CN104122410B - 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、电子设备以及移动体，所述物理量检测电路能够降低由电源电压而引起的输出变动。检测电路(12)(物理量检测电路)包括数字运算电路(108)(运算处理部)，所述数字运算电路(108)实施根据与物理量相对应的检测信号，而生成与物理量的大小相对应的运算信号的运算处理。数字运算电路(108)实施包括电源电压变动补正处理(P15)在内的运算处理，所述电源电压变动补正处理为，根据将所供给的电源电压设为变量的补正式，而对检测信号、和通过对检测信号实施运算处理的一部分而得到的信号中的至少一方进行补正的处理。

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传感器被广泛应用。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确度和较高的可靠性。
例如，在专利文献1中，提出了一种如下的物理量测量装置，其即使驱动振动的振幅发生变动，也能够将对于所要检测的物理量的检测灵敏度保持固定。另外，在专利文献2中，提出了一种能够有效地去除因振子的振动泄漏而生成的无用信号的检测装置。
在现有的物理量检测装置中，也存在从外部提供的电源电压范围较大以便能够广泛应用于各种用途的装置。在这种物理量检测装置中，根据其结构，会由于电源电压的变动而引起内部电路中的延迟或相位偏移，其结果为，输出值带有依赖于电源电压的变动，从而存在引起特性劣化的可能性。
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实施的，根据本发明的几个方式，能够提供一种能够降低因电源电压变动而引起的输出变动的物理量检测电路、以及使用了该物理量检测电路的物理量检测装置、电子设备及以及移动体。
发明内容
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而实施的，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：运算处理部，所述运算处理部实施根据与物理量相对应的检测信号，而生成与所述物理量大小的相对应运算信号的运算处理；所述运算处理包括电源电压变动补正处理，所述电源电压变动补正处理为，根据将所供给的电源电压设为变量的补正式，而对所述检测信号、和通过对所述检测信号实施所述运算处理的一部分而得到的信号中的至少一方进行补正的处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，由于根据将电源电压设为变量的补正式而对信号进行补正，因此能够降低因电源电压变动而引起的输出变动。
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，所述电源电压变动补正处理包括对所述检测信号、和通过对所述检测信号实施所述运算处理的一部分而得到的信号中的至少一方的偏移进行补正的处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够对由电源电压变动而引起的输出信号的偏移的变动进行补正。
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，所述补正式为所述电源电压的二次函数的表达式。
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，所述运算处理包括使用所述补正式而对针对所述电源电压的补正量进行计算的电源电压变动补正量计算处理，所述电源电压变动补正处理包括将所述补正量加到所述检测信号、和通过对所述检测信号实施所述运算处理的一部分而得到的信号的至少一方中的处理。
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，所述运算处理单元使用将所述检测信号数字化而得到的检测数据、和将所述电源电压数字化而得到的电源电压数据，通过数字处理而实施所述电源电压变动补正处理以及所述电源电压变动补正量计算处理的数字处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，由于能够通过数字处理来实施对因电源电压变动而引起的变动的补正，因此能够提高补正精度。
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，所述运算处理也可以是：进行所述电源电压变动补正量计算处理的周期比所述电源电压变动补正处理的周期长。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，间歇性地实施因电源电压变动而引起的输出变动的补正量计算，从而能够削减计算量和消耗电力。
应用例7
本应用例所涉及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6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)、速度传感器等的惯性传感器，也可以为根据重力而对倾斜角进行计测的倾斜仪。
