JP2011247629A - 角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ部と検出部とを電気的に接続する接続手段の駆動信号伝達線が断線しているか否かを判定することができる角速度検出装置を提供する。
【解決手段】Ｃ／Ｖ変換回路２３は、可動電極に搬送波信号Ｖｓが印加され、固定電極に駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-が印加されるコンデンサＣs1〜Ｃs4の静電容量を変換した電圧Ｖcvを出力する。判定ロジック２５は、コンパレータ２４を通じて電圧Ｖcvをレベル変換した電圧Ｖcmpに基づいて、サーボ制御を行うための駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-を回路チップ３側からセンサチップ２側に伝達する接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに直交する第１軸および第２軸の方向に変位可能な可動部が第１軸方向に振動した状態における可動部の第２軸方向への振動に基づいて第１軸および第２軸のそれぞれに直交する第３軸回りの角速度を検出する振動型の角速度検出装置に関する。

振動型の角速度検出装置は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に変位可能な振動子（可動部）を備えており、この振動子をＸ軸方向に定常的に振動させるようになっている。そして、角速度検出装置は、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸回りに角速度が与えられたときにコリオリ力によって生じる振動子のＹ軸方向への振動を検出し、検出したＹ軸方向の振動に基づいて上記角速度を検出する（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の角速度検出装置において、振動子の製造時の加工ばらつきなどに起因し、純粋なＸ軸方向への振動ではなくＹ軸方向への振動成分が加わった振動、いわゆる斜め振動が生じることがある。このような斜め振動状態では、角速度の検出精度が低下してしまう。そこで、振動子に対し、所定の駆動信号を与えることで斜め振動の発生を抑制するようなＹ軸方向への外力（静電気力）を加えるサーボ制御が行われている。

また、振動子を含むセンサ部が形成される半導体チップと、上記したようなサーボ制御を行うとともに角速度を検出する検出部が形成される半導体チップとは、ボンディングワイヤや各チップに設けられたバンプなどの接続手段を介して電気的に接続される。上記サーボ制御を行うため、検出部から振動子に供給される駆動信号についても上記接続手段を介して伝達される。

このような電気的な接続手段が断線すると、正確な角速度が検出できないだけでなく、システムの誤動作に繋がるおそれもあるため、断線を検出する技術が種々考案されている。例えば、特許文献２には、センサと、このセンサの出力信号を入力してデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器との間を電気的に接続する信号線および一対の電源線の断線を検出する技術が開示されている。すなわち、特許文献２記載の断線検出装置は、信号線と各電源線との間に複数の抵抗を接続しておくことで信号線または電源線が断線した場合にＡ／Ｄ変換器の入力電圧が通常の電圧レベルとは異なる電圧レベルとなるようにし、この電圧レベルの違いによって信号線および電源線の断線を検出可能にしている。

特開２００９−６３３２８号公報 特開平５−１０７２９２号公報

上記した特許文献２記載の技術を、振動型の角速度検出装置におけるサーボ制御を行うための駆動信号を伝達する接続手段の断線検出に適用しようとすると、次のような問題が生じる。振動子の斜め振動を抑制するというサーボ制御の性質上、振動子の出来栄えが理想的である場合、振動子は角速度が与えられていない状態で純粋にＸ軸方向に振動する、つまり斜め振動が生じないため、サーボ制御による外力を加える必要がない。従って、サーボ制御のための駆動信号が接続手段を通ることがないため、接続手段が断線しているか否かを検出することができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ部と検出部とを電気的に接続する接続手段の駆動信号伝達線が断線しているか否かを判定することができる角速度検出装置を提供することにある。

請求項１記載の手段によれば、角速度を検出する通常動作が行われる場合、検出部の振動信号供給手段は、接続手段を介してセンサ部の振動手段に振動信号を供給する。これによって振動手段が動作し、互いに直交する第１軸および第２軸方向に変位可能な可動部が第１軸方向に振動する。検出部の駆動信号供給手段は、接続手段の駆動信号伝達線を介してセンサ部の振動補正手段に駆動信号を供給する。これにより、駆動電極に駆動信号が印加される。検出部の第２軸振動抽出手段は、可動部が第１軸方向に振動した状態でセンサ部の出力部から出力される可動部の第２軸方向への振動に応じた検出信号に基づいて可動部の第２軸方向の振動成分を表す第２軸振動信号を出力する。検出部の角速度検出手段は、この第２軸振動信号に基づいて、第１軸および第２軸に直交する第３軸を中心とした回転の角速度を検出する。

また、検出部の第２軸振動抑制手段は、上記第２軸振動信号に基づいて可動部の第２軸方向の振動を抑制するように駆動信号供給手段をフィードバック制御する。すなわち、第２軸振動抑制手段は、可動部の第２軸方向の振動を抑制するような静電気力が、搬送波信号が印加された可動電極と駆動電極との間に発生するように駆動信号供給手段を制御する。なお、このようなフィードバック制御のことを、以下ではサーボ制御と称す。

このような構成により、可動部を第１軸方向に定常的に振動させるとともに、第３軸回りに角速度が与えられたときにコリオリ力によって生じる可動部の第２軸方向への振動成分を抽出し、抽出した第２軸方向への振動成分に基づいて角速度を検出するようになっている。また、上記サーボ制御を行うことにより、センサ部の製造時の加工ばらつきなどに起因するいわゆる斜め振動の発生を抑え、可動部を純粋に第１軸方向に振動させることを可能にしている。

