JP3136888B2 - Accelerometer sensitivity adjustment device - Google Patents
Accelerometer sensitivity adjustment deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、加速度センサの感度調
整装置に関し、特に、加速度センサのダイナミックレン
ジを拡大してセンサ特性を改善する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensitivity adjusting device for an acceleration sensor, and more particularly to a technique for improving a sensor characteristic by expanding a dynamic range of the acceleration sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の速度センサとしては、例えば特開
平２−１１６７５５号公報に開示されたものがある。こ
の加速度センサは、絶縁体からなる基台上に、シリコン
で形成される質量部を、基台上面と所定間隙を設けて対
面配置する構成であり、前記質量部は、同じくシリコン
で形成され基台上面に平行に延びる梁部を介して弾性支
持されている。また、互いに対面する基台上面と質量部
下面に、それぞれ導体層を設ける共に、前記梁部には、
ブリッジ回路を構成する抵抗を一体に設ける構成であ
る。2. Description of the Related Art A conventional speed sensor is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-116755. This acceleration sensor has a configuration in which a mass part made of silicon is arranged on a base made of an insulator so as to face a top surface of the base with a predetermined gap, and the mass part is also made of silicon. It is elastically supported via a beam extending parallel to the table top. In addition, a conductor layer is provided on each of the base upper surface and the mass lower surface facing each other, and the beam portion includes:
In this configuration, resistors constituting a bridge circuit are provided integrally.
【０００３】かかる加速度センサでは、基台上面に対し
て垂直方向の加速度入力が生じた時の質量部の変位に基
づく梁部の変位量を、梁部に設けた抵抗の抵抗値変化に
変換し、この抵抗値変化に基づくブリッジ回路の出力か
ら、前記入力した加速度が検出される。また、この加速
度センサでは、導体層に電圧を印加すると、質量部と基
台上面との間に静電引力が作用して質量部を変位させる
ことができ、下方向への加速度が入力された場合と同様
の応力を梁部に発生させることができる。これにより、
一定の較正温度において、導体層の印加電圧とブッリジ
回路の出力との関係を調べることで、任意の温度におけ
るブッリジ回路の出力の較正ができ、ブッリジ回路の温
度補償を可能としている。In such an acceleration sensor, the amount of displacement of the beam based on the displacement of the mass when an acceleration is input in the direction perpendicular to the upper surface of the base is converted into a change in the resistance value of a resistor provided on the beam. The input acceleration is detected from the output of the bridge circuit based on the change in the resistance value. In addition, in this acceleration sensor, when a voltage is applied to the conductor layer, an electrostatic attraction acts between the mass part and the upper surface of the base to displace the mass part, and a downward acceleration is input. The same stress as in the case can be generated in the beam portion. This allows
By examining the relationship between the voltage applied to the conductor layer and the output of the bridge circuit at a fixed calibration temperature, the output of the bridge circuit at an arbitrary temperature can be calibrated, and the temperature of the bridge circuit can be compensated.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる加速
度センサでは、入力する加速度が小さい場合、その出力
レベルも小さくなるため、加速度の小さい領域ではＳ／
Ｎ比が小さく雑音の影響を受け易いことから、特に、入
力加速度の小さい領域でのセンサの出力特性の改善が要
求されている。In such an acceleration sensor, when the input acceleration is small, the output level is also small.
Since the N ratio is small and easily affected by noise, it is required to improve the output characteristics of the sensor particularly in a region where the input acceleration is small.
【０００５】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、入力加速度に応じてセンサ出力レベルの調整を可能
とした加速度センサの感度調整装置を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an acceleration sensor sensitivity adjustment device capable of adjusting a sensor output level in accordance with an input acceleration.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このため、本発明の加速
度センサの感度調整装置では、固定される基台と、該基
台に変位可能に支持された質量部と、該質量部の変位量
に応じた出力を発生する変位量検出手段とを備え、質量
部と基台との対面方向に加速度が印加された時の質量部
の変位量に基づく変位量検出手段からの出力によって、
前記加速度を検出する構成の加速度センサにおいて、前
記基台側に前記質量部と対面させて電極を設け、該電極
と前記質量部との間に印加する電圧を、前記変位量検出
手段からの出力レベルに基づいて少なくとも２段階に切
換制御する印加電圧切換手段を設ける構成とした。Therefore, in the sensitivity adjusting device for an acceleration sensor according to the present invention, a base fixed to the base, a mass part displaceably supported by the base, and a displacement amount of the mass part are provided. And a displacement amount detecting means for generating an output corresponding to the output of the mass section based on the displacement amount of the mass section when acceleration is applied in the facing direction of the mass section and the base.
