JP5261915B2 - Detection device, gyro sensor, electronic device, and detection device adjustment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出装置、ジャイロセンサ、電子機器及び検出装置の調整方法に関する。 The present invention relates to a detection device, a gyro sensor, an electronic device, and a method for adjusting the detection device.
デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機、カーナビゲーションシステム等の電子機器には、外的な要因で変化する物理量を検出するためのジャイロセンサ(物理量トランスデューサ)が組み込まれている。このようなジャイロセンサは、角速度等の物理量を検出し、いわゆる手振れ補正、姿勢制御、GPS自律航法などに用いられる。 Electronic devices such as a digital camera, a video camera, a mobile phone, and a car navigation system incorporate a gyro sensor (physical quantity transducer) for detecting a physical quantity that changes due to an external factor. Such a gyro sensor detects a physical quantity such as an angular velocity and is used for so-called camera shake correction, attitude control, GPS autonomous navigation, and the like.
近年、ジャイロセンサの軽量小型化と共に高い検出精度も要求され、ジャイロセンサの1つとして圧電型の振動ジャイロセンサが注目されている。そのなかでも、圧電材料として水晶が用いられる水晶圧電振動ジャイロセンサは、多くの装置への組み込み向けに最適なセンサとして期待が寄せられている。この振動ジャイロセンサでは、回転によって発生するコリオリ力に対応した物理量を検出している。 In recent years, the gyro sensor is required to be lighter and smaller and to have high detection accuracy, and a piezoelectric vibration gyro sensor has attracted attention as one of the gyro sensors. Among them, a quartz piezoelectric vibration gyro sensor using quartz as a piezoelectric material is expected as an optimum sensor for incorporation into many devices. This vibration gyro sensor detects a physical quantity corresponding to the Coriolis force generated by the rotation.
このような振動ジャイロセンサでは、振動子の軽量小型化に伴い、振動子からの出力信号(出力電流)は非常に微弱な信号になっている。従って、このような微弱な出力信号に基づき所望信号(コリオリ力等の物理量に応じた信号)を検出する検出装置には、無歪み・低ノイズで、且つできるだけ大きなゲインで所望信号を検出できる性能が要求される。 In such a vibration gyro sensor, the output signal (output current) from the vibrator becomes a very weak signal as the vibrator becomes lighter and smaller. Therefore, the detection device that detects a desired signal (a signal corresponding to a physical quantity such as Coriolis force) based on such a weak output signal has a performance capable of detecting the desired signal with as much gain as possible without distortion and low noise. Is required.
また振動ジャイロセンサでは、種々の原因により発生するオフセット電圧を除去するためのオフセット調整が行われる。 In the vibration gyro sensor, an offset adjustment for removing an offset voltage generated due to various causes is performed.
しかしながら、このようなオフセットを調整するための専用のオフセット調整回路を設けると、回路の大規模化を招く。また専用のオフセット調整回路では、D/A変換回路等を用いて正確な微少電圧を生成しなければならず、回路が複雑化する。更に、その専用のオフセット調整回路自体が原因となって、ノイズが増加してしまい、S/N比が劣化する問題が生じる。
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回路の大規模化を最小限に抑えながらオフセット調整を実現できる検出装置、ジャイロセンサ、電子機器及び検出装置の調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the technical problems as described above. The object of the present invention is to provide a detection device, a gyro sensor, an electronic device capable of realizing offset adjustment while minimizing the scale of the circuit. An object of the present invention is to provide a method for adjusting a device and a detection device.
本発明は、振動子を駆動して振動子を励振させる駆動回路と、振動子からの出力信号を受け、所望信号を検出する検出回路とを含み、前記検出回路は、振動子からの前記出力信号を増幅する増幅回路を含み、前記増幅回路は、前記出力信号に対応する差動信号の差動増幅を行う差動増幅回路と、前記差動増幅回路が有する少なくとも1つの抵抗の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行うオフセット調整回路を含む検出装置に関係する。 The present invention includes a drive circuit that drives a vibrator to excite the vibrator, and a detection circuit that receives an output signal from the vibrator and detects a desired signal, and the detection circuit outputs the output from the vibrator. An amplifier circuit for amplifying a signal, the amplifier circuit comprising: a differential amplifier circuit for performing differential amplification of a differential signal corresponding to the output signal; and a resistance value of at least one resistor included in the differential amplifier circuit. The present invention relates to a detection apparatus including an offset adjustment circuit that performs offset adjustment by variably controlling.
本発明によれば、オフセット調整回路により、差動増幅回路が有する少なくとも1つの抵抗の抵抗値が可変に制御されて、オフセット調整が行われる。このようにすれば、例えば差動増幅回路の抵抗値のバランスを崩すことで、オフセット調整が実現されるため、専用のオフセット調整回路を設けなくても済む。従って、回路の小規模化を図れる。またノイズ源となる回路ブロックの数も減るため、S/N比を向上できる。 According to the present invention, the offset adjustment is performed by the offset adjustment circuit variably controlling the resistance value of at least one resistor included in the differential amplifier circuit. In this way, for example, offset adjustment is realized by breaking the balance of the resistance values of the differential amplifier circuit, so that it is not necessary to provide a dedicated offset adjustment circuit. Therefore, the circuit can be reduced in size. Further, since the number of circuit blocks serving as noise sources is reduced, the S / N ratio can be improved.
また本発明では、前記差動増幅回路は、前記差動信号を構成する第1の信号が入力される第1の入力ノードと第1のノードの間に設けられる第1の抵抗と、前記第1のノードと出力ノードの間に設けられる第2の抵抗と、前記差動信号を構成する第2の信号が入力される第2の入力ノードと第2のノードとの間に設けられる第3の抵抗と、前記第2のノードと第1の電源電圧のノードの間に設けられる第4の抵抗と、その反転入力端子が前記第1のノードに接続され、その非反転入力端子が前記第2のノードに接続され、その出力端子が前記出力ノードに接続されるオペアンプを含み、前記オフセット調整回路は、前記第1、第3の抵抗の少なくとも一方の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行うようにしてもよい。 According to the present invention, the differential amplifier circuit includes a first resistor provided between a first input node to which a first signal constituting the differential signal is input and the first node, and the first resistor. A second resistor provided between the first node and the output node; and a third resistor provided between the second input node to which the second signal constituting the differential signal is input and the second node. , A fourth resistor provided between the second node and the first power supply voltage node, its inverting input terminal connected to the first node, and its non-inverting input terminal connected to the first node The offset adjustment circuit variably controls the resistance value of at least one of the first and third resistors, and is connected to the second node, the output terminal of which is connected to the output node. Offset adjustment may be performed.
このようにすれば、第1の信号側のゲインと第2の信号側のゲインを独立に制御できるようになるため、オフセット調整を簡素化できる。 In this way, the gain on the first signal side and the gain on the second signal side can be controlled independently, and the offset adjustment can be simplified.
また本発明では、前記オフセット調整回路は、前記差動信号を構成する第1、第2の信号にそれぞれ重畳される第1、第2の不要信号の少なくとも一方を増幅することで、オフセット調整を行うようにしてもよい。 In the present invention, the offset adjustment circuit performs offset adjustment by amplifying at least one of the first and second unnecessary signals superimposed on the first and second signals constituting the differential signal, respectively. You may make it perform.
このようにすれば、第1、第2の信号にそれぞれ重畳される第1、第2の不要信号を有効活用してオフセット調整を実現できるようになり、回路の小規模化、S/N比の向上を図れる。 In this way, the first and second unnecessary signals superimposed on the first and second signals, respectively, can be effectively used to realize the offset adjustment, thereby reducing the circuit scale and the S / N ratio. Can be improved.
また本発明では、ゲインを可変に制御して感度調整を行う感度調整回路を含み、前記感度調整回路は、前記オフセット調整回路によるオフセット調整により設定された検出装置のゲインを調整することで、感度調整を行うようにしてもよい。 The present invention also includes a sensitivity adjustment circuit that variably controls the gain to adjust the sensitivity, and the sensitivity adjustment circuit adjusts the gain of the detection device set by the offset adjustment by the offset adjustment circuit, thereby adjusting the sensitivity. Adjustments may be made.
このようにすれば、オフセット調整回路によるオフセット調整により変化したゲインを、感度調整により再度設定し直して、感度を基準値に一致させる感度調整を実現できる。 In this way, it is possible to realize sensitivity adjustment in which the gain changed by the offset adjustment by the offset adjustment circuit is reset by sensitivity adjustment and the sensitivity is matched with the reference value.
また本発明では、参照信号に基づいて同期検波を行う同期検波回路を含み、前記感度調整回路は、前記同期検波回路の前段側に設けられていてもよい。 In the present invention, a synchronous detection circuit that performs synchronous detection based on a reference signal may be included, and the sensitivity adjustment circuit may be provided on the upstream side of the synchronous detection circuit.
このようにすれば、DC信号ではなく、所与の周波数の信号の状態で感度調整が行われるようになるため、フリッカノイズを低減できる。また感度調整回路の前段側の回路ブロックの数が減るため、これらの回路ブロックのノイズを感度調整回路が増幅することによるS/N比の劣化を、最小限に抑えることができる。 In this way, the sensitivity adjustment is performed not in the DC signal but in the state of the signal of a given frequency, so that flicker noise can be reduced. Further, since the number of circuit blocks on the front stage side of the sensitivity adjustment circuit is reduced, it is possible to minimize the deterioration of the S / N ratio due to the sensitivity adjustment circuit amplifying the noise of these circuit blocks.
また本発明では、前記感度調整回路は、可変ゲインアンプとして動作すると共にハイパスフィルタとして動作するようにしてもよい。 In the present invention, the sensitivity adjustment circuit may operate as a variable gain amplifier and as a high-pass filter.
このようにすれば、ハイパスフィルタによりDC成分をカットでき、感度調整回路によりDC信号が増幅されてしまう事態を防止できる。従って、感度調整回路の可変ゲインアンプや後段側のオペアンプ等が飽和動作状態になる事態も防止できる。また回路ブロックの数を減らすことができるため、S/N比を向上できる。 In this way, the DC component can be cut by the high-pass filter, and the situation where the DC signal is amplified by the sensitivity adjustment circuit can be prevented. Therefore, it is possible to prevent a situation where the variable gain amplifier of the sensitivity adjustment circuit, the operational amplifier on the rear stage, and the like are in a saturated operation state. Further, since the number of circuit blocks can be reduced, the S / N ratio can be improved.
また本発明では、アクティブフィルタである前記ハイパスフィルタと前記可変ゲインアンプとで、オペアンプが共用されてもよい。 In the present invention, an operational amplifier may be shared by the high-pass filter that is an active filter and the variable gain amplifier.
このようにすれば、ノイズ源となるオペアンプの個数を減らすことができるため、回路を小規模化できると共に、S/N比を向上できる。 In this way, since the number of operational amplifiers serving as noise sources can be reduced, the circuit can be reduced in size and the S / N ratio can be improved.
また本発明では、参照信号に基づいて同期検波を行う同期検波回路と、同期検波後の信号のフィルタ処理を行うフィルタ部を含み、前記オフセット調整回路は、検出装置の出力信号の初期オフセット電圧を除去するためのオフセット調整を行い、前記フィルタ部は、離散時間型フィルタと、前記離散時間型フィルタの前段側に設けられた連続時間型フィルタを含み、前記連続時間型フィルタは、環境変化による不要信号のオフセット変動分を除去する周波数特性を有してもよい。 Further, the present invention includes a synchronous detection circuit that performs synchronous detection based on a reference signal, and a filter unit that performs filtering of the signal after synchronous detection, and the offset adjustment circuit calculates an initial offset voltage of the output signal of the detection device. The offset adjustment is performed so that the filter unit includes a discrete-time filter and a continuous-time filter provided in front of the discrete-time filter, and the continuous-time filter is unnecessary due to environmental changes. You may have a frequency characteristic which removes the offset variation part of a signal.
このようにすれば、オフセット調整後に温度変動などの環境変化が生じた場合にも、環境変化に起因する不要信号のオフセット変動分は、連続時間型フィルタにより除去される。従って、オフセット変動分を除去する特別な回路を設けなくても、離散時間型フィルタの前段側の連続時間型フィルタを有効活用して、オフセット変動分の除去が可能になる。 In this way, even when an environmental change such as a temperature fluctuation occurs after the offset adjustment, the offset fluctuation of the unnecessary signal due to the environmental change is removed by the continuous time filter. Therefore, even if a special circuit for removing the offset fluctuation is not provided, the offset fluctuation can be removed by effectively using the continuous time filter on the upstream side of the discrete time filter.
また本発明では、前記連続時間型フィルタは、前記同期検波回路による同期検波により周波数k×fd(kは自然数)の周波数帯域に現れる不要信号のオフセット変動分を、所望信号の振幅以下に減衰する周波数特性を有してもよい。 In the present invention, the continuous-time filter attenuates an offset variation of an unnecessary signal that appears in a frequency band of frequency k × fd (k is a natural number) by the synchronous detection by the synchronous detection circuit below the amplitude of the desired signal. It may have frequency characteristics.
このようにすれば、同期検波により周波数k×fdの周波数帯域に現れるオフセット変動分を、連続時間型フィルタを有効活用して除去できる。従って、オフセット変動分の効率的な除去が可能になる。 In this way, the offset fluctuation that appears in the frequency band of the frequency k × fd by synchronous detection can be effectively removed by using the continuous time filter. Accordingly, it is possible to efficiently remove the offset fluctuation.
また本発明では、前記連続時間型フィルタは、1次のローパスフィルタであり、所望信号の振幅をA0とし、周波数k×fdに現れる不要信号のオフセット変動分をΔAkとし、周波数fdでのフィルタの減衰率をaとした場合に、前記連続時間型フィルタは、ΔAk×(a/k)≦A0が成り立つように不要信号のオフセット変動分を減衰させる周波数特性を有してもよい。 In the present invention, the continuous-time filter is a first-order low-pass filter, wherein the amplitude of the desired signal is A0, the offset fluctuation of the unnecessary signal appearing at the frequency k × fd is ΔAk, and the filter at the frequency fd When the attenuation factor is a, the continuous-time filter may have a frequency characteristic that attenuates an offset variation of an unnecessary signal so that ΔAk × (a / k) ≦ A0.
このようにすれば、連続時間型フィルタとして1次のローパスフィルタを用いた場合にも、周波数k×fdのオフセット変動分を除去できるフィルタを、容易に実現できる。 In this way, even when a first-order low-pass filter is used as the continuous-time filter, it is possible to easily realize a filter that can remove the offset variation of the frequency k × fd.
また本発明では、前記連続時間型フィルタは、2次のローパスフィルタであり、所望信号の振幅をA0とし、周波数k×fdに現れる不要信号のオフセット変動分をΔAkとし、周波数fdでのフィルタの減衰率をaとした場合に、前記連続時間型フィルタは、ΔAk×(a/k2)≦A0が成り立つように不要信号のオフセット変動分を減衰させる周波数特性を有してもよい。 In the present invention, the continuous-time filter is a second-order low-pass filter, wherein the amplitude of the desired signal is A0, the offset fluctuation of the unnecessary signal appearing at the frequency k × fd is ΔAk, and the filter at the frequency fd When the attenuation factor is a, the continuous-time filter may have a frequency characteristic that attenuates an offset variation of an unnecessary signal so that ΔAk × (a / k 2 ) ≦ A0.
このようにすれば、連続時間型フィルタとして2次のローパスフィルタを用いた場合にも、周波数k×fdのオフセット変動分を除去できるフィルタを、容易に実現できる。 In this way, even when a secondary low-pass filter is used as the continuous-time filter, it is possible to easily realize a filter that can remove the offset variation of the frequency k × fd.
また本発明では、前記離散時間型フィルタは、振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有してもよい。 In the present invention, the discrete-time filter removes a component of the detuning frequency Δf = | fd−fs | corresponding to the difference between the drive-side resonance frequency fd and the detection-side resonance frequency fs of the vibrator, thereby obtaining a desired signal. It may have a frequency characteristic that allows the frequency component to pass through.
