JP3489390B2 - Angular velocity sensor device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動用配線パター
ンから検出用配線パターンへの駆動信号のクロストーク
を相殺した角速度センサ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor device which cancels out crosstalk of drive signals from a drive wiring pattern to a detection wiring pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、自動車のナビゲーションシステ
ム、ロボットの姿勢制御装置、カメラの手振れ防止装置
などに、小型の角速度センサ装置が使用されるようにな
っている。この従来の角速度センサ装置の構造につい
て、図４を参照して説明する。角速度センサ装置２０
は、図６に示すように、例えば、ＳＯＩ（Silicon On I
nsulator）基板１を加工して形成される。このＳＯＩ基
板１は、既に加工が加えられているが、上部シリコンｓ
１、酸化シリコンなどの絶縁層ｓ２および下部シリコン
ｓ３の３層構造よりなる。ＳＯＩ基板１には、センシン
グ部１ａとこのセンシング部１ａの近傍に信号処理回路
部１ｂが形成される。2. Description of the Related Art In recent years, small angular velocity sensor devices have come to be used in automobile navigation systems, robot attitude control devices, camera shake prevention devices, and the like. The structure of this conventional angular velocity sensor device will be described with reference to FIG. Angular velocity sensor device 20
As shown in FIG. 6, for example, SOI (Silicon On I)
It is formed by processing the substrate 1. Although this SOI substrate 1 has already been processed, the upper silicon s
1, a three-layer structure of an insulating layer s2 such as silicon oxide and a lower silicon s3. On the SOI substrate 1, a sensing unit 1a and a signal processing circuit unit 1b are formed near the sensing unit 1a.
【０００３】このセンシング部１ａの中心部には、角速
度センサ１ｃが配置される。この角速度センサ１ｃにつ
いて、図５および図６を参照して説明する。長方形の振
動体２は、４つの角部に結合するＬ字型の支持梁２ａを
介してアンカー電極３に振動可能に支持されている。こ
の振動体２の長手方向の両端面には、可動電極２ｂ、２
ｃが端面と直角方向にそれぞれ複数個形成されている。
また、振動体２の短手方向の両側面にも、可動電極２
ｄ、２ｅが側面と直角方向にそれぞれ複数個形成されて
いる。An angular velocity sensor 1c is arranged at the center of the sensing portion 1a. The angular velocity sensor 1c will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The rectangular vibrating body 2 is oscillatably supported by the anchor electrode 3 via L-shaped support beams 2a that are connected to the four corners. The movable electrodes 2b, 2b are provided on both end surfaces of the vibrating body 2 in the longitudinal direction.
A plurality of c are formed in the direction perpendicular to the end face.
In addition, the movable electrodes 2 are also provided on both sides of the vibrating body 2 in the lateral direction.
A plurality of d and 2e are formed in the direction perpendicular to the side surfaces.
【０００４】振動体２の長手方向には、可動電極２ｂ、
２ｃとそれぞれ間隙を介して噛み合う櫛形の駆動電極ｅ
１、ｅ２が形成されている。また、振動体２の短手方向
には、可動電極２ｄ、２ｅとそれぞれ間隙を介して噛み
合う櫛形の検出電極ｅ３、ｅ４が形成されている。そし
て、この角速度センサ１ｃにおいては、検出電極ｅ３、
ｅ４と駆動電極ｅ１、ｅ２との間のそれぞれの静電容量
は平衡が取れている。図５に示す角速度センサ１ｃの形
状は、図６に示すように、ＳＯＩ基板１の上に、フォト
レジストマスクを図５に示す形状に形成し、６フッ化硫
黄（ＳＦ6 ）ガスを用いたＲＩＥ（Reacve Ion Etchin
g）によりＳＯＩ基板１の上部シリコンｓ１をエッチン
グすることにより形成される。In the longitudinal direction of the vibrating body 2, the movable electrodes 2b,
2c, a comb-shaped drive electrode e that engages with each other through a gap
1 and e2 are formed. Further, in the lateral direction of the vibrating body 2, comb-shaped detection electrodes e3 and e4 are formed which are respectively meshed with the movable electrodes 2d and 2e via a gap. And in this angular velocity sensor 1c, the detection electrode e3,
The respective capacitances between e4 and the drive electrodes e1 and e2 are balanced. As for the shape of the angular velocity sensor 1c shown in FIG. 5, as shown in FIG. 6, a photoresist mask was formed on the SOI substrate 1 in the shape shown in FIG. 5, and sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas was used. RIE (Reacve Ion Etchin
g) is formed by etching the upper silicon s1 of the SOI substrate 1.
【０００５】また、図５および図６に示すように、点集
合部分で示す振動体２、支持梁２ａ、可動電極２ｂ〜２
ｅは、それらの下部および近傍の絶縁層ｓ２がエッチン
グ除去されて、下部シリコンｓ３との間に間隙ｇが形成
され自由振動可能になっている。Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the vibrating body 2, the support beam 2a, and the movable electrodes 2b to 2 shown by the point set portion.
In e, the insulating layer s2 in the lower portion and in the vicinity thereof is removed by etching, and a gap g is formed between the insulating layer s2 and the lower silicon s3 to allow free oscillation.
【０００６】図４に示すように、駆動電極ｅ１、ｅ２
は、それぞれ駆動用配線パターンＬ１、Ｌ２を介して、
センシング部１ａの一つの辺部に形成された駆動端子Ｌ
１ａ、Ｌ２ａに接続される。また、同様に、検出電極ｅ
３、ｅ４は、それぞれ検出用配線パターンＬ３、Ｌ４を
介して、前記一つの辺部に形成された検出端子Ｌ３ａ、
Ｌ４ａにそれぞれ接続される。そして、このような端子
配置により、配線パターン間に寄生容量が形成されるこ
とになる。As shown in FIG. 4, drive electrodes e1 and e2
Through the drive wiring patterns L1 and L2,
Drive terminal L formed on one side of the sensing unit 1a
1a and L2a. Similarly, the detection electrode e
3 and e4 are the detection terminals L3a and L3a formed on the one side portion via the detection wiring patterns L3 and L4, respectively.
