JP5850121B2 - 物理量測定装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
幅回路の出力ノードとの間に設けられ、前記第1期間においてオフになり、前記第2期間においてオンになる第4スイッチ素子を含んでもよい。
ンサーと3軸加速度センサーからなる6軸モーションセンサーに好適な計測システムを提供できる。
図1に本実施形態の集積回路装置(回路装置)の基本的な構成例を示す。この集積回路装置は、増幅回路AMPとA/D変換器ADCを含む。
GNDに設定される。このようにすることで、後述する図10(A)に示すように、増幅回路AMPは、A/D変換範囲RADのセンター電圧VCTとなるアナロググランド電圧AGNDに対して、第1、第2信号の差分電圧を加算した電圧信号を出力することが可能になる。
SWS1、SW1がオンになることで、信号SG1の電圧と、アナロググランド電圧AGNDに演算増幅器OPのオフセット電圧を加算した電圧との差分電圧に対応する電荷が、キャパシターCSに蓄積される。またスイッチ素子SW3がオンになることで、演算増幅器OPが、いわゆるボルテージフォロワ接続になり、演算増幅器OPのオフセット電圧に対応する電荷がキャパシターCOFに蓄積される。またスイッチ素子SW4がオフになることで、演算増幅器OPの出力ノードNPQと増幅回路AMPの出力ノードNQとの間の接続が遮断される。
Q2=−C2・VOF (2)
一方、図2(A)の第2期間T2でのノードNQの出力電圧をVPQと表す。すると第2期間T2では、ノードNIの電位はVRになり、ノードNI1の電位はAGND+VOFになり、ノードNOFの電位はVPQになる。従って、キャパシターCS、COFに蓄積される電荷Q1’、Q2’は、下式(3)(4)のように表される。
Q2’=C2・(VPQ−AGND−VOF) (4)
そして電荷保存の法則により下式(5)が成立する。
そして上式(5)に上式(1)〜(4)を代入することで、下式(6)が得られる。
従って、後述する図10(A)に示すように、増幅回路AMPの出力ノードNQには、信号SG1、SG2の差分に対応する電圧VDF=(C1/C2)・(VQ−VR)がAGNDに加算された電圧VPQが出力されるようになる。
はオフセットキャンセル処理が複雑になり、制御部の処理負荷が過大になるという問題もある。
る。従って、オフセットキャンセル用キャパシターCOFの容量値はC2=2Cになる。従って、上式(6)のキャパシター比CR=C1/C2=4C/2C=2になる。従って、増幅回路AMPの信号増幅のゲインはGA=2に設定される。
図5に本実施形態の集積回路装置(回路装置)の詳細な第1の構成例を示す。この集積回路装置は、第1マルチプレクサーMUX1と、第2マルチプレクサーMUX2と、増幅回路AMPと、A/D変換器ADCを含む。
これらの信号VQ1、VR1、VQ2、VR2は、センサーデバイスから出力されて、集積回路装置の端子(パッド)を介して集積回路装置の内部に入力される。なお、センサーデバイスと集積回路装置の間に他の回路素子(例えば後述するパッシブフィルターの回路素子等)が介在していてもよい。
期間においては、第2チャネル第2信号VR2を第2信号SG2として出力する。
、第2信号についてはマルチプレクサーMUX2を介して増幅回路AMPに入力できる。そして、増幅回路AMPにより第1信号、第2信号の差分信号を生成して、A/D変換器ADCに入力できる。この場合に、第1チャネルの第1、第2信号の差分信号については、第1チャネル計測期間においてA/D変換器ADCに入力し、第2チャネルの第1、第2信号の差分信号については、第2チャネル計測期間においてA/D変換器ADCに入力でき、時分割で差分信号をA/D変換器ADCに入力できるようになる。従って、各チャネルの信号が第1、第2信号により構成される場合に、第1、第2信号の差分に対応する信号のA/D変換を、少ない回路規模で実現できる。
図7に本実施形態の集積回路装置の詳細な第2の構成例を示す。この第2の構成例では、センサーデバイス10としてジャイロセンサーのデバイスが用いられている。ジャイロセンサーとしては、振動子が回転することによるコリオリ力から角速度を検出する振動型などの角速度センサーや、静電容量の変化や慣性力の変化から角加速度を検出する角加速度センサーなどを採用できる。
に出力される。
期検波回路334は、駆動回路320からの同期信号に基づいて、増幅回路332の出力信号に対して同期検波を行い、所望信号を抽出する。そしてフィルター部336が不要信号を除去するためのローパスフィルター処理を行い、検出電圧VQ(VQ1、VQ2、VQ3)の信号と基準電圧VR(VR1、VR2、VR3)の信号を出力する。
