DE4400437C2

DE4400437C2 - Halbleitersensorvorrichtung

Info

Publication number: DE4400437C2
Application number: DE4400437A
Authority: DE
Inventors: Toru Araki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1994-01-10
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2014-01-11
Also published as: US5473253A; DE4400437A1; JPH06208693A; JP3287624B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleitersensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft alternativ einen Halbleitersensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Die Fig. 6 und 7 zeigen äquivalente Schaltungsanordnungen eines herkömmlichen Halbleitersensors, auf welchen die vorliegende Erfindung Bezug nimmt. Gemäß den Fig. 6 und 7 weist der Halb leitersensor eine Halbleitersensorschaltung 3 auf, in der ein Halbleitersensorelement 1, welches eine physikalische Größe wie beispielsweise Druck, Geschwindigkeit, Beschleunigung, oder dergleichen erfaßt und mißt, und eine Differenzverstär kerschaltung 2, die ein Ausgangssignal des Halbleitersensor elements 1 verarbeitet, integriert sind. Die Halbleitersen sorschaltung 3 ist, wie durch die durch Striche und Punkte angedeutete Linie angedeutet ist, in einem Gehäuse enthalten, um so eine Halbleitersensorvorrichtung 4 zu bilden, die mit einer Spannungs- oder Stromversorgung 5, einem Ausgang 6, und einem Masseanschluß 7b der mit einer Masse oder Erde 7 verbunden ist. Die Halbleitersensorschaltung 3 umfaßt einen Spannungsversor gungsanschluß 5a, einen Ausgangsanschluß 6a, und einen Masse anschluß 7a. Bei der Halbleitersensorvorrichtung 4 sind ein Spannungsversorgungsanschluß 5b, ein Ausgangsanschluß 6b, so wie ein Masseanschluß 7b vorgesehen. Der Ausgangsanschluß 6b ist mit einem Analog-Digital-Umwandler (A/D-Wandler) 9 einer Steuereinrichtung 8, der das Ausgangssignal der Halbleiter sensorvorrichtung 4 zugeführt wird, verbunden. Weiterhin ist eine Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.

Fig. 7 zeigt insbesondere eine äquivalente Schaltungsanordnung des Aus gangsabschnitts der in Fig. 6 dargestellten Halbleitersensor schaltung 3. Wie aus dieser Schaltungsanordnung ersichtlich ist, umfaßt die Halbleitersensorschaltung 3 einen eine Ausgangsstufe der Halbleitersensorschaltung 3 darstellenden NPN-Transistor 11, dessen Emitter mit der Masse verbunden ist, eine parasitäre Diode 12, deren Kathode mit dem Kollektor des NPN-Transistors 11 und deren Anode mit der Masse verbunden ist, einen ersten, die Last des NPN-Transistors 11 darstellenden PNP-Transistor 13 sowie einen zweiten PNP-Transistor 14, der zusammen mit dem ersten PNP-Transistor 13 eine Stromspiegelschaltung bil det. Der zweite PNP-Transistor 14 ist an seiner Basis mit der Basis des ersten PNP-Transistors 13 und an seinem Emit ter mit dem Emitter desselben verbunden. Ferner sind Kollek tor und Basis des zweiten PNP-Transistors 14 miteinander ver bunden. Eine Konstantstromquelle 15 ist mit der Basis und dem Kollektor des zweiten PNP-Transistors 14 verbunden, um den durch den ersten PNP-Transistor 13 fließenden Strom festzulegen, und die Basis des NPN-Transistors 11 ist mit einer Verstärker schaltung 16 verbunden. Die innere Impedanz der Halbleiter sensorschaltung 3 zwischen der Spannungsversorgung 5 und der Masse 7 ist mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieses herkömmlichen Halblei tersensors beschrieben. Gemäß Fig. 6 wird das Ausgangssignal eines beispielsweise in einem Beschleunigungssensor enthaltenen Halbleitersensor 1 durch die Differenzverstärkerschaltung 2 verstärkt und über die Ausgangsanschlüsse 6a und 6b dem A/D-Wandler 9 der Steu ereinrichtung 8 zugeführt. Der A/D-Wandler 9 konvertiert das analoge Signal in ein digitales Signal, welches bei der Steuerung durch die Steuereinrichtung 8 verwendet wird.

