CN104122411B - 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。该物理量检测电路即使在后级的采样速率相对较低的情况下也能够使输出数据的噪声降低。检测电路(12)，即物理量检测电路包括数字运算电路(108)，即运算处理部，所述数字运算电路(108)实施根据与物理量对应的检测信号被进行了数字化而形成的检测数据，来生成与物理量的大小对应的运算数据的运算处理。数字运算电路(108)包括平均化处理(P6)，所述平均化处理(P6)为，在将N设为2以上的整数的情况下，对检测数据和实施运算处理的一部分而得到的数据的至少一方中所包含的N个数据值的平均值进行计算。

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，广泛利用对加速度进行检测的加速度传感器及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。近年来，物理量检测装置被搭载于汽车等上，从而要求即使在噪声较多的环境下也有较高的检测精度和较高的可靠性。
将物理量的检测信息作为数字信号而输出的物理量检测装置，通过输出噪声耐受性较高的数字信号，从而即使在噪声较多的环境下，也能够确保较高的可靠性。例如，在专利文献1中，提出了具备如下的检测电路的物理量测量装置，所述检测电路中，将由振子输出的模拟信号通过检波电路而进行了检波之后，通过A/D变换器而将被检波后的信号变换为数字信号并输出。专利文献1中所述的物理量测量装置中，检测电路成为模拟电路，并且为了提高检测精度，考虑到置换为数字电路。例如，在专利文献2中记载了如下的内容，即，在包括具有滤波部的检测电路的检测装置中，能够将构成滤波部的离散时间模拟滤波器(SCF)置换为数字滤波器。
然而，在现有的物理量检测装置中存在如下的问题，即，由于所输出的输出数据以采样速率而被更新，因此当由后级的装置而输出的输出数据的采样速率低于物理量检测装置的采样速率的情况下，输出数据的一部分未被采样，从而将导致噪声的影响较大。
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
本发明是鉴于以上的问题点而完成的，根据本发明的几个实施例，能够提供一种即使在后级的采样速率相对低的情况下也能够使输出数据的噪声降低的物理量检测电路，以及使用了该物理量检测电路的物理量检测装置、电子设备和移动体。
本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，并能够作为以下的方式或实施例来实现。
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如下的运算处理，即，根据与物理量对应的检测信号被进行了数字化而形成的检测数据，来生成与所述物理量的大小对应的运算数据的运算处理，所述运算处理包括平均化处理，所述平均化处理为，在将N设为2以上的整数的情况下，对所述检测数据和实施所述运算处理的一部分而得到的数据的至少一方中所包含的N个数据值的平均值进行计算。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，在后级的采样速率相对较低的情况下，由于通过对输出数据进行平均化从而消除热噪声等低频噪声，因此能够减少噪声的影响。
应用例2
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，也可以采用如下方式，即，所述运算处理部以所述检测信号的所述数字化的采样速率的1/N的速率来生成所述运算数据。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够降低生成输出数据的速率。
应用例3
上述应用例所涉及的物理量检测电路，也可以采用如下方式，即，包括设定所述N的寄存器。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够使参照后级的采样速率而进行平均化的数据的个数最优化。
应用例4
在上述的应用例所涉及的物理量检测电路中，也可以采用如下方式，即，所述运算处理部在所述运算处理的最后实施所述平均化处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够有效地减少在平均化处理的前级的全部处理中所产生的噪声。
应用例5
在上述应用例所涉及的物理量检测电路中，也可以采用如下方式，即，所述运算处理包括针对通过所述平均化处理而生成的数据的偏移补正处理和灵敏度补正处理。
根据本应用例所涉及的物理量检测电路，能够将偏移补正处理和灵敏度补正处理的速率设为采样速率的1/N，从而削减计算量。
应用例6
上述应用例所涉及的物理量检测装置包括：传感器元件，其输出与物理量对应的检测信号；上述的任意一个物理量检测电路。
本应用例所涉及的物理量检测装置例如既可以是加速度传感器、陀螺传感器(角速度传感器)、速度传感器等惯性传感器，又可以是根据重力而对倾斜角进行测量的倾斜计。
应用例7
本应用例所涉及的电子设备包括上述的任意一个物理量检测电路。
应用例8
