JP2018151160A - Ｍｅｍｓセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳに高電圧を低コストで印加する技術を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳ（第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０）および第２のＭＥＭＳ（第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０）を有するＭＥＭＳセンサである。このＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳに電圧を印加する電圧印加部（昇圧回路３０）と、第１のＭＥＭＳを駆動する際に、電圧印加部により第１のＭＥＭＳに印加する第１の電圧値と、第２のＭＥＭＳを駆動する際に、電圧印加部により第２のＭＥＭＳに印加する第２の電圧値とを異なる値にする切替部（スイッチ４１および４２）と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサは、加速度や角速度の測定が可能であり、自動車向けＥＳＣ（Electronic Stability Control）センサなどに広く用いられている。ＭＥＭＳセンサの駆動においては、駆動回路の電源電圧よりも高い電圧をＭＥＭＳもしくはＭＥＭＳ駆動回路に印加することが望ましい場合がある。

例えば、特許文献１には、加速度センサにおいて、電源電圧を所定電圧に昇圧して診断用電極に印加する昇圧回路を設けて、ＭＥＭＳに駆動回路の電源電圧よりも高い電圧を印加する技術が記載されている。

特開２００２−３１１０４５号公報

前述した特許文献１のように昇圧回路を設ける構成では、昇圧回路分の面積が増大してコストが増大してしまうという問題があった。

本発明の目的は、ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳに高電圧を低コストで印加する技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態におけるＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳを有するＭＥＭＳセンサである。このＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳに電圧を印加する電圧印加部と、第１のＭＥＭＳを駆動する際に、電圧印加部により第１のＭＥＭＳに印加する第１の電圧値と、第２のＭＥＭＳを駆動する際に、電圧印加部により第２のＭＥＭＳに印加する第２の電圧値とを異なる値にする切替部と、を有する。

一実施の形態における別のＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳを有するＭＥＭＳセンサである。このＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳに電圧を印加する昇圧回路を有する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

一実施の形態によれば、ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳに高電圧を低コストで印加することができる。

実施の形態１におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態３におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態４におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。 図４に示したＭＥＭＳセンサの主要部の詳細および動作の一例を示す説明図である。 図５に示した昇圧回路の出力電圧と電流との関係の一例を示す説明図である。 実施の形態５におけるＭＥＭＳセンサにおいて、スイッチの制御信号と安定化回路の目標電圧との関係の一例を示す説明図である。 改善の余地において、ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳとその駆動回路の動作の一例を示す説明図である。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

以下の実施の形態の特徴をわかりやすくするために、まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。

［改善の余地］
改善の余地について、図８を用いて説明する。図８は、改善の余地において、ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳとその駆動回路の動作の一例を示す説明図である。ここでは、ＭＥＭＳ加速度センサの例を説明する。

例えば、ＭＥＭＳ加速度センサの駆動においては、駆動回路の電源電圧よりも高い電圧をＭＥＭＳもしくはＭＥＭＳ駆動回路に印加することが望ましい場合がある。高い電圧をＭＥＭＳ駆動回路に印加することは、加速度センサ自己診断時のセンサ出力の変化量、すなわち診断レンジを拡大するのに有効である。これを、図８を用いて説明する。

まず、自己診断時の動作を説明する前に、ＭＥＭＳ加速度センサの加速度測定原理を説明する。ＭＥＭＳ加速度センサは重さｍの可動電極１１０の両側に固定電極１２１および１２２を配置しており、可動電極１１０と固定電極１２１および１２２とによりそれぞれ容量が形成される。ここで、ＭＥＭＳに加速度が印加されていない時には、可動電極１１０は固定電極１２１と１２２との中間にあるものとする。この時、可動電極１１０と固定電極１２１とで形成される容量と可動電極１１０と固定電極１２２とで形成される容量とは等しい容量値Ｃを有することとなる。

ここで、ＭＥＭＳに加速度ａがかかる場合、可動電極１１０にはｍａと等しい力Ｆが働く。この力Ｆを受けて可動電極１１０の位置は固定電極１２１と１２２との中間からずれ、いずれか一方に近づき、他方から遠ざかる。これにより、可動電極１１０と固定電極１２１とで形成される容量および可動電極１１０と固定電極１２２とで形成される容量に容量値の変化が生ずる。これらの容量値変化はそれぞれ絶対値が等しく、符号が逆になる。すなわち、例えば可動電極１１０が固定電極１２１に近づいた場合、可動電極１１０と固定電極１２１との間の容量値はＣ＋ΔＣとなり、可動電極１１０と固定電極１２２との間の容量値はＣ−ΔＣとなる。

