WO2008038595A1

WO2008038595A1 - Capteur de quantité physique

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Publication number: WO2008038595A1
Application number: PCT/JP2007/068430
Authority: WO
Inventors: Yoichi Nagata; Tohru Yanagisawa
Original assignee: Citizen Holdings Co., Ltd.
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2008-04-03
Also published as: EP2068119A4; JP2008082866A; EP2068119B1; DE602007013260D1; US20100039094A1; EP2068119A1; US8037755B2; JP5294228B2

Description

明細書

物理量センサ技術分野

[0001] 本発明は、物理量センサに関し、特に物理量センサの出力回路の構成に関する。

背景技術

[0002] 現在では、さまざまな種類の物理量センサが利用されている。その中で特に、振動ジャイロに代表される角速度センサのセンサ出力の補正については多くの提案がなされている。

[0003] 特許文献 1に示した従来技術にお!/、ては、物理量センサの検出感度が、物理量センサの動作する電源電圧の変化に対して比例して変化させるための手法が提案されている。この手法は例えばレシオメトリックとして知られている。図 17はレシオメトリックの概略構成を説明するための図である。レシオメトリックでは、センサ 110および A/ D変換器 120は共通の電源電圧 Vddの供給を受ける。

[0004] センサ 110のみが電源電圧 Vddの変動に対応して変化し、 A/D変換器 120は電源電圧 Vddの変動に対応して!/、な!/、場合には、 A/D変換後のディジタル値に相違力 S生じることになる。また、 A/D変換器 120のみが電源電圧 Vddの変動に対応して変化し、センサ 110の出力が電源電圧 Vddの変動に依存しない場合においても、 A /D変換後のディジタル値に相違が生じることになる。

[0005] 一方、センサ 110および A/D変換器 120が共に電源電圧 Vddの変動に対応する場合には、 A/D変換後のディジタル値に相違は生じなレ、。

[0006] 特許文献 1は、角速度センサの例において、電源電圧の変動によって物理量センサの検出感度を調整可能とする。特に電源電圧の変化に対して物理量センサの検出感度が比例して変化するようにすることで A/D変換の基準電圧の低下に対するセンサ感度のレシオメトリック特性を確保し、誤った出力レベルの読み込みを回避すること力 S示されている。

[0007] 図 18は、物理量センサの一構成例を説明するための図である。図 18において、物理量センサ 101は、外力に応じた出力信号を出力するセンサ素子 103と、このセンサ素子 103を駆動する駆動信号を生成する駆動回路 104と、センサ素子 103の出力信号を信号増幅する増幅回路 107を有するとともに、電源電圧 Vddに基づいて出力信号を調整してレシオメトリック特性を持たせる調整回路 105を備える。

特許文献 1：特開 2004— 53396号公報（第 4〜6頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 上記した物理量センサ 101では、駆動回路 104は電圧電源 102で駆動されるが、この駆動回路 104が出力する駆動信号の信号レベルが一定となるように、この電圧電源 102とは独立した参照信号生成回路 109を用意し、駆動回路 104はこの参照信号 109に基づいて駆動信号を形成している。

[0009] この物理量センサ 101において、通常、この参照信号生成回路 109は変動しないことを前提としている。し力、しながら、この参照信号生成回路 109は、例えばバンドギヤップ型基準電圧源 (特許文献 1参照）等の基準電圧源を用いて生成されるが、この基準電圧源が生成する参照信号の信号レベルは、必ずしも一定ではなぐ温度ゃ電源電圧や経年変化等の種々の要因によって変動することを発明者は確認した。

[0010] 参照信号生成回路 109の信号レベルが変動した場合には、センサ出力の出カレベルが変動し、感度が一定せず変動することになる。

[0011] そこで、物理量センサの検出精度を高めるには、参照信号生成回路 109の信号レベルが変動した場合であっても、センサ出力の出力レベルが変動せず一定の感度が得られる物理量センサが求められる。

[0012] そこで、本発明は従来の問題を解決し、物理量センサにおいて、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減し、感度を一定とすることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明の物理用センサは、参照信号の変動による物理量センサのセンサ出力の信号増幅において、この増幅率を調整することによって、出力レベルの変動を低減するものである。そして、この増幅率の調整において、センサ出力を信号増幅する増幅率特性が、参照信号の変動に対するセンサ出力の変動特性と逆方向とすることで、参照信号の変動によるセンサ出力の変動を打ち消すものである。

[0014] 本発明の物理用センサは、参照信号に基づいて駆動する駆動回路と、この駆動回路によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子の出力信号を増幅する増幅回路とを有する。駆動回路は、参照信号に基づレ、てセンサ素子の駆動信号を一定レベルとなるように制御する。本発明が備える増幅回路は、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に対して、出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を備える。

[0015] 本発明の目的とするところは、参照信号の信号レベルの変動に対して、センサ出力の出力レベルの変動を低減することにある。ここで、駆動回路は参照信号に基づいて駆動信号を形成するため、駆動回路の駆動信号は参照信号に依存して変動する。そこで、本発明は、参照信号の変動に対して増幅回路の出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を持たせることで、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する。

[0016] また、本発明が備える増幅回路は、参照信号の変動に応じて増幅率を変化するものに限られるものではなぐ参照信号に依存して変化する駆動信号の変動に対して増幅回路の出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を持たせるようにするようにしてもよい。

[0017] 増幅回路の増幅率は、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動に対して逆方向に増幅する特性を備える。この増幅率特性は、例えば、参照信号の増減方向、又は、参照信号の変動による駆動回路の駆動信号の増減方向に対して、出力信号を逆方向に増減する特性であり、増幅回路の出力信号の出力レベルを、参照信号の変動によらず一定に制御する。

[0018] この構成によって、参照信号の変動や駆動回路の駆動信号の変動によって出力信号が変動したとき、増幅回路はこの出力信号の変動を相殺される方向に信号増幅するため、増幅回路から出力される出力信号は、参照信号の変動や駆動回路の駆動信号の変動による影響を低減させることができる。

[0019] 本発明の物理用センサが備える増幅回路は、能動回路と複数の抵抗素子を有する抵抗回路とから構成し、抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める。抵抗素子の少なくとも一部には、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成する。

[0020] 可変抵抗回路は、抵抗素子の抵抗値を変えることで抵抗比を変え、増幅回路の増幅率を変える。可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって変えることで、増幅回路の増幅率を参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって変えることができる。

[0021] この可変抵抗回路の抵抗値を可変とする構成は、複数の形態によって実現すること力 Sできる。

[0022] 第 1の形態は、参照信号や駆動信号の電圧を周波数に変換し、この周波数によつて抵抗値を変える形態であり、第 2の形態は、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える形態であり、第 3の形態は、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える形態である。

