JP6834581B2 - Physical quantity sensors, electronic devices and mobile objects - Google Patents

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Description

本発明は、物理量センサー、電子機器及び移動体に関する。 The present invention relates to physical quantity sensors, electronic devices and mobile objects.

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各種の物理量センサーが広く利用されている。特に、物理量の検出信号(アナログ信号)をA/D変換器によってデジタル信号に変換し、デジタル処理により検出データを生成する物理量センサーは、ノイズ耐性の高いデジタル信号を出力することができるため、高い信頼性が要求されるシステムや電子機器に利用される。一般に、デジタル処理には大きな消費電力が必要となるため、低消費電力化が課題となる場合がある。これに対して、例えば、特許文献1には、DSPに入力するクロック信号をDSPの状態によってON/OFF制御することで、消費電流の削減を行う技術が開示されている。また、特許文献2には、発振器のクロック周波数を切り替えることが可能であり、センサー停止モードでは発振周波数を小さくして消費電流の削減を行う検知装置が開示されている。 Currently, in various systems and electronic devices, various physical quantity sensors capable of detecting various physical quantities, such as an acceleration sensor for detecting acceleration and a gyro sensor for detecting angular velocity, are widely used. In particular, a physical quantity sensor that converts a physical quantity detection signal (analog signal) into a digital signal by an A / D converter and generates detection data by digital processing is expensive because it can output a digital signal with high noise immunity. It is used for systems and electronic devices that require reliability. In general, digital processing requires a large amount of power consumption, so that reducing power consumption may be an issue. On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a technique for reducing current consumption by controlling ON / OFF of a clock signal input to a DSP according to the state of the DSP. Further, Patent Document 2 discloses a detection device capable of switching the clock frequency of the oscillator and reducing the oscillation frequency in the sensor stop mode to reduce the current consumption.

特開平5−297975号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-297975 特開2011−87064号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-87064

しかしながら、物理量センサーに特許文献1,2に記載の技術を適用した場合、センサーの停止状態において、クロックをオフするか低周波数化することで消費電流を抑えることはできるものの、消費電流を低減させてセンシングすることができないという問題がある。 However, when the techniques described in Patent Documents 1 and 2 are applied to the physical quantity sensor, the current consumption can be suppressed by turning off the clock or lowering the frequency while the sensor is stopped, but the current consumption is reduced. There is a problem that it cannot be sensed.

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、消費電流を低減させてセンシングすることが可能な物理量センサー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、当該物理量センサーを用いた電子機器及び移動体を提供することができる。 The present invention has been made in view of the above problems, and according to some aspects of the present invention, it is possible to provide a physical quantity sensor capable of reducing current consumption and sensing. .. Further, according to some aspects of the present invention, it is possible to provide an electronic device and a mobile body using the physical quantity sensor.

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。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following aspects or application examples.

[適用例1]
本適用例に係る物理量センサーは、第1発振回路を含む振動型センサーと、前記第1発振回路よりも発振周波数が高い第2発振回路と、前記振動型センサーの出力信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器を含み、クロック信号に基づいて前記デジタル信号に対してデジタル処理を行うデジタル処理部と、前記デジタル処理部に前記クロック信号を出力するクロック出力部と、を備え、前記第2発振回路が停止し、前記クロック出力部が前記第1発振回路の出力信号に基づいて前記クロック信号を出力する第1モードと、前記クロック出力部が前記第2発振回路の出力信号に基づいて前記クロック信号を出力する第2モードと、を有する。
[Application example 1]
The physical quantity sensor according to this application example converts the output signal of the vibration type sensor including the first oscillation circuit, the second oscillation circuit having a higher oscillation frequency than the first oscillation circuit, and the vibration type sensor into a digital signal. The second unit includes an analog / digital converter, a digital processing unit that digitally processes the digital signal based on the clock signal, and a clock output unit that outputs the clock signal to the digital processing unit. The first mode in which the oscillation circuit is stopped and the clock output unit outputs the clock signal based on the output signal of the first oscillation circuit, and the clock output unit is based on the output signal of the second oscillation circuit. It has a second mode for outputting a clock signal.

振動型センサーは、例えば、振動型角速度センサー、振動型圧力センサー、振動型傾斜センサー等であってもよい。 The vibration type sensor may be, for example, a vibration type angular velocity sensor, a vibration type pressure sensor, a vibration type tilt sensor, or the like.

本適用例に係る物理量センサーでは、デジタル処理部に出力されるクロック信号は、第1モードにおいて第1発振回路の出力信号に基づく信号であり、第2モードにおいて第1発振回路よりも発振周波数が高い第2発振回路の出力信号に基づく信号である。そして、第1モードにおいて、第2発振回路が停止し、第2モードよりも低い周波数のクロック信号に基づいてデジタル処理部の処理がなされるので、デジタル処理部は、振動型センサーの出力信号に対してより低消費電流で単位時間あたりの処理を行うことができる。従って、本適用例に係る物理量センサーによれば、第1モードにおいて第2モードよりも消費電流を低減させてセンシングすることができる。 In the physical quantity sensor according to this application example, the clock signal output to the digital processing unit is a signal based on the output signal of the first oscillation circuit in the first mode, and the oscillation frequency is higher than that of the first oscillation circuit in the second mode. It is a signal based on the output signal of the high second oscillation circuit. Then, in the first mode, the second oscillation circuit is stopped, and the processing of the digital processing unit is performed based on the clock signal having a frequency lower than that of the second mode. Therefore, the digital processing unit uses the output signal of the vibration sensor. On the other hand, processing per unit time can be performed with lower current consumption. Therefore, according to the physical quantity sensor according to the present application example, the current consumption can be reduced in the first mode as compared with the second mode for sensing.

また、第2モードにおいて、第1モードよりも高い周波数のクロック信号がデジタル処理部に出力されるので、デジタル処理部は、第1モードよりも高いレートで処理を行うことができる。従って、本適用例に係る物理量センサーによれば、第2モードにおいて第1モードよりも高分解能にセンシングすることができる。 Further, in the second mode, a clock signal having a frequency higher than that in the first mode is output to the digital processing unit, so that the digital processing unit can perform processing at a higher rate than in the first mode. Therefore, according to the physical quantity sensor according to this application example, it is possible to perform sensing in the second mode with a higher resolution than in the first mode.

[適用例2]
上記適用例に係る物理量センサーは、外部から入力される信号に基づいて、前記第1モードと前記第2モードとを切り替えてもよい。
[Application example 2]
The physical quantity sensor according to the above application example may switch between the first mode and the second mode based on a signal input from the outside.

本適用例に係る物理量センサーによれば、動作中に、低消費電流でのセンシングと高分解能なセンシングとを外部装置によって自在に切り替えることができる。 According to the physical quantity sensor according to this application example, it is possible to freely switch between sensing with low current consumption and sensing with high resolution by an external device during operation.

[適用例3]
上記適用例に係る物理量センサーは、前記クロック信号にグリッチが発生しないように前記第1モードと前記第2モードとを切り替えてもよい。
[Application example 3]
The physical quantity sensor according to the above application example may switch between the first mode and the second mode so that glitches do not occur in the clock signal.

本適用例に係る物理量センサーによれば、第1モードと第2モードとが切り替わる際に、クロック信号に発生するグリッチによるデジタル処理部の誤動作を防止することができる。 According to the physical quantity sensor according to the present application example, it is possible to prevent the digital processing unit from malfunctioning due to the glitch generated in the clock signal when the first mode and the second mode are switched.

[適用例4]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記デジタル処理は、フィルター処理を含み、前記デジタル処理部は、前記第1モードと前記第2モードとが切り替わった後に、前記フィルター処理を初期化してもよい。
[Application example 4]
In the physical quantity sensor according to the above application example, the digital processing includes a filtering processing, and the digital processing unit may initialize the filtering processing after switching between the first mode and the second mode.

フィルター処理を初期化は、例えば、フィルター処理の対象となるデータの初期化であってもよいし、フィルター係数の初期化であってもよい。 The initialization of the filtering process may be, for example, the initialization of the data to be filtered, or the initialization of the filter coefficient.

本適用例に係る物理量センサーによれば、第1モードと前記第2モードとが切り替わった後に、例えば、フィルター処理の対象となるデータを初期化することによりフィルター処理の過渡応答時間を短くすることができ、また、フィルター係数を初期化することによりフィルター特性を最適化することができる。 According to the physical quantity sensor according to this application example, after the first mode and the second mode are switched, for example, the transient response time of the filtering process is shortened by initializing the data to be filtered. In addition, the filter characteristics can be optimized by initializing the filter coefficient.

[適用例5]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記デジタル処理部は、前記第1モードと前記第2モードとで、カットオフ周波数が一定になるように前記フィルター処理を初期化してもよい。
[Application example 5]
In the physical quantity sensor according to the application example, the digital processing unit may initialize the filter processing so that the cutoff frequency becomes constant in the first mode and the second mode.

本適用例に係る物理量センサーによれば、第1モードと第2モードとでフィルター特性を一定に保つことができる。 According to the physical quantity sensor according to this application example, the filter characteristics can be kept constant in the first mode and the second mode.

[適用例6]
上記適用例に係る物理量センサーは、前記第1発振回路の前記出力信号を逓倍する逓倍回路をさらに備え、前記第1発振回路の前記出力信号は、前記第2発振回路の前記出力信号よりも周波数偏差が小さく、前記クロック出力部が前記逓倍回路の出力信号に基づいて前記クロック信号を出力する第3モードをさらに有してもよい。
[Application example 6]
The physical quantity sensor according to the above application example further includes a multiplication circuit that multiplies the output signal of the first oscillation circuit, and the output signal of the first oscillation circuit has a frequency higher than that of the output signal of the second oscillation circuit. The deviation is small, and the clock output unit may further have a third mode in which the clock signal is output based on the output signal of the multiplication circuit.

本適用例に係る物理量センサーでは、第3モードにおいて、第1モードよりも高い周波数であり、かつ、第2モードよりも周波数偏差が小さいクロック信号がデジタル処理部に出力されるので、デジタル処理部は、第1モードより高いレートで、かつ、第2モードよりも高精度に処理を行うことができる。従って、本適用例に係る物理量センサーによれば、第3モードにおいて第1モードよりも高分解能に、かつ、第2モードよりも高精度にセンシングすることができる。 In the physical quantity sensor according to this application example, in the third mode, a clock signal having a higher frequency than the first mode and a smaller frequency deviation than the second mode is output to the digital processing unit. Can perform processing at a higher rate than in the first mode and with higher accuracy than in the second mode. Therefore, according to the physical quantity sensor according to the present application example, it is possible to perform sensing in the third mode with higher resolution than in the first mode and with higher accuracy than in the second mode.

[適用例7]
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの物理量センサーを備えている。
[Application 7]
The electronic device according to this application example includes any of the above physical quantity sensors.

[適用例8]
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの物理量センサーを備えている。
[Application Example 8]
The moving body according to this application example includes any of the above physical quantity sensors.

これらの適用例によれば、消費電流を低減させてセンシングすることが可能な物理量センサーを備えているので、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も可能である。 According to these application examples, since the physical quantity sensor capable of reducing the current consumption and sensing is provided, for example, it is possible to realize a highly reliable electronic device and mobile body.

第1実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。The functional block diagram of the physical quantity sensor of the 1st Embodiment. 物理量検出素子の振動片の平面図。Top view of the vibrating piece of the physical quantity detecting element. 物理量検出素子の動作について説明するための図。The figure for demonstrating the operation of a physical quantity detection element. 物理量検出素子の動作について説明するための図。The figure for demonstrating the operation of a physical quantity detection element. 駆動回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a drive circuit. 検出回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the detection circuit. 動作モードと、発振回路及び逓倍回路のON/OFF並びにクロック信号CLKとの対応関係を示す図。The figure which shows the correspondence relationship between the operation mode, ON / OFF of an oscillation circuit and a multiplication circuit, and clock signal CLK. DSPのフィルター処理において用いられるフィルターの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the filter used in the filtering process of a DSP. クロック信号CK1とクロック信号CK2の周波数温度特性の一例を示す図。The figure which shows an example of the frequency temperature characteristic of a clock signal CK1 and a clock signal CK2. ノーマルモードから低パワーモードに切り替わるときの各クロック信号の波形及びデジタル処理部の動作の一例を示す図。The figure which shows an example of the waveform of each clock signal and the operation of a digital processing part at the time of switching from a normal mode to a low power mode. 低パワーモードからノーマルモードに切り替わるときの各クロック信号の波形及びデジタル処理部の動作の一例を示す図。The figure which shows an example of the waveform of each clock signal and the operation of a digital processing part at the time of switching from a low power mode to a normal mode. ノーマルモードから高精度モードに切り替わるときの各クロック信号の波形及びデジタル処理部の動作の一例を示す図。The figure which shows an example of the waveform of each clock signal and the operation of a digital processing part at the time of switching from a normal mode to a high precision mode. 第2実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。The functional block diagram of the physical quantity sensor of the 2nd Embodiment. 姿勢演算の構成例を示す図。The figure which shows the configuration example of the posture calculation. 第2実施形態の物理量センサーを用いた姿勢演算装置の構成例を示す図。The figure which shows the configuration example of the posture calculation apparatus using the physical quantity sensor of 2nd Embodiment. 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。The functional block diagram which shows an example of the structure of the electronic device of this embodiment. 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。The perspective view which shows typically the digital camera which is an example of an electronic device. 本実施形態の移動体の一例を示す図。The figure which shows an example of the moving body of this embodiment.