Der Höchstwert der Ausgangsspannung V_0(max) der Halbleiter sensorschaltung 3 wird ausgedrückt durch

V_0(max) = V_cc - V_sat13 (1),

worin V_cc die Spannung am Spannungsversorgungsanschluß 5a und V_sat13 die Sättigungsspannung des ersten PNP-Transistors 13 sind.

Ferner wird der Kleinstwert der Ausgangsspannung der Halblei tersensorschaltung 3 ausgedrückt durch

V_0(min) = V_sat11 (2),

worin V_sat11 die Sättigungsspannung des NPN-Transistors 11 ist.

Folglich fällt die Ausgangsspannung der Halbleitersensorvor richtung 4 in den Bereich zwischen V_sat11 und V_cc - V_sat13.

Die nachfolgende Beschreibung nimmt Bezug auf die Ausgangs spannung, die erhalten wird, wenn eine Unterbrechung zwischen den Spannungsversorgungsanschlüssen 5a und 5b auftritt. In diesem Fall werden der NPN-Transistor 11 und der erste PNP- Transistor 13 gesperrt, da keine Spannung an der Halbleiter sensorschaltung 3 anliegt. Demzufolge ist die Spannung auf grund der Eingangsimpedanz 10 des A/D-Wandlers 9 im wesentli chen gleich dem Massepotential, da der Ausgangsanschluß 6b einen sehr hohen Impedanz- bzw. Widerstandswert annimmt.

Tritt eine Unterbrechung zwischen den Masseanschlüssen 7a und 7b auf, so fließt elektrischer Strom über das Halbleitersen sorelement 1, die innere Impedanz 17, und die parasitäre Di ode 12 vom Spannungsversorgungsanschluß 5a zur Eingangsimpe danz 10 des A/D-Wandlers, während der NPN-Transistor 11 und der PNP-Transistor 13 auf ähnliche Weise gesperrt werden. Die Ausgangsspannung V_0(7offen) der Halbleitersensorvorrichtung 4 zu diesem Zeitpunkt ist

V_0(7offen) = (V_cc-V_F12) × [R_I(A/D)]/[R_I(A/D) + R_G // R_i (3),

worin R_G ein Eichwiderstand des Halbleitersensorelements 1 (d. h., eine Impedanz zwischen der Spannungsquelle 5 und der Masse 7), R_i ein Widerstand der inneren Impedanz, R_I(A/D) die Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers 9, und V_F12 eine Vorwärts spannung der parasitären Diode 12 sind. Daher wird V_0(7offen) näherungsweise zu 4,40 V, wenn V_cc = 5 V, R_G = 3 kΩ, R_i = 10 kΩ, R_I(A/D) = 10 MΩ, und V_F12 = 0,6 V.

Wie vorstehend beschrieben wurde, liegen die Ausgänge auf nä herungsweise Massepotential, wenn die Leitungsunterbrechung zwischen den Spannungsversorgungsanschlüssen 5a und 5b und den Ausgangsanschlüssen 6a und 6b auftritt, und bei V_cc = 5V auf näherungsweise 4,4 V, wenn die Leitungsunterbrechung an den Masseanschlüssen 7a und 7b auftritt. Tritt die Unterbre chung jedoch entweder an den Spannungsversorgungsanschlüssen 5a und 5b oder den Ausgangsanschlüssen 6a und 6b auf, wird die Masseverbindung durch die Eingangsimpedanz des A/D-Wand lers 9 herbeigeführt, woraus eine hohe Impedanz gegenüber der Masse resultiert, so daß die Ausgangsspannung Einflüssen des auf dem sich von dem Ausgangsanschluß 6b zur Steuereinheit 8 erstreckenden Verbindungsleiter unterworfen ist und einen sehr instabilen Wert annimmt, der oftmals in den bei normalem Betrieb des Halbleitersensors vorhandenen Bereich normaler Ausgangsspannung fallen kann. Es ist demzufolge oftmals un möglich, die während normalen Betriebs des Halbleitersen sors erzeugten Ausgangssignale von den Ausgangssignalen, die bei einer Zerstörung und Unterbrechung der elektrischen Ver bindung erzeugt werden, zu unterscheiden. Weiterhin beträgt die Spannung am Ausgangsanschluß 6b etwa 4,4 V, wenn die Mas seanschlüsse 7a und 7b unterbrochen sind, und die maximale Ausgangsspannung V_0(max) wird unter der Annahme, daß wie in der vorstehenden Gleichung (1) V_sat13 = 0,2 V beträgt, zu 4,8 V. Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung gleich dem Po tential der Ausgangsspannung sein kann, die erzeugt wird, wenn die Masseanschlüsse 7a und 7b getrennt sind, selbst wenn die Halbleitersensorvorrichtung 4 ordnungsgemäß arbeitet, was ein Unterscheiden der bei vorliegen einer Unterbrechung erzeugten Aus gangssignale von den während normalen Betriebs des Halblei tersensors erzeugten Ausgangssignalen unmöglich macht.

