(57)【要約】【課題】例えばセンサ部からの入力信号を処理する信号処理回路を備えるものであって、常時、自己診断機能を実行することを可能とする。【解決手段】信号処理装置１３は、センサチップ１２からの信号を処理する信号処理回路２１、搬送波信号入力回路２２、制御ロジック回路２３、判定ロジック回路２４、診断オフセット入力回路２５、移動平均フィルタ回路２６を備える。信号処理回路２１は、Ｃ／Ｖ変換回路２７、サンプルホールド回路２８、Ａ／Ｄ変換回路２９を備える。診断オフセット入力回路２５は、搬送波Ｄ１に同期して、Ａ／Ｄ変換回路２９に正側のオフセット信号Ｓ１、負側のオフセット信号Ｓ２をほぼ等しい振幅で交互に入力し、判定ロジック回路２４は、Ａ／Ｄ変換回路２９からの出力信号の変動量に基づいて自己診断を行う。移動平均フィルタ回路２６は、センサチップ１２の検出信号に対応した信号を抽出する。【選択図】図１
2016095268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を処理して該入力信号に応じた信号を出力する信号処理回路（２１、４１、５８）を備えた信号処理装置（１３、５３）であって、
前記信号処理回路（２１、４１、５８）の入力から出力に至る径路のうちのいずれかの内部信号に診断用のオフセット入力を行うオフセット入力手段（２５、６５）と、
前記オフセット入力手段（２５、６５）によるオフセット入力を所定量だけ変動させた際に、前記信号処理回路（２１、４１、５８）から出力される信号の変動量に基づいて該信号処理回路（２１、４１、５８）の自己診断を行う自己診断手段（２４）と、
前記信号処理回路（２１、４１、５８）から出力される信号から前記オフセット入力成分を取除いて前記入力信号に対応した信号のみを抽出する抽出手段（２６）とを備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
物理量を検出するセンサ部（１２）を備え、前記センサ部（１２）による検出物理量に応じた検出信号が入力信号として前記信号処理回路（２１、４１、５８）に入力されることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記センサ部（１２）は、物理量の変化を静電容量の変化として出力するように構成されると共に、
前記信号処理回路（２１、４１、５８）は、前記静電容量の変化を電圧信号に変換するＣ／Ｖ変換回路（２７、５９）と、このＣ／Ｖ変換回路（２７、５９）から出力される電圧信号を所定のタイミングでサンプルホールドするサンプルホールド回路（２８，６０）とを備えることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記信号処理回路（２１、４１、５８）は、前記サンプルホールド回路（２８、６０）から出力された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（２９、６１）を備えることを特徴とする請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記オフセット入力手段（２５、６５）は、前記Ｃ／Ｖ変換回路（２７、５９）の入力側にオフセット入力を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記オフセット入力手段（２５、６５）は、前記サンプルホールド回路（２８、６０）の入力側にオフセット入力を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記オフセット入力手段（２５、６５）は、前記Ａ／Ｄ変換回路（２９、６１）の入力側にオフセット入力を行うことを特徴とする請求項４記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記Ｃ／Ｖ変換回路（２７）は、差動型であり、
