CN104655116A - 检测装置、传感器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减小在对检测装置的输出数据进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的检测装置、传感器、电子设备以及移动体等。检测装置(20)包括：检测电路(60)，其根据来自物理量换能器(12)的信号来实施物理量的检测处理，并输出物理量的检测数据PI；补正部(120)，其对检测数据PI实施补正处理，并将补正处理后的数据作为输出数据PQ进行输出。补正部(120)对m比特的检测数据PI实施减小在对输出数据PQ进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的补正处理，并输出n比特的输出数据PQ，其中，n、m为n＜m的自然数。

Description

检测装置、传感器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种检测装置、传感器、电子设备以及移动体等。
背景技术
在对角速度、加速度等物理量进行检测的检测装置中，有时由被设置于外部的微型电子计算机等的处理部来实施检测到的角速度、加速度等的积分处理(累积计算处理)，从而获得角度、速度、距离等。
在这种情况下，由于检测装置所检测出的物理量的检测数据为有限比特数的数据，因此当实施该检测数据的积分处理时，将会产生积分误差。
例如，在专利文献1中公开了如下的技术，即，对角速度和角度进行测定，根据通过对角速度进行积分而获得的角度的计算值与角度的测定值之差的值来决定角速度的补正量，通过利用决定的补正量来对角速度进行补正，从而减小根据角速度来求取角度时的积分误差。
在专利文献2中，公开了一种为了达到角速度的输出分辨率以上的精度而对陀螺仪传感器施加振动从而实现高分辨率化的技术。在专利文献2的技术中，需要一种对陀螺仪传感器施加振动的特别的机构。
在专利文献3中，公开了一种利用模拟电路的积分器，即使在使用了低分辨率的A/D转换电路的情况下也能够进行高精度的角度运算的技术。
在降低检测装置(物理量换能器)所输出的角速度等物理量的检测数据的分辨率而实施积分处理，从而求取角度等的积分值的情况下，在现有的技术中，使用较低分辨率的检测数据来实施积分处理。因此，由于在降低物理量的检测数据的分辨率时所产生的舍弃误差，因此存在检测数据的积分值所产生的误差变大的课题。
另外，后段的处理部也将产生必须与检测装置的数据的输出速率同步地捕获数据的制约。
根据本发明的几个方式，能够提供一种能够减小在对检测装置的输出数据进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的检测装置、传感器、电子设备以及移动体等。
专利文献1：日本特开2004-251671号公报
专利文献2：日本特开平7-19877号公报
专利文献3：日本特开昭62-172217号公报
发明内容
本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而完成的，也可以作为以下的形式或者方式来实现。
本发明的一个方式涉及一种检测装置，所述检测装置包括：检测电路，其根据来自物理量换能器的信号来实施物理量的检测处理，并输出所述物理量的检测数据；补正部，其对所述检测数据实施补正处理，并将所述补正处理后的数据作为输出数据进行输出，所述补正部对m比特的所述检测数据实施减小在对所述输出数据进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的所述补正处理，并输出n比特，的所述输出数据，其中，n、m为n＜m的自然数。
根据本发明的一个方式，对根据来自物理量换能器的信号而获得的m比特的检测数据，实施用于减小积分误差的补正处理，从而输出n比特的输出数据。即，实施在对该输出数据进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的补正处理，补正处理后的数据作为与m比特的检测数据相比为低分辨率的n比特(n＜m)的输出数据而被输出。因此，例如后段的处理部等在实施了该输出数据的积分处理的情况下，能够实施例如与作为输出数据的分辨率的n比特相比较高的精度的积分处理，从而能够减小积分结果值的积分误差。
另外，在本发明的一个方式中也可以采用如下方式，即，所述补正部在存在所述输出数据的读取要求的情况下，在将所述补正处理后的数据作为所述输出数据进行输出的同时，对所述输出数据相对于所述检测数据的误差实施积分处理，并保持所述积分处理的积分结果值。
通过采用这种方式，后段的处理部等能够在不依赖于检测装置的输出速率的条件下，根据读取要求来读取输出数据，从而能够提高便利性。另外，由于此时输出数据相对于检测数据的误差的积分处理被实施，且该积分结果值被保持，因此能够实施使用该积分结果值的补正处理。
另外，在本发明的一个方式中也可以采用如下方式，即，所述补正部根据所保持的所述积分结果值来对在下次读取要求时被输出的所述输出数据实施所述补正处理。
通过采用这种方式，能够利用所保持的积分误差值来实施下次读取要求时的输出数据的补正处理，并在下次读取要求时输出该输出数据。
另外，在本发明的一个方式中也可以采用如下方式，即，所述补正部对所述输出数据相对于所述检测数据的误差实施积分处理，并根据所述积分处理的积分结果值来实施所述补正处理。
通过采用这种方式，能够使输出数据相对于检测数据相对的误差的积分结果值在输出数据中反映，并能够有效地减小对该输出数据进行了积分处理时的积分误差。
另外，在本发明的一个方式中也可以采用如下方式，即，所述补正部实施所述积分结果值与给定值的比较处理，将比较处理的结果值与所述检测数据进行加法处理，并实施所述加法处理后的所述检测数据的小数部的舍弃处理，从而输出所述输出数据。
