传感器装置的检查方法及该传感器装置的制造方法
传感器装置的检查方法及该传感器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用电容性传感器元件的传感器装置的检查方法，特别涉及具备将电容性传感器元件的静电电容变换为电压的电路的传感器装置的检查方法。
【背景技术】
[0002]作为电湿度传感器，一般已知使用根据湿度而电阻变化的传感器元件的电阻型湿度传感器、和使用静电电容变化的传感器元件的静电电容型湿度传感器。
[0003]图14A?图14B是表示电阻型湿度传感器的结构的图。传感器部100是包括根据湿度而电阻变化的传感器元件的电路，被施加直流电压。如果传感器元件的电阻变化，则与此相应地信号线的电压变化。放大器电路101对该信号线的电压进行放大，作为湿度的检测信号来输出。
[0004]另一方面，图15是表示静电电容型湿度传感器的结构的图。传感器部110是包括根据湿度而静电电容变化的传感器元件的电路，其两端被施加交流电压。如果传感器元件的静电电容变化，则与此相应的电荷蓄积在电容器114中。运算放大器113将与蓄积在电容器114中的电荷相应的电压作为湿度的检测信号来输出。
[0005]在使用电阻变化的传感器元件的电阻型传感器的情况下，如图14A?图14B所示，能够使用恒流源102使一定的电流流过信号线。在信号线断线的情况下，通过恒流源102的电流而信号线的电压下降为地电平，所以放大器电路101的输出电压成为异常的值。这样，在电阻型湿度传感器中，能够使用恒流源比较简单地检查信号线的断线。但是，在使用静电电容变化的传感器元件的静电电容型传感器的情况下，如图15所示，一般是将与静电电容相应的电荷向电荷放大器(I 13、114、115)输入而变换为电压的电路结构。如果将恒流源连接在从传感器部向电荷放大器传送电荷的信号线上，则由于电荷放大器将恒流源的电流进行积分，所以不能正常地检测到与传感器元件的静电电容相应的电荷。即，在静电电容型传感器中，存在不能如电阻型传感器那样使用恒流源检测出信号线的断线的问题。
[0006]此外，在静电电容型传感器的情况下，如图15所示对传感器部110施加交流电压。因此，需要将传感器部110和交流电压的驱动电路通过引线接合等连接，在该配线中也有可能发生断线。此外，在进行引线接合的情况下，也有可能在金属线间发生短路。因而，在静电电容型传感器中，不仅是信号线的断线，还有可能在驱动电路的配线中发生断线，或配线彼此短路等，所以适当地检查它们的不良状况成为课题。
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的是提供一种能够适当地检查与电容性传感器元件相连的配线的断线及短路的传感器装置的检查方法和进行这样的检查的传感器装置。
[0008]本发明的第I技术方案涉及传感器装置的检查方法。上述传感器装置具备:传感器部，包括连接在第I驱动端子与信号端子之间的第I电容性传感器元件、以及连接在第2驱动端子与上述信号端子之间的第2电容性传感器元件；第I驱动电路，向上述第I驱动端子输出第I驱动电压或第2驱动电压；第2驱动电路，向上述第2驱动端子输出上述第I驱动电压或上述第2驱动电压；电容器，一端连接于上述信号端子；放大器电路，向上述电容器的另一端输出将上述信号端子的电压与基准电压之差进行放大后的电压，以使上述信号端子的电压接近上述基准电压；以及开关电路，将积蓄在上述电容器中的电荷放电。上述第I技术方案的传感器装置的检查方法具有第I检查阶段，该第I检查阶段包括:第I工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压；第2工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压；以及第3工序，判定在上述第2工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第I正常范围中。
[0009]根据上述检查方法，在上述第I阶段的上述第I工序中，上述电容器通过上述开关电路被放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压。在接着上述第I工序的上述第2工序中，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压。并且，判定上述第2工序中上述放大器电路的输出电压是否包含在上述第I正常范围中，在不包含在上述第I正常范围中的情况下得到处于异常状态的判定结果。
[0010]优选的是，上述检查方法也可以具有在上述第I检查阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下进行的第2检查阶段，该第2检查阶段包括:第4工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压；第5工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出上述第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压；以及第6工序，判定在上述第5工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第2正常范围中。
[0011]根据上述检查方法，在上述第I阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下，在上述第2阶段的上述第4工序中，上述电容器通过上述开关电路被放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压。在接着上述第4工序的上述第5工序中，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压。并且，判定上述第5工序中上述放大器电路的输出电压是否包含在上述第2正常范围中，在不包含在上述第2正常范围中的情况下得到处于异常状态的判定结果。
[0012]此外，优选的是，上述传感器装置也可以具备对上述放大器电路的偏移电压进行调整的偏移调整电路。在此情况下，在上述第I检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化；在上述第2检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。
[0013]由此，在上述第I检查阶段中能够防止由上述偏移电压的调整功能带来的误判定。
[0014]有关本发明的第2技术方案的传感器装置具有上述传感器部、上述第I驱动电路、上述第2驱动电路、上述电容器、上述放大器电路、上述开关电路和控制电路。上述控制电路控制上述第I驱动电路、上述第2驱动电路及上述开关电路，以使得从上述放大器电路输出与上述第I电容性传感器元件及上述第2电容性传感器元件的静电电容的差相应的电压。此外，上述控制电路执行包括上述第I工序、上述第2工序和上述第3工序的上述第I检查阶段。
[0015]优选的是，上述控制电路也可以执行包括上述第4工序、上述第5工序和上述第6工序的上述第2检查阶段。
[0016]此外优选的是，有关上述第2技术方案的传感器装置也可以具有上述偏移调整电路。上述控制电路在上述第I检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化；在上述第2检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，能够将电容性的传感器元件的静电电容变换为连续性的电压。
【附图说明】
[0019]图1是表示有关本发明的实施方式的传感器装置的结构的一例的图。
[0020]图2A?图2D是用来说明在图1所示的传感器装置中检测传感器部I的静电电容的通常的测定顺序中的开关电路的状态和各部的电压的图，图2A表示开关电路的接通(ON) /断开(OFF)状态，图2B表示第I驱动电路的驱动电压，图2C表示第2驱动电路的驱动电压，图2D表不放大器电路的输出电压。
[0021]图3是用来说明有关本实施方式的检查顺序的流程图。
[0022]图4A?图4B是表示检查顺序的第I阶段中的传感器装置的动作状态的图，图4A表示第I阶段的复位期间的动作状态，图4B表示第I阶段的电荷传送期间的动作状态。
[0023]图5A?图是用来说明检查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有信号线的断线的情况，图5A表示开关电路的接通/断开状态，图5B表示第I驱动电路的驱动电压，图5C表示第2驱动电路的驱动电压，图表示放大器电路的输出电压。