In the acceleration sensor configured to detect the acceleration, an electrode is provided on the base side so as to face the mass unit, and a voltage applied between the electrode and the mass unit is output from the displacement amount detection unit. Applied voltage switching means for performing switching control in at least two stages based on the level is provided.
【０００７】また、前記印加電圧切換手段は、変位量検
出手段の出力レベルが小さい時に高い電圧を印加する構
成とした。また、前記質量部が、基台に平行な梁部を介
して基台に支持される構成とした。また、質量部の両側
に梁部を設ける両持ち梁構造とした。The applied voltage switching means applies a high voltage when the output level of the displacement detecting means is low. Further, the mass portion is supported by the base via a beam parallel to the base. In addition, a doubly supported beam structure is provided in which beam portions are provided on both sides of the mass portion.
【０００８】また、前記変位量検出手段が、前記梁部に
設けたピエゾ抵抗素子で構成されるブリッジ回路と、該
ブリッジ回路の出力を増幅する増幅回路とを備える構成
である。また、前記質量部と梁部とを半導体基板で一体
形成する構成とした。Further, the displacement amount detecting means includes a bridge circuit composed of a piezoresistive element provided on the beam portion, and an amplifier circuit for amplifying an output of the bridge circuit. Further, the mass part and the beam part are formed integrally with a semiconductor substrate.
【０００９】[0009]
【作用】かかる構成によれば、入力加速度に応じて質量
部が変位し、この変位量に対応した出力が変位量検出手
段から発生する。印加電圧切換手段は、この発生した出
力レベルに応じて質量部に対面配置した電極への印加電
圧を切り換えてセンサの出力感度を調整する。そして、
出力レベルが小さい時に印加電圧を高くするようにすれ
ば、出力レベルが高められることにより、入力加速度の
小さい領域でのＳ／Ｎ比の改善を図れる。According to this structure, the mass section is displaced in accordance with the input acceleration, and an output corresponding to the displacement is generated from the displacement detecting means. The applied voltage switching means adjusts the output sensitivity of the sensor by switching the applied voltage to the electrode disposed facing the mass unit in accordance with the generated output level. And
If the applied voltage is increased when the output level is small, the S / N ratio can be improved in a region where the input acceleration is small by increasing the output level.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に、本発明に係る加速度センサの感度調整装
置の一実施例の構成を示す。図１において、11は加速度
センサ・チップであり、図２及び図３に示す構成であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of a sensitivity adjustment device for an acceleration sensor according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes an acceleration sensor chip, which has a configuration shown in FIGS.
【００１１】かかる加速度センサ・チップ11の構造につ
いて説明すると、シリコンと熱膨張係数が比較的近い、
例えばパイレックス・ガラスからなる絶縁性の基台21上
面に、シリコン基板22が陽極接合されている。このシリ
コン基板22には、裏面からの異方性エッチングにより図
３に示すように４ヵ所に基台21上面に平行に延びる肉薄
の梁部23が形成され、これら梁部23の間に質量部として
の錘部24が、基台21上面に所定のギャップを設けて対面
して形成されており、錘部24は、両側の梁部23によって
両持ち梁構造で支持される構成となっている。従って、
前記錘部24は、基台21上面に対して垂直方向（図１中上
下方向）に変位可能な構成である。The structure of the acceleration sensor chip 11 will be described.
For example, a silicon substrate 22 is anodically bonded to the upper surface of an insulating base 21 made of Pyrex glass. As shown in FIG. 3, thin silicon beams 23 extending in parallel with the upper surface of the base 21 are formed on the silicon substrate 22 by anisotropic etching from the back surface. Weight portion 24 is formed facing the upper surface of the base 21 with a predetermined gap provided, and the weight portion 24 is configured to be supported in a doubly supported structure by the beam portions 23 on both sides. . Therefore,
The weight portion 24 is configured to be displaceable in a direction perpendicular to the upper surface of the base 21 (vertical direction in FIG. 1).
