JP2012173196A - Detection circuit, and physical quantity measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出回路、物理量測定装置等に関する。 The present invention relates to a detection circuit, a physical quantity measurement device, and the like.
角速度等の物理量を測定する装置におけるセンサー回路は、搭載される機器の小型化・軽量化に伴ってサイズの縮小化が求められている。一方でセンサー回路は、小さくても高い感度であることが求められている。 A sensor circuit in an apparatus for measuring a physical quantity such as an angular velocity is required to be reduced in size as the equipment to be mounted is reduced in size and weight. On the other hand, the sensor circuit is required to have high sensitivity even if it is small.
特許文献1の発明では、振動ジャイロの種類等により高い感度が得られる位相差が異なる場合でも、移相回路で調整したタイミング信号を生成することで、検出の感度を高めることを可能にする。 In the invention of Patent Document 1, even when the phase difference at which high sensitivity is obtained differs depending on the type of vibration gyro and the like, it is possible to increase the detection sensitivity by generating the timing signal adjusted by the phase shift circuit.
ここで、センサー回路は、例えば車両や電子機器等に搭載され、推測航法(DR)ナビゲーションや手振れ補正といった用途に用いられている。例えば、DRと手振れ補正とでは要求される感度等が大きく違うが、異なる用途であっても使用可能なセンサー回路が求められている。しかし、特許文献1の発明では、このように使用用途が異なる場合は検出の感度を調整しきれない。 Here, the sensor circuit is mounted on, for example, a vehicle or an electronic device, and is used for applications such as dead reckoning (DR) navigation and camera shake correction. For example, there is a need for a sensor circuit that can be used even in different applications, although the required sensitivity and the like are greatly different between DR and camera shake correction. However, in the invention of Patent Document 1, the sensitivity of detection cannot be adjusted when the usage is different.
例えば、互いに異なるゲインが設定された2つのLPF(ローパスフィルター)から検出感度の異なる信号を出力するセンサー回路は、このような要求を満たす。このとき、2つのLPFをRC回路で構成すると、製造ばらつきによって特性が変動しやすい。そこで、スイッチトキャパシタ回路で構成すると、製造ばらつきによる特性変動は抑えられる。しかし、このときスイッチトキャパシタ回路が全体に占める面積が大きくなり、センサー回路の小型化の要求を満たせなくなる。さらに、感度に応じたゲイン配分の最適化ができないため、高感度時のノイズ特性が悪化する。 For example, a sensor circuit that outputs signals having different detection sensitivities from two LPFs (low-pass filters) set with different gains satisfies such a requirement. At this time, if the two LPFs are configured by RC circuits, the characteristics are likely to vary due to manufacturing variations. Therefore, if a switched capacitor circuit is used, characteristic fluctuations due to manufacturing variations can be suppressed. However, at this time, the area occupied by the switched capacitor circuit increases, and the demand for downsizing the sensor circuit cannot be satisfied. Furthermore, since the gain distribution according to the sensitivity cannot be optimized, the noise characteristic at the time of high sensitivity is deteriorated.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、レイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲の切り換えを低ノイズで実現可能な検出回路を提供できる。 The present invention has been made in view of such problems. According to some embodiments of the present invention, it is possible to provide a detection circuit capable of switching detection sensitivity and detection range with low noise without increasing layout area and power consumption.
(1)本発明は、センサー素子からの差動入力信号に基づいて前記センサー素子に印加される物理量を検出する検出回路であって、前記差動入力信号の差分を増幅して、第1の信号として出力する差動増幅回路と、前記第1の信号に基づく信号を増幅して、第2の信号として出力する非反転増幅回路と、前記第2の信号を直流信号に変換して、前記物理量に応じた1つの信号を出力する後段回路と、を含み、前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路の少なくとも1つは、入力される選択信号に基づいて、増幅率を変化させる。 (1) The present invention is a detection circuit that detects a physical quantity applied to the sensor element based on a differential input signal from the sensor element, and amplifies the difference between the differential input signals, A differential amplifier circuit that outputs a signal, a non-inverting amplifier circuit that amplifies a signal based on the first signal and outputs the second signal, converts the second signal into a DC signal, and A post-stage circuit that outputs one signal corresponding to a physical quantity, and at least one of the differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit changes an amplification factor based on an input selection signal.
(2)この検出回路において、前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路は、1つの前記選択信号に基づいて、連動して増幅率を変化させてもよい。 (2) In this detection circuit, the differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit may change the amplification factor in conjunction with each other based on one selection signal.
これらの発明によれば、出力端子・出力回路を複数用意することなく、差動増幅回路および非反転増幅回路の少なくとも1つの増幅率を、入力される選択信号に基づいて変化させる。これにより、レイアウト面積、消費電力を増大させずに、用途に応じた感度・検出範囲設定を実現できる。 According to these inventions, at least one amplification factor of the differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit is changed based on the input selection signal without preparing a plurality of output terminals / output circuits. Thereby, it is possible to realize sensitivity / detection range setting according to the application without increasing the layout area and power consumption.
