JP2019174422A - 回路装置並びにそれを用いた物理量測定装置、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
物理量トランスデューサーからの検出対象信号が入力される入力端子と、
前記検出対象信号に基づく検出信号が入力され、抵抗素子を有するフィルター回路と、
前記フィルター回路の後段に設けられ、前記フィルター回路によるフィルター処理後の前記検出信号をA/D変換し、検出データを出力するA/D変換回路と、
を含み、
前記抵抗素子は、金属薄膜層により構成される回路装置に関する。
物理量トランスデューサーと、
前記物理量トランスデューサーからの検出信号が入力される上述の(1)〜(6)のいずれかに記載の回路装置と、
を含む物理量測定装置に関する。
振動子と、
温度センサーを含み、前記温度センサーからの検出信号に基づいて、前記振動子の発振周波数の温度特性を補償する上述の(1)〜(6)のいずれかに記載の回路装置と、
を含むことを特徴とする発振器に関する。
上述の(1)〜(10)のいずれかに記載の回路装置と、
前記回路装置からの検出データに基づく処理を行う処理回路と、
を含む電子機器に関する。
ボディーと、
前記ボディーに搭載され、上述の(1)〜(10)のいずれかに記載の回路装置を含む制御装置と、
を含む移動体に関する。
1.1.物理量測定装置および電子機器
図1に本実施形態の回路装置(検出装置)30を含むジャイロセンサー510と、ジャイロセンサー510を含む電子機器500の構成例を示す。なお電子機器500、ジャイロセンサー510は図1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、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、携帯型情報端末等の種々のものが考えられる。
ジャイロセンサー510は振動子10、検出装置30を含む。図1の振動子10は、水晶などの圧電材料の薄板から形成される音叉型の圧電振動子であり、駆動用振動子11、12と、検出用振動子16、17を含む。駆動用振動子11、12には駆動端子2、4が設けられ、検出用振動子16、17には検出端子6、8が設けられている。
本発明の回路装置の一実施形態である検出回路60は、振動子10からの出力信号ISP、ISMが入力される入力端子を有する。検出回路60は、増幅回路100、感度調整回路110、同期検波回路120、フィルター部(フィルター回路)130、A/D変換回路140を含む。なお、フィルター部130、A/D変換回路140以外の一部を省略する構成としてもよい。
センサー信号には、図5(A)〜図5(C)に示すように、所望信号(所望波)と不要信号(不要波)が混在している。また不要信号の振幅は一般的に所望信号の振幅の100〜500倍程度となるため、検出装置30に対する要求性能は高くなる。この不要信号には、機械振動漏れや、静電結合漏れや、離調周波数Δfや、2fd(2ωd)や、DCオフセットなどに起因するものがある。
上記のように、フィルター部130では、fd、2fd等の周波数帯域の不要信号の周波数成分が除去されるが、フィルター部130の抵抗素子に電流が流れる際に、熱雑音が生じるだけでなく、ノイズが発生する。このノイズは、1/f特性を有するため1/fノイズ、電流雑音または過剰雑音等と称される。特に、上述した通り、不要信号の振幅は一般的に所望信号の振幅の100〜500倍程度となるため、不要信号がフィルター部130に電流が流れる際に、フィルター部130において発生するノイズは、高精度の物理量測定では無視できなくなる。フィルター部130において発生するノイズは、長期に亘る時間的なゆれをデジタル信号に生じさせるからである。
図4は、図5に示すフィルター部130の等価回路における抵抗素子Rの断面構造を示している。なお、フィルター部130は抵抗素子RとキャパシターC1,C2とで構成される。図4において、第1,第2の配線層681,682に第1,第2のコンタクト671,672を介して接続される抵抗素子Rは、金属薄膜層650で構成される。この金属薄膜層650の製造方法を、Si基板(半導体基板)600上に形成されるトランジスターの製造工程との関係で説明する。
図5に示すフィルター部130の等価回路に電流を流して、フィルター部130で発生するノイズについて評価した。図6は、比較例の特性を示す。ここで、比較例では、金属薄膜層650の代わりにドープポリシリコンを用いた。この比較例に用いられたドープポリシリコン抵抗は、単位面積当たりのシート抵抗が1000Ωである。図6に示すように、電流が流れない場合(0nA)ではノイズは発生しないが、流れる電流が1nA、10nA、100nAと大きくなるほど、ノイズレベルが大きくなることが分かる。
図10は、本発明の回路装置を含む発振器のブロック図である。回路装置700は、TCXOやOCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)等のデジタル方式の発振器を実現する回路装置(集積回路装置、半導体チップ)である。例えばこの回路装置と振動子XTALをパッケージに収納することで、デジタル方式の発振器が実現される。
図11は、本実施形態の回路装置900を含む移動体の例である。本実施形態の回路装置900は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、ロボット、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(車載機器)を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図11は移動体の具体例としての自動車1000を概略的に示している。自動車1000には、本実施形態の回路装置900を含む発振器(不図示)が組み込まれる。制御装置1100は、この発振器により生成された発振信号(クロック信号)に基づいて種々の制御処理を行う。制御装置1100は、例えば車体(ボディー)1200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1300のブレーキを制御する。なお本実施形態の回路装置60や回路装置900(発振器)が組み込まれる機器は、自動車1000やロボット等の移動体や電子機器に組み込むことができる。
Claims (14)
- 物理量トランスデューサーからの検出対象信号が入力される入力端子と、
前記検出対象信号に基づく検出信号が入力され、抵抗素子を有するフィルター回路と、
前記フィルター回路の後段に設けられ、前記フィルター回路によるフィルター処理後の前記検出信号をA/D変換し、検出データを出力するA/D変換回路と、
を含み、
前記抵抗素子は、金属薄膜層により構成されることを特徴とする回路装置。 - 請求項1において、
前記金属薄膜層は、半導体基板に絶縁膜を介して設けられるノンドープポリシリコン上に形成されることを特徴とする回路装置。 - 請求項2において、
第1の配線と前記金属薄膜層の一端とを接続する第1のコンタクトと、
前記金属薄膜層の他端と第2の配線とを接続する第2のコンタクトと、
を含むことを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記金属薄膜層は、金属とシリコンの化合物であるシリサイド層であることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記フィルター回路は、前記抵抗素子とキャパシターとによって構成されるローパスフィルター回路であることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記フィルター回路は、前記抵抗素子とキャパシターとによって構成されるパッシブフィルター回路であることを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記フィルター回路の前段に設けられ、同期検波後の前記検出信号を前記フィルター回路に出力する同期検波回路を含むことを特徴とする回路装置。 - 請求項7において、
前記同期検波回路の前段に設けられ、増幅後の前記検出信号を前記同期検波回路に出力する増幅回路を含むことを特徴とする回路装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記検出信号は、前記物理量トランスデューサーからの前記検出対象信号と機械振動漏れ信号とを含むことを特徴とする回路装置。 - 請求項9において、
前記物理量トランスデューサーを駆動する駆動回路を含むことを特徴とする回路装置。 - 物理量トランスデューサーと、
前記物理量トランスデューサーからの検出信号が入力される請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置と、
を含むことを特徴とする物理量測定装置。 - 振動子と、
温度センサーを含み、前記温度センサーからの検出信号に基づいて、前記振動子の発振周波数の温度特性を補償する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回路装置と、
を含むことを特徴とする発振器。 - 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置と、
前記回路装置からの検出データに基づく処理を行う処理回路と、
を含むことを特徴とする電子機器。 - ボディーと、
前記ボディーに搭載され、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置を含む制御装置と、
を含むことを特徴とする移動体。
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