【００１２】梁部23の外表面側には、拡散形成された複
数のピエゾ抵抗素子25が設けられ、錘部24に印加される
加速度で生じる錘部24の変位により発生する梁部23の応
力を抵抗値変化に変換できるようになっており、これら
ピエゾ抵抗素子25で後述するブリッジ回路41を構成して
入力加速度を電圧に変換できる構成となっている。前記
ピエゾ抵抗素子25はシリコン酸化膜26で覆われている。A plurality of diffusion-formed piezoresistive elements 25 are provided on the outer surface side of the beam 23, and the stress of the beam 23 generated by the displacement of the weight 24 caused by the acceleration applied to the weight 24. Can be converted into a change in resistance value. The piezoresistive element 25 constitutes a bridge circuit 41 to be described later, so that the input acceleration can be converted into a voltage. The piezoresistive element 25 is covered with a silicon oxide film 26.
【００１３】一方、前記基台21の上面には、図３に示す
ような錘部24に対向する領域が巾広で、図の右側で巾が
狭くなるような形状の深さ数μｍの溝27が形成されてい
て、この溝27には、錘部24と対面配置される電極として
の金属電極膜28が設けられている。前記金属電極膜28は
二酸化けい素（ＳｉＯ2 ）等の絶縁膜29で覆われてい
る。On the other hand, on the upper surface of the base 21, a region opposed to the weight portion 24 is wide as shown in FIG. The groove 27 is provided with a metal electrode film 28 as an electrode arranged to face the weight portion 24. The metal electrode film 28 is covered with an insulating film 29 such as silicon dioxide (SiO 2 ).
【００１４】加速度センサ・チップ11の電気接続は、シ
リコン基板22側のピエゾ抵抗素子25はボンディングパッ
ド30からボンディングワイヤ31を介して外部に電気接続
され、基台21の金属電極膜28はボンディングワイヤ32を
介して外部に電気接続されている。加速度センサ・チッ
プ11の出力は、増幅回路12で増幅された後、加速度検出
信号として出力されると共に、例えばマイクロコンピュ
ータ等で構成される制御回路13に入力される。一方、金
属電極膜28側は、増幅回路12からの入力信号レベルに応
じて前記制御回路13によって切り換えられる切換スイッ
チ14を介して電圧値の異なる２つの電圧源15，16（例え
ば電圧源15が電圧源16より発生電圧が高いものとする）
に選択的に接続可能に構成される。ここで、制御回路1
3、切換スイッチ14及び電圧源15，16によって印加電圧
切換手段を構成している。The electrical connection of the acceleration sensor chip 11 is such that the piezoresistive element 25 on the silicon substrate 22 side is electrically connected to the outside from the bonding pad 30 via the bonding wire 31, and the metal electrode film 28 of the base 21 is connected to the bonding wire. It is electrically connected to the outside via 32. After the output of the acceleration sensor chip 11 is amplified by the amplifier circuit 12, the output is output as an acceleration detection signal, and is also input to the control circuit 13 including, for example, a microcomputer. On the other hand, on the metal electrode film 28 side, two voltage sources 15 and 16 having different voltage values (for example, the voltage source 15 is switched) through a changeover switch 14 that is switched by the control circuit 13 in accordance with the input signal level from the amplifier circuit 12. Generated voltage is higher than voltage source 16.)
