JP2002236066A - Capacitance type sensor - Google Patents

Capacitance type sensor

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JP2002236066A
JP2002236066A JP2001029612A JP2001029612A JP2002236066A JP 2002236066 A JP2002236066 A JP 2002236066A JP 2001029612 A JP2001029612 A JP 2001029612A JP 2001029612 A JP2001029612 A JP 2001029612A JP 2002236066 A JP2002236066 A JP 2002236066A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type sensor capable of obtaining digital output, without such a correction as linearity correction by detecting physical quantity change as capacitance change. SOLUTION: The capacitance type sensor 1 includes a first capacitor 2a detecting the change of physical quantity as a capacitance change, a second capacitor 2b which is to be a differential capacitor together with the first capacitor, a discharge means for accumulating electric charge to be the sum of electric charges, accumulated in the second capacitor and the first capacitor in a third capacitor 31 and repeatedly discharging the electric charge of the difference between the first capacitor charge and the second capacitor charge out of the charge accumulated in the third capacitor, a detection signal outputting means 4 for outputting a detection signal, when the charge in the third capacitor lowered a specific value as the results of the discharge with the discharge means, and a calculation means 7, counting the detection signals for a certain period and calculating physical quantity, based on the signal counts.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物理量の変化を静
電容量の変化として検出する静電容量型センサであっ
て、特に静電容量の変化をデジタル変換することによっ
て高精度の出力を得ることのできる静電容量型センサに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type sensor for detecting a change in a physical quantity as a change in capacitance, and in particular, to obtain a high-precision output by digitally converting a change in capacitance. The present invention relates to a capacitance type sensor that can perform the above-described operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の静電容量型センサとしては、例え
ば特開平10−185970号公報に開示されている容
量センサ装置がある。図12に示すように、従来の容量
センサ装置101は、出力端と反転入力端の間に積分コ
ンデンサ102が接続され、非反転入力端が接地された
演算増幅器103から成る電荷平衡変換器と、第一電極
104が電圧Uあるいはグランドに接続され、第二電極
105がグランドあるいは演算増幅器103の反転入力
端に接続される第一コンデンサC1と、第一電極106
が電圧Uあるいはグランドに接続され、第二電極107
がグランドあるいは演算増幅器103の反転入力端に接
続される第二コンデンサC2と、演算増幅器103の出
力端に接続する比較器108と、スイッチング過程を制
御するクロック発生器109とを具備している。
2. Description of the Related Art As a conventional capacitance type sensor, there is, for example, a capacitance sensor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-185970. As shown in FIG. 12, a conventional capacitive sensor device 101 includes a charge balance converter including an operational amplifier 103 in which an integrating capacitor 102 is connected between an output terminal and an inverting input terminal and a non-inverting input terminal is grounded; A first capacitor C1 having a first electrode 104 connected to the voltage U or ground and a second electrode 105 connected to ground or the inverting input terminal of the operational amplifier 103;
Is connected to the voltage U or the ground, and the second electrode 107
Has a second capacitor C2 connected to ground or the inverting input terminal of the operational amplifier 103, a comparator 108 connected to the output terminal of the operational amplifier 103, and a clock generator 109 for controlling a switching process.

【0003】この容量センサ装置101では、第一スイ
ッチ110によって第一コンデンサC1の第一電極10
4が電圧Uに接続され、クロック発生器109によって
次のクロックが発生されると、第一スイッチ110は第
一コンデンサC1の第一電極104をグランドに切り換
える。そして、第二スイッチ111によって第二電極1
05が演算増幅器103の反転入力端に切り換えられる
と、積分コンデンサ102はコンデンサC1の電荷量を
引き受ける。この過程は、演算増幅器103の出力値が
比較器108のしきい値に上昇するまで繰り返し行われ
る。
In the capacitance sensor device 101, the first switch 110 controls the first electrode 10 of the first capacitor C1.
When 4 is connected to voltage U and the next clock is generated by clock generator 109, first switch 110 switches first electrode 104 of first capacitor C1 to ground. Then, the second electrode 1 is operated by the second switch 111.
When 05 is switched to the inverting input terminal of the operational amplifier 103, the integrating capacitor 102 receives the charge of the capacitor C1. This process is repeated until the output value of the operational amplifier 103 rises to the threshold value of the comparator 108.

【0004】さらに、その次のクロックパルスが出力さ
れると、第一アンド回路112を介してスイッチングパ
ルスが第三スイッチ113及び第四スイッチ114に与
えられ、第二コンデンサC2に蓄えられた電荷量が積分
コンデンサ102から放電される。したがって、演算増
幅器103の出力値が低下し、比較器108の出力が元
の値に戻る。この間は、第一スイッチ110及び第二ス
イッチ111のタイミング駆動は第二アンド回路115
によって阻止されている。
Further, when the next clock pulse is output, a switching pulse is given to the third switch 113 and the fourth switch 114 via the first AND circuit 112, and the charge amount stored in the second capacitor C2 is output. Is discharged from the integrating capacitor 102. Therefore, the output value of the operational amplifier 103 decreases, and the output of the comparator returns to the original value. During this time, the timing drive of the first switch 110 and the second switch 111 is performed by the second AND circuit 115.
Has been blocked by

【0005】この容量センサ装置101では、比較器1
08の出力端から出力されるパルス数zは、クロックパ
ルスの個数nに比例し、C1とC1+C2の比によって
In the capacitance sensor device 101, the comparator 1
08 is proportional to the number n of clock pulses, and is determined by the ratio of C1 and C1 + C2.

【数1】 と表される。そして、パルス数zをデジタル値として出
力する。
(Equation 1) It is expressed as Then, the pulse number z is output as a digital value.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た容量センサ装置101では、第一コンデンサC1及び
第二コンデンサC2の静電容量の変化に対して、出力z
が二次関数的な変化をしてしまい、直線的な特性とはな
らないので、出力zが直線的な特性となるように補正を
しなければならないという問題点があった。
However, in the capacitance sensor device 101 described above, the output z is not affected by the change in the capacitance of the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
Has a quadratic function and does not have a linear characteristic. Therefore, there is a problem that the output z must be corrected so as to have a linear characteristic.