また図7では増幅回路AMPには、アナロググランド電圧AGNDが供給される。図10(A)に示すように、このアナロググランド電圧AGNDは、A/D変換器ADCのA/D変換範囲RADのセンター電圧VCTとなっている。ここでA/D変換範囲RADは、その上限電圧が電源電圧VDDAであり、下限電圧が低電位側電源電圧VSS(=0V)になっている。
2信号は、所定電圧レベル(センター電圧)を基準に平衡な関係にある差動信号VP、VNであってもよい。即ち第1信号は差動信号を構成する正極性の信号であり、第2信号は差動信号を構成する負極性の信号であってもよい。図7を例にとれば、第1チャネル第1信号VQ1と第1チャネル第2信号VR1が、所定電圧レベルを基準に平衡な関係にある第1差動信号であり、第2チャネル第1信号VQ2と第2チャネル第2信号VR2が、所定電圧レベルを基準に平衡な関係にある第2差動信号であってもよい。VQ3、VR3の信号も同様である。
図11に本実施形態の集積回路装置の詳細な第3の構成例を示す。この第3の構成例では、センサーデバイス10としてジャイロセンサーのデバイスが用いられ、センサーデバイス20(第2センサーデバイス)として加速度センサーのデバイスが用いられている。加速度センサーとしては、梁構造で支えられた可動部での位置変化を静電容量の変化として検出する静電容量型のセンサーや、ダイヤフラムの位置変化をピエゾ抵抗素子によって検出するピエゾ抵抗型のセンサーや、ガス温度分布型のセンサーなどを採用できる。なおセンサーデバイス10とセンサーデバイス20は、同じパッケージ(筺体)内に一体に実装されるものであってもよいし、異なるパッケージに実装されるものであってもよい。
が選択され、増幅回路AMPが、出力信号AMQとしてVQ1、VR1の差分電圧信号VDF1を出力する。そしてマルチプレクサーMUX3は、この差分電圧信号VDF1を第3信号SG3としてA/D変換器ADCに出力する。同様に、第2チャネル計測期間TCH2においては、マルチプレクサーMUX3は、信号VQ2、VR2の差分電圧信号VDF2を第3信号SG3としてA/D変換器ADCに出力する。また第3チャネル計測期間TCH3においては、マルチプレクサーMUX3は、信号VQ3、VR3の差分電圧信号VDF3を第3信号SG3としてA/D変換器ADCに出力する。
図2(A)、図2(B)のサンプリング用のスイッチ素子SWS1、SWS2は、図11のマルチプレクサーMUX1、MUX2のスイッチ素子と共用することができる。図14は、このようにマルチプレクサーMUX1、MUX2のスイッチ素子と共用した場合の構成例を示す図である。
次に本実施形態の集積回路装置を含む電子機器の構成例について、図15を用いて説明する。なお本実施形態の電子機器は図15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。
OP 演算増幅器、SW1〜SW4、SWS1、SWS2 スイッチ素子、
CS サンプリング用キャパシター、COF オフセットキャンセル用キャパシター、
AGND アナロググランド電圧、T1 第1期間、T2 第2期間、
VDDA 電源電圧、RAD A/D変換範囲、
MUX1〜MUX3 第1マルチプレクサー〜第3マルチプレクサー、
CH1〜CH6 第1チャネル〜第6チャネル、
VQ1〜VQ3 第1チャネル第1信号〜第3チャネル第1信号、
VR1〜VR3 第1チャネル第2信号〜第3チャネル第2信号、
VQ4〜VQ6 第4チャネル〜第6チャネルの信号、
TCH1〜TCH6 第1チャネル計測期間〜第6チャネル計測期間、
10、20 センサーデバイス、50 制御部、52 デジタルフィルター、
60 電源回路、310 振動子、320 駆動回路、330 検出回路、
332 増幅回路、334 同期検波回路、336 フィルター部、
500 集積回路装置、510 処理部、520 記憶部、530 無線回路、
540 アンテナ
Claims (10)
- 第1の物理量を示す第1チャネルの信号を構成する第1チャネル第1信号および第1チャネル第2信号と、第2の物理量を示す第2チャネルの信号を構成する第2チャネル第1信号および第2チャネル第2信号と、を出力する物理量トランスデューサーと、
前記第1チャネル第1信号と、前記第2チャネル第1信号とが入力され、第1チャネル計測期間においては前記第1チャネル第1信号を第1信号として出力し、第2チャネル計測期間においては前記第2チャネル第1信号を前記第1信号として出力する第1マルチプレクサーと、
前記第1チャネル第2信号と、前記第2チャネル第2信号とが入力され、前記第1チャネル計測期間においては前記第1チャネル第2信号を第2信号として出力し、前記第2チャネル計測期間においては前記第2チャネル第2信号を前記第2信号として出力する第2マルチプレクサーと、
