传感器信号处理装置及传感器装置的制造方法
【专利说明】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
[0002]本发明基于2013年I月31日提出的日本专利申请第2013 — 16878号，这里引用其记载内容。
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I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I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。
[0014]有关本发明的另一技术方案的传感器装置，具备物理量传感器、检测物理量传感器的温度的温度传感器和上述传感器信号处理装置。
【附图说明】
[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是表不第一 A/D变换器的框图。
[0018]图3是表不彳目号处理的流程的图。
[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I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1C。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Xl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singleedge nibble transmiss1n (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 accessmemory (RAM)16、read only memory(ROM)17、erasable programmable read onlymemory (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R0M17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EPR0M18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tl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