JP2006292469A - 容量式物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｃ−Ｖ変換回路におけるオペアンプに印加する自己診断用の電圧を１つの値として、２つの出力の双方の自己診断を同時に行えるようする。
【解決手段】 第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの増幅率が通常の加速度検出時と自己診断時とで切り替えられるようになっており、自己診断時にその増幅率が１倍となるようにする。これにより、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂの出力１と第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの出力２とを同時に自己診断することができる容量式加速度センサとすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物理量が加えられたときの容量変化に基づいて、加えられた物理量を検出する容量式物理量センサに関するもので、特に加速度センサに用いて好適である。

従来より、一般的に使用されている車載用加速度センサとして、容量式加速度センサがある。この容量式加速度センサは、加速度変化により生じるセンサエレメントでの容量変化をＣ−Ｖ変換回路にて電気信号に変換し、変換された電気信号を差動増幅回路にて差動増幅することでセンサ出力を発生させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

このような容量式加速度センサでは、加速度検出時には、Ｃ−Ｖ変換回路に備えられるオペアンプの基準電圧として、例えばセンサエレメントに印加する加速度検出用の電圧Ｖｄｄの半分となる電圧Ｖｄｄ／２が印加されるようになっている。そして、センサ異常検出を行う自己診断時には、Ｃ−Ｖ変換回路に備えられるオペアンプの基準電圧として、例えば電圧Ｖｄｄ／２とは異なる電圧Ｖ１を印加することで、電圧Ｖｄｄ／２との差分だけセンサエレメントでの容量値変化を生じさせ、それに基づいて発生させられたセンサ出力が所望値であるか否かにより、センサ異常が発生しているか否かが自己診断できるようになっている。
特開２００３−１２１４５７号公報

上記のように構成される容量式加速度センサにおいて、広範囲に亘って加速度検出を行いつつ、より精度良い加速度検出を行えるようにしたいとう要望に応えるべく、本発明者らは、差動増幅回路での増幅率を異なる２つの値とすることについて検討を行っている。すなわち、第１の出力（以下、出力１という）の増幅率は比較的低い値となるようにすることで高精度というよりむしろ広範囲での加速度検出を可能にすることを主眼としたレンジとし、第２の出力（以下、出力２という）の増幅率はそれよりも高い値となるようにすることで狭範囲でも高精度の加速度検出を可能にすることを主眼としたレンジとするのである。

しかしながら、このような構成とした場合、容量式加速度センサの自己診断を行うに際し、２つのレンジに合った自己診断を１度に行うことができないということが確認された。

具体的には、Ｃ−Ｖ変換回路におけるオペアンプに印加する自己診断用の電圧を増幅率が比較的低い値となる出力１の方に合わせた場合、自己診断時に出力１に関しては自己診断用出力値となるものの出力２に関しては既に最大出力に至ってしまっており、出力１の自己診断が行えても出力２の自己診断を行うことができない。逆に、Ｃ−Ｖ変換回路におけるオペアンプに印加する自己診断用の電圧を増幅率が高い値となる出力２の方に合わせた場合、自己診断時に出力２に関しては自己診断用出力値となるものの出力１に関してはあまり出力値が変化しないため、出力２の自己診断が行えても出力１の自己診断を行うことができなくなる。

したがって、自己診断を行うには、出力１と出力２それぞれに合わせた自己診断用の電圧を異なるタイミングでＣ−Ｖ変換回路におけるオペアンプに印加しなければならないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、Ｃ−Ｖ変換回路におけるオペアンプに印加する自己診断用の電圧を１つの値として、２つの出力の双方の自己診断を同時に行えるようにできる容量式物理量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、信号処理回路（２３）は、Ｃ−Ｖ変換回路（２１）の出力電圧を第１の増幅率で増幅する第１増幅回路（２３ｂ）と、第１増幅回路で増幅した後さらに増幅することでＣ−Ｖ変換回路の出力電圧を第２の増幅率で増幅させる第２増幅回路（２３ｃ）とを有し、第１増幅回路の出力と第２増幅回路の出力により第１、第２物理量信号が出力されるように構成され、信号印加手段は、第２増幅回路に対して該第２増幅回路における増幅率を切り替える信号（ＳＴ）を出力するようになっている。そして、自己診断時には、信号印加手段にて第２増幅回路の増幅率が１とされることで、第２増幅回路の出力する第２物理量信号が第１増幅回路の出力する第１物理量信号と同じ信号となるようにし、通常動作時には、信号印加手段にて第２の増幅回路の増幅率が１よりも大きな値とされることで、第２増幅回路の出力する第２物理量信号が第１増幅回路の出力する第１物理量信号と比べて、Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を増幅した信号とされるようにすることを特徴としている。

