CN102564411A - 振动型陀螺传感器和振动型陀螺电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动型陀螺传感器和振动型陀螺电路。所述振动型陀螺传感器包括：振动部；与用于同步检测的时序信号成时序匹配关系地对来自所述振动部的检测信号进行同步检测的同步检测器；以及输出用于同步检测的所述时序信号的时序信号输出部，所述时序信号输出部具有低通滤波器、比较器和第一移相器，将经过所述比较器二值化的且经过所述第一移相器移相的所述振动监控信号作为用于同步检测的所述时序信号。根据本发明，即使在振动监控信号的低频成分发生变化的情况下仍能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的用于同步检测的所述时序信号。

Description

振动型陀螺传感器和振动型陀螺电路

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年12月2日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-269772所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及振动型陀螺传感器(vibratory gyro-sensor)和在振动型陀螺传感器中使用的振动型陀螺电路。

背景技术

迄今为止，振动型陀螺传感器已经被广泛地用作检测角速度的传感器(例如参见在下文中被称为专利文献1的日本专利公报特开第2006-105896号(第[0026]段至第[0030]段、第[0049]段以及图1、图6))。

如专利文献1的图1中所示，在专利文献1中披露的振动型陀螺传感器设置有振动型陀螺仪31和振动型陀螺电路。振动型陀螺仪31包括布置在振动器32的侧面上的两个压电元件33a和33b。振动型陀螺电路包括加法电路1、振荡电路2、差分放大电路4、同步检测电路5、移相电路3和直流放大电路6。

振荡电路2向振动型陀螺仪31输出驱动信号。加法电路1对来自振动型陀螺仪31的两个压电元件33a和33b的输出信号进行加运算并输出和信号。振荡电路2调整来自加法电路1的和信号的振幅和相位，并且将调整后的信号作为驱动信号提供给振动型陀螺仪31。差分放大电路4根据来自压电元件33a的输出信号与来自压电元件33b的输出信号之间的差输出信号。同步检测电路5根据从移相电路3输出的时序信号同步地对从差分放大电路4输出的信号进行检测。直流放大电路6放大被同步检测电路5同步检测的信号，并且输出放大后的信号。

如专利文献1的图6中所示，移相电路3包括用于对来自加法电路1的输出信号进行移相的移相部(具有积分电路、运算放大器65等)以及比较器66，比较器66用于使从移相部输出的信号二值化并且将二值化的信号输出作为同步检测电路5的时序信号。一般用来自外围电路的基准变压来代表用作比较器66的阈值电压的信号。

从加法电路1输出的信号(下文中称为振动监控信号)是仅在理想条件下具有振动频率成分的正弦波。然而实际上，由于振动型陀螺仪31的阻抗或者振动型陀螺电路的阻抗在电源接通之后随时间而变化，所以上述振动监控信号的低频成分会发生波动。

如果发生了这样的现象，那么由于使用固定的基准电位作为比较器66的阈值，所以当振动监控信号被比较器66二值化为时序信号时，该时序信号就具有彼此不同的“H”间隔和“L”间隔。当该时序信号被这样移位时，同步检测电路5就无法准确地同步检测从差分放大电路4输出的信号，从而易于将噪声混入到角速度信号中。

发明内容

因此，期望提供例如振动型陀螺传感器等的技术，所述振动型陀螺传感器即使在振动监控信号的低频成分波动的情况下仍能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的用于同步检测的时序信号。

