JP6671150B2

JP6671150B2 - 物理量検出回路、電子機器および移動体

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Publication number: JP6671150B2
Application number: JP2015219725A
Authority: JP
Inventors: 青山　孝志; 孝志青山; 直記吉田
Original assignee: Seiko Epson Corp; Denso Corp
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Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: JP2017090208A; US10302431B2; US20170131099A1; CN107063221A; CN107063221B

Description

本発明は、物理量検出回路、電子機器および移動体に関する。

様々な物理量を検出する物理量検出装置が知られている。例えば、物理量として角速度を検出する角速度検出装置が知られており、角速度検出装置を搭載し、角速度検出装置により検出された角速度に基づいて所定の制御を行う様々な電子機器やシステムが広く利用されている。例えば、自動車の車両走行制御システムでは角速度検出装置により検出された角速度に基づいて、自動車の横滑りを防止する走行制御が行なわれている。

これらの電子機器やシステムでは、角速度検出装置が故障すると誤った制御が行われるので、故障している場合には警告ランプを点灯する等の対策が行われており、角速度検出装置の故障診断を行うための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１では、ジャイロセンサー素子からの漏れ信号の少なくとも一部が出力されるように、同期検波回路の基準クロック信号の位相を変更する物理量検出装置が提案されている。

特開２０１０−２８６３６８号公報

特許文献１では、漏れ信号を抽出する同期検波回路は、位相が固定された基準クロックを用いて、一定の漏れ信号を出力している。そのため、同期検波回路の出力値が一定値となるような故障が発生した場合、正常な場合の漏れ信号と判別がつきにくく、同期検波回路の故障を検出することが困難であった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、同期検波回路の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出回路、電子機器および移動体を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る物理量検出回路は、
駆動信号に基づいて振動することにより、物理量の大きさに応じた検出信号と前記駆動信号に基づく振動の漏れ信号とを発生させる物理量検出素子からの前記検出信号と前記漏れ信号を含む被検波信号に対して、検波信号に基づいて、同期検波する同期検波回路と、
前記同期検波により前記漏れ信号の少なくとも一部が出力されるように、前記検波信号と前記被検波信号との位相差を、第１位相差と、前記第１位相差と異なる第２位相差と、に切り替える位相変更回路と、
を備える、物理量検出回路である。

本適用例によれば、検波信号と被検波信号との位相差を第１位相差と第２位相差とに切り替えることで、同期検波回路からの期待出力値を変更することができる。これによって
、同期検波回路の出力値が一定値となるような故障が発生した場合にも、同期検波回路の故障を検出できる。したがって、同期検波回路の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出回路を実現できる。

［適用例２］
上述の物理量検出回路であって、
前記第１位相差および前記第２位相差の少なくともいずれかにおいて、前記駆動信号の電流値を第１電流値と、前記第１電流値と異なる第２電流値と、に切り替える駆動電流変更回路をさらに備えてもよい。

本適用例によれば、駆動信号の電流値を第１電流値と第２電流値とに切り替えることで、同期検波回路からの期待出力値を変更することができる。これによって、同期検波回路の出力値が一定値となるような故障が発生した場合にも、同期検波回路の故障を検出できる。したがって、同期検波回路の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出回路を実現できる。

［適用例３］
上述の物理量検出回路であって、
前記同期検波回路からの信号に基づいて、当該物理量検出回路の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備えてもよい。

本適用例によれば、同期検波回路からの期待出力を変更できるので、特に同期検波回路の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出回路を実現できる。

［適用例４］
上述の物理量検出回路であって、
レジスターを備え、
前記異常判定部は、前記物理量検出回路が異常と判定された場合に、前記レジスターにエラー情報を書き込む、物理量検出回路。

本適用例によれば、他の回路ブロックや装置でエラー情報を容易に利用できる。

［適用例５］
上述の物理量検出回路であって、
前記異常判定部は、前記物理量検出回路が異常と判定された場合に、外部にエラー信号を出力する、物理量検出回路。

本適用例によれば、他の回路ブロックや装置でエラー信号を容易に利用できる。

［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、
上述のいずれかの物理量検出回路を備える、電子機器である。

本適用例によれば、同期検波回路の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出回路を備えているので、故障検出の精度が高い電子機器を実現できる。

［適用例７］
本適用例に係る移動体は、
上述のいずれかの物理量検出回路を備える、移動体である。

本適用例によれば、同期検波回路の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出回路を備えているので、故障検出の精度が高い移動体を実現できる。

