[go: up one dir, main page]

JP2015125054A - Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor - Google Patents

Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2015125054A
JP2015125054A JP2013269284A JP2013269284A JP2015125054A JP 2015125054 A JP2015125054 A JP 2015125054A JP 2013269284 A JP2013269284 A JP 2013269284A JP 2013269284 A JP2013269284 A JP 2013269284A JP 2015125054 A JP2015125054 A JP 2015125054A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reference voltage
vibrator
input terminal
voltage
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013269284A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
辻 信昭
Nobuaki Tsuji
信昭 辻
秀和 小野
Hidekazu Ono
秀和 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2013269284A priority Critical patent/JP2015125054A/en
Priority to PCT/JP2014/084000 priority patent/WO2015098891A1/en
Publication of JP2015125054A publication Critical patent/JP2015125054A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5726Signal processing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a voltage higher than conventional voltage to be applied to a vibrator, making it possible to increase the vibration amplitude of the vibrator.SOLUTION: A capacitance detection circuit 7 is configured so as to include: a C-V conversion circuit 8 composed of a full differential amplifier 11 and feedback capacitors Cf1, Cf2; an input common mode feedback circuit 9, having a reference voltage input terminal 14, for controlling an average voltage of the inverted input terminal and non-inverting input terminal of the full differential amplifier 11 to a voltage to be inputted to the reference voltage input terminal 14; and a reference voltage generation circuit 10 for outputting a reference voltage signal varying at a higher frequency than a resonance frequency of a vibrator 4, to the reference voltage input terminal 14. It is thereby made possible to apply a high voltage to the vibrator 4, and hence to increase a vibration amplitude of the vibrator.

Description

本発明は、静電容量検出回路及び角速度センサに関する。   The present invention relates to a capacitance detection circuit and an angular velocity sensor.

従来、振動子を所定の振動方向に振動させておくことにより、外部から角速度が作用した場合に振動子の振動方向と直交する方向にコリオリ力を生じさせ、振動子が振動方向と直交する検出方向へ変位する変位量を検出して角速度を測定するようにした角速度センサが公知である(例えば特許文献1,2)。   Conventionally, by vibrating the vibrator in a predetermined vibration direction, when an angular velocity is applied from the outside, Coriolis force is generated in the direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator, and the vibrator is detected perpendicular to the vibration direction. An angular velocity sensor that detects the amount of displacement in the direction and measures the angular velocity is known (for example, Patent Documents 1 and 2).

この種の従来の角速度センサは、図4に示すような構成を有している。すなわち、従来の角速度センサ100は、振動子101と、一対の駆動用コンデンサ102,103と、一対の検出用コンデンサ104,105と、駆動回路110と、キャリア信号発生回路120と、入力コモンモードフィードバック回路140と、CV変換回路130とにより構成される。   This type of conventional angular velocity sensor has a configuration as shown in FIG. That is, the conventional angular velocity sensor 100 includes a vibrator 101, a pair of driving capacitors 102 and 103, a pair of detection capacitors 104 and 105, a driving circuit 110, a carrier signal generation circuit 120, and an input common mode feedback. The circuit 140 and the CV conversion circuit 130 are included.

駆動用コンデンサ102,103は、それぞれ振動子101に設けられる可動電極とその可動電極に対向する固定電極とによって構成され、振動子101を介して直列に接続される。駆動回路110は、それら一対の駆動用コンデンサ102,103の固定電極に対して互いに極性が反転する駆動信号Vdp,Vdnを印加することにより、駆動用コンデンサ102,103のそれぞれに異なる大きさの静電気力を発生させ、振動子101を所定の振動方向(X方向)へ振動させる。例えば、駆動信号Vdp,Vdnは、振動子101の共振周波数(5kHz程度)に一致する周波数の正弦波信号として生成される。   The driving capacitors 102 and 103 are each composed of a movable electrode provided on the vibrator 101 and a fixed electrode facing the movable electrode, and are connected in series via the vibrator 101. The drive circuit 110 applies drive signals Vdp and Vdn whose polarities are inverted to each other to the fixed electrodes of the pair of drive capacitors 102 and 103, thereby causing the drive capacitors 102 and 103 to have different sizes of static electricity. A force is generated to vibrate the vibrator 101 in a predetermined vibration direction (X direction). For example, the drive signals Vdp and Vdn are generated as sine wave signals having a frequency that matches the resonance frequency (about 5 kHz) of the vibrator 101.

検出用コンデンサ104,105は、コリオリ力による振動子101の検出方向(Y方向)への変位を検出するコンデンサであり、それぞれ振動子101に設けられる可動電極とその可動電極に対向する固定電極とによって構成され、振動子101を介して直列に接続される。CV変換回路130は、各検出用コンデンサ104,105の固定電極に接続される全差動アンプ131と、その全差動アンプ131の2つの帰還パスのそれぞれに設けられる静電容量同一のフィードバックコンデンサ133,134と、フィードバックコンデンサ133,134の蓄積電荷をリセットするためのスイッチ135,136とを備える。全差動アンプ131の出力基準電圧を定める出力コモンモード端子132には所定の基準電圧Vrefが接続されており、全差動アンプ131は、非反転出力端子及び反転出力端子のそれぞれから各フィードバックコンデンサ133,134に蓄積される電荷に応じて基準電圧Vrefを中心電圧とする出力信号Vop,Vonを出力する。尚、基準電圧Vrefは、例えば角速度センサ100の電源電圧Vddの中心電圧(Vdd/2)に設定される。   The detection capacitors 104 and 105 are capacitors that detect displacement of the vibrator 101 in the detection direction (Y direction) due to Coriolis force, and each includes a movable electrode provided on the vibrator 101 and a fixed electrode facing the movable electrode. And connected in series via the vibrator 101. The CV conversion circuit 130 includes a fully differential amplifier 131 connected to the fixed electrodes of the detection capacitors 104 and 105, and a feedback capacitor having the same capacitance provided in each of the two feedback paths of the fully differential amplifier 131. 133 and 134, and switches 135 and 136 for resetting the electric charge stored in the feedback capacitors 133 and 134. A predetermined reference voltage Vref is connected to the output common mode terminal 132 that determines the output reference voltage of the fully-differential amplifier 131. The fully-differential amplifier 131 receives each feedback capacitor from each of the non-inverting output terminal and the inverting output terminal. Output signals Vop and Von having the reference voltage Vref as the center voltage are output in accordance with the charges accumulated in 133 and 134. The reference voltage Vref is set to the center voltage (Vdd / 2) of the power supply voltage Vdd of the angular velocity sensor 100, for example.

入力コモンモードフィードバック回路140は、CV変換回路130の入力側に設けられ、アンプ141と、モニタリングコンデンサ142,143と、緩衝コンデンサ144,145とを備える。この入力コモンモードフィードバック回路140は、CV変換回路130に設けられた全差動アンプ131の反転入力端子及び非反転入力端子の入力電圧の平均値が基準電圧Vrefとなるように制御する回路である。ただし、CV変換回路130の全差動アンプ131は仮想短絡によって非反転入力端子と反転入力端子とが同一電圧となるため、入力コモンモードフィードバック回路140は、全差動アンプ131の反転入力端子及び非反転入力端子のそれぞれが基準電圧Vrefとなるように制御する。そのため、検出用コンデンサ104,105の固定電極は常に基準電圧Vrefに保持される。   The input common mode feedback circuit 140 is provided on the input side of the CV conversion circuit 130, and includes an amplifier 141, monitoring capacitors 142 and 143, and buffer capacitors 144 and 145. The input common mode feedback circuit 140 is a circuit that controls the average value of the input voltages of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully-differential amplifier 131 provided in the CV conversion circuit 130 to be the reference voltage Vref. . However, since the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the fully differential amplifier 131 of the CV conversion circuit 130 have the same voltage due to a virtual short circuit, the input common mode feedback circuit 140 includes the inverting input terminal of the fully differential amplifier 131 and Control is performed so that each of the non-inverting input terminals becomes the reference voltage Vref. Therefore, the fixed electrodes of the detection capacitors 104 and 105 are always held at the reference voltage Vref.

上記構成の角速度センサ100において、振動子101がコリオリ力によってY方向へ変位すると、検出用コンデンサ104,105の静電容量が増減変化する。すなわち、一方の検出用コンデンサ104の静電容量が増加すると、他方の検出用コンデンサ105の静電容量が減少する。この静電容量変化に伴い、検出用コンデンサ104,105からCV変換回路130に対して電荷が転送される。このとき、各検出用コンデンサ104,105から転送される一部の電荷が入力コモンモードフィードバック回路140に吸収され、CV変換回路130のフィードバックコンデンサ133,134には静電容量の変化分に相当する電荷が蓄積される。すなわち、一方のフィードバックコンデンサ133には検出用コンデンサ104の静電容量変化分に相当する電荷が蓄積され、他方のフィードバックコンデンサ134には検出用コンデンサ105の静電容量変化分に相当する電荷が蓄積される。そのため、CV変換回路130は、それらフードバックコンデンサ133,134に蓄積された電荷に基づいて基準電圧Vrefを中心電圧とする出力信号Vop,Vonを出力する。   In the angular velocity sensor 100 configured as described above, when the vibrator 101 is displaced in the Y direction by the Coriolis force, the capacitances of the detection capacitors 104 and 105 change. That is, when the capacitance of one detection capacitor 104 increases, the capacitance of the other detection capacitor 105 decreases. Along with this change in capacitance, charges are transferred from the detection capacitors 104 and 105 to the CV conversion circuit 130. At this time, some charges transferred from the detection capacitors 104 and 105 are absorbed by the input common mode feedback circuit 140, and the feedback capacitors 133 and 134 of the CV conversion circuit 130 correspond to the change in capacitance. Charge is accumulated. That is, one feedback capacitor 133 stores a charge corresponding to the capacitance change of the detection capacitor 104, and the other feedback capacitor 134 stores a charge corresponding to the capacitance change of the detection capacitor 105. Is done. Therefore, the CV conversion circuit 130 outputs the output signals Vop and Von having the reference voltage Vref as the center voltage based on the charges accumulated in the hoodback capacitors 133 and 134.

