JP2009075060A - 物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】物理量センサにおいて、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減し、感度を一定とする。
【解決手段】参照信号に基づいて駆動する駆動回路と、この駆動回路によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子の出力信号を増幅する増幅回路とを有する物理量センサにおいて、駆動回路は、参照信号に基づいて前記センサ素子の駆動信号を一定レベルとなるように制御し、増幅回路は、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に対して、出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を備え、増幅回路の増幅率を、前記参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサに関し、特に物理量センサの出力回路の構成に関する。

現在では、さまざまな種類の物理量センサが利用されている。その中で特に、振動ジャイロに代表される角速度センサのセンサ出力の補正については多くの提案がなされている。

特許文献１に示した従来技術においては、物理量センサの検出感度が、物理量センサの動作する電源電圧の変化に対して比例して変化させるための手法が提案されている。この手法は例えばレシオメトリックとして知られている。図１８はレシオメトリックの概略構成を説明するための図である。レシオメトリックでは、センサ１１０およびＡ／Ｄ変換器１２０は共通の電源電圧Ｖddの供給を受ける。

センサ１１０のみが電源電圧Ｖddの変動に対応して変化し、Ａ／Ｄ変換器１２０は電源電圧Ｖddの変動に対応していない場合には、Ａ／Ｄ変換後のディジタル値に相違が生じることになる。また、Ａ／Ｄ変換器１２０のみが電源電圧Ｖddの変動に対応して変化し、センサ１１０の出力が電源電圧Ｖddの変動に依存しない場合においても、Ａ／Ｄ変換後のディジタル値に相違が生じることになる。

一方、センサ１１０およびＡ／Ｄ変換器１２０が共に電源電圧Ｖddの変動に対応する場合には、Ａ／Ｄ変換後のディジタル値に相違は生じない。

特許文献１は、角速度センサの例において、電源電圧の変動によって物理量センサの検出感度を調整可能とする。特に電源電圧の変化に対して物理量センサの検出感度が比例して変化するようにすることでＡ／Ｄ変換の基準電圧の低下に対するセンサ感度のレシオメトリック特性を確保し、誤った出力レベルの読み込みを回避することが示されている。

図１９は、物理量センサの一構成例を説明するための図である。図１９において、物理量センサ１０１は、外力に応じた出力信号を出力するセンサ素子１０３と、このセンサ素子１０３を駆動する駆動信号を生成する駆動回路１０４と、センサ素子１０３の出力信号を信号増幅する信号増幅部１０７を有するとともに、電源電圧Ｖddに基づいて出力信号を調整してレシオメトリック特性を持たせる増幅回路１０５を備える。
特開２００４−５３３９６号公報（第４〜６頁、第１図）

上記した物理量センサ１０１では、駆動回路１０４は電圧電源１０２で駆動されるが、この駆動回路１０４が出力する駆動信号の信号レベルが一定となるように、この電圧電源１０２とは独立した参照信号生成回路１０９を用意し、駆動回路１０４はこの参照信号１０９に基づいて駆動信号を形成している。

この物理量センサ１０１において、通常、この参照信号生成回路１０９は変動しないことを前提としている。しかしながら、この参照信号生成回路１０９は、例えばバンドギャップ型基準電圧源（特許文献１参照）等の基準電圧源を用いて生成されるが、この基準電圧源が生成する参照信号の信号レベルは、必ずしも一定ではなく、温度や電源電圧や経年変化等の種々の要因によって変動することを発明者は確認した。

参照信号生成回路１０９の信号レベルが変動した場合には、センサ出力の出力レベルが変動し、感度が一定せず変動することになる。

そこで、物理量センサの検出精度を高めるには、参照信号生成回路１０９の信号レベルが変動した場合であっても、センサ出力の出力レベルが変動せず一定の感度が得られる物理量センサが求められる。

そこで、本発明は従来の問題を解決し、物理量センサにおいて、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減し、感度を一定とすることを目的とする。

本発明の物理量センサは、物理量センサのセンサ出力の信号増幅において、この増幅率を調整することによって、参照信号の変動による出力レベルの変動を低減するものである。そして、この増幅率の調整において、センサ出力を信号増幅する増幅率特性を、参照信号の変動に対するセンサ出力の変動特性と逆方向とすることで、参照信号の変動によるセンサ出力の変動を打ち消すものである。

本発明の物理量センサは、参照信号に基づいて駆動する駆動回路と、この駆動回路によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子の出力信号を増幅する増幅回路とを有する。駆動回路は、参照信号に基づいてセンサ素子の駆動信号を一定レベルとなるように制御する。本発明が備える増幅回路は、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に対して、出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を備える。

本発明の目的とするところは、参照信号の信号レベルの変動に対して、センサ出力の出力レベルの変動を低減することにある。ここで、駆動回路は参照信号に基づいて駆動信号を形成するため、駆動回路の駆動信号は参照信号の変動に依存して変動する。そこで、本発明は、参照信号の変動に対して増幅回路の出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を持たせることで、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する。

また、本発明が備える増幅回路は、参照信号の変動に応じて増幅率を変化するものに限られるものではなく、参照信号に依存して変化する駆動信号の変動に対して増幅回路の出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を持たせるようにするようにしてもよい。

増幅回路の増幅率は、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に対して逆方向に増幅する特性を備える。この増幅率特性は、例えば、参照信号の増減方向、又は、参照信号の変動による駆動回路の駆動信号の増減方向に対して、出力信号を逆方向に増減する特性であり、増幅回路の出力信号の出力レベルを、参照信号の変動によらず一定に制御する。

この構成によって、参照信号の変動や駆動回路の駆動信号が変動したとき、増幅回路はこの出力信号の変動を相殺される方向に信号増幅するため、増幅回路から出力される出力信号は、参照信号の変動や駆動回路の駆動信号の変動による影響を低減させることができる。

本発明の物理量センサが備える増幅回路は、能動回路と複数の抵抗素子を有する抵抗回路とから構成し、抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める。

例えば、増幅回路は、能動回路である演算増幅器と、この演算増幅器に接続される入力抵抗回路および帰還抵抗回路からなる抵抗回路を有する。抵抗回路は、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比によって増幅率を定める反転増幅回路、又は、非反転増幅回路を構成する。入力抵抗回路と帰還抵抗回路の少なくとも一方が有する抵抗素子を、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を構成する。可変抵抗回路は抵抗値を可変とすることによって、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比を変えて増幅率を調整する。

ここで、可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に応じて変えることで、増幅回路の増幅率を参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に応じて変えることができる。

本発明は、この可変抵抗回路の抵抗値を可変とする構成において、複数の形態によって実現することができる。

第１の形態は、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える形態であり、第２の形態は、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える形態である。

