(57)【要約】【課題】通信信号に用いられる電源電圧が過剰に上昇した際にセンサ部を保護できるセンサモジュールを提供する。【解決手段】回路チップ４は、サブユニット３におけるセンサ地プ２と通信端子１９Ｃ，１９Ｄを介して接続され、ＥＣＵ５より供給される電源ＶＤＤの電圧をハイレベルとする信号で通信を行う出力波形成回路１２を備える。電圧監視回路１５により監視している電源ＶＤＤの電圧が閾値を超えて上昇すると、制御回路１３は、出力波形成回路１２より出力される信号を強制的にローレベルにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサと、このセンサより出力される信号を外部に出力するための通信インターフェイスとを備えるセンサ部（２）と、
このセンサ部と通信端子（１９）を介して接続され、外部より供給される電源電圧をハイレベルとする信号により通信を行う信号出力部（１２，２４）を備える通信部（４，４２）とで構成され、
前記通信部は、前記電源電圧を監視する電圧監視部（１５）と、
前記電源電圧が上限値を超えて上昇すると、前記信号出力部より出力される信号を強制的にローレベルにする保護動作を行うセンサ保護部（１３）とを備えるセンサモジュール。
【請求項２】
センサと、このセンサより出力される信号を外部に出力するための通信インターフェイスとを備えるセンサ部（２）と、
このセンサ部と通信端子（１９）を介して接続され、外部より供給される電源電圧をハイレベルとする信号により通信を行う信号出力部（２５）を備える通信部（４，４２）とで構成され、
前記通信部は、前記電源電圧を監視する電圧監視部（１５）と、
前記電源電圧が上限値を超えて上昇すると、前記通信端子の電気的接続を遮断する保護動作を行うセンサ保護部（１３）とを備えるセンサモジュール。
【請求項３】
前記通信部は、前記センサ部より受信した信号を上位の制御装置に対して送信し、前記センサ保護部が前記保護動作を行うと、前記制御装置に対して異常を通知する信号を送信する請求項１又は２記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサを有するセンサ部と、このセンサ部と通信端子を介して接続されて通信を行う通信部とを備えるセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば湿度センサ等のセンサチップと回路チップとを備え、それらのチップ間で通信を行うセンサモジュールでは、全体のサイズを縮小するため、回路チップ内で通信線を電源線にプルアップすることで通信信号のハイレベルを付与している。また、回路チップ内では、電源−グランド間が高電圧になるとクランプ動作を行う保護素子が接続されている。そして、回路チップを構成する素子は、前記クランプ動作の電圧よりも耐圧が高い素子で構成されている。
【０００３】
特許文献１は、過電圧対策に関するものではないが、電流駆動型の通信を行うものにおいて、通信に使用する電源線に流れる電流が異常となった際に保護動作を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７９９９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、センサチップ側でも、電源−グランド間には上記と同様の保護素子が接続されているが、センサチップを構成する素子の耐圧は、上述した回路チップとは異なり、保護素子のクランプ電圧を上回るように設定されていない。そのため、電源電圧が過剰に上昇すると、通信線に印加されている電圧によってセンサチップが破壊されるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信信号に用いられる電源電圧が過剰に上昇した際にセンサ部を保護できるセンサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１又は２記載のセンサモジュールによれば、通信部は、センサ部と通信端子を介して接続されており、外部より供給される電源電圧をハイレベルとする信号により通信を行う信号出力部を備える。また、通信部は、電圧監視部により監視している電源電圧が上限値を超えて上昇すると、センサ保護部が、信号出力部より出力される信号を強制的にローレベルにするか（請求項１）、又は通信端子の電気的接続を遮断するように（請求項２）保護動作を行う。このように構成すれば、電源電圧が過剰に上昇した場合でも、その影響が通信部の通信端子を介してセンサ部に及ぶことを回避できる。したがって、センサ部を確実に保護することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態であり、センサモジュールの構成を示す機能ブロック図
【図２】出力波形成回路の構成を示す図
【図３】制御回路が行う保護動作を説明する図
【図４】入力波受信回路の構成を示す図
【図５】センサモジュールの動作を示すフローチャート
【図６】図５に示す処理に対応する動作波形図
【図７】第２実施形態であり、出力波形成回路の構成を示す図
