JP2009194797A - Digital agc circuit and angular velocity sensor using the same - Google Patents

Digital agc circuit and angular velocity sensor using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2009194797A
JP2009194797A JP2008035594A JP2008035594A JP2009194797A JP 2009194797 A JP2009194797 A JP 2009194797A JP 2008035594 A JP2008035594 A JP 2008035594A JP 2008035594 A JP2008035594 A JP 2008035594A JP 2009194797 A JP2009194797 A JP 2009194797A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
digital
signal
circuit
angular velocity
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.)
Granted
Application number
JP2008035594A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5262164B2 (en
Inventor
Hideyuki Murakami
英之 村上
Masayuki Nabeya
公志 鍋谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008035594A priority Critical patent/JP5262164B2/en
Priority to EP08850315A priority patent/EP2192690A4/en
Priority to PCT/JP2008/003231 priority patent/WO2009063603A1/en
Priority to US12/680,935 priority patent/US8451066B2/en
Priority to CN200880114446XA priority patent/CN101842987B/en
Publication of JP2009194797A publication Critical patent/JP2009194797A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5262164B2 publication Critical patent/JP5262164B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact digital AGC circuit requiring no multiplier for operation, such as gain calculation. <P>SOLUTION: The digital AGC circuit comprises: a ΣΔ modulator 61 composed of a D/A conversion means 43 for outputting an amount of charge of at least two levels, an integration means 44 for adding/integrating a signal output from the D/A conversion means 43 and a signal input from the outside to hold an integrated value, a comparison means 45 for comparing the integrated value output from the integration means 44 with a prescribed value, and a D/A switching means 46 for switching the output of the D/A conversion means 43 according to the output of the comparison means 45; an amplitude detection means 71; a gain calculation means 72; and a substitution operation means 73. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、特にセンサデバイスにおけるセンサ素子の振動制御に用いられるデジタルAGC回路およびそれを用いた角速度センサに関するものである。   The present invention particularly relates to a digital AGC circuit used for vibration control of a sensor element in a sensor device and an angular velocity sensor using the digital AGC circuit.

従来のこの種のデジタルAGC回路について、以下、図面を参照しながら説明する。   A conventional digital AGC circuit of this type will be described below with reference to the drawings.

図9は従来のデジタルAGC回路を示したものである。   FIG. 9 shows a conventional digital AGC circuit.

図9において、1はゲイン算出手段で、このゲイン算出手段1はメモリ2と乗算器4と加減算器5とで構成され、アナログの入力信号をA/D変換してデジタル化した入力信号Xに対するゲインGを決定される。次に、出力信号Zは、制御信号SEL1、SEL2でレジスタBからの現在設定されているゲインGと入力信号Xをセレクタ8,9で選択し、乗算器4でかけ算して求める。   In FIG. 9, reference numeral 1 denotes a gain calculating means, which comprises a memory 2, a multiplier 4 and an adder / subtractor 5, for an input signal X obtained by digitizing an analog input signal by A / D conversion. Gain G is determined. Next, the output signal Z is obtained by selecting the gain G currently set from the register B and the input signal X from the register B by the control signals SEL 1 and SEL 2 and multiplying by the multiplier 4.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平7−336174号公報
As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 7-336174 A

しかしながら、上記従来の構成においては、ゲイン算出等の演算において乗算器4をデジタルAGC回路もしくはその周辺回路において使用しているため、この乗算器4がその入出力ビット数および動作速度が増加するほど大きな回路となってしまうという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the multiplier 4 is used in the digital AGC circuit or its peripheral circuit in operations such as gain calculation, so that the number of input / output bits and the operation speed of the multiplier 4 increase. It had the problem of becoming a large circuit.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、ゲイン算出等の演算において、乗算器を必要としない小型のAGC回路およびそれを用いた角速度センサを提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a small AGC circuit that does not require a multiplier in an operation such as gain calculation and an angular velocity sensor using the same.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、少なくとも2つのレベルの電荷量を出力するDA変換手段と、このDA変換手段から出力される信号と外部から入力される信号とを加算・積分しその積分値を保持する積分手段と、この積分手段から出力される積分値を所定の値と比較する比較手段と、この比較手段の出力に応じて前記DA変換手段の出力を切り替えるDA切替手段とにより構成してなるΣΔ変調器と、振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とで構成したもので、この構成によれば、デジタルAGC回路を振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とで構成しているため、ΣΔ変調器から出力される低ビットのパルス密度変調信号が置換演算手段によって、振幅検出手段およびゲイン算出手段において算出されたゲインと置換演算されることにより、これにより、乗算器を用いることなくゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号に変換可能な小型で低コストのデジタルAGC回路を提供することができるという作用効果を有するものである。   The invention according to claim 1 of the present invention adds and integrates a DA converter that outputs charge amounts of at least two levels, a signal output from the DA converter and an externally input signal, An integrating means for holding the integrated value; a comparing means for comparing the integrated value output from the integrating means with a predetermined value; and a DA switching means for switching the output of the DA converting means in accordance with the output of the comparing means. The sigma-delta modulator, the amplitude detection means, the gain calculation means, and the replacement calculation means are configured. According to this configuration, the digital AGC circuit is replaced with the amplitude detection means, the gain calculation means, and the replacement. Since the low-bit pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator is calculated by the replacement calculation unit in the amplitude detection unit and the gain calculation unit By performing the replacement operation, there is an effect that a small-sized and low-cost digital AGC circuit that can be converted into a multi-bit pulse density modulation signal whose gain is controlled without using a multiplier can be provided. Is.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、ゲイン算出手段にビットシフト演算手段と加算演算手段とを設けたもので、この構成によれば、振幅検出手段から出力される振幅情報を元に、任意のゲイン特性を有するゲインをビットシフト演算手段と加算演算手段のみで乗算器を使用することなく算出可能となるため、小型で低コストのデジタルAGC回路を提供することができるという作用効果を有するものである。   According to the second aspect of the present invention, the bit calculation unit and the addition calculation unit are provided in the gain calculation unit. According to this configuration, the amplitude information output from the amplitude detection unit is used as a source. In addition, since a gain having an arbitrary gain characteristic can be calculated using only the bit shift calculation means and the addition calculation means without using a multiplier, it is possible to provide a small and low-cost digital AGC circuit. It is what has.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、ROMに格納されたデータをゲイン算出手段に入力する構成としたもので、この構成によれば、ROMに格納されたデータをゲイン算出手段に入力する構成としているため、EEPROMなどのROMに格納されたデータをもとにゲイン算出手段で算出するAGCゲイン特性を変更することが可能となり、これにより、AGCしたい対象が変化してもROM値を変更するだけで対応可能なデジタルAGC回路を提供することができるという作用効果を有するものである。   The invention according to claim 3 of the present invention is particularly configured to input the data stored in the ROM to the gain calculation means. According to this configuration, the data stored in the ROM is used as the gain calculation means. Since it is configured to input, it is possible to change the AGC gain characteristic calculated by the gain calculating means based on data stored in a ROM such as an EEPROM, so that even if the target to be AGC changes, the ROM value It is possible to provide a digital AGC circuit that can be handled only by changing the above.

本発明の請求項4に記載の発明は、特に、振幅検出回路にデジタルフィルタと全波整流回路とを設けたもので、この構成によれば、振幅検出回路にデジタルフィルタと全波整流回路とを設けているため、ΣΔ変調器から出力される低ビットのパルス密度変調信号をデジタルフィルタにより高調波ノイズを除去してマルチビット化して全波整流回路で整流するとともに、さらにデジタルフィルタで平滑することにより、ΣΔ変調器に入力されるアナログ信号とΣΔ変調器でのサンプリングタイミングが非同期であっても安定して入力された信号の振幅情報を取得できることになり、これにより、AGC特性が安定するという作用効果を有するものである。   According to the fourth aspect of the present invention, in particular, the amplitude detection circuit is provided with a digital filter and a full-wave rectification circuit. According to this configuration, the amplitude detection circuit includes a digital filter and a full-wave rectification circuit. Therefore, the low-bit pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator is converted into multi-bits by removing harmonic noise with a digital filter, rectified with a full-wave rectifier circuit, and further smoothed with a digital filter. As a result, even if the analog signal input to the ΣΔ modulator and the sampling timing in the ΣΔ modulator are asynchronous, it is possible to acquire the amplitude information of the input signal stably, thereby stabilizing the AGC characteristic. It has the effect of.

本発明の請求項5に記載の発明は、特に、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成したもので、この構成によれば、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成しているため、デジタルフィルタにおける係数演算が予め設定された値との演算であることを利用し乗算器を用いることなくビットシフト演算にて係数演算することができることになり、これにより、デジタルフィルタを用いたデジタルAGC回路を小型化することができるという作用効果を有するものである。   According to the fifth aspect of the present invention, in particular, the digital filter is composed of the bit shift operation means and the addition operation means. According to this configuration, the digital filter is composed of the bit shift operation means, the addition operation means, Therefore, it is possible to perform coefficient calculation by bit shift calculation without using a multiplier using the fact that coefficient calculation in the digital filter is calculation with a preset value. The digital AGC circuit using the digital filter can be downsized.

本発明の請求項6に記載の発明は、特に、置換演算手段の出力信号が入力されるデジタルフィルタとデジタルフィルタの出力が入力されるビットシフト演算手段とをデジタルAGC回路の後段に付加する構成としたもので、この構成によれば、置換演算手段の出力信号が入力されるデジタルフィルタとデジタルフィルタの出力が入力されるビットシフト演算手段とをデジタルAGC回路の後段に付加する構成としているため、乗算器を用いることなく高精度のゲインコントロールが可能で、かつ低ノイズのデジタルAGC回路を提供することができるという作用効果を有するものである。   According to the sixth aspect of the present invention, in particular, a configuration in which a digital filter to which the output signal of the replacement operation means is input and a bit shift operation means to which the output of the digital filter is input is added to the subsequent stage of the digital AGC circuit. According to this configuration, the digital filter to which the output signal of the substitution calculation means is input and the bit shift calculation means to which the output of the digital filter is input are added to the subsequent stage of the digital AGC circuit. In addition, the present invention has an operational effect that a high-accuracy gain control can be performed without using a multiplier and a low-noise digital AGC circuit can be provided.

本発明の請求項7に記載の発明は、特に、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成したもので、この構成によれば、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成しているため、デジタルフィルタにおける係数演算が予め設定された値との演算であることを利用し乗算器を用いることなくビットシフト演算にて係数演算することができることになり、これにより、デジタルフィルタを用いたデジタルAGC回路が小型で低コストになるという作用効果を有するものである。   According to the seventh aspect of the present invention, in particular, the digital filter is composed of a bit shift operation means and an addition operation means. According to this configuration, the digital filter is composed of a bit shift operation means and an addition operation means. Therefore, it is possible to perform coefficient calculation by bit shift calculation without using a multiplier using the fact that coefficient calculation in the digital filter is calculation with a preset value. The digital AGC circuit using the digital filter has the effect of being small and low cost.

本発明の請求項8に記載の発明は、駆動電極と、センス電極と、モニタ電極とを有するセンサ素子と、このセンサ素子を所定の振幅で振動駆動させるドライブ回路と、前記センサ素子におけるセンス電極から出力される信号を角速度出力信号に変換するセンス回路とを備え、前記ドライブ回路を、少なくとも2つのレベルの電荷量を出力するDA変換手段と、前記センサ素子におけるモニタ電極から出力される信号とDA変換手段とから出力される電荷を積分し、その積分値を保持する積分回路と、この積分回路から出力される積分値を少なくとも1つの所定の値と比較する比較手段と、この比較手段の出力に応じて前記DA変換手段の出力を切り替えるDA切替手段とにより構成してなるΣΔ型変調器と、振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とを備えたデジタルAGC回路と、駆動回路とで構成したもので、この構成によれば、デジタルAGC回路を振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とで構成しているため、ΣΔ型変調器から出力される低ビットのパルス密度変調信号が置換演算手段によって振幅検出手段およびゲイン算出手段において算出されたゲインと置換演算されることになり、これにより、乗算器を用いることなくゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号が駆動回路から出力されるため、小型で低コストの角速度センサが得られるという作用効果を有するものである。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a sensor element having a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit for driving the sensor element to vibrate with a predetermined amplitude, and the sense electrode in the sensor element. A sense circuit for converting a signal output from the sensor into an angular velocity output signal, the drive circuit including DA conversion means for outputting charge amounts of at least two levels, and a signal output from a monitor electrode in the sensor element; An integration circuit that integrates the charge output from the DA conversion means and holds the integration value; a comparison means that compares the integration value output from the integration circuit with at least one predetermined value; and A ΣΔ modulator configured by DA switching means for switching the output of the DA conversion means according to the output, amplitude detection means, gain calculation means, In this configuration, the digital AGC circuit is provided with an amplitude detecting means, a gain calculating means, and a replacement calculating means. Therefore, the low-bit pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator is replaced with the gain calculated in the amplitude detecting means and the gain calculating means by the replacement calculating means. Since a multi-bit pulse density modulation signal whose gain is controlled without using it is output from the drive circuit, it has an effect that a small and low-cost angular velocity sensor can be obtained.