[0023] また、各形態において、増幅回路の増幅率を電源電圧の増減と比例させることによつて物理用センサにレシオメトリック特性を持たせることができる。

[0024] 本発明の物理用センサの第 1の形態は、参照信号や駆動信号の電圧を周波数に変換し、この周波数によって抵抗値を変える形態であり、参照信号又は駆動回路の駆動信号のレベルを周波数に変換する第 1の周波数変換器と、増幅率を能動回路に接続する複数の抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める増幅回路とを備える。

[0025] この増幅回路において、能動回路に接続する複数の抵抗素子の少なくとも一部に、ノルス変調信号によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成する。この可変抵抗回路の抵抗値を、第 1の周波数変換器で変換して得られた周波数のノレス変調信号によって抵抗値を変えることにより、増幅回路の増幅率を参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させる。

[0026] また、本発明の物理用センサは、レシオメトリック特性を持たせることができる。レシオメトリック特性は、出力信号を出力する増幅回路の増幅率を、電源電圧の増減と比 ί列させることによって得ること力 Sできる。

[0027] 本発明の物理用センサは、このレシオメトリック特性を持たせる構成として、電源電圧を周波数に変換する第 2の周波数変換器を備える。増幅回路において、能動回路に接続する複数の抵抗素子の少なくとも一部に、パルス変調信号によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成する。第 2の周波数変換器で変換して得られた周波数のノルス変調信号によって可変抵抗回路の抵抗値を変えることにより、増幅回路の増幅率を電源電圧の増減と比例させる。

[0028] したがって、本発明の物理用センサは、参照信号の変動に影響されず、かつ、レシオメトリック特性を備えた出力信号を出力することができる。そして、参照信号の耐変動性およびレシオメトリック特性は、ともに増幅回路の増幅率を調整することで行うことができ、参照信号の耐変動性については、参照信号や参照信号に依存する駆動信号の増減と逆方向に増減するように増幅率を調整し、レシオメトリック特性については、電源電圧の増減と比例するように増幅率を調整する。

[0029] また、両増幅率の調整はともに、増幅回路を構成する能動回路に接続される抵抗素子の少なくとも一部に、パルス変調信号によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号、駆動信号、あるいは電源電圧を周波数変換器で変換したノレス変調信号に基づいて可変とする。

[0030] 本発明の物理用センサの第 2の形態は、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える形態であり、増幅回路は、増幅率を能動回路に接続する複数の抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成とするとともに、参照信号又は駆動回路の駆動信号を所定階数に分圧する分圧回路と比較回路とを備える。この構成は、上記した、参照信号に対する耐変動性とレシオメトリック特性を備える構成でもめる。

[0031] 第 2の形態は、複数の抵抗素子の少なくとも一部によって、抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成する。比較回路は、一方に入力端に前記分圧回路の分圧出力を入力し、他方の入力端に電源電圧で定まる電圧を入力する。可変抵抗回路は、各比較回路の出力信号によって抵抗値を変えることにより、増幅回路の増幅率を、参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させるとともに、電源電圧の増減と比例させる。

[0032] この構成によれば、分圧回路と比較回路とを備える回路構成によって、増幅回路の増幅率に対して、参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させるとともに、電源電圧の増減と比例させるという 2つの調整を行うことができる。

[0033] また、本発明の物理用センサが備える増幅回路は、演算増幅器と、この演算増幅器に接続される入力抵抗回路および帰還抵抗回路を有し、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比によって増幅率を定める反転増幅回路、又は、非反転増幅回路を備える。入力抵抗回路と帰還抵抗回路の少なくとも一方は、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の少なくとも一方が有する抵抗素子に形成する。可変抵抗回路の抵抗値を可変とすることによって、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比を変えて増幅率を調整する。

[0034] 本発明の物理用センサの第 3の形態は、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える形態であり、増幅回路は、参照信号の電圧、又は、駆動回路の駆動信号の電圧を電流に変換する電圧電流変換器を備える。可変抵抗回路は、この電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変える

[0035] 本発明の物理用センサは、増幅回路の出力信号の出力レベルを参照信号の変動に対して一定に制御することができる。この参照信号が変動する要因は、参照信号の温度変化、参照信号を形成する参照信号形成回路に供給する電源電圧の電圧変動、あるいは、参照信号形成回路の経年変化による出力信号レベルの変動等がある 1S 本発明の物理用センサは、これら各要因の何れに対しても対応することができる

発明の効果

[0036] 本発明によれば、物理量センサにおいて、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減し、出力感度を一定とすることができる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明の物理用センサの概略構成を説明するための概略ブロック図である。

[図 2]本発明の物理用センサの概略構成を説明するための概略ブロック図である。

[図 3]本発明の物理用センサが備える増幅回路の構成例を説明するための図である園 4]本発明の物理用センサが備える増幅回路の構成例を説明するための図である園 5]電圧/周波数変換によって抵抗値を変える本発明の物理用センサの第 1の形態を説明するための概略構成図である。

[図 6]増幅回路が備える増幅率の逆特性によって、参照信号の変動を相殺して低減する動作を説明するための概略図である。

園 7]本発明の物理用センサの第 1の形態において、参照信号の耐変動性とレシオメトリック特性を備える構成例を説明するための概略図である。

園 8]本発明の物理用センサの第 1の形態において、参照信号の耐変動性とレシオメトリック特性を備える構成例を説明するための概略図である。

[図 9]本発明の物理用センサの第 1の形態を説明するための構成図である。

[図 10]電源電圧と中間電圧との関係を説明するための図である。

園 11]本発明の物理用センサの第 1の形態において、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成例を説明するための図であ園 12]本発明の参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成例を説明するための図である。

園 13]本発明の物理用センサの第 1の形態において、参照信号の信号レベル変動および電源電圧変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成例を説明するための図である。

[図 14]演算増幅器 (オペアンプ）の帰還抵抗の可変抵抗回路を参照信号と電源電圧とで可変とする本発明の物理用センサの第 2の形態を説明するための図である。園 15]参照信号が増減する方向とスィッチによって選択される増幅率が増減する方向との関係を説明するための図である。

[図 16]参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換して抵抗値を変える本発明の物理用センサの第 3を説明するための図である。