[0024]图6是表示传感器装置的信号线断的情况的图。
[0025]图7A?图7D是用来说明检 查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示信号线断线的情况，图7A表示开关电路的接通/断开状态，图7B表示第I驱动电路的驱动电压，图7C表示第2驱动电路的驱动电压，图7D表示放大器电路的输出电压。
[0026]图8A?图SB是表示检查顺序的第2阶段中的传感器装置的动作状态的图，图8A表示第2阶段的复位期间的动作状态，图SB表示第2阶段的电荷传送期间的动作状态。
[0027]图9A?图9D是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有断线等的正常的情况，图9A表示开关电路的接通/断开状态，图9B表示第I驱动电路的驱动电压，图9C表示第2驱动电路的驱动电压，图9D表示放大器电路的输出电压。
[0028]图10是表示传感器装置的驱动电路的配线断线的情况的图。
[0029]图1IA?图1ID是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示驱动电路的配线断线的情况，图1lA表示开关电路的接通/断开状态，图1lB表示第I驱动电路的驱动电压，图1lC表示第2驱动电路的驱动电压，图1lD表示放大器电路的输出电压。
[0030]图12A?图12B是表示在检查顺序的第2阶段中检查出的其他异常状态的图，图12A表示第I驱动电路和第2驱动电路的配线短路的情况，图12B表示第2驱动电路的配线和信号线短路的情况。
[0031]图13是表示有关本实施方式的传感器装置的另一例的图。
[0032]图14A?图14B是表示电阻型湿度传感器的结构的图，图14A表示通常的状态，图14B表示信号线断线的状态。
[0033]图15是表示静电电容型湿度传感器的结构的图。
[0034]附图标记说明
[0035]I传感器部；2控制电路；3AD变换电路；4寄存器；5偏移调整电路；DRV1第I驱动电路；DRV2第2驱动电路；Csl第I电容性传感器元件；Cs2第2电容性传感器元件；T1第I驱动端子；T2第2驱动端子；Τ3信号端子；0Ρ1放大器电路；C1电容器；SW1开关电路。
【具体实施方式】
[0036]图1是表示有关本发明的实施方式的传感器装置的结构的一例的图。图1所示的传感器装置具有传感器部1、第I驱动电路DRVl、第2驱动电路DRV2、电容器Cl、放大器电路OP1、开关电路SWl、控制电路2、AD变换电路3和寄存器4。
[0037]传感器部I包括静电电容根据湿度等物理量而变化的电容性传感器元件(Csl、Cs2)而构成。第I电容性传感器元件Csl被连接在第I驱动端子Tl与信号端子T3之间，第2电容性传感器元件Cs2被连接在第2驱动端子T2与信号端子T3之间。第I电容性传感器元件Csl和第2电容性传感器元件Cs2被串联连接在信号端子T3上。
[0038]第I驱动电路DRVl按照控制电路2的控制，对传感器部I的第I驱动端子Tl输出高电平的驱动电压或低电平的驱动电压。此外，第2驱动电路DRV2按照控制电路2的控制，向传感器部I的第2驱动端子T2输出高电平的驱动电压或低电平的驱动电压。这些驱动电路所输出的高电平的驱动电压例如是与电源电压VDD大致相等的电压，低电平的驱动电压例如是与地电位VSS大致相等的电压。
[0039]电容器Cl的一端连接在传感器部I的信号端子T3上，其另一端连接在放大器电路OPl的输出上。放大器电路OPl例如是运算放大器，向电容器Cl的另一端输出将信号端子T3的电压与基准电压Vref的差进行放大后的电压，以使信号端子T3的电压接近于基准电压Vref。放大器电路OPl在反向输入端子输入信号端子T3的电压，在其非反向输入端子输入基准电压Vref。基准电压Vref例如被设定为从驱动电路(DRV1、DRV2)输出的高电平的驱动电压和低电平的驱动电压的中间值。由于放大器电路OPl的电压增益非常大，因此信号端子T3的电压大致与基准电压Vref相等。此外，由于连接在信号端子T3上的放大器电路OPl的反向输入端子的输入阻抗非常高，所以反向输入端子中几乎不流入电流。
[0040]开关电路SWl是将积蓄在电容器Cl中的电荷放电的电路，与电容器Cl并联连接。开关电路SWl按照控制电路2的控制而接通(ON)或断开(OFF)。
[0041]AD变换电路3将放大器电路OPl的输出电压No变换为数字信号。AD变换电路3按照控制电路2的控制执行模拟一数字变换动作。
[0042]控制电路2是控制传感器装置的整体动作的电路，例如使用专用的逻辑电路或CPU构成。即控制电路2基于规定的测定顺序执行第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2中的驱动电压的产生、开关电路SWl中的电容器Cl的放电、AD变换电路3中的模拟一数字变换动作，生成与传感器部I的静电电容相应的检测数据Ds。此外，控制电路2根据在未图示的通信部中从外部的上层装置提供的指令，执行检查配线的断线及短路等的规定的检查顺序。控制电路2如果通过执行检查顺序得到检查结果，则将该检查结果的判定值(表示正常或异常的判定值)向寄存器4写入。
[0043]图2A?图2D是用来说明在图1所示的传感器装置中检测传感器部I的静电电容的通常的测定顺序中的开关电路SWl的状态和各部的电压的图。图2A表不开关电路SWl的接通/断开状态，图2B表示第I驱动电路DRVl的驱动电压，图2C表示第2驱动电路DRV2的驱动电压，图2D表示放大器电路OPl的输出电压Vo。
[0044]在通常的测定顺序中，控制电路2交替地重复复位期间Trst和电荷传送期间Tchgo在复位期间Trst中，控制电路2将开关电路SWl接通(ON)而将电容器Cl的电荷放电，并且从第I驱动电路DRVl输出高电平的驱动电压(VDD)，从第2驱动电路DRV2输出低电平的驱动电压(VSS)。在电荷传送期间Tchg中，控制电路2将开关电路SWl断开而使电容器Cl成为可充电的状态，并且从第I驱动电路DRVl输出低电平的驱动电压(VSS)，从第2驱动电路DRV2输出高电平的驱动电压(VDD)。
[0045]这里，将第I电容性传感器元件Csl的静电电容用“CsI”表示，将第2电容性传感器元件Cs2的静电电容用“Cs2”表示。在复位期间Trst中，在与信号端子T3相连的第I电容性传感器元件Csl的电极中积蓄电荷“一 (VDD - Vref) XCsl”，在与信号端子T3相连的第2电容性传感器元件Cs2的电极中积蓄电荷“Vref XCs2”。它们的合计电荷Ql用下式表不。
[0046][数式 I]
[0047]Ql =- (VDD — Vref) XCsl+VrefXCs2— (I)
[0048]在电荷传送期间Tchg中，与信号端子T3相连的第I电容性传感器元件Csl的电极中被积蓄电荷“Vref XCsl”，与信号端子T3相连的第2电容性传感器元件Cs2的电极中被积蓄电荷“ 一(VDD - Vref) X Cs2”，与信号端子T3相连的电容器Cl的电极中被积蓄电荷“一 VclXCl”。但是，“Vcl”表示以信号端子T3的电位为基准的电容器Cl的电压，“Cl”表示电容器Cl的静电电容。它们的合计电荷Q2用下式表示。
[0049][数式2]
[0050]Q2 =- (VDD — Vref) XCs2+VrefXCsl — VclXCl...(2)
[0051]由于放大器电路OPl的反向输入端子的输入阻抗非常高，并且，在电荷传送期间Tchg中不会从外部向信号端子T3的节点供给电荷，所以电荷Q2与电荷Ql相等。因此，根据式(1)、式(2)，电容器Cl的电压Vcl用下式表示。
[0052][数式3]
[0053]Vcl = VDDX (Csl — Cs2)/Cl…(3)
[0054]由于信号端子T3的电压大致与基准电压Vref相等，所以输出电压Vo用下式表不O
[0055][数式4]
[0056]Vo = VDDX (Csl — Cs2)/Cl+Vref…(4)
[0057]如式⑷所示，在通常的测定顺序中从放大器电路OPl输出的电压Vo与第I电容性传感器元件Csl和第2电容性传感器元件Cs2的静电电容之差(Csl - Cs2)成比例。
[0058]接着，对上述传感器装置的断线等的检查顺序进行说明。图3是用来说明有关本实施方式的检查顺序的流程图。在本实施方式中，以两个阶段进行检查 。在第I阶段中，从第I驱动电路DRVl和第I驱动电路DRVl输出同相的驱动电压(ST10、ST15)，主要检查信号端子T3与电容器Cl之间的信号线是否断线(ST20)。在第2阶段中，从第I驱动电路DRVl和第2驱动电路DRV2输出反相的驱动电压(ST30、ST35)，主要检查与驱动电路(DRV1、DRV2)相连的配线是否断线或短路(ST40)。