また、本手段では、接続手段の駆動信号伝達線の断線を以下のように検出するようになっている。すなわち、Ｃ／Ｖ変換回路は、駆動信号の供給を停止した状態で、駆動信号伝達線を介して可動電極および駆動電極により構成されるコンデンサの静電容量を入力し、この静電容量を電圧に変換する。上記コンデンサの静電容量は、可動電極に印加された搬送波信号に応じて変化する。このため、駆動信号伝達線が断線していない正常な状態であれば、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧は搬送波信号に応じた変化を示す。一方、駆動信号伝達線が断線している状態では、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧は一定値となる。このようなことを踏まえ、判定手段は、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて、接続手段の駆動信号伝達線が断線しているか否かを判定するようになっている。

このように、本手段によれば、サーボ制御を行うための駆動信号を検出部からセンサ部に伝達するための接続手段の駆動信号伝達線の断線を検出することが可能となる。また、判定手段は、上記したとおり、搬送波信号に応じた静電容量を変換したＣ／Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて断線の判定を行うので、可動部が理想的な状態であり、いわゆる斜め振動が発生しない状態であっても、接続手段の駆動信号伝達線の断線の有無を判定することができる。

請求項２記載の手段によれば、センサ部は第１半導体チップ上に形成され、検出部は第２半導体チップ上に形成されている。そして、接続手段は、第１半導体チップおよび第２半導体チップをフリップチップ接続する。つまり、第１半導体チップおよび第２半導体チップのそれぞれに設けられたバンプ同士を接合することで各チップ間を電気的に接続している。このため、接続手段の状態を外部から容易に視認することができない状態となっている。これに対し、接続手段がワイヤなどであれば、その状態を外部から容易に視認することが可能であり、目視によって断線を検出することも可能である。しかし、上記したフリップチップ接続の場合には目視による断線検出はできない。このように、接続手段の接続状態が視認困難な場合であっても、前述した断線判定の手法を用いることで、接続手段の駆動信号伝達線の断線を判定することができる。

さて、駆動信号の供給経路における静電容量が微小である場合にはＣ／Ｖ変換回路の出力電圧も微小な値となる。判定手段が、このような微小な電圧に基づいて断線を判定すると、その判定精度を十分に高めることが難しくなる。このような場合、請求項３記載の手段を採用するとよい。請求項３記載の手段によれば、検出部は、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧と所定の基準電圧とを比較するコンパレータを備えている。そして、判定手段は、コンパレータの出力電圧に基づいて接続手段の駆動信号伝達線の断線を判定する。このような構成によれば、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧が微小な値であっても、コンパレータを介してその出力電圧をレベル変換して高めることが可能となる。これにより、判定手段による断線判定の精度を十分に高めることができる。

請求項４記載の手段によれば、判定手段は、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧の立ち上がりエッジの数または立ち下がりエッジの数をカウントし、そのカウント値が所定のしきい値未満である場合に駆動信号伝達線が断線していると判定する。駆動信号伝達線が断線していない正常な状態であれば、可動電極と駆動電極との間の静電容量がＣ／Ｖ変換回路によって電圧に変換される。このＣ／Ｖ変換回路の出力電圧は、可動電極に印加された搬送波信号に従った所定の周期で立ち上がりおよび立ち下がりを繰り返すパルス状の信号となる。従って、駆動信号伝達線が正常であれば、上記カウント値はゼロではない所定の値となる。

一方、駆動信号伝達線が断線している場合、上記静電容量に従った信号がＣ／Ｖ変換回路に入力されないため、その出力電圧も変化しない。このようにＣ／Ｖ変換回路の出力電圧が一定値である場合、上記カウント値はゼロまたはそれに近い値となる。従って、本手段によれば、駆動信号伝達線が断線しているか否かをカウント値が所定のしきい値以上であるか否かに基づいて定量的に判定することが可能となり、断線の判定精度を一層向上することができる。なお、上記所定値は、ゼロを少しでも超える値であればよいが、ノイズ等の影響を考慮した値に設定することも可能である。

請求項５記載の手段によれば、接続手段は駆動信号伝達線を複数備え、判定手段は、複数の駆動信号伝達線のうち、どの駆動信号伝達線が断線したかを表す断線情報を記憶可能に構成されている。また、判定手段は、その記憶した断線情報を外部に出力可能に構成されている。このような構成によれば、断線が生じた駆動信号伝達線を特定することができる。

請求項６記載の手段によれば、検出部は、Ｃ／Ｖ変換回路に対してセンサ部を模擬した検査回路を備えている。そして、判定手段は、接続手段を介してセンサ部および検出部を電気的に接続しない状態であり且つ検査回路が動作した状態で、Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて駆動信号伝達線の断線を判定する各機能が正常に動作可能か否かを判定する。すなわち、センサ部と検出部とを接続手段によって電気的に接続する前の段階（製造段階）において、駆動信号伝達線の断線を判定するための機能のチェックを行うことが可能となる。これにより、検出部の構成の製造段階における不具合により駆動信号伝達線の断線を検出できないという事態が発生することを未然に防ぐことができる。つまり、センサ部と接続する前に検出部の不具合を発見でき、接続後にしか不具合を発見できない場合に比べ、センサ部を無駄に用いる数が少なくなるため、製造歩留まりが向上して製造コストの低減を図ることが可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す角速度検出装置の構成図 第２の断線検出動作に関する各信号の波形を示す図 断線確認動作時のＣ／Ｖ変換回路およびコンパレータの出力電圧を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、ヨーレートセンサなどの角速度検出装置の構成を概略的に示している。図１に示す角速度検出装置１は、センサチップ２（第１半導体チップに相当）と、回路チップ３（第２半導体チップに相当）と、センサチップ２および回路チップ３を電気的に接続する接続部４（接続手段に相当）とを備えている。