Somit ist es in jedem der obenstehend beschriebenen Fälle un möglich, die Unterbrechung der Spannungsversorgungsanschlüsse 5a und 5b, der Ausgangsanschlüsse 6a und 6b und der Massean schlüsse 7a und 7b der Halbleitersensorvorrichtung 4 auf der Grundlage der Ausgangsspannung des Ausgangsanschlusses 6b zu ermitteln.

Ferner offenbart die DE 37 24 926 A1 eine Schaltungsanordnung zur Überprüfung der Zuleitungen eines Sensors, bei der außerhalb des Sensors ein erster Widerstand zwischen einem Masseanschluß und einem masseseitigen Anschluß des Sensors, ein zweiter Widerstand parallel zu dem Sensor zwischen dem masseseitigen Sensoranschluß und einem spannungsversorgungsseitigen Anschluß des Sensors und ein dritter Widerstand zwischen einem Spannungsvorsorgungsanschluß und dem spannungsversorgungsseitigen Sensoranschluß verschaltet sind. Die Anordnung von Widerständen erzeugt in Übereinstimmung mit Sensor- und Sensor-Zuleitungszuständen eine Vielzahl von Spannungspegeln, die über eine Spannungsdiskriminatoreinheit erfaßt werden und dort einen Rückschluß auf die vorliegenden Sensor- und Sensor- Zuleitungszustände erlauben.

Weiterhin offenbart die US 4 845 435 eine Sensorfehler- Detektoreinrichtung zum Erfassen einer Leitungsunterbrechung oder eines Kurzschlusses, bei der zwischen einem masseseitigen Ausgangsanschluß eines Sensors und dem Sensor ein Widerstand zur Bildung eines Sensor-Ausgangssignals verschaltet ist. Ein Vergleich des so gebildeten Sensor-Ausgangssignals mit einer Bezugsspannung erlaubt anhand des Ausgangszustands eines hierzu eingesetzten Vergleichers einen Rückschluß auf den Zustand oder die Funktionsfähigkeit des Sensors.

Für den Fall einer Beschaltung der bekannten Sensoren mit beispielsweise einem A/D-Wandler, wie dies vorstehend beschrieben wurde, ist es jedoch auch mit diesen bekannten Anordnungen unmöglich, die Unterbrechung der jeweiligen Spannungsversorgungsanschlüsse, der Ausgangsanschlüsse und der Masseanschlüsse der Sensoren zuverlässig zu ermitteln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halblei tersensorvorrichtung zu schaffen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile herkömmlichen Sensorvorrichtung überwindet und welche eine Leitungsstörung im Bereich der Sensoranschlüsse auf genaue Weise ermittelt.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Alternativ wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegebenen Mitteln gelöst.

