JP4380732B2 - 検出回路、振動型ジャイロセンサ回路、振動型ジャイロセンサおよび電子機器 - Google Patents

検出回路、振動型ジャイロセンサ回路、振動型ジャイロセンサおよび電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、検出回路、振動型ジャイロセンサ回路、振動型ジャイロセンサおよび電子機器に関する。
物理量トランスデューサ（物理量の変化を電気信号に変換する変換器）によって生成された、物理量（例えば、角速度や加速度）の変化量に対応した電流（電荷）信号が入力される検出回路（センサ回路）では、入力された電流（電荷）信号を、初段の電流／電圧変換増幅器（以下、Ｉ／Ｖアンプという場合がある）によって高い増幅率で増幅する必要がある。
検出回路（センサ回路）の検出感度（Ｓ／Ｎ）は、初段のＩ／Ｖアンプの性能に大きく影響される。よって、メーカは、適正な設計技法の確立のために、初段のＩ／Ｖアンプの特性の評価を入念に行う必要がある。また、その評価結果に基づいて、検出感度の低い製品（検出回路）をスクリーニングする場合もある。
初段のＩ／Ｖアンプの評価項目としては、例えば、Ｉ／Ｖアンプが増幅器として機能しているか否か、帰還抵抗の絶対値で決定されるゲインが適正値であるか否か、Ｉ／Ｖアンプが帰還抵抗および帰還容量をもつ（すなわち周波数特性をもつ）場合に、その周波数特性の確認等がある。
初段のＩ／Ｖアンプの特性評価を困難にする要因としては、物理量トランスデューサからの電流（電荷）信号（交流）がきわめて微小であるため、評価の際に、等価な評価用電流信号を作成するのが困難である点があげられる。
したがって、初段のＩ／Ｖアンプの評価を実行する場合には、所定の抵抗値をもつ入力抵抗を接続し、その入力抵抗に所定振幅の電圧信号を供給するという方法を採用せざるを得ない。
入力された評価用の電圧信号は、入力抵抗を経由することによって微小な電流信号（物理量トランスデューサからの交流の電流信号に相当する）に変換される。したがって、入力された評価用の電圧信号は、交流の電流信号に等価の信号である。
センサ回路において、電流の検出信号を、電流／電圧変換抵抗によって電圧に変換する構成は、例えば、特許文献１に記載されている。この特許文献１では、センサ回路の入力端子に、電流電圧変換用の抵抗を選択的に接続可能としている。抵抗の接続／非接続の切り換えは、内部的なスイッチによって行われる。
また、振動ジャイロの検査装置は、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２では、振動ジャイロの検査信号（電流信号）を、入力抵抗を経由して初段の増幅器に入力している。
特開平９−１３８１４１号公報 特開平８−６１９５８号公報（図２１）
本発明の発明者による検討によって、以下の課題が明らかになった。
（１）初段のＩ／Ｖアンプの評価時において、検出回路（センサ回路）の入力端子（パッド）に入力抵抗を外付けすると、外付け抵抗の寄生容量や外付け抵抗を接続するための配線の寄生容量が付加されることになり、このことが、初段のＩ／Ｖアンプの特性の評価精度を低下させる。特に、初段のＩ／Ｖアンプは、高ゲインを得るために帰還抵抗の抵抗値を高めているため、寄生容量の影響を受けやすい（寄生容量が付くことによってＣＲ時定数が変動するため）。
（２）外付け抵抗と、初段のＩ／Ｖアンプの帰還抵抗とは、共通の製造プロセスで作成されたものではないため、抵抗値のばらつきに整合性がなく、抵抗比（ゲイン）がばらつき易い。このため、外付け抵抗の抵抗値や入力電圧の電圧値に制約が生じ、高いゲイン（ＤＣゲイン）を実現することがむずかしくなる。
（３）入力抵抗と、その入力抵抗の電気的な接続を切り換えるためのスイッチを検出回路（センサ回路）に内蔵させて、スイッチの切り換えによって、評価時には入力抵抗を初段のＩ／Ｖアンプに接続し、正規の動作時には入力抵抗を非接続状態とすることも考えられる。しかし、この場合でも、初段のＩ／Ｖアンプの正規の信号入力経路にはスイッチが常に挿入されることになり、このスイッチの寄生容量（ならびにインピーダンス）が無視できなくなる。スイッチの寄生容量等は、検出回路（センサ回路）毎にばらつくため、初段のＩ／Ｖアンプの高精度の動作を保障できない場合がある。
本発明は、このような考察に基づいてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、検出回路（センサ回路）における初段のＩ／Ｖアンプを高精度に評価（検査）し、かつ、正規の動作状態においても高精度の動作を保障し得る検出回路や振動型ジャイロセンサ回路等を提供することができる。
（１）本発明の検出回路の一態様は、物理量を電気信号に変換する物理量トランスデューサからの交流の電流信号を検出する検出回路であって、前記物理量トランスデューサからの交流の電流信号が入力される検出用端子と、帰還抵抗を有し、検出用端子を経由して入力される前記交流の電流信号を電圧信号に変換する検出用電流／電圧変換増幅回路と、評価用の電圧信号を前記検出用電流／電圧変換増幅回路に供給する評価用端子と、前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを結ぶ信号経路に設けられる、前記帰還抵抗との抵抗比が所定値になる抵抗値をもつ入力抵抗と、前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを結ぶ前記信号経路に設けられ、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには、前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に接続し、前記検出用端子に前記交流の電流信号が入力されるときには、前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に切り離す検出回路用スイッチ回路と、を有する。
入力抵抗を検出回路の内部に設けると共に、検出用端子とは別に評価用端子を設ける。評価時には、評価用の電圧信号を、その評価用端子ならびに入力抵抗を経由して検出用電流／電圧変換増幅回路（初段のＩ／Ｖアンプ）に供給する。入力抵抗と検出用電流／電圧変換増幅回路の帰還抵抗の抵抗比は所定値に設定され、これによって、検出用電流／電圧変換増幅回路のゲイン（直流ゲイン）が決まる。検出用端子と検出用電流／電圧変換増幅回路とを結ぶ信号経路には、検出回路用スイッチ回路を設ける。評価時には検出回路用スイッチ回路をオン状態とする。通常動作時には検出回路用スイッチ回路をオフ状態とし、入力抵抗を、検出用電流／電圧変換増幅回路から切り離し、かつ、通常動作時の入力信号（すなわち、物理量トランスデューサからの検出信号）が評価用端子に漏れ込むことを防止する。通常動作時の入力信号（検出信号）を検出用電流／電圧変換増幅回路に伝達する正規の経路にはスイッチが介在しないため、通常動作時において、検出回路用スイッチ回路の寄生容量や寄生インピーダンスは何ら悪影響を与えない。よって、検出回路の検出感度（検出精度）の低下が生じない。また、入力抵抗と帰還抵抗は共に検出回路内に設けられるため物理的な特性が合致する（例えば、温度特性が合致する）。したがって、例えば、温度変動が生じた場合でも、検出用電流／電圧変換増幅回路のゲイン（直流ゲイン）を一定に保つことができ、評価精度を高く維持することができる。
（２）本発明の検出回路の他の態様では、前記検出用電流／電圧変換増幅回路は、帰還容量を有する。
検出用電流／電圧増幅回路が、帰還抵抗と共に帰還容量をもつ点を明らかとしたものである。帰還容量を設けることによって、検出用電流／電圧増幅回路に所定の周波数特性を持たせることができる。これによって、例えば、不要な帯域のゲインを低下させて発振を防止することができる。また、帰還抵抗と帰還容量の値を調整することによって、検出用電流／電圧増幅回路において、所定周波数域の信号の位相を所定量だけ回転する（移相する）ことも可能となる。
（３）本発明の検出回路の他の態様では、前記検出用電流／電圧変換増幅回路は、前記帰還抵抗と帰還容量が並列に接続され、ローパスフィルタの周波数特性を有する。
検出用電流／電圧増幅回路が、帰還抵抗と帰還容量を並列に接続してなる積分型（ローパスフィルタ型）の増幅回路である点を明らかとしたものである。これによって、例えば、高域のゲインを低下させて発振を防止することができる。また、帰還抵抗と帰還容量の値を調整することによって、検出用電流／電圧増幅回路において、所定周波数域の信号の位相を所定量だけ回転する（移相する）ことも可能となる。