通过以这种方式实施小数部的舍弃处理，从而能够对与m比特的检测数据相比较为低分辨率的n比特的输出数据进行输出。而且，由于对积分结果值同给定值的比较处理的结果值实施了与检测数据的加法处理，并实施舍弃处理，因此与仅舍弃小数部的技术相比，能够适当地减小在对输出数据进行了积分处理时的积分误差。
另外，在本发明的一个方式中也可以采用如下方式，即，所述补正部将对给定的增益与所述积分结果值进行乘法处理所得的值，与所述检测数据进行加法处理，并实施所述加法处理后的所述检测数据的小数部的舍弃处理，从而输出所述输出数据。
通过采用这种方式，由于对将给定的增益与积分结果值进行乘法处理所得的值与检测数据进行加法处理，并实施舍弃处理，因此与仅舍弃小数部的技术相比，能够适当地减小在对输出数据进行了积分处理时的积分误差。
另外，在本发明的一个方式中也可以采用如下方式，即，所述补正部将根据所述检测数据的输入速率和所述输出数据的输出速率而设定的所述增益，与所述积分结果值进行乘法处理，并将通过所述乘法处理获得的值与所述检测数据进行加法处理。
通过采用这种方式，由于即使在检测数据的输入速率与输出数据的输出速率不同的情况下，与此对应的增益也与积分结果值进行乘法处理，因此能够适当地将误差的积分结果值与检测数据进行加法处理。
另外，在本发明的一个方式中，也可以采用如下方式，即，在第一模式下，将所述补正处理后的数据作为所述输出数据进行输出，在第二模式下，将未被实施所述补正处理的所述检测数据作为所述输出数据进行输出。
通过采用这种方式，例如，由于在后段的处理部等实施输出数据的积分处理的情况下设定为第一模式，在未实施该积分处理的情况下设定为第二模式，因此能够通过与状况相对应的适当的方式来输出输出数据。
另外，在本发明的一个方式中可以采用如下方式，即，所述物理量换能器为振荡器，所述检测数据为角速度数据。
本发明的其他方式涉及一种包括上述所记载的检测装置和所述物理量换能器的传感器。
本发明的其他方式涉及一种包括上述所记载的检测装置的电子设备。
本发明的其他方式涉及一种包括上述所记载的检测装置的移动体。
附图说明
图1为检测装置的结构例。
图2的图2(A)、图2(B)为本实施方式的方法的说明图。
图3为应用了本实施方式的检测装置的电子设备、陀螺仪传感器的结构例。
图4为补正部的结构例。
图5为补正部的传递函数的说明图。
图6为补正部的动作说明图。
图7为检测装置与处理部的接口部分的说明图。
图8图8(A)、图8(B)为补正部的第一改变例及其传递函数的说明图。
图9为补正部的第二改变例。
图10为检测装置的详细结构例。
图11应用了本实施方式的检测装置的移动体的一个示例。
具体实施方式
以下，对本发明的优选的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的本实施方式并不限定于权利要求书所记载的本发明的内容，由本实施方式所说明的结构并非全部是作为本发明的解决方法所必须的结构。
1.检测装置
图1图示了本实施方式的检测装置20的结构例。检测装置20具有检测电路60和补正部120。
检测电路60根据来自物理量换能器12的信号TQ来实施物理量的检测处理。而且，输出物理量的检测数据PI。物理量换能器12为将例如角速度、加速度、角加速度或速度等物理量转换为电信号(电压、电流)的装置。作为物理量换能器12，能够设想为陀螺仪传感器中的振荡器或加速度传感器等的各种设备(传感器)。检测电路60根据来自物理量换能器12的信号TQ(电流信号、电压信号等)来实施角速度、加速度、角加速度或速度等物理量的检测处理(同步检波等)，并向补正部120输出检测数据PI。
补正部120对来自检测电路60的检测数据PI实施补正处理，并将补正处理后的数据(通过补正处理而获得的数据)作为输出数据PQ进行输出。该输出数据PQ在图1中被输出至处理部520。处理部520为检测装置20的外部设备，能够通过例如微型电子计算机或ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等来实现。补正部120能够通过DSP、CPU等的处理器或门阵列等的逻辑电路来实现。
而且，在本实施方式中，补正部120接收m比特的检测数据PI(数字数据)。例如，检测电路60能够由根据来自物理量换能器12的信号TQ来实施角速度等物理量的检测处理的模拟电路、和实施模拟电路的输出信号的数字转换的A/D转换电路构成。补正部120接收通过该A/D转换电路而被转换成数字信号的m比特的检测数据PI。
补正部120对检测数据PI(物理量数据)实施减小输出数据PQ的积分误差的补正处理。而且，输出n比特(n、m为n＜m的自然数)的输出数据PQ(数字数据)。例如，补正部120实施减小在对输出数据PQ进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的补正处理。
即，外部的处理部520存在就此使用来自检测装置20的输出数据PQ的情况，但是也存在实施该输出数据PQ的积分处理并使用该积分结果值的情况。如图2(A)所示，以物理量换能器12为陀螺仪传感器中的振荡器10的情况为例，检测电路60根据来自振荡器10的信号来实施作为物理量的角速度的检测处理，例如，向处理部520输出n＝16比特的角速度数据。而且，处理部520实施角速度数据的积分处理(累积计算处理)，从而求取角度数据。
但是，当实施有限比特数的输出数据PQ(角速度)的积分处理时，将会产生积分误差，从而在积分处理结果(角度)中产生误差。
虽然在这种情况下，如果检测装置20输出较高比特数的数据，则能够减小处理部520中的积分处理结果的积分误差，但是这是有限度的。另外，由于处理部520通过微型电子计算机等而被实现，因此能够处理的数据的比特数也存在限制。例如在图2(A)的处理部520为16比特的微型电子计算机的情况下，检测电路60，例如舍弃24比特角速度数据的低位8比特，并向处理部520输出16比特的角速度数据。由于处理部520实施该16比特的角速度数据的积分处理，因此将会在作为积分结果值的角度数据中产生误差。
