JP2009063328A - 容量変化検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直列接続された2組の一対のコンデンサ(C1−C2,C3−C4)の両端に入力された矩形波信号(搬送波信号)が前記一対のコンデンサの容量変化によって変調されることにより得られた被変調波に基づいて前記容量変化を検出する容量変化検出装置であって、前記容量変化を相殺させる矩形波信号を入力する矩形波信号発生回路30と、矩形波信号発生回路30によって該矩形波信号が入力される時の前記被変調波を異なるタイミングで発生させたタイミング信号CLKAとCLKBでサンプリングして比較した結果に基づいて前記一対のコンデンサの両端に入力される矩形波信号の断線の検知をする断線検出回路とを備えることを特徴とする、容量変化検出装置。
【選択図】図9
Description
直列接続された一対のコンデンサの両端に入力された搬送波が前記一対のコンデンサの容量変化によって変調されることによって前記一対のコンデンサ間の接続点から得られる被変調波に基づいて前記容量変化を検出する容量変化検出装置であって、
前記容量変化を相殺させる搬送波を入力する搬送波入力手段と、
前記搬送波入力手段によって該搬送波が入力される時の前記被変調波を異なるタイミングで比較した結果に基づいて前記一対のコンデンサの両端に入力される搬送波の入力異常を検知する入力異常検知手段とを備えることを特徴とする。
前記入力異常検知手段は、前記被変調波の略最大振幅時の状態と前記被変調波の略最小振幅時の状態とを比較した結果に基づいて、前記入力異常の検知をすることを特徴とする。
前記接続点が共通する前記一対のコンデンサが複数構成されており、
前記搬送波入力手段は、前記複数の一対のコンデンサのうち一部の一対のコンデンサに入力される搬送波のデューティ比を変更することを特徴とする。
前記複数の一対のコンデンサのうち前記接続点に対して一方の側に配置されたコンデンサの容量変化率の和ともう一方の側に配置されたコンデンサの容量変化率の和とが等しく、且つ、前記複数の一対のコンデンサを構成する各コンデンサの容量変化率が互いに異なることを特徴とする。
ここで、εは誘電率、gは櫛歯状電極間のギャップ、εは誘電率、Nはギャップの数、hは櫛歯状電極の高さ(基板からの高さ)である。すなわち、駆動力Fは駆動電圧VDの2乗に比例する。
=4△C△xV−C’V ・・・(2)
Qb=−2(C+△C△x)V+2(C−△C△x)V+C’V
=−4△C△xV+C’V ・・・(3)
つまり、上述の矩形波信号が入力されるコンデンサC1,C2,C3,C4が接続される接続点からはその矩形波信号をコンデンサC1〜C4の容量変化に応じて振幅変調した電圧信号Sa、すなわち矩形波信号をコンデンサC1〜C4の容量変化を表す変調波信号△xで振幅変調した電圧信号Saが得られる。したがって、電圧信号Saを増幅するチャージアンプ61からは、図6(a)に示されるような被変調波信号Sbが出力されることになる(被変調波信号Sbの包絡線は△x)。被変調波信号Sbは、チャージアンプ61のQ−V変換係数を(1/Cf)とするならば、DC成分(=−(C’/Cf)V)をもったsin波とその反転信号との間を行き来する信号となる。変調波信号△xの振幅の正の最大値において被変調波信号Sbの振幅が最大に、変調波信号△xの振幅の負の最大値において被変調波信号Sbの振幅が最小になる。なお、電圧信号Saが取り出される当該接続点は、直列接続されたコンデンサC1とC2の間と直列接続されたコンデンサC3とC4の間とを接続した点の電位と同電位上の点であればよい。
△C1≠△C2且つ△C1≠△C4且つ△C3≠△C2且つ△C3≠△C4 ・・・(5)
式(4)は、各コンデンサが共通に接続される接続点に対してY軸方向の同じ側に形成されたコンデンサの容量変化率の合計値はその反対側に形成されたコンデンサの容量変化率の合計値と同じであることを示す。また、式(5)は、各コンデンサの容量変化率が互いに異なることを示している。なお、式(5)では、当該接続点に対してY軸方向の同じ側に形成されたコンデンサについてはそれらの容量変化率が互いに等しくてもよいことを示している。
V1≠V2且つV1≠V4且つV3≠V2且つV3≠V4 ・・・(7)
また、「電荷Q=容量C×振幅電圧V」という関係から、(4)〜(7)の式を組み合わせた式(8)(9)を満たすように設定することによって、複数の矩形波信号の断線検出が可能となる。
C1V1≠C2V2且つC1V1≠C4V4
且つC3V3≠C2V2且つC3V3≠C4V4 ・・・(9)
また、上述の実施例では、容量がコンプリメンタリに変化する2組の直列接続されたコンデンサに矩形波信号を入力する例を挙げたが、1組や3組以上の同様の構成のコンデンサを有する場合であっても、上述の実施例と同様に考えることによって同様の効果を得ることができる。
10,11 振動子
15,16 フレーム
21(21−1,21−2,21−3,21−4) 固定電極指
24(24−1,24−2,24−3,24−4) 可動電極指
30 矩形波信号発生回路
51(51−1,51−2,51−3,51−4) 駆動電極部
53(53−1,53−2,53−3,53−4) 検出電極部
55−1,55−2,55−3,55−4 信号線
60,61 チャージアンプ
150 タイミング信号発生回路
160,161 サンプルホールド回路
170,171 コンパレータ
180 OR回路
Claims (4)
- 直列接続された一対のコンデンサの両端に入力された搬送波が前記一対のコンデンサの容量変化によって変調されることによって前記一対のコンデンサ間の接続点から得られる被変調波に基づいて前記容量変化を検出する容量変化検出装置であって、
前記容量変化を相殺させる搬送波を入力する搬送波入力手段と、
前記搬送波入力手段によって該搬送波が入力される時の前記被変調波を異なるタイミングで比較した結果に基づいて前記一対のコンデンサの両端に入力される搬送波の入力異常を検知する入力異常検知手段とを備えることを特徴とする、容量変化検出装置。 - 前記入力異常検知手段は、前記被変調波の略最大振幅時の状態と前記被変調波の略最小振幅時の状態とを比較した結果に基づいて、前記入力異常の検知をする、請求項1に記載の容量変化検出装置。
- 前記接続点が共通する前記一対のコンデンサが複数構成されており、
前記搬送波入力手段は、前記複数の一対のコンデンサのうち一部の一対のコンデンサに入力される搬送波のデューティ比を変更する、請求項1又は2に記載の容量変化検出装置。 - 前記複数の一対のコンデンサのうち前記接続点に対して一方の側に配置されたコンデンサの容量変化率の和ともう一方の側に配置されたコンデンサの容量変化率の和とが等しく、且つ、前記複数の一対のコンデンサを構成する各コンデンサの容量変化率が互いに異なる、請求項3に記載の容量変化検出装置。
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