(57)【要約】      （修正有）【課題】冗長化した複数のセンサに対する異常検出の精度を向上させた半導体装置及び電子制御システムを提供する。【解決手段】同一の検出対象を検出する複数の内部センサＴＳ１、ＴＳ２と、複数の内部センサＴＳ１，ＴＳ２からの検出信号のそれぞれを所定の周波数で切り替えて出力する切替回路ＳＥＬと、切替回路ＳＥＬの出力に基づく変換信号のうち、所定の外部センサの出力信号を補正するための第１の周波数成分を抽出する補正情報抽出回路５５２と、切替回路ＳＥＬの出力に基づく変換信号のうち、複数の内部センサＴＳ１、ＴＳ２の異常を検出するための第２の周波数成分を抽出する異常情報抽出回路５５３と、を備える。【選択図】図６
2017083226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の検出対象を検出する複数の内部センサと、
前記複数の内部センサからの検出信号のそれぞれを所定の周波数で切り替えて出力する切替回路と、
前記切替回路の出力に基づく変換信号のうち、所定の外部センサの出力信号を補正するための第１の周波数成分を抽出する補正情報抽出回路と、
前記切替回路の出力に基づく変換信号のうち、前記複数の内部センサの異常を検出するための第２の周波数成分を抽出する異常情報抽出回路と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記補正情報抽出回路は、
前記変換信号のうち前記第２の周波数成分を減衰させて前記第１の周波数成分を抽出し、
前記異常情報抽出回路は、
前記変換信号のうち前記第１の周波数成分を除去して前記第２の周波数成分を抽出する
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記補正情報抽出回路は、
前記変換信号に対して前記所定の周波数における周波数成分を前記第２の周波数成分として減衰させる第１のデシメーションフィルタと、
前記第１のデシメーションフィルタの出力信号からノイズを除去するローパスフィルタと、
を含む請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記異常情報抽出回路は、
前記所定の周波数の少なくとも２倍以上である第３の周波数成分を減衰させる第２のデシメーションフィルタと、
前記第２のデシメーションフィルタの出力信号からノイズ及び前記第１の周波数成分を除去するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力信号から前記複数の内部センサの各検出信号の間の差分を算出する差分算出回路と、
を含む請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体装置は、前記外部センサと接続され、
前記半導体装置が搭載された電子制御ユニットにおける角速度センサ又は加速度センサの少なくとも一方を前記外部センサとする、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数の内部センサのそれぞれは、前記半導体装置の温度を検出する温度センサであり、
前記補正情報抽出回路は、前記外部センサの温度特性を補正するための温度データを抽出する
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記切替回路の出力をＡＤ（Analog-to-Digital）変換して前記変換信号を出力するＡＤ変換回路をさらに備える
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
外部センサと、半導体装置とを備える電子制御システムであって、
前記半導体装置は、
同一の検出対象を検出する複数の内部センサと、
前記複数の内部センサからの検出信号のそれぞれを所定の周波数で切り替えて出力する切替回路と、
前記切替回路の出力に基づく変換信号のうち、前記外部センサの出力信号を補正するための第１の周波数成分を抽出する補正情報抽出回路と、
前記切替回路の出力に基づく変換信号のうち、前記複数の内部センサの異常を検出するための第２の周波数成分を抽出する異常情報抽出回路と、
を備える電子制御システム。
【請求項９】
前記補正情報抽出回路は、
前記変換信号のうち前記第２の周波数成分を減衰させて前記第１の周波数成分を抽出し、
前記異常情報抽出回路は、
前記変換信号のうち前記第１の周波数成分を除去して前記第２の周波数成分を抽出する
請求項８に記載の電子制御システム。
【請求項１０】
前記補正情報抽出回路は、
前記変換信号に対して前記所定の周波数における周波数成分を前記第２の周波数成分として減衰させる第１のデシメーションフィルタと、
前記第１のデシメーションフィルタの出力信号からノイズを除去するローパスフィルタと、
を含む請求項９に記載の電子制御システム。
【請求項１１】
前記異常情報抽出回路は、
前記所定の周波数の少なくとも２倍以上である第３の周波数成分を減衰させる第２のデシメーションフィルタと、
前記第２のデシメーションフィルタの出力信号からノイズ及び前記第１の周波数成分を除去するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力信号から前記複数の内部センサの各検出信号の間の差分を算出する差分算出回路と、
を含む請求項９に記載の電子制御システム。
【請求項１２】
前記複数の内部センサのそれぞれは、前記半導体装置の温度を検出する温度センサである、
請求項８に記載の電子制御システム。
【請求項１３】
前記補正情報抽出回路は、前記変換信号から、各温度センサにより検出された温度の平均値を前記第１の周波数成分として抽出し、
前記異常情報抽出回路は、前記変換信号から、各温度センサの温度差データを前記第２の周波数成分として抽出する、