Each is connected to L4a. Then, with such a terminal arrangement, a parasitic capacitance is formed between the wiring patterns.
【０００７】この場合、検出側の一つの検出用配線パタ
ーンＬ３は直線状に形成されている。駆動側の配線パタ
ーンＬ１、Ｌ２は、それぞれ１回屈曲して、検出用配線
パターンＬ３に対しほぼ線対称に配置されている。そし
て、検出端子Ｌ３ａと駆動端子Ｌ１ａとの間の寄生容量
Ｃ１３が、検出端子Ｌ３ａと駆動端子Ｌ２ａとの間の寄
生容量Ｃ３２に等しくなっている。In this case, one detection wiring pattern L3 on the detection side is formed linearly. The wiring patterns L1 and L2 on the driving side are each bent once and arranged substantially symmetrically with respect to the detection wiring pattern L3. The parasitic capacitance C13 between the detection terminal L3a and the drive terminal L1a is equal to the parasitic capacitance C32 between the detection terminal L3a and the drive terminal L2a.
【０００８】また、検出側のもう一つの検出用配線パタ
ーンＬ４は、信号処理回路部１ｂの反対側にあって２回
屈曲して、駆動用配線パターンＬ２の外側を回って検出
端子Ｌ４ａに導出されている。したがって、駆動端子Ｌ
１ａに対する寄生容量Ｃ１４と駆動端子Ｌ２ａに対する
寄生容量Ｃ２４とが相違している。これは、検出用配線
パターンＬ４が、駆動用配線パターンＬ２には近くて、
それらの配線パターン間の寄生容量が大きくなるのに対
し、駆動用配線パターンＬ１とは遠く離れて、それらの
配線パターン間の寄生容量が考慮する必要がないほど小
さいからである。The other detection wiring pattern L4 on the detection side is on the opposite side of the signal processing circuit portion 1b, is bent twice, and goes out to the detection terminal L4a around the outside of the driving wiring pattern L2. Has been done. Therefore, the drive terminal L
The parasitic capacitance C14 for 1a is different from the parasitic capacitance C24 for the drive terminal L2a. This is because the detection wiring pattern L4 is close to the driving wiring pattern L2,
This is because the parasitic capacitance between the wiring patterns becomes large, but the parasitic capacitance between the wiring patterns is so small that it is far from the driving wiring pattern L1 and need not be considered.
【０００９】一方、信号処理回路部１ｂは、集積回路
（ＩＣ）化されて、４つの入出力端子を持っている。即
ち、駆動端子Ｌ１ａに接続されている駆動信号発振回路
の出力端子Ｌ１ｂ、検出端子Ｌ３ａに接続されている容
量・電圧変換回路の入力端子Ｌ３ｂ、駆動端子Ｌ２ａに
接続されている駆動信号発振回路の出力端子Ｌ２ｂおよ
び検出端子Ｌ４ａに接続されている容量・電圧変換回路
の入力端子Ｌ４ｂである。On the other hand, the signal processing circuit section 1b is made into an integrated circuit (IC) and has four input / output terminals. That is, the output terminal L1b of the drive signal oscillation circuit connected to the drive terminal L1a, the input terminal L3b of the capacitance / voltage conversion circuit connected to the detection terminal L3a, and the drive signal oscillation circuit connected to the drive terminal L2a. The input terminal L4b of the capacitance / voltage conversion circuit is connected to the output terminal L2b and the detection terminal L4a.
【００１０】つぎに、従来の角速度センサ装置２０の動
作について説明する。信号処理回路部１ｂの駆動端子Ｌ
１ａ、Ｌ２ａから、図７に実線と破線で示すように、１
０ｋＨｚの発振周波数で同極性の１８０゜位相の異な
る、同振幅かつ正弦波の交流電圧をそれぞれ駆動端子Ｌ
１ａ、Ｌ２ａとアンカー電極３（グランド）との間に印
加する。Next, the operation of the conventional angular velocity sensor device 20 will be described. Drive terminal L of the signal processing circuit section 1b
1a and L2a, as shown by the solid and broken lines in FIG.
AC voltage of the same amplitude and sine wave with the same polarity but different phase of 180 ° at the oscillating frequency of 0 kHz is respectively supplied to the drive terminal L.
It is applied between 1a and L2a and the anchor electrode 3 (ground).
【００１１】すると、振動体２は、長手方向に振動する
ようになる。このように振動体２が振動しているとき
に、角速度センサ１ｃが紙面に垂直な中心軸を中心にし
て回転すると、振動体２はコリオリ力により短手方向に
振動するようになる。そして、検出電極ｅ３、ｅ４と振
動体２の可動電極２ｄ、２ｅとの間に形成される静電容
量が、一方は増加し他方は減少するようになる。これら
の静電容量の変化量（出力信号）が検出端子Ｌ３ａ、Ｌ
４ａから信号処理回路部１ｂの入力端子Ｌ３ｂ、Ｌ４ｂ
を介して容量・電圧変換回路に入力される。そして、こ
れらの出力信号の変換電圧の差をとり、これを増幅して
角速度を検出する。Then, the vibrating body 2 vibrates in the longitudinal direction. When the angular velocity sensor 1c rotates about the central axis perpendicular to the paper surface while the vibrating body 2 is vibrating in this way, the vibrating body 2 vibrates in the lateral direction by the Coriolis force. Then, the electrostatic capacitance formed between the detection electrodes e3 and e4 and the movable electrodes 2d and 2e of the vibrating body 2 is increased on one side and decreased on the other side. The change amount (output signal) of these capacitances is detected by the detection terminals L3a, L3.
