CN113390401A - 物理量检测电路、物理量传感器及物理量检测电路的工作方法 - Google Patents

物理量检测电路、物理量传感器及物理量检测电路的工作方法 Download PDF

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Abstract

物理量检测电路、物理量传感器及物理量检测电路的工作方法，防止A/D转换精度的下降。物理量检测电路具有：模拟/数字转换电路，其对基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号进行模拟/数字转换处理，输出第1数字信号；数字运算电路，其被输入所述第1数字信号，对所述第1数字信号进行运算处理，输出第2数字信号；以及调节器电路，其向所述模拟/数字转换电路和所述数字运算电路供给电源电压。在进行所述模拟/数字转换的模拟/数字转换期间，所述数字运算电路不进行开始运算处理的运算处理开始动作和结束运算处理的运算处理结束动作。

Description

物理量检测电路、物理量传感器及物理量检测电路的工作 方法
技术领域
本发明涉及物理量检测电路、物理量传感器及物理量检测电路的工作方法。
背景技术
目前，在各种系统和电子设备中，检测角速度的陀螺仪传感器和检测加速度的加速度传感器等能够检测各种物理量的物理量传感器被广泛利用。在使物理量传感器发挥功能的情况下，通常将基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号转换为数字信号，进行基于该数字信号的运算处理。
在专利文献1中公开了如下结构：具备具有A/D转换电路100的检测电路60和具有DSP部150的控制部140，通过A/D转换电路100对振子10的输出信号进行转换，通过DSP部对转换后的数字信号进行处理。另外，在专利文献1中，公开了从调节器电路22向检测电路60和控制部140供给电源电压。
专利文献1：日本特开2015-104035号公报
如果没有作为处理对象的数字信号，则DSP部通常不进行运算而待机。另一方面，在被输入作为处理对象的数字信号时，DSP部开始动作，在结束既定的序列运算时，DSP部结束动作。因此，在DSP部分开始动作的开始定时和DSP部分结束动作的结束定时，消耗电力急剧变化。其结果，在开始定时和结束定时对调节器电路施加负载，调节器电路的输出电压变动。因此，如现有技术那样，在使用共用的调节器电路对DSP部和A/D转换电路供给电源电压的结构的情况下，由于调节器电路的输出电压的变动，从A/D转换电路输出的数字信号变动，存在A/D转换精度下降的问题。
发明内容
物理量检测电路具有：模拟/数字转换电路，其对基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号进行模拟/数字转换处理，输出第1数字信号；数字运算电路，其被输入第1数字信号，对第1数字信号进行运算处理，输出第2数字信号；以及调节器电路，其向模拟/数字转换电路和数字运算电路供给电源电压，数字运算电路为如下结构：在进行模拟/数字转换的模拟/数字转换期间，不进行开始运算处理的运算处理开始动作和结束运算处理的运算处理结束动作。
物理量传感器具有：该物理量检测电路；以及物理量检测元件。
一种物理量检测电路的工作方法，该物理量检测电路具有：模拟/数字转换电路，其对基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号进行模拟/数字转换处理，输出第1数字信号；数字运算电路，其被输入第1数字信号，对第1数字信号进行运算处理，输出第2数字信号；以及调节器电路，其向模拟/数字转换电路和数字运算电路供给电源电压，在该物理量检测电路的工作方法中，数字运算电路为如下结构：在进行模拟/数字转换的模拟/数字转换期间，不进行开始运算处理的运算处理开始动作和结束运算处理的运算处理结束动作。
附图说明
图1是第1实施方式的物理量传感器的功能框图。
图2是物理量检测元件的振动片的俯视图。
图3是用于说明物理量检测元件的动作的图。
图4是用于说明物理量检测元件的动作的图。
图5是用于说明模拟/数字转换电路、数字运算电路的动作定时的图。
图6是表示驱动电路的结构例的图。
图7是表示检测电路和模拟/数字转换电路的结构例的图。
图8是表示时钟产生电路的结构例的图。
图9是表示模拟/数字转换电路的结构例的图。
图10是表示采样期间中的模拟/数字转换电路的状态的图。
图11是表示模拟/数字转换期间的模拟/数字转换电路的状态的图。
图12是表示数字运算电路的结构例的图。
标号说明
1：物理量传感器；10：振子；20：驱动电路；21：I/V转换电路；22：高通滤波器；23：比较器；24：全波整流电路；25：积分器；26：比较器；30：检测电路；32：数字转换电路；32a：时钟产生电路；40：数据处理电路；41：数字运算电路；41a：输入部；41b：乘法器；41c：加法器；41d：系数ROM；41e：乘法器X输入选择器；41f：乘法器Y输入选择器；41g：加法器B输入选择器；41h：运算结果保存寄存器；41i：通用寄存器；41j：寄存器输出选择器；41k：寄存器输出选择器；41l：寄存器输出选择器；41m：定序器；41n：输出部；42：接口电路；43：控制电路；44：调整电路；50：存储部；60：振荡电路；100：物理量检测元件；101a：驱动振动臂；101b：驱动振动臂；102：检测振动臂；103：锤部；104a：驱动用基部；104b：驱动用基部；105a：连接臂；105b：连接臂；106：锤部；107：检测用基部；112：驱动电极；113：驱动电极；114：检测电极；115：检测电极；116：公共电极；140：控制部；150：DSP部；200：物理量检测电路；210：Q-V转换电路；211：运算放大器；212：电阻；213：电容器；214：运算放大器；215：电阻；216：电容器；220：可变增益放大器；221：运算放大器；222：电阻；223：电容器；224：电容器；225：运算放大器；226：电阻；227：电容器；228：电容器；230：混频器；231：开关；232：开关；233：开关；234：开关；240：无源滤波器；241：电阻；242：电阻；243：电容器；270：数字转换电路；271N：开关；271P：开关；273N：开关阵列；273P：开关阵列；274N：电容阵列；274P：电容阵列；275N：开关；275P：开关；276：比较器；277：逻辑电路。