本应用例所涉及的电子设备包括：上述的物理量检测电路；信息处理装置，其根据所述物理量检测电路所输出的所述运算数据而实施信息处理，所述物理量检测电路中的所述检测信号的采样速率f1高于由所述信息处理装置进行的所述运算数据的采样速率f2。
应用例9
在上述应用例所涉及的电子设备中，所述N也可以是下述式(1)。
N＝round(f1/f2)…(1)
式中，round为四舍五入而进行整数值化的函数。
应用例10
本应用例所涉及的移动体包括上述的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信息处理系统或电子设备的结构示例的图。
图2为表示本实施方式的物理量检测装置的结构示例的图。
图3为传感器元件的振动片的俯视图。
图4为用于对传感器元件的动作进行说明的图。
图5为用于对传感器元件的动作进行说明的图。
图6为表示检测电路的结构示例的图。
图7为表示数字运算电路所实施的运算处理的流程的图。
图8为表示实施输出码平均计算的电路的结构示例的图。
图9为表示角速度数据的更新时间点的一个示例的时序图。
图10为表示角速度数据的更新时间点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。
图14为表示变形例中的数字运算电路所实施的运算处理的流程的图。
具体实施方式
以下，利用附图，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不是对权利要求书中所记载的本发明的内容进行的不适当的限定。此外，以下所说明的结构中的全部结构并不被限定为本发明所必须的结构要件。
1.信息处理系统(电子设备)、物理量检测装置
图1为表示本实施方式的信息处理系统或电子设备的结构示例的图。如图1所示，本实施方式的信息处理系统(电子设备)3包括物理量检测装置1和信息处理装置2。
物理量检测装置1具备：传感器元件30，其对预定的物理量进行检测；集成电路(IC)10，其生成与传感器元件30所检测出的物理量的大小对应的运算数据。物理量检测装置1例如既可以是对加速度、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，也可以是对倾斜角进行测量的倾斜计。
信息处理装置2取得物理量检测装置1所生成的运算数据，并实施预定的处理。在本实施方式中，信息处理装置2被构成为，包括：处理部(CPU(Central Processing Unit)：中央处理单元)50、通信接口部52、ROM(Read Only Memory：只读存储器)54、RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)56、显示部58。另外，本实施方式的信息处理装置2也可以省略或变更图1的结构要素(各个部)的一部分，也可以为附加了其他结构要素的结构。
处理部50根据被存储在ROM54等内的程序，并经由通信接口部52，而接收物理量检测装置1所生成的运算数据，实施各种的计算处理及控制处理。此外，处理部50实施发送用于使各种的信息在显示部58上显示的显示信号的处理等。
通信接口部52实施用于建立处理部50与物理量检测装置1之间的数据通信的各种控制。
ROM54存储有处理部50用于实施各种的计算处理及控制处理的程序及数据等。
RAM56作为处理部50的工作区域而被使用，并且临时对从ROM54中读取的程序及数据、处理部50按照各种程序而所执行的运算结果等进行存储。
显示部58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，并根据从处理部50输入的显示信号，而显示各种的信息。
在本实施方式中，物理量检测装置1的集成电路(IC)10以采样速率f1对传感器元件30的输出信号进行采样，并生成数字化的检测数据。基于所生成的检测数据，后述的数字运算电路108以采样速率f1生成数据。而且，并对被包含在所生成的数据中的N个连续的数据值进行平均化，并以采样速率f1的1/N的速率对平均化的数据进行更新。在此处，平均化的数据也可以作为检测数据，来代替由数字运算电路108所生成的数据。在该种情况下，对在检测数据中包含的N个连续的数据值进行平均化。N为对应于设定值而可变的。具体而言，由信息处理装置2的通信I/F部52根据被保存在集成电路10的内部的寄存器内的设定值，来设定N。此外，N为2以上的整数。因此，在集成电路(IC)10的采样速率f1高于信息处理装置2对运算数据进行采样的采样速率f2的情况下，通过设定为N＝f1/f2，从而能够使运算数据的更新速率与信息处理装置2的采样速率一致。另外，即使在f1/f2不是整数的情况下，N的值也无需一定与f1/f2相同，在不脱离本发明的效果的范围内，只要与f1/f2大致相同的值即可。进而，在f1/f2不是整数的情况下，能够通过下式来决定N的值。
N＝round(f1/f2)…(1)
其中，round为将小数点以后四舍五入而进行整数值化的函数。
作为信息处理系统(电子设备)3，信息处理装置2根据运算数据，而实施搭载有物理量检测装置1的物体的位置及方向的计算，可考虑到显示预定的信息的导航系统(或导航装置)、对物体的状态进行监视的监视系统(或监视装置)、对物体的姿态进行控制的姿态控制系统(或姿态控制装置)等各种各样的系统(或电子设备)。