請求項１２に記載の電子制御システム。
【請求項１４】
前記外部センサは、前記電子制御システムが搭載された自動車の角速度を検出する角速度センサ、又は、当該自動車の加速度を検出する加速度センサを少なくとも含む、
請求項８に記載の電子制御システム。
【請求項１５】
前記半導体装置は、
前記外部センサの出力信号に対して前記第１の周波数成分を用いて補正する補正回路と、
前記第２の周波数成分を用いて前記複数の内部センサの異常を検出する異常検出回路と、
をさらに備える請求項８に記載の電子制御システム。
【請求項１６】
前記複数の内部センサのそれぞれは、前記半導体装置の温度を検出する温度センサであり、
前記補正情報抽出回路は、前記変換信号から、各温度センサにより検出された温度の平均値を前記第１の周波数成分として抽出し、
前記補正回路は、前記外部センサの出力信号に対して前記温度の平均値を用いて補正し、
前記異常情報抽出回路は、前記変換信号から、各温度センサの温度差データを前記第２の周波数成分として抽出し、
前記異常検出回路は、前記温度差データが所定値を超える場合に前記複数の温度センサの異常を検出する
請求項１５に記載の電子制御システム。
【請求項１７】
前記補正回路の出力又は前記異常検出回路の出力に応じた所定の演算処理を実行する演算処理装置をさらに備える請求項１５に記載の電子制御システム。
【請求項１８】
外部センサと、半導体装置とを含む電子制御システムを備える自動車であって、
前記半導体装置は、
同一の検出対象を検出する複数の内部センサと、
前記複数の内部センサからの検出信号のそれぞれを所定の周波数で切り替えて出力する切替回路と、
前記切替回路の出力に基づく変換信号のうち、前記外部センサの出力信号を補正するための第１の周波数成分を抽出する補正情報抽出回路と、
前記切替回路の出力に基づく変換信号のうち、前記複数の内部センサの異常を検出するための第２の周波数成分を抽出する異常情報抽出回路と、
を備える自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置、電子制御システム及び自動車に関し、例えば冗長化したセンサを有する半導体装置、電子制御システム及び自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、角速度を検出する角速度センサ、加速度を検出する加速度センサ、及び、それらの検出結果に基づいて、自動車の横滑りを防ぐためのエンジン制御やエアバッグの作動の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ(Electronic Control Unit)）が搭載されている。
【０００３】
近年、自動車の機能の安全性に関する要求の高度化に伴い、上述した角速度センサや加速度センサの精度向上が要求されている。ここで、角速度センサや加速度センサには温度特性があり、これを補正するために温度センサが使用される。そのため、温度センサの故障を検出するシステムが必要とされる。尚、複数のセンサの故障を検出するための技術は、例えば特許文献１及び２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９０３６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にかかる技術では面積大という課題があり、特許文献２にかかる技術では、温度補正で使用する温度データの精度が不十分であるという問題があった。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態によれば、半導体装置は、複数の内部センサの出力を周期的に切り替えて入力される連続データから、外部センサの出力信号の補正用の周波数成分と前記複数の内部センサの異常検出用の周波数成分とを抽出する。
【発明の効果】
【０００７】
前記一実施の形態によれば、冗長化した複数のセンサに対する異常検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる自動車に搭載された電子制御システムの概要構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかるセンサＬＳＩの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる角速度センサ共振用信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１にかかる角速度センサ感度信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１にかかる加速度センサ感度信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態１にかかる半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１にかかるデジタル変換後の入力信号の例を示す図である。
【図８】実施の形態１にかかる温度平均値の例を示す図である。
【図９】実施の形態１にかかるＢＰＦへ入力される温度データの例を示す図である。
【図１０】実施の形態１にかかるＢＰＦから出力された温度差データの例を示す図である。
【図１１】実施の形態１にかかる温度差データを抽出する場合のタイミングチャートである。
【図１２】実施の形態１にかかる角速度センサ及び加速度センサの利用例を説明するための図である。
【図１３】実施の形態２にかかる半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態２にかかる検波される温度差データの例を示す図である。