この状態において、固定電極１２１に電圧差Ｖのキャリア信号を印加し、固定電極１２２に固定電極１２１に印加するキャリア信号とは逆位相のキャリア信号を印加する。更に、可動電極１１０に接続したオペアンプ１３１に容量値Ｃ_ｆの帰還容量１３２およびスイッチ１３３を設置し、スイッチ１３３を適切に動作させることで、（数１）で示されるオペアンプ１３１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが得られる。

オペアンプ１３１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔよりΔＣが求められるので、加速度ａを知ることができる。

次に、診断動作を説明する。診断では、ＭＥＭＳに加速度は加えず、加速度による力を模擬した静電気力をＭＥＭＳに与える。このため、診断では可動電極１１０の両側に設けた診断用固定電極１４１および１４２に電源１５０から電圧を印加する。ここで、可動電極１１０と診断用固定電極１４１との間に形成される容量の容量値と、可動電極１１０と診断用固定電極１４２との間に形成される容量の容量値とは、いずれもＣ_ｄｉａｇで等しいものとする。また、診断用固定電極１４１および１４２の電圧をそれぞれＶ_{ｄｉａｇＰ}およびＶ_{ｄｉａｇＮ}とする。この時、可動電極１１０には（数２）に示した力Ｆ_ｄｉａｇが働く。

この時、可動電極１１０に力が働くので、上述の加速度測定時と同様に可動電極１１０と固定電極１２１とで形成される容量と可動電極１１０と固定電極１２２とで形成される容量との間に容量値差が生じる。この容量値差は、オペアンプ１３１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔから（数１）により求められるので、可動電極１１０にかかっている力Ｆ_ｄｉａｇと対比させることで当該ＭＥＭＳが正常動作をしているか否かを診断することができる。

診断では、力Ｆ_ｄｉａｇが大きいほど大きい加速度がかかった場合を模擬することができる。すなわち、診断レンジを拡大することができる。力Ｆ_ｄｉａｇは容量値Ｃ_ｄｉａｇもしくは電圧Ｖ_ｄｉａｇが大きいほど大きくなる。容量値Ｃ_ｄｉａｇを増やすには、例えば面積を大きくすれば良いが、これはＭＥＭＳサイズに影響を与える可能性があり、コスト増大を招く可能性がある。また、オペアンプ１３１の応答速度を一定にした場合にオペアンプ１３１に流れる電流は（数３）で表されるので、容量値Ｃ_ｄｉａｇを増やすと消費電流が増大してしまう。

一方、電圧Ｖ_ｄｉａｇを増加する場合は、ＭＥＭＳサイズにも影響を与えず、消費電流も増加しない。しかし、一般の駆動回路では電圧Ｖ_ｄｉａｇの最大値は電源電圧Ｖ_ｄｄであり、診断レンジ拡大のために更なる増加が望まれていた。

そこで従来は、加速度センサにおいて、電源電圧を所定電圧に昇圧して診断用電極に印加する昇圧回路を設けて、ＭＥＭＳに駆動回路の電源電圧よりも高い電圧を印加していた。このような例は、例えば前述した特許文献１に記載されている。

しかしながら、前述した特許文献１のように昇圧回路を設ける構成では、昇圧回路分の面積が増大してコストが増大してしまうという問題があった。また、前述した特許文献１は、加速度センサに関する技術であり、加速度センサを含む複数のセンサ（ＭＥＭＳ）を有するものではない。

そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。本実施の形態における技術的思想は、ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳに高電圧を低コストで印加する技術を提供することにある。以下において、本実施の形態における技術的思想に基づいた各実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。

本実施の形態１におけるＭＥＭＳセンサは、複数のＭＥＭＳとその駆動回路を有している。図１では、複数のＭＥＭＳとその駆動回路として、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０と、を有している。本実施の形態１におけるＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０に共通の１つの昇圧回路３０を有している。

すなわち、図１に示すように、本実施の形態１におけるＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０と、これらに共通の１つの昇圧回路３０と、を有している。第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０は、それぞれ昇圧回路３０に接続され、この昇圧回路３０から高電圧が印加される構成となっている。

