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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps, der einen beweglichen Teil aufweist, der in einer ersten Richtung und einer zweiten zur ersten senkrechten Richtung beweglich ist, und eine Winkelgeschwindigkeit, die um eine Achse senkrecht zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung ausgeübt wird, basierend auf einer Vibration des beweglichen Teils in der zweiten Richtung in einem Zustand, in dem der bewegliche Teil in der ersten Richtung vibriert, erfasst.
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Im Allgemeinen weist ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps einen beweglichen Teil auf, das heißt, einen Vibrator, der in einer Richtung entlang einer X-Achse (nachfolgend als X-Achsenrichtung bezeichnet) und einer Richtung entlang einer Y-Achse (nachfolgend als die Y-Achsenrichtung bezeichnet) beweglich ist. Der Vibrator wird regelmäßig in der X-Achsenrichtung vibriert bzw. geschwungen. Wird eine Winkelgeschwindigkeit um eine Z-Achse ausgeübt, die senkrecht zur X-Achse und zur Y-Achse ist, vibriert der Vibrator in der Y-Achsenrichtung aufgrund einer Corioliskraft, die durch die Winkelgeschwindigkeit verursacht wird. Der Winkelgeschwindigkeitssensor erfasst die Winkelgeschwindigkeit basierend auf einer Vibration des Vibrators in der Y-Achsenrichtung. Ein derartiger Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps wird beispielsweise in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-63328 (nachfolgend als Dokument 1 bezeichnet) beschrieben.
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In einem Winkelgeschwindigkeitssensor wird eine Vibrationskomponente in der Y-Achsenrichtung aufgrund eines Bearbeitungsfehlers des Vibrators und dergleichen erzeugt, obwohl ein Vibrator in der X-Achsenrichtung vibriert wird. Das heißt, es kann sein, dass der Vibrator aufgrund des Bearbeitungsfehlers schräg vibriert. Bei einem derartigen schrägen Vibrationszustand wird die Genauigkeit für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit reduziert.
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Daher wurde eine Servosteuerung vorgeschlagen, um die schräge Vibration zu beschränken. Bei der Servosteuerung wird eine externe Kraft wie beispielsweise eine elektrostatische Kraft in der Y-Achsenrichtung durch Anlegen eines vorbestimmten Antriebssignals an den Vibrator erzeugt.
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Eine Sensoreinheit, die den Vibrator aufweist, ist einem ersten Halbleiterchip ausgebildet, und eine Erfassungseinheit zum Durchführen der Servosteuerung und Erfassen der Winkelgeschwindigkeit ist in einem zweiten Halbleiterchip ausgebildet. Der erste Halbleiter und der zweite Halbleiter sind elektrisch miteinander durch einen Verbindungsabschnitt wie beispielsweise Bonddrähte oder Erhebungen (z. B. Löthöcker), die in den Halbleiterchips ausgebildet sind, verbunden. Das Antriebssignal zum Durchführen der Servosteuerung wird durch den Verbindungsabschnitt von der Erfassungseinheit zum Vibrator übertragen
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Ist der Verbindungsabschnitt unterbrochen, wird die Winkelgeschwindigkeit nicht genau erfasst, ebenso wie eine Fehlfunktion auftritt. Daher wurden verschiedene Mittel zum Erfassen der Unterbrechung vorgeschlagen.
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Beispielsweise beschreibt die
japanische Patentanmeldung Nr. 5-107292 (nachfolgend als Dokument 2 bezeichnet) einen Unterbrechungserfasser beziehungsweise Unterbrechungsdetektor zum Erfassen einer Unterbrechung einer Signalleitung und eines Paars von Energieversorgungsleitungen, die eine elektrische Verbindung zwischen einem Sensor und einem A/D-Wandler zum Wandeln eines Ausgangssignals des Sensors in einen Digitalwert bilden. In dem Unterbrechungserfasser des Dokuments 2 sind mehrere Widerstände zwischen der Signalleitung und jeder der Energiequellenleitungen beziehungsweise Energieversorgungsleitungen verbunden. Weist die Signalleitung oder die Energiequellenleitung eine Unterbrechung auf, unterscheidet sich eine Eingangsspannung des A/D-Wandlers in ihrem Spannungspegel von einem regulären Spannungspegel. Die Unterbrechung der Signalleitung oder der Energiequellenleitungen kann basierend auf dem Unterschied des Spannungspegels erfasst werden.
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Wird die Technik des Dokuments 2 zum Erfassen einer Unterbrechung des Verbindungsabschnitts des Winkelgeschwindigkeitssensors des Vibrationstyps verwendet, entstehen die folgenden Nachteile. In der Natur der Servosteuerung zum Reduzieren der schrägen Vibration des Vibrators liegt es, wenn der Vibrator ideal bearbeitet ist, dass der Vibrator in der X-Achsenrichtung in einem Zustand, in dem eine Winkelgeschwindigkeit nicht ausgeübt wird, kaum vibriert. Das heißt, es ist nicht notwendig, die externe Kraft durch die Servosteuerung auszuüben, da der Vibrator nicht schräg vibriert. Daher kann die Unterbrechung des Verbindungsabschnitts nicht erfasst werden, da das Antriebssignal für die Servosteuerung nicht den Verbindungsabschnitt passiert.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf den vorstehenden Sachverhalt gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelgeschwindigkeitssensor zur Verfügung zu stellen, der eine Unterbrechung einer Antriebssignalübertragungsleitung eines Verbindungsteils, der eine Sensoreinheit und eine Erfassungseinheit elektrisch verbindet, bestimmen kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Winkelgeschwindigkeitssensor eine Sensoreinheit, eine Erfassungseinheit und einen Verbindungsteil, der die Sensoreinheit und die Erfassungseinheit elektrisch verbindet. Die Sensoreinheit beinhaltet einen beweglichen Teil, der in einer ersten Richtung entlang einer ersten Achse und einer zweiten Richtung entlang einer zweiten Achse beweglich ist, wobei die zweite Achse senkrecht zur ersten Achse ist. Die Erfassungseinheit ist konfiguriert, die Sensoreinheit (5) anzutreiben und eine Winkelgeschwindigkeit einer Rotation um eine dritte Achse zu erfassen, die senkrecht zur ersten Achse und zur zweiten Achse ist.
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Die Sensoreinheit beinhaltet ferner einen vibrierenden Teil, einen vibrationskorrigierenden Teil und eine Ausgabeteil. Der vibrierende Teil ist konfiguriert, den beweglichen Teil in der ersten Richtung basierend auf einem Vibrationssignal, das von der Erfassungseinheit zugeführt wird, zu vibrieren. Der vibrationskorrigierende Teil ist konfiguriert, den beweglichen Teil in der zweiten Richtung basierend auf einem Antriebssignal, das von der Erfassungseinheit zugeführt wird, zu bewegen. Der Ausgabeteil ist konfiguriert, ein Erfassungssignal gemäß einer Vibration des beweglichen Teils in der zweiten Richtung zu erzeugen. Der vibrationskorrigierende Teil beinhaltet eine bewegliche Elektrode und eine Antriebselektrode, wobei die bewegliche Elektrode in dem beweglichen Teil angeordnet ist und ein Trägersignal empfängt, und die Antriebselektrode der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, um eine elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektrode zum Bewegen des beweglichen Teils in der zweiten Richtung zu erzeugen, wenn das Antriebssignal empfangen wird. Der Verbindungsteil beinhaltet eine Antriebssignalübertragungsleitung zum Übertragen des Antriebssignals von der Erfassungseinheit zur Sensoreinheit.
