JP2015090353A - 検出装置、センサー、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検出装置は、物理量トランスデューサー10を駆動する駆動回路30と、所望信号を検出する検出回路60と、電源電圧VDDが入力される電源端子TVDDと、電源端子TVDDからの電源電圧VDDを降圧する電圧調整を行い、電圧調整により得られたレギュレート電源電圧VDDLを、動作電源電圧として駆動回路30及び検出回路60に供給するレギュレーター回路22と、電源電圧VDDが供給され、駆動回路30からの駆動信号DQを受けて、駆動信号DQの振幅を増加させた増幅駆動信号DQBを物理量トランスデューサー10に出力するバッファー回路24を含む。
【選択図】図2
Description
図1に本実施形態の検出装置20を含むジャイロセンサー510(広義にはセンサー)と、ジャイロセンサー510を含む電子機器500の構成例を示す。なお電子機器500、ジャイロセンサー510は図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器500としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、時計、健康器具、或いは携帯型情報端末等の種々の機器を想定できる。
図2に本実施形態の検出装置20の構成例を示す。検出装置20は、振動子10(物理量トランスデューサー)からのフィードバック信号DIを受けて、振動子10を駆動する駆動回路30と、振動子10からの検出信号IQ1、IQ2を受けて、所望信号を検出する検出回路60を含む。
本実施形態では、図2に示すように、外部からの電源電圧VDDを降圧する電圧調整を、レギュレーター回路22により行い、電圧調整されたレギュレート電源電圧VDDLを駆動回路30や検出回路60に供給している。そして駆動回路30や検出回路60は、このレギュレート電源電圧VDDLを動作電源電圧として動作する。
次にバッファー回路24の具体的な構成例について説明する。図4にバッファー回路24の第1の構成例を示す。
本実施形態では、振動子を矩形波の駆動信号で駆動してもよいが、正弦波の駆動信号で駆動することもできる。以下では、この正弦波の駆動信号による駆動手法について詳細に説明する。
ここでCG、CDは、インバーター回路IVのゲート、ドレインの寄生容量でありGmはトランスコンダクタンスである。
ここで、Kは、駆動信号DQBの信号増幅のゲインであり、RIは、I/V変換用の抵抗(例えば抵抗素子REの抵抗値)である。
図11に、正弦波駆動の場合の駆動回路30の詳細な構成例を示す。
図14に本実施形態の検出装置の変形例を示す。図14は、複数の軸回りでの回転角速度の検出を行う多軸ジャイロセンサーの検出装置の構成例である。この構成例の検出装置は、複数の振動子10-1、10-2、10-3の駆動及び検出を行う。ここで、例えば、振動子10-1は、第1の軸(例えばX軸)の回りでの回転角速度を検出するための振動子であり、振動子10-2は、第2の軸(例えばY軸)の回りでの回転角速度を検出するための振動子である。また振動子10-3は第3の軸(例えばZ軸)の回りでの回転角速度を検出するための振動子である。
図15に検出回路60の詳細な構成例を示す。図15は全差動スイッチングミキサー方式の検出回路60の例である。
CP3 コンパレーター、CE、CG、CH、CK キャパシター、
RE、RF1、RF2、RG、RH、RK、RM1、RM2 抵抗素子、
SF1、SF2、SWM、SWM1、SWM2 スイッチ素子、
TA1〜TA9 トランジスター、
10 振動子、20 検出装置、22、22-1〜22-3 レギュレーター回路、
24、24-1〜24-3 バッファー回路、
30、30-1〜30-3、駆動回路、32 増幅回路(I/V変換回路)、
34 ハイパスフィルター、36 OTA回路、
37 V/I変換回路(電圧−電流変換回路)、38 差動部、
39 I/V変換回路(第2の電流−電圧変換回路)、40 ゲイン制御回路、
42 全波整流器、44 積分器、50 駆動信号出力回路、52 同期信号出力回路、
60、60-1〜60-3 検出回路、61 増幅回路、62、64 Q/V変換回路、
72、74 ゲイン調整アンプ、80 スイッチングミキサー、81 同期検波回路、
92、94 フィルター、100 A/D変換回路、110 DSP部、140 制御部、
206 移動体(自動車)、207 車体、208 車体姿勢制御装置、209 車輪、
260 離散型Q/V変換回路、270 A/D変換回路、280 DSP部、
362、364 Q/V変換回路、366 差動増幅回路、
367 ハイパスフィルター、368 ACアンプ、370 オフセット調整回路、
380 同期検波回路、382 ローパスフィルター、384 ゲイン調整アンプ、
386 DCアンプ、388 SCF、390 A/D変換回路、392 DSP部、
500 電子機器、510 ジャイロセンサー、520 処理部、530 メモリー、
540 操作部、550 表示部
Claims (15)
- 物理量トランスデューサーからのフィードバック信号を受けて、前記物理量トランスデューサーを駆動する駆動回路と、
前記物理量トランスデューサーからの検出信号を受けて、所望信号を検出する検出回路と、
電源電圧が入力される電源端子と、
前記電源端子からの前記電源電圧を降圧する電圧調整を行い、前記電圧調整により得られたレギュレート電源電圧を、動作電源電圧として前記駆動回路及び前記検出回路に供給するレギュレーター回路と、
前記電源電圧が供給され、前記駆動回路からの駆動信号を受けて、前記駆動信号の振幅を増加させた増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力するバッファー回路と、
を含むことを特徴とする検出装置。 - 請求項1に記載の検出装置において、
