(57)【要約】【課題】  ＳＰＩなどのシリアル通信方式を用いて、回路の故障のみならず通信中のビット化けなどに対してもエラー通知を行う、信頼性の高い物理量測定装置を提供する。【解決手段】  所定の物理量を検出して第１の信号９０、９２を出力するセンサー素子４と、第１の信号に基づいて第２の信号４０を生成する検出回路６と、駆動信号８２を生成してセンサー素子に供給する駆動回路５と、検出回路および駆動回路の少なくとも１つから内部信号である第３の信号４２、４４を受け取って故障診断を行い、第４の信号３０を出力する故障診断部２０と、コマンドを受け取り、コマンドが要求するデータを含む応答データをシリアルに送信するインターフェース部１０とを含み、インターフェース部は、応答データに、コマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを表すコマンドエラーフラグを少なくとも含める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を検出する物理量測定装置であって、
前記所定の物理量を検出し、検出された前記所定の物理量の大きさに応じた信号である第１の信号を出力するセンサー素子と、
前記第１の信号に基づいて、前記所定の物理量に応じた第２の信号を生成する検出回路と、
駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記センサー素子に供給する駆動回路と、
前記検出回路および前記駆動回路の少なくとも１つから内部信号である第３の信号を受け取り、前記第３の信号に基づいて前記検出回路および前記駆動回路の少なくとも１つについての故障診断を行い、前記故障診断の結果に応じた信号である第４の信号を出力する故障診断部と、
コマンドを受け取り、前記コマンドが要求するデータであるコマンド要求データを生成し、前記コマンド要求データを含む応答データをシリアルに送信するインターフェース部と、を含み、
前記インターフェース部は、
前記第２の信号および前記第４の信号のうち少なくとも１つの信号に基づいて前記コマンド要求データを生成し、
前記応答データに、エラーの発生の有無を表すエラーフラグを含め、
前記エラーフラグに、前記コマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを表すコマンドエラーフラグを少なくとも含める物理量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量測定装置において、
前記インターフェース部は、
他の前記コマンドと重ならない固有の１つのビットのみに所定の値を有するコマンドデータをシリアルに受け取り、
前記コマンドデータに基づいて、前記コマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを判断して、前記エラーフラグの値を定める物理量測定装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の物理量測定装置において、
前記インターフェース部は、
前記コマンドの１つである故障診断結果出力コマンドを受け取った場合に、
前記故障診断部が行った前記故障診断のそれぞれの結果を含む前記コマンド要求データを生成する物理量測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の物理量測定装置において、
前記インターフェース部は、
前記応答データに、前記コマンド要求データおよび前記エラーフラグについてのチェックサムを含める物理量測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の物理量測定装置において、
前記インターフェース部は、
前記応答データを複数回に分けて送信する物理量測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の物理量測定装置において、
前記センサー素子は、
前記所定の物理量として角速度を検出する物理量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全性が求められる自動車、飛行機、船舶、鉄道等に搭載される物理量測定装置には高い信頼性が要求される。このような物理量測定装置は、例えばホストＣＰＵからの要求に応じて検出された物理量に応じた信号を正確に出力する必要がある。そして、万一エラーが生じた場合には直ちにホストＣＰＵに通知することが要求される。
【０００３】
特許文献１の発明は、送信の単位であるバイト毎にエラーの有無を示すフラグを１ビット設けることでエラーの通知を行う。また、特許文献２の発明は、４ビットのエラーコードを含む故障診断出力用データを用意してエラーの通知を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８５７４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３０５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１および特許文献２の発明では、検出装置の回路の故障についてエラーの通知を行うが、通信時に発生するエラーは対象としていない。例えば、検出装置はホストＣＰＵからコマンドを受け取り、コマンドの内容に応じて複数のデータから適切なものを選択する場合がある。このとき、コマンドを正しく受け取ることができなければ、特許文献１および特許文献２の発明では正しいデータを送信できない。
【０００６】
ここで、例えばＩ２Ｃなどのハンドシェイクを行う通信方式を採用することにより、確実にコマンドを受け取ることが可能である。しかし、Ｉ２Ｃは送信速度が遅く、近年の高速通信の要求を満たさない。また、通信中のノイズなどでコマンドにビット化けが生じた場合、検出装置がコマンドを確実に受け取ったとしても、誤ったコマンドに対応したデータを送信する恐れがある。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、例えば特許文献１で使用しているＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）のように、より高速なシリアル通信方式を用いることができ、回路の故障のみならず、通信中のビット化けなどについてもエラー通知を行う、信頼性の高い物理量測定装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、所定の物理量を検出する物理量測定装置であって、前記所定の物理量を検出し、検出された前記所定の物理量の大きさに応じた信号である第１の信号を出力するセンサー素子と、前記第１の信号に基づいて、前記所定の物理量に応じた第２の信号を生成する検出回路と、駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記センサー素子に供給する駆動回路と、前記検出回路および前記駆動回路の少なくとも１つから内部信号である第３の信号を受け取り、前記第３の信号に基づいて前記検出回路および前記駆動回路の少なくとも１つについての故障診断を行い、前記故障診断の結果に応じた信号である第４の信号を出力する故障診断部と、コマンドを受け取り、前記コマンドが要求するデータであるコマンド要求データを生成し、前記コマンド要求データを含む応答データをシリアルに送信するインターフェース部と、を含み、前記インターフェース部は、前記第２の信号および前記第４の信号のうち少なくとも１つの信号に基づいて前記コマンド要求データを生成し、前記応答データに、エラーの発生の有無を表すエラーフラグを含め、前記エラーフラグに、前記コマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを表すコマンドエラーフラグを少なくとも含める。
【０００９】
（２）この物理量測定装置において、前記インターフェース部は、他の前記コマンドと重ならない固有の１つのビットのみに所定の値を有するコマンドデータをシリアルに受け取り、前記コマンドデータに基づいて、前記コマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを判断して、前記エラーフラグの値を定めてもよい。
【００１０】
これらの発明によれば、物理量測定装置に含まれるインターフェース部は、受け取ったコマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを表すコマンドエラーフラグを含む応答データをシリアルに送信する。そのため、回路の故障のみならず、通信中のビット化けなどについてもエラー通知を行う、信頼性の高い物理量測定装置を提供できる。
【００１１】
このとき、インターフェース部は、他のコマンドと重ならない固有の１つのビットのみに、所定の値（例えば１）を有するコマンドデータをシリアルに受け取り、コマンドデータに基づいて、通信中にエラーが発生したか否かを判断してもよい。例えば、受け取ったコマンドデータで２つ以上のビットが１である場合、又は、１がない場合に、インターフェース部は直ちに通信中にエラーが発生したと判断できる。
【００１２】
ここで、物理量測定装置のセンサー素子が検出する所定の物理量とは、例えば角速度、加速度、速度、変位量、流量、温度、圧力、照度等であってもよいが、これらに限られない。例えば、所定の物理量が角速度である場合、物理量測定装置は角速度センサーとして機能する。このとき、センサー素子は、振動する物体を回転させた場合に物体の振動方向と回転軸のそれぞれに直交する方向に作用するコリオリ力に基づいて角速度を検出する。角速度センサーのセンサー素子は例えば振動子で構成される。
【００１３】
また、インターフェース部はシリアル通信を行うが、通信方式は例えばＳＰＩであってもよいし、双方向のデータ線を用いる３線式のシリアル通信等であってもよい。そして、駆動回路、検出回路からの内部信号とは、これらの回路の内部の状態を表す信号の意味であり、必ずしも回路の内部に閉じた信号を指すわけではない。
【００１４】
（３）この物理量測定装置において、前記インターフェース部は、前記コマンドの１つである故障診断結果出力コマンドを受け取った場合に、前記故障診断部が行った前記故障診断のそれぞれの結果を含む前記コマンド要求データを生成してもよい。
【００１５】
本発明によれば、インターフェース部は、故障診断結果出力コマンドを受け取った場合に、故障診断部が行った故障診断のそれぞれの結果を含むコマンド要求データを生成する。このとき、例えばホストＣＰＵは、故障診断の詳細を知ることが可能であるため、故障箇所を早期に特定でき、早期の対応を行うことができる。
【００１６】
（４）この物理量測定装置において、前記インターフェース部は、前記応答データに、前記コマンド要求データおよび前記エラーフラグについてのチェックサムを含めてもよい。
【００１７】
本発明によれば、インターフェース部は、コマンド要求データだけでなくエラーフラグまでも含めたデータについてのチェックサムを計算する。そして、そのチェックサムを含む応答データを送信する。これにより、例えばホストＣＰＵは、物理量測定装置からの送信途中でエラーが発生したか否かを直ちに知ることができるため、応答データの信頼性が高まる。
【００１８】
また、エラーフラグまでもチェックサムの対象にすることで、コマンド要求データ以外については正しさを確認できないといった問題は生じない。
【００１９】
なお、チェックサムは、コマンド要求データおよびエラーフラグの全ビットにおける１の総和であってもよい。また、応答データに含む場合に、その補数が使われてもよい。
【００２０】
（５）この物理量測定装置において、前記インターフェース部は、前記応答データを複数回に分けて送信してもよい。
【００２１】
本発明によれば、応答データを複数回に分けて送信できるので、例えば検出精度の向上に伴い検出回路が出力する信号のビット数が増えた場合などでも、容易に対応が可能になる。よって、拡張性に優れる物理量測定装置を提供できる。
【００２２】
（６）この物理量測定装置において、前記センサー素子は、前記所定の物理量として角速度を検出してもよい。
【００２３】
本発明によれば、所定の物理量は角速度であってもよい。このとき、回路の故障のみならず、通信中のビット化けなどについてもエラー通知を行うので信頼性が高い。よって、例えば、信頼性が要求される車両に搭載されて、走行制御や推測航法等に用いる角速度センサーとして使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態における物理量測定装置のブロック図。
【図２】第１実施形態の故障診断部の構成例を示す図。
【図３】第１実施形態のインターフェース部のブロック図。
【図４】第１実施形態のコマンドデータを示す図。
【図５】第１実施形態の応答データを示す図。
【図６】第１実施形態のコマンドデータと応答データの送受信のタイミング図。
【図７】第１実施形態の駆動回路の１つの例を表すブロック図。
【図８】第１実施形態の検出回路の１つの例を表すブロック図。
【図９】第１実施形態の検出回路の別の例を表すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
１．第１実施形態
本発明の第１実施形態について図１〜図９を参照して説明する。
【００２６】
１．１．本実施形態の物理量測定装置の構成
図１は、本実施形態の物理量測定装置１のブロック図である。物理量測定装置１は、センサー素子４、駆動回路５、検出回路６、故障診断部２０、インターフェース部１０を含む。物理量測定装置１は、さらに動作設定回路７を含んでいてもよい。
【００２７】
本実施形態のセンサー素子４は、例えば一体である振動子２、３を含み、角速度を検出する。ここで、角速度の大きさに応じた信号であってセンサー素子４が出力する信号を第１の信号とする。図１では、第１の信号は差動信号９０、９２である。なお、本実施形態ではノイズ耐性のために、振動子３から差動信号９０、９２が出力されるが、差動でない１つの信号が出力されてもよい。
【００２８】
駆動回路５は、駆動信号８２を生成して振動子２に供給し、振動子２からの励振電流８０を受け取って発振ループを形成する。差動信号９０、９２の大きさは励振電流８０に比例する。そのため、駆動回路５は、測定環境の変化に関わらず励振電流８０の振幅を一定にするように駆動信号８２を制御する。
【００２９】
検出回路６は、差動信号９０、９２に基づいて出力信号４０を生成する。ここで、センサー素子４が検出した角速度の大きさに応じた信号であって検出回路６が出力する信号を第２の信号とする。図１では、第２の信号は出力信号４０である。
【００３０】
出力信号４０は、インターフェース部１０を介して、例えばホストＣＰＵにシリアル送信される。検出回路６は、差動信号９０、９２を受け取り、例えばホストＣＰＵが要求する形式への変換等を行って出力信号４０を生成する。
【００３１】
ここで、本実施形態では、動作設定回路７が、駆動回路５、検出回路６に対して最適な動作設定を行う。動作設定回路７は、例えば基準電圧回路、メモリー回路等を含んでおり、駆動回路５、検出回路６の電圧設定、パラメーター設定等によって最適化を行う。
【００３２】
故障診断部２０は、駆動回路５および検出回路６の少なくとも１つについての故障診断を行う。本実施形態では、両方の回路について故障診断が実行される。故障診断を行うのに必要な情報を含む駆動回路５および検出回路６の内部信号を第３の信号とする。図１では、第３の信号は内部信号４２、４４である。
【００３３】
故障診断部２０が実行した故障診断の結果を表す信号を第４の信号とする。図１では、第４の信号は信号３０である。信号３０は、故障診断部２０が実行した故障診断のそれぞれの結果を表す値（例えば、エラー時にハイレベル‘１’）と、全ての故障診断のうち１つでもエラーがあれば例えば‘１’となるエラーフラグの値とを含んでいてもよい。
【００３４】
インターフェース部１０は、物理量測定装置１の外部の例えばホストＣＰＵとデータの通信を行う。このとき、データの通信はシリアル方式で行われ、パラレル方式に比べてインターフェース部１０の端子数を減らすことができる。
【００３５】
本実施形態では、インターフェース部１０は通信方式としてＳＰＩを用いる。図１に示すように、スレーブ選択信号ＳＳ、シリアルクロックＳＣＫ、シリアル入力信号ＭＯＳＩ、シリアル出力信号ＭＩＳＯの４つの信号が使用される。
【００３６】
インターフェース部１０は、マスターの要求に従って、これらの信号を用いてデータの通信を行う。以下では、ＳＰＩによる通信において、マスターとしてホストＣＰＵ（図外）が存在し、物理量測定装置１は１つのスレーブとして機能するものとして説明する。
【００３７】
スレーブ選択信号ＳＳは、ホストＣＰＵ（マスター）が物理量測定装置１（スレーブ）を選択するのに用いる信号であり、例えばローアクティブの信号であってもよい。スレーブ選択信号ＳＳが‘０’（ローレベル）の場合にインターフェース部１０はホストＣＰＵと通信を行う。
【００３８】
シリアルクロックＳＣＫは、シリアル送信の同期をとるためのクロックであり、通信スピードはシリアルクロックＳＣＫのクロック周波数により定まる。本実施形態では、例えば１０ＭＨｚのシリアルクロックＳＣＫを用いることにより、例えば標準モードのＩ２Ｃと比べても高速な通信が可能である。
【００３９】
シリアル入力信号ＭＯＳＩ、シリアル出力信号ＭＩＳＯは、それぞれホストＣＰＵから物理量測定装置１へのデータ、物理量測定装置１からホストＣＰＵへのデータである。
【００４０】
インターフェース部１０は、ホストＣＰＵからコマンドを受け取り、コマンドが要求するデータであるコマンド要求データを生成する。コマンドはホストＣＰＵからの命令であり、シリアル入力信号ＭＯＳＩとして入力されるコマンドデータの形で与えられる。コマンドデータの具体例については後述する。
【００４１】
インターフェース部１０は、出力信号４０（第２の信号）および信号３０（第４の信号）のうち少なくとも１つの信号に基づいてコマンド要求データを生成する。そして、コマンド要求データを含み、所定のビット数やフォーマットを有する応答データを生成する。応答データはシリアル出力ＭＩＳＯとして出力されるデータであって、その具体例については後述する。
【００４２】
このとき、インターフェース部１０は、応答データにコマンド要求データだけでなくエラーフラグを含める。エラーフラグは、エラーの発生の有無を表す１ビット以上のデータである。このとき、エラーフラグとして、ホストＣＰＵから受け取ったコマンドにエラーが含まれているかどうかを表すコマンドエラーフラグを含める。
【００４３】
インターフェース部１０は、駆動回路５、検出回路６についての故障診断の結果を信号３０として受け取るので、回路の故障をコマンド要求データに含むことができる。そして、コマンド要求データだけでなく、受け取ったコマンド自体について通信中にエラーが発生したか否かを表すコマンドエラーフラグをホストＣＰＵに送信する。そのため、例えば通信中のビット化けなどもホストＣＰＵが把握することが可能になり、データの信頼性の高い物理量測定装置１を提供できる。
【００４４】
１．２．駆動回路と検出回路の構成例
本実施形態の物理量測定装置１は例えば角速度センサーである。このとき、センサー素子４は、例えば一体である振動子２、３を含み、角速度を検出する。そして、駆動回路５と検出回路６は例えば以下のような構成により実現される。
【００４５】
１．２．１．駆動回路
図７は駆動回路５の構成例を表す。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。
【００４６】
駆動回路５は、例えば電流電圧変換回路５２、全波整流回路５３、比較調整回路５４、駆動信号生成回路５５を含む。
【００４７】
電流電圧変換回路５２は、振動子２からの励振電流８０を電圧に変換して信号２０２を出力する。信号２０２の振幅は励振電流８０の振幅に比例している。全波整流回路５３は、電流電圧変換回路５２からの信号２０２を全波整流して直流に近い電圧を得て信号２０４を出力する。
【００４８】
比較調整回路５４は、全波整流回路５３からの信号２０４を比較電圧供給回路５６からの電圧と比較し、比較結果を反映した信号である信号２０６を駆動信号生成回路５５に出力する。
【００４９】
そして、駆動信号生成回路５５は、電流電圧変換回路５２からの信号２０２に基づいて駆動信号８２を生成するが、信号２０６に基づいて駆動信号８２の振幅を調整する。
【００５０】
差動信号９０、９２（第１の信号、図１参照）の大きさは励振電流８０に比例する。そのため、駆動回路５は、環境の変化に関わらず正確に角速度が測定されるように、励振電流８０の振幅を一定にするように駆動信号８２を制御して出力する。
【００５１】
１．２．２．検出回路
図８は、検出回路６の１つの構成例を表す。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。
【００５２】
検出回路６は、センサー素子４（図１参照）から差動信号９０、９２を受け取る。そして、差動信号９０、９２に必要な処理を行い、センサー素子４が検出した角速度に応じた出力信号４０を生成する。
【００５３】
ここで、同期検波回路６６によって直流信号への変換がおこなわれるが、説明の都合上、その変換までの処理を行う回路を前段回路７０と表現し、それ以降の回路を後段回路７２と表現する。
【００５４】
図８のように、前段回路７０は、例えば電流電圧変換回路６２−１、６２−２、差動増幅回路（差動アンプ）６３、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６４、増幅回路（ＡＣアンプ）６５、同期検波回路６６の一部を含む。
【００５５】
また、後段回路７２は、例えば同期検波回路６６の一部、信号出力部６７、オフセット調整回路６９を含む。
【００５６】
電流電圧変換回路６２−１、６２−２は、それぞれ差動信号９０、９２の電流を電圧へと変換する。差動信号９０、９２は、センサー素子４（図１参照）が検出した角速度に応じた電流値を有している。なお、電流電圧変換回路６２−１と電流電圧変換回路６２−２とは同一の構成である。
【００５７】
差動増幅回路６３は、電流電圧変換回路６２−１、６２−２から出力される信号２１０、２１２の両方を受け取り、これらの信号の差分を増幅して信号２１４として出力する。
【００５８】
ハイパスフィルター６４は、信号２１４の高周波成分を透過させて、信号２１６として出力する。
【００５９】
そして、増幅回路６５は、信号２１６を増幅して信号２１８を出力する。
【００６０】
同期検波回路６６は、信号２１８を受け取り、同期検波を行う。このとき、角速度の正確な測定のために、オフセット調整回路６９からオフセット信号２２６が同期検波回路６６に入力される。
【００６１】
信号出力部６７は、同期検波回路６６から出力される信号２２０を受け取り、例えばローパスフィルター等によるフィルタリングを行ったり増幅を行ったりする。そして、センサー素子が検出した角速度に応じた出力信号４０を生成する。
【００６２】
ここで、図９は、別の構成例である検出回路６Ａを表す。前記の検出回路６（図８参照）に代えて、検出回路６Ａを用いてもよい。なお、図１、図８と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。
【００６３】
検出回路６Ａは、前段回路７０として、例えば差動入出力の電流電圧変換回路６２と、ＡＤコンバーター（ＡＤＣ）６８とを含む。また、後段回路７２は、例えば信号出力部６７Ａ、オフセット調整回路６９を含む。
【００６４】
検出回路６Ａは、検出回路６とは異なり、電流電圧変換回路６２で差動信号９０、９２の電流を電圧へと変換した後、直ちにＡＤコンバーター６８によって、検出回路６の直流信号に対応する信号２２２への変換を行う。
【００６５】
なお、後段回路７２の信号出力部６７Ａは、検出回路６の信号出力部６７と同じようにフィルタリングや増幅を行うとともに、オフセット信号２２６に基づいてオフセット調整も行う。検出回路６Ａは、検出回路６に比べて、回路規模を小さくすることが可能である。
【００６６】
ここで、駆動回路５、検出回路６（又は、検出回路６Ａ）のいずれかに故障が生じた場合には、出力信号４０は正確な角速度を表さない。そのため、特に高い信頼性が要求される用途において、これらの回路に故障が生じた場合には、直ちにホストＣＰＵ等に通知を行う必要がある。
【００６７】
１．３．故障診断部
図２は、故障診断部２０の構成例を表す。故障診断部２０は、駆動回路５、検出回路６についての故障診断を行い、故障診断結果を出力する。
【００６８】
故障診断部２０は、駆動回路５、検出回路６の内部信号４２、４４（図１参照）を受け取り、例えばコンパレーターで所定の電圧値と比較することで故障診断を行う。そして、故障診断結果をそれぞれ、または論理回路経由で出力する。
【００６９】
図２の例では、故障診断部２０は１６箇所の故障診断を行うが、診断箇所の数は１以上の任意の数でよい。図２の例では、駆動回路５、検出回路６の動作の状態を表す信号４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ等を、故障診断部２０は受け取る。例えば、信号４２Ａ、４２Ｂは駆動回路５の内部信号４２に対応し、信号４４Ａ、４４Ｂは検出回路６の内部信号４４に対応してもよい。
【００７０】
なお、故障診断部２０が受け取る信号は故障診断の対象により適当に選択される。例えば、駆動回路５および検出回路６の一方のみから、その内部の動作状態を表す信号を受け取ってもよい。
【００７１】
図２の例では、故障診断部２０はコンパレーターＣＭＰ０〜ＣＭＰ１５を含み、駆動回路５、検出回路６の動作の状態を表す信号４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ等と、所定の電圧値Ｖｔｈ０〜Ｖｔｈ１５とを比較する。なお、図２では、信号４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ等がコンパレーターの入力端子に、電圧値Ｖｔｈ０〜Ｖｔｈ１５が反転入力端子に割り当てられているが、逆であってもよい。コンパレーター毎に独立して、設定（所定の電圧値や端子の割り当て）が変更されてもよい。
【００７２】
コンパレーターＣＭＰ０〜ＣＭＰ１５の出力信号であるＥＦ［０］〜ＥＦ［１５］は、故障診断の結果を表す。本実施形態では、ＥＦ［０］〜ＥＦ［１５］のそれぞれについて、‘１’であれば故障があったことを表し、‘０’であれば故障はなく正常であることを表す。
【００７３】
このとき、故障診断部２０は、全体での故障の有無を表す信号３０Ａを出力してもよい。信号３０Ａは、ＥＦ［０］〜ＥＦ［１５］を入力したＯＲ回路の出力である。また、ＥＦ［０］〜ＥＦ［１５］のそれぞれは、図２の信号３０Ｂ〜３０Ｅ等として出力される。ここで、信号３０Ａ〜３０Ｅは、図１における故障診断部２０からの信号３０に対応する。
【００７４】
さらに、故障診断部２０は、ホストＣＰＵからのコマンドによってコンパレーターＣＭＰ０〜ＣＭＰ１５自体の故障診断を行うモードを有していてもよい。図２のテスト信号ＴＥＳＴにより、予め用意された電圧値Ｖｔｅｓｔ０〜Ｖｔｅｓｔ１５が信号４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ等に代わって選択される。このとき、信号３０Ａ〜３０Ｅが期待値と一致すればコンパレーターＣＭＰ０〜ＣＭＰ１５は正常に動作していることが確認できる。
【００７５】
故障診断部２０がコンパレーター自体の故障診断を行うモードを有することで、さらにデータの信頼性を高めることができる。このコンパレーター自体の故障診断は、例えば物理量測定装置１の起動時に１度だけ行われてもよい。
【００７６】
１．４．インターフェース部
図３は、インターフェース部１０の構成例を表す。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。
【００７７】
インターフェース部１０は、シフトレジスター１１、２９、バッファー１２、１３、コマンド判定回路１４、記憶回路１５、チェックサム回路１６、レジスター１７、１８、マルチプレクサー１９を含む。
【００７８】
バッファー１２、１３、レジスター１７、１８はそれぞれ２つ用意されているが、同一のバッファー、レジスターを２つ含むことを意味する。本実施形態では、例えば３２ビットのデータを２回に分けて１６ビットずつ送受信する。つまり、１６ビットを送受信の単位としてシリアル通信を行う。このような送信方法により、シフトレジスター１１、２９のサイズを変えることなく、より大きなデータ（例えば６４ビット）を扱うことも可能になる。
【００７９】
ここで、ホストＣＰＵからのコマンドを表すコマンドデータ（例えば３２ビット）を受信単位（例えば１６ビット）で分割し、最初に送信されるデータをコマンド１、その後に送信されるデータをコマンド２とよぶ。コマンド１は、コマンドデータの上位側であってもよいし、下位側であってもよい。
【００８０】
同様に、インターフェース部１０が出力する応答データ（例えば３２ビット）を送信単位（例えば１６ビット）で分割し、最初に送信されるデータを応答１、その後に送信されるデータを応答２とよぶ。応答１は、応答データの上位側であってもよいし、下位側であってもよい。
【００８１】
１．４．１．シフトレジスターとバッファー
インターフェース部１０は、シリアル入力信号ＭＯＳＩとしてホストＣＰＵから受け取ったコマンドデータを、シフトレジスター１１によってパラレルに変換して出力する（信号１０１）。本実施形態では、コマンドデータは２回に分けて受信されるので、パラレルに変換されたコマンド１をバッファー１２に、コマンド２をバッファー１３に一時保存する。
【００８２】
１．４．２．コマンド判定回路
コマンド判定回路１４は、バッファー１２、１３からコマンドデータを受け取る（信号１０２、１０３）。そして、コマンド判定回路１４は、コマンドデータからホストＣＰＵが要求するコマンドを判定する。
【００８３】
コマンド判定回路１４は、判定したコマンドが要求するデータ（コマンド要求データ）を生成するために、記憶回路１５から必要なデータを選択するための信号１０４を出力する。本実施形態では、信号１０４は例えばレジスターである記憶回路１５のアドレスであるが他の信号であってもよい。
【００８４】
また、コマンド判定回路１４は、コマンドについて通信中にエラーが発生したか否かを判断して、その結果に応じてコマンドエラーフラグ（ＣＥＦ）を変化させる。コマンドについての通信中のエラーとは、例えばコマンドデータがホストＣＰＵからの通信中にビット化けなどを生じて、コマンドが正しいコードでなくなることをいう。
【００８５】
なお、コマンド判定回路１４は、コマンドに基づいてデータを更新、変更する必要があるときには、信号１０５を用いて記憶回路１５に書き込みを行ってもよい。本実施形態では、信号１０５は例えばレジスターである記憶回路１５のデータであるが他の信号であってもよい。
【００８６】
ここで、図４は本実施形態のコマンドデータを表す。この例では、第１〜第８のコマンドがあり、それぞれに対応して異なるコマンドデータが割り当てられている。例えば、第１のコマンドは検出した物理量（例えば、角速度）に応じた信号の出力を要求する通常動作用のコマンドであってもよい。また、第２のコマンドは、どの部分で故障が生じたかのデータを取得するための故障診断を開始させるコマンドであってもよい。そして、第２のコマンドは、故障箇所を特定するための故障診断結果を出力させるコマンドであってもよい。
【００８７】
図４のようにコマンド１のビット１５は、コマンドデータであることを示すために０になっている。コマンド判定回路１４は、コマンド１のビット１５によって容易にコマンドデータとそれ以外のデータとを区別することができる。
【００８８】
そして、コマンド１において、それぞれのコマンドが他のコマンドと重ならない固有の１ビットを割り当てられており、その固有の１ビットの値を１にしている。図４の例では、この固有の１ビットは、８つのコマンドに対応するビット１４〜ビット７（計８ビット）にある。
【００８９】
例えば、第１のコマンドは、ビット１４が１であり、ビット１３〜ビット７は０である。また、第２のコマンドは、ビット１３が１であり、ビット１２〜ビット７およびビット１４は０である。このように、それぞれのコマンドが重複しないようにビット１４〜ビット７のうちの１ビットだけを１にしているので、コマンド判定回路１４は容易にコマンドを判定できる。
【００９０】
ここで、８つのコマンドを区別するためには、エンコードして３ビットを用いるだけで判定が可能である。例えばビット１４〜ビット１２を用いて、第１のコマンドに“０００ｂ”を割り当て、第２のコマンドに“００１ｂ”を割り当ててもよい。
【００９１】
しかし、この手法の場合には、コマンドデータが通信中にビット化けなどを生じた場合に、コマンド判定回路１４がエラーを検知することができない。例えば、ビット１２が０から１へとビット化けを生じた場合には、コマンド判定回路１４は第１のコマンドを第２のコマンドと誤って判定してしまう。
【００９２】
そのため、本実施形態では、図４のように他のコマンドと重ならない固有の１ビットを１にすることで、コマンド判定回路１４が通信中にビット化けが生じたことも検知できるようにする。
【００９３】
図４の例では、例えばホストＣＰＵが第１のコマンドを指定した場合に、コマンド１のビット１４がビット化けを生じた場合には、コマンド１の全ビットが０になるのでコマンド判定回路１４がエラーを検知できる。また、コマンド１のビット１２がビット化けを生じた場合には、２つのビットが１であるのでコマンド判定回路１４がエラーを検知できる。
【００９４】
コマンド判定回路１４は、コマンドのエラーを検知した場合に、コマンドエラーフラグ（ＣＥＦ）を１にセットして、ホストＣＰＵにコマンドの再送を要求することができる。よって、データの信頼性の高い物理量測定装置１を実現できる。
【００９５】
なお、図４の例ではコマンド２は全ビットが０であるが、コマンドを１６以上用意した場合の予約領域であってもよいし、コマンド１のビット１４〜ビット７の一部をコマンド２に持たせてコマンドデータを構成してもよい。
【００９６】
１．４．３．記憶回路
記憶回路１５は、検出回路からの検出された角速度に応じた出力信号４０、故障診断部２０からの故障診断結果を表す信号３０、コマンド判定回路１４からのデータである信号１０５を記憶する。
【００９７】
記憶回路１５は例えばレジスターである。なお、ＳＲＡＭであってもよいし、ＤＲＡＭであってもよいし、不揮発性のメモリーであってもよいし、その他のメモリーであってもよい。そして、コマンド判定回路１４からのアドレス（信号１０４）に従って、選択されたデータ１０６を出力する。
【００９８】
１．４．４．チェックサム回路
本実施形態のインターフェース部１０は、チェックサム回路１６を含む。チェックサム回路１６は、インターフェース部１０が出力する応答データ（例えば３２ビット）が含むチェックサムを生成する。これにより、例えば応答データが通信中にビット化けを生じたときに、ホストＣＰＵがエラーを検知することが可能になる。このとき、ホストＣＰＵは再送要求を行うことができ、正しい応答データを得られる。つまり、チェックサムによりデータの信頼性をさらに高めることができる。
【００９９】
チェックサムは、対象となるビットの値を足した合計であってもよい。例えば、チェックサムが５ビットであるとすると、応答データのチェックサム以外の２７ビットの値を足した数がチェックサムとなる。例えば、この２７ビットが全て１であればチェックサムの値は２７である。このとき、ビット化け等により１つのビットが０となると、チェックサムの値と合わなくなる。そのため、ホストＣＰＵは通信中のエラーの発生を知ることができる。
【０１００】
図３では、チェックサム回路１６は、信号１０６に基づいてチェックサムを算出して信号１０７として出力している。しかし、信号１０６の代わりに、応答データとしてレジスター１７、１８に一時保存されたデータ（信号１０８、１０９）を読み出して、チェックサムを算出してもよい。
【０１０１】
１．４．５．レジスター、とシフトレジスター
インターフェース部１０は、応答データを送信単位で分割して、レジスター１７、１８に一時保存する。レジスター１７は応答１を一時保存し、レジスター１８は応答２を一時保存する。ここで、本実施形態では、チェックサムである信号１０７の値もレジスター１７に保存される。
【０１０２】
そして、それぞれのレジスターから出力される信号１０８、１０９は、マルチプレクサー１９によって順に選択される。マルチプレクサー１９の出力である信号１１０は、シフトレジスター２９によってシリアルに変換されて、シリアル出力信号ＭＩＳＯとして送信される。
【０１０３】
ここで、図５は本実施形態の応答データを表す。なお、図５の第１〜第８のコマンドは図４に対応しており、説明は省略する。なお、第２のコマンドでは各ビットの内容が表示されていないが、第２のコマンド（故障診断開始）はホストＣＰＵへのデータ送信を要しないコマンドであるため、応答データが無いことを示している。
【０１０４】
応答１のビット１５〜ビット７は、コマンドによらず同じデータが割り当てられている。まず、ビット１１〜ビット７は、チェックサム回路（図３参照）が計算したチェックサムである。
【０１０５】
本実施形態では、チェックサムを算出するときの対象ビットは応答１のビット６〜ビット０および応答２の全ビットだけでなく、フラグである応答１のビット１５〜ビット１２も含む。フラグ１〜フラグ４は、ホストＣＰＵがコマンドで要求したコマンド要求データではないが、これらもチェックサムの対象ビットとすることでコマンド要求データ以外についてもエラーの発生を検出することが可能になる。
【０１０６】
応答１のビット１５〜ビット１２はフラグ４〜フラグ１であり、特にエラーの有無を示すエラーフラグである。本実施形態では、ビット１５のフラグ４は、コマンドエラーフラグである。例えば、ホストＣＰＵは、コマンドエラーフラグが１である場合には、コマンドを再送するなどの対応をとってもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、ビット１４のフラグ３は、故障診断の結果でどこかにエラーが生じたことを示す常時故障診断フラグである。常時故障診断フラグは、図２の信号３０Ａに対応する。例えば、ホストＣＰＵは、常時故障診断フラグが１である場合には、故障箇所を特定するために故障診断開始を命じる第２のコマンドを送信してもよい。
【０１０８】
なお、ビット１３〜ビット１２のフラグ２〜フラグ１には、他のエラーフラグが割り当てられてもよい。例えば、図２の故障診断結果３０Ｂ、３０Ｃがそれぞれ割り当てられてもよい。また、ビット１３〜ビット１２にはエラーフラグではなく、駆動回路５、検出回路６のステータス（状態）を表す信号が割り当てられてもよい。
【０１０９】
例えば、ビット１３のフラグ２として、例えば第２のコマンドによる故障診断を開始した場合などに、故障診断の結果を出力できることを示すステータス信号が割り当てられてもよい。また、ビット１２のフラグ１として、例えば故障診断部２０のコンパレーターのテストを行うテストモードであることを示すステータス信号が割り当てられてもよい。なお、このテストモードのステータス信号は、図２のＴＥＳＴ信号に対応する。