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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below do not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

以下では、物理量として角速度を検出する物理量センサー(角速度センサー)を例にとり説明する。 In the following, a physical quantity sensor (angular velocity sensor) that detects an angular velocity as a physical quantity will be described as an example.

1.物理量センサー
1−1.第1実施形態
図1は、第1実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。第1実施形態の物理量センサー1は、物理量に関わるアナログ信号を出力する物理量検出素子(センサー素子)2と信号処理回路3とを含んで構成されている。
1. 1. Physical quantity sensor 1-1. 1st Embodiment FIG. 1 is a functional block diagram of a physical quantity sensor of the first embodiment. The physical quantity sensor 1 of the first embodiment is configured to include a physical quantity detection element (sensor element) 2 for outputting an analog signal related to the physical quantity and a signal processing circuit 3.

物理量検出素子2は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、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、振動片は気密性が確保されたパッケージに封止されている。本実施形態では、物理量検出素子2は、T型の2つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルT型の振動片を有する。 The physical quantity detecting element 2 has a vibrating piece in which a driving electrode and a detecting electrode are arranged, and in general, the vibrating piece is ensured to be airtight in order to reduce the impedance of the vibrating piece as much as possible and increase the oscillation efficiency. It is sealed in the package. In the present embodiment, the physical quantity detecting element 2 has a so-called double T-shaped vibrating piece having two T-shaped driving vibrating arms.

図2は、物理量検出素子2の振動片の平面図である。物理量検出素子2は、例えば、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。 FIG. 2 is a plan view of a vibrating piece of the physical quantity detecting element 2. The physical quantity detecting element 2 has, for example, a double T-shaped vibrating piece formed of a Z-cut crystal substrate. The vibrating piece made of quartz has an advantage that the detection accuracy of the angular velocity can be improved because the fluctuation of the resonance frequency with respect to the temperature change is extremely small. The X-axis, Y-axis, and Z-axis in FIG. 2 indicate the crystal axis.

図2に示すように、物理量検出素子2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軸方向及び−Y軸方向に延出している。駆動振動腕101aの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極112及び113が形成されており、駆動振動腕101bの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極113及び112が形成されている。駆動電極112、113は、それぞれ、図1に示す信号処理回路3のDS端子,DG端子を介して駆動回路20に接続される。 As shown in FIG. 2, in the vibrating piece of the physical quantity detecting element 2, the driving vibrating arms 101a and 101b extend from the two driving bases 104a and 104b in the + Y-axis direction and the −Y-axis direction, respectively. Drive electrodes 112 and 113 are formed on the side surface and the upper surface of the drive vibrating arm 101a, respectively, and drive electrodes 113 and 112 are formed on the side surface and the upper surface of the drive vibration arm 101b, respectively. The drive electrodes 112 and 113 are connected to the drive circuit 20 via the DS terminal and the DG terminal of the signal processing circuit 3 shown in FIG. 1, respectively.

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。 The drive bases 104a and 104b are connected to the rectangular detection base 107 via connecting arms 105a and 105b extending in the −X axis direction and the + X axis direction, respectively.

検出振動腕102は、検出用基部107から+Y軸方向及び−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及び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に示した信号処理回路3のS1端子,S2端子を介して検出回路30に接続される。また、共通電極116は接地される。 The detection vibrating arm 102 extends from the detection base 107 in the + Y-axis direction and the −Y-axis direction. Detection electrodes 114 and 115 are formed on the upper surface of the detection vibrating arm 102, and a common electrode 116 is formed on the side surface of the detection vibration arm 102. The detection electrodes 114 and 115 are connected to the detection circuit 30 via the S1 terminal and the S2 terminal of the signal processing circuit 3 shown in FIG. 1, respectively. Further, the common electrode 116 is grounded.

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。 When an AC voltage is applied as a drive signal between the drive electrodes 112 and the drive electrodes 113 of the drive vibrating arms 101a and 101b, as shown in FIG. 3, the drive vibrating arms 101a and 101b are shown by the inverse piezoelectric effect as shown by the arrow B. In addition, the tips of the two drive vibration arms 101a and 101b perform bending vibration (excitation vibration) in which the tips of the two driving vibration arms 101a and 101b repeatedly approach and separate from each other.

この状態で、物理量検出素子2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。このコリオリ力に伴う検出振動腕102の屈曲振動と駆動振動腕101a、101bの屈曲振動(励振振動)とは位相が90°ずれている。
In this state, when an angular velocity with the Z axis as the rotation axis is applied to the vibrating piece of the physical quantity detecting element 2, the drive vibrating arms 101a and 101b coriolis in the direction perpendicular to both the bending vibration direction of the arrow B and the Z axis. Get the power of. As a result, as shown in FIG. 4, the connecting arms 105a and 105b vibrate as shown by the arrow C. Then, the detection vibrating arm 102 bends and vibrates as shown by the arrow D in conjunction with the vibration (arrow C) of the connecting arms 105a and 105b. The bending vibration of the detected vibrating arm 102 and the bending vibration (exciting vibration) of the driving vibrating arms 101a and 101b due to the Coriolis force are out of phase by 90 °.

ところで、駆動振動腕101a、101bが屈曲振動(励振振動)をするときの振動エネルギーの大きさ又は振動の振幅の大きさが2本の駆動振動腕101a、101bで等しければ、駆動振動腕101a、101bの振動エネルギーのバランスがとれており、物理量検出素子2に角速度がかかっていない状態では検出振動腕102は屈曲振動しない。ところが、2つの駆動振動腕101a、101bの振動エネルギーのバランスがくずれると、物理量検出素子2に角速度がかかっていない状態でも検出振動腕102に屈曲振動が発生する。この屈曲振動は漏れ振動と呼ばれ、コリオリ力に基づく振動と同様に矢印Dの屈曲振動であるが、駆動信号とは同位相である。 By the way, if the magnitude of the vibration energy or the magnitude of the vibration amplitude when the drive vibration arms 101a and 101b perform bending vibration (excitation vibration) is equal to the two drive vibration arms 101a and 101b, the drive vibration arms 101a, The detection vibrating arm 102 does not bend and vibrate when the vibration energy of 101b is balanced and the physical quantity detecting element 2 is not subjected to angular velocity. However, if the vibration energies of the two drive vibration arms 101a and 101b are out of balance, bending vibration is generated in the detection vibration arm 102 even when the physical quantity detection element 2 is not subjected to an angular velocity. This bending vibration is called leakage vibration, which is the bending vibration of arrow D like the vibration based on the Coriolis force, but has the same phase as the drive signal.

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、コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ(言い換えれば、物理量検出素子2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、物理量検出素子2に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。 Then, due to the piezoelectric effect, AC charges based on these bending vibrations are generated at the detection electrodes 114 and 115 of the detection vibration arm 102. Here, the AC charge generated based on the Coriolis force changes according to the magnitude of the Coriolis force (in other words, the magnitude of the angular velocity applied to the physical quantity detecting element 2). On the other hand, the AC charge generated based on the leakage vibration is constant regardless of the magnitude of the angular velocity applied to the physical quantity detecting element 2.

なお、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。 At the tips of the drive vibrating arms 101a and 101b, a rectangular weight portion 103 wider than the drive vibrating arms 101a and 101b is formed. By forming the weight portion 103 at the tips of the drive vibrating arms 101a and 101b, the Coriolis force can be increased and a desired resonance frequency can be obtained with a relatively short vibrating arm. Similarly, a weight portion 106 wider than the detection vibrating arm 102 is formed at the tip of the detection vibrating arm 102. By forming the weight portion 106 at the tip of the detection vibrating arm 102, the AC charge generated in the detection electrodes 114 and 115 can be increased.

以上のようにして、物理量検出素子2は、Z軸を検出軸としてコリオリ力に基づく交流電荷(角速度成分)と、励振振動の漏れ振動に基づく交流電荷(振動漏れ成分)とを検出電極114、115を介して出力する。この物理量検出素子2は、角速度を検出する角速度センサーとして機能する。 As described above, the physical quantity detecting element 2 detects the AC charge (angular velocity component) based on the Coriolis force and the AC charge (vibration leakage component) based on the leakage vibration of the excitation vibration with the Z axis as the detection axis. Output via 115. The physical quantity detecting element 2 functions as an angular velocity sensor that detects the angular velocity.

図1に戻り、本実施形態における信号処理回路3は、基準電圧回路10、駆動回路20、検出回路30、デジタル処理部40、クロック出力部50、発振回路52、逓倍回路54、記憶部60及びインターフェース回路70を含んで構成されており、例えば、1チップの集積回路(IC:Integrated Circuit)であってもよい。なお、本実施形態における信号処理回路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。 Returning to FIG. 1, the signal processing circuit 3 in the present embodiment includes a reference voltage circuit 10, a drive circuit 20, a detection circuit 30, a digital processing unit 40, a clock output unit 50, an oscillation circuit 52, a multiplication circuit 54, a storage unit 60, and the like. It is configured to include an interface circuit 70, and may be, for example, a one-chip integrated circuit (IC). The signal processing circuit 3 in the present embodiment may have a configuration in which some of these elements are omitted or changed, or other elements are added.

基準電圧回路10は、信号処理回路3のVDD端子より供給される電源電圧から基準電圧VR1,VR2などの定電圧や定電流を生成し、駆動回路20や検出回路30に供給する。 The reference voltage circuit 10 generates constant voltages and currents such as reference voltages VR1 and VR2 from the power supply voltage supplied from the VDD terminal of the signal processing circuit 3, and supplies them to the drive circuit 20 and the detection circuit 30.

駆動回路20は、物理量検出素子2を駆動する(励振振動させる)ための駆動信号DRVを生成し、DS端子を介して物理量検出素子2の駆動電極112に供給する。すなわち、駆動回路20(「第1発振回路」の一例)は、物理量検出素子2を励振振動させる発振回路として機能する。また、駆動回路20は、物理量検出素子2の励振振動により駆動電極113に発生する発振電流がDG端子を介して入力され、この発振電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号DRV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、駆動信号DRVと位相が同じ検波信号SDETを生成し、検出回路30に出力する。
The drive circuit 20 generates a drive signal DRV for driving (exciting and vibrating) the physical quantity detection element 2 and supplies the drive signal DRV to the drive electrode 112 of the physical quantity detection element 2 via the DS terminal. That is, the drive circuit 20 (an example of the "first oscillation circuit") functions as an oscillation circuit that excites and vibrates the physical quantity detection element 2. Further, in the drive circuit 20, the oscillation current generated in the drive electrode 113 due to the excitation vibration of the physical quantity detection element 2 is input via the DG terminal, and the amplitude of the drive signal DRV is maintained so that the amplitude of the oscillation current is kept constant. Feedback control of the level. Further, the drive circuit 20 generates a detection signal SDET having the same phase as the drive signal DRV, and outputs the detection signal SDET to the detection circuit 30.

図5は、駆動回路20の構成例を示す図である。図5に示すように、駆動回路20は、I/V変換回路21、ローパスフィルター22、ハイパスフィルター23、コンパレーター24、全波整流回路25、積分器26、コンパレーター27及びコンパレーター28を含んで構成されている。なお、本実施形態における駆動回路20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。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the drive circuit 20. As shown in FIG. 5, the drive circuit 20 includes an I / V conversion circuit 21, a low-pass filter 22, a high-pass filter 23, a comparator 24, a full-wave rectifier circuit 25, an integrator 26, a comparator 27, and a comparator 28. It is composed of. The drive circuit 20 in the present embodiment may have a configuration in which some of these elements are omitted or changed, or other elements are added.

I/V変換回路21、ローパスフィルター22、ハイパスフィルター23、コンパレーター24、全波整流回路25、コンパレーター27及びコンパレーター28は、基準電圧回路10から供給される基準電圧VR1を基準に動作する。基準電圧VR1は、アナロググランド電圧であり、例えば、VDD端子から供給される電源電圧の1/2の電圧である。また、積分器26は、基準電圧回路10から供給される基準電圧VR2を基準に動作する。 The I / V conversion circuit 21, the low-pass filter 22, the high-pass filter 23, the comparator 24, the full-wave rectifier circuit 25, the comparator 27, and the comparator 28 operate with reference to the reference voltage VR1 supplied from the reference voltage circuit 10. .. The reference voltage VR1 is an analog ground voltage, which is, for example, a voltage halved from the power supply voltage supplied from the VDD terminal. Further, the integrator 26 operates with reference to the reference voltage VR2 supplied from the reference voltage circuit 10.

I/V変換回路21は、物理量検出素子2の励振振動により発生し、DG端子を介して入力された発振電流を交流電圧信号に変換する。 The I / V conversion circuit 21 converts the oscillating current generated by the excitation vibration of the physical quantity detection element 2 and input via the DG terminal into an AC voltage signal.

