JP6733381B2 - 物理量検出回路、物理量検出装置、電子機器及び移動体 - Google Patents

物理量検出回路、物理量検出装置、電子機器及び移動体 Download PDF

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Description

本発明は、物理量検出回路、物理量検出装置、電子機器及び移動体に関する。
現在、様々なシステムや電子機器において、加速度を検出する加速度センサーや角速度を検出するジャイロセンサー等、種々の物理量を検出可能な物理量検出装置が広く利用されている。例えば、特許文献１には、差動容量型センサーに、ＱＶアンプ、プログラマブルゲインアンプ（ＰＧＡ）及びアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備えた物理量検出回路を接続して構成される物理量検出装置が開示されている。
特開２０１５−１３５２４５号公報
特許文献１に記載の物理量検出装置のように、物理量検出素子が出力するアナログ信号に対してアナログ処理を行った後、ＡＤＣを用いてデジタル信号に変換する物理量検出装置では、物理量検出素子の駆動周波数とＡＤＣのサンプリング周波数を一致させるか、もしくは駆動周波数によるサンプルホールド回路でＤＣ信号に変換する必要がある。駆動周波数とＡＤＣのサンプリング周波数を一致させる場合にはアンチエイリアスフィルターを設けることが出来ないため、ＡＤＣでのサンプリングによって発生する折り返しノイズにより、低ノイズ化が難しい。また、ＡＤＣの前段にサンプルホールド回路とアンチエイリアスフィルターを設けた場合にはサンプルホールド回路による折り返しノイズが発生する。また、アンチエイリアスフィルターは回路速度と回路面積の点で大きくすることが出来ず、低ノイズ化が難しい。
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、サンプルホールド回路とスイッチトキャパシターフィルター回路を用いた低ノイズ化が可能な物理量検出回路及び物理量検出装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、当該物理量検出装置を用いた電子機器及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、物理量検出素子の出力信号に基づく第１の信号をサンプルホールドする第１のサンプルホールド回路と、前記第１のサンプルホールド回路の出力信号が入力される増幅回路と、前記増幅回路の第１の出力信号が入力される第１のスイッチトキャパシター回路と、を有し、前記第１のスイッチトキャパシター回路の出力信号が前記増幅回路に入力される、スイッチトキャパシターフィルター回路と、前記スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、を含む。
本適用例に係る物理量検出回路では、スイッチトキャパシターフィルター回路は、第１
のスイッチトキャパシター回路によってＡ／Ｄ変換回路の前段のアンチエイリアスフィルターとして機能する。また、第１のサンプルホールド回路によってスイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号はＤＣに近い信号となるため、Ａ／Ｄ変換回路によるサンプリングタイミングの自由度が高い。従って、本適用例に係る物理量検出回路によれば、Ａ／Ｄ変換回路がスイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をサンプリングする周波数を変えずに物理量検出素子を駆動する周波数を高めることが可能であり、低ノイズ化が可能である。
［適用例２］
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記増幅回路は、前記第１のサンプルホールド回路の出力信号が入力される第１のチョッピング回路と、前記第１のチョッピング回路の出力信号が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の出力信号が入力される第２のチョッピング回路と、を有してもよい。
本適用例に係る物理量検出回路では、第１のサンプルホールド回路の出力信号に含まれるＤＣ付近の信号成分は、第１のチョッピング回路によってチョッピング周波数付近の信号成分に変換される。また、演算増幅器の出力信号に含まれるチョッピング周波数付近の信号成分（第１のチョッピング回路によって変換された信号成分）は、第２のチョッピング回路によってＤＣ付近の信号成分に戻され、演算増幅器の出力信号に含まれるノイズ成分（演算増幅器の動作により発生する１／ｆノイズ）は、第２のチョッピング回路によってチョッピング周波数付近のノイズ成分に変換される。従って、本適用例に係る物理量検出回路によれば、スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号に含まれるノイズ成分が低減され、さらなる低ノイズ化が可能である。
［適用例３］
上記本適用例に係る物理量検出回路において、前記第１のチョッピング回路及び前記第２のチョッピング回路におけるチョッピング周波数は、前記Ａ／Ｄ変換回路が前記スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をサンプリングするサンプリング周波数の１／２以下であってもよい。
本適用例に係る物理量検出回路では、スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号はチョッピング周波数付近のノイズ成分が高くなるが、チョッピング周波数がＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数の１／２以下であるので、サンプリング定理に基づき、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリングによってこのノイズ成分がＤＣ付近の信号帯域に折り返すことがない。従って、本適用例に係る物理量検出回路によれば、低ノイズ化が可能である。
［適用例４］
上記適用例に係る物理量検出回路は、第１のクロック信号に基づいて、前記物理量検出素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路を含み、前記スイッチトキャパシターフィルター回路は、前記第１のクロック信号を分周して第２のクロック信号を生成する分周回路を有し、前記第１のチョッピング回路及び前記第２のチョッピング回路は、前記第２のクロック信号に基づいて動作してもよい。
［適用例５］
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号を含む複数の信号を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。
本適用例に係る物理量検出回路では、スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号はＤＣに近い信号となるため、Ａ／Ｄ変換回路によるサンプリングタイミングの自由度
が高いので、Ａ／Ｄ変換回路において、スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号を含む複数の信号のＡ／Ｄ変換処理を時分割に行うことが可能である。従って、本適用例によれば、回路面積の大幅な増加を抑制しながら、複数の信号を出力可能な物理量検出回路を実現することができる。
［適用例６］
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記スイッチトキャパシターフィルター回路は、前記物理量検出素子の出力信号に基づく第２の信号をサンプルホールドする第２のサンプルホールド回路と、前記増幅回路の第２の出力信号が入力される第２のスイッチトキャパシター回路と、を有し、前記増幅回路は、前記第１のサンプルホールド回路の出力信号と前記第２のサンプルホールド回路の出力信号とが入力され、前記第１の信号及び前記第２の信号に対して差動で動作してもよい。
本適用例に係る物理量検出回路では、スイッチトキャパシターフィルター回路は、第１のスイッチトキャパシター回路及び第２のスイッチトキャパシター回路によってＡ／Ｄ変換回路の前段のアンチエイリアスフィルターとして機能する。また、第１のサンプルホールド回路及び第２のスイッチトキャパシター回路によってスイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号はＤＣに近い信号となるため、Ａ／Ｄ変換回路によるサンプリングタイミングの自由度が高い。さらに、スイッチトキャパシターフィルター回路は、入力される第１の信号及び第２の信号に対して差動で動作するので、第１の信号及び第２の信号に含まれる同相ノイズや信号処理で発生する同相ノイズが低減される。従って、本適用例に係る物理量検出回路によれば、Ａ／Ｄ変換回路がスイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をサンプリングする周波数を変えずに物理量検出素子を駆動する周波数を高めることが可能であり、低ノイズ化が可能である。
