CN108351210B - 物理量检测装置、电子设备以及移动体 - Google Patents

物理量检测装置、电子设备以及移动体 Download PDF

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Abstract

物理量检测装置具有：振子，其输出与物理量对应的检测信号；以及驱动电路，其对所述振子进行振荡驱动，其中，所述驱动电路包含：振荡检测部，其根据所述振子的驱动信号检测所述振子的振荡状态或者非振荡状态；启动振荡部，其在所述振荡检测部的检测结果是非振荡状态的情况下辅助所述振子的振荡动作；以及切换次数监视部，其检测所述振荡检测部中的所述振荡状态与所述非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况。

Description

物理量检测装置、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及物理量检测装置、电子设备以及移动体。
背景技术
已知有检测各种物理量的物理量检测装置。例如，已知有检测角速度作为物理量的角速度检测装置，搭载角速度检测装置并根据由角速度检测装置检测到的角速度进行规定控制的各种电子设备或系统已得到广泛应用。例如，在汽车的车辆行驶控制系统中，根据由角速度检测装置检测到的角速度进行防止汽车侧滑的行驶控制。
作为这样的物理量检测装置，有对石英振子或MEMS(Micro Electro MechanicalSystems：微机电系统)振子等振子进行驱动振动来检测物理量的装置。在这样的装置中，优选从启动到稳定振荡的启动时间较短。
作为用于缩短启动时间的技术，例如在专利文献1中公开有通过CR振荡器向振子提供矩形波的驱动信号来缩短振荡启动时间的技术。另外，例如在专利文献2中公开有在振子处于非振荡状态时，经由开关在振荡回路内施加促进振子启动振荡的相加信号的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-286503号公报
专利文献2：日本特开2003-21518号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1和专利文献2公开的结构中，发生反复出现第1状态和第2状态的异常，由于该异常的发生，有可能影响到根据振子进行动作的电路输出的信号的精度或可靠性，第1状态是指在驱动振子的驱动信号的振幅增大而进行振荡启动后，驱动信号的振幅减小而成为非振荡状态，第2状态是指检测出该非振荡状态而促进振荡启动，使驱动信号的振幅增大而成为振荡状态。
本发明正是鉴于如上所述的问题而完成的，根据本发明的几个方式，可提供能够进行可靠性更高的异常判定输出的物理量检测装置、电子设备以及移动体。
用于解决问题的手段
本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或适用例来实现。
[适用例1]本适用例的物理量检测装置具有：
振子，其输出与物理量对应的检测信号；以及
驱动电路，其对所述振子进行振荡驱动，其中，
所述驱动电路包含：
振荡检测部，其根据所述振子的驱动信号检测所述振子的振荡状态或者非振荡状态；
启动振荡部，其在所述振荡检测部的检测结果是所述非振荡状态的情况下辅助所述振子的振荡动作；以及
切换次数监视部，其检测所述振荡检测部中的所述振荡状态与所述非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况。
根据本适用例，能够由切换次数监视部检测是否发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常。可实现能够进行可靠性更高的异常判定输出的物理量检测装置。
[适用例2]在上述的物理量检测装置中，也可以是，所述振荡检测部输出表示所述振荡状态或者所述非振荡状态的振荡状态信号，所述切换次数监视部与频率比所述启动振荡部的频率高的时钟信号同步地，判定所述振荡检测部输出的所述振荡状态信号是所述振荡状态还是所述非振荡状态，所述切换次数监视部具有对所述切换次数进行计数的计数部。
根据本适用例，能够利用简易的结构对振荡状态与非振荡状态之间的切换次数进行计数，因而能够利用简易的结构检测是否发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常。
[适用例3]也可以是，所述物理量检测装置包含复位电路，在所述切换次数监视部检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，该复位电路输出所述物理量检测装置的复位信号。
根据本适用例，通过根据在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下输出的复位信号进行物理量检测装置的初始化，能够促进适当的振荡动作。
[适用例4]在上述的物理量检测装置中，也可以是，所述驱动电路具有开关，该开关连接或者断开在与所述振子之间形成的振荡回路，所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，在断开所述开关后连接所述开关。
根据本适用例，在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下，再次重新进行振荡启动，由此能够促进适当的振荡动作。
[适用例5]在上述的物理量检测装置中，也可以是，所述驱动电路具有开关，该开关连接或者断开在与所述振子之间形成的振荡回路，所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，变更所述启动振荡部的频率，并在断开所述开关后连接所述开关。