ローパスフィルター22は、I/V変換回路21の出力信号の高周波成分を除去し、ハイパスフィルター23は、ローパスフィルター22の出力信号の低周波成分(オフセットなど)を除去する。ローパスフィルター22とハイパスフィルター23によってバンドパスフィルターが構成され、物理量検出素子2の励振振動により生じる信号を通過させる。 The low-pass filter 22 removes high-frequency components of the output signal of the I / V conversion circuit 21, and the high-pass filter 23 removes low-frequency components (offset, etc.) of the output signal of the low-pass filter 22. A bandpass filter is formed by the lowpass filter 22 and the highpass filter 23, and a signal generated by the excitation vibration of the physical quantity detecting element 2 is passed therethrough.

コンパレーター24は、ハイパスフィルター23の出力信号の電圧を基準電圧VR1と比較して2値化信号を生成する。この2値化信号は、ハイレベルの電圧が積分器26の出力電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧(0V)である。そして、コンパレーター24の出力信号は、駆動信号DRVとして、DS端子を介して物理量検出素子2に供給される。駆動信号DRVの周波数(駆動周波数)を物理量検出素子2の共振周波数と一致させることで、物理量検出素子2を安定発振させることができる。 The comparator 24 compares the voltage of the output signal of the high-pass filter 23 with the reference voltage VR1 to generate a binarized signal. In this binarized signal, the high level voltage is the output voltage of the integrator 26, and the low level voltage is the ground voltage (0V). Then, the output signal of the comparator 24 is supplied to the physical quantity detecting element 2 as a drive signal DRV via the DS terminal. By matching the frequency (drive frequency) of the drive signal DRV with the resonance frequency of the physical quantity detection element 2, the physical quantity detection element 2 can be stably oscillated.

全波整流回路25は、I/V変換回路21の出力信号を整流(全波整流)して直流化された信号を出力する。 The full-wave rectifier circuit 25 rectifies the output signal of the I / V conversion circuit 21 (full-wave rectification) and outputs a DC signal.

積分器26は、基準電圧VR2を基準に、全波整流回路25の出力電圧を積分して出力する。この積分器26の出力電圧は、全波整流回路25の出力電圧が高いほど(I/V変換回路21の出力信号の振幅が大きいほど)低くなる。従って、発振振幅が大きいほど、コンパレーター24の出力信号(駆動信号DRV)のハイレベルの電圧が低くなり、発振振幅が小さいほど、コンパレーター24の出力信号(駆動信号DRV)のハイレベルの電圧が高くなるので、発振振幅が一定に保持されるように自動利得制御(AGC:Auto Gain Control)がかかる。 The integrator 26 integrates and outputs the output voltage of the full-wave rectifier circuit 25 with reference to the reference voltage VR2. The output voltage of the integrator 26 decreases as the output voltage of the full-wave rectifier circuit 25 increases (the larger the amplitude of the output signal of the I / V conversion circuit 21). Therefore, the larger the oscillation amplitude, the lower the high-level voltage of the output signal (drive signal DRV) of the comparator 24, and the smaller the oscillation amplitude, the higher the high-level voltage of the output signal (drive signal DRV) of the comparator 24. Therefore, automatic gain control (AGC: Auto Gain Control) is applied so that the oscillation amplitude is kept constant.

コンパレーター27は、ハイパスフィルター23の出力信号の電圧を増幅して2値化信号(方形波電圧信号)を生成し、検波信号SDETとして出力する。この検波信号SDETは、ハイレベルの電圧が電源電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧(0V)である。 The comparator 27 amplifies the voltage of the output signal of the high-pass filter 23 to generate a binarized signal (square wave voltage signal), and outputs it as a detection signal SDET. In this detection signal SDET, the high level voltage is the power supply voltage and the low level voltage is the ground voltage (0V).

コンパレーター28は、ハイパスフィルター23の出力信号の電圧を増幅して2値化信号(方形波電圧信号)を生成し、クロック信号CK2として出力する。このクロック信号CK2は、ハイレベルの電圧が電源電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧(0
V)である。
The comparator 28 amplifies the voltage of the output signal of the high-pass filter 23 to generate a binarized signal (square wave voltage signal), and outputs it as a clock signal CK2. In this clock signal CK2, the high level voltage is the power supply voltage, and the low level voltage is the ground voltage (0).
V).

図1に戻り、検出回路30は、物理量検出素子2の検出電極114,115からそれぞれS1,S2端子を介して入力される交流電荷に含まれる角速度成分を検出し、角速度の大きさに応じた電圧レベルのアナログ信号を出力する。 Returning to FIG. 1, the detection circuit 30 detects the angular velocity component contained in the AC charge input from the detection electrodes 114 and 115 of the physical quantity detection element 2 via the S1 and S2 terminals, respectively, and corresponds to the magnitude of the angular velocity. Outputs a voltage level analog signal.

図6は、検出回路30の構成例を示す図である。図6に示すように、検出回路30は、QVアンプ31、差動アンプ32、可変ゲインアンプ(PGA:Programmable Gain Amplifier)33及び同期検波回路34を含んで構成されている。なお、本実施形態における検出回路30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。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the detection circuit 30. As shown in FIG. 6, the detection circuit 30 includes a QV amplifier 31, a differential amplifier 32, a variable gain amplifier (PGA: Programmable Gain Amplifier) 33, and a synchronous detection circuit 34. The detection circuit 30 in the present embodiment may have a configuration in which some of these elements are omitted or changed, or other elements are added.

QVアンプ31は、S1端子を介して、物理量検出素子2の検出電極114から、角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷(検出電流)が入力され、当該交流電荷に応じた電圧の信号を発生させる。また、QVアンプ31は、S2端子を介して、物理量検出素子2の検出電極115から、角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷(検出電流)が入力され、当該交流電荷に応じた電圧の信号を発生させる。検出電極114からQVアンプ31に入力される交流電荷と検出電極114からQVアンプ31に入力される交流電荷は互いに逆位相(位相差が180°)であり、QVアンプ31から出力される2つの信号も互いに逆位相である。 The QV amplifier 31 receives an AC charge (detection current) including an angular velocity component and a vibration leakage component from the detection electrode 114 of the physical quantity detection element 2 via the S1 terminal, and generates a voltage signal corresponding to the AC charge. Let me. Further, in the QV amplifier 31, an AC charge (detection current) including an angular velocity component and a vibration leakage component is input from the detection electrode 115 of the physical quantity detection element 2 via the S2 terminal, and a voltage signal corresponding to the AC charge is input. To generate. The AC charge input from the detection electrode 114 to the QV amplifier 31 and the AC charge input from the detection electrode 114 to the QV amplifier 31 are in opposite phases (phase difference is 180 °), and the two are output from the QV amplifier 31. The signals are also out of phase with each other.

差動アンプ32は、QVアンプ31から出力される2つの信号を差動増幅してシングルエンドの信号を出力する。 The differential amplifier 32 differentially amplifies the two signals output from the QV amplifier 31 and outputs a single-ended signal.

可変ゲインアンプ33は、差動アンプ32から出力される信号を増幅又は減衰させて、所望の電圧レベルの信号を出力する。 The variable gain amplifier 33 amplifies or attenuates the signal output from the differential amplifier 32, and outputs a signal having a desired voltage level.

同期検波回路34は、駆動回路20が出力する検波信号SDETを用いて、可変ゲインアンプ33から出力される信号(被検波信号)に含まれる角速度成分を同期検波する。同期検波回路34は、例えば、検波信号SDETがハイレベルの時は可変ゲインアンプ33から出力される信号をそのまま出力し、検波信号SDETがローレベルの時は可変ゲインアンプ33から出力される信号を基準電圧VR1に対して反転した信号を出力する回路として構成することができる。 The synchronous detection circuit 34 uses the detection signal SDET output by the drive circuit 20 to synchronously detect the angular velocity component included in the signal (detected signal) output from the variable gain amplifier 33. For example, the synchronous detection circuit 34 outputs the signal output from the variable gain amplifier 33 as it is when the detection signal SDET is at a high level, and outputs the signal output from the variable gain amplifier 33 when the detection signal SDET is at a low level. It can be configured as a circuit that outputs a signal inverted with respect to the reference voltage VR1.

以上に説明したように、駆動回路20により物理量検出素子2が励振振動された状態で、検出回路30が物理量検出素子2の出力信号に基づいて角速度を検出するので、図1に示す物理量検出素子2、駆動回路20及び検出回路30を含む構成は、角速度を検出する振動型センサー4として機能する。 As described above, since the detection circuit 30 detects the angular velocity based on the output signal of the physical quantity detection element 2 in the state where the physical quantity detection element 2 is excited and vibrated by the drive circuit 20, the physical quantity detection element shown in FIG. 2. The configuration including the drive circuit 20 and the detection circuit 30 functions as a vibration type sensor 4 for detecting the angular velocity.

記憶部60は、レジスター61及び不揮発性メモリー62を有している。レジスター61には、インターフェース回路70を介した外部装置との通信において使用されるアドレスやデータの情報が設定される。また、レジスター61には、DSP44から出力される角速度データや角度データが記憶される。 The storage unit 60 has a register 61 and a non-volatile memory 62. Address and data information used in communication with an external device via the interface circuit 70 is set in the register 61. Further, the angular velocity data and the angular data output from the DSP 44 are stored in the register 61.

不揮発性メモリー62には、駆動回路20や検出回路30に対する各種のトリミングデータ(調整データや補正データ)やインターフェース回路70を介した外部との通信を成立させるための各種の情報が記憶されている。不揮発性メモリー62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。 The non-volatile memory 62 stores various trimming data (adjustment data and correction data) for the drive circuit 20 and the detection circuit 30, and various information for establishing communication with the outside via the interface circuit 70. .. The non-volatile memory 62 can be configured as, for example, a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Silicon) type memory or an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).

また、不揮発性メモリー62には、物理量センサー1(信号処理回路3)の動作モードを選択するためのモード選択データが記憶されている。本実施形態では、モード選択データによって、物理量センサー1(信号処理回路3)の動作モードとして、ノーマルモード、低パワーモード及び高精度モードのいずれか1つを選択可能である。 Further, the non-volatile memory 62 stores mode selection data for selecting the operation mode of the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3). In the present embodiment, one of a normal mode, a low power mode, and a high precision mode can be selected as the operation mode of the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) according to the mode selection data.

信号処理回路3の電源投入時(VDD端子の電圧が0Vから所望の電圧まで立ち上がる時)に、不揮発性メモリー62に記憶されている各種のトリミングデータやモード選択データがレジスター61に転送されて保持される。そして、レジスター61に保持された各種のトリミングデータが駆動回路20や検出回路30に供給され、レジスター61に保持されたモード選択データに基づくモード選択信号MDSEL(ノーマルモード、低パワーモード及び高精度モードのいずれか1つを選択するための信号)がデジタル処理部40(DSP44)、クロック出力部50、発振回路52及び逓倍回路54に供給される。 When the power of the signal processing circuit 3 is turned on (when the voltage of the VDD terminal rises from 0 V to a desired voltage), various trimming data and mode selection data stored in the non-volatile memory 62 are transferred to the register 61 and held. Will be done. Then, various trimming data held in the register 61 are supplied to the drive circuit 20 and the detection circuit 30, and the mode selection signal MDSEL (normal mode, low power mode, and high precision mode) based on the mode selection data held in the register 61 is supplied. A signal for selecting any one of the above) is supplied to the digital processing unit 40 (DSP44), the clock output unit 50, the oscillation circuit 52, and the multiplication circuit 54.

インターフェース回路70は、XCS端子、SCLK端子、MOSI端子及びMISO端子と電気的に接続されており、これらの端子を介して外部装置と通信するための回路である。インターフェース回路70を介した通信では、外部装置がマスターとして機能し、物理量センサー1(信号処理回路3)がスレーブとして機能する。そして、外部装置は、インターフェース回路70を介して、レジスター61の所定のアドレスにデータを書き込むことや、レジスター61の所定のアドレスからデータを読み出すことや、各種のコマンドを送信して信号処理回路3の動作を制御することができる。 The interface circuit 70 is electrically connected to an XCS terminal, an SCLK terminal, a MOSI terminal, and a MISO terminal, and is a circuit for communicating with an external device via these terminals. In communication via the interface circuit 70, the external device functions as a master, and the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) functions as a slave. Then, the external device writes data to a predetermined address of the register 61 via the interface circuit 70, reads data from the predetermined address of the register 61, and transmits various commands to the signal processing circuit 3 You can control the operation of.

