JP3264884B2 - 容量検出回路 - Google Patents
容量検出回路Info
- Publication number
- JP3264884B2 JP3264884B2 JP12782198A JP12782198A JP3264884B2 JP 3264884 B2 JP3264884 B2 JP 3264884B2 JP 12782198 A JP12782198 A JP 12782198A JP 12782198 A JP12782198 A JP 12782198A JP 3264884 B2 JP3264884 B2 JP 3264884B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- terminal
- charge
- component
- inverting input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力、加速度、角
速度などの計測に利用される容量型センサの容量検出回
路に関するものである。
速度などの計測に利用される容量型センサの容量検出回
路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】流体の圧力や運動する物体に発生する加
速度または角速度などを検出するセンサとして、コンデ
ンサの容量の変化を検出することで圧力や加速度または
角速度を検出する容量型センサが注目を集めている。近
年、特に半導体のマイクロマシニング技術を応用したこ
の様なセンサは、センサを含む装置の小型化、量産性、
高精度化および高信頼性などの長所を有する。
速度または角速度などを検出するセンサとして、コンデ
ンサの容量の変化を検出することで圧力や加速度または
角速度を検出する容量型センサが注目を集めている。近
年、特に半導体のマイクロマシニング技術を応用したこ
の様なセンサは、センサを含む装置の小型化、量産性、
高精度化および高信頼性などの長所を有する。
【０００３】図７は、一例として半導体のマイクロマシ
ニングプロセスを用いて作成された典型的な容量型加速
度センサの断面図を示すものである。導体としてのシリ
コン質量体１はアンカー部２を通して梁３で支持された
構造となっている。質量体１の上下には、固定電極４、
５がガラスもしくはシリコン６上に形成されており、質
量体１と固定電極４、５で、図８に示すコンデンサ７、
８を形成している。
ニングプロセスを用いて作成された典型的な容量型加速
度センサの断面図を示すものである。導体としてのシリ
コン質量体１はアンカー部２を通して梁３で支持された
構造となっている。質量体１の上下には、固定電極４、
５がガラスもしくはシリコン６上に形成されており、質
量体１と固定電極４、５で、図８に示すコンデンサ７、
８を形成している。
【０００４】コンデンサ７、８はセンサエレメント９を
構成している。加速度による慣性力が質量体１のｘ方向
に作用すると、質量体１はｘ方向にｕだけ変位する。こ
の変位ｕによって、質量体１と固定電極４、５間の容量
値が一方で増加（C+ΔC）、他方で減少（C-ΔC)して差
動容量変化を起こす。
構成している。加速度による慣性力が質量体１のｘ方向
に作用すると、質量体１はｘ方向にｕだけ変位する。こ
の変位ｕによって、質量体１と固定電極４、５間の容量
値が一方で増加（C+ΔC）、他方で減少（C-ΔC)して差
動容量変化を起こす。
【０００５】質量体１の変位に応じた差動容量変化を電
圧出力に変換する方法は、例えば、インピーダンス変換
回路を応用した例として、本出願人が過去に特許出願し
ている。図９は単一の未知容量Ｃｘの変化に比例した電
圧出力を得ることが可能な従来の容量検出回路の一例
と、回路を動作させるスイッチングタイミングを示す。
圧出力に変換する方法は、例えば、インピーダンス変換
回路を応用した例として、本出願人が過去に特許出願し
ている。図９は単一の未知容量Ｃｘの変化に比例した電
圧出力を得ることが可能な従来の容量検出回路の一例
と、回路を動作させるスイッチングタイミングを示す。
【０００６】先ず、図９において、容量検出部１０を構
成するＯＰアンプ１は入力端子と出力端子間にフィード
バック容量Ｃｆを接続し、このフィードバック容量Ｃｆ
をφ１のタイミングにてスイッチＳによりＴ１の期間短
絡させる。また、ＯＰアンプ１の反転入力端子には未知
容量Ｃｘが接続される。未知容量Ｃｘにはφ１のタイミ
ングでＴ１の期間、電源電圧Ｖaが印加される。また、
未知容量Ｃｘは期間Ｔ１の後にφ２のタイミングにてス
イッチＳによりＴ２の期間、接地される。ＯＰアンプ１
の出力端子はＴ２の期間中にφ３のタイミングでスイッ
チＳによりサンプル＆ホールド１１に接続される。
成するＯＰアンプ１は入力端子と出力端子間にフィード
バック容量Ｃｆを接続し、このフィードバック容量Ｃｆ
をφ１のタイミングにてスイッチＳによりＴ１の期間短
絡させる。また、ＯＰアンプ１の反転入力端子には未知
容量Ｃｘが接続される。未知容量Ｃｘにはφ１のタイミ
ングでＴ１の期間、電源電圧Ｖaが印加される。また、
未知容量Ｃｘは期間Ｔ１の後にφ２のタイミングにてス
イッチＳによりＴ２の期間、接地される。ＯＰアンプ１
の出力端子はＴ２の期間中にφ３のタイミングでスイッ
チＳによりサンプル＆ホールド１１に接続される。
【０００７】図９に示す容量検出部１０によれば、電源
電圧Ｖaが期間Ｔ１に亘って未知容量Ｃｘに印加され
る。反転入力端子はＯＰアンプのイマージナルショート
により非反転入力端子を通して仮想グランドに接地され
ているため、φ１のタイミングで未知容量Ｃｘに電源電
圧Ｖaにより電荷が蓄積され、また、フィードバック容
量Ｃｆに蓄積された電荷はφ１のタイミングでスイッチ
Ｓによりディスチャージされる。
電圧Ｖaが期間Ｔ１に亘って未知容量Ｃｘに印加され
る。反転入力端子はＯＰアンプのイマージナルショート
により非反転入力端子を通して仮想グランドに接地され
ているため、φ１のタイミングで未知容量Ｃｘに電源電
圧Ｖaにより電荷が蓄積され、また、フィードバック容
量Ｃｆに蓄積された電荷はφ１のタイミングでスイッチ
Ｓによりディスチャージされる。
【０００８】次に、期間Ｔ１経過後、φ２のタイミング
にて、未知容量ＣｘはスイッチＳより接地されるため、
未知容量Ｃxに蓄積された電荷はＣｆに移動して電圧変
換される。そして、φ３のタイミングにてＯＰアンプ１
の出力はサンプル＆ホールド１１に送られホールドされ
た電圧が飽和出力Ｖoutとして出力される。飽和出力Ｖo
utは以下の（１）式で表される。 （１）式より明らかなように、飽和出力Ｖoutは未知容
量Ｃｘに比例した値となる。
にて、未知容量ＣｘはスイッチＳより接地されるため、
未知容量Ｃxに蓄積された電荷はＣｆに移動して電圧変
換される。そして、φ３のタイミングにてＯＰアンプ１
の出力はサンプル＆ホールド１１に送られホールドされ
た電圧が飽和出力Ｖoutとして出力される。飽和出力Ｖo
utは以下の（１）式で表される。 （１）式より明らかなように、飽和出力Ｖoutは未知容
量Ｃｘに比例した値となる。
【０００９】 Ｖout＝（Ｃｘ／Ｃｆ）・Ｖａ （１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の容量検出部は以
上の構成されていたが、以下に述べるような不具合が認
められる。 （１） 未知容量Ｃｘのコンデンサ両極板間に働くクロ
ック１周期の時間平均の静電力が、電源電圧Ｖaのみで
決まってしまい、電源電圧Vaを０にしない限り、静電力
を０にすることができない。 （２） Voutは、未知容量Ｃｘの変化に同相の出力に限
られる。 （３） 従来回路の容量検出部に差動容量型のセンサを
そのまま適用できない。即ち、差動容量型センサでは、
図７、図８の等価回路に見られる端子３が、センサの質
量体１に対応しており、端子１と端子３間、及び端子２
と端子３間の電位差を調整することで、加速度による質
量体１のｘ方向変位を打ち消すようなｘ方向静電力を発
生させるサーボ方式が発案されている。ただし、図９に
示す回路構成では、差動容量型のサーボ型センサに適用
できない。 従って、従来回路は回路出力の利用およびセンサの適用
に関して柔軟性のない容量検出回路となっていたため、
この回路が適用可能なセンサには大きな制限があった。
上の構成されていたが、以下に述べるような不具合が認
められる。 （１） 未知容量Ｃｘのコンデンサ両極板間に働くクロ
ック１周期の時間平均の静電力が、電源電圧Ｖaのみで
決まってしまい、電源電圧Vaを０にしない限り、静電力
を０にすることができない。 （２） Voutは、未知容量Ｃｘの変化に同相の出力に限
られる。 （３） 従来回路の容量検出部に差動容量型のセンサを
そのまま適用できない。即ち、差動容量型センサでは、
図７、図８の等価回路に見られる端子３が、センサの質
量体１に対応しており、端子１と端子３間、及び端子２
と端子３間の電位差を調整することで、加速度による質
量体１のｘ方向変位を打ち消すようなｘ方向静電力を発
生させるサーボ方式が発案されている。ただし、図９に