应用例8
本应用例所涉及的电子设备包括上述任意一个物理量检测电路。
应用例9
本应用例涉及的移动体包括上述任意一个物理量检测电路。
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为表示补正前的角速度数据的电源电压变动特性的一个示例的图。
图8为表示补正后的角速度数据的电源电压变动特性的一个示例的图。
图9为表示电源电压传感器的结构例的图。
图10为表示实施偏移电源电压变动补正量计算的电路的结构例的图。
图11为表示电源电压数据、偏移修正量以及角速度数据的更新时刻的一个示例的时序图。
图12为本实施方式的电子设备的功能框图。
图13为表示本实施方式的电子设备的外观的一个示例的图。
图14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，参照附图对本发明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所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。此外，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生成的检测振动臂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上生成弯曲振动。该弯曲振动被称为振动泄漏，虽然与基于科里奥利力而生成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中生成基于这些弯曲振动的交流电荷，以作为检测信号。在此，基于科里奥利力而生成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，基于振动泄漏而生成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中生成的交流电荷。
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生成的交流电荷(角速度分量)、和基于激励振动的振动泄漏而生成的交流电荷(振动泄漏分量)。
但是，通过下式(1)来计算施加于传感器元件30上的科里奥利力Fc。
[数学式1]
Fc＝2mvΩ…(1)
在式(1)中，m为等效质量，v为振动速度，Ω为角速度。根据式(1)，即使角速度Ω固定，单如果等效质量m或振动速度v发生变化则科里奥利力也将随之发生变化。即，由于等效质量m或振动速度v发生变化而导致角速度的检测灵敏度发生变化。当传感器元件30的振动片因某种故障而导致振动状态发生变化时，由于驱动振动的等效质量m或振动速度v发生变化，因此检测灵敏度将会发生变化。同时，由于泄漏振动的状态也发生变化因此振动泄漏分量的大小也将发生变化。即，在振动泄漏分量的大小和角速度的检测灵敏度之间存在相关性，通过对振动泄漏分量的大小进行监视，从而能够对有无传感器元件30故障(包括断线)进行判断。
因此，在本实施方式中，为了能够检测出传感器元件30的故障从而确保较高的可靠性，驱动振动臂31a、31b的振动能量的平衡稍微被破坏便会积极地生成所期望的程度的振动泄漏分量。特别是，本实施实施方式中，由于使用双T型的振动片来构成传感器元件30，因此通过利用激光加工等，而使驱动振动臂31a的顶端的锤部33与驱动振动臂31b的顶端的锤部33的质量存在差异，从而容易地实现驱动振动臂31a的弯曲振动与驱动振动臂31b的弯曲振动的不平衡。
返回到图1，集成电路(IC)10被构成为，包含：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、端子功能切换电路19以及故障诊断电路20。另外，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、或追加了其他要素的结构。
基准电压电路15根据从外部经由VDD端子供给的电源电压而生成基准电势(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 OxideNitride Oxide Silicon：金属氮化物氧化物硅)型存储器来实现。
温度传感器13生成相对于电压温度变化而大致线性地发生变化的模拟信号TS0。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中生成的驱动电流(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位的信号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中所生成的交流电荷(检测电流)Q1、Q2，并在TEST信号非激活时，对交流电荷Q1、Q2中所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(物理量数据的一个示例)。另外，检测电路12在TEST信号激活时，对交流电荷Q1、Q2中所包含的的振动泄漏分量进行检测，并生成具有与振动泄漏分量的大小相对应的数字代码的数据，以作为角速度数据OUT。如下文所述，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。