[0059]< 第 I 阶段(ST10、ST15、ST20) >
[0060]在第I阶段的复位期间Trst中，控制电路2使开关电路SWl接通而将电容器Cl的电荷放电，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出高电平的驱动电压VDD(STlO)。图4A表示第I阶段的复位期间Trst中的传感器装置的动作状态。由于高电平的驱动电压VDD比基准电压Vref高，所以与信号端子T3相连的电容性传感器元件(Csl、Cs2)的各电极中被积蓄负电荷。在复位期间Trst中积蓄在两个电容性传感器元件(Csl、Cs2)中的总电荷Q3用下式表示。
[0061][数式5]
[0062]Q3 =— (VDD — Vref) X (Csl+Cs2)…(5)
[0063]接着，在第I阶段的电荷传送期间Tchg中，控制电路2使开关电路SWl断开而使电容器Cl成为可充电的状态(将电容器Cl的放电解除)，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出低电平的驱动电压VSS(ST15)。图4B表示第I阶段的电荷传送期间Tchg中的传感器装置的动作状态。由于低电平的驱动电压VSS比基准电压Vref低，所以与信号端子T3相连的电容性传感器元件(Csl、Cs2)的各电极中被积蓄正电荷。在电荷传送期间Tchg中积蓄在两个电容性传感器元件(Csl、Cs2)和电容器Cl中的总电荷Q4用下式表示。
[0064][数式6]
[0065]Q4 = VrefX (Csl+Cs2) — VclXCl...(6)
[0066]由于电荷Q3与电荷Q4相等，所以电容器Cl的电压Vcl用下式表示。
[0067][数式7]
[0068]Vcl = VDDX (Csl+Cs2)/Cl…(7)
[0069]由于放大器电路OPl的输出电压Vo比电容器Cl的电压Vcl高基准电压Vref，所以用下式表示。
[0070][数式8]
[0071]Vo = VDDX (Csl+Cs2)/Cl+Vref…(8)
[0072]如式⑶所示，在检查顺序的第I阶段中从放大器电路OPl输出的电压Vo为比基准电压Vref高的电压。如果静电电容(Csl、Cs2、Cl)具有大致一定的值，则式⑶所示的输出电压Vo也具有大致一定的值。特别是，在由式(8)表示的输出电压Vo超过电源电压VDD的情况下，输出电压Vo为接近电源电压VDD的值。
[0073]图5A?图是用来说明检查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有信号线的断线的情况。没有信号线的断线的情况下的输出电压Vo如图所示，为比规定的阈值电压Vthl高的值。
[0074]但是，如果将传感器部I的信号端子T3与电容器Cl的一端连接的信号线如图6所示断线，则即使在电荷传送期间Tchg中开关电路SWl断开，电容器Cl的一端也不会被传送来自传感器部I的电荷，在电容器Cl中不会积蓄电荷。
[0075]图7A?图7D是用来说明检查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示信号线断线的情况。在信号线断线的情况下，电荷传送期间Tchg中的输出电压Vo与复位期间Trst几乎没有变化，保持基准电压Vref的原状。该情况下的输出电压Vo为比阈值电压Vthl明显低的异常的值。
[0076]因而，控制电路2将在第I阶段的电荷传送期间Tchg中从放大器电路OPl输出的电压Vo与阈值电压Vthl进行比较，判定输出电压Vo是否处于比阈值电压Vthl高的正常范围(ST20)。控制电路2例如通过将预先在寄存器等中设定的阈值电压Vthl的数据与在AD变换电路3中生成的检测数据Ds进行比较来进行该判定。在输出电压Vo处于正常范围的情况下，控制电路2向下个第2阶段(ST30、ST35、ST40)转移。在输出电压Vo不在正常范围的情况下，控制电路2将表示信号线有断线等异常的规定的判定值向寄存器4写入(ST25)，结束检查。
[0077]〈第2 阶段(ST30、ST35、ST40) >
[0078]在第2阶段的复位期间Trst中，控制电路2使开关电路SWl接通而将电容器Cl的电荷放电，并且从第I驱动电路DRVl输出高电平的驱动电压VDD，从第2驱动电路DRV2输出低电平的驱动电压VSS (ST30)。图8A表示第2阶段的复位期间Trst中的传感器装置的动作状态。
[0079]接着，在第2阶段的电荷传送期间Tchg中，控制电路2使开关电路SWl断开，使电容器Cl成为可充电的状态(将电容器Cl的放电解除)，并且从第I驱动电路DRVl输出低电平的驱动电压(VSS)，从第2驱动电路DRV2输出高电平的驱动电压(VDD)。
[0080]第2阶段中的复位期间Trst和电荷传送期间Tchg的动作与已经说明的通常的测定顺序相同。因而，在第2阶段的电荷传送期间Tchg中从放大器电路OPl输出的电压Vo如式(4)所示，与第I电容性传感器元件Csl和第2电容性传感器元件Cs2的静电电容之差(Csl — Cs2)成比例。
[0081]图9A?图9D是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有断线等的正常的情况。正常时的输出电压Vo如图9D所示，包含于包含基准电压Vref的规定的正常范围(从阈值电压Vth2到阈值电压Vth3的范围)中。
[0082]但是，如果将传感器部I与驱动电路(DRV1、DRV2)连接的配线的一方如图10所示断线，则与断线的配线相连的电容性传感器元件中不再发生电荷的出入，所以该电容性传感器元件的静电电容可以等价地看作零。即，式⑷中的“Csl”或“Cs2”为零。因此，输出电压Vo成为不包含于正常范围(从阈值电压Vth2到阈值电压Vth3的范围)中的异常的值。
[0083]图1IA?图1ID是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示如图10所示第2驱动电路DRV2的配线断线的情况。该情况下的输出电压Vo如图1lD所示，为比正常范围的上限的阈值电压Vth3高的异常的值。
[0084]图12A?图12B是表示在检查顺序的第2阶段中检查出的其他异常状态的图。图12A表示第I驱动电路DRVl和第2驱动电路DRV2的配线短路的情况，图12B表示第2驱动电路DRV2的配线和信号线短路的情况。如果如图12A所示两个驱动电路的配线短路，则与如前面说明的第I阶段那样将传感器部I以同相电压驱动的情况实质上相同，所以放大器电路OPl的输出电压Vo成为接近电源电压VDD侧或地电位VSS侧的异常的值。此外，如图12B所示驱动电路的配线和信号线短路的情况下，输出电压No也为脱离了正常范围的异常的值。
[0085]因而，控制电路2将在第2阶段的电荷传送期间Tchg中从放大器电路OPl输出的电压Vo与阈值电压Vth2、Vth3分别比较，判定输出电压Vo是否包含于从阈值电压Vth2到阈值电压Vth3的正常范围中(ST40)。控制电路2例如通过对预先在寄存器等中设定的阈值电压Vth2、Vth3的数据与在AD变换电路3中生成的检测数据Ds分别进行比较来进行该判定。在输出电压Vo包含在正常范围中的情况下，控制电路2将表示没有断线或短路等异常的规定的判定值向寄存器4写入(ST50)。另一方面，在输出电压Vo不在正常范围中的情况下，控制电路2将表示驱动电路的配线有断线或短路等异常的规定的判定值向寄存器4 写入(ST45) ο
[0086]如以上说明的那样，根据有关本实施方式的传感器装置的检查方法，在第I阶段的复位期间Trst中，电容器Cl通过开关电路SWl被放电，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出高电平的驱动电压VDD，在接着该复位期间Trst的电荷传送期间Tchg中，将通过开关电路SWl进行的电容器Cl的放电解除，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出低电平的驱动电压VSS。并且，判定在电荷传送期间Tchg中放大器电路OPl的输出电压Vo是否 包含在规定的正常范围中，在不包含在正常范围中的情况下得到处于信号线的断线等异常状态的判定结果。因而，虽然是使用电容性传感器元件的传感器装置，但能够不对通常的静电电容的测定带来影响而正确地检查信号线的断线等异常。