Gemäß der Erfindung als auch gemäß der Alternative der Erfindung ist somit innerhalb der Halbleitersensorvorrichtung eine Schaltung zur Begrenzung der Ausgangsspannung vorgesehen, die während normalen Betriebs den Ausgangsspannungsbereich der Halbleitersensorvorrichtung so begrenzt, daß die Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu liegen kommt. Ferner wird dann, wenn aus dem Betrag der Ausgangsspannung eine Unterbrechung an dem Spannungsversorgungsanschluß, dem Ausgangsanschluß und/oder dem Masseanschluß der Halbleitersensorvorrichtung ermitttelt wird, die am Ausgangsanschluß derselben abgegebene Ausgangsspannung auf einen außerhalb des vorbestimmten Spannungsbereichs liegenden Wert festlegt.

Auf diese Weise wird somit bei normaler oder ordnungsgemäßer Funktion der Halbleitersensorvorrichtung dann, wenn anhand deren Ausgangsspannung eine Störung oder Unterbrechung an den Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüssen der Halbleitersensorvorrichtung ermitttelt wird, unabhängig von der weiteren Beschaltung der Halbleitersensorvorrichtung deren Ausgangsspannung auf einen Wert außerhalb eines den Normalbetrieb kennzeichnenden Ausgangsspannungsbereich festgelegt und auf diese Weise eine eindeutige Unterscheidung der bei Vorliegen einer Unterbrechung erzeugten Ausgangssignale von den während normalen Betriebs der Halbleitersensorvorrichtung erzeugten Ausgangssignale gewährleistet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine äquivalente Schaltungsanordnung ei ner Halbleitersensorvorrichtung gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 2 ein Diagramm einer Kennlinie der Halbleiter sensorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine äquivalente Schaltungsanordnung der Halbleitersensorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel,

Fig. 4 eine äquivalente Schaltungsanordnung der Halbleitersensorvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungs beispiel,

Fig. 5 ein Diagramm einer Kennlinie der Halbleiter sensorvorrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispie len,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer her kömmlichen Halbleitersensorvorrichtung, und

Fig. 7 eine die herkömmliche Halbleitersensorvorrichtung er läuternde äquivalentes Schaltungsanordnung.

Gemäß der Fig. 1 umfaßt die Halbleitersensorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen zwischen einem Ausgangs anschluß 6b und einer Spannungsversorgung 5 außerhalb der Halbleitersensorvorrichtung 4 verschalteten Widerstand 25 so wie eine innerhalb der Halbleitersensorvorrichtung 4 ange brachte Ausgangsspannungs-Begrenzerschaltung 30 zum Begrenzen der Ausgangsspannung der Halbleitersensorvorrichtung 4, die derart angeordnet sind, daß eine Leitungsunterbrechung durch Überwachen der am Ausgangsanschluß 6b abgegebenen Ausgangs spannung erkannt werden kann. Die Ausgangsspannungs-Be grenzerschaltung 30 weist einen innerhalb der Halbleitersen sorschaltung 3 zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß 5a und dem Ausgangsanschluß 6a verschalteten Widerstand 18, ei nen Widerstand 19, der mit einem Ende mit der Spannungsver sorgung 5 verbunden ist, einen Widerstand 20, dessen eines Ende mit dem anderen Ende des Widerstands 19 und dessen ande res Ende mit dem Masseanschluß 7a verbunden sind, einen NPN- Transistor 21, der mit seinem Kollektor mit dem Spannungsversorgungsanschluß 5a verbunden ist, einen Widerstand 22, des sen eines Ende mit dem Emitter des NPN-Transistors 21 verbun den und dessen anderes Ende an den Masseanschluß 7b ange schlossen ist, einen PNP-Transistor 23, dessen Kollektor an den Masseanschluß 7b und dessen Emitter an den Ausgangsan schluß 6a geführt sind, sowie einen Widerstand 24, der zwi schen den Kollektor des NPN-Transistors 11 und einen durch den Widerstand 18 und den Ausgangsanschluß 6a gebildeten Kno tenpunkt geschaltet ist. Die Widerstände 18, 19, 20, 22 und 24 sind innerhalb der Halbleitersensorschaltung 3 angeordnet und bilden die Ausgangsspannungs-Begrenzerschaltung 30.

