(57)【要約】【課題】他の回路や装置の誤動作を防止し得るセンサユニットを提供する。【解決手段】センサユニット１０では、信号ラインＳＬにサージ電圧が侵入すると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１がブレークダウンしてドレイン−ソース間にブレークダウン電流が流れるので、これを電流検出回路３７により検出してその検出情報を通信制御回路３５に出力することで、通信制御回路３５は、サージ電圧が信号ラインＳＬに入力されたことを通知可能なダイアグ信号を送信回路３３を介して信号ラインＳＬに出力する。これにより、信号ラインＳＬに接続されたＥＣＵは、当該センサユニット１０からダイアグ信号の直後に出力されるセンサ信号は誤ったものであることを認識することができるので、ＥＣＵでは、このようなダイアグ信号の直後に出力される誤ったセンサ信号に基づく誤動作を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を検出しそれに基づく検出データを出力し得るセンサと、信号ラインと、前記センサによる前記検出データを前記信号ラインに出力し得る内部回路と、を有し、
前記信号ラインに接続される他の回路や装置に対して前記検出データを送出するセンサユニットであって、
前記信号ラインに入力側が接続される半導体スイッチと、
前記半導体スイッチの出力側に接続されて前記半導体スイッチの絶縁耐電圧を超える過大電圧が前記信号ラインに印加された場合に前記半導体スイッチの入出力間に流れる所定電流を検出しその検出情報を出力し得る電流検出部と、
前記電流検出部による前記検出情報に基づいて前記過大電圧が前記信号ラインに入力されたことを前記他の回路や装置に対して通知可能な所定信号を、前記内部回路または他の送信手段を介して前記信号ラインに出力し得る制御部と、
を備えることを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記信号ラインに侵入したサージ電圧を当該センサユニットの基準電位側に逃がし得る保護回路が前記信号ラインと基準電位との間に接続されていることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記制御部は、前記電流検出部による前記過大電圧の検出があると、前記検出データの出力を禁止する制御を前記内部回路に対して行うことを特徴とする請求項１または２記載のセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検出しそれに基づく検出データを出力し得るセンサと、信号ラインと、センサによる検出データを信号ラインに出力し得る内部回路と、を有するセンサユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物理量を検出しそれに基づく検出データを出力可能なセンサを有するセンサユニットとして、例えば、当該検出データを外部に出力するために所定の通信プロトコルに準拠した通信制御を行う通信制御回路や、当該検出データに所定の信号処理を施す信号処理回路等といった様々な用途に応じた種々の内部回路を備えたものがある。
【０００３】
そして、このような内部回路は半導体回路で構成されており、センサユニット内で他の半導体回路と共に同一のパッケージとしてＩＣ化されることが多い。このため、例えば、外部から信号ライン経由でサージ（静電気を含む、以下同じ）電圧が侵入すると他の半導体回路とともに当該内部回路も破損するおそれがあったり、また誤動作の原因にもなることから、一般に、外部端子に接続される信号ラインには入力保護回路が設けられている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１では、入力パッド（外部端子）と信号ラインとの間に入力保護抵抗を接続し信号ラインに直列に抵抗を介在させることによって、サージ電圧による過大電流が内部回路に流れ込むことを抑制可能にしている。
【０００５】
また、下記特許文献２では、外部接続端子とアースの間や外部接続端子と電源の間に、ＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを接続し信号ライン−アースまたは信号ライン−電源に並列にダイオードを設けることによって、当該ダイオードのブレークダウンによりサージ電圧をアース側または電源側に逃がして、内部回路内にサージ電圧が侵入することを抑制可能にしている。
【０００６】
さらに、下記特許文献３では、信号ラインとアースとの間にコンデンサを接続することで、信号ライン−アース間にコンデンサを設けることによって、サージ電圧をアース側に逃がして、内部回路にサージ電圧が侵入することを抑制可能にしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３１０７１４号公報
【特許文献２】特開平７−２１１９０１号公報