【図１５】実施の形態に至る前の構想に係る半導体装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態に至る前の構想に係る半導体装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００１２】
＜発明者による事前検討＞
実施の形態１に係る半導体装置の詳細について説明する前に、本発明者が事前検討した技術について説明する。まず、前提として上述の通り、自動車の機能の安全性に関する要求の高度化に伴い、横滑り検出システム等に使用される角速度センサ及び加速度センサの精度向上が要求されている。ここで、角速度センサ及び加速度センサには温度特性があり、角速度センサ及び加速度センサによる検出精度に影響を与える。そのため、角速度センサ及び加速度センサの精度向上のためには温度特性を補正する構成が必要となる。従って、温度特性を補正するために、低ノイズ特性の温度センサを用いることが必要となる。そして、温度センサ自体の保証をするために、冗長化して故障検出を行うことが考えられる。そこで、メインとサブからなる２台の温度センサを搭載し、メインの温度センサから検出される温度データを温度特性の補正に用いつつ、各温度センサから検出される温度データの差分を常時監視することで、いずれかの温度センサの故障を検出するシステムを検討した。
【００１３】
まず、図１５は、本実施の形態に至る前の構想に係る半導体装置９１の構成例を示すブロック図である。半導体装置９１は、温度センサＴＳ１及びＴＳ２と、デルタシグマ−アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）９１１及び９１２と、デシメーションフィルタ（ＤＣＭＴ）９１３及び９１４と、キャリブレーション（ＣＡＬ）９１５及び９１６と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９１７と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９１８と、シリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）９１０と、温度差抽出回路９１９とを備える。
【００１４】
２つの温度センサＴＳ１及びＴＳ２は、同一の検出対象である半導体装置９１の温度を、それぞれが独立に検出するものである。デルタシグマＡＤＣ９１１、ＤＣＭＴ９１３、ＣＡＬ９１５及びＬＰＦ９１７は、温度センサＴＳ１のアナログ出力信号である温度データＴｅｍｐ１を処理して、デジタル信号である出力温度データＴｅｍｐ１ｄを出力する。また、デルタシグマＡＤＣ９１２、ＤＣＭＴ９１４、ＣＡＬ９１６及びＢＰＦ９１８は、温度センサＴＳ２のアナログ出力信号である温度データＴｅｍｐ２を処理して、デジタル信号である出力温度データＴｅｍｐ２ｄを出力する。
【００１５】
ＳＰＩ９１０は、ＬＰＦ９１７からの出力温度データＴｅｍｐ１ｄをマイクロコンピュータ（不図示）等へ出力する。尚、半導体装置９１は、メインのセンサである温度センサＴＳ１により検出された温度データＴｅｍｐ１に基づく出力温度データＴｅｍｐ１ｄを用いて角速度センサ（不図示）及び加速度センサ（不図示）の温度特性をキャンセルする補正演算を行う。
【００１６】
また、温度差抽出回路９１９は、出力温度データＴｅｍｐ１ｄ及び出力温度データＴｅｍｐ２ｄの差分を算出して温度差分データｄＴｅｍｐとして出力する。そのため、半導体装置９１の後段において温度差分データｄＴｅｍｐを用いて温度センサＴＳ１又はＴＳ２のいずれかの故障を検出することができる。ここで、半導体装置９１は、温度センサごとにデルタシグマＡＤＣが必要となるため、回路規模つまり面積が増大してしまうという問題がある。
【００１７】
そこで、半導体装置９１の問題を解決する案として検討された半導体装置９２について図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態に至る前の構想に係る半導体装置９２の構成例を示すブロック図である。半導体装置９１では、２台の温度センサＴＳ１及びＴＳ２のそれぞれに対応する２台のＡＤＣを用いていたところ、半導体装置９２は、２台の温度センサＴＳ１及びＴＳ２に対して１台のデルタシグマＡＤＣ９２０で実現するものである。半導体装置９２は、温度センサＴＳ１及びＴＳ２と、切替回路ＳＥＬと、デルタシグマＡＤＣ９２０と、ＤＣＭＴ９２１及び９２２と、ＣＡＬ９２３及び９２４と、ＬＰＦ９２５及び９２６と、ＳＰＩ９１０と、温度差抽出回路９１９とを備える。切替回路ＳＥＬは、温度データＴｅｍｐ１又はＴｅｍｐ２をＡＤＣ９２０への入力として周期的に切り替える。ＡＤＣ９２０は、入力されたアナログ信号である温度データＴｅｍｐ１又はＴｅｍｐ２をデジタル信号に変換し、ＤＣＭＴ９２１又は９２２のいずれかへ出力する。ＤＣＭＴ９２１及び９２２は、切替回路ＳＥＬと同期してＡＤＣ９２０からの入力が周期的に切り替えられる。そのため、半導体装置９２は、時分割制御により各温度データを抽出する。そして、ＤＣＭＴ９２１、ＣＡＬ９２３及びＬＰＦ９２５は、ＡＤＣ９２０からの入力を処理して出力温度データＴｅｍｐ１ｄを出力する。また、ＤＣＭＴ９２２、ＣＡＬ９２４及びＬＰＦ９２６は、ＡＤＣ９２０からの入力を処理して出力温度データＴｅｍｐ２ｄを出力する。そして、ＳＰＩ９１０及び温度差抽出回路９１９は、図１５と同様に処理する。このとき、ＤＣＭＴ９２１及び９２２は、常にいずれか一方にしかＤＣ９２０からの出力デジタル信号が入力されない。そのため、ＤＣＭＴ９２１及び９２２は、出力デジタル信号が入力されない場合、直前に入力されたデータを保持する。つまり、半導体装置９２のＤＣＭＴ９２１及び９２２は、ＡＤＣ９２０からの出力デジタル信号が取り込まれない期間が発生する。そのため、データの連続性が失われ、折り返しノイズによる特性の悪化が生じるという問題がある。
【００１８】
