JP2007205803A - センサ信号処理システムおよびディテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】角速度センサなどの感度温度特性の変化に対応して温度補償を行うこと。
【解決手段】ディテクタは、一部が半導体集積回路によって構成され、半導体集積回路は、駆動回路４１、ＡＣアンプ４２、検波回路４３、増幅回路４４を備え、演算増幅器５７の入力端子に接続される入力抵抗器が、半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器５５ａと、外部のディスクリート部品からなって並列接続された外部入力抵抗器５５ｂとを含んでおり、内部入力抵抗器の温度係数α１と外部入力抵抗器の温度係数α２との合成された温度係数α３によって、角速度センサの温度特性の補償が行われる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、角速度センサなどから出力される信号を処理して物理現象に対応する検出信号を出力するセンサ信号処理システムおよびそのためのディテクタに関する。

従来より、物体に加わる角速度を検出する角速度センサ（ジャイロセンサ）は、ビデオカメラの手振れ検知、カーナビゲーション装置、サイドエアバックの開放タイミング用のロール角検知、または車やロボットなどの姿勢制御に用いられている。

そのような角速度センサとして、ビーム型や音叉型などがあるが、振動し易くＱ値の高い音叉型ジャイロセンサが多く用いられている（特許文献１〜３）。

音叉型ジャイロセンサは、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）などの圧電体を用いて複数のアーム部およびベース部（ノード部）を有する音叉（振動子）の基板が形成され、基板の表面、裏面、および側面に、駆動用および検出用の複数の電極が形成された構造である。

このような角速度センサは、感度が温度によって変化する。例えば、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）などの圧電体を用いたＬＮジャイロの場合には、図８に示すように、温度が高くなると感度が低下するという感度温度特性を持つ。図８に示す例では、感度温度特性は、約−１１００ｐｐｍ／℃である。

このような角速度センサの感度温度特性を補償するために、種々の対策がとられている。例えば、特許文献１において、角速度センサの感度の温度に対する離散的な補正データを記憶しておき、温度センサによって検出した角速度センサの近傍の温度に対応した補正データを読み出して補正することが従来技術として開示されている。しかし、それによると連続的な補正ができないという指摘があり、また、予め補正データを取得しておくことが煩わしく、構成が複雑になるという問題がある。

また、特許文献３において、検出回路（ディテクタ）を構成する半導体集積回路において、温度特性を持つ内部抵抗と温度特性を持たない外部抵抗を差動増幅回路の入力側抵抗と出力側抵抗に適用し、増幅回路のゲインに温度特性を持たせ、これによって角速度センサの感度温度特性を相殺させることが提案されている。
特開２００２−３７２４２２ 特開２００３−２４７８２８ 特開平１１−１４８８２９

しかし、上の特許文献３で提案された従来の方法では、半導体集積回路における増幅回路の温度ゲイン特性が、内部抵抗の温度特性によって一義的に決まってしまう。

一方、角速度センサの感度温度特性は、製造工程のバラツキやロットなどによって異なることがあり、また、角速度センサの設計変更によっても変わってしまう。

したがって、それぞれの角速度センサに対して同様の補償を行えるようにするには、感度温度特性の変更に対応して、検出回路の仕様を変更するために半導体集積回路を改版する必要がある。しかし、半導体集積回路の設計および製造のためには長期間を要し、またそのための投資費用も大きいので、この方法では融通性に劣る。

また、感度温度特性が大きい場合には、それに応じて温度特性の補正係数を大きくする必要がある。そのため、従来においては増幅回路のアンプを多段構成とする必要があって回路規模が大きくなり、半導体集積回路の製造コストが一層高くなっていた。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、角速度センサなどの感度温度特性の変化に対応して温度補償を行うことができる構成が簡単なセンサ信号処理システムおよびそのためのディテクタを提供することを目的とする。

また、請求項５および６の発明は、回路規模が大きくなることなく、温度特性の補正係数を大きくするを目的とする。

本発明に係るセンサ信号処理システムは、センサと、前記センサから出力される信号を処理して物理現象に対応する検出信号を出力するディテクタとを有するセンサ信号処理システムであって、前記ディテクタは、少なくともその一部が半導体集積回路によって構成され、前記半導体集積回路は、半導体集積回路素子によって構成された演算増幅器による増幅回路を備えており、前記演算増幅器の入力端子に接続される入力抵抗器が、前記半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器と、前記半導体集積回路の外部に設けられ前記内部入力抵抗器に並列接続された外部入力抵抗器とを含んでおり、前記内部入力抵抗器の温度特性と前記外部入力抵抗器の温度特性との合成された温度特性によって、前記センサの感度温度特性の補償が行われる。