（４）本発明の検出回路の他の態様では、前記入力抵抗および前記帰還抵抗は、同一の製造工程により形成される。
入力抵抗と帰還抵抗は共に検出回路内に設けられる。検出回路をＩＣ化した場合には、それらは同一の製造工程にて形成される。すなわち、同一材料（例えばポリシリコン）で共通のプロセス技術によって製造される。よって、ＩＣウエハの面内ばらつきも同じであり、温度特性も同じである。よって、周囲温度が変化した場合でも、入力抵抗と帰還抵抗の各抵抗値は同様に変化し、検出用電流／電圧増幅回路のゲイン（直流ゲイン）は一定に保たれる。よって、評価精度を高く維持することができる。
（５）本発明の検出回路の態様では、前記検出回路用スイッチ回路は、前記評価用端子と前記入力抵抗との間に設けられるスイッチ素子と、前記入力抵抗と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとの間に設けられるスイッチ素子と、を含む。
検出回路用スイッチ回路が少なくとも２つのスイッチ素子を有し、入力抵抗の両側に、各スイッチ素子が設けられる点を明らかとしたものである。スイッチ素子をトランジスタスイッチ（トランスファーゲート等）で構成した場合、スイッチ素子をオフした状態でも、寄生容量を介して、検出用端子と評価用端子間で信号漏れが生じる場合がないとは言えない。よって、慎重を期すために、入力抵抗を挟んで少なくとも２個のスイッチ素子を設けて信号漏れを確実に防止するものである。すなわち、仮に一方のスイッチ素子の寄生容量を経由して信号が漏れ込んだとしても、その漏れ信号は入力抵抗で減衰され、さらに、次のスイッチ素子で阻止されるため、信号漏れが生じない。
（６）本発明の検出回路の他の態様では、前記検出用電流／電圧変換回路は、第１および第２の電流／電圧変換増幅器を含み、前記第１および第２の電流／電圧変換増幅器の各々に前記交流の電流信号を入力するための第１および第２の検出用端子が設けられ、前記第１および第２の電流／電圧変換増幅器の各々の出力信号を差動増幅する差動増幅器が設けられ、前記検出回路用スイッチ回路は、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには、前記評価用端子と、前記第１および第２の検出用電流／電圧変換増幅器の各々の入力ノードの少なくとも一つと、を電気的に接続し、前記検出用端子に前記交流の電流信号が入力されるときには、前記評価用端子と前記第１および第２の検出用電流／電圧変換増幅器の各々の入力ノードの少なくとも一つとを電気的に接続する。
検出用電流／電圧変換回路が第１および第２の電流／電圧変換器を有する点、これに対応して、検出用端子として第１および第２の検出用端子を有する点、各電流／電圧変換器の出力が差動増幅器によって差動増幅される点、ならびに、第１および第２の電流／電圧変換器の各々の入力ノードと評価用端子との間の電気的接続を、検出回路用スイッチ回路によって切り換える点、を明らかとしたものである。差動増幅を行うことによって、第１および第２の検出用端子に入力される各信号に含まれる同相の不要信号は相殺される。よって、Ｓ／Ｎが向上する。また、所望信号を逆相で入力することによって、ゲインを２倍にすることができる。また、評価用端子と第１および第２の電流／電圧変換器の各入力ノードとの間の電気的接続を個別に制御可能とすることによって、第１および第２の電流／電圧変換器のいずれか一方のみを評価すること、ならびに双方を同時に評価すること、が可能となる。
（７）本発明の検出回路の他の態様では、前記検出回路用スイッチ回路は、前記評価用端子と前記入力抵抗との間に設けられるスイッチ素子と、前記入力抵抗と前記第１の電流／電圧変換増幅器の入力ノードとの間に設けられる第１のスイッチ素子と、前記入力抵抗と前記第２の電流／電圧変換増幅器の入力ノードとの間に設けられる第２のスイッチ素子と、を含む。
上記（５）の態様と同様に、入力抵抗を挟んで少なくとも２個のスイッチ素子を設けて、信号漏れを確実に防止するものである。すなわち、仮に一方のスイッチ素子の寄生容量を経由して信号が漏れ込んだとしても、その漏れ信号は入力抵抗で減衰され、さらに、次のスイッチ素子で阻止されるため、信号漏れが生じない。
（８）本発明の検出回路の他の態様では、前記評価用端子は、前記評価用の電圧信号以外の信号を入力するための入力端子を兼ねる。
評価用端子が専用端子（評価のみに使用される端子）ではなく、他の用途にも利用される汎用端子である点を明らかとしたものである。つまり、他の用途に使用される端子を、評価用端子としても利用するものであり、これによって、端子の数を増やさずに評価用の電圧信号を検出回路に入力することが可能となる。
（９）本発明の物理量測定回路の一態様では、物理量トランスデューサから出力される、測定すべき物理量についての交流の電流信号を検出し、前記物理量を測定する物理量測定回路であって、上記（８）記載の検出回路と、前記評価用端子に前記物理量トランスデューサが接続された場合に発振ループを構成し、前記発振ループによって前記物理量トランスデューサに駆動振動を励振する発振駆動回路と、を有する。
本態様の物理量測定回路では、検出回路の他に、発振駆動回路が設けられる。評価用端子は、物理量トランスデューサを発振駆動するための発信駆動入力端子を兼ねる。よって、端子の数を増やさずに評価用の電圧信号を検出回路に入力することが可能となる。通常動作時には、発振駆動入力端子に物理量トランスデューサ（例えば、振動ジャイロ）が接続される。これによって発振ループが構成され、物理量トランスデューサに駆動振動が励振される。
（１０）本発明の物理量測定回路の他の態様では、前記発振駆動回路は、帰還抵抗を有すると共に、前記評価用端子を経由して入力される、前記物理量トランスデューサの前記駆動振動に基づく交流の電流信号を電圧信号に変換する駆動用電流／電圧変換増幅回路と、前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを結ぶ信号経路に介在する、前記帰還抵抗との抵抗比が所定値になる抵抗値をもつ入力抵抗と、前記評価用端子と前記電流／電圧変換増幅器の入力ノードとの間に設けられる発振駆動回路用スイッチ回路と、を有する。
発振駆動回路にも駆動用電流／電圧変換増幅回路が設けられおり、この駆動用電流／電圧変換回路も評価の対象となる。よって、検出回路の場合と同様に、発振駆動回路用スイッチ回路を設けて、評価時／通常動作時に対応して信号経路を切り換え可能としたものである。なお、駆動用電流／電圧変換増幅回路は、帰還容量を有し、所定の周波数特性をもつ増幅回路（例えば、ローパスフィルタの特性をもつ積分型の増幅回路）とすることができる。
（１１）本発明の物理量測定回路の他の態様では、前記発振駆動回路用スイッチ回路は、前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを前記入力抵抗経由で結ぶ第１の信号経路に設けられ、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に接続し、前記駆動振動に基づく交流の電流信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に切り離す少なくとも一つのスイッチ素子と、前記評価用端子と前記電流／電圧変換増幅器の入力ノードとを、前記入力抵抗をバイパスして結ぶ（すなわち、入力抵抗を経由せずに結ぶ）第２の信号経路に設けられ、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に切り離し、前記駆動振動に基づく交流の電流信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に接続する少なくとも一つのスイッチ素子と、を有する。
駆動回路用スイッチ回路には、評価時に使用される第１の信号経路と、通常動作時に使用される第２の信号経路（第１の信号経路をバイパスする経路）とが設けられる。また、第１の信号経路および第２の信号経路の各々に、信号経路の切り換えのためのスイッチ素子が設けられる。通常動作時において、発振駆動信号は、第２の信号経路に設けられたスイッチ素子を経由して入力されるため、そのスイッチ素子の寄生容量の影響を受けるのは否めない。しかし、駆動用電流／電圧変換増幅回路は、連続発振を可能とするだけのゲインがあればよく、微小信号を増幅する必要がある検出用電流／電圧増幅回路のゲインに比べて、要求ゲインが格段に小さく、よって、実動作に与える影響はほとんどない。また、発振を安定化させるために、ＡＧＣ回路（自動利得制御回路）が設けられる場合が多く、この場合、多少のゲイン変動はＡＧＣ回路による利得調整によって吸収される。よって、スイッチ素子を常に経由して発振駆動信号が入力される構成を採用したとしても、問題は生じない。