本実施の形態１において、例えば、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０は、角速度センサ用ＭＥＭＳとその駆動回路である。例えば、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０は、加速度センサ用ＭＥＭＳとその駆動回路である。昇圧回路３０は、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０に電圧を印加する電圧印加部である。これらの詳細については、後述する［実施の形態４］において説明する。

例えば、従来のように２個のＭＥＭＳに個別の昇圧回路から高電圧を印加する構成にする場合、昇圧回路も２個必要になる。しかしながら、本実施の形態１では、昇圧回路３０は１個で済むため、面積を低減でき、コストを低減できる。また、例えば２個のＭＥＭＳを構成する場合、昇圧回路と元々組み合わせて用いているＭＥＭＳもある。そのような場合には、他のＭＥＭＳにも上記昇圧回路から高電圧を印加する本構成にすることによって、コストを増やさずに望ましい特性を得ることが可能になる。

［実施の形態２］
図２は、実施の形態２におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態２では、上述した実施の形態１と異なる点を主に説明する。

ＭＥＭＳセンサでは、昇圧回路からの高電圧を必ずしも複数のＭＥＭＳに同時に印加する必要は無い。そこで、本実施の形態２では、第１のＭＥＭＳを駆動する場合と第２のＭＥＭＳを駆動する場合とを切り替えて高電圧を印加することを特徴とする。

図２に示すように、本実施の形態２におけるＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０と、昇圧回路３０と、に加えて、スイッチ４１および４２と、制御回路５０と、を有している。スイッチ４１および４２は、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０を駆動する場合と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０を駆動する場合とを切り替える切替部である。制御回路５０は、スイッチ４１および４２を制御する制御回路である。

制御回路５０は、制御信号Ｓ１およびＳ２を出力し、制御信号Ｓ１によりスイッチ４１を制御し、制御信号Ｓ２によりスイッチ４２を制御する制御回路である。スイッチ４１および４２は、それぞれ、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０と、昇圧回路３０との間に接続されている。スイッチ４１は、制御信号Ｓ１が、例えばハイレベルの時にオンになり、ロウレベルの時にオフになるように制御される。スイッチ４２も同様に、制御信号Ｓ２が、例えばハイレベルの時にオンになり、低レベルの時にオフになるように制御される。

本実施の形態２におけるＭＥＭＳセンサでは、制御回路５０からの制御信号Ｓ１およびＳ２を用いてスイッチ４１および４２を制御して、昇圧回路３０からの高電圧を切り替える。スイッチ４１および４２の一方をオンにして、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０もしくは第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０の一方に高電圧が印加されるように切り替える。あるいは、スイッチ４１および４２の両方をオンにして、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０の両方に高電圧が印加されるように切り替えてもよい。

図２では、スイッチ４１をオンにし、スイッチ４２をオフにして、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０に高電圧が印加されるように切り替えている。この時、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０には、高電圧が印加されない。

なお、図２では、昇圧回路３０の高電圧出力の印加先を、スイッチ４１および４２を用いて切り替える場合を示したが、スイッチ以外の他の方法で切り替えてもよい。

以上説明した本実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様に、面積を低減でき、コストを低減できる。また、上述した実施の形態１と同様に、コストを増やさずに望ましい特性を得ることが可能になる。特に、本実施の形態２では、昇圧回路３０からの高電圧を複数のＭＥＭＳに同時に印加する必要は無い場合に、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０を駆動する場合と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０を駆動する場合と、を切り替えて高電圧を印加することができる。

［実施の形態３］
図３は、実施の形態３におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態３では、上述した実施の形態１および２と異なる点を主に説明する。

ＭＥＭＳセンサでは、昇圧回路の出力電圧値を、昇圧回路とＭＥＭＳとの接続状況によって切り替えてもよい。そこで、実施の形態３では、昇圧回路の出力電圧値を、昇圧回路とＭＥＭＳとの接続状況によって切り替えることを特徴とする。

図３に示すように、本実施の形態３におけるＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０と、昇圧回路３０と、スイッチ４１および４２と、制御回路５０と、を有している。制御回路５０は、スイッチ４１および４２を制御し、かつ、昇圧回路３０の出力電圧値を制御する制御回路である。制御回路５０は、昇圧回路３０の出力に接続され、この昇圧回路３０の出力電圧値を、昇圧回路３０と、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０もしくは第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０との接続状況によって切り替える。