そして従来の角速度センサ100は、CV変換回路130の全差動アンプ131で発生するTrノイズや、kT/Cノイズなどを後段側のローパスフィルタで除去できるようにするために、キャリア信号発生回路120が振動子101に対して振動子101の振動周波数(共振周波数)よりも高周波(例えば200kHz程度)のキャリア信号SIGを印加する。これにより、各検出用コンデンサ104,105から出力される電荷信号がキャリア信号SIGによって変調されるため、CV変換回路130の出力信号Vop,Vonも高周波信号となる。それ故、CV変換回路130で発生するノイズは出力信号Vop,Vonの高周波成分に含まれるようになり、後段のローパスフィルタなどでノイズを良好に除去できる構成となっている。   In the conventional angular velocity sensor 100, the carrier signal generation circuit 120 is provided so that Tr noise generated by the fully differential amplifier 131 of the CV conversion circuit 130, kT / C noise, and the like can be removed by a low-pass filter on the rear stage side. Applies a carrier signal SIG having a higher frequency (for example, about 200 kHz) than the vibration frequency (resonance frequency) of the vibrator 101 to the vibrator 101. As a result, the charge signals output from the detection capacitors 104 and 105 are modulated by the carrier signal SIG, so that the output signals Vop and Von of the CV conversion circuit 130 also become high-frequency signals. Therefore, the noise generated in the CV conversion circuit 130 is included in the high frequency components of the output signals Vop and Von, and the noise can be satisfactorily removed by a low-pass filter or the like at the subsequent stage.

特開2011−137777号公報JP2011-137777A 特開2008−102091号公報JP 2008-102091 A

しかしながら、上記従来技術のように振動子101に高周波のキャリア信号を印加すると、駆動回路110が振動子101を振動方向(X方向)へ駆動するときの振動振幅がそのキャリア信号によって制限されるため、振動子101の振動振幅を大きくすることができないという問題がある。   However, when a high-frequency carrier signal is applied to the vibrator 101 as in the above prior art, the vibration amplitude when the drive circuit 110 drives the vibrator 101 in the vibration direction (X direction) is limited by the carrier signal. There is a problem that the vibration amplitude of the vibrator 101 cannot be increased.

図5は、従来のキャリア信号SIGと駆動信号Vdp,Vdnを示す図である。例えばキャリア信号発生回路120は、図5(a)に示すように電源電圧Vddに一致する振幅のキャリア信号SIGを振動子101に印加する。このキャリア信号SIGは、振動子101の共振周波数(例えば5kHz)よりも十分に大きな周波数(例えば200kHz)の矩形波信号である。そのような高周波数のキャリア信号SIGが印加された場合であっても、振動子101は、キャリア信号SIGに追従して振動方向(X方向)に振動することはない。なぜなら、駆動回路110からみれば、振動子101にはキャリア信号SIGの平均値が印加されていることと等価、つまり、キャリア信号SIGのデューティが50%とすると、その振動振幅(Vdd)の半分の電圧(Vdd/2)の直流が印加されているのと等価になるためである。   FIG. 5 is a diagram showing a conventional carrier signal SIG and drive signals Vdp and Vdn. For example, the carrier signal generation circuit 120 applies a carrier signal SIG having an amplitude matching the power supply voltage Vdd to the vibrator 101 as shown in FIG. This carrier signal SIG is a rectangular wave signal having a frequency (for example, 200 kHz) sufficiently higher than the resonance frequency (for example, 5 kHz) of the vibrator 101. Even when such a high-frequency carrier signal SIG is applied, the vibrator 101 does not vibrate in the vibration direction (X direction) following the carrier signal SIG. This is because, from the viewpoint of the drive circuit 110, it is equivalent to the average value of the carrier signal SIG being applied to the vibrator 101, that is, assuming that the duty of the carrier signal SIG is 50%, half of the vibration amplitude (Vdd). This is because it becomes equivalent to the case where a direct current of the voltage (Vdd / 2) is applied.

駆動回路110は、キャリア信号SIGの平均電圧(Vdd/2)が振動子101に印加されている状態で、駆動用コンデンサ102,103に静電気力を発生させるべく、図5(b)に示すような駆動信号Vdp,Vdnを生成する。すなわち、駆動回路110は、キャリア信号SIGの平均電圧(Vdd/2)を振動振幅とする駆動信号Vdp,Vdnを生成し、駆動用コンデンサ102,103のそれぞれの固定電極に印加する。その結果、期間TAでは、駆動用コンデンサ103において発生する静電気力が駆動用コンデンサ102において発生する静電気力よりも大きくなり、振動子101は駆動用コンデンサ103の固定電極側に引き寄せられる。また期間TBでは、駆動用コンデンサ102において発生する静電気力が駆動用コンデンサ103において発生する静電気力よりも大きくなり、振動子101は駆動用コンデンサ102の固定電極側に引き寄せられる。このようにして振動子101が振動方向へ振動するようになる。   As shown in FIG. 5B, the drive circuit 110 generates an electrostatic force in the drive capacitors 102 and 103 in a state where the average voltage (Vdd / 2) of the carrier signal SIG is applied to the vibrator 101. Drive signals Vdp and Vdn are generated. That is, the drive circuit 110 generates drive signals Vdp and Vdn having an oscillation amplitude of the average voltage (Vdd / 2) of the carrier signal SIG and applies the drive signals to the fixed electrodes of the drive capacitors 102 and 103, respectively. As a result, in the period TA, the electrostatic force generated in the driving capacitor 103 is larger than the electrostatic force generated in the driving capacitor 102, and the vibrator 101 is attracted to the fixed electrode side of the driving capacitor 103. In the period TB, the electrostatic force generated in the driving capacitor 102 is larger than the electrostatic force generated in the driving capacitor 103, and the vibrator 101 is attracted to the fixed electrode side of the driving capacitor 102. In this way, the vibrator 101 vibrates in the vibration direction.

各駆動用コンデンサ102,103で発生する静電気力は可動電極と固定電極の間の電位差の二乗に比例するため、図5(b)に示すような駆動信号Vdp,Vdnを印加する場合には最大でも可動電極と固定電極の間に電源電圧Vddの半分の電位差の二乗に相当する静電気力しか生じさせることができない。それ故、従来の角速度センサ100は、振動子101を振動させるために発生する静電気力が小さく、振動子101の振動振幅を大きくすることができない。   Since the electrostatic force generated in each of the driving capacitors 102 and 103 is proportional to the square of the potential difference between the movable electrode and the fixed electrode, it is maximum when the drive signals Vdp and Vdn as shown in FIG. 5B are applied. However, only an electrostatic force corresponding to the square of the half of the potential difference of the power supply voltage Vdd can be generated between the movable electrode and the fixed electrode. Therefore, the conventional angular velocity sensor 100 has a small electrostatic force generated to vibrate the vibrator 101 and cannot increase the vibration amplitude of the vibrator 101.

そこで本発明は、上記従来の問題点を解決すべくなされたものであり、振動子に対して従来よりも高電圧を印加できるようにして振動子の振動振幅を大きくできるようにした静電容量検出回路及び角速度センサを提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and is a capacitance that can increase the vibration amplitude of the vibrator by applying a higher voltage to the vibrator than before. An object of the present invention is to provide a detection circuit and an angular velocity sensor.

上記目的を達成するため、本発明が第1に解決手段として採用するところは、振動子を介して静電容量が可変の2つの検出用コンデンサが直列に接続され、前記振動子の変位に応じて前記2つの検出用コンデンサの静電容量が変化し、前記2つの検出用コンデンサのそれぞれから出力される電荷信号に基づいて静電容量を検出する静電容量検出回路であって、全差動アンプを有し、該全差動アンプの反転入力端子と非反転出力端子との間、及び、非反転入力端子と反転出力端子との間のそれぞれにフィードバックコンデンサが接続され、前記2つの検出用コンデンサのうちの一方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積すると共に、他方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を非反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積することにより、前記2つの検出用コンデンサの静電容量に応じた一対の出力信号を出力するCV変換回路と、基準電圧入力端子を有し、前記全差動アンプの反転入力端子及び非反転入力端子の平均電圧を前記基準電圧入力端子に入力する電圧に制御する入力コモンモードフィードバック回路と、前記振動子の共振周波数よりも高い周波数で変化する基準電圧信号を生成し、該基準電圧信号を前記基準電圧入力端子へ出力する基準電圧生成回路と、を備える構成にある。   In order to achieve the above object, the present invention first adopts as a solution means that two detection capacitors with variable capacitance are connected in series via a vibrator, and are adapted to the displacement of the vibrator. A capacitance detection circuit for detecting capacitance based on a charge signal output from each of the two detection capacitors, wherein the capacitances of the two detection capacitors are changed. A feedback capacitor is connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of the fully differential amplifier, and between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the fully differential amplifier. The charge corresponding to the charge signal output from one of the capacitors for detection is accumulated in the feedback capacitor connected to the inverting input terminal, and from the other detection capacitor. A CV conversion circuit that outputs a pair of output signals corresponding to the capacitances of the two detection capacitors by accumulating charges corresponding to the input charge signal in a feedback capacitor connected to a non-inverting input terminal; An input common mode feedback circuit having a reference voltage input terminal and controlling an average voltage of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier to a voltage input to the reference voltage input terminal; and And a reference voltage generation circuit that generates a reference voltage signal that changes at a frequency higher than the resonance frequency and outputs the reference voltage signal to the reference voltage input terminal.

また上記静電容量検出回路の構成においては、前記全差動アンプが、前記出力信号の中心電圧を定める出力基準電圧端子を有し、前記基準電圧生成回路が、前記基準電圧信号を前記出力基準電圧端子へ更に出力する構成を採用することがより好ましい。   In the configuration of the capacitance detection circuit, the fully differential amplifier has an output reference voltage terminal that determines a center voltage of the output signal, and the reference voltage generation circuit converts the reference voltage signal to the output reference. It is more preferable to employ a configuration that further outputs to the voltage terminal.

