JP2018166272A - 物理量検出回路、物理量センサー、電子機器及び移動体 - Google Patents
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本適用例に係る物理量検出回路は、複数のセンサー素子のそれぞれの出力信号に基づく複数の第1アナログ信号がそれぞれ入力される複数のフィルターと、前記複数のフィルターのそれぞれの出力信号に基づく複数の第2アナログ信号を切り替えて選択し、出力する切り替え部と、前記切り替え部の出力信号に基づく第3アナログ信号が入力される第1演算増幅器と、前記第1演算増幅器の出力信号に基づく第4アナログ信号をデジタル信号に
変換するアナログ/デジタル変換器と、前記複数のフィルターの出力から前記アナログ/デジタル変換器の入力に至る信号経路上に設けられている第1チョッピング回路と、前記第1チョッピング回路の出力から前記アナログ/デジタル変換器の入力に至る信号経路上に設けられている第2チョッピング回路と、を含む。
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記切り替え部は、前記複数のフィルターに対応して設けられ、それぞれ対応する前記フィルターの出力信号が入力される複数の第2演算増幅器を含み、前記複数の第2演算増幅器の各々は、出力端子が、対応する前記フィルターの出力信号が選択される前に、前記切り替え部の出力ノードと接続された後に切断されてもよい。
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記第1チョッピング回路は、前記切り替え部の出力信号が入力され、前記第3アナログ信号を出力し、前記第2チョッピング回路は、前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力してもよい。
上記適用例に係る物理量検出回路は、複数の前記第1チョッピング回路と、第3チョッ
ピング回路と、第4チョッピング回路と、を含み、前記複数の前記第1チョッピング回路の各々は、前記複数のフィルターの出力信号の各々が入力され、前記複数の第2アナログ信号の各々を出力し、前記第2チョッピング回路は、前記切り替え部の出力信号が入力され、前記第3チョッピング回路は、前記第2チョッピング回路の出力信号が入力され、前記第3アナログ信号を出力し、前記第4チョッピング回路は、前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力してもよい。
上記適用例に係る物理量検出回路は、複数の前記第1チョッピング回路を含み、前記複数の前記第1チョッピング回路の各々は、前記複数のフィルターの出力信号の各々が入力され、前記複数の第2アナログ信号の各々を出力し、前記第2チョッピング回路は、前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力してもよい。
上記適用例に係る物理量検出回路は、複数の前記第1チョッピング回路と、前記複数の前記第1チョッピング回路に対応して設けられ、それぞれ対応する前記第1チョッピング回路の出力信号が入力される複数の第2演算増幅器と、を含み、前記複数の前記第1チョッピング回路の各々は、前記複数のフィルターの出力信号の各々が入力され、前記複数の第2演算増幅器の各々は、前記複数の第2アナログ信号の各々を出力し、前記第2チョッピング回路は、前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力してもよい。
本適用例に係る物理量センサーは、上記のいずれかの物理量検出回路と、前記複数のセンサー素子と、を備えている。
本適用例に係る電子機器は、上記の物理量センサーを備えている。
本適用例に係る移動体は、上記の物理量センサーを備えている。
1−1.第1実施形態
図1は、第1実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。第1実施形態の物理量センサー1は、物理量に関わるアナログ信号を出力する複数(n個)のセンサー素子2と物理量検出回路3とを含んで構成されている。
ッチ36−1〜36−nは、それぞれ、フィルター20−1〜20−nに対応して設けられている。
4−iがともにオンとなってから、出力ノードN1,N2の電圧がフィルター20−iの出力信号(差動信号である物理量信号)の電圧と一致するようになるまでに比較的長いチャージ時間が必要となり、後段のA/D変換器50のサンプリングレートを高くすることが難しくなる。これに対して、本実施形態では、駆動能力の高い演算増幅器31−1〜31−n,32−1〜32−nがプリチャージアンプとして機能し、これにより、出力ノードN1,N2のチャージ時間が短縮される。従って、A/D変換器50において、十分なA/D変換精度を確保しながらサンプリングレートを高めることを可能としている。
波数fc)で切り替えた差動信号をシングルエンド信号に変換して出力する。
ば、スイッチ33−1〜33−n,34−1〜34−nがオンからオフに切り替わるとき、あるいはその直前である。