第１実施形態の角速度検出装置の構成について説明するための図である。ジャイロセンサー素子の振動片の平面図である。ジャイロセンサー素子の動作について説明するための図である。ジャイロセンサー素子の動作について説明するための図である。角速度検出装置が静止している時の信号波形の一例を示す図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、第１具体例における期待出力値と実際の出力値との関係の例を示すグラフである。第２具体例における期待出力値と実際の出力値との関係の例を示すグラフである。第３具体例における期待出力値と実際の出力値との関係の例を示すグラフである。第２実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図である。本実施形態に係る電子機器の機能ブロック図である。電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。本実施形態に係る移動体の一例を示す図（上面図）である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、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い。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．物理量検出装置
１−１．第１実施形態
以下では、物理量として角速度を検出する物理量検出装置（角速度検出装置）を例にとり説明するが、本発明は、角速度、加速度、地磁気、圧力等の様々な物理量のいずれかを検出することができる装置に適用可能である。

図１は、第１実施形態の角速度検出装置の構成について説明するための図である。

第１実施形態の角速度検出装置１は、ジャイロセンサー素子１００と角速度信号処理回路４（本発明における物理量検出回路の一例）を含んで構成されている。

ジャイロセンサー素子１００（本発明における物理量検出素子の一例）は、駆動電極と検出電極が配置された振動片が不図示のパッケージに封止されて構成されている。一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるためにパッケージ内の気密性が確保されている。

ジャイロセンサー素子１００の振動片は、例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いて構成してもよいし、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。

また、この振動片は、例えば、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型であってもよいし、音叉型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型で
あってもよい。

本実施形態では、ジャイロセンサー素子１００は、水晶を材料とするダブルＴ型の振動片により構成される。

図２は、本実施形態のジャイロセンサー素子１００の振動片の平面図である。

本実施形態のジャイロセンサー素子１００は、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ型の振動片を有する。水晶を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。

図２に示すように、ジャイロセンサー素子１００の振動片は、２つの駆動用基部１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂが＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１０１ａの側面および上面にはそれぞれ駆動電極１１２および１１３が形成されており、駆動振動腕１０１ｂの側面および上面にはそれぞれ駆動電極１１３および１１２が形成されている。駆動電極１１２、１１３は、それぞれ、図１に示した角速度信号処理回路４の外部出力端子１１、外部入力端子１２を介して駆動回路２０に接続される。

駆動用基部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向に延びる連結腕１０５ａ、１０５ｂを介して矩形状の検出用基部１０７に接続されている。

検出振動腕１０２は、検出用基部１０７から＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕１０２の上面には検出電極１１４および１１５が形成されており、検出振動腕１０２の側面には共通電極１１６が形成されている。検出電極１１４、１１５は、それぞれ、図１に示した角速度信号処理回路４の外部入力端子１３、１４を介して検出回路３０に接続される。また、共通電極１１６は接地される。

駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは逆圧電効果によって矢印Ｂのように、２本の駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動（励振振動）をする。

なお、本出願では、ジャイロセンサー素子に角速度がかかっていない状態で上述の屈曲振動（励振振動）するときの、各駆動振動腕における振動エネルギーの大きさまたは振動の振幅の大きさが２本の駆動振動腕で等しいとき、駆動振動腕の振動エネルギーのバランスがとれているという。

ここで、ジャイロセンサー素子１００の振動片にＺ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向とＺ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図４に示すように、連結腕１０５ａ、１０５ｂは矢印Ｃで示すような振動をする。そして、検出振動腕１０２は、連結腕１０５ａ、１０５ｂの振動（矢印Ｃ）に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。

また、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの励振振動は、ジャイロセンサー素子の製造バラつきなどによって、駆動振動腕の振動エネルギーのバランスがくずれると、検出振動腕１０２には漏れ振動を発生させる。この漏れ振動は、コリオリの力に基づいた振動と同様に矢印Ｄに示す屈曲振動であるが、駆動信号とは同位相である。なお、コリオリ力に伴う振動は駆動振動とは９０°ずれた位相である。

そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕１０２の検出電極１１４、１１５に発生する。ここで、コリオリの力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリの力の大きさ（言い換えれば、ジャイロセンサー素子１００に加わる角速度の大きさ）に応じて変化する。一方、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、ジャイロセンサー素子１００に加わる角速度の大きさに関係しない。

なお、図２の構成では、振動片のバランスを良くするために、検出用基部１０７を中央に配置し、検出用基部１０７から＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に検出振動腕１０２を延出させている。さらに、検出用基部１０７から＋Ｘ軸と−Ｘ軸の両方向に連結腕１０５ａ、１０５ｂを延出させ、連結腕１０５ａ、１０５ｂのそれぞれから、＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂを延出させている。

また、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端には、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂよりも幅の広い矩形状の錘部１０３が形成されている。駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端に錘部１０３を形成することにより、コリオリの力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕１０２の先端には、検出振動腕１０２よりも幅の広い錘部１０６が形成されている。検出振動腕１０２の先端に錘部１０６を形成することにより、検出電極１１４、１１５に発生する交流電荷を大きくすることができる。

