JP4437699B2 - センサ - Google Patents
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Description
シリコン壁14、16に支持されており(両持ち梁構造)、その中央部分は、ガラス基板10、12の直交方向に移動可能(振動可能)である。振動板20のガラス基板12側の表面には、おもり22が形成されている。振動板20とおもり22とにより、基板10の直交方向(図の上下方向)に振動する質量体が形成されている。
f=1/(2π・sqrt(LC)) ‥‥‥ (1)
発振器30、32の総容量値およびインダクタンスは、互いに等しいため、発振信号FA、FBの周波数は、MEMS部100が外力Fを受けていない状態で、互いに等しくなる。振動板20が振動している場合にも、外力Fを受けていなければ、容量C1、C2の容量値の変化は互いに同じため、発振信号FA、FBの周波数は、互いに等しくなる。一方、容量C1、C2の容量値は、図3で説明したように、外力Fを受けたときに互いに相違する。インダクタンスLは不変であるため、発振信号FA、FBの周波数は、外力F(コリオリ力)に応じて互いに相違する。
速度を検出したたとき、エアバックを作動させる。なお、主制御部39Bは、MEMSセンサ全体の動作を制御する。
検出回路200Bと同じである。周波数/電圧変換器36Cは、第1の実施形態の周波数/電圧変換器36の機能に加え、マスク信号MSKに応じて非活性化される機能を有している。具体的には、周波数/電圧変換器36Cは、マスク信号MSKの活性化を受けたときに、非活性化される。このとき、MEMS部100(図1)の状態に拘わらず、発振信号FA、FBの周波数が一致していることを示す0Vの検出電圧VOUTを出力する。すなわち、第3の実施形態と同様に、主制御部39Bは、MEMS部100に外力Fが与えられて容量値が互いにずれた場合にも、発振信号FA、FBの周波数差が予め設定された値より小さいときに(例えば、比較信号VCMPの電圧が1.4V〜1.6Vのときに)、角速度または加速度を検出しない。
FVCO=FOSC・(N/R) ‥‥‥ (2)
このため、分周比Rを小さくし、分周比Nを大きくすることで、発振信号FA2、FB2の周波数を高くできる。また、発振信号FA、FBの周波数は、分周比R、Nを変更することで自在に変えることができる。このため、MEMSセンサに外力Fが加えられていない状態(容量C1、C2の平衡状態)で、発振信号FA、FBの周波数を、分周比R、Nの変更により一致させることができる。すなわち、この実施形態では、第2の実施形態(図6)のように、発振回路32Aに可変容量ダイオードVCを挿入し、制御端子VTにより容量値を調整することが不要になる。このため、発振器30、32に製造誤差等が存在する場合にも、PLL回路42D、43Dの少なくとも一方の分周比R、Nを変更することで、発振信号FA、FBの周波数を同じにできる。
信号ACT2を受けて動作し、AD変換器44Eから出力されるディジタル値に応じて、ミキサ34に供給される発振信号FA、FB2の周波数を一致させるためのPLL回路42Eの分周比(図12で説明した分周比R、N)を求める。レジスタ46Eは、演算回路46Eから出力される分周比を示すディジタル値を保持し、保持しているディジタル値をPLL回路42Eに出力する。PLL回路42Eは、受けたディジタル値に応じて、内蔵する分周器(図示せず)の分周比を変更する。このため、MEMSセンサの初期化シーケンス中に、発振信号FB2の周波数は、自動的に発振信号FAの周波数に一致する。
ことで、MEMSセンサの動作中に、容量C1、C2の容量値の差が検出される。なお、MEMS部100(図1)に外力Fが加えられない状態(容量C1、C2の平衡状態)で、MEMSセンサの製造誤差等により容量C1、C2の容量値が互いに異なる場合、入力電圧VTA、VTBも互いに異なる。この場合、平衡状態における検出電圧VOUTを補正値(ディジタル値)として保持するレジスタを形成し、MEMSセンサの動作中に出力される検出電圧VOUTをレジスタに保持されている補正値に応じて補正することで、容量値の差の検出精度を向上できる。
(付記1)