このようにすれば、周波数fdに対して離調周波数Δfが十分に小さいような場合にも、離調周波数Δfの不要信号の成分を、確実且つ容易に除去できる。また離調周波数Δfの不要信号を離散時間型フィルタにより除去しつつ、周波数k×fdの周波数帯域に現れる不要信号のオフセット変動分についても、連続時間型フィルタにより除去できる。従って、不要信号及びそのオフセット変動分の効率的な除去が可能になる。 In this way, even when the detuning frequency Δf is sufficiently small with respect to the frequency fd, the unnecessary signal component of the detuning frequency Δf can be reliably and easily removed. Further, while the unnecessary signal having the detuning frequency Δf is removed by the discrete time filter, the offset fluctuation of the unnecessary signal appearing in the frequency band of k × fd can also be removed by the continuous time filter. Therefore, an unnecessary signal and its offset fluctuation can be efficiently removed.
また本発明は、上記のいずれかに記載の検出装置と、前記振動子とを含むジャイロセンサに関係する。 The present invention also relates to a gyro sensor including any one of the detection devices described above and the vibrator.
また本発明は、上記に記載のジャイロセンサと、前記ジャイロセンサにより検出された角速度情報に基づいて処理を行う処理部とを含む電子機器に関係する。 The present invention also relates to an electronic device including the gyro sensor described above and a processing unit that performs processing based on angular velocity information detected by the gyro sensor.
また本発明は、上記のいずれかに記載の検出装置の調整方法であって、前記検出装置の出力信号をモニタし、前記差動増幅回路が有する少なくとも1つの前記抵抗の抵抗値を制御して、検出装置のオフセット調整を行い、前記オフセット調整の後に前記検出装置の出力信号をモニタし、オフセット調整後にモニタされた前記検出装置の出力信号に基づいて、前記検出装置の感度を基準値に一致させる感度調整を行う調整方法に関係する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting a detection device according to any one of the above, wherein the output signal of the detection device is monitored and a resistance value of at least one of the resistors included in the differential amplifier circuit is controlled. The offset adjustment of the detection device is performed, the output signal of the detection device is monitored after the offset adjustment, and the sensitivity of the detection device matches the reference value based on the output signal of the detection device monitored after the offset adjustment. This relates to the adjustment method for adjusting the sensitivity.
このようにすれば、オフセット調整により変化したゲインを、感度調整により再度設定し直して、感度を基準値に一致させることが可能になる。 In this way, the gain changed by the offset adjustment can be set again by the sensitivity adjustment, and the sensitivity can be matched with the reference value.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.
1.電子機器、ジャイロセンサ
図1に本実施形態の検出装置30を含むジャイロセンサ510と、ジャイロセンサ510を含む電子機器500の構成例を示す。なお電子機器500、ジャイロセンサ510は図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器500としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、携帯型情報端末等の種々のものが考えられる。
1. FIG. 1 shows a configuration example of a
電子機器500はジャイロセンサ510と処理部520を含む。またメモリ530、操作部540、表示部550を含むことができる。処理部(CPU、MPU等)520はジャイロセンサ510等の制御や電子機器500の全体制御を行う。また処理部520は、ジャイロセンサ(物理量トランスデューサ)510により検出された角速度情報(物理量)に基づいて処理を行う。例えば角速度情報に基づいて、手ぶれ補正、姿勢制御、GPS自律航法などのための処理を行う。メモリ(ROM、RAM等)530は、制御プログラムや各種データを記憶したり、ワーク領域やデータ格納領域として機能する。操作部540はユーザが電子機器500を操作するためのものであり、表示部550は種々の情報をユーザに表示する。
ジャイロセンサ510は振動子10、検出装置30を含む。図1の振動子10は、水晶などの圧電材料の薄板から形成される音叉型の圧電振動子であり、駆動用振動子11、12と、検出用振動子16、17を含む。駆動用振動子11、12には駆動端子2、4が設けられ、検出用振動子16、17には検出端子6、8が設けられている。
The
検出装置30が含む駆動回路40は、駆動信号(駆動電圧)を出力して振動子10(広義には物理量トランスデューサ)を駆動し、振動子10からフィードバック信号を受ける。これにより振動子10を励振させる。検出回路60は、駆動信号により駆動される振動子10から検出信号(検出電流、電荷)を受け、検出信号から所望信号(コリオリ力信号)を検出(抽出)する。
The
具体的には、駆動回路40からの交流の駆動信号(駆動電圧)が駆動用振動子11の駆動端子2に印加される。すると逆電圧効果によって駆動用振動子11が振動を開始し、音叉振動により駆動用振動子12も振動を開始する。この時、駆動用振動子12の圧電効果によって発生する電流(電荷)が、駆動端子4からフィードバック信号として駆動回路40にフィードバックされる。これにより振動子10を含む発振ループが形成される。
Specifically, an alternating drive signal (drive voltage) from the
駆動用振動子11、12が振動すると、検出用振動子16、17が図1に示す方向で振動速度vで振動する。すると、検出用振動子16、17の圧電効果によって発生する電流(電荷)が、検出信号として検出端子6、8から出力される。すると、検出回路60は、この振動子10からの検出信号を受け、コリオリ力に応じた信号である所望信号(所望波)を検出する。即ち、検出軸19を中心に振動子10(ジャイロセンサ)が回転すると、振動速度vの振動方向と直交する方向にコリオリ力Fcが発生する。例えば検出軸19を中心に回転したときの角速度をωとし、振動子の質量をmとし、振動子の振動速度をvとすると、コリオリ力はFc=2m・v・ωと表される。従って検出回路60が、コリオリ力に応じた信号である所望信号(センサ信号)を検出(抽出)することで、ジャイロセンサ(振動子)の回転角速度ωを求めることができる。そして求められた角速度ωを用いることで、処理部520は、手振れ補正、姿勢制御、或いはGPS自律航法等のための種々の処理を行うことができる。
When the
なお振動子10には、駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsがある。具体的には、駆動用振動子11、12の固有共振周波数(駆動振動モードの固有共振周波数)がfdであり、検出用振動子16、17の固有共振周波数(検出振動モードの固有共振周波数)がfsである。この場合に、駆動用振動子11、12と検出用振動子16、17とが不要な共振結合を起こさないように、fdとfsの間に一定の周波数差を持たせている。この周波数差である離調周波数Δf=|fd−fs|は、fd、fsに比べて十分に小さな周波数に設定されている。
The
なお図1では、振動子10が音叉型である場合の例を示しているが、本実施形態の振動子10はこのような構造に限定されない。例えばT字型やダブルT字型等であってもよい。また振動子10の圧電材料は水晶以外であってもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which the
2.検出装置
図2に本実施形態の検出装置30の構成例を示す。なお検出装置30は図2の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
2. Detection Device FIG. 2 shows a configuration example of the
検出装置30は、振動子10を駆動して振動子を励振させる駆動回路40と、振動子10からの出力信号(電荷、電流)を受け、所望信号(所望波)を検出する検出回路60を含む。
The
駆動回路(発振回路)40は、電流を電圧に変換するI/V変換回路42と、自動ゲイン制御を行うAGC(Automatic Gain Control)回路44と、2値化回路(コンパレータ)46を含む。駆動回路40では、ジャイロセンサの感度を一定に保つために、振動子10(駆動用振動子)に供給する駆動電圧の振幅を一定に保つ必要がある。このため、駆動振動系の発振ループ内に、ゲインを自動調整するためのAGC回路44が設けられる。具体的にはAGC回路44は、入力信号IDの振幅(振動子の振動速度v)が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。なお、発振ループでの位相シフトが0度になるように位相が調整される。また発振起動時には、高速な発振起動を可能にするために、発振ループのゲインは1よりも大きなゲインに設定される。
The drive circuit (oscillation circuit) 40 includes an I /
I/V変換回路42は、振動子10からの信号IDである電流(電荷)を電圧に変換して、駆動信号VD1として出力する。このI/V変換回路42は、キャパシタ、抵抗、オペアンプにより実現できる。
The I /
AGC回路44は、駆動信号VD1を監視して、発振ループのゲインを制御する。このAGC回路44は、発振ループ内の発振振幅を制御するためのゲインコントロールアンプ(GCA)や、発振振幅に応じてゲインコントロールアンプのゲインを調整するための制御電圧を出力するゲイン制御回路を含むことができる。また、このゲイン制御回路は、I/V変換回路42からの交流の駆動信号VD1を直流信号に変換する整流回路(全波整流回路)や、整流回路からの直流信号の電圧と基準電圧との差分に応じた制御電圧を出力する回路などを含むことができる。
The
2値化回路46は、正弦波である駆動信号VD1の2値化処理を行い、2値化処理により得られた参照信号(同期信号)RSを同期検波回路100に出力する。またこの参照信号RSをフィルタ部110(SCF114)に対しても出力する。この2値化回路46は、I/V変換回路42からの正弦波(交流)の信号VD1が入力されて、矩形波の参照信号RSを出力するコンパレータにより実現できる。なおI/V変換回路42と2値化回路46の間や2値化回路46と同期検波回路100の間に他の回路を設けてもよい。例えばハイパスフィルタや移相回路(位相シフタ)などを設けてもよい。
The
検出回路60は、増幅回路70、感度調整回路80、同期検波回路100、フィルタ部110を含む。なおこれらの一部を省略する構成としてもよい。
The
増幅回路70は、振動子10からの出力信号ISP、ISMを増幅する。この増幅回路70は、Q/V変換回路72、74、差動増幅回路76、オフセット調整回路78を含む。
The
Q/V変換回路72、74は、振動子10からの信号ISP、ISMを受け、振動子10で発生した電荷(電流)を電圧に変換する。差動増幅回路76は、Q/V変換回路72、74からの信号VS1P、VS1Mの差動増幅を行う。
The Q /
図3(A)にQ/V(I/V)変換回路72、74の構成例を示す。Q/V変換回路72、74は、ノードNA1とNA2の間に設けられる帰還キャパシタCA1及び帰還抵抗RA1と、オペアンプ(演算増幅器)OPAを含み、ローパスフィルタの周波数特性を有する。オペアンプOPAの反転入力端子(−)には入力ノードNA1が接続され、非反転入力端子(+)には基準電源電圧AGND(アナロググランド)のノードが接続される。
FIG. 3A shows a configuration example of the Q / V (I / V)
図3(A)の回路をQ/V変換回路として機能させる場合には、カットオフ周波数fc=1/2πCRが共振周波数fdよりも十分に小さくなるように、CA1の容量値とRA1の抵抗値を設定する。これにより共振周波数fdにおいて位相が約−90度だけ変化するようになる。一方、図3(A)の回路をI/V変換回路として機能させる場合には、カットオフ周波数fc=1/2πCRが共振周波数fdよりも十分に大きくなるように、CA1の容量値とRA1の抵抗値を設定する。この場合には位相がほとんど変化しないため、参照信号RSの位相を+90度又は−90度だけ変化させるための移相回路が必要になる。 When the circuit of FIG. 3A is made to function as a Q / V conversion circuit, the capacitance value of CA1 and the resistance value of RA1 so that the cut-off frequency fc = 1 / 2πCR is sufficiently smaller than the resonance frequency fd. Set. As a result, the phase changes by about −90 degrees at the resonance frequency fd. On the other hand, when the circuit of FIG. 3A is made to function as an I / V conversion circuit, the capacitance value of CA1 and the value of RA1 are set so that the cutoff frequency fc = 1 / 2πCR is sufficiently higher than the resonance frequency fd. Set the resistance value. In this case, since the phase hardly changes, a phase shift circuit for changing the phase of the reference signal RS by +90 degrees or -90 degrees is necessary.
差動増幅回路76は、振動子10からの出力信号ISP、ISMに対応する差動信号の差動増幅を行う。この差動信号は、第1の信号(正相入力信号)VS1Pと第2の信号(逆相入力信号)VS1Mにより構成される。この差動増幅回路76の差動増幅により、センサ信号(所望信号)と同相の不要信号(妨害信号)である静電結合漏れ信号を除去できる。
The
オフセット調整回路78は、オフセットの調整処理を行う。具体的には、検出装置30の出力信号VSQの初期オフセット電圧を除去する調整を行う。例えばティピカル温度である25℃の時に、出力信号VSQの電圧が基準出力電圧と一致するようにオフセットの調整処理を行う。
The offset
更に具体的には、オフセット調整回路78は、差動増幅回路76が有する少なくとも1つの抵抗の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行う。例えば差動増幅回路76の入力側の抵抗(入力ノードに接続される抵抗)である第1、第3の抵抗の少なくとも一方の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行う。別の言い方をすれば、差動信号を構成する第1、第2の信号VS1P、VS1Mにそれぞれ重畳される第1、第2の不要信号(静電結合漏れの不要信号)の少なくとも一方を増幅することで、オフセット調整を行う。
More specifically, the offset
感度調整回路80は、感度の調整処理を行う。具体的にはゲインを可変に制御して感度調整を行う。この場合に本実施形態では感度調整回路80は、オフセット調整回路78によるオフセット調整により設定された検出装置30のゲインを調整(変更)することで、感度調整を行う。この感度調整回路80は、例えば感度の調整データに基づいてその抵抗値が可変に制御される可変抵抗や、可変抵抗の抵抗値(抵抗比)で決まるゲイン(増幅率)で信号を増幅するためのオペアンプなどを含むことができる。また、感度調整回路80は、可変ゲインアンプとして動作すると共にハイパスフィルタとして動作することが望ましく、アクティブフィルタであるハイパスフィルタと可変ゲインアンプとで、オペアンプが共用されることが更に望ましい。
The
同期検波回路(検波回路、検波器)100は、増幅後の信号VS5に対して、参照信号(参照クロック)RSに基づいて同期検波を行う。この同期検波により、センサ信号に対して90度の位相差がある不要信号である機械振動漏れ信号を除去できる。 The synchronous detection circuit (detection circuit, detector) 100 performs synchronous detection on the amplified signal VS5 based on the reference signal (reference clock) RS. By this synchronous detection, a mechanical vibration leakage signal that is an unnecessary signal having a phase difference of 90 degrees with respect to the sensor signal can be removed.
図3(B)に同期検波回路100の構成例を示す。この同期検波回路100は、反転増幅器102と、非反転増幅器104と、インバータ106と、スイッチング素子SE1、SE2を含む。スイッチング素子SE1の一端とスイッチング素子SE2の一端は、出力信号Q(VS6)のノードNE4に接続される。そして、入力信号IN(VS5)は反転増幅器102により反転増幅され、入力信号INと逆相の信号IN1がスイッチング素子SE1の他端に入力される。また入力信号INは非反転増幅器104により増幅され、入力信号INと同相の信号IN2がスイッチSE2の他端に入力される。MOSトランジスタにより構成されるスイッチング素子SE1は、参照信号RSの反転信号RSXによりオン・オフ制御され、スイッチング素子SE2は参照信号RSによりオン・オフ制御される。即ちスイッチング素子SE1、SE2が交互にオンになることで、同期検波が行われる。なお反転増幅器102、104の機能を、同期検波回路100の前段側の回路が有するオペアンプで代用してもよい。
FIG. 3B shows a configuration example of the
フィルタ部110は、同期検波後の信号VS6のフィルタ処理を行う。具体的には、高周波成分を除去するローパスフィルタ処理を行う。
The
図4に検出装置30の動作を説明するための信号波形例を示す。駆動信号VD1は、その周波数が駆動側固有周波数fdとなる正弦波である。この駆動信号VD1を2値化回路46により2値化することで、矩形波の参照信号RSが得られる。同期検波回路100に入力される信号VS5(センサ信号)は、コリオリ力の大きさ(角速度)に応じて振幅変調(AM変調)されている。この信号VS5を、参照信号RSにより同期検波し、得られた信号VS6をフィルタ部110により平滑化することで、所望信号のDC成分が信号VSQとして出力されるようになる。即ち信号VSQの電圧レベルが、コリオリ力の大きさに応じた電圧レベルになり、この電圧レベルを求めることでジャイロセンサの回転角速度を得ることができる。
FIG. 4 shows an example of a signal waveform for explaining the operation of the
3.不要信号
センサ信号には、所望信号(所望波)と不要信号(不要波)が混在している。なお本実施形態では所望信号と不要信号を併せたものをセンサ信号と呼ぶ。
3. Unnecessary signal The sensor signal includes a desired signal (desired wave) and an unnecessary signal (unnecessary wave). In the present embodiment, a combination of a desired signal and an unnecessary signal is referred to as a sensor signal.