具体实施方式
1.第1实施方式
以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式不对权利要求所记载的本发明的内容进行不合理限定。另外，以下说明的结构并非全部都是本发明的必要构成条件。
以下，以检测角速度作为物理量的物理量传感器、即角速度传感器为例进行说明。
1-1.物理量传感器的结构
图1是本实施方式的物理量传感器1的功能框图。本实施方式的物理量传感器1构成为包含输出与物理量相关的模拟信号的物理量检测元件100、和物理量检测电路200。
物理量检测元件100具有驱动电极和配置有检测电极的振动片，通常，为了尽量减小振动片的阻抗来提高振荡效率，振动片被密封在确保了气密性的封装内。在本实施方式中，物理量检测元件100具有所谓的双T型振动片，该双T型振动片具有T型的两个驱动振动臂。
图2是本实施方式的物理量检测元件100的振动片的俯视图。物理量检测元件100例如具有由Z切的石英基板形成的双T型的振动片。以石英为材料的振动片的谐振频率相对于温度变化的变动极小，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轴表示石英的轴。在附注于附图的坐标中，将沿着X轴的方向设为“X轴方向”，将沿着Y轴的方向设为“Y轴方向”，将沿着Z轴的方向设为“Z轴方向”，并且，箭头的方向为正“+”方向，与箭头相反的方向为负“-”方向。
如图2所示，物理量检测元件100的振动片的驱动振动臂101a、101b分别从2个驱动用基部104a、104b向+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在驱动振动臂101a的侧面和上表面分别形成有驱动电极112和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和112。驱动电极112、113分别经由图1所示的物理量检测电路200的DS端子、DG端子与驱动电路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与矩形的检测用基部107连接。
检测振动臂102从检测用基部107起向+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在检测振动臂102的上表面形成有检测电极114和115，在检测振动臂102的侧面形成有公共电极116。检测电极114、115分别经由图1所示的物理量检测电路200的S1端子、S2端子与检测电路30连接。另外，公共电极116接地。
在对驱动振动臂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所示那样，进行两个驱动振动臂101a、101b的末端反复相互接近和分离的弯曲振动。以下，有时也将驱动振动臂101a、101b的弯曲振动称为“激励振动”。
在该状态下，对物理量检测元件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的弯曲振动方向和Z轴双方垂直的方向上得到科氏力。其结果，如图4所示，连接臂105a、105b进行箭头C所示的振动。并且，检测振动臂102与连接臂105a、105b的振动联动地如箭头D那样进行弯曲振动。伴随该科氏力的检测振动臂102的弯曲振动与驱动振动臂101a、101b的弯曲振动的相位错开90°。
另外，如果驱动振动臂101a、101b进行弯曲振动时的振动能量的大小或振动的振幅的大小在2个驱动振动臂101a、101b中相等，则驱动振动臂101a、101b的振动能量取得平衡，在未对物理量检测元件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，当两个驱动振动臂101a、101b的振动能量失去平衡时，即使在未对物理量检测元件100施加角速度的状态下，检测振动臂102也会产生弯曲振动。该弯曲振动被称为泄漏振动，与基于科氏力的振动同样，是箭头D的弯曲振动，但与驱动信号相位相同。
并且，由于压电效应，在检测振动臂102的检测电极114、115上产生基于这些弯曲振动的交流电荷。这里，基于科氏力产生的交流电荷根据科氏力的大小(即，施加到物理量检测元件100的角速度的大小)而变化。另一方面，基于泄漏振动而产生的交流电荷与对物理量检测元件100施加的角速度的大小无关，是恒定的。
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宽的矩形的锤部103。通过在驱动振动臂101a、101b的末端形成锤部103，能够增大科氏力，并且能够利用比较短的振动臂获得期望的谐振频率。同样，在检测振动臂102的末端形成有宽度比检测振动臂102宽的锤部106。通过在检测振动臂102的末端形成锤部106，能够增大在检测电极114、115上产生的交流电荷。
如上所述，物理量检测元件100以Z轴为检测轴，经由检测电极114、115输出基于科氏力的交流电荷、和基于激励振动的泄漏振动的交流电荷。该物理量检测元件100作为检测角速度的惯性传感器发挥作用。以下，有时也将基于科氏力的交流电荷称为“角速度成分”，将基于泄漏振动的交流电荷称为“振动泄漏成分”。
返回到图1的说明，物理量检测电路200包含调节器电路10、驱动电路20、检测电路30、模拟/数字转换电路32、数据处理电路40、存储部50和振荡电路60。物理量检测电路200例如可以通过单芯片的集成电路(IC：Integrated Circuit)来实现。另外，物理量检测电路200也可以是省略或变更这些要素的一部分、或者追加了其他要素的结构。