本発明の請求項9に記載の発明は、特に、ゲイン算出手段をビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成したもので、この構成によれば、ゲイン算出手段をビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成しているため、振幅検出手段から出力される振幅情報を基に、任意のゲイン特性を有するゲインをビットシフト演算手段と加算演算手段のみで乗算器を使用することなく算出できるという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 9 of the present invention, in particular, the gain calculation means is composed of a bit shift calculation means and an addition calculation means. According to this configuration, the gain calculation means is combined with the bit shift calculation means and the addition calculation means. Therefore, based on the amplitude information output from the amplitude detection means, a gain having an arbitrary gain characteristic can be calculated by using only the bit shift calculation means and the addition calculation means without using a multiplier. It has a working effect.

本発明の請求項10に記載の発明は、特に、ROMに格納されたデータをゲイン算出手段に入力する構成としたもので、この構成によれば、ROMに格納されたデータをゲイン算出手段に入力する構成としているため、EEPROMなどのROMに格納されたデータをもとにゲイン算出手段で算出するAGCゲイン特性を変更できることになり、これにより、用いるセンサ素子の特性やセンサの用途に応じてROMへ書き込む値を適宜変更できる角速度センサを提供できるという作用効果を有するものである。   The invention according to claim 10 of the present invention is particularly configured to input the data stored in the ROM to the gain calculating means. According to this configuration, the data stored in the ROM is used as the gain calculating means. Since it is configured to input, the AGC gain characteristic calculated by the gain calculation means can be changed based on the data stored in the ROM such as EEPROM, so that depending on the characteristics of the sensor element used and the application of the sensor This has the effect of providing an angular velocity sensor that can appropriately change the value written to the ROM.

本発明の請求項11に記載の発明は、特に、振幅検出回路にデジタルフィルタと全波整流回路とを設けたもので、この構成によれば、振幅検出回路にデジタルフィルタと全波整流回路とを設けているため、ΣΔ変調器から出力される低ビットのパルス密度変調信号を、デジタルフィルタにより高調波ノイズを除去してマルチビット化して全波整流回路で整流するとともに、デジタルフィルタで平滑化することにより、ΣΔ変調器に入力されるアナログ信号とΣΔ変調器でのサンプリングタイミングが非同期であっても安定して入力された信号の振幅情報を取得できるという作用効果を有するものである。   According to the eleventh aspect of the present invention, in particular, the amplitude detection circuit is provided with a digital filter and a full-wave rectification circuit. According to this configuration, the amplitude detection circuit includes a digital filter and a full-wave rectification circuit. Therefore, the low-bit pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator is converted into multi-bits by removing harmonic noise with a digital filter, rectified with a full-wave rectifier circuit, and smoothed with a digital filter. Thus, even if the analog signal input to the ΣΔ modulator and the sampling timing of the ΣΔ modulator are asynchronous, the amplitude information of the input signal can be obtained stably.

本発明の請求項12に記載の発明は、特に、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成したもので、この構成によれば、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成しているため、デジタルフィルタにおける係数演算が予め設定された値との演算であることを利用し乗算器を用いることなくビットシフト演算にて係数演算することができることになり、これにより、デジタルフィルタを用いたデジタルAGC回路が小型で低コストになるという作用効果を有するものである。   According to the twelfth aspect of the present invention, in particular, the digital filter is composed of a bit shift arithmetic means and an addition arithmetic means. According to this configuration, the digital filter is composed of a bit shift arithmetic means and an addition arithmetic means. Therefore, it is possible to perform coefficient calculation by bit shift calculation without using a multiplier using the fact that coefficient calculation in the digital filter is calculation with a preset value. The digital AGC circuit using the digital filter has the effect of being small and low cost.

本発明の請求項13に記載の発明は、特に、駆動回路にマルチビット信号をアナログ出力するDA変換器を設けたもので、この構成によれば、駆動回路にマルチビット信号をアナログ出力するDA変換器を設けているため、デジタルAGC回路が出力するゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号をセンサ素子へアナログ出力することによりセンサ素子の振動を制御することが可能となり、これにより、ΣΔ変調器、デジタルAGC回路、DA変換器という少ない回路点数によりドライブ回路が構成できるという作用効果を有するものである。   According to the thirteenth aspect of the present invention, in particular, the drive circuit is provided with a DA converter that outputs a multi-bit signal in analog form. According to this configuration, the DA that outputs a multi-bit signal to the drive circuit in analog form is provided. Since the converter is provided, it is possible to control the vibration of the sensor element by analog output of the gain-controlled multi-bit pulse density modulation signal output from the digital AGC circuit to the sensor element. The drive circuit can be configured with a small number of circuits such as a modulator, a digital AGC circuit, and a DA converter.

本発明の請求項14に記載の発明は、特に、デジタルAGC回路の出力をフィルタリングするデジタルフィルタと、このデジタルフィルタの出力が入力されるビットシフト演算手段とをデジタルAGC回路の後段に付加する構成としたもので、この構成によれば、デジタルAGC回路の出力をフィルタリングするデジタルフィルタと、このデジタルフィルタの出力が入力されるビットシフト演算手段とをデジタルAGC回路の後段に付加する構成としているため、乗算器を用いることなく高精度のゲインコントロールした信号を得ると同時にセンサ素子の共振周波数のみを抽出してノイズ成分を除去した信号が駆動回路に入力されて駆動信号を出力することになり、これにより、小型で低コストの角速度センサが得られるという作用効果を有するものである。   According to the fourteenth aspect of the present invention, in particular, a digital filter for filtering the output of the digital AGC circuit and a bit shift operation means for inputting the output of the digital filter are added to the subsequent stage of the digital AGC circuit. According to this configuration, the digital filter for filtering the output of the digital AGC circuit and the bit shift operation means to which the output of the digital filter is input are added to the subsequent stage of the digital AGC circuit. In addition, a high-accuracy gain-controlled signal is obtained without using a multiplier, and at the same time, only the resonance frequency of the sensor element is extracted and the signal from which the noise component is removed is input to the drive circuit, and the drive signal is output As a result, a small and low-cost angular velocity sensor can be obtained. Is shall.

本発明の請求項15に記載の発明は、特に、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成したもので、この構成によれば、デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成しているため、デジタルフィルタにおける係数演算が予め設定された値との演算であることを利用し乗算器を用いることなくビットシフト演算にて係数演算することができることになり、これにより、デジタルフィルタを用いたデジタルAGC回路が小型で低コストになるという作用効果を有するものである。   According to the fifteenth aspect of the present invention, in particular, the digital filter is composed of a bit shift calculation means and an addition calculation means. According to this configuration, the digital filter is composed of a bit shift calculation means, an addition calculation means, Therefore, it is possible to perform coefficient calculation by bit shift calculation without using a multiplier using the fact that coefficient calculation in the digital filter is calculation with a preset value. The digital AGC circuit using the digital filter has the effect of being small and low cost.

本発明の請求項16に記載の発明は、特に、ROMに格納されたデータをデジタルフィルタに入力する構成としたもので、この構成によれば、ROMに格納されたデータをデジタルフィルタに入力する構成としているため、EEPROMなどのROMに格納されたデータをもとに、デジタルフィルタにおいてフィルタの特性を決める係数値を決定してフィルタ特性を変更することが可能となり、そしてセンサ素子の特性やセンサの用途に応じてROMへ書き込む値を変更することによりフィルタ特性を変更できるという作用効果を有するものである。   According to the sixteenth aspect of the present invention, in particular, the data stored in the ROM is input to the digital filter. According to this configuration, the data stored in the ROM is input to the digital filter. Since it is configured, it is possible to change the filter characteristics by determining the coefficient value that determines the filter characteristics in the digital filter based on the data stored in the ROM such as EEPROM, and the sensor element characteristics and sensor The filter characteristic can be changed by changing the value written to the ROM according to the application.

本発明の請求項17に記載の発明は、特に、駆動回路の出力信号をフィルタリングするアナログフィルタを設けたもので、この構成によれば、駆動回路の出力信号をフィルタリングするアナログフィルタを設けているため、駆動回路の出力信号の主な周波数成分のうちセンサ素子のもつ共振ゲインの高い不要な周波数成分を除去するように周波数特性を設定されたアナログフィルタにより駆動回路の出力信号をフィルタリングしてセンサ素子へと供給することができ、これにより、ノイズの少ない角速度センサを提供することができるという作用効果を有するものである。   According to the seventeenth aspect of the present invention, particularly, an analog filter for filtering the output signal of the drive circuit is provided. According to this configuration, an analog filter for filtering the output signal of the drive circuit is provided. Therefore, the output signal of the drive circuit is filtered by an analog filter whose frequency characteristic is set so as to remove the unnecessary frequency component having a high resonance gain of the sensor element from the main frequency component of the output signal of the drive circuit. The device can be supplied to the element, thereby having an effect that an angular velocity sensor with less noise can be provided.

以上のように本発明のデジタルAGC回路は、少なくとも2つのレベルの電荷量を出力するDA変換手段と、このDA変換手段から出力される信号と外部から入力される信号とを加算・積分しその積分値を保持する積分手段と、この積分手段から出力される積分値を所定の値と比較する比較手段と、この比較手段の出力に応じて前記DA変換手段の出力を切り替えるDA切替手段とにより構成してなるΣΔ変調器と、振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とで構成しているため、ΣΔ変調器から出力される低ビットのパルス密度変調信号が置換演算手段によって振幅検出手段およびゲイン算出手段において算出されたゲインと置換演算されることになり、これにより、乗算器を用いることなくゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号に変換可能な小型で低コストのデジタルAGC回路を提供することができるという優れた効果を奏するものである。   As described above, the digital AGC circuit according to the present invention adds and integrates a DA conversion unit that outputs charge amounts of at least two levels, a signal output from the DA conversion unit, and a signal input from the outside. An integrating means for holding the integrated value; a comparing means for comparing the integrated value output from the integrating means with a predetermined value; and a DA switching means for switching the output of the DA converting means in accordance with the output of the comparing means. Since the ΣΔ modulator, the amplitude detecting means, the gain calculating means, and the replacement calculating means are configured, the low-bit pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator is amplified by the replacement calculating means. The gain calculated by the detection means and the gain calculation means is replaced with a gain, and thereby, a multi-bit whose gain is controlled without using a multiplier. In which an excellent effect of being able to provide a pulse density modulation signal low cost convertible compact to digital AGC circuit.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるデジタルAGC回路およびそれを用いた角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a digital AGC circuit and an angular velocity sensor using the same according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態1におけるデジタルAGC回路を用いた角速度センサの回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of an angular velocity sensor using a digital AGC circuit according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、30はセンサ素子で、このセンサ素子30は振動体31と、この振動体31を振動させるための圧電体を有する駆動電極32と、振動状態に応じて電荷を発生する圧電体を有するモニタ電極33と、前記センサ素子30に角速度が印加されると電荷を発生する圧電体を有する一対のセンス電極とを設けている。また、前記センサ素子30における一対のセンス電極は、第1のセンス電極34と、この第1のセンス電極34と逆極性の電荷を発生する第2のセンス電極35とで構成されている。41はドライブ回路で、このドライブ回路41は入力切替手段42と、DA変換手段43、積分手段44、比較手段45、DA切替手段46、デジタルAGC回路47、デジタルフィルタ48および駆動回路49とで構成されている。また、前記ドライブ回路41における入力切替手段42は、振動体31におけるモニタ電極33と接続され、第6のタイミングΦ6で動作するアナログスイッチで構成されている。そしてまた、前記ドライブ回路41におけるDA切替手段46は、第1の基準電圧50および第2の基準電圧51を有し、そしてこの第1の基準電圧50と第2の基準電圧51を第6のタイミングΦ6で所定の信号により切り替えている。さらに、前記ドライブ回路41にはDA出力手段52を設けており、このDA出力手段52は前記DA切替手段46の出力信号が入力されるコンデンサ53と、このコンデンサ53の両端に接続され、かつ前記第5のタイミングΦ5で動作してコンデンサ53の電荷を放電するSW54,55により構成されている。そして、前記DA切替手段46とDA出力手段52とでDA変換手段43を構成し、かつこのDA変換手段43は第5のタイミングΦ5で前記コンデンサ53の電荷を放電し、さらに前記第6のタイミングΦ6で前記DA切替手段46が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力するものである。56はSWで、このSW56には前記入力切替手段42とDA変換手段43の出力が入力され、前記第6のタイミングΦ6で出力するものである。   In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a sensor element. The sensor element 30 includes a vibrating body 31, a drive electrode 32 having a piezoelectric body for vibrating the vibrating body 31, and a piezoelectric body that generates an electric charge according to the vibration state. And a pair of sense electrodes having a piezoelectric body that generates an electric charge when an angular velocity is applied to the sensor element 30. Further, the pair of sense electrodes in the sensor element 30 includes a first sense electrode 34 and a second sense electrode 35 that generates charges having a polarity opposite to that of the first sense electrode 34. Reference numeral 41 denotes a drive circuit. The drive circuit 41 includes an input switching means 42, a DA conversion means 43, an integration means 44, a comparison means 45, a DA switching means 46, a digital AGC circuit 47, a digital filter 48, and a drive circuit 49. Has been. Further, the input switching means 42 in the drive circuit 41 is connected to the monitor electrode 33 in the vibrating body 31 and is constituted by an analog switch that operates at the sixth timing Φ6. Further, the DA switching means 46 in the drive circuit 41 has a first reference voltage 50 and a second reference voltage 51, and the first reference voltage 50 and the second reference voltage 51 are changed to the sixth reference voltage 50 and the second reference voltage 51, respectively. Switching is performed by a predetermined signal at timing Φ6. Further, the drive circuit 41 is provided with DA output means 52. The DA output means 52 is connected to the capacitor 53 to which the output signal of the DA switching means 46 is input, and is connected to both ends of the capacitor 53. It is composed of SWs 54 and 55 that operate at the fifth timing Φ5 and discharge the capacitor 53. The DA switching means 46 and the DA output means 52 constitute a DA converting means 43. The DA converting means 43 discharges the electric charge of the capacitor 53 at the fifth timing Φ5, and further the sixth timing. Charges corresponding to the reference voltage output by the DA switching means 46 at Φ6 are input / output. Reference numeral 56 denotes an SW. The outputs of the input switching means 42 and the DA converting means 43 are input to the SW 56 and output at the sixth timing Φ6.