前記第1チャネル計測期間および前記第2チャネル計測期間の第1期間において前記第1マルチプレクサーからの前記第1信号が入力され、前記第1チャネル計測期間および前記第2チャネル計測期間の第2期間において前記第2マルチプレクサーからの前記第2信号が入力され、前記第1信号と前記第2信号の差分に対応する信号を出力し、スイッチドキャパシター回路により構成される増幅回路と、
前記増幅回路からの出力信号のA/D変換を行うA/D変換器と、
を含み、
前記増幅回路は、
演算増幅器と、
第2入力ノードにアナロググランド電圧が設定された前記演算増幅器の第1入力ノードと、第1ノードとの間に設けられ、前記演算増幅器のオフセット電圧に対応する電荷を蓄積するオフセットキャンセル用キャパシターと、
前記増幅回路の入力ノードと前記演算増幅器の前記第1入力ノードとの間に設けられるサンプリング用キャパシターと、
前記第1ノードと前記アナロググランド電圧のノードとの間に設けられ、前記第1期間においてオンになり、前記第2期間においてオフになる第1スイッチ素子と、
前記第1ノードと前記演算増幅器の前記出力ノードとの間に設けられ、前記第1期間に
おいてオフになり、前記第2期間においてオンになる第2スイッチ素子と、
前記演算増幅器の前記出力ノードと前記第1入力ノードとの間に設けられ、前記第1期間においてオンになり、前記第2期間においてオフになる第3スイッチ素子と、
前記演算増幅器の前記出力ノードと前記増幅回路の出力ノードとの間に設けられ、前記第1期間においてオフになり、前記第2期間においてオンになる第4スイッチ素子と、を含むことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1において、
前記第1の物理量は、第1軸回りの角速度又は角加速度であり、
前記第2の物理量は、前記第1軸と異なる軸回りの角速度又は角加速度であることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1または2において、
前記オフセットキャンセル用キャパシターは、前記増幅回路のゲインを調整するための複数のユニットキャパシターにより構成されることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1ないし3のいずれか一項において、
前記増幅回路は、
前記A/D変換器のA/D変換範囲のセンター電圧となるアナロググランド電圧に対して、前記第1信号と前記第2信号の差分に対応する電圧を加算した電圧信号を出力することを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
第2の物理量トランスデューサーと、
前記第2の物理量トランスデューサーからの信号、および前記増幅回路からの出力信号が入力され、第3信号を出力する第3マルチプレクサーを含み、
前記A/D変換器は、
前記第3マルチプレクサーからの前記第3信号についてのA/D変換を行うことを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項5において、
前記第2の物理量トランスデューサーは、第4の物理量を示す第4チャネルの信号と、第5の物理量を示す第5チャネルの信号と、を出力し、
前記第3マルチプレクサーは、
前記第4チャネルの信号および前記第5チャネルの信号が入力され、第4チャネル計測期間においては前記第4チャネルの信号を前記第3信号として出力し、第5チャネル計測期間においては前記第5チャネルの信号を前記第3信号として出力することを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項6において、
前記第4の物理量は、第2軸方向の加速度であり、
前記第5の物理量は、前記第2軸と異なる軸方向の加速度であることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記第1チャネル第1信号は、前記第1チャネルの第1検出電圧の信号であり、
前記第1チャネル第2信号は、前記第1検出電圧の基準となる第1基準電圧の信号であり、
前記第2チャネル第1信号は、前記第2チャネルの第2検出電圧の信号であり、
前記第2チャネル第2信号は、前記第2検出電圧の基準となる第2基準電圧の信号であ
ることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記第1チャネル第1信号と前記第1チャネル第2信号は、所定電圧レベルを基準に平衡な関係にある第1差動信号であり、
前記第2チャネル第1信号と前記第2チャネル第2信号は、所定電圧レベルを基準に平衡な関係にある第2差動信号であることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の物理量測定装置を含むことを特徴とする電子機器。
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