[0087]此外，根据有关本实施方式的传感器装置的检查方法，在第I阶段中判定为输出电压Vo包含在正常范围中的情况下，在第2阶段的复位期间Trst中，电容器Cl通过开关电路SWl被放电，并且从第I驱动电路DRVl输出高电平的驱动电压VDD，从第2驱动电路DRV2输出低电平的驱动电压VSS，在接着该复位期间Trst的电荷传送期间Tchg中，将通过开关电路SWl进行的电容器Cl的放电解除，并且从第I驱动电路DRVl输出低电平的驱动电压VSS，从第2驱动电路DRV2输出高电平的驱动电压VDD。并且，在电荷传送期间Tchg中判定放大器电路OPl的输出电压Vo是否包含在规定的正常范围中，在不包含在正常范围中的情况下得到处于驱动电路的配线的断线或短路等异常状态的判定结果。因而，还能够可靠地检测出驱动电路的配线的断线或短路等异常状态。
[0088]以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，包括各种变形。
[0089]图13是表示有关本实施方式的传感器装置的另一例的图，表示设有偏移调整电路5的例子，该偏移调整电路用于根据传感器部I的电荷信号等对在放大器电路OPl的输出中出现的偏移电压进行调整。如果在通过偏移调整电路5而偏移电压的调整有效的状态下进行第I阶段的检查，则尽管有信号线的断线等的异常，也由于被加上偏移电压而导致输出电压Vo超过阈值电压Vthl，有可能误判定为没有异常。所以，在设有这样的偏移调整电路5的情况下，控制电路2在第I阶段的检查(图3的步骤ST10、ST15)中使由偏移调整电路5进行的偏移电压的调整无效化，在第2阶段的检查(图3的步骤ST30、ST35)中使该偏移电压调整功能有效化。由此，能够有效地防止第I阶段中的误判定，并且在第2阶段中也会在正常状态下输出电压Vo容易包含在正常范围中，所以能够进行正确的判定。
[0090]在上述第I阶段的说明中，在复位期间Trst中使驱动电压为高电平，在电荷传送期间Tchg中使驱动电压为低电平，但这不过是一例，在本发明的其他实施方式中，也可以在复位期间Trst中使驱动电压为低电平，在电荷传送期间Tchg中使驱动电压为高电平。
[0091]在上述实施方式中，举出了在检查顺序的第I阶段或第2阶段中分别各设置一次复位期间Trst和电荷传送期间Tchg的例子，但本发明并不限定于此。在本发明的其他实施方式中，也可以将复位期间Trst和电荷传送期间Tchg交替地重复多次。在此情况下，也可以按每个电荷传送期间Tchg判定得到的检测数据Ds的累计值或平均值是否包含在规定的正常范围中。
【主权项】
1.一种传感器装置的检查方法，上述传感器装置具备: 传感器部，包括连接在第I驱动端子与信号端子之间的第I电容性传感器元件、以及连接在第2驱动端子与上述信号端子之间的第2电容性传感器元件； 第I驱动电路，向上述第I驱动端子输出第I驱动电压或第2驱动电压； 第2驱动电路，向上述第2驱动端子输出上述第I驱动电压或上述第2驱动电压； 电容器，一端连接于上述信号端子； 放大器电路，向上述电容器的另一端输出将上述信号端子的电压与基准电压之差进行放大后的电压，以使上述信号端子的电压接近上述基准电压；以及开关电路，将积蓄在上述电容器中的电荷放电； 上述传感器装置的检查方法的特征在于， 具有第I检查阶段，该第I检查阶段包括: 第I工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压； 第2工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压；以及 第3工序，判定在上述第2工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第I正常范围中。2.如权利要求1所述的传感器装置的检查方法，其特征在于， 具有在上述第I检查阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下进行的第2检查阶段，该第2检查阶段包括: 第4工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压； 第5工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出上述第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压；以及 第6工序，判定在上述第5工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第2正常范围中。3.如权利要求2所述的传感器装置的检查方法，其特征在于， 上述传感器装置具备对上述放大器电路的偏移电压进行调整的偏移调整电路； 在上述第I检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化； 在上述第2检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。4.一种传感器装置，其特征在于，具有: 传感器部，包括连接在第I驱动端子与信号端子之间的第I电容性传感器元件、以及连接在第2驱动端子与上述信号端子之间的第2电容性传感器元件； 第I驱动电路，向上述第I驱动端子输出第I驱动电压或第2驱动电压； 第2驱动电路，向上述第2驱动端子输出上述第I驱动电压或上述第2驱动电压； 电容器，一端连接于上述信号端子； 放大器电路，向上述电容器的另一端输出将上述信号端子的电压与基准电压之差进行放大后的电压，以使上述信号端子的电压接近上述基准电压； 开关电路，将积蓄在上述电容器中的电荷放电；以及 控制电路，控制上述第I驱动电路、上述第2驱动电路以及上述开关电路，以使得从上述放大器电路输出与上述第I电容性传感器元件及上述第2电容性传感器元件的静电电容的差相应的电压； 上述控制电路执行第I检查阶段，该第I检查阶段包括: 第I工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压； 第2工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压；以及 第3工序，判定在上述第2工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第I正常范围中。5.如权利要求4所述的传感器装置，其特征在于， 上述控制电路执行在上述第I检查阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下执行的第2检查阶段，该第2检查阶段包括: 第4工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压； 第5工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出上述第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压；以及 第6工序，判定在上述第5工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第2正常范围中。6.如权利要求5所述的传感器装置，其特征在于， 具有对上述放大器电路的偏移电压进行调整的偏移调整电路； 上述控制电路在上述第I检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化； 上述控制电路在上述第2检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。
【专利摘要】提供传感器装置的检查方法及该传感器装置，能够适当地检查与电容性传感器元件相连的配线的断线及短路。在第1阶段的复位期间中，开关电路(SW1)接通，且从驱动电路(DRV1、DRV2)输出高电平的驱动电压，在接着该复位期间的电荷传送期间中，开关电路(SW1)断开，且从驱动电路(DRV1、DRV2)都输出低电平的驱动电压，判定电荷传送期间中的放大器电路(OP1)的输出电压(Vo)是否包含在正常范围中。在接着第1阶段的第2阶段的检查中，与通常时的测定同样在复位期间及电荷传送期间从驱动电路(DRV1、DRV2)输出反相的电压，判定电荷传送期间中的放大器电路(OP1)的输出电压(Vo)是否包含在正常范围中。
【IPC分类】G01N27/22
【公开号】CN104897740
【申请号】CN201510101162
【发明人】渡边拓也, 柳修二, 横山进矢, 大木敏幸, 浅尾阳