不要信号の振幅は一般的に所望信号の振幅に比べて非常に大きいため、検出装置30に対する要求性能は高くなる。この不要信号には、機械振動漏れや、静電結合漏れや、離調周波数Δfや、2fd(2ωd)や、DCオフセットなどに起因するものがある。
Since the amplitude of the unnecessary signal is generally much larger than the amplitude of the desired signal, the required performance for the
機械振動漏れの不要信号は、振動子10の形状のアンバランス等に起因して発生する。信号ISPに重畳される機械振動漏れの不要信号と信号ISMに重畳される機械振動漏れの不要信号は互いに逆相になるため、差動増幅回路76によっては除去できない。しかしながら、信号VS5に重畳される機械振動漏れの不要信号は、信号VS5での所望信号と90度の位相差を持つため、同期検波回路100により除去できる。
The unnecessary signal of mechanical vibration leakage is generated due to an imbalance of the shape of the
静電結合漏れの不要信号は、図2の駆動信号VD2が、寄生容量CP、CMを通じてISP、ISMの入力端子等に漏洩することで生じる。即ち寄生容量CP、CMにより容量結合が形成され、駆動信号周波数付近においては、駆動信号VD2よりも約90度(π/2)だけ位相が進んだ信号が、静電結合漏れの不要信号としてISP、IMの双方に重畳される。そして信号ISPに重畳される不要信号と信号ISMに重畳される不要信号は互いに同相になるため、差動増幅回路76により除去することが可能になる。但し、必ずしもCP=CMになるとは限らないため、CPとCMが等しくない場合には、信号ISPに重畳された静電結合漏れの不要信号と、信号ISMに重畳された静電結合漏れの不要信号は大きさが異なってしまう。従って、この場合には、静電結合漏れの不要信号は除去されずに残ることになる。
The unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage is generated when the drive signal VD2 in FIG. 2 leaks to the input terminals of the ISP and the ISM through the parasitic capacitances CP and CM. That is, capacitive coupling is formed by the parasitic capacitances CP and CM, and a signal whose phase is advanced by about 90 degrees (π / 2) from the drive signal VD2 near the drive signal frequency is an ISP as an unnecessary signal for electrostatic coupling leakage. , Superimposed on both IM. Since the unnecessary signal superimposed on the signal ISP and the unnecessary signal superimposed on the signal ISM are in phase with each other, the
例えばISP、ISMでの所望信号と静電結合漏れの不要信号は、図5に示すような位相関係にある。即ち、ISPにおける所望信号S1(t)とISMにおける所望信号S2(t)は逆相(位相差180度)になっている。一方、ISPにおける静電結合漏れの不要信号N1(t)とISMにおける静電結合漏れの不要信号N2(t)は同相(同位相)になっている。 For example, a desired signal in ISP and ISM and an unnecessary signal of electrostatic coupling leakage have a phase relationship as shown in FIG. That is, the desired signal S1 (t) in the ISP and the desired signal S2 (t) in the ISM are in reverse phase (phase difference 180 degrees). On the other hand, the unnecessary signal N1 (t) for electrostatic coupling leakage in the ISP and the unnecessary signal N2 (t) for electrostatic coupling leakage in the ISM are in phase (in phase).
ISP=S1(t)+N1(t) (1)
ISM=S2(t)+N2(t) (2)
S1(t)=−S2(t) (3)
N1(t)=N2(t) (4)
従って、S1(t)とS2(t)の間に上式(3)の関係が成立し、またN1(t)とN2(t)の間に上式(4)の関係が成立している限り、減算器として機能する差動増幅回路76にISPとISMを入力することで、差動増幅回路76の出力は、
ISP−ISM=2S1(t) (5)
となる。従って理想的には、差動増幅回路76の出力には、振幅が2倍にされた所望信号(2S1(t))だけが残り、不要信号は除去される。
ISP = S1 (t) + N1 (t) (1)
ISM = S2 (t) + N2 (t) (2)
S1 (t) = − S2 (t) (3)
N1 (t) = N2 (t) (4)
Therefore, the relationship of the above equation (3) is established between S1 (t) and S2 (t), and the relationship of the above equation (4) is established between N1 (t) and N2 (t). As long as the ISP and ISM are input to the
ISP-ISM = 2S1 (t) (5)
It becomes. Therefore, ideally, only the desired signal (2S1 (t)) whose amplitude is doubled remains at the output of the
しかしながら、実際には、
|S2(t)|=|S1(t)|+ΔS(t) (6)
|N2(t)|=|N1(t)|+ΔN(t) (7)
となっている。ここで、絶対値記号で表された|S1(t)|、|S2(t)|は所望信号S1(t)、S2(t)の振幅を表す。同様に|N1(t)|、|N2(t)|は不要信号N1(t)、N2(t)の振幅を表す。またΔS(t)は所望信号のアンバランス成分(ISP、ISMでの所望信号の振幅差)を表し、ΔN(t)は不要信号のアンバランス成分(ISP、ISMでの不要信号の振幅差)を表す。従って、差動増幅回路76の出力は、
ISP−ISM=2S1(t)+ΔS(t)+ΔN(t) (8)
となる。従って、差動増幅回路76の出力には、所望信号のみならず、不要信号(アンバランス成分ΔN(t))も残るようになる。
However, in practice,
| S2 (t) | = | S1 (t) | + ΔS (t) (6)
| N2 (t) | = | N1 (t) | + ΔN (t) (7)
It has become. Here, | S1 (t) | and | S2 (t) | represented by absolute value symbols represent the amplitudes of the desired signals S1 (t) and S2 (t). Similarly, | N1 (t) | and | N2 (t) | represent the amplitudes of the unnecessary signals N1 (t) and N2 (t). ΔS (t) represents an unbalance component of the desired signal (amplitude difference of the desired signal in ISP and ISM), and ΔN (t) represents an unbalance component of the unnecessary signal (amplitude difference of the unwanted signal in ISP and ISM). Represents. Therefore, the output of the
ISP-ISM = 2S1 (t) + ΔS (t) + ΔN (t) (8)
It becomes. Therefore, not only a desired signal but also an unnecessary signal (an unbalance component ΔN (t)) remains at the output of the
2fdの不要信号は、何らかの原因で振動子が、2fdの高調波の周波数で振動することにより発生する。DCオフセットの不要信号は、入力リーク、静電結合漏れのアンバランス、所望信号と参照信号との間に存在する位相ずれ、参照信号のデューティのずれ、回路ブロックが有するDCオフセットなどに起因して発生する。 The 2fd unnecessary signal is generated when the vibrator vibrates at a harmonic frequency of 2fd for some reason. DC offset unnecessary signals are caused by input leakage, electrostatic coupling leakage imbalance, phase shift between the desired signal and the reference signal, duty shift of the reference signal, DC offset of the circuit block, etc. Occur.
次に、図6(A)〜図6(C)の周波数スペクトラムを用いて不要信号の除去について詳細に説明する。図6(A)は同期検波前の周波数スペクトラムである。図6(A)に示すように、同期検波前のセンサ信号では、DCの周波数帯域にはDCオフセットの不要信号が存在する。またfdの周波数帯域には、機械振動漏れの不要信号と所望信号が存在する。 Next, the removal of unnecessary signals will be described in detail using the frequency spectrum of FIGS. 6 (A) to 6 (C). FIG. 6A shows a frequency spectrum before synchronous detection. As shown in FIG. 6A, in the sensor signal before synchronous detection, there is a DC offset unnecessary signal in the DC frequency band. Further, an unnecessary signal and a desired signal of mechanical vibration leakage exist in the frequency band of fd.
図6(B)は同期検波後の周波数スペクトラムである。図6(A)のfdの周波数帯域の所望信号は、図6(B)に示すように同期検波後はDC及び2fdの周波数帯域に現れる。また図6(A)のDCの周波数帯域の不要信号(DCオフセット)は、図6(B)に示すように同期検波後はfdの周波数帯域に現れる。また図6(A)のfdの周波数帯域の不要信号(機械振動漏れ)は、図6(B)に示すように同期検波後は2fdの周波数帯域に現れる。なお図6(A)において2fdの周波数帯域に不要信号が存在した場合には、同期検波後は3fd及びfdの周波数帯域に現れるようになる。また検波後の混入ノイズは、同期検波回路100の後段の回路が発生するノイズなどである。
FIG. 6B shows a frequency spectrum after synchronous detection. The desired signal in the fd frequency band in FIG. 6A appears in the DC and 2fd frequency bands after synchronous detection, as shown in FIG. 6B. Further, an unnecessary signal (DC offset) in the DC frequency band in FIG. 6A appears in the fd frequency band after synchronous detection, as shown in FIG. 6B. Further, an unnecessary signal (mechanical vibration leakage) in the fd frequency band in FIG. 6A appears in the 2fd frequency band after synchronous detection, as shown in FIG. 6B. In FIG. 6A, when an unnecessary signal exists in the 2fd frequency band, it appears in the 3fd and fd frequency bands after synchronous detection. The mixed noise after detection is noise generated by a circuit subsequent to the
図6(C)はフィルタ処理後の周波数スペクトラムである。同期検波後の信号をフィルタ部110で平滑化(LPF)することで、fd、2fd等の周波数帯域の不要信号の周波数成分が除去されている。
FIG. 6C shows the frequency spectrum after the filter processing. By smoothing (LPF) the signal after the synchronous detection by the
図2のVS5での所望信号は、図4で説明したように振幅変調されているため、A(t)sin(ωd×t)と表すことができる。またVS5での機械漏れ振動の不要信号(妨害波)は、所望信号と位相が90度ずれているため、Bsin(ωd×t+π/2)と表すことができる。また、VS5でのセンサ信号はVS5での所望信号と不要信号の和であるため、A(t)sin(ωd×t)+Bsin(ωd×t+π/2)と表すことができる。また駆動信号は、Csin(ωd×t)と表すことができる。なおA(t)、B、Cは振幅であり、ωd=2πfdである。 Since the desired signal in VS5 in FIG. 2 is amplitude-modulated as described in FIG. 4, it can be expressed as A (t) sin (ωd × t). Further, an unnecessary signal (interference wave) of mechanical leakage vibration in VS5 is 90 degrees out of phase with the desired signal, and therefore can be expressed as Bsin (ωd × t + π / 2). Further, since the sensor signal at VS5 is the sum of the desired signal and the unnecessary signal at VS5, it can be expressed as A (t) sin (ωd × t) + Bsin (ωd × t + π / 2). The drive signal can be expressed as Csin (ωd × t). A (t), B, and C are amplitudes, and ωd = 2πfd.
同期検波は、VS5でのセンサ信号(所望信号+不要信号)と駆動信号(参照信号)の乗算とみなすことができる。従って、VS5でのセンサ信号のうち所望信号については、
A(t)sin(ωd×t)×Csin(ωd×t)
={(A(t)×C)/2}×{1−cos(2ωd×t)}
となる。従って図6(B)に示すように、同期検波後に所望信号はDC並びに2fdの周波数帯域に現れるようになる。
The synchronous detection can be regarded as multiplication of the sensor signal (desired signal + unnecessary signal) and the drive signal (reference signal) at VS5. Therefore, for the desired signal among the sensor signals in VS5,
A (t) sin (ωd × t) × Csin (ωd × t)
= {(A (t) × C) / 2} × {1-cos (2ωd × t)}
It becomes. Therefore, as shown in FIG. 6B, the desired signal appears in the DC and 2fd frequency bands after synchronous detection.
一方、VS5でのセンサ信号のうち機械振動漏れの不要信号については、
Bsin(ωd×t+π/2)×Csin(ωd×t)
={−(B×C)/2}×cos(2ωd×t+π/2)
となる。従って図6(B)に示すように、同期検波後に機械振動漏れの不要信号は2fd+(2ωd)の周波数帯域に現れ、DCには現れない。
On the other hand, regarding the unnecessary signal of mechanical vibration leakage among the sensor signals in VS5,
Bsin (ωd × t + π / 2) × Csin (ωd × t)
= {− (B × C) / 2} × cos (2ωd × t + π / 2)
It becomes. Therefore, as shown in FIG. 6B, the unnecessary signal of mechanical vibration leakage appears in the frequency band of 2fd + (2ωd) after synchronous detection and does not appear in DC.
次に、図7(A)〜図7(D)の模式図を用いて同期検波について説明する。なお実際には、不要信号(機械漏れ振動)の振幅Bは所望信号の振幅A(t)に比べて非常に大きいが、図面の都合上、振幅A(t)とBを等しくしてある。 Next, synchronous detection will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. In practice, the amplitude B of the unnecessary signal (mechanical leakage vibration) is much larger than the amplitude A (t) of the desired signal, but for the convenience of the drawing, the amplitude A (t) is equal to B.