示す回路構成では、差動容量型のサーボ型センサに適用
できない。 従って、従来回路は回路出力の利用およびセンサの適用
に関して柔軟性のない容量検出回路となっていたため、
この回路が適用可能なセンサには大きな制限があった。
【００１１】この発明は上記の様な問題点を解消するた
めになされたもので、考えられる幾種類の容量型センサ
（単一容量型センサ、差動容量型センサ、差動容量型静
電サーボ型センサ）に適応可能な容量検出回路を得るこ
とを目的とする。
めになされたもので、考えられる幾種類の容量型センサ
（単一容量型センサ、差動容量型センサ、差動容量型静
電サーボ型センサ）に適応可能な容量検出回路を得るこ
とを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の係る容
量検出回路は、反転入力端子と出力端子との間にフィー
ドバック容量成分が接続され、非反転入力端子に第２の
基準電圧源が接続された演算増幅器と、充放電端子とは
異なる他方の端子が別の基準電圧源に接続され、外力に
より静電容量が変化する容量型センサと、前記フィード
バック容量成分を放電させる第１のクロックタイミング
で、前記容量型センサにおける容量成分の前記充放電端
子を第１の基準電圧源に接続して電荷を充電すると共
に、第２のクロックタイミングで、前記充放電端子を前
記フィードバック容量成分に切り替えて前記演算増幅器
の反転入力端子に接続して電荷を転送する充放電制御手
段と、前記転送された電荷を電圧変換してセンサ出力を
電圧変換値として出力する電圧変換手段とを備えたもの
である。
量検出回路は、反転入力端子と出力端子との間にフィー
ドバック容量成分が接続され、非反転入力端子に第２の
基準電圧源が接続された演算増幅器と、充放電端子とは
異なる他方の端子が別の基準電圧源に接続され、外力に
より静電容量が変化する容量型センサと、前記フィード
バック容量成分を放電させる第１のクロックタイミング
で、前記容量型センサにおける容量成分の前記充放電端
子を第１の基準電圧源に接続して電荷を充電すると共
に、第２のクロックタイミングで、前記充放電端子を前
記フィードバック容量成分に切り替えて前記演算増幅器
の反転入力端子に接続して電荷を転送する充放電制御手
段と、前記転送された電荷を電圧変換してセンサ出力を
電圧変換値として出力する電圧変換手段とを備えたもの
である。
【００１３】請求項２の発明の係る容量検出回路の容量
型センサは、同一の外力により一方の容量が所定量だけ
増加し、他方の容量が前記所定量だけ減少する第１の容
量成分と第２の容量成分とにより構成された差動容量型
センサからなり、前記第１及び第２の容量成分の各充放
電端子とは異なる他方の端子は、前記別の基準電圧源に
接続され、 前記演算増幅器は、 反転入力端子と出力端子
との間に第１のフィードバック容量成分が接続され、非
反転入力端子に前記第２の基準電圧源が接続された第１
の演算増幅器と、 反転入力端子と出力端子との間に第２
のフィードバック容量成分が接続され、非反転入力端子
に第４の基準電圧源が接続された第２の演算増幅器とを
含み、 前記充放電制御手段は、 前記第１のクロックタイ
ミングで、前記第１の容量成分の充放電端子を前記第１
の基準電圧源に接続すると共に、前記第２の容量成分の
充放電端子を第３の基準電圧源に接続して、前記第１及
び第２の容量成分に電荷を充電し、前記第２のクロック
タイミングで、前記第１の容量成分の充放電端子をフィ
ードバック容量成分に切り替えて前記第１の演算増幅器
の反転入力端子に接続すると共に、前記第２の容量成分
の充放電端子をフィードバック容量成分に切り替えて前
記第２の演算増幅器の反転入力端子に接続し、前記第１
の容量成分と前記第２の容量成分とにおける差の電荷を
前記電圧変換手段に転送するものである。
型センサは、同一の外力により一方の容量が所定量だけ
増加し、他方の容量が前記所定量だけ減少する第１の容
量成分と第２の容量成分とにより構成された差動容量型
センサからなり、前記第１及び第２の容量成分の各充放
電端子とは異なる他方の端子は、前記別の基準電圧源に
接続され、 前記演算増幅器は、 反転入力端子と出力端子
との間に第１のフィードバック容量成分が接続され、非
反転入力端子に前記第２の基準電圧源が接続された第１
の演算増幅器と、 反転入力端子と出力端子との間に第２
のフィードバック容量成分が接続され、非反転入力端子
に第４の基準電圧源が接続された第２の演算増幅器とを
含み、 前記充放電制御手段は、 前記第１のクロックタイ
ミングで、前記第１の容量成分の充放電端子を前記第１
の基準電圧源に接続すると共に、前記第２の容量成分の
充放電端子を第３の基準電圧源に接続して、前記第１及
び第２の容量成分に電荷を充電し、前記第２のクロック
タイミングで、前記第１の容量成分の充放電端子をフィ
ードバック容量成分に切り替えて前記第１の演算増幅器
の反転入力端子に接続すると共に、前記第２の容量成分
の充放電端子をフィードバック容量成分に切り替えて前
記第２の演算増幅器の反転入力端子に接続し、前記第１
の容量成分と前記第２の容量成分とにおける差の電荷を
前記電圧変換手段に転送するものである。
【００１４】
【００１５】請求項３の発明の係る容量検出回路は、第
１の容量成分と第２の容量成分における電荷の電圧変換
値の差分を求め、センサ出力の電圧変換値として出力す
る差電圧出力手段を備えたものである。
１の容量成分と第２の容量成分における電荷の電圧変換
値の差分を求め、センサ出力の電圧変換値として出力す
る差電圧出力手段を備えたものである。
【００１６】請求項４の発明の係る容量検出回路は、電
圧変換値を差動容量型センサにおける第１および第２の
容量成分の共通端子に基準電圧としてフィードバック出
力するフィードバック制御手段を備えたものである。
圧変換値を差動容量型センサにおける第１および第２の
容量成分の共通端子に基準電圧としてフィードバック出
力するフィードバック制御手段を備えたものである。
【００１７】請求項５の発明の係る容量検出回路は、フ
ィードバック制御手段は、補償部およびゲイン調整部を
含むものである。
ィードバック制御手段は、補償部およびゲイン調整部を
含むものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下この発明の実
施の形態１に係る容量検出回路を図について説明する。
本実施の形態は図１に示すように１つの容量型センサエ
レメントが接続されている場合を想定している。本実施
の形態における容量検出回路は従来のＳＣ型容量検出回
路に対して３つの基準電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｍを有したＳ
Ｃ型容量検出回路である。尚、ここで各スイッチは充放
電制御手段を構成し、ＯＰアンプは電圧変換手段を構成
する。
施の形態１に係る容量検出回路を図について説明する。
本実施の形態は図１に示すように１つの容量型センサエ
レメントが接続されている場合を想定している。本実施
の形態における容量検出回路は従来のＳＣ型容量検出回
路に対して３つの基準電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｍを有したＳ
Ｃ型容量検出回路である。尚、ここで各スイッチは充放
電制御手段を構成し、ＯＰアンプは電圧変換手段を構成
する。
【００１９】スイッチを駆動するのクロックのタイミン
グは、図９に示す従来の容量検出回路と異なり、タイミ
ングφ１におけるオン期間Ｔ１とタイミングφ２におけ
るオン期間Ｔ２の長さをケースに応じて変える構成とす
る。タイミングφ３のオン期間Ｔ３は、オン期間Ｔ２に
内に収まる様に設定される。
グは、図９に示す従来の容量検出回路と異なり、タイミ
ングφ１におけるオン期間Ｔ１とタイミングφ２におけ
るオン期間Ｔ２の長さをケースに応じて変える構成とす
る。タイミングφ３のオン期間Ｔ３は、オン期間Ｔ２に
内に収まる様に設定される。
【００２０】図１に示す様に、未知容量Ｃx1は基準電源
端子に基準電源Ｖmが接続され、また充放電端子はφ１
のタイミングでオンするスイッチＳを通して基準電源Ｖ
aに接続されると共に、φ２のタイミングでオンするス
イッチＳを通してＯＰアンプの反転入力端子に接続され
ている。尚、ＯＰアンプの非反転入力端子には別の基準
電源Ｖｂが接続されている。
端子に基準電源Ｖmが接続され、また充放電端子はφ１
のタイミングでオンするスイッチＳを通して基準電源Ｖ
aに接続されると共に、φ２のタイミングでオンするス
イッチＳを通してＯＰアンプの反転入力端子に接続され
ている。尚、ＯＰアンプの非反転入力端子には別の基準
電源Ｖｂが接続されている。
【００２１】この結果、未知容量Ｃx1の充放電端子には
φ１のタイミングで基準電源Ｖaに接続されチャージア
ップされ、また同タイミングφ１でフィードバック容量
Ｃｆに残留されている電荷はスイッチＳによりディスチ
ャージされる。次に、タイミングφ２で、未知容量Ｃx1
の充放電端子は後続のＯＰアンプの反転入力端子にスイ