容量値が外力に応じて変化する容量を有し、前記容量値に応じた第1発振信号をそれぞれ生成する複数の発振器と、
前記容量値の相対的なずれを、前記第1発振信号の周波数のずれとして検出する検出部とを備えていることを特徴とする容量差検出回路。
(付記2)
付記1記載の容量差検出回路において、
前記発振器の少なくとも1つは、
容量値が可変な可変容量ダイオードと、
前記可変容量ダイオードの容量値を調整するための制御端子とを備え、
前記可変容量ダイオードを有する発振器は、前記容量と前記可変容量ダイオードとの容量値に応じて、前記第1発振信号を生成することを特徴とする容量差検出回路。
付記1記載の容量差検出回路において、
前記複数の発振器は、一対の発振器であり、
前記検出部は、
一対の前記第1発振信号を受信し、受信した第1発振信号の周波数差に等しい周波数を有する周波数差信号を出力するミキサを備えていることを特徴とする容量差検出回路。
(付記4)
付記3記載の容量差検出回路において、
前記検出部は、
前記周波数差信号の周波数を、前記容量値の差を示す検出電圧に変換する周波数/電圧変換部を備えていることを特徴とする容量差検出回路。
付記4記載の容量差検出回路において、
前記周波数/電圧変換部は、前記周波数差信号の正電圧成分を平滑し、前記検出電圧として出力する平滑部を備えていることを特徴とする容量差検出回路。
(付記6)
付記4記載の容量差検出回路において、
一対の前記第1発振信号の周波数差が予め設定された値より小さいときに、マスク信号を活性化するマスク制御部を備え、
前記周波数/電圧変換部は、前記マスク信号の活性化を受けている間、容量値の差がゼロであることを示す前記検出電圧を出力することを特徴とする容量差検出回路。
付記3記載の容量差検出回路において、
前記発振器を構成する前記容量の容量値は、外力を受けていない初期状態において互いに異なり、
前記ミキサは、前記初期状態において、予め設定された初期周波数を示す前記周波数差信号を出力することを特徴とする容量差検出回路。
(付記8)
付記3記載の容量差検出回路において、
前記第1発振信号の周波数の大小を比較する周波数比較器を備えていることを特徴とする容量差検出回路。
付記3記載の容量差検出回路において、
前記第1発振信号の周波数差が予め設定された値より小さいときに、マスク信号を活性化するマスク制御部を備え、
前記ミキサは、前記マスク信号の活性化を受けている間、周波数差がゼロであることを示す前記周波数差信号を出力することを特徴とする容量差検出回路。
(付記10)
付記3記載の容量差検出回路において、
前記発振器と前記ミキサとの間にそれぞれ配置され、前記発振器から前記第1発振信号を受け、第1発振信号の周波数より高い周波数を有する第2発振信号を生成し、生成した第2発振信号を前記第1発振信号として前記ミキサ回路に出力する一対のPLL回路を備えていることを特徴とする容量差検出回路。
付記10記載の容量差検出回路において、
前記PLL回路は、外力を受けていない初期状態において、前記ミキサで受ける前記第2発振信号の周波数を一致させるために、内蔵する分周器の分周比を変えるための設定値を受ける入力端子を備えていることを特徴とする容量差検出回路。
(付記12)
付記11記載の容量差検出回路において、
前記分周器は、分数分周機能を有することを特徴とする容量差検出回路。
付記3記載の容量差検出回路において、
分周器を有し、一方の前記発振器と前記ミキサとの間に配置され、前記一方の発振器から一方の前記第1発振信号を受け、前記一方の第1発振信号の周波数より高い周波数を有する第2発振信号を生成し、生成した第2発振信号を前記一方の第1発振信号として前記ミキサ回路に出力するPLL回路と、
外力を受けていない初期状態において、前記第2発振信号の周波数を前記他方の第1発振信号の周波数に一致させるために、前記分周器の分周比を変更する分周制御部とを備えていることを特徴とする容量差検出回路。
(付記14)
付記13記載の容量差検出回路において、
他方の前記発振器から出力される他方の前記第1発振信号の周波数と、前記第2発振信号の周波数との大小を比較する周波数比較器を備え、
前記分周制御部は、前記分周器の分周比を、前記周波数比較器での比較結果に応じて変更することを特徴とする容量差検出回路。