4a to input terminals L3b and L4b of the signal processing circuit unit 1b
Is input to the capacitance / voltage conversion circuit via. Then, the difference between the converted voltages of these output signals is taken and amplified to detect the angular velocity.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
角速度センサ装置２０においては、一つの検出端子Ｌ３
ａには、寄生容量Ｃ１３とＣ３２を介して、図８に示す
ように、駆動端子Ｌ１ａ、Ｌ２ａの交流電圧（駆動信
号）が静電容量結合によるクロストーク電圧として現れ
る。しかし、このクロストーク電圧は逆極性なので、検
出端子Ｌ３ａで相殺されて０Ｖとなる。なお、Ｒは検出
端子Ｌ３ａ（入力端子Ｌ３ｂ）の電位を０Ｖに保持する
高抵抗である。However, in the conventional angular velocity sensor device 20, one detection terminal L3 is used.
In a, the AC voltage (driving signal) of the driving terminals L1a and L2a appears as a crosstalk voltage due to capacitive coupling via the parasitic capacitances C13 and C32, as shown in FIG. However, since this crosstalk voltage has the opposite polarity, it is canceled by the detection terminal L3a and becomes 0V. Note that R is a high resistance that holds the potential of the detection terminal L3a (input terminal L3b) at 0V.
【００１３】一方、もう一つの検出端子Ｌ４ａには、寄
生容量Ｃ１４とＣ２４を介して、図９に示すように、駆
動端子Ｌ１ａ、Ｌ２ａの交流電圧（駆動信号）が静電容
量結合によるクロストーク電圧として現れる。この場
合、寄生容量Ｃ２４が寄生容量Ｃ１４より大きく、クロ
ストーク電圧も高いので、これらのクロストーク電圧
は、検出端子Ｌ４ａで相殺されずに、それらの差分の電
圧（ＶC24 −ＶC14 ）が残ることになる。この差分の電
圧は、コリオリ力による角速度信号成分に比べて非常に
大きいので、信号処理回路１ｂの入力端子Ｌ３ｂ、Ｌ４
ｂを介して容量・電圧変換回路に入力されて、次段の差
動増幅回路で増幅されると、その出力電圧は電源電圧に
達し、飽和してしまい、同時に角速度信号も歪んでしま
うという欠点があった。On the other hand, as shown in FIG. 9, the AC voltage (driving signal) of the driving terminals L1a and L2a is cross-talked to the other detection terminal L4a via the parasitic capacitances C14 and C24 by capacitive coupling. Appears as a voltage. In this case, since the parasitic capacitance C24 is larger than the parasitic capacitance C14 and the crosstalk voltage is also high, these crosstalk voltages are not canceled by the detection terminal L4a, and a voltage (V C24 −V C14 ) between them remains. It will be. The voltage of this difference is much larger than the angular velocity signal component due to the Coriolis force, so that the input terminals L3b and L4 of the signal processing circuit 1b.
When input to the capacitance / voltage conversion circuit via b and amplified by the differential amplification circuit in the next stage, the output voltage reaches the power supply voltage and is saturated, and at the same time, the angular velocity signal is also distorted. was there.
【００１４】そこで、本発明は、駆動信号の寄生容量を
介するクロストーク電圧を相殺して、角速度信号のみを
高い増幅率で増幅することができ、角速度センサの感度
（１°／ｓに対する出力電圧）を向上させることのでき
る角速度センサ装置を提供することを目的とする。Therefore, according to the present invention, the crosstalk voltage via the parasitic capacitance of the drive signal can be canceled and only the angular velocity signal can be amplified with a high amplification factor, and the sensitivity of the angular velocity sensor (output voltage for 1 ° / s can be obtained). It is an object of the present invention to provide an angular velocity sensor device capable of improving
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、センシング部と信号処理回路部とを備える角速度セ
ンサ装置において、前記センシング部に設けられた対向
する一対の駆動電極（ｅ１、ｅ２）および一対の検出電
極（ｅ３、ｅ４）から、前記信号処理回路部に隣接する
前記センシングの辺部に形成された一対の駆動端子（Ｌ
１ａ、Ｌ２ａ）および検出端子（Ｌ３ａ、Ｌ４ａ）に、
それぞれ駆動用配線パターン（Ｌ１、Ｌ２）および検出
用配線パターン（Ｌ３、Ｌ４）が導出され、かつ、検出
用配線パターン（Ｌ４）に接続する補償配線パターン
（Ｌ５）が設けられている角速度センサであって、補償
配線パターン（Ｌ５）と第１の駆動用配線パターン（Ｌ
１）との間の寄生容量をＣ51とし、第１の駆動用配線パ
ターン（Ｌ１）と第１の検出用配線パターン（Ｌ３）と
の間の寄生容量をＣ13とし、第１の検出用配線パターン
（Ｌ３）と第２の駆動用配線パターン（Ｌ２）との間の
寄生容量をＣ32とし、第２の駆動用配線パターン（Ｌ
２）と第２の検出用配線パターン（Ｌ４）との間の寄生
容量をＣ24として、下式が成立するように、前記各配線
パターンが配置されているものである。The invention according to claim 1 is an angular velocity sensor including a sensing section and a signal processing circuit section.