このとき、差動増幅回路および非反転増幅回路は、1つの選択信号に基づいて、連動して増幅率を変化させてもよい。1つの選択信号で2つの回路の増幅率の切り換えが可能であるため制御が容易になるとともに、端子数を大幅に増大させることがない。 At this time, the differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit may change the amplification factor in conjunction with each other based on one selection signal. Since the amplification factors of the two circuits can be switched with one selection signal, the control becomes easy and the number of terminals is not greatly increased.
(3)この検出回路において、前記差動増幅回路は、入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変えてもよい。 (3) In this detection circuit, the differential amplifier circuit changes a resistance value of an input resistor, a feedback resistor, and a resistor provided between the non-inverting input terminal and the ground potential based on the selection signal. Thus, the amplification factor may be changed.
(4)この検出回路において、前記差動増幅回路は、入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成してもよい。 (4) In this detection circuit, the differential amplifier circuit may include an input resistor, a feedback resistor, and a resistor provided between the non-inverting input terminal and the ground potential as a circuit combining unit resistors. Good.
これらの発明によれば、差動増幅回路は、反転入力端子側および非反転入力端子側の入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を変化させることで増幅率を変えることができる。このとき、選択信号の例えばレベル(低電位側である‘0’または高電位側である‘1’)に応じて増幅率が変化してもよい。 According to these inventions, the differential amplifier circuit has the input resistance on the inverting input terminal side and the non-inverting input terminal side, the feedback resistance, and the resistance value of the resistor provided between the non-inverting input terminal and the ground potential. By changing it, the amplification factor can be changed. At this time, the amplification factor may change in accordance with, for example, the level (“0” on the low potential side or “1” on the high potential side) of the selection signal.
ここで、前記の抵抗は1つの抵抗値をもつ単位抵抗を組み合わせた回路で構成されていてもよい。例えば、単位抵抗が1つのセル、あるいはマクロである場合には、製造ばらつきの影響を抑えて、所望の増幅率を得ることができる。 Here, the resistor may be configured by a circuit in which unit resistors having one resistance value are combined. For example, when the unit resistance is one cell or a macro, it is possible to obtain a desired amplification factor while suppressing the influence of manufacturing variations.
(5)この検出回路において、前記非反転増幅回路は、帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変えてもよい。 (5) In this detection circuit, the non-inverting amplifier circuit changes the resistance value of the feedback resistor and the resistor provided between the inverting input terminal and the ground potential based on the selection signal, thereby increasing the amplification factor. May be changed.
(6)この検出回路において、前記非反転増幅回路は、帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成してもよい。 (6) In this detection circuit, the non-inverting amplifier circuit may be configured by combining a feedback resistor and a resistor provided between the inverting input terminal and the ground potential with a unit resistor.
これらの発明によれば、非反転増幅回路は、帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を変化させることで増幅率を変えることができる。このとき、選択信号の例えばレベル(‘0’または‘1’)に応じて増幅率が変化してもよい。 According to these inventions, the non-inverting amplifier circuit can change the amplification factor by changing the resistance value of the feedback resistor and the resistor provided between the inverting input terminal and the ground potential. At this time, the amplification factor may change according to, for example, the level (“0” or “1”) of the selection signal.
ここで、前記の抵抗は1つの抵抗値をもつ単位抵抗を組み合わせた回路で構成されていてもよい。例えば、単位抵抗が1つのセル、あるいはマクロである場合には、製造ばらつきの影響を抑えて、所望の増幅率を得ることができる。 Here, the resistor may be configured by a circuit in which unit resistors having one resistance value are combined. For example, when the unit resistance is one cell or a macro, it is possible to obtain a desired amplification factor while suppressing the influence of manufacturing variations.
(7)この検出回路において、前記後段回路は、前記第2の信号のレベルを調整するオフセット調整回路を含み、前記オフセット調整回路は、前記選択信号に基づいて、調整幅を変化させてもよい。 (7) In this detection circuit, the post-stage circuit may include an offset adjustment circuit that adjusts a level of the second signal, and the offset adjustment circuit may change an adjustment range based on the selection signal. .
(8)この検出回路において、前記オフセット調整回路は、前記非反転増幅回路の直後に配置されてもよい。 (8) In this detection circuit, the offset adjustment circuit may be arranged immediately after the non-inverting amplifier circuit.
(9)この検出回路において、前記オフセット調整回路は、抵抗を含み、前記選択信号に基づいて前記抵抗の抵抗値を変化させることで、調整幅を変えてもよい。 (9) In this detection circuit, the offset adjustment circuit may include a resistor, and the adjustment range may be changed by changing a resistance value of the resistor based on the selection signal.
これらの発明によれば、差動増幅回路および非反転増幅回路の少なくとも1つの増幅率が変化することで生じる変動に対応して、オフセット調整回路の内部で調整が可能である。オフセット調整回路は、選択信号に基づいて調整幅を変化させるので、例えば出荷時に設定されたコード信号を変更することなく、適切なオフセット調整が可能になる。 According to these inventions, adjustment can be performed inside the offset adjustment circuit in response to a variation caused by a change in at least one amplification factor of the differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit. Since the offset adjustment circuit changes the adjustment range based on the selection signal, for example, appropriate offset adjustment can be performed without changing the code signal set at the time of shipment.
