传感器信号处理装置及传感器装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201480006908.1 | 申请日 | 2014-01-21 | 公开(公告)号 | CN104969473B | 公开(公告)日 | 2017-12-05 |
| 申请人 | 株式会社电装; | 发明人 | 谷泽幸彦; | ||||
| 摘要 | 在 传感器 信号 处理装置(4)中，控制部(9)将 温度 测定处理和运算处理的至少一方与信号变换处理并行地执行。在上述温度测定处理中，上述控制部使第二A/D变换器(8)执行温度信号的A/D变换。在上述运算处理中，上述控制部基于从上述第二A/D变换器输出的A/D变换值和预先准备的物理量传感器的温度特性数据，运算第一A/D变换器(7)的偏移和变换增益。在上述信号变换处理中，上述控制部对上述第一A/D变换器设定在运算处理中运算出的偏移和变换增益，使其执行传感器信号的A/D变换。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种传感器信号处理装置，对从物理量传感器输出的传感器信号进行A/D变换并输出，其特征在于，具备： |
||||||
| 说明书全文 | 传感器信号处理装置及传感器装置[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域[0003] 本发明涉及对从物理量传感器输出的传感器信号进行A/D变换并输出的传感器信号处理装置及传感器装置。 背景技术[0004] 许多物理量传感器具有温度特性，物理量传感器输出的传感器信号的偏移和灵敏度根据温度而变动。专利文献1记载的传感器装置具备输出与物理量传感器的周围温度对应的温度信号的温度传感器，择一地使用1个A/D变换器来得到传感器信号和温度信号的A/D变换值。该传感器装置使用温度信号的A/D变换值进行对传感器信号的A/D变换值的温度修正。 [0005] 在上述的以往结构中，依次进行温度信号的A/D变换、传感器信号的A/D变换及温度修正处理。因此，从传感器信号的A/D变换开始(采样&保持开始)到得到温度修正后的A/D变换数据为止，至少发生将传感器信号的A/D变换时间和温度修正运算时间合计的延迟。即使变更为在物理量传感器和温度传感器中分别设有专用的A/D变换器的结构，上述延迟时间也不会缩短。 [0006] 在温度修正处理中，需要进行A/D变换数据的偏移和倾斜(灵敏度)的修正。这些修正运算由于包含四则运算，所以需要时间，特别是在乘法及除法中运算时间增大。结果，从传感器信号的A/D变换开始(采样&保持开始)到将被温度修正后的A/D变换数据进行输出为止的延迟时间增大，妨碍以传感器信号为输入信号动作的控制设备的高速处理。 [0007] 现有技术文献 [0008] 专利文献 [0009] 专利文献1：日本特开2004－85562号公报 发明内容[0010] 本发明的目的是提供一种能够缩短从传感器信号的A/D变换开始到输出物理量传感器的温度特性被消除的A/D变换数据为止的时间的传感器信号处理装置及传感器装置。 [0011] 有关本发明的一技术方案的传感器信号处理装置具备第一A/D变换器、第二A/D变换器和控制部，对从物理量传感器输出的传感器信号进行A/D变换并输出。第一A/D变换器构成为能够变更对输入信号的偏移和变换增益，将传感器信号作为输入信号而进行A/D变换。第二A/D变换器对从检测物理量传感器的温度的温度传感器输出的温度信号进行A/D变换。 [0012] 控制部执行温度测定处理、运算处理及信号变换处理，将温度测定处理和运算处理的至少某一方与信号变换处理并行地执行。在温度测定处理中，控制部使第二A/D变换器执行温度信号的A/D变换。在运算处理中，控制部基于从第二A/D变换器输出的A/D变换值和预先准备的物理量传感器的温度特性数据，运算第一A/D变换器的偏移和变换增益，以使得在第一A/D变换器对传感器信号进行A/D变换的过程中物理量传感器的温度特性被消除。在信号变换处理中，控制部将在运算处理中运算出的偏移和变换增益设定到第一A/D变换器，使其执行传感器信号的A/D变换。 [0013] 在上述传感器信号处理装置中，将第一A/D变换器的A/D变换特性(偏移和变换增益)设定为将物理量传感器的温度特性消除那样的A/D变换特性。因此，在执行A/D变换的过程中，同时将物理量传感器的温度特性消除。