根据本适用例，在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下，变更启动振荡部的频率并再次重新进行振荡启动，由此能够促进适当的振荡动作。
[适用例6]在上述的物理量检测装置中，也可以是，所述驱动电路具有开关，该开关连接或者断开在与所述振子之间形成的振荡回路，所述驱动电路经由第1布线被输入来自所述振子的所述驱动信号，经由第2布线向所述振子输出所述驱动信号，所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，增大所述第1布线与所述第2布线之间的电容，并在断开所述开关后连接所述开关。
根据本适用例，在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下，减小从驱动电路观察到的振子的表观的Q值并再次重新进行振荡启动，由此能够促进适当的振荡动作。
[适用例7]也可以是，所述物理量检测装置具有寄存器，所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，向所述寄存器写入错误信息。
根据本适用例，在其它的电路块或装置中容易利用错误信息。
[适用例8]在上述的物理量检测装置中，也可以是，所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，向外部输出错误信号。
根据本适用例，在其它的电路块或装置中容易利用错误信息。
[适用例9]本适用例的电子设备具有上述任意适用例的物理量检测装置。
根据本适用例，由于具有能够进行可靠性较高的异常判定输出的物理量检测装置，因而能够实现动作的可靠性较高的电子设备。
[适用例10]本适用例的移动体具有上述任意适用例的物理量检测装置。
根据本适用例，由于具有能够进行可靠性较高的异常判定输出的物理量检测装置，因而能够实现动作的可靠性较高的移动体。
附图说明
图1是第1实施方式的角速度检测装置(物理量检测装置的一例)的功能块图。
图2是振子的振动片的俯视图。
图3是用于说明振子的动作的图。
图4是用于说明振子的动作的图。
图5是示出角速度检测装置的驱动电路的结构例的图。
图6是示出角速度检测装置的检测电路的结构例的图。
图7是第2实施方式的物理量检测装置的功能块图。
图8是本实施方式的电子设备的功能块图。
图9是示出作为电子设备的一例的智能电话的外观的一例的图。
图10是示出本实施方式的移动体的一例的图(俯视图)。
具体实施方式
下面，使用附图详细地说明本发明的优选实施方式。使用的附图是为了说明的方便。另外，以下说明的实施方式不得不当地限定权利要求书中记载的本发明的内容。并且，以下说明的结构并非都是本发明的必要构成要素。
1.物理量检测装置
1-1.第1实施方式
下面，以检测角速度作为物理量的物理量检测装置(角速度检测装置)为例进行说明，但本发明可以适用于能够检测角速度、角加速度、加速度、力等各种物理量中的任意物理量的装置。
图1是第1实施方式的角速度检测装置(物理量检测装置的一例)的功能块图。本实施方式的角速度检测装置1构成为包含输出与角速度(物理量的一例)对应的检测信号的振子(传感器元件)100和信号处理IC(集成电路装置)2。
振子100是将配置有驱动电极和检测电极的振动片密封在未图示的封装中而构成的。通常，为了尽可能地减小振动片的阻抗而提高振荡效率，要确保封装内的气密性。
本实施方式的振子100具有由Z切的石英基板形成的振动片。以石英为材料的振动片由于相对于温度变化的谐振频率的变动极小，因而具有能够提高角速度的检测精度这样的优点。但是，作为振子100的振动片的材料，不仅可以使用石英(SiO2)，也可以使用例如钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等压电单晶体或锆酸钛酸铅(PZT)等压电陶瓷等压电性材料，还可以使用硅半导体。例如，还可以是在硅半导体的表面的一部分配置被驱动电极夹持的氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等压电薄膜而成的构造。
在本实施方式中，振子100由具有T型的2个驱动振动臂的所谓双T型振动片构成。但是，振子100的振动片不限于双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、圆柱状等形状的音杆式。
图2是本实施方式的振子100的振动片的俯视图。图2中的X轴、Y轴、Z轴表示石英的轴。
如图2所示，振子100的振动片的驱动振动臂101a、101b分别从两个驱动用基部104a、104b沿+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在此，驱动振动臂101a、101b的延伸方向只要相对于Y轴的偏差在±5°以内即可。在驱动振动臂101a的侧面和上表面分别形成有驱动电极112、113，在驱动振动臂101b的侧面和上表面分别形成有驱动电极113、112。驱动电极112、113分别经由图1所示的信号处理IC2的外部输出端子81、外部输入端子82而与驱动电路20连接。
驱动用基部104a、104b分别经由沿-X轴方向和+X轴方向延伸的连接臂105a、105b而与矩形的检测用基部107连接。在此，连接臂105a、105b的延伸方向只要相对于X轴的偏差在±5°以内即可。
