JP2012230052A - 振動子駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動切替回路7は、振幅検出回路5により検出された駆動振動の振幅が、振動子1と定常駆動信号生成回路4とで閉ループを形成した場合に持続的な振動を励振可能な振幅範囲内に設定されたしきい値未満の場合には、初期駆動信号生成回路6から出力される初期駆動信号を選択する。初期駆動信号生成回路6は、上記閉ループを形成した場合に持続的な振動が励振される駆動周波数を、振動子1の駆動開始時から含むようにまたは駆動開始後に含むように初期駆動信号を生成する。検出振幅がしきい値以上になった場合、駆動切替回路7は、定常駆動信号生成4から出力される定常駆動信号を選択する。
【選択図】図1
Description
Δf=K・(f1−f0)/(M1−M0)
f2=f1+Δf
により、次回の駆動周波数f2を決定する。
f1=f1+K・(M2−M1)
により、次回の駆動周波数f1を決定する。本手段によれば、上述した振動子の周波数−振幅特性に基づいて共振周波数に近づくように駆動周波数f1が決定される。また、除算を含まない比較的簡単な計算で駆動周波数を更新できるので、回路規模が低減され、処理負荷が軽減される。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1および図2を参照しながら説明する。
図1は、カーナビゲーションシステム、車両安定化制御(VSC)システムなどに適用されて角速度を検出するセンサ回路のブロック構成を示している。静電駆動・容量検出型のマイクロジャイロセンサは、単結晶シリコン等で形成された基板上に、基板面に平行な第1方向に駆動振動し、第1方向と直交する第2方向に検出振動するように配置された振動子1を備えている。図示しないが、振動子1の周囲には振動子1に対向して、振動子1を第1方向に駆動振動させるための駆動電極、振動子1の駆動振動の状態をモニタするためのモニタ電極、振動子1の第2方向の振動を検出するための一対の検出電極が形成されている。
図2は、振動子1の周波数と振幅との関係を示している。振動の振幅は、振動子1が共振周波数で振動したときに最大となり、共振周波数からずれるに従って低下する。周波数の変化割合に対する振幅の変化割合すなわち傾きは、共振周波数よりも低い周波数領域で正の値となり、共振周波数よりも高い周波数領域で負の値となる。傾きは、共振周波数の近傍を除き、振動周波数と共振周波数との差が大きくなるほど小さくなる。図中に示すしきい値Mthは、上述したように振動子1と定常駆動信号生成回路4とで閉ループを形成した場合に持続的な振動を励振可能な振幅である。
第2の実施形態について、初期駆動信号生成回路6の具体的な構成を示す図3を参照しながら説明する。駆動周波数保持回路21は、出力する駆動周波数の値を保持するメモリまたはレジスタから構成されている。矩形波信号発生回路22(駆動信号発生手段)は、駆動周波数保持回路21に保持されている駆動周波数を所定周期で読み出して、その駆動周波数を持つ矩形波からなる初期駆動信号を生成する。加算回路23は、上記所定周期で、駆動周波数保持回路21に保持されている駆動周波数に予め定めた差分周波数Δfを加算する。加算演算により更新された駆動周波数は駆動周波数保持回路21に保持される。
第3の実施形態について図4および図5を参照しながら説明する。図4は、初期駆動信号生成回路6の具体的な構成を示している。ホワイトノイズ発生回路24(ホワイトノイズ発生手段)は、図5に示すようにDフリップフロップからなるシフトレジスタの出力データと途中段階のデータとのExORを入力に戻すことによりホワイトノイズ(M系列信号)を生成する。
第4の実施形態について図6ないし図8を参照しながら説明する。図6は、初期駆動信号生成回路6の具体的な構成を示している。記憶回路28は、メモリまたはレジスタから構成されており、所定の周期ごとに、更新された駆動周波数fと当該駆動周波数fを持つ初期駆動信号で振動子1を駆動したときの検出振幅Mとを対応付けて記憶する。
Δf=K・(f2−f1)/(M2−M1) …(1)
f2=f1+Δf …(2)
このようにしてステップS5からS9の処理を繰り返し、検出振幅M2がしきい値Mthより大きくなると(S8:YES)演算処理を終了する。
f1+Δf≦共振周波数+Δfw/2 …(3)
第5の実施形態について図9を参照しながら説明する。本実施形態の初期駆動信号生成回路6も第4の実施形態と同様に図6に示す構成を備えている。第4の実施形態とは、共振周波数予測回路29の演算方法が一部異なる。図9に示すフローチャートでは図7に示す処理と同一の処理に同一のステップ番号を付している。
f1=f1+K・(M2−M1) …(4)
図10に示す第6の実施形態の初期駆動信号生成回路6は、図6に示す第4の実施形態および第5の実施形態の初期駆動信号生成回路6に対し不揮発性記憶回路30(不揮発性記憶手段)を付加した構成となっている。初期駆動信号生成回路6は、図7または図9におけるステップS4またはステップS8でYESと判断すると、そのときの駆動周波数f1またはf2を不揮発性記憶回路30に記憶する。
第7の実施形態について図11を参照しながら説明する。本実施形態の初期駆動信号生成回路6は、ホワイトノイズ(M系列信号)を生成するホワイトノイズ発生回路24(図5参照)から構成されている。ホワイトノイズは、振動子1の共振周波数のばらつき範囲を含む幅広い周波数成分を有している。このため、駆動開始時にホワイトノイズを初期駆動信号として振動子1を与えると、振動子1の共振周波数に対応する周波数成分が次第に増大する。検出振幅がしきい値Mth以上になると、駆動切替回路7は初期駆動信号に替えて定常駆動信号を選択して振動子1を駆動するので、初期駆動信号生成回路6は動作を停止する。本実施形態によれば、駆動周波数を変更することなく振動子1を励振させることができるとともに、初期駆動信号生成回路6の構成を簡単化できる。