Nachstehend wird nun die Arbeitsweise des Halbleitersensors gemäß dem betrachteten Ausführungsbeispiel beschrieben. Vorab sei zunächst angenommen, daß eine mittels des Halbleitersen sorelements 1 zu erfassende physikalische Größe P durch eine Vektorgröße der Form beispielsweise einer Beschleunigung re präsentiert wird, die entweder positive oder negative Werte annehmen kann, und daß die Ausgangsspannung V₀ des Halbleitersensors 3 eine Offsetspannung V_offset aufweist, wenn die physikalische Größe P Null ist. Ferner besitzt diese Offsetspannung V_offset einen Wert (beispielsweise V_cc/2) in nerhalb eines durch die Potentialdifferenz V_cc zwischen der Spannungsversorgung 5 und der Masse 7 bestimmten Bereichs (vgl. Fig. 2). Wird nun angenommen, daß die Ausgangsspannung V₀ mit zunehmender physikalischer Größe P ansteigt, dann wird die Ausgangsspannung V₀ größer als V_offset, wenn die physika lische Größe P positiv ist, und kleiner als V_offset wenn die physikalische Größe P negativ ist.

Im Folgenden wird nun die Ermittlung einer Leitungsunterbre chung zwischen den Spannungsversorgungsanschlüssen 5a und 5b, der Ausgangsanschlüsse 6a und 6b, sowie der Masseanschlüsse 7a und 7b beschrieben. Die Ausgangsspannung V_0(5offen) am Ausgang 6 beträgt bei einer Trennung der Spannungsversor gungsanschlüsse 5a und 5b

V_0(5offen) = V_cc [(R₁₈ + R_G // R_i) // R_I(A/D)] /[R₂₅ + (R₁₈ + R_G // R_i) // R_I(A/D)] (4),

worin R₁₈ den Widerstand des Widerstands 18 und R₂₅ den Wi derstand des Widerstands 25 darstellen. Mit R₂₅ = 220 kΩ, R₁₈ = 5 kΩ, R_i = 10 kΩ, R_I(A/D) = 10 MΩ, und V_cc = 5 V, wird V_0(5offen) = 0,16 V.

Die Ausgangsspannung V_(6offen) am Ausgang 6 beträgt bei einer Trennung der Ausgangsanschlüsse 6a und 6b

V_0(6offen) = V_cc (R_I(A/D)) / (R₂₅ + R_I(A/D)] (5).

Die auf ähnliche Weise berechnete Spannung V_0(6offen) ist nä herungsweise gleich 4,99 V.

Schließlich beträgt die Ausgangsspannung V_(7offen) am Ausgang 6 bei einer Trennung der Masseanschlüsse 7a und 7b

V_0(7offen) = V_cc (R_I(A/D)) / (R₁₈ // R₂₅ + R_I(A/D)] (6).

Eine entsprechend berechnete Spannung V_0(7offen) beträgt ebenfalls näherungsweise 5,0 V.

Demzufolge ist es möglich, eine im Anschlußbereich auftre tende Leitungsunterbrechung zu ermitteln, wenn eine Spannung kleiner als 0,5 V oder größer als 4,5 V abgegeben wird, indem Vorkehrungen getroffen werden derart, daß eine Ausgangsspan nung kleiner als 0,5 V oder größer als 4,5 V in keinem Fall als Ausgangsspannung V₀ bereitgestellt wird.

Nachstehend wird nun die Ausgangsspannungs-Begrenzerschaltung 30 beschrieben, mit der sichergestellt wird, daß eine Aus gangsspannung kleiner als 0,5 V oder größer als 4,5 V nicht als Ausgangsspannung V₀ abgegeben wird. Der Minimalwert V_0(min) der Ausgangsspannung der Halbleitersensorschaltung 3 gemäß Fig. 1 beträgt

V_0(min) = V_sat11 + (V_cc-V_sat11)(R₂₄)/(R₂₄ + R₁₈ // R₂₅) (7),

worin R₂₄ den Widerstand des Widerstands 24 angibt.

Demzufolge wird die Ausgangsspannung nicht kleiner als 0,5 V wenn V_sat11 = 0,2 V, R₁₈ = 5 kΩ, R₂₄ = 0,33 kΩ, R₂₅ = 220 kΩ, und V_cc = 5 V.

