传感器模块的制作方法

本公开内容总体上涉及一种具有包括传感器的传感器部分和经由通信端子连接的与传感器部分通信的通信器的传感器模块。

背景技术：

通常，为了减小具有传感器芯片和其他集成电路(ic)的传感器模块的模块尺寸，芯片到芯片通信(即，传感器芯片和其它ic之间的芯片间通信)使用上拉逻辑通信信号。即，通信线路将芯片(例如，传感器芯片和其他ic)的通信线路“上拉”为与电源线处于相同的电压电平，从而将通信信号置于高电平或高状态，即置于较高的电压。

当地线的电源超过一定的电压阈值时，ic中的保护元件(例如箝位器)常常用于箝位操作。ic通常具有在超过由箝位器限定的电压阈值的电压下操作的其它元件和部件。然而，箝位器并不保护在高于如箝位器所限定的电压阈值的电压下运行的所有其他元件和部件免受电压升高。

下面列出的专利文献1公开了一种用于保护电气部件免受用于电流驱动型通信的电源线中的电流异常的保护操作，而没有提供关于过电压保护的讨论。

(专利文献1)日本专利no.5799914

与传感器模块中的其他ic相反，传感器芯片及其元件通常以低于由其他ic中的保护元件限定的电压阈值的电压工作。因此，传感器模块的电源的电压的过度升高又导致其他ic中的其他部件的电压升高，随后该较高的电压可以经由通信线路传送到传感器芯片，从而超过传感器芯片的电压电平，导致传感器芯片的损伤或破坏。

虽然当前的电路保护的作用符合预期，但仍需要改进的电路保护。

技术实现要素：

本公开内容的一个目的是提供一种传感器模块，该传感器模块保护传感器模块中的传感器部分免受用作通信信号的电源电压的过度升高。

在本公开内容的一个或其他方面，传感器模块中的通信器可以经由通信端子连接到传感器部分，并且具有信号输出器，其通过控制来自传感器模块外部的电源的电压以提高输出信号的电压电平来执行通信。此外，当由电压监测器监测的电源的电压升高到高于预设上限值时，通信器中的传感器保护器执行保护操作，其(i)降低来自信号输出器的输出信号的电压电平或(ii)中断通信端子的电连接。根据这样的结构，即使当电源电压超过电压阈值时，来自电源的较高电压也不会通过通信器的通信端子影响传感器部分。因此，可靠地保护传感器部分免受较高的电源电压电平。

附图说明

根据以下参考附图所进行的详细描述，本公开内容的目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了本公开内容的第一实施例中的传感器模块的方框图；

图2示出了输出波形成电路的电路图；

图3示出了由控制电路执行的保护操作的电路图；

图4示出了输入波接收电路的电路图；

图5示出了传感器模块的操作的流程图；

图6示出了图5中所示的过程的波形；

图7示出了本公开内容的第二实施例中的输出波形成电路的电路图；

图8示出了本公开内容的第三实施例中的输出波形成电路的电路图；

图9示出了本公开内容的第四实施例中的传感器模块的操作的流程图；

图10示出了本公开内容的第五实施例中的传感器模块的方框图；以及

图11示出了本公开内容的第六实施例中的传感器模块的方框图。

具体实施方式

(第一实施例)

如图1所示，本公开内容的第一实施例中的传感器模块1包括(i)具有传感器芯片2的子单元3和(ii)电路芯片4。如本文所使用的，传感器芯片2也可以被称为“传感器部分”，电路芯片4也可以被称为“通信器”。传感器模块1经由电源线6、地线7和信号线8连接到例如ecu5的高级控制器。即，例如从ecu5为传感器模块1提供了5v的电源vdd。子单元3和电路芯片4分别连接到电源线6和地线7。传感器芯片2中的保护元件9和电路芯片4中的保护元件10分别在电源线6和地线7之间的位置处布置在芯片2和4中。

