JP5286676B2 - Detection device, sensor and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、検出装置、センサ及び電子機器に関する。 The present invention relates to a detection device, a sensor, and an electronic device.
デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機、カーナビゲーションシステム等の電子機器には、外的な要因で変化する物理量を検出するためのジャイロセンサが組み込まれている。このようなジャイロセンサは、角速度等の物理量を検出し、いわゆる手振れ補正、姿勢制御、GPS自律航法などに用いられる。 Electronic devices such as a digital camera, a video camera, a mobile phone, and a car navigation system incorporate a gyro sensor for detecting a physical quantity that changes due to an external factor. Such a gyro sensor detects a physical quantity such as an angular velocity and is used for so-called camera shake correction, attitude control, GPS autonomous navigation, and the like.
そして近年、ジャイロセンサの1つとして圧電型の振動ジャイロセンサが注目されている。そのなかでも、圧電材料として水晶が用いられる水晶圧電振動ジャイロセンサは、多くの装置への組み込み向けに最適なセンサとして期待が寄せられている。 In recent years, a piezoelectric vibration gyro sensor has attracted attention as one of the gyro sensors. Among them, a quartz piezoelectric vibration gyro sensor using quartz as a piezoelectric material is expected as an optimum sensor for incorporation into many devices.
振動ジャイロセンサの検出装置では、ジャイロの検出信号は、駆動信号の周波数をキャリア周波数とし、角速度レベルを振幅としたAM変調信号として出力される。そして従来の検出装置では、同期検波回路とローパスフィルタで構成される検出回路が、ジャイロ検出信号から所望信号を検出し、アナログの出力電圧を出力する。そしてシステム側が、この出力電圧をA/D変換して、角速度レベルに応じたデジタルデータを得る。 In the detection device of the vibration gyro sensor, the gyro detection signal is output as an AM modulation signal in which the frequency of the drive signal is the carrier frequency and the angular velocity level is the amplitude. In the conventional detection device, a detection circuit including a synchronous detection circuit and a low-pass filter detects a desired signal from the gyro detection signal and outputs an analog output voltage. Then, the system side A / D converts this output voltage to obtain digital data corresponding to the angular velocity level.
しかしながら、従来の検出装置では、A/D変換のために別途クロックが必要になったり、同期検波回路の前段側の回路の飽和余裕度が少ないため検出レンジが狭くなるという問題があった。また温度変動や電源電圧変動の補償をアナログ回路で行う必要があるため、回路が大規模化したり、バラツキが大きくなるという問題もあった。
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回路の小規模化や低ノイズ化等を実現できる検出装置、センサ及び電子機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and an object of the present invention is to provide a detection device, a sensor, and an electronic apparatus that can realize a reduction in circuit scale, a reduction in noise, and the like. There is.
本発明は、物理量トランスデューサを駆動する駆動回路と、前記物理量トランスデューサから検出信号を受け、検出信号から所望信号を検出する検出回路とを含み、前記検出回路は、前記物理量トランスデューサからの検出信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の後段側に設けられ、増幅後の検出信号に対するフィルタ処理を行うフィルタ部と、前記フィルタ部の後段側に設けられ、前記駆動回路からの駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号に基づいて、フィルタ処理後の検出信号のサンプルホールドを行い、サンプルホールドされた信号のA/D変換を行うA/D変換部とを含み、前記フィルタ部は、前記駆動回路での駆動周波数を中心周波数とし、不要信号の周波数成分を除去し所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有するバンドパスフィルタを含む検出装置に関係する。 The present invention includes a drive circuit that drives a physical quantity transducer, and a detection circuit that receives a detection signal from the physical quantity transducer and detects a desired signal from the detection signal. The detection circuit amplifies the detection signal from the physical quantity transducer. An amplification circuit that is provided on the rear stage side of the amplification circuit and that performs a filtering process on the detection signal after amplification, and is provided on the rear stage side of the filter part, and is obtained based on the drive signal from the drive circuit. An A / D conversion unit that performs sample hold of the detection signal after the filtering process and performs A / D conversion of the sampled and held signal based on the sample hold signal, and the filter unit includes the drive circuit The center frequency is used as the center frequency, the frequency component of the desired signal is passed and the frequency component of the desired signal is removed. It related to the detection device including a bandpass filter having a.
本発明では、増幅後の検出信号に対してフィルタ処理が行われ、フィルタ処理後の検出信号のサンプルホールドが行われて、サンプルホールドされた信号のA/D変換が行われる。そして本発明では、駆動回路からの駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号に基づいて、サンプルホールドが行われる。従って、高いS/N比を実現できるサンプリング点で、検出信号を安定してサンプルホールドして、A/D変換することが可能になる。また本発明では、A/D変換部の前段側に、バンドパスフィルタを有するフィルタ部が設けられる。従って、サンプルホールドやA/D変換の前の段階で、不要信号を除去できるため、S/N比の向上等を図れる。 In the present invention, filter processing is performed on the detection signal after amplification, sample hold of the detection signal after filter processing is performed, and A / D conversion of the sampled and held signal is performed. In the present invention, the sample hold is performed based on the sample hold signal obtained based on the drive signal from the drive circuit. Therefore, the detection signal can be stably sampled and held at a sampling point where a high S / N ratio can be realized, and A / D conversion can be performed. In the present invention, a filter unit having a bandpass filter is provided on the upstream side of the A / D conversion unit. Accordingly, since unnecessary signals can be removed at the stage before sample hold and A / D conversion, the S / N ratio can be improved.
また本発明では、前記物理量トランスデューサは振動子であり、前記バンドパスフィルタは、前記振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有してもよい。 In the present invention, the physical quantity transducer is a vibrator, and the band-pass filter is a detuning frequency Δf = | fd−fs corresponding to the difference between the drive-side resonance frequency fd and the detection-side resonance frequency fs of the vibrator. It may have a frequency characteristic that removes the component of | and passes the frequency component of the desired signal.
このようにすれば、離調周波数に起因する不要信号の除去が可能になり、S/N比を更に向上できる。 In this way, unnecessary signals due to the detuning frequency can be removed, and the S / N ratio can be further improved.
また本発明では、前記A/D変換部は、前記駆動回路からの駆動信号を基に得られた同期信号と、サンプリング点を選択するためのサンプリング点調整データとに基づいて、検出信号をサンプリングするためのサンプルホールド信号を生成するサンプルホールド信号生成回路を含んでもよい。 In the present invention, the A / D converter samples the detection signal based on the synchronization signal obtained based on the drive signal from the drive circuit and the sampling point adjustment data for selecting a sampling point. A sample and hold signal generating circuit for generating a sample and hold signal for performing the processing may be included.
このようにすれば、サンプリング点調整データにより調整を行うだけで、高いS/N比を可能にするサンプリング点でのサンプルホールドを実現できる。 In this way, it is possible to realize sample-holding at a sampling point that enables a high S / N ratio only by performing adjustment with the sampling point adjustment data.
また本発明では、前記サンプルホールド信号生成回路は、所望信号の最大振幅ポイントをサンプリング点として選択するためのサンプリング点調整データに基づいて、サンプルホールド信号を生成してもよい。 In the present invention, the sample hold signal generation circuit may generate a sample hold signal based on sampling point adjustment data for selecting a maximum amplitude point of a desired signal as a sampling point.
このようにすれば、ノイズに対するシグナルレベルの割合を増すことができ、S/N比を最適に向上できる。 In this way, the ratio of signal level to noise can be increased, and the S / N ratio can be optimally improved.
また本発明では、前記サンプルホールド信号生成回路は、オフセット調整の際にオフセットが極小になるサンプリング点を選択するためのサンプリング点調整データに基づいて、サンプルホールド信号を生成してもよい。 In the present invention, the sample and hold signal generation circuit may generate a sample and hold signal based on sampling point adjustment data for selecting a sampling point at which the offset is minimized during offset adjustment.
このようにすれば、S/N比を高くできるサンプリング点を容易に選択することが可能になる。 In this way, it is possible to easily select a sampling point that can increase the S / N ratio.
また本発明では、前記A/D変換部は、前記駆動回路からの駆動信号の周波数の1/N(Nは2以上の整数)の周波数のサンプルホールド信号に基づいて、検出信号のサンプルホールドを行ってもよい。 According to the present invention, the A / D converter performs a sample hold of the detection signal based on a sample hold signal having a frequency of 1 / N (N is an integer of 2 or more) of the frequency of the drive signal from the drive circuit. You may go.
このようにすれば、信号周波数を低くして低消費電力化を図れる。 In this way, the signal frequency can be lowered to reduce power consumption.
また本発明では、前記A/D変換部は、駆動信号の周波数をfdとし、サンプルホールド信号の周波数をfsckとし、所望信号の周波数帯域幅をfaとした場合に、fsck=fd/N>2×faの周波数のサンプルホールド信号に基づいて、検出信号のサンプルホールドを行ってもよい。 Further, in the present invention, the A / D conversion unit has fsck = fd / N> 2 when the frequency of the drive signal is fd, the frequency of the sample and hold signal is fsck, and the frequency bandwidth of the desired signal is fa. The detection signal may be sampled and held based on a sample and hold signal having a frequency of × fa.
このようにすれば、サンプリング定理による所望信号の適正なサンプリングが可能になる。 In this way, it is possible to appropriately sample a desired signal according to the sampling theorem.
また本発明では、前記A/D変換部の後段側に設けられ、前記A/D変換部の出力値に基づいてデジタル信号処理を行うデジタル処理部を含んでもよい。 Further, the present invention may include a digital processing unit that is provided on the rear stage side of the A / D conversion unit and performs digital signal processing based on an output value of the A / D conversion unit.
このようにすれば、アナログ回路で行われていた処理をデジタル信号処理で実現できるようになり、回路の小規模化や性能の向上を図れる。 In this way, the processing performed in the analog circuit can be realized by digital signal processing, and the circuit can be reduced in scale and performance can be improved.
また本発明では、前記デジタル処理部は、所望信号の周波数帯域幅を制限するためのデジタルフィルタ処理を行ってもよい。 In the present invention, the digital processing unit may perform digital filter processing for limiting a frequency bandwidth of a desired signal.
