DE112014006428T5 - Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft - Google Patents

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Takeshi Mori
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Abstract

Eine kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft enthält einen Sensorteil, eine Steuerschaltung und eine CV-Wandlungsschaltung. Der Sensorteil umfasst eine bewegliche Elektrode, eine erste fixe Elektrode und eine zweite fixe Elektrode. Die CV-Wandlungsschaltung ist konfiguriert, um eine Referenzspannung zu empfangen und eine Spannung in Entsprechung zu einer Kapazitätsänderung auszugeben. In einer ersten Zeitperiode legt die Steuerschaltung ein erstes Signal an der ersten fixen Elektrode an und legt ein zweites Signal, dessen Phase zu derjenigen des ersten Signals entgegengesetzt ist, an der zweiten fixen Elektrode an. In einer zweiten Zeitperiode legt die Steuerschaltung die Referenzspannung an der ersten fixen Elektrode an und legt das zweite Signal an der zweiten fixen Elektrode an.

Description

  • ERFINDUNGSFELD
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft, die eine physikalische Größe wie etwa eine Beschleunigung, eine Winkelgeschwindigkeit oder einen Druck erfasst.
  • STAND DER TECHNIK
  • 4 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen kapazitiven Vorrichtung 100 zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft. Die Vorrichtung 100 enthält eine bewegliche Elektrode 102, die durch eine Beschleunigung verschoben wird, und fixe Elektroden 103, die der beweglichen Elektrode 102 zugewandt sind. Die Vorrichtung 100 erfasst eine durch eine Beschleunigung verursachte Verschiebung der beweglichen Elektrode 102 als eine kapazitive Änderung zwischen der beweglichen Elektrode 102 und fixen Elektroden 103, um eine Beschleunigung zu erfassen. Insbesondere verschiebt eine Elektrostatische-Kraft-Erzeugungseinrichtung 104 die bewegliche Elektrode 102, während eine kapazitive Erfassungseinrichtung 105 die durch die Verschiebung verursachte Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode 102 und fixen Elektroden 103 erfasst. Die kapazitive Erfassungseinrichtung 105 bestimmt, ob die Kapazitätsänderung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, um dadurch eine Fehlerdiagnose wie etwa dazu, ob die bewegliche Elektrode normal funktioniert oder ob der Signalpfad zu der kapazitiven Erfassungseinrichtung unterbrochen ist, durchzuführen. Ein Beispiel für herkömmliche Techniken in Bezug auf die vorliegende Anmeldung ist in der Patentliteratur 1 angegeben.
  • Referenzliste
  • Patentliteratur
  • PTL: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H05-223844
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft anzugeben, die einen Sensorteil, eine Steuerschaltung und eine CV-Wandlungsschaltung enthält.
  • Der Sensorteil enthält eine bewegliche Elektrode, eine erste fixe Elektrode und eine zweite fixe Elektrode. Die bewegliche Elektrode ist derart konfiguriert, dass sie durch das Ändern einer physikalischen Größe verschoben werden kann. Die erste fixe Elektrode ist derart angeordnet, dass sie einem ersten Teil der beweglichen Elektrode zugewandt ist. Und die zweite fixe Elektrode ist derart angeordnet, dass sie einem zweiten Teil der beweglichen Elektrode zugewandt ist.
  • Die Steuerschaltung ist derart konfiguriert, dass sie ein Signal zwischen der beweglichen Elektrode und der ersten fixen Elektrode und zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten fixen Elektrode anlegt.
  • Die CV-Wandlungschaltung ist konfiguriert, um eine Referenzspannung zu empfangen und eine Spannung in Entsprechung zu einer Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode und der ersten fixen Elektrode und zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten fixen Elektrode auszugeben.
  • In einer ersten Zeitperiode legt die Steuerschaltung ein erstes Signal an der ersten fixen Elektrode an und legt ein zweites Signal, dessen Phase zu derjenigen des ersten Signals entgegengesetzt ist, an der zweiten fixen Elektrode an. In einer zweiten Zeitperiode legt die Steuerschaltung die Referenzspannung an der ersten fixen Elektrode an und legt das zweite Signal an der zweiten fixen Elektrode an.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorteils eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm des Beschleunigungssensors gemäß der Ausführungsform.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen den Wellenformen der Trägersignale und den Öffnungs- und Schließzeiten von Schaltern in dem Beschleunigungssensor gemäß der Ausführungsform zeigt.