本发明实施方案的振动型陀螺传感器包括振动部、同步检测器和时序信号输出部。

所述同步检测器与用于同步检测的时序信号成时序匹配关系地对来自所述振动部的检测信号进行同步检测。

所述时序信号输出部包括：低通滤波器、比较器和第一移相器。

所述低通滤波器提取出代表所述振动部的振动状态的振动监控信号的低频成分。

所述比较器使用被所述低通滤波器提取出的所述振动监控信号的所述低频成分作为阈值将所述振动监控信号转化为二值信号。

所述第一移相器对所述振动监控信号进行移相。

所述时序信号输出部将经过所述比较器二值化的且经过所述第一移相器移相的所述振动监控信号输出作为用于同步检测的所述时序信号。

在所述振动型陀螺传感器中，所述比较器使用被所述低通滤波器提取出的所述振动监控信号的所述低频成分作为阈值将所述振动监控信号转化为二值信号。由于使用所述振动监控信号的所述低频成分作为所述比较器的阈值，所以即使所述振动监控信号的所述低频成分由于例如所述振动部的阻抗随着时间变化而发生变化，所述比较器的阈值也以跟随所述振动监控信号的这样的变化的方式而发生变化。因此，即使所述振动监控信号的所述低频成分发生变化，所述比较器仍能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号。因而，所述同步检测器能够以适当的时序对检测信号进行同步检测，从而防止噪声被混入到角速度信号中。

所述第一移相器可以在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之后，对所述振动监控信号进行移相。或者，所述第一移相器可以在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之前，对所述振动监控信号进行移相。

如果所述第一移相器在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之前对所述振动监控信号进行移相，那么所述第一移相器可以是用于对模拟信号进行移相的简单电路布置。由此可以降低所述振动型陀螺传感器的成本。

如果所述第一移相器在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之后对所述振动监控信号进行移相，那么所述第一移相器可以包括相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、分频器和时序生成器。

所述相位比较器根据由所述比较器转化为所述二值信号的所述振动监控信号与比较信号之间的相位差输出相位差信号。

所述环路滤波器使所述相位差信号平滑化并且输出频率控制信号。

所述压控振荡器输出具有取决于所述频率控制信号的频率特性的振荡信号。

所述分频器输出分频信号作为所述比较信号，所述分频信号是通过以预定的比率对所述振荡信号进行分频产生的。

所述时序生成器输入所述振荡信号和所述分频信号并且输出转换为所述二值信号且经过移相的所述振动监控信号。

由于第一移相器具有锁相环(Phase Locked Loop，PLL)的电路布置，所以即使所述振动监控信号的频率发生变化，所述第一移相器也能够以跟随所述振动监控信号的频率的这样的变化的方式准确地对所述二值信号进行移相。

所述振动型陀螺传感器还可以包括驱动信号输出部。

所述驱动信号输出部包括第二移相器和振幅调整器。

所述第二移相器对所述振动监控信号进行移相。

所述振幅调整器调整所述振动监控信号的振幅。

所述驱动信号输出部将经过所述第二移相器移相且经过所述振幅调整器调整振幅的所述振动监控信号输出作为用于所述振动部的驱动信号。

在所述振动型陀螺传感器中，所述第一移相器在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之前，对所述振动监控信号进行移相。

在此情况下，所述第二移相器可以在所述振幅调整器调整所述振动监控信号的振幅之前对所述振动监控信号进行移相。

所述第一移相器与所述第二移相器可以是一个共用的移相器。

由于使用所述一个共用的移相器作为所述第一移相器和所述第二移相器，所以降低了所述振动型陀螺传感器的成本。

在所述振动型陀螺传感器中，所述低通滤波器具有100Hz以上的截止频率。

在所述低通滤波器的所述截止频率被设定为100Hz以上的情况下，已经通过所述低通滤波器的信号，即用作比较器阈值的信号的任何相位延迟在1Hz频率以下处均小于1°。因此，已经通过所述低通滤波器的信号，即用作所述比较器阈值的信号能够准确地跟随所述振动监控信号的所述低频成分的变化。因此，所述比较器能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号。

所述低通滤波器可以包括电阻和电容。或者，所述低通滤波器可以包括含有开关电容器的滤波器电路。

本发明实施方案的振动型陀螺电路包括同步检测器和时序信号输出部。

所述同步检测器与用于同步检测的时序信号成时序匹配关系地对来自振动部的检测信号进行同步检测。

所述时序信号输出部包括：低通滤波器、比较器和第一移相器。

所述低通滤波器提取出代表所述振动部的振动状态的振动监控信号的低频成分。

所述比较器使用被所述低通滤波器提取出的所述振动监控信号的所述低频成分作为阈值将所述振动监控信号转化为二值信号。

所述第一移相器对所述振动监控信号进行移相。

所述时序信号输出部将经过所述比较器二值化的且经过所述第一移相器移相的所述振动监控信号输出作为用于同步检测的所述时序信号。

根据本发明的实施方案，如上所述，即使所述振动监控信号的所述低频成分发生变化，所述振动型陀螺传感器仍能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的用于同步检测器的时序信号。