图2为表示在图1中图示的物理量检测装置1的结构示例的图。如图2所示，本实施方式的物理量检测装置1包括集成电路(IC)10和传感器元件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，一般而言，为了尽可能减小振动片的阻抗以提高振荡效率，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拥有具有T型的两个驱动振动臂的所谓双T型的振动片。
图3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切割的水晶基板而被形成的双T型的振动片。由于以水晶作为材料的振动片，相对于温度变化的谐振频率的变动极小，因此具有能够提高角速度的检测精度等的优点。另外，图3中的X轴、Y轴、Z轴表示水晶的轴。
如图3所示，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向+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在驱动振动臂31a的侧面和上表面上分别形成有驱动电极42和43，在驱动振动臂31b的侧面和上表面上分别形成有驱动电极43和42。驱动电极42、43分别经由图2所示的集成电路(IC)10的DS端子、DG端子，而与驱动电路11连接。
驱动用基部34a、34b经由分别向-X轴方向和+X轴方向延伸的连结臂35a、35b，而与矩形的检测用基部37连接。
检测振动臂32从检测用基部37向+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在检测振动臂32的上表面上形成有检测电极44和45，在检测振动臂32的侧面形成有共同电极46。检测电极44、45分别经由图2所示的集成电路(IC)10的S1端子、S2端子，而与检测电路12连接。另外，共同电极46接地。
当在驱动振动臂31a、31b的驱动电极42与驱动电极43之间施加作为驱动信号的交流电压时，如图4所示，通过反向压电效应，而如箭头标记B所示，驱动振动臂31a、31b反复进行两个驱动振动臂31a、31b的顶端相互接近和远离的弯曲振动(激励振动)。
在该状态下，当对传感器元件30的振动片施加以Z轴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轴这两者均垂直的方向上得到科里奥利力。其结果为，如图5所示，连结臂35a、35b进行用箭头标记C所示的振动。而且，检测振动臂32与连结臂35a、35b的振动(箭头标记C)连动，从而如箭头标记D所示那样进行弯曲振动。随着该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)的相位错开了90°。
但是，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中均相等，则取得了驱动振动臂31a、31b的振动能量的平衡，即使在不对传感器元件30施加角速度的状态下，检测振动臂32不进行弯曲振动。但是，当两个驱动振动臂31a、31b的振动能量的平衡被破坏时，即使在不对传感器元件30施加角速度的状态下，在检测振动臂32中仍会发生弯曲振动。该弯曲振动被称为漏泄振动，虽然与基于科里奥利力的振动同样地，均为箭头标记D的弯曲振动，但是与驱动信号相位相同。
而且，通过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，基于科里奥利力的交流电荷，根据科里奥利力的大小(换言之，施加在传感器元件30上的角速度的大小)而变化。另一方面，基于漏泄振动的交流电荷，与施加在传感器元件30上的角速度的大小无关地为恒定。
另外，在驱动振动臂31a、31b的顶端，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的顶端形成锤部33，从而能够增大科里奥利力，并且能够通过较短的振动臂而得到所希望的谐振频率。同样地，在检测振动臂32的顶端，形成有与检测振动臂32相比宽度较宽的锤部36。通过在检测振动臂32的顶端形成锤部36，从而能够增大在检测电极44、45上所产生的交流电荷。
如上所述，传感器元件30以Z轴为检测轴并经由检测电极44、45而输出基于科里奥利力的交流电荷(角速度分量)和基于激励振动的漏泄振动的交流电荷(振动漏泄分量)。
返回到图2，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和端子功能切换电路19。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2中所示的元件的一部分、或者追加了其它要素的结构。
基准电压电路15根据从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，并供给至驱动电路11、检测电路12、温度传感器13供给。