また、第１の形態および第２の形態において、増幅回路の増幅率を電源電圧の増減と比例させることによって物理量センサにレシオメトリック特性を持たせることもできる。

第１の形態が備える増幅回路は、能動回路に接続する複数の抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成であり、複数の抵抗素子の少なくとも一部に、抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成し、参照信号又は駆動回路の駆動信号を所定階数に分圧する分圧回路とこの分圧回路の出力を比較する比較回路とを備え、比較回路の出力信号に応じて抵抗値を選択する抵抗選択回路を備える。

可変抵抗回路は、抵抗選択回路で選択した抵抗値に変えることにより、増幅回路の増幅率を、参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させ、これによって参照信号に対する耐変動性を持たせることができる。

物理量センサは、増幅回路に電源電圧を供給する電源を備える。第１の形態は、上記した構成において、出力信号を出力する増幅回路の増幅率を電源電圧の増減と比例させることができる。

第１の形態において、比較回路は、一方の入力端に分圧回路の分圧出力を入力し、他方の入力端に電源電圧で定まる電圧を入力する。可変抵抗回路は、比較回路の出力により、電源電圧の変動に応じて抵抗選択回路で選択する抵抗値を変える。これによって、増幅回路の増幅率を電源電圧の増減に比例させ、レシオメトリック特性を持たせることができる。

この第１の形態の構成によれば、分圧回路と比較回路とを備える回路構成によって、増幅回路の増幅率に対して、参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減に逆比例させる調整と、電源電圧の増減に比例させる調整の２つの調整を行うことができる。

本発明の物理量センサの第２の形態は、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える形態である。増幅回路は、参照信号の電圧、又は、駆動回路の駆動信号の電圧を電流に変換する第１の電圧電流変換器を備える。第１の可変抵抗回路は、この電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変える。

第２の形態が備える増幅回路は、能動回路に接続する複数の抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成であり、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする第１の可変抵抗回路を抵抗素子の少なくとも一部に備え、参照信号の電圧、又は、駆動回路の駆動信号の電圧を電流に変換する第１の電圧電流変換器を備える。第１の可変抵抗回路は、第１の電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変えることにより、増幅回路の増幅率を参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させ、これによって参照信号に対する耐変動性を持たせる。

物理量センサは、増幅回路に電源電圧を供給する電源を備える。第１の形態は、上記した構成において、出力信号を出力する増幅回路の増幅率を電源電圧の増減と比例させることができる。

第２の形態において、抵抗回路は、電源電圧の変動によって抵抗値を可変とする第２の可変抵抗回路を抵抗素子の少なくとも一部に備え、電源電圧の電圧を電流に変換する第２の電圧電流変換器を備える。第２の可変抵抗回路は、第２の電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変える。これによって、増幅回路の増幅率を前記電源電圧の増減に比例させ、レシオメトリック特性を持たせることができる。

この第２の形態の構成によれば、可変抵抗回路と電圧電流変換器とのペアを２組備える回路構成とし、一方の第１の可変抵抗回路と第１の電圧電流変換器のペアによって、増幅回路の増幅率を参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減に逆比例させて調整し、他方の第２の可変抵抗回路と第２の電圧電流変換器のペアによって、増幅回路の増幅率を電源電圧の増減に比例させる調整するという２つの調整を行うことができる。

本発明の第１、２の態様の物理量センサは、物理量センサの出力信号の出力レベルを参照信号の変動に対して一定に制御することができる。この参照信号が変動する要因は、参照信号の温度変化、参照信号を形成する参照信号形成回路に供給する電源電圧の電圧変動、あるいは、参照信号形成回路の経年変化による出力信号レベルの変動等があるが、本発明の物理量センサは、これら各要因の何れに対しても対応することができる。

したがって、本発明の物理量センサは、参照信号の変動に影響されず、かつ、レシオメトリック特性を備えた出力信号を出力することができる。そして、参照信号の耐変動性およびレシオメトリック特性は、ともに増幅回路の増幅率を調整することで実現することができ、参照信号の耐変動性については、参照信号や参照信号に依存する駆動信号の増減と逆方向に増減するように増幅率を調整し、レシオメトリック特性については、電源電圧の増減と比例するように増幅率を調整する。

本発明によれば、物理量センサにおいて、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減し、出力感度を一定とすることができる。

以下、本発明の物理量センサについて図を用いて詳細に説明する。

図１、２を用いて本発明の物理量センサの概略構成を説明し、図３、４を用いて本発明の物理量センサが備える増幅回路の概略構成を説明する。

また、参照信号や駆動信号の電圧を周波数に変換し、この周波数によって抵抗値を変える第１の形態について図５〜図１３を用いて説明し、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える第２の形態について図１４，１５を用いて説明し、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える第３の形態について図１６を用いて説明する。

なお、図９〜図１２は、本発明の物理量センサの、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する詳細な構成を説明し、図１３〜図１５、図１７は、本発明の物理量センサにおいて、参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる構成と、レシオメトリック特性を実現する構成の両構成を備える例である。

図１，２は本発明の物理量センサの概略構成を説明するための概略ブロック図である。図１に示す構成例は、本発明の物理量センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対してセンサ出力の出力レベルの変動を低減する構成例であり、図２に示す構成例は、本発明の物理量センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を抑制するという参照信号の耐変動性を備えると共に、レシオメトリック特性を備える構成例である。

図１，２において、物理量センサ１は、参照信号（Ｖref（α））を生成する参照信号生成回路９と、参照信号（Ｖref（α））に基づいて駆動する駆動回路４と、この駆動回路４によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子３と、このセンサ素子３の出力信号を増幅するとともに参照信号（Ｖref（α））に基づいて増幅率を変更して、参照信号（Ｖref（α））の変動に応じた出力信号を出力する増幅回路５を備える。

駆動回路４は、電圧電源２と独立して形成される参照信号（Ｖref（α））に基づいて、センサ素子３の駆動信号が一定レベルとなるように制御する。なお、図１，２では、駆動信号をａ・Ｖref（α）で表している。ここで、“ａ”は駆動回路４において、駆動信号と参照信号（Ｖref（α））との関係を表す係数である。なお、参照信号（Ｖref（α））は、温度変動や電源電圧変動あるいは参照信号を形成する参照信号形成手段の経年変化等によって変動するため、“α”を変動パラメータとしたとき、参照信号ＶrefはＶref（α）で表すことができるため、ここでは参照信号をＶref（α）で表している。

センサ素子３は、駆動回路４からの駆動信号ａ・Ｖref（α）によって駆動され、外力に応じた出力信号を出力する。なお、ここで、外力によるセンサ素子３の出力信号の振幅の寄与ファクターを“Ｓ”で表したとき、センサ素子３が出力する出力信号はＳ・ａ・Ｖreｆ（α）で表すことができる。

