JP2007057340A - Oscillation circuit and angular velocity sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an oscillation circuit which widely deals with characteristic variations in oscillators and is excellent in stability, and to provide a precise angular velocity sensor employing the oscillation circuit. <P>SOLUTION: The oscillation circuit comprises a crystal oscillator 2 having drive electrodes 3, 4, a current-to-voltage converting circuit 7 for converting output current of the drive electrodes of the crystal oscillator 2 into an AC voltage, a variable gain amplifier 10 for amplifying an AC signal output from the current-to-voltage converting circuit 7, a fixed gain amplifier 11 for amplifying the AC signal output from the current-to-voltage converting circuit 7, and an AGC circuit 9 for controlling the output current of the crystal oscillator so as to be constant. The fixed gain amplifier 11 is equipped with a switch circuit for switching at least two gains. The stable oscillation circuit is thereby realized. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、特性のばらついた水晶振動子等の圧電振動子を安定に発振させる発振回路と、この発振回路を用いた角速度センサに関する。   The present invention relates to an oscillation circuit that stably oscillates a piezoelectric vibrator such as a quartz crystal vibrator with varying characteristics, and an angular velocity sensor using the oscillation circuit.

従来から圧電振動子等を用いた角速度センサは、カーナビゲーション・システムやロボットの姿勢制御等を行うために不可欠なセンサであり、カーナビゲーション・システムやロボット等の需要が増加するに従って、使用温度範囲が広く高精度の角速度センサが益々要求されている。これらの要求に対応するために、周囲温度が変化しても振動子の振動振幅を一定に制御する自動利得制御回路を備えた角速度センサとしての振動制御装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, an angular velocity sensor using a piezoelectric vibrator or the like is an indispensable sensor for controlling the attitude of a car navigation system or robot, and as the demand for the car navigation system or robot increases, the operating temperature range is increased. However, there is an increasing demand for a wide and highly accurate angular velocity sensor. In order to meet these demands, a vibration control device is disclosed as an angular velocity sensor including an automatic gain control circuit that controls the vibration amplitude of a vibrator to be constant even when the ambient temperature changes (for example, Patent Document 1). reference).

以下、従来の技術である特許文献1を図面に基づいて説明する。図10は角速度を検出する従来の振動制御装置のブロック図である。50は振動制御装置であり、内蔵する駆動装置60の出力信号P50は、帰還増幅器51、52の非反転入力端子にそれぞれ接続され、帰還増幅器51、52の反転入力端子は、振動子53に形成される圧電素子53a、53bの一方の電極にそれぞれ接続される。圧電素子53a、53bの他方の電極は、帰還抵抗54aを有する和動増幅器54の反転入力端子に接続されて、その出力端子から圧電素子53a、53bを通過する合成電流と帰還抵抗54aとの積に対応する自励信号P51が出力して駆動装置60の入力端子60aに印加され、振動子53は自励振動される。   Hereinafter, Patent Document 1 as a conventional technique will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a block diagram of a conventional vibration control device that detects angular velocity. 50 is a vibration control device, and the output signal P50 of the built-in drive device 60 is connected to the non-inverting input terminals of the feedback amplifiers 51 and 52, respectively, and the inverting input terminals of the feedback amplifiers 51 and 52 are formed in the vibrator 53. Connected to one of the electrodes of the piezoelectric elements 53a and 53b. The other electrodes of the piezoelectric elements 53a and 53b are connected to the inverting input terminal of the sum amplifier 54 having the feedback resistor 54a, and the product of the combined current passing through the piezoelectric elements 53a and 53b from the output terminal and the feedback resistor 54a. The self-excited signal P51 corresponding to is output and applied to the input terminal 60a of the driving device 60, and the vibrator 53 is self-excited.

図11は駆動装置60の一例の構成を示すものである。この駆動装置60は、自動利得制御回路(以下、AGC回路と略す)61、利得固定増幅器としての非反転増幅器64及び反転増幅器65を有する。AGC回路61は比較器62および振幅制御器63を有し、比較器62は入力端子60aからの自励信号P51を直流化して基準レベルと比較し、その比較結果に応じた比較信号P52を生成して、振幅制御器63に供給する。   FIG. 11 shows an exemplary configuration of the driving device 60. The driving device 60 includes an automatic gain control circuit (hereinafter abbreviated as AGC circuit) 61, a non-inverting amplifier 64 as a gain fixing amplifier, and an inverting amplifier 65. The AGC circuit 61 has a comparator 62 and an amplitude controller 63. The comparator 62 converts the self-excited signal P51 from the input terminal 60a into a direct current and compares it with a reference level, and generates a comparison signal P52 according to the comparison result. Then, it is supplied to the amplitude controller 63.

振幅制御器63は、入力端子60aからの自励信号P51を入力し、比較器62からの比較信号P52に基づいて自励信号P51の振幅を制御してAGC信号P53を出力する。AGC信号P53は、非反転増幅器64で所定の大きさに増幅された後、反転増幅器65で反転され出力端子60bより出力信号P50として出力される。   The amplitude controller 63 receives the self-excited signal P51 from the input terminal 60a, controls the amplitude of the self-excited signal P51 based on the comparison signal P52 from the comparator 62, and outputs an AGC signal P53. The AGC signal P53 is amplified to a predetermined magnitude by the non-inverting amplifier 64, then inverted by the inverting amplifier 65, and output as the output signal P50 from the output terminal 60b.

このようにして振動子53は駆動装置60によって振幅制御されながら自励振動を継続し、帰還増幅器51、52の反転入力端子には、それぞれの圧電素子53a、53bの等価抵抗等に流れる電流値に対応した電圧が印加されるので、帰還増幅器51、52の帰還抵抗51a、52aには、コリオリの力に対応した電流のみが流れることになる。これにより、帰還増幅器51、52の出力を差動増幅器55で増幅することにより、入力角速度に対応した位相成分を増幅できるので、出力端子56より検出した角速度に応じた信号を出力出来る。   Thus, the vibrator 53 continues self-excited vibration while the amplitude is controlled by the driving device 60, and current values flowing through the equivalent resistances of the piezoelectric elements 53a and 53b at the inverting input terminals of the feedback amplifiers 51 and 52, respectively. Therefore, only a current corresponding to the Coriolis force flows through the feedback resistors 51a and 52a of the feedback amplifiers 51 and 52. As a result, by amplifying the outputs of the feedback amplifiers 51 and 52 by the differential amplifier 55, the phase component corresponding to the input angular velocity can be amplified, so that a signal corresponding to the detected angular velocity can be output from the output terminal 56.

以上の構成により、振動子53の等価抵抗が周囲温度変化によって変動しても、圧電素子53a、53bを通過する合成電流が一定に維持されるように動作するので、振動子53は一定の振幅で自励振動を継続し、この結果、周囲温度変化の影響が少ない角速度検出が可能となる。   With the above configuration, even if the equivalent resistance of the vibrator 53 fluctuates due to a change in ambient temperature, the combined current passing through the piezoelectric elements 53a and 53b operates so as to be kept constant, so that the vibrator 53 has a constant amplitude. As a result, the angular velocity can be detected with little influence of the ambient temperature change.

特開平8−14913号公報(第4頁、第1図)JP-A-8-14913 (page 4, Fig. 1)

しかしながら、振動子53は製品形状のばらつき等によって、等価抵抗値にばらつきが発生するが、その等価抵抗値のばらつき量は振動子53の製造ロットによって様々に変化し、小さなばらつきのロットもあれば、大きくばらついてしまうロットもある。ここで、この振動子53の等価抵抗値のばらつき量が小さい場合は、AGC回路61の動作によって吸収されるが、そのばらつき量が大きいと、AGC回路61の振幅制御器63の増幅率の可変範囲には限界があるので、等価抵抗値のばらつきに対応出来ない状況が発生する。このような場合には、予め振動子53の仕分け作業を行い、等価抵抗値のばらつき量が小さい振動子のみを使用することにして、適さない振動子は廃棄処分となっていた。   However, the vibrator 53 has a variation in equivalent resistance value due to a variation in product shape and the like. The variation amount of the equivalent resistance value varies depending on the manufacturing lot of the vibrator 53, and there is a small variation lot. There are also lots that vary greatly. Here, when the variation amount of the equivalent resistance value of the vibrator 53 is small, it is absorbed by the operation of the AGC circuit 61. However, when the variation amount is large, the gain of the amplitude controller 63 of the AGC circuit 61 is variable. Since there is a limit to the range, a situation occurs that cannot cope with variations in equivalent resistance value. In such a case, the vibrators 53 are sorted in advance, and only vibrators having a small variation in equivalent resistance value are used.

しかし、特に振動子が水晶振動子の場合には、形状の僅かなばらつきによって等価抵抗であるクリスタルインピーダンス(以下CI値と略す)が大きくばらつくので、従来技術の構成に適用すると、廃棄処分となる水晶振動子が大量に発生し、水晶振動子の量産効率が著しく低下して水晶振動子の大幅なコストアップという大きな問題が生じる。   However, particularly when the resonator is a crystal resonator, crystal impedance (hereinafter abbreviated as CI value), which is equivalent resistance, varies greatly due to slight variations in shape. A large amount of crystal resonators are generated, and the mass production efficiency of the crystal resonators is remarkably lowered, resulting in a great problem of a significant cost increase of the crystal resonators.

また、振幅制御器63の増幅率の可変範囲を最大限に大きくすれば、廃棄処分になる振動子をある程度少なく出来るが、増幅率の可変範囲を大きくすると振幅制御器63の安定性が悪化し、また、ノイズの低減維持が出来なくなってしまうという新たな問題が発生する。   Further, if the variable range of the amplification factor of the amplitude controller 63 is maximized, the number of vibrators to be discarded can be reduced to some extent. However, if the variable range of the amplification factor is increased, the stability of the amplitude controller 63 deteriorates. In addition, there is a new problem that noise cannot be reduced and maintained.

本発明の目的は上記課題を解決し、振動子の特性のばらつきに幅広く対応し安定度にすぐれた発振回路を実現すると共に、この発振回路を用いた高精度の角速度センサを提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, to realize an oscillation circuit that is widely compatible with variations in characteristics of vibrators and has excellent stability, and to provide a highly accurate angular velocity sensor using this oscillation circuit. .

