CN102457264A - 信号电平转换电路、物理量检测装置以及电子设备 - Google Patents

信号电平转换电路、物理量检测装置以及电子设备 Download PDF

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Abstract

信号电平转换电路、物理量检测装置以及电子设备。本发明提供可转换第1输入信号的信号电平而不会放大叠加在第2输入信号中的噪声的信号电平转换电路、使用该信号电平转换电路的物理量检测装置以及电子设备。信号电平转换电路(1)包括：第1差动放大电路(10)和第2差动放大电路(20)。第1差动放大电路(10)将第1输入信号与第2输入信号间的电位差变为G1倍并输出。第2差动放大电路(20)将第1差动放大电路(10)的输出信号与第2输入信号间的电位差变为G2倍并输出。这两个增益G1和G2满足G1×G2＜0且0＜-(G1+1)×G2＜2的关系。

Description

信号电平转换电路、物理量检测装置以及电子设备
技术领域
本发明涉及信号电平转换电路、物理量检测装置以及电子设备。
背景技术
如汽车导航装置、PND(Personal Navigation Device：个人导航装置)那样，安装有陀螺仪传感器或加速度传感器等各种传感器并根据传感器的检测信号进行预定控制的各种电子设备或系统已被广泛利用。
在这些电子设备或系统中，为了使传感器信号的电平与后级的装置侧所要求的电平一致，有时使用基准电压信号对其进行放大。例如，在专利文献1中提出了连接2级放大器、能够独立进行偏置调整和跨距(span)调整的信号放大电路。此外，在专利文献2中，提出了连接2级放大器、能够进行高精度的模拟信号放大的增益切换电路。
【专利文献1】日本特开平7-46055号公报
【专利文献2】日本特开平7-38354号公报
但是，在使用基准电压信号进行放大的情况下，具有如下这样的问题：基准电压自身具有的噪声会叠加到传感器信号中，难以实现低噪声化。
发明内容
本发明正是鉴于以上问题而完成的，根据本发明的几个方式，能够提供可转换第1输入信号的信号电平而不会放大叠加在第2输入信号中的噪声的信号电平转换电路、使用该信号电平转换电路的物理量检测装置以及电子设备。
(1)本发明是一种信号电平转换电路，其包括：第1差动放大电路，其将第1输入信号与第2输入信号间的电位差变为G1倍并输出；以及第2差动放大电路，其将所述第1差动放大电路的输出信号与所述第2输入信号间的电位差变为G2倍并输出，其中，G1×G2＜0且0＜-(G1+1)×G2＜2。
根据本发明，将第1信号变为G1×G2倍，将第2信号变为{-G1+1)×G2}倍而叠加在信号电平转换电路的输出信号中。而且，0＜-(G1+1)×G2＜2，因此通过在后级的电路中求出本发明的信号电平转换电路的输出信号与第2输入信号的差分，能够使叠加在第2输入信号中的噪声所引起的噪声成分衰减为{-(G1+1)×G2-1}倍。
(2)在该信号电平转换电路中，也可以是G1＜0且G2＞0。
G1＜0，因此第1差动放大电路对第1信号与第2信号间的差分进行反相放大，G2＞0，因此第2差动放大电路对第1差动放大电路的输出信号与第2信号间的差分进行同相放大。这样，也能够选择满足0＜-(G1+1)×G2＜2的G1、G2。
(3)在该信号电平转换电路中，也可以是G1＞0且G2＜0。
G1＞0，因此第1差动放大电路对第1信号与第2信号间的差分进行同相放大，G2＜0，因此第2差动放大电路对第1差动放大电路的输出信号与第2信号间的差分进行反相放大。这样，也能够选择满足0＜-(G1+1)×G2＜2的G1、G2。
(4)在该信号电平转换电路中，也可以是-(G1+1)×G2＝1。
由此，能够转换第1输入信号的信号电平而不会放大叠加在第2输入信号中的噪声。因此，通过在后级的电路中求出本发明的信号电平转换电路的输出信号与第2输入信号间的差分，能够消除叠加在第2输入信号中的噪声引起的噪声成分。
(5)在该信号电平转换电路中，所述第2输入信号也可以是与所述第1输入信号的基准电压对应的基准电压信号。
(6)在该信号电平转换电路中，也可以进一步包含第3差动放大电路，该第3差动放大电路对所述第2差动放大电路的输出信号与所述第2输入信号间的电位差进行放大或衰减并输出。