【特許文献３】特開平９−１４７６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示される技術によると、このように信号ラインに直列に介在する抵抗によって当該信号ラインを通る信号電圧が低下してしまうことから、信号の振幅電圧に比較的余裕のある回路等、適用できる内部回路の仕様が限られるという問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献２に開示される技術によると、信号ライン−アースまたは信号ライン−電源に並列にダイオードを設けることで、ある程度のサージ電圧は抑制できるものの全てのサージ電圧をこれによって吸収することができるわけではない。このため、外部からの侵入を防ぎきれないサージ電圧に対しては依然として内部回路の破損や誤動作を防止できないという問題がある。
【００１０】
さらに、上記特許文献３に開示される技術によると、信号ライン−アース間に設けたコンデンサによって当該信号ラインに入力される信号波形が鈍ってしまうことから、信号周波数が比較的低い（伝送速度が遅い）回路等、適用できる内部回路の仕様が限られるという問題がある。
【００１１】
また、これらの特許文献１〜３に開示される技術は、いずれも、外部から侵入し得るサージ電圧等をアースや電源に逃がしたり抑制するものに留まっており、これによって内部回路が誤動作した場合については何等考慮されていない。このため、サージ電圧の侵入に起因する内部回路の誤動作によって、センサにより検出されたデータ相当のものが、あたかも検出データであるかの如くセンサユニットから出力された場合には、それを受信した他の回路や装置の誤動作を防止することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、他の回路や装置の誤動作を防止し得るセンサユニットを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、内部回路の破損や誤動作を防止し得るセンサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１のセンサユニットでは、物理量を検出しそれに基づく検出データを出力し得るセンサと、信号ラインと、前記センサによる前記検出データを前記信号ラインに出力し得る内部回路と、を有し、前記信号ラインに接続される他の回路や装置に対して前記検出データを送出するセンサユニットであって、前記信号ラインに入力側が接続される半導体スイッチと、前記半導体スイッチの出力側に接続されて前記半導体スイッチの絶縁耐電圧を超える過大電圧が前記信号ラインに印加された場合に前記半導体スイッチの入出力間に流れる所定電流を検出しその検出情報を出力し得る電流検出部と、前記電流検出部による前記検出情報に基づいて前記過大電圧が前記信号ラインに入力されたことを前記他の回路や装置に対して通知可能な所定信号を、前記内部回路または他の送信手段を介して前記信号ラインに出力し得る制御部と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１４】
特許請求の範囲に記載の請求項２のセンサユニットでは、請求項１記載のセンサユニットにおいて、前記信号ラインに侵入したサージ電圧を当該センサユニットの基準電位側に逃がし得る保護回路が前記信号ラインと基準電位との間に接続されていることを技術的特徴とする。
【００１５】
特許請求の範囲に記載の請求項３のセンサユニットでは、請求項１または２記載のセンサユニットにおいて、前記制御部は、前記電流検出部による前記過大電圧の検出があると、前記検出データの出力を禁止する制御を前記内部回路に対して行うことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、信号ラインに半導体スイッチの絶縁耐電圧を超える過大電圧、例えばサージ電圧が侵入すると、半導体スイッチが導通（ブレークダウン）して当該半導体スイッチの入出力間に所定電流（ブレークダウン電流）が流れるので、これを電流検出部により検出してその検出情報を制御部に出力することで、制御部は、過大電圧が信号ラインに入力されたことを通知可能な所定信号を、内部回路または他の送信手段を介して信号ラインに出力する。これにより、信号ラインに接続された他の回路や装置は、この通知を受信することによって、当該センサユニットから出力される検出データは誤ったものであることを認識することができる。したがって、この直後に当該センサユニットから検出データが送出されても、他の回路や装置では、それが過大電圧に起因する内部回路の誤動作によって出力された検出データであることがわかるので、このような誤った検出データに基づいた他の回路や装置の誤動作を防止することができる。
【００１７】
請求項２の発明では、信号ラインに侵入したサージ電圧を当該センサユニットの基準電位側に逃がし得る保護回路が信号ラインと基準電位との間に接続されている。これにより、サージ電圧等の過大電圧が当該信号ラインに侵入しても、侵入した過大電圧は保護回路を介して基準電位側に逃がされるため、このような過大電圧から内部回路を保護することができる。したがって、内部回路の破損や誤動作を防止することができる。