附图说明

图1是本发明实施方案的振动型陀螺传感器的振动部的示意性立体图；

图2是振动型陀螺传感器的振动部与振动型陀螺电路的布线图；

图3是振动型陀螺电路的框图；

图4A至图4F示出了当振动型陀螺传感器操作时信号输出的波形；

图5是示出了第二移相器的示例的电路图；

图6A和图6B是示出了低通滤波器的示例的电路图；

图7是示出了第一移相器的示例的框图；

图8A至图8C示出了图7中所示的在A点处的信号A、在B点处的信号B与来自第一移相器的输出信号之间的关系；

图9是比较例的振动型陀螺传感器的框图；

图10A和图10B示出了比较例中向比较器输入的振动监控信号、比较器的阈值与比较器输出的二值化信号之间的关系；

图11A和图11B示出了在本发明实施方案中向比较器输入的振动监控信号、已经通过低通滤波器的向比较器输入的信号(比较器的阈值)以及从比较器输出的二值化信号之间的关系；

图12是本发明另一实施方案的振动型陀螺传感器的框图；

图13是示出了振动部的另一示例的示意性立体图；以及

图14是振动型陀螺电路与图13中所示的振动部的布线图。

具体实施方式

下面将参照附图详细说明本发明的优选实施方案。

1.第一实施方案

振动型陀螺传感器的整体布置以及详细结构

图1是本发明第一实施方案的振动型陀螺传感器100的振动部10的示意性立体图。图2是振动型陀螺传感器的振动部10与振动型陀螺电路20的布线图。图3是振动型陀螺电路20的框图。图4A至图4F示出了当振动型陀螺传感器100操作时信号输出的波形。

如图1至图3所示，振动型陀螺传感器100包括振动部10和振动型陀螺电路20。

如图1所示，振动部10包括振动器11和布置在振动器11上的压电元件14。振动器11具有梁部12和支撑着梁部12的端部的基部13，所述梁部12是在一个方向(Y轴方向)上伸长的长方体的形式。

压电元件14具有布置在振动器11的上表面的由锆钛酸铅(PZT)制成的压电膜15。压电元件14还具有位于梁部12的横向方向(X轴方向)上的中央处布置在压电膜15上的驱动电极16，以及布置在驱动电极16的两侧将驱动电极16夹在中间的第一检测电极17和第二检测电极18。

如图2和图3所示，振动型陀螺电路20包括加法器21、减法器22、驱动信号输出部23(参见图3中的虚线)、时序信号输出部24(参见图3中的虚线)、同步检测器25和滤波器26。振动型陀螺电路20是在单个半导体芯片上的集成电路(Integrated Circuit，IC)的形式。

加法器21产生由第一检测电极17检测出的第一检测信号与由第二检测电极18检测出的第二检测信号的和信号，并且将产生的和信号作为代表振动部10的振动状态的振动监控信号输出(参见图4B)。

减法器22产生由第一检测电极17检测出的第一检测信号与由第二检测电极18检测出的第二检测信号间的差分信号，并且将产生的差分信号作为振动部10的检测信号输出(参见图4C)。

驱动信号输出部23调节振动监控信号的振幅和相位，并且将具有调节后的振幅和相位的振动监控信号输出作为驱动信号(参见图4A和图4B)。驱动信号输出部23包括用于对振动监控信号的相位进行一定的相移(例如90°)的第二移相器27，以及用于将振动监控信号的振幅调整为恒定振幅的自动增益控制部(AGC：自动增益控制，Automatic Gain Control)28(振幅调整器)。从驱动信号输出部23输出的驱动信号被施加至驱动电极16，驱动电极16使振动器11自己振动。