インターフェース回路70は、SPI(Serial Peripheral Interface)インターフェース回路とIC(Inter-Integrated Circuit)インターフェース回路のいずれか一方として機能してもよい。例えば、インターフェース回路70は、XCS端子がローレベルのときは、SPIインターフェース回路として機能し、SCLK端子を介してクロック信号が入力され、MOSI端子を介してデータ信号が入力され、MISO端子を介してデータ信号が出力される。また、インターフェース回路70は、XCS端子がハイレベルのときは、ICインターフェース回路として機能し、SCLK端子を介してクロック信号が入力され、MOSI端子を介してデータ信号が入出力される。 Interface circuit 70, SPI (Serial Peripheral Interface) may function as one of the interface circuits and I 2 C (Inter-Integrated Circuit ) interface circuit. For example, the interface circuit 70 functions as an SPI interface circuit when the XCS terminal is at a low level, a clock signal is input via the SCLK terminal, a data signal is input via the MOSI terminal, and the data signal is input via the MISO terminal. A data signal is output. The interface circuit 70 may, when XCS pin is high level, and functions as an I 2 C interface circuit, a clock signal is input via the SCLK terminal, the data signal is input and output via the MOSI pin.

インターフェース回路70を介した外部装置との間の通信は、レジスター61に記憶される各種の情報に基づいて行われる。そして、外部装置は、インターフェース回路70を介して、レジスター61の所定のアドレスから角速度データを読み出すことができる。このように、物理量センサー1(信号処理回路3)は、外部装置からの要求に応じて、角速度データを出力可能に構成されている。 Communication with an external device via the interface circuit 70 is performed based on various information stored in the register 61. Then, the external device can read the angular velocity data from the predetermined address of the register 61 via the interface circuit 70. As described above, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) is configured to be able to output angular velocity data in response to a request from an external device.

また、外部装置は、インターフェース回路70を介して、レジスター61の所定のアドレスにモード選択データを設定(書き込み)可能であってもよい。すなわち、物理量センサー1(信号処理回路3)は、外部装置からの要求に応じて、動作モードを切り替え可能に構成されていてもよい。 Further, the external device may be able to set (write) mode selection data at a predetermined address of the register 61 via the interface circuit 70. That is, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) may be configured so that the operation mode can be switched in response to a request from an external device.

発振回路52(「第2発振回路」の一例)は、クロック信号CK1を出力する発振回路であり、その発振周波数(クロック信号CK1の周波数)は駆動回路20の発振周波数(クロック信号CK2の周波数)よりも高い。発振回路52は、例えば、CR発振器やリングオシレーターを含んで構成されてもよい。また、発振回路52は、CR発振器等の出力信号を分周してクロック信号CK1を出力する分周回路を含んで構成されてもよい。 The oscillation circuit 52 (an example of the “second oscillation circuit”) is an oscillation circuit that outputs the clock signal CK1, and its oscillation frequency (frequency of the clock signal CK1) is the oscillation frequency of the drive circuit 20 (frequency of the clock signal CK2). Higher than. The oscillation circuit 52 may be configured to include, for example, a CR oscillator or a ring oscillator. Further, the oscillation circuit 52 may be configured to include a frequency dividing circuit that divides an output signal of a CR oscillator or the like and outputs a clock signal CK1.

逓倍回路54は、駆動回路20が出力するクロック信号CK2を逓倍したクロック信号CK3を出力する。また、逓倍回路54は、クロック信号CK3の周波数が安定した状態であるか否かを示すLOCK信号を出力する。逓倍回路54は、例えば、PLL(Phase
Locked Loop)回路やDLL(Digital Locked Loop)回路であってもよい。
The multiplication circuit 54 outputs a clock signal CK3 obtained by multiplying the clock signal CK2 output by the drive circuit 20. Further, the multiplication circuit 54 outputs a LOCK signal indicating whether or not the frequency of the clock signal CK3 is in a stable state. The multiplication circuit 54 is, for example, a PLL (Phase).
It may be a Locked Loop) circuit or a PLL (Digital Locked Loop) circuit.

本実施形態では、モード選択信号MDSELに基づいて、発振回路52及び逓倍回路54の動作のON/OFFが制御される。具体的には、図7に示すように、モード選択信号MDSELがノーマルモードの選択を示す場合、発振回路52はON(動作)、逓倍回路54はOFF(停止)となる。また、モード選択信号MDSELが低パワーモードの選択を示す場合、発振回路52及び逓倍回路54はともにOFF(停止)となる。また、モード選択信号MDSELが高精度モードの選択を示す場合、発振回路52はOFF(停止)、逓倍回路54はON(動作)となる。なお、駆動回路20は、ノーマルモード、低パワーモード、高精度モードのいずれの場合も、オン(動作)となる。 In the present embodiment, ON / OFF of the operation of the oscillation circuit 52 and the multiplication circuit 54 is controlled based on the mode selection signal MDSEL. Specifically, as shown in FIG. 7, when the mode selection signal MDSEL indicates the selection of the normal mode, the oscillation circuit 52 is ON (operation) and the multiplication circuit 54 is OFF (stop). Further, when the mode selection signal MDSEL indicates the selection of the low power mode, both the oscillation circuit 52 and the multiplication circuit 54 are turned off (stopped). When the mode selection signal MDSEL indicates the selection of the high-precision mode, the oscillation circuit 52 is turned off (stopped) and the multiplication circuit 54 is turned on (operated). The drive circuit 20 is turned on (operated) in any of the normal mode, the low power mode, and the high precision mode.

クロック出力部50は、デジタル処理部40にクロック信号CLKを出力する。具体的には、クロック出力部50は、モード選択信号MDSELに基づいて、発振回路52が出力するクロック信号CK1、駆動回路20が出力するクロック信号CK2及び逓倍回路54が出力するクロック信号CK3のいずれか1つを選択し、クロック信号CLKとして出力する。本実施形態では、図7に示すように、クロック出力部50は、モード選択信号MDSELがノーマルモードの選択を示す場合、クロック信号CK1を選択し、クロック信号CLKとして出力する。また、クロック出力部50は、モード選択信号MDSELが低パワーモードの選択を示す場合、クロック信号CK2を選択し、クロック信号CLKとして出力する。また、クロック出力部50は、モード選択信号MDSELが高精度モードの選択を示す場合、クロック信号CK3を選択し、クロック信号CLKとして出力する。 The clock output unit 50 outputs the clock signal CLK to the digital processing unit 40. Specifically, the clock output unit 50 is any of the clock signal CK1 output by the oscillation circuit 52, the clock signal CK2 output by the drive circuit 20, and the clock signal CK3 output by the multiplication circuit 54 based on the mode selection signal MDSEL. Select one of them and output it as a clock signal CLK. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, when the mode selection signal MDSEL indicates the selection of the normal mode, the clock output unit 50 selects the clock signal CK1 and outputs it as the clock signal CLK. Further, when the mode selection signal MDSEL indicates the selection of the low power mode, the clock output unit 50 selects the clock signal CK2 and outputs it as the clock signal CLK. Further, when the mode selection signal MDSEL indicates the selection of the high-precision mode, the clock output unit 50 selects the clock signal CK3 and outputs it as the clock signal CLK.

このように、本実施形態では、ノーマルモード(「第2モード」の一例)では、発振回路52が動作し、クロック出力部50が発振回路52の出力信号(クロック信号CK1)に基づいてクロック信号CLKを出力する。また、低パワーモード(「第1モード」の一例)では、発振回路52及び逓倍回路54が停止し、クロック出力部50が駆動回路20の出力信号(クロック信号CK2)に基づいてクロック信号CLKを出力する。また、高精度モード(「第3モード」の一例)では、発振回路52が停止するとともに逓倍回路54が動作し、クロック出力部50が逓倍回路54の出力信号(クロック信号CK3)に基づいてクロック信号CLKを出力する。 As described above, in the present embodiment, in the normal mode (an example of the "second mode"), the oscillation circuit 52 operates, and the clock output unit 50 is a clock signal based on the output signal (clock signal CK1) of the oscillation circuit 52. Output CLK. Further, in the low power mode (an example of the "first mode"), the oscillation circuit 52 and the multiplication circuit 54 are stopped, and the clock output unit 50 outputs the clock signal CLK based on the output signal (clock signal CK2) of the drive circuit 20. Output. Further, in the high-precision mode (an example of the "third mode"), the oscillation circuit 52 is stopped and the multiplication circuit 54 is operated, and the clock output unit 50 clocks based on the output signal (clock signal CK3) of the multiplication circuit 54. Output the signal CLK.

物理量センサー1(信号処理回路3)は、インターフェース回路70を介して、外部から入力される信号(レジスター61に書き込まれるモード選択データ)に基づいて、ノーマルモードと低パワーモードと高精度モードとを切り替えてもよい。そして、レジスター61に保持されるモード選択データが変更されると、クロック出力部50は、クロック信号CLKにグリッチが発生しないように、クロック信号CK1、クロック信号CK2、クロック信号CK3の選択を切り替える。すなわち、本実施形態では、物理量センサー1(信号処理回路3)は、クロック信号CLKにグリッチが発生しないようにノーマルモードと低パワーモードと高精度モードとを切り替える。これにより、クロック信号CLKのグリッチに起因するデジタル処理部40の誤動作を防止することができる。 The physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) sets a normal mode, a low power mode, and a high precision mode based on a signal (mode selection data written to the register 61) input from the outside via the interface circuit 70. You may switch. Then, when the mode selection data held in the register 61 is changed, the clock output unit 50 switches the selection of the clock signal CK1, the clock signal CK2, and the clock signal CK3 so that glitches do not occur in the clock signal CLK. That is, in the present embodiment, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) switches between a normal mode, a low power mode, and a high precision mode so that glitches do not occur in the clock signal CLK. This makes it possible to prevent malfunction of the digital processing unit 40 due to glitching of the clock signal CLK.

また、ノーマルモード又は低パワーモードから高精度モードに切り替わる際、クロック出力部50は、逓倍回路54が出力するLOCK信号がアクティブ(クロック信号CK3の周波数が安定した状態)になった後に、クロック信号CK1又はクロック信号CK2からクロック信号CK3に切り替えてクロック信号CLKを出力する。これにより、不安定なクロック信号CLKに起因するデジタル処理部40の誤動作を防止することができる。 Further, when switching from the normal mode or the low power mode to the high precision mode, the clock output unit 50 receives a clock signal after the LOCK signal output by the multiplication circuit 54 becomes active (the frequency of the clock signal CK3 is stable). The clock signal CLK is output by switching from the CK1 or the clock signal CK2 to the clock signal CK3. This makes it possible to prevent malfunction of the digital processing unit 40 due to the unstable clock signal CLK.

デジタル処理部40は、A/D(Analog to Digital)変換器42(「アナログ/デジタル変換器」の一例)及びDSP(Digital Signal Processor)44を含んで構成されている。 The digital processing unit 40 includes an A / D (Analog to Digital) converter 42 (an example of an “analog / digital converter”) and a DSP (Digital Signal Processor) 44.

A/D変換器42は、クロック出力部50が出力するクロック信号CLKに同期して動作し、振動型センサー4(検出回路30)の出力信号をデジタル信号(角速度データ)に変換して出力する。このA/D変換器42から出力されるデジタル信号(角速度データ)は、所定のレートで順次更新される。A/D変換器42は、例えば、デルタシグマ型や逐次比較型のA/D変換回路であってもよい。 The A / D converter 42 operates in synchronization with the clock signal CLK output by the clock output unit 50, converts the output signal of the vibration type sensor 4 (detection circuit 30) into a digital signal (angle velocity data), and outputs the signal. .. The digital signal (angular velocity data) output from the A / D converter 42 is sequentially updated at a predetermined rate. The A / D converter 42 may be, for example, a delta-sigma type or a sequential comparison type A / D conversion circuit.

DSP44は、クロック出力部50が出力するクロック信号CLKに同期して動作し、A/D変換器42から出力されるデジタル信号(角速度データ)に対して、フィルター処理を含むデジタル処理を行う。DSP44は、例えば、図8に示すような1次のIIR(Infinite impulse response)フィルターによってフィルター処理を行う。図8において、XはIIRフィルターへの入力データであり、YはIIRフィルターからの出力データである。フィルター係数a,b,bは、例えば、記憶部60(不揮発性メモリー62)に記憶される。 The DSP 44 operates in synchronization with the clock signal CLK output by the clock output unit 50, and performs digital processing including filter processing on the digital signal (angle velocity data) output from the A / D converter 42. The DSP44 is filtered by, for example, a first-order IIR (Infinite impulse response) filter as shown in FIG. In FIG. 8, X is input data to the IIR filter, and Y is output data from the IIR filter. The filter coefficients a 1 , b 0 , and b 1 are stored in, for example, the storage unit 60 (nonvolatile memory 62).

また、DSP44は、角速度データのゼロ点のオフセットや角速度データの温度による変動を補正するデジタル処理を行ってもよい。これらのデジタル処理が行われた角速度データの値は、物理量検出素子2が検出した角速度を表し、所定のレートで順次更新される。さらに、DSP44は、順次更新される角速度データを時間積分(加算)して角度データを計算するデジタル処理を行ってもよい。 Further, the DSP 44 may perform digital processing for correcting the offset of the zero point of the angular velocity data and the fluctuation of the angular velocity data due to the temperature. The value of the angular velocity data obtained by these digital processes represents the angular velocity detected by the physical quantity detecting element 2, and is sequentially updated at a predetermined rate. Further, the DSP 44 may perform digital processing for calculating the angular velocity data by time-integrating (adding) the angular velocity data that is sequentially updated.