44は積分手段で、この積分手段44には前記SW56の出力が入力されるもので、演算増幅器57と、この演算増幅器57の帰還に接続されるコンデンサ58とにより構成されている。そして、第6のタイミングΦ6で、前記積分手段44への入力信号がコンデンサ58により積分される。45は比較手段で、この比較手段45には前記積分手段44が出力する積分信号が入力され、そしてこの積分信号と所定の値とを比較する比較器59と、この比較器59が出力する1ビットデジタル信号が入力されるD型フリップフロップ60とにより構成されている。また、前記D型フリップフロップ60は前記第5のタイミングΦ5の開始時に前記1ビットデジタル信号をラッチしてラッチ信号を出力するものであり、このラッチ信号は、前記DA変換手段43のDA切替手段46に入力されて、第1の基準電圧50と第2の基準電圧51とを切り替えるものである。そして、前記入力切替手段42、DA変換手段43、積分手段44および比較手段45によりΣΔ変調器61を構成している。   Reference numeral 44 denotes an integrating means, to which the output of the SW 56 is input. The integrating means 44 comprises an operational amplifier 57 and a capacitor 58 connected to the feedback of the operational amplifier 57. Then, the input signal to the integrating means 44 is integrated by the capacitor 58 at the sixth timing Φ6. Reference numeral 45 denotes a comparison means. The comparison means 45 receives an integration signal output from the integration means 44, and compares the integration signal with a predetermined value. The comparator 59 outputs 1 And a D-type flip-flop 60 to which a bit digital signal is input. The D-type flip-flop 60 latches the 1-bit digital signal and outputs a latch signal at the start of the fifth timing Φ5. The latch signal is a DA switching unit of the DA conversion unit 43. 46, the first reference voltage 50 and the second reference voltage 51 are switched. The input switching means 42, DA converting means 43, integrating means 44, and comparing means 45 constitute a ΣΔ modulator 61.

また、前記ΣΔ変調器61の出力するパルス密度変調信号はデジタルAGC回路47に入力され、かつこのデジタルAGC回路47は振幅検出手段71、ゲイン算出手段72、置換演算手段73により構成される。そして前記振幅検出手段71は、前記ΣΔ変調器61の出力するパルス密度変調信号が入力され高周波ノイズを除去してマルチビット信号を出力するデジタルローパスフィルタ74と、このデジタルローパスフィルタ74の出力するマルチビット信号が入力されこれを全波整流して出力する全波整流回路75と、前記全波整流回路75の出力する整流信号が入力されてこれを平滑し振幅情報を出力するデジタルローパスフィルタ76により構成される。さらに前記振幅検出手段71の出力する振幅情報は前記ゲイン算出手段72に入力され、かつこのゲイン算出手段72はビットシフト演算手段77と加算演算手段78とで構成される。また、前記ゲイン算出手段72では入力された振幅情報に対して、所定係数値のビットシフト演算と所定係数値の加算演算を行い、ゲイン情報を算出する。ここで前記ビットシフト演算手段77および加算演算手段78で用いられる係数値はROM79より読み出されて供給される。そして、前記ゲイン算出手段72の出力するゲイン情報と、前記ΣΔ変調器61の出力するパルス密度変調信号が前記置換演算手段73に入力されて置換演算されることにより、ゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号として前記デジタルAGC回路47より出力されることとなる。さらにこの前記デジタルAGC回路47より出力されるゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号は前記デジタルフィルタ48に入力される。   The pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 is input to a digital AGC circuit 47. The digital AGC circuit 47 includes an amplitude detection means 71, a gain calculation means 72, and a substitution calculation means 73. The amplitude detection means 71 receives a pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61, removes high frequency noise and outputs a multi-bit signal, and a multi-pass signal output from the digital low-pass filter 74. A full-wave rectifier circuit 75 that inputs a bit signal and rectifies and outputs it, and a digital low-pass filter 76 that receives the rectified signal output from the full-wave rectifier circuit 75 and smoothes it to output amplitude information. Composed. Further, the amplitude information output from the amplitude detecting means 71 is input to the gain calculating means 72, and the gain calculating means 72 is composed of a bit shift calculating means 77 and an adding calculating means 78. The gain calculation means 72 calculates a gain information by performing a bit shift operation of a predetermined coefficient value and an addition operation of the predetermined coefficient value for the input amplitude information. Here, the coefficient values used in the bit shift calculation means 77 and the addition calculation means 78 are read from the ROM 79 and supplied. Then, the gain information output from the gain calculating means 72 and the pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 are input to the replacement calculating means 73 and subjected to replacement calculation, whereby gain controlled multi-bit The digital AGC circuit 47 outputs the pulse density modulation signal. Further, the gain-controlled multi-bit pulse density modulation signal output from the digital AGC circuit 47 is input to the digital filter 48.

ここで前記デジタルフィルタ48の構成例を図2に示す。また前記デジタルフィルタ48の演算処理に用いられる係数値は前記ROM79より読み出されて供給される構成となっている。前記デジタルフィルタ48によりΣΔ変調されたことによる高周波ノイズを除去し、そしてセンサ素子30の共振周波数のみを抽出してノイズ成分を除去したマルチビット信号は前記駆動回路49に入力される。   A configuration example of the digital filter 48 is shown in FIG. The coefficient values used for the arithmetic processing of the digital filter 48 are read from the ROM 79 and supplied. The multi-bit signal from which high frequency noise due to the ΣΔ modulation by the digital filter 48 is removed, and only the resonance frequency of the sensor element 30 is extracted and the noise component is removed is input to the drive circuit 49.

前記駆動回路49は、2値を保持しているデジタル値出力手段80と、デジタルフィルタ48からの出力信号と前記デジタル値出力手段80の出力を加算し積分する加積分演算手段81と、この加積分演算手段81からの出力を比較定数値82と比較する値比較手段83と、この値比較手段83の出力に応じて前記デジタル値出力手段80の出力するデジタル値を切り替える値切り替え手段84と、値比較手段83の出力を所定タイミングでラッチするフリップフロップ85とにより構成されるデジタルΣΔ変調器86を有している。前記デジタルΣΔ変調器86により前記デジタルフィルタ48が出力するマルチビット信号は1ビットのパルス密度変調信号に変調されて出力され、かつこのパルス密度変調信号はアナログローパスフィルタ87に入力され、さらにセンサ素子30を駆動するのに有害な周波数成分はフィルタリングされて、センサ素子30に出力される。以上の構成により前記振動体31の振動が一定振幅となるように調整するものである。   The drive circuit 49 includes a digital value output means 80 that holds two values, an addition / integration calculation means 81 that adds and integrates the output signal from the digital filter 48 and the output of the digital value output means 80, and this addition. A value comparison unit 83 for comparing the output from the integral calculation unit 81 with a comparison constant value 82; a value switching unit 84 for switching the digital value output from the digital value output unit 80 in accordance with the output from the value comparison unit 83; It has a digital ΣΔ modulator 86 composed of a flip-flop 85 that latches the output of the value comparison means 83 at a predetermined timing. The multi-bit signal output from the digital filter 48 by the digital ΣΔ modulator 86 is modulated and output to a 1-bit pulse density modulation signal, and this pulse density modulation signal is input to an analog low-pass filter 87, and further sensor elements The frequency component harmful to driving 30 is filtered and output to the sensor element 30. With the above configuration, the vibration of the vibrating body 31 is adjusted so as to have a constant amplitude.

91はPLL回路で、このPLL回路91は前記ドライブ回路41におけるデジタルローパスフィルタ74が出力するモニタ信号を逓倍し、位相ノイズを時間的に積分し低減して出力するものである。92はタイミング生成回路で、このタイミング生成回路92は前記PLL回路91から出力されるモニタ信号を逓倍した信号をもとに、モニタ信号の2周期間を第1のタイミングΦ1、第2のタイミングΦ2、第3のタイミングΦ3、第4のタイミングΦ4に分割してこのタイミング信号を生成して出力するものである。そして、前記PLL回路91とタイミング生成回路92とでタイミング制御回路93を構成している。94は入力切替手段で、この入力切替手段94は前記センサ素子30における第1のセンス電極34と接続され前記第2のタイミングΦ2で動作するアナログスイッチ95(以下、SWと記す)と、第2のセンス電極35と接続され前記第4のタイミングΦ4で動作するアナログスイッチ96とで構成されている。この構成により、入力切替手段94は、第1のセンス電極34または第2のセンス電極35からの入力信号を第2のタイミングΦ2または第4のタイミングΦ4で切り替えて出力することになる。97はDA切替手段で、このDA切替手段97は、第1の基準電圧99および第2の基準電圧100を有し、そしてこの第1の基準電圧99と第2の基準電圧100を所定の信号により切り替えるものである。101はDA出力手段で、このDA出力手段101は前記DA切替手段97の出力信号が入力されるコンデンサ102と、このコンデンサ102の両端に接続され、かつ前記第1のタイミングΦ1と第3のタイミングΦ3で動作してコンデンサ102の電荷を放電するSW103,104とにより構成されている。そして、前記DA切替手段97とDA出力手段101とでDA変換手段98を構成し、かつこのDA変換手段98は第1のタイミングΦ1と第3のタイミングΦ3で前記コンデンサ102の電荷を放電し、さらに前記第2のタイミングΦ2と第4のタイミングΦ4で前記DA切替手段97が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力するものである。   The PLL circuit 91 multiplies the monitor signal output from the digital low-pass filter 74 in the drive circuit 41, integrates and reduces the phase noise in time, and outputs it. Reference numeral 92 denotes a timing generation circuit. The timing generation circuit 92 is based on a signal obtained by multiplying the monitor signal output from the PLL circuit 91, and the first timing Φ1 and the second timing Φ2 for two periods of the monitor signal. The timing signal is divided into a third timing Φ3 and a fourth timing Φ4, and is output. The PLL circuit 91 and the timing generation circuit 92 constitute a timing control circuit 93. 94 is an input switching means, and this input switching means 94 is connected to the first sense electrode 34 in the sensor element 30 and operates at the second timing Φ2; And an analog switch 96 which is connected to the sense electrode 35 and operates at the fourth timing Φ4. With this configuration, the input switching unit 94 switches and outputs the input signal from the first sense electrode 34 or the second sense electrode 35 at the second timing Φ2 or the fourth timing Φ4. Reference numeral 97 denotes DA switching means. The DA switching means 97 has a first reference voltage 99 and a second reference voltage 100, and the first reference voltage 99 and the second reference voltage 100 are set to a predetermined signal. Is switched by. Reference numeral 101 denotes DA output means. The DA output means 101 is connected to the capacitor 102 to which the output signal of the DA switching means 97 is input, and is connected to both ends of the capacitor 102, and the first timing Φ1 and the third timing. It is composed of SWs 103 and 104 that operate at Φ3 and discharge the electric charge of the capacitor 102. The DA switching means 97 and the DA output means 101 constitute a DA converting means 98, and the DA converting means 98 discharges the electric charge of the capacitor 102 at the first timing Φ1 and the third timing Φ3, Further, charges corresponding to the reference voltage output by the DA switching means 97 are input / output at the second timing Φ2 and the fourth timing Φ4.

