JP2004279261A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の物理量を精度良く検出可能な物理量検出装置を提供する。
【解決手段】Ｘ軸方向の加速度に応じて容量が変化するセンサエレメント部１０ｘと、Ｙ軸方向の加速度に応じて容量が変化するセンサエレメント部１０ｙとが、１つの半導体基板上に形成されたセンサ１を備えると共に、センサエレメント部１０ｘ，１０ｙの各々について、そのセンサエレメント部１０ｘ，１０ｙの容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路２ｘ，２ｙと、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘ，２ｙの出力電圧Ｖｓｘ，Ｖｓｙを一定時間毎にサンプルホールドして信号処理を行う信号処理回路３ｘ，３ｙとを備えた加速度検出装置では、各信号処理回路３ｘ，３ｙ同士のサンプリングタイミングがずらして設定されている。このため、各信号処理回路３ｘ，３ｙがサンプリング動作した際の他系統への影響をなくすことができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の物理量を検出する物理量検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、加速度や圧力等の力学的なエネルギーによって容量が変化するセンサエレメント部と、このセンサエレメント部の容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換（容量−電圧変換）回路と、Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理回路と、を備えた容量式の物理量検出装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。そして、この種の装置では、信号処理回路の出力に基づいて加速度や圧力等の物理量を検出する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１４５７１７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２１０５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の技術を用いて、例えば、複数方向（ここでは、説明の便宜上、Ｘ軸方向とＹ軸方向との２方向とする）の各加速度を検出する装置を構成する場合には、Ｘ軸方向の加速度に応じて容量が変化するセンサエレメント部（以下、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部という）と、Ｙ軸方向の加速度に応じて容量が変化するセンサエレメント部（以下、Ｙ軸方向用のセンサエレメント部という）とを設けると共に、その各センサエレメント部について、Ｃ−Ｖ変換回路と信号処理回路とをそれぞれ設けることとなる。
【０００５】
しかし、この場合、Ｘ軸方向用とＹ軸方向用とのセンサエレメント部にそれぞれ対応する各信号処理回路を同時にサンプリング動作させると、配線パターン間の寄生容量等の影響により、その各信号処理回路に正確な電圧をホールドさせることができなくなり、その結果、各センサエレメント部の容量変化（延いては、複数方向の加速度）を正確に検出することができなくなるという問題が発生する。
【０００６】
例えば、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部に対応するＣ−Ｖ変換回路と信号処理回路とを、それぞれ、Ｘ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路及びＸ軸方向用の信号処理回路と称し、Ｙ軸方向用のセンサエレメント部に対応するＣ−Ｖ変換回路と信号処理回路とを、それぞれ、Ｙ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路及びＹ軸方向用の信号処理回路と称することにすると、一般にサンプルホールドするための回路はコンデンサの充電によって電圧をサンプリング（記憶）するため、Ｘ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路の出力信号ラインとＹ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路の出力信号ラインとの間に大きな寄生容量が存在すると、Ｘ軸方向用の信号処理回路がＸ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路の出力電圧をサンプリングした際に、Ｙ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路の出力電圧が変動して、その変動した電圧をＹ軸方向用の信号処理回路がサンプリングしてしまう。