DE19616412A1

DE19616412A1 - Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe

Info

Publication number: DE19616412A1
Application number: DE19616412A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Nonoyama; Takamoto Watanabe
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH08292206A; DE19616412B4; US5812427A; JP3322067B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe zum Steuern eines Sen sorelements, welches in Übereinstimmung mit einer vorbe stimmten physikalischen Größe ein elektrisches Signal so ausgibt, daß es ein vorbestimmtes Ausgangssignal wird, und zum Ausgeben einer Steuergröße als ein erfaßtes Ausgangssi gnal. Die vorliegende Erfindung wird bevorzugt für einen Beschleunigungssensor verwendet.

Im Stand der Technik ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe bekannt, die ein Sensorelement beinhaltet, welches auf einem Halbleitersubstrat einen be weglichen Abschnitt beinhaltet, der eine Trägerstruktur aufweist und desweiteren auf dem gleichen Substrat einen Beschleunigungssensor beinhaltet, der eine Steuerschaltung integriert, welche den beweglichen Abschnitt so steuert, daß er nicht gegen eine Beschleunigung, die auf das Sensor element ausgeübt wird, verschoben wird, und in Übereinstim mung mit der Beschleunigung ein Steuersignal als ein Erfas sungssignal ausgibt.

Bei dem vorhergehenden Beschleunigungssensor ist im allgemeinen eine bewegliche Elektrode an dem beweglichen Abschnitt des Sensorelements vorgesehen und feste Elektro den sind an beiden Seiten der beweglichen Elektrode auf dem Substrat vorgesehen. Wenn der bewegliche Abschnitt als Re aktion eine Einwirkung des Sensorelements als Reaktion auf die Beschleunigung verschoben wird, kann die Verschiebung des beweglichen Abschnitts in Übereinstimmung mit einer Än derung einer statischen Kapazität von zwei variablen Kon densatoren erfaßt werden, welche durch die bewegliche Elek trode und jede feste Elektrode ausgebildet sind. Wenn des weiteren eine Spannung zwischen die bewegliche Elektrode und die festen Elektroden angelegt wird, wird die Position des beweglichen Abschnitts durch eine statische elektrische Kraft gesteuert, die zwischen den Elektroden erzeugt wird.

Als eine Steuerschaltung, die das vorhergehende Sensor element aufweist, offenbart zum Beispiel die JPP-4-504003 eine Signalquelle, die zu jeder festen Elektrode Trägerwel len zuführt, die jeweils entgegengesetzte Phasen aufweisen, und einen Demodulator, der ein zusammengesetztes Signal von zwei Trägerwellen, das an der Mittenelektrode vorhanden ist, demoduliert, und in Übereinstimmung mit einer Diffe renz einer statischen Kapazität (d. h., einer Verschiebungs größe des beweglichen Abschnitts) ein Spannungssignal aus gibt. Das heißt, die Trägerwellen, die jeder festen Elek trode zugeführt werden, werden in Übereinstimmung mit der statischen Kapazität eines Kondensators einer variablen Ka pazität, welcher zwischen der Mittenelektrode und jeder fe sten Elektrode ausgebildet ist, in der Phase moduliert und werden bei der beweglichen Elektrode zusammengesetzt. Da desweiteren das zusammengesetzte Signal in Übereinstimmung mit der statischen Kapazität jedes Kondensators in der Phase und Amplitude moduliert ist, wird in Übereinstimmung mit der Differenz der statischen Kapazität, d. h., der Ver schiebung des beweglichen Abschnitts, durch ein Modulieren des zusammengesetzten Signals ein Spannungssignal erzielt.

Desweiteren wird bei dieser Vorrichtung eine positive Vorspannung an eine feste Elektrode angelegt, eine negative Vorspannung wird an die andere feste Elektrode angelegt und eine Ausgangsspannung des Demodulators wird an die bewegli che Elektrode angelegt. Desweiteren wird die Potentialdif ferenz zwischen der beweglichen Elektrode und jeder festen Elektrode auf der Grundlage einer Änderung des Potentials der beweglichen Elektrode in Übereinstimmung mit der Aus gangsspannung geändert und die statische elektrische Kraft wird gesteuert.

Desweiteren offenbart die JPP-1-253657 eine Steuer schaltung für ein Sensorelement, die einen Schaltkondensa tor zum Erfassen einer Änderung der statischen Kapazität eines Kondensators in zwei Kondensatoren variabler Kapazi tät, welche zwischen der beweglichen Elektrode und jeder festen Elektrode ausgebildet sind, und die sie in einen Spannungswert wandelt; eine Integrationsschaltung zum Inte grieren des Spannungswerts, welcher von dem Schaltkondensa tor eingegeben wird; und eine PWM-Schaltung bzw. Pulsbrei tenmodulationsschaltung zum Ausgeben des Ausgangssignals der Integrationsschaltung zu einer Erfassungseinrichtung und zum Ausgeben eines PWM-Signals, das eine vorbestimmte Amplitude und in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der Integrationsschaltung eine Pulsbreite aufweist, beinhaltet.

Bei der Steuerschaltung wird die vorbestimmte Vorspan nung an eine feste Elektrode angelegt und das PWM-Signal von der PWM-Schaltung wird an die andere feste Elektrode angelegt. Die Zeit eines Anlegens der Spannung zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode wird durch das PWM-Signal so gesteuert, daß die statische elektrische Kraft zwischen den Elektroden gesteuert werden kann.

Es besteht jedoch bei dem vorhergehenden Stand der Technik wie folgt ein Problem. Das heißt, da diese Steuer schaltungen durch eine analoge Schaltung ausgebildet sind, welche das Erfassungssignal von dem Sensorelement als ein analoges Signal verarbeitet, wird eine Größe des Sensors groß, wenn der Sensor durch das Sensorelement und die Steu erschaltung auf dem gleichen Substrat integriert ausgebil det ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe, die eine hohe Integration und eine einfache Ein stellbarkeit ermöglicht und einen Beschleunigungssensor zu schaffen, der eine hohe Integration und eine einfache Ein stellbarkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrich tung nach Anspruch 1 und einen Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe geschaffen, die beinhaltet: ein Sensorelement, das von einer Versorgungsspannung aktiviert bzw. in Betrieb ge setzt wird und in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten physikalischen Größe ein elektrisches Signal ausgibt; einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler zum Digitalisieren des elektrischen Signals und zum Ausgeben digitaler Daten; eine Steuereinheit zum Berechnen einer Steuergröße auf der Grundlage der digitalen Daten, um das Sensorelement zu steuern, wenn das elektrische Signal auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Erzeugen eines Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuergröße; und eine Aktivierungseinheit zum Aktivieren des Sensorelements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal, wobei die Steuer einheit in Übereinstimmung mit der Steuergröße oder dem Steuersignal ein Erfassungssignal ausgibt, das eine physi kalische Größe anzeigt.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, da das Ausgangssignal des Sensorelements durch den A/D- Wandler digitalisiert wird und alle Verfahren auf der Grundlage der digitalen Daten durchgeführt werden, möglich, unter Verwendung digitaler Schaltungen mit Ausnahme des Sensorelements alle Strukturen zu realisieren. Da es des weiteren möglich ist, verglichen mit einer analogen Schal tung, eine hochintegrierte Schaltung zu realisieren, ist es möglich, eine Größe der Vorrichtung zum Erfassen einer phy sikalischen Größe zu miniaturisieren, wenn sie auf dem gleichen Substrat integriert ist.

Da desweiteren die Vorrichtung durch die digitalen Schaltungen realisiert ist, ist es möglich, auf der Grund lage digitaler Berechnungen einfach eine Einstellung eines Versatzes bzw. Offsets und eine Empfindlichkeit einzustel len. Als Ergebnis ist es möglich, da es nicht notwendig ist, in einer analogen Schaltung eine Abgleichseinstellung eines Dünnfilms vorzusehen, was hohe Kosten und eine Menge Zeit benötigt, eine einfache Einstellung der Schaltungen zu realisieren.

Da desweiteren die Steuergröße durch die digitalen Da ten ausgebildet ist und als das digitale Erfassungssignal aus der Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe ausgegeben wird, ist es nicht notwendig, Erfassungssignale in einem System erneut zu digitalisieren, so daß es möglich ist, die Systemstruktur zu vereinfachen.

In einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel bein haltet der A/D-Wandler: eine Pulsrotationsschaltung, die eine ungerade Anzahl von zueinander ringverbundenen Inver terschaltungen zum Invertieren eines Eingangssignals und zum Ausgeben eines invertierten Signals aufweist, wobei ei ne Inversionsbetriebszeit in Übereinstimmung mit der Ver sorgungsspannung geändert wird und wobei eine der Inverter schaltungen als eine Startinverterschaltung ausgebildet ist, deren Inversionsbetrieb durch eine externe Stufe steu erbar ist, und die als Reaktion auf einen Startbetrieb der Startinverterschaltung ein Pulssignal darin dreht; einen Zähler, der an die Pulsrotationsschaltung angeschlossen ist, zum Zählen der Anzahl von Rotationen bzw. Drehungen des Pulssignals in der Pulsrotationsschaltung und zum Aus geben des gezählten Ergebnisses als binäre digitale Daten; eine Rotationspositionserfassungseinheit zum Erfassen der Rotationsposition des Pulssignals in der Pulsrotations schaltung auf der Grundlage eines invertierten Signals aus jeder Inverterschaltung und zum Erzeugen der binären digi talen Daten in Übereinstimmung mit der Rotationsposition; und eine Erfassungssteuereinheit zum Betreiben der Start inverterschaltung und zum Starten des Rotationsbetriebs der Pulsrotationsschaltung und zum Betreiben der Rotationsposi tionserfassungseinheit zu einem Zeitpunkt nach einer vorbe stimmten verstrichenen Zeit, wobei der A/D-Wandler entweder das elektrische Signal aus dem Sensorelement oder ein ande res elektrisches Signal, das sich in Übereinstimmung mit dem elektrischen Signal aus dem Sensorelement ändert, auf die Versorgungsspannung für die Pulsrotationsschaltung ein stellt und als die sich ergebenden Daten der Ana log/Digital- bzw. A/D-Wandlung digitale Daten ausgibt, die mehrere Bits aufweisen, die aus niedrigeren Bits und höhe ren Bits bestehen, wobei die niedrigeren Bits die binären digitalen Daten aus der Rotationspositionserfassungseinheit sind und die höheren Bits die binären digitalen Daten aus dem Zähler sind.

In einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel bein haltet die Steuereinheit: einen Oszillator, der eine unge rade Anzahl von zueinander ringverbundenen Inverterschal tungen aufweist, wobei eine der Inverterschaltungen als ei ne Startinverterschaltung ausgebildet ist, welche durch ei ne externe Stufe steuerbar ist, und der das Pulssignal dreht, wenn die Startinverterschaltung von einem Eingangs signal gestartet wird, und in einem vorbestimmten Zeitin tervall Oszillationspulse ausgibt; eine Zähleinheit zum Zählen eines Oszillationspulses aus dem Oszillator und zum Ausgeben eines Pulssignals, wenn der Zählwert einen vorher gehend eingestellten Wert erreicht; eine programmierbare Verzögerungsleitung, die eine Mehrzahl von zueinander kas kadenverbundenen Verzögerungsstufen aufweist, wobei die Mehrzahl von Verzögerungsstufen aus einem Grundpfad zum Durchlassen des Pulssignals aus der Zähleinheit, einem Ver zögerungspfad, der durch eine Mehrzahl von zueinander kas kadenverbundenen Inverterschaltungen ausgebildet ist und der das Pulssignal um eine vorbestimmte Verzögerungszeit verzögert durchläßt, und einer Auswahleinrichtung zum Aus wählen entweder des Grundpfads oder des Verzögerungspfads als den Pfad des Eingangssignals in Übereinstimmung mit den digitalen Daten, welche von der externen Stufe eingegeben werden, besteht, wobei die programmierbare Verzögerungs leitung das Verzögerungssignal ausgibt, welches um eine Verzögerungszeit verzögert ist, welche kürzer als das Zeit intervall der Oszillationszeit von dem Oszillator ist; eine Datensteuerungsversorgungseinheit zum Aufnehmen digitaler Steuerdaten, die vorbestimmte Bits aufweisen, die die Ver zögerungszeit des Eingangssignals anzeigen, zum Einstellen höherer Bits der digitalen Steuerdaten als Zählwerte der Zähleinheit, zum Anlegen niedrigerer Bits der digitalen Steuerdaten an die programmierbare Verzögerungsleitung und zum Einstellen der Verzögerungszeit der programmierbaren Verzögerungsleitung; und eine Ausgabeeinheit zum Erzeugen des Eingangssignals für eine vorbestimmte Periode, um den Oszillator zu starten, zum Stoppen des Oszillators, wenn das Verzögerungssignal aus der programmierbaren Verzöge rungsleitung ausgegeben ist, und zum Erzeugen eines Signals eines hohen Pegels, bis das Verzögerungssignal aus der pro grammierbaren Verzögerungsleitung ausgegeben ist, nachdem das Eingangssignal erzeugt worden ist, wobei die Steuerein heit desweiteren eine Pulsbreitenmodulationsschaltung zum Einstellen der Steuergröße auf die digitalen Steuerdaten und zum Ausgeben des Ausgangssignals aufweist, das in Über einstimmung mit der Steuergröße als das Steuersignal eine Pulsbreite aufweist, und die die Energieversorgungszeit an dem Sensorelement aus der Energieversorgungseinrichtung in Übereinstimmung mit einem pulsbreitenmodulierten Signal steuert, welches aus der Pulsbreitenmodulationsschaltung ausgegeben wird.

In einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinheit auf: eine Vergleichseinheit zum Verglei chen der digitalen Daten mit vorbestimmten Referenzdaten; und einen Auf/Abwärtszähler zum Erhöhen und Verringern des Zählwerts auf der Grundlage eines Ergebnisses der Ver gleichseinheit und zum Ausgeben des Zählwerts als die Steu ergröße, wobei die Steuereinrichtung die Energieversor gungsgröße an dem Sensorelement aus der Energieversorgungs einrichtung in Übereinstimmung mit der Spannung auf der Grundlage des Zählwerts, der von dem Auf/Abwärtszähler aus gegeben wird, steuert.

In einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Sensorelement auf: einen beweglichen Abschnitt, der so ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, einen Sensorele mentkörper zu verschieben; eine Mittenelektrode, die sowohl für den beweglichen Abschnitt als auch den Sensorelement körper vorgesehen ist; Steuerelektroden, die jeweils auf beiden Seiten der Mittenelektrode und zueinander gegenüber liegend in der Nähe der Mittenelektrode vorgesehen sind; und eine Verschiebungserfassungseinheit zum Ausgeben des elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Verschie bung des beweglichen Abschnitts, wobei das Ausgangssignal der Verschiebungserfassungseinheit in den A/D-Wandler ein gegeben wird und die Position des beweglichen Abschnitts durch eine statische elektrische Kraft eingestellt wird, welche durch eine Versorgungsspannung zwischen der Mitten elektrode und jeder Steuerelektrode erzeugt wird, und die Aktivierungs- bzw. Betätigungseinheit ein Paar von Schal tern zum Anlegen einer vorbestimmten Ansteuerspannung an zwei Elektroden beinhaltet, welche durch die Mittenelektro de und jede Steuerelektrode ausgebildet sind, und die als Reaktion auf das pulsbreitenmodulierte Signal aus der Puls breitenmodulationseinrichtung abwechselnd ein/ausgeschaltet werden.

In einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Sensorelement auf: einen beweglichen Abschnitt, der so ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, einen Sensorele mentkörper zu verschieben; eine Mittenelektrode, die sowohl für den beweglichen Abschnitt als auch den Sensorelement körper vorgesehen ist; Steuerelektroden, die jeweils auf beiden Seiten der Mittenelektrode und zueinander gegenüber liegend in der Nähe der Mittenelektrode vorgesehen sind; und eine Verschiebungserfassungseinheit zum Ausgeben des elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Verschie bung des beweglichen Abschnitts, wobei das Ausgangssignal der Verschiebungserfassungseinheit in den A/D-Wandler ein gegeben wird und die Position des beweglichen Abschnitts durch eine statische elektrische Kraft eingestellt wird, welche durch eine Versorgungsspannung zwischen der Mitten elektrode und jeder Steuerelektrode erzeugt wird, wobei die Aktivierungseinheit aufweist: eine Mittenspannungsversor gungseinheit zum Anlegen eines Potentials an die Mitten elektrode, welches dem Zählwert des Auf/Abwärtszählers ent spricht; und eine Steuerspannungsversorgungseinheit zum Steuern des Potentials jeder Steuerelektrode auf eine sol che Weise, daß die Pole der Mittenelektrode zueinander un terschiedlich sind und die Potentialdifferenz zwischen der Mittenelektrode und jeder Steuerelektrode periodisch um den gleichen Wert erhöht oder verringert wird.

In einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt die Verschiebungserfassungsein heit das Potential der Mittenelektrode des Sensorelements als das elektrische Signal, das den beweglichen Abschnitt anzeigt, in den A/D-Wandler ein.

In einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel bein haltet die Verschiebungserfassungseinheit eine bewegliche Elektrode, welche durch eine bewegliche Elektrode zur Ver schiebungserfassung ausgebildet ist, die auf dem bewegli chen Abschnitt vorgesehen ist, und feste Elektroden zur Verschiebungserfassung, die auf beiden Seiten der bewegli chen Elektrode auf dem Substrat vorgesehen sind, das durch eine Störstellendiffusionsschicht ausgebildet ist, wobei die Verschiebung des beweglichen Abschnitts aus einer Ände rung des Stroms erfaßt wird, der zwischen der beweglichen Elektrode und jeder festen Elektrode fließt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beschleunigungssensor geschaffen, der beinhaltet:
ein Sensorelement, das von einer Versorgungsspannung akti viert wird und in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Beschleunigung ein elektrisches Signal ausgibt; einen Ana log/Digital- bzw. A/D-Wandler zum Digitalisieren des elek trischen Signals, welches aus dem Sensorelement ausgegeben wird, und zum Ausgeben digitaler Daten; eine Steuereinheit zum Aufnehmen der digitalen Daten aus dem A/D-Wandler, zum Berechnen einer Steuergröße, um das Sensorelement zu steu ern, wenn das elektrische Signal aus dem Sensorelement auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Ausgeben des Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steu ergröße; eine Aktivierungseinheit zum Aktivieren des Sen sorelements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal aus der Steuereinheit, wobei der A/D-Wandler aufweist: eine Puls durchlaufsschaltung, die durch eine Mehrzahl von Inverter schaltungen ausgebildet ist, von denen jede ein Eingangssi gnal invertiert und ein invertiertes Signal ausgibt, wobei die Inversionszeit durch eine Versorgungsspannung geändert wird, wobei eine der Inverterschaltungen als eine Startin verterschaltung ausgebildet ist, in welcher ein Inversions betrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die das Pulssignal in Übereinstimmung mit einem Startbetrieb der Startinverterschaltung durchläßt; und eine Durchlaufs positionserfassungseinheit zum Erfassen einer Durchlaufspo sition des Pulssignals in der Pulsdurchlaufsschaltung und zum Ausgeben binärer digitaler Daten in Übereinstimmung mit der Durchlaufsposition, wobei das elektrische Signal aus dem Sensorelement als die Versorgungsspannung für jede In verterschaltung in der Pulsdurchlaufsschaltung verwendet wird, die binären digitalen Daten aus der Durchlaufsposi tionserfassungseinheit als die digitalen Daten ausgegeben werden und die Steuergröße oder das Steuersignal als ein Signal ausgegeben wird, das eine Beschleunigung anzeigt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beschleunigungssensor geschaffen, der beinhaltet:
ein Sensorelement, das durch eine Versorgungsspannung akti viert wird und in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Beschleunigung ein elektrisches Signal ausgibt; einen Ana log/Digital- bzw. A/D-Wandler zum Digitalisieren des elek trischen Signals, welches aus dem Sensorelement ausgegeben wird, und zum Ausgeben digitaler Daten; eine Steuereinheit zum Aufnehmen der digitalen Daten aus dem A/D-Wandler, zum Berechnen einer Steuergröße, um das Sensorelement zu steu ern, wenn das elektrische Signal aus dem Sensorelement auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Ausgeben eines Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuergröße; eine Aktivierungseinheit zum Aktivieren des Sensorelements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal aus der Steuereinheit, wobei der A/D-Wandler aufweist:
eine Pulsdurchlaufsschaltung, die durch eine Mehrzahl von Inver terschaltungen ausgebildet ist, von denen jede ein Ein gangssignal invertiert und ein invertiertes Signal ausgibt, wobei die Inversionszeit durch eine Versorgungsspannung ge ändert wird, wobei eine der Inverterschaltungen durch eine Startinverterschaltung ausgebildet ist, in welcher ein In versionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die das Pulssignal in Übereinstimmung mit einem Startbe trieb der Startinverterschaltung durchläßt; eine Durch laufspositionserfassungseinheit zum Erfassen einer Durch laufsposition des Pulssignals in der Pulsdurchlaufsschal tung und zum Ausgeben binärer digitaler Daten in Überein stimmung mit der Durchlaufsposition; und eine Erfassungs steuereinheit zum Starten der Startinverterschaltung und des Inversionsbetriebs der Pulsdurchlaufsschaltung und zum Betreiben der Durchlaufspositionserfassungseinheit nach ei ner vorbestimmten Zeit; wobei das elektrische Signal aus dem Sensorelement als die Versorgungsspannung für jede In verterschaltung in der Pulsdurchlaufsschaltung verwendet wird, die binären digitalen Daten aus der Durchlaufsposi tionserfassungseinheit als die digitalen Daten ausgegeben werden und die Steuergröße oder das Steuersignal als ein Erfassungssignal ausgegeben wird, das eine Beschleunigung anzeigt.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beschleunigungssensor geschaffen, der beinhaltet:
ein Sensorelement, das ein Element beinhaltet, das eine er ste Elektrode, eine zweite Elektrode, die einen vorbestimm ten Spalt zu der ersten Elektrode aufweist, wobei der Spalt relativ bezüglich der ersten Elektrode in Übereinstimmung mit einer ausgeübten Beschleunigung geändert wird, und eine dritte Elektrode aufweist, die über der ersten Elektrode und gegenüber der zweiten Elektrode vorgesehen ist und ei nen anderen Spalt zu der ersten Elektrode aufweist, welcher relativ bezüglich der ersten Elektrode in Übereinstimmung mit der ausgeübten Beschleunigung geändert wird, wobei das Element in Übereinstimmung mit der Beschleunigung ein elek trisches Signal ausgibt; einen A/D-Wandler zum Digitalisie ren des elektrischen Signals aus dem Element des Sensorele ments und zum Ausgeben digitaler Daten; eine Steuereinheit zum Aufnehmen der digitalen Daten aus dem A/D-Wandler, zum Berechnen einer Steuergröße, um das Sensorelement zu steu ern, wenn das elektrische Signal aus dem Element auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Aus geben des Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuer größe; eine Pulserzeugungseinheit zum Aufnehmen der Steuer größe aus der Steuereinheit und zum Ausgeben eines Steuer pulssignals, das in Übereinstimmung mit dem Steuersignal eine Pulsbreite aufweist; einer Schalteinheit zum Aufnehmen des Steuerpulssignals aus der Pulserzeugungseinheit und zum Durchlassen von Elektronenladungen zu oder von der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Muster und einer Pulsbreite des Steuer pulssignals, wobei der A/D-Wandler aufweist:
eine Pulsrotationsschaltung, die durch eine Mehrzahl von Inverterschal tungen ausgebildet ist, von denen jede ein Eingangssignal invertiert und ein invertiertes Signal ausgibt, wobei eine Inversionszeit durch eine Versorgungsspannung geändert wird, wobei eine der Inverterschaltungen durch eine Start inverterschaltung ausgebildet ist, in welcher ein Inver sionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die ein Pulssignal in Übereinstimmung mit einem Startbe trieb der Startinverterschaltung dreht; einen Zähler zum Zählen der Anzahl von Drehungen des Pulssignals in der Pulsrotationsschaltung und zum Ausgeben des Ergebnisses als binäre digitale Daten; eine Rotationspositionserfassungs einheit zum Erfassen der Rotationsposition des Pulssignals in der Pulsrotationsschaltung auf der Grundlage des Aus gangssignals aus jeder Inverterschaltung in den Inverter schaltungen und zum Ausgeben der binären digitalen Daten in Übereinstimmung mit der Rotationsposition; und eine Erfas sungssteuereinheit zum Starten der Startinverterschaltung und eines Inversionsbetriebs der Pulsrotationsschaltung und zum Betreiben der Rotationspositionserfassungseinheit nach einer vorbestimmten Zeit, wobei das elektrische Signal aus dem Element des Sensorelements als die Versorgungsspannung für jede Inverterschaltung in der Pulsrotationsschaltung verwendet wird, die binären digitalen Daten aus dem Zähler und die binären digitalen Daten aus der Rotationspositions erfassungseinheit als die digitalen Daten ausgegeben werden und die Steuergröße oder das Steuersignal als ein Signal ausgegeben wird, das eine Beschleunigung anzeigt.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Be zugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beschleunigungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines in Fig. 1 ge zeigten Sensorelements;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zum Erklären eines Verfahrens in einer Steuergrößeneinstelleinheit in Fig. 1;

Fig. 4 ein Signalzeitablaufsdiagramm des Beschleunigungs sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild eines A/D-Wand lers in Fig. 1;

Fig. 6 ein Signalzeitablaufsdiagramm des A/D-Wandlers;

Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild einer PWM-Schal tung in Fig. 1;

Fig. 8 ein Signalzeitablaufsdiagramm des Betriebs der PWM- Schaltung;

Fig. 9 ein detailliertes Blockschaltbild eines Beschleuni gungssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ein Flußdiagramm zum Erklären eines Betriebs einer Entscheidungseinheit in Fig. 9;

Fig. 11 ein Signalzeitablaufsdiagramm für den Betrieb des Beschleunigungssensors gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Sensorelements ge mäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 ein detailliertes Blockschaltbild eines Beschleuni gungssensors gemäß einem dritten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 ein Signalzeitablaufsdiagramm, wenn die Umschalte schaltung durch das pulsbreitenmodulierte Signal in dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel gesteu ert wird; und

Fig. 15 ein detailliertes Blockschaltbild eines Beschleuni gungssensors gemäß einem vierten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Beschleunigungs sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Beschleunigungs sensor in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Sensorele ment 16, einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 20, eine Umschalteschaltung 18, eine Steuerschaltung 22, ein Tief paßfilter 24 und einen Taktoszillator bzw. -generator 26 ausgebildet.

Das Sensorelement 16 beinhaltet einen Differentialkapa zitätskondensator, welcher durch erste und zweite Kondensa toren C1 bzw. C2 ausgebildet ist. Der erste Kondensator C1 ist durch eine erste verschiebbare Mittenelektrode 10 und eine erste Steuerelektrode 12 ausgebildet. Der zweite Kon densator C2 ist durch eine zweite verschiebbare Mittenelek trode 10 und eine zweite Steuerelektrode 14 ausgebildet.

Der A/D-Wandler 20 wandelt eine analoge Spannung Vin, welche eine Spannung der Mittenelektrode 10 anzeigt, in di gitale Daten Da.

Die Steuerschaltung 22 beinhaltet Register 34, 36, 40 und 46, einen Subtrahierer 38, eine Steuergrößeneinstell einheit 42, eine Addierer 44 und eine Pulsbreitenmodulati ons- bzw. PWM-Schaltung 48. Diese Schaltung 22 erzeugt auf der Grundlage der digitalen Daten Da ein PWM-Signal PT.

Die Umschalteschaltung 18 beinhaltet einen ersten Schalter S11 und einen zweiten Schalter S12, die beide das PWM-Signal PT aus der Steuerschaltung 22 aufnehmen, und gibt Steuerspannungen V1 und V2 zu den ersten bzw. zweiten Steuerelektroden 12 bzw. 14 aus.

Das Tiefpaßfilter bzw. LPF 24 erzeugt in Übereinstim mung mit einem Betriebsverhältnis des PWM-Signals PT aus der Steuerschaltung 22 ein analoges Erfassungssignal V0.

Der Taktoszillator 26 erzeugt Referenztakte CK0, um den A/D-Wandler 20 und die Steuerschaltung 22 zu betreiben, und geteilte Takte CK1, die aus den Referenztakten CK0 geteilt sind.

Desweiteren bezeichnet das Bezugszeichen Vb eine Vor spannung, die durch einen Strombegrenzungswiderstand Rb an die Mittenelektrode 10 angelegt wird.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Sensorelements. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Sensorelement 16 durch ein Paar von balkenähnlichen Trägern 30a und 30b, die parallel zueinander vorgesehen sind, wobei beide Enden jedes Trägers 30a und 30b durch ei nen Isolationsfilm 28 an einem Siliziumsubstrat befestigt sind; einen Masseabschnitt 32, der eine gitterähnliche Struktur aufweist und die Träger 30a und 30b überdrückt; Mittenelektroden 10a und 10b, die jeweils parallel zu bei den Trägern aus der Mitte des Masseabschnitts 32 hervorste hen, wobei die Mittenelektrode 10a auf einer Seite des Mas seabschnitts 32 vorgesehen ist und die Mittenelektrode 10b auf der anderen Seite davon vorgesehen ist; und Steuerelek troden 12a, 12b, 14a und 14b ausgebildet, die auf beiden Seiten der Mittenelektroden 10 auf dem Siliziumsubstrat vorgesehen sind, wobei die Steuerelektroden 12a und 14a auf beiden Seiten der Mittenelektrode 10a vorgesehen sind und die Steuerelektroden 12b und 14b auf beiden Seiten der Mit tenelektrode 10b vorgesehen sind.

Bei der vorhergehenden Struktur werden die Träger 30a und 30b, der Masseabschnitt 32 und die Mittenelektroden 10a und 10b als der bewegliche Abschnitt 16a bezeichnet. Des weiteren sind die Mittenelektroden 10a und 10b miteinander verbunden (demgemäß werden sie nachstehend einfach als "Mittenelektrode 10" bezeichnet). Die Steuerelektroden 12a und 12b sind miteinander verbunden (demgemäß werden sie nachstehend einfach als "Steuerelektrode 12" bezeichnet) und bilden den ersten Kondensator C1 an der Mittenelektrode 10. Die Steuerelektroden 14a und 14b sind miteinander ver bunden (demgemäß werden sie nachstehend einfach als "Steuerelektrode 14" bezeichnet) und bilden den zweiten Kondensator C2 an der Mittenelektrode 10.

Der Betrieb der vorhergehenden Struktur wird unter Be zugnahme auf die Fig. 1 und 2 im Detail beschrieben.

