JP2008241330A - Detection circuit of piezoelectric vibrator and gyro sensor - Google Patents
Detection circuit of piezoelectric vibrator and gyro sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008241330A JP2008241330A JP2007079277A JP2007079277A JP2008241330A JP 2008241330 A JP2008241330 A JP 2008241330A JP 2007079277 A JP2007079277 A JP 2007079277A JP 2007079277 A JP2007079277 A JP 2007079277A JP 2008241330 A JP2008241330 A JP 2008241330A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- piezoelectric vibrator
- current
- detection circuit
- input terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧電振動子と、電流アンプ回路と、電流電圧変換回路とを有する圧電振動子の検出回路に関し、特に浮遊容量に対する検出回路の動作の安定化に関する。 The present invention relates to a detection circuit for a piezoelectric vibrator having a piezoelectric vibrator, a current amplifier circuit, and a current-voltage conversion circuit, and more particularly to stabilization of the operation of the detection circuit for stray capacitance.
また、本発明はスケールファクタの温度依存性の低いジャイロセンサに関する。 The present invention also relates to a gyro sensor having a low scale factor temperature dependency.
圧電振動子は、電子機器の発振回路に利用されてきたが、近年では加速度センサ、ジャイロセンサといった各種センサにも広く使われている。 Piezoelectric vibrators have been used in oscillation circuits of electronic devices, but in recent years, they are also widely used in various sensors such as acceleration sensors and gyro sensors.
圧電振動子がセンサ用途で利用される場合、検出すべき物理量が発振状態にある振動子に対し与える影響を、電子回路で検出する構成になっている。たとえば、ジャイロセンサの場合、回転によるコリオリの力が加わることにより振動脚が屈曲し、これにより振動脚に設けられた電極の電荷量が変化する。これを電流電圧変換回路によって電圧に変換し、印加された角速度を検出する。 When the piezoelectric vibrator is used for a sensor application, the electronic circuit detects the influence of the physical quantity to be detected on the vibrator in the oscillation state. For example, in the case of a gyro sensor, the vibrating leg is bent by the application of Coriolis force due to rotation, thereby changing the charge amount of the electrode provided on the vibrating leg. This is converted into a voltage by a current-voltage conversion circuit, and the applied angular velocity is detected.
従来のジャイロセンサにおいて、圧電振動子に接続される検出回路の例として、特許文献1の図1に示される、OPアンプと抵抗による電流電圧変換回路に、差動増幅回路をつないだ構成が知られている。この構成は、差動増幅回路により同相ノイズが相殺できるため、SN比を上げることができる。
この構成では、SN比は電流電圧変換回路の帰還抵抗値で支配される。帰還抵抗値をRとすると、熱雑音は√Rに比例し、信号はRに比例するため、SN比は√Rに比例する。したがってRを大きくすればするほど、SN比には有利になる。 In this configuration, the SN ratio is governed by the feedback resistance value of the current-voltage conversion circuit. When the feedback resistance value is R, the thermal noise is proportional to √R, and the signal is proportional to R, so the SN ratio is proportional to √R. Therefore, the larger R is, the more advantageous the SN ratio.
しかし、電流電圧変換回路の帰還抵抗を大きくすると問題が生じる。帰還抵抗と、入力端の浮遊容量CでLPFが構成され、位相を回転させるため、OPアンプの出力の位相遅れが大きくなる周波数領域では正帰還に近づき、不安定になるのである。浮遊容量Cの大きさによっては、周波数特性で振幅にピークが生じたり、発振したりしてしまう。圧電振動子と電流電圧変換回路を接続するためには電極パッドや配線の引き回しが必要であるため、特に浮遊容量を生じやすく、問題となる。 However, a problem arises when the feedback resistance of the current-voltage conversion circuit is increased. Since the LPF is composed of the feedback resistor and the stray capacitance C at the input end, and the phase is rotated, it becomes close to positive feedback and becomes unstable in the frequency region where the phase delay of the output of the OP amplifier becomes large. Depending on the size of the stray capacitance C, a peak occurs in the amplitude or oscillates due to frequency characteristics. In order to connect the piezoelectric vibrator and the current-voltage conversion circuit, it is necessary to route the electrode pads and wirings.
したがって、帰還抵抗値には、周波数特性においてピークが発生しない程度に大きな値が選ばれる。しかし、浮遊容量は配線のレイアウトやパッケージの構造などによって変化するものであり、回路の設計段階で予測することは難しい。よって、安定に動作する帰還抵抗の最大値はいくつかの抵抗値で実験して確認する必要があった。 Therefore, a large value is selected for the feedback resistance value so that no peak occurs in the frequency characteristics. However, the stray capacitance changes depending on the wiring layout, package structure, and the like, and is difficult to predict at the circuit design stage. Therefore, it is necessary to confirm the maximum value of the feedback resistor that operates stably by experimenting with several resistance values.