结果，从传感器信号的A/D变换开始到输出物理量传感器的温度特性被消除的A/D变换数据为止的时间不包含温度测定处理及运算处理的执行所需要的时间，而由第一A/D变换器的A/D变换时间决定。如果使用上述传感器信号处理装置，则能够实现以传感器信号为输入信号而动作的控制设备的高速处理。 [0015] 本发明的上述或其他目的、结构、优点根据参照下述附图进行的以下的详细说明而变得更加清楚。 [0016] 图1是表示有关第一实施方式的传感器装置的框图。 [0017] 图2是表示第一A/D变换器的框图。 [0018] 图3是表示信号处理的流程的图。 [0019] 图4A是表示第一、第二D/A变换器的变换特性的图。 [0020] 图4B是表示依次比较型A/D变换器的变换特性的图。 [0021] 图5是表示物理量与A/D变换数据的关系的图。 [0022] 图6是表示温度信号的A/D变换值与偏移的关系的图。 [0023] 图7是表示温度信号的A/D变换值与灵敏度系数、增益修正系数的关系的图。 [0024] 图8是表示比较例的信号处理的流程的图。 [0025] 图9是表示有关第二实施方式的第一A/D变换器的图。 [0026] 图10是表示有关第三实施方式的传感器装置的框图。 [0027] 图11是表示传感器的电结构的图。 具体实施方式[0028] 在各实施方式中对实质上相同的部分赋予相同的标号而省略说明。 [0029] (第一实施方式) [0030] 以下，参照图1至图8对本发明的第一实施方式进行说明。图1所示的传感器装置1具备物理量传感器2、温度传感器3及传感器信号处理装置4而构成。 [0031] 物理量传感器2多数情况下构成于与信号处理电路芯片不同的传感器元件专用芯片，输出与压力、电流、磁、光等物理量对应的传感器信号SS。例如在检测压力的情况下，对半导体基板的背面进行蚀刻而形成薄壁的隔膜(diaphragm)，在表面上作为应变计而形成由压电电阻效应较大的4个半导体扩散电阻构成的惠斯通电桥。在芯片正背面的压力差下隔膜挠曲，应变计检测该应变，输出差动形式的传感器信号SS。 [0032] 由于扩散电阻中存在电阻值的偏差，所以传感器信号SS中发生偏移。此外，由于扩散电阻具有温度特性，所以偏移也具有温度特性。进而，由于扩散电阻的压电电阻效应也具有温度特性，所以灵敏度也具有温度特性。 [0033] 温度传感器3输出与物理量传感器2的温度对应的差动形式的温度信号TS。在本实施方式中，检测物理量传感器2的附近的温度。传感器信号处理装置4一边将传感器信号SS具有的温度特性消除一边执行该传感器信号SS的A/D变换，输出A/D变换数据DT。传感器信号处理装置4构成为形成有放大电路5、6、第一A/D变换器7、第二A/D变换器8、控制部9、通信电路10等的信号处理IC。放大电路5、6分别为了将差动形式的传感器信号SS、温度信号TS变换为单端形式的信号而设置，在A/D变换器7、8具备差动输入形式的情况下也可以省去。 [0034] 第一A/D变换器7构成为能够将对输入信号的偏移和变换增益变更，将输入的传感器信号用m位进行A/D变换。如图2所示，第一A/D变换器7由以数字值X1为输入的第一D/A变换器11、以数字值X2为输入的第二D/A变换器12及依次比较型A/D变换器13构成。A/D变换器13通过从D/A变换器11、12分别输出的参照电压VREF1、VREF2设定偏移和变换增益，对传感器信号SS进行A/D变换。 [0035] 第二A/D变换器8对从温度传感器3输出的温度信号TS进行A/D变换。第二A/D变换器8的偏移和变换增益是一定的。在本实施方式中，假设放大电路5、6和A/D变换器7、8的温度特性充分小。此外，虽然没有图示，但A/D变换器7、8根据需要而具备采样&保持电路。通信电路10将从第一A/D变换器7输出的A/D变换数据DT例如通过single edge nibble transmission(SENT)规格向车辆内的electronic control unit(ECU)发送。也可以代替通信电路10而使用串行通信电路、并行输出形式的输出电路等。 [0036] 控制部9由digital signal processor(DSP)14、控制电路15、random access memory(RAM)16、read only memory(ROM)17、erasable programmable read only memory(EPROM)18等构成。