检测振动臂102从检测用基部107沿+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在此，检测振动臂102的延伸方向只要相对于Y轴的偏差在±5°以内即可。在检测振动臂102的上表面形成有检测电极114、115，在检测振动臂102的侧面形成有共用电极116。检测电极114、115分别经由图1所示的信号处理IC2的外部输入端子83、84而与检测电路30连接。另外，共用电极116接地。
在向驱动振动臂101a、101b的驱动电极112与驱动电极113之间提供交流电压作为驱动信号时，如图3所示，驱动振动臂101a、101b由于逆压电效应而如箭头B所示进行两条驱动振动臂101a、101b的末端反复相互接近和离开的弯曲振动(激励振动)。
在该状态下，在对振子100的振动片施加以Z轴为旋转轴的角速度时，驱动振动臂101a、101b在与箭头B的弯曲振动的方向和Z轴双方垂直的方向上得到科里奥利力。其结果是，如图4所示，连接臂105a、105b进行如箭头C所示的振动。并且，检测振动臂102与连接臂105a、105b的振动(箭头C)联动地进行如箭头D所示的弯曲振动。伴随该科里奥利力的检测振动臂102的弯曲振动和驱动振动臂101a、101b的弯曲振动(激励振动)，相位相差90°。
另外，如果驱动振动臂101a、101b进行弯曲振动(激励振动)时的振动能量的大小或者振动的振幅的大小在两条驱动振动臂101a、101b上相同，则能够取得驱动振动臂101a、101b的振动能量的平衡，在不对振子100施加角速度的状态下，检测振动臂102不进行弯曲振动。然而，在两条驱动振动臂101a、101b的振动能量的平衡被破坏时，即使在不对振子100施加角速度的状态下，也在检测振动臂102产生弯曲振动。该弯曲振动被称作泄漏振动，与基于科里奥利力的振动同样是箭头D的弯曲振动，然而相位与驱动信号相同。
另外，由于压电效应，在检测振动臂102的检测电极114、115产生基于这些弯曲振动的交流电荷。在此，根据科里奥利力而产生的交流电荷按照科里奥利力的大小(换言之，施加给振子100的角速度的大小)而变化。另一方面，根据泄漏振动而产生的交流电荷是固定的，与施加给振子100的角速度的大小无关。
另外，在驱动振动臂101a、101b的末端形成有宽度比驱动振动臂101a、101b宽的矩形的施重部103。通过在驱动振动臂101a、101b的末端形成施重部103，能够增大科里奥利力，并且以较短的振动臂得到期望的谐振频率。同样，在检测振动臂102的末端形成有宽度比检测振动臂102宽的施重部106。通过在检测振动臂102的末端形成施重部106，能够增大在检测电极114、115产生的交流电荷。
如上所述，振子100经由检测电极114、115输出以Z轴为检测轴而基于科里奥利力的交流电荷(角速度分量)和基于激励振动的泄漏振动的交流电荷(振动泄漏分量)。
返回到图1，本实施方式的信号处理IC2构成为包含对振子100进行振荡驱动的驱动电路20和对来自振子100的检测信号进行处理的检测电路30。另外，本实施方式的信号处理IC2也可以是省略其中一部分结构(要素)或追加新的结构(要素)而成的结构。
驱动电路20生成用于使振子100激励振动的驱动信号21，经由外部输出端子81提供给振子100的驱动电极112。并且，驱动电路20经由外部输入端子82被输入由于振子100的激励振动而在驱动电极113产生的驱动信号22，对驱动信号21的振幅水平进行反馈控制，以便使该驱动信号22的振幅保持固定。并且，驱动电路20生成检测电路30中包含的同步检波电路的参照信号23和开关电容滤波器(SCF)电路的时钟信号24。并且，驱动电路20将后述的错误信息信号25经由外部输出端子85输出到外部。并且，驱动电路20将后述的数字信号297经由外部输出端子87输出到外部。
检测电路30经由外部输入端子83、84分别被输入在振子100的检测电极114、115产生的交流电荷(检测电流)31、32，仅检测这些交流电荷(检测电流)中包含的角速度分量，生成电压电平与角速度的大小对应的信号(角速度信号)33，经由外部输出端子86输出到外部。该角速度信号33例如在与外部输出端子86连接的未图示的计算机中被进行A/D转换，作为角速度数据用于各种处理。另外，也可以在本实施方式的信号处理IC2中内置A/D转换器，将表示角速度的数字数据输出到外部。
这样，驱动电路20和检测电路30作为进行针对振子100的信号处理的角速度信号处理电路4发挥作用。
下面，对驱动电路20进行说明。图5是示出角速度检测装置1的驱动电路20的具体结构例的图。如图5所示，本实施方式的角速度检测装置1的信号处理IC2构成为包含寄存器292和复位电路295。并且，本实施方式的驱动电路20构成为包含I/V转换电路(电流电压转换电路)200、高通滤波器(HPF)210、比较器212、电容器216、开关218、219、全波整流电路240、减法器250、积分器152、上拉电阻254、比较器260、缓冲电路262、振荡检测部270、启动振荡部280、开关282以及切换次数监视部290。另外，本实施方式的驱动电路20也可以是省略其中一部分结构(要素)或追加新的结构(要素)而成的结构。
在振子100的振动片中流过的驱动电流被I/V转换电路200转换成交流电压信号。本实施方式的I/V转换电路200构成为将电阻204连接于运算放大器202的反转输入端子(-输入端子)与输出端子之间，将运算放大器202的非反转输入端子(+输入端子)与模拟接地连接。
I/V转换电路200的输出信号被高通滤波器210将偏移消除后被输入到比较器212。比较器212将输入信号的电压放大并输出二值化信号(方形波电压信号)。但是，在本实施方式中，比较器212是只能输出低电平的开放式漏极输出的比较器，高电平经由上拉电阻254被上拉至积分器252的输出电压。并且，将比较器212输出的二值化信号作为驱动信号21，经由外部输出端子81提供给振子100的振动片的驱动电极112。通过使该驱动信号21的频率(驱动频率fd)与振子100的谐振频率一致，能够使振子100稳定振荡。