ッチＳにより切り替え接続される。この結果、未知容量
Ｃx1に蓄積された電荷はフィードバック容量Ｃｆに転送
されてチャージされる。ＯＰアンプはチャージされた電
荷を電圧変換する。ＯＰアンプは、φ３のタイミングで
変換電圧をスイッチング素子を通して後続のＳ／Ｈ回路
に送る。Ｓ／Ｈ回路は出力電圧Ｖoutを保持出力する。
このときの出力電圧Ｖoutは次式で表される値となる。
φ１のタイミングで基準電源Ｖaに接続されチャージア
ップされ、また同タイミングφ１でフィードバック容量
Ｃｆに残留されている電荷はスイッチＳによりディスチ
ャージされる。次に、タイミングφ２で、未知容量Ｃx1
の充放電端子は後続のＯＰアンプの反転入力端子にスイ
ッチＳにより切り替え接続される。この結果、未知容量
Ｃx1に蓄積された電荷はフィードバック容量Ｃｆに転送
されてチャージされる。ＯＰアンプはチャージされた電
荷を電圧変換する。ＯＰアンプは、φ３のタイミングで
変換電圧をスイッチング素子を通して後続のＳ／Ｈ回路
に送る。Ｓ／Ｈ回路は出力電圧Ｖoutを保持出力する。
このときの出力電圧Ｖoutは次式で表される値となる。
【００２２】 Ｖout＝Ｖｂ−（Ｖａ−Ｖｂ）・（Ｃx1／Ｃｆ） （２）
【００２３】（２）式で表される様に、出力電圧Ｖout
は基準電圧Ｖｍに無関係となる。ただし、（２）式はス
イッチを駆動するクロック周期中に基準電圧Ｖｍが変動
しない場合のみに成立する。
は基準電圧Ｖｍに無関係となる。ただし、（２）式はス
イッチを駆動するクロック周期中に基準電圧Ｖｍが変動
しない場合のみに成立する。
【００２４】（２）式に示される様に、基準電圧Ｖａと
Ｖｂの大小関係を選択することで、Ｃx1に同相または、
逆相の出力を選択する事が可能となる。また、基準電圧
ＶaとＶｂの差を大きく調整する事でＣx1の検出感度を
向上することが可能となる。
Ｖｂの大小関係を選択することで、Ｃx1に同相または、
逆相の出力を選択する事が可能となる。また、基準電圧
ＶaとＶｂの差を大きく調整する事でＣx1の検出感度を
向上することが可能となる。
【００２５】更に、静電容量型センサの場合は、センサ
容量を形成する電極４、５間の静電引力を調整する場合
がある。本実施の形態による回路構成の場合は、例えば
基準電圧Ｖｍを（Ｖａ＋Ｖｂ）／２に設定する事でクロ
ック１周期の平均電極間静電引力をゼロにしたり、基準
電圧Ｖｍの設定次第で電極間引力の大きさを調整する事
が可能となる。
容量を形成する電極４、５間の静電引力を調整する場合
がある。本実施の形態による回路構成の場合は、例えば
基準電圧Ｖｍを（Ｖａ＋Ｖｂ）／２に設定する事でクロ
ック１周期の平均電極間静電引力をゼロにしたり、基準
電圧Ｖｍの設定次第で電極間引力の大きさを調整する事
が可能となる。
【００２６】また、Ｔ１の期間とＴ２の期間を調整する
ことで、ＯＰアンプ反転入力端子に接続される未知容量
Ｃx1の充放電端子におけるクロック１周期中あたりの平
均電圧を調整することが可能である。この結果、基準電
圧Ｖｍの調整と共に電極間静電引力の調整が可能とな
る。
ことで、ＯＰアンプ反転入力端子に接続される未知容量
Ｃx1の充放電端子におけるクロック１周期中あたりの平
均電圧を調整することが可能である。この結果、基準電
圧Ｖｍの調整と共に電極間静電引力の調整が可能とな
る。
【００２７】実施の形態２．以下この発明の実施の形態
２に係る容量検出回路を図について説明する、図２は本
実施の形態に係る容量検出回路である。本容量検出回路
は図１に示す容量検出回路とサンプ＆ホールドをそれぞ
れ２つ設け、未知容量Ｃx1、Ｃx2としては図７に構成を示
し、図８の等価回路を示す差動容量型センサを用いる。
そして、差動容量型センサの充放電端子１，２はタイミ
ングφ１で動作するスイッチＳの接続点に、基準電源端
子３（中間端子）には基準電圧Ｖｍを印加する。
２に係る容量検出回路を図について説明する、図２は本
実施の形態に係る容量検出回路である。本容量検出回路
は図１に示す容量検出回路とサンプ＆ホールドをそれぞ
れ２つ設け、未知容量Ｃx1、Ｃx2としては図７に構成を示
し、図８の等価回路を示す差動容量型センサを用いる。
そして、差動容量型センサの充放電端子１，２はタイミ
ングφ１で動作するスイッチＳの接続点に、基準電源端
子３（中間端子）には基準電圧Ｖｍを印加する。
【００２８】一方のサンプ＆ホールドの出力は基準電圧
Ｖｒｅｆを印加した差動増幅器（差電圧出力手段）の入
力端子に接続し、また他方のサンプ＆ホールドの出力は
差動増幅器の他方の入力端子に接続する。
Ｖｒｅｆを印加した差動増幅器（差電圧出力手段）の入
力端子に接続し、また他方のサンプ＆ホールドの出力は
差動増幅器の他方の入力端子に接続する。
【００２９】本実施の形態に係る容量検出回路は、未知
容量Ｃx1とＣx2を有し、それらの静電容量が互いに逆相
で変化する差動容量型センサを適用したＳＣ型容量検出
回路を示したものである。スイッチの駆動タイミングφ
１，φ２，φ３は実施の形態１と同様である。
容量Ｃx1とＣx2を有し、それらの静電容量が互いに逆相
で変化する差動容量型センサを適用したＳＣ型容量検出
回路を示したものである。スイッチの駆動タイミングφ
１，φ２，φ３は実施の形態１と同様である。
【００３０】そしてこの容量検出回路は、５つの基準電
圧Ｖａ,Ｖｂ,Ｖｃ,Ｖｄ,Ｖｍを有し、かつ２つのＯＰア
ンプ、Ｓ／Ｈ回路及び２つのＳ／Ｈ回路の差電圧をＶou
tして出力する１つの差動増幅器を有するが、この差動
増幅器は場合によっては加算器としても特に問題ない。
圧Ｖａ,Ｖｂ,Ｖｃ,Ｖｄ,Ｖｍを有し、かつ２つのＯＰア
ンプ、Ｓ／Ｈ回路及び２つのＳ／Ｈ回路の差電圧をＶou
tして出力する１つの差動増幅器を有するが、この差動
増幅器は場合によっては加算器としても特に問題ない。
【００３１】容量検出回路の最終出力Ｖoutは、実施の
形態１に示した回路動作と同様に、出力回路に差動増幅
器を用いた場合は（３）式で表される。
形態１に示した回路動作と同様に、出力回路に差動増幅
器を用いた場合は（３）式で表される。
【００３２】 Ｖout＝Vref ＋（Vb-Vd）−[(Va-Vb)Cx1-(Vc-Vd)Cx2]/Cf （３）
【００３３】（３）式において、Ｃｆは前述と同様のフ
ィードバック容量であり、図２内の各フィードバック容
量Ｃｆ１、Ｃｆ２は、Ｃｆ１＝Ｃｆ２＝Ｃｆを満たすも
のと仮定する。一例として、Ｖｂ＝Ｖｄ、Ｖａ＝Ｖｃの
場合は、Ｖａ−Ｖｂ＝ΔＶとおいて、最終出力Ｖoutは
出力回路に差動増幅器を用いた場合に（４）式で表され
る。
ィードバック容量であり、図２内の各フィードバック容
量Ｃｆ１、Ｃｆ２は、Ｃｆ１＝Ｃｆ２＝Ｃｆを満たすも
のと仮定する。一例として、Ｖｂ＝Ｖｄ、Ｖａ＝Ｖｃの
場合は、Ｖａ−Ｖｂ＝ΔＶとおいて、最終出力Ｖoutは
出力回路に差動増幅器を用いた場合に（４）式で表され
る。
【００３４】 Ｖout＝Ｖref−ΔＶ（Ｃx1−Ｃx2）／Ｃｆ （４）
【００３５】（４）式から明らかなように、差動増幅器
からは未知容量Ｃx1とＣx2の差に比例した電圧出力が得
られ、ΔＶ及びΔＶの符号を調整することでそれぞれ検
出感度や出力の位相の調整が可能となる。また、基準電
圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｍの調整次第で、Ｃx1＋
Ｃx2に比例した和動出力を得ることが可能である。さら
に、クロック周期に比較して電極間容量変化が十分遅い
場合に制限されるが、基準電圧Ｖｍやオン期間Ｔ１，Ｔ
２を適切に調整することで、実施の形態１に述べた様に
それぞれの電極間に生じる電極間静電引力の大きさを調
整する事ができる。
からは未知容量Ｃx1とＣx2の差に比例した電圧出力が得
られ、ΔＶ及びΔＶの符号を調整することでそれぞれ検
出感度や出力の位相の調整が可能となる。また、基準電
圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｍの調整次第で、Ｃx1＋
Ｃx2に比例した和動出力を得ることが可能である。さら
に、クロック周期に比較して電極間容量変化が十分遅い
場合に制限されるが、基準電圧Ｖｍやオン期間Ｔ１，Ｔ
２を適切に調整することで、実施の形態１に述べた様に
それぞれの電極間に生じる電極間静電引力の大きさを調
整する事ができる。
【００３６】実施の形態３ 以下この発明の実施の形態３に係る容量検出回路を図に
ついて説明する。図３は本実施の形態に係る容量検出回
路である。本容量検出回路は図１に示す容量検出回路に
おけるＯＰアンプの反転入力端子をタイミングφ２で駆
動する２つのスイッチＳの出力端子に共通接続され、ス
イッチＳ各入力端子はタイミングφ１で駆動する各スイ
ッチＳに直列接続される。ＯＰアンプの非反転入力端子
には基準電圧Ｖｅが印加される。
ついて説明する。図３は本実施の形態に係る容量検出回
路である。本容量検出回路は図１に示す容量検出回路に
おけるＯＰアンプの反転入力端子をタイミングφ２で駆
動する２つのスイッチＳの出力端子に共通接続され、ス
イッチＳ各入力端子はタイミングφ１で駆動する各スイ
