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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 2001-249028 A 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
DE 695 00 956 T2 betrifft eine Erfassungsschaltung, welche eine Kapazitätsänderung in einem Kondensatorteil erfasst, mit einem Operationsverstärker, dessen invertierender Eingangsanschluss mit dem Kondensatorteil verbunden ist, und einem Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator, der sich aus einem Rückkopplungskondensator und einem Schalter zusammensetzt, die parallel geschaltet sind, wobei der Schaltkreis mit geschaltetem Kondensator zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und einem Ausganganschluss des Operationsverstärkers angeschlossen ist. Maßnahmen zur Verhinderung einer Sättigung der Ausgangssignalspannung des Operationsverstärkers während einer Rücksetzzeit, in der der Schalter geschlossen ist, sind nicht vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aus der
DE 695 00 956 T2 bekannte Erfassungsschaltung dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Sättigung der Ausgangssignalspannung des Operationsverstärkers während einer Rücksetzzeit, in der der Schalter geschlossen ist, verhindert wird.
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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 Kondensatorteil 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 Kondensatorteil 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 gespeichert. 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 Ladungen 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) ausgedruckte 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 (ΔC = 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 > (ΔC + 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.