以下、第2実施形態の物理量センサー1について、主に第1実施形態と異なる内容について説明し、第1実施形態と重複する説明を省略する。図8は、第2実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。図8において、第1実施形態(図1)と同様の構成には同じ符号を付している。第1実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)では、切り替え部30において、短い期間ではあるが、演算増幅器31−1〜31−n,32−1〜32−nの各出力端子が切り替え部30の出力ノードN1,N2と接続されるときに、フィルター20−1〜20−nの出力信号に、演算増幅器31−1〜31−n,32−1〜32−nが発生させるホワイトノイズや1/fノイズが重畳される。フィルター20−1〜20−nの出力インピーダンスが高いほど、重畳されるノイズが大きくなる。そこで、図8に示すように、第2実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)は、切り替え部30においてDC付近の信号帯域に発生するノイズ成分を減衰させるために、切り替え部30を挟むように、複数(n個)のチョッピング回路200−1〜200−nと、チョッピング回路201と、をさらに含む。
、第2実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)では、チョッピング回路200−1〜200−nが、n個のフィルター20−1〜20−nの出力からA/D変換器50の入力に至る信号経路上に設けられ、チョッピング回路201が、チョッピング回路200−1〜200−nの出力からA/D変換器50の入力に至る信号経路上に設けられていることにより、A/D変換器50の入力信号に含まれる低周波ノイズをさらに低減させている。特に、第2実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)によれば、チョッピング回路200−1〜200−n,201のチョッピング動作により、切り替え部30においてDC付近の信号帯域に発生するノイズ成分を効果的に低減させることができるので、第1実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)よりもS/N比の良い物理量データを出力することができる。
以下、第3実施形態の物理量センサー1について、主に第1実施形態と異なる内容について説明し、第1実施形態と重複する説明を省略する。図9は、第3実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。図9において、第1実施形態(図1)と同様の構成には同じ符号を付している。図9に示すように、第3実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)は、切り替え部30及び演算増幅器41,42においてDC付近の信号帯域に発生するノイズ成分をまとめて減衰させるために、チョッピング回路45〜48に代えて、切り替え部30及び演算増幅器41,42を挟むように、複数(n個)のチョッピング回路200−1〜200−nと、チョッピング回路202と、を含む。
に設けられていることにより、A/D変換器50の入力信号に含まれる低周波ノイズを低減させている。特に、第3実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)によれば、チョッピング回路200−1〜200−n,202のチョッピング動作により、切り替え部30においてDC付近の信号帯域に発生するノイズ成分と演算増幅器41,42の動作によってDC付近の信号帯域に発生するノイズ成分をともに効果的に低減させることができるので、第1実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)よりもS/N比の良い物理量データを出力することができる。さらに、第3実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)によれば、第2実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)と比較して、チョッピング回路の数が4つ減るので、回路面積が小さくなり、低コスト化にも有利である。
以下、第4実施形態の物理量センサー1について、主に第1実施形態と異なる内容について説明し、第1実施形態と重複する説明を省略する。図10は、第4実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。図10において、第1実施形態(図1)と同様の構成には同じ符号を付している。図10に示すように、第4実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)は、切り替え部30の演算増幅器31−1〜31−n,32−1〜32−n及びスイッチ35−1〜35−n,36−1〜36−nに代えて、切り替え部30の前段に設けられたn個の演算増幅器211−1〜211−n及びn個の演算増幅器212−1〜212−nを含む。さらに、第4実施形態の物理量センサー1(物理量検出回路3)は、演算増幅器211−1〜211−n,212−1〜212−n、切り替え部30及び演算増幅器41,42においてDC付近の信号帯域に発生するノイズ成分をまとめて減衰させるために、チョッピング回路45〜48に代えて、演算増幅器211−1〜211−n,212−1〜212−n、切り替え部30及び演算増幅器41,42を挟むように、複数(n個)のチョッピング回路200−1〜200−nと、チョッピング回路202と、を含む。