なお、図３では、昇圧回路３０の出力電圧値を制御回路５０によって切り替える場合を示したが、他の方法で切り替えてもよい。

以上説明した本実施の形態３においても、上述した実施の形態１と同様に、面積を低減でき、コストを低減できる。また、上述した実施の形態１と同様に、コストを増やさずに望ましい特性を得ることが可能になる。特に、本実施の形態３では、昇圧回路３０と、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０との接続状況に応じた適切な電圧を印加することによって、望ましいＭＥＭＳ特性を得ることができる。

［実施の形態４］
図４は、実施の形態４におけるＭＥＭＳセンサの構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態４では、上述した実施の形態１〜３と異なる点を主に説明する。

ＭＥＭＳセンサでは、昇圧回路の出力電圧値を昇圧回路とＭＥＭＳとの接続状況によって切り替える際に、昇圧回路の出力電圧を高精度に決定できることが望ましい。そこで、実施の形態４は、昇圧回路の出力電圧値を昇圧回路とＭＥＭＳとの接続状況によって切り替える際に、昇圧回路の出力電圧を高精度に決定することを特徴とする。

図４に示すように、本実施の形態４におけるＭＥＭＳセンサは、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０と、昇圧回路３０と、スイッチ４１および４２と、制御回路５０と、基準電圧源５２と、安定化回路５３と、を有している。本実施の形態４におけるＭＥＭＳセンサにおいて、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０は、角速度センサ用ＭＥＭＳとその駆動回路である。第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０は、加速度センサ用ＭＥＭＳとその駆動回路である。

本実施の形態４におけるＭＥＭＳセンサにおいて、昇圧回路３０は、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０に電圧を印加する電圧印加部である。スイッチ４１および４２は、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０を駆動する際に、昇圧回路３０により第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０に印加する第１の電圧値と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０を駆動する際に、昇圧回路３０により第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０に印加する第２の電圧値とを異なる値にする切替部である。

本実施の形態４におけるＭＥＭＳセンサにおいて、制御回路５０は、スイッチ４１および４２を制御し、かつ、昇圧回路３０の出力電圧値などを制御する制御回路である。安定化回路５３は、昇圧回路３０の出力電圧値を目標電圧に制御する回路である。第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０を駆動する際に、昇圧回路３０により第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０に印加する第１の電圧と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０を駆動する際に、昇圧回路３０により第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０に印加する第２の電圧とを、昇圧回路３０と安定化回路５３とを用いて発生させる。

基準電圧源５２は、制御回路５０に接続され、この制御回路５０からの信号に従い昇圧回路３０の出力の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}を決定する。安定化回路５３は、基準電圧源５２に接続され、さらに、昇圧回路３０の出力に接続され、この昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを、基準電圧源５２で決定した目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}と等しくなるように制御を行う。

本実施の形態４では、昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを、昇圧回路３０と、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０との接続状況によって切り替える際に、安定化回路５３を用いる。制御回路５０の信号に従い基準電圧源５２が昇圧回路３０の出力の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}を決定し、さらに、安定化回路５３により昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}と等しくなるようにする。

図５は、図４に示したＭＥＭＳセンサの主要部の詳細および動作の一例を示す説明図である。本実施の形態４では、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０を、加速度センサ用ＭＥＭＳとその駆動回路として説明する。図５において、可動電極１１０、固定電極１２１および１２２、オペアンプ１３１、帰還容量１３２、スイッチ１３３、および、診断用固定電極１４１および１４２の部分は、上述した図８と同様の構成からなり、同様の動作を行うものである。そのため、ここでは重複する説明を省略する。また、本実施の形態４では、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０は、角速度センサ用ＭＥＭＳとその駆動回路である。

図５に示すように、昇圧回路３０には電源電圧Ｖ_ＤＤが印加され、Ｖ_ＣＰの電圧を出力する。また、昇圧回路３０に流れる電流はＩ_ｌｏａｄである。昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰは、スイッチ４１および４２を介して、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０もしくはＤＡＣ（Digital Analog Converter）２２０のいずれか一方、もしくは両方に出力される。ＤＡＣ２２０は、昇圧回路３０の出力を入力とし、制御信号Ｖ_２に従った電圧を加速度センサ用ＭＥＭＳの診断用固定電極１４１および１４２に印加する。ＤＡＣ２２０から加速度センサ用ＭＥＭＳの診断用固定電極１４１および１４２に印加される電圧は、それぞれＶ_{ｄｉａｇＰ}およびＶ_{ｄｉａｇＮ}であり、両者の差Ｖ_ｄｉａｇの最大値は昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰとなる。加速度センサの他の部分は前記と同様である。