そして同時に、そのＹ軸方向用の信号処理回路がＹ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路の出力電圧をサンプリングした際に、Ｘ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路の出力電圧が変動して、その変動した電圧をＸ軸方向用の信号処理回路がサンプリングしてしまう。よって、各信号処理回路に記憶される電圧が誤差のあるものになってしまう。
【０００７】
また、こうした問題は、容量変化式のセンサを用いた場合に限るものではないが、特に、そのような容量変化式のセンサエレメント部を同一の半導体基板上に複数形成した場合に顕著になると考えられる。
つまり、上記の例で述べると、Ｘ軸方向用とＹ軸方向用の各センサエレメント部の出力端子同士が半導体基板上の寄生容量によって接続されることとなり、その結果、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部からＸ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路への信号ラインと、Ｙ軸方向用のセンサエレメント部からＹ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路への信号ラインとが、上記半導体基板上の寄生容量によって接続されることとなるため、各信号処理回路がサンプリング動作した際の他系統への影響が大きくなるからである。
【０００８】
そこで本発明は、複数の物理量を精度良く検出することが可能な物理量検出装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の物理量検出装置は、検出対象の物理量に応じて出力電圧が変化する検出手段と、該検出手段の出力電圧を一定時間毎にサンプリングしてホールドする信号処理回路とを、複数組備えているが、特に本装置では、各信号処理回路のサンプリングタイミングがずれて設定されている。
【００１０】
このような請求項１の物理量検出装置によれば、各信号処理回路がサンプリング動作した際の他系統への影響をなくして、各信号処理回路に記憶される電圧の誤差を低減することができる。よって、その各信号処理回路に記憶された電圧に基づいて複数の物理量を精度良く検出すことが可能となる。
【００１１】
特に、各検出手段が、検出対象の物理量に応じて容量が変化するセンサエレメント部と、該センサエレメント部の容量変化を電圧に変換して出力する容量−電圧変換回路とからなると共に、その各センサエレメント部が同一の基板上に形成されている場合には、前述したように、各センサエレメント部の出力端子同士が基板上の寄生容量によって接続されてしまうが、そのような場合でも、各信号処理回路がサンプリング動作した際の他系統への影響をなくすことができる。よって、複数のセンサエレメント部を同一の基板上に形成することによる小型化のメリットを十分に生かすことができる。
【００１２】
尚、センサエレメント部としては、具体的には、電気的に直列に接続された２つのコンデンサであって、そのうちの少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化する第１及び第２のコンデンサを有すると共に、その第１及び第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１及び第２の矩形波が印加されるものを用いることができ、その場合、容量−電圧変換回路としては、それ対応するセンサエレメント部の第１及び第２のコンデンサの接続点（即ち、そのセンサエレメント部の出力端子）に接続されて、その第１及び第２のコンデンサの容量差を電圧に変換する回路を用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態の物理量検出装置について、図面を用いて説明する。尚、本実施形態の物理量検出装置は、複数の物理量として、複数方向（ここでは、Ｘ軸方向とＹ軸方向との２方向）の加速度を検出するものであるため、以下では、加速度検出装置と言う。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の加速度検出装置は、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのセンサエレメント部１０ｘと、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのセンサエレメント部１０ｙとを備えており、更に、その各センサエレメント部１０ｘ，１０ｙ毎に、Ｃ−Ｖ変換（容量−電圧変換）回路２ｘ，２ｙと、信号処理回路３ｘ，３ｙとを備えている。