Is configured to be selectively connectable to the. Here, the control circuit 1
3. Applied voltage switching means is constituted by the changeover switch 14 and the voltage sources 15 and 16.
【００１５】次に、入力加速度を電気信号に変換する回
路構成を図４に示す。図４において、41は、前記ピエゾ
抵抗素子25によって構成され入力加速度に応じた出力を
発生するブリッジ回路であり、このブリッジ回路41の感
度の負の温度係数を補正する温度補償機能を備えた２つ
の抵抗43，44及びトランジスタ45からなるブリッジ駆動
回路42を介して電源が供給される。前記ブリッジ駆動回
路42は、例えば温度上昇に伴って両端の電圧が減少して
ブリッジ回路への印加電圧を増加させ、温度上昇により
出力が低下する特性を持つブリッジ回路41の感度温度依
存性をキャンセルするように動作する。ブリッジ回路41
からの出力は、前述した増幅回路12によって増幅され所
定の感度レベルになるようにして出力される。前記増幅
回路12はオペアンプ46〜48と抵抗49〜55によって構成さ
れる。ここで、ブリッジ回路41と増幅回路12とで変位量
検出手段を構成する。Next, FIG. 4 shows a circuit configuration for converting the input acceleration into an electric signal. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a bridge circuit which is constituted by the piezoresistive element 25 and generates an output corresponding to the input acceleration. The bridge circuit 41 has a temperature compensation function for correcting a negative temperature coefficient of the sensitivity of the bridge circuit 41. Power is supplied through a bridge drive circuit 42 including two resistors 43 and 44 and a transistor 45. For example, the bridge drive circuit 42 cancels the sensitivity temperature dependency of the bridge circuit 41 having a characteristic that the voltage at both ends decreases with an increase in temperature, the voltage applied to the bridge circuit increases, and the output decreases due to the temperature increase. To work. Bridge circuit 41
Is amplified by the above-described amplifier circuit 12 and output to a predetermined sensitivity level. The amplifier circuit 12 includes operational amplifiers 46 to 48 and resistors 49 to 55. Here, the bridge circuit 41 and the amplifier circuit 12 constitute a displacement amount detecting means.
【００１６】尚、この加速度センサ・チップ11の製造バ
ラツキによる温度特性のバラツキは、例えばブリッジ駆
動回路42の抵抗44（又は抵抗45）や増幅回路12の抵抗55
（又は抵抗54）のトリミングによって調整される。次に
作用を説明する。加速度センサ・チップ11に対して、図
１中の上下方向、即ち、錘部24と基台21との対面方向と
平行な方向に加速度が印加されると、錘部24が図中上下
方向に変位する。この変位量は、入力加速度の大きさに
応じたものである。錘部24が変位すると梁部23が撓みそ
こに応力が発生し、この発生した応力に応じてピエゾ抵
抗素子25の抵抗値が変化する。すると、ピエゾ抵抗素子
25の抵抗値変化に応じてブリッジ回路41の不平衡出力が
変化し、増幅回路12で増幅されて出力される。この出力
値が入力加速度に応じた大きさとなり、加速度が検出さ
れる。The variation in the temperature characteristics due to the manufacturing variation of the acceleration sensor chip 11 is caused by, for example, the resistance 44 (or the resistance 45) of the bridge drive circuit 42 and the resistance 55 of the amplifier circuit 12.
(Or the resistor 54) is adjusted by trimming. Next, the operation will be described. When acceleration is applied to the acceleration sensor chip 11 in the vertical direction in FIG. 1, that is, in a direction parallel to the facing direction of the weight 24 and the base 21, the weight 24 moves in the vertical direction in the figure. Displace. This displacement amount depends on the magnitude of the input acceleration. When the weight portion 24 is displaced, the beam portion 23 bends and a stress is generated therein, and the resistance value of the piezoresistive element 25 changes according to the generated stress. Then, the piezoresistive element
The unbalanced output of the bridge circuit 41 changes in accordance with the change in the resistance value of 25, and is amplified and output by the amplifier circuit 12. This output value has a magnitude corresponding to the input acceleration, and the acceleration is detected.
【００１７】そして、増幅回路12の出力は制御回路13に
も入力し、制御回路13は、入力した出力値に応じて、出
力レベルが小さい時は電圧の高い電圧源15を金属電極膜
28に接続すべく切換スイッチ14を切り換え、出力レベル
が大きい時は電圧の低い電圧源16を金属電極膜28に接続
すべく切換スイッチ14を切り換える。尚、錘部24はアー
スされているものとする。The output of the amplifier circuit 12 is also input to a control circuit 13. The control circuit 13 switches a high voltage source 15 when the output level is low according to the input output value.
When the output level is high, the switch 14 is switched to connect the low voltage source 16 to the metal electrode film 28. It is assumed that the weight 24 is grounded.
