CN102144145B - 角速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器装置，相对于在第1驱动电极与检测电极之间产生的第1寄生电容、和在第2驱动电极与检测电极之间产生的第2寄生电容的比，将第1驱动信号的振幅与第2驱动信号的振幅的比设定为其倒数。由此，能够高效地抵消由电容耦合所产生的噪声分量，能够提高角速度传感信号的检测精度。

Description

角速度传感器

技术领域

本发明涉及使用于数码照相机或汽车导航装置、车辆控制等的角速度传感器。

背景技术

图9是以往的角速度传感器的电路图。图10是表示以往的角速度传感器中的第1、第2驱动电极和检测电极的俯视图。

以往这种角速度传感器如图9所示，具备：驱动电路1；检测元件2，其根据来自驱动电路1的驱动信号而振动；和检测电路3，其从检测元件2的检测电极8抽出响应信号并输出。角速度传感器还具备：信号处理电路4，其从响应信号中抽出角速度传感信号并输出；和输出电路5，其具有输出来自信号处理电路4的角速度传感信号的输出端子5A。在检测元件2的监测电极99上连接有监测电路90，来自该监测电路90的监测信号用于驱动电路1中的驱动信号的振幅控制或信号处理电路4中的检波。

检测元件2如图10所示，具有第1、第2驱动电极6、7和检测电极8。通过从驱动电路1向第1驱动电极6输入第1驱动信号，从驱动电路1向第2驱动电极7输入相对于第1驱动信号极性反转了的第2驱动信号，从而检测元件2振动。

另外，作为与本申请相关的在先技术文献信息，例如，已知专利文献1。

在这种以往的角速度传感器中，存在角速度传感信号的检测精度较低的问题。即，在上述以往的结构中，由于第1驱动电极6与检测电极8之间的寄生电容9A、以及第2驱动电极7与检测电极8之间的寄生电容9B的影响，在角速度传感信号中产生噪声。其结果，角速度传感信号的检测精度变低。

专利文献1：JP特开平8-210860号公报

发明内容

本发明的角速度传感器，相对于在第1驱动电极与检测电极之间产生的第1寄生电容、和在第2驱动电极与检测电极之间产生的第2寄生电容的大小关系，将第1驱动信号和第2驱动信号的振幅的大小关系相反地设定。由此，能够减小第1寄生电容和第1驱动信号的振幅的积、与第2寄生电容和第2驱动信号的振幅的积之差。能够高效地将由第1驱动电极与检测电极之间的电容耦合所产生的噪声分量、和由第2驱动电极与检测电极之间的电容耦合所产生的噪声分量相互抵消，作为其结果，能够提高角速度传感信号的检测精度。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的角速度传感器的电路图。

图2是表示本发明的实施方式的角速度传感器中的第1、第2驱动电极和检测电极的俯视图。

图3是表示以往的角速度传感器的驱动信号的一个例子的电压波形图。

图4是表示在以往的角速度传感器中产生的噪声分量的一个例子的电压波形图。

图5是表示本发明的实施方式中的角速度传感器的驱动信号的一个例子的电压波形图。

图6是表示在本发明的实施方式中的角速度传感器中产生的噪声分量的一个例子的电压波形图。

图7是表示本发明的实施方式中的角速度传感器中的电极配置的一个例子的剖面图。

图8是表示本发明的实施方式中的角速度传感器中的其他电极配置的一个例子的剖面图。

图9是以往的角速度传感器的电路图。

图10是表示以往的角速度传感器中的第1、第2驱动电极和检测电极的俯视图。

具体实施方式

(实施方式)

以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式的角速度传感器进行说明。

图1是本发明的实施方式中的角速度传感器的电路图。图2是表示本发明的实施方式的角速度传感器中的第1、第2驱动电极和检测电极的俯视图。

角速度传感器具备：驱动电路11；检测元件12，其根据来自驱动电路11的驱动信号而振动；和检测电路13，其从检测元件12的检测电极18中抽出响应信号并输出。角速度传感器还具备：信号处理电路14，其从响应信号中抽出角速度传感信号并输出；和输出电路15，其具有输出来自信号处理电路14的角速度传感信号的输出端子15A。在检测元件12的监测电极199上连接有监测电路19，来自该监测电路19的监测信号用于驱动电路11中的驱动信号的振幅控制，或者信号处理电路14的检波等。