[図 17]レシオメトリックの概略構成を説明するための図である。

[図 18]物理量センサの一構成例を説明するための図である。符号の説明

1 物理用センサ

2 電圧電源

3 センサ素子

3A 駆動部

3B 検出部

4 駆動回路

4A 検流回路

4B 自動利得調整回路 (AGC回路） 4C 利得可変増幅回路

5 増幅回路

6 変換部

6A 第 1周波数変換部

6B 第 2周波数変換部

6a, 6b 周波数変換器

7， 7A, 7B 信号増幅部

7a スィッチ

7b, 7c コンデンサ

8 検波回路

9 参照信号

9A 参照電圧生成部

9B 中点生成部

10, 10a, 10b, 10c, 10d 可変抵抗回路 11 入力抵抗

12, 13, 14 抵抗

15 帰還抵抗

16 可変抵抗回路

21 演算増幅器 (オペアンプ） 31 演算増幅器

32 OTA

33 電圧/電流変換回路

41 , 42 分圧抵抗

51 , 52 比較回路

53 セレクタ

61 周波数変換部

62 電圧/抵抗変換部

63 電圧/電流変換部

71 能動回路

72 抵抗回路

73 可変抵抗回路

74 入力抵抗回路、帰還抵抗回路

75 演算増幅器

101 物理用センサ

102 電圧電源

103 センサ素子

104 駆動回路

105 増幅回路

107 信号増幅部

109 参照信号

110 センサ

120 A/D変換器

発明を実施するための最良の形態

[0039] 以下、本発明の物理用センサについて図を用いて詳細に説明する。

[0040] 図 1、 2を用いて本発明の物理用センサの概略構成を説明し、図 3、 4を用いて本発明の物理用センサが備え増幅回路の概略構成を説明する。

[0041] また、参照信号や駆動信号の電圧を周波数に変換し、この周波数によって抵抗値を変える第 1の形態について図 5〜図 13を用いて説明し、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える第 2の形態について図 14, 15を用いて説明し、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える第 3の形態について図 16を用いて説明する。

[0042] なお、図 9〜図 12は、本発明の物理用センサの、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する詳細な構成を説明し、図 13〜図 15は、本発明の物理用センサにおいて、参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる構成と、レシオメトリック特性を実現する構成の両構成を備える例である。

[0043] 図 1 , 2は本発明の物理用センサの概略構成を説明するための概略ブロック図である。図 1に示す構成例は、本発明の物理用センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対してセンサ出力の出力レベルの変動を低減する構成例であり、図 2に示す構成例は、本発明の物理用センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を抑制するという参照信号の耐変動性を備えると共に、レシオメトリック特性を備える構成例である。

[0044] 図 1 , 2において、物理用センサ 1は、参照信号 (Vref( c )を生成する参照信号生成回路 9と、参照信号 (Vref( α ) )に基づいて駆動する駆動回路 4と、この駆動回路 4 によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子 3と、このセンサ素子 3の出力信号を増幅するとともに参照信号 (Vref( α ) )に基づいて増幅率を変更して、参照信号 (Vref( α ) )の変動に応じた出力信号を出力する増幅回路 5を備える。

[0045] 駆動回路 4は、電圧電源 2と独立して形成される参照信号 (Vref( α ) )に基づいて、センサ素子 3の駆動信号が一定レベルとなるように制御する。なお、図 1 , 2では、駆動信号を a 'Vref( a )で表している。ここで、 "a"は駆動回路 4において、駆動信号と参照信号 (Vrei ) )との関係を表す係数である。なお、参照信号 (V_ref( c )は、温度変動や電源電圧変動あるいは参照信号を形成する参照信号形成手段の経年変化等によって変動するため、 " α "を変動パラメータとしたとき、参照信号 Vrefは Vref( α )で表すことができるため、ここでは参照信号を Vref ( α )で表している。

[0046] センサ素子 3は、駆動回路 4からの駆動信号 a 'Vref ( a )によって駆動され、外力に応じた出力信号を出力する。なお、ここで、外力によるセンサ素子 3の出力信号の振幅の寄与ファクターを" S"で表したとき、センサ素子 3が出力する出力信号は S'a'Vr ef(a)で表すことができる。

[0047] 増幅回路 5は、センサ素子 3から入力した信号（S'a'V_ref(c )を信号増幅した出力信号を出力する。この増幅回路 5は、増幅率を" A"としたとき、入力した S'a'Vref ( α )を A倍した A'S'a'Vref ( α )の出力信号を出力する。

[0048] ここで、増幅率 Αを、変動パラメータ" a "で変動する参照信号 Vref( a )の変動に基づいて変更することによって、出力信号の信号レベルを参照信号 Vref(c の変動にかかわらず一定とすることができる。

[0049] このために、増幅回路 5は、その増幅率 Aを参照信号 Vref( a )の変動特性と逆特性となるように変更することで、出力信号の信号レベルを参照信号 Vref( a )の変動にかかわらず一定とする。

[0050] ここで、増幅回路 5の増幅率 Aを参照信号 Vref( a )の変動特性と逆特性となるように変更することによって、参照信号が変動してセンサ素子 3の出力信号に変動が生じた場合であってもこの変動を相殺し、出力信号から参照信号 Vref ( a )の変動特性を除くことができる。

[0051] この逆特性を Vref— α)と表した場合には、増幅回路 5の増幅率 Aは A - Vre '(α ο

)と表される。ここで、 Vref ( a )と Vref— ¹ ( a )との間の関係は、 Vref ( a ) .Vref—¹ (α) = 1と表すことができるため、増幅回路 5の出力信号 A'S'a'Vref(a)は、

A-S-a-Vref(a)

=A -Vref '(α) -S-a-Vref(a)

ο

=Α -S-a

ο

と表すことができ、参照信号 Vref )に依存しない信号とすることができる。なお、 Aは、設定した増幅率である。

0

[0052] 図 2において、増幅回路 5は電源電圧 Vddを入力し、増幅率を電源電圧 Vddの増減と比例するようにする調整し、出力信号にレシオメトリック特性を持たせる。これによつて、物理量センサの検出感度を、電源電圧の変化に比例して変化させることができ [0053] 本発明の物理用センサが備える増幅回路の構成例について、図 3,図 4を用いて説明する。

[0054] 図 3 (a)、 (b)において、増幅回路 5は、増幅率を増減可能とする信号増幅部 7を備える。信号増幅回路 7は、能動回路 71と複数の抵抗素子を有する抵抗回路 72とから構成し、抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める。抵抗回路 72が備える抵抗素子の少なくとも一つには可変抵抗回路 73が形成される。この可変抵抗回路 73は、参照信号又は駆動信号に応じて抵抗値を変更する。

[0055] 信号増幅回路 7は、抵抗回路 72と能動回路 71とによる増幅路動作において、抵抗回路 72中の可変抵抗回路 73の抵抗値を変化させることによって増幅率を増減させることができる。この可変抵抗回路 73の抵抗値を、参照信号又は駆動信号に応じて変えることによって、増幅率を参照信号又は駆動信号に応じて増減させることができる。可変抵抗回路 73の抵抗値の増減は、変換部 6によって参照信号又は駆動信号の電圧から変換されたパラメータに基づいて行う。なお、図 3 (b)は可変抵抗回路 7cの抵抗値を、電源電圧に増減に比例させて増減させる場合の構成を示している。