105はSWで、このSW105には前記入力切替手段94とDA変換手段98の出力が入力され、前記第2のタイミングΦ2と第4のタイミングΦ4で出力するものである。106は積分回路で、この積分回路106には前記SW105の出力が入力されるもので、演算増幅器107と、この演算増幅器107の帰還に並列に接続される一対のコンデンサ108,109と、このコンデンサ109に接続される一対のSW110,111とにより構成されている。また、SW110は第1のタイミングΦ1と第2のタイミングΦ2で動作し、前記積分回路106への入力信号がコンデンサ108に積分されて積分値が保持されることになる。そしてまた、SW111は前記第3のタイミングΦ3と第4のタイミングΦ4で動作し、前記積分回路106への入力信号がコンデンサ109に積分されて積分値が保持されることになる。113は比較手段で、この比較手段113には積分手段112が出力する積分信号が入力され、そしてこの積分信号と所定の値とを比較する比較器114と、この比較器114が出力する1ビットデジタル信号が入力されるD型フリップフロップ115とで構成されている。また、前記D型フリップフロップ115は前記第2のタイミングΦ2と第4のタイミングΦ4の開始時に前記1ビットデジタル信号をラッチしてラッチ信号を出力するものであり、このラッチ信号は、前記DA変換手段98のDA切替手段97に入力されて第1の基準電圧99と第2の基準電圧100とを切り替えるものである。そして、前記入力切替手段94、DA変換手段98、積分手段112および比較手段113によりΣΔ変調器116を構成している。   Reference numeral 105 denotes a switch, and the outputs of the input switching means 94 and the DA conversion means 98 are input to the SW 105 and output at the second timing Φ2 and the fourth timing Φ4. Reference numeral 106 denotes an integrating circuit to which the output of the SW 105 is input. The operational amplifier 107, a pair of capacitors 108 and 109 connected in parallel to the feedback of the operational amplifier 107, and this capacitor It is composed of a pair of SWs 110 and 111 connected to 109. Further, the SW 110 operates at the first timing Φ1 and the second timing Φ2, and the input signal to the integrating circuit 106 is integrated into the capacitor 108 and the integrated value is held. Further, the SW 111 operates at the third timing Φ3 and the fourth timing Φ4, and the input signal to the integrating circuit 106 is integrated into the capacitor 109 to hold the integrated value. Reference numeral 113 denotes a comparison means. The comparison means 113 receives the integration signal output from the integration means 112, and compares the integration signal with a predetermined value. The comparator 114 outputs one bit. It comprises a D-type flip-flop 115 to which a digital signal is input. The D-type flip-flop 115 latches the 1-bit digital signal at the start of the second timing Φ2 and the fourth timing Φ4, and outputs a latch signal. The first reference voltage 99 and the second reference voltage 100 are switched by being inputted to the DA switching means 97 of the means 98. The input switching means 94, DA conversion means 98, integrating means 112, and comparing means 113 constitute a ΣΔ modulator 116.

またこのΣΔ変調器116は上記構成により、前記センサ素子30における一対のセンス電極34,35より出力される電荷をΣΔ変調し、1ビットデジタル信号に変換して出力するものである。   In addition, the ΣΔ modulator 116 is configured to ΣΔ modulate the electric charges output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the sensor element 30, convert it to a 1-bit digital signal, and output it.

117はラッチ回路で、このラッチ回路117には前記ΣΔ変調器116の比較手段113における比較器114より出力される1ビットデジタル信号が入力され、かつ前記1ビットデジタル信号をラッチする一対のD型フリップフロップ119により構成されている。また、D型フリップフロップ118は第2のタイミングΦ2で前記1ビットデジタル信号をラッチするものであり、かつD型フリップフロップ119は第4のタイミングΦ4で前記1ビットデジタル信号をラッチするものである。120は差分演算手段で、この差分演算手段120には前記ラッチ回路117における一対のD型フリップフロップ119がラッチして出力する一対の1ビットデジタル信号が入力され、そしてこの一対の1ビットデジタル信号の差を演算する1ビット差分演算を置換処理により実現するものである。つまり、差分演算手段120に入力される一対の1ビットデジタル信号が、“00”“01”“10”“11”である時、それぞれ“0”“−1”“1”“0”と置き換えて出力する構成となっている。121は補正演算手段で、この補正演算手段121には前記差分演算手段120が出力する1ビット差分信号が入力され、この1ビット差分信号と所定の補正情報との補正演算を置換処理により実現するものである。つまり、上記したように補正演算手段121に入力される1ビット差分信号が“0”“1”“−1”であり、例えば、補正情報が“5”である場合にはそれぞれ“0”“5”“−5”と置き換えて出力する構成となっている。122はデジタルフィルタで、このデジタルフィルタ122には前記補正演算手段121より出力されるデジタル差分信号が入力され、ノイズ成分を除去するフィルタリング処理を行うものである。そして、前記ラッチ回路117、差分演算手段120、補正演算手段121およびデジタルフィルタ122により演算手段123を構成している。また、この演算手段123は、第2、第4のタイミングで一対の1ビットデジタル信号をラッチして、差分演算、補正演算、フィルタリング処理を行い、マルチビット信号を出力することになる。そしてまた、前記ΣΔ変調器116および演算手段123によりセンス回路124を構成している。   A latch circuit 117 receives a 1-bit digital signal output from the comparator 114 in the comparator 113 of the ΣΔ modulator 116 and latches the 1-bit digital signal. A flip-flop 119 is used. The D-type flip-flop 118 latches the 1-bit digital signal at the second timing Φ2, and the D-type flip-flop 119 latches the 1-bit digital signal at the fourth timing Φ4. . Reference numeral 120 denotes difference calculation means. The difference calculation means 120 receives a pair of 1-bit digital signals latched and output by the pair of D-type flip-flops 119 in the latch circuit 117, and the pair of 1-bit digital signals. 1-bit difference calculation for calculating the difference between the two is realized by replacement processing. That is, when the pair of 1-bit digital signals input to the difference calculation means 120 are “00”, “01”, “10”, and “11”, they are replaced with “0”, “−1”, “1”, and “0”, respectively. Output. Reference numeral 121 denotes a correction calculation unit. The correction calculation unit 121 receives a 1-bit difference signal output from the difference calculation unit 120, and realizes a correction calculation between the 1-bit difference signal and predetermined correction information by replacement processing. Is. That is, as described above, the 1-bit difference signal input to the correction calculation unit 121 is “0”, “1”, “−1”. For example, when the correction information is “5”, “0” “ The output is replaced with 5 ""-5 ". Reference numeral 122 denotes a digital filter. The digital filter 122 receives the digital difference signal output from the correction calculation means 121 and performs a filtering process to remove noise components. The latch circuit 117, the difference calculation means 120, the correction calculation means 121, and the digital filter 122 constitute a calculation means 123. In addition, the calculation means 123 latches a pair of 1-bit digital signals at the second and fourth timings, performs difference calculation, correction calculation, and filtering processing, and outputs a multi-bit signal. Further, the ΣΔ modulator 116 and the calculation means 123 constitute a sense circuit 124.

以上のように構成された本発明の実施の形態1における角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.

前記センサ素子30の駆動電極32に駆動信号を加えると、前記振動体31が共振し、モニタ電極33に電荷が発生する。このモニタ電極33に発生した電荷をドライブ回路41におけるΣΔ変調器61に入力し、パルス密度変調信号へと変換する。そしてこのΣΔ変調器61の出力するパルス密度変調信号をデジタルAGC回路47へ入力し、このデジタルAGC回路47がもつ振幅検出手段71によりモニタ電極33より発生した信号の振幅情報を取得し、この振幅情報をゲイン算出手段72に入力してゲイン情報を演算により取得する。ゲイン算出手段72の出力するゲイン情報と前記ΣΔ変調器61の出力するパルス密度変調信号が置換演算手段73に入力されて、前記振動体31の振動が一定振幅となるようゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号が出力される。このゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号をデジタルフィルタ48に入力し、前記振動体31の共振周波数のみを抽出したノイズ成分が除去されたマルチビット信号を出力する。そしてこのデジタルフィルタ48の出力するマルチビット信号を駆動回路49に入力し、さらにこの駆動回路49を構成するデジタルΣΔ変調器86およびアナログフィルタ87より駆動信号がセンサ素子30における駆動電極32へ出力され、前記振動体31の振動が一定振幅となるように調整するものである。この場合におけるΣΔ変調器61、デジタルAGC回路47、デジタルフィルタ48、駆動回路49の動作を以下に説明する。   When a drive signal is applied to the drive electrode 32 of the sensor element 30, the vibrating body 31 resonates and charges are generated at the monitor electrode 33. The charges generated on the monitor electrode 33 are input to the ΣΔ modulator 61 in the drive circuit 41 and converted into a pulse density modulation signal. The pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 is input to the digital AGC circuit 47, and amplitude information of the signal generated from the monitor electrode 33 is obtained by the amplitude detection means 71 of the digital AGC circuit 47. Information is input to the gain calculation means 72, and gain information is obtained by calculation. The gain information output from the gain calculation means 72 and the pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 are input to the replacement calculation means 73, and the multi-bit is gain-controlled so that the vibration of the vibrating body 31 has a constant amplitude. The pulse density modulation signal is output. The gain-controlled multi-bit pulse density modulation signal is input to the digital filter 48, and a multi-bit signal from which only noise components extracted from the resonance frequency of the vibrator 31 are removed is output. The multibit signal output from the digital filter 48 is input to the drive circuit 49, and a drive signal is output from the digital ΣΔ modulator 86 and the analog filter 87 constituting the drive circuit 49 to the drive electrode 32 in the sensor element 30. The vibration body 31 is adjusted so that the vibration has a constant amplitude. The operations of the ΣΔ modulator 61, the digital AGC circuit 47, the digital filter 48, and the drive circuit 49 in this case will be described below.

ΣΔ変調器61はタイミング制御回路93より出力されるモニタ信号に同期したタイミングである第1のタイミングΦ5、第2のタイミングΦ6を繰り返すことによって動作するもので、第1のタイミングΦ5ではセンサ素子30におけるモニタ電極33から出力される信号がΣΔ変調されて1ビットデジタル信号に変換される。   The ΣΔ modulator 61 operates by repeating the first timing Φ5 and the second timing Φ6 that are synchronized with the monitor signal output from the timing control circuit 93. At the first timing Φ5, the sensor element 30 is operated. The signal output from the monitor electrode 33 is ΣΔ modulated and converted to a 1-bit digital signal.

上記した2つのタイミングでの動作をひとつずつ説明する。まず、第1のタイミングΦ5では、積分手段44におけるコンデンサ58に保持されている積分値を比較する前記比較手段45の比較器59より出力される1ビットデジタル信号が、第1のタイミングΦ5の立ち上がり時にD型フリップフロップ60にラッチされ、このラッチ信号が前記DA変換手段43のDA切替手段46に入力される。また、DA出力手段52におけるSW54とSW55がONになって、コンデンサ53に保持されている電荷が放電される。   The operation at the above two timings will be described one by one. First, at the first timing Φ5, the 1-bit digital signal output from the comparator 59 of the comparing means 45 that compares the integrated value held in the capacitor 58 in the integrating means 44 is the rising edge of the first timing Φ5. Sometimes it is latched by the D-type flip-flop 60, and this latch signal is input to the DA switching means 46 of the DA converting means 43. Further, SW 54 and SW 55 in the DA output means 52 are turned on, and the electric charge held in the capacitor 53 is discharged.

次に第2のタイミングΦ6では、前記DA切替手段46に入力されたラッチ信号に応じて基準電圧50,51が切り替えられてコンデンサ53に入力され、かつDA変換手段43より切り替えられた基準電圧に応じた電荷が出力される。また、入力切替手段42がONになり、前記センサ素子30のモニタ電極33より発生する電荷が入力される。さらに、積分手段44におけるSW56がONになり、前記入力切替手段42とDA変換手段43から出力される電荷が積分手段44に入力される。これにより第2のタイミングΦ6では、積分手段44におけるコンデンサ58に、図3(a)の斜線部で示される電荷量とDA変換手段43より出力される電荷量の総和が積分されて保持されることになる。   Next, at the second timing Φ 6, the reference voltages 50 and 51 are switched in accordance with the latch signal input to the DA switching unit 46 and input to the capacitor 53, and the reference voltage switched by the DA conversion unit 43 is set. The corresponding charge is output. Further, the input switching means 42 is turned on, and the charge generated from the monitor electrode 33 of the sensor element 30 is input. Further, the SW 56 in the integrating unit 44 is turned on, and the charges output from the input switching unit 42 and the DA converting unit 43 are input to the integrating unit 44. As a result, at the second timing Φ6, the capacitor 58 in the integrating means 44 integrates and holds the sum of the charge amount indicated by the hatched portion in FIG. 3A and the charge amount output from the DA converting means 43. It will be.