図7(A)のように、VS5での所望信号の位相と参照信号(駆動信号)の位相が完全に揃っている場合には、同期検波後のVS6での所望信号と不要信号は図7(B)のようになる。即ち所望信号は、完全な全波整流波形になり、不要信号は、正の部分と負の部分の面積が等しい波形になる。従って、フィルタ部110で平滑化することにより、所望信号のDC成分が信号VSQとして出力されるようになり、不要信号の成分が信号VSQとして現れることはない。
As shown in FIG. 7A, when the phase of the desired signal at VS5 and the phase of the reference signal (drive signal) are completely aligned, the desired signal and the unnecessary signal at VS6 after synchronous detection are shown in FIG. It becomes like (B). That is, the desired signal has a complete full-wave rectified waveform, and the unnecessary signal has a waveform in which the areas of the positive part and the negative part are equal. Therefore, smoothing by the
一方、図7(C)のようにVS5での所望信号の位相と参照信号(駆動信号)の位相がγだけずれている場合には、同期検波後のVS6での所望信号と不要信号は図7(D)のようになる。即ち所望信号は、完全な全波整流波形ではなく、負の成分を含む。また、不要信号は、正の部分と負の部分の面積が等しくならない。従って、フィルタ部110での平滑化で得られる信号VSQにおいて、所望信号のDC成分が図7(B)の場合よりも小さくなると共に、不要信号の成分が信号VSQとして現れるようになる。
On the other hand, when the phase of the desired signal at VS5 and the phase of the reference signal (drive signal) are shifted by γ as shown in FIG. 7C, the desired signal and unnecessary signal at VS6 after synchronous detection are shown in FIG. 7 (D). That is, the desired signal is not a complete full-wave rectified waveform but includes a negative component. In addition, the area of the positive portion and the negative portion of the unnecessary signal is not equal. Therefore, in the signal VSQ obtained by the smoothing in the
4.差動増幅回路によるオフセット調整
図8に差動増幅回路76の入力信号(所望信号)VS1P、VS1Mと出力信号VS4の信号波形例を示す。信号VS1P、VS1Mは差動信号を構成する。即ち、検出用振動子16、17からの信号ISP、ISMは互いに逆相の信号であるため、Q/V変換回路72、74からの信号VS1P、VS1Mも、位相が180度ずれた互いに逆相の信号になり、差動信号を構成する。
4). FIG. 8 shows examples of signal waveforms of the input signals (desired signals) VS1P and VS1M and the output signal VS4 of the
静電結合漏れの不要信号は、前述したように図2の駆動信号VD2とISP、ISMの入力端子との間の寄生容量CP、CMによる容量結合により発生する。即ち周波数fdの駆動信号VD2の振動成分が、寄生容量CP、CMを介してISP、ISMの入力端子に伝達し、図8に示すような静電結合漏れの不要信号として現れる。このため、信号VS1Pに重畳される静電結合漏れの不要信号と信号VS1Pに重畳される静電結合漏れの不要信号は、図8に示すように同相の信号になる。従って、信号VS1PとVS1Mの静電結合漏れの不要信号の振幅が同じである場合には、差動増幅回路76による差動増幅(減算)により、図8に示すように出力信号VS4には静電結合漏れの不要信号が現れないようになる。
As described above, the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage is generated by capacitive coupling by the parasitic capacitances CP and CM between the drive signal VD2 of FIG. 2 and the input terminals of the ISP and ISM. That is, the vibration component of the drive signal VD2 having the frequency fd is transmitted to the input terminals of the ISP and ISM via the parasitic capacitors CP and CM, and appears as an unnecessary signal of electrostatic coupling leakage as shown in FIG. For this reason, the unnecessary signal for electrostatic coupling leakage superimposed on the signal VS1P and the unnecessary signal for electrostatic coupling leakage superimposed on the signal VS1P are in-phase signals as shown in FIG. Therefore, when the signals VS1P and VS1M have the same amplitude of the electrostatic coupling leakage unnecessary signal, the differential amplification (subtraction) by the
このように差動増幅回路76は、一般的に、信号VS1P、VS1Mの差動増幅と、静電結合漏れなどの同相の不要信号を除去するために用いられている。そして従来では、初期オフセット電圧の除去のためのオフセット調整については、例えばフィルタ部110の後段側に設けられた専用のオフセット調整回路により行っていた。
As described above, the
しかしながら、このような専用のオフセット調整回路を設けると、回路の大規模化を招く。またフィルタ部110の後段側にオフセット調整回路を設けると、オフセット調整回路のゲインによりノイズそのものが増幅されてしまう。またノイズ源となる回路ブロックの数も増えてしまうため、S/N比が劣化する。
However, if such a dedicated offset adjustment circuit is provided, the circuit scale increases. Further, if an offset adjustment circuit is provided on the rear stage side of the
そこで本実施形態では、差動増幅回路76に対して、差動増幅の機能のみならず、オフセット調整の機能を持たせ、差動増幅回路76の抵抗の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行っている。
Therefore, in the present embodiment, the
例えば図9(A)において、環境温度が25℃(ティピカル温度)であり、ジャイロセンサが静止状態である場合に、検出装置30の出力電圧VQが基準出力電圧VR(例えばVDD/2)に一致するように、オフセット調整を行う。即ち図9(A)では、出力電圧VQが基準出力電圧VRと一致していない。この場合には図9(B)に示すように、初期オフセット電圧である|VQ−VR|が除去されて0になるように、オフセット調整を行う。具体的には、ジャイロセンサの製造後に、ジャイロセンサを静止状態にして、検出装置30の出力電圧VQをモニタする。そして出力電圧VQを基準出力電圧VRに一致させるためのオフセット調整データを、図示しない不揮発性メモリ等に書き込む。すると、検出装置30の出力電圧VQがVRに一致するように、上記調整データに基づいてオフセット調整が行われる。
For example, in FIG. 9A, when the environmental temperature is 25 ° C. (typical temperature) and the gyro sensor is stationary, the output voltage VQ of the
図10に本実施形態の差動増幅回路76、オフセット調整回路78の構成例を示す。差動増幅回路76は、差動信号を構成する第1の信号VS1Pが入力される第1の入力ノードNB1と第1のノードNB3の間に設けられる第1の抵抗RB1と、ノードNB3と出力ノードNB5の間に設けられる第2の抵抗RB2を含む。また差動信号を構成する第2の信号VS1Mが入力される第2の入力ノードNB2と第2のノードNB4との間に設けられる第3の抵抗RB3と、ノードNB4と基準電圧AGND(広義には第1の電源電圧)のノードの間に設けられる第4の抵抗RB4を含む。更にその反転入力端子(−)がノードNB3に接続され、その非反転入力端子(+)がノードNB4に接続され、その出力端子が出力ノードNB5に接続されるオペアンプOPBを含む。
FIG. 10 shows a configuration example of the
オフセット調整回路78は、差動増幅回路76が有する抵抗RB1、RB2、RB3、RB4のうち少なくとも1つの抵抗の抵抗値を可変に制御することで、図9(A)、図9(B)で説明したオフセット調整を行う。具体的には、オフセット調整回路78はオフセットの調整データDDA[m:0]を受ける。そして調整データDDA[m:0]に基づいて、抵抗RB1、RB3の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行う。
The offset
なお図10では、抵抗RB1、RB3の両方の抵抗値を制御しているが、抵抗RB1、RB3の一方の抵抗値だけを制御してもよい。また差動増幅回路76、オフセット調整回路78の構成は図10に限定されず、図10の構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの変形実施が可能である。
In FIG. 10, the resistance values of both the resistors RB1 and RB3 are controlled, but only one resistance value of the resistors RB1 and RB3 may be controlled. Further, the configurations of the
図10において、信号VS1P、VS1M、VS4の電圧を、各々、V1、V2、V3とし、抵抗RB1、RB2、RB3、RB4の抵抗値を、各々、R1、R2、R3、R4とする。するとV3は下式のように表される。
V3={R4×(R1+R2)×V2−R2×(R3+R4)×V1}/{R1×(R3+R4)}
=(K1×V2−K2×V1)/K3 (9)
ここで、
K1=R4×(R1+R2) (10)
K2=R2×(R3+R4) (11)
K3=R1×(R3+R4) (12)
である。
In FIG. 10, the voltages of the signals VS1P, VS1M, and VS4 are V1, V2, and V3, respectively, and the resistance values of the resistors RB1, RB2, RB3, and RB4 are R1, R2, R3, and R4, respectively. Then, V3 is expressed as the following equation.
V3 = {R4 × (R1 + R2) × V2-R2 × (R3 + R4) × V1} / {R1 × (R3 + R4)}
= (K1 * V2-K2 * V1) / K3 (9)
here,
K1 = R4 × (R1 + R2) (10)
K2 = R2 × (R3 + R4) (11)
K3 = R1 × (R3 + R4) (12)
It is.
従来例では、差動増幅回路76に対して差動増幅の機能しか持たせておらず、R1=R3、R2=R4に設定していた。そしてR1=R3、R2=R4に設定すると、K1=K2=R2×(R1+R2)、K3=R1×(R1+R2)となり、従来例では、V3は下式のように表されるようになる。
In the conventional example, only the differential amplification function is provided to the
V3=K1×(V2−V1)/K3
=(R2/R1)×(V2−V1) (13)
そしてジャイロセンサが静止状態である場合には、ジャイロセンサの角速度に比例する所望信号VS1P、VS1Mの電圧V1、V2は共に0になる。従って、図8のようにVS1P側、VS1M側の静電結合漏れの不要信号の振幅が同じである場合(アンバランス成分が0の場合)には、ジャイロセンサの静止状態時に差動増幅回路76の出力電圧V3も0になる。
V3 = K1 × (V2-V1) / K3
= (R2 / R1) x (V2-V1) (13)
When the gyro sensor is stationary, the voltages V1 and V2 of the desired signals VS1P and VS1M proportional to the angular velocity of the gyro sensor are both zero. Therefore, as shown in FIG. 8, when the amplitude of the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage on the VS1P side and the VS1M side is the same (when the unbalance component is 0), the
しかしながら、前述のように静電結合漏れの不要信号は、寄生容量による容量結合により発生する。従って図11、図12に示すように、VS1P側とVS1M側とで静電結合漏れの不要信号にはアンバランス成分(ΔN(t))があり、VS1P側とVS1M側の不要信号の振幅が同じにならない。そしてこのようなアンバランス成分が存在すると、差動増幅回路76により差動増幅を行っても、図11、図12に示すように出力信号VS4に静電結合漏れの不要信号が残る。
However, as described above, the unnecessary signal of electrostatic coupling leakage is generated by capacitive coupling due to parasitic capacitance. Therefore, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, there is an unbalance component (ΔN (t)) in the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage between the VS1P side and the VS1M side, and the amplitude of the unnecessary signal on the VS1P side and the VS1M side is It will not be the same. If such an unbalanced component exists, even if differential amplification is performed by the
本実施形態では、このような同相の不要信号のアンバランス成分を逆に利用して、オフセット調整を実現している。 In the present embodiment, the offset adjustment is realized by using the unbalanced component of the in-phase unnecessary signal in reverse.
即ち図11、図12のように出力信号VS4に静電結合漏れの不要信号が残ると、この不要信号は所望信号と同相又は180度位相がずれた信号であるため、同期検波回路100による同期検波では除去されない。またこの不要信号は、同期検波前は所望信号と同じ周波数fdの帯域にあるため(図6(A)参照)、同期検波後は、所望信号と同様にDCの周波数帯域に現れるようになる(図6(B)参照)。従って、この不要信号は、フィルタ部110によるローパスフィルタ処理によっても除去されず(図6(C)参照)、出力信号VSQのオフセット電圧(初期オフセット電圧)として現れるようになる。 That is, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, when an unnecessary signal of electrostatic coupling leakage remains in the output signal VS4, the unnecessary signal is a signal in phase with the desired signal or 180 degrees out of phase. It is not removed by detection. Since the unnecessary signal is in the same frequency fd band as the desired signal before synchronous detection (see FIG. 6A), after the synchronous detection, it appears in the DC frequency band in the same manner as the desired signal (see FIG. 6A). (See FIG. 6B). Therefore, the unnecessary signal is not removed even by the low-pass filter processing by the filter unit 110 (see FIG. 6C), and appears as an offset voltage (initial offset voltage) of the output signal VSQ.
ここで、オフセット電圧には、上述のような静電結合漏れに起因するもの以外に、入力リーク、所望信号と参照信号との間に存在する位相ずれ、参照信号のデューティのずれ、回路ブロックが有するDCオフセットなどに起因するものがある。 Here, the offset voltage includes, in addition to those caused by the electrostatic coupling leakage as described above, an input leakage, a phase shift existing between the desired signal and the reference signal, a duty shift of the reference signal, and a circuit block. Some of them are caused by DC offset.
そこで本実施形態では、静電結合漏れの不要信号で発生するオフセット電圧により、静電結合漏れ以外の不要信号(入力リーク、位相ずれ等)で発生するオフセット電圧を相殺する。即ち、図11、図12のように信号VS1P、VS1Mにそれぞれ重畳される静電結合漏れの不要信号(広義には第1、第2の不要信号)の少なくとも一方を増幅することで、オフセット調整を実現する。 Therefore, in the present embodiment, the offset voltage generated by the unnecessary signal (input leakage, phase shift, etc.) other than the electrostatic coupling leakage is canceled by the offset voltage generated by the unnecessary signal of electrostatic coupling leakage. That is, as shown in FIGS. 11 and 12, offset adjustment is performed by amplifying at least one of unnecessary signals (first and second unnecessary signals in a broad sense) of electrostatic coupling leakage superimposed on the signals VS1P and VS1M, respectively. Is realized.
例えば図11において信号VS4に重畳される静電結合漏れの不要信号は、図8の信号VS4の所望信号と同相である。従って、図11の信号VS1Mに重畳される静電結合漏れの不要信号(第2の不要信号)を増幅することで、図11の信号VS4の静電結合漏れの不要信号を増幅すれば、検出装置30の出力信号VSQのオフセット電圧を正方向に変化させることができる。
For example, the unnecessary signal of electrostatic coupling leakage superimposed on the signal VS4 in FIG. 11 is in phase with the desired signal of the signal VS4 in FIG. Therefore, if the unnecessary signal (second unnecessary signal) for electrostatic coupling leakage superimposed on the signal VS1M in FIG. 11 is amplified, the unnecessary signal for electrostatic coupling leakage in the signal VS4 in FIG. 11 is amplified. The offset voltage of the output signal VSQ of the
一方、図12において信号VS4に重畳される静電結合漏れの不要信号は、図8の信号VS4の所望信号と逆相(180度ずれている)である。従って、図8の信号VS1Pに重畳される静電結合漏れの不要信号(第1の不要信号)を増幅することで、図12の信号VS4の静電結合漏れの不要信号を増幅すれば、検出装置30の出力信号VSQのオフセット電圧を負方向に変化させることができる。
On the other hand, the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage superimposed on the signal VS4 in FIG. 12 is in reverse phase (shifted by 180 degrees) from the desired signal of the signal VS4 in FIG. Accordingly, if the unnecessary signal (first unnecessary signal) of the electrostatic coupling leakage superimposed on the signal VS1P of FIG. 8 is amplified, the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage of the signal VS4 of FIG. 12 is amplified. The offset voltage of the output signal VSQ of the
従って図9(A)、図9(B)のオフセット電圧(初期オフセット電圧)が正である場合にも負である場合にも、静電結合漏れの不要信号で発生するオフセット電圧を有効利用して、オフセット電圧を0にして除去するオフセット調整を実現できる。 Therefore, even when the offset voltage (initial offset voltage) in FIGS. 9A and 9B is positive or negative, the offset voltage generated by the unnecessary signal of electrostatic coupling leakage is effectively used. Thus, it is possible to realize offset adjustment by removing the offset voltage to zero.
次に図13(A)、図13(B)を用いて、本実施形態のオフセット調整手法について更に詳しく説明する。 Next, the offset adjustment method of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 13 (A) and 13 (B).
図13(A)のV3は、上式(9)のように、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3と表される。このV3を、参照信号RSで同期検波し、更にフィルタ部110のLPFを通すと、V4が得られる。このV4は直流信号であり、V4の符号は、V3の位相と参照信号RSの位相が同相ならばプラスになり、逆相(180度ずれ)ならばマイナスになる。またV4の大きさはV3の振幅に比例する。
V3 in FIG. 13A is expressed as V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3 as in the above equation (9). When V3 is synchronously detected by the reference signal RS and further passed through the LPF of the
例えば図13(B)のケース1では、V1、V2の静電結合漏れの不要信号は同相であり、V1の振幅はV2の振幅よりも小さい。この場合には、V4としてプラスのDC電圧が出力される。従って、静電結合漏れ以外の不要信号が存在しない場合には、オフセット電圧はプラスになる。
For example, in
また図13(B)のケース2では、V1、V2の静電結合漏れの不要信号は同相であり、V1の振幅はV2の振幅よりも大きい。この場合には、V4としてマイナスのDC電圧が出力される。従って、静電結合漏れ以外の不要信号が存在しない場合には、オフセット電圧はマイナスになる。
In
静止状態においては角速度=0であるため、V1及びV2は所望信号(コリオリ力信号)を含まない。この状態で、V4が0VになるようにK1、K2を調整すれば、静止時の出力電圧が0Vになるように、ジャイロモジュール全体をチューニングすることができる。 Since the angular velocity = 0 in the stationary state, V1 and V2 do not include a desired signal (Coriolis force signal). In this state, by adjusting K1 and K2 so that V4 becomes 0V, the entire gyro module can be tuned so that the output voltage at rest becomes 0V.
この時、機械振動漏れが印加されていても構わない。機械振動漏れが印加された状態でチューニングを行えば、図7(C)、図7(D)で説明した同期検波において、参照信号RSとV3の位相が90度からずれていることにより生ずるDCオフセットについても、キャンセルすることが可能となる。 At this time, mechanical vibration leakage may be applied. If tuning is performed in a state where mechanical vibration leakage is applied, DC generated due to the phase of the reference signals RS and V3 being shifted from 90 degrees in the synchronous detection described with reference to FIGS. It is also possible to cancel the offset.