ッチＳに直列接続される。ＯＰアンプの非反転入力端子
には基準電圧Ｖｅが印加される。
【００３７】タイミングφ１で動作する各スイッチＳに
は基準電圧Ｖａ，Ｖｃが印加される。各スイッチＳの直
列接続点間には、図８に示す様に未知容量Ｃx1とＣx2を
有し、それらを互いに逆相で変化する差動容量型センサ
の充放電端子１、２をそれぞれ接続し、基準電源端子３
（中間電極）には基準電圧Ｖｍが印加される。
は基準電圧Ｖａ，Ｖｃが印加される。各スイッチＳの直
列接続点間には、図８に示す様に未知容量Ｃx1とＣx2を
有し、それらを互いに逆相で変化する差動容量型センサ
の充放電端子１、２をそれぞれ接続し、基準電源端子３
（中間電極）には基準電圧Ｖｍが印加される。
【００３８】各スイッチＳの駆動タイミングは実施の形
態１と共通である。実施の形態２では、２つのＯＰアン
プとサンプル＆ホールド（Ｓ／Ｈ回路）を必要とした場
合であったが、本実施の形態では、それぞれ１つとする
ことが可能である。最終出力Ｖｏｕｔは、（５）式で表
される。
態１と共通である。実施の形態２では、２つのＯＰアン
プとサンプル＆ホールド（Ｓ／Ｈ回路）を必要とした場
合であったが、本実施の形態では、それぞれ１つとする
ことが可能である。最終出力Ｖｏｕｔは、（５）式で表
される。
【００３９】 Ｖout＝Ｖｅ−[(Va-Ve)Cx1+(Vc-Ve)Cx2]/Cf （５）
【００４０】（５）式において、Ｃｆは前述と同様のフ
ィードバック容量であり、図２内の各フィードバック容
量Ｃｆ１、Ｃｆ２は、Ｃｆ１＝Ｃｆ２＝Ｃｆを満たすも
のと仮定する。一例として、Ｖａ−Ｖｅ＝Ｖｅ−Ｖｃ＝
ΔＶとした場合、（５）式は以下の（６）式となる。
ィードバック容量であり、図２内の各フィードバック容
量Ｃｆ１、Ｃｆ２は、Ｃｆ１＝Ｃｆ２＝Ｃｆを満たすも
のと仮定する。一例として、Ｖａ−Ｖｅ＝Ｖｅ−Ｖｃ＝
ΔＶとした場合、（５）式は以下の（６）式となる。
【００４１】 Ｖout＝Ｖｅ−ΔＶ（Ｃx1−Ｃx2）／Ｃｆ （６）
【００４２】この結果、（４）式と基本的に共通な差動
出力が得られる。また、基準電圧の調整次第で、Ｃx1＋
Ｃx2に比例した和動出力も得ることが可能である。さら
にここでも、クロック周期に比較して電極間容量の変化
が十分遅い場合に制限されるが、基準電圧Ｖｍやオン期
間Ｔ１，Ｔ２を適切に調整することで、実施の形態１に
述べた様に、それぞれの電極間に生じる電極間静電引力
の大きさを調整する事ができる。
出力が得られる。また、基準電圧の調整次第で、Ｃx1＋
Ｃx2に比例した和動出力も得ることが可能である。さら
にここでも、クロック周期に比較して電極間容量の変化
が十分遅い場合に制限されるが、基準電圧Ｖｍやオン期
間Ｔ１，Ｔ２を適切に調整することで、実施の形態１に
述べた様に、それぞれの電極間に生じる電極間静電引力
の大きさを調整する事ができる。
【００４３】実施の形態４ 以下この発明の実施の形態４に係る容量検出回路を図に
ついて説明する。図４は未知容量Ｃx1とＣx2を有し、そ
れらが互いに逆相で変化する差動容量型センサの断面図
を示すものである。図５は差動容量型センサに適用する
ＳＣ型容量検出回路を示したものである。図５における
ＳＣ型容量検出回路に示されたスイッチ素子の駆動タイ
ミングφ１、φ２、φ３は実施の形態１と共通である。
ついて説明する。図４は未知容量Ｃx1とＣx2を有し、そ
れらが互いに逆相で変化する差動容量型センサの断面図
を示すものである。図５は差動容量型センサに適用する
ＳＣ型容量検出回路を示したものである。図５における
ＳＣ型容量検出回路に示されたスイッチ素子の駆動タイ
ミングφ１、φ２、φ３は実施の形態１と共通である。
【００４４】尚、本実施の形態に係るＳＣ型容量検出回
路は、図２に示す実施の形態２の検出回路を利用して、
質量体１の変位を制限する零位法を採用したサーボ方式
の静電容量センサに適用可能な場合を示すものである。
サーボ方式は、例えば加速度センサの例で説明すると、
加速度によって発生する質量体の変位（または、質量体
に作用する慣性力）を静電力で打ち消す様に電極間の電
圧を変化させる方式である。
路は、図２に示す実施の形態２の検出回路を利用して、
質量体１の変位を制限する零位法を採用したサーボ方式
の静電容量センサに適用可能な場合を示すものである。
サーボ方式は、例えば加速度センサの例で説明すると、
加速度によって発生する質量体の変位（または、質量体
に作用する慣性力）を静電力で打ち消す様に電極間の電
圧を変化させる方式である。
【００４５】通常のオープンループ型センサに比較し
て、質量体の変位を制限するために自ずと周波数特性
（応答性）が改善され、フィードバックの効果により、
外乱ノイズの影響を抑制する事が可能である。更に、同
じ応答性を有するオープンループ型センサに比較して、
見かけの感度が高いため感度をベースに表したノイズ成
分、所謂ＳＮ比が向上することが期待される。
て、質量体の変位を制限するために自ずと周波数特性
（応答性）が改善され、フィードバックの効果により、
外乱ノイズの影響を抑制する事が可能である。更に、同
じ応答性を有するオープンループ型センサに比較して、
見かけの感度が高いため感度をベースに表したノイズ成
分、所謂ＳＮ比が向上することが期待される。
【００４６】次に、図４を参照して加速度によって発生
する質量体１の変位（または、質量体に作用する慣性
力）を静電力で打ち消すメカニズムを示す。慣性力Ｆa
（＝ｍａ、ｍ：質量，ａ：加速度）が作用し、バネ定数
ｋの梁で支えられた質量体１がｘの正方向にｕだけ変位
しようとした場合、その変位を未知容量Ｃx1の一方の端
子にVo+Vr,中間共通端子にVo+Vf,Ｃx2の一方の端子にVo
-Vrの電圧を加え、極板間に働く静電引力の差で阻止し
た場合、次式が成立する。
する質量体１の変位（または、質量体に作用する慣性
力）を静電力で打ち消すメカニズムを示す。慣性力Ｆa
（＝ｍａ、ｍ：質量，ａ：加速度）が作用し、バネ定数
ｋの梁で支えられた質量体１がｘの正方向にｕだけ変位
しようとした場合、その変位を未知容量Ｃx1の一方の端
子にVo+Vr,中間共通端子にVo+Vf,Ｃx2の一方の端子にVo
-Vrの電圧を加え、極板間に働く静電引力の差で阻止し
た場合、次式が成立する。
【００４７】 Ｆｅ+ ＋Ｆｅ -−Ｆａ＝０ より ２Ｅ・Ｖｒ・Ｖｆ ＝ ｍａ （７） Ｖｆ＝ｍａ／（２ＥＶｒ） （８）
【００４８】ここで、Ｅは電極の対向面積や電極間ギャ
ップｄo及び電極間に存在する媒体の誘電率等に関連す
る定数であり、変位uは、ｄｏに比較してきわめて小さ
いと仮定している。また、Ｖ0は加速度が０の時の中間
電極の基準電位とし、Ｖｆは加速度に応じて発生するフ
ィードバック電圧とする。従って、（8）式が示す様に
理想的にはＶｆは加速度ａに比例するが、質量体１を支
持するバネ定数ｋに依存にしない。
ップｄo及び電極間に存在する媒体の誘電率等に関連す
る定数であり、変位uは、ｄｏに比較してきわめて小さ
いと仮定している。また、Ｖ0は加速度が０の時の中間
電極の基準電位とし、Ｖｆは加速度に応じて発生するフ
ィードバック電圧とする。従って、（8）式が示す様に
理想的にはＶｆは加速度ａに比例するが、質量体１を支
持するバネ定数ｋに依存にしない。
【００４９】この方式を実現する本実施の形態に係る容
量検出回路を図５を示す。図４に示した基準電圧Voに対
する偏差電圧Ｖrを実現するために、各基準電圧を下記
（9）式を満足するように設定する。
量検出回路を図５を示す。図４に示した基準電圧Voに対
する偏差電圧Ｖrを実現するために、各基準電圧を下記
（9）式を満足するように設定する。
【００５０】Ｖｏ＋Ｖｒ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）／２ Ｖｏ−Ｖｒ＝（Ｖｃ＋Ｖｄ）／２ （9）
【００５１】また、加速度によりＣx1，Ｃx2が差動で変
化する場合に、その変化の方向と大きさを測定するため
に、実施の形態２の図２で示した方式を採用する。ただ
し、サーボ方式の場合は、フィードバックの効果により
応答が一般的に不安定になるため、位相やフィードバッ
クゲインを調整のため、図２に示す差動増幅器の後段に
補償器及び増幅器を有した回路１９を必要とする。
化する場合に、その変化の方向と大きさを測定するため
に、実施の形態２の図２で示した方式を採用する。ただ
し、サーボ方式の場合は、フィードバックの効果により
応答が一般的に不安定になるため、位相やフィードバッ
クゲインを調整のため、図２に示す差動増幅器の後段に
補償器及び増幅器を有した回路１９を必要とする。
【００５２】偏差電圧Ｖｒは、フィードバック電圧Ｖｆ
と共に、質量体と各電極間に働く静電力を決定する大き
なパラメータであるため、一般的に大きな静電力を得る
ためには可能な限り大きい方が望ましい。
と共に、質量体と各電極間に働く静電力を決定する大き
なパラメータであるため、一般的に大きな静電力を得る
ためには可能な限り大きい方が望ましい。
【００５３】このため、Ｖｒを大きく設定するには、