第1のモードでは、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、
第2のモードでは、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力することを特徴とする検出装置。 - 請求項2に記載の検出装置において、
前記物理量トランスデューサーは振動子であり、
前記振動子の発振の起動期間では、前記第1のモードに設定されて、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記振動子に出力することを特徴とする検出装置。 - 請求項3に記載の検出装置において、
前記起動期間の完了後に前記第2のモードに設定されて、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記振動子に出力することを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記バッファー回路は、
非反転入力端子に前記駆動回路からの前記駆動信号が入力される演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力ノードと低電位側電源のノードとの間に直列に設けられる第1の抵抗素子及び第2の抵抗素子と、
を有し、
前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子の接続ノードが前記演算増幅器の反転入力端子に接続されることを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記駆動回路及び前記検出回路は、第1の耐圧のトランジスターにより構成され、
前記バッファー回路は、前記第1の耐圧よりも高耐圧の第2の耐圧のトランジスターにより構成されることを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記物理量トランスデューサーは振動子であり、
前記駆動回路は、
前記フィードバック信号を受けて、電流−電圧変換を行う電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路による電流−電圧変換後の入力電圧信号を増幅して、正弦波の前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
前記駆動信号出力回路での前記駆動信号の増幅のゲインを制御するゲイン制御回路と、
を有し、
前記電流−電圧変換回路の電流−電圧変換用の抵抗をRIとし、前記駆動信号出力回路と前記バッファー回路とによる駆動信号の増幅のゲインをKとし、前記振動子の基本波モードでの等価直列抵抗をRとした場合に、前記ゲイン制御回路は、K×RI=Rとなるようにゲイン制御を行うことを特徴とする検出装置。 - 請求項7に記載の検出装置において、
前記駆動信号出力回路は、
前記ゲイン制御回路からの制御電圧によってトランスコンダクタンスが設定されて、前記入力電圧信号を電流信号に変換するOTA(Operational Transconductance Amplifier)回路と、
前記OTA回路からの前記電流信号の電流−電圧変換を行い、前記駆動信号を出力する第2の電流−電圧変換回路と、
を有することを特徴とする検出装置。 - 請求項8に記載の検出装置において、
前記OTA回路は、
前記ゲイン制御回路からの前記制御電圧を制御電流に変換する電圧−電流変換回路と、
前記制御電流により設定されるバイアス電流がバイアス電流源に流れ、第1の差動入力端子にアナログ基準電圧が入力され、第2の差動入力端子に前記入力電圧信号が入力され、前記電流信号を前記第2の電流−電圧変換回路に出力する差動部と、
を有することを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の検出装置において、
第2の物理量トランスデューサーからの第2のフィードバック信号を受けて、前記第2の物理量トランスデューサーを駆動する第2の駆動回路と、
前記第2の物理量トランスデューサーからの第2の検出信号を受けて、所望信号を検出する第2の検出回路と、
前記電源端子からの前記電源電圧を降圧する電圧調整を行い、前記電圧調整により得られた第2のレギュレート電源電圧を前記第2の駆動回路及び前記第2の検出回路に供給する第2のレギュレーター回路と、
前記電源電圧が供給され、前記第2の駆動回路からの第2の駆動信号を受けて、前記第2の駆動信号の振幅を増加させた第2の増幅駆動信号を前記第2の物理量トランスデューサーに出力する第2のバッファー回路と、
を含むことを特徴とする検出装置。 - 請求項10に記載の検出装置において、
第1のモードでは、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、前記第2のバッファー回路からの前記第2の増幅駆動信号を前記第2の物理量トランスデューサーに出力し、
第2のモードでは、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、前記第2の駆動回路からの前記第2の駆動信号を前記第2の物理量トランスデューサーに出力することを特徴とする検出装置。 - 請求項10又は11に記載の検出装置において、
前記物理量トランスデューサーは、第1の軸回りでの回転角速度を検出するための振動子あり、
前記第2の物理量トランスデューサーは、第2の軸回りでの回転角速度を検出するための振動子であることを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の検出装置と、
前記物理量トランスデューサーと、
を含むことを特徴とするセンサー。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の検出装置を含むことを特徴とする移動体。
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