检测元件12具有第1、第2驱动电极16、17和检测电极18。通过从驱动电路11向第1驱动电极16输入第1驱动信号，从驱动电路11向第2驱动电极17输入相对于第1驱动信号极性反转了的第2驱动信号，从而检测元件12振动。

图2是表示本发明的实施方式的角速度传感器中的第1、第2驱动电极和检测电极的俯视图。如图2所示，在第1驱动电极16与检测电极18之间产生第1寄生电容20A，在第2驱动电极17与检测电极18之间产生第2寄生电容20B，第1寄生电容20A和第2寄生电容20B的大小关系被设定为与第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅之间的大小关系相反。具体来说，在第1寄生电容20A大于第2寄生电容20B的情况下，使第1驱动信号的振幅小于第2驱动信号的振幅。通过这种结构，能够提高角速度传感信号的检测精度。

以下，对角速度传感信号的驱动信号与噪声信号之间的关系、使检测精度提高的原理进行说明。

图3是表示以往的角速度传感器的驱动信号的一个例子的电压波形图。图4是表示在以往的角速度传感器中产生的噪声分量的一个例子的电压波形图。

在以往的角速度传感器中，如图3所示，在第1驱动电极16上，作为第1驱动信号而施加交流电压D+。在第2驱动电极17上，作为第2驱动信号而施加与第1驱动信号反相位的交流电压D-。考虑交流电压D+的振幅AD+与交流电压D-的振幅AD-相等，并且图2所示的寄生电容20A具有例如寄生电容20B的2倍的大小的情况。

如图4所示，可知由第1驱动电极16与检测电极18之间的电容耦合所产生的噪声分量21的振幅A1，成为由第2驱动电极17与检测电极18之间的电容耦合所产生的噪声分量22的振幅A2的2倍。这是因为由电极间的电容耦合所产生的噪声分量的振幅，与寄生电容的大小和驱动信号的振幅的积成比例。作为其结果，由噪声分量21与噪声分量22的和，产生具有振幅A3的噪声分量23，成为使角速度传感信号的检测精度降低的原因。

图5是表示本发明的实施方式中的角速度传感器的驱动信号的一个例子的电压波形图。图6是表示在本发明的实施方式中的角速度传感器中产生的噪声分量的一个例子的电压波形图。

在本实施方式中，将第1寄生电容20A和第2寄生电容20B的大小关系设定为与第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅的大小关系相反。具体来说，在图2所示的第1寄生电容20A例如大于第2寄生电容20B的情况下，如图5所示，使作为施于第1驱动电极16上的第1驱动信号的交流电压D+的振幅AD+，小于作为施加于第2驱动电极17上的第2驱动信号的交流电压D-的振幅AD-。通过采用这种结构，能够减小第1寄生电容20A和第1驱动信号的振幅的积、与第2寄生电容20B和第2驱动信号的振幅的积之差。因此，如图6所示，能够高效地将由第1驱动电极16与检测电极18之间的电容耦合所产生的噪声分量25、和由第2驱动电极与检测电极之间的电容耦合所产生的噪声分量26相互抵消，减小了噪声分量25与噪声分量26的和、即噪声分量28的振幅A3。作为其结果，能够提高角速度传感信号的检测精度。

另外，虽然在本实施方式中，将检测元件12作为角速度传感器的构成要件，但将检测元件12放到角速度传感器的外部也能够构成本发明。也就是说，通过从设置于角速度传感器的外部的检测元件12接受输出，并具备驱动电路、检测电路、信号处理电路，能够构成本发明的传感器装置。