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Die Erfassungseinheit beinhaltet weiter einen Vibrationssignalbereitstellungsteil, einen Antriebssignalbereitstellungsteil, einen Zweite-Achse-Vibrationsextrahierungsteil, einen Winkelgeschwindigkeitserfassungsteil, Zweite-Achse-Vibrationsbeschränkungsteil, einen C/V-Wandlerschaltkreis und einen Bestimmungsteil. Der Vibrationssignalbereitstellungsteil ist konfiguriert, das Vibrationssignal, das dem vibrierenden Teil bereitgestellt wird, zu erzeugen. Der Antriebssignalbereitstellungssteil ist konfiguriert, das Antriebssignal, das dem vibrationskorrigierenden Teil bereitgestellt wird, zu erzeugen. Der Zweite-Achse-Vibrationsextrahierungsteil ist konfiguriert, ein Zweite-Achse-Vibrationssignal zu erzeugen, das eine Vibrationskomponente des beweglichen Teils in der zweiten Richtung basierend auf dem Erfassungssignal angibt, das von dem Ausgabeteil in einem Zustand, in dem der bewegliche Teil in der ersten Richtung vibriert wird, erzeugt wird. Der Winkelgeschwindigkeitserfassungsteil ist konfiguriert, die Winkelgeschwindigkeit basierend auf dem Zweite-Achse-Vibrationssignal zu erfassen. Der Zweite-Achse-Vibrationsbeschränkungsteil ist konfiguriert, den Antriebssignalbereitstellungsteil basierend auf dem Zweite-Achse-Vibrationssignal so zu steuern, dass eine Vibration des beweglichen Teils in der zweiten Richtung beschränkt wird. Der C/V-Wandlerschaltkreis ist konfiguriert, eine Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektrode durch die Antriebssignalübertragungsleitung in einem Zustand zu empfangen, in dem die Bereitstellung des Antriebssignals an die Sensoreinheit gestoppt ist, und die Kapazität in eine Spannung zu wandeln. Der Bestimmungsteil ist konfiguriert, zu bestimmen, ob die Antriebssignalübertragungsleitung eine Unterbrechung aufweist oder nicht, basierend auf der Spannung, die von dem C/V-Wandlerschaltkreis ausgegeben wird.
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In einer derartigen Konfiguration wird im normalen Betrieb zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit der bewegliche Teil regelmäßig in der ersten Richtung vibriert. In einem solchen Zustand vibriert der bewegliche Teil in der zweiten Richtung aufgrund von Corioliskraft, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die dritte Achse herum auf den beweglichen Teil einwirkt. Somit wird die Winkelgeschwindigkeit basierend auf der Vibrationskomponente in der zweiten Richtung, die durch die Corioliskraft verursacht wird, erfasst.
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Zu diesem Zeitpunkt rückkopplungssteuert der Teil zum Beschränken einer Vibration der zweiten Achse (auch Zweite-Achse-Vibrationsbeschränkungsteil genannt) den Antriebssignalbereitstellungsteil basierend auf der Vibrationskomponente in der zweiten Richtung, die durch das Vibrationssignal der zweiten Richtung angegeben wird, so, dass die Vibration des beweglichen Teils in der zweiten Richtung beschränkt wird. Das heißt, der Teil zum Beschränken einer Vibration der zweiten Achse steuert den Antriebssignalbereitstellungsteil so, dass eine elektrostatische Kraft zum Beschränken der Vibration des beweglichen Teils in der zweiten Richtung zwischen der beweglichen Elektrode, an die das Trägersignal angelegt wird, und der Antriebselektrode erzeugt wird. Durch eine derartige Servosteuerung wird eine schräge Vibration des beweglichen Teils, die durch einen Bearbeitungsfehler oder dergleichen verursacht wird, reduziert und der bewegliche Teil kann einfach in der ersten Richtung vibriert werden.
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In der vorstehenden Konfiguration kann ferner erfasst werden, ob die Antriebssignalübertragungsleitung unterbrochen ist oder nicht. Der C/V-Wandlerschaltkreis empfängt die Kapazität eines Kondensators, der durch die bewegliche Elektrode und die Antriebselektrode bereitgestellt wird, mittels der Antriebssignalübertragungsleitung in einem Zustand, in dem das Bereitstellen des Antriebssignals gestoppt ist, und wandelt die Kapazität in die Spannung um. Die Kapazität ändert sich gemäß dem Trägersignal, das an der beweglichen Elektrode anliegt. Dadurch ändert sich in einem normalen Zustand, in dem die Antriebssignalübertragungsleitung nicht unterbrochen ist, die Spannung, die von dem C/V-Wandlerschaltkreis ausgegeben wird, gemäß dem Trägersignal. Andererseits wird in einem Unterbrechungszustand, in dem die Antriebssignalübertragungsleitung unterbrochen ist, die Spannung, die von dem C/V-Wandlerschaltkreis ausgegeben wird, ein konstanter Wert. Demzufolge bestimmt der Bestimmungsteil, ob die Antriebssignalübertragungsleitung unterbrochen ist oder nicht, basierend auf der Spannung, die von dem C/V-Wandlerschaltkreis ausgegeben wird.
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Auf diese Weise kann eine Unterbrechung der Antriebssignalübertragungsleitung erfasst werden. Ebenso wird die Unterbrechungsbestimmung basierend auf der Spannung, die von dem C/V-Wandler ausgegeben wird, gemacht. Dadurch ist es möglich, die Unterbrechung sogar zu erfassen, wenn der bewegliche Teil in einem idealen Zustand, ohne eine schräge Vibration zu verursachen, ist.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Es zeigen:
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1 ein schematisches Diagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 ein Zeitablaufdiagramm bezüglich einer zweiten Unterbrechungserfassungsoperation gemäß der ersten Ausführungsform, in der (a) ein Unterbrechungserfassungsstartsignal ist, (b) ein Haupttaktsignal ist, (c) ein internes Unterbrechungserfassungsstartsignal ist, (d) bis (g) Ein- und Aus-Zustände der Schalter sind und (h) ein Bestimmungssignal ist;
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3 ein Wellenformdiagramm bezüglich einer Unterbrechungsüberprüfungsoperation gemäß der ersten Ausführungsform, in der (a) das Haupttaktsignal, (b) ein Trägersignal Vs, (c) eine Ausgangsspannung eines C/V-Wandlerschaltkreises und (d) eine Ausgangsspannung eines Komparators ist; und
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4 ein schematisches Diagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 1 bis 3 erläutert.
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Gemäß 1 wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor 1 beispielsweise als ein Gierwinkelsensor beziehungsweise Giergeschwindigkeitssensor (yaw rate sensor) eingesetzt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 beinhaltet im Allgemeinen einen Sensorchip 2 als einen ersten Halbleiterchip, einen Schaltkreischip 3 als einen zweiten Halbleiterchip und einen Verbindungsteil 4, der den Sensorchip 2 und den Schaltkreischip 3 elektrisch verbindet.
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Der Verbindungsteil 4 beinhaltet mehrere Verbindungsleitungen. Der Sensorchip 2 und der Schaltkreischip 3 sind über die mehreren Verbindungsleitungen durch ein Flip-Chip-Bondverfahren verbunden. In 1 sind lediglich sieben Verbindungsleitungen L1 bis L7 exemplarisch dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Verbindungsleitungen Bondabschnitte oder Verbindungsabschnitte zwischen Erhebungen (z. B. Löthöckern) bedeuten, die auf dem Sensorchip 2 und dem Schaltkreischip 3 ausgebildet sind. Der Sensorchip 2 ist mit Anschlüssen P1s bis P7s ausgestattet Der Schaltkreischip 3 ist mit Anschlüssen P1c bis P7c ausgestattet. Die Anschlüsse P1s bis P7s sind mit den Anschlüssen P1c bis P7c durch die Verbindungsleitungen L1 bis L7 verbunden.
