(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスのガス濃度を検出するガス濃度センサのセンサ信号を差動信号として入力してアナログ処理するアナログ処理部（２，２０２）と、
前記アナログ処理部による差動信号のアナログ処理中にオフセットを印加するオフセット付与部（３）と、
前記アナログ処理部による処理後の差動信号をＡ／Ｄ変換する差動入力タイプのＡ／Ｄ変換部（４）と、
前記Ａ／Ｄ変換部のＡ／Ｄ変換結果から前記付与されたオフセットに対応する値をデジタル処理することでオフセット除去するデジタル処理部（５）と、を備えるガス濃度センサの信号処理装置。
【請求項２】
前記アナログ処理部（２，２０２）は、
前記センサ信号の差動信号を検出する検出電圧を反転して差動増幅すると共に前記オフセット付与部により第１オフセット（Ｖ１）が付与される第１差動増幅器（１３，２１３）と、
前記センサ信号の差動信号を検出する検出電圧を差動増幅すると共に前記オフセット付与部により第２オフセット（Ｖ２）が付与される第２差動増幅器（１４，２１４）と、を備え、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記アナログ処理部の処理後の差動信号として、前記第１差動増幅器の出力電圧と前記第２差動増幅器の出力電圧との差分電圧をＡ／Ｄ変換することを特徴とする請求項１記載のガス濃度センサの信号処理装置。
【請求項３】
前記オフセット付与部（３）は、前記第１オフセットと前記第２オフセットとを互いに異なる値に設定可能であることを特徴とする請求項２記載のガス濃度センサの信号処理装置。
【請求項４】
前記オフセット付与部（３）は、前記第１オフセットと前記第２オフセットとして、前記Ａ／Ｄ変換器の入力可能範囲の中央値を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一のオフセット分を付与することを特徴とする請求項２または３記載のガス濃度センサの信号処理装置。
【請求項５】
前記オフセット付与部（３）は、前記第１オフセット及び前記第２オフセットとして、前記Ａ／Ｄ変換器（４）が差分電圧をＡ／Ｄ変換するときに相殺可能とする同一値に設定可能であり、
前記オフセット付与部（３）が、前記第１オフセットと前記第２オフセットとを同一値に設定したときには、前記デジタル処理部（５）は前記Ａ／Ｄ変換部（４）のＡ／Ｄ変換結果のオフセット除去についてのデジタル処理を不要とすることを特徴とする請求項２記載のガス濃度センサの信号処理装置。
【請求項６】
前記第１差動増幅器（２１３）及び前記第２差動増幅器（２１４）の増幅度を互いに同一としながら当該増幅度の値を調整することで前記Ａ／Ｄ変換部（４）の分解能を調整する分解能調整部（５）を備えることを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載のガス濃度センサの信号処理装置。
【請求項７】
ストイキオメトリの調整時には、
前記オフセット付与部（３）は、前記第１オフセット及び前記第２オフセットとして、前記Ａ／Ｄ変換器（４）が差分電圧をＡ／Ｄ変換するときに相殺可能とする同一値に設定し、
前記第１差動増幅器（２１３）及び前記第２差動増幅器（２１４）の増幅度を通常の増幅度よりも高い増幅度に調整するストイキオメトリ時増幅度調整部（５）を備えることを特徴とする請求項２または５記載のガス濃度センサの信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度センサの信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス濃度センサは、例えば内燃機関の排気ガスを検出するセンサであり、当該ガス濃度に応じて変化する検知信号を出力する。通常、ストイキ（理論空燃比）であるときには、センサの出力電流は０Ａとなり、リッチ状態とリーン状態では電流が流れる方向が互いに逆方向となる。例えば、このセンサ電流の検出には検出抵抗が用いられ、センサ電流が流れる検出抵抗の端子間電圧を検出することで、適切に燃料噴射制御することができる。
【０００３】
このガス濃度センサの信号処理装置の一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１記載の技術では、Ａ／Ｄ変換器はシングルエンド入力の機器を用いており、当該Ａ／Ｄ変換器の前に設けられるアナログフロントエンド回路もまたシングルエンド出力の差動増幅器を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０５４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シングルエンド入力のＡ／Ｄ変換器は、グランドとの電位差に応じて信号電圧を測定することから、差動入力タイプのＡ／Ｄ変換器と比較してノイズの影響を受けやすい。このため、ノイズの影響を発しやすいセンサ信号の検出については、差動入力タイプのＡ／Ｄ変換器を用いることが望ましい。
【０００６】
一般に、アナログ処理回路が差動信号を処理するためには例えば２つの差動増幅器を用いて構成できる。このとき電源電圧をＶＤＤとすると、差動入力タイプのＡ／Ｄ変換器は、その差動入力電圧範囲が−ＶＤＤ／２〜＋ＶＤＤ／２であり、同相入力電圧範囲がＶＤＤ／２であることが多い。この回路形式を用いてセンサ電流を検出する場合、リッチ状態の電流検出範囲とリーン状態の電流検出範囲が絶対値で等しい場合（例えば、電流検出範囲：−２５ｍＡ〜＋２５ｍＡ）はＡ／Ｄ変換器の差動入力電圧範囲を十分に使用できる。
【０００７】
しかし、リッチ状態とリーン状態とで電流検出範囲の絶対値が等しくない場合（例えば、電流検出範囲：−１０ｍＡ〜＋４０ｍＡ）、電流検出範囲のフルレンジは一定となるものの、差動入力電圧範囲を十分に活用できない。しかも、電流電圧変換を行うための抵抗を例えば５／８（２５ｍＡ／４０ｍＡ）に小さくしなければならない。この場合、検出精度が低下してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、リッチ状態とリーン状態とで検出範囲の絶対値が等しくない場合であっても差動入力電圧範囲を十分に活用できるようにしたガス濃度センサの信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、ガス濃度センサは非検出ガスのガス濃度を検出しセンサ信号を出力するが、アナログ処理部はこのセンサ信号を差動信号として入力し当該差動信号をアナログ処理する。このときオフセット付与部がアナログ処理部による差動信号のアナログ処理中にオフセットを付与する。差動入力タイプのＡ／Ｄ変換部はアナログ処理部による処理後の差動信号をＡ／Ｄ変換するため、差動入力電圧範囲を十分に活用できるようになる。デジタル処理部は、Ａ／Ｄ変換部のＡ／Ｄ変換結果から印加されたオフセットに対応する値をデジタル処理することで除外するため、予め付与されたオフセットの影響を除外することができる。これにより、リッチ状態とリーン状態とで検出範囲の絶対値がたとえ等しくない場合であっても差動入力タイプのＡ／Ｄ変換部の差動入力電圧範囲を十分に活用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係るガス濃度センサの信号処理装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図
【図２】Ａ／Ｄ変換器の使用範囲を示す例
【図３】比較例を示すＡ／Ｄ変換器の使用範囲を示す例
【図４】比較例を示すＡ／Ｄ変換器の使用範囲を示す例
【図５】比較例のオフセット印加部の構成例
【図６】第２実施形態に係るガス濃度センサの信号処理装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図（分解能を調整する場合の一形態：その１）
【図７】ガス濃度センサの信号処理装置の電気的構成例を概略的に示すブロック図（分解能を調整する場合の一形態（ストイキオメトリの調整時）：その２）
【図８】Ａ／Ｄ変換器の使用範囲を示す例（その１）
【図９】Ａ／Ｄ変換器の使用範囲を示す例（その２）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、ガス濃度センサの信号処理装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、各実施形態で説明した構成と同一又は類似機能を備えた構成について同一符号又は類似符号を付し、第２実施形態以降では必要に応じて説明を省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１から図５は、第１実施形態の説明図を示す。図１には、ガス濃度センサの信号処理装置１の電気的構成を概略的なブロック図により示している。図１に示す信号処理装置１は、車両用エンジン（図示せず）が排出する排気燃焼ガスを被検出ガスとし、排気中の酸素濃度を検出し、空燃比を特定するための空燃比センサの各種制御処理を行うものである。信号処理装置１は、例えば所謂ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）により構成され、アナログ処理部２、オフセット付与部３、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換部相当）４、デジタル処理部としてのＤＳＰ５、記憶部６、駆動部７、及び、バイアス印加部８、及び、空燃比センサ９に流れる電流検出用の抵抗１０を接続して構成される。Ａ／Ｄ変換器４は、差動入力タイプのものであり、電源電圧ＶＤＤが与えられることで動作し、その差動入力電圧範囲が−ＶＤＤ／２〜＋ＶＤＤ／２であり、同相入力電圧範囲がＶＤＤ／２のものとされている。
【００１３】
信号処理装置１は、空燃比センサ９のセンサ信号を受付けると、このセンサ信号に基づいて空燃比センサ９に通電制御する。抵抗１０は、バイアス印加部８の出力の第１ノードＮ１と、空燃比センサ９の電流通電ノードとなる第２ノードＮ２との間に接続されており、バイアス印加部８がその出力ノードに規定のバイアス電圧Ｖcom（例えば２．５Ｖ＝ＶＤＤ／２）を印加した状態で、空燃比センサ９が抵抗１０に通電するように構成されている。空燃比センサ９の素子電流の増減は空燃比の増減（リーン／リッチ）に対応し、例えば空燃比がリーンになれば素子電流は正（電流方向は図１参照）となり、空燃比がリッチになれば素子電流が負（電流方向は図１参照）となる。
【００１４】
なお、ＤＳＰ５は、記憶部６に記憶されるプログラムに基づいて動作する。記憶部６は、揮発性メモリ又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリなどにより構成され、フラッシュメモリには各種のパラメータ（例えば、後述のオフセット電圧）などが予め記憶されている。アナログ処理部２は、オフセット付与部３により与えられるオフセット電圧を用いて抵抗１０の第１ノードＮ１及び第２ノードＮ２間の電圧を差動増幅する。アナログ処理部２は、抵抗１０の一方の第１ノードＮ１に接続された第１バッファ１１、抵抗１０の他方の第２ノードＮ２に接続された第２バッファ１２、第１差動増幅器１３、及び、第２差動増幅器１４、を備える。
【００１５】
オフセット付与部３は、抵抗分圧回路１５、スイッチ１６，１７、第３バッファ１８、及び、第４バッファ１９を用いて構成される。ＤＳＰ５が、スイッチ１６，１７を切換制御することで、オフセット付与部３がオフセット電圧を付与することになる。
【００１６】
抵抗分圧回路１５は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４を電源端子２０（第１電源線相当）及びグランド端子２１（第２電源線相当）間に直列接続して構成され、電源電圧ＶＤＤを分圧してスイッチ１６，１７に出力する。スイッチ１６，１７は、例えばＤＳＰ５などの制御ロジックから切換可能に構成されており、抵抗分圧回路１５による分圧電圧を出力切換可能に構成される。
【００１７】
第３バッファ１８はアナログ処理部２に第１オフセット電圧（第１オフセット相当）Ｖ１を出力すると共に、第４バッファ１９はアナログ処理部２に第２オフセット電圧（第２オフセット相当）Ｖ２を出力する。第１オフセット電圧Ｖ１は、例えば電源電圧ＶＤＤの０．６５倍に設定されており、第２オフセット電圧Ｖ２は、例えば電源電圧ＶＤＤの０．３５倍に設定されている。この場合、オフセット付与部３は、電源電圧ＶＤＤの中央値０．５・ＶＤＤから０．１５・ＶＤＤだけプラスマイナスした電圧を第１オフセット電圧Ｖ１、第２オフセット電圧Ｖ２として付与することになる。言い換えると、これらの第１オフセット電圧Ｖ１、第２オフセット電圧Ｖ２は、Ａ／Ｄ変換器４の入力可能範囲（ＶＤＤ〜０）の中央値（０．５・ＶＤＤ）を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一の電圧（０．１５・ＶＤＤ）を中央値にプラスマイナスした値となる。
【００１８】
他方、アナログ処理部２の第１バッファ１１は、抵抗１０の第１ノードＮ１を非反転入力端子に接続すると共に、出力端子を反転入力端子にフィードバック接続したオペアンプＯＰ１を用いて構成されている。アナログ処理部２の第２バッファ１２は、抵抗１０の第２ノードＮ２を非反転入力端子に接続すると共に出力端子を反転入力端子にフィードバック接続したオペアンプＯＰ２を用いて構成されている。
【００１９】
第１差動増幅器１３は、例えばオペアンプＯＰ３及び抵抗Ｒ５〜Ｒ８を備え、第１バッファ１１の出力信号を反転入力すると共に第２バッファ１２の出力信号を正転入力して差動増幅する。これにより第１差動増幅器１３は空燃比センサ９のセンサ信号の差動信号の検出電圧を反転して差動増幅する。例えば図１の回路構成では、第１バッファ１１の出力ノードとオペアンプＯＰ３の反転入力端子との間に抵抗Ｒ５が接続されると共に、第３オペアンプＯＰ３の出力端子と反転入力端子との間に抵抗Ｒ６が接続されている。また、第２バッファ１２の出力ノードとオペアンプＯＰ３の非反転入力端子との間に抵抗Ｒ７が接続されており、第３バッファ１８の出力ノードとオペアンプＯＰ３の非反転入力端子との間に抵抗Ｒ８が接続されている。
【００２０】
第２差動増幅器１４は、例えばオペアンプＯＰ４及び抵抗Ｒ９〜Ｒ１２を備え、第２バッファ１２の出力信号を反転入力すると共に第１バッファ１１の出力信号を正転入力して差動増幅する。これにより第２差動増幅器１４は空燃比センサ９のセンサ信号の差動信号の検出電圧を差動増幅する。例えば図１の回路構成では、第２バッファ１２の出力ノードとオペアンプＯＰ４の反転入力端子との間に抵抗Ｒ１１が接続されると共に、オペアンプＯＰ４の出力端子と反転入力端子との間に抵抗Ｒ１２が接続されている。また、第１バッファ１１の出力ノードとオペアンプＯＰ４の非反転入力端子との間に抵抗Ｒ９が接続されており、第４バッファ１９の出力ノードと非反転入力端子との間に抵抗Ｒ１０が接続されている。図１中において、オペアンプＯＰ３及びＯＰ４は同一特性の素子が採用されており、抵抗Ｒ５〜Ｒ１２の抵抗値は全て同一値に設定されている。なお、オペアンプＯＰ３及びＯＰ４は同一特性の素子を採用しなくても良く、抵抗Ｒ５〜Ｒ１２の抵抗値は同一値に設定されていなくても良い。
【００２１】
第１差動増幅器１３の出力電圧Ｖadinmは、差動入力タイプのＡ／Ｄ変換器４の負入力端子に与えられており、第２差動増幅器１４の出力電圧Ｖadinpは、Ａ／Ｄ変換器４の正入力端子に与えられている。言い換えると、Ａ／Ｄ変換器４は、アナログ処理部２による処理後の差動信号を入力する。Ａ／Ｄ変換器４は、これらのアナログ出力電圧Ｖadinp、Ｖadinmの差動電圧Ｖad（＝Ｖadinp−Ｖadinm）を算出してデジタル変換し、ＤＳＰ５にデジタル出力する。ここで、Ａ／Ｄ変換器４は、電源電圧ＶＤＤとグランド電圧が入力されて動作するものであり、その入力される差動電圧Ｖad（＝Ｖadinp−Ｖadinm）が、下記の（１）式の範囲で動作するように構成されている。
【００２２】
−ＶＤＤ／２  ≦  Ｖad  ≦  ＶＤＤ／２  …  （１）
なお、この動作範囲以外では使用不能となっているが、この動作範囲内では、Ａ／Ｄ変換器４は、ＤＳＰ５に空燃比センサ９の出力電流に対応するデジタル値を出力することになる。ＤＳＰ５は、後述のオフセット分を減算し、空燃比センサ９のセンサ信号に基づいて駆動部９により空燃比センサ９の通電電流をフィードバック制御するように構成されている。
【００２３】
上記構成の作用について説明する。前述したように、第１オフセット電圧Ｖ１は例えば電源電圧ＶＤＤの０．６５倍に設定されており、第２オフセット電圧Ｖ２が例えば電源電圧ＶＤＤの０．３５倍に設定されている。したがって、抵抗１０の第１ノードＮ１の電圧をＶinp、抵抗１０の第２ノードＮ２の電圧をＶinmとすると、出力電圧Ｖadinm、Ｖadinpは、下記の（２）式、（３）式となる。
【００２４】
Ｖadinm  ＝  ０．６５・ＶＤＤ  ＋  （Ｖinm−Ｖinp）  ÷  ２  …  （２）
Ｖadinp  ＝  ０．３５・ＶＤＤ  ＋  （Ｖinp−Ｖinm）  ÷  ２  …  （３）
このため、差動入力タイプのＡ／Ｄ変換器４がこれらの差分値を算出すると、
Ｖad  ＝  Ｖadinp  −Ｖadinm  
＝  Ｖinp  −  Ｖinm  −  ０．３・ＶＤＤ    …  （４）
と求められる。ＤＳＰ５は、このシフト電圧０．３・ＶＤＤを減算することで抵抗１０の端子間電圧を算出できる。これにより、空燃比センサ９のセンサ信号を正確に取得できる。
【００２５】
さて、本実施形態では、第１差動増幅器１３及び第２差動増幅器１４に対し、意図的にＡ／Ｄ変換器４の入力可能範囲（ＶＤＤ〜０）の中央値を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一の第１オフセット電圧Ｖ１、第２オフセット電圧Ｖ２（オフセット分）を付与しているが、この意義について説明する。
【００２６】
理論空燃比（ストイキ）となることを想定すると、空燃比センサ９の出力電流は０［Ａ］となり、検出用の抵抗１０の端子間電圧は０［Ｖ］となる。この場合、（２）式、（３）式において、Ｖinp＝Ｖinmとなるため、Ｖadinm＝０．６５・ＶＤＤ、Ｖadinp＝０．３５・ＶＤＤ、となる。このとき、図２の縦軸の入力差動電圧Ｖadが−０．３・ＶＤＤとなる位置が動作点Ｐ１，Ｐ２となる。この動作点Ｐ１，Ｐ２は、（１）式の入力可能範囲Ｘ１を「１」とすれば０．２の割合に位置する動作点となる。
【００２７】
例えば、このストイキとなる動作点Ｐ１，Ｐ２から、空燃比がリッチ状態に遷移すると、空燃比センサ９に流れる電流が０Ａから負方向に遷移し、Ｖinp＜Ｖinmとなる。このときの変化を図２に示しているが、電圧Ｖadinpが減少し電圧Ｖadinmが増加する（図２の矢印Ｙ１参照）。Ａ／Ｄ変換器４に入力される差動電圧Ｖadは−０．５・ＶＤＤを最小値としている。このため、このときの動作点Ｐ３，Ｐ４は、電圧Ｖadinp＝０．２５・ＶＤＤ、電圧Ｖadinm＝０．７５・ＶＤＤとなり、空燃比センサ９の出力電流ｄの有効動作範囲は、負の第１所定電流値Ｉ１（例えば−１０ｍＡ）程度となる。
【００２８】
逆に、例えば、ストイキとなる動作点Ｐ１，Ｐ２から、空燃比がリーン状態に遷移すると、空燃比センサ９に流れる電流が０Ａから正方向に遷移しＶinp＞Ｖinmとなる。このときの変化も図２に示しているが、電圧Ｖadinpが増加し電圧Ｖadinmが減少する（図２の矢印Ｙ２参照）。Ａ／Ｄ変換器４に入力される差動電圧Ｖadは＋０．５・ＶＤＤを最大値としている。このため、このときの動作点Ｐ５，Ｐ６は、電圧Ｖadinp＝０．７５・ＶＤＤ、電圧Ｖadinm＝０．２５・ＶＤＤとなり、空燃比センサ９の出力電流の有効動作範囲は、正の第２所定電流値Ｉ２（例えば＋４０ｍＡ）程度となる。
【００２９】
ここで、第１所定電流値Ｉ１の絶対値と、第２所定電流値Ｉ２の絶対値と、を比較すると、下記（５）式のように表すことができる。
｜Ｉ１｜＜｜Ｉ２｜    …  （５）
したがって、オフセット電圧Ｖ１、Ｖ２を０Ｖ以外に設定することで、空燃比センサ９の出力電流の検出有効動作範囲をシフトすることができる。
【００３０】
例えば、近年ではリーンバーン化の要求があり、理論空燃比よりリーン状態で運転することが多いことを考慮するならば、リーン状態における有効動作範囲を拡張しつつ、リッチ状態における有効動作範囲を縮小することで、この要求に応えることができる。
【００３１】
また図１に示すように、スイッチ１６，１７を設けることでオフセット電圧Ｖ１及びＶ２を切換可能にしている。このとき、ＤＳＰ５が、スイッチ１６，１７を切換制御することでオフセット電圧Ｖ１，Ｖ２を共に０．５・ＶＤＤとするように、抵抗分圧回路１５の抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）と抵抗（Ｒ３＋Ｒ４）の共通接続ノードＮ３に接続するように切換えることを考慮する。
【００３２】
この場合、抵抗分圧回路１５が０．５・ＶＤＤを出力するため、第１差動増幅器１３及び第２差動増幅器１４の入力オフセット電圧Ｖ１，Ｖ２が共に０．５・ＶＤＤと同一値となる。この場合の動作点Ｐ７を図３に示している。例えば第１所定電流値Ｉ１の絶対値と第２所定電流値Ｉ２の絶対値とを下記の（６）式のように同一に設定できる。
【００３３】
｜Ｉ１｜＝｜Ｉ２｜    …  （６）
この場合、ＤＳＰ５は、そのシフト電圧を０．３・ＶＤＤから０に変化させれば良い。Ａ／Ｄ変換器４は電源電圧ＶＤＤ〜０Ｖで動作するため、オフセット付与部３は、Ａ／Ｄ変換器４が差分を取得することで相殺可能となる０．５・ＶＤＤを第１オフセット電圧Ｖ１及び第２オフセット電圧Ｖ２として付与している。このため、ＤＳＰ５は、Ａ／Ｄ変換器４の出力デジタル値からオフセット分に相当する値を除去する必要がなくなり、Ａ／Ｄ変換器４から入力されたデジタル値をそのまま使用できる。
【００３４】
これにより、ＤＳＰ５がスイッチ１６，１７を切換えることで、（５）式を満たす場合と（６）式を満たす場合とを切換えることができる。例えば、空燃比センサ９のセンサ信号の電流検出範囲を−１０ｍＡ〜＋４０ｍＡとすることも、電流検出範囲を−２５ｍＡ〜＋２５ｍＡとすることもできる。
【００３５】
図２に対応した比較例を図４に示すと共に、図１のオフセット付与部３に相当する部分の比較例を図５に示す。例えば、空燃比センサ９の電流検出範囲に偏り（−１０ｍＡ〜＋４０ｍＡ）を生じさせるように動作させようとしても、図５に示すように、オフセット付与部１０３が抵抗分圧回路１１５の分圧電圧を０．５・ＶＤＤとしてそのまま付与してしまう場合には、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換器４の動作下限値が制限を受けてしまい（動作点Ｐ１０３，Ｐ１０４参照）、Ａ／Ｄ変換器４の使用範囲は限られてしまうことになる。例えば、前述したように、空燃比センサ９の電流検出範囲を例えば−１０ｍＡ〜＋４０ｍＡのように偏りを生じさせたくても、例えば−１０ｍＡ〜＋２５ｍＡまでしか求めることができなくなってしまう。
【００３６】
これに対し、本実施形態によれば、オフセット付与部３がアナログ処理部２による差動信号のアナログ処理中にオフセットを付与し、ＤＳＰ５がＡ／Ｄ変換器４のＡ／Ｄ変換結果から付与されたオフセットに対応する値をデジタル処理してオフセット除去している。このため、予め付与されたオフセットの影響を除外することができる。このため、リッチ状態とリーン状態とで検出範囲の絶対値が等しくない場合であっても、Ａ／Ｄ変換器４の差動入力電圧範囲を十分に活用できる。
【００３７】
オフセット付与部３が、第１及び第２オフセット電圧Ｖ１，Ｖ２を第１及び第２差動増幅器３，４に付与するため、空燃比センサ９のセンサ信号の電流検出範囲をシフトできる。このため、空燃比センサ９のセンサ信号の電流検出範囲を様々に変化させることができ、この結果、様々な制御方法に対応可能になる。
【００３８】
オフセット付与部３は、第１及び第２オフセット電圧Ｖ１及びＶ２を互いに異なる値に設定可能に構成すると良い。また、オフセット付与部３は、第１及び第２オフセット電圧Ｖ１及びＶ２として、Ａ／Ｄ変換器４の入力可能範囲の中央値を基準として互いに逆方向且つ絶対値同一のオフセット分を付与するように構成すると良い。
【００３９】
（第２実施形態）
図６から図９は第２実施形態の追加説明図を示す。前述実施形態と同一又は類似の機能を有する構成については、同一又は類似の符号を付して必要に応じて説明を省略する。図６に示すように、信号処理装置２０１は、アナログ処理部２に代えてアナログ処理部２０２を備える。このアナログ処理部２０２は、第１差動増幅器１３に代わる第１差動増幅器２１３を備え、第２差動増幅器１４に代わる第２差動増幅器２１４を備える。本実施形態では、ＤＳＰ５は、分解能調整部、及び、ストイキオメトリ時増幅度調整部としての機能を備えるものである。
【００４０】
第１差動増幅器２１３は、オペアンプＯＰ３と、第１バッファ１１の出力ノードとオペアンプＯＰ３の出力ノードとの間に直列接続された抵抗Ｒ５、Ｒ２０５、Ｒ６と、第２バッファ１２の出力ノードと第３バッファ１８の出力ノードとの間に直列接続された抵抗Ｒ７、Ｒ２０７、Ｒ８と、抵抗Ｒ２０５の両端子の何れかとオペアンプＯＰ３の反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ２１８と、抵抗Ｒ２０７の両端子の何れかとオペアンプＯＰ３の非反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ２１９と、を備える。
【００４１】
第２差動増幅器２１４は、オペアンプＯＰ４と、第１バッファ１１の出力ノードと第４バッファ１９の出力ノードとの間に直列接続された抵抗Ｒ９、Ｒ２０９、Ｒ１０と、第２バッファ１２の出力ノードとオペアンプＯＰ４の出力ノードとの間に直列接続された抵抗Ｒ１１、Ｒ２１１、Ｒ１２と、抵抗Ｒ２０９の両端子の何れかとオペアンプＯＰ４の非反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ２２０と、抵抗Ｒ２１１の両端子の何れかとオペアンプＯＰ４の反転入力端子との間を接続切替可能にするスイッチ２２１と、を備える。各スイッチ２１８〜２２１はＤＳＰ５（制御部）が切替制御可能になっている。その他の構成は、前述実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。
【００４２】
上記構成の作用について説明する。オペアンプＯＰ３と抵抗Ｒ２０５の両端子との間にスイッチ２１８が接続されており、オペアンプＯＰ３と抵抗Ｒ２０７の両端子との間にスイッチ２１９が接続されているが、これは第１差動増幅器２１３の増幅度を調整するために設けられている。
【００４３】
ＤＳＰ５は、スイッチ２１８を抵抗Ｒ２０５とＲ６との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ２１９を抵抗Ｒ２０７とＲ８との共通接続点側に切替える。また、ＤＳＰ５は、スイッチ２２０を抵抗Ｒ２０９とＲ１０との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ２２１を抵抗Ｒ２１１とＲ１２との共通接続点側に切替える。説明を理解しやすくするため、各抵抗Ｒ５〜Ｒ１２、Ｒ２０５、Ｒ２０７、Ｒ２０９、Ｒ２１１の抵抗値を同一値とすれば、第１差動増幅器２１３と第２差動増幅器２１４のゲインを同一値に設定することができる。
【００４４】
抵抗Ｒ５、Ｒ７、Ｒ９、Ｒ１１の値を抵抗値Ｒａ、抵抗Ｒ２０５、Ｒ２０７、Ｒ２０９、Ｒ２１１の値を抵抗値Ｒｂ、抵抗Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１２の値を抵抗値Ｒｃ、とし、図６に示すようにスイッチ２１８〜２２１が切替えられていると、増幅度をＲｃ／（Ｒａ＋Ｒｂ）に設定できる。このときの図２に対応した特性図を図８に示す。図８に示すように、空燃比センサ９のセンサ信号の電流検出範囲をシフトできる（動作点Ｐ１〜Ｐ６参照）。この説明は省略する。
【００４５】
また、図７に示すように、ＤＳＰ５が、スイッチ２１８を抵抗Ｒ２０５とＲ５との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ２１９を抵抗Ｒ２０７とＲ７との共通接続点側に切替える。また、ＤＳＰ５は、スイッチ２２０を抵抗Ｒ２０９とＲ９との共通接続点側に切替えるときには、スイッチ２２１を抵抗Ｒ２１１とＲ１１との共通接続点側に切替える。図７に示すようにスイッチ２１８〜２２１が切替えられていると、各差動増幅器２１３、２１４の増幅度を（Ｒｂ＋Ｒｃ）／Ｒａに設定できる。この結果、ＤＳＰ５がスイッチ２１８〜２２１を切替制御することで第１及び第２差動増幅器２１３及び２１４の増幅度を変更できる。第１及び第２差動増幅器２１３及び２１４の増幅度を互いに同一としながら変更することで、Ａ／Ｄ変換器４の入力電圧の感度も変化するため、Ａ／Ｄ変換器４による分解能を調整できる。
【００４６】
さて、図７の構成では、ＤＳＰ５がスイッチ１６及び１７を切替制御することで、抵抗分圧回路１５がその出力電圧を０．５・ＶＤＤとし、互いに同一値に設定している。したがって、オフセット付与部３は、Ａ／Ｄ変換器４にて相殺可能となる０．５・ＶＤＤをそれぞれ第１及び第２差動増幅器１３及び１４に付与することになる。ＤＳＰ５はＡ／Ｄ変換器４の出力デジタル値からオフセット分に相当する値を除去する必要がなくなり、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデジタル値をそのまま使用できる。この結果デジタル処理を不要にでき処理を迅速化できる。
【００４７】
したがって、ＤＳＰ５がスイッチ１６、１７、２１８〜２２１を切替制御することにより、空燃比センサ９の電流検出範囲の中央値を回路構成上で０Ａとして増幅度を高くできる。空燃比センサ９のセンサ信号は、例えば外的要因などが変動することから０Ａ（ストイキ）の調整を行う必要がある。このストイキオメトリ調整時においては、「０Ａ」を感度良く検出するために、空燃比センサ９のセンサ信号の増幅度を通常の増幅度より高くすると良い。増幅度を通常より高くすることで、Ａ／Ｄ変換器４の分解能を高くできるため、０Ａ付近の電圧の感度を高めることができ、ストイキオメトリを調整し易くなるためである。
【００４８】
ＤＳＰ５が、スイッチ１６、１７、２１８〜２２１を図６及び図７に示すように切替制御することで、空燃比センサ９の電流検出範囲をリーンバーン化可能な検出構成（図６）、ストイキオメトリ調整時に感度を高感度とした構成（図７）に切替えることができる。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、ＤＳＰ５は、第１差動増幅器２１３及び第２差動増幅器２１４の増幅度を互いに同一としながら当該増幅度を調整するため、Ａ／Ｄ変換器４の分解能を調整することができる。また、ストイキオメトリ調整時には、オフセット付与部３は、第１オフセット電圧Ｖ１及び第２オフセット電圧Ｖ２として、Ａ／Ｄ変換器４が差分電圧をＡ／Ｄ変換するときに相殺可能とする同一値に設定し、ＤＳＰ５は、第１差動増幅器２１３及び第２差動増幅器２１４の増幅度を通常の増幅度よりも高い増幅度に調整するため、ストイキオメトリ調整時の感度を高感度にできる。
【００５０】
（他の実施形態）
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
ＤＳＰ５がデジタル処理部を構成した形態を示したが、オフセット付与部３が付与したオフセット分をデジタル処理により除去処理できれば、デジタル処理部はＤＳＰ５に限られるものではない。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器４は、その電源電圧を電圧ＶＤＤとグランドとの間の片電源の電圧を用いた形態を示したが両電源（例えば＋ＶＤＤ〜−ＶＤＤ）を用いても良い。
また、前記のシフト電圧に差動増幅器１３及び１４の誤差成分も加入し、この誤差成分を記憶部６に記憶し、ＤＳＰ５が用いる定数とすることで、差動増幅器１３及び１４の固体誤差成分を補正できる。また、空燃比センサ９の個体差に伴う誤差の補正処理等を考慮しても良い。
【００５２】
なお、抵抗分圧回路１５が生成するオフセット電圧Ｖ１，Ｖ２はさらに細分化して３段階以上に離散的に変更可能に構成しても良い。さらに、オフセット電圧Ｖ１，Ｖ２を離散的に複数切替可能にした形態を示したが、連続的に切替可能に構成できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
図面中、１，２０１は信号処理装置（ガス濃度センサの信号処理装置）、２，２０２はアナログ処理部、３はオフセット付与部、４はＡ／Ｄ変換部、５はＤＳＰ（デジタル処理部、分解能調整部、ストイキオメトリ時増幅度調整部）、１３，２１３は第１差動増幅器、１４，２１４は第２差動増幅器、を示す。
【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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