［適用例７］
本適用例に係る物理量検出装置は、上記のいずれかの物理量検出回路と、前記物理量検出素子と、を備えている。
本適用例によれば、物理量検出回路において、Ａ／Ｄ変換回路がスイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をサンプリングする周波数を変えずに物理量検出素子を駆動する周波数を高めることが可能であるので、低ノイズ化が可能な物理量検出装置を実現することが可能である。
［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、上記の物理量検出装置を備えている。
［適用例９］
本適用例に係る移動体は、上記の物理量検出装置を備えている。
これらの適用例によれば、低ノイズ化が可能な物理量検出装置を備えているので、例えば、信頼性の高い電子機器及び移動体を実現することが可能である。
本実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図。 物理量検出素子の構造例を示す図。 物理量検出素子の動作について説明するための図。 本実施形態における信号波形の一例を示す図。 スイッチトキャパシターフィルター回路の構成例を示す図。 増幅回路の構成例を示す図。 チョッピング回路５６に入力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す図。 チョッピング回路５６から出力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す図。 演算増幅器５７から出力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す図。 チョッピング回路５８から出力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す図。 物理量検出回路における各種信号の信号波形の一例を示す図。 物理量検出回路における各種信号の信号波形の一例を示す図。 本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。 電子機器の一例であるデジタルカメラを模式的に示す斜視図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。
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。なお、以下に説明する実施の形態は、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。
以下では、物理量として加速度を検出する物理量検出装置（加速度検出装置）を例にとり説明する。
１．物理量検出装置
図１は、本実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図である。本実施形態の物理量検出装置１は、３つの物理量検出素子（センサー素子）２（２Ｘ，２Ｙ，２Ｚ）と物理量検出回路３を含んで構成されている。
３つの物理量検出素子２（２Ｘ，２Ｙ，２Ｚ）は、それぞれ、検出軸の方向に加わった物理量（ここでは加速度）に応じたアナログ信号を出力する素子である。物理量検出素子２Ｘの検出軸はＸ軸であり、物理量検出素子２Ｙの検出軸はＹ軸であり、物理量検出素子２Ｚの検出軸はＺ軸である。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに交差し、例えば直交する。
本実施形態では、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚは同じ構造であり、物理量に応じたアナログ信号として差動信号対を出力する。図２は、物理量検出素子２（２Ｘ，２Ｙ，２Ｚ）の構造例を示す図（平面図）である。図２に示すように、物理量検出素子２は、固定部２００と可動部２１０とを有する。固定部２００は、基板（図示略）に固定されている部材である。可動部２１０は、加速度に応じて変位する構造体であり、錘部２１１とばね部２１２とを有する。ばね部２１２は、一端が基板に固定されており、他端は錘部２１１に接続されている。錘部２１１は、ばね部２１２により支持されている。
図３に示すように、物理量検出素子２に加速度ａが加わると、質量ｍの錘部２１１には、Ｆ＝ｍａの力Ｆが働く。この力Ｆにより、ばね部２１２は変形し、錘部２１１は固定部２００に対して相対的に変位する。
錘部２１１は、可動電極２１１Ａおよび可動電極２１１Ｂを有する。固定部２００は、固定電極２０１〜２０４を有する。可動電極２１１Ａは固定電極２０１，２０２の間に配置され、可動電極２１１Ｂは固定電極２０３，２０４の間に配置される。物理量検出素子２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）等の半導体材料と、半導体加工技術を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で形成される。
ここで、可動電極２１１Ａと固定電極２０１とのペアと、可動電極２１１Ｂと固定電極２０３とのペアとを、第１容量形成部５と称する。同様に、可動電極２１１Ａと固定電極２０２とのペアと、可動電極２１１Ｂと固定電極２０４とのペアとを、第２容量形成部６と称する。物理量検出素子２は、第１容量形成部５の一端と接続されている端子７と、第２容量形成部６の一端と接続されている端子８と、第１容量形成部５と第２容量形成部６の共通端と接続されている端子９とを含む。図１に示す加速度ａが作用したとき、第１容量形成部５の容量値は減少する一方で、第２容量形成部６の容量値は増大する。このため、端子９から第１容量形成部５と第２容量形成部６の共通端に電荷を供給した状態で錘部２１１に加速度ａが作用すると、端子７，８を介して、第１容量形成部５の一端及び第２容量形成部６の一端からそれぞれ出力される電荷（信号）は絶対値が等しく符号が逆の差動信号対となる。このように、図２に示される物理量検出素子２は、差動容量型センサーである。
図１に戻り、物理量検出回路３は、マルチプレクサー１０、Ｑ／Ｖアンプ（ＱＶＡ）２０、容量２１〜２４、プログラマブルゲインアンプ（ＰＧＡ）３０、容量３１，３２、温度センサー４０、スイッチトキャパシターフィルター回路（ＳＣＦ）５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ、マルチプレクサー６０、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）７０、デジタルフィルター８０、発振回路９０、制御回路１００、駆動回路１１０、インターフェース回路１２０及び記憶部１３０を含んで構成されている。この物理量検出回路３は、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）であってもよい。なお、本実施形態の物理量検出回路３は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
発振回路９０は、クロック信号ＭＣＬＫを出力する。例えば、ＣＲ発振器やリングオシレーター等であってもよい。
制御回路１００は、クロック信号ＭＣＬＫに基づいて、各種のクロック信号（クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚ，ＳＭＰＣＬＫ）や各種の制御信号（制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｘ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｙ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｚ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｔ）を生成する。
駆動回路１１０は、クロック信号ＭＣＬＫ及び周波数（駆動周波数）ｆｄのクロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚ（「第１のクロック信号」の一例）に基づいて、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚを駆動する駆動信号ＤＲＶを生成する。この駆動信号ＤＲＶは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚと同じ周波数（駆動周波数ｆｄ）の信号であり、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの端子９（図２、図３参照）に共通に印加される。