图5是示出了第二移相器27的示例的电路图。

如图5中所示，第二移相器27包括分别具有阻值R的电阻41、电阻42和电阻43这三个电阻、具有静电电容C的电容44和运算放大器45。第二移相器27的输入端通过电阻41与运算放大器45的正反馈端子连接并且通过电阻42与运算放大器45的负反馈端子连接。电容44被连接在运算放大器45的正反馈端子与地(GND)之间。电阻43被连接在运算放大器45的负反馈端子与运算放大器45的输出端子之间。

图5中所示的第二移相器27输出这样的信号：该信号的相位从第二移相器27的输入信号(振动监控信号)移动了由下面的等式(1)所表示的相移(相位延迟)：

相移＝tan^-1-2RC/{(1-(RC)²}…(1)

当向驱动电极16施加驱动信号时，振动器11的梁部12在垂直于梁部12的纵方向(Y轴方向)的方向(Z轴方向)上弯曲振动。如果在梁部12的纵向中心轴线附近没有施加角速度，那么由第一检测电极17检测出的第一检测信号与由第二检测电极18检测出的第二检测信号在振幅和相位上是彼此相等的。因此，来自减法器22的输出信号，即振动部10的检测信号表示为0。

如果在梁部12弯曲振动的同时在梁部12的纵向中心轴线附近施加有角速度，那么在与梁部12的纵方向和弯曲振动的方向垂直的方向(X轴方向)上产生取决于该角速度的科里奥利力(Coriolis Force)。当产生了科里奥利力时，梁部12还在X轴方向上振动，从而在第一检测信号与第二检测信号之间产生了取决于科里奥利力的大小的相位差。上述两个检测信号之间的相位差使减法器22输出取决于科里奥利力的大小(角速度的大小)的检测信号(参见图4C)。

从减法器22输出的振动部10的检测信号被输入至同步检测器25。同步检测器25与从时序信号输出部24(第一移相器31)输出的用于同步检测的时序信号(参见图4D)的时序相匹配地对检测信号进行同步检测(参见图4E)。滤波器26将由同步检测器25同步检测出的信号平滑化从而成为陀螺信号(角速度信号)，并且输出该陀螺信号(参见图4F)。

时序信号输出部24使振动监控信号二值化并且对振动监控信号进行移相。时序信号输出部24随后输出已经被二值化并发生了相移的振动监控信号作为用于同步检测的时序信号。时序信号输出部24包括用于提取振动监控信号的低频成分的低通滤波器29，以及使用由低通滤波器29提取的振动监控信号的低频成分作为阈值将振动监控信号转化为二值信号的比较器30。时序信号输出部24还包括用于对从比较器30输出的二值信号进行一定相移(例如90°)的第一移相器31。

图6A和图6B是示出了低通滤波器29的示例的电路图。

图6A示出了包括电阻51和电容52的低通滤波器29的示例。图6B示出了包括开关电容器50的滤波电路形式的低通滤波器29的另一示例。

在图6A中所示的示例中，电阻51连接在输入端子与输出端子之间且阻值为R，电容52连接于电阻51的输出端与地之间且静电电容为C。图6A中所示的低通滤波器29具有由下面的等式(2)所表示的截止频率fc：

fc＝1/2πRC…(2)

在图6B中所示的示例中，低通滤波器29具有一般被称为开关电容滤波器的布置。除了开关电容器50之外，低通滤波器29还包括运算放大器59和输出电容58。

开关电容器50包括具有静电电容Ci的输入电容53、连接于输入端子与输入电容53之间的开关54以及连接于输入电容53与运算放大器59的负反馈端子之间的开关55。开关电容器50还包括连接于输入电容53的输入端与地之间的开关56和连接于输入电容53的输出端与地之间的开关57。

具有静电电容Co的输出电容58连接于运算放大器59的输出端与运算放大器59的负反馈端子之间。运算放大器59的正反馈端子接地或者连接至基准电位。

图6B中所示的低通滤波器29具有由下面的等式(3)所表示的截止频率fc：

fc＝Cifsw/2πCo…(3)