在该信号电平转换电路中，将第1信号变为G1×G2倍，将第2信号变为{-G1+1)×G2}倍而叠加在第2差动放大电路的输出信号中。并且，由第3差动放大电路求出第2差动放大电路的输出信号与第2输入信号间的差分，由此能够使叠加在第2输入信号中的噪声引起的噪声成分衰减为{-(G1+1)×G2-1}倍。尤其是，如果以满足-(G1+1)×G2＝1的方式选择G1和G2，则能够消除由于叠加在第2输入信号中的噪声引起的噪声成分。
(7)本发明是一种物理量检测装置，其包括：上述任意一个信号电平转换电路；传感器元件，其检测物理量；以及物理量信号生成部，其根据所述传感器元件产生的信号生成与所述物理量对应的信号电平的物理量信号，所述物理量信号和基准电压信号分别作为所述第1输入信号和所述第2输入信号被提供给所述信号电平转换电路。
(8)本发明是一种电子设备，其包括上述任意一个信号电平转换电路。
附图说明
图1是示出第1实施方式的信号电平转换电路的图。
图2是示出第2实施方式的信号电平转换电路的图。
图3是示出第3实施方式的信号电平转换电路的图。
图4是示出第4实施方式的信号电平转换电路的图。
图5是示出作为物理量检测装置一例的角速度检测装置的结构例的图。
图6是陀螺仪传感器元件的振动片的平面图。
图7是用于说明陀螺仪传感器元件的动作的图。
图8是用于说明陀螺仪传感器元件的动作的图。
图9是电子设备的功能框图。
标号说明
1信号电平转换电路；2角速度检测装置；10第1差动放大电路；11、12、13、14电阻；15差动放大器；20第2差动放大电路；21、22、23、24电阻；25差动放大器；30第1差动放大电路；31、32、33、34电阻；35差动放大器；40第2差动放大电路；41、42、43、44电阻；45差动放大器；50第3差动放大电路；51、52、53、54电阻；55差动放大器；60角速度检测用IC；61、66、67外部输出端子；62、63、64、65外部输入端子；100陀螺仪传感器元件；101a、101b驱动振动臂；102检测振动臂；103施重部；104a、104b驱动用基部；105a、105b连接臂；106施重部；107检测用基部；112、113驱动电极；114、115检测电极；116公共电极；200驱动电路；210I/V转换电路(电流电压转换电路)；220比较器；230AGC电路；240启动电路；300检测电路；310、312电荷放大器；314差动放大器；316高通滤波器；318放大器；320同步检波器；322放大器；324低通滤波器；326放大器；328信号电平转换电路；330放大器；400基准电源电路；410存储器；500电子设备；600信号生成部；610信号电平转换电路；700CPU；710操作部；720显示部；730ROM；740RAM；750通信部。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式不对权利要求所记载的本发明内容进行不合理限定。并且，以下说明的所有结构不是本发明必需的结构要素。
1.信号电平转换电路
1-1.第1实施方式
图1是示出第1实施方式的信号电平转换电路的图。如图1所示，第1实施方式的信号电平转换电路1构成为包含第1差动放大电路10和第2差动放大电路20。
第1差动放大电路10构成为包含电阻值为R1的电阻11、电阻值为R1的电阻12、电阻值为R2的电阻13、电阻值为R2的电阻14、差动放大器15。
电阻11的一端与信号电平转换电路1的输入端子I1连接，另一端与电阻14的一端以及差动放大器15的反相输入端子(-输入端子)公共连接。此外，电阻14的另一端与差动放大器15的输出端子连接。
电阻12的一端与信号电平转换电路1的输入端子I2连接，另一端与电阻13的一端以及差动放大器15的同相输入端子(+输入端子)公共连接。此外，电阻13的另一端被接地到接地电位。
在设输入到输入端子I1的信号(第1输入信号)的电压为V1、输入到输入端子I2的信号(第2输入信号)的电压为V2时，第1差动放大电路10的输出信号电压(差动放大器15的输出电压)V3由下式(1)给出。
【数式1】
V 3 = - R 2 R 1 ( V 1 - V 2 ) = G 1 × ( V 1 - V 2 ) . . . ( 1 )
此处，G1＝-R2/R1，是第1差动放大电路10的增益，G1＜0。即，第1差动放大电路10是将第1输入信号与第2输入信号间的电位差V1-V2反相放大G1(＜0)倍并输出的差动放大电路。