本実施形態では、センサチップ２および回路チップ３は、接続部４が備える複数の接続ライン（図１では７つのみ符号Ｌ１〜Ｌ７を付して示す）によりフリップチップ接続されている。従って、その接続ラインは、センサチップ２および回路チップ３に設けられるバンプ同士の接合部分を表すものである。センサチップ２が備える端子Ｐ1s〜Ｐ7sは、それぞれ接続ラインＬ１〜Ｌ７を介して回路チップ３が備える端子Ｐ1c〜Ｐ7cに接続されている。

センサチップ２には、センサ部５が形成されている。センサ部５は、水平面内に互いに直交するＸ軸（第１軸に相当）およびＹ軸（第２軸に相当）の方向に変位可能な振動子６、７を備えた可動部８と、いずれも可動部８の周囲に設けられる振動部９（振動手段に相当）、振動補正部１０（振動補正手段に相当）および出力部１１とを備えている。振動子６、７は、Ｘ軸方向に振動している状態で、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸（第３軸に相当）回りの角速度が作用すると、コリオリ力によってその角速度に応じた振幅でＹ軸方向に振動するものである。

振動部９は、Ｘ軸方向に振動子６、７を変位させるための静電気力を発生するコンデンサＣv1〜Ｃv4を備えている。コンデンサＣv1、Ｃv2の一方の電極は、振動子６の一部により構成されており、振動子６と一体的に変位する可動電極である。コンデンサＣv3、Ｃv4の一方の電極は、振動子７の一部により構成されており、振動子７と一体的に変位する可動電極である。コンデンサＣv1〜Ｃv4の各可動電極には、接続部４を介して回路チップ３から搬送波信号Ｖｓが与えられる。搬送波信号（変調信号、キャリア信号）Ｖｓは、振動子６、７の振動の共振周波数よりも十分に高い所定の周波数を持ち且つ一定振幅の矩形波信号である。コンデンサＣv1〜Ｃv4の他方の電極は固定電極であり、それら固定電極には接続部４を介して回路チップ３からそれぞれ振動信号Ｖv1〜Ｖv4が与えられる。

振動補正部１０は、Ｙ軸方向に振動子６、７を変位させるための静電気力を発生するコンデンサＣs1〜Ｃs4を備えている。コンデンサＣs1、Ｃs2の一方の電極は、振動子６の一部により構成されており、振動子６と一体的に変位する可動電極である。コンデンサＣs3、Ｃs4の一方の電極は、振動子７の一部により構成されており、振動子７と一体的に変位する可動電極である。コンデンサＣs1〜Ｃs4の各可動電極には、接続部４を介して回路チップ３から搬送波信号Ｖｓが与えられる。

コンデンサＣs1〜Ｃs4の他方の電極は固定電極（駆動電極に相当）であり、端子Ｐ1s〜Ｐ4sに接続されている。端子Ｐ1s、Ｐ4sには、接続ラインＬ１、Ｌ４を介して回路チップ３から駆動信号Ｖsv+が与えられる。端子Ｐ2s、Ｐ3sには、接続ラインＬ２、Ｌ３を介して回路チップ３から駆動信号Ｖsv-が与えられる。センサ部５の基板電位ＶSUBとして、回路チップ３から接続ラインＬ５および端子Ｐ5sを介して電圧Ｖｒが与えられる。コンデンサＣs1〜Ｃs4の各固定電極と基板電位ＶSUBとの間には、寄生容量Ｃp1〜Ｃp4が形成されている。

出力部１１は、振動子６のＹ軸方向への変位に応じて静電容量が相補的に変化する一対のコンデンサＣd1、Ｃd2と、振動子７のＹ軸方向への変位に応じて静電容量が相補的に変化する一対のコンデンサＣd3、Ｃd4とを備えている。コンデンサＣd1、Ｃd2の一方の電極は、振動子６の一部により構成されており、振動子６と一体的に変位する可動電極である。コンデンサＣd3、Ｃd4の一方の電極は、振動子７の一部により構成されており、振動子７と一体的に変位する可動電極である。コンデンサＣd1〜Ｃd4の各可動電極には、接続部４を介して回路チップ３から搬送波信号Ｖｓが与えられる。コンデンサＣd1〜Ｃd4の他方の電極は固定電極である。コンデンサＣd1、Ｃd4の固定電極は端子Ｐ6sに接続されており、コンデンサＣd2、Ｃd3の固定電極は端子Ｐ6sに接続されている。なお、図１では、固定電極と端子との間を接続する部分の図示をいずれも省略している。

このように構成されたセンサ部５では、回路チップ３から与えられる振動信号Ｖv1〜Ｖv4を適宜制御することにより、可動部８の振動子６、７がＸ軸方向に沿って定常的に振動する。そして、振動子６、７がＸ軸方向に振動した状態で、Ｚ軸を中心とした回転がセンサ部５に加わると、可動部８には、この回転の角速度の大きさに応じたコリオリ力が作用して、Ｙ軸方向に沿った振動が発生する。このとき、Ｙ軸方向の振動状態は、出力部１１のコンデンサＣd1〜Ｃd4の静電容量の変化（検出信号に相当）となって現れる。具体的には、コンデンサＣd1、Ｃd4の電極間隔が狭くなり、その静電容量が増加するとともに、コンデンサＣd2、Ｃd3の電極間隔が広くなり、その静電容量が減少する。

回路チップ３には、検出部１２が形成されている。検出部１２は、センサ部５を駆動して、外部からセンサ部５に加わった角速度を検出するものである。検出部１２は、変調信号生成部１３、振動信号生成部１４（振動信号供給手段に相当）、制御回路１５、切替回路１６、１７、出力回路１８（角速度検出手段に相当）および断線検出回路１９を備えている。