非易失性存储器17保持针对驱动电路11、检测电路12、温度传感器13的各种修整数据(调节数据及补正数据)。非易失性存储器17例如能够通过MONOS(Metal OxideNitride 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呈线性地发生变化的模拟信号TSO。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9感器14对从VDD端子供给的电源电压进行A/D变换，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，并且经由DS端子而供给传感器元件30的驱动电极112。另外，驱动电路11中经由DG端子而输入有通过传感器元件30的激励振动而在驱动电极113上产生的驱动电流(水晶电流)，并且驱动电路11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被保持为恒定。另外，驱动电路11生成相位与驱动信号相同的信号SDET和相位与驱动信号错开了90°的信号SDET90，并供给至检测电路12。
检测电路12(物理量检测电路的一个示例)中经由S1端子和S2端子，而分别输入有在传感器元件30的两个检测电极114、115上所产生的作为检测信号的交流电荷(检测电流)Q1、Q2，并且周期性地对交流电荷Q1、Q2进行数字化，并且生成检测数据。而且，根据检测数据，而生成与角速度分量的大小对应的具有数字码的角速度数据OUT(运算数据的一个示例)。如后文叙述，检测电路12在角速度数据OUT的生成处理中，利用温度传感器13的输出信号TSO、电源电压传感器14输出的电源电压数据VAM、和被存储于非易失性存储器17中的修整数据，而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、SI端子而分别输入选择信号、时钟信号、串行输入信号。串行接口电路16在选择信号激活时用时钟信号对串行输入信号进行采样，并实施在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变换为并行数据的处理。进而，串行接口电路16根据指令，而实施相对于非易失性存储器17及内部寄存器(未图示)的数据的写入(设定)及读出的处理。另外，串行接口电路16还实施将检测电路12所生成的角速度数据OUT、从非易失性存储器17及内部寄存器所读出的数据等变换为串行数据，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这四个端子的连接端进行切换。例如，端子功能切换电路19能够在测试控制电路18的控制下，选择驱动电路11、检测电路12、基准电压电路15的输出信号及内部信号，并从IO1、IO2、IO3、IO4中的任意一个向外部输出，或者，能够将从IO1、IO2、IO3、IO4中的任意一个向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，而对IO1、IO2、IO3、IO4这四个端子的连接端的切换进行控制。
图6为表示检测电路12的结构示例的图。如图6所示，检测电路12被构成为，包括ΔΣ调制器100、脉冲计数器102、电荷放大器104、ΔΣ调制器106和数字运算电路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6所示的要素的一部分、或者追加了其它要素的结构。
ΔΣ调制器100将驱动电路11所生成的信号SDET设为采样时钟，并且将温度传感器13的输出信号TSO变换为1比特的比特流数据。
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，依次将ΔΣ调制器100所输出的比特流数据相加，生成温度数据TSDO。
电荷放大器104与驱动电路11所生成的信号SDET90(相位与驱动信号错开了90°的信号)同步，对从传感器元件30的两个检测电极所发生的交流电荷Q1、Q2进行积分，并输出差动电压。如上所述，在传感器元件30中，由于随着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°，因此电荷放大器104对基于科里奥利力的交流电荷(角速度分量)进行积分，但由于漏泄振动分量与驱动信号为同相位，因此不被积分。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。
ΔΣ调制器106将驱动电路11所生成的信号SDET90设为采样时钟，并将电荷放大器104所输出的差动电压(角速度分量)变换为1比特的比特流数据SDO。换言之，作为A/D变换器的ΔΣ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，并且变换为1比特的比特流数据SDO。
数字运算电路108(运算处理部的一个示例)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和非易失性存储器17中所存储的修整数据，而对ΔΣ调制器106所输出的比特流数据SDO进行预定的运算处理，并且生成与角速度分量的大小对应的具有数字码的角速度数据OUT。