また本発明が第2に解決手段として採用したところは、角速度センサにおいて、振動可能なように構成され、所定電圧に保持される振動子と、前記振動子を所定の振動方向へ振動させる一対の駆動用コンデンサと、前記一対の駆動用コンデンサのそれぞれに対して互いに極性が反転する駆動信号を印加し、前記一対の駆動用コンデンサに前記振動子を前記振動方向へ振動させるための静電気力を生じさせる駆動回路と、前記振動子が前記振動方向と直交する検出方向へ変位することに伴って静電容量を変化させる一対の検出用コンデンサと、全差動アンプを有し、該全差動アンプの反転入力端子と非反転出力端子との間、及び、非反転入力端子と反転出力端子との間のそれぞれにフィードバックコンデンサが接続され、前記一対の検出用コンデンサのうちの一方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積すると共に、他方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を非反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積することにより、前記一対の検出用コンデンサの静電容量に応じた一対の出力信号を出力するCV変換回路と、基準電圧入力端子を有し、前記全差動アンプの反転入力端子及び非反転入力端子の平均電圧を前記基準電圧入力端子に入力する電圧に制御する入力コモンモードフィードバック回路と、前記振動子の共振周波数よりも高い周波数で変化する基準電圧信号を生成し、該基準電圧信号を前記基準電圧入力端子へ出力する基準電圧生成回路と、前記振動子の電圧を前記所定電圧に保持する電圧保持回路と、を備える構成にある。   The second aspect of the present invention adopts as a solution means an angular velocity sensor configured to vibrate, and a pair of vibrators that are held at a predetermined voltage and that vibrate the vibrators in a predetermined vibration direction. Applying drive signals whose polarities are reversed to each of the drive capacitor and the pair of drive capacitors, an electrostatic force is generated in the pair of drive capacitors to vibrate the vibrator in the vibration direction. And a pair of detection capacitors that change capacitance according to displacement of the vibrator in a detection direction orthogonal to the vibration direction, and a fully differential amplifier. A feedback capacitor is connected between each of the inverting input terminal and the non-inverting output terminal and between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal. The charge corresponding to the charge signal output from one of the sensors is stored in a feedback capacitor connected to the inverting input terminal, and the charge corresponding to the charge signal output from the other detection capacitor is stored. A CV conversion circuit that outputs a pair of output signals corresponding to the capacitance of the pair of detection capacitors by storing in a feedback capacitor connected to a non-inverting input terminal; and a reference voltage input terminal, An input common mode feedback circuit that controls the average voltage of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully-differential amplifier to a voltage input to the reference voltage input terminal, and a reference that changes at a frequency higher than the resonance frequency of the vibrator A reference voltage generation circuit for generating a voltage signal and outputting the reference voltage signal to the reference voltage input terminal; and Certain pressure to the structure and a voltage holding circuit for holding the predetermined voltage.

また上記角速度センサの構成においては、前記全差動アンプが、前記出力信号の中心電圧を定める出力基準電圧端子を有し、前記基準電圧生成回路は、前記基準電圧信号を前記出力基準電圧端子へ更に出力する構成を採用することがより好ましい。   In the configuration of the angular velocity sensor, the fully-differential amplifier has an output reference voltage terminal that determines a center voltage of the output signal, and the reference voltage generation circuit sends the reference voltage signal to the output reference voltage terminal. It is more preferable to adopt a configuration that further outputs.

さらに上記角速度センサの構成においては、前記駆動信号の振動振幅が、前記電圧保持回路によって保持される前記所定電圧である構成を採用しても良い。   Furthermore, in the configuration of the angular velocity sensor, a configuration in which the vibration amplitude of the drive signal is the predetermined voltage held by the voltage holding circuit may be adopted.

本発明によれば、ノイズ低減作用を低下させることなく、振動子に対して従来よりも高電圧を印加することができるため、振動子の振動振幅を大きくすることができる。   According to the present invention, since a higher voltage can be applied to the vibrator than before without reducing the noise reduction effect, the vibration amplitude of the vibrator can be increased.

本発明に係る角速度センサの一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the angular velocity sensor which concerns on this invention. 駆動回路によって生成される駆動信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the drive signal produced | generated by a drive circuit. 静電容量検出回路における各部の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of each part in an electrostatic capacitance detection circuit. 従来の角速度センサの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional angular velocity sensor. 従来のキャリア信号と駆動信号を示す図である。It is a figure which shows the conventional carrier signal and drive signal.

以下、本発明に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施形態において互いに共通する部材には同一符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each embodiment demonstrated below, the same code | symbol is attached | subjected to the member which is mutually common, and the overlapping description about them is abbreviate | omitted.

図1は、本発明における角速度センサ1の一構成例を示す回路図である。この角速度センサ1は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造によって形成されるセンサ部2と、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)として形成される信号処理部3とを有し、センサ部2と信号処理部3とが例えばシリコン基板などの1つの基板上に形成されてパッケージングされた構成である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an angular velocity sensor 1 according to the present invention. The angular velocity sensor 1 includes a sensor unit 2 formed by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure and a signal processing unit 3 formed as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). The sensor unit 2 and the signal processing unit 3 is a configuration formed and packaged on one substrate such as a silicon substrate.

センサ部2は、バネ構造などによって基板上に支持され、X方向(振動方向)及びY方向(検出方向)の互いに直交する方向に振動変位可能な振動子4を備えている。またセンサ部2は、振動子4をX方向に振動させるための一対の駆動用コンデンサC1,C2と、振動子4のX方向の振動振幅を検知するための一対の振幅検知用コンデンサC3,C4と、振動子4のY方向の変位を検出するための一対の検出用コンデンサC5,C6とを備えている。駆動用コンデンサC1,C2はそれぞれ振動子4に設けられる可動電極とその可動電極に対向して基板上に設けられる固定電極とによって構成され、振動子4を挟んで直列に接続された構成である。また振幅検知用コンデンサC3,C4も同様に、それぞれが振動子4に設けられる可動電極とその可動電極に対向して基板上に設けられる固定電極とによって構成され、振動子4を挟んで直列に接続された構成である。さらに検出用コンデンサC5,C6も同様であり、それぞれが振動子4に設けられる可動電極とその可動電極に対向して基板上に設けられる固定電極とによって構成され、振動子4を挟んで直列に接続された構成である。   The sensor unit 2 includes a vibrator 4 that is supported on a substrate by a spring structure or the like and is capable of vibration displacement in the X direction (vibration direction) and the Y direction (detection direction) orthogonal to each other. The sensor unit 2 also includes a pair of driving capacitors C1 and C2 for vibrating the vibrator 4 in the X direction and a pair of amplitude detecting capacitors C3 and C4 for detecting the vibration amplitude of the vibrator 4 in the X direction. And a pair of detection capacitors C5 and C6 for detecting the displacement of the vibrator 4 in the Y direction. Each of the driving capacitors C1 and C2 includes a movable electrode provided on the vibrator 4 and a fixed electrode provided on the substrate so as to face the movable electrode, and is connected in series with the vibrator 4 interposed therebetween. . Similarly, the amplitude detection capacitors C3 and C4 are each composed of a movable electrode provided on the vibrator 4 and a fixed electrode provided on the substrate so as to face the movable electrode. It is a connected configuration. The same applies to the detection capacitors C5 and C6. Each of the detection capacitors C5 and C6 includes a movable electrode provided on the vibrator 4 and a fixed electrode provided on the substrate so as to face the movable electrode. It is a connected configuration.

信号処理部3は、振動子4をX方向に振動させる駆動回路5と、振動子4の電圧を所定電圧に保持する電圧保持回路6と、振動子4のY方向の変位を検出する検出用コンデンサC5,C6の固定電極に接続され、検出用コンデンサC5,C6の静電容量を検出して振動子4のY方向の変位に応じた信号を出力する静電容量検出回路7とを備える。   The signal processing unit 3 includes a drive circuit 5 that vibrates the vibrator 4 in the X direction, a voltage holding circuit 6 that holds the voltage of the vibrator 4 at a predetermined voltage, and a detection that detects displacement of the vibrator 4 in the Y direction. And a capacitance detection circuit 7 connected to the fixed electrodes of the capacitors C5 and C6, for detecting the capacitance of the detection capacitors C5 and C6 and outputting a signal corresponding to the displacement of the vibrator 4 in the Y direction.

電圧保持回路6は、例えば角速度センサ1の電源電圧Vddを振動子4に印加することにより、振動子4を電源電圧Vddで一定の状態に保持する。駆動回路5は、一対の駆動用コンデンサC1,C2の固定電極に対してそれぞれ極性が反転する駆動信号Vdp,Vdnを印加し、振動子4をX方向へ振動させる。振動子4がX方向へ振動すると、振幅検知用コンデンサC3,C4の静電容量が変化する。例えば、一方の振幅検知用コンデンサC3の静電容量が増加すると、他方の振幅検知用コンデンサC4の静電容量が減少する。駆動回路5は、そのような振動検知用コンデンサC3,C4の静電容量変化に基づいて振動子4のX方向への振動振幅を検知しつつ、駆動信号Vdp,Vdnを生成する。   The voltage holding circuit 6 holds the vibrator 4 in a constant state at the power supply voltage Vdd by applying the power supply voltage Vdd of the angular velocity sensor 1 to the vibrator 4, for example. The drive circuit 5 applies drive signals Vdp and Vdn whose polarities are inverted to the fixed electrodes of the pair of drive capacitors C1 and C2, respectively, and vibrates the vibrator 4 in the X direction. When the vibrator 4 vibrates in the X direction, the capacitances of the amplitude detection capacitors C3 and C4 change. For example, when the capacitance of one amplitude detection capacitor C3 increases, the capacitance of the other amplitude detection capacitor C4 decreases. The drive circuit 5 generates the drive signals Vdp and Vdn while detecting the vibration amplitude in the X direction of the vibrator 4 based on the capacitance change of the vibration detection capacitors C3 and C4.