在电路芯片4中，在电源线6和地线7之间的位置处连接有电压控制电路11和输出波形成电路12。如本文所使用的，输出波形成电路12也可以被称为“信号输出器”。电压控制电路11是降低来自ecu5的电压以向电路芯片4中的每个元件提供操作功率的调节器。

控制电路13与子单元3进行通信，例如以便经由输出波形成电路12向子单元3传送信号。此外，控制电路13还可以经由输入波接收电路14从传感器芯片2接收传感器信号数据。如本文所使用的，控制电路13也可以被称为“传感器保护器”。

电压监测电路15配备有比较器16。在电源线6和地线7之间的位置处，以串联连接提供电阻器17和电阻器18，即电阻器17和18串联连接，并且两个电阻器17和18之间的中点连接到比较器16的非反相输入端子即(v+)。比较器16的反相输入端子(即(v-))接收由电压控制电路11产生的阈值电压。比较器16的输出端子连接到控制电路13的输入端子。阈值电压可以是“上限”电压值。

输出波形成电路12连接到通信端子19c，输入波接收电路14连接到通信端子19d。通信端子19c、19d分别经由通信线路20c、20d连接到子单元3的通信端子21c、21d。例如，传感器芯片2和电路芯片4之间的通信通过(集成电路间)通信(可替换地，i2c)进行，其中，分别地，经由通信端子19c传送时钟，并经由通信端子19d传送数据。

如图2所示，通信端子19(c、d)通过上拉电阻器22(c、d)被上拉到电源电压vdd，同时经由n沟道mosfet23(c、d)(即金属氧化物半导体场效应晶体管，这里可以简称为“fet”)连接到地。为了简洁起见，示出了单个上拉电阻器电路，但应注意，每个上拉电阻器电路将应用于使用类似指定的附图标记的相应的通信端子。例如，如图2所示，用于通信端子19c的上拉电阻器电路将使用上拉电阻器22c和fet23c。在没有给出类似指定的附图标记(例如“fet23”)的情况下，该特征通常描述fet23c和fet23d。fet23的栅极连接到控制电路13的输出端子，fet23的导通和截止由控制电路13控制。即，输出波形成电路12形成开漏极型输出，其中，来自通信端子19的高电平通信信号采用电源电压vdd。控制电路13通过在正常通信期间导通和截止fet23c和23d来将时钟和数据传送到子单元3。

如图4所示，输入波接收电路14具有比较器24，比较器24的非反相输入端子(即(v+))连接到通信端子19。比较器24的反相输入端子(即(v-))从电压控制电路11接收参考电压，比较器24的输出端子连接到控制电路13的输入端子。即，输入波接收电路14通过使用比较器24确定高电平和低电平的通信信号来接收从传感器芯片2传送的时钟和数据，并将时钟和数据输出到控制电路13。此外，可以基于比较器24的输出信号来监测从控制电路13经由输出波形成电路12传送的通信信号的电平。

控制电路13可以周期性地向传感器芯片2传送对传感器数据的输出请求，传感器芯片2作为响应可以向电路芯片4传送传感器数据，即来自传感器的数据。控制电路13将接收到的数据按照接收的顺序(即先进先出(“fifo”))经由输入波接收电路14传送到ecu5。

图5和图6分别示出了上述实施例的操作流程图和操作效果。当电路芯片4与子单元3通信时，由ecu5提供的电源vdd的电压(即，图6中的电源电压)可能由于某些未知原因而开始升高(图5中的s1)。此后，当由电路芯片4的电压监测电路15检测到的电压超过阈值时，电压监测电路15输出高电平输出信号(s2)。然后，如图3所示，控制电路13识别出电压的升高(s3)，并导通fet23c和23d(s4)，用以将通信端子19c、19d的电压保持为低电平(s5)。以此方式，保护传感器芯片2免受过大的电压。

在电源vdd的电压下降的时间，且电压监测电路15检测到已经降到阈值电压以下的电压，即电压恢复正常(s6)，电压监测电路15输出低电平输出信号(s7)。因此，控制电路13识别出电压恢复正常(s8)，并且使fet23c和23d截止(s9)。此后，控制电路13相应地使fet23c和23d导通，以便恢复正常通信(s10)。