  • 4 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen kapazitiven Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bei einer herkömmlichen kapazitiven Vorrichtung 100 zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft dauert die Fehlerdiagnose häufig länger, weil die bewegliche Elektrode 102 verschoben werden muss. Und wenn die Fehlerdiagnose ohne eine Verschiebung der beweglichen Elektrode 102 durchgeführt wird, erfasst eine kapazitive Erfassungseinrichtung 105 ein Signal von null, wenn der Signalpfad zu der kapazitiven Erfassungseinrichtung unterbrochen ist. Dies kann nicht von einem Fall unterschieden werden, in dem die eingehende physikalische Größe gleich null ist und sich der Signalpfad in einem normalen Zustand befindet, sodass es also unmöglich ist, Fehler zu erfassen.
  • BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im Folgenden wird ein Beschleunigungssensor als ein Beispiel für eine kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft gemäß der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorteils 1 eines Beschleunigungssensors 30 gemäß der Ausführungsform. 2 ist ein Schaltungsdiagramm des Beschleunigungssensors 30.
  • Die kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft enthält einen Sensorteil 1, eine Steuerschaltung 24 und eine CV-Wandlungsschaltung 21.
  • Der Sensorteil 1 enthält eine bewegliche Elektrode 2c, eine erste fixe Elektrode 3a und eine zweite fixe Elektrode 3b. Die bewegliche Elektrode 2c wird durch eine Änderung der physikalischen Größe verschoben. Die erste fixe Elektrode 3a ist derart angeordnet, dass sie einem ersten Teil der beweglichen Elektrode 2c zugewandt ist und die zweite fixe Elektrode 3b ist derart angeordnet, dass sie einem zweiten Teil der beweglichen Elektrode 2c zugewandt ist.
  • Die Steuerschaltung 24 legt ein Signal zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der ersten fixen Elektrode 3a und auch zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der zweiten fixen Elektrode 3b an.
  • Die CV-Wandlungsschaltung 21 empfängt eine Referenzspannung und gibt eine Spannung in Entsprechung zu einer Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der ersten fixen Elektrode 3a und auch zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der zweiten fixen Elektrode 3b aus.
  • In einer ersten Zeitperiode legt die Steuerschaltung 24 ein erstes Signal P1 an der ersten fixen Elektrode 3a an und legt ein zweites Signal P2, dessen Phase zu derjenigen des ersten Signals entgegengesetzt ist, an der zweiten fixen Elektrode 3b an. In einer zweiten Zeitperiode legt die Steuerschaltung 24 die Referenzspannung an der ersten fixen Elektrode 3a an und legt das zweite Signal P2 an der zweiten fixen Elektrode 3b an.
  • Im Folgenden wird der Beschleunigungssensor 30 im Detail beschrieben. Der Sensorteil 1 enthält ein Beschleunigungssensorelement 2, einen oberen Deckel 3 und einen unteren Deckel 4. Das Beschleunigungssensorelement 2 wird zwischen dem oberen Deckel 3 und dem unteren Deckel 4 gehalten und umfasst einen Balken 2a, einen Balken 2b, eine bewegliche Elektrode 2c und einen Rahmen 2d. Der obere Deckel 3 ist mit einer fixen Elektrode 3a (erste fixe Elektrode) und einer fixen Elektrode 3b (zweite fixe Elektrode) versehen. Die fixe Elektrode 3a ist dem ersten Teil der beweglichen Elektrode 2c zugewandt, und die fixe Elektrode 3b ist dem zweiten Teil der beweglichen Elektrode 2c zugewandt.
  • Die bewegliche Elektrode 2c und die fixe Elektrode 3a bilden eine Kapazität, und die bewegliche Elektrode 2c und die fixe Elektrode 3b bilden eine Kapazität. Wenn die bewegliche Elektrode 2c durch eine Beschleunigung verschoben wird, ändern sich diese Kapazitäten mit der Verschiebung der beweglichen Elektrode 2c. Eine weiter unten näher beschriebene Erfassungsschaltung 20 erfasst eine Beschleunigung aufgrund einer differentiellen Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3a und auch zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3b.