第2差动放大电路20构成为包含电阻值为R3的电阻21、电阻值为R3的电阻22、电阻值为R4的电阻23、电阻值为R4的电阻24、差动放大器25。
电阻21的一端与信号电平转换电路1的输入端子I2连接，另一端与电阻24的一端以及差动放大器25的反相输入端子(-输入端子)公共连接。此外，电阻24的另一端与差动放大器25的输出端子连接。
电阻22的一端与差动放大器15的输出端子连接，另一端与电阻23的一端以及差动放大器25的同相输入端子(+输入端子)公共连接。此外，电阻23的另一端被接地到接地电位。
第2差动放大电路20的输出信号电压(差动放大器25的输出电压)V4由下式(2)给出。
【数式2】
V 4 = R 4 R 3 ( V 3 - V 2 ) = G 2 × ( V 3 - V 2 ) = . . . ( 2 )
此处，G2＝R4/R3，是第2差动放大电路20的增益，G2＞0。即，第2差动放大电路20是将第1差动放大电路10的输出信号与第2输入信号间的电位差V3-V2同相放大G2(＞0)倍并输出的差动放大电路。
差动放大器25的输出端子与信号电平转换电路1的输出端子O连接，第2差动放大电路20的输出信号(差动放大器25的输出信号)为信号电平转换电路1的输出信号。即，信号电平转换电路1的输出信号电压为V4。
如果将式(1)代入到式(2)中，则能够得到下式(3)。
【数式3】
V4＝G2×{G1×(V1-V2)-V2}
  ＝G1×G2×V1-(G1+1)×G2×V2…(3)
此处，当设-(G1+1)×G2＝1时，式(3)能够变形为下式(4)。
【数式4】
V4＝G1×G2×V1+V2
  ＝-(1+G2)×V1+V2…(4)
此处，G2＞0，因此|G1×G2|＝|1+G2|＞1，放大V1、不放大(放大1倍)V2，将两者相加。作为一例，设G1＝-1.5、G2＝2时，则V4＝-3V1+V2。即，将V1放大-3倍、不放大V2(放大1倍)，将两者相加。作为另一例，设G1＝-1.125、G2＝8时，V4＝-9V1+V2。即，将V1放大-9倍、不放大V2(放大1倍)，将两者相加。
例如，如果设V1为检测给定物理量的传感器的输出电压(传感器信号(物理量信号)的电压)Vo、设V2为针对传感器信号的基准电压Vref，则在-(G1+1)×G2＝1时，V4＝G1×G2×Vo+Vref。因此，通过进行V4与Vref的差动运算，能够完全消除叠加在Vref中的噪声。
这样，第1实施方式的信号电平转换电路在-(G1+1)×G2＝1时，生成放大第1信号并且不放大(放大1倍)第2输入信号并将两者相加后的输出信号。并且，通过从第1实施方式的信号电平转换电路1的输出信号电压中减去与第2输入信号的电压相等的电压，能够完全消除与叠加在第2输入信号中的噪声对应的噪声成分。但是，如果0＜-(G1+1)×G2＜2，则通过从第1实施方式的信号电平转换电路1的输出信号电压中减去与第2输入信号的电压相等的电压，能够使叠加在第2输入信号中的噪声所引起的噪声成分衰减为{-(G1+1)×G2-1}倍(因为-1＜-(G1+1)×G2-1＜1)。
1-2.第2实施方式
图2是示出第2实施方式的信号电平转换电路的图。如图2所示，第2实施方式的信号电平转换电路1构成为包含第1差动放大电路30和第2差动放大电路40。
第1差动放大电路30构成为包含电阻值为R1的电阻31、电阻值为R1的电阻32、电阻值为R2的电阻33、电阻值为R2的电阻34、差动放大器35。
电阻31的一端与信号电平转换电路1的输入端子I2连接，另一端与电阻34的一端以及差动放大器35的反相输入端子(-输入端子)公共连接。此外，电阻34的另一端与差动放大器35的输出端子连接。
电阻32的一端与信号电平转换电路1的输入端子I1连接，另一端与电阻33的一端以及差动放大器35的同相输入端子(+输入端子)公共连接。此外，电阻33的另一端被接地到接地电位。
在设输入到输入端子I1的信号(第1输入信号)的电压为V1、设输入到输入端子I2的信号(第2输入信号)的电压为V2时，第1差动放大电路30的输出信号电压(差动放大器35的输出电压)V3由下式(5)给出。
【数式5】
V 3 = R 2 R 1 ( V 1 - V 2 ) = G 1 × ( V 1 - V 2 ) . . . ( 5 )