付記13記載の容量差検出回路において、
前記PLL回路は、分周器を備え、
前記分周器は、分数分周機能を有することを特徴とする容量差検出回路。
(付記16)
付記1記載の容量差検出回路において、
基板と、
前記基板に対向して移動可能に配置され、前記基板に直交する方向に振動する質量体とを備え、
前記複数の発振器は、一対の発振器であり、
前記各発振器の前記容量は、基板上に形成される第1電極と、前記質量体上に前記第1電極に対向して形成される第2電極とにより構成され、
前記各発振器は、外力により前記基板に対して相対移動する前記質量体に応じて変化する前記容量の容量値に応じた周波数の第1発振信号を生成することを特徴とする容量差検出回路。
容量値が外力に応じて変化する容量を有し、前記容量値に応じた第1発振信号をそれぞれ生成する一対の発振器と、
電圧制御発振器を有し、前記発振器からの前記第1発振信号をそれぞれ受け、前記電圧制御発振器から第2発振信号をそれぞれ出力する一対のPLL回路と、
前記第1発振信号と前記第2発振信号との周波数に応じて調整される前記電圧制御発振器への入力電圧を、前記PLL回路に対応してそれぞれ受け、受けた入力電圧の差を前記容量値の相対的なずれとして検出する検出部とを備えていることを特徴とする容量差検出回路。
基板と、
前記基板上に形成される一対の第1電極と
前記基板に対向して移動可能に配置され、前記基板に直交する方向に振動するとともに
、振動方向に直交する角速度または加速度により変位する質量体と、
前記質量体における前記第1電極に対向する位置にそれぞれ形成された第2電極と、
互いに対向する前記第1および第2電極により構成される一対の容量を有し、前記容量の容量値に応じた第1発振信号をそれぞれ生成する一対の発振器と、
前記容量値の相対的なずれを、前記第1発振信号の周波数の変化として検出する検出部と、
前記周波数の変化に応じて前記基板の水平方向に与えられる角速度または加速度を求める主制御部と備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
(付記19)
付記18記載のMEMSセンサにおいて、
前記発振器の少なくとも1つは、
容量値が可変な可変容量ダイオードと、
前記可変容量ダイオードの容量値を調整するための制御端子とを備え、
前記可変容量ダイオードを有する発振器は、前記容量と前記可変容量ダイオードとの容量値に応じて、前記第1発振信号を生成することを特徴とするMEMSセンサ。
付記18記載のMEMSセンサにおいて、
前記検出部は、
一対の前記第1発振信号を受信し、受信した第1発振信号の周波数差に等しい周波数を有する周波数差信号を出力するミキサを備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
(付記21)
付記20記載のMEMSセンサにおいて、
前記検出部は、
前記周波数差信号の周波数を、前記容量値の差を示す検出電圧に変換する周波数/電圧変換部を備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
付記21記載のMEMSセンサにおいて、
前記周波数/電圧変換部は、前記周波数差信号の正電圧成分を平滑し、前記検出電圧として出力する平滑部を備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
(付記23)
付記21記載のMEMSセンサにおいて、
一対の前記第1発振信号の周波数差が予め設定された値より小さいときに、マスク信号を活性化するマスク制御部を備え、
前記周波数/電圧変換部は、前記マスク信号の活性化を受けている間、容量値の差がゼロであることを示す前記検出電圧を出力することを特徴とするMEMSセンサ。
付記20記載のMEMSセンサにおいて、
前記発振器を構成する前記容量の容量値は、外力を受けていない初期状態において互いに異なり、
前記ミキサは、前記初期状態において、予め設定された初期周波数を示す前記周波数差信号を出力することを特徴とするMEMSセンサ。
(付記25)
付記20記載のMEMSセンサにおいて、