【申请人】阿尔卑斯电气株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】US20150253372
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用电容性传感器元件的传感器装置的检查方法，特别涉及具备将电容性传感器元件的静电电容变换为电压的电路的传感器装置的检查方法。
【背景技术】
[0002]作为电湿度传感器，一般已知使用根据湿度而电阻变化的传感器元件的电阻型湿度传感器、和使用静电电容变化的传感器元件的静电电容型湿度传感器。
[0003]图14A?图14B是表示电阻型湿度传感器的结构的图。传感器部100是包括根据湿度而电阻变化的传感器元件的电路，被施加直流电压。如果传感器元件的电阻变化，则与此相应地信号线的电压变化。放大器电路101对该信号线的电压进行放大，作为湿度的检测信号来输出。
[0004]另一方面，图15是表示静电电容型湿度传感器的结构的图。传感器部110是包括根据湿度而静电电容变化的传感器元件的电路，其两端被施加交流电压。如果传感器元件的静电电容变化，则与此相应的电荷蓄积在电容器114中。运算放大器113将与蓄积在电容器114中的电荷相应的电压作为湿度的检测信号来输出。
[0005]在使用电阻变化的传感器元件的电阻型传感器的情况下，如图14A?图14B所示，能够使用恒流源102使一定的电流流过信号线。在信号线断线的情况下，通过恒流源102的电流而信号线的电压下降为地电平，所以放大器电路101的输出电压成为异常的值。这样，在电阻型湿度传感器中，能够使用恒流源比较简单地检查信号线的断线。但是，在使用静电电容变化的传感器元件的静电电容型传感器的情况下，如图15所示，一般是将与静电电容相应的电荷向电荷放大器(I 13、114、115)输入而变换为电压的电路结构。如果将恒流源连接在从传感器部向电荷放大器传送电荷的信号线上，则由于电荷放大器将恒流源的电流进行积分，所以不能正常地检测到与传感器元件的静电电容相应的电荷。即，在静电电容型传感器中，存在不能如电阻型传感器那样使用恒流源检测出信号线的断线的问题。
[0006]此外，在静电电容型传感器的情况下，如图15所示对传感器部110施加交流电压。因此，需要将传感器部110和交流电压的驱动电路通过引线接合等连接，在该配线中也有可能发生断线。此外，在进行引线接合的情况下，也有可能在金属线间发生短路。因而，在静电电容型传感器中，不仅是信号线的断线，还有可能在驱动电路的配线中发生断线，或配线彼此短路等，所以适当地检查它们的不良状况成为课题。
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的是提供一种能够适当地检查与电容性传感器元件相连的配线的断线及短路的传感器装置的检查方法和进行这样的检查的传感器装置。
[0008]本发明的第I技术方案涉及传感器装置的检查方法。上述传感器装置具备:传感器部，包括连接在第I驱动端子与信号端子之间的第I电容性传感器元件、以及连接在第2驱动端子与上述信号端子之间的第2电容性传感器元件；第I驱动电路，向上述第I驱动端子输出第I驱动电压或第2驱动电压；第2驱动电路，向上述第2驱动端子输出上述第I驱动电压或上述第2驱动电压；电容器，一端连接于上述信号端子；放大器电路，向上述电容器的另一端输出将上述信号端子的电压与基准电压之差进行放大后的电压，以使上述信号端子的电压接近上述基准电压；以及开关电路，将积蓄在上述电容器中的电荷放电。上述第I技术方案的传感器装置的检查方法具有第I检查阶段，该第I检查阶段包括:第I工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压；第2工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压；以及第3工序，判定在上述第2工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第I正常范围中。
[0009]根据上述检查方法，在上述第I阶段的上述第I工序中，上述电容器通过上述开关电路被放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压。在接着上述第I工序的上述第2工序中，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压。并且，判定上述第2工序中上述放大器电路的输出电压是否包含在上述第I正常范围中，在不包含在上述第I正常范围中的情况下得到处于异常状态的判定结果。
[0010]优选的是，上述检查方法也可以具有在上述第I检查阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下进行的第2检查阶段，该第2检查阶段包括:第4工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压；第5工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出上述第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压；以及第6工序，判定在上述第5工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第2正常范围中。
[0011]根据上述检查方法，在上述第I阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下，在上述第2阶段的上述第4工序中，上述电容器通过上述开关电路被放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压。在接着上述第4工序的上述第5工序中，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压。并且，判定上述第5工序中上述放大器电路的输出电压是否包含在上述第2正常范围中，在不包含在上述第2正常范围中的情况下得到处于异常状态的判定结果。
[0012]此外，优选的是，上述传感器装置也可以具备对上述放大器电路的偏移电压进行调整的偏移调整电路。在此情况下，在上述第I检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化；在上述第2检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。
[0013]由此，在上述第I检查阶段中能够防止由上述偏移电压的调整功能带来的误判定。
[0014]有关本发明的第2技术方案的传感器装置具有上述传感器部、上述第I驱动电路、上述第2驱动电路、上述电容器、上述放大器电路、上述开关电路和控制电路。上述控制电路控制上述第I驱动电路、上述第2驱动电路及上述开关电路，以使得从上述放大器电路输出与上述第I电容性传感器元件及上述第2电容性传感器元件的静电电容的差相应的电压。此外，上述控制电路执行包括上述第I工序、上述第2工序和上述第3工序的上述第I检查阶段。
[0015]优选的是，上述控制电路也可以执行包括上述第4工序、上述第5工序和上述第6工序的上述第2检查阶段。
[0016]此外优选的是，有关上述第2技术方案的传感器装置也可以具有上述偏移调整电路。上述控制电路在上述第I检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化；在上述第2检查阶段中，也可以将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，能够将电容性的传感器元件的静电电容变换为连续性的电压。
【附图说明】
[0019]图1是表示有关本发明的实施方式的传感器装置的结构的一例的图。
[0020]图2A?图2D是用来说明在图1所示的传感器装置中检测传感器部I的静电电容的通常的测定顺序中的开关电路的状态和各部的电压的图，图2A表示开关电路的接通(ON) /断开(OFF)状态，图2B表示第I驱动电路的驱动电压，图2C表示第2驱动电路的驱动电压，图2D表不放大器电路的输出电压。
[0021]图3是用来说明有关本实施方式的检查顺序的流程图。
[0022]图4A?图4B是表示检查顺序的第I阶段中的传感器装置的动作状态的图，图4A表示第I阶段的复位期间的动作状态，图4B表示第I阶段的电荷传送期间的动作状态。
[0023]图5A?图是用来说明检查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有信号线的断线的情况，图5A表示开关电路的接通/断开状态，图5B表示第I驱动电路的驱动电压，图5C表示第2驱动电路的驱动电压，图表示放大器电路的输出电压。