上記した第1のタイミングΦ5および第2のタイミングΦ6での以上の動作によりセンサ素子30のモニタ電極33から出力される電荷がΣΔ変調され、第1のタイミングΦ5の信号の立ち上がり時に1ビットデジタル信号として出力されることになる。   The charges output from the monitor electrode 33 of the sensor element 30 are ΣΔ-modulated by the above operation at the first timing Φ5 and the second timing Φ6, and a 1-bit digital signal is generated at the rising edge of the signal at the first timing Φ5. Will be output.

次にデジタルAGC回路47について動作を説明する。前記ΣΔ変調器61の出力するパルス密度変調信号が前記振幅検出手段71の有するデジタルローパスフィルタ74に入力されて高周波ノイズを除去し、図4(a)で示されるマルチビット信号へと変換される。このマルチビット信号が全波整流回路75へ入力され、整流信号へと変換される。この時、入力される信号が“0”を中心とした正弦波信号である場合、符号ビットを反転させるだけで全波整流が実現できる。このように全波整流回路75により全波整流された信号が、デジタルローパスフィルタ76に入力されて平滑されることにより、図4(b)で示される前記モニタ電極33の出力する信号の振幅に応じた振幅情報を得ることができる。この時、図4では(a),(b)すべてで同一のサンプリングレートで処理しているが、振幅情報はモニタ電極33の出力するモニタ信号1波につき1点程度で十分であるため、適宜ダウンサンプリングして処理して構わない。次に振幅検出手段71の出力する振幅情報がゲイン算出手段72へと入力され、ゲイン情報が算出される。ここで、センサ素子30の振動振幅を一定に制御するためのAGCゲイン特性が図5で示される場合、(数1)に示すように、ビットシフト演算および加算演算を行うことにより、現在必要なゲイン情報を算出することができる。   Next, the operation of the digital AGC circuit 47 will be described. The pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 is input to a digital low-pass filter 74 included in the amplitude detection means 71 to remove high frequency noise and converted into a multi-bit signal shown in FIG. . This multi-bit signal is input to the full-wave rectifier circuit 75 and converted into a rectified signal. At this time, when the input signal is a sine wave signal centered on “0”, full-wave rectification can be realized only by inverting the sign bit. The signal that has been full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit 75 in this way is input to the digital low-pass filter 76 and smoothed, so that the amplitude of the signal output from the monitor electrode 33 shown in FIG. Corresponding amplitude information can be obtained. At this time, in FIGS. 4A and 4B, processing is performed at the same sampling rate, but about one point is sufficient for the amplitude information for one monitor signal output from the monitor electrode 33. You may downsample and process. Next, the amplitude information output from the amplitude detector 71 is input to the gain calculator 72, and the gain information is calculated. Here, when the AGC gain characteristic for controlling the vibration amplitude of the sensor element 30 to be constant is shown in FIG. 5, by performing bit shift calculation and addition calculation as shown in (Equation 1), Gain information can be calculated.

Figure 2009194797
Figure 2009194797

このとき、“+c”は定数値“B”の加算処理であり、“A*x”の演算は“A”を“−1.25”としたい場合には、(数2)に示すように表記し直すことが可能であるため、ビットシフト演算および加算演算と±は符合ビットの反転のみで(数2)の演算を行うことが可能となる。   At this time, “+ c” is addition processing of the constant value “B”, and the operation of “A * x” is as shown in (Equation 2) when it is desired to set “A” to “−1.25”. Since they can be re-represented, the bit shift operation and the addition operation and ± can perform the operation of (Expression 2) only by reversing the sign bit.

Figure 2009194797
Figure 2009194797

このように、ゲイン算出手段72の有するビットシフト演算手段77と加算演算手段78により、センサ素子30の振動振幅を一定に制御するためのAGCゲイン情報が算出される。このとき、傾き“A”、切片“B”を固定ではなくROM79より読み出された値により決定する構成とし、決定された値によりビットシフト演算手段77でのシフト量および加算演算手段78で加算される切片“B”の値を変更することによって、AGCゲイン特性を容易に変化させることが可能となる。これにより、センサ素子の特性やセンサが用いられる用途に応じてAGCゲイン特性をROM値の書き換えのみで変更可能な角速度センサを提供することができるという効果が得られるものである。   As described above, the AGC gain information for controlling the vibration amplitude of the sensor element 30 to be constant is calculated by the bit shift calculation means 77 and the addition calculation means 78 of the gain calculation means 72. At this time, the inclination “A” and the intercept “B” are determined not by fixed values but by values read from the ROM 79, and the shift amount in the bit shift calculation unit 77 and the addition calculation unit 78 add by the determined values. By changing the value of the intercept “B”, the AGC gain characteristic can be easily changed. As a result, it is possible to provide an angular velocity sensor that can change the AGC gain characteristic only by rewriting the ROM value in accordance with the characteristics of the sensor element and the application in which the sensor is used.

次にゲイン算出手段72から出力されるゲイン情報“G”と、前記ΣΔ変調器61が出力するパルス密度変調信号が前記置換演算手段73に入力される。ここで、前記ΣΔ変調器61が出力するパルス密度変調信号は“1”もしくは“−1”の1bit信号であるため、これをゲイン情報“G”と置換、すなわち“−1”⇒“−G”、“1”⇒“G”と置き換えることで乗算器を用いること無しに、“入力信号×G”の演算を実現することが可能となる。よって、前記置換演算手段73によりゲインの演算がなされる。ここで、ΣΔ変調器61は1bitのΣΔ変調器として説明しているが、複数bit出力のΣΔ変調器であったとしてもΣΔ変調器の出力は例えば2bitであれば“00,01,611”の4値に限定でき、“00,01,611”⇒“−G,−G/2,G/2,G”と置き換えることによって、上記と同様の構成により“入力信号×G”が実現可能となるものである。以上のようにデジタルAGC回路47からセンサ素子30の振動振幅を一定に制御するためにゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号が出力されることになるため、デジタルAGC回路47を乗算器を用いることなしに低コストで、かつ高精度にデジタル回路により実現できるという効果が得られるものである。   Next, the gain information “G” output from the gain calculation means 72 and the pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 are input to the replacement calculation means 73. Here, since the pulse density modulation signal output from the ΣΔ modulator 61 is a 1-bit signal of “1” or “−1”, it is replaced with gain information “G”, that is, “−1” → “−G”. By substituting “,” “1” → “G”, it is possible to realize an operation of “input signal × G” without using a multiplier. Therefore, the replacement calculation means 73 calculates the gain. Here, the ΣΔ modulator 61 is described as a 1-bit ΣΔ modulator, but even if it is a multiple-bit output ΣΔ modulator, if the output of the ΣΔ modulator is 2 bits, for example, “00, 01, 611” By substituting “00, 01, 611” ⇒ “−G, −G / 2, G / 2, G”, “input signal × G” can be realized with the same configuration as above. It will be. As described above, the digital AGC circuit 47 outputs a multi-bit pulse density modulation signal that is gain-controlled in order to control the vibration amplitude of the sensor element 30 to be constant. It is possible to obtain an effect that it can be realized by a digital circuit at a low cost and with high accuracy without being used.

次に前記デジタルAGC回路47から出力されるゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号が入力されるデジタルフィルタ48について動作を説明する。ここで図2は前記デジタルフィルタ48の構成例である。図2の141はIIRフィルタで一般的なIIRの構成を示しており、142〜146はこのフィルタの特性を決定するゲイン演算部であり、147,148は加算演算部、149,150は遅延部である。ここで、フィルタの特性を決定するゲイン演算部142〜146のゲイン係数を例えば{a0,a1,a2,b0,b1}={1,81.71475,−0.75}としたい場合、(数3)に示すように表記し直すことが可能であり、これらのゲイン計算はゲイン算出手段において説明した通り、ビットシフト演算により演算可能である。   Next, the operation of the digital filter 48 to which the gain-controlled multi-bit pulse density modulation signal output from the digital AGC circuit 47 is input will be described. Here, FIG. 2 shows a configuration example of the digital filter 48. In FIG. 2, reference numeral 141 denotes a general IIR configuration of an IIR filter, reference numerals 142 to 146 denote gain calculation units for determining characteristics of the filter, reference numerals 147 and 148 denote addition calculation units, and reference numerals 149 and 150 denote delay units. It is. Here, when the gain coefficients of the gain calculation units 142 to 146 that determine the characteristics of the filter are set to {a0, a1, a2, b0, b1} = {1, 81.71475, −0.75}, for example, The gain can be rewritten as shown in 3), and these gain calculations can be performed by bit shift calculation as described in the gain calculation means.

Figure 2009194797
Figure 2009194797

また、151〜153はビットシフト演算部であり、これらの値を(数4)で示すように演算を行うことにより、最初にc0を+7ビットシフト(×128)として演算した後にc2において−7ビットシフト(1/128)することによって、ビットシフト演算による丸め誤差等の演算誤差を低減することが可能となる。   Reference numerals 151 to 153 denote bit shift calculation units. By calculating these values as indicated by (Equation 4), c0 is first calculated as +7 bit shift (× 128), and then −7 in c2. By performing bit shift (1/128), it is possible to reduce calculation errors such as rounding error due to bit shift calculation.

Figure 2009194797
Figure 2009194797

以上の構成/動作により、ビットシフト演算と加算演算のみによって演算精度を確保した上でフィルタ演算を行うことが可能な低コストのデジタルフィルタを得ることが可能であるという効果を有するものである。また、上記ビットシフトによるゲイン計算はFIR等他のフィルタ形式でも利用可能であり、図2のIIRのフィルタ構成を係数を変えて縦続接続することによって、必要なフィルタ特性を実現することが可能となるものである。さらに、センサ素子30を所定の共振周波数のみで振動させるにあたっては、バンドパスフィルタ特性を持つことが望ましい。よって、前記デジタルAGC回路47から出力されるパルス密度変調信号がデジタルフィルタ48に入力され、ノイズ成分がフィルタリングされゲインコントロールされたマルチビット信号が出力されることになる。   With the above configuration / operation, there is an effect that it is possible to obtain a low-cost digital filter that can perform the filter operation while ensuring the operation accuracy only by the bit shift operation and the addition operation. The gain calculation by the bit shift can also be used in other filter formats such as FIR, and the necessary filter characteristics can be realized by cascading the IIR filter configuration of FIG. It will be. Further, when the sensor element 30 is vibrated only at a predetermined resonance frequency, it is desirable to have a band-pass filter characteristic. Therefore, the pulse density modulation signal output from the digital AGC circuit 47 is input to the digital filter 48, and a multi-bit signal whose noise component is filtered and gain controlled is output.

さらに、ビットシフト演算部154を追加で設けた場合の動作について説明する。まず、デジタルAGC回路47におけるゲイン情報“G”を例えば、“128±128”の“0〜256”の値とし、ゲイン係数{d2}={1/128}={1/2^7}の−7ビットシフト(1/128)として置換演算およびビットシフトを行うことにより、デジタルAGC回路47およびデジタルフィルタ48により“1/128”の分解能で0倍から2倍までの可変ゲインを演算精度を確保したまま実現することが可能となる。さらにこのゲイン分解能およびゲイン幅は、ゲイン情報“G”の取りうる値とゲイン係数{d2}のビットシフト量を必要な量だけ確保するだけで、任意に設定可能である。   Further, the operation when the bit shift operation unit 154 is additionally provided will be described. First, the gain information “G” in the digital AGC circuit 47 is set to a value of “0 to 256” of “128 ± 128”, for example, and the gain coefficient {d2} = {1/128} = {1/2 ^ 7} By performing substitution operation and bit shift as -7 bit shift (1/128), the digital AGC circuit 47 and the digital filter 48 can calculate the variable gain from 0 to 2 times with the resolution of “1/128”. It can be realized while ensuring. Furthermore, the gain resolution and the gain width can be arbitrarily set only by securing a necessary amount of the value that the gain information “G” can take and the bit shift amount of the gain coefficient {d2}.

以上のように構成/動作させることにより、乗算器を用いることなくゲインコントロールされたマルチビットのパルス密度変調信号およびマルチビット信号に変換可能な小型・低コストで、かつ低ノイズでそのAGC特性およびフィルタ特性が容易に可変なデジタルAGC回路およびデジタルフィルタが実現できるという作用効果を有するものである。また、上記ビットシフト演算でのビットシフト量をROM79に格納されたデータにより決定する構成とすることにより、センサ素子の特性やセンサが用いられる用途に応じてフィルタ特性をROM79に格納する値を書き換えるだけで変更可能な角速度センサを提供することができるという効果が得られるものである。   By configuring / operating as described above, it is possible to convert to a multi-bit pulse density modulation signal and a multi-bit signal that are gain-controlled without using a multiplier. This has the effect that a digital AGC circuit and a digital filter whose filter characteristics can be easily changed can be realized. Further, by adopting a configuration in which the bit shift amount in the above bit shift operation is determined by the data stored in the ROM 79, the value stored in the ROM 79 for the filter characteristics is rewritten according to the characteristics of the sensor element and the application in which the sensor is used. It is possible to provide an angular velocity sensor that can be changed only by this.