Die maximale Ausgangsspannung V_0(max) des Ausgangssignals der Halbleitersensorschaltung ergibt sich wie nachstehend be schrieben:

Eine durch die Widerstände 19 und 20 geteilte Spannung wird an die Basis des NPN-Transistors 21 geführt, wodurch sich die Emitter-Spannung V_E(21) zu diesem Zeitpunkt zu

V_E(21) = [(R₂₀) / (R₁₉ + R₂₀)] V_cc - V_BE(21) (8)

ergibt, worin R₁₉ den Widerstand des Widerstands 19, R₂₀ den Widerstand des Widerstands 20, und V_BE(21) die Basis-Emitter- Spannung des NPN-Transistors 21 im leitenden Zustand angeben. Der Widerstand 22 repräsentiert die Last des als Emitterfol ger arbeitenden NPN-Transistors 21, und V_E(21) gibt das Ba sispotential des PNP-Transistors 23 an, so daß sich durch Um schreiben der Gleichung (8)

V_B(23) = [(R₂₀) / (R₁₉ + R₂₀)] V_cc - V_BE(23) (9)

ergibt, worin V_BE(23) das Basispotential des PNP-Transistors 23 angibt.

Da, wie durch die Gleichung (9) gezeigt wird, das Basispoten tial des PNP-Transistors 23 eine konstante Spannung ist, er möglicht oder unterbindet der PNP-Transistor 23 das Fließen eines Kollektorstromes in Abhängigkeit vom Emitterpotential. Folglich ergibt sich zum Aktivieren des PNP-Transistors 23 für das Emitterpotential

V_E(23) V_B(23) + V_BE(23) (10),

worin V_E(23) das Emitterpotential des PNP-Transistors 23 und V_BE(23) die Basis-Emitter-Spannung des PNP-Transistors 23 darstellen. Aus den Gleichungen (9) und (10) folgt, daß

V_E(23) [(R₂₀) / (R₁₉ + R20)]V_cc - V_BE(21) ± V_BE(23) (11).

Unter der Annahme, daß V_BE(23) unabhängig vom Emitterstrom des PNP-Transistors 23 im wesentlichen konstant ist (tatsächlich ist V_BE(23) proportional zum natürlichen Lo garithmus des Emitterstromes), folgt

V_E(23) ≅ [(R₂₀) / (R₁₉ + R₂₀)] V_cc (12),

wobei V_BE(21) ≅ V_BE(23), so daß sich die maximale Ausgangsspa nnung V_0(max) der Halbleitersensorschaltung 3 ergibt:

V_0(max) = [(R₂₀) / R₁₉ + R₂₀)] V_cc (13).

Hieraus erhält man mit R₁₉ = 5 kΩ und R₂₀ = 45 kΩ V_0(max) = 4,5 V.

Wie vorstehend beschrieben wurde, kann aufgrund der Wider stände 18, 19, 20, 24 und 25, der NPN-Transistoren 11 und 21, sowie des PNP-Transistors 23 die Ausgangsspannung V₀ der Halbleitersensorschaltung 3 keine Werte kleiner als 0,5 V oder größer als 4,5 V annehmen, so daß eine Kennlinie der Halbleitersensorschaltung 3 gemäß Fig. 2 erhalten wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, reicht der auf die physikalische Größe P bezogene Meßbereich von P1 bis P2, und das Ausgangssignal V₀ wird auf den Wert V_0(max) festgelegt, wenn die physikalische Größe P den Wert P1 annimmt, und auf den Wert V_0(min), wenn die physikalische Größe P den Wert P2 annimmt. Fällt V₀ in den Bereich zwischen V_0(max) und V_cc oder in den Bereich zwi schen V_0(min) und 0, so liegt eine Unterbrechung zumindest eines der Anschlüsse der Halbleitersensorvorrichtung 4 vor.