（９）式においてＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄを調整する以
外に、クロックのタイミングＴ１，Ｔ２を調整すること
でも可能である。Ｔ１＝Ｔ２の場合は、端子１，２（図
８参照）に加わる電圧は、（９）式で表される。しか
し、Ｔ１＞Ｔ２の場合に、Ｖｒを大きく設定するには、
そのＴ１、Ｔ２の各オン／オフデューティ比に応じてＶ
ｒを大きくすることが可能である。
（９）式においてＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄを調整する以
外に、クロックのタイミングＴ１，Ｔ２を調整すること
でも可能である。Ｔ１＝Ｔ２の場合は、端子１，２（図
８参照）に加わる電圧は、（９）式で表される。しか
し、Ｔ１＞Ｔ２の場合に、Ｖｒを大きく設定するには、
そのＴ１、Ｔ２の各オン／オフデューティ比に応じてＶ
ｒを大きくすることが可能である。
【００５４】実施の形態５．以下この発明の実施の形態
５に係る容量検出回路を図について説明する、図６は本
実施の形態に係る容量検出回路である。本容量検出回路
は、未知容量Ｃx1とＣx2を有し、それらが互いに逆相で
変化する差動容量型センサに適用するＳＣ型容量検出回
路を示したものである。
５に係る容量検出回路を図について説明する、図６は本
実施の形態に係る容量検出回路である。本容量検出回路
は、未知容量Ｃx1とＣx2を有し、それらが互いに逆相で
変化する差動容量型センサに適用するＳＣ型容量検出回
路を示したものである。
【００５５】スイッチの駆動タイミングは実施の形態１
と共通である。本実施の形態は、図３に示す実施の形態
３の検出回路を利用して、質量体１の変位を制限する零
位法を採用したサーボ型の静電容量センサに適用可能な
場合を示すものである。基本的なフィードバック構成
は、実施の形態４と共通している。ただし、Ｓ／Ｈ回路
が１回路でよく、差動増幅器の必要が無い点で回路が簡
素化される。
と共通である。本実施の形態は、図３に示す実施の形態
３の検出回路を利用して、質量体１の変位を制限する零
位法を採用したサーボ型の静電容量センサに適用可能な
場合を示すものである。基本的なフィードバック構成
は、実施の形態４と共通している。ただし、Ｓ／Ｈ回路
が１回路でよく、差動増幅器の必要が無い点で回路が簡
素化される。
【００５６】また、（9）式において、Ｖｂ＝Ｖｄ＝Ｖ
ｅの条件を満足するように、各基準電圧を決定する必要
があり、Ｖｒの調整は、同様にＴ１＞Ｔ２となる様に適
切に設定することで、デューティ比に応じて大きくする
ことが可能である。
ｅの条件を満足するように、各基準電圧を決定する必要
があり、Ｖｒの調整は、同様にＴ１＞Ｔ２となる様に適
切に設定することで、デューティ比に応じて大きくする
ことが可能である。
【００５７】
【発明の効果】以上、本発明に関わる容量検出回路は、
例えば、容量型センサの構成の容量構成（単一容量、差
動容量、差動容量型静電サーボ方式）にとらわれず、柔
軟な容量検出回路を提供することができるという効果が
ある。
例えば、容量型センサの構成の容量構成（単一容量、差
動容量、差動容量型静電サーボ方式）にとらわれず、柔
軟な容量検出回路を提供することができるという効果が
ある。
【００５８】さらに、簡単なＳＣ型の容量検出回路を基
本として、容量検出とサーボフィードバックを可能にし
たため、従来に知られているサーボ方式回路に比較し
て、同期検波回路が不必要である点や、精密なクロック
の必要がない点、さらに容量検出とサーボフィードバッ
クのタイミングを分ける必要が無い等の点おいて低コス
トで精度の良い容量型センサのインターフェース回路を
実現することができるという効果がある。
本として、容量検出とサーボフィードバックを可能にし
たため、従来に知られているサーボ方式回路に比較し
て、同期検波回路が不必要である点や、精密なクロック
の必要がない点、さらに容量検出とサーボフィードバッ
クのタイミングを分ける必要が無い等の点おいて低コス
トで精度の良い容量型センサのインターフェース回路を
実現することができるという効果がある。
【図１】 本発明の実施の形態１に係る容量検出回路の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２に係る差動容量検出回
路の一例を示す図である。
路の一例を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３に係る差動容量検出回
路の別の一例を示す図である。
路の別の一例を示す図である。
【図４】 本発明の静電サーボ方式のメカニズムを示す
図である。
図である。
【図５】 本発明の実施の形態４に係る差動容量検出回
路及び静電サーボ方式の一例を示す図である。
路及び静電サーボ方式の一例を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態５に係る差動容量検出回
路及び静電サーボ方式の別の一例を示す図である。
路及び静電サーボ方式の別の一例を示す図である。
【図７】 従来の容量型加速度センサの一例を示す説明
図である。
図である。
【図８】 従来の容量型加速度センサの等価回路を示す
図である。
図である。
【図９】 従来の容量検出回路の一例を示す図である。
１ 質量体（可動電極または中間電極）、２ アンカー
部、３ 梁、４、５固定電極 、６ シリコン、７，８
未知容量Ｃx1，Ｃx2、９ 容量型センサエレメント、
１０，１３，１５，１８，１７，２０ ＳＣ型容量検出
回路、１１S/H（サンプルホールド）回路、１６ 差動
増幅器または加算器、１９ 差動増幅器（または加算
器）＋補償器＋増幅器、２１ 補償器＋増幅器。
部、３ 梁、４、５固定電極 、６ シリコン、７，８
未知容量Ｃx1，Ｃx2、９ 容量型センサエレメント、
１０，１３，１５，１８，１７，２０ ＳＣ型容量検出
回路、１１S/H（サンプルホールド）回路、１６ 差動
増幅器または加算器、１９ 差動増幅器（または加算
器）＋補償器＋増幅器、２１ 補償器＋増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 27/26 G01D 5/24 G01L 1/14 G01L 9/12 G01P 15/125
Claims (5)
- 【請求項１】 反転入力端子と出力端子との間にフィー
ドバック容量成分が接続され、非反転入力端子に第２の
基準電圧源が接続された演算増幅器と、充放電端子とは異なる他方の端子が別の基準電圧源に接
続され、 外力により静電容量が変化する容量型センサ
と、 前記フィードバック容量成分を放電させる第１のクロッ
クタイミングで、前記容量型センサにおける容量成分の
前記充放電端子を第１の基準電圧源に接続して電荷を充
電すると共に、第２のクロックタイミングで、前記充放
電端子を前記フィードバック容量成分に切り替えて前記
演算増幅器の反転入力端子に接続して電荷を転送する充
放電制御手段と、 前記転送された電荷を電圧変換してセンサ出力を電圧変
換値として出力する電圧変換手段とを備えたことを特徴
とする容量検出回路。 - 【請求項２】 前記容量型センサは、同一の外力により
一方の容量が所定量だけ増加し、他方の容量が前記所定
量だけ減少する第１の容量成分と第２の容量成分とによ
り構成された差動容量型センサからなり、前記第１及び第２の容量成分の各充放電端子とは異なる
他方の端子は、前記別の基準電圧源に接続され、 前記演算増幅器は、 反転入力端子と出力端子との間に第１のフィードバック
容量成分が接続され、 非反転入力端子に前記第２の基準電圧源が接続された第
１の演算増幅器と、 反転入力端子と出力端子との間に第２のフィードバック
容量成分が接続され、 非反転入力端子に第４の基準電圧源が接続された第２の
演算増幅器とを含み、 前記 充放電制御手段は、 前記 第１のクロックタイミングで、前記第１の容量成分
の充放電端子を前記第１の基準電圧源に接続すると共
に、前記第２の容量成分の充放電端子を第３の基準電圧
源に接続して、前記第１及び第２の容量成分に電荷を充
電し、前記 第２のクロックタイミングで、前記第１の容量成分
の充放電端子をフィードバック容量成分に切り替えて前
記第１の演算増幅器の反転入力端子に接続する と共に、
前記第２の容量成分の充放電端子をフィードバック容量
成分に切り替えて前記第２の演算増幅器の反転入力端子
に接続し、前記第１の容量成分と前記第２の容量成分と
における差の電荷を前記電圧変換手段に転送することを
特徴とする請求項１に記載の容量検出回路。 - 【請求項３】 前記第１の容量成分と第２の容量成分と
における電荷の電圧変換値の差分を求め、センサ出力の
電圧変換値として出力する差電圧出力手段を備えたこと
を特徴とする請求項２に記載の容量検出回路。 - 【請求項４】 電圧変換値を差動容量型センサにおける
第１および第２の容量成分の共通端子に基準電圧として
フィードバック出力するフィードバック制御手段を備え
たことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の容量