このように調整されたジャイロセンサに、角速度、即ち所望信号であるコリオリ力信号が加えられると、重ね合わせの原理により、角速度に相当する出力信号が正しくゼロ点調整されて、フィルタ部110の出力として得られるようになる。
When an angular velocity, that is, a Coriolis force signal that is a desired signal is applied to the gyro sensor adjusted in this way, the output signal corresponding to the angular velocity is correctly zero-adjusted according to the principle of superposition, and the output of the
また本実施形態では、抵抗RB1〜RB4の抵抗値R1〜R4のうちR1及びR3の少なくとも一方を制御して、オフセット調整を実現している。 In this embodiment, offset adjustment is realized by controlling at least one of R1 and R3 among the resistance values R1 to R4 of the resistors RB1 to RB4.
例えば上式(10)(11)のように、K1、K2を制御する場合に抵抗値R1、R3は独立変数と見なすことができる。即ち抵抗値R1を変化させると、K1=R4×(R1+R2)は変化する一方で、K2=R2×(R3+R4)は変化しない。また抵抗値R3を変化させると、K2=R2×(R3+R4)は変化する一方で、K1=R4×(R1+R2)は変化しない。 For example, as shown in the above equations (10) and (11), when K1 and K2 are controlled, the resistance values R1 and R3 can be regarded as independent variables. That is, when the resistance value R1 is changed, K1 = R4 × (R1 + R2) changes, while K2 = R2 × (R3 + R4) does not change. When the resistance value R3 is changed, K2 = R2 × (R3 + R4) is changed, while K1 = R4 × (R1 + R2) is not changed.
そして静電結合漏れの不要信号が図11のような状態であり、オフセット電圧が負であったとする。この場合には、図10の抵抗RB1の抵抗値R1を大きくして、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3のうちのK1=R4×(R1+R2)を大きくする。こうすれば、図11の出力信号VS4の静電結合漏れの不要信号の振幅が大きくなり、静電結合漏れによる正のオフセット電圧成分が増えるため、負のオフセット電圧を正方向に変化させることができる。これにより、オフセット電圧を0にして除去するオフセット調整が可能になる。なお抵抗RB3の抵抗値R3を小さくして、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3のうちのK2=R2×(R3+R4)を小さくしてもよい。このようにしても、図11の信号VS4の静電結合漏れの不要信号の振幅が大きくなるため、負のオフセット電圧を正方向に変化させて、除去できるようになる。 It is assumed that the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage is in a state as shown in FIG. 11 and the offset voltage is negative. In this case, the resistance value R1 of the resistor RB1 in FIG. 10 is increased to increase K1 = R4 × (R1 + R2) of V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3. This increases the amplitude of the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage of the output signal VS4 of FIG. 11 and increases the positive offset voltage component due to the electrostatic coupling leakage, so that the negative offset voltage can be changed in the positive direction. it can. This makes it possible to perform offset adjustment by removing the offset voltage to zero. Note that the resistance value R3 of the resistor RB3 may be decreased to decrease K2 = R2 × (R3 + R4) of V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3. Even in this case, since the amplitude of the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage of the signal VS4 of FIG. 11 is increased, the negative offset voltage can be changed in the positive direction and removed.
また静電結合漏れの不要信号が図12のような状態であり、オフセット電圧が正であったとする。この場合には、図10の抵抗RB3の抵抗値R3を大きくして、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3のうちのK2=R2×(R3+R4)を大きくする。こうすれば、図12の出力信号VS4の静電結合漏れの不要信号の振幅が大きくなり、静電結合漏れによる負のオフセット電圧成分が増えるため、正のオフセット電圧を負方向に変化させることができる。これにより、オフセット電圧を0にして除去するオフセット調整が可能になる。なお抵抗RB1の抵抗値R1を小さくして、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3のうちのK1=R4×(R1+R2)を小さくしてもよい。このようにしても、図12の信号VS4の静電結合漏れの不要信号の振幅が大きくなるため、正のオフセット電圧を負方向に変化させて、除去できるようになる。 Further, it is assumed that the unnecessary signal of electrostatic coupling leakage is in a state as shown in FIG. 12, and the offset voltage is positive. In this case, the resistance value R3 of the resistor RB3 in FIG. 10 is increased, and K2 = R2 × (R3 + R4) of V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3 is increased. By doing so, the amplitude of the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage of the output signal VS4 of FIG. 12 increases, and the negative offset voltage component due to the electrostatic coupling leakage increases, so that the positive offset voltage can be changed in the negative direction. it can. This makes it possible to perform offset adjustment by removing the offset voltage to zero. Note that the resistance value R1 of the resistor RB1 may be reduced to reduce K1 = R4 × (R1 + R2) of V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3. Even in this case, since the amplitude of the unnecessary signal of the electrostatic coupling leakage of the signal VS4 in FIG. 12 is increased, the positive offset voltage can be changed in the negative direction and removed.
図14にオフセット調整回路78の構成例を示す。図14は、図10の抵抗RB1の抵抗値の可変制御を実現する構成例であるが、抵抗RB3を抵抗値の可変制御も同様の構成により実現できる。図14のオフセット調整回路78は、デコーダ79と、トランジスタ(例えばN型トランジスタ)TB0〜TBnを含む。デコーダ79はオフセットの調整データDDA[m:0]を受けて、DDA[m:0]のデコード処理を行う。そして選択信号SL0〜SLnを出力する。また抵抗RB1は、直列に接続された抵抗RBR、DR0〜DRnにより構成される。
FIG. 14 shows a configuration example of the offset
トランジスタTB0〜TBnのゲートには、デコーダ79からの選択信号SL0〜SLnが入力され、これによりTB0〜TBnはオン・オフ制御される。例えば選択信号SL0がアクティブになり、トランジスタTB0がオンになると、抵抗RB1の出力タップTR0とノードNB3が接続される。従って、抵抗RBRの抵抗値をRRとし、抵抗DR0〜DRnの抵抗値をΔRとすると、抵抗RB1の抵抗値はR1=RRに設定される。
Selection signals SL0 to SLn from the
また選択信号SL1がアクティブになり、トランジスタTB1がオンになると、出力タップTR1とノードNB3が接続される。従って、抵抗RB1の抵抗値はR1=RR+ΔRに設定される。同様に、選択信号SL2がアクティブになり、トランジスタTB2がオンになると、出力タップTR2とノードNB3が接続される。従って、抵抗RB1の抵抗値はR1=RR+2×ΔRに設定される。このように図14の構成によれば、オフセット調整データDDA[m:0]に基づいて、抵抗RB1の抵抗値R1を可変に制御できる。 When the selection signal SL1 becomes active and the transistor TB1 is turned on, the output tap TR1 and the node NB3 are connected. Therefore, the resistance value of the resistor RB1 is set to R1 = RR + ΔR. Similarly, when the selection signal SL2 becomes active and the transistor TB2 is turned on, the output tap TR2 and the node NB3 are connected. Therefore, the resistance value of the resistor RB1 is set to R1 = RR + 2 × ΔR. As described above, according to the configuration of FIG. 14, the resistance value R1 of the resistor RB1 can be variably controlled based on the offset adjustment data DDA [m: 0].
5.感度調整
ジャイロセンサ510では、感度が所与の基準値に一致するように、検出装置30の全体のゲインの調整を行う感度調整が行われる。この感度(V/度/sec)は、図15の出力電圧VQ(VSQの電圧)の単位角速度当たりの変化量であり、出力電圧VQの直線の傾きに相当する。
5. Sensitivity Adjustment In the
これまでは、感度調整のやりやすさ、わかりやすさの観点から、このような感度を調整する回路は、図2のフィルタ部110の後段側に設けられていた。即ち不要信号などを除去して、DC(直流)信号になった後に、感度調整を行うのが一般的であった。
Until now, from the viewpoint of ease of sensitivity adjustment and ease of understanding, a circuit for adjusting such sensitivity has been provided on the rear side of the
しかしながら、感度調整回路をフィルタ部110の後段側に設けると、システムノイズが増加してしまうことが判明した。即ちフィルタ部110のローパスフィルタ処理により、DC信号になった後に感度調整を行うと、感度調整回路自体が発生するノイズが、出力電圧VQに現れてしまう。またフリッカノイズ(1/fノイズ)は、周波数が低いほど大きくなるため、DC信号の状態で感度調整を行うと、フリッカノイズの悪影響も大きくなる。更に、ゲイン調整を行う感度調整回路を後段側に設けると、所望信号のみならず、感度調整回路の前段側の回路が発生するノイズについても増幅されてしまい、S/N比が劣化する。
However, it has been found that if the sensitivity adjustment circuit is provided on the rear side of the
そこで図2では、感度調整回路80を同期検波回路(検波器)100の前段側に設けている。具体的には増幅回路70と同期検波回路100(オフセット調整回路)の間に感度調整回路80を設けている。
Therefore, in FIG. 2, the
このように同期検波回路100の前段側に感度調整回路80を設ければ、DC信号ではなく、周波数fdの信号の状態で感度調整が行われるようになる。従って、周波数が高いほど小さくなるフリッカノイズ(1/fノイズ)の悪影響を最小限に抑えることができる。また感度調整回路80自体に発生したノイズは、図6(B)に示すように同期検波によりfdの周波数帯域に現れ、フィルタ部110により除去できる。従って、感度調整回路80自体に発生したノイズの悪影響も低減できる。更に、フィルタ部110の後段側に感度調整回路を設ける場合に比べて、感度調整回路80の前段側の回路ブロックの数が減るため、これらの回路ブロックのノイズを感度調整回路80が増幅することによるS/N比の劣化を、最小限に抑えることができる。
If the
6.感度調整回路の構成
図16(A)、図16(B)に感度調整回路80(Programmable Gain Amp)の構成例を示す。図16(A)、図16(B)では、感度調整回路80が、可変ゲインアンプ(PGA)として動作すると共にハイパスフィルタとして動作する。またアクティブフィルタであるハイパスフィルタと可変ゲインアンプとで、オペアンプが共用される。
6). Configuration of Sensitivity Adjustment Circuit FIGS. 16A and 16B show a configuration example of the sensitivity adjustment circuit 80 (Programmable Gain Amp). In FIGS. 16A and 16B, the
図16(A)は非反転増幅型の例である。図16(A)の感度調整回路80は、入力ノードND8とノードND9(第1のノード)との間に設けられるキャパシタCD1と、ノードND9と基準電源電圧AGND(第1の電源電圧)のノードとの間に設けられる抵抗RD5を含む。また出力ノードND11とAGNDのノードとの間に設けられる可変抵抗RD6、RD7を含む。また、その非反転入力端子にノードND9が接続され、その反転入力端子に可変抵抗RD6、RD7の出力タップQT(ノードND10)が接続され、その出力端子に出力ノードND11が接続されるオペアンプOPD3を含む。
FIG. 16A shows a non-inverting amplification type example. A
図16(A)では、出力ノードND11と出力タップQTの間の可変抵抗RD7の抵抗値と、出力タップQTとAGNDのノードの間の可変抵抗RD6の抵抗値が、感度の調整データDPGA[m:0]に基づいて可変に制御される。これにより、感度調整回路80のゲインが調整されて、感度調整が行われる。
In FIG. 16A, the resistance value of the variable resistor RD7 between the output node ND11 and the output tap QT and the resistance value of the variable resistor RD6 between the node of the output tap QT and AGND are the sensitivity adjustment data DPGA [m : 0]. Thereby, the gain of the
例えば可変抵抗RD6、RD7の抵抗値をR6、R7とすると、PGAである感度調整回路80のゲインはG=(R6+R7)/R6になる。具体的には、可変抵抗に対して複数の出力タップを設けておき、その複数の出力タップの中から調整データDPGA[m:0]に対応する出力タップQTを選択することで、可変抵抗RD6、RD7の抵抗値R6、R7が決定され、ゲインG=(R6+R7)/R6が決定される。
For example, when the resistance values of the variable resistors RD6 and RD7 are R6 and R7, the gain of the
図16(B)は反転増幅型の例である。図16(B)の感度調整回路80は、入力ノードND12とノードND13(第1のノード)との間に設けられる抵抗RD8と、ノードND13とノードND14(第2のノード)との間に設けられるキャパシタCD2を含む。また出力ノードND15とノードND14との間に設けられ、調整データDPGA[m:0]に基づいてその抵抗値が可変に制御される可変抵抗RD9を含む。また、その反転入力端子にノードND14が接続され、その非反転入力端子に電源電圧AGNDのノードが接続されるオペアンプOPD4を含む。
FIG. 16B shows an example of an inverting amplification type. The
図16(B)では、可変抵抗RD8、RD9の抵抗値をR8、R9とすると、感度調整回路80のゲインはG=−R9/R8になる。なお図16(A)、図16(B)の構成要素を変更したり、他の構成要素を追加する変形実施も可能である。例えばキャパシタCD1、CD2を省略し、感度調整回路80にハイパスフィルタの機能を持たせないようにしてもよい。
In FIG. 16B, when the resistance values of the variable resistors RD8 and RD9 are R8 and R9, the gain of the
図16(A)、図16(B)の感度調整回路80を用いた感度調整は、具体的には以下のように実現する。まずジャイロセンサの製造後に検出装置30の出力電圧VQをモニタする。そして、例えばジャイロセンサを静止状態から所与の回転角速度で回転させ、その時の出力電圧VQの変化量(図15の直線の傾き)である感度を求める。そして求められた感度を基準値(基準感度)に一致させるための調整データDPGA[m:0]を、図示しない不揮発性メモリ等に書き込む。すると感度調整回路80は、検出装置30の感度が基準値に一致するように、上記の調整データDPGA[m:0]に基づいて、オペアンプのゲインを調整するようになる。
The sensitivity adjustment using the
ここで図16(A)、図16(B)の感度調整回路80は、可変ゲインアンプとして動作すると共にハイパスフィルタとして動作する。感度調整回路80をハイパスフィルタとして動作させれば、DC成分をカットでき、可変ゲインアンプ(PGA)によりDC信号が増幅されてしまう事態を防止できる。従って、感度調整回路80の可変ゲインアンプや後段側のオペアンプ(例えばオフセット調整回路、同期検波回路のオペアンプ)が、過入力により飽和動作状態になり、出力がオーバフローしてしまうなどの事態を防止できる。またこのハイパスフィルタによりDCノイズも除去でき、S/N比の向上を図ることも可能になる。
Here, the
また図16(A)、図16(B)では、ハイパスのアクティブフィルタと可変ゲインアンプとでオペアンプが共用される。従って、アクティブフィルタ用のオペアンプと可変ゲインアンプ用のオペアンプを別々に設ける場合に比べて、オペアンプの個数を減らすことができる。従って、回路の小規模化を図れると共に、ノイズ源となる回路ブロックの数も減るため、S/N比を向上できる。 In FIGS. 16A and 16B, an operational amplifier is shared by the high-pass active filter and the variable gain amplifier. Therefore, the number of operational amplifiers can be reduced as compared with the case where an operational amplifier for an active filter and an operational amplifier for a variable gain amplifier are provided separately. Therefore, the circuit can be reduced in size and the number of circuit blocks that become noise sources is reduced, so that the S / N ratio can be improved.
図16(A)の回路は、図16(B)に比べて、カットオフ周波数とゲイン(可変抵抗の抵抗値)を独立に制御できるという利点がある。例えばハイパスフィルタでは、DC成分をカットして、所望信号を通過させるためには、カットオフ周波数fcをなるべく低くすることが望ましい。ここで、容量値をC、抵抗値をRとした場合に、カットオフ周波数はfc=1/2πCRと表される。そして図16(B)のCD2の容量値C2を大きくすると、回路が大面積化するため、カットオフ周波数fcを低くするためには、抵抗RD8の抵抗値R8を大きくする必要がある。 The circuit of FIG. 16A has an advantage that the cutoff frequency and the gain (resistance value of the variable resistor) can be independently controlled as compared with FIG. 16B. For example, in a high-pass filter, in order to cut a DC component and pass a desired signal, it is desirable to make the cut-off frequency fc as low as possible. Here, when the capacitance value is C and the resistance value is R, the cutoff frequency is expressed as fc = 1 / 2πCR. When the capacitance value C2 of CD2 in FIG. 16B is increased, the circuit area is increased, so that the resistance value R8 of the resistor RD8 needs to be increased in order to reduce the cut-off frequency fc.