另外，在图2(A)中，外部的处理部520需要与检测电路60的输出速率(A/D转换电路的采样速率)同步地读取角速度数据。例如需要在不产生数据丢失的条件下持续读取角速度数据。因此，处理部520的处理被角速度数据的读取处理占有，从而导致处理部520的处理效率下降并对其他的处理产生阻碍。
因此，在图1的本实施方式中，用于减小在处理部520对输出数据PQ进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的补正处理在检测装置20侧实施。例如，检测电路60输出m＝24比特检测数据PI。而且，补正部120对该24比特检测数据PI实施上述的用于积分误差减小的补正处理。例如，以24比特精度来实施该补正处理。而且，将通过补正处理获得的数据作为例如n＝16比特的输出数据PQ进行输出。具体而言，实施将补正处理后的24比特检测数据PI的低位8比特作为小数部，并实施小数部等的舍弃处理，从而作为16比特的输出数据PQ进行输出。
而且，后段的处理部520实施该16比特的输出数据PQ的积分处理，例如，求取角度数据。此时，对该16比特的输出数据PQ实施用于积分误差减小的补正处理。因此，能够防止由通过对作为输出数据PQ的角速度数据进行积分处理而获得的角度数据的积分误差所导致的精度的下降。例如，能够获得与以24比特分辨率实施积分处理的情况同等精度的角度数据。另外，由于从检测装置20输出16比特(n比特)的输出数据PQ，而并非输出24比特(m比特的)，因此即使处理部520为例如16比特的微型电子计算机，也能够接收该输出数据PQ并进行适当地处理。
例如，作为本实施方式的比较例的技术，可以考虑到如下方法，即，在不实施用于积分误差减小的补正处理的条件下，实施24比特的检测数据PI的小数部的舍弃处理，从而输出16比特的输出数据PQ。但是，在仅以这种方式实施舍弃处理的方法中，后段的处理部520实施输出数据PQ的积分处理的情况下，由于因舍弃处理而产生的误差等被积累，因此通过输出数据PQ的积分处理而获得的积分结果值的精度将会下降。
关于这一点，在本实施方式中，补正部120例如以24比特的精度对24比特检测数据PI实施用于积分误差减小的补正处理，并对补正处理后的检测数据PI实施舍弃处理，以输出16比特的输出数据PQ。因此，在后段的处理部520实施了输出数据PQ的积分处理的情况下，能够防止因舍弃处理而产生的误差等被累积的情况，从而提高积分结果值的精度。
另外，在本实施方式中，补正部120在存在输出数据PQ的读取要求的情况下，将补正处理后的数据作为输出数据PQ进行输出，并且对输出数据PQ相对于检测数据PI的误差实施积分处理，并保持积分处理的积分结果值。即，处理部520并非与检测装置20(陀螺仪传感器)的输出速率同步地读取输出数据PQ，而是对检测装置20实施输出数据PQ的读取要求。于是，检测装置20的寄存器(例如，图7的182)所保持的输出数据PQ被输出至处理部520。具体而言，处理部520对该寄存器实施存取时，例如，通过SPI(Serial PeripheralInterface)等的串联接口而将输出数据PQ捕获至处理部520。
此时，补正部120实施输出数据PQ相对于检测数据PI的误差的积分处理，并保持通过积分处理而获得的积分结果值。在此，输出数据PQ相对于检测数据PI的误差为，例如检测数据PI与输出数据PQ的差分值。积分结果值为通过对该误差(差分值)进行积分处理而获得的值，可以为积分值本身，也可以为与积分值等价的值(例如，为积分值恒定倍数的值)。
而且，补正部120根据所保持的积分结果值(误差的积分值)来实施输出数据PQ的下次读取要求时的补正处理。例如，利用在第一次读取要求时被保持的积分结果值来实施用于下次的第二读取要求的补正处理。具体而言，补正部120实施与积分结果值的比较处理，并将比较处理的结果值与检测数据PI进行加法处理。例如，在判断为积分结果值为给定值以上的情况下，作为比较处理的结果值，将第一值(例如，为“1”)与检测数据PI进行加法处理。另一方面，在判断为积分结果值小于给定值的情况下，将作为比较处理的结果值的第二值(例如，为“0”)与检测数据PI进行加法处理。即，将根据积分结果值是否为给定值以上而有所不同的值，与检测数据PI进行加法处理。加法处理可以为加法本身，也可以为与加法等价的处理。
而且，补正部120实施加法处理后的检测数据的小数部的舍弃处理，并输出输出数据PQ。即，将舍弃处理后的数据作为输出数据PQ进行输出。
如此，在本实施方式中，并非与检测装置20的输出速率(采样速率)同步地读取输出数据PQ，而是以从处理部520实施读取要求为条件，从检测装置20读取输出数据PQ。因此，处理部520能够在不拘于检测装置20的输出速率的条件下，在自由的时刻捕获输出数据PQ。其结果为，处理部520的处理被输出数据PQ的捕获处理占有，从而能够防止处理部520的处理效率下降等的事态。
而且，当根据读取要求来输出输出数据PQ时，对此时的输出数据PQ相对于检测数据PI的误差实施积分处理，并将积分结果值保持于寄存器等中。而且，根据所保持的积分结果值来对下次读取要求时被输出的输出数据PQ实施补正处理。具体而言，将积分结果值与给定值的比较处理的结果值与检测数据PI进行加法处理，实施小数部的舍弃处理，并作为下次读取要求时的输出数据PQ进行输出。由此，处理部520能够将在实施了输出数据PQ的积分处理的情
例如，采用如下的方式，即，根据第一读取要求，与第一检测数据PI1相对应的第一输出数据PQ1被处理部520捕获，根据下次的第二读取要求，与第二检测数据PI2相对应的第二输出数据PQ2被处理部520捕获。在这种情况下，对第一输出数据PQ1相对于第一检测数据PI1的误差实施积分处理，并保持积分结果值。而且，对第二检测数据PI2实施根据被保持的积分结果值的补正处理，并在下次的第二读取要求时，输出实施了该补正处理的第二输出数据PQ2。即，在第二输出数据PQ2中反映出到上次(第一读取要求时)为止的误差的积分结果值。因此，处理部520能够在通过第一、第二输出数据PQ1、PQ2实施了积分处理的情况下，该积分处理的误差被抑制为最小限度。