この現象を抑えるために、帰還抵抗に並列に帰還容量をつけることで位相補償を行う手法が一般に行われている。これは、帰還抵抗と浮遊容量によって形成されるLPFの位相遅れを、帰還抵抗と帰還容量とで形成されるHPFの位相進みで相殺するものである。 In order to suppress this phenomenon, a method of performing phase compensation by adding a feedback capacitor in parallel to the feedback resistor is generally performed. This cancels the phase delay of the LPF formed by the feedback resistor and the stray capacitance by the phase advance of the HPF formed by the feedback resistor and the feedback capacitor.
この手法により、電流電圧変換回路の周波数特性の改善が可能であるが、最適な帰還容量の値は浮遊容量の値によって異なるため、配線のレイアウトやパッケージ構造等の変更の度に帰還容量の値を調整する必要があった。 Although this method can improve the frequency characteristics of the current-voltage converter circuit, the optimum feedback capacitance value varies depending on the stray capacitance value, so the feedback capacitance value changes each time the wiring layout, package structure, etc. are changed. There was a need to adjust.
上記の事柄は、圧電振動子を用いたジャイロセンサでは大きな問題となる。電流電圧変換回路のゲインの周波数特性におけるピークは、回路を構成する素子の温度特性によって変化するため、圧電振動子の振動周波数近傍にピークがある場合、温度変化に伴うピークの変動が電流電圧変換のゲインを変化させ、ジャイロセンサのスケールファクタの温度依存性を劣化させる。 The above matters become a serious problem in a gyro sensor using a piezoelectric vibrator. The peak in the frequency characteristics of the gain of the current-voltage converter circuit changes depending on the temperature characteristics of the elements that make up the circuit. , And the temperature dependence of the scale factor of the gyro sensor is degraded.
本発明は上述した従来技術による問題点を解決するためになされたものであり、浮遊容量の影響を排して安定に動作する検出回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object thereof is to provide a detection circuit that stably operates without the influence of stray capacitance.
また、本発明はスケールファクタの温度依存性の低いジャイロセンサに関する。 The present invention also relates to a gyro sensor having a low scale factor temperature dependency.
上記の課題を解決するために、本発明にかかる圧電振動子の検出回路は、圧電振動子と電流電圧変換回路との間に、電流アンプ回路を設ける。 In order to solve the above-described problems, the piezoelectric vibrator detection circuit according to the present invention includes a current amplifier circuit between the piezoelectric vibrator and the current-voltage conversion circuit.
この構成によれば、浮遊容量が最も生じやすい圧電振動子とICの接続部分と電流電圧変換回路を分離して、間に電流アンプ回路を介在させ、浮遊容量による影響を抑圧する役割を電流アンプ回路が担当することになる。したがって、電流電圧変換回路が入力容量に対して敏感であってもその影響を受けずにすむ。浮遊容量に対する感度の低い電流アンプ回路を用いることで、全体として浮遊容量の影響を受けにくい検出回路を構成することができる。 According to this configuration, the current amplifier functions to suppress the influence of the stray capacitance by separating the connection portion of the piezoelectric vibrator and the IC and the current-voltage conversion circuit that are most likely to generate stray capacitance and interposing the current amplifier circuit therebetween. The circuit will be in charge. Therefore, even if the current-voltage conversion circuit is sensitive to the input capacitance, it is not affected by the influence. By using a current amplifier circuit having low sensitivity to stray capacitance, a detection circuit that is less susceptible to stray capacitance as a whole can be configured.
そして、本発明にかかるジャイロセンサは、圧電振動子が、駆動用の電極と、コリオリ力検出用の電極とを有し、コリオリ力検出用電極に上記のような検出回路を接続してする。 In the gyro sensor according to the present invention, the piezoelectric vibrator has a drive electrode and a Coriolis force detection electrode, and the detection circuit as described above is connected to the Coriolis force detection electrode.
本発明によれば、圧電振動子の電極の電位が変動しても、それが直接電流電圧変換回路に伝わらないため、ゲインの周波数特性にピークが生じにくく、浮遊容量の影響を受けにくい検出回路を構成することができるという効果がある。 According to the present invention, even if the potential of the electrode of the piezoelectric vibrator fluctuates, it is not directly transmitted to the current-voltage conversion circuit, so that the peak in the frequency characteristic of the gain is unlikely to occur, and the detection circuit is not easily affected by stray capacitance There is an effect that can be configured.
また、本発明によれば、雑音の同相成分を相殺し、SN比を改善するとともに、回路を小型化することができるという効果がある。 In addition, according to the present invention, there are effects that the in-phase component of noise is canceled, the SN ratio is improved, and the circuit can be miniaturized.