しかしながら、このように抵抗値R8を大きくすると、抵抗RD8で発生するノイズ(サーマルノイズ等)が大きくなってしまい、S/N比が低下する。 However, when the resistance value R8 is increased in this way, noise (thermal noise or the like) generated at the resistor RD8 increases, and the S / N ratio decreases.
これに対して図16(A)では、カットオフ周波数fcはキャパシタCD1の容量値C1と抵抗RD5の抵抗値R5で決まる。一方、可変ゲインアンプのゲインはG=(R6+R7)/R6であり、可変抵抗RD6、RD7の抵抗値R6、R7で決まる。即ちカットオフ周波数fcとゲインを別個に調整できる。従って、カットオフ周波数fcを低くするために、RD5の抵抗値R5を大きくした場合にも、RD6、RD7の抵抗値R6、R7については大きくする必要がない。従って、図16(B)のRD9の抵抗値R9に比べて、RD6、RD7の抵抗値R6、R7を十分に小さくできるため、これらの可変抵抗RD6、RD7で発生するノイズを小さくでき、S/N比を向上できる。 On the other hand, in FIG. 16A, the cut-off frequency fc is determined by the capacitance value C1 of the capacitor CD1 and the resistance value R5 of the resistor RD5. On the other hand, the gain of the variable gain amplifier is G = (R6 + R7) / R6, and is determined by the resistance values R6 and R7 of the variable resistors RD6 and RD7. That is, the cutoff frequency fc and the gain can be adjusted separately. Therefore, even when the resistance value R5 of RD5 is increased in order to lower the cut-off frequency fc, it is not necessary to increase the resistance values R6 and R7 of RD6 and RD7. Accordingly, since the resistance values R6 and R7 of RD6 and RD7 can be made sufficiently smaller than the resistance value R9 of RD9 in FIG. 16B, the noise generated by these variable resistors RD6 and RD7 can be reduced, and S / The N ratio can be improved.
7.検出装置の調整方法
次に本実施形態の検出装置30の調整方法について図17のフローチャートを用いて説明する。
7). Method for Adjusting Detection Device Next, a method for adjusting the
図17では、まずオフセット調整処理を行う(ステップS1)。即ち検出装置30の出力電圧VQをモニタし(ステップS2)、VQが基準出力電圧VR以上か否かを判断する(ステップS3)。
In FIG. 17, offset adjustment processing is first performed (step S1). That is, the output voltage VQ of the
出力電圧VQが基準出力電圧VR以上でありオフセット電圧が正である場合には、VQが小さな値に変化するように、オフセット調整データにより図10のRB1の抵抗値R1又はRB3の抵抗値R3を調整する(ステップS4)。例えば図12のような状態の場合には、抵抗値R3を大きくして、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3のうちのK2=R2×(R3+R4)を大きくする。これにより、正のオフセット電圧を負方向に変化させることができる。そして出力電圧VQが基準出力電圧VRに一致したか否かを判断し(ステップS5)、一致しない場合にはステップS4に戻り、再度調整を行う。 When the output voltage VQ is equal to or higher than the reference output voltage VR and the offset voltage is positive, the resistance value R1 of RB1 or the resistance value R3 of RB3 in FIG. 10 is set by offset adjustment data so that VQ changes to a small value. Adjust (step S4). For example, in the state shown in FIG. 12, the resistance value R3 is increased, and K2 = R2 × (R3 + R4) of V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3 is increased. Thereby, the positive offset voltage can be changed in the negative direction. Then, it is determined whether or not the output voltage VQ matches the reference output voltage VR (step S5). If not, the process returns to step S4 and adjustment is performed again.
一方、出力電圧VQが基準出力電圧VRより小さく、オフセット電圧が負である場合には、VQが大きな値に変化するように、オフセット調整データにより抵抗値R1又はR3を調整する(ステップS6)。例えば図11のような状態の場合には、抵抗値R1を大きくして、V3=(K1×V2−K2×V1)/K3のうちのK1=R4×(R1+R2)を大きくする。これにより、負のオフセット電圧を正方向に変化させることができる。そして出力電圧VQが基準出力電圧VRに一致したか否かを判断し(ステップS7)、一致しない場合にはステップS6に戻り、再度調整を行う。 On the other hand, when the output voltage VQ is smaller than the reference output voltage VR and the offset voltage is negative, the resistance value R1 or R3 is adjusted by the offset adjustment data so that VQ changes to a large value (step S6). For example, in the state as shown in FIG. 11, the resistance value R1 is increased, and K1 = R4 × (R1 + R2) of V3 = (K1 × V2−K2 × V1) / K3 is increased. Thereby, the negative offset voltage can be changed in the positive direction. Then, it is determined whether or not the output voltage VQ matches the reference output voltage VR (step S7). If not, the process returns to step S6 and adjustment is performed again.
そして、最終的に決定されたオフセット調整データを不揮発性メモリに書き込み(ステップS8)、オフセット調整処理を終了する。 Then, the finally determined offset adjustment data is written into the nonvolatile memory (step S8), and the offset adjustment process is terminated.
次に、感度調整処理を行う(ステップS9)。即ち、検出装置30の出力電圧VQを再度モニタする(ステップS10)。そして感度調整データにより、感度が基準値に一致するように調整を行う(ステップS11)。そして、最終的に決定された感度調整データを不揮発性メモリに書き込み(ステップS12)、感度調整処理を終了する。
Next, sensitivity adjustment processing is performed (step S9). That is, the output voltage VQ of the
このように本実施形態では、検出装置30の出力信号をモニタし、差動増幅回路76が有する少なくとも1つの抵抗の抵抗値を制御して、検出装置30のオフセット調整を行う(ステップS1〜S8)。そして、オフセット調整の後に検出装置30の出力信号を再度モニタし、オフセット調整後にモニタされた検出装置30の出力信号に基づいて、検出装置30の感度を基準値に一致させる感度調整を行っている(ステップS9〜S12)。
As described above, in this embodiment, the output signal of the
即ち、前述のように差動増幅回路76の出力電圧はV3=(K1×V2−K2×V1)/K3と表される。そして本実施形態では、抵抗値R1、R3を制御することで、K1=R4×(R1+R2)、K2=R2×(R3+R4)を変化させて、オフセット調整を実現している。
That is, as described above, the output voltage of the
ところが、抵抗値R1、R3を変化させると、K3=R1×(R3+R4)も変化してしまうため、差動増幅回路76のゲインも変化し、検出装置30の全体のゲインも変化してしまう。
However, when the resistance values R1 and R3 are changed, K3 = R1 × (R3 + R4) also changes, so that the gain of the
そこで本実施形態では図17に示すように、まずオフセット調整を行う(ステップS1〜S8)。次に、このオフセット調整により設定(変更)された検出装置30のゲインを再度調整する感度調整を行う(ステップS9〜S12)。こうすることで、オフセット調整により検出装置30のゲインが変化した場合にも、この感度調整によりこのゲインを再度調整することができ、検出装置30の感度を適正な基準値に設定できるようになる。なお本実施形態の調整方法は図17に限定されない。例えば、まず始めに感度調整を行い、その後にオフセット調整を行うようにしてもよい。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 17, first, offset adjustment is performed (steps S1 to S8). Next, sensitivity adjustment is performed to adjust the gain of the
8.オフセットの変動成分
図9(A)に示すように、初期オフセット電圧が0になるようなオフセット調整を行えば、少なくとも環境温度が25℃であり、ジャイロセンサの角速度が0である静止時には、検出装置30の出力電圧(0点電圧)VQは基準出力電圧VRに一致するようになる。
8). As shown in FIG. 9A, when offset adjustment is performed so that the initial offset voltage becomes 0, at least the environmental temperature is 25 ° C., and the gyro sensor is detected at rest when the angular velocity is 0. The output voltage (zero point voltage) VQ of the
しかしながら図9(B)に示すように、オフセット電圧には正又は負の温度特性(温度ドリフト)がある。従って初期オフセット電圧を除去して0にしても、温度変化(広義には環境変化)によるオフセット変動分は0にならないという課題がある。 However, as shown in FIG. 9B, the offset voltage has a positive or negative temperature characteristic (temperature drift). Therefore, even if the initial offset voltage is removed to zero, there is a problem that the offset fluctuation due to temperature change (environmental change in a broad sense) does not become zero.
例えば、初期オフセット電圧を除去しても、図6(A)のDCオフセット、機械漏れ振動のオフセット変動分については、同期検波後には、fd、2fdの周波数帯域に現れるようになる。また図7(C)、図7(D)で説明した位相ずれに温度変動があると、位相ずれの不要信号のオフセット変動分はDCの周波数帯域に現れる。従って、このような課題を解決するために、本実施形態では以下の手法を採用している。 For example, even if the initial offset voltage is removed, the DC offset of FIG. 6A and the offset fluctuation amount of the mechanical leakage vibration appear in the frequency bands of fd and 2fd after synchronous detection. If there is a temperature variation in the phase shift described in FIGS. 7C and 7D, the offset variation of the phase shift unnecessary signal appears in the DC frequency band. Therefore, in order to solve such a problem, the following method is adopted in the present embodiment.
図18に本実施形態のフィルタ部110の構成例を示す。フィルタ部110は、離散時間型フィルタであるSCF(スイッチト・キャパシタ・フィルタ)114を含む。またフィルタ部110は、SCF114(広義には離散時間型フィルタ)の前段側に設けられたプリフィルタ(前置フィルタ)112と、SCF114の後段側に設けられたポストフィルタ(後置フィルタ)116を含む。これらのプリフィルタ112、ポストフィルタ116は連続時間型フィルタになっている。
FIG. 18 shows a configuration example of the
そして本実施形態では、プリフィルタ112(広義には連続時間型フィルタ)に、温度変化や電圧変化などの環境変化による不要信号のオフセット変動分を除去する周波数特性(所望信号の振幅以下に減衰させる周波数特性)を持たせている。 In the present embodiment, the prefilter 112 (continuous time type filter in a broad sense) has a frequency characteristic (attenuating below the amplitude of the desired signal) that eliminates offset fluctuations of unnecessary signals due to environmental changes such as temperature changes and voltage changes. Frequency characteristics).
即ち図18のようにフィルタ部110にSCF114を設けた場合、SCF114では離散時間で信号をサンプリングするため、サンプリングによる周波数の折り返し現象であるエイリアシングが生じる。例えばサンプリング周波数をfspとした場合に、fsp/2(=fd/2)の高調波周波数の信号が、DCの周波数領域等に折り返し、S/N比が劣化する。
That is, when the
このようなエイリアシングの悪影響を防止するために、図18では、SCF114の前段側にアンチエイリアシング用のプリフィルタ112を設けている。即ちサンプリング周波数をfsp(=fd)とした場合に、プリフィルタ112に、fsp/2(=fd/2)以上の周波数成分を除去するアンチエイリアシングの周波数特性を持たせている。
In order to prevent such an adverse effect of aliasing, in FIG. 18, an
本実施形態では、このようなアンチエイリアシング用のプリフィルタ112の存在に着目し、このプリフィルタ112の有効活用を図っている。即ちアンチエイリアシング用のプリフィルタ112を、環境変化による不要信号のオフセット変動分を除去するフィルタとして兼用している。このようにすれば、不要信号のオフセット変動分を除去するフィルタを別に設ける必要がなくなる。従って、回路の小規模化を図れると共に、ノイズ源となる回路ブロックの数も減るため、S/N比を向上できる。
In this embodiment, paying attention to the presence of such an
図19(A)〜図19(C)に、図9(B)のように初期オフセット電圧を除去した後の周波数スペクトラムの例を示す。図9(B)のようにオフセット電圧が正又は負の温度特性を有していると、初期オフセット電圧を除去したとしても、図19(A)に示すようにDCオフセットの不要信号のオフセット変動分が、DCの周波数帯域に現れる。また機械振動漏れの不要信号のオフセット変動分がfdの周波数帯域に現れる。 FIG. 19A to FIG. 19C show examples of frequency spectra after the initial offset voltage is removed as shown in FIG. 9B. If the offset voltage has a positive or negative temperature characteristic as shown in FIG. 9B, even if the initial offset voltage is removed, the offset fluctuation of the DC offset unnecessary signal as shown in FIG. Minutes appear in the DC frequency band. Further, the offset fluctuation of the unnecessary signal of mechanical vibration leakage appears in the fd frequency band.
そして同期検波後は図19(B)に示すように、DCオフセットの不要信号のオフセット変動分はfdの周波数帯域に現れ、機械振動漏れの不要信号のオフセット変動分は2fdの周波数帯域に現れる。 After synchronous detection, as shown in FIG. 19B, the offset fluctuation of the DC offset unnecessary signal appears in the fd frequency band, and the offset fluctuation of the mechanical vibration leakage unnecessary signal appears in the 2fd frequency band.
即ち環境温度が25℃であれば、オフセット調整回路90によるオフセット調整を行うことにより、図19(A)のDC、fdの周波数帯域の不要信号の成分が除去されて、現れないようになる。 That is, when the environmental temperature is 25 ° C., the offset adjustment by the offset adjustment circuit 90 removes unnecessary signal components in the DC and fd frequency bands of FIG. 19A so that they do not appear.
しかしながら、環境温度が25℃からずれると、温度変化によるこれらの不要信号のオフセット変動分が、DC、fdの周波数帯域に現れてくる。例えば温度変化により、機械振動漏れの不要信号の振幅が増加すると、その増加分が、同期検波前ではfdの周波数帯域に現れ、同期検波後では2fdの周波数帯域に現れる。このような不要信号のオフセット変動分については、ジャイロセンサの製造後の調整工程では除去することができず、ジャイロセンサの動作時に動的に調整して除去する必要がある。 However, when the environmental temperature is deviated from 25 ° C., offset fluctuations of these unnecessary signals due to temperature changes appear in the frequency bands of DC and fd. For example, when the amplitude of an unnecessary signal of mechanical vibration leakage increases due to temperature change, the increase appears in the fd frequency band before synchronous detection, and appears in the 2fd frequency band after synchronous detection. Such an offset variation of the unnecessary signal cannot be removed in the adjustment process after manufacturing the gyro sensor, but needs to be adjusted and removed dynamically during the operation of the gyro sensor.
またこのようなオフセット変動分が、同期検波後にDCの周波数帯域に現れたり、SCF114の離散サンプリングによりDC周波数帯域に折り返すと、感度調整回路80で調整した感度にもずれが生じる。即ち感度の温度変動分として現れるようになってしまう。
Further, when such an offset fluctuation appears in the DC frequency band after synchronous detection or is turned back to the DC frequency band by discrete sampling of the
この場合、このようなオフセット変動分を除去するための特別な温度補償回路を検出装置30に内蔵させる手法も考えられる。
In this case, a method of incorporating a special temperature compensation circuit for removing such an offset variation in the
しかしながら、この手法によると、その温度補償回路を設けた分だけ回路が大規模化する。またノイズ源となる回路ブロックの数も増えるため、S/N比が劣化する。 However, according to this method, the scale of the circuit is increased by the provision of the temperature compensation circuit. Further, since the number of circuit blocks serving as noise sources increases, the S / N ratio deteriorates.
この点、本実施形態では、元々、アンチエイリアシング用に必要なプリフィルタ112を有効活用して、図19(C)に示すように、これらの不要信号のオフセット変動分を除去している。従って、回路を小規模化できると共に、ノイズ源となる回路ブロックの数も減るため、S/N比を向上できる。 In this regard, in this embodiment, the pre-filter 112 necessary for anti-aliasing is effectively used from the beginning, and the offset fluctuations of these unnecessary signals are removed as shown in FIG. 19C. Therefore, the circuit can be reduced in size, and the number of circuit blocks serving as noise sources is reduced, so that the S / N ratio can be improved.