如上所述，根据本实施方式，处理部520能够在自由的时刻捕获输出数据PQ，并且还能够将对输出数据PQ进行了积分处理时的误差抑制为最小限度。在输出数据PQ为陀螺仪中的角速度数据的情况下，处理部520能够在自由的时刻从检测装置20捕获与24比特(m比特的)相比而较低比特数的16比特(n比特)的角速度数据，并实施积分处理，从而以较高精度求取角度数据。此外，输出数据PQ并不限定于角速度数据，也可以设想为各种物理量数据。例如，在物理量换能器12为加速度传感器的情况下，作为输出数据PQ，加速度数据被处理部520捕获，通过使处理部520对加速度数据进行积分处理，从而能够求取速度数据等。
2.电子设备、陀螺仪传感器
图3图示了包括本实施方式的检测装置20的陀螺仪传感器510(广义上为传感器)和包括陀螺仪传感器510的电子设备500的结构例。此外，电子设备500、陀螺仪传感器510并不限定于图3的结构，也可以为省略该结构元件的一部分，或者追加其他结构元件等的各种改变实施。例如，以下虽然以物理量换能器为压电型的振荡器(振动陀螺仪)，且传感器为陀螺仪传感器的情况为例进行说明，但是本发明并不限定于此。例如，在由硅基板等形成的静电容量检测方式的振荡器(振动陀螺仪)，和对与角速度信息等价的物理量或角速度信息以外的物理量进行检测的传感器(加速度传感器)等的各种物理量换能器中均可应用本发明。另外，作为本实施方式的电子设备500，能够设想数码相机、摄像机、移动电话、导航系统、机器人、游戏机、时钟、健康家具或者移动信息终端等的各种设备。
陀螺仪传感器510包括振荡器10和检测装置20。图3的振荡器10(广义上为物理量换能器)为，由水晶等的压电材料的薄板形成的音叉型压电振荡器，具有驱动用振荡器11、12和检测用振荡器16、17。在驱动用振荡器11、12上设置有驱动端子2、4，在检测用振荡器16、17上设置有检测端子6、8。
检测装置20所包括的驱动电路30输出驱动信号(驱动电压)并驱动振荡器10。而且，从振荡器10接收反馈信号，并由此激励振荡器10。检测电路60从通过驱动信号而被驱动的振荡器10接收检测信号(检测电流、电荷)，并从检测信号中检测出(抽出)与被施加于振荡器10的物理量相对应的所需信号(科里奥利力信号)。
具体而言，来自驱动电路30的交流驱动信号(驱动电压)被施加于驱动用振荡器11的驱动端子2上。于是，由于逆电压效果而使驱动用振荡器11开始振动，并通过音叉振动而使驱动用振荡器12也开始振动。此时，由于驱动用振荡器12的压电効应而产生的电流(电荷)作为反馈信号从驱动端子4起被反馈至驱动电路30。由此形成包括振荡器10的振荡线圈。
当驱动用振荡器11、12振动时，检测用振荡器16、17在图3所示的方向上以振动速度v振动。因而，由于检测用振荡器16、17的压电効应而产生的电流(电荷)作为检测信号(第一、第二检测信号)从检测端子6、8输出。因而，检测电路60接收来自该振荡器10的检测信号，并对作为与科里奥利力相对应的信号的所需信号(所需波)进行检测。即，当陀螺仪10(陀螺仪传感器)以检测轴19为中心旋转时，在与振动速度v的振动方向正交的方向上产生科里奥利力Fc。例如，当将以检测轴19为中心旋转时的角速度设为ω，将振荡器的质量设为m，将振荡器的振动速度设为V时，科里奥利力被表示为Fc＝2m·v·ω。因此，检测电路60能够通过对作为与科里奥利力相对应的信号的所需信号进行检测，从而求取陀螺仪传感器的旋转角速度ω。而且，通过利用被求取的角速度ω，从而能够使处理部520实施用于图像稳定、姿态控制或GPS自动导航等的各种处理。
另外，检测装置20的补正部120对角速度数据实施用于减小积分误差的补正处理，处理部520通过实施该补正处理后的角速度数据的积分处理，从而求取角度数据。
此外，虽然图3图示了振荡器10作为音叉型的情况的例子，但是本实施方式的振荡器10并不限定于这种构造，也可以为，例如T字型或双T字型等。另外，振荡器10的压电材料也可以为水晶以外的材料。
3.补正部
图4图示了补正部120的详细的结构例。此外，补正部120并不限定于图4的结构，也可以为省略该结构元件的一部分，或者追加其他结构元件等的改变实施。
图4的补正部120对输出数据PQ相对于检测数据PI的误差实施积分处理，并根据积分处理的积分结果值来实施补正处理。具体而言，实施积分结果值与给定值的比较处理，将比较处理的结果值与检测数据PI进行加法处理，并实施加法处理后的检测数据PI的小数部的舍弃处理，从而输出输出数据PQ。为了实施这种补正处理，图4的补正部120包括减法器122、积分处理部130、比较部150、加法器152、舍弃处理部160。
减法器122实施从检测数据PI中减去输出数据PQ的处理，由此，求取输出数据PQ相对于检测数据PI的误差。例如，在图4中，检测数据PI为，低位的8比特为恒定小数部的24比特数据，输出数据PQ为，16比特的整数数据。
作为减法器122的減算处理结果的误差被输入至积分处理部130。积分处理部130由加法器132和寄存器134构成，对输出数据PQ相对于检测数据PI的误差实施积分处理。通过积分处理而获得的积分结果值被保持于寄存器134中。
积分处理部130的积分结果值被输入至比较部150。比较部150实施积分结果值与给定值(例如0)的比较处理，并向加法器152输出通过比较处理而获得的结果值。例如，在判断为积分结果值为0以上(广义上为给定值以上)的情况下，作为比较处理的结果值输出例如1(广义上为第一值)。另一方面，在判断为积分结果值小于0的情况下，作为比较处理的结果值输出例如0(广义上为第二值)。
而且，加法器152将比较处理的结果值与检测数据PI进行加法处理。例如在积分结果值为0以上的情况下，检测数据PI(PI的整数部)被加上1。在积分结果值小于0的情况下，检测数据PI被加上0。如另行表述，则为不实施对检测数据PI的加法处理。
舍弃处理部160实施由加法器152实施的加法处理后的24比特检测数据PI的小数部(8比特)的舍弃处理。由此，作为输出数据PQ，输出16比特的整数数据。
