JP2016188793A - 容量検出型センサの信号検出方法、容量検出型センサ、およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】容量検出に使う搬送波を2種類の周波数で変調し、第一の変調周波数でサンプリングしてC/V変換し、第二の変調周波数で同期検波することで信号を得る。
【選択図】図6
Description
FRAME フレーム
MASS 可動マス
kp 正側バネ
kn 負側バネ
dp 正側ダンパ
dn 負側ダンパ
ELP 正側検出電極
ELN 負側検出電極
Cp 正側検出容量
Cn 負側検出容量
memsinp 正側MEMS入力
memsinn 負側MEMS入力
memsout MEMS出力
C/V C/V変換回路
AMP アンプ
ADC アナログデジタル変換回路
BW 有効バンド幅
phi1 第一の変調周波数
LPF ローパスフィルタ
fcorner 1/f雑音と白色雑音のスペクトルが交差する周波数
phi2 第二の変調周波数
PSD パワースペクトル密度
phi2low phi2の下限周波数
MODCARRGEN 変調搬送波生成回路
CLKGEN クロック生成回路
SCV サンプリングC/V変換回路
SENSORSYSTEM1 センサシステムの第一の構成例
Delay180 180度位相遅延回路
phi1d phi1を180度遅延させたクロック
MAG 搬送波電圧およびこれを実現するアンプ
INV NOTゲート
SW アナログスイッチ
Cf フィードバック容量
OPAMP オペアンプ
XOR 排他的論理和ゲート
LATCH ラッチ回路
ΔC 容量変化
C0 初期容量
phi1d2 phi1を遅延させたクロック
phi1dd2 phi1dを遅延させたクロック
SIGPROCESS アンプ、ADC,フィルタなどを含む信号処理回路
FILTER フィルタ
DELAY2 phi2の遅延回路
DELAYSYNC DELAY2に適用する遅延量
phi2d phi2を遅延させたクロック
BITSYNC 1ビットの同期検波回路
SYNC nビット同期検波回路
DELAYALL Delay、DELAY2、Delay180を含む遅延回路
POSTPROCESS 補正や調整を行うポスト演算回路ブロック
IF チップ間通信用の送受信インタフェース
WCIF ワイヤレス通信用インタフェース
aveout 平均化されたセンサシステム出力
gA 変調された搬送波を用いた場合のセンサシステム出力
g1A、g2A 従来構成でのセンサシステム出力
g3A phi1をC/V変換回路のクロックに使った場合のセンサシステム出力
phi2d90 phi2を90度遅延させたクロック
STF 信号伝達関数
NTF 雑音伝達関数
BPF バンドパスフィルタ
CARRGEN 搬送波生成回路
MOD 変調回路
modinp 変調回路正側入力
modinn 変調回路負側入力
memsoutp MEMS2正側出力
memsoutn MEMS2負側出力
memsin MEMS2入力
SDCV サンプリング型完全差動C/V変換回路
cvinp 正側C/V変換回路入力
cvinn 負側C/V変換回路入力
Claims (15)
- 物理量を電気容量の変化信号として検出する容量検出型センサの信号検出方法であって、
第1の変調周波数、および、前記第1の変調周波数より低い周波数の第2の変調周波数により変調された搬送波を生成し、
前記搬送波により前記電気容量の変化信号を搬送し、
前記第1の変調周波数をサンプリング周波数に用いて、前記電気容量の変化信号を電圧の変化信号に変換し、
前記電圧の変化信号を前記第2の変調周波数により復調し、
前記復調した信号に周波数フィルタを適用して所望の周波数信号を得る信号検出方法。 - 前記周波数フィルタはローパスフィルタであり、
前記第2の変調周波数は、
前記ローパスフィルタの透過周波数帯域以上である、請求項1記載の信号検出方法。 - 前記第2の変調周波数は、
前記容量検出型センサの信号を処理する信号検出回路系のホワイトノイズより大きな1/fノイズを有する周波数帯域幅に前記容量検出型センサの検出周波数バンド幅を加えた周波数以上、前記第1の変調周波数の半分以下である、請求項1記載の信号検出方法。 - 第1の変調周波数および第2の変調周波数により変調された搬送波を生成するキャリア生成部と、
前記搬送波を用いて物理量を検出するMEMSエレメントと、
前記MEMSエレメントからの検出信号を前記第1の変調周波数と同一周波数のクロックによりサンプリングするスイッチトキャパシタ型CV変換回路と、