根据本实施例，电路芯片4提供有输出波形成电路12，其(i)经由通信端子19c、19d连接到子单元3中的传感器芯片2，以及(ii)通过响应于来自ecu5的高电源(vdd)电压电平的信号进行通信。

当由电压监测电路15监测的电源vdd的电压升高到阈值以上时，控制电路13指示输出波形成电路12输出低电平输出信号。在这种结构中，防止来自ecu5的电源vdd电压的过度升高经由通信端子19c、19d影响传感器芯片2。因此，保护传感器芯片2免受过大的电压。

(第二和第三实施例)

在本公开内容的第二和第三实施例中示出了输出波形成电路的其他结构。图7示出了第二实施例的输出波形成电路25，其中，使用反相器门26来代替例如图2所示的fet23的fet。在这种结构中，图5的步骤s5中输入高电平信号的控制电路13可以通过降低通信端子19处的电压电平来保护传感器芯片2。

第三实施例的图8中的输出波形成电路27具有添加到第一实施例的结构的p沟道mosfet28，fet28的源极连接到fet23的漏极，fet28的漏极连接到通信端子19，fet28的栅极连接到控制电路13的输出端子。在这种情况下，当控制电路13作为与图5的步骤s5对应的过程而输入高电平信号以使fet28截止时(在图8中由fet28上的符号“x”所示的状态)，电阻器22和通信端子19之间的电连接中断。以此方式，保护传感器芯片2免受过大的电压。

(第四实施例)

图9所示的第四实施例具有控制电路13，其在执行图5的步骤s5后，在步骤s11中向ecu5传送诊断数据。以此方式，向ecu5通知由ecu5提供的电源(vdd)电压的过度升高。诊断数据是被配置为具有特定数据值的预定数据，即不同于正常传感器数据的值，并由控制电路13用于诊断由ecu5提供的过高电源(vdd)电压电平。

(第五实施例)

图10所示的第五实施例具有传感器模块31，其被提供有多个子单元3(1)、3(2)、3(3)……等，分别与电路芯片4的通信端子19c、19d连接。

在这种情况下，控制电路13通过分别寻址子单元3(1)、3(2)、3(3)……中的那些芯片2(1)、2(2)、2(3)……而例如以时分方式多路复用，来从传感器芯片2(1)、2(2)、2(3)……等中的每一个接收数据。

(第六实施例)

图11的第六实施例具有传感器模块41，其被提供有多个子单元3(1)、3(2)、3(3)……等，正如第五实施例那样。此外，电路芯片42配备有用于多个子单元3(1)、3(2)、3(3)……等中的每一个的输出波形成电路12、输入波接收电路14和通信端子19c、19d。

在这种情况下，控制电路13选择性地使用与子单元3(1)、3(2)、3(3)……中的每一个对应的输出波形成电路12(1、2、3……)、输入波接收电路14(1、2、3……)以及通信端子19c(1、2、3……)、19d(1、2、3……)来执行通信。

可以例如以第五实施例所述的时分方式执行通信，或者可以例如通过在控制电路13中提供用于并行的数据接收和接收数据存储的缓冲器来并行地执行通信。

尽管已经参考附图结合本公开内容的优选实施例对本公开内容进行了充分的说明，但是应当注意，对于本领域技术人员来说，各种变化和修改将变得显而易见。

例如，通信标准可能不仅限于i2c标准，还可以基于其他标准。此外，通信端子的数量可以不同于“2”。

电源电压可以根据各种配置中的每一个的设计任意改变。

传感器可以是具有不同于湿度感测的传感器功能的传感器。

上述实施例可以彼此组合。

例如，高级控制器可以不同于ecu5，即可以被提供为微型计算机、cpu等，以用作例如主控制器(master)或主机。

这样的改变、修改和总结方案应理解为在所附权利要求所限定的本公开内容的范围内。