CN104122409A - 物理量检测电路、物理量检测装置、电子设备以及移动体 - Google Patents

物理量检测电路、物理量检测装置、电子设备以及移动体 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种物理量检测电路以及使用了该物理量检测电路的物理量检测装置、电子设备和移动体，所述物理量检测电路能够在抑制电路规模增加的同时进行数字处理。检测电路(12)(物理量检测电路)包括：Δ∑调制器(106)(A/D转换器)，其将与物理量相对应的检测信号数字化并输出检测数据；运算部(111)，其包括加法器(114a、114b)和乘法器(116)中的至少一个；主序列计数器(122)(计数器)，其对时钟信号(MCK)的时钟数进行计数，并周期性地将计数值初始化；控制电路(120)(控制部)，其根据计数值，而使运算部(111)实施相互不同种类的多个运算处理，所述运算处理为，用于根据检测数据而生成与物理量的大小相对应的运算数据的运算处理。

Description

物理量检测电路、物理量检测装置、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种物理量检测电路、物理量检测装置、电子设备以及移动体。
背景技术
目前，在各种各样的系统和电子设备中，对加速度进行检测的加速度传感器和对角速度进行检测的陀螺传感器等能够对各种物理量进行检测的物理量检测装置被广泛应用。近年来，物理量检测装置被搭载于汽车等上，因此变得即使在干扰较多的环境下也要求较高的检测精度和较高的可靠性。
在将物理量的检测信息作为数字信号而进行输出的物理量检测装置中，通过输出干扰耐性较高的数字信号，从而即使在干扰较多的环境下也能确保较高的可靠性。例如，在专利文献1中，提供一种如下物理量测量装置，其具有检测电路，所述检测电路在通过检波电路对从振动器输出的模拟信号进行检波后，通过A/D转换器而将所检波到的信号转换为数字信号并输出。在专利文献1所记载的物理量测量装置中，检测电路为模拟电路，为了提高检测精度可以考虑替换成数字电路。例如，在专利文献2中记载了如下内容，即，在包含具有滤波器部的检测电路的检测装置中，能够将构成滤波器部的离散时间型滤波器(SCF)置换为数字滤波器。
但是，当将现有的物理量检测装置的检测电路简单得置换成数字电路时，由于加法器和乘法器的数量增加导致电路规模增大，从而在成本方面存在问题。
专利文献1：日本特开2009-229447号公报
专利文献2：日本特开2007-327943号公报
发明内容
本发明是鉴于以上这种问题点而完成的，根据本发明的几个方式，能够提供一种如下的物理量检测电路以及使用了该物理量检测电路的物理量检测装置、电子设备以及移动体，所述物理量检测电路能够在抑制电路规模增大的同时进行数字处理。
本发明是为了解决所述课题的至少其中一个部分而完成的，并能够作为以下的方式或应用例来实现。
应用例1
本应用例所涉及的物理量检测电路包括：A/D转换器，其将与物理量相对应的检测信号数字化并输出检测数据；运算部，其包括加法器和乘法器中的至少一个；计数器，其对时钟信号的时钟数进行计数，并周期性地将计数值初始化；控制部，其根据所述计数值，而使所述运算部实施相互不同种类的多个运算处理，所述运算处理为，用于根据所述检测数据而生成与所述物理量的大小相对应的运算数据的运算处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，通过共用运算器来高速地实施用于在采样的一个周期内生成运算数据所需的多种运算处理，从而能够在抑制电路规模增加的同时进行数字处理。
应用例2
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即，所述运算部包含加法器，所述控制部使所述运算部实施对于所述检测数据的数字滤波处理，并使所述加法器实施对于实施了所述数字滤波处理的信号的偏移补正处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够以使加法器共用化的方式来实施数字滤波处理和偏移补正处理。
应用例3
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即，包括：副计数器，其对所述计数器的循环数进行计数，并周期性地将计数值初始化；温度传感器，所述运算部实施偏移补正量计算处理，所述偏移补正量计算处理为，根据由所述温度传感器获得的温度信息，而对所述偏移补正处理中所使用的偏移补正量进行计算的处理，所述控制部根据所述副计数器的所述计数值，而使所述运算部实施所述偏移补正量计算处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，通过跨多个采样周期而实施对偏移补正量进行计算的处理，从而能够减少每个采样周期的计算量。
应用例4
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即，包括：副计数器，其对所述计数器的循环数进行计数，并周期性地将计数值初始化；温度传感器；电源电压传感器，所述运算部实施偏移补正量计算处理，所述偏移补正量计算处理为，根据由所述温度传感器获得的温度信息、和由所述电源电压传感器获得的电源电压信息，而对所述偏移补正处理中所使用的偏移补正量进行计算的处理，所述控制部根据所述副计数器的所述计数值，而使所述运算器实施所述偏移补正量计算处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，通过并不在一个采样周期内，分别将对于温度变动的偏移补正量和对于电源电压变动的偏移补正量加到(两次加法运算)检测数据中，而是多个采样周期中对对于温度变动的偏移补正量和对于电源电压变动的偏移补正量进行一次加法运算，并在一个采样周期中，将该偏移补正量加到(一次加法运算)检测数据中，从而能够减少计算量。