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Eine Sensoreinheit 5 ist in dem Sensorchip 2 ausgebildet. Die Sensoreinheit 5 beinhaltet einen beweglichen Teil 8, einen vibrierenden Teil 9, der sich auf einem Umfang des beweglichen Teils 8 befindet, einen vibrationskorrigierenden Teil 10 und einen Ausgabeteil 11. Der bewegliche Teil 8 weist Vibratoren 6 und 7 auf, die in einer Richtung entlang einer X-Achse und einer Richtung entlang einer Y-Achse beweglich sind. Die X-Achse und die Y-Achse sind in einer horizontalen Ebene beinhaltet und sind senkrecht zueinander.
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Die Richtung entlang der X-Achse ist nachfolgend als die X-Achsenrichtung bezeichnet und die Richtung entlang der Y-Achse ist nachfolgend als die Y-Achsenrichtung bezeichnet. Die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung sind senkrecht zueinander. Des Weiteren entspricht die X-Achse einer ersten Achse und die Y-Achse entspricht einer zweiten Achse. Dadurch entspricht die X-Achsenrichtung einer ersten Richtung und die Y-Achsenrichtung entspricht einer zweiten Richtung.
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In einem Zustand, in dem die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung vibrieren, wenn eine Winkelgeschwindigkeit in einer Richtung um eine Z-Achse ausgeübt wird, werden die Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung mit einer Amplitude gemäß der Winkelgeschwindigkeit aufgrund von Corioliskraft vibriert. Die Z-Achse ist senkrecht zur X-Achse und zur Y-Achse. Die Z-Achse entspricht einer dritten Achse und eine Richtung entlang der Z-Achse entspricht einer dritten Richtung.
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Der vibrierende Teil 9 weist Kondensatoren Cv1 bis Cv4 auf, die eine elektrostatische Kraft zum Deplatzieren der Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung erzeugen. Jeder der Kondensatoren Cv1 bis Cv4 weist eine bewegliche Elektrode und eine befestigte Elektrode auf. Die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cv1 und Cv2 werden durch Abschnitte des Vibrators 6 bereitgestellt und werden somit mit dem Vibrator 6 bewegt. Die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cv3 und Cv4 werden durch Abschnitte des Vibrators 7 bereitgestellt und werden somit mit dem Vibrator 7 bewegt.
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An die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cv1 bis Cv4 wird ein Trägersignal (Modulationssignal) Vs ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels des Verbindungsteils 4 angelegt. Das Trägersignal Vs hat eine rechtwinklige Wellenform mit konstanter Amplitude und vorbestimmter Frequenz, die ausreichend höher als eine Resonanzfrequenz von Vibrationen der Vibratoren 6 und 7 ist. An die befestigten Elektroden der Kondensatoren Cv1 bis Cv4 werden Vibrationssignale Vv1 bis Vv4 ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels des Verbindungsteils 4 angelegt.
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Der vibrationskorrigierende Teil 10 weist Kondensatoren Cs1 bis Cs4 auf, die eine elektrostatische Kraft zum Deplatzieren der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung erzeugen. Jeder der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 weist eine bewegliche Elektrode und eine befestigte Elektrode auf. Die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cs1 und Cs2 werden durch Abschnitte des Vibrators 6 bereitgestellt und werden mit dem Vibrator 6 bewegt. Die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cs3 und Cs4 werden durch Abschnitte des Vibrators 7 bereitgestellt und werden mit dem Vibrator 7 bewegt. An die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 wird ein Trägersignal Vs ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels des Verbindungsteils 4 angelegt.
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Die befestigten Elektroden der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 sind mit den Anschlüssen P1s bis P4s verbunden. Die Anschlüsse P1s und P4s empfangen Antriebssignale Vsv+ ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels der Verbindungsleitungen L1 und L4. Die Anschlüsse P2s und P3s empfangen Antriebssignale Vsv– ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels der Verbindungsleitungen L2 und L3. Die befestigen Elektroden der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 entsprechen Antriebselektroden.
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An die Sensoreinheit 5 wird eine Spannung Vr ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels der Verbindungsleitung 15 und des Anschlusses P5s als Substratpotenzial VSUB angelegt. Eine parasitäre Kapazität Cp1 bis Cp4 wird zwischen der befestigten Elektrode jedes der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 und dem Substratpotenzial VSUB ausgebildet.
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Der Ausgabeteil 11 beinhaltet ein Paar Kondensatoren Cd1 und Cd2, in denen sich Kapazitäten beidseitig gemäß der Deplatzierung des Vibrators 6 in der Y-Achsenrichtung ändern, und ein Paar Kondensatoren Cd3 und Cd4, in denen sich Kapazitäten beidseitig gemäß der Deplatzierung des Vibrators 7 in der Y-Achsenrichtung ändern.
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Jeder der Kondensatoren Cd1 bis Cd4 beinhaltet eine bewegliche Elektrode und eine befestigte Elektrode. Die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cd1 und Cd2 werden durch Abschnitte des Vibrators 6 bereitgestellt und werden mit dem Vibrator 6 bewegt. Die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cd3 und Cd4 werden durch Abschnitte des Vibrators 7 bereitgestellt und werden mit dem Vibrator 7 bewegt.
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An die beweglichen Elektroden der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 wird ein Trägersignal Vs ausgehend vom Schaltkreischip 3 mittels des Verbindungsteils 4 angelegt. Die befestigten Elektroden der Kondensatoren Cd1 und Cd4 sind mit dem Anschluss P6s verbunden und die befestigten Elektroden der Kondensatoren Cd2 und Cd3 sind mit dem Anschluss P7s verbunden. In 1 ist eine Verbindung zwischen den befestigten Elektroden und den Anschlüssen weggelassen.
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In der Sensoreinheit 5 werden die Vibratoren 6 und 7 des beweglichen Teils 8 in der X-Achsenrichtung regelmäßig durch angemessenes Steuern von Vibrationssignalen Vv1 bis Vv4, die in dem Schaltkreischip 3 erzeugt werden, vibriert. In einem Zustand, in dem die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung vibrieren, wird Corioliskraft gemäß einem Grad einer Winkelgeschwindigkeit der Rotation auf dem beweglichen Teil 8 erzeugt, wenn eine Rotation um die Z-Achse auf die Sensoreinheit 5 einwirkt.
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In so einem Fall erscheint ein Vibrationszustand in der Y-Achsenrichtung als eine Kapazitätsänderung der Kondensatoren Cd1 bis Cd4. Die Kapazitätsänderung kann als ein Erfassungssignal erlangt werden. Beispielsweise steigt die Kapazität an den Kondensatoren Cd1 und Cd4 an, wenn der Elektrodenabstand der Kondensatoren Cd1 und Cd4 reduziert wird. Ebenso verringert sich die Kapazität an den Kondensatoren Cd2 und Cd3, wenn der Elektrodenabstand der Kondensatoren Cd2 und Cd3 ansteigt.
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Eine Erfassungseinheit 12 ist auf dem Schaltkreischip 3 ausgebildet. Die Erfassungseinheit 12 ist konfiguriert, die Sensoreinheit 5 anzutreiben und eine Winkelgeschwindigkeit, die extern auf die Sensoreinheit 5 ausgeübt wird, zu erfassen. Die Erfassungseinheit 12 beinhaltet einen Modulationssignalerzeugungsteil 13, einen Vibrationssignalerzeugungsteil 14, einen Steuerschaltkreis 15, Schaltungsschaltkreise 16 und 17, einen Ausgabeschaltkreis 18 und einen Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19.
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Der Modulationssignalerzeugungsteil 13 erzeugt das Trägersignal Vs. Das Trägersignal Vs wird mittels einer nicht dargestellten Verbindungsleitung des Verbindungsteils 4 zum Sensorchip 2 geführt.