検出回路。 - 【請求項５】 前記フィードバック制御手段は、補償部
およびゲイン調整部を含むことを特徴とする請求項４に
記載の容量検出回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12782198A JP3264884B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 容量検出回路 |
| US09/164,628 US6278283B1 (en) | 1998-05-11 | 1998-10-01 | Capacitance detecting circuit |
| DE19855896A DE19855896B4 (de) | 1998-05-11 | 1998-12-03 | Kapazitätsdetektierschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12782198A JP3264884B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 容量検出回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326409A JPH11326409A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3264884B2 true JP3264884B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=14969508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12782198A Expired - Fee Related JP3264884B2 (ja) | 1998-05-11 | 1998-05-11 | 容量検出回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6278283B1 (ja) |
| JP (1) | JP3264884B2 (ja) |
| DE (1) | DE19855896B4 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103245840A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-08-14 | 成都国腾电子技术股份有限公司 | 一种用于电容式传感器的端口复用接口电路 |
| TWI631347B (zh) * | 2017-11-13 | 2018-08-01 | 盛群半導體股份有限公司 | 電容值的量測方法 |
| WO2022211146A1 (ko) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 주식회사 유시테크놀로지 | 슈퍼커패시터 급속 충전 제어장치 및 그 제어방법 |
Families Citing this family (59)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6466036B1 (en) * | 1998-11-25 | 2002-10-15 | Harald Philipp | Charge transfer capacitance measurement circuit |
| US7974775B1 (en) * | 1999-11-05 | 2011-07-05 | Angela Masson | Electronic kit bag |
| US6879056B2 (en) * | 2000-12-29 | 2005-04-12 | Intel Corporation | Converting sensed signals |
| JP2003028607A (ja) | 2001-07-12 | 2003-01-29 | Sony Corp | 静電容量検出装置およびこれを用いた指紋照合装置 |
| SG104277A1 (en) * | 2001-09-24 | 2004-06-21 | Inst Of Microelectronics | Circuit for measuring changes in capacitor gap using a switched capacitor technique |
| US6798228B2 (en) * | 2003-01-10 | 2004-09-28 | Qualitau, Inc. | Test socket for packaged semiconductor devices |
| JP2004361388A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | 容量型慣性力検出装置 |
| JP4356003B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2009-11-04 | アイシン精機株式会社 | 静電容量検出装置 |
| JP2005140657A (ja) * | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Denso Corp | 静電容量型センサの容量変化検出回路 |
| US7193410B2 (en) * | 2004-05-04 | 2007-03-20 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Transistor monitor for a multiphase circuit |
| US7782090B2 (en) * | 2004-08-02 | 2010-08-24 | Panasonic Corporation | Semiconductor device |
| US7131315B2 (en) * | 2004-09-28 | 2006-11-07 | Honeywell International Inc. | Methods and apparatus for reducing vibration rectification errors in closed-loop accelerometers |
| JP2006229336A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Act Lsi:Kk | 静電容量型マイクロホン |
| DE102005031345A1 (de) * | 2005-07-05 | 2007-01-11 | Robert Bosch Gmbh | Kraftmesselement |
| US8144125B2 (en) | 2006-03-30 | 2012-03-27 | Cypress Semiconductor Corporation | Apparatus and method for reducing average scan rate to detect a conductive object on a sensing device |
| US8040142B1 (en) | 2006-03-31 | 2011-10-18 | Cypress Semiconductor Corporation | Touch detection techniques for capacitive touch sense systems |
| US9291507B1 (en) | 2006-07-20 | 2016-03-22 | University Of South Florida | Differential capacitive readout system and method for infrared imaging |
| US9511877B2 (en) | 2006-08-09 | 2016-12-06 | Angela Masson | Electronic kit bag |
| JP2008051729A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Denso Corp | 力学量センサ |
| JP4816346B2 (ja) * | 2006-09-06 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 容量変化検出装置およびその方法 |
| US8547114B2 (en) | 2006-11-14 | 2013-10-01 | Cypress Semiconductor Corporation | Capacitance to code converter with sigma-delta modulator |
| US8089288B1 (en) * | 2006-11-16 | 2012-01-03 | Cypress Semiconductor Corporation | Charge accumulation capacitance sensor with linear transfer characteristic |
