JP2017050664A - Analog reference voltage generating circuit, circuit device, physical quantity sensor, electronic device and moving object - Google Patents
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Description
本発明は、アナログ基準電圧生成回路、回路装置、物理量センサー、電子機器及び移動体等に関する。 The present invention relates to an analog reference voltage generation circuit, a circuit device, a physical quantity sensor, an electronic device, a moving object, and the like.
電源電圧の変動に比例してアナログ基準電圧を変動させ、そのアナログ基準電圧を用いて信号処理を行う回路をレシオメトリック回路と呼ぶ。例えば、信号を処理する増幅回路の後段にA/D変換回路が設けられており、そのA/D変換回路の出力データが、電源電圧に応じて変動するアナログ基準電圧に依存するとする。この場合、前段の増幅回路においても、電源電圧に応じて変動するアナログ基準電圧を基準として信号処理を行うことで、A/D変換回路の出力データの誤差を抑制する。このようなレシオメトリック回路は、例えば特許文献1に開示されている。
A circuit that varies the analog reference voltage in proportion to the fluctuation of the power supply voltage and performs signal processing using the analog reference voltage is called a ratiometric circuit. For example, it is assumed that an A / D conversion circuit is provided in the subsequent stage of an amplifier circuit that processes signals, and output data of the A / D conversion circuit depends on an analog reference voltage that varies according to a power supply voltage. In this case, an error in the output data of the A / D conversion circuit is suppressed by performing signal processing with the analog reference voltage that varies according to the power supply voltage as a reference also in the amplifier circuit in the previous stage. Such a ratiometric circuit is disclosed in
上述のようにレシオメトリック回路では電源電圧の変動に応じてアナログ基準電圧が変動するので、電源電圧のノイズがアナログ基準電圧のノイズとして伝搬する。このようなノイズが乗ったアナログ基準電圧を用いて信号処理(例えば多段の増幅等)を行った場合、そのアナログ基準電圧のノイズが信号に影響を与えて信号のS/Nを低下させるという課題がある。 As described above, in the ratiometric circuit, the analog reference voltage fluctuates according to the fluctuation of the power supply voltage, so that the noise of the power supply voltage propagates as the noise of the analog reference voltage. When signal processing (for example, multistage amplification, etc.) is performed using an analog reference voltage with such noise, the noise of the analog reference voltage affects the signal and lowers the S / N of the signal. There is.
例えば特許文献1では、ジャイロセンサーの出力信号のノイズをフィルター回路により低減させている。しかしながら、信号の処理経路にフィルター回路を挿入した場合には、信号の帯域内(例えばローパスフィルターのカットオフ周波数以下の帯域)のノイズについては低減させることができない。そのため、アナログ基準電圧のノイズを原因とするノイズがジャイロセンサーの出力信号に現れてしまう。
For example, in
本発明の幾つかの態様によれば、レシオメトリック回路におけるアナログ基準電圧のノイズを低下できるアナログ基準電圧生成回路、回路装置、物理量センサー、電子機器及び移動体等を提供できる。 According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an analog reference voltage generation circuit, a circuit device, a physical quantity sensor, an electronic device, a moving body, and the like that can reduce noise of an analog reference voltage in a ratiometric circuit.
本発明は、上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、以下の形態または態様として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or modes.
本発明の一態様は、電源電圧を分圧して分圧電圧を出力する分圧回路と、前記分圧電圧に基づく信号である第1の信号の交流成分を抽出する交流成分抽出回路と、前記分圧電圧に基づく信号である第2の信号と、前記交流成分抽出回路の出力信号との減算処理を行ってアナログ基準電圧を出力する減算回路と、を含むアナログ基準電圧生成回路に関係する。 One aspect of the present invention is a voltage dividing circuit that divides a power supply voltage and outputs a divided voltage, an AC component extraction circuit that extracts an AC component of a first signal that is a signal based on the divided voltage, The present invention relates to an analog reference voltage generation circuit including a second signal that is a signal based on a divided voltage and a subtraction circuit that outputs an analog reference voltage by performing a subtraction process on the output signal of the AC component extraction circuit.
本発明の一態様によれば、分圧電圧に基づく信号である第2の信号と、分圧電圧に基づく信号である第1の信号から抽出された交流成分の信号との減算処理が行われ、その減算処理で得られた信号がアナログ基準電圧として出力される。これにより、交流成分が低減されたアナログ基準電圧を出力できるので、レシオメトリック回路におけるアナログ基準電圧のノイズを低下できる。 According to one aspect of the present invention, a subtraction process is performed between a second signal that is a signal based on a divided voltage and an AC component signal extracted from the first signal that is a signal based on a divided voltage. The signal obtained by the subtraction process is output as an analog reference voltage. As a result, an analog reference voltage with reduced alternating current components can be output, so that noise of the analog reference voltage in the ratiometric circuit can be reduced.
また本発明の一態様では、アナログ基準電圧生成回路は、前記分圧電圧が入力され、前記分圧電圧に対応する電圧の前記第1の信号を出力する第1のバッファー回路と、前記分圧電圧が入力され、前記分圧電圧に対応する電圧の前記第2の信号を出力する第2のバッファー回路と、を含んでもよい。 In one embodiment of the present invention, the analog reference voltage generation circuit includes the first buffer circuit that receives the divided voltage and outputs the first signal having a voltage corresponding to the divided voltage, and the divided voltage. A second buffer circuit that receives a voltage and outputs the second signal having a voltage corresponding to the divided voltage.
分圧回路から後段の回路に電流が流れた場合、その電流が分圧回路の中を流れて分圧電圧に誤差が生じてしまう。この点、本発明の一態様によれば、第1のバッファー回路と第2のバッファー回路を設けたことで、分圧回路とその後段の回路との間をインピーダンス変換により分離でき、分圧電圧の誤差を低減できる。 When a current flows from the voltage dividing circuit to the subsequent circuit, the current flows through the voltage dividing circuit, and an error occurs in the divided voltage. In this regard, according to one aspect of the present invention, by providing the first buffer circuit and the second buffer circuit, the voltage dividing circuit and the subsequent circuit can be separated by impedance conversion. Can be reduced.
また本発明の一態様では、前記交流成分抽出回路は、前記第1の信号が入力され、前記第1の信号の交流成分を抽出するハイパスフィルターを有してもよい。 In the aspect of the invention, the AC component extraction circuit may include a high-pass filter that receives the first signal and extracts an AC component of the first signal.
交流成分抽出回路がハイパスフィルターを含むことで、分圧電圧に基づく信号である第1の信号から直流成分を除去して交流成分を抽出できる。 By including the high-pass filter in the AC component extraction circuit, the AC component can be extracted by removing the DC component from the first signal that is a signal based on the divided voltage.
また本発明の一態様では、前記交流成分抽出回路は、前記ハイパスフィルターの出力信号が第1の入力ノードに入力される第1の演算増幅器と、前記第1の演算増幅器の第2の入力ノードと前記第1の演算増幅器の出力ノードとの間に設けられる第1の抵抗素子と、前記第1の演算増幅器の前記第2の入力ノードと低電位側電源電圧のノードとの間に設けられる第2の抵抗素子と、を有してもよい。 In the aspect of the invention, the AC component extraction circuit includes a first operational amplifier in which an output signal of the high-pass filter is input to a first input node, and a second input node of the first operational amplifier. And a first resistance element provided between the first operational amplifier and an output node of the first operational amplifier, and provided between the second input node of the first operational amplifier and the node of the low-potential side power supply voltage. And a second resistance element.
第1の演算増幅器と第1の抵抗素子と第2の抵抗素子はいわゆる正転増幅器を構成する。そして、ハイパスフィルターの出力信号を正転増幅器で増幅することで、交流成分のゲインを調整して、アナログ基準電圧から交流成分を減算するために適切なゲインで交流成分を抽出することが可能になる。 The first operational amplifier, the first resistance element, and the second resistance element constitute a so-called forward amplifier. And by amplifying the output signal of the high-pass filter with a non-inverting amplifier, it is possible to adjust the gain of the AC component and extract the AC component with an appropriate gain to subtract the AC component from the analog reference voltage Become.