应用例5
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即，所述运算部包含乘法器，所述控制部使所述运算部实施对于所述检测数据的数字滤波处理，并使所述乘法器实施对于实施了所述数字滤波处理的信号的灵敏度补正处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够以使乘法器共用化的方式来实施数字滤波处理和灵敏度补正处理。
应用例6
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即，包括：副计数器，其对所述计数器的循环数进行计数，并周期性地将计数值初始化；温度传感器，所述运算部实施灵敏度补正量计算处理，所述灵敏度补正量计算处理为，根据由所述温度传感器获得的温度信息，而对所述灵敏度补正处理中所使用的灵敏度补正量进行计算的处理，所述控制部根据所述副计数器的所述计数值，而使所述运算器实施所述灵敏度补正量计算处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，通过跨多个采样周期来实施对灵敏度补正量进行计算的处理，从而能够减少每个采样周期的计算量。
应用例7
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即所述控制部在乘法运算的输入数据超出了所述乘法器的输入位数时，根据所述计数器的计数值，而使所述乘法器对将所述输入数据分割而获得的多个数据的各个数据进行乘法运算，并且对所述多个乘法运算结果进行位移位并使所述加法器进行加法运算。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，由于能够减少乘法器的位数，因此能够大幅削减数字处理的电路规模。
应用例8
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，可以采用如下方式，即，包含多个加法器以作为所述运算器。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，由于能够使各个加法器同时实施因将乘法运算分割成多次而所需的加法运算和其他运算处理中所需的加法运算，因此能够抑制运算处理的循环数的增加。
应用例9
本应用例的物理量检测装置包括：传感器元件，其输出与物理量相对应的检测信号；权利要求1至8中的任一项所述的物理量检测电路。
本应用例所涉及的物理量检测装置例如可以为加速度传感器、陀螺传感器(角速度传感器)以及速度传感器等惯性传感器，也可以为基于重力而对倾斜角进行计测的倾斜仪。
应用例10
本应用例所涉及的电子设备包括上述任一种物理量检测电路。
应用例11
本应用例所涉及的移动体包括上述任一种物理量检测电路。
附图说明
图1为表示本实施方式的物理量检测装置的结构例的图。
图2为传感器元件的振动片的俯视图。
图3为用于对传感器元件的动作进行说明的图。
图4为用于对传感器元件的动作进行说明的图。
图5为表示检测电路的结构例的图。
图6为表示数字运算电路所实施的运算处理的流程的图。
图7为表示数字运算电路的结构例的图。
图8为表示主运算序列的一个示例的图。
图9为表示副运算序列的一个示例的图。
图10为表示偏移补正量、灵敏度补正量和角速度数据的更新时刻的一个示例的时序图。
图11为本实施方式的电子设备的功能框图。
图12为表示本实施方式的电子设备的外观的一个示例的图。
图13为表示本实施方式的移动体的一个示例的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下所说明的实施方式并非对权利要求书中所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。并且，以下所说明的构成并不一定都是本发明的必要结构要素。
1.物理量检测装置
图1为，表示本实施方式的物理量检测装置的结构例的图。如图1所示，本实施方式的物理量检测装置1包括集成电路(IC)10以及传感器元件30。
传感器元件30具有配置有驱动电极和检测电极的振动片，一般情况下，为了尽可能地减小振动片的阻抗从而提高振荡效率，振动片被密封在确保气密性的封装件内。在本实施方式中，传感器元件30具有所谓的双T型振动片，所述双T型振动片具有两个T型的驱动振动臂。
图2为，本实施方式的传感器元件30的振动片的俯视图。传感器元件30例如具有由Z切割型的水晶基板形成的双T型的振动片。由于以水晶作为材料的振动片相对于温度变化的共振频率的变动极小，因此具有能够提高角速度的检测精度的优点。另外，图2中的X轴、Y轴、Z轴表示水晶的轴。
如图2所示，在传感器元件30的振动片中，驱动振动臂31a、31b分别从两个驱动用基部34a、34b起在+Y轴方向以及－Y轴方向上延伸。在驱动振动臂31a的侧面以及上表面上，分别形成有驱动电极42以及43，在驱动振动臂31b的侧面以及上表面上，分别形成有驱动电极43以及42。驱动电极42、43分别经由图1所示的集成电路(IC)10的DS端子、DG端子而与驱动电路11相连接。
驱动用基部34a，34b分别经由在－X轴方向和+X轴方向上延伸的连结臂35a、35b，而与矩形形状的检测用基部37相连接。
