JP2016114379A - センサーデバイス、電子機器及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの発生を低減できる、センサーデバイス、電子機器及び移動体を提供すること。【解決手段】センサーデバイス１は、第１物理量センサー１０と、第１物理量センサー１０を駆動周波数ｆｄで駆動する駆動信号を生成する駆動部１１と、第２物理量センサー２０と、第２物理量センサー２０からの信号と、駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数ｆｃｌｋである基準信号と、に基づいて、出力信号を生成する出力部２１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、センサーデバイス、電子機器及び移動体に関する。

複数の物理量センサーを備える複合センサーが開発されている。例えば、特許文献１には、角速度センサーと加速度センサーとが同一パッケージに収容されている複合センサーが開示されている。また例えば、特許文献２には、角速度センサーと加速度センサーとが同一基板上に形成されている複合センサーが開示されている。

特開２０１０−２１７１７０号公報 特開２００２−５９５０号公報

特許文献１及び特許文献２の複合センサーのように、物理量センサーの１つとしてとして振動型の物理量センサーを有している場合には、当該物理量センサーを駆動させるための駆動信号を生成する駆動回路を備えているのが通常である。このような駆動回路を動作させる場合には、大きな電流変化を伴うために、電源ノイズや放射ノイズの原因となりやすい。そのため、微弱な信号を処理する他の物理量センサーの検出回路にこれらのノイズが影響して、検出回路の出力にノイズが発生する虞があった。例えば、一方の物理量センサーの駆動信号の周波数と他方の物理量センサーの出力のサンプリング周波数との間の周波数差に基づくビートノイズが発生する虞があった。

本発明は、以上のような技術的課題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、ノイズの発生を低減できる、センサーデバイス、電子機器及び移動体を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係るセンサーデバイスは、第１物理量センサーと、前記第１物理量センサーを駆動周波数で駆動する駆動信号を生成する駆動部と、第２物理量センサーと、前記第２物理量センサーからの信号と、前記駆動周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数である基準信号と、に基づいて、出力信号を生成する出力部と、を備える、センサーデバイスである。

本適用例によれば、第２物理量センサーからの信号と、駆動周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数である基準信号と、に基づいて、出力信号を生成するので、基準信号として他の周波数を用いる場合に比べて、ビートノイズの発生を抑制できる。したがって、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイスを実現できる。

［適用例２］
上述のセンサーデバイスにおいて、前記基準信号は、前記駆動部からの信号であっても
よい。

本適用例によれば、駆動信号を生成する駆動部が出力する信号に基づいて基準信号を容易に生成できる。

［適用例３］
上述のセンサーデバイスにおいて、前記駆動部からの信号が入力され、前記駆動周波数を含む第１帯域を通過させ、前記第１帯域よりも高い第２帯域を減衰させるフィルター特性を有するフィルター部を備え、前記基準信号は、前記フィルター部からの信号であってもよい。

本適用例によれば、フィルター部によって、駆動部からの信号に含まれる高周波ノイズを抑制できるので、誤動作のリスクを低減できるセンサーデバイスを実現できる。

［適用例４］
上述のセンサーデバイスにおいて、前記駆動部からの信号が入力される波形整形部を備え、前記基準信号は、前記波形整形部からの信号であってもよい。

本適用例によれば、波形整形部によって波形が整形された基準信号を生成することができるので、誤動作のリスクを低減できるセンサーデバイスを実現できる。

［適用例５］
上述のセンサーデバイスにおいて、前記駆動部からの信号の振幅を小さくするレベルシフト部を備え、前記基準信号は、前記レベルシフト部からの信号であってもよい。

本適用例によれば、出力部を駆動部よりも低い電圧で動作させることができる。

［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、上述のいずれかのセンサーデバイスを含む、電子機器である。

［適用例７］
本適用例に係る移動体は、上述のいずれかのセンサーデバイスを含む、移動体である。

これらの電子機器及び移動体によれば、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイスを含んでいるので、動作の信頼性の高い電子機器及び移動体を実現できる。

第１実施形態に係るセンサーデバイス１の回路図である。 第２物理量センサー２０及び出力部２１の具体例を示す回路図である。 第２実施形態に係るセンサーデバイス１ａの回路図である。 第３実施形態に係るセンサーデバイス１ｂの回路図である。 第４実施形態に係るセンサーデバイス１ｃの回路図である。 第５実施形態における第２物理量センサー２０ａ及び出力部２１ａの回路図である。 第６実施形態に係るセンサーデバイス１ｄの回路図である。 本実施形態に係る電子機器３００の機能ブロック図である。 図９（Ａ）は、電子機器３００の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図、図９（Ｂ）は、電子機器３００の一例としての腕装着型の携帯機器である。 本実施形態に係る移動体４００の一例を示す図（上面図）である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．センサーデバイス
１−１．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係るセンサーデバイス１の回路図である。

本実施形態に係るセンサーデバイス１は、第１物理量センサー１０と、第１物理量センサー１０を駆動周波数ｆｄで駆動する駆動信号を生成する駆動部１１と、第２物理量センサー２０と、第２物理量センサー２０からの信号と、駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数ｆｃｌｋである基準信号と、に基づいて、出力信号を生成する出力部２１と、を備える。図１では、ｎ＝１である場合、すなわち、駆動周波数ｆｄと基準信号の周波数ｆｃｌｋとが等しい場合について示す。また、図１に示される例では、センサーデバイス１は、出力部１２及びバッファーアンプ３１を備えている。

第１物理量センサー１０は、第１物理量を検出する。第１物理量としては、角速度、加速度、圧力など、種々の物理量を採用できる。本実施形態においては、第１物理量は角速度である。また、本実施形態においては、水晶振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いた振動型の物理量センサーである。第１物理量センサー１０は、第１物理量に応じた信号を出力部１２へ出力する。

駆動部１１は、第１物理量センサー１０を駆動周波数ｆｄで駆動する駆動信号を生成する。駆動部１１は、第１物理量センサー１０から信号のフィードバックを受けながら駆動信号を生成してもよい。駆動部１１は、バッファーアンプ３１を介して、駆動信号を出力部２１に出力してもよい。駆動部１１は、バッファーアンプ３１を介して、駆動信号を第２物理量センサー２０に出力してもよい。

出力部１２は、第１物理量センサー１０からの信号と駆動信号と、に基づいて、出力信号を生成する。本実施形態においては、出力部１２は、検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２を含んで構成されている。

検出部１２１は、駆動信号に基づいて、第１物理量センサー１０からの信号を同期検波してもよい。検出部１２１は、第１物理量センサー１０の出力信号を増幅処理したり、フィルター処理したりしてもよい。検出部１２１は、同期検波した後の信号を増幅したり、フィルター処理したりしてもよい。

図２は、第２物理量センサー２０及び出力部２１の具体例を示す回路図である。

第２物理量センサー２０は、第２物理量を検出する。第２物理量としては、角速度、加速度、圧力など、種々の物理量を採用できる。本実施形態においては、第２物理量は加速度である。本実施形態においては、静電容量変化型の物理量センサーである。図２においては、第２物理量センサー２０は、直列に接続された等価容量Ｃｓ１及び等価容量Ｃｓ２として表されている。図２に示される例では、等価容量Ｃｓ１の一端には、周波数ｆｃｌｋの基準信号が入力され、等価容量Ｃｓ２の一端には、基準信号をインバーターＩｎｖで反転した信号が入力される。第２物理量センサー２０は、第２物理量に応じた信号を、等価容量Ｃｓ１と等価容量Ｃｓ２との接続点から出力部２１へ出力する。

出力部２１は、第２物理量センサー２０からの信号と、駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数ｆｃｌｋである基準信号と、に基づいて、出力信号を生成する。本実施形態においては、基準信号の周波数ｆｃｌｋは、駆動周波数ｆｄの１倍である。本実施形態においては、出力部２１は、検出部２１１及びＡ／Ｄ変換部２１２を含んで構成されている。

検出部２１１は、駆動信号に基づいて、第２物理量センサー２０からの信号を同期検波してもよい。検出部２１１は、第２物理量センサー２０の出力信号を増幅処理したり、フィルター処理したりしてもよい。検出部２１１は、同期検波した後の信号を増幅したり、フィルター処理したりしてもよい。

図２に示される例では、検出部２１１は、増幅回路２１１１、同期検波回路２１１２、ローパスフィルター２１１３、抵抗Ｒ０及びコンデンサーＣ０を含んで構成されている。

増幅回路２１１１の非反転入力端子は第２物理量センサー２０の出力端子と接続され、反転入力端子は接地電位ＧＮＤに接続され、出力端子は同期検波回路２１１２の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ０は、増幅回路２１１１の帰還抵抗である。コンデンサーＣ０は、増幅回路２１１１の帰還コンデンサーである。

同期検波回路２１１２は、周波数ｆｃｌｋの基準信号に基づいて、増幅回路２１１１の出力信号を同期検波する。同期検波回路２１１２の出力端子は、ローパスフィルター２１１３の入力端子に接続されている。

ローパスフィルター２１１３は、同期検波回路２１１２の出力信号に対してローパスフィルター処理を行う。ローパスフィルター２１１３の出力端子は、Ａ／Ｄ変換部２１２の入力端子に接続されている。

Ａ／Ｄ変換部２１２は、検出部２１１の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換を行う。図１及び図２に示される例では、Ａ／Ｄ変換部２１２は、周波数ｆｃｌｋの基準信号に基づいて、検出部２１１の出力信号をアナログ／デジタル変換する。図１及び図２に示される例では、Ａ／Ｄ変換部２１２の出力信号が出力部２１の出力信号となる。

駆動部１１は、第１物理量センサー１０を駆動する駆動信号を生成するために、駆動周波数ｆｄと同じ周期の大きな電流変化を伴い動作している。そのため、駆動部１１は、電源ノイズや放射ノイズの原因となりやすく、当該ノイズには駆動周波数ｆｄのノイズ成分が含まれている。

第１の例として放射ノイズが発生する場合、駆動周波数ｆｄのノイズ成分は、検出部２１１に入力される第２物理量センサー２０からの微弱な信号に重畳する。そして、駆動周波数ｆｄのノイズ成分を含んだ信号が、増幅回路２１１１で増幅され、駆動周波数ｆｃｌｋに基づいて同期検波回路２１１２で同期検波される。

第２の例として電源ノイズが発生する場合、駆動部１１が電源から大きな電流変化を伴って動作しているため、駆動部１１と共通の電源に接続されている増幅回路２１１１における増幅率が変化し、駆動周波数ｆｄのノイズ成分が、増幅回路２１１１の出力信号に重畳される。そして、駆動周波数ｆｄのノイズ成分を含んだ増幅回路２１１１の出力信号が、駆動周波数ｆｃｌｋに基づいて同期検波回路２１１２で同期検波される。

ここで、仮に、駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）と同期検波回路２１１２の基準信号の周波数との間に周波数差Δｆが存在すると、当該Δｆの周波数成分を含むビートノイズが同期検波回路２１１２の出力に発生してしまう。なお、ビートノイズの周波数（Δｆ）は、低い周波数であり、第２物理量センサー２０で検出すべき所望の物理量の信号の使用周波数帯域の内に含まれるか、又は使用周波数帯域に近いため、ローパスフィルター２１１３等のフィルターによりビートノイズ成分を十分に除去することが困難である。

一方、本実施形態に係るセンサーデバイス１によれば、第２物理量センサー２０からの信号と、駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数ｆｃｌｋである基準信号と、に基づいて、出力信号を生成するので、基準信号として他の周波数を用いる場合に比べて、ビートノイズの発生を低減できる。したがって、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイス１を実現できる。より詳細には、基準信号の周波数ｆｃｌｋが駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）であるため、駆動周波数ｆｄのｎ倍と基準信号の周波数ｆｃｌｋとの間の周波数差Δｆに起因するビートノイズの発生を低減できる。

本実施形態においては、バッファーアンプ３１を省略してもよい。すなわち、駆動部１１からの信号が、第２物理量センサー２０及び出力部２１に直接入力される構成としても、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイス１を実現できる。

本実施形態においては、基準信号は、駆動部１１からの信号であってもよい。より具体的には、基準信号は、駆動部１１が出力する駆動信号に基づく信号である。図１に示される例では、基準信号は、駆動信号に基づいてバッファーアンプ３１から出力された信号である。

本実施形態に係るセンサーデバイス１によれば、駆動信号を生成する駆動部１１が出力する信号に基づいて基準信号を容易に生成できる。また、基準信号は駆動部１１が出力する駆動信号に基づく信号であるため、駆動周波数ｆｄに製造バラツキや周波数調整によるバラツキ等が発生しても、駆動信号の駆動周波数ｆｄのｎ倍（ｎは１以上の整数）と、基準信号の周波数ｆｃｌｋと、を一致させることができる。よって、駆動周波数ｆｄのｎ倍と周波数ｆｃｌｋとの差に起因して発生するビートノイズを低減できる。

図２に示される例は、検出部２１１が同期検波を行う例であるが、これに限らず、例えば、スイッチト・キャパシタを用いたチャージアンプを用いる構成も可能である。この場合において、周波数ｆｃｌｋの基準信号に基づいて、スイッチト・キャパシタの制御を行ってもよい。この場合においても、上述の構成と同様の理由により同様の効果を奏する。

１−２．第２実施形態
図３は、第２実施形態に係るセンサーデバイス１ａの回路図である。第１実施形態に係るセンサーデバイス１と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ａは、駆動部１１からの信号が入力され、駆動周波数ｆｄを含む第１帯域を通過させ、第１帯域よりも高い第２帯域を減衰させるフィルター特性を有するフィルター部３２を備えている。また、周波数ｆｃｌｋの基準信号は、フィルター部３２からの信号である。

図３に示される例では、フィルター部３２の入力端子は、バッファーアンプ３１の出力端子と接続され、フィルター部３２の出力端子は、第２物理量センサー２０及び出力部２１に接続されている。フィルター部３２には、駆動部１１からの信号が、バッファーアンプ３１を介して入力される。換言すれば、駆動部１１からの信号が、バッファーアンプ３
１及びフィルター部３２を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される。フィルター部３２は、駆動周波数ｆｄを含む第１帯域を通過させるローパスフィルターであってもよい。フィルター部３２は、駆動周波数ｆｄを含む第１帯域を通過させるバンドパスフィルターであってもよい。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ａによれば、フィルター部３２によって、駆動部１１からの信号に含まれる高周波ノイズを低減できるので、誤動作のリスクを低減できるセンサーデバイス１ａを実現できる。

また、センサーデバイス１ａにおいても、第１実施形態に係るセンサーデバイス１と同様の理由により同様の効果を奏する。

本実施形態においては、バッファーアンプ３１を省略してもよい。すなわち、駆動部１１からの信号が、少なくともフィルター部３２を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される構成とすれば、駆動部１１からの信号に含まれる高周波ノイズを低減できる。

また、図３に示される例は、検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２に対し、駆動部１１からの信号が直接入力される形態であるが、フィルター部３２からの信号を検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２に入力する構成としてもよい。これにより、フィルター部３２によって、駆動部１１からの信号に含まれる高周波ノイズを低減できるので、第１物理量センサー１０及び第２物理量センサー２０の両方に接続された回路について、誤動作のリスクを低減できるセンサーデバイス１ａを実現できる。

１−３．第３実施形態
図４は、第３実施形態に係るセンサーデバイス１ｂの回路図である。第２実施形態に係るセンサーデバイス１ａと同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ｂは、駆動部１１からの信号が入力される波形整形部３３を備えている。また、周波数ｆｃｌｋの基準信号は、波形整形部３３からの信号である。

図４に示される例では、波形整形部３３の入力端子は、フィルター部３２の出力端子と接続され、波形整形部３３の出力端子は、第２物理量センサー２０及び出力部２１に接続されている。波形整形部３３には、駆動部１１からの信号が、バッファーアンプ３１及びフィルター部３２を介して入力される。換言すれば、駆動部１１からの信号が、バッファーアンプ３１、フィルター部３２、及び波形整形部３３を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される。波形整形部３３は、フィルター部３２から入力される信号を矩形波に整形して出力する。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ｂによれば、波形整形部３３によって波形が整形された基準信号を生成することができるので、誤動作のリスクを低減できるセンサーデバイス１ｂを実現できる。特に、出力部２１が、基準信号に基づいて同期検波を行う場合には、波形整形部３３で波形を矩形波に整形することによって、検波効率を高めることができる。

本実施形態においては、バッファーアンプ３１及びフィルター部３２の少なくともいずれかを省略してもよい。すなわち、駆動部１１からの信号が、少なくとも波形整形部３３を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される構成とすれば、波形整形部３３によって波形が整形された基準信号を生成することができるので、誤動作のリスク
を低減できるセンサーデバイス１ｂを実現できる。

また、センサーデバイス１ｂにおいても、第１実施形態に係るセンサーデバイス１及び第２実施形態に係るセンサーデバイス１ａと同様の理由により同様の効果を奏する。

また、図４に示される例は、検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２に対し、駆動部１１からの信号が直接入力される形態であるが、波形整形部３３からの信号を検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２に入力する構成としてもよい。これにより、波形整形部３３によって波形が整形された基準信号を生成することができるので、第１物理量センサー１０に接続された出力部１２及び第２物理量センサー２０に接続された出力部２１の両方ついて、誤動作のリスクを低減できるセンサーデバイス１ａを実現できる。

１−４．第４実施形態
図５は、第４実施形態に係るセンサーデバイス１ｃの回路図である。第３実施形態に係るセンサーデバイス１ｂと同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ｃは、駆動部１１からの信号の振幅を小さくするレベルシフト部３４を備えている。また、周波数ｆｃｌｋの基準信号は、レベルシフト部３４からの信号である。

図５に示される例では、レベルシフト部３４の入力端子は、波形整形部３３の出力端子と接続され、レベルシフト部３４の出力端子は、第２物理量センサー２０及び出力部２１に接続されている。レベルシフト部３４には、駆動部１１からの信号が、バッファーアンプ３１、フィルター部３２及び波形整形部３３を介して入力される。換言すれば、駆動部１１からの信号が、バッファーアンプ３１、フィルター部３２、波形整形部３３、及びレベルシフト部３４を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される。本実施形態においては、レベルシフト部３４は、波形整形部３３の出力信号の電圧振幅を小さくする。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ｃによれば、出力部２１を駆動部１１よりも低い電圧で動作させることができる。

本実施形態においては、バッファーアンプ３１、フィルター部３２、及び波形整形部３３の少なくともいずれかを省略してもよい。すなわち、駆動部１１からの信号が、少なくともレベルシフト部３４を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される構成とすれば、出力部２１を駆動部１１よりも低い電圧で動作させることができる。

また、センサーデバイス１ｃにおいても、第１実施形態に係るセンサーデバイス１、第２実施形態に係るセンサーデバイス１ａ及び第３実施形態に係るセンサーデバイス１ｂと同様の理由により同様の効果を奏する。

また、図５に示される例は、検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２に対し、駆動部１１からの信号が直接入力される形態であるが、レベルシフト部３４からの信号を検出部１２１及びＡ／Ｄ変換部１２２に入力する構成としてもよい。これにより、第１物理量センサー１０に接続された出力部１２及び第２物理量センサー２０に接続された出力部２１の両方ついて、駆動部１１よりも低い電圧で動作させることができる。

１−５．第５実施形態
図６は、第５実施形態における第２物理量センサー２０ａ及び出力部２１ａの回路図である。上述の第１実施形態に係るセンサーデバイス１、第２実施形態に係るセンサーデバ
イス１ａ、第３実施形態に係るセンサーデバイス１ｂ及び第４実施形態に係るセンサーデバイス１ｃのいずれかにおいて、第２物理量センサー２０に代えて第２物理量センサー２０ａを採用し、出力部２１に代えて出力部２１ａを採用することができる。

図６に示される第２物理量センサー２０ａは、抵抗変化型の物理量センサーである。図６に示される例では、第２物理量センサー２０ａは、ホイートストンブリッジを構成する抵抗Ｒｗ、抵抗Ｒｘ、抵抗Ｒｙ及び抵抗Ｒｚと、電流源ＣＳとを含んで構成されている。

電流源ＣＳは、抵抗Ｒｘと抵抗Ｒｙとの接続点（ノードＢ）と、抵抗Ｒｚと抵抗Ｒｗとの接続点（ノードＤ）との間に電流を供給する。ホイートストンブリッジを構成する抵抗Ｒｗ、抵抗Ｒｘ、抵抗Ｒｙ及び抵抗Ｒｚの変化は、抵抗Ｒｗと抵抗Ｒｘとの接続点（ノードＡ）と、抵抗Ｒｙと抵抗Ｒｚとの接続点（ノードＣ）との間の電位差の変化として出力部２１ａに出力される。

出力部２１ａは、Ａ／Ｄ変換部２１２を含んで構成されている。Ａ／Ｄ変換部２１２は、第２物理量センサー２０ａの出力信号をアナログ／デジタル変換する。図６に示される例では、Ａ／Ｄ変換部２１２は、周波数ｆｃｌｋの基準信号に基づいて、第２物理量センサー２０ａの出力信号をアナログ／デジタル変換する。図６に示される例では、Ａ／Ｄ変換部２１２の出力信号が出力部２１ａの出力信号となる。

このような構成においても、第１実施形態に係るセンサーデバイス１、第２実施形態に係るセンサーデバイス１ａ、第３実施形態に係るセンサーデバイス１ｂ及び第４実施形態に係るセンサーデバイス１ｃと同様の理由により同様の効果を奏する。

１−６．第６実施形態
上述の第１〜５実施形態では、ｎ＝１である場合、すなわち、駆動周波数ｆｄと基準信号の周波数ｆｃｌｋとが等しい場合について示したが、各実施形態において、駆動部１１からの信号の周波数ｆｄをｎ倍して出力する逓倍回路を設けてもよい。例として、第１実施形態において、逓倍回路を設けた形態について、図７を用いて以下に説明する。

図７は、第６実施形態に係るセンサーデバイス１ｄの回路図である。駆動部１１ａは、Ｉ／Ｖ変換回路１１１、ローパスフィルター１１２、全波整流回路１１３、積分回路１１４、プルアップ抵抗１１５、ハイパスフィルター１１６、コンパレーター１１７を含んで構成されている。

Ｉ／Ｖ変換回路１１１は、第１物理量センサー１０からの交流の電流信号を電圧信号に変換し出力する。このＩ／Ｖ変換回路１１１は、電荷を電圧に変化して出力するＱ／Ｖ変換回路であってもよい。Ｉ／Ｖ変換回路１１１の出力信号は、ハイパスフィルター１１６で直流成分が除去されて、コンパレーター１１７に入力される。コンパレーター１１７は、入力信号の電圧を増幅して２値化信号（方形波電圧信号）を出力する。ただし、本実施形態では、コンパレーター１１７は、ローレベルのみ出力可能なオープンドレイン出力のコンパレーターであり、ハイレベルはプルアップ抵抗１１５を介して積分回路１１４の出力電圧にプルアップされる。そして、コンパレーター１１７が出力する２値化信号は、第１物理量センサー１０へ駆動信号１１８として供給される。

さらに、本実施形態では、第１物理量センサー１０の発振電流が一定になるように、すなわち、Ｉ／Ｖ変換回路１１１の出力電圧のレベルが一定になるように駆動信号１１８の振幅が調整される。こうすることで、第１物理量センサー１０を極めて安定に発振させることができ、角速度の検出精度を向上させることができる。

ローパスフィルター１１２は、抵抗１１２１とコンデンサー１１２２を含むＲＣフィルターである。ローパスフィルター１１２は、１次のローパスフィルターとして機能するだけでなく、入力信号に対して約９０度位相をシフトする位相シフト回路としても機能する。Ｉ／Ｖ変換回路１１１の出力信号は、ローパスフィルター１１２を介して、全波整流回路１１３に入力される。

全波整流回路は、入力された信号を全波整流して、積分回路１１４に出力する。

積分回路１１４は、入力された信号を積分した電圧として出力する。駆動信号１１８のハイレベルはプルアップ抵抗１１５を介して積分回路１１４の出力電圧にプルアップされるため、積分回路１１４の出力電圧は、Ｉ／Ｖ変換回路１１１の出力信号の振幅が大きいほど低くなる。このような構成により、第１物理量センサー１０の発振電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号１１９の振幅レベルがフィードバック制御される。

また、本実施形態のセンサーデバイス１ｄには、逓倍回路３５が設けられている。逓倍回路３５は、コンパレーター３５１が出力する２値化信号とコンパレーター３５２が出力する２値化信号との排他的論理和演算を行う排他的論理和（ＥＸＯＲ）回路３５３が設けられている。前述したように、Ｉ／Ｖ変換回路１１１の出力信号は、ローパスフィルター１１２を通過することで位相が遅れる。その結果、コンパレーター３５１が出力する信号とコンパレーター３５２が出力する信号は、周波数がともに駆動周波数ｆｄであり等しいが、互いの位相がずれている。

したがって、排他的論理和（ＥＸＯＲ）回路３５３の出力信号は、コンパレーター３５１が出力する信号やコンパレーター３５２が出力する信号の周波数の２倍の周波数の信号、すなわち駆動周波数ｆｄの２倍の周波数の信号となる。

このように、本実施形態では、角速度の検出精度や検出感度の劣化を抑制することを目的として設けられているローパスフィルター１１２の位相シフト機能に着目し、２つの２値化信号に必然的に位相差が生じることを利用することで、回路面積が極めて小さい排他的論理和（ＥＸＯＲ）回路３５３、及びコンパレーター３５１、３５２を付加して、駆動周波数ｆｄの２倍の周波数の信号を生成する。

本実施形態に係るセンサーデバイス１ｄによれば、駆動部１１ａからの互いに位相の異なる２つの出力信号を排他的論理和回路（ＥＸＯＲ）３５３に入力し、２倍の周波数の信号を生成する。そのため、回路面積を小さく保ったまま、基準信号の周波数ｆｃｌｋを駆動周波数ｆｄの２倍の周波数とすることができる。

また、Ａ／Ｄ変換部２１２に入力する基準信号の周波数を高めることができ、サンプリングレートの高いＡ／Ｄ変換を実現できる。

本実施形態においては、バッファーアンプ３１を省略してもよい。すなわち、駆動部１１からの信号が、少なくとも逓倍回路３５を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力される構成とすれば、上述の効果を奏するセンサーデバイス１ｄを実現できる。

また、本実施形態において、逓倍回路３５からの信号を、バッファーアンプ３１だけでなく、第４実施形態で詳述したフィルター部３２、波形整形部３３、及び波形整形部３３を介して、第２物理量センサー２０及び出力部２１に入力されるようにしてもよい。また、別な例として、フィルター部３２、波形整形部３３、及び波形整形部３３のいずれか１つ又は２つを選択して、バッファーアンプ３１の後段又は前段に設けてもよい。

１−７．物理量センサーの変形例
本発明における物理量センサーとしては、例えば、様々な静電容量型の物理量センサー及び抵抗変化型（ピエゾ抵抗型）の物理量センサーを採用することができる。例えば、可動錘部の移動により静電容量の変化を検出する物理量センサーを採用することができる。また例えば、ジャイロセンサー、シリコンダイヤフラム型の圧力センサー等を採用することができる。また例えば、キャビティ（中空室）の空気圧によってシリコンダイヤフラムを変形させ、その変形による静電容量の変化（あるいはピエゾ抵抗の抵抗値の変化等）を検出する圧力センサーを採用することができる。

２．電子機器
図８は、本実施形態に係る電子機器３００の機能ブロック図である。なお、上述された各実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る電子機器３００は、センサーデバイス１、センサーデバイス１ａ、センサーデバイス１ｂ又はセンサーデバイス１ｃを含む電子機器３００である。図８に示される例では、電子機器３００は、センサーデバイス１、演算処理装置３１０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０、音出力部３８０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る電子機器３００は、図８に示される構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

演算処理装置３１０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、演算処理装置３１０は、センサーデバイス１の出力信号や、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部３８０に各種の音を出力させる処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を演算処理装置３１０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、演算処理装置３１０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、演算処理装置３１０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、演算処理装置３１０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、演算処理装置３１０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、演算処理装置３１０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。

そして、音出力部３８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

本実施形態に係る電子機器３００によれば、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイス１を含んで構成されているので、動作の信頼性の高い電子機器３００を実現できる。なお、電子機器３００が、センサーデバイス１に代えて、センサーデバイス１ａ、センサー
デバイス１ｂまたセンサーデバイス１ｃを含んで構成されている場合にも同様の効果を奏する。

電子機器３００としては種々の電子機器が考えられる。例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（point of sale）端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

図９（Ａ）は、電子機器３００の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図、図９（Ｂ）は、電子機器３００の一例としての腕装着型の携帯機器である。図９（Ａ）に示される電子機器３００であるスマートフォンは、操作部３３０としてボタンを、表示部３７０としてＬＣＤを備えている。図９（Ｂ）に示される電子機器３００である腕装着型の携帯機器は、操作部３３０としてボタン及び竜頭を、表示部３７０としてＬＣＤを備えている。これらの電子機器３００は、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイス１、センサーデバイス１ａ、センサーデバイス１ｂ又はセンサーデバイス１ｃを含んで構成されているので、動作の信頼性の高い電子機器３００を実現できる。

３．移動体
図１０は、本実施形態に係る移動体４００の一例を示す図（上面図）である。なお、上述された各実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る移動体４００は、センサーデバイス１、センサーデバイス１ａ、センサーデバイス１ｂ又はセンサーデバイス１ｃを含む移動体４００である。図１０には、センサーデバイス１を含んで構成されている物理量検出装置２００を含んで構成されている移動体４００が示されている。また、図１０に示される例では、移動体４００は、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー４２０、コントローラー４３０、コントローラー４４０、バッテリー４５０及びバックアップ用バッテリー４６０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体４００は、図１０に示される構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

本実施形態に係る移動体４００によれば、ノイズの発生を低減できるセンサーデバイス１を含んでいるので、動作の信頼性の高い移動体４００を実現できる。なお、移動体４００が、センサーデバイス１に代えて、センサーデバイス１ａ、センサーデバイス１ｂまたセンサーデバイス１ｃを含んで構成されている場合にも同様の効果を奏する。

このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

以上、本実施形態あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施形態あるいは変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…センサーデバイス、１０…第１物理量センサー、１１，１１ａ…駆動部、１２…出力部、２０，２０ａ…第２物理量センサー、２１，２１ａ…出力部、３１…バッファーアンプ、３２…フィルター部、３３…波形整形部、３４…レベルシフト部、３５…逓倍回路、１１１…Ｉ／Ｖ変換回路、１１２…ローパスフィルター、１１３…全波整流回路、１１４…積分回路、１１５…プルアップ抵抗、１１６…ハイパスフィルター、１１７…コンパレーター、１１８，１１９…駆動信号、１２１…検出部、１２２…Ａ／Ｄ変換部、２１１…検出部、２１２…Ａ／Ｄ変換部、３１０…演算処理装置、３００…電子機器、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３５１，３５２…コンパレーター、３５３…排他的論理和回路、３６０…通信部、３７０…表示部、３８０…音声出力部、４００…移動体、４２０…コントローラー、４３０…コントローラー、４４０…コントローラー、４５０…バッテリー、４６０…バックアップ用バッテリー、１１２１…抵抗、１１２２…コンデンサー、２１１１…増幅回路、２１１２…同期検波回路、２１１３…ローパスフィルター、Ｃ０…コンデンサー、Ｃｓ１，Ｃｓ２…等価容量、Ｉｎｖ…インバーター、Ｒ０，Ｒｗ，Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ…抵抗

Claims (7)

1. 第１物理量センサーと、
   前記第１物理量センサーを駆動周波数で駆動する駆動信号を生成する駆動部と、
   第２物理量センサーと、
   前記第２物理量センサーからの信号と、前記駆動周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数である基準信号と、に基づいて、出力信号を生成する出力部と、
   を備える、センサーデバイス。
2. 請求項１に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記基準信号は、前記駆動部からの信号である、センサーデバイス。
3. 請求項２に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記駆動部からの信号が入力され、前記駆動周波数を含む第１帯域を通過させ、前記第１帯域よりも高い第２帯域を減衰させるフィルター特性を有するフィルター部を備え、
   前記基準信号は、前記フィルター部からの信号である、センサーデバイス。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記駆動部からの信号が入力される波形整形部を備え、
   前記基準信号は、前記波形整形部からの信号である、センサーデバイス。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記駆動部からの信号の振幅を小さくするレベルシフト部を備え、
   前記基準信号は、前記レベルシフト部からの信号である、センサーデバイス。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサーデバイスを含む、電子機器。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサーデバイスを含む、移動体。

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