補正され、その結果、それに基づいて形成される駆動信号の位相が調整されるようになっている。これにより、駆動信号が所定周波数とされる。
【００２４】
このように、本実施形態の場合、センサエレメント１０および駆動信号発生回路２１に加え、上記チャージアンプ回路２２および位相調整回路２３によってフィードバックループが構成され、このフィードバックループでのフィードバック結果に応じて駆動信号発生回路２１で発生させられる駆動信号（高電圧）が制御される。これにより、駆動用のセンサエレメントを所定振幅・所定周波数で正確に駆動振動させることが可能となる。
【００２５】
また、ヨー検出回路３０は、センサエレメント１０の検出信号に基づいてセンサ出力を得るためのものである。このヨー検出回路３０には、２つのチャージアンプ回路３１、３２と、差動増幅回路３３と、同期検波回路３４および０点・感度温特調整回路３５が備えられている。
【００２６】
２つのチャージアンプ回路３１、３２は、一対のセンサエレメント１０におけるヨー検出用センサエレメントそれぞれから、検出用センサエレメントに対してヨーが加わったときに発生する振動に応じた検知信号（以下、ヨー検知信号という）を受け取り、それを電圧変換するものである。これら各チャージアンプでの電圧変換後のヨー検知信号が差動増幅回路３３に入力されるようになっている。
【００２７】
差動増幅回路３３は、各チャージアンプ回路３１、３２で電圧変化されたヨー検知信号の差動出力を発生させるものである。この差動増幅回路３３の差動出力が同期検波回路３４に入力されるようになっている。
【００２８】
同期検波回路３４は、位相調整回路２３によって調整された位相に基づいて、差動増幅回路３３の差動出力から駆動信号の周波数と同期する成分を通過させ、０点・感度温特調整回路３５に出力するものである。
【００２９】
０点・感度温特調整回路３５は、同期検波回路３４を通過した後の信号にも出力オフセットや感度の温度特性が含まれていることから、それを調整するものであり、この０点・感度温特調整回路３５で調整された後の信号がセンサ出力として用いられる。
【００３０】
自己診断回路４０は、分周回路４１とパターン生成・選択回路４２とＡＮＤ回路４３とを備えた構成とされている。
【００３１】
分周回路４１は、クロック生成回路としての役割を果たすもので、駆動信号の周波数を分周することで、所定周波数の信号（以下、分周信号という）を作成するものである。例えば、この分周回路４１により、駆動信号の１／３２の周波数となる分周信号が作成され、自己診断のクロックとして用いられる。
【００３２】
パターン生成・選択回路４２は、センサ異常を示す異常パターン出力回路としての役割を果たすもので、センサ回路中の各部の異常であるか否かを示す信号を受け取り、その信号に基づいて異常の箇所に応じたパルスパターンの出力信号が生成されるようになっている。パターン生成・選択回路４２は、ロジック回路で構成可能であり、ＡＳＩＣ等のプログラマブルロジックＩＣを用いれば、パルスパターンの変更・追加・削減等も短期で安価に行える。
【００３３】
例えば、このパターン生成・選択回路４２には、各部の信号のパターンとそれに対応付けられたパルスパターンのマップが記憶されており、そのマップを利用して、受け取った各部の異常であるか否かを示す信号に応じたパルスパターンが選択されることで所定のパルスパターンの出力信号が生成される。
【００３４】
具体的には、図１に示されるように、センサ回路中の各部（Ａ）〜（Ｆ）の出力信号等が異常でないか否かに基づき、各部（Ａ）〜（Ｆ）に異常があるか否かの信号が出力されるようになっている。例えば、各部（Ａ）〜（Ｆ）における異常としては、以下のようなものが挙げられる。
【００３５】
（Ａ）の部位では、例えばリーク電流の影響等により、チャージアンプ回路３１、３２の出力信号の振幅中心が０点からシフトしていないかが判定される。（Ｂ）の部位では、差動増幅回路３３の出力信号の振幅が最大値として想定される値を超えていないか判定される。（Ｃ）の部位では、センサ出力の上下限が想定される範囲（例えば０〜５Ｖ）を逸脱していないか判定される。（Ｄ）の部位では、（Ａ）の部位と同様の判定もしくはチャージアンプ回路２２の出力電圧の振幅が最大値として想定される値を超えていないか判定される。（Ｅ）の部位では、駆動信号の振幅が想定される範囲外になっていないか判定される。（Ｆ）の部位では、駆動信号発生回路２１に内蔵されたＥＰＲＯＭのパリティチェック結果が問題なかったかが判定される。
【００３６】
なお、この他にもセンサ回路がＧＮＤ線から外れていないかなど、様々な異常判定が行われ、各部位に異常があるか否かの信号が出力されるようになっている。
【００３７】
ＡＮＤ回路４３は、自己診断信号出力回路としての役割を果たすもので、分周回路４１からの分周信号をクロックとして、パターン生成・選択回路４２の出力信号を所定周期毎に外部に出力するものである。このＡＮＤ回路４３の出力信号が自己診断信号として用いられる。
【００３８】