In capacitors apparatus, wherein a pair of driving electrodes for pairs toward <br/> provided in the sensing unit (e1, e2) and a pair of detection electrodes (e3, e4), adjacent to the signal processing circuit section
A pair of drive terminals formed on the side portion of the sensing (L
1a, L2a) and the detection terminals (L3a, L4a),
An angular velocity sensor in which a drive wiring pattern (L1, L2) and a detection wiring pattern (L3, L4) are respectively derived and a compensation wiring pattern (L5) connected to the detection wiring pattern (L4) is provided. Therefore, the compensation wiring pattern (L5) and the first driving wiring pattern (L
1), the parasitic capacitance between the first driving wiring pattern (L1) and the first detecting wiring pattern (L3) is C13, and the first detecting wiring pattern is C51. The parasitic capacitance between (L3) and the second drive wiring pattern (L2) is C32, and the second drive wiring pattern (L
C24 is the parasitic capacitance between 2) and the second detection wiring pattern (L4), and the wiring patterns are arranged so that the following equation is satisfied.
【００１６】Ｃ51・Ｃ32＝Ｃ13・Ｃ24
この発明によれば、駆動用配線パターンＬ１、Ｌ２、検
出用配線パターンＬ３、Ｌ４および補償配線パターンＬ
５は、配線間の寄生容量Ｃ51、Ｃ13、Ｃ32、Ｃ24、を介
してブリッジ回路を構成している。そして、寄生容量比
Ｃ51／Ｃ13とＣ24／Ｃ32がそれぞれ等しい値になってい
る。これには、Ｃ13＝Ｃ32およびＣ51＝Ｃ24の場合も含
まれ、この場合には、検出端子Ｌ３ａ、Ｌ４ａには、こ
れらの寄生容量を介して逆極性で同振幅の電圧が誘導す
るので、このクロストーク電圧は検出端子Ｌ３ａ、Ｌ４
ａでキャンセルされる。したがって、クロストーク電圧
は容量・電圧変換回路には出力はされない。According to C 51 · C 32 = C 13 · C 24 the present invention, the driving wiring patterns L1, L2, detection wire patterns L3, L4 and the compensation wiring pattern L
Reference numeral 5 constitutes a bridge circuit via parasitic capacitances C 51 , C 13 , C 32 and C 24 between the wirings. The parasitic capacitance ratios C 51 / C 13 and C 24 / C 32 are equal to each other. This includes the case of C 13 = C 32 and C 51 = C 24. In this case, the detection terminals L3a and L4a are induced with voltages of opposite polarity and the same amplitude via these parasitic capacitances. Therefore, this crosstalk voltage is detected by the detection terminals L3a and L4.
Canceled by a. Therefore, the crosstalk voltage is not output to the capacitance / voltage conversion circuit.
【００１７】 また、寄生容量Ｃ13≠Ｃ32およびＣ51≠
Ｃ24の場合には、これらの寄生容量を介する逆極性のク
ロストーク電圧は、検出端子Ｌ３ａ、Ｌ４ａでそれぞれ
キャンセルされない。したがって、検出端子Ｌ３ａ、Ｌ
４ａには、それぞれ同極性で同電位の差分電圧が残るこ
とになる。これらの差分電圧は、容量・電圧変換回路を
経て、次段の差動増幅回路に入力されて、差動増幅され
ることにより、キャンセルされる。請求項２に記載の発
明は、センシング部と信号処理回路部とを備える角速度
センサ装置において、前記センシング部に設けられた対
向する一対の駆動電極（ｅ１、ｅ２）および一対の検出
電極（ｅ３、ｅ４）から、前記信号処理回路部に隣接す
る前記センシングの同一辺部に形成された一対の駆動端
子（Ｌ８ａ、Ｌ９ａ）および一対の検出端子（Ｌ６ａ、
Ｌ７ａ）に、それぞれ駆動用配線パターン（Ｌ８、Ｌ
９）および検出用配線パターン（Ｌ６、Ｌ７）が導出さ
れ、かつ、駆動用配線パターン（Ｌ９）に接続する補償
配線パターン（Ｌ５ｆ）が設けられている角速度センサ
であって、補償配線パターン（Ｌ５ｆ）と第１の検出用
配線パターン（Ｌ６）との間の寄生容量をＣ56とし、第
１の検出用配線パターン（Ｌ６）と第１の駆動用配線パ
ターン（Ｌ８）との間の寄生容量をＣ68とし、第１の駆
動用配線パターン（Ｌ８）と第２の検出用配線パターン
（Ｌ７）との間の寄生容量をＣ87とし、第２の検出用配
線パターン（Ｌ７）と第２の駆動用配線パターン（Ｌ
９）との間の寄生容量をＣ79として、下式が成立するよ
うに、前記各配線パターンが配置されているものであ
る。
Ｃ56・Ｃ87＝Ｃ68・Ｃ79
この発明は、角速度センサの駆動電極と検出電極の配置
を、請求項１に記載のものと逆にし、かつ、これらの電
極から導出される駆動用配線パターンおよび検出用配線
パターン並びに駆動端子および検出端子の配置も、請求
項１に記載のものと逆にしたものである。したがって、
補償配線パターンＬ５が外側の検出用配線パターンＬ９
に接続されている。Further, parasitic capacitances C13 ≠ C32 and C51 ≠
In the case of C24, the reverse-polarity crosstalk voltages via these parasitic capacitances are not canceled at the detection terminals L3a and L4a, respectively. Therefore, the detection terminals L3a, L
A differential voltage having the same polarity and the same potential remains in 4a. These differential voltages are canceled by being input to the differential amplifier circuit of the next stage through the capacity / voltage conversion circuit and differentially amplified. The invention according to claim 2 is an angular velocity including a sensing unit and a signal processing circuit unit.
In the sensor device, the pair of drive electrodes (e1, e2) and the pair of detection electrodes (e3, e4) facing each other provided in the sensing unit are adjacent to the signal processing circuit unit.