変調信号生成部１３は、搬送波信号Ｖｓを生成する。変調信号生成部１３により生成される搬送波信号Ｖｓは、接続部４の図示しない接続ラインを介してセンサチップ２に供給される。振動信号生成部１４は、振動信号Ｖv1〜Ｖv4を生成する。振動信号生成部１４により生成される振動信号Ｖv1〜Ｖv4は、接続部４の図示しない接続ラインを介してセンサチップ２の振動部９に供給される。振動部９のコンデンサＣv1〜Ｃv4は、固定電極に振動信号Ｖv1〜Ｖv4が供給されることにより、振動子６、７をＸ軸方向に変位させる静電気力を発生する。図示しないが、振動信号生成部１４には、センサチップ２より振動子６、７のＸ軸方向への振動成分を表すＸ軸振動信号が与えられている。振動信号生成部１４は、このＸ軸振動信号に基づいて、振動子６、７が所定の振幅および周波数でＸ軸方向に振動するように振動信号Ｖv1〜Ｖv4の生成をフィードバック制御する。

制御回路１５は、角速度を検出するためのＣ／Ｖ変換部２０および復調／同期検波部２１（第２軸振動抽出手段に相当）と、振動子６、７のＹ軸方向の振動を抑制するためのサーボドライブ部２２（第２軸振動抑制手段および駆動信号供給手段に相当）とを備えている。Ｃ／Ｖ変換部２０は、全差動形式の演算増幅器ＯＰ１を主体として構成されており、その各入力端子は、端子Ｐ6c、Ｐ7cに接続されている。Ｃ／Ｖ変換部２０は、出力部１１のコンデンサＣd1〜Ｃd4の静電容量を電圧に変換して出力する。Ｃ／Ｖ変換部２０の出力信号は、搬送波信号ＶｓをコンデンサＣd1〜Ｃd4の静電容量の変化に応じて振幅変調したものとなっている。

復調／同期検波部２１は、全差動形式の演算増幅器ＯＰ２を主体として構成されており、Ｃ／Ｖ変換部２０の出力信号を復調するとともに同期検波することで、振動子６、７のＹ軸方向の振動成分を表すＹ軸振動信号（第２軸振動信号に相当）を出力する。このＹ軸振動信号は、サーボドライブ部２２および出力回路１８に与えられている。サーボドライブ部２２は、全差動形式の演算増幅器ＯＰ３を主体として構成されている。サーボドライブ部２２は、Ｙ軸振動信号を所定のゲインで増幅して、振動子６、７のＹ軸方向の振動を打ち消すための駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-を出力する。この駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-は、切替回路１６、接続部４などを介して振動補正部１０のコンデンサＣs1〜Ｃs4の固定電極に与えられる。

出力回路１８は、シングルエンド形式の演算増幅器ＯＰ４を主体として構成されており、復調／同期検波部２１から出力されるＹ軸振動信号などに基づいて、振動子６、７のＹ軸方向の振動の大きさ（振幅）、つまりＺ軸回りの角速度を表す出力信号ＳYAWを出力する。出力信号ＳYAWは、端子Ｐ8cを介して回路チップ３の外部に出力される。

切替回路１６、１７は、それぞれスイッチＳ１〜Ｓ４、スイッチＳ５〜Ｓ８を備えている。スイッチＳ１、Ｓ２の一方の端子は共通に接続されるとともにサーボドライブ部２２の非反転出力端子に接続されている。スイッチＳ３、４の一方の端子は共通に接続されるとともにサーボドライブ部２２の反転出力端子に接続されている。スイッチＳ１の他方の端子は、端子Ｐ1cに接続されるとともにスイッチＳ５の一方の端子に接続されている。スイッチＳ２の他方の端子は、端子Ｐ4cに接続されるとともにスイッチＳ６の一方の端子に接続されている。スイッチＳ３の他方の端子は、端子Ｐ2cに接続されるとともにスイッチＳ７の一方の端子に接続されている。スイッチＳ４の他方の端子は、端子Ｐ3cに接続されるとともにスイッチＳ８の一方の端子に接続されている。スイッチＳ５〜Ｓ８の他方の端子は共通に接続されている。これらスイッチＳ１〜Ｓ８のオン、オフは、図示しない制御回路によって制御される。

断線検出回路１９は、接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４（駆動信号伝達線に相当）の断線（オープン状態になる故障）を検出するものであり、Ｃ／Ｖ変換回路２３、コンパレータ２４および判定ロジック２５（判定手段に相当）を備えている。Ｃ／Ｖ変換回路２３は、シングルエンド形式の演算増幅器ＯＰ５、基準電圧源２６、積分コンデンサＣｆおよびスイッチＳ９を備えている。演算増幅器ＯＰ５の反転入力端子は、スイッチＳ５〜Ｓ８の共通に接続された他方の端子に接続されている。演算増幅器ＯＰ５の非反転入力端子には、基準電圧源２６の出力電圧Ｖｒ（例えば＋２．５Ｖ）が与えられている。演算増幅器ＯＰ５の反転入力端子と出力端子との間には、積分コンデンサＣｆおよびスイッチＳ９が互いに並列に接続されている。演算増幅器ＯＰ５の出力電圧Ｖcvは、例えば＋２．５Ｖ〜＋５．０Ｖの範囲の電圧値であり、コンパレータ２４に与えられている。

