WO2017164052A1 - 複合センサ - Google Patents

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WO2017164052A1
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和磨 塚本
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite sensor that detects angular velocity and acceleration.
  • FIG. 9 is a circuit block diagram of a conventional angular velocity sensor 500.
  • a drive electrode 2 made of gold is provided on four side surfaces of a tuning fork-shaped quartz-made angular velocity detection element 1.
  • Monitor electrodes 3 made of gold are respectively provided on the front and back surfaces of the angular velocity detecting element 1.
  • a GND electrode 4 made of gold is provided on the inner side surface of the angular velocity detecting element 1, and sense electrodes 5 and 6 made of gold are provided on the outer side surface.
  • the drive circuit 7 inputs the charge of the monitor electrode 3 of the angular velocity detection element 1 and inputs a drive signal to the drive electrode 2 in the angular velocity detection element 1.
  • the sense circuit 8 inputs a charge generated by the Coriolis force to the sense electrode 5 in the angular velocity detecting element 1 and a charge generated by the Coriolis force to the sense electrode 6 and outputs an angular velocity signal.
  • the adder 9 adds correction data to the angular velocity signal from the sense circuit 8.
  • a temperature sensor 10 is provided in the vicinity of the angular velocity detection element 1.
  • the A / D converter 11 converts the analog output signal of the temperature sensor 10 into a digital output signal.
  • the storage unit 12 composed of an EEPROM stores data for correcting an error in the output signal output from the sense circuit 8.
  • the angular velocity detection element 1 When an AC voltage is applied to the drive electrode 2 of the angular velocity detection element 1, the angular velocity detection element 1 resonates and charges are generated at the monitor electrode 3 of the angular velocity detection element 1.
  • the electric charge generated in the monitor electrode 3 is input to the drive electrode 2 through the drive circuit 7, and the vibration of the angular velocity detection element 1 is adjusted to have a constant amplitude.
  • Patent Document 1 is known as prior art document information regarding the angular velocity sensor 500.
  • the composite sensor includes an angular velocity detection element that outputs a sense signal according to an applied angular velocity, a sense circuit that outputs an angular velocity signal indicating an angular velocity based on the sense signal, and an acceleration that outputs a signal according to the applied acceleration.
  • a detection element, an acceleration detection circuit that outputs an acceleration signal indicating acceleration based on a signal output from the acceleration detection element, a bandpass filter to which the acceleration signal is input, and an amplitude of the signal output from the bandpass filter Accordingly, an amplitude determination circuit that determines whether or not the angular velocity signal is invalid and a timing control circuit that outputs a sensor output signal including the angular velocity signal and the acceleration signal are provided.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram of a composite sensor according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a circuit diagram of an angular velocity sensor unit of the composite sensor in the embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an operation of the angular velocity sensor unit according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a top view of the acceleration detection element of the acceleration sensor unit of the composite sensor according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a top view of the acceleration detecting element according to the embodiment.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a bridge circuit that detects acceleration in the acceleration sensor unit according to the embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a bridge circuit that detects acceleration in the acceleration sensor unit according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit block diagram of the acceleration sensor unit in the embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a sensor output signal output from the composite sensor according to the embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a sensor output signal output from the composite sensor according to the embodiment.
  • FIG. 7C is a diagram illustrating a sensor output signal output from the composite sensor according to the embodiment.
  • FIG. 7D is a diagram illustrating another sensor output signal output from the composite sensor according to the embodiment.
  • FIG. 8A is a circuit block diagram of another composite sensor for detection in the embodiment.
  • FIG. 8B is a circuit block diagram of still another composite sensor for detection in the embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit block diagram of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 1 is a block diagram of a composite sensor 1000 according to the embodiment.
  • the composite sensor 1000 includes an angular velocity sensor unit 21 that detects angular velocity and an acceleration sensor unit 22 that detects acceleration.
  • FIG. 2A is a circuit diagram of the angular velocity sensor unit 21.
  • FIG. 2B shows signals of respective parts during operation of the angular velocity sensor part 21.
  • the angular velocity detection element 30 includes a vibrating body 31, a drive electrode 32 provided on the vibrating body 31, a monitor electrode 33 provided on the vibrating body 31, and sense electrodes 34 and 35 provided on the vibrating body 31.
  • the drive electrode 32 has a piezoelectric body for vibrating the vibrating body 31.
  • the monitor electrode 33 has a piezoelectric body that generates an electric charge according to the vibration of the vibrating body 31.
  • the sense electrodes 34 and 35 include piezoelectric bodies that generate charges having opposite polarities when an angular velocity is applied to the vibrating body 31 of the angular velocity detecting element 30.
  • the charge amplifier 36 converts the charge output from the monitor electrode 33 into a voltage signal at a predetermined magnification and outputs the signal.
  • the band pass filter 37 removes the noise component of the signal output from the charge amplifier 36 and outputs a monitor signal.
  • the AGC circuit 38 has a half-wave rectifying / smoothing circuit, and half-wave rectifies and smoothes the monitor signal output from the band-pass filter 37 to generate a direct current (DC) signal.
  • the monitor signal output from the filter 37 is amplified or attenuated and output.
  • the drive circuit 39 outputs a drive signal S39 to the drive electrode 32 of the angular velocity detection element 30 based on the monitor signal S37 output from the AGC circuit 38.
  • the charge amplifier 36, the bandpass filter 37, the AGC circuit 38 and the drive circuit 39 constitute a drive circuit 40.
  • the PLL circuit 41 multiplies the monitor signal output from the band-pass filter 37 of the drive circuit 40, reduces the phase noise by temporal integration, and outputs it as a multiplied monitor signal.
  • the timing generation circuit 42 generates and outputs timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 based on the multiplied monitor signal output from the PLL circuit 41.
  • the timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 alternately repeat a high level that is an active level and a low level that is an inactive level in a cycle that is twice the cycle of the monitor signal.
  • the timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 are exclusively set to the high level in this order. Specifically, the timing signal ⁇ 1 becomes high level during the period P1, and becomes low level during the periods P2 to P4. The timing signal ⁇ 2 becomes high level during the period P2, and becomes low level during the periods P1, P3, and P4. The timing signal ⁇ 3 becomes high level during the period P3 and becomes low level during the periods P1, P2, and P4. The timing signal ⁇ 4 becomes high level during the period P4 and becomes low level during the periods P1 to P3.
  • the timing signal ⁇ 1 is at a high level, and the timing signals ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 are at a low level.
  • the timing signal ⁇ 2 is at a high level, and the timing signals ⁇ 1, ⁇ 3, and ⁇ 4 are at a low level.
  • the timing signal ⁇ 3 is at a high level, and the timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 4 are at a low level.
  • the timing signal ⁇ 4 is at a high level, and the timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 are at a low level.
  • the angular velocity sensor unit 21 includes an analog switch (SW) that operates with any one of the timing signals ⁇ 1 to ⁇ 4.
  • An analog switch that operates with a timing signal operates to turn on when the timing signal is at a high level (active level) and to turn off when the timing signal is at a low level (inactive level).
  • the PLL circuit 41 and the timing generation circuit 42 constitute a timing control circuit 43.
  • the input switching unit 44 includes analog switches (SW) 45 and 46.
  • the analog SW 45 is connected to the sense electrode 34 of the angular velocity detection element 30 and operates with the timing signal ⁇ 2 so that it is turned on when the timing signal ⁇ 2 is high and turned off when the timing signal ⁇ 2 is low.
  • the analog SW 46 is connected to the sense electrode 35 and operates with the timing signal ⁇ 4 so that it is turned on when the timing signal ⁇ 4 is at a high level and turned off when the timing signal ⁇ 2 is at a low level. Switches the signals input from the sense electrodes 34 and 35 with the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 and outputs them.
  • the DA switching unit 47 switches the reference voltages V49 and V50 according to a predetermined signal and outputs it. Specifically, the DA switching unit 47 outputs the reference voltage V49 when the timing signal ⁇ 2 is at a high level, outputs the reference voltage V50 when the timing signal ⁇ 4 is at a high level, and both the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 are at a low level. Sometimes neither of the reference voltages V49, V50 is output.
  • the DA output unit 51 includes a capacitor 52 to which the voltage output from the DA switching unit 47 is input, and analog SWs 53 and 54 connected to both ends of the capacitor 52.
  • the analog SW 53 is turned on when the timing signal ⁇ 1 is at a high level and discharges the capacitor 52, and operates with the timing signal ⁇ 1 so as to be turned off when the timing signal ⁇ 1 is at a low level.
  • the analog SW 54 is turned on when the timing signal ⁇ 3 is at a high level and discharges the capacitor 52, and operates with the timing signal ⁇ 3 so as to be turned off when the timing signal ⁇ 3 is at a low level.
  • the DA switching unit 47 and the DA output unit 51 constitute a DA conversion unit 48.
  • the DA converter 48 discharges the capacitor 52 when one of the timing signals ⁇ 1 and ⁇ 3 is at a high level, and the reference voltage output by the DA switching unit 47 when one of the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 is at a high level. Input / output the electric charge according to.
  • the analog switch that operates with any one of the timing signals of the angular velocity sensor unit 21 is turned on when the timing signal is at a high level (active level) and turned off when the timing signal is at a low level (inactive level). To work.
  • Analog SW 55 outputs the output of input switching unit 44 and DA conversion unit 48 when one of timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 is at a high level.
  • the analog SW 55 does not output the outputs of the input switching unit 44 and the DA conversion unit 48 when the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 are both at a low level.
  • the output of the analog SW 55 is input to the integration circuit 56.
  • the integrating circuit 56 is connected in series to the operational amplifier 57, a pair of capacitors 58 and 59 connected in parallel between the feedback of the operational amplifier 57, that is, the inverting input terminal and the output terminal, and the capacitors 58 and 59, respectively. It is composed of a pair of analog SWs 60 and 61.
  • the analog SW 60 operates with timing signals ⁇ 1 and ⁇ 2, that is, turns on when one of the timing signals ⁇ 1 and ⁇ 2 is at a high level, and turns off when the timing signals ⁇ 1 and ⁇ 2 are both at a low level.
  • the input signal is integrated, and the integrated value obtained by integrating the signal into the capacitor 58 is held.
  • the analog SW 61 operates with timing signals ⁇ 3 and ⁇ 4, that is, turns on when one of the timing signals ⁇ 3 and ⁇ 4 is at a high level, and turns off when the timing signals ⁇ 3 and ⁇ 4 are both at a low level.
  • An integrated value obtained by integrating the input signal and integrating it with the capacitor 59 is held.
  • the analog SW 55 and the integration circuit 56 constitute an integration unit 62.
  • the integrating unit 62 integrates the output of the analog SW 55 into the capacitor 58 when the timing signals ⁇ 1 and ⁇ 2 are at a high level and outputs the integrated value, and outputs the analog SW 55 when the timing signals ⁇ 3 and ⁇ 4 are at a high level. Is integrated into the capacitor 59 and the integrated value is output.
  • the comparison unit 63 compares the integration value output from the integration unit 62 with a predetermined value and outputs a 1-bit digital signal, and the D-type to which the 1-bit digital signal output from the comparator 64 is input. It consists of a flip-flop 65.
  • the D-type flip-flop 65 latches the 1-bit digital signal and outputs a latch signal at the start of the periods P2 and P4 when one of the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 is at a high level.
  • the latch signal is input to the DA switching unit 47 of the DA conversion unit 48 to switch the reference voltages V49 and V50.
  • the input switching unit 44, DA conversion unit 48, integration unit 62 and comparison unit 63 constitute a ⁇ modulator 66.
  • the ⁇ modulator 66 modulates the charges output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the angular velocity detection element 30, converts the charges into a 1-bit digital signal, and outputs the digital signal.
  • the latch circuit 67 includes a pair of D-type flip-flops 68 and 69 that latch the 1-bit digital signal output from the comparator 64 in the comparison unit 63 of the ⁇ modulator 66.
  • the D-type flip-flop 68 latches the 1-bit digital signal at the start of the period P2 when the timing signal ⁇ 2 rises from the low level to the high level.
  • the D-type flip-flop 69 latches the 1-bit digital signal at the start of the period P4 when the timing signal ⁇ 4 rises from the low level to the high level.
  • the 1-bit difference calculation unit 70 implements a 1-bit difference operation for calculating a difference between a pair of 1-bit digital signals latched and output by the D-type flip-flops 68 and 69 by replacement processing.
  • the value of the 2-bit signal composed of a pair of 1-bit digital signals input to the 1-bit difference calculation unit 70 is changed from “00” “01” “10” “11” to “1” “0” “ ⁇ 1” “1”. It is replaced with a 1-bit difference signal S70 having a value of “0” and output.
  • the D-type flip-flop 68 constitutes the upper bit of the 2-bit signal
  • the D-type flip-flop 69 constitutes the lower bit of the 2-bit signal.
  • the correction calculation unit 71 implements a correction calculation using predetermined correction data for the 1-bit difference signal S70 output from the 1-bit difference calculation unit 70 by replacement processing.
  • the correction calculation unit 71 sets the values “0”, “1”, and “ ⁇ 1” of the 1-bit difference signal S70 to “0” and “1”.
  • the digital difference signal is a multi-bit signal having values of “5” and “ ⁇ 5”, and is output.
  • the digital filter 72 receives the digital difference signal S71 output from the correction calculation unit 71, and performs a filtering process to remove the noise component of the digital difference signal S71.
  • the latch circuit 67, the 1-bit difference calculation unit 70, the correction calculation unit 71, and the digital filter 72 constitute a calculation unit 73.
  • the arithmetic unit 73 latches a pair of 1-bit digital signals at the start of the periods P2 and P4 when the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 are at a high level, performs a differential operation, a correction operation, and a filtering process, and performs a digital operation that is a multi-bit signal.
  • the difference signal S71 is output.
  • the timing control circuit 43, the ⁇ modulator 66, and the operation unit 73 constitute a sense circuit 74.
  • FIG. 3 and 4 are top views of the acceleration detecting element 80 of the acceleration sensor unit 22.
  • FIG. 3 and 4 are top views of the acceleration detecting element 80 of the acceleration sensor unit 22.
  • the acceleration detecting element 80 includes a frame portion 82 in which a hollow region 81 is formed, and beam portions 83, 84, 85, 86 having one end connected to the frame portion 82 and extending to the hollow region 81. . 3 and 4, the beam portions 83 and 84 extend in the direction of the X axis, and the X axis, the Y axis, and the Z axis that are perpendicular to each other are defined so that the beam portions 85 and 86 extend in the direction of the Y axis.
  • the acceleration detection element 80 includes weight portions 87, 88, 89, and 90 connected to the other ends of the beam portions 83, 84, 85, and 86, and acceleration detection portions 91 and 92 that detect acceleration in the X-axis direction, respectively. , Acceleration detection units 93 and 94 that detect acceleration in the direction of the Y-axis.
  • the acceleration detectors 91, 92, 93, 94 are provided on the beam portions 83, 84, 85, 86, respectively.
  • the weight part 87 and the weight part 88 face each other, and the weight part 89 and the weight part 90 face each other.
  • the acceleration detectors 91 to 94 can use a strain resistance method, a capacitance method, or the like.
  • the sensitivity of the acceleration detecting element 80 can be improved. Further, the temperature characteristic of the acceleration detecting element 80 can be improved by using a thin film resistance method using an oxide film strain resistor as the strain resistance method.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the strain resistances R1 to R8 in the strain resistance method that functions as the acceleration detection units 91 to 94.
  • the strain resistances R ⁇ b> 2 and R ⁇ b> 4 constitute an acceleration detection unit 91.
  • the strain resistors R1 and R3 constitute an acceleration detection unit 92.
  • the strain resistances R5 and R7 constitute an acceleration detection unit 93.
  • the strain resistances R6 and R8 constitute an acceleration detection unit 94.
  • FIG. 5A is a circuit diagram of the bridge circuit 101 that detects acceleration in the X-axis direction.
  • the strain resistors R1, R2, R3, and R4 are bridge-connected by a pair of connection points Vdd and GND that face each other and another pair of connection points Vx1 and Vx2 that face each other to form a bridge circuit 101.
  • the bridge circuit 101 processes output signals from the acceleration detectors 91 and 92 and outputs acceleration in the X-axis direction.
  • FIG. 5B is a circuit diagram of the bridge circuit 102 that detects acceleration in the direction of the Y-axis.
  • the strain resistors R5, R6, R7, and R8 are bridge-connected by a pair of connection points Vdd and GND that face each other and another pair of connection points Vy1 and Vy2 that face each other to form a bridge circuit 102.
  • the bridge circuit 102 processes output signals from the acceleration detectors 93 and 94 and outputs acceleration in the Y-axis direction.
  • FIG. 6 is a circuit block diagram of the acceleration sensor unit 22.
  • the temperature sensor 104 detects the temperature around the acceleration detection element 80 and outputs temperature information corresponding to this temperature.
  • the ⁇ AD converter 107 converts the output signal, which is an analog signal from the bridge circuit 101, into a digital signal and outputs it.
  • the ⁇ AD converter 108 converts the output signal that is an analog signal from the bridge circuit 102 into a digital signal and outputs the digital signal.
  • the acceleration detection circuit 109 receives the acceleration signal indicating the acceleration in the X-axis direction from the ⁇ AD converter 107 and the acceleration signal indicating the acceleration in the Y-axis direction from the ⁇ AD converter 108 from the temperature sensor 104. Correct and output based on information.
  • the band pass filter (BPF) 116 substantially passes only a specific frequency component of the acceleration signal output from the acceleration detection circuit 109 and outputs it.
  • the amplitude determination circuit 117 obtains the amplitude of the signal output from the band pass filter 116, outputs a self-diagnosis output signal when the obtained amplitude is equal to or larger than a predetermined threshold, and self-examines when the amplitude is smaller than the predetermined threshold. Does not output diagnostic output signals.
  • the band pass filter 116 and the amplitude determination circuit 117 constitute a stability determination circuit 118.
  • the vibrating body 31 When an AC voltage is applied to the drive electrode 32 of the angular velocity detection element 30, the vibrating body 31 resonates and bends and vibrates in the drive direction Dd at the resonance frequency fd in the drive direction Dd, and a signal S33, which is a charge, is generated in the monitor electrode 33 To do.
  • the signal S33 (charge) generated at the monitor electrode 33 is input to the charge amplifier 36 in the drive circuit 40 and converted into a sinusoidal output voltage.
  • the output voltage from the charge amplifier 36 is input to a bandpass filter 37.
  • the bandpass filter 37 extracts only the resonance frequency component of the vibrating body 31 of this output voltage, and removes the noise component, as shown in FIG. 2B.
  • a monitor signal S37 having a sinusoidal waveform is output.
  • the monitor signal S37 is input to the half-wave rectifying / smoothing circuit of the AGC circuit 38 and converted into a direct current (DC) signal.
  • DC direct current
  • the AGC circuit 38 inputs a signal for attenuating the monitor signal S37 output from the bandpass filter 37 to the drive circuit 39.
  • the AGC circuit 38 outputs a signal for amplifying the monitor signal S37.
  • the vibrating body 31 is adjusted so as to vibrate with a constant amplitude.
  • the monitor signal S37 is input to the timing control circuit 43 in the sense circuit 74, multiplied by the PLL circuit 41, and output.
  • the timing generation circuit 42 Based on the signal output from the PLL circuit 41, the timing generation circuit 42 generates timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 shown in FIG. 2B.
  • the timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 are input to the ⁇ modulator 66 and the calculation unit 73 as signals that determine the timing of switching the analog SW and latching of the latch circuit.
  • Timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 can also be generated by the following method. That is, the monitor signal S37 having a sine waveform and a phase shift signal that is phase-shifted by 90 degrees by the phase shifter are generated.
  • the timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 can also be generated by inputting the monitor signal S37 and the phase shift signal to a comparator that compares with the predetermined reference voltage and inputting the output of the comparator to the logic circuit.
  • random noise of the monitor signal S37 having a sine waveform and voltage noise due to temperature change and power supply fluctuation appear as phase noise. This phase noise may adversely affect the accuracy of signal processing as timing noise for switching the input signal and the integration switching unit.
  • the angular velocity detection element 30 temporally integrates the monitor signal S37 to reduce phase noise, thereby generating timing signals ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4, thereby reducing switching timing noise and performing signal processing. Accuracy can be increased.
  • the angular velocity detection element 30 When the angular velocity detection element 30 is bending-vibrated at a speed V in the driving direction Dd shown in FIG. 2A, the angular velocity detection element 30 (vibration body 31) rotates at the angular velocity ⁇ around the central axis in the longitudinal direction of the vibration body 31.
  • the sense signals S34 and S35 Due to the bending motion of the vibrating body 31 in the detection direction Dt due to the Coriolis force F, charges are generated in the sense electrodes 34 and 35 of the angular velocity detection element 30, and the sense signals S34 and S35 shown in FIG. Each occurs. Since the sense signals S34 and S35 based on the charges generated in the sense electrodes 34 and 35 are generated by the Coriolis force F, the phase is advanced by 90 degrees from the monitor signal S37 obtained from the monitor electrode 33. As shown in FIG. 2B, the sense signals S34 and S35 generated in the sense electrodes 34 and 35 are a positive polarity signal and a negative polarity signal having phases opposite to each other.
  • the ⁇ modulator 66 operates by repeating periods P1 to P4 that are determined by the timing signals ⁇ 1 to ⁇ 4 and that are continuous in this order.
  • the sense signal S34 that is a positive signal output from the sense electrode 34 of the angular velocity detecting element 30 is ⁇ modulated and converted into a 1-bit digital signal.
  • the sense signal S35 that is a negative polarity signal output from the sense electrode 35 is ⁇ modulated and converted into a 1-bit digital signal.
  • the analog SW 60 connected to the capacitor 58 in the integrating unit 62 is turned on, and the integrated value held in the capacitor 58 is input to the comparator 64 in the comparing unit 63. Then, the comparison result in the comparator 64 is output as a 1-bit digital signal. Further, the analog SWs 53 and 54 in the DA converter 48 are turned on, and the electric charge held in the capacitor 52 is discharged.
  • the 1-bit digital signal output from the comparator 64 of the comparator 63 is latched by the D-type flip-flop 65 and output as a latch signal when the timing signal ⁇ 2 rises.
  • the This latch signal is input to the DA switching unit 47 of the DA conversion unit 48.
  • the reference voltages V49 and V50 are switched according to the input latch signal and input to the capacitor 52, and the electric charge according to the reference voltage input from the DA converter 48 is output.
  • the analog SW 45 is turned ON, and a sense signal S34 due to charges generated from the sense electrode 34 of the angular velocity detecting element 30 is output.
  • the analog SW 55 in the integration unit 62 is turned on, and the charges output from the input switching unit 44 and the DA conversion unit 48 are input to the integration circuit 56.
  • the sum of the charge amount Q134 indicated by the hatched portion of the sense signal S34 in FIG. 2B and the charge amount output from the DA converter 48 is integrated and held in the capacitor 58 in the integration circuit 56.
  • the charge amount Q134 corresponding to half the amplitude of the sense signal S34 output from the sense electrode 34 of the angular velocity detection element 30 is ⁇ -modulated by the above operation in the periods P1 and P2 in which the timing signals ⁇ 1 and ⁇ 2 are at the high level, In particular, it is output as a 1-bit digital signal when the timing signals ⁇ 1 and ⁇ 2 rise, that is, when the periods P1 and P2 start.
  • the periods P3 and P4 in which the timing signals ⁇ 3 and ⁇ 4 are at the high level correspond to half the amplitude of the sense signal S35 output from the sense electrode 35 of the angular velocity detection element 30.
  • the charge amount Q135 is ⁇ -modulated and converted into a 1-bit digital signal at the rising edge of the timing signals ⁇ 3 and ⁇ 4, that is, at the start of the periods P3 and P4.
  • the charge amounts Q134 and Q135 corresponding to half the amplitude of the sense signals S34 and S35 output from the sense electrodes 34 and 35 of the angular velocity detection element 30 are ⁇ modulated by one ⁇ modulator 66 and paired. It is output at the above timing as a 1-bit digital signal.
  • Charges output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the angular velocity detection element 30 are not only the sense signals S34 and S35 generated by the Coriolis force F due to the angular velocity ⁇ , but also unnecessary signals U34 in phase with the monitor signal S37 shown in FIG. 2B. , U35.
  • the operation of the angular velocity sensor unit 21 when a combined signal obtained by adding the sense signals S34 and S35 and the unnecessary signals U34 and U35 is output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the angular velocity detection element 30 will be described.
  • the charge amount Q134 corresponding to half the amplitude of the sense signals S34 and S35 generated by the Coriolis force F due to the angular velocity ⁇ is the integration circuit during the periods P2 and P4 in which the timing signals ⁇ 2 and ⁇ 4 are at the high level. 56 is integrated.
  • the charge amounts Q234 and Q235 from the maximum value to the minimum value of the amplitudes of the unnecessary signals U34 and U35 generated from the sense electrodes 34 and 35 are integrated in the periods P2 and P4 similarly to the sense signals S34 and S35. Therefore, the charge amounts Q234 and Q235 are canceled and become 0 when integrated.
  • the operation of the integrating unit 62 in the periods P2 and P4 cancels the unnecessary signals U34 and U35 and integrates the charge amount according to the amplitude of the sense signals S34 and S35, so-called synchronous detection processing is performed with the pair of sense electrodes. This is performed for each of the signals input from 34 and 35. Therefore, similarly to the operation when the unnecessary signals U34 and U35 are not included, the signal subjected to the synchronous detection processing is ⁇ modulated from the ⁇ modulator 66, converted into a 1-bit digital signal, and output.
  • the angular velocity sensor unit 21 can perform ⁇ modulation while synchronously detecting a pair of signals output from the angular velocity detection element 30, and the digital value of such synchronously detected signals can be converted into a normal IV. It can be obtained without an analog circuit such as a conversion circuit, a phase shifter, or a synchronous detection circuit, and with a circuit scale much smaller than these analog circuits, that is, a small size and a low cost.
  • the operation of the calculation unit 73 will be described.
  • the 1-bit digital signal output from the comparator 64 in the comparator 63 of the ⁇ modulator 66 is latched by the D-type flip-flop 68 of the latch circuit 67 and 1 bit. It is output as a digital signal S68.
  • the 1-bit digital signal output from the comparator 64 in the comparator 63 of the ⁇ modulator 66 is latched by the D-type flip-flop 69 of the latch circuit 67 and 1 bit. It is output as a digital signal S69.
  • the 1-bit digital signals S68 and S69 latched in the D-type flip-flops 68 and 69 are unnecessary signals U34 and U35 from the signals output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the angular velocity detection element 30, respectively.
  • the charge amounts corresponding to half of the amplitude values of the sense signals S34 and S35 excluding the signal are converted into digital values by ⁇ modulation.
  • the 1-bit digital signals S68 and S69 output from the latch circuit 67 are input to the 1-bit difference calculation unit 70, the difference between the 1-bit digital signals S68 and S69 is calculated, and the 1-bit difference signal S70 is output.
  • the 1-bit difference signal S70 in the period P1 is a difference between the 1-bit digital signals S68 and S69 latched in the periods P2 and P4 in the previous period
  • the 1-bit difference signal S70 is an angular velocity detection element.
  • 30 shows the amplitude values of the sense signals S34 and S35 shown in FIG. 2B obtained by removing the unnecessary signals U34 and U35 from the signals output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in FIG.
  • the influence on the relative error of the integration result of the pair of input signals due to the characteristics of the individual integration units is greatly reduced as compared with the case where the integration is performed separately by the two integration units.
  • the DA converter 48 uses the same one DA converter for signal processing of a pair of input signals.
  • the comparison unit 63 compares the pair of integration results using one reference voltage and one comparator, thereby greatly reducing the influence of the comparison characteristics of the comparator and the comparison voltage on the relative error. Is done.
  • the relative error of each unit compared to the case where signal processing is performed using a plurality of units. The effect of is greatly reduced.
  • the signal processing of the pair of input signals is performed by the 1-bit difference calculation unit 70 of the calculation unit 73.
  • the 1-bit difference calculation unit 70 of the calculation unit 73 By calculating the difference between the results, it is possible to cancel the influence of fluctuations in the reference voltage in each unit, and thereby AD-convert the difference between the pair of input signals with high accuracy.
  • the influence of the in-phase noise component and the offset component included in the pair of input signals output from the pair of sense electrodes 34 and 35 in the angular velocity detecting element 30 and input to the ⁇ AD converter can be canceled.
  • the 1-bit difference calculation that takes a difference between a pair of input signals is a pair that is input to the 1-bit difference calculation unit 70 when the output signal of the comparison unit is a 1-bit signal that takes values “1” and “0”.
  • the comparison signal values of “00”, “01”, “10”, and “11” are limited to four types, and the results of taking the difference are also predetermined as “0”, “ ⁇ 1”, “1”, and “0”, respectively. .
  • the sense circuit 74 can realize a 1-bit digital operation that can obtain a result of performing a subtraction process according to an input signal without using an arithmetic unit that performs addition and subtraction with a very simple circuit configuration. After obtaining a pair of input signals subjected to the subtraction process as one difference signal, signal processing such as low-pass filtering or decimation by a digital filter that is normally required for ⁇ AD conversion is performed.
  • a 1-bit difference signal S70 output from the 1-bit difference calculation unit 70 is input to the correction calculation unit 71, and a correction calculation performed using predetermined correction data for the 1-bit difference signal S70 is performed by a replacement process.
  • this correction calculation is performed on the value R of the predetermined correction data by utilizing the fact that the value of the 1-bit difference signal S70 is limited to three values “0”, “1”, and “ ⁇ 1”.
  • the values “0”, “1”, “ ⁇ 1” of the 1-bit difference signal S70 input to the correction calculation unit 71 are changed to the values “0”, “5”, “ ⁇ ”.
  • the multiplication can be realized and the signal can be corrected.
  • the weight portion 88 moves downward, which is the negative direction of the Z axis, while the weight portion 87 moves upward, which is the positive direction of the Z axis.
  • tensile stress is applied to the upper surface of the beam portion 84, and the resistance values of the strain resistances R1 and R3 of the acceleration detection unit 92 increase.
  • compressive stress is applied to the upper surface of the beam portion 83, and the resistance values of the strain resistances R2 and R4 of the acceleration detecting portion 91 are reduced. Therefore, the bridge circuit 101 shown in FIG. 5A outputs an acceleration signal S22x corresponding to the acceleration applied in the X-axis direction.
  • the weight part 89 moves downward, while the weight part 90 moves upward.
  • tensile stress is applied to the upper surface of the beam portion 85, and the resistance values of the strain resistances R5 and R7 of the acceleration detection unit 93 are increased.
  • compressive stress is applied to the upper surface of the beam portion 86, and the resistance values of the strain resistances R6 and R8 of the acceleration detecting portion 94 are reduced. Therefore, the bridge circuit 102 shown in FIG. 5B outputs an acceleration signal S22y corresponding to the acceleration applied in the Y-axis direction.
  • accelerations in the directions of the X axis and the Y axis are simultaneously applied to the acceleration sensor.
  • the output signal corresponding to the acceleration in the X-axis direction output from the bridge circuit 101 is converted into a digital signal by the ⁇ AD converter 107, and similarly, the output signal in the Y-axis direction output from the bridge circuit 102 is converted.
  • the output signal corresponding to the acceleration is converted into a digital signal by the ⁇ AD converter 108.
  • the acceleration detection circuit 109 outputs a sensor output signal corresponding to the acceleration in the X-axis direction, which is a digital signal output from the ⁇ AD converter 107, and the Y-axis direction output from the ⁇ AD converter 108.
  • the sensor output signal corresponding to the acceleration is corrected based on the temperature information output from the temperature sensor 104, and is output as an X-axis acceleration signal S22x and a Y-axis acceleration signal S22y.
  • the timing control circuit 43 is based on the angular velocity signal S21 output from the angular velocity sensor unit 21, the acceleration signals S22x and S22y output from the acceleration sensor unit 22, and the self-diagnosis signal S118 output from the stability determination circuit 118. Output a sensor output signal S43 which is a digital signal.
  • the acceleration sensor unit 22 outputs an acceleration signal S22x according to the external force in the X-axis direction of the applied mechanical external force.
  • the acceleration signal S22x is output via the timing control circuit 43.
  • the acceleration signal S22x is also input to the bandpass filter 116.
  • the band pass filter 116 substantially passes only the component of the predetermined passing frequency of the acceleration signal S22x and outputs it as the signal S116, and does not pass the component other than the component of the passing frequency substantially without passing it.
  • the vibrating body 31 of the angular velocity detecting element 30 of the angular velocity sensor unit 21 vibrates in the driving direction Dd at a resonance frequency fd in the driving direction Dd of the vibrating body 31 by a driving signal S39 that is an AC voltage applied to the driving electrode 32.
  • a driving signal S39 that is an AC voltage applied to the driving electrode 32.
  • the drive frequency that is the frequency of the drive signal S39 is the same as the resonance frequency fd in the drive direction Dd of the vibration body 31 and the vibration frequency in the detection direction Dt of the vibration body 31 by the Coriolis force F.
  • the drive frequency that is the resonance frequency of the mechanical vibration in the drive direction Dd of the vibrating body 31 is not necessarily the same as the detection frequency that is the resonance frequency of the mechanical vibration in the detection direction Dt of the vibration body 31 and may be different.
  • the angular velocity signal S21 output from the angular velocity sensor unit 21 may not accurately indicate the angular velocity, and an erroneous angular velocity signal S21 may be output.
  • the vibrating body 31 of the angular velocity detecting element 30 vibrates in the detection direction Dt as if the angular velocity was given.
  • Sense signals S34 and S35 may be generated from the electrodes 34 and 35.
  • the conventional angular velocity sensor 500 shown in FIG. 9 when an angular velocity is not given from the outside, for example, when vibration of a detuning frequency corresponding to the difference between the drive frequency and the detection frequency is applied to the angular velocity detection element 1,
  • the angular velocity detection element 1 resonates. Therefore, output signals are generated from the sense electrodes 5 and 6 of the angular velocity detection element 1 as if the angular velocity was given, and unnecessary signals are generated from the sense circuit.
  • the above passing frequency that the band pass filter 116 passes is set to a detuning frequency.
  • the drive frequency is about 39.8 KHz
  • the detection frequency is 38.8 KHz. Therefore, the detuning frequency is about 1 KHz.
  • the amplitude determination circuit 117 outputs a self-diagnosis signal S118 indicating that the angular velocity signal S21 is incorrect to the timing control circuit 43 when the amplitude of the signal S116 output from the band pass filter 116 is equal to or greater than a predetermined threshold. When the amplitude of the signal S116 is smaller than the threshold value, the self-diagnosis signal S118 is not output to the timing control circuit 43.
  • the timing control circuit 43 does not output the erroneous angular velocity signal S21 from the angular velocity sensor unit 21 by the self-diagnosis signal S118.
  • the threshold value is a value of the acceleration signal S22x corresponding to an acceleration of 1.0 m / s 2 .
  • the sensor output signal S43 includes a bit B21 including a plurality of bits indicating the angular velocity signal S21, a bit B22x including a plurality of bits indicating the acceleration signal S22x, and a plurality of bits indicating the acceleration signal S22y.
  • This is a multi-bit digital signal including a bit B22y comprising a flag B118 based on the self-diagnosis signal S118. The value of the flag B118 becomes an active value “1” when the self-diagnosis signal S118 is output, and becomes an inactive value “0” when the self-diagnosis signal S118 is not output.
  • the bandpass filter 116 When vibration having a frequency different from the detuning frequency is applied from the outside, the bandpass filter 116 does not pass the acceleration signal S22x resulting from this vibration. Therefore, the self-diagnosis signal S118 is not output to the amplitude determination circuit 117, and the timing control circuit 43 outputs the sensor output signal S43 including the flag B118 having the inactive value “0” shown in FIG. 7A. That is, the angular velocity signal S21 and the acceleration signals S22x and S22y are all output from the timing control circuit 43 as correct values.
  • the timing control circuit 43 When the timing control circuit 43 outputs the sensor output signal S43 shown in FIG. 7A, if a vibration having substantially the same frequency as the detuning frequency is applied from the outside, the band-pass filter 116 passes the acceleration signal S22x. Output as signal S116. When the amplitude of the signal S116 is equal to or greater than a predetermined threshold, the amplitude determination circuit 117 outputs a self-diagnosis signal S118. In response to the self-diagnosis signal S118, the timing control circuit 43 updates the value of the flag B118 to the active value “1”, and the sensor output signal S43 is as shown in FIG. 7B. In the sensor output signal S43 shown in FIG. 7B, at least the angular velocity signal S21 is incorrect.
  • the timing control circuit 43 does not output the sensor output signal S43 shown in FIG. 7B, and maintains the bit B21 by the angular velocity signal S21 shown in FIG. 7A immediately before the self-diagnosis signal S118 is output. Then, the sensor output signal S43 shown in FIG. 7C is output.
  • the value of the flag B118 is the active value “1”
  • the value of the bit B21 indicating the angular velocity signal S21 is the value immediately before the value of the flag B118 becomes the active value “1”. It shows that.
  • the acceleration sensor unit 22 outputs an acceleration signal S22y according to the external force in the Y-axis direction of the applied mechanical external force.
  • the acceleration signal S22x is output via the timing control circuit 43.
  • the band pass filter 116 passes the component of the predetermined passing frequency of the acceleration signal S22y and outputs it as the signal S116, and does not pass the component other than the component of the passing frequency without passing it.
  • the amplitude determination circuit 117 When the amplitude of the signal S116 output from the band pass filter 116 is equal to or greater than a predetermined threshold, the amplitude determination circuit 117 outputs a self-diagnosis signal S118 indicating that the angular velocity signal S21 is incorrect to the timing control circuit 43, When the amplitude of the signal S116 is smaller than the above threshold value, the self-diagnosis signal S118 is not output to the timing control circuit 43.
  • the timing control circuit 43 does not output the erroneous angular velocity signal S21 from the angular velocity sensor unit 21 by the self-diagnosis signal S118.
  • the amplitude determination circuit 117 detects the angular velocity signal when the amplitude of the component of the pass frequency of at least one of the bandpass filters 116 of the acceleration signals S22x and S22y is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • a self-diagnosis signal S118 indicating that S21 is incorrect is output to the timing control circuit 43, and the self-diagnosis is performed when the amplitude of the component of the pass frequency of the band-pass filter 116 of both the acceleration signals S22x and S22y is smaller than the above threshold value.
  • the signal S118 is not output to the timing control circuit 43.
  • the amplitude determination circuit 117 outputs the angular velocity signal when the sum of the squares of the amplitudes of the passing frequency components of the acceleration signals S22x and S22y is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • the self-diagnosis signal S118 indicating that S21 is incorrect is output to the timing control circuit 43. If the sum of the squares of the amplitudes is smaller than the threshold value, the self-diagnosis signal S118 is not output to the timing control circuit 43. Also good.
  • the sense signals S34 and S35 are generated from the sense electrodes 34 and 35 as if the angular velocity was applied. It is possible to prevent the output of the erroneous angular velocity signal S21 due to the fact based on the output of the acceleration sensor unit 22.
  • the timing control circuit 43 is connected to a functional device 1001 such as a vehicle or a game machine.
  • the functional device 1001 receives the sensor output signal S43 and operates based on the angular velocity and acceleration indicated by the sensor output signal S43. Since the sensor output signal S43 shown in FIGS. 7A to 7C includes the flag B118 based on the self-diagnosis signal S118, it can be instantaneously determined whether or not the bit B21 of the sensor output signal S43 is accurate.
  • FIG. 7D shows a sensor output signal S43 output from the composite sensor 1000 in the embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same portions as the sensor output signal S43 shown in FIGS. 7A to 7C.
  • the sensor output signal S43 shown in FIG. 7D does not include the flag B118 that changes according to the self-diagnosis signal S118.
  • the sensor output signal S43 may not include the flag B118.
  • the vibrating body 31 of the angular velocity detecting element 30 vibrates regardless of the angular velocity not only by the vibration having the detuning frequency but also by the vibration having the detection frequency and the vibration having the driving frequency. Therefore, the pass frequency of the band pass filter 116 may be set to the drive frequency or the detection frequency. Thereby, it is possible to prevent an erroneous angular velocity signal S21 from being output.
  • FIG. 8A is a block diagram of another composite sensor 1000a in the embodiment.
  • the composite sensor 1000a illustrated in FIG. 8A further includes a bandpass filter 119a and an amplitude determination circuit 120a provided in parallel with the bandpass filter 116 and the amplitude determination circuit 117.
  • the band-pass filter 119a and the amplitude determination circuit 120a constitute a stability determination circuit 121a.
  • the bandpass filter 119a passes only the component having the predetermined pass frequency of the acceleration signal S22x (S22y) and outputs it as the signal S119a, and passes the component other than the component having the pass frequency. Do not output.
  • the amplitude determination circuit 120a Similar to the amplitude determination circuit 117, the amplitude determination circuit 120a outputs a self-diagnosis signal S118 when the amplitude of the signal S119a is equal to or greater than a predetermined threshold, and the self-diagnosis signal S118 when the amplitude of the signal S119a is smaller than the predetermined threshold. Is not output.
  • the pass frequency of the band pass filter 119a is set to the drive frequency. Thereby, even if it receives the vibration which has a detuning frequency, or the vibration which has a drive frequency, the timing control circuit 43 can prevent outputting the wrong angular velocity signal S21.
  • the pass frequency of the band pass filter 119a may be set to the detection frequency.
  • the pass frequency of the band pass filter 116 may be set to the drive frequency
  • the pass frequency of the band pass filter 119a may be set to the detection frequency, which has the same effect.
  • FIG. 8B is a block diagram of another composite sensor 1000b in the embodiment. 8B, the same reference numerals are assigned to the same portions as those of the composite sensors 1000 and 1000a shown in FIGS. 1 and 8A.
  • the composite sensor 1000b illustrated in FIG. 8B further includes a bandpass filter 119b and an amplitude determination circuit 120b provided in parallel with the bandpass filters 116 and 119a and the amplitude determination circuits 117 and 120a.
  • the band-pass filter 119b and the amplitude determination circuit 120b constitute a stability determination circuit 121b.
  • the bandpass filter 119b passes only a component having a predetermined passing frequency of the acceleration signal S22x (S22y) and outputs it as a signal S119b, and components other than the component having the passing frequency are output. Do not output without passing. Similar to the amplitude determination circuits 117 and 120a, the amplitude determination circuit 120b outputs a self-diagnosis signal S118 when the amplitude of the signal S119b is greater than or equal to a predetermined threshold, and performs self-diagnosis when the amplitude of the signal S119b is smaller than the predetermined threshold. The signal S118 is not output.
  • the pass frequency of the band pass filter 119b is set to the detection frequency. As a result, even if the vibration having the detuning frequency, the vibration having the driving frequency, and the vibration having the detection frequency are received, the timing control circuit 43 can prevent an erroneous angular velocity signal S21 from being output.
  • the angular velocity detection element 30 is applied to the vibrating body 31 in a state where the vibrating body 31, the drive electrode 32 that receives the drive signal S39 and vibrates the vibrating body 31, and the vibrating body 31 is vibrating. It has a sense electrode 34 (35) that outputs a sense signal S34 (S35) according to the angular velocity, and a monitor electrode 33 that outputs a monitor signal S37 according to the vibration of the vibrating body 31.
  • the drive circuit 40 inputs a drive signal S39 to the drive electrode 32 of the angular velocity detection element 30 based on the monitor signal S37.
  • the sense circuit 74 outputs an angular velocity signal S21 indicating an angular velocity based on the sense signal S34 (S35).
  • the acceleration detection circuit 109 outputs an acceleration signal S22x indicating acceleration based on the signal output from the acceleration detection element 80.
  • the bandpass filter 116 receives the acceleration signal S22x.
  • the amplitude determination circuit 117 determines whether the angular velocity signal S21 is invalid according to the amplitude of the signal S116 output from the bandpass filter 116.
  • the timing control circuit 43 outputs a sensor output signal S43 including an angular velocity signal S21 (bit B21) and an acceleration signal S22x (bit B22x).
  • the amplitude determination circuit 117 may be configured to determine that the angular velocity signal S21 is invalid when the amplitude of the signal S116 is equal to or greater than a predetermined threshold. In this case, the amplitude determination circuit 117 is configured to determine that the angular velocity signal S21 is not invalid when the amplitude of the signal S116 is smaller than a predetermined threshold value.
  • the drive electrode 32 receives the drive signal S39 and vibrates the vibrating body 31 at the drive frequency.
  • the vibrating body 31 may have a resonance frequency with a detection frequency different from the drive frequency.
  • the band pass filter 116 may substantially pass only the component having the predetermined passing frequency of the acceleration signal S22x and output it as the signal S116.
  • the predetermined pass frequency of the band pass filter 116 may be a detuning frequency that is a difference between the drive frequency and the detection frequency.
  • Acceleration signal S22x is input to the bandpass filter 119a.
  • the amplitude determination circuit 120a determines whether the angular velocity signal S21 is invalid according to the amplitude of the signal S119a output from the bandpass filter 119a.
  • the band-pass filter 119a substantially passes only a component having a pass frequency different from the predetermined pass frequency of the acceleration signal S22x and outputs it as a signal S119a.
  • the timing control circuit 43 may maintain the value of the angular velocity signal S21 immediately before determining that the angular velocity signal S21 is invalid.
  • the sensor output signal S43 may include a maintained value of the angular velocity sensor signal.
  • the sensor output signal S43 may further include a self-diagnosis signal S118 (flag B118) indicating whether or not the angular velocity signal S21 is invalid.
  • Timing control circuit 43 may output self-diagnosis signal S118 (flag B118) indicating whether angular velocity signal S21 is invalid.

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Abstract

複合センサは、印加された角速度に応じてセンス信号を出力する角速度検出素子と、センス信号に基づいて角速度を示す角速度信号を出力するセンス回路と、印加された加速度に応じた信号を出力する加速度検出素子と、加速度検出素子から出力された信号に基づいて加速度を示す加速度信号を出力する加速度検出回路と、加速度信号が入力されるバンドパスフィルターと、バンドパスフィルターから出力された信号の振幅に応じて角速度信号が無効か否かを判定する振幅判定回路と、角速度信号と加速度信号とを含むセンサ出力信号を出力するタイミング制御回路とを備える。

Description

複合センサ
　本発明は、角速度および加速度を検出する複合センサに関する。
　図９は従来の角速度センサ５００の回路ブロック図である。
　音叉形状の水晶製の角速度検出素子１の４つの側面に金からなる駆動電極２が設けられている。角速度検出素子１の表面および裏面には金からなるモニタ電極３がそれぞれ設けられている。角速度検出素子１の内側の側面には金からなるＧＮＤ電極４が設けられており、外側の側面には金からなるセンス電極５、６が設けられている。ドライブ回路７は、角速度検出素子１のモニタ電極３の電荷を入力するとともに、角速度検出素子１における駆動電極２に駆動信号を入力する。センス回路８は角速度検出素子１におけるセンス電極５にコリオリ力によって発生する電荷およびセンス電極６にコリオリ力によって発生する電荷を入力し、角速度信号を出力する。
　加算器９は、センス回路８からの角速度信号に補正データを加算する。角速度検出素子１の近傍に温度センサ１０が設けられている。Ａ／Ｄ変換器１１は温度センサ１０のアナログ出力信号をデジタル出力信号に変換する。ＥＥＰＲＯＭからなる記憶部１２はセンス回路８から出力される出力信号の誤差を補正するデータを保管している。
　角速度センサ５００について、次にその動作を説明する。
　角速度検出素子１の駆動電極２に交流電圧を加えると角速度検出素子１が共振し、角速度検出素子１のモニタ電極３に電荷が発生する。モニタ電極３に発生した電荷はドライブ回路７を介して駆動電極２に入力され、角速度検出素子１の振動を一定振幅になるように調整する。
　角速度検出素子１が振動方向に速度ｖで屈曲振動している状態において、角速度検出素子１の長手方向の中心軸周りに角速度検出素子１が角速度ωで回転すると、この角速度検出素子１にＦ＝２ｍＶ×ωで表されるコリオリ力Ｆが発生する。コリオリ力Ｆによって、センス電極５、６に電荷が発生する。センス回路８を介してこの電荷に応じて出力信号を角速度の信号として外部に出力する。
　角速度センサ５００に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００８－１７０２９４号公報
　複合センサは、印加された角速度に応じてセンス信号を出力する角速度検出素子と、センス信号に基づいて角速度を示す角速度信号を出力するセンス回路と、印加された加速度に応じた信号を出力する加速度検出素子と、加速度検出素子から出力された信号に基づいて加速度を示す加速度信号を出力する加速度検出回路と、加速度信号が入力されるバンドパスフィルターと、バンドパスフィルターから出力された信号の振幅に応じて角速度信号が無効か否かを判定する振幅判定回路と、角速度信号と加速度信号とを含むセンサ出力信号を出力するタイミング制御回路とを備える。
図１は実施の形態における複合センサの回路ブロック図である。 図２Ａは実施の形態における複合センサの角速度センサ部の回路図である。 図２Ｂは実施の形態における角速度センサ部の動作を示す図である。 図３は実施の形態における複合センサの加速度センサ部の加速度検出素子の上面図である。 図４は実施の形態における加速度検出素子の上面図である。 図５Ａは実施の形態における加速度センサ部における加速度を検出するブリッジ回路を示す図である。 図５Ｂは実施の形態における加速度センサ部における加速度を検出するブリッジ回路を示す図である。 図６は実施の形態における加速度センサ部の回路ブロック図である。 図７Ａは実施の形態における複合センサから出力されるセンサ出力信号を示す図である。 図７Ｂは実施の形態における複合センサから出力されるセンサ出力信号を示す図である。 図７Ｃは実施の形態における複合センサから出力されるセンサ出力信号を示す図である。 図７Ｄは実施の形態における複合センサから出力される他のセンサ出力信号を示す図である。 図８Ａは実施の形態における他の検出用複合センサの回路ブロック図である。 図８Ｂは実施の形態におけるさらに他の検出用複合センサの回路ブロック図である。 図９は従来の角速度センサの回路ブロック図である。
　図１は実施の形態における複合センサ１０００のブロック図である。複合センサ１０００は、角速度を検出する角速度センサ部２１と、加速度を検出する加速度センサ部２２とを備える。
　図２Ａは角速度センサ部２１の回路図である。図２Ｂは角速度センサ部２１の動作中の各部の信号を示す。角速度検出素子３０は、振動体３１と、振動体３１に設けられた駆動電極３２と、振動体３１に設けられたモニタ電極３３と、振動体３１に設けられたセンス電極３４、３５とを有する。駆動電極３２は、振動体３１を振動させるための圧電体を有する。モニタ電極３３は振動体３１の振動に応じて電荷を発生する圧電体を有する。センス電極３４、３５は、角速度検出素子３０の振動体３１に角速度が印加されると互いに逆極性の電荷を発生する圧電体を有する。電荷増幅器３６は、モニタ電極３３が出力する電荷を所定の倍率で電圧である信号に変換して出力する。バンドパスフィルター３７は電荷増幅器３６が出力する信号のノイズ成分を除去してモニタ信号を出力する。ＡＧＣ回路３８は半波整流平滑回路を有しており、バンドパスフィルター３７の出力するモニタ信号を半波整流して平滑して直流（ＤＣ）信号を生成し、このＤＣ信号に基づいてバンドパスフィルター３７の出力するモニタ信号を増幅あるいは減衰させて出力する。駆動回路３９はＡＧＣ回路３８の出力するモニタ信号Ｓ３７に基づいて角速度検出素子３０の駆動電極３２に駆動信号Ｓ３９を出力する。電荷増幅器３６、バンドパスフィルター３７、ＡＧＣ回路３８および駆動回路３９はドライブ回路４０を構成している。
　ＰＬＬ回路４１はドライブ回路４０のバンドパスフィルター３７が出力するモニタ信号を逓倍し、位相ノイズを時間的に積分することで低減して逓倍モニタ信号として出力する。タイミング生成回路４２はＰＬＬ回路４１から出力された逓倍モニタ信号に基づいてタイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４を生成して出力する。タイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４はモニタ信号の周期の２倍の周期で能動レベルであるハイレベルと非能動レベルであるローレベルとを交互に繰り返す。モニタ信号の周期の２倍の周期でこの順で連続して繰り返す期間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４においてタイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４はこの順で排他的にそれぞれハイレベルとなる。具体的には、タイミング信号φ１は期間Ｐ１でハイレベルとなり、期間Ｐ２～Ｐ４でローレベルとなる。タイミング信号φ２は期間Ｐ２でハイレベルとなり、期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４でローレベルとなる。タイミング信号φ３は期間Ｐ３でハイレベルとなり、期間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４でローレベルとなる。タイミング信号φ４は期間Ｐ４でハイレベルとなり、期間Ｐ１～Ｐ３でローレベルとなる。すなわち、期間Ｐ１ではタイミング信号φ１がハイレベルとなり、タイミング信号φ２、φ３、φ４がローレベルとなる。期間Ｐ２ではタイミング信号φ２がハイレベルとなり、タイミング信号φ１、φ３、φ４がローレベルとなる。期間Ｐ３ではタイミング信号φ３がハイレベルとなり、タイミング信号φ１、φ２、φ４がローレベルとなる。期間Ｐ４ではタイミング信号φ４がハイレベルとなり、タイミング信号φ１、φ２、φ３がローレベルとなる。
　角速度センサ部２１はタイミング信号φ１～φ４のいずれか１つで動作するアナログスイッチ（ＳＷ）を備える。タイミング信号で動作するアナログスイッチは、タイミング信号がハイレベル（能動レベル）の時にオンとなり、そのタイミング信号がローレベル（非能動レベル）である時にオフとなるように動作する。
　ＰＬＬ回路４１とタイミング生成回路４２とはタイミング制御回路４３を構成している。入力切替部４４はアナログスイッチ（ＳＷ）４５、４６で構成されている。アナログＳＷ４５は角速度検出素子３０のセンス電極３４と接続されて、タイミング信号φ２がハイレベルの時にオンとなりタイミング信号φ２がローレベルの時にオフとなるようにタイミング信号φ２で動作する。アナログＳＷ４６は、センス電極３５と接続されて、タイミング信号φ４がハイレベルの時にオンとなりタイミング信号φ２がローレベルの時にオフとなるようにタイミング信号φ４で動作する、この構成により、入力切替部４４は、センス電極３４、３５から入力された信号をタイミング信号φ２、φ４で切り替えて出力する。ＤＡ切替部４７は基準電圧Ｖ４９、Ｖ５０を所定の信号により切り替えて出力する。具体的には、ＤＡ切替部４７はタイミング信号φ２がハイレベルの時に基準電圧Ｖ４９を出力し、タイミング信号φ４がハイレベルの時に基準電圧Ｖ５０を出力し、タイミング信号φ２、φ４が共にローレベルの時には基準電圧Ｖ４９、Ｖ５０のいずれも出力しない。ＤＡ出力部５１は、ＤＡ切替部４７の出力する電圧が入力されるコンデンサ５２と、コンデンサ５２の両端に接続されたアナログＳＷ５３、５４とを有する。アナログＳＷ５３は、タイミング信号φ１がハイレベルの時にオンとなってコンデンサ５２の電荷を放電し、タイミング信号φ１がローレベルの時にオフとなるようにタイミング信号φ１で動作する。アナログＳＷ５４は、タイミング信号φ３がハイレベルの時にオンとなってコンデンサ５２の電荷を放電し、タイミング信号φ３がローレベルの時にオフとなるようにタイミング信号φ３で動作する。ＤＡ切替部４７とＤＡ出力部５１とはＤＡ変換部４８を構成する。ＤＡ変換部４８はタイミング信号φ１、φ３のうちの１つがハイレベルの時にコンデンサ５２の電荷を放電し、タイミング信号φ２、φ４のうちの１つがハイレベルの時にＤＡ切替部４７が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力する。角速度センサ部２１のタイミング信号のいずれか１つで動作するアナログスイッチは、タイミング信号がハイレベル（能動レベル）の時にオンとなり、そのタイミング信号がローレベル（非能動レベル）である時にオフとなるように動作する。
　アナログＳＷ５５は入力切替部４４とＤＡ変換部４８の出力を、タイミング信号φ２、φ４のうちの一方がハイレベルであるときに出力する。アナログＳＷ５５は入力切替部４４とＤＡ変換部４８の出力を、タイミング信号φ２、φ４が共にローレベルであるときには出力しない。積分回路５６にはアナログＳＷ５５の出力が入力される。積分回路５６は、演算増幅器５７と、演算増幅器５７の帰還すなわち反転入力端と出力端との間に並列に接続される一対のコンデンサ５８、５９と、コンデンサ５８、５９に直列にそれぞれ接続される一対のアナログＳＷ６０、６１とにより構成されている。アナログＳＷ６０はタイミング信号φ１、φ２で動作する、すなわちタイミング信号φ１、φ２の一方がハイレベルであるときにオンとなり、タイミング信号φ１、φ２が共にローレベルであるときにオフとなり、積分回路５６に入力された信号が積分されて、コンデンサ５８に積分されて得られた積分値が保持される。アナログＳＷ６１はタイミング信号φ３、φ４で動作する、すなわちタイミング信号φ３、φ４の一方がハイレベルであるときにオンとなり、タイミング信号φ３、φ４がともにローレベルであるときにオフとなり、積分回路５６に入力される信号が積分されてコンデンサ５９に積分されて得られた積分値が保持される。アナログＳＷ５５と積分回路５６とで積分部６２を構成する。積分部６２は、タイミング信号φ１、φ２がハイレベルのときにアナログＳＷ５５の出力をコンデンサ５８に積分してその積分値を出力するとともに、タイミング信号φ３、φ４がハイレベルのときにアナログＳＷ５５の出力をコンデンサ５９に積分してその積分値を出力する。
　比較部６３は、積分部６２が出力する積分値と所定の値とを比較して１ビットデジタル信号を出力する比較器６４と、比較器６４が出力する１ビットデジタル信号が入力されるＤ型フリップフロップ６５とで構成されている。また、Ｄ型フリップフロップ６５はタイミング信号φ２、φ４のうちの一方がハイレベルである期間Ｐ２、Ｐ４の開始時に１ビットデジタル信号をラッチしてラッチ信号を出力する。このラッチ信号は、ＤＡ変換部４８のＤＡ切替部４７に入力されて基準電圧Ｖ４９、Ｖ５０を切り替える。入力切替部４４、ＤＡ変換部４８、積分部６２および比較部６３によりΣΔ変調器６６を構成している。
　ΣΔ変調器６６は上記構成により、角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５より出力される電荷をΣΔ変調し、１ビットデジタル信号に変換して出力する。
　ラッチ回路６７は、ΣΔ変調器６６の比較部６３における比較器６４より出力される１ビットデジタル信号をラッチする一対のＤ型フリップフロップ６８、６９により構成されている。Ｄ型フリップフロップ６８はタイミング信号φ２がローレベルからハイレベルに立ち上がる期間Ｐ２の開始時に１ビットデジタル信号をラッチする。Ｄ型フリップフロップ６９はタイミング信号φ４がローレベルからハイレベルに立ち上がる期間Ｐ４の開始時に１ビットデジタル信号をラッチする。１ビット差分演算部７０はＤ型フリップフロップ６８、６９がラッチして出力する一対の１ビットデジタル信号の差を演算する１ビット差分演算を置換処理により実現する。つまり、１ビット差分演算部７０に入力される一対の１ビットデジタル信号よりなる２ビット信号の値が「００」「０１」「１０」「１１」を１「０」「－１」「１」「０」の値の１ビット差分信号Ｓ７０にそれぞれ置き換えて出力する。実施の形態では、Ｄ型フリップフロップ６８がこの２ビット信号の上位ビットを構成し、Ｄ型フリップフロップ６９がこの２ビット信号の下位ビットを構成する。補正演算部７１には１ビット差分演算部７０が出力する１ビット差分信号Ｓ７０に対する所定の補正データを用いた補正演算を置換処理により実現する。つまり、上記したように補正演算部７１に入力される１ビット差分信号Ｓ７０の値が「０」「１」「－１」であり、例えば、補正データの値が「５」である場合には、１ビット差分信号Ｓ７０の値「０」「１」「－１」が入力されると補正演算部７１は１ビット差分信号Ｓ７０の値「０」「１」「－１」を「０」「５」「－５」の値を有するマルチビット信号であるデジタル差分信号にそれぞれ置き換えて出力する。デジタルフィルタ７２には補正演算部７１より出力されるデジタル差分信号Ｓ７１が入力され、デジタル差分信号Ｓ７１のノイズ成分を除去するフィルタリング処理を行う。ラッチ回路６７、１ビット差分演算部７０、補正演算部７１およびデジタルフィルタ７２により演算部７３を構成している。演算部７３は、タイミング信号φ２、φ４がハイレベルである期間Ｐ２、Ｐ４の開始時に一対の１ビットデジタル信号をラッチして、差分演算、補正演算、フィルタリング処理を行い、マルチビット信号であるデジタル差分信号Ｓ７１を出力する。タイミング制御回路４３とΣΔ変調器６６および演算部７３はセンス回路７４を構成している。
　次に、複合センサ１０００の加速度センサ部２２について説明する。図３と図４は加速度センサ部２２の加速度検出素子８０の上面図である。
　加速度検出素子８０は、内部に中空領域８１が形成された枠部８２と、枠部８２に接続された一端をそれぞれ有して中空領域８１に延びる梁部８３、８４、８５、８６とを備える。図３と図４において、梁部８３、８４はＸ軸の方向に延び、梁部８５、８６がＹ軸の方向に延びるように互いに直角のＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。加速度検出素子８０は、梁部８３、８４、８５、８６の他端にそれぞれ接続された錘部８７、８８、８９、９０と、Ｘ軸の方向の加速度を検出する加速度検出部９１、９２と、Ｙ軸の方向の加速度を検出する加速度検出部９３、９４とをさらに備える。加速度検出部９１、９２、９３、９４は梁部８３、８４、８５、８６上にそれぞれ設けられている。錘部８７と錘部８８とが対向し、錘部８９と錘部９０とが対向している。加速度検出部９１～９４は歪抵抗方式や静電容量方式などを用いることができる。歪抵抗方式としてピエゾ抵抗を用いることにより、加速度検出素子８０の感度を向上させることができる。また、歪抵抗方式として酸化膜歪み抵抗体を用いた薄膜抵抗方式を用いることにより、加速度検出素子８０の温度特性を向上させることができる。
　図４は加速度検出部９１～９４として機能する歪抵抗方式における歪抵抗Ｒ１～Ｒ８の配置を示している。具体的には、歪抵抗Ｒ２、Ｒ４は加速度検出部９１を構成する。歪抵抗Ｒ１、Ｒ３は加速度検出部９２を構成する。歪抵抗Ｒ５、Ｒ７は加速度検出部９３を構成する。歪抵抗Ｒ６、Ｒ８は加速度検出部９４を構成する。
　図５ＡはＸ軸の方向の加速度を検出するブリッジ回路１０１の回路図である。歪抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は互いに対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤと、互いに対向する他の一対の接続点Ｖｘ１、Ｖｘ２接続点とでブリッジ接続されてブリッジ回路１０１を構成する。接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤの間に電圧を印加し、接続点Ｖｘ１、Ｖｘ２の間の電圧を検出することにより、Ｘ軸の方向の加速度を検出することができる。ブリッジ回路１０１は加速度検出部９１、９２からの出力信号を処理してＸ軸の方向の加速度を出力する。
　図５ＢはＹ軸の方向の加速度を検出するブリッジ回路１０２の回路図である。歪抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８互いには対向する一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤと、互いに対向する他の一対の接続点Ｖｙ１、Ｖｙ２とでブリッジ接続されブリッジ回路１０２を構成する。一対の接続点Ｖｄｄ、ＧＮＤの間に電圧を印加し、一対の接続点Ｖｙ１、Ｖｙ２の間の電圧を検出することにより、Ｙ軸の方向の加速度を検出することができる。ブリッジ回路１０２は加速度検出部９３、９４からの出力信号を処理してＹ軸方向の加速度を出力する。
　図６は加速度センサ部２２の回路ブロック図である。
　温度センサ１０４は加速度検出素子８０の周囲の温度を検出して、この温度に対応する温度情報を出力する。
　ΔΣ型ＡＤ変換器１０７はブリッジ回路１０１からのアナログ信号である出力信号をデジタル信号に変換して出力する。ΔΣ型ＡＤ変換器１０８はブリッジ回路１０２からのアナログ信号である出力信号をデジタル信号に変換して出力する。加速度検出回路１０９はΔΣ型ＡＤ変換器１０７からのＸ軸の方向の加速度を示す加速度信号およびΔΣ型ＡＤ変換器１０８からのＹ軸の方向の加速度を示す加速度信号を、温度センサ１０４からの温度情報を基に補正して出力する。
　バンドパスフィルター（ＢＰＦ）１１６は、実質的に、加速度検出回路１０９から出力された加速度信号の特定の周波数の成分のみを通過させて出力する。振幅判定回路１１７はバンドパスフィルター１１６から出力された信号の振幅を求め、求めた振幅が所定の閾値以上である場合に自己診断出力信号を出力し、振幅が所定の閾値より小さい場合には自己診断出力信号を出力しない。
　バンドパスフィルター１１６と振幅判定回路１１７とは、安定性判定回路１１８を構成している。
　実施の形態における複合センサ１０００の角速度センサ部２１について、次にその動作を説明する。
　角速度検出素子３０の駆動電極３２に交流電圧を加えると、振動体３１が共振し駆動方向Ｄｄの共振周波数ｆｄで駆動方向Ｄｄに屈曲して振動し、モニタ電極３３に電荷である信号Ｓ３３が発生する。モニタ電極３３に発生した信号Ｓ３３（電荷）はドライブ回路４０における電荷増幅器３６に入力され、正弦波形の出力電圧に変換される。電荷増幅器３６からの出力電圧はバンドパスフィルター３７に入力される、バンドパスフィルター３７はこの出力電圧の振動体３１の共振周波数の成分のみを抽出し、ノイズ成分を除去して図２Ｂに示すような正弦波形を有するモニタ信号Ｓ３７を出力する。モニタ信号Ｓ３７はＡＧＣ回路３８の半波整流平滑回路に入力されて直流（ＤＣ）信号に変換される。ＡＧＣ回路３８はこのＤＣ信号が大きくなるとバンドパスフィルター３７の出力するモニタ信号Ｓ３７を減衰させる信号を駆動回路３９に入力し、一方、ＤＣ信号が小さくなるとモニタ信号Ｓ３７を増幅させる信号を駆動回路３９に入力する。この動作により、振動体３１が一定の振幅で振動するように調整される。センス回路７４におけるタイミング制御回路４３にモニタ信号Ｓ３７が入力され、ＰＬＬ回路４１で逓倍されて出力される。ＰＬＬ回路４１で出力された信号をもとにタイミング生成回路４２は図２Ｂに示すタイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４を生成する。タイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４はΣΔ変調器６６および演算部７３に、アナログＳＷの切替とラッチ回路のラッチとのタイミングを決める信号として入力される。
　タイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４は以下の方法でも生成することができる。すなわち、正弦波形を有するモニタ信号Ｓ３７と移相器で９０度だけ位相シフトさせた移相信号を生成する。モニタ信号Ｓ３７とこの移相信号を所定の基準電圧と比較するコンパレータに入力し、コンパレータの出力をロジック回路に入力することでもタイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４を生成できる。この場合、正弦波形を有するモニタ信号Ｓ３７のランダムノイズおよび温度変化や電源変動による電圧ノイズが位相ノイズとして表れる。この位相ノイズは、入力信号や積分切替部を切り替えるタイミングノイズとして信号処理の精度に悪影響を与える場合がある。図２Ａに示すＰＬＬ回路４１によりモニタ信号Ｓ３７を時間的に積分して位相ノイズを低減することで、タイミング信号φ１、φ２、φ３、φ４を生成することにより、切替タイミングノイズを低減し信号処理の精度を高めることができる。角速度検出素子３０が図２Ａに示す駆動方向Ｄｄに速度Ｖで屈曲振動している状態において、振動体３１の長手方向の中心軸周りに角速度検出素子３０（振動体３１）が角速度ωで回転すると、角速度検出素子３０にＦ＝２ｍＶ×ωで表されるコリオリ力Ｆが検出方向Ｄｔに発生する。コリオリ力Ｆに起因して検出方向Ｄｔに振動体３１が屈曲振動することにより角速度検出素子３０のセンス電極３４、３５に電荷が発生し、これらの電荷により図２Ｂに示すセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５がそれぞれ発生する。センス電極３４、３５に発生する電荷に基づくセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５はコリオリ力Ｆにより発生するので、モニタ電極３３から得られるモニタ信号Ｓ３７より位相が９０度ずれて進んでいる。センス電極３４、３５に発生したセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５は図２Ｂに示すように、互いに逆の位相を有する正極性信号と負極性信号である。
　センス電極３４、３５に図２Ｂに示すセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５が発生している場合のΣΔ変調器６６の動作を以下に説明する。ΣΔ変調器６６はタイミング信号φ１～φ４により決められてこの順で連続する期間Ｐ１～Ｐ４を繰り返すことによって動作する。タイミング信号φ１、φ２がハイレベルである期間Ｐ１、Ｐ２では角速度検出素子３０のセンス電極３４から出力される正極性信号であるセンス信号Ｓ３４がΣΔ変調されて１ビットデジタル信号に変換される。また、タイミング信号φ３、φ４がハイレベルである期間Ｐ３、Ｐ４ではセンス電極３５から出力される負極性信号であるセンス信号Ｓ３５がΣΔ変調されて１ビットデジタル信号に変換される。
　４つのタイミング信号φ１～φ４で決まる期間Ｐ１～Ｐ４での動作をひとつずつ説明する。
　まずタイミング信号φ１がハイレベルである期間Ｐ１では、積分部６２におけるコンデンサ５８と接続されているアナログＳＷ６０がＯＮになり、コンデンサ５８に保持されている積分値が比較部６３における比較器６４に入力され、比較器６４での比較結果が１ビットデジタル信号として出力される。また、ＤＡ変換部４８におけるアナログＳＷ５３、５４がＯＮになりコンデンサ５２に保持されている電荷が放電される。
　次にタイミング信号φ２がハイレベルである期間Ｐ２では、比較部６３の比較器６４より出力される１ビットデジタル信号がタイミング信号φ２の立ち上がる時にＤ型フリップフロップ６５にラッチされてラッチ信号として出力される。このラッチ信号がＤＡ変換部４８のＤＡ切替部４７に入力される。入力されたラッチ信号に応じて基準電圧Ｖ４９、Ｖ５０が切り替えられてコンデンサ５２に入力され、ＤＡ変換部４８より入力された基準電圧に応じた電荷が出力される。それとともに、入力切替部４４ではアナログＳＷ４５がＯＮになり、角速度検出素子３０のセンス電極３４より発生する電荷によるセンス信号Ｓ３４が出力される。さらに、積分部６２におけるアナログＳＷ５５がＯＮになり、入力切替部４４とＤＡ変換部４８から出力される電荷が積分回路５６に入力される。これにより期間Ｐ２では、積分回路５６におけるコンデンサ５８に、図２Ｂセンス信号Ｓ３４の斜線部で示す電荷量Ｑ１３４とＤＡ変換部４８より出力される電荷量との総和が積分されて保持される。
　タイミング信号φ１、φ２がハイレベルである期間Ｐ１、Ｐ２での以上の動作により角速度検出素子３０のセンス電極３４から出力されるセンス信号Ｓ３４の振幅の半分に相当する電荷量Ｑ１３４がΣΔ変調され、特にタイミング信号φ１、φ２の信号の立ち上がり時すなわち期間Ｐ１、Ｐ２の開始時に１ビットデジタル信号として出力される。
　期間Ｐ１、Ｐ２での上記動作と同様に、タイミング信号φ３、φ４がハイレベルである期間Ｐ３、Ｐ４では、角速度検出素子３０のセンス電極３５から出力されるセンス信号Ｓ３５の振幅の半分に相当する電荷量Ｑ１３５がΣΔ変調され、特にタイミング信号φ３、φ４の立ち上がり時すなわち期間Ｐ３、Ｐ４の開始時に１ビットデジタル信号に変換されて出力される。以上の動作により、角速度検出素子３０のセンス電極３４、３５から出力されるセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５の振幅の半分に相当する電荷量Ｑ１３４、Ｑ１３５が一つのΣΔ変調器６６によりΣΔ変調されて一対の１ビットデジタル信号として上記タイミングで出力される。
　角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５から出力される電荷は、角速度ωによるコリオリ力Ｆにより発生するセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５だけでなく、図２Ｂに示すモニタ信号Ｓ３７と同相の不要信号Ｕ３４、Ｕ３５をそれぞれさらに含む。角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５からセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５と不要信号Ｕ３４、Ｕ３５が加算された合成信号が出力される場合の角速度センサ部２１の動作について説明する。角速度ωによるコリオリ力Ｆで発生するセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５の振幅の半分に相当する電荷量Ｑ１３４は、上記で説明した通り、タイミング信号φ２、φ４がハイレベルである期間Ｐ２、Ｐ４で、積分回路５６により積分される。センス電極３４、３５より発生する不要信号Ｕ３４、Ｕ３５の振幅の最大値から最小値までの電荷量Ｑ２３４、Ｑ２３５は、センス信号Ｓ３４、Ｓ３５と同様に期間Ｐ２、Ｐ４で、積分される。したがって、電荷量Ｑ２３４、Ｑ２３５は積分されるとキャンセルされて０となる。つまり、期間Ｐ２、Ｐ４での積分部６２の動作により、不要信号Ｕ３４、Ｕ３５がキャンセルされてセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５の振幅に応じた電荷量が積分される、いわゆる同期検波処理が一対のセンス電極３４、３５から入力される信号のそれぞれに対し実施される。よって、上記不要信号Ｕ３４、Ｕ３５を含まない場合の動作と同様に、ΣΔ変調器６６からは同期検波処理された信号がΣΔ変調され、１ビットデジタル信号に変換されて出力される。
　以上の動作により、角速度センサ部２１では角速度検出素子３０から出力される一対の信号を同期検波しながらΣΔ変調することが可能となり、このような同期検波された信号のデジタル値を、通常のＩＶ変換回路、位相器、同期検波回路などのアナログ回路無しで、かつこれらのアナログ回路より非常に小さな回路規模で、つまり小型で、かつ低コストで得ることができる。
　次に、演算部７３について、その動作を説明する。まず、タイミング信号φ２の立ち上がりすなわち期間Ｐ２の開始時に、ΣΔ変調器６６の比較部６３における比較器６４より出力される１ビットデジタル信号がラッチ回路６７のＤ型フリップフロップ６８にラッチされて１ビットデジタル信号Ｓ６８として出力される。また、タイミング信号φ４の立ち上がりすなわち期間Ｐ４の開始時に、ΣΔ変調器６６の比較部６３における比較器６４より出力される１ビットデジタル信号がラッチ回路６７のＤ型フリップフロップ６９にラッチされて１ビットデジタル信号Ｓ６９として出力される。
　Ｄ型フリップフロップ６８、６９にそれぞれラッチされた１ビットデジタル信号Ｓ６８、Ｓ６９は、上記で説明した通り、角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５より出力された信号から不要信号Ｕ３４、Ｕ３５を除いたセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５の振幅値の半分に相当する電荷量をそれぞれΣΔ変調によりデジタル値に変換したものである。次に、ラッチ回路６７が出力する１ビットデジタル信号Ｓ６８、Ｓ６９が１ビット差分演算部７０に入力され、１ビットデジタル信号Ｓ６８、Ｓ６９の差が演算されて１ビット差分信号Ｓ７０が出力される。ここで、期間Ｐ１での１ビット差分信号Ｓ７０は、一つ前の周期における期間Ｐ２、Ｐ４でラッチされた１ビットデジタル信号Ｓ６８、Ｓ６９の差であり、１ビット差分信号Ｓ７０は、角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５より出力される信号から不要信号Ｕ３４、Ｕ３５を除いた図２Ｂに示すセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５の振幅値を示す。以上の動作により、角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５から出力される正極性信号と負極性信号である一対のセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５が１つの積分部６２で積分されるので、２つの積分部で別々に積分を行う場合よりも個々の積分部の特性による一対の入力信号の積分結果の相対誤差への影響が大きく低減される。これと同様に、ＤＡ変換部４８も一対の入力信号の信号処理に対し同じ１つのＤＡ変換部が用いられる。また、比較部６３でも一対の積分結果を１つの基準電圧と１つの比較器を用いて比較を行うことにより、比較器の特性や基準電圧の変動の比較結果の相対誤差への影響が大きく低減される。上記のように、一対の入力信号を同一の積分部、ＤＡ変換部、比較部を用いて信号処理するようにしているため、複数の各部を用いて信号処理した場合と比べて各部の相対誤差の影響が大きく低減される。
　電源電圧変化や温度変化の影響による各部における基準電圧の変動等の影響も、一対の入力信号に対して同様に加わるため、演算部７３の１ビット差分演算部７０により一対の入力信号の信号処理結果の差を演算することにより、各部における基準電圧の変動等の影響をキャンセルでき、これにより、高精度に一対の入力信号の差をＡＤ変換できる。またそれと同時に、角速度検出素子３０における一対のセンス電極３４、３５より出力されてΣΔ型ＡＤ変換器に入力される一対の入力信号が含んでいる同相ノイズ成分やオフセット成分の影響もキャンセルできる。また、一対の入力信号の差をとる１ビット差分演算とは、比較部の出力信号が値「１」「０」を取る１ビット信号である場合、１ビット差分演算部７０に入力される一対の比較信号の値が「００」「０１」「１０」「１１」の４種類に限られ、差をとった結果もそれぞれ「０」「－１」「１」「０」と予め決まっている。これを利用して、センス回路７４は非常に簡単な回路構成で加減算を行う演算器を用いることなく入力信号に応じた減算処理を行った結果を得ることができる１ビットデジタル演算を実現できる。このように減算処理を行った一対の入力信号を１つの差分信号として得た後にΣΔ型ＡＤ変換で通常必要となるデジタルフィルタによるローパスフィルタリングやデシメーション等の信号処理を行う。
　次に、１ビット差分演算部７０が出力する１ビット差分信号Ｓ７０が補正演算部７１に入力され、１ビット差分信号Ｓ７０に対して所定の補正データを用いて行う補正演算が置換処理により行われる。この補正演算は、上記したように、１ビット差分信号Ｓ７０の値が「０」「１」「－１」の３値に限られることを利用して、所定の補正データの値Ｒに対して、１ビット差分信号Ｓ７０の値「０」」「１」「－１」を「０」「Ｒ」「－１×Ｒ」にそれぞれ置換することにより乗算を実現して信号の補正が可能となる。例えば、補正データの値が「５」である場合に、補正演算部７１に入力される１ビット差分信号Ｓ７０の値「０」「１」「－１」を値「０」「５」「－５」にそれぞれ置換することにより乗算を実現して信号の補正が可能となる。
　これにより、角速度検出素子３０の製造バラツキなどに起因する角速度に対する感度のバラツキや、温度変動による角速度検出素子３０の感度変動を、適切な補正データを設定することにより補正することが可能となる。さらに、デジタルフィルタによりマルチビット信号に変換した後にマルチビット信号は乗算器により乗算され、角速度信号Ｓ２１として出力される。
　次に加速度センサ部２２について、次にその動作を説明する。
　まず、Ｘ軸の方向の加速度を検出する場合の加速度センサ部２２の動作ついて説明する。
　加速度検出素子８０にＸ軸の正方向に加速度が加わると、錘部８８はＺ軸の負方向である下方向に移動し、一方、錘部８７はＺ軸の正方向である上方向に移動する。これにより、梁部８４の上面には引張応力が加わり加速度検出部９２の歪抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値は増加する。また、梁部８３の上面には圧縮応力が加わり、加速度検出部９１の歪抵抗Ｒ２、Ｒ４の抵抗値は減少する。したがって、図５Ａに示すブリッジ回路１０１からはＸ軸の方向に加わる加速度に応じた加速度信号Ｓ２２ｘが出力される。
　次に、Ｙ軸の方向の加速度を検出する場合の加速度センサ部２２の動作について説明する。
　加速度検出素子８０にＹ軸の正方向に加速度が加わると、錘部８９は下方向に移動し、一方、錘部９０は上方向に移動する。これにより、梁部８５の上面には引張応力が加わり加速度検出部９３の歪抵抗Ｒ５、Ｒ７の抵抗値は増加する。また、梁部８６の上面には圧縮応力が加わり、加速度検出部９４の歪抵抗Ｒ６、Ｒ８の抵抗値は減少する。したがって、図５Ｂに示すブリッジ回路１０２からはＹ軸の方向に加わる加速度に応じた加速度信号Ｓ２２ｙが出力される。
　実際にはＸ軸およびＹ軸の２軸の方向の加速度が加速度センサに同時に加わっている。そして、ブリッジ回路１０１から出力されるＸ軸の方向の加速度に対応する出力信号はΔΣ型ＡＤ変換器１０７によりデジタル信号に変換され、同様に、ブリッジ回路１０２からの出力されるＹ軸の方向の加速度に対応する出力信号は、ΔΣ型ＡＤ変換器１０８によりデジタル信号に変換される。加速度検出回路１０９は、ΔΣ型ＡＤ変換器１０７からの出力されるデジタル信号であるＸ軸の方向の加速度に対応するセンサ出力信号と、ΔΣ型ＡＤ変換器１０８から出力されるＹ軸の方向の加速度に対応するセンサ出力信号は、温度センサ１０４から出力される温度情報を基に補正してＸ軸の加速度信号Ｓ２２ｘとＹ軸の加速度信号Ｓ２２ｙとして出力される。
　タイミング制御回路４３は、角速度センサ部２１から出力される角速度信号Ｓ２１と、加速度センサ部２２から出力される加速度信号Ｓ２２ｘ、Ｓ２２ｙと、安定性判定回路１１８から出力される自己診断信号Ｓ１１８とを基にデジタル信号であるセンサ出力信号Ｓ４３を出力する。
　実施の形態における複合センサ１０００に、外部から振動が印加された場合の動作を説明する。
　まず、Ｘ軸の方向の振動を含む機械的外力が複合センサ１０００に印加された場合の動作について説明する。
　印加された機械的外力のうちのＸ軸の方向の外力に応じて加速度センサ部２２は加速度信号Ｓ２２ｘを出力する。加速度信号Ｓ２２ｘはタイミング制御回路４３を介して出力される。加速度信号Ｓ２２ｘはバンドパスフィルター１１６にも入力される。バンドパスフィルター１１６は加速度信号Ｓ２２ｘの所定の通過周波数の成分のみを実質的に通過して信号Ｓ１１６として出力し、通過周波数の成分以外の成分を実質的に通過させずに出力しない。
　角速度センサ部２１の角速度検出素子３０の振動体３１は、駆動電極３２に印加された交流電圧である駆動信号Ｓ３９により振動体３１の駆動方向Ｄｄの共振周波数ｆｄで駆動方向Ｄｄに振動する。駆動方向Ｄｄに振動している状態で角速度が角速度検出素子３０に印加されると、この角速度に起因するコリオリ力Ｆにより振動体３１は駆動方向Ｄｄの振動と同期して検出方向Ｄｔに撓むように振動する。したがって、駆動信号Ｓ３９の周波数である駆動周波数は、振動体３１の駆動方向Ｄｄの共振周波数ｆｄと、コリオリ力Ｆによる振動体３１の検出方向Ｄｔの振動の周波数と同じである。振動体３１の駆動方向Ｄｄにおける機械的振動の共振周波数である駆動周波数は、振動体３１の検出方向Ｄｔの機械的振動の共振周波数である検出周波数と同じとは限らず異なる場合がある。複合センサ１０００に駆動周波数と検出周波数との差である離調周波数の振動が印加されると、角速度検出素子３０の振動体３１の検出方向Ｄｔの振動が影響を受ける。これにより、角速度センサ部２１から出力される角速度信号Ｓ２１が角速度を正確に示さず、誤った角速度信号Ｓ２１が出力される場合がある。例えば、複合センサ１０００に角速度が与えられておらずに離調周波数を有する振動が加わった時には、あたかも角速度が与えられたかのように角速度検出素子３０の振動体３１が検出方向Ｄｔに振動してセンス電極３４、３５からセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５が発生する場合がある。
　例えば、図９に示す従来の角速度センサ５００では、外部から角速度が与えられておらず例えば駆動周波数と検出周波数との差に相当する離調周波数の振動が角速度検出素子１に加わった際に、角速度検出素子１が共振する。そのため、あたかも角速度が与えられたかのごとく角速度検出素子１のセンス電極５、６から出力信号が発生することとなり、不要な信号がセンス回路から発生する。
　バンドパスフィルター１１６が通過させる上記の通過周波数は離調周波数に設定されている。実施の形態では駆動周波数は約３９．８ＫＨｚであり、検出周波数は３８．８ＫＨｚである。したがって離調周波数は約１ＫＨｚである。振幅判定回路１１７はバンドパスフィルター１１６からの出力された信号Ｓ１１６の振幅が所定の閾値以上である場合に、角速度信号Ｓ２１が誤っていることを示す自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力し、信号Ｓ１１６の振幅が上記の閾値より小さい場合に自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力しない。自己診断信号Ｓ１１８により、タイミング制御回路４３は、角速度センサ部２１からの上記の誤った角速度信号Ｓ２１を出力しない。実施の形態では、上記の閾値は１．０ｍ／ｓ２の加速度に相当する加速度信号Ｓ２２ｘの値である。
　図７Ａから図７Ｃはタイミング制御回路４３が出力するセンサ出力信号Ｓ４３を示す。これらの図に示すように、センサ出力信号Ｓ４３は、角速度信号Ｓ２１を示す複数のビットよりなるビットＢ２１と、加速度信号Ｓ２２ｘを示す複数のビットよりなるビットＢ２２ｘと、加速度信号Ｓ２２ｙを示す複数のビットよりなるビットＢ２２ｙと、自己診断信号Ｓ１１８に基づくフラグＢ１１８とを含むマルチビットデジタル信号である。フラグＢ１１８の値は、自己診断信号Ｓ１１８が出力されているときに能動値「１」となり、自己診断信号Ｓ１１８が出力されていないときに非能動値「０」となる。
　離調周波数と異なる周波数の振動が外部から印加されている場合には、バンドパスフィルター１１６はこの振動に起因する加速度信号Ｓ２２ｘを通過させない。そのため、振幅判定回路１１７には自己診断信号Ｓ１１８を出力せず、タイミング制御回路４３は図７Ａに示す非能動値「０」を有するフラグＢ１１８を含むセンサ出力信号Ｓ４３を出力する。すなわち、角速度信号Ｓ２１と加速度信号Ｓ２２ｘ、Ｓ２２ｙの全てが正しい値としてタイミング制御回路４３から出力される。
　タイミング制御回路４３が図７Ａに示すセンサ出力信号Ｓ４３を出力しているときに離調周波数と略同一の周波数の振動が外部から印加されると、バンドパスフィルター１１６は加速度信号Ｓ２２ｘを通過させて信号Ｓ１１６として出力する。信号Ｓ１１６の振幅が所定の閾値以上であるときに、振幅判定回路１１７は自己診断信号Ｓ１１８を出力する。自己診断信号Ｓ１１８に応じて、タイミング制御回路４３はフラグＢ１１８の値を能動値「１」に更新し、センサ出力信号Ｓ４３は図７Ｂに示すようになる。図７Ｂに示すセンサ出力信号Ｓ４３では、少なくとも角速度信号Ｓ２１は誤りである。自己診断信号Ｓ１１８が出力されると、タイミング制御回路４３は図７Ｂに示すセンサ出力信号Ｓ４３は出力せず、自己診断信号Ｓ１１８が出力された直前の図７Ａに示す角速度信号Ｓ２１によるビットＢ２１を維持して図７Ｃに示すセンサ出力信号Ｓ４３を出力する。図７Ｃに示すセンサ出力信号Ｓ４３では、フラグＢ１１８の値が能動値「１」であり、角速度信号Ｓ２１を示すビットＢ２１の値がフラグＢ１１８の値が能動値「１」となる直前の値であることを示す。
　次に、Ｙ軸の方向の振動を含む機械的外力が複合センサ１０００に印加された場合の動作について説明する。
　印加された機械的外力のうちのＹ軸の方向の外力に応じて加速度センサ部２２は加速度信号Ｓ２２ｙを出力する。加速度信号Ｓ２２ｘはタイミング制御回路４３を介して出力される。バンドパスフィルター１１６は加速度信号Ｓ２２ｙの上記所定の通過周波数の成分を通過して信号Ｓ１１６として出力し、通過周波数の成分以外の成分を通過させずに出力しない。振幅判定回路１１７はバンドパスフィルター１１６から出力された信号Ｓ１１６の振幅が所定の閾値以上である場合に、角速度信号Ｓ２１が誤っていることを示す自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力し、信号Ｓ１１６の振幅が上記の閾値より小さい場合に自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力しない。自己診断信号Ｓ１１８により、タイミング制御回路４３は、角速度センサ部２１からの上記の誤った角速度信号Ｓ２１を出力しない。
　このように、実施の形態における複合センサ１０００では、振幅判定回路１１７は加速度信号Ｓ２２ｘ、Ｓ２２ｙの少なくとも一方のバンドパスフィルター１１６の通過周波数の成分の振幅が所定の閾値以上である場合に、角速度信号Ｓ２１が誤っていることを示す自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力し、加速度信号Ｓ２２ｘ、Ｓ２２ｙの双方のバンドパスフィルター１１６の通過周波数の成分の振幅が上記の閾値より小さい場合に自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力しない。
　また、実施の形態における複合センサ１０００では、振幅判定回路１１７は加速度信号Ｓ２２ｘ、Ｓ２２ｙのバンドパスフィルター１１６の通過周波数の成分の振幅の２乗の和が所定の閾値以上である場合に、角速度信号Ｓ２１が誤っていることを示す自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力し、振幅の上記２乗の和が上記の閾値より小さい場合に自己診断信号Ｓ１１８をタイミング制御回路４３に出力しなくてもよい。
　このように、複合センサ１０００に、角速度が与えられておらずに離調周波数を有する振動が加わった時に、あたかも角速度が与えられたかのようにセンス電極３４、３５からセンス信号Ｓ３４、Ｓ３５が発生することに起因して誤った角速度信号Ｓ２１を出力することを、加速度センサ部２２の出力を基に防ぐことができる。
　図１に示すように、タイミング制御回路４３は車両やゲーム機等の機能機器１００１に接続される。機能機器１００１はセンサ出力信号Ｓ４３を受けてセンサ出力信号Ｓ４３が示す角速度や加速度に基づき動作する。図７Ａから図７Ｃに示すセンサ出力信号Ｓ４３は自己診断信号Ｓ１１８によるフラグＢ１１８を含むので、センサ出力信号Ｓ４３のビットＢ２１が正確かどうかを瞬時に判断することができる。
　図７Ｄは実施の形態における複合センサ１０００から出力されるセンサ出力信号Ｓ４３を示す。図７Ｄにおいて図７Ａから図７Ｃに示すセンサ出力信号Ｓ４３と同じ部分には同じ参照番号を付す。図７Ｄに示すセンサ出力信号Ｓ４３は、自己診断信号Ｓ１１８に応じて変わるフラグＢ１１８を含んでいない。角速度信号Ｓ２１が誤っていることを外部に通知する必要がない場合には、センサ出力信号Ｓ４３はフラグＢ１１８を含んでいなくてもよい。
　角速度検出素子３０の振動体３１は離調周波数を有する振動のみならず、検出周波数を有する振動や駆動周波数を有する振動によっても角速度と関係なく振動する。したがって、バンドパスフィルター１１６の通過周波数は駆動周波数に設定されていてもよく、検出周波数であってもよい。これにより、誤った角速度信号Ｓ２１が出力されることを防止することができる。
　図８Ａは実施の形態における他の複合センサ１０００ａのブロック図である。図８Ａにおいて、図１に示す複合センサ１０００と同じ部分には同じ参照番号を付す。図８Ａに示す複合センサ１０００ａは、バンドパスフィルター１１６および振幅判定回路１１７と並列に設けられたバンドパスフィルター１１９ａと振幅判定回路１２０ａをさらに備える。バンドパスフィルター１１９ａと振幅判定回路１２０ａとで安定性判定回路１２１ａを構成する。バンドパスフィルター１１９ａはバンドパスフィルター１１６と同様に、加速度信号Ｓ２２ｘ（Ｓ２２ｙ）の所定の通過周波数を有する成分のみを通過させて信号Ｓ１１９ａとして出力し、この通過周波数を有する成分以外の成分を通過させずに出力しない。振幅判定回路１２０ａは振幅判定回路１１７と同様に、信号Ｓ１１９ａの振幅が所定の閾値以上である場合に自己診断信号Ｓ１１８を出力し、信号Ｓ１１９ａの振幅が所定の閾値より小さい場合に自己診断信号Ｓ１１８を出力しない。バンドパスフィルター１１９ａの通過周波数は駆動周波数に設定される。これにより、離調周波数を有する振動または駆動周波数を有する振動を受けても、タイミング制御回路４３は誤った角速度信号Ｓ２１を出力することを防止できる。バンドパスフィルター１１９ａの通過周波数は検出周波数に設定されていてもよい。もしくはバンドパスフィルター１１６の通過周波数は駆動周波数に設定されて、バンドパスフィルター１１９ａの通過周波数は検出周波数に設定されていてもよく、同様の効果を有する。
　図８Ｂは実施の形態における他の複合センサ１０００ｂのブロック図である。図８Ｂにおいて、図１と図８Ａに示す複合センサ１０００、１０００ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図８Ｂに示す複合センサ１０００ｂは、バンドパスフィルター１１６、１１９ａおよび振幅判定回路１１７、１２０ａと並列に設けられたバンドパスフィルター１１９ｂと振幅判定回路１２０ｂをさらに備える。バンドパスフィルター１１９ｂと振幅判定回路１２０ｂとで安定性判定回路１２１ｂを構成する。バンドパスフィルター１１９ｂはバンドパスフィルター１１６、１１９ａと同様に、加速度信号Ｓ２２ｘ（Ｓ２２ｙ）の所定の通過周波数を有する成分のみを通過させて信号Ｓ１１９ｂとして出力し、この通過周波数を有する成分以外の成分を通過させずに出力しない。振幅判定回路１２０ｂは振幅判定回路１１７、１２０ａと同様に、信号Ｓ１１９ｂの振幅が所定の閾値以上である場合に自己診断信号Ｓ１１８を出力し、信号Ｓ１１９ｂの振幅が所定の閾値より小さい場合に自己診断信号Ｓ１１８を出力しない。バンドパスフィルター１１９ｂの通過周波数は検出周波数に設定される。これにより、離調周波数を有する振動と駆動周波数を有する振動と検出周波数を有する振動を受けても、タイミング制御回路４３は誤った角速度信号Ｓ２１を出力することを防止できる。
　上述のように、角速度検出素子３０は、振動体３１と、駆動信号Ｓ３９を受けて振動体３１を振動させる駆動電極３２と、振動体３１が振動している状態で振動体３１に印加された角速度に応じてセンス信号Ｓ３４（Ｓ３５）を出力するセンス電極３４（３５）と、振動体３１の振動に応じたモニタ信号Ｓ３７を出力するモニタ電極３３とを有する。ドライブ回路４０は、モニタ信号Ｓ３７に基づき角速度検出素子３０の駆動電極３２に駆動信号Ｓ３９を入力する。センス回路７４は、センス信号Ｓ３４（Ｓ３５）に基づいて、角速度を示す角速度信号Ｓ２１を出力する。加速度検出回路１０９は、加速度検出素子８０から出力された信号に基づいて、加速度を示す加速度信号Ｓ２２ｘを出力する。バンドパスフィルター１１６には加速度信号Ｓ２２ｘが入力される。振幅判定回路１１７は、バンドパスフィルター１１６から出力された信号Ｓ１１６の振幅に応じて角速度信号Ｓ２１が無効か否かを判定する。タイミング制御回路４３は、角速度信号Ｓ２１（ビットＢ２１）と加速度信号Ｓ２２ｘ（ビットＢ２２ｘ）とを含むセンサ出力信号Ｓ４３を出力する。
　振幅判定回路１１７は、信号Ｓ１１６の振幅が所定の閾値以上であるときに角速度信号Ｓ２１が無効であると判定するように構成されていてもよい。この場合、振幅判定回路１１７は、信号Ｓ１１６の振幅が所定の閾値より小さいときに角速度信号Ｓ２１が無効でないと判定するように構成されている。
　駆動電極３２は駆動信号Ｓ３９を受けて駆動周波数で振動体３１を振動させる。振動体３１は駆動周波数と異なる検出周波数の共振周波数を有していてもよい。この場合、バンドパスフィルター１１６は加速度信号Ｓ２２ｘの所定の通過周波数を有する成分のみを実質的に通過させて信号Ｓ１１６として出力してもよい。バンドパスフィルター１１６の所定の通過周波数は、駆動周波数と検出周波数との差である離調周波数であってもよい。
　バンドパスフィルター１１９ａには加速度信号Ｓ２２ｘが入力される。振幅判定回路１２０ａは、バンドパスフィルター１１９ａから出力された信号Ｓ１１９ａの振幅に応じて角速度信号Ｓ２１が無効か否かを判定する。この場合、バンドパスフィルター１１９ａは加速度信号Ｓ２２ｘの所定の通過周波数と異なる通過周波数を有する成分のみを実質的に通過させて信号Ｓ１１９ａとして出力する。
　振幅判定回路１１７が角速度信号Ｓ２１は無効であると判定すると、タイミング制御回路４３は角速度信号Ｓ２１が無効であると判定した直前の角速度信号Ｓ２１の値を維持してもよい。この場合、センサ出力信号Ｓ４３は角速度センサ信号の維持された値を含んでいてもよい。
　センサ出力信号Ｓ４３は、角速度信号Ｓ２１が無効か否かを示す自己診断信号Ｓ１１８（フラグＢ１１８）をさらに含んでいてもよい。
　タイミング制御回路４３は角速度信号Ｓ２１が無効か否かを示す自己診断信号Ｓ１１８（フラグＢ１１８）を出力してもよい。
２１　　角速度センサ部
３２　　駆動電極
３３　　モニタ電極
３４，３５　　センス電極
３０　　角速度検出素子
１０９　　加速度検出回路
８０　　加速度検出素子
４０　　ドライブ回路
７４　　センス回路
４３　　タイミング制御回路
１１６，１１９ａ，１１９ｂ　　バンドパスフィルター
１１７，１２０ａ，１２０ｂ　　振幅判定回路
１１８，１２１ａ，１２１ｂ　　安定性判定回路
１０００，１０００ａ，１０００ｂ　　複合センサ

Claims (8)

  1. 　　　振動体と、
    　　　駆動信号を受けて前記振動体を振動させる駆動電極と、
    　　　前記振動体が振動している状態で前記振動体に印加された角速度に応じてセンス信号を出力するセンス電極と、
    　　　前記振動体の振動に応じたモニタ信号を出力するモニタ電極と、
    を有する角速度検出素子と、
    前記モニタ信号に基づき前記角速度検出素子の前記駆動電極に前記駆動信号を入力するドライブ回路と、
    前記センス信号に基づいて、前記角速度を示す角速度信号を出力するセンス回路と、
    印加された加速度に応じた信号を出力する加速度検出素子と、
    前記加速度検出素子から出力された前記信号に基づいて、前記加速度を示す加速度信号を出力する加速度検出回路と、
    前記加速度信号が入力される第１のバンドパスフィルターと、
    前記第１のバンドパスフィルターから出力された第１の信号の振幅に応じて前記角速度信号が無効か否かを判定する第１の振幅判定回路と、
    前記角速度信号と前記加速度信号とを含むセンサ出力信号を出力するタイミング制御回路と、
    を備えた複合センサ。
  2. 前記第１の振幅判定回路は、
    　　　前記第１の信号の前記振幅が所定の閾値以上であるときに前記角速度信号が無効であると判定し、
    　　　前記第１の信号の前記振幅が前記所定の閾値より小さいときに前記角速度信号が無効でないと判定する、
    ように構成されている、請求項１に記載の複合センサ。
  3. 前記駆動電極は前記駆動信号を受けて駆動周波数で前記振動体を振動させ、
    前記振動体は前記駆動周波数と異なる検出周波数の共振周波数を有し、
    前記第１のバンドパスフィルターは前記加速度信号の第１の所定の通過周波数を有する成分のみを実質的に通過させて前記第１の信号として出力し、
    前記第１のバンドパスフィルターの前記第１の所定の通過周波数は、前記駆動周波数と前記検出周波数との差である離調周波数である、請求項１または２に記載の複合センサ。
  4. 前記加速度信号が入力される第２のバンドパスフィルターと、
    前記第２のバンドパスフィルターから出力された第２の信号の振幅に応じて前記角速度信号が無効か否かを判定する第２の振幅判定回路と、
    をさらに備え、
    前記第２のバンドパスフィルターは前記加速度信号の前記第１の所定の通過周波数と異なる第２の通過周波数を有する成分のみを実質的に通過させて前記第２の信号として出力する、請求項３に記載の複合センサ。
  5. 前記駆動電極は前記駆動信号を受けて駆動周波数で前記振動体を振動させ、
    前記振動体は前記駆動周波数と異なる検出周波数の共振周波数を有し、
    前記第１のバンドパスフィルターは前記加速度信号の第１の所定の通過周波数を有する成分のみを実質的に通過させて前記第１の信号として出力し、
    前記第１のバンドパスフィルターの前記第１の所定の通過周波数は、前記検出周波数または前記駆動周波数である、請求項１または２に記載の複合センサ。
  6. 前記加速度信号が入力される第２のバンドパスフィルターと、
    前記第２のバンドパスフィルターから出力された第２の信号の振幅に応じて前記角速度信号が無効か否かを判定する第２の振幅判定回路と、
    をさらに備え、
    前記第２のバンドパスフィルターは前記加速度信号の前記第１の所定の通過周波数と異なる第２の通過周波数を有する成分のみを実質的に通過させて前記第２の信号として出力する、請求項５に記載の複合センサ。
  7. 前記第１の振幅判定回路が前記角速度信号は無効であると判定すると、前記タイミング制御回路は前記角速度信号が無効であると判定した直前の前記角速度信号の値を維持し、
    前記センサ出力信号は前記角速度信号の前記維持された値を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の複合センサ。
  8. 前記センサ出力信号は、前記角速度信号が無効か否かを示す自己診断信号をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の複合センサ。
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