好ましくは、前記演算増幅器の出力端子から前記入力端子への帰還抵抗器が、前記半導体集積回路の外部に設けられており、前記演算増幅器が所定の増幅率となるように、前記入力抵抗器の抵抗値に応じて前記帰還抵抗器の抵抗値が設定されている。

また、角速度センサと、前記角速度センサから出力される信号を処理して検出信号を出力するディテクタとを有するセンサ信号処理システムであって、前記ディテクタは、少なくともその一部が半導体集積回路によって構成され、前記半導体集積回路は、前記角速度センサに参照振動を発生させるように駆動する駆動回路と、前記角速度センサから出力される信号を増幅するＡＣアンプと、前記ＡＣアンプからの出力信号を検波して前記角速度センサに加わった角速度に対応する角速度信号を出力する検波回路と、前記検波回路から出力される信号を増幅して前記検出信号を出力する、演算増幅器を含んで構成された増幅回路と、を備えており、前記演算増幅器の入力端子に接続される入力抵抗器が、半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器と、前記半導体集積回路の外部に設けられ前記内部入力抵抗器に並列接続された外部入力抵抗器とを含んでおり、前記内部入力抵抗器の温度特性と前記外部入力抵抗器の温度特性との合成された温度特性によって、前記角速度センサの温度特性の補償が行われている、
好ましくは、前記演算増幅器の出力端子から前記入力端子への帰還抵抗器が、前記半導体集積回路の外部に設けられており、前記検出信号が前記角速度に対応した値となるように、前記帰還抵抗器の抵抗値によって前記演算増幅器の増幅率が調整されている。

必要に応じて、前記駆動回路には、前記角速度センサに流す駆動電流を制限するための、半導体集積回路素子によって構成された制限抵抗器が、前記角速度センサの駆動電極と直列的に設けられる。

また、前記ＡＣアンプには、その入力端子に、半導体集積回路素子によって構成された終端抵抗器が、前記角速度センサから出力される信号に対して負荷となるように設けられる。

本発明に係るディテクタは、角速度センサから出力される信号を処理して検出信号を出力する角速度センサシステムのためのディテクタであって、少なくともその一部が半導体集積回路によって構成されており、前記半導体集積回路は、前記角速度センサに参照振動を発生させるように駆動する駆動回路と、前記角速度センサから出力される信号を増幅するＡＣアンプと、前記ＡＣアンプからの出力信号を検波して前記角速度センサに加わった角速度に対応する角速度信号を出力する検波回路と、前記検波回路から出力される信号を増幅して前記検出信号を出力する、演算増幅器を含んで構成された増幅回路と、を備えており、前記演算増幅器の入力端子に接続された、半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器に対して、当該半導体集積回路とは別の外部入力抵抗器を前記内部入力抵抗器と並列接続することが可能なように接続端子が設けられてなる。

〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る第１の実施形態のセンサ信号処理システム１の構成を示す図、図２は外部入力抵抗器として可変抵抗器を用いた構成を示す図である。

図１において、センサ信号処理システム１は、センサ１１およびディテクタ１２からなる。センサ１１は、物理現象を電気信号に変換して信号Ｓ１を出力する。センサ１１として、例えば、角速度センサ、速度センサ、位置センサ、温度センサ、湿度センサ、磁気センサ、光センサ、流量センサ、その他の種々のセンサを適用することが考えられる。いずれの場合も、センサ１１の信号Ｓ１が温度によって変化する。つまり、センサ１１は感度温度特性を持ち、その温度係数はβである。温度係数βは、定数である場合、数式で表される場合、換算表で表される場合などがある。しかし、実用される温度範囲においては一次関係に近似できることが多く、温度係数βを定数で表すことが可能な場合が多い。

したがって、例えば、温度係数βが負である場合には、温度が高くなるとそれに比例して信号Ｓ１が小さくなり、その割合または傾きは温度係数βの絶対値によって示されることとなる。また、温度係数βが正である場合にはその逆となる。

ディテクタ１２は、センサ１１から出力される信号Ｓ１を処理して物理現象に対応する検出信号Ｓ２を出力する。ディテクタ１２は、その一部が半導体集積回路２１によって構成され、他の部分がディスクリート部品などによって構成されている。

半導体集積回路２１は、半導体集積回路素子によって構成された演算増幅器３１による増幅回路３０を備えている。つまり、増幅回路３０は、演算増幅器３１、および種々の抵抗器３２〜３５などからなっている。なお、これらの抵抗器３２〜３５について、接続された位置や機能などに応じて、入力抵抗器、内部入力抵抗器、外部入力抵抗器、帰還抵抗器などと言うことがある。