图7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7所示，数字运算电路108实施如下的数字滤波计算(P1)，即，相对于1比特的比特流数据SDO而滤除高频分量的数字滤波计算(P1)，并生成角速度数据。
另外，数字运算电路108对通过数字滤波计算(P1)而被生成的角速度数据，实施加上偏移补正量的偏移补正计算(P2)和乘以灵敏度补正量的灵敏度补正计算(P3)。
另外，数字运算电路108实施如下的输入范围计算(P4)，即，相对于进行了偏移补正计算(P2)和灵敏度补正计算(P3)的角速度数据乘以输入范围设定值，使得物理量检测装置1所输出的角速度数据的输出范围符合被连接到物理量检测装置1的后级的IC的输入范围的输入范围计算(P4)。
另外，数字运算电路108实施如下的位限制计算(P5)，即，相对于进行了输入范围计算(P4)的角速度数据而删除(移动)与输出位设定值对应的位数的低阶位，并且对最低阶位进行四舍五入的位限制计算(P5)。
另外，数字运算电路108实施如下的输出码平均计算(P6)，即，根据平均次数设定值，而对进行了位限制计算(P5)的N个角速度数据的平均值进行计算的输出码平均计算(P6)。通过该输出码平均计算(P6)而得到角速度数据OUT。
进而，数字运算电路108还实施用于偏移补正计算(P2)的偏移补正量的计算和用于灵敏度补正计算(P3)的灵敏度补正量的计算。
具体而言，数字运算电路108相对于温度数据TSDO而对与预定次数对应的量(例如与四次对应的量)的移动平均进行计算(P7)，并且相对于移动平均的计算结果而实施增益补正量的相加(P8)和偏移补正量的相加(P9)。
另外，数字运算电路108实施如下的灵敏度温度变动补正量计算(P10)，即，将进行了移动平均(P7)、增益补正(P8)和偏移补正(P9)的温度数据代入用于对因温度变动而引起的角速度数据的灵敏度进行补正的补正公式(灵敏度温度变动补正公式)的温度变数，从而求得因温度变动而引起的灵敏度变动的补正量(灵敏度温度变动补正量)。
另外，数字运算电路108实施如下的灵敏度补正量计算(P11)，即，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)进行加法计算从而得到灵敏度补正量。
另外，数字运算电路108实施如下的偏移温度变动补正量计算(P12)，即，将进行了移动平均(P7)、增益补正(P8)和偏移补正(P9)的温度数据代入用于对因温度变动而引起的角速度数据的偏移变动进行补正的补正公式(偏移温度变动补正公式)的温度变数，从而求得因温度变动而引起的偏移变动的补正量(偏移温度变动补正量)。
另外，数字运算电路108相对于电源电压数据VAM而对与预定次数对应的量(例如与四次对应的量)的移动平均进行计算(P13)，并且相对于移动平均的计算结果而实施偏移补正量的相加(P14)。
另外，数字运算电路108实施如下的偏移电源电压变动补正量计算(P15)，即，将进行了移动平均(P13)和偏移补正(P14)的电源电压数据代入用于对因电源电压变动而引起的角速度数据的偏移变动进行补正的补正公式(偏移电源电压变动补正公式)的温度变数，从而求得因电源电压变动而引起的偏移变动的补正量(偏移电源电压变动补正量)。
另外，数字运算电路108实施如下的偏移补正量计算(P16)，即，对偏移温度变动补正量、偏移电源电压变动补正量和0次偏移补正量(不依赖于温度和电源电压的偏移补正量)进行相加从而得到偏移补正量。
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公式的补正系数、偏移温度变动补正公式的补正系数、偏移电源电压变动补正公式的补正系数、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，均为被存储于非易失性存储器17内的修整数据的一部分。
另外，图7中图示的P1～P6的运算，在比特流数据SDO每被更新时、即在与ΔΣ调制器106的采样速率(例如约3kHz)相同的速率下被实施。与此相对，由于温度变动及电源电压变动相对于角速度的变化而十分缓慢，因此图7图示的P7～P16的运算在更缓慢的速率(例如约12Hz)下被实施。
特别是，在本实施方式中，通过数字运算电路108实施输出码平均计算(P6)，从而能够使角速度数据OUT的更新速率与信息处理装置2的采样速率一致。
图8为表示实施输出码平均计算(P6)的电路的结构示例的图。另外，在图8的电路中，为了使电路结构简单化，设为平均次数设定值N＝2m(m＝0～M)。
选择电路110根据控制信号，而选择0或被保持于寄存器114内的数据而输出。
加法器112将选择电路110的输出数据与所输入的角速度数据(进行了位限制计算(P5)后的角速度数据)相加并输出。
寄存器114在采样时钟(与SDET90相同速率的时钟)沿，保持加法器112的输出数据。
屏蔽电路116根据控制信号，而使采样时钟传输至输出，或者，进行屏蔽而使不传输至输出。