Bei dem Sensorelement 16, das die vorhergehende Struk tur aufweist, werden, wenn eine Beschleunigung so auf das Element 16 ausgeübt wird, daß der bewegliche Abschnitt 16a in eine Richtung verschoben wird, die orthogonal bzw. senk recht zu der Längsrichtung der Träger 30a und 30b verläuft, die statischen Kapazitäten der ersten bzw. zweiten Konden satoren C1 bzw. C2 geändert. Wenn zum Beispiel der bewegli che Abschnitt 16a in die Richtung X verschoben wird, wird der Spalt zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuer elektrode 12 schmal und der andere Spalt zwischen der Mit tenelektrode 10 und der Steuerelektrode 14 wird breit. Dem gemäß wird die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 erhöht und die des zweiten Kondensators C2 wird verrin gert. In diesem Fall wird, wenn keine Beschleunigung auf den beweglichen Abschnitt 16a ausgeübt wird, die Mitten elektrode 10 in der Mitte zwischen beiden Steuerelektroden 12 und 14 so positioniert, daß die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich der des zweiten Kondensators C2 ist.

Desweiteren wird bei dem Sensorelement 16, wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektrode 12 und zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektrode 14 angelegt wird, die Position der Mittenelektrode 10 in Übereinstimmung mit einer statischen elektrischen Kraft geändert, welche dazwischen erzeugt wird. Anders ausgedrückt, es ist möglich, die Position (oder Verschiebung) der Mittenelektrode 10 als Reaktion auf das Steuern der statischen elektrischen Kraft zu steuern, welche durch eine externe Stufe gesteuert wird.

Die Umschalteschaltung 18, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, beinhaltet die ersten und zweiten Schalter S11 bzw. S12, welche selektiv entweder die Versorgungsspannung VDD oder die Vorspannung Vb an die Steuerelektroden 12 bzw. 14 anlegen. Die ersten und zweiten Schalter S11 bzw. S12 wer den durch das PWM-Signal PT aus der Steuerschaltung 22 an gesteuert. Wenn sich das PWM-Signal PT auf einem hohen Pe gel befindet, wird die Versorgungsspannung VDD an die Steu erelektrode 12 angelegt und die Vorspannung Vb wird an die Steuerelektrode 14 angelegt. Wenn sich andererseits das PWM-Signal PT an einem niedrigen Pegel befindet, wird die Vorspannung Vb an die Steuerelektrode 12 angelegt und die Versorgungsspannung VDD wird an die Steuerelektrode 14 an gelegt.

Die Steuerspannungen V1 und V2 werden in Übereinstim mung mit der Versorgungsspannung VDD und der Vorspannung Vb als Reaktion auf das PWM-Signal PT abwechselnd an die Steu erelektroden 12 bzw. 14 angelegt.

Wenn durch die Umschalteschaltung 18 die Versorgungs spannung VDD an die Steuerelektrode 12 angelegt wird und die Vorspannung Vb an die Steuerelektrode 14 angelegt wird, werden in Übereinstimmung mit einer Potentialdifferenz (VDD- Vb), die zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuer elektrode 12 erzeugt wird, Elektronenladungen in dem ersten Kondensator C1 vorgesehen. Desweiteren werden Elektronenla dungen in dem zweiten Kondensator C2 entladen, da die Mit tenelektrode 10 und die Steuerelektrode 14 das gleiche Po tential erhalten.

Wenn die Steuerspannungen V1 und V2 an den Steuerelek troden 12 bzw. 14 durch die Umschalteschaltung 18 geändert werden, werden Elektronenladungen in dem ersten Kondensator C1 entladen und in dem zweiten Kondensator C2 geladen. Wie es zuvor erwähnt worden ist, werden die ersten und zweiten Kondensatoren C1 bzw. C2 in Übereinstimmung mit einem Um schalten der Steuerspannungen V1 und V2 an den Steuerelek troden 12 bzw. 14 durch die Umschalteschaltung 18 abwech selnd geladen/entladen.

Wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, wird die Größe der Elektronenladungen, welche an beiden Kondensato ren C1 und C2 geladen und entladen werden, zueinander gleich. Da desweiteren alle Elektronenladungen, welche an einem Kondensator entladen werden, an dem anderen Kondensa tor geladen werden, wird das Potential der Mittenelektrode 10 immer auf der Vorspannung Vb gehalten.

Wenn andererseits die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 unterschiedlich zu der des zweiten Konden sators C2 ist, ist die Größe einer Elektronenladung, welche benötigt wird, um das gleiche Potential zwischen den Kon densatoren C1 und C2 zu erzeugen, dazwischen unterschied lich. Wenn die Steuerspannungen V1 und V2, die an die Steu erelektroden 12 bzw. 14 angelegt sind, umgeschaltet werden, werden demgemäß Elektronenladungen aus der Versorgungs quelle geladen/entladen, welche die Vorspannung Vb in Über einstimmung mit der Differenz der statischen Kapazität zwi schen den Kondensatoren C1 und C2 an die Mittenelektrode 10 anlegt.

Da der Strom jedoch durch den Widerstand Rb begrenzt ist, werden in einer kurzen Zeit die meisten Elektronenla dungen in der Mittenelektrode 10 nicht bewegt, so daß das Potential der Mittenelektrode 10 auf eine solche Weise ge ändert wird, daß die Lade/Entladegröße zwischen den Konden satoren C1 und C2 gleich wird. Das heißt, das Potential der Mittenelektrode 10 wird auf eine solche Weise geändert, daß die Potentialdifferenz an dem Kondensator, in welchem die statische Kapazität verringert wird, zwischen seinen Polen groß wird, und die Potentialdifferenz an dem Kondensator, in welchem die statische Kapazität erhöht wird, zwischen seinen Polen klein wird.

Wenn zum Beispiel die Versorgungsspannung VDD an den zweiten Kondensator C2 angelegt wird, wird die Mittenelek trode 10 zu der Steuerelektrode 12 hin verschoben. Als Er gebnis wird, wenn die statische Kapazität des ersten Kon densators C1 groß wird und die statische Kapazität des zweiten Kondensators C2 klein wird, die Potentialdifferenz zwischen den Polen des zweiten Kondensators C2 groß, so daß das Potential der Mittenelektrode 10 niedriger als die Vor spannung Vb wird.

Nach dem Vorhergehenden werden, wenn die Versorgungs spannung Vb an den Steuerelektroden 12 und 14 geändert wird und die Versorgungsspannung VDD an den ersten Kondensator C1 angelegt wird, die Elektronenladungen des zweiten Kon densators C2 entladen und die entladenen Elektronenladungen werden an dem ersten Kondensator C1 geladen. Da jedoch die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 größer als die des zweiten Kondensators C2 ist, wird die Potentialdif ferenz zwischen Polen des ersten Kondensators C1 kleiner als der Wert (VDD-Vb), so daß das Potential der Mitten elektrode 10 höher als die Vorspannung Vb wird. Nach diesen Schritten werden die gleichen Schritte, wie sie zuvor be schrieben worden sind, wiederholt, während es die Differenz der statischen Kapazität zwischen den Kondensatoren C1 und C2 gibt, so daß das Potential der Mittenelektrode 10 um die Vorspannung Vb herum zentriert schwingt. In diesem Fall wird, wenn die Mittenelektrode 10 zu der Steuerelektrode 14 verschoben wird und die statische Kapazität des ersten Kon densators C1 kleiner als die des zweiten Kondensators C2 ist, das Potential der zweiten Elektrode 10 niedriger als die Vorspannung Vb.

Als nächstes wird in Übereinstimmung mit der Potential differenz (VDD-Vb) eine statische elektrische Kraft zwi schen den Steuerelektroden 12 und 14, an welche durch die Umschalteschaltung 18 die Versorgungsspannung VDD angelegt ist, und die Mittenelektrode 10 ausgeübt, an welche die Vorspannung Vb angelegt ist.

Wenn sich die Mittenelektrode 10 auf einer neutralen Position befindet, wenn das Betriebsverhältnis des PWM-Si gnals PT, das die Umschalteschaltung 18 ansteuert, mit 50% gegeben ist und wenn das Versorgungszeitverhältnis der Ver sorgungsspannung VDD an der Steuerelektrode 12 gleich dem an der Steuerelektrode 14 ist, wird demgemäß die gleiche mittlere statische elektrische Kraft zwischen der Mitten elektrode 10 und den Steuerelektroden 12 und 14 erzeugt. Da sich die statischen elektrischen Kräfte gegenseitig auslö schen, tritt es als Ergebnis auf, daß die statische elek trische Kraft nicht auf die Mittenelektrode 10 wirkt.

Wenn das Betriebsverhältnis des PWM-Signals anderer seits nicht 50% beträgt und wenn das Versorgungszeitver hältnis der Versorgungsspannung VDD an der Steuerelektrode 12 nicht gleich zu dem an der Steuerelektrode 14 ist, tritt eine Differenz zwischen den mittleren statischen elektri schen Kräften auf, welche auf die Mittenelektrode 10 und die Steuerelektroden 12 und 14 ausgeübt werden. Als Ergeb nis wird die Differenz der statischen elektrischen Kraft auf die Mittenelektrode 10 in der Richtung der Steuerelek trode ausgeübt, von welcher die Versorgungszeit der Versor gungsspannung VDD lang ist.

Wie es zuvor erklärt worden ist, kann das Sensorelement 16 dieses Ausführungsbeispiels die Änderung der Kapazität der ersten und zweiten Kondensatoren C1 bzw. C2 (d. h., die Verschiebung der Mittenelektrode 10) in Übereinstimmung mit der Änderung des Potentials der Mittenelektrode 10 erfas sen, welche bei dem Umschalten der Versorgungsspannung VDD an den Steuerelektroden 12 und 14 auftritt. Desweiteren ist es durch ein Steuern des Betriebsverhältnisses des PWM-Si gnals PT, welches die Umschalteschaltung 18 ansteuert, d. h., des Zeitverhältnisses der Versorgungsspannung VDD an den Steuerelektroden 12 und 14, möglich, die statische elektrische Kraft, welche zwischen der Mittenelektrode 10 und den Steuerelektroden 12 und 14 ausgeübt wird, und die Position der Mittenelektrode 10 zu steuern. In diesem Fall ist die Periode des PWM-Signals PT verglichen mit der Peri ode der Eigenoszillation (von einigen hundert Hz bis meh rere kHz) des beweglichen Abschnitts 16a auf einen ausrei chend kleinen Wert eingestellt, da der bewegliche Abschnitt 16a nicht in Übereinstimmung mit dem Umschalten der Versor gungsspannung VDD schwingt.

Als nächstes wird die Steuerschaltung 22 in diesem Aus führungsbeispiel nachstehend im Detail beschrieben.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, beinhaltet die Steuer schaltung 22 das erste Register 34 zum Halten der digitalen Daten Da, welche das Potential der Mittenelektrode 10, das aus dem A/D-Wandler 20 ausgegeben wird, digitalisieren; das zweite Register 36 zum Übertragen der Daten, die in dem er sten Register 34 gespeichert sind; die Subtraktionsschal tung 38 zum Berechnen der Differenz zwischen den Daten, die in dem ersten Register gespeichert sind, und den Daten, die in dem zweiten Register 36 gespeichert sind; das dritte Re gister 40 zum Speichern der sich ergebenden Daten der Substraktionsschaltung 38; die Steuergrößeneinstelleinheit 42 zum Einstellen der Differentialsteuergröße ΔDo, um die Mittenelektrode 10 in die neutrale Position zu steuern; das vierte Register 46 zum Speichern der momentanen Steuergröße Do; die Additionsschaltung 44 zum Addieren der Differen tialsteuergröße ΔDo zu der momentanen Steuergröße Do, die in dem vierten Register gespeichert ist; und die PWM-Schal tung 48 zum Erzeugen des PWM-Signals PT, welches die brei tere Pulsbreite (Wert des hohen Pegels) aufweist, wenn die Steuergröße Do groß ist, auf der Grundlage der Steuergröße Do.

In diesem Fall wird die Steuergröße Do, welche ein Aus gangssignal des vierten Registers 46 ist, als der digitale Erfassungswert des Beschleunigungssensors zu einer externen Stufe ausgegeben. Die Register 34, 36, 40 und 46 und die Steuergrößeneinstelleinheit 42 werden auf der Grundlage der Referenztakte CK0 synchron betrieben und die PWM-Schaltung 48 wird auf der Grundlage der geteilten Takte CK1 synchron betrieben.

Bei der vorhergehenden Steuerschaltung 22 nimmt das er ste Register 34 digitale Daten Da als Reaktion auf die Re ferenztakte CK0 aus dem A/D-Wandler 20 auf. Bei dem näch sten Takt subtrahiert die Subtraktionsschaltung 38 die vor liegenden digitalen Daten, welche in dem ersten Register 34 gespeichert sind, von den gerade vorhergehenden digitalen Daten, welche in dem zweiten Register 36 gespeichert sind.

Die sich ergebenden Daten werden in dem dritten Register 40 gespeichert.

Wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, wird demge mäß das Potential der Mittenelektrode 10 konstant und die digitalen Daten Da des Potentials werden ebenso konstant, so daß der berechnete Wert Db, welcher in dem dritten Regi ster 40 gespeichert ist, null wird. Wenn andererseits die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 nicht gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, wird der berechnete Wert Db (≠ 0) in Übereinstimmung mit der Differenz der sta tischen Kapazität in dem dritten Register 40 gespeichert.

In diesem Fall schwingt das Potential der Mittenelek trode 10 in Übereinstimmung mit den Steuerspannungen V1 und V2 und das Vorzeichen des berechneten Werts Db wird in Übereinstimmung mit einer Oszillation gewandelt. In diesem Fall wird der Wert, welcher von den digitalen Daten Da, wenn die Spannung an den zweiten Kondensator C2 angelegt ist, von den digitalen Daten Da subtrahiert wird, wenn die Spannung an den ersten Kondensator C1 angelegt ist, auf ei nen positiven Datenwert (ST = 0) eingestellt. Im Gegensatz dazu wird der Wert, welcher von den digitalen Daten Da (wenn die Spannung an den ersten Kondensator C1 angelegt ist) von den digitalen Daten Da (wenn die Spannung an den zweiten Kondensator C2 angelegt ist) subtrahiert wird, auf einen invertierten Datenwert (ST = 1) eingestellt.

Da die Steuergrößeneinstelleinheit 42, welche die Dif ferentialsteuergröße ΔDo in Übereinstimmung mit dem berech neten Wert Db des dritten Registers 40 einstellt, in Über einstimmung mit Einstellungen der Logikschaltung einfach strukturiert ist, wird der detaillierte Schaltungsaufbau weggelassen und lediglich das Verfahren in der Steuergrö ßeneinstelleinheit 42 wird in Übereinstimmung mit dem Fluß diagramm in Fig. 3 im Detail beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zum Erklären des Verfah rens in der Steuergrößeneinstelleinheit 42.

Im Schritt 100 bestimmt die Steuergrößeneinstelleinheit 42, ob der berechnete Wert Db, welcher in dem dritten Regi ster 40 gespeichert ist, der positive Datenwert (ST = 0) ist. Wenn er der positive Datenwert ist (JA), wird der be rechnete Wert Db im Schritt S110 als ein Entscheidungswert Dr bestimmt und das Verfahren geht zum Schritt S130. Wenn der berechnete Wert Db im Schritt S100 nicht der positive Wert ist, d. h., wenn er ein invertierter Wert (ST = 1) ist, geht das Verfahren zum Schritt S120. Der invertierte Wert Dr wird im Schritt S120 als der Entscheidungswert Dr be stimmt und das Verfahren geht zum Schritt S130.