【００１８】
請求項３の発明では、制御部は、電流検出部による過大電圧の検出があると、検出データの出力を禁止する制御を内部回路に対して行う。これにより、このような過大電圧が信号ラインに侵入した場合には、内部回路による検出データの出力が禁止されるので、誤った検出データの送出を防止することができる。したがって、このような誤った検出データに基づいた他の回路や装置の誤動作を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のセンサユニットを車両に搭載した場合の実施形態について図を参照して説明する。図１に示すように、センサユニット１０は、加速度（物理量）を検出しそれに基づく検出データを出力し得るセンサ素子５０と、パッドＰadに接続される信号ラインＳＬと、センサ素子５０よる検出データを信号ラインＳＬに出力し得る内部回路３０と、この信号ラインＳＬとアースＥとの間に接続される保護回路２０と、により構成されており、信号ラインＳＬのパッドＰadに接続される図略の電子制御装置（ＥＣＵ；Electronic Control Uint、以下、単に「ＥＣＵ」という）に対して検出データを送出し得るものである。なお、本実施形態では、ＥＣＵは、例えば、エアバック装置等の車両に搭載された機器装置を制御するための車載型のコンピュータに相当し、特許請求の範囲に記載の「他の回路や装置」に相当し得るものである。
【００２０】
保護回路２０は、後述する内部回路３０とともに半導体基板上に形成される回路で、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１、ＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２により構成されている。
【００２１】
ダイオードＤ１は、逆方向耐電圧（降伏電圧）がＭＯＳトランジスタＴｒ１のソース−ドレイン間耐電圧にほぼ等しくまたは当該耐電圧低く設定されているツェナーダイオード（定電圧ダイオード）で、信号ラインＳＬからアースＥに向かって逆方向に接続されている。
【００２２】
これにより、通常時においては、信号ラインＳＬからアースＥへの電流を阻止し、またサージ（静電気を含む、以下同じ）電圧等の過大電圧が信号ラインＳＬに侵入した時には、ダイオードＤ１がブレークダウンしてアノード−カソード間が導通状態になることで当該過大電圧をアースＥ側に逃がすことが可能となる。つまり、ダイオードＤ１を信号ラインＳＬとアースＥとの間に介在させた保護回路によって、信号ラインＳＬに侵入したサージ電圧等の過大電圧が内部回路３０側に流れ込むことを抑制している。
【００２３】
抵抗Ｒ１は、信号ラインＳＬに直列に接続されるポリシリコン抵抗や拡散抵抗で、例えば抵抗値が２Ω〜１０Ω程度に設定されている。この抵抗Ｒ１は、パッドＰadと内部回路３０との間に介在することにより、信号ラインＳＬに侵入したサージ電圧等による過大電流が内部回路３０側に流れ込むことを抑制する保護回路として機能している。なお、このような機能を必要としない場合には、当該抵抗Ｒ１を省略して直結しても良い。図１においては、この抵抗Ｒ１よりも内部回路３０側の信号ラインには符号「ＳＬ’」を付して、抵抗Ｒ１よりもパッドＰad側の信号ラインＳＬと区別している。
【００２４】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、Ｎチャネル型のＭＯＳ電解効果トランジスタで、ドレイン端子が信号ラインＳＬに、ゲート端子がアースＥに、それぞれ接続されており、ソース端子は、後述するＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート端子や抵抗Ｒ１に接続されている。このＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレイン−ソース間耐電圧は、前述したダイオードＤ１の逆方向耐電圧（降伏電圧）とほぼ等しくまたはそれ以上の電圧でサージ電圧よりも低い電圧に設定されている。なお、このＭＯＳトランジスタＴｒ１は、特許請求の範囲に記載の「半導体スイッチ」に相当し得るものである。
【００２５】
コンデンサＣ１は、サージ電圧等の過大電圧の立ち上がり周波数に対して十分に低いインピーダンスとして作用する値、例えば０．０１μＦ程度に設定される静電容量で、一端側は信号ラインＳＬ’に、他端側は後述するＭＯＳトランジスタＴｒ２のドレイン端子にそれぞれ接続されている。
【００２６】
ＭＯＳトランジスタＴｒ２は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１と同様に構成されるＮチャネル型のＭＯＳ電解効果トランジスタで、ドレイン端子がコンデンサＣ１の他端側に、ソース端子がアースＥに、ゲート端子が前述したＭＯＳトランジスタＴｒ１のソース端子に、それぞれ接続されている。
【００２７】