このとき、オフセット調整回路は、非反転増幅回路の直後に配置されてもよい。回路の一部を共用することで回路面積をさらに削減することが可能である。 At this time, the offset adjustment circuit may be arranged immediately after the non-inverting amplifier circuit. By sharing part of the circuit, the circuit area can be further reduced.
さらに、オフセット調整回路は、例えば可変抵抗、又は電気的接続を制御するスイッチを有する抵抗の組み合わせ回路を含んでいてもよい。そして、選択信号に基づいて、可変抵抗の抵抗値を変化させたり、抵抗の組み合わせ回路が有するスイッチのオン、オフを切り換えたりしてもよい。 Further, the offset adjustment circuit may include, for example, a variable resistor or a resistor combination circuit having a switch for controlling electrical connection. Then, based on the selection signal, the resistance value of the variable resistor may be changed, or the switch of the resistor combination circuit may be switched on and off.
(10)本発明は、前記のいずれかに記載の検出回路を含む物理量測定装置である。 (10) The present invention is a physical quantity measuring device including any of the detection circuits described above.
本発明によれば、検出回路のレイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲を切り換え可能であるため、様々な用途に使用できる小型の物理量測定装置を実現できる。 According to the present invention, since the detection sensitivity and the detection range can be switched without increasing the layout area and power consumption of the detection circuit, a small physical quantity measuring device that can be used for various purposes can be realized.
1.第1実施形態
本発明の第1実施形態について図1〜図7を参照して説明する。なお、図2は比較例の信号出力部の図であり、本実施形態の信号出力部は図6に示されている。
1. First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 is a diagram of a signal output unit of a comparative example, and the signal output unit of the present embodiment is shown in FIG.
1.1.本実施形態の検出回路の構成
図1は本実施形態の検出回路10のブロック図である。検出回路10は、センサー素子からの差動入力信号290、292を受け取る。本実施形態ではノイズ耐性のある差動入力を行うが、シングルエンド入力であってもよい。
1.1. Configuration of Detection Circuit According to this Embodiment FIG. 1 is a block diagram of a
差動入力信号290、292はセンサー素子に印加された物理量を表す信号である。検出回路10は、差動入力信号290、292に基づくアナログ信号に対して前段回路12で必要な処理を行い、同期検波回路60を含む後段回路14で直流信号に変換して必要な処理を行う。そして、物理量に応じた出力信号294を生成する。
The differential input signals 290 and 292 are signals representing physical quantities applied to the sensor elements. The
ここで、前段回路12は交流信号を扱うAC段に対応し、後段回路14は直流信号を扱うDC段に対応する。
Here, the
検出回路10の前段回路12は、チャージアンプ20−1、20−2、差動増幅回路(差動アンプ)30、ハイパスフィルター(HPF)40、非反転増幅回路(ACアンプ)50を含む。
The
検出回路10の後段回路14は、同期検波回路60、信号出力部70、オフセット調整回路90を含む。
The
選択信号210は、差動増幅回路30および非反転増幅回路50に入力されて、ゲイン(増幅率)の選択に用いられる。本実施形態では、1つの選択信号210が差動増幅回路30および非反転増幅回路50に入力されるが、異なる2つの選択信号210がそれぞれ入力されてもよい。また、選択信号210は、オフセット調整回路90に入力されて、調整幅を変化させる。調整幅とは、コード信号212が1だけ変化した場合の、オフセット信号126の変化量をいう。
The
コード信号212は、オフセット調整回路90に入力されて、オフセット信号126を定める。コード信号は、例えば3ビットのデジタル信号である。
The
チャージアンプ20−1、20−2は、それぞれ差動入力信号290、292の電荷を電圧へと変換する。チャージアンプ20−1とチャージアンプ20−2とは同一の構成である。なお、チャージアンプ20−1、20−2は省略されてもよい。 The charge amplifiers 20-1 and 20-2 convert the charges of the differential input signals 290 and 292 to voltages, respectively. The charge amplifier 20-1 and the charge amplifier 20-2 have the same configuration. The charge amplifiers 20-1 and 20-2 may be omitted.