増幅回路３０において、内部入力抵抗器３２ａは、演算増幅器３１の入力端子（反転入力端子）と前段からの出力との間に接続されている。内部入力抵抗器３２ａに対して、外部入力抵抗器３２ｂがそれと並列に接続されている。また、演算増幅器３１の出力端子から入力端子への帰還抵抗器３３が、半導体集積回路２１の外部に設けられている。

内部入力抵抗器３２ａは、半導体集積回路２１の内部にあって、半導体集積回路２１の製造工程において形成されたものである。つまり、内部入力抵抗器３２ａは、半導体集積回路素子によって構成されており、負の温度特性（温度係数）を持つ。

外部入力抵抗器３２ｂおよび帰還抵抗器３３は、半導体集積回路２１に設けられた接続端子ＰＮ１〜３を介して、半導体集積回路２１の外部に設けられたディスクリート部品である。外部入力抵抗器３２ｂおよび帰還抵抗器３３として、例えば、金属皮膜抵抗器、炭素皮膜抵抗器、捲線抵抗器などが用いられる。

内部入力抵抗器３２ａと外部入力抵抗器３２ｂとの並列接続体が、演算増幅器３１における入力抵抗器３２を構成する。つまり、入力抵抗器３２の抵抗値（入力抵抗値）は、内部入力抵抗器３２ａと外部入力抵抗器３２ｂとの並列接続による合成の抵抗値である。入力抵抗器３２の温度係数も、内部入力抵抗器３２ａと外部入力抵抗器３２ｂとの並列接続により合成された値となる。

具体的な数値例を挙げると、内部入力抵抗器３２ａの温度係数は、例えば、−１３００ｐｐｍ／℃である。この値は、半導体集積回路２１に形成されたほとんどの素子に共通である。外部入力抵抗器３２ｂの温度係数は、例えば、±５ｐｐｍ／℃程度であり、内部入力抵抗器３２ａに比べてその絶対値が大幅に小さいので、温度係数をほぼ０と見做すことができる。

さて、内部入力抵抗器３２ａに対して外部入力抵抗器３２ｂが並列接続されることにより、内部入力抵抗器３２ａのみが接続されている場合と比較して、演算増幅器３１の入力抵抗値は小さくなるが、温度係数の絶対値も小さくなる。つまり、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値を選択することにより、合成の温度係数つまり入力抵抗器３２の温度係数を調整することができる。

ここで、内部入力抵抗器３２ａの抵抗値をＲＲ１ｋΩ、温度係数をα１とし、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値をＲＲ２ｋΩ、温度係数をα２とすると、合成された抵抗値ＲＲ３および合成された温度係数α３は、次の（１）式および（２）式のように表される。

ＲＲ３＝（ＲＲ１×ＲＲ２）／（ＲＲ１＋ＲＲ２） …（１）
α３ ＝〔（ＲＲ２×α１）＋（ＲＲ１×α２）〕／（ＲＲ１＋ＲＲ２）…（２）
外部入力抵抗器３２ｂの温度係数α２を「０」とすると、上の（２）式は次の（３）式のように書き替えることができる。

α３ ＝（ＲＲ２×α１）／（ＲＲ１＋ＲＲ２） …（３）
この（３）式によると、合成の温度係数α３は、内部入力抵抗器３２ａの温度係数α１の〔（ＲＲ２）／（ＲＲ１＋ＲＲ２）〕倍、つまり、温度係数α１の（ＲＲ１＋ＲＲ２）分の（ＲＲ２）となっている。したがって、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値ＲＲ２が小さくなればなるほど、合成の温度係数α３の絶対値は小さくなる。つまり、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値ＲＲ２によって、合成の温度係数α３つまり演算増幅器３１の入力抵抗器３２の温度係数α３を調整することができる。

ここで、内部入力抵抗器３２ａの抵抗値ＲＲ１が２００、つまり内部入力抵抗器３２ａが２００ｋΩであり、その温度係数α１が−１３００ｐｐｍ／℃であったとする。この場合には、温度係数α３は、上の（３）式を変形した次の（４）式によって求められる。

α３ ＝−（１３００×ＲＲ２）／（２００＋ＲＲ２） …（４）
そこで、例えば、外部入力抵抗器３２ｂが、２０ｋΩ、２００ｋΩ、または２ＭΩの場合には、合成の温度係数α３は、それぞれ、−１１８ｐｐｍ／℃、−６５０ｐｐｍ／℃、−１１８１ｐｐｍ／℃となる。

