JP2003177142A - 寄生容量およびスプリアス変位の補償を伴うマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサを使用して変位を検出する方法および回路 - Google Patents

寄生容量およびスプリアス変位の補償を伴うマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサを使用して変位を検出する方法および回路

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】寄生容量およびスプリアス変位の補償を伴うマ
イクロ・エレクトロ・メカニカル・センサを提供する。 【解決手段】固定本体３および可動マス４は、検出回路
の第１の入力端子102に接続されており、第１の出力端
子104および第２の出力端子105にそれぞれに接続されて
いる少なくとも１つの第１の検出コンデンサ107および
第２の検出コンデンサ108を形成し、休止共通検出容量
Ｃｓを有する。第１の検出コンデンサ107と第２の検出
コンデンサ108および微分増幅器124を備える第１のネガ
ティブ・フィードバック・ループ136を閉じる段階と、
共通の検出容量Ｃｓに反比例している電気駆動量Ｖｃの
変動ΔＶｃを生じさせるために、駆動コンデンサ１２
１，１２２を介して前記微分増幅器124の少なくとも１
つの入力１２４ｂに階段検出電圧Ｖｓを供給する段階
と、前記電気駆動量Ｖｃによって前記センサ101を駆動
する段階とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、寄生容量およびス
プリアス変位の補償を伴うマイクロ・エレクトロ・メカ
ニカル・センサを使用して変位を検出する方法および回
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】知られているように、微分容量不平衡を
用いるマイクロ・エレクトロ・メカニカル（Micro-Elec
troMechanical Sensor）センサすなわちＭＥＭＳセンサ
が、例えば、直線加速度計または回転加速度計および圧
力センサを形成するために提案されている。
【０００３】特に、本明細書に示されている形式のＭＥ
ＭＳセンサは、固定本体（fixed body：固定子（stato
r））および可動マス（moving mass）を備え、固定子お
よび可動マスは、一般的に、適切にドープされた半導体
材料で作られており、弾性要素（ばね）を介して互いに
連結され、そして、可動マスが予め定められた度合いの
並進自由度および回転自由度を固定子に対して有するよ
うに拘束されている。さらに、固定子は複数のアームを
有し、また、可動マスは固定アームと交互配置されてい
る複数の可動アームを有する。実際には、各固定アーム
が、共通の端子を有し、且つ、固定子に対する可動マス
の相対的位置に基づいたアームの相対的位置の関数であ
る容量を有する一対のコンデンサを形成するように、一
対の可動アームの間に配置される。センサに応力が加え
られると、可動マスが動き、コンデンサの容量の平衡が
崩される。
【０００４】構造の形式と、可動マスおよび固定子の間
での可能な相対的移動とに応じて、可変間隙（各可動ア
ームとそれぞれの固定アームとの間の距離）、および／
または、可変対向面積（可動アームとそれぞれの固定ア
ームとの間の相互対向面積の変動）を有する直線形式ま
たは回転形式のＭＥＭＳセンサを製造することが可能で
ある。
【０００５】言及されている全ての事例において、セン
サによる測定値（すなわち、コンデンサの容量の変化を
表す電気量の検出）が、寄生容量（パッドおよび基板の
容量）の存在に起因して問題を生じさせる。
【０００６】さらに、測定値の精度は、スプリアス変位
すなわち設計された自由度に従っていない変位によっ
て、且つ、理想的ではない機械的制約条件に起因して生
じる他の欠点によって制限される。
【０００７】説明を分かり易くするために、直線ＭＥＭ
Ｓセンサ１を示してある図１および図２を参照する。し
かしながら、以下で説明する内容は、あらゆる形式のＭ
ＥＭＳセンサに当てはまる。
【０００８】詳述すると、センサ１は、可動マス３が第
１の基準軸線Ｘに対して平行に並進することが可能であ
り且つ第２の基準軸線Ｙおよび第３の基準軸線Ｚに対し
てほぼ固定されるように、ばね４によって互いに連結さ
れている固定子２および可動マス３を備える。センサ１
は、さらに、第１の基準軸線Ｘに平行な縦軸線に関して
対称である。
【０００９】固定子２は、平面Ｙ−Ｚに対してほぼ平行
に延びる複数の第１および第２の固定アーム５′，５″
を備え、可動マス３は、平面Ｙ−Ｚに対してほぼ平行に
延びる複数の可動アーム６を備える。
【００１０】図２に詳細に示すように、各可動アーム６
は、２つのそれぞれの固定アーム５′，５″との間に、
部分的にそれらに対向する形で配置されている。従っ
て、可動アーム６は、その２つの固定アーム５′，５″
と共に、互いに平行な平面を有する第１および第２の検
出コンデンサ８，９をそれぞれ形成する。特に、検出コ
ンデンサ８，９のプレートの面積が、可動アーム６およ
び固定アーム５′，５″の対向面積Ａに等しい。特に、
対向面積Ａは、実質的に、辺Ｌｙ，Ｌｚを有する長方形
である。
【００１１】第１および第２の検出コンデンサ８，９
は、次式によって与えられる第１の容量Ｃａと第２の容
量Ｃｂをそれぞれに有する。
【００１２】
【数１】
【００１３】ここで、Ｘ１およびＸ２は、それぞれ図２
の可動アーム６と第１および第２の固定アーム５′，
５″との間の距離であり、また、εは空気の誘電率であ
る。
【００１４】センサ１において、可動アーム６と第１の
固定アーム５′との間に形成される検出容量Ｃａの全て
は、並列に接続されている。同様に、可動アーム６と第
２の固定アーム５″との間に形成される検出容量Ｃｂの
全ては、並列に接続されている。従って、それぞれ、Ｃ
１＝Ｎ＊ＣａとＣ２＝Ｎ＊Ｃｂとに等しい全体で２つの
容量が固定子３と可動マス４との間に存在する。ここ
で、Ｎはセンサ１の可動アーム６の数である。休止状態
における容量Ｃ１，Ｃ２の値をセンサ１の共通検出容量
Ｃｓとして定義すると、 Ｃｓ＝Ｃ１＝Ｃ２ （３） が得られる。
【００１５】純粋に軸線Ｘに沿った可動アーム４の移動
の後では、検出容量Ｃ１，Ｃ２は、互いに逆の符号を有
し、同一の絶対値を有し、且つ、容量不平衡ΔＣｓに等
しい変動を示す。
【００１６】さらに詳述すると、理解を容易にするため
に、距離Ｘ１，Ｘ２が最初は同一であり且つ休止距離Ｘ
０に等しいと仮定した場合、式（１）−（３）から、第
１の基準軸線Ｘに従った容量不平衡ΔＣｓの成分ΔＣｓ
ｘが次式によって与えられる。
【００１７】
【数２】
【００１８】ここで、ΔＸは第１の基準軸線Ｘに沿った
可動マス４の移動である。
【００１９】第２の基準軸線Ｙに対して、平行なスプリ
アス移動ΔＹの存在下で、容量不平衡ΔＣｓは、次式に
よって与えられる成分ΔＣｓｙを有する。
【００２０】
【数３】
【００２１】代わりに、第３の基準軸線Ｚに沿ったあら
ゆるスプリアス移動Δｚが、ＭＥＭＳセンサ１の軸対称
によって補償される。
【００２２】移動ΔＸによってもたらされる不平衡は微
分形式であり、且つ、それ自体としては完全微分演算増
幅器によって検出されるのに適している（例えば、M. L
emkin, B. Boser, "A Three-Axis Micromachined Accel
erometer with a CMOS Position-Sense Interface and
Digital Offset-Trim Electronics", IEEE Journal of
Solid-State Circuits, Vol. 34, No. 4, pp. 456-468
を参照されたい）が、移動ΔＹは、対向面積Ａの変動を
引き起こす（図２）ので、共通検出容量Ｃｓの顕著なコ
モンモード変動をもたらす。
【００２３】出力電圧Ｖｏは、共通検出容量Ｃｓに正比
例している容量不平衡ΔＣｓに正比例しているので、移
動ΔＹを原因とするコモンモード変動が大きな検出誤り
を生じさせる。
【００２４】この欠点を克服するために、ＭＥＭＳセン
サを読み取る方法および回路が、本発明の出願人と同一
の出願人により２００１年２月２１日付けで出願された
イタリア国特許出願番号ＴＯ２００１Ａ０００１５７に
おいてすでに提案されている。
【００２５】この特許出願を、図３を参照して簡単に説
明するが、図３において、ＭＥＭＳセンサ１は、第１お
よび第２の等価の検出コンデンサ１１，１２によって図
式的に示されており、第１および第２の検出コンデンサ
１１，１２は、それぞれ第１および第２の検出容量Ｃ
１，Ｃ２に等しい容量を有し、さらに、第１および第２
の検出ノード１３，１４にそれぞれ接続された第１の端
子および共通ノード１５に接続されている第２の端子を
有する。図３では、ＭＥＭＳセンサ１の寄生容量は、検
出ノード１３，１４および可動マスの間に接続された寄
生コンデンサ１７，１８によって図式的に示されてい
る。
【００２６】検出回路３０が、検出演算増幅器２０と、
フィードバック段２１と、補償段３１と、信号発生器６
０とを備え、この信号発生器６０は、セレクタ６１の第
１の入力を介して共通ノード１５に接続可能であり、そ
して、検出電圧Ｖｓを供給する。
【００２７】簡略的に述べると、完全微分トポロジ（fu
lly differential topology）を有する検出演算増幅器
２０は、第１および第２の検出ノード１３，１４に接続
された入力を有し、電荷積分器構成の形に接続されてお
り、そして、出力電圧Ｖｏを供給する。
【００２８】フィードバック段２１は、増幅回路２５
と、第１および第２のフィードバックコンデンサ２６，
２７とを備え、第１および第２のフィードバックコンデ
ンサ２６，２７は、増幅回路２５の出力２５ａに接続さ
れている第１の端子と、第１および第２の検出ノード１
３，１４にそれぞれ接続されている第２の端子とを有す
る。増幅回路２５は、第１および第２の検出ノード１
３，１４にそれぞれ接続された微分入力を有し、基準入
力２５ｂにおける基準電圧ＶREFを受け取り、そして、
その出力２５ａによりフィードバック電圧ＶFBを供給す
る。
【００２９】補償段３１は、増幅回路２５の出力２５ａ
に接続されている入力と、セレクタ６１の第２の入力を
介して共通ノード１５に接続可能な出力３１ａとを有す
る。さらに、補償段３１は、後に詳細するように、近似
的に反比例関数によってＭＥＭＳセンサ１の共通検出容
量Ｃｓに関係付けられた補償電圧Ｖｃを供給する。
【００３０】補償段３１は、記憶コンデンサ３２と、後
述の構成では演算増幅器であることが好ましい減結合段
３４と、反転増幅器３５とを備える。
【００３１】記憶コンデンサ３２は、接地に接続されて
いる第１の端子と、逆位相で制御される第１および第２
のスイッチ３６，３７のそれぞれによって増幅回路２５
の出力２５ａおよび減結合段３３に選択的に接続可能な
第２の端子とを有する。
【００３２】反転増幅器３５は、減結合段３３の出力に
接続されている入力端子３５ａと、補償段３１の出力３
１ａを形成し且つ補償電圧Ｖｃを供給する出力端子とを
有する。
【００３３】検出回路３０は、共通検出容量Ｃｓが、第
１の近似において、反比例関係によって補償電圧Ｖｃに
関係付けられているという事実を利用する。
【００３４】実際には、検出電圧Ｖｓ（一定不変の値を
有する）が可動マス４に供給されるとき、増幅器回路２
５によって供給されるフィードバック電圧ＶFBは、全検
出容量Ｃｓに対して正比例している値をとり、また、出
力電圧Ｖｏも同様である。２つの連続したステップにお
いて、フィードバック電圧ＶFBが記憶され、次に、補償
演算増幅器３５に転送される。反転増幅器３５の利得Ｇ
が負であり、且つ、スプリアス変位ΔＹを原因とする共
通検出容量Ｃｓの変動がフェムトファラッドのオーダー
であるとき、共通検出容量Ｃｓの変動に対する補償電圧
Ｖｃのパターンが反比例関係の１次近似である（図４を
参照されたい。この図は、共通検出容量Ｃｓに対して反
比例している曲線Ｖｃも示す）。換言すると、共通検出
容量Ｃｓの休止値（resting value）Ｃｓ０の事前設定
された近傍Ｉでは、 Ｖｃ＝Ｋ／Ｃｓ （６） であると想定することが適正である。ここで、Ｋは比例
関係の定数である。
【００３５】こうして得られた補償電圧が共通ノード１
５に供給される。このステップでは、出力電圧Ｖｏは次
に関係によって与えられる。
【００３６】
【数４】
【００３７】式（４）および式（５）に従って、容量不
平衡ΔＣｓが次式によって与えられるので、
【００３８】
【数５】
【００３９】出力電圧Ｖｏは、共通検出容量Ｃｓとは実
質的に無関係であることが見出される。実際には、式
（７）および式（８）を組み合わせることによって、得
られる。
【００４０】
【数６】
【００４１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出回
路３０は幾つかの制限を有し、こうした制限は、１次近
似が行われることを主な原因とする。この近似の結果と
して、実際には、特に可動マス４のスプリアス変位が多
量である場合に線形性誤りが生じることがある。このと
き、スプリアス変位の補償が不正確であることがあり、
さらには、検出回路の性能を低下させる歪みが生じさせ
られる。
【００４２】第２に、特別な補償段を導入することが必
要であり、このことは検出回路の全体的寸法の著しい増
大を意味する。
【００４３】本発明の目的は、上述の欠点を克服するこ
とである。
【００４４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、マイク
ロ・エレクトロ・メカニカル・センサによる変位の検出
のための方法および回路が提供される。
【００４５】すなわち、本発明によれば、固定本体およ
び可動マスを備えるマイクロ・エレクトロ・メカニカル
・センサを使用して変位を検出する方法であって、前記
固定本体および前記可動マスは、少なくとも１つの第１
の検出コンデンサと、少なくとも１つの第２の検出コン
デンサとを形成し、且つ、休止状態において共通の検出
容量を有する方法において、前記第１および第２の検出
コンデンサおよび増幅器手段を備える第１のネガティブ
・フィードバック・ループを閉じる段階と、前記共通の
検出容量に反比例している電気駆動量の変動を生じさせ
るために、容量性駆動手段を介して前記増幅器手段に階
段検出電圧を供給する段階と、前記電気駆動量によって
前記センサを駆動する段階と、を備える方法が提供され
る。
【００４６】さらに、本発明によれば、固定本体および
可動マスを備えるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・
センサを使用して変位を検出する回路であって、前記固
定本体および前記可動マスは、少なくとも１つの第１の
検出コンデンサと、少なくとも１つの第２の検出コンデ
ンサとを形成し、前記少なくとも１つの第１の検出コン
デンサおよび前記少なくとも１つの第２の検出コンデン
サは、第１の入力端子に接続され、且つ、第１の出力端
子および第２の出力端子にそれぞれ接続され、そして、
休止共通検出容量および容量不平衡を有する回路であっ
て、選択的に閉じられることが可能であり、且つ、前記
第１および第２の検出コンデンサと第１の増幅器手段と
を備える第１のネガティブ・フィードバック・ループ
と、容量性駆動手段を介して前記第１の増幅器手段に接
続され、且つ、前記共通検出容量に反比例している前記
センサの電気駆動量の変動を生じさせるために前記第１
のネガティブ・フィードバック・ループが閉じられる時
に階段検出電圧を供給する電圧発生器手段と、を備える
回路が提供される。
【００４７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のより適切な理解
のために、本発明の単なる非限定的な具体例としての本
発明の２つの実施例を、添付図面を参照して説明する。
【００４８】図５〜図７を参照すると、参照番号１００
は、本明細書では微分入力形式であるＭＥＭＳセンサ１
０１のための検出回路を示す。ＭＥＭＳセンサ１０１そ
のものは公知であり、且つ、図１および図２に示される
ように、固定子２および可動マス３を有するＭＥＭＳセ
ンサ１０１は、可動マス３に接続されている第１の端子
１０２および第２の端子１０３と、固定子２に接続され
ている第１の出力端子１０４および第２の出力端子１０
５とを有し、そして、４つの等価の検出コンデンサ１０
７〜１１０によって図式的に表されることが可能であ
る。詳述すると、容量Ｃ１１を有する第１の等価の検出
コンデンサ１０７は、第１の入力端子１０２および第１
の出力端子１０４の間に接続されている。容量Ｃ１２を
有する第２の等価の検出コンデンサ１０８は、第１の入
力端子１０２および第２の出力端子１０５の間に接続さ
れている。容量Ｃ２１を有する第３の等価の検出コンデ
ンサ１０９は、第２の入力端子１０３および第１の出力
端子１０４の間に接続されている。さらに、容量Ｃ２２
を有する第４の等価の検出コンデンサ１１０は、第２の
入力端子１０３および第２の出力端子１０５の間に接続
されている。
【００４９】さらに、休止状態では、これらのセンサの
容量は、全て共通検出容量Ｃｓに等しい。しかしなが
ら、ＭＥＭＳセンサ１０１が励起される場合には、式
（４）および式（５）によって定義される容量不平衡Δ
Ｃｓが発生させられ、等価の検出コンデンサ１０７−１
１０の容量が次の式で与えられる。
【００５０】 Ｃ１１＝Ｃ１２＝Ｃｓ＋ΔＣｓ （１０） Ｃ１２＝Ｃ２１＝Ｃｓ−ΔＣｓ （１１） 検出回路１００は、完全微分トポロジを有する検出演算
増幅器１１１と、駆動段１１２と、フィードバック段１
１４と、基準電圧Ｖｒｅｆを供給する少なくとも１つの
基準線１１５とを備える。
【００５１】検出演算増幅器１１１は、ＭＥＭＳセンサ
１０１の第１の出力端子１０４および第２の出力端子１
０５にそれぞれに接続される非反転入力および反転入力
と、出力電圧Ｖｏが間に供給される反転出力１１１ａお
よび非反転出力１１１ｂとを有する。さらに、第１のフ
ィードバックスイッチ１１６は、演算増幅器１１１の入
力の間に接続されている。第１の積分コンデンサ１１７
は非反転入力および反転出力１１１ａの間に接続され、
また、第２の積分コンデンサ１１８は、反転入力および
検出演算増幅器１１１の反転出力１１１ｂの間に接続さ
れ、従って、検出演算増幅器１１１は電荷積分器構成と
されている。積分コンデンサ１１７，１１８の両方は、
積分容量Ｃｉを有する。
【００５２】駆動段１１２は、予め定められた振幅およ
びデュレーションのステップを有する階段検出電圧Ｖｓ
を供給する出力１２０ａを有する信号発生器回路１２０
と、一対の駆動コンデンサ１２１，１２２とを備え、こ
の一対の駆動コンデンサ１２１，１２２は、駆動容量Ｃ
ｄを有し、そして、信号発生器回路１２０の出力１２０
ａに共通して接続されている第１の端子と、検出演算増
幅器１１１の非反転入力および反転入力にそれぞれ接続
されている第２の端子とを与える。
【００５３】フィードバック段１１４は、フィードバッ
ク演算増幅器１２４および保持容量Ｃｈを有する保持コ
ンデンサ１２５を備える。
【００５４】フィードバック演算増幅器１２４は、基準
線１１５に接続されている非反転入力１２４ａと、第２
のフィードバックスイッチ１２８を介してＭＥＭＳセン
サ１０１の第２の出力端子１０５に接続され且つ第１の
供給スイッチ１２６を介して基準線１１５に接続されて
いる反転入力１２４ｂと、補償電圧Ｖｃを供給する出力
１２４ｃとを有する。第２の初期化スイッチ１２７は、
基準線１１５およびＭＥＭＳセンサ１０１の第２の出力
端子１０５の間に接続されている。さらに、フィードバ
ック演算増幅器１２４の出力１２４ｃは第３の初期化ス
イッチ１４０を介して基準線１１５に接続され、また、
第１の駆動スイッチ１２９および第２の駆動スイッチ１
３０をそれぞれに介してＭＥＭＳセンサ１０１の第１の
入力端子１０２および第２の入力端子１０３にも接続さ
れている。一方、ＭＥＭＳセンサ１０１の第１の入力端
子１０２および第２の入力端子１０３は、第３の駆動ス
イッチ１３１および第４の駆動スイッチ１３２を介して
基準線１１５に接続されている。保持コンデンサ１２５
は、フィードバック演算増幅器１２４の出力１２４ｃに
接続されている第１の端子と、第１の保持スイッチ１３
４を介して基準線１１５に対してまたは第２の保持スイ
ッチ１３５を介してフィードバック演算増幅器１２４の
反転入力１２４ｂに対して選択的に接続されることが可
能な第２の端子とを有する。
【００５５】次に、検出回路１００の動作を説明する。
最初に、初期化ステップが行われ、このステップ中は、
初期化スイッチ１２６，１２７，１４０と、フィードバ
ックスイッチ１１６，１１８と、第３および第４の駆動
スイッチ１３１，１３２と、第１の保持スイッチ１３４
とが閉じられると同時に、一方、第１および第２の駆動
スイッチ１２９，１３０と、第２の保持スイッチ１３５
とが開かれる（図５）。従って、ＭＥＭＳセンサ１０１
の入力端子１０２，１０３および出力端子１０４，１０
５と、フィードバック演算増幅器１２４の入力１２４
ａ，１２４ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆに設定される。さら
に、フィードバック演算増幅器１２４の出力１２４ｃに
おける補償電圧Ｖｃは、初期には基準電圧Ｖｒｅｆに等
しい。
【００５６】次に、共通検出容量Ｃｓが検出されて記憶
される。詳述すると（図６）、初期化スイッチ１２６，
１２７，１４０と、第３の駆動スイッチ１３１とが開か
れ、一方、第１の駆動スイッチ１２９が閉じられる。こ
うして、フィードバック演算増幅器１２４と第１および
第２の等価の検出コンデンサ１０７，１０８とによって
形成されているネガティブ・フィードバック・ループ１
３６が閉じられる。ここで、フィードバック演算増幅器
１２４は、反転増幅器構成の形である。特に、駆動コン
デンサ１２１，１２２と検出コンデンサ１０７，１０８
は、それぞれに反転増幅器の入力要素およびフィードバ
ック要素を形成する。
【００５７】スイッチ１２６，１２７，１４０，１２
９，１３１の切り換えの直後に、信号発生器回路１２０
は、振幅Ｖｓを有する電圧ステップを発生し、このステ
ップは、駆動コンデンサ１２１，１２２を介してフィー
ドバック演算増幅器１２４の入力１２４ｂに供給され、
そして、ネガティブ・フィードバック・ループ１３６の
存在のために、次式によって与えられる補償電圧ΔＶｃ
の変動を決定する。
【００５８】
【数７】
【００５９】このステップにおいて、実際は、第１の等
価の検出コンデンサ１０７および第２の等価の検出コン
デンサ１０８が並列に接続され、同様に、第１の駆動コ
ンデンサ１２１および第２の駆動コンデンサ１２２が並
列に接続される（第１のフィードバックスイッチ１１６
は閉じたままである）。従って、信号発生器回路１２０
の出力１２０ａとフィードバック演算増幅器１２４の反
転入力１２４ｂとの間に存在する容量は、全体として２
Ｃｄに等しく、また、フィードバック演算増幅器１２４
の反転入力１２４ｂと出力１２４ｃとの間の容量は、式
（１０）および式（１１）に従って、次式によって与え
られる。
【００６０】 Ｃ１１＋Ｃ１２＝Ｃｓ＋ΔＣｓ＋Ｃｓ−ΔＣｓ＝２Ｃｓ （１３） 補償電圧Ｖｃ（初期にはＶｒｅｆに等しい）は、次式に
よって与えられる駆動電圧Ｖｃｄに達し、この電圧Ｖｃ
ｄに保持される。
【００６１】 Ｖｃｄ＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶｃ （１４） 実際には、式（１２）で示されるように、共通検出容量
Ｃｓに反比例する補償電圧ΔＶｃにおける変動は、保持
コンデンサ１２５によって記憶される。さらに、駆動電
圧Ｖｃｄの値は、フィードバック演算増幅器１２４の出
力１２４ｃに直接接続されているＭＥＭＳセンサ１０１
の第１の入力端子１０２に供給される。
【００６２】次に、容量不平衡ΔＣｓが検出される。特
に、検出電圧Ｖｓのステップが終了し、フィードバック
スイッチ１１６，１２８と、第１の保持スイッチ１２９
と、第１および第４の駆動スイッチ１２９，１３２とが
開かれ、また、第２の保持スイッチ１３５と、第２の駆
動スイッチ１３０と、第４の駆動スイッチ１３１とが閉
じられる（図７）。第２のフィードバックスイッチ１２
８が開かれていると仮定すると、ネガティブ・フィード
バック・ループ１３６が開かれている。さらに、保持ス
イッチ１３４，１３５の切り換えが、フィードバック演
算増幅器１２４の反転入力１２４ｂおよび出力１２４ｃ
の間での保持コンデンサ１２５のフィードバック接続を
可能にする。このようにして、保持コンデンサ１２５の
電荷が保存され、従って、フィードバック演算増幅器１
２４の出力１２４ｃの補償電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｃｄに
保たれる。
【００６３】さらに、補償電圧Ｖｃは、ＭＥＭＳセンサ
１０１を駆動するために使用される。詳述すると、フィ
ードバック演算増幅器１２４の出力１２４ｃは、第１の
入力端子１０２から切断され、ＭＥＭＳセンサ１０１の
第２の入力端子１０３に接続される。従って、ＭＥＭＳ
センサ１０１の第１の入力端子１０２の電圧は、駆動値
Ｖｃｄから基準電圧Ｖｒｅｆの値に切り換わる。その代
わりに、第２の入力端子１０３の電圧は、基準電圧Ｖｒ
ｅｆの値から駆動値Ｖｃｄに切り換わる。換言すると、
反対の符号で補償電圧ΔＶｃの変動に等しい振幅であ
り、従って、共通検出容量Ｃｓに反比例している電圧ス
テップは、ＭＥＭＳセンサ１０１の入力端子１０２，１
０３に対して同時に印加される。
【００６４】上述の反比例関係によって、このステップ
における出力電圧Ｖｏは、式（７）に類似している次の
関係によって与えられる。
【００６５】
【数８】
【００６６】ここで、Ａは定数である。
【００６７】上述したように、特に、式（８）および式
（９）を参照し、容量不平衡ΔＣｓが共通検出容量に正
比例していると想定すると、出力電圧Ｖｏは、共通検出
容量Ｃｓとは無関係であり、従って、ＭＥＭＳセンサ１
０１の可動マスのスプリアス変位を原因とする誤りが実
質的に排除される。
【００６８】さらに、振幅が等しく且つ符号が反対であ
るステップを有する階段電圧を、ＭＥＭＳセンサ１０１
を駆動するために使用することが、ＭＥＭＳセンサ１０
１の出力端子１０４，１０５におけるコモンモード電圧
を一定不変に維持することを可能にし、従って、これら
の出力端子に関連した寄生容量（図示していない）は全
く影響を与えない。
【００６９】上述の部品と共通している部品が同一の参
照番号で示されている図８および図９は、本発明の他の
実施例を示し、この実施形態では、ＭＥＭＳセンサ１５
１のための検出回路１５０は、電荷積分器構成の形の検
出演算増幅器１１１と、基準線１１５と、信号発生器回
路１２０と、バイアス電圧Ｖｂを供給するバイアス線１
６５と、フィードバック段１５２とを備える。
【００７０】ＭＥＭＳセンサ１５１は、図１および図２
に示す単一入力形式の例では、入力端子１５３と、第１
の出力端子１５４と、第２の出力端子１５５とを有し、
そして、第１の等価の検出コンデンサ１５６および第２
の等価の検出コンデンサ１５７によって図式的に表され
ることが可能である。特に、第１の等価の検出コンデン
サ１５６は、入力端子１５３および第１の出力端子１５
４の間に接続されており、また、ＭＥＭＳセンサ１５１
が休止状態にある場合に共通検出容量Ｃｓに等しい容量
を有し、ＭＥＭＳセンサ１５１が励起されている場合に
Ｃｓ＋ΔＣｓに等しい容量を有し、容量不平衡ΔＣｓが
生じる。第２の等価の検出コンデンサ１５７は、入力端
子１５３および第２の出力端子１５５の間に接続されて
おり、ＭＥＭＳセンサ１５１が休止状態にある場合に共
通検出容量Ｃｓに等しい容量を有し、ＭＥＭＳセンサ１
５１が励起されている場合にＣｓ−ΔＣｓに等しい容量
を有する。
【００７１】フィードバック段１５２は、増幅器回路
と、第１のフィードバックコンデンサ１５９と、第２の
フィードバックコンデンサ１６０とを備える。
【００７２】それ自体としては公知であり且つ上述の論
文で詳細に言及されている増幅器回路１５８は、ＭＥＭ
Ｓセンサ１５１の第１の出力端子１５４および第２の出
力端子１５５にそれぞれに接続されている一対の微分入
力１５８ａ，１５８ｂと、基準線１１５に接続されてい
る基準入力と、出力１５８ｃとを有し、出力１５８ｃ
は、フィードバック電圧Ｖｆｂを供給し、そして、フィ
ードバックスイッチ１６２を介してフィードバックノー
ド１６１に接続され、且つ、駆動スイッチ１６４を介し
てＭＥＭＳセンサ１５１の入力端子１５３に接続されて
いる。さらに、ＭＥＭＳセンサ１５１の入力端子１５３
は、バイアススイッチ１６６を介して駆動線１６５に接
続されている。
【００７３】両方ともフィードバック容量Ｃｆｂを有す
る第１のフィードバックコンデンサ１５９および第２の
フィードバックコンデンサ１６０は、フィードバックノ
ード１６１に接続されている第１の端子と、ＭＥＭＳセ
ンサ１５１の第１の出力端子１５４と第２の出力端子１
５５とにそれぞれ接続されている第２の端子とを有す
る。
【００７４】振幅Ｖｓを有する電圧ステップを供給する
信号発生器回路１２０は、フィードバックノード１６１
に接続されている出力１２０ａを有する。
【００７５】初期動作ステップでは、検出回路１５０
は、バイアススイッチ１６６および駆動スイッチ１６４
を閉じること、並びに、フィードバックスイッチ１６２
を開くことによって初期化される。このようにして、Ｍ
ＥＭＳセンサ１５１の入力端子１５３および増幅器回路
１５８の出力１５８ｃがバイアス電圧Ｖｂになる（すな
わち、Ｖｆｂ＝Ｖｂ）。
【００７６】次に（図８）、バイアススイッチ１６６が
開かれ、信号発生器回路１２０は、増幅Ｖｓを有する電
圧ステップを供給する。この段階において、駆動スイッ
チ１６４は、増幅器回路１５８およびＭＥＭＳセンサ１
５１の等価の検出コンデンサ１５６，１５７によって形
成されている第１のネガティブ・フィードバック・ルー
プ１６８を閉じる。従って、振幅Ｖｓの電圧ステップ
は、上述の論文で動作が詳細に言及されている増幅器回
路１５８により発生されるフィードバック電圧Ｖｆｂに
おける変動ΔＶｆｂを生じさせる。実際には、フィード
バック電圧Ｖｆｂの変動ΔＶｆｂの振幅は、次式によっ
て与えられる。
【００７７】 ΔＶｆｂ＝Ｖｓ（Ｃｆｂ／Ｃｓ） （１６） 従って、フィードバック電圧Ｖｆｂの変動ΔＶｆｂの振
幅は、共通検出容量Ｃｓに反比例している。
【００７８】増幅器回路１５８の出力１５８ｃおよびＭ
ＥＭＳセンサ１５１の入力端子１５３のフィードバック
電圧Ｖｆｂの値は、次の通りである。
【００７９】 Ｖｆｂ＝Ｖｂ＋ΔＶｆｂ （１７） 次に、スイッチ１６２，１６４，１６６の全て（図９）
が切り換わる。このようにして、第１のネガティブ・フ
ィードバック・ループ１６８が開かれ、そして、増幅器
回路１５８とフィードバックコンデンサ１５９，１６０
とによって形成される第２のネガティブ・フィードバッ
ク・ループ１７０が閉じられる。第２のネガティブ・フ
ィードバック・ループ１７０によって、増幅器回路１５
８は、それ自体は公知の仕方で、ＭＥＭＳセンサ１５１
の第１の出力端子および第２の出力端子の間、すなわ
ち、検出動作増幅器１１１の入力の間のコモンモード電
圧を一定不変の値に維持し、それにより、検出動作増幅
器１１１は適正に動作する。
【００８０】さらに、このステップでは、同様にバイア
ス線１６５に接続されているＭＥＭＳセンサ１５１の入
力端子１５３は、バイアス電圧Ｖｂになる。このとき、
実際には、入力端子１５３における電圧は、フィードバ
ック電圧Ｖｆｂの変動ΔＶｆｂに等しい電圧変動を受
け、従って、共通検出容量Ｃｓに反比例する変動を受け
る。
【００８１】そのため、出力電圧Ｖｏは次式によって与
えられる。
【００８２】
【数９】
【００８３】ここで、Ｂは定数である。
【００８４】さらに、このとき、共通検出容量Ｃｓに反
比例している電圧をＭＥＭＳセンサ１５１の入力端子に
印加することによって、スプリアス変位による影響が消
去される。
【００８５】本発明の利点が上述の説明から明らかであ
る。
【００８６】第１に、本明細書で説明している検出回路
は、近似を全く行わないので、線形性の問題を全く示さ
ず、むしろ、フィードバック増幅器の特性が、共通検出
容量Ｃｓに反比例している電圧を発生させるために利用
される。従って、本発明において、ＭＥＭＳセンサの可
動マスのスプリアス変位は、歪みを全くもたらさずに効
果的に排除され、そして、検出回路の精度が著しく改善
される。
【００８７】第２に、本発明において、追加の補償段を
設ける必要がなく、従って、検出回路の構成がより容易
となり、その全体寸法も小さい。
【００８８】最後に、本発明の範囲から逸脱することな
く、本明細書で説明している回路および方法に対して変
更や変型が加えられてもよいのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサの
斜視図である。
【図２】図１のセンサの拡大詳細部分の斜視図である。
【図３】以前の特許出願のマイクロ・エレクトロ・メカ
ニカル・センサための検出回路の単純化した回路図であ
る。
【図４】図３の回路内に存在する量のグラフを示す図で
ある。
【図５】異なる動作構成における本発明の第１実施例に
よるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのため
の検出回路を示す回路図である。
【図６】異なる動作構成における本発明の第１実施例に
よるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのため
の検出回路を示す回路図である。
【図７】異なる動作構成における本発明の第１実施例に
よるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのため
の検出回路を示す回路図である。
【図８】異なる動作構成における本発明の第２実施例に
よるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのため
の検出回路を示す回路図である。
【図９】異なる動作構成における本発明の第２実施例に
よるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサのため
の検出回路を示す回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルネスト ラザランドラ イタリア国，27040 モントゥ ベッカリ ア，フラツィオーネ マルカデロ，16 (72)発明者 トマソ ウンガレッティ イタリア国，27100 パビア，ビア ビバ イ，15 (72)発明者 アンドレア バスチロット イタリア国，15057 トルトナ，コルソ アレッサンドリア，166

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定本体（３）および可動マス（４）を
    備えるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサ（１
    ０１；１５１）を使用して変位を検出する方法であっ
    て、前記固定本体（３）および前記可動マス（４）は、
    少なくとも１つの第１の検出コンデンサ（１０７；１５
    ６）と、少なくとも１つの第２の検出コンデンサ（１０
    ８；１５７）とを形成し、且つ、休止状態において共通
    の検出容量（Ｃｓ）を有する方法において、 前記第１および第２の検出コンデンサ（１０７，１０
    ８；１５６，１５７）および増幅器手段（１２４；１５
    ８）を備える第１のネガティブ・フィードバック・ルー
    プ（１３６；１３８）を閉じる段階と、 前記共通の検出容量（Ｃｓ）に反比例している電気駆動
    量（Ｖｃ；Ｖｆｂ）の変動（ΔＶｃ；ΔＶｆｂ）を生じ
    させるために、容量性駆動手段（１２１，１２２；１５
    ９，１６０）を介して前記増幅器手段（１２４；１５
    ８）に階段検出電圧（Ｖｓ）を供給する段階と、 前記電気駆動量（Ｖｃ；Ｖｆｂ）によって前記センサ
    （１０１；１５１）を駆動する段階と、を備える方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記閉
    じる段階は、前記第１および第２の検出コンデンサ（１
    ０７，１０８；１５６，１５７）を介して前記増幅器手
    段（１２４；１５８）の出力（１２４ｃ；１５８ｃ）と
    少なくとも１つの入力（１２４ａ；１５８ｂ，１５８
    ｃ）とを互いに接続することを備える方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、前記セ
    ンサ（１０１；１５１）を駆動する前記段階は、前記第
    １のネガティブ・フィードバック・ループ（１３６；１
    ６８）を開くことを備える方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、前記検
    出コンデンサ（１０７）を第１の入力端子（１０２）と
    第１の出力端子（１０４）との間に接続し、前記第２の
    検出コンデンサ（１０８）を前記第１の入力端子（１０
    ２）と第２の出力端子（１０５）との間に接続し、第３
    の検出コンデンサ（１０９）を第２の入力端子（１０
    ３）と前記第１の出力端子（１０４）との間に接続し、
    第４の検出コンデンサ（１１０）を前記第２の入力端子
    （１０３）と前記第２の出力端子（１０５）との間に接
    続し、そして、前記センサ（１０１）を駆動する前記段
    階は、前記電気駆動量（Ｖｃ）の前記変動（ΔＶｃ）に
    相関し且つ反対の符号である等振幅のステップを有する
    それぞれの階段電圧を、前記センサ（１０１）の前記第
    １の入力端子（１０２）および前記第２の入力端子（１
    ０３）に供給することを備える方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の方法において、前記第
    １のフィードバック・ループ（１３６）を閉じる前記段
    階中に、前記第１の入力端子（１０２）を前記増幅器手
    段（１２４）の前記出力（１２４ｃ）に接続し、且つ、
    前記第２の入力端子（１０３）を、基準電圧（Ｖｒｅ
    ｆ）を供給する基準線（１１５）に接続すること、およ
    び、前記センサ（１０１）を駆動する前記段階中に、前
    記第１の入力端子（１０２）を前記基準線（１１５）に
    接続し、前記第２の入力端子（１０３）を前記増幅器手
    段（１２４）の前記出力（１２４ｃ）に接続することを
    備える方法。
  6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の方法におい
    て、さらに、前記電気駆動量（Ｖｃ）を記憶する段階を
    備える方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、前記記
    憶段階は、前記階段検出電圧（Ｖｓ）を供給する前記段
    階中に前記出力（１２４ｃ）と前記基準線（１１５）と
    の間に保持コンデンサ（１２５）を接続こと、および、
    前記センサ（１０１）の前記第１の入力端子（１０２）
    と前記第２の入力端子（１０３）とにそれぞれの階段電
    圧を供給する前記段階中に前記増幅器手段（１２４）の
    前記出力（１２４ｃ）と前記入力（１２４ａ）との間に
    前記保持コンデンサ（１２５）を接続することを備える
    方法。
  8. 【請求項８】 請求項３に記載の方法において、前記セ
    ンサ（１５１）を駆動する前記段階は、前記電気駆動量
    （Ｖｆｂ）の前記変動（ΔＶｆｂ）に相関した振幅を有
    するステップを有する階段電圧を前記センサ（１５１）
    に供給することを備える方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法において、前記増
    幅器手段（１５８）および前記容量性駆動手段（１５
    ９，１６０）を備える第２のネガティブ・フィードバッ
    ク・ループ（１７０）を閉じる段階を備える方法。
  10. 【請求項１０】 請求項８または９に記載の方法におい
    て、前記第１の検出コンデンサ（１５６）および前記第
    ２の検出コンデンサ（１５７）を入力端子（１５３）に
    共に接続し、前記入力端子（１５３）を、前記第１のネ
    ガティブ・フィードバック・ループ（１６８）を閉じる
    前記段階の前に、バイアス電圧（Ｖｂ）を供給するバイ
    アス線（１６５）に接続し、且つ、前記入力端子（１５
    ３）を、前記第１のネガティブ・フィードバック・ルー
    プ（１６８）を閉じる前記段階中に前記増幅器手段（１
    ５８）の前記出力（１５８ｃ）に接続し、前記センサ
    （１５１）を駆動する前記段階中に前記バイアス線（１
    ６５）に再び接続する方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の方法において、前記階段検出電圧（Ｖｓ）は、事前設
    定された振幅およびデュレーションのステップを有する
    ことを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、前
    記センサ（１０１；１５１）を駆動する前記段階を行う
    前に、前記階段検出電圧（Ｖｓ）を除去する段階を実行
    することを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 固定本体（３）および可動マス（４）
    を備えるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・センサ
    （１０１；１５１）を使用して変位を検出する回路であ
    って、前記固定本体（３）および前記可動マス（４）
    は、少なくとも１つの第１の検出コンデンサ（１０７；
    １５６）と、少なくとも１つの第２の検出コンデンサ
    （１０８；１５７）とを形成し、前記少なくとも１つの
    第１の検出コンデンサ（１０７；１５６）および前記少
    なくとも１つの第２の検出コンデンサ（１０８；１５
    ７）は、第１の入力端子（１０２；１５３）に接続さ
    れ、且つ、第１の出力端子（１０４；１５４）および第
    ２の出力端子（１０５；１５５）にそれぞれ接続され、
    そして、休止共通検出容量（Ｃｓ）および容量不平衡
    （ΔＣｓ）を有する回路であって、 選択的に閉じられることが可能であり、且つ、前記第１
    および第２の検出コンデンサ（１０７，１０８；１５
    ６，１５７）と第１の増幅器手段（１２４；１５８）と
    を備える第１のネガティブ・フィードバック・ループ
    （１３６；１６８）と、 容量性駆動手段（１２１，１２２；１５９，１６０）を
    介して前記第１の増幅器手段（１２４；１５８）に接続
    され、且つ、前記共通検出容量（Ｃｓ）に反比例してい
    る前記センサの電気駆動量（Ｖｃ；Ｖｆｂ）の変動（Δ
    Ｖｃ；ΔＶｆｂ）を生じさせるために前記第１のネガテ
    ィブ・フィードバック・ループ（１３６；１６８）が閉
    じられる時に階段検出電圧（Ｖｓ）を供給する電圧発生
    器手段（１２０）と、を備える回路。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の回路において、前
    記第１のネガティブ・フィードバック・ループ（１３
    ６；１３８）を選択的に開閉するための起動手段（１１
    ６，１２８；１３１，１６４）を備える回路。
  15. 【請求項１５】 請求項１３または１４に記載の回路に
    おいて、前記第１のネガティブ・フィードバック・ルー
    プ（１３６；１３８）が閉じられる時に、前記第１の入
    力端子（１０２；１５３）は前記増幅器手段（１２４；
    １５８）の出力に接続され、前記第１および第２の出力
    端子（１０４，１０５；１５４，１５５）は前記第１の
    増幅器手段（１２４；１５８）の少なくとも１つの入力
    （１２４ａ；１５８ａ，１５８ｂ）に接続される回路。
  16. 【請求項１６】 請求項１３〜１５のいずれか１項に記
    載の回路において、前記第１の出力端子（１０４；１５
    ４）および前記第２の出力端子（１０５；１５５）にそ
    れぞれに接続されている入力と、前記容量不平衡（ΔＣ
    ｓ）に相関した出力電圧（Ｖｏ）を供給する出力（１１
    １ａ，１１１ｂ）とを有する第２の増幅器手段（１１
    １）を備える回路。
  17. 【請求項１７】 請求項１３〜１６のいずれか１項に記
    載の回路において、前記電気駆動量（Ｖｃ；Ｖｆｂ）を
    記憶する記憶手段（１２５）を備える回路。
  18. 【請求項１８】 請求項１３〜１６のいずれか１項に記
    載の回路において、選択的に閉じられることが可能であ
    り、且つ、前記第１の増幅器手段（１５８）と前記容量
    性駆動手段（１５９，１６０）とを備える第２のネガテ
    ィブ・フィードバック・ループ（１７０）を備える回
    路。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005246498A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電子部品装置
JP2005318236A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電子部品装置
JP2007171171A (ja) * 2005-11-29 2007-07-05 St Microelectronics Srl 検出回路、インターフェース回路、電子機器、差動容量性センサー読み取り方法
JP2010245729A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Sanyo Electric Co Ltd コンデンサマイクの増幅回路
JP2011515936A (ja) * 2008-03-19 2011-05-19 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 電荷を電圧に変換するシステムおよびこのシステムを制御する方法
CN102759367A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 义隆电子股份有限公司 差动电容的感测电路及方法
CN103791928A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 西门子公司 电容编码器的读出电路及方法
JP2014529972A (ja) * 2011-09-01 2014-11-13 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ センサ回路によってもたらされる疑似力を単一の増幅器を用いて除去する、変換器フロントエンド用の、線形の静電容量−電圧変換器

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20010157A1 (it) * 2001-02-21 2002-08-21 St Microelectronics Srl Metodo e circuito di rilevamento di spostamenti tramite sensori micro-elettro-meccanici con compensazione di capacita' parassite e di movime
ITTO20010705A1 (it) * 2001-07-18 2003-01-18 St Microelectronics Srl Modulatore elettromeccanico a sovracampionamento autocalibrante e relativo metodo di autocalibrazione.
TWI221196B (en) * 2001-09-06 2004-09-21 Tokyo Electron Ltd Impedance measuring circuit, its method, and electrostatic capacitance measuring circuit
FR2853472B1 (fr) * 2003-04-01 2005-06-24 St Microelectronics Sa Circuit amplificateur audio
DE102004015122A1 (de) * 2004-03-27 2005-10-13 Robert Bosch Gmbh Sensor mit integriertem Antriebs- und Detektionsmittel
EP1715580B1 (en) 2005-03-31 2018-11-28 STMicroelectronics Srl Device for controlling the resonance frequency of a MEMS resonator
EP1811309B1 (en) 2006-01-20 2009-10-07 STMicroelectronics S.r.l. Free fall detector device and free fall detection method
JP3874366B1 (ja) * 2006-03-16 2007-01-31 株式会社パワーシステム キャパシタ蓄電装置
US7570066B2 (en) 2007-11-01 2009-08-04 Seagate Technology Llc Simultaneous detection of in-plane and out-of-plane position displacement with capacitive sensors
US20090296979A1 (en) * 2008-06-02 2009-12-03 Hosiden Corporation Speaker
US7956621B2 (en) * 2008-06-11 2011-06-07 Analog Devices, Inc. Anti-capture method and apparatus for micromachined devices
US20100052701A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Seoul National University Industry Foundation Nanoscale Displacement Transducer
US20120013351A1 (en) * 2008-09-19 2012-01-19 Physical Logic Ag Method for converting a sensor capacitance under parasitic capacitance conditions and a capacitance-to-voltage converter circuit
DE102009000743B4 (de) * 2009-02-10 2024-01-18 Robert Bosch Gmbh Vibrationskompensation für Drehratensensoren
CH700376A2 (de) * 2009-02-11 2010-08-13 Baumer Innotec Ag Kapazitiver Sensor und Verfahren zur kapazitiven Erfassung eines Objektabstandes.
DE102009026496B4 (de) 2009-05-27 2022-04-28 Robert Bosch Gmbh Kompensationskapazität für einen kapazitiven Sensor
EP2653845B1 (en) 2012-04-18 2015-07-15 Nxp B.V. Sensor circuit and calibration method
EP2653846A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-23 Nxp B.V. Sensor circuit and a method of calibration
JP5733276B2 (ja) * 2012-07-13 2015-06-10 株式会社デンソー 静電容量型センサの検出回路
JP5733277B2 (ja) * 2012-07-13 2015-06-10 株式会社デンソー 静電容量型センサの検出回路
DE102013218973B4 (de) * 2013-09-20 2015-11-19 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Verfahren und Schaltung zur zeitkontinuierlichen Detektion der Position der Sensormasse bei gleichzeitiger Rückkopplung für kapazitive Sensoren
EP3862757B1 (en) 2020-02-07 2024-03-27 Atlantic Inertial Systems Limited Methods for closed loop operation of capacitive accelerometers and such capacitive accelerometers
DE102020211325A1 (de) 2020-09-09 2022-03-10 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensorsystem, umfassend ein mikromechanisches differentielles Sensorelement mit einer beweglichen Massenstruktur

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3585634A (en) * 1968-07-31 1971-06-15 Tyco Instr Division Inc Cyclically operating analog to digital converter
US4054833A (en) * 1976-06-11 1977-10-18 Setra Systems, Inc. Capacitance measuring system
US4389646A (en) * 1980-04-30 1983-06-21 Fuji Electric Co. Ltd. Displacement converting circuit arrangement
US4860232A (en) * 1987-04-22 1989-08-22 Massachusetts Institute Of Technology Digital technique for precise measurement of variable capacitance
US5095762A (en) * 1988-07-14 1992-03-17 University Of Hawaii Multidimensional force sensor
US5417111A (en) * 1990-08-17 1995-05-23 Analog Devices, Inc. Monolithic chip containing integrated circuitry and suspended microstructure
FR2706038B1 (fr) * 1993-06-02 1995-07-21 Suisse Electronique Microtech Dispositif de mesure d'une force.
JPH0927722A (ja) * 1995-07-12 1997-01-28 Fuji Xerox Co Ltd ゲイン可変増幅装置
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
US5992233A (en) * 1996-05-31 1999-11-30 The Regents Of The University Of California Micromachined Z-axis vibratory rate gyroscope
US6316948B1 (en) * 1998-07-01 2001-11-13 Setra Systems, Inc. Charge balance network with floating ground capacitive sensing
US6386032B1 (en) * 1999-08-26 2002-05-14 Analog Devices Imi, Inc. Micro-machined accelerometer with improved transfer characteristics

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005246498A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電子部品装置
JP4499447B2 (ja) * 2004-03-01 2010-07-07 日本電信電話株式会社 電子部品装置
JP2005318236A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電子部品装置
JP2007171171A (ja) * 2005-11-29 2007-07-05 St Microelectronics Srl 検出回路、インターフェース回路、電子機器、差動容量性センサー読み取り方法
JP2011515936A (ja) * 2008-03-19 2011-05-19 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 電荷を電圧に変換するシステムおよびこのシステムを制御する方法
JP2010245729A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Sanyo Electric Co Ltd コンデンサマイクの増幅回路
US8600079B2 (en) 2009-04-03 2013-12-03 Sanyo Semiconductor Co., Ltd. Amplifier circuit of capacitor microphone
CN102759367A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 义隆电子股份有限公司 差动电容的感测电路及方法
CN104236595A (zh) * 2011-04-29 2014-12-24 义隆电子股份有限公司 差动电容的感测电路及方法
JP2014529972A (ja) * 2011-09-01 2014-11-13 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ センサ回路によってもたらされる疑似力を単一の増幅器を用いて除去する、変換器フロントエンド用の、線形の静電容量−電圧変換器
CN103791928A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 西门子公司 电容编码器的读出电路及方法
CN103791928B (zh) * 2012-10-31 2016-04-13 西门子公司 电容编码器的读出电路及方法

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