  • Der Beschleunigungssensor 30 enthält einen Sensorteil 1 und eine Erfassungsschaltung 20. Die Erfassungsschaltung 20 enthält eine CV-Wandlungsschaltung 21, eine Signalverarbeitungsschaltung 22, eine Steuerschaltung 24 und eine Entscheidungsschaltung 25. Die Steuerschaltung 24 ist eine Signalanlegungseinrichtung zum periodischen Anlegen eines Signals zwischen der beweglichen Elektrode 2c und fixen Elektroden 3a, 3b.
  • Die CV-Wandlungsschaltung 21 enthält einen Verstärker 21a, einen Kondensator 21b und einen Schalter 21c. Die Schaltung 21 wandelt die differentielle Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode 2c und jeder der fixen Elektroden 3a und 3b zu einer Spannung. Der Verstärker 21a weist einen invertierenden Eingangsanschluss (erster Eingangsanschluss) auf, der mit der beweglichen Elektrode 2c verbunden ist. Der Kondensator 21b und der Schalter 21c sind parallel zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 21a verbunden. Der Verstärker 21a weist einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss (zweiter Eingangsanschluss) auf, der eine Referenzspannung V0 empfängt. In der folgenden Beschreibung ist die Referenzspannung V0 der Einfachheit halber auf 0 V gesetzt.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 22 enthält eine Sample-and-Hold-Schaltung 22a, eine Verstärkerschaltung 22b und ein Tiefpassfilter 22c. Die Sample-and-Hold-Schaltung 22a tastet (misst) die Ausgangsspannung der CV-Wandlungschaltung 21 ab und hält sie für eine bestimmte Zeitdauer. Die Verstärkerschaltung 22b verstärkt die Ausgangsspannung der Sample-and-Hold-Schaltung 22a, sodass die Spannung eine vorbestimmte Empfindlichkeit aufweist. Das Tiefpassfilter 22c extrahiert nur vorbestimmte Frequenzbandkomponenten aus der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 22b und gibt ein Beschleunigungserfassungssignal aus.
  • Die Steuerschaltung 24 erzeugt Trägersignale P1, P2 und Schaltsignale S1, S2 basierend auf einem Referenztakt CLK sowie weiterhin ein Fehlerdiagnosesignal T und gibt diese Signale aus. Das Trägersignal P1 (erstes Signal) weist eine Amplitude von ±V auf und wird an der fixen Elektrode 3a angelegt. Das Trägersignal P2 (zweites Signal) weist eine Amplitude von ±V auf und wird an der fixen Elektrode 3b angelegt. Das Schaltsignal S1 öffnet oder schließt den Schalter 21c. Das Schaltsignal S2 öffnet oder schließt einen Schalter 221b. Die Schalter 21c und 221b sind Halbleiterschalter und befinden sich in dem geschlossenen Zustand, wenn das Schaltsignal von der Steuerschaltung 24 hoch ist.
  • Im Folgenden wird der Betrieb des Beschleunigungssensors mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen den Wellenformen von Trägersignalen und den Öffnungs- und Schließzeiten von Schaltern in dem Beschleunigungssensor 30 gemäß der Ausführungsform zeigt. Das Bezugszeichen „P1” gibt das Trägersignal P1 wieder, das an der fixen Elektrode 3a angelegt wird. Und das Bezugszeichen „P2” gibt das Trägersignal P2 wieder, das an der fixen Elektrode 3b angelegt wird. Das Symbol „21c” gibt die Öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 21c wieder, und das Bezugszeichen „22b1” gibt die Öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 221b wieder.
  • In einer ersten Zeitperiode, die aus T1 und T2 besteht, wird die Kapazitätsänderung mit der eingehenden physikalischen Größe gemessen (normaler Betrieb). In einer zweiten Zeitperiode, die aus T3 und T4 besteht, wird bestimmt, ob der Signalpfad zu der kapazitiven Erfassungseinrichtung unterbrochen ist (Fehlerdiagnose). Dadurch wird die Durchführung einer Fehlerdiagnose ohne eine Verschiebung der beweglichen Elektrode ermöglicht, wodurch die für die Fehlerdiagnose erforderliche Zeitdauer reduziert wird.
  • Die Steuerschaltung 24 gibt die Trägersignale P1 und P2 aus. Wie in 3 gezeigt, ist das Trägersignal P1 ein rechteckiges Signal mit einer konstanten Amplitude, die von in T1 und T2 der ersten Zeitperiode hoch (+V) zu niedrig (–V) oder umgekehrt wechselt. Das Trägersignal P2 weist einen entgegengesetzten Spannungspegel zu demjenigen des Trägersignals P1 in T1 und T2 der ersten Zeitperiode auf.