前記オフセット入力手段（２５）は、前記Ｃ／Ｖ変換回路（２７）の両方の入力信号に夫々オフセットを入力することを特徴とする請求項３又は４記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記オフセット入力手段（２５、６５）は、信号のサンプリングのタイミングに同期して、正側及び負側にほぼ等しい振幅で診断用のオフセット入力を規則的に行うことを特徴とする請求項８記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記抽出手段（２６）は、移動平均フィルタを備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記抽出手段（２６）は、前記移動平均フィルタと、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタとの組合せからなることを特徴とする請求項１０記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば物理量を検出するセンサ部からの入力信号を処理して該入力信号に応じた信号を出力する信号処理回路を備えた信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のエアバッグシステムに搭載されている容量式の加速度センサ装置は、半導体加速度センサチップ（センサエレメント）と、そのセンサチップからの検出信号を処理するＣ／Ｖ変換回路を主体とした信号処理装置とを備えて構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この加速度センサ装置においては、自らが正常に動作するかどうか（所定の感度が得られるか或いはセンサチップに異物等の異常がないか等）を診断するための自己診断機能を設けることが行われている。この自己診断機能は、通常の加速度検出時における搬送波とは異なる自己診断信号を、加速度センサチップに強制的に印加して、それに見合った信号が得られかどうかにより診断を行うものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７５０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１において、自己診断機能を実現するためには、通常の加速度検出時とは別に、自己診断の工程（フェーズ）を設ける必要があった。そのため、自己診断機能は、センサ装置の使用開始時（エンジン始動時）に実行する、或いは、必要な時点で、通常の動作フェーズから自己診断工程にフェーズを切替えて行う必要があった。つまり、従来では、センサ部を使用していないときにしか、自己診断を行うことができず、センサ部の使用中（加速度検出中）においても、常時、自己診断機能を実行できることが望まれるのである。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、例えばセンサ部からの入力信号を処理する信号処理回路を備えるものであって、常時、自己診断機能を実行することができる信号処理装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の信号処理装置（１３，５３）は、入力信号を処理して該入力信号に応じた信号を出力する信号処理回路（２１、４１、５８）を備えたものであって、前記信号処理回路（２１、４１、５８）の入力から出力に至る径路のうちのいずれかの内部信号に診断用のオフセット入力を行うオフセット入力手段（２５、６５）と、前記オフセット入力手段（２５、６５）によるオフセット入力を所定量だけ変動させた際に、前記信号処理回路（２１、４１、５８）から出力される信号の変動量に基づいて該信号処理回路（２１、４１、５８）の自己診断を行う自己診断手段（２４）と、前記信号処理回路（２１、４１、５８）から出力される信号から前記オフセット入力成分を取除いて前記入力信号に対応した信号のみを抽出する抽出手段（２８，６０）とを備えるところに特徴を有している。
【０００８】
上記構成においては、信号処理回路（２１、４１、５８）によって入力信号が処理され、該入力信号に応じた信号が出力される。このとき、オフセット入力手段（２５、６５）により、信号処理回路（２１、４１、５８）の入力から出力に至る径路のうちのいずれかの内部信号に診断用のオフセット入力を行うことができるのであるが、自己診断手段（２４）は、診断用のオフセット入力を所定量だけ変動させた際の、信号処理回路（２１、４１、５８）から出力される信号の変動量に基づいて該信号処理回路（２１、４１、５８）の自己診断を行う。
【０００９】
ここで、信号処理回路（２１、４１、５８）に対し強制的に診断用のオフセット入力を行った場合には、オフセット入力の所定量の変動に応じ、信号処理回路（２１、４１、５８）内部の信号の出力が、そのオフセットに見合った変動量で変動する。これにて、自己診断手段（２４）によってオフセット入力に対する出力変動を監視することにより、信号処理回路（２１、４１、５８）が正常に動作しているか、異常があるかどうかの診断が可能となる。
【００１０】