调节器电路10基于从物理量检测电路200的VDD端子和VSS端子分别供给的电源电压vdd和地电压gnd，生成作为模拟地电压的基准电压等恒定电压或恒定电流，并供给到驱动电路20、检测电路30、模拟/数字转换电路32、数据处理电路40、振荡电路60等。调节器电路10供给到各电路的恒定电压是各电路的电源电压的一例。
驱动电路20生成用于激振物理量检测元件100振动的驱动信号，并经由DS端子供给到物理量检测元件100的驱动电极112。另外，驱动电路20经由DG端子被输入通过物理量检测元件100的激励振动而在驱动电极113中产生的振荡电流，对驱动信号的振幅电平进行反馈控制，以使该振荡电流的振幅保持恒定。另外，驱动电路20生成与驱动信号相位相同的检波信号SDET，并输出到检测电路30。
检测电路30经由物理量检测电路200的S1端子和S2端子分别被输入在物理量检测元件100的两个检测电极114、115上产生的交流电荷，并使用检波信号SDET，检测包含在这些交流电荷中的角速度成分，并将与角速度成分的大小对应的模拟信号VAO1输出到模拟/数字转换电路32。
模拟/数字转换电路32被输入模拟信号VAO1，转换为具有与角速度成分大小对应的数字值的数字信号VDO并输出。数字信号VDO是第1数字信号的一例。在本实施方式中，模拟/数字转换电路32与后述的控制电路43输出的时钟信号SC同步地执行模拟/数字转换。
存储部50具有未图示的非易失性存储器，在该非易失性存储器中，存储有针对驱动电路20、检测电路30的各种修整数据(例如调整数据、校正数据)。另外，存储有用于指示后述的数字运算电路41开始运算的定时的调整值。调整值可以以各种方式定义，例如，可以举出根据后述的主时钟信号MCLK的个数定义调整值的结构等。在这种情况下，在与主时钟信号MCLK同步的基准定时以后，在由调整值指示的既定个数的主时钟信号MCLK被输出的定时，开始数字运算电路41的运算处理。
非易失性存储器可以构成为例如MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon：金属氧化氮氧化硅)型存储器或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：电可擦可编程只读存储器)。进而，存储部50也可以构成为具有未图示的寄存器，在物理量检测电路200的电源接通时，即VDD端子的电压从0V上升至期望的电压时，将非易失性存储器所存储的各种修整数据传送并保持于寄存器，并将寄存器所保持的各种修整数据供给到驱动电路20、检测电路30。
振荡电路60产生主时钟信号MCLK，并将主时钟信号MCLK输出到数字运算电路41。振荡电路60例如可以构成为环形振荡器或CR振荡电路。
数据处理电路40包含数字运算电路41、接口电路42、控制电路43和调整电路44。数字运算电路41基于主时钟信号MCLK进行动作。具体地说，调整电路44根据存储在存储部50中的调整值，指示数字运算电路41的动作开始定时，使其开始运算处理。例如，在根据主时钟信号MCLK的个数定义了调整值的情况下，通过对从控制电路43、振荡电路60输出的主时钟信号MCLK进行分频，生成表示恒定周期的基准定时的基准定时信号SCLK，并输出到调整电路44。调整电路44根据基准定时信号SCLK对主时钟信号MCLK的个数进行计数，在达到调整值所表示的既定个数后，使数字运算电路41开始运算。
图5是用于说明各种信号的定时的时序图。如图5所示，主时钟信号MCLK是从振荡电路60输出的恒定周期的脉冲。基准定时信号SCLK是恒定周期的脉冲信号，基准定时信号SCLK的周期与数字运算电路41的运算周期一致。
在图5中，将数字运算电路41的动作期间表示为“DSP动作”。即，在图5所示的例子中，在基准定时信号SCLK之后，在第4个主时钟信号MCLK的上升沿的定时，调整电路44使数字运算电路41开始运算处理。因此，在本实施方式中，调整电路44调整数字运算电路41的运算处理开始动作的定时。另外，在本实施方式中，数字运算电路41的动作期间与运算处理内容无关，是恒定的。因此，可以说调整电路44调整了数字运算电路41的运算处理开始动作的定时，并且也调整了运算处理结束动作的定时。在数字运算电路41的动作期间可变的情况下，调整电路44调整运算处理开始动作和运算处理结束动作。
数字运算电路41在由调整电路44调整后的开始定时开始动作，对从模拟/数字转换电路32输入的数字信号VDO进行规定的运算处理。即，数字运算电路41在每次输出基准定时信号SCLK时，从基准定时信号SCLK起的恒定期间后开始运算处理。另外，在数字运算电路41中运算处理所需要的期间是恒定的，在距基准定时信号SCLK的恒定期间前结束运算处理。通过反复该动作，数字运算电路41每输出一次基准定时信号SCLK就进行一次运算处理。当进行运算处理时，数字运算电路41输出通过运算处理得到的数字数据VO。
另外，在本实施方式中，取入从模拟/数字转换电路32输入的多个数字信号VDO，输出数字数据VO。例如，数字运算电路41根据从模拟/数字转换电路32输出的4次的数字信号VDO的统计值(平均值等)进行运算处理。在图5中，将模拟/数字转换电路32进行模拟/数字转换的模拟/数字转换期间在“A/D期间”中表示为高电平的期间。并且，将用于生成在进行数字运算电路41的运算处理开始动作的定时T4取入的信号的模拟/数字转换期间表示为D1～D4。当然，取入到数字运算电路41的数字信号VDO的个数不限于4，也可以是8等其他数值。另外，数字数据VO是第2数字信号的一例。
控制电路43生成指示模拟/数字转换电路32的动作定时的时钟信号SC，并输出到模拟/数字转换电路32。在本实施方式中，在由数字运算电路41进行1次运算处理的过程中，实施预先决定次数的数字信号VDO的取入。因此，控制电路43生成时钟信号SC，使得在针对数字运算电路41的一次运算处理而输出一次的上述基准定时信号SCLK的周期内，输出与数字信号VDO的取入次数相同次数的脉冲。