【図８】第３実施形態であり、出力波形成回路の構成を示す図
【図９】第４実施形態であり、センサモジュールの動作を示すフローチャート
【図１０】第５実施形態であり、センサモジュールの構成を示す機能ブロック図
【図１１】第６実施形態であり、センサモジュールの構成を示す機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のセンサモジュール１は、センサチップ２を有するサブユニット３と、回路チップ４とを備えている。センサモジュール１は、上位の制御装置であるＥＣＵ５に電源線６，グランド線７及び信号線８を介して接続されている。すなわち、センサモジュール１には、ＥＣＵ５から例えば５Ｖの電源ＶＤＤが供給されている。サブユニット３及び回路チップ４は、何れも電源線６，グランド線７に接続されており、電源線６，グランド線７の間には、それぞれのチップ内で例えばツェナーダイオード等の保護素子９，１０が接続されている。
【００１０】
回路チップ４において、電源線６，グランド線７の間には、整圧回路１１及び出力波形成回路１２が接続されている。整圧回路１１はレギュレータであり、ＥＣＵ５より供給される電源の電圧を適宜降圧して、回路チップ４内部の各構成要素に動作用電源を供給する。制御回路１３は、サブユニット３との間で通信を行うもので、出力波形成回路１２を介してサブユニット３に信号を送信する。また、制御回路１３は、センサチップ２より出力されるセンサ信号のデータを入力波受信回路１４を介して受信する。
【００１１】
電圧監視回路１５はコンパレータ１６を備えている。電源線６，グランド線７の間には、抵抗１７及び１８の直列回路が接続されており、両者の共通接続点はコンパレータ１６の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ１６の反転入力端子には、整圧回路１１により生成された閾値電圧が与えられている。コンパレータ１６の出力端子は、制御回路１３の入力端子に接続されている。閾値電圧は上限値に相当する。
【００１２】
出力波形成回路１２及び入力波受信回路１４は、それぞれ通信端子１９Ｃ，１９Ｄに接続されている。通信端子１９Ｃ，１９Ｄは、それぞれ通信線２０Ｃ，２０Ｄを介してサブユニット３側の通信端子２１Ｃ，２１Ｄに接続されている。センサチップ２と回路チップ４との間の通信は、例えばＩ２Ｃ（Inter Integrated Circuit，登録商標）によって行われ、通信端子１９Ｃによりクロックが、通信端子１９Ｄによりデータがそれぞれ伝送される。
【００１３】
図２に示すように、通信端子１９（Ｃ，Ｄ）は、抵抗２２（Ｃ，Ｄ）を介して電源ＶＤＤにプルアップされていると共に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２３（Ｃ，Ｄ）を介してグランドに接続されている。ＦＥＴ２３のゲートは制御回路１３の出力端子に接続されており、ＦＥＴ２３のオンオフは制御回路１３によって制御される。すなわち、出力波形成回路１２はオープンドレインタイプの出力形式となっており、通信信号のハイレベルは電源ＶＤＤの電圧である。制御回路１３は、通常の通信を行う際には、ＦＥＴ２３Ｃ，２３Ｄをオンオフすることでサブユニット３にクロック，データを送信する。
【００１４】
図４に示すように、入力波受信回路１４はコンパレータ２４を有しており、コンパレータ２４の非反転入力端子は通信端子１９に接続されている。コンパレータ２４の反転入力端子には、整圧回路１１より基準電圧が与えられており、コンパレータ２４の出力端子は制御回路１３の入力端子に接続されている。すなわち、入力波受信回路１４は、センサチップ２より送信されるクロック，データをコンパレータ２４により受けてハイ，ローレベルを判別し、制御回路１３に出力する。また、制御回路１３が出力波形成回路１２を介して送信した信号のレベルについても、コンパレータ２４の出力信号により監視することができる。
【００１５】
そして、制御回路１３は、センサチップ２に対して例えば周期的にデータの出力要求を送信し、センサチップ２は、それに応じてセンシングしている信号に対応するデータを回路チップ４側に送信する。制御回路１３は、入力波受信回路１４を介して受信したデータを、順次ＥＣＵ５に送信する。ここで、センサチップ２はセンサ部に相当する。また、回路チップ４は通信部に相当し、出力波形成回路１２は信号出力部に相当し、制御回路１３はセンサ保護部に相当する。
【００１６】
次に、本実施形態の作用について説明する。図５及び図６に示すように、回路チップ４がサブユニット３と通信を行っている状態で、ＥＣＵ５より供給される電源ＶＤＤの電圧が何らかの理由により上昇を開始したとする（Ｓ１）。これにより、回路チップ４の電圧監視回路１５で検出される電圧が閾値を超えると、電圧監視回路１５の出力信号がハイレベルになる（Ｓ２）。すると、制御回路１３は電圧の上昇を認識し（Ｓ３）、図３に示すようにＦＥＴ２３Ｃ，２３Ｄをオンにして（Ｓ４）、通信端子１９Ｃ，１９Ｄをローレベルに維持し続ける（Ｓ５）。これにより、センサチップ２を過電圧より保護する。
【００１７】
その後、電源ＶＤＤの電圧が低下して電圧監視回路１５で検出される電圧が閾値を下回ることで正常化すると（Ｓ６）、電圧監視回路１５の出力信号がローレベルになる（Ｓ７）。すると、制御回路１３は電圧が正常化したことを認識し（Ｓ８）、ＦＥＴ２３Ｃ，２３Ｄをオフにする（Ｓ９）。以降、制御回路１３は、適宜ＦＥＴ２３Ｃ，２３Ｄをオンオフすることで通常の通信を再開する（Ｓ１０）。
【００１８】
以上のように本実施形態によれば、回路チップ４は、サブユニット３におけるセンサチップ２と通信端子１９Ｃ，１９Ｄを介して接続され、ＥＣＵ５より供給される電源ＶＤＤの電圧をハイレベルとする信号で通信を行う出力波形成回路１２を備える。電圧監視回路１５により監視している電源ＶＤＤの電圧が閾値を超えて上昇すると、制御回路１３は、出力波形成回路１２より出力される信号を強制的にローレベルにする。このように構成すれば、電源ＶＤＤの電圧が過剰に上昇した場合でも、その影響が通信端子１９Ｃ，１９Ｄを介してセンサチップ２に及ぶことを回避できる。したがって、センサチップ２を確実に保護することが可能になる。
【００１９】
（第２，第３実施形態）
第２，第３実施形態は、出力波形成回路のその他の構成例を示す。図７に示す第２実施形態の出力波形成回路２４では、ＦＥＴ２３に替えてインバータゲート２４を用いている。このように構成した場合も、制御回路１３がステップＳ５においてハイレベルの信号を入力すれば、通信端子１９をローレベルにしてセンサチップ２を保護できる。
【００２０】
また、図８に示す第３実施形態の出力波形成回路２５では、第１実施形態の構成にＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２６を追加したもので、ＦＥＴ２６のソースはＦＥＴ２３のドレインに接続され、ＦＥＴ２６のドレインは通信端子１９に接続されている。そして、ＦＥＴ２６のゲートは制御回路１３の出力端子に接続されている。この場合、制御回路１３がステップＳ５に対応する処理としてハイレベルの信号を入力し、図８に「×」を付して示しているようにＦＥＴ２６をオフにすれば、抵抗２２と通信端子１９との電気的接続が遮断される。これにより、センサチップ２を保護できる。
【００２１】
（第４実施形態）
図９に示す第４実施形態では、制御回路１３は、ステップＳ５を実行すると、ＥＣＵ５にダイアグデータを送信する（Ｓ１１）。これにより、電源ＶＤＤの電圧が過剰に上昇したことをＥＣＵ５に通知する。ダイアグデータには、通常のセンサデータとしては示されない特定のデータ値を予め決定しておくようにする。
【００２２】
（第５実施形態）
図１０に示す第５実施形態のセンサモジュール３１は、複数のサブユニット３（１），３（２），３（３），…を備えており、これらは回路チップ４の通信端子１９Ｃ，１９Ｄに共通に接続されている。この場合、制御回路１３は、各サブユニット３（１），３（２），３（３），…に搭載されているセンサチップ２（１），２（２），２（３），…をそれぞれ個別に指定するアドレスを送信して、各センサチップ２（１），２（２），２（３），…より送信されるデータを時分割で受信する。
【００２３】
（第６実施形態）
図１１に示す第６実施形態のセンサモジュール４１は、第５実施形態と同様に複数のサブユニット３（１），３（２），３（３），…を備えている。そして、回路チップ４２は、これらに対応して出力波形成回路１２及び入力波受信回路１４並びに通信端子１９Ｃ，１９Ｄを個別に備えている。
【００２４】
この場合、制御回路１３は、各サブユニット３（１），３（２），３（３），…対応して出力波形成回路１２（１，２，３，…）及び入力波受信回路１４（１，２，３，…）並びに通信端子１９Ｃ（１，２，３，…），１９Ｄ（１，２，３，…）を使い分けて通信を行う。通信は、第５実施形態と同様に時分割で行っても良いが、制御回路１３の内部に、各受信データを個別に格納するためのバッファを設けることで、並行的にデータを受信しても良い。
【００２５】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
通信規格はＩ２Ｃに限ることはない。また、通信端子の数も「２」に限ることはない。
電源電圧については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
センサは湿度センサに限ることなく、どのようなセンサであっても良い。
各実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。
上位の制御装置は、ＥＣＵ５に限ることなく、例えばマスタ又はホストとして動作するマイクロコンピュータ，ＣＰＵなどでも良い。
【符号の説明】
【００２６】
１  センサモジュール、２  センサチップ、３  サブユニット、４  回路チップ、５  ＥＣＵ、１２  出力波形成回路、１３  制御回路、１５  電圧監視回路。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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