また、そのような自己診断と同時に、抽出手段（２８，６０）により、オフセット入力の変動をキャンセルするようにして、信号処理回路（２１、４１、５８）から出力される信号から入力信号に相当する部分のみを取出すことが可能となり、例えばセンサ部（１２）の検出した物理量を常時検出することができる。従って、本発明によれば、信号処理回路（２１、４１、５８）を備えるものであって、通常動作時以外に自己診断用のフェーズを設ける必要はなく、常時、自己診断機能を実行することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すもので、半導体加速度センサ装置の要部の電気的構成を概略的に示す図
【図２】搬送波の波形、オフセット入力、各部の出力の例を示すタイミングチャート
【図３】センサチップの概略的な平面図（ａ）及び縦断正面図（ｂ）
【図４】オフセット入力のパターンの変形例を説明するための図
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図６】各区間における信号を示す図
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図８】搬送波の波形、オフセット入力等の例を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（１）第１の実施形態
以下、本発明を容量式の半導体加速度センサ装置に適用した第１の実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。図１は、容量式の半導体加速度センサ装置１１の電気的構成を概略的に示す図であり、図３は、そのうちのセンサチップ１２の構成を概略的に示す図である。ここで、図１に示すように、この半導体加速度センサ装置１１は、センサ部（センサエレメント）としてのセンサチップ１２と、本実施形態に係る信号処理装置１３とを備えて構成される。
【００１３】
まず、センサチップ１２の構成の概略について述べる。図３（ｂ）に示すように、このセンサチップ１２は、例えば、シリコンからなる支持基板１２ａ上に酸化膜１２ｂを介して単結晶シリコン層１２ｃを形成した矩形状（正方形状）のＳＯＩ基板をベースとし、マイクロマシニング技術によって、その表面の単結晶シリコン層１２ｃに溝を形成することにより、中央部の矩形領域に位置して物理量検出部としての加速度検出部１４を有している。
【００１４】
この場合、加速度検出部１４は、一方向の検出軸（Ｘ軸）を有するものとされ、図３（ａ）で前後方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するものとなっている。この加速度検出部１４は、加速度の作用に応じてＸ軸方向に変位する可動電極部１５と、左右一対の第１、第２の固定電極部１６、１７とを有して構成される。そのうち可動電極部１５は、加速度検出部１４の中心部を前後方向に延びる錘部１５ａの前後両端部に左右方向に細長い矩形枠状をなすばね部１５ｂを有すると共に、図で手前側のばね部１５ｂの更に前端側にアンカ部１５ｃを有している。そして、前記錘部１５ａから左右方向に夫々いわば櫛歯状に延びる多数本の細幅状の可動電極１５ｄを有して構成されている。
【００１５】
図３（ｂ）に示すように、この可動電極部１５は、前記アンカ部１５ｃを除いて、下面側の絶縁膜１２ｂが除去されており、アンカ部１５ｃのみが支持基板１２ａに支持されたいわゆる片持ち状に浮いた状態とされている。また、前記アンカ部１５ｃの上面部には、図１にも示すように、電極パッドからなる入力端子１８が設けられている。後述するように、この入力端子１８には、搬送波Ｄ１が入力されるようになっている。
【００１６】
これに対し、左側の第１の固定電極部１６は、矩形状の基部１６ａから右方に櫛歯状に延びる複数本の固定電極１６ｂを有すると共に、基部１６ａから前方に延びる固定電極配線部１６ｃを有して構成されている。前記各固定電極１６ｂは、前記各可動電極１５ｄのすぐ後側に微小な隙間を介して平行に隣り合うように設けられている。前記固定電極配線部１６ｃの前端部の上面に、図１にも示すように、電極パッドからなる第１の出力端子１９が設けられている。
【００１７】
右側の第２の固定電極部１７は、矩形状の基部１７ａから左方に櫛歯状に延びる複数本の固定電極１７ｂを有すると共に、基部１７ａから前方に延びる固定電極配線部１７ｃを有して構成されている。前記各固定電極１７ｂは、前記各可動電極１５ｄのすぐ前側に微小な隙間を介して平行に隣り合うように設けられている。固定電極配線部１７ｃの前端部の上面に、図１にも示すように、電極パッドからなる第２の出力端子２０が設けられている。