【００１５】
尚、図面及び以下の説明において、素子や信号等に付した符号の最後の「ｘ」は、その符号の素子や信号等が、センサエレメント部１０ｘに対応するもの（即ち、Ｘ軸方向の加速度検出に関するもの）であることを示しており、同様に、符号の最後の「ｙ」は、その符号の素子や信号等が、センサエレメント部１０ｙに対応するもの（即ち、Ｙ軸方向の加速度検出に関するもの）であることを示している。また、以下の説明において、Ｘ軸方向用とは、Ｘ軸方向の加速度検出に関するものであることを意味し、同様に、Ｙ軸方向用とは、Ｙ軸方向の加速度検出に関するものであることを意味している。
【００１６】
ここで、センサエレメント部１０ｘは、固定電極１１，１３と、Ｘ軸方向の物理量（ここでは加速度）に応じて変位する可動電極１２とで構成されている。そして、固定電極１１と可動電極１２の間に第１のコンデンサ（容量をＣ１とする）が形成され、固定電極１３と可動電極１２の間に第２のコンデンサ（容量をＣ２とする）が形成されており、その容量Ｃ１、Ｃ２が差動容量を構成するようになっている。つまり、第１、第２のコンデンサは、電気的に直列に接続されており、その容量差（＝Ｃ１−Ｃ２）が可動電極１２の変位（即ち、Ｘ軸方向の加速度）に応じて変化するようになっている。
【００１７】
そして更に、センサエレメント部１０ｘの固定電極１１、１３の両端（外側）のノードには、可動電極１２の共振周波数より十分高い周波数で反転する互いに逆相の矩形波（即ち、１８０°の位相差を持った矩形波）Ｐ１ｘ、Ｐ２ｘがそれぞれ印加される。
【００１８】
また、センサエレメント部１０ｙも、センサエレメント部１０ｘと同様のものであり、固定電極１１，１３と可動電極１２とで構成されているが、可動電極１２がＹ軸方向の物理量（ここでは加速度）に応じて変位する点のみ異なっている。そして、このセンサエレメント部１０ｙの固定電極１１、１３の両端（外側）のノードにも、可動電極１２の共振周波数より十分高い周波数で反転する互いに逆相の矩形波Ｐ１ｙ、Ｐ２ｙがそれぞれ印加される。
【００１９】
そして更に、本実施形態において、このような２つのセンサエレメント部１０ｘ，１０ｙは、同一の半導体基板上に形成されることで、１つの加速度センサ１を成している。
次に、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘ，２ｙと信号処理回路３ｘ，３ｙとについて説明する。尚、２つのＣ−Ｖ変換回路２ｘ，２ｙは同じ構成のものであり、同様に、２つの信号処理回路３ｘ，３ｙも同じ構成のものであるため、ここでは、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部１０ｘに対応する方（Ｃ−Ｖ変換回路２ｘと信号処理回路３ｘ）についてのみ詳しく説明する。
【００２０】
まず、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘは、演算増幅器２１と、演算増幅器２１の反転入力端子（−端子）と出力端子との間に接続された第３のコンデンサ（容量をＣｆとする）２２と、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子との間に接続されたスイッチ２３とから構成されている。つまり、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘは、いわゆるスイッチドキャパシタ回路である。
【００２１】
そして、演算増幅器２１の反転入力端子は、センサエレメント部１０ｘの出力端子（即ち、第１及び第２のコンデンサの接続点に相当する可動電極１２）に接続されており、演算増幅器２１の非反転入力端子（＋端子）は、一定の基準電圧Ｖｒに接続されている。尚、本実施形態において、基準電圧Ｖｒは、本装置における各回路の電源電圧（本実施形態では５Ｖ）の１／２の電圧（＝２．５Ｖ）に設定されている。また、スイッチ２３は、スイッチ信号ＳＲｘによってオン／オフされる。
【００２２】