前記第1発振信号の周波数の大小を比較する周波数比較器を備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
付記20記載のMEMSセンサにおいて、
前記第1発振信号の周波数差が予め設定された値より小さいときに、マスク信号を活性化するマスク制御部を備え、
前記ミキサは、前記マスク信号の活性化を受けている間、周波数差がゼロであることを示す前記周波数差信号を出力することを特徴とするMEMSセンサ。
(付記27)
付記20記載のMEMSセンサにおいて、
前記発振器と前記ミキサとの間にそれぞれ配置され、前記発振器から前記第1発振信号を受け、第1発振信号の周波数より高い周波数を有する第2発振信号を生成し、生成した第2発振信号を前記第1発振信号として前記ミキサ回路に出力する一対のPLL回路を備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
付記27記載のMEMSセンサにおいて、
前記PLL回路は、外力を受けていない初期状態において、前記ミキサで受ける前記第2発振信号の周波数を一致させるために、内蔵する分周器の分周比を変えるための設定値を受ける入力端子を備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
(付記29)
付記28記載のMEMSセンサにおいて、
前記分周器は、分数分周機能を有することを特徴とするMEMSセンサ。
付記20記載のMEMSセンサにおいて、
分周器を有し、一方の前記発振器と前記ミキサとの間にそれぞれ配置され、前記一方の発振器から一方の前記第1発振信号を受け、前記一方の第1発振信号の周波数より高い周波数を有する第2発振信号を生成し、生成した第2発振信号を前記一方の第1発振信号として前記ミキサ回路に出力するPLL回路と、
外力を受けていない初期状態において、前記第2発振信号の周波数を前記他方の第1発振信号の周波数に一致させるために、前記分周器の分周比を変更する分周制御部とを備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
(付記31)
付記30記載のMEMSセンサにおいて、
他方の前記発振器から出力される他方の前記第1発振信号の周波数と、前記第2発振信号の周波数との大小を比較する周波数比較器を備え、
前記分周制御部は、前記分周器の分周比を、前記周波数比較器での比較結果に応じて変更することを特徴とするMEMSセンサ。
付記30記載のMEMSセンサにおいて、
前記PLL回路は、分周器を備え、
前記分周器は、分数分周機能を有することを特徴とするMEMSセンサ。
(付記33)
基板と、
前記基板上に形成される一対の第1電極と
前記基板に対向して移動可能に配置され、基板に直交する方向に振動するとともに、振動方向に直交する角速度または加速度により変位する質量体と、
前記質量体における前記第1電極に対向する位置にそれぞれ形成された第2電極と、
互いに対向する前記第1および第2電極により構成される一対の容量を有し、前記容量の容量値に応じた第1発振信号をそれぞれ生成する一対の発振器と、
電圧制御発振器を有し、前記発振器からの前記第1発振信号をそれぞれ受け、前記電圧
制御発振器から第2発振信号をそれぞれ出力する一対のPLL回路と、
前記第1発振信号と前記第2発振信号との周波数に応じて調整される前記電圧制御発振器への入力電圧を、前記PLL回路に対応してそれぞれ受け、受けた入力電圧の差を前記容量値の相対的なずれとして検出する検出部と、
前記周波数の変化に応じて前記基板の水平方向に与えられる角速度または加速度を求める主制御部と備えていることを特徴とするMEMSセンサ。
10a、10b 第1電極
10c 駆動電極
12 ガラス基板
12a、12b 電極
12c 駆動電極
14、16 シリコン壁
18 空間
20 振動板
20a、20b 第2電極
20c 駆動電極
22 おもり
22a、22b 電極
22c 駆動電極
30 発振器
32、32A 発振器
34 ミキサ
36、36C 周波数/電圧変換器
38 周波数比較器
40B マスク制御部
42D、42E PLL回路
43D PLL回路
44E AD変換器
46E 演算回路
48E レジスタ
50 差動増幅器
100 MEMS部