例如，在图5所示的例子中，以在基准定时信号SCLK的1个周期内输出4次的方式生成时钟信号SC。这样的控制电路43例如可通过对主时钟信号MCLK进行分频的分频电路等来实现。
模拟/数字转换电路32通过与时钟信号SC同步地实施模拟/数字转换，在用于由数字运算电路41进行的1次运算处理的期间内，进行与预先决定的取入次数对应的次数的模拟/数字转换。具体而言，模拟/数字转换电路32在图5中开关控制信号S为高电平的期间即时钟信号SC以前的期间，进行采样保持动作。并且，模拟/数字转换电路32在被输入时钟信号SC时，对施加于比较器的基准电压与所采样保持的电压进行比较来执行模拟/数字转换。在图5中，将执行该转换的期间表示为A/D期间。另外，关于模拟/数字转换电路32的动作的详细情况，将在后面叙述。
接口电路42根据来自作为物理量检测电路200的外部装置的MCU(Micro ControlUnit：微控制单元)5的请求，执行将由数字运算电路41运算处理后的数字数据VO输出到MCU5的处理，进行读出存储在存储部50的非易失性存储器或寄存器中的数据并输出到MCU 5的处理、和将从MCU 5输入的数据写入到存储部50的非易失性存储器或寄存器中的处理等。接口电路42是例如SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)总线的接口电路，分别经由物理量检测电路200的XCS端子SCLK端子和SDI端子被输入从MCU 5发送的选择信号、时钟信号、数据信号，并经由物理量检测电路200的SDO端子将数据信号输出到MCU 5。此外，接口电路42也可以是与SPI总线以外的各种总线、例如I2C(Inter-Integrated Circuit：内部集成电路)总线等对应的接口电路。
1-2.驱动电路的结构
接着，对驱动电路20进行说明。图6是表示驱动电路20的结构例的图。如图6所示，本实施方式的驱动电路20包含I/V转换电路21、高通滤波器22、比较器23、全波整流电路24、积分器25和比较器26。另外，本实施方式的驱动电路20也可以是省略或变更这些要素的一部分、或者追加了其他要素的结构。
I/V转换电路21将通过物理量检测元件100的激励振动产生并经由DG端子输入的振荡电流转换为交流电压信号。高通滤波器22去除I/V转换电路21的输出信号的偏移。
比较器23将高通滤波器22的输出信号的电压与基准电压进行比较，生成二值化信号。然后，比较器23在该二值化信号为高电平时使NMOS晶体管导通而输出低电平，在二值化信号为低电平时使NMOS晶体管截止，将经由电阻上拉的积分器25的输出电压作为高电平输出。比较器23的输出信号作为驱动信号经由DS端子而被供给到物理量检测元件100。通过使该驱动信号的频率与物理量检测元件100的谐振频率一致，能够使物理量检测元件100稳定地振荡。
全波整流电路24对I/V转换电路21的输出信号进行全波整流，输出直流化的信号。积分器25以从调节器电路10供给的期望的电压VRDR为基准，对全波整流电路24的输出电压进行积分并输出。全波整流电路24的输出越高，即I/V转换电路21的输出信号的振幅越大，该积分器25的输出电压越低。因此，振荡幅度越大，作为比较器23的输出信号的驱动信号的高电平电压越低，振荡幅度越小，驱动信号的高电平电压越高，因此执行自动增益控制(AGC：Auto Gain Control)以保持振荡振幅恒定。比较器26对高通滤波器22的输出信号的电压进行放大而生成作为二值化信号的方波电压信号，并作为检波信号SDET输出。
1-3.检测电路的结构
接着，说明检测电路30和模拟/数字转换电路32。图7是表示检测电路30和模拟/数字转换电路32的结构例的图。如图7所示，本实施方式的检测电路30包含Q-V转换电路210、可变增益放大器220、混频器230和无源滤波器240。另外，本实施方式的检测电路30也可以是省略或变更这些要素的一部分、或者追加了其他要素的结构。
Q-V转换电路210包含运算放大器211、电阻212、电容器213、运算放大器214、电阻215和电容器216。从物理量检测元件100的振动片的检测电极114经由S1端子向运算放大器211输入包含角速度成分和振动泄漏成分的交流电荷。电阻212是运算放大器211的反馈电阻。此外，电容器213是运算放大器211的反馈电容。同样地，从物理量检测元件100的振动片的检测电极115经由S2端子向运算放大器214输入包含角速度成分和振动泄漏成分的交流电荷。
电阻215是运算放大器214的反馈电阻。此外，电容器216是运算放大器214的反馈电容。输入到运算放大器211的交流电荷与输入到运算放大器214的交流电荷的相位相差180°，运算放大器211的输出信号与运算放大器214的输出信号的相位相反。这样构成的Q-V转换电路210将分别从S1端子和S2端子输入的交流电荷转换为电压信号，输出彼此反相的差动信号。即，Q-V转换电路210作为将物理量检测元件100的输出信号转换为电压的信号转换电路发挥作用。
可变增益放大器220包含运算放大器221、电阻222、电容器223、电容器224、运算放大器225、电阻226、电容器227和电容器228。电阻222、226的电阻值可变，电容器223、224、227、228的电容值可变。
从运算放大器211输出的信号经由电容器224输入到运算放大器221。电阻222是运算放大器221的反馈电阻。此外，电容器223是运算放大器221的反馈电容。同样，从运算放大器214输出的信号经由电容器228输入到运算放大器225。电阻226是运算放大器225的反馈电阻。此外，电容器227是运算放大器225的反馈电容。这样构成的可变增益放大器220放大从Q-V转换电路210输出的差动信号，输出期望的电压电平的差动信号。