此处，G1＝R2/R1，是第1差动放大电路30的增益，G1＞0。即，第1差动放大电路30是将第1输入信号与第2输入信号间的电位差V1-V2同相放大G1(＞0)倍并输出的差动放大电路。
第2差动放大电路40构成为包含电阻值为R3的电阻41、电阻值为R3的电阻42、电阻值为R4的电阻43、电阻值为R4的电阻44、差动放大器45。
电阻41的一端与差动放大器35的输出端子连接，另一端与电阻44的一端以及差动放大器45的反相输入端子(-输入端子)公共连接。此外，电阻44的另一端与差动放大器45的输出端子连接。
电阻42的一端与信号电平转换电路1的输入端子I2连接，另一端与电阻43的一端以及差动放大器45的同相输入端子(+输入端子)公共连接。此外，电阻43的另一端被接地到接地电位。
第2差动放大电路40的输出信号电压(差动放大器45的输出电压)V4由下式(6)给出。
【数式6】
V 4 = - R 4 R 3 ( V 3 - V 2 ) = G 2 × ( V 3 - V 2 ) = . . . ( 6 )
此处，G2＝-R4/R3，是第2差动放大电路40的增益，G2＜0。即，第2差动放大电路40是将第1差动放大电路30的输出信号与第2输入信号间的电位差V3-V2反相放大G2(＜0)倍并输出的差动放大电路。
差动放大器45的输出端子与信号电平转换电路1的输出端子O连接，第2差动放大电路40的输出信号(差动放大器45的输出信号)为信号电平转换电路1的输出信号。即，信号电平转换电路1的输出信号电压为V4。
如果将式(5)代入到式(6)中，则能够得到下式(7)。
【数式7】
V4＝G2×{G1×(V1-V2)-V2}
  ＝G1×G2×V1-(G1+1)×G2×V2…(7)
此处，当设-(G1+1)×G2＝1时，式(7)能够变形为下式(8)。
【数式8】
V 4 = G 1 × G 2 × V 1 + V 2
= - ( G 1 G 1 + 1 ) × V 1 + V 2 . . . ( 8 )
此处，G1＞0，因此|G1×G2|＝|G1/(G1+1)|＜1，使V1衰减、不放大(放大1倍)V2，将两者相加。作为一例，设G1＝3、G2＝-0.25时，V4＝-0.75V1+V2。即，使V1衰减为-0.75倍、不放大(放大1倍)V2并将两者相加。作为另一例，设G1＝1.5、G2＝-0.4时，V4＝-0.6V1+V2。即，使V1衰减为-0.6倍、不放大(放大1倍)V2并将两者相加。
例如，如果设V1为检测给定物理量的传感器的输出电压(传感器信号(物理量信号)的电压)Vo、设V2为针对传感器信号的基准电压Vref，则在-(G1+1)×G2＝1时，V4＝G1×G2×Vo+Vref。因此，通过进行V4与Vref的差动运算，能够完全消除叠加在Vref中的噪声。
这样，第2实施方式的信号电平转换电路在-(G1+1)×G2＝1时，生成衰减第1信号并且不放大(放大1倍)第2输入信号并将两者相加后的输出信号。并且，通过从第2实施方式的信号电平转换电路1的输出信号电压中减去与第2输入信号的电压相等的电压，能够完全消除与叠加在第2输入信号中的噪声对应的噪声成分。但是，如果0＜-(G1+1)×G2＜2，则通过从第2实施方式的信号电平转换电路1的输出信号电压中减去与第2输入信号的电压相等的电压，能够使叠加在第2输入信号中的噪声所引起的噪声成分衰减为{-(G1+1)×G2-1}倍(因为-1＜-(G1+1)×G2-1＜1)。
1-3.第3实施方式
图3是示出第3实施方式的信号电平转换电路的图。如图3所示，第3实施方式的信号电平转换电路1构成为包含第1差动放大电路10、第2差动放大电路20和第3差动放大电路50。
第1差动放大电路10以及第2差动放大电路20与图1为相同结构，因此标注相同标号，并省略其说明。
第3差动放大电路50构成为包含电阻值为R5的电阻51、电阻值为R5的电阻52、电阻值为R6的电阻53、电阻值为R6的电阻54、差动放大器55。
电阻51的一端与信号电平转换电路1的输入端子I2连接，另一端与电阻54的一端以及差动放大器55的反相输入端子(-输入端子)公共连接。此外，电阻54的另一端与差动放大器55的输出端子连接。
电阻52的一端与差动放大器25的输出端子连接，另一端与电阻53的一端以及差动放大器55的同相输入端子(+输入端子)公共连接。此外，电阻53的另一端被接地到接地电位。
第3差动放大电路50的输出信号电压(差动放大器55的输出电压)V5由下式(9)给出。