増幅回路５は、センサ素子３から入力した信号（Ｓ・ａ・Ｖref（α））を信号増幅した出力信号を出力する。この増幅回路５は、増幅率を“Ａ”としたとき、入力したＳ・ａ・Ｖreｆ（α）をＡ倍したＡ・Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）の出力信号を出力する。

ここで、増幅率Ａを、変動パラメータ“α”で変動する参照信号Ｖref（α）の変動に基づいて変更することによって、出力信号の信号レベルを参照信号Ｖref（α）の変動にかかわらず一定とすることができる。

このために、増幅回路５は、その増幅率Ａを参照信号Ｖref（α）の変動特性と逆特性となるように変更することで、出力信号の信号レベルを参照信号Ｖref（α）の変動にかかわらず一定とする。

ここで、増幅回路５の増幅率Ａを参照信号Ｖref（α）の変動特性と逆特性となるように変更することによって、参照信号が変動してセンサ素子３の出力信号に変動が生じた場合であってもこの変動を相殺し、出力信号から参照信号Ｖref（α）の変動特性を除くことができる。

この逆特性をＶref^−１（α）と表した場合には、増幅回路５の増幅率ＡはＡ_０・Ｖref^−１（α）と表される。ここで、Ｖref（α）とＶref^−１（α）との間の関係は、Ｖref（α）・Ｖref^−１（α）＝１と表すことができるため、増幅回路５の出力信号Ａ・Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）は、
Ａ・Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）
＝Ａ_０・Ｖref^−１（α）・Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）
＝Ａ_０・Ｓ・ａ
と表すことができ、参照信号Ｖreｆ（α）に依存しない信号とすることができる。なお、Ａ_０は、設定した増幅率である。

図２において、増幅回路５は電源電圧Ｖddを入力し、増幅率を電源電圧Ｖddの増減と比例するようにする調整し、出力信号にレシオメトリック特性を持たせる。これによって、物理量センサの検出感度を、電源電圧の変化に比例して変化させることができる。

本発明の物理量センサが備える増幅回路の構成例について、図３，図４を用いて説明する。

図３（ａ）、（ｂ）において、増幅回路５は、増幅率を増減可能とする信号増幅部７を備える。信号増幅回路７は、能動回路７１と複数の抵抗素子を有する抵抗回路７２とから構成し、抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める。抵抗回路７２が備える抵抗素子の少なくとも一つには可変抵抗回路７３が形成される。この可変抵抗回路７３は、参照信号又は駆動信号に応じて抵抗値を変更する。

信号増幅回路７は、抵抗回路７２と能動回路７１とによる増幅路動作において、抵抗回路７２中の可変抵抗回路７３の抵抗値を変化させることによって増幅率を増減させることができる。この可変抵抗回路７３の抵抗値を、参照信号又は駆動信号に応じて変えることによって、増幅率を参照信号又は駆動信号に応じて増減させることができる。可変抵抗回路７３の抵抗値の増減は、変換部６によって参照信号又は駆動信号の電圧から変換されたパラメータに基づいて行う。なお、図３（ｂ）は可変抵抗回路７ｃの抵抗値を、電源電圧に増減に比例させて増減させる場合の構成を示している。

この構成によれば、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減するという参照信号の耐変動性を備えると共に、レシオメトリック特性を備えることができる。

図３（ｃ）において、信号増幅部７は、能動回路７１を演算増幅器とし、可変抵抗回路７３を入力抵抗回路と帰還抵抗回路として、演算増幅器に入力抵抗回路と帰還抵抗回路を接続してなる反転増幅回路、又は、非反転増幅回路によって構成することができる。信号増幅回路７の増幅率は、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比によって定めることができる。入力抵抗回路と帰還抵抗回路の少なくとも一方が有する抵抗素子には、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成する。

図４は変換回路の各形態を説明するための図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、参照信号又は駆動信号の電圧をそれぞれ周波数、抵抗、および電流の各パラメータに変換する形態を示している。

図４（ａ）に示す形態では、変換部６として周波数変換部６１を用いて、参照信号又は駆動信号の電圧を周波数のパラメータに変換し、周波数によって可変抵抗回路７３の抵抗値を増減させる。図４（ｂ）に示す形態では、変換部６として電圧／抵抗変換部６２を用いて、参照信号又は駆動信号の電圧を抵抗のパラメータに変換し、抵抗によって可変抵抗回路７３の抵抗値を増減させる。また、図４（ｃ）に示す形態では、変換部６として電圧／電流変換部６３を用いて、参照信号又は駆動信号の電圧を電流のパラメータに変換し、電流によって可変抵抗回路７３の抵抗値を増減させる。

以下、図４（ａ）に示した形態の動作について、図５〜図８を用いて説明する。図５に示す構成例は、本発明の物理量センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対してセンサ出力の出力レベルの変動を低減する構成例である。一方、図７，８に示す構成例は、本発明の物理量センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動の低減する参照信号の耐変動性とともに、レシオメトリック特性を備える構成例である。

図５に示す構成例は、図１に示した構成例において、周波数変換部61と信号増幅部７によって増幅回路５を構成する例であり、増幅回路５の構成についてのみ図１と相違するため、ここでは増幅回路５の構成のみを説明し、共通する部分の説明は省略する。

駆動回路４は、電圧電源２と独立して参照信号生成回路９で形成される参照信号（Ｖref（α））に基づいて、センサ素子３の駆動信号が一定レベルとなるように制御する。

センサ素子３は、駆動回路４からの駆動信号ａ・Ｖref（α）によって駆動され、外力に応じた出力信号Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）を出力する。なお、ここで、“ａ”は駆動信号と参照信号との関係を表す係数であり、“Ｓ”は外力によるセンサ素子３の出力信号の振幅の寄与ファクターである。

増幅回路５が備える周波数変換部６は、センサ素子３の出力信号Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）と参照信号Ｖreｆ（α）又は駆動信号ａ・Ｖreｆ（α）の電圧を入力して周波数に変換する。

周波数変換部61は、可変抵抗回路の抵抗比を変更して増幅率“Ａ”を変え、入力したＳ・ａ・Ｖreｆ（α）をＡ倍して出力信号Ａ・Ｓ・ａ・Ｖreｆ（α）を出力する。

増幅率Ａを、変動パラメータ“α”で変動する参照信号Ｖref（α）の変動に基づいて調整することによって、出力信号の信号レベルを参照信号Ｖref（α）の変動にかかわらず一定とする。このために、増幅回路７は、その増幅率Ａを参照信号Ｖref（α）の変動特性と逆特性となるように調整することで、出力信号の信号レベルを参照信号Ｖref（α）の変動にかかわらず一定とする。

図６は、増幅回路が備える増幅率の逆特性によって、参照信号の変動を相殺して低減する動作を説明するための概略図である。

図６（ａ）〜（ｃ）は、参照信号の変動に対して、増幅回路の増幅率が変化しない場合を示している。一方、図６（ｄ）〜（ｆ）は、増幅回路が逆特性の増幅率を備えている場合を示している。図６（ａ），図６（ｄ）は、変動パラメータαに対する参照信号Ｖref（α）の特性を示し、図６（ｂ），図６（ｅ）は、変動パラメータαに対する増幅率を示し、図６（ｃ），図６（ｆ）は、変動パラメータαに対する出力信号を示している。

参照信号の変動に対して、増幅回路の増幅率が変化しない場合には（図６（ｂ））、参照信号Ｖref（α）の変動が出力信号に反映されるため、変動パラメータαに応じて参照信号Ｖref（α）が変動すると（図６（ａ））、出力信号は参照信号Ｖref（α）の変動に応じて変動する（図６（ｃ））。

一方、増幅回路の増幅率を参照信号の変動に対して変化させた場合には（図６（ｅ））、参照信号Ｖref（α）の変動が増幅率の変動によって相殺され（図６（ｆ））、変動パラメータαに応じて参照信号Ｖref（α）が変動しても、この参照信号Ｖref（α）の変動にかかわらず、出力信号は不変である（図６（ｆ））。例えば、参照信号Ｖref（α）が、変動パラメータαに対して（ａα＋ｂ）で表される場合（図６（ｄ））には、増幅率ＡをＡ_０／（ａα＋ｂ）のように参照信号Ｖref（α）の変動に対して逆比例させて変化させると、出力信号は、参照信号Ｖref（α）の変動にかかわらず増幅率Ａ_０で増幅され、変動パラメータαによる影響を除くことができる。

増幅回路５は、信号増幅部７の増幅率Ａを参照信号Ｖreｆ（α）あるいは駆動信号ａ・Ｖreｆ（α）に応じて変更させるために、例えば、周波数変換部６１を用いて、参照信号Ｖreｆ（α）あるいは駆動信号ａ・Ｖreｆ（α）を周波数信号に変換する。信号増幅回路７は、この周波数変換部６１の変換によって得られた周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変えることで増幅率を変更する。この周波数信号を用いて増幅率を変更する回路構成は、図１１，１２の回路例を用いて後述する。

図７，８に示す構成例は、本発明の物理量センサにおいて、前記図５で示した参照信号の信号レベルの変動に対してセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成に加えて、増幅回路の増幅率を電源電圧の変動に比例して可変としてレシオメトリック特性を実現する構成例である。なお、ここでは、図５と共通する構成については説明を省略する。

図７，８において、物理量センサ１は、図５で示した構成と同様に、センサ素子３、駆動回路４、増幅回路５、および参照信号生成回路９を備えた構成とすることができる。この増幅回路５は、参照信号Ｖreｆ（α）の変動と逆特性の増幅率で信号増幅することによって、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成と、電源電圧Ｖddの変動と同じ方向の特性を有する増幅率で信号増幅することによって、電源電圧の変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成との二つの構成を備える。

図７に示す構成では、増幅回路５は、増幅回路の増幅率Ａを参照信号Ｖreｆ（α）あるいは駆動信号ａ・Ｖreｆ（α）に応じて逆特性で変更させるための構成として、例えば、第１の信号増幅部７Ａに加えて、参照信号Ｖreｆ（α）あるいは駆動信号ａ・Ｖreｆ（α）を周波数信号に変換する第１周波数変換部６Ａを備える。第１信号増幅部７Ａは、この第１周波数変換部６Ａの変換で得られた周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変え、これによって増幅率を変更する。また、第１周波数変換部６Ａには電源電圧Ｖddも入力し、この第１周波数変換部６Ａによって変換された周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変えることで電源電圧Ｖddに比例して増幅率を変更する。

図８に示す構成では、増幅回路５は、増幅回路の増幅率Ａを電源電圧Ｖddに応じて同じ増減特性で変更させるための構成として、例えば、第２の信号増幅部７Ｂと、電源電圧Ｖddを周波数信号に変換する第２の周波数変換部６Ｂを備える。第２の信号増幅部７Ｂは、この第２の周波数変換部６Ｂの変換によって得られた周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変えることで電源電圧Ｖddに比例して増幅率を変更する。

また、第１の増幅回路７Ａと第２の増幅回路７Ｂとを組み合わせて一つの増幅回路とする構成とすることもできる。この一つの増幅回路によって、上記した参照信号あるいは駆動信号の変動に基づいて増幅率を変更する機能、および、電源電圧の変動に基づいて増幅率を変更する機能の２つの機能を実現する構成例については図１３〜図１７を用いて後述する。

次に、図９〜図１２を用いて、本発明の物理量センサの、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する詳細な構成例について説明する。

図９は本発明の物理量センサの構成例を説明するためのブロック図であり、前記した図５の構成をより詳細に説明するものである。なお、センサ素子３、駆動回路４、増幅回路５、および参照信号生成回路９の全体構成については図５で説明しているため、ここでの説明は省略し、各回路の構成例について説明する。

センサ素子３は、例えば、水晶振動子等の圧電振動子により構成することができ、圧電振動子を励振振動させる駆動部３Ａと、外力を反映して振動状態が変化する検出部３Ｂを備える構成とすることができる。圧電振動子が、例えば、複数の脚部を有する音叉型圧電振動子の構成であるときには、駆動部３Ａは駆動脚およびその駆動脚に設けた駆動電極により構成し、駆動回路４から供給される駆動信号によって励振することで発振振動する。

一方、検出部３Ｂは検出脚およびその検出脚に設けた検出電極により構成する。検出脚は、例えば、印加された外力により生じるコリオリ力で振動状態が変化し、検出電極は、この振動状態を検出信号として検出し、検波回路８を介して増幅回路５に出力する。

駆動回路４は、センサ素子３の駆動部３Ａを励振駆動させるための駆動信号を形成する回路であり、駆動部３Ａからの信号をフィードバックして位相および振幅を調整することによって、所定周波数の駆動信号を形成する。なお、図９では、駆動信号の電流値が一定に制御する定電流制御の例を示している。

検流回路４Ａは、駆動部３Ａの一方の電極から検出した信号の電流を検波し、自動利得調整回路（ＡＧＣ回路）４Ｂによってこの検出信号の電流値を一定とする制御信号を形成し、この制御信号によって利得可変増幅回路４Ｃの利得を調整する。ここで、自動利得調整回路（ＡＧＣ回路）４Ｂは、例えば、検流回路４Ａの出力信号の実効値を求める実効値回路４Ｂaと、実効値回路４Ｂaの出力と参照信号Ｖrefとの差分を求め、この差分を設定値と比較する比較回路４Ｂbとによって構成することができ、これによって、駆動信号の電流値と参照信号とを比較し、参照信号を基準信号として駆動信号の電流値が一定となるように、利得可変増幅回路４Ｃの利得を調整する。