混频器230包含开关231、开关232、开关233和开关234。开关231、233在驱动电路20输出的检波信号SDET为高电平时导通，在驱动电路20输出的检波信号SDET为低电平时截止。另外，开关232、234在检波信号SDET为低电平时导通，在检波信号SDET为高电平时截止。混频器230在检波信号SDET为高电平时直接输出从可变增益放大器220输出的差动信号，在检波信号SDET为低电平时输出从可变增益放大器220输出的差动信号的正负互换后的信号。这样构成的混频器230作为检波电路发挥作用，使用检波信号SDET对从可变增益放大器220输出的差动信号进行检波并输出包含角速度成分的差动信号。混频器230输出的差动信号是电压电平与对物理量检测元件100施加的角速度对应的信号。另外，从混频器230输出的差动信号是“基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号”的一例。
无源滤波器240包含电阻241、电阻242和电容器243。电阻241的一端与电容器243的一端连接，电阻242的一端与电容器243的另一端连接，向电阻241的另一端和电阻242的另一端输入从混频器230输出的差动信号。这样构成的无源滤波器240作为低通滤波器发挥作用，输出使从混频器230输出的差动信号的高频噪声衰减后的差动信号Vp、Vn。差分信号Vp、Vn对应于图1所示的模拟信号VAO1。
另外，无源滤波器240也作为针对模拟/数字转换电路32的抗混叠滤波器发挥作用。无源滤波器240不包含产生1/f噪声的晶体管等有源元件，因此与使用有源元件而构成的有源滤波器相比输出噪声小，能够提高物理量传感器1的输出信号的S/N比。另外，根据物理量传感器1的用途，无源滤波器240也可以是带通滤波器。
1-4.模拟/数字转换电路的结构
接着，对模拟/数字转换电路32进行说明。模拟/数字转换电路32具有时钟产生电路32a。时钟产生电路32a是产生时钟信号ADCLK的电路。
时钟信号ADCLK是用于使模拟/数字转换电路32的后述逻辑电路277动作的时钟信号，以从上述控制电路43输出的时钟信号SC为触发，生成时钟信号ADCLK。时钟产生电路32a以时钟信号SC为触发，但时钟信号ADCLK的生成本身与时钟信号SC或主时钟信号MCLK不同步地实施。
作为这样的电路，例如可以举出图8那样的电路。图8所示的时钟产生电路32a具有D触发器，在D触发器的输出端子Q和复位端子R之间连接有延迟电路。该延迟电路由多级反相器构成。D触发器的输入端子D被固定为高电平。在该结构中，当将输入触发In输入到时钟端子C时，输出Out成为高电平。该高电平的信号在经由延迟电路延迟后输入到复位端子R，所以在该阶段，D触发器被复位，输出Out成为低电平。通过反复该动作，在输出Out中输出连续的脉冲信号。在本例中，该脉冲信号成为时钟信号ADCLK。
另外，在本实施方式中，在输出了逻辑电路277动作所需次数的时钟信号ADCLK之后，停止时钟产生电路32a。即，在本实施方式中，在时钟产生电路32a输出时钟信号ADCLK的期间，逻辑电路277进行模拟/数字转换。进行该模拟/数字转换的期间是模拟/数字转换期间，是在图5中示出为A/D期间的期间。
在图5中，示出了在该A/D期间内生成的时钟信号ADCLK。其中，关于时钟信号ADCLK，将时间方向的刻度放大示出，将图5所示的时钟信号SC的最初1个周期Tm放大而示出了时钟信号ADCLK。
模拟/数字转换电路32基于时钟信号ADCLK进行动作，将差动信号Vp、Vn采样到模拟/数字转换电路32所具有的输入电容中并转换为数字信号。
在本实施方式中，模拟/数字转换电路32是逐次比较型的模拟/数字转换电路。图9是表示模拟/数字转换电路32的结构例的图。如图9所示，本实施方式的模拟/数字转换电路32包含开关271P、开关271N、开关阵列273P、开关阵列273N、电容阵列274P、电容阵列274N、开关275P、开关275N、比较器276以及逻辑电路277。另外，本实施方式的模拟/数字转换电路32也可以是省略或变更这些要素的一部分、或者追加了其他要素的结构。
电容阵列274P、274N分别具有电容值互不相同的多个电容器，作为模拟/数字转换电路32的输入电容发挥作用。逻辑电路277根据所输入的时钟信号ADCLK，控制开关271P、271N、275P、275N和开关阵列273P、273N的动作。
具体而言，逻辑电路277首先使开关控制信号S为高电平，将开关271P、271N控制为导通，进行将输入信号Vp、Vn采样到电容阵列274P、274N的各电容器中的采样保持动作。
图10是表示开关控制信号S为高电平的状态下的电容阵列274P、274N的连接状态的图。在该状态下，对电容阵列274P的各电容器的一端供给从无源滤波器240输出的差动信号Vp。另外，对电容阵列274N的各电容器的一端供给从无源滤波器240输出的差动信号Vn。向电容阵列274P、274N的各电容器的另一端供给基准电压。
接着，在使开关控制信号S从低电平变化为高电平后经过采样所需的规定时间时，逻辑电路277使开关控制信号S从高电平变化为低电平。在本实施方式中，该开关控制信号S为低电平的期间是模拟/数字转换期间。当开关控制信号S变为低电平时，逻辑电路277将开关271P、271N控制为截止，并将开关275P、275N控制为截止。逻辑电路277根据从比较器276输出的二值化信号是高电平还是低电平，反复N次切换开关阵列273P、273N来向电容阵列274P、274N的各电容器施加电源电压vdd或地电压gnd的动作。逻辑电路277对从比较器276输出的二值信号进行并行转换，生成具有与输入信号Vp的电压和输入信号Vn的电压之差对应的数字值的N比特的数字信号VDO。
图11是表示开关控制信号S为低电平的状态、即模拟/数字转换期间的电容阵列274P、274N的连接状态的图。在该状态下，通过来自逻辑电路277的控制信号控制开关阵列273P，电容阵列274P的各电容器的一端与电源电压vdd或地电压gnd连接，电容阵列274P的各电容器的另一端与比较器276的一个输入端子连接。另外，通过来自逻辑电路277的控制信号控制开关阵列273N，电容阵列274N的各电容器的一端与电源电压vdd或地电压gnd连接，电容阵列274N的各电容器的另一端与比较器276的另一个输入端子连接。
1-5.A/D转换精度的提高