【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、物理量の変化を静電容量の変化とし
て検出し、直線補正などをする必要のないデジタル出力
を得ることのできる静電容量型センサを提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to detect a change in physical quantity as a change in capacitance and obtain a digital output that does not require linear correction or the like. It is to provide a capacitance type sensor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明である静電容量型センサは、
物理量の変化を静電容量の変化として検出する第1コン
デンサと、この第1コンデンサと差動コンデンサとなる
第2コンデンサと、この第2コンデンサに蓄えられた電
荷と前記第1コンデンサに蓄えられた電荷との和となる
電荷量を第3コンデンサに蓄え、この第3コンデンサに
蓄えられた電荷から前記第1コンデンサの電荷と前記第
2コンデンサの電荷との差となる電荷量を繰り返し放電
する放電手段と、この放電手段によって放電されて前記
第3コンデンサの電荷量が所定の値を下回ったときには
検出信号を出力する検出信号出力手段と、この検出信号
出力手段で出力された前記検出信号を一定時間計数し、
この信号数に基づいて前記物理量を算出する算出手段と
を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a capacitance type sensor according to the first aspect of the present invention comprises:
A first capacitor for detecting a change in a physical quantity as a change in capacitance, a second capacitor serving as a differential capacitor between the first capacitor and the first capacitor, and a charge stored in the second capacitor and a charge stored in the first capacitor. A discharge in which a charge amount that is a sum of the charge and the charge stored in the third capacitor is repeatedly discharged from the charge stored in the third capacitor as a difference between the charge of the first capacitor and the charge of the second capacitor. Means, a detection signal output means for outputting a detection signal when the amount of charge of the third capacitor is less than a predetermined value after being discharged by the discharge means, and a constant detection signal output by the detection signal output means. Time counting,
Calculating means for calculating the physical quantity based on the number of signals.

【0009】この請求項1の発明によれば、物理量の変
化を静電容量の変化として検出し、直線補正などをする
ことなくデジタル出力を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, a change in physical quantity is detected as a change in capacitance, and a digital output can be obtained without performing linear correction or the like.

【0010】請求項2に記載の発明である静電容量型セ
ンサの放電手段は、前記第2コンデンサに蓄えられた電
荷と前記第1コンデンサに蓄えられた電荷との和となる
電荷量を第1の増幅率で増幅して第3コンデンサに蓄
え、この第3コンデンサに蓄えられた電荷から前記第1
コンデンサの電荷と前記第2コンデンサの電荷との差と
なる電荷量を第2の増幅率で増幅して繰り返し放電し、
前記第1の増幅率と前記第2の増幅率とが異なることを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the discharging means of the capacitance type sensor discharges an electric charge which is a sum of the electric charge stored in the second capacitor and the electric charge stored in the first capacitor. Amplified at an amplification factor of 1 and stored in a third capacitor, and the first charge is stored in the third capacitor.
A charge amount that is a difference between the charge of the capacitor and the charge of the second capacitor is amplified at a second amplification factor and repeatedly discharged;
The first amplification factor is different from the second amplification factor.

【0011】この請求項2の発明によれば、第1コンデ
ンサと第2コンデンサの和の電荷量を大きくすることが
できるとともに、第1コンデンサと第2コンデンサの差
の電荷量を小さくすることができるので、容量変化に対
するパルス数を多くすることができる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to increase the amount of charge of the sum of the first capacitor and the second capacitor and to reduce the amount of charge of the difference between the first capacitor and the second capacitor. Therefore, the number of pulses for a change in capacitance can be increased.

【0012】請求項3に記載の発明である静電容量型セ
ンサは、前記検出信号出力手段によって出力された前記
検出信号に基づいて、前記第1コンデンサと前記第2コ
ンデンサとを並列に接続して電荷を充電する第1タイミ
ングと、この第1タイミングで充電された電荷量を前記
第3コンデンサに充電する第2タイミングと、前記第1
コンデンサと前記第2コンデンサとを直列に接続して電
荷を充電する第3タイミングと、この第3タイミングで
充電された電荷量を、前記第2タイミングで充電された
前記第3コンデンサの電荷量から放電する第4タイミン
グとを生成するタイミング生成手段をさらに含むことを
特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the capacitance type sensor, the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel based on the detection signal output by the detection signal output means. A first timing for charging the first capacitor, a second timing for charging the third capacitor with the amount of charge charged at the first timing,
A third timing at which a capacitor and the second capacitor are connected in series to charge the electric charge, and a charge amount charged at the third timing is calculated from the charge amount of the third capacitor charged at the second timing. It is characterized by further including timing generation means for generating the fourth timing for discharging.

【0013】この請求項3の発明によれば、第1コンデ
ンサと第2コンデンサの和の電荷量と、第1コンデンサ
と第2コンデンサの差の電荷量の充放電を行うタイミン
グを生成することができる。従って、和の電荷量と差の
電荷量との比を利用して物理量を算出することができる
ので、直線補正や温度補正などを行うことなく、正確な
測定結果を出力することができる。
According to the third aspect of the present invention, it is possible to generate the timing for charging / discharging the sum of the first capacitor and the second capacitor and the difference between the first capacitor and the second capacitor. it can. Therefore, since the physical quantity can be calculated using the ratio of the sum charge amount and the difference charge amount, an accurate measurement result can be output without performing linear correction or temperature correction.

【0014】請求項4に記載の発明である静電容量型セ
ンサは、前記放電手段と前記検出信号出力手段との間に
サンプリングホールド回路が接続されていることを特徴
とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the capacitance type sensor, a sampling and holding circuit is connected between the discharging means and the detection signal outputting means.

【0015】この請求項4の発明によれば、放電手段の
出力波形からノイズをカットすることができ、検出信号
出力手段の誤動作を防ぐことができる。
According to the fourth aspect of the invention, noise can be cut from the output waveform of the discharging means, and malfunction of the detection signal output means can be prevented.

【0016】請求項5に記載の発明である静電容量型セ
ンサでは、前記第1タイミングで充電する電圧と、前記
第3タイミングで充電する電圧とが、電源電圧を抵抗で
分割することによって生成されることを特徴とする。
In the capacitance type sensor according to the present invention, the voltage charged at the first timing and the voltage charged at the third timing are generated by dividing a power supply voltage by a resistor. It is characterized by being performed.

【0017】この請求項5の発明によれば、電源電圧は
相殺されて消えてしまうので、電源電圧を変更しても出
力のパルス特性に影響しないようにすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the power supply voltage is canceled out and disappears, so that even if the power supply voltage is changed, it is possible not to affect the pulse characteristics of the output.

【0018】請求項6に記載の発明である静電容量型セ
ンサは、前記第3タイミングで充電する電圧と、前記第
4タイミングで充電する電圧とをそれぞれ調節可能にす
ることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the capacitance type sensor, a voltage charged at the third timing and a voltage charged at the fourth timing can be respectively adjusted.

【0019】この請求項6の発明によれば、オフセット
調節が可能になるので、初期状態において出力値を0に
合わせることができる。
According to the sixth aspect of the invention, since the offset can be adjusted, the output value can be adjusted to 0 in the initial state.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】まず、第1の実施形態の静電容量
型センサの構成を図1に基づいて説明する。ここでは、
静電容量型センサ1で測定する物理量の一例として圧力
を例にして説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the configuration of a capacitance type sensor according to a first embodiment will be described with reference to FIG. here,
Pressure will be described as an example of a physical quantity measured by the capacitance type sensor 1.