マルチプレクサー１０は、互いに排他的にアクティブ（本実施形態では、ハイレベル）となるクロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚに基づいて、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚが出力する差動信号対のいずれかを選択して（又はいずれも選択しないで）差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮを出力する。具体的には、マルチプレクサー１０は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘがハイレベル（電源電圧ＶＤＤ）のときは、物理量検出素子２Ｘの端子７，８から出力される差動対信号を選択し、差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮとして出力する。また、マルチプレクサー１０は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙがハイレベルのときは、物理量検出素子２Ｙの端子７，８から出力される差動対信号を選択し、差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮとして出力する。また、マルチプレクサー１０は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚがハイレベルのときは、物理量検出素子２Ｚの端子７，８から出力される差動対信号を選択し、差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮとして出力する。また、マルチプレクサー１０は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬ
Ｋ＿Ｚがいずれもローレベル（電源電圧ＶＳＳ（例えば０Ｖ））のときは、ともに基準電圧ＶＣＯＭ（例えば、ＶＤＤ／２）の差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮを出力する。
図４に、本実施形態における駆動信号ＤＲＶ、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚ及び差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮの波形の一例を示す。例えば、期間Ｔ１〜Ｔ４は、それぞれ、クロック信号ＭＣＬＫのＮ周期分（例えば１周期分）の期間である。期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３では、それぞれ、駆動信号ＤＲＶの電圧はＶＣＯＭ（＝ＶＤＤ／２）⇒ＶＤＤ⇒ＶＳＳ（＝０Ｖ）⇒ＶＣＯＭの順に周期的に変化し、期間Ｔ４では、駆動信号ＤＲＶの電圧はＶＣＯＭである。
期間Ｔ１〜Ｔ３では、駆動信号ＤＲＶにより物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚが共通に駆動され、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの各々の端子７，８から、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向に加わった物理量に応じた差動信号対が出力される。そして、期間Ｔ１では、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘがハイレベルであるため、物理量検出素子２Ｘから出力される差動対信号が差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮとして選択される。また、期間Ｔ２では、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙがハイレベルであるため、物理量検出素子２Ｙから出力される差動対信号が差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮとして選択される。また、期間Ｔ３では、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚがハイレベルであるため、物理量検出素子２Ｚから出力される差動対信号が差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮとして選択される。また、期間Ｔ４では、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚがいずれもローレベルであるため、差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮはいずれもＶＣＯＭとなる。
図１に戻り、ＱＶアンプ２０は、マルチプレクサー１０から出力される電荷の差動信号対ＰＩＮ，ＮＩＮを電圧の差動信号対に変換して出力する。容量２１，２２は、ＱＶアンプ２０の帰還容量である。
プログラマブルゲインアンプ３０は、ＱＶアンプ２０から出力される差動信号対が容量２３，２４を介して入力され、当該差動信号を増幅した差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮを出力する。
スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮが共通に入力される。そして、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘに基づいて、差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに含まれる物理量検出素子２Ｘの出力信号に基づく信号をサンプリングしてホールドするとともにフィルタリング処理を行い、差動信号対ＳＯＰ＿Ｘ，ＳＯＮ＿Ｘを出力する。また、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｙは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙに基づいて、差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに含まれる物理量検出素子２Ｙの出力信号に基づく信号をサンプリングしてホールドするとともにフィルタリング処理を行い、差動信号対ＳＯＰ＿Ｙ，ＳＯＮ＿Ｙを出力する。また、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｚは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚに基づいて、差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに含まれる物理量検出素子２Ｚの出力信号に基づく信号をサンプリングしてホールドするとともにフィルタリング処理を行い、差動信号対ＳＯＰ＿Ｚ，ＳＯＮ＿Ｚを出力する。本実施形態では、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、同じ回路構成で実現される。
図５は、スイッチトキャパシターフィルター回路５０（５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ）の構成例を示す図である。図５に示すように、スイッチトキャパシターフィルター回路５０は、サンプルホールド回路５１Ｐ，５１Ｎ、増幅回路５２、スイッチトキャパシター回路５３Ｐ，５３Ｎ、分周回路５４及びクロック生成回路５５を含んで構成されている。
分周回路５４は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ（ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚ）を分周（Ｍ分周）してクロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ（「第２のクロック信号」の一例）を生成して出力する。また、分周回路５４は、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫのハイレベルとローレベルが反転されたクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫを生成して出力する。従って、分周回路５４の分周比をＭとすると、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ，ｎＣＨＯＰＣＬＫの周波数（チョッピング周波数ｆｃ）は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫの周波数（駆動周波数ｆｄ）の１／Ｍである。
クロック生成回路５５は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ（ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚ）に基づいてクロック信号ＳＣＦＣＬＫを生成して出力する。本実施形態では、クロック信号ＳＣＦＣＬＫは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫと同じ周波数（駆動周波数ｆｄ）であり、クロック信号ＤＲＶＣＬＫよりもハイパルスの幅が狭い信号である。