このように、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値ＲＲ２を選択し、合成の温度係数α３がセンサ１１の温度係数βと符号が反対で絶対値が同じかまたはそれに近くなるようにすることにより、センサ１１の感度温度特性の補償を行うことができる。つまり、センサ１１の感度温度特性を「０」またはほぼ「０」とし、温度変化による誤差の少ない精度のよい検出信号Ｓ２を得ることができる。

なお、温度係数α３のみではセンサ１１の温度係数βを補正し切れない場合には、他の補償回路を併用してもよい。

また、演算増幅器３１の増幅率Ａは、入力抵抗器３２の抵抗値ＲＲ３と帰還抵抗器３３の抵抗値ＲＲ４とによって決定される。したがって、増幅率Ａが所定の値となるように、入力抵抗器３２の抵抗値ＲＲ３に応じて帰還抵抗器３３の抵抗値ＲＲ４を設定する。

つまり、例えば、増幅回路３０の増幅率Ａを１０倍とするには、抵抗値ＲＲ４を抵抗値ＲＲ３の１０倍とすればよい。なお、ここでは、増幅率Ａを絶対値で示している。したがって、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値ＲＲ２を変更した場合には、それにともなって帰還抵抗器３３の抵抗値ＲＲ３も変更することとなる。

外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値ＲＲ２を変更するには、外部入力抵抗器３２ｂを取り替えればよい。つまり、所謂、外部入力抵抗器３２ｂののせかえを行えばよい。また、例えば、図２（Ａ）に示すように、外部入力抵抗器３２ｂとして可変抵抗器ＶＲ３２ｂを用いてもよく、図２（Ｂ）に示すように、可変抵抗器ＶＲ３２ｂと固定抵抗器Ｒ３２ｃとの直列接続体を用いてもよい。

また、増幅率Ａを変更するために、帰還抵抗器３３についても、図２に示すような可変抵抗器を用いてもよい。

なお、増幅率Ａは、半導体集積回路２１の全体の感度や出力信号レベルなどによって決められる。例えば、センサ１１の信号Ｓ１に対して、検出信号Ｓ２がその物理現象に対応する有為な値となるように、または種々の信号授受に関するインタフェース規格に適合するように、増幅回路３０の増幅率Ａが決定される。なお、通常、ディテクタ１２のいずれかの段階で、全体の感度や出力信号レベルを調整するための可変抵抗器によるアジャスタが設けられるので、そのようなアジャスタと連携して、増幅回路３０の増幅率Ａを決定すればよい。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明に係る第２の実施形態のセンサ信号処理システム１Ｂについて説明する。センサ信号処理システム１Ｂでは、センサとして角速度センサ（ジャイロセンサ）を用い、物体の角速度に応じた検出信号を出力する。つまり、センサ信号処理システム１Ｂは、角速度センサシステム、角速度検出装置、ジャイロセンサシステム、ジャイロセンサなどと言うこともできる。

なお、第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同様の機能または作用を有する要素については、その説明を省略しまたは簡略化する。

図３は本発明に係る第２の実施形態のセンサ信号処理システム１Ｂの構成を示す図、図４は半導体集積回路２１Ｂの具体的な例を示す回路図、図５は増幅回路４４における外部入力抵抗器５５ｂの抵抗値ＲＲ５５ｂと演算増幅器５７の増幅率温度特性との関係の例を示す図、図６はＡＣアンプ４２における入力抵抗器５３の抵抗値ＲＲ５３と感度との関係の例を示す図、図７は駆動回路４１における制限抵抗器５２の抵抗値ＲＲ５２を変化させた場合の出力電圧との関係の例を示す図、図８は角速度センサ１１Ｂの感度温度特性の例を示す図である。

図３において、センサ信号処理システム１Ｂは、角速度センサ１１Ｂおよびディテクタ１２Ｂからなる。

角速度センサ１１Ｂは、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）などの圧電体を用いて音叉形の振動子を形成し、その表面、裏面、および側面に、駆動用および検出用の複数の電極ＤＫを形成した音叉型ジャイロセンサである。電極ＤＫ２１とＤＫ２２との間のエレメントに駆動電圧を印加して駆動電流を流すことにより、角速度センサ１１Ｂに参照振動が発生する。その状態で、角速度センサ１１Ｂに角速度が加わったきに、その角速度に応じた信号Ｓ３が電極ＤＫ２３とＤＫ２４との間から出力される。

図８に示すように、角速度センサ１１Ｂは、温度が高くなると感度が低下するという感度温度特性を持つ。図８に示す例では、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性は、中央部においても必ずしも一次的な変化を示さないが、また個差もあるが、本実施形態では、使用温度範囲、例えば−２０〜６０℃の範囲において、−１１００ｐｐｍ／℃で一定であるとする。