また、本発明によれば、電流アンプがOPアンプと抵抗のみで構成されるため、波形歪や温度依存性の低い回路を実現することができるという効果がある。 Further, according to the present invention, since the current amplifier is composed of only the OP amplifier and the resistor, there is an effect that it is possible to realize a circuit having low waveform distortion and temperature dependency.
また、本発明によれば低入力インピーダンス化により圧電振動子の振動に与える影響を小さくすることができるという効果がある。 In addition, according to the present invention, there is an effect that the influence on the vibration of the piezoelectric vibrator can be reduced by reducing the input impedance.
また、本発明によれば、電流電圧変換の基準電圧変動の影響を抑え、出力信号の精度を上げることができるという効果がある。 In addition, according to the present invention, there is an effect that the influence of the reference voltage fluctuation of current-voltage conversion can be suppressed and the accuracy of the output signal can be increased.
また、本発明によれば、検出回路のゲインの周波数特性にピークが現れにくく、ジャイロセンサのスケールファクタの温度依存性を低減することができるという効果がある。 In addition, according to the present invention, it is difficult for a peak to appear in the frequency characteristic of the gain of the detection circuit, and the temperature dependency of the scale factor of the gyro sensor can be reduced.
以下、本発明の最適な実施の形態について図1〜4を用いて説明する。図1は、本発明にかかる圧電振動子の検出回路の第1の実施形態を示す回路図である。検出回路は、圧電
振動子100と、電流アンプ回路1と、電流電圧変換回路2と、差動増幅回路3とを持つ。
Hereinafter, an optimal embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a detection circuit for a piezoelectric vibrator according to the present invention. The detection circuit has a
電流アンプ回路1は、OPアンプU111と、抵抗R111、R113とで構成されている。抵抗R113の一端がOPアンプU111の出力端子に接続されており、他端が抵抗R111の一端と接続されている。抵抗R111の他端は、OPアンプU111の非反転入力端子に接続されている。また、OPアンプU111の反転入力端子と出力は短絡されており、ボルテージフォロアを構成している。同じ回路が、OPアンプU112、抵抗R116、およびR118でもう一組構成されており、以上の構成を持つ電流アンプ回路が圧電振動子100の二つの電極にそれぞれ1組ずつ接続されている。
The current amplifier circuit 1 includes an OP amplifier U111 and resistors R111 and R113. One end of the resistor R113 is connected to the output terminal of the OP amplifier U111, and the other end is connected to one end of the resistor R111. The other end of the resistor R111 is connected to the non-inverting input terminal of the OP amplifier U111. Further, the inverting input terminal and the output of the OP amplifier U111 are short-circuited to constitute a voltage follower. Another set of the same circuit is configured by the OP amplifier U112 and resistors R116 and R118, and the current amplifier circuit having the above configuration is connected to each of the two electrodes of the
電流電圧変換回路2は、OPアンプU121と、抵抗R121とで構成されている。抵抗R121は、OPアンプU121の反転入力端子と出力端子の間に接続されている。同じ回路がOPアンプU122、抵抗R171でもう一組構成されており、電流アンプ回路1の2組の出力にそれぞれ1組ずつ接続されている。従来の検出回路における電流電圧変換回路で行われているように、抵抗R121あるいはR171に並列に帰還容量を加えてもよい。
The current-
差動増幅回路3は、OPアンプU131と、抵抗131〜134とを持ち、差動増幅回路の二つの入力は電流電圧変換回路の2組の出力にそれぞれ接続されている。なお、差動増幅回路3は、計装アンプの形にしてもよい。この場合、回路の対称性を高めることができる。
The
次に、この回路の動作について説明する。電流アンプ回路1において、OPアンプU111の非反転入力端子と反転入力端子の電圧がほぼ等しいとすると、抵抗R111と抵抗R113のそれぞれの両端にかかる電位差もほぼ等しい。したがって、抵抗R113に流れる電流と入力電流との比は、抵抗R111と抵抗R113の比となり、R111/R113で与えられる。 Next, the operation of this circuit will be described. In the current amplifier circuit 1, if the voltages of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the OP amplifier U111 are substantially equal, the potential difference applied to both ends of the resistor R111 and the resistor R113 is also approximately equal. Therefore, the ratio between the current flowing through the resistor R113 and the input current is the ratio of the resistor R111 and the resistor R113, and is given by R111 / R113.
次段にはR111からの電流とR113からの電流の両方が流れ込むことから、電流アンプ回路1のゲインは、(R111+R113)/R113で表すことができる。この電流が電流電圧変換回路2に流れ込む。
Since both the current from R111 and the current from R113 flow into the next stage, the gain of the current amplifier circuit 1 can be expressed by (R111 + R113) / R113. This current flows into the current-
電流電圧変換回路2において、前段の電流アンプ回路1から供給された電流は抵抗R121によって電圧に変換される。
In the current-
したがって、電流アンプ回路1と電流電圧変換回路2をあわせたゲインは、R121×
(R111+R113)/R113で与えられる。
Therefore, the combined gain of the current amplifier circuit 1 and the current-
It is given by (R111 + R113) / R113.