检测振动臂32从检测用基部37起在+Y轴方向以及－Y轴方向上延伸。在检测振动臂32的上表面上形成有检测电极44以及45，在检测振动臂32的侧面上形成有共用电极46。检测电极44、45分别经由图1所示的集成电路(IC)10的S1端子、S2端子而与检测电路12相连接。此外，共用电极46被接地。
当作为驱动信号而在驱动振动臂31a、31b的驱动电极42和驱动电极43之间施加交流电压时，如图3所示，驱动振动臂31a、31b将由于逆压电效应如箭头标记B所示，进行两个驱动振动臂31a、31b的顶端反复相互靠近和远离的弯曲振动(激励振动)。
在该状态下，当向传感器元件30的振动片施加以Z轴作为旋转轴的角速度时，驱动振动臂31a、31b将在与箭头标记B的弯曲振动的方向和Z轴双方均垂直的方向上受到科里奥利力。其结果为，如图4所示，连结臂35a、35b会进行如用箭头标记C所示的振动。而且，检测振动臂32将与连结臂35a、35b的振动(箭头标记C)联动而以箭头标记D的方式进行弯曲振动。在伴随于该科里奥利力而产生的检测振动臂32的弯曲振动和驱动振动臂31a、31b的弯曲振动(激励振动)之间的相位错开了90°。
另外，如果驱动振动臂31a、31b进行弯曲振动(激励振动)时的振动能量的大小或振动的振幅的大小在两个驱动振动臂31a、31b中相等，则形成了驱动振动臂31a、31b的振动能量的平衡，从而在传感器元件30上未施加有角速度的状态下检测振动臂32不会进行弯曲振动。但是，当两个驱动振动臂31a、31b的振动能量的平衡被破坏时，即使在传感器元件30上未施加有角速度的状态下，也会在检测振动臂32上产生弯曲振动。该弯曲振动被称为振动泄漏，虽然与基于科里奥利力而产生的振动同样为箭头标记D的弯曲振动，但与驱动信号为相同相位。
而且，由于压电效应，而在检测振动臂32的检测电极44、45上产生基于这些弯曲振动的交流电荷。在此，基于科里奥利力而产生的交流电荷根据科里奥利力的大小(换言之，施加于传感器元件30上的角速度的大小)而发生变化。另一方面，基于振动泄漏而产生的交流电荷与施加在传感器元件30上的角速度的大小无关而是固定的。
另外，在驱动振动臂31a、31b的顶端上，形成有与驱动振动臂31a、31b相比宽度较宽的矩形形状的锤部33。通过在驱动振动臂31a、31b的顶端上形成锤部33，从而能够增大科里奥利力，并且能够以比较短的振动臂来获得所需的共振频率。同样，在检测振动臂32的顶端上，形成与检测振动臂32相比宽度较宽的锤部36，通过在检测振动臂32的顶端上形成锤部36，从而能够增大在检测电极44、45中产生的交流电荷。
如上所述，传感器元件30以Z轴作为检测轴，经由检测电极44、45而输出基于科里奥利力而产生的交流电荷(角速度分量)、和基于激励振动的振动泄漏而产生的交流电荷(振动泄漏分量)。
返回到图1，集成电路(IC)10被构成为，包括驱动电路11、检测电路12、温度传感器13、电源电压传感器14、基准电压电路15、串行接口电路16、非易失性存储器17、测试控制电路18以及端子功能切换电路19。此外，本实施方式的集成电路(IC)10也可以采用省略或变更了图1所示的要素的一部分、或者追加了其他要素的结构。
基准电压电路15根据由VDD端子供给的电源电压而生成基准电位(模拟接地电压)等恒定电压或恒定电流，并向驱动电路11、检测电路12、温度传感器13供给。
非易失性存储器17对针对驱动电路11、检测电路12、温度传感器13的各种调整数据(调节数据或补正数据)进行保持。非易失性存储器17例如能够通过MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon：金属氧化氮氧化硅)型存储器来实现。
温度传感器13生成电压相对于温度变化而大致线性地发生变化的模拟信号TS0以作为输出信号。温度传感器13例如能够利用带隙基准电路来实现。
电源电压传感器14对由VDD端子供给的电源电压进行A/D转换，并生成电源电压数据VAM。
驱动电路11生成用于使传感器元件30进行激励振动的驱动信号，并经由DS端子而供给至传感器元件30的驱动电极42。另外，驱动电路11经由DG端子而被输入因传感器元件30的激励振动而在驱动电极43中产生的驱动电流(水晶电流)，并对驱动信号的振幅电平进行反馈控制，以使该驱动电流的振幅保持固定。此外，驱动电路11生成相位与驱动信号相同的信号SDET以及相位与驱动信号错开90°的信号SDET90，并向检测电路12供给。
检测电路12(物理量检测电路的一个示例)经由S1端子和S2端子分别被输入在传感器元件30的两个检测电极114、115中所产生的交流电荷(检测电流)Q1、Q2，并对交流电荷Q1、Q2中包含的角速度分量进行检测，生成具有与角速度分量的大小相对应的数字代码的角速度数据OUT(运算数据的一个示例)。如后文所述，检测电路12在角速度数据OUT的生成处理中，使用温度传感器13的输出信号TS0、电源电压传感器14所输出的电源电压数据VAM、以及非易失性存储器17中所存储的调整数据来实施偏移补正和灵敏度补正。检测电路12所生成的角速度数据OUT被供给至串行接口电路16。
串行接口电路16经由SS端子、SCLK端子、以及SI端子而分别被输入选择信号、时钟信号、串行输入信号。串行接口电路16在选择信号启动时通过时钟信号而对串行输入信号进行采样，并实施串行输入信号中所包含的指令的分析处理及将串行输入信号中所包含的串行数据转换为并行数据的处理。并且，串行接口电路16根据指令而实施对非易失性存储器17及内部寄存器(未图示)的数据的写入(设定)或读取的处理。此外，串行接口电路16实施将检测电路12所生成的角速度数据OUT、以及从非易失性存储器17和内部寄存器中读取出的数据等转换为串行数据，并经由SO端子而向外部输出的处理。