DSP14基于从第二A/D变换器8输出的A/D变换值和预先准备的物理量传感器2的温度特性数据，运算第一A/D变换器7的偏移和变换增益，以使得在第一A/D变换器7对传感器信号SS进行A/D变换的过程中物理量传感器2的温度特性被消除。 [0037] 在ROM17中存储有DSP14执行的运算程序。RAM16是该运算程序的执行用存储器。在EPROM18中存储有物理量传感器2的温度特性数据。控制电路15执行使第二A/D变换器8执行温度信号TS的A/D变换的温度测定处理、使DSP14执行运算处理的运算控制处理、将运算出的偏移和变换增益设定到第一A/D变换器7并使其执行传感器信号SS的A/D变换的信号变换处理、使通信电路10输出A/D变换数据DT的通信控制处理等。 [0038] 接着，参照图3至图8说明本实施方式的作用。如图3所示，控制电路15对于第二A/D变换器8、DSP14及第一A/D变换器7，使它们分别并行地执行温度测定处理、运算处理及信号变换处理。在图3中，表示将各处理按照一定周期同步执行的形态。在该形态中，将各处理相互具有一定的时间关系而被执行。但是，如果各处理的处理时间不同，则在一部分的处理中发生等待。所以，也可以不取同步而将各处理没有等待时间地连续执行，使用其处理结果的后段的处理使用前段的最新的处理结果。 [0039] 如果在时刻t1控制电路15向第二A/D变换器8给出变换开始指令CSC2，则第二A/D变换器8将温度信号TS进行采样&保持，执行A/D变换(温度测定处理)。第二A/D变换器8如果变换结束，则将得到的温度数据向DSP14输出，向控制电路15输出变换结束信号CES2。 [0040] 如果在时刻t2控制电路15向DSP14给出运算开始指令OSC，则DSP14运算为了将物理量传感器2的温度特性(偏移、灵敏度)消除而需要的第一A/D变换器7的偏移和变换增益(运算处理)。实际上，运算相当于与偏移和变换增益建立了对应的参照电压VREF1、VREF2的数字值X1、X2。DSP14如果运算结束，则将得到的数字值X1、X2向第一A/D变换器7输出，向控制电路15输出运算结束信号OES。 [0041] 如果在时刻t3控制电路15向第一A/D变换器7给出特性更新指令CUC，则第一A/D变换器7设定数字值X1、X2。接着，如果控制电路15向第一A/D变换器7给出变换开始指令CSC1，则第一A/D变换器7将传感器信号SS进行采样&保持，执行A/D变换(信号变换处理)。在A/D变换的过程中物理量传感器2的温度特性被消除。第一A/D变换器7如果变换结束，则将得到的A/D变换数据DT向通信电路10输出，向控制电路15输出变换结束信号CES1。如果在各时刻t1、t2、…控制电路15向通信电路10给出通信控制信号CCS，则通信电路10对ECU发送表示物理量的A/D变换数据DT。 [0042] 图4A表示第一D/A变换器11及第二D/A变换器12的变换特性，图4B表示依次比较型A/D变换器13的变换特性。D/A变换器11、12分别输入数字值X1、X2，输出由(1)式、(2)式表示的参照电压VREF1、VREF2。DAmax是D/A变换器11、12的最大输入数据，Vcc是D/A变换器11、12的电源电压。 [0043] 参照电压VREF1＝(X1/DAmax)·Vcc…(1) [0044] 参照电压VREF2＝(X2/DAmax)·Vcc…(2) [0045] 作为参照电压VREF1和VREF2的中央值的基准值如(3)式，作为参照电压VREF1与VREF2的差分的基准幅度如(4)式。 [0046] 基准值＝(VREF1+VREF2)/2＝Vcc/(2·DAmax)·(X1+X2)…(3) [0047] 基准幅度＝VREF1－VREF2＝Vcc/DAmax·(X1－X2)…(4) [0048] 依次比较型A/D变换器13将等于基准值的输入电压变换为代码0，将参照电压VREF1变换为+ADmax，将参照电压VREF2变换为－ADmax。在依次比较型A/D变换器13为m位的情况下，ADmax为2m/2－1。即，依次比较型A/D变换器13输出的A/D变换数据DT如(5)式，如果向其代入(3)式和(4)式，则如(6)式。 [0049] DT＝(传感器信号－基准值)/(基准幅/2)·ADmax…(5) [0050] DT＝ADmax/(X1－X2)·{传感器信号·(2·DAmax/Vcc)－ [0051] (X1+X2)}…(6) [0052] 这里，如果将K1、K2分别用(7)式、(8)式定义，则A/D变换数据DT如(9)式。 [0053] K1＝(2·ADmax·DAmax)/Vcc…(7) [0054] K2＝ADmax…(8) [0055] DT＝K1·传感器信号/(X1－X2)－K2·(X1+X2)/(X1－X2)…(9) [0056] 即，根据(X1+X2)/(X1－X2)设定第一A/D变换器7的偏移，根据1/(X1－X2)设定第一A/D变换器7的变换增益。DSP14基于物理量传感器2的温度特性数据和测定温度设定数字值X1、X2，以通过第一A/D变换器7的变换特性(偏移和变换增益)消除物理量传感器2的温度特性。 [0057] 接着，对DSP14所执行的运算处理进行说明。这里，当考察偏移修正值Δh和增益修正系数g时，物理量传感器2的输出特性预先被调整为基准温度(例如25℃)下的值。即，当物理量传感器2为基准温度时，将第一A/D变换器7输出的A/D变换数据DT使用第一A/D变换器7具有的基准的偏移(这里设为0)和变换增益(这里设为1)用(10)式表示。p是压力等物理量。hr、sr分别是物理量传感器2处于基准温度时的物理量传感器2的偏移、灵敏度。 [0058] DT＝hr+sr·p…(10) [0059] 物理量传感器2通常具有温度特性。物理量传感器2在t℃时，第一A/D变换器7输出的A/D变换数据DT如(11)式。如上述那样，第一A/D变换器7自身及放大电路5自身能够忽视温度特性。h、s分别是物理量传感器2处于t℃时的物理量传感器2的偏移、灵敏度。 [0060] DT＝h+s·p…(11) [0061] 如果将偏移h及灵敏度s用3次多项式近似，则分别如(12)式及(13)式。h1、s1是1次系数，h2、s2是2次系数，h3、s3是3次系数。 [0062] h＝hr·{1+h1·(t－25)+h2·(t－25)2+h3·(t－25)3}…(12) [0063] s＝sr·{1+s1·(t－25)+s2·(t－25)2+s3·(t－25)3}…(13) [0064] 如果使用温度信号的A/D变换值，则(12)式所示的偏移h可以用(14)式表示。T是t℃下的温度信号的A/D变换值，Tr是基准温度下的温度信号的A/D变换值。这里使用的Hr、H1、H2、H3是有关物理量传感器2的偏移的温度系数(温度特性数据)。 [0065] h＝Hr·{1+H1·(T－Tr)+H2·(T－Tr)2+H3·(T－Tr)3}…(14) [0066] 图5表示物理量p与A/D变换数据DT的关系。物理量p为零时的A/D变换数据DT为将物理量传感器2的偏移与第一A/D变换器7的偏移(如上述那样为0)相加而得到的值。曲线图的倾斜为将物理量传感器2的灵敏度与第一A/D变换器7的变换增益(如上述那样为1)相乘而得到的值。 [0067] 为了将有关物理量传感器2的偏移的温度特性消除，只要将第一A/D变换器7的变换特性中的偏移变更就可以。即，对第一A/D变换器7所具有的基准偏移加上由(15)式表示的偏移修正值Δh，以使由(14)式表示的偏移h等于偏移hr。 [0068] Δh＝－Hr·{H1·(T－Tr)+H2·(T－Tr)2+H3·(T－Tr)3}…(15) [0069] 图6表示温度信号的A/D变换值与上述偏移的关系。实线是物理量传感器2与第一A/D变换器7的综合偏移。由单点划线表示的偏移hr是物理量传感器2处于基准温度时的物理量传感器2和第一A/D变换器7的综合偏移。这里，如上述那样将第一A/D变换器7的偏移设为0。用双点划线表示将由实线表示的综合偏移在单点划线处折回而得到的值。由(15)式表示的偏移修正值Δh(＝hr－h)等于单点划线与双点划线的差分(这里为负)。 [0070] 另一方面，如果使用温度信号的A/D变换值，则(13)式所示的灵敏度s可以用(16)式表示。这里使用的Sr、S1、S2、S3是有关物理量传感器2的灵敏度的温度系数(温度特性数据)。 [0071] s＝Sr·{1+S1·(T－Tr)+S2·(T－Tr)2+S3·(T－Tr)3}…(16) [0072] 进而，将灵敏度系数Cs用(17)式定义。 [0073] Cs＝s/sr＝1+S1·(T－Tr)+S2·(T－Tr)2+S3·(T－Tr)3…(17) [0074] 为了将有关物理量传感器2的灵敏度的温度特性消除，只要将第一A/D变换器7的变换特性中的变换增益变更就可以。