ノーマルモードでは、クロック信号CLKとして、駆動回路20よりも発振周波数が高い発振回路52が出力するクロック信号CK1が選択され、デジタル処理部40(A/D変換器42及びDSP44)が高速に処理を行うことになるため、物理量センサー1(信号処理回路3)の消費電力が大きい。一方、低パワーモードでは、クロック信号CLKとして、駆動回路20が出力するクロック信号CK2が選択され、デジタル処理部40が低速に処理を行うことになり、さらに発振回路52と逓倍回路54が停止するので、物理量センサー1(信号処理回路3)の消費電力が非常に小さい。 In the normal mode, the clock signal CK1 output by the oscillation circuit 52 having a higher oscillation frequency than the drive circuit 20 is selected as the clock signal CLK, and the digital processing unit 40 (A / D converter 42 and DSP 44) processes at high speed. Since this is done, the power consumption of the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) is large. On the other hand, in the low power mode, the clock signal CK2 output by the drive circuit 20 is selected as the clock signal CLK, the digital processing unit 40 performs processing at a low speed, and the oscillation circuit 52 and the multiplication circuit 54 are stopped. Therefore, the power consumption of the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) is very small.

ここで、ノーマルモードと低パワーモードとでは、クロック信号CLKの周波数が異なるため、DSP44のフィルター処理におけるサンプリング周波数も異なる。そこで、本実施形態では、デジタル処理部40は、ノーマルモードと低パワーモードとが切り替わった後に、DSP44のフィルター処理を初期化する。例えば、DSP44が図8に示した1次のIIRフィルターによってフィルター処理を行う場合、フィルター処理の過渡応答時間を短くするために、デジタル処理部40は、ノーマルモード又は低パワーモードに切り替わった後に、遅延回路Z−1によって保持されるデータを入力データXに初期化する。また、デジタル処理部40は、ノーマルモード又は低パワーモードに切り替わった後に、フィルター係数a,b,bを所望の値に初期化する。例えば、ノーマルモードと低パワーモードとで角速度の検出帯域を不変とするために、デジタル処理部40は、ノーマルモードと低パワーモードとでカットオフ周波数が一定になるようにフィルター処理を初期化してもよい。具体的には、DSP44は、図8に示した1次のIIRフィルターによってフィルター処理を行う場合、ノーマルモードではサンプリング周波数が10kHzであり、低パワーモードではサンプリング周波数が1kHzであれば、例えば、フィルター係数a,b,bが、ノーマルモードではa=−0.93906,b=b=0.03047になり、低パワーモードではa=−0.50953,b=b=0.024524になるようにフィルター処理を初期化することにより、カットオフ周波数を100Hzで一定にすることができる。なお、ノーマルモードと高精度モードとでクロック信号CLKの周波数が異なる場合も、デジタル処理部40は、ノーマルモードと高精度モードとでカットオフ周波数が一定になるようにDSP44のフィルター処理を初期化してもよい。 Here, since the frequency of the clock signal CLK is different between the normal mode and the low power mode, the sampling frequency in the filtering process of the DSP 44 is also different. Therefore, in the present embodiment, the digital processing unit 40 initializes the filter processing of the DSP 44 after switching between the normal mode and the low power mode. For example, when the DSP 44 performs filtering by the first-order IIR filter shown in FIG. 8, in order to shorten the transient response time of the filtering, the digital processing unit 40 switches to the normal mode or the low power mode after switching to the normal mode or the low power mode. The data held by the delay circuit Z -1 is initialized to the input data X. Further, the digital processing unit 40 initializes the filter coefficients a 1 , b 0 , and b 1 to desired values after switching to the normal mode or the low power mode. For example, in order to make the detection band of the angular velocity invariant between the normal mode and the low power mode, the digital processing unit 40 initializes the filter processing so that the cutoff frequency becomes constant between the normal mode and the low power mode. May be good. Specifically, when the DSP44 is filtered by the primary IIR filter shown in FIG. 8, if the sampling frequency is 10 kHz in the normal mode and the sampling frequency is 1 kHz in the low power mode, for example, the filter. coefficients a 1, b 0, b 1 is, a 1 = -0.93906 in normal mode, b 0 = b 1 = 0.03047 become, in the low power mode a 1 = -0.50953, b 0 = b By initializing the filtering process so that 1 = 0.024524, the cutoff frequency can be made constant at 100 Hz. Even if the frequency of the clock signal CLK differs between the normal mode and the high-precision mode, the digital processing unit 40 initializes the filter processing of the DSP 44 so that the cutoff frequency becomes constant between the normal mode and the high-precision mode. You may.

図10は、ノーマルモードから低パワーモードに切り替わるときの各クロック信号の波形及びデジタル処理部40の動作の一例を示す図である。また、図11は、低パワーモードからノーマルモードに切り替わるときの各クロック信号の波形及びデジタル処理部40の動作の一例を示す図である。図10及び図11のいずれにおいても、クロック信号CLKにグリッチが発生しないように動作モードが切り替わり、動作モードが切り替わった直後にDSP44のフィルター処理が初期化されている。また、低パワーモードでは、クロック信号CK1及びクロック信号CK3が一定電圧(ローレベル)に固定されている。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the waveform of each clock signal and the operation of the digital processing unit 40 when switching from the normal mode to the low power mode. Further, FIG. 11 is a diagram showing an example of the waveform of each clock signal and the operation of the digital processing unit 40 when switching from the low power mode to the normal mode. In both FIGS. 10 and 11, the operation mode is switched so that glitches do not occur in the clock signal CLK, and the filtering process of the DSP 44 is initialized immediately after the operation mode is switched. Further, in the low power mode, the clock signal CK1 and the clock signal CK3 are fixed at a constant voltage (low level).

本実施形態では、発振回路52はCR発振器等やリングオシレーター等の小面積で実現される発振回路であり、発振回路52が出力するクロック信号CK1の周波数温度特性は半導体素子の温度特性の影響を受ける。これに対して、物理量検出素子2は、例えば、温度安定性の高い水晶振動片を有するため、駆動回路20が出力するクロック信号CK2は、クロック信号CK1と比較して周波数温度特性が極めて良い。図9は、クロック信号CK1とクロック信号CK2の周波数温度特性の一例を示す図であり、実線がクロック信号CK1の周波数温度特性を示し、破線がクロック信号CK2の周波数温度特性を示す。図9の例では、−35℃〜+85℃(使用温度範囲)において、クロック信号CK1の周波数偏差が±0.2%程度の範囲であるのに対して、クロック信号CK2の周波数偏差は±0.01%以下の範囲である。 In the present embodiment, the oscillation circuit 52 is an oscillation circuit realized in a small area such as a CR oscillator or a ring oscillator, and the frequency temperature characteristic of the clock signal CK1 output by the oscillation circuit 52 is affected by the temperature characteristic of the semiconductor element. receive. On the other hand, since the physical quantity detecting element 2 has, for example, a crystal vibration piece having high temperature stability, the clock signal CK2 output by the drive circuit 20 has extremely good frequency temperature characteristics as compared with the clock signal CK1. FIG. 9 is a diagram showing an example of the frequency temperature characteristics of the clock signal CK1 and the clock signal CK2. The solid line shows the frequency temperature characteristics of the clock signal CK1 and the broken line shows the frequency temperature characteristics of the clock signal CK2. In the example of FIG. 9, the frequency deviation of the clock signal CK1 is in the range of about ± 0.2% in the range of −35 ° C. to + 85 ° C. (operating temperature range), whereas the frequency deviation of the clock signal CK2 is ± 0. It is in the range of 0.01% or less.

そこで、本実施形態では、高精度モードでは、クロック信号CLKとして、クロック信号CK2が逓倍された周波数偏差が小さいクロック信号CK3が選択され、デジタル処理部40は、ノーマルモードよりも高精度にデジタル処理を行うことが可能になっている。例えば、デジタル処理部40(DSP44)が角速度データを時間積分(加算)して角度データを計算する場合、動作モードを高精度モードに設定することにより、積分誤差を低減することができるので、より高精度な角度データが得られる。また、ノーマルモードと高精度モードでデジタル処理のレートが変わらないように、クロック信号CK1の周波数とクロック信号CK3の周波数が同じになるように構成してもよい。例えば、発振回路52が非常に高い周波数で発振するCR発振器等の出力信号を分周回路で整数分周してクロック信号CK3と同じ周波数のクロック信号CK1を出力するようにしてもよい。この高精度モードでは、非常に高い周波数で発振する発振回路52が停止するため、物理量センサー1の消費電力が低減される。 Therefore, in the present embodiment, in the high-precision mode, the clock signal CK3 having a small frequency deviation obtained by multiplying the clock signal CK2 is selected as the clock signal CLK, and the digital processing unit 40 digitally processes the clock signal CK2 with higher precision than in the normal mode. It is possible to do. For example, when the digital processing unit 40 (DSP44) time-integrates (adds) the angular velocity data to calculate the angular data, the integration error can be reduced by setting the operation mode to the high-precision mode. Highly accurate angle data can be obtained. Further, the frequency of the clock signal CK1 and the frequency of the clock signal CK3 may be the same so that the digital processing rate does not change between the normal mode and the high precision mode. For example, the output signal of a CR oscillator or the like that the oscillation circuit 52 oscillates at a very high frequency may be divided by an integer with a frequency dividing circuit to output a clock signal CK1 having the same frequency as the clock signal CK3. In this high-precision mode, the oscillation circuit 52 that oscillates at a very high frequency is stopped, so that the power consumption of the physical quantity sensor 1 is reduced.

図12は、ノーマルモードから高精度モードに切り替わるときの各クロック信号の波形及びデジタル処理部40の動作の一例を示す図である。図12において、逓倍回路54が動作を開始してLOCK信号がアクティブ(ハイレベル)になった後に、クロック信号CLKとしてクロック信号CK3が出力されている。また、高精度モードでは、クロック信号CK1が一定電圧(ローレベル)に固定されている。なお、図12の例では、クロック信号CK1の周波数とクロック信号CK3の周波数が同じであり、ノーマルモードと高精度モードでフィルター係数が変更されないものとして、フィルター処理の初期化は行われていないが、高精度モードに切り替わった直後にフィルター処理の初期化が行われてもよい。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the waveform of each clock signal and the operation of the digital processing unit 40 when switching from the normal mode to the high precision mode. In FIG. 12, the clock signal CK3 is output as the clock signal CLK after the multiplication circuit 54 starts operation and the LOCK signal becomes active (high level). Further, in the high precision mode, the clock signal CK1 is fixed at a constant voltage (low level). In the example of FIG. 12, the frequency of the clock signal CK1 and the frequency of the clock signal CK3 are the same, and the filter coefficient is not changed in the normal mode and the high precision mode, and the filter processing is not initialized. , The filtering process may be initialized immediately after switching to the high-precision mode.

以上に説明したように、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、クロック出力部50からデジタル処理部40に出力されるクロック信号CLKは、ノーマルモードにおいて発振回路52が出力するクロック信号CK1であり、低パワーモードにおいて発振回路52よりも発振周波数が低い駆動回路20が出力するクロック信号CK2である。従って、低パワーモードにおいて、デジタル処理部40は、振動型センサー4の出力信号に対してノーマルモードよりも低消費電流で単位時間あたりの処理を行うことができる。従って、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)によれば、低パワー
モードにおいてノーマルモードよりも消費電流を低減させてセンシングすることができる。
As described above, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, the clock signal CLK output from the clock output unit 50 to the digital processing unit 40 is output by the oscillation circuit 52 in the normal mode. The clock signal CK1 is a clock signal CK2 output by the drive circuit 20 having an oscillation frequency lower than that of the oscillation circuit 52 in the low power mode. Therefore, in the low power mode, the digital processing unit 40 can process the output signal of the vibration type sensor 4 with a lower current consumption than in the normal mode per unit time. Therefore, according to the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, the current consumption can be reduced in the low power mode as compared with the normal mode for sensing.

また、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、ノーマルモードにおいて、クロック出力部50から低パワーモードよりも高い周波数のクロック信号CLKがデジタル処理部40に出力されるので、デジタル処理部40は、振動型センサー4の出力信号に対して低パワーモードよりも高いレートで処理を行うことができる。従って、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)によれば、ノーマルモードにおいて低パワーモードよりも高分解能にセンシングすることができる。 Further, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, in the normal mode, the clock signal CLK having a frequency higher than that in the low power mode is output from the clock output unit 50 to the digital processing unit 40. The processing unit 40 can process the output signal of the vibration type sensor 4 at a higher rate than in the low power mode. Therefore, according to the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, it is possible to perform sensing in the normal mode with higher resolution than in the low power mode.