そこで、半導体装置９１における回路規模の増大及び半導体装置９２における折り返しノイズによる特性の悪化という問題を解決すべく、１台のアナログデジタル変換回路により精度良く、温度及び温度差を検出して、複数の内部センサ（温度センサ等）の異常を精度良く検出するために、以下の本実施の形態にかかる半導体装置が見出された。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかる自動車１に搭載された電子制御システム２の概要構成を示すブロック図である。電子制御システム２は、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２の検出結果を用いて自動車１の横滑りの検出等を行い、エアバッグの制御等を行うものとする。また、電子制御システム２は、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２の温度特性を補正するために用いる温度センサ（不図示、後述）を搭載している。そして、電子制御システム２は、温度センサの故障検出のために温度センサを冗長化している。尚、自動車１における電子制御システム２以外の構成は公知のものであるため図示及び説明を省略する。また、電子制御システム２は、少なくとも１以上のセンサの出力結果を用いて任意の処理を行うものであればよい。また、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２は、外部センサの一例であり、温度センサはＬＳＩに内蔵される内部センサの一例であり、これらに限定されない。
【００２０】
電子制御システム２は、角速度センサＳ１と、加速度センサＳ２と、電子制御ユニット３とを備える。電子制御ユニット３は、センサ用ＬＳＩ（Large-Scale Integration）（半導体装置）５と、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ、演算処理装置）６とを備える。
【００２１】
角速度センサＳ１は、共振素子により構成され、自動車の角速度を検出するセンサである。角速度センサＳ１は、例えば、音叉型角速度センサであり、音叉を共振させることにより、角速度に応じたコリオリ力が生じる。角速度センサＳ１は、センサ用ＬＳＩ５から共振用信号を入力し、変調し、センサ用ＬＳＩ５へ共振用信号及び感度信号を出力する。ここで、角速度センサＳ１から出力される共振用信号は、感度信号の搬送波として使用され、感度信号は共振用信号によりＡＭ変調されて出力される。
【００２２】
加速度センサＳ２は、例えば、静電容量型の加速度センサであり、加速度に応じた容量変動が生じる。尚、加速度センサＳ２は、静電容量型に限定されず、例えば、ピエゾ抵抗型等により実現してもよい。加速度センサＳ２は、センサ用ＬＳＩ５から駆動電圧信号を入力し、変調し、センサ用ＬＳＩ５へ感度信号である加速度信号を出力する。
【００２３】
（センサ用ＬＳＩ５の構成）
センサ用ＬＳＩ５の構成について図２を用いて詳細に説明する。
図２は、実施の形態１にかかるセンサＬＳＩ５の構成を示すブロック図である。センサ用ＬＳＩ５は、角速度センサＳ１、加速度センサＳ２及びＭＣＵ６と接続されている。センサ用ＬＳＩ５は、角速度センサ共振用信号処理回路５１１と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）５１２と、ＯＳＣ（OSCillator）５１３と、クロック分周／クロック生成回路５１４と、角速度センサ感度信号処理回路５２１と、温度補正演算回路５２２と、加速度センサ感度信号処理回路５３１と、温度補正演算回路５３２と、駆動バッファ５４０と、温度センサ信号処理回路５５０と、異常検出回路５６０と、ＳＰＩ５７０とを備える。尚、角速度センサ共振用信号処理回路５１１、角速度センサ感度信号処理回路５２１、加速度センサ感度信号処理回路５３１及び温度センサ信号処理回路５５０のそれぞれは、説明の便宜上、一つの回路として記載したものである。そのため、これらは、図３、図４、図５及び図６で後述する個々の回路の集合からなる機能ブロックで実現されても構わない。
【００２４】
角速度センサ共振用信号処理回路５１１は、角速度センサＳ１からの共振用信号を受け付け、基準クロック信号ＲＣＬＫをＰＬＬ５１２へ出力し、共振用信号を角速度センサＳ１へ出力する。図３は、実施の形態１にかかる角速度センサ共振用信号処理回路５１１の構成を示すブロック図である。角速度センサ共振用信号処理回路５１１は、ＩＶ変換アンプ５１１１と、ＡＤＣ５１１２と、デジタルフィルタ５１１３と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）５１１４と、ＤＡＣ５１１５と、駆動バッファ５１１６とを備える。ＩＶ変換アンプ５１１１は、角速度センサＳ１からの感度信号を電圧値に変換する。ＡＤＣ５１１２は、ＩＶ変換アンプ５１１１により電圧値に変換された感度信号をＡＤ（（Analog-to-Digital））変換して出力する。デジタルフィルタ５１１３は、ＡＤＣ５１１２の出力信号に含まれるノイズ成分を除去し、共振周波数成分を抽出する。ここで、デジタルフィルタ５１１３の出力信号は、デジタルの正弦波であって、基準クロック信号ＲＣＬＫとして用いられ、ＡＧＣ５１１４及びＰＬＬ５１２へ出力される。ＡＧＣ５１１４は、基準クロック信号ＲＣＬＫの振幅に応じて出力信号のゲインを調整する。ＤＡＣ５１１５は、ＡＧＣ５１１４の出力信号をＤＡ変換して出力する。駆動バッファ５１１６は、ＤＡＣ５１１５の出力信号を共振用信号として角速度センサＳ１へ出力する。
【００２５】
図２に戻り説明を続ける。ＯＳＣ５１３は、センサ用ＬＳＩ５の電源起動時に用いられる発信回路であり、クロック信号を生成して出力する。ＰＬＬ５１２は、角速度センサ共振用信号処理回路５１１からの基準クロック信号ＲＣＬＫと、クロック分周／クロック生成回路５１４からのクロック信号とを入力し、基準クロック信号ＲＣＬＫを逓倍したクロック信号を生成し、出力する。クロック分周／クロック生成回路５１４は、センサ用ＬＳＩ５の電源起動時において、ＯＳＣ５１３からのクロック信号を入力し、角速度センサＳ１の共振動作が安定し、ＰＬＬ５１２の動作が安定した後に、ＰＬＬ５１２からのクロック信号を入力する。クロック分周／クロック生成回路５１４は、入力されたクロック信号に基づいて所定の周波数のクロック信号を生成し、各種デジタル回路のクロック信号として出力する。
【００２６】
角速度センサ感度信号処理回路５２１は、角速度センサＳ１からの感度信号を受け付け、角速度成分を抽出し、温度補正演算回路５２２へ出力する。図４は、実施の形態１にかかる角速度センサ感度信号処理回路５２１の構成を示すブロック図である。角速度センサ感度信号処理回路５２１は、ＩＶ変換アンプ５２１１と、検波回路５２１２と、ＡＤＣ５２１３と、デジタルフィルタ５２１４とを備える。ＩＶ変換アンプ５２１１は、角速度センサＳ１からの感度信号を電圧値に変換する。検波回路５２１２は、ＩＶ変換アンプ５２１１により電圧値に変換された信号から角速度成分を検波して出力する。特に、検波回路５２１２は、クロック分周／クロック生成回路５１４から出力されたクロック信号に基づいて動作する。ＡＤＣ５２１３は、検波回路５２１２により検波された信号をＡＤ変換して出力する。デジタルフィルタ５２１４は、ＡＤＣ５２１３の出力信号に含まれるノイズを除去し、温度補正演算回路５２２へ出力する。
【００２７】
図２に戻り説明を続ける。加速度センサ感度信号処理回路５３１は、加速度センサＳ２からの感度信号を受け付け、加速度成分を抽出し、温度補正演算回路５３２へ出力する。図５は、実施の形態１にかかる加速度センサ感度信号処理回路５３１の構成を示すブロック図である。加速度センサ感度信号処理回路５３１は、ＱＶ変換アンプ５３１１と、検波回路５３１２と、ＡＤＣ５３１３と、デジタルフィルタ５３１４とを備える。ＱＶ変換アンプ５３１１は、加速度センサＳ２からの感度信号を電圧値に変換する。検波回路５３１２は、ＱＶ変換アンプ５３１１により電圧値に変換された信号から加速度成分を検波して出力する。特に、検波回路５３１２は、クロック分周／クロック生成回路５１４から出力されたクロック信号に基づいて動作する。ＡＤＣ５３１３は、検波回路５３１２により検波された信号をＡＤ変換して出力する。デジタルフィルタ５３１４は、ＡＤＣ５３１３の出力信号に含まれるノイズを除去し、温度補正演算回路５３２へ出力する。
【００２８】
図２に戻り説明を続ける。駆動バッファ５４０は、クロック分周／クロック生成回路５１４から出力されたクロック信号に基づいて駆動電圧信号を生成し、加速度センサＳ２へ出力する。
【００２９】
温度センサ信号処理回路５５０は、本実施の形態にかかる半導体装置の一例である。温度センサ信号処理回路５５０は、メインとサブの２台の温度センサを搭載し、温度センサのそれぞれから出力される温度の検出信号を周期的に切り替えてデータ入力し、ＡＤ変換後のデジタル信号から、メインとサブの温度センサによる検出温度の平均値、及び、検出温度の差分値の信号を抽出する。温度センサ信号処理回路５５０は、抽出した温度の平均値を温度補正演算回路５２２及び５３２並びにＳＰＩ５７０へ出力する。また、温度センサ信号処理回路５５０は、抽出した温度の差分値を異常検出回路５６０へ出力する。尚、温度センサ信号処理回路５５０の詳細は、図６を用いて後述する。
【００３０】
温度補正演算回路５２２は、角速度センサ感度信号処理回路５２１から出力される角速度成分を示す信号に対して、温度センサ信号処理回路５５０から出力される温度データを用いて０点補正やゲイン補正、つまり、補正演算を行い、ＳＰＩ５７０へ出力する。また、温度補正演算回路５３２は、加速度センサ感度信号処理回路５３１から出力される加速度成分を示す信号に対して、温度センサ信号処理回路５５０から出力される温度データを用いて０点補正やゲイン補正、つまり、補正演算を行い、ＳＰＩ５７０へ出力する。
【００３１】
異常検出回路５６０は、温度センサ信号処理回路５５０から出力される温度の差分データに基づいて温度センサＴＳ１及びＴＳ２のいずれかの異常の有無を判定し、その結果を異常検出結果としてＳＰＩ５７０へ出力する。具体的には、異常検出回路５６０は、温度の差分データが所定値を超えると判定した場合に、温度センサＴＳ１及びＴＳ２のいずれかが異常であると検出する。
【００３２】
ＳＰＩ５７０は、温度補正演算回路５２２から出力される補正後の角速度データ、温度補正演算回路５３２から出力される補正後の加速度データ、温度センサ信号処理回路５５０から出力される温度データ、及び、異常検出回路５６０から出力される異常検出結果を受け付け、ＭＣＵ６へ出力する。ＳＰＩ５７０は、ＣＳＢ（chip select bar）、ＳＣＬＫ（Serial Clock）及びＭＯＳＩ（Master Out Slave In）を介してＭＣＵ６から信号を受け付け、ＭＩＳＯ（Master In Slave Out）を介してＭＣＵ６へ信号を出力する。
【００３３】
ＭＣＵ６は、温度補正演算回路５２２及び５３２の出力又は異常検出回路５６０の出力に応じた所定の演算処理を実行する演算処理装置の一例である。すなわち、ＭＣＵ６は、センサ用ＬＳＩ５により補正された角速度データ及び加速度データに基づいて、所定の演算処理を実行する。具体的には、例えば、ＭＣＵ６は、角速度センサＳ１の検出結果により自動車１の角速度（回転速度）が速過ぎると判断した場合には、自動車の横滑りを防ぐためのエンジン制御を自動で行う。また、ＭＣＵ６は、加速度センサＳ２の検出結果により自動車１の加速度が急激に低下した場合（即ち、障害物に衝突した可能性がある場合）には、エアバッグの作動を自動で制御する。
【００３４】
（温度センサ信号処理回路５５０の構成）
図６は、実施の形態１にかかる温度センサ信号処理回路５５０の構成を示すブロック図である。温度センサ信号処理回路５５０は、温度センサＴＳ１及びＴＳ２と、切替回路ＳＥＬと、デルタシグマＡＤＣ５５１と、補正情報抽出回路５５２と、異常情報抽出回路５５３とを備える。温度センサ信号処理回路５５０は、温度センサＴＳ１及びＴＳ２に対してセンスラインを共用し、時分割にてセンスラインへ入力する。但し、温度センサ信号処理回路５５０は、温度センサＴＳ１及びＴＳ２からの入力信号（温度データＴｅｍｐ１及びＴｅｍｐ２）を時分割で抜き出すのではなく、連続するデータとして扱い、温度データＴｅｍｐ１及びＴｅｍｐ２の平均値をセンスラインの感度として使用する。温度センサ信号処理回路５５０は、トリミングする温度値を平均値とし、温度補正演算回路５２２及び５３２に対する補正用の温度データとする。また、温度センサ信号処理回路５５０は、温度データＴｅｍｐ１及びＴｅｍｐ２の差分としてＰｅａｋ−Ｐｅａｋの差を検出する。
【００３５】
温度センサＴＳ１及びＴＳ２は、実施の形態１にかかる半導体装置内部の同一の検出対象を検出する内部センサの一例である。温度センサＴＳ１及びＴＳ２は、センサ用ＬＳＩ５の温度をそれぞれが検出し、温度データＴｅｍｐ１及びＴｅｍｐ２として個別に出力する。
【００３６】
切替回路ＳＥＬは、温度センサＴＳ１及びＴＳ２からの検出信号のそれぞれを所定の周波数で切り替えて出力する。具体的には、切替回路ＳＥＬは、温度データＴｅｍｐ１又はＴｅｍｐ２をデルタシグマＡＤＣ５５１への入力として周波数ＦＣＬＫに応じて周期的に切り替える。周波数ＦＣＬＫは、複数の温度センサＴＳ１及びＴＳ２の入力を切り替える際の基準となる周波数である。例えば、切替回路ＳＥＬは、周波数ＦＣＬＫを２．２５ｋＨｚとして、温度センサＴＳ１及びＴＳ２から出力される検出信号である温度データＴｅｍｐ１又はＴｅｍｐ２をＤｕｔｙ５０％で切り替えて、デルタシグマＡＤＣ５５１へ出力する。尚、周波数ＦＣＬＫは２．２５ｋＨｚに限定されない。
【００３７】
デルタシグマＡＤＣ５５１は、入力されたアナログ信号である温度データＴｅｍｐ１又はＴｅｍｐ２をアナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換し、変換信号を補正情報抽出回路５５２及び異常情報抽出回路５５３の両方へ出力する。図７は、実施の形態１にかかるデジタル変換後の入力信号の例を示す図である。デルタシグマＡＤＣ５５１により変換された信号（変換信号）には、温度が一定とすると、周波数ＦＣＬＫに比べて非常に低い周波数帯域に温度平均値が含まれ、周波数ＦＣＬＫの帯域に温度差情報が含まれることになる。つまり、変換信号には、概ね直流成分に相当する温度平均信号と、交流成分に相当する周期ＦＣＬＫの温度差信号とが含まれるといえる。
【００３８】
補正情報抽出回路５５２は、検出された温度の平均値を抽出するパス（経路）である。すなわち、補正情報抽出回路５５２は、切替回路ＳＥＬの出力に基づく変換信号のうち、外部センサ（例えば、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２）の出力信号を補正するための第１の周波数成分（例えば、温度の平均値）を抽出する。より具体的には、補正情報抽出回路５５２は、変換信号のうち第２の周波数成分（例えば、温度差信号の周波数成分）を減衰させて第１の周波数成分を抽出するものである。
【００３９】
補正情報抽出回路５５２は、ＤＣＭＴ５５２１と、ＣＡＬ５５２２と、ＬＰＦ５５２３とを備える。ＤＣＭＴ５５２１は、切替回路ＳＥＬにおける切り替えの周波数ＦＣＬＫにノッチを持つデシメーションフィルタである。つまり、ＤＣＭＴ５５２１は、温度差信号の周波数成分（第２の周波数成分）を減衰させる第１のデシメーションフィルタといえる。ＣＡＬ５５２２は、ＤＣＭＴ５５２１の出力信号に対して、アナログ回路におけるばらつきを補正する補正回路である。ＣＡＬ５５２２は、例えば、デルタシグマＡＤＣ５５１の１ＬＳＢの精度を合わせるための掛け算と、アナログ回路のオフセットを調整するたし算とを行う。ＬＰＦ５５２３は、ＣＡＬ５５２２の出力信号に対して、ノイズを除去して温度平均値を抽出する。図８は、実施の形態１にかかる温度平均値の例を示す図である。つまり、デルタシグマＡＤＣ５５１の出力信号に対して、温度差分データｄＴｅｍｐとデルタシグマＡＤＣ５５１の雑音伝達関数（ＮＴＦ（Noise Transfer Function））を削除して、直流成分に相当する（Ｔｅｍｐ１＋Ｔｅｍｐ２）／２（＝ＴｍｅｐＡｖｇ）の値を抽出していることを示す。ここで、温度ノイズは角速度及び加速度のノイズ特性に影響を与える。そのため、補正情報抽出回路５５２によりノイズを除去して温度データを抽出することで、ノイズ特性の悪化を抑えることができる。
【００４０】
異常情報抽出回路５５３は、検出された温度の差分値を抽出するパス（経路）である。すなわち、異常情報抽出回路５５３は、切替回路ＳＥＬの出力に基づく変換信号のうち、複数の内部センサ（例えば、温度センサＴＳ１及びＴＳ２）の異常を検出するための第２の周波数成分を抽出する。より具体的には、異常情報抽出回路５５３は、変換信号のうち第１の周波数成分を除去して第２の周波数成分を抽出するものである。
【００４１】
異常情報抽出回路５５３は、ＤＣＭＴ５５３１と、ＣＡＬ５５３２と、ＢＰＦ５５３３と、温度差抽出回路（差分算出回路）５５３４とを備える。ＤＣＭＴ５５３１は、切替回路ＳＥＬにおける切り替えの周波数ＦＣＬＫにノッチを持たないデシメーションフィルタである。より正確には、ＤＣＭＴ５５３１は、温度差信号の周波数成分を減衰させない周波数にノッチを持つ第２のデシメーションフィルタといえる。温度差信号の周波数成分を減衰させない周波数とは、例えば、周波数ＦＣＬＫの２倍以上の周波数（第３の周波数）である。例えば、ＤＣＭＴ５５３１は、周波数ＦＣＬＫの４倍の周波数にノッチを持ち、第３の周波数成分を減衰させる第２のデシメーションフィルタといえる。ＣＡＬ５５３２は、上述したＣＡＬ５５２２と同様の補正回路である。ＢＰＦ５５３３は、ＣＡＬ５５３２の出力信号に対して、ノイズ及び温度平均値を除去して温度差の周波数成分を抽出する。ここで、図９は、実施の形態１にかかるＢＰＦへ入力される温度データの例を示す図である。図９の時点では、デルタシグマＡＤＣ５５１のＮＴＦのみ削除されており、２つの温度センサＴＳ１及びＴＳ２の平均値と温度差の両方の情報が含まれていることを示す。また、図１０は、実施の形態１にかかるＢＰＦから出力された温度差データの例を示す図である。図１０では、図９の情報から温度平均値ＴｍｅｐＡｖｇが除去され、温度差分データｄＴｅｍｐのみが抽出されたことを示す。
【００４２】
温度差抽出回路５５３４は、ＢＰＦ５５３３の出力信号から温度差データを算出する。ここで、温度差データは、複数の内部センサの各検出信号の間の差分の一例である。図１１は、実施の形態１にかかる温度差データを抽出する場合のタイミングチャートである。ここでは、ＢＰＦ５５３３のサンプリングクロックの周波数ＣＬＫを９ｋＨｚとし、切替回路ＳＥＬにおける切り替えの周波数ＦＣＬＫを、周波数ＣＬＫの４クロック分である２．２５ｋＨｚとしている。そのため、温度差抽出回路５５３４は、ＢＰＦ５５３３の出力データの４クロック分のそれぞれについて、ＭＡＸ値とＭＩＮ値をそれぞれ検出し、４クロック分ごとにＭＡＸ値とＭＩＮ値の差分を温度差分データｄＴｅｍｐとして算出する。
【００４３】
（本実施の形態１にかかる効果）
上述したことから、本実施の形態１により、冗長化した複数のセンサに対する異常検出の精度を向上させることができる。その理由は、まず、冗長化した複数のセンサによる検出信号を周期的に切り替えてＡＤ変換を行った上で、補正情報抽出回路５５２及び異常情報抽出回路５５３の双方へ同一の連続データを入力するためである。これにより、入力される連続データに検出データの平均値とセンサ間での検出信号の差分値とを含めることができる。よって、入力されるデータの連続性が保たれるため、折り返しノイズによる特性の悪化を防ぐことができる。そして、結果としてセンサデータを高精度に抽出し、かつ、冗長化したセンサの異常検出を高精度に実現することができる。さらに、冗長化した複数のセンサに対して１台のデルタシグマＡＤＣ５５１で実現できるため、回路構成及びチップ面積を小型化することもできる。
【００４４】
ここで、デルタシグマＡＤＣの雑音伝達関数（ＮＴＦ）は、オーバーサンプリングレート（以下、ＯＳＲ）で決まる。例えば、実施の形態１の例において１次のデルタシグマＡＤＣを使用し、信号帯域＝５０Ｈｚ、時分割周期＝２．２５ｋＨｚの場合、半導体装置９２のような時分割制御を行わないことによる効果は、
２０×ｌｏｇ（５０×２／２．２５ｋ）＝‐２７ｄＢ
のノイズ改善となる。
【００４５】
（実施の形態１の利用例：横滑り検出）
尚、本実施の形態１の利用例について説明する。図１の電子制御ユニット３は、例えば、角速度センサＳ１の検出結果により自動車１の角速度（回転速度）が速すぎると判断した場合、自動車１の横滑りを防ぐためのエンジン制御を自動で行う。また、電子制御ユニット３は、例えば、加速度センサＳ２の検出結果により自動車１の加速度が急激に低下した場合（即ち、障害物に衝突した可能性がある場合）、エアバッグの作動を自動で制御する。
【００４６】
ここで、図１２は、実施の形態１にかかる角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２の利用例を説明するための図である。図１２は、自動車１の横滑りを検出する場合に適用した例である。ここでは、自動車１は、回転半径ｒ及び角速度ωにより左方向に回転しているものとする。この場合、自動車１は、速度ｖｅｌかつ回転の中心方向の加速度ａｃｃが生じていることとなる。一般に、速度ｖｅｌはタイヤの回転数により把握可能であり、回転半径ｒは操舵角により把握可能であるため、角速度センサＳ１は、速度ｖｅｌを回転半径ｒで除算することにより角速度ωを算出することもできる。また、加速度センサＳ２は、回転半径ｒと角速度ωの２乗を乗算することにより回転の中心方向の加速度ａｃｃを算出することもできる。または、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２は、角速度ω及び加速度ａｃｃを直接検出してもよい。
【００４７】
＜実施の形態２＞
本実施の形態２は、上述した実施の形態１の変形例である。本実施の形態２では、異常情報抽出回路において、検波によって温度差データを抽出するものである。そのため、上述した自動車１、電子制御システム２、電子制御ユニット３、センサ用ＬＳＩ５及び温度センサ信号処理回路５５０において、補正情報抽出回路及び異常情報抽出回路を、図１３に示すように置き換えることにより、本実施の形態２に適用可能である。尚、その他の構成は、実施の形態１と同等のものが適用可能なため、図示及び説明を省略する。
【００４８】
図１３は、実施の形態２にかかる半導体装置の一例である温度センサ情報抽出回路５５０ａの構成を示すブロック図である。温度センサ情報抽出回路５５０ａは図６の温度センサ信号処理回路５５０と比べて、補正情報抽出回路５５２ａ及び異常情報抽出回路５５３ａが異なる。補正情報抽出回路５５２ａは、補正情報抽出回路５５２との違いとしてＣＡＬ５５２２の出力信号がＬＰＦ５５２３と共に異常情報抽出回路５５３ａへも出力されている。異常情報抽出回路５５３ａは、ＤＣＭＴ５５３１及びＣＡＬ５５３２の後段に、ＳＵＢ５５３５、検波回路５５３６及びＬＰＦ５５３７を備える。ＳＵＢ５５３５は、ＣＡＬ５５３２の出力信号から、ＣＡＬ５５２２の出力信号を差し引いて、出力する。例えば、ＳＵＢ５５３５は、温度平均値及び温度差分値を含む図８の信号から、温度平均値を含む図７の信号を差し引く。検波回路５５３６は、ＳＵＢ５５３５の出力信号を周波数ＦＣＬＫのクロックで検波して出力する。ＬＰＦ５５３７は、検波回路５５３６の出力信号に対して、ノイズを除去して温度差分値を抽出して出力する。尚、ＳＵＢ５５３５、検波回路５５３６及びＬＰＦ５５３７は、差分算出回路の一例である。図１４は、実施の形態２にかかる検波される温度差データの例を示す図である。