この構成によれば、OPアンプU111(あるいはU112)はボルテージフォロアで動作しているため、ユニティゲイン周波数近くまでは安定して動作する。この電流アンプ回路1の入力インピーダンスも、ユニティゲイン周波数近くまで一定であり、その値はほぼR111(あるいはR116)である。検出回路全体の周波数特性は主にR111(あるいはR116)と、浮遊容量とで構成されるLPFによって決まり、ピークの抑圧された周波数特性が得られる。したがって、圧電振動子100の電極と検出回路との間の浮遊容量の影響を抑えることができ、ゲインの周波数特性にピークが生じにくいという効果がある。
According to this configuration, the OP amplifier U111 (or U112) operates with a voltage follower, and thus operates stably up to near the unity gain frequency. The input impedance of the current amplifier circuit 1 is also constant up to near the unity gain frequency, and its value is approximately R111 (or R116). The frequency characteristic of the entire detection circuit is mainly determined by an LPF composed of R111 (or R116) and stray capacitance, and a frequency characteristic with a suppressed peak is obtained. Therefore, the effect of stray capacitance between the electrode of the
さらに、この構成ではOPアンプと抵抗のみを使用しており、負帰還をかけているため波形の歪を小さくできるという効果がある。 Further, in this configuration, only an OP amplifier and a resistor are used, and since negative feedback is applied, there is an effect that waveform distortion can be reduced.
また、電流電圧変換回路2のOPアンプU121(あるいはU122)の反転入力端子は、浮遊容量の影響を受けやすいが、これをICの外に出す必要がなく、浮遊容量を抑えるのに有利である。
Further, the inverting input terminal of the OP amplifier U121 (or U122) of the current-
また、圧電振動子に、振動時に振動脚の屈曲に対応して逆位相の電流を出力する二つの電極を設けるとともに、差動増幅回路を有し、圧電振動子の二つの電極にそれぞれ電流アンプ回路1と、電流電圧変換回路2を一組ずつ接続して、圧電振動子の二つの電極から出た電流信号を電圧信号に変換した後、それぞれの出力を差動増幅回路の入力端子に接続することにより、雑音の同相成分を相殺し、SN比を改善することができる。
In addition, the piezoelectric vibrator is provided with two electrodes that output currents of opposite phase corresponding to the bending of the vibration legs during vibration, and has a differential amplifier circuit, and each of the two electrodes of the piezoelectric vibrator has a current amplifier. The circuit 1 and the current-
図1に示した電流アンプ回路1は、OPアンプU111(あるいはU112)の非反転入力端子に圧電振動子100を接続する構成をとっているが、図2の第2の実施形態のように反転入力端子に接続する構成をとっても良い。
The current amplifier circuit 1 shown in FIG. 1 has a configuration in which the
図2に示す第2の実施形態の電流アンプ回路1は、OPアンプU211と、抵抗R212、R213とで構成されている。抵抗R212は、OPアンプU211の反転入力端子と出力端子との間に接続されており、抵抗R213は、OPアンプU211の非反転入力端子と出力端子の間に接続されている。同じ回路が、OPアンプU212、抵抗R216、R218で、もう一組構成されている。以上の構成を持つ電流アンプ回路1が、圧電振動子200の二つの電極にそれぞれ1組ずつ接続されている。
The current amplifier circuit 1 according to the second embodiment illustrated in FIG. 2 includes an OP amplifier U211 and resistors R212 and R213. The resistor R212 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the OP amplifier U211, and the resistor R213 is connected between the non-inverting input terminal and the output terminal of the OP amplifier U211. Another set of the same circuit is constituted by an OP amplifier U212 and resistors R216 and R218. One set of the current amplifier circuit 1 having the above configuration is connected to each of the two electrodes of the
電流アンプ回路1の後には、OPアンプU221(あるいはU222)、抵抗R221(あるいは271)を持つ電流電圧変換回路2、そしてOPアンプU231、抵抗R231、R232、R233、R234を持つ差動増幅回路3が接続されている。電流電圧変換回路2および差動増幅回路3の動作については、図1のものと同じである。
After the current amplifier circuit 1, a current-
以下、この回路の電流アンプ回路1の動作について説明する。なお、OPアンプU211、抵抗R212、R213で構成される電流アンプを例に上げて説明を行うが、OPアンプU212、抵抗R216、R218で構成される電流アンプの動作についても全く同じである。 Hereinafter, the operation of the current amplifier circuit 1 of this circuit will be described. An explanation will be given by taking a current amplifier composed of an OP amplifier U211 and resistors R212 and R213 as an example, but the operation of a current amplifier composed of an OP amplifier U212 and resistors R216 and R218 is exactly the same.