以上のようにして、ジャイロセンサー素子１００は、Ｚ軸を検出軸としてコリオリの力に基づく交流電荷（すなわち、検出信号）と、励振振動の漏れ振動に基づく交流電荷（すなわち、漏れ信号）とを検出電極１１４、１１５を介して出力する。

図１に戻り、角速度信号処理回路４は、駆動回路２０、検出回路３０、制御部６０、異常判定部７０およびレジスター８０を含んで構成されている。

駆動回路２０は、ジャイロセンサー素子１００を励振振動させるための駆動信号２１を生成し、外部出力端子１１を介してジャイロセンサー素子１００の駆動電極１１２に供給する。また、駆動回路２０は、ジャイロセンサー素子１００の励振振動により駆動電極１１３に発生する駆動信号２２が外部入力端子１２を介して入力され、この駆動信号２２の振幅が一定に保持されるように駆動信号２１の振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路２０は、検出回路３０に含まれる同期検波回路３５０の検波信号３４の基準となる方形波電圧信号２４を生成する。

駆動回路２０は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）２１０、ＡＣ増幅回路２２０および駆動電流変更回路２３０を含んで構成されている。

ジャイロセンサー素子１００の振動片に流れた駆動電流は、Ｉ／Ｖ変換回路２１０によって交流電圧信号に変換される。

Ｉ／Ｖ変換回路２１０から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路２２０および駆動電流変更回路２３０に入力される。ＡＣ増幅回路２２０は、入力された交流電圧信号を増幅し、所定の電圧値でクリップさせて方形波電圧信号２４を出力する。駆動電流変更回路２３０は、Ｉ／Ｖ変換回路２１０が出力する交流電圧信号のレベルに応じて、方形波電圧信号２４の振幅を変化させ、駆動電流が一定に保持するようにＡＣ増幅回路２２０を制御する。なお、駆動電流変更回路２３０のその他の動作例については、「１−１−２．第２具体例」および「１−１−３．第３具体例」の項で後述される。

方形波電圧信号２４は、外部出力端子１１を介してジャイロセンサー素子１００の振動片の駆動電極１１２に供給される。このように、ジャイロセンサー素子１００は図３に示すような所定の駆動振動を継続して励振している。また、駆動電流を一定に保つことにより、ジャイロセンサー素子１００の駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは一定の振動速度を得ることができる。そのため、コリオリ力を発生させる元となる振動速度は一定となり、感度をより安定にすることができる。

検出回路３０は、外部入力端子１３，１４を介して、ジャイロセンサー素子１００の検出電極１１４、１１５に発生する交流電荷（検出電流）３１，３２がそれぞれ入力され、これらの交流電荷（検出電流）に含まれる所望の成分を抽出する。

検出回路３０は、チャージアンプ回路３１０、３２０、差動増幅回路３３０、ＡＣ増幅回路３４０、同期検波回路３５０、平滑回路３６０、可変増幅回路３７０、フィルター回路３８０および位相変更回路３５２を含んで構成されている。

チャージアンプ回路３１０には、外部入力端子１３を介してジャイロセンサー素子１００の振動片の検出電極１１４から検出信号と漏れ信号からなる交流電荷が入力される。

同様に、チャージアンプ回路３２０には、外部入力端子１４を介してジャイロセンサー素子１００の振動片の検出電極１１５から検出信号と漏れ信号からなる交流電荷が入力される。

このチャージアンプ回路３１０および３２０は、それぞれ入力された交流電荷を、基準電圧Ｖｒｅｆを基準とした交流電圧信号に変換する。なお、基準電圧Ｖｒｅｆは、基準電源回路（不図示）により、電源入力端子から入力された外部電源に基づいて生成される。

差動増幅回路３３０は、チャージアンプ回路３１０の出力信号とチャージアンプ回路３２０の出力信号を差動増幅する。差動増幅回路３３０は、同相成分を消去し、逆相成分を加算増幅するためのものである。

ＡＣ増幅回路３４０は、差動増幅回路３３０の出力信号を増幅する。このＡＣ増幅回路３４０の出力信号は、検出信号と漏れ信号が含まれており、被検波信号３６として同期検波回路３５０に入力される。

同期検波回路３５０は、被検波信号３６に対して、検波信号３４に基づいて、同期検波を行う。同期検波回路３５０は、例えば、検波信号３４の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い時はＡＣ増幅回路３４０の出力信号を選択し、検波信号３４の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い時はＡＣ増幅回路３４０の出力信号を基準電圧Ｖｒｅｆに対して反転した信号を選択するスイッチ回路として構成することができる。

位相変更回路３５２は、方形波電圧信号２４に対して位相差を有する検波信号３４を生成する。なお、位相変更回路３５２の動作例については、「１−１−１．第１具体例」および「１−１−３．第３具体例」の項で後述される。

同期検波回路３５０の出力信号は、平滑回路３６０で直流電圧信号に平滑化された後、可変増幅回路３７０に入力される。

可変増幅回路３７０は、平滑回路３６０の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（または減衰率）で増幅（または減衰）して検出感度を調整する。可変増幅回路３７０で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路３８０に入力される。

フィルター回路３８０は、可変増幅回路３７０の出力信号を使用に適した周波数帯域に制限する回路であり、角速度検出信号３３を生成する。そして、角速度検出信号３３は外部出力端子１７を介して外部に出力されるとともに、異常判定部７０に入力される。

制御部６０は、外部から入力される制御信号６２に基づいて、制御信号６４を出力することによって位相変更回路３５２を制御する。また、制御部６０は、外部から入力される制御信号６２に基づいて、制御信号６６を出力することによって駆動電流変更回路２３０を制御する。制御部６０は、例えば、専用の論理回路や汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実現することができる。

異常判定部７０は、同期検波回路３５０からの信号に基づいて、角速度検出装置１（物理量検出装置）の異常の有無を判定し、判定結果を異常判定信号７２として外部出力端子１８へ出力する。図１に示される例では、同期検波回路３５０からの信号が、平滑回路３６０、可変増幅回路３７０およびフィルター回路３８０を介して異常判定部７０に入力される。

本実施形態において、角速度検出装置１（物理量検出装置）が異常と判定された場合に、判定結果が異常であったことを表すエラー信号を異常判定信号７２として外部出力端子１８へ出力してもよい。これによって、他の回路ブロックや装置でエラー信号を容易に利用できる。

異常判定部７０の動作例については、「１−１−１．第１具体例」、「１−１−２．第２具体例」および「１−１−３．第３具体例」の項で後述される。

本実施形態において、角速度信号処理回路４は、レジスター８０を備えている。レジスター８０は、記憶されている情報をデジタル信号８２として外部端子１９を介して外部に出力可能に構成されている。また、異常判定部７０は、同期検波回路３５０からの信号に基づいて角速度検出装置１（物理量検出装置）が異常と判定した場合に、レジスター８０にエラー情報を書き込んでもよい。図１に示される例では、異常判定部７０は、エラー情報信号７４をレジスター８０に出力することによって、レジスター８０にエラー情報を書き込む。レジスター８０を有することによって、他の回路ブロックや装置でエラー情報を容易に利用できる。

なお、角速度検出装置１は、上述された各構成の一部が省略されてもよいし、他の構成が付加されてもよい。

１−１−１．第１具体例
図５は、角速度検出装置１が静止している時の信号波形の一例を示す図である。図５において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。

ジャイロセンサー素子１００の振動片が振動している状態では、Ｉ／Ｖ変換回路２１０の出力（Ａ点）には、ジャイロセンサー素子１００の振動片の駆動電極１１３からフィードバックされた電流が変換された一定周波数の交流電圧が発生している。すなわち、Ｉ／Ｖ変換回路２１０の出力（Ａ点）には、一定周波数の正弦波電圧信号が発生している。

そして、ＡＣ増幅回路２２０の出力（Ｂ点）には、Ｉ／Ｖ変換回路２１０の出力信号（Ａ点の信号）が増幅された、振幅が一定値Ｖｃの方形波電圧信号が発生する。

ジャイロセンサー素子１００に角速度が加わっていない場合は、ジャイロセンサー素子
１００の振動片の検出電極１１４、１１５には角速度の検出信号は発生しないが、漏れ信号は発生する。

ジャイロセンサー素子１００の検出電極１１４および１１５に発生した漏れ信号（交流電荷）は、それぞれチャージアンプ回路３１０および３２０により、交流電圧信号に変換される。ここでは、チャージアンプ回路３１０と３２０から出力される交流電圧信号は逆相であるとしている。その結果、チャージアンプ回路３１０および３２０の出力（Ｃ点およびＤ点）には、ＡＣ増幅回路２２０の出力信号（Ｂ点の信号）と同じ周波数の正弦波電圧信号が発生する。ここで、チャージアンプ回路３１０の出力信号（Ｃ点の信号）の位相は、ＡＣ増幅回路２２０の出力信号（Ｂ点の信号）に対して９０°ずれている。また、チャージアンプ回路３２０の出力信号（Ｄ点の信号）の位相は、チャージアンプ回路３１０の出力信号（Ｃ点の信号）に対して逆位相である（１８０°ずれている）。

チャージアンプ回路３１０および３２０の出力信号（Ｃ点の信号およびＤ点の信号）は差動増幅回路３３０により差動増幅され、ＡＣ増幅回路３４０の出力（Ｅ点）には、チャージアンプ回路３１０の出力（Ｃ点）に発生する正弦波電圧信号と同じ周波数で同位相の正弦波電圧信号が発生する。ＡＣ増幅回路３４０の出力（Ｅ点）に発生するこの正弦波電圧信号は、ジャイロセンサー素子１００の振動片の検出電極１１４、１１５に発生する漏れ信号に対応する信号である。

ＡＣ増幅回路３４０の出力信号（Ｅ点の信号）は、同期検波回路３５０により検波信号３４に基づいて同期検波される。ここで、検波信号３４（位相変更回路３５２の出力信号（Ｆ点の信号））は、ＡＣ増幅回路２２０が出力する方形波電圧信号（Ｂ点の信号）に対して位相変更量に応じた位相差（Δφとする）を有する方形波電圧信号である。したがって、ＡＣ増幅回路３４０の出力信号（Ｅ点の信号）と検波信号３４（位相変更回路３５２の出力信号（Ｆ点の信号））は９０°−Δφだけ位相がずれているので、同期検波回路３５０の出力信号（Ｇ点の信号）において、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧の積分量と基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧の積分量が一致せず、その差は漏れ信号のレベルに応じて変化する。その結果、フィルター回路３８０の出力（Ｈ点）には、漏れ信号のレベルと位相変更量に応じた電圧値Ｖ１の直流電圧信号（角速度検出信号３３）が発生する。なお、位相差Δφを０°とすることで、角速度の大きさに応じた検出信号を抽出することができる。

本具体例において、位相変更回路３５２は、制御信号６４に基づいて、同期検波回路３５０での同期検波により漏れ信号の少なくとも一部が出力されるように、検波信号３４と被検波信号３６との位相差を、第１位相差Δφ１と、第１位相差Δφ１と異なる第２位相差Δφ２と、に切り替える。

検波信号３４と被検波信号３６との位相差が、第１位相差Δφ１と第２位相差Δφ２とで異なることによって、同期検波回路３５０からの期待出力値が異なる値となる。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、第１具体例における期待出力値と実際の出力値との関係の例を示すグラフである。図６（Ａ）および図６（Ｂ）の横軸は期待出力値、縦軸は実際の出力値を表す。

図６（Ａ）に示される例では、第１位相差Δφ１を９０°とし、第２位相差Δφ２を−９０°とした場合を示している。図６（Ｂ）に示される例では、第１位相差Δφ１を９０°とし、第２位相差Δφ２を４５°とした場合を示している。

本具体例によれば、検波信号３４と被検波信号３６との位相差を第１位相差Δφ１と第
２位相差Δφ２とに切り替えることで、同期検波回路３５０からの期待出力値を変更することができる。これによって、同期検波回路３５０の出力値が一定値となるような故障が発生した場合にも、同期検波回路３５０の故障を検出できる。したがって、同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な角速度信号処理回路４（物理量検出回路）および角速度検出装置１（物理量検出装置）を実現できる。

本具体例において、異常判定部７０は、同期検波回路３５０からの信号に基づいて、角速度検出装置１（物理量検出装置）の異常の有無を判定する。例えば、異常判定部７０は、第１位相差Δφ１の場合のフィルター回路３８０の出力値と、第２位相差Δφ２の場合のフィルター回路３８０の出力値との差が、所定範囲内であれば異常なし、所定範囲外であれば異常ありと判定してもよい。また例えば、異常判定部７０は、横軸を期待出力値、縦軸を実際の出力値としてプロットした場合において、第１位相差Δφ１の場合のフィルター回路３８０の出力値と、第２位相差Δφ２の場合のフィルター回路３８０の出力値とを結ぶ直線の傾きや切片が所定範囲内であれば異常なし、所定範囲外であれば異常ありと判断してもよい。

本実施形態によれば、同期検波回路３５０からの期待出力を変更できるので、特に同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な角速度信号処理回路４（物理量検出回路）および角速度検出装置１（物理量検出装置）を実現できる。

なお、角速度検出装置１に角速度が加われば、角速度検出信号３３には、漏れ信号のレベルに応じた電圧値と角速度の大きさに応じた電圧値が重畳された電圧値となるため、異常の有無を判定することが難しい。したがって、角速度検出装置１に角速度が加わっていない状態（例えば、静止している状態）で、異常の有無を判定することが望ましい。例えば、本実施形態の角速度検出装置１が車両に搭載されている場合、当該車両のエンジン始動時のプライマリーチェックにおいて異常の有無を判定すればよい。