差動増幅回路30は、チャージアンプ20−1、20−2から出力される信号110、112の両方を受け取り、これらの信号の差分を増幅して第1の信号114として出力する。後述するように、選択信号210によって差動増幅回路30のゲインが選択される。
The
ハイパスフィルター40は、第1の信号114の高周波成分を透過させて、信号116として出力する。
The
そして、非反転増幅回路50は、信号116を増幅して第2の信号118を後段回路14に出力する。なお、後述するように選択信号210によって非反転増幅回路50のゲインも選択される。
Then, the
同期検波回路60は、第2の信号118を受け取り、同期検波を行う。このとき、センサー素子に印加された物理量を正確に測るために、オフセット調整回路90からオフセット信号126が同期検波回路60に入力される。オフセット信号126はコード信号212に対応し、その調整幅は選択信号210により変化する。
The
信号出力部70は、同期検波回路60から出力される信号(直流信号)120を受け取り、例えばローパスフィルター等の平滑処理により直流電圧に変換された信号を生成したり、増幅したりする。そして、物理量に応じた出力信号294を生成する。
The
1.2.比較例の信号出力部
本実施形態の検出回路10の回路図の例を示す前に、比較例の検出回路が含む信号出力部170について図2を用いて説明する。比較例の検出回路の構成は、信号出力部170以外の部分は、本実施形態の検出回路10から選択信号210、コード信号212、オフセット調整回路90、オフセット信号126を省略したものと同じであるので、説明を省略する。
1.2. Signal Output Unit of Comparative Example Before showing an example of a circuit diagram of the
図2は比較例の信号出力部170の回路図である。比較例の信号出力部170は、図1の本実施形態の検出回路10の信号出力部70に対応する。信号出力部170は、同期検波回路から出力される信号220を受け取り、抵抗171、173とキャパシタ172、174をそれぞれ組み合わせて構成されるローパスフィルターによる処理を行う。これらのローパスフィルターは、同期検波の平滑化処理や後段の処理のプリフィルターとして機能する。
FIG. 2 is a circuit diagram of the
信号出力部170は、可変抵抗176、177とオペアンプ175で構成される可変ゲインアンプを含む。この可変ゲインアンプはデジタルゲインとして使用される。可変ゲインアンプからの出力信号は、互いに異なるゲインが設定された2つのスイッチトキャパシタフィルター178A、178Bに入力されて、これらのフィルターの出力がそれぞれ出力信号394A、394Bとなる。
The
比較例の検出回路では、例えば出力信号394A、394Bのそれぞれを、モーション用途(例えば、感度0.3mV/dps、検出範囲−2000dps〜+2000dps)、DR用途(例えば、感度2mV/dps、検出範囲−200dps〜+200dps)に割り当ててもよい。2つのスイッチトキャパシタフィルター178A、178Bを用いることで、異なる用途であっても使用可能な検出回路を実現する。
In the detection circuit of the comparative example, for example, each of the
しかし、製造ばらつきによる特性変動を抑えるために、検出回路全体に占める面積が大きいスイッチトキャパシタフィルターを2つ含むため、面積を小さくすることは困難であった。 However, it is difficult to reduce the area because two switched capacitor filters having a large area in the entire detection circuit are included in order to suppress characteristic fluctuations due to manufacturing variations.
これに対し、本実施形態の検出回路では、後述するようにスイッチトキャパシタフィルターを1つだけ用いることで、比較例の検出回路に比べて大幅に面積を小さくすることが可能である。以下に、本実施形態の検出回路の回路図の例を説明する。 On the other hand, in the detection circuit of this embodiment, the area can be significantly reduced by using only one switched capacitor filter as will be described later, compared to the detection circuit of the comparative example. Hereinafter, an example of a circuit diagram of the detection circuit of the present embodiment will be described.
1.3.本実施形態の検出回路の詳細
1.3.1.前段回路
図3〜図5は、本実施形態の検出回路の前段回路12における回路の例を示す図である。図1と同じ要素には同じ番号を付しており説明は省略する。
1.3. Details of detection circuit of this embodiment 1.3.1. Pre-Circuit Circuit FIGS. 3 to 5 are diagrams illustrating examples of circuits in the
1.3.1.1.チャージアンプ
チャージアンプ20−1、20−2は同一の構成であり、例えばオペアンプ26、抵抗(帰還抵抗)24、キャパシタ(帰還容量)22で構成されてもよい。このとき、電圧信号への変換を行うとともに、抵抗24の抵抗値とキャパシタ22の容量を適当に設定することで位相調整を行ってもよい。
1.3.1.1. Charge Amplifier The charge amplifiers 20-1 and 20-2 have the same configuration, and may be configured by an
1.3.1.2.差動増幅回路
差動増幅回路30は、例えば可変抵抗32、33、34、35とオペアンプ36で構成されてもよい。差動増幅回路30は、チャージアンプ20−1、20−2のそれぞれから信号110、112を受け取り、第1の信号114を出力する。そして、選択信号210は可変抵抗32、33、34、35の抵抗値を決定する。
1.3.1.2. Differential Amplifier Circuit The
図4は、本実施形態の差動増幅回路30の詳細を示す図である。本実施形態の可変抵抗32、33、34、35(図3参照)は、抵抗値RAである単位抵抗37A〜37F、38A〜38Fで構成されている。なお、図3と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
FIG. 4 is a diagram showing details of the
例えば、選択信号210が‘0’の場合には、SW1およびSW3がオン状態になり、SW2およびSW4はオフ状態となる。このとき、可変抵抗32の抵抗値は2RA(単位抵抗37A〜37Bが対応)であり、可変抵抗33の抵抗値も2RA(単位抵抗38A〜38Bが対応)である。そして、可変抵抗34の抵抗値は4RA(単位抵抗37C〜37Fが対応)であり、可変抵抗35の抵抗値も4RA(単位抵抗38C〜38Fが対応)である。
For example, when the