运算放大器202的输出信号被输入到全波整流电路240进行全波整流。
全波整流电路240的输出信号(全波整流信号242)在被输入到减法器250进行与基准电压12之间的电压相减处理后，被积分器252进行积分。I/V转换电路200的输出信号的振幅越大，则该积分器252的输出电压越低。并且，驱动信号21的高电平经由上拉电阻254被上拉至积分器252的输出电压。根据这样的结构，对驱动信号21的振幅水平进行反馈控制，以便使振子100的驱动信号22的振幅保持固定。
但是，在电源刚刚接通后，振子100的振荡是停止的，为了迅速进行这样的反馈控制，需要进行辅助直到开始振子100的振荡且振荡动作稳定为止。
因此，在本实施方式中设有：振荡检测部270，其根据振子100的驱动信号检测振子100的振荡状态或者非振荡状态；启动振荡部280，其在振荡检测部270的检测结果是非振荡状态的情况下，辅助振子100的振荡动作；以及开关282。
启动振荡部280是以与振子100的谐振频率接近的频率进行自激振荡的振荡电路，辅助振子100的振荡动作。启动振荡部280例如能够用CR振荡电路等实现。
振荡检测部270根据振子100的驱动信号22检测振子100的振荡状态或者非振荡状态。振荡检测部270将全波整流电路240的输出信号(全波整流信号242)的电压电平与规定的阈值进行比较，使启动振荡部280的振荡动作持续到全波整流信号242的电压电平达到规定的阈值V1为止(到驱动信号22达到规定值为止)，如果全波整流信号242的电压电平达到阈值V1(如果驱动信号22达到规定值)，则停止启动振荡部280的振荡动作。并且，振荡检测部270生成如下的开关控制信号272：用于将开关282接通到全波整流信号242的电压电平达到阈值V1为止(到驱动信号22达到规定值为止)，如果全波整流信号242的电压电平达到阈值V1(如果驱动信号22达到规定值)，则将开关282断开。
然而，有时发生反复出现第1状态和第2状态的异常，第1状态是指在驱动振子100的驱动信号22的振幅增大而进行振荡启动后，驱动信号22的振幅减小而成为非振荡状态，第2状态是指检测出该非振荡状态而促进振荡启动，使驱动信号22的振幅增大而成为振荡状态。在发生这样的异常时，有可能影响到根据振子100进行动作的电路(检测电路30等)输出的信号的精度或可靠性。
因此，在本实施方式中，驱动电路20具有切换次数监视部290，该切换次数监视部290检测振荡检测部270中的振荡状态与非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况。作为上限次数，例如能够设定为10次左右。
根据本实施方式，能够由切换次数监视部290检测是否发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常，可实现能够进行可靠性更高的异常判定输出的物理量检测装置(角速度检测装置1)。
在本实施方式中，振荡检测部270输出表示振荡状态或者非振荡状态的振荡状态信号(开关控制信号272)。并且，切换次数监视部290与频率比启动振荡部280的频率高的时钟信号同步地，判定振荡检测部270输出的振荡状态信号是振荡状态还是非振荡状态，切换次数监视部290具有对切换次数进行计数的计数部291。切换次数监视部290从未图示的时钟信号生成电路接受时钟信号的供给。并且，计数部291通过对振荡状态信号(开关控制信号272)的上升沿或者下降沿进行计数，能够对切换次数进行计数。
根据本实施方式，能够利用简易的结构对振荡状态与非振荡状态之间的切换次数进行计数，因而能够利用简易的结构检测是否发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常。
在本实施方式中，驱动电路20具有开关218，该开关218连接或者断开在与振子之间形成的振荡回路。在图5所示的例子中，开关218设于外部输入端子82与I/V转换电路200的信号路径上。切换次数监视部290通过向开关218输出开关控制信号293，能够连接或者断开开关218。
在本实施方式中，也可以是，切换次数监视部290在检测出切换次数大于上限次数的情况下，在断开开关218后连接开关218。也可以是，切换次数监视部290在断开开关218后经过规定时间后再连接开关218。
根据本实施方式，在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下，再次重新进行振荡启动，由此能够促进适当的振荡动作。
在本实施方式中，也可以是，切换次数监视部290在检测出切换次数大于上限次数的情况下，变更启动振荡部280的频率，并在断开开关218后连接开关218。也可以是，切换次数监视部290在断开开关218后经过规定时间后再连接开关218。另外，在启动振荡部280构成为包含CR振荡电路的情况下，通过变更构成CR振荡电路的电阻的电阻值和电容器的电容值中的至少任意一个值，能够变更启动振荡部280的频率。
根据本实施方式，在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下，变更启动振荡部280的频率并再次重新进行振荡启动，由此能够促进适当的振荡动作。