【0021】図1に示すように、静電容量型センサ1
は、圧力の変化を静電容量の変化として検出するため
に、差動コンデンサとなる2つのコンデンサ2a、2b
によって構成された検出部2と、この検出部2のコンデ
ンサ2a、2bに蓄えられた電荷を積分して出力ホール
ド用コンデンサ31に蓄える積分回路3と、この積分回
路3の出力電圧を所定のしきい値と比較するコンパレー
タ回路4と、積分回路3の制御タイミングを生成するタ
イミング生成回路5と、クロックCKとその反転信号C
KNとを生成するクロック発生器6と、タイミング生成
回路5によって出力されたタイミング信号を計数して圧
力を算出する算出手段7とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the capacitance type sensor 1
Are two capacitors 2a and 2b serving as differential capacitors in order to detect a change in pressure as a change in capacitance.
, A integrating circuit 3 for integrating the charges stored in the capacitors 2a and 2b of the detecting unit 2 and storing the integrated charge in an output holding capacitor 31, and a predetermined output voltage of the integrating circuit 3. A comparator circuit 4 for comparing with a threshold value, a timing generation circuit 5 for generating a control timing of the integration circuit 3, a clock CK and its inverted signal C
It comprises a clock generator 6 for generating KN and a calculating means 7 for calculating the pressure by counting the timing signal output by the timing generating circuit 5.

【0022】さらに、検出部2の構成を図2に基づいて
説明する。検出部2は、被測定圧力によって変化するダ
イヤフラム21と、ガラス基板GU上に取り付けられた
電極22と、反対側のガラス基板GU上に取り付けられ
た電極23とから構成されており、ダイヤフラム21と
電極22との間でコンデンサ2aを構成し、ダイヤフラ
ム21と電極23との間でコンデンサ2bを構成する。
そして、このダイヤフラム21に被測定圧力が加わる
と、ダイヤフラム21が変形し、コンデンサ2aの静電
容量Caが変化するとともに、コンデンサ2bの静電容
量Cbが変化する。ただし、コンデンサ2aとコンデン
サ2bは差動コンデンサとなっているので、静電容量C
a、Cbは互いに逆向きに変化し、全静電容量は一定に
維持される。
Further, the configuration of the detecting section 2 will be described with reference to FIG. The detection unit 2 includes a diaphragm 21 that changes according to the pressure to be measured, an electrode 22 mounted on the glass substrate GU, and an electrode 23 mounted on the opposite glass substrate GU. A capacitor 2a is formed between the electrode 22 and the capacitor 2b, and a capacitor 2b is formed between the diaphragm 21 and the electrode 23.
When the measured pressure is applied to the diaphragm 21, the diaphragm 21 is deformed, and the capacitance Ca of the capacitor 2a changes, and the capacitance Cb of the capacitor 2b changes. However, since the capacitors 2a and 2b are differential capacitors, the capacitance C
a and Cb change in opposite directions, and the total capacitance is kept constant.

【0023】次に、積分回路3は、演算増幅器32の非
反転入力端子を接地し、反転入力端子と出力端子との間
に静電容量Cfのコンデンサ33が接続され、出力端子
には出力ホールド用である静電容量Cのコンデンサ31
が接続されている。そして、この積分回路3はタイミン
グ生成回路5で生成されるφ1、φ2、φ3、φ4のタ
イミングによってスイッチS1、S2、・・・、S9を
ON、OFFして出力ホールド用コンデンサ31の充放
電を行う。また、この積分回路3に入力される電圧V
r、Vcは、電源電圧Vccを抵抗で分割することによ
って生成されている。
Next, the integrating circuit 3 connects the non-inverting input terminal of the operational amplifier 32 to the ground, connects a capacitor 33 having a capacitance Cf between the inverting input terminal and the output terminal, and outputs the output to the output hold. Capacitor C of capacitance C
Is connected. The integrating circuit 3 turns on and off the switches S1, S2,..., S9 at the timings of φ1, φ2, φ3, φ4 generated by the timing generation circuit 5 to charge and discharge the output hold capacitor 31. Do. The voltage V input to the integration circuit 3
r and Vc are generated by dividing the power supply voltage Vcc by a resistor.

【0024】さらに、図1において電圧Vcはスイッチ
S2、S6に入力されているが、スイッチS2とスイッ
チS6に同じ電圧Vcを入力すると、被測定圧力が0の
初期状態においてオフセットの調節をすることができな
いので、被測定圧力が0であるにもかかわらず、センサ
の出力が0にならないという問題点があった。
Further, in FIG. 1, the voltage Vc is inputted to the switches S2 and S6, but if the same voltage Vc is inputted to the switches S2 and S6, the offset is adjusted in the initial state where the measured pressure is 0. Therefore, there is a problem that the output of the sensor does not become 0 even though the pressure to be measured is 0.

【0025】そこで、スイッチS2に入力される電圧を
Vcaとし、スイッチS6に入力される電圧をVcbと
して、これらの電圧Vca、Vcbを Vca・Ca−Vcb・Cb=0 の関係を満たすように調節できるような構成にする。
Therefore, the voltage input to the switch S2 is Vca, the voltage input to the switch S6 is Vcb, and these voltages Vca and Vcb are adjusted so as to satisfy the relationship of Vca.Ca-Vcb.Cb = 0. Make the configuration possible.

【0026】これによって、被測定圧力が0の初期状態
においてオフセットの調節ができるので、初期状態にお
ける出力値を0に合わせることが可能になる。
Thus, the offset can be adjusted in the initial state where the measured pressure is 0, and the output value in the initial state can be adjusted to 0.

【0027】次に、コンパレータ回路4は、非反転入力
端子が基準電位に接続され、反転入力端子が積分回路3
の出力に接続された演算増幅器41と、この演算増幅器
41の出力を反転するインバータ42と、このインバー
タ42の出力がD端子に接続されたD型フリップフロッ
プ43とから構成されている。
Next, the comparator circuit 4 has a non-inverting input terminal connected to the reference potential and an inverting input terminal connected to the integrating circuit 3.
, An inverter 42 that inverts the output of the operational amplifier 41, and a D-type flip-flop 43 whose output is connected to the D terminal.

【0028】次に、タイミング生成回路5は、コンパレ
ータ回路4のD型フリップフロップ43の出力Q、Q’
とクロック発生器6で生成されるクロックCKと反転信
号CKNとから論理積によってφ1、φ2、φ3、φ4
の4つのタイミングを生成する。このタイミング生成回
路5によって出力されるタイミングφ1、φ2、φ3、
φ4のタイミングチャートを図3に示す。
Next, the timing generation circuit 5 outputs the outputs Q and Q 'of the D-type flip-flop 43 of the comparator circuit 4.
, Φ2, φ3, φ4 by AND of the clock CK generated by the clock generator 6 and the inverted signal CKN.
Are generated. The timings φ1, φ2, φ3, output by the timing generation circuit 5,
FIG. 3 shows a timing chart of φ4.