図2は、駆動回路5によって駆動用コンデンサC1,C2に印加される駆動信号Vdp,Vdnの一例を示す図である。駆動信号Vdp,Vdnは、例えば振動子4の共振周波数(例えば5kHz)に一致する周波数の正弦波信号であり、互いに極性が反転する信号である。これら駆動信号Vdp,Vdnは、例えば電圧保持回路6によって保持される振動子4の電圧(電源電圧Vdd)を振動振幅として周期的に大小関係が入れ替わる。そして駆動回路5は、駆動信号Vdpを一方の駆動用コンデンサC1の固定電極に印加し、駆動信号Vdnを他方の駆動用コンデンサC2の固定電極に印加する。したがって、図2に示すタイミングT0〜T1の期間では駆動用コンデンサC1の可動電極と固定電極との間に作用する静電気力が駆動用コンデンサC2の可動電極と固定電極との間に作用する静電気力よりも小さくなり、振動子4は駆動用コンデンサC2の固定電極に引き寄せられて変位する。またタイミングT1〜T2の期間では駆動用コンデンサC1の可動電極と固定電極との間に作用する静電気力が駆動用コンデンサC2の可動電極と固定電極との間に作用する静電気力よりも大きくなり、振動子4が駆動用コンデンサC1の固定電極に引き寄せられて変位する。したがって、振動子4は、共振周波数でX方向に振動するようになる。このとき、各駆動用コンデンサC1,C2において最大で電源電圧Vddの二乗に比例する静電気力が発生するため、従来よりも大きな静電気力で振動子4をX方向に振動させることができ、振動子4の振動振幅を大きくすることができる。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of drive signals Vdp and Vdn applied to the drive capacitors C1 and C2 by the drive circuit 5. The drive signals Vdp and Vdn are, for example, sine wave signals having a frequency that matches the resonance frequency (for example, 5 kHz) of the vibrator 4 and are signals whose polarities are inverted. These drive signals Vdp and Vdn are periodically switched in magnitude relation, for example, with the voltage (power supply voltage Vdd) of the vibrator 4 held by the voltage holding circuit 6 as the vibration amplitude. The drive circuit 5 applies the drive signal Vdp to the fixed electrode of one drive capacitor C1, and applies the drive signal Vdn to the fixed electrode of the other drive capacitor C2. Accordingly, the electrostatic force acting between the movable electrode and the fixed electrode of the driving capacitor C1 during the period of the timings T0 to T1 shown in FIG. 2 is the electrostatic force acting between the movable electrode and the fixed electrode of the driving capacitor C2. The vibrator 4 is attracted to the fixed electrode of the driving capacitor C2 and displaced. In addition, during the period from timing T1 to T2, the electrostatic force acting between the movable electrode and the fixed electrode of the driving capacitor C1 is larger than the electrostatic force acting between the movable electrode and the fixed electrode of the driving capacitor C2, The vibrator 4 is attracted to the fixed electrode of the driving capacitor C1 and displaced. Accordingly, the vibrator 4 vibrates in the X direction at the resonance frequency. At this time, an electrostatic force proportional to the square of the power supply voltage Vdd is generated at the maximum in each of the driving capacitors C1 and C2, and therefore the vibrator 4 can be vibrated in the X direction with a larger electrostatic force than before. The vibration amplitude of 4 can be increased.

振動子4がX方向に振動しているとき、角速度センサ1に角速度が作用すると、その角速度の大きさに応じて振動子4をY方向に変位させるコリオリ力が作用する。このコリオリ力は振動子4のX方向の速度に比例する。振動子4の振動周波数が同じであれば、振動子4の振動振幅が大きくなるほど、振動子4がX方向へ移動するときの速度が大きくなるため、振動子4に作用するコリオリ力が大きくなり、角速度が作用したときに振動子4がY方向に変位する変位量を大きくすることができる。それ故、本実施形態の角速度センサ1は、振動子4の振動振幅を従来よりも大きくすることができるため、振動子4のコリオリ力変位が従来よりも大きくなり、角速度を検出する際の感度が向上する。   When the vibrator 4 is vibrating in the X direction, if an angular velocity is applied to the angular velocity sensor 1, a Coriolis force that displaces the vibrator 4 in the Y direction is applied according to the magnitude of the angular velocity. This Coriolis force is proportional to the velocity of the vibrator 4 in the X direction. If the vibration frequency of the vibrator 4 is the same, the greater the vibration amplitude of the vibrator 4, the greater the speed at which the vibrator 4 moves in the X direction, so the Coriolis force acting on the vibrator 4 increases. When the angular velocity is applied, the amount of displacement of the vibrator 4 in the Y direction can be increased. Therefore, since the angular velocity sensor 1 of the present embodiment can increase the vibration amplitude of the vibrator 4 as compared with the conventional one, the Coriolis force displacement of the vibrator 4 becomes larger than before, and the sensitivity when detecting the angular velocity. Will improve.

検出用コンデンサC5,C6は、コリオリ力による振動子4のY方向への変位を検出するコンデンサであり、コリオリ力が作用していない状態では互いに静電容量が等しいコンデンサである。振動子4がコリオリ力によってY方向に変位すると、各検出用コンデンサC5,C6における可動電極と固定電極との間隔が変化し、それによって静電容量が変化する。例えば、一方の検出用コンデンサC5の静電容量が増加すると、他方の検出用コンデンサC6の静電容量が減少する。反対に、一方の検出用コンデンサC5の静電容量が減少すると、他方の検出用コンデンサC6の静電容量が増加する。検出用コンデンサC5,C6は、そのような静電容量の変化によって振動子4のY方向への変位量を検出する。そして検出用コンデンサC5,C6はそれぞれの静電容量に応じた電荷信号を出力する。   The detection capacitors C5 and C6 are capacitors that detect the displacement of the vibrator 4 in the Y direction due to the Coriolis force, and are capacitors having the same capacitance when the Coriolis force is not acting. When the vibrator 4 is displaced in the Y direction by the Coriolis force, the distance between the movable electrode and the fixed electrode in each of the detection capacitors C5 and C6 changes, and thereby the capacitance changes. For example, when the capacitance of one detection capacitor C5 increases, the capacitance of the other detection capacitor C6 decreases. Conversely, when the capacitance of one detection capacitor C5 decreases, the capacitance of the other detection capacitor C6 increases. The detection capacitors C5 and C6 detect the amount of displacement of the vibrator 4 in the Y direction by such a change in capacitance. The detection capacitors C5 and C6 output charge signals corresponding to the respective capacitances.

静電容量検出回路7は、各検出用コンデンサC5,C6の固定電極に接続されるCV変換回路8と、各検出用コンデンサC5,C6とCV変換回路8との間に設けられる入力コモンモードフィードバック回路9と、基準電圧生成回路10とを備える。   The capacitance detection circuit 7 includes a CV conversion circuit 8 connected to the fixed electrodes of the detection capacitors C5 and C6, and an input common mode feedback provided between the detection capacitors C5 and C6 and the CV conversion circuit 8. A circuit 9 and a reference voltage generation circuit 10 are provided.

CV変換回路8は、各検出用コンデンサC5,C6の固定電極に接続される全差動アンプ11と、その全差動アンプ11の2つの帰還パスのそれぞれに設けられる静電容量同一のフィードバックコンデンサCf1,Cf2と、フィードバックコンデンサCf1,Cf2のそれぞれに蓄積された電荷をリセットするためにフィードバックコンデンサCf1,Cf2と並列に接続されるスイッチSW1,SW2とを備える。全差動アンプ11の反転入力端子は検出用コンデンサC5の固定電極に接続され、非反転入力端子は検出用コンデンサC6の固定電極に接続される。そして反転入力端子と非反転出力端子との間にフィードバックコンデンサCf1とスイッチSW1とが並列に接続され、非反転入力端子と反転出力端子との間にフィードバックコンデンサCf2とスイッチSW2とが並列に接続される。また全差動アンプ11の出力基準電圧を定める出力コモンモード端子(出力基準電圧端子)12には基準電圧生成回路10で生成される基準電圧Vcが入力されており、全差動アンプ11は、非反転出力端子及び反転出力端子のそれぞれから各フィードバックコンデンサCf1,Cf2のそれぞれに蓄積される電荷に応じて基準電圧Vcを中心電圧とする出力信号Vop,Vonを出力する。このようなCV変換回路8は、全差動アンプ11の反転入力端子と非反転入力端子とが仮想短絡されるため、反転入力端子の入力電圧Vipと非反転入力端子の入力電圧Vinとが互いに同一電圧となるように動作する。   The CV conversion circuit 8 includes a fully differential amplifier 11 connected to the fixed electrodes of the detection capacitors C5 and C6, and a feedback capacitor having the same capacitance provided in each of the two feedback paths of the fully differential amplifier 11. Cf1 and Cf2 and switches SW1 and SW2 connected in parallel with the feedback capacitors Cf1 and Cf2 in order to reset the charges accumulated in the feedback capacitors Cf1 and Cf2, respectively. The inverting input terminal of the fully differential amplifier 11 is connected to the fixed electrode of the detection capacitor C5, and the non-inverting input terminal is connected to the fixed electrode of the detection capacitor C6. A feedback capacitor Cf1 and a switch SW1 are connected in parallel between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal, and a feedback capacitor Cf2 and a switch SW2 are connected in parallel between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal. The The reference voltage Vc generated by the reference voltage generation circuit 10 is input to an output common mode terminal (output reference voltage terminal) 12 that determines the output reference voltage of the fully differential amplifier 11. Output signals Vop and Von having the reference voltage Vc as the center voltage are output from the non-inverting output terminal and the inverting output terminal, respectively, according to the charges accumulated in the feedback capacitors Cf1 and Cf2. In such a CV conversion circuit 8, since the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 11 are virtually short-circuited, the input voltage Vip of the inverting input terminal and the input voltage Vin of the non-inverting input terminal are mutually connected. Operates to have the same voltage.

CV変換回路8は、スイッチSW1,SW2を一時的にオンにして各フィードバックコンデンサCf1,Cf2の蓄積電荷をリセットした後、スイッチSW1,SW2をオフにし、検出用コンデンサC5,C6のそれぞれから出力される電荷信号に応じた電荷をフィードバックコンデンサCf1,Cf2に蓄積し、それらの電荷に応じた出力信号Vop,Vonを出力する。このとき、検出用コンデンサC5,C6の一方の静電容量が増加していれば他方の静電容量が減少しているため、出力信号Vop,Vonは、振動子4のY方向の変位に応じた一対の差動信号として出力される。そのため、図示を省略する後段回路において出力信号Vop,Vonの差分信号Vout(=Vop−Von)を算出すれば、それら出力信号Vop,Vonに含まれるコモンモードノイズを除去することができる。   The CV conversion circuit 8 temporarily turns on the switches SW1 and SW2 to reset the accumulated charges of the feedback capacitors Cf1 and Cf2, and then turns off the switches SW1 and SW2 to be output from the detection capacitors C5 and C6, respectively. Charges corresponding to the charge signals are accumulated in the feedback capacitors Cf1 and Cf2, and output signals Vop and Von corresponding to these charges are output. At this time, if one of the detection capacitors C5 and C6 increases in capacitance, the other capacitance decreases. Therefore, the output signals Vop and Von correspond to the displacement of the vibrator 4 in the Y direction. Are output as a pair of differential signals. Therefore, if a differential signal Vout (= Vop−Von) between the output signals Vop and Von is calculated in a subsequent circuit (not shown), common mode noise included in the output signals Vop and Von can be removed.