  • Im Folgenden wird die Messung der Kapazitätsänderung während des normalen Betriebs mit Bezug auf 3 beschrieben. In 3 gibt das Bezugszeichen „P1” ein an der fixen Elektrode 3a angelegtes Spannungssignal an und gibt das Bezugszeichen „P2” ein an der fixen Elektrode 3b angelegtes Spannungssignal an.
  • In T1 der ersten Zeitperiode befindet sich das Trägersignal P1 bei +V und befindet sich das Trägersignal P2 bei –V. Weiterhin befindet sich der Schalter 21c in dem geschlossenen Zustand (hoch) und befindet sich der Schalter 221b in dem geöffneten Zustand (niedrig) aufgrund der Schaltungssignale S1 und S2 aus der Steuerschaltung 24. Daraus resultiert, dass eine Spannung V0 jeweils an dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 21a und der beweglichen Elektrode 2c angelegt wird, während die Ladung des Kondensators 21b entladen wird. Bei der Messung während des normalen Betriebs sind der Schalter 23a und der Schalter 23b nicht mit der Referenzspannung V0 verbunden und derart verbunden, dass sie die Trägerwellen P1 und P2 an der beweglichen Elektrode 2c anlegen.
  • In dieser Situation baut sich eine Ladung von Q1 = –C1Ü·V zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3a auf. Das Minuszeichen gibt an, dass sich eine negative Ladung an dem Flächenteil der beweglichen Elektrode 2c gegenüber der fixen Elektrode 3a aufbaut. Weiterhin baut sich eine Ladung Q2 = +C2·V zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3b auf. Das Pluszeichen gibt an, dass sich eine positive Ladung an dem Flächenteil der beweglichen Elektrode 2c gegenüber der fixen Elektrode 3b aufbaut. Die Gesamtladungsmenge an der beweglichen Elektrode 2c entspricht der Summe aus Q1 und Q2 und ist also Q1 + Q2 = (C2 – C1)·V.
  • In T2 der ersten Zeitperiode sind die Spannungspegel der Trägersignale P1 und P2 umgekehrt, sodass P1 bei –V ist und P2 bei +V ist. Dadurch wird der Schalter 21c geöffnet und wird der Schalter 221b geschlossen.
  • In dieser Situation baut sich eine Ladung von Q1' = +C1·V zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3a auf und baut sich eine Ladung von Q2' = –C2·V zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3b auf. Die Gesamtladungsmenge an der beweglichen Elektrode 2c entspricht der Summe aus Q1' und Q2' und ist also Q1' + Q2' = (C1 – C2)·V.
  • Die Differenz ΔQ zwischen der an der beweglichen Elektrode 2c in T1 aufgebauten Ladung (Q1 + Q2) und der an der beweglichen Elektrode 2c in T2 aufgebauten Ladung (Q1' + Q2') ist wie folgt: ΔQ = (Q1 + Q2) – (Q1' + Q2') = –(C1 – C2)·2V.
  • Wenn dabei die differentiellen Kapazitäten C1 und C2 voneinander verschieden sind, baut sich die Ladung ΔQ an der beweglichen Elektrode 2c auf, wobei jedoch die Spannung der beweglichen Elektrode 2c durch den Verstärker 21a bei V0 gehalten wird. Folglich baut sich die Ladung ΔQ an der Elektrode des Kondensators 21b auf, die auf der Seite der beweglichen Elektrode 2c ist, während sich die entgegengesetzte Ladung ΔQ' = (C1 – C2)·2V an der anderen Elektrode des Kondensators 21b aufbaut. Wenn also angenommen wird, dass der Kondensator 21b eine Kapazität Cf aufweist, weist der Ausgangsanschluss des Verstärkers 21a eine Spannung von ΔQ'/Cf = (C1 – C2)·2V/Cf auf und gibt eine Spannung in Entsprechung zu der Differenz der Kapazitäten (C1 – C2) aus.
  • Diese Spannung wird durch die Sample-and-Hold-Schaltung 22a abgetastet und gehalten und wird über die Verstärkerschaltung 22b und das Tiefpassfilter 22c als ein Beschleunigungserfassungssignal ausgegeben. Insbesondere tastet (misst) die Sample-and-Hold-Schaltung 22a die Ausgangsspannung des Verstärkers 21a in T2 ab und hält die abgetastete Spannung während der anderen Zeitperioden. Die Ausgangsspannung der Sample-and-Hold-Schaltung 22a ermöglicht ein Ausgeben des Beschleunigungserfassungssignals über die Verstärkerschaltung 22b und das Tiefpassfilter 22c.