このようにすれば様々なアプリケーションの要望に柔軟に対応できる。 In this way, it is possible to flexibly respond to requests for various applications.
また本発明では、前記デジタル処理部は、前記バンドパスフィルタの遮断周波数よりも低い遮断周波数のデジタル・ローパスフィルタ処理を行って、所望信号の周波数帯域幅を制限してもよい。 In the present invention, the digital processing unit may limit the frequency bandwidth of a desired signal by performing digital low-pass filter processing with a cutoff frequency lower than the cutoff frequency of the band-pass filter.
このようにすれば、S/N比の向上と、様々なアプリケーションへの柔軟な対応とを両立できる。 In this way, it is possible to achieve both improvement of the S / N ratio and flexible response to various applications.
また本発明では、前記物理量トランスデューサは振動子であり、前記デジタル処理部は、前記振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去するデジタル・ローパスフィルタ処理を行ってもよい。 According to the present invention, the physical quantity transducer is a vibrator, and the digital processing unit has a detuning frequency Δf = | fd−fs corresponding to a difference between the drive-side resonance frequency fd and the detection-side resonance frequency fs of the vibrator. Digital low-pass filter processing for removing the | component may be performed.
このようにすれば、周波数fdに対して離調周波数Δfが十分に小さいような場合にも、離調周波数Δfの不要信号の成分を、確実且つ容易に除去できる。 In this way, even when the detuning frequency Δf is sufficiently small with respect to the frequency fd, the unnecessary signal component of the detuning frequency Δf can be reliably and easily removed.
また本発明では、前記デジタル処理部は、前記A/D変換部の出力値に対するオフセット調整及び感度調整の少なくとも一方を行ってもよい。 In the present invention, the digital processing unit may perform at least one of offset adjustment and sensitivity adjustment for the output value of the A / D conversion unit.
このようにすれば、アナログ回路を用いずにデジタル信号処理でオフセット調整や感度調整を実現できるようになる。 In this way, it is possible to realize offset adjustment and sensitivity adjustment by digital signal processing without using an analog circuit.
また本発明では、前記デジタル処理部は、所与の温度情報及び電源電圧情報の少なくとも一方に基づいて、温度変動及び電源電圧変動の少なくとも一方についての補償処理を行ってもよい。 In the present invention, the digital processing unit may perform compensation processing for at least one of temperature fluctuation and power supply voltage fluctuation based on at least one of given temperature information and power supply voltage information.
このようにすれば、温度や電源電圧が変動した場合にも、デジタル処理部の処理によりこの変動分をキャンセルする自動調整を実現できる。 In this way, even when the temperature and the power supply voltage fluctuate, it is possible to realize automatic adjustment that cancels the fluctuation by the processing of the digital processing unit.
また本発明では、前記駆動回路の駆動信号の周波数を逓倍した逓倍信号を生成する逓倍回路を含み、前記A/D変換部は、前記逓倍回路からの前記逓倍信号に基づいて、A/D変換を行ってもよい。 The present invention further includes a multiplier circuit that generates a multiplied signal obtained by multiplying the frequency of the drive signal of the drive circuit, and the A / D converter is configured to perform A / D conversion based on the multiplied signal from the multiplier circuit. May be performed.
このようにすれば、高い周波数の逓倍信号によりA/D変換が行われるようになるため、高速で高精度なA/D変換を実現でき、S/N比等の向上を図れる。 In this way, A / D conversion is performed by a high-frequency multiplied signal, so that high-speed and high-precision A / D conversion can be realized, and the S / N ratio and the like can be improved.
また本発明は、物理量トランスデューサを駆動する駆動回路と、前記物理量トランスデューサから検出信号を受け、検出信号から所望信号を検出する検出回路とを含み、前記検出回路は、前記物理量トランスデューサからの検出信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の後段側に設けられ、前記駆動回路からの駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号に基づいて、検出信号のサンプルホールドを行い、サンプルホールドされた信号のA/D変換を行うA/D変換部と、前記駆動回路の駆動信号の周波数を逓倍した逓倍信号を生成する逓倍回路とを含み、前記A/D変換部は、前記逓倍回路からの前記逓倍信号に基づいて、A/D変換を行う検出装置に関係する。 The present invention also includes a drive circuit that drives the physical quantity transducer, and a detection circuit that receives a detection signal from the physical quantity transducer and detects a desired signal from the detection signal. The detection circuit receives the detection signal from the physical quantity transducer. An amplifying circuit for amplifying, and a sample hold signal obtained on the basis of a driving signal from the driving circuit, provided on the rear stage side of the amplifying circuit, performs detection holding of the detection signal, An A / D converter that performs A / D conversion; and a multiplier that generates a multiplied signal obtained by multiplying the frequency of the drive signal of the drive circuit, wherein the A / D converter is the multiplier from the multiplier The present invention relates to a detection device that performs A / D conversion based on a signal.
本発明では、検出信号のサンプルホールドが行われて、サンプルホールドされた信号のA/D変換が行われる。そして本発明では、駆動回路からの駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号に基づいて、サンプルホールドが行われる。従って、高いS/N比を実現できるサンプリング点で、検出信号を安定してサンプルホールドして、A/D変換することが可能になる。また本発明では、高い周波数の逓倍信号によりA/D変換が行われるようになるため、高速で高精度なA/D変換を実現でき、S/N比等の向上を図れる。 In the present invention, the detection signal is sampled and held, and A / D conversion of the sampled and held signal is performed. In the present invention, the sample hold is performed based on the sample hold signal obtained based on the drive signal from the drive circuit. Therefore, the detection signal can be stably sampled and held at a sampling point where a high S / N ratio can be realized, and A / D conversion can be performed. In the present invention, since A / D conversion is performed by a high frequency multiplied signal, high-speed and highly accurate A / D conversion can be realized, and the S / N ratio and the like can be improved.
また本発明では、前記A/D変換部の後段側に設けられ、前記A/D変換部の出力値に基づいてデジタル信号処理を行うデジタル処理部を含み、前記デジタル処理部は、前記逓倍回路からの前記逓倍信号に基づいて、デジタル信号処理を行ってもよい。 The present invention further includes a digital processing unit that is provided on the rear side of the A / D conversion unit and performs digital signal processing based on an output value of the A / D conversion unit, and the digital processing unit includes the multiplication circuit. Digital signal processing may be performed on the basis of the multiplied signal from.
このようにすれば、高い周波数の逓倍信号によりデジタル信号処理が行われるようになるため、よりインテリジェントで複雑なデジタル信号処理を実現でき、検出装置の性能を向上できる。 In this way, digital signal processing is performed by a high frequency multiplied signal, so that more intelligent and complex digital signal processing can be realized, and the performance of the detection apparatus can be improved.
また本発明は、上記のいずれかに記載の検出装置と、前記物理量トランスデューサとを含むセンサに関係する。 The present invention also relates to a sensor including any one of the detection devices described above and the physical quantity transducer.
また本発明は、上記に記載のセンサと、前記センサの検出情報に基づいて処理を行う処理部とを含む電子機器に関係する。 The present invention also relates to an electronic device including the sensor described above and a processing unit that performs processing based on detection information of the sensor.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。例えば以下では、物理量トランスデューサが圧電振動子(振動ジャイロ)であり、センサがジャイロセンサである場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限定されない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily. For example, a case where the physical quantity transducer is a piezoelectric vibrator (vibration gyro) and the sensor is a gyro sensor will be described below as an example, but the present invention is not limited to this.