また、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０およびＤＡＣ２２０にはそれぞれ、Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}およびＩ_ｄｉａｇの電流が流れる。一般に、ＭＥＭＳ駆動回路を正常に動作させるためには、印加する電圧値を正確に設計と一致させることが望ましい。そこで、本構成では安定化回路５３により昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを高精度に決定している。昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰは昇圧回路３０に流れる電流Ｉ_ｌｏａｄと相関がある。そこで、昇圧回路３０は制御電流Ｉ_ｃｔｒｌを流すことによって昇圧回路３０に流れる電流Ｉ_ｌｏａｄを制御して、昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを高精度に目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}に一致させる。

図６は、図５に示した昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰ（Ｖ）と電流Ｉ_ｌｏａｄ（Ａ）との関係の一例を示す説明図である。以下、図６を用いて、図５に示した構成において、安定化回路５３によって昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを制御する方法を説明する。

ここで、診断時に、ＤＡＣ２２０から加速度センサ用ＭＥＭＳの診断用固定電極１４１および１４２に直流信号が印加される。このため、ＤＡＣ２２０は高速応答する必要が無く、ＤＡＣ２２０を流れる電流Ｉ_ｄｉａｇは少ない。一方、一般のＭＥＭＳでは交流信号を扱うことが多いため、高速応答が必要となり、大きい電流が必要となる。そこで以下では、ＤＡＣ２２０を流れる電流Ｉ_ｄｉａｇは、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０に流れる電流Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}よりも小さいものとして説明する。

まず、昇圧回路３０の出力を第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０のみに印加し、ＤＡＣ２２０には印加しない場合を考える。すなわち、スイッチ４１をオンにし、スイッチ４２をオフにする場合を考える。この場合、一旦安定化回路５３を無視して考えると、昇圧回路３０には第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０に流れるのと同じ電流Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}が流れるので、出力電圧はＶ_Ｌ’となる。ここで、駆動回路２１０の電流Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}がゆらいでも昇圧回路３０の出力電圧を一定にすることを考える。このために、安定化回路５３を接続して制御電流Ｉ_ｃｔｒｌを流し、目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}をＶ_Ｌ’よりやや低いＶ_Ｌに設定する。本構成によれば、駆動回路２１０の電流Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}がゆらいでも安定化回路５３の制御電流Ｉ_ｃｔｒｌを制御することにより昇圧回路３０に流れる電流（Ｉ_ｌｏａｄ＝Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}＋Ｉ_ｃｔｒｌ）を一定にできるので、昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを高精度にＶ_Ｌに一致させることができる。

次に上記とは逆に、昇圧回路３０の出力をＤＡＣ２２０のみに印加し、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０には印加しない場合を考える。すなわち、スイッチ４１をオフにし、スイッチ４２をオンにする場合を考える。この場合も上記と同様に、ＤＡＣ２２０を流れる電流Ｉ_ｄｉａｇのみが昇圧回路３０に流れる場合の昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_Ｈ’よりもやや低いＶ_Ｈに安定化回路５３の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}を設定して安定化回路５３の制御電流Ｉ_ｃｔｒｌを制御することにより、ＤＡＣ２２０を流れる電流Ｉ_ｄｉａｇがゆらいでも、昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰを高精度にＶ_Ｈに一致させることができる。ここで、ＤＡＣ２２０を流れる電流Ｉ_ｄｉａｇは、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０に流れる電流Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}よりも小さいため、Ｖ_ＨはＶ_Ｌよりも高くすることができる。すなわち、第２のＭＥＭＳのＤＡＣ２２０を駆動する際に、昇圧回路３０により第２のＭＥＭＳのＤＡＣ２２０に印加する第２の電圧値Ｖ_Ｈは、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０を駆動する際に、昇圧回路３０により第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０に印加する第１の電圧値Ｖ_Ｌよりも大きい。

加速度センサの診断レンジは、昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰが大きい程、拡大する。これは、診断レンジは前述の通り、加速度センサ用ＭＥＭＳの診断用固定電極１４１および１４２に印加される電圧Ｖ_{ｄｉａｇＰ}およびＶ_{ｄｉａｇＮ}の差Ｖ_ｄｉａｇの最大値によって決まり、Ｖ_ｄｉａｇの最大値は昇圧回路３０の出力電圧Ｖ_ＣＰに等しいためである。そこで、本実施の形態４では、昇圧回路３０の出力をＤＡＣ２２０のみに印加し、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０には印加しないようにする場合に、昇圧回路３０の出力を第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０のみに印加し、ＤＡＣ２２０には印加しない場合に比べて高くすることによって、診断レンジを拡大することが可能になる。

本実施の形態４の動作の一例としては、まず第１のＭＥＭＳを用いたセンサ（角速度センサ）を起動する前に、安定化回路５３の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}をＶ_Ｈに設定して大きなレンジで第２のＭＥＭＳを用いた加速度センサの診断を行い、その後、安定化回路５３の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}をＶ_Ｌに設定して第１のＭＥＭＳを用いたセンサを起動して動作すればよい。このように、本実施の形態４の動作において、安定化回路５３の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}は、第２のＭＥＭＳを用いた加速度センサを駆動する場合の方が第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサを駆動する場合よりも高い。

また、第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサの動作中に第２のＭＥＭＳを用いた加速度センサの診断を行う場合の例としては、診断の間だけ一時的に、スイッチ４１およびスイッチ４２を共にオンとすればよい。この場合、昇圧回路３０に流れる電流量はＩ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}＋Ｉ_ｄｉａｇとなるので、昇圧回路３０の出力電圧は図６中のＶ’となる。Ｖ’は上記診断時のＶ_Ｈよりは低いものの、電源電圧よりは高いため、本構成を用いない場合に比べて大きな診断レンジが得られる。一方、Ｖ’は上記第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサが正常に動作する電圧Ｖ_Ｌと異なるため、診断の間、第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサが正常に動作しない可能性がある。しかし、一般に診断時間は短いため、その間の異常動作で生じる雑音は高周波である。また、一般にＭＥＭＳ動作の周波数は上記診断時の異常動作で生じる雑音の周波数より低い。従って、第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサの出力にＬＰＦ（Low Pass Filter）を設けて高周波雑音を除去すれば問題は無い。

このように、本実施の形態４の動作において、昇圧回路３０の電圧を第２のＭＥＭＳを用いた加速度センサに印加する場合の昇圧回路３０の電圧値Ｖ_Ｈは、昇圧回路３０の電圧を第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサに印加する場合の昇圧回路３０の電圧値Ｖ_Ｌ、および、昇圧回路３０の電圧を第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサおよび第２のＭＥＭＳを用いた加速度センサの両方に印加する場合の昇圧回路３０の電圧値Ｖ’よりも高い。

また、第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサの動作中に第２のＭＥＭＳを用いた加速度センサの診断を行う場合の他の例としては、診断の間だけ一時的に、スイッチ４１およびスイッチ４２を共にオンとして、更に、第１のＭＥＭＳの駆動回路２１０に流れる電流をわずかな量だけ減らしてもよい。この減らす電流量をＩ_{ａｄｊｕｓｔ}として更に安定化回路５３も機能させるようにすると、昇圧回路３０に流れる電流量はＩ_ｄｉａｇ＋（Ｉ_{ＭＥＭＳ１ｄｒｉｖｅ}−Ｉ_{ａｄｊｕｓｔ}）＋Ｉ_ｃｔｒｌとなるので、昇圧回路３０の出力電圧は図６中のＶ’’となる。Ｖ’’は上記診断時のＶ_Ｈよりは低いものの、上記Ｖ’より高いため、上記の例よりも更に大きな診断レンジが得られる。一方、Ｖ’’も上記第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサが正常に動作する電圧Ｖ_Ｌと異なるため、診断の間、第１のＭＥＭＳを用いた角速度センサが正常に動作しない可能性がある。しかし、この場合も上記のようにＬＰＦを設けることにより問題発生を防止することができる。

以上説明した本実施の形態４においても、上述した実施の形態１と同様に、面積を低減でき、コストを低減できる。また、上述した実施の形態１と同様に、コストを増やさずに望ましい特性を得ることが可能になる。特に、本実施の形態４では、昇圧回路３０の出力電圧値を、昇圧回路３０と、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０との接続状況によって切り替える際に、安定化回路５３を用いることで、昇圧回路３０の出力電圧を高精度に決定することができる。

［実施の形態５］
図７は、実施の形態５におけるＭＥＭＳセンサにおいて、スイッチの制御信号と安定化回路の目標電圧との関係の一例を示す説明図である。本実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４と異なる点を主に説明する。