Das heißt, in den Schritten S110 und S120 wird der Ent scheidungswert Dr auf den positiven Wert eingestellt, wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 größer als die des zweiten Kondensators C2 ist. Im Gegensatz dazu wird der Entscheidungswert Dr auf den negativen Wert einge stellt, wenn die statische Kapazität des ersten Kondensa tors C1 kleiner als die des zweiten Kondensators C2 ist. Desweiteren wird der Entscheidungswert auf null einge stellt, wenn die statische Kapazität des ersten Kondensa tors C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist.

Im Schritt S130 bestimmt die Steuergrößeneinstellein heit 42, ob der Entscheidungswert Dr größer als null ist. Wenn er größer als null ist, geht das Verfahren zum Schritt S150. Im Schritt S150 stellt die Steuergrößeneinstellein heit 42 einen vorbestimmten Wert Dp als die Differential steuergröße ΔDo ein, um die vorliegende Steuergröße Do zu korrigieren. Wenn der Entscheidungswert Dr andererseits kleiner als null ist, geht das Verfahren zum Schritt S140.

Im Schritt S140 bestimmt die Steuergrößeneinstellein heit 42, ob der Entscheidungswert Dr gleich null ist. Wenn er gleich null ist, geht das Verfahren zum Schritt S160. Die Steuergrößeneinstelleinheit 42 stellt null als die Dif ferentialsteuergröße ΔDo ein. Wenn andererseits im Schritt S140 der Entscheidungswert Dr kleiner als null ist, geht das Verfahren zum Schritt S170. Die Steuergrößeneinstell einheit 42 stellt als die Differentialsteuergröße Do einen vorbestimmten Wert (-Dp) ein.

Die Differentialsteuergröße ΔDo, welche durch die vor hergehenden Schritte eingestellt worden ist, wird in die Additionsschaltung 44 eingegeben. Die Additionsschaltung 44 addiert die Differentialsteuergröße ΔDo zu der Steuergröße Do, welche in dem vierten Register 46 gespeichert ist, und aktualisiert die Steuergröße Do. Die aktualisierte Steuer größe Do wird in die PWM-Schaltung 48 eingegeben. Als Er gebnis erzeugt die PWM-Schaltung 48 das PWM-Signal PT, das in Übereinstimmung mit der aktualisierten Steuergröße Do eine Pulsbreite aufweist.

Das heißt, wenn die statische Kapazität des ersten Kon densators C1 größer als die des zweiten Kondensators C2 ist, wird die Steuergröße Do auf lediglich den vorbestimm ten Wert Dp erhöht, so daß das PWM-Signal Pt, von welchem die Pulsbreite breiter wird (d. h., die statische elektri sche Kraft der Steuerelektrode 12 wird erhöht), von der PWM-Schaltung 48 erzeugt wird. Wenn im Gegensatz dazu die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 kleiner als die des zweiten Kondensators C2 ist, wird die Steuergröße Do lediglich auf den vorbestimmten Wert Dp verringert, so daß das PWM-Signal Pt, von welchem die Pulsbreite schmäler wird (d. h., die statische elektrische Kraft der Steuerelek trode 14 wird erhöht), von der PWM-Schaltung 48 erzeugt wird. Wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, wird des weiteren die vorliegende Steuergröße Do aufrechterhalten und das PWM-Signal PT, das den vorliegenden Zustand auf rechterhält, wird erzeugt.

Fig. 4 zeigt ein Signalzeitablaufdiagramm des Beschleu nigungssensors in dem ersten Ausführungsbeispiel. Wenn die Beschleunigung nicht auf den Beschleunigungssensor 16 aus geübt wird (d. h., G = 0), gibt die Steuerschaltung 22 das PWM-Signal PT aus, daß das Betriebsverhältnis von 50% auf weist. Demgemäß wird die gleiche statische elektrische Kraft zwischen der Mittenelektrode 10 und den Steuerelek troden 12 bzw. 14 ausgeübt, so daß die Position der Mitten elektrode 10 in der neutralen Position gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, da die statische Kapazität des er sten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, das Potential der Mittenelektrode 10 bezüglich der Vorspannung Vb ohne Änderung zu dem Zeitpunkt immer kon stant aufrechterhalten, wenn die Spannung an die Steuer elektroden 12 und 14 angelegt wird.

Als nächstes wird, wenn die Beschleunigung auf den Be schleunigungssensor 16 ausgeübt wird (G ≠ 0), die Mitten elektrode 10 in die Richtung verschoben, in welcher der Spalt zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelek trode 12 schmal wird. Als Ergebnis schwingt, wenn die sta tische Kapazität des ersten Kondensators C1 größer als die des zweiten Kondensators C2 ist, das Potential der Mitten elektrode 10 in Übereinstimmung mit einem Umschalten der Versorgungsspannung an den Steuerelektroden 12 bzw. 14.

Wenn die Steuerschaltung 22 das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 20 berechnet und die Verschiebung der Mittenelek trode 10 erfaßt, gibt die Steuerschaltung 22 desweiteren ein PWM-Signal PT aus, welches eine kurze Dauer eines hohen Pegels und eine lange Dauer eines niedrigen Pegels auf weist, wenn die statische elektrische Kraft, die die Mit tenelektrode 10 verschiebt, an der Steuerelektrode 14 groß wird. Als Ergebnis wird die Mittenelektrode 10 zu der Steu erelektrode 14 verschoben und die Mittenelektrode 10 wird zu der ausgeglichenen Position zwischen der statischen Kraft und der Kraft aufgrund der Beschleunigung bewegt.

Auf der Grundlage von Wiederholungen der zuvor erwähn ten Funktionsweisen wird die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 und das Potential der Mittenelektrode 10 wird konstant (d. h., die Vorspannung Vb), wenn die Mittenelektrode 10 zu der neutralen Position zurückkehrt. Nach diesem Schritt gibt die Steuerschaltung 22 das PWM-Signal PT aus, von wel chem das Betriebsverhältnis zu diesem Zeitpunkt aufrechter halten wird.

Da zu diesem Zeitpunkt die Kraft, die auf den Beschleu nigungssensor 16 ausgeübt wird, zu der statischen elektri schen Kraft, die auf die Mittenelektrode 10 ausgeübt wird, ausgeglichen ist, werden die Steuergröße Do, welche die statische elektrische Kraft erzeugt, und ein analoger Er fassungswert Vo, welcher eine mittlere Spannung des PWM-Si gnals PT anzeigt, der durch das Tiefpaßfilter 24 erzielt wird, in Übereinstimmung mit der Beschleunigung einge stellt.

Der A/D-Wandler 20 arbeitet zu dem Zeitpunkt der abfal lenden Flanke des Referenztakts CK0. Das erste, zweite, dritte und vierte Register 34, 36, 40 bzw. 44 arbeiten zu dem Zeitpunkt der ansteigenden Flanke des Referenztakts CK0. Demgemäß werden tatsächlich mindestens drei Takte von der Änderung der Beschleunigung bis zu der Änderung des Be triebsverhältnis des PWM-Signals, d. h., das Zeitverhältnis der Versorgungsspannung an den Steuerelektroden 12 bzw. 14, verzögert. Um das Zeitablaufsdiagramm zu vereinfachen, wird jedoch in Fig. 4 die Änderung des PWM-Signals gestartet, nachdem zwei Takte verzögert worden sind. Die gleichen Be dingungen wie in Fig. 4 werden auf die Fig. 11 und 14 angewendet.

Fig. 5 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des A/D- Wandlers 20 und Fig. 6 zeigt ein Signalzeitablaufsdiagramm des A/D-Wandlers 20. Der A/D-Wandler 20 beinhaltet eine Pulsphasendifferenzcodierungsschaltung 50 zum Codieren der Phasendifferenz zwischen Eingangspulsen PA und PB und eine Steuerschaltung 51 zum Erzeugen der Pulssignale PA und PB als Reaktion auf den Referenztakt CK0.

Desweiteren beinhaltet die Pulsphasendifferenzcodie rungsschaltung 50 eine Pulsrotationsschaltung 52, die ein negiertes UND-Gatter NAND und eine Mehrzahl von ringverbun denen Invertern INV (gerade Anzahl) (d. h., einen Ringoszil lator) aufweist; einen Zähler 54; eine Signalspeicherschal tung bzw. Verriegelungsschaltung 56; eine Pulsauswahlein richtung 58; einen Codierer 60; und eine Signalverarbei tungsschaltung 60. Obgleich die Erklärungen für den Ringos zillator gegeben werden, der durch eine ungerade Anzahl von Inverterschaltungen strukturiert ist, kann es möglich sein, den Oszillator durch eine gerade Anzahl von Inverterschal tungen aufzubauen.

Die Pulsphasendifferenzcodierungsschaltung 50 arbeitet wie folgt (vgl. JPP-4-58027).

Das heißt, wenn die Pulssignale PA, welche in das ne gierte UND-Gatter NAND eingegeben werden, zu dem hohen Pe gel gehen, starten die Pulssignale PA einen Rotationsbe trieb in der Pulsrotationsschaltung 52 und der Rotationsbe trieb der Pulssignale PA wird während ihres hohen Pegels fortgesetzt. Die Anzahl des Rotationsbetriebs wird in dem Zähler 54, welcher die Anzahl von Inversionen eines Aus gangssignals des Inverters INV zählt, gezählt. Wenn die Pulssignale PB, welche aus der Steuerschaltung 51 ausgege ben werden, zu dem hohen Pegel gehen, wird das Ergebnis des Zählers 54 in der Signalspeicherschaltung 56 gespeichert.

Wenn andererseits die Pulssignale PB, welche aus der Steuerschaltung 51 ausgegeben werden, zu dem hohen Pegel gehen, erfaßt die Pulsauswahleinrichtung 58 die Rotations position der Pulssignale in der Pulsrotationsschaltung 52 auf der Grundlage des Ausgangssignals jeder Inverterschal tung (negiertes UND NAND und Inverter INV) in der Pulsrota tionsschaltung 52 und der Codierer 60 erzeugt binäre digi tale Daten, die der Rotationsposition entsprechen. Deswei teren erzeugt die Signalverarbeitungsschaltung 62 die binä ren digitalen Daten, die dem Zeitpunkt Tc von der anstei genden Flanke des Pulssignals PA bis zu der ansteigenden Flanke des Pulssignals PB entsprechen, unter Verwendung bi närer digitaler Daten (niedriges Bit) aus dem Codierer 60 und binärer digitaler Daten (höheres Bit), die in der Si gnalspeicherschaltung 56 gespeichert sind.

In dem A/D-Wandler 20 ist ein Eingangsanschluß 20a für ein Spannungssignal Vin, das A/D-zu-wandeln ist, an eine Versorgungsleitung 52a angeschlossen, welche die Energie versorgung an jede Inverterschaltung (negiertes UND NAND und Inverter INV) in der Pulsrotationsschaltung 52 anlegt, so daß das Spannungssignal Vin an jede Inverterschaltung angelegt wird. Da die Inversionsbetriebszeit in jeder In verterschaltung in Übereinstimmung mit der Versorgungsspan nung geändert wird, werden, wenn die Zeit Tc konstant ist, die digitalen Daten Da, welche aus der Signalverarbeitungs schaltung 62 ausgegeben werden, in Übereinstimmung mit dem Spannungspegel des Spannungssignals Vin auf die digitalen Daten eingestellt.

Desweiteren beinhaltet die Steuerschaltung 51 eine Flankenerfassungsschaltung zum Erfassen der ansteigenden Flanke des Referenztakts CK0; eine Verzögerungsschaltung, um das erfaßte Flankensignal für die Dauer zum Halten des Pulssignals PA an dem hohen Pegel zu verzögern; und eine RS-Flipflopschaltung, welche durch das Flankensignal ge setzt und durch das Verzögerungssignal zurückgesetzt wird, und erzeugt die Pulssignale PA, die die gleiche Periode wie der Referenztakt CK0 aufweisen. Die Flankenerfassungsschal tung erfaßt die ansteigende Flanke des Referenztakts CK0. Die Verzögerungsschaltung verzögert die Pulssignale PB für die Dauer zum Halten der Pulssignale PB an dem hohen Pegel und erzeugt das Pulssignal PB, welches nach der Verzöge rungszeit Tc (d. h., einer Hälfte einer Periode des Refe renztakts CK0) ansteigt aus der ansteigenden Flanke des Pulssignals PA.

Wie es durch das Zeitablaufsdiagramm in Fig. 6 gezeigt ist, werden die digitalen Daten Da, die dem Spannungssignal Vin entsprechen, aus der Pulsphasendifferenzcodierungs schaltung 50 ausgegeben. Da desweiteren die A/D-Wandlung als Reaktion auf die Periode der Pulssignale PA und PB der Steuerschaltung 51 periodisch ausgeführt wird, d. h., der Referenztakt CK0 in die Steuerschaltung 51 eingegeben wird, werden die digitalen Daten Da in Übereinstimmung mit der Änderung des Spannungssignals Vin so geändert, wie sie durch D0 bis D4 gezeigt sind.

Eine detaillierte Beschreibung der Pulsphasendifferenz codierungsschaltung 50 wird weggelassen, da die Inhalte in der JPP-4-58027 offenbart sind.

Wie vorhergehend erläutert worden ist, ist der A/D- Wandler 20 ohne die Verwendung von analogen Schaltungen ausgebildet und wandelt die Änderung des Spannungssignals Vin zu der Änderung der Verzögerungszeit der Inverterschal tung. Da der A/D-Wandler 20 desweiteren die Verzögerung an der Inverterschaltung digitalisiert, ist es möglich, die geringe Änderung des Spannungssignals Vin zu digitalisie ren, so daß es möglich ist, genaue digitale Daten Da zu er zielen, die dem Spannungssignal Vin entsprechen.

Fig. 7 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigten PWM-Schaltung 48. Die PWM-Schaltung 48 ist ohne Verwendung der analogen Schaltungen oder des A/D-Wand lers ausgebildet. In Fig. 7 beinhaltet die PWM-Schaltung 48 eine Datensignalspeicherschaltung 64, einen Oszillator 66, einen Abwärtszähler 68, eine Pulserzeugungsschaltung 70, eine programmierbare Verzögerungsleitung 72, eine Flanken erfassungsschaltung 74 und ein RS-Flipflop 76. Die PWM- Schaltung 48 gibt das PWM-Signal PT aus.

Die Datensignalspeicherschaltung 64 speichert die Steu ergröße Do, welche durch eine externe Stufe eingegeben wird, teilt die Steuergröße Do in die Daten CDL niedrigerer Bits, die durch niedrigere fünf Bits ausgebildet sind, und die Daten CDH höherer Bits, die durch die anderen Bits aus gebildet sind, und gibt sie aus.

Der Oszillator gibt in einem vorbestimmten Zeitinter vall T einen Oszillationspuls CKr aus, wenn der Steuerpuls PT, welcher von der externen Stufe eingegeben wird, einen hohen Pegel aufweist.

Der Abwärtszähler 68 zählt den Oszillationspuls CKr, welcher aus dem Oszillator 66 ausgegeben wird, und gibt ein Erfassungssignal TCP aus, wenn ein Zählwert die Daten CDH der höheren Bits erreicht, welche aus der Datensignalspei cherschaltung 64 ausgegeben werden.