即ち、通常のアンチエイリアシング用プリフィルタの目的は下記(A1)の通りである。
(A1)ランダム雑音や回路中で発生するパルス性ノイズなどの不要信号が、SCFの通過帯域に折り返すのを防止する。
That is, the purpose of the normal anti-aliasing prefilter is as follows (A1).
(A1) Unnecessary signals such as random noise and pulse noise generated in the circuit are prevented from returning to the SCF passband.
これに対して本実施形態では、上記(A1)の役割に加えて、下記(A2)の役割をプリフィルタ112に持たせている。
(A2)同期検波によって生じ、fd、2fdなどのk×fdに必ず存在する不要信号のオフセット変動分が、SCF114でのサンプリングによりDCに折り返し、DCに存在する所望信号(コリオリ力信号)の品質(S/N比)を劣化させるのを防止する。
On the other hand, in this embodiment, in addition to the role (A1), the
(A2) The quality of the desired signal (Coriolis force signal) existing in DC is generated by synchronous detection, and the offset fluctuation of the unnecessary signal such as fd, 2fd, etc. always present in k × fd is turned back to DC by sampling at SCF114. Deteriorating (S / N ratio) is prevented.
上記(A2)は、ジャイロセンサに特有の下記(B1)〜(B3)の事情に起因する。
(B1)ジャイロセンサでは同期検波が行われる。
(B2)同期検波によりfdや2fdに不要信号のオフセット変動分の強いスペクトラムが現れる。
(B3)SCFのサンプリング周波数がfsp=fdとなるため、fd、2fdなどの不要信号のオフセット変動分が、所望信号が存在するDCに折り返す。
The above (A2) is caused by the following conditions (B1) to (B3) peculiar to the gyro sensor.
(B1) The gyro sensor performs synchronous detection.
(B2) A strong spectrum corresponding to the offset fluctuation of the unnecessary signal appears at fd and 2fd by synchronous detection.
(B3) Since the sampling frequency of the SCF is fsp = fd, offset fluctuations of unnecessary signals such as fd and 2fd are turned back to DC where the desired signal exists.
即ち同期検波後にfd、2fdに現れる不要信号のオフセット変動分(図19(B)参照)は、所望信号の振幅に比べて大きい。 That is, the offset fluctuation (see FIG. 19B) of the unnecessary signal appearing at fd and 2fd after synchronous detection is larger than the amplitude of the desired signal.
また、後述するようにシステム構成の簡素化のためには、SCF114のサンプリング周波数をfsp=fdとすることが望ましい。そしてfsp=fdにすると、SCF114でのサンプリングにより、fd、2fdの不要信号のオフセット変動分が、ぴったりとDCに折り返してしまう。
Also, as will be described later, in order to simplify the system configuration, it is desirable that the sampling frequency of the
一方、同期検波前にfdに存在した所望信号(図19(A)参照)は、同期検波によりDCに現れる(図19(B)参照)。従って、何ら対策を施さないと、fd、2fdに存在する不要信号のオフセット変動分の折り返しにより、DCの所望信号の品質が極めて劣化する。具体的には、fd、2fdの不要信号のオフセット変動分が折り返して、所望信号の最小分解能よりも大きいオフセット変動分がDCに重畳されると、ジャイロセンサが静止状態であっても、あたかもジャイロセンサが一定の角速度で回転しているかのような偽情報を与えてしまう。 On the other hand, the desired signal (see FIG. 19A) present in fd before synchronous detection appears in DC by synchronous detection (see FIG. 19B). Therefore, unless any countermeasure is taken, the quality of the desired DC signal is extremely deteriorated due to aliasing of the offset fluctuation of the unnecessary signal existing in fd and 2fd. Specifically, when the offset fluctuation amount of the unnecessary signals of fd and 2fd is turned back and the offset fluctuation amount larger than the minimum resolution of the desired signal is superimposed on the DC, even if the gyro sensor is in a stationary state, it is as if the gyro sensor is stationary. It gives false information as if the sensor is rotating at a constant angular velocity.
このような問題を解決するために本実施形態では、SCF114の前段にあるプリフィルタ112の存在に着目し、このプリフィルタ112に対して上記(A1)のみならず(A2)の役割を持たせている。
In order to solve such a problem, the present embodiment pays attention to the presence of the pre-filter 112 in the preceding stage of the
9.連続時間型フィルタの周波数特性
ジャイロセンサのように微少信号を扱うセンサでは、不要信号の振幅は所望信号の振幅に比べて非常に大きい。従って、温度変動により、機械振動漏れ等の不要信号の振幅が変動すると、不要信号の振幅変化分であるオフセット変動分も、所望信号の振幅(DC成分)に比べて非常に大きくなる。従って、プリフィルタ112の減衰度を適正に設定しないと、SCF114のサンプリングによるオフセット変動分のDC成分への折り返しにより、S/N比が劣化してしまうおそれがある。
9. Frequency characteristics of continuous-time filter In a sensor that handles a minute signal such as a gyro sensor, the amplitude of an unnecessary signal is much larger than the amplitude of a desired signal. Therefore, when the amplitude of an unnecessary signal such as mechanical vibration leakage fluctuates due to temperature variation, the offset variation that is the amplitude variation of the unnecessary signal also becomes very large compared to the amplitude (DC component) of the desired signal. Therefore, if the attenuation of the pre-filter 112 is not set appropriately, the S / N ratio may be deteriorated due to the return to the DC component of the offset fluctuation due to the sampling of the
そこで本実施形態では、連続時間型フィルタであるプリフィルタ112に対して、同期検波回路100による同期検波により周波数k×fd(kは自然数)の周波数帯域に現れる不要信号のオフセット変動分を、所望信号(最小分解能)の振幅以下に減衰する周波数特性(フィルタ特性、減衰特性)を持たせている。例えば周波数fd、2fd、3fdの周波数帯域に現れる不要信号のオフセット変動分(図19(B)参照)を、所望信号の振幅以下に減衰する周波数特性を持たせている。ここで、所望信号の振幅は、所望信号の最小分解能に対応する振幅であり、本実施形態の検出装置の検出対象である角速度(単位dps:degree per second)に対応する振幅値である。また所望信号の振幅は、DCの周波数領域での所望信号の振幅である。
Therefore, in the present embodiment, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal that appears in the frequency band of frequency k × fd (k is a natural number) by the synchronous detection by the
このようにすれば、所望信号に比べて非常に大きなオフセット変動分(不要信号の振幅変化分)が周波数k×fdに現れた場合にも、このオフセット変動分をプリフィルタ112により確実に除去できる。従って、SCF114でのサンプリングによるオフセット変動分のDC成分への折り返しにより、S/N比が劣化してしまう事態を防止できる。従って微少信号を扱うジャイロセンサに最適な検出装置を提供できる。
In this way, even when a very large offset variation (amplitude variation of the unnecessary signal) appears in the frequency k × fd compared to the desired signal, the offset variation can be reliably removed by the pre-filter 112. . Therefore, it is possible to prevent the S / N ratio from deteriorating due to the return to the DC component of the offset fluctuation due to the sampling in the
図20にプリフィルタ112の周波数特性を模式的に示す。図20のD1に示すように、プリフィルタ112はfsp/2(=fd/2)において十分な減衰特性を有する。従って、SCF114でのサンプリングによるランダム雑音(熱雑音、1/fノイズ等)の折り返しにより、S/N比が劣化してしまう事態を防止でき、プリフィルタ112に通常のアンチエイリアシング用フィルタとしての役割を持たせることができる。
FIG. 20 schematically shows the frequency characteristics of the
またプリフィルタ112が1次のローパスフィルタである場合には、減衰傾度は−20dB/decとなる。そして所望信号(DC成分)の振幅(最小分解能)をA0とし、周波数k×fd(kは自然数)に現れる不要信号のオフセット変動分をΔAkとし、周波数fdでのフィルタの減衰率をaとしたとする。この場合に、プリフィルタ112には、ΔAk×(a/k)≦A0が成り立つように不要信号のオフセット変動分を減衰させる周波数特性を持たせればよい。
When the pre-filter 112 is a primary low-pass filter, the attenuation gradient is −20 dB / dec. The amplitude (minimum resolution) of the desired signal (DC component) is A0, the offset fluctuation of the unnecessary signal appearing at the frequency k × fd (k is a natural number) is ΔAk, and the filter attenuation rate at the frequency fd is a. And In this case, the
例えば図20のD2では、周波数fdに現れる不要信号のオフセット変動分はΔA1であり、周波数fdでのフィルタの減衰率(減衰度)はaである。従って、ΔA1×a≦A0が成り立つようにする。 For example, in D2 of FIG. 20, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency fd is ΔA1, and the attenuation factor (attenuation degree) of the filter at the frequency fd is a. Therefore, ΔA1 × a ≦ A0 is satisfied.
また図20のD3では、周波数2fdに現れる不要信号のオフセット変動分はΔA2であり、周波数2fdでのフィルタの減衰率は、プリフィルタ112が1次であるため、a/k=a/2である。従って、ΔA2×(a/2)≦A0が成り立つようにする。
Further, in D3 of FIG. 20, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency 2fd is ΔA2, and the attenuation factor of the filter at the frequency 2fd is a / k = a / 2 because the
また図20には示していないが、周波数3fdに現れる不要信号のオフセット変動分はΔA3であり、周波数3fdでのフィルタの減衰率は、プリフィルタ112が1次であるため、a/k=a/3である。従って、ΔA3×(a/3)≦A0が成り立つようにする。
Although not shown in FIG. 20, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency 3fd is ΔA3, and the attenuation factor of the filter at the frequency 3fd is a / k = a because the
以上のような条件が成り立つようにすれば、プリフィルタ112が1次のローパスフィルタである場合に、周波数fd、2fd、3fdの周波数帯域に現れる不要信号のオフセット変動分を、所望信号の振幅以下に減衰できるようになる。 If the above conditions are satisfied, when the pre-filter 112 is a first-order low-pass filter, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal that appears in the frequency bands of the frequencies fd, 2fd, and 3fd is less than the amplitude of the desired signal. Can be attenuated.
なおプリフィルタ112として2次のローパスフィルタを使用してもよい。プリフィルタ112が2次のローパスフィルタである場合には、減衰傾度は−40dB/decとなる。従って、この場合、プリフィルタ112には、ΔAk×(a/k2)≦A0が成り立つように不要信号のオフセット変動分を減衰させる周波数特性を持たせればよい。
Note that a secondary low-pass filter may be used as the
例えば、周波数fdに現れる不要信号のオフセット変動分はΔA1であり、周波数fdでのフィルタの減衰率はaであるため、ΔA1×a≦A0が成り立つようにする。 For example, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency fd is ΔA1, and the attenuation factor of the filter at the frequency fd is a, so that ΔA1 × a ≦ A0 is satisfied.
また周波数2fdに現れる不要信号のオフセット変動分はΔA2であり、周波数2fdでのフィルタの減衰率は、プリフィルタ112が2次であるため、a/k2=a/4である。従って、ΔA2×(a/4)≦A0が成り立つようにする。
The offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency 2fd is ΔA2, and the attenuation factor of the filter at the frequency 2fd is a / k 2 = a / 4 because the
また周波数3fdに現れる不要信号のオフセット変動分はΔA3であり、周波数3fdでのフィルタの減衰率は、プリフィルタ112が2次であるため、a/k2=a/9である。従って、ΔA3×(a/9)≦A0が成り立つようにする。
The offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency 3fd is ΔA3, and the attenuation factor of the filter at the frequency 3fd is a / k 2 = a / 9 because the
以上のような条件が成り立つようにすれば、プリフィルタ112が2次のローパスフィルタである場合に、周波数fd、2fd、3fdの周波数帯域に現れる不要信号のオフセット変動分を、所望信号の振幅以下に減衰できるようになる。 If the above conditions are satisfied, when the pre-filter 112 is a second-order low-pass filter, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal that appears in the frequency bands of the frequencies fd, 2fd, and 3fd is less than the amplitude of the desired signal. Can be attenuated.
図21(A)にプリフィルタ112の構成例を示す。図21(A)は1次のローパスフィルタの例である。プリフィルタ112は、ノードNI2とNI3の間に設けられる抵抗RI1及びキャパシタCI1と、ノードNI1とNI2の間に設けられる抵抗RI2を含む。また、その反転入力端子にノードNI2が接続され、その非反転入力端子にAGNDのノードが接続されるオペアンプOPIを含む。この図21(A)の回路は図18のポストフィルタ116としても用いることができる。
FIG. 21A shows a configuration example of the
なおプリフィルタ112として2次のローパスフィルタを使用してもよい。図21(B)は2次のローパスフィルタの例である。図21(B)のローパスフィルタは、ノードNH2と、ノードNH4、NH3、NH1との間にそれぞれ設けられる抵抗RH1、RH2、RH3と、ノードNH3とNH4の間に設けられるキャパシタCH1と、ノードNH2とAGNDのノードの間に設けられるキャパシタCH2を含む。また、その反転入力端子にノードNH3が接続され、その非反転入力端子にAGNDのノードが接続されるオペアンプOPHを含む。
Note that a secondary low-pass filter may be used as the
図21(A)の1次のローパスフィルタでは、キャパシタCI1の容量値をC1とし、抵抗RI1の抵抗値をR1とすると、カットオフ周波数はfc=1/(2π×C1×R1)である。また減衰傾度は−20dB/decである。従って、1次のローパスフィルタを用いる場合には、図22のG1に示すようにカットオフ周波数fcを十分に低くすることで、G2、G3に示すように周波数fd、2fdでの減衰度を小さくすることができる。従って、G7に示すような不要信号のオフセット変動分についても減衰することができ、このオフセット変動分がDCに折り返した場合にも、所望信号の最小分解能以下にすることが可能になる。 In the first-order low-pass filter of FIG. 21A, the cutoff frequency is fc = 1 / (2π × C1 × R1), where C1 is the capacitance value of the capacitor CI1 and R1 is the resistance value of the resistor RI1. The attenuation gradient is −20 dB / dec. Therefore, when a first-order low-pass filter is used, the attenuation at the frequencies fd and 2fd is reduced as shown by G2 and G3 by sufficiently reducing the cutoff frequency fc as shown by G1 in FIG. can do. Therefore, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal as shown in G7 can also be attenuated, and even when this offset fluctuation amount is turned back to DC, it becomes possible to make it less than the minimum resolution of the desired signal.
また図21(B)の2次のローパスフィルタでは、キャパシタCH1、CH2の容量値をC1、C2とし、抵抗RH1、RH2の抵抗値をR1、R2とすると、カットオフ周波数は、fc=1/{2π×(C1×C2×R1×R2)1/2}となる。また減衰傾度は−40dB/decである。このように2次のローパスフィルタは、素子数は多くなるもの、減衰傾度が大きい。従って、図22のG4に示すようにカットオフ周波数fcをそれほど小さくしなくても、G5、G6に示すように周波数fd、2fdにおいて十分な減衰度を得ることができる。従って、図21(A)の1次のローパスフィルタに比べて回路を小規模化することも可能になる。また、不要信号のオフセット変動分についても十分に減衰することができ、オフセット変動分を確実に除去できる。 In the secondary low-pass filter of FIG. 21B, when the capacitance values of the capacitors CH1 and CH2 are C1 and C2, and the resistance values of the resistors RH1 and RH2 are R1 and R2, the cutoff frequency is fc = 1 / {2π × (C1 × C2 × R1 × R2) 1/2 }. The attenuation gradient is −40 dB / dec. As described above, the secondary low-pass filter has a large attenuation gradient although the number of elements increases. Therefore, sufficient attenuation can be obtained at the frequencies fd and 2fd as indicated by G5 and G6 without making the cut-off frequency fc as low as indicated by G4 in FIG. Therefore, the circuit can be made smaller than the first-order low-pass filter of FIG. Further, the offset fluctuation of the unnecessary signal can be sufficiently attenuated, and the offset fluctuation can be reliably removed.