ディテクタ１２Ｂは、角速度センサ１１Ｂから出力される信号Ｓ３を処理して角速度に対応する検出信号Ｓ８を出力する。ディテクタ１２Ｂは、その一部が半導体集積回路２１Ｂによって構成され、他の部分がディスクリート部品などによって構成されている。

半導体集積回路２１Ｂは、駆動回路４１、ＡＣアンプ４２、検波回路４３、および増幅回路４４などを備えている。

駆動回路４１は、角速度センサ１１Ｂが参照振動を発生するよう、角速度センサ１１Ｂを駆動する。つまり、駆動回路４１には、角速度センサ１１Ｂを励振するための終段増幅器５１、終段増幅器５１によって角速度センサ１１Ｂに流す駆動電流ｉを制限するための制限抵抗器５２などが設けられている。制限抵抗器５２は、半導体集積回路２１Ｂの内部にあって、半導体集積回路素子によって構成され、上に述べたように、負の温度係数を持つ。制限抵抗器５２は、角速度センサ１１Ｂの電極ＤＫ２１とＤＫ２２とに対して直列に接続される。駆動回路４１において、制限抵抗器５２に関連する部分以外は公知のものを用いる。

ＡＣアンプ４２は、角速度センサ１１Ｂから出力される信号Ｓ３を増幅し、信号Ｓ４を出力する。ＡＣアンプ４２には、角速度センサ１１Ｂの信号Ｓ３に対する負荷となる入力抵抗器５３、入力抵抗器５３の両端に発生する電圧を増幅する差動増幅器５４などが設けられている。入力抵抗器５３は、同じく半導体集積回路素子によって構成され、負の温度係数を持つ。入力抵抗器５３を「終端抵抗器」と記載することがある。ＡＣアンプ４２において、入力抵抗器５３に関連する部分以外は公知のものを用いる。

検波回路４３は、ＡＣアンプ４２から出力される信号Ｓ４を検波し、角速度センサ１１Ｂに加わった角速度に対応する角速度信号Ｓ５を出力する。検波回路４３それ自体は公知のものを用いる。

増幅回路４４は、検波回路４３から出力される角速度信号Ｓ５を増幅し、検出信号Ｓ８を出力する。増幅回路４４は、内部入力抵抗器５５ａ、外部入力抵抗器５５ｂ、帰還抵抗器５６、および演算増幅器５７などを含んで構成されている。

増幅回路４４において、第１の実施形態のセンサ信号処理システム１における増幅回路３０と同様に、演算増幅器５７の入力抵抗器５５は、内部入力抵抗器５５ａと外部入力抵抗器５５ｂとの並列接続体によって構成される。内部入力抵抗器５５ａは半導体集積回路素子によって構成され、負の温度係数を持つ。外部入力抵抗器５５ｂおよび帰還抵抗器５６は、半導体集積回路２１Ｂの外部に設けられたディスクリート部品であり、これらの温度係数は内部入力抵抗器５５ａのそれに対して「０」と見做すことができる。

図４に示すように、駆動回路４１において、終段増幅器５１の出力は制限抵抗器５２を介して角速度センサ１１Ｂの振動電極１１ＢＤに印加される。振動電極１１ＢＤは、抵抗器７１〜７３、コンデンサ７４〜７５などからなる位相回路とともに発振回路を構成している。

ＡＣアンプ４２において、角速度センサ１１Ｂの検出電極１１ＢＫの出力は、直列接続された２つの抵抗器５３ａ，５３ｂからなる入力抵抗器５３を負荷とし、２つの増幅器５４ａ，５４ｂによる差動増幅回路によって増幅される。さらに増幅器６２によって増幅され、その出力信号Ｓ４は検波回路４３に入力される。

検波回路４３の出力信号Ｓ５は、抵抗器６３およびコンデンサ６４からなる平滑回路を経て、増幅回路４４の初段増幅器６５に入力される。初段増幅器６５からの出力は、入力抵抗器５５を介して演算増幅器５７の反転入力端子に入力される。演算増幅器５７は、内部入力抵抗器５５ａと外部入力抵抗器５５ｂとの並列接続された抵抗値ＲＲと、帰還抵抗器５６の抵抗値ＲＲとによる増幅率Ａで、入力された信号を増幅し、検出信号Ｓ８を出力する。

次に、センサ信号処理システム１Ｂの動作について説明する。

増幅回路４４において、入力抵抗器５５の温度係数αが外部入力抵抗器５５ｂの抵抗値ＲＲによって調整できることは第１の実施形態と同様である。したがって、これによって、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性を補償することが可能である。