【０１１０】
ビット１５〜ビット１２はコマンドによらず出力されるエラーフラグ（又はステータス信号）であるので、ホストＣＰＵはフラグ４〜フラグ１の内容に基づいて、エラーの有無を含む最新の情報を直ちに把握することが可能になる。
【０１１１】
応答１のビット６〜ビット０および応答２の全ビットは、それぞれのコマンドに応じたコマンド要求データとして用いられる。例えば、第１のコマンドの場合には、検出された物理量（例えば角速度）に応じた信号の値が出力される。また例えば、第３のコマンドの場合には、故障診断部２０における全ての故障診断結果ＥＦ［１５：０］が出力される。なおＥＦ［１５：０］は図２のＥＦ［１５］〜ＥＦ［０］に対応する。
【０１１２】
その他のコマンドについても、コマンド要求データとして様々なデータを出力可能である。例えば第４のコマンドは角速度とは異なる、例えば温度といった測定値を出力してもよいし、例えば第８のコマンドは負荷状態等を示すステータス信号を出力してもよい。コマンド数も８つに限らず、第９のコマンド以降への拡張も容易に行うことが可能である。
【０１１３】
１．４．６．シリアル通信のタイミング
図６は、本実施形態のコマンドデータと応答データの送受信のタイミングを示す図である。なお、図１〜図５と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。
【０１１４】
インターフェース部１０は、コマンドデータをコマンド１とコマンド２の２回に分けて受け取る。また、応答データを応答１と応答２の２回に分けて出力する。
【０１１５】
データの送受信が行われる期間（例えば、時刻ｔ０〜ｔ１）は、スレーブ選択信号ＳＳは‘０’である。この期間はシリアルクロックＳＣＫの１６クロック分であり、インターフェース部は、例えばコマンドデータを１ビットずつ受信する。なお、本実施形態では、シリアルクロックＳＣＫのクロック周波数は１０ＭＨｚであって、標準モードのＩ２Ｃと比べても高速な通信が可能である。
【０１１６】
インターフェース部１０は、まず、第Ｎのコマンドデータを、第Ｎのコマンド１（時刻ｔ０〜ｔ１）、第Ｎのコマンド２（時刻ｔ２〜ｔ３）の順に受け取る。そして、第Ｎのコマンドが要求するデータを含む、第Ｎの応答データを生成する。
【０１１７】
そして、インターフェース部１０は、第Ｎ＋１のコマンド１（時刻ｔ４〜ｔ５）、第Ｎ＋１のコマンド２（時刻ｔ６〜ｔ７）を受け取るとともに、第Ｎの応答１（時刻ｔ４〜ｔ５）、第Ｎの応答２（時刻ｔ６〜ｔ７）を送信する。
【０１１８】
その後、第Ｎ＋１のコマンドに対する第Ｎ＋１の応答データを、第Ｎ＋１の応答１（時刻ｔ８〜ｔ９）、第Ｎ＋１の応答２（時刻ｔ１０〜ｔ１１）の順に送信する。
【０１１９】
本実施形態の物理量測定装置１では、ＳＰＩといった高速なシリアル通信方式を用いることができ、駆動回路、検出回路の故障のみならず、通信中のビット化けなどについてもエラー通知を行う、信頼性の高い物理量測定装置等１を提供できる。
【０１２０】
そのため、本実施形態の物理量測定装置１は、安全性が求められる自動車、飛行機、船舶、鉄道等にも搭載することができる。例えば自動車の走行制御装置の一部として好適に適用が可能である。
【０１２１】
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２２】
１…物理量測定装置（角速度センサー）、２…振動子、３…振動子、４…センサー素子、５…駆動回路、６…検出回路、６Ａ…検出回路、７…動作設定回路、１０…インターフェース部、１１…シフトレジスター、１２…バッファー、１３…バッファー、１４…コマンド判定回路、１５…記憶回路、１６…チェックサム回路、１７…レジスター、１８…レジスター、１９…マルチプレクサー、２０…故障診断部、２９…シフトレジスター、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ…信号（第４の信号）、４０…出力信号（第２の信号）、４２、４２Ａ、４２Ｂ…内部信号（第３の信号）、４４、４４Ａ、４４Ｂ…内部信号（第３の信号）、５２…電流電圧変換回路、５３…全波整流回路、５４…比較調整回路、５５…駆動信号生成回路、５６…比較電圧供給回路、６２、６２−１、６２−２…電流電圧変換回路、６３…差動増幅回路（差動アンプ）、６４…ハイパスフィルター（ＨＰＦ）、６５…増幅回路（ＡＣアンプ）、６６…同期検波回路、６７、６７Ａ…信号出力部、６８…ＡＤコンバーター（ＡＤＣ）、６９…オフセット調整回路、７０…前段回路、７２…後段回路、８０…励振電流、８２…駆動信号、９０、９２…差動信号（第１の信号）、２０２、２０４、２０６、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２…信号、２１０Ａ、２１２Ａ…差動信号、２２６…オフセット信号、ＣＭＰ０〜ＣＭＰ１５…コンパレーター、ＥＦ…エラーフラグ、ＳＳ…スレーブ選択信号、ＳＣＫ…シリアルクロック、ＭＯＳＩ…シリアル入力信号、ＭＩＳＯ…シリアル出力信号
【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】
2012181677.tif 000009
【図８】
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【図９】
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