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Der Vibrationssignalerzeugungsteil 14 erzeugt die Vibrationssignale Vv1 bis Vv4. Die Vibrationssignale Vv1 bis Vv4 werden mittels einer nicht dargestellten Verbindungsleitung des Verbindungsteils 4 zum vibrierenden Teil 9 des Sensorchips 2 geführt. Somit entspricht der Vibrationssignalerzeugungsteil 14 einem Vibrationssignalbereitstellungsteil. Da die befestigten Elektroden der Kondensatoren Cv1 bis Cv4 des vibrierenden Teils 9 mit den Vibrationssignalen Vv1 bis Vv4 versorgt werden, wird die elektrostatische Kraft in den Kondensatoren Cv1 bis Cv4 erzeugt, um die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung zu bewegen.
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Obwohl nicht dargestellt, wird an das Vibrationssignalerzeugungsteil 14 vom Sensorchip 2 ein X-Achsenvibrationssignal angelegt, das eine Vibrationskomponente der Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung angibt. Der Vibrationssignalerzeugungsteil 14 führt eine Rückkopplungssteuerung durch, um die Vibrationssignale Vv1 bis Vv4 basierend auf dem X-Achsenvibrationssignal so zu erzeugen, dass die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung mit vorbestimmter Amplitude und vorbestimmter Frequenz vibrieren.
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Der Steuerschaltkreis 15 beinhaltet einen C/V-Wandler 20 und einen Synchrondemodulationserfasser beziehungsweise Synchrondemodulationsdetektor (demodulation/synchronous detector) 21 zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit. Der Steuerschaltkreis 15 beinhaltet ferner einen Servotreiber 22 zum Beschränken einer Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung. Der C/V-Wandler 20 und der Synchrondemodulationserfasser 21 entsprechen einem Teil zum Extrahieren einer Vibration der zweiten Achse. Der Servotreiber 22 entspricht einem Teil zum Beschränken einer Vibration der zweiten Achse und einem Antriebssignalbereitstellungsteil.
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Der C/V-Wandler 20 beinhaltet einen differenziellen Operationsverstärker (fully differential-type operation amplifier) OP1 als eine Hauptkomponente. Eingangsanschlüsse des C/V-Wandlers 20 sind mit den Anschlüssen P6c und P7c verbunden. Der C/V-Wandler 20 wandelt die Kapazität der Kondensatoren Cd1 bis Cd4 des Ausgabeteils 11 in Spannungen und gibt Spannungssignale aus. Die Ausgangssignale des C/V-Wandlers 20 werden durch Amplitudenmodulation des Trägersignals Vs gemäß der Kapazitätsänderung der Kondensatoren Cd1 bis Cd4 erzeugt.
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Der Synchrondemodulationserfasser 21 beinhaltet einen differenziellen Operationsverstärker OP2 als eine Hauptkomponente. Der Synchrondemodulationserfasser 21 erzeugt ein Y-Achsenvibrationssignal, das eine Vibrationskomponente einer Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung angibt, durch Demodulieren und synchrones Erfassen des Ausgangssignals des C/V-Wandlers 20. Das Y-Achsenvibrationssignal entspricht einem Vibrationssignal der zweiten Achse und somit entspricht der Synchrondemodulationserfasser 21 einem Teil zum Extrahieren einer Vibration der zweiten Achse. Das Y-Achsenvibrationssignal wird zum Servotreiber 22 und zum Ausgabeschaltkreis 18 geführt.
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Der Servotreiber 22 beinhaltet einen differenziellen Operationsverstärker (fully differential-type operation amplifier) OP3 als eine Hauptkomponente. Der Servotreiber 22 erzeugt die Antriebssignale Vsv+ und Vsv– zum Beheben der Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung durch Verstärken des Y-Achsenvibrationssignals mit einer vorbestimmten Verstärkung. Die Antriebssignale Vsv+ und Vsv– werden zu den befestigten Elektroden der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 des vibrationskorrigierenden Teils 10 mittels des Schaltungsschaltkreises 16, des Verbindungsteils 4 und dergleichen geführt.
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Der Ausgangsschaltkreis 18 beinhaltet einen Operationsverstärker mit einem einzelnen Ende (single end-type operation amplifier) OP4 als eine Hauptkomponente. Der Ausgangsschaltkreis 18 erzeugt ein Ausgangssignal SYAW, das den Grad (Amplitude) der Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung angibt, das heißt, eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse basierend auf dem Y-Achsenvibrationssignal angibt, das von dem Synchrondemodulationserfasser 21 und dergleichen ausgegeben wird. Somit entspricht der Ausgabeschaltkreis 18 einem Winkelgeschwindigkeitserfassungsteil. Das Ausgabesignal SYAW wird an eine externe Einrichtung mittels eines Anschlusses P8c ausgegeben.
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Der Schaltungsschaltkreis 16 ist mit Schaltern S1 bis S4 ausgestattet. Der Schaltungsschaltkreis 17 ist mit Schaltern S5 bis S8 ausgestattet. Einer der Anschlüsse des Schalters S1 und einer der Anschlüsse des Schalters S2 sind gemeinsam mit einem nichtinvertierenden Ausgangsanschluss des Servotreibers 22 verbunden. Einer der Anschlüsse des Schalters S3 und einer der Anschlüsse des Schalters S4 sind gemeinsam mit einem invertierenden Ausgangsanschluss des Servotreibers 22 verbunden.
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Der andere der Anschlüsse des Schalters S1 ist mit dem Anschluss P1c und einem der Anschlüsse des Schalters S5 verbunden. Der andere der Anschlüsse des Schalters S2 ist mit dem Anschluss P4c und einem der Anschlüsse des Schalters S6 verbunden. Der andere der Anschlüsse des Schalters S3 ist mit dem Anschluss P2c und einem der Anschlüsse des Schalters S7 verbunden. Der andere der Anschlüsse des Schalters S4 ist mit dem Anschluss P3c und einem der Anschlüsse des Schalters S8 verbunden. Die anderen der Anschlüsse der Schalter S5 bis S8 sind gemeinsam verbunden. Ein- und Aus-Zustände der Schalter S1 bis S8 werden durch einen nicht dargestellten Steuerschaltkreis gesteuert.
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Der Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19 dient dazu, eine Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 des Verbindungsteils 4 wie beispielsweise eine Fehlfunktion bei einem offenen Zustand zu erfassen. Der Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19 beinhaltet einen C/V-Wandlerschaltkreis 23, einen Komparator 24 und eine Bestimmungslogik 25. Die Verbindungsleitungen L1 bis L4 entsprechen Antriebssignalübertragungsleitungen. Die Antriebssignalübertragungsleitungen können durch Flip-Chip-Bondabschnitte bereitgestellt werden, die den Sensorchip 2 und den Schaltkreischip 3 bonden. Die Bestimmungslogik entspricht einem Bestimmungsteil.
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Der C/V-Wandlerschaltkreis 23 beinhaltet einen Operationsverstärker (single end-type operation amplifier) OP5 mit einem einzelnen Ende, eine Referenzspannungsquelle 26, einen integrierenden Kondensator Cf und einen Schalter S9. Ein invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP5 ist mit dem anderen der Anschlüsse der Schalter S5 bis S8 verbunden, die gemeinsam verbunden sind. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP5 wird mit der Spannung Vr (beispielsweise 2,5 V) versorgt, die von der Referenzspannungsquelle 26 ausgegeben wird.
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Der integrierende Kondensator Cf und der Schalter S9 sind parallel miteinander zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP5 verbunden. Eine Ausgangsspannung Vcv des Operationsverstärkers OP5 liegt beispielsweise in einem Bereich von +2,5 V bis +5,0 V und wird an den Komparator 24 angelegt.