Die Pulserzeugungsschaltung 70 nimmt den Oszilla tionspuls CKr auf und gibt das Pulssignal DI aus, wenn das Erfassungssignal TCP aus dem Abwärtszähler 68 ausgegeben wird.

Die programmierbare Verzögerungsleitung 72 verzögert das Pulssignal DI, welches aus der Pulserzeugungsschaltung 70 ausgegeben wird, mit der Verzögerungszeit, die den Daten CDL der niedrigeren Bits entspricht, welche aus der Daten signalspeicherschaltung 64 ausgegeben werden.

Die Flankenerfassungsschaltung 74 erfaßt die ansteigen de Flanke des Takts CK1, welcher von der externen Stufe eingegeben wird.

Die RS-Flipflopschaltung 76 startet eine Oszillation des Oszillators 76, um einen Steuerpuls PT des hohen Pegels zu erzielen, wenn das Flankensignal aus der Flankenerfas sungsschaltung 74 eingegeben wird, und stoppt eine Oszilla tion des Oszillators 66, um einen Steuerpuls PT des niedri gen Pegels zu erzielen, wenn der Verzögerungspuls P0 aus der programmierbaren Verzögerungsleitung 72 eingegeben wird.

Desweiteren beinhaltet der Oszillator 66 einen Ringos zillator, in welchem das negierte UND-Gatter und mehrere Inverter in einem Ring verbunden sind, und der Steuerpuls PT aus der RS-Flipflopschaltung 76 wird in einen Eingangs anschluß des negierten UND-Gatters eingegeben. Wenn der Steuerpuls PT den hohen Pegel aufweist, wird desweiteren das Pulssignal in dem Ringoszillator gedreht und der Oszil lationspuls CKr wird aus dem vorbestimmten Inverter ausge geben, der mit der Rotationsperiode synchronisiert ist. Desweiteren wird das Zeitintervall T des Oszillationspulses CKr so eingestellt, daß es der Verzögerung von zweiunddrei ßig Invertern entspricht.

Desweiteren ist die programmierbare Verzögerungsleitung 72 durch fünf kaskadenverbundene Verzögerungsstufen ausge bildet, von denen jede aus einer Grundleitung zum Durchlas sen des Eingangssignals; einer Verzögerungsleitung zum Ver zögern des Eingangssignals für die vorbestimmte Zeit an der Grundleitung und zum Durchlassen des verzögerten Eingangs signals; und einen Multiplexer zum Auswählen entweder der Grundleitung oder der Verzögerungsleitung als einen Ein gangspfad besteht.

In der ersten Verzögerungsstufe wird die Differenz der Durchlaufszeit des Eingangssignals zwischen der Grundlei tung und der Verzögerungsleitung so ausgebildet, daß sie die Hälfte des Zeitintervalls des Oszillationspulses CK0 beträgt. Auf eine ähnliche Weise wird in der zweiten Verzö gerungsstufe die Differenz der Durchlaufszeit so ausgebil det, daß sie ein Viertel (1/4) des Zeitintervalls beträgt; in der dritten Verzögerungsstufe wird die Differenz der Durchlaufszeit so ausgebildet, daß sie ein Achtel (1/8) des Zeitintervalls beträgt, in der vierten Verzögerungsstufe wird die Differenz der Durchlaufszeit so ausgebildet, daß sie ein Sechzehntel (1/16) des Zeitintervalls beträgt, und in der fünften Verzögerungsstufe wird die Differenz der Durchlaufszeit so ausgebildet, daß sie ein Zweiunddreißig stel (1/32) des Zeitintervalls beträgt.

Das heißt, in der fünften Verzögerungsstufe wird die Verzögerungszeit so eingestellt, daß sie eine Stufe des In verters ist. Wie es zuvor erwähnt worden ist, können diese Verzögerungen durch kaskadenverbundene Inverter erzielt werden, welche den Ringoszillator ausbilden. Das heißt, in der programmierbaren Verzögerungsleitung 72 ist es durch Auswählen der Verzögerungsleitung, wenn der digitale Wert "1" an dem Multiplexer eingestellt ist, möglich, die Verzö gerungszeit in Übereinstimmung mit den niedrigeren Daten CDL als eine Einheit der Verzögerungszeit für eine Stufe des Inverters in zweiunddreißig Schritten umzuschalten.

In diesem Fall weisen die Haupteinheiten der PWM-Schal tung 48 (Datensignalspeicherschaltung 64, Oszillator 66, Abwärtszähler 68, Pulsoszillationsschaltung 70 und program mierbare Verzögerungsleitung 72) die gleichen Inhalte auf, wie sie durch die gleiche Anmelderin in der JPP-4-227492 offenbart sind, wobei die detaillierte Beschreibung wegge lassen wird.

Fig. 8 zeigt ein Signalzeitablaufsdiagramm der Funk tionsweise der PWM-Schaltung 48. Wenn ein geteilter Takt CK1 ansteigt, geht der Steuerpuls PT auf den hohen Pegel und dreht sich in dem Ringoszillator der Oszillationsschal tung 66. Demgemäß werden in dem vorbestimmten Zeitinter vall, das der Verzögerungszeit von zweiunddreißig Invertern entspricht, Oszillationspulse CKr aus der Oszillations schaltung 66 ausgegeben und die Oszillationspulse CKr wer den durch den Abwärtszähler gezählt.

Der Abwärtszähler 68 gibt ein Erfassungssignal TCP aus, wenn die Daten CDH (= m) der höheren Bits der Oszillati onspulse CKr aus der Oszillationsschaltung 66 ausgegeben werden. Das Erfassungssignal TCP ist durch die Pulserzeu gungsschaltung 70 so verzögert, daß das Pulssignal DI, wel ches zu dem Oszillationspuls CKr, der aus der Oszillations schaltung 66 ausgegeben wird, synchronisiert ist, aus der Pulserzeugungsschaltung 70 ausgegeben wird. In diesem Fall ist der Abwärtszähler 68 durch den ersten Oszillationspuls CK0 nach einer Ausgabe des Erfassungssignals TCP voreinge stellt.

Das Pulssignal DI, welches aus der Pulserzeugungsschal tung 70 ausgegeben wird, ist in Übereinstimmung mit den Da ten CDL der niedrigeren Bits in der programmierbaren Verzö gerungsleitung 72 für die vorbestimmte Zeit verzögert und wird als der Verzögerungspuls P0 ausgegeben. Der Verzöge rungspuls P0 setzt die RS-Flipflopschaltung 76 zurück und stellt den Steuerpuls PT auf den niedrigen Pegel ein, so daß die Oszillation von der Oszillationsschaltung 66 ge stoppt wird. Demgemäß entspricht der Steuerpuls PT dem PWM- Signal, das auf der Grundlage der Steuergröße Do, welche in der Datensignalspeicherschaltung 64 gespeichert ist, eine Pulsbreite aufweist. Desweiteren wird der Verzögerungspuls P0 in die Datensignalspeicherschaltung 64 eingegeben, um die Steuerdaten CDI zu aktualisieren.

Wie zuvor erklärt worden ist, ist die PWM-Schaltung 48 ohne Verwendung einer analogen Schaltung ausgebildet und kann die Pulsbreite in Übereinstimmung mit der Verzöge rungszeit der Inverterschaltung so einstellen, daß es mög lich ist, ein feines Steuern der statischen elektrischen Kraft zwischen der Mittenelektrode 10 und den Steuerelek troden 12 bzw. 14 zu realisieren.

Gemäß dem Beschleunigungssensor in diesem Ausführungs beispiel ist es, da alle Strukturen mit Ausnahme des Sen sorelements 16 ohne Verwendung der analogen Schaltung durch digitale Schaltungen ausgebildet sind, möglich, mit Ausnah me des Sensorelements 16 eine hochintegrierte Schaltung zu realisieren, wenn alle Strukturen auf einem einzigen Sili ziumsubstrat ausgebildet sind, so daß es möglich ist, die Größe von Elementen des Beschleunigungssensors beträchtlich zu miniaturisieren.

Da der Beschleunigungssensor durch die digitalen Schal tungen ausgebildet ist, können desweiteren die Rauschcha rakteristiken des Sensors und der Schaltung verbessert wer den. Da die Temperaturcharakteristiken ebenso verbessert werden können, kann desweiteren der Beschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf verschiedenen Gebieten und in verschiedenen Umgebungen verwendet werden.

Da der A/D-Wandler das Spannungssignal Vin digitali siert, welches die Verschiebung des beweglichen Abschnitts 16a des Sensorelements 16 anzeigt, und die Steuergröße Do auf der Grundlage einer digitalen Berechnung erzielt, ist es desweiteren möglich, eine Einstellung eines Versatzes und einer Empfindlichkeit auf der Grundlage der digitalen Berechnung einfach auszuführen.

Zum Beispiel ist es möglich, durch Addieren der Ver satzdaten zu den digitalen Daten Db, welche in dem dritten Register gespeichert sind, Fehler zu beseitigen, die in den digitalen Daten Da aus dem A/D-Wandler 20 beinhaltet sind. Desweiteren ist es möglich, durch Multiplizieren der digi talen Daten um eine bevorzugte Vergrößerung und durch Än dern der Differentialsteuergröße ΔDo, welche von der Steu ergrößeneinstelleinheit 42 eingestellt wird, die Empfind lichkeit einzustellen.

Gemäß dem Beschleunigungssensor dieses Ausführungsbei spiels, wie es zuvor beschrieben worden ist, kann der Be schleunigungssensor, da der A/D-Wandler 20 die Änderung der Spannung digitalisiert und da die PWM-Schaltung 48 die Pulsbreite in Übereinstimmung mit der Verzögerungszeit des Inverters moduliert, desweiteren eine feine Änderung des Potentials der Mittenelektrode 10 erfassen und den digita len Wert davon so erzielen, daß es möglich ist, eine feine Einstellung der statischen elektrischen Kraft und ein fei nes Steuern der Position des beweglichen Abschnitts 16a zu realisieren. Als Ergebnis ist es möglich, die Beschleuni gung, welche auf den Beschleunigungssensor ausgeübt wird, mit einer sehr hohen Genauigkeit zu erfassen.

Gemäß dem Beschleunigungssensor dieses Ausführungsbei spiels ist es, da die digitale Steuergröße Do als Reaktion auf die Beschleunigung, die auf den Beschleunigungssensor ausgeübt wird, ausgegeben wird, desweiteren möglich, direkt das Ausgangssignal des Sensors in eine zentrale Verarbei tungseinheit bzw. CPU einzugeben, so daß es möglich ist, die Struktur eines Systems, welches verschiedene Steuerun gen ausführt unter Verwendung des Beschleunigungssensors und der CPU zu vereinfachen.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Als nächstes wird der Beschleunigungssensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nachstehend im Detail beschrie ben.

Wie es zuvor in dem ersten Ausführungsbeispiel erklärt worden ist, erzeugt die Steuerschaltung 22, um die Position der Mittenelektrode 10 zu steuern, das PWM-Signal und steu ert die Spannungsversorgungszeit an den Steuerelektroden 12 und 14 so, daß die statische elektrische Kraft zwischen der Mittenelektrode 10 und jeder Steuerelektrode 12 und 14 ge steuert wird. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden zwei Arten von Spannungen, die an der Mittenelektrode 10 jeweils eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, an die Steuerelektroden 12 und 14 angelegt, um die statische elek trische Kraft durch Steuern des Potentials der Mittenelek trode 10 zu steuern.

Fig. 9 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Be schleunigungssensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Beschleunigungssensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist durch ein Sensorelement 16, eine Umschalteschaltung 80, einen A/D-Wandler 20, eine Steuerschaltung 82, einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 84 und einen Taktgenerator 26 ausgebildet.

Das Sensorelement 16 beinhaltet erste und zweite Kon densatoren C1 bzw. C2, die aus der Mittenelektrode 10 und den Steuerelektroden 12 bzw. 14 bestehen und ein Differen tialkapazitätskondensator verwendet die Kondensatoren C1 und C2.

Die Umschalteschaltung 80 legt die Steuerspannungen V1 bzw. V2 an die Steuerelektroden 12 bzw. 14 an. Der A/D- Wandler 20 digitalisiert das Spannungssignal Vin aus der Mittenelektrode 10 und gibt die digitalen Daten Da aus. Die Steuerschaltung 82 stellt das Potential der Mittenelektrode 10 auf der Grundlage der digitalen Daten aus dem A/D-Wand ler 20 auf die Steuergröße Do ein. Der D/A-Wandler 84 er zeugt die Vorspannung Vb auf der Grundlage der Steuergröße Do aus der Steuerschaltung 82. Der Taktgenerator 26 erzeugt den Referenztakt CK0 und den geteilten Takt CK1, der davon geteilt ist. Die Vorspannung Vb, die von dem D/A-Wandler 84 erzeugt wird, wird durch den Widerstand Rb zur Strombegren zung an die Mittenelektrode 10 angelegt.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel werden, da das Sen sorelement 16, der A/D-Wandler 20 und der Taktgenerator 26 die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel sind, die Beschreibungen davon weggelassen.

Als erstes besteht die Umschalteschaltung 80 aus einem ersten Schalter S21 zum selektiven Anlegen entweder einer ersten Ansteuerspannung VDD oder einer zweiten Ansteuer spannung VH an die Steuerelektrode 12 und einem zweiten Schalter S22 zum selektiven Anlegen entweder einer dritten Ansteuerspannung VSS oder einer vierten Ansteuerspannung VL an die Steuerelektrode 14. Die Umschalteschaltung 80 wird durch den geteilten Takt CK1 angesteuert und legt die er sten bzw. dritten Ansteuerspannungen VDD bzw. VSS an, wenn sich der geteilte Takt CK1 an dem hohen Pegel befindet, und legt die zweiten bzw. vierten Spannungen VH bzw. VL an, wenn sich der geteilte Takt CK1 an dem niedrigen Pegel be findet.

In diesem Fall ist jede Spannung VDD, VH, VSS und VL durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) eingestellt:

VDD < VH < VL < VSS (1)
VDD - VH = VL - VSS (2).

Desweiteren wird die Vorspannung Vb, welche von dem D/A-Wandler 84 in Übereinstimmung mit der Steuergröße Do erzeugt wird, auf den Bereich zwischen der zweiten Ansteu erspannung VH und der vierten Ansteuerspannung VL einge stellt, d. h., wird auf den Bereich (VH < Vb < VL) einge stellt, und wird durch den Widerstand Rb zur Strombegren zung an die Mittenelektrode 10 angelegt.

Das heißt, die Steuerspannungen V1 und V2, die jeweils zu dem Potential der Mittenelektrode 10 eine entgegenge setzte Polarität aufweisen, werden an die Steuerelektroden 12 und 14 angelegt. In diesem Fall wird die Potentialdiffe renz zwischen der Mittenelektrode 10 und jeder Steuerspan nung V1 bzw. V2 für die gleiche Spannung (VDD - VH, VL - VSS) periodisch geändert.

Desweiteren wird in dem Sensorelement 16, an welches die Umschalteschaltung 18 angeschlossen ist, wenn die Mit tenelektrode 10 in der Mitte positioniert ist und wenn sich das Potential der Mittenelektrode 10 an dem Mittenpotential Vc der Versorgungsspannung (d. h. (VDD + VSS)/2 = (VH + VL)/2) an den Steuerelektroden 12 und 14 befindet, die Po tentialdifferenz zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektrode 12 die gleiche wie die Potentialdifferenz zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektrode 14. Demgemäß werden die statischen elektrischen Kräfte zwischen diesen Elektroden die gleichen, so daß sich die statischen elektrischen Kräfte gegenseitig auslöschen; dann ist es of fensichtlich, daß keine statische Kraft auf die Mittenelek trode 10 wirkt.

Wenn andererseits das Potential der Mittenelektrode 10 nicht das Mittenpotential Vc ist, wird die Potentialdiffe renz zwischen der Mittenelektrode 10 und jeder Steuerelek trode 12 bzw. 14 unterschiedlich. Demgemäß wird die stati sche Kraft an der Mittenelektrode 10 in der Richtung der Steuerelektrode ausgeübt, die die größere Potentialdiffe renz aufweist.

Desweiteren wird die Größe einer Elektronenladung in den ersten und zweiten Kondensatoren C1 bzw. C2 zu dem Zeitpunkt geändert, wenn die Umschalteschaltung 80 die Ver sorgungsspannung zwischen den Steuerelektroden 12 29143 00070 552 001000280000000200012000285912903200040 0002019616412 00004 29024 und 14 umschaltet. Im Gegensatz dazu wird die Größe einer Elektro nenladung an der Mittenelektrode 10 für eine kurze Periode in Übereinstimmung mit der Einwirkung einer Strombegrenzung durch den Widerstand Rb nicht geändert, so daß Elektronen ladungen, die die gleiche Größe aber unterschiedliche Pola rität aufweisen, einander auslöschen oder polarisieren. Als Ergebnis wird die Größe der Elektronenladung der Kondensa toren C1 und C2 in Übereinstimmung mit der gleichen Größe der Elektronenladungen immer geändert (erhöht/verringert).

Wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, wird, da die Änderung der Potentialdifferenz zwischen Polen jedes Kon densators C1 und C2 die gleiche ist, desweiteren das Poten tial der Mittenelektrode 10 ohne eine Änderung vor und nach einem Umschalten der Versorgungsspannung konstant aufrecht erhalten.

Wenn andererseits die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 unterschiedlich zu der des zweiten Konden sators C2 ist, wird, da die Änderung der Potentialdifferenz zwischen Polen jedes Kondensators C1 und C2 zueinander un terschiedlich ist, das Potential der Mittenelektrode 10 vor und nach einem Umschalten der Versorgungsspannung geändert. Da das Umschalten der Versorgungsspannung periodisch durch geführt wird, schwingt desweiteren das Potential der Mit tenelektrode 10 immer, wenn es eine Differenz der stati schen Kapazität zwischen den Kondensatoren C1 und C2 gibt.

Wie es zuvor erklärt worden ist, kann in dem Sensorele ment 16 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Änderung einer Kapazität der ersten und zweiten Kondensatoren C1 bzw. C2 (d. h., eine Änderung eines Potentials der Mitten elektrode 10) auf der Grundlage der Änderung des Potentials der Mittenelektrode 10, welches erzeugt wird, wenn die Ver sorgungsspannung an den Steuerelektroden 12 und 14 umge schaltet wird, erfaßt werden. Desweiteren ist es durch ein Steuern des Potentials der Mittenelektrode 10 möglich, die statische elektrische Kraft, die zwischen der Mittenelek trode 10 und jeder Steuerelektrode 12 und 14 ausgeübt wird, so zu steuern, daß es möglich ist, die Position der Mitten elektrode 10 zu steuern.

Als nächstes wird nachstehend die Funktionsweise der Steuerschaltung 82 im Detail beschrieben. Die Steuerschal tung 82 stellt die Steuergröße Do ein, welche zum Erzeugen der Vorspannung Vb aus dem D/A-Wandler 84 verwendet wird. Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, beinhaltet die Steuerschal tung 82 die ersten, zweiten und dritten Register 34, 36 bzw. 40; eine Subtraktionsschaltung 38; einen Auf/Abwärtszähler 88 zum Ausgeben des Zählwerts, der als die Steuergröße Do verwendet wird, um die Vorspannung Vb, die an die Mittenelektrode 10 anzulegen ist, zu erzeugen; und eine Entscheidungseinheit 86 zum Bestimmen eines Inkre mentierens/Dekrementierens des Auf/Abwärtszählers 88 auf der Grundlage von digitalen Daten Db, die in dem dritten Register 40 gespeichert sind, und zum Ausgeben entweder ei nes Aufwärtszählsignals UC oder eines Abwärtszählsignals DC, um den Auf/Abwärtszähler 88 in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Bestimmung zu betreiben.

In diesem Fall werden die Funktionsweisen der ersten, zweiten und dritten Register 34, 36 bzw. 40 und der Sub traktionsschaltung 38 weggelassen, da diese die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel sind.

Da die Entscheidungseinheit 86 einfach durch Einstel lungen von logischen Schaltungen ausgebildet ist, wird der detaillierte Schaltungsaufbau weggelassen und die Funkti onsweise der Entscheidungseinheit 86 wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 10 er klärt.

Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm zum Erklären der Funk tionsweise der Entscheidungseinheit. In Fig. 10 sind als erstes Schritte S210 und S220 die gleichen Schritte wie S110 bzw. S120, die in dem ersten Ausführungsbeispiel die Verfahren an der Steuergrößeneinstelleinheit 42 anzeigen. In den Schritten S210 und S220 wird der Entscheidungswert Dr durch die digitalen Daten Db eingestellt und das Verfah ren geht zum Schritt S230. In dem zweiten Ausführungsbei spiel wird jedoch der digitale Wert Db auf den positiven Datenwert (ST = 0) eingestellt, welcher den A/D-gewandelten Wert, wenn die zweiten und vierten Ansteuerspannungen VDD und VSS an die Steuerelektroden 12 bzw. 14 angelegt werden, von dem A/D-gewandelten Wert subtrahiert, wenn die ersten und dritten Ansteuerspannungen VDD bzw. VSS an die Steuer elektroden 12 bzw. 14 angelegt werden. Andererseits wird der digitale Wert Db auf den invertierten Datenwert (ST = 1) eingestellt, welcher den A/D-gewandelten Wert, wenn die ersten und dritten Ansteuerspannungen VDD bzw. VSS angelegt werden, von dem A/D-gewandelten Wert subtrahiert, wenn die zweiten und vierten Ansteuerspannungen VDD bzw. VSS ange legt werden.

Im Schritt S230 bestimmt die Entscheidungseinheit 86, ob der Entscheidungswert Dr "0" ist oder nicht. Wenn der Wert "0" ist (JA), ist das Verfahren beendet. Wenn der Wert "0" ist (NEIN), geht das Verfahren zum Schritt S240.

Im Schritt S240 bestimmt die Entscheidungseinheit 86, ob der Entscheidungswert Dr größer als "0" ist oder nicht. Wenn -der Wert größer als "0" ist (JA), geht das Verfahren zum Schritt 5250. Im Schritt 5250 gibt die Entscheidungs einheit 86 das Aufwärtszählsignal UC aus, welches den Auf/Abwärtszähler 88 inkrementiert. Wenn andererseits der Entscheidungswert Dr kleiner als "0" ist (NEIN im Schritt S240), geht das Verfahren zum Schritt S260. Im Schritt S260 gibt die Entscheidungseinheit 86 das Abwärtszählsignal DC aus, welches den Auf/Abwärtszähler 88 dekrementiert.

Desweiteren wird der Zählwert des Auf/Abwärtszählers 88 in Übereinstimmung mit dem Aufwärtszählsignal UC oder dem Abwärtszählsignal DC, von denen jedes aus der Entschei dungseinheit 86 ausgegeben wird, erhöht oder verringert.

Das heißt, die Entscheidungseinheit 86 erhöht den Zähl wert (d. h., die Steuergröße Do), wenn die statische Kapazi tät des ersten Kondensators C1 größer als die des zweiten Kondensators C2 ist. Im Gegensatz dazu verringert die Ent scheidungseinheit 86 die Steuergröße Do, wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 kleiner als die des zweiten Kondensators C2 ist. Desweiteren hält die Entschei dungseinheit 86 die vorliegende Steuergröße Do aufrecht, wenn die statische Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist.

Die Steuergröße Do wird in dem D/A-Wandler 84 zu einer vorbestimmten Spannung gewandelt und als die Vorspannung Vb an die Mittenelektrode 10 angelegt.

Fig. 11 zeigt ein Signalzeitablaufdiagramm für die Funktionsweise des Beschleunigungssensors in dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Wenn die Beschleunigung nicht auf den Beschleunigungs sensor ausgeübt wird (G = 0), wird das Potential der Mit tenelektrode 10 von dem D/A-Wandler 84 auf das Mittenpoten tial Vc eingestellt. Als Ergebnis werden die statischen elektrischen Kräfte, die alle die gleiche Intensität, aber eine entgegengesetzte Richtung zueinander aufweisen, zwi schen der Mittenelektrode 10 und beiden Steuerelektroden 12 und 14 ausgeübt. Desweiteren wird zu diesem Zeitpunkt, da die statische Kapazität des Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2 ist, das Potential der Mitten elektrode 10 ohne Änderung, wenn die Versorgungsspannung an den Steuerelektroden 12 und 14 umgeschaltet wird, konstant gehalten (Mittenpotential Vc).

Wenn eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor ausgeübt wird (G ≠ 0), wird als nächstes die Mittenelektro de 10 in die Richtung verschoben, in welcher der Spalt zwi schen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektrode 12 schmal wird. Als Ergebnis wird, wenn die statische Kapazi tät des ersten Kondensators C1 größer als die des zweiten Kondensators C2 wird, das Potential der Mittenelektrode 10 größer als das Mittenpotential Vc und schwingt in Überein stimmung mit einem Umschalten der Versorgungsspannung an den Steuerelektroden 12 und 14.

Wenn die Steuerschaltung 82 das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 20 berechnet und die Änderung des Potentials der Mittenelektrode 10 erfaßt, gibt desweiteren die Steuer schaltung 82 die Steuergröße Do zum Erzeugen der Vorspan nung Vb aus dem D/A-Wandler 84 und zum Erhöhen der stati schen elektrischen Kraft aus, um die Mittenelektrode 10 zu der Steuerelektrode 14 hin zu ziehen. Auf der Grundlage der Steuergröße Do erzeugt der D/A-Wandler 84 die Vorspannung Vb (in Fig. 11 durch die gestrichelte Linie gezeigt) und legt sie an die Mittenelektrode 10 an.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Ladung zum Erzeugen der statischen elektrischen Kraft an der Mittenelektrode 10 allmählich aufgeladen, so daß die Mittenelektrode 10 bis zu der ausgeglichenen Position zwischen der statischen elek trischen Kraft und der Kraft, die durch die Beschleunigung verursacht wird, zu der Steuerelektrode 14 gezogen wird. Nachdem die vorhergehenden Funktionsweisen wiederholt wor den sind, ist, wenn die Mittenelektrode 10 zu der neutralen Position zurückgekehrt ist, die statische Kapazität des er sten Kondensators C1 gleich zu der des zweiten Kondensators C2, so daß das Potential der Mittenelektrode 10 wie die Vorspannung Vb, welche aus dem D/A-Wandler 84 ausgegeben wird, konstant wird.

In diesem Fall sind, da die statische elektrische Kraft, die auf die Mittenelektrode 10 ausgeübt wird, durch eine Kraft, die auf den Beschleunigungssensor ausgeübt wird, ausgeglichen ist, die Steuergröße Do zum Erzeugen der statischen elektrischen Kraft und das Potential Vo (= Vin) der Mittenelektrode 10 in Übereinstimmung mit der Beschleu nigung gegeben.

Wie es zuvor erwähnt worden ist, ist es in Übereinstim mung mit dem Beschleunigungssensor des zweiten Ausführungs beispiels, da mit Ausnahme des Sensorelements 16 und des D/A-Wandlers 84 alle Strukturen durch digitale Schaltungen ausgebildet sind, möglich, leicht die gleichen Effekte wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zu realisieren.

Gemäß dem Beschleunigungssensor des zweiten Ausfüh rungsbeispiels wandelt der A/D-Wandler 20 immer analoge Si gnale, welche sich in gleichen Zeitintervallen ändern, zu digitalen Signalen, so daß der A/D-Wandler 20 verglichen mit einer A/D-Wandlung des ersten Ausführungsbeispiels aus reichend Zeit zum Durchführen einer A/D-Wandlung aufweist, d. h., in dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Betriebs verhältnis des Signals geändert. Als Ergebnis ist es mög lich, den A/D-Wandler 20 verglichen mit dem ersten Ausfüh rungsbeispiel einfach auszugestalten.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssi gnal des Auf/Abwärtszählers 88 durch den D/A-Wandler 84 zu dem Spannungswert gewandelt und durch den Widerstand Rb an die Mittenelektrode 10 angelegt. Wie es in dem ersten Aus führungsbeispiel beschrieben ist, wird desweiteren das PWM- Signal in Übereinstimmung mit der Steuergröße Do erzeugt und durch das Tiefpaßfilter übertragen, um die analoge Spannung zu erzeugen. Die analoge Spannung wird durch den Widerstand Rb an die Mittenelektrode 10 angelegt. In diesem Fall ist es, da der D/A-Wandler 84 nicht verwendet wird, möglich, den gleichen Effekt wie in dem ersten Ausführungs beispiel zu erzielen.

Bei dem Beschleunigungssensor des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels ist es, obgleich das Sensorelement 16 eine Verschiebungserfassung und ein Positionsteuern des be weglichen Abschnitts in Übereinstimmung mit den Funktions weisen der Mittenelektrode 10 und den Steuerelektroden 12 und 14, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind, unter Verwendung des Sensorelements 90 durchführt, möglich, eine Verschie bungserfassung des beweglichen Abschnitts durch eine andere Einrichtung durchzuführen, wie es nachstehend erklärt wird.

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sensor elements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung. Zusätzlich zu dem Sensorelement 16 des ersten Ausführungsbeispiels beinhaltet das Sensorelement 90 zwei bewegliche Elektroden G und zwei Transistoren 92 und 94 des MIS- bzw. Metall-Isolator-Halbleiter-Typs. Jede be wegliche Elektrode G wird zur Erfassung der Verschiebung verwendet und steht aus einer ungefähren Mitte der entspre chenden Träger 30a bzw. 30b zu der Außenrichtung davon her vor.

Die zwei Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs werden als ein Paar von Transistoren eines MIS-Typs verwendet. Jeder Transistor des MIS-Typs beinhaltet feste Elektroden S und D (d. h., feste Elektroden zur Verschiebungserfassung), von denen jede aus einer Störstellendiffusionsschicht besteht, die auf dem Siliziumsubstrat genau unter der beweglichen Elektrode G ausgebildet ist, um parallel zu der beweglichen Elektrode G zu werden und um an beiden Seiten der beweg lichen Elektrode G positioniert zu werden. Desweiteren wird bei dem Transistor des MIS-Typs die bewegliche Elektrode G als ein bewegliches Gate verwendet und die festen Elektro den S und D werden als die Source bzw. der Drain verwendet. Desweiteren wird ein Spalt zwischen der beweglichen Elek trode G und den festen Elektroden S bzw. D als eine Isola tionsschicht verwendet. In diesem Fall steht, wenn die be wegliche Elektrode G auf der neutralen Position positio niert ist, eine Hälfte der Fläche der beweglichen Elektrode G einer Hälfte der Fläche jeder festen Elektrode S bzw. D gegenüber. Die Träger 30a und 30b, der Masseabschnitt 32, die Mittenelektrode 10 und die bewegliche Elektrode G wer den als eine bewegliche Einheit 90a bezeichnet.

Bei dem Sensorelement 90, das strukturiert ist, wie es zuvor beschrieben worden ist, wird, wenn die Spannung an die beweglichen Elektroden G der Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs angelegt wird, ein Kanal in einem Bereich gegen über der beweglichen Elektrode G zwischen den festen Elek troden S und D ausgebildet und ein Drainstrom fließt in dem Kanal. Desweiteren wird die Kanalbreite, welche zwischen den festen Elektroden S und D ausgebildet wird, in Überein stimmung mit dem Potential der beweglichen Elektrode G so geändert, daß der Drainstrom moduliert wird.

In diesem Fall sind die beweglichen Elektroden G jedes Transistors 92 und 94 in zueinander entgegengesetzter Rich tung entlang der Richtung der Verschiebung des beweglichen Abschnitts 90a ausgebildet. Wenn der bewegliche Abschnitt 90a in die Richtung verschoben wird, in welcher der Spalt zwischen der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektrode 12 schmal wird, wird demgemäß der Bereich, welcher den beweg lichen Elektroden G und den festen Elektroden S und D ge genüberliegt, so erhöht, daß der Drainstrom in dem Transi stor 92 des MIS-Typs erhöht wird. Andererseits wird der Be reich so verringert, daß der Drainstrom in dem Transistor 94 des MIS-Typs verringert wird.

Wie es zuvor erklärt worden ist, wird in dem Sensorele ment 90 die Mittenelektrode 10 und die Steuerelektrode 12 lediglich für ein Positionssteuern des beweglichen Ab schnitts 90a verwendet und die Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs werden für eine Verschiebungserfassung des beweg lichen Abschnitts 90a verwendet.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Als nächstes wird der Beschleunigungssensor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nachstehend im Detail beschrieben.

Fig. 13 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Be schleunigungssensors des dritten Ausführungsbeispiels und Fig. 14 zeigt ein Signalzeitablaufdiagramm, wenn die Um schalteschaltung 18 durch das pulsbreitenmodulierte Signal in dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel gesteuert wird.

Der Beschleunigungssensor dieses Ausführungsbeispiels beinhaltet ein Sensorelement 90, das eine Mittenelektrode 10, Steuerelektroden 12 und 14 und Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs aufweist; Widerstände 96 und 98, die jeweils an den entsprechenden Transistor 92 bzw. 94 des MIS-Typs angeschlossen sind und einen Drainstrom in ein Spannungssi gnal wandeln; A/D-Wandler 20a und 20b, die jeweils an die entsprechenden Widerstände 96 bzw. 98 angeschlossen sind, die Spannungssignale Vx bzw. Vy eingeben, welche aus dem Sensorelement 90 erzielt werden, und die digitale Daten Dx bzw. Dy ausgeben; eine Steuerschaltung 100 zum Erzeugen des pulsbreitenmodulierten Signals PT auf der Grundlage der di gitalen Daten Dx bzw. Dy aus den A/D-Wandlern 20a bzw. 20b; eine Umschalteschaltung 18; ein Tiefpaßfilter 24; und einen Taktgenerator 26 (die Bezugszeichen 18, 24 und 26 bezeich nen die gleichen Elemente wie in dem ersten Ausführungsbei spiel). Die Versorgungsspannung VDD wird an die Mittenelek trode 10 und die beweglichen Elektroden G der Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs angelegt und die statische elektri sche Kraft wird auf die Mittenelektrode 10 ausgeübt, wenn die Vorspannung Vb an die Steuerelektroden 12 und 14 ange legt wird.

Als nächstes wird nachstehend die Steuerschaltung 100 im Detail beschrieben.

Wie es zuvor erklärt worden ist, hält in der Steuer schaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das erste Register 34 den momentan A/D-gewandelten Wert, das zweite Register 36 hält den gerade vorhergehend A/D-gewandelten Wert, die Subtraktionsschaltung 38 berechnet die Differenz zwischen dem momentan A/D-gewandelten Wert und dem vorher gehend A/D-gewandelten Wert und das dritte Register hält den Wert, der von der Subtraktionsschaltung 38 berechnet wird.

In der Steuerschaltung 100 gemäß dem dritten Ausfüh rungsbeispiel hält das erste Register 34a die digitalen Da ten Dx und das zweite Register 34b hält die digitalen Daten Dy, die Subtraktionsschaltung 38 berechnet die Differenz zwischen Ausgangssignalen aus den ersten und zweiten Regi stern 34a bzw. 34b und das dritte Register 40 speichert den Wert, der von der Subtraktionsschaltung 38 berechnet wird.

Demgemäß werden die Ausgangssignale der Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs zu einem einzigen Ausgangssignal gewan delt, welches als Reaktion auf die Verschiebung des beweg lichen Abschnitts 90a einen Signalpegel anzeigt und aus dem dritten Register 40 ausgegeben wird. Als Ergebnis ist es nicht notwendig, die digitalen Daten Db, die in dem dritten Register 40 gespeichert sind, zu invertieren und die digi talen Daten Db können ohne jede Änderung als der Entschei dungswert Dr verwendet werden. Demgemäß ist es möglich, die Schritte S100 bis S130 in der Steuergrößeneinstelleinheit 42, die in Fig. 3 gezeigt ist, wegzulassen.

Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel stellt die Steu ergrößeneinstelleinheit 42 in dem dritten Ausführungsbei spiel die Differentialsteuergröße ΔDo auf der Grundlage des Entscheidungswerts Dr ein, berechnet die Steuergröße Do aus der gespeicherten Differentialsteuergröße ΔDo, erzeugt das PWM-Signal PT in der PWM-Schaltung 48 auf der Grundlage der Steuergröße Do und führt ein Positionssteuern des bewegli chen Abschnitts 90a durch.

In dem Beschleunigungssensor gemäß dem dritten Ausfüh rungsbeispiel, wie es zuvor beschrieben worden ist, wird die Erfassung einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts 90a durch die Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs durchge führt, ein großer Strom kann verglichen mit dem Ausgangssi gnal des Differentialkapazitätskondensators, welcher durch die Mittenelektrode 10 und die Steuerelektroden 12 und 14 ausgebildet ist, in die Steuerschaltung 100 fließen und die Eingangsimpedanz der A/D-Wandler 20a bzw. 20b kann auf ei nen niedrigeren Wert gedrückt werden. Als Ergebnis der vor hergehenden Struktur ist es möglich, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Antirauschcharakteristik aufweist.

Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist es, da die Ausgangssignale der Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs zu einem einzigen Ausgangssignal geändert werden, das den Si gnalpegel in Übereinstimmung mit der Verschiebung des be weglichen Abschnitts 90a aufweist, nicht notwendig, für je den Takt die digitalen Daten Db, welche in dem dritten Re gister 40 gespeichert sind, zu invertieren, so daß es mög lich ist, die Struktur der Vorrichtung zu vereinfachen.

Obgleich in dem dritten Ausführungsbeispiel zwei A/D- Wandler 20a bzw. 20b vorgesehen sind, ist es desweiteren möglich, einen einzigen Wandler zu verwenden, welcher ab wechselnd durch eine Zeitteilung jedes Ausgangssignals aus den Transistoren 92 und 94 des MIS-Typs numerische Werte erhält.

Desweiteren kann das Sensorelement und die Schaltung auf einem anderen Chip aufgebaut sein.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 15 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild eines Beschleunigungssensors gemäß dem vierten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung.

Das vierte Ausführungsbeispiel in Fig. 15 ist mit Aus nahme dessen äquivalent bzw. gleich zu dem ersten Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 1, daß es zwei unterschiedliche Punk te gibt, d. h., ein Schalter S30, welcher durch einen Takt CK2 ein/ausgeschaltet wird, ist anstelle des Widerstands Rb in Fig. 1 vorgesehen und die PWM-Schaltung 48 gibt zwei PWM-Signale PT1 und PT2 aus. Das heißt, eines der zwei PWM- Signale (PT1) wird in den Schalter S11 eingegeben und das andere (PT2) wird in den Schalter S12 eingegeben.

Obgleich es nicht notwendig ist, einen sehr hohen Wi derstandswert (zum Beispiel mehrere MΩ) für den Widerstand Rb in Fig. 1 durch ein Vorsehen des Schalters S30 anstelle des Widerstands Rb, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, vorzuse hen, ist es möglich, auf einfache Weise einen Vorladungs betrieb an der Mittenelektrode 10 des Sensorelements 16 durchzuführen.

Da das Betriebsverhältnis in Übereinstimmung mit den PWM-Signalen PT1 und PT2 getrennt gesteuert werden kann, ist es desweiteren möglich, die Feineinstellung zu reali sieren. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Tiefpaßfil ter 24 wahlweise entweder das Signal PT1 oder das Signal PT2 aufnehmen.

Desweiteren ist es möglich, das Mittenpotential Vb zu löschen, wenn die Vorspannung der Mittenelektrode auf VDD (oder Masse GND) eingestellt ist, und die Spannung VDD und Masse GND werden unter Verwendung der Schalter S11 und S12 abwechselnd umgeschaltet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorherge henden Ausführungsbeispiele beschränkt und verschiedene Ausführungsbeispiele sind möglich, um die vorliegende Er findung innerhalb des Umfangs der Erfindung zu realisieren.

Zum Beispiel ist es in dem Sensorelement 16 (90), ob gleich die Mittenelektrode 10 auf dem beweglichen Abschnitt 16a (90a) vorgesehen ist und die Steuerelektroden 12 und 14 auf dem Substrat vorgesehen sind, im Gegensatz dazu in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen möglich, die Mitten elektrode 10 auf dem Substrat vorzusehen und die Steuer elektroden 12 und 14 auf dem beweglichen Abschnitt 16a (90a) vorzusehen. Obgleich zwei der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektroden 12 und 14 auf beiden Seiten des Masse abschnitts 32 vorgesehen sind, ist es möglich, drei oder mehr der Mittenelektrode 10 und der Steuerelektroden 12 und 14 vorzusehen.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, gibt es im Stand der Technik die folgenden Probleme, d. h.:

a) Wenn eine Schaltung auf einem Substrat integriert ist, wird, da ein Widerstand und ein Kondensator verglichen mit einem Schaltelement, zum Beispiel einem Transistor, ei ne große Größe aufweisen, die Größe des Sensors in der ana logen Schaltung, in welcher eine Menge von Widerständen und Kondensatoren verwendet werden, groß;
b) desweiteren werden eine Menge Zeit und Kosten für eine Einstellung eines Versatzes und einer Empfindlichkeit benötigt, da es bei der Steuerschaltung, die durch die ana loge Schaltung ausgebildet ist, notwendig ist, eine Ein stellung des Versatzes und der Empfindlichkeit auf der Grundlage einer Abstimmung eines Dünnfilmwiderstands durch zuführen;
c) desweiteren erzeugt in der Steuerschaltung, die durch einen analogen Verstärker ausgebildet ist, wenn er bei einer hohen Temperatur verwendet wird, der analoge Ver stärker einen Fehler, der durch einen Leckstrom verursacht wird; und
d) desweiteren ist es in einem System, das das Erfas sungssignal aus dem Beschleunigungssensor in eine CPU ein gibt und das Steuern von verschiedenen Teilen und einer ge steuerten Vorrichtung auf der Grundlage des Erfassungssi gnals ausführt, notwendig, das Sensorsignal unter Verwen dung des A/D-Wandlers in den digitalen Wert zu wandeln, so daß es beschwerlich bzw. schwierig ist, das System auszuge stalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor erklärt worden ist, ist es möglich, die vorhergehenden Probleme a) bis d) einfach zu lösen.

Eine in der vorhergehenden Beschreibung offenbarte Vor richtung zum Erfassen einer physikalischen Größe, bevorzugt ein Beschleunigungssensor, beinhaltet ein Sensorelement, einen Analog/Digitalwandler, eine Steuereinheit und eine Aktivierungseinheit. Das Sensorelement wird durch eine Ver sorgungsspannung aktiviert und gibt in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten physikalischen Größe ein elektrisches Signal aus. Der Analog/Digitalwandler digitalisiert ein analoges elektrisches Signal und gibt digitale Daten aus. Die Steuereinheit berechnet eine Steuergröße, um das Sen sorelement zu steuern, wenn das elektrische Signal auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, auf der Grundlage der digitalen Daten und erzeugt in Übereinstimm ung mit der Steuergröße ein Steuersignal. Die Aktivierungs einheit aktiviert das Sensorelement in Übereinstimmung mit dem Steuersignal. Als Ergebnis gibt die Steuereinheit in Übereinstimmung mit der Steuergröße oder dem Steuersignal ein Erfassungssignal aus, das eine physikalische Größe an zeigt.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe, die aufweist:
ein Sensorelement, das von einer Versorgungsspannung aktiviert wird und in Übereinstimmung mit einer vorbe stimmten physikalischen Größe ein elektrisches Signal ausgibt;
einen Analog/Digitalwandler zum Digitalisieren des elektrischen Signals und zum Ausgeben digitaler Daten;
eine Steuereinrichtung zum Berechnen einer Steuergröße auf der Grundlage der digitalen Daten, um das Sensor element zu steuern, wenn das elektrische Signal auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Erzeugen eines Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuergröße; und
eine Aktivierungseinrichtung zum Aktivieren des Sensor elements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal,
wobei die Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit der Steuergröße oder dem Steuersignal ein Erfassungssignal ausgibt, das eine physikalische Größe anzeigt.

2. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ana log/Digitalwandler aufweist:
eine Pulsrotationsschaltung, die eine ungerade Anzahl von zueinander ringverbundenen Inverterschaltungen zum Invertieren eines Eingangssignals und zum Ausgeben ei nes invertierten Signals aufweist, wobei eine Inver sionsbetriebszeit in Übereinstimmung mit der Versor gungsspannung geändert wird und wobei eine der Inver terschaltungen als eine Startinverterschaltung ausge bildet ist, deren Inversionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die als Reaktion auf einen Startbetrieb der Startinverterschaltung ein Pulssignal darin dreht;
einen Zähler, der an die Pulsrotationsschaltung ange schlossen ist, zum Zählen der Anzahl von Drehungen des Pulssignals in der Pulsrotationsschaltung und zum Aus geben des gezählten Ergebnisses als binäre digitale Da ten;
eine Rotationspositionserfassungseinrichtung zum Erfas sen der Rotationsposition des Pulssignals in der Puls rotationsschaltung auf der Grundlage eines invertierten Signals aus jeder Inverterschaltung und zum Erzeugen der binären digitalen Daten in Übereinstimmung mit der Rotationsposition; und
eine Erfassungssteuereinrichtung zum Betreiben der Startinverterschaltung und zum Starten eines Rotations betriebs der Pulsrotationsschaltung und zum Betreiben der Rotationspositionserfassungseinrichtung zu einem Zeitpunkt nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit;
wobei der Analog/Digitalwandler entweder das elektri sche Signal aus dem Sensorelement oder ein anderes elektrisches Signal, das sich in Übereinstimmung mit dem elektrischen Signal aus dem Sensorelement ändert, auf die Versorgungsspannung für die Pulsrotationsschal tung einstellt und als die sich ergebenden Daten der Analog/Digitalwandlung digitale Daten ausgibt, die meh rere Bits aufweisen, die aus niedrigeren Bits und höhe ren Bits bestehen, wobei die niedrigen Bits die binären digitalen Daten aus der Rotationspositionserfassungs einrichtung sind und die höheren Bits die binären digi talen Daten aus dem Zähler sind.

3. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aufweist:
einen Oszillator, der eine ungerade Anzahl von zueinan der ringverbundenen Inverterschaltungen aufweist, wobei eine der Inverterschaltungen als eine Startinverter schaltung ausgebildet ist, deren Inversionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und der das Pulssignal dreht, wenn die Startinverterschaltung von einem Eingangssignal gestartet wird, und in einem vor bestimmten Zeitintervall Oszillationspulse ausgibt;
ein Zähleinrichtung zum Zählen eines Oszillationspulses aus dem Oszillator und zum Ausgeben des Pulssignals, wenn der Zählwert einen vorhergehend eingestellten Wert erreicht;
eine programmierbare Verzögerungsleitung, die eine Mehrzahl von zueinander kaskadenverbundenen Verzöge rungsstufen beinhaltet, wobei die Mehrzahl von Verzöge rungsstufen aus einem Grundpfad zum Durchlassen des Pulssignals aus der Zähleinrichtung, einem Verzöge rungspfad, der durch eine Mehrzahl von zueinander kas kadenverbundenen Inverterschaltungen ausgebildet ist und der das Pulssignal um eine vorbestimmte Verzöge rungszeit verzögert durchläßt, und einer Auswahlein richtung zum Auswählen entweder des Grundpfads oder des Verzögerungspfads als den Pfad des Eingangssignals in Übereinstimmung mit den digitalen Daten, welche von der externen Stufe eingegeben werden, besteht, wobei die programmierbare Verzögerungsleitung das Verzögerungssi gnal ausgibt, welches um eine Verzögerungszeit verzö gert ist, welche kürzer als das Zeitintervall der Os zillationszeit des Oszillators ist;
eine Datensteuerversorgungseinrichtung zum Aufnehmen digitaler Steuerdaten, die vorbestimmte Bits aufweisen, die die Verzögerungszeit des Eingangssignals anzeigen, zum Einstellen höherer Bits der digitalen Steuerdaten als Zählwerte der Zähleinrichtung, zum Anlegen niedri gerer Bits der digitalen Steuerdaten an die program mierbare Verzögerungsleitung und zum Einstellen der Verzögerungszeit der programmierbaren Verzögerungslei tung; und
eine Ausgabeinrichtung zum Erzeugen des Eingangssignals für eine vorbestimmte Periode, um den Oszillator zu starten, zum Stoppen des Oszillators, wenn das Verzöge rungssignal aus der programmierbaren Verzögerungslei tung ausgegeben ist, und zum Erzeugen eines Signals ei nes hohen Pegels, bis das Verzögerungssignal aus der programmierbaren Verzögerungsleitung ausgegeben ist, nachdem das Eingangssignal erzeugt worden ist,
wobei die Steuereinrichtung desweiteren eine Pulsbrei tenmodulationsschaltung zum Einstellen der Steuergröße auf die digitalen Steuerdaten und zum Ausgeben des Aus gangssignals aufweist, das in Übereinstimmung mit der Steuergröße als das Pulssignal eine Pulsbreite auf weist, und die die Energieversorgungszeit an dem Sen sorelement aus der Energieversorgungseinrichtung in Übereinstimmung mit dem pulsbreitenmodulierten Signal steuert, welches aus der Pulsbreitenmodulationsschal tung ausgegeben wird.

4. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aufweist:
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der digita len Daten mit vorbestimmten Referenzdaten; und einen Auf/Abwärtszähler zum Erhöhen und Verringern des Zählwerts auf der Grundlage eines Ergebnisses der Ver gleichseinrichtung und zum Ausgeben des Zählwerts als die Steuergröße,
wobei die Steuereinrichtung die Energieversorgungsgröße an dem Sensorelement aus der Energieversorgungseinrich tung in Übereinstimmung mit der Spannung auf der Grund lage des Zählwerts, der von dem Auf/Abwärtszähler aus gegeben wird, steuert.

5. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sen sorelement aufweist:
einen beweglichen Abschnitt, der so ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, einen Sensorelementkörper zu verschieben;
eine Mittenelektrode, die sowohl für den beweglichen Abschnitt als auch den Sensorelementkörper vorgesehen ist;
Steuerelektroden, die jeweils auf beiden Seiten der Mittenelektrode und zueinander gegenüberliegend in der Nähe der Mittenelektrode vorgesehen sind; und
eine Verschiebungserfassungseinrichtung zum Ausgeben des elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Verschiebung des beweglichen Abschnitts;
wobei das Ausgangssignal der Verschiebungserfassungs einrichtung in den Analog/Digitalwandler eingegeben wird und die Position des beweglichen Abschnitts durch eine statische elektrische Kraft eingestellt wird, wel che durch eine Versorgungsspannung zwischen der Mitten elektrode und jeder Steuerelektrode auftritt, und die Aktivierungseinrichtung ein Paar von Schaltern zum An legen einer vorbestimmten Ansteuerspannung an zwei Elektroden beinhaltet, welche durch die Mittenelektrode und jede Steuerelektrode ausgebildet sind und die als Reaktion auf das pulsbreitenmodulierte Signal aus der Pulsbreitenmodulationsschaltung abwechselnd ein/ausge schaltet werden.

6. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sen sorelement aufweist:
einen beweglichen Abschnitt, der so ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, einen Sensorelementkörper zu verschieben;
eine Mittenelektrode, die sowohl für den beweglichen Abschnitt als auch den Sensorelementkörper vorgesehen ist;
Steuerelektroden, die jeweils auf beiden Seiten der Mittenelektrode und zueinander gegenüberliegend in der Nähe der Mittenelektrode vorgesehen sind; und
eine Verschiebungserfassungseinrichtung zum Ausgeben des elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Verschiebung des beweglichen Abschnitts;
wobei das Ausgangssignal der Verschiebungserfassungs einrichtung in den Analog/Digitalwandler eingegeben wird und die Position des beweglichen Abschnitts durch eine statische elektrische Kraft eingestellt wird, wel che durch eine Versorgungsspannung zwischen der Mitten elektrode und jeder Steuerelektrode erzeugt wird,
wobei die Aktivierungseinrichtung aufweist: eine Mittenspannungsversorgungseinrichtung zum Anlegen eines Potentials an die Mittenelektrode, welches dem Zählwert des Auf/Abwärtszählers entspricht; und
eine Steuerspannungsversorgungseinrichtung zum Steuern des Potentials jeder Steuerelektrode auf eine solche Weise, daß die Pole der Mittenelektrode zueinander un terschiedlich sind und die Potentialdifferenz zwischen der Mittenelektrode und jeder Steuerelektrode peri odisch auf den gleichen Wert erhöht oder verringert wird.

7. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungserfassungseinrichtung das Potential der Mittenelektrode des Sensorelements als das elektrische Signal, das den beweglichen Abschnitt anzeigt, in den Analog/Digitalwandler eingibt.

8. Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungserfassungseinrichtung zwei Transistoren des Metall-Isolator-Halbleiter- bzw. MIS-Typs beinhal tet, von denen jeder durch eine bewegliche Elektrode zur Verschiebungserfassung, die für den beweglichen Ab schnitt vorgesehen ist, und festen Elektroden zur Ver schiebungserfassung ausgebildet ist, die auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode auf dem Substrat vor gesehen sind, das durch eine Störstellendiffusions schicht ausgebildet ist,
wobei die Verschiebung des beweglichen Abschnitts aus einer Änderung des Stroms erfaßt wird, der zwischen der beweglichen Elektrode und jeder festen Elektrode fließt.

9. Beschleunigungssensor, der aufweist:
ein Sensorelement, das von einer Versorgungsspannung aktiviert wird und in Übereinstimmung mit einer vorbe stimmten Beschleunigung ein elektrisches Signal aus gibt;
einen Analog/Digitalwandler zum Digitalisieren des elektrischen Signals, welches aus dem Sensorelement ausgegeben wird, und zum Ausgeben digitaler Daten;
eine Steuereinrichtung zum Aufnehmen der digitalen Da ten aus dem A/D-Wandler, zum Berechnen einer Steuergrö ße, um das Sensorelement zu steuern, wenn das elektri sche Signal aus dem Sensorelement auf ein vorbestimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Ausgeben des Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuergröße; und
eine Aktivierungseinrichtung zum Aktivieren des Sensor elements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal aus der Steuereinrichtung,
wobei der Analog/Digitalwandler aufweist:
eine Pulsdurchlaufsschaltung, die durch eine Mehrzahl von Inverterschaltungen ausgebildet ist, von denen jede ein Eingangssignal invertiert und ein invertiertes Si gnal ausgibt, wobei die Inversionszeit durch eine Ver sorgungsspannung geändert wird, wobei eine der Inver terschaltungen als eine Startinverterschaltung ausge bildet ist, in welcher ein Inversionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die das Pulssignal in Übereinstimmung mit einem Startbetrieb der Startinver terschaltung durchläßt; und
eine Durchlaufspositionserfassungseinrichtung zum Er fassen einer Durchlaufsposition des Pulssignals in der der Pulsdurchlaufsschaltung und zum Ausgeben binärer digitaler Daten in Übereinstimmung mit der Durchlaufs position,
wobei das elektrische Signal aus dem Sensorelement als die Versorgungsspannung für jede Inverterschaltung in der Pulsdurchlaufsschaltung verwendet wird, die binären digitalen Daten aus der Durchlaufspositionserfassungs einrichtung als die digitalen Daten ausgegeben werden und die Steuergröße oder das Steuersignal als ein Er fassungssignal ausgegeben wird, das eine Beschleunigung anzeigt.

10. Beschleunigungssensor, der aufweist:
ein Sensorelement, das durch eine Versorgungsspannung aktiviert wird und in Übereinstimmung mit einer vorbe stimmten Beschleunigung ein elektrisches Signal aus gibt;
einen Analog/Digitalwandler zum Digitalisieren des elektrischen Signals, welches aus dem Sensorelement ausgegeben wird, und zum Ausgeben digitaler Daten;
eine Steuereinrichtung zum Aufnehmen der digitalen Da ten aus dem Analog/Digitalwandler, zum Berechnen einer Steuergröße, um das Sensorelement zu steuern, wenn das elektrische Signal aus dem Sensorelement auf ein vorbe stimmtes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Ausge ben eines Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuergröße; und
eine Aktivierungseinrichtung zum Aktivieren des Sensor elements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal aus der Steuereinrichtung,
wobei der Analog/Digitalwandler aufweist:
eine Pulsdurchlaufsschaltung, die durch eine Mehrzahl von Inverterschaltungen ausgebildet ist, von denen jede ein Eingangssignal invertiert und ein invertiertes Si gnal ausgibt, wobei die Inversionszeit durch eine Ver sorgungsspannung geändert wird, wobei eine der Inver terschaltungen durch eine Startinverterschaltung ausge bildet ist, in welcher ein Inversionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die ein Pulssignal in Übereinstimmung mit einem Startbetrieb der Startinver terschaltung durchläßt;
eine Durchlaufspositionserfassungseinrichtung zum Er fassen einer Durchlaufsposition des Pulssignals in der Pulsdurchlaufsschaltung und zum Ausgeben binärer digi taler Daten in Übereinstimmung mit der Durchlaufsposi tion; und
eine Erfassungssteuereinrichtung zum Starten der Start inverterschaltung und des Inversionsbetriebs der Puls durchlaufsschaltung und zum Betreiben der Pulsdurch laufspositionserfassungseinrichtung nach einer vorbe stimmten Zeit,
wobei das elektrische Signal aus dem Sensorelement als die Versorgungsspannung für jede Inverterschaltung in der Pulsdurchlaufsschaltung verwendet wird, die binären digitalen Daten aus der Durchlaufspositionserfassungs einrichtung als die digitalen Daten ausgegeben werden und die Steuergröße oder das Steuersignal als ein Er fassungssignal ausgegeben wird, das eine Beschleunigung anzeigt.

11. Beschleunigungssensor, der aufweist:
ein Sensorelement, das ein Element beinhaltet, das eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, die einen vor bestimmten Spalt zu der ersten Elektrode aufweist, wo bei der Spalt relativ bezüglich der ersten Elektrode in Übereinstimmung mit einer ausgeübten Beschleunigung ge ändert wird, und eine dritte Elektrode aufweist, die über der ersten Elektrode und gegenüber der zweiten Elektrode vorgesehen ist und einen anderen Spalt zu der ersten Elektrode aufweist, welcher relativ bezüglich der ersten Elektrode in Übereinstimmung mit der ausge übten Beschleunigung geändert wird, wobei das Element in Übereinstimmung mit der Beschleunigung ein elektri sches Signal ausgibt;
einen Analog/Digitalwandler zum Digitalisieren des elektrischen Signals aus dem Element des Sensorelements und zum Ausgeben digitaler Daten;
eine Steuereinrichtung zum Aufnehmen der digitalen Da ten aus dem Analog/Digitalwandler, zum Berechnen einer Steuergröße, um das Sensorelement zu steuern, wenn das elektrische Signal aus dem Element auf ein vorbestimm tes Ausgangssignal eingestellt ist, und zum Ausgeben des Steuersignals in Übereinstimmung mit der Steuergrö ße;
eine Pulserzeugungseinrichtung zum Aufnehmen der Steu ergröße aus der Steuereinrichtung und zum Ausgeben ei nes Steuerpulssignals, das in Übereinstimmung mit dem Steuersignal eine Pulsbreite aufweist;
ein Schalteinrichtung zum Aufnehmen des Steuerpulssi gnals aus der Pulserzeugungseinrichtung und zum Durch lassen von Elektronenladungen zu oder von der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Muster und einer Pulsbreite des Steuerpulssignals,
wobei der Analog/Digitalwandler aufweist:
eine Pulsrotationsschaltung, die durch eine Mehrzahl von Inverterschaltungen ausgebildet ist, von denen jede ein Eingangssignal invertiert und ein invertiertes Si gnal ausgibt, wobei eine Inversionszeit durch eine Ver sorgungsspannung geändert wird, wobei eine der Inver terschaltungen durch eine Startinverterschaltung ausge bildet ist, in welcher ein Inversionsbetrieb durch eine externe Stufe steuerbar ist, und die ein Pulssignal in Übereinstimmung mit einem Startbetrieb der Startinver terschaltung dreht;
einen Zähler zum Zählen der Anzahl von Drehungen des Pulssignals in der Pulsrotationsschaltung und zum Aus geben des Ergebnisses als binäre digitale Daten;
eine Rotationspositionserfassungseinrichtung zum Erfas sen der Rotationsposition des Pulssignals in der Puls rotationsschaltung auf der Grundlage des Ausgangssi gnals aus jeder Inverterschaltung in den Inverterschal tungen und zum Ausgeben der binären digitalen Daten in Übereinstimmung mit der Rotationsposition; und
eine Erfassungssteuereinrichtung zum Starten der Start inverterschaltung und eines Inversionsbetriebs der Pulsrotationsschaltung und zum Betreiben der Rotations positionserfassungseinrichtung nach einer vorbestimmten Zeit,
wobei das elektrische Signal aus dem Element des Sen sorelements als die Versorgungsspannung für jede Inver terschaltung in der Pulsrotationsschaltung verwendet wird, die binären digitalen Daten aus dem Zähler und die binären digitalen Daten aus der Rotationspositions erfassungseinrichtung als die digitalen Daten ausgege ben werden und die Steuergröße oder das Steuersignal als ein Erfassungssignal ausgegeben wird, das eine Be schleunigung anzeigt.