一方、信号処理回路３ｘは、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧（即ち、演算増幅器２１の出力）Ｖｓｘを矩形波Ｐ１ｘ、Ｐ２ｘに同期した一定時間毎のタイミングでサンプルホールドし、信号処理を行って、センサエレメント部１０ｘの可動電極１２に作用する加速度（Ｘ軸方向の加速度）に応じた検出信号ＯＵＴｘを出力するものであり、詳しくは、２つのサンプルホールド回路４ｘ，５ｘと、その２つのサンプルホールド回路４ｘ，５ｘの出力を差動増幅して出力する差動増幅回路６ｘと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７ｘとから構成されている。
【００２３】
ここで、サンプルホールド回路４ｘは、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器４１と、演算増幅器４１の非反転入力端子と接地電位（＝０Ｖ）との間に接続されたサンプルホールド用のコンデンサ４２と、演算増幅器４１の非反転入力端子とＣ−Ｖ変換回路２ｘの演算増幅器２１の出力端子とを開閉するスイッチ４３とから構成されている。
【００２４】
そして、このサンプルホールド回路４ｘでは、スイッチ４３が、スイッチ信号Ｓ１ｘによってオンされたときに、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘをサンプリング（記憶）し、その後、スイッチ４３がオフされても、サンプリングした電圧Ｖｓｘをホールド（保持）して、演算増幅器４１の出力を、そのサンプリングした電圧Ｖｓｘのままにする。
【００２５】
また、サンプルホールド回路５ｘも、サンプルホールド回路４ｘと同様に、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器５１と、演算増幅器５１の非反転入力端子と接地電位との間に接続されたコンデンサ５２と、演算増幅器５１の非反転入力端子とＣ−Ｖ変換回路２ｘの演算増幅器２１の出力端子とを開閉するスイッチ５３とから構成されている。
【００２６】
そして、このサンプルホールド回路５ｘにおいても、スイッチ５３が、スイッチ信号Ｓ２ｘによってオンされたときに、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘをサンプリングし、その後、スイッチ５３がオフされても、サンプリングした電圧Ｖｓｘをホールドして、演算増幅器５１の出力を、そのサンプリングした電圧Ｖｓｘのままにする。
【００２７】
一方、差動増幅回路６ｘは、演算増幅器６１と、演算増幅器６１の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗６２と、演算増幅器６１の反転入力端子と演算増幅器４１の出力端子との間に接続された抵抗６３と、演算増幅器６１の非反転入力端子と接地電位との間に接続された抵抗６４と、演算増幅器６１の非反転入力端子と演算増幅器５１の出力端子との間に接続された抵抗６５とから構成されている。そして、この差動増幅回路６ｘでは、演算増幅器６１の出力端子から、サンプルホールド回路５ｘの出力（即ち、演算増幅器５１の出力）とサンプルホールド回路４ｘの出力（即ち、演算増幅器４１の出力）との差の電圧が出力される。
【００２８】
そして、この差動増幅回路６ｘの出力（即ち、演算増幅器６１の出力）から、ローパスフィルタ７ｘにより高周波のノイズが除去され、そのローパスフィルタ７ｘの出力が、検出信号ＯＵＴｘとして出力される。
尚、Ｙ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｙでは、演算増幅器２１の反転入力端子がセンサエレメント部１０ｙの出力端子（可動電極１２）に接続されており、そのＣ−Ｖ変換回路２ｙのスイッチ２３は、スイッチ信号ＳＲｙによってオン／オフされる。また、Ｙ軸方向用の信号処理回路３ｙにおけるサンプルホールド回路４ｙ，５ｙの各スイッチ４３，５３は、スイッチ信号Ｓ１ｙ，Ｓ２ｙによってそれぞれオン／オフされる。
【００２９】
そして、本実施形態の加速度検出装置において、上記各矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ，Ｐ１ｙ，Ｐ２ｙと、上記各スイッチ信号ＳＲｘ，Ｓ１ｘ，Ｓ２ｘ，ＳＲｙ，Ｓ１ｙ，Ｓ２ｙは、マイコン等を主要部とした制御回路８から、図２のようなタイミングで出力される。尚、本実施形態では、スイッチ信号ＳＲｘ，Ｓ１ｘ，Ｓ２ｘ，ＳＲｙ，Ｓ１ｙ，Ｓ２ｙがハイレベルのときに、該当するスイッチがオンされる。
【００３０】