また、例えば選択信号210が‘1’の場合には、SW1およびSW3がオフ状態になり、SW2およびSW4はオン状態となる。このとき、可変抵抗32の抵抗値は4RA(単位抵抗37A〜37Dが対応)であり、可変抵抗33の抵抗値も4RA(単位抵抗38A〜38Dが対応)である。そして、可変抵抗34の抵抗値は2RA(単位抵抗37E〜37Fが対応)であり、可変抵抗35の抵抗値も2RA(単位抵抗38E〜38Fが対応)である。
For example, when the
本実施形態の差動増幅回路30のゲインKDIFは、選択信号210(以下、数式においてSELと表記する)のレベルに応じて下記の式(1)のように大きく変化する。本実施形態の検出回路は、選択信号210を用途(例えば手振れ補正)に応じて設定することで、適切なゲインKDIFを選択することができる。
The gain K DIF of the
ハイパスフィルター40は、例えばキャパシタ42と抵抗44で構成されてもよい。このとき、不要な低周波成分を取り除くとともに、キャパシタ42の容量と抵抗44の抵抗値を適当に設定することで位相調整を行ってもよい。
1.3.1.4.非反転増幅回路
非反転増幅回路50は、例えば可変抵抗54、56とオペアンプ52で構成されてもよい。非反転増幅回路50は、ハイパスフィルター40から信号116を受け取り、第2の信号118を出力する。そして、選択信号210は可変抵抗54、56の抵抗値を決定する。
1.3.1.4. Non-inverting Amplifier Circuit The
図5は、本実施形態の非反転増幅回路50の詳細を示す図である。本実施形態の可変抵抗54、56(図3参照)は、抵抗値RBである単位抵抗55A〜55Eで構成されている。なお、図3と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
FIG. 5 is a diagram showing details of the
例えば、選択信号210が‘0’の場合には、SW5がオン状態になり、SW6はオフ状態となる。このとき、可変抵抗54の抵抗値は2RB(単位抵抗55A〜55Bが対応)であり、可変抵抗56の抵抗値は3RB(単位抵抗55C〜55Eが対応)である。
For example, when the
また、例えば選択信号210が‘1’の場合には、SW5がオフ状態になり、SW6はオン状態となる。このとき、可変抵抗54の抵抗値は3RB(単位抵抗55A〜55Cが対応)であり、可変抵抗56の抵抗値は2RB(単位抵抗55D〜55Eが対応)である。
For example, when the
本実施形態の非反転増幅回路50のゲインKACは、選択信号210のレベルに応じて下記の式(2)のように変化する。本実施形態の検出回路は、選択信号210を用途(例えば手振れ補正)に応じて設定することで、適切なゲインKACを選択することができる。
Gain K AC of the
ここで、本実施形態の前段回路12の例では、1つの選択信号210によって連動してKDIFおよびKACが変化する。そのため、選択信号210の設定の違いによって、下記の式(3)に示すような大きなゲインの差が生じる。
Here, in the example of the
1.3.2.後段回路
図6〜図7は、本実施形態の検出回路の後段回路14における回路の例を示す図である。図1〜図5と同じ要素には同じ番号を付しており説明は省略する。
1.3.2. Subsequent Circuit FIGS. 6 to 7 are diagrams illustrating examples of circuits in the
図6に示すように、本実施形態の検出回路では、スイッチトキャパシタフィルター78を1つだけ用いることで、比較例(図2参照)の検出回路に比べて大幅に面積、消費電力を小さくすることが可能である。そして、本実施形態の検出回路は、ゲインKDIF、KACを選択信号210によって選択することで、要求される検出感度、検出範囲が違う用途にも対応できる。
As shown in FIG. 6, in the detection circuit of this embodiment, by using only one switched
その一方で、後段回路14でオフセット調整を行う場合には、前段回路12におけるゲインKDIF、KACを考慮して調整幅を変化させる必要が生じる。例えば、高ゲインの場合に合わせて調整のステップ幅を固定すると、低いゲインを用いた場合にはステップ幅が大きすぎて適切な調整を実行できない。本実施形態の検出回路では、オフセット調整回路90で、前段回路12におけるゲイン設定に応じた調整を行う。以下、後段回路14の各機能ブロックについて順に説明する。
On the other hand, when the offset adjustment is performed in the
1.3.2.1.同期検波回路
同期検波回路60は、第2の信号118を受け取って同期検波を行う。同期検波回路60は、例えば抵抗62、64、オペアンプ66で構成される反転増幅回路によって第2の信号118の反転信号を生成してもよい。そして、例えば排他的にオンになるスイッチ68、69によって、正転又は反転した信号を選択してもよい。スイッチ68、69の選択信号SDETは、例えば同期検波回路60の外部から与えられるパルス信号であってもよい。
1.3.2.1. Synchronous detection circuit The
本実施形態の同期検波回路60は、オフセット調整回路90からのオフセット信号126を受け取り、信号レベルの調整が行われる。このとき、同期検波回路60が含む反転増幅回路をオフセット調整に利用することで、回路面積を削減することができる。
The
1.3.2.2.オフセット調整回路
オフセット調整回路90は、センサー素子に印加された物理量を正確に測るために、信号に含まれる不要成分を除去するためのオフセット信号126を出力する。オフセット調整回路90は、入力されるコード信号212をDAC92で変換したアナログ信号を、抵抗94、96で調整してオフセット信号126として出力してもよい。このとき、抵抗96をバイパスするスイッチ98のオン、オフが選択信号210によって変化してもよい。
1.3.2.2. Offset Adjustment Circuit The offset
ここで、コード信号212は、例えば出荷時に検出回路の個体差に応じて決定される固定値であり、フラッシュメモリーなどに保存される。よって、コード信号212をDAC92で変換したアナログ信号も、ある特定のレベルの信号となる。
Here, the
前記のように、後段回路14でオフセット調整を行う場合には、前段回路12におけるゲインKDIF、KACを考慮して調整幅を変化させる必要が生じる。オフセット調整回路90は、スイッチ98のオン、オフにより調整幅を変化させて、ゲインKDIF、KACに対応する調整を行うことが可能である。
As described above, when the offset adjustment is performed in the
図6のように、DAC92の抵抗値をRDAC、抵抗94の抵抗値をR1、抵抗96の抵抗値をR2、抵抗62および抵抗64の抵抗値をR0とする。このとき、DAC92の1LSBをVDACと表すと、例えば選択信号210が‘0’の場合には、信号120における調整幅Vstep0は下記の式(4)となる。なお、このときには、スイッチ98はオン状態となっている。
As shown in FIG. 6, the resistance value of the DAC 92 is R DAC , the resistance value of the
このとき、抵抗94の抵抗値R1、抵抗96の抵抗値R2を、下記の式(6)を満たすように選択すれば、選択信号210に対応した(すなわち、ゲインKDIF、KACの変化に対応した)適切な調整幅を与えることができる。
At this time, the resistance value R 1 of the
また、例えば選択信号210が‘1’の場合には、DR用途(例えば、感度2mV/dps、検出範囲−200dps〜+200dps)に適したゲイン設定であるとする。このとき、オフセット調整回路90は、選択信号210の値に基づいて、例えば2mV/stepのオフセット調整幅を選択してもよい。
For example, when the
なお、DAC92の構成は特定のものに限られないが、本実施形態では図7の回路構造をとる。図7のDAC92は、コード信号212としてn+1ビットのデジタル値を受け取る。このとき、nは0以上の整数であり、図7のコード信号212−i(i=0、1、…n)はコード信号212の各ビットの信号を表す。
Although the configuration of the
例えば、コード信号212−i(i=0、1、…n)が‘1’であれば図7のスイッチはVR側に接続され、‘0’であればGND側に接続される。ここで、VRはDAC92の最大電圧を与える基準電圧である。
For example, the code signal 212-i (i = 0,1, ... n) is "1" if the switch of FIG. 7 is connected to V R side, are connected to the GND side if '0'. Here, V R is the reference voltage that gives the maximum voltage of the
図7のDAC92は、抵抗値Rを単位とする抵抗を用いた回路で構成される。例えば2Rは、抵抗値Rの2倍の大きさを意味する。そして、出力される信号214は下記の式(7)で与えられる。
The
1.3.2.3.信号出力部
信号出力部70は、同期検波回路60から出力される信号(直流信号)120を受け取り、例えば抵抗71、73とキャパシタ72、74をそれぞれ組み合わせて構成されるローパスフィルターによる処理を行ってもよい。これらのローパスフィルターは、同期検波の平滑化処理や後段の処理のプリフィルターとして機能する。
1.3.2.3. Signal Output Unit The
また、信号出力部70は、可変抵抗76、77とオペアンプ75で構成される可変ゲインアンプを含んでいてもよい。この可変ゲインアンプはデジタルゲインとして使用できる。
The
そして、可変ゲインアンプからの信号は、1つのスイッチトキャパシタフィルター78を通って、出力信号294として信号出力部70から出力されてもよい。
Then, the signal from the variable gain amplifier may be output from the
このように、本実施形態の検出回路は、スイッチトキャパシタフィルター78を1つしか含まないのでレイアウト面積、消費電力を小さくすることができる。また、選択信号210によって差動増幅回路30および非反転増幅回路50のゲインを変更し、用途に応じて検出感度、検出範囲を切り換えることが可能である。また、これらのゲインの変化に対応して、オフセット調整回路90はオフセットの調整幅を変更するので、物理量に応じた正確な出力信号294を得られる。
As described above, since the detection circuit of this embodiment includes only one switched
2.変形例
本実施形態の変形例について図8〜図9を参照して説明する。変形例の検出回路10Aは、オフセット調整回路90を、より出力信号294に近い場所に配置している。なお、図1〜図7と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
2. Modified Examples Modified examples of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the
図8は、本変形例の検出回路10Aのブロック図である。オフセット信号126による信号レベルの調整を、出力信号294により近い場所で行うことができる。そのため、オフセット信号126による出力信号294の変化を容易に予測することができる。
FIG. 8 is a block diagram of the detection circuit 10A of this modification. Adjustment of the signal level by the offset
変形例の検出回路10Aは、第1実施形態の検出回路10のブロック図(図1参照)と比べて、後段回路14Aの同期検波回路60Aと信号出力部70Aだけが異なっている。オフセット調整回路90自体は第1実施形態と同じである。
The detection circuit 10A of the modification is different from the block diagram (see FIG. 1) of the
図9は、本変形例の後段回路14Aの回路図である。同期検波回路60Aはオフセット信号126を入力しないことだけが異なり、他の構成は第1実施形態と同じであるので説明を省略する。
FIG. 9 is a circuit diagram of the
信号出力部70Aは、スイッチトキャパシタフィルター78の直前に、抵抗82、84、オペアンプ86で構成される反転増幅回路を含む。この反転増幅回路にオフセット調整回路90からのオフセット信号126が入力される。
The
このとき、抵抗82および抵抗84の抵抗値をR0として、式(6)に基づいて抵抗94の抵抗値R1、抵抗96の抵抗値R2を選択すれば、選択信号210に対応した適切なオフセット調整幅を与えることができる。
At this time, the resistance value of the
本変形例が示すように、後段回路におけるオフセット調整回路90の配置には自由度がある。よって、第1実施形態の構成に限らず、柔軟な設計が可能である。
As this modification shows, there is a degree of freedom in the arrangement of the offset
3.適用例(物理量測定装置)
3.1.物理量測定装置の構成
図10は本実施形態の検出回路10を含む物理量測定装置1の構成例である。本実施形態の検出回路10は、物理量測定装置1の検出部分として機能する。ここで、図1〜図9と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。なお、本実施形態の検出回路10に代えて変形例の検出回路10Aを適用してもよい。
3. Application example (physical quantity measuring device)
3.1. Configuration of Physical Quantity Measuring Device FIG. 10 is a configuration example of the physical quantity measuring device 1 including the
物理量測定装置1は、検出回路10、駆動回路410、センサー素子である振動子2、3を含む。ここで、振動子2、3は一体であってもよい。例えば、物理量測定装置1がジャイロセンサーである場合、センサー素子にはコリオリ力が作用する。コリオリ力は、振動する物体を回転させた場合に、物体の振動方向と回転軸のそれぞれに直交する方向に作用する力であり、コリオリ力に基づいて角速度の検出ができる。このとき、振動子2、3は一体であって、励振電流200や駆動回路410からの駆動信号208を入出力する駆動電極と、差動入力信号290、292を出力する検出電極とを備える。
The physical quantity measuring device 1 includes a
3.2.駆動回路
図11は、物理量測定装置1(図10参照)に含まれる駆動回路410のブロック図の例である。図10と同じ要素には同じ番号を付しており説明は省略する。駆動回路410は、例えば電流電圧変換回路420、全波整流回路430、比較調整回路440、駆動信号生成回路450を含む。
3.2. Drive Circuit FIG. 11 is an example of a block diagram of a
電流電圧変換回路420は、振動子2からの励振電流200を電圧に変換して出力電圧202を出力する。出力電圧202の振幅は励振電流200の振幅に比例している。全波整流回路430は、電流電圧変換回路420からの出力電圧202を全波整流して直流に近い電圧を得て出力電圧204を出力する。比較調整回路440は、全波整流回路430からの出力電圧204を比較電圧供給回路442からの電圧と比較し、比較結果を反映した信号である出力電圧206を駆動信号生成回路450に出力する。そして、駆動信号生成回路450は、電流電圧変換回路420からの出力電圧202に基づいて駆動信号208を生成するが、出力電圧206に基づいて駆動信号208の振幅を調整する。
The current-
このような駆動回路410と、本実施形態の検出回路10とを用いて、物理量測定装置1を実現できる。物理量測定装置1は、検出回路のレイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲を切り換え可能であるため、小型で様々な用途に使用することができる。
The physical quantity measuring device 1 can be realized by using such a
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to these exemplifications, and includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1…物理量測定装置、2、3…振動子、10…検出回路、10A…検出回路、12…前段回路、14…後段回路、14A…後段回路、20−1、20−2…チャージアンプ、22、42、72、74、172、174…キャパシタ、24、37A〜37F、38A〜38F、55A〜55E、44、62、64、71、73、82、84、94、96、171、173…抵抗、26、36、52、66、75、86、175…オペアンプ、30…差動増幅回路(差動アンプ)、40…ハイパスフィルター(HPF)、50…非反転増幅回路(ACアンプ)、60…同期検波回路、60A…同期検波回路、68、69、98…スイッチ、70…信号出力部、70A…信号出力部、170…信号出力部、32、33、34、35、54、56、76、77、176、177…可変抵抗、78、178A、178B…スイッチトキャパシタフィルター、90…オフセット調整回路、92…DAC、110、112、116、120、214、220…信号、114…第1の信号、118…第2の信号、126…オフセット信号、200…励振電流、202、204、206…出力電圧、208…駆動信号、210…選択信号、212…コード信号、212−i…コード信号、290、292…差動入力信号、294…出力信号、394A、394B…出力信号、410…駆動回路、420…電流電圧変換回路、430…全波整流回路、440…比較調整回路、442…比較電圧供給回路、450…駆動信号生成回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Physical quantity measuring device, 2, 3 ... Vibrator, 10 ... Detection circuit, 10A ... Detection circuit, 12 ... Pre-stage circuit, 14 ... Subsequent circuit, 14A ... Subsequent circuit, 20-1, 20-2 ... Charge amplifier, 22 42, 72, 74, 172, 174 ... Capacitor, 24, 37A-37F, 38A-38F, 55A-55E, 44, 62, 64, 71, 73, 82, 84, 94, 96, 171, 173 ... Resistance , 26, 36, 52, 66, 75, 86, 175... Operational amplifier, 30... Differential amplifier circuit (differential amplifier), 40... High-pass filter (HPF), 50. Synchronous detection circuit, 60A ... synchronous detection circuit, 68, 69, 98 ... switch, 70 ... signal output unit, 70A ... signal output unit, 170 ... signal output unit, 32, 33, 34, 35, 54, 56, 7 , 77, 176, 177 ... variable resistance, 78, 178A, 178B ... switched capacitor filter, 90 ... offset adjustment circuit, 92 ... DAC, 110, 112, 116, 120, 214, 220 ... signal, 114 ... first signal 118 ... second signal, 126 ... offset signal, 200 ... excitation current, 202, 204, 206 ... output voltage, 208 ... drive signal, 210 ... selection signal, 212 ... code signal, 212-i ... code signal, 290 292 ... Differential input signal, 294 ... Output signal, 394A, 394B ... Output signal, 410 ... Drive circuit, 420 ... Current-voltage conversion circuit, 430 ... Full wave rectification circuit, 440 ... Comparison adjustment circuit, 442 ... Comparison voltage supply Circuit, 450... Drive signal generation circuit
Claims (10)
前記差動入力信号の差分を増幅して、第1の信号として出力する差動増幅回路と、
前記第1の信号に基づく信号を増幅して、第2の信号として出力する非反転増幅回路と、
前記第2の信号を直流信号に変換して、前記物理量に応じた1つの出力信号を生成する後段回路と、を含み、
前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路の少なくとも1つは、
入力される選択信号に基づいて、増幅率を変化させる検出回路。 A detection circuit for detecting a physical quantity applied to the sensor element based on a differential input signal from the sensor element;
