JP2015125054A - Capacitance detection circuit, and angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (5)
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.
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.
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Cited By (1)
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)
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 |
-
2013
- 2013-12-26 JP JP2013269284A patent/JP2015125054A/en active Pending
-
2014
- 2014-12-22 WO PCT/JP2014/084000 patent/WO2015098891A1/en active Application Filing
Cited By (2)
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 |
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