コンパレータ２４は、入力される電圧Ｖcvを所定の基準電圧と比較し、その結果を示す電圧Ｖcmpを出力する。すなわち、コンパレータ２４は、電圧Ｖcvを自身の電源電圧に応じた電圧値にレベルシフトして出力する。コンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpは、例えば０Ｖ〜＋５．０Ｖの範囲の電圧値であり、判定ロジック２５に与えられている。判定ロジック２５は、詳細は後述するが、コンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpに基づいて接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４が断線しているか否かを判定する。判定ロジック２５は、端子9cを介して、接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線判定結果に応じて電圧レベルが変化する判定信号Ｓｄを外部に出力する。この判定信号Ｓｄは、接続ラインＬ１〜Ｌ４に断線が生じていない場合にはＬレベル（例えば０Ｖ）となり、接続ラインＬ１〜Ｌ４の少なくともいずれか一つが断線している場合にはＨレベル（例えば＋５Ｖ）となる。ただし、システムでの使用方法によっては、接続ラインＬ１〜Ｌ４に断線が生じていない場合にはＨレベル（例えば＋５Ｖ）となり、接続ラインＬ１〜Ｌ４の少なくともいずれか一つが断線している場合にはＬレベル（例えば０Ｖ）としてもよい。

上記スイッチＳ１〜Ｓ９は、アナログスイッチにより構成されている。このうち、スイッチＳ１〜Ｓ４は、センサ部５の振動補正部１０を十分に駆動可能なサイズであればよい。また、スイッチＳ１〜Ｓ４は、通常動作時に常時オンとなるため、オン抵抗を極力低減することが望ましい。スイッチＳ５〜Ｓ８は、搬送波信号ＶｓをコンデンサＣｓ１〜Ｃｓ４を介して入力するため、搬送波信号Ｖｓの周波数成分が減衰しないようなサイズであればよい。スイッチＳ９は、搬送波信号Ｖｓの周期の１／２の周期の時間に積分コンデンサＣｆに蓄えられた電荷をリセット可能なサイズに設定すればよい。積分コンデンサＣｆの静電容量は、コンデンサＣs1〜Ｃs4の出来栄え（静電容量）が最も小さい場合であっても、Ｃ／Ｖ変換回路２３の出力電圧Ｖcvがコンパレータ２４のしきい値（基準電圧）を超えるような値に設定すればよい。コンパレータ２４は、搬送波信号Ｖｓの周波数に対して十分な応答速度が得られるような仕様であればよい。

次に、上記構成の作用について図２および図３も参照して説明する。
上記構成の角速度検出装置１では、角速度を検出する通常動作が行われる場合、振動信号生成部１４により生成された振動信号Ｖv1〜Ｖv4が振動部９に供給される。これによって、コンデンサＣv1〜Ｃv4が振動子６、７をＸ軸方向に変位させる静電気力を発生し、振動子６、７が所定の振幅および周波数でＸ軸方向に振動する。なお、通常動作時には、断線検出回路１９は非動作状態とされる。また、この通常動作時には、切替回路１６のスイッチＳ１〜Ｓ４は全てオンされ、切替回路１７のスイッチＳ５〜Ｓ８は全てオフされる。これにより、制御回路１５から出力される駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-は、接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４などを介してセンサチップ２の振動補正部１０に供給され、コンデンサＣs1〜Ｃs4の固定電極に印加される。また、制御回路１５は、振動子６、７がＸ軸方向に振動した状態における出力部１１のコンデンサＣd1〜Ｃd4の静電容量の変化に基づいて、振動子６、７のＹ軸方向の振動成分を表すＹ軸振動信号を出力する。出力回路１８は、このＹ軸振動信号に基づいて、Ｚ軸を中心とした回転の角速度を表す出力信号ＳYAWを出力する。

また、制御回路１５は、Ｙ軸振動信号に基づいて振動子６、７のＹ軸方向の振動を抑制するように、出力する駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-の電圧レベルをフィードバック制御する（サーボ制御）。すなわち、制御回路１５は、振動子６、７のＹ軸方向の振動を抑制するような静電気力が、振動補正部１０のコンデンサＣs1〜Ｃs4に発生するように駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-の電圧レベルを制御する。理想的には、振動子６、７のＹ軸方向への振動がゼロになるように制御する。このとき、制御回路１５の復調／同期検波部２１は、振動子６、７のＹ軸方向の振動成分を表すＹ軸振動信号を出力しているので、実際には振動子６、７はＹ軸方向に振動していないにもかかわらず、出力回路１８がＺ軸回りの角速度の大きさを表す出力信号ＳYAWを出力することが可能となる。

このような制御により、振動子６、７をＸ軸方向に定常的に振動させるとともに、Ｚ軸回りに角速度が与えられたときにコリオリ力によって生じる振動子６、７のＹ軸方向への振動成分を抽出し、抽出したＹ軸方向への振動成分に基づいてＺ軸回りの角速度を検出する。また、上記サーボ制御を行うことにより、振動子６、７の製造時の加工ばらつきなどに起因するいわゆる斜め振動の発生を抑え、振動子６、７を純粋にＸ軸方向に振動させることを可能にしている。

角速度検出装置１は、上記した振動子６、７の斜め振動を抑制するため、サーボ制御が行われている場合には、以下のように接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を検出する（第１の断線検出動作）。例えば接続ラインＬ１が断線した場合、駆動信号Ｖsv+が振動補正部１０のコンデンサＣs1の固定電極に印加されないため、振動子６、７は斜め振動してしまう。このため、制御回路１５は、この斜め振動を抑制すべく、駆動信号Ｖsv+の電圧レベルを変化させる（この場合には高めるように変化させる）。しかしながら、接続ラインＬ１が断線しているため、駆動信号Ｖsv+の電圧レベルを変化させても斜め振動は収まらない。このため、駆動信号Ｖsv+の電圧レベルは、通常印加する電圧レベルの範囲外の値となる。本実施形態では、この電圧レベルの異常な変化により断線を検出する。例えば、駆動信号Ｖsv+の場合には４．８Ｖ以上になると異常であると判断し、駆動信号Ｖsv-の場合には０．２Ｖ以下になると異常であると判断する。