  • Im Folgenden wird der Betrieb der Fehlerdiagnose mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Während der Fehlerdiagnose in T3 und T4 der zweiten Zeitperiode wird einer der Schalter 23a und 23b geschaltet, um mit der Referenzspannung V0 verbunden zu werden.
  • Im Folgenden wird ein Fall geschildert, in dem der Schalter 23a mit der Referenzspannung V0 verbunden ist. In T3 der zweiten Zeitperiode weisen die bewegliche Elektrode 2c und die fixe Elektrode 3a beide ein Potential von V0 auf. Weil die Potentialdifferenz gleich null ist, ist auch die Ladung Q1 gleich null. Weiterhin baut sich eine Ladung von Q2 = +C2·V zwischen der beweglichen Elektrode 2c und der fixen Elektrode 3b in gleicher Weise wie in T1 der ersten Zeitperiode auf. Daraus resultiert, dass die Gesamtladungsmenge an der beweglichen Elektrode 2c wie folgt ist: Q1 + Q2 = 0 + C2·V = C2·V.
  • In T4 der zweiten Zeitperiode ist die Ladung Q1' gleich null, was auch für T3 der zweiten Zeitperiode gilt. Die Ladung Q2' ist Q2' = –C2·V, das auch für T2 der ersten Zeitperiode gilbt. Daraus resultiert, dass die Gesamtladungsmenge an der beweglichen Elektrode 2c wie folgt ist: Q1' + Q2' = 0 – C2·V = –C2·V.
  • Die Differenz ΔQ zwischen der an der beweglichen Elektrode 2c in T3 aufgebauten Ladung (Q1 + Q2) und der an der beweglichen Elektrode 2c in T4 aufgebauten Ladung (Q1' + Q2') ist wie folgt: ΔQ = (Q1 + Q2) – (Q1' + Q2') = C2·2V. Daraus resultiert, dass der Ausgangsanschluss des Verstärkers 21a eine Spannung von –ΔQ/Cf = –C2·2V/Cf aufweist.
  • Wenn sich der Signalpfad in dem normalen Zustand befindet, ist die Ausgangsspannung der CV-Wandlungsschaltung 21 gleich –C2·2V/Cf. Wenn der Signalpfad dagegen unterbrochen ist, ist die Ausgangsspannung der CV-Wandlungsschaltung 21 gleich null. Deshalb kann die Entscheidungsschaltung 25 bestimmen, ob die Ausgangsspannung der CV-Wandlungsschaltung 21 einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, um zu bestimmen, ob der Signalpfad unterbrochen ist. In diesem Aufbau wird C2 auch dann nicht null, wenn die auf den Sensorteil 1 ausgeübte Beschleunigung gleich null ist. Auf diese Weise kann bestimmt werden, ob die CV-Wandlungsschaltung 21 eine Ausgangsspannung (–C2·2V/Cf) aufweist, was auf einen normalen Zustand hinweist, oder eine Ausgangsspannung (0) aufweist, was auf eine Unterbrechung hinweist.
  • Während der Fehlerdiagnose hält die Sample-and-Hold-Schaltung 22a in T3 und T4 der zweiten Zeitperiode die Spannung, die in T2 der ersten Zeitperiode abgetastet (gemessen) wurde. Deshalb haben Variationen in der Ausgangsspannung der CV-Wandlungsschaltung 21 während der Fehlerdiagnose keinen Einfluss auf den durch den Beschleunigungssensor 30 gemessenen Wert der Beschleunigung. Die Abtastperiode der Sample-and-Hold-Schaltung 22a oder die Aktualisierungsperiode der aus dem Beschleunigungssensor 30 ausgegebenen Daten kann länger gesetzt werden als die Summe von T1, T2 der ersten Zeitperiode und T3, T4 der zweiten Zeitperiode. Dadurch wird verhindert, dass die Beschleunigungserfassungsoperation während der Fehlerdiagnose unterbrochen wird, sodass das Beschleunigungserfassungssignal kontinuierlich vorgesehen werden kann. Mit anderen Worten muss keine Zeit für eine Fehlerdiagnose verschwendet werden.