即，对第一A/D变换器7所具有的基准变换增益乘以用(18)式表示的增益修正系数g，以使由(16)式表示的灵敏度s等于灵敏度sr。图7表示温度信号的A/D变换值与上述灵敏度系数Cs、增益修正系数g的关系。 [0075] g＝1/Cs [0076] ＝1/{1+S1·(T－Tr)+S2·(T－Tr)2+S3·(T－Tr)3} [0077] ＝{1+S1·(T－Tr)+S2·(T－Tr)2+S3·(T－Tr)3}－1…(18) [0078] 一般而言，除法相比乘法在运算中更花费时间，由于在该(18)式中包含除法，所以在1>|x|的情况下能够使用级数展开(1+x)－1≈1－x+x2－x3+…变更为没有除法的形式，实现运算的高速化。例如，如果是1>>|x|，则能够仅使用x的1次项而如(19)式那样近似。 [0079] g≈1－{S1·(T－Tr)+S2·(T－Tr)2+S3·(T－Tr)3}…(19) [0080] 进而，将x的2次项和3次项也考虑在内，如果在3次以内将各系数重新考虑，则可以如(20)式那样近似。 [0081] g≈1－{S1’·(T－Tr)+S2’·(T－Tr)2+S3’·(T－Tr)3}…(20) [0082] 此时，在(20)的各系数中，成立以下的关系。 [0083] S1’＝S1 [0084] S2’＝S2+S12 [0085] S3’＝S3+2·S1·S2+S13 [0086] DSP14对第一A/D变换器7的基准偏移加上偏移修正值Δh而求出偏移，对第一A/D变换器7的基准变换增益乘以增益修正系数g而求出变换增益。然后，基于(9)式决定数字值X1、X2，以得到这些变换特性。 [0087] 根据以上说明的本实施方式，第一A/D变换器7的变换特性被设定为将物理量传感器2的温度特性消除，所以在执行传感器信号SS的A/D变换的过程中，能够同时将物理量传感器2的温度特性消除。结果，从传感器信号SS的采样&保持(时刻t1、t2、t3、…)开始到输出温度特性被消除的A/D变换数据DT(时刻t2、t3、t4、…)为止的时间被缩短。这是因为，该时间中不包含运算处理的执行时间。 [0088] 相对于此，在依次执行温度信号的A/D变换、传感器信号的A/D变换及修正运算的以往结构中，为图8所示的处理的流程。从将传感器信号采样&保持的时刻t12经过修正运算而得到A/D变换数据DT为止的时间因包含修正运算所需要的时间而变长。即使变更为将温度信号和传感器信号并行进行A/D变换的结构，上述延迟时间也不会缩短。如果使用本实施方式的传感器信号处理装置4，则能够进行将传感器信号作为输入信号动作的控制设备、例如车辆的ECU的高速处理。 [0089] (第二实施方式) [0090] 参照图9对第二实施方式进行说明。时间A/D方式的A/D变换器21构成为能够变更偏移和变换增益，可以替换为上述第一A/D变换器7而使用。第一A/D变换器21将作为物理量传感器2的传感器信号的模拟输入电压Vin变换为与基准电压xref(＝Vcc/2)的差分对应的数字值，将其作为A/D变换数据DT输出。 [0091] 第一A/D变换器21具备第一脉冲循环电路22、第二脉冲循环电路23、第三脉冲循环电路24及第四脉冲循环电路25。这些脉冲循环电路22～25将使输入信号延迟根据电源电压决定的延迟时间而输出的多个且相同数量的反向电路Na、Nb、…、Nx(延迟单元)以环状连接而构成。脉冲循环电路22～25的反向电路Na～Nx为相互热耦合的状态。 [0092] 第一脉冲循环电路22和第二脉冲循环电路23成对地动作，第三脉冲循环电路24和第四脉冲循环电路25成对地动作。第一脉冲循环电路22的反向电路Na～Nx从具有规定电压Vcc(例如5V)的规定电压线26和被输入模拟输入电压Vin的信号输入线27接受电源电压(Vcc－Vin)的供给。该电源电压等于将从模拟输入电压Vin减去基准电压xref而得到的差分电压的正负反向电压与基准电压xref相加而得到的电压(2·xref－Vin)。第二脉冲循环电路23的反向电路Na～Nx从信号输入线27和地线28接受模拟输入电压Vin的供给。 [0093] 第三脉冲循环电路24的反向电路Na～Nx从规定电压线26和被输入设定电压Vset的设定电压线29接受电源电压(Vcc－Vset)的供给。