電流アンプ回路1において、OPアンプU211の非反転入力端子と反転入力端子の電圧がほぼ等しいとすると、抵抗R213の両端にかかる電位差は、抵抗R212のそれを反転した値となる。したがって、抵抗R213に流れる電流と入力電流との比は、抵抗R212と抵抗R213の比の−1倍となり、−R212/R213で与えられる。 In the current amplifier circuit 1, if the voltages of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the OP amplifier U211 are substantially equal, the potential difference applied to both ends of the resistor R213 is a value obtained by inverting that of the resistor R212. Therefore, the ratio between the current flowing through the resistor R213 and the input current is -1 times the ratio of the resistor R212 and the resistor R213, and is given by -R212 / R213.
次段にはR213からの電流のみが流れ込むことから、電流アンプ回路1のゲインは、−R212/R213で表すことができる。この電流が電流電圧変換回路2に流れ込む。
Since only the current from R213 flows into the next stage, the gain of the current amplifier circuit 1 can be expressed by -R212 / R213. This current flows into the current-
したがって、図2の実施形態において、電流アンプ回路1と電流電圧変換回路2を合わせたゲインは、R221×(−R212/R213)で与えられる。
Accordingly, in the embodiment of FIG. 2, the combined gain of the current amplifier circuit 1 and the current-
この回路において、OPアンプ211の反転入力端子に浮遊容量がついた場合を考える。まず、反転入力端子の電位は、入力電流に対して90度遅れて変動する。 In this circuit, a case where a stray capacitance is added to the inverting input terminal of the OP amplifier 211 is considered. First, the potential of the inverting input terminal fluctuates 90 degrees behind the input current.
次いで、OPアンプU211の非反転入力端子の電位について考える。次段の電流電圧変換回路2はOPアンプU221と抵抗R221とで構成されているが、その入力端子の電位は、入力電流の位相より90度進んでいる。電流電圧変換回路2に入力される電流は、電流アンプ回路1によって位相が反転しているので、電流電圧変換回路2の入力端子の
電位は、圧電振動子200が出力した電流に対して90度遅れていることになる。
Next, consider the potential at the non-inverting input terminal of the OP amplifier U211. The next-stage current-
したがって、電流アンプ回路1のOPアンプU211の非反転入力端子は、小さな振幅ではあるが反転入力端子と同位相で、変動する。これにより、浮遊容量の影響を抑圧し、結果として図1の実施形態と同じく、ゲインの周波数特性のピークを抑圧できる。 Therefore, the non-inverting input terminal of the OP amplifier U211 of the current amplifier circuit 1 fluctuates in the same phase as the inverting input terminal although it has a small amplitude. Thereby, the influence of the stray capacitance is suppressed, and as a result, the peak of the frequency characteristic of the gain can be suppressed as in the embodiment of FIG.
また、図1の実施形態と同じく、OPアンプと抵抗のみを使用した構成であって、負帰還をかけているため波形の歪を小さくできるという効果もある。 Further, as in the embodiment of FIG. 1, the configuration uses only an OP amplifier and a resistor, and since negative feedback is applied, there is also an effect that waveform distortion can be reduced.
さらにこの回路は、図1の実施形態の回路に比べ、OPアンプU211のゲイン分だけ入力インピーダンスを下げられるという効果がある。したがって圧電振動子200の電極の電位が揺れるのを抑えることができ、圧電振動子200に与える影響が小さいので有利である。
Furthermore, this circuit has an effect that the input impedance can be lowered by the gain of the OP amplifier U211 as compared with the circuit of the embodiment of FIG. Accordingly, it is possible to suppress the fluctuation of the potential of the electrode of the
図3に示す第3の実施形態は、差動電流アンプ4と、電流電圧変換回路2とを持つ検出回路である。図3の差動電流アンプ回路4は、OPアンプU311と、抵抗R311、R312、R313とを持つ。抵抗R312は、OPアンプU211の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。抵抗R311の一端はOPアンプU311の非反転入力端子に接続されており、他端は抵抗R313の一端と接続されている。抵抗R313の他端は、OPアンプU311の出力端子に接続されている。
The third embodiment shown in FIG. 3 is a detection circuit having a differential
以上の構成を持つ差動電流アンプ回路4は、OPアンプU311の反転入力端子、非反転入力端子が入力となり、電振動子300の二つの電極にそれぞれ接続されている。
In the differential
また、差動電流アンプ回路4の出力は抵抗R311と抵抗R313の接続点であり、このノードが電流電圧変換回路2に接続されている。
The output of the differential
図3の差動電流アンプ回路4の動作を簡単に説明する。OPアンプU311の非反転入力端子に流れ込む電流をi1、反転入力端子に流れ込む電流をi2とし、差動電流アンプ回路4の出力電流をi0とする。
The operation of the differential
OPアンプU311の非反転入力端子と反転入力端子の電位がほぼ等しいとすると、R311・i1=R312・i2+R313・(i0−i1)が成り立つ。ここで、R312=R311+R313とすると、i0=R312/R313・(i1−i2)が導かれる。したがって、この回路はゲインがR312/R313の差動電流アンプとして動作することがわかる。 If the potentials of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the OP amplifier U311 are substantially equal, R311 · i1 = R312 · i2 + R313 · (i0−i1) is established. Here, when R312 = R311 + R313, i0 = R312 / R313 · (i1-i2) is derived. Therefore, it can be seen that this circuit operates as a differential current amplifier having a gain of R312 / R313.