（１２）本発明の物理量測定回路の他の態様では、前記検出回路は、前記検出用電流／電圧変換増幅回路の後段に設けられ、前記発振駆動回路からの同期検波用参照信号によって同期検波を行う同期検波回路を含み、前記評価用端子に入力された前記評価用の電圧信号が、前記検出回路用スイッチ回路を経由して前記検出用電流／電圧流変換増幅回路の入力ノードに供給されると、前記発振駆動回路において、前記評価用の電圧信号に基づいて前記同期検波用参照信号が生成され、前記同期検波用参照信号が前記同期検波回路に供給される。
検出回路の後段に、不要信号を除去するための同期検波回路が設けられる場合、検出用電流／電圧変換増幅回路の特性の評価時においても、この同期検波回路が適正に動作する必要がある。検出回路に設けられる同期検波回路は、発振駆動回路から供給される同期検波用参照信号を用いて同期検波を行う。ここで、評価用端子が発振駆動入力端子を兼ねる場合、評価用端子に評価用の電圧信号（所定周波数の交流信号）を入力すると、同期検波回路は適正なタイミングで駆動されることになり、評価を極めて効率的に行うことができる。すなわち、入力された評価用の信号は、駆動回路用スイッチ回路ならびに検出回路用スイッチ回路を経由して、２系統に分かれて伝達される。一方の信号は、検出用電流／電圧変換増幅回路によって増幅された後、同期検波回路に入力される。他方の信号は、駆動用電流／電圧変換増幅回路によって増幅され、その増幅された信号に基づいて同期検波用参照信号が生成され、同期検波回路に供給される。同期検波回路への入力信号および同期検波用参照信号は共に、評価用端子を経由して入力された共通の信号に基づいているため、タイミングが同期しており、よって、適正なタイミングで同期検波回路が動作し、検波出力が得られる。その検波出力を解析することによって、検出用電圧／電流変換増幅回路の評価を行うことができる。また、駆動用電流／電圧変換増幅回路を経由した信号を物理量測定回路の外部に導出し、その信号を解析することによって、駆動用電流／電圧変換増幅回路の評価も併せて行うことができる。
（１３）本発明の物理量測定装置は、前記物理量測定回路に接続される少なくとも一つの前記物理量トランスデューサと、を有する。
物理量測定回路は、事前の評価によって、例えばローノイズ性能が保障されたものである。よって、物理量トランスデューサが接続された物理量測定装置は、高精度かつ高い検出性能が得られる。
（１４）本発明の物理量測定装置の一態様では、前記物理量測定装置は、前記物理量トランスデューサとして振動ジャイロを用いるジャイロセンサである。
これにより、高性能なジャイロセンサが得られる。
（１５）本発明の電子機器は、本発明の検出回路を搭載する。
本発明の検出回路は、事前の評価によって、例えばローノイズ性能が保障されたものである。よって、本発明の検出回路を内蔵する電子機器は、物理量を高精度で検出する機能を有する。よって、電子機器の性能が向上する。
（１６）本発明の電子機器は、本発明の物理量測定装置を搭載する。
本発明の物理量測定装置は、事前の評価によって、例えばローノイズ性能が保障されたものである。よって、本発明の物理量測定装置を内蔵する電子機器は、物理量を高精度で検出する機能を有する。よって、電子機器の性能が向上する。
このように、本発明のいくつかの態様によれば、検出回路（センサ回路）における初段のＩ／Ｖアンプを高精度に評価（検査）し、かつ、正規の動作状態においても高精度の動作を保障し得る検出回路や物理量測定回路等を提供することができる。
実施形態の説明に入る前に、本発明の特徴を明らかとするための比較例について、簡単に説明する。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、本発明の特徴を明らかとするための比較例について説明するための図である。
図１１（Ａ）に示すように、検出回路１は、帰還抵抗Ｒと帰還容量Ｃを有する初段の電流／電圧変換増幅回路（Ｉ／Ｖアンプ）２が設けられている。通常動作時では、物理量トランスデューサ３からの電流（電荷）信号（Ｉ（ＤＥＴ））が、検出用端子（ＴＡ）を介してＩ／Ｖアンプ２に入力される。
初段のＩ／Ｖアンプ２の評価時には、図１１（Ｂ）に示すように、外付けの入力抵抗Ｒｆを経由して評価用の電圧信号（Ｖ（ＤＥＴ））を入力する。これは、物理量トランスデューサからの電流（電荷）信号（交流）がきわめて微小であるため、評価の際に、等価な評価用電流信号を作成するのが困難であるからである。
この場合は、外付け抵抗Ｒｆの寄生容量Ｃｐａや外付け抵抗Ｒｆを接続するための配線の寄生容量が付加されることになり、このことが、初段のＩ／Ｖアンプ２の特性の評価精度を低下させる。
特に、初段のＩ／Ｖアンプ２は、高ゲインを得るために帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を高めているため、寄生容量の影響を受けやすい（寄生容量が付くことによってＣＲ時定数が変動するため）。
なお、初段のＩ／Ｖアンプ２の評価項目としては、例えば、Ｉ／Ｖアンプ２が増幅器として機能しているか否か、帰還抵抗Ｒの絶対値で決定されるゲインが適正値であるか否か、Ｉ／Ｖアンプ２の周波数特性の確認等があげられる。
図１１（Ｃ）では、入力抵抗Ｒｆを検出回路1内に設けている。また、スイッチＳＷ１０とスイッチＳＷ２０を設け、通常動作時にはＳＷ１０をオンとし、評価時にはＳＷ２０をオンすることによって信号経路の切り換えを行う。
図１１（Ｃ）の場合は、初段のＩ／Ｖアンプ２の正規の信号入力経路にはスイッチＳＷ２０が常に挿入されることになり、このスイッチＳＷ２０の寄生容量Ｃｐｂ（ならびにインピーダンス）が無視できなくなる。スイッチＳＷ２０の寄生容量等は、検出回路（センサ回路）毎にばらつくため、初段のＩ／Ｖアンプ２の高精度の動作を保障がむずかしくなる。
このような課題を解決するために、本発明では、入力抵抗を検出回路に内蔵すると共に、検出用端子とは別の評価用端子を設け、評価用端子から評価用の電圧信号を入力する。また、信号経路の切り換えスイッチは、検出用信号が入力される信号経路には介在しないようにする。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが、本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
以下の説明では、物理量トランスデューサによって物理量を測定する。測定対象となる物理量としては、角速度、加速度、角加速度等があげられる。
また、物理量トランスデューサを構成する材質としては、例えば、エリンバー等の恒弾性合金、強誘電性単結晶（圧電性単結晶）がある。こうした単結晶としては、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ホウ酸リチウム、ランガサイトを例示できる。また、物理量トランスデューサは、パッケージ内に気密封止されることが好ましく、パッケージ内の雰囲気は、乾燥窒素又は真空とするのが好ましい。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の検出回路の一例の構成と通常動作時の動作を説明するための回路図である。
検出回路１００は、検出用端子（ＴＡ１）と、評価用端子（ＴＡ２）と、出力端子（ＴＡ３）と、帰還抵抗Ｒｓおよび帰還容量Ｃ１を有する演算増幅器１０２からなる検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）と、評価用端子（ＴＡ２）と検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の入力ノードＮ１との間に設けられた入力抵抗Ｒｆおよび検出回路用スイッチ回路Ｓ１と、を有する。
検出回路用スイッチ回路Ｓ１は、少なくとも一つのスイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）を有する。スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）は、例えば、トランスファゲート等のトランジスタスイッチである。
検出用端子（ＴＡ１）とは別に評価用端子（ＴＡ２）が設けられていることから、通常動作時の信号経路とは別の信号経路を経由して、評価用の電圧信号を入力することができる。
検出回路用スイッチ回路Ｓ１は、通常動作時には閉（オン）状態となって、評価用端子（ＴＡ２）と検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の入力ノードＮ１とを電気的に接続する。また、評価時には開（オフ）状態となって、評価用端子（ＴＡ２）と検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の入力ノードＮ１とを電気的に切り離す。