根据图4的结构的补正部120，通过对由舍弃处理产生的误差进行了积分处理(累积运算)并进行反馈，从而即使在输出数据PQ为16比特的情况下，也能够实施24比特的精度的误差的积分处理。因此，外部的处理部520能够减小在对该16比特输出数据PQ进行了积分处理的情况下所产生的积分误差。
图5为图4的补正部120的传递函数的说明图。积分处理部130的传递函数被表示为{Z－1/(1－Z－1)}。比较部150能够作为加上量子化误差Q2的传递函数而模式化。舍弃处理部160能够作为加上量子化误差Q1的传递函数而模式化。因此，图5的传递函数可以表示为下式(1)。
PQ＝PI+(1－Z－1)(Q1+Q2)   (1)
上式(1)为相当于一次Δ-Σ调制的传递函数的数学式，通过传递特性(1－Z－1)来将量子化误差(Q1+Q2)带入高频带区域。而且，能够在以24比特的高分辨率实施误差的积分处理的同时，以16比特的低分辨率输出输出数据PQ。因此，外部的处理部520在实施了低分辨率的16比特的输出数据PQ(角速度)的积分处理的情况下，由于该积分结果值(角度)的积分误差与16比特相比成为高分辨率，因此能够减小积分误差。
图6为补正部120的动作说明图。在图6中，检测数据PI以A1所示的这种输入速率而被输入至补正部120。另一方面，对于外部的处理部520，根据A2、A3、A4、A5所示的读取要求RDREQ，如A6、A7、A8、A9所示输出数据PQ。即处理部520能够在A6、A7、A8、A9的时刻捕获输出数据PQ。
例如，当在A2时刻开始读取要求RDREQ时，如A10所示，此时的舍弃处理部160的输出数据PQ，如A6所示，通过处理部520而被捕获。
另外，当在A2时刻开始读取要求RDREQ时，减法器122如B1所示，求取此时的检测数据PI与输出数据PQ的差分值作为误差，并输出至积分处理部130(节点N1)。因而，积分处理部130实施误差的积分处理，并将获得的积分结果值(N2+N1)，如B2所示，保持在寄存器134中。即，将来自减法器122的误差0.5与作为上次之前的积分结果值的0.0相加，并将作为积分结果值的0.5保持在寄存器134中。被保持的积分结果值被输出至比较部150(节点N2)。
比较部150对积分结果值是否为0以上(给定值以上)进行判断，若为0以上，则输出1作为比较结果值，否则输出0作为比较结果值。由于在B2中积分结果值为0.5且为0以上，如B3所示，将1输出至比较部150。在积分结果值为，例如如C1所示为负值的情况下，如C2所示，将0作为比较结果值进行输出。比较部150的比较结果值被输出至加法器152(节点N3)。
加法器152将来自比较部150的比较结果值与检测数据PI相加，并将加法处理后的检测数据PI输出至舍弃处理部160(节点N4)。在B3中比较结果值为1，此时的检测数据PI如B2所示，为0.8。因此，加法器152，如B5所示，将PI+1＝0.8+1＝1.8输出至舍弃处理部160。
舍弃处理部160实施加法处理后的检测数据PI的小数部的舍弃处理，并作为输出数据PQ进行输出。由于在B5中加法处理后的检测数据PI为1.8，因此作为小数部的0.8被舍弃，且如B6所示作为输出数据PQ1而被输出。该输出数据PQ＝1根据A3所示的下次读取要求，如A7所示，被输出至处理部520并被捕获。
如上所述，在本实施方式中，在存在输出数据PQ的读取要求RDREQ的情况(A2)下，补正处理后的数据作为输出数据PQ而被输出(A6)。另外，求取输出数据PQ相对于检测数据PI的误差(B1)，实施误差的积分处理，并保持积分结果值(B2)。
而且，根据被保持的积分结果值来实施对在下次读取要求时(A3)被输出的输出数据PQ(B6)的补正处理。具体而言，实施积分结果值(B2)与0(给定值)的比较处理，并用检测数据PI(B4)加上比较处理的结果值(B3)所得的值(B5)。而且，实施(B6)加法处理后的检测数据PI(B5)的小数部的舍弃处理，并将舍弃处理后的数据作为输出数据PQ进行输出(A7)。
4.第一、第二模式
图7为关于检测装置20与处理部520的接口部分的说明图。在本实施方式中，作为输出数据PQ的输出模式，准备了第一模式和第二模式。而且，在第一模式中将补正处理后的数据PC作为输出数据PQ进行输出。另一方面，在第二模式中未实施补正处理的检测数据PI作为出力数据PQ进行输出。
例如，在图7中于补正部120的后段设置有选择器180，选择器180模式根据选择信号MOD来实施数据的选择处理。具体而言，在通过模式选择信号MOD来选择第一模式的情况下，选择补正部120的补正处理后的数据PC，并作为输出数据PQ进行输出。另一方面，在根据模式选择信号MOD来选择第二模式的情况下，选择未被实施补正部120的补正处理的检测数据PI，并作为输出数据PQ进行输出。
该输出数据PQ被保持在选择器180的后段的寄存器182中。而且，处理部520通过接口部而对寄存器182进行存取，读取被保持的输出数据PQ。作为接口部184，例如，能够采用SPI等的串联接口。在这种情况下，处理部520根据串联读取用的脉冲信号来将输出数据PQ作为串联数据进行读取。
例如，采用输出数据PQ为陀螺仪传感器的角速度数据的方式。优选为，处理部520在实施根据角速度数据来求取角度数据的处理的情况下，将实施了用于积分误差减小的补正处理的角速度数据作为输出数据PQ来进行捕获。因此，在这种情况下，根据处理部520等的指示，输出模式被设定为第一模式，选择器180选择补正处理后的数据PC作为输出数据PQ进行输出。通过这种方式，从而使处理部520能够捕获实施了用于积分误差减小的补正处理的角速度数据，通过实施角速度数据的积分处理，从而能够获得积分误差被减小了的高精度的角度数据。