200,200A、200B、200C 容量差検出回路
200D,200E、200F 容量差検出回路
C1、C2 容量
F 外力
FA、FB 発振信号
FA2、FB2 発振信号
FOUT 周波数差信号
MSK マスク信号
SIG 符号信号
VCMP 比較信号
VOUT 検出電圧
VREF1、VREF2 参照電圧
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に形成される一対の第1電極と、
前記基板に対向して配置され、前記基板に直交する方向に振動するとともに、振動方向に直交する角速度または加速度により変位する質量体と、
前記質量体における前記第1電極に対向する位置にそれぞれ形成された第2電極と、
互いに対向する前記第1および第2電極により構成される一対の容量を有し、前記容量の容量値に応じた第1発振信号をそれぞれ生成する一対の発振器と、
前記容量値の相対的なずれを、前記第1発振信号の周波数の変化として検出する検出部と、
前記周波数の変化に応じて前記角速度または加速度を求める制御部と備えていることを特徴とするセンサ。 - 請求項1記載のセンサにおいて、
前記発振器の少なくとも1つは、
容量値が可変な可変容量ダイオードと、
前記可変容量ダイオードの容量値を調整するための制御端子とを備え、
前記可変容量ダイオードを有する発振器は、前記容量と前記可変容量ダイオードとの容量値に応じて、前記第1発振信号を生成することを特徴とするセンサ。 - 請求項1または請求項2記載のセンサにおいて、
前記検出部は、
一対の前記第1発振信号を受信し、受信した第1発振信号の周波数差に等しい周波数を有する周波数差信号を出力するミキサを備えていることを特徴とするセンサ。 - 請求項3記載のセンサにおいて、
前記発振器を構成する前記容量の容量値は、外力を受けていない初期状態において互いに異なり、
前記ミキサは、前記初期状態において、前記第1発振信号の周波数の差である初期周波数を示す前記周波数差信号を出力することを特徴とするセンサ。 - 請求項3記載のセンサにおいて、
前記第1発振信号の周波数差が予め設定された値より小さいときに、マスク信号を活性化するマスク制御部を備え、
前記ミキサは、前記マスク信号の活性化を受けている間、周波数差がゼロであることを示す前記周波数差信号を出力することを特徴とするセンサ。 - 請求項3記載のセンサにおいて、
前記発振器と前記ミキサとの間にそれぞれ配置され、前記発振器から前記第1発振信号を受け、第1発振信号の周波数より高い周波数を有する第2発振信号を生成し、生成した第2発振信号を前記第1発振信号として前記ミキサ回路に出力する一対のPLL回路を備えていることを特徴とするセンサ。 - 請求項3記載のセンサにおいて、
分周器を有し、一方の前記発振器と前記ミキサとの間に配置され、前記一方の発振器から一方の前記第1発振信号を受け、前記一方の第1発振信号の周波数より高い周波数を有する第2発振信号を生成し、生成した第2発振信号を前記一方の第1発振信号として前記ミキサ回路に出力するPLL回路と、
外力を受けていない初期状態において、前記第2発振信号の周波数を前記他方の第1発振信号の周波数に一致させるために、前記分周器の分周比を変更する分周制御部とを備えていることを特徴とするセンサ。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項記載のセンサにおいて、
前記各発振器は、外力により前記基板に対して相対移動する前記質量体に応じて変化する前記第1電極と前記第2電極との間隔に応じた周波数の第1発振信号を生成することを特徴とするセンサ。 - 請求項1または請求項2記載のセンサにおいて、
電圧制御発振器を有し、前記発振器からの前記第1発振信号をそれぞれ受け、前記電圧制御発振器から第2発振信号をそれぞれ出力する一対のPLL回路を備え、
前記検出部は、前記第1発振信号と前記第2発振信号との周波数に応じて調整される前記電圧制御発振器への入力電圧を、前記PLL回路に対応してそれぞれ受け、受けた入力電圧の差を前記容量値の相対的なずれとして検出することを特徴とするセンサ。
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