図５には、増幅回路４４における外部入力抵抗器５５ｂの抵抗値ＲＲ５５ｂと演算増幅器５７の感度温度特性との関係の例が示されている。つまり、図５において、内部入力抵抗器５５ａの抵抗値ＲＲ５５ａを２００ｋΩとしておき、外部入力抵抗器５５ｂの抵抗値ＲＲ５５ｂを、図５（Ａ）では２０ｋΩ、図５（Ｂ）では２００ｋΩ、図５（Ｃ）では無限大（オープン）とし、それぞれの場合において、増幅率Ａが、５倍、１０倍、２０倍程度となるように帰還抵抗器５６の抵抗値ＲＲ５６を設定したときのそれぞれの増幅率Ａの温度変化の様子が示されている。

図５に示されるように、温度の上昇にともなって増幅率Ａが大きくなるという全体的な傾向がある中で、外部入力抵抗器５５ｂの抵抗値ＲＲ５５ｂを小さくするとそれにともなって増幅率Ａの温度変化の割合が小さくなっている。

外部入力抵抗器５５ｂの抵抗値ＲＲ５５ｂを適切に選定することによって、演算増幅器５７の感度温度特性を任意に設定することができる。また、同時に帰還抵抗器５６の抵抗値ＲＲ５６を適切に選定することによって、演算増幅器５７の増幅率Ａを任意に設定することができる。

また、ＡＣアンプ４２において、入力抵抗器５３の抵抗値ＲＲ５３が小さくなると、角速度センサ１１Ｂから見た負荷抵抗が小さくなり、角速度センサ１１Ｂの出力電圧が小さくなる。したがって、差動増幅器５４の出力は小さくなる。

つまり、図６に示すように、角速度センサ１１Ｂの時計回り（ＣＷ）および反時計回り（ＣＣＷ）のいずれの方向に対しても、入力抵抗器５３の抵抗値ＲＲ５３の大きさに応じて感度が大きくなっている。なお、抵抗値ＲＲ５３は、通常、２００ｋΩ程度に設定される。なお、図６において、角速度センサ１１Ｂの感度は印加する電圧によっても異なるが、ここではＶｃｃ＝５Ｖとした。

また、入力抵抗器５３は、負の温度係数を持ち、その値は本実施形態において−１３００ｐｐｍ／℃である。したがって、差動増幅器５４の増幅率Ａもこれの影響を受けて負の温度特性を持つことになる。この影響を軽減しまたは無くすためには、入力抵抗器５３を半導体集積回路２１Ｂとは別の外部抵抗器によって構成するか、入力抵抗器５３と並列に外部抵抗器を接続できるようにして温度係数を調整可能とすればよい。そのような外部抵抗器を接続するための接続端子を半導体集積回路２１Ｂに設けておけばよい。

駆動回路４１において、制限抵抗器５２は、負の温度係数を持ち、その値は本実施形態において−１３００ｐｐｍ／℃である。この場合に、角速度センサ１１Ｂに流す駆動電流ｉの温度特性、つまり駆動回路４１の全体の温度特性としては、８００ｐｐｍ／℃の正の温度特性となる。制限抵抗器５２の抵抗値ＲＲ５２は３０ｋΩである。

図７には、制限抵抗器５２の抵抗値ＲＲ５２が、２７ｋΩ、３０ｋΩ、３３ｋΩのそれぞれの場合において、角速度センサ１１Ｂに加わる角速度に対する出力電圧（信号Ｓ３）の変化が示されている。角速度センサ１１Ｂの感度は、図７におけるグラフの傾きであり、抵抗値ＲＲ５２が２７ｋΩの場合には「１．９５２」、３０ｋΩの場合には「１．８０８」、３３ｋΩの場合には「１．６４６」である。

つまり、抵抗値ＲＲ５２が大きくなるにしたがって感度が低下している。したがって、制限抵抗器５２が負の温度係数を持つということは、駆動回路４１としては正の温度特性を持つこととなり、それが本実施形態では上に述べた８００ｐｐｍ／℃である。

なお、駆動回路４１における温度特性を調整するためには、制限抵抗器５２の抵抗値を調整するか、または、制限抵抗器５２を半導体集積回路２１Ｂとは別の外部抵抗器によって構成し、または制限抵抗器５２と並列に外部抵抗器を接続できるようにして、温度係数を調整可能とすればよい。

次に、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性の補償のために、駆動回路４１、ＡＣアンプ４２、増幅回路４４のそれぞれの温度特性を組み合わせて用いる実施例について説明する。

増幅回路４４の温度特性のみによって補償を行う。つまり、外部入力抵抗器３２ｂとして、抵抗値ＲＲ３２ｂが１．１ＭΩで温度係数α２が「０」のものを用いる。駆動回路４１の制限抵抗器５２およびＡＣアンプ４２の入力抵抗器５３については、温度係数を持たない外部抵抗器を用いる。

この場合に、合成の温度係数α３は、上の（４）式から、１１００ｐｐｍ／℃となり、増幅回路４４の温度特性つまり半導体集積回路２１の全体の温度特性が１１００ｐｐｍ／℃となって、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性−１１００ｐｐｍ／℃が相殺される。

なお、抵抗値ＲＲ３２ｂを１．１ＭΩとしたことにともなって、増幅回路４４の増幅率Ａが所定の値となるように帰還抵抗器３３を調整しておく。

増幅回路４４の温度特性と駆動回路４１の温度特性との併用によって補償を行う。つまり、駆動回路４１の制限抵抗器５２を、半導体集積回路素子によるものとし、上に述べたように、駆動回路４１の温度特性を８００ｐｐｍ／℃とする。これとともに、増幅回路４４の外部入力抵抗器３２ｂとして、抵抗値ＲＲ３２ｂが６０ｋΩで温度係数α２が「０」のものを用いる。ＡＣアンプ４２の入力抵抗器５３については、温度係数を持たない外部抵抗器を用いる。

この場合に、増幅回路４４における合成の温度係数α３、つまり増幅回路４４の温度特性は、上の（４）式から、３００ｐｐｍ／℃となる。したがって、半導体集積回路２１の全体の温度特性は、８００＋３００で１１００ｐｐｍ／℃となり、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性−１１００ｐｐｍ／℃が相殺される。

実施例３では、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性が正であり、１０００ｐｐｍ／℃であったとする。この場合に、ＡＣアンプ４２の温度特性によって補償を行う。つまり、入力抵抗器５３を半導体集積回路素子によって構成し、温度特性を−１３００ｐｐｍ／℃とする。これによって、ＡＣアンプ４２の温度特性が１１００ｐｐｍ／℃程度になったとした場合には、これによって角速度センサ１１Ｂの１０００ｐｐｍ／℃がほぼ相殺されることとなる。

その他、駆動回路４１、ＡＣアンプ４２、増幅回路４４の正または負の温度特性の種々の組み合わせによって、半導体集積回路２１の全体として適切な温度特性となるようにし、角速度センサ１１Ｂの感度温度特性を相殺しまたは軽減することによって補償を行うことができる。

しかも、外部入力抵抗器３２ｂの抵抗値を選定して追加し、または制限抵抗器５２や入力抵抗器５３を選定するだけで温度特性を微調整することができるので、構成が簡単であり、回路規模が大きくなることなく、温度特性の補正係数を大きくして種々の角速度センサ１１Ｂに対応することができる。

上の各実施形態において、外部入力抵抗器３２ｂまたは外部入力抵抗器５５ｂなどの抵抗器について、温度係数αが正のものまたは負のもの、また種々の値のものを用いることができる。半導体集積回路２１，２１Ｂは、適当なパッケージに実装しておけばよい。外部への接続端子として、半田付け可能な種々の端子、またはソケットやコネクタと接続可能なピン端子などを用いることができる。ディテクタ１２，１２Ｂにおいては、適当なプリント基板などを用い、半導体集積回路２１，２１Ｂ、外部抵抗器、その他の部品を実装すればよい。

上の実施形態において、角速度センサ１１Ｂの材料として、セラミック、水晶などの種々の材料を用いることができる。それらの温度特性に応じて、外部入力抵抗器３２ｂなどを調整すればよい。

その他、駆動回路４１、ＡＣアンプ４２、検波回路４３、増幅回路４４、ディテクタ１２，１２Ｂ、またはセンサ信号処理システム１，１Ｂの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、回路、抵抗値、定数などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

第１の実施形態のセンサ信号処理システムの構成を示す図である。 外部入力抵抗器として可変抵抗器を用いた構成を示す図である。 第２の実施形態のセンサ信号処理システムの構成を示す図である。 半導体集積回路の具体的な例を示す回路図である。 外部入力抵抗器と演算増幅器の増幅率温度特性との関係の例を示す図である。 ＡＣアンプにおける入力抵抗器の抵抗値と感度との関係の例を示す図である。 駆動回路における制限抵抗器の抵抗値と出力電圧との関係を示す図である。 角速度センサの感度温度特性の例を示す図である。

符号の説明

１，１Ｂ センサ信号処理システム
１１ センサ
１２ ディテクタ
２１ 半導体集積回路
３０ 増幅回路
３１ 演算増幅器
３２ 入力抵抗器
３２ａ 内部入力抵抗器
３２ｂ 外部入力抵抗器
３３ 帰還抵抗器
１１Ｂ 角速度センサ
１２Ｂ ディテクタ
２１Ｂ 半導体集積回路
４１ 駆動回路
４２ ＡＣアンプ
４３ 検波回路
４４ 増幅回路
５２ 制限抵抗器
５３ 入力抵抗器
５５ 入力抵抗器
５５ａ 内部入力抵抗器
５５ｂ 外部入力抵抗器
５６ 帰還抵抗器

Claims (7)

1. センサと、前記センサから出力される信号を処理して物理現象に対応する検出信号を出力するディテクタとを有するセンサ信号処理システムであって、
   前記ディテクタは、少なくともその一部が半導体集積回路によって構成され、
   前記半導体集積回路は、半導体集積回路素子によって構成された演算増幅器による増幅回路を備えており、
   前記演算増幅器の入力端子に接続される入力抵抗器が、前記半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器と、前記半導体集積回路の外部に設けられ前記内部入力抵抗器に並列接続された外部入力抵抗器とを含んでおり、
   前記内部入力抵抗器の温度特性と前記外部入力抵抗器の温度特性との合成された温度特性によって、前記センサの感度温度特性の補償が行われている、
   ことを特徴とするセンサ信号処理システム。
2. 前記演算増幅器の出力端子から前記入力端子への帰還抵抗器が、前記半導体集積回路の外部に設けられており、
   前記演算増幅器が所定の増幅率となるように、前記入力抵抗器の抵抗値に応じて前記帰還抵抗器の抵抗値が設定されている、
   請求項１記載のセンサ信号処理システム。
3. 角速度センサと、前記角速度センサから出力される信号を処理して検出信号を出力するディテクタとを有するセンサ信号処理システムであって、
   前記ディテクタは、少なくともその一部が半導体集積回路によって構成され、
   前記半導体集積回路は、
   前記角速度センサに参照振動を発生させるように駆動する駆動回路と、
   前記角速度センサから出力される信号を増幅するＡＣアンプと、
   前記ＡＣアンプからの出力信号を検波して前記角速度センサに加わった角速度に対応する角速度信号を出力する検波回路と、
   前記検波回路から出力される信号を増幅して前記検出信号を出力する、演算増幅器を含んで構成された増幅回路と、
   を備えており、
   前記演算増幅器の入力端子に接続される入力抵抗器が、半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器と、前記半導体集積回路の外部に設けられ前記内部入力抵抗器に並列接続された外部入力抵抗器とを含んでおり、
   前記内部入力抵抗器の温度特性と前記外部入力抵抗器の温度特性との合成された温度特性によって、前記角速度センサの温度特性の補償が行われている、
   ことを特徴とするセンサ信号処理システム。
4. 前記演算増幅器の出力端子から前記入力端子への帰還抵抗器が、前記半導体集積回路の外部に設けられており、
   前記検出信号が前記角速度に対応した値となるように、前記帰還抵抗器の抵抗値によって前記演算増幅器の増幅率が調整されている、
   請求項３記載のセンサ信号処理システム。
5. 前記駆動回路には、前記角速度センサに流す駆動電流を制限するための、半導体集積回路素子によって構成された制限抵抗器が、前記角速度センサの駆動電極と直列的に設けられている、
   請求項３または４記載の角速度センサシステム。
6. 前記ＡＣアンプには、その入力端子に、半導体集積回路素子によって構成された終端抵抗器が、前記角速度センサから出力される信号に対して負荷となるように設けられている、
   請求項３ないし５のいずれかに記載の角速度センサシステム。
7. 角速度センサから出力される信号を処理して検出信号を出力する角速度センサシステムのためのディテクタであって、
   少なくともその一部が半導体集積回路によって構成されており、
   前記半導体集積回路は、
   前記角速度センサに参照振動を発生させるように駆動する駆動回路と、
   前記角速度センサから出力される信号を増幅するＡＣアンプと、
   前記ＡＣアンプからの出力信号を検波して前記角速度センサに加わった角速度に対応する角速度信号を出力する検波回路と、
   前記検波回路から出力される信号を増幅して前記検出信号を出力する、演算増幅器を含んで構成された増幅回路と、
   を備えており、
   前記演算増幅器の入力端子に接続された、半導体集積回路素子によって構成された内部入力抵抗器に対して、当該半導体集積回路とは別の外部入力抵抗器を前記内部入力抵抗器と並列接続することが可能なように接続端子が設けられてなる、
   ことを特徴とする角速度センサシステムのためのディテクタ。