1.検出装置の構成
図1に本実施形態の検出装置30の構成例を示す。この検出装置30は駆動回路40と検出回路60を含む。なお検出装置30は図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
1. Configuration of Detection Device FIG. 1 shows a configuration example of the
物理量トランスデューサである振動子10(振動ジャイロ)は、例えば水晶などの圧電材料により形成される圧電振動子である。図2(A)に、振動子10の一例として音叉型圧電振動子を示す。この振動子10は、駆動用振動子11、12と検出用振動子16、17を含む。駆動用振動子11、12には駆動端子2、4が設けられ、検出用振動子16、17には検出端子6、8が設けられている。なお図2(A)では、振動子10が音叉型である場合の例を示しているが、本実施形態の振動子10はこのような構造に限定されない。例えばT字型やダブルT字型等であってもよい。また振動子10の圧電材料は水晶以外であってもよく、例えば圧電セラミックであってもよい。また物理量トランスデューサである振動子10は、静電容量による駆動・検出動作を同様に行う静電型MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)であってもよい。また物理量トランスデューサとは物理量(物の性質の度合いを表す量であり、その単位が定義されているもの)を他の物理量に変換するための素子である。変換対象となる物理量としては、コリオリ力以外にも重力などの力や、加速度、質量などが考えられる。また変換により得られる物理量としては、電流(電荷)以外にも電圧等であってもよい。
The vibrator 10 (vibration gyro), which is a physical quantity transducer, is a piezoelectric vibrator formed of a piezoelectric material such as quartz. FIG. 2A shows a tuning fork type piezoelectric vibrator as an example of the
駆動回路40は、駆動信号VD(駆動電圧、駆動電流)を出力して振動子10(広義には物理量トランスデューサ)を駆動し、振動子10からフィードバック信号IFD(出力電流)を受ける。これにより発振ループを形成して振動子10を励振させる。検出回路60は、駆動信号VDにより駆動される振動子10から検出信号(検出電流、電荷)ISP、ISMを受け、検出信号ISP、ISMから所望信号(コリオリ力信号)を検出(抽出)する。
The
具体的には、駆動回路40からの交流の駆動信号VDが図2(A)の駆動用振動子11の駆動端子2に印加される。すると逆電圧効果によって駆動用振動子11が振動を開始し、音叉振動により駆動用振動子12も振動を開始する。この時、駆動用振動子12の圧電効果によって発生する電流(電荷)が、駆動端子4からフィードバック信号IFDとして駆動回路40にフィードバックされる。これにより振動子10を含む発振ループが形成される。
Specifically, an alternating drive signal VD from the
駆動用振動子11、12が振動すると、検出用振動子16、17が図2(A)に示す方向に振動速度vで振動する。すると、検出用振動子16、17の圧電効果によって発生する電流(電荷)が、検出信号ISP、ISMとして検出端子6、8から出力される。すると、検出回路60は、この振動子10からの検出信号ISP、ISMを受け、コリオリ力に応じた信号である所望信号(所望波)を検出する。
When the
即ち、図2(A)の検出軸19を中心に振動子10(ジャイロセンサ)が回転すると、振動速度vの振動方向と直交する方向にコリオリ力Fcが発生する。例えば図2(B)に、図2(A)の検出軸19を上側から見た図を模式的に示す。図2(B)において、検出軸19を中心に回転したときの角速度をΩとし、振動子の質量(等価質量)をmとし、振動子の振動速度をvとすると、コリオリ力はFc=2×m×v×Ωと表される。従って検出回路60が、コリオリ力に応じた信号である所望信号を検出(抽出)することで、ジャイロセンサ(振動子)の回転角速度Ωを求めることができる。
That is, when the vibrator 10 (gyro sensor) rotates around the
なお振動子10には、駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsがある。具体的には、駆動用振動子11、12の固有共振周波数(駆動振動モードの固有共振周波数)がfdであり、検出用振動子16、17の固有共振周波数(検出振動モードの固有共振周波数)がfsである。この場合に、駆動用振動子11、12と検出用振動子16、17とが検出動作可能で、且つ、不要な共振結合を起こさない適度なモード間結合を持つ範囲で、fdとfsの間に一定の周波数差を持たせている。この周波数差である離調周波数Δf=|fd−fs|は、fd、fsに比べて十分に小さな周波数に設定されている。
The
駆動回路(発振制御回路)40は、増幅回路42、2値化回路46、AGC(Automatic Gain Control)回路50を含む。なおこれらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素(例えば位相調整回路)を追加してもよい。
The drive circuit (oscillation control circuit) 40 includes an
駆動側の増幅回路(I/V変換回路)42は振動子10からのフィードバック信号IFDを増幅する。具体的には、フィードバック信号IFDである出力電流(電荷)を増幅して電圧に変換し、増幅後の信号VD2を出力する。この増幅回路42は図3(A)に示すようなI/V(電流/電圧)変換回路により構成できる。
The driving side amplification circuit (I / V conversion circuit) 42 amplifies the feedback signal IFD from the
2値化回路46は、正弦波である増幅後の信号VD2の2値化処理を行い、2値化処理により得られた同期信号(参照信号)CLKを、検出回路60に出力する。この2値化回路46は、正弦波(交流)の信号VD2が入力されて、矩形波の同期信号CLKを出力するコンパレータなどにより実現できる。
The
AGC(Automatic Gain Control)回路50は駆動信号のゲインの自動調整を行う。具体的には、増幅後の信号VD2を監視し、発振ループのゲインを制御する。このAGC回路50は図示しない駆動振幅検出回路やゲイン制御回路を含むことができる。ここで駆動振幅検出回路は、振動子10の駆動振幅を検出し、検出された駆動振幅に応じた制御電圧を出力する。この駆動振幅検出回路は、交流の信号VD2を直流信号に変換する全波整流回路(積分器)や、全波整流回路からの直流信号の電圧と基準電圧との差分に応じた制御電圧を出力する差動アンプにより実現できる。ゲイン制御回路は、駆動振幅検出回路からの制御電圧に基づいて、駆動信号のゲインを制御する。このゲイン制御回路はゲインコントロールアンプにより実現できる。
An AGC (Automatic Gain Control)
駆動回路40では、ジャイロセンサの感度を一定に保つために、振動子10(駆動用振動子)に供給する駆動電圧の振幅を一定に保つ必要がある。このため、駆動振動系の発振ループ内に、ゲインを自動調整するためのAGC回路50が設けられる。具体的にはAGC回路50は、駆動振幅(振動子の振動速度v)が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。なお、発振ループでの位相シフトが0度(0deg)になるように位相が調整される。また発振起動時には、高速な発振起動を可能にするために、発振ループのゲインは1よりも大きなゲインに設定される。また振動子10を駆動する信号VDは正弦波であってもよいし、矩形波であってもよい。
In the
検出回路60は、増幅回路70、フィルタ部80、A/D変換部100を含む。なおこれらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加してもよい。
The
検出側の増幅回路70は、振動子10からの検出信号ISP、ISMを増幅する。具体的には、振動子10で発生した電流(電荷)を電圧に変換して増幅する。この増幅回路70は、信号ISP、ISMの各々が入力される図3(A)の2つのI/V(Q/V)変換回路や、これらの2つのI/V変換回路の出力が入力される図3(B)の差動増幅回路により構成できる。なお図3(C)に示すようなシングルエンドの増幅回路を用いてもよい。この場合には増幅回路70は1つのI/V変換回路により構成できる。
The detection-
フィルタ部80は、増幅回路70の後段側に設けられ、増幅後の検出信号VS3に対するフィルタ処理を行う。フィルタ部80はバンドパスフィルタBPFを含むことができる。このバンドパスフィルタBPFは、駆動回路40での駆動周波数(fd)を中心周波数とし、不要信号の周波数成分(fd以外の周波数成分)を除去し所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有する。即ち、その上側、下側の遮断周波数(カットオフ周波数)が、不要信号の周波数成分を除去する周波数に設定されている。またバンドパスフィルタBPFに、離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を持たせてもよい。
The
A/D変換部100は、フィルタ部80(増幅回路70)の後段側に設けられ、検出信号のA/D変換を行う。具体的には駆動回路40の駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号SCKに基づいて、フィルタ部80でのフィルタ処理後の検出信号VS5のサンプルホールドを行い、サンプルホールドされた信号VS6のA/D変換を行う。
The A /
A/D変換部100は、サンプルホールド信号生成回路110、サンプルホールド回路120、A/D変換器130を含むことができる。
The A /
サンプルホールド信号生成回路110は、検出信号VS5をサンプリングするためのサンプルホールド信号を生成する。具体的には、駆動回路40からの駆動信号VD2(VD)を基に得られた同期信号CLK(CLKを逓倍した信号も含む)と、後述するサンプリング点を選択するためのサンプリング点調整データとに基づいて、サンプルホールド信号SCK(サンプルホールドクロック)を生成する。この場合、例えば所望信号(コリオリ力信号)の最大振幅のポイントをサンプリング点として選択するサンプリング点調整データや、オフセットを極小にするサンプリング点を選択するサンプリング点調整データに基づいて、サンプルホールド信号SCKを生成する。
The sample hold
サンプルホールド回路120は、サンプルホールド信号生成回路110からのサンプルホールド信号SCKに基づいて検出信号VS5をサンプルホールドする。この場合、駆動信号の周波数の1/N(Nは2以上の整数)の周波数のサンプルホールド信号SCKを用いて、間引きされたサンプリング点での検出信号のサンプルホールドを行ってもよい。
The
A/D変換器130は、サンプルホールド回路120においてサンプルホールドされた信号(ホールド信号)のA/D変換を行い、デジタルの出力値ADQを出力する。このA/D変換器130としては例えば逐次比較型のA/D変換器を採用できる。この場合にはA/D変換器130は、図示しないコンパレータや逐次比較レジスタやD/A変換器を含むことができる。そしてコンパレータはD/A変換器からのD/A変換後のアナログ信号とサンプルホールド信号を比較する。逐次比較レジスタは、コンパレータの出力信号のデータを格納する。D/A変換器は、逐次比較レジスタからのデジタルデータをD/A変換して、アナログ信号を出力する。なおA/D変換器130は逐次比較型に限定されず、例えば並列比較型、追従比較型などの様々なタイプのA/D変換器を採用できる。
The A /
図4に本実施形態の比較例の検出装置31の構成を示し、図6、図7にその動作を説明するための信号波形例を示す。なお図7は図6の信号波形の一部を拡大した図である。この検出装置31では、同期検波回路150が、駆動回路40からの同期信号CLKに基づいて検出信号VS5に対して同期検波を行う。そしてローパスフィルタLPF1が同期検波後の信号VS10である同期検波出力のローパスフィルタ処理を行う。またD/A変換器などのアナログ回路で構成されるオフセット調整回路152が、ローパスフィルタ処理後の信号VS11であるLPF出力のオフセット調整を行う。そして出力アンプ154を介して出力電圧VSQが出力される。そして外部のA/D変換部200が、この出力電圧VSQのA/D変換を行い、デジタルの出力値ADQを出力する。
FIG. 4 shows the configuration of a
図7に示すように、振動子10からの検出信号(センサ信号)には、所望信号(所望波、ジャイロ信号)と不要信号(不要波)が混在している。不要信号の振幅は一般的に所望信号の振幅に比べて非常に大きいので、検出装置に対する要求性能は高くなる。この不要信号には、図7に示すような機械振動漏れや静電結合漏れに起因するものがある。また離調周波数Δfや、2fd(2ωd)や、DCオフセットなどに起因するものもある。機械振動漏れの不要信号は、振動子10の形状のアンバランス等に起因して発生する。静電結合漏れの不要信号は、駆動信号VDが、寄生キャパシタCP、CMを通じてISP、ISMの入力端子等に漏洩することで発生する。そして機械振動漏れの不要信号は、所望信号と直交するため同期検波により除去できる。一方、静電結合漏れの不要信号は、DCオフセットとして出力される。
As shown in FIG. 7, the detection signal (sensor signal) from the
例えば同期検波前の検出信号では、DCの周波数帯域にはDCオフセットの不要信号が存在する。またfdの周波数帯域には、機械振動漏れの不要信号と所望信号が存在する。一方、同期検波後は、fdの周波数帯域の所望信号はDC及び2fdの周波数帯域に現れる。またDCの周波数帯域の不要信号(DCオフセット)はfdの周波数帯域に現れ、fdの周波数帯域の不要信号(機械振動漏れ)は2fdの周波数帯域に現れる。従って、同期検波後の信号をローパスフィルタLPF1で平滑化することで、fd、2fd等の周波数帯域の不要信号の周波数成分を除去できる。 For example, in the detection signal before synchronous detection, there is a DC offset unnecessary signal in the DC frequency band. Further, an unnecessary signal and a desired signal of mechanical vibration leakage exist in the frequency band of fd. On the other hand, after synchronous detection, the desired signal in the fd frequency band appears in the DC and 2fd frequency bands. An unnecessary signal (DC offset) in the DC frequency band appears in the fd frequency band, and an unnecessary signal (mechanical vibration leakage) in the fd frequency band appears in the 2fd frequency band. Therefore, by smoothing the signal after synchronous detection with the low-pass filter LPF1, it is possible to remove frequency components of unnecessary signals in frequency bands such as fd and 2fd.
しかしながら図4の比較例には以下のような問題点がある。 However, the comparative example of FIG. 4 has the following problems.
即ち比較例では、検出装置31の内部に同期検波回路150やローパスフィルタLPF1を設ける必要があると共に、検出装置30の外部にA/D変換部200を設ける必要がある。従って、振動ジャイロセンサの規模が大きくなってしまう。
That is, in the comparative example, it is necessary to provide the
また比較例では、外部のA/D変換部200を動作させるために、A/D変換クロックADCKが別途必要になり、これを生成するための回路が必要になる。
In the comparative example, in order to operate the external A /
また所望信号の周波数帯域をアプリケーションに応じた狭い帯域に制限しようとすると、ローパスフィルタLPF1を構成する抵抗やキャパシタのサイズが大きくなり、回路が更に大規模化する。また、急峻な周波数特性を得るためにローパスフィルタLPF1としてSCF(スイッチト・キャパシタ・フィルタ)を採用した場合にも、オペアンプやスイッチング素子やキャパシタが必要になるため、回路が大規模化する。更にオフセット調整回路152を実現するためのD/A変換器などのアナログ回路が必要になったり、A/D変換の帯域に応じたアンチエリアシング用のローパスフィルタLPF2も必要になってしまう。
If the frequency band of the desired signal is limited to a narrow band according to the application, the size of the resistors and capacitors constituting the low-pass filter LPF1 increases, and the circuit becomes larger. In addition, when an SCF (switched capacitor filter) is employed as the low-pass filter LPF1 in order to obtain a steep frequency characteristic, an operational amplifier, a switching element, and a capacitor are required, so that the circuit becomes large. Further, an analog circuit such as a D / A converter for realizing the offset
また比較例では、同期検波前のゲインを上げると、図8のA1に示すように回路飽和により同期検波出力がクランプされて、波形が歪む。そしてこのように波形が歪むと、感度特性がリニアではなくなり、上側や下側のレンジで飽和してしまうため、検出レンジが狭くなる。 In the comparative example, when the gain before synchronous detection is increased, the synchronous detection output is clamped by circuit saturation as shown by A1 in FIG. 8, and the waveform is distorted. When the waveform is distorted in this way, the sensitivity characteristic is not linear and is saturated in the upper and lower ranges, so that the detection range is narrowed.
また比較例では、温度変動等の補償はアナログ方式で行う必要があるため、回路規模が大きくなり、バラツキ調整も必要になってしまう。 Further, in the comparative example, compensation for temperature variation or the like needs to be performed in an analog manner, so that the circuit scale becomes large and variation adjustment is also necessary.
本実施形態によれば以上のような比較例の問題点を解決できる。例えば図9、図10、図11に本実施形態の動作を説明するための信号波形例を示す。 According to this embodiment, the problems of the comparative example as described above can be solved. For example, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 show signal waveform examples for explaining the operation of this embodiment.
本実施形態では図9に示すように、サンプルホールド信号生成回路110は、駆動信号により生成された同期信号CLKを受け、同期信号CLKに基づいてサンプルホールド信号SCKを生成する。そして図9のB1に示すように、サンプルホールド回路120は、信号SCKに基づいて検出信号(所望信号)のサンプルホールドを行い、サンプルホールドされた信号を出力する。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the sample hold
この場合に図10に示すように検出信号には、ジャイロ信号である所望信号と、機械振動漏れや静電結合漏れなどの不要信号が混在している。本実施形態では、このように所望信号と不要信号が混在した信号を、同期信号CLKにより得られたサンプルホールド信号SCKを用いて、図10のC1に示すようにサンプルホールドする。そしてC2に示すようにサンプルホールドされた信号(サンプルホールド出力)をA/D変換して、デジタルの出力値ADQを得る。 In this case, as shown in FIG. 10, the detection signal includes a desired signal which is a gyro signal and an unnecessary signal such as mechanical vibration leakage or electrostatic coupling leakage. In the present embodiment, the signal in which the desired signal and the unnecessary signal are mixed is sampled and held as indicated by C1 in FIG. 10 using the sample hold signal SCK obtained from the synchronization signal CLK. Then, as shown at C2, the sampled and held signal (sample and hold output) is A / D converted to obtain a digital output value ADQ.
この場合に図10では、C3に示すように、所望信号の最大振幅ポイントをサンプリング点としてサンプルホールドが行われている。そして所望信号と機械振動漏れの不要信号は直交しているため、このようなサンプリング点でサンプルホールドを行うと、C4に示すように機械振動漏れの不要信号のゼロクロス点付近にサンプリング点が設定されるため、機械振動漏れの不要信号の成分をほぼ0にすることができる。従って、同期検波の場合と同様に機械振動漏れの不要信号を除去でき、S/N比を向上できる。なお静電結合漏れの不要信号は図3(B)で説明した増幅回路70の差動増幅回路等を用いて除去できる。
In this case, as shown in C3 in FIG. 10, sample hold is performed using the maximum amplitude point of the desired signal as a sampling point. Since the desired signal and the unnecessary signal for mechanical vibration leakage are orthogonal, if sampling and holding is performed at such a sampling point, a sampling point is set near the zero cross point of the unnecessary signal for mechanical vibration leakage as shown at C4. Therefore, the unnecessary signal component of mechanical vibration leakage can be reduced to almost zero. Therefore, as in the case of synchronous detection, unnecessary signals of mechanical vibration leakage can be removed, and the S / N ratio can be improved. The unnecessary signal of electrostatic coupling leakage can be removed using the differential amplifier circuit of the
本実施形態では、検出信号はAM変調信号であり、周波数及び位相が正確なキャリア周波数の信号が、駆動信号として存在するというジャイロセンサ特有の構成を利用している。即ち駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号で検出信号をサンプルホールドしているため、図10のC1、C3、C4に示すような高いS/N比を実現できるサンプリング点で、検出信号を安定してサンプルホールドすることが可能になる。特に振動子として水晶を用いた場合には、駆動信号により得られるサンプルホールド信号も、高精度な水晶発振により生成される信号になるため、サンプルホールドやA/D変換の精度を向上できる。 In this embodiment, the detection signal is an AM modulation signal, and a configuration unique to the gyro sensor is used in which a signal having a carrier frequency with an accurate frequency and phase exists as a drive signal. That is, since the detection signal is sampled and held by the sample hold signal obtained based on the drive signal, the detection signal is output at a sampling point that can realize a high S / N ratio as shown by C1, C3, and C4 in FIG. It becomes possible to hold the sample stably. In particular, when a crystal is used as the vibrator, the sample hold signal obtained from the drive signal is also a signal generated by high-accuracy crystal oscillation, so that the accuracy of sample hold and A / D conversion can be improved.
また図4の比較例では、回路規模が大きいアナログのローバスフィルタが必要になったり、同期検波回路150の他に外部にA/D変換部200が必要になるため、ジャイロセンサの規模が大きくなってしまう。
In the comparative example of FIG. 4, an analog low-pass filter having a large circuit scale is required, and the A /
これに対して本実施形態では、A/D変換部100が、出力値のA/D変換機能と、機械振動漏れ等の不要信号の除去という同期検波の機能とを併せ持つため、図4に比べてジャイロセンサをコンパクト化できる。
On the other hand, in the present embodiment, the A /
また本実施形態では同期信号CLKをA/D変換クロックADCKとして利用しているため、A/D変換クロックを別途用意する必要がなく、回路を小規模化できる。 In this embodiment, since the synchronization signal CLK is used as the A / D conversion clock ADCK, it is not necessary to prepare an A / D conversion clock separately, and the circuit can be reduced in scale.
また本実施形態によれば、A/D変換部100の前段側の回路での飽和余裕度を向上させることも可能になる。例えばA/D変換部100の前段側の回路でのゲインを上げると、所望信号のみならず機械振動漏れの不要信号の振幅も大きくなり、図11のD1に示すように回路飽和により検出信号の波形が歪むおそれがある。
Further, according to the present embodiment, it is possible to improve the saturation margin in the circuit on the front stage side of the A /
このような場合でも、本実施形態によれば、D2、D3、D4に示すように所望信号の最大振幅ポイントでサンプルホールドを行っているため、D5に示すように、歪んだ波形部分をサンプルホールドしなくても済む。従って、A/D変換部100の前段側の回路での飽和余裕度が向上する。この結果、これらの前段側の回路のゲインを増加させて、後段側の回路でのゲインを減少させることが可能になり、S/N比を向上でき、低ノイズ化を図れる。
Even in such a case, according to the present embodiment, since the sample hold is performed at the maximum amplitude point of the desired signal as indicated by D2, D3, and D4, the distorted waveform portion is sampled and held as indicated by D5. You don't have to. Therefore, the saturation margin in the circuit on the front stage side of the A /
2.バンドパスフィルタ
図1に示すように本実施形態では、A/D変換部100の前段側に、バンドパスフィルタBPFを設けている。図12(A)に示すように、このバンドパスフィルタBPFは、その中心周波数が例えば駆動周波数fdに設定されている。そしてDC帯域等の様々な帯域にある不要信号の周波数成分を除去する周波数特性を有する。一方、駆動周波数fdでAM変調された所望信号の周波数成分については通過させる周波数特性を有する。
2. Band Pass Filter As shown in FIG. 1, in this embodiment, a band pass filter BPF is provided on the upstream side of the A /
このようなバンドパスフィルタBPFを設ければ、サンプルホールドやA/D変換の前の段階で、不要信号(機械振動漏れ以外)を除去できる。従ってS/N比の向上やDCオフセットの低減等を図れる。またこのバンドパスフィルタBPFに、不要信号の除去の機能と、A/D変換のアンチエリアシングの機能を併せ持たせることができ、S/N比の向上と回路規模の縮小を両立できる。 If such a bandpass filter BPF is provided, unnecessary signals (other than mechanical vibration leakage) can be removed at the stage before sample hold and A / D conversion. Therefore, it is possible to improve the S / N ratio and reduce the DC offset. Further, the band pass filter BPF can have both an unnecessary signal removal function and an A / D conversion anti-aliasing function, so that both the improvement of the S / N ratio and the reduction of the circuit scale can be achieved.
なお図12(B)に示すように、バンドパスフィルタBPFには、駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を持たせてもよい。 As shown in FIG. 12B, the band pass filter BPF removes the component of the detuning frequency Δf = | fd−fs | corresponding to the difference between the drive side resonance frequency fd and the detection side resonance frequency fs. The frequency characteristic of allowing the frequency component of the desired signal to pass may be provided.
即ち不要信号のうち、離調周波数Δf=|fd−fs|に起因する不要信号は、検出信号に対して検出側共振周波数fsの信号が混入することにより発生する。例えばジャイロセンサの応答を良くするために、検出用振動子をアイドリング的に微少振幅で固有共振周波数fsにて振動させる場合がある。或いは、ジャイロセンサの外部からの外部振動が振動子に加わることで、検出用振動子が固有共振周波数fsにて振動してしまう場合がある。そしてこのように検出用振動子が周波数fsで振動すると、A/D変換部100に入力される信号に周波数fsの信号が混入される。そしてA/D変換部100は、周波数fdのサンプルホールド信号に基づきサンプルホールドを行うため、周波数fdとfsの差に相当する離調周波数Δf=|fd−fs|の不要信号が発生してしまう。
That is, among the unnecessary signals, an unnecessary signal due to the detuning frequency Δf = | fd−fs | is generated when a signal having the detection-side resonance frequency fs is mixed with the detection signal. For example, in order to improve the response of the gyro sensor, the detection vibrator may be oscillated at a natural resonance frequency fs with a minute amplitude in an idling manner. Alternatively, an external vibration from outside the gyro sensor may be applied to the vibrator, so that the detection vibrator may vibrate at the natural resonance frequency fs. When the detection vibrator vibrates at the frequency fs as described above, a signal having the frequency fs is mixed into the signal input to the A /
このような場合でも、図12(B)に示すように、バンドパスフィルタBPFに対して離調周波数を除去する周波数特性を持たせれば、離調周波数の不要信号の悪影響を低減でき、S/N比を更に向上できる。 Even in such a case, as shown in FIG. 12B, if the bandpass filter BPF has a frequency characteristic for removing the detuning frequency, the adverse effect of the unnecessary signal of the detuning frequency can be reduced. The N ratio can be further improved.
なお図13(A)にバンドパスフィルタBPFの構成例を示す。図13(A)では、前段側のキャパシタCC1、抵抗RC1によりパッシブのハイパスフィルタが構成され、後段側のキャパシタCC2、抵抗RC2、オペアンプOPCによりアクティブのローパスフィルタが構成され、これによりバンドパスフィルタが実現される。そして低域側の遮断周波数fcl(カットオフ周波数)についてはキャパシタCC1、抵抗RC1により設定され、高域側の遮断周波数fc2についてはキャパシタCC2、抵抗RC2により設定される。 FIG. 13A shows a configuration example of the bandpass filter BPF. In FIG. 13A, a passive high-pass filter is configured by the front-stage capacitor CC1 and the resistor RC1, and an active low-pass filter is configured by the rear-stage capacitor CC2, the resistor RC2, and the operational amplifier OPC. Realized. The low-frequency cutoff frequency fcl (cut-off frequency) is set by the capacitor CC1 and the resistor RC1, and the high-frequency cutoff frequency fc2 is set by the capacitor CC2 and the resistor RC2.
なおバンドパスフィルタBPFの構成は図13(A)には限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図13(B)では、前段側のキャパシタCD1、抵抗RD1、RD2、オペアンプOPD1によりアクティブのハイパスフィルタが構成され、後段側のキャパシタCD2、抵抗RD4、オペアンプOPD2によりアクティブのローパスフィルタが構成され、これによりバンドパスフィルタが実現される。 The configuration of the bandpass filter BPF is not limited to that shown in FIG. 13A, and various modifications can be made. For example, in FIG. 13B, an active high pass filter is configured by the capacitor CD1, the resistors RD1, RD2, and the operational amplifier OPD1 on the front stage side, and an active low pass filter is configured by the capacitor CD2, the resistor RD4, and the operational amplifier OPD2 on the rear stage side. Thereby, a band pass filter is realized.
また図13(C)では、前段側のキャパシタCE1、抵抗RE1によりパッシブのハイパスフィルタが構成され、後段側のキャパシタCE2、抵抗RE2によりパッシブのローパスフィルタが構成される。 In FIG. 13C, a passive high-pass filter is configured by the front-stage capacitor CE1 and the resistor RE1, and a passive low-pass filter is configured by the rear-stage capacitor CE2 and the resistor RE2.
或いは図13(D)に示すような離散時間型のフィルタであるSCF(スイッチト・キャパシタ・フィルタ)によりバンドパスフィルタBPFを構成してもよい。このSCFは、スイッチング素子SF1〜SF6、キャパシタCF1〜CF6、オペアンプOPF1、OPF2により構成される。このようなSCFのバンドパスフィルタBPFを採用すれば、図12(B)に示すような急峻な減衰特性が必要な離調周波数の除去も容易になる。また、SCFのスイッチング素子SF1〜SF6をオン・オフ制御する信号として、駆動信号により得られた信号を利用できるという利点もある。 Alternatively, the band pass filter BPF may be configured by an SCF (switched capacitor filter) which is a discrete time type filter as shown in FIG. The SCF includes switching elements SF1 to SF6, capacitors CF1 to CF6, and operational amplifiers OPF1 and OPF2. By adopting such an SCF band-pass filter BPF, it becomes easy to remove a detuning frequency that requires a steep attenuation characteristic as shown in FIG. Further, there is an advantage that a signal obtained from the drive signal can be used as a signal for controlling on / off of the switching elements SF1 to SF6 of the SCF.
3.サンプルホールド信号生成回路
図14(A)にサンプルホールド信号生成回路110の構成例を示す。このサンプルホールド信号生成回路110は、サンプリング点調整回路112とサンプリング点調整レジスタ118を含み、同期信号CLK(同期信号の逓倍信号を含む)とサンプリング点調整情報SPDに基づいて、サンプルホールド信号SCKを生成して出力する。
3. Sample and Hold Signal Generation Circuit FIG. 14A shows a configuration example of the sample and hold
サンプリング点調整レジスタ118は、検出装置30の外部や内蔵不揮発性メモリなどからサンプリング点調整データSPDを受け、これを記憶する。ここでサンプリング点調整データSPDは、図10のC3に示すように、所望信号の最大振幅ポイントをサンプリング点として選択するためのデータである。具体的には後述するオフセット調整の際にオフセットが極小(最小)になるサンプリング点を選択するためのデータである。なお初期設定で最大振幅ポイントに設定されたサンプリング点が温度変動や電源変動等により多少ずれても構わない。
The sampling
サンプリング点調整回路112は、同期信号CLKとサンプリング点調整データSPDに基づきサンプルホールド信号SCKを生成して、サンプルホールド回路120に出力する。具体的にはサンプリング点調整回路112は、所望信号の最大振幅ポイントにサンプリング点が設定されるように、サンプリング点調整データSPDに基づいて同期信号CLKの位相を調整して、サンプルホールド信号SCKとして出力する。別の言い方をすれば、機械振動漏れの不要信号のゼロクロス点付近にサンプリング点が設定されるように同期信号CLKの位相を調整する。このようにすれば、所望信号と同様にfdの周波数帯域に現れる機械振動漏れの不要信号を除去できる。
The sampling
図14(B)にサンプリング点調整回路112の構成例を示す。このサンプリング点調整回路112は遅延回路114と選択回路116を含む。遅延回路114は同期信号CLKを受け、CLKの位相をずらした複数の出力信号DS1〜DSjを出力する。この遅延回路114は、直列接続されたバッファ(広義には遅延素子)BF1、BF2、BF3・・・・・BFj−1、BFjを含む。各バッファBF1〜BFjは例えば2段のインバータにより構成できる。初段のバッファBF1には同期信号CLKが入力され、選択回路116には、出力タップTP1〜TPjを介してバッファBF1〜BFjの出力信号DS1〜DSjが入力される。そして選択回路116は、サンプリング点調整データSPDを用いて出力信号DS1〜DSjのいずれかを選択して、サンプルホールド信号SCKを出力する。なお選択回路116にサンプルホールド信号SCKのデューティ比を調整する機能を持たせてもよい。
FIG. 14B shows a configuration example of the sampling
図14(B)の構成によれば、サンプリング点調整データSPDにより、同期信号CLKに対するサンプルホールド信号SCKの遅延時間を任意に調整して、同期信号CLKとサンプルホールド信号SCKとの位相差を調整できる。これにより、図10のC3に示すような所望信号の最大振幅ポイント(ピークポイント)へのサンプリング点の設定が可能になる。 14B, the sampling point adjustment data SPD is used to arbitrarily adjust the delay time of the sample hold signal SCK with respect to the synchronization signal CLK, thereby adjusting the phase difference between the synchronization signal CLK and the sample hold signal SCK. it can. This makes it possible to set the sampling point to the maximum amplitude point (peak point) of the desired signal as indicated by C3 in FIG.
なおサンプルホールド信号生成回路110の構成は図14(A)、図14(B)に限定されず、例えば抵抗、キャパシタの遅延素子を使用するなどの種々の変形実施が可能である。
Note that the configuration of the sample and hold
4.間引きサンプリング
図9のB1では、同期信号の立ち上がりエッジに対応する全てのサンプリング点で検出信号のサンプルホールドを行っているが、図15のE1、E2に示すように間引かれたサンプリング点でサンプルホールドを行うようにしてもよい。即ち図15ではA/D変換部100は、駆動信号の周波数fdの例えば1/8(広義には1/N。Nは2以上の整数)の周波数のサンプルホールド信号SCKに基づいて、検出信号のサンプルホールドを行っている。
4). Thinning sampling In B1 in FIG. 9, the detection signal is sampled and held at all sampling points corresponding to the rising edge of the synchronization signal. However, as shown in E1 and E2 in FIG. You may make it hold. That is, in FIG. 15, the A /
一般的に、駆動信号の周波数fdは所望信号(ジャイロ信号)の周波数に比べて十分に高い。またナイキストのサンプリング定理によれば、サンプリング周波数は信号周波数の2倍よりも高ければ十分である。 In general, the frequency fd of the drive signal is sufficiently higher than the frequency of the desired signal (gyro signal). According to the Nyquist sampling theorem, it is sufficient if the sampling frequency is higher than twice the signal frequency.
そこで図15では駆動信号よりも低い周波数のサンプルホールド信号で検出信号をサンプリングする間引きサンプリングを行っている。このようにすればサンプルホールド信号生成回路110やサンプルホールド回路120の動作周波数を低くでき、低消費電力化を図れる。
Therefore, in FIG. 15, thinning sampling is performed in which the detection signal is sampled with a sample hold signal having a frequency lower than that of the drive signal. In this way, the operating frequency of the sample and hold
またA/D変換クロックADCKの周波数については低くせずに、駆動信号の周波数fdに設定すれば、例えば図15のE1でサンプルホールドされた信号をE3に示す期間でA/D変換することが可能になる。即ち間引きサンプリングを行うことでE3のA/D変換期間を長くすることができ、余裕を持ったA/D変換を実現できる。従って、例えば変換速度は遅いが変換精度が高い逐次比較などのA/D変換手法を採用することが可能になり、S/N比の向上と回路の小規模化を両立できる。 Also, if the frequency of the drive signal is set to the frequency fd without lowering the frequency of the A / D conversion clock ADCK, for example, the signal sampled and held at E1 in FIG. 15 can be A / D converted in the period indicated by E3. It becomes possible. That is, by performing thinning sampling, the A / D conversion period of E3 can be lengthened, and A / D conversion with a margin can be realized. Therefore, for example, it is possible to adopt an A / D conversion method such as a successive approximation with a low conversion speed but a high conversion accuracy, and it is possible to achieve both improvement of the S / N ratio and circuit miniaturization.
なお駆動信号の周波数をfdとし、サンプルホールド信号の周波数をfsckとし、所望信号の周波数帯域幅(帯域制限幅)をfaとした場合には、fsck=fd/N>2×faの周波数のサンプルホールド信号に基づいて、検出信号のサンプルホールドを行うことが望ましい。例えば図15では、fsck=fd/N=fd/8>2×faの関係が成り立つ。このようにすれば、ナイキストのサンプリング定理により所望信号の適正なサンプリングが可能になる。そして後述する所望信号についてのデジタル信号処理も可能になる。 If the frequency of the drive signal is fd, the frequency of the sample and hold signal is fsck, and the frequency bandwidth (bandwidth limit) of the desired signal is fa, a sample of a frequency of fsck = fd / N> 2 × fa It is desirable to sample and hold the detection signal based on the hold signal. For example, in FIG. 15, the relationship fsck = fd / N = fd / 8> 2 × fa is established. In this way, the desired signal can be properly sampled by the Nyquist sampling theorem. Then, digital signal processing for a desired signal described later is also possible.
5.第1の変形例
図16に本実施形態の第1の変形例を示す。この第1の変形例では、デジタル処理部150が更に設けられており、その他の構成については図1と同様である。
5. First Modification FIG. 16 shows a first modification of this embodiment. In the first modification, a
デジタル処理部150は、A/D変換部100の後段側に設けられ、A/D変換部100からのデジタルの出力値ADQに基づいて各種のデジタル信号処理を行う。このデジタル処理部150は、NOR、NAND、Dフリップフロップなどの論理ゲートにより構成されるデジタル論理回路や、CPU、DSPなどのプロセッサ及びこのプロセッサ上で動作するファームウェアなどにより実現できる。
The
デジタル処理部150はデジタルフィルタ部152、オフセット調整部154、感度調整部156、補償部158を含む。なおこれらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素(例えば移動平均処理部)を追加してもよい。
The
デジタルフィルタ部152は、A/D変換部100の出力値ADQに基づいて、所望信号の周波数帯域を制限するためのデジタルフィルタ処理を行う。具体的にはバンドパスフィルタBPFの遮断周波数よりも低い遮断周波数のデジタル・ローパスフィルタ処理を行って、所望信号の周波数帯域を制限する。或いは離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去するデジタル・ローパスフィルタ処理を行ってもよい。
The
例えば図17(A)にデジタルフィルタ部152の構成例を示す。図17(A)はインパルス応答が有限時間内に0になるFIRフィルタの例である。このFIRのデジタルフィルタは、シフトレジスタなどにより構成される複数の遅延素子(Z−1)と、遅延素子の出力にフィルタ係数h(0)〜h(i)を乗算する複数の乗算器と、乗算器の出力を加算する加算器を含む。そしてフィルタ係数h(0)〜h(i)を所与の係数に設定することでデジタルのローパスフィルタを実現できる。具体的には例えばフィルタ係数h(0)〜h(i)を用いた平均化処理を行うことでローパスフィルタを実現できる。なおフィルタ係数に窓関数を掛けたり、デジタルフィルタとしてFIRフィルタではなくIIRフィルタを用いるなどの種々の変形実施が可能である。
For example, FIG. 17A illustrates a configuration example of the
さて、ジャイロセンサを用いるアプリケーションでは、所望信号の周波数帯域幅を制限する場合がある。例えばアプリケーションが必要とする制限帯域幅に所望信号の周波数帯域幅を制限することで、その分だけS/N比を向上できる。そしてこの制限帯域幅は、カーナビゲーションシステムやデジタルスチルカメラなどのアプリケーションに応じて異なる。例えば図17(B)のアプリケーションAに比べて、図17(C)のアプリケーションBでは、制限帯域幅が狭くなっている。 In an application using a gyro sensor, the frequency bandwidth of a desired signal may be limited. For example, by limiting the frequency bandwidth of the desired signal to the limited bandwidth required by the application, the S / N ratio can be improved accordingly. This limited bandwidth varies depending on applications such as a car navigation system and a digital still camera. For example, compared with the application A in FIG. 17B, the limited bandwidth is narrower in the application B in FIG. 17C.
そこで図17(B)、図17(C)では、デジタル処理部150のデジタルフィルタ部152が、所望信号の周波数帯域幅を、アプリケーションに応じた制限帯域幅に制限するためのデジタルフィルタ処理を行っている。例えば図17(B)、図17(C)では、アプリケーションAの制限帯域幅に比べてアプリケーションBの制限帯域幅は狭い。そこでアプリケーションA用のローパスフィルタLPFAの遮断周波数fcAに比べて、アプリケーションB用の遮断周波数fcBが小さくなるように、図17(A)のフィルタ係数h(0)〜h(i)などを調整する。例えばデジタルフィルタ部152は、ジャイロセンサがアプリケーションAに使用される場合には、図17(B)の周波数特性(遮断周波数fcA)を実現するフィルタ係数h(0)〜h(i)を設定してローパスフィルタ処理を行い、ジャイロセンサがアプリケーションBに使用される場合には、図17(C)の周波数特性(遮断周波数fcB)を実現するフィルタ係数h(0)〜h(i)を設定してローパスフィルタ処理を行う。なおこれらのフィルタ係数h(0)〜h(i)の設定はソフトウェア(ファームウェア)処理により実現できる。
Accordingly, in FIGS. 17B and 17C, the
また図17(B)、図17(C)では、バンドパスフィルタBPFの遮断周波数fcBPよりも低い遮断周波数fcA、fcBのデジタル・ローパスフィルタ処理を行って、所望信号の周波数帯域を制限している。 In FIG. 17B and FIG. 17C, the digital low-pass filter processing of cutoff frequencies fcA and fcB lower than the cutoff frequency fcBP of the bandpass filter BPF is performed to limit the frequency band of the desired signal. .
即ちA/D変換部100の前段側に設けられたバンドパスフィルタBPFにより、アプリケーションの種類に依存しない高い遮断周波数fcBP(上側、下側の遮断周波数)のバンドパスフィルタ処理を行うことで、所望信号の周波数帯域以外の不要信号の周波数成分を予め除去しておく。これによりS/N比を向上できる。そしてこの場合、遮断周波数fcBPはアプリケーションの種類に依存しないため、ソフトウェア処理による遮断周波数の変更は不要である。従って遮断周波数fcBPのバンドパスフィルタ処理は、アナログのバンドパスフィルタBPFにより実現できる。
That is, the band-pass filter BPF provided on the front side of the A /
一方、デジタル処理部150に設けられたデジタルフィルタ部152は、アプリケーションの種類に応じて異なる遮断周波数fcA、fcBのローパスフィルタ処理を行う。即ちアプリケーションの種類に応じてソフトウェア処理等でフィルタ係数を変更して、遮断周波数を変化させる。
On the other hand, the
このようにバンドパスフィルタBPFとデジタルフィルタ部152の役割分担を行うことで、S/N比の向上を図れると共に、様々なアプリケーション(カーナビゲーションシステム、デジタルスチルカメラ等)にも対応できる柔軟なシステムを実現できる。
In this way, by sharing the roles of the bandpass filter BPF and the
なお図12(B)で説明した離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去するフィルタ処理を、デジタルフィルタ部152により実現してもよい。 Note that the filter processing for removing the component of the detuning frequency Δf = | fd−fs | described with reference to FIG.
即ち離調周波数Δf=|fd−fs|は、fd、fsに比べて十分に小さく、離調周波数成分を除去するためには急峻な減衰特性が必要になる。従って、離調周波数成分の除去を、アナログのフィルタ回路により実現しようとすると、回路規模が大きくなるおそれがある。 That is, the detuning frequency Δf = | fd−fs | is sufficiently smaller than fd and fs, and a steep attenuation characteristic is required to remove the detuning frequency component. Therefore, if the removal of the detuning frequency component is to be realized by an analog filter circuit, the circuit scale may be increased.
この点、デジタルフィルタ部152によれば、急峻な減衰特性であっても容易に実現できる。具体的には例えば図17(A)の遅延素子の段数(フィルタ係数の数)を増やすことにより、急峻な周波数特性を実現できる。従って、デジタルフィルタ部152により離調周波数成分を除去するローパスフィルタ処理を行えば、回路規模の増加を最小限に抑えながら、S/N比を向上できるようになる。
In this regard, according to the
図16のオフセット調整部154、感度調整部156は、各々、A/D変換部100の出力値ADQ(フィルタ処理後のデジタルデータ)に対するオフセット調整、感度調整(ゲイン調整)を行う。
The offset
補償部158は、所与の温度情報及び電源電圧情報の少なくとも一方に基づいて、温度変動及び電源電圧変動の少なくとも一方についての補償処理を行う。ここで温度情報、電源電圧情報は、外部から直接に入力してもよいし、温度や電源電圧の検出回路を検出装置30に設け、検出された温度や電源電圧の情報をA/D変換して、デジタル処理部150に入力してもよい。
The
オフセット調整部154は、図18(A)、図18(B)に示すように、温度(環境温度)が25℃(ティピカル温度)である場合にA/D変換部100の出力値ADQ(デジタル出力データ)が基準出力値VR(デジタル基準出力データ。例えばVDD/2)に一致するように、オフセット調整を行う。このオフセット調整は例えばデジタルデータの加減算により実現できる。即ちオフセット調整部154は、オフセット電圧(初期オフセット電圧)である|ADQ−VR|が除去されて0になるように、デジタルの加減算によりオフセット調整を行う。
As shown in FIGS. 18A and 18B, the offset
具体的には、ジャイロセンサの製造後に出力値ADQをモニタする。そして出力値ADQを基準出力値VRに一致させるための初期オフセットの調整データを、図示しない不揮発性メモリ等に書き込む。するとオフセット調整部154は、出力値ADQがVRに一致するように、上記調整データに基づいてオフセット調整を行う。
Specifically, the output value ADQ is monitored after the gyro sensor is manufactured. Then, initial offset adjustment data for making the output value ADQ coincide with the reference output value VR is written in a non-illustrated nonvolatile memory or the like. Then, the offset
なお初期オフセットを調整した後、周囲環境が変わり、周囲の温度や電源電圧が変動すると、図18(B)に示すように、オフセット電圧も変動してしまう。補償部158は、このようなオフセット電圧の変動分を除去する補償処理をデジタル信号処理により実現する。具体的には、外部から供給されたり自身でモニタして取得した温度情報や電源電圧情報に基づいて、オフセット電圧の変動分を0にする補償処理を行う。
Note that after the initial offset is adjusted, when the ambient environment changes and the ambient temperature and the power supply voltage vary, the offset voltage also varies as shown in FIG. The
このようにすれば、ジャイロセンサの実際の動作時に、温度や電源電圧などの周囲環境が変動した場合にも、補償部158のデジタル信号処理によりこの変動分をキャンセルする自動調整が行われるようになり、環境変動に依存しない出力値を出力できるようになる。
In this way, even when the ambient environment such as temperature and power supply voltage fluctuates during the actual operation of the gyro sensor, automatic adjustment is performed so as to cancel this fluctuation by the digital signal processing of the
また感度調整部156は、感度が基準感度に一致するように、感度調整(ゲイン調整)を行う。この感度(V/度/sec)は、図18(C)に示すように、出力値(出力電圧)の単位角速度当たりの変化量であり、出力値の直線の傾きに相当する。
The
具体的には感度調整は以下のように実現する。まずジャイロセンサの製造後、オフセット調整が終わった後に、出力値ADQをモニタする。そして、例えばジャイロセンサを静止状態から所与の回転角速度で回転させ、その時の出力値ADQの変化量(図18(C)の直線の傾き)である感度を求める。そして求められた感度を、基準感度に一致させるための調整データを、図示しない不揮発性メモリ等に書き込む。すると感度調整部156は、検出装置30の感度が基準感度に一致するように、上記の調整データに基づいてゲイン調整を行う。なお補償部158は、温度や電源電圧の変動による感度の変動分を除去する補償処理を行ってもよい。
Specifically, sensitivity adjustment is realized as follows. First, after the gyro sensor is manufactured and the offset adjustment is completed, the output value ADQ is monitored. Then, for example, the gyro sensor is rotated from a stationary state at a given rotational angular velocity, and the sensitivity that is the amount of change in the output value ADQ at that time (straight line in FIG. 18C) is obtained. Then, adjustment data for matching the obtained sensitivity with the reference sensitivity is written in a non-illustrated nonvolatile memory or the like. Then, the
次にオフセット調整、感度調整等の具体的な処理例について図19のフローチャートを用いて説明する。まずサンプリング点の調整処理を行う(ステップS1)。具体的には、A/D変換部100の出力値ADQをモニタする(ステップS2)。そして図14(A)、図14(B)で説明したサンプリング点調整データSPDにより、出力値ADQが極小(極小値)になるようにサンプリング点の調整を行う(ステップS3)。具体的には図20(A)に示すように、調整データSPDにより図14(A)、図14(B)のサンプリング点調整回路112での調整量(遅延量)をスイープし、サンプリング点の位置を変化させる。そして出力値ADQが極小になるポイントを探し出す。これにより、図10のC3に示すように所望振幅の最大振幅ポイント(不要信号のゼロクロス点)にサンプリング点を実質的に設定することが可能になる。即ちオフセット調整の際のオフセットが極小になるサンプリング点を選択できる。そして最終的なサンプリング点調整データを不揮発性メモリに書き込み(ステップS4)、サンプリング点調整処理を終了する。
Next, specific processing examples such as offset adjustment and sensitivity adjustment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, sampling point adjustment processing is performed (step S1). Specifically, the output value ADQ of the A /
次にオフセット調整処理を行う(ステップS5)。具体的には、A/D変換部100の出力値ADQをモニタする(ステップS6)。そしてオフセット調整データにより、出力値ADQが基準出力値VRに一致するように調整する(ステップS7)。これにより図20(B)のようにオフセット電圧の除去が可能になる。そして最終的なオフセット調整データを不揮発性メモリに書き込み(ステップS8)、オフセット調整処理を終了する。
Next, an offset adjustment process is performed (step S5). Specifically, the output value ADQ of the A /
次に感度調整処理を行う(ステップS9)。具体的には、A/D変換部100の出力値ADQをモニタする(ステップS10)。そして感度調整データにより、感度が基準値に一致するように調整する(ステップS11)。そして最終的な感度調整データを不揮発性メモリに書き込み(ステップS12)、感度調整処理を終了する。
Next, sensitivity adjustment processing is performed (step S9). Specifically, the output value ADQ of the A /
6.第2の変形例
図21に本実施形態の第2の変形例を示す。この第2の変形例では逓倍回路58が新たに設けられており、その他の構成については図16や図1と同様である。
6). Second Modified Example FIG. 21 shows a second modified example of the present embodiment. In the second modification, a
逓倍回路58は、駆動回路40の駆動信号の周波数を逓倍した逓倍信号CLKMを生成する。具体的には駆動回路40から同期信号CLKを受け、この同期信号CLKの周波数を逓倍した逓倍信号(逓倍クロック)CLKMを生成して、検出回路60に出力する。この逓倍回路58は、公知のPLL回路やDLL回路などにより実現できる。
The
検出回路60のサンプルホールド信号生成回路110は、この逓倍信号CLKMに基づいてサンプルホールド信号SCKを生成する。なお同期信号CLKに基づいてサンプルホールド信号SCKを生成することも可能である。
The sample hold
またA/D変換部130は、逓倍信号CLKMをA/D変換クロックADCKとしてA/D変換を行う。更にデジタル処理部150は、この逓倍信号CLKMを動作クロックとして、デジタルフィルタ処理、オフセット調整、感度調整、補償処理などの各種のデジタル処理を行う。
The A /
即ち駆動信号の周波数は振動子10の固有周波数になるため、一般的なデジタル回路に使用されるクロックの周波数に比べて低い。この点、図21では逓倍回路58を設けて、駆動周波数よりも高い周波数の逓倍信号CLKMにより、A/D変換部100やデジタル処理部150が動作する。
That is, since the frequency of the drive signal is the natural frequency of the
例えば高い周波数のA/D変換クロックADCKでA/D変換部100を動作させれば、高速で精度の高いA/D変換が可能になり、S/N比等の向上を図れる。また高い周波数の動作クロックでデジタル処理部150を動作させれば、よりインテリジェントで複雑なデジタル信号処理が可能になり、検出装置30の性能を向上できる。
For example, if the A /
この場合に、別のクロック生成回路を設けて、このクロック生成回路からの高周波数のクロックによりA/D変換部100やデジタル処理部150を動作させる手法も考えられる。
In this case, a method of providing another clock generation circuit and operating the A /
しかしながら、この手法によると、大規模な回路構成のクロック生成回路を別途設けなければならないため、回路が大規模化する。またこのクロック生成回路により生成されたクロックと、駆動信号とは正確には同期しないため、駆動側と検出側のタイミング制御が困難になったり複雑化する。 However, according to this method, since a clock generation circuit having a large-scale circuit configuration has to be provided separately, the circuit becomes large-scale. Further, since the clock generated by the clock generation circuit and the drive signal are not accurately synchronized, the timing control on the drive side and the detection side becomes difficult or complicated.
この点、図21では、A/D変換部100やデジタル処理部150は、駆動側の駆動信号を基に得られた逓倍信号CLKMをクロックとして動作する。従って、駆動側と検出側を同期させて動作させることができ、駆動側と検出側のタイミング制御が容易になるため、回路の小規模化や処理の簡素化を図れる。なおサンプリングホールド信号生成回路110については同期信号CLKに基づいてサンプルホールド信号を生成するようにしてもよい。また図15で説明した間引きサンプリング手法と図21の逓倍信号を用いる手法を組み合わせる変形実施も可能である。
In this regard, in FIG. 21, the A /
7.電子機器
図22に本実施形態の検出装置30を含むジャイロセンサ510(広義にはセンサ)と、ジャイロセンサ510を含む電子機器500の構成例を示す。なお電子機器500、ジャイロセンサ510は図22の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器500としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、携帯型情報端末等の種々のものが考えられる。
7). Electronic Device FIG. 22 shows a configuration example of a gyro sensor 510 (sensor in a broad sense) including the
電子機器500はジャイロセンサ510と処理部520を含む。またメモリ530、操作部540、表示部550を含むことができる。処理部(CPU、MPU等)520はジャイロセンサ510等の制御や電子機器500の全体制御を行う。また処理部520は、ジャイロセンサ510により検出された角速度情報(物理量)に基づいて処理を行う。例えば角速度情報に基づいて、手ぶれ補正、姿勢制御、GPS自律航法などのための処理を行う。メモリ(ROM、RAM等)530は、制御プログラムや各種データを記憶したり、ワーク領域やデータ格納領域として機能する。操作部540はユーザが電子機器500を操作するためのものであり、表示部550は種々の情報をユーザに表示する。本実施形態の検出装置30によれば、電子機器500に組み込まれるジャイロセンサ510として、小型のセンサを採用できる。これにより、電子機器500のコンパクト化、低コスト化を実現できる。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また振動子の構造や、検出装置、駆動回路、検出回路、センサ、電子機器の構成及び動作も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図21で説明した逓倍回路を用いる発明では、図12(A)、図12(B)で説明したような周波数特性のバンドパスフィルタを用いる手法を採用しないことも可能である。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. All combinations of the present embodiment and the modified examples are also included in the scope of the present invention. Further, the structure of the vibrator and the configurations and operations of the detection device, the drive circuit, the detection circuit, the sensor, and the electronic device are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made. For example, in the invention using the multiplication circuit described with reference to FIG. 21, it is possible not to employ the method using the band-pass filter having the frequency characteristics as described with reference to FIGS.
2、4 駆動端子、6、8 検出端子、10 振動子、11、12 駆動側振動子、
16、17 検出側振動子、30 検出装置、40 駆動回路、42 増幅回路、
46 2値化回路、50 AGC回路、58 逓倍回路、
60 検出回路、70 増幅回路、80 フィルタ部(バンドパスフィルタ)、
100 AD変換部、110 サンプリング信号生成回路、
120 サンプルホールド回路、130 A/D変換部、
150 デジタル処理部、152 デジタルフィルタ部、154 オフセット調整部、156 感度調整部、158 補償部、
500 電子機器、510 ジャイロセンサ、520 処理部、530 メモリ、
540 操作部、550 表示部
2, 4 drive terminals, 6, 8 detection terminals, 10 vibrators, 11, 12 drive side vibrators,
16, 17 Detection-side vibrator, 30 detection device, 40 drive circuit, 42 amplification circuit,
46 binarization circuit, 50 AGC circuit, 58 multiplication circuit,
60 detection circuit, 70 amplification circuit, 80 filter unit (bandpass filter),
100 AD converter, 110 sampling signal generation circuit,
120 sample hold circuit, 130 A / D converter,
150 digital processing unit, 152 digital filter unit, 154 offset adjustment unit, 156 sensitivity adjustment unit, 158 compensation unit,
500 electronic equipment, 510 gyro sensor, 520 processing unit, 530 memory,
540 operation unit, 550 display unit
Claims (12)
前記物理量トランスデューサから検出信号を受け、検出信号から所望信号を検出する検出回路とを含み、
前記検出回路は、
前記物理量トランスデューサからの検出信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の後段側に設けられ、増幅後の検出信号に対するフィルタ処理を行うフィルタ部と、
前記フィルタ部の後段側に設けられ、前記駆動回路からの駆動信号を基に得られたサンプルホールド信号に基づいて、フィルタ処理後の検出信号のサンプルホールドを行い、サンプルホールドされた信号のA/D変換を行うA/D変換部と、
前記A/D変換部の後段側に設けられ、前記A/D変換部の出力値に基づいてデジタル信号処理を行うデジタル処理部と、
を含み、
前記フィルタ部は、
前記駆動回路での駆動周波数を中心周波数とし、不要信号の周波数成分を除去し所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有するバンドパスフィルタを含み、
前記駆動信号の周波数をfdとし、前記サンプルホールド信号の周波数をfsckとした場合に、fsck=fd又はfsck=fd/N(Nは2以上の整数)であり、
前記デジタル処理部は、
前記バンドパスフィルタの高い方の遮断周波数よりも低い遮断周波数のデジタル・ローパスフィルタ処理を行って、所望信号の周波数帯域幅を制限することを特徴とする検出装置。 A drive circuit for driving the physical quantity transducer;
A detection circuit that receives a detection signal from the physical quantity transducer and detects a desired signal from the detection signal;
The detection circuit includes:
An amplification circuit for amplifying a detection signal from the physical quantity transducer;
A filter unit that is provided on a subsequent stage side of the amplifier circuit and performs a filtering process on the detection signal after amplification;
Based on the sample and hold signal provided on the rear side of the filter unit and obtained based on the drive signal from the drive circuit, the detection signal after filter processing is sampled and held, and the A / An A / D converter that performs D conversion;
A digital processing unit that is provided on the rear side of the A / D conversion unit and performs digital signal processing based on an output value of the A / D conversion unit;
Including
The filter unit is
Including a bandpass filter having a frequency characteristic in which a driving frequency in the driving circuit is a center frequency, a frequency component of an unnecessary signal is removed and a frequency component of a desired signal is passed,
When the frequency of the drive signal is fd and the frequency of the sample and hold signal is fsck, fsck = fd or fsck = fd / N (N is an integer of 2 or more),
The digital processing unit
A detection apparatus, wherein a digital low-pass filter process with a cutoff frequency lower than a higher cutoff frequency of the band-pass filter is performed to limit a frequency bandwidth of a desired signal.
前記物理量トランスデューサは振動子であり、
前記バンドパスフィルタは、
前記振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有することを特徴とする検出装置。 In claim 1,
The physical quantity transducer is a vibrator;
The bandpass filter is
It has a frequency characteristic that removes the component of the detuning frequency Δf = | fd−fs | corresponding to the difference between the drive-side resonance frequency fd and the detection-side resonance frequency fs of the vibrator and allows the frequency component of the desired signal to pass. A detection device characterized by.
前記A/D変換部は、
前記駆動回路からの前記駆動信号を基に得られた同期信号と、サンプリング点を選択するためのサンプリング点調整データとに基づいて、検出信号をサンプリングするための前記サンプルホールド信号を生成するサンプルホールド信号生成回路を含むことを特徴とする検出装置。 In claim 1 or 2,
The A / D converter is
Sample hold for generating the sample hold signal for sampling the detection signal based on the synchronization signal obtained based on the drive signal from the drive circuit and the sampling point adjustment data for selecting the sampling point A detection device including a signal generation circuit.
前記サンプルホールド信号生成回路は、
所望信号の最大振幅ポイントをサンプリング点として選択するためのサンプリング点調整データに基づいて、前記サンプルホールド信号を生成することを特徴とする検出装置。 In claim 3,
The sample hold signal generation circuit includes:
A detection apparatus that generates the sample hold signal based on sampling point adjustment data for selecting a maximum amplitude point of a desired signal as a sampling point.
前記サンプルホールド信号生成回路は、
オフセット調整の際にオフセットが極小になるサンプリング点を選択するためのサンプリング点調整データに基づいて、前記サンプルホールド信号を生成することを特徴とする検出装置。 In claim 3,
The sample hold signal generation circuit includes:
A detection apparatus that generates the sample hold signal based on sampling point adjustment data for selecting a sampling point at which an offset is minimized during offset adjustment.
前記A/D変換部は、
前記駆動信号の周波数をfdとし、前記サンプルホールド信号の周波数をfsckとし、所望信号の周波数帯域幅をfaとした場合に、fsck=fd/N>2×faの周波数の前記サンプルホールド信号に基づいて、検出信号のサンプルホールドを行うことを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The A / D converter is
Based on the sample hold signal having a frequency of fsck = fd / N> 2 × fa, where fd is the frequency of the drive signal, fsck is the frequency of the sample hold signal, and fa is the frequency bandwidth of the desired signal. And detecting and sampling the detection signal.
前記物理量トランスデューサは振動子であり、
前記デジタル処理部は、
前記振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去するデジタル・ローパスフィルタ処理を行うことを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 6.
The physical quantity transducer is a vibrator;
The digital processing unit
A detection apparatus that performs a digital low-pass filter process for removing a component of a detuning frequency Δf = | fd−fs | corresponding to a difference between a driving-side resonance frequency fd and a detection-side resonance frequency fs of the vibrator. .
前記デジタル処理部は、
前記A/D変換部の出力値に対するオフセット調整及び感度調整の少なくとも一方を行うことを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The digital processing unit
A detection apparatus that performs at least one of offset adjustment and sensitivity adjustment on an output value of the A / D conversion unit.
前記デジタル処理部は、
所与の温度情報及び電源電圧情報の少なくとも一方に基づいて、温度変動及び電源電圧変動の少なくとも一方についての補償処理を行うことを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 8.
The digital processing unit
A detection apparatus that performs compensation processing for at least one of temperature fluctuation and power supply voltage fluctuation based on at least one of given temperature information and power supply voltage information.
前記駆動回路の前記駆動信号の周波数を逓倍した逓倍信号を生成する逓倍回路を含み、
前記A/D変換部は、
前記逓倍回路からの前記逓倍信号に基づいて、A/D変換を行うことを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 9,
A multiplication circuit for generating a multiplied signal obtained by multiplying the frequency of the drive signal of the drive circuit;
The A / D converter is
A detection apparatus that performs A / D conversion based on the multiplied signal from the multiplication circuit.
前記物理量トランスデューサと、
を含むことを特徴とするセンサ。 The detection device according to any one of claims 1 to 10,
The physical quantity transducer;
A sensor comprising:
前記センサの検出情報に基づいて処理を行う処理部と、
を含むことを特徴とする電子機器。 A sensor according to claim 11;
A processing unit that performs processing based on detection information of the sensor;
An electronic device comprising:
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