上記課題を解決するために、本発明の発振回路及び角速度センサは、下記記載の構成を採用する。   In order to solve the above problems, the oscillation circuit and the angular velocity sensor of the present invention employ the following configurations.

本発明の発振回路は、駆動電極を有し、この駆動電極に印加される駆動電圧によって励振する圧電振動子と、この圧電振動子の前記駆動電極からの出力電流を交流電圧に変換する電流/電圧変換回路と、この電流/電圧変換回路からの交流信号を増幅し増幅率を可変できる利得可変増幅器と、前記電流/電圧変換回路からの交流信号を増幅し増幅率が固定された利得固定増幅器と、前記駆動電極からの出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される信号と所定の基準信号とを比較し前記整流回路の出力信号の変動に応じて制御電圧を出力する比較回路とを備え、前記比較回路から出力される前記制御電圧に基づいて前記圧電振動子の駆動電極に印加される駆動電圧を制御すると共に、前記圧電振動子からの出力電流を一定に維持して制御する自動利得制御回路と、を有する発振回路であって、前記利得固定増幅器は少なくとも2つの利得を有し、この少なくとも2つの利得を所定の状況に応じて切り替え動作する切替手段を設けたことを特徴とする。   The oscillation circuit of the present invention has a drive electrode, a piezoelectric vibrator that is excited by a drive voltage applied to the drive electrode, and a current / current that converts an output current from the drive electrode of the piezoelectric vibrator into an AC voltage. A voltage conversion circuit, a gain variable amplifier capable of amplifying an AC signal from the current / voltage conversion circuit to vary an amplification factor, and a gain fixed amplifier in which the AC signal from the current / voltage conversion circuit is amplified and the amplification factor is fixed A rectifier circuit that rectifies an output current from the drive electrode, and a comparison that compares a signal output from the rectifier circuit with a predetermined reference signal and outputs a control voltage in accordance with fluctuations in the output signal of the rectifier circuit A drive voltage applied to the drive electrode of the piezoelectric vibrator based on the control voltage output from the comparison circuit, and the output current from the piezoelectric vibrator is kept constant. And an automatic gain control circuit for controlling the gain, wherein the gain-fixed amplifier has at least two gains, and switching means for switching the at least two gains according to a predetermined situation is provided. It is characterized by that.

これにより、利得固定増幅器の利得を状況に応じて切り替えることによって、利得可変増幅器の可変範囲を最大限にする必要がなく、ノイズの少ない安定した発振回路を実現出来る。また、利得固定増幅器の利得を切り替えることにより、従来まで廃棄していた圧電振動子も使用することが出来るので、圧電振動子の大量生産、及び、生産効率のアップによるコストダウンを実現出来る。   As a result, by switching the gain of the fixed gain amplifier according to the situation, it is not necessary to maximize the variable range of the variable gain amplifier, and a stable oscillation circuit with less noise can be realized. In addition, by switching the gain of the fixed gain amplifier, the piezoelectric vibrators that have been discarded up to now can be used, so that mass production of piezoelectric vibrators and cost reduction by increasing production efficiency can be realized.

また、前記切替手段は、抵抗素子とスイッチとを有することを特徴とする。   The switching means includes a resistance element and a switch.

これにより、スイッチによって抵抗素子を切り替えることで、利得固定増幅器の利得を簡単に、また、確実に切り替えることが出来る。   Accordingly, the gain of the fixed gain amplifier can be easily and reliably switched by switching the resistance element by the switch.

また、前記切替手段は、コンデンサとスイッチとを有することを特徴とする。   Further, the switching means includes a capacitor and a switch.

これにより、ICに内蔵されるコンデンサは、相対精度が良く、また、温度特性も優れているので、切替手段を発振回路と共にIC化することが容易であり、高精度で温度特性にも優れた発振回路を実現出来る。   As a result, the capacitor built in the IC has good relative accuracy and excellent temperature characteristics. Therefore, it is easy to integrate the switching means with the oscillation circuit into an IC, and it has high accuracy and excellent temperature characteristics. An oscillation circuit can be realized.

また、前記スイッチは、MOS型トランジスタであることを特徴とする。   The switch is a MOS transistor.

これにより、CMOS構造の発振回路のICに、切替手段のスイッチをMOS型トランジスタとして内蔵させることが可能となり、小型で信頼性に優れた発振回路を実現出来る。   As a result, the switch of the switching means can be incorporated as a MOS transistor in the IC of the oscillation circuit having the CMOS structure, and a small and highly reliable oscillation circuit can be realized.

また、前記圧電振動子は、水晶振動子であることを特徴とする。   The piezoelectric vibrator is a quartz crystal vibrator.

これにより、水晶振動子は、セラミック等を用いた振動子よりもQ値が極めて高く温度特性も良好であるので、安定性に優れた高性能な発振回路を実現出来る。   As a result, the crystal resonator has an extremely high Q value and excellent temperature characteristics as compared with a resonator using ceramic or the like, and thus a high-performance oscillation circuit with excellent stability can be realized.

本発明の角速度センサは、上記記載の発振回路と、圧電振動子に設けた検出電極により前記圧電振動子に生じたコリオリの力による応力を電荷として検出し、前記発振回路の電流/電圧変換回路からの交流信号、または前記圧電振動子の駆動電極に印加される駆動電圧で同期検波して、角速度に応じた検出信号を出力する検出回路と、を備えたことを特徴とする。   An angular velocity sensor according to the present invention detects a stress caused by Coriolis force generated in the piezoelectric vibrator by the oscillation circuit described above and a detection electrode provided on the piezoelectric vibrator as a charge, and a current / voltage conversion circuit of the oscillation circuit. And a detection circuit that outputs a detection signal corresponding to the angular velocity by performing synchronous detection with an AC signal from the above or a drive voltage applied to a drive electrode of the piezoelectric vibrator.

これにより、発振回路の圧電振動子に設けた検出電極によって圧電振動子に生じるコリオリの力を検出し、効率良く同期検波するので、安定性に優れた高精度の角速度センサを実現することが出来る。   As a result, Coriolis force generated in the piezoelectric vibrator is detected by the detection electrode provided in the piezoelectric vibrator of the oscillation circuit, and the synchronous detection is efficiently performed, so that a highly accurate angular velocity sensor with excellent stability can be realized. .

上記の如く本発明の発振回路は、利得固定増幅器の利得を状況に応じて切り替えるので、利得可変増幅器の可変範囲を最大限にする必要がなく、安定した発振回路を実現出来る。また、利得固定増幅器の利得を切り替えることにより、圧電振動子のばらつきに幅広く対応出来るので、従来まで廃棄していた圧電振動子も使用することが可能となり、圧電振動子の大量生産、及び、生産効率のアップによるコストダウンを実現出来る。   As described above, the oscillation circuit of the present invention switches the gain of the fixed gain amplifier according to the situation, so that it is not necessary to maximize the variable range of the variable gain amplifier, and a stable oscillation circuit can be realized. In addition, by switching the gain of the fixed gain amplifier, it is possible to handle a wide range of variations in piezoelectric vibrators, so it is possible to use piezoelectric vibrators that have been discarded up to now, and mass production and production of piezoelectric vibrators Cost can be reduced by increasing efficiency.

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図1は本発明の発振回路の概略を示すブロック図である。図2は本発明の発振回路の水晶振動子の電極構造を示す断面図である。図3は本発明の発振回路の利得可変増幅器の増幅率特性を説明するグラフである。図4は本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器の抵抗とスイッチを用いた一例を示す回路図である。図5(a)は本発明の発振回路の利得固定増幅器の切替動作範囲の一例を示す表である。図5(b)は従来の利得固定増幅器の動作範囲の一例を示す表である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the oscillation circuit of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the electrode structure of the crystal resonator of the oscillation circuit of the present invention. FIG. 3 is a graph for explaining the amplification factor characteristic of the variable gain amplifier of the oscillation circuit of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram showing an example using a resistor and a switch of a fixed gain amplifier constituting the oscillation circuit of the present invention. FIG. 5A is a table showing an example of the switching operation range of the gain fixed amplifier of the oscillation circuit of the present invention. FIG. 5B is a table showing an example of the operation range of a conventional gain-fixed amplifier.

図6は本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器の抵抗とスイッチを用いた他の例を示す回路図である。図7は本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器のコンデンサとスイッチを用いた一例を示す回路図である。図8は本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器のコンデンサとスイッチを用いた他の例を示す回路図である。図9は本発明の角速度
センサの概略を示すブロック図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example using resistors and switches of a fixed gain amplifier constituting the oscillation circuit of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram showing an example using a capacitor and a switch of a fixed gain amplifier constituting the oscillation circuit of the present invention. FIG. 8 is a circuit diagram showing another example using a capacitor and a switch of a fixed gain amplifier constituting the oscillation circuit of the present invention. FIG. 9 is a block diagram showing an outline of the angular velocity sensor of the present invention.

本発明の発振回路の構成を図1に基づいて説明する。図1に於いて、1は本発明の発振回路である。2は圧電振動子としての水晶振動子であり、対となる駆動電極3、4を備えている。7は電流電圧変換回路(以下、I/V変換回路と略す)であり、水晶振動子2の一方の駆動電極4からの流れ出す出力電流Ioutを入力して交流信号V1を出力する。   The configuration of the oscillation circuit of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an oscillation circuit according to the present invention. Reference numeral 2 denotes a quartz crystal vibrator as a piezoelectric vibrator, which includes a pair of drive electrodes 3 and 4. Reference numeral 7 denotes a current-voltage conversion circuit (hereinafter abbreviated as I / V conversion circuit), which inputs an output current Iout flowing out from one drive electrode 4 of the crystal resonator 2 and outputs an AC signal V1.