That the pair of drive terminals formed on the same sides of the sensing (L8a, L9a) and a pair of detection terminals (L6a,
L7a), the wiring pattern for driving (L8, L
9) and the detection wiring pattern (L6, L7) are derived, and the compensation wiring pattern (L5f) connected to the driving wiring pattern (L9) is provided, and the compensation wiring pattern (L5f ) And the first detection wiring pattern (L6), the parasitic capacitance between the first detection wiring pattern (L6) and the first driving wiring pattern (L8) is defined as C56. C68, the parasitic capacitance between the first drive wiring pattern (L8) and the second detection wiring pattern (L7) is C87, and the second detection wiring pattern (L7) and the second drive wiring pattern Wiring pattern (L
The wiring patterns are arranged so that the following equation is established, with the parasitic capacitance between the wiring pattern and the wiring pattern 9) as C79. C56 · C87 = C68 · C79 The present invention reverses the arrangement of the drive electrode and the detection electrode of the angular velocity sensor from that described in claim 1, and further provides a drive wiring pattern and a detection wiring pattern derived from these electrodes. The layout of the wiring pattern and the drive terminals and the detection terminals is also the reverse of that of the first aspect. Therefore,
Compensation wiring pattern L5 is the outer detection wiring pattern L9
It is connected to the.
【００１８】この配線パターンの配置においても、請求
項１に記載の発明と同様に、ブリッジ回路の平衡条件を
成立させることにより、一対の検出端子Ｌ６ａ、Ｌ７ａ
に現れる同電位かつ同振幅の出力信号の差動増幅によ
り、駆動端子Ｌ８ａ（駆動用配線パターンＬ８）、駆動
端子Ｌ９ａ（駆動用配線パターンＬ９）から寄生容量を
介して静電誘導する駆動信号のクロストーク電圧をキャ
ンセルすることができる。Also in this wiring pattern arrangement, the pair of detection terminals L6a and L7a can be formed by satisfying the equilibrium condition of the bridge circuit, as in the first aspect of the invention.
Of the drive signal electrostatically induced from the drive terminal L8a (drive wiring pattern L8) and the drive terminal L9a (drive wiring pattern L9) via parasitic capacitance by differential amplification of the output signal of the same potential and the same amplitude appearing in The crosstalk voltage can be canceled.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図１を参照して説明する。本発明は、従来の角速度セン
サ装置の改良に関するものなので、図４〜図８において
説明した事項を援用することにして、同一部分には同一
番号を付して、その説明を省略する。図１において、Ｌ
５は補償配線パターンで、その一端が検出電極ｅ４と検
出用配線パターンＬ４に接続されて中途で屈曲し、その
他端は駆動端子Ｌ１ａに隣接して、それと同じ辺部に形
成された補償端子Ｌ５ａに接続されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Since the present invention relates to the improvement of the conventional angular velocity sensor device, the items described in FIGS. 4 to 8 are referred to, the same parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIG. 1, L
Reference numeral 5 denotes a compensation wiring pattern, one end of which is connected to the detection electrode e4 and the detection wiring pattern L4 and is bent midway, and the other end is adjacent to the drive terminal L1a and is formed on the same side portion as the compensation terminal L5a. It is connected to the.
【００２０】一つの検出用配線パターンＬ３は、一対の
駆動用配線パターンＬ１、Ｌ２の線対称の位置にある。
また、もう一つの検出用配線パターンＬ４および補償配
線パターンＬ５は、駆動用配線パターンＬ１、Ｌ２を囲
うように配置されており、一つの検出用配線パターンＬ
３に対し、線対称の配置関係にある。したがって、もう
一つの検出用配線パターンＬ４および補償配線パターン
Ｌ５と一対の駆動用配線パターンＬ１、Ｌ２は、線対称
の対称線を同一した配置関係にある。One detection wiring pattern L3 is located at the line symmetry position of the pair of driving wiring patterns L1 and L2.
Further, the other detection wiring pattern L4 and the compensation wiring pattern L5 are arranged so as to surround the driving wiring patterns L1 and L2, and one detection wiring pattern L
3 has a line-symmetrical arrangement relationship. Therefore, the other detection wiring trace L4 and the compensation wiring trace L5 and the pair of driving wiring traces L1 and L2 have the same layout relationship with respect to the line of symmetry.
【００２１】よって、検出端子Ｌ４ａと駆動端子Ｌ２ａ
との間の寄生容量Ｃ２４は、駆動端子Ｌ１ａと補償端子
Ｌ５ａとの間の寄生容量Ｃ５１と等しくなる。したがっ
て、寄生容量Ｃ１３＝Ｃ３２およびＣ５１＝Ｃ２４の関
係が成立し、図８において、寄生容量Ｃ１３、Ｃ３２を
介する逆極性のクロストーク電圧、即ち駆動信号のクロ
ストーク電圧の絶対値は等しくなり、検出端子Ｌ３ａに
おいて相殺されて０Ｖとなる。また、図１０において、
寄生容量Ｃ５１、Ｃ２４を介する逆極性のクロストーク
電圧の絶対値も等しくなり、検出端子Ｌ４ａにおいて相
殺されて０Ｖとなる。Therefore, the detection terminal L4a and the drive terminal L2a
The parasitic capacitance C24 between the drive terminal L1a and the compensation terminal L5a is equal to the parasitic capacitance C51 between the drive terminal L1a and the compensation terminal L5a. Therefore, the relationship of the parasitic capacitances C13 = C32 and C51 = C24 is established, and in FIG. 8, the crosstalk voltage of the reverse polarity via the parasitic capacitances C13 and C32, that is, the absolute value of the crosstalk voltage of the drive signal becomes equal, and the detection is performed. The voltage is canceled at the terminal L3a and becomes 0V. In addition, in FIG.