寄存器118在于屏蔽电路116中进行了传输的采样时钟沿以删除低阶m位的方式保持加法器112的输出数据。即，加法器112的输出数据被进行1/2m(＝1/N)并被保持于寄存器118内。而且，由寄存器118所保持的数据成为最终的角速度数据OUT。
降值计数器120输入平均次数设定值N，并在每个采样时钟沿进行降值计数，当计数值成为0时，则在下一个采样时钟沿，将计数值设定为N-1，并重复进行降值计数。
解码器122对降值计数器120的计数值进行解码，并且生成选择电路110的控制信号，以使在计数值为N-1时选择电路110选择零，并在计数值为N-1以外时选择电路110选择被保持于寄存器114内的数据。另外，解码器122生成屏蔽电路116的控制信号，以使在计数值为零时屏蔽电路116使采样时钟传输至输出，并在计数值为0以外时屏蔽电路116屏蔽采样时钟不使传输至输出的方式。
按照这样的结构，当N＝1(m＝0)时，降值计数器120的计数值总是为零，由于计数值零与N-1一致，因此选择电路110总是选择零。因此，加法器112的输出数据与所输入的角速度数据(进行了位限制计算(P5)后的角速度数据)一致。另外，由于降值计数器120的计数值为零，因此屏蔽电路116总是使采样时钟传输至输出。因此，在每个采样时钟的边缘，加法器112的输出数据(不删除低阶位地)被保持于寄存器118内。由此，当N＝1时，角速度数据OUT总是与1个以前所输入的角速度数据一致。在图9中，图示了N＝1时的角速度数据OUT的更新时间点的一个示例。如图9所示，在信息处理装置2的采样速率f2与物理量检测装置1的采样速率f1一致的情况下，通过将平均次数设定值N设定为1，从而能够使角速度数据OUT的更新速率与信息处理装置2的采样速率f2一致。
另一方面，当N≠1(m≠0)时，在降值计数器122的计数值至N-1～0为止进行降值计数的期间，计算被依次输入的角速度数据的平均值，并仅在降值计数器122的计数值为0时，在下一个采样时钟沿，N个角速度数据值被进行了平均化的数据值以低阶2位被删除的方式被保持于寄存器118内。由此，当N≠1时，在每输入N个角速度数据值时被进行平均化，并且更新角速度数据OUT。该角速度数据OUT在寄存器118的更新速率、即采样速率的1/N的速率下被更新。在图10中图示了N＝4(m＝2)时的角速度数据OUT的更新时间点的一个示例。如图10所示，在信息处理装置2的采样速率f2为物理量检测装置1的采样速率f1的4倍的情况下，通过将平均次数设定值N设定为4，从而输出将4个数据值进行了平均化的角速度数据OUT，并能够使该更新速率与信息处理装置2的采样速率f2一致。
另外，虽然在图8的电路中，相加了N个角速度数据值之后，删除低阶m位并进行平均化，但是也可以在相加了N个角速度数据值的数据上相加了2m-1之后，删除低阶m位的处理(四舍五入处理)。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的信息处理系统(电子设备、物理量检测装置、物理量检测电路)，当后级的信息处理装置2的采样速率低于物理量检测装置1的采样速率的情况下，由于通过对物理量检测装置的输出数据进行平均化从而消除热噪声等低频噪声，因此在信息处理装置2的处理中能够减少噪声的影响。
另外，根据本实施方式的信息处理系统(电子设备、物理量检测装置、物理量检测电路)，由于平均次数设定值N为可变，因此对照后级的信息处理装置2的采样速率，而能够将对物理量检测装置1进行平均化的数据的个数最优化。
另外，根据本实施方式的信息处理系统(电子设备、物理量检测装置、物理量检测电路)，由于输出码平均计算(P6)在最后实施，因此能够有效地减少在其前级的全部处理中所产生的噪声。
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为表示本实施方式的电子设备的一个示例、即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，包含物理量检测装置310、CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)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、通信部360、显示部370、声音输出部380。另外，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(各部)的一部分、或者追加了其它的结构要素的结构。
物理量传感器310为，对物理量进行检测并输出与所检测出的物理量对应的电平信号(物理量信号)的装置，例如，既可以是对加速度、角速度、速度等物理量中的至少一部分进行检测的惯性传感器，也可以是对倾斜角度进行测量的倾斜计。作为物理量检测装置310，例如，能够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被构成为，包括集成电路312，作为集成电路312，能够应用上述的本实施方式的检测电路12。