【００１８】ここで、金属電極膜28の印加電圧とセンサ
出力との関係について述べる。錘部24と金属電極膜28と
の間に、電圧ＶB を印加すると、両者の間に静電引力が
働き、錘部24が下方向に変位してセンサ出力が発生す
る。この時の静電力をＦｅとすると、次式のように表さ
れる。 Ｆｅ＝εＳ（ＶB ／Ｄ）2 ／２ ・・・（１） ここで、ε：ギャップ部（金属電極膜と錘部との間隙）
の誘電率、Ｓ：錘部の底面積、Ｄ：ギャップ長である。Here, the relationship between the voltage applied to the metal electrode film 28 and the sensor output will be described. Between the weight 24 and the metal electrode film 28, when a voltage is applied to V B, both work electrostatic attraction between, weight 24 is the sensor output is generated displaced downward. Assuming that the electrostatic force at this time is Fe, it is expressed by the following equation. Fe = εS (V B / D ) 2/2 ··· (1) where, epsilon: (a gap between the metal electrode film and the weight portion) gap
, S: bottom area of the weight, and D: gap length.
【００１９】そして、錘部24の質量をｍとして、この錘
部24に上記（１）式で表される静電力を作用した場合、
加速度αcos ωt に対する運動方程式は次のようにな
る。 ｍ (ｄ2x／ｄt2）＋ｘｋ ＝ｍαcos ωt ＋εＳＶB 2 / ２ (Ｄ−ｘ)2 ・・・（２） ここで、ｘ：錘部の変位、ｋ：梁部のバネ定数である。When the mass of the weight portion 24 is m and the electrostatic force represented by the above formula (1) is applied to the weight portion 24,
The equation of motion for the acceleration αcos ωt is as follows. m (d 2 x / dt 2 ) + xk = mαcos ωt + εSV B 2/2 (D-x) 2 ··· (2) where, x: displacement of the weight portion, k: is the spring constant of the beam portion.
【００２０】上記（２）式のｘ≪Ｄにおける近似解は次
式のようになる。 ｘ＝（ｍαcos ωt ＋Ｆｅ）／〔ｋ−（２Ｆｅ／Ｄ）＋ｍω2 〕・・・（３） ここで、Ｆｅ：変位ｘ＝０の時の静電力（（１）式であ
る）従って、共振周波数よりも十分に低い低周波におけ
るセンサ感度は、静電引力Ｆｅの印加より、１／〔ｋ−
（２Ｆｅ／Ｄ）〕倍に増加することになる。このような
静電力による実効的感度の増加現象は発明者等により実
験的に確認されたものである。The approximate solution of the above equation (2) at x≪D is as follows. x = (mαcos ωt + Fe) / [k− (2Fe / D) + mω 2 ] (3) where Fe: electrostatic force when displacement x = 0 (formula (1)). The sensor sensitivity at a low frequency sufficiently lower than the frequency is 1 / [k−
(2Fe / D)] times. Such an increase in the effective sensitivity due to the electrostatic force has been experimentally confirmed by the inventors.
【００２１】図５に静電力Ｆｅに対するセンサ感度の依
存性を示す。図から、静電力Ｆｅの増加と共にセンサ感
度はＦｅ＝ｋＤ／２に漸近するように双曲線的に増加す
ることわかる。例えば、梁部のバネ定数ｋが1.8 ×104
Ｎ／ｍ、錘部の質量ｍが３ｍｇ、錘部の底面積Ｓが２×
10-6ｍ2 、ギャップ長Ｄが１μｍとした時に、印加電圧
ＶB が10Ｖでは、11％、ＶB が15Ｖでは28％、センサ感
度を増加させることができる。FIG. 5 shows the dependence of the sensor sensitivity on the electrostatic force Fe. From the figure, it can be seen that as the electrostatic force Fe increases, the sensor sensitivity increases in a hyperbolic manner so as to approach Fe = kD / 2. For example, the spring constant k of the beam is 1.8 × 10 4
N / m, mass m of weight portion is 3 mg, bottom area S of weight portion is 2 ×
10 -6 m 2, when the gap length D is set to 1 [mu] m, the applied voltage V B is 10V, 11%, V B can be increased at 15V 28%, the sensor sensitivity.