このような構成により、自己診断回路４０では、所定周波数の信号として表される駆動信号を利用して、この駆動信号を分周することで所定周期のクロックを作成し、このクロックを用いてパターン生成・選択回路４２の出力信号を所定周期毎に外部に出力するようになっている。
【００３９】
次に、上記のように構成されるセンサ回路の作動について説明する。
【００４０】
センサ回路の電源が投入されると、まず、図示しない昇圧回路からの高電圧に基づいて駆動信号発生回路２１から駆動信号が出力される。これにより、センサエレメント１０および駆動回路２０で構成されるフィードバックループにて、自励発振が開始する。そして、この自励発振に基づいて駆動信号が所定周波数で安定し、センサエレメント１０が安定的に所定振幅・所定周波数で駆動振動させられる。
【００４１】
このようにセンサエレメント１０が振動させられている際に検出用センサエレメントに対してヨーが加わると、センサエレメント１０からコリオリの力に基づいて加えられたヨーに応じたヨー検知信号が出力される。このため、ヨー検出回路３０では、そのヨー検知信号を受け取り、それがチャージアンプ回路３１、３２で電圧変換される。このチャージアンプ回路３１、３２で電圧変換された後のヨー検知信号が差動増幅回路３３に入力され、それらの差動出力がさらに同期検波回路３４に入力される。
【００４２】
そして、同期検波回路３４で、位相調整回路２３によって調整された位相に基づいて、差動増幅回路３３の差動出力から駆動信号の周波数と同期する成分が通過させられたのち、０点・感度温特調整回路３５で出力オフセットや感度の温度特性について調整されたものがセンサ出力として出力される。
【００４３】
また、自己診断回路４０では、分周回路４１により駆動信号が分周されることで所定周期の分周信号が作成される。一方、パターン生成・選択回路４２では、各部からの異常があるか否かの信号に基づき、その信号のパターンに応じたパルスパターンが選択される。そして、ＡＮＤ回路４３にて、分周回路４１で作成された分周信号をクロックとして、パターン生成・選択回路４２の出力信号が所定周期毎に出力されることで、自己診断信号が外部に出力される。
【００４４】
図２は、この自己診断回路４０での自己診断結果の一例を示したものである。例えば、センサ回路中の各部から異常が発生したときにＨｉ信号が出力され、異常が発生していないときにはＬｏｗ信号が出力されるようになっている。これに基づき、図２に示されるように、正常時には、分周信号のパルスと同期してＨｉ信号が自己診断信号として出力される。一方、異常時には、センサ回路中の異常が発生した部位に応じたパルスパターンの信号が出力される。例えば、図２中において異常時１、異常時２として示したように、異常が発生した部位に応じて自己診断信号が異なったものとなる。
【００４５】
このため、自己診断回路４０の出力を確認すれば、ジャイロセンサのセンサ回路に異常が発生していることを検出することが可能になると共に、どの箇所に異常があるかを特定することが可能となる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のセンサ回路によれば、自己診断回路４０が出力する自己診断信号がセンサ回路中の異常部位に対応付けられたパルスパターンとなるようにしている。このため、自己診断信号により、正常時であるか異常時であるかの判定だけでなく、具体的にどの箇所に異常があるかを特定することが可能となる。
【００４７】
このように、センサ回路中のどの箇所に異常があるかを特定できるようにすることで、修理すべき箇所を特定できるため、品質保証が容易になると共に、品質改善・向上の処置が容易にできるようになるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態における静電駆動・容量検出型のジャイロセンサのセンサ回路のブロック構成を示す図である。
【図２】図１のセンサ回路に備えられた自己診断回路４０での自己診断結果の一例を示した波形図である。
【図３】従来の静電駆動・容量検出型のジャイロセンサのセンサ回路のブロック構成を示す図である。
【図４】図３のセンサ回路に備えられた自己診断回路Ｊ４０での自己診断結果の一例を示した波形図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…センサエレメント、２０…駆動回路、２１…駆動信号発生回路、２２…チャージアンプ回路、２３…位相調整回路、３０…ヨー検出回路、３１、３２…チャージアンプ回路、３３…差動増幅回路、３４…同期検波回路、３５…０点・感度温特調整回路、４０…自己診断回路、４１…分周回路（クロック生成回路）、４２…パターン生成・選択回路（異常パターン出力回路）、４３…ＡＮＤ回路（自己診断信号出力回路）。
【図１】
2006349560.tif 000003
【図２】
2006349560.tif 000004
【図３】
2006349560.tif 000005
【図４】
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