上述した各実施形態に適用可能な第8の実施形態について図12および図13を参照しながら説明する。図12はセンサ回路のブロック構成を示し、図13はAGC回路のブロック構成を示している。振動子駆動回路31は、図1に示す振幅検出回路5をAGC回路9に含まれる振幅検出回路32と共用する回路構成を備えている。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
本発明は、振動方式にかかわらず振動型ジャイロセンサ一般に適用できる。
駆動信号発生手段は、矩形波信号発生回路22に限らず正弦波信号発生回路などで構成してもよい。
Claims (10)
- 振動子の駆動振動の状態に応じて出力されるモニタ信号に基づいて前記振動子を持続的に振動させる定常駆動信号を生成する定常駆動信号生成手段と、
前記モニタ信号に基づいて前記振動子の駆動振動の振幅を検出する振幅検出手段と、
前記振動子と前記定常駆動信号生成手段とで閉ループを形成した場合に持続的な振動が励振される駆動周波数を前記振動子の駆動開始時から含むまたは駆動開始後に含むように初期駆動信号を生成する初期駆動信号生成手段と、
前記振幅検出手段により検出された駆動振動の振幅が、前記閉ループを形成した場合に持続的な振動を励振可能な振幅範囲内に設定されたしきい値未満の場合には前記初期駆動信号を選択して前記振動子を駆動し、前記しきい値以上となった場合には前記定常駆動信号を選択して前記振動子を駆動する駆動切替手段とを備えていることを特徴とする振動子駆動回路。 - 前記初期駆動信号生成手段は、所定の駆動開始周波数から始めて所定の差分周波数を単調に加算または単調に減算することにより前記初期駆動信号を順次更新することを特徴とする請求項1記載の振動子駆動回路。
- 前記初期駆動信号生成手段は、前記振動子の共振周波数のばらつきの範囲内において最も低い共振周波数を前記駆動開始周波数に設定して前記差分周波数を単調に加算することにより前記初期駆動信号を順次更新し、または前記振動子の共振周波数のばらつきの範囲内において最も高い共振周波数を前記駆動開始周波数に設定して前記差分周波数を単調に減算することにより前記初期駆動信号を順次更新することを特徴とする請求項2記載の振動子駆動回路。
- 前記初期駆動信号生成手段は、
ホワイトノイズからなる初期駆動信号を生成するホワイトノイズ発生手段と、
前記モニタ信号に対しFFTの演算を実行するFFT演算手段と、
前記FFTの演算結果に基づいて前記モニタ信号に含まれる周波数成分のうち最大振幅を持つ周波数を選択する周波数選択手段と、
前記選択された周波数を持つ初期駆動信号を生成する駆動信号発生手段と、
駆動開始時には前記ホワイトノイズ発生手段から出力される初期駆動信号を選択し、前記FFTの演算結果に基づいて前記モニタ信号に所定の判定レベルを超える周波数成分が現れたことを条件として前記駆動信号発生手段から出力される初期駆動信号を選択する切替手段とを備えていることを特徴とする請求項1記載の振動子駆動回路。 - 前記初期駆動信号生成手段は、相異なる駆動周波数を持つ初期駆動信号によりそれぞれ前記振動子が駆動されたときに前記振幅検出手段により検出された駆動振動の振幅に基づいて、駆動する振動子の共振周波数により近い駆動周波数を順次決定することを特徴とする請求項1記載の振動子駆動回路。
- 前記初期駆動信号生成手段は、前回の駆動周波数をf0、今回の駆動周波数をf1、当該駆動周波数f0、f1を持つ初期駆動信号により前記振動子が駆動されたときの検出振幅をM0、M1、制御係数をK(>0)とすれば、
Δf=K・(f1−f0)/(M1−M0)
f2=f1+Δf
により、次回の駆動周波数f2を決定することを特徴とする請求項5記載の振動子駆動回路。 - 前記初期駆動信号生成手段は、決定した駆動周波数f1を持つ初期駆動信号とf1+Δf(Δfは制御定数)の駆動周波数f2を持つ初期駆動信号を順次出力し、当該駆動周波数f1、f2を持つ初期駆動信号により前記振動子が駆動されたときの検出振幅をM1、M2、制御係数をK(>0)とすれば、
f1=f1+K・(M2−M1)
により、次回の駆動周波数f1を決定することを特徴とする請求項5記載の振動子駆動回路。 - 前記初期駆動信号生成手段は、不揮発性記憶手段を備え、前記振幅検出手段により検出された駆動振動の振幅が前記しきい値以上になったときの駆動周波数を前記不揮発性記憶手段に記憶し、前記振動子の駆動開始時に前記不揮発性記憶手段に記憶されている周波数を駆動開始周波数に設定することを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載の振動子駆動回路。
- 前記初期駆動信号生成手段は、ホワイトノイズからなる初期駆動信号を生成するホワイトノイズ発生手段により構成されていることを特徴とする請求項1記載の振動子駆動回路。
- 前記定常駆動信号生成手段は、前記モニタ信号の振幅を検出する振幅検出回路と振幅制御回路とからなるAGC回路を備え、
前記振幅検出手段は、前記AGC回路に含まれる振幅検出回路と共用の回路とされていることを特徴とする請求項1ないし9の何れかに記載の振動子駆動回路。
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