このように、第２増幅回路の増幅率が通常の物理量検出時と自己診断時とで切り替えられるようになっており、自己診断時にその増幅率が１倍となるようにしている。これにより、第１増幅回路が出力する第１物理量信号と第２増幅回路が出力する第２物理量信号とが同じように増幅された信号となるようにでき、これら２つの出力を同時に自己診断することが可能となる。

具体的には、請求項２に示されるように、第２の増幅回路を、第１の増幅回路の出力と該第２の増幅回路の出力との間において直列接続された第１〜第３抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と、信号印加手段からの信号に基づいてオンオフ駆動され、第１抵抗（Ｒ１）と第２抵抗（Ｒ２）との間に接続される第１スイッチ（ＳＷ１）、および、第２抵抗（Ｒ２）と第３抵抗（Ｒ３）との間に接続される第２スイッチ（ＳＷ２）と、第１スイッチおよび第２スイッチに接続され、これら第１、第２スイッチのオンオフ状態により、第１抵抗と第２抵抗との間もしくは第２抵抗と第３抵抗との間のいずれか一方に電気的に接続される反転入力端子と、参照電圧（Ｖｒｅｆ）が入力される非反転入力端子と、第２物理量信号を出力する出力端子とを有するオペアンプ（ＯＰ１）とを有した構成とすることができる。

この場合、請求項２に示されるように、自己診断時には、信号印加手段からの信号に基づいて、第１スイッチがオフされると共に第２スイッチがオンされ、オペアンプにより第１抵抗と第２抵抗の抵抗値の和（Ｒ１＋Ｒ２）に対する第３抵抗の抵抗値（Ｒ３）の比として定義される増幅率で第２増幅回路の増幅率が設定される。このときの第１抵抗と第２抵抗の抵抗値の和（Ｒ１＋Ｒ２）に対する第３抵抗の抵抗値（Ｒ３）の比が１となるように、第１〜第３抵抗の抵抗値が設定されることになる。

また、通常動作時には、信号印加手段からの信号に基づいて、第１スイッチがオンされると共に第２スイッチがオフされ、オペアンプにより第１抵抗の抵抗値（Ｒ１）に対する第２抵抗と第３抵抗との抵抗値の和（Ｒ２＋Ｒ３）の比として定義される増幅率で第２増幅回路の増幅率が設定される。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる半導体式の容量式加速度センサの全体構成を図１に示す。以下、図１に基づいて加速度センサの構成を説明する。

加速度センサは、可動電極１ａ、１ｂ及び固定電極２ａ、２ｂを備えたセンサエレメント１０と、可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂによる差動容量の変化に基づいて加速度を検出する検出回路２０とを有した構成となっている。

センサエレメント１０は梁構造体を有する構造となっており、この梁構造体によって可動電極１ａ、１ｂ及び固定電極２ａ、２ｂが構成されている。そして、対向配置された可動電極１ａ及び固定電極２ａと可動電極１ｂ及び固定電極２ｂとによって差動の容量を構成し、各固定電極２ａ、２ｂに対して互いに反転する所定電圧Ｖｄｄで構成される信号（搬送波）ＰＷ１、ＰＷ２を周期的に印加することで、可動電極１ａ、１ｂの変位に応じた差動容量変化に基づく加速度検出が行われる。

一方、検出回路２０には、Ｃ−Ｖ変換回路２１、スイッチ回路２２、信号処理回路２３、及び制御信号発生回路２４が備えられている。

Ｃ−Ｖ変換回路２１は、可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂからなる差動容量の変化を電圧に変換するもので、オペアンプ２１ａ、コンデンサ２１ｂ、スイッチ２１ｃとを有した構成となっている。オペアンプ２１ａの反転入力端子は可動電極１ａ、１ｂに接続されており、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２１ｂ及びスイッチ２１ｃが並列に接続されている。スイッチ２１ｃは制御信号発生回路２４からの信号Ｓ１によって駆動されるようになっており、オペアンプ２１ａの非反転入力端子にはスイッチ回路２２を介して、固定電極２ａ、２ｂに印加された電圧Ｖｄｄ（例えば５Ｖ）の半分の電圧Ｖｄｄ／２（すなわち中点電圧であり、例えば２．５Ｖ）と、この中点電圧とは異なる電圧Ｖ１（例えば４Ｖ）のいずれかが入力されるようになっている。

スイッチ回路２２は、Ｃ−Ｖ変換回路２１におけるオペアンプ２１ａの非反転入力端子に、図示しないそれぞれの電圧源からの電圧を入力するもので、スイッチ２２ａとスイッチ２２ｂとから構成されている。これら各スイッチ２２ａ、２２ｂは、制御信号発生回路２４からの信号ＶＳに基づいて駆動され、一方が閉じている時には他方が開くようになっている。このスイッチ回路２２により、オペアンプ２１ａに印加される電圧を調整するようになっているが、通常の加速度検出時にはオペアンプ２１ａに中間電位が印加されるようにされ、自己診断時にはオペアンプ２１ａに中間電圧とは異なる電圧が印加されるように、スイッチ２２ａ、２２ｂのオンオフが調整されるようになっている。

信号処理回路２３は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）回路２３ａと第１ＧＡＩＮ回路２３ｂと第２ＧＡＩＮ回路２３ｃとを有した構成となっている。

ＬＰＦ回路２３ａは、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力から高周波数成分を除去し、所定の周波数帯域の成分のみを取り出す役割を果たす。このＬＰＦ回路２３ａには、サンプルホールド回路が含まれており、このサンプルホールド回路によってＣ−Ｖ変換回路２１の出力電圧をサンプルホールドできるようになっている。

第１ＧＡＩＮ回路２３ｂは、ＬＰＦ回路２３ａを通過した後の出力を比較的低い第１の増幅率で増幅し、出力１として第１加速度信号を出力する。例えば、この第１ＧＡＩＮ回路２３ｂの増幅率は、５倍程度とされる。

第２ＧＡＩＮ回路２３ｃは、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂで増幅された後の第１加速度信号を更に増幅することで、第１の増幅率との乗算により合計して第２の増幅率となるように増幅し、出力２として第２加速度信号を出力する。この第２ＧＡＩＮ回路２３ｃは、具体的には、図２のような回路構成とされている。

図２に示されるように、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃは、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、スイッチＳＷ１、ＳＷ２とオペアンプＯＰ１とを有した構成となっている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、抵抗Ｒ１から順番に並べられて直列接続されており、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂの出力１と第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの出力２との間を接続するように配置されている。

スイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間とオペアンプＯＰ１の反転入力端子との間を接続するように配置され、スイッチＳＷ２は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間とオペアンプＯＰ１の反転入力端子との間を接続するように配置されている。これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ここではＭＯＳトランジスタによって構成されているが、バイポーラトランジスタであっても機械的なスイッチであっても構わない。これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフは、後述するように制御信号発生回路２４から出力されるオンオフ切替信号ＳＴによって制御されるようになっており、スイッチＳＷ１がオンされる場合にはスイッチＳＷ２がオフ、スイッチＳＷ１がオフされる場合にはスイッチＳＷ２がオンされるようになっている。

オペアンプＯＰ１は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフ状態に伴う抵抗Ｒ１〜Ｒ３の接続形態に応じて増幅率を変化させるように構成され、反転入力端子に入力される電位と非反転入力端子に入力される電源Ｖａが発生する参照電圧Ｖｒｅｆとの差に基づいて、増幅後の信号を第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの出力２として発生させるようになっている。

このように構成される第２ＧＡＩＮ回路２３ｃでは、スイッチＳＷ１がオンされ、スイッチＳＷ２がオフされると、オペアンプＯＰ１での増幅率は、抵抗Ｒ１の抵抗値に対する抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の抵抗値の和の比（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１となる。逆に、スイッチＳＷ１がオフされ、スイッチＳＷ２がオンされると、オペアンプＯＰ１での増幅率は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の和に対する抵抗Ｒ３の抵抗値の比、つまりＲ３／（Ｒ１＋Ｒ２）によって設定されるようになっている。

そして、（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１は通常の加速度検出時に要求される増幅率に設定され、Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２）は自己診断時に要求される増幅率に設定されており、例えば、通常の加速度検出時の増幅率が６倍、自己診断時の増幅率が１倍となるように、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値が設定されている。

制御信号発生回路２４は、固定電極２ａ、２ｂへの電圧印加タイミングを示す信号（搬送波）ＰＷ１、ＰＷ２、スイッチ回路２２のスイッチの切替えタイミングを示す信号ＶＳ、スイッチ２１ｃの切替えタイミングＳ１、および、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃにおけるスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフ切替信号ＳＴを出力する。

続いて、上記のように構成された加速度センサの作動について、通常の加速度検出時と自己診断時と分けて説明する。

〔通常の加速度検出時〕
図３は、通常の加速度検出時における可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂへの印加電圧の様子を示したものである。

通常の加速度検出時には、信号ＶＳは例えばローレベル（Ｌｏｗ）となり、スイッチ２２ａがオフ、スイッチ２２ｂがオンされることで、オペアンプ２１ａの非反転入力端子に中点電圧Ｖｄｄ／２（例えば、２．５Ｖ）が印加され、可動電極１ａ、１ｂが中点電圧Ｖｄｄ／２とされる。

制御信号発生回路２４から出力される信号ＰＷ１、ＰＷ２は互いに電圧レベルが反転した電圧Ｖｄｄ（本実施形態の場合は５Ｖ）相当の振幅を有する信号となっており、４つの期間ｔ１〜ｔ４でハイレベル（Ｈｉ）とローレベル（Ｌｏｗ）が変化する一定振幅の矩形波信号となっている。

また、制御信号発生回路２４からの信号ＳＴにより、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃに備えられたスイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフされる。このため、オペアンプＯＰ１による増幅率は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各抵抗値によって定義される（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１に設定されることになる。

そして、まず、第１の期間ｔ１では、信号ＰＷ１、ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位がＶｄｄ、固定電極２ｂの電位が０にされると共に、制御信号発生回路２４からの信号Ｓ１によりスイッチ２１ｃが閉じられる。このため、オペアンプ２１ａの働きにより可動電極１ａ、１ｂがＶｄｄ／２の電位にバイアスされると共に、帰還容量となるコンデンサ２１ｂの電極間に蓄えられた電荷が放電される。

このとき、仮に可動電極１ａと固定電極２ａとの間の容量Ｃ１と、可動電極１ｂと固定電極２ｂとの間の容量Ｃ２とが、Ｃ１＞Ｃ２の関係となっている場合には、この関係と固定電極２ａ、２ｂに印加される電位の関係とから、可動電極１ａ、１ｂは負の電荷が多い状態になる。

次に、第２の期間ｔ２では、信号ＰＷ１、ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位がＶｄｄ、固定電極２ｂの電位が０にされると共に、制御信号発生回路２４からの信号Ｓ１によりスイッチ２１ｃが開かれる。このため、可動電極１ａ、１ｂの状態に応じた電荷がコンデンサ２１ｂに蓄えられる。そして、このときコンデンサ２１ｂに蓄えられた電荷に応じた電圧値がＣ−Ｖ変換回路２１から出力されると、ＬＰＦ回路２３ａにＣ−Ｖ変換回路２１の出力電圧が入力され、ＬＰＦ回路２３ａに含まれるサンプリング回路によってサンプリングされ、ホールドされる。

続いて、第３の期間ｔ３では、信号ＰＷ１、ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位が０、固定電極２ｂの電位がＶｄｄとなるように電位が入れ替えられると共に、制御信号発生回路２４からの信号Ｓ１によりスイッチ２１ｃが開かれたままにされる。

このとき、可動電極１ａ、１ｂの電荷の状態は信号ＰＷ１、ＰＷ２の反転により、第２の期間ｔ２と逆になる。すなわち、上述したようにＣ１＞Ｃ２の関係を満たす場合には、固定電極２ａ、２ｂへの印加電位の反転により、可動電極１ａ、１ｂは正の電荷が多い状態になる。

しかしながら、このとき、可動電極１ａ、１ｂとコンデンサ２１ｂとの間が閉回路となっており、第１の期間ｔ１の電荷量が保存されているため、可動電極１ａ、１ｂの電荷量のバランスから溢れ出した電荷がコンデンサ２１ｂに移動して蓄えられる。そして、Ｑ＝ＣＶの関係から、移動してきた電荷量に比例すると共にコンデンサ２１ｂの容量Ｃに反比例した電圧値がＣ−Ｖ変換回路２１から出力される。

さらに、第４の期間ｔ４、すなわち信号ＰＷ１、ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位が０、固定電極２ｂの電位がＶｄｄにされたのちＣ−Ｖ変換回路２１の出力が十分に安定すると、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力電圧がＬＰＦ回路２３ａに入力され、サンプリングされる。

