JP5708458B2 - 角速度検出装置 - Google Patents
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Description
駆動手段は、駆動信号がモニタ信号に対し90°の進み位相となるように位相調整を行うPLL回路を備えている。そして、駆動信号の角周波数の変化周波数においてPLL回路の開ループ伝達関数の位相が−180°、利得が1となるように構成したので、発振周波数を積極的に変化させる他の信号を用いることなく、駆動信号の角周波数が自ら持続的に上記変化周波数で振れるようになる。
そして、PLL回路はデジタル回路により構成されているので、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。
図1は、カーナビゲーションシステム、車両安定化制御(VSC)システムなどに適用されて角速度を検出するセンサ回路のブロック構成を示している。センサチップとして形成された静電駆動・容量検出型のマイクロジャイロセンサは、単結晶シリコン等で形成された基板上に、基板面に平行な第1方向に駆動振動し、第1方向と直交する第2方向に検出振動するように配置された振動子1を備えている。図示しないが、振動子1の周囲には振動子1に対向して、振動子1を第1方向に駆動振動させるための駆動電極、振動子1の駆動振動の状態をモニタするためのモニタ電極、振動子1の第2方向の振動を検出するための一対の検出電極が形成されている。
はじめに、励振系である駆動回路3の作用について説明する。図2は、駆動回路3の信号波形図である。上から順に(a)駆動信号の角周波数Ω(駆動角周波数)、(b)駆動信号の位相Φ、(c)位相差検出信号、(d)積分回路11aの出力信号を示している。
ここで、
A:駆動角周波数の変化幅(振幅)[rad/s]
ω:駆動角周波数の変化周波数[rad/s]
α:駆動角周波数の変化位相[rad]
Ω0:共振角周波数[rad/s]
dΦ/dt=Ω …(2)
Φ=(A/ω)・sin(ω・t−π/2+α)+Ω0・t+C …(3)
本発明は、デジタル回路を採用するなどして駆動信号の角周波数が離散値とならざるを得ない構成において特に有効であるが、駆動信号の角周波数が連続値となる場合であっても適用可能である。
本発明は、振動方式にかかわらず振動型ジャイロセンサ一般に適用できる。
Claims (5)
- 振動子の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により前記振動子を第1方向に励振し、その励振状態に応じて得られるモニタ信号に基づいて前記振動子を持続的に振動させる駆動手段と、
前記振動子の第1方向と直交する第2方向の振動状態に応じて得られるセンス信号を前記駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波し、その検波信号を前記角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ前記駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つ第1ローパスフィルタを通して角速度を検出するセンス手段とを備え、
前記駆動手段は、前記駆動信号が前記モニタ信号に対し90°の進み位相となるように位相調整を行うPLL回路を備えており、前記駆動信号の角周波数の変化周波数における前記PLL回路の開ループ伝達関数の位相が−180°、利得が1であり、デジタル回路により構成されることを特徴とする角速度検出装置。 - 前記駆動手段は、前記駆動信号の角周波数の平均値が前記振動子の共振角周波数に等しくなるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項1記載の角速度検出装置。
- 前記駆動手段は、前記駆動信号の角周波数の変化周波数および変化幅が一定となるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項1または2記載の角速度検出装置。
- 前記駆動手段は、角周波数が離散値を持つ駆動信号により前記振動子を励振することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の角速度検出装置。
- 前記PLL回路は、
帰還経路に設けられて前記駆動信号の位相をほぼ90°遅らせる位相調整回路と、
前記モニタ信号と前記位相調整回路を通過した駆動信号との位相差を出力する位相比較回路と、
前記駆動信号の角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有し前記位相差を入力とする第2ローパスフィルタと、
前記第2ローパスフィルタの出力信号に応じた角周波数を持つ前記駆動信号を出力する発振回路とを備えていることを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の角速度検出装置。
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