さらに、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、高精度モードにおいて、クロック出力部50から、低パワーモードよりも高い周波数であり、かつ、ノーマルモードよりも周波数偏差が小さいクロック信号CK3がデジタル処理部40に出力されるので、デジタル処理部40は、振動型センサー4の出力信号に対して低パワーモードより高いレートで、かつ、ノーマルモードよりも高精度に処理を行うことができる。従って、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)によれば、高精度モードにおいて低パワーモードよりも高分解能に、かつ、ノーマルモードよりも高精度にセンシングすることができる。 Further, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, in the high precision mode, the clock output unit 50 has a higher frequency than the low power mode and a smaller frequency deviation than the normal mode. Since the signal CK3 is output to the digital processing unit 40, the digital processing unit 40 processes the output signal of the vibration type sensor 4 at a higher rate than in the low power mode and with higher accuracy than in the normal mode. Can be done. Therefore, according to the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, it is possible to perform sensing in the high accuracy mode with higher resolution than in the low power mode and with higher accuracy than in the normal mode.

また、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、外部からの信号に基づいて、ノーマルモード、低パワーモード及び高精度モードのいずれかの動作モードを選択可能である。すなわち、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)によれば、動作中に、低消費電流でのセンシング、高分解能なセンシング及び高精度なセンシングを外部装置によって自在に切り替えることができる。 Further, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, one of a normal mode, a low power mode, and a high precision mode can be selected based on a signal from the outside. That is, according to the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, it is possible to freely switch between low current consumption sensing, high resolution sensing, and high precision sensing by an external device during operation. ..

また、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、動作モードが切り替わる際に、クロック信号CLKにグリッチが発生しないので、デジタル処理部40の誤動作を防止することができる。 Further, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, glitches do not occur in the clock signal CLK when the operation mode is switched, so that the malfunction of the digital processing unit 40 can be prevented.

また、第1実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、動作モードが切り替わった直後に、デジタル処理部40によるフィルター処理の対象となるデータが初期化されるのでフィルター処理の過渡応答時間を短くすることができ、また、フィルター係数が初期化されるのでフィルター特性を最適化することができる。例えば、低パワーモードとノーマルモード及び高精度モードとでフィルター係数を変えることにより、動作モードによらず、デジタル処理部40によるフィルター処理のカットオフ周波数を一定に保つことができる。これにより、動作モードによらず、センシングの検出帯域を一定に保つことができる。また、低パワーモードでは、低周波の角速度信号のみをセンシングできれば良い場合には、低パワーモードにおけるフィルター処理のカットオフ周波数をノーマルモード及び高精度モードにおけるカットオフ周波数よりも低くすることにより、低パワーモードにおけるセンシングのS/Nを向上させることができる。 Further, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of the first embodiment, the data to be filtered by the digital processing unit 40 is initialized immediately after the operation mode is switched, so that the transient response time of the filtering process is timed. Can be shortened, and the filter characteristics can be optimized because the filter coefficient is initialized. For example, by changing the filter coefficient between the low power mode, the normal mode, and the high precision mode, the cutoff frequency of the filter processing by the digital processing unit 40 can be kept constant regardless of the operation mode. As a result, the sensing detection band can be kept constant regardless of the operation mode. Further, in the low power mode, when it is sufficient to sense only the low frequency angular velocity signal, the cutoff frequency of the filtering in the low power mode is set to be lower than the cutoff frequency in the normal mode and the high precision mode. The S / N of sensing in the power mode can be improved.

1−2.第2実施形態
以下、第2実施形態の物理量センサー1について、主に第1実施形態と異なる内容について説明し、第1実施形態と重複する説明を省略する。図13は、第2実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。図13において、第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。第2実施形態の物理量センサー1では、信号処理回路3は、第1実施形態と同様に構成に加えて、さらにインターフェース回路80を含んで構成されている。
1-2. Second Embodiment Hereinafter, the physical quantity sensor 1 of the second embodiment will be mainly described with contents different from those of the first embodiment, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted. FIG. 13 is a functional block diagram of the physical quantity sensor of the second embodiment. In FIG. 13, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the first embodiment. In the physical quantity sensor 1 of the second embodiment, the signal processing circuit 3 is configured to include the interface circuit 80 in addition to the configuration as in the first embodiment.

インターフェース回路80は、MSCK端子及びMSDA端子と電気的に接続されており、これらの端子を介して複数の外部装置と通信するための回路である。インターフェー
ス回路80を介した通信では、物理量センサー1(信号処理回路3)がマスターとして機能し、複数の外部装置がスレーブとして機能する。そして、物理量センサー1(信号処理回路3)は、インターフェース回路80を介して、複数の外部装置がそれぞれが有する記憶部(レジスター)の所定のアドレスにデータを書き込むことや、複数の外部装置がそれぞれ有する記憶部(レジスター)の所定のアドレスからデータを読み出すことができる。インターフェース回路80は、例えば、ICインターフェース回路として機能し、MSCK端子を介してクロック信号が出力され、MSDA端子を介してデータ信号が入出力される。
The interface circuit 80 is electrically connected to the MSCK terminal and the MSDA terminal, and is a circuit for communicating with a plurality of external devices via these terminals. In communication via the interface circuit 80, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) functions as a master, and a plurality of external devices function as slaves. Then, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) writes data to a predetermined address of a storage unit (register) of each of the plurality of external devices via the interface circuit 80, or the plurality of external devices each write data. Data can be read from a predetermined address of the storage unit (register) having the data. Interface circuit 80, for example, functions as I 2 C interface circuit, outputs a clock signal through the MSCK terminal, the data signal is input and output via the MSDA terminal.

レジスター61には、インターフェース回路80を介した複数の外部装置との通信において使用されるアドレスやデータの情報が設定される。 Address and data information used in communication with a plurality of external devices via the interface circuit 80 is set in the register 61.

本実施形態では、デジタル処理部40は、A/D変換器42及びDSP44に加えて姿勢演算部46を含んで構成されている。 In the present embodiment, the digital processing unit 40 includes a posture calculation unit 46 in addition to the A / D converter 42 and the DSP 44.

姿勢演算部46は、クロック出力部50が出力するクロック信号CLKに同期して動作し、3軸の角速度データに基づいて姿勢演算を実行する。具体的には、姿勢演算部46は、DSP44から第1軸の角速度ωを表す第1角速度データを所定の周期Δtで順次取得する。また、姿勢演算部46は、インターフェース回路80を介して複数の外部装置から周期Δtで順次取得されて記憶部60(レジスター61)に記憶される、第2軸の角速度ωを表す第2角速度データ及び第3軸の角速度ωを表す第3角速度データを順次取得する。第1軸、第2軸及び第3軸は、例えば、互いに直交する軸である。そして、姿勢演算部46は、周期Δtで順次取得した第1角速度データ(角速度ω)、第2角速度データ(角速度ω)及び第3角速度データ(角速度ω)を用いて姿勢演算を行う。 The attitude calculation unit 46 operates in synchronization with the clock signal CLK output by the clock output unit 50, and executes the attitude calculation based on the three-axis angular velocity data. Specifically, the attitude calculation unit 46 sequentially acquires the first angular velocity data representing the angular velocity ω 1 of the first axis from the DSP 44 in a predetermined period Δt. Further, the attitude calculation unit 46 sequentially acquires from a plurality of external devices via the interface circuit 80 at a period Δt and stores it in the storage unit 60 (register 61), and represents the second angular velocity ω 2 of the second axis. The data and the third angular velocity data representing the angular velocity ω 3 of the third axis are sequentially acquired. The first axis, the second axis, and the third axis are, for example, axes that are orthogonal to each other. Then, the attitude calculation unit 46 performs the attitude calculation using the first angular velocity data (angular velocity ω 1 ), the second angular velocity data (angular velocity ω 2 ), and the third angular velocity data (angular velocity ω 3 ) sequentially acquired in the period Δt. ..

本実施形態では、姿勢演算部46は、記憶部60(不揮発性メモリー62)に記憶されている、第1軸、第2軸及び第3軸とあらかじめ定義されているx軸、y軸及びz軸との対応関係の情報を用いて、例えば、第1角速度データ(角速度ω)をx軸の角速度データ(x軸回りの角速度ω)と認識し、第2角速度データ(角速度ω)をy軸の角速度データ(y軸回りの角速度ω)と認識し、第3角速度データ(角速度ω)をz軸の角速度データ(z軸回りの角速度ω)と認識する。そして、姿勢演算部46は、x軸回りの角速度ω(=ω)、y軸回りの角速度ω(=ω)及びz軸回りの角速度ω(=ω)に基づき、クォータニオンを用いて姿勢演算を行うことができる。例えば、姿勢演算部46は、3軸分の角速度ω,ω,ωを取得する毎に、式(1)に従ってクォータニオンqを更新し、更新したクォータニオンqを式(2)に従って正規化することにより、姿勢演算を行う。 In the present embodiment, the attitude calculation unit 46 is stored in the storage unit 60 (nonvolatile memory 62), and the x-axis, y-axis, and z, which are predefined as the first axis, the second axis, and the third axis. Using the information on the correspondence with the axes, for example, the first angular velocity data (angular velocity ω 1 ) is recognized as the x-axis angular velocity data (angular velocity ω x around the x-axis), and the second angular velocity data (angular velocity ω 2 ). Is recognized as y-axis angular velocity data (angular velocity ω y around the y-axis), and the third angular velocity data (angular velocity ω 3 ) is recognized as z-axis angular velocity data (angular velocity ω z around the z-axis). Then, the attitude calculation unit 46 is a quaternion based on the angular velocity ω x (= ω 1 ) around the x-axis, the angular velocity ω y (= ω 2 ) around the y-axis, and the angular velocity ω z (= ω 3 ) around the z-axis. Posture calculation can be performed using. For example, the attitude calculation unit 46 updates the quaternion q according to the equation (1) every time it acquires the angular velocities ω x , ω y , ω z for three axes, and normalizes the updated quaternion q according to the equation (2). By doing so, the posture calculation is performed.

Figure 0006834581
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Figure 0006834581
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図14は、クォータニオンを用いて姿勢演算を行う姿勢演算部46の構成例を示す図である。図14に示すように、姿勢演算部46は、変換部211、行列演算部212、乗算器213、加算器214及び正規化部215を含んで構成されている。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a posture calculation unit 46 that performs a posture calculation using a quaternion. As shown in FIG. 14, the posture calculation unit 46 includes a conversion unit 211, a matrix calculation unit 212, a multiplier 213, an adder 214, and a normalization unit 215.

変換部211は、記憶部60(不揮発性メモリー62)に記憶されている、第1軸、第2軸及び第3軸とx軸、y軸及びz軸との対応関係の情報に基づいて、3軸の角速度データ(角速度ω,ω,ω)をx軸回りの角速度ω、y軸回りの角速度ω及びz軸回りの角速度ωに変換して出力する。 The conversion unit 211 is based on the information on the correspondence between the first, second and third axes and the x-axis, y-axis and z-axis stored in the storage unit 60 (nonvolatile memory 62). The three-axis angular velocity data (angular velocity ω 1 , ω 2 , ω 3 ) is converted into an angular velocity ω x around the x-axis, an angular velocity ω y around the y-axis, and an angular velocity ω z around the z-axis and output.

行列演算部212は、クロック信号CLKに同期して、x軸回りの角速度ω、y軸回りの角速度及びz軸回りの角速度ω(いずれも単位はLSB)と最新のクォータニオンq(各要素q,q,q,qの単位はラジアン)とを用いて、式(1)の右辺第1項中の行列積の部分を計算して出力する。 In synchronization with the clock signal CLK, the matrix calculation unit 212 has an angular velocity ω x around the x-axis, an angular velocity around the y-axis, and an angular velocity ω z around the z-axis (both units are LSB) and the latest quaternion q (each element). The unit of q w , q x , q y , and q z is radian), and the part of the matrix product in the first term on the right side of equation (1) is calculated and output.

乗算器213は、行列演算部212の出力値と係数値COEFとの積を計算して出力する。この乗算器213の出力値は、式(1)の右辺第1項の計算値に相当する。係数値COEFは、記憶部60(不揮発性メモリー62)に記憶されており、式(3)で計算される定数値である。 The multiplier 213 calculates and outputs the product of the output value of the matrix calculation unit 212 and the coefficient value COEF. The output value of the multiplier 213 corresponds to the calculated value of the first term on the right side of the equation (1). The coefficient value COEF is stored in the storage unit 60 (nonvolatile memory 62) and is a constant value calculated by the equation (3).

Figure 0006834581
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式(3)において、GSは、検出回路30(GSは物理量検出素子2の検出感度(単位:°/s/LSB))である。また、FREQは、クロック信号CLKの周波数(単位はHz)である。 In the formula (3), the GS is the detection circuit 30 (GS is the detection sensitivity of the physical quantity detection element 2 (unit: ° / s / LSB)). Further, FRQ is a frequency (unit: Hz) of the clock signal CLK.

加算器214は、乗算器213の出力値と最新のクォータニオンqとの和を計算して出力する。この加算器214の出力値は、式(1)の計算値に相当する。 The adder 214 calculates and outputs the sum of the output value of the multiplier 213 and the latest quaternion q. The output value of the adder 214 corresponds to the calculated value of the equation (1).