在本实施方式中，驱动电路20经由第1布线W1被输入来自振子100的驱动信号22，经由第2布线W2向振子100输出驱动信号21。并且，也可以是，切换次数监视部290在检测出切换次数大于上限次数的情况下，增大第1布线W1与第2布线W2之间的电容，并在断开开关218后连接开关218。也可以是，切换次数监视部290在断开开关218后经过规定时间后再连接开关218。
在图5所示的例子中，电容器216和开关219串联连接于第1布线W1与第2布线W2之间。切换次数监视部290通过向开关219输出开关控制信号294而连接开关219，能够增大第1布线W1与第2布线W2之间的电容。
根据本实施方式，在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下，通过减小从驱动电路20观察到的振子100的表观的Q值并再次重新进行振荡启动，能够促进适当的振荡动作。
在本实施方式中，信号处理IC2具有寄存器292。寄存器292构成为能够将存储着的信息作为数字信号297经由外部输出端子87输出到外部。并且，也可以是，切换次数监视部290在检测出切换次数大于上限次数的情况下，向寄存器292写入错误信息。在图5所示的例子中，切换次数监视部290向寄存器292输出错误信息信号25，由此向寄存器292写入错误信息。
根据本实施方式，在其它的电路块或装置中容易利用错误信息。
在本实施方式中，信号处理IC2具有复位电路295，该复位电路295输出用于进行信号处理IC2的初始化时序的复位信号296。复位电路295在从切换次数监视部290输入了表示切换次数大于上限次数的错误信息信号25的情况下输出复位信号296。在输出复位信号296时，信号处理IC2的初始化时序开始。初始化时序例如可以包含如下步骤：对驱动电路20中包含的计数部291，设定从信号处理IC2具有的未图示的非易失性存储器读取的初始值；设定存储在未图示的非易失性存储器中的初始值，作为用于设定I/V转换电路200的放大率的调整值。也可以是，复位电路还在从对信号处理IC2接通电源起经过规定时间后，进行信号处理IC2的初始化时序。
根据本实施方式，通过根据在发生了反复出现振荡状态和非振荡状态的异常的情况下输出的复位信号296进行物理量检测装置(角速度检测装置1)的初始化，能够促进适当的振荡动作。
在本实施方式中，也可以是，切换次数监视部290在检测出切换次数大于上限次数的情况下，向物理量检测装置(角速度检测装置1)的外部输出错误信号。在图5所示的例子中，切换次数监视部290将错误信息信号25从外部输出动作85输出到外部。
根据本实施方式，在其它的电路块或装置中容易利用错误信息。
在本实施方式的驱动电路20中还设有比较器260，该比较器260将高通滤波器210的输出信号放大并输出二值化信号(方形波电压信号)，该二值化信号被用作检测电路30中包含的同步检波电路的参照信号23。该参照信号23的频率与驱动频率fd相等。另外，比较器212的输出信号由于高电平变动，有时在该高电平不超过同步检波电路中的逻辑阈值时会发生问题，因而不用作参照信号而另外设置比较器260。
并且，比较器260的输出信号被输入到缓冲电路262，将缓冲电路262的输出信号作为时钟信号24(频率：fd)提供给检测电路中包含的SCF电路。
下面，对检测电路30进行说明。图6是示出角速度检测装置1的检测电路30的结构例的图。如图6所示，本实施方式的检测电路30构成为包含电荷放大器300、310、差动放大器320、高通滤波器(HPF)322、放大器324、同步检波电路326、可变增益放大器328、开关电容滤波器(SCF)330以及输出缓冲器332。另外，本实施方式的检测电路30也可以是省略其中一部分结构(要素)或追加新的结构(要素)而成的结构。
从振子100的振动片的检测电极114经由外部输入端子83向电荷放大器300输入包含角速度分量和振动泄漏分量的交流电荷(检测电流)31。同样，从振子100的振动片的检测电极115经由外部输入端子84向电荷放大器310输入包含角速度分量和振动泄漏分量的交流电荷(检测电流)32。
本实施方式的电荷放大器300构成为将电容器304连接于运算放大器302的反转输入端子(-输入端子)与输出端子之间，将运算放大器302的非反转输入端子(+输入端子)与模拟接地连接。同样，本实施方式的电荷放大器310构成为将电容器314连接于运算放大器312的反转输入端子(-输入端子)与输出端子之间，将运算放大器312的非反转输入端子(+输入端子)与模拟接地连接。电容器304、314的电容值被设定成相同的值。该电荷放大器300、310分别将输入的交流电荷(检测电流)31、32转换成交流电压信号。输入到电荷放大器300的交流电荷(检测电流)31和输入到电荷放大器310的交流电荷(检测电流)32的相位彼此相差180°，电荷放大器300的输出信号和电荷放大器310的输出信号的相位彼此反相(相差180°)。
差动放大器320对电荷放大器300的输出信号和电荷放大器310的输出信号进行差动放大。通过差动放大器320消除同相分量，对反相分量进行相加放大。
高通滤波器322消除差动放大器320的输出信号中包含的直流分量。
放大器324输出将高通滤波器322的输出信号放大后的交流电压信号。
同步检波电路326将驱动电路20中包含的比较器260输出的二值化信号作为参照信号23，对放大器324的输出信号中包含的角速度分量进行同步检波。同步检波电路326例如可以构成为如下的电路：在参照信号23为高电平时直接选择放大器324的输出信号，在参照信号23为低电平时选择使放大器324的输出信号相对于基准电压12反转后的信号。
在放大器324的输出信号中包含角速度分量和振动泄漏分量，但是，该角速度分量的相位与参照信号23相同，相比之下，振动泄漏分量的相位与参照信号23相反。因此，同步检波电路326对角速度分量进行同步检波而不会对振动泄漏分量进行检波。
可变增益放大器328使同步检波电路326的输出信号放大或者衰减而输出期望电压电平的信号，可变增益放大器328的输出信号被输入至开关电容滤波器(SCF)电路330。
SCF电路330作为去除可变增益放大器328的输出信号中包含的高频分量，并且使频率范围由规格决定的信号通过的低通滤波器发挥作用。该SCF电路330(低通滤波器)的频率特性是根据通过振子100的稳定振荡而得到的时钟信号24的频率(在本实施方式中是与驱动频率fd相等的频率)和电容器(未图示)的电容比决定的，因而与RC低通滤波器相比，具有频率特性的偏差极小这样的优点。
SCF电路330的输出信号被输出缓冲器332进行缓冲处理，并且根据需要放大或者衰减成期望电压电平的信号。该输出缓冲器332的输出信号是电压电平与角速度对应的信号，作为角速度信号33经由信号处理IC2的外部输出端子86输出到外部。
1-2.第2实施方式
图7是第2实施方式的物理量检测装置1000的功能块图。对与第1实施方式相同的结构标注相同的标号，并省略详细的说明。
物理量检测装置1000检测单轴方向的角速度和双轴方向的加速度作为物理量。物理量检测装置1000具有作为检测角速度的结构的振子100和角速度信号处理电路4。物理量检测装置1000具有作为检测加速度的结构的检测元件400x、检测元件400y以及加速度信号处理电路5。并且，物理量检测装置1000具有温度传感器3以进行基于温度的校正。
本实施方式的物理量检测装置1000还具有选择电路6、ADC(Analog-to-digitalconverter：模拟数字转换器)7、数字处理电路8、接口电路9以及故障诊断电路10。
在本实施方式中，除了振子100、检测元件400x以及检测元件400y以外的结构构成为信号处理IC(集成电路装置)2a。另外，本实施方式的物理量检测装置1000也可以是省略其中一部分结构(要素)或追加新的结构(要素)而成的结构。
温度传感器3向选择电路6输出与温度对应的温度信号408。
角速度信号处理电路4向选择电路6输出与角速度对应的角速度信号33。并且，角速度信号处理电路4向故障诊断电路10输出错误信息信号25。
检测元件400x和检测元件400y由静电电容式的加速度检测元件构成。检测元件400x从加速度信号处理电路5接收载波信号401，将与检测到的加速度对应的检测信号402和检测信号403差动输出给加速度信号处理电路5。检测元件400y从加速度信号处理电路5接收载波信号401，将与检测到的加速度对应的检测信号404和检测信号405差动输出给加速度信号处理电路5。
加速度信号处理电路5根据检测信号402～405，向选择电路6输出与加速度对应的加速度信号406。并且，加速度信号处理电路5将与在加速度信号处理电路5内产生的异常相关的信息作为错误信息信号407输出给故障诊断电路10。
选择电路6从输入的信号中依次选择一个信号，作为信号409输出给ADC7。
ADC7将输入的信号转换成数字信号，作为信号410输出给数字处理电路8。
数字处理电路8对输入的信号进行各种数字处理，作为信号411输出给接口电路9。作为数字处理，例如可以进行滤波处理或校正温度特性的处理等。
故障诊断电路10根据输入的信号判定是否在角速度信号处理电路4、加速度信号处理电路5、振子100、检测元件400x以及检测元件400y中的至少任意一方中发生了异常，将判定结果作为信号412输出给接口电路9。
接口电路9将输入的信号转换成规定的通信格式，作为信号413输出到外部。
在第2实施方式的物理量检测装置1000中，基于与第1实施方式相同的理由，也可发挥同样的效果。
2.电子设备
图8是本实施方式的电子设备500的功能块图。另外，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的标号，并省略详细的说明。
本实施方式的电子设备500包含角速度检测装置1(物理量检测装置)。在图8所示的例子中，电子设备500构成为包含角速度检测装置1、CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)520、操作部530、ROM(Read Only Memory：只读存储器)540、RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)550、通信部560、显示部570以及声音输出部580。另外，本实施方式的电子设备500可以省略或者变更图8所示的结构要素(各部)的一部分，还可以是附加其它结构要素而成的结构。
CPU520按照存储在ROM540等中的程序，使用未图示的时钟信号生成电路输出的时钟脉冲进行各种计算处理或控制处理。具体地，CPU520进行与来自操作部530的操作信号对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而控制通信部560的处理、发送用于使显示部570显示各种信息的显示信号的处理、使声音输出部580输出各种声音的处理等。
操作部530是由操作键或按钮开关等构成的输入装置，向CPU520输出与用户的操作对应的操作信号。
ROM540存储有用于由CPU520进行各种计算处理或控制处理的程序和数据等。
RAM550被用作CPU520的作业区域，临时存储从ROM540读出的程序和数据、从操作部530输入的数据、CPU520按照各种程序执行的运算结果等。
通信部560进行用于建立CPU520与外部装置之间的数据通信的各种控制。
显示部570是由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)或电泳显示器等构成的显示装置，根据从CPU520输入的显示信号显示各种信息。
另外，声音输出部580是扬声器等输出声音的装置。
CPU520在从上述的切换次数监视部290接收到错误信息信号25的情况下，可以向角速度检测装置1发送命令进行预先设定的动作的指令。作为这样的指令，例如有命令从角速度检测装置1的复位电路295输出复位信号296的指令、命令在断开连接或者断开振荡回路的开关218后连接开关218的指令、命令变更启动振荡部280的频率并在断开开关218后连接开关218的指令。
根据本实施方式的电子设备500，由于具有能够进行可靠性较高的异常判定输出的物理量检测装置(角速度检测装置1)，因而能够实现动作的可靠性较高的电子设备500。
作为电子设备500可以考虑各种电子设备。例如，可以举出个人计算机(例如便携式个人计算机、笔记本式个人计算机、平板式个人计算机)、便携电话机等移动体终端、数字照相机、喷墨式喷射装置(例如喷墨打印机)、路由器和开关等存储区域网络设备、本地区域网络设备、移动体终端基站用设备、电视机、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本(包含带通信功能的)、电子辞典、电子计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS(point of sale：销货点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、仪器类(例如车辆、航空设备、船舶的仪器类)、电力计、飞行仿真器、头戴式显示器、运动轨迹仪、运动跟踪器、运动控制器、PDR(步行者位置方位计测)等。
图9是示出作为电子设备500的一例的智能电话的外观的一例的图。作为电子设备500的智能电话具有按钮作为操作部530，具有LCD作为显示部570。并且，作为电子设备500的智能电话具有能够进行可靠性较高的异常判定输出的物理量检测装置(角速度检测装置1)，因而能够实现动作的可靠性较高的电子设备500。
3.移动体
图10是示出本实施方式的移动体600的一例的图(俯视图)。另外，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的标号，并省略详细的说明。
本实施方式的移动体600包含物理量检测装置1000。并且，在图10所示的例子中，移动体600构成为包含进行引擎系统、制动系统、无钥匙进入系统等的各种控制的控制器620、控制器630、控制器640、电池650以及备用电池660。另外，本实施方式的移动体600可以省略或者变更图10所示的结构要素(各部)的一部分，还可以是附加其它结构要素而成的结构。
根据本实施方式的移动体600，由于具有能够进行可靠性较高的异常判定输出的物理量检测装置1000，因而能够实现动作的可靠性较高的移动体600。
作为这样的移动体600可以考虑各种移动体，例如可以举出汽车(包含电动汽车)、喷气式飞机或直升机等航空设备、船舶、火箭、人造卫星等。
本发明不限于本实施方式，能够在本发明的主旨范围内进行各种变形。
上述的实施方式及变形例只是一个例子，并非限定于这些例子。例如，也能够适当组合各实施方式及各变形例。
本发明包含与在实施方式中说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法及结果相同的结构，或者目的及效果相同的结构)。并且，本发明包含将在实施方式中说明的结构的非本质性的部分进行置换而得到的结构。并且，本发明包含能够发挥与在实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者达到相同目的的结构。并且，本发明包含对在实施方式中说明的结构附加公知技术而成的结构。
标号说明
1角速度检测装置；2、2a信号处理IC(集成电路装置)；3温度传感器；4角速度信号处理电路；5加速度信号处理电路；6选择电路；7ADC；8数字处理电路；9接口电路；10故障诊断电路；20驱动电路；21、22驱动信号；23参照信号；24时钟信号；25错误信息信号；30检测电路；31、32交流电荷(检测电流)；33角速度信号；81外部输出端子；82、83、84外部输入端子；85、86、87外部输出端子；100振子；101a～101b驱动振动臂；102检测振动臂；103施重部；104a～104b驱动用基部；105a～105b连接臂；106施重部；107检测用基部；112～113驱动电极；114～115检测电极；116共用电极；200I/V转换电路(电流电压转换电路)；202运算放大器；204电阻；210高通滤波器(HPF)；212比较器；216电容器；218、219开关；240全波整流电路；242全波整流信号；250减法器；252积分器；254上拉电阻；260比较器；262缓冲电路；270振荡检测部；272开关控制信号；280启动振荡部；282开关；290切换次数监视部；291计数部；292寄存器；293、294开关控制信号；295复位电路；296复位信号；297数字信号；300电荷放大器；302运算放大器；304电容器；310电荷放大器；312运算放大器；314电容器；320差动放大器；322高通滤波器(HPF)；324放大器；326同步检波电路；328可变增益放大器；330开关电容滤波器(SCF)；332输出缓冲器；400x、400y检测元件；401载波信号；402～405检测信号；406加速度信号；407错误信息信号；408温度信号；409～413信号；500电子设备；520CPU；530操作部；540ROM；550RAM；560通信部；570显示部；580声音输出部；600移动体；620控制器；630控制器；640控制器；650电池；660备用电池；1000物理量检测装置；W1第1布线；W2第2布线。

Claims (8)

1.一种物理量检测装置，该物理量检测装置具有：
振子，其输出与物理量对应的检测信号；以及
驱动电路，其对所述振子进行振荡驱动，其中，
所述驱动电路包含：
振荡检测部，其根据所述振子的驱动信号检测所述振子的振荡状态或者非振荡状态；
启动振荡部，其在所述振荡检测部的检测结果是所述非振荡状态的情况下辅助所述振子的振荡动作；
切换次数监视部，其检测所述振荡检测部中的所述振荡状态与所述非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况；以及
复位电路，在所述切换次数监视部检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，该复位电路输出所述物理量检测装置的复位信号，
所述振荡检测部输出表示所述振荡状态或者所述非振荡状态的振荡状态信号，
所述切换次数监视部与频率比所述启动振荡部的频率高的时钟信号同步地，判定所述振荡检测部输出的所述振荡状态信号是所述振荡状态还是所述非振荡状态，所述切换次数监视部具有对所述切换次数进行计数的计数部。
2.一种物理量检测装置，该物理量检测装置具有：
振子，其输出与物理量对应的检测信号；以及
驱动电路，其对所述振子进行振荡驱动，其中，
所述驱动电路包含：
开关，其连接或者断开在与所述振子之间形成的振荡回路；
振荡检测部，其根据所述振子的驱动信号检测所述振子的振荡状态或者非振荡状态；
启动振荡部，其在所述振荡检测部的检测结果是所述非振荡状态的情况下辅助所述振子的振荡动作；以及
切换次数监视部，其检测所述振荡检测部中的所述振荡状态与所述非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况，
所述振荡检测部输出表示所述振荡状态或者所述非振荡状态的振荡状态信号，
所述切换次数监视部与频率比所述启动振荡部的频率高的时钟信号同步地，判定所述振荡检测部输出的所述振荡状态信号是所述振荡状态还是所述非振荡状态，所述切换次数监视部具有对所述切换次数进行计数的计数部，
所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，在断开所述开关后连接所述开关。
3.一种物理量检测装置，该物理量检测装置具有：
振子，其输出与物理量对应的检测信号；以及
驱动电路，其对所述振子进行振荡驱动，其中，
所述驱动电路包含：
开关，其连接或者断开在与所述振子之间形成的振荡回路；
振荡检测部，其根据所述振子的驱动信号检测所述振子的振荡状态或者非振荡状态；
启动振荡部，其在所述振荡检测部的检测结果是所述非振荡状态的情况下辅助所述振子的振荡动作；以及
切换次数监视部，其检测所述振荡检测部中的所述振荡状态与所述非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况，
所述振荡检测部输出表示所述振荡状态或者所述非振荡状态的振荡状态信号，
所述切换次数监视部与频率比所述启动振荡部的频率高的时钟信号同步地，判定所述振荡检测部输出的所述振荡状态信号是所述振荡状态还是所述非振荡状态，所述切换次数监视部具有对所述切换次数进行计数的计数部，
所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，变更所述启动振荡部的频率，并在断开所述开关后连接所述开关。
4.一种物理量检测装置，该物理量检测装置具有：
振子，其输出与物理量对应的检测信号；以及
驱动电路，其对所述振子进行振荡驱动，其中，
所述驱动电路包含：
开关，其连接或者断开在与所述振子之间形成的振荡回路；
振荡检测部，其根据所述振子的驱动信号检测所述振子的振荡状态或者非振荡状态；
启动振荡部，其在所述振荡检测部的检测结果是所述非振荡状态的情况下辅助所述振子的振荡动作；以及
切换次数监视部，其检测所述振荡检测部中的所述振荡状态与所述非振荡状态之间的切换次数大于所设定的上限次数的情况，
所述驱动电路经由第1布线被输入来自所述振子的所述驱动信号，经由第2布线向所述振子输出所述驱动信号，
所述振荡检测部输出表示所述振荡状态或者所述非振荡状态的振荡状态信号，
所述切换次数监视部与频率比所述启动振荡部的频率高的时钟信号同步地，判定所述振荡检测部输出的所述振荡状态信号是所述振荡状态还是所述非振荡状态，所述切换次数监视部具有对所述切换次数进行计数的计数部，
所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，增大所述第1布线与所述第2布线之间的电容，并在断开所述开关后连接所述开关。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的物理量检测装置，其中，
所述物理量检测装置具有寄存器，
所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，向所述寄存器写入错误信息。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的物理量检测装置，其中，
所述切换次数监视部在检测出所述切换次数大于所述上限次数的情况下，向外部输出错误信号。
7.一种电子设备，该电子设备具有权利要求1～6中的任意一项所述的物理量检测装置。
8.一种移动体，该移动体具有权利要求1～6中的任意一项所述的物理量检测装置。
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