入力コモンモードフィードバック回路9は、アンプ13と、モニタリングコンデンサCa,Cbと、緩衝コンデンサCc,Cdとを備え、アンプ13の非反転入力端子(基準電圧入力端子)14には基準電圧生成回路10で生成される基準電圧Vcが入力する。この入力コモンモードフィードバック回路9は、モニタリングコンデンサCa,Cbによって全差動アンプ11の反転入力端子及び非反転入力端子のそれぞれの入力電圧Vip,Vinの平均値を検出し、その平均値が基準電圧Vcとなるように制御する回路である。ただし、上述したように全差動アンプ11の仮想短絡により入力電圧Vip,Vinは互いに同一電圧となるため、入力コモンモードフィードバック回路9は、入力電圧Vip,Vinを基準電圧生成回路10から出力される基準電圧Vcに一致させるように動作する。   The input common mode feedback circuit 9 includes an amplifier 13, monitoring capacitors Ca and Cb, and buffer capacitors Cc and Cd. The non-inverting input terminal (reference voltage input terminal) 14 of the amplifier 13 includes a reference voltage generation circuit 10. The generated reference voltage Vc is input. The input common mode feedback circuit 9 detects the average values of the input voltages Vip and Vin of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 11 by the monitoring capacitors Ca and Cb, and the average value is the reference voltage. It is a circuit that controls to be Vc. However, since the input voltages Vip and Vin become the same voltage due to the virtual short circuit of the fully differential amplifier 11 as described above, the input common mode feedback circuit 9 outputs the input voltages Vip and Vin from the reference voltage generation circuit 10. It operates so as to match the reference voltage Vc.

基準電圧生成回路10は、CV変換回路8及び入力コモンモードフィードバック回路9に出力する基準電圧Vcを生成する回路である。この基準電圧生成回路10は、振動子4の共振周波数よりも高い周波数(例えば200kHz)で基準電圧Vcを変調し、その変調した信号(基準電圧信号)をCV変換回路8及び入力コモンモードフィードバック回路9に出力する。   The reference voltage generation circuit 10 is a circuit that generates a reference voltage Vc to be output to the CV conversion circuit 8 and the input common mode feedback circuit 9. The reference voltage generation circuit 10 modulates the reference voltage Vc at a frequency (for example, 200 kHz) higher than the resonance frequency of the vibrator 4, and the modulated signal (reference voltage signal) is converted into the CV conversion circuit 8 and the input common mode feedback circuit. Output to 9.

図3は、静電容量検出回路7における各部の動作例を示すタイミングチャートである。図3(a)は基準電圧生成回路10で生成される基準電圧Vcの一例を示す図である。基準電圧生成回路10は、図3(a)に示すように基準電圧Vcを、第1の電圧(Vdd/2)と、その第1の電圧よりも高い第2の電圧(3*Vdd/4)と、第1の電圧よりも低い第3の電圧(Vdd/4)の3値に変化させる。すなわち、タイミングT10〜T11の期間では基準電圧VcがVdd/2となり、タイミングT11〜T12の期間では基準電圧Vcが3*Vdd/4となり、タイミングT12〜T13の期間では基準電圧VcがVdd/4となる。タイミングT13以降は再び基準電圧VcがVdd/2となり、同様の変化が繰り返される。このように変調された基準電圧Vcが入力コモンモードフィードバック回路9のアンプ13に入力すると、CV変換回路8の入力電圧Vip,Vinが基準電圧Vcに追従して変化する。また、このような基準電圧Vcが全差動アンプ11の出力コモンモード端子12に入力すると、CV変換回路8から出力される出力信号Vop,Vonも基準信号Vcによって変調される。   FIG. 3 is a timing chart illustrating an operation example of each unit in the capacitance detection circuit 7. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the reference voltage Vc generated by the reference voltage generation circuit 10. As shown in FIG. 3A, the reference voltage generation circuit 10 sets the reference voltage Vc to a first voltage (Vdd / 2) and a second voltage (3 * Vdd / 4) higher than the first voltage. ) And a third voltage (Vdd / 4) that is lower than the first voltage. That is, the reference voltage Vc is Vdd / 2 in the period from the timing T10 to T11, the reference voltage Vc is 3 * Vdd / 4 in the period from the timing T11 to T12, and the reference voltage Vc is Vdd / 4 in the period from the timing T12 to T13. It becomes. After timing T13, the reference voltage Vc becomes Vdd / 2 again, and the same change is repeated. When the reference voltage Vc thus modulated is input to the amplifier 13 of the input common mode feedback circuit 9, the input voltages Vip and Vin of the CV conversion circuit 8 change following the reference voltage Vc. When such a reference voltage Vc is input to the output common mode terminal 12 of the fully differential amplifier 11, the output signals Vop and Von output from the CV conversion circuit 8 are also modulated by the reference signal Vc.

以下、静電容量検出回路7における各部の動作について説明する。尚、期間T10〜T13においては一定のコリオリ力が振動子4に作用していると仮定する。CV変換回路8のスイッチSW1,SW2は、図3(b)に示すように基準電圧Vcが第1の電圧(Vdd/2)であるとき、一時的にオン状態となり、フィードバックコンデンサCf1,Cf2に蓄積された電荷をリセットする。このとき、検出用コンデンサC5,C6の可動電極と固定電極の間にはVdd/2の電圧が印加されるため、検出用コンデンサC5,C6にはその印加電圧(Vdd/2)に対応する電荷が蓄積される。例えば、検出用コンデンサC5の静電容量が(C+ΔC)であるとすると、検出用コンデンサC5に蓄積される電荷Q11は、Q11=(C+ΔC)*(Vdd/2)となる。ここで、ΔCは、コリオリ力によって振動子4がY方向へ変位したことに伴う静電容量の変化分である。このとき、検出用コンデンサC6の静電容量は(C−ΔC)となるため、検出用コンデンサC6に蓄積される電荷Q21は、Q21=(C−ΔC)*(Vdd/2)となる。   Hereinafter, the operation of each part in the capacitance detection circuit 7 will be described. It is assumed that a constant Coriolis force acts on the vibrator 4 during the periods T10 to T13. As shown in FIG. 3B, the switches SW1 and SW2 of the CV conversion circuit 8 are temporarily turned on when the reference voltage Vc is the first voltage (Vdd / 2), and are fed to the feedback capacitors Cf1 and Cf2. Reset accumulated charge. At this time, since a voltage of Vdd / 2 is applied between the movable electrode and the fixed electrode of the detection capacitors C5 and C6, a charge corresponding to the applied voltage (Vdd / 2) is applied to the detection capacitors C5 and C6. Is accumulated. For example, if the capacitance of the detection capacitor C5 is (C + ΔC), the charge Q11 accumulated in the detection capacitor C5 is Q11 = (C + ΔC) * (Vdd / 2). Here, ΔC is a change in capacitance due to the displacement of the vibrator 4 in the Y direction by the Coriolis force. At this time, since the capacitance of the detection capacitor C6 is (C−ΔC), the charge Q21 accumulated in the detection capacitor C6 is Q21 = (C−ΔC) * (Vdd / 2).

その後、スイッチSW1,SW2がオフとなり、タイミングT11で基準電圧Vcが第2の電圧(3*Vdd/4)に上がると、各検出用コンデンサC5,C6の両端の電位差がVdd/4に変化する。このとき検出用コンデンサC5に蓄積される電荷Q12は、Q12=(C+ΔC)*(Vdd/4)となり、検出用コンデンサC5から静電容量検出回路7に転送される電荷量(Q12−Q11)は、(Q12−Q11)=−(C+ΔC)*(Vdd/4)となる。一方、検出用コンデンサC6に蓄積される電荷Q22は、Q22=(C−ΔC)*(Vdd/4)となり、検出用コンデンサC6から静電容量検出回路7に転送される電荷量(Q22−Q21)は、(Q22−Q21)=−(C−ΔC)*(Vdd/4)となる。   Thereafter, the switches SW1 and SW2 are turned off, and when the reference voltage Vc rises to the second voltage (3 * Vdd / 4) at the timing T11, the potential difference between both ends of the detection capacitors C5 and C6 changes to Vdd / 4. . At this time, the charge Q12 accumulated in the detection capacitor C5 is Q12 = (C + ΔC) * (Vdd / 4), and the amount of charge (Q12−Q11) transferred from the detection capacitor C5 to the capacitance detection circuit 7 is , (Q12−Q11) = − (C + ΔC) * (Vdd / 4). On the other hand, the charge Q22 stored in the detection capacitor C6 is Q22 = (C−ΔC) * (Vdd / 4), and the amount of charge transferred from the detection capacitor C6 to the capacitance detection circuit 7 (Q22−Q21). ) Is (Q22−Q21) = − (C−ΔC) * (Vdd / 4).

入力コモンモードフィードバック回路9は、モニタリングコンデンサCa,Cbが入力電圧Vip,Vinを監視しており、検出用コンデンサC5,C6のそれぞれから電荷が転送されると、それら入力電圧Vip,Vinを基準電圧Vc(=3*Vdd/4)に保持すべく、検出用コンデンサC5,C6のそれぞれから転送される電荷の一部を緩衝コンデンサCc,Cdで吸収する。すなわち、緩衝コンデンサCcは、検出用コンデンサC5から転送される電荷量(Q12−Q11)=−(C+ΔC)*(Vdd/4)のうちの一部の電荷(−C*Vdd/4)を吸収する。また緩衝コンデンサCdは、検出用コンデンサC6から転送される電荷量(Q22−Q21)=−(C−ΔC)*(Vdd/4)のうちの一部の電荷(−C*Vdd/4)を吸収する。そしてCV変換回路8のフィードバックコンデンサCf1にはQ3=−ΔC*(Vdd/4)の電荷が転送されて蓄積され、フィードバックコンデンサCf2にはQ4=ΔC*(Vdd/4)の電荷が転送されて蓄積される。その結果、基準電圧Vcが第2の電圧(3*Vdd/4)となるタイミングT11〜T12の期間において、CV変換回路8から出力される出力信号Vopは、図3(c)に示すように基準電圧Vc(=3*Vdd/4)よりも高くなり、出力信号Vonは、基準電圧Vcよりも低くなる。   In the input common mode feedback circuit 9, the monitoring capacitors Ca and Cb monitor the input voltages Vip and Vin. When charges are transferred from the detection capacitors C5 and C6, the input voltages Vip and Vin are used as reference voltages. In order to hold at Vc (= 3 * Vdd / 4), some of the charges transferred from the detection capacitors C5 and C6 are absorbed by the buffer capacitors Cc and Cd. That is, the buffer capacitor Cc absorbs a part of the charge (−C * Vdd / 4) in the charge amount (Q12−Q11) = − (C + ΔC) * (Vdd / 4) transferred from the detection capacitor C5. To do. Further, the buffer capacitor Cd receives a part of the charge (-C * Vdd / 4) in the charge amount (Q22−Q21) = − (C−ΔC) * (Vdd / 4) transferred from the detection capacitor C6. Absorb. The charge of Q3 = −ΔC * (Vdd / 4) is transferred and accumulated in the feedback capacitor Cf1 of the CV conversion circuit 8, and the charge of Q4 = ΔC * (Vdd / 4) is transferred to the feedback capacitor Cf2. Accumulated. As a result, the output signal Vop output from the CV conversion circuit 8 during the period of the timing T11 to T12 when the reference voltage Vc becomes the second voltage (3 * Vdd / 4) is as shown in FIG. It becomes higher than the reference voltage Vc (= 3 * Vdd / 4), and the output signal Von becomes lower than the reference voltage Vc.