サンプルホールド回路５１Ｐ（「第１のサンプルホールド回路」の一例）は、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの出力信号に基づく信号であり、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される信号ＰＯＰ（「第１の信号」の一例）をサンプルホールドする。図５に示すように、サンプルホールド回路５１Ｐは、スイッチＳ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｓ３Ｐ，Ｓ４Ｐ及び容量Ｃ１Ｐを含んで構成されている。スイッチＳ１Ｐ，Ｓ３Ｐは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。また、スイッチＳ２Ｐ，Ｓ４Ｐは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに非導通状態となる。このサンプルホールド回路５１Ｐは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルの期間で、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される信号ＰＯＰをサンプリングし、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルの期間はサンプリングした信号ＰＯＰをホールドする。
サンプルホールド回路５１Ｎ（「第２のサンプルホールド回路」の一例）は、物理量検出素子２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの出力信号に基づく信号であり、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される信号ＰＯＮ（「第２の信号」の一例）をサンプルホールドする。図５に示すように、サンプルホールド回路５１Ｎは、スイッチＳ１Ｎ，Ｓ２Ｎ，Ｓ３Ｎ，Ｓ４Ｎ及び容量Ｃ１Ｎを含んで構成されている。スイッチＳ１Ｎ，Ｓ３Ｎは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。また、スイッチＳ２Ｎ，Ｓ４Ｎは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに非導通状態となる。このサンプルホールド回路５１Ｎは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルの期間で、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される信号ＰＯＮをサンプリングし、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルの期間はサンプリングした信号ＰＯＮをホールドする。
増幅回路５２は、非反転入力端子（＋入力端子）にサンプルホールド回路５１Ｐの出力信号及びスイッチトキャパシター回路５３Ｐの出力信号が入力され、反転入力端子（−入力端子）にサンプルホールド回路５１Ｎの出力信号及びスイッチトキャパシター回路５３Ｎの出力信号が入力される。この増幅回路５２は、入力される差動信号対を反転増幅するとともに、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ，ｎＣＨＯＰＣＬＫに基づくチョッピングを行い、差動信号対ＳＯＰ，ＳＯＮを出力する。
図６は、増幅回路５２の構成例を示す図である。図６に示すように、増幅回路５２は、チョッピング回路５６、演算増幅器５７及びチョッピング回路５８を含んで構成されている。
チョッピング回路５６（「第１のチョッピング回路」の一例）は、サンプルホールド回路５１Ｐ，５１Ｎの出力信号（差動信号対）が入力され、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ，ｎＣＨＯＰＣＬＫに基づいて動作し、当該差動信号対をチョッピングした差動信号対を出力する。図６に示すように、チョッピング回路５６は、４つのスイッチＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を含んで構成されている。スイッチＳ９，Ｓ１０はクロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。また、スイッチＳ１１，Ｓ１２はクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。ここで、クロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫは、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫのハイレベルとローレベルが反転された信号であり、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルのときはクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがローレベルとなり、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがローレベルのときはクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルとなる。そして、前述の通り、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ，ｎＣＨＯＰＣＬＫの周波数（チョッピング周波数）ｆｃは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫの周波数（駆動周波数ｆｄ）の１／Ｍであるから、クロック信号ＤＲＶＣＬＫのＭ／２周期分の期間（図４に示した期間Ｔ１〜Ｔ４がＭ／２回繰り返される期間）毎に、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルかつクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがローレベルとなる状態と、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがローレベルかつクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルとなる状態とが繰り返される。
従って、クロック信号ＤＲＶＣＬＫのＭ／２周期分の期間毎に、スイッチＳ９，Ｓ１０が導通状態かつスイッチＳ１１，Ｓ１２が非導通状態となって入力される差動信号対がそのまま出力される状態と、スイッチＳ９，Ｓ１０が非導通状態かつスイッチＳ１１，Ｓ１２が導通状態となって入力される差動信号対が入れ替わって出力される状態とが繰り返される。その結果、チョッピング回路５６に入力される差動信号対に含まれるＤＣ付近の信号成分は、チョッピング回路５６によってチョッピング周波数ｆｃ付近の信号成分に変換される。図７にチョッピング回路５６に入力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示し、図８にチョッピング回路５６から出力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す。図７及び図８において、横軸は周波数、縦軸はパワーである。また、Ｓは差動信号対に含まれる信号成分を表し、Ｎは差動信号対に含まれるノイズ成分を表す。
演算増幅器５７は、チョッピング回路５６の出力信号（差動信号対）が入力され、入力される差動信号対を反転増幅して出力する。この演算増幅器５７から出力される差動信号対には、演算増幅器５７の動作により発生する１／ｆノイズが重畳される。図９に演算増幅器５７から出力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す。図９において、横軸は周波数、縦軸はパワーである。また、Ｓは差動信号対に含まれる信号成分を表し、Ｎは差動信号対に含まれるノイズ成分を表す。
チョッピング回路５８（「第２のチョッピング回路」の一例）は、演算増幅器５７の出力信号（差動信号対）が入力され、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ，ｎＣＨＯＰＣＬＫに基づいて動作し、当該差動信号対をチョッピングした差動信号対を出力する。図６に示すように、チョッピング回路５８は、４つのスイッチＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６を含んで構成されている。スイッチＳ１３，Ｓ１４はクロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。また、スイッチＳ１５，Ｓ１６はクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。そして、前述の通り、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫ，ｎＣＨＯＰＣＬＫの周波数（チョッピング周波数）ｆｃは、クロック信号ＤＲＶＣＬＫの周波数（駆動周波数ｆｄ）の１／Ｍであるから、クロック信号ＤＲＶＣＬＫのＭ／２周期分の期間（図４に示した期