【数式9】
V 5 = R 6 R 5 ( V 4 - V 2 ) = G 3 × ( V 4 - V 2 ) = . . . ( 9 )
此处，G3＝R6/R5，是第3差动放大电路50的增益，G3＞0。即，第3差动放大电路50是将第2差动放大电路20的输出信号与第2输入信号间的电位差V4-V2同相放大G3(＞0)倍并输出的差动放大电路。
差动放大器55的输出端子与信号电平转换电路1的输出端子O连接，第3差动放大电路50的输出信号(差动放大器55的输出信号)为信号电平转换电路1的输出信号。即，信号电平转换电路1的输出信号电压为V5。
如果将式(3)代入到式(9)中，则能够得到下式(10)。
【数式10】
V5＝G3×(G1×G2×V1-(G1+1)×G2×V2-V2)
  ＝G1×G2×G3×V1-{(G1+1)×G2+1}×G3×V2……(10)
此处，当设-(G1+1)×G2＝1时，式(10)变为下式(11)。
【数式11】
V5＝G1·G2·G3·V1…(11)
即，在信号电平转换电路1的输出信号中，能够完全消除与叠加在第2输入信号中的噪声对应的噪声成分。并且，通过调整第3差动放大电路50的增益G3，能够将总增益G1×G2×G3设定为期望值。
例如，如果在设V1为检测给定物理量的传感器的输出电压(传感器信号(物理量信号)的电压)Vo、设V2为针对传感器信号的基准电压Vref，则在-(G1+1)×G2＝1时，V5＝G1×G2×G3×Vo，能够完全消除叠加在Vref中的噪声。
这样，第3实施方式的信号电平转换电路在-(G1+1)×G2＝1时，能够将第1信号放大或衰减为G1×G2×G3倍，并且完全消除与叠加在第2输入信号中的噪声对应的噪声成分。但是，如果0＜-(G1+1)×G2＜2，则使叠加在第2输入信号中的噪声所引起的噪声成分衰减为{-(G1+1)×G2-1}倍(因为-1＜-(G1+1)×G2-1＜1)。
1-4.第4实施方式
图4是示出第4实施方式的信号电平转换电路的图。如图4所示，第4实施方式的信号电平转换电路1构成为包含第1差动放大电路30、第2差动放大电路40和第3差动放大电路50。
第1差动放大电路30以及第2差动放大电路40与图2为相同结构，因此标注相同标号，并省略其说明。此外，第3差动放大电路50与图3为相同结构，因此标注相同标号，并省略其说明。
该信号电平转换电路1的输出信号的电压V5用式(10)表示，在设-(G1+1)×G2＝1时变为式(11)。
因此，第4实施方式的信号电平转换电路也与第3实施方式同样，在-(G1+1)×G2＝1时，能够将第1信号放大或衰减为G1×G2×G3倍，并且完全消除与叠加在第2输入信号中的噪声对应的噪声成分。但是，如果0＜-(G1+1)×G2＜2，则使与叠加在第2输入信号中的噪声所引起的噪声成分衰减为{-(G1+1)×G2-1}倍(因为-1＜-(G1+1)×G2-1＜1)。
2.物理量检测装置
本实施方式的物理量检测装置包含检测给定物理量的传感器元件，根据传感器元件产生的信号生成与物理量对应的信号电平的物理量信号。本实施方式的物理量检测装置例如能够适用于检测角速度、角加速度、加速度、力、温度、磁性等各种物理量中的任意一个。
图5是示出作为本实施方式的物理量检测装置的一例的角速度检测装置的结构例的图。
本实施方式的角速度检测装置2构成为包含陀螺仪传感器元件100和角速度检测用IC 60。
陀螺仪传感器元件100(传感器元件的一例)是将配置有驱动电极和检测电极的振动片密封在未图示的封装中而构成的。一般而言，为了尽可能地减小振动片的阻抗(impedance)提高振荡效率，确保了封装内的气密性。
陀螺仪传感器元件100的振动片例如可以使用以下压电材料构成：石英(SiO2)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等压电单晶、或者锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷等，也可以是如下结构，即：在硅半导体表面的一部分上配置了夹在驱动电极之间的氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等的压电薄膜。
此外，陀螺仪传感器元件的驱动振动的激励单元或检测振动的检测单元不仅可以是利用压电效应的类型，还可以是利用库仑力的静电型。