【００２２】従って、センサ出力の信号レベルが小さい
時に、錘部24と金属電極膜28との間に高い電圧を選択し
て印加すればセンサ感度を増加でき、センサ出力の信号
レベルが大きい時に、錘部24と金属電極膜28との間に低
い電圧を選択して印加すればセンサ感度を下げることが
できる。これにより、センサ出力の信号レベルに応じて
金属電極膜28に印加する電圧を適切に切り換えることに
より、加速度センサのダイナミックレンジを拡大でき、
入力加速度の小さい領域におけるＳ／Ｎ比を改善でき、
僅かな入力加速度でも精度良く検出することが可能とな
り、加速度センサの性能を向上できる。Therefore, when the signal level of the sensor output is low, the sensor sensitivity can be increased by selecting and applying a high voltage between the weight portion 24 and the metal electrode film 28, and when the signal level of the sensor output is high, If a low voltage is selected and applied between the weight portion 24 and the metal electrode film 28, the sensor sensitivity can be reduced. Accordingly, by appropriately switching the voltage applied to the metal electrode film 28 according to the signal level of the sensor output, the dynamic range of the acceleration sensor can be expanded,
It is possible to improve the S / N ratio in the region where the input acceleration is small,
It is possible to accurately detect even a small input acceleration, and the performance of the acceleration sensor can be improved.
【００２３】尚、印加電圧の切り換えは、本実施例のよ
うな２段階に切り換える構成に限らず、更に多くの切り
換え電圧を備えるよう構成してもよいことは言うまでも
ない。また、本実施例では、両持ち梁方式の加速度セン
サに適用した例を示したが、片持ち梁方式やダイヤフラ
ム方式のピエゾ抵抗式加速度センサ、更には容量式の加
速度センサにも適用することが可能である。It is needless to say that the switching of the applied voltage is not limited to the configuration in which the switching is performed in two steps as in the present embodiment, but may be configured to include more switching voltages. Further, in this embodiment, an example in which the present invention is applied to a double-supported beam type acceleration sensor has been described. However, the present invention can also be applied to a cantilever type or diaphragm type piezoresistive acceleration sensor, and further to a capacitive type acceleration sensor. It is possible.
【００２４】次に、錘部と基台上面とのギャップ間に電
圧を印加することによりセンサ感度を変化できるという
原理を応用して、加速度センサの出力の温度補償を行う
実施例について図６及び図７に基づいて説明する。図６
は、この実施例の加速度センサの一例を示す構成図であ
る。図６において、加速度センサ・チップ61は、図１〜
図３に示した加速度センサ・チップ11と略同様の構成で
あり、基台71上に、梁部73により錘部74を両持ち梁構造
で支持する構成のシリコン基板72が陽極接合されてい
る。前記シリコン基板72の梁部73には、同じくピエゾ抵
抗素子75が設けられ、図７に示す入力加速度を電気信号
に変換する回路のブリッジ回路81を構成している。この
ブリッジ回路81の出力、即ち、加速度センサ・チップ61
の出力は、図７の回路構成を持つ増幅回路62によって増
幅され出力される。また、増幅回路62の出力は制御回路
63に入力され、制御回路63は、この入力信号レベルと、
加速度センサ・チップ61の温度を検出する温度センサ64
からの検出温度信号とに基づいて可変電圧源65の電圧値
を可変制御して、基台71上面に設けた金属電極膜76（上
述の金属電極膜28と同じ）に印加することにより、加速
度センサ・チップ61の出力を、温度補償するよう構成さ
れている。Next, an embodiment in which the temperature of the output of the acceleration sensor is compensated by applying the principle that the sensor sensitivity can be changed by applying a voltage between the gap between the weight portion and the upper surface of the base will be described with reference to FIGS. A description will be given based on FIG. FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the acceleration sensor according to the embodiment. In FIG. 6, the acceleration sensor chip 61 is the same as that shown in FIGS.
The silicon substrate 72 has a configuration substantially the same as that of the acceleration sensor chip 11 shown in FIG. 3, and has a structure in which a beam portion 73 supports a weight portion 74 in a double-supported beam structure on a base 71 by anodic bonding. . A piezoresistive element 75 is similarly provided on the beam portion 73 of the silicon substrate 72, and constitutes a bridge circuit 81 of a circuit for converting the input acceleration into an electric signal shown in FIG. The output of the bridge circuit 81, that is, the acceleration sensor chip 61
Are amplified and output by the amplifier circuit 62 having the circuit configuration of FIG. The output of the amplifier circuit 62 is a control circuit
63, and the control circuit 63
Temperature sensor 64 that detects the temperature of the acceleration sensor chip 61
The voltage value of the variable voltage source 65 is variably controlled based on the detected temperature signal from the controller 71 and applied to a metal electrode film 76 (same as the above-described metal electrode film 28) provided on the upper surface of the base 71, thereby accelerating the acceleration. The output of the sensor chip 61 is configured to be temperature-compensated.
