JP2010279000A - 出力回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】出力回路20は、制御部21、X軸増幅部31、Y軸増幅部32、Z軸増幅部33、第1共用回路CC1、第2共用回路CC2を含んで構成される。制御部21は、センサ出力の温度依存性を補正するための温度係数オフセットを出力する。第1共用回路CC1、第2共用回路CC2は、加速度センサ10からの出力を、軸毎に増幅する場合に利用される。リセットフェーズにおいては、第1、第2共用回路の容量に蓄積された電荷を放出する。増幅フェーズにおいては、第1、第2共用回路及びオペアンプにより、各軸の温度係数オフセット電圧を用いて加速度センサからの信号を較正し、増幅する。ホールドフェーズにおいては、蓄積された電荷を容量にそのまま維持させることにより、各軸の出力値を保持する。
【選択図】図1
Description
路とを備えたことを要旨とする。これにより、第2容量を複数の差分増幅回路において共用し、チップサイズの低減を図ることができる。
加速度センサ10は、3軸(X軸、Y軸、Z軸)の加速度を静電容量値として検知する。そして、加速度センサ10は、各軸において検出された加速度(静電容量値)を、シリアルデータ型式により順次出力する。電圧変換部11は、加速度センサ10から取得した静電容量値を電圧に変換し、出力回路20に供給する。本実施形態では、電圧変換部11は、参照電圧Vrefを基準として、静電容量値に応じた電圧に変換する。
、Z軸増幅部33、第1共用回路CC1、第2共用回路CC2を含んで構成される。
容量C01は、電圧変換部11に接続されている。
部32、Z軸増幅部33に接続されている。この容量C02の容量は容量C01と同値である。そして、この容量C02は、オペアンプの非反転入力端子の入力負荷と反転入力端子の入力負荷とを同等にして、スイッチングによる同相ノイズのキャンセルするために用いられる。この参照電圧Vrefは、電源電圧の半分の値が設定されている。常温(27℃
)においては、この参照電圧Vrefと比較することになる。一方、常温とは異なる場合に
は、温度係数を考慮したオフセット電圧を加減して用いる。
X軸増幅部31には、オペアンプOP1、容量C11,C12,C13、スイッチSX11,SX12,SX13,SX31,SX34が設けられている。
Z軸増幅部33には、オペアンプOP3、容量C31,C32,C33、スイッチSZ11,SZ12,SZ13,SZ31,SZ34が設けられている。
X軸増幅部31、Y軸増幅部32、Z軸増幅部33内の接続関係は共通しているので、ここではX軸増幅部31を用いて説明する。
更に、容量C01は第1容量として機能し、スイッチSX31を介してオペアンプOP1の反転入力端子に接続される。
オペアンプOP1の反転入力端子(第1端子)と出力端子との間には容量C11は設けられている。オペアンプOP1は、入力信号と温度係数値(基準電圧)との差を求め、その差を増幅して加速度信号を生成する。
容量C12と容量C13の接続ノードに接続されている。又、容量C02は、スイッチSX13,SX12を介して、オペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。
第1共用回路CC1は、第1容量としての容量C03を備えている。そして、この容量C03の一端は、スイッチSX32,SY32,SZ32を介して、各オペアンプOP1,OP2,OP3の反転入力端子に接続される。この容量C03の他端は、スイッチSX32,SY32,SZ32を介して、各オペアンプOP1,OP2,OP3の出力端子に接続される。更に、容量C03は、スイッチSW21,SW22を介して、オフセット共通信号の供給ラインに接続される。これにより、スイッチSX32,SY32,SZ32,SX33,SY33,SZ33,SW21,SW22が、第2スイッチ回路として機能する。
このような出力回路20を用いて、加速度センサ10からの信号を補正して出力する場合の動作を説明する。ここでは、第1、第2共用回路CC1,CC2を共用するために、三つのフェーズ(リセットフェーズ、増幅フェーズ、ホールドフェーズ)を順次、実行する。
増幅フェーズにおいては、各軸の温度係数オフセット電圧を用いて加速度センサからの信号を較正し、増幅する。
ホールドフェーズにおいては、蓄積された電荷を容量にそのまま維持させることにより、各軸の出力値を保持する。
・X軸クロックスイッチ群:スイッチSX11、スイッチSX12,スイッチSX13。・共通クロックスイッチ群:スイッチSW21、スイッチSW22,スイッチSW23,SW24。
・反転X軸クロックスイッチ群:スイッチSX31,スイッチSX32,スイッチSX33,スイッチSX34、スイッチSX35。
・反転共通クロックスイッチ群:スイッチSW41。
このような信号S10、信号S11はクロック信号S51に同期して生成され、信号S20,S21はクロック信号S52に同期して生成され、信号S30,S31はクロック信号S53に同期して生成される。また、信号S40は信号S20,S30,S40に同期し、信号S41は信号S21,S31,S41に同期している。
リセットフェーズにおいては、X軸クロックスイッチ群及び共通クロックスイッチ群は「閉」にして、反転X軸クロックスイッチ群、反転共通クロックスイッチ群は「開」とする。この結果、接続関係は図4のようになる。
される。
積される。
更に、容量C03,C04の両端は、スイッチSW21〜SW24によりオフセット共通信号の供給ラインを介して短絡され、同時に放電(リセット)される。
なお、容量C11には、前サイクルの電荷が蓄積されている。
増幅フェーズにおいては、X軸クロックスイッチ群及び共通クロックスイッチ群は「開」にして、反転X軸クロックスイッチ群、反転共通クロックスイッチ群は「閉」とする。この結果、接続関係は図5のようになる。
また、容量C13は、蓄積した電荷を維持することにより、電位差としてX軸温度係数オフセット電圧を維持する。
ト電圧との差分の電荷が維持される。
容量C04には、X軸温度係数オフセット電圧と共通オフセット電圧の差分の電荷が蓄積されるが、共通オフセット電圧は、X軸の温度係数オフセット電圧となっているため、電位差はゼロになる。
オペアンプOP1の非反転入力端子には、容量C13に蓄積されたX軸の温度係数オフセット電圧が供給される。このとき、オペアンプOP1は、容量C13の電圧を基準として、電圧変換部11から供給された電圧との差分を増幅して出力端子から出力する。
ホールドフェーズにおいては、X軸クロックスイッチ群及び共通クロックスイッチ群は「開」にして、反転X軸クロックスイッチ群、反転共通クロックスイッチ群も「開」とする。この結果、接続関係は図6のようになる。
また、容量C12の両端には、X軸温度係数オフセット電圧が印加されるため、放電された状態で電位差はゼロを維持する。
・ 上記実施形態では、第1共用回路CC1、第2共用回路CC2は、各軸について増幅を同時に行なうことがなく、各軸の増幅フェーズにおいて共用される。このため、各増幅部において、このための容量C03、C04を設ける必要はない。従って、出力回路2
0の面積の低減を図ることができる。
この場合、容量C03,C04の両端は、スイッチSW21〜SW24によりオフセット共通信号の供給ラインを介して短絡される。グランドでの短絡させる場合には、スイッチに使用しているMOSトランジスタのゲートとドレイン(ソース)間の容量の電荷が、増幅フェーズに移行した時に、その電荷の変化量が多いため、電圧が安定するまでの時間が長くなる。また、そのスイッチの寄生容量の電荷が大きいため、ノイズも大きくなることがある。
fc=1/2π/(〔C11〕/〔C03〕*1/サンプリング周波数)
・ 上記実施形態では、各軸のX軸増幅部31、Y軸増幅部32、Z軸増幅部33毎に、容量C11,C21,C31を設けた。これにより、各軸の出力電圧を独立して保持することができる。
○ 上記実施形態では、3軸(X軸、Y軸、Z軸)の加速度センサの出力に利用したが、3軸に限定されるものではない。2軸においても、容量を共通化して共用することにより、回路面積を小さくすることができる。
○ 上記実施形態では、容量C03を第1共用回路CC1内に設け、容量C04を第2共用回路CC2内に設けた。これに代えて、容量C03を各軸の増幅部毎に設けてもよい。この場合には、容量C04のみを共用することになる。
増幅部、32…Y軸増幅部、33…Z軸増幅部、CC1…第1共用回路、CC2…第2共用回路、C01,C02,C11,C21,C31,C13,C23,C33…容量、SX11〜SX13,SX31〜SX33,SY11〜SY13,SY31〜SY33,SZ11〜SZ13,SZ31〜SZ33…スイッチ、OP1〜OP3…オペアンプ。
Claims (5)
- 複数のセンサ測定信号が順次、供給される第1容量と、
前記第1容量の電圧を入力する第1端子と、前記センサ測定信号を補正する基準電圧を入力する第2端子とを備え、センサ毎に設けられた差分増幅回路と、
前記差分増幅回路毎に、出力端子と前記第1端子との間に設けられたホールド容量と、
センサ毎にセンサ測定信号を補正するための補正係数値を順次、供給する補正係数生成回路と、
前記補正係数生成回路からの補正係数値を蓄積し、差分増幅回路の第2端子に供給する第2容量と、
前記第2容量をセンサ測定信号に同期して各差分増幅回路に接続する第1スイッチ回路と
を備えたことを特徴とする出力回路。 - 前記第1スイッチ回路は、前記第2容量を各差分増幅回路に接続する前に、前記第2容量の両端を短絡させるリセットフェーズを実行することを特徴とする請求項1に記載の出力回路。
- 前記差分増幅回路毎に、出力端子と前記第1端子との間に第3容量を接続するための第2スイッチ回路を更に設け、
前記第2スイッチ回路は、前記第3容量をセンサ測定信号に同期して各差分増幅回路に接続することを特徴とする請求項1又は2に記載の出力回路。 - 前記第2スイッチ回路は、前記リセットフェーズにおいて、前記第3容量の両端を短絡させることを特徴とする請求項3に記載の出力回路。
- 前記第1容量には、複数の軸の加速度を測定する加速度センサが接続され、センサ測定信号として、前記加速度センサから、各軸の加速度検出信号を時系列に並べた信号を取得することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の出力回路。
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