上記した第１の断線検出動作では、以下の場合には断線を検出することができない。すなわち、振動子６、７の出来栄えが理想的である場合、振動子６、７は角速度が与えられていない状態で純粋にＸ軸方向に振動するために斜め振動が生じない。従って、振動補正部１０に駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-を供給する必要がない。このため、たとえ接続ラインＬ１〜Ｌ４が断線したとしても、駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-の異常な変化が生じることがなく、第１の断線検出動作では断線を検出することができない。

そこで、本実施形態の角速度検出装置１は、以下のような第２の断線検出動作も実行するようになっている。図２は、第２の断線検出動作に関する各信号の波形を概略的に示している。第２の断線検出動作は、センサチップ２の外部に設けられる上位の制御装置（図示せず）から図示しない端子を介して与えられる断線検出開始信号CHECK（図２（ａ）参照）が、Ｌレベル（例えば０Ｖ）からＨレベル（例えば＋５Ｖ）に転じた後、回路チップ３内部のメインクロック（内部基準クロック）MCK（図（ｂ）参照）の最初の立ち上がりをトリガとして開始される（図２の時刻ｔ１）。その後、メインクロックMCKの次の立ち上がり時点（時刻ｔ２）において、内部断線検出開始信号PRI＿SVがＬレベルからＨレベルに転じる。内部断線検出開始信号PRI＿SVがＨレベルに転じた後、メインクロックMCKの最初の立ち上がり時点（時刻ｔ３）において、切替回路１６のスイッチＳ１〜Ｓ４が全てオフされるとともに、切替回路１７のスイッチＳ５のみがオンされる。その後、メインクロックMCKの次の立ち上がり時点（時刻ｔ４）までの期間において接続ラインＬ１の断線の有無を確認する断線確認動作が実行される。

図３は、上記断線確認動作時の各部の波形を表しており、（ａ）はメインクロックMCKを示し、（ｂ）は搬送波信号Ｖｓを示し、（ｃ）は電圧Ｖcvを示し、（ｄ）は電圧Ｖcmpを示している。例えば、接続ラインＬ１の断線の有無を確認する場合、Ｃ／Ｖ変換回路２３は、接続ラインＬ１、スイッチＳ５などを介して、コンデンサＣs1の静電容量を電圧に変換して出力する。Ｃ／Ｖ変換回路２３のスイッチＳ９のオン、オフは、コンデンサＣs1の可動電極に印加される搬送波信号Ｖｓに同期して行われる。従って、理想的には、Ｃ／Ｖ変換回路２３の出力電圧Ｖcvは、コンデンサＣs1の静電容量と積分コンデンサＣｆの静電容量との比に応じた矩形波信号となる。

このため、接続ラインＬ１が断線していない正常な状態であれば、図３の左側（正常時）に示すように、Ｃ／Ｖ変換回路２３の出力電圧Ｖcvは搬送波信号Ｖｓと同様の周波数を持つ矩形波信号となる。また、出力電圧Ｖcvをレベルシフトしたコンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpも同様の矩形波信号となる。本実施形態では、矩形波信号の周波数は、例えばメインクロックMCKの周波数の３２倍となっている。

一方、接続ラインＬ１が断線している状態では、Ｃ／Ｖ変換回路２３は、コンデンサＣs1の静電容量を入力することができない。このため、図３の右側（断線時）に示すように、Ｃ／Ｖ変換回路２３の出力電圧Ｖcvは一定値（例えば＋２．５Ｖ）となる。また、コンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpも同様に一定値（例えば０Ｖ）となる。そして、判定ロジック２５は、コンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpのパルス数（立ち上がりの回数または立ち下がりの回数）をカウントする。判定ロジック２５は、出力電圧Ｖcmpのパルス数が１６パルス（所定のしきい値）以上の場合には該当する接続ラインＬ１が断線していないと判断し、１６パルス未満の場合には該当する接続ラインＬ１が断線していると判断する。なお、この判断に用いるパル数は、上記した断線に伴う出力電圧Ｖcmp（Ｖcv）の変化を検出することができる値であれば適宜変更可能である。

さて、時刻ｔ３〜ｔ４の期間に実行された断線確認動作において断線が確認された場合、時刻ｔ４の時点で判定ロジック２５から出力される判定信号ＳｄがＬレベルからＨレベルに転じる。一方、断線が確認されなかった場合、判定信号ＳｄはＬレベルのまま変化しない。また、この時刻ｔ４の時点において、切替回路１７のスイッチＳ５がオフされるとともにスイッチＳ６がオンされる。その後、メインクロックMCKの次の立ち上がり時点（時刻ｔ５）までの期間において接続ラインＬ４の断線の有無を確認する断線確認動作が実行される。この断線確認動作において断線が確認された場合、判定信号ＳｄがＬレベルであれば時刻ｔ５の時点で判定信号ＳｄがＨレベルに展示、判定信号ＳｄがＨレベルであればその状態が維持される。一方、断線が確認されなかった場合、判定信号Ｓｄのその時点での状態が維持される。すなわち、判定信号ＳｄがＬレベルであればＬレベルが維持され、ＨレベルであればＨレベルが維持される。

その後も、上記した接続ラインＬ１、Ｌ４の断線確認動作と同様に、接続ラインＬ２、Ｌ３の断線確認動作が実行される（時刻ｔ５〜ｔ７）。このような動作により、接続ラインＬ１〜Ｌ４のうち、少なくとも一つの接続ラインの断線が確認されると、判定ロジック２５から出力される判定信号ＳｄがＨレベルとなる。判定信号Ｓｄを受ける外部の制御機器（図示せず）は、この判定信号Ｓｄのレベル変化に基づいて、接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を検出することが可能となる。なお、図２の（ｄ）〜（ｇ）は、それぞれスイッチＳ５〜Ｓ８のオン、オフ状態を示している。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
角速度検出装置１は、サーボ制御を行うための駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-を回路チップ３側からセンサチップ２側に伝達するための接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を検出する第１および第２の断線検出動作を実行可能に構成されている。そして、第２の断線検出動作において、Ｃ／Ｖ変換回路２３は、搬送波信号Ｖｓを用いてコンデンサＣs1〜Ｃs4の静電容量を変換した電圧Ｖcvを出力し、判定ロジック２５がこの電圧Ｖcvに基づいて断線の判定を行う。このため、振動子６、７が理想的な状態であり、いわゆる斜め振動が発生しない状態であっても、接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線の有無を判定することができる。

なお、振動子６、７の出来栄えが理想的な場合にはサーボ制御による静電気力（外力）を加える必要がないため、駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-を伝達するための接続ラインＬ１〜Ｌ４が断線しても問題がないように思える。しかし、角速度検出装置１は、サーボ制御において抽出される振動子６、７のＹ軸方向への振動成分を表すＹ軸振動信号に基づいて角速度を検出するようになっている。このため、駆動信号Ｖsv+、Ｖsv-を伝達する接続ラインＬ１〜Ｌ４が断線したにもかかわらず、これを検出できない場合、角速度が与えられたとしてもセンサ出力を得ることができない。従って、振動子６、７の出来栄えが理想的な場合であっても、接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を検出することは重要となる。

角速度検出装置１において、センサチップ２および回路チップ３は、接続部４が備える複数の接続ラインによりフリップチップ接続されている。このため、接続部４の状態を外部から視認することが難しい状態となっている。本実施形態によれば、このような場合であっても、上記した断線検出動作により、接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を判定することができる。

断線検出回路１９は、Ｃ／Ｖ変換回路２３の出力電圧Ｖcv（＋２．５Ｖ〜＋５Ｖ）をレベル変換した電圧Ｖcmp（０Ｖ〜＋５Ｖ）を出力するコンパレータ２４を備えている。そして、判定ロジック２５は、この電圧Ｖcmpに基づいて断線を判定するようになっている。このような構成によれば、振動補正部１０のコンデンサＣs1〜Ｃs4の静電容量が微小であっても、判定ロジック２５が断線の判定を行うための電圧Ｖcmpの電圧レベルを調整して高めるとともに波形整形することが可能となり、判定ロジック２５による断線判定の精度を十分に高めることができる。

判定ロジック２５は、電圧Ｖcmp（ひいては電圧Ｖcv）のパルス数をカウントし、そのカウント値が１６未満である場合には検出対象の接続ラインが断線していると判定し、カウント値が１６以上である場合には断線していないと判定する。このように、判定ロジック２５は、検出対象の接続ラインが断線しているか否かをパルスのカウント値に基づいて定量的に判定するので、断線の判定精度を一層向上することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。
図４は、第１の実施形態における図１相当図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図４に示す角速度検出装置３１は、図１に示した角速度検出装置１に対し、回路チップ３側に新たに検査回路３２を設けた点が異なっている。

検査回路３２は、コンデンサＣ３１およびスイッチＳ３１、Ｓ３２を備えている。コンデンサＣ３１の一方の端子は、Ｃ／Ｖ変換回路２３の演算増幅器ＯＰ５の反転入力端子に接続されている。コンデンサＣ３１の他方の端子は、スイッチＳ３１、Ｓ３２の一方の端子に共通に接続されている。スイッチＳ３１の他方の端子は、回路チップ３の端子Ｐ10cに接続されている。スイッチＳ３２の他方の端子はグランド電位（０Ｖ）を持つグランド端子に接続されている。

角速度検出装置３１を通常に使用する際、スイッチＳ３１は常時オフし、スイッチＳ３２は常時オンした状態とされる。これにより、検査回路３２は、検出部１２の回路動作に何ら影響を及ぼすことがなくなる。このため、本実施形態の角速度検出装置３１は、第１の実施形態の角速度検出装置１と同様の動作を行うことができる。

さらに、本実施形態の角速度検出装置３１は、例えば、その製造段階において、断線検出回路１９が正常に動作可能であるか否かを検査する機能を有している。すなわち、センサチップ２と回路チップ３とを接続部４を介して接続する前の段階において、検査回路３２のスイッチＳ３１をオンするとともにスイッチＳ３２をオフする。そして、回路チップ３の端子Ｐ10cを介して搬送波信号Ｖｓと同様の搬送波信号（検査信号に相当）を入力する。これにより、Ｃ／Ｖ変換回路２３には、接続ラインＬ１〜Ｌ４が正常な場合における断線検出動作時と同様の入力が与えられることになる。従って、コンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpは搬送波信号Ｖｓと同様の矩形波信号となる。そして、判定ロジック２５は、電圧Ｖcmpのパルス数が所定のしきい値（１６）以上であると判断し、判定信号ＳｄをＬレベルのままとする。このようなことから、判定信号ＳｄがＬレベルであれば、断線検出回路１９が正常に動作可能であると判定することが可能となる。

このように本実施形態の角速度検出装置３１は、センサチップ２と回路チップ３とを接続部４によって電気的に接続する前の段階（ウエハ状態）において、断線検出回路１９が正常に機能するか否かのチェックを行うことが可能となる。これにより、断線検出回路１９の製造段階における不具合により接続ラインＬ１〜Ｌ４の断線を検出できないという事態の発生を未然に防ぐことができる。