図１から明らかなように、検出回路用スイッチ回路Ｓ１は、評価用端子（ＴＡ２）と検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の入力ノードＮ１とを結ぶ経路に設けられており、正規の信号経路（検出用端子（ＴＡ１）と検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の入力ノードＮ１とを結ぶ経路）には介在しない。よって、通常動作時において、検出回路用スイッチ回路Ｓ１の寄生容量や寄生インピーダンスは、何ら悪影響を与えない。よって、検出回路の検出感度（検出精度）の低下が生じない。
検出回路用スイッチ回路Ｓ１は、少なくとも一つのスイッチ素子を有すればよい。但し、図１では、検出回路用スイッチ回路Ｓ１は２つのスイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）を有し、入力抵抗の両側に、各スイッチ素子が設けられている。これは以下の理由による。
スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）をトランジスタスイッチ（トランスファーゲート等）で構成した場合、スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）をオフした状態でも、寄生容量を介して、検出用端子（ＴＡ１）と評価用端子（ＴＡ２）間で信号漏れが生じる場合がないとは言えない。よって、慎重を期すために、入力抵抗（Ｒｆ）を挟んで少なくとも２個のスイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）を設けて信号漏れを確実に防止する。すなわち、仮に一方のスイッチ素子（例えば、ＳＷ２）の寄生容量を経由して信号が漏れ込んだとしても、その漏れ信号は入力抵抗（Ｒｆ）で減衰され、さらに、次のスイッチ素子（ＳＷ１）で阻止されるため、信号漏れが生じない。
なお、検出回路用スイッチ回路Ｓ１の開閉は、例えば、検出回路１００の内部に設けられるスイッチ制御回路（不図示）によって行う。例えば、ＩＣテスタ（ＦＦＴアナライザ等）からのスイッチ切換制御信号を、他の端子（不図示）を経由してスイッチ制御回路（不図示）に入力してスイッチのオン／オフを切り換える。
入力抵抗Ｒｓは、評価時においてのみ使用される。入力抵抗Ｒｆと帰還抵抗Ｒｓとの抵抗比（Ｒｓ／Ｒｆ）は所定値に設定されており、この値によって、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）のゲイン（直流ゲイン）が決定される。
入力抵抗Ｒｓは、検出回路１００内に設けられており、その物理的特性は、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の帰還抵抗Ｒｓと整合している。検出回路１００をＩＣ化した場合には、入力抵抗Ｒｆおよび帰還抵抗Ｒｓは、同一の製造工程にて形成される。すなわち、同一材料（例えばポリシリコン）で共通のプロセス技術によって製造される。よって、ＩＣウエハの面内ばらつきも同じであり、温度特性も同じである。よって、周囲温度が変化した場合でも、入力抵抗と帰還抵抗の各抵抗値は同様に変化し、検出用電流／電圧増幅回路のゲイン（直流ゲイン）は一定に保たれる。よって、評価精度を高く維持することができる。
検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）のゲインは、微小な電流信号を所望振幅の電圧信号に変換できるように高いゲインに設定されている。帰還抵抗Ｒｓは、例えば、ポリシリコンにより形成され、抵抗値は、例えば１０ＭΩ〜１ＧΩに設定される。
また、帰還容量Ｃ１は、発振防止の役割を果たす。すなわち、図１の検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）は、帰還抵抗Ｒｓおよび帰還容量Ｃ１が並列に接続された、積分型（ローパスフィルタ型）の増幅回路であり、高域ゲインを低下させることによって発振が確実に防止される。
但し、帰還容量Ｃ１が設けられない構成（積極的に周波数特性を付与しない構成）も、本発明の技術範囲に含まれる。また、帰還容量Ｃ１の容量値および帰還抵抗Ｒｓの抵抗値を調整することによって、所定周波数の入力信号（Ｉ（ＤＥＴ））の位相を、所定量だけ回転させる場合もあり得る。このような構成も、本発明の技術的範囲に含まれる。
通常動作時には、検出回路用スイッチ回路Ｓ１に含まれるスイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）は共にオフ状態となっている。
通常動作時には、物理量トランスデューサからの、物理量の変位に対応した交流の電流（電荷）信号（Ｉ（ＤＥＴ）：周波数は例えば数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ）は、検出用端子（ＴＡ１）を介して検出回路１００に入力される。
入力された交流の電流（電荷）信号（Ｉ（ＤＥＴ））は、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）によって、電圧信号に変換されて増幅される。検出回路１００の出力端子（ＴＡ３）からは、物理量の変位を示す電圧信号（Ｖ（ＤＥＴ））が出力される。
図２は、本発明の検出回路の一例の構成と評価時の動作を説明するための回路図である。図２において、図１と共通の部分には同じ参照符号を付している。
評価時においては、検出回路用スイッチ回路Ｓ１に含まれる２つのスイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２）は、共に閉じた状態（オン状態）となる。これによって、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））を検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）に供給するための信号経路が構成される。
評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））は、通常動作時に物理量トランスデューサ１１０から入力される交流の電流信号（Ｉ（ＤＥＴ））に等価な信号である。上述のとおり、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）のゲイン（直流ゲイン）は、Ｒｓ／Ｒｆで決定される。各抵抗（Ｒｓ，Ｒｆ）の物理的特性（温度特性等）は整合性があるため、周囲温度が変化してもゲインは一定に保たれる。
出力端子（ＴＡ３）から得られる評価用の出力信号（Ｖｏｕｔ（ＴＥＳＴ））を観測し、解析することによって、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の性能評価を行うことができる。
評価項目としては、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）が増幅回路として機能しているか否か、帰還抵抗Ｒｓの絶対値で決定されるゲインが適正値であるか否か、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の周波数特性の確認等がある。図１１（Ｂ），図１１（Ｃ）に示すような寄生容量（Ｃｐａ，Ｃｐｂ）が存在する場合には、測定信号に誤差が生じあるため、評価の精度が低下するおそれがある。これに対して、図１の検出回路１００は、入力抵抗を検出回路内に内蔵すると共に、正規の信号経路にはスイッチは介在しないため、スイッチの寄生容量や寄生インピーダンスは、何ら悪影響を与えず、よって、検出回路の検出感度（検出精度）の低下が生じない。
また、上述のとおり、入力抵抗（Ｒｆ）と帰還抵抗（Ｒｓ）は共に検出回路１００内に設けられるため物理的な特性が合致し（例えば、温度特性が合致し）、したがって、例えば、温度変動が生じた場合でも、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）のゲイン（直流ゲイン）を一定に保つことができ、評価精度を高く維持することができる。
（第２の実施形態）
図３〜図５を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の検出回路の他の例の構成を示す回路図である。
図３の回路構成の特徴は、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）を差動構成とした点、これに合わせて、検出回路用スイッチ回路Ｓ１の構成を変更した点にある。
図示されるように、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）は、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）を有する。
第１の検出用電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１）は、還抵抗Ｒｓａおよび帰還容量Ｃ１ａを有する演算増幅器１０２ａからなる。第２の検出用電流／電圧変換増幅器（ＯＰ２）は、還抵抗Ｒｓｂおよび帰還容量Ｃ１ｂを有する演算増幅器１０２ｂからなる。
また、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の各々に交流の電流信号（Ｉ（ＤＥＴ））を入力するための第１および第２の検出用端子（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）が設けられている。通常動作時には、第１および第２の検出用端子（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）には、物理量トランスデューサから互いに逆相の交流電流信号が与えられる。
また、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の各々の出力信号を差動増幅する差動増幅器（ＯＰ３）が設けられる。差動増幅器（ＯＰ３）は、演算増幅器１０４と、入力抵抗（ＲＱ１，ＲＱ２）と、帰還抵抗ＲＱ４と、非反転端子とアナロググランド（ＡＧＮＤ）との間に設けられた抵抗ＲＱ３と、を有する。ＲＱ１とＲＱ４の抵抗比とＲＱ２とＲＱ３の抵抗比は等しく設定される。
差動増幅を行うことによって、第１および第２の検出用端子（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）に入力される交流の電流信号（Ｉ（ＤＥＴ））に混在する同相の不要信号成分は相殺される。よって、初段の検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）のＳ／Ｎが向上する。また、所望信号を逆相で入力することによって、ゲインを２倍にすることができる。
また、検出回路用スイッチ回路Ｓ１は、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）に対応して設けられたスイッチ素子（ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ）を含む。スイッチＳＷ１が設けられる点は、前掲の実施形態と同じである。
検出用スイッチ回路Ｓ１における各スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ）の階閉状態としては、以下の３つの状態がある。
すなわち、ＳＷ１とＳＷ２ａを閉状態（オン状態）とし、ＳＷ２ｂを開状態（オフ状態）とすることによって、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））を第１の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１）のみに入力して、第１の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１）の特性のみを評価することができる。
同様に、ＳＷ１とＳＷ２ｂを閉状態（オン状態）とし、ＳＷ２ａを開状態（オフ状態）とすることによって、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））を第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ２）のみに入力して、第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ２）の特性のみを評価することができる。
ＯＰ１，ＯＰ２のいずれか一方のみから信号が出力される場合、他方の出力端子はアナロググランド（ＡＧＮＤ）に固定される。この場合には、差動増幅器（ＯＰ３）からは、通常動作時の出力信号の半分の振幅の信号が得られる。
また、ＳＷ１，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂをすべて閉状態（オン状態）とすることによって、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））を第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の双方に入力して、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の特性の整合性（バランス）を評価することができる。すなわち、ＯＰ１，ＯＰ２のバランスがとれているときは、差動増幅器ＯＰ３の出力ノードは無出力状態（所定のバイアス電圧が出力される状態）となるはずである。よって、オフセットが生じたり、あるいは、交流成分が生じたりする場合には、ＯＰ１およびＯＰ２の特性のバランスがとれていないことがわかる。
このように、評価用端子（ＴＡ２）と第１および第２の電流／電圧変換器（ＯＰ１，ＯＰ２）の各入力ノード（Ｎ２，Ｎ３）との間の電気的接続を個別に制御可能とすることによって、第１および第２の電流／電圧変換器（ＯＰ１，ＯＰ２）のいずれか一方のみを評価すること、ならびに双方を同時に評価することが可能となる。
また、図１，図２の場合と同様に、入力抵抗（Ｒｆ）を挟んで少なくとも２個のスイッチ素子（ＳＷ１と、ＳＷ２ａまたはＳＷ２ｂ）を設けることによって、信号漏れを確実に防止することができる。すなわち、仮に一方のスイッチ素子（例えば、ＳＷ２ａまたはＳＷ２ｂ）の寄生容量を経由して信号が漏れ込んだとしても、その漏れ信号は入力抵抗（Ｒｆ）で減衰され、さらに、次のスイッチ素子（ＳＷ１）で阻止されるため、信号漏れが生じない。
図４は、図３の検出回路の動作の一例（通常動作時の動作および一つの増幅器のみを評価する場合の動作）を説明するための図である。
図４において、通常動作時には、検出用端子（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）には互いに逆相の交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ）：図中、点線で示される）が入力される。
評価時には、評価用端子（ＴＡ２）に、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））が入力される。図４では、スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２ａ）がオン状態であり、スイッチ素子（ＳＷ２ｂ）はオフ状態である。よって、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））は、第１の電流／電圧増幅器（ＯＰ１）のみに入力される。
出力端子（ＴＡ３）からは、評価用の出力信号（Ｖｏｕｔ（ＴＥＳＴ））が得られる。この評価用の出力信号（Ｖｏｕｔ（ＴＥＳＴ））を観測して、その波形（図中のＷ１やＷ２）の振幅を調べることによって、第１の電流／電圧増幅器（ＯＰ１）が増幅器として動作しているか否かを評価でき、また、ゲインが適正な範囲にあるか否かも評価することができる。また、例えば、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））の周波数を変化させ、これに対応した評価用の出力信号（Ｖｏｕｔ（ＴＥＳＴ））の波形（Ｗ１やＷ２）を観測して解析することによって、第１の電流／電圧増幅器（ＯＰ１）の周波数特性を評価することができる。
同様に、スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２ｂ）をオン状態とし、スイッチ素子（ＳＷ２ａ）をオフ状態とすることによって、第２の電流／電圧増幅器（ＯＰ２）の特性を評価することができる。
図５は、図３の検出回路の動作の他の例（２つの増幅器のバランスを評価する場合の動作）を説明するための図である。
図５では、スイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ）はすべてオン状態である。この場合、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））は、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の双方に入力される。これによって、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の特性の整合性（バランス）を評価することができる。
すなわち、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の特性が同じであるときは、差動増幅器（ＯＰ３）の出力ノードは無出力状態（所定のバイアス電圧が出力される状態）となるはずである。
よって、評価用の出力信号（Ｖｏｕｔ（ＴＥＳＴ））の波形を調べた結果、正常レベル（ＬＶ１）に対して所定のオフセットが生じている場合（つまり、ＬＶ２のレベルが出力される場合）や、交流波形Ｗ３が観測される場合には、第１および第２の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）の特性のバランスがとれていないと判定することができる。
（第３の実施形態）
本実施形態では、本発明の検出回路を含む物理量測定回路について説明する。本実施形態の物理量測定回路では、評価用端子は、評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））以外の信号を入力するための入力端子を兼ねる。
図６は、本発明の物理量測定回路の一例（評価用端子が他の信号の入力端子を兼ねる例）を説明するための回路図である。
図６の物理量測定回路（ＩＣ）２００は、本発明の検出回路１００（図３〜図５に示した構成と同じ構成をもつ）と、他の回路１３０と、を有する。また、他の回路１３０の出力信号を外部に導出するための出力端子（ＴＡ４）が設けられている。
図示されるように、評価用端子（ＴＡ２）は、他の回路１３０の信号入力端子を兼ねている。すなわち、評価用端子（ＴＡ２）は、専用端子（評価のみに使用される端子）ではなく、他の用途にも利用される汎用的な端子である。
他の用途に使用される端子を評価用端子としても利用することによって、端子の数を増やさずに評価用の電圧信号を検出回路に入力することが可能となる。
（第４の実施形態）
本実施形態では、物理量測定回路としての振動型ジャイロセンサ回路（ならびに物理量測定装置としての振動型ジャイロセンサ）について、図７〜図９を用いて説明する。
図７は、物理量測定回路としての振動型ジャイロセンサ回路（ならびに物理量測定装置としての振動型ジャイロセンサ）について説明するための回路図である。
図７の振動型ジャイロセンサ回路（物理量測定回路：ＩＣ）２１０は、検出回路１１５と、発振回路１５０と、を有する。
検出回路１１５は、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ：図３〜図５に示す構成をもつ）と、移相器１０６と、同期検波回路１０８と、ローパスフィルタ１１０と、０点調整回路１１２と、を有する。
発振駆動回路１５０は、発振駆動回路用スイッチ回路Ｓ２（スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５を含む）と、入力抵抗Ｒｆ２と、駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ：帰還抵抗Ｒｓ２と、帰還容量Ｃ２と、演算増幅器１５２とからなる）と、ＡＧＣ回路１５４と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１５６と、同期検波用参照信号（ＰＥｒｅｆ）を生成するコンパレータ（２値化回路）１５８と、を有する。ＡＧＣ回路１５４は、発振ループのゲインを所望値に保つために設けられる。
発振駆動回路１５０に含まれる駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）も評価の対象となる。したがって、発振駆動回路用スイッチ回路Ｓ２において、評価時には、スイッチ素子（ＳＷ３およびＳＷ４）がオンし、スイッチ素子（ＳＷ５）はオフする。この場合、スイッチ素子（ＳＷ３）と、入力抵抗Ｒｆ２と、スイッチ素子（ＳＷ４）を経由する信号経路は、評価用の第１の信号経路を形成する。
通常動作時には、スイッチ素子（ＳＷ３およびＳＷ４）はオフし、スイッチ素子（ＳＷ５）がオンする。スイッチ素子（ＳＷ５）のオンによって、第１の信号経路をバイパス（迂回）する第２の信号経路が形成される。発振駆動信号は、その第２の信号経路を介して駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）に与えられる。
上述のとおり、通常動作時においては、発振駆動信号は、第２の信号経路に設けられたスイッチ素子（ＳＷ５）を経由して入力されるため、そのスイッチ素子（ＳＷ５）の寄生容量の影響を受けるのは否めない。しかし、駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）は、連続発振を可能とするだけのゲインがあればよく、微小信号を増幅する必要がある検出用電流／電圧増幅回路（ＯＰＡ）のゲインに比べて、要求ゲインが格段に小さく、よって、実動作に与える影響はほとんどない。また、発振を安定化させるために、ＡＧＣ回路（自動利得制御回路）１５４が設けられているため、多少のゲイン変動はＡＧＣ回路１５４による利得調整によって吸収される。よって、スイッチ素子（ＳＷ５）を常に経由して発振駆動信号が入力される構成を採用したとしても問題は生じない。
図７の振動型ジャイロセンサ回路２１０では、評価用端子（ＴＡ２）は、振動子（振動ジャイロ）を発振駆動するための発信駆動入力端子を兼ねており、したがって、端子数の削減が可能である。
図８は、振動型ジャイロセンサ（図７のセンサ回路に振動子を接続してなる）の構成と動作を説明するための回路図である。
図示されるように、通常動作時においては、検出回路用スイッチ回路（Ｓ１）に含まれるスイッチ素子（ＳＷ１，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ）はすべてオフ状態となる。また、駆動回路用スイッチ回路Ｓ２において、スイッチ素子ＳＷ５がオンし、スイッチ素子（ＳＷ３，ＳＷ４）はオフする。
通常動作時には、振動型ジャイロセンサ回路２１０の評価用端子（ＴＡ２）には、振動子（例えば、水晶振動子）２１２が接続される。これによって発振駆動回路１５０による発振ループが構成され、その発振ループによって振動子２１２に所定方向の駆動振動が生じる。
また、検出用端子（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）には各々、検出用振動ジャイロ（１１０ａ，１１０ｂ）が接続される。検出用振動ジャイロ（１１０ａ，１１０ｂ）は各々、振動子（５ａ，５ｂ：例えば水晶振動子）と、各振動子を発振駆動する発振駆動回路（６ａ，６ｂ）とを有する。
発振駆動回路１５０による発振駆動周波数と検出用振動ジャイロ（１１０ａ，１１０ｂ）の発振駆動周波数は等しい（ここでは、発振周波数をｆｄとする）。
ここで、検出用振動ジャイロ（１１０ａ，１１０ｂ）が回転すると、その回転に起因して駆動振動と直交する方向に生じるコリオリ力に対応した交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ））が生成され、その交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ））は各々、検出用端子（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）に入力される。
但し、交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ））には、駆動振動の成分（不要信号）が重畳されている。交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ））は駆動振動と直交する方向に生じることから、交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ））の位相と不要信号（駆動振動成分）の位相は９０度の差がある（周波数は共に駆動周波数ｆｄである）。
不要成分を除去するために、同期検波を行う。同期検波では、発振駆動回路１５０内のコンパレータ１５８が、発振ループ内の信号(すなわち発振駆動信号)に基づいて、同期検波用参照信号（ＲＥｒｅｆ）を生成する。同期検波用参照信号（ＲＥｒｅｆ）は、同期検波回路１０８に供給される。
同期検波を行うための条件は、同期検波用参照信号（ＲＥｒｅｆ）の周波数（ｆｄ）が検出回路１１５に入力される交流電流信号（Ｉａ（ＤＥＴ），Ｉｂ（ＤＥＴ））の周波数（ｆｄ）に等しく、かつ双方の位相が同期していること、ならびに、除去される不要信号の位相は、同期検波用参照信号（ＲＥｒｅｆ）の位相と９０度の差があることである。
検出回路１１５の移相器１０６は、上記の位相条件を満足するように、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）の出力信号に対して所定の位相回転を与える。また、必要に応じて、初段の電流／電圧変換増幅器（ＯＰ１，ＯＰ２）において、周波数ｆｄの信号について所定の位相回転を与える。発振駆動回路１５０においても、同様に、必要に応じて、駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）において、周波数ｆｄの信号について所定の位相回転を与える。
同期検波回路１０８にて同期検波を行うと、所望信号（検出信号成分）は、直流および２ｆｄ（ｆｄは、同期検波用参照信号（ＲＥｒｅｆ）の周波数））の周波数帯域(上側波帯と下側波帯)に現れ、不要信号（駆動振動の漏れ成分）は２ｆｄの周波数帯域に現れる。したがって、ローパスフィルタ１１０によって２ｆｄの周波数帯の成分を除去することによって、所望信号（直流）を得ることができる。
図９は、振動型ジャイロセンサ回路の評価時の動作を説明するための図である。図示されるように、評価時においては、発振駆動回路用スイッチ回路（Ｓ２）のスイッチ素子（ＳＷ３，ＳＷ４）がオン状態となり、スイッチ素子（ＳＷ２）はオフ状態となる。
また、検出回路用スイッチ回路（Ｓ１）では、図３〜図５を用いて説明したとおり、スイッチ素子ＳＷ１がオンし、スイッチ素子（ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ）の少なくとも一方がオンする。図９では、スイッチ素子（ＳＷ２ａ）のみがオンしている。
入力された評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））は、駆動回路用スイッチ回路（Ｓ２）ならびに検出回路用スイッチ回路（Ｓ１）を経由して、２系統に分かれて伝達される。
２分岐された一方の信号は、検出用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）によって増幅された後、同期検波回路（１０８）に入力される。なお、同期検波のために位相調整が必要な場合には、例えば、移相器１０６の移相量を適宜、微調整する。
２分岐された他方の信号は、駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）によって増幅され、その増幅された信号に基づいて、コンパレータ１５８から同期検波用参照信号（ＰＥｒｅｆ）が生成され、同期検波回路１０８に供給される。
同期検波回路１０８の入力信号および同期検波用参照信号（ＰＥｒｅｆ）は共に、評価用端子（ＴＡ２）を経由して入力された共通の信号に基づいているため、タイミングが同期しており、よって、適正なタイミングで同期検波回路が動作し、検波出力が得られる。
また、出力端子（ＴＡ４）から得られる信号を観測し、解析することによって、駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）の特性の評価（検査）も行うことができる。
このように、評価用端子（ＴＡ２）に共通の評価用の電圧信号（Ｖｉｎ（ＴＥＳＴ））を入力すれば、適正なタイミングで同期検波ができ、しかも、検出回路用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＡ）および駆動用電流／電圧変換増幅回路（ＯＰＢ）の双方の評価を同時に実施することができる。よって、評価を極めて効率的に行うことができる。
（第５の実施形態）
本実施形態では、本発明の物理量測定装置（ならびに検出回路）を搭載した電子機器について説明する。
図１０は、本発明の物理量測定装置（ならびに検出回路）を搭載した電子機器の構成例を示す図である。
図１０の電子機器（例えば、デジタルカメラ）は、ジャイロセンサ（物理量測定装置）５１０と、表示部５５０と、ＣＰＵ等の処理部５２０と、メモリ５３０と、操作部５４０と、を有している。
ジャイロセンサ５１０は、図７〜図９に示される物理量測定回路（振動型ジャイロセンサ回路）２１０を有する。また、物理量測定回路（振動型ジャイロセンサ回路）２１０には、物理量トランスデューサ（ＴＤＵ）としての振動子（１１０，２１２）が接続されている。
物理量測定回路（振動型ジャイロセンサ回路）２１０は、事前の評価によって、例えばローノイズ性能が保障されたものである。よって、物理量トランスデューサ（ＴＤＵ）が接続された物理量測定装置（ジャイロセンサ）５１０は、高精度かつ高い検出性能が得られる。
同様に、本発明の物理量測定装置（ジャイロセンサ）５１０を内蔵する電子機器５００は、物理量を高精度で検出することができる。本発明によって、電子機器５００の性能が向上する。電子機器は、デジタルカメラの他、カーナビゲーションシステムや航空機やロボットであってもよい。
本発明の実施態様によれば、検出回路（センサ回路）における初段のＩ／Ｖアンプを高精度に評価（検査）し、かつ、正規の動作状態においても高精度の動作を保障し得る検出回路や物理量測定回路等を提供することができる。
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の新規事項および効果から逸脱しない範囲で、多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できるであろう。例えば、物理量トランスデューサによって測定される物理量は、角速度に限定されるものではない。本発明は、例えば、加速度センサや角加速度センサ等にも応用が可能である。
また、物理量トランスデューサを構成する材質としては、例えば、エリンバー等の恒弾性合金、強誘電性単結晶（圧電性単結晶）がある。こうした単結晶としては、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ホウ酸リチウム、ランガサイトを例示できる。また、物理量トランスデューサは、パッケージ内に気密封止されることが好ましく、パッケージ内の雰囲気は、乾燥窒素又は真空とするのが好ましい。
本発明は、検出回路、物理量測定回路、物理量測定装置（例えば振動型ジャイロスコープ）および電子機器として有用である。
本発明の検出回路の一例の構成と通常動作時の動作を説明するための回路図 図１の検出回路の評価時の動作を説明するための回路図 本発明の検出回路の他の例の構成を示す回路図 図３の検出回路の動作の一例（通常動作時の動作および一つの増幅器のみを評価する場合の動作）を説明するための図 図３の検出回路の動作の他の例（２つの増幅器のバランスを評価する場合の動作）を説明するための図 本発明の物理量測定回路の一例（評価用端子が他の信号の入力端子を兼ねる例）を説明するための回路図 物理量測定回路としての振動型ジャイロセンサ回路（ならびに物理量測定装置としての振動型ジャイロセンサ）について説明するための回路図 振動型ジャイロセンサの構成の一例（図７のセンサ回路に振動子を接続した構成）と動作を説明するための回路図 振動型ジャイロセンサ回路の評価時の動作を説明するための図 本発明の物理量測定装置（ならびに検出回路）を搭載した電子機器の構成例を示すブロック図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、本発明の特徴を明らかとするための比較例について説明するための図
符号の説明
１００ 検出回路、１０２ 演算増幅器（オペアンプ）、１１０ 物理量トランスデューサ、ＴＡ１ 検出用端子、ＴＡ２ 評価用端子、ＴＡ３ 出力端子、
ＯＰＡ 検出用電流／電圧変換増幅回路、Ｓ１ 検出回路用スイッチ回路、
Ｒｆ 入力抵抗、Ｒｓ 帰還抵抗、Ｃ１ 帰還容量、ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ素子

Claims (16)

  1. 物理量を電気信号に変換する物理量トランスデューサからの交流の電流信号を検出する検出回路であって、
    前記物理量トランスデューサからの交流の電流信号が入力される検出用端子と、
    帰還抵抗を有し、検出用端子を経由して入力される前記交流の電流信号を電圧信号に変換する検出用電流／電圧変換増幅回路と、
    評価用の電圧信号を前記検出用電流／電圧変換増幅回路に供給する評価用端子と、
    前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを結ぶ信号経路に設けられる、前記帰還抵抗との抵抗比が所定値になる抵抗値をもつ入力抵抗と、
    前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを結ぶ前記信号経路に設けられ、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには、前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に接続し、前記検出用端子に前記交流の電流信号が入力されるときには、前記評価用端子と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に切り離す検出回路用スイッチ回路と、
    を有し、
    前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには、前記評価用の電圧信号は、前記入力抵抗によって前記物理量トランスデューサからの交流の電流信号に相当する電流信号に変換され、かつ、前記入力抵抗と前記帰還抵抗の前記抵抗比によって、前記検出用電流／電圧変換増幅回路の直流ゲインが決定されることを特徴とする検出回路。
  2. 請求項１記載の検出回路であって、
    前記検出用電流／電圧変換増幅回路は、帰還容量を有することを特徴とする検出回路。
  3. 請求項２記載の検出回路であって、
    前記検出用電流／電圧変換増幅回路は、前記帰還抵抗と帰還容量が並列に接続され、ローパスフィルタの周波数特性を有することを特徴とする検出回路。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれか記載の検出回路であって、
    前記入力抵抗および前記帰還抵抗は、同一の製造工程により形成されることを特徴とする検出回路。
  5. 請求項１〜請求項４のいずれか記載の検出回路であって、
    前記検出回路用スイッチ回路は、
    前記評価用端子と前記入力抵抗との間に設けられるスイッチ素子と、前記入力抵抗と前記検出用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとの間に設けられるスイッチ素子と、
    を含むことを特徴とする検出回路。
  6. 請求項１〜請求項５記載のいずれか記載の検出回路であって、
    前記検出用電流／電圧変換回路は、第１および第２の電流／電圧変換増幅器を含み、
    前記第１および第２の電流／電圧変換増幅器の各々に前記交流の電流信号を入力するための第１および第２の検出用端子が設けられ、
    前記第１および第２の電流／電圧変換増幅器の各々の出力信号を差動増幅する差動増幅器が設けられ、
    前記検出回路用スイッチ回路は、
    前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには、前記評価用端子と、前記第１および第２の検出用電流／電圧変換増幅器の各々の入力ノードの少なくとも一つと、を電気的に接続し、
    前記検出用端子に前記交流の電流信号が入力されるときには、前記評価用端子と前記第１および第２の検出用電流／電圧変換増幅器の各々の入力ノードとを電気的に切り離す、
    ことを特徴とする検出回路。
  7. 請求項６記載の検出回路であって
    前記検出回路用スイッチ回路は、
    前記評価用端子と前記入力抵抗との間に設けられるスイッチ素子と、
    前記入力抵抗と前記第１の電流／電圧変換増幅器の入力ノードとの間に設けられる第１のスイッチ素子と、
    前記入力抵抗と前記第２の電流／電圧変換増幅器の入力ノードとの間に設けられる第２のスイッチ素子と、
    を含むことを特徴とする検出回路。
  8. 請求項１〜請求項７のいずれか記載の検出回路であって、
    前記評価用端子には、振動子と、前記振動子と共に発振ループを構成する発振駆動回路と、が接続され、前記評価用端子は、前記発振ループ内の信号である発振駆動信号を入力するための入力端子を兼ねることを特徴とする検出回路。
  9. 物理量トランスデューサとしての振動子から出力される、測定すべき物理量についての交流の電流信号を検出し、前記物理量を測定する振動型ジャイロセンサ回路であって、
    請求項８記載の検出回路と、
    前記評価用端子に前記物理量トランスデューサとしての振動子が接続された場合に発振ループを構成し、前記発振ループによって前記物理量トランスデューサとしての振動子に駆動振動を励振する発振駆動回路と、
    を有することを特徴とする振動型ジャイロセンサ回路。
  10. 請求項９記載の振動型ジャイロセンサ回路であって、
    前記発振駆動回路は、
    帰還抵抗を有すると共に、前記評価用端子を経由して入力される、前記物理量トランスデューサとしての振動子の前記駆動振動に基づく交流の電流信号を電圧信号に変換する駆動用電流／電圧変換増幅回路と、
    前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを結ぶ信号経路に介在する、前記帰還抵抗との抵抗比が所定値になる抵抗値をもつ入力抵抗と、
    前記評価用端子と前記電流／電圧変換増幅器の入力ノードとの間に設けられる発振駆動回路用スイッチ回路と、
    を有することを特徴とする振動型ジャイロセンサ回路。
  11. 請求項１０記載の振動型ジャイロセンサ回路であって、
    前記発振駆動回路用スイッチ回路は、
    前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを前記入力抵抗経由で結ぶ第１の信号経路に設けられ、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に接続し、前記駆動振動に基づく交流の電流信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に切り離す少なくとも一つのスイッチ素子と、
    前記評価用端子と前記電流／電圧変換増幅器の入力ノードとを、前記入力抵抗をバイパスして結ぶ第２の信号経路に設けられ、前記評価用端子に前記評価用の電圧信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に切り離し、前記駆動振動に基づく交流の電流信号が入力されるときには前記評価用端子と前記駆動用電流／電圧変換増幅回路の入力ノードとを電気的に接続する少なくとも一つのスイッチ素子と、
    を有することを特徴とする振動型ジャイロセンサ回路。
  12. 請求項９〜請求項１１のいずれか記載の振動型ジャイロセンサ回路であって、
    前記検出回路は、前記検出用電流／電圧変換増幅回路の後段に設けられ、前記発振駆動回路からの同期検波用参照信号によって同期検波を行う同期検波回路を含み、
    前記評価用端子に入力された前記評価用の電圧信号が、前記検出回路用スイッチ回路を経由して前記検出用電流／電圧流変換増幅回路の入力ノードに供給されると、前記発振駆動回路において、前記評価用の電圧信号に基づいて前記同期検波用参照信号が生成され、前記同期検波用参照信号が前記同期検波回路に供給される、
    ことを特徴とする振動型ジャイロセンサ回路。
  13. 請求項９〜請求項１２のいずれか記載の振動型ジャイロセンサ回路と、
    前記振動型ジャイロセンサ回路に接続される少なくとも一つの前記物理量トランスデューサとしての振動子と、
    を有することを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
  14. 請求項１３記載の振動型ジャイロセンサであって、
    前記振動型ジャイロセンサは、前記物理量トランスデューサとして振動ジャイロを用いるジャイロセンサであることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
  15. 請求項１〜請求項８のいずれか記載の検出回路を搭載した電子機器。
  16. 請求項１３または請求項１４記載の振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器。
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