Folglich kann die Leitungsunterbrechung der Halbleitersensor vorrichtung 4 ermittelt und durch Ausgestalten eines Program mes zur Steuerung der Betriebsarten derart, daß die Steuer schaltung 8 die Ausgangsspannung V₀ der Halbleitersensorvor richtung 4 unberücksichtigt läßt, wenn die Ausgangsspannung V₀ innerhalb der die Leitungsunterbrechung anzeigenden Berei che (schraffierte Bereiche in Fig. 2) zu liegen kommt, eine zuverlässige Steuereinheit verwirklicht werden. Erforderli chenfalls kann ein Alarm durch beispielsweise Aktivieren einer Anzeigeleuchte erzeugt werden, wenn die Ausgangsspann ung V₀ in die die Leitungstrennung anzeigenden schraffierten Bereiche fällt.

Fig. 3 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ein Wider stand 26 zwischen den Ausgang 6 und die Masse 7 eingefügt ist und kein Widerstand zwischen der Spannungsversorgung 5 und dem Ausgang 6 vorgesehen ist. In diesem Fall muß der Wider stand 26 ebenfalls außerhalb der Halbleitersensorvorrichtung 4 vorgesehen werden. Die Ausgangsspannungs-Begrenzungsschal tung 30 ist zu der in Fig. 1 gezeigten identisch. Liegt eine Trennung des Spannungsversorgungsanschlusses 5a oder 5b vor, befinden sich sämtliche innerhalb der Halbleitersensorschal tung vorhandenen Transistoren im nichtleitenden bzw. Aus-Zu stand und der Ausgangsanschluß wird durch den parallel lie genden Widerstand des Widerstands 26 und die Eingangsimpedanz 10 terminiert. Indem der Widerstand 26 ausreichend kleiner als die Eingangsimpedanz 10 gewählt wird, wird die Ausgangs spannung zu 0 V, da der Ausgang 6 über den Widerstand 26 an Masse gelegt bzw. geerdet wird. Liegt eine Trennung der Mas seanschlüsse 7a oder 7b vor, ergibt sich die Ausgangsspannung V_0(7offen) zu

V_0(7offen) = [(R₂₆//R_I(A/D))/(R₂₆//R_I(A/D) + R₁₈)] V_cc (14),

worin R₂₆ den Widerstand des Widerstandes 26 angibt. Mit R₂₆ = 220 kΩ, R_I(A/D) = 10 MΩ, R₁₈ = 5 kΩ, und V_cc = 5 V folgt V_0(7offen) ≅ 4,89 V.

Somit kann durch Vorgeben der Ausgangsspannung V₀ der Halb leitersensorschaltung 3 derart, daß die Ausgangsspannung V₀ keine Werte kleiner als 0,5 V oder größer als 4,5 V annimmt, die Leitungsunterbrechung der Anschlüsse der Halbleitersen sorvorrichtung 4 durch Überwachen der Ausgangsspannung V₀ auf dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Weise ermit telt werden.

Soll mit dem Halbleitersensorelement 1 eine physikalische Größe P, welche in Form beispielsweise eines Absolutdrucks gemäß Fig. 5 keine negativen Werte annimmt, gemessen werden, so kann der Widerstand 24 der Ausgangsspannungs-Begrenzer schaltung 30 gemäß den Fig. 1 und 3 entfallen, da es genügt, die Ausgangsspannung V₀ auf den Höchstwert V_0(max) zu begren zen, wenn V_0(min) als Wert für V_offset gewählt wird, so daß eine Ausgangsspannungs-Begrenzerschaltung 31 ohne einen dem Widerstand 24 entsprechenden Widerstand gemäß Fig. 4 bereit gestellt wird. In diesem Fall erstreckt sich der übliche Meß bereich für dis physikalische Größe P von O bis P1. Bei einer Spannung V₀ größer als V_offset oder V_0(max) kann ermittelt werden, daß eine Trennung eines der Anschlüsse der Halblei tersensorvorrichtung 4 vorliegt.