CPU320根据被存储在ROM340等中的程序，并使用物理量传感器310所输出的物理量信号，而进行各种的计算处理或控制处理。此外，CPU320进行如下的处理，即，与来自操作部330的操作信号相对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而对通信部360进行控制的处理、发送用于使显示部370显示各种的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为由操作键或按钮开关等而构成的输入装置，并向CPU320输出与用户的操作相对应的操作信号。
ROM340对用于CPU320实施各种的计算处理或控制处理的程序或数据等进行存储。
RAM350作为CPU320的工作区域来使用，并临时对从ROM340中读取的程序或数据、从操作部330输入的数据、CPU320按照各种程序而执行后的运算结果等进行存储。
通信部360实施用于建立CPU320与外部装置之间的数据通信的各种控制。
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，并根据从CPU320输入的显示信号而显示各种信息。在显示部370中也可以设置作为操作部330而发挥功能的触摸面板。
声音输出部380是输出扬声器等的声音的装置。
通过组装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，从而能够实现可靠性更高的电子装置。
作为这种电子设备300，考虑到各种电子设备，例如，可列举出个人计算机(例如，移动型个人计算机、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)、便携式电话机等移动体终端、数码照相机、喷墨式喷射装置(例如喷墨打印机)、路由器或交换机等存储区域网络设备、局域网网络设备、电视、摄像机、磁带式录像机、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)、电子词典、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、防盗用视频监视器、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、电子内视镜)、鱼群探测仪、各种测量设备、计量设备类(例如，车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器、头戴式显示器、运动轨迹、活动跟踪、活动控制器、PDR(行人位置方向测量)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，包含物理量检测装置410、420、430、控制器440、450、460、蓄电池组470、导航装置480。另外，本实施方式的移动体既可以对图13的结构要素(各部)的一部分进行省略或变更，也可以采用追加了其它的结构要素的结构。
物理量检测装置410、420、430、控制器440、450、460、导航装置480在从电池470供给的电源电压下进行工作。
控制器440、450、460分别使用物理量检测装置410、420、430输出的物理量信号的一部分或全部，而实施对姿态控制系统、防侧翻系统、制动系统等的各种控制。
导航装置480根据内置的GPS接收机(未图示)的输出信息，而在显示器上显示移动体400的位置和时刻及其它的各种信息。另外，导航装置480内置有物理量检测装置490，从而即使在GPS的电波不到达时，也会根据物理量检测装置490的输出信号，而实施移动体400的位置及方向的计算，继续显示必要的信息。
物理量检测装置410、420、430、490为，输出与所检测的物理量对应的电平的信号(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、倾斜计等。物理量检测装置410、420、430、490被构成为，包括对因温度及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的物理量检测电路(未图示)。
例如，作为在物理量检测装置410、420、430、490中所包含的的物理量检测电路，能够应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，能够应用上述的本实施方式的物理量检测装置1，由此能够确保低成本且较高的可靠性。
作为这种移动体400，考虑到各种各样的移动体，例如，可列举出汽车(包括电动汽车)、喷气式飞机或直升机等飞行器、船舶、火箭、人造卫星等。
另外，本发明并不限定于本实施方式，能够在本发明的主旨的范围内实施各种的变更。
例如，虽然在本实施方式中，数字运算电路108将角速度数据的平均化处理在最后实施，但是也可以采用如下的改变，即，在其他的一部分或全部的运算处理之前实施。例如，如图14所示，也可以采用如下的改变，即，数字运算电路108在刚进行了数字滤波计算(P1)之后实施角速度数据的平均计算(P6)，并以平均化后的角速度数据的更新速率(采样速率f1的1/N的速率)，实施之后的偏移补正计算(P2)、灵敏度补正计算(P3)、输入范围计算(P4)和位限制计算(P5)。如此，平均次数设定值N越大，则能够越有效地削减P2～P4的计算量。