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Der Komparator 24 vergleicht die Spannung Vcv mit einer vorbestimmten Referenzspannung und gibt eine Spannung Vcmp aus, die ein Vergleichsergebnis angibt. Das heißt, der Komparator 24 gibt die Spannung Vcmp durch Pegelverschiebung der Spannung Vcv gemäß einer Quellenspannung desselben aus. Die Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24 befindet sich beispielsweise in einem Bereich von 0 V bis +5,0 V und wird an die Bestimmungslogik 25 angelegt.
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Die Bestimmungslogik 25 bestimmt eine Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 basierend auf der Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24. Die Bestimmungslogik 25 gibt ein Bestimmungssignal Sd aus, das einen unterschiedlichen Spannungspegel abhängig von einem Bestimmungsergebnis an eine externe Einrichtung mittels eines Anschlusses 9c ausgibt. Das Bestimmungssignal Sd gibt einen niedrigen Pegel L (beispielsweise 0 V) an, wenn die Verbindungsleitungen L1 bis L4 keine Unterbrechung aufweisen. Das Bestimmungssignal Sd gibt einen hohen Pegel H (beispielsweise 5 V) an, wenn mindestens eine der Verbindungsleitungen L1 bis L4 eine Unterbrechung aufweist. Alternativ kann das Bestimmungssignal Sd abhängig von einer Verwendung in einem System einen niedrigen Pegel L (beispielsweise 0 V) angeben, wenn mindestens eine der Verbindungsleitungen L1 bis L4 eine Unterbrechung aufweist, und kann einen hohen Pegel H (beispielsweise 5 V) angeben, wenn die Verbindungsleitungen L1 bis L4 keine Unterbrechung aufweisen.
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Die Schalter S1 bis S9 sind beispielsweise durch einen analogen Schalter ausgebildet. Die Schalter S1 bis S4 können jegliche Größe aufweisen, solange sie den vibrationskorrigierenden Teil 10 der Sensoreinheit 5 ausreichend antreiben können. Da die Schalter S1 bis S4 normalerweise in einem normalen Betrieb im Ein-Zustand sind, ist es bevorzugt, den Ein-Widerstand zu reduzieren. Die Schalter S5 bis S8 geben das Trägersignal Vs durch die Kondensatoren Cs1 bis Cs4 ein. Daher können die Schalter S5 bis S8 jegliche Größe aufweisen, solange eine Frequenzkomponente des Trägersignals Vs nicht gedämpft wird. Der Schalter S9 weist eine Größe auf, durch die der Schalter die Ladung des integrierenden Kondensators Cf in einer Zeit entsprechend einem halben Zyklus des Trägersignals Vs rücksetzen kann. Der integrierende Schaltkreis Cf ist so mit einer Kapazität konfiguriert, dass die Ausgangsspannung Vcv des C/V-Komparators 23 einen Grenzwert (Referenzspannung) des Komparators 24 überschreitet, sogar wenn der bearbeitete Zustand, d. h. die Kapazität der Kondensatoren Cs1 bis Cs4, minimal ist. Der Komparator 24 weist Spezifikationen auf, mit denen eine ausreichende Antwortgeschwindigkeit auf die Frequenz des Trägersignals Vs erreicht wird.
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Als Nächstes wird ein Betrieb des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 ebenso mit Bezug auf 2 und 3 erläutert.
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Im normalen Betrieb zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit werden die Vibrationssignale Vv1 bis Vv4, die in dem Vibrationssignalerzeugungsteil 14 erzeugt werden, zum Vibrationsteil 9 geführt. Durch Vibrationssignale Vv1 bis Vv4 erzeugen die Kondensatoren Cv1 bis Cv4 elektrostatische Kraft zum Deplatzieren der Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung. Somit vibrieren die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung mit der vorbestimmten Amplitude und Frequenz. Es ist zu beachten, dass im normalen Betrieb der Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19 in einem Nichtbetriebszustand ist.
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Ebenso sind im normalen Betrieb alle Schalter S1 bis S4 des Schaltungsschaltkreises 16 in einem Ein-Zustand und alle S5 bis S8 des Schaltungsschaltkreises 17 in einem Aus-Zustand. Daher werden die Antriebssignale Vsv+ und Vsv–, die in dem Steuerschaltkreis 15 erzeugt werden, mittels der Verbindungsleitungen L1 bis L4 und dergleichen zum vibrationskorrigierenden Teil 10 geführt und an die befestigten Elektroden der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 angelegt.
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Ferner gibt der Steuerschaltkreis 15 das Y-Achsenvibrationssignal, das die Vibrationskomponenten der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung angibt, basierend auf der Kapazitätsänderung der Kondensatoren Cd1 bis Cd4 in dem Zustand, in dem die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung vibrieren, aus. Der Ausgabeschaltkreis 18 erzeugt das Ausgangssignal SYAW, das die Winkelgeschwindigkeit der Rotation um die Z-Achse herum basierend auf dem Y-Achsenvibrationsignal angibt.
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Der Steuerschaltkreis rückkopplungssteuert die Spannungspegel der Antriebssignale Vsv+ und Vsv– so, dass die Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung basierend auf dem Y-Achsenvibrationssignal beschränkt wird. Das heißt, der Steuerschaltkreis 15 führt eine Servosteuerung zum Beschränken der Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung durch.
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Beispielsweise steuert der Steuerschaltkreis 15 die Spannungspegel der Antriebssignale Vsv+ und Vsv– so, dass eine elektrostatische Kraft zum Beschränken der Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung in den Kondensatoren Cs1 bis Cs4 des vibrationskorrigierenden Teils 10 erzeugt wird. Idealerweise steuert der Steuerschaltkreis 15 die Spannungspegel der Antriebssignale Vsv+ und Vsv– so, dass die Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung nicht vibriert werden, das heißt, die Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung null wird. In diesem Fall kann der Ausgabeschaltkreis 18 das Ausgangssignal SYAW ausgeben, obwohl die Vibratoren 6 und 7 nicht tatsächlich in der Y-Achsenrichtung vibriert werden, da der Synchrondemodulationserfasser 21 das Y-Achsenvibrationssignal, das die Vibrationskomponente der Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung angibt, ausgibt.
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Bei einer derartigen Steuerung werden die Vibratoren 6 und 7 regelmäßig in der X-Achsenrichtung vibriert, und die Vibrationskomponente der Vibrationen der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung, die durch Corioliskraft verursacht wird, die erzeugt wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit in einer Richtung um die Z-Achse herum ausgeübt wird, wird extrahiert. Die Winkelgeschwindigkeit wird basierend auf der extrahierten Vibrationskomponente in der Y-Achsenrichtung erfasst. Ferner kann durch die Servosteuerung die Erzeugung von schräger Vibration aufgrund von Bearbeitungsfehlern der Vibratoren 6 und 7 und dergleichen reduziert werden, und somit können die Vibratoren 6 und 7 kaum in der X-Achsenrichtung vibriert werden.
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Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 führt eine erste Unterbrechungserfassungsoperation zum Erfassen einer Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 in einem Fall durch, in dem die Servosteuerung zum Beschränken der schrägen Vibration der Vibratoren 6 und 7 durchgeführt wird. Die erste Unterbrechungserfassungsoperation wird wie nachfolgend erläutert durchgeführt.