故障诊断电路20在TEST信号激活时，对检测电路12所输出的角速度数据OUT的代码是否在预期的范围内进行判断，如果在该范围之内则诊断为正常，如果在范围之外则诊断为异常，并输出表示诊断结果的标识信号(FLAG)。
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或内部寄存器(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、故障诊断电路20的诊断结果的标识信号(FLAG)、以及从而非易失性存储器17或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根据串行接口电路16接收到的设定值，而生成用于对IO1、IO2、IO3、IO4这四个端子的连接目标的切换进行控制、或对是否实施故障诊断进行控制的控制信号(TEST)。
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、作为A/D转换器的Δ∑调制器106、数字运算电路108以及开关电路109。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、或追加了其他的要素的结构。
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。
开关电路109在TEST信号非激活时，选择驱动电路11所生成的信号SDET90(相位与驱动信号错开了90°的信号)并输出，并且在TEST信号激活时，选择驱动电路11所生成的信号SDET(相位与驱动信号相同的信号)并输出。
电荷放大器104以与开关电路109的输出信号同步的方式，对由传感器元件30的两个检测电极生成的交流电荷Q1、Q2进行积分，并输出差动电压。即，电荷放大器104在TEST信号非激活时，以与信号SDET90同步的方式对交流电荷Q1、Q2进行积分，而在TEST信号激活时，以与信号SDET同步的方式对交流电荷Q1、Q2进行积分。如上所述，在传感器元件30中，由于伴随科里奥利力而生成的检测振动臂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°，因此虽然在TEST信号非激活时，电荷放大器104对基于科里奥利力而生成的交流电荷(角速度分量)进行积分，但是由于泄漏振动分量与驱动信号的相位相同，因此在理想的情况下不会被积分。因此，在电荷放大器104所输出的差动电压中，在理想的情况下仅包含角速度分量。另一方面，在TEST信号激活时，虽然电荷放大器104对泄漏振动分量进行积分，但角速度分量不会未被积分。因此，在电荷放大器104所输出的差动电压中仅包含泄漏振动分量。
Δ∑调制器106以开关电路109的输出信号(SDET90或SDET)作为为采样时钟，而将电荷放大器104所输出的差动电压(角速度分量)转换为一位的位流数据SDO。换言之，作为A/D转换器的Δ∑调制器106将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，并且将其转换为一位的位流数据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实施规定的运算处理，并生成具有与角速度分量或者漏振动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，数字信号108对一位的位流数据SDO实施去除高频分量的数字滤波器计算(P1)，并生成角速度数据。
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。
另外，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。
另外，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。
另外，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、偏移温度变动补正式的补正系数、偏移电源电压变动补正式的补正系数、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、平均次数设定值为非易失性存储器17中所存储的调整数据的一部分。
另外，在每次位流数据被更新时、即以与Δ∑调制器106的采样速率(例如，大约3kHz)相同的速率来实施图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十分缓慢，因此以更缓慢的速率(例如，大约12Hz)来实施如图6所示的P7～P16的运算。