另外，例如，传感器元件30的振动片可以不是双T型，例如，也可以是音叉型或梳齿型，还可以是三棱柱、四棱柱、圆柱状等形状的音片型。此外，作为传感器元件30的振动片的材料，例如，既可以使用钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等压电单晶体或锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷等的压电性材料，也可以使用硅半导体，以代替石英(SiO2)。此外，例如，也可以采用如下的结构，即，在硅半导体的表面的一部分上配置了被驱动电极所夹持的氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等的压电薄膜的结构。
另外，例如，传感器元件30并不限定于压电型的传感器元件，也可以是电动型、静电电容型、涡电流型、光学型、应变片型等振动式的传感器元件。或者，传感器元件30的方式并不限定于振动式，例如，也可以是光学式、旋转式、流体式。此外，传感器元件30检测的物理量并不限定于角速度，也可以是角加速度、加速度、速度、力等。
另外，虽然在上述的实施方式中，作为物理量而示出了对角速度进行检测的物理量检测装置，但是本发明并不限定于角速度，也能够应用于对加速度、速度、角加速度、力等物理量进行检测的物理量检测装置。
上述的各实施方式为一个示例，但并不限定于这些。例如，也能够对各实施方式进行适当组合。
本发明包括与在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，本发明包括对在实施方式中所说明的结构的非本质的部分进行替换的结构。此外，本发明包括能够实现与在实施方式中所说明的结构起到相同的作用效果的结构或者达到相同目的的结构。另外，本发明包括在实施方式中所说明的结构中添加了公知技术而得到的结构。
符号说明
1物理量检测装置；2信息处理装置；3信息处理系统(电子设备)；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共同电极；50处理部；52通信接口部；54ROM；56RAM；58显示部；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选择电路；112加法器；114寄存器；116屏蔽电路；118寄存器；120降值计数器；122解码器；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 (7)

1.一种电子设备，具备：
物理量检测电路，其包括运算处理部，所述运算处理部实施如下的运算处理，即，根据与物理量对应的检测信号被进行了数字化而形成的检测数据，来生成与所述物理量的大小对应的运算数据的运算处理；
信息处理装置，其根据所述物理量检测电路所输出的所述运算数据而实施信息处理，
所述物理量检测电路中的所述检测信号的采样速率f1高于由所述信息处理装置进行的所述运算数据的采样速率f2，
所述运算处理包括平均化处理，所述平均化处理为，在将N设为2以上的整数的情况下，对所述检测数据和实施所述运算处理的一部分而得到的数据的至少一方中所包含的N个数据值的平均值进行计算，
能够对照采样速率f2而对所述N进行变更，
所述物理量检测电路通过所述采样速率f2而输出所述平均值以作为所述运算数据，
所述运算处理部在所述运算处理的最后实施所述平均化处理。
2.如权利要求1所述的电子设备，其中，
所述运算处理部以所述检测信号的所述数字化的采样速率的1/N的速率来生成所述运算数据。
3.如权利要求1或2所述的电子设备，其包括设定所述N的寄存器。
4.如权利要求1或2所述的电子设备，其中，
所述运算处理包括针对通过所述平均化处理而生成的数据的偏移补正处理和灵敏度补正处理。
5.如权利要求1或2所述的电子设备，其中，
包括传感器元件，其输出与物理量对应的检测信号。
6.如权利要求1或2所述的电子设备，其中，
所述N为下述式(1)：
N＝round(f1/f2)…(1)，
其中，round为将小数点以后四舍五入而进行整数值化的函数。
7.一种物理量检测装置，包括：
传感器元件，其输出与物理量对应的检测信号；
物理量检测电路，其包括运算处理部，所述运算处理部实施如下的运算处理，即，根据所述检测信号被进行了数字化而形成的检测数据，来生成与所述物理量的大小对应的运算数据的运算处理，
向根据所述运算数据而实施信息处理的外部的信息处理装置输出所述运算数据，
所述检测信号的所述数字化的采样速率f1高于由所述信息处理装置进行的所述运算数据的采样速率f2，
所述运算处理包括平均化处理，所述平均化处理为，在将N设为2以上的整数的情况下，对所述检测数据和实施所述运算处理的一部分而得到的数据的至少一方中所包含的N个数据值的平均值进行计算，
能够对照采样速率f2而对所述N进行变更，
所述物理量检测电路通过所述采样速率f2而输出所述平均值以作为所述运算数据，
所述运算处理部在所述运算处理的最后实施所述平均化处理。
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