このように、コンデンサＣ１とＭＯＳトランジスタＴｒ２とを、信号ラインＳＬ’とアースＥとの間に接続することによって、ＭＯＳトランジスタＴｒ１がブレークダウンしてＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート電位が上昇すると、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ２がオン状態（導通状態）になるため、当該コンデンサＣ１は、信号ラインＳＬ’とアースＥとの間に電気的に接続される。つまり、ＭＯＳトランジスタＴｒ２がオン状態の場合には、当該コンデンサＣ１は、信号ラインＳＬ’に侵入したサージ電圧等の過大電圧をアースＥ側に逃がし得る保護回路として機能する。
【００２８】
抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１と同様にポリシリコン抵抗や拡散抵抗からなり、一端側がＭＯＳトランジスタＴｒ１のソース端子（ＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート端子）に、他端側が内部回路３０の電流検出回路３７に接続されている。この抵抗Ｒ２は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１がブレークダウンしたときに、内部回路３０側に流れ込むブレークダウン電流（例えば５０ｍＡ以上）を制限する電流制限抵抗で、例えば１ＫΩ〜１０ＫΩに設定されている。この抵抗Ｒ２も保護回路として機能するものである。
【００２９】
内部回路３０は、保護回路２０とともに半導体基板上に形成される回路で、受信回路３１、送信回路３３、通信制御回路３５および電流検出回路３７から構成されている。
【００３０】
受信回路３１は、パッドＰadに接続されるＥＣＵから受信したデータを所定の通信プロトコルに基づいて復調（復号）した後、それを通信制御回路３５に出力する機能を有するもので、入力が信号ラインＳＬ’に、出力が通信制御回路３５に、それぞれ接続されている。
【００３１】
送信回路３３は、通信制御回路３５から受けた検出データを所定の通信プロトコルに基づいて変調をかけた後、パッドＰadに接続されるＥＣＵにそれを出力する機能を有するもので、入力が通信制御回路３５に接続され、出力が信号ラインＳＬ’に接続されている。なお、この送信回路３３は、このような送信処理の許可／不許可を示す制御コマンドを通信制御回路３５から受けることで、検出データの出力制御を行い得るように構成されている。
【００３２】
通信制御回路３５は、前述したように、受信回路３１や送信回路３３に接続されているとともに、電流検出回路３７やセンサ素子５０にも接続されている。即ち、パッドＰadに接続されるＥＣＵから受信回路３１を介して受けた制御データ（例えば初期化データ）をセンサ素子５０に対して出力したり、センサ素子５０から受けた検出データを送信回路３３を介して当該ＥＣＵに出力し得るものである。また、後述するように、電流検出回路３７から出力される検出情報に基づいて所定データ（所定信号）を生成して送信回路３３を介して当該ＥＣＵに出力し得うるものである。
【００３３】
電流検出回路３７は、前述した保護回路２０から出力されるブレークダウン電流を検出したときに、通信制御回路３５に対して検出情報を出力するもので、例えば、図２(A) に示すように、コンパレータＣＰ１と、このコンパレータＣＰ１の非反転入力(＋)に接続された基準電圧Ｖref とにより構成されている。このようなコンパレータＣＰ１の反転入力(−)に、保護回路２０の抵抗Ｒ２を介して、例えば５０ｍＡ以上のブレークダウン電流が入力されることにより、非反転入力(＋)に接続された基準電圧Ｖref よりも反転入力(−)の入力電圧Ｖinが高くなることで、例えば、図２(B) に示すような出力電圧Ｖout がコンパレータＣＰ１の出力から出力される。
【００３４】
即ち、図２(A) に示す構成例では、例えば、コンパレータＣＰ１の反転入力(−)に５０ｍＡ以上の電流が入力された場合に出力電圧Ｖout がＨｉレベル（＋５Ｖ）からＬowレベル（０Ｖ）に切り替わり、コンパレータＣＰ１の反転入力(−)に入力された電流が５０ｍＡ未満の場合にはＨｉレベルを維持する。このため、この出力電圧Ｖout を受ける通信制御回路３５では、このような電圧レベルの変化（つまり立ち下がりエッジ）を、検出情報として監視することにより、信号ラインＳＬにサージ電圧等の過大電圧が侵入したことを検出することができる。
【００３５】
これにより、通信制御回路３５では、信号ラインＳＬにサージ電圧等の過大電圧が侵入したことを検出すると、例えば、図３に示すような所定パターンのダイアグ信号（所定信号）を生成し、送信回路３３を介してパッドＰadに接続されるＥＣＵに出力する。この図３に示すデータパターンの例では、一点鎖線内αに示すＬＳ０レベル（０Ｖ）が「信号ラインＳＬにサージ電圧等の過大電圧が侵入したこと」を示すダイアグ信号に相当する。なお、同図に示すＰレベルの期間は信号ラインＳＬに接続される周辺回路に電力を供給するためのパワーフェーズ、同図に示すＬ０レベルおよびＬ１レベルの期間は信号ラインＳＬに接続される周辺回路に２値論理の情報を伝えるデータフェーズである。