Während das Halbleitersensorelement 1 durch die Konstantspan nungs-Steuervorrichtung, bei der das Halbleitersensorelement 1 gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen zwischen die Spannungsversorgung 5 und die Masse eingefügt ist, gesteuert wird, können darüber hinaus vergleichbar vorteilhafte Ergeb nisse durch eine Konstantstrom-Steuervorrichtung erzielt wer den, bei der das Halbleitersensorelement durch eine Konstant stromquelle gesteuert wird. Diese Anordnung wird hinsichtlich der Temperatureigenschaften bevorzugt. In diesem Fall wird die Impedanz zwischen der Spannungsversorgung 5 und der Masse 7 der Halbleitersensorschaltung ausschließlich durch den Wi derstand 17 (R₁₇) dargestellt. Das Halbleitersensorelement kann von einer beliebigen geeigneten, bekannten Bauart sein.

Wie vorstehend beschrieben wurde, sind gemäß der Halbleiter sensorvorrichtung entsprechend den Ausführungsbeispielen ein Widerstand zwischen der Halbleitersensorvorrichtung und der Spannungsversorgung oder der Nasse und eine Ausgangsspan nungs-Begrenzerschaltung innerhalb der Halbleitersensorvor richtung vorgesehen, so daß das Vorliegen einer Leitungstren nung auf der Grundlage des am Ausgangsanschluß abgegebenen Spannungswertes ermittelt werden kann, wenn zumindest einer der Anschlüsse der Halbleitersensorvorrichtung unterbrochen ist, wobei die Halbleitersensorvorrichtung preiswert und in hohem Maße zuverlässig hergestellt werden kann.

Claims

1. Halbleitersensorvorrichtung, umfassend
einen außerhalb der Halbleitersensorvorrichtung (4) zwischen einem Ausgangsanschluß (6b und einem Spannungsversorgungsanschluß (5b) derselben verschalteten Widerstand (25) zum Erzeugen einer einer zu messenden physikalischen Größe (P) entsprechenden Ausgangsspannung (V₀) der Halbleitersensorvorrichtung (4),
gekennzeichnet durch
eine innerhalb der Halbleitersensorvorrichtung (4) angeordnete Ausgangsspannungs-Begrenzungsschaltung (30; 31), die während dem Normalbetrieb der Halbleitersensorvorrichtung (4) zumindest den oberen (V_0(max)) oder einen unteren Grenzwert (V_0(min)) der Ausgangsspannung der Halbleitersensorvorrichtung (4) derart begrenzt, daß die Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu liegen kommt und die, wenn zumindest der Spannungsversorgungsanschluß (5b), der Ausgangsanschluß (6b), oder ein Masseanschluß (7b) unterbrochen ist, die am Ausgangsanschluß (6b) der Halbleitersensorvorrichtung (4) abgegebene Ausgangsspannung auf einen Wert außerhalb des vorbestimmten Bereichs festlegt, wobei die Unterbrechung des Spannungsversorgungsanschlusses (5b), des Ausgangsanschlusses (6b), oder des Masseanschlusses (7b) aus dem Betrag der Ausgangsspannung ermittelt wird.

2. Halbleitersensorvorrichtung, umfassend
einen außerhalb der Halbleitersensorvorrichtung (4) zwischen einem Ausgangsanschluß (6b und einem Masseanschluß (7b) derselben verschalteten Widerstand (26) zum Erzeugen einer einer zu messenden physikalischen Größe (P) entsprechenden Ausgangsspannung (V₀) der Halbleitersensorvorrichtung (4),
gekennzeichnet durch eine innerhalb der Halbleitersensorvorrichtung (4) angeordnete Ausgangsspannungs-Begrenzungsschaltung (30; 31), die während eines Normalbetriebs der Halbleitersensorvorrichtung (4) zumindest den oberen (V_0(max)) oder einen unteren Grenzwert (V_0(min)) der Ausgangsspannung der Halbleitersensorvorrichtung (4) derart begrenzt, daß die Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu liegen kommt und die, wenn zumindest der Spannungsversorgungsanschluß (7b) unterbrochen ist, die am Ausgangsanschluß (6b) der Halbleitersensorvorrichtung (4) abgegebene Ausgangsspannung auf einen Wert außerhalb des vorbestimmten Bereichs festlegt, wobei die Unterbrechung des Spannungsversorgungsanschlussees (5b), des Ausgangsanschlusses (6b) oder des Masseanschlusses (7b) aus dem Betrag der Ausgangsspannung ermittelt wird.