此外，即使将信号输出端子15A连接于信号处理电路14的输出，并去掉输出电路15，也能够构成本发明。

并且，作为更优选的方式，预先设定第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅，以使得相对于在第1驱动电极16与检测电极18之间产生的第1寄生电容20A、和在第2驱动电极17与检测电极18之间产生的第2寄生电容20B的比，第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅的比成为其倒数。具体来说，若图2所示的第1寄生电容20A为例如第2寄生电容20B的2倍的大小，则如图5所示，使作为施加于第1驱动电极16上的第1驱动信号的交流电压D+的振幅AD+，为作为施加于第2驱动电极17上的第2驱动信号的交流电压D-的振幅AD-的二分之一。能够使第1寄生电容20A与第1驱动信号的振幅AD+的积、和第2寄生电容20B与第2驱动信号的振幅AD-的积相等。因此，如图6所示，能够将由第1驱动电极16与检测电极18之间的电容耦合所产生的噪声分量25、和由第2驱动电极与检测电极之间的电容耦合所产生的噪声分量26相互抵消。作为其结果，能够进一步提高角速度传感信号的检测精度。

另外，本实施方式中的角速度传感器不是适当调整第1驱动信号的振幅与第2驱动信号的振幅的比，设定为角速度传感信号中的噪声成为最小的振幅。设定第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅，以使得在第1驱动电极16与检测电极18之间产生的第1寄生电容20A、和在第2驱动电极17与检测电极18之间产生的第2寄生电容20B的大小关系，与第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅的大小关系相反。由此，能够提供直接设定第1、第2驱动信号的振幅，不设置上述调整步骤，提高生产率，高检测精度的角速度传感器。

图7是表示本发明的实施方式中的角速度传感器中的电极配置的一个例子的剖面图。作为电极配置，如图7所示，在压电体32的一个面上配置第1驱动电极16、第2驱动电极17、检测电极18，在压电体32的另一个面上配置基准电位电极31。如上所述，通过使第1、第2寄生电容的大小关系与第1、第2驱动信号的振幅的大小关系相反，能够得到本发明的效果。

不过，在此情况下，因为输入到第1驱动电极16的第1驱动信号的振幅与输入到第2驱动电极17的第2驱动信号的振幅不同，所以在压电体32产生的变形量根据场所而不均匀。作为其结果，有可能在检测元件12产生不需要的振动。

图8是表示本发明的实施方式中的角速度传感器中的其他电极配置的一个例子的剖面图。如图8所示，不通过基准电位电极，而是根据输入到第1驱动电极16的第1驱动信号、与输入到第2驱动电极17的第2驱动信号之间的差动，来驱动检测元件12，从而能够抑制上述不需要的振动的产生。即，在图8这种结构中，也在第1驱动电极16与检测电极18之间产生第1寄生电容，在第2驱动电极17与检测电极18之间产生第2寄生电容。此时，以成为与所述第1、第2寄生电容的大小关系相反的大小关系的方式，将第1驱动信号的振幅和第2驱动信号的振幅设定为不同大小。在图8的结构中，不是利用驱动电极16与基准电极(在图8结构中不存在)的电位差、以及驱动电极17与基准电极(在图8结构中不存在)的电位差进行驱动，而是利用驱动电极16与驱动电极17之间的电位差(电压)进行驱动。因此，由于第1驱动信号与第2驱动信号的差一定，所以在压电体32中产生的变形量的不均匀性被减小。因此，能够抑制上述检测元件12中的不需要的振动的产生。

另外，在考虑寄生电容时，优选不仅考虑上述这种在第1、第2驱动电极16、17与检测电极18之间产生的寄生电容，而且考虑以下情况。

在驱动电路11和第1驱动电极16通过第1驱动信号路径连接，检测电路13和检测电极18通过检测信号路径连接的情况下，在第1驱动信号路径及第1驱动电极16、与检测信号路径及检测电极18之间产生第1寄生电容。

此外，在驱动电路11和第2驱动电极17通过第2驱动信号路径连接，检测电路13和检测电极18通过检测信号路径连接的情况下，在第2驱动信号路径及第2驱动电极17、与检测信号路径及检测电极18之间产生第2寄生电容。

