JP4816656B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、発振周波数をＡ／Ｄ変換回路に出力する発振回路と、発振回路から入力された発振周波数に基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えたセンサ装置に関する。

従来より、発振周波数をＡ／Ｄ変換回路に出力する発振回路と、発振回路から入力された発振周波数に基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えたセンサ装置がある（例えば特許文献１、２参照）。
特開平１１−４４５８５号公報 特開平１１−６４１３５号公報

しかしながら、上記した特許文献１、２に記載したものでは、発振回路が電源端子から直接印加される電源電圧に応じた発振周波数を出力するように構成されているので、電源電圧が変動すると、発振回路から出力される発振周波数が変動し、Ａ／Ｄ変換回路におけるサンプリング時間が変動することになる。具体的には、例えば電源電圧が増大する方向に変動すると、発振回路から出力される発振周波数が増大する方向に変動し、Ａ／Ｄ変換回路におけるサンプリング時間が短くなる方向に変動することになる。

その結果、Ａ／Ｄ変換回路により生成されるデジタルデータである基準情報Ａや温度情報Ｔやセンサ情報（圧力情報）Ｄがサンプリング時間に比例して小さくなり、その後のデジタル回路における補正演算において、Ｔ／Ａ、Ｄ／Ａという除算処理にて除去できない誤差が発生し、正確なセンサ信号を出力することができないという問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源電圧が変動した場合であっても、正確なセンサ信号を出力することができるセンサ装置を提供することにある。

請求項１に記載したセンサ装置によれば、第２の定電圧回路から発振回路に定電圧が常に印加され、発振回路からＡ／Ｄ変換回路に安定化された発振周波数が常に出力されるように構成したので、電源電圧が変動した場合であっても、Ａ／Ｄ変換回路が発振回路から入力された安定化された発振周波数に基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することができ、正確なセンサ信号を出力することができる。

又、Ａ／Ｄ変換回路がデジタルデータの出力を完了した後には、第１の定電圧回路が動作を休止するように構成したので、第１の定電圧回路が動作を休止することにより、装置全体としての消費電力を低減することができる。

（第１実施例）
以下、本発明のセンサ装置を、圧力を測定する半導体圧力センサ装置に適用した第１実施例について、図１および図２を参照して説明する。

図１は、半導体圧力センサ装置の構成を機能ブロック図として示している。半導体圧力センサ装置１は、定電圧回路２と、発振回路３と、スイッチ回路４と、アナログ回路５と、増幅回路６と、Ａ／Ｄ変換回路７と、デジタル回路８とを備えて構成されている。定電圧回路２は、電源端子（Ｖｄｄ）から電源電圧が印加されると、印加された電源電圧を安定化させて定電圧を生成する。つまり、電源端子からの電源電圧が数％〜数十％程度変動する場合であっても、定電圧回路２は、その電源電圧の変動による影響のない定電圧を生成する。

スイッチ回路４は、第１の切替状態（図中実線にて示す状態）と第２の切替状態（図中破線にて示す状態）とを設定可能に構成されており、第１の切替状態を設定しているときには、定電圧回路２から印加された定電圧を発振回路３に印加させ、これに対して、第２の切替状態を設定しているときには、電源端子から直接印加された電源電圧を発振回路３に印加させる。

発振回路３は、スイッチ回路４が第１の切替状態を設定していること応じて、定電圧回路２からスイッチ回路４を通じて定電圧が印加されると、または、スイッチ回路４が第２の切替状態を設定していること応じて、電源端子からスイッチ回路４を通じて電源電圧が印加されると、発振周波数ｆをＡ／Ｄ変換回路７およびデジタル回路８に出力する。

アナログ回路５は、定電圧回路２から印加された定電圧を駆動電圧として動作
し、センシング部により圧力を検出すると、検出された圧力値に応じたアナログデータを増幅回路６に出力する。増幅回路６は、定電圧回路２から印加された定電圧を駆動電圧として動作し、アナログ回路５からアナログデータが入力されると、入力されたアナログデータを所定の増幅率にしたがって増幅してＡ／Ｄ変換回路７に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路７は、定電圧回路２から印加された定電圧を駆動電圧として動作し、増幅回路６から増幅されたアナログデータが入力されると、発振回路３から入力された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成し、生成されたデジタルデータをデジタル回路８に出力する。