ここで、参照信号（Ｖref（α））は、中点生成部９Ｂおよび参照電圧生成部９Ａによって構成することができる。なお、中点生成部９Ｂおよび参照電圧生成部９Ａは電圧電源２から電圧供給を受ける。中点生成部９Ｂは、例えば、電圧電源２の電圧ＶddとＶssの中点からＶmを生成する。Ｖssをグラウンド電圧とした場合には、中点電圧Ｖmは、Ｖdd／２となる。図１０はこの電圧関係を示している。

参照電圧生成部９Ａは、中点生成部９Ｂで生成した中点電圧Ｖmを用いて、電源電圧Ｖddに依存しない電圧を生成する。なお、参照電圧生成部９Ａは、駆動回路４が形成する駆動信号の電流を一定とするための基準信号として参照信号を生成するが、実際の回路構成では、参照信号の信号レベルは温度や電源電圧や経年変化等に依存して変動する。そして、この参照信号の信号レベルの変動は、駆動信号の信号レベルを変動させ、センサ素子３、信号増幅部７を介して出力される出力信号の信号レベルを変動させる要因となる。本発明は、この基準信号であるべき参照信号の変動によって生じる出力信号の変動を低減する。

本発明の増幅回路５が備える、増幅率を可変とする信号増幅部７は、増幅回路を構成する能動回路に接続される複数の抵抗素子の少なくとも一つを可変抵抗回路によって構成し、この可変抵抗回路の抵抗値を可変とすることによって、増幅回路の増幅率を変更する。

以下、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する詳細な構成について、図１１、図１２に示す回路構成を用いて説明する。

なお、図１１（ａ）は反転増幅回路の例であり、図１１（ｂ）は非反転増幅回路の例である。なお、反転増幅回路および非反転増幅回路は、符号は逆であるが、増幅率の大きさは演算増幅器（オペアンプ）に接続される入力抵抗Ｒsと帰還抵抗Ｒｆによって定まるため、以下では、主に図１１（ａ）の反転増幅回路の例に基づいて説明する。

図１１（ａ）において、増幅回路５は、参照信号Ｖrefの電圧を周波数に変換する周波数変換器（リニアＶＣＯ）６ａと、演算増幅器（オペアンプ）２１の入力抵抗１１と帰還抵抗１０を接続してなる増幅回路７を備える。

ここで、信号増幅部７の増幅率は（−Ｒf／Ｒs）で定まるため、帰還抵抗１０を可変抵抗回路１０ａで形成し、この可変抵抗回路１０ａの抵抗値を周波数変換器（リニアＶＣＯ）６ａで周波数に変換器した参照信号Ｖrefで変えることによって、増幅率の増減の方向と参照信号Ｖrefの変動の方向とを逆方向に調整することができる。例えば、参照信号Ｖrefが増加した場合には、可変抵抗回路１０ａの抵抗値を減少させることで、信号増幅部７の増幅率を下げ、逆に、参照信号Ｖrefが減少した場合には、可変抵抗回路１０ａの抵抗値を増加させることで、信号増幅部７の増幅率を上げる。

この参照信号と周波数信号と可変抵抗回路との抵抗値と増幅率との関係は、参照信号と周波数信号とは正の増加特性の関係にあり、周波数変信号と抵抗値とは負の増加特性の関係にあり、抵抗値と増幅率とは正の増加特性の関係にある。そのため、参照信号と増幅率とは負の増加特性の関係にとなり、参照信号が増加した場合には増幅率は減少し、参照信号が減少した場合には増幅率は増加する。したがって、増幅回路の増幅率を参照信号と逆特性とすることができる。

この可変抵抗回路の抵抗値の増減特性は、例えば、コンデンサの接続状態を切り替えることで電荷の移動を行う、いわゆるスイッチトキャパシタ回路を帰還段に備える構成で実現することができる。このスイッチトキャパシタ回路は、パルス変調信号に基づいて増幅率を可変とする。

図１１（ａ）に示す増幅回路７は、演算増幅器（オペアンプ）２１を有する反転増幅回路の構成であり、演算増幅器（オペアンプ）２１の出力端と入力端（反転入力端子）との間に、可変抵抗回路１０ａを形成するスイッチトキャパシタ回路とフィルタコンデンサ７ｃの並列接続を帰還抵抗として接続し、演算増幅器（オペアンプ）２１の反転入力端子に入力抵抗１１を接続する。ここで、スイッチトキャパシタ回路は、２接点を備えたスイッチ７ａとコンデンサ７ｂによって構成される。

スイッチ７ａはＭＯＳ素子による伝達ゲート（トランスミッションゲート）で構成でき、スイッチ７ａの接点状態は周波数変換器６ａの周波数信号に応じて切り替わるよう構成する。つまり、周波数信号に応じてコンデンサの接続状態が切り換わる。なお、スイッチ７ａは、コンデンサ７ｂ，７ｃや入力抵抗１１と同様に、半導体プロセスで製造可能であり、同一の半導体チップ上に構成することができる。これによって、各素子の温度特性を合わせることができる。

コンデンサ７ｂの一端は中点電圧Ｖｍに接続し他端をスイッチ７ａの固定接点へ接続する。スイッチ７ａはフィルタコンデンサ７ｃとともに演算増幅器（オペアンプ）２１の反転入力端子と出力端子との間に接続する。演算増幅器（オペアンプ）２１の非反転入力端子は中点電圧Ｖｍに接続する。

スイッチトキャパシタ回路は、スイッチ７ａとコンデンサ７ｂで構成され、スイッチ７ａの接点が反転入力端子側へ導通する状態では、コンデンサ７ｂは検波出力の電圧を蓄積し、次に、スイッチ７ａが出力端子側へ導通する状態となると、コンデンサ７ｂに蓄えた電荷は放電される。

このように、周波数変換器６ａの周波数信号に応じて、スイッチ７ａを反転入力端側と信号端側とで切り換えることでコンデンサ７ｂの接続状態を切り換える。

スイッチ７ａが上記の切り替え動作を高速に行うことで、スイッチトキャパシタ回路は、抵抗値がＲｅ＝１／（ｆ・Ｃｓ）で表現できる抵抗素子と等価の動作をする。なお、ここで、ｆはスイッチ７ａの平均切り替え周波数、Ｃｓはコンデンサ７ｂの容量である。

スイッチトキャパシタ回路は抵抗素子と等価であり可変抵抗回路を形成することから、信号増幅部７は、反転増幅回路を応用した１次のローパスフィルタ（不完全積分回路）として動作し、信号増幅部７の増幅率は、帰還抵抗と入力抵抗の比で定まる。したがって、上記した構成において、帰還抵抗をスイッチトキャパシタ回路で構成し、このスイッチトキャパシタ回路の等価抵抗を参照信号Ｖrefの周波数によって変えることによって、増幅回路の増幅率を参照信号の変動特性と逆方向に可変とすることができる。

なお、スイッチトキャパシタ回路を用いた信号増幅部７は、コンデンサに、容量の電圧依存性のないコンデンサを用いることで、高いリニアリティを得ることができる。半導体チップ上でこのような特性のコンデンサを実現するには、例えば一般的な２層ポリシリコンプロセスにより、電極をポリシリコン化したコンデンサを構成すればよい。なお、図１１（ｂ）の非反転増幅回路においても同様であるため、ここでの説明は省略する。

図１１に示した信号増幅部は演算増幅器（オペアンプ）を用いた構成であるが、増幅回路を構成する能動回路は演算増幅器（オペアンプ）に限らず他の素子を用いてもよい。図１２は、能動回路としてバイポーラトランジスタやＦＥＴを用いた構成例である。図１２７（ａ）は、バイポーラトランジスタのエミッタ接地の例である。図１２（ａ）に示す構成では、増幅率は（−Ｒ2／Ｒ1）で表される。また、図１２（ｂ）のＦＥＴによる構成においても、増幅率は（−Ｒ2／Ｒ1）で表される。

そこで、抵抗Ｒ2を可変抵抗回路で形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号を周波数変換した周波数信号で調整することで、図１１で示した例と同様に、参照信号の増減特性と増幅回路の増幅率の増減特性を逆方向として、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減することができる。

図１３（ａ）は、前記図１１（ａ）で示した参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる構成と、レシオメトリック特性を実現する構成を組み合わせた構成例である。この構成例では、演算増幅器（オペアンプ）２１の帰還抵抗として可変抵抗回路１０ｃを形成し、また、入力抵抗として可変抵抗回路１０ｄを形成する。可変抵抗回路１０ｃは、参照信号Ｖrefの電圧を周波数変換器６ａで変換した周波数信号によって抵抗値を調整し、一方、可変抵抗回路１０ｄは、電源電圧Ｖddの電圧を周波数変換機６ｂで変換した周波数信号によって抵抗値を調整する。

参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる構成は可変抵抗回路１０ｃで構成され、前記図１１（ａ）で説明したと同様の動作によって、参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる。入力抵抗側の可変抵抗回路１０ｄは帰還抵抗側の可変抵抗回路１０ｃと同様にスイッチトキャパシタ回路で構成することができる。

可変抵抗回路１０ｄのスイッチはＭＯＳ素子による伝達ゲート（トランスミッションゲート）で構成でき、スイッチの接点状態は周波数変換器６ｂの周波数信号に応じて切り替わるよう構成する。つまり、周波数信号に応じてコンデンサの接続状態が切り換わる。なお、スイッチおよびコンデンサは半導体プロセスで製造可能であり、同一の半導体チップ上に構成することができる。

可変抵抗回路１０ｄのコンデンサの一端は中点電圧Ｖｍに接続し、他端をスイッチの固定接点へ接続する。また、スイッチの一方の接点は増幅回路の入力端子であり、検出信号が入力する。スイッチの他方の接点は演算増幅器（オペアンプ）２１の反転入力端子に接続する。

スイッチの接点が検出信号側へ導通する状態では、コンデンサが検出信号の電圧を蓄える。次にスイッチが演算増幅器（オペアンプ）２１側へ導通する状態となるとコンデンサの蓄えた電荷は演算増幅器（オペアンプ）２１によってフィルタコンデンサへ放電される。

このように、周波数変換器６ｂで生成した周波数信号に応じて、可変抵抗回路１０ｄのスイッチを検出信号側と演算増幅器（オペアンプ）２１側との間で切り換えることで、コンデンサの接続状態を切り換えることになる。

スイッチが上記の切り替え動作を高速に行うことで、スイッチトキャパシタ回路１０ｄは、スイッチの平均切り替え周波数ｆとコンデンサ容量Ｃの積の逆数で表現される抵抗素子と等価の動作をする。ここで、周波数変換器６ｂは、電源電圧Ｖddの電圧に応じた周波数信号ｆを出力するため、可変抵抗回路１０ｄの抵抗値は電源電圧Ｖddと逆比例することになる。演算増幅器（オペアンプ）２１の増幅率は、（帰還抵抗／入力抵抗）に比例するため、結局、増幅率は電源電圧Ｖddに比例することになる。

なお、図１３（ｂ）の非反転増幅回路は、図１３（ｂ）の非反転増幅回路の負入力に接続される抵抗値に変えて可変抵抗回路１０ｅを接続することで構成することができる。この可変抵抗回路１０ｅは、周波数変換器６ｂの周波数変換出力によって抵抗値を電源電圧Ｖddと逆方向に変化させる。

可変抵抗回路１０ｂについては、図１１（ｂ）と同様に、周波数変換器６ａの周波数変換出力によって抵抗値を参照信号の電圧Ｖrefに応じて抵抗値を変更する。

次に、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える第２の形態について、図１４，１５を用いて説明する。

図１４は、演算増幅器（オペアンプ）の帰還抵抗を可変抵抗回路で形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号Ｖrefの分圧と電源電圧Ｖddとを比較回路で比較して得られる選択信号によって選択することによって可変とする構成例である。図１４では、説明を容易とするため、簡略化して示している。

この簡易構成では、参照信号Ｖrefを分圧抵抗４２で分圧して段階的な分圧電圧Ｖ1、Ｖ2を形成し、この分圧電圧Ｖ1、Ｖ2を比較回路５１、５２の一方の入力端に入力する。また、この比較回路５１、５２の他方の入力端には、電源電圧Ｖddの分圧電圧Ｖ0を入力する。

また、増幅回路を構成する演算増幅器（オペアンプ）２１の帰還抵抗１６を可変抵抗回路で形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、前記した比較回路５１、５２の比較結果に基づいて選択する。

セレクタ５３は、比較回路５１，５２の比較結果に基づいて、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を排他的に導通制御する。スイッチＳ１はＶ０＜Ｖ１＜Ｖ２のときに選択され、スイッチＳ２はＶ１＜Ｖ０＜Ｖ２のときに選択され、スイッチＳ３はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ０のときに選択される。

スイッチＳ１が導通するときは帰還抵抗１６の値は小となり、増幅回路の増幅率も小となる。スイッチＳ２が導通するときは帰還抵抗１６の値は中となり、増幅回路の増幅率も中となる。また、スイッチＳ３が導通するときは帰還抵抗１６の値は大となり、増幅回路の増幅率も大となる。

次に、参照信号が増減する方向と、スイッチによって選択される増幅率が増減する方向との関係について、図１５を用いて説明する。

図１５（ａ）は、参照信号Ｖrefと、この参照信号Ｖrefを分圧した分圧電圧Ｖ１〜Ｖ２の関係、および比較回路で比較する電源電圧Ｖddとの関係を示し、特に参照電圧Ｖrefが変動した状態のＶ１、Ｖ２を示している。なお、比較回路で比較する電圧は電源電圧Ｖddを分圧した分圧電圧Ｖ０を用いる。

比較回路５１、５２は、分圧電圧Ｖ１、Ｖ２を、電源電圧Ｖddをしきい値として比較を行う。ここで、例えば、参照信号Ｖrefが変動して小となった場合について説明する。参照信号Ｖrefが小に変動すると、その分圧電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）も小さくなり、大きい方の分圧電圧Ｖ２がＶ２＜Ｖ０となる範囲では、セレクタ５３はスイッチＳ３を選択し、帰還抵抗としては大の値を選択する。この結果、増幅回路の増幅率は大となる。

参照信号Ｖrefが変動して小の状態よりも大きい場合について説明する。参照信号Ｖrefが変動して中の状態にあり、その分圧電圧Ｖ１がＶ０よりも大きく、分圧電圧Ｖ２がＶ０よりも小さい、Ｖ１＜Ｖ０＜Ｖ２となる範囲では、セレクタ５３はスイッチＳ２を選択し、帰還抵抗としては中の値を選択する。この結果、増幅回路の増幅率は中となる。

参照信号Ｖrefが変動して大となった場合について説明する。参照信号Ｖrefが大に変動すると、その分圧電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）も大きくなり、小さい方の分圧電圧Ｖ１がＶ０＜Ｖ１となる範囲では、セレクタ５３はスイッチＳ１を選択し、帰還抵抗としては小の値を選択する。この結果、増幅回路の増幅率は小となる。

したがって、参照信号の変動の増減と増幅率の増減とは逆方向に変動することになる。

次に、電源電圧が増減する方向と、スイッチによって選択される増幅率が増減する方向との関係について、図１５（ｂ）を用いて説明する。

図１５（ｂ）は、参照信号Ｖrefと、この参照信号Ｖrefを分圧した分圧電圧Ｖ１〜Ｖ２の関係、および比較回路で比較する電源電圧Ｖddとの関係を示し、特に電源電圧Ｖddが変動した状態のＶ０を示している。

比較回路５１、５２は、分圧電圧Ｖ１、Ｖ２を、電源電圧Ｖddをしきい値として比較を行う。電源電圧Ｖddが低で、Ｖ０＜Ｖ１となる範囲では、セレクタ５３はスイッチＳ１を選択し、増幅回路の増幅率は小となる。電源電圧Ｖddが中で、Ｖ１＜Ｖ０＜Ｖ２となる範囲では、セレクタ５３はスイッチＳ２を選択し、増幅回路の増幅率は中となる。電源電圧Ｖddが高で、Ｖ２＜Ｖ０となる範囲では、セレクタ５３はスイッチＳ３を選択し、増幅回路の増幅率は大となる。

したがって、電源電圧の変動の増減と増幅率の増減とは同方向に変動することになる。

本発明の電源電圧および参照信号の変化に対する増幅回路の増幅率の変化の割合は、分圧抵抗の分圧比および可変抵抗の可変ステップによって任意に決定できる。これにより、電源電圧Ｖddに対しては増幅率が比例して変化し、参照信号Ｖrefに対して増幅率が反比例して変化するように構成することが可能である。

さらに、比較回路および可変抵抗回路の可変ステップ数をさらに増やして分解能を上げることで、増幅回路の増幅率をほとんど直線的に変化させることも可能である。すなわち、本発明の構成によれば、物理量センサの出力感度について、参照信号の変動に対しては一定とするとともに、電源電圧の変化に対してはレシオメトリック特性を与えることができる。

次に、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える第３の形態について、図１６を用いて説明する。

図１６は、電圧−電流変換回路（ＯＴＡ：operational transconductance amplifier）を用いた増幅回路５の構成例である。

ＯＴＡ３２（第１の可変抵抗回路）は、演算増幅器３１の入力抵抗を構成する。ＯＴＡ３２は、参照信号Ｖrefが入力された第１の電圧／電流変換回路３３からの電流信号によってトランスコンダクタンス（gm）が変化する可変抵抗回路として機能する。ＯＴＡ３２（第１の可変抵抗回路）の抵抗値Ｒinは、トランスコンダクタンス（gm）の逆数となり、参照信号Ｖrefでトランスコンダクタンス（gm）を変えることによって、入力抵抗Ｒinと帰還抵抗Ｒfとの抵抗比を変え、増幅率を変更する。

次に、電源電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える第４の形態について、図１７を用いて説明する。

図１７は、第１と第２の電圧／電流変換回路を２つ用いた増幅回路５の構成例である。この構成は、図１６に示す構成中の帰還抵抗Ｒｆについて可変抵抗（第２の可変抵抗回路）とし、この可変抵抗を電源電圧の変化に比例させることで、物理量センサの出力感度にさらにレシオメトリック特性を与える例である。

図１７に示す構成において、ＯＴＡ３２（第１の可変抵抗回路）は演算増幅器３１の入力抵抗を構成し、ＯＴＡ３４は演算増幅器３１の帰還抵抗を構成している。ＯＴＡ３４（第２の可変抵抗回路）は、電源電圧Ｖddが入力された第２の電圧／電流変換回路３５からの電流信号によってトランスコンダクタンス（gm′）が変化する可変抵抗回路として機能する。第２の可変抵抗回路の抵抗値Ｒfはトランスコンダクタンス（gm′）の逆数となり、第２の電圧／電流変換回路３５を介して電源電圧Ｖddでトランスコンダクタンス（gm′）を変えることによって、入力抵抗Ｒinと帰還抵抗Ｒfとの抵抗比を変え、増幅率を変更する。

すなわち、本発明の構成によれば、物理量センサの出力感度について、参照信号の変動に対しては一定とするとともに、電源電圧の変化に対してはレシオメトリック特性も与えることができる。

なお、電圧／電流変換回路やＯＴＡの特性によっては、帰還抵抗の部分を参照電圧Ｖrefによって可変としたり、入力抵抗の部分を電源電圧Ｖddによって可変とするといった構成も適宜選択が可能である。

本発明の物理量センサは、振動型ジャイロセンサや振動型加速度センサ等に適用することができる。

本発明の物理量センサの概略構成を説明するための概略ブロック図である。 本発明の物理量センサの概略構成を説明するための概略ブロック図である。 本発明の物理量センサが備える増幅回路の構成例を説明するための図である。 本発明の物理量センサが備える増幅回路の構成例を説明するための図である。 電圧／周波数変換によって抵抗値を変える本発明の物理量センサの第１の形態を説明するための概略構成図である。 増幅回路が備える増幅率の逆特性によって、参照信号の変動を相殺して低減する動作を説明するための概略図である。 本発明の物理量センサの第１の形態において、参照信号の耐変動性とレシオメトリック特性を備える構成例を説明するための概略図である。 本発明の物理量センサの第１の形態において、参照信号の耐変動性とレシオメトリック特性を備える構成例を説明するための概略図である。 本発明の物理量センサの第１の形態を説明するための構成図である。 電源電圧と中間電圧との関係を説明するための図である。 本発明の物理量センサの第１の形態において、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成例を説明するための図である。 本発明の参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成例を説明するための図である。 本発明の物理量センサの第１の形態において、参照信号の信号レベル変動および電源電圧変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成例を説明するための図である。 演算増幅器（オペアンプ）の帰還抵抗の可変抵抗回路を参照信号と電源電圧とで可変とする本発明の物理量センサの第２の形態を説明するための図である。 参照信号が増減する方向とスイッチによって選択される増幅率が増減する方向との関係を説明するための図である。 参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換して抵抗値を変える本発明の物理量センサの第３の形態を説明するための図である。 本発明の物理量センサの電圧／電流変換回路を２つ用いた増幅回路の構成例を説明するための図である。 レシオメトリックの概略構成を説明するための図である。 物理量センサの一構成例を説明するための図である。

符号の説明

１ 物理量センサ
２ 電圧電源
３ センサ素子
３Ａ 駆動部
３Ｂ 検出部
４ 駆動回路
４Ａ 検流回路
４Ｂ 自動利得調整回路（ＡＧＣ回路）
４Ｃ 利得可変増幅回路
５ 増幅回路
６ 変換部
６Ａ 第１周波数変換部
６Ｂ 第２周波数変換部
６ａ，６ｂ 周波数変換器
７，７Ａ，７Ｂ 信号増幅部
７ａ スイッチ
７ｂ，７ｃ コンデンサ
８ 検波回路
９ 参照信号
９Ａ 参照電圧生成部
９Ｂ 中点生成部
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 可変抵抗回路
１１ 入力抵抗
１２，１３，１４ 抵抗
１５ 帰還抵抗
１６ 可変抵抗回路
２１ 演算増幅器（オペアンプ）
３１ 演算増幅器
３２ ＯＴＡ（第１の可変抵抗回路）
３３ 第１の電圧／電流変換回路
３４ ＯＴＡ（第２の可変抵抗回路）
３５ 第２の電圧／電流変換回路
４１，４２ 分圧抵抗
５１，５２ 比較回路
５３ セレクタ
６１ 周波数変換部
６２ 電圧／抵抗変換部
６３ 電圧／電流変換部
７１ 能動回路
７２ 抵抗回路
７３ 可変抵抗回路
７４ 入力抵抗回路、帰還抵抗回路
７５ 演算増幅器
１０１ 物理量センサ
１０２ 電圧電源
１０３ センサ素子
１０４ 駆動回路
１０５ 増幅回路
１０７ 信号増幅部
１０９ 参照信号
１１０ センサ
１２０ Ａ／Ｄ変換器

Claims (7)

1. 参照信号に基づいて駆動する駆動回路と、
   この駆動回路によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、
   このセンサ素子の出力信号を増幅する増幅回路とを有する物理量センサにおいて、
   前記駆動回路は、前記参照信号に基づいて前記センサ素子の駆動信号を一定レベルとなるように制御し、
   前記増幅回路は、前記参照信号の変動、又は、前記駆動回路の駆動信号の変動に対して、出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を備え、
   更に、前記増幅回路は能動回路に接続する複数の抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成であり、前記参照信号又は駆動回路の駆動信号を所定階数に分圧する分圧回路と、この分圧回路の出力を比較する比較回路とを備え、
   前記比較回路の出力信号に応じて抵抗値を選択する抵抗選択回路を備え、
   前記複数の抵抗素子の少なくとも一部に、抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成し、
   前記可変抵抗回路は、前記抵抗選択回路で選択した抵抗値に変えることにより、前記増幅回路の増幅率を、前記参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させることを特徴とする、物理量センサ。
2. 参照信号に基づいて駆動する駆動回路と、
   この駆動回路によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、
   このセンサ素子の出力信号を増幅する増幅回路とを有する物理量センサにおいて、
   前記駆動回路は、前記参照信号に基づいて前記センサ素子の駆動信号を一定レベルとなるように制御し、
   前記増幅回路は、前記参照信号の変動、又は、前記駆動回路の駆動信号の変動に対して、出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を備え、
   更に、前記増幅回路は能動回路と複数の抵抗素子を有する抵抗回路とを有し、前記抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成であり、
   前記抵抗回路は、前記参照信号の変動、又は、前記駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする第１の可変抵抗回路を、前記抵抗素子の少なくとも一部に備え、
   前記参照信号の電圧、又は、前記駆動回路の駆動信号の電圧を電流に変換する第１の電圧電流変換器を備え、
   前記第１の可変抵抗回路は、前記第１の電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変えることを特徴とする、物理量センサ。
3. 前記増幅回路の増幅率特性は、前記参照信号の増減方向、又は、前記参照信号の変動による駆動回路の駆動信号の増減方向に対して、出力信号を逆方向に増減する特性であり、
   前記増幅回路の出力信号の出力レベルを、前記参照信号の変動によらず一定に制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の物理量センサ。
4. 前記増幅回路に電源電圧を供給する電源を備え、
   前記増幅回路は、増幅率を前記電源電圧の増減に比例させることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の物理量センサ。
5. 前記増幅回路に電源電圧を供給する電源を備え、
   前記比較回路は、一方の入力端に前記分圧回路の分圧出力を入力し、他方の入力端に電源電圧で定まる電圧を入力し、
   前記可変抵抗回路は、前記抵抗選択回路で選択した抵抗値に変えることにより、前記増幅回路の増幅率を前記電源電圧の増減に比例させることを特徴とする、請求項１に記載の物理量センサ。
6. 前記増幅回路に電源電圧を供給する電源を備え、
   前記抵抗回路は、前記電源電圧の変動によって抵抗値を可変とする第２の可変抵抗回路を、前記抵抗素子の少なくとも一部に備え、
   前記電源電圧の電圧を電流に変換する第２の電圧電流変換器を備え、
   前記第２の可変抵抗回路は、前記第２の電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変えることにより、前記増幅回路の増幅率を前記電源電圧の増減に比例させることを特徴とする、請求項２に記載の物理量センサ。
7. 前記増幅回路の出力信号の出力レベルは、前記参照信号の温度変化に対して一定に制御することを特徴とする、請求項１から６の何れか一つに記載の物理量センサ。

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