間Ｔ１〜Ｔ４がＭ／２回繰り返される期間）毎に、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルかつクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがローレベルとなる状態と、クロック信号ＣＨＯＰＣＬＫがローレベルかつクロック信号ｎＣＨＯＰＣＬＫがハイレベルとなる状態とが繰り返される。
従って、クロック信号ＤＲＶＣＬＫのＭ／２周期分の期間毎に、スイッチＳ１３，Ｓ１４が導通状態かつスイッチＳ１５，Ｓ１６が非導通状態となって入力される差動信号対がそのまま出力される状態と、スイッチＳ１３，Ｓ１４が非導通状態かつスイッチＳ１５，Ｓ１６が導通状態となって入力される差動信号対が入れ替わって出力される状態とが繰り返される。その結果、チョッピング回路５８に入力される差動信号対に含まれるチョッピング周波数ｆｃ付近の信号成分は、チョッピング回路５８によってＤＣ付近の信号成分に戻され、当該差動信号対に含まれるノイズ成分（１／ｆノイズ）はチョッピング周波数ｆｃ付近のノイズ成分に変換される。図１０にチョッピング回路５８から出力される差動信号対の周波数スペクトラムの一例を示す。図１０において、横軸は周波数、縦軸はパワーである。また、Ｓは差動信号対に含まれる信号成分を表し、Ｎは差動信号対に含まれるノイズ成分を表す。
そして、チョッピング回路５８から出力される差動信号対は、増幅回路５２の出力信号（差動信号対ＳＯＰ，ＳＯＮ）となる。このように、演算増幅器５７の前段と後段に設けられたチョッピング回路５６，５８により、演算増幅器５７の動作により発生し、差動信号対ＳＯＰ，ＳＯＮにおいてＤＣ付近の信号帯域に含まれるノイズを効果的に低減させることができる。
図５に戻り、スイッチトキャパシター回路５３Ｐ（「第１のスイッチトキャパシター回路」の一例）は、増幅回路５２の反転出力端子（−出力端子）から出力される出力信号ＳＯＰ（「増幅回路の第１の出力信号」の一例）が入力される。図５に示すように、スイッチトキャパシター回路５３Ｐは、スイッチＳ５Ｐ，Ｓ６Ｐ，Ｓ７Ｐ，Ｓ８Ｐ及び容量Ｃ２Ｐ，Ｃ３Ｐを含んで構成されている。スイッチＳ５Ｐ，Ｓ８Ｐは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに非導通状態となる。また、スイッチＳ６Ｐ，Ｓ７Ｐは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。このスイッチトキャパシター回路５３Ｐは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周波数及び容量Ｃ２Ｐ，Ｃ３Ｐの容量値によって決まるカットオフ周波数を有するロー
パスフィルターとして機能する。
スイッチトキャパシター回路５３Ｎ（「第２のスイッチトキャパシター回路」の一例）は、増幅回路５２の非反転出力端子（＋出力端子）から出力される出力信号ＳＯＮ（「増幅回路の第２の出力信号」の一例）が入力される。図５に示すように、スイッチトキャパシター回路５３Ｎは、スイッチＳ５Ｎ，Ｓ６Ｎ，Ｓ７Ｎ，Ｓ８Ｎ及び容量Ｃ２Ｎ，Ｃ３Ｎを含んで構成されている。スイッチＳ５Ｎ，Ｓ８Ｎは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに非導通状態となる。また、スイッチＳ６Ｎ，Ｓ７Ｎは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがハイレベルのときに導通状態となり、クロック信号ＳＣＦＣＬＫがローレベルのときに非導通状態となる。このスイッチトキャパシター回路５３Ｎは、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周波数及び容量Ｃ２Ｎ，Ｃ３Ｎの容量値によって決まるカットオフ周波数を有するローパスフィルターとして機能する。
このように構成されているスイッチトキャパシターフィルター回路５０は、クロック信号ＳＣＦＣＬＫに基づき、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される信号（差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮ）に対して差動で動作し、差動信号対ＳＯＰ，ＳＯＮを出力する。そして、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周波数は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫと同じ周波数（駆動周波数ｆｄ）であるので、プログラマブルゲインアンプ３０から出力される差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮの更新レートと同じである。従って、サンプルホールド回路５１Ｐ，５１Ｎにおける、クロック信号ＳＣＦＣＬＫによる差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮのサンプリングは、サンプリング定理を満たしていない。そこで、本実施形態では、差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮがピーク値を維持している期間にクロック信号ＳＣＦＣＬＫの立ち下がりのタイミングが到来するように、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの位相が調整されている（図１１参照）。これにより、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの１周期毎に差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮのピーク値が変化するような場合、すなわち、物理量検出素子２に加わる物理量（加速度）の変化が極めて速い場合は、スイッチトキャパシターフィルター回路５０によるフィルター処理が正しく機能しないが、通常は、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周期と比較して物理量（加速度）の変化の周期は十分長いので、フィルター処理が正しく機能する。そして、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周期と比較して物理量（加速度）の変化の周期が十分遅い場合、差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮのピーク値の変化の周期も長いので、サンプルホールド回路５１Ｐ，５１Ｎの出力信号はＤＣに近い信号となる。そのため、スイッチトキャパシターフィルター回路５０が出力する差動信号対ＳＯＰ，ＳＯＮもＤＣに近い信号となる。
図１に戻り、温度センサー４０は、温度に応じて電圧が変化する信号ＴＯを出力する。温度センサー４０は、例えば、基準温度（例えば、＋２５℃）における信号ＴＯの電圧が基準電圧ＶＣＯＭとなるように調整されている。温度センサー４０は、例えば、バンドギャップリファレンス回路の温度特性を利用した回路であってもよい。
マルチプレクサー６０は、互いに排他的にアクティブ（本実施形態では、ハイレベル）
となる制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｘ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｙ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｚ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｔに基づいて、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘが出力する差動信号対ＳＯＰ＿Ｘ，ＳＯＮ＿Ｘ、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｙが出力する差動信号対ＳＯＰ＿Ｙ，ＳＯＮ＿Ｙ、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｚが出力する差動信号対ＳＯＰ＿Ｚ，ＳＯＮ＿Ｚ、温度センサー４０の出力信号ＴＯのいずれかを選択して（又はいずれも選択しないで）信号対ＭＯＰ，ＭＯＮを出力する。具体的には、マルチプレクサー６０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｘがハイレベルのときは、差動信号対ＳＯＰ＿Ｘ，ＳＯＮ＿Ｘを選択し、差動信号対ＭＯＰ，ＭＯＮとして出力する。また、マルチプレクサー６０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｙがハイレベルのときは、差動信号対ＳＯＰ＿Ｙ，ＳＯＮ＿Ｙを選択し、差動信号対ＭＯＰ，ＭＯＮとして出力する。また、マルチプレクサー６０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｚがハイレベルのときは、差動信号対ＳＯＰ＿Ｚ，ＳＯＮ＿Ｚを選択し、差動信号対ＭＯＰ，ＭＯＮとして出力する。また、マルチプレクサー６０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｔがハイレベルのときは、温度センサー４０の出力信号ＴＯを選択し、信号ＴＯと基準電圧ＶＣＯＭとの信号対を信号対ＭＯＰ，ＭＯＮとして出力する。