在本实施方式中，陀螺仪传感器元件100由具有两个T型的驱动振动臂的所谓的双T型振动片构成。但是，陀螺仪传感器元件100的振动片例如可以是音叉型，也可以是三棱柱、四棱柱、圆柱状等形状的音片型。此外，也可以是将硅半导体基板加工成梳齿状而得到的振动片。
图6是本实施方式的陀螺仪传感器元件100的振动片的平面图。
本实施方式的陀螺仪传感器元件100具有由Z切的石英基板形成的双T型振动片。以石英为材料的振动片的共振频率相对于温度变化的变动极小，因此具有能够提高角速度的检测精度的优点。另外，图6中的X轴、Y轴、Z轴表示石英的轴。
如图6所示，陀螺仪传感器元件100的振动片的驱动振动臂101a、101b分别从两个驱动用基部104a、104b起朝+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在驱动振动臂101a的侧表面和上表面分别形成有驱动电极112和113，在驱动振动臂101b的侧表面和上表面分别形成有驱动电极113和112。驱动电极112、113分别经由图5所示的角速度检测用IC 60的外部输出端子61、外部输入端子62与驱动电路200连接。
驱动用基部104a、104b分别经由朝-X轴方向和+X轴方向延伸的连接臂105a、105b与矩形形状的检测用基部107连接。
检测振动臂102从检测用基部107起朝+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在检测振动臂102的上表面形成有检测电极114和115，在检测振动臂102的侧表面形成有公共电极116。检测电极114、115分别经由图5所示的角速度检测用IC 60的外部输入端子63、64与检测电路300连接。并且，公共电极116被接地。
在对驱动振动臂101a、101b的驱动电极112与驱动电极113之间施加交流电压作为驱动信号时，如图7所示，驱动振动臂101a、101b由于逆压电效应而如箭头B所示那样进行弯曲振动(激励振动)，即：两个驱动振动臂101a、101b的前端反复相互接近和远离。
当在该状态下以Z轴为旋转轴的角速度施加于陀螺仪传感器元件100的振动片时，驱动振动臂101a、101b在与箭头B的弯曲振动方向及Z轴双方垂直的方向上得到科里奥利力。其结果，如图8所示，连接臂105a、105b进行如箭头C所示的振动。并且，检测振动臂102与连接臂105a、105b的振动(箭头C)联动而如箭头D那样进行弯曲振动。伴随于该科里奥利力的检测振动臂102的弯曲振动与驱动振动臂101a、101b的弯曲振动(激励振动)的相位相差90°。
但是，如果两个驱动振动臂101a、101b的在驱动振动臂101a、101b进行弯曲振动(激励振动)时的振动能量的大小或振动振幅的大小相等，则能够取得驱动振动臂101a、101b的振动能量平衡，在不对陀螺仪传感器元件100施加角速度的状态下，检测振动臂102不进行弯曲振动。但是，在两个驱动振动臂101a、101b的振动能量失去平衡时，即使在不对陀螺仪传感器元件100施加角速度的状态下，也会在检测振动臂102中产生弯曲振动。将该弯曲振动称作泄漏振动，与基于科里奥利力的振动同样是箭头D的弯曲振动，与驱动信号相位相同。
此外，由于压电效应而在检测振动臂102的检测电极114、115中产生基于这些弯曲振动的交流电荷。此处，基于科里奥利力而产生的交流电荷随着科里奥利力大小(换言之，施加于陀螺仪传感器元件100的角速度大小)而变化。另一方面，基于泄漏振动而产生的交流电荷与施加于陀螺仪传感器元件100的角速度大小无关而保持恒定。
另外，在驱动振动臂101a、101b的前端形成有宽度比驱动振动臂101a、101b宽的矩形形状的施重部103。通过在驱动振动臂101a、101b的前端形成施重部103，能够增大科里奥利力，并且以较短的振动臂得到期望的共振频率。同样，在检测振动臂102的前端，形成有宽度比检测振动臂102宽的施重部106。通过在检测振动臂102的前端形成施重部106，能够增大在检测电极114、115中产生的交流电荷。
如上所述，陀螺仪传感器元件100通过检测电极114、115输出以Z轴为检测轴基于科里奥利力的交流电荷(角速度成分)、和基于激励振动的泄漏振动的交流电荷(振动泄漏成分)。
返回图5，角速度检测用IC 60构成为包含驱动电路200、检测电路300、基准电源电路400和存储器410。
