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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Erfassen
einer Kapazitätsänderung
in einem variablen Kondensator, dessen Kapazität sich entsprechend einer darauf
aufgebrachten physikalischen Größe ändert, und
insbesondere auf eine Schaltung zum Erfassen einer Größe der Beschleunigung
auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung.
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Eine
Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe wie einer Beschleunigung
oder einem Druck auf der Grundlage von Kapazitätsänderungen in einem Kondensator
ist hinlänglich
bekannt. Beispielsweise offenbart die JP-A-8-145717 eine Schaltung zum Erfassen
einer Kapazitätsdifferenz zwischen
einem Kondensator mit einer variablen Kapazität und einem Bezugskondensator
mit einer festen Kapazität.
Die Erfassungsschaltung enthält
einen Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator, welcher sich zusammensetzt
aus einem Operationsverstärker,
einem Rückkopplungskondensator
und einem Schaltelement. In diesem Detektor ist es jedoch schwierig,
eine anfängliche
Kapazitätsdifferenz
zwischen dem Abtastkondensator und dem Bezugskondensator auf null
zu setzen. Wenn die Anfangskapazitätsänderung eine Kapazität des Rückkopplungskondensators
in dem Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator überschreitet, ist der Rückkopplungskondensator
gesättigt
und der Ausgang des Operationsverstärkers wird konstant, wodurch
die Detektorschaltung inoperabel gemacht wird.
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Die
JP-A-2001-249028 schlägt
eine Erfassungsschaltung mit einem zusätzlichen Schaltkreis zum Entfernen
der nachteiligen Wirkungen der Anfangskapazität (oder einer Offsetkapazität) vor.
Der Ausgang des Schaltkreises mit geschaltetem Kondensator wird
in gespeicherte elektrische Ladungen in dem zusätzlichen Schaltkreis umgewandelt.
Die Kapazitätsänderungen
in dem variablen Kondensator werden auf der Grundlage einer von
der gespeicherten Ladung umgewandelten Spannung erfaßt. Auf
diese Weise werden die nachteiligen Wirkungen der Offsetkapazität entfernt.
Es ist jedoch nötig,
in diesem Detektor einen zusätzlichen
Schaltkreis vorzusehen, und dementsprechend wird der Detektor komplex
und aufwendig.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Schwierigkeiten
gemacht, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Schaltung zum Erfassen von Kapazitätsänderungen in einem variablen
Kondensator zu schaffen, wobei die Erfassungsschaltung geeignet
ist, die Kapazitätsänderungen
trotz Vorhandenseins der Anfangskapazität oder der Offsetkapazität ohne Verwendung eines
zusätzlichen
Schaltkreises genau zu erfassen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Kapazitätsänderungen
in einem Kondensatorteil mit einem Paar von Kondensatoren C1, C2, deren
Kapazität
sich umgekehrt zueinander entsprechend einer physikalischen Größe wie einer
darauf aufgebrachten Beschleunigung ändert, werden von einer Erfassungsschaltung
erfaßt.
Die Erfassungsschaltung setzt sich zusammen aus einem Operationsverstärker und
einem parallel zu dem Operationsverstärker geschalteten Schaltkreis
mit geschaltetem Kondensator. Der Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator
setzt sich zusammen aus einem Rückkopplungskondensator
und einem parallel dazu geschalteten Schalter. Das Kondensator teil
ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers derart
verbunden, daß ein
Signal entsprechend einer Kapazitätsdifferenz (C1 – C2) dem
Operationsverstärker
zugeführt
wird. Eine konstante Bezugsspannung wird einem nicht invertierenden
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers
zugeführt.
Eine Spannung, welche die Größe einer
Beschleunigung darstellt, die dem Kondensatorteil aufgebracht wird,
wird an einem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers ausgegeben.