端子功能切换电路19对IO1、IO2、IO3、IO4这四个端子的连接目标进行切换。例如，端子功能切换电路19能够根据测试控制电路18的控制，选择驱动电路11、检测电路12、基准电压电路15的输出信号或内部信号，并通过IO1、IO2、IO3、IO4中的任何一个而向外部输出、或者将通过IO1、IO2、IO3、IO4中的任何一个而被外部输入的信号供给至驱动电路11、检测电路12、基准电压电路15。
测试控制电路18根据从串行接口电路16接收到的设定值，对IO1、IO2、IO3、IO4这四个端子的连接目标的切换进行控制。
图5为，表示检测电路12的结构例的图。如图5所示，检测电路12被构成为，包括Δ∑调制器100、脉冲计数器102、电荷放大器104、Δ∑调制器106以及数字运算电路108。另外，本实施方式的检测电路12也可以采用省略或变更了图5所示的要素的一部分进行省略或变更的结构、或者增加了其他要素的结构。
Δ∑调制器100以驱动电路11所生成的信号SDET作为采样时钟，而周期性地将温度传感器13的输出信号TS0转换成一位的位流数据。
脉冲计数器102以与驱动电路11所生成的信号SDET同步的方式，依次对Δ∑调制器100所输出的位流数据进行加法运算，从而生成温度数据TSDO。
电荷放大器104以与驱动电路11所生成的信号SDET90(与驱动信号相位错开了90°的信号)同步的方式，对由传感器元件30的两个检测电极产生的交流电荷Q1、Q2进行积分并输出差动电压。如前文所述，在传感器元件30中，由于伴随科里奥利力而产生的检测振动臂32的弯曲振动与驱动振动臂31a、31b的弯曲振动(激励振动)的相位错开90°，因此虽然电荷放大器104对基于科里奥利力而产生的交流电荷(角速度分量)进行积分，但是由于振动泄漏分量与驱动信号相位相同，因此并未被积分。因此，在电荷放大器104所输出的差动电压中仅包含角速度分量。
Δ∑调制器106以驱动电路11所生成的信号SDET90作为采样时钟，而将电荷放大器104所输出的差动电压(角速度分量)转换成一位的位流数据SDO。换言之，作为A/D转换器的Δ∑调制器106周期性地对电荷放大器104所输出的差动电压(角速度分量)进行采样并数字化，并且将其转换成一位的位流数据SDO。
数字运算电路108使用脉冲计数器102所生成的温度数据TSDO、电源电压传感器14所生成的电源电压数据VAM、以及非易失性存储器17中所存储的调整数据，而对Δ∑调制器106所输出的位流数据SDO实施预定的运算处理，并生成具有与角速度分量的大小相对应的数字代码的角速度数据OUT。
图6为，表示数字运算电路108所实施的运算处理的流程的图。如图6所示，数字运算电路108对一位的位流数据SDO实施去除高频分量的数字滤波计算(P1)，并生成角速度数据。在本实施方式中，作为数字滤波器而采用8次IIR滤波器，其传递函数由下式(1)表示。
数学式1
Y = a 0 + a 1 * Z - 1 + a 2 * Z - 2 + · · · + a 8 * Z - 8 1 + b 1 * Z - 1 + b 2 * Z - 2 + · · · + b 8 * Z - 8 * X · · · ( 1 )
此外，数字运算电路108对通过数字滤波计算(P1)而生成的角速度数据，实施对偏移补正量进行加法运算的偏移补正计算(P2)以及对灵敏度补正量进行乘法运算的灵敏度补正计算(P3)。
此外，数字运算电路108对实施了偏移补正计算(P2)和灵敏度补正计算(P3)的角速度数据实施输入范围计算(P4)，所述输入范围计算为，乘以输入范围设定值，并使物理量检测装置1所输出的角速度数据的输出范围与连接于物理量检测装置1的后段的IC的输入范围一致的计算。
另外，数字运算电路108对实施了输入范围计算(P4)的角速度数据，实施位限制计算(P5)，所述位限制计算为，删除(移位)与输出位设定值相对应的位数的下一位而将最低位取整。
此外，数字运算电路108实施输出代码平均计算(P6)，所述输出代码平均计算为，根据平均次数设定值而计算出实施了位限制计算(P5)的N个角速度数据的平均值的计算。根据该输出代码平均计算(P6)而获得角速度数据OUT。
并且，数字运算电路108实施在偏移补正计算(P2)中所使用的偏移补正量的计算和在灵敏度补正计算(P3)中所使用的灵敏度补正量的计算。
具体而言，数字运算电路108对于温度数据TSDO而计算出预定次数(例如四次)的移动的平均(P7)，并对移动的平均的计算结果实施增益补正量的加法运算(P8)以及偏移补正量的加法运算(P9)。
另外，数字运算电路108实施灵敏度温度变动补正量计算(P10)，所述灵敏度温度变动补正量计算为，将实施了移动平均(P7)、增益补正(P8)以及偏移补正(P9)的温度数据代入到用于对由温度变动引起的角速度数据的灵敏度变动进行补正的补正式(灵敏度温度变动补正式)的温度变量中，从而求取由温度变动引起的灵敏度变动的补正量(灵敏度温度变动补正量)的计算。在本实施方式中，灵敏度温度变动补正式如下式(2)所示，为温度变量T的二次函数的表达式。
数学式2
a*T2+b*T…(2)
此外，数字运算电路108实施灵敏度补正量计算(P11)，所述灵敏度补正量计算为，对灵敏度温度变动补正量和0次灵敏度补正量(不依赖于温度的灵敏度补正量)进行加法运算从而获得灵敏度补正量的计算。
另外，数字运算电路108实施偏移温度变动补正量计算(P12)，所述偏移温度变动补正量计算为，将实施了移动平均(P7)、增益补正(P8)以及偏移补正(P9)所得的温度数据代入到用于对由温度变动引起的角速度数据的偏移变动进行补正的补正式(偏移温度变动补正式)的温度变量中，从而求取由温度变动引起的偏移变动的补正量(偏移温度变动补正量)的计算。在本实施方式中，偏移温度变动补正式如下式(3)所示，为温度变量T的四次函数的表达式。
数学式3