を有するMEMSセンサ。 - 請求項4に記載のMEMSセンサにおいて、
前記スイッチトキャパシタ型CV変換回路の後段にアンプを更に有するMEMSセンサ。 - 請求項5に記載のMEMSセンサにおいて、
前記アンプの後段に前記アンプからの信号をA/D変換するADCを更に有するMEMSセンサ。 - 請求項6に記載のMEMSセンサにおいて、
前記ADCの後段に前記第2の変調周波数よりも高い周波数成分を除去するフィルタを更に有するMEMSセンサ。 - 請求項7に記載のMEMSセンサにおいて、
前記フィルタからの出力を前記第2の変調周波数を用いて復調する復調器を更に有するMEMSセンサ。 - 請求項4に記載のMEMSセンサにおいて、
前記第1の変調周波数は前記クロックに対して180度位相がずれていることを特徴とするMEMSセンサ。 - 請求項9に記載のMEMSセンサにおいて、
前記第2の変調周波数は前記第1の変調周波数の0.5倍であることを特徴とするMEMSセンサ。 - 請求項6に記載のMEMSセンサにおいて、
前記ADCは前記第2の変調周波数において量子化雑音強度が極小値となるよう設計されていることを特徴とするMEMSセンサ。 - 第1の周波数信号で変調された搬送波を生成するキャリア生成回路と、
前記搬送波を入力とし、検出した物理量を検出信号として出力するMEMSエレメントと、
前記MEMSエレメントからの検出信号を、前記第1の周波数信号と同一周波数の第1のクロック信号によりサンプリングする変換回路と、
前記変換回路の後段に設けられたアンプと、
前記アンプの後段に設けられたADCと、
前記ADCの後段に設けられたローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの後段に設けられ、前記第1の周波数信号と周波数が異なる第2の周波数信号を用いて復調する復調回路とを有し、
前記第2の周波数信号と同一周波数の信号によりさらに前記搬送波を変調するか、あるいは、前記第2の周波数信号と同一周波数の信号により前記MEMSエレメントからの検出信号を変調して前記変換回路に入力する、
MEMSセンサシステム。 - 前記キャリア生成回路は、
前記第1の周波数信号および前記第2の周波数信号を入力とする2入力2出力の論理回路を有し、前記論理回路出力に基づいた2つの出力信号を出力し、
前記MEMSエレメントは、
前記キャリア生成回路の2つの出力信号が其々入力され容量変化が相補的な2つの可変容量を有し、前記2つの可変容量に接続される1つの出力端子を有し、
前記変換回路は、
前記MEMSエレメントの出力端子からの信号を、前記第1の周波数信号と位相が異なる前記第1のクロック信号によりサンプリングする、
ことを特徴とする請求項12記載のMEMSセンサシステム。 - 前記キャリア生成回路は、
前記第1の周波数信号および第2の周波数信号を入力とする2入力1出力の論理回路を有し、前記論理回路出力に基づいた1つの出力信号を出力し、
前記MEMSエレメントは、
前記キャリア生成回路の1つの出力信号が入力され容量変化が相補的な2つの可変容量を有し、前記2つの可変容量に其々接続される2つの出力端子を有し、
前記変換回路は、
前記MEMSエレメントの2つの出力端子の出力を、前記第1の周波数信号と位相が異なる前記第1のクロック信号により、其々サンプリングする2つのサンプリングC/V変換回路、あるいは、1つのサンプリング差動C/V変換回路を有する、
ことを特徴とする請求項12記載のMEMSセンサシステム。 - 前記キャリア生成回路は、
前記第1の周波数信号に基づいた1つの出力信号を出力し、
前記MEMSエレメントは、
前記キャリア生成回路の1つの出力信号が入力され容量変化が相補的な2つの可変容量を有し、前記2つの可変容量に其々接続される2つの出力端子を有し、
前記MEMSエレメントの後段に変調回路をさらに有し、前記変調回路は、
前記2つの出力端子からの出力を、前記第2の変調周波数信号と同一周波数の信号を用いて変調する変調回路であり、
前記変換回路は、
前記変調回路の2つの出力端子の出力を、前記第1の変調周波数信号と位相が異なる前記第1のクロック信号により、其々サンプリングする2つのサンプリングC/V変換回路、あるいは、1つのサンプリング型完全差動C/V変換回路を有する、
ことを特徴とする請求項12記載のMEMSセンサシステム。
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