次に駆動回路49の動作を説明する。デジタルΣΔ変調器86の加積分演算手段81に前記デジタルフィルタ48から出力されるマルチビット信号と、所定の2値を保持しているデジタル値出力手段80のどちらかの値を出力する値切り替え手段84より出力される定数値が加積分演算手段81へと入力され、加算して積分される。この加積分演算手段81から出力される積分値が比較定数値82と値比較手段83により比較されて比較結果が出力される。そして、この比較結果がフリップフロップ85により所定のタイミングでラッチされて出力される。このフリップフロップ85の出力により値切り替え手段84より出力される定数値が切り替えられることになる。この時、加積分演算手段81の出力値が比較定数値82より小さい場合には、デジタル値出力手段80の2値のうちの大きい方の値が、逆の場合には小さい方の値が選択されて出力されるように動作する。この動作を繰り返すことによりフリップフロップ85より、前記デジタルフィルタ48が出力するマルチビット信号が、1ビットのパルス密度変調信号に変調されて出力されることになる。ここで、デジタルΣΔ変調器86に入力される信号が例えば、10bit(=±9bit)である場合は、比較定数値82を“0”デジタル値出力手段80の2値を“511”“−511”以上とすることが望ましい。   Next, the operation of the drive circuit 49 will be described. A value switching means for outputting either the multi-bit signal output from the digital filter 48 or the digital value output means 80 holding a predetermined binary value to the addition / integration operation means 81 of the digital ΣΔ modulator 86. The constant value output from 84 is input to the addition / integration calculating means 81 and added and integrated. The integration value output from the addition / calculation calculation means 81 is compared with the comparison constant value 82 by the value comparison means 83, and the comparison result is output. Then, the comparison result is latched and output by the flip-flop 85 at a predetermined timing. The constant value output from the value switching means 84 is switched by the output of the flip-flop 85. At this time, when the output value of the addition / integration calculating means 81 is smaller than the comparison constant value 82, the larger value of the two values of the digital value output means 80 is selected, and in the opposite case, the smaller value is selected. And operate to be output. By repeating this operation, the multi-bit signal output from the digital filter 48 is modulated into a 1-bit pulse density modulation signal and output from the flip-flop 85. Here, when the signal input to the digital ΣΔ modulator 86 is, for example, 10 bits (= ± 9 bits), the comparison constant value 82 is set to “0” and the binary value of the digital value output means 80 is set to “511” “−511”. "It is desirable to set it above.

以上の構成により、センサ素子30のモニタ電極33より出力された信号が、ΣΔ変調器61によりパルス密度変調信号に変換され、デジタルAGC回路47によりセンサ素子30の振動を一定に制御するよう所定のAGCゲイン特性で振幅調整され、さらにデジタルフィルタ48によりノイズが除去されてマルチビット化される。この振幅調整されたマルチビット信号がデジタルΣΔ変調器86によりΣΔ変調されて1bitのパルス密度変調信号に変換され、この信号がセンサ素子30における駆動電極32に出力される。この時、1bitのパルス密度変調信号はモニタ電極33より出力された信号の周波数成分をデジタルAGC回路47により振幅調整されて含んでいることとなり、この信号がセンサ素子30に出力されることによって、前記振動体31の振動が所定の共振周波数において一定振幅で振動することになる。このような駆動回路49を構成することにより、高精度のDA変換器を用いることなく大半のデジタル回路で実現することができるため、低コストで、かつ高精度の角速度センサを提供することができるという効果が得られるものである。   With the above configuration, the signal output from the monitor electrode 33 of the sensor element 30 is converted into a pulse density modulation signal by the ΣΔ modulator 61, and the digital AGC circuit 47 controls the vibration of the sensor element 30 to be constant. The amplitude is adjusted by the AGC gain characteristic, and the noise is removed by the digital filter 48 to be multibited. This multi-bit signal whose amplitude has been adjusted is ΣΔ modulated by the digital ΣΔ modulator 86 and converted into a 1-bit pulse density modulation signal, and this signal is output to the drive electrode 32 in the sensor element 30. At this time, the 1-bit pulse density modulation signal includes the frequency component of the signal output from the monitor electrode 33 with the amplitude adjusted by the digital AGC circuit 47, and this signal is output to the sensor element 30. The vibration of the vibrating body 31 vibrates with a constant amplitude at a predetermined resonance frequency. By configuring the drive circuit 49 as described above, it can be realized by most digital circuits without using a high-precision DA converter, so that a low-cost and high-precision angular velocity sensor can be provided. The effect is obtained.

なお、ΣΔ変調ではオーバーサンプリングを行い、その量子化ノイズが高域にノイズジェーピングされるため、高周波成分のノイズ成分を含むが、センサ素子30の応答がそのような高周波に応答できないため、パルス密度変調信号のサンプリング周波数でなく、オーバーサンプリングされた所定の周波数成分で振動することになる。また、センサ素子30の高周波での応答ゲインが高くて、このような高周波成分のノイズが問題になる場合には、デジタルΣΔ変調器86の出力信号のうち問題となる周波数成分を低減するよう設定されたアナログフィルタ87を追加することによって、さらに低ノイズで、高精度のドライブ回路41を実現することが可能となるものである。   Note that in ΣΔ modulation, oversampling is performed, and the quantization noise is noise-jumped to a high frequency, so that it includes a noise component of a high frequency component, but the response of the sensor element 30 cannot respond to such a high frequency. It vibrates at a predetermined frequency component oversampled instead of the sampling frequency of the density modulation signal. Further, when the sensor element 30 has a high response gain at a high frequency and noise of such a high frequency component becomes a problem, a setting is made to reduce the problematic frequency component in the output signal of the digital ΣΔ modulator 86. By adding the analog filter 87, it is possible to realize the drive circuit 41 with lower noise and higher accuracy.

さらに、前記センス回路124におけるタイミング制御回路93に、図6(a)に示される正弦波信号が入力され、前記PLL回路91で逓倍した信号をもとにタイミング生成回路92により図6(b)で示される第1のタイミングΦ1、第2のタイミングΦ2、第3のタイミングΦ3、第4のタイミングΦ4を形成する。そして、このタイミング信号が前記ΣΔ変調器116および演算手段123に、SWの切替およびラッチ回路のラッチタイミングとして入力される。また、位相器で位相を90度シフトさせた前記正弦波信号を所定の基準電圧(図示せず)と比較する電圧コンパレータ(図示せず)に入力し、そしてその出力をロジック回路(図示せず)に入力するようにした場合でも、前記タイミング信号Φ1、Φ2、Φ3、Φ4を形成することは可能であるが、この場合、正弦波信号の電圧ノイズおよび温度変化や電源変動による電圧ノイズが位相ノイズとして表れることになる。この位相ノイズは、入力信号や積分切替手段を切り替えるタイミングノイズとして信号処理の精度に悪影響を与える要因となるが、前記PLL回路91を用いて時間的に積分され位相ノイズが低減されたタイミング信号とすることにより、切替タイミングノイズを低減し信号処理の精度を高めることができるものである。そして、前記センサ素子30が図1に図示している駆動方向に速度Vで屈曲振動している状態において、前記振動体31の長手方向の中心軸周りにセンサ素子30が角速度ωで回転すると、このセンサ素子30にF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により前記センサ素子30が有する一対のセンス電極34,35に、図6(c)および図6(d)に示すように電荷が発生する。そしてこのセンス電極34,35に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記モニタ電極33に発生する信号より位相が50度進んでいる。そしてまた、前記一対のセンス電極34,35に発生した出力信号は図6(c)および図6(d)に示す通り、正極性信号と負極性信号の関係にある。   Further, a sine wave signal shown in FIG. 6A is input to the timing control circuit 93 in the sense circuit 124, and the timing generation circuit 92 based on the signal multiplied by the PLL circuit 91 causes the timing generation circuit 92 to change the timing control circuit 93. The first timing Φ1, the second timing Φ2, the third timing Φ3, and the fourth timing Φ4 are formed. Then, this timing signal is input to the ΣΔ modulator 116 and the calculation means 123 as SW switching and latch timing of the latch circuit. Further, the sine wave signal whose phase is shifted by 90 degrees by the phase shifter is input to a voltage comparator (not shown) that compares it with a predetermined reference voltage (not shown), and the output thereof is a logic circuit (not shown). ), It is possible to form the timing signals Φ1, Φ2, Φ3, and Φ4. In this case, however, the voltage noise of the sine wave signal and the voltage noise due to temperature change and power supply fluctuation are in phase. It will appear as noise. The phase noise is a factor that adversely affects the accuracy of signal processing as timing noise for switching the input signal and the integration switching means. However, the phase noise is integrated with time using the PLL circuit 91 to reduce the phase noise. By doing so, switching timing noise can be reduced and the accuracy of signal processing can be increased. When the sensor element 30 is bent and vibrated at a speed V in the driving direction illustrated in FIG. 1, when the sensor element 30 rotates at an angular speed ω around the central axis in the longitudinal direction of the vibrating body 31, A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the sensor element 30. Due to this Coriolis force, electric charges are generated in the pair of sense electrodes 34 and 35 of the sensor element 30 as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d). Since the charges generated in the sense electrodes 34 and 35 are generated by Coriolis force, the phase is advanced by 50 degrees from the signal generated in the monitor electrode 33. The output signals generated at the pair of sense electrodes 34 and 35 are in a relationship between a positive polarity signal and a negative polarity signal, as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d).

この場合におけるΣΔ変調器116の動作を以下に説明する。このΣΔ変調器116は第1のタイミングΦ1、第2のタイミングΦ2、第3のタイミングΦ3および第4のタイミングΦ4を繰り返すことによって動作するもので、第1のタイミングΦ1および第2のタイミングΦ2ではセンサ素子30における第1のセンス電極34から出力される正極性信号がΣΔ変調されて1ビットデジタル信号に変換され、また第3のタイミングΦ3および第4のタイミングΦ4では第2のセンス電極35から出力される負極性信号がΣΔ変調されて1ビットデジタル信号に変換される。   The operation of the ΣΔ modulator 116 in this case will be described below. The ΣΔ modulator 116 operates by repeating the first timing Φ1, the second timing Φ2, the third timing Φ3, and the fourth timing Φ4. In the first timing Φ1 and the second timing Φ2, The positive signal output from the first sense electrode 34 in the sensor element 30 is ΣΔ-modulated and converted into a 1-bit digital signal, and from the second sense electrode 35 at the third timing Φ3 and the fourth timing Φ4. The output negative signal is ΣΔ modulated and converted to a 1-bit digital signal.

上記した4つのタイミングでの動作をひとつずつ説明する。まず第1のタイミングΦ1では、積分手段112におけるコンデンサ108と接続されているSW110がONになり、このコンデンサ108に保持されている積分値が比較手段113における比較器114に入力され比較結果が1ビットデジタル信号として出力される。また、DA変換手段98におけるSW103と104がONになりコンデンサ102に保持されている電荷が放電される。   The operation at the above four timings will be described one by one. First, at the first timing Φ1, the SW 110 connected to the capacitor 108 in the integrating means 112 is turned on, and the integrated value held in the capacitor 108 is input to the comparator 114 in the comparing means 113, and the comparison result is 1. It is output as a bit digital signal. Further, the SWs 103 and 104 in the DA conversion means 98 are turned on, and the electric charge held in the capacitor 102 is discharged.

次に第2のタイミングΦ2では、前記比較手段113の比較器114より出力される1ビットデジタル信号が第2のタイミングΦ2の立ち上がり時にD型フリップフロップ115にラッチされ、このラッチ信号が前記DA変換手段98のDA切替手段97に入力される。この入力されたラッチ信号に応じて基準電圧が第1の基準電圧99または第2の基準電圧100に切り替えられてコンデンサ102に入力され、DA変化手段98より切り替えられた基準電圧に応じた電荷が出力される。それとともに、入力切替手段94ではSW95がONになり、前記センサ素子30の第1のセンス電極34より発生する電荷が出力される。さらに、積分手段112におけるSW105がONになり、前記入力切替手段94とDA変換手段98から出力される電荷が積分回路106に入力される。これにより第2のタイミングΦ2では、積分回路106におけるコンデンサ108に、図6(c)の斜線部で示される電荷量とDA変換手段98より出力される電荷量の総和が積分されて保持されることになる。   Next, at the second timing Φ2, the 1-bit digital signal output from the comparator 114 of the comparing means 113 is latched in the D-type flip-flop 115 at the rising edge of the second timing Φ2, and this latch signal is converted to the DA converter. This is input to the DA switching means 97 of the means 98. In accordance with the input latch signal, the reference voltage is switched to the first reference voltage 99 or the second reference voltage 100 and input to the capacitor 102, and the charge corresponding to the reference voltage switched by the DA changing means 98 is supplied. Is output. At the same time, the SW 95 is turned on in the input switching means 94, and the electric charge generated from the first sense electrode 34 of the sensor element 30 is output. Further, the SW 105 in the integrating unit 112 is turned on, and the charges output from the input switching unit 94 and the DA converting unit 98 are input to the integrating circuit 106. Accordingly, at the second timing Φ2, the sum of the charge amount indicated by the hatched portion in FIG. 6C and the charge amount output from the DA conversion means 98 is integrated and held in the capacitor 108 in the integration circuit 106. It will be.

上記した第1のタイミングΦ1および第2のタイミングΦ2での以上の動作によりセンサ素子30のセンス電極34から出力される振幅値の半分に相当する電荷量がΣΔ変調されることになる。   With the above operation at the first timing Φ1 and the second timing Φ2, the charge amount corresponding to half of the amplitude value output from the sense electrode 34 of the sensor element 30 is ΣΔ modulated.

また、第1のタイミングΦ1および第2のタイミングΦ2での動作と同様に、第3のタイミングΦ3および第4のタイミングΦ4では、センサ素子30の第2のセンス電極35から出力される振幅値の半分に相当する電荷量がΣΔ変調され、1ビッデジタル信号に変換されて出力されることになる。以上の動作により、センサ素子30における一対のセンス電極34,35から出力される電荷の振幅値の半分に相当する電荷量が一つのΣΔ変調器116によりΣΔ変調されて一対の1ビットデジタル信号として上記タイミングで出力されることになる。   Similarly to the operation at the first timing Φ1 and the second timing Φ2, at the third timing Φ3 and the fourth timing Φ4, the amplitude value output from the second sense electrode 35 of the sensor element 30 is changed. The charge amount corresponding to half is ΣΔ modulated, converted into a 1-bit digital signal, and output. With the above operation, a charge amount corresponding to half of the amplitude value of the charges output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the sensor element 30 is ΣΔ modulated by one ΣΔ modulator 116 to be converted into a pair of 1-bit digital signals. It is output at the above timing.

そしてまた、センサ素子30における第1のセンス電極34および第2のセンス電極35から出力される電荷は、角速度によるコリオリ力で発生する、モニタ電極33に発生する信号より位相が90度進んだセンス信号だけでなく、モニタ信号と同相の不要信号があるため、センサ素子30における第1のセンス電極34および第2のセンス電極35からセンス信号と不要信号の合成信号が出力される場合について説明する。角速度によるコリオリ力で発生するセンス信号は、図6(c)(d)で示され、そして上記で説明した通り、第2のタイミングΦ2と第4のタイミングΦ4で、積分回路106により図6(c)(d)の斜線部で示される電荷量、つまり、振幅値の半分に相当する電荷量が積分されることになる。さらに、第1のセンス電極34および第2のセンス電極35より発生する不要信号は図6(e)(f)で示され、そして前記センス信号と同様に第2のタイミングΦ2と第4のタイミングΦ4で、図6(e)(f)の斜線部で示される電荷量、つまり、不要信号の振幅の最大値から最小値までの区間の電荷量が積分されている。これは、振幅の中央値を基準に積分するとキャンセルされて“0”の電荷量となるものである。つまり、第2のタイミングΦ2と第4のタイミングΦ4での積分手段112の動作により、不要信号がキャンセルされてセンス信号の振幅に応じた電荷量が積分される、いわゆる同期検波処理が一対の入力信号のそれぞれに対し実施されることになる。よって、上記不要信号のない場合の動作の説明と同様に、前記ΣΔ変調器116からは同期検波処理された信号がΣΔ変調され、1ビットデジタル信号に変換されて出力されることになる。   In addition, the electric charges output from the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 in the sensor element 30 are senses whose phase is advanced by 90 degrees from the signal generated in the monitor electrode 33 generated by the Coriolis force due to the angular velocity. Since there is not only a signal but also an unnecessary signal in phase with the monitor signal, a case where a combined signal of the sense signal and the unnecessary signal is output from the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 in the sensor element 30 will be described. . The sense signal generated by the Coriolis force due to the angular velocity is shown in FIGS. 6C and 6D, and as described above, the integration circuit 106 uses the integration circuit 106 in FIG. c) The charge amount indicated by the shaded area in (d), that is, the charge amount corresponding to half of the amplitude value is integrated. Further, unnecessary signals generated from the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 are shown in FIGS. 6E and 6F, and the second timing Φ2 and the fourth timing are the same as the sense signal. In Φ4, the charge amount indicated by the hatched portion in FIGS. 6E and 6F, that is, the charge amount in the section from the maximum value to the minimum value of the amplitude of the unnecessary signal is integrated. This is canceled when integration is performed based on the median value of the amplitude, resulting in a charge amount of “0”. That is, a so-called synchronous detection process in which the unnecessary signal is canceled and the charge amount according to the amplitude of the sense signal is integrated by the operation of the integrating unit 112 at the second timing Φ2 and the fourth timing Φ4 is a pair of inputs. Will be implemented for each of the signals. Therefore, similarly to the description of the operation when there is no unnecessary signal, the signal subjected to the synchronous detection processing is ΣΔ modulated from the ΣΔ modulator 116, converted into a 1-bit digital signal, and output.

次に、演算手段123について、その動作を説明する。まず、第2のタイミングΦ2で、前記ΣΔ変調器116の比較手段113における比較器114より出力される1ビットデジタル信号が、ラッチ回路117のD型フリップフロップ118にラッチされる。また、第4のタイミングΦ4で、前記ΣΔ変調器116の比較手段113における比較器114より出力される1ビットデジタル信号が、ラッチ回路117のD型フリップフロップ118,119にラッチされる。   Next, the operation of the calculation means 123 will be described. First, at the second timing Φ 2, the 1-bit digital signal output from the comparator 114 in the comparison unit 113 of the ΣΔ modulator 116 is latched in the D-type flip-flop 118 of the latch circuit 117. At the fourth timing Φ 4, the 1-bit digital signal output from the comparator 114 in the comparison unit 113 of the ΣΔ modulator 116 is latched by the D-type flip-flops 118 and 119 of the latch circuit 117.

この一対のD型フリップフロップ118,119にラッチされた一対の1ビットデジタル信号は、上記で説明した通り、センサ素子30における一対のセンス電極34,35より出力された信号の不要信号を除いた振幅値の半分に相当する電荷量をそれぞれΣΔ変調によりデジタル値に変換したものである。次に、前記ラッチ回路117が出力する一対の1ビットデジタル信号が1ビット差分演算手段120に入力され、この一対の1ビットデジタル信号の差が演算されて1ビット差分信号が出力される。ここで、第1のタイミングΦ1での1ビット差分信号は、一つ前の周期における第2のタイミングΦ2、第4のタイミングΦ4でラッチされた1ビットデジタル信号の差であり、この1ビット差分信号は、図6(c)(d)で示されるセンサ素子30における一対のセンス電極34,35より出力される信号の不要信号を除いた振幅値を表す信号となる。次に、1ビット差分演算手段120が出力する1ビット差分信号が補正演算手段121に入力され、この1ビット差分信号と所定の補正情報との補正演算が置換処理により行われる。この補正演算は、上記したように、1ビット差分信号が“0”“1”“−1”の3値に限られることを利用して、例えば所定の補正情報が“5”である場合に、補正演算手段に入力される1ビット差分信号“0”“1”“−1”を、それぞれ“0”“5”“−5”と置換処理することにより乗算を実現して信号の補正が可能となるものである。   As described above, the pair of 1-bit digital signals latched by the pair of D-type flip-flops 118 and 119 exclude unnecessary signals output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the sensor element 30. The charge amount corresponding to half of the amplitude value is converted into a digital value by ΣΔ modulation. Next, a pair of 1-bit digital signals output from the latch circuit 117 are input to the 1-bit difference calculation means 120, and a difference between the pair of 1-bit digital signals is calculated to output a 1-bit difference signal. Here, the 1-bit difference signal at the first timing Φ1 is the difference between the 1-bit digital signal latched at the second timing Φ2 and the fourth timing Φ4 in the previous cycle, and this 1-bit difference signal The signal is a signal representing an amplitude value excluding unnecessary signals of signals output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the sensor element 30 shown in FIGS. Next, the 1-bit difference signal output from the 1-bit difference calculation unit 120 is input to the correction calculation unit 121, and the correction calculation between the 1-bit difference signal and predetermined correction information is performed by a replacement process. As described above, this correction calculation uses the fact that the 1-bit difference signal is limited to the three values “0”, “1”, and “−1”, for example, when the predetermined correction information is “5”. The 1-bit differential signal “0”, “1”, “−1” input to the correction calculation means is replaced with “0”, “5”, “−5”, respectively, so that multiplication is realized to correct the signal. It is possible.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2におけるデジタルAGC回路を用いた角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an angular velocity sensor using a digital AGC circuit according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図7は本発明の実施の形態2におけるデジタルAGC回路を用いた角速度センサの回路図である。なお、本発明の実施の形態2においては、上記した本発明の実施の形態1と同様の構成を有するものについては、同一番号を付しており、その説明は省略する。   FIG. 7 is a circuit diagram of an angular velocity sensor using a digital AGC circuit according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment of the present invention, components having the same configurations as those of the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

駆動回路49はDA変換器131により構成される。この時、図8(a)で示されるような信号が前記ドライブ回路41におけるΣΔ変調器61へ入力され、図8(b)で示される1bitのパルス密度変調信号へと変換される。そしてこの1bitのパルス密度変調信号が前記デジタルAGC回路47へ入力されて任意のAGCゲイン特性によりゲインコントロールされた図8(c)で示されるような±G[LSB]のマルチビットのパルス密度変調信号に変換され、このマルチビットのパルス密度変調信号が直接前記DA変換器131に入力され、前記DA変換器131よりパルス密度変調信号が図8(d)で示されるようなG[LSB]の値に応じた振幅電圧の駆動信号として出力され、前記センサ素子30におけるモニタ電極33へと入力されることになる。この駆動信号はモニタ電極33より出力された信号の所定の周波数成分をデジタルAGCにより振幅調整されて含んでいることになり、この信号がセンサ素子30に出力されることによって、前記振動体31の振動が所定の共振周波数において一定振幅で振動するよう制御されることになる。以上のように、ΣΔ変調器61、デジタルAGC回路47、DA変換器131という少ない回路点数によりドライブ回路が構成でき、これにより、小型で、かつ低コストの角速度センサを提供することができるという効果が得られるものである。さらに、振動させたい所定の周波数以外でセンサ素子の応答ゲインが高い不要な周波数成分やΣΔ変調による高周波ノイズを除去するように周波数特性が設定されたデジタルフィルタ48もしくはアナログフィルタ87を追加することにより、さらに高精度で、かつ低ノイズのドライブ回路を有する角速度センサを提供することができるという効果が得られるものである。   The drive circuit 49 includes a DA converter 131. At this time, a signal as shown in FIG. 8A is input to the ΣΔ modulator 61 in the drive circuit 41 and converted into a 1-bit pulse density modulation signal shown in FIG. 8B. The 1-bit pulse density modulation signal is input to the digital AGC circuit 47, and gain control is performed by an arbitrary AGC gain characteristic. As shown in FIG. 8C, ± G [LSB] multi-bit pulse density modulation is performed. The multi-bit pulse density modulation signal is directly input to the DA converter 131, and the pulse density modulation signal of G [LSB] as shown in FIG. A drive signal having an amplitude voltage corresponding to the value is output and input to the monitor electrode 33 in the sensor element 30. This drive signal includes a predetermined frequency component of the signal output from the monitor electrode 33, the amplitude of which is adjusted by the digital AGC, and this signal is output to the sensor element 30. The vibration is controlled to vibrate with a constant amplitude at a predetermined resonance frequency. As described above, a drive circuit can be configured with a small number of circuits such as the ΣΔ modulator 61, the digital AGC circuit 47, and the DA converter 131, thereby providing a small and low-cost angular velocity sensor. Is obtained. Further, by adding a digital filter 48 or an analog filter 87 in which frequency characteristics are set so as to remove unnecessary frequency components having a high response gain of the sensor element other than a predetermined frequency to be vibrated and high frequency noise due to ΣΔ modulation. In addition, it is possible to provide an angular velocity sensor having a drive circuit with higher accuracy and lower noise.

本発明のデジタルAGC回路およびそれを用いた角速度センサは、ゲイン算出等の演算において、乗算器を必要としない小型のAGC回路およびそれを用いた角速度センサを提供することができるという効果を有するものであり、特に、センサデバイスにおけるセンサ素子の振動制御に用いられるデジタルAGC回路とそれを用いた角速度センサとして有用なものである。   The digital AGC circuit and the angular velocity sensor using the digital AGC circuit according to the present invention have an effect of providing a small AGC circuit that does not require a multiplier and an angular velocity sensor using the same in an operation such as gain calculation. In particular, it is useful as a digital AGC circuit used for vibration control of a sensor element in a sensor device and an angular velocity sensor using the digital AGC circuit.

本発明の実施の形態1におけるデジタルAGC回路を用いた角速度センサの回路図Circuit diagram of angular velocity sensor using digital AGC circuit in embodiment 1 of the present invention 同角速度センサのドライブ回路におけるデジタルフィルタの回路図Circuit diagram of digital filter in drive circuit of same angular velocity sensor (a)〜(c)ΣΔ変調器の動作状態を示す図(A)-(c) The figure which shows the operation state of (SIGMA) delta modulator. (a)(b)デジタルAGC回路の動作状態を示す図(A) (b) The figure which shows the operation state of a digital AGC circuit 本発明の実施の形態1におけるデジタルAGC回路のAGCゲイン特性を示す図The figure which shows the AGC gain characteristic of the digital AGC circuit in Embodiment 1 of this invention (a)〜(f)同デジタルAGC回路を用いた角速度センサの動作状態を示す図(A)-(f) The figure which shows the operation state of the angular velocity sensor using the digital AGC circuit 本発明の実施の形態2におけるデジタルAGC回路を用いた角速度センサの回路図Circuit diagram of angular velocity sensor using digital AGC circuit in embodiment 2 of the present invention (a)〜(d)同角速度センサの動作状態を示す図(A)-(d) The figure which shows the operation state of the same angular velocity sensor 従来のΣΔ型AD変換器の回路図Circuit diagram of conventional ΣΔ AD converter

符号の説明Explanation of symbols

30 センサ素子
32 駆動電極
33 モニタ電極
34,35 センス電極
41 ドライブ回路
43 DA変換手段
44 積分手段
45 比較手段
48,74,76 デジタルフィルタ
49 駆動回路
61 ΣΔ変調器
71 振幅検出手段
72 ゲイン算出手段
73 置換演算手段
75 全波整流回路
77,151,152,153 ビットシフト演算手段
78,147,148 加算演算手段
87 アナログフィルタ
Reference Signs List 30 sensor element 32 drive electrode 33 monitor electrode 34, 35 sense electrode 41 drive circuit 43 DA conversion means 44 integration means 45 comparison means 48, 74, 76 digital filter 49 drive circuit 61 ΣΔ modulator 71 amplitude detection means 72 gain calculation means 73 Replacement arithmetic means 75 Full wave rectifier circuit 77, 151, 152, 153 Bit shift arithmetic means 78, 147, 148 Addition arithmetic means 87 Analog filter

Claims (17)

少なくとも2つのレベルの電荷量を出力するDA変換手段と、このDA変換手段から出力される信号と外部から入力される信号とを加算・積分しその積分値を保持する積分手段と、この積分手段から出力される積分値を所定の値と比較する比較手段と、この比較手段の出力に応じて前記DA変換手段の出力を切り替えるDA切替手段とにより構成してなるΣΔ変調器と、振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とで構成したデジタルAGC回路。 DA conversion means for outputting charge amounts of at least two levels, integration means for adding and integrating a signal output from the DA conversion means and an externally input signal and holding the integration value, and this integration means An sigma-delta modulator comprising: comparing means for comparing the integral value output from the predetermined value; and DA switching means for switching the output of the DA converting means in accordance with the output of the comparing means; and amplitude detecting means And a digital AGC circuit composed of gain calculating means and replacement calculating means. ゲイン算出手段にビットシフト演算手段と加算演算手段とを設けた請求項1記載のデジタルAGC回路。 2. The digital AGC circuit according to claim 1, wherein the gain calculating means includes a bit shift calculating means and an adding calculating means. ROMに格納されたデータをゲイン算出手段に入力する構成した請求項1記載のデジタルAGC回路。 2. The digital AGC circuit according to claim 1, wherein the data stored in the ROM is inputted to the gain calculating means. 振幅検出手段にデジタルフィルタと全波整流回路とを設けた請求項1記載のデジタルAGC回路。 2. The digital AGC circuit according to claim 1, wherein the amplitude detecting means is provided with a digital filter and a full-wave rectifier circuit. デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成した請求項4記載のデジタルAGC回路。 5. The digital AGC circuit according to claim 4, wherein the digital filter is composed of a bit shift operation means and an addition operation means. 置換演算手段の出力信号が入力されるデジタルフィルタとビットシフト演算手段とをデジタルAGC回路の後段に付加する構成とした請求項1記載のデジタルAGC回路。 2. The digital AGC circuit according to claim 1, wherein a digital filter to which an output signal of the replacement operation means is input and a bit shift operation means are added to the subsequent stage of the digital AGC circuit. デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成した請求項6記載のデジタルAGC回路。 7. The digital AGC circuit according to claim 6, wherein the digital filter is composed of a bit shift operation means and an addition operation means. 駆動電極と、センス電極と、モニタ電極とを有するセンサ素子と、このセンサ素子を所定の振幅で振動駆動させるドライブ回路と、前記センサ素子におけるセンス電極から出力される信号を角速度出力信号に変換するセンス回路とを備え、前記ドライブ回路を、少なくとも2つのレベルの電荷量を出力するDA変換手段と、前記センサ素子におけるモニタ電極から出力される信号とDA変換手段とから出力される電荷を積分し、その積分値を保持する積分回路と、この積分回路から出力される積分値を少なくとも1つの所定の値と比較する比較手段と、この比較手段の出力に応じて前記DA変換手段の出力を切り替えるDA切替手段とにより構成してなるΣΔ型変調器と、振幅検出手段と、ゲイン算出手段と、置換演算手段とを備えたデジタルAGC回路と、駆動回路とで構成した角速度センサ。 A sensor element having a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit that vibrates the sensor element with a predetermined amplitude, and a signal output from the sense electrode in the sensor element is converted into an angular velocity output signal. And a sense circuit, and the drive circuit integrates the DA conversion means for outputting charge amounts of at least two levels, the signal output from the monitor electrode in the sensor element, and the charge output from the DA conversion means. An integration circuit for holding the integration value, a comparison means for comparing the integration value output from the integration circuit with at least one predetermined value, and switching the output of the DA conversion means in accordance with the output of the comparison means Digital equipped with a ΣΔ modulator composed of DA switching means, amplitude detection means, gain calculation means, and replacement calculation means An angular velocity sensor composed of an AGC circuit and a drive circuit. ゲイン算出手段をビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成した請求項8記載の角速度センサ。 9. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein the gain calculating means is composed of a bit shift calculating means and an adding calculating means. ROMに格納されたデータをゲイン算出手段に入力する構成とした請求項8記載の角速度センサ。 9. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein the data stored in the ROM is inputted to the gain calculating means. 振幅検出手段にデジタルフィルタと全波整流回路とを設けた請求項8記載の角速度センサ。 9. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein the amplitude detecting means is provided with a digital filter and a full-wave rectifier circuit. デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成した請求項1記載の角速度センサ。 2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the digital filter is composed of a bit shift calculation means and an addition calculation means. 駆動回路をマルチビット信号をアナログ出力するDA変換器で構成した請求項8記載の角速度センサ。 9. The angular velocity sensor according to claim 8, wherein the drive circuit is constituted by a DA converter that outputs a multi-bit signal in an analog manner. デジタルAGC回路の出力をフィルタリングするデジタルフィルタとビットシフト演算手段とをデジタルAGC回路の後段に付加する構成とした請求項13記載の角速度センサ。 14. The angular velocity sensor according to claim 13, wherein a digital filter for filtering the output of the digital AGC circuit and a bit shift calculation means are added to the subsequent stage of the digital AGC circuit. デジタルフィルタをビットシフト演算手段と加算演算手段とで構成した請求項14記載の角速度センサ。 15. The angular velocity sensor according to claim 14, wherein the digital filter is composed of a bit shift calculation means and an addition calculation means. ROMに格納されたデータをデジタルフィルタに入力する構成とした請求項14記載の角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 14, wherein data stored in the ROM is input to a digital filter. 駆動回路の出力信号をフィルタリングするアナログフィルタを設けた請求項8記載の角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 8, further comprising an analog filter for filtering an output signal of the drive circuit.
JP2008035594A 2007-11-12 2008-02-18 Digital AGC circuit and angular velocity sensor using the same Expired - Fee Related JP5262164B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008035594A JP5262164B2 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Digital AGC circuit and angular velocity sensor using the same
EP08850315A EP2192690A4 (en) 2007-11-12 2008-11-07 Pll circuit and angular velocity sensor using the same
PCT/JP2008/003231 WO2009063603A1 (en) 2007-11-12 2008-11-07 Pll circuit and angular velocity sensor using the same
US12/680,935 US8451066B2 (en) 2007-11-12 2008-11-07 PLL circuit and angular velocity sensor using the same
CN200880114446XA CN101842987B (en) 2007-11-12 2008-11-07 PLL circuit and angular velocity sensor using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008035594A JP5262164B2 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Digital AGC circuit and angular velocity sensor using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009194797A true JP2009194797A (en) 2009-08-27
JP5262164B2 JP5262164B2 (en) 2013-08-14

Family

ID=41076376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008035594A Expired - Fee Related JP5262164B2 (en) 2007-11-12 2008-02-18 Digital AGC circuit and angular velocity sensor using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5262164B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230099685A1 (en) * 2020-03-02 2023-03-30 Calterah Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd. Automatic gain control method, sensor, and radio device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03263907A (en) * 1990-03-14 1991-11-25 Oki Tec:Kk Agc circuit and fsk demodulator
JPH05272982A (en) * 1992-01-13 1993-10-22 Litef Gmbh Method and device for measuring rotation speed
JPH07336174A (en) * 1994-06-14 1995-12-22 Asahi Kasei Micro Syst Kk Digital agc device
JPH1019925A (en) * 1996-03-26 1998-01-23 Trw Inc Method and device for detecting operational failure of digital accelerometer
JPH11177358A (en) * 1997-12-11 1999-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Agc circuit
JP2002026750A (en) * 2000-07-07 2002-01-25 Pioneer Electronic Corp Receiver
JP2002267448A (en) * 2001-03-09 2002-09-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03263907A (en) * 1990-03-14 1991-11-25 Oki Tec:Kk Agc circuit and fsk demodulator
JPH05272982A (en) * 1992-01-13 1993-10-22 Litef Gmbh Method and device for measuring rotation speed
JPH07336174A (en) * 1994-06-14 1995-12-22 Asahi Kasei Micro Syst Kk Digital agc device
JPH1019925A (en) * 1996-03-26 1998-01-23 Trw Inc Method and device for detecting operational failure of digital accelerometer
JPH11177358A (en) * 1997-12-11 1999-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Agc circuit
JP2002026750A (en) * 2000-07-07 2002-01-25 Pioneer Electronic Corp Receiver
JP2002267448A (en) * 2001-03-09 2002-09-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230099685A1 (en) * 2020-03-02 2023-03-30 Calterah Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd. Automatic gain control method, sensor, and radio device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5262164B2 (en) 2013-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4924370B2 (en) ΣΔ AD converter and angular velocity sensor using the same
JP5487546B2 (en) Angular velocity sensor
US9618361B2 (en) MEMS device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
WO2011045909A1 (en) Angular velocity sensor
JP5369525B2 (en) PLL circuit and angular velocity sensor using the same
US7891245B2 (en) Inertial force sensor including a sense element, a drive circuit, a sigma-delta modulator and a signal processing circuit
US20190288704A1 (en) Modulators
JP5050695B2 (en) Angular velocity sensor
JP5262165B2 (en) Digital AGC circuit and angular velocity sensor using the same
JP5262164B2 (en) Digital AGC circuit and angular velocity sensor using the same
JP4037442B2 (en) Pulse modulator and pulse modulation method
JP2006329634A (en) Device for detecting angular velocity
JP5262166B2 (en) Angular velocity sensor
JP4952858B2 (en) Angular velocity sensor using ΣΔ AD converter
JP5387314B2 (en) Angular velocity sensor
JP5515482B2 (en) Angular velocity sensor
JP2010181312A (en) Angular velocity sensor
JP5316434B2 (en) Angular velocity sensor
JP5370064B2 (en) Angular velocity sensor
JP5316435B2 (en) Angular velocity sensor
JP5369954B2 (en) Angular velocity sensor
JP2014041035A (en) Angular velocity sensor
JP2014021092A (en) Angular velocity sensor
JP2013064707A (en) Angular velocity sensor
JPH06314929A (en) Direct digital system synthesizer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110131

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20110215

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20121213

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130415

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5262164

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees