JP2002040047A - 容量型物理量検出センサ - Google Patents

容量型物理量検出センサ

Info

Publication number
JP2002040047A
JP2002040047A JP2000224085A JP2000224085A JP2002040047A JP 2002040047 A JP2002040047 A JP 2002040047A JP 2000224085 A JP2000224085 A JP 2000224085A JP 2000224085 A JP2000224085 A JP 2000224085A JP 2002040047 A JP2002040047 A JP 2002040047A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
diagnosis
self
signal
drive clock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000224085A
Other languages
English (en)
Inventor
Masanori Aoyama
正紀 青山
Shigenori Yamauchi
重徳 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2000224085A priority Critical patent/JP2002040047A/ja
Priority to US09/901,606 priority patent/US6483322B2/en
Priority to DE10135943A priority patent/DE10135943B8/de
Publication of JP2002040047A publication Critical patent/JP2002040047A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自己診断時にも、ＳＣＦ回路のカットオフ周
波数がずれないようにする。 【解決手段】 制御信号発生回路２４が発生させるサン
プルホールド回路２３ａの駆動クロック（信号Ｓ２）
と、ＳＣＦ回路２３ｂの駆動クロック（信号Ｆ１）とが
異なる信号となるようにし、ＳＣＦ回路２３ｂの駆動ク
ロックが自己診断でない通常動作時と自己診断時におい
て同じ周期となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチトキャパ
シタフィルタ回路（以下、ＳＣＦ回路という）を備えた
容量型力学量検出センサに関するもので、特に加速度セ
ンサに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体式の加速度センサ等におい
ては、システムのコストダウンのため、センサ出力の信
号処理を行う信号処理回路内にフィルタ機能を内蔵させ
ることが要求されている。そして、フィルタのカットオ
フ周波数として１００〜１０ｋＨｚの低周波数領域が求
められている。これは、必要な加速信号がＤＣ（周波数
ゼロ）〜数百Ｈｚであるのに対し、センサ取付け部品の
構造の共振点が数百〜数ｋＨｚに現われるため、その信
号成分を除去する必要があるからである。このため、信
号処理回路に内蔵させた際に小面積で済み、かつ低周波
数領域が得られるフィルタとして、ＳＣＦ回路が採用さ
れている。
【０００３】このＳＣＦ回路は、ＣＭＯＳトランジスタ
を利用したアナログスイッチとオペアンプから構成され
ており、主にＣＭＯＳ工程で製造される。そして、構成
される容量の比とスイッチを制御するクロック信号の周
波数に基づいてカットオフ周波数が制御される。
【０００４】このようなＳＣＦ回路を内蔵する信号処理
回路において、センサ出力の検出のための制御信号が必
要とされる場合（例えば容量式のセンサにおいてＳＣＦ
回路を用いる場合やアナログ電圧のサンプルホールド回
路を要する場合等）、ＳＣＦ回路の駆動クロックと制御
信号とを同期させた構成とするのが一般的である。これ
は、互いの制御が非同期であると、相互のクロックノイ
ズによってセンサが誤作動したり、センサの検出精度が
悪化したりするためである。そして、異なる信号を別々
に出力させると回路が複雑化するし、端子数や配線数が
余分に必要になることから、ＳＣＦ回路の駆動クロック
と上記制御信号とに同一信号が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは先の特願
平１０−１８５０８３号において、正確なセンサ出力が
成されているか否かを診断する自己診断機能を備えたセ
ンサの出願を行っている。このセンサの全体構成を図６
に示す。
【０００６】このセンサは、可動電極１０１ａ、１０１
ｂ及び固定電極１０２ａ、１０２ｂを備えたセンサエレ
メント１１０と、可動電極１０１ａ、１０１ｂと固定電
極１０２ａ、１０２ｂによる作動容量の変化に基づいて
加速度を検出する検出回路１２０とを有した構成となっ
ている。検出回路１２０にはＣ−Ｖ変換回路１２１、ス
イッチ回路１２２、サンプルホールド回路１２３、ＳＣ
Ｆ回路１２４、及び各駆動クロックを発生させる制御信
号発生回路１２５が備えられ、Ｃ−Ｖ変換回路１２１に
よって可動電極１０１ａ、１０１ｂと固定電極１０２
ａ、１０２ｂからなる差動容量の変化を電圧に変換した
のち、サンプルホールド回路１２３によってセンサ出力
をサンプリングし、ＳＣＦ回路１２４によってセンサ出
力のフィルタリングを行うように構成されている。
【０００７】このように構成されたセンサにおける自己
診断方法を図７に示すタイミングチャートに基づいて説
明する。なお、信号Ｓｃｌｋ及びＳＪｃｌｋは自己診断
指令信号であり、Ｓｃｌｋが自己診断でない時（通常
時）の信号、ＳＪｃｌｋが自己診断時の信号を示してい
る。このうち、ＰＷ１とＰＷ２は各固定電極１０２ａ、
１０２ｂへの電圧印加タイミングを示す信号、ＳＴはス
イッチ回路１２２の切替えタイミング、つまりＣ−Ｖ変
換回路１２１に備えられたオペアンプ１２１ａの非反転
入力端子に入力される電圧の切替えタイミングを示す信
号、Ｓ１はＣ−Ｖ変換回路１２１のスイッチ１２１ｂ、
Ｓ２はサンプルホールド回路１２３の制御信号、Ｆ１は
ＳＣＦ回路１２４の駆動クロックを示している。
【０００８】図７に示すように、自己診断時には固定電
極１０２ａ、１０２ｂへの電圧印加タイミングやオペア
ンプ１２１ａの非反転入力端子への印加電圧の切替えタ
イミング、及びそれに伴ってＣ−Ｖ変換回路１２１のス
イッチ１２１ｂの切替えタイミングやサンプルホールド
回路１２３の制御信号を自己診断でない時から変化さ
せ、可動電極１０１ａ、１０１ｂと固定電極１０２ａ、
１０２ｂとの間に静電気力を与えて強制的に可動電極１
０１ａ、１０１ｂを変位させることで、得られたセンサ
出力と可動電極１０１ａ、１０１ｂの変位分に応じたセ
ンサ出力とを比較し、自己診断を行っている。このた
め、自己診断専用のパッドを必要とすることなく自己診
断を実施でき、かつ、静電引力を発生するための専用電
極も必要がないため、センサが形成される半導体基板の
面積の縮小を図ることができる。
【０００９】このような構成のセンサにおいては、上述
した理由により、ＳＣＦ回路１２４の駆動クロックとサ
ンプルホールド回路１２３の制御信号とが同一信号とさ
れる。
【００１０】しかしながら、ＳＣＦ回路１２４の駆動ク
ロックとサンプルホールド回路１２３の制御信号とを同
一信号とした場合、自己診断時にサンプルホールド回路
１２３の制御信号を変化させると、ＳＣＦ回路１２４の
駆動クロックも変化してしまい、ＳＣＦ回路１２４のカ
ットオフ周波数がずれてしまうという問題がある。
【００１１】このようにＳＣＦ回路１２４のカットオフ
周波数がずれてしまうと、ＳＣＦ回路１２４内に備えら
れたコンデンサによる時定数が大きくなり、ＳＣＦ回路
１２４の安定化までに時間がかかり、十分なフィルタリ
ング機能が得られなくなる。
【００１２】本発明は上記点に鑑みて、自己診断時にも
ＳＣＦ回路のカットオフ周波数がずれないようにするこ
とを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至５に記載の発明では、物理量の変化に
応じて変位する可動電極（１ａ、１ｂ）と、可動電極に
対向して配置された固定電極（２ａ、２ｂ）と、自己診
断でない通常動作時には容量変化を検出するための信号
を可動電極と固定電極との間に周期的に印加し、自己診
断時には容量変化を検出するための信号に加えて、自己
診断を行うために可動電極を変位させるための信号を可
動電極と固定電極との間に周期的に印加する信号印加手
段（２２、２４）と、容量変化を検出するための信号が
可動電極と固定電極との間に印加されているときに、可
動電極と固定電極からなる容量の変化に応じた電圧を出
力するＣ−Ｖ変換回路（２１）と、Ｃ−Ｖ変換回路の出
力電圧を信号処理して物理量の変化に応じた信号を出力
する信号処理回路（２３）とを備え、信号処理回路は、
Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧をフィルタリングするスイッ
チトキャパシタフィルタ回路（２３ｂ）を有し、該スイ
ッチトキャパシタフィルタ回路の駆動クロックが自己診
断でない通常動作時と自己診断時において同じ周期とな
っていることを特徴としている。
【００１４】このように、スイッチトキャパシタフィル
タ回路の駆動クロックとして、通常の加速度検出時と自
己診断時とで周期が変化しない信号を用いれば、スイッ
チトキャパシタフィルタ回路のカットオフ周波数が変化
することはない。このため、通常の加速度検出と異なる
周期の信号に基づいて自己診断を行っても、スイッチト
キャパシタフィルタ回路のカットオフ周波数がずれてし
まわず、要望される周波数領域の出力を正確に得ること
ができる。
【００１５】この場合、請求項２に示すように、信号処
理回路に、Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧をサンプリングす
るサンプルホールド回路（２３ａ）が備えられる場合、
自己診断時におけるサンプルホールド回路の駆動クロッ
クが、スイッチトキャパシタフィルタ回路の駆動クロッ
クと異なるものとなる。
【００１６】つまり、請求項３に示すように、サンプル
ホールド回路の駆動クロックとして、自己診断でない通
常動作時と自己診断時において異なる周期のものが用い
られる場合に、請求項１に記載の発明を適用すると好適
である。
【００１７】請求項４に記載の発明においては、スイッ
チトキャパシタフィルタ回路の駆動クロックを発生させ
ると共に、サンプルホールド回路の駆動クロックを発生
させる制御信号発生回路（２４）を有し、該制御信号発
生回路には、スイッチトキャパシタフィルタ回路の駆動
クロックとサンプルホールド回路の駆動クロックとの同
期を取る手段（２４ｄ）が備えられていることを特徴と
している。
【００１８】このように、スイッチトキャパシタフィル
タ回路の駆動クロックとサンプルホールド回路の駆動ク
ロックとの同期を取れば、スイッチトキャパシタフィル
タ回路が他の回路の駆動クロックと同期して制御され
る。このため、ノイズによってスイッチトキャパシタフ
ィルタ回路と他の回路との制御タイミングがずれてしま
う等の影響を受けないようにできる。
【００１９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【００２０】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の第１実
施形態にかかるＳＣＦ回路を備えた半導体式容量型加速
度センサの全体構成を図１に示す。以下、図１に基づい
て加速度センサの構成を説明する。
【００２１】加速度センサは、可動電極１ａ、１ｂ及び
固定電極２ａ、２ｂを備えたセンサエレメント１０と、
可動電極１ａ、１ｂと固定電極２ａ、２ｂによる差動容
量の変化に基づいて加速度を検出する検出回路２０とを
有した構成となっている。
【００２２】センサエレメント１０は梁構造体を有する
構造となっており、この梁構造体によって可動電極１
ａ、１ｂ及び固定電極２ａ、２ｂが構成されている。そ
して、対向配置された可動電極１ａ及び固定電極２ａと
可動電極１ｂ及び固定電極２ｂとによって差動の容量を
構成し、各固定電極２ａ、２ｂに対して互いに反転する
電圧を周期的に印加することで、可動電極１ａ、１ｂの
変位に応じた差動容量変化に基づく加速度検出が行われ
る。
【００２３】一方、検出回路２０には、Ｃ−Ｖ変換回路
２１、スイッチ回路２２、信号処理回路２３、及び制御
信号発生回路２４が備えられている。
【００２４】Ｃ−Ｖ変換回路２１は、可動電極１ａ、１
ｂと固定電極２ａ、２ｂからなる差動容量の変化を電圧
に変換するもので、オペアンプ２１ａ、コンデンサ２１
ｂ、スイッチ２１ｃとを有した構成となっている。オペ
アンプ２１ａの反転入力端子は可動電極１ａ、１ｂに接
続されており、反転入力端子と出力端子との間には、コ
ンデンサ２１ｂ及びスイッチ２１ｃが並列に接続されて
いる。スイッチ２１ｃは制御信号発生回路２４からの信
号Ｓ１によって駆動されるようになっており、オペアン
プ２１ａの非反転入力端子にはスイッチ回路２２を介し
て、固定電極２ａ、２ｂに印加された電圧の半分の電圧
（すなわち中点電圧、本実施形態の場合には２．５Ｖ）
と、この中点電圧とは異なる電圧（本実施形態の場合に
は４Ｖ）のいずれかが入力されるようになっている。
【００２５】スイッチ回路２２は、Ｃ−Ｖ変換回路２１
におけるオペアンプ２１ａの非反転入力端子に、図示し
ないそれぞれの電圧源からの電圧を入力するもので、ス
イッチ２２ａとスイッチ２２ｂとから構成されている。
これら各スイッチ２２ａ、２２ｂは、制御信号発生回路
２４からの信号Ｓｔに基づいて駆動され、一方が閉じて
いる時には他方が開くようになっている。
【００２６】信号処理回路２３は、サンプルホールド回
路２３ａとＳＣＦ回路２３ｂとを有した構成となってい
る。サンプルホールド回路２３ａは、制御信号発生回路
２４からの信号Ｓ２に基づいて駆動され、Ｃ−Ｖ変換回
路２１の出力をサンプリングして一定期間保持する。Ｓ
ＣＦ回路２３ｂは、制御信号発生回路２４からの信号Ｆ
１に基づいて駆動され、サンプルホールド回路２３ａの
出力電圧から所定の周波数帯域の成分のみを取り出して
加速度信号として出力する。
【００２７】制御信号発生回路２４は、固定電極２ａ、
２ｂへの電圧印加タイミングを示す信号（搬送波）ＰＷ
１、ＰＷ２、スイッチ回路２２のスイッチの切替えタイ
ミングを示す信号Ｓｔ、スイッチ２１ｃの切替えタイミ
ングＳ１、サンプルホールド回路２３ａの制御信号Ｓ
２、ＳＣＦ回路２３ｂの駆動クロック信号Ｆ１を出力す
る。この制御信号発生回路２４が発生させる各種信号の
うち、信号ＰＷ１、ＰＷ２、Ｓｔ、Ｓ１、Ｓ２は、通常
の加速度検出時（自己診断でない時）と自己診断時とで
周期が変化し、信号Ｆ１は、通常の加速度検出時と自己
診断時とで周期が変化しないようになっている。なお、
以下の説明では、通常の加速度検出時と自己診断時とで
周期が変化する信号を信号Ｓｃｌｋ／ＳＪｃｌｋとして
表し、周期が変化しない信号を信号Ｆｃｌｋで表すこと
にする。ただし、信号Ｓｃｌｋは通常加速度検出時の信
号を意味し、信号ＳＪｃｌｋは自己診断時の信号を意味
するものとする。
【００２８】図２に、制御信号発生回路２４の詳細を示
す。この図に示すように、制御信号発生回路２４には、
基本発振回路２４ａ、通常用カウンタ２４ｂ、外部から
の自己診断指令信号が入力される自己診断用カウンタ２
４ｃ、及び同期用フリップフロップ回路２４ｄが備えら
れている。このような構成により、基本発振回路２４ａ
によって基準クロックが形成されると、通常用カウンタ
２４ｂによって信号Ｆｃｌｋが形成されると共に、自己
診断用カウンタ２４ｃによって信号Ｓｃｌｋ／ＳＪｃｌ
ｋが形成され、これら各信号が同期用フリップフロップ
回路２４ｄによって同期されたのち各部に出力されるよ
うになっている。すなわち、通常用カウンタ２４ｂで
は、通常の加速度検出時と自己診断時とで共に周期が変
化しない信号Ｆｃｌｋを発生させており、自己診断用カ
ウンタ２４ｃでは、通常の加速度検出時に加速度検出用
の信号Ｓｃｌｋを発生させると共に、自己診断時に自己
診断指令信号に基づいて自己診断用の信号ＳＪｃｌｋを
発生させる。
【００２９】このように構成された加速度センサの作動
について、図３、図４、図５に示す信号波形図を参照し
て説明する。なお、図３は、通常の加速度検出時と自己
診断時の双方の信号波形を示したものであり、図４は、
通常の加速度検出時における信号波形を拡大したもので
ある。また、図５は、自己診断時における信号波形を詳
細に示したものである。
【００３０】最初に、図４に基づいて通常の加速度検出
時における作動を説明する。なお、図４中には示してい
ないが、通常の加速度検出時には信号Ｓｔはローレベル
（Ｌｏｗ）となり、オペアンプ２１ａの非反転入力端子
に中点電圧（本実施形態の場合は２．５Ｖ）が印加さ
れ、可動電極１ａ、１ｂが中点電圧とされる。
【００３１】制御信号発生回路２４から出力される信号
ＰＷ１、ＰＷ２は互いに電圧レベルが反転した振幅Ｖ
（本実施形態の場合は５Ｖ）を有する信号となってお
り、４つの期間ｔ１〜ｔ４でハイレベル（Ｈｉ）とロー
レベル（Ｌｏｗ）が変化する一定振幅の矩形波信号とな
っている。
【００３２】まず、第１の期間ｔ１では、信号ＰＷ１、
ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位がＶ、固定電極２
ｂの電位が０にされると共に、制御信号発生回路２４か
らの信号Ｓ１によりスイッチ２１ｃが閉じられる。この
ため、オペアンプ２１ａの働きにより可動電極１ａ、１
ｂがＶ／２の電位にバイアスされると共に、帰還容量と
なるコンデンサ２１ｂの電極間に蓄えられた電荷が放電
される。
【００３３】このとき、仮に可動電極１ａと固定電極２
ａとの間の容量Ｃ１と、可動電極１ｂと固定電極２ｂと
の間の容量Ｃ２とが、Ｃ１＞Ｃ２の関係となっている場
合には、この関係と固定電極２ａ、２ｂに印加される電
位の関係とから、可動電極１ａ、１ｂは負の電荷が多い
状態になる。
【００３４】次に、第２の期間ｔ２では、信号ＰＷ１、
ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位がＶ、固定電極２
ｂの電位が０にされると共に、制御信号発生回路２４か
らの信号Ｓ１によりスイッチ２１ｃが開かれる。このた
め、可動電極１ａ、１ｂの状態に応じた電荷がコンデン
サ２１ｂに蓄えられる。そして、このときコンデンサ２
１ｂに蓄えられた電荷に応じた電圧値がＣ−Ｖ変換回路
２１から出力されると、信号Ｓ２に基づきサンプルホー
ルド回路２３ａによってＣ−Ｖ変換回路２１の出力電圧
がサンプリングされる。
【００３５】続いて、第３の期間ｔ３では、信号ＰＷ
１、ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位が０、固定電
極２ｂの電位がＶとなるように電位が入れ替えられると
共に、制御信号発生回路２４からの信号Ｓ１によりスイ
ッチ２１ｃが開かれたままにされる。
【００３６】このとき、可動電極１ａ、１ｂの電荷の状
態は信号ＰＷ１、ＰＷ２の反転により、第２の期間ｔ２
と逆になる。すなわち、上述したようにＣ１＞Ｃ２の関
係を満たす場合には、固定電極２ａ、２ｂへの印加電位
の反転により、可動電極１ａ、１ｂは正の電荷が多い状
態になる。
【００３７】しかしながら、このとき、可動電極１ａ、
１ｂとコンデンサ２１ｂとの間が閉回路となっており、
第１の期間ｔ１の電荷量が保存されているため、可動電
極１ａ、１ｂの電荷量のバランスから溢れ出した電荷が
コンデンサ２１ｂに移動して蓄えられる。そして、Ｑ＝
ＣＶの関係から、移動してきた電荷量に比例すると共に
コンデンサ２１ｂの容量Ｃに反比例した電圧値がＣ−Ｖ
変換回路２１から出力される。
【００３８】さらに、第４の期間ｔ４、すなわち信号Ｐ
Ｗ１、ＰＷ２に基づいて固定電極２ａの電位が０、固定
電極２ｂの電位がＶにしたのちＣ−Ｖ変換回路２１の出
力が十分に安定すると、信号Ｓ２に基づきサンプルホー
ルド回路２３ａによってＣ−Ｖ変換回路２１の出力電圧
がサンプリングされる。
【００３９】そして、最終的に、第２の期間ｔ２にサン
プリングされた電圧値と第４の期間ｔ４にサンプリング
された電圧値とがサンプルホールド回路２３ａ差動演算
されたのち出力される。これにより、サンプルホールド
回路２３ａでのサンプリング時に発生するＴｒのスイッ
チングノイズの温度特性やオペアンプの１／ｆノイズ、
オペアンプのオフセット電圧と温度特性などがキャンセ
ルされた出力が得られ、この出力に基づいて可動電極１
ａ、１ｂの変位に応じた加速度検出が行われる。
【００４０】次に、図５に基づいて自己診断時における
作動を説明する。
【００４１】自己診断時には、制御信号発生回路２４に
自己診断指令信号が入力され、自己診断用カウンタ２４
ｃにて、信号Ｓｃｌｋよりも長い周期の信号ＳＪｃｌｋ
が形成される。
【００４２】まず、信号ＰＷ１及び信号ＰＷ２に基づい
て固定電極２ａと固定電極２ｂとの間に電位差が形成さ
れる。また、信号Ｓｔに基づいてスイッチ回路２２のス
イッチ２２ａが開、スイッチ２２ｂが閉とされ、オペア
ンプ２１ａに固定電極２ａ、２ｂの中点電圧とは異なる
電圧（本実施形態では４Ｖ）が印加される。
【００４３】これにより、可動電極１ａと固定電極２ａ
との間の電位差（１Ｖ）よりも可動電極１ｂと固定電極
２ｂとの間の電位差（４Ｖ）の方が大きくなり、静電気
力が増大するのため、この静電気力によって可動電極１
ａ、１ｂが強制的に中心点から移動させられる。
【００４４】このとき、静電気力によって可動電極１
ａ、１ｂの変位量が十分となり、後述する可動電極１
ａ、１ｂの変位量検出時にその変位量が十分に検出でき
るように、スイッチ回路２２の駆動信号Ｓｔの周期を設
定し、静電気力を発生させる時間を制御している。
【００４５】信号Ｓｔに基づいてスイッチ回路２２によ
るスイッチ切替えが行われ、通常の加速度検出時と同様
に、オペアンプ２１ａの非反転入力端子に固定電極２
ａ、２ｂの中点電圧が印加されるようにする。
【００４６】この後、上記した通常の加速度検出と同様
の作動を行い、可動電極１ａ、１ｂの変位量に応じた出
力を得る。このとき、上記静電気力による可動電極１
ａ、１ｂの変位量はオペアンプ２１ａの非反転入力端子
に印加される電圧によって一義的に決まるため、可動電
極１ａ、１ｂの変位量に応じた出力も一義的に決まって
おり、得られた出力と一義的に決まっている出力とを比
較することによって自己診断が行える。
【００４７】この自己診断において、本実施形態では信
号Ｓ１と信号Ｆ１とを同一信号とせず、信号Ｆ１は通常
の加速度検出時と自己診断時とで周期が変化しない信号
としているため、ＳＣＦ回路２３ｂのカットオフ周波数
が変化することはない。
【００４８】つまり、フィルタ定数は基本クロック１周
期に相当する基本周波数をＡとすると、通常の加速度検
出時も自己診断時にも共に係数Ｚ倍のカットオフ周波数
（ｆｃ＝ＺＡ［Ｈｚ］）に設定されており、自己診断時
に固定電極２ａ、２ｂへの電圧印加タイミングを示す搬
送波（信号ＰＷ１、ＰＷ２）の周期が長くなっても変化
していない。
【００４９】このため、通常の加速度検出と異なる周期
の信号に基づいて自己診断を行っても、ＳＣＦ回路２３
ｂのカットオフ周波数がずれてしまわず、ＳＣＦ回路２
３ｂ内のコンデンサによる時定数が大きくなることもな
いため、ＳＣＦ回路２３ｂの安定化に時間がかからな
い。従って、ＳＣＦ回路２３ｂによって十分なフィルタ
リング機能が得られ、要望される周波数領域の出力を正
確に得ることができる。
【００５０】また、同期用フリップフロップ回路２４ｄ
によって信号Ｆｃｌｋと信号Ｓｃｌｋ／ＳＪｃｌｋとの
同期を取っているため、ＳＣＦ回路２３ｂが他の回路の
駆動クロックと同期して制御される。このため、ノイズ
によってＳＣＦ回路２３ｂと他の回路との制御タイミン
グがずれてしまう等の影響を受けないようにできる。
【００５１】（他の実施形態）上記実施形態では容量型
物理量検出センサとして加速度センサを例に挙げて説明
したが、それ以外のセンサ、例えば圧力センサやヨーレ
ートセンサにも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における加速度センサの
全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す制御信号発生回路２４の具体的な構
成を示す図である。
【図３】図１に示す加速度センサの作動時における各部
のタイミングチャートを示した図である。
【図４】図２に示すタイミングチャートのうち通常の加
速度検出時を拡大した図である。
【図５】自己診断時の詳細なタイミングチャートを示し
た図である。
【図６】従来の加速度センサの全体構成を示す図であ
る。
【図７】図６に示す加速度センサの作動時における各部
のタイミングチャートを示した図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…可動電極、２ａ、２ｂ…固定電極、１０…
センサエレメント、２１…Ｃ−Ｖ変換回路、２２…スイ
ッチ回路、２３…信号処理回路、２３ａ…サンプルホー
ルド回路、２３ｂ…ＳＣＦ回路、２４…制御信号発生回
路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物理量の変化に応じて変位する可動電極
    （１ａ、１ｂ）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（２ａ、２
    ｂ）と、 自己診断でない通常動作時には容量変化を検出するため
    の信号を前記可動電極と前記固定電極との間に周期的に
    印加し、自己診断時には前記容量変化を検出するための
    信号に加えて、自己診断を行うために前記可動電極を変
    位させるための信号を前記可動電極と前記固定電極との
    間に周期的に印加する信号印加手段（２２、２４）と、 前記容量変化を検出するための信号が前記可動電極と前
    記固定電極との間に印加されているときに、前記可動電
    極と前記固定電極からなる容量の変化に応じた電圧を出
    力するＣ−Ｖ変換回路（２１）と、 前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を信号処理して前記物理
    量の変化に応じた信号を出力する信号処理回路（２３）
    とを備え、 前記信号処理回路は、前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を
    フィルタリングするスイッチトキャパシタフィルタ回路
    （２３ｂ）を有し、該スイッチトキャパシタフィルタ回
    路の駆動クロックが前記自己診断でない通常動作時と前
    記自己診断時において同じ周期となっていることを特徴
    とする容量型物理量検出センサ。
  2. 【請求項２】 前記信号処理回路は、前記Ｃ−Ｖ変換回
    路の出力電圧をサンプリングするサンプルホールド回路
    （２３ａ）を有し、 前記自己診断時における前記サンプルホールド回路の駆
    動クロックは、前記スイッチトキャパシタフィルタ回路
    の駆動クロックと異なるものであることを特徴とする請
    求項１に記載の容量型物理量検出センサ。
  3. 【請求項３】 前記信号処理回路は、前記Ｃ−Ｖ変換回
    路の出力電圧をサンプリングするサンプルホールド回路
    （２３ａ）を有し、 前記サンプルホールド回路の駆動クロックは、前記自己
    診断でない通常動作時と前記自己診断時において異なる
    周期となっていることを特徴とする請求項１に記載の容
    量型物理量検出センサ。
  4. 【請求項４】 前記スイッチトキャパシタフィルタ回路
    の駆動クロックを発生させると共に、前記サンプルホー
    ルド回路の駆動クロックを発生させる制御信号発生回路
    （２４）を有し、該制御信号発生回路には、前記スイッ
    チトキャパシタフィルタ回路の駆動クロックと前記サン
    プルホールド回路の駆動クロックとの同期を取る手段
    （２４ｄ）が備えられていることを特徴とする請求項２
    又は３に記載の容量型物理量検出センサ。
  5. 【請求項５】 前記制御信号発生回路には、前記自己診
    断でない通常動作時と前記自己診断時において異なる周
    期の信号を発生させる自己診断用カウンタ（２４ｃ）が
    備えられていることを特徴とする容量型物理量検出セン
    サ。
JP2000224085A 2000-07-25 2000-07-25 容量型物理量検出センサ Pending JP2002040047A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000224085A JP2002040047A (ja) 2000-07-25 2000-07-25 容量型物理量検出センサ
US09/901,606 US6483322B2 (en) 2000-07-25 2001-07-11 Capacitive physical quantity sensor
DE10135943A DE10135943B8 (de) 2000-07-25 2001-07-24 Kapazitiver Sensor für eine physikalische Grösse

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000224085A JP2002040047A (ja) 2000-07-25 2000-07-25 容量型物理量検出センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002040047A true JP2002040047A (ja) 2002-02-06

Family

ID=18718104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000224085A Pending JP2002040047A (ja) 2000-07-25 2000-07-25 容量型物理量検出センサ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6483322B2 (ja)
JP (1) JP2002040047A (ja)
DE (1) DE10135943B8 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005535052A (ja) * 2002-08-01 2005-11-17 ローベルト　ボツシユ　ゲゼルシヤフト　ミツト　ベシユレンクテル　ハフツング 少なくとも１つのセンサを監視する方法
US7168320B2 (en) 2003-07-25 2007-01-30 Denso Corporation Method and unit for sensing physical quantity using capacitive sensor
JP2007187509A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Denso Corp 容量式物理量センサ
JP2008039435A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp 加速度センサ
JP2009075097A (ja) * 2007-08-30 2009-04-09 Denso Corp 容量式物理量検出装置
DE102006055844B4 (de) * 2005-11-30 2009-08-06 Denso Corporation, Kariya Kapazitiver Sensor für eine physikalische Grösse, sowie Verfahren zu dessen Diagnose
JP2009180638A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Denso Corp 物理量センサ
JP2014099707A (ja) * 2012-11-13 2014-05-29 Denso Corp センサ装置

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6205623B1 (en) * 1998-11-06 2001-03-27 Velcro Industries B.V. Composite hook and loop fasteners, and products containing them
DE10134680A1 (de) * 2001-07-20 2003-02-06 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Schaltungsanrdnung für einen kapazitiven Sensor
JP3861652B2 (ja) * 2001-10-16 2006-12-20 株式会社デンソー 容量式物理量センサ
JP2004279261A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Denso Corp 物理量検出装置
JP4473516B2 (ja) * 2003-03-25 2010-06-02 株式会社デンソー 力学量センサ
JP2005016975A (ja) * 2003-06-23 2005-01-20 Denso Corp 半導体加速度センサの検査方法及び半導体加速度センサ
US7287429B2 (en) * 2004-03-25 2007-10-30 Denso Corporation Capacitive acceleration sensor system
FR2876188B1 (fr) * 2004-10-01 2007-01-26 Cnes Epic Procede et installation d'analyse d'un circuit integre
JP2006313084A (ja) * 2005-05-06 2006-11-16 Denso Corp 容量式物理量センサ
US8164352B2 (en) * 2006-02-07 2012-04-24 Pioneer Corporation Capacitance detecting apparatus
JP4730153B2 (ja) * 2006-03-15 2011-07-20 株式会社デンソー フィルタ回路
JP2008145269A (ja) 2006-12-11 2008-06-26 Denso Corp センサ装置
JP4375579B2 (ja) * 2007-02-08 2009-12-02 株式会社デンソー 容量式物理量検出装置
US8129980B2 (en) * 2007-02-27 2012-03-06 Mitsubishi Electric Corporation AC electric quantity measuring device
DE102007057136A1 (de) * 2007-11-28 2009-06-04 Robert Bosch Gmbh Schaltung für einen mikromechanischen Körperschallsensor und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Körperschallsensors
JP4836985B2 (ja) * 2008-04-04 2011-12-14 パナソニック株式会社 物理量検出回路
JP4797075B2 (ja) * 2009-02-12 2011-10-19 株式会社豊田中央研究所 静電容量式センサ装置
JP5429207B2 (ja) 2010-09-08 2014-02-26 株式会社デンソー 容量式物理量検出装置
US9525925B2 (en) * 2011-02-25 2016-12-20 Infineon Technologies Ag Sensor with movable part and biasing
US8645020B2 (en) * 2012-06-21 2014-02-04 Freescale Semiconductor, Inc. Channel diagnostic system for sent receiver
US9297826B2 (en) * 2013-03-08 2016-03-29 Freescale Semiconductor Inc. System and method for monitoring an accelerometer
WO2015128922A1 (ja) * 2014-02-27 2015-09-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 容量式物理量検出装置
FI127101B (en) * 2014-10-13 2017-11-15 Murata Manufacturing Co Capacitive microelectromechanical sensor with self-test capability
JP6500522B2 (ja) * 2015-03-16 2019-04-17 セイコーエプソン株式会社 回路装置、物理量検出装置、電子機器及び移動体
EP3144640B1 (en) * 2015-09-21 2018-12-19 ams AG Sensor arrangement and method for operation of a sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6048611A (ja) 1983-08-29 1985-03-16 Nec Corp 多重化スイッチドキャパシタフィルタ試験回路
EP0543901B1 (en) * 1990-08-17 1995-10-04 Analog Devices, Inc. Monolithic accelerometer
US5325065A (en) * 1992-05-18 1994-06-28 Motorola, Inc. Detection circuit with dummy integrator to compensate for switch charge insection and amplifier offset voltage
US5473946A (en) * 1994-09-09 1995-12-12 Litton Systems, Inc. Accelerometer using pulse-on-demand control
JP2561040B2 (ja) 1994-11-28 1996-12-04 日本電気株式会社 容量型センサの容量変化検出回路およびその検出方法
JP3216455B2 (ja) * 1994-12-22 2001-10-09 株式会社村田製作所 容量型静電サーボ加速度センサ
JP3322067B2 (ja) * 1995-04-24 2002-09-09 株式会社デンソー 物理量検出装置
JP3125675B2 (ja) * 1996-03-29 2001-01-22 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
JP3262013B2 (ja) * 1997-02-24 2002-03-04 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
JP4178658B2 (ja) 1998-06-30 2008-11-12 株式会社デンソー 容量式物理量検出装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005535052A (ja) * 2002-08-01 2005-11-17 ローベルト　ボツシユ　ゲゼルシヤフト　ミツト　ベシユレンクテル　ハフツング 少なくとも１つのセンサを監視する方法
US7168320B2 (en) 2003-07-25 2007-01-30 Denso Corporation Method and unit for sensing physical quantity using capacitive sensor
DE102004035784B4 (de) * 2003-07-25 2012-10-18 Denso Corporation Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe unter Verwendung eines kapazitiven Sensors, Airbagsystem hiermit, sowie Verfahren zum Testen der Vorrichtung
DE102004035784B8 (de) * 2003-07-25 2012-12-27 Denso Corporation Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe unter Verwendung eines kapazitiven Sensors, Airbagsystem hiermit, sowie Verfahren zum Testen der Vorrichtung
DE102006055844B4 (de) * 2005-11-30 2009-08-06 Denso Corporation, Kariya Kapazitiver Sensor für eine physikalische Grösse, sowie Verfahren zu dessen Diagnose
JP2007187509A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Denso Corp 容量式物理量センサ
JP2008039435A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp 加速度センサ
JP2009075097A (ja) * 2007-08-30 2009-04-09 Denso Corp 容量式物理量検出装置
JP2009180638A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Denso Corp 物理量センサ
JP2014099707A (ja) * 2012-11-13 2014-05-29 Denso Corp センサ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20020011108A1 (en) 2002-01-31
DE10135943A1 (de) 2002-02-07
US6483322B2 (en) 2002-11-19
DE10135943B4 (de) 2009-11-05
DE10135943B8 (de) 2010-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002040047A (ja) 容量型物理量検出センサ
JP3861652B2 (ja) 容量式物理量センサ
JP4178658B2 (ja) 容量式物理量検出装置
JP3125675B2 (ja) 容量型センサインターフェース回路
Ezekwe et al. A Mode-Matching $\Sigma\Delta $ Closed-Loop Vibratory Gyroscope Readout Interface With a 0.004$^{\circ} $/s/$\surd {\hbox {Hz}} $ Noise Floor Over a 50 Hz Band
EP0715153B1 (en) Differential type capacitive sensor system
US5977803A (en) Capacitance type sensor interface circuit
US7456731B2 (en) Capacitive-type physical quantity sensor
US7423568B2 (en) Sigma delta modulator
US5637798A (en) Circuit arrangement for evaluating an acceleration sensor signal
JP4765708B2 (ja) 容量式物理量センサ
JP2004279261A (ja) 物理量検出装置
US20030098699A1 (en) Sense interface system with velocity feed-through rejection
JP2006292469A (ja) 容量式物理量センサ
JP2002098712A (ja) 容量式物理量検出装置
JPH08327677A (ja) 容量型センサ用検出回路および検出方法
US8316710B2 (en) Physical quantity measuring apparatus
WO1997034155A1 (en) Reset switch for a micromachined device
JP3804242B2 (ja) 静電サーボ式物理量検出装置
JP2006284272A (ja) 容量式物理量センサにおけるセンサ回路
JP4631240B2 (ja) 物理量センサ
JP4269388B2 (ja) 容量式物理量検出装置
CN111538356B (zh) 一种分时复用三轴加速度计及其控制方法
JP2520137B2 (ja) 位置検出装置
CN111510143A (zh) 一种电容到数字量直接转换的前端电路

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060824

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090623

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090727

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091117