１−１−２．第２具体例
第２具体例では、駆動電流変更回路２３０は、制御信号６６に基づいて、駆動信号の電流値を第１電流値Ｉ１と、第１電流値Ｉ１と異なる第２電流値Ｉ２と、に切り替える。

駆動信号の電流値が、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とで異なることによって、同期検波回路３５０からの期待出力値が異なる値となる。

図７は、第２具体例における期待出力値と実際の出力値との関係の例を示すグラフである。図７の横軸は期待出力値、縦軸は実際の出力値を表す。

図７に示される例では、第２電流値Ｉ２を、第１電流値Ｉ１に対して２倍とした場合を示している。

本具体例によれば、駆動信号の電流値を第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とに切り替えることで、同期検波回路３５０からの期待出力値を変更することができる。これによって、同期検波回路３５０の出力値が一定値となるような故障が発生した場合にも、同期検波回路３５０の故障を検出できる。したがって、同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な角速度信号処理回路４（物理量検出回路）および角速度検出装置１（物理量検出装置）を実現できる。

本具体例において、異常判定部７０は、同期検波回路３５０からの信号に基づいて、角速度信号処理回路４（物理量検出回路）の異常の有無を判定する。例えば、異常判定部７０は、第１電流値Ｉ１の場合のフィルター回路３８０の出力値と、第２電流値Ｉ２の場合
のフィルター回路３８０の出力値との差が、所定範囲内であれば異常なし、所定範囲外であれば異常ありと判定してもよい。また例えば、異常判定部７０は、横軸を期待出力値、縦軸を実際の出力値としてプロットした場合において、第１電流値Ｉ１の場合のフィルター回路３８０の出力値と、第２電流値Ｉ２の場合のフィルター回路３８０の出力値とを結ぶ直線の傾きや切片が所定範囲内であれば異常なし、所定範囲外であれば異常ありと判断してもよい。

１−１−３．第３具体例
第３具体例において、位相変更回路３５２は、制御信号６４に基づいて、同期検波回路３５０での同期検波により漏れ信号の少なくとも一部が出力されるように、検波信号３４と被検波信号３６との位相差を、第１位相差Δφ１と、第１位相差Δφ１と異なる第２位相差Δφ２と、に切り替える。また、第１位相差Δφ１および第２位相差Δφ２の少なくともいずれかにおいて、駆動電流変更回路２３０は、制御信号６６に基づいて、駆動信号の電流値を第１電流値Ｉ１と、第１電流値Ｉ１と異なる第２電流値Ｉ２と、に切り替える。

図８は、第３具体例における期待出力値と実際の出力値との関係の例を示すグラフである。図８の横軸は期待出力値、縦軸は実際の出力値を表す。

図８に示される例では、第１位相差Δφ１を９０°とし、第２位相差Δφ２を−９０°とした場合を示している。また、図８に示される例では、第２電流値Ｉ２を、第１電流値Ｉ１に対して２倍とした場合を示している。また、図８に示される例では、第１位相差Δφ１および第２位相差Δφ２の両方において、駆動信号の電流値が第１電流値Ｉ１である場合と、駆動信号の電流値が第２電流値Ｉ２である場合と、を示している。

本具体例によれば、検波信号３４と被検波信号３６との位相差を第１位相差Δφ１と第２位相差Δφ２とに切り替えることで、同期検波回路３５０からの期待出力値を変更することができる。また、本具体例によれば、駆動信号の電流値を第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とに切り替えることで、同期検波回路３５０からの期待出力値を変更することができる。これによって、同期検波回路３５０の出力値が一定値となるような故障が発生した場合にも、同期検波回路３５０の故障を検出できる。したがって、同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な角速度信号処理回路４（物理量検出回路）および角速度検出装置１（物理量検出装置）を実現できる。

本具体例において、異常判定部７０は、同期検波回路３５０からの信号に基づいて、角速度信号処理回路４（物理量検出回路）の異常の有無を判定する。例えば、異常判定部７０は、横軸を期待出力値、縦軸を実際の出力値としてプロットした場合において、各出力値のフィッティング直線の傾きや切片が所定範囲内であれば異常なし、所定範囲外であれば異常ありと判断してもよい。

１−２．第２実施形態
図９は、第２実施形態の物理量検出装置１０００の機能ブロック図である。第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

物理量検出装置１０００は、物理量として１軸方向の角速度と２軸方向の加速度とを検出する。物理量検出装置１０００は、角速度を検出する構成として、ジャイロセンサー素子１００と、角速度信号処理回路４と、を備えている。物理量検出装置１０００は、加速度を検出する構成として、検出素子４００ｘと、検出素子４００ｙと、加速度信号処理回路５と、を備えている。また、物理量検出装置１０００は、温度に基づく補正を行うために、温度センサー３を備えている。

本実施形態の物理量検出装置１０００は、さらに、選択回路６、ＡＤＣ（Analog-to-digital converter）７、デジタル処理回路８、インターフェイス回路９および故障診断回路１０を備えている。

本実施形態においては、ジャイロセンサー素子１００、検出素子４００ｘおよび検出素子４００ｙを除く構成は、信号処理ＩＣ（集積回路装置）２ａとして構成されている。なお、本実施形態の物理量検出装置１０００は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としたりしてもよい。

温度センサー３は、温度に応じた温度信号４０８を選択回路６に出力する。

角速度信号処理回路４は、角速度に応じた角速度検出信号３３を選択回路６に出力する。また、角速度信号処理回路４は、エラー情報信号２５を故障診断回路１０に出力する。

検出素子４００ｘおよび検出素子４００ｙは、静電容量型の加速度検出素子で構成されている。検出素子４００ｘは、加速度信号処理回路５から搬送波信号４０１を受け、検出した加速度に応じた検出信号４０２および検出信号４０３を加速度信号処理回路５に差動出力する。検出素子４００ｙは、加速度信号処理回路５から搬送波信号４０１を受け、検出した加速度に応じた検出信号４０４および検出信号４０５を加速度信号処理回路５に差動出力する。

加速度信号処理回路５は、検出信号４０２〜４０５に基づいて、加速度に応じた加速度信号４０６を選択回路６に出力する。また、加速度信号処理回路５は、加速度信号処理回路５内で生じた異常に関する情報をエラー情報信号４０７として故障診断回路１０に出力する。

選択回路６は、入力される信号から１つを順次選択して信号４０９としてＡＤＣ７に出
力する。

ＡＤＣ７は、入力される信号をデジタル信号に変換して信号４１０としてデジタル処理回路８に出力する。

デジタル処理回路８は、入力される信号に対して種々のデジタル処理を行って信号４１１としてインターフェイス回路９に出力する。デジタル処理としては、例えば、フィルター処理や温度特性を補正する処理などを行ってもよい。

故障診断回路１０は、入力される信号に基づいて、角速度信号処理回路４、加速度信号処理回路５、ジャイロセンサー素子１００、検出素子４００ｘおよび検出素子４００ｙの少なくともいずれかで異常が発生しているか否かを判定して、判定結果を信号４１２としてインターフェイス回路９に出力する。

インターフェイス回路９は、入力される信号を所定の通信フォーマットに変換して信号４１３として外部に出力する。

第２実施形態の物理量検出装置１０００においても、第１実施形態と同様の理由により同様の効果を奏する。

２．電子機器
図１０は、本実施形態に係る電子機器５００の機能ブロック図である。なお、上述された各実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る電子機器５００は、角速度信号処理回路４（物理量検出回路）を含む電子機器５００である。図１０に示される例では、電子機器５００は、角速度信号処理回路４（物理量検出回路）を含む角速度検出装置１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２０、操作部５３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）５４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）５５０、通信部５６０、表示部５７０、音出力部５８０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る電子機器５００は、図１０に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

ＣＰＵ５２０は、ＲＯＭ５４０等に記憶されているプログラムに従い、不図示のクロック信号生成回路が出力するクロックパルスを用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ５２０は、操作部５３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部５６０を制御する処理、表示部５７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部５８０に各種の音を出力させる処理等を行う。

操作部５３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ５２０に出力する。

ＲＯＭ５４０は、ＣＰＵ５２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ５５０は、ＣＰＵ５２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ５４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部５３０から入力されたデータ、ＣＰＵ５２０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部５６０は、ＣＰＵ５２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種
制御を行う。

表示部５７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ５２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。

そして、音出力部５８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

ＣＰＵ５２０は、角速度検出装置１に何らかの異常があったことを表すエラー信号を角速度検出装置１から受信した場合に、異常が発生した箇所を特定するために、角速度検出装置１に対し、上述した第１または第２実施形態の角速度信号処理回路４によって同期検波回路３５０が故障しているか否かを判定する動作を行うよう命令するコマンドを送信してもよい。

本実施形態に係る電子機器５００によれば、同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な角速度信号処理回路４（物理量検出回路）を備えているので、故障検出の精度が高い電子機器５００を実現することができる。

電子機器５００としては種々の電子機器が考えられる。例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（point of sale）端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、電力計、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

図１１は、電子機器５００の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。電子機器５００であるスマートフォンは、操作部５３０としてボタンを、表示部５７０としてＬＣＤを備えている。そして、電子機器５００であるスマートフォンは、同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な角速度信号処理回路４（物理量検出回路）を備えているので、故障検出の精度が高い電子機器５００を実現することができる。

３．移動体
図１２は、本実施形態に係る移動体６００の一例を示す図（上面図）である。なお、上述された各実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る移動体６００は、物理量検出装置１０００を含む移動体４００である。また、図１２に示される例では、移動体６００は、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー６２０、コントローラー６３０、コントローラー６４０、バッテリー６５０およびバックアップ用バッテリー６６０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体６００は、図１２に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

本実施形態に係る移動体６００によれば、同期検波回路３５０の故障検出の精度を高めることが可能な物理量検出装置１０００を備えているので、故障検出の精度が高い移動体６００を実現することができる。

このような移動体６００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…角速度検出装置、２ａ…信号処理ＩＣ（集積回路装置）、３…温度センサー、４…角速度信号処理回路、５…加速度信号処理回路、６…選択回路、７…ＡＤＣ、８…デジタル処理回路、９…インターフェイス回路、１０…故障診断回路、１１…外部出力端子、１２〜１６…外部入力端子、１７〜１９…外部出力端子、２０…駆動回路、２１，２２…駆動信号、２４…方形波電圧信号、３０…検出回路、３１，３２…交流電荷（検出電流）、３３…角速度検出信号、３４…検波信号、３６…被検波信号、６０…制御部、６２…制御信号、６４…制御信号、６６…制御信号、７０…異常判定部、７２…異常判定信号、８０…レジスター、８２…デジタル信号、１００…ジャイロセンサー素子、１０１ａ〜１０１ｂ…駆動振動腕、１０２…検出振動腕、１０３…錘部、１０４ａ〜１０４ｂ…駆動用基部、１０５ａ〜１０５ｂ…連結腕、１０６…錘部、１０７…検出用基部、１１２〜１１３…駆動電極、１１４〜１１５…検出電極、１１６…共通電極、２１０…Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）、２２０…ＡＣ増幅回路、２３０…駆動電流変更回路、３１０…チャージアンプ回路、３２０…チャージアンプ回路、３３０…差動増幅回路、３４０…ＡＣ増幅回路、３５０…同期検波回路、３５２…位相変更回路、３６０…平滑回路、３７０…可変増幅回路、３８０…フィルター回路、４００ｘ，４００ｙ…検出素子、４０１…搬送波信号、４０２〜４０５…検出信号、４０６…加速度信号、４０７…エラー情報信号、４０８…温度信号、４０９〜４１３…信号、５００…電子機器、５２０…ＣＰＵ、５３０…操作部、５４０…ＲＯＭ、５５０…ＲＡＭ、５６０…通信部、５７０…表示部、５８０…音声出力部、６００…移動体、６２０…コントローラー、６３０…コントローラー、６４０…コントローラー、６５０…バッテリー、６６０…バックアップ用バッテリー、１０００…物理量検出装置

Claims

駆動信号に基づいて振動することにより、物理量の大きさに応じた検出信号と前記駆動信号に基づく振動の漏れ信号とを発生させる物理量検出素子からの前記検出信号と前記漏れ信号を含む被検波信号に対して、検波信号に基づいて、同期検波することにより前記検出信号を抽出する同期検波回路と、
前記同期検波回路から前記漏れ信号の少なくとも一部が出力されるように、前記検波信号と前記被検波信号との位相差を、第１位相差に切り替え、前記同期検波回路から前記漏れ信号の少なくとも一部が出力されるように、前記検波信号と前記被検波信号との位相差を、前記第１位相差と異なる第２位相差に切り替える位相変更回路と、
を備え、
前記第１位相差は、前記同期検波回路が前記検波信号から前記検出信号を抽出する場合の前記検波信号と前記被検波信号との位相差と異なり、
前記第２位相差は、前記同期検波回路が前記検波信号から前記検出信号を抽出する場合の前記検波信号と前記被検波信号との位相差と異なる、
物理量検出回路。
請求項１に記載の物理量検出回路であって、
前記第１位相差および前記第２位相差の少なくともいずれかにおいて、前記駆動信号の電流値を第１電流値と、前記第１電流値と異なる第２電流値と、に切り替える駆動電流変更回路をさらに備える、物理量検出回路。
請求項１または２に記載の物理量検出回路であって、
前記同期検波回路からの信号に基づいて、当該物理量検出回路の異常の有無を判定する異常判定部をさらに備える、物理量検出回路。
請求項３に記載の物理量検出回路であって、
レジスターを備え、
前記異常判定部は、前記物理量検出回路が異常と判定された場合に、前記レジスターにエラー情報を書き込む、物理量検出回路。
請求項３に記載の物理量検出回路であって、
前記異常判定部は、前記物理量検出回路が異常と判定された場合に、外部にエラー信号を出力する、物理量検出回路。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量検出回路を備える、電子機器。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量検出回路を備える、移動体。