另一方面，也存在如下的情况，即，处理部520在不实施根据角速度数据来求取角度数据的处理的条件下，仅需要角速度数据。在这种情况下，当被实施了用于积分误差减小的补正处理的角速度数据被输出至处理部520时，将会存在如下的可能性，即以对角速度数据实施了多余的补正处理为原因，使用了角速度数据的处理或处理结果可能会产生性能的下降或故障等。因此，在这种情况下，根据处理部520等的指示，输出模式被设定为第二模式，选择器180选择未被实施补正处理的检测数据PI，并作为输出数据PQ进行输出。通过这种方式，能够使处理部520捕获未被实施用于积分误差减小的补正处理的角速度数据，并适当地执行使用了角速度数据的各种处理。即，能够防止由使用未被实施多余的补正处理的角速度数据导致的性能的下降或故障等问题的产生。
如此，在本实施方式中，通过准备第一、第二模式以作为输出模式，从而能够同时实现在对检测装置20的输出数据进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的减小、和由使用被实施了多余的补正处理的输出数据导致的问题的产生的防止。
5.改变例
接下来，对本实施方式的各种改变例进行说明。图8(A)为表示补正部120的第一改变例的图。
在图8(A)的积分处理部130中，除了图4的加法器132、寄存器134以外，还设置有加法器136、138、寄存器140。寄存器134的输出被输出至加法器136，加法器136将寄存器134的输出与减法器122的输出相加。加法器136的输出被输出至加法器138，加法器138将加法器136的输出与寄存器140的输出相加。加法器138的输出被保持在寄存器140中，且被保持的积分结果值被输出至比较部150。
图8(B)为图8(A)的第一改变例的补正部120的传递函数的说明图。-
图8(B)的积分处理部130作为用{Z－1/(1－Z－1)}表示的积分器被串联连接的传递函数而被表示。因此，图8(B)的传递函数可以表示为下式(2)。
PQ＝PI+(1－Z－1)2(Q1+Q2)   (2)
上式(2)为相当于二次的Δ-Σ调制的传递函数的式子，通过传递特性(1－Z－1)2来将量子化误差(Q1+Q2)带入高频带区域。
图8(A)的结构与图4相比具有能够增大将量子化误差带入高频带区域的程度的优点。
另一方面，图8(A)的结构存在高频波成分增加的问题点。例如，在对输出数据PQ实施积分处理的情况下，通过积分处理能够某种程度地减小该高频波成分。但是，例如，在不对角速度数据等的输出数据PQ进行积分处理而就此使用的用途的情况下，这种高频波成分的增加可能会导致性能下降或产生故障等的问题，在优先回避这种问题的情况下，优选图4的结构。
图9为表示补正部120的第二改变例的图。在图9中，补正部120将对给定的增益与积分结果值进行乘法处理所得的值，与检测数据PI进行加法处理。而且，实施加法处理后的检测数据PI的小数部的舍弃处理，并输出输出数据PQ。
例如，将检测数据PI的输入速率设为fs，将输出数据PQ的输出速率(寄存器的存取速率)设为ODR。在这种情况下，补正部120将由输入速率fs与输出速率ODR设定的增益G与积分结果值进行乘法处理。而且，将由乘法处理所得的值与检测数据PI进行加法处理。
具体而言，积分处理部130具有加法器132、寄存器134、乘法器142。积分器由加法器132与寄存器134构成，寄存器134通过输入速率fs来捕获加法器132所输出的积分结果值并进行保持。乘法器142将增益G与被保持在寄存器134中的积分结果值相乘。增益G通过检测数据PI的输入速率fs与输出数据PQ的输出速率ODR而被设定，例如被设定为G＝ODR/fs。
加法器152实施将通过乘法器142的乘法处理所得的值与检测数据PI相加的处理。舍弃处理部160实施加法处理后的检测数据PI的小数部的舍弃处理，并输出16比特的整数数据。
当以输出速率ODR存取寄存器时，该存取时刻的舍弃处理部160的输出数据通过选择器162而被保持在寄存器164中。而且，被保持在寄存器164中的数据通过选择器162，作为输出数据PQ而被输出至后段的寄存器等。
例如，将输入速率设为fs＝200KHz，寄存器存取的输出速率设为ODR＝100KHz。在这种情况下，每实施一次寄存器存取，积分处理部130就会实施(由加法器132与寄存器134构成的积分器)两次积分处理。例如，将第一寄存器存取与下次的第二寄存器存取之间的期间设为TRG(＝1/ODR＝1/100KHz)，将第一积分处理与下次的第二积分处理之间的期间设为TIT(＝1/fs＝1/200KHz)。因而，TIT＝TRG/2,在期间TRG内，积分处理部130实施两次积分处理。
因此，将乘法器142的增益设定为G＝ODR/fs＝100KHz/200KHz＝1/2。由此，将检测数据PI与输出数据PQ的误差的积分结果值的1/2倍的值与检测数据PI相加。通过这种方式，即使在输入速率fs与输出速率ODR不同的情况下，也能够与适当的误差的积分结果值相加。因此，后段的处理部520在实施了输出数据PQ的积分处理的情况下，能够获得积分误差被适当地减小了的积分结果值。
6.检测装置
图10图示了本实施方式的检测装置20的详细的结构例。图10的检测装置20包括：对振荡器10(物理量换能器)进行驱动的驱动电路30，接收来自振荡器10的第一、第二检测信号IQ1、IQ2，并实施对所需信号进行检测的检测处理的检测电路60，和数字处理部110。
驱动电路30包括：输入有来自振荡器10的信号DI的放大电路32，实施自动增益控制的增益控制电路40(AGC：Automatic Gain Control)，将驱动信号DQ输出至振荡器10的驱动信号输出电路50，和将同步信号SYC输出至检测电路60的同步信号输出电路52。此外，驱动电路30的结构并不限定于图10，也可以为省略这些结构元件的一部分，或者追加其他结构元件等的各种改变实施。
放大电路32(I/V转换电路)将来自振荡器10的电流的信号DI转换为电压信号DV并进行输出。该放大电路32能够通过电容器、阻抗元件、运算放大器等来实现。
监视增益控制电路40(AGC)信号DV并对振荡圈的增益进行控制。具体而言，将用于对振荡圈的增益进行控制的控制电压DS输出至驱动信号输出电路50。例如，为了通过驱动电路30来将陀螺仪传感器的灵敏度保持恒定，需要将供给至振荡器10(驱动用振荡器)的驱动电压的振幅保持恒定。因此，在驱动振动系统的振荡圈内设置有用于自动调节增益的增益控制电路40。增益控制电路40以使从振荡器10被反馈的信号DI的振幅(振荡器的振动速度v)成为恒定的方式来可变地自动调节增益。另外，为了能够在振荡启动时能够进行高速的振荡启动，振荡圈的增益被设定为大于1的增益。该增益控制电路40可以包括：用于将来自放大电路32的交流的信号DV转换为直流信号的全波整流电路、和包括输出控制电压DS的积分器等，所述控制电压DS对应于来自全波整流电路的直流信号的电压与基准电压的差分。
驱动信号输出电路50从放大电路32接收信号DV，并将驱动信号DQ输出至振荡器10。具体而言，对与来自增益控制电路40的控制电压DS相对应的振幅的驱动信号DQ进行输出。例如对矩形波(或者正弦波)的驱动信号进行输出。该驱动信号输出电路50能够通过比较器等来实现。
同步信号输出电路52从放大电路32接收信号DV，并将同步信号SYC(参照信号)输出至检测电路60。该同步信号输出电路52能够通过实施正弦波(交流)的信号DV的两值化处理并生成矩形波的同步信号SYC的比较器、和实施同步信号SYC的相位调节的相位调节电路(移相器)等来实现。
检测电路60包括：第一、第二Q/V转换电路62、64，第一、第二增益调节放大器72、74，开关混频器80，第一、第二滤波器92、94，A/D转换电路100。此外，检测电路60的结构并不限定于图10，也可以为省略这些结构元件的一部分，或者追加其他结构元件等的各种改变实施。
在Q/V转换电路62、64(电荷－电压转换电路)中输入有来自振荡器10的差动的第一、第二检测信号IQ1、IQ2。而且，Q/V转换电路62、64将由振荡器10产生的电荷(电流)转换为电压。该Q/V转换电路62、64为，具有反馈电阻的连接型电荷－电压转换电路。
增益调节放大器72、74对Q/V转换电路62、64的输出信号QA1、QA2进行增益调节并进行放大。增益调节放大器72、74为，所谓的可编程增益放大器，通过未图示的控制电路所设定的增益来对信号QA1、QA2进行放大。例如，放大至适合于A/D转换电路100的电压转换范围的振幅的信号。
开关混频器80为根据来自驱动电路30的同步信号SYC来实施差动的同步检波的混频器。具体而言，在开关混频器80中，增益调节放大器72的输出信号QB1被输入至第一输入节点NI1，增益调节放大器74的输出信号QB2被输入至第二输入节点NI2。而且，根据来自驱动电路30的同步信号SYC来实施差动的同步检波，并将差动的第一、第二输出信号QC1、QC2输出至第一、第二输出节点NQ1、NQ2。通过该开关混频器80，前段电路(Q/V转换电路、增益调节放大器)所产生的噪声(1/f噪声)等的多余信号被频率转换为高频带区域。另外，作为与科里奥利力相对应的信号的所需信号被落实为直流信号。
在滤波器92中输入有来自开关混频器80的第一输出节点NQ1的第一输出信号QC1。在滤波器94中输入有来自开关混频器80的第二输出节点NQ2的第二输出信号QC2。该滤波器92、94为，例如具有去除(减弱)多余信号并使所需信号通过的频率特性的低通滤波器。例如，通过开关混频器80而被转换为高频带区域的1/f噪声等的多余信号通过滤波器92、94而被去除。另外，滤波器92、94为，例如由无源元件构成的无源滤波器。即，作为滤波器92、94，能够在不使用运算放大器的条件下采用由阻抗元件和电容器等的无源元件构成的无源滤波器。
A/D转换电路100接收来自滤波器92的输出信号QD1和来自滤波器94的输出信号QD2，并实施差动的A/D转换。具体而言，A/D转换电路100，将滤波器92、94作为抗混叠用的滤波器(前置滤波器)，实施输出信号QD1、QD2的采样并实施A/D转换。而且，在本实施形式中，来自滤波器92的输出信号QD1以及来自滤波器94的输出信号QD2在不通过有源元件的条件下被输入至A/D转换电路100。
作为A/D转换电路100，例如能够采用Δ-Σ型或逐次比较型等的各种方式的A/D转换电路。在采用Δ-Σ型的情况下，例如具有用于减小1/f噪声的CDS(Correlated Double Sampling)或斩波的功能等，例如能够采用由两次Δ-Σ调制器等构成的A/D转换电路。另外，在采用逐次比较型的情况下，例如具有对由DAC元件偏差造成的S/N比的劣化进行抑制的DEM(DynamicElement Matching)的功能等，能够采用由容量DAC以及逐次比较控制逻辑构成的A/D转换电路。
数字处理部110实施各种数字信号处理。例如，数字处理部110实施：与所需信号的应用相对应的带域限制的数字滤波器处理、和去除由A/D转换电路100等产生的噪声的数字滤波器处理。另外，实施增益补正(灵敏度调节)、偏移补正等的数字补正处理。
而且，图1等所说明的本实施方式的补正部120在图10中被设置为数字处理部110。补正部120根据来自A/D转换电路100的检测数据PI来实施本实施方式所说明的补正处理，并输出输出数据PQ。
在图10的检测装置20中采用全差动开关混频器方式。即，来自振荡器10的差动的检测信号IQ1、IQ2通过Q/V转换电路62、64、增益调节放大器72、74来实施信号放大和增益调节，并作为差动的信号QB1、QB2而被输入至开关混频器80。而且，通过开关混频器80来对该差动的信号QB1、QB2实施将多余信号频率转换为高频带区域的同步检波处理。而且，通过滤波器92、94来去除被频率转换为高频带区域的多余信号，作为差动的信号QD1、QD2被输入至A/D转换电路100，从而实施差动的A/D转换。
根据这种全差动开关混频器方式，Q/V转换电路62、64和增益调节放大器72、74产生的1/f噪声等通过开关混频器80中的频率转换和滤波器92、94的低通滤波器特性而被去除。而且，在增益调节放大器72、74与AD转换电路100之间形成如下结构，即设置有虽然增益不起作用但不产生1/f噪声的开关混频器80、和由低噪声的无源元件构成的滤波器92、94的结构。因此，由于在Q/V转换电路62、64和增益调节放大器72、74产生的噪声被去除的同时，还能够将开关混频器80和滤波器92、94产生的噪声控制为最小限度，因此能够将低噪声状态的信号QD1、QD2输入至A/D转换电路100，并进行A/D转换。但是，由于能够将信号QD1、QD2作为差动信号进行A/D转换，因此与通过单端信号进行A/D转换的情况相比，更能提高S/N比。
此外，本实施方式的检测装置20并不限定于图10所示的这种全差动开关混频器方式的结构。例如，能够采用由离散型Q/V转换电路和被直接连接于该离散型Q/V转换电路的A/D转换电路组成的直接采样方式的结构等各种结构。
图11图示了包括本实施方式的检测装置20的移动体的例子。本实施方式的检测装置20能够安装在例如车、飞行器、摩托车、自行车、或者船舶等的各种移动体中。移动体具备例如发动机或电机等的驱动机构、手柄或舵等的操舵机构和各种电子设备，为在地上、空中或海上移动的设备/装置。图11概要地图示了作为移动体的具体示例的的汽车206。在汽车206中安装有具有振荡器10和检测装置20的陀螺仪传感器510(传感器)。陀螺仪传感器510能够对车身207的姿态进行检测。陀螺仪传感器510的检测信号能够被供给至车身姿态控制装置208。车身姿态控制装置208，例如能够根据车身207的姿态来对悬架的软硬进行控制，或者对各个车轮209的制动进行控制。此外，这种姿态控制能够被利用与在两足步行机器人、航空器、直升飞机等各种移动体中。在实现姿态控制时可以安装陀螺仪传感器510。
此外，虽然以上述的方式对本实施方式进行了详细说明，但是本领域的技术人员很容易理解为，只要不明显脱离本发明的新事项以及效果，可以进行较多的改变。因此，这种改变例全部采用本发明的范围所包含的内容。例如，在说明书或附图中，至少一次与更为广义或者同义的不同用语(物理量换能器、传感器、物理量等)同时被记载的用语(振荡器、陀螺仪传感器、角速度等)，在说明书或附图的所有部分均能够替换为其不同用语。另外，检测装置、传感器、电子设备和移动体的结构、振荡器的构造等均不限定于本实施方式所说明的范围，能够为各种改变实施。
符号说明
10…振荡器；12…物理量换能器；20…检测装置；30…驱动电路；32…放大电路；40…增益控制电路；50…驱动信号输出电路；52…同步信号输出电路；60…检测电路；62、64…Q/V转换电路；72、74…增益调节放大器；80…开关混频器；92、94…滤波器；100…A/D转换电路；110…数字处理部；120…补正部；122…减法器；130…积分处理部；132…加法器；134…寄存器；136、138…加法器；140…寄存器；142…乘法器；150…比较部；152…加法器；160…舍弃处理部；162…选择器；164…寄存器；180…选择器；182…寄存器；184…接口部；206…汽车；207…车身；208…车身姿态控制装置；209…车轮；500…电子设备；510…陀螺仪传感器；520…处理部；530…内存器；540…操作部；550…显示部。

Claims (12)

1.一种检测装置，其特征在于，包括：
检测电路，其根据来自物理量换能器的信号来实施物理量的检测处理，并输出所述物理量的检测数据；
补正部，其对所述检测数据实施补正处理，并将所述补正处理后的数据作为输出数据进行输出，
所述补正部对m比特的所述检测数据实施减小在对所述输出数据进行了积分处理的情况下所产生的积分误差的所述补正处理，并输出n比特的所述输出数据，其中，n、m为n＜m的自然数。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述补正部在存在所述输出数据的读取要求的情况下，在将所述补正处理后的数据作为所述输出数据进行输出的同时，对所述输出数据相对于所述检测数据的误差实施积分处理，并保持所述积分处理的积分结果值。
3.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，
所述补正部根据所保持的所述积分结果值来对在下次读取要求时被输出的所述输出数据实施所述补正处理。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述补正部对所述输出数据相对于所述检测数据的误差实施积分处理，并根据所述积分处理的积分结果值来实施所述补正处理。
5.如权利要求3或4所述的检测装置，其特征在于，
所述补正部实施所述积分结果值与给定值的比较处理，将比较处理的结果值与所述检测数据进行加法处理，并实施所述加法处理后的所述检测数据的小数部的舍弃处理，从而输出所述输出数据。
6.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，
所述补正部将对给定的增益与所述积分结果值进行乘法处理所得的值，与所述检测数据进行加法处理，并实施所述加法处理后的所述检测数据的小数部的舍弃处理，从而输出所述输出数据。
7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，
所述补正部将根据所述检测数据的输入速率和所述输出数据的输出速率而设定的所述增益，与所述积分结果值进行乘法处理，并将通过所述乘法处理而获得的值与所述检测数据进行加法处理。
8.如权利要求1至7中的任意一项所述的检测装置，其特征在于，
在第一模式下，将所述补正处理后的数据作为所述输出数据而进行输出，
在第二模式下，将未被实施所述补正处理的所述检测数据作为所述输出数据而进行输出。
9.如权利要求1至8中的任意一项所述的检测装置，其特征在于，
所述物理量换能器为振荡器，所述检测数据为角速度数据。
10.如权利要求1至9中的任意一项所述的检测装置，其特征在于，
包括所述物理量换能器。
11.一种电子设备，其特征在于，
包括权利要求1至9中的任意一项所述的检测装置。
12.一种移动体，其特征在于，
包括权利要求1至9中的任意一项所述的检测装置。
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