【００２５】図７に示す本実施例の変位量−電気信号変
換回路では、ブリッジ回路81に電源を直接接続する構成
であり、温度補償機能を有するブリッジ駆動回路が不要
となる。また、増幅回路62は、図４においてセンサ感度
をトリミング調整するための抵抗55が不要となる他は、
オペアンプ82〜84と抵抗85〜90とで図４と同様に構成さ
れる。In the displacement-electric signal conversion circuit of this embodiment shown in FIG. 7, a power supply is directly connected to the bridge circuit 81, and a bridge drive circuit having a temperature compensation function is not required. The amplifier circuit 62 does not require the resistor 55 for trimming and adjusting the sensor sensitivity in FIG.
Operational amplifiers 82 to 84 and resistors 85 to 90 are configured in the same manner as in FIG.
【００２６】次に、この加速度センサの感度調整動作に
ついて説明する。加速度センサを実装する前に、一定の
加速度で加速度センサ・チップ61を加振した状態で、加
速度センサ・チップ61の周囲温度を変化させ、どの温度
においても増幅回路62からのセンサ出力が所定の一定値
になるように、可変電圧源65による金属電極膜76への印
加電圧を変化させ、この印加電圧値を測定する。そし
て、各温度と、各温度において測定された印加電圧値と
から、可変電圧源65の温度に対する温度特性を求め、制
御回路63のメモリに記憶させる。Next, the sensitivity adjusting operation of the acceleration sensor will be described. Before mounting the acceleration sensor, the ambient temperature of the acceleration sensor chip 61 is changed while the acceleration sensor chip 61 is vibrated at a constant acceleration, and the sensor output from the amplifier circuit 62 is changed to a predetermined value at any temperature. The voltage applied to the metal electrode film 76 by the variable voltage source 65 is changed so as to have a constant value, and this applied voltage value is measured. Then, a temperature characteristic of the variable voltage source 65 with respect to the temperature is obtained from each temperature and the applied voltage value measured at each temperature, and stored in the memory of the control circuit 63.
【００２７】そして、実装後は、温度センサ64で加速度
センサ・チップ61の温度を逐次検出し、その検出信号を
制御回路63に入力する。制御回路63では、記憶してある
温度補正特性に基づいて可変電圧源65を制御して、金属
電極膜76に印加する電圧を変化させる。これにより、加
速度センサ・チップ61の周囲温度が変化しても、同一の
入力加速度に対しては同じセンサ出力を得ることがで
き、センサ出力に対する温度の影響を取り除くことが可
能となる。After mounting, the temperature of the acceleration sensor chip 61 is sequentially detected by the temperature sensor 64, and the detection signal is input to the control circuit 63. The control circuit 63 controls the variable voltage source 65 based on the stored temperature correction characteristics to change the voltage applied to the metal electrode film 76. Thus, even if the ambient temperature of the acceleration sensor chip 61 changes, the same sensor output can be obtained for the same input acceleration, and the influence of the temperature on the sensor output can be eliminated.
【００２８】このような、センサ感度の温度補償調整方
式によれば、加振状態でセンサ感度の調整ができ、ファ
ンクショントリミングが可能となって高精度の感度調整
ができる。また、トリミング抵抗が不要となりセンサ・
チップのより一層の小型が可能となる。According to such a sensor sensitivity temperature compensation adjustment method, the sensor sensitivity can be adjusted in the vibrating state, and the function trimming can be performed, so that the sensitivity can be adjusted with high accuracy. Also, no trimming resistor is required,
Further miniaturization of the chip becomes possible.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、質
量部に対面する基台上面に電極を設け、この電極に印加
する電圧を、センサ出力レベルに応じて選択的に切り換
える構成としたので、センサ出力レベルに応じてセンサ
の感度を適切に調整することができ、ダイナミックレン
ジの調整が可能となり、センサ性能を向上できる。そし
て、出力レベルが小さい時に高い電圧を印加すれば、入
力加速度の小さい領域でＳ／Ｎ比の改善が図れ、小さな
入力加速度に対する検出精度を向上できる。As described above, according to the present invention, an electrode is provided on the upper surface of a base facing a mass part, and a voltage applied to this electrode is selectively switched according to a sensor output level. Therefore, the sensitivity of the sensor can be appropriately adjusted according to the sensor output level, the dynamic range can be adjusted, and the sensor performance can be improved. When a high voltage is applied when the output level is low, the S / N ratio can be improved in a region where the input acceleration is small, and the detection accuracy for a small input acceleration can be improved.