如上所述，在TEST信号非激活时，在理想的情况下，电荷放大器104所输出的差动电压中只包括角速度分量。但是，实际上，当电源电压发生变动时，SDTE90的相位会略微偏移，从而泄漏振动分量也将被电荷放大器104积分。而且，在本实施方式中，由于为了能够检测出传感器元件30的故障以确保较高的可靠性，而积极地生成预期程度的振动泄漏分量，因此即使SDET90的相位略微偏移，电荷放大器104所输出的差动电压中也会包含有较大的泄漏振动分量。因此，当电源电压发生变动时，即使传感器元件30检测出恒定的角速度，角速度数据OUT也会发生变动。另外，作为因电源电压变动而导致角速度数据OUT发生变动的主要原因，除了泄漏振动分量以外还存在各种各样的电路因素。
图7为，表示角速度数据OUT的电源电压变动特性的一个示例的图。在图7中，横轴表示电源电压，纵轴表示输出误差(相对于0点的理想值的角速度数据的误差)。在图7的示例中，对2.6V～3.7V的范围内的六个点进行测量，角速度数据出现100LSB左右的偏差，在基准电压为3.3V时存在45LSB左右的偏移。该角速度数据的电源电压变动特性，可以近似于用实线表示的二次函数。图8为，表示以使3.3V时的误差成为零的方式，通过与用图7是实线表示二次函数符号相反的函数而对图7所示的电源电压特性进行补正后的角速度数据OUT的电源电压变动特性的图。在图8中，横轴表示电源电压，纵轴表示输出误差。如图8所示，在2.6V～3.7V的范围内，角速度数据的误差收敛于10LSB以内。即，能够通过二次补正式而高精度地对因电源电压的变动而引起的角速度数据的偏移进行补正。
因此，在本实施方式中，在物理量检测装置1的检查工序等中，在基准温度(例如25℃)下对角速度数据OUT的电源电压变动特性进行测量，并对下式(2)所示的、将电源电压数据V设为变量的二次补正式进行计算，并且将该补正系数a、b以及0次的偏移补正量(基准电压且基准温度(例如3.3V，25℃)下的偏移补正量)c存储到非易失性存储器17中。
数学式2
a*V2+b*V+c…(2)
然后，在物理量检测装置1的实际工作时，数字运算电路108通过在图6的偏移电源电压变动补正量计算(P15)中，使用补正系数a、b和电源电压传感器14输出的电源电压数据VAM而对式(2)的补正式(偏移电源电压变动补正式)进行计算，从而求出偏移电源电压变动补正量。然后，数字运算电路108在图6的偏移补正量计算(P16)中，对偏移电源电压变动补正量、偏移温度变动补正量以及0次的偏移补正量c进行加法运算从而求出偏移补正量，并在图6的偏移补正计算(P2)中将，在该偏移补正量加到角速度数据中。由此，对于角速度数据，数字运算电路108同时对由电源电压变动引起的偏移变动、由温度变动引起的偏移变动以及基准电压下的偏移误差进行补正。
在本实施方式中，电源电压传感器14每隔采样时钟(与SDET90相同速率的时钟)的25六个周期而间歇性地实施电源电压的测量，数字运算电路108也以相同的周期间歇性地实施偏移电源电压变动补正量的计算(P15)。
作为电源电压传感器14，可以考虑各种电路结构。在图9中，图示了能够以较小的电路规模而实现的电源电压传感器14的电路结构。图9所示的电源电压传感器14被构成为，包括：控制电路140、电阻141、电阻142a～142f、开关143a～143f、电阻144、NMOS晶体管145、比较仪146以及逆变器147。电阻141、电阻142a～142f、电阻144、NMOS晶体管145依次被串联地连接在电源与接地之间。开关143a～143f分别与电阻142a～142f并联连接。比较仪146对电阻142f和电阻144的连接点(A点)的电压与基准电压进行比较。比较仪146的输出信号经由逆变器147而被输入至控制电路140。控制电路140对开关143a～143f的导通/断开以及NMOS晶体管145的导通/断开进行控制。
该电源电压传感器14基于控制电路140的控制，相对于预期的电源电压范围以六位的分辨率对电源电压进行测量。在实施电源电压的测量时，控制电路140使NMOS晶体管145导通。而且，控制电路140首先将六个开关143a～143f的控制代码设定为“100000”，并通过比较仪146而对A点电压和基准电压Vref进行比较。当A点电压高于Vref时，控制电路140将开关143a～143f的控制代码设定为“110000”，并通过比较仪146而对A点电压和基准电压Vref进行比较。另一方面，当A点电压低于Vref时，控制电路140将开关143a～143f的控制代码设定为“010000”，并通过比较仪146而对A点电压和基准电压Vref进行比较。控制电路140通过反复进行这种二分检索，从而以使比较仪146的两个输入差最为接近的方式固定开关143a～143f的控制代码。而且，控制电路140将该固定的六位的控制代码转换为带有符号的七位的电源电压数据VAM并进行输出，所述符号在电源电压为预期的电压时为0，在电源电压高于预期的电压时为正，在电源电压低于所期望电压时为负。控制电路140每个采样时钟的256周期而间歇性地实施这种电源电压的测量。在不实施电源电压的测量时，控制电路140将NMOS晶体管145断开，以便不生成无谓的消耗电流。
图10为，表示实施偏移电源电压变动补正量计算(P15)的电路结构的图。
选择电路110根据控制信号，从电源电压数据(实施了偏移补正量的加法运算(P14)后的电源电压数据)、偏移电源电压变动补正式的补正系数a、b以及寄存器116中所保存的数据中选择两个并进行输出。