そして、最終的に、第２の期間ｔ２にサンプリングされた電圧値と第４の期間ｔ４にサンプリングされた電圧値とがサンプルホールド回路で差動演算され、これが第１、第２ＧＡＩＮ回路２３ｂ、２３ｃでさらに増幅されて、第１、第２加速度信号として出力１、出力２から出力される。

これにより、サンプルホールド回路２４ａでのサンプリング時に発生するＴｒのスイッチングノイズの温度特性やオペアンプの１／ｆノイズ、オペアンプのオフセット電圧と温度特性などがキャンセルされた出力が得られ、この出力に基づいて可動電極１ａ、１ｂの変位に応じた加速度検出が行われる。

そして、出力１からは、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂにて第１の増幅率で増幅された第１加速度信号が出力される。また、出力２からは、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂおよび第２ＧＡＩＮ回路２３ｃにて第２の増幅率、つまり第１ＧＡＩＮ回路２３ｂの増幅率（例えば５倍）と第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの増幅率（例えば６倍）が乗算された増幅率（例えば３０倍）で増幅された第２加速度信号が出力される。

これにより、第１加速度信号にて広範囲での加速度検出が行え、第２加速度信号にて狭範囲であったとしても高精度に加速度検出が行われる。

〔自己診断時〕
図４は、自己診断時における可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂへの印加電圧の様子を示したものである。

自己診断時にも、通常の加速度検出時と同様、制御信号発生回路２４から出力される信号ＰＷ１、ＰＷ２が固定電極２ａ、２ｂに印加される。そして、信号ＶＳが例えばハイレベル（Ｈｉ）となり、スイッチ２２ａがオン、スイッチ２２ｂがオフされることで、オペアンプ２１ａの非反転入力端子に中点電圧Ｖｄｄ／２とは異なる電圧Ｖ１（例えば、４Ｖ）が印加され、可動電極１ａ、１ｂが電圧Ｖ１とされる。

また、制御信号発生回路２４からの信号ＳＴにより、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃに備えられたスイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンされる。このため、オペアンプＯＰ１による増幅率は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の各抵抗値によって定義されるＲ３／（Ｒ１＋Ｒ２）に設定されることになる。

このように、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に電圧Ｖ１が入力されることで、可動電極１ａと固定電極２ａとの間の電位差（１Ｖ）よりも可動電極１ｂと固定電極２ｂとの間の電位差（４Ｖ）の方が大きくなり、静電気力が増大するため、この静電気力によって可動電極１ａ、１ｂが強制的に中心点から移動させられる。

続いて、信号Ｓ１に基づいてスイッチ回路２２によるスイッチ切替えが行われ、通常の加速度検出時と同様に、オペアンプ２１ａの非反転入力端子に固定電極２ａ、２ｂの中点電圧Ｖｄｄ／２が印加されるようにする。

この後、上記した通常の加速度検出と同様の作動を行い、出力１および出力２から可動電極１ａ、１ｂの変位量に応じた第１加速度信号および第２加速度信号を得る。このとき、上記静電気力による可動電極１ａ、１ｂの変位量はオペアンプ２１ａの非反転入力端子に印加される電圧によって一義的に決まるため、可動電極１ａ、１ｂの変位量に応じた出力も一義的に決まっており、得られた出力と一義的に決まっている自己診断量（出力）とを比較することによって自己診断が行われる。

このような自己診断において、本実施形態では、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃでの増幅率が通常の加速度検出時とは異なり、１倍となるようにしている。すなわち、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃでは増幅が行われず、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃが出力する第２加速度信号が第１ＧＡＩＮ回路２３ｂが出力する第１加速度信号と同じ信号となる。

このため、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂの出力１と第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの出力２が同じ出力となり、これらの信号を自己診断量とを比較すれば、同時に２つの出力に対して自己診断を行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの増幅率が通常の加速度検出時と自己診断時とで切り替えられるようになっており、自己診断時にその増幅率が１倍となるようにしている。これにより、第１ＧＡＩＮ回路２３ｂの出力１と第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの出力２とを同時に自己診断することができる容量式加速度センサとすることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では容量式物理量センサとして加速度センサを例に挙げて説明したが、それ以外のセンサ、例えば圧力センサやヨーレートセンサにも本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態における容量式加速度センサの全体構成を示す図である。 図１に示す容量式加速度センサにおける第２ＧＡＩＮ回路２３ｃの詳細回路図である。 通常の加速度検出時における可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂへの印加電圧の様子を示した模式図である。 自己診断時における可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂへの印加電圧の様子を示した模式図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ…可動電極、２ａ、２ｂ…固定電極、１０…センサエレメント、
２１…Ｃ−Ｖ変換回路、２２…スイッチ回路、２３…信号処理回路、
２３ａ…ＬＰＦ回路、２３ｂ…第１ＧＡＩＮ回路（第１増幅回路）、
２３ｃ…第２ＧＡＩＮ回路（第２増幅回路）、２４…制御信号発生回路、
Ｒ１〜Ｒ３…抵抗（第１〜第３抵抗）、
ＳＷ１、ＳＷ２…スイッチ（第１、第２スイッチ）、ＯＰ１…オペアンプ。

Claims (2)

1. 物理量の変化に応じて変位する可動電極（１ａ〜１ｄ）と、
   前記可動電極に対向して配置された固定電極（２ａ〜２ｄ）と、
   自己診断でない通常動作時には容量変化を検出するための信号を前記可動電極と前記固定電極との間に周期的に印加し、自己診断時には前記容量変化を検出するための信号に代えて、自己診断を行うために前記可動電極を変位させるための信号を前記可動電極と前記固定電極との間に周期的に印加する信号印加手段（２４）と、
   前記可動電極と前記固定電極からなる容量の変化に応じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１）と、
   前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を信号処理して前記物理量の変化に応じた信号を出力する信号処理回路（２３）とを有してなる容量式物理量センサにおいて、
   前記信号処理回路は、前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を第１の増幅率で増幅する第１増幅回路（２３ｂ）と、前記第１増幅回路で増幅した後さらに増幅することで前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を第２の増幅率で増幅させる第２増幅回路（２３ｃ）とを有し、前記第１増幅回路の出力と前記第２増幅回路の出力により第１、第２物理量信号が出力されるように構成され、
   前記信号印加手段は、前記第２増幅回路に対して該第２増幅回路における増幅率を切り替える信号（ＳＴ）を出力するようになっており、
   前記自己診断時には、前記信号印加手段にて前記第２増幅回路の増幅率が１とされることで、前記第２増幅回路の出力する前記第２物理量信号が前記第１増幅回路の出力する前記第１物理量信号と同じ信号となるようにし、
   前記通常動作時には、前記信号印加手段にて前記第２の増幅回路の増幅率が１よりも大きな値とされることで、前記第２増幅回路の出力する前記第２物理量信号が前記第１増幅回路の出力する前記第１物理量信号と比べて、前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を増幅した信号とされるようになっていることを特徴とする容量式物理量センサ。
2. 前記第２の増幅回路は、
   前記第１の増幅回路の出力と該第２の増幅回路の出力との間において直列接続された第１〜第３抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）と、
   前記信号印加手段からの信号に基づいてオンオフ駆動され、前記第１抵抗（Ｒ１）と前記第２抵抗（Ｒ２）との間に接続される第１スイッチ（ＳＷ１）、および、前記第２抵抗（Ｒ２）と前記第３抵抗（Ｒ３）との間に接続される第２スイッチ（ＳＷ２）と、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチに接続され、これら第１、第２スイッチのオンオフ状態により、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間もしくは前記第２抵抗と前記第３抵抗との間のいずれか一方に電気的に接続される反転入力端子と、参照電圧（Ｖｒｅｆ）が入力される非反転入力端子と、前記第２物理量信号を出力する出力端子とを有するオペアンプ（ＯＰ１）とを有して構成され、
   前記自己診断時には、前記信号印加手段からの信号に基づいて、前記第１スイッチがオフされると共に前記第２スイッチがオンされ、前記オペアンプにより前記第１抵抗と前記第２抵抗の抵抗値の和（Ｒ１＋Ｒ２）に対する前記第３抵抗の抵抗値（Ｒ３）の比として定義される増幅率で前記第２増幅回路の増幅率が設定され、
   前記通常動作時には、前記信号印加手段からの信号に基づいて、前記第１スイッチがオンされると共に前記第２スイッチがオフされ、前記オペアンプにより前記第１抵抗の抵抗値（Ｒ１）に対する前記第２抵抗と前記第３抵抗との抵抗値の和（Ｒ２＋Ｒ３）の比として定義される増幅率で前記第２増幅回路の増幅率が設定されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量センサ。
   

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