该电源电压等于将从设定电压Vset减去基准电压xref而得到的差分电压的正负反向电压与基准电压xref相加而得到的电压(2·xref－Vset)。第四脉冲循环电路25的反向电路Na～Nx从设定电压线29和地线28接受设定电压Vset的供给。 [0094] 第一A/D变换器21中的除了脉冲循环电路22～25以外的电路部分从规定电压线26和地线28接受规定电压Vcc的供给而动作。在脉冲循环电路22、24之前设有输入电平移位电路30、30’，在脉冲循环电路23、25之前设有输入电平移位电路31、31’。在脉冲循环电路22、24之后设有输出电平移位电路32、32’，在脉冲循环电路23、25之后设有输出电平移位电路 33、33’。 [0095] 在第一脉冲循环电路22及第二脉冲循环电路23中，分别为了检测处理信号Sa的输出时的脉冲循环电路内的脉冲位置，作为第一及第二循环位置检测电路而设有锁存&编码器34及35。在第一脉冲循环电路22与锁存&编码器34之间及第二脉冲循环电路23与锁存&编码器35之间，也分别设有输出电平移位电路36、37。 [0096] 锁存&编码器34如果被输入高电平的处理信号Sa，则将第一脉冲循环电路22的反向电路Na～Nx的输出信号并行地输入。锁存&编码器34基于这些输出信号检测(编码)第一脉冲循环电路22内的脉冲信号的循环位置，以规定的位宽(例如4位)输出。锁存&编码器35也同样地构成。减法器38从锁存&编码器35所输出的位置数据减去锁存&编码器34所输出的位置数据，将被输入处理信号Sa时的减法值例如设为A/D变换数据DT的低4位。 [0097] 另外，有将由第一脉冲循环电路22、锁存&编码器34及电平移位电路30、32、36构成的电路称作“系统A”，将由第二脉冲循环电路23、锁存&编码器35及电平移位电路31、33、37构成的电路称作“系统B”，将由第三脉冲循环电路24及电平移位电路30’、32’构成的电路称作“系统C”，将由第四脉冲循环电路25及电平移位电路31’、33’构成的电路称作“系统D”的情况。 [0098] 第一计数器39是对第一脉冲循环电路22中的脉冲信号的循环数和第二脉冲循环电路23中的脉冲信号的循环数进行计数并输出其差分值(例如14位)的增减计数器(up down counter，可逆计数器)。对计数递增输入端子输入第二脉冲循环电路23的输出信号，对计数递减输入端子输入第一脉冲循环电路22的输出信号。 [0099] 对预置端子和停止解除端子输入特性更新指令，对停止端子输入处理信号Sa。作为第一计数器39的预置值，给出相当于A/D变换器21的偏移的值。使被输入处理信号Sa时的第一计数器39的输出值为例如A/D变换数据的高14位。 [0100] 第二计数器40是将第三脉冲循环电路24中的脉冲信号的循环数和第四脉冲循环电路25中的脉冲信号的循环数进行计数并输出其差分值(例如14位)的增减计数器。对计数递增输入端子输入第四脉冲循环电路25的输出信号，对计数递减输入端子输入第三脉冲循环电路24的输出信号。 [0101] 对预置端子和停止解除端子输入特性更新指令CUC，对停止端子输入处理信号Sa。如果对预置端子提供特性更新指令CUC，则作为预置数据而被设置相当于第一A/D变换器21的变换增益的值(规定值Y)。 [0102] 在第二计数器40的后段设有比较器41，该比较器41判定第二计数器40的输出值的全部位为0的情况。第二计数器40如果计数值已确定则向比较器41输入高电平的确定完成信号，以使比较器41能够在第二计数器40的输出值确定后进行比较。第二计数器40如果由比较器41输入高电平的比较完成信号，则使确定完成信号回到低电平。 [0103] 如果从比较器41输出表示全部位为0的高电平的比较结果信号，则RS触发器42被设置，从其Q输出端输出高电平的处理信号Sa。处理信号Sa经由由变换器(inverter)43构成的延迟元件而成为变换结束信号。RS触发器42的Q/输出被输入到与门44中。 [0104] 变换开始指令CSC1经由与门44被提供至电平移位电路30’、31’。在变换结束的时间点，RS触发器42的Q/输出为低电平，与门44的输出也为低电平，所以脉冲信号的循环停止。为了开始A/D变换，只要在使特性更新指令CUC暂时成为高电平后使变换开始指令CSC1从低电平成为高电平就可以。另外，减法器38、比较器41、RS触发器42及与门44构成变换控制电路45。 [0105] 如果图1所示的控制电路15对第一A/D变换器21提供特性更新指令CUC，则第一计数器39中被预置偏移相当值OCV，第二计数器40中被预置规定值Y。规定值Y如后述那样是决定变换增益的值。在设定电压Vset比电压Vcc/2高的情况下，第二计数器40的计数值增加，所以在第二计数器40中被预置规定值Y的2的补码(complement)。在设定电压Vset比电压Vcc/2低的情况下，由于第二计数器40的计数值减少，所以在第二计数器40中被预置规定值Y。 [0106] 如果控制电路15对第一A/D变换器21提供变换开始指令CSC1，则第一至第四脉冲循环电路22～25同时开始脉冲循环动作。如果第二计数器40将规定值Y进行计数而计数值全部位为0，则RS触发器42被设置，处理信号Sa成为高电平。第一A/D变换器21将此时的第一计数器39的输出值(高14位)及锁存&编码器34、35所输出的差分值(低4位)作为对模拟输入电压Vin(传感器信号)的A/D变换数据DT来输出。第一A/D变换器21向控制电路15输出变换结束信号CES1。在该信号变换处理的过程中，物理量传感器2的温度特性被消除。 [0107] 接着，对A/D变换器21的变换特性进行说明。对系统D的脉冲循环电路25施加电源电压x(＝设定电压Vset)，对系统C的脉冲循环电路24施加电源电压x′(＝Vcc－Vset)。结果，对于基准电压xref总是成立(21)式和(22)式。Δx是系统C、D中的设定电压Vset与基准电压xref的差分电压。基准电压xref具有规定电压Vcc的1/2倍的电压值，电源电压x(＝设定电压Vset)被设定为与基准电压xref不同。 [0108] x＝xref+Δx…(21) [0109] x′＝xref－Δx…(22) [0110] 系统A至D的脉冲循环电路的特性可以用2次函数近似，设定为能够以基准电压xref为中心而用(23)式、(24)式表示。y、y′分别是对系统D、C的脉冲循环电路25、24施加了电源电压x、x′时的每单位时间的循环数。yref是当A/D变换器21处于基准温度(例如25℃)时施加了基准电压xref时的每单位时间的循环数。 [0111] y＝A·(Δx)2+B·(Δx)+yref…(23) [0112] y′＝A·(－Δx)2+B·(－Δx)+yref…(24) [0113] 系数A是对Δx的2次系数，系数B是对Δx的1次系数，具有温度特性。根据(23)式、(24)式，以下的(25)式成立。 [0114] y－y′＝2·B·Δx…(25) [0115] 在系统D和系统C的每单位时间的循环数差y－y′中，不再有对电压变化Δx的非直线性成分即2次系数A的项，可知确保了良好的直线性。系统A的脉冲循环电路22及系统B的脉冲循环电路23也具备与系统C及系统D同样的结构，所以A/D变换数据的直线性同样良好。 [0116] 系统C、D的2系统的脉冲循环电路24、25的循环数差分为Y的时间TAD(A/D变换时间)用(26)式表示。 [0117] TAD＝Y/(y－y′)＝Y/(2·B·Δx)…(26) [0118] 关于系统A、B，也在系统B的脉冲循环电路23的电源电压增加了ΔxAB时，系统A的脉冲循环电路22的电源电压减小ΔxAB，系统A和系统B的向脉冲循环电路的电源电压相等时的电压成为xref。因而，除了代替设定电压Vset而使用模拟输入电压Vin这一点以外，与系统C、D同样，(25)式成立。另外，前提是在脉冲循环电路22～25的特性可以用2次函数近似的电压范围内将设定电压Vset及模拟输入电压Vin进行设定。 [0119] 当使系统A至D的脉冲循环电路22～25同时开始脉冲循环动作时，经过时间TAD时的系统A、B这两个系统的脉冲循环电路22、23的循环数差YAB用(27)式表示。ΔxAB是系统A、B的模拟输入电压Vin与基准电压xref的差分电压Vin－xref。 [0120] YAB＝2·B·ΔxAB·TAD＝(ΔxAB/Δx)×Y…(27) [0121] 该循环数差分YAB自身为从基准电压xref(＝Vcc/2)看到的模拟输入电压Vin的A/D变换数据。根据(27)式可知，不能使Δx为0(x＝xref)。(27)式为不存在具有温度特性的系数A、B的数式，表示所得到的A/D变换数据YAB没有第一A/D变换器21自身的温度特性。 [0122] ΔxAB也可以根据模拟输入电压Vin而取正负。当模拟输入电压Vin等于基准电压xref时，由于ΔxAB＝0，所以A/D变换数据YAB＝0。当模拟输入电压Vin等于设定电压Vset时，由于ΔxAB＝Δx，所以A/D变换数据YAB＝Y，当模拟输入电压Vin等于－Vset时，由于ΔxAB＝－Δx，所以A/D变换数据YAB＝－Y。像这样电压Δx(＝Vset－xref)变换为规定值Y，所以规定值Y决定了对输入幅度Δx的满量程代码(full scale code)、即变换增益。 [0123] 以上说明的第一A/D变换器21至少在基准电压xref±Δx(xref＝Vcc/2，Δx＝Vset－xref)下的脉冲循环电路22～25的特性能够用2次函数近似的电压范围内具有非常好的直线性，尽管是大范围的温度变化也会维持良好的直线性，具有较高的变换精度。因而，通过将第一A/D变换器21替代第一A/D变换器7来使用，能够构成更高精度的传感器装置。另外，锁存&编码器34、35只要根据需要设置就可以。 [0124] (第三实施方式) [0125] 参照图10及图11对第三实施方式进行说明。图10所示的传感器装置51具备一体形成有物理量传感器及温度传感器的传感器52和在第一实施方式中说明的传感器信号处理装置4。检测压力的传感器52如图11所示，具备由形成在半导体基板上的4个半导体扩散电阻(作为传感电阻的应变计电阻Ra～Rd)构成的电桥电路53和温度检测电阻54。 [0126] 电桥电路53具有一对驱动端子53a、53b和一对信号输出端子53c、53d。温度检测电阻54由与应变计电阻Ra～Rd不同的种类的电阻形成，所以具有与电桥电路53不同的温度系数，能够生成温度信号。电桥电路53和温度检测电阻54串联连接在电源线之间而构成半桥。通过使用传感器52，不再需要与物理量传感器另外地设置温度传感器。 [0127] (其他实施方式) [0128] 以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变形、扩展。 [0129] 上述各实施方式除了压力以外，对于检测电流、磁、光等物理量的物理量传感器也同样能够适用。在物理量传感器是分路电阻方式的电流传感器的情况下，由于作为传感器元件而使用电阻单体，所以不会发生由多个传感器元件的组合引起的偏移。但是，因分路电阻的温度特性而具有灵敏度的温度特性。 [0130] 在物理量传感器是由使用4个Giant Magneto Resistive effect(GMR)元件的惠斯通电桥构成的电流传感器的情况下，由于各元件的电阻或与布线的连接电阻不均匀，所以发生偏移。由于这些电阻具有温度特性，所以偏移也具有温度特性。进而，灵敏度也具有温度特性。 [0131] 在物理量传感器是霍尔元件方式的磁传感器的情况下，在磁传感器的内部中等价地构成惠斯通电桥，发生偏移。该偏移具有温度特性。由于霍尔电压也具有温度特性，所以灵敏度也具有温度特性。 [0133] 第一A/D变换器只要能够变更对输入信号的偏移和变换增益，则并不限于第一实施方式那样的依次比较型、第二实施方式那样的时间A/D方式。此外，第二A/D变换器的形式没有限制。 [0134] 温度传感器3优选的是与物理量传感器2接近配置并热耦合。但是，即使两个传感器相离开，只要两个传感器的温度有相关关系，则也能够将温度特性消除。 [0135] 在上述实施方式中，为了说明的简略化，假设第一A/D变换器7及放大电路5的温度特性充分小。但是，在第一A/D变换器7及放大电路5的至少一方具有不能忽视的温度特性、第一A/D变换器7的温度及放大电路5的温度与物理量传感器2的温度具有相关关系的情况下，能够将物理量传感器2的温度特性和第一A/D变换器7的温度特性及放大电路5的温度特性一起消除。在此情况下，只要设将物理量传感器2的偏移与第一A/D变换器7的偏移及放大电路5的偏移相加而得到的值为(12)式所示的偏移h就可以。此外，只要设将物理量传感器2的灵敏度与第一A/D变换器7的变换增益及放大电路5的增益全部相乘而得到的值为(13)式所示的灵敏度s就可以。 [0136] 在上述实施方式中，将信号变换处理、温度测定处理及运算处理全部并行地执行。但是，信号变换处理只要与温度测定处理和运算处理的至少某一方并行执行就可以。在此情况下，也可缩短从传感器信号的采样&保持到输出温度特性被消除的A/D变换数据DT为止的时间。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