【図１】本発明に係る加速度センサの感度調整装置の一
実施例を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a sensitivity adjustment device for an acceleration sensor according to the present invention.
【図２】同上実施例の加速度センサ・チップの拡大平面
図FIG. 2 is an enlarged plan view of the acceleration sensor chip of the embodiment.
【図３】図２のＡ−Ａ′線矢視断面図FIG. 3 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2;
【図４】同上実施例の電気回路図FIG. 4 is an electric circuit diagram of the embodiment.
【図５】同上実施例の静電力とセンサ感度の関係図FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an electrostatic force and a sensor sensitivity in the embodiment.
【図６】加速度センサの温度補償用の感度調整装置を示
す構成図FIG. 6 is a configuration diagram showing a sensitivity adjustment device for temperature compensation of the acceleration sensor.
【図７】同上実施例の電気回路図FIG. 7 is an electric circuit diagram of the embodiment.
11 加速度センサ・チップ 12 増幅回路 13 制御回路 14 切換スイッチ 15，16 電圧源 21 基台 22 シリコン基板 23 梁部 24 錘部 25 ピエゾ抵抗素子 28 金属電極膜 11 Acceleration sensor chip 12 Amplifier circuit 13 Control circuit 14 Changeover switch 15, 16 Voltage source 21 Base 22 Silicon substrate 23 Beam 24 Weight 25 Piezoresistive element 28 Metal electrode film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/08 - 15/13 G01D 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/08-15/13 G01D 3/00
Claims (6)
支持された質量部と、該質量部の変位量に応じた出力を
発生する変位量検出手段とを備え、質量部と基台との対
面方向に加速度が印加された時の質量部の変位量に基づ
く変位量検出手段からの出力によって、前記加速度を検
出する構成の加速度センサにおいて、 前記基台側に前記質量部と対面させて電極を設け、該電
極と前記質量部との間に印加する電圧を、前記変位量検
出手段からの出力レベルに基づいて複数段階に切換制御
する印加電圧切換手段を設けたことを特徴とする加速度
センサの感度調整装置。1. A fixed base, a mass part displaceably supported by the base, and a displacement detecting means for generating an output corresponding to the displacement of the mass part, the mass part comprising: An acceleration sensor configured to detect the acceleration by an output from a displacement amount detection unit based on a displacement amount of the mass unit when acceleration is applied in a direction facing the base, wherein the mass unit is disposed on the base side. An electrode is provided so as to face each other, and an applied voltage switching means for controlling a voltage applied between the electrode and the mass part in a plurality of stages based on an output level from the displacement amount detecting means is provided. A sensitivity adjustment device for an acceleration sensor.
の出力レベルが小さい時に高い電圧を印加する構成であ
る請求項１記載の加速度センサの感度調整装置。2. A sensitivity adjusting device for an acceleration sensor according to claim 1, wherein said applied voltage switching means applies a high voltage when an output level of said displacement amount detecting means is low.
て基台に支持される構成である請求項１又は２記載の加
速度センサの感度調整装置。3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the mass section is supported on the base via a beam parallel to the base.
造としたことを特徴とする請求項３記載の加速度センサ
の感度調整装置。4. A sensitivity adjustment device for an acceleration sensor according to claim 3, wherein said beam sensor has a doubly supported structure in which beams are provided on both sides of said mass.
たピエゾ抵抗素子で構成されるブリッジ回路と、該ブリ
ッジ回路の出力を増幅する増幅回路とを備える構成であ
る請求項３又は４記載の加速度センサの感度調整装置。5. The configuration according to claim 3, wherein the displacement amount detecting means includes a bridge circuit formed of a piezoresistive element provided on the beam portion, and an amplifier circuit for amplifying an output of the bridge circuit. A sensitivity adjustment device for an acceleration sensor according to claim 1.
形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つ
に記載の加速度センサの感度調整装置。6. The sensitivity adjustment device for an acceleration sensor according to claim 3, wherein the mass part and the beam part are formed integrally with a semiconductor substrate.
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