8はローパスフィルタ(以下、LPFと略す)であり、交流信号V1を入力してフィルタ出力信号V2を出力する。9は自動利得制御回路(以下、AGC回路と略す)であり、整流回路9a、基準信号源9b、比較回路9cによって構成される。整流回路9aは交流信号V1を入力して直流信号V3を出力し、比較回路9cは直流信号V3と基準信号源9bの出力である所定の基準信号V4を入力して制御電圧V5を出力する。   Reference numeral 8 denotes a low-pass filter (hereinafter abbreviated as LPF), which receives an AC signal V1 and outputs a filter output signal V2. Reference numeral 9 denotes an automatic gain control circuit (hereinafter abbreviated as AGC circuit), which includes a rectifier circuit 9a, a reference signal source 9b, and a comparison circuit 9c. The rectifier circuit 9a receives the AC signal V1 and outputs a DC signal V3, and the comparator circuit 9c inputs the DC signal V3 and a predetermined reference signal V4 output from the reference signal source 9b and outputs a control voltage V5.

10は利得可変増幅器であり、LPF8からのフィルタ出力信号V2を入力し、制御電圧V5に基づいて増幅信号V6を出力する。11は利得固定増幅器であり、増幅器12と利得を切り替える切替手段としての切替回路13によって構成される。増幅器12は利得可変増幅器10からの増幅信号V6を入力し、切替回路13からの切替信号V7に基づいて増幅率を切り替え、駆動電圧Voutを出力し、水晶振動子2の駆動電極3に印加する。   A variable gain amplifier 10 receives the filter output signal V2 from the LPF 8 and outputs an amplified signal V6 based on the control voltage V5. Reference numeral 11 denotes a gain-fixed amplifier, which includes an amplifier 12 and a switching circuit 13 as switching means for switching the gain. The amplifier 12 receives the amplified signal V6 from the variable gain amplifier 10, switches the amplification factor based on the switching signal V7 from the switching circuit 13, outputs the driving voltage Vout, and applies it to the driving electrode 3 of the crystal resonator 2. .

14は不揮発性メモリ等によってなる記憶回路であり、切替制御信号V8を出力して切替回路13に入力する。尚、切替制御信号V8は、発振回路の仕様に応じて1ビットでも2ビット以上の複数ビットでも良い。15はオールパスフィルタ回路によって成る位相回路であり、I/V変換回路7の出力電圧である交流信号V1を入力して位相調整を行い、検波制御信号V9を出力する。尚、位相回路15は駆動電圧Voutを入力しても良い。   Reference numeral 14 denotes a storage circuit composed of a nonvolatile memory or the like, which outputs a switching control signal V8 and inputs it to the switching circuit 13. The switching control signal V8 may be 1 bit or a plurality of bits of 2 bits or more depending on the specification of the oscillation circuit. Reference numeral 15 denotes a phase circuit composed of an all-pass filter circuit, which receives an AC signal V1 that is an output voltage of the I / V conversion circuit 7 to perform phase adjustment and outputs a detection control signal V9. The phase circuit 15 may input the drive voltage Vout.

次に、水晶振動子2の電極構造の一例を図2の断面図に基づいて説明する。図2に於いて、水晶振動子2は共振周波数が数十KHzの振動子であり、二つの駆動用枝2a、2bと一つの検出用枝2cの3本の枝を有する三又振動子である。駆動用枝2a、2bには対となる駆動電極3、4が形成されており、駆動電極3は、駆動用枝2aの対向する2面に形成される駆動電極3a、3bと、駆動用枝2bの対抗する2面に形成される駆動電極3c、3dによって成る。   Next, an example of the electrode structure of the crystal unit 2 will be described based on the cross-sectional view of FIG. In FIG. 2, the crystal resonator 2 is a resonator having a resonance frequency of several tens of KHz, and is a three-pronged resonator having three branches of two drive branches 2a and 2b and one detection branch 2c. is there. A pair of drive electrodes 3 and 4 are formed on the drive branches 2a and 2b. The drive electrode 3 includes drive electrodes 3a and 3b formed on two opposing surfaces of the drive branch 2a and a drive branch. The driving electrodes 3c and 3d are formed on two opposing surfaces of 2b.

又、駆動電極4は、駆動用枝2aの対向する他の2面に形成される駆動電極4a、4bと、駆動用枝2bの対抗する他の2面に形成される駆動電極4c、4dによって成る。駆動電極3a、3b、3c、3dはそれぞれ電気的に接続されて駆動電極3として外部と接続され、駆動電極4a、4b、4c、4dもそれぞれ電気的に接続されて駆動電極4として外部と接続される。   Further, the drive electrode 4 is constituted by drive electrodes 4a and 4b formed on the other two surfaces facing the drive branch 2a and drive electrodes 4c and 4d formed on the other two surfaces opposed to the drive branch 2b. Become. The drive electrodes 3a, 3b, 3c, and 3d are electrically connected and connected to the outside as the drive electrode 3, and the drive electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d are also electrically connected and connected to the outside as the drive electrode 4. Is done.

検出用枝2cには、対となる検出電極5、6が形成されており、検出電極5は、検出用枝2cの対向する面の一部に形成される検出電極5a、5bによって成り、検出電極6も、検出用枝2cの対向する面の一部に形成される検出電極6a、6bによって成る。検出電極5a、5bはそれぞれ電気的に接続されて検出電極5として外部と接続され、また検出電極6a、6bもそれぞれ電気的に接続されて検出電極6として外部と接続される。尚、水晶振動子2の構造は、図2で示すような三又振動子には限定されず、例えば、二又の音叉型振動子でも良い。   A pair of detection electrodes 5 and 6 is formed on the detection branch 2c, and the detection electrode 5 includes detection electrodes 5a and 5b formed on a part of the opposing surface of the detection branch 2c. The electrode 6 is also composed of detection electrodes 6a and 6b formed on part of the opposing surface of the detection branch 2c. The detection electrodes 5a and 5b are electrically connected and connected to the outside as the detection electrode 5, and the detection electrodes 6a and 6b are also electrically connected and connected to the outside as the detection electrode 6. Note that the structure of the crystal resonator 2 is not limited to the three-pronged vibrator as shown in FIG.

次に、本発明の発振回路1の動作を図1と図2に基づいて説明する。水晶振動子2は、駆動電極3に印加される交流の駆動電圧Voutによって励振し、駆動電極4からは交流の出力電流Ioutが流れ出る。I/V変換回路7は、水晶振動子2からの数十KHzの
出力電流Ioutを交流電圧に変換し、交流信号V1として出力する。LPF8は交流信号V1の位相調整をして発振の位相条件を成立させると共に、高周波成分を除去する。
Next, the operation of the oscillation circuit 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. The crystal resonator 2 is excited by an alternating drive voltage Vout applied to the drive electrode 3, and an alternating output current Iout flows out from the drive electrode 4. The I / V conversion circuit 7 converts an output current Iout of several tens of KHz from the crystal resonator 2 into an AC voltage and outputs the AC voltage V1. The LPF 8 adjusts the phase of the AC signal V1 to establish the oscillation phase condition and remove the high frequency component.

AGC回路9の整流回路9aは、交流信号V1の全波整流、または半波整流を行い、交流信号V1の大きさに準じた直流信号V3を出力する。比較回路9cは、直流信号V3と所定の大きさの基準信号V4を比較し、直流信号V3の変動に応じた制御電圧V5を出力する。利得可変増幅器10は、制御電圧V5に基づいて増幅率を例えば、1〜5程度までに可変し、水晶振動子2からの交流信号V1に基づいたフィルタ出力信号V2を可変増幅する。   The rectifier circuit 9a of the AGC circuit 9 performs full-wave rectification or half-wave rectification of the AC signal V1, and outputs a DC signal V3 according to the magnitude of the AC signal V1. The comparison circuit 9c compares the DC signal V3 with a reference signal V4 having a predetermined magnitude, and outputs a control voltage V5 according to the fluctuation of the DC signal V3. The variable gain amplifier 10 varies the amplification factor based on, for example, about 1 to 5 based on the control voltage V5, and variably amplifies the filter output signal V2 based on the AC signal V1 from the crystal unit 2.

記憶回路14は、使用する水晶振動子2のCI値に基づいた情報を、例えば発振回路1の製造段階で記憶し、切替制御信号V8として利得固定増幅器11に出力する。利得固定増幅器11の切替回路13は、切替制御信号V8に基づいて内部のスイッチを動作させ、増幅器12の利得を切り替えるために切替信号V7を出力し、増幅器12の利得を少なくても2段階に切り替える。尚、利得固定増幅器11の詳細な構成と動作は後述する。   The storage circuit 14 stores information based on the CI value of the crystal resonator 2 to be used, for example, at the manufacturing stage of the oscillation circuit 1, and outputs the information to the gain fixed amplifier 11 as the switching control signal V8. The switching circuit 13 of the fixed gain amplifier 11 operates an internal switch based on the switching control signal V8, outputs a switching signal V7 in order to switch the gain of the amplifier 12, and at least two gains of the amplifier 12 are gained. Switch. The detailed configuration and operation of the gain fixed amplifier 11 will be described later.

以上の動作により、水晶振動子2は利得固定増幅器11の出力である駆動電圧Voutによって駆動され、共振周波数に等しい周波数で自励発振が継続される。そして、水晶振動子2が発振を継続すると、図2で示す駆動用枝2a、2bは矢印X方向に振動し、また、検出用枝2cも駆動用枝2a、2bに同期して矢印X方向に振動する。   With the above operation, the crystal resonator 2 is driven by the drive voltage Vout which is the output of the fixed gain amplifier 11, and self-oscillation is continued at a frequency equal to the resonance frequency. When the crystal resonator 2 continues to oscillate, the driving branches 2a and 2b shown in FIG. 2 vibrate in the arrow X direction, and the detection branch 2c also synchronizes with the driving branches 2a and 2b in the arrow X direction. Vibrate.

ここで、温度変化等によって水晶振動子2のCI値が大きくなったとすると、水晶振動子2に流れる出力電流Ioutは減少するので、I/V変換回路7の出力である交流信号V1は小さくなる。これにより、整流回路9aの出力である直流信号V3のレベルが下がり、この直流電圧V3と基準信号V4を比較する比較回路9cの出力である制御電圧V5のレベルが上昇する。この結果、利得可変増幅器10の増幅率が上昇し、その出力である増幅信号V6が大きくなるので駆動電圧Voutも大きくなり、水晶振動子2のCI値の増加を補って、水晶振動子2に流れる出力電流Ioutの減少を防ぎ出力電流Ioutを一定に保つ。   Here, if the CI value of the crystal unit 2 increases due to a temperature change or the like, the output current Iout flowing through the crystal unit 2 decreases, so the AC signal V1 that is the output of the I / V conversion circuit 7 decreases. . As a result, the level of the DC signal V3 that is the output of the rectifier circuit 9a is lowered, and the level of the control voltage V5 that is the output of the comparison circuit 9c that compares the DC voltage V3 with the reference signal V4 is raised. As a result, the gain of the variable gain amplifier 10 is increased, and the amplified signal V6 that is output from the gain amplifier 10 is increased. Therefore, the drive voltage Vout is also increased, and the increase in the CI value of the crystal resonator 2 is compensated. A decrease in the flowing output current Iout is prevented and the output current Iout is kept constant.

また、同様に温度変化等によって水晶振動子2のCI値が小さくなったとすると、水晶振動子2に流れる出力電流Ioutは増加するので、I/V変換回路7の出力である交流信号V1は大きくなる。これにより、整流回路9aの出力である直流信号V3のレベルが上がり、この直流電圧V3と基準信号V4を比較する比較回路9cの出力である制御電圧V5のレベルが降下する。この結果、利得可変増幅器10の増幅率が低下し、その出力である増幅信号V6が小さくなるので駆動電圧Voutも小さくなり、水晶振動子2のCI値の低下を補って、水晶振動子2に流れる出力電流Ioutの増加を防ぎ出力電流Ioutを一定に保つ。   Similarly, if the CI value of the crystal unit 2 decreases due to a temperature change or the like, the output current Iout flowing through the crystal unit 2 increases, so that the AC signal V1 that is the output of the I / V conversion circuit 7 is large. Become. As a result, the level of the DC signal V3 that is the output of the rectifier circuit 9a increases, and the level of the control voltage V5 that is the output of the comparison circuit 9c that compares the DC voltage V3 and the reference signal V4 decreases. As a result, the gain of the variable gain amplifier 10 is reduced, and the amplified signal V6 as an output thereof is reduced, so that the drive voltage Vout is also reduced, and the decrease in the CI value of the crystal unit 2 is compensated for. An increase in the flowing output current Iout is prevented, and the output current Iout is kept constant.

図3は、利得可変増幅器10の増幅率が制御電圧V5によって可変する増幅率特性を示しており、図3によって、利得可変増幅器10の増幅率が水晶振動子のCI値の変動によって、どのように推移するかの一例を説明する。ここで利得可変増幅器10は、制御電圧V5が0ボルトのとき増幅率は約1倍であり、また、制御電圧V5が最大のVmaxのとき増幅率は約5倍であるとする。   FIG. 3 shows an amplification factor characteristic in which the amplification factor of the variable gain amplifier 10 is varied by the control voltage V5. FIG. 3 shows how the amplification factor of the variable gain amplifier 10 varies depending on the fluctuation of the CI value of the crystal resonator. An example of the transition to will be described. Here, it is assumed that the variable gain amplifier 10 has an amplification factor of about 1 when the control voltage V5 is 0 volts, and an amplification factor of about 5 when the control voltage V5 is the maximum Vmax.

ここで例えば、標準的なCI値の水晶振動子を用いて発振が継続され、そのときの利得可変増幅器10の増幅率がG1(すなわち、約3倍)で発振回路1が安定動作しているとする。このとき、温度変化等で水晶振動子のCI値が増加したとすると、前述した如く、AGC回路9からの制御電圧V5は上昇するので利得可変増幅器10の増幅率はG2(約4倍に近づく)となる。   Here, for example, oscillation is continued using a crystal resonator having a standard CI value, and the oscillation circuit 1 operates stably with the gain of the variable gain amplifier 10 at that time being G1 (that is, about 3 times). And At this time, if the CI value of the crystal resonator increases due to a temperature change or the like, as described above, the control voltage V5 from the AGC circuit 9 increases, so that the gain of the variable gain amplifier 10 is G2 (approx. 4 times). )

また、同様に温度変化等で水晶振動子のCI値が低下したとすると、前述した如く、AGC回路9からの制御電圧V5は降下するので利得可変増幅器10の増幅率はG3(約2倍に近づく)となる。このように、温度変化等によって水晶振動子2のCI値が変動しても、AGC回路9によって利得可変増幅回路10の増幅率を可変し、水晶振動子2に流れる出力電流Ioutを一定に保つことが出来るので、水晶振動子2の振動振幅が常に一定となり、安定した発振を継続することが出来る。   Similarly, if the CI value of the crystal resonator decreases due to a temperature change or the like, as described above, the control voltage V5 from the AGC circuit 9 decreases, so that the gain of the variable gain amplifier 10 is G3 (about twice). Approach). As described above, even if the CI value of the crystal resonator 2 fluctuates due to a temperature change or the like, the gain of the variable gain amplifier circuit 10 is varied by the AGC circuit 9, and the output current Iout flowing through the crystal resonator 2 is kept constant. Therefore, the vibration amplitude of the crystal resonator 2 is always constant, and stable oscillation can be continued.

尚、利得可変増幅回路10は、前述した如く、1〜5倍程度の範囲で増幅率を可変することが出来るが、増幅率が低い領域や高い領域では、制御電圧V5に対してリニアリティが悪く、また、AGC回路9のロック時間が長くなる、また、ノイズが発生しやすい等の不具合が生じるので、利得可変増幅回路10の増幅率は、図3で示すように2〜4倍程度の増幅率範囲が推奨される動作範囲である。   As described above, the variable gain amplifier circuit 10 can vary the gain within a range of about 1 to 5 times. However, the linearity is poor with respect to the control voltage V5 in a region where the gain is low or high. In addition, since the AGC circuit 9 has a longer lock time and noise is likely to be generated, the gain of the variable gain amplifier circuit 10 is about 2 to 4 times as shown in FIG. The rate range is the recommended operating range.

次に、利得固定増幅器11の詳細な回路構成を図4に基づいて説明する。図4に於いて、増幅器12はプラス入力端子とマイナス入力端子を備えた差動増幅回路12aと、この差動増幅回路12aのマイナス入力端子と出力端子とを結んだ抵抗素子としての帰還抵抗Rf、及び、差動増幅回路12aのマイナス入力端子に一端が接続された抵抗素子としての分割抵抗R1によって構成される。切替回路13は、スイッチとしてのMOS型トランジスタSW1と、このMOS型トランジスタSW1のドレイン端子D1とソース端子S1とを結ぶ抵抗素子としての分割抵抗R2によって構成される。   Next, a detailed circuit configuration of the fixed gain amplifier 11 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, an amplifier 12 includes a differential amplifier circuit 12a having a positive input terminal and a negative input terminal, and a feedback resistor Rf as a resistance element connecting the negative input terminal and the output terminal of the differential amplifier circuit 12a. And a divided resistor R1 as a resistance element having one end connected to the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a. The switching circuit 13 includes a MOS transistor SW1 as a switch and a dividing resistor R2 as a resistance element connecting the drain terminal D1 and the source terminal S1 of the MOS transistor SW1.

MOS型トランジスタSW1のドレイン端子D1は、切替信号V7として増幅器12の分割抵抗R1の他端に接続され、MOS型トランジスタSW1のソース端子S1は、回路のGNDに接続され、MOS型トランジスタSW1のゲート端子G1は、記憶回路14からの切替制御信号V8に接続される。また、差動増幅回路12aのプラス入力端子は利得可変増幅器10からの増幅信号V6を入力し、差動増幅回路12aの出力端子は、駆動電圧Voutを出力する。   The drain terminal D1 of the MOS transistor SW1 is connected to the other end of the dividing resistor R1 of the amplifier 12 as the switching signal V7, the source terminal S1 of the MOS transistor SW1 is connected to the circuit GND, and the gate of the MOS transistor SW1. The terminal G1 is connected to the switching control signal V8 from the memory circuit 14. Further, the positive input terminal of the differential amplifier circuit 12a receives the amplified signal V6 from the variable gain amplifier 10, and the output terminal of the differential amplifier circuit 12a outputs the drive voltage Vout.

次に、固定利得増幅器11の動作を説明する。切替制御信号V8は、論理“0”又は論理“1”によって成るデジタル信号であり、例えば、切替制御信号V8が論理“0”のとき、MOS型トランジスタSW1はOFFとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の抵抗値は、R1+R2となり、増幅器12の利得Gは、図4に示す式1となる。また、切替制御信号V8が論理“1”のとき、MOS型トランジスタSW1はONとなるので分割抵抗R2は電気的にシュート状態となり、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の抵抗値は分割抵抗R1となって、増幅器12の利得Gは、図4に示す式2となる。   Next, the operation of the fixed gain amplifier 11 will be described. The switching control signal V8 is a digital signal composed of logic “0” or logic “1”. For example, when the switching control signal V8 is logic “0”, the MOS transistor SW1 is turned off. The resistance value between the negative input terminal 12a and GND is R1 + R2, and the gain G of the amplifier 12 is expressed by Equation 1 shown in FIG. When the switching control signal V8 is logic “1”, the MOS transistor SW1 is turned on, so that the dividing resistor R2 is electrically in a shoot state, and the resistance value between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and GND is The gain G of the amplifier 12 becomes the equation 2 shown in FIG.

ここで一例として、帰還抵抗Rfが40KΩ、分割抵抗R1が10KΩ、分割抵抗R2が30KΩであるとすると、MOS型トランジスタSW1がOFFのときの利得(式1)は2倍となり、MOS型トランジスタSW1がONのときの利得(式2)は5倍となる。   As an example, if the feedback resistor Rf is 40 KΩ, the dividing resistor R1 is 10 KΩ, and the dividing resistor R2 is 30 KΩ, the gain (Equation 1) when the MOS transistor SW1 is OFF is doubled, and the MOS transistor SW1 When ON is ON, the gain (Equation 2) is 5 times.

以上の動作により、固定利得増幅器11は切替制御信号V8の論理によって二つの利得を切り替えることが出来る。この固定利得増幅器11の利得を切り替えることによって、水晶振動子2のCI値のばらつきを吸収し、安定した発振回路を実現することが、本発明の主要な目的である。   With the above operation, the fixed gain amplifier 11 can switch between the two gains according to the logic of the switching control signal V8. It is a main object of the present invention to realize a stable oscillation circuit by absorbing variations in the CI value of the crystal resonator 2 by switching the gain of the fixed gain amplifier 11.

次に、図5(a)に基づいて、利得固定増幅器11の利得の切り替えと、水晶振動子2のCI値の選択範囲との関係を説明する。ここで、水晶振動子2は、製造段階に於いて個々のCI値を測定し、例えば、CI値が極端に小さい領域の水晶振動子をグループA、C
I値がやや小さい領域の水晶振動子をグループB、CI値がやや大きい領域の水晶振動子をグループC、CI値が極端に大きい領域の水晶振動子をグループDとして、四つのグループに分類する。
Next, based on FIG. 5A, the relationship between the gain switching of the fixed gain amplifier 11 and the CI value selection range of the crystal resonator 2 will be described. Here, the crystal resonator 2 measures individual CI values in the manufacturing stage. For example, crystal resonators in regions where the CI value is extremely small are grouped in groups A and C.
Quartz resonators with slightly smaller I values are classified into four groups, group B, crystal resonators with slightly larger CI values as group C, and quartz resonators with extremely large CI values as group D. .

そして、CI値が極端に小さいグループAとCI値が極端に大きいグループDの水晶振動子については、発振回路の動作が不安定で、且つ、ノイズも増加するので破棄するが、CI値がやや小さいグループBの水晶振動子と、CI値がやや大きいグループCの水晶振動子については、利得固定増幅回路11の利得を切り替えることによって対応する。   The crystal oscillators of the group A having an extremely small CI value and the group D having an extremely large CI value are discarded because the operation of the oscillation circuit is unstable and noise increases. The small group B crystal resonators and the group C crystal resonators having slightly larger CI values are dealt with by switching the gain of the fixed gain amplifier circuit 11.

具体的には、CI値がやや小さいグループBの水晶振動子を発振回路1に用いる場合は、記憶回路14に論理“0”を記憶させて切替制御信号V8が論理“0”となるようにする。これにより、利得固定増幅器11の切替回路13のMOS型トランジスタSW1はOFFとなるので、利得固定増幅器11の利得は小さい利得(例えば2倍)が選択される。   Specifically, when a crystal resonator of group B having a slightly smaller CI value is used for the oscillation circuit 1, the logic “0” is stored in the memory circuit 14 so that the switching control signal V 8 becomes the logic “0”. To do. As a result, the MOS transistor SW1 of the switching circuit 13 of the fixed gain amplifier 11 is turned off, so that the gain of the fixed gain amplifier 11 is selected to be small (for example, twice).

また、CI値がやや大きいグループCの水晶振動子を発振回路1に用いる場合は、記憶回路14に論理“1”を記憶させて切替制御信号V8が論理“1”となるようにする。これにより、利得固定増幅器11の切替回路13のMOS型トランジスタSW1はONとなるので、利得固定増幅器11の利得は大きい利得(例えば5倍)が選択される。   When a crystal resonator of group C having a slightly large CI value is used for the oscillation circuit 1, the logic “1” is stored in the memory circuit 14 so that the switching control signal V8 becomes the logic “1”. As a result, the MOS transistor SW1 of the switching circuit 13 of the fixed gain amplifier 11 is turned on, so that a large gain (for example, five times) is selected as the gain of the fixed gain amplifier 11.

この結果、水晶振動子でグループB、グループCのどちらを採用しても、利得固定増幅器11の利得を切り替えることによってCI値の違いを見かけ上キャンセル出来るので、利得可変増幅器10の増幅率は、図3で示した増幅率G1とほぼ等しい動作点となり、温度変化等によって水晶振動子のCI値が変化しても、利得可変増幅器10の増幅率は推奨動作範囲内に収まり、安定した発振を継続することが出来る。   As a result, even if either the group B or the group C is used as the crystal resonator, the difference in the CI value can be apparently canceled by switching the gain of the fixed gain amplifier 11. The operating point is substantially equal to the amplification factor G1 shown in FIG. 3, and even if the CI value of the crystal resonator changes due to a temperature change or the like, the amplification factor of the variable gain amplifier 10 remains within the recommended operating range, and stable oscillation is achieved. You can continue.

次に、図5(b)は、従来の利得固定増幅器を使用した場合の水晶振動子のCI値の選択範囲例を説明している。この場合は、利得固定増幅器は利得を切り替えることが出来ないので、水晶振動子のCI値のばらつき範囲が広いと、図3で示した利得可変増幅器10の推奨動作範囲を超えてしまい、発振が不安定になる等の不具合が発生する。このため、水晶振動子はCI値のばらつき範囲が狭い製品しか使用することが出来ず、例えば、図5(b)で示すようにCI値の範囲がグループBだけしか使用することが出来ないので、グループA、C、及びグループDは破棄されなければならず、廃棄処分となる水晶振動子が大量に発生してしまう。   Next, FIG. 5B illustrates an example of a selection range of the CI value of the crystal resonator when a conventional gain-fixed amplifier is used. In this case, since the gain fixed amplifier cannot switch the gain, if the variation range of the CI value of the crystal resonator is wide, it exceeds the recommended operation range of the variable gain amplifier 10 shown in FIG. Problems such as instability occur. For this reason, the crystal resonator can use only products with a narrow CI value variation range. For example, as shown in FIG. 5B, the CI value range can be used only for the group B. , Group A, C, and Group D must be discarded, resulting in a large number of crystal resonators to be discarded.

以上のように、本発明の発振回路を採用することにより、利得固定増幅器の利得を使用する水晶振動子のCI値に応じて切り替えるので、温度変化等によってCI値が変動したとしても、利得可変増幅器10の増幅率を推奨動作範囲内で動作させることが可能となり、この結果、水晶振動子2を駆動する出力電流Ioutの値が周囲温度等に影響されず常に一定となるので、水晶振動子2の振動振幅は変動することなく常に安定した発振を持続することが出来る。   As described above, by adopting the oscillation circuit of the present invention, the gain of the fixed gain amplifier is switched according to the CI value of the crystal resonator using the gain, so that even if the CI value fluctuates due to a temperature change or the like, the gain can be varied. The amplification factor of the amplifier 10 can be operated within the recommended operating range. As a result, the value of the output current Iout for driving the crystal unit 2 is always constant without being influenced by the ambient temperature or the like. The oscillation amplitude of 2 can always maintain stable oscillation without fluctuation.

また、利得固定増幅器の利得を切り替えることにより、水晶振動子のCI値のばらつきに幅広く対応出来るので、従来まで廃棄していた水晶振動子も使用することが可能となり、水晶振動子の大量生産が容易で、また、生産効率のアップによる水晶振動子のコストダウンを実現出来る。また、切替回路13のスイッチはMOS型トランジスタを用いているので、CMOS構造の発振回路のICに利得固定増幅器11の切替回路13を内蔵させてワンチップICを実現でき、小型で信頼性に優れた発振回路を提供出来る。更に、圧電振動子として、Q値が極めて高い水晶振動子を用いているので、温度特性が良く、安定性に優れた高性能な発振回路を実現することが出来る。   In addition, by switching the gain of the fixed gain amplifier, it is possible to deal with a wide range of variations in the CI value of the crystal unit, so it is possible to use a crystal unit that has been discarded until now, and mass production of crystal units is possible. It is easy and can reduce the cost of crystal units by increasing production efficiency. Since the switch of the switching circuit 13 uses a MOS transistor, a one-chip IC can be realized by incorporating the switching circuit 13 of the fixed gain amplifier 11 in the IC of the oscillation circuit of the CMOS structure, and is small and excellent in reliability. An oscillation circuit can be provided. Furthermore, since a quartz vibrator having an extremely high Q value is used as the piezoelectric vibrator, a high-performance oscillation circuit having good temperature characteristics and excellent stability can be realized.

次に、利得固定増幅器の他の実施例を図6に基づいて説明する。図6の利得固定増幅器11は、切替回路13のスイッチとしてのMOS型トランジスタを二個有しており、利得を3段階に切り替えられることが特徴である。尚、図4の利得固定増幅器と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。   Next, another embodiment of the fixed gain amplifier will be described with reference to FIG. The gain-fixed amplifier 11 shown in FIG. 6 has two MOS transistors as switches of the switching circuit 13, and is characterized in that the gain can be switched in three stages. It should be noted that the same elements as those of the fixed gain amplifier of FIG.

図6に於いて、増幅器12は図4で示した構成と同等であるので説明は省略する。切替回路13は、スイッチとして二つのMOS型トランジスタSW1、SW2を有している。MOS型トランジスタSW1のドレイン端子D1とソース端子S1は抵抗素子としての分割抵抗R3の両端に接続され、ソース端子S1は回路のGNDに接続される。   In FIG. 6, the amplifier 12 has the same configuration as that shown in FIG. The switching circuit 13 has two MOS transistors SW1 and SW2 as switches. The drain terminal D1 and the source terminal S1 of the MOS transistor SW1 are connected to both ends of a dividing resistor R3 as a resistance element, and the source terminal S1 is connected to the GND of the circuit.

MOS型トランジスタSW2のドレイン端子D2は分割抵抗R2の一端と増幅器12の分割抵抗R1の一端に接続され、ソース端子S2は回路のGNDに接続される。ここで、ドレイン端子D2と分割抵抗R1の一端とを結ぶラインが切替信号V7として機能する。分割抵抗R2の他端は、MOS型トランジスタSW1のドレイン端子D1に接続される。   The drain terminal D2 of the MOS transistor SW2 is connected to one end of the dividing resistor R2 and one end of the dividing resistor R1 of the amplifier 12, and the source terminal S2 is connected to the GND of the circuit. Here, a line connecting the drain terminal D2 and one end of the dividing resistor R1 functions as the switching signal V7. The other end of the dividing resistor R2 is connected to the drain terminal D1 of the MOS transistor SW1.

この結果、増幅器12の差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGNDの間は、分割抵抗R1、R2、R3がシリーズに接続されることになる。尚、MOS型トランジスタSW1、SW2のゲート端子G1、G2は、記憶回路14の出力である2ビット構成の切替制御信号V8a、V8bにそれぞれ接続される。   As a result, the dividing resistors R1, R2, and R3 are connected in series between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a of the amplifier 12 and GND. Note that the gate terminals G1 and G2 of the MOS transistors SW1 and SW2 are connected to switching control signals V8a and V8b having a 2-bit configuration, which are outputs of the memory circuit 14, respectively.

次に、図6に基づいて他の実施例である利得固定増幅器11の動作を説明する。ここで、二つの切替制御信号V8a、V8bが共に論理“0”のときは、二つのMOS型トランジスタSW1、SW2は共にOFFとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の抵抗値は、R1+R2+R3となり、増幅器12の利得Gは、図6に示す式3となる。また、切替制御信号V8aが論理“1”、切替制御信号V8bが論理“0”のときは、MOS型トランジスタSW1がON、MOS型トランジスタSW2がOFFとなるので、分割抵抗R3のみがショート状態となって差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の抵抗値は、R1+R2となり、増幅器12の利得Gは、図6に示す式4となる。   Next, the operation of the fixed gain amplifier 11 according to another embodiment will be described with reference to FIG. Here, when the two switching control signals V8a and V8b are both logic "0", the two MOS transistors SW1 and SW2 are both turned OFF, and therefore the resistance between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and the GND. The value is R1 + R2 + R3, and the gain G of the amplifier 12 is Equation 3 shown in FIG. When the switching control signal V8a is logic "1" and the switching control signal V8b is logic "0", the MOS transistor SW1 is turned on and the MOS transistor SW2 is turned off, so that only the dividing resistor R3 is in a short state. Thus, the resistance value between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and GND is R1 + R2, and the gain G of the amplifier 12 is expressed by Equation 4 shown in FIG.

また、切替制御信号V8bが論理“1”のときは、MOS型トランジスタSW2がONとなるので、分割抵抗R2、R3は共にシュート状態となって差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の抵抗値は分割抵抗R1となり、増幅器12の利得Gは、図6に示す式5となる。尚、切替制御信号V8bが論理“1”のときは、切替制御信号V8aは論理“0”または論理“1”のどちらでも良い。   When the switching control signal V8b is logic “1”, the MOS transistor SW2 is turned on, so that the dividing resistors R2 and R3 are both in a shoot state and between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and GND. The resistance value is the dividing resistor R1, and the gain G of the amplifier 12 is expressed by Equation 5 shown in FIG. When the switching control signal V8b is logic “1”, the switching control signal V8a may be either logic “0” or logic “1”.

ここで一例として、帰還抵抗Rfが50KΩ、分割抵抗R1とR2が10KΩ、分割抵抗R3が30KΩであるとすると、MOS型トランジスタSW1、SW2が共にOFFのときの利得(式3)は2倍となり、MOS型トランジスタSW1がON、MOS型トランジスタSW2がOFFのときの利得(式4)は3.5倍となり、MOS型トランジスタSW2がONのときの利得(式5)は6倍となる。   As an example, if the feedback resistor Rf is 50 KΩ, the dividing resistors R1 and R2 are 10 KΩ, and the dividing resistor R3 is 30 KΩ, the gain (Equation 3) when the MOS transistors SW1 and SW2 are both OFF is doubled. When the MOS transistor SW1 is ON and the MOS transistor SW2 is OFF, the gain (Equation 4) is 3.5 times, and when the MOS transistor SW2 is ON, the gain (Equation 5) is 6 times.

以上の動作により、図6で示す利得固定増幅器11は2ビットの切替制御信号V8a、V8bの論理によって三つの利得を切り替えることが出来るので、水晶振動子のCI値のばらつきを更に大きく吸収することが可能であり、廃棄処分となる水晶振動子を更に減らし、水晶振動子の生産効率を一層向上させることが出来る。   With the above operation, the gain-fixed amplifier 11 shown in FIG. 6 can switch three gains according to the logic of the 2-bit switching control signals V8a and V8b, so that the variation in the CI value of the crystal resonator can be absorbed more greatly. Therefore, it is possible to further reduce the number of crystal units to be disposed of and to further improve the production efficiency of crystal units.

次に、利得固定増幅器の他の実施例を図7に基づいて説明する。図7の利得固定増幅器11は、切替手段としての切替回路13がコンデンサとMOS型トランジスタとを組み合わせて利得を切り替えことを特徴としている。尚、図4の利得固定増幅器と同一要素には
同一番号を付し重複する説明は一部省略する。図7に於いて、増幅器12はプラス入力端子とマイナス入力端子を備えた差動増幅回路12aと、この差動増幅回路12aのマイナス入力端子と出力端子とを結んだ帰還コンデンサCf、及び、差動増幅回路12aのマイナス入力端子と回路のGNDとを結んだ分割コンデンサC1によって構成される。
Next, another embodiment of the fixed gain amplifier will be described with reference to FIG. The gain-fixed amplifier 11 shown in FIG. 7 is characterized in that a switching circuit 13 as switching means switches gain by combining a capacitor and a MOS transistor. It should be noted that the same elements as those of the fixed gain amplifier of FIG. In FIG. 7, an amplifier 12 includes a differential amplifier circuit 12a having a positive input terminal and a negative input terminal, a feedback capacitor Cf connecting the negative input terminal and the output terminal of the differential amplifier circuit 12a, and a difference. The dividing capacitor C1 is formed by connecting the negative input terminal of the dynamic amplifier circuit 12a and the GND of the circuit.

切替回路13は、スイッチとしてのMOS型トランジスタSW1と、このMOS型トランジスタSW1のドレイン端子D1と差動増幅回路12aのマイナス入力端子とを結ぶ分割コンデンサC2によって構成される。この分割コンデンサC2と差動増幅回路12aのマイナス入力端子とを結ぶラインが切替信号V7として機能する。また、MOS型トランジスタSW1のソース端子S1は回路のGNDに接続され、MOS型トランジスタSW1のゲート端子G1は、記憶回路14からの切替制御信号V8に接続される。   The switching circuit 13 includes a MOS transistor SW1 as a switch, and a dividing capacitor C2 that connects the drain terminal D1 of the MOS transistor SW1 and the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a. A line connecting the division capacitor C2 and the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a functions as the switching signal V7. The source terminal S1 of the MOS transistor SW1 is connected to the circuit GND, and the gate terminal G1 of the MOS transistor SW1 is connected to the switching control signal V8 from the memory circuit 14.

次に、図7に基づいて他の実施例である利得固定増幅器11の動作を説明する。切替制御信号V8が論理“0”のとき、MOS型トランジスタSW1はOFFとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の容量値は分割コンデンサC1のみとなり、増幅器12の利得Gは図7に示す式6となる。また、切替制御信号V8が論理“1”のとき、MOS型トランジスタSW1はONとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の容量値は分割コンデンサC1+C2となり、増幅器12の利得Gは図7に示す式7となる。   Next, the operation of the fixed gain amplifier 11 according to another embodiment will be described with reference to FIG. When the switching control signal V8 is logic “0”, the MOS transistor SW1 is turned off, so that the capacitance value between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and GND is only the dividing capacitor C1, and the gain G of the amplifier 12 is Equation 6 shown in FIG. 7 is obtained. Further, when the switching control signal V8 is logic “1”, the MOS transistor SW1 is turned on, so that the capacitance value between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and GND becomes the division capacitor C1 + C2, and the gain G of the amplifier 12 Is represented by Equation 7 shown in FIG.

ここで一例として、帰還コンデンサCfが100pF、分割コンデンサC1が100pF、分割コンデンサC2が300pFであるとすると、MOS型トランジスタSW1がOFFのときの利得(式6)は2倍となり、MOS型トランジスタSW1がONのときの利得(式7)は5倍となる。   As an example, if the feedback capacitor Cf is 100 pF, the dividing capacitor C1 is 100 pF, and the dividing capacitor C2 is 300 pF, the gain (Equation 6) when the MOS transistor SW1 is OFF is doubled, and the MOS transistor SW1 The gain (equation 7) when is ON is 5 times.

以上の動作により、利得固定増幅器11は切替制御信号V8の論理によって二つの利得を切り替えることが出来るので、図4で示した利得固定増幅器11と同様に水晶振動子のCI値のばらつきを吸収し、安定した発振回路を実現すること出来る。また、ICに内蔵されるコンデンサは、相対精度が良く、また、温度特性も優れているので、利得の精度が高く温度特性に優れた固定利得増幅器を発振回路に内蔵してIC化することが容易に実現出来る。   With the above operation, the fixed gain amplifier 11 can switch between the two gains according to the logic of the switching control signal V8. Therefore, the variation in the CI value of the crystal resonator is absorbed similarly to the fixed gain amplifier 11 shown in FIG. A stable oscillation circuit can be realized. In addition, since the capacitor built in the IC has good relative accuracy and excellent temperature characteristics, a fixed gain amplifier with high gain accuracy and excellent temperature characteristics can be built in the oscillation circuit to form an IC. It can be easily realized.

次に、利得固定増幅器の他の実施例を図8に基づいて説明する。図8の利得固定増幅器11は、切替回路が二つのコンデンサと二つのMOS型トランジスタを有しており、利得を3段階に切り替えられることが特徴である。尚、図7の利得固定増幅器と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。図8に於いて、増幅器12は図7で示した構成と同等であるので説明は省略する。   Next, another embodiment of the fixed gain amplifier will be described with reference to FIG. The gain-fixed amplifier 11 of FIG. 8 is characterized in that the switching circuit has two capacitors and two MOS transistors, and the gain can be switched in three stages. It should be noted that the same elements as those of the fixed gain amplifier of FIG. In FIG. 8, the amplifier 12 has the same configuration as that shown in FIG.

切替回路13は、スイッチとしてのMOS型トランジスタSW1、SW2と、MOS型トランジスタSW1のドレイン端子D1と差動増幅回路12aのマイナス入力端子とを結ぶ分割コンデンサC2と、MOS型トランジスタSW2のドレイン端子D2と差動増幅回路12aのマイナス入力端子とを結ぶ分割コンデンサC3とによって構成される。この分割コンデンサC2、C3と差動増幅回路12aのマイナス入力端子とを結ぶ二つのラインが切替信号V7として機能する。   The switching circuit 13 includes MOS transistors SW1 and SW2 as switches, a dividing capacitor C2 connecting the drain terminal D1 of the MOS transistor SW1 and the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a, and a drain terminal D2 of the MOS transistor SW2. And a dividing capacitor C3 connecting the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a. Two lines connecting the divided capacitors C2 and C3 and the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a function as the switching signal V7.

また、MOS型トランジスタSW1、SW2のそれぞれのソース端子S1、S2は回路のGNDに接続され、MOS型トランジスタSW1、SW2のゲート端子G1、G2は、記憶回路14からの出力である2ビット構成の切替制御信号V8a、V8bにそれぞれ接続される。   The source terminals S1 and S2 of the MOS transistors SW1 and SW2 are connected to the GND of the circuit, and the gate terminals G1 and G2 of the MOS transistors SW1 and SW2 have a 2-bit configuration that is an output from the memory circuit 14. The switching control signals V8a and V8b are connected respectively.

次に、図8に基づいて他の実施例である固定利得増幅器11の動作を説明する。ここで、二つの切替制御信号V8a、V8bが共に論理“0”のときは、二つのMOS型トランジスタSW1、SW2は共にOFFとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の容量値は分割コンデンサC1のみとなり、増幅器12の利得Gは図8に示す式8となる。また、切替制御信号V8aが論理“1”、切替制御信号V8bが論理“0”のときは、MOS型トランジスタSW1はON、MOS型トランジスタSW2はOFFとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の容量値は分割コンデンサC1+C2となり、増幅器12の利得Gは図8に示す式9となる。   Next, the operation of the fixed gain amplifier 11 according to another embodiment will be described with reference to FIG. Here, when the two switching control signals V8a and V8b are both logic "0", the two MOS transistors SW1 and SW2 are both turned OFF, and therefore the capacitance between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and the GND. The value is only the dividing capacitor C1, and the gain G of the amplifier 12 is expressed by Equation 8 shown in FIG. When the switching control signal V8a is logic "1" and the switching control signal V8b is logic "0", the MOS transistor SW1 is turned on and the MOS transistor SW2 is turned off, so that the negative input of the differential amplifier circuit 12a. The capacitance value between the terminal and GND is the dividing capacitor C1 + C2, and the gain G of the amplifier 12 is given by Equation 9 shown in FIG.

また、切替制御信号V8a、V8bが共に論理“1”のときは、MOS型トランジスタSW1、SW2は共にONとなるので、差動増幅回路12aのマイナス入力端子とGND間の容量値は分割コンデンサC1+C2+C3となり、増幅器12の利得Gは図8に示す式10となる。   When the switching control signals V8a and V8b are both logic "1", the MOS transistors SW1 and SW2 are both turned on, so that the capacitance value between the negative input terminal of the differential amplifier circuit 12a and GND is the divided capacitor C1 + C2 + C3. Thus, the gain G of the amplifier 12 is expressed by Equation 10 shown in FIG.

ここで一例として、帰還コンデンサCfが100pF、分割コンデンサC1が100pF、分割コンデンサC2が150pF、分割コンデンサC3が250pFであるとすると、MOS型トランジスタSW1、SW2が共にOFFのときの利得(式8)は2倍となり、MOS型トランジスタSW1がON、MOS型トランジスタSW2がOFFのときの利得(式9)は3.5倍となり、MOS型トランジスタSW1、SW2が共にONのときの利得(式10)は6倍となる。   As an example, assuming that the feedback capacitor Cf is 100 pF, the dividing capacitor C1 is 100 pF, the dividing capacitor C2 is 150 pF, and the dividing capacitor C3 is 250 pF, the gain when both the MOS transistors SW1 and SW2 are OFF (Formula 8) Is doubled, the gain when the MOS transistor SW1 is ON and the MOS transistor SW2 is OFF (Equation 9) is 3.5 times, and the gain when both the MOS transistors SW1 and SW2 are ON (Equation 10) Becomes 6 times.

以上の動作により、図8で示す利得固定増幅器11は2ビットの切替制御信号V8a、V8bの論理によって三つの利得を切り替えることが出来るので、図6で示した抵抗の切り替えによる利得固定増幅器11と同様に、水晶振動子のCI値のばらつきを更に大きく吸収することが可能であり、廃棄処分となる水晶振動子を更に減らし、水晶振動子の生産効率を一層向上させることが出来る。   With the above operation, the fixed gain amplifier 11 shown in FIG. 8 can switch three gains according to the logic of the 2-bit switching control signals V8a and V8b. Therefore, the fixed gain amplifier 11 by switching the resistance shown in FIG. Similarly, it is possible to absorb the variation in the CI value of the crystal resonator more greatly, further reducing the number of crystal resonators to be disposed of, and further improving the production efficiency of the crystal resonator.

尚、図4、図6、図7、図8で示した切替回路13のMOS型トランジスタSW1、SW2は、電気的なスイッチであればどのような形態でも良く、例えば、バイポーラトランジスタや機械式スイッチ、またはプリント基板のパターンカット等でも良い。また、スイッチの数、及び分割抵抗や分割コンデンサの数は、発振回路の仕様によって任意に増減して良い。また、切替制御信号V8を出力する記憶回路14も不揮発性メモリ等に限定されず、論理を記憶するものであれば、どのようなものを用いても良い。   The MOS transistors SW1 and SW2 of the switching circuit 13 shown in FIGS. 4, 6, 7, and 8 may have any form as long as they are electrical switches, for example, bipolar transistors or mechanical switches. Or, a pattern cut of a printed board may be used. The number of switches and the number of dividing resistors and dividing capacitors may be arbitrarily increased or decreased depending on the specifications of the oscillation circuit. Further, the memory circuit 14 that outputs the switching control signal V8 is not limited to a non-volatile memory or the like, and any circuit that stores logic can be used.

次に、本発明の発振回路を用いた角速度センサについて図9に基づいて説明する。20は本発明の角速度センサであり、発振回路1と、水晶振動子2の検出電極5、6からコリオリの力を検出する検出回路30とによって構成される。発振回路1の構成及び動作は前述したので省略し、検出回路30の構成と動作について以下説明する。   Next, an angular velocity sensor using the oscillation circuit of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 20 denotes an angular velocity sensor of the present invention, which includes an oscillation circuit 1 and a detection circuit 30 that detects Coriolis force from the detection electrodes 5 and 6 of the crystal resonator 2. Since the configuration and operation of the oscillation circuit 1 have been described above, they will be omitted, and the configuration and operation of the detection circuit 30 will be described below.

図9に於いて、31と32は二つのI/V変換回路であり、それぞれ水晶振動子2の検出電極5、6に接続され、検出電流I1、I2を入力して、検出電圧V10、V11を出力する。33は差動増幅回路であり、I/V変換回路31、32からの検出電圧V10、V11を入力して差動出力V12を出力する。34は同期検波回路であり、差動出力V12を入力して、発振回路1からの検波制御信号V9に基づいて同期検波を行い、検波出力V13を出力する。35はLPFであり、検波出力V13を入力して角速度検出信号V14を出力する。   In FIG. 9, reference numerals 31 and 32 denote two I / V conversion circuits, which are connected to the detection electrodes 5 and 6 of the crystal resonator 2, respectively, and input detection currents I1 and I2 to detect detection voltages V10 and V11. Is output. Reference numeral 33 denotes a differential amplifier circuit which receives the detection voltages V10 and V11 from the I / V conversion circuits 31 and 32 and outputs a differential output V12. Reference numeral 34 denotes a synchronous detection circuit, which receives the differential output V12, performs synchronous detection based on the detection control signal V9 from the oscillation circuit 1, and outputs a detection output V13. Reference numeral 35 denotes an LPF, which receives the detection output V13 and outputs an angular velocity detection signal V14.

次に、角速度センサ20の角速度検出動作を図2と図9に基づいて説明する。ここで、前述した如く、水晶振動子2は、発振回路1によって一定振幅で発振が継続されているが、このとき、水晶振動子2が角速度ωで回転されたとすると、図2で示すX方向の振動に
対して直角なZ方向に角速度ωに比例したコリオリの力Fが働く。
Next, the angular velocity detection operation of the angular velocity sensor 20 will be described with reference to FIGS. Here, as described above, the crystal resonator 2 continues to oscillate at a constant amplitude by the oscillation circuit 1, and at this time, if the crystal resonator 2 is rotated at the angular velocity ω, the X direction shown in FIG. Coriolis force F proportional to the angular velocity ω is applied in the Z direction perpendicular to the vibration.

このコリオリの力Fは、F=2・m・ω・Vで表され、mは駆動用枝2a、2b、または検出用枝2cの等価質量であり、Vは共振周波数f0(Hz)で振動する速度である。このコリオリの力Fによる応力によって水晶振動子2は、図2で示すZ方向に共振周波数に等しい周波数で振動が励起され、この振動によって検出用枝2cに形成された検出電極5、6に圧電歪効果による電荷が発生する。   This Coriolis force F is expressed by F = 2 · m · ω · V, m is an equivalent mass of the driving branches 2a, 2b, or the detecting branch 2c, and V vibrates at the resonance frequency f0 (Hz). Speed. The crystal resonator 2 is excited by the stress caused by the Coriolis force F at a frequency equal to the resonance frequency in the Z direction shown in FIG. 2, and this vibration causes the detection electrodes 5 and 6 formed on the detection branch 2c to be piezoelectric. Electric charges are generated due to the distortion effect.

この発生した電荷により、検出電極5、6に微小な逆相の電流である検出電流I1、I2が流れる。検出回路30のI/V変換回路31、32は、この検出電流I1、I2をそれぞれ電流電圧変換して検出電圧V10、V11を出力し、差動増幅器33は、検出電圧V10、V11の差分を増幅して差動出力V12を出力する。同期検波回路34は、差動出力V12を入力して発振回路1から出力される検波制御信号V9のタイミングに合わせて効率良く同期検波を行い、直流に変換された検波出力V13を出力する。LPF35は、検波出力V13の交流成分をカットし、角速度に応じた直流電圧である角速度検出信号V14を出力する。   Due to the generated charges, detection currents I1 and I2, which are minute reverse-phase currents, flow through the detection electrodes 5 and 6, respectively. The I / V conversion circuits 31 and 32 of the detection circuit 30 convert the detection currents I1 and I2 into current voltages and output detection voltages V10 and V11, respectively, and the differential amplifier 33 calculates the difference between the detection voltages V10 and V11. Amplify and output differential output V12. The synchronous detection circuit 34 receives the differential output V12, efficiently performs synchronous detection in accordance with the timing of the detection control signal V9 output from the oscillation circuit 1, and outputs the detection output V13 converted into direct current. The LPF 35 cuts the AC component of the detection output V13 and outputs an angular velocity detection signal V14 that is a DC voltage corresponding to the angular velocity.

ここで、角速度検出信号V14の検出精度を高めるには、前述したコリオリの力Fは水晶振動子の振動速度Vに依存するので、振動速度Vを安定化させることが極めて重要である。このため、本発明の発振回路1は、利得固定増幅器11の利得を使用する水晶振動子のCI値に応じて切り替えることにより、温度変化等によってCI値が変動したとしても、利得可変増幅器10の増幅率を推奨動作範囲内で動作させることが出来るので、水晶振動子2に流れる出力電流Ioutを常に一定に保つことが出来る。   Here, in order to increase the detection accuracy of the angular velocity detection signal V14, since the Coriolis force F described above depends on the vibration velocity V of the crystal resonator, it is extremely important to stabilize the vibration velocity V. For this reason, the oscillation circuit 1 of the present invention is switched according to the CI value of the crystal resonator using the gain of the fixed gain amplifier 11, so that even if the CI value fluctuates due to a temperature change or the like, the variable gain amplifier 10 Since the amplification factor can be operated within the recommended operation range, the output current Iout flowing through the crystal resonator 2 can be always kept constant.

この結果、水晶振動子2の振動振幅が常に一定となり、安定した振動速度Vを実現することが出来る。これにより、本発明の発振回路を用いた角速度センサは、極めて安定性に優れた高精度の角速度を検出することが出来る。尚、本発明の実施例で示した各ブロック図や回路図等は限定されるものではなく、機能を満たすものであれば任意に変更して良い。   As a result, the vibration amplitude of the crystal resonator 2 is always constant, and a stable vibration speed V can be realized. As a result, the angular velocity sensor using the oscillation circuit of the present invention can detect a highly accurate angular velocity excellent in stability. The block diagrams and circuit diagrams shown in the embodiments of the present invention are not limited, and may be arbitrarily changed as long as the functions are satisfied.

本発明の発振回路の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the oscillation circuit of this invention. 本発明の発振回路の水晶振動子の電極構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electrode structure of the crystal oscillator of the oscillation circuit of this invention. 本発明の発振回路の利得可変増幅器の増幅率特性を説明するグラフである。It is a graph explaining the gain characteristic of the gain variable amplifier of the oscillation circuit of this invention. 本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器の抵抗とスイッチを用いた一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example using the resistor and switch of the gain fixed amplifier which comprise the oscillation circuit of this invention. 本発明の発振回路の利得固定増幅器の切替動作範囲の一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the switching operation range of the gain fixed amplifier of the oscillation circuit of this invention. 従来の利得固定増幅器の動作範囲の一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the operating range of the conventional gain fixed amplifier. 本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器の抵抗とスイッチを用いた他の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other example using resistance and the switch of the gain fixed amplifier which comprises the oscillation circuit of this invention. 本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器のコンデンサとスイッチを用いた一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example using the capacitor | condenser and switch of the gain fixed amplifier which comprise the oscillation circuit of this invention. 本発明の発振回路を構成する利得固定増幅器のコンデンサとスイッチを用いた他の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other example using the capacitor | condenser and switch of the gain fixed amplifier which comprise the oscillation circuit of this invention. 本発明の角速度センサの概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the angular velocity sensor of this invention. 従来の角速度を検出する振動制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the vibration control apparatus which detects the conventional angular velocity. 従来の振動制御装置に含まれる振動子を駆動する駆動装置のブロック図である。It is a block diagram of the drive device which drives the vibrator included in the conventional vibration control device.

符号の説明Explanation of symbols

1 発振回路
2 水晶振動子
2a、2b 駆動用枝
2c 検出用枝
3、4 駆動電極
5、6 検出電極
7、31、32 I/V変換回路
8、35 LPF
9、61 AGC回路
9a 整流回路
9b 基準信号源
9c 比較回路
10 利得可変増幅器
11 利得固定増幅器
12 増幅器
12a、33 差動増幅回路
13 切替回路
14 記憶回路
15 位相回路
20 角速度センサ
30 検出回路
34 同期検波回路
50 振幅制御装置
51、52 帰還増幅器
53 振動子
54 和動増幅器
55 差動増幅器
60 駆動装置
62 比較器
63 振幅制御器
64 非反転増幅器
65 反転増幅器
Rf 帰還抵抗
R1、R2、R3 分割抵抗
Cf 帰還コンデンサ
C1、C2、C3 分割コンデンサ
SW1、SW2 MOS型トランジスタ
Iout 出力電流
I1、I2 検出電流
V1 交流信号
V2 フィルタ出力信号
V3 直流信号
V4 基準信号
V5 制御電圧
V6 増幅信号
V7 切替信号
V8 切替制御信号
V9 検波制御信号
V10、V11 検出電圧
V12 差動出力
V13 検波出力
V14 角速度検出信号
Vout 駆動電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillation circuit 2 Crystal oscillator 2a, 2b Drive branch 2c Detection branch 3, 4 Drive electrode 5, 6 Detection electrode 7, 31, 32 I / V conversion circuit 8, 35 LPF
9, 61 AGC circuit 9a Rectifier circuit 9b Reference signal source 9c Comparison circuit 10 Gain variable amplifier 11 Gain fixed amplifier 12 Amplifier 12a, 33 Differential amplifier circuit 13 Switching circuit 14 Storage circuit 15 Phase circuit 20 Angular velocity sensor 30 Detection circuit 34 Synchronous detection Circuit 50 Amplitude control device 51, 52 Feedback amplifier 53 Oscillator 54 Summing amplifier 55 Differential amplifier 60 Drive device 62 Comparator 63 Amplitude controller 64 Non-inverting amplifier 65 Inverting amplifier Rf Feedback resistor R1, R2, R3 Dividing resistor Cf Feedback Capacitor C1, C2, C3 Split capacitor SW1, SW2 MOS transistor Iout Output current I1, I2 Detection current V1 AC signal V2 Filter output signal V3 DC signal V4 Reference signal V5 Control voltage V6 Amplification signal V7 Switching signal V8 Switching control signal V9 Detection Control signal V10, V11 Detection voltage V12 Differential output V13 Detection output V14 Angular velocity detection signal Vout Drive voltage

Claims (6)

駆動電極を有し、この駆動電極に印加される駆動電圧によって励振する圧電振動子と、
この圧電振動子の前記駆動電極からの出力電流を交流電圧に変換する電流/電圧変換回路と、
この電流/電圧変換回路からの交流信号を増幅し増幅率を可変できる利得可変増幅器と、
前記電流/電圧変換回路からの交流信号を増幅し増幅率が固定された利得固定増幅器と、
前記駆動電極からの出力電流を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される信号と所定の基準信号とを比較し前記整流回路の出力信号の変動に応じて制御電圧を出力する比較回路とを備え、前記比較回路から出力される前記制御電圧に基づいて前記圧電振動子の駆動電極に印加される駆動電圧を制御すると共に、前記圧電振動子からの出力電流を一定に維持して制御する自動利得制御回路と、
を有する発振回路であって、
前記利得固定増幅器は少なくとも2つの利得を有し、この少なくとも2つの利得を所定の状況に応じて切り替え動作する切替手段を設けたことを特徴とする発振回路。
A piezoelectric vibrator having a drive electrode and excited by a drive voltage applied to the drive electrode;
A current / voltage conversion circuit for converting an output current from the drive electrode of the piezoelectric vibrator into an AC voltage;
A variable gain amplifier capable of amplifying an AC signal from the current / voltage conversion circuit to vary the gain;
A gain-fixed amplifier that amplifies the AC signal from the current / voltage conversion circuit and has a fixed amplification factor;
A rectifier circuit that rectifies an output current from the drive electrode, a comparison circuit that compares a signal output from the rectifier circuit with a predetermined reference signal, and outputs a control voltage in accordance with a change in the output signal of the rectifier circuit; And controlling the drive voltage applied to the drive electrode of the piezoelectric vibrator based on the control voltage output from the comparison circuit, and controlling the output current from the piezoelectric vibrator to be constant An automatic gain control circuit;
An oscillation circuit having
An oscillation circuit characterized in that the gain-fixed amplifier has at least two gains, and provided with switching means for switching the at least two gains according to a predetermined situation.
前記切替手段は、抵抗素子とスイッチとを有することを特徴とする請求項1に記載の発振回路。 The oscillation circuit according to claim 1, wherein the switching unit includes a resistance element and a switch. 前記切替手段は、コンデンサとスイッチとを有することを特徴とする請求項1に記載の発振回路。 The oscillation circuit according to claim 1, wherein the switching unit includes a capacitor and a switch. 前記スイッチは、MOS型トランジスタであることを特徴とする請求項2または3に記載の発振回路。 4. The oscillation circuit according to claim 2, wherein the switch is a MOS transistor. 前記圧電振動子は、水晶振動子であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の発振回路。 The oscillation circuit according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is a crystal vibrator. 上記請求項1から5のいずれか一項に記載された発振回路と、
圧電振動子に設けた検出電極により前記圧電振動子に生じたコリオリの力による応力を電荷として検出し、前記発振回路の電流/電圧変換回路からの交流信号、または前記圧電振動子の駆動電極に印加される駆動電圧で同期検波して、角速度に応じた検出信号を出力する検出回路と、
を備えたことを特徴とする角速度センサ。
The oscillation circuit according to any one of claims 1 to 5;
A stress caused by Coriolis force generated in the piezoelectric vibrator is detected as a charge by a detection electrode provided on the piezoelectric vibrator, and an AC signal from the current / voltage conversion circuit of the oscillation circuit or a drive electrode of the piezoelectric vibrator is detected. A detection circuit that performs synchronous detection with an applied drive voltage and outputs a detection signal corresponding to the angular velocity;
An angular velocity sensor comprising:
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