其中，fsw代表开关频率。

图7是示出了第一移相器31的示例的框图。图8A、图8B和图8C示出了图7中所示的A点处的信号A、B点处的信号B与从第一移相器31输出的信号之间的关系。

如图7中所示，第一移相器31包括相位比较器61、环路滤波器62、压控振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)63、第一触发器64、第二触发器65和反相器66。

相位比较器61使用被比较器30二值化的振动监控信号作为基准信号。相位比较器61根据基准信号与从第一触发器64的Q输出端子输出的比较信号之间的相位差输出相位差信号。环路滤波器62使从相位比较器61输出的相位差信号平滑化并且输出频率控制信号。

压控振荡器63输出矩形波的振荡信号，该振荡信号的频率特性取决于从环路滤波器62输出的频率控制信号。

第一触发器64和第二触发器65分别都是D型触发器的形式。第一触发器64和第二触发器65分别具有D输入端子、CK(时钟)输入端子、Q输出端子、Q_输出端子(反相输出端子)、CLR_(清除)输出端子和PR_(预置)端子。符号“_”表示反相，在图7中由划在字母上面的横线表示。

第一触发器64用来对振荡信号进行分频，即用作分频器。第二触发器65用来产生用于同步检测的时序信号，即用作时序生成器。

第一触发器64的Q输出端子与相位比较器61的输入端相连接。第一触发器64的Q输出端子与第一触发器64的D输入端子相连接。第一触发器64的Q输出端子与第二触发器65的D输入端子相连接。压控振荡器63的输出端子通过反相器66与第二触发器65的CK输入端子相连接。

从压控振荡器63输出的振荡信号被输入至第一触发器64的CK输入端子。当输入至第一触发器64的CK输入端子的为矩形波的振荡信号从低电平变为高电平时，第一触发器64将从其Q输出端子输出的信号的电平变为输入至D输入端子的信号的电平，即来自Q输出端子的输出信号的电平。否则，第一触发器64保持从其Q输出端子输出的信号的电平。

因此，第一触发器64的Q输出端子输出代表来自压控振荡器63的振荡信号(被2分频)的分频信号。分频信号被输入至相位比较器61的输入端子作为相位比较器61的比较信号。

第一触发器64的Q输出端子输出相位与从Q输出端子输出的分频信号的相位相反的信号(反相信号)。反相信号被输入至第一触发器64的D输入端子和第二触发器65的D输入端子。从压控振荡器63输出的振荡信号通过反相器66被输入至第二触发器65的CK输入端子。

图8A、图8B和图8C示出了在图7中的A点处的信号A的波形、在图7中的B点处的信号B的波形以及从第二触发器65的Q输出端子输出的信号的波形。

第二触发器65的D输入端子施加有波形在图8A中示出的信号A。第二触发器65的CK输入端子施加有波形在图8B中示出的信号B，即已通过反相器66的振荡信号。

当输入至第二触发器65的CK输入端子的信号B从低电平变为高电平时，第二触发器65将从其Q输出端子输出的信号的电平变为输入至D输入端子的信号A的电平。否则，第二触发器65保持从其Q输出端子输出的信号的电平。

因此，第二触发器65的Q输出端子输出具有图8C中所示的波形的信号。从第二触发器65的Q输出端子输出的信号的相位比输入至第一移相器31的信号延迟了90°。第一移相器31因此将从比较器30输出的二值信号的相位延迟了90°。

由于图7中示出的第一移相器31具有锁相环(Phase Locked Loop，PLL)的电路布置，所以即使振动监控信号的频率发生变化，第一移相器31也能够以跟随振动监控信号的频率的这样的变化的方式准确地对从比较器30输出的二值信号进行移相。

上面已经说明了分频比为2并且相移为90°。然而，可以使用其它的分频比和90°之外的相移。可以用第一频率计数器和第二频率计数器来分别代替第一触发器64和第二触发器65。具体地，第一频率计数器可以对从压控振荡器63输出的振荡信号的频率进行计数直到需要的数目，并且生成第一计数信号。可以将该第一计数信号输入至相位比较器61的输入端子。第二频率计数器可以使用二值信号作为使能信号对从压控振荡器63输出的振荡信号的频率进行计数直到需要的数目，并且生成第二计数信号。可以将该第二计数信号作为用于同步检测的时序信号输出至同步检测器25。

操作

下面将说明第一实施方案的振动型陀螺传感器100的操作。首先，下面将说明比较例的振动型陀螺电路120(参见图9)。

比较例

图9是比较例的振动型陀螺电路120的框图。

如图9中所示，比较例的振动型陀螺电路120包括移相器127、自动增益控制部(AGC)128、比较器130、基准电压源129、同步检测器125和滤波器126。

移相器127对振动监控信号进行移相。经过移相的振动监控信号被输入至自动增益控制部128，自动增益控制部128调整振动监控信号的振幅并且输出经过振幅调整的振动监控信号作为驱动信号。经过移相的振动监控信号还被输入至比较器130。比较器130使用从基准电压源129提供的信号作为阈值将经过移相的振动监控信号转化为二值信号。从比较器130输出的二值信号作为用于同步检测的时序信号被输入至同步检测器125。

同步检测器125与用于同步检测的时序信号同步地对检测信号进行同步检测。滤波器126使被同步检测器125同步检测的信号平滑化从而成为陀螺信号(角速度信号)，并且输出该陀螺信号。

图10A和图10B示出了在比较例中输入至比较器130的振动监控信号和用于比较器130的阈值(图10A)与从比较器130输出的二值信号(图10B)之间的关系。图10A示出了如下示例：当由于振动部10的阻抗或振动型陀螺电路120的阻抗随着时间而变化导致振动监控信号的低频成分变化时，振动监控信号向上方移动。

在图9中所示的比较例中，用作比较器130的阈值的信号具有从基准电压源129输入的固定值。如果如图10A中所示，当由于振动部10的阻抗或振动型陀螺电路120的阻抗随着时间而变化导致振动监控信号的低频成分变化时，振动监控信号向上方移动，阈值就偏离了振动监控信号的振幅的中心。因此，如图10B中所示，从比较器130输出的二值信号的占空比逐渐偏离50％。于是，根据比较例，同步检测器125就无法准确地对检测信号进行同步检测，从而易于使噪声被混入到角速度信号中。

本实施方案

下面将说明本实施方案的振动型陀螺传感器100。

图11A和图11B示出了在本实施方案中输入至比较器30的振动监控信号和输入至比较器30的已经通过了低通滤波器29的信号(用于比较器30的阈值)(图11A)与从比较器30输出的二值信号(图11B)之间的关系。

图11A示出了如下示例：当由于振动部10的阻抗或振动型陀螺电路20的阻抗随着时间而变化导致振动监控信号的低频成分变化时，振动监控信号向上方移动。

根据本实施方案，如上所述，比较器30使用由低通滤波器29提取的振动监控信号的低频成分作为阈值将振动监控信号转化为二值信号。因此，如图11A中所示，即使在输入至比较器30的振动监控信号的低频成分变化时振动监控信号向上方移动，用于比较器30的阈值也以跟随振动监控信号的低频成分的这样的变化的方式而变化。

因此，即使当振动监控信号的低频成分变化时，如图11B中所示，比较器30也能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号，即具有50％的占空比。因此，同步检测器25能够以适当的时序对检测信号进行同步检测，从而防止噪声被混入到陀螺信号(角速度信号)中。

另外，根据本实施方案，由于能够以简单的电路布置来生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号，所以能够以更低的成本制造振动型陀螺传感器。

根据本实施方案，如上所述，期望比较器30生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号，即具有50％的占空比。另一方面，如果低通滤波器29的截止频率不适当，那么输入至比较器30的振动监控信号的相位与已经通过低通滤波器29的用作比较器30的阈值的信号的相位彼此将产生较大的偏离。在此情况下，来自比较器30的输出信号的占空比将偏离50％，并且将无法生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号。因此，应当将低通滤波器29的截止频率fc设定为适当的值。

典型地，低通滤波器29的截止频率fc被设定为100Hz以上。在低通滤波器29的截止频率fc被设定为100Hz以上的情况下，已经通过低通滤波器29的信号，即用作比较器阈值的信号的任何相位延迟在1Hz以下的频率处均小于1°。因此，当低通滤波器29的截止频率fc被设定为100Hz以上时，输入至比较器30的振动监控信号与已经通过低通滤波器29的作为阈值的信号(频率为1Hz以下)之间的相位差为1°以下。因此比较器30能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号。如果低通滤波器29的截止频率fc被设定为1kHz，那么振动监控信号与已经通过低通滤波器29的信号(频率为1Hz以下)之间的相位差几乎为0。

如果低通滤波器29具有图6A中所示的电路布置，那么通过将电阻R和电容C设定为适当的值，低通滤波器29的截止频率fc可以设定为100Hz以上。如果低通滤波器29具有图6B中所示的电路布置，那么通过将Ci、fsw和Co设定为适当的值，低通滤波器29的截止频率fc可以设定为100Hz以上。典型地，将低通滤波器29的截止频率fc设定为振动部10的驱动频率的1/10以下。

2.第二实施方案

下面将说明本发明的第二实施方案。用相同的附图标记表示第二实施方案和其它的变形例中在结构上和功能上与第一实施方案的部分相同的那些部分，并且下面将不再详细说明或者将简略地说明。

图12是本发明第二实施方案的振动型陀螺电路70的框图。

根据第二实施方案，如图12中所示，移相器73与振动部10相关联，而不是比较器30与振动部10相关联。第二实施方案与第一实施方案的不同之处在于，移相器73对来自振动部10的振动监控信号进行移相，并且比较器30将经过移相的振动监控信号二值化。第二实施方案与第一实施方案的不同之处还在于，移相器73是时序信号输出部72与驱动信号输出部71所共用的。

如图12中所示，振动型陀螺电路70包括驱动信号输出部71、时序信号输出部72、同步检测器25和滤波器26。驱动信号输出部71包括移相器73和自动增益控制部28。时序信号输出部72包括低通滤波器29、比较器30以及与驱动信号输出部71所共用的移相器73。

移相器73可以是图5中所示的电路布置，即用于模拟信号的移相器。图5中所示的电路布置代表第一实施方案的第二移相器27的示例。

移相器73对振动监控信号进行移相。经过移相的振动监控信号被输入至自动增益控制部28，自动增益控制部28调整振动监控信号的振幅并且将经过振幅调整的振动监控信号输出作为驱动信号。上述经过移相的振动监控信号也被输入至比较器30。比较器30使用已经通过低通滤波器29的上述经过移相的振动监控信号作为阈值将上述经过移相的振动监控信号转化为二值信号。从比较器30输出的二值信号作为用于同步检测的时序信号被输入至同步检测器25。

同步检测器25与用于同步检测的时序信号同步地对检测信号进行同步检测。滤波器26使被同步检测器25同步检测的信号平滑化从而成为陀螺信号(角速度信号)，并且输出该陀螺信号。

根据第二实施方案，在移相器73对振动监控信号进行移相之后，比较器30将振动监控信号二值化。第二实施方案提供了与第一实施方案相同的优点。具体地，即使当振动监控信号的低频成分变化时，比较器30也能够生成“H”间隔与“L”间隔彼此基本相等的二值信号。因此，防止了噪声被混入到陀螺信号(角速度信号)中。

根据第二实施方案，在时序信号输出部72中能够使用具有用于对模拟信号进行移相的简单电路布置的移相器73作为移相器。因此，能够降低振动型陀螺电路70的成本。另外，根据第二实施方案，由于驱动信号输出部71与时序信号输出部72共用一个共同的移相器73，所以振动型陀螺电路70的成本更低。然而，驱动信号输出部71与时序信号输出部72可以不共用一个共同的移相器73，而是可以分别具有引起不同的相移的移相器。

3.变形例

图13是示出了振动部的另一示例的示意性立体图，图14是振动型陀螺电路与图13中所示的振动部的布线图。

如图13和图14所示，振动部9包括位于布置在振动器11的梁部12上的压电膜15上的振动监控电极19。振动监控电极19是在梁部12横向方向(X轴方向)上的中央处靠近驱动电极16的一端布置的。如图14中所示，从振动监控电极19直接输出振动监控信号。图13和图14所示的振动部9省去了图2中所示的加法器21。除此之外，图13和图14所示的振动部9与图1和图2所示的振动部10具有相同的结构。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (10)

1.一种振动型陀螺传感器，其包括：

振动部；

同步检测器，所述同步检测器与用于同步检测的时序信号成时序匹配关系地对来自所述振动部的检测信号进行同步检测；以及

时序信号输出部，所述时序信号输出部输出用于同步检测的所述时序信号，所述时序信号输出部包括：低通滤波器、比较器和第一移相器，

所述低通滤波器提取出代表所述振动部的振动状态的振动监控信号的低频成分，

所述比较器使用被所述低通滤波器提取出的所述振动监控信号的所述低频成分作为阈值将所述振动监控信号转化为二值信号，

所述第一移相器对所述振动监控信号进行移相，其中，

将经过所述比较器二值化的且经过所述第一移相器移相的所述振动监控信号作为用于同步检测的所述时序信号。

2.根据权利要求1所述的振动型陀螺传感器，其中，所述第一移相器在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之后，对二值化的振动监控信号进行移相。

3.根据权利要求2所述的振动型陀螺传感器，其中，所述第一移相器包括：

相位比较器，所述相位比较器根据由所述比较器转化为所述二值信号的所述振动监控信号与比较信号之间的相位差输出相位差信号；

环路滤波器，所述环路滤波器使所述相位差信号平滑化并且输出频率控制信号；

压控振荡器，所述压控振荡器输出具有取决于所述频率控制信号的频率特性的振荡信号；

分频器，所述分频器输出分频信号作为所述比较信号，所述分频信号是通过以预定的比率对所述振荡信号进行分频产生的；以及

时序生成器，所述时序生成器输入所述振荡信号和所述分频信号，并且输出转换为所述二值信号且经过移相的所述振动监控信号。

4.根据权利要求1所述的振动型陀螺传感器，其中，所述第一移相器在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之前，对所述振动监控信号进行移相。

5.根据权利要求1所述的振动型陀螺传感器，还包括驱动信号输出部，所述驱动信号输出部输出用于所述振动部的驱动信号，所述驱动信号输出部包括：

第二移相器，所述第二移相器对所述振动监控信号进行移相，以及

振幅调整器，所述振幅调整器调整所述振动监控信号的振幅，其中，

将经过所述第二移相器移相且经过所述振幅调整器调整振幅的所述振动监控信号作为用于所述振动部的所述驱动信号。

6.根据权利要求5所述的振动型陀螺传感器，其中，

所述第一移相器在所述比较器将所述振动监控信号转化为所述二值信号之前，对所述振动监控信号进行移相，

所述第二移相器在所述振幅调整器调整所述振动监控信号的振幅之前，对所述振动监控信号进行移相，并且

所述第一移相器与所述第二移相器是一个共用的移相器。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的振动型陀螺传感器，其中，所述低通滤波器具有100Hz以上的截止频率。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的振动型陀螺传感器，其中，所述低通滤波器是由电阻和电容构成的。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的振动型陀螺传感器，其中，所述低通滤波器是由包括开关电容器的滤波器电路构成的。

10.一种振动型陀螺电路，其包括：

同步检测器，所述同步检测器与用于同步检测的时序信号成时序匹配关系地对来自振动部的检测信号进行同步检测；以及

时序信号输出部，所述时序信号输出部输出用于同步检测的所述时序信号，所述时序信号输出部包括：低通滤波器、比较器和第一移相器，

所述低通滤波器提取出代表所述振动部的振动状态的振动监控信号的低频成分，

所述比较器使用被所述低通滤波器提取出的所述振动监控信号的所述低频成分作为阈值将所述振动监控信号转化为二值信号，

所述第一移相器对所述振动监控信号进行移相，其中，

将经过所述比较器二值化的且经过所述第一移相器移相的所述振动监控信号作为用于同步检测的所述时序信号。

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