基准电源电路400根据经由电源输入端子65提供的电源电压，生成基准电压Vref。
驱动电路200构成为包含I/V转换电路(电流电压转换电路)210、比较器220、AGC(Automatic Gain Control：自动增益控制)电路230以及启动电路240。
在陀螺仪传感器元件100的振动片中流过的驱动电流由I/V转换电路210转换为以基准电压Vref为基准的交流电压信号。
从I/V转换电路210输出的交流电压信号被输入到比较器220和AGC电路230。比较器220将所输入的交流电压信号的电压与基准电压Vref进行比较并输出二值化信号(矩形波电压信号)。
AGC电路230进行如下控制：根据I/V转换电路210所输出的交流电压信号的振幅，使比较器220输出的二值化信号的振幅变化，将驱动电流保持为恒定。
比较器220输出的二值化信号经由外部输出端子61被提供给陀螺仪传感器元件100的振动片的驱动电极112。
这样，通过经由驱动电路200的振荡环，陀螺仪传感器元件100继续激励图7所示的预定驱动振动。此外，通过将驱动电流保持为恒定，陀螺仪传感器元件100的驱动振动臂101a、101b能够得到恒定的振动速度。因此，作为科里奥利力产生源的振动速度恒定，能够使灵敏度更稳定。
另外，启动电路240包含用于在电源接通时等使陀螺仪传感器元件100开始弯曲振动的振荡源，当I/V转换电路210输出的交流电压信号的振幅超过预定阈值时从振荡环分离。
检测电路300构成为包含电荷放大器300和312、差动放大器314、高通滤波器316、放大器318、同步检波器320、放大器322、低通滤波器324、放大器326、信号电平转换电路328以及放大器330。
电荷放大器310经由外部输入端子63从陀螺仪传感器元件100的振动片的检测电极114输入包含角速度成分和振动泄漏成分的交流电荷。同样，电荷放大器312经由外部输入端子64从陀螺仪传感器元件100的振动片的检测电极115输入包含角速度成分和振动泄漏成分的交流电荷。该电荷放大器310和312分别将所输入的交流电荷转换为交流电压信号。电荷放大器310的输出信号和电荷放大器312的输出信号的相位是彼此相反的相位(相差180°)。
差动放大器314对电荷放大器310的输出信号和电荷放大器312的输出信号进行差动放大。通过差动放大器314消除同相成分，并对反相成分进行相加放大。
高通滤波器316消除差动放大器314的输出信号中包含的直流成分。
放大器318对高通滤波器316的输出信号进行放大，输出以基准电压Vref为基准的交流电压信号。
同步检波器320用比较器220输出的二值化信号对放大器318的输出信号进行同步检波。同步检波器320例如能够构成为如下这样的开关电路：在二值化信号的电压电平高于基准电压Vref时直接选择放大器318的输出信号，在二值化信号的电压电平低于基准电压Vref时选择使放大器318的输出信号相对于基准电压Vref反转后的信号。
在放大器318的输出信号中包含角速度成分和振动泄漏成分，该角速度成分与比较器220输出的二值化信号相位相同，与此相对，振动泄漏成分与该二值化信号相位相反。因此，同步检波器320对角速度成分进行同步检波，而不对振动泄漏成分进行检波。
放大器322使同步检波器320的输出信号放大或衰减，输出期望电压电平的信号，低通滤波器324去除放大器322的输出信号中包含的高频成分，并且提取由规格确定的频率范围的信号。
低通滤波器324的输出信号被放大器326放大或衰减为期望电压电平的信号。该放大器326的输出信号是以基准电压Vref为基准并与角速度对应的电压电平的信号，即角速度信号(物理量信号的一例)。
信号电平转换电路328例如是图1～图4所示的本实施方式的信号电平转换电路，放大器326的输出信号(角速度信号)输入至输入端子I1，基准电压Vref输入至输入端子I2，从输出端子O输出差动放大后的信号。信号电平转换电路328的增益是根据在存储器410中预先设定的增益调整数据来确定的。该信号电平转换电路328的输出信号经由外部输出端子66输出到外部。
基准电压Vref被输入到放大器330(电压跟随器)，经由外部输出端子67输出到外部。
这样，通过嵌入本实施方式的信号电平转换电路，能够实现输出低噪声物理量信号的物理量检测装置。
3.电子设备