【0029】次に、算出手段7は、クロック発生器6か
らのクロックCKを所定のパルス数だけ計数する2進カ
ウンタ71と、タイミング生成回路5で生成されるφ2
のタイミングをカウントするアップカウンタ72とから
構成されている。そして、2進カウンタ71で一定のク
ロック数を計数する間に、タイミング生成回路5から出
力されてくるφ2のタイミング信号をアップカウンタで
計数することによって、圧力を表すデジタル値を算出し
て出力する。
Next, the calculating means 7 comprises a binary counter 71 for counting the clock CK from the clock generator 6 by a predetermined number of pulses, and φ2 generated by the timing generating circuit 5.
And an up-counter 72 for counting the timing of. Then, while the binary counter 71 counts a fixed number of clocks, the φ2 timing signal output from the timing generation circuit 5 is counted by the up counter to calculate and output a digital value representing the pressure. .

【0030】次に、図面に基づいて第1の実施形態の静
電容量型センサの動作を説明する。
Next, the operation of the capacitance type sensor according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.

【0031】ただし、静電容量型センサで測定する物理
量の一例として、ここでは圧力を例にして説明する。
However, as an example of the physical quantity measured by the capacitance type sensor, a pressure will be described here as an example.

【0032】まず、図2に示したダイヤフラム21に圧
力が加わると、その圧力によってコンデンサ2a、2b
の静電容量Ca、Cbが変化する。
First, when pressure is applied to the diaphragm 21 shown in FIG. 2, the capacitors 2a, 2b
Change the capacitances Ca, Cb.

【0033】ここで、コンデンサ2a、2bの初期ギャ
ップをda、db、電極22、23の面積をS、圧力P
によるギャップの変化量をXとすると、コンデンサ2
a、2bの静電容量Ca、Cbは
Here, the initial gaps of the capacitors 2a and 2b are da and db, the areas of the electrodes 22 and 23 are S, the pressure P
Let X be the amount of change in the gap due to
The capacitances Ca and Cb of a and 2b are

【数2】 となる。(Equation 2) Becomes

【0034】このように静電容量Ca、Cbが変化した
ら、次に積分回路3で、φ1からφ4のタイミングで出
力ホールド用コンデンサ31の電荷の充放電を行う。
When the capacitances Ca and Cb change in this manner, the charge and discharge of the output hold capacitor 31 are performed by the integration circuit 3 at timings φ1 to φ4.

【0035】まず、φ1のタイミングではスイッチS
1、S5、S8がONされ、その他のスイッチがOFF
されるので、積分回路3は図4(a)に示す回路とな
り、タイミングφ1では電圧Vrによって、コンデンサ
2a、2bに Qr=(Ca+Cb)・Vr (2) の電荷が蓄えられる。
First, at the timing of φ1, the switch S
1, S5, S8 are turned on and other switches are turned off
Therefore, the integration circuit 3 becomes the circuit shown in FIG. 4A, and the charge of Qr = (Ca + Cb) · Vr (2) is stored in the capacitors 2a and 2b by the voltage Vr at the timing φ1.

【0036】そして、次のφ2のタイミングではスイッ
チS3、S4、S7、S9がONされ、その他のスイッ
チがOFFされるので、積分回路3は図4(b)に示す
回路となり、コンデンサ2a、2bに蓄えられた電荷Q
rは演算増幅器32によって増幅され、出力ホールド用
コンデンサ31に
Then, at the next φ2 timing, the switches S3, S4, S7, S9 are turned on and the other switches are turned off, so that the integrating circuit 3 becomes the circuit shown in FIG. 4 (b), and the capacitors 2a, 2b Charge Q stored in
r is amplified by the operational amplifier 32 and is output to the output hold capacitor 31.

【数3】 の電荷Qが蓄えられる。そして、積分回路3の出力電
圧V
(Equation 3) Of charge Q 0 is stored. The output voltage V 0 of the integrating circuit 3 is

【数4】 となる。(Equation 4) Becomes

【0037】次に、φ3のタイミングではスイッチS
2、S7、S8がONされ、その他のスイッチがOFF
されるので、積分回路3は図4(c)に示す回路とな
り、電圧Vcによってコンデンサ2aに電荷 Qa1=Ca・Vc の電荷が蓄えられ、コンデンサ2bに電荷 Qb1=Cb・0=0 の電荷が蓄えられる。
Next, at the timing of φ3, the switch S
2, S7 and S8 are turned on and other switches are turned off
4C, the integration circuit 3 becomes a circuit shown in FIG. 4C. The charge Va1 stores the charge Qa1 = Ca · Vc in the capacitor 2a, and the capacitor 2b stores the charge Qb1 = Cb · 0 = 0. It is stored.

【0038】そして、φ4のタイミングでスイッチS
3、S4、S6、S9がONされ、その他のスイッチが
OFFされると、積分回路3は図4(d)に示す回路と
なり、電圧Vcによってコンデンサ2aに電荷 Qa2=Ca・0=0 の電荷が蓄えられ、コンデンサ2bに電荷 Qb2=Cb・Vc の電荷が蓄えられ、これによって積分回路3の出力電圧
At the timing of φ4, the switch S
When S3, S4, S6, and S9 are turned on and the other switches are turned off, the integrating circuit 3 becomes a circuit shown in FIG. 4D, and charges Qa2 = Ca · 0 = 0 on the capacitor 2a by the voltage Vc. the accumulated charge of the charge Qb 2 = Cb · Vc to the capacitor 2b is stored, whereby the output voltage V 1 of the integration circuit 3 has

【数5】 となり、出力ホールド用コンデンサ31から、(Equation 5) From the output hold capacitor 31,

【数6】 となる電荷Qが放電される。(Equation 6) Charge Q 1 is being discharged as a.

【0039】ここで、この4つのタイミングにおける積
分回路3の出力電圧の変化を図5に示す。図5に示すよ
うに、φ1のタイミングではコンデンサ2a、2bに電
荷を蓄えているので積分回路3から電圧は出力されな
い。そして、φ2のタイミングになるとφ1の間にコン
デンサ2a、2bに蓄えられていた電荷が演算増幅器3
2によって増幅され、出力ホールド用コンデンサ31に
式(3)に示す電荷Qが蓄えられ、それによって式
(4)に示す出力電圧Vが出力される。
FIG. 5 shows changes in the output voltage of the integrating circuit 3 at these four timings. As shown in FIG. 5, at the timing of φ1, since the charges are stored in the capacitors 2a and 2b, no voltage is output from the integration circuit 3. Then, at the timing of φ2, the electric charges stored in the capacitors 2a and 2b during φ1 are
2, the electric charge Q 0 shown in the equation (3) is stored in the output hold capacitor 31, and the output voltage V 0 shown in the equation (4) is output.

【0040】そして、φ3のタイミングではコンデンサ
2a、2bに電荷が蓄えられているので、積分回路3の
出力電圧は変化せず、φ4のタイミングになると、出力
ホールド用コンデンサ31から式(6)に示す電荷Q
が放電され、これによって出力電圧がVだけ下がるこ
とになる。
Since the charges are stored in the capacitors 2a and 2b at the timing of φ3, the output voltage of the integrating circuit 3 does not change. At the timing of φ4, the output hold capacitor 31 calculates the equation (6). Charge Q 1 shown
There is discharged, whereby the output voltage will be lowered by V 1.

【0041】そして、φ3とφ4のタイミングは出力電
圧が所定のしきい値に下がるまで繰り返される。この所
定のしきい値まで下がったか否かの比較は、コンパレー
タ回路4によって行われる。上述した積分回路3の出力
電圧はコンパレータ回路4に入力されており、コンパレ
ータ回路4の演算増幅器41の反転入力端子に入力され
て基準電位Vthと比較され、出力電圧が基準電位Vt
hを下回ると、再びφ1のタイミングに戻って次のサイ
クルが開始される。
The timings of φ3 and φ4 are repeated until the output voltage falls to a predetermined threshold. The comparison as to whether or not the voltage has dropped to the predetermined threshold value is performed by the comparator circuit 4. The output voltage of the integration circuit 3 described above is input to the comparator circuit 4, and is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 41 of the comparator circuit 4 and is compared with the reference potential Vth.
When the value falls below h, the process returns to the timing of φ1 again and the next cycle is started.

【0042】ただし、次のサイクルに移るときに出力ホ
ールド用コンデンサ31はリセットされないので、蓄え
られた電荷のうち放電されずに残る電荷が存在すること
になる。そして、この残った電荷によって図5に示すよ
うな残差電圧Vhが出力され、この残差電圧Vhが次の
サイクルの出力電圧Vに加算されることになる。
However, since the output hold capacitor 31 is not reset at the time of moving to the next cycle, some of the stored charges remain without being discharged. Then, the residual voltage Vh as shown in FIG. 5 is outputted by the remaining charge, the residual voltage Vh is to be added to the output voltage V 0 which the next cycle.

【0043】このように、1サイクルで出力ホールド用
コンデンサ31を放電せずに残差電圧Vhを次のサイク
ルへ次々と加算するようにしたことによって、数サイク
ルを経過した後には残差電圧Vhの合計がVに達する
ことになり、これによって各サイクル毎にリセットした
場合と比較してセンサの測定精度を高くすることができ
る。
As described above, the residual voltage Vh is successively added to the next cycle without discharging the output hold capacitor 31 in one cycle, so that after several cycles, the residual voltage Vh is increased. Will reach V 1 , thereby increasing the measurement accuracy of the sensor as compared to the case of resetting each cycle.

【0044】例えば、V=2pFの電荷が蓄えられた
ときと、V=2.001pFの電荷が蓄えられたとき
では、各サイクル毎にリセットしてしまうとこれらの違
いを測定することはできないが、残差電圧Vhを加算す
るようにすれば数サイクル経過した後には出力波形が異
なってくるので、2pFと2.001pFの違いを測定
することができるようになる。
For example, when the electric charge of V 0 = 2 pF is stored and when the electric charge of V 0 = 2.001 pF is stored, it is difficult to measure the difference between them when resetting is performed every cycle. However, if the residual voltage Vh is added, the output waveform will be different after several cycles, so that the difference between 2 pF and 2.001 pF can be measured.

【0045】次に、積分回路3の出力電圧が基準電位V
thを下回ると、コンパレータ回路4では演算増幅器4
1から検出信号が出力され、この検出信号はインバータ
ー42で反転されてD型フリップフロップ43のD端子
に入力される。このD型フリップフロップ43では、ク
ロック発生器6からのクロックCKとD端子の入力とに
したがって出力Q、Q’を出力し、この出力Q、Q’は
タイミング生成回路5に入力される。
Next, the output voltage of the integrating circuit 3 becomes equal to the reference potential V
When the value is below th, the comparator circuit 4 causes the operational amplifier 4
1 outputs a detection signal, which is inverted by the inverter 42 and input to the D terminal of the D-type flip-flop 43. The D-type flip-flop 43 outputs outputs Q and Q ′ according to the clock CK from the clock generator 6 and the input of the D terminal. The outputs Q and Q ′ are input to the timing generation circuit 5.

【0046】そして、タイミング生成回路5では、この
出力Q、Q’と、クロック発生器6からのクロックCK
と、そのクロックCKの反転信号であるクロックCKN
とに基づいて、それぞれ図1に示すAND回路によっ
て、φ1、φ2、φ3、φ4の4つのタイミングを生成
する。このタイミング生成回路5によって生成される4
つのタイミングのタイミングチャートを図3に示す。
Then, in the timing generation circuit 5, the outputs Q and Q ′ and the clock CK from the clock generator 6 are output.
And a clock CKN which is an inverted signal of the clock CK
, Four timings of φ1, φ2, φ3, and φ4 are generated by the AND circuit shown in FIG. 4 generated by the timing generation circuit 5
FIG. 3 shows a timing chart of the two timings.

【0047】そして、タイミング生成回路5で生成され
た4つのタイミングは積分回路3のスイッチS1、S
2、・・・、S9を制御するための信号として積分回路
3に入力されるとともに、φ2のタイミング信号は算出
手段7に入力される。
The four timings generated by the timing generation circuit 5 correspond to the switches S 1 and S
2,..., S9 are input to the integration circuit 3 as signals for controlling, and the φ2 timing signal is input to the calculation means 7.

【0048】そして、算出手段7では、φ2のタイミン
グ信号とクロック発生器6からのクロックCKとに基づ
いて、測定対象としている物理量、ここでは圧力を算出
する。
The calculating means 7 calculates a physical quantity to be measured, here a pressure, based on the timing signal φ2 and the clock CK from the clock generator 6.

【0049】ここで、この算出手段7における物理量の
算出方法を説明する。
Here, a method of calculating the physical quantity by the calculating means 7 will be described.

【0050】まず、ダイヤフラム21に被測定圧力Pが
加わり、ダイヤフラム21が変化したときのギャップの
変化量をXとすると、コンデンサ2a、2bの静電容量
Ca、Cbは
First, when the measured pressure P is applied to the diaphragm 21 and the change amount of the gap when the diaphragm 21 changes is X, the capacitances Ca and Cb of the capacitors 2a and 2b are

【数7】 と表すことができる。(Equation 7) It can be expressed as.

【0051】ここで、この静電容量Ca、CbをHere, the capacitances Ca and Cb are

【数8】 に代入すると、(Equation 8) Substituting into

【数9】 となる(ただし、da=db)。ここで、da+dbは
定数となり、さらにギャップの変化量Xはダイヤフラム
21にかかる圧力Pに比例して変化するので、式(8)
(Equation 9) (However, da = db). Here, da + db is a constant, and the change amount X of the gap changes in proportion to the pressure P applied to the diaphragm 21.
Is

【数10】 と書き換えることができる。(Equation 10) Can be rewritten.

【0052】ところで、積分回路3は電荷平衡型回路と
なるので、φ3、φ4のタイミングで静電容量がCa−
Cbとなるコンデンサ2a、2bに電圧Vcで電荷を蓄
えたときの電荷量Qcは、φ1、φ2のタイミングで静
電容量がCa+Cbとなるコンデンサ2a、2bに電圧
Vrで電荷を蓄えたときの電荷量Qrの整数倍となる。
Since the integration circuit 3 is a charge-balanced circuit, the capacitance becomes Ca- at the timing of φ3 and φ4.
The charge amount Qc when the charge is stored at the voltage Vc in the capacitors 2a and 2b that become Cb is the charge when the charge is stored at the voltage Vr in the capacitors 2a and 2b whose capacitance becomes Ca + Cb at the timing of φ1 and φ2. It is an integral multiple of the quantity Qr.

【0053】したがって Qr・m=Qc・n (m、nは整数) (10) の関係が成り立つ。例えば、図5に示す階段波形では、
5段の下り階段の波形となっているので、V=5・V
の関係が成り立ち、電荷も同様にQr=5・Qcの関
係が成り立つ。
Therefore, the following relationship holds: Qr · m = Qc · n (m and n are integers) (10) For example, in the staircase waveform shown in FIG.
Since the waveform has five descending stairs, V 0 = 5 · V
1 holds, and the charge also holds the relationship Qr = 5 · Qc.

【0054】ここで、電荷量Qr、Qcはそれぞれ Qr=Vr・(Ca+Cb) (11) Qc=Vc・(Ca−Cb) (12) となるので、式(10)、(11)、(12)とからHere, the charge amounts Qr and Qc are as follows: Qr = Vr · (Ca + Cb) (11) Qc = Vc · (Ca−Cb) (12) ) And from

【数11】 となる。したがって、式(9)と式(13)とから[Equation 11] Becomes Therefore, from equations (9) and (13),

【数12】 とまとめることができる。ここで、VrとVcはそれぞ
れ一定の電圧であり、nはQc=(Ca−Cb)・Vc
の電荷量が蓄えられる回数なので、クロックCKのパル
ス数と同じになり、mはQr=(Ca+Cb)・Vrの
電荷量が蓄えられる回数なので、φ2のタイミング信号
の数と同じになる。すなわち、2進カウンタ71で予め
計数するクロックCKの数を設定しておくと、そのクロ
ック数がnとなり、このクロック数nで設定される時間
内にタイミング生成回路5から出力されるφ2のタイミ
ング信号をアップカウンタ72で計数し、この数がmと
なる。
(Equation 12) Can be summarized. Here, Vr and Vc are constant voltages, respectively, and n is Qc = (Ca−Cb) · Vc
Is the same as the number of pulses of the clock CK, and m is the number of times the charge amount of Qr = (Ca + Cb) · Vr is stored. Therefore, it is the same as the number of timing signals of φ2. That is, if the number of clocks CK counted in advance by the binary counter 71 is set, the number of clocks becomes n, and the timing of φ2 output from the timing generation circuit 5 within the time set by the number of clocks n The signal is counted by the up counter 72, and this number becomes m.

【0055】従って、式(14)に定数であるVr、V
cを入力するとともに、クロック数nを設定して入力し
ておけば、アップカウンタ72で計数したφ2のタイミ
ング信号の数mから圧力Pをデジタル値として出力する
ことができる。
Therefore, the constants Vr, V
By inputting c and setting and inputting the clock number n, the pressure P can be output as a digital value from the number m of the φ2 timing signals counted by the up counter 72.

【0056】例えば、5mmHOの圧力がダイヤフラ
ム21にかかったときに、コンデンサ2aの静電容量C
aが11pF、コンデンサ2bの静電容量Cbが9pF
となった場合に、Vr=1.5V、Vc=3V、Cf=
10pFとすると、図5に示すV、V
For example, when a pressure of 5 mmH 2 O is applied to the diaphragm 21, the capacitance C of the capacitor 2a is reduced.
a is 11 pF and the capacitance Cb of the capacitor 2b is 9 pF
When Vr = 1.5V, Vc = 3V, Cf =
Assuming 10 pF, V 0 and V 1 shown in FIG.

【数13】 と計算することができる。これにより、3V/0.6V
=5となることから、積分回路3の出力電圧の波形は図
4に示すような5段の階段波形になることが分かる。そ
して、5段の階段波形では6クロックが1周期となるの
で、5周期を計数できるように2進カウンタ71を30
クロック計数するように設定すると、図6に示すような
クロックCKと階段波形との関係になる。
(Equation 13) Can be calculated. Thereby, 3V / 0.6V
= 5, it can be seen that the waveform of the output voltage of the integrating circuit 3 is a five-step staircase waveform as shown in FIG. In the case of a five-step staircase waveform, six clocks constitute one cycle.
When the clock is set to be counted, the relationship between the clock CK and the staircase waveform as shown in FIG. 6 is obtained.

【0057】そして、式(14)に、この関係を入力す
ると、αは実験等で予め求められている値なので、ここ
ではα=0.0167を用いて
When this relationship is input to equation (14), α is a value obtained in advance through experiments or the like.

【数14】 と求めることができる。すなわち、φ2のタイミング信
号の数(階段波形の数)が圧力値5mmHOに対応し
ている。
[Equation 14] Can be requested. That is, the number of timing signals of φ2 (the number of staircase waveforms) corresponds to a pressure value of 5 mmH 2 O.

【0058】したがって、2進カウンタ71で30クロ
ックを計数する間に、出力されるφ2のタイミング信号
の数をアップカウンタ72で計数して出力することによ
って、測定対象の圧力値をデジタル値として出力するこ
とができる。
Therefore, while the binary counter 71 counts 30 clocks, the number of φ2 timing signals output is counted and output by the up counter 72, so that the pressure value to be measured is output as a digital value. can do.

【0059】このように、第1の実施形態の静電容量型
センサによれば、物理量の変化によるコンデンサ2a、
2bの静電容量の変化をデジタル値として出力すること
ができる。
As described above, according to the capacitance type sensor of the first embodiment, the capacitors 2a,
The change in the capacitance 2b can be output as a digital value.

【0060】さらに、第1の実施形態の静電容量型セン
サによれば、(Ca−Cb)/(Ca+Cb)の比を利
用して物理量を算出するので、直線補正や温度補正など
を行うことなく、正確な測定結果を出力することができ
る。
Further, according to the capacitance type sensor of the first embodiment, since the physical quantity is calculated by using the ratio of (Ca-Cb) / (Ca + Cb), linear correction, temperature correction, and the like can be performed. And accurate measurement results can be output.

【0061】また、コンデンサ2a、2bが差動構造で
あるため、計算式の分子をCa−Cbとすることによっ
て、コンデンサ2a、2bの容量変化を大きくすること
ができる。すなわち、差動構造であるためにコンデンサ
2aの静電容量がCa’=Ca+αと変化したときに
は、コンデンサ2bの静電容量はCb’=Cb−αと変
化する。したがって、(Ca−Cb)/(Ca+Cb)
の式にCa’、Cb’を代入すると (Ca−Cb)/(Ca+Cb)=2α/(Ca+C
b) となり、静電容量の変化αを2倍に大きくすることがで
きる。したがって、第1の実施形態の静電容量型センサ
では測定精度をより高くすることができる。
Since the capacitors 2a and 2b have a differential structure, the change in capacitance of the capacitors 2a and 2b can be increased by using Ca-Cb as the numerator of the calculation formula. That is, when the capacitance of the capacitor 2a changes to Ca ′ = Ca + α due to the differential structure, the capacitance of the capacitor 2b changes to Cb ′ = Cb−α. Therefore, (Ca-Cb) / (Ca + Cb)
Substituting Ca ′ and Cb ′ into the equation (Ca−Cb) / (Ca + Cb) = 2α / (Ca + C
b) and the change α in the capacitance can be doubled. Therefore, in the capacitance type sensor according to the first embodiment, the measurement accuracy can be further increased.