上述した実施の形態２〜４に示したスイッチ４１および４２の切り替えには、ノンオーバーラップ時間があってもよい。そこで、実施の形態５は、スイッチ４１および４２の切り替えにノンオーバーラップ時間を設けることを特徴とする。

図７では、ノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶがある場合の、スイッチ４１および４２の制御信号Ｓ１およびＳ２と、安定化回路の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}との時間変化を示している。ノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶとは、スイッチ４１および４２の切り替えに用いる制御信号Ｓ１およびＳ２がいずれもオフ（ＯＦＦ）信号となる時間である。また、このノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶは、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０には、昇圧回路３０から電圧が印加されない期間である。

ノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶを設ける場合は、このノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶの間、上述した実施の形態４で示した安定化回路５３の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}は前記Ｖ_ＨもしくはＶ_Ｌのいずれかの電圧値に一定にすればよい。図７には、ノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶの間に安定化回路５３の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}をＶ_Ｌに一定とした場合を示している。

図７に示すように、スイッチ４２の制御信号Ｓ２がＯＮ信号の時、スイッチ４１の制御信号Ｓ１はＯＦＦ信号とする。これにより、スイッチ４２がオンとなり、スイッチ４１はオフとなる。

所定の時間が経過した後、スイッチ４２の制御信号Ｓ２をＯＦＦ信号にする。この時、スイッチ４１の制御信号Ｓ１はＯＦＦ信号である。これにより、スイッチ４２がオフとなり、スイッチ４１はオフを維持する。この時、安定化回路の目標電圧Ｖ_{ｔａｒｇｅｔ}は、Ｖ_ＨからＶ_Ｌに切り替わる。

さらに、所定の時間が経過した後、スイッチ４１の制御信号Ｓ１をＯＮ信号にする。この時、スイッチ４２の制御信号Ｓ２はＯＦＦ信号である。これにより、スイッチ４１がオンとなり、スイッチ４２はオフを維持する。

このように、スイッチ４１および４２の制御信号Ｓ１およびＳ２をいずれもＯＦＦ信号にして、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０に、昇圧回路３０から電圧が印加されないノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶを設ける。

以上説明した本実施の形態５においても、上述した実施の形態１と同様に、面積を低減でき、コストを低減できる。また、上述した実施の形態１と同様に、コストを増やさずに望ましい特性を得ることが可能になる。特に、本実施の形態５では、スイッチ４１および４２の切り替えにノンオーバーラップ時間Ｔ_ＮＯＶを設けることができる。

［実施の形態１〜５の効果］
実施の形態１〜５によれば、ＭＥＭＳセンサのＭＥＭＳに高電圧を低コストで印加することができる。具体的には、昇圧回路３０（電圧印加部）を、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０、および第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０で共有しているため、コスト増加を防ぐことができる。また、例えば、第１のＭＥＭＳとその駆動回路１０を駆動する際と、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０を診断する際の印加する電圧を異なる値にすることで、第２のＭＥＭＳとその駆動回路２０の診断の電圧値を適切に設定することができ、消費電流増加を招かずに診断レンジの拡大を図ることが可能になる。その他、各実施の形態１〜５における特有の効果は上述した通りである。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１０ 第１のＭＥＭＳとその駆動回路
２０ 第２のＭＥＭＳとその駆動回路
３０ 昇圧回路
４１、４２ スイッチ
５０ 制御回路
５２ 基準電圧源
５３ 安定化回路
１１０ 可動電極
１２１、１２２ 固定電極
１３１ オペアンプ
１３２ 帰還容量
１３３ スイッチ
１４１、１４２ 診断用固定電極
１５０ 電源
２１０ 第１のＭＥＭＳの駆動回路
２２０ ＤＡＣ

Claims (15)