  • Die kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft der Erfindung führt einen normalen Betrieb für das Messen der Kapazitätsänderung mit der eingehenden physikalischen Größe in T1 und T2 der ersten Zeitperiode durch und führt eine Fehlerdiagnose für das Bestimmen, ob der Signalpfad zu der kapazitiven Erfassungseinrichtung in T3 und T4 der zweiten Zeitperiode unterbrochen ist, durch. Dies ermöglicht das Durchführen einer Fehlerdiagnose ohne eine Verschiebung der beweglichen Elektrode, wodurch die für die Fehlerdiagnose erforderliche Zeit reduziert wird.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft gemäß der Erfindung ist nützlich als ein Beschleunigungssensor für eine Fahrzeugsteuerung.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Sensorteil
    2
    Beschleunigungssensorelement
    2a, 2b
    Balken
    2c
    bewegliche Elektrode
    2d
    Rahmen
    3
    oberer Deckel
    3a, 3b
    fixe Elektrode
    4
    unterer Deckel
    20
    Erfassungsschaltung
    21
    CV-Wandlungsschaltung
    21a
    Verstärker
    21b
    Kondensator
    21c, 221b, 23a, 23b
    Schalter
    22
    Signalverarbeitungsschaltung
    22a
    Sample-and-Hold-Schaltung
    22b
    Verstärkerschaltung
    22c
    Tiefpassfilter
    24
    Steuerschaltung
    25
    Entscheidungsschaltung
    30
    Beschleunigungssensor
    100
    kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft
    102
    bewegliche Elektrode
    103
    fixe Elektrode
    104
    Elektrostatische-Kraft-Erzeugungseinrichtung
    105
    kapazitive Erfassungseinrichtung

Claims (7)

  1. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft, umfassend: einen Sensorteil, der enthält: eine bewegliche Elektrode, die konfiguriert ist, um durch die Änderung einer physikalischen Größe verschoben zu werden, eine erste fixe Elektrode, die derart angeordnet ist, dass sie einem ersten Teil der beweglichen Elektrode zugewandt ist, und eine zweite fixe Elektrode, die derart angeordnet ist, dass sie einem zweiten Teil der beweglichen Elektrode zugewandt ist, eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um ein Signal zwischen der beweglichen Elektrode und der ersten fixen Elektrode und zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten fixen Elektrode anzulegen, und eine CV-Wandlungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Referenzspannung zu empfangen und eine Spannung in Entsprechung zu der Kapazitätsänderung zwischen der beweglichen Elektrode und der ersten fixen Elektrode und zwischen der beweglichen Elektrode und der zweiten fixen Elektrode auszugeben, wobei: die Steuerschaltung in einer ersten Zeitperiode ein erstes Signal an der ersten fixen Elektrode anlegt und ein zweites Signal an der zweiten fixen Elektrode anlegt, wobei die Phase des zweiten Signals entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Signals ist, und die Steuerschaltung in einer zweiten Zeitperiode die Referenzspannung an der ersten fixen Elektrode anlegt und das zweite Signal an der zweiten fixen Elektrode anlegt.
  2. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft nach Anspruch 1, wobei die CV-Wandlungsschaltung einen Verstärker enthält, der einen mit der beweglichen Elektrode verbundenen ersten Eingangsanschluss aufweist.
  3. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft nach Anspruch 2, wobei der Verstärker einen zweiten Eingangsanschluss aufweist, an dem die Referenzspannung angelegt wird.
  4. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft nach Anspruch 1, die weiterhin eine Sample-and-Hold-Schaltung aufweist, die mit der CV-Wandlungsschaltung verbunden ist, wobei die Sample-and-Hold-Schaltung eine Abtastperiode, die länger als die Summe aus der ersten Zeitperiode und der zweiten Zeitperiode ist, aufweist.
  5. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft nach Anspruch 1, wobei die kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft eine Datenaktualisierungsperiode, die länger als die Summe aus der ersten Zeitperiode und der zweiten Zeitperiode ist, aufweist.
  6. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft nach Anspruch 1, die weiterhin einen Schalter und einen Kondensator umfasst, die parallel zwischen dem ersten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Verstärkers verbunden sind.
  7. Kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Eigenschaft nach Anspruch 1, wobei die physikalische Eigenschaft die Beschleunigung ist.
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