本实施方式的模拟/数字转换电路32利用调节器电路10生成的电源电压进行动作，根据比较器276的比较将模拟信号转换为数字信号。因此，当电源电压变动时，模拟/数字转换的精度可能下降。如上所述，在本实施方式中，模拟/数字转换电路32和数据处理电路40通过同一调节器电路10接受电力供给而被驱动。因此，在数据处理电路40中的消耗电力急剧变化的情况下，对模拟/数字转换电路32供给的电压可能变动。在这种情况下，在模拟/数字转换电路32中使用的电源电压可能变动。并且，当电源电压变动时，从模拟/数字转换电路32输出的数字信号VDO可能成为与本来的值不同的值。
在本实施方式中，在数字运算电路41中的运算处理开始动作的定时以及运算处理结束动作的定时，发生数据处理电路40中的消耗电力的急剧变化。因此，在模拟/数字转换电路32中的模拟/数字转换期间内包含运算处理开始动作的定时和运算处理结束动作的定时中的至少一方时，模拟/数字转换电路32中的转换精度可能下降。
因此，在本实施方式中，数字运算电路41构成为在模拟/数字转换期间以外的期间进行运算处理开始动作和运算处理结束动作。具体而言，在本实施方式中，模拟/数字转换期间以时钟信号SC为触发而开始。因此，在本实施方式中，根据物理量检测元件100和模拟/数字转换电路32的设计、实测等，来确定模拟/数字转换电路32中的转换所需的最长的模拟/数字转换期间。
并且，在本实施方式中，预先确定比模拟/数字转换期间最长时的模拟/数字转换期间的结束定时晚、比下一个时钟信号SC早的定时。并且，为了在该定时开始数字运算电路41的运算处理，确定用于指示数字运算电路41开始运算的定时的调整值。
另外，确定调整值，使得在比模拟/数字转换期间最长时的模拟/数字转换期间的结束定时晚、比下一个时钟信号SC早的定时结束数字运算电路41的运算处理。因此，根据该调整值进行数字运算电路41的运算处理开始动作，并进行运算处理结束动作，由此数字运算电路41能够在模拟/数字转换期间以外的期间进行运算处理开始动作和运算处理结束动作。因此，在本实施方式中，能够不降低转换精度地执行基于模拟/数字转换电路32的数字转换。
另外，在本实施方式中，模拟/数字转换期间依赖于温度等而变动，该温度特性可能与主时钟信号MCLK的周期的温度特性不同。具体而言，作为本实施方式的模拟/数字转换电路32的工作时钟的时钟信号ADCLK由时钟生成电路32a生成。另一方面，由振荡电路60生成作为数字运算电路41的工作时钟的主时钟信号MCLK或基准定时信号SCLK。根据主时钟信号MCLK生成作为时钟产生电路32a的动作触发的时钟信号SC，但时钟信号ADCLK不依赖于主时钟信号MCLK，而由时钟产生电路32a生成。因此，在本实施方式中，模拟/数字转换电路32的工作时钟和数字运算电路41的工作时钟由不同的时钟产生电路生成。
在本实施方式中，由于工作时钟的产生电路这样不同，使模拟/数字转换期间变动的温度特性与使主时钟信号MCLK的周期变动的温度特性不同。因此，即使假设主时钟信号MCLK、基准定时信号SCLK、时钟信号SC为恒定的周期，模拟/数字转换期间也可能发生变动。
在图5中，突出示出了模拟/数字转换期间变动的情形。例如，模拟/数字转换期间D1～D4的长度发生变化。这样，由于模拟/数字转换期间可能因温度等而变动，所以如上所述，预先确定模拟/数字转换电路32中的转换所需的最长的模拟/数字转换期间。
在图5中，将模拟/数字转换期间最长的例子表示为Dmax。这样，调整调整值，使得数字运算电路41的运算处理开始动作和运算处理结束动作在模拟/数字转换期间为最长的Dmax时的模拟/数字转换期间的结束定时和下一个时钟信号SC的输出定时之间的期间Ts内到来。
根据以上的结构，在模拟/数字转换电路32中比较器利用电源电压进行模拟/数字转换的模拟/数字转换期间内，不进行数字运算电路41的运算处理开始动作和运算处理结束动作。因此，即使调节器电路10的输出电压因数字运算电路41的运算处理开始动作和运算处理结束动作而变动，模拟/数字转换电路32的转换精度也不会下降。
1-6.变形例
在上述的实施方式或后述的实施方式中，模拟/数字转换电路32的输入信号是差动信号，但也可以是单端信号。在该情况下，从物理量检测元件100输出的差动信号在检测电路30的Q-V转换电路210、可变增益放大器220、混频器230、无源滤波器240的任意一个中被转换为单端信号。例如，也可以是可变增益放大器220将从Q-V转换电路210输出的差动信号转换为单端信号，混频器230、无源滤波器240对单端信号进行上述的各处理。
此外，在上述实施方式中，作为物理量传感器1，列举了包含检测角速度的物理量检测元件100的角速度传感器的例子，但物理量检测元件100检测的物理量不限于角速度，也可以是角加速度、加速度、速度、力等。另外，物理量检测元件100的振动片也可以不是双T型，例如可以是音叉型或梳齿型，也可以是三棱柱、四棱柱、圆柱状等形状的音片型。另外，作为物理量检测元件100的振动片的材料，例如可以代替石英(SiO2)，而使用钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等压电单晶或锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷等压电性材料，也可以使用硅半导体。另外，物理量检测元件100的振动片例如也可以是在硅半导体的表面的一部分上配置了夹在驱动电极中的氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等压电薄膜而成的结构。另外，物理量检测元件100不限于压电型的元件，也可以是电动型、静电容量型、涡流型、光学型、应变仪型等振动式的元件。例如，物理量检测元件100可以是静电电容型的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems：微机电系统)振子。另外，物理量检测元件100的检测方式不限于振动式，例如也可以是光学式、旋转式、流体式。