乘法器112对选择电路110的两个输出数据进行乘法与暗算并输出。
屏蔽电路114根据控制信号，而将采样时钟传送给输出、或者将其屏蔽不传送给输出。
寄存器116在屏蔽电路114所传送的采样时钟的边沿处对乘法器112的输出数据进行保持。
加法器118对乘法器112的输出数据和寄存器116中所保持的数据进行加法运算并输出。
屏蔽电路120根据控制信号，而将采样时钟传送给输出，或者将其屏蔽不传送给输出。
寄存器122在屏蔽电路120所传送的采样时钟的边沿处对加法器118的输出数据进行保持。并且，由寄存器122保持的数据将成为偏移电源电压变动补正量。
计数器124在每个采样时钟的边沿重复0～255的计数。
解码器126对计数器124的计数值进行解码，并以如下方式生成选择电路110的控制信号，即，在计数值为0时选择电路110作为两个输出数据而均选择电源电压数据，在计数值为1时选择电路110作为两个输出数据而选择二次补正系数a和寄存器116中所保持的数据，在计数值在2以上时选择电路110作为两个输出数据而选择一次补正系数b和电源电压数据。另外，解码器126以如下方式生成屏蔽电路114的控制信号，即，在计数值为0或者1时使屏蔽电路114将采样时钟传送给输出，而在计数值在2以上时使屏蔽电路114b不将采样时钟传送给输出。另外，解码器126以如下方式生成屏蔽电路120的控制信号，即，在计数值为2时使屏蔽电路120将采样时钟传送给输出，而在计数值为2以外时使屏蔽电路120不将采样时钟传送给输出。
通过这种结构，在计数器126的计数值为0时，通过乘算器112而计算出公式(2)的V2，并在采样时钟的边沿将乘法运算结果保持在寄存器116中。然后，在解码器126的解码值为1时，通过乘算器112而计算出式(2)的a*V2，并在采样时钟的边沿将乘阀运算结果保持在寄存器116中。然后，在计数器126的计数值为2时，通过乘算器112而计算出式(2)的ｂ*Ｖ，并且通过加算器118而计算出式(2)的ａ*Ｖ2+ｂ*Ｖ，并在采样时钟的边沿将加法运算结果保持在寄存器122中。然后，在计数器126的计数值为2时，寄存器122在达到采样时钟的边沿之前不被更新。由此，数字运算电路108每隔采样时钟的256周期而间歇性地实施偏移电源电压变动补正量计算(P15)。
如上所述，数字运算电路108在偏移电源电压变动补正量计算(P15)之后实施偏移补正量计算(P16)，并计算出偏移补正量。该偏移补正量计算(P16)也每隔采样时钟的256周期而被间歇性地实施。并且，数字运算电路108每隔采样时钟的一个周期，对角速度数据实施偏移补正计算(P2)，并同时对由电源电压变动引起的偏移变动、和由温度变动引起的偏移变动以及基准电压下的偏移误差进行补正。
图11为，表示电源电压数据、偏移补正量以及角速度数据的更新时刻的一个示例的时序图。如图11所示，角速度数据每隔采样时钟的一个周期而被更新，与之相对，电源电压数据以及偏移补正量每隔采样时钟的256个周期而被更新。
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)，能够基于将电源电压设为变量的二次补正式，而高精度地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。
此外，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，由于通过数字处理来实施对因电源电压变动引起的角速度数据偏移变动的补正，因此能够提高补正精度。
此外，根据本实施方式的物理量检测装置(物理量检测电路)，由于以与采用速率相比非常低的速率间歇性地实施对因电源电压变动引起的角速度数据偏移变动的补正，因此能够大幅降低补正式的计算量和消耗电力。
2.电子设备
图12为，本实施方式的电子设备的功能框图。另外，图13为，表示本实施方式的电子设备的一个示例的智能电话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，包括物理量传感器310、CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)320、操作部330、ROM(Read Only Memory：只读存储器)340、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)350、通信单元360、显示部370、声音输出单元380。另外，本实施方式的电子设备也可以省略或者变更了图12的结构要素(各个部分)的一部分、或者追加了其它结构要素的结构。
物理量监测装置310为，对物理量进行检测，并输出与所检测到的物理量相对应的电平信号(运算信号)的装置，例如可以为对加速度、角速度、速度、角加速度、力量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，例如可以应用于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，例如可以应用于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所输出的运算信号来实施各种计算处理或控制处理。此外，CPU320还实施如下的处理，即，与来自操作单元330的操作信号相对应的各种处理、对通信单元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、使声音输出单元380中输出各种声音的处理等。