【0062】さらに、第1の実施形態の静電容量型セン
サでは静電容量の変化を電荷に変化させるためにVr、
Vcを利用しているが、Vrを大きくし、Vcを小さく
することによって容量変化に対する出力されるパルス数
を多くできるので、さらに測定精度を高くすることがで
きる。
Further, in the capacitance type sensor according to the first embodiment, Vr,
Although Vc is used, by increasing Vr and decreasing Vc, the number of pulses output for a change in capacitance can be increased, so that the measurement accuracy can be further increased.

【0063】また、VrとVcは、電源電圧Vccを抵
抗で分割することによって生成されている。したがっ
て、 Vc=Vcc・(R1/R2) Vr=Vcc・(R3/R4) と表すことができ、これらを式(14)のVr、Vcに
代入すると、 α・P・(Vc/Vr)=m/n α・P・{Vcc・(R1/R2)}/{Vcc・(R
3/R4)}=m/n α・P・(R1・R4)/(R2・R3)=m/n となる。
Vr and Vc are generated by dividing the power supply voltage Vcc by a resistor. Therefore, Vc = Vcc · (R1 / R2) Vr = Vcc · (R3 / R4), and when these are substituted for Vr and Vc in equation (14), α · P · (Vc / Vr) = m / n α · P · {Vcc · (R1 / R2)} / {Vcc · (R
3 / R4)} = m / n α · P · (R1 · R4) / (R2 · R3) = m / n

【0064】このように、式(14)において電源電圧
Vccは相殺されて消えてしまうので、第1の実施形態
の静電容量型センサでは、電源電圧Vccを変更しても
出力のパルス特性に影響しないようにすることができ
る。
As described above, in the equation (14), the power supply voltage Vcc is canceled out and disappears. Therefore, in the capacitance type sensor of the first embodiment, even if the power supply voltage Vcc is changed, the output pulse characteristics are not changed. Can be unaffected.

【0065】次に、第2の実施形態の静電容量型センサ
の構成を図7に基づいて説明する。
Next, the configuration of the capacitance type sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

【0066】図7に示すように、第2の実施形態の静電
容量型センサ81は、第1の実施形態における積分回路
3の演算増幅器32の反転入力端と出力端との間に、静
電容量Cf’のコンデンサ82とスイッチS10が接続
されている点が第1の実施形態と異なっている。
As shown in FIG. 7, the capacitance type sensor 81 of the second embodiment has a static capacitance between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 32 of the integrating circuit 3 of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the capacitor 82 having the capacitance Cf 'and the switch S10 are connected.

【0067】このように、コンデンサ82を接続してス
イッチS10をφ4のタイミングでONすることによっ
て、式(3)、(6)に示す電荷量Q、Qはそれぞ
As described above, by connecting the capacitor 82 and turning on the switch S10 at the timing of φ4, the electric charges Q 0 and Q 1 shown in the equations (3) and (6) become respectively

【数15】 となる。したがって、第2の実施形態の静電容量型セン
サ81によれば、電荷量Qを大きくすることができる
とともに、電荷量Qを小さくすることができる。
(Equation 15) Becomes Therefore, according to the electrostatic capacity-type sensor 81 of the second embodiment, it is possible to it is possible to increase the charge amount Q 0, decreasing the amount of charge Q 1.

【0068】従って、容量変化に対するパルス数を多く
することができるので、測定精度をより高くすることが
できる。
Therefore, the number of pulses for a change in capacitance can be increased, so that the measurement accuracy can be further improved.

【0069】次に、第3の実施形態の静電容量型センサ
の構成を図8に基づいて説明する。
Next, the configuration of the capacitance type sensor according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

【0070】図8に示すように、第3の実施形態の静電
容量型センサ91は、第1の実施形態における積分回路
3とコンパレータ回路4との間にサンプリングホールド
回路92を接続した点が第1の実施形態と異なってい
る。
As shown in FIG. 8, the capacitance type sensor 91 of the third embodiment is different from the first embodiment in that a sampling and holding circuit 92 is connected between the integrating circuit 3 and the comparator circuit 4 in the first embodiment. This is different from the first embodiment.

【0071】第1の実施形態の静電容量型センサでは、
積分回路3の出力電圧の波形に図9に示すようなひげ状
のノイズが発生する場合があり、このノイズによってコ
ンパレータ回路4で誤動作が発生していた。
In the capacitance type sensor according to the first embodiment,
In some cases, a whisker-like noise as shown in FIG. 9 occurs in the waveform of the output voltage of the integrating circuit 3, and this noise causes a malfunction in the comparator circuit 4.

【0072】そこで、第3の実施形態の静電容量型セン
サ91では、積分回路3とコンパレータ回路4との間に
サンプリングホールド回路92を接続してひげ状のノイ
ズをカットしている。図10に示すように、このひげ状
のノイズNは積分回路3の出力波形の立ち上がりと立ち
下がりに発生するので、サンプリングホールド回路92
では、出力波形の立ち上がりと立ち下がりから一定時間
tだけ遅延させたタイミングで、タイミングパルスPを
発生してサンプリングホールドしている。
Therefore, in the capacitance-type sensor 91 of the third embodiment, a sampling and holding circuit 92 is connected between the integrating circuit 3 and the comparator circuit 4 to cut off whisker-like noise. As shown in FIG. 10, the whisker-like noise N occurs at the rise and fall of the output waveform of the integration circuit 3, so that the sampling and holding circuit 92
In this example, a timing pulse P is generated at a timing delayed by a predetermined time t from the rise and fall of the output waveform, and sampling and holding are performed.

【0073】これによって、積分回路3の出力波形は図
11に示すようにひげ状のノイズがカットされた波形と
なり、コンパレータ回路4の誤動作を防ぐことができ
る。
As a result, the output waveform of the integrating circuit 3 becomes a waveform from which the whisker-like noise has been cut as shown in FIG. 11, and the malfunction of the comparator circuit 4 can be prevented.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電容量
型センサによれば、物理量の変化を静電容量の変化とし
て検出し、直線補正などをすることなくデジタル出力を
得ることができる。
As described above, according to the capacitance type sensor of the present invention, a change in physical quantity can be detected as a change in capacitance, and a digital output can be obtained without performing linear correction or the like. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による静電容量型センサの第1の実施形
態の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図2】図1に示す検出部2の構成を説明するための断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a detection unit 2 shown in FIG.

【図3】図1に示すタイミング生成回路5で生成される
タイミング信号を説明するためのタイミングチャートで
ある。
FIG. 3 is a timing chart for explaining a timing signal generated by a timing generation circuit 5 shown in FIG. 1;

【図4】図1に示す積分回路3の各タイミングにおける
構成を説明するための回路図である。
4 is a circuit diagram for describing a configuration at each timing of an integrating circuit 3 shown in FIG.

【図5】図1に示す積分回路3によって出力される階段
波形の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a staircase waveform output by the integration circuit 3 shown in FIG.

【図6】図1に示す算出手段7における出力信号の一例
を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart for explaining an example of an output signal from a calculating means 7 shown in FIG. 1;

【図7】本発明による静電容量型センサの第2の実施形
態の構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図8】本発明による静電容量型センサの第3の実施形
態の構成を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図9】図8に示す積分回路3の出力波形を示す図面で
ある。
9 is a drawing showing an output waveform of the integration circuit 3 shown in FIG.

【図10】図8に示すサンプリングホールド回路92に
よるサンプリングホールドを説明するための図面であ
る。
FIG. 10 is a drawing for explaining sampling and holding by the sampling and holding circuit 92 shown in FIG. 8;

【図11】サンプリングホールド回路92を接続した後
の積分回路3の出力波形を示す図面である。
FIG. 11 is a drawing showing an output waveform of the integration circuit 3 after the sampling and holding circuit 92 is connected.

【図12】従来の容量センサ装置の構成を説明するため
の回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram for explaining a configuration of a conventional capacitance sensor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、81、91 静電容量型センサ 2 検出部 2a、2b、33、82 コンデンサ 3 積分回路 4 コンパレータ回路 5 タイミング生成回路 6 クロック発生器 7 算出手段 21 ダイヤフラム 22、23 電極 31 出力ホールド用コンデンサ 32、41 演算増幅器 S1、S2、・・・、S10 スイッチ 42 インバータ 43 D型フリップフロップ 71 2進カウンタ 72 アップカウンタ 92 サンプリングホールド回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 81, 91 Capacitance sensor 2 Detection part 2a, 2b, 33, 82 Capacitor 3 Integrator circuit 4 Comparator circuit 5 Timing generation circuit 6 Clock generator 7 Calculation means 21 Diaphragm 22, 23 Electrode 31 Output hold capacitor 32 , 41 Operational amplifiers S1, S2,..., S10 Switch 42 Inverter 43 D-type flip-flop 71 Binary counter 72 Up counter 92 Sampling and holding circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物理量の変化を静電容量の変化として検
出する第1コンデンサと、 この第1コンデンサと差動コンデンサとなる第2コンデ
ンサと、 この第2コンデンサに蓄えられた電荷と前記第1コンデ
ンサに蓄えられた電荷との和となる電荷量を第3コンデ
ンサに蓄え、この第3コンデンサに蓄えられた電荷から
前記第1コンデンサの電荷と前記第2コンデンサの電荷
との差となる電荷量を繰り返し放電する放電手段と、 この放電手段によって放電されて前記第3コンデンサの
電荷量が所定の値を下回ったときには検出信号を出力す
る検出信号出力手段と、 この検出信号出力手段で出力された前記検出信号を一定
時間計数し、この信号数に基づいて前記物理量を算出す
る算出手段とを含むことを特徴とする静電容量型セン
サ。
A first capacitor for detecting a change in a physical quantity as a change in capacitance; a second capacitor serving as a differential capacitor between the first capacitor and the first capacitor; a charge stored in the second capacitor; A third capacitor stores a charge amount that is a sum of the charge stored in the capacitor and a charge amount that is a difference between the charge of the first capacitor and the charge of the second capacitor from the charge stored in the third capacitor. Discharging means for repeatedly discharging, a detection signal outputting means for outputting a detection signal when the amount of charge of the third capacitor falls below a predetermined value by being discharged by the discharging means, and a detection signal output means for outputting the detection signal. Calculating means for counting the detection signal for a certain period of time and calculating the physical quantity based on the number of signals.
【請求項2】 前記放電手段は、前記第2コンデンサに
蓄えられた電荷と前記第1コンデンサに蓄えられた電荷
との和となる電荷量を第1の増幅率で増幅して第3コン
デンサに蓄え、この第3コンデンサに蓄えられた電荷か
ら前記第1コンデンサの電荷と前記第2コンデンサの電
荷との差となる電荷量を第2の増幅率で増幅して繰り返
し放電し、前記第1の増幅率と前記第2の増幅率とが異
なることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型セン
サ。
2. The method according to claim 1, wherein the discharging means amplifies a charge amount, which is the sum of the charge stored in the second capacitor and the charge stored in the first capacitor, at a first amplification factor, and amplifies the charge amount to a third capacitor. Storing, amplifying, by a second amplification factor, a charge amount that is a difference between the charge of the first capacitor and the charge of the second capacitor from the charge stored in the third capacitor, and repeatedly discharging the first capacitor; The capacitance type sensor according to claim 1, wherein an amplification factor is different from the second amplification factor.
【請求項3】 前記検出信号出力手段によって出力され
た前記検出信号に基づいて、 前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを並列に接
続して電荷を充電する第1タイミングと、 この第1タイミングで充電された電荷量を前記第3コン
デンサに充電する第2タイミングと、 前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとを直列に接
続して電荷を充電する第3タイミングと、 この第3タイミングで充電された電荷量を、前記第2タ
イミングで充電された前記第3コンデンサの電荷量から
放電する第4タイミングとを生成するタイミング生成手
段5をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に
記載の静電容量型センサ。
3. A first timing in which the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel to charge an electric charge based on the detection signal output by the detection signal output means; A second timing for charging the third capacitor with the amount of charge charged in the third step, a third timing for connecting the first capacitor and the second capacitor in series to charge the electric charge, and charging at the third timing. 3. The apparatus according to claim 1, further comprising a timing generation unit configured to generate a fourth timing for discharging the charged amount from the charge amount of the third capacitor charged at the second timing. 4. Capacitive sensor.
【請求項4】 前記放電手段と前記検出信号出力手段と
の間にサンプリングホールド回路が接続されていること
を特徴とする請求項1、2または3に記載の静電容量型
センサ。
4. The capacitance type sensor according to claim 1, wherein a sampling and holding circuit is connected between said discharging means and said detection signal output means.
【請求項5】 前記第1タイミングで充電する電圧と、
前記第3タイミングで充電する電圧とが、電源電圧を抵
抗で分割することによって生成されることを特徴とする
請求項3または4に記載の静電容量型センサ。
5. A voltage to be charged at the first timing,
The capacitance sensor according to claim 3, wherein the voltage charged at the third timing is generated by dividing a power supply voltage by a resistor.
【請求項6】 前記第3タイミングで充電する電圧と、
前記第4タイミングで充電する電圧とをそれぞれ調節可
能にすることを特徴とする請求項3、4または5に記載
の静電容量型センサ。
6. A voltage charged at the third timing,
6. The capacitance-type sensor according to claim 3, wherein a voltage charged at the fourth timing is adjustable.
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