そこで次に、本加速度検出装置の動作について、図２を参照して説明する。
最初に、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部１０ｘと、それに対応するＣ−Ｖ変換回路２ｘ及び信号処理回路３ｘとの部分について説明する。
まず、前述したように、センサエレメント部１０ｘの固定電極１１，１３には、図２の１段目及び２段目に示すような逆相の矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘがそれぞれ印加される。そして、本実施形態において、矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘの振幅は５Ｖ（ロー＝０Ｖ，ハイ＝５Ｖ）である。
【００３１】
また、センサエレメント部１０ｘの可動電極１２には、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘの演算増幅器２１の働きにより、基準電圧Ｖｒ（＝２．５Ｖ）の電圧がバイアスされる。これにより、可動電極１２と固定電極１１との間に形成される第１のコンデンサ（容量Ｃ１）、及び、可動電極１２と固定電極１３との間に形成される第２のコンデンサ（容量Ｃ２）には、常に２．５Ｖの電位差が与えられる。
【００３２】
そして、矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘは、１８０°の位相差をもっているため、第１及び第２のコンデンサの共通電極である可動電極１２には、（Ｃ１−Ｃ２）に比例すると共に、矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘの振幅（＝５Ｖ）に比例した電荷量が蓄えられる。そして更に、（Ｃ１−Ｃ２）の差動変化は、可動電極１２の変位によるものであり、即ち加速度に比例した変化である。よって、この電荷量の変化を検出することで、容量変化（＝加速度の変化）を検出することができる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図２に示すように、状態を▲１▼〜▲４▼の４つのステージに分けており、▲１▼リセット→▲２▼サンプルホールド１→▲３▼矩形波切替→▲４▼サンプルホールド２→▲１▼、の繰り返しを例えば１０μｓの間に行っている。尚、ここでは、可動電極１２と固定電極１１，１３との間の容量Ｃ１，Ｃ２の関係が、Ｃ１＞Ｃ２であるときの状態を説明する。
【００３４】
まず、状態▲１▼のリセット期間では、スイッチ信号ＳＲｘによりＣ−Ｖ変換回路２ｘのスイッチ２３がオンされて、コンデンサ２２の電極間が短絡される（基準状態）。このとき、Ｃ１＞Ｃ２の関係と、固定電極１１，１３に印加させる電圧の関係（Ｐ１ｘ＝５Ｖ，Ｐ２ｘ＝０Ｖ）とから、可動電極１２の電荷量は負の電荷（−）が多い状態になる。
【００３５】
次に、状態▲２▼では、上記スイッチ２３のオンによる基準状態でのＣ−Ｖ変換回路２ｘの出カ電圧Ｖｓｘを、サンプルホールド回路４ｘによってサンプリングし記憶する。つまり、スイッチ信号Ｓ１ｘにより、サンプルホールド回路４ｘのスイッチ４３が所定時間だけオンされる。
【００３６】
そして、次の状態▲３▼では、固定電極１１，１３に印加している矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘの電圧が、それぞれ５Ｖ→ＯＶ、ＯＶ→５Ｖに反転される。すると、このとき、可動電極１２の電荷の状態は、矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘの反転により正の電荷（＋）が多くなる。しかし、可動電極１２からＣ−Ｖ変換回路２ｘのコンデンサ２２の間は閉回路であるため、状態▲１▼のときの電荷量が保存されている。よって、可動電極１２の電荷のバランスから溢れた電荷（−）が、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘのコンデンサ２２（演算増幅器２１の反転入カ端子側）に移動する。この電荷の移動により、演算増幅器２１の出カ端子側のコンデンサ２２の電極には、電荷（＋）が蓄えられることになり、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘの出力Ｖｓｘは、Ｑ＝Ｃｆ×Ｖの関係から、上記移動した電荷量（（Ｃ１−Ｃ２）分の電荷量）に比例し、コンデンサ２２の容量Ｃｆに反比例した電圧値の変化となる。
【００３７】