正規化部215は、クロック信号CLKに同期して、加算器214の出力値を、その大きさが1になるように正規化して出力する。この正規化部215の出力値は、式(2)の計算値に相当し、最新のクォータニオンqとなる。そして、姿勢演算部46による姿勢演算の結果(クォータニオンq)は、記憶部60(レジスター61)に記憶され、外部装置からの要求に応じて、インターフェース回路70を介して出力される。 The normalization unit 215 synchronizes with the clock signal CLK, normalizes the output value of the adder 214 so that its magnitude becomes 1, and outputs it. The output value of the normalization unit 215 corresponds to the calculated value of the equation (2) and becomes the latest quaternion q. Then, the result of the posture calculation (quaternion q) by the posture calculation unit 46 is stored in the storage unit 60 (register 61), and is output via the interface circuit 70 in response to a request from the external device.

図15は、第2実施形態の物理量センサー1を用いた姿勢演算装置6の構成例を示す図である。図15に示す姿勢演算装置6は、3個の物理量センサー1(1−1,1−2,1−3)を備えている。各物理量センサー1−k(k=1〜3)は、物理量検出素子2−k及び信号処理回路3−kを備えている。 FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of a posture calculation device 6 using the physical quantity sensor 1 of the second embodiment. The posture calculation device 6 shown in FIG. 15 includes three physical quantity sensors 1 (1-1, 1-2, 1-3). Each physical quantity sensor 1-k (k = 1 to 3) includes a physical quantity detection element 2-k and a signal processing circuit 3-k.

物理量センサー1−1が備えている信号処理回路3−1のMSCK端子と、物理量センサー1−2が備えている信号処理回路3−2のSCLK端子と、物理量センサー1−3が備えている信号処理回路3−3のSCLK端子とが電気的に接続されている。また、物理量センサー1−1が備えている信号処理回路3−1のMSDA端子と、物理量センサー1−2が備えている信号処理回路3−2のMOSI端子と、物理量センサー1−3が備えている信号処理回路3−3のMOSI端子とが電気的に接続されている。そして、物理量センサー1−1(信号処理回路3−1の姿勢演算部46(図13参照))が姿勢演算を行う。 The MSCK terminal of the signal processing circuit 3-1 provided by the physical quantity sensor 1-1, the SCLK terminal of the signal processing circuit 3-2 provided by the physical quantity sensor 1-2, and the signal provided by the physical quantity sensor 1-3. The SCLK terminal of the processing circuit 3-3 is electrically connected. Further, the MSDA terminal of the signal processing circuit 3-1 provided by the physical quantity sensor 1-1, the MOSI terminal of the signal processing circuit 3-2 provided by the physical quantity sensor 1-2, and the physical quantity sensor 1-3 are provided. The MOSI terminal of the signal processing circuit 3-3 is electrically connected. Then, the physical quantity sensor 1-1 (posture calculation unit 46 (see FIG. 13) of the signal processing circuit 3-1) performs the posture calculation.

物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)は、インターフェース回路80(図13参照)を介して、物理量センサー1−2,1−3とそれぞれ通信する。物理量センサー1−2,1−3は、インターフェース回路70(図13参照)を介して、物理量センサー1−1と通信する。信号処理回路3−2,3−3において、XCS端子が電源にプルアップされており、信号処理回路3−2,3−3のインターフェース回路70は、ICインターフェース回路として機能する。マスターである物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)は、スレーブである物理量センサー1−2,1−3(信号処理回路3−2,3−3)に対して、データの書き込みやデータの読み出しを行う。従って、物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)は、物理量センサー1−2(信号処理回路3−2)から第2角速度データ(角速度ω)を読み出して取得し、物理量センサー1−3(信号処理回路3−3)から第3角速度データ(角速度ω)を読み出して取得することができる。 The physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1) communicates with the physical quantity sensors 1-2 and 1-3 via the interface circuit 80 (see FIG. 13), respectively. The physical quantity sensors 1-2 and 1-3 communicate with the physical quantity sensor 1-1 via the interface circuit 70 (see FIG. 13). In the signal processing circuit 3-2 and 3-3, which is pulled up XCS terminal to the power supply, the interface circuit 70 of the signal processing circuit 3-2 and 3-3 function as I 2 C interface circuit. The master physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1) writes data to the slave physical quantity sensors 1-2, 1-3 (signal processing circuit 3-2, 3-3). Read the data. Therefore, the physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1) reads and acquires the second angular velocity data (angular velocity ω 2 ) from the physical quantity sensor 1-2 (signal processing circuit 3-2), and obtains the physical quantity sensor 1-. The third angular velocity data (angular velocity ω 3 ) can be read out and acquired from 3 (signal processing circuit 3-3).

そして、物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)は、自身で検出した第1角速度データ(角速度ω)、物理量センサー1−2(信号処理回路3−2)から第2角速度データ(角速度ω)及び物理量センサー1−3(信号処理回路3−3)から第3角速度データ(角速度ω)に基づいて、姿勢演算を行う。 Then, the physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1) receives the first angular velocity data (angular velocity ω 1 ) detected by itself, and the physical quantity sensor 1-2 (signal processing circuit 3-2) to the second angular velocity data (). The attitude calculation is performed based on the third angular velocity data (angular velocity ω 3 ) from the angular velocity ω 2 ) and the physical quantity sensor 1-3 (signal processing circuit 3-3).

また、物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)は、インターフェース回路70(図13参照)を介して、ホストである制御装置5と通信する。信号処理回路3−1のインターフェース回路70は、SPIインターフェース回路として機能し、マスターである制御装置5は、スレーブである物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)に対して、データの書き込みやデータの読み出しを行い、あるいは、コマンドを送信する。従って、制御装置5は、姿勢演算装置6から姿勢演算の結果(クォータニオンq)を読み出して取得することができる。 Further, the physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1) communicates with the control device 5 which is a host via the interface circuit 70 (see FIG. 13). The interface circuit 70 of the signal processing circuit 3-1 functions as an SPI interface circuit, and the master control device 5 writes data to the slave physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1). And read data, or send a command. Therefore, the control device 5 can read and acquire the result of the posture calculation (quaternion q) from the posture calculation device 6.

このように構成された姿勢演算装置6は、例えば、パッケージ化された状態で、姿勢演算の対象物に取り付けられる。そして、物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)の姿勢演算部46は、クロック信号CLKの1周期をΔtとして、式(1)及び式(2)に従ってクォータニオンqを計算する。そして、式(1)及び式(2)より、クォータニオンqの演算精度は、Δtの精度、すなわち、クロック出力部50が出力するクロック信号CLKの周波数精度によって決まる。前述の通り、例えば、クロック信号CK1の周波数偏差が±0.2%程度の範囲であるのに対して、クロック信号CK2の周波数偏差は±0.01%以下の範囲である。従って、物理量センサー1−1(信号処理回路3−1)は、姿勢演算部46による演算精度を高めるために、クロック信号CLKとして、クロック信号CK2が逓倍された周波数偏差が小さいクロック信号CK3が選択される高精度モードに設定されることが望ましい。一方、物理量センサー1−2(信号処理回路3−2)は、第2角速度データ(角速度ω)を出力すればよく、姿勢演算部46が動作しなくてよい(Δtに基づく計算を行う必要がない)ため、ノーマルモードに設定されてもよい。同様に、物理量センサー1−3(信号処理回路3−3)は、第3角速度データ(角速度ω)を出力すればよく、姿勢演算部46が動作しなくてよい(Δtに基づく計算を行う必要がない)ため、ノーマルモードに設定されてもよい。姿勢演算装置6において、物理量センサー1−1,1−2,1−3(信号処理回路3−1,3−2,3−3)の各動作モードをこのように設定することにより、消費電力の増加を抑制しながら高精度に姿勢演算を行うことができる。 The posture calculation device 6 configured in this way is attached to an object for posture calculation, for example, in a packaged state. Then, the attitude calculation unit 46 of the physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1) calculates the quaternion q according to the equations (1) and (2), where one cycle of the clock signal CLK is Δt. Then, from the equations (1) and (2), the calculation accuracy of the quaternion q is determined by the accuracy of Δt, that is, the frequency accuracy of the clock signal CLK output by the clock output unit 50. As described above, for example, the frequency deviation of the clock signal CK1 is in the range of about ± 0.2%, while the frequency deviation of the clock signal CK2 is in the range of ± 0.01% or less. Therefore, in the physical quantity sensor 1-1 (signal processing circuit 3-1), in order to improve the calculation accuracy by the attitude calculation unit 46, the clock signal CK3 having a small frequency deviation obtained by multiplying the clock signal CK2 is selected as the clock signal CLK. It is desirable to set to the high-precision mode. On the other hand, the physical quantity sensor 1-2 (signal processing circuit 3-2) need only output the second angular velocity data (angular velocity ω 2 ), and the attitude calculation unit 46 does not have to operate (calculation based on Δt needs to be performed). There is no), so it may be set to normal mode. Similarly, the physical quantity sensor 1-3 (signal processing circuit 3-3) may output the third angular velocity data (angular velocity ω 3 ), and the attitude calculation unit 46 does not have to operate (calculation based on Δt is performed). It is not necessary), so it may be set to normal mode. In the attitude calculation device 6, power consumption is consumed by setting each operation mode of the physical quantity sensor 1-1, 1-2, 1-3 (signal processing circuit 3-1, 3-2, 3-3) in this way. It is possible to perform posture calculation with high accuracy while suppressing the increase of.

2.電子機器
図16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16に示すように、本実施形態の電子機器300は、物理量センサー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16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。
2. 2. Electronic device FIG. 16 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the electronic device of the present embodiment. As shown in FIG. 16, the electronic device 300 of the present embodiment includes a physical quantity sensor 310, a control device (MCU) 320, an operation unit 330, a ROM (Read Only Memory) 340, and a RAM (Random Access).
Memory) 350, communication unit 360, and display unit 370 are included. The electronic device of the present embodiment may be configured such that a part of the component (each part) of FIG. 16 is omitted or changed, or another component is added.

物理量センサー310は、物理量を検出して検出結果を制御装置(MCU)320に出力する。物理量センサー310として、例えば、上述した本実施形態の物理量センサー1を適用することができる。 The physical quantity sensor 310 detects the physical quantity and outputs the detection result to the control device (MCU) 320. As the physical quantity sensor 310, for example, the physical quantity sensor 1 of the present embodiment described above can be applied.

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、物理量センサー310に通信信号を発信し、物理量センサー310の出力信号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。 The control device (MCU) 320 transmits a communication signal to the physical quantity sensor 310 according to a program stored in the ROM 340 or the like, and performs various calculation processes and control processes using the output signal of the physical quantity sensor 310. In addition, the control device (MCU) 320 performs various processes according to the operation signal from the operation unit 330, processes for controlling the communication unit 360 for data communication with the external device, and displays various information on the display unit 370. Performs processing such as transmitting a display signal for making the display signal.

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。 The operation unit 330 is an input device composed of operation keys, button switches, and the like, and outputs an operation signal corresponding to the operation by the user to the control device (MCU) 320.

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。 The ROM 340 stores programs, data, and the like for the control device (MCU) 320 to perform various calculation processes and control processes.

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。 The RAM 350 is used as a work area of the control device (MCU) 320, and includes programs and data read from the ROM 340, data input from the operation unit 330, calculation results executed by the control device (MCU) 320 according to various programs, and the like. Is temporarily memorized.

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。 The communication unit 360 performs various controls for establishing data communication between the control device (MCU) 320 and the external device.

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、CPU320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。 The display unit 370 is a display device composed of an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and displays various information based on a display signal input from the CPU 320. The display unit 370 may be provided with a touch panel that functions as an operation unit 330.

物理量センサー310として、例えば上述した本実施形態の物理量センサー1を適用することにより、例えば、信頼性の高い電子機器を実現することができる。 By applying, for example, the physical quantity sensor 1 of the present embodiment described above as the physical quantity sensor 310, for example, a highly reliable electronic device can be realized.

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。 Various electronic devices can be considered as such electronic devices 300, for example, personal computers (for example, mobile personal computers, laptop personal computers, tablet personal computers), mobile terminals such as smartphones and mobile phones, and the like. Digital cameras, inkjet ejection devices (for example, inkjet printers), storage area network devices such as routers and switches, local area network devices, mobile terminal base station devices, televisions, video cameras, video recorders, car navigation devices, real-time Clock devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, game controllers, word processors, workstations, videophones, security TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical devices ( For example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish finder, various measuring devices, instruments (for example, instruments for vehicles, aircraft, ships), flight simulator. , Head mount display, motion trace, motion tracking, motion controller, PDR (pedestrian position and orientation measurement) and the like.

図17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17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。 FIG. 17 is a perspective view schematically showing a digital camera 1300 which is an example of the electronic device 300 of the present embodiment. Note that FIG. 17 also briefly shows the connection with an external device. Here, while a normal camera sensitizes a silver halide photographic film by the light image of the subject, the digital camera 1300 performs photoelectric conversion of the light image of the subject by an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) and captures the image. Generate a signal (image signal).