图9是示出本实施方式的电子设备结构例的功能框图。本实施方式的电子设备500构成为包含信号生成部600、CPU 700、操作部710、显示部720、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)730、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)740和通信部750。本实施方式的电子设备也可以省略图9的结构要素(各部)的一部分，或者采用附加了其他结构要素的结构。
信号生成部600包含信号电平转换电路610，根据CPU 700的控制生成给定信号，输出到CPU 700。
CPU 70根据存储在ROM 730中的程序进行各种计算处理、控制处理。具体而言，CPU 700控制信号生成部600，或接收信号生成部600所生成的信号等来进行各种计算处理。此外，CPU 700进行与来自操作部710的操作信号对应的各种处理、发送用于使显示部720显示各种信息的显示信号的处理、和控制通信部750以与外部进行数据通信的处理等。
操作部710是由操作键或按钮开关等构成的输入装置，将与用户操作对应的操作信号输出到CPU 700。
显示部720是由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等构成的显示装置，根据从CPU 700输入的显示信号显示各种信息。
ROM 730存储有供CPU 700进行各种计算处理和控制处理的程序、和用于实现预定功能的各种程序和数据等。
RAM 740被用作CPU 700的工作区域，临时存储从ROM 730读出的程序和数据、从操作部710输入的数据、以及CPU 700根据各种程序执行的运算结果等。
通信部750进行用于建立CPU 700与外部装置之间的数据通信的各种控制。
通过在电子设备500中嵌入本实施方式的信号电平转换电路作为信号电平转换电路610，能够实现更高精度的处理。尤其是，通过嵌入第3实施方式或第4实施方式的信号电平转换电路，不再需要在物理量检测装置的后级进行差动运算，有时还能够减少系统整体的成本。
另外，作为电子设备600可考虑各种电子设备，例如可举出车辆的防侧滑装置或侧滚检测装置、便携电话机、导航装置、鼠标等的定点设备(pointing device)、数码相机、游戏控制器等。
另外，本发明不限于本实施方式，能够在本发明的主旨范围内实施各种变形。
本发明包含与在实施方式中说明的结构实质相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或目的以及效果相同的结构)。此外，本发明包含对在实施方式中说明的结构的非本质部分进行置换后的结构。此外，本发明包含能够与在实施方式中说明的结构起到相同效果的结构或达到相同目的的结构。此外，本发明包含对在实施方式中说明的结构附加公知技术后的结构。

Claims (8)

1.一种信号电平转换电路，其包括：
第1差动放大电路，其将第1输入信号与第2输入信号间的电位差变为G1倍并输出；以及
第2差动放大电路，其将所述第1差动放大电路的输出信号与所述第2输入信号间的电位差变为G2倍并输出，
其中，G1×G2＜0且0＜-(G1+1)×G2＜2。
2.根据权利要求1所述的信号电平转换电路，其中，
G1＜0且G2＞0。
3.根据权利要求1所述的信号电平转换电路，其中，
G1＞0且G2＜0。
4.根据权利要求1所述的信号电平转换电路，其中，
-(G1+1)×G2＝1。
5.根据权利要求1所述的信号电平转换电路，其中，
所述第2输入信号是与所述第1输入信号的基准电压对应的基准电压信号。
6.根据权利要求1所述的信号电平转换电路，其中，
该信号电平转换电路还包含第3差动放大电路，该第3差动放大电路对所述第2差动放大电路的输出信号与所述第2输入信号间的电位差进行放大或衰减并输出。
7.一种物理量检测装置，其包括：
权利要求1至6中任意一项所述的信号电平转换电路；
传感器元件，其检测物理量；以及
物理量信号生成部，其根据所述传感器元件产生的信号生成与所述物理量对应的信号电平的物理量信号，
所述物理量信号和基准电压信号分别作为所述第1输入信号和所述第2输入信号被提供给所述信号电平转换电路。
8.一种电子设备，其包括权利要求1至6中任意一项所述的信号电平转换电路。
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