c*T4+d*T3+e*T2+f*T…(3)
此外，数字运算电路108对于电源电压数据VAM而计算出预定次数(例如四次)的移动的平均(P13)，并对移动的平均的计算结果实施偏移补正量的加法运算(P14)。
另外，数字运算电路108实施偏移电源电压变动补正量计算(P15)，所述偏移电源电压变动补正量计算为，将实施了移动平均(P13)以及偏移补正(P14)的电源电压数据代入到用于对由电源电压变动引起的角速度数据的偏移变动进行补正的补正式(偏移电源电压变动补正式)的温度变量中，从而求取由电源电压变动引起的偏移变动的补正量(偏移电源电压变动补正量)的计算。在本实施方式中，偏移电源电压变动补正式如下式(4)所示，为电源电压变量V的二次函数的表达式。
数学式4
g*V2+h*V…(4)
此外，数字运算电路108实施偏移补正量计算(P16)，所述偏移补正量计算为，对偏移温度变动补正量、偏移电源电压变动补正量、以及0次偏移补正量(不依赖于温度和电源电压的偏移补正量)进行加法运算从而获得偏移补正量的计算。
另外，温度数据的增益补正量和偏移补正量、电源电压数据的偏移补正量、灵敏度温度变动补正式的补正系数(式(2)的a、b)、偏移温度变动补正式的补正系数(式(3)的c、d、e、f)、偏移电源电压变动补正式的补正系数(式(4)的g、h)、0次偏移补正量、0次灵敏度补正量、输入范围设定值、输出位设定值、平均次数设定值为存储在非易失性存储器17中的调整数据的一部分。
在本实施方式中，数字运算电路108具有一个乘法器和两个加法器以作为运算器，通过以与和采样速率相比非常快的时钟信号MCK同步的方式，按照时间分配而将这些运算器分割成运算处理P1～P16，从而大幅削减了电路规模。
图7为，表示数字运算电路108的结构例的图。如图7所示，数字运算电路108被构成为，包括移位寄存器110、选择电路112、两个加法器114a、114b、乘法器116、寄存器部118、控制电路120、主序列计数器122以及副序列计数器124。此外，本实施方式的数字运算电路108也可以采用省略或变更了图7所示的要素中的一部分、或者增加了其他要素的结构。
移位寄存器110在每当一位的位流数据SDO被更新时(与SDET90同步地)使SDO移位并对其进行保存。被保存在该移位寄存器110中的八个数据按照新的顺序与式(1)的Z－1～Z－8相对应。
选择电路112根据来自控制电路120的控制信号，从多种输入数据中分别选择加法器114a的两个输入数据、加法器114b的两个输入数据、乘法器116的两个输入数据。选择电路112的输入数据为，存储于寄存器部118中所包含的各种寄存器中的数据、存储于移位寄存器110中的数据、滤波器系数(式(1)的a0～a8、b0～b8)、温度数据TSDO、电源电压数据VAM、温度数据的增益补正量、温度数据的偏移补正量、电源电压数据的偏移补正量、灵敏度温度变动补正式的补正系数(式(2)的a、b)、偏移温度变动补正式的补正系数(式(3)的c、d、e、f)、偏移电源电压变动补正式的补正系数(式(4)的g、h)、0次偏移补正量、0次灵敏度补正量、输入范围设定用的增益G1～Gn。
两个加法器114a、114b分别对选择电路112所选择的两个输入数据进行加法运算。由加法器114a、114b产生的加法运算结果的数据分别被临时存储于寄存器部118中包含的预定寄存器中。
乘法器116对选择电路112所选择的两个输入数据进行乘法运算。由乘法器116产生的乘法运算结果的数据分别被临时存储于寄存器部118中包含的预定寄存器中。
在本实施方式中，由加法器114a、114b以及乘法器116构成了运算部111。
主序列计数器122(计数器的一个示例)对时钟信号MCK的时钟数进行计数，每当达到预定值时，将计数值初始化为0。在本实施方式中，时钟信号MCK的频率为，Δ∑调制器106的采样频率的32倍的频率，主序列计数器122重复进行对时钟信号MCK的32个时钟进行计数的循环(相当于采样频率)。
副序列计数器124(副计数器的一个示例)对主序列计数器122的循环数(频率)进行计数，每当达到预定值时，将计数值初始化为0。在本实施方式中，每当计数到主序列计数器122的256个循环(256个周期)时，副序列计数器124进行初始化。
控制电路120(控制部的一个示例)根据主序列计数器122的计数值以及副序列计数器124的计数值，而生成选择电路112的控制信号，以便按照预定的序列来执行图6所示的运算P1～P16。另外，控制电路120以在执行输入范围计算P4的时刻，选择与输入范围设定值相对应的增益G1～Gn的方式，生成选择电路112的控制信号。另外，控制电路120以在执行位限制计算P5的时刻，执行与输出位设定值相对应的位移位以及最低位的取整计算的方式，生成选择电路112的控制信号。另外，控制电路120与平均次数设定值联动地对角速度数据OUT的更新时刻进行控制。具体而言，当将所设定的平均次数设为N时，控制电路120在每当计算出N个角速度数据的平均值时、即以采样速率的1/N的速率，对角速度数据OUT进行更新。
在每当位流数据SDO被更新时、即以与Δ∑调制器106的采样速率(例如大约3kHz)相同的速率来执行图6所示的P1～P6的运算。与之相对，由于相对于角速度的变化，温度变动或电源电压变动非常缓慢，因此以更慢的速率(例如大约12Hz)来执行图6所示的P7～P16的运算。主序列计数器122管理P1～P6的运算序列，副序列计数器124管理P7～P16的运算序列。
图8为，表示主序列计数器122的计数值与所执行的运算之间的对应关系(主运算序列)的一个示例的图。
如图8所示，在主序列计数器122的计数值为0～24时，执行角速度数据的数字滤波计算(P1)。