10.離調周波数
不要信号のうち、離調周波数Δf=|fd−fs|に起因する不要信号は、センサ信号に検出側共振周波数fsの信号が混入し、このセンサ信号が同期検波回路100により同期検波されることにより発生する。例えばジャイロセンサの応答を良くするために、検出用振動子をアイドリング的に微少振幅で固有共振周波数fsにて振動させる場合がある。或いは、ジャイロセンサの外部からの外部振動が振動子に加わることで、検出用振動子が固有共振周波数fsにて振動してしまう場合がある。そしてこのように検出用振動子が周波数fsで振動すると、同期検波回路100に入力される信号VS5に周波数fsの信号が混入される。そして同期検波回路100は、周波数fdの参照信号RSに基づき同期検波を行うため、周波数fdとfsの差に相当する離調周波数Δf=|fd−fs|の不要信号が生成されてしまう。
10. Among the unnecessary signals of the detuning frequency, the unnecessary signal caused by the detuning frequency Δf = | fd−fs | is mixed with the signal of the detection side resonance frequency fs in the sensor signal, and this sensor signal is synchronously detected by the
例えば、混入される周波数fsの信号はDsin(ωs×t)と表すことができる。なおωs=2πfsである。そして同期検波は、センサ信号と駆動信号(参照信号)の乗算とみなすことができるため、センサ信号のうち周波数fsの信号については、
Csin(ωd×t)×Dsin(ωs×t)
={−(D×C)/2}×[cos{(ωd+ωs)t}−cos{(ωd−ωs)t}]
となる。上式から明らかなように、周波数fsの信号が混入されることにより、同期検波後に、離調周波数Δf=|fd−fs|の不要信号が生成されてしまう。
For example, the mixed frequency fs signal can be expressed as Dsin (ωs × t). Note that ωs = 2πfs. And since synchronous detection can be regarded as multiplication of a sensor signal and a drive signal (reference signal), about a signal of frequency fs among sensor signals,
Csin (ωd × t) × Dsin (ωs × t)
= {− (D × C) / 2} × [cos {(ωd + ωs) t} −cos {(ωd−ωs) t}]
It becomes. As is clear from the above equation, when a signal with a frequency fs is mixed, an unnecessary signal with a detuning frequency Δf = | fd−fs | is generated after synchronous detection.
ここで、離調周波数Δf=|fd−fs|は、fd、fsに比べて十分に小さい。従って、この離調周波数Δfの成分の不要信号を除去するためには、図23に示すような急峻な減衰特性が必要になる。従って、従来のような連続時間型のローパスフィルタだけでは、このような離調周波数Δfの成分の不要信号の除去が難しいという課題がある。 Here, the detuning frequency Δf = | fd−fs | is sufficiently smaller than fd and fs. Therefore, a steep attenuation characteristic as shown in FIG. 23 is required to remove the unnecessary signal of the component of the detuning frequency Δf. Accordingly, there is a problem that it is difficult to remove unnecessary signals of such a component of the detuning frequency Δf only with a conventional continuous-time low-pass filter.
このような課題を解決するために、図18では、フィルタ部110に、離散時間型フィルタであるSCF114を設けている。このSCF114は、振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分(DC成分)を通過させる周波数特性を有する。
In order to solve such a problem, in FIG. 18, the
図18に示すように、フィルタ部110に、SCF114(広義には離散時間型フィルタ)を設ければ、図23に示すような急峻な減衰特性の実現も容易になる。従って、離調周波数Δfが、周波数fdに比べて極めて小さい場合にも、離調周波数Δfの周波数帯の不要信号の成分を、通過帯域の所望信号に悪影響を与えることなく、確実且つ容易に除去できる。
As shown in FIG. 18, if the
また連続時間型フィルタでは、フィルタを構成するキャパシタの容量値C、抵抗の抵抗値Rがばらつくと、フィルタの周波数特性もばらついてしまい、安定した周波数特性を得ることが難しいという不利点がある。例えばC、Rの絶対値は±20パーセント程度ばらつき、連続時間型フィルタ(RCフィルタ)のカットオフ周波数はC×Rで決まるため、ばらつきが大きくなる。そしてカットオフ周波数がばらつくと、通過帯域にある所望信号の振幅減衰や位相変化を生じ、信号品質が劣化する。 In addition, the continuous-time filter has a disadvantage that if the capacitance value C of the capacitor and the resistance value R of the resistor vary, the frequency characteristic of the filter also varies, making it difficult to obtain a stable frequency characteristic. For example, the absolute values of C and R vary by about ± 20%, and the cut-off frequency of the continuous-time filter (RC filter) is determined by C × R. When the cutoff frequency varies, the amplitude of the desired signal in the pass band is attenuated or the phase is changed, thereby degrading the signal quality.
これに対してSCF114では、容量比やサンプリング周波数(クロック周波数)によりフィルタ特性を決めることができる。例えば容量比の精度は0.1パーセント以下であるため、カットオフ周波数のばらつきも少ない。従って、SCF114によれば、通過帯域の所望信号を通過させながら離調周波数Δfの不要信号を確実に除去するという急峻な減衰特性を、容易に実現できる。
On the other hand, in the
さて、本実施形態では、SCF114を、参照信号RSに応じたクロック(参照信号そのもの、或いは参照信号により生成されたクロック。参照信号と同じ周波数のクロック)に基づき動作させている。具体的には、例えば参照信号RSにより、互いにノン・オーバラップの2相のクロック(サンプリングクロック)を生成する。そして生成されたクロックに基づきSCF114が含むスイッチング素子をオン・オフ制御して、SCF114を動作させる。
In the present embodiment, the
このようにすれば、参照信号RSを有効活用して、SCF114の動作クロックを生成できるため、回路の小規模化を図れる。また参照信号RSの周波数fdと、SCF114のサンプリング周波数(クロック周波数)を一致させることができるため、フィルタの周波数特性の設計を容易化できる。また駆動側共振周波数であるfdが、環境変化(温度変化)や経時変化によって変動した場合に、この変動に応じてSCF114のサンプリング周波数も変動するようになる。従って、周波数fdの変化に応じて、SCF114のカットオフ周波数も変化させて調整できるようになる。従って、環境変化や経時変化が生じた場合にも、離調周波数fdの不要信号を確実に除去することが可能になる。
In this way, since the operation clock of the
以上のように本実施形態では、離調周波数fdの不要信号については、SCF114で除去しつつ、同期検波によりfd、2fd、3fd等に現れる不要信号のオフセット変動分については、SCF114のアンチエイリアシング用に設けられたプリフィルタ112により除去するというように、各フィルタ毎に異なる役割分担を持たせている。即ち離調周波数による不要信号のように急峻な減衰特性が必要な不要信号については、SCF114で除去し、不要信号のオフセット変動分については、プリフィルタ112で除去する。このように役割分担を明確化することにより、小規模な回路で不要信号の効率的な除去が可能になる。
As described above, in the present embodiment, unnecessary signals having the detuning frequency fd are removed by the
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない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。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語(離散時間型フィルタ、連続時間型フィルタ、環境変化等)と共に記載された用語(SCF、プリフィルタ、温度変化等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また振動子の構造、検出装置やジャイロセンサや電子機器の構成も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。また離散時間型フィルタをSCF以外のフィルタ(例えばデジタルフィルタ等)で実現することも可能である。また検出回路に同期検波回路やフィルタ部を設けずに、他の構成により振動子からの信号の検出処理を実現してもよい。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, in the specification or drawings, terms (SCF, prefilter, temperature change, etc.) described at least once together with different terms (discrete time filter, continuous time filter, environmental change, etc.) having a broader meaning or the same meaning are The different terms can be used anywhere in the specification or drawings. Further, the structure of the vibrator, the configuration of the detection device, the gyro sensor, and the electronic device are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made. It is also possible to realize the discrete time filter with a filter other than the SCF (for example, a digital filter). In addition, the detection circuit may not be provided with the synchronous detection circuit or the filter unit, and the detection processing of the signal from the vibrator may be realized by another configuration.
10 振動子、30 検出装置、40 駆動回路、42 I/V変換回路、
44 AGC回路、46 2値化回路、60 検出回路、70 増幅回路、
72、74 Q/V(I/V)変換回路、76 差動増幅回路、
78 オフセット調整回路、79 デコーダ、80 感度調整回路、
100 同期検波回路、110 フィルタ部、112 プリフィルタ、
114 SCF、116 ポストフィルタ、500 電子機器、510 ジャイロセンサ、
520 処理部、530 メモリ、540 操作部、550 表示部
10 vibrator, 30 detector, 40 drive circuit, 42 I / V conversion circuit,
44 AGC circuit, 46 binarization circuit, 60 detection circuit, 70 amplification circuit,
72, 74 Q / V (I / V) conversion circuit, 76 differential amplifier circuit,
78 offset adjustment circuit, 79 decoder, 80 sensitivity adjustment circuit,
100 synchronous detection circuit, 110 filter unit, 112 pre-filter,
114 SCF, 116 post filter, 500 electronic device, 510 gyro sensor,
520 processing unit, 530 memory, 540 operation unit, 550 display unit
Claims (10)
振動子からの出力信号を受け、所望信号を検出する検出回路とを含み、
前記検出回路は、
振動子からの前記出力信号を増幅する増幅回路と、
参照信号に基づいて同期検波を行う同期検波回路と、
同期検波後の信号のフィルタ処理を行うフィルタ部を含み、
前記増幅回路は、
前記出力信号に対応する差動信号の差動増幅を行う差動増幅回路と、
前記差動増幅回路が有する少なくとも1つの抵抗の抵抗値を可変に制御することで、オフセット調整を行うオフセット調整回路を含み、
前記オフセット調整回路は、
検出装置の出力信号の初期オフセット電圧を除去するためのオフセット調整を行い、
前記フィルタ部は、
離散時間型フィルタと、
前記離散時間型フィルタの前段側に設けられた連続時間型フィルタを含み、
前記離散時間型フィルタは、
振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を除去し、所望信号の周波数成分を通過させる周波数特性を有し、
前記連続時間型フィルタは、
前記同期検波回路による同期検波により周波数k×fd(kは自然数)の周波数帯域に現れる、環境変化による不要信号のオフセット変動分を、所望信号の振幅以下に減衰する周波数特性を有することを特徴とする検出装置。 A drive circuit for driving the vibrator to excite the vibrator;
A detection circuit that receives an output signal from the vibrator and detects a desired signal;
The detection circuit includes:
An amplification circuit for amplifying the output signal from the vibrator ;
A synchronous detection circuit that performs synchronous detection based on a reference signal;
Including a filter unit for filtering the signal after synchronous detection;
The amplifier circuit is
A differential amplifier circuit for performing differential amplification of a differential signal corresponding to the output signal;
The differential amplifier circuit that variably controlling the resistance value at least one resistance possessed, see contains an offset adjustment circuit for performing offset adjustment,
The offset adjustment circuit includes:
Perform offset adjustment to remove the initial offset voltage of the output signal of the detector,
The filter unit is
A discrete time filter;
A continuous-time filter provided on the front side of the discrete-time filter,
The discrete time filter is:
A frequency characteristic that removes the component of the detuning frequency Δf = | fd−fs | corresponding to the difference between the drive-side resonance frequency fd and the detection-side resonance frequency fs of the vibrator and allows the frequency component of the desired signal to pass;
The continuous time filter is:
It has a frequency characteristic that attenuates an offset variation of an unnecessary signal due to an environmental change, which appears in a frequency band of frequency k × fd (k is a natural number) by synchronous detection by the synchronous detection circuit, below the amplitude of the desired signal. Detection device.
ゲインを可変に制御して感度調整を行う感度調整回路を含み、
前記感度調整回路は、
前記オフセット調整回路によるオフセット調整により設定された検出装置のゲインを調整することで、感度調整を行うことを特徴とする検出装置。 In claim 1 ,
Includes a sensitivity adjustment circuit that variably controls gain and adjusts sensitivity,
The sensitivity adjustment circuit includes:
A detection apparatus, wherein sensitivity adjustment is performed by adjusting a gain of the detection apparatus set by offset adjustment by the offset adjustment circuit.
前記感度調整回路は、
前記同期検波回路の前段側に設けられていることを特徴とする検出装置。 In claim 2 ,
The sensitivity adjustment circuit includes:
A detection apparatus provided on a preceding stage of the synchronous detection circuit.
前記感度調整回路は、
可変ゲインアンプとして動作すると共にハイパスフィルタとして動作することを特徴とする検出装置。 In claim 3 ,
The sensitivity adjustment circuit includes:
A detection apparatus that operates as a variable gain amplifier and operates as a high-pass filter.
アクティブフィルタである前記ハイパスフィルタと前記可変ゲインアンプとで、オペアンプが共用されることを特徴とする検出装置。 In claim 4 ,
An operational amplifier is shared by the high-pass filter that is an active filter and the variable gain amplifier.
前記連続時間型フィルタは、1次のローパスフィルタであり、
所望信号の振幅をA0とし、周波数k×fdに現れる不要信号のオフセット変動分をΔAkとし、周波数fdでのフィルタの減衰率をaとした場合に、
前記連続時間型フィルタは、
ΔAk×(a/k)≦A0が成り立つように不要信号のオフセット変動分を減衰させる周波数特性を有することを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The continuous-time filter is a first-order low-pass filter;
When the amplitude of the desired signal is A0, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency k × fd is ΔAk, and the attenuation factor of the filter at the frequency fd is a,
The continuous time filter is:
A detection apparatus having frequency characteristics for attenuating offset fluctuation of an unnecessary signal so that ΔAk × (a / k) ≦ A0 is satisfied.
前記連続時間型フィルタは、2次のローパスフィルタであり、
所望信号の振幅をA0とし、周波数k×fdに現れる不要信号のオフセット変動分をΔAkとし、周波数fdでのフィルタの減衰率をaとした場合に、
前記連続時間型フィルタは、
ΔAk×(a/k2)≦A0が成り立つように不要信号のオフセット変動分を減衰させる周波数特性を有することを特徴とする検出装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The continuous-time filter is a second-order low-pass filter;
When the amplitude of the desired signal is A0, the offset fluctuation amount of the unnecessary signal appearing at the frequency k × fd is ΔAk, and the attenuation factor of the filter at the frequency fd is a,
The continuous time filter is:
A detection apparatus having a frequency characteristic for attenuating an offset fluctuation amount of an unnecessary signal so that ΔAk × (a / k 2 ) ≦ A0 is satisfied.
前記振動子と、
を含むことを特徴とするジャイロセンサ。 A detection device according to any one of claims 1 to 7 ,
The vibrator;
A gyro sensor comprising:
前記ジャイロセンサにより検出された角速度情報に基づいて処理を行う処理部と、
を含むことを特徴とする電子機器。 A gyro sensor according to claim 8 ,
A processing unit for performing processing based on angular velocity information detected by the gyro sensor;
An electronic device comprising:
前記検出装置の出力信号をモニタし、
前記差動増幅回路が有する少なくとも1つの前記抵抗の抵抗値を制御して、検出装置のオフセット調整を行い、
前記オフセット調整の後に前記検出装置の出力信号をモニタし、
オフセット調整後にモニタされた前記検出装置の出力信号に基づいて、前記検出装置の感度を基準値に一致させる感度調整を行うことを特徴とする調整方法。 A method for adjusting a detection device according to any one of claims 1 to 7 ,
Monitoring the output signal of the detection device;
Controlling the resistance value of at least one of the resistors included in the differential amplifier circuit, and performing offset adjustment of the detection device;
Monitor the output signal of the detector after the offset adjustment;
An adjustment method comprising: performing sensitivity adjustment for matching the sensitivity of the detection device with a reference value based on an output signal of the detection device monitored after offset adjustment.
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