(57)【要約】【課題】汎用性の高い断線検出装置を提供する。特に、入力インピーダンスを下げず、入力コンデンサ接続による基準電圧の高周波ノイズを増幅しない、断線検出装置を提供する。【解決手段】断線検出を、通常動作期間と、サンプリング期間と、検出期間とに分けて行ない、それぞれの期間において断線検出装置の回路を切り替える。具体的には、断線検出装置に複数のスイッチを設けて、これらのスイッチの導通状態を制御することによって、断線検出の各期間に適する回路構造を実現する。【選択図】図５
2008304240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧発生源に接続される断線検出回路と、
前記断線検出回路に接続されたＯＰアンプと、
前記ＯＰアンプの非反転側入力部に接続された基準電源と
を具備し、
前記電圧発生源から前記ＯＰアンプへの配線の断線を検出するために少なくとも３つの動作モードを有し、
前記断線検出回路は、
前記電圧発生源と前記ＯＰアンプとに接続されたサンプリングコンデンサと、
前記複数の動作モードに応じて、前記断線検出回路の所定の接続における導通状態と非導通状態とを切り替える複数のスイッチと、
前記複数の動作モードのおのおのに応じて、前記複数のスイッチの導通状態と非導通状態とを制御するスイッチ制御部と
を具備し、
前記複数の動作モードは、
前記サンプリングコンデンサが放電される通常動作モードと、
前記電圧発生源からの出力電圧により前記サンプリングコンデンサが充電されるサンプリングモードと、
前記ＯＰアンプが前記サンプリングコンデンサの電圧を検出する検出モードと
を含む
断線検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の断線検出装置において、
前記複数のスイッチは、
前記通常動作モードにおいて、前記電圧発生源が前記ＯＰアンプに導通するための第１のスイッチと、
前記サンプリングモードにおいて、前記サンプリングコンデンサが前記電圧発生源に導通するための第２のスイッチと、
前記検出モードにおいて、前記ＯＰアンプが前記サンプリングコンデンサに導通して前記サンプリングコンデンサの電圧を検出するための第３のスイッチと、
前記通常動作モードにおいて、前記サンプリングコンデンサが放電するための第４のスイッチと、
前記通常動作モードにおいて、前記基準電源が前記ＯＰアンプに導通するための第５のスイッチと
を含む
断線検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の断線検出装置において、
前記ＯＰアンプの出力部と前記ＯＰアンプの反転側入力部とを接続する帰還抵抗
をさらに具備する
断線検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の断線検出装置において、
前記サンプリングモードにおいて、前記基準電源が前記ＯＰアンプに導通するための第６のスイッチ
をさらに具備する
断線検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の断線検出装置において、
前記検出モードにおいて、前記ＯＰアンプの増幅率が変化するための抵抗と、
前記検出モードにおいて、前記抵抗が前記ＯＰアンプに導通するための第７のスイッチと
をさらに具備する
断線検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の断線検出装置において、
前記複数のスイッチは、ＦＥＴである
断線検出装置。
【請求項７】
（ａ）電圧発生源に接続された断線検出装置が前記電圧発生源からの断線を検出することと、
（ｂ）前記断線検出装置の断線検出回路が組み替えられて、前記断線検出装置のサンプリングコンデンサが放電されることと、
（ｃ）前記断線検出回路が組み替えられて、前記サンプリングコンデンサが前記電圧発生源からの出力電圧によって充電されることと、
（ｄ）前記断線検出回路が組み替えられて、前記サンプリングコンデンサの電圧が検出されることと
を具備する
断線検出方法。
【請求項８】
請求項７に記載の断線検出方法において、
前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ−１）前記断線検出回路の複数のスイッチのうち、第１のグループに含まれるスイッチだけが導通状態となり、その他のスイッチが非導通状態となることと、
（ｂ−２）前記第１のグループに含まれるスイッチが前記サンプリングコンデンサを短絡して、前記サンプリングコンデンサが放電することと、
（ｂ−３）前記ＯＰアンプが、前記電圧発生源と、所定の基準電源とに導通して、前記電圧発生源からの出力電圧を増幅出力することと
を具備する
断線検出方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の断線検出方法において、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−１）前記断線検出回路の複数のスイッチのうち、第２のグループに含まれるスイッチだけが導通状態となり、その他のスイッチが非導通状態となることと、