另外，在主序列计数器122的计数值为25时，执行角速度数据的偏移补正计算(P2)。
另外，在主序列计数器122的计数值为26、27时，执行角速度数据的灵敏度补正计算(P3)。
另外，在主序列计数器122的计数值为28时，执行输入范围计算(P4)。
另外，在主序列计数器122的计数值为29时，执行位限制计算(P5)。
另外，在主序列计数器122的计数值为30时，执行输出代码平均计算(P6)。
另外，在主序列计数器122的计数值为31时，根据副序列计数器124的计数值，来执行P7～P16中的某一个运算。
图9为，表示副序列计数器124的计数值与所执行的运算之间的对应关系(副运算序列)的一个示例的图。
如图9所示，当主序列计数器122的计数值为31时，在副序列计数器124的计数值为0～5时，执行温度数据的移动平均计算(P7)、温度数据的增益补正计算(P8)以及温度数据的偏移补正计算(P9)。
另外，在副序列计数器124的计数值为6～11时，执行灵敏度温度变动补正量计算(P10)。
另外，在副序列计数器124的计数值为12、13时，执行灵敏度补正量计算(P11)。
另外，在副序列计数器124的计数值为14～28时，执行偏移温度变动补正量计算(P12)。
另外，在副序列计数器124的计数值为29～35时，执行电源电压数据的移动平均计算(P13)、电源电压数据的偏移补正计算(P14)以及偏移电源电压变动补正量计算(P15)。
另外，在副序列计数器124的计数值为36～38时，执行偏移补正量计算(P16)。
并且，当主序列计数器122的计数值为31时，在副序列计数器124的计数值为39～255时，不执行任一个运算处理，加法器114a、114b以及乘法器116成为待机状态。
另外，在本实施方式中，当乘法运算的输入数据超出了乘法器116的输入位数时，控制电路120根据主序列计数器122的计数值，使乘法器116对将该输入数据分割而得到的多个数据的各个数据进行乘法运算，并且将该多个乘法运算结果仅移位预定数的位(位移位)并使加法器114a或加法器114b进行加法运算。如此，能够减少乘法器116的位数，从而抑制电路规模的增加。但是，由于因此导致加法运算次数增加，因此在本实施方式中，为了能够在时钟信号MCK的32个时钟之内执行P1～P6的运算，而设置了两个加法器114a、114b，从而能够同时执行乘法运算结果的高位数据和低位数据的加法运算和在其他运算处理中所需的加法运算。
图10为，表示偏移补正量、灵敏度补正量和角速度数据的更新时刻的一个示例的时序图。如图10所示，每当主序列计数器122的计数值被初始化为0时，副序列计数器124的计数值递增1，当副序列计数器124计数到255时，计数值返回到0。
虽然角速度数据的计算在主序列计数器122的计数值为30时结束，但在主序列计数器122再次成为0时，实施角速度数据的更新。
虽然偏移补正量的计算在副序列计数器124的计数值为38时结束，但在副序列计数器124再次成为0时，实施偏移补正量的更新。同样地，虽然灵敏度补正量的计算在副序列计数器124的计数值为13时结束，但在副序列计数器124再次成为0时，实施灵敏度补正量的更新。因此，在角速度数据1～256的计算中使用了偏移补正量1和灵敏度补正量1，而在角速度数据257～512的计算中使用了偏移补正量2和灵敏度补正量2。
如以上所说明地那样，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，通过共有两个加法器114a、114b以及一个乘法器116来高速地实施P1～P16的运算处理，从而能够在抑制电路规模的增加的同时通过数字处理而生成精度较高的角速度数据。
另外，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，通过以慢于采样速率的速率而对偏移补正量和灵敏度补正量进行计算，从而能够减少每个采样周期的计算量。
另外，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，通过并不在一个采样周期中，将偏移温度补正量和偏移电源电压补正分别加到(两次加法运算)角速度数据中，而是以慢于采样速率的速率通过偏移补正量计算(P16)而计算出偏移补正量，并在一个采样周期中，通过偏移补正计算(P2)而将偏移补正量加到(一次加法运算)角速度数据中，从而能够减少计算量。
另外，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，当乘法运算的输入数据超出了乘法器116的输入位数时，通过分为高位和低位来实施二次乘法运算，并对乘法运算结果进行加法运算，从而减少了乘法器116的位数。并且，通过设置两个加法器114a、114b，从而能够使两个加法器114a、114b同时实施该乘法运算结果的加法运算和其他运算处理中所需的加法运算。因此，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，能够大幅削减电路规模，并且抑制运算处理的循环次数的增加。
2.电子设备
图11为，本实施方式的电子设备的功能框图。另外，图12为，表示作为本实施方式的电子设备的一个示例的智能手机的外观的一个示例的图。
本实施方式的电子设备300被构成为，包括物理量检测装置310、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)320、操作部330、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)340、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)350、通信部360、显示部370、声音输出部380。此外，本实施方式的电子设备也可以采用省略或变更了图11的结构要素(各个部分)的一部分、或者追加了其他结构要素的结构。