The absolute values of the reverse-polarity crosstalk voltages passing through the parasitic capacitances C51 and C24 also become equal, and are canceled by the detection terminal L4a to become 0V.
【００２２】したがって、後段において、一対の検出端
子Ｌ３ａ、Ｌ４ａの出力信号の差動増幅を取るまでもな
く、前記寄生容量を等しくすることにより、クロストー
ク電圧をキャンセルすることができる。Therefore, in the latter stage, the crosstalk voltage can be canceled by equalizing the parasitic capacitance without taking differential amplification of the output signals of the pair of detection terminals L3a and L4a.
【００２３】上記においては、寄生容量Ｃ１３＝Ｃ３２
およびＣ51＝Ｃ２４が成立する場合の一例について説明
したが、図１１に示すように、寄生容量Ｃ51≠Ｃ24およ
びＣ13≠Ｃ32の場合であっても、これらの寄生容量は、
図２に示すように、駆動用配線パターンＬ１、Ｌ２およ
び検出用配線パターンＬ３、Ｌ４、補償配線パターンＬ
５に接続されて、ブリッジ回路を構成している。したが
って、このブリッジ回路の平衡条件、即ち、Ｃ51・Ｃ32
＝Ｃ13・Ｃ24が一般的に成立すれば、一対の検出端子Ｌ
３ａとＬ４ａにおいてクロストーク電圧は同相同大とな
るので、後段の差動増幅回路を通すことにより、これら
のクロストーク電圧を相殺することができる。In the above, the parasitic capacitance C13 = C32
Although an example in which C 51 = C 24 and C 51 = C 24 are satisfied has been described, even if the parasitic capacitances C 51 ≠ C 24 and C 13 ≠ C 32 as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, drive wiring patterns L1 and L2, detection wiring patterns L3 and L4, compensation wiring pattern L
5 is connected to form a bridge circuit. Therefore, the balance condition of this bridge circuit, that is, C 51 · C 32
= C 13 · C 24 is generally established, a pair of detection terminals L
Since the crosstalk voltages in 3a and L4a have the same phase and the same magnitude, these crosstalk voltages can be canceled by passing through the differential amplifier circuit in the subsequent stage.
【００２４】なお、上記実施例においては、補償配線パ
ターンＬ５および補償端子Ｌ５ａは、検出用配線パター
ンＬ４および検出端子Ｌ４ａと線対称の形状に形成した
が、寄生容量Ｃ51を形成するダミー電極の機能を有する
ので、Ｃ51・Ｃ32＝Ｃ13・Ｃ24の条件が得られれば、ど
のような形状でもよい。[0024] In the above-described embodiment, the compensation wiring pattern L5 and compensation terminals L5a has been formed in the shape of the detection wiring pattern L4 and the detection terminal L4a axisymmetrical, the dummy electrodes forming a parasitic capacitance C 51 Since it has a function, any shape may be used as long as the condition of C 51 · C 32 = C 13 · C 24 can be obtained.
【００２５】つぎに、他の実施例について図３を参照し
て説明する。Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
【００２６】上記実施例においては、信号処理回路部１
ｂに近接するセンシング部１ａの一つの辺に対し、平行
する方向に角速度センサ１ｃの一対の駆動電極ｅ１、ｅ
２を設け、また直交する方向に一対の検出電極ｅ３、ｅ
４を設けている。In the above embodiment, the signal processing circuit section 1
a pair of drive electrodes e1, e of the angular velocity sensor 1c in a direction parallel to one side of the sensing unit 1a close to b.
2 is provided, and a pair of detection electrodes e3, e are provided in a direction orthogonal to each other.
4 is provided.
【００２７】これらの一対の駆動電極ｅ１、ｅ２および
一対の検出電極ｅ３、ｅ４の配置方向を、図３に示すよ
うに、それぞれ入れ替えて、例えば、反時計方向に９０
゜回転させてもよい。この場合、駆動電極ｅ１から駆動
用配線パターンＬ８が駆動端子Ｌ８ａに導出され、駆動
電極ｅ２から駆動用配線パターンＬ９と補償配線パター
ンＬ５ｆとがそれぞれ駆動端子Ｌ９ａと補償端子Ｌ５ｇ
とに導出され、検出電極ｅ３から検出用配線パターンＬ
７が検出端子Ｌ７ａに導出され、検出電極ｅ４から検出
用配線パターンＬ６が検出端子Ｌ６ａに導出されてい
る。As shown in FIG. 3, the arrangement directions of the pair of drive electrodes e1 and e2 and the pair of detection electrodes e3 and e4 are replaced with each other, for example, 90 degrees counterclockwise.
It may be rotated by °. In this case, the drive wiring pattern L8 is led from the drive electrode e1 to the drive terminal L8a, and the drive wiring pattern L9 and the compensation wiring pattern L5f are driven from the drive electrode e2 to the drive terminal L9a and the compensation terminal L5g, respectively.
And the wiring pattern L for detection from the detection electrode e3.
7 is led to the detection terminal L7a, and the detection wiring pattern L6 is led to the detection terminal L6a from the detection electrode e4.
【００２８】そして、補償配線パターンＬ５ｆ（補償端
子Ｌ５ｇ）と駆動用配線パターンＬ６（検出端子Ｌ６
ａ）との間の寄生容量をＣ56とし、検出用配線パターン
Ｌ６（検出端子Ｌ６ａ）と駆動用配線パターンＬ８（駆
動端子Ｌ８ａ）との間の寄生容量をＣ68とし、駆動用配
線パターンＬ８（駆動端子Ｌ８ａ）と検出用配線パター
ンＬ７（検出端子Ｌ７ａ）との間の寄生容量をＣ87と
し、検出用配線パターンＬ７（検出端子Ｌ７ａ）と駆動
用配線パターンＬ９（駆動端子Ｌ９ａ）との間の寄生容
量をＣ79として、下式が成立するように、前記各配線パ
ターンが配置されている。
Ｃ56・Ｃ87＝Ｃ68・Ｃ79 The compensation wiring pattern L5f (compensation terminal L5g) and the driving wiring pattern L6 (detection terminal L6).
