JP2008139287A - 駆動装置、物理量測定装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 駆動装置は、発振ループ内の発振振幅を制御して振動子に駆動振動を励振するゲインコントロールアンプと、所与の周波数の信号を生成する信号生成回路と、信号生成回路によって生成された信号を、振動子の共振周波数に変調する変調回路とを含む。駆動装置は、変調回路によって変調された信号を用いて振動子に駆動振動を励振した後に、振動子とゲインコントロールアンプとにより形成される発振ループ内の発振振幅を制御して振動子に駆動振動を励振する。
【選択図】 図1
Description
1. 駆動装置
図17(A),図17(B)は、図1の変調回路による変調の具体例およびその効果の一例を説明するための図である。
そこで、図1に示される回路では、インパルス発生制御回路48によって、インパルス(実際には擬似的なインパルス)を生成し、このインパルスによって、発振ループに設けられている、変調回路90の構成要素であるスイッチSW1およびスイッチSW2の少なくとも一方を駆動する。スイッチSW1(またはスイッチSW2)は、瞬時的なオン/オフを繰り返す。これによって意図的にノイズが注入され、発振ループ内に強制的に電流(充放電電流)が流れる。
インパルスは全ての周波数成分を一様に含む理想的なパルスであるが、実際は、インパルスに近い状態の、ホワイトノイズを含む矩形波(すなわち、擬似インパルス)が、発振ループ内に混入される。この点について、図18(A)〜図18(C)を用いて説明する。
図18(A)〜図18(C)は、発振ループ内への擬似インパルスの混入(注入)動作を説明するための図である。
図20は、変調回路による変調動作を、より具体的に説明するための図である。図20に示されるように、発振ループ内の、振動子12の入力端子に接続される経路RT1には、スイッチのオン/オフの周波数fyに一致した周波数をもつ擬似インパルスIPLrが混入(注入)される。一方、GCA20の出力端に接続される経路RT2には、GCA20から、正弦波(あるいは矩形波)の、振動子12の共振周波数frに一致した周波数の出力信号V-Wrが出力される。上述のとおり、GCA20の出力信号V-Wrの振幅は、時間経過と共に増大する。
次に、変調回路90について説明する。
本実施形態における発振駆動回路10には、低消費電力化を図るために、動作モードとして通常動作を行うための通常モード(広義には第1の動作モード)とスリープ動作を行うためのスリープモード(広義には第2の動作モード)とが設けられている。そのため、発振駆動回路10の内部又は外部に、スリープモード設定レジスタ80が設けられる。スリープモード設定レジスタ80には、発振駆動回路10を制御する図示しない制御回路により、制御データが設定される。発振駆動回路10は、スリープモード設定レジスタ80に設定される制御データに対応した動作モードで動作する。例えばスリープモード設定レジスタ80に「0」が設定されているとき、発振駆動回路10は、通常モードで動作する。また、例えばスリープモード設定レジスタ80に「1」が設定されているとき、発振駆動回路10は、スリープモードで動作する。
ところで、本実施形態のように発振ループ内の発振振幅を制御する場合、振動子12に流れる電流が変動することになる。振動子12に流れる電流が過剰になると(該電流が所与の閾値を超える等)、振動子12が破壊される場合もある。特に、本実施形態のようにスリープモードにおいてAGC回路40の動作をディセーブル状態に設定した場合には、発振ループ内の発振信号の振幅が制御されず、振動子12に流れる電流が過剰になってしまう可能性がある。
図4に、図1の発振駆動回路10の構成例の回路図を示す。
図4において、図1と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図1に示される発振駆動回路(駆動装置)10は、発振ループによって物理量トランスデューサ12を駆動する。本実施形態の発振駆動回路10では、高速な起動を可能とするため、発振起動時においてループゲインを1より大きく設定する。すなわち、発振起動時における発振条件は、ループゲイン>1、かつ、ループ内の位相=360度・n(nは整数)を満足することである。安定発振時の発振条件は、ループゲイン=1、かつ、ループ内の位相=360度・n(nは整数)を満足することである。
図1の発振駆動回路10は、VDD(高電位電源電圧)とAGND(低電位電源電圧)との間で動作する。AGNDは例えば接地電位である。但し、接地電位の代わりに他の基準電位を用いることもあり得る。具体的には、振動子12の種類に応じて、使用できる電源電位が異なる。
図1の本実施形態の駆動装置では、矩形波駆動および正弦波駆動のいずれも採用することができる。
2. 振動型ジャイロセンサの構成と動作
12b、12c 駆動検出部、 14 励振手段、 20 GCA、
30 電流電圧変換器、 40 AGC回路、 42 全波整流器、
44 発振検出器、 46 積分器、 48 インパルス発生制御回路、
50 コンパレータ、 80 スリープモード設定レジスタ、 90、150 変調回路、100 振動型ジャイロセンサ、 120 アナログ制御ロジック部、
122 出力回路部、 200 発振回路、 300 検出回路、
310 交流増幅回路、 312A、312B 交流増幅器、 314 加算器、
320 移相器、 330 同期検波器、 340 LPF、 350 0点調整器、
400 パワーオンリセット回路、 410 パルス発生回路、
420 スイッチ制御回路、 DLY ディレイ信号、 ODET 検出結果信号、
PLSA、PLS パルス信号、 POR パワーオンリセット信号、
SW1〜SW3 第1〜第3のスイッチ素子、 SLEEP スリープ制御信号、
SWCTL、SWCTL# スイッチ制御信号、 VCTL 制御信号
Claims (22)
- 振動子と発振ループを形成し、該振動子に駆動振動を励振するための駆動装置であって、
前記発振ループ内の発振振幅を制御して前記振動子に駆動振動を励振するゲインコントロールアンプと、
所与の周波数の信号を生成する信号生成回路と、
前記信号生成回路によって生成された信号を、前記振動子の共振周波数に変調する変調回路とを含み、
前記変調回路によって変調された信号を用いて前記振動子に駆動振動を励振した後に、前記振動子と前記ゲインコントロールアンプとにより形成される発振ループ内の発振振幅を制御して前記振動子に駆動振動を励振することを特徴とする駆動装置。 - 請求項1において、
前記変調回路が、
前記発振ループ内の信号に基づいて前記同期検波の参照信号を生成するコンパレータを含み、
前記変調回路によって変調された信号に基づいて、前記ゲインコントロールアンプの出力と前記コンパレータの出力とを切り替えながら前記振動子に駆動振動を励振した後に、前記振動子と前記ゲインコントロールアンプとにより形成される発振ループ内の発振振幅を制御して前記振動子に駆動振動を励振することを特徴とする駆動装置。 - 請求項2において、
通常動作を行うための第1の動作モードに設定された状態では、前記変調回路によって変調された信号を用いて前記振動子に駆動振動を励振した後に、前記振動子と前記ゲインコントロールアンプとにより形成される発振ループ内の発振振幅を制御して前記振動子に駆動振動を励振し、
スリープ動作を行うための第2の動作モードに設定された状態では、前記振動子と前記コンパレータとにより形成される発振ループ内で前記振動子に駆動振動を励振することを特徴とする駆動装置。 - 請求項3において、
前記発振ループ内の発振信号に基づいて前記ゲインコントロールアンプのゲインを制御するゲイン制御回路を含み、
前記第2の動作モードに設定された状態では、前記コンパレータの動作をディセーブル状態に設定することなく、前記ゲインコントロールアンプ及び前記ゲイン制御回路の動作をディセーブル状態に設定することを特徴とする駆動装置。 - 請求項2乃至4のいずれかにおいて、
前記信号生成回路が、
前記第2の動作モードから前記第1の動作モードへの切り替えタイミングを基準に開始される所定期間だけ、前記所与の周波数の信号を生成することを特徴とする駆動装置。 - 請求項2乃至5のいずれかにおいて、
前記ゲインコントロールアンプの出力の基準電位を基準とした極性と前記コンパレータの出力の前記基準電位を基準とした極性とが同一であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1において、
前記変調回路によって変調された信号に基づいて前記ゲインコントロールアンプの出力と所与の電圧とを切り替えながら前記振動子に駆動振動を励振した後に、前記振動子と前記ゲインコントロールアンプとにより形成される発振ループ内の発振振幅を制御して前記振動子に駆動振動を励振することを特徴とする駆動装置。 - 請求項1又は7において、
前記信号生成回路が、
前記所与の周波数の信号を所定期間だけ生成することを特徴とする駆動装置。 - 請求項8において、
前記所定期間の開始タイミングが、
前記駆動装置のパワーオンリセットの開始タイミングであることを特徴とする駆動装置。 - 請求項8又は9において、
前記所定期間の終了タイミングが、
前記発振ループ内の信号が所定の閾値レベルを超えたことが検出されたタイミング、又は前記所定期間の開始タイミングを基準に所定のカウント数をカウントしたことが検出されたタイミングであることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
前記変調回路が、
前記発振ループ内において前記ゲインコントロールアンプの出力側に設けられ、前記振動子の一端と電気的に接続されることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1乃至11のいずれかにおいて、
前記信号生成回路が、
パワーオンリセット信号を生成するパワーオンリセット回路と、
所定の期間内に前記パワーオンリセット信号に基づいて1又は複数のパルスを発生させるパルス発生回路とを含み、
前記パルス発生回路が、
各ディレイユニットが、入力信号に基づいてパルスを発生させる複数のディレイユニットを有し、各ディレイユニットが発生したパルスの論理和演算結果を出力し、
前記パワーオンリセット信号の変化タイミングを基準に、前記発振ループ内の信号が所定の閾値レベルを超えたことを示す検出結果信号の変化タイミングまでの期間に、前記所与の周波数の信号を出力することを特徴とする駆動装置。 - 振動子に励振される駆動振動及び測定すべき物理量に基づいて前記振動子から出力される検出信号に対応した物理量を測定するための物理量測定装置であって、
振動子と、
前記振動子に駆動振動を励振する請求項1乃至12のいずれか記載の駆動装置と、
前記検出信号に基づいて前記物理量に対応した出力信号を検出する検出装置とを含み、
前記検出装置が、
前記発振ループ内の信号に基づいて前記同期検波の参照信号を生成するコンパレータの出力に基づき、前記検出信号を同期検波する同期検波器を含むことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項13において、
前記検出装置が、
前記コンパレータの出力と前記検出信号との位相を調整するための移相器を含むことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項13又は14記載の物理量測定装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至12のいずれかにおいて、
前記振動子は容量結合型の振動子であり、
前記ゲインコントロールアンプは、矩形波の駆動信号を前記振動子に与えることによって前記駆動振動を励振することを特徴とする駆動装置。 - 請求項1において、
前記信号生成回路は、前記振動子の共振周波数よりも高い周波数である第1の周波数の前記信号を生成し、
前記変調回路は、前記第1の周波数の信号に基づいて前記発振ループ内に混入された、前記第1の周波数をもち、かつ搬送波として機能する混入信号を、変調信号として機能し、前記振動子の共振周波数と同一の周波数である第2の周波数をもつ、前記ゲインコントロールアンプの出力信号によって、AM変調することを特徴とする駆動装置。 - 請求項17において、
前記混入信号には、前記第2の周波数成分の信号が含まれており、
前記振動子による周波数選択の結果として、前記混入信号に含まれる前記第2の周波数成分の信号が選択され、
選択された前記第2の周波数成分の信号に基づいて前記ゲインコントロールアンプから前記出力信号が出力され、
前記変調回路は、前記混入信号を、前記ゲインコントロールアンプの出力信号を変調信号として用いてAM変調し、
前記変調回路から出力されるAM変調された信号は前記振動子に供給され、
これによって、前記発振ループ内において、前記第2の周波数の発振が成長することを特徴とする駆動装置。 - 請求項1において、
前記変調回路は発振ループに設けられた少なくとも一つのスイッチを含み、
前記信号生成回路は、前記振動子の共振周波数よりも高い周波数をもつスイッチ制御信号を生成し、前記スイッチ制御信号によって、前記少なくも一つのスイッチがオン/オフされることを特徴とする駆動装置。 - 請求項19において、
前記スイッチ制御信号による前記少なくとも一つのスイッチのオン/オフによって、インパルスに近い状態の、ホワイトノイズを含む矩形波信号が前記発振ループに混入され、
前記振動子による周波数選択の結果として、前記矩形波信号に含まれる前記ホワイトのイズのうちの、前記振動子の共振周波数に一致する周波数成分の信号が選択され、前記選択された前記周波数成分の信号が発振の種となって、前記発振ループ内に、前記振動子の共振周波数の発振が成長することを特徴とする駆動装置。 - 請求項20において、
前記振動子によって選択された、前記振動子の共振周波数に一致する周波数成分の信号に基づいて前記ゲインコントロールアンプから出力信号が出力され、
前記変調回路は、前記発振ループに混入された、前記インパルスに近い状態の、ホワイトノイズを含む矩形波信号を、前記ゲインコントロールアンプの出力信号を変調信号として用いてAM変調し、
前記変調回路から出力されるAM変調された信号は前記振動子に供給されることを特徴とする駆動装置。 - 振動子を、駆動素子を含む発振ループにより駆動する振動子の駆動方法であって、
発振起動過程において、
前記振動子の共振周波数成分を含むノイズ成分を、前記発振ループの、前記振動子と前記駆動素子とを接続し、かつ他の回路が接続されない経路に混入し、
前記振動子の周波数選択性を用いて、前記ノイズ成分のうちの前記振動子の共振周波数に一致する周波数成分を選択し、
選択された信号成分を発振の種として用いて発振を成長させる、
ことを特徴とする振動子の駆動方法。
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