DE4400437C2 - Halbleitersensorvorrichtung - Google Patents
HalbleitersensorvorrichtungInfo
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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 V0(max) der Halbleiter
sensorschaltung 3 wird ausgedrückt durch
V0(max) = Vcc - Vsat13 (1),
worin Vcc die Spannung am Spannungsversorgungsanschluß 5a und
Vsat13 die Sättigungsspannung des ersten PNP-Transistors 13
sind.
Ferner wird der Kleinstwert der Ausgangsspannung der Halblei
tersensorschaltung 3 ausgedrückt durch
V0(min) = Vsat11 (2),
worin Vsat11 die Sättigungsspannung des NPN-Transistors 11
ist.
Folglich fällt die Ausgangsspannung der Halbleitersensorvor
richtung 4 in den Bereich zwischen Vsat11 und Vcc - Vsat13.
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 V0(7offen) der Halbleitersensorvorrichtung 4
zu diesem Zeitpunkt ist
V0(7offen) = (Vcc-VF12) × [RI(A/D)]/[RI(A/D) + RG // Ri (3),
worin RG ein Eichwiderstand des Halbleitersensorelements 1
(d. h., eine Impedanz zwischen der Spannungsquelle 5 und der
Masse 7), Ri ein Widerstand der inneren Impedanz, RI(A/D) die
Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers 9, und VF12 eine Vorwärts
spannung der parasitären Diode 12 sind. Daher wird V0(7offen)
näherungsweise zu 4,40 V, wenn Vcc = 5 V, RG = 3 kΩ, Ri = 10
kΩ, RI(A/D) = 10 MΩ, und VF12 = 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 Vcc = 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 V0(max) wird unter der Annahme, daß wie in
der vorstehenden Gleichung (1) Vsat13 = 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 Voffset aufweist,
wenn die physikalische Größe P Null ist. Ferner besitzt diese
Offsetspannung Voffset einen Wert (beispielsweise Vcc/2) in
nerhalb eines durch die Potentialdifferenz Vcc 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 Voffset, wenn die physika
lische Größe P positiv ist, und kleiner als Voffset 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 V0(5offen) am
Ausgang 6 beträgt bei einer Trennung der Spannungsversor
gungsanschlüsse 5a und 5b
V0(5offen) = Vcc [(R18 + RG // Ri) // RI(A/D)]
/[R25 + (R18 + RG // Ri) // RI(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, Ri = 10 kΩ, RI(A/D) = 10 MΩ, und Vcc = 5 V, wird
V0(5offen) = 0,16 V.
Die Ausgangsspannung V(6offen) am Ausgang 6 beträgt bei einer
Trennung der Ausgangsanschlüsse 6a und 6b
V0(6offen) = Vcc (RI(A/D)) / (R25 + RI(A/D)] (5).
Die auf ähnliche Weise berechnete Spannung V0(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
V0(7offen) = Vcc (RI(A/D)) / (R18 // R25 + RI(A/D)] (6).
Eine entsprechend berechnete Spannung V0(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
V0(min) der Ausgangsspannung der Halbleitersensorschaltung 3
gemäß Fig. 1 beträgt
V0(min) = Vsat11 + (Vcc-Vsat11)(R24)/(R24 + R18 // R25) (7),
worin R24 den Widerstand des Widerstands 24 angibt.
Demzufolge wird die Ausgangsspannung nicht kleiner als 0,5 V
wenn Vsat11 = 0,2 V, R18 = 5 kΩ, R24 = 0,33 kΩ,
R25 = 220 kΩ, und Vcc = 5 V.
Die maximale Ausgangsspannung V0(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 VE(21) zu diesem Zeitpunkt zu
VE(21) = [(R20) / (R19 + R20)] Vcc - VBE(21) (8)
ergibt, worin R19 den Widerstand des Widerstands 19, R20 den
Widerstand des Widerstands 20, und VBE(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 VE(21) gibt das Ba
sispotential des PNP-Transistors 23 an, so daß sich durch Um
schreiben der Gleichung (8)
VB(23) = [(R20) / (R19 + R20)] Vcc - VBE(23) (9)
ergibt, worin VBE(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
VE(23) VB(23) + VBE(23) (10),
worin VE(23) das Emitterpotential des PNP-Transistors 23 und
VBE(23) die Basis-Emitter-Spannung des PNP-Transistors 23
darstellen. Aus den Gleichungen (9) und (10) folgt, daß
VE(23) [(R20) / (R19 + R20)]Vcc - VBE(21) ± VBE(23) (11).
Unter der Annahme, daß VBE(23) unabhängig vom Emitterstrom
des PNP-Transistors 23 im wesentlichen konstant ist
(tatsächlich ist VBE(23) proportional zum natürlichen Lo
garithmus des Emitterstromes), folgt
VE(23) ≅ [(R20) / (R19 + R20)] Vcc (12),
wobei VBE(21) ≅ VBE(23), so daß sich die maximale Ausgangsspa
nnung V0(max) der Halbleitersensorschaltung 3 ergibt:
V0(max) = [(R20) / R19 + R20)] Vcc (13).
Hieraus erhält man mit R19 = 5 kΩ und R20 = 45 kΩ V0(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 V0(max) festgelegt, wenn die physikalische
Größe P den Wert P1 annimmt, und auf den Wert V0(min), wenn
die physikalische Größe P den Wert P2 annimmt. Fällt V0 in
den Bereich zwischen V0(max) und Vcc oder in den Bereich zwi
schen V0(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
V0(7offen) zu
V0(7offen) = [(R26//RI(A/D))/(R26//RI(A/D) + R18)] Vcc (14),
worin R26 den Widerstand des Widerstandes 26 angibt. Mit R26 =
220 kΩ, RI(A/D) = 10 MΩ, R18 = 5 kΩ, und Vcc = 5 V folgt
V0(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 V0(max) zu begren
zen, wenn V0(min) als Wert für Voffset 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 Voffset oder V0(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 (2)
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 (V0(max)) oder einen unteren Grenzwert (V0(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.
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 (V0(max)) oder einen unteren Grenzwert (V0(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 (V0(max)) oder einen unteren Grenzwert (V0(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.
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 (V0(max)) oder einen unteren Grenzwert (V0(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.
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