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、物理量センサー310を有し、物理量センサー310の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。 A display unit 1310 is provided on the back surface of the case (body) 1302 of the digital camera 1300, and is configured to display based on an image pickup signal by a CCD. The display unit 1310 is a finder that displays a subject as an electronic image. Functions as. Further, on the front side (back side in the drawing) of the case 1302, a light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided. When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1310 and presses the shutter button 1306, the image pickup signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory 1308. Further, in the digital camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. A television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312, and a personal computer 1440 is connected to the data communication input / output terminal 1314, respectively, as needed. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 or the personal computer 1440 by a predetermined operation. The digital camera 1300 has a physical quantity sensor 310, and uses the output signal of the physical quantity sensor 310 to perform processing such as camera shake correction.

3.移動体
図18は、本実施形態の移動体の一例を示す図(上面図)である。図18に示す移動体400は、物理量センサー410、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18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。
3. 3. The moving body FIG. 18 is a view (top view) showing an example of the moving body of the present embodiment. The moving body 400 shown in FIG. 18 includes a physical quantity sensor 410, controllers 440, 450, 460, a battery 470, and a navigation device 480. The moving body of the present embodiment may be configured by omitting a part of the constituent elements (each part) of FIG. 18 or adding other constituent elements.

物理量センサー410、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。 The physical quantity sensor 410, the controllers 440, 450, 460, and the navigation device 480 operate on the power supply voltage supplied from the battery 470.

物理量センサー410は、物理量を検出して検出結果をコントローラー440,450,460に出力する。 The physical quantity sensor 410 detects the physical quantity and outputs the detection result to the controllers 440, 450, 460.

コントローラー440,450,460は、それぞれ、物理量センサー410の出力信号を用いて、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。 The controllers 440, 450, and 460 are control devices that perform various controls such as an attitude control system, a rollover prevention system, and a brake system, respectively, using the output signals of the physical quantity sensor 410.

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、GPSの電波が届かない時でも物理量センサー410の出力信号に基づいて移動体400の位置や向きを特定し、必要な情報の表示を継続する。 The navigation device 480 displays various information such as the position and time of the mobile body 400 on the display based on the output information of the built-in GPS receiver (not shown). Further, the navigation device 480 identifies the position and orientation of the moving body 400 based on the output signal of the physical quantity sensor 410 even when the GPS radio wave does not reach, and continues to display necessary information.

例えば、物理量センサー410として、上述した各実施形態の物理量センサー1を適用することにより、例えば、信頼性の高い移動体を実現することができる。 For example, by applying the physical quantity sensor 1 of each of the above-described embodiments as the physical quantity sensor 410, for example, a highly reliable moving body can be realized.

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。 Various moving bodies can be considered as such moving bodies 400, and examples thereof include automobiles (including electric vehicles), aircraft such as jet aircraft and helicopters, ships, rockets, and artificial satellites.

4.変形例
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。
4. Modifications The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications can be carried out within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上記各実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)は、ノーマルモード、低パワーモード及び高精度モードの3つの動作モードを有しているが、これ以外の動作モードを有していてもよい。あるいは、上記各実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)は、動作モードとして高精度モードを有していなくてもよい。 For example, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of each of the above embodiments has three operation modes of a normal mode, a low power mode, and a high precision mode, but has other operation modes. May be good. Alternatively, the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of each of the above embodiments does not have to have a high-precision mode as an operation mode.

また、例えば、上記各実施形態の物理量センサー1(信号処理回路3)では、A/D変換器42とDSP44とは、共通のクロック信号CLKによって動作しているが、互いに異なるクロック信号によって動作してもよい。例えば、DSP44は、クロック出力部50が出力するクロック信号CLKによって動作し、A/D変換器42は、クロック信号CLKの分周クロック信号によって動作してもよい。 Further, for example, in the physical quantity sensor 1 (signal processing circuit 3) of each of the above embodiments, the A / D converter 42 and the DSP 44 are operated by a common clock signal CLK, but are operated by different clock signals. You may. For example, the DSP 44 may be operated by the clock signal CLK output by the clock output unit 50, and the A / D converter 42 may be operated by the divided clock signal of the clock signal CLK.

また、例えば、上述した実施形態では、角速度を検出する物理量検出素子を含む物理量センサー(角速度センサー)並びに当該物理量センサー(角速度センサー)を備えた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センサー並びに当該物理量センサーを備えた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、角速度に限らず、角加速度、加速度、地磁気、傾斜などであってもよい。従って、振動型センサーは、振動型角速度センサーに限らず、例えば、振動型圧力センサー、振動型傾斜センサー等であってもよい。また、物理量検出素子の振動片は、ダブルT型でなくてもよく、例えば、音叉型やくし歯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。また、物理量検出素子の振動片の材料としては、水晶(SiO2)の代わりに、例えば、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、圧電型の素子に限らず、動電型、静電容量型、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。 Further, for example, in the above-described embodiment, a physical quantity sensor (angle velocity sensor) including a physical quantity detection element for detecting the angular velocity, and an electronic device and a moving body provided with the physical quantity sensor (angular velocity sensor) have been described as examples. The present invention can also be applied to a physical quantity sensor including a physical quantity detecting element that detects various physical quantities, and an electronic device and a moving body provided with the physical quantity sensor. The physical quantity detected by the physical quantity detecting element is not limited to the angular velocity, and may be angular acceleration, acceleration, geomagnetism, inclination, or the like. Therefore, the vibration type sensor is not limited to the vibration type angular velocity sensor, and may be, for example, a vibration type pressure sensor, a vibration type tilt sensor, or the like. Further, the vibrating piece of the physical quantity detecting element does not have to be a double T type, for example, a tuning fork type or a comb tooth type, or a sound piece type having a shape such as a triangular prism, a square prism, or a columnar prism. May be good. As a material for the vibrating piece of the physical quantity detecting element, instead of crystal (SiO 2 ), for example, a piezoelectric single crystal such as lithium tantalate (LiTaO 3 ) or lithium niobate (LiNbO 3 ) or lead zirconate titanate is used. Piezoelectric materials such as piezoelectric ceramics such as (PZT) may be used, or silicon semiconductors may be used. Further, for example, the structure may be such that a piezoelectric thin film such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN) sandwiched between driving electrodes is arranged on a part of the surface of the silicon semiconductor. Further, the physical quantity detecting element is not limited to the piezoelectric type element, and may be a vibration type element such as an electrokinetic type, a capacitance type, an eddy current type, an optical type, or a strain gauge type. Alternatively, the method of the physical quantity detecting element is not limited to the vibration type, and may be, for example, an optical type, a rotary type, or a fluid type.

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。 The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited thereto. For example, it is also possible to appropriately combine each embodiment and each modification.

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。 The present invention includes a configuration substantially the same as the configuration described in the embodiment (for example, a configuration having the same function, method and result, or a configuration having the same purpose and effect). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. The present invention also includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1,1−1,1−2,1−3…物理量センサー、2,2−1,2−2,2−3…物理量検出素子、3,3−1,3−2,3−3…信号処理回路、4…振動型センサー、5…制御装置、6…姿勢演算装置、10…基準電圧回路、20…駆動回路、21…I/V変換回路、22…ローパスフィルター、23…ハイパスフィルター、24…コンパレーター、25…
全波整流回路、26…積分器、27…コンパレーター、28…コンパレーター、30…検出回路、31…QVアンプ、32…差動アンプ、33…可変ゲインアンプ、34…同期検波回路、40…デジタル処理部、42…A/D変換回路、44…DSP、46…姿勢演算部、50…クロック出力部、52…発振回路、54…逓倍回路、60…記憶部、61…レジスター、62…不揮発性メモリー、70…インターフェース回路、80…インターフェース回路、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、211…変換部、212…行列演算部、213…乗算器、214…加算器、215…正規化部、300…電子機器、310…物理量センサー、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…物理量センサー、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、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
1,1-1,1-2,1-3 ... Physical quantity sensor, 2,2-1,2,2-3 ... Physical quantity detection element, 3,3-1,3-2,3-3 ... Signal Processing circuit, 4 ... Vibration type sensor, 5 ... Control device, 6 ... Attitude calculation device, 10 ... Reference voltage circuit, 20 ... Drive circuit, 21 ... I / V conversion circuit, 22 ... Low pass filter, 23 ... High pass filter, 24 ... comparator, 25 ...
Full-wave rectifier circuit, 26 ... integrator, 27 ... comparator, 28 ... comparator, 30 ... detection circuit, 31 ... QV amplifier, 32 ... differential amplifier, 33 ... variable gain amplifier, 34 ... synchronous detection circuit, 40 ... Digital processing unit, 42 ... A / D conversion circuit, 44 ... DSP, 46 ... attitude calculation unit, 50 ... clock output unit, 52 ... oscillation circuit, 54 ... multiplication circuit, 60 ... storage unit, 61 ... register, 62 ... non-volatile Sex memory, 70 ... interface circuit, 80 ... interface circuit, 101a, 101b ... drive vibrating arm, 102 ... detection vibrating arm, 103 ... weight part, 104a, 104b ... drive base, 105a, 105b ... connecting arm, 106 ... weight Unit, 107 ... Detection base, 112, 113 ... Drive electrode, 114, 115 ... Detection electrode, 116 ... Common electrode, 211 ... Conversion unit, 212 ... Matrix calculation unit, 213 ... Multiplier, 214 ... Adder, 215 ... Normalization unit, 300 ... electronic device, 310 ... physical quantity sensor, 320 ... control device (MCU), 330 ... operation unit, 340 ... ROM, 350 ... RAM, 360 ... communication unit, 370 ... display unit, 400 ... mobile body, 410 ... Physical quantity sensor, 440, 450, 460 ... Controller, 470 ... Battery, 480 ... Navigation device, 1300 ... Digital camera, 1302 ... Case, 1304 ... Light receiving unit, 1306 ... Shutter button, 1308 ... Memory, 1310 ... Display unit, 1312 ... Video signal output terminal, 1314 ... Input / output terminal, 1430 ... TV monitor, 1440 ... Personal computer

Claims (7)

第1発振回路を含む振動型センサーと、
前記第1発振回路よりも発振周波数が高い第2発振回路と、
前記第1発振回路の出力信号を逓倍する逓倍回路と、
前記振動型センサーの出力信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器を含み、クロック信号に基づいて前記デジタル信号に対してデジタル処理を行うデジタル処理部と、
前記デジタル処理部に前記クロック信号を出力するクロック出力部と、を備え、
前記第1発振回路の前記出力信号は、前記第2発振回路の出力信号よりも周波数偏差が小さく、
前記第2発振回路が停止し、前記クロック出力部が前記第1発振回路の前記出力信号に基づいて前記クロック信号を出力する第1モードと、
前記クロック出力部が前記第2発振回路の前記出力信号に基づいて前記クロック信号を出力する第2モードと、
前記クロック出力部が前記逓倍回路の出力信号に基づいて前記クロック信号を出力する第3モードと、
を有する、物理量センサー。
A vibration type sensor including the first oscillation circuit and
The second oscillator circuit, which has a higher oscillation frequency than the first oscillator circuit,
A multiplication circuit that multiplies the output signal of the first oscillation circuit,
A digital processing unit that includes an analog / digital converter that converts the output signal of the vibration type sensor into a digital signal and digitally processes the digital signal based on the clock signal.
The digital processing unit is provided with a clock output unit that outputs the clock signal.
The output signal of the first oscillation circuit has a smaller frequency deviation than the output signal of the second oscillation circuit.
A first mode in which said second oscillator circuit is stopped, the clock output unit outputs said clock signal based on the output signal of the first oscillator circuit,
A second mode for outputting said clock signal on the basis of the clock output unit to the output signal of the second oscillator circuit,
A third mode in which the clock output unit outputs the clock signal based on the output signal of the multiplication circuit.
Has a physical quantity sensor.
外部から入力される信号に基づいて、前記第1モードと前記第2モードとを切り替える、請求項1に記載の物理量センサー。 The physical quantity sensor according to claim 1, which switches between the first mode and the second mode based on a signal input from the outside. 前記クロック信号にグリッチが発生しないように前記第1モードと前記第2モードとを切り替える、請求項2に記載の物理量センサー。 The physical quantity sensor according to claim 2, which switches between the first mode and the second mode so that glitches do not occur in the clock signal. 前記デジタル処理は、フィルター処理を含み、
前記デジタル処理部は、
前記第1モードと前記第2モードとが切り替わった後に、前記フィルター処理を初期化する、請求項2又は3に記載の物理量センサー。
The digital processing includes filtering processing.
The digital processing unit
The physical quantity sensor according to claim 2 or 3, wherein the filtering process is initialized after the first mode and the second mode are switched.
前記デジタル処理部は、
前記第1モードと前記第2モードとで、カットオフ周波数が一定になるように前記フィルター処理を初期化する、請求項4に記載の物理量センサー。
The digital processing unit
The physical quantity sensor according to claim 4, wherein the filtering process is initialized so that the cutoff frequency becomes constant in the first mode and the second mode.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の物理量センサーを備えている、電子機器。 An electronic device comprising the physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の物理量センサーを備えている、移動体。 A mobile body comprising the physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5.
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