JP5331304B2 - 検出回路、インターフェース回路、電子機器、差動容量性センサー読み取り方法 - Google Patents
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Description
エム・レムキン、ビー・イー・ボザー(M. Lemkin, B. E. Boser)、ア・スリーアクシス・マイクロマシンド・アクセラメーター・ウィズ・ア・シーモス・ポジション・センス・インターフェース・アンド・デジタル・オフセット・トリム・エレクトロニクス(A Three−Axis Micromachined Accelerometer with a CMOS Position−Sense Interface and Digital Offset−Trim Electronics)、アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・ソリッドステート・サーキッツ(IEEE Journal of Solid−State Circuits)、アイ・イー・イー・イー(IEEE)、1999年4月、Vol. 34、No. 4、p.456−468
2a 第1の固定アーム
2b 第2の固定アーム
3 可動部
4 可動アーム
5 バネ
6 固定要素
7a 第1の固定子端子
7b 第2の固定子端子
8 回転子端子
9a 第1の検知キャパシター
9b 第2の検知キャパシター
10 インターフェース回路
12 電荷積分器
14 帰還段、第2の共通モード制御回路
15 第1の寄生キャパシター
16 第2の寄生キャパシター
18 基準電位線
20 検知演算増幅器
22 第1の積分キャパシター
23 第2の積分キャパシター
25 増幅回路
25a 出力
25b 第1の差動入力
25c 第2の差動入力
25d 基準入力
26 第1の帰還キャパシター
27 第2の帰還キャパシター
30 インターフェース回路
32 第1の共通モード制御回路
32a 第1の出力端子
32b 第2の出力端子
32c 駆動端子
34 第1の制御キャパシター
35 第2の制御キャパシター
36 第1の信号発生器
37 第2の信号発生器
40 電子機器
42 検出回路
44 検知段
45 利得及び濾波回路
46 マイクロプロセッサー回路
Cfb 帰還キャパシタンス
Ci 積分キャパシタンス
Cp 寄生キャパシタンス
Cpa 制御キャパシタンス
CS 静止状態におけるキャパシタンス
Vfb 帰還電圧
Vo 出力電圧
Vr リード信号
Vr(−) 駆動信号
ΔCS 容量不平衡
ΔVr 第1の電圧変動
−ΔVr 第2の電圧変動
Claims (12)
- 検出回路であって、差動容量性センサー、並びに電気的に前記差動容量性センサーと接続された第1の検知入力及び第2の検知入力を有するインターフェース回路を設けられ、前記インターフェース回路は、
入力において前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力と接続され、前記差動容量性センサーの容量不平衡と関連した出力信号を供給するよう構成された検知増幅器手段、並びに
前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力と接続され、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力に現れる共通モード電圧を制御するよう構成された完全に受動型の第1の共通モード制御回路、を有し、
前記差動容量センサーは、リード信号を受信するよう構成されたリード端子と前記第1の検知入力との間に接続される第1の検知キャパシター、及び前記リード端子と前記第2の検知入力との間に接続される第2の検知キャパシターを有し、前記第1の検知キャパシター及び前記第2の検知キャパシターは、静止状態で同じキャパシタンスを有し、容量不平衡において絶対値が等しく符号が反対であるよう前記静止状態でのキャパシタンスに対する容量変化を有し、
前記第1の共通モード制御回路は、
前記第1の検知入力と、前記リード信号のリード振幅変動に対して絶対値が等しく符号が反対である制御振幅変動を有する駆動信号を受信するよう構成された駆動端子との間に接続される第1の制御キャパシター手段、及び前記第2の検知入力と前記駆動端子との間に接続される第2の制御キャパシター手段を有し、
前記第1の制御キャパシター手段及び前記第2の制御キャパシター手段は、前記第1の検知キャパシター及び前記第2の検知キャパシターの静止状態における前記共通キャパシタンスに略等しい制御キャパシタンスを有し、
前記差動容量性センサーは、前記リード信号に応答して、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力で、前記駆動信号に応答して前記第1の共通モード制御回路によって前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力で生成される共通モード電荷量と絶対値が等しく符号が反対である共通モード電荷量を生成して、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力に現れる共通モード電圧を略一定に維持させる、
ことを特徴とする検出回路。 - 前記駆動信号の前記制御振幅変動は、前記リード信号の前記リード振幅変動と略同時であり、前記駆動信号及び前記リード信号は、反対位相の信号である、請求項1記載の検出回路。
- 前記差動容量性センサーは、
固定体と、検出されるべき前記量の関数として前記固定体に対し自由に動くことができ、従って前記容量不平衡を生成する可動体とを有する微小電気機械センサー、を有し、
前記リード端子は、前記可動体と電気的に接続され、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力は、前記固定体と電気的に接続される、請求項1又は2記載の検出回路。 - 能動型の、帰還ループを設けられた、第2の共通モード制御回路を更に有し、
前記帰還ループは、前記共通モード電圧の制御に貢献するために、帰還電圧値を生成するよう構成される、請求項1乃至3の何れか1項記載の検出回路。 - 前記帰還ループは、入力において前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力と接続され且つ前記帰還電圧を生成するよう構成された出力を有する帰還増幅器手段と、前記出力と前記第1の検知入力との間に接続された第1の帰還キャパシター手段及び前記出力と前記第2の検知入力との間に接続された第2の帰還キャパシター手段とを有する、請求項4記載の検出回路。
- 前記第1の帰還キャパシター手段及び前記第2の帰還キャパシター手段は、前記静止状態における前記共通キャパシタンスより小さい値である帰還キャパシタンスを有する、請求項5記載の検出回路。
- 前記制御キャパシタンスは、前記静止状態における前記共通キャパシタンスと製造差分だけ異なっており、
前記第1の帰還キャパシター手段及び前記第2の帰還キャパシター手段は、前記製造差分に応じた値である帰還キャパシタンスを有する、請求項5又は6記載の検出回路。 - 前記差動容量性センサー及び前記インターフェース回路は、半導体材料の同一のダイ内に統合される、請求項1乃至7の何れか1項記載の検出回路。
- インターフェース回路であって、請求項1乃至8の何れか1項記載の検出回路のインターフェース回路。
- 電子機器であって、請求項1乃至8の何れか1項記載の検出回路を有する電子機器。
- 携帯電話、デジタルオーディオプレーヤー、PDA、デジタルビデオカメラ又はカメラ、及び携帯型コンピューターを有するグループ内で選ばれた携帯型の種類である、請求項10記載の電子機器。
- 電気的に差動容量性センサーと接続された第1の検知入力及び第2の検知入力を設けられたインターフェース回路を通じて前記差動容量性センサーを読み取る方法であって、
前記差動容量性センサーの容量不平衡を検知する段階、
前記容量不平衡に関連した出力信号を生成する段階、並びに
前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力に現れる共通モード電圧を制御する段階、を有し、
前記差動容量性センサーは、リード信号に応答して、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力で共通モード電荷量を生成し、
前記制御する段階は、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力で、前記リード信号のリード振幅変動に対して絶対値が等しく符号が反対である制御振幅変動を有する駆動信号に応答し、前記差動容量性センサーによって生成される前記共通モード電荷量と絶対値が等しく符号が反対である共通モード電荷量を生成して、前記第1の検知入力及び前記第2の検知入力に現れる共通モード電圧を略一定に維持する段階を有する、
ことを特徴とする方法。
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