【００１８】
これにて、前記可動電極部１５（可動電極１５ｄ）と第１の固定電極部１６（固定電極１６ｂ）との間、及び、可動電極部１５（可動電極１５ｄ）と第２の固定電極部１７（固定電極１７ｂ）との間に可動電極部１５を共通の電極としたコンデンサＣ１，Ｃ２（図１参照）が夫々形成され、これらコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量は、Ｘ軸方向の加速度の作用に伴う可動電極部１５の変位に応じて差動的に変化することになり、もって、加速度を容量値の変化として取出すことができるようになっている。
【００１９】
尚、詳しく図示はしないが、センサチップ１２は、信号処理装置１３の各回路を形成した回路チップ上に実装されたいわゆるスタック構造とされ、例えばセラミック製のパッケージ内に収容されて構成される。また、このセンサチップ１２の第１、第２の出力端子（電極パッド１９、２０）は、夫々、信号処理回路装置１３に設けられた第１、第２の入力端子（図示せず）に接続される。この電気的接続は、ボンディングワイヤによる接続、或いは、バンプ接続によりなされる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る信号処理装置１３について述べる。図１に示すように、信号処理装置１３は、前記センサチップ１２からの信号を処理するための信号処理回路２１を有している。またこれと共に、信号処理装置１３は、搬送波信号入力回路２２、制御ロジック回路２３、判定ロジック回路２４、診断オフセット入力回路２５、移動平均フィルタ回路（ＭＡＦ）２６等を備えて構成されている。前記制御ロジック回路２３及び判定ロジック回路２４は、コンピュータを主体として構成されており、そのソフトウエア的構成により、後述のような制御や判定を行う。
【００２１】
前記信号処理回路２１は、容量変化を電圧変化に変換する全差動型のＣ／Ｖ変換回路２７、Ｃ／Ｖ変換回路２７から出力される電圧信号を所定のタイミングでサンプルホールドするサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路２８、サンプルホールド回路２８から出力された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２９を備えている。信号処理回路２１において処理された出力信号が、Ａ／Ｄ変換回路２９から出力される。
【００２２】
前記Ｃ／Ｖ変換回路２７は、非反転及び反転の２個の入力端子と、第１及び第２の２個の出力端子とを有する全差動アンプ３０と、この全差動アンプ３０の非反転入力端子と−側の第１の出力端子との間に並列に接続されたコンデンサ３１及び第１のスイッチ３２と、全差動アンプ３０の反転入力端子と＋側の第２の出力端子との間に並列に接続されたコンデンサ３３及び第２のスイッチ３４とを備えている。前記センサチップ１２の第１の出力端子１９が、全差動アンプ３０の非反転入力端子に接続され、前記センサチップ１２の第２の出力端子２０が、全差動アンプ３０の反転入力端子に接続されている。
【００２３】
前記搬送波信号入力回路２２は、制御ロジック回路２３からの指令に基づいて、搬送波Ｄ１を発生させて前記センサチップ１２の可動電極部１５（入力端子１８）に入力する。この搬送波Ｄ１は、図２に示すように、所定電圧（例えば電源電圧に等しい５Ｖ）と０Ｖとの間で振幅し、周波数が例えば１２０ｋＨｚとされたパルス状（矩形波状）をなしている。このとき、加速度センサ装置１１の動作時には、搬送波Ｄ１は、可動電極部１５に常時印加されるようになっている。
【００２４】
さて、前記診断オフセット入力回路２５は、制御ロジック回路２３からの指令に基づいて、前記信号処理回路２１のいずれかの内部信号に診断用のオフセット入力を行う。従って、診断オフセット入力回路２５がオフセット入力手段として機能する。本実施形態では、Ｃ／Ｖ変換回路２７（全差動アンプ３０）の入力側にオフセット信号の入力を行う。詳しくは後の作用説明でも述べるように、診断オフセット入力回路２５は、全差動アンプ３０の非反転入力端子及び反転入力端子に対し、夫々、オフセット信号Ｓ１及びＳ２の入力を行う。これらオフセット信号Ｓ１、Ｓ２は、例えば加速度換算で、＋０．５Ｇ、−０．５Ｇに夫々相当する大きさとされている。
【００２５】