[0056] この構成によれば、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出カレべル変動を低減するという参照信号の耐変動性を備えと共に、レシオメトリック特性を備えること力 Sできる。

[0057] 図 3 (c)において、信号増幅部 7は、能動回路 71を演算増幅器とし、可変抵抗回路 73を入力抵抗回路と帰還抵抗回路として、演算増幅器に入力抵抗回路と帰還抵抗回路を接続してなる反転増幅回路、又は、非反転増幅回路によって構成することができる。信号増幅回路 7の増幅率は、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比によつて定めること力 Sできる。入力抵抗回路と帰還抵抗回路の少なくとも一方が有する抵抗素子には、参照信号の変動、又は、駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成する。

[0058] 図 4は変換回路の各形態を説明するための図である。図 4 (a)〜図 4 (c)は、参照信号又は駆動信号の電圧をそれぞれ周波数、抵抗、および電流の各パラメータに変換する形態を示している。

[0059] 図 4 (a)に示す形態では、変換部 6として周波数変換部 61を用いて、参照信号又は駆動信号の電圧を周波数のパラメータに変換し、周波数によって可変抵抗回路 73の抵抗値を増減させる。図 4(b)に示す形態では、変換部 6として電圧/抵抗変換部 62 を用いて、参照信号又は駆動信号の電圧を抵抗のパラメータに変換し、抵抗によつて可変抵抗回路 73の抵抗値を増減させる。また、図 4(c)に示す形態では、変換部 6 として電圧/電流変換部 63を用いて、参照信号又は駆動信号の電圧を電流のパラメータに変換し、電流によって可変抵抗回路 73の抵抗値を増減させる。

[0060] 以下、図 4 (a)に示した形態の動作について、図 5〜図 8を用いて説明する。図 5に示す構成例は、本発明の物理用センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対してセンサ出力の出力レベルの変動を低減する構成例である。一方、図 7, 8に示す構成例は、本発明の物理用センサにおいて、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動の低減する参照信号の耐変動性とともに、レシオメトリック特性を備える構成例である。

[0061] 図 5に示す構成例は、図 1に示した構成例において、周波数変換部 61と信号増幅部 7によって増幅回路 5を構成する例であり、増幅回路 5の構成についてのみ図 1と相違するため、ここでは増幅回路 5の構成のみを説明し、共通する部分の説明は省略する。

[0062] 駆動回路 4は、電圧電源 2と独立して参照信号生成回路 9で形成される参照信号（ Vref( α ))に基づいて、センサ素子 3の駆動信号が一定レベルとなるように制御する

[0063] センサ素子 3は、駆動回路 4からの駆動信号 a'Vref( a )によって駆動され、外力に応じた出力信号 S'a'Vre c を出力する。なお、ここで、 "a"は駆動信号と参照信号との関係を表す係数であり、 "S"は外力によるセンサ素子 3の出力信号の振幅の寄与ファクターである。

[0064] 増幅回路 5が備える周波数変換部 6は、センサ素子 3の出力信号 S'a'Vref (α)と参照信号 Vref ( α )又は駆動信号 a' Vref ( a )の電圧を入力して周波数に変換する。

[0065] 周波数変換部 61は、可変抵抗回路の抵抗比を変更して増幅率" A"を変え、入力した3'& ^^(«)を八倍して出カ信号八'3'&^^^(«)を出カする。

[0066] 増幅率 Aを、変動パラメータ" a "で変動する参照信号 Vref ( a )の変動に基づ!/、て調整することによって、出力信号の信号レベルを参照信号 Vref( a )の変動にかかわらず一定とする。このために、増幅回路 7は、その増幅率 Aを参照信号 Vref( α )の変動特性と逆特性となるように調整することで、出力信号の信号レベルを参照信号 Vref ( a )の変動にかかわらず一定とする。

[0067] 図 6は、増幅回路が備える増幅率の逆特性によって、参照信号の変動を相殺して低減する動作を説明するための概略図である。

[0068] 図 6 (a)〜（c)は、参照信号の変動に対して、増幅回路の増幅率が変化しない場合を示している。一方、図 6 (c！)〜（f)は、増幅回路が逆特性の増幅率を備えている場合を示している。図 6 (a) ,図 6 (d)は、変動パラメータ αに対する参照信号 Vref ) の特性を示し、図 6 (b) ,図 6 (e)は、変動パラメータ αに対する増幅率を示し、図 6 (c ) ,図 6 (f)は、変動パラメータ αに対する出力信号を示している。

[0069] 参照信号の変動に対して、増幅回路の増幅率が変化しない場合には（図 6 (b) )、参照信号 Vref ( a )の変動が出力信号に反映されるため、変動パラメータ αに応じて参照信号 Vref( a )が変動すると（図 6 (a) )、出力信号は参照信号 Vref ( a )の変動に応じて変動する（図 6 (c) )。

[0070] 一方、増幅回路の増幅率を参照信号の変動に対して変化させた場合には（図 6 (e) )、参照信号 Vref( α )の変動が増幅率の変動によって相殺され（図 6 (f) )、変動パラメータ αに応じて参照信号 Vref ( a )が変動しても、この参照信号 Vref ( a )の変動にかかわらず、出力信号は不変である（図 6 (f) )。例えば、参照信号 Vref )が、変動パラメータ αに対して（a a + b)で表される場合（図 6 (d) )には、増幅率 Aを AO/ (a a + b)のように参照信号 Vref( c の変動に対して逆比例させて変化させると、出力信号は、参照信号 Vref( a )の変動にかかわらず増幅率 AOで増幅され、変動パラメータ αによる影響を除くことができる。

[0071] 増幅回路 5は、信号増幅部 7の増幅率 Αを参照信号 Vref ( α )あるいは駆動信号 Vref )に応じて変更させるために、例えば、周波数変換部 61を用いて、参照信号 Vref ( α )あるいは駆動信号 a 'Vref ( α )を周波数信号に変換する。信号増幅回路 7 は、この周波数変換部 61の変換によって得られた周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変えることで増幅率を変更する。この周波数信号を用いて増幅率を変更する回路構成は、図 11 , 12の回路例を用いて後述する。

[0072] 図 7, 8に示す構成例は、本発明の物理用センサにおいて、前記図 5で示した参照信号の信号レベルの変動に対してセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成に加えて、増幅回路の増幅率を電源電圧の変動に比例して可変としてレシオメトリック特性を実現する構成例である。なお、ここでは、図 5と共通する構成については説明を省略する。

[0073] 図 7, 8において、物理用センサ 1は、図 5で示した構成と同様に、センサ素子 3、駆動回路 4、増幅回路 5、および参照信号生成回路 9を備えた構成とすることができる。この増幅回路 5は、参照信号 Vref ( α )の変動と逆特性の増幅率で信号増幅することによって、参照信号の信号レベルの変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成と、電源電圧 Vddの変動と同じ方向の特性を有する増幅率で信号増幅することによって、電源電圧の変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する構成との二つの構成を備える。

[0074] 図 7に示す構成では、増幅回路 5は、増幅回路の増幅率 Aを参照信号 Vref ( α )あるいは駆動信号 a 'Vref ( α )に応じて逆特性で変更させるための構成として、例えば、第 1の信号増幅部 7Αに加えて、参照信号 Vref ( α )あるいは駆動信号 a 'Vref ( α ) を周波数信号に変換する第 1周波数変換部 6Αを備える。第 1信号増幅部 7Αは、この第 1周波数変換部 6Αの変換で得られた周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変え、これによつて増幅率を変更する。また、第 1周波数変換部 6Αには電源電圧 Vddも入力し、この第 1周波数変換部 6Αによって変換された周波数信号を用いて、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変えることで電源電圧 Vddに比例して増幅率を変更する。

[0075] 図 8に示す構成では、増幅回路 5は、増幅回路の増幅率 Aを電源電圧 Vddに応じて同じ増減特性で変更させるための構成として、例えば、第 2の信号増幅部 7Bと、電源電圧 Vddを周波数信号に変換する第 2の周波数変換部 6Bを備える。第 2の信号増幅部 7Bは、この第 2の周波数変換部 6Bの変換によって得られた周波数信号を用 V、て、能動回路に接続された可変抵抗回路の抵抗値を変えることで電源電圧 Vddに比例して増幅率を変更する。 [0076] また、第 1の増幅回路 7Aと第 2の増幅回路 7Bとを組み合わせて一つの増幅回路とする構成とすることもできる。この一つの増幅回路によって、上記した参照信号あるいは駆動信号の変動に基づいて増幅率を変更する機能、および、電源電圧の変動に基づいて増幅率を変更する機能の 2つの機能を実現する構成例については図 13〜図 16を用いて後述する。

[0077] 次に、図 9〜図 12を用いて、本発明の物理用センサの、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する詳細な構成例について説明す

[0078] 図 9は本発明の物理用センサの構成例を説明するためのブロック図であり、前記した図 5の構成をより詳細に説明するものである。なお、センサ素子 3、駆動回路 4、増幅回路 5、および参照信号生成回路 9の全体構成については図 5で説明しているため、ここでの説明は省略し、各回路の構成例について説明する。

[0079] センサ素子 3は、例えば、水晶振動子等の圧電振動子により構成することができ、圧電振動子を励振振動させる駆動部 3Aと、外力を反映して振動状態が変化する検出部 3Bを備える構成とすることができる。圧電振動子が、例えば、複数の脚部を有する音叉型圧電振動子の構成であるときには、駆動部 3Aは駆動脚およびその駆動脚に設けた駆動電極により構成し、駆動回路 4から供給される駆動信号によって励振することで発振振動する。

[0080] 一方、検出部 3Bは検出脚およびその検出脚に設けた検出電極により構成する。検出脚は、例えば、印加された外力により生じるコリオリカで振動状態が変化し、検出電極は、この振動状態を検出信号として検出し、検波回路 8を介して増幅回路 5に出力する。

[0081] 駆動回路 4は、センサ素子 3の駆動部 3Aを励振駆動させるための駆動信号を形成する回路であり、駆動部 3Aからの信号をフィードバックして位相および振幅を調整することによって、所定周波数の駆動信号を形成する。なお、図 9では、駆動信号の電流値が一定に制御する定電流制御の例を示している。

[0082] 検流回路 4Aは、駆動部 3Aの一方の電極から検出した信号の電流を検波し、自動利得調整回路 (AGC回路) 4Bによってこの検出信号の電流値を一定とする制御信号を形成し、この制御信号によって利得可変増幅回路 4Cの利得を調整する。ここで、自動利得調整回路 (AGC回路) 4Bは、例えば、検流回路 4Aの出力信号の実効値を求める実効値回路 4Baと、実効値回路 4Baの出力と参照信号 Vrefとの差分を求め、この差分を設定値と比較する比較回路 4Bbとによって構成することができ、これによつて、駆動信号の電流値と参照信号とを比較し、参照信号を基準信号として駆動信号の電流値が一定となるように、利得可変増幅回路 4Cの利得を調整する。

[0083] ここで、参照信号 (Vref( α ) )は、中点生成部 9Βおよび参照電圧生成部 9Αによつて構成すること力できる。なお、中点生成部 9Βおよび参照電圧生成部 9Αは電圧電源 2から電圧供給を受ける。中点生成部 9Βは、例えば、電圧電源 2の電圧 Vddと Vss の中点から Vmを生成する。 Vssをグラウンド電圧とした場合には、中点電圧 Vmは、 V dd/2となる。図 10はこの電圧関係を示している。

[0084] 参照電圧生成部 9Aは、中点生成部 9Bで生成した中点電圧 Vmを用いて、電源電圧 Vddに依存しない電圧を生成する。なお、参照電圧生成部 9Aは、駆動回路 4が形成する駆動信号の電流を一定とするための基準信号として参照信号を生成するが、実際の回路構成では、参照信号の信号レベルは温度や電源電圧や経年変化等に依存して変動する。そして、この参照信号の信号レベルの変動は、駆動信号の信号レベルを変動させ、センサ素子 3、信号増幅部 7を介して出力される出力信号の信号レベルを変動させる要因となる。本発明は、この基準信号であるべき参照信号の変動によって生じる出力信号の変動を低減する。

[0085] 本発明の増幅回路 5が備える、増幅率を可変とする信号増幅部 7は、増幅回路を構成する能動回路に接続される複数の抵抗素子の少なくとも一つを可変抵抗回路によって構成し、この可変抵抗回路の抵抗値を可変とすることによって、増幅回路の増幅率を変更する。

[0086] 以下、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減する詳細な構成について、図 11、図 12に示す回路構成を用いて説明する。

[0087] なお、図 11 (a)は反転増幅回路の例であり、図 11 (b)は非反転増幅回路の例である。なお、反転増幅回路および非反転増幅回路は、符号は逆であるが、増幅率の大きさは演算増幅器 (オペアンプ）に接続される入力抵抗 Rsと帰還抵抗 Rfによって定まるため、以下では、主に図 11 (a)の反転増幅回路の例に基づいて説明する。

[0088] 図 11 (a)において、増幅回路 5は、参照信号 Vrefの電圧を周波数に変換する周波数変換器 (リニア VCO) 6aと、演算増幅器 (オペアンプ） 21の入力抵抗 11と帰還抵抗 10を接続してなる増幅回路 7を備える。

[0089] ここで、信号増幅部 7の増幅率は（一 Rf/Rs)で定まるため、帰還抵抗 10を可変抵抗回路 10aで形成し、この可変抵抗回路 10aの抵抗値を周波数変換器 (リニア VCO ) 6aで周波数に変換器した参照信号 Vrere変えることによって、増幅率の増減の方向と参照信号 Vrefの変動の方向とを逆方向に調整することができる。例えば、参照信号 Vre S増加した場合には、可変抵抗回路 10aの抵抗値を減少させることで、信号増幅部 7の増幅率を下げ、逆に、参照信号 Vrei¾S減少した場合には、可変抵抗回路 10aの抵抗値を増加させることで、信号増幅部 7の増幅率を上げる。

[0090] この参照信号と周波数信号と可変抵抗回路との抵抗値と増幅率との関係は、参照信号と周波数信号とは正の増加特性の関係にあり、周波数変信号と抵抗値とは負の増加特性の関係にあり、抵抗値と増幅率とは正の増加特性の関係にある。そのため、参照信号と増幅率とは負の増加特性の関係にとなり、参照信号が増加した場合には増幅率は減少し、参照信号が減少した場合には増幅率は増加する。したがって、増幅回路の増幅率を参照信号と逆特性とすることができる。

[0091] この可変抵抗回路の抵抗値の増減特性は、例えば、コンデンサの接続状態を切り替えることで電荷の移動を行う、いわゆるスィッチトキャパシタ回路を帰還段に備える構成で実現することができる。このスィッチトキャパシタ回路は、パルス変調信号に基づレ、て増幅率を可変とする。

[0092] 図 11 (a)に示す増幅回路 7は、演算増幅器 (オペアンプ） 21を有する反転増幅回路の構成であり、演算増幅器 (オペアンプ) 21の出力端と入力端 (反転入力端子）との間に、可変抵抗回路 10aを形成するスィッチトキャパシタ回路とフィルタコンデンサ 7cの並列接続を帰還抵抗として接続し、演算増幅器 (オペアンプ） 21の反転入力端子に入力抵抗 11を接続する。ここで、スィッチトキャパシタ回路は、 2接点を備えたスイッチ 7aとコンデンサ 7bによって構成される。

[0093] スィッチ 7aは MOS素子による伝達ゲート（トランスミッションゲート）で構成でき、スィツチ 7aの接点状態は周波数変換器 6aの周波数信号に応じて切り替わるよう構成する。つまり、周波数信号に応じてコンデンサの接続状態が切り換わる。なお、スィッチ 7aは、コンデンサ 7b, 7cや入力抵抗 11と同様に、半導体プロセスで製造可能であり、同一の半導体チップ上に構成することができる。これによつて、各素子の温度特性を合わせることができる。

[0094] コンデンサ 7bの一端は中点電圧 Vmに接続し他端をスィッチ 7aの固定接点へ接続する。スィッチ 7aはフィルタコンデンサ 7cとともに演算増幅器 (オペアンプ） 21の反転入力端子と出力端子との間に接続する。演算増幅器 (オペアンプ) 21の非反転入力端子は中点電圧 Vmに接続する。

[0095] スィッチトキャパシタ回路は、スィッチ 7aとコンデンサ 7bで構成され、スィッチ 7aの接点が反転入力端子側へ導通する状態では、コンデンサ 7bは検波出力の電圧を蓄積し、次に、スィッチ 7aが出力端子側へ導通する状態となると、コンデンサ 7bに蓄えた電荷は放電される。

[0096] このように、周波数変換器 6aの周波数信号に応じて、スィッチ 7aを反転入力端側と信号端側とで切り換えることでコンデンサ 7bの接続状態を切り換える。

スィッチ 7aが上記の切り替え動作を高速に行うことで、スィッチトキャパシタ回路は、抵抗値力 ¾e = l/ (f ' Cs)で表現できる抵抗素子と等価の動作をする。なお、ここで、 fはスィッチ 7aの平均切り替え周波数、 Csはコンデンサ 7bの容量である。

[0097] スィッチトキャパシタ回路は抵抗素子と等価であり可変抵抗回路を形成することから、信号増幅部 7は、反転増幅回路を応用した 1次のローパスフィルタ（不完全積分回路）として動作し、信号増幅部 7の増幅率は、帰還抵抗と入力抵抗の比で定まる。したがって、上記した構成において、帰還抵抗をスィッチトキャパシタ回路で構成し、このスィッチトキャパシタ回路の等価抵抗を参照信号 Vrefの周波数によって変えることによって、増幅回路の増幅率を参照信号の変動特性と逆方向に可変とすることができる。

[0098] なお、スィッチトキャパシタ回路を用いた信号増幅部 7は、コンデンサに、容量の電圧依存性のないコンデンサを用いることで、高いリニアリティを得ることができる。半導体チップ上でこのような特性のコンデンサを実現するには、例えば一般的な 2層ポリシリコンプロセスにより、電極をポリシリコン化したコンデンサを構成すればよい。なお、図 11 (b)の非反転増幅回路においても同様であるため、ここでの説明は省略する。

[0099] 図 11に示した信号増幅部は演算増幅器 (オペアンプ）を用いた構成である力増幅回路を構成する能動回路は演算増幅器 (オペアンプ）に限らず他の素子を用いてもよい。図 12は、能動回路としてバイポーラトランジスタや FETを用いた構成例である。図 127 (a)は、バイポーラトランジスタのェミッタ接地の例である。図 12 (a)に示す構成では、増幅率は（一 R2/R1)で表される。また、図 12 (b)の FETによる構成においても、増幅率は（一 R2/R1)で表される。

[0100] そこで、抵抗 R2を可変抵抗回路で形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号を周波数変換した周波数信号で調整することで、図 11で示した例と同様に、参照信号の増減特性と増幅回路の増幅率の増減特性を逆方向として、参照信号の信号レベル変動に対するセンサ出力の出力レベル変動を低減することができる。

[0101] 図 13 (a)は、前記図 11 (a)で示した参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる構成と、レシオメトリック特性を実現する構成を組み合わせた構成例である。この構成例では、演算増幅器 (オペアンプ） 21の帰還抵抗として可変抵抗回路 10c を形成し、また、入力抵抗として可変抵抗回路 lOdを形成する。可変抵抗回路 10cは、参照信号 Vrefの電圧を周波数変換器 6aで変換した周波数信号によって抵抗値を調整し、一方、可変抵抗回路 10dは、電源電圧 Vddの電圧を周波数変換機 6bで変換した周波数信号によって抵抗値を調整する。

[0102] 参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる構成は可変抵抗回路 10c で構成され、前記図 11 (a)で説明したと同様の動作によって、参照信号の変動に対して出力信号レベルを安定させる。入力抵抗側の可変抵抗回路 10dは帰還抵抗側の可変抵抗回路 10cと同様にスィッチトキャパシタ回路で構成することができる。

[0103] 可変抵抗回路 10dのスィッチは MOS素子による伝達ゲート（トランスミッションゲート）で構成でき、スィッチの接点状態は周波数変換器 6bの周波数信号に応じて切り替わるよう構成する。つまり、周波数信号に応じてコンデンサの接続状態が切り換わる。なお、スィッチおよびコンデンサは半導体プロセスで製造可能であり、同一の半導体チップ上に構成することができる。 [0104] 可変抵抗回路 lOdのコンデンサの一端は中点電圧 Vmに接続し、他端をスィッチの固定接点へ接続する。また、スィッチの一方の接点は増幅回路の入力端子であり、検出信号が入力する。スィッチの他方の接点は演算増幅器 (オペアンプ） 21の反転入力端子に接続する。

[0105] スィッチの接点が検出信号側へ導通する状態では、コンデンサが検出信号の電圧を蓄える。次にスィッチが演算増幅器 (オペアンプ) 21側へ導通する状態となるとコンデンサの蓄えた電荷は演算増幅器 (オペアンプ） 21によってフィルタコンデンサへ放電される。

[0106] このように、周波数変換器 6bで生成した周波数信号に応じて、可変抵抗回路 10d のスィッチを検出信号側と演算増幅器 (オペアンプ） 21側との間で切り換えることで、コンデンサの接続状態を切り換えることになる。

[0107] スィッチが上記の切り替え動作を高速に行うことで、スィッチトキャパシタ回路 10dは、スィッチの平均切り替え周波数 fとコンデンサ容量 Cの積の逆数で表現される抵抗素子と等価の動作をする。ここで、周波数変換器 6bは、電源電圧 Vddの電圧に応じた周波数信号 fを出力するため、可変抵抗回路 10dの抵抗値は電源電圧 Vddと逆比例することになる。演算増幅器 (オペアンプ） 21の増幅率は、（帰還抵抗/入力抵抗 )に比例するため、結局、増幅率は電源電圧 Vddに比例することになる。

[0108] なお、図 13 (b)の非反転増幅回路は、図 13 (b)の非反転増幅回路の負入力に接続される抵抗値に変えて可変抵抗回路 10eを接続することで構成することができる。この可変抵抗回路 10eは、周波数変換器 6bの周波数変換出力によって抵抗値を電源電圧 Vddと逆方向に変化させる。

[0109] 可変抵抗回路 10bについては、図 11 (b)と同様に、周波数変換器 6aの周波数変換出力によって抵抗値を参照信号の電圧 Vrefに応じて抵抗値を変更する。

[0110] 次に、参照信号や駆動信号の電圧に応じて抵抗値を選択して切り替える第 2の形態について、図 14, 15を用いて説明する。

[0111] 図 14は、演算増幅器 (オペアンプ）の帰還抵抗を可変抵抗回路で形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、参照信号 Vrefの分圧と電源電圧 Vddとを比較回路で比較して得られる選択信号によって選択することによって可変とする構成例である。図 14 では、説明を容易とするため、簡略化して示している。

[0112] この簡易構成では、参照信号 Vrei^分圧抵抗 42で分圧して段階的な分圧電圧 VI 、 V2を形成し、この分圧電圧 VI、 V2を比較回路 51、 52の一方の入力端に入力する。また、この比較回路 51、 52の他方の入力端には、電源電圧 Vddの分圧電圧 V0を入力する。

[0113] また、増幅回路を構成する演算増幅器 (オペアンプ） 21の帰還抵抗 16を可変抵抗回路で形成し、この可変抵抗回路の抵抗値を、前記した比較回路 51、 52の比較結果に基づいて選択する。

[0114] セレクタ 53は、比較回路 51 , 52の比較結果に基づいて、スィッチ SI , S2, S3を排他的に導通制御する。スィッチ S 1は V0<V1 <V2のときに選択され、スィッチ S2は V1 <V0<V2のときに選択され、スィッチ S3は VI <V2<V0のときに選択される。

[0115] スィッチ S 1が導通するときは帰還抵抗 16の値は小となり、増幅回路の増幅率も小となる。スィッチ S2が導通するときは帰還抵抗 16の値は中となり、増幅回路の増幅率も中となる。また、スィッチ S3が導通するときは帰還抵抗 16の値は大となり、増幅回路の増幅率も大となる。

[0116] 次に、参照信号が増減する方向と、スィッチによって選択される増幅率が増減する方向との関係について、図 15を用いて説明する。

[0117] 図 15 (a)は、参照信号 Vrefと、この参照信号 Vrei^分圧した分圧電圧 V1〜V2の関係、および比較回路で比較する電源電圧 Vddとの関係を示し、特に参照電圧 Vref が変動した状態の VI、 V2を示している。なお、比較回路で比較する電圧は電源電圧 Vddを分圧した分圧電圧 VOを用いる。

[0118] 比較回路 51、 52は、分圧電圧 VI、 V2を、電源電圧 Vddをしきい値として比較を行う。ここで、例えば、参照信号 Vref ^変動して小となった場合について説明する。参照信号 Vref¾S小に変動すると、その分圧電圧 VI、 V2 (V1 <V2)も小さくなり、大きい方の分圧電圧 V2が V2く VOとなる範囲では、セレクタ 53はスィッチ S3を選択し、帰還抵抗としては大の値を選択する。この結果、増幅回路の増幅率は大となる。

[0119] 参照信号 Vrei¾S変動して小の状態よりも大きい場合について説明する。参照信号 Vre S変動して中の状態にあり、その分圧電圧 VIが VOよりも大きぐ分圧電圧 V2が VOよりも小さい、 V1 <V0 <V2となる範囲では、セレクタ 53はスィッチ S2を選択し、帰還抵抗としては中の値を選択する。この結果、増幅回路の増幅率は中となる。

[0120] 参照信号 Vref ^変動して大となった場合について説明する。参照信号 Vref ^大に変動すると、その分圧電圧 VI、 V2 (V1 <V2)も大きくなり、小さい方の分圧電圧 VI 力 SVOく VIとなる範囲では、セレクタ 53はスィッチ S 1を選択し、帰還抵抗としては小の値を選択する。この結果、増幅回路の増幅率は小となる。

[0121] したがって、参照信号の変動の増減と増幅率の増減とは逆方向に変動することになる。

[0122] 次に、電源電圧が増減する方向と、スィッチによって選択される増幅率が増減する方向との関係について、図 15 (b)を用いて説明する。

[0123] 図 15 (b)は、参照信号 Vrefと、この参照信号 Vrei¾分圧した分圧電圧 V1〜V2の関係、および比較回路で比較する電源電圧 Vddとの関係を示し、特に電源電圧 Vdd が変動した状態の VOを示して!/、る。

[0124] 比較回路 51、 52は、分圧電圧 VI、 V2を、電源電圧 Vddをしきい値として比較を行う。電源電圧 Vddが低で、 VOく VIとなる範囲では、セレクタ 53はスィッチ S1を選択し、増幅回路の増幅率は小となる。電源電圧 Vddが中で、 V1 <V0 <V2となる範囲では、セレクタ 53はスィッチ S2を選択し、増幅回路の増幅率は中となる。電源電圧 V ddが高で、 V2く VOとなる範囲では、セレクタ 53はスィッチ S3を選択し、増幅回路の増幅率は大となる。

[0125] したがって、電源電圧の変動の増減と増幅率の増減と同方向に変動することになる

〇

[0126] 本発明の電源電圧および参照信号の変化に対する増幅回路の増幅率の変化の割合は、分圧抵抗の分圧比および可変抵抗の可変ステップによって任意に決定できる。これにより、電源電圧 Vddに対しては増幅率が比例して変化し、参照信号 Vrefに対して増幅率が反比例して変化するように構成することが可能である。

[0127] さらに、比較回路および可変抵抗回路の可変ステップ数をさらに増やして分解能を上げることで、増幅回路の増幅率をほとんど直線的に変化させることも可能である。すなわち、本発明の構成によれば、物理量センサの出力感度について、参照信号の変動に対しては一定とするとともに、電源電圧の変化に対してはレシオメトリック特性を与えることができる。

[0128] 次に、参照信号や駆動信号の電圧を電流に変換し、この電流によって抵抗値を変える第 3の形態について、図 16を用いて説明する。

[0129] 図 16は、電圧電流変換回路（OTA : operational transconductance amplifier)を用いた増幅回路 5の構成例である。

[0130] OTA32は、演算増幅器 31の入力抵抗を構成する。 OTA32は、参照信号 Vref¾S 入力された電圧/電流変換回路 33からの電流信号によってトランスコンダクタンス（g m)が変化する可変抵抗回路として機能する。可変抵抗回路の抵抗値 Rinは、トランスコンダクタンス (gm)の逆数となり、参照信号 VrerCトランスコンダクタンス（gm)を変えることによって、入力抵抗 Rinと帰還抵抗 Rfとの抵抗比を変え、増幅率を変更する。産業上の利用可能性

[0131] 本発明の物理量センサは、振動型ジャイロセンサや振動型加速度センサ等に適用すること力 Sでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 参照信号に基づいて駆動する駆動回路と、

この駆動回路によって駆動されることで外部から印加された物理量を電気信号に変換するセンサ素子と、

このセンサ素子の出力信号を増幅する増幅回路とを有する物理量センサにおいて前記駆動回路は、前記参照信号に基づ!/、て前記センサ素子の駆動信号を一定レベノレとなるように制卸し、

前記増幅回路は、前記参照信号の変動、又は、前記駆動回路の駆動信号の変動に対して、出力信号を逆方向に増幅する増幅率特性を備えることを特徴とする、物理量センサ。

[2] 前記増幅回路の増幅率特性は、前記参照信号の増減方向、又は、前記参照信号の変動による駆動回路の駆動信号の増減方向に対して、出力信号を逆方向に増減する特性であり、

前記増幅回路の出力信号の出力レベルを、前記参照信号の変動によらず一定に制御することを特徴とする、請求項 1に記載の物理量センサ。

[3] 前記増幅回路は、能動回路と、複数の抵抗素子を有する抵抗回路とを有し、当該抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成であり、

前記抵抗回路は、前記参照信号の変動、又は、前記駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を、前記抵抗素子の少なくとも一部に備えることを特徴とする、請求項 1または 2に記載の物理量センサ。

[4] 前記増幅回路は、演算増幅器と、この演算増幅器に接続される入力抵抗回路および帰還抵抗回路を有し、当該入力抵抗回路と帰還抵抗回路の抵抗比によって増幅率を定める反転増幅回路、又は、非反転増幅回路を備え、

前記参照信号の変動、又は、前記駆動回路の駆動信号の変動によって抵抗値を可変とする可変抵抗回路を、入力抵抗回路と帰還抵抗回路の少なくとも一方が有する抵抗素子に形成することを特徴とする、請求項 1又は 2に記載の物理量センサ。

[5] 前記参照信号又は駆動回路の駆動信号のレベルを周波数に変換する第 1の周波数変換器を備え、

前記可変抵抗回路は、前記第 1の周波数変換器で変換して得られた周波数のパノレス変調信号によって抵抗値を変えることを特徴とする、請求項 3に記載の物理量センサ。

[6] 電源電圧を周波数に変換する第 2の周波数変換器を備え、

前記可変抵抗回路は、前記第 2の周波数変換器で変換して得られた周波数のパルス変調信号によって抵抗値を変えることにより、前記増幅回路の増幅率を、前記電源電圧の増減と比例させることを特徴とする、請求項 5に記載の物理量センサ。

[7] 前記増幅回路は、増幅率を能動回路に接続する複数の抵抗素子の抵抗比によつて増幅率を定める構成であり、

前記参照信号又は駆動回路の駆動信号を所定階数に分圧する分圧回路と、比較回路とを備えるとともに、複数の抵抗素子の抵抗比によって増幅率を定める構成であり、

前記複数の抵抗素子の少なくとも一部に、抵抗値を可変とする可変抵抗回路を形成し、

前記比較回路は、一方に入力端に前記分圧回路の分圧出力を入力し、他方の入力端に電源電圧で定まる電圧を入力し、

前記可変抵抗回路は、各比較回路の出力信号によって抵抗値を変えることにより、前記増幅回路の増幅率を、前記参照信号又は駆動回路の駆動信号の増減と逆比例させるとともに、前記電源電圧の増減と比例させることを特徴とする、請求項 1又は 2に記載の物理量センサ。

[8] 前記比較回路の出力信号に応じて抵抗値を選択する抵抗選択回路を備え、

前記可変抵抗回路は、当該抵抗選択回路で選択した抵抗値に変えることを特徴とする、請求項 7に記載の物理量センサ。

[9] 前記参照信号の電圧、又は、前記駆動回路の駆動信号の電圧を電流に変換する電圧電流変換器を備え、

前記可変抵抗回路は、当該電圧電流変換器で変換して得られた電流により抵抗値を変えることを特徴とする、請求項 3に記載の物理量センサ。

[10] 前記増幅回路に電源電圧を供給する電源を備え、

前記増幅回路は、増幅率を前記電源電圧の増減と比例させることを特徴とする、請求項 1から 5のいずれか一つに記載の物理量センサ。

[11] 前記増幅回路の出力信号の出力レベルは、前記参照信号の温度変化に対して一定に制御することを特徴とする、請求項 1から請求項 10に何れか一つに記載の物理量センサ。