物理量检测装置310为，对物理量进行检测，并输出与所检测的物理量相对应的电平信号(物理量信号)的装置，例如可以为对加速度、角速度、速度、角加速度、力等物理量中的至少一部分进行检测的惯性传感器，也可以为对倾斜角进行计测的倾斜仪。作为物理量检测装置310，例如可以应用上述的本实施方式的物理量检测装置1。另外，物理量检测装置310以包含物理量检测电路312的方式而构成，作为物理量检测电路312，例如可以应用上述的本实施方式的检测电路12。
CPU320根据存储在ROM340等中的程序，使用物理量检测装置310所输出的物理量信号来实施各种计算处理或控制处理。此外，CPU320还实施如下处理，即，与来自操作部330的操作信号相对应的各种处理、对通信部360进行控制以与外部实施数据通信的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理、使声音输出部380输出各种声音的处理等。
操作部330为，由操作按键或按钮开关等构成的输入装置，并将与由用户实施的操作相对应的操作信号输出至CPU320中。
ROM340对用于CPU320实施各种计算处理或控制处理的程序或数据等进行存储。
RAM350被用作为CPU320的作业区域，并临时地对从ROM340中读取出的程序或数据、从操作部330输入的数据、CPU320按照各种程序而执行的运算结果等进行存储。
通信部360实施用于使CPU320与外部装置之间的数据通信成立的各种控制。
显示部370为，由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)、或者有机EL显示器等构成的显示装置，并基于从CPU320输入的显示信号而对各种信息进行显示。也可以在显示部370上设置作为操作部330而发挥功能的触摸面板。
声音输出部380为，扬声器等的输出声音的装置。
通过装入上述的本实施方式的检测电路12以作为物理量检测电路312，从而能够实现低成本且可靠性较高的电子设备。
作为这种电子设备300而考虑到各种电子设备，例如可以列举出：个人计算机(例如便携式个人计算机、膝上型个人计算机、笔记本型个人计算机、平板型个人计算机)、移动电话等移动体终端、数码照相机、喷墨式喷出装置(例如喷墨式打印机)、路由器或交换器等存储区域网络设备、局域网设备、电视机、摄像机、视频磁带录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带通信功能的产品)、电子辞典、台式电子计算器、电子游戏机、游戏用控制器、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用影像监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、头戴显示器、运动轨迹装置、运动跟踪装置、运动控制器、PDR(步行者航位测量)等。
3.移动体
图13为，表示本实施方式的移动体的一个示例的图(俯视图)。图13所示的移动体400被构成为，包括物理量检测装置410、420、430、控制器440、450、460、蓄电池470、导航装置480。此外，本实施方式的移动体也可以采用省略或变更了图13的结构要素(各个部分)的一部分、或者追加了其他结构要素的结构。
物理量检测装置410、420、430、控制器440、450、460、导航装置480通过从蓄电池470供给的电源电压而进行工作。
控制器440、450、460分别使用物理量检测装置410、420、430所输出的物理量信号的一部分或全部，来实施姿态控制系统、防侧翻系统、制动系统等的各种控制。
导航装置480基于内置的GPS接收器(未图示)的输出信息，在显示器中显示移动体400的位置、时刻以及其他的各种信息。另外，导航装置480中内置有物理量检测装置490，即使在未收到GPS的电波时，也会基于物理量检测装置490的输出信号而对移动体400的位置和方向进行计算，并继续显示必要的信息。
物理量检测装置410、420、430、490为，输出与所检测到的物理量相对应的电平信号(物理量信号)的装置，例如分别为角速度传感器、加速度传感器、速度传感器、倾斜仪等。物理量检测装置410、420、430、490被构成为包括物理量检测电路(未图示)，所述物理量检测电路对由温度或电源电压的变化而产生的传感器元件(未图示)的输出信号进行补正，并输出物理量信号。
例如，作为物理量检测装置410、420、430、490中所包括的物理量检测电路，可以使用上述的本实施方式的检测电路12，或者作为物理量检测装置410、420、430、490，可以使用上述的本实施方式的物理量检测装置1，由此能够确保较低的成本且较高的可靠性。
作为这样的移动体400而考虑到各种移动体，例如可以列举出：汽车(也包括电动汽车)、喷气式飞机或直升机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。
此外，本发明不限定于本实施方式，在本发明的主旨的范围内可以实施各种改变。
例如，传感器元件30的振动片可以不为双T型，例如也可以为音叉型或梳子齿型，还可以为三棱柱、四棱柱、圆柱状等形状的音片型。另外，作为传感器元件30的振动片的材料，不仅可以使用水晶(SiO2)，例如还可以使用钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等压电单结晶或锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷等压电性材料，还可以使用半导体硅。另外，例如也可以采用在半导体硅的部分表面上配置被驱动电极夹持的氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等压电薄膜的结构。