次にタイミングT12で基準電圧Vcが第3の電圧(Vdd/4)に低下すると、各検出用コンデンサC5,C6の両端の電位差が3*Vdd/4に変化する。このとき検出用コンデンサC5に蓄積される電荷Q13は、Q13=(C+ΔC)*(3*Vdd/4)となり、検出用コンデンサC5から静電容量検出回路7に転送される電荷量(Q13−Q12)は、(Q13−Q12)=(C+ΔC)*(Vdd/2)となる。一方、検出用コンデンサC6に蓄積される電荷Q23は、Q23=(C−ΔC)*(3*Vdd/4)となり、検出用コンデンサC6から静電容量検出回路7に転送される電荷量(Q23−Q22)は、(Q23−Q22)=(C−ΔC)*(Vdd/2)となる。   Next, when the reference voltage Vc decreases to the third voltage (Vdd / 4) at timing T12, the potential difference between both ends of the detection capacitors C5 and C6 changes to 3 * Vdd / 4. At this time, the charge Q13 stored in the detection capacitor C5 is Q13 = (C + ΔC) * (3 * Vdd / 4), and the amount of charge (Q13−Q12) transferred from the detection capacitor C5 to the capacitance detection circuit 7 ) Is (Q13−Q12) = (C + ΔC) * (Vdd / 2). On the other hand, the charge Q23 accumulated in the detection capacitor C6 is Q23 = (C−ΔC) * (3 * Vdd / 4), and the amount of charge transferred from the detection capacitor C6 to the capacitance detection circuit 7 (Q23 −Q22) becomes (Q23−Q22) = (C−ΔC) * (Vdd / 2).

そして入力コモンモードフィードバック回路9は、上記と同様、モニタリングコンデンサCa,Cbが入力電圧Vip,Vinを監視しており、検出用コンデンサC5,C6のそれぞれから電荷が転送されると、それら入力電圧Vip,Vinを基準電圧Vc(=Vdd/4)に保持すべく、検出用コンデンサC5,C6のそれぞれから転送される電荷の一部を緩衝コンデンサCc,Cdで吸収する。このとき、緩衝コンデンサCcは、検出用コンデンサC5から転送される電荷量(Q13−Q12)=(C+ΔC)*(Vdd/2)のうちの一部の電荷(C*Vdd/2)を吸収する。また緩衝コンデンサCdは、検出用コンデンサC6から転送される電荷量(Q23−Q22)=(C−ΔC)*(Vdd/2)のうちの一部の電荷(C*Vdd/2)を吸収する。そしてCV変換回路8のフィードバックコンデンサCf1にはQ5=ΔC*(Vdd/2)の電荷が転送されるので、フィードバックコンデンサCf1の蓄積電荷(Q3+Q5)は、(Q3+Q5)=ΔC*(Vdd/4)となる。またフィードバックコンデンサCf2にはQ6=−ΔC*(Vdd/2)の電荷が転送されるので、フィードバックコンデンサCf2の蓄積電荷(Q4+Q6)は、(Q4+Q6)=−ΔC*(Vdd/4)となる。その結果、基準電圧Vcが第3の電圧(Vdd/4)となるタイミングT12〜T13の期間において、CV変換回路8から出力される出力信号Vopは、図3(c)に示すように基準電圧Vc(=Vdd/4)よりも低くなり、出力信号Vonは、基準電圧Vcよりも高くなる。   In the input common mode feedback circuit 9, as described above, the monitoring capacitors Ca and Cb monitor the input voltages Vip and Vin, and when charges are transferred from the detection capacitors C5 and C6, the input voltages Vip , Vin is held at the reference voltage Vc (= Vdd / 4), part of the charges transferred from the detection capacitors C5 and C6 are absorbed by the buffer capacitors Cc and Cd. At this time, the buffer capacitor Cc absorbs a part of the charge (C * Vdd / 2) in the charge amount (Q13−Q12) = (C + ΔC) * (Vdd / 2) transferred from the detection capacitor C5. . The buffer capacitor Cd absorbs a part of the charge (C * Vdd / 2) out of the charge amount (Q23−Q22) = (C−ΔC) * (Vdd / 2) transferred from the detection capacitor C6. . Since the charge of Q5 = ΔC * (Vdd / 2) is transferred to the feedback capacitor Cf1 of the CV conversion circuit 8, the accumulated charge (Q3 + Q5) of the feedback capacitor Cf1 is (Q3 + Q5) = ΔC * (Vdd / 4) It becomes. Since the charge of Q6 = −ΔC * (Vdd / 2) is transferred to the feedback capacitor Cf2, the accumulated charge (Q4 + Q6) of the feedback capacitor Cf2 becomes (Q4 + Q6) = − ΔC * (Vdd / 4). As a result, during the period from the timing T12 to T13 when the reference voltage Vc becomes the third voltage (Vdd / 4), the output signal Vop output from the CV conversion circuit 8 is the reference voltage as shown in FIG. It becomes lower than Vc (= Vdd / 4), and the output signal Von becomes higher than the reference voltage Vc.

したがって、CV変換回路8の出力信号Vop,Vonは、基準電圧生成回路10によって変調される基準電圧Vcに対して振動子4のY方向の変位に応じた信号成分が加算された信号となる。そして出力信号Vop,Vonは、振動子4の共振周波数よりも十分に高い高周波信号となるため、CV変換回路8の全差動アンプ11で発生するTrノイズやkT/Cノイズなども出力信号Vop,Vonの高周波成分に含まれるようになり、図示を省略する後段回路にローパスフィルタなどを設ければ、そのようなノイズ成分を良好に除去することができるようになる。   Therefore, the output signals Vop and Von of the CV conversion circuit 8 are signals obtained by adding a signal component corresponding to the displacement of the vibrator 4 in the Y direction to the reference voltage Vc modulated by the reference voltage generation circuit 10. Since the output signals Vop and Von are high-frequency signals sufficiently higher than the resonance frequency of the vibrator 4, Tr noise and kT / C noise generated in the fully differential amplifier 11 of the CV conversion circuit 8 are also output signal Vop. , Von are included in the high-frequency component, and if a low-pass filter or the like is provided in a subsequent circuit (not shown), such a noise component can be satisfactorily removed.

また上述したように後段回路において出力信号Vop,Vonの差分信号Vout(=Vop−Von)を算出すると、図3(d)に示すようにタイミングT11〜T12の期間とタイミングT12〜T13の期間とで、差分信号Voutの極性が入れ替わるため、これを復調することにより、振動子4のY方向の変位に基づく信号を得ることができる。   As described above, when the differential signal Vout (= Vop−Von) between the output signals Vop and Von is calculated in the subsequent circuit, as shown in FIG. 3D, the period of the timing T11 to T12 and the period of the timing T12 to T13 Since the polarity of the difference signal Vout is switched, a signal based on the displacement of the vibrator 4 in the Y direction can be obtained by demodulating it.

尚、上記においては、基準電圧生成回路10が基準電圧Vcを、第1の電圧(Vdd/2)と、その第1の電圧よりも高い第2の電圧(3*Vdd/4)と、第1の電圧よりも低い第3の電圧(Vdd/4)の3値に変化させる場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば、基準電圧生成回路10は、基準電圧Vcを、第1の電圧(例えば3*Vdd/4)と、第1の電圧よりも低い第2の電圧(例えばVdd/4)の2値に変化させる矩形波信号として高周波の基準電圧信号を生成するものであっても構わない。   In the above, the reference voltage generation circuit 10 sets the reference voltage Vc to the first voltage (Vdd / 2), the second voltage (3 * Vdd / 4) higher than the first voltage, Although the case of changing to the three values of the third voltage (Vdd / 4) lower than the voltage of 1 has been exemplified, the present invention is not limited to this. For example, the reference voltage generation circuit 10 changes the reference voltage Vc into a binary value of a first voltage (for example, 3 * Vdd / 4) and a second voltage (for example, Vdd / 4) lower than the first voltage. As the rectangular wave signal to be generated, a high-frequency reference voltage signal may be generated.

また上記においては、基準電圧生成回路10から出力される基準電圧Vcを、入力コモンモードフィードバック回路9の基準電圧入力端子14に入力するだけでなく、CV変換回路8における全差動アンプ11の出力コモンモード端子12にも入力する場合を例示したが、これに限られるものでもない。例えば、基準電圧生成回路10から出力される基準電圧Vcを、入力コモンモードフィードバック回路9の基準電圧入力端子14のみに入力し、CV変換回路8における全差動アンプ11の出力コモンモード端子12には従来と同様の一定の基準電圧Vref(例えばVdd/2)が入力する構成であっても構わない。   In the above, the reference voltage Vc output from the reference voltage generation circuit 10 is not only input to the reference voltage input terminal 14 of the input common mode feedback circuit 9, but also the output of the fully differential amplifier 11 in the CV conversion circuit 8. Although the case where it inputs also to the common mode terminal 12 was illustrated, it is not restricted to this. For example, the reference voltage Vc output from the reference voltage generation circuit 10 is input only to the reference voltage input terminal 14 of the input common mode feedback circuit 9 and is applied to the output common mode terminal 12 of the fully differential amplifier 11 in the CV conversion circuit 8. May be configured to receive a constant reference voltage Vref (for example, Vdd / 2) as in the prior art.

ただし、出力コモンモード端子12が常に一定の基準電圧Vrefで保持される場合には、全差動アンプ11の入力側と出力側とで電位差が生じるため、その電位差に応じた電荷がフィードバックコンデンサCf1,Cf2に蓄積される。このとき、それらフィードバックコンデンサCf1,Cf2の静電容量が製造ばらつき等の要因で同一でないときには蓄積電荷にばらつきが生じるため、静電容量不一致による誤差が出力信号Vop,Vonに含まれることになる。そのような誤差を低減するためには、上述した構成のように、基準電圧生成回路10から出力される高周波の基準電圧信号を、入力コモンモードフィードバック回路9の基準電圧入力端子14と、CV変換回路8における全差動アンプ11の出力コモンモード端子12との双方に入力させる構成を採用することが好ましい。   However, when the output common mode terminal 12 is always held at a constant reference voltage Vref, a potential difference is generated between the input side and the output side of the fully-differential amplifier 11, and the electric charge corresponding to the potential difference is fed back to the feedback capacitor Cf1. , Cf2. At this time, when the electrostatic capacitances of the feedback capacitors Cf1 and Cf2 are not the same due to factors such as manufacturing variations, the accumulated charges vary, so that errors due to the capacitance mismatch are included in the output signals Vop and Von. In order to reduce such an error, a high-frequency reference voltage signal output from the reference voltage generation circuit 10 is converted into a reference voltage input terminal 14 of the input common mode feedback circuit 9 and CV conversion as in the above-described configuration. It is preferable to employ a configuration in which the circuit 8 is input to both the output common mode terminal 12 of the fully-differential amplifier 11.

以上のように本実施形態の角速度センサ1は、電圧保持回路6が振動子4を一定の電圧に保持しており、駆動回路5が一対の駆動用コンデンサC1,C2に対して振動子4の共振周波数に一致する正弦波信号であって、互いに極性が反転する駆動信号Vdp,Vdnを印加することにより、それら一対の駆動用コンデンサC1,C2に静電気力の差を生じさせて振動子4をX方向へ振動させる。このとき、駆動回路5は振動子4に印加された電圧を振幅とする駆動信号Vdp,Vdnを生成して駆動用コンデンサC1,C2に印加する。そのため、上述したように例えば電圧保持回路6が振動子4の電圧を角速度センサ1の電源電圧Vddで一定に保持するようにすれば、駆動回路5は各駆動用コンデンサC1,C2の可動電極と固定電極の間に最大で角速度センサ1の電源電圧Vddを印加することができるため、各駆動用コンデンサC1,C2において生じる静電気力を従来よりも大きくすることが可能となり、振動子4の振動振幅を従来よりも大きくすることができる。その結果、振動子4がX方向に振動するときの振動速度が大きくなり、角速度に応じて発生するコリオリ力も大きくなるので、振動子4のY方向の変位量を大きくすることができ、角速度の測定感度が向上する。   As described above, in the angular velocity sensor 1 of the present embodiment, the voltage holding circuit 6 holds the vibrator 4 at a constant voltage, and the drive circuit 5 controls the vibrator 4 with respect to the pair of driving capacitors C1 and C2. By applying drive signals Vdp and Vdn that are sine wave signals that coincide with the resonance frequency and have opposite polarities, a difference in electrostatic force is caused between the pair of drive capacitors C1 and C2, and the vibrator 4 is Vibrate in the X direction. At this time, the drive circuit 5 generates drive signals Vdp and Vdn whose amplitude is the voltage applied to the vibrator 4 and applies it to the drive capacitors C1 and C2. Therefore, as described above, for example, if the voltage holding circuit 6 keeps the voltage of the vibrator 4 constant at the power supply voltage Vdd of the angular velocity sensor 1, the driving circuit 5 is connected to the movable electrodes of the driving capacitors C1 and C2. Since the maximum power supply voltage Vdd of the angular velocity sensor 1 can be applied between the fixed electrodes, the electrostatic force generated in each of the driving capacitors C1 and C2 can be made larger than before, and the vibration amplitude of the vibrator 4 can be increased. Can be made larger than before. As a result, the vibration speed when the vibrator 4 vibrates in the X direction increases, and the Coriolis force generated according to the angular speed also increases. Therefore, the amount of displacement of the vibrator 4 in the Y direction can be increased, and the angular speed Measurement sensitivity is improved.

また本実施形態の角速度センサ1は、上記構成を採用すると共に、振動子4がX方向と直交するY方向へ変位することに伴って静電容量を変化させる一対の検出用コンデンサC5,C6と、それら一対の検出用コンデンサC5,C6の静電容量を検出することにより振動子4のY方向への変位量に応じた一対の出力信号Vop,Vonを出力するCV変換回路8と、基準電圧入力端子14を有し、CV変換回路8に設けられた全差動アンプ11の反転入力端子及び非反転入力端子の平均電圧を基準電圧入力端子14に入力する電圧に制御する入力コモンモードフィードバック回路9と、振動子4の共振周波数よりも高い周波数で変化する基準電圧信号を生成し、その基準電圧信号を入力コモンモードフィードバック回路9の基準電圧入力端子14へ出力する基準電圧生成回路10とを備える構成である。このような構成によれば、CV変換回路8に設けられた全差動アンプ11の反転入力端子及び非反転入力端子が基準電圧信号によって変調されるため、CV変換回路8の出力信号Vop,Vonを振動子4の共振周波数よりも高い高周波信号として出力することができる。そのため、CV変換回路8の全差動アンプ11で発生するTrノイズや、kT/Cノイズなどを後段側のローパスフィルタで良好に除去することが可能である。   In addition, the angular velocity sensor 1 of the present embodiment employs the above-described configuration, and a pair of detection capacitors C5 and C6 that change the capacitance as the vibrator 4 is displaced in the Y direction orthogonal to the X direction. A CV conversion circuit 8 that outputs a pair of output signals Vop and Von corresponding to the amount of displacement of the vibrator 4 in the Y direction by detecting the capacitance of the pair of detection capacitors C5 and C6, and a reference voltage An input common mode feedback circuit having an input terminal 14 and controlling the average voltage of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully-differential amplifier 11 provided in the CV conversion circuit 8 to a voltage input to the reference voltage input terminal 14 9 and a reference voltage signal that changes at a frequency higher than the resonance frequency of the vibrator 4, and the reference voltage signal is input to the reference voltage input terminal of the input common mode feedback circuit 9. A configuration including a reference voltage generating circuit 10 for outputting to 4. According to such a configuration, since the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier 11 provided in the CV conversion circuit 8 are modulated by the reference voltage signal, the output signals Vop and Von of the CV conversion circuit 8 are used. Can be output as a high-frequency signal higher than the resonance frequency of the vibrator 4. Therefore, it is possible to satisfactorily remove Tr noise, kT / C noise, and the like generated in the fully differential amplifier 11 of the CV conversion circuit 8 using a low-pass filter on the rear stage side.

つまり、本実施形態の角速度センサ1は、センサ部2から出力される低周波信号を静電容量検出回路7において高周波信号に変調するため、センサ部2において振動子4に高周波信号を印加する必要がない。その結果、駆動回路5及び電圧保持回路6は振動子4をX方向へ振動させるために高電圧を印加することが可能となり、振動子4の振動振幅を大きくすることができるのである。したがって、本実施形態の角速度センサ1は、ノイズを良好に低減できる構成を採用しつつ、振動子4に従来よりも高電圧を印加することによって大きな振動振幅を確保することができる構成となっている。   That is, the angular velocity sensor 1 of the present embodiment modulates the low frequency signal output from the sensor unit 2 into a high frequency signal in the capacitance detection circuit 7, so that the sensor unit 2 needs to apply the high frequency signal to the vibrator 4. There is no. As a result, the drive circuit 5 and the voltage holding circuit 6 can apply a high voltage to vibrate the vibrator 4 in the X direction, and the vibration amplitude of the vibrator 4 can be increased. Therefore, the angular velocity sensor 1 of the present embodiment has a configuration in which a large vibration amplitude can be ensured by applying a higher voltage to the vibrator 4 than in the past while adopting a configuration that can satisfactorily reduce noise. Yes.

以上、本発明に関する一実施形態について説明したが、本発明は上述した内容に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。例えば、上記実施形態では、電圧保持回路6が振動子4の電圧を角速度センサ1の電源電圧Vddで保持する場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば電圧保持回路6は、角速度センサ1の電源電圧Vddを昇圧するチャージポンプなどの昇圧手段を備え、その昇圧手段によって昇圧した電源電圧Vddよりも高い電圧を振動子4に印加するようにしても良い。振動子4に印加する電圧は直流電圧で良いため、負荷電流が少なく、チャージポンプなどの昇圧手段を用いれば比較的簡単に電源電圧Vddよりも高い電圧を得ることができる。そして駆動回路5は、昇圧手段によって昇圧された電圧を振幅とする駆動信号Vdp,Vdnを生成して駆動用コンデンサC1,C2に印加することにより、振動子4の振動振幅をより一層大きくできるという利点がある。   As mentioned above, although one Embodiment regarding this invention was described, this invention is not limited to the content mentioned above, A various modification is applicable. For example, although the case where the voltage holding circuit 6 holds the voltage of the vibrator 4 at the power supply voltage Vdd of the angular velocity sensor 1 is illustrated in the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the voltage holding circuit 6 includes boosting means such as a charge pump that boosts the power supply voltage Vdd of the angular velocity sensor 1 and applies a voltage higher than the power supply voltage Vdd boosted by the boosting means to the vibrator 4. good. Since the voltage applied to the vibrator 4 may be a DC voltage, the load current is small, and a voltage higher than the power supply voltage Vdd can be obtained relatively easily by using a boosting means such as a charge pump. The drive circuit 5 can further increase the vibration amplitude of the vibrator 4 by generating the drive signals Vdp and Vdn having the voltages boosted by the boosting means and applying them to the drive capacitors C1 and C2. There are advantages.

また上記実施形態における静電容量検出回路7は、角速度センサ1に限らず、加速度センサなどの角速度以外の物理量を検出する静電容量型センサにも適用することが可能である。すなわち、上述した静電容量検出回路7は、ローパスフィルタなどでノイズを良好に除去できる高周波信号を生成する構成であるため、角速度センサ以外の静電容量型センサに適用した場合であってもノイズ抑制効果を良好に発揮するものである。   Further, the capacitance detection circuit 7 in the above embodiment is not limited to the angular velocity sensor 1 but can be applied to a capacitance type sensor that detects a physical quantity other than the angular velocity, such as an acceleration sensor. That is, the above-described capacitance detection circuit 7 is configured to generate a high-frequency signal that can satisfactorily remove noise with a low-pass filter or the like, and therefore, even when applied to a capacitance-type sensor other than an angular velocity sensor. The suppression effect is exhibited well.