差動電流アンプ回路4は、図1の電流アンプ回路1と図2の電流アンプ回路1を重ね合わせたものと考えてもよい。
The differential
したがって、図3の実施形態において、差動電流アンプ回路4と電流電圧変換回路2をあわせたゲインは、−R321×R312/R313で与えられる。
Therefore, in the embodiment of FIG. 3, the combined gain of the differential
この回路は、図1、図2の実施形態の回路に比べ、OPアンプの数が少なく、回路を大幅に小型化できるという利点がある。図1、図2の実施形態ではOPアンプが5個必要であった機能を、図3の実施形態ではOPアンプ2個で実現できる。 This circuit has an advantage that the number of OP amplifiers is small and the circuit can be greatly reduced in size as compared with the circuits of the embodiments of FIGS. The function that required five OP amplifiers in the embodiment of FIGS. 1 and 2 can be realized by two OP amplifiers in the embodiment of FIG.
図4に示す第3の実施形態は、差動電流アンプ回路4と電流電圧変換回路2に加えて、補正回路5とを持つ検出回路である。
The third embodiment shown in FIG. 4 is a detection circuit having a
図4の補正回路は、OPアンプU432で構成されるボルテージフォロアと、OPアンプU431、抵抗R431〜434で構成される差動増幅回路とを持つ。ボルテージフォロアの入力はOPアンプU411の反転入力端子につながっており、出力は電流電圧変換回路2のOPアンプU421の非反転入力端子に接続されている。
The correction circuit of FIG. 4 includes a voltage follower configured by an OP amplifier U432, and a differential amplifier circuit configured by an OP amplifier U431 and resistors R431 to 434. The input of the voltage follower is connected to the inverting input terminal of the OP amplifier U411, and the output is connected to the non-inverting input terminal of the OP amplifier U421 of the current-
以上の構成を持つ補正回路5によれば、電流電圧変換の基準となる電位が圧電振動子400の電極の電位となるので、浮遊容量による信号の位相遅れの影響を低減することができるという効果がある。ただし、圧電振動子400の電極電位は直流ではないので、その変動分をOPアンプU431の差動増幅回路で補正する。
According to the
図4では差動電流アンプ回路4を1個用いているが、図1、図2のように電流アンプ回路1を2個用いてもよい。その場合、圧電振動子400の二つの電極に対してそれぞれ補正回路5が必要となる。
Although one differential
また、圧電振動子の電極電位の変動が、出力電圧V0に比べて十分小さい場合、OPアンプU431からなる差動増幅回路はなくてもよい。 Further, when the fluctuation of the electrode potential of the piezoelectric vibrator is sufficiently smaller than the output voltage V0, there is no need for the differential amplifier circuit composed of the OP amplifier U431.
この場合、補正回路5のOPアンプU432からなるボルテージフォロアを外して、圧電振動子400の電極と、電流電圧変換回路2のOPアンプU421の非反転入力端子を直結してもよい。
In this case, the voltage follower composed of the OP amplifier U432 of the
図1〜4の検出回路は、ゲインの周波数特性のピークを抑圧できるため、温度変化によるゲイン変化も小さい。したがって、本発明の検出回路をジャイロセンサの検出回路として用いると、ジャイロセンサのスケールファクタの温度依存性を低減することができる。 The detection circuits of FIGS. 1 to 4 can suppress the peak of the frequency characteristic of the gain, so that the gain change due to the temperature change is small. Therefore, when the detection circuit of the present invention is used as a gyro sensor detection circuit, the temperature dependence of the scale factor of the gyro sensor can be reduced.
具体的には、圧電振動子100、200、300、400が、発振のための電極とコリオリ力検出用電極を持ち、検出回路がコリオリ力検出用電極に接続する、という構成をとる。これにより、浮遊容量に対するスケールファクタの感度を抑えることができる。
Specifically, the
本発明における検出回路は、浮遊容量に対して感度が低いため、配線やパッケージの浮遊容量が未知の場合に有効である。 Since the detection circuit according to the present invention has low sensitivity to the stray capacitance, it is effective when the stray capacitance of the wiring or package is unknown.