【００３６】
なお、コンパレータＣＰ１の反転入力(−)に基準電圧Ｖref を接続し、非反転入力(＋)に保護回路２０の抵抗Ｒ２を介してブレークダウン電流を入力し得るように構成することで、図２(B) に示す入出力特性と正負反対の入出力特性、例えば、コンパレータＣＰ１の非反転入力(＋)に５０ｍＡ以上の電流が入力された場合に出力電圧Ｖout がＬowレベル（０Ｖ）からＨｉレベル（＋５Ｖ）に切り替わり、コンパレータＣＰ１の非反転入力(＋)に入力された電流が５０ｍＡ未満の場合にはＬowレベルを維持するように、設定できる。この場合、通信制御回路３５では、電流検出回路３７からの検出情報として、ＬowレベルからＨｉレベルの電圧変化（立ち上がりエッジ）を検出情報として監視することによって、信号ラインＳＬにサージ電圧等の過大電圧が侵入したことを検出することができる。
【００３７】
センサ素子５０は、物理量として、加速度を検出しそれに基づく検出データを出力し得るもので、いわゆる「Ｇセンサ」と称されるものである。本実施形態では、加速度を検出し得るものとしたが、例えば、物理量として、速度、角度、角速度、角加速度、温度、湿度、圧力、気圧等を検出し得るセンサでも良い。
【００３８】
このようにセンサユニット１０を構成することによって、信号ラインＳＬにＭＯＳトランジスタＴｒ１の絶縁耐電圧を超える過大電圧、例えばサージ電圧が侵入すると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１が導通（ブレークダウン）して当該ＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレイン−ソース間に所定電流（ブレークダウン電流）が流れるので、これを電流検出回路３７により検出してその検出情報を通信制御回路３５に出力することで、通信制御回路３５は、過大電圧が信号ラインＳＬに入力されたことを通知可能な所定信号として、例えばＬＳ０レベル（０Ｖ）のダイアグ信号を、送信回路３３を介して信号ラインＳＬ，ＳＬ’に出力する（図３参照）。
【００３９】
これにより、信号ラインＳＬに接続されたＥＣＵは、このようなダイアグ信号を受信することによって、当該センサユニット１０からダイアグ信号の直後に出力される検出データ、例えば図３に示す二点鎖線内βのＬ０レベルの信号は誤ったものであることを認識することができる。したがって、ＥＣＵでは、このようなダイアグ信号の直後に当該センサユニット１０から出力される誤った検出データに基づいて所定の制御を行うことを防止できるので、このようなＥＣＵによる誤動作を防止することができる。
【００４０】
また、電流検出回路３７からサージ電圧等の過大電圧の検出情報を受けた場合、通信制御回路３５から送信回路３３に対して、検出データの出力を禁止する送信処理の不許可コマンドを出力するように、通信制御回路３５を構成しても良い。これにより、電流検出回路３７によりサージ電圧等の過大電圧が検出されると、通信制御回路３５から送信回路３３に送信処理の不許可コマンドが出力されるため、送信回路３３による誤った検出データの送出を防止することができる。したがって、このような誤った検出データに基づいた他の回路や装置の誤動作を防止することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態に係るセンサユニット１０では、信号ラインＳＬに侵入したサージ電圧を当該センサユニット１０のアースＥ側に逃がし得る保護回路１０が信号ラインＳＬとアースＥとの間に接続されている。これにより、サージ電圧等の過大電圧が当該信号ラインＳＬに侵入しても、侵入した過大電圧は保護回路１０を介してアースＥ側に逃がされるため、このような過大電圧から内部回路３０を保護することができる。したがって、内部回路３０の破損や誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサユニットの構成を示す説明図である。
【図２】図２(A) は図１に示す電流検出回路の構成例を示す回路図、図２(B) は図２(A) に示す電流検出回路の出力例を示す説明図である。
【図３】図１に示す通信制御回路により出力されるデータパターン（検出データ）の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…センサユニット
２０…保護回路
３０…内部回路
３１…受信回路
３３…送信回路
３５…通信制御回路（制御部）
３７…電流検出回路（電流検出部）
５０…センサ素子（センサ）
Ｃ１…コンデンサ
Ｄ１…ダイオード
Ｅ…アース（基準電位）
Ｐad…パッド
Ｒ１，Ｒ２…抵抗
ＳＬ，ＳＬ’…信号ライン
Ｔｒ１…ＭＯＳトランジスタ（半導体スイッチ）
Ｔｒ２…ＭＯＳトランジスタ
【図１】
2008171877.tif 000003
【図２】
2008171877.tif 000004
【図３】
2008171877.tif 000005