操作单元330为，由操作按键或者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到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14为，表示本实施方式的移动体的一个示例的图(俯视图)。图14所示的移动体400被构成为，包含物理量检测装置410、420、430、控制器440、450、460、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者变更了图14的结构要素(各部分)的一部分，或者添加其它结构要素。
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所输出的运算信号的一部分或者全部，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(运算信号)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因温度或者电源电压的变化引起的传感器元件(未图示)的输出信号进行补正，并含输出运算信号。
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，虽然本实施方式中，通过数字处理来实施偏移电源电压变动补正量计算(P15)，但也可以通过模拟电路来实施。例如可以通过如下方式利用模拟电路来实现偏移电源电压变动补正量计算(P15)，即，设置生成电源电压的二次电压的二次电压产生电路，生成电源电压的一次电压的一次电压产生电路、对该二次电压和一次电压进行加法运算的模拟加算电路，并根据式(2)的二次系数和一次系数，而分别对二次电压产生电路和一次电压产生电路的各个增益进行调节。
另外，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；20故障诊断电路；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；100Δ∑调制器；102脉冲计数器；104电荷放大器；106Δ∑调制器；108数字运算电路；109开关电路；110选择电路；112乘算器；114屏蔽电路；116寄存器；118加算器；120屏蔽电路；122寄存器；124计数器；126解码器；140控制电路；141电阻；142a～142f电阻；143a～143f开关；144电阻；145NMOS晶体管；146比较仪；147逆变器；300电子装置；310物理量检测装置；312集成电路；320CPU；330操作部；340R0M；350RAM；360通信单元；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 (7)

1.一种物理量检测电路，包括：
运算处理部，所述运算处理部实施根据与物理量相对应的检测信号，而生成与所述物理量的大小相对应的运算信号的运算处理；
所述运算处理包括电源电压变动补正处理，所述电源电压变动补正处理为，根据将所供给的电源电压设为变量的补正式，而对所述检测信号、和通过对所述检测信号实施所述运算处理的一部分而得到的信号中的至少一方进行补正的处理，
所述运算处理包括使用所述补正式而对针对所述电源电压的补正量进行计算的电源电压变动补正量计算处理，
所述电源电压变动补正处理包括将所述补正量加到所述检测信号、和通过对所述检测信号实施所述运算处理的一部分而得到的信号的至少一方中的处理，
在所述运算处理中，实施所述电源电压变动补正量计算处理的周期长于实施所述电源电压变动补正处理的周期。
2.如权利要求1所述的物理量检测电路，其中，
所述电源电压变动补正处理包括对所述检测信号、和通过对所述检测信号实施所述运算处理的一部分而得到的信号中的至少一方的偏移进行补正的处理。
3.如权利要求1或2所述的物理量检测电路，其中，
所述补正式为所述电源电压的二次函数的表达式。
4.如权利要求1所述的物理量检测电路，其中，
所述运算处理部使用将所述检测信号数字化而得到的检测数据、和将所述电源电压数字化而得到的电源电压数据，通过数字处理而实施所述电源电压变动补正处理以及所述电源电压变动补正量计算处理的数字处理。
5.一种物理量检测装置，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4中的任一项所述的物理量检测电路。
6.一种电子设备，
包括权利要求1至4中的任一项所述的物理量检测电路。
7.一种移动体，
包括权利要求1至4中的任一项所述的物理量检测电路。
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