The parasitic capacitance between the a) and C 56, the parasitic capacitance between the detection wire pattern L6 (detection terminal L6a) and the driving wiring pattern L8 (driving terminal L8a) and C 68, the driving wiring pattern L8 The parasitic capacitance between the (driving terminal L8a) and the detection wiring pattern L7 (detection terminal L7a) is C 87 , and the detection wiring pattern L7 (detection terminal L7a) and the driving wiring pattern L9 (drive terminal L9a) The respective wiring patterns are arranged so that the following equation is established with the parasitic capacitance between them as C 79 . C 56 / C 87 = C 68 / C 79
【００２９】[0029]
【発明の効果】請求項１に記載の発明は、一つの検出用
配線パターンに補償配線パターンを接続して、一つの駆
動用配線パターンと一つの検出用配線パターンおよび補
償配線パターンとの間に形成される２つの寄生容量の比
と、他の駆動用配線パターンと一対の検出用配線パター
ンとの間に形成される２つの寄生容量の比と、を等しく
し、かつ、寄生容量を介して一対の検出端子に現れるク
ロストーク電圧を等しくして、後段の差動増幅回路を通
すことにより、または通さずに、クロストーク電圧をキ
ャンセルすることができる。これにより、角速度信号の
みを高い増幅率で増幅することができ、角速度センサの
感度を向上することができる。According to the invention described in claim 1, the compensating wiring pattern is connected to one detecting wiring pattern, and the compensating wiring pattern is provided between one driving wiring pattern and one detecting wiring pattern and compensating wiring pattern. The ratio of the two parasitic capacitances formed is made equal to the ratio of the two parasitic capacitances formed between the other drive wiring pattern and the pair of detection wiring patterns, and the parasitic capacitance is used. The crosstalk voltages appearing at the pair of detection terminals can be equalized, and the crosstalk voltage can be canceled by passing the differential amplifier circuit in the subsequent stage or not. Thereby, only the angular velocity signal can be amplified with a high amplification factor, and the sensitivity of the angular velocity sensor can be improved.
【００３０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における補償配線パターンの配置はそのままにし
て、一対の駆動用配線パターンと一対の検出用配線パタ
ーンの配置を入れ替えたものである。この場合において
も、角速度センサの作用、機能および効果は、請求項１
に記載の発明と同様となる。According to a second aspect of the present invention, the arrangement of the compensation wiring pattern in the first aspect of the invention is left as it is, and the arrangement of the pair of drive wiring patterns and the pair of detection wiring patterns is exchanged. is there. In this case as well, the action, function and effect of the angular velocity sensor are as defined in claim 1.
The invention is similar to the invention described in 1.
【図１】 本発明の角速度センサ装置の一実施例の平面
形態図FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an angular velocity sensor device of the present invention.
【図２】 図１に示す角速度センサ装置のセンシング部
の配線パターン間の寄生容量により形成されるブリッジ
回路の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a bridge circuit formed by a parasitic capacitance between wiring patterns of a sensing unit of the angular velocity sensor device shown in FIG.
【図３】 本発明の角速度センサ装置の他の実施例にお
けるセンシング部の配線パターン間の寄生容量により形
成されるブリッジ回路の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a bridge circuit formed by a parasitic capacitance between wiring patterns of a sensing unit in another embodiment of the angular velocity sensor device of the present invention.
【図４】 従来の角速度センサ装置の平面形態図FIG. 4 is a plan view of a conventional angular velocity sensor device.
【図５】 図１および図４に示す角速度センサの拡大平
面図5 is an enlarged plan view of the angular velocity sensor shown in FIGS. 1 and 4. FIG.
【図６】 図５のＸ−Ｘ線断面形態図6 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
【図７】 駆動電圧の位相説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of a drive voltage phase.
【図８】 一つの検出端子における寄生容量を介するク
ロストーク電圧の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of a crosstalk voltage via a parasitic capacitance in one detection terminal.
【図９】 他の検出端子における寄生容量を介するクロ
ストーク電圧の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of a crosstalk voltage via a parasitic capacitance in another detection terminal.
【図１０】 同じく、他の検出端子における寄生容量を
介するクロストーク電圧の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of a crosstalk voltage via a parasitic capacitance in another detection terminal.
【図１１】 一対の検出端子における寄生容量を介する
クロストーク電圧の説明図FIG. 11 is an explanatory diagram of a crosstalk voltage via a parasitic capacitance in a pair of detection terminals.
