JP2007285958A - Sensor circuit for gyro-sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両などの角速度の検出を行うジャイロセンサのセンサ回路に関するものである。 The present invention relates to a sensor circuit of a gyro sensor that detects an angular velocity of a vehicle or the like.
従来より、車両などの角速度の検出を行うジャイロセンサが知られている。このジャイロセンサでは、外部からの衝撃などによる加速度の入力により、角速度が入力されていないのにも関わらず、センサ出力を発生させてしまうことがある。センサ出力は、一般的に左右対称な2つの振動子がジャイロセンサにおいては、理想的には2つの振動子が同じように動くようにすることで加速度の影響をキャンセルするようにしているが、このような2つの振動子を有するジャイロセンサであっても、実際には2つの振動子が完全に同じ形にならないため、左右のアンバランスが生じ、その結果、加速度の入力によって上記のような不具合を発生させてしまう。このため、このような衝撃に対して振動してしまわないように、ジャイロセンサに対して防振構造を備えることが検討されている。 Conventionally, a gyro sensor that detects angular velocity of a vehicle or the like is known. In this gyro sensor, the sensor output may be generated due to the input of acceleration due to an external impact or the like even though the angular velocity is not input. In the sensor output, two symmetrical vibrators are generally canceled in the gyro sensor. Ideally, the two vibrators move in the same way to cancel the influence of acceleration. Even in such a gyro sensor having two vibrators, since the two vibrators do not actually have the same shape, left and right imbalances occur, and as a result, acceleration input causes It will cause a bug. For this reason, it has been studied to provide a vibration isolating structure for the gyro sensor so as not to vibrate against such an impact.
例えば、特許文献1では、ジャイロセンサのパッケージに防振部材としての防振ゴムを設け、この防振ゴムによってセンサ素子を支持することで、外部からの衝撃などによって不必要な振動を吸収するようにしている。また、加速度の入力による振動を減衰させるために、シリコンオイルを使用するという方法もある。
しかしながら、防振部材という特別な部品が必要となり、ジャイロセンサの構成の複雑化、ひいてはジャイロセンサの製造コストの増大を招くことになる。 However, a special component called an anti-vibration member is required, which complicates the configuration of the gyro sensor and consequently increases the manufacturing cost of the gyro sensor.
本発明は上記点に鑑みて、防振部材という特別な部品を必要としなくても、角速度が生じていないのにも関わらず角速度が生じたようなセンサ出力を発生してしまうことを防止できるジャイロセンサのセンサ回路を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention can prevent generation of a sensor output in which angular velocity is generated even though the angular velocity is not generated even if a special component such as a vibration isolating member is not required. An object of the present invention is to provide a sensor circuit of a gyro sensor.
上記目的を達成すべく、本発明では、角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量の変化に応じた信号を角速度検知信号とし、該角速度検知信号を信号処理することでジャイロ出力を得る角速度検知回路(130)と、角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量の変化に応じた信号を加速度検知信号とし、該加速度検知信号を信号処理することで加速度出力を得る加速度検知回路(140)と、角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量の変化を示す信号を角速度検知回路(130)に伝えるか、加速度検知回路(140)に切り替えるかの切り替えを行うスイッチ(150a〜150c)および切り替え回路(151)とを備え、加速度検知回路(140)にて得た加速度出力に基づいて、駆動用の固定電極(30、40)と駆動用の可動電極(31、41)との間に印加する駆動電圧を補正し、加速度をキャンセルすることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the present invention, a signal corresponding to a change in capacitance formed between the movable electrode (38, 48) for detecting angular velocity and the fixed electrode (37, 47) is used as an angular velocity detection signal, A capacitance formed between the angular velocity detection circuit (130) that obtains a gyro output by processing the angular velocity detection signal, and the movable electrode (38, 48) and the fixed electrode (37, 47) for angular velocity detection. An acceleration detection circuit (140) that obtains an acceleration output by processing a signal corresponding to the change as an acceleration detection signal and processing the acceleration detection signal, an angular velocity detection movable electrode (38, 48), and a fixed electrode (37, 47) switches (150a to 15a) for switching between switching to the angular velocity detection circuit (130) or switching to the acceleration detection circuit (140) indicating a change in capacitance formed between c) and a switching circuit (151), and based on the acceleration output obtained by the acceleration detection circuit (140), a driving fixed electrode (30, 40) and a driving movable electrode (31, 41) The driving voltage applied during the period is corrected to cancel the acceleration.
このように、ジャイロ出力を得るときと加速度検出を行うときとをスイッチ(150a〜150c)および切り替え回路(151)によって切り替え、ジャイロセンサ(1)が加速度出力を発生しているか否かを検出するようにしている。そして、加速度出力が検出された場合に、それに基づいて駆動用の固定電極(30、40)と駆動用の可動電極(31、41)との間に印加する駆動電圧を補正し、ジャイロセンサ(1)に対して加速度出力をキャンセルするようにしている。これにより、ジャイロセンサ(1)の加速度出力をキャンセルでき、角速度が生じていないのにも関わらず角速度が生じたようなセンサ出力を発生してしまうことを防止できる。 As described above, when the gyro output is obtained and when the acceleration is detected are switched by the switches (150a to 150c) and the switching circuit (151), and it is detected whether or not the gyro sensor (1) generates the acceleration output. I am doing so. When the acceleration output is detected, the driving voltage applied between the driving fixed electrodes (30, 40) and the driving movable electrodes (31, 41) is corrected based on the acceleration output, and the gyro sensor ( The acceleration output is canceled with respect to 1). Thereby, the acceleration output of the gyro sensor (1) can be canceled, and it can be prevented that the sensor output in which the angular velocity is generated although the angular velocity is not generated is generated.
このような特徴は、例えば、振動子(3、4)が1対の左右振動子(3、4)を含んだ構成とされ、左側振動子(3)と右側振動子(4)が共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、左右振動子(3、4)それぞれにおける駆動用の固定電極(30、40)と駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を支持基板(2)における基板面と水平な一方向に振動させるように構成されるようなジャイロセンサに適用することができる。 Such a feature is, for example, that the vibrator (3, 4) includes a pair of left and right vibrators (3, 4), and the left vibrator (3) and the right vibrator (4) are both Each component constituting the left and right vibrators (3, 4) has a left-right symmetric structure in which the left half and the right half are symmetric. A fixed electrode for driving in each of the left and right vibrators (3, 4) (30, 40) and the drive movable electrode (31, 41) by applying a drive voltage, at least a part (31, 34, 41, 44,) of the movable part is supported on the support substrate (2). The present invention can be applied to a gyro sensor that is configured to vibrate in one direction parallel to the substrate surface.
また、切り替え回路としては、予め決められた周期でスイッチ(150a〜150c)のオン・オフを制御する時分割切り替え回路(151)を用いることができる。 Further, as the switching circuit, a time division switching circuit (151) for controlling on / off of the switches (150a to 150c) at a predetermined cycle can be used.
また、駆動用の固定電極(30、40)と駆動用の可動電極(31、41)との間に印加する駆動電圧の補正に関しては、例えば、支持基板(2)に対して駆動電圧を印加するための駆動用パッド(30c、40c)に加えて加速度検知回路(140)にて得た加速度出力に応じた電圧を印加するためのパッドを備え、このパッドに対して加速度出力に応じた電圧を印加することで行うことができる。 In addition, regarding the correction of the driving voltage applied between the driving fixed electrode (30, 40) and the driving movable electrode (31, 41), for example, the driving voltage is applied to the support substrate (2). In addition to the driving pads (30c, 40c), a pad for applying a voltage corresponding to the acceleration output obtained by the acceleration detection circuit (140) is provided, and a voltage corresponding to the acceleration output is provided to this pad This can be done by applying.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の一実施形態を適用した容量型の角速度センサとしての静電駆動・容量検出型マイクロジャイロセンサ(以下、単にジャイロセンサと省略する)の模式図を図1に示すと共に、図2に、図1のA−A断面図を示す。以下、これらの図を参照して、本実施形態のジャイロセンサについて説明する。
(First embodiment)
A schematic diagram of an electrostatic drive / capacitance detection type micro gyro sensor (hereinafter simply referred to as a gyro sensor) as a capacitive angular velocity sensor to which an embodiment of the present invention is applied is shown in FIG. 1 and FIG. AA sectional drawing of FIG. 1 is shown. Hereinafter, the gyro sensor of the present embodiment will be described with reference to these drawings.
図1に示すように、ジャイロセンサ1は、半導体からなる支持基板2上において、2つの振動子3、4を備えて構成されている。図1における紙面左側の振動子が左側振動子3、紙面右側の振動子が右側振動子4であり、これら各振動子3、4が左右対称構造で構成されている。
As shown in FIG. 1, the
以下、左右振動子3、4の構造について説明するが、各振動子3、4の構造は全く同じであるため、ここでは左側振動子3の構造に関して説明し、右側振動子4の構造に関しては省略する。
Hereinafter, the structure of the left and
左側振動子3は、駆動用の固定電極30および可動電極31、振動検出用の固定電極32および可動電極33、錘部34、検出梁35、駆動梁36、角速度検出用の固定電極37および可動電極38を有し、これら各構成要素が枠部39によって囲まれた構成となっている。そして、これら各構成要素が紙面左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されている。これら各構成要素のうち、駆動用の固定電極30、駆動振動検出用の固定電極32、角速度検出用の固定電極37および枠部39は、支持基板2に対して固定された固定部に相当するものである。また、駆動用の可動電極31、振動検出用の可動電極33、錘部34、検出梁35、駆動梁36および角速度検出用の可動電極38は、支持基板2の基板面に平行な方向に対して動くことができる可動部に相当するものである。
The
駆動用の固定電極30は、左側振動子3の略中央位置において、上下2つずつ、合計4つ備えられている。各固定電極30は、図2に示されるように支持基板2に対して固定されるように支持されている、図1に示されるように枠部39より内側において二股に別れた形状とされている。そして、二股に別れた各部に、基体部30aと櫛歯部30bが備えられた構成となっている。基体部30aは、紙面上下方向を長手方向として左側振動子3の中央部に向けて延設されており、櫛歯部30bは、基体部30aの一側面において基体部30aの長手方向と垂直な方向に複数本突き出した状態で設けられている。また、各固定電極30は、枠部39に備えられた駆動用パッド30cに電気的に接続されており、この駆動用パッド30cを通じて、駆動用電圧が印加されるようになっている。
A total of four fixed
駆動用の可動電極31は、左側振動子3の略中央位置において、駆動用の固定電極30の各基体部30aと対向するように、上下4つずつ、合計8つ備えられている。この駆動用の可動電極31は、図2に示されるように支持基板2に対してフローティング状態とされ、図1に示されるように錘部34と一体化されている。各可動電極31は、基体部31aと櫛歯部31bを備えた構成となっている。基体部31aは、紙面上下方向を長手方向として錘部34から左側振動子3の上下に向けて延設されており、櫛歯部31bは、基体部31aの一側面、具体的には固定電極30における櫛歯部30bと対向する面において基体部31aの長手方向と垂直な方向に複数本突き出した状態で設けられている。このため、各可動電極31の櫛歯部31bと各固定電極30の櫛歯部30bとが、所定間隔を空けて交互に配置された状態となっている。
A total of eight
駆動振動検出用の固定電極32は、駆動用の固定電極30および可動電極31よりも外側の位置において、上下2つずつ、合計4つ備えられている。各固定電極32は、図2に示されるように支持基板2に対して固定されるように支持されている。そして、各固定電極32は、基体部32aと櫛歯部32bを備えて構成されている。基体部32aは、紙面上下方向を長手方向として左側振動子3の中央部に向けて延設されており、櫛歯部32bは、基体部32aの先端部の一側面において基体部32aの長手方向と垂直な方向に複数本突き出した状態で設けられている。また、各固定電極32は、枠部39に備えられた振動検出用パッド32cに電気的に接続されており、この振動検出用パッド32cを通じて、固定電極32の電位を測ることができるようになっている。
A total of four
駆動振動検出用の可動電極33は、錘部34の両側に配置され、駆動振動検出用の固定電極32の各基体部32aと対向するように、上下2つずつ、合計4つ備えられている。各可動電極33は、図2に示されるように支持基板2に対してフローティング状態とされ、図1に示されるように錘部34と一体化されている。各可動電極33は、基体部33aと櫛歯部33bを備えた構成となっている。基体部33aは、紙面上下方向を長手方向として錘部34から左側振動子3の上下に向けて延設されており、櫛歯部33bは、基体部33aの一側面、具体的には固定電極32における櫛歯部32bと対向する面において基体部33aの長手方向と垂直な方向に複数本突き出した状態で設けられている。このため、各可動電極33の櫛歯部33bと各固定電極32の櫛歯部32bとが、所定間隔を空けて交互に配置された状態となっている。
A total of four
錘部34は、駆動用の各固定電極30の間に配置されている。この錘部34は、紙面左右方向を長手方向として延設されており、支持基板2に対してフローティング状態とされている。
The weight 34 is disposed between the driving fixed
検出梁35は、左側振動子3における略四隅に配置されている。この検出梁35は、支持基板2に対する片持梁とされ、枠部39側から延設された支持部35bによって支持基板2に支持されている。これにより、可動部を構成する各要素が支持基板2に対して支持されている。この検出梁35は、支持部35bを介して角速度検出用のパッド35aと電気的に接続されている。この角速度検出用のパッド35aを通じて、駆動用の可動電極31、駆動振動検出用の可動電極33、および、角速度検出用の可動電極38に対して所定電圧が印加できるようになっている。
The detection beams 35 are arranged at substantially four corners of the
駆動梁36は、振動検出用の可動電極33と角速度検出用の可動電極38を接続するもので、紙面上下方向を長手方向とする複数本の梁部を備えて構成されている。そして、複数本の梁部によって紙面左右方向に振動検出用の可動電極33を移動させられるようになっている。このため、振動検出用の可動電極33と一体化された錘部34、さらにはこの錘部34と一体化された駆動用の可動電極31が紙面左右方向に移動できるようになっている。
The
角速度検出用の固定電極37は、左側振動子3における左右両側において、上下2つずつ、合計4つ備えられている。各固定電極37は、図2に示されるように支持基板2に対して固定されるように支持されている。そして、各固定電極37は、基体部37aと櫛歯部37bを備えて構成されている。基体部37aは、紙面上下方向を長手方向として左側振動子3の中央部に向けて延設されており、櫛歯部37bは、基体部37aの一側面において基体部37aの長手方向と垂直な方向に複数本突き出した状態で設けられている。また、各固定電極37は、枠部39に備えられた角速度検出用パッド37cに電気的に接続されており、この角速度検出用パッド37cを通じて、角速度検出用の固定電極37の電位が測れるようになっている。
A total of four angular velocity detection fixed
角速度検出用の可動電極38は、錘部34の両側において、角速度検出用の各固定電極37と対向するように1つずつ配置され、合計2つ備えられている。各可動電極38は、図2に示されるように支持基板2に対してフローティング状態とされ、図1に示されるように錘部34や駆動梁36等と一体化されている。各可動電極38は、基体部38aと櫛歯部38bを備えた構成となっている。基体部38aは、紙面上下方向を長手方向として枠部39における上側位置から下側位置に至るように延設されており、櫛歯部38bは、基体部38aの一側面、具体的には固定電極37における櫛歯部37bと対向する面において基体部38aの長手方向と垂直な方向に複数本突き出した状態で設けられている。このため、各可動電極38の櫛歯部38bと各固定電極37の櫛歯部37bとが、所定間隔を空けて交互に配置された状態となっている。
One of the
枠部39は、左右振動子3、4を囲むように構成されたもので、図2に示されるように支持基板2に固定されている。この枠部39は、パッド39aを介して一定電位に保持されるようになっている。このような構成により、本実施形態のジャイロセンサ1が構成されている。
The
なお、右側振動子4に関しては、左側振動子3と全く同じ構成となっており、それぞれ、以下の対応関係となっている。駆動用の固定電極30および可動電極31は、固定電極40および可動電極41に対応する。振動検出用の固定電極32および可動電極33は、固定電極42および可動電極43に対応する。錘部34は、錘部44に対応し、検出梁35は、検出梁45に対応する。駆動梁36は、駆動梁36に対応し、角速度検出用の可動電極37および固定電極38は、可動電極47および固定電極48に対応する。そして、枠部39は、枠部49に対応する。また、右側振動子4の各部を構成する基体部40aや櫛歯部40bなどの詳細構成に関しても、図中において、左側振動子3に関して付した参照符号の30番代のものを40番代に変更したものとして示してある。
The
続いて、本実施形態のジャイロセンサ1の駆動およびジャイロセンサ1の検出容量の変化の検出に用いられるセンサ回路について説明する。図3に、センサ回路110のブロック構成を示し、この図を参照して説明する。
Next, a sensor circuit used for driving the
図3に示すように、センサ回路110は、駆動回路120と角速度検知回路130とが備えられた構成とされている。
As shown in FIG. 3, the
駆動回路120は、ジャイロセンサ1に備えられた各振動子3、4における駆動用の可動電極31、41を振動させるためのものである。この駆動回路120には、センサ駆動電源を含む駆動電圧発生回路121、C−V変換回路122、位相シフタ123および振幅一定制御部124が含まれている。
The
駆動電圧発生回路121は、センサ駆動電源からの電圧を昇圧することでジャイロセンサ1における駆動用の可動電極31、41を振動させるための電圧を形成するもので、駆動用の可動電極31、41を所定振幅かつ所定周波数で駆動するために、センサ駆動電源が発生させる電圧を昇圧し、所定の周波数の電圧を駆動電圧(駆動信号)として駆動用の可動電極31、41に対して出力する。具体的には、C−V変換回路122を介してフィードバックされる駆動電圧と振幅一定制御部124からの信号に基づいて、駆動電圧発生回路121が発生させる駆動電圧を調整するようになっている。
The drive
C−V変換回路122は、ジャイロセンサ1から、ジャイロセンサ1における駆動用の可動電極31、41の駆動振動に応じた検知信号(以下、駆動振動検知信号という)を受け取り、それを電圧変換するものである。このC−V変換回路122で電圧変換された駆動振動検知信号が振幅一定制御部124および位相シフタ123に入力されるようになっている。
The
位相シフタ123は、駆動電圧の位相を調整するためのものである。上記したようにフィードバックされる駆動振動検知信号に基づいて駆動電圧発生回路121により駆動電圧が形成されることになるため、駆動振動検知信号の位相が実際に駆動用の可動電極31、41に出力したい駆動電圧の位相とずれている。この位相のズレを修復するために、駆動振動検知信号の位相を調整し、駆動電圧の位相に合わせなければならない。このため、位相シフタ123によって、駆動振動検知信号の位相が補正され、その結果、それに基づいて形成される駆動電圧の位相が調整されるようになっている。これにより、駆動電圧の周波数がfdとされる。
The
振幅一定制御部124は、駆動振動検知信号から現在の駆動用の可動電極31、41の振幅を検知すると共に、その振幅が一定となるように補正するための信号を駆動電圧発生回路121に出力するものである。
The constant
また、角速度検知回路130は、ジャイロセンサ1の検出信号に基づいてセンサ出力を得るためのものである。この角速度検知回路130には、2つのC−V変換回路131、132と、差動増幅回路133と、同期検波回路134、LPF135および0点・感度温特調整回路136が備えられている。
The angular
2つのC−V変換回路131、132は、一対の振動子3、4それぞれから、角速度検出用の可動電極38、48に対して角速度が加わったときに発生する振動に応じた検知信号(以下、角速度検知信号という)を受け取り、それを電圧変換するものである。これら各C−V変換回路131、132で電圧変換後の角速度検知信号が差動増幅回路133に入力されるようになっている。
The two
差動増幅回路133は、各C−V変換回路131、132で電圧変換後の角速度検知信号の差動出力を発生させる。この差動増幅回路133の差動出力が同期検波回路134に入力されるようになっている。この差動増幅回路133の差動出力は、直流成分となる所定のオフセット電圧を含む交流信号となる。
The
同期検波回路134は、位相シフタ123によって調整された位相に基づいて、差動増幅回路133の差動出力から周波数fdと同期する成分を通過させ、LPF135に出力するものである。
Based on the phase adjusted by the
LPF135は、同期検波回路134を通過した後の信号のうち、所定周波数以下の成分のみを抽出するものである。このLPF135に信号を通過させているため、LPF135のフィルタ定数に応じた時間遅れが生じることになる。
The
0点・感度温特調整回路136は、LPF135を通過した後の信号にも、出力オフセットや感度の温度特性が含まれていることから、それを調整するものである。この0点・感度温特調整回路136で調整された後の信号が基本的にはセンサ出力として用いられる。
The zero point / sensitivity temperature
さらに、本実施形態のジャイロセンサ1のセンサ回路110には、加速度検出回路140が備えられていると共に、スイッチ150a〜150cおよび時分割切り替え回路151が備えられている。
Further, the
加速度検出回路140は、ジャイロセンサ1に入力された加速度に応じた検出信号を出力する回路である。本実施形態では、加速度検出回路140は、C−V変換回路141を有した構成とされており、ジャイロセンサ1の一方向の変位を加速度に応じた変位として取り出し、それを加速度検知信号として、チャージアンプ回路141に入力することで、加速度に応じた出力を得るものである。
The
スイッチ150a〜150cは、ジャイロセンサ1と角速度検知回路30における各C−V変換回路31、32との間、および、ジャイロセンサ1と加速度検知回路40におけるC−V変換回路41との間に備えられている。
The
時分割切り替え回路151は、これら各スイッチ150a〜150cのオン・オフを制御するためのものである。具体的には、時分割切り替え回路151は、所定のタイミング(例えば予め決めておいた時間間隔毎)に、ジャイロ出力を得る期間と加速度検出を行う期間との切り替えを行うもので、スイッチ150a〜150cに対して駆動信号を送ることで、それを行う。すなわち、時分割切り替え回路151は、ジャイロ出力を得る期間には、スイッチ150a、150bをオン、スイッチ150cをオフさせ、加速度出力を得る期間には、スイッチ150a、150bをオフ、スイッチ150cをオンさせるよう駆動信号を出力する。
The time
このようなジャイロセンサ1のセンサ回路110では、ジャイロ出力だけでなく加速度出力も同時に得ることが可能となる。このため、基本的にはGセンサ出力を得つつ、加速度出力も検出し、加速度出力が発生した場合には、それを駆動電圧発生回路121にフィードバックし、駆動電圧発生回路121が発生させる駆動電圧を補正することで、ジャイロセンサ1が発生させる加速度出力をキャンセルさせることが可能となる。
In such a
例えば、駆動電圧発生回路121は、各電極30c、40cに対して、直流成分となる定電圧と交流成分となる振幅電圧を加算した値A±Bを駆動電圧として発生させることによりジャイロセンサ1の駆動を行うが、その駆動電圧における直流成分や交流成分の大きさを変化させることにより、ジャイロセンサ1の加速度出力をキャンセルする。このとき、ジャイロセンサ1の加速度出力をキャンセルできるように、駆動電圧における直流成分や交流成分の大きさを増加するか、それとも減少するかをC−V変換回路141から伝えられる加速度出力の基づいて変化させるようになっている。
For example, the drive
続いて、上記のように構成されたジャイロセンサの作動について説明する。図4は、ジャイロセンサにおける駆動電圧の印加状態を示した図であり、この図を参照してジャイロセンサの作動を説明する。 Next, the operation of the gyro sensor configured as described above will be described. FIG. 4 is a diagram showing a driving voltage application state in the gyro sensor, and the operation of the gyro sensor will be described with reference to this figure.
まず、駆動電圧発生回路121から駆動電圧を発生させる。このとき、駆動電圧として、例えば、左右振動子3、4に対して大きさが等しく、かつ、互いに逆相の交流成分を持つ電圧を用いる。
First, a drive voltage is generated from the drive
具体的には、駆動用の固定電極30が電気的に接続された駆動用パッド30cに対して所望の駆動電圧を印加することによって本実施形態のジャイロセンサ1を駆動する。すなわち、図4に示されるように、左側振動子3における4つの駆動用の固定電極30のうち紙面左半分側に位置する2つと、右側振動子4における4つの駆動用の固定電極40のうち紙面右半分側に位置する2つに対して、駆動電圧発生回路121に備えられた第1の電源121aから第1電圧としてA±B[V]を印加する。また、左側振動子3における4つの駆動用の固定電極30のうち紙面右半分側に位置する2つと、右側振動子4における4つの駆動用の固定電極40のうち紙面左半分側に位置する2つに対して、駆動電圧発生回路121に備えられた第2の電源121bから第2電圧としてC±D[V]の電圧を印加する。
Specifically, the
ここでいう第1電圧となるA±B[V]および第2電圧となるC±D[V]とは、直流成分となる定電圧A、Cに対して周期的に変化する交流成分となる電圧B、Dを加算もしくは減算した電圧値という意味である。ただし、交流成分となる電圧Bの±の符号と、交流成分となる電圧Dの±の符号は、相反の関係となっており、周期が180度ずれた互いに逆相の電圧となっている。そして、この状態でジャイロ出力を得る。 Here, A ± B [V] as the first voltage and C ± D [V] as the second voltage are AC components that periodically change with respect to the constant voltages A and C that are DC components. It means a voltage value obtained by adding or subtracting voltages B and D. However, the sign of ± of the voltage B that is an AC component and the sign of ± of the voltage D that is an AC component are in a reciprocal relationship, and the voltages are opposite to each other with a period shifted by 180 degrees. In this state, a gyro output is obtained.
すなわち、時分割切替え回路151の駆動信号に基づいてスイッチ150a、150bがオン、スイッチ150cがオフされている場合、角速度検知回路130では、2つのC−V変換回路131、132にて、一対の振動子3、4それぞれから出力された角速度検知信号が電圧変換される。次に、差動増幅回路133で各C−V変換回路131、132で電圧変化された角速度検知信号の差動出力が発生させられると、同期検波回路134が、位相シフタ123によって調整された位相に基づいて、差動増幅回路133の差動出力から周波数fdと同期する成分を通過させる。
That is, when the
続いて、LPF135で同期検波回路134を通過後の信号のうち、所定周波数以下の成分が抽出され、0点・感度温特調整回路136でLPF135を通過した後の信号に含まれる出力オフセットや感度の温度特性が調整される。これにより、ジャイロ出力が得られる。
Subsequently, a component having a predetermined frequency or less is extracted from the signal after passing through the
次に、時分割切替え回路151の駆動信号に基づいて所定タイミングにスイッチ150a、150bがオフ、スイッチ150cがオンに切り替えられる。これにより、角速度検知回路130のジャイロ出力に代わって、加速度検知回路140での加速度検出が行われる。このとき、加速度が発生していれば、その加速度出力がC−V変換回路141を介して駆動電圧発生回路121に入力される。これにより、駆動信号発生回路121では、C−V変換回路141から入力された信号に基づいて、第1電圧A±B[V]もしくは第2電圧C±D[V]における直流成分や交流成分を増減させ、それをジャイロセンサ1に対して出力する。
Next, the
このようにすることで、ジャイロセンサ1の加速度出力をキャンセルでき、ジャイロ出力が加速度の影響を受けることを抑制することが可能となる。
By doing in this way, the acceleration output of the
以上説明したように、本実施形態のジャイロセンサ1のセンサ回路110では、ジャイロ出力を得るときと加速度検出を行うときとをスイッチ150a〜150cおよび時分割切り替え回路151によって切り替え、ジャイロセンサ1が加速度出力を発生しているか否かを検出するようにしている。そして、加速度出力が検出された場合に、それに基づいて駆動電圧発生回路121が発生させる駆動電圧を補正し、ジャイロセンサ1に対して加速度出力をキャンセルするようにしている。これにより、ジャイロセンサ1の加速度出力をキャンセルでき、角速度が生じていないのにも関わらず角速度が生じたようなセンサ出力を発生してしまうことを防止できる。
As described above, in the
(他の実施形態)
上記各実施形態では、ジャイロセンサ1の加速度出力に応じた信号がC−V変換回路141を通じて駆動電圧発生回路121に伝えられるようにしているが、ジャイロセンサ1が形成されたチップのうち、各振動子3、4における角速度検出用の固定電極37および可動電極38の近傍に電極を追加し、その電極に対して加速度キャンセル用の電圧を印加することで、角速度検出用の各電極37、38に対して印加している駆動電圧を補正し、加速度をキャンセルするようにしても良い。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, a signal corresponding to the acceleration output of the
1…ジャイロセンサ、2…支持基板、3…左側振動子、4…右側振動子、30、40…駆動用の固定電極、31、41…駆動用の可動電極、32、42…振動検出用の固定電極、33、43…振動検出用の可動電極、34、44…錘部、35、45…検出梁、36、46…駆動梁、37、47…角速度検出用の固定電極、38、48…角速度検出用の可動電極、39、49…枠部39、20…駆動回路、130…角速度検知回路、131、132…C−V変換回路、133…差動増幅回路、134…同期検波回路、135…LPF、136…0点・感度温特調整回路、140…加速度検知回路、141…C−V変換回路、150a〜150c…スイッチ、151…時分割切り替え回路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に支持されるように形成され、前記支持基板(2)における基板面と水平方向に変位可能となっている駆動用の可動電極(31、41)と角速度検出用の可動電極(38、48)とを有する可動部(31、34、35、36、38、41、44、45、46、48)と、前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に固定されて支持され、前記駆動用の可動電極(31、41)に対向する駆動用の固定電極(30、40)と、前記角速度検出用の可動電極(38、48)に対向する角速度検出用の固定電極(37、47)とを有する固定部(30、38、40、48)と、を備えた振動子(3、4)を含み、
前記振動子(3、4)における前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させると共に、
前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)に対して角速度が印加されたときに、この角速度によって発生するコリオリ力によって前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44)を前記振動方向と垂直な一方向に振動させることで、前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量を変化させ、この容量の変化に基づいて前記角速度に応じたジャイロ出力を発生させるように構成された角速度センサであって、
前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量の変化に応じた信号を角速度検知信号とし、該角速度検知信号を信号処理することで前記ジャイロ出力を得る角速度検知回路(130)と、
前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量の変化に応じた信号を加速度検知信号とし、該加速度検知信号を信号処理することで加速度出力を得る加速度検知回路(140)と、
前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量の変化を示す信号を前記角速度検知回路(130)に伝えるか、前記加速度検知回路(140)に切り替えるかの切り替えを行うスイッチ(150a〜150c)および切り替え回路(151)とを備え、
前記加速度検知回路(140)により得た前記加速度出力に基づいて、前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に印加する前記駆動電圧を補正し、前記加速度をキャンセルすることを特徴とするジャイロセンサのセンサ回路。 A support substrate (2);
On the support substrate (2), the movable electrode for driving (31) is formed so as to be supported by the support substrate (2) and can be displaced in the horizontal direction with respect to the substrate surface of the support substrate (2). , 41) and a movable part (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) having a movable electrode (38, 48) for detecting angular velocity, and on the support substrate (2) The fixed electrode (30, 40) for driving, which is fixedly supported by the support substrate (2) and faces the movable electrode (31, 41) for driving, and the movable electrode (38) for detecting the angular velocity. , 48) and a fixed part (30, 38, 40, 48) having a fixed electrode (37, 47) for angular velocity detection facing the vibrator (3, 4),
By applying a driving voltage between the driving fixed electrode (30, 40) and the driving movable electrode (31, 41) in the vibrator (3, 4), at least one of the movable parts. The portion (31, 34, 41, 44) is vibrated in one direction parallel to the substrate surface of the support substrate (2),
When an angular velocity is applied to at least a part of the movable part (31, 34, 41, 44), at least a part of the movable part (31, 34, 41, 41) is generated by the Coriolis force generated by the angular speed. 44) is vibrated in one direction perpendicular to the vibration direction, thereby changing the capacitance formed between the movable electrodes (38, 48) and the fixed electrodes (37, 47) for detecting the angular velocity. An angular velocity sensor configured to generate a gyro output corresponding to the angular velocity based on a change in capacity,
A signal corresponding to a change in capacitance formed between the movable electrode (38, 48) for detecting the angular velocity and the fixed electrode (37, 47) is used as an angular velocity detection signal, and the angular velocity detection signal is subjected to signal processing. An angular velocity detection circuit (130) for obtaining the gyro output;
A signal corresponding to a change in capacitance formed between the movable electrode (38, 48) for detecting the angular velocity and the fixed electrode (37, 47) is used as an acceleration detection signal, and the acceleration detection signal is subjected to signal processing. An acceleration detection circuit (140) for obtaining an acceleration output;
A signal indicating a change in capacitance formed between the movable electrode (38, 48) for detecting the angular velocity and the fixed electrode (37, 47) is transmitted to the angular velocity detecting circuit (130), or the acceleration detecting circuit ( 140) switches (150a to 150c) and a switching circuit (151) for switching whether to switch to
Based on the acceleration output obtained by the acceleration detection circuit (140), the driving voltage to be applied between the driving fixed electrode (30, 40) and the driving movable electrode (31, 41). A sensor circuit of a gyro sensor that corrects and cancels the acceleration.
前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)は共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、
前記左右振動子(3、4)それぞれにおける前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に前記駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のジャイロセンサのセンサ回路。 The vibrator (3, 4) includes a pair of left and right vibrators (3, 4),
Both the left vibrator (3) and the right vibrator (4) are configured in a bilaterally symmetric structure in which the constituent elements of the left and right vibrators (3, 4) are symmetrical between the left half and the right half. And
By applying the driving voltage between the driving fixed electrode (30, 40) and the driving movable electrode (31, 41) in each of the left and right vibrators (3, 4), the movable part The at least one part (31, 34, 41, 44) is configured to vibrate in one direction parallel to the substrate surface of the support substrate (2). Gyro sensor sensor circuit.
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