另外，在上述实施方式中，作为物理量传感器1，列举了具有一个物理量检测元件100的单轴传感器的例子，但物理量传感器1也可以是具有多个物理量检测元件100的多轴传感器。例如，物理量传感器1可以是具有检测绕互不相同的3个轴的角速度的3个物理量检测元件的3轴陀螺仪传感器，也可以是具有检测角速度的物理量检测元件和检测加速度的物理量检测元件的复合传感器。
2.第2实施方式
用于使得模拟/数字转换电路32的转换精度不会由于调节器电路10中的电压变动而下降的结构不限于第1实施方式。即，只要构成为在进行模拟/数字转换的模拟/数字转换期间、数字运算电路41不进行运算处理开始动作和运算处理结束动作即可。
作为这样的结构，可以举出至少在模拟/数字转换期间，数字运算电路41进行运算处理的结构。即，如果构成为在模拟/数字转换期间中，数字运算电路41始终进行运算处理，则能够构成为在模拟/数字转换期间中，数字运算电路41不进行运算处理开始动作和运算处理结束动作。
至少在模拟/数字转换期间、数字运算电路41进行运算处理的结构也可以通过在数字运算电路41中始终进行运算处理来实现。即，如果是在数字运算电路41中始终进行运算处理的结构，则不进行明确的运算处理开始动作和明确的运算处理结束动作。其结果，能够构成为在模拟/数字转换期间，不进行运算处理开始动作和明确的运算处理结束动作。
作为这样的结构，例如可以举出在图5所示的期间Td中也在数字运算电路41中进行运算处理的结构。具体而言，能够如下构成来实现：在与上述图1所示的结构相同的结构中，数字运算电路41交替地反复作为针对第1数字信号的运算处理的第1运算处理、和不用于第2数字信号的输出的第2运算处理。即，在图5所示的数字运算电路41的动作期间，执行对第1数字信号进行运算处理并输出第2数字信号的第1运算处理，在期间Td执行第2运算处理。
进行这样的动作的数字运算电路41例如由图12所示的电路来实现。图12所示的数字运算电路41具有输入部41a、乘法器41b、加法器41c、系数ROM 41d、乘法器X输入选择器41e、乘法器Y输入选择器41f、加法器B输入选择器41g、运算结果保存寄存器41h、通用寄存器41i、寄存器输出选择器41j、41k、41l、定序器41m、输出部41n。
定序器41m基于存储在存储部50中的调整值，控制选择乘法器X输入选择器41e、乘法器Y输入选择器41f、加法器B输入选择器41g、寄存器输出选择器41j、41k、41l的各选择器。另外，定序器41m对保持运算结果的运算结果保存寄存器41h、通用寄存器41i的各寄存器进行控制。即，定序器41m通过控制各选择器来选择所需的运算器输入，使乘法器41b、加法器41c执行积和运算，并保存在寄存器中。另外，系数ROM 41d是保持系数的ROM，可以根据存储在存储部50中的调整值来调整系数。
另外，在本实施方式中，运算结果保存寄存器41h例如是保持过滤器的tap的寄存器，是保持运算结果的寄存器等按照运算处理的每个种类使用的寄存器。另一方面，通用寄存器41i是暂时保持中间处理结果的寄存器。
在本实施方式中，第1运算处理用的调整值和第2运算处理用的调整值被存储在存储部50中。定序器41m在与基准定时信号SCLK同步的既定的定时，开始第1运算处理。即，定序器41m以每1次基准定时信号SCLK一次的比例取入预先决定的取入次数的数字信号VDO，控制各选择器，选择对乘法器41b的输入X、Y。另外，定序器41m控制各选择器，选择对加法器41c的输入B。而且，定序器41m控制各选择器来选择寄存器，并使其保持运算结果。以上的结果是从输出部41n输出数字数据VO。
另一方面，定序器41m在从第1运算处理结束的定时到下一个第1运算处理开始的定时为止的期间，执行第2运算处理。此时，定序器41m在第1运算处理结束的时刻，根据第2运算处理用的调整值开始第2运算处理。在本实施方式中，第1运算处理所需的期间是恒定的，是预先确定的。另外，基准定时信号SCLK的周期也是由主时钟信号MCLK决定的期间，是预先确定的。因此，应执行第2运算处理的期间Td的长度也是已知的。
因此，预先决定第2运算处理用的调整值，以使定序器41m执行与期间Td相同长度的运算处理。因此，定序器41m在期间Td执行第2运算处理，如果期间Td结束，则第2运算处理结束，开始第1运算处理。在第2运算处理中输入到输入部41a的数字信号可以与第1运算处理相同，也可以是不同的值。
此外，在本实施方式中，第2运算处理的至少一部分与第1运算处理相同。即，第2运算处理用的调整值是用于执行第1运算处理的一部分的信息。这样，第2运算处理的一部分与第1运算处理相同，由此第2运算处理的消耗电力与第1运算处理的消耗电力实质上相同，统计的消耗电力的变动幅度成为既定范围。因此，在本实施方式中，数字运算电路41中的消耗电力不会大幅变动。因此，调节器电路10的输出电压不会因数字运算电路41而变动，即使数字运算电路41和模拟/数字转换电路32共用调节器电路10，模拟/数字转换的精度也不会下降。
在第1运算处理期间执行第2运算处理，通过存在第2运算处理，抑制数字运算电路41的消耗电力的变动，作为结果，防止模拟/数字转换电路32的转换精度的下降即可。因此，第1运算处理中的消耗电力和第2运算处理中的消耗电力也可以不同。例如，也可以构成为第2运算处理的消耗电力比第1运算处理的消耗电力少。
这样的结构也可以通过调整第2运算处理用的调整值来实现。具体地说，在图12所示的数字运算电路41中，如果对乘法器41b的输入X和输入Y选择输入固定值，则由于乘法器41b由组合电路构成，所以从乘法器41b输出恒定值，实质上能够使乘法器41b的动作停止。而且，如果控制各选择器使得对加法器41c例如输入通用寄存器41i的值，则能够使乘法器41b停止，使加法器41c动作。
如果选择调整值使得定序器41m进行这样的处理，则能够防止产生乘法器41b的电力消耗，并且能够实现通过加法器41c的动作消耗电力的状态。其结果，能够抑制第2运算处理的消耗电力，并且由于存在第2运算处理，能够防止在第1运算处理的开始和结束时发生数字运算电路41的消耗电力的急剧变化。因此，即使数字运算电路41和模拟/数字转换电路32共用调节器电路10，也能够防止模拟/数字转换的精度下降。