1…角速度センサ、4…振動子、5…駆動回路、6…電圧保持回路、7…静電容量検出回路、8…CV変換回路、9…入力コモンモードフィードバック回路、10…基準電圧生成回路、11…全差動アンプ、12…出力コモンモード端子(出力基準電圧端子)、14…基準電圧入力端子、C1,C2…駆動用コンデンサ、C5,C6…検出用コンデンサ、Cf1,Cf2…フィードバックコンデンサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Angular velocity sensor, 4 ... Vibrator, 5 ... Drive circuit, 6 ... Voltage holding circuit, 7 ... Electrostatic capacitance detection circuit, 8 ... CV conversion circuit, 9 ... Input common mode feedback circuit, 10 ... Reference voltage generation circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fully differential amplifier, 12 ... Output common mode terminal (output reference voltage terminal), 14 ... Reference voltage input terminal, C1, C2 ... Driving capacitor, C5, C6 ... Detection capacitor, Cf1, Cf2 ... Feedback capacitor

Claims (5)

振動子を介して静電容量が可変の2つの検出用コンデンサが直列に接続され、前記振動子の変位に応じて前記2つの検出用コンデンサの静電容量が変化し、前記2つの検出用コンデンサのそれぞれから出力される電荷信号に基づいて静電容量を検出する静電容量検出回路であって、
全差動アンプを有し、該全差動アンプの反転入力端子と非反転出力端子との間、及び、非反転入力端子と反転出力端子との間のそれぞれにフィードバックコンデンサが接続され、前記2つの検出用コンデンサのうちの一方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積すると共に、他方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を非反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積することにより、前記2つの検出用コンデンサの静電容量に応じた一対の出力信号を出力するCV変換回路と、
基準電圧入力端子を有し、前記全差動アンプの反転入力端子及び非反転入力端子の平均電圧を前記基準電圧入力端子に入力する電圧に制御する入力コモンモードフィードバック回路と、
前記振動子の共振周波数よりも高い周波数で変化する基準電圧信号を生成し、該基準電圧信号を前記基準電圧入力端子へ出力する基準電圧生成回路と、
を備えることを特徴とする静電容量検出回路。
Two detection capacitors with variable capacitance are connected in series via a vibrator, and the two detection capacitors change in capacitance according to the displacement of the vibrator. A capacitance detection circuit for detecting capacitance based on a charge signal output from each of the
A feedback capacitor is connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal and between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the fully differential amplifier; The charge corresponding to the charge signal output from one of the two detection capacitors is accumulated in the feedback capacitor connected to the inverting input terminal, and the charge signal output from the other detection capacitor A CV conversion circuit that outputs a pair of output signals corresponding to the capacitances of the two detection capacitors by accumulating the stored charge in a feedback capacitor connected to a non-inverting input terminal;
An input common mode feedback circuit having a reference voltage input terminal and controlling an average voltage of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier to a voltage input to the reference voltage input terminal;
A reference voltage generation circuit that generates a reference voltage signal that changes at a frequency higher than a resonance frequency of the vibrator, and outputs the reference voltage signal to the reference voltage input terminal;
A capacitance detection circuit comprising:
前記全差動アンプは、前記出力信号の中心電圧を定める出力基準電圧端子を有し、
前記基準電圧生成回路は、前記基準電圧信号を前記出力基準電圧端子へ出力することを特徴とする請求項1に記載の静電容量検出回路。
The fully differential amplifier has an output reference voltage terminal that determines a center voltage of the output signal,
The capacitance detection circuit according to claim 1, wherein the reference voltage generation circuit outputs the reference voltage signal to the output reference voltage terminal.
振動可能なように構成され、所定電圧に保持される振動子と、
前記振動子を所定の振動方向へ振動させる一対の駆動用コンデンサと、
前記一対の駆動用コンデンサのそれぞれに対して互いに極性が反転する駆動信号を印加し、前記一対の駆動用コンデンサに前記振動子を前記振動方向へ振動させるための静電気力を生じさせる駆動回路と、
前記振動子が前記振動方向と直交する検出方向へ変位することに伴って静電容量を変化させる一対の検出用コンデンサと、
全差動アンプを有し、該全差動アンプの反転入力端子と非反転出力端子との間、及び、非反転入力端子と反転出力端子との間のそれぞれにフィードバックコンデンサが接続され、前記一対の検出用コンデンサのうちの一方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積すると共に、他方の検出用コンデンサから出力される電荷信号に応じた電荷を非反転入力端子に接続されたフィードバックコンデンサに蓄積することにより、前記一対の検出用コンデンサの静電容量に応じた一対の出力信号を出力するCV変換回路と、
基準電圧入力端子を有し、前記全差動アンプの反転入力端子及び非反転入力端子の平均電圧を前記基準電圧入力端子に入力する電圧に制御する入力コモンモードフィードバック回路と、
前記振動子の共振周波数よりも高い周波数で変化する基準電圧信号を生成し、該基準電圧信号を前記基準電圧入力端子へ出力する基準電圧生成回路と、
前記振動子の電圧を前記所定電圧に保持する電圧保持回路と、
を備えることを特徴とする角速度センサ。
A vibrator configured to be vibrated and maintained at a predetermined voltage;
A pair of driving capacitors for vibrating the vibrator in a predetermined vibration direction;
A drive circuit that applies a drive signal whose polarities are reversed to each of the pair of drive capacitors, and generates an electrostatic force for causing the pair of drive capacitors to vibrate the vibrator in the vibration direction;
A pair of detection capacitors that change capacitance as the vibrator is displaced in a detection direction orthogonal to the vibration direction;
A feedback capacitor is connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal and between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal. The charge corresponding to the charge signal output from one of the detection capacitors is accumulated in the feedback capacitor connected to the inverting input terminal, and the charge signal output from the other detection capacitor A CV conversion circuit that outputs a pair of output signals corresponding to the capacitances of the pair of detection capacitors by storing the accumulated charge in a feedback capacitor connected to a non-inverting input terminal;
An input common mode feedback circuit having a reference voltage input terminal and controlling an average voltage of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the fully differential amplifier to a voltage input to the reference voltage input terminal;
A reference voltage generation circuit that generates a reference voltage signal that changes at a frequency higher than a resonance frequency of the vibrator, and outputs the reference voltage signal to the reference voltage input terminal;
A voltage holding circuit for holding the voltage of the vibrator at the predetermined voltage;
An angular velocity sensor comprising:
前記全差動アンプは、前記出力信号の中心電圧を定める出力基準電圧端子を有し、
前記基準電圧生成回路は、前記基準電圧信号を前記出力基準電圧端子へ出力することを特徴とする請求項3に記載の角速度センサ。
The fully differential amplifier has an output reference voltage terminal that determines a center voltage of the output signal,
The angular velocity sensor according to claim 3, wherein the reference voltage generation circuit outputs the reference voltage signal to the output reference voltage terminal.
前記駆動信号の振動振幅は、前記電圧保持回路によって保持される前記所定電圧であることを特徴とする請求項3又は4に記載の角速度センサ。   The angular velocity sensor according to claim 3 or 4, wherein the vibration amplitude of the drive signal is the predetermined voltage held by the voltage holding circuit.
JP2013269284A 2013-12-26 2013-12-26 Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor Pending JP2015125054A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013269284A JP2015125054A (en) 2013-12-26 2013-12-26 Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor
PCT/JP2014/084000 WO2015098891A1 (en) 2013-12-26 2014-12-22 Capacitance detection circuit and angular velocity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013269284A JP2015125054A (en) 2013-12-26 2013-12-26 Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015125054A true JP2015125054A (en) 2015-07-06

Family

ID=53478744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013269284A Pending JP2015125054A (en) 2013-12-26 2013-12-26 Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2015125054A (en)
WO (1) WO2015098891A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021113793A (en) * 2020-01-21 2021-08-05 株式会社デンソー Detection circuit for capacitive physical quantity sensor and capacitive physical quantity detection device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000138543A (en) * 1998-11-02 2000-05-16 Sony Corp Amplifier circuit and analog/digital converter using the circuit
JP2008102091A (en) * 2006-10-20 2008-05-01 Toyota Motor Corp Capacitive detection circuit
JP2009198265A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Electrostatic capacitance type detection device and acceleration and angular velocity detection device using the same
JP2011229063A (en) * 2010-04-22 2011-11-10 Renesas Electronics Corp Differential amplifier circuit, sample holding circuit, and start-up control method for full differential amplifier circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021113793A (en) * 2020-01-21 2021-08-05 株式会社デンソー Detection circuit for capacitive physical quantity sensor and capacitive physical quantity detection device
JP7243647B2 (en) 2020-01-21 2023-03-22 株式会社デンソー Detection circuit for capacitive physical quantity sensor and capacitive physical quantity detector

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015098891A1 (en) 2015-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101709367B1 (en) Angular velocity sensor, and synchronous detection circuit used therein
JP6038152B2 (en) Capacitive transducer system for detecting physical quantities
JPH09264905A (en) Capacitive sensor interface circuit
WO2016158469A1 (en) Signal detecting method for capacitance detection type sensor, mems sensor, and system
WO2011010446A1 (en) Angular speed sensor
JP2011095104A5 (en)
JP2010505102A (en) Device for measuring yaw rate using vibration sensor
JP2008102091A (en) Capacitive detection circuit
US9459100B2 (en) Stepped sinusoidal drive for vibratory gyroscopes
JP2016538566A (en) Method and circuit for time-continuous detection of sensor mass position with simultaneous feedback for capacitive sensors
US20060250267A1 (en) Capacitive-type physical quantity sensor
JP2004309280A (en) Capacitive detection type oscillation gyroscope and method for detecting capacitive variation
US10055975B2 (en) Circuit device, physical quantity detection device, electronic apparatus, and moving object
CN103842778B (en) Surface charge reduction technique for capacitive sensors
US8656775B2 (en) Vibratory gyro-sensor and vibratory gyro circuit
JP2011107086A (en) Capacitance detection circuit, pressure detector, acceleration detector and transducer for microphone
JP5081852B2 (en) Capacitive sensor and angular velocity sensor
JP2007256073A (en) Capacitance-type physical quantity sensor
WO2015098891A1 (en) Capacitance detection circuit and angular velocity sensor
JP6571064B2 (en) Detection device and sensor device
US20170067931A1 (en) Physical quantity detection system, electronic apparatus, and moving object
JP2003043078A (en) Capacity detector
JP2007057262A (en) Sensor circuit
KR102028255B1 (en) Capacitive accelerometer
JP2004347493A (en) Capacitive sensor device with abnormality detection function

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150408