このとき、図２に示すように、診断オフセット入力回路２５は、信号処理回路２１の信号のサンプリングのタイミングに同期して（搬送波Ｄ１がＨｉのタイミングで）、正側のオフセット信号Ｓ１、負側のオフセット信号Ｓ２を、正側及び負側にほぼ等しい振幅で、交互に入力するように構成されている。つまり、正、負のオフセット入力が１Ｇ相当（所定量）の振り幅でなされる（等しい振幅で変動する）ものとされている。そして、図１に示すように、信号処理回路２１（Ａ／Ｄ変換回路２９）からの出力信号が、前記判定ロジック回路２４に入力され、出力信号の変動量に基づいて、自己診断（異常の有無の判定）がなされる。
【００２６】
これと共に、信号処理回路２１（Ａ／Ｄ変換回路２９）からの出力信号は、移動平均フィルタ回路２６に入力される。この移動平均フィルタ回路２６では、Ａ／Ｄ変換回路２９からの今回の信号Ｘ(ｎ)と、１回前の信号Ｘ(ｎ−１)との平均値［｛Ｘ(ｎ)＋Ｘ(ｎ−１) ｝／２］が演算される。この移動平均フィルタ回路２６の演算により、上記オフセット信号Ｓ１，Ｓ２（オフセット入力の２個分）がキャンセルされ、信号処理回路２１に対する入力信号に対応した、つまりセンサチップ１２の検出信号に対応した信号（加速度検出信号）のみが抽出される。
【００２７】
従って、前記判定ロジック回路２４が自己診断手段として機能し、前記移動平均フィルタ回路２６が抽出手段として機能する。尚、Ｃ／Ｖ変換回路２７の第１、第２のスイッチ３２、３４は、コンデンサ３１、３３のリセット用であり、図２に示すように、制御ロジック回路２３により適宜のタイミング（搬送波Ｄ１のパルスの立上りのタイミング）でオンされる。
【００２８】
次に、上記構成の作用について、図２も参照して述べる。図２は、半導体加速度センサ装置１１の動作時における、センサチップ１２の可動電極部１５に入力される搬送波Ｄ１の波形と、診断オフセット入力回路２５により、信号処理回路２１のうちＣ／Ｖ変換回路２７（全差動アンプ３０）の入力側に入力されるオフセット信号Ｓ１、Ｓ２との関係を示している。そして、Ｃ／Ｖ変換回路２７からの出力信号、サンプルホールド回路２８からの出力信号、Ａ／Ｄ変換回路２９からの出力信号、移動平均フィルタ回路２６からの出力信号の例を併せて示している。この図２では、センサチップ１２及び信号処理装置１３に異常は存在せず、また、例えば１Ｇの加速度が作用している場合の様子を示している。
【００２９】
上記したように、半導体加速度センサ装置１１の動作時には、常に、搬送波Ｄ１に同期して、オフセット信号Ｓ１（＋０．５Ｇ相当）、オフセット信号Ｓ２（−０．５Ｇ相当）が交互に入力される。オフセット信号Ｓ１が入力された際のＡ／Ｄ変換回路２９からの出力信号をＸ１（図２では白丸の中に１の数字）、オフセット信号Ｓ２が入力された際のＡ／Ｄ変換回路２９からの出力信号をＸ２（図２では白丸の中に２の数字）とすると、Ａ／Ｄ変換回路２９からは、信号Ｘ１及び信号Ｘ２が交互に出力される。
【００３０】
それら出力信号Ｘ１及びＸ２が、判定ロジック回路２４に入力されて異常診断が行われる。ここで、正常な（異常のない）場合には、信号Ｘ１の大きさは、＋０．５Ｇ相当となり、信号Ｘ２の大きさが、＋１．５Ｇ相当となり、これら信号が交互に出力される。これに対し、信号処理回路２１やセンサチップ１２等に異常が生じている場合には、信号Ｘ１と信号Ｘ２との間の振幅の大きさやそれらの平均値が変化するので、異常を判定することができる。
【００３１】
例えば、感度が大きすぎる異常があると、信号Ｘ１と信号Ｘ２との間の振幅の値（Ｘ２−Ｘ１）が、１Ｇ相当よりも大きくなる。感度が小さすぎる異常の場合には、信号Ｘ１と信号Ｘ２との間の振幅の値（Ｘ２−Ｘ１）が、１Ｇ相当よりも小さくなる。極性反転の異常があると、信号Ｘ１と信号Ｘ２との間の振幅の値が、１Ｇ相当よりも小さくなる。オフセット異常があると、信号Ｘ１と信号Ｘ２との平均値｛（Ｘ１＋Ｘ２）／２｝が１Ｇ相当からずれることになる。このようにして、出力信号Ｘ１及びＸ２から、判定ロジック回路２４により異常判定が行われるのである。
【００３２】
また、Ａ／Ｄ変換回路２９からの出力信号Ｘ１及びＸ２は、移動平均フィルタ回路２６に入力され、一つ前の出力信号との２回分の平均がとられる。つまり、信号Ｘ２が入力された場合には、一つ前の信号Ｘ１との平均｛（Ｘ１＋Ｘ２）／２｝が求められ、信号Ｘ１が入力された場合には、一つ前の信号Ｘ２との平均｛（Ｘ２＋Ｘ１）／２｝が求められる。これにより、移動平均フィルタ回路２６によって、オフセット信号Ｓ１，Ｓ２（オフセット入力の２個分）がキャンセルされ、信号処理回路２１に対する入力信号に対応した、つまりセンサチップ１２の検出信号に対応した加速度検出信号（例えば１．０Ｇ相当）のみが抽出される。
【００３３】
このように本実施形態の信号処理装置１３によれば、診断オフセット入力回路２５により、信号処理回路２１のＣ／Ｖ変換回路２７に対し強制的に診断用のオフセット信号Ｓ１、Ｓ２の入力を行うことができるのであるが、オフセット入力の所定量の変動に応じ、信号処理回路２１（Ａ／Ｄ変換回路２９）からの出力信号が、そのオフセットに見合った変動量で変動する。これにて、判定ロジック回路２４によってオフセット入力に対する出力変動を監視することにより、信号処理回路２１が正常に動作しているか、異常があるかどうかの診断が可能となる。
【００３４】
また、そのような自己診断と同時に、移動平均フィルタ回路２６によって、オフセット入力の変動をキャンセルするようにして、信号処理回路２１（Ａ／Ｄ変換回路２９）からの出力信号から入力信号（加速度検出信号）に相当する部分のみを取出すことが可能となり、センサチップ１２により検出した加速度を常時検出することができる。従って、本実施形態によれば、信号処理回路２１を備えるものであって、従来のような通常動作時以外に自己診断用のフェーズを設けるものと異なり、常時、自己診断機能を実行することができるという優れた効果を奏するものである。
【００３５】
尚、上記した第１の実施形態では、診断オフセット入力回路２５により、搬送波Ｄ１と同期して、正側のオフセット信号Ｓ１、負側のオフセット信号Ｓ２を交互に入力するように構成したが、それ以外のオフセット信号の入力（変動）のパターンを採用することも可能である。即ち、オフセット信号の入力のパターンの変形例として、搬送波Ｄ１と同期して（搬送波Ｄ１がＨｉのタイミングで）、正側のオフセット信号Ｓ１の入力、入力停止（オフセットが０）、負側のオフセット信号Ｓ２の入力、入力停止（オフセットが０）を順に繰返すように構成することができる。
【００３６】
この場合、図４に示すように、正常の場合には、オフセット信号の入力パターンに対応して、信号処理回路２１（Ａ／Ｄ変換回路２９）からの出力信号は、１．５Ｇ相当、１Ｇ相当、０．５Ｇ相当、１Ｇ相当を繰返すようになる。この場合も、信号処理回路２１やセンサチップ１２等に異常が生じている場合には、Ａ／Ｄ変換回路２９からの出力信号の振幅の大きさやそれらの平均値が変化するので、判定ロジック回路２４において異常を判定することができる。尚、オフセット入力停止時のＡ／Ｄ変換回路２９の出力信号から、信号処理装置１３の故障の有無に関わらず、オフセット異常の判定が可能となる。
【００３７】
また、移動平均フィルタ回路２６では、正、負のオフセット信号入力時の信号が各１点ずつ入るように、Ａ／Ｄ変換回路２９からの今回の信号Ｘ(ｎ)と、１回前の信号Ｘ(ｎ−１)と、２回前の信号Ｘ(ｎ−２)とから、平均値［｛Ｘ(ｎ)＋２＊Ｘ(ｎ−１)＋Ｘ(ｎ−２)｝／４］が演算される。或いは、平均値［｛Ｘ(ｎ)＋Ｘ(ｎ−１)＋Ｘ(ｎ−２)＋Ｘ(ｎ−３)｝／４］が演算される。これにより、センサチップ１２により検出した加速度を常時検出することができる。
【００３８】
（２）第２の実施形態
図５及び図６は本発明の第２の実施形態を示すものである。この第２の実施形態が、上記第１の実施形態と異なるところは、信号処理回路４１の構成にある。即ち、本実施形態の信号処理回路４１においては、全差動型のＣ−Ｖ変換回路２７の入力側（診断オフセット入力回路２５によるオフセット信号Ｓ１、Ｓ２の入力部分よりも後段）に、チョッピング回路４２が設けられている。
【００３９】
前記チョッピング回路４２は、前記第１の出力端子１９と全差動アンプ３０の非反転入力端子との間に挿設された第３のスイッチ４３と、前記第２の出力端子２０と全差動アンプ３０の反転入力端子との間に挿設された第４のスイッチ４４と、前記第１の出力端子１９と全差動アンプ３０の反転入力端子との間に挿設された第５のスイッチ４５と、前記第２の出力端子２０と全差動アンプ３０の非反転入力端子との間に挿設された第６のスイッチ４６とを備えている。
【００４０】
このチョッピング回路４２つまり前記第３〜第６のスイッチ４３〜４６についても、前記制御ロジック回路３２によりオン・オフ制御されるようになっている。このとき、チョッピング回路４２の第３のスイッチ４３及び第４のスイッチ４４がオンし、第５のスイッチ４５及び第６のスイッチ４６がオフしている状態を正転状態という。この正転状態では、オフセット信号Ｓ１が全差動アンプ３０の非反転入力端子に入力され、オフセット信号Ｓ２が全差動アンプ３０の反転入力端子に入力される。
【００４１】
これに対し、チョッピング回路４２の第３のスイッチ４３及び第４のスイッチ４４がオフし、第５のスイッチ４５及び第６のスイッチ４６がオンしている状態を反転状態という。この反転状態では、オフセット信号Ｓ１が全差動アンプ３０の反転入力端子に入力され、オフセット信号Ｓ２が全差動アンプ３０の非反転入力端子に入力される。
【００４２】
この場合、診断オフセット入力回路２５からは、搬送波Ｄ１と同期して（搬送波Ｄ１がＨｉのタイミングで）、正側のオフセット信号Ｓ１の入力、正側のオフセット信号Ｓ１の入力、負側のオフセット信号Ｓ２の入力、負側のオフセット信号Ｓ２の入力が、正側及び負側にほぼ等しい振幅で、その順に繰返されるようになる。そして、それに同期したタイミングで、チョッピング回路４２により、正転状態、反転状態、正転状態、反転状態が交互に切替えられる。
【００４３】
図６は、ＡＤ１〜ＡＤ８の８つの区間（搬送波Ｄ１の８周期分）における、センサチップ１２からの加速度（Ｇ）の信号（Ｖｃｖ＋とする）、診断オフセット入力回路２５から入力されるオフセット信号（正のオフセット入力をＶｏｆｆ＋、負のオフセット入力をＶｏｆｆ−とする）、Ａ／Ｄ変換回路２９からの出力信号（正のオフセット入力を含む場合はＶＡＤＯ＋、負のオフセット入力を含む場合はＶＡＤＯ−）を示している。上段（ａ）は、チョッピングを行ったままのデータを示し、その下段（ｂ）は、チョッピングの復調を行った場合（ＡＤＣｈ１〜ＡＤＣｈ８）のデータを示している。また最下段（ｃ）に、移動平均フィルタ回路２６による抽出信号を示している。
【００４４】
区間ＡＤ１は、正側のオフセット信号Ｓ１が入力されチョッピング回路４２が正転状態の様子、区間ＡＤ２は、正側のオフセット信号Ｓ１が入力されチョッピング回路４２が反転状態の様子を示している。区間ＡＤ３は、負側のオフセット信号Ｓ２が入力されチョッピング回路４２が正転状態の様子、区間ＡＤ４は、負側のオフセット信号Ｓ２が入力されチョッピング回路４２が反転状態の様子を示している。これら区間ＡＤ１〜ＡＤ４のパターンが、区間ＡＤ５〜ＡＤ８でも繰返されている。
【００４５】
この図６から明らかなように、このようなチョッピング回路４２を設けた構成でも、診断オフセット入力回路２５からのオフセット入力を、正、正、負、負の順番で行うことにより、チョッピング回路４２による信号反転を実施しても、チョッピングの復調を行ったＡ／Ｄ変換回路２９からの出力信号は、正負に交互に振幅が振れるようになる。これにより、判定ロジック回路２４により、異常判定（自己診断）を行うことができる。また、移動平均フィルタ回路２６では、４個の出力信号の平均値が演算されることにより、オフセット入力の変動をキャンセルするようにして、センサチップ１２の加速度検出信号に相当する部分のみを取出し、加速度を常時検出することができる。
【００４６】
従って、この第２の実施形態によっても、信号処理回路４１を備えるものであって、従来のような通常動作時以外に自己診断用のフェーズを設けるものと異なり、常時、自己診断機能を実行することができるという優れた効果を奏するものである。尚、上記第２の実施形態では、チョッピング回路４２を、診断オフセット入力回路２５によるオフセット信号Ｓ１、Ｓ２の入力部分よりも後段に設けるようにしたが、Ｃ−Ｖ変換回路２７の出力側や、サンプルホールド回路２８の出力側に設けるようにしても良い、同等の制御により実施することが可能である。
【００４７】
（３）第３の実施形態、その他の実施形態
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る半導体加速度センサ装置５１の要部の電気的構成を、概略的に示している。この半導体加速度センサ装置５１は、センサ部としてのセンサチップ５２と、信号処理装置５３を備えている。そのうちセンサチップ５２は、可動電極部１５と、一対の固定電極部１６，１７とを備えており、それらからコンデンサＣ１，Ｃ２が形成される。
【００４８】
また、センサチップ５２には、固定電極部１６，１７に夫々接続された第１、第２の入力端子５４，５５と、可動電極部１５に接続された出力端子５６とが設けられている。入力端子５４，５５には、搬送波入力回路５７が接続され、電位がＶｐ（例えば５Ｖ）とＶｍ（例えば０Ｖ）との間の振幅を有し、互いに逆位相となるパルス状の搬送波が印加されるようになっている。出力端子５６は、信号処理装置５３の信号処理回路５８に接続されている。
【００４９】
前記信号処理回路５８は、シングルエンドタイプのＣ−Ｖ変換回路５９、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路６０、Ａ／Ｄ変換回路６１を備えている。前記Ｃ／Ｖ変換回路５９は、演算増幅器６２並びにその非反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された帰還コンデンサ６３及びスイッチ６４を備えている。前記出力端子５６は、演算増幅器６２の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器６２の反転入力端子には、一定（直流）の電圧信号、例えば搬送波の中間電圧Ｖref が入力されるようになっている。
【００５０】
また、信号処理装置５３は、制御ロジック回路２３、判定ロジック回路２４、移動平均フィルタ回路（ＭＡＦ）２６を備えると共に、診断オフセット入力回路６５を備えて構成されている。前記診断オフセット入力回路６５は、制御ロジック回路２３からの指令に基づいて、Ｃ／Ｖ変換回路５９（演算増幅器６２）の入力側にオフセット信号Ｓ１（例えば加速度換算で、＋０．５Ｇに相当する信号）の入力を行う。この場合、図８に示すように、診断オフセット入力回路６５は、信号処理回路５８の信号のサンプリングのタイミングに同期して、搬送波Ｄ１のＨｉ、Ｌｏの１周期毎に、オフセット信号Ｓ１の入力、入力停止（オフセットが０）を交互に行うように構成されている。
【００５１】
図８は、上記第１の実施形態（図２）と同様に、センサチップ５２及び信号処理装置５３に異常は存在せず、例えば１Ｇの加速度が作用している場合の各部の信号を示している。オフセット信号Ｓ１の波形について、第１の実施形態と異なるものの、Ｃ／Ｖ変換回路５９からの出力信号は、第１の実施形態と同等となっている。これにより、図示は省略しているが、サンプルホールド回路６０からの出力信号、Ａ／Ｄ変換回路６１からの出力信号、移動平均フィルタ回路２６からの出力信号は、図２に示したものと同等となる。
【００５２】
この結果、本実施形態によっても、判定ロジック回路２４によってオフセット入力に対する出力変動を監視することにより、信号処理回路５８が正常に動作しているか、異常があるかどうかの診断が可能となる。また、そのような自己診断と同時に、移動平均フィルタ回路２６によって、オフセット入力の変動をキャンセルするようにして、信号処理回路５８（Ａ／Ｄ変換回路６１）からの出力信号から入力信号（加速度検出信号）に相当する部分のみを取出すことが可能となり、センサチップ５２により検出した加速度を常時検出することができる。従って、この第３の実施形態によっても、信号処理回路５８を備えるものにあって、常時、自己診断機能を実行することができるという優れた効果を得ることができる。
【００５３】
尚、上記各実施形態では説明しなかったが、信号処理回路にあっては、センサ部に物理量が作用していない状態におけるセンサ部の出力（ゼロ点）を調整するゼロ点調整機構を設けることも行われている。このようにゼロ点調整機構を備える場合にあっては、オフセット入力手段（診断オフセット入力回路）を、ゼロ点調整機構と兼用するように設けることもでき、構成をより簡単に済ませることができる。また、上記各実施形態では、抽出手段として、移動平均フィルタを採用するようにしたが、移動平均フィルタに加えてローパスフィルタ又はバンドパスフィルタを組合せて構成することも可能である。
【００５４】
上記各実施形態では、診断オフセット入力回路により、Ｃ／Ｖ変換回路の入力側にオフセット信号の入力を行うように構成したが、サンプルホールド回路の入力側や、Ａ／Ｄ変換回路の入力側にオフセット信号の入力を行う構成としても良い。その他、上記各実施形態では、本発明を半導体加速度センサ装置に適用するようにしたが、例えばヨーレートセンサなど、他の容量式の半導体センサ装置にも適用することができ、更には、信号処理装置全般に適用することもできる。信号処理回路がＣ／Ｖ変換回路を備えないものであっても良く、また各部の信号波形等についてもあくまでも一例を示したに過ぎない等、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００５５】
図面中、１１、５１は半導体加速度センサ装置、１２、５２はセンサチップ（センサ部）、１３、５３は信号処理装置、２１、４１、５８は信号処理回路、２３は制御ロジック回路、２４は判定ロジック回路（自己診断手段）、２５、６５は診断オフセット入力回路（オフセット入力手段）、２６は移動平均フィルタ（抽出手段）、２７，５９はＣ／Ｖ変換回路、２８、６０はサンプルホールド回路、２９、６１はＡ／Ｄ変換回路、４２はチョッピング回路を示す。
【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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