（ｃ−２）前記ＯＰアンプが、前記電圧発生源とも前記サンプリングコンデンサとも絶縁状態となることと、
（ｃ−３）前記サンプリングコンデンサが、前記電圧発生源に導通して、前記電圧発生源からの出力電圧で充電されることと
を具備する
断線検出方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の断線検出方法において、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−４）前記ＯＰアンプが、前記基準電源に導通していること
をさらに具備する
断線検出方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載の断線検出方法において、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ−１）前記断線検出回路の複数のスイッチのうち、第３のグループに含まれるスイッチだけが導通状態となり、その他のスイッチが非導通状態となることと、
（ｄ−２）前記電圧発生源が、前記サンプリングコンデンサとも前記ＯＰアンプとも絶縁状態となることと、
（ｄ−３）前記ＯＰアンプが、前記サンプリングコンデンサに接続されて、前記サンプリングコンデンサに充電された電圧を検出して増幅出力することと、
（ｄ−４）前記ＯＰアンプから増幅出力される電圧に応じて、前記電圧発生源からの断線または非断線が判断されることと
を具備する
断線検出方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の断線検出方法において、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ−５）前記ＯＰアンプが、所定の抵抗に接続されて、前記ＯＰアンプから増幅出力される電圧の増幅率が変化すること
をさらに具備する
断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断線検出装置に係り、特に、電圧発生源の断線検出装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、さまざまなセンサが車載されるなどして高信頼性用途に使用されることが多くなっている。したがって、確実に断線を検出出来る機能を有するセンサモジュールの需要が大きくなっている。
【０００３】
上記に関連して、特許文献３（特開２００４−８０２８１号公報）にはアナログ入力モジュールに係る発明が開示されている。
図１は、特許文献３によるアナログ入力モジュールの回路図である。
特許文献３のアナログ入力モジュールは、外来ノイズ除去用ＣＲ入力フィルタ１４と、マルチプレクサ１１と、選択信号生成回路１５と、バッファ１２と、Ａ／Ｄ変換器３とを具備する。外来ノイズ除去用ＣＲ入力フィルタ１４は、複数の抵抗と複数のコンデンサとで構成されている。複数のアナログ信号が、外来ノイズ除去用ＣＲ入力フィルタ１４を通して、マルチプレクサ１１にチャネル入力される。マルチプレクサ１１は、選択信号生成回路１５に制御されて、複数のアナログ信号の中から１つだけをバッファ２に通す。バッファ２は、マルチプレクサ１１から入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器３に通す。Ａ／Ｄ変換器３は、バッファ２から入力されたアナログ信号をディジタル量に変換して出力する。ここで、マルチプレクサ１１は、入力されるアナログ信号を選択する際に、１つのチャネルを選択する毎に一旦「０」入力チャネルを選択する。
【０００４】
また、特許文献２（特開２０００−３３８１５９号公報）にはアナログ入力装置及びその断線検出方法に係る発明が開示されている。
図２は、特許文献２によるアナログ入力装置の回路図である。
特許文献２発明のアナログ入力装置は、アナログ入力回路と、Ａ／Ｄ変換器と、記憶回路と、タイミング制御回路とを備える。ここで、アナログ入力回路は、複数の信号点のアナログ信号をそれぞれ信号入力線を通じて、サンプリング周期で入力する。Ａ／Ｄ変換器は、取り込んだアナログ信号をデジタルデータに変換する。記憶回路は、Ａ／Ｄ変換値を信号点毎に格納する。タイミング制御回路は、アナログ入力回路のサンプリング動作を制御する。また、アナログ入力回路は、入力コンデンサと、サンプリングスイッチと、サンプリングコンデンサと、放電スイッチとを有して構成される。ここで、入力コンデンサは、信号点毎に信号入力線に接続され、アナログ信号電圧に充電される。サンプリングスイッチは、入力コンデンサと各信号点共通の前記Ａ／Ｄ変換器をサンプリング期間だけ接続する。サンプリングコンデンサは、サンプリングスイッチとＡ／Ｄ変換器の間に接続されて、入力コンデンサに対し並列で各信号点に共通である。放電スイッチは、サンプリングコンデンサを放電するためのものである。さらに、アナログ入力装置には、サンプリングスイッチ制御信号と、タイミング制御回路と、演算回路が設けられている。ここで、サンプリングスイッチ制御信号は、各信号点にサイクリックに指定されるサンプリング周期に、該当のサンプリングスイッチをサンプリング期間だけオンさせる。タイミング制御回路は、制御信号の出力前に、放電スイッチを一定時間だけオンする放電スイッチ制御信号を出力する。演算回路は、サンプリング期間のＡ／Ｄ変換値が開始初期を除き一定値である場合および／または信号点毎のサンプリング周期に２回続けて実行したサンプリングの前後のＡ／Ｄ変換値の低下が一定率である場合に信号入力線の断線と判定する。