次に、状態▲４▼では、矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘが切り替わってからＣ−Ｖ変換回路２ｘの出カＶｓｘが十分に安定すると見なされるタイミングで、そのＣ−Ｖ変換回路２ｘの出カ電圧Ｖｓｘを、サンプルホールド回路５ｘによってサンプリングし記憶する。つまり、スイッチ信号Ｓ２ｘにより、サンプルホールド回路５ｘのスイッチ５３が所定時間だけオンされる。
【００３８】
そして、最終的には、サンプルホールド回路５ｘの出力値ＳＨ２（即ち、上記状態▲４▼で記憶したＣ−Ｖ変換回路２ｘの出カ電圧）から、サンプルホールド回路４ｘの出力値ＳＨ１（即ち、上記状態▲２▼で記憶したＣ−Ｖ変換回路２ｘの出カ電圧）を引いた電圧であって、（Ｃ１−Ｃ２）と矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘの振幅（＝５Ｖ）とに比例し、且つ、コンデンサ２２の容量Ｃｆに反比例した電圧（＝ＳＨ２−ＳＨ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃｆ×５Ｖ）が、Ｘ軸方向の加速度に応じた検出信号ＯＵＴｘとして信号処理回路３ｘのＬＰＦ７ｘから出力されることとなる。
【００３９】
一方、Ｙ軸方向用のセンサエレメント部１０ｙと、それに対応するＣ−Ｖ変換回路２ｙ及び信号処理回路３ｙについても、基本的には、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部１０ｘ、Ｃ−Ｖ変換回路２ｘ、及び信号処理回路３ｘと同様に制御されるが、サンプルホールド回路４ｙ，５ｙのスイッチ４３，５３がオンされるタイミングのみ異なっている。
【００４０】
つまり、図２に示すように、Ｙ軸方向用の矩形波Ｐ１ｙ，Ｐ２ｙとスイッチ信号ＳＲｙは、Ｘ軸方向用の矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ及びスイッチ信号ＳＲｘと同じタイミングで制御回路８から出力されるが、Ｙ軸方向用のスイッチ信号Ｓ１ｙ，Ｓ２ｙは、状態▲２▼と▲４▼のステージにおいて、Ｘ軸方向用のスイッチ信号Ｓ１ｘ，Ｓ２ｘとはずれたタイミングで制御回路８から出力されるようになっており、これにより、各信号処理回路３ｘ，３ｙ同士でのサンプリングタイミングを故意にずらしている。
【００４１】
より詳しく説明すると、スイッチ信号Ｓ１ｙは、スイッチ信号Ｓ１ｘがローレベルに戻ってから状態▲２▼のステージが終わるまでの期間内に所定時間だけハイレベルとなり、スイッチ信号Ｓ２ｙは、スイッチ信号Ｓ２ｘがローレベルに戻ってから状態▲４▼のステージが終わるまでの期間内に所定時間だけハイレベルとなる。このため、サンプルホールド回路４ｘ，４ｙ同士のサンプリングタイミングがずれると共に、サンプルホールド回路５ｘ，５ｙ同士のサンプリングタイミングもずれることとなる。
【００４２】
ここで、このようにＸ軸方向用の回路側とＹ軸方向用の回路側とで、サンプリングタイミングをずらしているのは、一方の回路側のサンプル信号が何らかの形（回路信号ラインのカップリング、センサ基板電位の変動、信号の回り込み等）で他方の回路側の信号に伝播してしまい、その結果、誤差を持った信号がサンプリングされてしまうのを防ぐためである。
【００４３】
具体例を挙げて説明すると、まず、図３に示すように、Ｘ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力信号ラインと、Ｙ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力信号ラインとの間に、寄生容量３１が存在していたとする。
すると、この場合、Ｘ軸方向用の信号処理回路３ｘにおけるサンプルホールド回路４ｘ，５ｘがＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘをサンプリングした際に、Ｙ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力電圧Ｖｓｙが変動してしまい、同様に、Ｙ軸方向用の信号処理回路３ｙにおけるサンプルホールド回路４ｙ，５ｙがＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力電圧Ｖｓｙをサンプリングした際に、Ｘ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘが変動してしまう可能性がある。
【００４４】
よって、例えば図４（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向用のサンプルホールド回路４ｘとＹ軸方向用のサンプルホールド回路４ｙとで、サンプリングタイミングが同じであるとすると、サンプルホールド回路４ｘのサンプリングによって変動したＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力電圧ＶｓｙをＹ軸方向用のサンプルホールド回路４ｙが記憶してしまい、また、サンプルホールド回路４ｙのサンプリングによって変動したＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧ＶｓｙをＸ軸方向用のサンプルホールド回路４ｘが記憶してしまう虞がある。
【００４５】
このため、サンプルホールド回路４ｘ，４ｙの双方に記憶される電圧が誤差のあるものになってしまい、その結果、Ｘ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とを正確に検出することができなくなってしまう。そして、このことは、Ｘ軸方向用のサンプルホールド回路５ｘとＹ軸方向用のサンプルホールド回路５ｙとの関係においても同様である。尚、本実施形態の加速度検出装置では、各信号処理回路３ｘ，３ｙからの検出信号ＯＵＴｘ，ＯＵＴｙが、制御回路８又はそれとは別のマイコン等からなる演算処理回路に入力され、その制御回路８又は演算処理回路にて、上記検出信号ＯＵＴｘ，ＯＵＴｙに基づきＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とが算出される。
【００４６】
また特に、本実施形態では、図３に示すように、２つのセンサエレメント部１０ｘ，１０ｙが、同じ半導体基板上に形成されることで１つの加速度センサ１を成しているため、その２つのセンサエレメント部１０ｘ，１０ｙの出力端子（可動電極１２）同士は、当該加速度センサ１の半導体基板上の寄生容量１５を介して接続されることとなる。よって、センサエレメント部１０ｘからＣ−Ｖ変換回路２ｘへの信号ラインと、センサエレメント部１０ｙからＣ−Ｖ変換回路２ｙへの信号ラインとが、上記半導体基板上の寄生容量１５によって接続されることとなり、各信号処理回路３ｘ，３ｙのサンプルホールド回路がサンプリング動作した際の他系統への影響が一層大きくなる。
【００４７】
そこで、本実施形態の加速度検出装置では、各信号処理回路３ｘ，３ｙ同士でのサンプリングタイミング（詳しくは、サンプルホールド回路４ｘ，４ｙ同士のサンプリングタイミング、及びサンプルホールド回路５ｘ，５ｙ同士のサンプリングタイミング）を図２の如くずらすようにしている。
【００４８】
このため、各信号処理回路３ｘ，３ｙのサンプルホールド回路がサンプリング動作した際の他系統への影響をなくして、各信号処理回路３ｘ，３ｙのサンプルホールド回路に記憶される電圧の誤差を低減することができる。
例えば図４（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向用の信号処理回路３ｘにおけるサンプルホールド回路４ｘがサンプリング動作した際に、Ｙ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力電圧Ｖｓｙが変動したとしても、Ｙ軸方向用の信号処理回路３ｙにおけるサンプルホールド回路４ｙは、サンプルホールド回路４ｘのサンプリングタイミングとは違うタイミングでＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力電圧Ｖｓｙをサンプリングすることとなるため、サンプルホールド回路４ｘのサンプリングによって変動したＣ−Ｖ変換回路２ｙの出力電圧Ｖｓｙをサンプルホールド回路４ｙが記憶してしまうことが無く、同様に、Ｙ軸方向用の信号処理回路３ｙにおけるサンプルホールド回路４ｙがサンプリング動作した際に、Ｘ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘが変動したとしても、Ｘ軸方向用の信号処理回路３ｘにおけるサンプルホールド回路４ｘは、サンプルホールド回路４ｙのサンプリングタイミングとは違うタイミングでＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘをサンプリングすることとなるため、サンプルホールド回路４ｙのサンプリングによって変動したＣ−Ｖ変換回路２ｘの出力電圧Ｖｓｘをサンプルホールド回路４ｘが記憶してしまうことが無い。そして、このことは、Ｘ軸方向用のサンプルホールド回路５ｘとＹ軸方向用のサンプルホールド回路５ｙとの関係においても同様である。
【００４９】
よって、本実施形態の加速度検出装置によれば、Ｘ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とを精度良く検出すことが可能となる。そして、２つのセンサエレメント部１０ｘ，１０ｙを同一の基板上に形成することによるセンサ小型化のメリットを十分に生かすことができる。
【００５０】
尚、本実施形態においては、Ｘ軸方向用のセンサエレメント部１０ｘ及びＣ−Ｖ変換回路２ｘと、Ｙ軸方向用のセンサエレメント部１０ｙ及びＣ−Ｖ変換回路２ｙとの各々が、検出対象の物理量に応じて出力電圧が変化する検出手段に相当している。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態の装置は、２つのセンサエレメント部１０ｘ，１０ｙによって２方向の加速度を検出するものであったが、センサエレメント部の数は、３つ以上であっても同様である。つまり、各方向用の信号処理回路同士で、サンプリングタイミングがずれるように設定すれば良い。
【００５２】
また、検出対象の物理量は、加速度以外（例えばヨーレートや圧力等）であっても良い。また更に、検出手段を成すセンサとしては、力学的なエネルギーによって容量が変化する容量式のセンサに限らず、例えば温度に応じた電圧を出力する温度センサ等、他のタイプのセンサであっても良い。
【００５３】
一方、図１では、Ｘ軸方向用の矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ及びスイッチ信号ＳＲｘと、Ｙ軸方向用の矩形波Ｐ１ｙ，Ｐ２ｙ及びスイッチ信号ＳＲｙとが、制御回路８から別々に出力されるように記載しているが、その両方を区別せずに、例えば、矩形波Ｐ１ｙ，Ｐ２ｙ及びスイッチ信号ＳＲｙの方を削除して、矩形波Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘがＹ軸方向用のセンサエレメント部１０ｙの固定電極１１，１３にも供給されると共に、スイッチ信号ＳＲｘがＹ軸方向用のＣ−Ｖ変換回路２ｙのスイッチ２３にも供給されるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の加速度検出装置（物理量検出装置）の構成を表す構成図である。
【図２】実施形態の加速度検出装置の動作を表すタイムチャートである。
【図３】問題点を説明する説明図である。
【図４】実施形態の加速度検出装置の効果を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…加速度センサ、２ｘ，２ｙ…Ｃ−Ｖ変換回路、３ｘ，３ｙ…信号処理回路、４ｘ，４ｙ，５ｘ，５ｙ…サンプルホールド回路、６ｘ，６ｙ…差動増幅回路、７ｘ，７ｙ…ローパスフィルタ、８…制御回路、１０ｘ，１０ｙ…センサエレメント部、１１，１３…固定電極、１２…可動電極、２１，４１，５１，６１…演算増幅器、２２，４２，５２…コンデンサ、２３，４３，５３…スイッチ、６２〜６５…抵抗

Claims (3)

1. 検出対象の物理量に応じて出力電圧が変化する検出手段と、該検出手段の出力電圧を一定時間毎にサンプリングしてホールドする信号処理回路とを、複数組備えた物理量検出装置において、
   前記各信号処理回路のサンプリングタイミングがずれて設定されていること、
   を特徴とする物理量検出装置。
2. 請求項１に記載の物理量検出装置において、
   前記各検出手段は、検出対象の物理量に応じて容量が変化するセンサエレメント部と、該センサエレメント部の容量変化を電圧に変換して出力する容量−電圧変換回路とからなり、
   更に、前記各検出手段のセンサエレメント部は、同一の基板上に形成されていること、
   を特徴とする物理量検出装置。
3. 請求項２に記載の物理量検出装置において、
   前記センサエレメント部は、
   電気的に直列に接続された２つのコンデンサであって、そのうちの少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化する第１及び第２のコンデンサを有すると共に、前記第１及び第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１及び第２の矩形波が印加されるものであり、
   前記容量−電圧変換回路は、
   前記第１及び第２のコンデンサの接続点に接続されて、該第１及び第２のコンデンサの容量差を電圧に変換する回路であること、
   を特徴とする物理量検出装置。

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