A differential amplifying circuit for amplifying a difference between the differential input signals and outputting as a first signal;
A non-inverting amplifier circuit that amplifies a signal based on the first signal and outputs the amplified signal as a second signal;
A second-stage circuit that converts the second signal into a DC signal and generates one output signal corresponding to the physical quantity,
At least one of the differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit is:
A detection circuit that changes the amplification factor based on an input selection signal.
前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路は、
1つの前記選択信号に基づいて、連動して増幅率を変化させる検出回路。 The detection circuit according to claim 1,
The differential amplifier circuit and the non-inverting amplifier circuit are:
A detection circuit that changes the amplification factor in conjunction with each other based on the one selection signal.
前記差動増幅回路は、
入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変える検出回路。 The detection circuit according to claim 1,
The differential amplifier circuit is:
A detection circuit that changes an amplification factor by changing a resistance value of a resistance provided between an input resistor, a feedback resistor, and a non-inverting input terminal and a ground potential based on the selection signal.
前記差動増幅回路は、
入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成する検出回路。 The detection circuit according to claim 3, wherein
The differential amplifier circuit is:
A detection circuit configured by combining a unit resistor with a resistor provided between an input resistor, a feedback resistor, and a non-inverting input terminal and a ground potential.
前記非反転増幅回路は、
帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変える検出回路。 The detection circuit according to any one of claims 1 to 4,
The non-inverting amplifier circuit is
A detection circuit that changes an amplification factor by changing a resistance value of a feedback resistor and a resistor provided between an inverting input terminal and a ground potential based on the selection signal.
前記非反転増幅回路は、
帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成する検出回路。 The detection circuit according to claim 5, wherein
The non-inverting amplifier circuit is
A detection circuit comprising a feedback resistor and a resistor provided between the inverting input terminal and the ground potential, in a circuit combining unit resistors.
前記後段回路は、
前記第2の信号のレベルを調整するオフセット調整回路を含み、
前記オフセット調整回路は、
前記選択信号に基づいて、調整幅を変化させる検出回路。 The detection circuit according to claim 1,
The latter circuit is
An offset adjustment circuit for adjusting a level of the second signal;
The offset adjustment circuit includes:
A detection circuit that changes an adjustment width based on the selection signal.
前記オフセット調整回路は、
前記非反転増幅回路の直後に配置される検出回路。 The detection circuit according to claim 7, wherein
The offset adjustment circuit includes:
A detection circuit disposed immediately after the non-inverting amplifier circuit;
前記オフセット調整回路は、
抵抗を含み、
前記選択信号に基づいて前記抵抗の抵抗値を変化させることで、調整幅を変える検出回路。 The detection circuit according to any one of claims 7 to 8,
The offset adjustment circuit includes:
Including resistance,
A detection circuit that changes an adjustment width by changing a resistance value of the resistor based on the selection signal.
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