【０００５】
また、特許文献１（特開２０００−５５９６６号公報）にはアナログ入力部の断線検出装置に係る発明が開示されている。
図３は、特許文献１によるアナログ入力部の断線検出装置の回路図である。
特許文献１発明によるアナログ入力部の断線検出装置は、フィルタと、入力スイッチと、信号処理部と、基準電圧発生部と、選択スイッチと、スイッチ制御部とを備える。ここで、フィルタは、アナログ入力端子に接続されるノイズ除去用のＣ成分を含む。入力スイッチは、アナログ入力端子とフィルタ間に接続される。信号処理部は、フィルタの出力側に接続される。基準電圧発生部は、信号処理部で処理する信号レベルスパン外のレベルの基準電圧を発生する。選択スイッチは、フィルタと信号処理部及び基準発生部間に接続され、フィルタの出力側の接続先として信号処理部または基準電圧発生部のいずれかを選択する。スイッチ制御部は、信号処理をしないときは入力スイッチをオフし選択スイッチを基準電圧発生部の選択状態にし、信号処理をするときは入力スイッチをオンし選択スイッチを信号処理部の選択状態にする。また、信号処理部は、入力された信号が基準電圧のレベルにあるかどうかで、入力スイッチ以前の入力線の断線有無を検出する手段を備える。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５５９６６号公報
【特許文献２】特開２０００−３３８１５９号公報
【特許文献３】特開２００４−８０２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３発明のアナログ入力モジュールは、バッファ２におけるアンプの入力端に、入力フィルタ４におけるプルアップもしくはプルダウンの抵抗を必要としている。この時、入力インピーダンスが下がってしまい、結果的に本来検出したい信号成分の検出精度が下がる。
【０００８】
特許文献２発明のアナログ入力装置では、入力される２つの電圧レベルが同じになる可能性がある場合には、正確な断線検出が保障されない。
【０００９】
特許文献１発明によるアナログ入力部の断線検出装置には、入力信号がフィルタを介して入力される。これは確かに入力信号に含まれたノイズを除去する。しかし、このようなフィルタを入力部に挿入できない場合も存在する。
【００１０】
図４は、アナログ信号入力部と信号処理回路などとの間にフィルタ回路を挿入できない場合を説明する回路図である。このような回路では、フィルタ回路の容量が付加されているために、アンプの非反転入力側から見るとハイパスフィルターとしての動作が発生する。したがって、例えば、Ｖｒｅｆに帯域の広いノイズが含まれる場合には、ノイズの高周波成分が大きくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明の断線検出装置は、断線検出回路（１１０）と、ＯＰアンプ（１３１）と、基準電源（１３３）とを具備する。ここで、断線検出回路（１１０）は、電圧発生源（１２０）に接続されている。ＯＰアンプ（１３１）は、断線検出回路（１１０）に接続されている。基準電源（１３３）は、ＯＰアンプ（１３１）に接続されている。
本発明の断線検出装置は、電圧発生源（１２０）からＯＰアンプへの配線の断線を検出するために少なくとも３つの動作モードを有する。
断線検出回路（１２０）は、サンプリングコンデンサ（１１１）と、複数のスイッチ（１１２〜１１６）と、スイッチ制御部とを具備する。ここで、サンプリングコンデンサ（１１１）は、電圧発生源（１２０）とＯＰアンプ（１３１）とに接続されている。複数のスイッチ（１１２〜１１６）は、複数の動作モードのおのおのに応じて、断線検出回路（１１０）の所定の接続における導通状態と非導通状態とを切り替える。スイッチ制御部は、複数の動作モードに応じて、複数のスイッチ（１１２〜１１６）の導通状態と非導通状態とを制御する。
複数の動作モードには、通常動作モードと、サンプリングモードと、検出モードとが含まれる。ここで、通常動作モードでは、サンプリングコンデンサが放電される。サンプリングモードでは、電圧発生源（１２０）の出力電圧によりサンプリングコンデンサ（１１１）が充電される。検出モードでは、ＯＰアンプ（１３１）がサンプリングコンデンサ（１１１）の電圧を検出する。
【００１３】
本発明の断線検出装置における複数のスイッチ（１１２〜１１６）とは、第１〜第５のスイッチ（１１５、１１３、１１４、１１２、１１６）を含む。ここで、第１（１１５）のスイッチは、通常動作モードにおいて、電圧発生源（１２０）がＯＰアンプ（１３１）に導通するためのものである。第２のスイッチ（１１３）は、サンプリングモードにおいて、サンプリングコンデンサ（１１１）が電圧発生源（１２０）に導通するためのものである。第３のスイッチ（１１４）は、検出モードにおいて、ＯＰアンプ（１３１）がサンプリングコンデンサ（１１１）に導通してサンプリングコンデンサ（１１１）の電圧を検出するためのものである。第４のスイッチ（１１２）は、通常動作モードにおいて、サンプリングコンデンサ（１１１）が放電するためのものである。第５のスイッチ（１１６）は、通常動作モードにおいて、基準電源（１３３）がＯＰアンプ（１３１）に導通するためのものである。
【００１４】
本発明の断線検出装置は、帰還抵抗（１３２）をさらに具備する。ここで、帰還抵抗（１３２）は、ＯＰアンプ（１３１）の出力部とＯＰアンプ（１３１）の反転側入力部とを接続する。
【００１５】
本発明の断線検出装置は、第６のスイッチ（１１７）をさらに具備する。第６のスイッチ（１１７）は、サンプリングモードにおいて、基準電源（１３３）がＯＰアンプ（１３１）に導通するためのものである。
【００１６】
本発明の断線検出装置は、抵抗（１１９）と、第７のスイッチ（１１８）とをさらに具備する。ここで、抵抗（１１９）は、検出モードにおいて、ＯＰアンプ（１３１）の増幅率が変化するためのものである。第７のスイッチ（１１８）は、検出モードにおいて、抵抗（１１９）がＯＰアンプ（１３１）に導通するためのものである。
【００１７】
本発明の断線検出装置における複数のスイッチ（１１２〜１１８）は、ＦＥＴである。
【００１８】
本発明の断線検出方法は、（ａ）電圧発生源（１２０）に接続された断線検出装置が電圧発生源（１２０）からの断線を検出することと、（ｂ）断線検出装置の断線検出回路（１１０）が組み替えられて、断線検出装置のサンプリングコンデンサ（１１１）が放電されることと、（ｃ）断線検出回路（１１０）が組み替えられて、サンプリングコンデンサ（１１１）が電圧発生源（１２０）からの出力電圧によって充電されることと、（ｄ）断線検出回路（１１０）が組み替えられて、サンプリングコンデンサ（１１１）の電圧が検出されることとを具備する。
【００１９】
本発明の断線検出方法において、ステップ（ｂ）は、（ｂ−１）断線検出回路（１１０）の複数のスイッチ（１１２〜１１８）のうち、第１のグループに含まれるスイッチ（１１２、１１５、１１６）だけが導通状態となり、その他のスイッチ（１１３、１１４、１１７、１１８）が非導通状態となることと、（ｂ−２）第１のグループに含まれるスイッチ（１１２）がサンプリングコンデンサ（１１１）を短絡して、サンプリングコンデンサ（１１１）が放電することと、（ｂ−３）ＯＰアンプ（１３１）が、電圧発生源（１２０）と、所定の基準電源（１３３）とに導通して、電圧発生源（１２０）からの出力電圧を増幅出力することとを具備する。
【００２０】
本発明の断線検出方法において、ステップ（ｃ）は、（ｃ−１）断線検出回路（１１０）の複数のスイッチ（１１２〜１１８）のうち、第２のグループに含まれるスイッチ（１１３、１１７）だけが導通状態となり、その他のスイッチ（１１２、１１４、１１５、１１６、１１８）が非導通状態となることと、（ｃ−２）ＯＰアンプ（１３１）が、電圧発生源（１２０）ともサンプリングコンデンサ（１１１）とも絶縁状態となることと、（ｃ−３）サンプリングコンデンサ（１１１）が、電圧発生源（１２０）に導通して、電圧発生源（１２０）からの出力電圧で充電されることとを具備する。
【００２１】
本発明の断線検出方法において、ステップ（ｃ）は、（ｃ−４）ＯＰアンプ（１３１）が、基準電源（１３３）に導通していることをさらに具備する。
【００２２】
本発明の断線検出方法において、ステップ（ｄ）は、（ｄ−１）断線検出回路（１１０）の複数のスイッチ（１１２〜１１８）のうち、第３のグループに含まれるスイッチ（１１４、１１８）だけが導通状態となり、その他のスイッチ（１１２、１１３、１１５、１１６、１１７）が非導通状態となることと、（ｄ−２）電圧発生源（１２０）が、サンプリングコンデンサ（１１１）ともＯＰアンプ（１３１）とも絶縁状態となることと、（ｄ−３）ＯＰアンプ（１３１）が、サンプリングコンデンサ（１１１）に接続されて、サンプリングコンデンサ（１１１）に充電された電圧を検出して増幅出力することと、（ｄ−４）ＯＰアンプ（１３１）から増幅出力される電圧に応じて、電圧発生源から（１２０）の断線または非断線が判断されることとを具備する。
【００２３】
本発明の断線検出方法において、ステップ（ｄ）は、（ｄ−４）ＯＰアンプ（１３１）が、所定の抵抗（１１９）に接続されて、ＯＰアンプ（１３１）から増幅出力される電圧の増幅率が変化することをさらに具備する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の断線検出装置は、センサ部とアンプとの間に抵抗成分が無いので、入力された電圧が低下しない。また、本発明の断線検出装置は差動入力を用いないので、入力電圧が低くても断線状態と誤って判断される危険性が少ない。さらに、本発明の断線検出装置はアンプの反転側入力部にコンデンサが接続されないので、基準電源のノイズが増幅される恐れが無い。したがって、本発明の断線検出装置によれば、入力インピーダンスを下げず、ノイズを増幅する可能性を排除することで、通常動作時の信号検出精度を落とすことなく、かつ確実に断線を検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
添付図面を参照して、本発明による断線検出装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図５は、本実施形態における断線検出装置の回路図である。
本実施形態における断線検出装置は、断線検出回路１１０と、センサ等価回路１２０と、ＯＰアンプ１３１と、帰還抵抗１３２と、基準電源１３３と、信号出力部１３４とを具備する。ここで、断線検出回路１１０は、サンプリングコンデンサ１１１と、第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）１１５と、第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）１１３と、第３のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をＯＰアンプに接続するためのスイッチ）１１４と、第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）１１２と、第５のスイッチ（基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６と、第６のスイッチ（基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７とを具備する。また、センサ等価回路１２０は、センサ等価回路用電源１２１と、センサ等価回路用可変抵抗１２２とを具備する。さらに、図示されないスイッチ制御部をも具備する。第１〜第６の各スイッチ１１２〜１１７は、ＦＥＴやリレーなど、任意のスイッチ制御部によってオンオフの状態が制御可能である必要である。スイッチ自身が持つ抵抗成分は無視出来る程に小さいことが望ましい。
ただし、後述するように、第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７は省略可能である。
なお、あくまでもセンサ等価回路１２０は説明を簡単にするための代用品であって、電圧発生源としての機能さえ備えていれば良い。本来は当然ながら、センサ等価回路１２０の代わりに任意のセンサ回路が用いられる。
【００２７】
センサ等価回路１２０は、断線検出回路１１０に接続されている。ここで、両者の接続部分を便宜上信号入力部１２３（以降、「ＳＩＮ」と記載）とする。断線検出回路１１０はもう一方で、ＯＰアンプ１３１の非反転側入力部と反転側入力部とも接続されている。ここで、ＯＰアンプ１３１の出力部を便宜上信号出力部１３４（以降、「ＳＯＵＴ」と記載）とする。ＳＯＵＴ１３４は、帰還抵抗１３２を介してＯＰアンプ１３１の反転側入力部に接続されている。
センサ等価回路１２０では、グラウンドにセンサ等価回路用電源１２１が接続されている。センサ等価回路用電源１２１はもう一方でセンサ等価回路用抵抗１２２にも接続されている。センサ等価回路用抵抗１２２はもう一方でＳＩＮ１２３にも接続されている。
断線検出回路１１０では、ＳＩＮ１２３に第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）１１５と、第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）１１３とが接続されている。第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）１１５はもう一方でＯＰアンプ１３１の反転側入力部にも接続されている。第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）１１３はもう一方で、第３のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をＯＰアンプに接続するためのスイッチ）１１４と、サンプリングコンデンサ１１１と、第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）１１２とにも接続されている。第３のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をＯＰアンプに接続するためのスイッチ）１１４は、もう一方で、ＯＰアンプ１３１の非反転側入力部と、第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６と、第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７とにも接続されている。第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６と、第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７とは、それぞれもう一方で、基準電源１３３にも接続されている。基準電源１３３は、もう一方で、グラウンドにも接続されている。サンプリングコンデンサ１１１と、第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）１１２とは、それぞれもう一方で、グラウンドにも接続されている。
なお、図示されないスイッチ制御部が、第１〜第６の全てのスイッチ１１５、１１３、１１４、１１２、１１６、１１７に接続されているが、図面の簡単のためにこれらの接続線の図示は省略する。
【００２８】
本発明の断線検出装置は、少なくとも３つの動作モードを有している。すなわち、「通常動作モード」と、「サンプリングモード」と、「検出モード」とである。これら３つの動作モードにおいて、断線検出装置は、複数のスイッチ１１５〜１１７のオンオフによって、断線検出回路１１０が組み替わる。これら３つの動作モードはそれぞれ、「通常動作期間」と、「サンプリング期間」と、「検出期間」とに対応する。「通常動作期間」と、「サンプリング期間」と、「検出期間」とが、この順番に１回ずつ発生することで、１回の断線検出が可能である。
【００２９】
図６は、本発明の断線検出装置における各スイッチの切り替えと各動作モードとの関係を説明するための図である。第１〜第６のスイッチ１１５、１１３、１１４、１１２、１１６、１１７には、それぞれ「１」、「２」または「３」と記載されている。この番号は、各スイッチがオン状態になるタイミングを示している。通常動作期間には、「１」と記載された各スイッチ、すなわち第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）１１５と、第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）１１２と、第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６とがオン状態となり、その他のスイッチ１１３、１１４、１１７はオフ状態となる。同様に、サンプリング期間には、「２」と記載された各スイッチ、すなわち第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）１１３と、第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７とがオン状態となり、その他のスイッチ１１２、１１４、１１５、１１６はオフ状態となる。さらに、検出期間には、「３」と記載されたスイッチ、すなわち第３のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をＯＰアンプに接続するためのスイッチ）１１４だけがオン状態となり、その他のスイッチ１１２、１１３、１１５、１１６、１１７はオフ状態となる。なお、第１〜第６のスイッチ１１５、１１３、１１４、１１２、１１６、１１７の状態切り替えは、図示されないスイッチ制御部によって制御されている。
【００３０】
図６においては、スイッチのオン状態とオフ状態が２値のグラフとして表示されている。横軸は時間を示し、縦軸はスイッチの状態を示し、下の値はオフ状態、上の値はオン状態に対応する。また、ＳＷ１とＳＷ２とＳＷ３とはそれぞれ「１」、「２」または「３」と図示された各スイッチに対応する。
例えば、通常動作期間においては、「１」と図示された第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）１１５と、第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）１１２と、第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６とはオン状態であり、その他の各スイッチ１１３、１１４、１１７はオフ状態である。次に、若干のインターバルを挟んで、サンプリング期間においては、「２」と図示された第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）１１３と、第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７とがオン状態であり、その他の各スイッチ１１２、１１４、１１５、１１６はオフ状態である。次に、再度若干のインターバルを挟んで、検出時間においては、「３」と図示された第３のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をＯＰアンプに接続するためのスイッチ）１１４だけがオン状態であり、その他の各スイッチ１１２、１１３、１１５、１１６、１１７はオフ常態である。
なお、インターバルの期間においては、全てのスイッチ１１２〜１１７がオフ状態となっている。ただし、これは各スイッチ１１２〜１１７の状態の組み合わせ次第で回路全体に意図されない負荷がかかるのを防ぐための設定であって、このとおりでなくても構わない場合もある。
【００３１】
通常動作期間とは、断線検出回路１１０に本来接続されているセンサ回路がセンシング動作を行なう期間である。この時、図面５で「１」と記載されたスイッチ１１２、１１５が全てオン状態、つまり導通常態になる。反対に、図面５で「２」または「３」と記載されたスイッチ１１３、１１４、１１６、１１７は全てオフ状態、つまり非導通状態になる。その結果、ＯＰアンプ１３１の反転側入力部には、第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）１１５によって、センサ等価回路１２０が接続される。ＯＰアンプ１３１の反転側入力部には、第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６によって、基準電源１３３が接続される。断線検出は行なわれないが、その準備段階として、サンプリングコンデンサ１１１が第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）１１２によって放電される。
【００３２】
通常動作期間の次は、サンプリング期間である。サンプリング期間とは、サンプリングコンデンサ１１１がＳＩＮ１２３の電圧によって充電される期間である。この時、断線検出回路１１０に本来接続されているセンサ回路１２０自身のセンシング動作は継続されても構わないが、その出力がＳＯＵＴ１３４まで届くことはない。また、図面５で「２」と記載されたスイッチ１１３、１１７が全てオン状態、つまり導通常態になる。反対に、図面５で「１」または「３」と記載されたスイッチ１１２、１１４、１１５、１１６は全てオフ状態、つまり非導通状態になる。その結果、サンプリングコンデンサ１１１は、第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）１１３を介してＳＩＮ１２３だけに接続される。ＯＰアンプ１３１は第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７を介して基準電源１３３が接続される。なお、この時にＯＰアンプ１３１の出力が不定状態に陥っても問題なければ、第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１７を取り除いた構成であっても構わない。この場合、ＯＰアンプ１３１の非反転側入力部は、第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）１１６が非導通状態なので、何にも接続されないことになる。
【００３３】
サンプリング期間において、センサ等価回路１２０またはセンサ回路１２０から充電される。ただし、サンプリングコンデンサ１１１と、センサ等価回路１２０またはセンサ回路１２０との間が断線されていたならば、充電は行なわれない。サンプリング根源差１１１は、その直前の通常動作期間において放電されているので、サンプリング期間を経て充電されたか否かで断線の有無が判断可能となる。
【００３４】
サンプリング期間の次は、検出期間である。検出期間とは、サンプリングコンデンサ１１１にサンプリングされた電圧がＯＰアンプ１３１を介してＳＯＵＴ１３４に出力される期間である。この時、断線検出回路１１０に本来接続されているセンサ回路１２０自身のセンシング動作は継続されても構わないが、その出力がＳＯＵＴ１３４まで届くことはない。また、図面５で「３」と記載されたスイッチ１１４が全てオン状態、つまり導通常態になる。反対に、図面５で「１」または「２」と記載されたスイッチ１１２、１１３、１１５、１１６、１１７は全てオフ状態、つまり非導通状態になる。その結果、ＯＰアンプ１３１の非反転側入力部はサンプリングコンデンサ１１１だけに接続されて、センサ等価回路１２０またはセンサ回路１２０は何にも接続されない状態になる。
【００３５】
検出期間において、ＳＯＵＴ１３４における出力電圧は、サンプリングコンデンサ１１１の状態に依存する。すなわち、サンプリング期間中にサンプリングコンデンサ１１１がＳＩＮ１２３を介して充電されたなら、ＳＯＵＴ１３４はセンサ等価回路１２０のＶＳ１２１と同じ電圧が出力される。これはすなわちセンサ等価回路１２０（本来はセンサ回路）が断線されていない正常な状態であることを示す。反対に、サンプリング期間中にサンプリングコンデンサ１１１が充電されていなかったなら、ＳＯＵＴ１３４の出力は０Ｖ（ゼロボルト）となる。これはすなわちセンサ等価回路１２０が断線されている異常な状態であることを示す。
【００３６】
このように、通常動作期間と、サンプリング期間と、検出期間とをこの順番に経ることによって、本発明の断線検出装置はサンプリングコンデンサ１１１からセンサ等価回路１２０までの間の断線を検出出来る。
【００３７】
なお、図６では通常動作期間と、サンプリング期間と、検出期間とからなる周期が周期的に連続している場合が示されているが、必ずしもこのとおりでなくても構わない。例えば、断線検出装置の使用を開始する際に１度だけ断線を検出して、問題なければその後はずっと通常動作期間であっても良い。そして断線の疑いがある際に再度断線を検出する、という使い方であっても良い。
【００３８】
（第２の実施形態）
図７は、本実施形態における断線検出装置の回路図である。
本実施形態は、第１の実施形態とほぼ同じであるので、簡単のために両者の差異のみを説明する。
【００３９】
本実施形態の断線検出装置は、第１の実施形態の断線検出装置に第７のスイッチ（抵抗１１９を接続するためのスイッチ）１１８と、抵抗１１９とを追加したものである。その他の構成要素は第１の実施形態と同じなので説明を省略する。
【００４０】
第７のスイッチ（抵抗１１９を接続するためのスイッチ）１１８は、一方ではＯＰアンプ１３１の反転側入旅部に接続されており、もう一方では抵抗１１９に接続されている。抵抗１１９はもう一方ではグラウンドにも接続されている。また、第７のスイッチ（抵抗１１９を接続するためのスイッチ）１１８のオンオフは、図示されないスイッチ制御部によって制御されている。その他の接続関係に付いては第１の実施形態と同じなので説明を省略する。
【００４１】
本実施形態で追加された第７のスイッチ（抵抗１１９を接続するためのスイッチ）１１８は、「３」と図示されているように、検出期間でのみオン状態になって、抵抗１１９をＯＰアンプ１３１の非反転側入力部に導通させる。本実施形態における通常動作期間とサンプリング期間とは、第１の実施形態と同じなので説明を省略する。
【００４２】
本実施形態の検出期間において、抵抗１１９の存在は、断線検出の精度向上をもたらす。すなわち、本実施形態では、ＳＯＵＴ１３４における出力電圧が、断線がない場合は：
ＳＯＵＴの電圧＝（１＋Ｒｆ／Ｒｘ）×ＳＩＮの電圧
となる。つまり、Ｒｆよりも十分に小さいＲｘの値を選択することによって、ＳＯＵＴの電圧をＳＩＮの電圧よりも大きくすることが出来る。したがって、ＳＩＮの電圧が低くても、断線時の０Ｖ（ゼロボルト）と誤って判断される危険性が低くなる。
【００４３】
以上に説明したように、本発明の断線検出装置は、複数の動作モードのおのおのに応じて複数のスイッチ１１２〜１１８のオンオフ状態がそれぞれに切り替わり、回路内の接続関係が組み替わる。その結果、次のような効果が得られる。まず、通常動作期間において、センサ等価回路１２０とＯＰアンプ１３１の反転側入力部との間に抵抗成分が無いので、ＯＰアンプ１３１への入力電圧の低下が発生しない。また、差動入力を用いないので、入力電圧が低くても断線と誤って判断される危険性が少ない。この危険性は、第２の実施形態を用いることでさらに低く出来る。さらに、ＯＰアンプ１３１の非反転側入力部には基準電源１３３が接続されることはあっても、同じＯＰアンプ１３１の反転側入力部にサンプリングコンデンサ１１１が接続されることは無い。したがって、仮に基準電源１３３にノイズが含まれても、このノイズがサンプリングコンデンサ１１１の影響で増幅されることは無い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、従来技術によるアナログ入力モジュールの回路図である。
【図２】図２は、従来技術によるアナログ入力装置の回路図である。
【図３】図３は、従来技術によるアナログ入力部の断線検出装置の回路図である。
【図４】図４は、アナログ信号入力部と信号処理回路などとの間にフィルタ回路を挿入できない場合を説明する回路図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態における断線検出装置の回路図である。
【図６】図６は、本発明の断線検出装置における各スイッチの切り替えと各動作モードとの関係を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態における断線検出装置の回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１  マルチプレクサ
１２  バッファ
１３  Ａ／Ｄ変換器
１４  入力フィルタ
１５  選択信号生成回路
３１−０〜１５  信号取り込み回路
３２−０〜１５  アナログ信号入力線
３５  アナログ入力回路
３６  Ａ／Ｄ変換データ記憶回路
３７  タイミング制御回路
３８  演算回路
４０  Ａ／Ｄ変換器
４１  断線検出ビット
４２  Ａ／Ｄ変換データ
４３  外部接続回路
５１  アナログ入力端子
５２  アナログ入力端子
５３  フィルタ
５５  ＡＤ変換回路
５６  信号処理部
６０  基準電圧発生部
６１  スイッチ制御部
１１０  断線検出回路
１１１  サンプリングコンデンサ
１１２  第４のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１を放電するためのスイッチ）
１１３  第２のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をサンプリングするためのスイッチ）
１１４  第３のスイッチ（サンプリングコンデンサ１１１をＯＰアンプに接続するためのスイッチ）
１１５  第１のスイッチ（センサをＯＰアンプ１３１に接続するためのスイッチ）
１１６  第５のスイッチ（通常動作期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）
１１７  第６のスイッチ（サンプリング期間に基準電源１３３を接続するためのスイッチ）
１１８  第７のスイッチ（抵抗１１９を接続するためのスイッチ）
１１９  抵抗
１２０  センサ等価回路
１２１  センサ等価回路用電源
１２２  センサ等価回路用可変抵抗
１２３  信号入力部
１３１  ＯＰアンプ
１３２  帰還抵抗
１３３  基準電源
１３４  信号出力部
【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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