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Es
wird bevorzugt, daß keine
Anfangskapazität ΔC [= (C1 – C2)] vorhanden
ist, wenn dem Kondensatorteil keine Beschleunigung aufgebracht wird. Es
ist jedoch unvermeidbar, daß eine
bestimmte Anfangskapazität ΔC vorhanden
ist. Wenn die Anfangskapazität
groß ist,
werden in einem Rückkopplungskondensator
in einem Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator gespeicherte Ladungen
nicht vollständig
während
einer Rücksetzzeit
entladen, in welcher der Schalter geschlossen ist. Die Ladungen
werden nach und nach in dem Rückkopplungskondensator aufgehäuft, und
der Rückkopplungskondensator
wird gesättigt,
und die Erfassungsschaltung wird inoperabel. Wenn es möglich ist,
die Rücksetzzeit
(t) hinreichend zu verlängern,
wäre es
möglich,
eine derartige Sättigung
des Rückkopplungskondensators
zu vermeiden. Jedoch gibt es eine bestimmte Begrenzung bei der Verlängerung
der Rücksetzzeit,
da eine Zykluszeit der Erfassung von der Rücksetzzeit abhängt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Rücksetzzeit (t) in Abhängigkeit
des Betrags der Anfangskapazität ΔC entsprechend
dem Ausdruck: t > (ΔC + m)/n
festgestellt, wobei m ein erster Faktor in einem Bereich von 0,235-1150000 und n ein
zweiter Faktor in einem Bereich von 0,360-1410000 sind. Durch den
Betrieb der Erfassungsschaltung auf diese Weise unter Erfüllung des
obigen Ausdrucks kann die Erfassungsschaltung genau den Betrag der Beschleunigung,
welche dem Kondensatorteil aufgebracht wird, sogar dann erfassen,
wenn das Kondensatorteil eine bestimmte Anfangskapazität besitzt.
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Einer
der Kondensatoren, welcher das Kondensatorteil bildet, kann ein
Bezugskondensator mit einer festen Kapazität sein, und der andere Kondensator
kann ein Kondensator mit einer variablen Kapazität sein. Das Kondensatorteil
kann durch einen einzigen Kondensator mit einer Kapazität gebildet
sein, welche sich entsprechend der darauf aufgebrachten Beschleunigung ändert. Die
Erfassungsschaltung kann in einem Chip zusammen mit dem Kondensatorteil
integriert sein, wodurch die Impedanz eines Drahts verringert wird,
welches das Kondensatorteil mit der Erfassungsschaltung verbindet.
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Die
vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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1 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, welches eine Schaltung zum Erfassen einer
Kapazitätsdifferenz
zwischen C1 und C2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 zeigt
einen Graphen, welcher verschiedene Wellenformen in der in 1 dargestellten
Erfassungsschaltung darstellt;
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3 zeigt
einen Graphen, welcher eine Wellenform eines Ausgangssignals der
Erfassungsschaltung darstellt;
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4 zeigt
einen Graphen, welcher eine Linie, die eine Beziehung zwischen einer
Rücksetzzeit (t)
und einer Anfangskapazität
(ΔC) anzeigt,
und ein breites Gebiet darstellt, in welchem die Linie befindlich
sein sollte;
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5 zeigt
einen Graphen, welcher eine Linie, die eine Beziehung zwischen einer
Rücksetzzeit (t)
und einer Anfangskapazität
(ΔC) anzeigt,
und ein mittelgroßes
Gebiet darstellt, in welchem die Linie befindlich sein sollte;
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6 zeigt
einen Graphen, welcher eine Linie, die eine Beziehung zwischen einer
Rücksetzzeit (t)
und einer Anfangskapazität
(ΔC) anzeigt,
und ein schmales Gebiet dar, in welchem die Linie befindlich sein
sollte; und
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7 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, welches die Erfassungsschaltung darstellt,
welche in einem Chip zusammen mit variablen Kondensatoren C1 und
C2 integriert ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1–6 beschrieben.
Ein Sensorchip 12, welcher erste und zweite Kondensatoren
C1 und C2 aufweist, ist elektrisch mit einem Chip, welcher eine
Erfassungsschaltung 13 bildet, durch einen Leitungsdraht 15 verbunden.
Eine Steuerschaltung 14 führt dem Sensorchip 12 und
der Erfassungsschaltung 13 Steuersignale S1, S2 und S3
zu. In dem Sensorchip 12 sind der erste Kondensator C1
und der zweite Kondensator C2 in Reihe geschaltet, und Elektroden in
beiden Kondensatoren C1, C2, welche miteinander verbunden sind,
sind als gemeinsame Elektrode gebildet. Wenn sich die gemeinsame
Elektrode in eine Richtung bewegt, erhöht sich entweder die Kapazität des Kondensators
C1, während
sich die Kapazität
des Kondensators C2 verringert, oder umgekehrt. C1, C2, welche die
Kondensatoren bezeichnen, werden gemeinsam verwendet, um den jeweiligen
Betrag der Kapazitäten
darzustellen.
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Der
in 1 dargestellte Sensorchip 12 bildet einen
variablen Kondensator (welcher ebenfalls als Kondensator teil bezeichnet
wird), dessen Kapazität
sich entsprechend einer darauf aufgebrachten physikalischen Größe wie einer
Beschleunigung oder einem Druck ändert.
In dieser bestimmten Ausführungsform
wird der variable Kondensator als Sensor zum Abtasten einer darauf
aufgebrachten Beschleunigung verwendet. Beide Kondensatoren C1,
C2 sind derart konstruiert, daß sie
dieselbe Anfangskapazität besitzen,
und wenn eine Beschleunigungskraft auf die Kondensatoren C1, C2
aufgebracht wird, ergibt sich eine Kapazitätsdifferenz zwischen den zwei Kondensatoren
C1 und C2. Ein Steuersignal S3 in einer rechteckigen Wellenform
wird dem Kondensator C1 von der Steuerschaltung 14 aus
zugeführt.
Ein Steuersignal S2 mit derselben rechteckigen Wellenform wie der
des Steuersignals S3, jedoch mit einer umgekehrten Phase, wird dem
Kondensator C2 zugeführt.
Die einem Betrag der Beschleunigung proportionale Kapazitätsdifferenz
wird der Erfassungsschaltung 13 zugeführt, welche die Kapazitätsdifferenz
in eine Signalspannung umwandelt.
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Die
in einem Chip gebildete Erfassungsschaltung 13 ist eine
Kapazitäts/Spannungs-Umwandlungsschaltung
(C-V-Umwandlungs-Schaltung),
welche einen Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator und einen
Operationsverstärker 16 enthält. Der
Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator enthält einen Schalter 17 und
einen Rückkopplungskondensator
Cf. Der Schalter 17 und der Rückkopplungskondensator Cf sind
parallel miteinander verbunden, und die parallele Schaltung ist
zwischen einem invertierenden Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 16 angeschlossen.
Ein Signal, welches die Kapazitätsdifferenz
zwischen C1 und C2 darstellt, wird dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 16 zugeführt, und
eine Bezugsspannung Vr (von beispielsweise 2,5 Volt) wird einem
nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 16 zugeführt.
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Der
Schalter 17 ist beispielsweise durch einen Bipolartransistor,
einen Feldeffekttransistor (FET) oder dergleichen gebildet. Eine
Umschaltoperation des Schalters 17 wird durch das Steuersignal F1
gesteuert, welches von der Steuerschaltung 14 zugeführt wird.
Die Änderungen
der Kapazitätsdifferenz
(C1-C2) werden in eine Ausgangssignalspannung Vsy durch die Erfassungsschaltung 13 umgewandelt.
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In 2 sind
Wellenformen der Steuersignale S1, S2, S3 und eine Wellenform der
Ausgangssignalspannung Vsy dargestellt. Es wird der Betrieb des geschalteten
Kondensators 13 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Die Kapazität
der Kondensatoren C1, C2 und Cf wird in den folgenden Gleichungen
mit C1, C2 bzw. Cf ausgedrückt.
Das Steuersignal S1 ist ein rechteckiges Signal mit einem hohen Pegel
H und einem niedrigen Pegel L. Der Schalter 17 wird durch
das Signal mit dem hohen Pegel H geschlossen und durch das Signal
mit dem niedrigen Pegel L geöffnet.
Die Steuersignale S2 und S3 sind ebenfalls rechteckige Signale,
welche zwischen Vp (Volt) und 0 (Volt) oszillieren. Ihre Phasen
unterscheiden sich um 180 Grad voneinander.
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Zur
Zeit T0 ist eine elektrische Ladung Q1 = C1·(0 – Vr) in dem Kondensator C1
gespeichert, und es ist eine elektrische Ladung Q2 = C2·(Vp – Vr) in dem
Kondensator C2 gespeichert. Eine Gesamtladung Qt = (Q1 + Q2) ist
in beiden Kondensatoren C1, C2 gespeichert. Zur Zeit T1 wird der
Schalter 17 durch das Steuersignal S1 geöffnet, wodurch
der Operationsverstärker 16 zwischen
den Eingangs- und
Ausgangsanschlüssen
(für Gleichstrom)
geöffnet
wird. Zur Zeit T2 wird elektrische Ladung Q1' = C1·(Vp – Vr) in dem Kondensator C1
gespeichert, und es wird eine elektrische Ladung Q2' = C2·(0 – Vr) in
dem Kondensator C2 ge speichert. Es wird eine Gesamtladung Qt' = (Q1' + Q2') in beiden Kondensatoren
C1, C2 gespeichert. Zur Zeit C2 ist der Schalter 17 geöffnet, und
es ist der Operationsverstärker 16 zwischen
den Eingangsanschlüssen
und dem Ausgangsanschluß (für Gleichstrom)
geöffnet.
Daher wird eine elektrische Ladung Qf = (Qt – Qt') in dem Rückkopplungskondensator Cf zur
Zeit T2 gespeichert. Dementsprechend hat sich die Ausgangssignalspannung
Vsy auf einem Spannungspegel Qf/Cf stabilisiert.
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Zur
Zeit T3 wird der Schalter 17 durch das Steuersignal S1
geschlossen, und es wird der Operationsverstärker 16 zwischen den
Eingangsanschlüssen
und dem Ausgangsanschluß geschlossen,
wodurch er in den Zustand eines Spannungsfolgers gesetzt wird. Dementsprechend
wird die in dem Rückkopplungskondensator
Cf gespeicherte elektrische Ladung entladen, und es wird der invertierte
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 16 auf denselben
Spannungspegel wie die Bezugsspannung Vr gesetzt. Danach wird zu
den Zeitpunkten T4–T6
dieselbe Operation wiederholt. Als Ergebnis wird die Ausgangssignalspannung
Vsy in einer im Wesentlichen rechteckigen Wellenform wie in 2 dargestellt
von der C-V-Wandlerschaltung 13 ausgegeben. Die Amplitude
Vs der Ausgangssignalspannung Vsy wird durch die folgende Gleichung
ausgedrückt:
Vs = Vp (C1 – C2)/Cf.
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Obwohl
es beabsichtigt ist, die Kondensatoren C1, C2 mit derselben Kapazität auszubilden,
ist es tatsächlich
schwierig, sie dementsprechend herzustellen. Daher besteht eine
Kapazitätsdifferenz zwischen
den Kondensatoren C1 und C2, wenn keine Beschleunigung darauf aufgebracht
wird. Mit anderen Worten, es besteht eine Anfangskapazität (oder
eine Offsetkapazität) ΔC = (C1 – C2) in
dem Sensorchip 12. Wenn die Anfangskapazität ΔC groß ist, werden
die in dem Rückkopplungskondensator
Cf gespeicherten La dungen nicht vollständig entladen, wenn der Schalter 17 geschlossen
ist, und es häufen sich
die Ladungen in dem Rückkopplungskondensator
Cf allmählich
an. Als Ergebnis wird es schwierig, die Ausgangssignalspannung Vsy
genau zu erzielen, welche den Betrag der Beschleunigung darstellt. Wenn
die Anfangskapazität ΔC die Rückkopplungskapazität Cf überschreitet,
ist der Rückkopplungskondensator
Cf gesättigt,
und es wird unmöglich,
den Betrag der Beschleunigung zu erfassen.
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Die
in 2 dargestellte Wellenform der Ausgangssignalspannung
Vsy ist wiederum in 3 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt.
Wenn die Anfangskapazität ΔC hinreichend
klein ist, wird die Ausgangssignalspannung Vsy durch Schließen des Schalters 17 rasch
zu null. Mit anderen Worten, eine Wellenformdeformation ist wie
durch α1
dargestellt klein. Wenn die Anfangskapazität ΔC größer wird, wird die Wellenformdeformation
wie durch α2, α3 und α4 dargestellt
entsprechend größer. Wenn
die Anfangskapazität ΔC weiter
größer wird,
wird die Ausgangssignalspannung Vsy niemals zu null, sondern sie
nimmt einen konstanten Pegel an, d.h. sie ist gesättigt.
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Um
die Ladungsaufhäufung
in dem Rückkopplungskondensator
Cf und dadurch die Sättigung der
Ausgangssignalspannung Vsy zu vermeiden, muß die Zeitperiode, in welcher
der Schalter 17 geschlossen ist (hiernach als Rücksetzzeit
t bezeichnet), vergrößert werden,
wenn die Anfangskapazität ΔC größer wird.
Jedoch kann die Rücksetzzeit
(t) nicht zu groß gemacht
werden, da sich eine Ansprechzeit des Detektors entsprechend der
Rücksetzzeit
vergrößert. Was
die Anfangskapazität ΔC anbelangt,
je kleiner sie ist, desto besser. Jedoch ist es schwierig, sie kleiner
als einen bestimmten Pegel zu machen. Es wurden daher Experimente
durchgeführt,
um einen zulässigen Betrag
der Anfangskapazität ΔC entsprechend
einer Länge
der Rücksetzzeit (t)
zu bestimmen.
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Die
Ergebnisse der Experimente wurden auf einem Koordinatensystem mit
der Abszisse, welche darauf die Rücksetzzeit (t) darstellt, und
der Ordinate aufgetragen, welche die Anfangskapazität ΔC darauf darstellt.
Punkte, welche jeweils aus der Rücksetzzeit
(t) und der Anfangskapazität ΔC bestehen,
die einen normalen Betrieb der Erfassungsschaltung 13 realisieren,
sind mit Diagonalmarkierungen in 4-6 dargestellt. Ähnlich sind
jene Punkte, welche die Erfassungsschaltung 13 in die gesättigte Situation
bringen, in denselben 4-6 mit quadratischen
Markierungen dargestellt. Eine gerade Linie, welche die Punkte,
die einen normalen Betrieb darstellen, von den Punkten trennt, welche
die Sättigung
darstellen, ist auf die Koordinate gezeichnet. Die gerade Linie
wird wie folgt ausgedrückt: ΔC = nt – m, wobei ΔC die Anfangskapazität (in pF)
darstellt, t die Rücksetzzeit
(in Sekunden) darstellt, n ein erster Faktor ist, welcher eine Neigung
der Linie darstellt, und m der zweite Faktor ist. Diese Linie stellt
dar, daß dann,
wenn die Anfangskapazität ΔC unterhalb
der Linie liegt (d.h., es gilt ΔC < nt – m), die
Erfassungsschaltung normal arbeiten wird. Mit anderen Worten, wenn
die Rücksetzzeit
auf der rechten Seite der Linie liegt (d.h., es gilt t > (ΔC + m)/n), wird ein normaler Betrieb
realisiert.
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Der
erste Faktor m ist geeignet, wenn er in einen Bereich von 0,235
bis 1150000 fällt,
vorzugsweise in einen Bereich von 0,325 bis 0,725, und insbesondere
in einen Bereich von 0,433 bis 0,595. Der zweite Faktor n ist geeignet,
falls er in einen Bereich von 0,360 bis 1410000, vorzugsweise in
einen Bereich 0,460 bis 0,960 und insbesondere in einen Bereich
von 0,610 bis 0,810 fällt.
Diese Bereiche wurden in den Experimenten festgestellt. Wenn der
erste Faktor m zu klein ist, würde
die Rücksetzzeit
(t) auf einen Pegel gesetzt werden, bei welchem die Ausgangssignalspannung
Vsy gesättigt
ist. Wenn der erste Faktor m zu groß ist, würde die Rücksetzzeit (t) unnötigerweise
zu lang werden. Wenn der zweite Faktor n zu groß wäre, würde eine zu große Anfangskapazität ΔC, welche
die Sättigung
der Ausgangssignalspannung Vsy hervorruft, zulässig sein. wenn der zweite
Faktor n zu klein wäre,
würde die
Anfangskapazität ΔC, welche
die Sättigung
nicht hervorruft, verboten sein.
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4 stellt
eine Situation dar, bei welcher der erste Faktor m und der zweite
Faktor in dem oben erwähnten
geeigneten Bereich liegen. D.h., wenn die durch die Gleichung (ΔC = nt – m) ausgedrückte gerade
Linie in dem schraffierten Bereich in 4 befindlich
ist und wenn die Anfangskapazität ΔC unter der
Linie liegt, wird die Erfassungsschaltung 13 normal arbeiten. 5 stellt
eine Situation dar, bei welcher der erste Faktor m und der zweite
Faktor n in dem oben erwähnten
bevorzugten Bereich liegen. D.h., wenn die durch die Gleichung (ΔC = nt – m) ausgedrückte gerade
Linie in dem schraffierten Bereich in 5 befindlich
ist und wenn die Anfangskapazität ΔC unter der
Linie liegt, wird die Erfassungsschaltung 13 auf eine bevorzugte
Art arbeiten. 6 zeigt eine Situation, bei
welcher der erste Faktor m und der zweite Faktor n in dem oben erwähnten besonders bevorzugten
Bereich liegen. D.h., wenn die durch die Gleichung (Δ C = nt – m) ausgedrückte gerade
Linie in dem schraffierten Bereich in 6 befindlich
ist und wenn die Anfangskapazität ΔC unter der
Linie liegt, wird die Erfassungsschaltung 13 auf die besonders
bevorzugte Art arbeiten.
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Durch
Festlegen der Rücksetzzeit
(t) und der Anfangskapazität ΔC entsprechend
der Gleichung der vorliegenden Erfindung können die Änderungen der Kapazitätsdifferenz
(C1–C2)
infolge einer Beschleunigungskraft geeignet erfaßt werden, ohne daß die Sättigung
der Ausgangssignalspannung Vsy hervorgerufen wird, sogar dann, wenn
eine bestimmte Anfangskapazität
(oder eine Offsetkapazität) ΔC vorhanden
ist. Daher ist es nicht nötig,
eine zusätzliche
Schaltung zum Entfernen der ungünstigen
Wirkungen der Anfangskapazität
oder der Offsetkapazität
bereitzustellen.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wird eine Elektrode, welche entsprechend einer Beschleunigung beweglich
ist, gemeinsam für
die Kondensatoren C1, C2 derart bereitgestellt, daß die Kapazitätsdifferenz
(C1–C2)
einen Betrag der darauf aufgebrachten Beschleunigung darstellt.
Jedoch können
die Kondensatoren unterschiedlich angeordnet sein. Ein Kondensator
mit einer Elektrode, welche entsprechend der Beschleunigung beweglich
ist, kann als der erste Kondensator C1 (Abtastkondensator) verwendet
werden, und ein Kondensator mit einer festen Kapazität kann als
der zweite Kondensator C2 (Bezugskondensator) verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform
stellt auch die Kapazitätsdifferenz
(C1–C2)
den Betrag der Beschleunigung dar. Es ist ebenfalls möglich, den
Bezugskondensator C2 zu eliminieren und lediglich den variablen
Kondensator C1 zu verwenden, dessen Kapazität sich entsprechend einem Betrag
der Beschleunigung ändert.
In diesem Fall entspricht die Anfangskapazität von C2, welche erscheint,
wenn keine Beschleunigung aufgebracht wird, der Anfangskapazität ΔC der vorhergehenden
Ausführungsform.
Durch geeignetes Festsetzen der Beziehung zwischen der Rücksetzzeit
(t) und der Anfangskapazität ΔC arbeitet
die Erfassungsschaltung geeignet.
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Die
in 3 dargestellte Wellenformdeformation (α1– α4) hängt nicht
nur von dem Betrag von ΔC
ab, sondern ebenfalls von einer Impedanz Z des Drahtes 15,
welcher den Sensorchip und die Erfassungsschaltung 13 verbindet.
Insbesondere erhöht sich
die Wellenformdeformation entsprechend einem Betrag der Zeitkonstante τ, welche
ein Produkt der Impedanz Z und der Anfangskapazität ΔC ist (τ = Z·ΔC). Um die
Zeitkonstante τ zu
verringern, ist es vorteilhaft, den Sensorchip 12 und den
Erfassungsschaltungschip 13 wie in 7 dargestellt
in einem Chip 21 zu integrieren. Da der Verbindungsdraht 15 durch
eine innere Steckverbindung 22 durch Integrieren von zwei
Chips ersetzt wird, wird der Betrag der Impedanz Z deutlich verringert.
Auf diese Weise können
die Vorteile der vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden.
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Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorhergehende bevorzugte Ausführungsform
dargestellt und beschrieben worden ist, ergibt es sich für den Fachmann,
daß Änderungen
in der Form und im Detail erfolgen können, ohne vom Rahmen der Erfindung
wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert abzuweichen.
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Vorstehend
wurde eine Schaltung zum Erfassen einer Kapazitätsänderung in einem variablen Kondensator
offenbart. Eine Kapazität
eines Kondensatorteils (C1, C2), welche sich entsprechend einer
dynamischen Kraft wie einer Beschleunigungskraft ändert, die
dem Kondensatorteil aufgebracht wird, wird von einer Erfassungsschaltung
(13) erfaßt. Die
Erfassungsschaltung setzt sich zusammen aus einem Operationsverstärker (16)
und einem Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator, welche parallel zueinander
geschaltet sind. Eine Rücksetzzeit
(t), während
der ein Rückkopplungskondensator
(Cf) in dem Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator entladen wird,
ist derart festgelegt, daß er
der folgenden Gleichung genügt:
t > (Δ C + m)/n,
wobei ΔC
eine Anfangskapazität
des Kondensatorteils ist und n und m konstante Faktoren mit Werten
in bestimmten Bereichen sind. Durch Festlegen der Rücksetzzeit
(t) entsprechend der obigen Formel wird ein Betrag einer Beschleunigung,
welche dem Kondensatorteil aufgebracht wird, sogar dann genau erfaßt, wenn
das Kondensatorteil einen bestimmten Pegel der Anfangskapazität aufweist.