| US20080122457A1 (en) * | 2006-11-28 | 2008-05-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Capacitance difference detecting circuit |
| US7583088B2 (en) * | 2007-01-26 | 2009-09-01 | Freescale Semiconductor, Inc. | System and method for reducing noise in sensors with capacitive pickup |
| DE102007017209B4 (de) * | 2007-04-05 | 2014-02-27 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanischer Inertialsensor zur Messung von Drehraten |
| US8144126B2 (en) | 2007-05-07 | 2012-03-27 | Cypress Semiconductor Corporation | Reducing sleep current in a capacitance sensing system |
| US7602201B2 (en) * | 2007-06-22 | 2009-10-13 | Qualitau, Inc. | High temperature ceramic socket configured to test packaged semiconductor devices |
| US9500686B1 (en) | 2007-06-29 | 2016-11-22 | Cypress Semiconductor Corporation | Capacitance measurement system and methods |
| US8570053B1 (en) | 2007-07-03 | 2013-10-29 | Cypress Semiconductor Corporation | Capacitive field sensor with sigma-delta modulator |
| US8089289B1 (en) | 2007-07-03 | 2012-01-03 | Cypress Semiconductor Corporation | Capacitive field sensor with sigma-delta modulator |
| US8169238B1 (en) * | 2007-07-03 | 2012-05-01 | Cypress Semiconductor Corporation | Capacitance to frequency converter |
| KR100885416B1 (ko) * | 2007-07-19 | 2009-02-24 | 건국대학교 산학협력단 | 일체형 가속도계·각속도계 구동 시스템 |
| US8525798B2 (en) | 2008-01-28 | 2013-09-03 | Cypress Semiconductor Corporation | Touch sensing |
| US8319505B1 (en) | 2008-10-24 | 2012-11-27 | Cypress Semiconductor Corporation | Methods and circuits for measuring mutual and self capacitance |
| US8358142B2 (en) | 2008-02-27 | 2013-01-22 | Cypress Semiconductor Corporation | Methods and circuits for measuring mutual and self capacitance |
| US9104273B1 (en) | 2008-02-29 | 2015-08-11 | Cypress Semiconductor Corporation | Multi-touch sensing method |
| KR100974637B1 (ko) * | 2008-04-07 | 2010-08-06 | 서울대학교산학협력단 | 정전용량 검출 장치 및 이를 포함하는 정전용량 센서 |
| US8321174B1 (en) | 2008-09-26 | 2012-11-27 | Cypress Semiconductor Corporation | System and method to measure capacitance of capacitive sensor array |
| TWI381173B (zh) * | 2008-10-29 | 2013-01-01 | Raydium Semiconductor Corp | 電容量測電路及其電容量測方法 |
| JP5441027B2 (ja) * | 2009-02-10 | 2014-03-12 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置 |
| WO2010095513A1 (ja) * | 2009-02-20 | 2010-08-26 | アルプス電気株式会社 | 近接容量検出回路及び容量センサモジュール |
| CN101833042B (zh) * | 2009-03-09 | 2012-07-18 | 瑞鼎科技股份有限公司 | 电容值测量电路及应用其的综合控制电路 |
| JP5521145B2 (ja) * | 2009-06-09 | 2014-06-11 | 国立大学法人 熊本大学 | 音響式測定装置及び音響式測定方法 |
| US8723827B2 (en) | 2009-07-28 | 2014-05-13 | Cypress Semiconductor Corporation | Predictive touch surface scanning |
| TWI410853B (zh) * | 2010-05-07 | 2013-10-01 | Novatek Microelectronics Corp | 用於觸控裝置之電容量測量裝置 |
| TWI520018B (zh) * | 2010-10-07 | 2016-02-01 | 晨星半導體股份有限公司 | 觸控感測電路與相關方法 |
| US8854062B2 (en) * | 2011-08-29 | 2014-10-07 | Robert Bosch Gmbh | Readout circuit for self-balancing capacitor bridge |
| EP2796836B1 (en) * | 2013-04-22 | 2018-01-10 | Ams Ag | Capacitive sensing arrangement and method for capacitive sensing |
| CN108007327A (zh) * | 2016-10-31 | 2018-05-08 | 深圳指瑞威科技有限公司 | 电容式距离传感器 |
| EP3379271B1 (en) * | 2017-01-18 | 2020-03-11 | Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. | Capacitance detection apparatus, electronic device and force detection apparatus |
| JP6960831B2 (ja) * | 2017-11-17 | 2021-11-05 | エイブリック株式会社 | センサ装置 |
| JP7006189B2 (ja) * | 2017-11-28 | 2022-01-24 | 株式会社アイシン | 静電容量検出装置 |
| CN110275047B (zh) | 2018-03-14 | 2021-01-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 加速度传感器、电容检测电路、加速度处理电路及方法 |
| KR102643806B1 (ko) | 2019-08-05 | 2024-03-05 | 삼성전자주식회사 | Oled 구동 특성 검출 회로 및 이를 포함하는 유기 발광 표시 장치 |
| WO2022051757A2 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-10 | Microchip Technology Incorporated | Voltage sampling using an energy pulse, and related systems, methods and devices |