デジタル回路８は、電源端子から直接印加された電源電圧を駆動電圧として動作し、Ａ／Ｄ変換回路７からデジタルデータが入力されると、発振回路３から入力された発振周波数ｆに基づいてデジタルデータである基準情報Ａや温度情報Ｔやセンサ情報（圧力情報）Ｄを所定の演算式にしたがって補正演算し、演算結果をセンサ信号として出力する。また、上記した構成では、デジタル回路８は、制御信号Ｓ１をスイッチ回路４に出力することにより、スイッチ回路４の切替状態を設定し、制御信号Ｓ２を定電圧回路２に出力することにより、定電圧回路２の動作を制御し、制御信号Ｓ３を発振回路３に出力することにより、発振回路３の動作を制御する。

次に、上記した構成の作用について、図２を参照して説明する。図２は、デジタル回路８が行う処理をフローチャートとして示している。
デジタル回路８は、制御信号Ｓ１をスイッチ回路４に出力することにより、スイッチ回路４を第１の切替状態に設定し（ステップＡ１）、制御信号Ｓ２を定電圧回路２に出力することにより、定電圧回路２の動作を開始させ、制御信号Ｓ３を発振回路３に出力することにより、発振回路３の動作を開始させる（ステップＡ２）。これに伴って、アナログ回路５、増幅回路６およびＡ／Ｄ変換回路７の各回路は、定電圧回路２から定電圧が印加されることにより、動作を開始する。

このとき、発振回路３は、スイッチ回路４が第１の切替状態に設定されているので、定電圧回路２から定電圧が印加されることにより、安定化された発振周波数ｆをＡ／Ｄ変換回路７に出力することになり、Ａ／Ｄ変換回路７は、増幅回路６からアナログデータが入力されると、安定化された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することになる。

次いで、デジタル回路８は、Ａ／Ｄ変換回路７からのデジタルデータの入力が完了されたか否かを判定し（ステップＡ３）、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了したか否かを判定する。ここで、デジタル回路８は、Ａ／Ｄ変換回路７からのデジタルデータの入力が完了された旨を検出し（ステップＡ３にて「ＹＥＳ」）、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了した旨を検出すると、制御信号Ｓ２を定電圧回路２に出力することにより、定電圧回路２の動作を休止させ（ステップＡ４）、制御信号Ｓ１をスイッチ回路４に出力することにより、スイッチ回路４を第２の切替状態に設定する（ステップＡ５）。そして、デジタル回路８は、Ａ／Ｄ変換回路７から入力されたデジタルデータを補正演算し（ステップＡ６)、演算結果をセンサ信号として出力する（ステップＡ７）。

このとき、発振回路３は、スイッチ回路４が第２の切替状態に設定されているので、電源端子から電源電圧が直接印加されることにより、印加された電源電圧に応じた発振周波数ｆをデジタル回路８に出力することになり、デジタル回路８は、Ａ／Ｄ変換回路７からデジタルデータが入力されると、電源電圧に応じた発振周波数ｆに基づいてデジタルデータを補正演算することになるが、電源電圧が変動したことに伴って発振回路３からデジタル回路８に入力される発振周波数ｆが変動したとしても、その発振周波数ｆの変動による影響が全く皆無であることから、不具合が発生することは皆無である。

以上に説明したように第１実施例によれば、半導体圧力センサ装置１において、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータを生成して出力しているときには、スイッチ回路４が第１の切替状態を設定することにより、定電圧回路２から発振回路３に定電圧が印加され、発振回路３からＡ／Ｄ変換回路７に安定化された発振周波数ｆが出力されるように構成したので、電源電圧が変動した場合であっても、Ａ／Ｄ変換回路７が発振回路３から入力された安定化された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することができ、正確なセンサ信号を出力することができる。

この場合、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了した後には、スイッチ回路４が第２の切替状態を設定すると共に、定電圧回路２が動作を休止するように構成したので、定電圧回路２が動作を休止することにより、装置全体としての消費電力を低減することができる。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について、図３および図４を参照して説明する。ここでは、上記した第１実施例と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。上記した第１実施例は、スイッチ回路４を備えることにより、Ａ／Ｄ変換回路７が動作中のときに定電圧回路７から発振回路３に定電圧が印加されるように構成したものであるが、これに対して、この第２実施例は、定電圧回路を２個備えることにより、一方の定電圧回路から発振回路に定電圧が常に印加されるように構成したものである。

すなわち、半導体圧力センサ装置１１は、第１の定電圧回路１２と、第２の定電圧回路１３と、発振回路１４と、アナログ回路５と、増幅回路６と、Ａ／Ｄ変換回路７と、デジタル回路１５とを備えて構成されている。この場合、第２の定電圧回路１３は、電源端子から電源電圧が印加されると、印加された電源電圧を安定化させて定電圧を生成し、発振回路１４は、第２の定電圧回路１３から定電圧が常に印加されることにより、安定化された発振周波数ｆをＡ／Ｄ変換回路７およびデジタル回路１５に常に出力する。

次に、上記した構成の作用について、図４を参照して説明する。
デジタル回路１５は、制御信号Ｓ４を第１の定電圧回路１２に出力することにより、第１の定電圧回路１２の動作を開始させ、制御信号Ｓ５を第２の定電圧回路１３に出力することにより、第２の定電圧回路１３の動作を開始させ、制御信号Ｓ６を発振回路１４に出力することにより、発振回路１４の動作を開始させる（ステップＡ１１）。これに伴って、アナログ回路５、増幅回路６およびＡ／Ｄ変換回路７の各回路は、第１の定電圧回路１２から定電圧が印加されることにより、動作を開始する。

このとき、発振回路１４は、第２の定電圧回路１３から定電圧が印加されることにより、安定化された発振周波数ｆをＡ／Ｄ変換回路７に出力することになり、Ａ／Ｄ変換回路７は、増幅回路６からアナログデータが入力されると、安定化された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することになる。

次いで、デジタル回路１５は、Ａ／Ｄ変換回路７からのデジタルデータの入力が完了された旨を検出し（ステップＡ１２にて「ＹＥＳ」）、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了した旨を検出すると、制御信号Ｓ４を第１の定電圧回路１２に出力することにより、第１の定電圧回路１２の動作を休止させる（ステップＡ１３）。そして、デジタル回路１５は、Ａ／Ｄ変換回路７から入力されたデジタルデータを補正演算し（ステップＡ１４)、演算結果をセンサ信号として出力する（ステップＡ１５）。

以上に説明したように第２実施例によれば、半導体圧力センサ装置１１において、第２の定電圧回路１３から発振回路１４に定電圧が常に印加され、発振回路１４からＡ／Ｄ変換回路７に安定化された発振周波数ｆが常に出力されるように構成したので、電源電圧が変動した場合であっても、Ａ／Ｄ変換回路７が発振回路１４から入力された安定化された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することができ、上記した第１実施例に記載したものと同様にして、正確なセンサ信号を出力することができる。

この場合も、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了した後には、第１の定電圧回路１２が動作を休止するように構成したので、第１の定電圧回路１２が動作を休止することにより、上記した第１実施例に記載したものと同様にして、装置全体としての消費電力を低減することができる。

（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例について、図５および図６を参照して説明する。ここでも、上記した第１実施例と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。この第３実施例は、発振回路を２個備えることにより、定電圧回路から一方の発振回路に定電圧が常に印加されるように構成したものである。

すなわち、半導体圧力センサ装置２１は、定電圧回路２２と、第１の発振回路２３と、第２の発振回路２４と、アナログ回路５と、増幅回路６と、Ａ／Ｄ変換回路７と、デジタル回路２５とを備えて構成されている。この場合、定電圧回路２２は、電源端子から電源電圧が印加されると、印加された電源電圧を安定化させて定電圧を生成し、第１の発振回路２３は、定電圧回路２２から定電圧が常に印加されることにより、安定化された発振周波数ｆをＡ／Ｄ変換回路７に常に出力する。

次に、上記した構成の作用について、図６を参照して説明する。
デジタル回路１５は、制御信号Ｓ７を定電圧回路２２に出力することにより定電圧回路２２の動作を開始させ、制御信号Ｓ８を第１の発振回路２３に出力することにより、第１の発振回路２３の動作を開始させる（ステップＡ２１）。これに伴って、アナログ回路５、増幅回路６およびＡ／Ｄ変換回路７の各回路は、定電圧回路２２から定電圧が印加されることにより、動作を開始する。

このとき、第１の発振回路２３は、定電圧回路２２から定電圧が印加されることにより、安定化された発振周波数ｆをＡ／Ｄ変換回路７に出力することになり、Ａ／Ｄ変換回路７は、増幅回路６からアナログデータが入力されると、安定化された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することになる。

次いで、デジタル回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路７からのデジタルデータの入力が完了された旨を検出し（ステップＡ２２にて「ＹＥＳ」）、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了した旨を検出すると、制御信号Ｓ９を第２の発振回路２４に出力することにより、第２の発振回路２４の動作を開始させ、制御信号Ｓ７を定電圧回路２２に出力することにより、定電圧回路２２の動作を休止させ、制御信号Ｓ８を第１の発振回路２３に出力することにより、第１の発振回路２３の動作を休止させる（ステップＡ２３）。そして、デジタル回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路７から入力されたデジタルデータを補正演算し（ステップＡ２４)、演算結果をセンサ信号として出力する（ステップＡ２５）。

以上に説明したように第３実施例によれば、半導体圧力センサ装置２１において、定電圧回路２２から第１の発振回路２３に定電圧が常に印加され、第１の発振回路２３からＡ／Ｄ変換回路７に安定化された発振周波数ｆが常に出力されるように構成したので、電源電圧が変動した場合であっても、Ａ／Ｄ変換回路７が第１の発振回路２３から入力された安定化された発振周波数ｆに基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力することができ、上記した第１実施例に記載したものと同様にして、正確なセンサ信号を出力することができる。

この場合、Ａ／Ｄ変換回路７がデジタルデータの出力を完了した後には、定電圧回路２２が動作を休止すると共に、第１の発振回路２３が動作を休止するように構成したので、定電圧回路２２が動作を休止すると共に、第１の発振回路２３が動作を休止することにより、上記した第１実施例に記載したものと同様にして、装置全体としての消費電力を低減することができる。

（その他の実施例）
本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
半導体圧力センサ装置に適用することに限らず、加速度、磁束、湿度などの他の物理量を測定するセンサ装置に適用する構成であっても良い。
電源電圧が変動するのに伴って発振周波数が変動するのを抑制することに限らず、定電圧回路が電源電圧の変動を吸収する他に温度の変動をも吸収することができることを利用し、温度が変動するのに伴って発振周波数が変動するのを抑制するように構成しても良い。

本発明の第１実施例を示す機能ブロック図 フローチャート 本発明の第２実施例を示す機能ブロック図 図２相当図 本発明の第３実施例を示す機能ブロック図 図２相当図

符号の説明

図面中、１は半導体圧力センサ装置（センサ装置）、２は定電圧回路、３は発振回路、４はスイッチ回路、７はＡ／Ｄ変換回路、８はデジタル回路、１１は半導体圧力センサ装置（センサ装置）、１２は第１の定電圧回路、１３は第２の定電圧回路、１４は発振回路、１５はデジタル回路、２１は半導体圧力センサ装置（センサ装置）、２２は定電圧回路、２３は第１の発振回路、２４は第２の発振回路、２５はデジタル回路である。

Claims (1)

1. 電源端子から直接印加された電源電圧を安定化させて定電圧を生成する第１の定電圧回路と、
   前記電源端子から直接印加された電源電圧を安定化させて定電圧を生成する第２の定電圧回路と、
   前記第２の定電圧回路から印加された定電圧に応じた発振周波数を出力する発振回路と、
   前記第１の定電圧回路から印加された定電圧を駆動電圧として動作し、前記発振回路から入力された発振周波数に基づいてアナログデータをサンプリング処理してデジタルデータを生成して出力するＡ／Ｄ変換回路と、
   前記電源端子から直接印加された電源電圧を駆動電圧として動作し、前記発振回路から入力された発振周波数に基づいて前記Ａ／Ｄ変換回路から入力されたデジタルデータを補正演算するデジタル回路とを備え、
   前記Ａ／Ｄ変換回路がデジタルデータの出力を完了した後に、前記第１の定電圧回路が動作を休止するように構成したことを特徴とするセンサ装置。

Images