另外，例如传感器元件30并不限定于压电型传感器元件，也可以为电动型、静电电容型、涡电流型、光学型、应变计型等振动型传感器元件。或者传感器元件30的方式并不限定于振动式，例如也可以为光学式、旋转式、流体式。另外，传感器元件30所检测的物理量并不限定于角速度，也可以为角加速度、加速度、速度、力等。
另外，虽然在上述的实施方式中，例示了作为物理量而对角速度进行检测的物理量检测装置，但本发明也可以应用于不限于角速度，而对加速度速、速度、角加速度、力等物理量进行检测的物理量检测装置中。
上述的各实施方式仅为一个示例，本发明并不限定于此。例如，也可以适当地组合各个实施方式。
本发明包括与实施方式中所说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构)。另外，本发明还包括对实施方式中所说明的结构的非本质部分进行了替换的结构。此外，本发明还包括能够实现与实施方式中所说明的结构相同作用效果的结构、或者能够达到相同的目的的结构。另外，本发明还包括在实施方式中所说明的结构中附加了公知技术的结构。
符号说明
1物理量检测装置；10集成电路(IC)；11驱动电路；12检测电路；13温度传感器；14电源电压传感器；15基准电压电路；16串行接口电路；17非易失性存储器；18测试控制电路；19端子功能切换电路；30陀螺传感器元件；31a、31b驱动振动臂；32检测振动臂；33锤部；34a、34b驱动用基部；35a、35b连结臂；36锤部；37检测用基部；42、43驱动电极；44、45检测电极；46共用电极；100ΔΣ调制器；102脉冲计数器；104电荷放大器；106ΔΣ调制器；108数字运算电路；110移位寄存器；111运算部；112选择电路；114a、114b加法器；116乘法器；118寄存器部；120控制电路；122主序列计数器；124副序列计数器；300电子设备；310物理量检测装置；312集成电路；320CPU；330操作部；340ROM；350RAM；360通信部；370显示部；400移动体；410、420、430物理量检测装置；440、450、460控制器；470蓄电池；480导航装置；490物理量检测装置。

Claims (11)

1.一种物理量检测电路，包括：
A/D转换器，其将与物理量相对应的检测信号数字化并输出检测数据；
运算部，其包括加法器和乘法器中的至少一个；
计数器，其对时钟信号的时钟数进行计数，并周期性地将计数值初始化；
控制部，其根据所述计数值，而使所述运算部实施相互不同种类的多个运算处理，所述运算处理为，用于根据所述检测数据而生成与所述物理量的大小相对应的运算数据的运算处理。
2.如权利要求1所述的物理量检测电路，其中，
所述运算部包含加法器，
所述控制部使所述运算部实施对于所述检测数据的数字滤波处理，并使所述加法器实施对于实施了所述数字滤波处理的信号的偏移补正处理。
3.如权利要求2所述的物理量检测电路，其中，
包括：
副计数器，其对所述计数器的循环数进行计数，并周期性地将计数值初始化；
温度传感器，
所述运算部实施偏移补正量计算处理，所述偏移补正量计算处理为，根据由所述温度传感器获得的温度信息，而对所述偏移补正处理中所使用的偏移补正量进行计算的处理，
所述控制部根据所述副计数器的所述计数值，而使所述运算部实施所述偏移补正量计算处理。
4.如权利要求2所述的物理量检测电路，其中，
包括：
副计数器，其对所述计数器的循环数进行计数，并周期性地将计数值初始化；
温度传感器；
电源电压传感器，
所述运算部实施偏移补正量计算处理，所述偏移补正量计算处理为，根据由所述温度传感器获得的温度信息、和由所述电源电压传感器获得的电源电压信息，而对所述偏移补正处理中所使用的偏移补正量进行计算的处理，
所述控制部根据所述副计数器的所述计数值，而使所述运算器实施所述偏移补正量计算处理。
5.如权利要求1所述的物理量检测电路，其中，
所述运算部包含乘法器，
所述控制部使所述运算部实施对于所述检测数据的数字滤波处理，并使所述乘法器实施对于实施了所述数字滤波处理的信号的灵敏度补正处理。
6.如权利要求5所述的物理量检测电路，其中，
包括：
副计数器，其对所述计数器的循环数进行计数，并周期性地将计数值初始化；
温度传感器，
所述运算部实施灵敏度补正量计算处理，所述灵敏度补正量计算处理为，根据由所述温度传感器获得的温度信息，而对所述灵敏度补正处理中所使用的灵敏度补正量进行计算的处理，
所述控制部根据所述副计数器的所述计数值，而使所述运算器实施所述灵敏度补正量计算处理。
7.如权利要求5或6所述的物理量检测电路，其中，
所述控制部在乘法运算的输入数据超出了所述乘法器的输入位数时，根据所述计数器的计数值，而使所述乘法器对将所述输入数据分割而获得的多个数据的各个数据进行乘法运算，并且对所述多个乘法运算结果进行位移位并使所述加法器进行加法运算。
8.如权利要求7所述的物理量检测电路，其中，
包含多个加法器以作为所述运算器。
9.一种物理量检测装置，包括：
传感器元件，其输出与物理量相对应的检测信号；
权利要求1至8中的任一项所述的物理量检测电路。
10.一种电子设备，包括：
权利要求1至8中的任一项所述的物理量检测电路。
11.一种移动体，包括：
权利要求1至8中的任一项所述的物理量检测电路。
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