1. 第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳを有するＭＥＭＳセンサであって、
   前記第１のＭＥＭＳおよび前記第２のＭＥＭＳに電圧を印加する電圧印加部と、
   前記第１のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第１のＭＥＭＳに印加する第１の電圧値と、前記第２のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第２のＭＥＭＳに印加する第２の電圧値とを異なる値にする切替部と、
   を有する、ＭＥＭＳセンサ。
2. 請求項１記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記切替部を制御する制御回路をさらに有し、
   前記切替部はスイッチであり、
   前記制御回路により前記スイッチを制御して、前記第１のＭＥＭＳを駆動する場合と前記第２のＭＥＭＳを駆動する場合とを切り替える、ＭＥＭＳセンサ。
3. 請求項１記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記電圧印加部の出力電圧値を制御する制御回路をさらに有し、
   前記電圧印加部は昇圧回路であり、
   前記制御回路により前記昇圧回路の出力電圧値を制御して、前記第１のＭＥＭＳおよび前記第２のＭＥＭＳにそれぞれ異なる値の電圧を印加する、ＭＥＭＳセンサ。
4. 請求項１記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記第２のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第２のＭＥＭＳに印加する第２の電圧値は、前記第１のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第１のＭＥＭＳに印加する第１の電圧値よりも大きい、ＭＥＭＳセンサ。
5. 請求項１記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記第１のＭＥＭＳに前記電圧印加部から電圧が印加されず、かつ、前記第２のＭＥＭＳにも前記電圧印加部から電圧が印加されない期間がある、ＭＥＭＳセンサ。
6. 請求項１記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記電圧印加部の出力電圧値を目標電圧に制御する安定化回路をさらに有し、
   前記第１のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第１のＭＥＭＳに印加する第１の電圧と、前記第２のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第２のＭＥＭＳに印加する第２の電圧とを、前記電圧印加部と前記安定化回路とを用いて発生させる、ＭＥＭＳセンサ。
7. 請求項４記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記電圧印加部の出力電圧値を目標電圧に制御する安定化回路をさらに有し、
   前記第１のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第１のＭＥＭＳに印加する第１の電圧と、前記第２のＭＥＭＳを駆動する際に、前記電圧印加部により前記第２のＭＥＭＳに印加する第２の電圧とを、前記電圧印加部と前記安定化回路とを用いて発生させる、ＭＥＭＳセンサ。
8. 請求項７記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記安定化回路の目標電圧は、前記第２のＭＥＭＳを駆動する場合の方が前記第１のＭＥＭＳを駆動する場合よりも高い、ＭＥＭＳセンサ。
9. 請求項８記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
   前記第１のＭＥＭＳに前記電圧印加部から電圧が印加されず、かつ、前記第２のＭＥＭＳにも前記電圧印加部から電圧が印加されない期間があり、
   前記期間における前記安定化回路の目標電圧は、前記第１のＭＥＭＳを駆動する場合の電圧値もしくは前記第２のＭＥＭＳを駆動する場合の電圧値のいずれかに一定である、ＭＥＭＳセンサ。
10. 請求項４記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
    前記第２のＭＥＭＳは加速度センサ用ＭＥＭＳであり、前記電圧印加部により前記第２のＭＥＭＳに印加される電圧は前記第２のＭＥＭＳの診断用電極に印加され、
    前記第１のＭＥＭＳは角速度センサ用ＭＥＭＳである、ＭＥＭＳセンサ。
11. 第１のＭＥＭＳおよび第２のＭＥＭＳを有するＭＥＭＳセンサであって、
    前記第１のＭＥＭＳおよび前記第２のＭＥＭＳに電圧を印加する昇圧回路を有する、ＭＥＭＳセンサ。
12. 請求項１１記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
    前記昇圧回路は、前記第１のＭＥＭＳおよび前記第２のＭＥＭＳの両方に電圧を印加する、ＭＥＭＳセンサ。
13. 請求項１２記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
    前記昇圧回路の電圧を、前記第１のＭＥＭＳに印加するか、前記第２のＭＥＭＳに印加するか、もしくは、前記第１のＭＥＭＳおよび前記第２のＭＥＭＳの両方に印加するかによって、前記昇圧回路の電圧が異なる、ＭＥＭＳセンサ。
14. 請求項１３記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
    前記昇圧回路の電圧を前記第２のＭＥＭＳに印加する場合の前記昇圧回路の電圧値は、前記昇圧回路の電圧を前記第１のＭＥＭＳに印加する場合の前記昇圧回路の電圧値、および、前記昇圧回路の電圧を前記第１のＭＥＭＳおよび前記第２のＭＥＭＳの両方に印加する場合の前記昇圧回路の電圧値よりも高い、ＭＥＭＳセンサ。
15. 請求項１４記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
    前記第２のＭＥＭＳは加速度センサ用ＭＥＭＳであり、前記昇圧回路により前記第２のＭＥＭＳに印加される電圧は前記第２のＭＥＭＳの診断用電極に印加され、
    前記第１のＭＥＭＳは角速度センサ用ＭＥＭＳである、ＭＥＭＳセンサ。

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