なお、センサチップ２と回路チップ３とを接続部４によって電気的に接続する前の段階（ウエハ状態）において、接続ラインＬ１〜Ｌ４の先に検査のためのコンデンサＣs1〜Ｃs4に相当する容量を外付けしても検査は可能である。しかしながら、回路チップ２上に半導体工程で作製したほうが微小な容量を高精度に形成できるため、精度の高い機能検査の実現が可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
判定ロジック２５は、電圧Ｖcmpの電圧値に基づいて断線の判定を行ってもよい。すなわち、電圧Ｖcmpが所定値未満であれば断線していると判定し、所定値以上であれば断線していないと判定すればよい。この場合、コンパレータ２４の出力電圧Ｖcmpをローパスフィルタなどにより平滑化し、その平滑化した出力電圧の電圧値に基づいて断線の判定を行うとよい。
判定ロジック２５による断線検出の判定精度に問題がなければ、コンパレータ２４は設けなくてもよい。その場合、判定ロジック２５は、Ｃ／Ｖ変換回路２３の出力電圧Ｖcvに基づいて断線を判定すればよい。

判定ロジック２５は、接続ラインＬ１〜Ｌ４のうち、どの線が断線したのかを表す断線情報を記憶可能に構成してもよい。また、その場合、判定ロジック２５は、その記憶した断線情報を外部に出力可能に構成してもよい。
第１の断線検出動作は必要に応じて実行すればよい。
接続部４の接続ラインＬ１〜Ｌ４は、ワイヤであってもよい。すなわち、センサチップ２と回路チップ３とをワイヤボンディング接続する構成であってもよい。

図面中、１、３１は角速度検出装置、２はセンサチップ（第１半導体チップ）、３は回路チップ（第２半導体チップ）、４は接続手段、５はセンサ部、８は可動部、９は振動部（振動手段）、１０は振動補正部（振動補正手段）、１１は出力部、１２は検出部、１４は振動信号生成部（振動信号供給手段）、１８は出力回路（角速度検出手段）、２１は復調／同期検波部（第２軸振動抽出手段）、２２はサーボドライブ部（第２軸振動抑制手段、駆動信号供給手段）、２３はＣ／Ｖ変換回路、２４はコンパレータ、２５は判定ロジック（判定手段）、３２は検査回路、Ｌ１〜Ｌ４は接続ライン（駆動信号伝達線）を示す。

Claims (6)

1. 互いに直交する第１軸および第２軸の方向に変位可能な可動部を備えたセンサ部と、前記センサ部を駆動して前記第１軸および前記第２軸のそれぞれに直交する第３軸を中心とした回転の角速度を検出する検出部と、前記センサ部および前記検出部を電気的に接続する接続手段とを備えた角速度検出装置であって、
   前記センサ部は、前記検出部から与えられる振動信号に基づいて前記可動部を前記第１軸方向に振動する振動手段と、前記検出部から与えられる駆動信号に基づいて前記可動部を前記第２軸方向に変位する振動補正手段と、前記可動部の前記第２軸方向の振動に応じた検出信号を出力する出力部とを備え、
   前記振動補正手段は、前記可動部に設けられ搬送波信号が印加された可動電極と、前記駆動信号が印加されることにより前記可動電極との間に前記可動部を前記第２軸方向に変位させる静電気力を発生する駆動電極とを備え、
   前記接続手段は、前記駆動信号を伝達する駆動信号伝達線を備え、
   前記検出部は、前記振動手段に前記振動信号を供給する振動信号供給手段と、前記振動補正手段に前記駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、前記可動部が前記第１軸方向に振動した状態で前記出力部から出力される検出信号に基づいて前記可動部の前記第２軸方向の振動成分を表す第２軸振動信号を出力する第２軸振動抽出手段と、前記第２軸振動信号に基づいて前記角速度を検出する角速度検出手段と、前記第２軸振動信号に基づいて前記可動部の前記第２軸方向の振動を抑制するように前記駆動信号供給手段を制御する第２軸振動抑制手段と、前記駆動信号の供給を停止した状態で前記駆動信号伝達線を介して前記可動電極と駆動電極との間の静電容量を入力して電圧に変換するＣ／Ｖ変換回路と、前記Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて前記接続手段の前記駆動信号伝達線が断線しているか否かを判定する判定手段とを備えていることを特徴とする角速度検出装置。
2. 前記センサ部は、第１半導体チップ上に形成され、
   前記検出部は、第２半導体チップ上に形成され、
   前記接続手段は、前記第１半導体チップおよび前記第２半導体チップをフリップチップ接続するものであることを特徴とする請求項１に記載の角速度検出装置。
3. 前記検出部は、前記Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧と所定の基準電圧とを比較するコンパレータを備え、
   前記判定手段は、前記コンパレータの出力電圧に基づいて前記駆動信号伝達線の断線を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の角速度検出装置。
4. 前記判定手段は、前記Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧の立ち上がりエッジの数または立ち下りエッジの数をカウントし、前記カウント値が所定のしきい値未満である場合に前記駆動信号伝達線が断線していると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の角速度検出装置。
5. 前記接続手段は、前記駆動信号伝達線を複数備え、
   前記判定手段は、前記複数の駆動信号伝達線のうち、どの駆動信号伝達線が断線したかを表す断線情報を記憶可能に構成されるとともに、その記憶した断線情報を外部に出力可能に構成されてい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角速度検出装置。
6. 前記検出部は、前記Ｃ／Ｖ変換回路に対して前記静電容量の変化に相当する検査信号を入力する検査回路を備え、
   前記判定手段は、前記接続手段を介して前記センサ部および前記検出部を電気的に接続しない状態であり且つ前記検査回路が動作した状態で、前記Ｃ／Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて前記駆動信号伝達線の断線を判定するための各機能が正常に動作可能か否かを判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の角速度検出装置。

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