在此情况下，优选将第1寄生电容和第2寄生电容的大小关系设定为与第1驱动信号和第2驱动信号的振幅的大小关系相反。

另外，对驱动电路11作为一个驱动电路进行了说明，但也可以采用个别独立地设置连接于第1驱动电极16的第1驱动电路、和连接于第2驱动电极17的第2驱动电路的结构。

此外，图8所示的元件构造、电极配置是实现本申请的一个例子，只要对元件进行驱动的驱动电极、驱动电压为差动结构(根据正极性的驱动电压和负极性的驱动电压的电位差来进行驱动的结构)则能够得到相同的效果。

并且，在本发明中，寄生电容与驱动信号的振幅的大小关系、比等的设定，既可以用专用的硬件的控制手段来实现，也可以通过编入了软件的控制的LSI、运算装置等来实现。

(产业上的可利用性)

本发明的角速度传感器具有能够提高角速度传感信号的检测精度的效果，在数码照相机或汽车导航装置、车辆控制等中有用。

符号说明：

11驱动电路

12检测元件

13检测电路

14信号处理电路

16第1驱动电极

17第2驱动电极

18检测电极

19监测电路

20A第1寄生电容

20B第2寄生电容

199监测电极。

Claims (6)

1.一种角速度传感器，其具备：

驱动电路；

检测元件，其根据来自所述驱动电路的驱动信号而振动；

检测电路，其从所述检测元件中抽出响应信号并输出；和

信号处理电路，其从所述响应信号中抽出角速度传感信号并输出，

所述检测元件具有：

第1驱动电极及第2驱动电极；和

检测电极，

所述驱动电路对所述第1驱动电极输入第1驱动信号，对所述第2驱动电极输入相对于所述第1驱动信号极性反转了的第2驱动信号，

根据所述第1驱动信号与所述第2驱动信号的差动来驱动所述检测元件，

相对于在所述第1驱动电极与所述检测电极之间产生的第1寄生电容、和在所述第2驱动电极与所述检测电极之间产生的第2寄生电容的大小关系，将所述第1驱动信号和所述第2驱动信号的振幅的大小关系设定为相反。

2.根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，

所述驱动电路由如下电路构成：

第1驱动电路，其连接于所述第1驱动电极；和

第2驱动电路，其连接于所述第2驱动电极。

3.根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，

相对于所述第1寄生电容与所述第2寄生电容的比，将所述第1驱动信号的振幅与所述第2驱动信号的振幅的比设定为其倒数。

4.一种角速度传感器，其具备：

驱动电路；

检测元件，其根据来自所述驱动电路的驱动信号而振动；

检测电路，其从所述检测元件中抽出响应信号并输出；和

信号处理电路，其从所述响应信号中抽出角速度传感信号并输出；

所述检测元件具有：

第1驱动电极，其通过第1驱动信号路径连接于所述驱动电路；

第2驱动电极，其通过第2驱动信号路径连接于所述驱动电路；和

检测电极，其通过检测信号路径连接于所述检测电路，

从所述驱动电路向所述第1驱动电极输入第1驱动信号，

从所述驱动电路向所述第2驱动电极输入相对于所述第1驱动信号极性反转了的第2驱动信号，

根据所述第1驱动信号与所述第2驱动信号的差动来驱动所述检测元件，

相对于第1寄生电容与第2寄生电容的大小关系，将所述第1驱动信号和所述第2驱动信号的振幅的大小关系设定为相反，所述第1寄生电容在所述第1驱动信号路径及所述第1驱动电极、与所述检测信号路径及所述检测电极之间产生，所述第2寄生电容在所述第2驱动信号路径及所述第2驱动电极、与所述检测信号路径及所述检测电极之间产生。

5.根据权利要求4所述的角速度传感器，其特征在于，

所述驱动电路由如下电路构成：

第1驱动电路，其连接于所述第1驱动电极；和

第2驱动电路，其连接于所述第2驱动电极。

6.根据权利要求4所述的角速度传感器，其特征在于，

相对于所述第1寄生电容与所述第2寄生电容的比，将所述第1驱动信号的振幅与所述第2驱动信号的振幅的比设定为其倒数。

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