本発明における検出回路を用いたジャイロセンサは、スケールファクタの温度依存性が小さく、温度に対する要求の厳しいカーナビゲーション用のジャイロセンサに適している。 The gyro sensor using the detection circuit according to the present invention is suitable for a gyro sensor for a car navigation system in which the temperature dependence of the scale factor is small and the temperature is severely demanded.
また、本発明における検出回路を用いたジャイロセンサは、回路規模が小さいため、手振れ補正用などの小型化、低コスト化が要求される用途に適している。 In addition, since the gyro sensor using the detection circuit according to the present invention has a small circuit scale, the gyro sensor is suitable for applications that require downsizing and cost reduction for camera shake correction.
1 電流アンプ回路
2 電流電圧変換回路
3 差動増幅回路
4 差動電流アンプ回路
5 補正回路
100、200、300、400 圧電振動子
UX(Xは数字) OPアンプ
RY(Yは数字) 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記圧電振動子と前記電流電圧変換回路との間に電流アンプ回路を設けたことを特徴とする圧電振動子の検出回路。 In a piezoelectric vibrator detection circuit comprising a piezoelectric vibrator having a vibrating leg and a current-voltage conversion circuit that converts an output current from the piezoelectric vibrator into a voltage,
A detection circuit for a piezoelectric vibrator, wherein a current amplifier circuit is provided between the piezoelectric vibrator and the current-voltage conversion circuit.
前記圧電振動子の振動脚に、振動時の屈曲に対応して逆位相の電流を出力する二つの電極を設け、これら二つの電極にそれぞれ前記電流アンプ回路と電流電圧変換回路を一組ずつ接続し、
さらに差動増幅回路を設けて、前記二組の電流電圧変換回路のそれぞれの出力端子を該差動増幅回路の入力端子に接続することを特徴とする圧電振動子の検出回路。 The piezoelectric vibration detection circuit according to claim 1,
Two electrodes that output currents in opposite phases corresponding to bending during vibration are provided on the vibration legs of the piezoelectric vibrator, and the current amplifier circuit and the current-voltage conversion circuit are connected to each of the two electrodes. And
Further, a differential amplifier circuit is provided, and the respective output terminals of the two sets of current-voltage conversion circuits are connected to the input terminals of the differential amplifier circuit.
前記電流アンプ回路は、OPアンプの反転入力端子−出力端子間を短絡し、
非反転入力端子−出力端子間に二つの抵抗を直列に接続し、
非反転入力端子を入力端子とし、前記直列接続した二つの抵抗の接続点を出力端子として構成することを特徴とする圧電振動子の検出回路。 The piezoelectric vibrator detection circuit according to claim 1,
The current amplifier circuit short-circuits between the inverting input terminal and the output terminal of the OP amplifier,
Connect two resistors in series between the non-inverting input terminal and the output terminal,
A detection circuit for a piezoelectric vibrator, wherein a non-inverting input terminal is used as an input terminal, and a connection point between the two resistors connected in series is used as an output terminal.
前記電流アンプ回路は、OPアンプの非反転入力端子−出力端子間と、反転入力端子−出力端子間にそれぞれ抵抗を接続し、
反転入力端子を入力端子とし、非反転入力端子を出力端子として構成することを特徴とする圧電振動子の検出回路。 The piezoelectric vibrator detection circuit according to claim 1,
The current amplifier circuit connects resistors between the non-inverting input terminal and the output terminal of the OP amplifier and between the inverting input terminal and the output terminal, respectively.
A piezoelectric vibrator detection circuit comprising an inverting input terminal as an input terminal and a non-inverting input terminal as an output terminal.
前記電流アンプ回路は差動電流アンプ回路であり、該差動電流アンプ回路の入力端子を前記圧電振動子の電極に接続し、出力端子を前記電流電圧変換回路の入力端子に接続することを特徴とする圧電振動子の検出回路。 The piezoelectric vibrator detection circuit according to claim 1,
The current amplifier circuit is a differential current amplifier circuit, wherein an input terminal of the differential current amplifier circuit is connected to an electrode of the piezoelectric vibrator, and an output terminal is connected to an input terminal of the current-voltage conversion circuit. The piezoelectric vibrator detection circuit.