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Beispielsweise wird das Antriebssignal Vsv+ nicht an die befestigte Elektrode des Kondensators Cs1 angelegt, wenn die Verbindungsleitung L1 unterbrochen ist, und somit werden die Vibratoren 6 und 7 schräg vibriert. Daher ändert der Steuerschaltkreis 15 den Spannungspegel des Antriebssignals Vsv+ so, dass die schräge Vibration beschränkt wird. Beispielsweise wird der Spannungspegel des Antriebssignals Vsv+ angehoben. Da jedoch die Verbindungsleitung L1 unterbrochen ist, wird die schräge Vibration nicht reduziert, sogar wenn der Spannungspegel des Antriebssignals Vsv+ verändert wird. Demzufolge wird der Spannungspegel des Antriebssignals Vsv+ ein Pegel außerhalb eines normal anliegenden Spannungsbereichs.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Unterbrechung durch eine derartige abnormale Änderung des Spannungspegels erfasst. Beispielsweise wird bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn das Antriebssignal Vsv+ 4,8 V oder mehr wird. Ebenso wird bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt, wenn das Antriebssignal Vsv– 0,2 V oder weniger wird.
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Bei der vorstehend erläuterten ersten Unterbrechungserfassungsoperation kann im nachfolgenden Fall die Unterbrechung nicht erfasst werden. Sind die Vibratoren 6 und 7 beispielsweise ideal gefertigt, vibrieren die Vibratoren 6 und 7 in der X-Achsenrichtung in einem Zustand, in dem eine Winkelgeschwindigkeit nicht auf die Vibratoren 6 und 7 ausgeübt wird, kaum. Daher tritt die schräge Vibration nicht auf. Hierbei ist es nicht notwendig, den vibrationskorrigierenden Teil 10 mit den Antriebssignalen Vsv+ und Vsv– zu versorgen. In einem derartigen Fall tritt eine abnormale Änderung der Antriebssignale Vsv+ und Vsv– nicht auf, sogar wenn die Verbindungsleitungen L1 bis L4 eine Unterbrechung aufweisen, wodurch die Unterbrechung in der ersten Unterbrechungserfassungsoperation nicht erfasst werden kann.
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Unter Berücksichtigung des vorgenannten Sachverhalts führt der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 in der vorliegenden Ausführungsform ebenso die folgende zweite Unterbrechungserfassungsoperation durch. In 2 zeigen (a) bis (c) und (h) schematisch Signalwellenformen bezüglich der zweiten Unterbrechungserfassungsoperation. Die zweite Unterbrechungserfassungsoperation beginnt zum Zeitpunkt t1, bei dem ein Haupttakt (interner Referenztakt) MCK das erste Mal ansteigt, nachdem ein Unterbrechungserfassungsstartsignal CHECK von einem niedrigen Pegel L (beispielsweise 0 V) zu einem hohen Pegel H (beispielsweise +5 V) übergeht, wie in (a) und (b) von 2 dargestellt. Das heißt, das anfängliche Ansteigen des Haupttaktsignals MCK ist ein Auslöser (Trigger) der zweiten Unterbrechungserfassungsoperation. Das Unterbrechungserfassungsstartsignal CHCK wird von einer nicht dargestellten übergeordneten Steuereinrichtung, die außerhalb des Sensorchips 2 bereitgestellt wird, mittels eines nicht dargestellten Anschlusses zugeführt.
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Dann geht zu einem Zeitpunkt t2, der einem zweiten Ansteigen des Haupttaktsignals MCK entspricht, ein internes Unterbrechungserfassungsstartsignal PRI_SV von einem niedrigen Pegel L zu einem hohen Pegel H über. Zu einem Zeitpunkt t3 entsprechend dem ersten Ansteigen des Haupttaktsignals MCK, nachdem das interne Unterbrechungserfassungsstartsignal PRI_SV auf den hohen Pegel H übergegangen ist, werden alle Schalter S1 bis S4 auf den Aus-Zustand und der Schalter S5 auf den Ein-Zustand gestellt. Danach wird in einer Periode zwischen dem Zeitpunkt t3 und einem Zeitpunkt t4 entsprechend dem anschließenden Ansteigen des Haupttaktsignals MCK eine Unterbrechungsüberprüfungsoperation zum Überprüfen einer Unterbrechung der Verbindungsleitung L1 durchgeführt.
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In 3 zeigen (a) bis (d) Signalwellenformen bezüglich der Unterbrechungsüberprüfungsoperation. Konkret zeigt in 3 (a) das Haupttaktsignal MCK, (b) das Trägerwellensignal Vs, (c) die Ausgangsspannung Vcv des C/V-Wandlerschaltkreises 23 und (d) die Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24.
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Beispielsweise empfängt der C/V-Wandlerschaltkreis 23 beim Überprüfen der Unterbrechung der Verbindungsleitung L1 die Kapazität des Kondensators Cs1 mittels der Verbindungsleitung L1, des Schalters S5 und dergleichen und wandelt die Kapazität in eine Spannung, um das Spannungssignal zu erzeugen. Der Schalter S9 wird synchron zum Trägersignal Vs, das an der beweglichen Elektrode des Kondensators Cs1 anliegt, ein- oder ausgeschaltet. Daher weist das Signal, das die Ausgangsspannung Vcv angibt, unter idealen Umständen eine rechteckige Wellenform gemäß einem Verhältnis der Kapazität des Kondensators Cs1 zur Kapazität des integrierenden Kondensators Cf auf.
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Daher weist die Ausgangsspannung Vcv des C/V-Wandlerschaltkreises 23 in einem normalen Zustand, in dem die Verbindungsleitung L1 keine Unterbrechung aufweist, eine rechtwinklige Wellenform mit einer Frequenz gleich der Frequenz des Trägersignals Vs auf. Ebenso weist die Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24, die durch den Pegelübergang der Ausgangsspannung Vcv erzeugt wird, die gleiche rechtwinklige Wellenform auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Frequenz der rechtwinkligen Wellenformsignale beispielsweise das 32-Fache der Frequenz des Haupttaktsignals MCK.
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Andererseits kann der C/V-Wandlerschaltkreis 23 in einem Unterbrechungszustand, in dem die Verbindungsleitung L1 eine Unterbrechung aufweist, die Kapazität des Kondensators Cs1 nicht empfangen. Daher wird die Ausgangsspannung Vcv des C/V-Wandlerschaltkreises 23 in dem Unterbrechungszustand ein konstanter Wert (beispielsweise +2,5 V), wie in einem rechten Abschnitt der 3 dargestellt. Wie ebenso in dem rechten Abschnitt der 3 dargestellt ist, wird die Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24 ein konstanter Wert (beispielsweise 0 V).
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Somit zählt die Bestimmungslogik 25 die Anzahl von Pulsen der Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24. Beispielsweise zählt die Bestimmungslogik die Anzahl steigender Flanken oder die Anzahl fallender Flanken. Die Bestimmungslogik 25 bestimmt, dass die Verbindungsleitung L1 keine Unterbrechung aufweist, wenn die Anzahl von Pulsen der Ausgangsspannung Vcmp gleich oder größer als ein vorbestimmter Grenzwert wie beispielsweise sechzehn ist. Andererseits bestimmt die Bestimmungslogik 25, dass die entsprechende Verbindungsleitung L1 eine Unterbrechung aufweist, wenn die Anzahl von Pulsen der Ausgangsspannung Vcmp kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist. Bei der vorstehend genannten Bestimmung kann die Anzahl von Pulsen angemessen geändert werden, solange die Änderung der Ausgangsspannung Vcmp oder Vcv aufgrund der Unterbrechung erfasst werden kann.
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Wird in der Unterbrechungsüberprüfungsoperation in der Periode vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4 bestimmt, dass die Verbindungsleitung L1 unterbrochen ist, geht das Bestimmungssignal Sd, das von der Bestimmungslogik 25 ausgegeben wird, zum Zeitpunkt t4 von einem niedrigen Pegel L zu einem hohen Pegel H über. Andererseits behält das Bestimmungssignal Sd den niedrigen Pegel L bei, wenn bestimmt wird, dass die Verbindungsleitung L1 keine Unterbrechung aufweist.
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Des Weiteren wird zum Zeitpunkt t4 der Schalter S5 auf den Aus-Zustand und der Schalter S6 auf den Ein-Zustand gesetzt. Danach wird in einer Periode bis zum nächsten Ansteigen des Haupttakts MCK, d. h. in einer Periode vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5, eine Unterbrechungsüberprüfungsoperation wie beispielsweise eine zweite Unterbrechungsüberprüfungsoperation zum Überprüfen einer Unterbrechung der Verbindungsleitung L4 durchgeführt.
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Wird in der zweiten Unterbrechungsüberprüfungsoperation bestimmt, dass die Verbindungsleitung L4 eine Unterbrechung aufweist, geht das Bestimmungssignal Sd zum Zeitpunkt t5 zum hohen Pegel H über. Konkret geht das Bestimmungssignal Sd zum Zeitpunkt t5 vom niedrigen Pegel L zum hohen Pegel H über, wenn das Bestimmungssignal Sd in der Periode vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 auf dem niedrigen Pegel L ist. Weist das Bestimmungssignal Sd in der Periode vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 bereits den hohen Pegel H auf, behält das Bestimmungssignal Sd den hohen Pegel H bei.
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Andererseits behält das Bestimmungssignal Sd den gegenwärtigen Pegel bei, wenn in der zweiten Unterbrechungsüberprüfungsoperation bestimmt wird, dass die Verbindungsleitung L4 keine Unterbrechung aufweist. Konkret behält das Bestimmungssignal Sd den niedrigen L bei, wenn das Bestimmungssignal Sd in der Periode vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 den niedrigen Pegel L aufweist. Wenn das Bestimmungssignal Sd in der Periode vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 den hohen Pegel H aufweist, behält das Bestimmungssignal Sd den hohen Pegel H bei.
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Danach werden Unterbrechungsüberprüfungsoperationen zum Überprüfen der Unterbrechung der Verbindungsleitungen L2 und L3 in Perioden vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t7 auf gleiche Weise wie bei den ersten und zweiten Unterbrechungsüberprüfungsoperationen für die Verbindungsleitungen L1 und L4 durchgeführt.
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Bei den vorstehend genannten Unterbrechungsüberprüfungsoperation geht das Bestimmungssignal Sd zum hohen Pegel H über, wenn eine Unterbrechung in mindestens einer der Verbindungsleitungen L1 bis L4 erfasst wird. Somit kann die externe Steuereinrichtung die Unterbrechung jeder der Verbindungsleitungen L1 bis L4 basierend auf der Pegeländerung des Bestimmungssignals Sd bestimmen. Es ist zu beachten, dass Wellenformen (d) bis (g) von 2 Ein- und Aus-Zustände der Schalter S5 bis S8 darstellen.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden die folgenden vorteilhaften Effekte erlangt.
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Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 ist konfiguriert, die erste Unterbrechungserfassungsoperation und die zweite Unterbrechungserfassungsoperation zum Erfassen einer Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 durchzuführen, die als Antriebssignalübertragungsleitungen zum Übertragen der Antriebssignale Vsv+ und Vsv– für die Servosteuerung ausgehend vom Schaltkreischip 3 zum Sensorchip bereitgestellt werden. Bei der zweiten Unterbrechungserfassungsoperation gibt der C/V-Wandlerschaltkreis 23 die Spannung Vcv aus, die durch Wandeln der Kapazität der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 unter Verwendung des Trägersignals Vs erzeugt wird, und die Bestimmungslogik 25 bestimmt die Unterbrechung basierend auf der Spannung Vcv. Daher kann die Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 bestimmt werden, sogar wenn die Vibratoren 6 und 7 in idealen Zuständen sind, d. h. sogar in einem Zustand, in dem die schräge Vibration nicht auftritt.
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In einem Fall, in dem die Vibratoren 6 und 7 ideal bearbeitet sind die Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 keinen Ärger bereiten, da es nicht notwendig ist, die elektrostatische Kraft (externe Kraft) durch die Servosteuerung auszuüben. Jedoch ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 konfiguriert, die Winkelgeschwindigkeit basierend auf dem Y-Achsenvibrationssignal, das die Vibrationskomponente der Vibration der Vibratoren 6 und 7 in der Y-Achsenrichtung angibt, die in der Servosteuerung extrahiert wird, zu erfassen. Daher kann eine Sensorausgabe in einem Fall, in dem irgendeine der Verbindungsleitungen L1 bis L4 eine Unterbrechung aufweist, nicht erlangt werden, sogar wenn eine Winkelgeschwindigkeit ausgeübt wird. Daher ist es sogar in einem Fall, in dem die Vibratoren 6 und 7 im idealen Zustand bearbeitet werden, wichtig, eine Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 zu erfassen.
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Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 sind der Sensorchip 2 und der Schaltkreischip 3 durch die Verbindungsleitungen des Verbindungsteils 4 durch Flip-Chip-Bonden verbunden. Daher ist es schwierig, den Zustand des Verbindungsteils 4 von der Außenseite einzusehen. In der vorliegenden Ausführungsform kann sogar bei einem derartigen Zustand eine Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 des Verbindungsteils 4 durch die vorstehend genannte Unterbrechungserfassungsoperation bestimmt werden.
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Der Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19 weist den Komparator 24 auf, der die Spannung Vcmp (beispielsweise 0 V bis 5 V) durch Wandeln des Pegels der Ausgangsspannung Vcv (beispielsweise 2,5 V bis 5 V) des C/V-Wandlerschaltkreises 23 erzeugt. Die Bestimmungslogik 25 bestimmt die Unterbrechung basierend auf der Spannung Vcmp. In einer derartigen Ausbildung kann der Pegel der Spannung Vcmp für die Unterbrechungsbestimmung auf einen höheren Pegel eingestellt werden und eine Wellenform der Spannung Vcmp kann eingestellt werden, sogar wenn die Kapazität der Kondensatoren Cs1 bis Cs4 des vibrationskorrigierenden Teils 10 sehr klein ist. Daher wird die Bestimmungsgenauigkeit der Bestimmungslogik 25 ausreichend verbessert.
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Die Bestimmugslogik 25 zählt die Anzahl von Pulsen der Anzahl Vcmp und ferner die Anzahl von Pulsen der Spannung Vcv. Die Bestimmungslogik 25 bestimmt, dass die zu erfassende Verbindungsleitung eine Unterbrechung aufweist, wenn die Anzahl der Pulse kleiner als der Grenzwert wie beispielsweise sechzehn ist, und bestimmt, dass die zu erfassende Verbindungsleitung keine Unterbrechung aufweist, wenn die Anzahl der Pulse gleich oder größer als der Grenzwert ist. Auf diese Weise bestimmt die Bestimmungslogik 25 die Unterbrechung der Verbindungsleitung basierend auf der gezählten Anzahl der Pulse. Das heißt, die Bestimmungsgenauigkeit wird weiter verbessert, da die Bestimmungslogik 25 quantitativ die Unterbrechung der Verbindungsleitung bestimmt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 4 erläutert.
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4 ist ein schematisches Diagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors 31 gemäß der zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform werden Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung davon wird nicht wiederholt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 31 unterscheidet sich von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1, der in 1 dargestellt ist, dadurch, dass der Schaltkreischip 3 zusätzlich einen Inspektionsschaltkreis 32 aufweist.
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Der Inspektionsschaltkreis 32 weist einen Kondensator C31 und Schalter S31 und S32 auf. Ein Anschluss des Kondensators C31 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP5 des C/V-Wandlerschaltkreises 23 verbunden. Der andere Anschluss des Kondensators C31 ist mit einem Anschluss des Schalters S31 und einem Anschluss des Schalters S32 verbunden. Der andere Anschluss des Schalters S31 ist mit einem Anschluss P10c des Schaltkreischips 3 verbunden. Der andere Anschluss des Schalters S32 ist mit einem Masseanschluss mit Massepotenzial (0 V) verbunden.
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Wird der Winkelgeschwindigkeitssensor 31 normal verwendet, sind der Schalter S31 normalerweise in einem Aus-Zustand und der Schalter S32 normalerweise in einem Ein-Zustand. Daher beeinflusst der Inspektionsschaltkreis 32 eine Schaltkreisoperation der Erfassungseinheit 12 nicht. Demzufolge kann der Winkelgeschwindigkeitssensor 31 die gleiche Operation wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 der ersten Ausführungsform durchführen.
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Zusätzlich zu den vorstehend genannten Operationen weist der Winkelgeschwindigkeitssensor 31 eine Funktion zum Inspizieren, ob der Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19 in einem normalen betriebsbereiten Zustand, beispielsweise in einer Bearbeitungsstufe beziehungsweise einer Herstellungsstufe, ist oder nicht, auf.
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Beispielsweise wird der Schalter S31 in einer Stufe vor dem Verbinden des Sensorchips 2 und des Schaltkreischips 3 durch den Verbindungsteil 4 auf einen Ein-Zustand festgelegt und der Schalter S32 wird auf einen Aus-Zustand festgelegt. In diesem Zustand wird ein Trägersignal gleich dem Trägersignal Vs durch den Anschluss P10c als ein Inspektionssignal in den Inspektionsschaltkreis 32 eingegeben. Daher wird an den C/V-Wandlerschaltkreis 23 eine Eingabe gleich der Eingabe, die bei der Unterbrechungserfassungsoperation gemacht wird, wenn die Verbindungsleitungen L1 bis L4 in dem normalen Zustand sind, eingegeben. Somit wird die Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24 ein rechtwinkliges Wellenformsignal gleich dem des Trägersignals Vs. Des Weiteren bestimmt die Bestimmungslogik 24, dass die Anzahl von Pulsen der Spannung Vcmp gleich oder größer als der vorbestimmte Grenzwert (beispielsweise 16) ist, und hält das Bestimmungssignal Sd am niedrigen Pegel L. Somit kann bestimmt werden, dass der Verbindungserfassungsschaltkreis 19 in einem normalen betriebsbereiten Zustand ist, wenn das Bestimmungssignal Sd beim niedrigen Pegel L ist.
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Demzufolge kann in der vorliegenden Ausführungsform eine Inspektion zum Inspizieren, ob der Unterbrechungserfassungsschaltkreis 19 in einem normalen betriebsbereiten Zustand oder nicht ist, in der Stufe, bevor der Sensorchip 2 und der Schaltkreischip 3 elektrisch durch den Verbindungsteil 4 verbunden werden, d. h. in einem Waferzustand, durchgeführt werden. Das heißt, eine Fehlfunktion des Unterbrechungserfassungsschaltkreises 19, die in der Bearbeitungsstufe des Unterbrechungserfassungsschaltkreises 19 ausgebildet ist, kann erfasst werden. Somit kann eine Situation, in der die Unterbrechung der Verbindungsleitungen L1 bis L4 aufgrund der Fehlfunktion des Unterbrechungserfassungsschaltkreises 19 nicht erfasst werden kann, vermieden werden.
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In einem Fall, in dem der Kondensator für die Inspektion in dem Schaltkreischip 3 in einem Halbleiterbearbeitungsprozess ausgebildet wird, wie vorstehend beschrieben, kann eine kleine Kapazität genau erfasst werden, und somit wird eine Erfassungsgenauigkeit verbessert. Alternativ kann die Inspektion des Unterbrechungserfassungsschaltkreises 19 durch externes Befestigen des Kondensators entsprechend den Kondensatoren Cs1 bis Cs4 stromwärts (upstream) der Verbindungsleitungen L1 bis L4 in dem Zustand, bevor der Sensorchip 2 und der Schaltkreischip 3 elektrisch durch den Verbindungsteil 4 verbunden werden, durchgeführt werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die exemplarischen Ausführungsformern, die vorstehend erläutert und in den Zeichnungen dargestellt sind, beschränkt, sondern kann wie nachfolgend beschrieben modifiziert werden.
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Die Bestimmungslogik 25 kann die Unterbrechung basierend auf dem Pegel der Spannung Vcmp bestimmen. Beispielsweise wird bestimmt, dass die Verbindungsleitung eine Unterbrechung aufweist, wenn die Spannung Vcmp niedriger als ein vorbestimmter Pegel ist. Ebenso kann bestimmt werden, dass keine Unterbrechung in der Verbindungsleitung vorliegt, wenn die Spannung Vcmp gleich oder höher als der vorbestimmte Pegel ist. In so einem Fall kann die Ausgangsspannung Vcmp des Komparators 24 durch eine Tiefpassfilter oder dergleichen geglättet werden, und die Bestimmung kann basierend auf dem Pegel der geglätteten Ausgangsspannung gemacht werden.
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Der Komparator 24 ist nicht immer notwendig, solange die Bestimmungsgenauigkeit der Bestimmungslogik 25 aufrechterhalten wird. In so einem Fall bestimmt die Bestimmungslogik 25 die Unterbrechung basierend auf der Ausgangsspannung Vcv des C/V-Wandlerschaltkreises 23.
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Die Bestimmungslogik 25 kann so konfiguriert werden, dass eine Unterbrechungsinformation, die angibt, welche der Verbindungsleitungen L1 bis L4 eine Unterbrechung aufweist, gespeichert werden kann. In so einem Fall kann die Bestimmungslogik 25 so konfiguriert werden, dass die gespeicherte Unterbrechungsinformation an eine externe Einrichtung ausgegeben werden kann.
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Die erste Unterbrechungserfassungsoperation kann, wenn nötig, ausgeführt werden.
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Die Verbindungsleitungen L1 bis L4 können ein Draht oder dergleichen sein. Beispielsweise können der Sensorchip 2 und der Schaltkreischip 3 miteinander mittels einer Drahtbondtechnik verbunden sein.
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Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für den Fachmann naheliegend. Die Erfindung in ihrem weiter gefassten Begriff ist daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und veranschaulichende Beispiele, die dargestellt und beschrieben sind, begrenzt.
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Zusammengefasst betrifft die Erfindung einen Winkelgeschwindigkeitssensor der eine Sensoreinheit, eine Erfassungseinheit und einen Verbindungsteil beinhaltet, der die Sensoreinheit und die Erfassungseinheit elektrisch verbindet. Die Erfassungseinheit treibt die Sensoreinheit an und erfasst eine Winkelgeschwindigkeit, die auf die Sensoreinheit einwirkt. Die Erfassungseinheit stellt einer beweglichen Elektrode eines Kondensators der Sensoreinheit ein Trägersignal und einer befestigten Elektrode des Kondensators ein Antriebssignal mittels des Verbindungsteils bereit, um eine Servosteuerung durchzuführen. Die Erfassungseinheit weist einen C/V-Wandlerschaltkreis und einen Bestimmungsteil auf. Der C/V-Wandlerschaltkreis empfängt eine Kapazität, die an dem Kondensator erzeugt wird, durch eine Antriebssignalübertragungsleitung des Verbindungsteils in einem Zustand, in dem die Bereitstellung des Antriebssignals gestoppt ist, und wandelt die Kapazität in eine Spannung. Der Bestimmungsteil bestimmt, ob die Antriebssignalübertragungsleitung eine Unterbrechung aufweist oder nicht, basierend auf der Spannung, die von dem C/V-Wandlerschaltkreis ausgegeben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-63328 [0002]
- JP 5-107292 [0007]