【００４９】
ここで、上述した実施の形態１では、温度平均値及び温度差分値を含むＣＡＬ５５３２の出力データを、後段のＢＰＦ５５３３で除去し、温度差抽出回路５５３４において周波数ＦＣＬＫのＢＰＦ出力信号からＭＡＸ値及びＭＩＮ値を抽出することにより、温度差データを算出していた。一方、本実施の形態２では、ＣＡＬ５５３２の出力信号からＣＡＬ５５２２の出力信号を差し引くことで温度差情報のみの信号とし、検波回路５５３６において周波数ＦＣＬＫのクロックで検波することで温度差データはＤＣに現れることになり、後段のＬＰＦ５５３７でノイズを除去することでＬＰＦ出力データがそのまま温度差データとなる。
【００５０】
そのため、本実施の形態２においても上述した実施の形態１と同等の効果を奏する。
【００５１】
＜その他の実施の形態＞
尚、上述した実施の形態では、複数の内部センサの例として温度センサが２つの場合を示したが、本実施の形態は温度センサが３以上でもよい。この場合、例えば、各温度センサの出力信号が別の周波数帯となるように変換し、少なくとも各温度センサの出力信号同士を比較することにより、いずれかの温度センサの異常を検出することができる。
【００５２】
また、本実施の形態にかかる外部センサは、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２に限定されない。本実施の形態にかかる外部センサには、角速度センサＳ１及び加速度センサＳ２のいずれか１つ又は他のセンサを用いることができる。
【００５３】
本実施の形態にかかる電子制御システムは、横滑りの検出及びエアバッグの制御等を行うものとしたが、制御内容はこれに限定されない。また、本実施の形態にかかる電子制御システム及び半導体装置は、自動車以外に搭載されたものであっても構わない。尚、本実施の形態にかかる半導体装置及び電子制御システムは、自動車に搭載されるものに限定されない。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００５５】
例えば、上記の実施の形態に係る半導体装置では、半導体基板、半導体層、拡散層（拡散領域）などの導電型（ｐ型もしくはｎ型）を反転させた構成としてもよい。そのため、ｎ型、及びｐ型の一方の導電型を第１の導電型とし、他方の導電型を第２の導電型とした場合、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とすることもできるし、反対に第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型とすることもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１  自動車
２  電子制御システム
Ｓ１  角速度センサ
Ｓ２  加速度センサ
３  電子制御ユニット
５  センサ用ＬＳＩ
６  ＭＣＵ
５１１  角速度センサ共振用信号処理回路
５１１１  ＩＶ変換アンプ
５１１２  ＡＤＣ
５１１３  デジタルフィルタ
５１１４  ＡＧＣ
５１１５  ＤＡＣ
５１１６  駆動バッファ
５１２  ＰＬＬ
５１３  ＯＳＣ
５１４  クロック分周／クロック生成回路
５２１  角速度センサ感度信号処理回路
５２１１  ＩＶ変換アンプ
５２１２  検波回路
５２１３  ＡＤＣ
５２１４  デジタルフィルタ
５２２  温度補正演算回路
５３１  加速度センサ感度信号処理回路
５３１１  ＱＶ変換アンプ
５３１２  検波回路
５３１３  ＡＤＣ
５３１４  デジタルフィルタ
５３２  温度補正演算回路
５４０  駆動バッファ
５５０  温度センサ信号処理回路
５５０ａ  温度センサ情報抽出回路
ＴＳ１  温度センサ
ＴＳ２  温度センサ
ＳＥＬ  切替回路
５５１  デルタシグマＡＤＣ
５５２  補正情報抽出回路
５５２ａ  補正情報抽出回路
５５２１  ＤＣＭＴ
５５２２  ＣＡＬ
５５２３  ＬＰＦ
５５３  異常情報抽出回路
５５３ａ  異常情報抽出回路
５５３１  ＤＣＭＴ
５５３２  ＣＡＬ
５５３３  ＢＰＦ
５５３４  温度差抽出回路
５５３５  ＳＵＢ
５５３６  検波回路
５５３７  ＬＰＦ
５６０  異常検出回路
５７０  ＳＰＩ
ＲＣＬＫ  基準クロック信号
ａｃｃ  加速度
ｖｅｌ  速度
ω  角速度
ｒ  回転半径
９１  半導体装置
９１１  デルタシグマＡＤＣ
９１２  デルタシグマＡＤＣ
９１３  ＤＣＭＴ
９１４  ＤＣＭＴ
９１５  ＣＡＬ
９１６  ＣＡＬ
９１７  ＬＰＦ
９１８  ＢＰＦ
９１０  ＳＰＩ
９１９  温度差抽出回路
Ｔｅｍｐ１  温度データ
Ｔｅｍｐ２  温度データ
ＴｅｍｐＡｖｇ  温度平均データ
ｄＴｅｍｐ  温度差分データ
９２  半導体装置
９２０  ＡＤＣ
９２１  ＤＣＭＴ
９２２  ＤＣＭＴ
９２３  ＣＡＬ
９２４  ＣＡＬ
９２５  ＬＰＦ
９２６  ＬＰＦ
Ｔｅｍｐ１ｄ  出力温度データ
Ｔｅｍｐ２ｄ  出力温度データ
【図１】
2017083226.tif 000003
【図２】
2017083226.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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