−1〜212−nの出力信号とにより構成されるn個の差動信号(「第2アナログ信号」の一例)を切り替えて選択し、出力する。
図11は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図11に示すように、本実施形態の電子機器300は、物理量センサー310、制御装置(MCU)320、操作部330、ROM(Read Only Memory)340、RAM(Random Access Memory)350、通信部360、表示部370を含んで構成されている。なお、本実施形
態の電子機器は、図11の構成要素(各部)の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
に示す斜視図である。なお、図12には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
図13は、本実施形態の移動体の一例を示す図(上面図)である。図13に示す移動体400は、物理量センサー410、コントローラー440,450,460、バッテリー470、ナビゲーション装置480を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図13の構成要素(各部)の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
Claims (9)
- 複数のセンサー素子のそれぞれの出力信号に基づく複数の第1アナログ信号がそれぞれ入力される複数のフィルターと、
前記複数のフィルターのそれぞれの出力信号に基づく複数の第2アナログ信号を切り替えて選択し、出力する切り替え部と、
前記切り替え部の出力信号に基づく第3アナログ信号が入力される第1演算増幅器と、
前記第1演算増幅器の出力信号に基づく第4アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、
前記複数のフィルターの出力から前記アナログ/デジタル変換器の入力に至る信号経路上に設けられている第1チョッピング回路と、
前記第1チョッピング回路の出力から前記アナログ/デジタル変換器の入力に至る信号経路上に設けられている第2チョッピング回路と、を含む、物理量検出回路。 - 前記切り替え部は、
前記複数のフィルターに対応して設けられ、それぞれ対応する前記フィルターの出力信号が入力される複数の第2演算増幅器を含み、
前記複数の第2演算増幅器の各々は、
出力端子が、対応する前記フィルターの出力信号が選択される前に、前記切り替え部の出力ノードと接続された後に切断される、請求項1に記載の物理量検出回路。 - 前記第1チョッピング回路は、
前記切り替え部の出力信号が入力され、前記第3アナログ信号を出力し、
前記第2チョッピング回路は、
前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力する、請求項2に記載の物理量検出回路。 - 複数の前記第1チョッピング回路と、
第3チョッピング回路と、
第4チョッピング回路と、を含み、
前記複数の前記第1チョッピング回路の各々は、
前記複数のフィルターの出力信号の各々が入力され、前記複数の第2アナログ信号の各々を出力し、
前記第2チョッピング回路は、
前記切り替え部の出力信号が入力され、
前記第3チョッピング回路は、
前記第2チョッピング回路の出力信号が入力され、前記第3アナログ信号を出力し、
前記第4チョッピング回路は、
前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力する、請求項2に記載の物理量検出回路。 - 複数の前記第1チョッピング回路を含み、
前記複数の前記第1チョッピング回路の各々は、
前記複数のフィルターの出力信号の各々が入力され、前記複数の第2アナログ信号の各々を出力し、
前記第2チョッピング回路は、
前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力する、請求項2に記載の物理量検出回路。 - 複数の前記第1チョッピング回路と、
前記複数の前記第1チョッピング回路に対応して設けられ、それぞれ対応する前記第1チョッピング回路の出力信号が入力される複数の第2演算増幅器と、を含み、
前記複数の前記第1チョッピング回路の各々は、
前記複数のフィルターの出力信号の各々が入力され、
前記複数の第2演算増幅器の各々は、
前記複数の第2アナログ信号の各々を出力し、
前記第2チョッピング回路は、
前記第1演算増幅器の出力信号が入力され、前記第4アナログ信号を出力する、請求項1に記載の物理量検出回路。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の物理量検出回路と、前記複数のセンサー素子と、を備えている、物理量センサー。
- 請求項7に記載の物理量センサーを備えている、電子機器。
- 請求項7に記載の物理量センサーを備えている、移動体。
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