Ａ／Ｄ変換回路７０は、クロック信号ＳＭＰＣＬＫに基づいて、マルチプレクサー６０が出力する信号対ＭＯＰ，ＭＯＮ（差動信号対ＳＯＰ＿Ｘ，ＳＯＮ＿Ｘ、差動信号対ＳＯＰ＿Ｙ，ＳＯＮ＿Ｙ、差動信号対ＳＯＰ＿Ｚ，ＳＯＮ＿Ｚ又は信号対ＴＯ，ＶＣＯＭ）をサンプリングし、信号対ＭＯＰ，ＭＯＮの電位差をデジタル信号に変換する。クロック信号ＳＭＰＣＬＫは、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｘ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｙ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｚ，ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｔがそれぞれハイレベルの期間に１つずつハイパルスを含むクロック信号である。そして、Ａ／Ｄ変換回路７０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｘがハイレベルの期間のクロック信号ＳＭＰＣＬＫの立ち上がりで、マルチプレクサー６０から出力される信号対ＭＯＰ，ＭＯＮ（スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘが出力する差動信号対ＳＯＰ＿Ｘ，ＳＯＮ＿Ｘ）をサンプリングしてデジタル信号に変換する。また、Ａ／Ｄ変換回路７０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｙがハイレベルの期間のクロック信号ＳＭＰＣＬ
Ｋの立ち上がりで、マルチプレクサー６０から出力される信号対ＭＯＰ，ＭＯＮ（スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｙが出力する差動信号対ＳＯＰ＿Ｙ，ＳＯＮ＿Ｙ）をサンプリングしてデジタル信号に変換する。また、Ａ／Ｄ変換回路７０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｚがハイレベルの期間のクロック信号ＳＭＰＣＬＫの立ち上がりで、マルチプレクサー６０から出力される信号対ＭＯＰ，ＭＯＮ（スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｚが出力する差動信号対ＳＯＰ＿Ｚ，ＳＯＮ＿Ｚ）をサンプリングしてデジタル信号に変換する。また、Ａ／Ｄ変換回路７０は、制御信号ＥＮ＿ＯＵＴ＿Ｔがハイレベルの期間のクロック信号ＳＭＰＣＬＫの立ち上がりで、マルチプレクサー６０から出力される信号対ＭＯＰ，ＭＯＮ（温度センサー４０の出力信号ＴＯと基準電圧ＶＣＯＭとの信号対）をサンプリングしてデジタル信号に変換する。
このように、Ａ／Ｄ変換回路７０は、期間Ｔ１〜Ｔ４において、マルチプレクサー６０から出力される信号対ＭＯＰ，ＭＯＮを複数回（ここでは４回）サンプリングして時分割にＡ／Ｄ変換する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路７０は、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号（差動信号対）を含む複数の信号を時分割にＡ／Ｄ変換する。前述の通り、本実施形態では、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚがそれぞれ出力する差動信号対はいずれもＤＣに近い信号であり、また、温度センサー４０の出力信号ＴＯもＤＣに近い信号であるから、マルチプレクサー６０における信号の選択タイミングの制約が少ない。換言すれば、Ａ／Ｄ変換回路７０のサンプリングタイミングの自由度が高い。
なお、サンプリング定理に基づき、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号において、サンプリング周波数ｆｓ（Ａ／Ｄ変換回路７０がスイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号をそれぞれサンプリングする周波数）の１／２よりも高い信号成分は、Ａ／Ｄ変換回路７０におけるサンプリングにより、ＤＣ近傍の周波数帯に折り返されてノイズ成分となる。そのため、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、ＤＣに近い信号を発生させるサンプルホールド回路として機能するとともに、Ａ／Ｄ変換回路７０のサンプリングにより生ずるノイズ成分を低減させるためのアンチエイリアスフィルターとしても機能するように、そのカットオフ周波数はサンプリング周波数ｆｓの１／２以下に設定される。
また、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚから出力される差動信号対ＳＯＰ＿Ｘ，ＳＯＮ＿Ｘ、差動信号対ＳＯＰ＿Ｙ，ＳＯＮ＿Ｙ及び差動信号対ＳＯＰ＿Ｚ，ＳＯＮ＿Ｚは、チョッピング周波数ｆｃ付近のノイズ成分が高いため（図１０参照）、Ａ／Ｄ変換回路７０のサンプリングによってこのノイズ成分がＤＣ付近の信号帯域に折り返さないように、チョッピング周波数ｆｃは、サンプリング周波数ｆｓの１／２以下に設定される。
デジタルフィルター８０は、クロック信号ＭＣＬＫに基づいて、Ａ／Ｄ変換回路７０から出力されるデジタル信号に対してフィルタリング処理を行う。Ａ／Ｄ変換回路７０から出力されるデジタル信号には、Ａ／Ｄ変換回路７０のＡ／Ｄ変換処理により発生した高周波ノイズが重畳されているため、デジタルフィルター８０は、この高周波ノイズを低減させるローパスフィルターとして機能する。
また、デジタルフィルター８０は、さらに、温度センサーの出力信号ＴＯが変換されたデジタル信号を用いて、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚからそれぞれ出力される差動信号対の温度特性を補正する処理を行ってもよい。
インターフェース回路１２０は、物理量検出装置１の外部装置と通信するための回路である。外部装置は、インターフェース回路１２０を介して、記憶部１３０に対するデータ
の書き込みや読み出し、デジタルフィルター８０から出力されるデジタル信号の読み出し等を行うことができる。インターフェース回路１２０は、例えば、３端子や４端子のＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）インターフェース回路であってもよいし、２端子のＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）インターフェース回路であってもよい。
記憶部１３０は、レジスター１３１及び不揮発性メモリー１３２を有している。不揮発性メモリー１３２には、物理量検出回路３に含まれる各回路に対する各種のデータ（例えば、プログラマブルゲインアンプ３０の利得調整データ、温度センサー４０の出力調整データ、デジタルフィルター８０のフィルター係数や温度補正テーブル）等の各種の情報が記憶されている。不揮発性メモリー１３２は、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成することができる。また、物理量検出回路３の電源投入時（電源電圧が０ＶからＶＤＤまで立ち上がる時）に、不揮発性メモリー１３２に記憶されている各種のデータがレジスター１３１に転送されて保持され、レジスター１３１に保持された各種のデータが各回路に供給される。
以上に説明した物理量検出回路３における各種信号の信号波形の一例を図１１及び図１２に示す。図１１及び図１２に示すように、クロック信号ＳＣＦＣＬＫ（ＳＣＦＣＬＫ＿Ｘ，ＳＣＦＣＬＫ＿Ｙ，ＳＣＦＣＬＫ＿Ｚ）の周波数は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫ（ＤＲＶＣＬＫ＿Ｘ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｙ，ＤＲＶＣＬＫ＿Ｚ）と同じ周波数（駆動周波数ｆｄ）である。また、サンプリング周波数ｆｓは駆動周波数ｆｄの１／４であり、チョッピング周波数ｆｃは駆動周波数ｆｄの１／１６である。
なお、物理量検出装置１による物理量の検出精度を向上させるためには、サンプリング周波数ｆｓは駆動周波数ｆｄ以下で、Ａ／Ｄ変換回路７０が動作可能なできるだけ高い周波数であることが望ましい。また、物理量検出装置１による物理量の検出信号（デジタルフィルター８０の出力信号）のＳ／Ｎを向上させるためには、チョッピング周波数ｆｃは、サンプリング周波数ｆｓの１／２以下で、できるだけ高い周波数であることが望ましい。実際には、サンプリング周波数ｆｓやチョッピング周波数ｆｃは、回路の動作速度の限界や消費電力とのトレードオフを考慮して最適な周波数に決定される。
以上に説明したように、本実施形態の物理量検出装置１（物理量検出回路３）では、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、それぞれ、スイッチトキャパシター回路５３Ｐ，５３ＮによってＡ／Ｄ変換回路７０の前段のアンチエイリアスフィルターとして機能する。また、サンプルホールド回路５１Ｐ，５１Ｎによってスイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号はＤＣに近い信号となるため、Ａ／Ｄ変換回路７０によるサンプリングタイミングの自由度が高い。さらに、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、入力される差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに対して差動で動作するので、差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに含まれる同相ノイズや差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに対する信号処理で発生する同相ノイズが低減される。従って、本実施形態の物理量検出装置１（物理量検出回路３）によれば、Ａ／Ｄ変換回路７０のサンプリング周波数ｆｓを変えずに駆動周波数ｆｄを高めることが可能であり、低ノイズ化が可能である。
また、本実施形態の物理量検出装置１（物理量検出回路３）では、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚにおいて、それぞれ、サンプルホールド回路５１Ｐ，５１Ｎの出力信号に含まれるＤＣ付近の信号成分は、チョッピング回路５６によってチョッピング周波数ｆｃ付近の信号成分に変換される。また、演算増幅器５７の出力信号に含まれるチョッピング周波数ｆｃ付近の信号成分（チョッピング回路５６によって変換された信号成分）は、チョッピング回路５８によってＤＣ付近の信号成分に戻され、
演算増幅器５７の出力信号に含まれるノイズ成分（演算増幅器５７の動作により発生する１／ｆノイズ）は、チョッピング回路５８によってチョッピング周波数ｆｃ付近のノイズ成分に変換される。従って、本実施形態の物理量検出装置１（物理量検出回路３）によれば、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号に含まれるノイズ成分が低減され、さらなる低ノイズ化が可能である。
さらに、本実施形態の物理量検出装置１（物理量検出回路３）では、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号はＤＣに近い信号となるため、Ａ／Ｄ変換回路７０によるサンプリングタイミングの自由度が高いので、Ａ／Ｄ変換回路７０において、スイッチトキャパシターフィルター回路５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚの出力信号及び温度センサー４０の出力信号のＡ／Ｄ変換処理を時分割に行うことが可能である。従って、本実施形態によれば、回路面積の大幅な増加を抑制しながら、３軸の物理量検出信号及び温度信号を出力可能な物理量検出装置１（物理量検出回路３）を実現することができる。
２．電子機器
図１３は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１３に示すように、本実施形態の電子機器３００は、物理量検出装置３１０、制御装置（ＭＣＵ）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１３の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
物理量検出装置３１０は、不図示の物理量検出素子を駆動し、当該物理量検出素子の出力信号に基づいて物理量信号を生成して出力する装置であり、例えば、加速度、角速度、速度、角加速度、力等の物理量の少なくとも一部を検出する慣性計測装置であってもよいし、傾斜角を計測する傾斜計であってもよい。物理量検出装置３１０として、例えば、上述した本実施形態の物理量検出装置１を適用することができる。
制御装置（ＭＣＵ）３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、物理量検出装置３１０に通信信号を発信し、物理量検出装置３１０の出力データを用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、制御装置（ＭＣＵ）３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０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等を行う。
操作部３３０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制御装置（ＭＣＵ）３２０に出力する。
ＲＯＭ３４０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０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。
ＲＡＭ３５０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、制御装置（ＭＣＵ）３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
通信部３６０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０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３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、制御装置（ＭＣＵ）３２０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。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
物理量検出装置３１０として、例えば上述した本実施形態の物理量検出装置１を適用することにより、低ノイズ化が可能であるので、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、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）、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルカメラ、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、リアルタイムクロック装置、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）、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１４は、本実施形態の電子機器３００の一例であるデジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１４には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。デジタルカメラ１３００は、物理量検出装置３１０を有し、物理量検出装置３１０の出力データを用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。
３．移動体
図１５は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１５に示す移動体４００は、物理量検出装置４１０，４２０，４３０、コントローラー４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１５の構成要素（各部）の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
物理量検出装置４１０，４２０，４３０、コントローラー４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。
コントローラー４４０，４５０，４６０は、それぞれ、物理量検出装置４１０，４２０，４３０に通信信号を発信し、物理量検出装置４１０，４２０，４３０の各出力データを用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う制御装置である。
ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機（不図示）の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、物理量検出装置４９０を内蔵しており、ＧＰＳの電波が届かない時でも物理量検出装置４９０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きの計算を行い、必要な情報の表示を継続する。
物理量検出装置４１０，４２０，４３０，４９０は、不図示の物理量検出素子を駆動し、当該物理量検出素子の出力信号に基づいて物理量信号を生成して出力する装置であり、それぞれ、例えば、加速度センサー、角速度センサー、速度センサー、傾斜計等である。
例えば、物理量検出装置４１０，４２０，４３０，４９０として、上述した各実施形態の物理量検出装置１を適用することにより、低ノイズ化が可能であるので、信頼性の高い移動体を実現することができる。
このような移動体４００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。
例えば、上述した実施形態では、加速度を検出する物理量検出素子を含む物理量検出装置（加速度検出装置）、電子機器及び移動体を例に挙げて説明したが、本発明は、種々の物理量を検出する物理量検出素子を含む物理量検出装置、電子機器及び移動体にも適用することができる。物理量検出素子が検出する物理量は、加速度に限らず、角速度、角加速度、地磁気、傾斜などであってもよい。また、物理量検出素子の振動片の材料としては、Ｓｉ（シリコン）等の半導体材料の代わりに、例えば、水晶（ＳｉＯ2）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）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もよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、例えば、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、物理量検出素子は、静電容量型の素子に限らず、圧電型、動電型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の振動式の素子であってもよい。あるいは、物理量検出素子の方式は、振動式に限らず、例えば、光学式、回転式、流体式であってもよい。
また、例えば、上述した各実施形態では、Ａ／Ｄ変換回路７０は、３軸の加速度信号及び温度信号を時分割にＡ／Ｄ変換処理を行っているが、これらの一部を他の物理量信号（角速度信号等）に置き換えて時分割にＡ／Ｄ変換処理を行ってもよいし、他の物理量信号を追加して時分割にＡ／Ｄ変換処理を行ってもよい。
また、例えば、上述した各実施形態では、スイッチトキャパシターフィルター回路５０
Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚは、入力される差動信号対ＰＯＰ，ＰＯＮに対して差動で動作しているが、シングルエンド信号が入力され、差動で動作しなくてもよい。
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、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の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、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又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、実施の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…物理量検出装置、２，２Ｘ，２Ｙ，２Ｚ…物理量検出素子、３…物理量検出回路、５…第１容量形成部、６…第２容量形成部，７，８，９…端子、１０…マルチプレクサー、２０…Ｑ／Ｖアンプ、２１〜２４…容量、３０…プログラマブルゲインアンプ、３１，３２…容量、４０…温度センサー、５０，５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ…スイッチトキャパシターフィルター回路、５１Ｐ，５１Ｎ…サンプルホールド回路、５２…増幅回路、５３Ｐ，５３Ｎ…スイッチトキャパシター回路、５４…分周回路、５５…クロック生成回路、５６…チョッピング回路、５７…演算増幅器、５８…チョッピング回路、６０…マルチプレクサー、７０…Ａ／Ｄ変換回路、８０…デジタルフィルター、９０…発振回路、１００…制御回路、１１０…駆動回路、１２０…インターフェース回路、１３０…記憶部、１３１…レジスター、１３２…不揮発性メモリー、２００…固定部、２０１〜２０４…固定電極、２１０…可動部、２１１…錘部、２１１Ａ，２１１Ｂ…可動電極、２１２…ばね部、３００…電子機器、３１０…物理量検出装置、３２０…制御装置（ＭＣＵ）、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０，４２０，４３０…物理量検出装置、４４０，４５０，４６０…コントローラー、４７０…バッテリー、４８０…ナビゲーション装置、４９０…物理量検出装置、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター、Ｃ１Ｎ，Ｃ２Ｎ，Ｃ３Ｎ…容量、Ｃ１Ｐ，Ｃ２Ｐ，Ｃ３Ｐ…容量、Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４…スイッチ、Ｓ１Ｎ，Ｓ２Ｎ，Ｓ３Ｎ，Ｓ４Ｎ，Ｓ５Ｎ，Ｓ６Ｎ，Ｓ７Ｎ，Ｓ８Ｎ…スイッチ、Ｓ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｓ３Ｐ，Ｓ４Ｐ，Ｓ５Ｐ，Ｓ６Ｐ，Ｓ７Ｐ，Ｓ８Ｐ…スイッチ

Claims (8)

  1. 物理量検出素子の出力信号に基づく第１の信号をサンプルホールドする第１のサンプルホールド回路、前記第１のサンプルホールド回路の出力信号が入力される増幅回路、及び前記増幅回路の第１の出力信号が入力される第１のスイッチトキャパシター回路を含み、前記第１のスイッチトキャパシター回路の出力信号が前記増幅回路に入力される、スイッチトキャパシターフィルター回路と、
    前記スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、を含み、
    前記増幅回路は、
    前記第１のサンプルホールド回路の出力信号が入力される第１のチョッピング回路と、
    前記第１のチョッピング回路の出力信号が入力される演算増幅器と、
    前記演算増幅器の出力信号が入力される第２のチョッピング回路と、
    を含む、物理量検出回路。
  2. 請求項１において、
    前記第１のチョッピング回路及び前記第２のチョッピング回路におけるチョッピング周波数は、前記Ａ／Ｄ変換回路が前記スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号をサンプリングするサンプリング周波数の１／２以下である、物理量検出回路。
  3. 請求項１または２において、
    第１のクロック信号に基づいて、前記物理量検出素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路を含み、
    前記スイッチトキャパシターフィルター回路は、
    前記第１のクロック信号を分周して第２のクロック信号を生成する分周回路を含み、
    前記第１のチョッピング回路及び前記第２のチョッピング回路は、前記第２のクロック信号に基づいて動作する、物理量検出回路。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記Ａ／Ｄ変換回路は、
    前記スイッチトキャパシターフィルター回路の出力信号を含む複数の信号を時分割にＡ／Ｄ変換する、物理量検出回路。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
    前記スイッチトキャパシターフィルター回路は、
    前記物理量検出素子の出力信号に基づく第２の信号をサンプルホールドする第２のサンプルホールド回路と、
    前記増幅回路の第２の出力信号が入力される第２のスイッチトキャパシター回路と、
    を含み、
    前記増幅回路は、
    前記第１のサンプルホールド回路の出力信号と前記第２のサンプルホールド回路の出力信号とが入力され、
    前記第１の信号及び前記第２の信号に対して差動で動作する、物理量検出回路。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
    前記物理量検出素子と、
    を備えている、物理量検出装置。
  7. 請求項６に記載の物理量検出装置を備えている、電子機器。
  8. 請求項６に記載の物理量検出装置を備えている、移動体。
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