| DE102021201149A1 (de) | 2021-02-08 | 2022-08-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Ausleseschaltung für ein Sensorsystem und Sensorsystem |
| CN114280330A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-04-05 | 慧石（上海）测控科技有限公司 | Mems闭环加速度计及其控制方法 |
| CN114487615B (zh) * | 2022-04-06 | 2022-08-30 | 基合半导体（宁波）有限公司 | 电容测量电路及电容测量方法 |
| CN115343515B (zh) * | 2022-10-17 | 2023-03-07 | 基合半导体（宁波）有限公司 | 模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3831593A1 (de) | 1988-09-15 | 1990-03-22 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung mit einer einer mechanischen verstimmung ausgesetzten differentialkondensator-anordnung |
| EP0543901B1 (en) | 1990-08-17 | 1995-10-04 | Analog Devices, Inc. | Monolithic accelerometer |
| DE4313327A1 (de) | 1993-04-23 | 1994-10-27 | Vdo Schindling | Anordnung zur Messung kleiner Kapazitäten |
| JP3216955B2 (ja) | 1994-05-31 | 2001-10-09 | 株式会社日立製作所 | 容量式センサ装置 |
| JP3216455B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2001-10-09 | 株式会社村田製作所 | 容量型静電サーボ加速度センサ |
| JP3262013B2 (ja) | 1997-02-24 | 2002-03-04 | 三菱電機株式会社 | 容量型センサインターフェース回路 |
| JP3426107B2 (ja) | 1997-05-16 | 2003-07-14 | 三菱電機株式会社 | 容量型センサのインターフェース回路 |
-
1998
- 1998-05-11 JP JP12782198A patent/JP3264884B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-10-01 US US09/164,628 patent/US6278283B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-03 DE DE19855896A patent/DE19855896B4/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103245840A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-08-14 | 成都国腾电子技术股份有限公司 | 一种用于电容式传感器的端口复用接口电路 |
| CN103245840B (zh) * | 2013-05-23 | 2015-09-16 | 成都振芯科技股份有限公司 | 一种用于电容式传感器的端口复用接口电路 |
| TWI631347B (zh) * | 2017-11-13 | 2018-08-01 | 盛群半導體股份有限公司 | 電容值的量測方法 |
| WO2022211146A1 (ko) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 주식회사 유시테크놀로지 | 슈퍼커패시터 급속 충전 제어장치 및 그 제어방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11326409A (ja) | 1999-11-26 |
| DE19855896A1 (de) | 1999-12-02 |
| US6278283B1 (en) | 2001-08-21 |
| DE19855896B4 (de) | 2004-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3264884B2 (ja) | 容量検出回路 | |
| JP3125675B2 (ja) | 容量型センサインターフェース回路 | |
| JP3216455B2 (ja) | 容量型静電サーボ加速度センサ | |
| US4584885A (en) | Capacitive detector for transducers | |
| US5986497A (en) | Interface circuit for capacitive sensor | |
| JP3262013B2 (ja) | 容量型センサインターフェース回路 | |
| US5641911A (en) | Method and apparatus for feedback-control of an asymmetric differential pressure transducer | |
| US5095750A (en) | Accelerometer with pulse width modulation | |
| US6868726B2 (en) | Position sensing with improved linearity | |
| JP6038152B2 (ja) | 物理量を検出する容量性変換器システム | |
| US5661240A (en) | Sampled-data interface circuit for capacitive sensors | |
| JP4441495B2 (ja) | 差動型スイッチドキャパシタｃｖ変換回路 | |
| JP2000065664A (ja) | 静電容量式力学量センサ | |
| JP3265942B2 (ja) | 微少容量検出回路 | |
| JPH08233598A (ja) | 容量性センサの校正回路 | |
| JPH02110383A (ja) | 加速度検出方法及び装置 | |
| JP3282360B2 (ja) | 容量型センサ | |
| JP4272267B2 (ja) | 静電容量型センサ回路 | |
| JP3804242B2 (ja) | 静電サーボ式物理量検出装置 | |
| JPH10319036A (ja) | 容量型センサのインターフェース回路 | |
| JP2000221054A (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
| JPH07260510A (ja) | 容量型センサ | |
| US20240118307A1 (en) | Accelerometer having a grounded shield structure | |
| JP3265807B2 (ja) | 容量型センサ | |
| JP3124710B2 (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071228 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081228 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091228 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091228 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101228 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111228 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111228 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121228 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121228 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131228 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |