JP2003156523A - Impedance detector circuit and capacitance detector circuit - Google Patents

Impedance detector circuit and capacitance detector circuit

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JP2003156523A
JP2003156523A JP2002260688A JP2002260688A JP2003156523A JP 2003156523 A JP2003156523 A JP 2003156523A JP 2002260688 A JP2002260688 A JP 2002260688A JP 2002260688 A JP2002260688 A JP 2002260688A JP 2003156523 A JP2003156523 A JP 2003156523A
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直樹 池内
Toshiyuki Matsumoto
松本  俊行
Koichi Nakano
浩一 中野
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Hokuto Denshi Kogyo KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an impedance detector circuit which is capable of accurately detecting a very small impedance and is moreover suited for miniaturization. SOLUTION: A capacitance detector circuit 10 comprises an AC voltage generator 11, an operational amplifier 14 having a non-inverting input terminal connected to a specified potential (grounding, in the present embodiment), an impedance transformer 16, a resistor (R1 ) 12 connected between the AC voltage generator 11 and an inverting input terminal of the operational amplifier 14, a resistor (R2 ) 13 connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 14 and an output terminal of the transformer 16, and an impedance element (capacitor) 15, connected between an output terminal of the operational amplifier 14 and an input terminal of the transformer 16. A capacitor 17 under test is connected between the input terminal of the transformer 16 and the specified potential.

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、インピーダンスを
検出する回路に関し、特に、微小なインピーダンスを高
い精度で検出する回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit for detecting impedance, and more particularly to a circuit for detecting minute impedance with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】静電容量検出回路の従来例として、静電
容量式変位計を挙げることができる(例えば、特許文献
1参照)。図7は、この静電容量検出回路を示す回路図
である。この検出回路では、電極90、91で形成され
る容量センサ92が、信号線93を介して演算増幅器9
5の反転入力端子に接続されている。そしてこの演算増
幅器95の出力端子と前記反転入力端子との間にコンデ
ンサ96が接続されるとともに、非反転入力端子に交流
電圧Vacが印加されている。また信号線93はシールド
線94によって被覆され、外乱ノイズに対して電気的に
遮蔽されている。そしてこのシールド線94は、演算増
幅器95の非反転入力端子に接続されている。出力電圧
Vdは、演算増幅器95の出力端子からトランス97を
介して取り出される。
2. Description of the Related Art As a conventional example of a capacitance detecting circuit, there is a capacitance type displacement meter (for example, refer to Patent Document 1). FIG. 7 is a circuit diagram showing this capacitance detection circuit. In this detection circuit, the capacitance sensor 92 formed by the electrodes 90 and 91 includes an operational amplifier 9 via a signal line 93.
5 is connected to the inverting input terminal. A capacitor 96 is connected between the output terminal of the operational amplifier 95 and the inverting input terminal, and the AC voltage Vac is applied to the non-inverting input terminal. Further, the signal line 93 is covered with a shield line 94, and is electrically shielded against disturbance noise. The shield line 94 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 95. The output voltage Vd is taken out from the output terminal of the operational amplifier 95 via the transformer 97.

【0003】この検出回路では、演算増幅器95の反転
入力端子と非反転入力端子とがイマージナリショートの
状態となり、反転入力端子に接続された信号線93と非
反転入力端子に接続されたシールド線94とは、互いに
ほぼ同電位となる。これによって、信号線93はシール
ド線94によってガーディングされ、つまり、両者9
3、94間の浮遊容量はキャンセルされ、浮遊容量に影
響されにくい出力電圧Vdが得られるというものであ
る。
In this detection circuit, the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 95 are in the state of an emergency short, and the signal line 93 connected to the inverting input terminal and the shield line connected to the non-inverting input terminal. 94 and the same potential as each other. As a result, the signal line 93 is guarded by the shield line 94, that is,
The stray capacitance between 3 and 94 is canceled, and the output voltage Vd that is not easily influenced by the stray capacitance is obtained.

【0004】[0004]

【特許文献1】特開平9−280806号公報(第2
図)
[Patent Document 1] JP-A-9-280806 (second
(Figure)

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術によれば、確かに容量センサ92の容量が
ある程度に大きいときは信号線93とシールド線94と
の間の浮遊容量に影響されない正確な出力電圧Vdを得
ることができるものの、数pFあるいはfF(フェムト
ファラッド)オーダー以下の微小な容量の検出において
は、誤差が大きくなってしまうという問題がある。
However, according to such a conventional technique, when the capacitance of the capacitance sensor 92 is certainly large to some extent, the stray capacitance between the signal line 93 and the shield line 94 is not affected. Although it is possible to obtain a high output voltage Vd, there is a problem that an error becomes large in the detection of a minute capacitance of several pF or fF (femto farad) order or less.

【0006】また、印加する交流電圧Vacの周波数によ
っては、演算増幅器95の内部のトラッキングエラー、
演算誤差等により、イマージナリショートの状態にある
反転入力端子と非反転入力端子の電圧間にも結果的に微
妙な位相・振幅のズレが発生し、検出誤差が大きくなっ
てしまうという問題もある。
Further, depending on the frequency of the applied AC voltage Vac, a tracking error inside the operational amplifier 95,
There is also a problem that a slight phase / amplitude deviation will occur between the voltage of the inverting input terminal and the voltage of the non-inverting input terminal in the state of the emergency short due to the calculation error and the detection error will increase. .

【0007】一方、携帯電話機等に代表される軽量・小
型の音声通信機器においては、コンデンサマイクロホン
等の容量センサで検出した音声を、高感度かつ忠実に電
気信号に変換するコンパクトな増幅回路が求められてい
る。数pFあるいはfFオーダー以下の微小な容量又は
その変化を正確に検出することができるならば、極めて
高い感度で、かつ、忠実に音声を検出することが可能な
高性能なマイクロホンが実現され、携帯電話機等の音声
通信機器での音声のピックアップにおける性能が飛躍的
に向上される。
On the other hand, in a lightweight and small-sized voice communication device typified by a mobile phone, a compact amplifier circuit for converting a voice detected by a capacitive sensor such as a condenser microphone into an electric signal with high sensitivity and fidelity is required. Has been. If it is possible to accurately detect a minute capacitance of several pF or fF or less or its change, a high-performance microphone capable of detecting voice with extremely high sensitivity and faithfully is realized. The performance in picking up voice in a voice communication device such as a telephone is dramatically improved.

【0008】そこで、この発明は、このような状況に鑑
みてなされたものであり、微小な容量を正確に検出する
ことができ、かつ、軽量・小型の音声通信機器に使用さ
れるコンデンサマイクロホン等の容量センサの容量検出
に適した静電容量を含むインピーダンスの検出回路を提
供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of such a situation, and is capable of accurately detecting a minute capacitance, and is a condenser microphone used in a lightweight and small-sized voice communication device. It is an object of the present invention to provide an impedance detection circuit including an electrostatic capacitance suitable for the capacitance detection of the capacitance sensor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るインピーダンス検出回路は、被検出イ
ンピーダンスのインピーダンスに対応する検出信号を出
力するインピーダンス検出回路であって、入力インピー
ダンスが高く出力インピーダンスが低いインピーダンス
変換器と、容量性の第1インピーダンス素子と、第1演
算増幅器と、前記第1演算増幅器に交流電圧又は直流電
圧の少なくともいずれか一方を印加する電圧発生器と、
前記第1演算増幅器の出力に接続される信号出力端子と
を備え、前記インピーダンス変換器の入力端子には前記
被検出インピーダンスの一端と前記第1インピーダンス
素子の一端とが接続され、前記第1演算増幅器の負帰還
路に前記第1インピーダンス素子及び前記インピーダン
ス変換器が含まれることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an impedance detection circuit according to the present invention is an impedance detection circuit that outputs a detection signal corresponding to the impedance of a detected impedance, and has a high input impedance. An impedance converter having a low output impedance, a capacitive first impedance element, a first operational amplifier, and a voltage generator for applying at least one of an AC voltage and a DC voltage to the first operational amplifier,
A signal output terminal connected to the output of the first operational amplifier, one end of the detected impedance and one end of the first impedance element are connected to an input terminal of the impedance converter, and the first operation The negative feedback path of the amplifier includes the first impedance element and the impedance converter.

【0010】具体例としては、電圧発生器と、非反転入
力端子が所定の電位に接続された演算増幅器と、インピ
ーダンス変換器と、電圧発生器と演算増幅器の反転入力
端子間に接続される抵抗と、演算増幅器の反転入力端子
とインピーダンス変換器の出力端子間に接続される抵抗
と、演算増幅器の出力端子とインピーダンス変換器の入
力端子間に接続される容量性の第1インピーダンス素子
とを備えるインピーダンス検出回路を構成し、被検出イ
ンピーダンスはインピーダンス変換器の入力端子と所定
の電位間に接続される。ここで、所定の電位とは、ある
基準電位、所定の直流電位、接地電位またはフローティ
ング状態のいずれかを指すものであり、実施の態様にあ
わせて最適なものが選択される。
As a specific example, a voltage generator, an operational amplifier whose non-inverting input terminal is connected to a predetermined potential, an impedance converter, and a resistor connected between the voltage generator and the inverting input terminal of the operational amplifier. And a resistor connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the impedance converter, and a capacitive first impedance element connected between the output terminal of the operational amplifier and the input terminal of the impedance converter. An impedance detection circuit is configured, and the detected impedance is connected between the input terminal of the impedance converter and a predetermined potential. Here, the predetermined potential refers to any one of a reference potential, a predetermined DC potential, a ground potential, and a floating state, and an optimum one is selected according to the embodiment.

【0011】このような構成によって、被検出インピー
ダンスに一定の電圧が印加されるとともに、その被検出
インピーダンスに流れる電流のほとんど全てが第1イン
ピーダンス素子に流れ、信号出力端子からは、被検出イ
ンピーダンスのインピーダンスに対応した信号が出力さ
れる。
With such a configuration, a constant voltage is applied to the impedance to be detected, and almost all the current flowing through the impedance to be detected flows through the first impedance element, and the impedance of the impedance to be detected is detected from the signal output terminal. A signal corresponding to the impedance is output.

【0012】なお、インピーダンス検出回路と被検出イ
ンピーダンスとを接続する信号線へのノイズの混入や、
その信号線と所定の電位間の浮遊容量の発生を低減する
ために、被検出インピーダンスとインピーダンス検出回
路の信号線は可能な限り短い方が好ましい。
It should be noted that noise is mixed in the signal line connecting the impedance detection circuit and the detected impedance,
In order to reduce the generation of stray capacitance between the signal line and a predetermined potential, the detected impedance and the signal line of the impedance detection circuit are preferably as short as possible.

【0013】また、電圧発生器については交流または直
流の少なくともいずれか一方を選ぶことができるが、交
流では、絶対インピーダンスとインピーダンスの変化量
の両方が測定可能なのに対し、直流ではインピーダンス
の変化量が検出できる一方、交流では発振回路等が必要
になり検出回路の規模が若干大きくなるのに対し、直流
ではその分コンパクトに作ることが可能となる特質をも
っている。このように本願の電圧発生器は、その目的や
用途を検討し最適なものを選定することができる。加え
て、前記第1演算増幅器と前記電圧発生器との間に備え
られた第2インピーダンス素子を備えてもよい。また、
第1インピーダンス素子と並列に抵抗を接続しておいて
もよい。
For the voltage generator, at least one of AC and DC can be selected. In AC, both the absolute impedance and the amount of change in impedance can be measured, whereas in DC, the amount of change in impedance is measured. While it can be detected, the AC circuit requires an oscillation circuit and the like, which makes the size of the detection circuit a little larger, while the DC circuit has the characteristic that it can be made more compact. In this way, the voltage generator of the present application can be selected in consideration of its purpose and application. In addition, a second impedance element may be provided between the first operational amplifier and the voltage generator. Also,
A resistor may be connected in parallel with the first impedance element.

【0014】ここで、電圧発生器の発生電圧に対応する
信号を、前記信号出力端子からの出力信号が含んでいる
ので、それをキャンセルするためのキャンセル手段を前
記インピーダンス検出回路に更に加えて設けてもよい。
このキャンセル手段には、加算器、減算器等があげられ
る。また、特に被検出インピーダンスが容量性の場合、
第1インピーダンス素子にコンデンサを用いると周波数
特性に優れた回路を得ることができる
Since the signal corresponding to the voltage generated by the voltage generator is included in the output signal from the signal output terminal, a canceling means for canceling the signal is provided in addition to the impedance detection circuit. May be.
Examples of the canceling means include an adder and a subtractor. Also, especially when the detected impedance is capacitive,
A circuit with excellent frequency characteristics can be obtained by using a capacitor for the first impedance element.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態例におけるインピーダンス検出回路の回路図である。
なお、本図では、このインピーダンス検出回路としての
静電容量検出回路10に、検出対象である被検出インピ
ーダンスとしての被検出コンデンサ17(ここでは、コ
ンデンサマイクロホン等、静電容量Csの変化を利用し
て各種物理量を検出する容量型センサ)が接続されてい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram of an impedance detection circuit according to a first embodiment of the present invention.
In the figure, the capacitance detection circuit 10 as the impedance detection circuit uses a detected capacitor 17 as a detection impedance to be detected (here, a change in the capacitance Cs such as a condenser microphone is used. A capacitive sensor for detecting various physical quantities is connected.

【0016】この静電容量検出回路10は、交流電圧を
発生する交流電圧発生器11、抵抗(R1)12、抵抗
(R2)13、演算増幅器14、インピーダンス素子
(ここでは、容量Cfのコンデンサ)15及びインピー
ダンス変換器16から構成され、被検出コンデンサ17
の静電容量に対応する検出信号(電圧Vout)を信号出
力端子20から出力する。
The capacitance detection circuit 10 includes an AC voltage generator 11 for generating an AC voltage, a resistor (R1) 12, a resistor (R2) 13, an operational amplifier 14, an impedance element (here, a capacitor having a capacitance Cf). 15 and an impedance converter 16, and a detected capacitor 17
The detection signal (voltage Vout) corresponding to the electrostatic capacitance is output from the signal output terminal 20.

【0017】交流電圧発生器11は、一端が所定の電位
(本例では、接地)に接続され、他端(出力端子)から
一定の交流電圧(電圧Vin、角周波数ω)を発生してい
る。交流電圧発生器11の出力端子と演算増幅器14の
反転入力端子との間には抵抗(R1)12が接続されて
いる。
One end of the AC voltage generator 11 is connected to a predetermined potential (ground in this example), and a constant AC voltage (voltage Vin, angular frequency ω) is generated from the other end (output terminal). . A resistor (R1) 12 is connected between the output terminal of the AC voltage generator 11 and the inverting input terminal of the operational amplifier 14.

【0018】演算増幅器14は、入力インピーダンス及
び開ループゲインが極めて高い電圧増幅器であり、ここ
では、非反転入力端子が所定の電位(本例では、接地)
に接続され、非反転入力端子及び反転入力端子がイマー
ジナリショートの状態となっている。この演算増幅器1
4の負帰還路、つまり、演算増幅器14の出力端子から
反転入力端子までの間に、コンデンサ15、インピーダ
ンス変換器16及び抵抗(R2)13がこの順で直列に
接続されている。
The operational amplifier 14 is a voltage amplifier having extremely high input impedance and open loop gain. Here, the non-inverting input terminal has a predetermined potential (ground in this example).
, And the non-inverting input terminal and the inverting input terminal are in the state of an emergency short. This operational amplifier 1
4, the capacitor 15, the impedance converter 16, and the resistor (R2) 13 are connected in series in this order between the negative feedback path of 4, that is, the output terminal of the operational amplifier 14 and the inverting input terminal.

【0019】インピーダンス変換器16は、入力インピ
ーダンスが極めて高く、出力インピーダンスが極めて低
く、電圧ゲインがA倍の電圧増幅器である。このインピ
ーダンス変換器16の入力端子21には、信号線又はプ
リント基板上の配線パターン等の導電体を介して、被検
出コンデンサ17の一端が接続され、一方、被検出コン
デンサ17の他端は、所定の電位(本例では、接地)に
接続されている。演算増幅器14の出力端子には、この
静電容量検出回路10の出力信号、つまり、被検出コン
デンサ17の容量に対応した検出信号を出力するための
信号出力端子20が接続されている。なお、本願におけ
るA倍等に示される変数Aは、いずれもゼロ以外の実数
を示す。
The impedance converter 16 is a voltage amplifier having an extremely high input impedance, an extremely low output impedance, and a voltage gain of A times. One end of the detected capacitor 17 is connected to the input terminal 21 of the impedance converter 16 via a conductor such as a signal line or a wiring pattern on a printed circuit board, while the other end of the detected capacitor 17 is It is connected to a predetermined potential (ground in this example). The output terminal of the operational amplifier 14 is connected to the signal output terminal 20 for outputting the output signal of the electrostatic capacitance detection circuit 10, that is, the detection signal corresponding to the capacitance of the detected capacitor 17. It should be noted that the variable A shown in the multiplication by A or the like in the present application is a real number other than zero.

【0020】なお、被検出コンデンサ17と静電容量検
出回路10との接続について、不要な浮遊容量が検出誤
差として加算されたり、外乱ノイズが混入したりするこ
とを避けるために、可能な限り短いシールドのない導電
体(ケーブル、銅箔の配線パターン、接続端子など)で
接続するのが好ましい。さらに、可能ならば、外乱ノイ
ズに対する遮蔽を強化するために、被検出コンデンサ1
7及び静電容量検出回路10全体を接地されたシールド
部材で覆ったり、シールドボックス内に収納するのが好
ましい。
Regarding the connection between the capacitor to be detected 17 and the electrostatic capacitance detection circuit 10, in order to avoid adding unnecessary stray capacitance as a detection error or mixing in disturbance noise, it is as short as possible. It is preferable to connect with an unshielded conductor (cable, wiring pattern of copper foil, connection terminal, etc.). Furthermore, if possible, in order to enhance the shielding against disturbance noise, the detected capacitor 1
7 and the capacitance detection circuit 10 as a whole are preferably covered with a grounded shield member or housed in a shield box.

【0021】以上のように構成された静電容量検出回路
10の動作は以下の通りである。抵抗(R1)12、抵
抗(R2)13及び演算増幅器14等から構成される反
転増幅回路に着目すると、演算増幅器14の両入力端子
がイマージナリショートの状態となって同電位(例え
ば、0V)であり、かつ、その入力インピーダンスが極
めて高く、電流が流れないことから、抵抗(R1)12
を流れる電流は、Vin/R1となり、その全てが抵抗
(R2)13を流れるので、インピーダンス変換器16
の出力電圧をV2とすると、 Vin/R1=−V2/R2 が成り立つ。これを整理することにより、インピーダン
ス変換器16の出力電圧V2は、 V2=−(R2/R1)・Vin (式1) となる。また、インピーダンス変換器16の電圧ゲイン
はAであるので、入力電圧(入力端子21の電圧)V1
と出力電圧(出力端子22での電圧)V2との関係よ
り、その入力電圧V1は、 V1=(1/A)・V2 (式2) が成り立つ。また、コンデンサ15を被検出コンデンサ
17に向かって流れる電流をiとすると、インピーダン
ス変換器16の入力インピーダンスが極めて高いことか
ら、その電流iの全てが被検出コンデンサ17に流れる
ので、電流iは、jωCs・V1となり、信号出力端子
20から出力される検出信号の電圧Voutは、 となる。
The operation of the electrostatic capacitance detection circuit 10 configured as described above is as follows. Focusing on the inverting amplifier circuit composed of the resistor (R1) 12, the resistor (R2) 13, the operational amplifier 14, etc., both input terminals of the operational amplifier 14 are in the state of an emergency short and the same potential (for example, 0V). Since the input impedance is extremely high and no current flows, the resistance (R1) 12
Current flowing through the resistor becomes Vin / R1 and all of it flows through the resistor (R2) 13, so the impedance converter 16
If the output voltage of V is V2, then Vin / R1 = -V2 / R2 holds. By organizing this, the output voltage V2 of the impedance converter 16 becomes V2 =-(R2 / R1) .Vin (Equation 1). Further, since the voltage gain of the impedance converter 16 is A, the input voltage (voltage of the input terminal 21) V1
And the output voltage (voltage at the output terminal 22) V2, the input voltage V1 is: V1 = (1 / A) V2 (Equation 2) Further, when the current flowing through the capacitor 15 toward the detected capacitor 17 is i, the input impedance of the impedance converter 16 is extremely high. Therefore, all of the current i flows into the detected capacitor 17, so that the current i is jωCs · V1 and the voltage Vout of the detection signal output from the signal output terminal 20 is Becomes

【0022】上記式1と式2とから、V2を消去する
と、 V1=−(R2/R1)・(Vin/A) (式4) が得られ、このV1を上記式3に代入すると、 Vout=−(1+Cs/Cf)・(R2/R1)・(Vin/A) (式5) が得られる。
When V2 is eliminated from the above equations 1 and 2, V1 =-(R2 / R1). (Vin / A) (equation 4) is obtained, and when this V1 is substituted into the above equation 3, Vout is obtained. =-(1 + Cs / Cf). (R2 / R1). (Vin / A) (Equation 5) is obtained.

【0023】この式5から分かるように、静電容量検出
回路10の信号出力端子20から出力される検出信号の
電圧Voutは、被検出コンデンサ17の容量Csに依存し
た値となる。従って、この電圧Voutに対して種々の信
号処理を施すことによって、容量Csを特定することが
できる。また、この式5には角周波数ωが含まれていな
いことから分かるように、この検出信号の電圧Vout
は、交流電圧発生器11からの交流信号Vinの周波数及
び被検出コンデンサの周波数の変化に依存しない。これ
によって、被検出コンデンサ17に印加される交流電圧
の周波数に依存することなく、被検出コンデンサ17の
容量を検出することができる(回路での周波数依存特性
を有しない)静電容量検出回路が実現される。したがっ
て、コンデンサマイクロホン等、容量値がある周波数
(音声帯域)で変化するような被検出コンデンサ17に
対して、検出された信号を周波数補正することなく、そ
の電圧値から直接、容量値を特定することが可能とな
る。
As can be seen from the expression 5, the voltage Vout of the detection signal output from the signal output terminal 20 of the electrostatic capacitance detection circuit 10 has a value depending on the capacitance Cs of the detected capacitor 17. Therefore, the capacitance Cs can be specified by performing various signal processings on the voltage Vout. Further, as can be seen from the expression 5 that does not include the angular frequency ω, the voltage Vout of this detection signal
Does not depend on changes in the frequency of the AC signal Vin from the AC voltage generator 11 and the frequency of the detected capacitor. As a result, a capacitance detection circuit that can detect the capacitance of the detected capacitor 17 (without the frequency-dependent characteristic of the circuit) without depending on the frequency of the AC voltage applied to the detected capacitor 17 is provided. Will be realized. Therefore, the capacitance value is directly specified from the voltage value of the detected capacitor 17 whose capacitance value changes at a certain frequency (voice band), such as a condenser microphone, without frequency correction of the detected signal. It becomes possible.

【0024】ここで、インピーダンス変換器16がボル
テージフォロワの場合、電圧ゲインはA=1となり、ボ
ルテージフォロワの両入力端子がイマージナリショート
の状態となるため、反転入力と出力の電圧が決まり、ボ
ルテージフォロワの非反転入力の電圧が決定される。こ
の場合は、演算増幅器14とボルテージフォロワとは利
得を充分に獲得するためのアンプと電圧を決定するため
のアンプとに分割したともいえる。こうすると、演算増
幅器14の非反転入力を所定の電位に接続することがで
き、その動作の安定性を向上させることができるように
なり、利得を充分に稼ぎながら演算誤差の大幅な低減を
実現できるよになるので、これにより好ましい態様であ
るといえる。
Here, when the impedance converter 16 is a voltage follower, the voltage gain is A = 1, and both input terminals of the voltage follower are in the state of an emergency short, so that the voltage of the inverting input and the output is determined, and the voltage is determined. The voltage at the non-inverting input of the follower is determined. In this case, it can be said that the operational amplifier 14 and the voltage follower are divided into an amplifier for obtaining a sufficient gain and an amplifier for determining the voltage. By doing so, the non-inverting input of the operational amplifier 14 can be connected to a predetermined potential, and the stability of its operation can be improved, and the gain of the gain can be sufficiently increased and the operation error can be greatly reduced. Since it becomes possible, it can be said that this is a preferable embodiment.

【0025】また、本実施の形態例の静電容量検出回路
10では、コンデンサ15及び被検出コンデンサ17に
電流を供給している演算増幅器14は、その非反転入力
端子が所定の電位に接続され、固定化されている。した
がって、図7に示される従来の回路における演算増幅器
95と異なり、演算増幅器14は、入力される交流信号
の周波数等に依存することなく、演算誤差の低減が図
れ、ノイズの少ない安定した電流をコンデンサ15及び
被検出コンデンサ17に供給するので、被検出コンデン
サ17の微小な容量の検出が可能となる。
Further, in the electrostatic capacitance detection circuit 10 of the present embodiment, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 14 supplying current to the capacitor 15 and the detected capacitor 17 is connected to a predetermined potential. , Has been fixed. Therefore, unlike the operational amplifier 95 in the conventional circuit shown in FIG. 7, the operational amplifier 14 can reduce the operational error without depending on the frequency of the input AC signal, etc., and can generate a stable current with less noise. Since it is supplied to the capacitor 15 and the detected capacitor 17, it is possible to detect the minute capacitance of the detected capacitor 17.

【0026】図2は、図1に示された静電容量検出回路
10におけるインピーダンス変換器16の具体的な回路
例を示す。図2(a)は、演算増幅器100を用いたボ
ルテージフォロワを示している。演算増幅器100の反
転入力端子と出力端子とが短絡されている。この演算増
幅器100の非反転入力端子をインピーダンス変換器1
6の入力とし、演算増幅器100の出力端子をインピー
ダンス変換器16の出力とすることで、入力インピーダ
ンスが極めて高く、電圧ゲインAが1となるインピーダ
ンス変換器16が得られる。
FIG. 2 shows a specific circuit example of the impedance converter 16 in the capacitance detection circuit 10 shown in FIG. FIG. 2A shows a voltage follower using the operational amplifier 100. The inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 100 are short-circuited. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 100 is connected to the impedance converter 1
By inputting 6 and using the output terminal of the operational amplifier 100 as the output of the impedance converter 16, the impedance converter 16 having an extremely high input impedance and a voltage gain A of 1 can be obtained.

【0027】図2(b)は、演算増幅器101を用いた
非反転増幅回路を示している。演算増幅器101の反転
入力端子とグランド間に抵抗(R10)110が接続さ
れ、演算増幅器101の反転入力端子と出力端子間にフ
ィードバック抵抗(抵抗(R11)33)が接続されてい
る。この演算増幅器101の非反転入力端子をインピー
ダンス変換器16の入力とし、演算増幅器101の出力
端子をインピーダンス変換器16の出力とすることで、
入力インピーダンスが極めて高く、電圧ゲインAが(R
10+R11)/R10となるインピーダンス変換器16が得
られる。
FIG. 2B shows a non-inverting amplifier circuit using the operational amplifier 101. A resistor (R10) 110 is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 101 and the ground, and a feedback resistor (resistor (R11) 33) is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 101. By using the non-inverting input terminal of the operational amplifier 101 as the input of the impedance converter 16 and the output terminal of the operational amplifier 101 as the output of the impedance converter 16,
The input impedance is extremely high, and the voltage gain A is (R
An impedance converter 16 with 10 + R11) / R10 is obtained.

【0028】図2(c)は、図2(a)や図2(b)に
示されるような演算増幅器の入力段にCMOS構造のバ
ッファを付加した回路を示している。図示されるよう
に、正負電源間にN型MOSFET34とP型MOSF
ET35とが抵抗112、113を介して直列に接続さ
れ、バッファの出力が演算増幅器100(又は101)
の入力に接続されている。このバッファの入力をインピ
ーダンス変換器16の入力とし、演算増幅器の出力端子
をインピーダンス変換器16の出力とすることで、入力
インピーダンスが極めて高いインピーダンス変換器16
が得られる。
FIG. 2C shows a circuit in which a buffer having a CMOS structure is added to the input stage of the operational amplifier as shown in FIGS. 2A and 2B. As shown, an N-type MOSFET 34 and a P-type MOSF are provided between the positive and negative power supplies.
ET35 is connected in series through resistors 112 and 113, and the output of the buffer is the operational amplifier 100 (or 101).
Connected to the input of. By using the input of this buffer as the input of the impedance converter 16 and the output terminal of the operational amplifier as the output of the impedance converter 16, the impedance converter 16 having an extremely high input impedance.
Is obtained.

【0029】図2(d)は、図2(c)の入力段のバッ
ファのような回路を示している。図示されるように、正
負電源間に、N型MOSFET34とP型MOSFET
35とが直列に接続され、両MOSFETの接続部から
出力がなされる。
FIG. 2 (d) shows a circuit such as a buffer in the input stage of FIG. 2 (c). As shown, an N-type MOSFET 34 and a P-type MOSFET are provided between the positive and negative power supplies.
35 and 35 are connected in series, and an output is made from the connection part of both MOSFETs.

【0030】図2(e)は、演算増幅器102の非反転
入力をインピーダンス変換器の入力とし、演算増幅器1
02の反転入力端子に抵抗114の一端を接続し、演算
増幅器102の出力と反転入力間を抵抗115を介して
接続したものとなっている。図2(d)及び図2(e)
に示されるように、こうした構成をとることで入力イン
ピーダンスが極めて高いインピーダンス変換器16が得
られる。
In FIG. 2E, the non-inverting input of the operational amplifier 102 is used as the input of the impedance converter, and the operational amplifier 1
One end of a resistor 114 is connected to the inverting input terminal of 02, and the output of the operational amplifier 102 and the inverting input are connected via a resistor 115. 2 (d) and 2 (e)
As shown in (1), the impedance converter 16 having an extremely high input impedance can be obtained by adopting such a configuration.

【0031】(第2のの形態)次に、本発明の第2の実
施の形態における静電容量検出回路について説明する。
図3は、第2の実施の形態例におけるインピーダンス検
出回路としての静電容量検出回路30の回路図である。
この静電容量検出回路30は、大きく分けて、図1に示
されたインピーダンス検出回路としての静電容量検出回
路10に相当するコア部31、そのコア部31の信号出
力端子20での信号電圧V01を入力として反転する反転
部32、及び、その反転部32の出力端子23での信号
電圧V03とコア部31の交流出力端子22での信号電圧
V02とを加算し、出力端子24に電圧V04の検出信号を
出力する加算部33から構成される。
(Second Embodiment) Next, an electrostatic capacitance detection circuit according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit 30 as an impedance detection circuit according to the second embodiment.
The capacitance detection circuit 30 is roughly divided into a core portion 31 corresponding to the capacitance detection circuit 10 as the impedance detection circuit shown in FIG. 1, and a signal voltage at the signal output terminal 20 of the core portion 31. The inverting unit 32 that inverts V01 as an input, the signal voltage V03 at the output terminal 23 of the inverting unit 32, and the signal voltage V02 at the AC output terminal 22 of the core unit 31 are added, and the voltage V04 is output to the output terminal 24. It is comprised from the addition part 33 which outputs the detection signal of.

【0032】コア部31は、図1に示された静電容量検
出回路10と同一の回路である。したがって、コア部3
1の信号出力端子20の電圧V01は、上記式5より、 V01=−(1+Cs/Cf)・(R2/R1)・(Vin/A) (式6) となり、コア部31の交流出力端子22の電圧V02は、
上記式1より、 V02=−(R2/R1)・(Vin/A) (式7) となる。
The core portion 31 is the same circuit as the capacitance detection circuit 10 shown in FIG. Therefore, the core part 3
The voltage V01 of the signal output terminal 20 of No. 1 becomes V01 = − (1 + Cs / Cf) · (R2 / R1) · (Vin / A) (Equation 6) from the above expression 5, and the AC output terminal 22 of the core part 31 The voltage V02 of
From the above formula 1, V02 =-(R2 / R1). (Vin / A) (formula 7).

【0033】反転部32は、可変抵抗(R4)40、抵
抗(R5)41、可変抵抗(R6)42、コンデンサ43
及び演算増幅器44を備えた反転増幅回路であり、電圧
利得が−1で、かつ、その出力端子23での信号V03の
位相がコア部31の交流出力端子22での信号V02と同
一になるように、可変抵抗(R4)40及び可変抵抗
(R6)42の抵抗値が調整されている。したがって、
この反転部32の入力電圧V01と出力電圧V03とは、理
想的には以下の関係が成り立っている。 V03=−V01 (式8)
The inverting section 32 includes a variable resistor (R4) 40, a resistor (R5) 41, a variable resistor (R6) 42, and a capacitor 43.
And an operational amplifier 44 so that the voltage gain is -1, and the phase of the signal V03 at its output terminal 23 is the same as the signal V02 at the AC output terminal 22 of the core section 31. Further, the resistance values of the variable resistor (R4) 40 and the variable resistor (R6) 42 are adjusted. Therefore,
The following relationship is ideally established between the input voltage V01 and the output voltage V03 of the inverting section 32. V03 = -V01 (Equation 8)

【0034】加算部33は、抵抗値の等しい3つの抵抗
(R7)45、抵抗(R8)46及び抵抗(R9)47が
演算増幅器48に接続された加算器である。つまり、2
つの入力信号の電圧V02及びV03と、出力電圧V04と
は、以下の関係が成り立つ。 V04=−(V02+V03) (式9) この式9に、上記式8を代入してV03を消去した後に、
上記式6及び式7を代入すると、 V04=V01−V02 =−(Cs/Cf)・(R2/R1)・(Vin/A) (式10) が成り立つ。つまり、この静電容量検出回路30の出力
端子24から出力される検出信号の電圧V04は、容量値
Csに比例することが分かる。よって、この電圧V04に
基づいて、種々の信号処理を施すことで、未知の容量値
Cs又は容量変化を容易に特定することができる。
The adder unit 33 is an adder in which three resistors (R7) 45, resistors (R8) 46 and resistors (R9) 47 having the same resistance value are connected to an operational amplifier 48. That is, 2
The following relationships are established between the voltages V02 and V03 of the two input signals and the output voltage V04. V04 =-(V02 + V03) (Equation 9) After substituting the above Equation 8 into this Equation 9 to erase V03,
By substituting the equations 6 and 7, V04 = V01-V02 =-(Cs / Cf). (R2 / R1). (Vin / A) (Equation 10) holds. That is, it can be seen that the voltage V04 of the detection signal output from the output terminal 24 of the electrostatic capacitance detection circuit 30 is proportional to the capacitance value Cs. Therefore, an unknown capacitance value Cs or capacitance change can be easily specified by performing various signal processings based on this voltage V04.

【0035】この式10と第1の実施の形態例における
検出信号の電圧Voutを示す式5とを比較して分かるよ
うに、第2の実施の形態例における静電容量検出回路3
0で得られる検出信号は、第1の実施の形態例と異な
り、被検出コンデンサ17の容量に比例する成分だけを
含み、不要なオフセット分(被検出コンデンサ17に依
存しない電圧)を含んでいない。したがって、第2の実
施の形態例における検出信号から被検出コンデンサ17
の容量又は容量変化を特定する信号処理は、簡易なもの
で済む。なお、本例では、V03=−V01となる例で説明
したが、本発明は、これに限定されるものではない。容
量センサの種類により、V03=k・V01(kは反転増幅
部の増幅率)として、出力電圧V04が、 V04={k・(Cs/Cf)+(k+1)}・(R2/R
1)・Vin となるように設定してもよい。
As can be seen by comparing Expression 10 with Expression 5 showing the voltage Vout of the detection signal in the first embodiment, the capacitance detection circuit 3 in the second embodiment is shown.
Unlike the first embodiment, the detection signal obtained at 0 includes only a component proportional to the capacitance of the detected capacitor 17, and does not include an unnecessary offset component (voltage that does not depend on the detected capacitor 17). . Therefore, the detected capacitor 17 is detected from the detection signal in the second embodiment.
The signal processing for specifying the capacity or the capacity change of is simple. In addition, in this example, the example in which V03 = −V01 is described, but the present invention is not limited to this. Depending on the type of capacitance sensor, the output voltage V04 is V04 = {k · (Cs / Cf) + (k + 1)} · (R2 / R, with V03 = k · V01 (k is the amplification factor of the inverting amplifier).
1) ・ Vin may be set.

【0036】以上、本発明に係るインピーダンス検出回
路について、2つの実施の形態例に基づいて説明した
が、本発明は、これらの実施の形態例及び応用例に限定
されるものではない。
Although the impedance detection circuit according to the present invention has been described above based on the two embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and application examples.

【0037】例えば、図3で示した加算方式による電圧
発生器の発生電圧に対応する信号のキャンセル手段は、
図4または図5等で示されるように、別の加算手段、減
算手段を用いてもよい。
For example, the canceling means of the signal corresponding to the voltage generated by the voltage generator of the addition method shown in FIG.
As shown in FIG. 4 or FIG. 5, other adding means and subtracting means may be used.

【0038】図4は、静電容量検出回路10と機能的に
同じであるインピーダンス検出回路50の信号出力20
(Vout)は、抵抗46を介して加算回路の一方の入力
に接続され、インピーダンス検出回路50のVinは、抵
抗45を介して前記加算回路のもう一方の入力に接続さ
れている。この信号出力20はVinに対して反転してい
るので加算することにより電圧発生器の発生電圧に対応
する信号のキャンセルが可能となる。これに対して、図
5では、インピーダンス検出回路50の交流信号出力端
子からの出力と信号出力端子Voutからの出力をそのま
ま用いている。この2つの信号はともにVinに対しては
反転しているためにこれらの信号をそのまま使うために
は、この図のように減算回路が必要となる。なお、それ
ぞれの加算手段や減算手段の入力はコンパチブルに入れ
替えが可能である。
FIG. 4 shows the signal output 20 of the impedance detection circuit 50 which is functionally the same as the capacitance detection circuit 10.
(Vout) is connected to one input of the adder circuit via the resistor 46, and Vin of the impedance detection circuit 50 is connected to the other input of the adder circuit via the resistor 45. Since this signal output 20 is inverted with respect to Vin, it is possible to cancel the signal corresponding to the voltage generated by the voltage generator by adding it. On the other hand, in FIG. 5, the output from the AC signal output terminal and the output from the signal output terminal Vout of the impedance detection circuit 50 are used as they are. Since these two signals are both inverted with respect to Vin, in order to use these signals as they are, a subtraction circuit is required as shown in this figure. The inputs of the respective addition means and subtraction means can be interchanged.

【0039】さらに、例えば、静電容量検出回路10及
び30において、被検出コンデンサ17に流れる電流を
検出するために、演算増幅器14とインピーダンス変換
器16との間に、コンデンサ15が接続されたが、これ
に代えて、抵抗やインダクタンス等のインピーダンス素
子を接続してもよい。例えば、コンデンサ15に代えて
抵抗値R3の抵抗を接続した場合には、静電容量検出回
路10の出力端子20から出力される検出信号の電圧V
outは、上記式5に代えて、 Vout=V01 ={(1+R3・ΔCs・ωc・cos(ωc・t))sin(ωin・t)+R3( Cd+ΔCs・sin(ωc・t))ωin・cos(ωin・t)}・(Vin/A) ( 式11) ΔCs:被検出コンデンサの容量変化分 ωc :被検出コンデンサの周波数 Cd :被検出コンデンサの変化しない基準の容量 ωin :入力電圧の周波数 となる。この場合であっても、検出信号の電圧V04は、
容量値Csに比例することに変わりない。よって、この
電圧V04に基づいて、種々の信号処理を施すことで、未
知の容量値Csや容量変化を容易に特定することができ
る。
Further, for example, in the capacitance detection circuits 10 and 30, the capacitor 15 is connected between the operational amplifier 14 and the impedance converter 16 in order to detect the current flowing through the detected capacitor 17. Instead of this, an impedance element such as a resistor or an inductance may be connected. For example, when a resistor having a resistance value R3 is connected instead of the capacitor 15, the voltage V of the detection signal output from the output terminal 20 of the capacitance detection circuit 10
out is replaced by the above equation 5, and Vout = V01 = {(1 + R3.ΔCs.ωc ・ cos (ωc ・ t)) sin (ωin ・ t) + R3 (Cd + ΔCs ・ sin (ωc ・ t)) ωin ・ cos ( ωin · t)} · (Vin / A) (Equation 11) ΔCs: Change in capacitance of detected capacitor ωc: Frequency of detected capacitor Cd: Reference capacitance of unchanged capacitor ωin: Input voltage frequency . Even in this case, the voltage V04 of the detection signal is
It is still proportional to the capacitance value Cs. Therefore, the unknown capacitance value Cs and the capacitance change can be easily specified by performing various signal processes based on the voltage V04.

【0040】また、図6に示されるように、上記実施の
形態における静電容量検出回路10及び30におけるコ
ンデンサ15と並列に抵抗18を付加して接続してもよ
い。これによって、コンデンサ15と被検出コンデンサ
17との接続点は、抵抗18を介して第1演算増幅器1
4の出力端子と接続されることになり、直流的にフロー
ティング状態となることが解消され、電位が固定され
る。
Further, as shown in FIG. 6, a resistor 18 may be added and connected in parallel with the capacitor 15 in the electrostatic capacitance detection circuits 10 and 30 in the above embodiment. As a result, the connection point between the capacitor 15 and the detected capacitor 17 is connected to the first operational amplifier 1 via the resistor 18.
4 is connected to the output terminal, the floating state in the direct current is eliminated, and the potential is fixed.

【0041】また、被検出インピーダンスとして接続さ
れるものは、未知の容量(半導体チップ内、基板配線
上、パッケージ配線上など)、また、コンデンサマイク
ロホン、加速度センサ、地震計、圧力センサ、変位セン
サ、変位計、近接センサ、タッチセンサ、イオンセン
サ、湿度センサ、雨滴センサ、雪センサ、雷センサ、位
置合わせセンサ、接触不良センサ、形状センサ、終点検
出センサ、振動センサ、超音波センサ、角速度センサ、
液量センサ、ガスセンサ、赤外線センサ、放射線セン
サ、水位計、凍結センサ、水分計、振動計、帯電セン
サ、プリント基板検査機等の各種物理量を検出する全て
のトランスデューサ(デバイス)が含まれる。
What is connected as an impedance to be detected is an unknown capacitance (in a semiconductor chip, on a board wiring, on a package wiring, etc.), a condenser microphone, an acceleration sensor, a seismograph, a pressure sensor, a displacement sensor, Displacement meter, proximity sensor, touch sensor, ion sensor, humidity sensor, raindrop sensor, snow sensor, lightning sensor, alignment sensor, contact failure sensor, shape sensor, end point detection sensor, vibration sensor, ultrasonic sensor, angular velocity sensor,
It includes all transducers (devices) that detect various physical quantities such as a liquid quantity sensor, a gas sensor, an infrared sensor, a radiation sensor, a water level meter, a freezing sensor, a moisture meter, a vibrometer, a charge sensor, and a printed circuit board inspection machine.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るインピーダンス検出回路及び静電容量検出回路
は、抵抗を介して演算増幅器に交流電圧を印加し、その
演算増幅器の負帰還路に被検出インピーダンスを接続す
ることで、被検出インピーダンスのインピーダンスを検
出している。つまり、非反転入力端子を所定の電位に接
続した演算増幅器の出力端子とインピーダンス変換器の
入力端子間に容量性のインピーダンス素子を接続すると
ともに、インピーダンス変換器の入力端子と所定の電位
間に被検出インピーダンスを接続している。
As is apparent from the above description, the impedance detecting circuit and the electrostatic capacitance detecting circuit according to the present invention apply an AC voltage to the operational amplifier via a resistor and apply it to the negative feedback path of the operational amplifier. The impedance of the detected impedance is detected by connecting the detected impedance. That is, a capacitive impedance element is connected between the output terminal of the operational amplifier whose non-inverting input terminal is connected to a predetermined potential and the input terminal of the impedance converter, and the input terminal of the impedance converter is connected to the predetermined potential. The detection impedance is connected.

【0043】これによって、被検出インピーダンスに流
れる電流のほぼ全てがインピーダンス素子に流れ、演算
増幅器の出力端子には被検出インピーダンスのインピー
ダンスに対応する正確な信号が出力されることとなり、
極めて微小なインピーダンスの検出が可能となる。特
に、それぞれのインピーダンスが容量性のときには、f
Fオーダー以下の微小な容量が測定でき、被検出容量の
変化の周波数に依存しない測定が可能となる。
As a result, almost all the current flowing through the impedance to be detected flows through the impedance element, and an accurate signal corresponding to the impedance of the impedance to be detected is output to the output terminal of the operational amplifier.
It becomes possible to detect extremely small impedance. In particular, when each impedance is capacitive, f
It is possible to measure a minute capacitance of F order or less, and it is possible to perform the measurement that does not depend on the frequency of the change in the detected capacitance.

【0044】そして、演算増幅器の非反転入力端子は所
定の電位に接続され、入力端子の一方の電位が固定され
るので、演算増幅器は安定して動作し、演算誤差が低減
し、検出信号に含まれるノイズが抑制される。
Since the non-inverting input terminal of the operational amplifier is connected to a predetermined potential and one of the input terminals is fixed in potential, the operational amplifier operates stably, the operational error is reduced, and the detection signal is detected. The contained noise is suppressed.

【0045】また、演算増幅器とインピーダンス変換器
との間に容量性のインピーダンス素子が接続されている
ので、演算増幅器に印加される交流電圧の周波数に依存
せず、被検出コンデンサの容量変化の周波数にも依存し
ない検出感度が確保される。さらに、演算増幅器とイン
ピーダンス変換器との間に抵抗を接続した場合における
その抵抗からの熱雑音によるS/N比の劣化という問題
も生じない。
Further, since the capacitive impedance element is connected between the operational amplifier and the impedance converter, the frequency of the capacitance change of the detected capacitor does not depend on the frequency of the AC voltage applied to the operational amplifier. A detection sensitivity that does not depend on is also secured. Further, when a resistor is connected between the operational amplifier and the impedance converter, there is no problem of deterioration of the S / N ratio due to thermal noise from the resistor.

【0046】ここで、前記インピーダンス検出回路に、
信号出力端子での信号を反転する反転増幅回路と、イン
ピーダンス変換器の出力信号と反転増幅回路の出力信号
とを加算する加算回路とを付加してもよい。これによっ
て、インピーダンス検出回路の出力信号に含まれる不要
なオフセット成分が除去され、被検出インピーダンスの
インピーダンスに対応する正味の信号を大きく増幅する
ことができる。
Here, in the impedance detection circuit,
You may add the inverting amplifier circuit which inverts the signal in a signal output terminal, and the addition circuit which adds the output signal of an impedance converter and the output signal of an inverting amplifier circuit. As a result, an unnecessary offset component included in the output signal of the impedance detection circuit is removed, and the net signal corresponding to the impedance of the detected impedance can be greatly amplified.

【0047】以上のように、本発明により、使用環境の
限定も少なくなり、微小なインピーダンスを正確に検出
することができ、かつ、小型化に適したインピーダンス
検出回路、静電容量検出回路等が実現され、特に、携帯
電話機等の軽量・小型の音声通信機器の音声性能が飛躍
的に向上され、その実用的価値は極めて高い。
As described above, according to the present invention, the limitation of the use environment is reduced, a minute impedance can be accurately detected, and an impedance detection circuit, a capacitance detection circuit, etc. suitable for miniaturization are provided. It has been realized, and in particular, the voice performance of a lightweight and small-sized voice communication device such as a mobile phone is dramatically improved, and its practical value is extremely high.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態におけるインピーダ
ンス検出回路としての静電容量検出回路の回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit as an impedance detection circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(e)は、本発明で使用可能なインピ
ーダンス変換器の例を示す図である
2A to 2E are diagrams showing examples of impedance converters usable in the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態におけるインピーダ
ンス検出回路としての静電容量検出回路の回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit as an impedance detection circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3に示された加算方式による電圧発生器の発
生電圧に対応する信号のキャンセル手段を別の手段(加
算回路)で構成した例を示す。
FIG. 4 shows an example in which the canceling means of the signal corresponding to the generated voltage of the voltage generator by the addition method shown in FIG. 3 is configured by another means (adding circuit).

【図5】図3に示された加算方式による電圧発生器の発
生電圧に対応する信号のキャンセル手段を別の手段(減
算回路)で構成した例を示す。
5 shows an example in which the canceling means for the signal corresponding to the voltage generated by the voltage generator according to the addition method shown in FIG. 3 is configured by another means (subtraction circuit).

【図6】本発明の他の実施の形態における静電容量検出
回路の回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit according to another embodiment of the present invention.

【図7】従来の静電容量検出回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional capacitance detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、30 静電容量検出回路 11 交流電圧発生器 12、13、18、41、45〜47、110〜115
抵抗 14、44、48、100〜102 演算増幅器 15 コンデンサ(インピーダンス素子) 16 インピーダンス変換器 17 被検出コンデンサ 20 信号出力端子 21 インピーダンス変換器の入力端子 22 交流出力端子 23 反転部の出力端子 24 静電容量検出回路の出力端子 31 コア部 32 反転部 33 加算部 34、35 MOSET 40、42 可変抵抗 43 コンデンサ
10, 30 Capacitance detection circuit 11 AC voltage generators 12, 13, 18, 41, 45-47, 110-115
Resistors 14, 44, 48, 100-102 Operational amplifier 15 Capacitor (impedance element) 16 Impedance converter 17 Detected capacitor 20 Signal output terminal 21 Impedance converter input terminal 22 AC output terminal 23 Inversion section output terminal 24 Electrostatic Output terminal 31 of the capacitance detection circuit 31 Core part 32 Inversion part 33 Addition parts 34, 35 MOSET 40, 42 Variable resistor 43 Capacitor

フロントページの続き (72)発明者 池内 直樹 兵庫県尼崎市扶桑町1番8号 住友金属工 業株式会社エレクトロニクス技術研究所内 (72)発明者 松本 俊行 兵庫県尼崎市扶桑町1番8号 住友金属工 業株式会社エレクトロニクス技術研究所内 (72)発明者 中野 浩一 兵庫県西宮市名塩東久保2番16号 北斗電 子工業株式会社内 Fターム(参考) 2G028 AA01 BB10 CG07 CG08 DH03 DH04 EJ10 FK01 Continued front page    (72) Inventor Naoki Ikeuchi             Sumitomo Metal Works, No. 8 Fuso-cho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture             Industry Electronics Research Laboratory (72) Inventor Toshiyuki Matsumoto             Sumitomo Metal Works, No. 8 Fuso-cho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture             Industry Electronics Research Laboratory (72) Inventor Koichi Nakano             Hokutoden 2-16 Meishio Higashikubo Nishinomiya City, Hyogo Prefecture             Child Industry Co., Ltd. F term (reference) 2G028 AA01 BB10 CG07 CG08 DH03                       DH04 EJ10 FK01

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検出インピーダンスのインピーダンス
に対応する検出信号を出力するインピーダンス検出回路
であって、 入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いイ
ンピーダンス変換器と、容量性の第1インピーダンス素
子と、第1演算増幅器と、前記第1演算増幅器に交流電
圧又は直流電圧の少なくともいずれか一方を印加する電
圧発生器と、前記第1演算増幅器の出力に接続される信
号出力端子とを備え、 前記インピーダンス変換器の入力端子には前記被検出イ
ンピーダンスの一端と前記第1インピーダンス素子の一
端とが接続され、 前記第1演算増幅器の負帰還路に前記第1インピーダン
ス素子及び前記インピーダンス変換器が含まれることを
特徴とするインピーダンス検出回路。
1. An impedance detection circuit for outputting a detection signal corresponding to the impedance of a detected impedance, the impedance converter having a high input impedance and a low output impedance, a capacitive first impedance element, and a first calculation. An impedance converter, a voltage generator for applying at least one of an AC voltage and a DC voltage to the first operational amplifier, and a signal output terminal connected to the output of the first operational amplifier. One end of the detected impedance and one end of the first impedance element are connected to an input terminal, and the first impedance element and the impedance converter are included in a negative feedback path of the first operational amplifier. Impedance detection circuit.
【請求項2】 被検出インピーダンスのインピーダンス
に対応する検出信号を出力するインピーダンス検出回路
であって、 入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いイ
ンピーダンス変換器と、第1インピーダンス素子と、第
1演算増幅器と、前記第1演算増幅器に交流電圧又は直
流電圧の少なくともいずれか一方を印加する電圧発生器
と、前記第1演算増幅器の出力に接続される信号出力端
子と、前記信号出力端子での信号から前記電圧発生器の
発生電圧に対応する信号の全部又は一部をキャンセルす
るキャンセル手段とを備え、 前記インピーダンス変換器の入力端子には前記被検出イ
ンピーダンスの一端と前記第1インピーダンス素子の一
端とが接続され、 前記第1演算増幅器の負帰還路に前記第1インピーダン
ス素子及び前記インピーダンス変換器が含まれることを
特徴とするインピーダンス検出回路。
2. An impedance detection circuit for outputting a detection signal corresponding to the impedance of a detected impedance, the impedance converter having a high input impedance and a low output impedance, a first impedance element, a first operational amplifier, A voltage generator that applies at least one of an AC voltage and a DC voltage to the first operational amplifier, a signal output terminal connected to the output of the first operational amplifier, and the voltage from the signal at the signal output terminal. A canceling means for canceling all or a part of the signal corresponding to the voltage generated by the generator, wherein one end of the detected impedance and one end of the first impedance element are connected to an input terminal of the impedance converter. The first impedance element and the negative feedback path in the negative feedback path of the first operational amplifier, An impedance detection circuit including an impedance converter.
【請求項3】 前記被検出インピーダンスは、容量性の
インピーダンス素子であることを特徴とする請求項1又
は2記載の静電容量検出回路。
3. The capacitance detection circuit according to claim 1, wherein the detected impedance is a capacitive impedance element.
【請求項4】 前記静電容量検出回路は、さらに、前記
第1インピーダンス素子と並列に接続される抵抗素子を
含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記
載の静電容量検出回路。
4. The electrostatic capacitance detection circuit according to claim 1, further comprising a resistance element connected in parallel with the first impedance element. Capacitance detection circuit.
【請求項5】 前記第1演算増幅器と前記電圧発生器と
の間に備えられた第2インピーダンス素子をさらに含む
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の
インピーダンス検出回路。
5. The impedance detection circuit according to claim 1, further comprising a second impedance element provided between the first operational amplifier and the voltage generator. .
【請求項6】 前記被検出インピーダンスの一端と前記
インピーダンス変換器の入力端子とは非シールドの導電
体で接続されることを特徴とする請求項1〜5のいずれ
か1項に記載のインピーダンス検出回路。
6. The impedance detection device according to claim 1, wherein one end of the detected impedance and an input terminal of the impedance converter are connected by an unshielded conductor. circuit.
【請求項7】 前記インピーダンス変換器が電圧利得が
1のボルテージフォロワであることを特徴とする請求項
1〜6のいずれか1項に記載のインピーダンス検出回
路。
7. The impedance detection circuit according to claim 1, wherein the impedance converter is a voltage follower having a voltage gain of 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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TWI645200B (en) * 2018-01-04 2018-12-21 國立彰化師範大學 Non-contact static electricity measuring device

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CN105092980A (en) * 2015-07-17 2015-11-25 北京控制工程研究所 Intelligent testing method of input and output impedances
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