１ ＳＯＩ基板 １ａ センシング部 １ｂ 信号処理回路部 １ｃ 角速度センサ ２ 振動体 ２ａ Ｌ字型の支持梁 ２ｂ〜２ｅ 可動電極 ３ アンカー電極 ｅ１、ｅ２ 駆動電極 ｅ３、ｅ４ 検出電極 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ８、Ｌ９ 駆動用配線パターン Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７ 検出用配線パターン Ｌ５、Ｌ５ｆ 保障配線パターン Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ８ａ、Ｌ９ａ 駆動端子 Ｌ３ａ、Ｌ４ａ、Ｌ６ａ、Ｌ７ａ 検出端子 Ｌ５ａ、Ｌ５ｇ 補償端子 １０ 角速度センサ装置 1 SOI substrate 1a Sensing part 1b Signal processing circuit section 1c Angular velocity sensor 2 vibrating body 2a L-shaped support beam 2b-2e movable electrode 3 anchor electrode e1, e2 drive electrodes e3, e4 detection electrode L1, L2, L8, L9 drive wiring pattern L3, L4, L6, L7 Detection wiring pattern L5, L5f guaranteed wiring pattern L1a, L2a, L8a, L9a drive terminals L3a, L4a, L6a, L7a Detection terminal L5a, L5g Compensation terminal 10 Angular velocity sensor device
Claims (2)
る角速度センサ装置において、前記センシング部に設け
られた対向する一対の駆動電極（ｅ１、ｅ２）および一
対の検出電極（ｅ３、ｅ４）から、前記信号処理回路部
に隣接する前記センシングの辺部に形成された一対の駆
動端子（Ｌ１ａ、Ｌ２ａ）および検出端子（Ｌ３ａ、Ｌ
４ａ）に、それぞれ駆動用配線パターン（Ｌ１、Ｌ２）
および検出用配線パターン（Ｌ３、Ｌ４）が導出され、
かつ、検出用配線パターン（Ｌ４）に接続する補償配線
パターン（Ｌ５）が設けられている角速度センサであっ
て、補償配線パターン（Ｌ５）と第１の駆動用配線パタ
ーン（Ｌ１）との間の寄生容量をＣ51とし、第１の駆動
用配線パターン（Ｌ１）と第１の検出用配線パターン
（Ｌ３）との間の寄生容量をＣ13とし、第１の検出用配
線パターン（Ｌ３）と第２の駆動用配線パターン（Ｌ
２）との間の寄生容量をＣ32とし、第２の駆動用配線パ
ターン（Ｌ２）と第２の検出用配線パターン（Ｌ４）と
の間の寄生容量をＣ24として、下式が成立するように、
前記各配線パターンが配置されている角速度センサ装
置。 Ｃ51・Ｃ32＝Ｃ13・Ｃ241. A sensing unit and a signal processing circuit unit are provided.
In the angular velocity sensor device,
A pair of drive electrodes against direction that is (e1, e2) and a pair of detection electrodes (e3, e4), the signal processing circuit section
A pair of drive terminals (L1a, L2a) and detection terminals (L3a, L) formed on the sides of the sensing adjacent to
4a), wiring patterns for driving (L1, L2) respectively
And the detection wiring pattern (L3, L4) is derived,
Further, the angular velocity sensor is provided with a compensation wiring pattern (L5) connected to the detection wiring pattern (L4), wherein the compensation wiring pattern (L5) is provided between the compensation wiring pattern (L5) and the first drive wiring pattern (L1). The parasitic capacitance is C51, the parasitic capacitance between the first drive wiring pattern (L1) and the first detection wiring pattern (L3) is C13, and the first detection wiring pattern (L3) and the second Drive wiring pattern (L
Let C32 be the parasitic capacitance between the second driving wiring pattern (L2) and the second driving wiring pattern (L4), and C24 be the parasitic capacitance between the second driving wiring pattern (L2) and the second detection wiring pattern (L4). ,
An angular velocity sensor device in which the wiring patterns are arranged. C51 / C32 = C13 / C24
る角速度センサ装置において、前記センシング部に設け
られた対向する一対の駆動電極（ｅ１、ｅ２）および一
対の検出電極（ｅ３、ｅ４）から、前記信号処理回路部
に隣接する前記センシングの同一辺部に形成された一対
の駆動端子（Ｌ８ａ、Ｌ９ａ）および一対の検出端子
（Ｌ６ａ、Ｌ７ａ）に、それぞれ駆動用配線パターン
（Ｌ８、Ｌ９）および検出用配線パターン（Ｌ６、Ｌ
７）が導出され、かつ、駆動用配線パターン（Ｌ９）に
接続する補償配線パターン（Ｌ５ｆ）が設けられている
角速度センサであって、補償配線パターン（Ｌ５ｆ）と
第１の検出用配線パターン（Ｌ６）との間の寄生容量を
Ｃ56とし、第１の検出用配線パターン（Ｌ６）と第１の
駆動用配線パターン（Ｌ８）との間の寄生容量をＣ68と
し、第１の駆動用配線パターン（Ｌ８）と第２の検出用
配線パターン（Ｌ７）との間の寄生容量をＣ87とし、第
２の検出用配線パターン（Ｌ７）と第２の駆動用配線パ
ターン（Ｌ９）との間の寄生容量をＣ79として、下式が
成立するように、前記各配線パターンが配置されている
角速度センサ装置。 Ｃ56・Ｃ87＝Ｃ68・Ｃ792. A sensing unit and a signal processing circuit unit are provided.
In the angular velocity sensor device,
From the pair of opposed drive electrodes (e1, e2) and the pair of detection electrodes (e3, e4) facing each other, the signal processing circuit unit
To the pair of drive terminals (L8a, L9a) and the pair of detection terminals (L6a, L7a) formed on the same side portion of the sensing adjacent to the drive wiring pattern (L8, L9) and the detection wiring pattern (L8a, L9a), respectively. L6, L
7) is derived and a compensation wiring pattern (L5f) connected to the driving wiring pattern (L9) is provided, wherein the compensation wiring pattern (L5f) and the first detection wiring pattern (L5f) are provided. L6) has a parasitic capacitance of C56, and the parasitic capacitance between the first detection wiring pattern (L6) and the first driving wiring pattern (L8) has a capacitance of C68. The parasitic capacitance between (L8) and the second detection wiring pattern (L7) is C87, and the parasitic capacitance between the second detection wiring pattern (L7) and the second driving wiring pattern (L9). An angular velocity sensor device in which each of the wiring patterns is arranged so that the following expression is established with a capacity of C79. C56 / C87 = C68 / C79
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