前記差動電流アンプ回路は、OPアンプの非反転入力端子−出力端子間に二つの抵抗を直列に接続し、
反転入力端子−出力端子間にも抵抗を接続し、
前記非反転入力端子と反転入力端子を入力端子とし、前記直列接続した二つの抵抗の接続点を出力端子として構成することを特徴とする圧電振動子の検出回路。 In the detection circuit of the piezoelectric vibrator according to claim 5,
The differential current amplifier circuit has two resistors connected in series between a non-inverting input terminal and an output terminal of an OP amplifier,
Connect a resistor between the inverting input terminal and the output terminal,
A detection circuit for a piezoelectric vibrator, wherein the non-inverting input terminal and the inverting input terminal are used as input terminals, and a connection point between the two resistors connected in series is used as an output terminal.
差動増幅回路からなる補正回路を設け、前記圧電振動子の電極の電圧を前記電流電圧変換回路の基準電位にする補正を行うことを特徴とする圧電振動子の検出回路。 The piezoelectric vibrator detection circuit according to claim 1,
A detection circuit for a piezoelectric vibrator, wherein a correction circuit including a differential amplifier circuit is provided, and correction is performed so that the voltage of the electrode of the piezoelectric vibrator is set to a reference potential of the current-voltage conversion circuit.
前記検出回路が請求項1から請求項7のいずれかに記載の構成をとることを特徴とするジャイロセンサ。 In a gyro sensor in which a driving electrode and a Coriolis force detection electrode are provided in a piezoelectric vibrator, and a detection circuit is connected to the Coriolis force detection electrode,
The gyro sensor according to claim 1, wherein the detection circuit has the configuration according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007079277A JP2008241330A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Detection circuit of piezoelectric vibrator and gyro sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007079277A JP2008241330A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Detection circuit of piezoelectric vibrator and gyro sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008241330A true JP2008241330A (en) | 2008-10-09 |
Family
ID=39912882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007079277A Pending JP2008241330A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Detection circuit of piezoelectric vibrator and gyro sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008241330A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014157170A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Ricoh Co Ltd | Tilt position detector, actuator drive system, and video apparatus |
US9077283B2 (en) | 2013-04-12 | 2015-07-07 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Self-oscillation circuit having means for eliminating quadrature error and method for eliminating quadrature error using the circuit |
US9455672B2 (en) | 2012-03-19 | 2016-09-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | IV converter and inertial force sensor using IV converter |
JP2017146624A (en) * | 2017-05-18 | 2017-08-24 | 株式会社リコー | Position detection device and video apparatus |
-
2007
- 2007-03-26 JP JP2007079277A patent/JP2008241330A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9455672B2 (en) | 2012-03-19 | 2016-09-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | IV converter and inertial force sensor using IV converter |
JP2014157170A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Ricoh Co Ltd | Tilt position detector, actuator drive system, and video apparatus |
US9077283B2 (en) | 2013-04-12 | 2015-07-07 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Self-oscillation circuit having means for eliminating quadrature error and method for eliminating quadrature error using the circuit |
JP2017146624A (en) * | 2017-05-18 | 2017-08-24 | 株式会社リコー | Position detection device and video apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6373786B2 (en) | Capacitance detection type sensor signal detection method, capacitance detection type sensor, and system | |
JPWO2016047149A1 (en) | Hall electromotive force signal detection circuit and current sensor | |
JP5774016B2 (en) | Physical quantity sensor | |
JP2006313084A (en) | Capacity type physical quantity sensor | |
US20160091525A1 (en) | Acceleration sensor | |
JP4561528B2 (en) | Sensor circuit | |
JP2006174122A (en) | Output amplifier circuit, and sensor device using the same | |
JP2008241330A (en) | Detection circuit of piezoelectric vibrator and gyro sensor | |
JP2017050664A (en) | Analog reference voltage generating circuit, circuit device, physical quantity sensor, electronic device and moving object | |
JP2006319388A (en) | Automatic gain control circuit and sine wave oscillation circuit employing the same | |
JP4867385B2 (en) | Oscillation circuit and physical quantity transducer | |
JP5079541B2 (en) | Physical quantity sensor | |
US20160181997A1 (en) | Signal amplifying circuit | |
JP2009075060A (en) | Physical quantity sensor | |
JP2012199664A (en) | Differential amplifier circuit and integrated circuit device | |
JP4723394B2 (en) | Operational amplifier | |
JP4242800B2 (en) | Sensor circuit | |
JP5320503B2 (en) | Amplifier circuit | |
JP2010085319A (en) | Sensor signal detection circuit, ratiometric correction circuit, and sensor device | |
JP2006177895A (en) | Electrostatic capacity/voltage converting arrangement and mechanical quantity sensor | |
JP2016042627A (en) | Fully differential switched capacitor circuit | |
JP5538466B2 (en) | Sample and hold circuit | |
JP2006170797A (en) | Unbalance capacity detecting device, sensor unbalance capacity detecting method, and transducer used therefor | |
US20240097632A1 (en) | Integrated circuit and semiconductor device | |
JP2007333422A (en) | Capacitive physical quantity sensor |