[0024]图6是表示传感器装置的信号线断的情况的图。
[0025]图7A?图7D是用来说明检 查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示信号线断线的情况，图7A表示开关电路的接通/断开状态，图7B表示第I驱动电路的驱动电压，图7C表示第2驱动电路的驱动电压，图7D表示放大器电路的输出电压。
[0026]图8A?图SB是表示检查顺序的第2阶段中的传感器装置的动作状态的图，图8A表示第2阶段的复位期间的动作状态，图SB表示第2阶段的电荷传送期间的动作状态。
[0027]图9A?图9D是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有断线等的正常的情况，图9A表示开关电路的接通/断开状态，图9B表示第I驱动电路的驱动电压，图9C表示第2驱动电路的驱动电压，图9D表示放大器电路的输出电压。
[0028]图10是表示传感器装置的驱动电路的配线断线的情况的图。
[0029]图1IA?图1ID是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示驱动电路的配线断线的情况，图1lA表示开关电路的接通/断开状态，图1lB表示第I驱动电路的驱动电压，图1lC表示第2驱动电路的驱动电压，图1lD表示放大器电路的输出电压。
[0030]图12A?图12B是表示在检查顺序的第2阶段中检查出的其他异常状态的图，图12A表示第I驱动电路和第2驱动电路的配线短路的情况，图12B表示第2驱动电路的配线和信号线短路的情况。
[0031]图13是表示有关本实施方式的传感器装置的另一例的图。
[0032]图14A?图14B是表示电阻型湿度传感器的结构的图，图14A表示通常的状态，图14B表示信号线断线的状态。
[0033]图15是表示静电电容型湿度传感器的结构的图。
[0034]附图标记说明
[0035]I传感器部；2控制电路；3AD变换电路；4寄存器；5偏移调整电路；DRV1第I驱动电路；DRV2第2驱动电路；Csl第I电容性传感器元件；Cs2第2电容性传感器元件；T1第I驱动端子；T2第2驱动端子；Τ3信号端子；0Ρ1放大器电路；C1电容器；SW1开关电路。
【具体实施方式】
[0036]图1是表示有关本发明的实施方式的传感器装置的结构的一例的图。图1所示的传感器装置具有传感器部1、第I驱动电路DRVl、第2驱动电路DRV2、电容器Cl、放大器电路OP1、开关电路SWl、控制电路2、AD变换电路3和寄存器4。
[0037]传感器部I包括静电电容根据湿度等物理量而变化的电容性传感器元件(Csl、Cs2)而构成。第I电容性传感器元件Csl被连接在第I驱动端子Tl与信号端子T3之间，第2电容性传感器元件Cs2被连接在第2驱动端子T2与信号端子T3之间。第I电容性传感器元件Csl和第2电容性传感器元件Cs2被串联连接在信号端子T3上。
[0038]第I驱动电路DRVl按照控制电路2的控制，对传感器部I的第I驱动端子Tl输出高电平的驱动电压或低电平的驱动电压。此外，第2驱动电路DRV2按照控制电路2的控制，向传感器部I的第2驱动端子T2输出高电平的驱动电压或低电平的驱动电压。这些驱动电路所输出的高电平的驱动电压例如是与电源电压VDD大致相等的电压，低电平的驱动电压例如是与地电位VSS大致相等的电压。
[0039]电容器Cl的一端连接在传感器部I的信号端子T3上，其另一端连接在放大器电路OPl的输出上。放大器电路OPl例如是运算放大器，向电容器Cl的另一端输出将信号端子T3的电压与基准电压Vref的差进行放大后的电压，以使信号端子T3的电压接近于基准电压Vref。放大器电路OPl在反向输入端子输入信号端子T3的电压，在其非反向输入端子输入基准电压Vref。基准电压Vref例如被设定为从驱动电路(DRV1、DRV2)输出的高电平的驱动电压和低电平的驱动电压的中间值。由于放大器电路OPl的电压增益非常大，因此信号端子T3的电压大致与基准电压Vref相等。此外，由于连接在信号端子T3上的放大器电路OPl的反向输入端子的输入阻抗非常高，所以反向输入端子中几乎不流入电流。
[0040]开关电路SWl是将积蓄在电容器Cl中的电荷放电的电路，与电容器Cl并联连接。开关电路SWl按照控制电路2的控制而接通(ON)或断开(OFF)。
[0041]AD变换电路3将放大器电路OPl的输出电压No变换为数字信号。AD变换电路3按照控制电路2的控制执行模拟一数字变换动作。
[0042]控制电路2是控制传感器装置的整体动作的电路，例如使用专用的逻辑电路或CPU构成。即控制电路2基于规定的测定顺序执行第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2中的驱动电压的产生、开关电路SWl中的电容器Cl的放电、AD变换电路3中的模拟一数字变换动作，生成与传感器部I的静电电容相应的检测数据Ds。此外，控制电路2根据在未图示的通信部中从外部的上层装置提供的指令，执行检查配线的断线及短路等的规定的检查顺序。控制电路2如果通过执行检查顺序得到检查结果，则将该检查结果的判定值(表示正常或异常的判定值)向寄存器4写入。
[0043]图2A?图2D是用来说明在图1所示的传感器装置中检测传感器部I的静电电容的通常的测定顺序中的开关电路SWl的状态和各部的电压的图。图2A表不开关电路SWl的接通/断开状态，图2B表示第I驱动电路DRVl的驱动电压，图2C表示第2驱动电路DRV2的驱动电压，图2D表示放大器电路OPl的输出电压Vo。
[0044]在通常的测定顺序中，控制电路2交替地重复复位期间Trst和电荷传送期间Tchgo在复位期间Trst中，控制电路2将开关电路SWl接通(ON)而将电容器Cl的电荷放电，并且从第I驱动电路DRVl输出高电平的驱动电压(VDD)，从第2驱动电路DRV2输出低电平的驱动电压(VSS)。在电荷传送期间Tchg中，控制电路2将开关电路SWl断开而使电容器Cl成为可充电的状态，并且从第I驱动电路DRVl输出低电平的驱动电压(VSS)，从第2驱动电路DRV2输出高电平的驱动电压(VDD)。
[0045]这里，将第I电容性传感器元件Csl的静电电容用“CsI”表示，将第2电容性传感器元件Cs2的静电电容用“Cs2”表示。在复位期间Trst中，在与信号端子T3相连的第I电容性传感器元件Csl的电极中积蓄电荷“一 (VDD - Vref) XCsl”，在与信号端子T3相连的第2电容性传感器元件Cs2的电极中积蓄电荷“Vref XCs2”。它们的合计电荷Ql用下式表不。
[0046][数式 I]
[0047]Ql =- (VDD — Vref) XCsl+VrefXCs2— (I)
[0048]在电荷传送期间Tchg中，与信号端子T3相连的第I电容性传感器元件Csl的电极中被积蓄电荷“Vref XCsl”，与信号端子T3相连的第2电容性传感器元件Cs2的电极中被积蓄电荷“ 一(VDD - Vref) X Cs2”，与信号端子T3相连的电容器Cl的电极中被积蓄电荷“一 VclXCl”。但是，“Vcl”表示以信号端子T3的电位为基准的电容器Cl的电压，“Cl”表示电容器Cl的静电电容。它们的合计电荷Q2用下式表示。
[0049][数式2]
[0050]Q2 =- (VDD — Vref) XCs2+VrefXCsl — VclXCl...(2)
[0051]由于放大器电路OPl的反向输入端子的输入阻抗非常高，并且，在电荷传送期间Tchg中不会从外部向信号端子T3的节点供给电荷，所以电荷Q2与电荷Ql相等。因此，根据式(1)、式(2)，电容器Cl的电压Vcl用下式表示。
[0052][数式3]
[0053]Vcl = VDDX (Csl — Cs2)/Cl…(3)
[0054]由于信号端子T3的电压大致与基准电压Vref相等，所以输出电压Vo用下式表不O
[0055][数式4]
[0056]Vo = VDDX (Csl — Cs2)/Cl+Vref…(4)
[0057]如式⑷所示，在通常的测定顺序中从放大器电路OPl输出的电压Vo与第I电容性传感器元件Csl和第2电容性传感器元件Cs2的静电电容之差(Csl - Cs2)成比例。