5.其他实施方式等
模拟/数字转换电路只要能够对基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号进行模拟/数字转换处理并输出第1数字信号即可，转换方式没有限定。即，根据从调节器电路供给的电源电压将模拟信号转换为数字信号，可能会因此而导致数字信号的输出精度对应于调节器电路的输出电压变动而下降的、所有模拟/数字转换电路都是对象。因此，也可以是上述实施方式那样的SAR型的模拟/数字转换电路以外的电路、例如具有比较器的δ-∑型的电路等。
数字运算电路只要是被输入第1数字信号、对第1数字信号进行运算处理并输出第2数字信号的电路即可。即，由从调节器电路供给的电源电压驱动、在进行运算处理开始动作的开始时刻和进行运算处理结束动作的结束时刻从调节器电路供给的电力大幅变动的数字运算电路成为对象。运算处理和用于进行运算处理的电路不限于上述实施方式，可以是各种处理和电路。
在数字运算电路中，只要构成为在模拟/数字转换期间不进行开始运算处理的运算处理开始动作和结束运算处理的运算处理结束动作即可。因此，不限于如上述实施方式那样，在进行第2运算处理的结构中，在数字运算电路中继续进行第2运算处理或本来的第1运算处理的结构。例如，在模拟/数字转换期间，进行第2运算处理或者第1运算处理，而在模拟/数字转换期间以外的期间，进行运算处理开始动作和运算处理结束动作，也可以存在不进行运算处理的期间。
调节器电路只要是向模拟/数字转换电路和数字运算电路供给电源电压的电路即可。即，调节器电路只要是根据从外部供给的电力生成既定的电压，并供给到任意的电路的电路即可。电源电压的供给对象至少包含模拟/数字转换电路和数字运算电路，也可以包含其他电路。另外，电压值没有限定，在模拟/数字转换电路和数字运算电路中可以相同，也可以不同。
模拟/数字转换电路的工作时钟和数字运算电路的工作时钟由不同的时钟产生电路生成的结构不限于上述结构。即，在模拟/数字转换电路的工作时钟和数字运算电路的工作时钟由不同的时钟产生电路生成的情况下，模拟/数字转换期间与运算处理开始动作和运算处理结束动作的关系不是恒定的关系。因此，即使模拟/数字转换期间变动，也需要进行控制以使运算处理开始动作和运算处理结束动作不处于模拟/数字转换期间内。这样的问题可能会由于在模拟/数字转换电路和数字运算电路中时钟产生电路不同而产生。因此，时钟产生电路只要相互不同即可，也可以是部分重复的结构等。
上述的实施方式和变形例是一例，并不限定于此。例如，也能够将各实施方式和各变形例适当组合。本发明包含与实施方式中说明的结构实质上相同的结构，例如功能、方法和结果相同的结构或者目的和效果相同的结构。另外，本发明包含将在实施方式中进行了说明的结构的非本质性部分进行置换后的结构。另外，本发明包含能够起到与在实施方式中进行了说明的结构相同作用效果的结构、或能够实现相同目的的结构。另外，本发明包含对在实施方式中进行了说明的结构附加公知技术后的结构。

Claims (12)

1.一种物理量检测电路，其具有：
模拟/数字转换电路，其对基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号进行模拟/数字转换处理，输出第1数字信号；
数字运算电路，其被输入所述第1数字信号，对所述第1数字信号进行运算处理，输出第2数字信号；以及
调节器电路，其向所述模拟/数字转换电路和所述数字运算电路供给电源电压，
在进行所述模拟/数字转换处理的模拟/数字转换期间，所述数字运算电路不进行开始运算处理的运算处理开始动作和结束运算处理的运算处理结束动作。
2.根据权利要求1所述的物理量检测电路，其中，
所述模拟/数字转换电路的工作时钟和所述数字运算电路的工作时钟由不同的时钟产生电路生成。
3.根据权利要求1或2所述的物理量检测电路，其中，
所述数字运算电路至少在所述模拟/数字转换期间进行运算处理。
4.根据权利要求1所述的物理量检测电路，其中，
所述数字运算电路交替地反复第1运算处理、和不用于所述第2数字信号的输出的第2运算处理，所述第1运算处理是针对所述第1数字信号的运算处理。
5.根据权利要求4所述的物理量检测电路，其中，
所述第2运算处理的至少一部分与所述第1运算处理相同。
6.根据权利要求4或5所述的物理量检测电路，其中，
所述第2运算处理的消耗电力与所述第1运算处理的消耗电力实质相同。
7.根据权利要求4或5所述的物理量检测电路，其中，
所述第2运算处理的消耗电力比所述第1运算处理的消耗电力少。
8.根据权利要求1或2所述的物理量检测电路，其中，
所述数字运算电路在所述模拟/数字转换期间以外的期间，进行所述运算处理开始动作和所述运算处理结束动作。
9.根据权利要求8所述的物理量检测电路，其中，
该物理量检测电路具有调整电路，该调整电路调整所述运算处理开始动作的定时和所述运算处理结束动作的定时。
10.根据权利要求9所述的物理量检测电路，其中，
该物理量检测电路具有存储调整值的存储部，
所述调整电路根据存储在所述存储部中的所述调整值，调整所述运算处理开始动作的定时和所述运算处理结束动作的定时。
11.一种物理量传感器，其具有：
权利要求1～10中的任意一项所述的物理量检测电路；以及
所述物理量检测元件。
12.一种物理量检测电路的工作方法，该物理量检测电路具有：
模拟/数字转换电路，其对基于物理量检测元件的输出信号的模拟信号进行模拟/数字转换处理，输出第1数字信号；
数字运算电路，其被输入所述第1数字信号，对所述第1数字信号进行运算处理，输出第2数字信号；以及
调节器电路，其向所述模拟/数字转换电路和所述数字运算电路供给电源电压，
在该物理量检测电路的工作方法中，
在进行所述模拟/数字转换处理的模拟/数字转换期间，所述数字运算电路不进行开始运算处理的运算处理开始动作和结束运算处理的运算处理结束动作。
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