また本発明の一態様では、前記減算回路は、第2の演算増幅器と、前記第2の信号が入力されるノードと前記第2の演算増幅器の第1の入力ノードとの間に設けられる第3の抵抗素子と、前記第2の演算増幅器の前記第1の入力ノードと低電位側電源電圧のノードとの間に設けられる第4の抵抗素子と、前記交流成分抽出回路の出力ノードと前記第2の演算増幅器の第2の入力ノードとの間に設けられる第5の抵抗素子と、前記第2の演算増幅器の第2の入力ノードと前記第2の演算増幅器の出力ノードとの間に設けられる第6の抵抗素子と、を有してもよい。 In one embodiment of the present invention, the subtracting circuit is provided between a second operational amplifier, a node to which the second signal is input, and a first input node of the second operational amplifier. 3 resistance elements, a fourth resistance element provided between the first input node of the second operational amplifier and the node of the low potential side power supply voltage, the output node of the AC component extraction circuit, and the A fifth resistance element provided between the second operational amplifier and a second input node of the second operational amplifier; and a second input node of the second operational amplifier and an output node of the second operational amplifier. And a sixth resistance element provided.
第2の演算増幅器と第3〜第6の抵抗素子は、差動入力でシングルエンド出力の増幅回路を構成する。そして、この増幅回路が差動入力の差分を求めることで、分圧電圧に基づく信号である第2の信号と交流成分抽出回路の出力信号の減算処理を実現できる。 The second operational amplifier and the third to sixth resistance elements constitute a single-ended output amplifier circuit with a differential input. Then, by obtaining the difference between the differential inputs by this amplifier circuit, it is possible to realize a subtraction process between the second signal that is a signal based on the divided voltage and the output signal of the AC component extraction circuit.
また本発明の一態様では、アナログ基準電圧生成回路は、前記減算回路からの前記アナログ基準電圧をローパスフィルター処理して出力するローパスフィルターを含んでもよい。 In one aspect of the present invention, the analog reference voltage generation circuit may include a low-pass filter that outputs the analog reference voltage from the subtraction circuit by low-pass filtering.
減算回路に含まれる演算増幅器の帯域より高い周波数では、減算回路の帰還ループのゲインが下がる(又は位相が回る)ので、ノイズの一部が通過してしまう。この点、本発明の一態様によれば、減算回路の後段にローパスフィルターを設けることで、より高い周波数帯域にわたってノイズを低減できる。 At a frequency higher than the band of the operational amplifier included in the subtracting circuit, the gain of the feedback loop of the subtracting circuit is reduced (or the phase is turned), so that part of the noise passes. In this regard, according to one aspect of the present invention, it is possible to reduce noise over a higher frequency band by providing a low-pass filter in the subsequent stage of the subtraction circuit.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載されたアナログ基準電圧生成回路と、前記アナログ基準電圧生成回路からの前記アナログ基準電圧がアナログ基準電圧入力ノードに入力される増幅回路と、を含む回路装置に関係する。 According to another aspect of the present invention, the analog reference voltage generation circuit according to any one of the above, an amplifier circuit in which the analog reference voltage from the analog reference voltage generation circuit is input to an analog reference voltage input node, Relates to a circuit device including
本発明の他の態様によれば、アナログ基準電圧生成回路によりノイズが低減されたアナログ基準電圧が回路装置の増幅回路に入力される。これにより、回路装置に含まれるアナログ回路が処理する信号において、アナログ基準電圧のノイズに起因するS/N低下を抑制できる。 According to another aspect of the present invention, the analog reference voltage whose noise is reduced by the analog reference voltage generation circuit is input to the amplifier circuit of the circuit device. Thereby, in the signal which the analog circuit contained in a circuit apparatus processes, the S / N fall resulting from the noise of an analog reference voltage can be suppressed.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載されたアナログ基準電圧生成回路と、前記アナログ基準電圧生成回路からの前記アナログ基準電圧がアナログ基準電圧入力ノードに入力される増幅回路を有し、物理量トランスデューサーから出力される物理量に応じた検出信号に基づいて、前記物理量に対応する物理量情報を出力する検出回路と、を含む回路装置に関係する。 According to another aspect of the present invention, there is provided the analog reference voltage generation circuit according to any one of the above, and an amplifier circuit in which the analog reference voltage from the analog reference voltage generation circuit is input to an analog reference voltage input node. And a detection circuit that outputs physical quantity information corresponding to the physical quantity based on a detection signal corresponding to the physical quantity output from the physical quantity transducer.
本発明の他の態様によれば、物理量トランスデューサーからの検出信号に基づいて物理量を検出する検出回路に、アナログ基準電圧生成回路からのアナログ基準電圧が供給される。これにより、回路装置の電源供給ラインにノイズが重畳した場合であっても、その影響を低減して物理量を検出できるので、物理量の検出精度を向上できる。 According to another aspect of the present invention, the analog reference voltage from the analog reference voltage generation circuit is supplied to the detection circuit that detects the physical quantity based on the detection signal from the physical quantity transducer. Thereby, even when noise is superimposed on the power supply line of the circuit device, the physical quantity can be detected while reducing the influence thereof, so that the detection accuracy of the physical quantity can be improved.
また本発明の他の態様では、前記増幅回路は、前記検出回路の電荷電圧変換回路、差動増幅回路、感度調整回路、オフセット調整回路、同期検波回路、及びフィルター回路の少なくとも1つに含まれる増幅回路であってもよい。 In another aspect of the invention, the amplifier circuit is included in at least one of a charge-voltage conversion circuit, a differential amplifier circuit, a sensitivity adjustment circuit, an offset adjustment circuit, a synchronous detection circuit, and a filter circuit of the detection circuit. An amplifier circuit may be used.
このように、検出回路は多段の増幅回路を含んでいるため、アナログ基準電圧から各段の増幅回路の出力に伝搬したノイズが後段の増幅回路で増幅されていく。この点、本発明の他の態様によれば、アナログ基準電圧のノイズが低減されているため、このような多段の増幅回路において効果的にノイズを低減できる。 Thus, since the detection circuit includes a multi-stage amplifier circuit, noise propagated from the analog reference voltage to the output of the amplifier circuit at each stage is amplified by the subsequent amplifier circuit. In this regard, according to another aspect of the present invention, since the noise of the analog reference voltage is reduced, the noise can be effectively reduced in such a multistage amplifier circuit.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された回路装置と、前記物理量トランスデューサーと、を含む物理量センサーに関係する。 Another aspect of the present invention relates to a physical quantity sensor including any one of the circuit devices described above and the physical quantity transducer.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された回路装置を含む電子機器に関係する。 Another aspect of the invention relates to an electronic device including the circuit device described in any of the above.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された回路装置を含む移動体に関係する。 Another aspect of the present invention relates to a moving body including the circuit device described in any of the above.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.
1.レシオメトリック回路
図1に、レシオメトリック回路の一例を示す。図1のレシオメトリック回路は、アナログ基準電圧生成回路300、増幅回路400を含む。なお、レシオメトリック回路はこの構成に限らず、電源電圧の変動に応じて変動するアナログ基準電圧を用いて信号処理を行う回路であればよい。レシオメトリック回路は、電源電圧の変動に応じて信号の振幅(増幅のゲイン)を変動させる場合もあるが、本実施形態では電源電圧の変動に応じてアナログ基準電圧を変動させる場合を説明する。
1. Ratiometric Circuit FIG. 1 shows an example of a ratiometric circuit. The ratiometric circuit of FIG. 1 includes an analog reference
アナログ基準電圧生成回路300は、高電位側電源電圧VDDと低電位側電源電圧VSSの間を分圧してアナログ基準電圧VRF(アナロググランド)を出力する。分圧比をαとした場合、VRF=α×(VDD−VSS)+VSSであり、VSS=0とした場合にはVRF=α×VDDである。
The analog reference
図1では、増幅回路400の一例として差動入力でシングルエンド出力の増幅回路を図示している。増幅回路400の差動入力電圧をVI1、VI2とし、ゲインをGとした場合、出力電圧VQは式FAで表される。式FAから分かるように、出力電圧VQとして、アナログ基準電圧VRFを基準とする信号G×(VI2−VI1)が出力される。
In FIG. 1, a differential input and single-ended output amplifier circuit is illustrated as an example of the
このように、レシオメトリック回路が行う信号処理は、例えばアナログ基準電圧VRFを基準とする信号を生成する処理である。或いは、シングルエンド入力の増幅回路のように入力電圧とアナログ基準電圧VRFの差分にゲインを乗じ、その結果を、アナログ基準電圧VRFを基準として出力する処理であってもよい。或いは、スイッチドキャパシター回路において、アナログ基準電圧VRFを基準として入力電圧をサンプリングし、そのサンプリング結果やそれを増幅又はフィルター処理した結果などを、アナログ基準電圧VRFを基準として出力する処理であってもよい。それ以外にも、アナログ基準電圧VRFを基準として行うアナログ信号処理やアナログ/デジタル変換処理を含んでもよい。これらの処理では、処理結果を表す数式にアナログ基準電圧VRFが含まれるので、アナログ基準電圧VRFが変動すると処理結果も変動することになる。 As described above, the signal processing performed by the ratiometric circuit is, for example, processing for generating a signal based on the analog reference voltage VRF. Alternatively, a process of multiplying the difference between the input voltage and the analog reference voltage VRF by a gain and outputting the result with the analog reference voltage VRF as a reference may be used as in a single-ended input amplifier circuit. Alternatively, in the switched capacitor circuit, the input voltage is sampled with the analog reference voltage VRF as a reference, and the sampling result or the result of amplification or filtering of the sampling result is output with the analog reference voltage VRF as a reference. Good. In addition, analog signal processing or analog / digital conversion processing performed using the analog reference voltage VRF as a reference may be included. In these processes, the analog reference voltage VRF is included in the mathematical expression representing the process result, so that the process result varies when the analog reference voltage VRF varies.
2.比較構成例
図2に、アナログ基準電圧生成回路300の比較構成例を示す。図2のアナログ基準電圧生成回路300は、高電位側電源電圧VDDのノードと低電位側電源電圧VSSのノードとの間に直列接続される抵抗素子RS1、RS2を含む。
2. Comparative Configuration Example FIG. 2 shows a comparative configuration example of the analog reference
アナログ基準電圧生成回路300は、抵抗素子RS1、RS2による分圧電圧をアナログ基準電圧VRFとして出力する。例えば抵抗素子RS1、RS2の抵抗値が同じでVSS=0とした場合、VRF=(1/2)×VDDである。このとき図1の式FAはVQ=G×(VI2−VI1)+(1/2)×VDDとなり、電源電圧VDDに応じて電圧VQが変動する。
The analog reference
レシオメトリック回路は、例えば電源(レシオメトリック回路が組み込まれるシステムの電源)の違いによる電源電圧VDDの違い、或いは、電池残量の減少等にともなう電源電圧VDDの経時的な変化等のような電源電圧VDDの変動に追従するための回路である。即ち、直流電圧(DC電圧)としての電源電圧VDDの違いや、非常にゆっくりした電源電圧VDDの変化を想定したものである。 A ratiometric circuit is a power supply such as a difference in power supply voltage VDD due to a difference in power supply (system power supply in which the ratiometric circuit is incorporated) or a change in power supply voltage VDD over time due to a decrease in remaining battery power. This is a circuit for following the fluctuation of the voltage VDD. That is, a difference in the power supply voltage VDD as a direct current voltage (DC voltage) or a very slow change in the power supply voltage VDD is assumed.
しかしながら、電源電圧VDDの変動に応じてアナログ基準電圧VRFを変動させるという性質から、例えば図2のA1に示すようなノイズが電源電圧VDDに加わった場合、そのノイズに応じてアナログ基準電圧VRFにもノイズが発生してしまう。図2の比較構成例のように単純に1/2の分圧を行う場合には、電源電圧VDDのノイズの振幅を1/2にしたノイズがアナログ基準電圧VRFに伝搬することになる。このようなアナログ基準電圧VRFのノイズはレシオメトリック回路の出力信号にも含まれることになり、レシオメトリック回路の出力信号のS/N(例えばジャイロセンサーにおける角速度の測定精度)を低下させる要因となる。 However, due to the nature of changing the analog reference voltage VRF according to the fluctuation of the power supply voltage VDD, for example, when noise as shown in A1 of FIG. 2 is added to the power supply voltage VDD, the analog reference voltage VRF is changed according to the noise. Even noise will occur. When the voltage is halved simply as in the comparative configuration example of FIG. 2, the noise with the noise amplitude of the power supply voltage VDD halved propagates to the analog reference voltage VRF. Such noise of the analog reference voltage VRF is also included in the output signal of the ratiometric circuit, which causes a reduction in the S / N of the output signal of the ratiometric circuit (for example, the measurement accuracy of angular velocity in the gyro sensor). .
図1では増幅回路400を1段としたが、レシオメトリック回路は、アナログ基準電圧VRFを基準として多段の増幅を行う回路でもよい。この場合、各段の出力信号にはアナログ基準電圧VRFが含まれ、そのアナログ基準電圧VRFに乗ったノイズも次段に入力される。このとき、各段ではアナログ基準電圧VRFを基準としているので理想的にはノイズがキャンセルされるが、実際には各段の増幅回路を通過する際のノイズ波形の変化や、アナログ基準電圧VRFの配線の寄生インピーダンスによるノイズ波形の変化などによって、完全にはキャンセルされない可能性がある。そうすると、そのキャンセルされなかったアナログ基準電圧VRFのノイズが多段のゲインによって増幅されてしまう。特に微小な信号を高ゲインで増幅するような場合(例えばジャイロセンサーの検出回路での増幅等)や、車載用途のように電源環境が悪い場合には、アナログ基準電圧VRFのノイズが大きな問題となる可能性がある。
In FIG. 1, the
3.アナログ基準電圧生成回路
図3に、上記のような課題を解決できる本実施形態のアナログ基準電圧生成回路300の第1構成例を示す。図3のアナログ基準電圧生成回路300は、電源電圧を分圧して分圧電圧VBを出力する分圧回路310と、分圧電圧VBに基づく信号である第1の信号SB1からの交流成分を抽出する交流成分抽出回路340と、分圧電圧VBに基づく信号である第2の信号SB2と、交流成分抽出回路340の出力信号SACとの減算処理を行ってアナログ回路用のアナログ基準電圧VRFを出力する減算回路350と、を含む。
3. Analog Reference Voltage Generation Circuit FIG. 3 shows a first configuration example of an analog reference
具体的には、分圧回路310は抵抗素子RR1、RR2を含む。抵抗素子RR1の一端は高電位側電源電圧VDDのノードに接続され、他端はノードNA1に接続される。抵抗素子RR2の一端はノードNA1に接続され、他端は低電位側電源電圧VSSのノードに接続される。分圧回路310は、電源電圧VDD、VSSの間を抵抗素子RR1、RR2により分圧し、分圧電圧VB=(RR2/(RR1+RR2))×(VDD−VSS)+VSSを出力する。
Specifically,
第1の信号SB1、第2の信号SB2は、分圧電圧VBと同じ(略同一を含む)電圧の信号である。例えば分圧電圧VBをインピーダンス変換した信号であってもよいし、或いは分圧電圧VBそのものであってもよい。 The first signal SB1 and the second signal SB2 are signals having the same voltage (including substantially the same) as the divided voltage VB. For example, a signal obtained by impedance conversion of the divided voltage VB may be used, or the divided voltage VB itself may be used.
交流成分抽出回路340は、第1の信号SB1の直流成分をカットし、交流成分を通過させる。通過させる交流成分の帯域の下限は任意であるが、例えばジャイロセンサーの検出回路にアナログ基準電圧VRFを供給する場合、その検出回路の出力信号の帯域の上限(ローパスフィルターのカットオフ周波数)よりも低くてもよい。或いは、検出回路の出力信号をA/D変換した後にデジタル処理を行う場合、その処理部の出力信号の帯域の上限(ローパスフィルターのカットオフ周波数)よりも低くてもよい。
The AC
減算回路350は、第2の信号SB2から、第1の信号SBの交流成分である信号SACを減算する。これは、分圧電圧VBから分圧電圧VBの交流成分を低減(又は除去)することに相当する。低減される交流成分の帯域の下限は、交流成分抽出回路340が通過させる交流成分の帯域の下限に対応する。
The
以上の構成によれば、交流成分が低減された分圧電圧VBをアナログ基準電圧VRFとして出力できる。これにより、電源電圧のノイズ成分がアナログ基準電圧VRFに伝搬することを抑制しつつ、電源電圧に比例したアナログ基準電圧VRFを出力するレシオメトリック機能を実現できる。また、分圧電圧VBから、その交流成分を減算する手法を用いることで、効果的に交流成分を低減できる。例えば分圧電圧VBにローパスフィルターを適用した場合、カットオフ周波数より高い周波数になるに従って徐々にゲインが低下するので、カットオフ周波数より高い周波数でもある程度は交流成分が残る可能性がある。一方、抽出した交流成分を分圧電圧VBから減算した場合、交流成分の抽出のカットオフ周波数より高い周波数では、ほぼ交流成分を除去することが可能である。 According to the above configuration, the divided voltage VB in which the AC component is reduced can be output as the analog reference voltage VRF. Accordingly, it is possible to realize a ratiometric function for outputting the analog reference voltage VRF proportional to the power supply voltage while suppressing the noise component of the power supply voltage from propagating to the analog reference voltage VRF. Further, the AC component can be effectively reduced by using a method of subtracting the AC component from the divided voltage VB. For example, when a low-pass filter is applied to the divided voltage VB, the gain gradually decreases as the frequency becomes higher than the cutoff frequency. Therefore, there is a possibility that an AC component remains to some extent even at a frequency higher than the cutoff frequency. On the other hand, when the extracted AC component is subtracted from the divided voltage VB, it is possible to substantially remove the AC component at a frequency higher than the cutoff frequency of AC component extraction.
また本実施形態のアナログ基準電圧生成回路300は、分圧電圧VBが入力され(分圧電圧VBを受けて)、分圧電圧VBに対応する電圧の第1の信号SB1を出力する第1のバッファー回路320と、分圧電圧VBが入力され(分圧電圧VBを受けて)、分圧電圧VBに対応する電圧の第2の信号SB2を出力する第2のバッファー回路330と、を含む。
The analog reference
具体的には、第1のバッファー回路320は、正極入力端子(第1入力端子、第1入力ノード)がノードNA1に接続される演算増幅器OP3を含む。演算増幅器OP3の負極入力端子(第2入力端子、第2入力ノード)と出力端子(出力ノード)はノードNA2に接続される。即ち第1のバッファー回路320は、いわゆるボルテージフォロアであり、分圧電圧VBをバッファリングして分圧電圧VBと同じ電圧(例えばオフセット電圧等の誤差を含んでもよい)を出力する。
Specifically, the
第2のバッファー回路330は、正極入力端子(第1入力端子、第1入力ノード)がノードNA1に接続される演算増幅器OP4を含む。演算増幅器OP4の負極入力端子(第2入力端子、第2入力ノード)と出力端子(出力ノード)はノードNA3に接続される。即ち第2のバッファー回路330は、いわゆるボルテージフォロアであり、分圧電圧VBをバッファリングして分圧電圧VBと同じ電圧(例えばオフセット電圧等の誤差を含んでもよい)を出力する。
The
分圧回路310の出力ノードNA1から後段の回路に電流が流れた場合、その電流が分圧回路310の中を流れて分圧電圧VBに誤差が生じる(干渉影響)。この点、本実施形態では、第1のバッファー回路320と第2のバッファー回路330が、高入力インピーダンスで分圧電圧VBを受けて、低出力インピーダンスで第1の信号SB1と第2の信号SB2を出力できる。これにより、分圧回路310とその後段の回路との間をインピーダンス変換により分離し、分圧電圧VBの誤差を防ぐことができる。
When a current flows from the output node NA1 of the
また、交流成分抽出回路340は、第1の信号SB1が入力され(第1の信号SB1を受けて)、第1の信号SB1の交流成分を抽出するハイパスフィルター342を含む。
The AC
具体的には、ハイパスフィルター342はキャパシターCACと抵抗素子RACを含む。キャパシターCACの一端は第1のバッファー回路320の出力ノードNA2に接続され、他端はノードNA4に接続される。抵抗素子RACの一端はノードNA4に接続され、他端は低電位側電源電圧VSS(広義には基準電圧)のノードに接続される。このハイパスフィルター342は一次のパッシブフィルターであり、第1の信号SB1のうち通過帯域(カットオフ周波数より高い帯域)の信号SHFをノードNA4に出力する。なお、ハイパスフィルター342はこの構成に限定されず、例えば2次以上のフィルターや、或いはアクティブフィルターであってもよい。
Specifically, the
このように交流成分抽出回路340がハイパスフィルター342を含むことで、分圧電圧VBから直流成分を除いて交流成分を抽出できる。ハイパスフィルター342のゲイン特性は通過帯域の平坦部においてゲインが1なので、その交流成分を減算回路350で減算したときに、分圧電圧VBから交流成分を効果的に除去できる。
As described above, since the AC
また、交流成分抽出回路340は、ハイパスフィルター342の出力信号SHFが第1の入力ノードNA4(正極入力端子、第1入力端子)に入力される第1の演算増幅器OP1と、第1の演算増幅器OP1の第2の入力ノードNA5(負極入力端子、第2入力端子)と第1の演算増幅器OP1の出力ノードNA6との間に設けられる第1の抵抗素子RA1と、第1の演算増幅器OP1の第2の入力ノードNA5と低電位側電源電圧VSS(広義には基準電圧)のノードとの間に設けられる第2の抵抗素子RA2と、を含む。
In addition, the AC
演算増幅器OP1と抵抗素子RA1、RA2はいわゆる正転増幅器を構成しており、その正転増幅器はハイパスフィルター342の出力信号SHFを増幅して信号SACを出力する。正転増幅器のゲイン(抵抗素子RA1、RA2の抵抗値)は、減算回路350で第2の信号SB2から交流成分の信号SACを減算したときに、アナログ基準電圧VRFから交流成分(ノイズ)をできるだけ除去できるように設定すればよい。例えば、ハイパスフィルター342での減衰をキャンセルするゲインを設定してもよい。
The operational amplifier OP1 and the resistance elements RA1 and RA2 constitute a so-called normal amplifier, which amplifies the output signal SHF of the high-
このようにハイパスフィルター342の出力信号SHFを増幅することで、アナログ基準電圧VRFから交流成分を除去するために適切なゲインで交流成分を抽出できる。また、ハイパスフィルター342の出力信号SHFを高入力インピーダンスの正転増幅器で受けることができるので、パッシブフィルターであるハイパスフィルター342の周波数特性に影響を与えることなく交流成分を増幅できる。
By amplifying the output signal SHF of the high-
また、減算回路350は、第2の演算増幅器OP2と、第2の信号SB2が入力されるノードNA3と第2の演算増幅器OP2の第1の入力ノードNA7(正極入力端子、第1入力端子)との間に設けられる第3の抵抗素子RD1と、第2の演算増幅器OP2の第1の入力ノードNA7と低電位側電源電圧VSS(広義には基準電圧)のノードとの間に設けられる第4の抵抗素子RD2と、交流成分抽出回路340の出力ノードNA6と第2の演算増幅器OP2の第2の入力ノードNA8(負極入力端子、第2入力端子)との間に設けられる第5の抵抗素子RD3と、第2の演算増幅器OP2の第2の入力ノードNA8と第2の演算増幅器OP2の出力ノードNA9との間に設けられる第6の抵抗素子RD4と、を含む。
The subtracting
演算増幅器OP2と抵抗素子RD1〜RD4はいわゆるアナログ減算回路(差動入力でシングルエンド出力の増幅回路)を構成しており、そのアナログ減算回路は第2の信号SB2と信号SACの差分を増幅してアナログ基準電圧VRFを出力する。アナログ減算回路のゲイン(抵抗素子RD1〜RD4の抵抗値)は任意であるが、例えばゲインを1(RD1=RD2=RD3=RD4)に設定すればよい。 The operational amplifier OP2 and the resistance elements RD1 to RD4 constitute a so-called analog subtraction circuit (a differential input and single-ended output amplification circuit), which amplifies the difference between the second signal SB2 and the signal SAC. The analog reference voltage VRF is output. The gain of the analog subtracting circuit (the resistance values of the resistance elements RD1 to RD4) is arbitrary. For example, the gain may be set to 1 (RD1 = RD2 = RD3 = RD4).
このように第2の信号SB2と信号SACの差分を求めることでアナログ基準電圧VRFの交流成分を低減できる。この点について図4を用いて具体的に説明する。図4は、分圧電圧がVB=VDD/2であり、交流成分抽出回路340のゲインが1であり、減算回路350のゲインが1である場合の波形例である。図4に示すように電源電圧VDDに電圧vd(VDDの直流成分)を中心とする±1%×vdの振幅のノイズが加わったとする。この場合、分圧電圧VBは0.5vdの直流成分に±0.5%×vdの振幅のノイズが加わったものとなる。交流成分抽出回路340の出力信号SACは、分圧電圧VBのノイズ(交流成分)である±0.5%×vdの振幅の信号となり、直流成分は0Vとなる。VRF=SB2−SAC、SB2=VBなので、VRF=VB−SAC=(0.5vd±0.5%×vd)−(±0.5%×vd)=0.5vdとなり、交流成分を除去(直流成分を抽出)したアナログ基準電圧VRFが得られる。
Thus, by obtaining the difference between the second signal SB2 and the signal SAC, the AC component of the analog reference voltage VRF can be reduced. This point will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 is a waveform example when the divided voltage is VB = VDD / 2, the gain of the AC
4.第2構成例
図5に、本実施形態のアナログ基準電圧生成回路300の第2構成例を示す。図5のアナログ基準電圧生成回路300は、分圧回路310、第1のバッファー回路320、第2のバッファー回路330、交流成分抽出回路340、減算回路350、ローパスフィルター360を含む。なお、第1構成例で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
4). Second Configuration Example FIG. 5 shows a second configuration example of the analog reference
ローパスフィルター360は、減算回路350からのアナログ基準電圧VRF’をローパスフィルター処理して、そのローパスフィルター処理後のアナログ基準電圧VRFを出力する。
The low-
具体的には、ローパスフィルター360は抵抗素子RQとキャパシターCQを含む。抵抗素子RQの一端は減算回路350の出力ノードNA9に接続され、他端はノードNA10に接続される。キャパシターCQの一端はノードNA10に接続され、他端は低電位側電源電圧VSSのノードに接続される。このローパスフィルター360は一次のパッシブフィルターであり、ローパスフィルター処理したアナログ基準電圧VRFをノードNA10に出力する。
Specifically, the
図6に、演算増幅器OP2(又は演算増幅器OP1)のゲイン周波数特性GCDと、ローパスフィルター360のゲイン周波数特性GCQとを模式的に示す。ゲイン周波数特性GCDのカットオフ周波数をfcdとし、ゲイン周波数特性GCQのカットオフ周波数をfcqとした場合、fcd<fcqであることが望ましい。ローパスフィルター360は減算回路350の帰還ループの位相補償(安定性)に関わるので、fcd<fcqとすることで位相補償への影響(発振の可能性)を低減できる。
FIG. 6 schematically shows the gain frequency characteristic GCD of the operational amplifier OP2 (or the operational amplifier OP1) and the gain frequency characteristic GCQ of the low-
減算回路350の帯域(カットオフ周波数fcd)より高い周波数では減算回路350の帰還ループのゲインが下がる(又は位相が回る)ので、減算が正しく行われず、ノイズが通過してしまう。この点、本実施形態では、減算回路350の後段にローパスフィルター360を設けることで、減算回路350を通過したノイズを低減できる。これにより、アナログ基準電圧VRFの交流成分(ノイズ)を、より高い周波数帯域にわたって低減できる。
At a frequency higher than the band of the subtraction circuit 350 (cut-off frequency fcd), the gain of the feedback loop of the
5.電子機器、ジャイロセンサー、回路装置
図7に、本実施形態のアナログ基準電圧生成回路300が適用された回路装置20、この回路装置20を含むジャイロセンサー510(広義には物理量センサー、物理量検出装置)、このジャイロセンサー510を含む電子機器500の詳細な構成例を示す。以下では、回路装置がジャイロセンサーにおける角速度検出用の回路装置である場合を例に説明するが、本実施形態のアナログ基準電圧生成回路300は種々の用途の回路装置に適用することが可能である。
5). FIG. 7 shows a
なお回路装置20、電子機器500、ジャイロセンサー510は図7の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器500としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、生体情報検出装置、ゲーム機、時計、健康器具、或いは携帯型情報端末等の種々の機器を想定できる。また以下では、物理量トランスデューサー(角速度センサー素子)が圧電型の振動片(振動ジャイロ)であり、センサーがジャイロセンサーである場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限定されない。例えばシリコン基板などから形成された静電容量検出方式の振動ジャイロや、角速度情報と等価な物理量や角速度情報以外の物理量を検出する物理量トランスデューサー等にも本発明は適用可能である。
The
電子機器500は、ジャイロセンサー510と処理部520を含む。またメモリー530、操作部540、表示部550を含むことができる。CPU、MPU等で実現される処理部520(処理装置)は、ジャイロセンサー510等の制御や電子機器500の全体制御を行う。また処理部520は、ジャイロセンサー510により検出された角速度情報(広義には物理量情報)に基づいて処理を行う。例えば角速度情報に基づいて、手ぶれ補正、姿勢制御、GPS自律航法などのための処理を行う。メモリー530(ROM、RAM等)は、制御プログラムや各種データを記憶したり、ワーク領域やデータ格納領域として機能したりする。操作部540はユーザーが電子機器500を操作するためのものであり、表示部550は種々の情報をユーザーに表示する。
ジャイロセンサー510は、振動片10と回路装置20と処理装置110を含む。振動片10(広義には物理量トランスデューサー、角速度センサー素子)は、水晶などの圧電材料の薄板から形成される圧電型振動片である。具体的には、振動片10は、Zカットの水晶基板により形成されたダブルT字型の振動片である。
The
回路装置20は、駆動回路30、検出回路60、アナログ基準電圧生成回路300、制御部140を含む。回路装置20は例えば半導体集積回路装置で実現される。なお、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
The
駆動回路30は、駆動信号DQを出力して振動片10を駆動する。例えば振動片10からフィードバック信号DIを受け、これに対応する駆動信号DQを出力することで、振動片10を励振させる。検出回路60は、駆動信号DQにより駆動される振動片10から検出信号IQ1、IQ2(検出電流、電荷)を受け、検出信号IQ1、IQ2から、振動片10に印加された物理量に応じた所望信号(コリオリ力信号)を検出(抽出)する。アナログ基準電圧生成回路300は検出回路60にアナログ基準電圧VRFを供給する。制御部140は、回路装置20の制御処理を行う。この制御部140は、ロジック回路(ゲートアレイ等)やプロセッサー等により実現できる。回路装置20での各種のスイッチ制御やモード設定等はこの制御部140により行われる。
The
処理装置110は、検出回路60により検出されたアナログの所望信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路112を含む。処理装置110は、A/D変換回路112からのデジタル信号に対してデジタルフィルター処理やデジタル補正処理などのデジタル信号処理を行う。デジタル補正処理としては、例えばゼロ点補正処理や感度補正処理などがある。処理装置110は例えばDSP(Digital Signal processor)等の種々のプロセッサーを用いることが可能であり、例えば半導体集積回路装置で実現される。なお、処理装置110を省略し、その機能を処理部520に含めてもよい。
The processing device 110 includes an A /
振動片10は、基部1と、連結腕2、3と、駆動腕4、5、6、7と、検出腕8、9を有する。矩形状の基部1に対して+Y軸方向、−Y軸方向に検出腕8、9が延出している。また基部1に対して−X軸方向、+X軸方向に連結腕2、3が延出している。そして連結腕2に対して+Y軸方向、−Y軸方向に駆動腕4、5が延出しており、連結腕3に対して+Y軸方向、−Y軸方向に駆動腕6、7が延出している。なおX軸、Y軸、Z軸は振動方向を示すものである。
The
駆動回路30からの駆動信号DQは、駆動腕4、5の上面に設けられた駆動電極と、駆動腕6、7の側面に設けられた駆動電極に入力される。また駆動腕4、5の側面に設けられた駆動電極と、駆動腕6、7の上面に設けられた駆動電極からの信号が、フィードバック信号DIとして駆動回路30に入力される。また検出腕8、9の上面に設けられた検出電極からの信号が、検出信号IQ1、IQ2として検出回路60に入力される。なお検出腕8、9の側面に設けられたコモン電極は例えば接地される。
The drive signal DQ from the
駆動回路30により交流の駆動信号DQが印加されると、駆動腕4、5、6、7は、逆圧電効果により矢印Aに示すような屈曲振動(励振振動)を行う。即ち、駆動腕4、6の先端が互いに接近と離間を繰り返し、駆動腕5、7の先端も互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動を行う。このとき駆動腕4、5と駆動腕6、7とが、基部1の重心位置を通るY軸に対して線対称の振動を行っているので、基部1、連結腕2、3、検出腕8、9はほとんど振動しない。
When an AC drive signal DQ is applied by the
この状態で、振動片10に対してZ軸を回転軸とした角速度が加わると(振動片10がZ軸回りで回転すると)、コリオリ力により駆動腕4、5、6、7は矢印Bに示すように振動する。即ち、矢印Aの方向とZ軸の方向とに直交する矢印Bの方向のコリオリ力が、駆動腕4、5、6、7に働くことで、矢印Bの方向の振動成分が発生する。この矢印Bの振動が連結腕2、3を介して基部1に伝わり、検出腕8、9が矢印Cの方向で屈曲振動を行う。この検出腕8、9の屈曲振動による圧電効果で発生した電荷信号が、検出信号IQ1、IQ2として検出回路60に入力される。ここで、駆動腕4、5、6、7の矢印Bの振動は、基部1の重心位置に対して周方向の振動であり、検出腕8、9の振動は、矢印Bとは周方向で反対向きの矢印Cの方向での振動である。検出信号IQ1、IQ2は、駆動信号DQに対して位相が90度だけずれた信号になる。
In this state, when an angular velocity with the Z axis as the rotation axis is applied to the vibrating piece 10 (when the vibrating
例えば、Z軸回りでの振動片10(ジャイロセンサー)の角速度をωとし、質量をmとし、振動速度をvとすると、コリオリ力はFc=2m・v・ωと表される。従って検出回路60が、コリオリ力に応じた信号である所望信号を検出することで、角速度ωを求めることができる。そして求められた角速度ωを用いることで、処理部520は、手振れ補正、姿勢制御、或いはGPS自律航法等のための種々の処理を行うことができる。
For example, when the angular velocity of the vibrating piece 10 (gyro sensor) around the Z axis is ω, the mass is m, and the vibration velocity is v, the Coriolis force is expressed as Fc = 2 m · v · ω. Therefore, the
なお図7では、振動片10がダブルT字型である場合の例を示しているが、本実施形態の振動片10はこのような構造に限定されない。例えば音叉型、H型等であってもよい。また振動片10の圧電材料は、水晶以外のセラミックスやシリコン等の材料であってもよい。
FIG. 7 shows an example in which the
図8に、回路装置20の駆動回路30、検出回路60の詳細な構成例を示す。
FIG. 8 shows a detailed configuration example of the
駆動回路30は、振動片10からのフィードバック信号DIが入力される増幅回路32と、自動ゲイン制御を行うゲイン制御回路40と、駆動信号DQを振動片10に出力する駆動信号出力回路50を含む。また同期信号SYCを検出回路60に出力する同期信号出力回路52を含む。なお、駆動回路30の構成は図8に限定されず、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
The
増幅回路32(I/V変換回路)は、振動片10からのフィードバック信号DIを増幅する。例えば振動片10からの電流の信号DIを電圧の信号DVに変換して出力する。この増幅回路32は、演算増幅器、帰還抵抗素子、帰還キャパシターなどにより実現できる。
The amplification circuit 32 (I / V conversion circuit) amplifies the feedback signal DI from the
駆動信号出力回路50は、増幅回路32による増幅後の信号DVに基づいて、駆動信号DQを出力する。例えば駆動信号出力回路50が、矩形波(又は正弦波)の駆動信号を出力する場合には、駆動信号出力回路50はコンパレーター等により実現できる。
The drive
ゲイン制御回路40(AGC:Auto Gain Controller)は、駆動信号出力回路50に制御電圧DSを出力して、駆動信号DQの振幅を制御する。具体的には、ゲイン制御回路40は、信号DVを監視して、発振ループのゲインを制御する。例えば駆動回路30では、ジャイロセンサーの感度を一定に保つために、振動片10(駆動用振動片)に供給する駆動電圧の振幅を一定に保つ必要がある。このため、駆動振動系の発振ループ内に、ゲインを自動調整するためのゲイン制御回路40が設けられる。ゲイン制御回路40は、振動片10からのフィードバック信号DIの振幅(振動片の振動速度v)が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。このゲイン制御回路40は、増幅回路32の出力信号DVを全波整流する全波整流器や、全波整流器の出力信号の積分処理を行う積分器などにより実現できる。
A gain control circuit 40 (AGC: Auto Gain Controller) outputs a control voltage DS to the drive
同期信号出力回路52は、増幅回路32による増幅後の信号DVを受け、同期信号SYC(参照信号)を検出回路60に出力する。この同期信号出力回路52は、正弦波(交流)の信号DVの2値化処理を行って矩形波の同期信号SYCを生成するコンパレーターや、同期信号SYCの位相調整を行う位相調整回路(移相器)などにより実現できる。
The synchronization
検出回路60は、電荷電圧変換回路61、62(Q/V変換回路)、差動増幅回路63、同期検波回路81、オフセット調整回路64、フィルター回路65、感度調整回路66、出力回路67を含む。
The
電荷電圧変換回路61、62は、振動片10からの第1、第2の検出信号IQ1、IQ2を受けて、電荷電圧変換を行い、電圧の信号VQ1、VQ2を出力する。電荷電圧変換回路61、62は、正極入力端子にアナログ基準電圧VRFが入力される演算増幅器や、その演算増幅器の出力端子と負極入力端子の間に設けられるフィードバックキャパシターなどにより実現できる。
The charge
差動増幅回路63は、信号VQ1、VQ2の差分を増幅して電圧の信号VSZを出力する。差動増幅回路63は、演算増幅器や抵抗素子などで実現でき、例えば図1の増幅回路400と同様の構成で実現できる。アナログ基準電圧VRFは、例えば演算増幅器の正極入力端子に一端が接続される抵抗素子の他端に入力される。
The
同期検波回路81は、駆動回路30からの同期信号SYCに基づいて信号VSZの同期検波を行い、電圧の信号VDKを出力する。同期検波回路81は、反転増幅回路(演算増幅器や抵抗素子など)で構成されるスイッチ回路や、スイッチ回路の出力信号を平滑化するフィルター(抵抗素子やキャパシターなど)などで実現できる。アナログ基準電圧VRFは、例えば反転増幅回路の演算増幅器の正極入力端子に入力される。
The
オフセット調整回路64は、信号VDKのDCオフセットを調整して電圧の信号VDFを出力する。オフセット調整回路64は、演算増幅器や可変抵抗回路などで実現できる。可変抵抗回路の一端は演算増幅器の出力端子に接続され、他端にはアナログ基準電圧VRFが入力される。可変抵抗回路は分圧比を可変に調整でき、その分圧電圧は演算増幅器の負極入力端子に入力される。
The offset
フィルター回路65は信号VDFをローパスフィルター処理して電圧の信号VFLを出力する。フィルター回路65は、SCF(Switched Capacitor Filter)などで実現できる。アナログ基準電圧VRFは、SCFのアナログ基準電圧として入力される。
The
感度調整回路66は、角速度の検出感度を調整する回路であり、電源電圧VDDに比例するゲインで信号VFLの振幅を増幅して、電圧の信号VKCを出力する。感度調整回路66は、演算増幅器や抵抗素子や可変抵抗回路などで実現できる。アナログ基準電圧VRFは、感度調整回路66のアナログ基準電圧として入力される。
The
出力回路67は、信号VKCをバッファリングして信号VOUTを出力する。信号VOUTは角速度情報を含む信号であり、信号VOUTとアナログ基準電圧VRFの差分が角速度に比例する。出力回路67は、ローパスフィルター(抵抗素子やキャパシターなど)や、ボルテージフォロア(演算増幅器)などで実現できる。アナログ基準電圧VRFは、ローパスフィルターのアナログ基準電圧として入力される。
The
以上のように本実施形態の回路装置20は、アナログ基準電圧生成回路300と、アナログ基準電圧生成回路300からのアナログ基準電圧VRFがアナログ基準電圧入力ノードに入力される増幅回路と、を含む。アナログ基準電圧入力ノードは、上述の検出回路60に含まれる各回路においてアナログ基準電圧VRFが入力されるノードのことである。
As described above, the
このように、アナログ基準電圧生成回路300によりノイズが低減されたアナログ基準電圧VRFが回路装置20の増幅回路に入力されることで、アナログ基準電圧VRFのノイズに起因するS/N低下を抑制できる。
As described above, the analog reference voltage VRF in which the noise is reduced by the analog reference
また本実施形態の回路装置20は、検出回路60を含む。検出回路60は、アナログ基準電圧生成回路300からのアナログ基準電圧VRFがアナログ基準電圧入力ノードに入力される増幅回路を有し、物理量トランスデューサー(振動片10)から出力される物理量に応じた検出信号IQ1、IQ2に基づいて、物理量に対応する物理量情報(信号VOUT)を出力する。
The
検出回路60に含まれる増幅回路は、電荷電圧変換回路61、62、差動増幅回路63、感度調整回路66、オフセット調整回路64、同期検波回路81、及びフィルター回路65の少なくとも1つに含まれる増幅回路である。
The amplification circuit included in the
このように、物理量センサーにおいて物理量を検出する検出回路60に、アナログ基準電圧生成回路300からのアナログ基準電圧VRFを供給することで、物理量センサーの電源供給ラインにノイズが重畳した場合でも、その影響を受けずに物理量を検出できる。例えば、外乱ノイズに対する耐性を要求される車載用途等においても、物理量の検出精度(例えばジャイロセンサー510における角速度信号のS/N)を向上できる。また、検出回路60は多段の増幅回路を含んでおり、アナログ基準電圧VRFから各段の出力に伝搬したノイズが後段の増幅回路で増幅されていく。この点、本実施形態ではアナログ基準電圧VRFのノイズが低減されているため、このような多段の増幅回路においてノイズ低減の効果が大きい。
Thus, even if noise is superimposed on the power supply line of the physical quantity sensor by supplying the analog reference voltage VRF from the analog reference
6.移動体、電子機器
図9に、本実施形態の回路装置20を含む移動体、電子機器の例を示す。本実施形態の回路装置20は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。
6). FIG. 9 shows an example of a mobile object and an electronic device including the
自動車206は、移動体の具体例として概略的に示したものである。自動車206には、振動片10と回路装置20を有するジャイロセンサー510(センサー)が組み込まれている。ジャイロセンサー510は車体207の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー510の検出信号は車体姿勢制御装置208に供給される。車体姿勢制御装置208は例えば車体207の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり個々の車輪209のブレーキを制御したりすることができる。その他、こういった姿勢制御は二足歩行ロボットや航空機、ヘリコプター等の各種の移動体において利用されることができる。姿勢制御の実現にあたってジャイロセンサー510は組み込まれることができる。
The
デジタルスチルカメラ610、生体情報検出装置620は、電子機器の具体例として概略的に示したものである。このように、本実施形態の回路装置20はデジタルスチルカメラ610や生体情報検出装置620(ウェアラブル健康機器。例えば脈拍計、歩数計、活動量計等)などの種々の電子機器に適用できる。例えばデジタルスチルカメラ610においてジャイロセンサーや加速度センサーを用いた手ぶれ補正等を行うことができる。また生体情報検出装置620において、ジャイロセンサーや加速度センサーを用いて、ユーザーの体動を検出したり、運動状態を検出したりできる。
The digital
ロボット630は、移動体又は電子機器の具体例として概略的に示したものである。このように、本実施形態の回路装置20はロボット630の可動部(アーム、関節)や本体部にも適用できる。ロボット630は、移動体(走行・歩行ロボット)、電子機器(非走行・非歩行ロボット)のいずれも想定できる。走行・歩行ロボットの場合には、例えば自律走行に本実施形態の回路装置20を利用できる。
The
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。またアナログ基準電圧生成回路、振動片、回路装置、物理量センサー、電子機器、移動体の構成・動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. All combinations of the present embodiment and the modified examples are also included in the scope of the present invention. Further, the configuration and operation of the analog reference voltage generation circuit, the resonator element, the circuit device, the physical quantity sensor, the electronic device, the moving body, and the like are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.
1…基部、2,3…連結腕、4〜7…駆動腕、8,9…検出腕、10…振動片、
20…回路装置、30…駆動回路、32…増幅回路、40…ゲイン制御回路、
50…駆動信号出力回路、52…同期信号出力回路、60…検出回路、
61,62…電荷電圧変換回路、63…差動増幅回路、64…オフセット調整回路、
65…フィルター回路、66…感度調整回路、67…出力回路、81…同期検波回路、
110…処理装置、112…A/D変換回路、140…制御部、206…自動車、
207…車体、208…車体姿勢制御装置、209…車輪、
300…アナログ基準電圧生成回路、310…分圧回路、
320…第1のバッファー回路、330…第2のバッファー回路、
340…交流成分抽出回路、342…ハイパスフィルター、350…減算回路、
360…ローパスフィルター、400…増幅回路、500…電子機器、
510…ジャイロセンサー、520…処理部、530…メモリー、540…操作部、
550…表示部、610…デジタルスチルカメラ、620…生体情報検出装置、
630…ロボット、
IQ1,IQ2…検出信号、OP1…第1の演算増幅器、OP2…第2の演算増幅器、
RA1…第1の抵抗素子、RA2…第2の抵抗素子、RD1…第3の抵抗素子、
RD2…第4の抵抗素子、RD3…第5の抵抗素子、RD4…第6の抵抗素子、
VB…分圧電圧、VDD…電源電圧、VRF…アナログ基準電圧
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
50 ... Drive signal output circuit, 52 ... Synchronization signal output circuit, 60 ... Detection circuit,
61, 62 ... charge voltage conversion circuit, 63 ... differential amplification circuit, 64 ... offset adjustment circuit,
65 ... Filter circuit, 66 ... Sensitivity adjustment circuit, 67 ... Output circuit, 81 ... Synchronous detection circuit,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Processing apparatus, 112 ... A / D conversion circuit, 140 ... Control part, 206 ... Car,
207 ... body, 208 ... body posture control device, 209 ... wheel,
300 ... Analog reference voltage generation circuit, 310 ... Voltage division circuit,
320 ... first buffer circuit, 330 ... second buffer circuit,
340 ... AC component extraction circuit, 342 ... High-pass filter, 350 ... Subtraction circuit,
360 ... low pass filter, 400 ... amplification circuit, 500 ... electronic equipment,
510 ... Gyro sensor, 520 ... Processing unit, 530 ... Memory, 540 ... Operation unit,
550 ... Display unit, 610 ... Digital still camera, 620 ... Biological information detection device,
630 ... Robot,
IQ1, IQ2 ... detection signal, OP1 ... first operational amplifier, OP2 ... second operational amplifier,
RA1: first resistance element, RA2: second resistance element, RD1: third resistance element,
RD2 ... fourth resistance element, RD3 ... fifth resistance element, RD4 ... sixth resistance element,
VB: Divided voltage, VDD: Power supply voltage, VRF: Analog reference voltage
Claims (12)
前記分圧電圧に基づく信号である第1の信号からの交流成分を抽出する交流成分抽出回路と、
前記分圧電圧に基づく信号である第2の信号と、前記交流成分抽出回路の出力信号との減算処理を行ってアナログ基準電圧を出力する減算回路と、
を含むことを特徴とするアナログ基準電圧生成回路。 A voltage dividing circuit for dividing the power supply voltage and outputting the divided voltage;
An AC component extraction circuit that extracts an AC component from a first signal that is a signal based on the divided voltage;
A subtraction circuit that performs a subtraction process between the second signal that is a signal based on the divided voltage and the output signal of the AC component extraction circuit to output an analog reference voltage;
An analog reference voltage generation circuit comprising:
前記分圧電圧が入力され、前記分圧電圧に対応する電圧の前記第1の信号を出力する第1のバッファー回路と、
前記分圧電圧が入力され、前記分圧電圧に対応する電圧の前記第2の信号を出力する第2のバッファー回路と、
を含むことを特徴とするアナログ基準電圧生成回路。 In claim 1,
A first buffer circuit that receives the divided voltage and outputs the first signal having a voltage corresponding to the divided voltage;
A second buffer circuit that receives the divided voltage and outputs the second signal having a voltage corresponding to the divided voltage;
An analog reference voltage generation circuit comprising:
前記交流成分抽出回路は、
前記第1の信号が入力され、前記第1の信号の交流成分を抽出するハイパスフィルターを有することを特徴とするアナログ基準電圧生成回路。 In claim 1 or 2,
The AC component extraction circuit includes:
An analog reference voltage generation circuit comprising a high-pass filter that receives the first signal and extracts an AC component of the first signal.
前記交流成分抽出回路は、
前記ハイパスフィルターの出力信号が第1の入力ノードに入力される第1の演算増幅器と、
前記第1の演算増幅器の第2の入力ノードと前記第1の演算増幅器の出力ノードとの間に設けられる第1の抵抗素子と、
前記第1の演算増幅器の前記第2の入力ノードと低電位側電源電圧のノードとの間に設けられる第2の抵抗素子と、
を有することを特徴とするアナログ基準電圧生成回路。 In claim 3,
The AC component extraction circuit includes:
A first operational amplifier in which an output signal of the high-pass filter is input to a first input node;
A first resistance element provided between a second input node of the first operational amplifier and an output node of the first operational amplifier;
A second resistance element provided between the second input node of the first operational amplifier and a node of a low-potential-side power supply voltage;
An analog reference voltage generation circuit comprising:
前記減算回路は、
第2の演算増幅器と、
前記第2の信号が入力されるノードと前記第2の演算増幅器の第1の入力ノードとの間に設けられる第3の抵抗素子と、
前記第2の演算増幅器の前記第1の入力ノードと低電位側電源電圧のノードとの間に設けられる第4の抵抗素子と、
前記交流成分抽出回路の出力ノードと前記第2の演算増幅器の第2の入力ノードとの間に設けられる第5の抵抗素子と、
前記第2の演算増幅器の第2の入力ノードと前記第2の演算増幅器の出力ノードとの間に設けられる第6の抵抗素子と、
を有することを特徴とするアナログ基準電圧生成回路。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The subtraction circuit
A second operational amplifier;
A third resistance element provided between a node to which the second signal is input and a first input node of the second operational amplifier;
A fourth resistance element provided between the first input node of the second operational amplifier and a node of a low-potential-side power supply voltage;
A fifth resistance element provided between an output node of the AC component extraction circuit and a second input node of the second operational amplifier;
A sixth resistance element provided between a second input node of the second operational amplifier and an output node of the second operational amplifier;
An analog reference voltage generation circuit comprising:
前記減算回路からの前記アナログ基準電圧をローパスフィルター処理して出力するローパスフィルターを含むことを特徴とするアナログ基準電圧生成回路。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
An analog reference voltage generation circuit, comprising: a low-pass filter that outputs the analog reference voltage from the subtraction circuit by low-pass filtering.
前記アナログ基準電圧生成回路からの前記アナログ基準電圧がアナログ基準電圧入力ノードに入力される増幅回路と、
を含むことを特徴とする回路装置。 An analog reference voltage generation circuit according to any one of claims 1 to 6,
An amplifier circuit in which the analog reference voltage from the analog reference voltage generation circuit is input to an analog reference voltage input node;
A circuit device comprising:
前記アナログ基準電圧生成回路からの前記アナログ基準電圧がアナログ基準電圧入力ノードに入力される増幅回路を有し、物理量トランスデューサーから出力される物理量に応じた検出信号に基づいて、前記物理量に対応する物理量情報を出力する検出回路と、
を含むことを特徴とする回路装置。 An analog reference voltage generation circuit according to any one of claims 1 to 6,
The analog reference voltage from the analog reference voltage generation circuit has an amplifier circuit that is input to an analog reference voltage input node, and corresponds to the physical quantity based on a detection signal corresponding to the physical quantity output from the physical quantity transducer. A detection circuit that outputs physical quantity information;
A circuit device comprising:
前記増幅回路は、
前記検出回路の電荷電圧変換回路、差動増幅回路、感度調整回路、オフセット調整回路、同期検波回路、及びフィルター回路の少なくとも1つに含まれる増幅回路であることを特徴とする回路装置。 In claim 8,
The amplifier circuit is
A circuit device comprising: an amplifier circuit included in at least one of a charge-voltage conversion circuit, a differential amplifier circuit, a sensitivity adjustment circuit, an offset adjustment circuit, a synchronous detection circuit, and a filter circuit of the detection circuit.
前記物理量トランスデューサーと、
を含むことを特徴とする物理量センサー。 A circuit device according to claim 8 or 9,
The physical quantity transducer;
A physical quantity sensor characterized by comprising:
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2015
- 2015-09-01 JP JP2015171732A patent/JP2017050664A/en active Pending
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