[0058]接着，对上述传感器装置的断线等的检查顺序进行说明。图3是用来说明有关本实施方式的检查顺序的流程图。在本实施方式中，以两个阶段进行检查 。在第I阶段中，从第I驱动电路DRVl和第I驱动电路DRVl输出同相的驱动电压(ST10、ST15)，主要检查信号端子T3与电容器Cl之间的信号线是否断线(ST20)。在第2阶段中，从第I驱动电路DRVl和第2驱动电路DRV2输出反相的驱动电压(ST30、ST35)，主要检查与驱动电路(DRV1、DRV2)相连的配线是否断线或短路(ST40)。
[0059]< 第 I 阶段(ST10、ST15、ST20) >
[0060]在第I阶段的复位期间Trst中，控制电路2使开关电路SWl接通而将电容器Cl的电荷放电，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出高电平的驱动电压VDD(STlO)。图4A表示第I阶段的复位期间Trst中的传感器装置的动作状态。由于高电平的驱动电压VDD比基准电压Vref高，所以与信号端子T3相连的电容性传感器元件(Csl、Cs2)的各电极中被积蓄负电荷。在复位期间Trst中积蓄在两个电容性传感器元件(Csl、Cs2)中的总电荷Q3用下式表示。
[0061][数式5]
[0062]Q3 =— (VDD — Vref) X (Csl+Cs2)…(5)
[0063]接着，在第I阶段的电荷传送期间Tchg中，控制电路2使开关电路SWl断开而使电容器Cl成为可充电的状态(将电容器Cl的放电解除)，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出低电平的驱动电压VSS(ST15)。图4B表示第I阶段的电荷传送期间Tchg中的传感器装置的动作状态。由于低电平的驱动电压VSS比基准电压Vref低，所以与信号端子T3相连的电容性传感器元件(Csl、Cs2)的各电极中被积蓄正电荷。在电荷传送期间Tchg中积蓄在两个电容性传感器元件(Csl、Cs2)和电容器Cl中的总电荷Q4用下式表示。
[0064][数式6]
[0065]Q4 = VrefX (Csl+Cs2) — VclXCl...(6)
[0066]由于电荷Q3与电荷Q4相等，所以电容器Cl的电压Vcl用下式表示。
[0067][数式7]
[0068]Vcl = VDDX (Csl+Cs2)/Cl…(7)
[0069]由于放大器电路OPl的输出电压Vo比电容器Cl的电压Vcl高基准电压Vref，所以用下式表示。
[0070][数式8]
[0071]Vo = VDDX (Csl+Cs2)/Cl+Vref…(8)
[0072]如式⑶所示，在检查顺序的第I阶段中从放大器电路OPl输出的电压Vo为比基准电压Vref高的电压。如果静电电容(Csl、Cs2、Cl)具有大致一定的值，则式⑶所示的输出电压Vo也具有大致一定的值。特别是，在由式(8)表示的输出电压Vo超过电源电压VDD的情况下，输出电压Vo为接近电源电压VDD的值。
[0073]图5A?图是用来说明检查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有信号线的断线的情况。没有信号线的断线的情况下的输出电压Vo如图所示，为比规定的阈值电压Vthl高的值。
[0074]但是，如果将传感器部I的信号端子T3与电容器Cl的一端连接的信号线如图6所示断线，则即使在电荷传送期间Tchg中开关电路SWl断开，电容器Cl的一端也不会被传送来自传感器部I的电荷，在电容器Cl中不会积蓄电荷。
[0075]图7A?图7D是用来说明检查顺序的第I阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示信号线断线的情况。在信号线断线的情况下，电荷传送期间Tchg中的输出电压Vo与复位期间Trst几乎没有变化，保持基准电压Vref的原状。该情况下的输出电压Vo为比阈值电压Vthl明显低的异常的值。
[0076]因而，控制电路2将在第I阶段的电荷传送期间Tchg中从放大器电路OPl输出的电压Vo与阈值电压Vthl进行比较，判定输出电压Vo是否处于比阈值电压Vthl高的正常范围(ST20)。控制电路2例如通过将预先在寄存器等中设定的阈值电压Vthl的数据与在AD变换电路3中生成的检测数据Ds进行比较来进行该判定。在输出电压Vo处于正常范围的情况下，控制电路2向下个第2阶段(ST30、ST35、ST40)转移。在输出电压Vo不在正常范围的情况下，控制电路2将表示信号线有断线等异常的规定的判定值向寄存器4写入(ST25)，结束检查。
[0077]〈第2 阶段(ST30、ST35、ST40) >
[0078]在第2阶段的复位期间Trst中，控制电路2使开关电路SWl接通而将电容器Cl的电荷放电，并且从第I驱动电路DRVl输出高电平的驱动电压VDD，从第2驱动电路DRV2输出低电平的驱动电压VSS (ST30)。图8A表示第2阶段的复位期间Trst中的传感器装置的动作状态。
[0079]接着，在第2阶段的电荷传送期间Tchg中，控制电路2使开关电路SWl断开，使电容器Cl成为可充电的状态(将电容器Cl的放电解除)，并且从第I驱动电路DRVl输出低电平的驱动电压(VSS)，从第2驱动电路DRV2输出高电平的驱动电压(VDD)。
[0080]第2阶段中的复位期间Trst和电荷传送期间Tchg的动作与已经说明的通常的测定顺序相同。因而，在第2阶段的电荷传送期间Tchg中从放大器电路OPl输出的电压Vo如式(4)所示，与第I电容性传感器元件Csl和第2电容性传感器元件Cs2的静电电容之差(Csl — Cs2)成比例。
[0081]图9A?图9D是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示没有断线等的正常的情况。正常时的输出电压Vo如图9D所示，包含于包含基准电压Vref的规定的正常范围(从阈值电压Vth2到阈值电压Vth3的范围)中。
[0082]但是，如果将传感器部I与驱动电路(DRV1、DRV2)连接的配线的一方如图10所示断线，则与断线的配线相连的电容性传感器元件中不再发生电荷的出入，所以该电容性传感器元件的静电电容可以等价地看作零。即，式⑷中的“Csl”或“Cs2”为零。因此，输出电压Vo成为不包含于正常范围(从阈值电压Vth2到阈值电压Vth3的范围)中的异常的值。
[0083]图1IA?图1ID是用来说明检查顺序的第2阶段中的开关电路的状态和各部的电压的图，表示如图10所示第2驱动电路DRV2的配线断线的情况。该情况下的输出电压Vo如图1lD所示，为比正常范围的上限的阈值电压Vth3高的异常的值。
[0084]图12A?图12B是表示在检查顺序的第2阶段中检查出的其他异常状态的图。图12A表示第I驱动电路DRVl和第2驱动电路DRV2的配线短路的情况，图12B表示第2驱动电路DRV2的配线和信号线短路的情况。如果如图12A所示两个驱动电路的配线短路，则与如前面说明的第I阶段那样将传感器部I以同相电压驱动的情况实质上相同，所以放大器电路OPl的输出电压Vo成为接近电源电压VDD侧或地电位VSS侧的异常的值。此外，如图12B所示驱动电路的配线和信号线短路的情况下，输出电压No也为脱离了正常范围的异常的值。
[0085]因而，控制电路2将在第2阶段的电荷传送期间Tchg中从放大器电路OPl输出的电压Vo与阈值电压Vth2、Vth3分别比较，判定输出电压Vo是否包含于从阈值电压Vth2到阈值电压Vth3的正常范围中(ST40)。控制电路2例如通过对预先在寄存器等中设定的阈值电压Vth2、Vth3的数据与在AD变换电路3中生成的检测数据Ds分别进行比较来进行该判定。在输出电压Vo包含在正常范围中的情况下，控制电路2将表示没有断线或短路等异常的规定的判定值向寄存器4写入(ST50)。另一方面，在输出电压Vo不在正常范围中的情况下，控制电路2将表示驱动电路的配线有断线或短路等异常的规定的判定值向寄存器4 写入(ST45) ο
[0086]如以上说明的那样，根据有关本实施方式的传感器装置的检查方法，在第I阶段的复位期间Trst中，电容器Cl通过开关电路SWl被放电，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出高电平的驱动电压VDD，在接着该复位期间Trst的电荷传送期间Tchg中，将通过开关电路SWl进行的电容器Cl的放电解除，并且从第I驱动电路DRVl及第2驱动电路DRV2都输出低电平的驱动电压VSS。并且，判定在电荷传送期间Tchg中放大器电路OPl的输出电压Vo是否 包含在规定的正常范围中，在不包含在正常范围中的情况下得到处于信号线的断线等异常状态的判定结果。因而，虽然是使用电容性传感器元件的传感器装置，但能够不对通常的静电电容的测定带来影响而正确地检查信号线的断线等异常。
[0087]此外，根据有关本实施方式的传感器装置的检查方法，在第I阶段中判定为输出电压Vo包含在正常范围中的情况下，在第2阶段的复位期间Trst中，电容器Cl通过开关电路SWl被放电，并且从第I驱动电路DRVl输出高电平的驱动电压VDD，从第2驱动电路DRV2输出低电平的驱动电压VSS，在接着该复位期间Trst的电荷传送期间Tchg中，将通过开关电路SWl进行的电容器Cl的放电解除，并且从第I驱动电路DRVl输出低电平的驱动电压VSS，从第2驱动电路DRV2输出高电平的驱动电压VDD。并且，在电荷传送期间Tchg中判定放大器电路OPl的输出电压Vo是否包含在规定的正常范围中，在不包含在正常范围中的情况下得到处于驱动电路的配线的断线或短路等异常状态的判定结果。因而，还能够可靠地检测出驱动电路的配线的断线或短路等异常状态。
[0088]以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，包括各种变形。
[0089]图13是表示有关本实施方式的传感器装置的另一例的图，表示设有偏移调整电路5的例子，该偏移调整电路用于根据传感器部I的电荷信号等对在放大器电路OPl的输出中出现的偏移电压进行调整。如果在通过偏移调整电路5而偏移电压的调整有效的状态下进行第I阶段的检查，则尽管有信号线的断线等的异常，也由于被加上偏移电压而导致输出电压Vo超过阈值电压Vthl，有可能误判定为没有异常。所以，在设有这样的偏移调整电路5的情况下，控制电路2在第I阶段的检查(图3的步骤ST10、ST15)中使由偏移调整电路5进行的偏移电压的调整无效化，在第2阶段的检查(图3的步骤ST30、ST35)中使该偏移电压调整功能有效化。由此，能够有效地防止第I阶段中的误判定，并且在第2阶段中也会在正常状态下输出电压Vo容易包含在正常范围中，所以能够进行正确的判定。
[0090]在上述第I阶段的说明中，在复位期间Trst中使驱动电压为高电平，在电荷传送期间Tchg中使驱动电压为低电平，但这不过是一例，在本发明的其他实施方式中，也可以在复位期间Trst中使驱动电压为低电平，在电荷传送期间Tchg中使驱动电压为高电平。
[0091]在上述实施方式中，举出了在检查顺序的第I阶段或第2阶段中分别各设置一次复位期间Trst和电荷传送期间Tchg的例子，但本发明并不限定于此。在本发明的其他实施方式中，也可以将复位期间Trst和电荷传送期间Tchg交替地重复多次。在此情况下，也可以按每个电荷传送期间Tchg判定得到的检测数据Ds的累计值或平均值是否包含在规定的正常范围中。
【主权项】
1.一种传感器装置的检查方法，上述传感器装置具备: 传感器部，包括连接在第I驱动端子与信号端子之间的第I电容性传感器元件、以及连接在第2驱动端子与上述信号端子之间的第2电容性传感器元件； 第I驱动电路，向上述第I驱动端子输出第I驱动电压或第2驱动电压； 第2驱动电路，向上述第2驱动端子输出上述第I驱动电压或上述第2驱动电压； 电容器，一端连接于上述信号端子； 放大器电路，向上述电容器的另一端输出将上述信号端子的电压与基准电压之差进行放大后的电压，以使上述信号端子的电压接近上述基准电压；以及开关电路，将积蓄在上述电容器中的电荷放电； 上述传感器装置的检查方法的特征在于， 具有第I检查阶段，该第I检查阶段包括: 第I工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压； 第2工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压；以及 第3工序，判定在上述第2工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第I正常范围中。2.如权利要求1所述的传感器装置的检查方法，其特征在于， 具有在上述第I检查阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下进行的第2检查阶段，该第2检查阶段包括: 第4工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压； 第5工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出上述第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压；以及 第6工序，判定在上述第5工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第2正常范围中。3.如权利要求2所述的传感器装置的检查方法，其特征在于， 上述传感器装置具备对上述放大器电路的偏移电压进行调整的偏移调整电路； 在上述第I检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化； 在上述第2检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。4.一种传感器装置，其特征在于，具有: 传感器部，包括连接在第I驱动端子与信号端子之间的第I电容性传感器元件、以及连接在第2驱动端子与上述信号端子之间的第2电容性传感器元件； 第I驱动电路，向上述第I驱动端子输出第I驱动电压或第2驱动电压； 第2驱动电路，向上述第2驱动端子输出上述第I驱动电压或上述第2驱动电压； 电容器，一端连接于上述信号端子； 放大器电路，向上述电容器的另一端输出将上述信号端子的电压与基准电压之差进行放大后的电压，以使上述信号端子的电压接近上述基准电压； 开关电路，将积蓄在上述电容器中的电荷放电；以及 控制电路，控制上述第I驱动电路、上述第2驱动电路以及上述开关电路，以使得从上述放大器电路输出与上述第I电容性传感器元件及上述第2电容性传感器元件的静电电容的差相应的电压； 上述控制电路执行第I检查阶段，该第I检查阶段包括: 第I工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第I驱动电压； 第2工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路及上述第2驱动电路都输出上述第2驱动电压；以及 第3工序，判定在上述第2工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第I正常范围中。5.如权利要求4所述的传感器装置，其特征在于， 上述控制电路执行在上述第I检查阶段中判定为上述放大器电路的输出电压包含在上述第I正常范围中的情况下执行的第2检查阶段，该第2检查阶段包括: 第4工序，通过上述开关电路使上述电容器放电，并且从上述第I驱动电路输出上述第I驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第2驱动电压； 第5工序，将通过上述开关电路进行的上述电容器的放电解除，并且从上述第I驱动电路输出上述第2驱动电压，从上述第2驱动电路输出上述第I驱动电压；以及 第6工序，判定在上述第5工序中从上述放大器电路输出的电压是否包含在第2正常范围中。6.如权利要求5所述的传感器装置，其特征在于， 具有对上述放大器电路的偏移电压进行调整的偏移调整电路； 上述控制电路在上述第I检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能无效化； 上述控制电路在上述第2检查阶段中，将上述偏移调整电路的上述偏移电压的调整功能有效化。
【专利摘要】提供传感器装置的检查方法及该传感器装置，能够适当地检查与电容性传感器元件相连的配线的断线及短路。在第1阶段的复位期间中，开关电路(SW1)接通，且从驱动电路(DRV1、DRV2)输出高电平的驱动电压，在接着该复位期间的电荷传送期间中，开关电路(SW1)断开，且从驱动电路(DRV1、DRV2)都输出低电平的驱动电压，判定电荷传送期间中的放大器电路(OP1)的输出电压(Vo)是否包含在正常范围中。在接着第1阶段的第2阶段的检查中，与通常时的测定同样在复位期间及电荷传送期间从驱动电路(DRV1、DRV2)输出反相的电压，判定电荷传送期间中的放大器电路(OP1)的输出电压(Vo)是否包含在正常范围中。
【IPC分类】G01N27/22
【公开号】CN104897740
【申请号】CN201510101162
【发明人】渡边拓也, 柳修二, 横山进矢, 大木敏幸, 浅尾阳
【申请人】阿尔卑斯电气株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】US20150253372
最新回复(0)