JP4269388B2 - 容量式物理量検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理量に応じて変化する可変容量を用いた容量式物理量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−１４５７１７号公報には、加速度、圧力等の力学的なエネルギーによって容量が変化するセンサエレメント部と、このセンサエレメント部の容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路と、Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、を備えた容量型センサの容量変化検出回路が記載されており、このものにおけるＣ−Ｖ変換回路は、センサエレメント部の出力端子が反転入力端子に接続された演算増幅器と、この演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続されたスイッチと、このスイッチと並列に接続されたコンデンサとからなるスイッチトキャパシタで構成されている。なお、上記したスイッチは、サンプルホールド後に閉じるようになっており、このスイッチの閉成によりコンデンサの両端が短絡して、コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成では、スイッチのリーク電流によりサンプルホールド回路にて保持した電荷量が変化してしまうため、電荷をホールドする時間を出来るだけ短くする必要がある。しかしながら、上記した従来のものでは、演算増幅器の出力をサンプルホールドした後に、コンデンサの電荷を放電するための時間を設けているため、サンプルホールドの周期を短くすることが出来ず、ホールド期間中の電荷抜けによる誤差が大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みたもので、サンプルホールドの周期を短くし、容量検出の精度を上げて、高精度の物理量検出が可能な容量式物理量検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１乃至１１に記載の発明においては、少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサエレメント部（１）と、前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続され、前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保持する第３のコンデンサ（２２）と、前記第１、第２の矩形波の反転毎に前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、その保持した電荷を前記第１、第２の矩形波の次の反転時に前記第３のコンデンサに充電するリセット手段（２３、２３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２４ａ、２５、２５ａ）と、前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
この発明によれば、第１、第２の矩形波の反転毎に演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、その保持した電荷を第１、第２の矩形波の次の反転時に第３のコンデンサに充電するリセット手段（２３、２４、２５など）を設けているから、従来のもののように、サンプルホールド後にコンデンサの両端をスイッチ手段で短絡してコンデンサの電荷を放電するのと同等の効果を得ることができ、従来のもののようなリセット期間を設ける必要がなくなる。このため、サンプルホールドの周期を短くし、容量検出の精度を上げて、高精度の物理量検出が可能になる。
【０００７】
また、請求項１２に記載の発明においては、少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサエレメント部（１）と、前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に互いに並列に設けられた第３、第４のコンデンサ（２０５，２１５）と、前記第３、第４のコンデンサのうち一方のコンデンサを前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続して前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を前記一方のコンデンサに保持させ、また他方のコンデンサに放電経路を形成して前記他方のコンデンサに蓄積した電荷を放電させ、前記一方のコンデンサと前記他方のコンデンサを前記第１、第２の矩形波の反転毎に交互に切り替える手段（２０１〜２０４、２１１〜２１４）と、前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、２つのコンデンサ（２０５、２０６）のうち一方を演算増幅器（２１）の反転入力端子と出力端子の間に接続し、またその間に他方のコンデンサの放電を行うようにし、その動作を第１、第２の矩形波の反転毎に交互に繰り返し行うようにしているから、この発明においても請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
【０００９】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る容量式物理量検出装置は、図１に示す様に、センサエレメント部１、Ｃ−Ｖ変換回路２、信号処理部３とからなる。
【００１１】
センサエレメント部１は、固定電極１１、１３と物理量（例えば、加速度、ヨーレートなど）に応じて変位する可動電極１２で構成され、固定電極１１と可動電極１２の間に第１のコンデンサ（容量をＣ１とする）が形成され、固定電極１３と可動電極１２の間に第２のコンデンサ（容量をＣ２とする）が形成されており、容量Ｃ１、Ｃ２が差動容量を構成するようになっている。第１、第２のコンデンサは、電気的に直列に接続されており、固定電極１１、１３の両端（外側）のノードに、可動電極１２の共振周波数より十分高い周波数で反転する互いに逆相の矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ印加される。
【００１２】
Ｃ−Ｖ変換回路２は、演算増幅器２１と、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続された第３のコンデンサ（容量をＣｆとする）２２と、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に直列に接続されたスイッチ２３、２４と、スイッチ２３、２４の接続点と第１の基準電圧源である接地電位との間に接続された第４のコンデンサ（容量をＣｒとする）２５とから構成されている。なお、スイッチ２３、２４は、矩形波Ｐ１、Ｐ２に同期したスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２により開閉するようになっている。
【００１３】
信号処理部３は、演算増幅器２１の出力を所定のタイミングでサンプルホールドし、所定の信号処理を行って、可動電極１２に作用する物理量に応じた物理量検出信号を出力する。
上記した構成において、その作動を図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００１４】
センサエレメント部１における固定電極１１、１３には、図示しない矩形波信号発生手段からの矩形波Ｐ１、Ｐ２（図２参照）がそれぞれ印加される。矩形波Ｐ１、Ｐ２の周波数は、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転による可動電極１２の振動を防ぐため、共振周波数より十分高く設定されるのが好ましい。ただし、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転により生じる容量Ｃ１、Ｃ２の容量差に応じた電荷が第３のコンデンサ２２に蓄えられ、演算増幅器２１の出力が安定するまでは反転しないような周波数に設定される。
【００１５】
また、可動電極１２は、演算増幅器２１の働きにより、第１の基準電圧源である接地電位に保持される。
ここで、矩形波Ｐ１がハイレベルＨｉ（電圧：Ｖ）、Ｐ２がローレベルＬｏ（電圧：０）の状態では、固定電極１１と可動電極１２の間に形成される第１のコンデンサには、Ｑ１＝Ｃ１・Ｖで表される電荷Ｑが蓄えられ、固定電極１３と可動電極１２の間に形成される第２のコンデンサには、Ｑ２＝Ｃ２・０＝０で表される電荷が蓄えられる。また、Ｐ１がＬｏ、Ｐ２がＨｉの状態では、第１のコンデンサには、Ｑ１’＝Ｃ１・０＝０で表される電荷Ｑ’が蓄えられ、第２のコンデンサには、Ｑ２’＝Ｃ２・Ｖで表される電荷が蓄えられる。従って、矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ反転することにより、ΔＱ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖという電荷がセンサエレメント部１に出入りすることになる。
【００１６】
まず、初期状態では、第３、第４のコンデンサ２２、２５の電荷量が０、演算増幅器２１の出力電圧が０Ｖ、スイッチ２３、２４は開いた状態であるとする。
この状態から、矩形波Ｐ１がＬｏからＨｉに、矩形波Ｐ２がＨｉからＬｏに反転すると、−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ（−の符号は、第１のコンデンサの可動電極１２側に負の電荷が貯まることを示す）の電荷がセンサエレメント部１に流れ込み、第３のコンデンサ２２に蓄えられる電荷は、センサエレメント部１に流れ込む電荷とは逆極性の（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖになる。
【００１７】
ここで、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転後に、図２に示すスイッチ信号ＣＳ１によってスイッチ２３が閉じると、第４のコンデンサ２５の電荷が第３のコンデンサ２２にフィードバックされるが、初期状態では第４のコンデンサ２５の電荷量は０であるため、第３のコンデンサ２２の反転入力端子側の電極に蓄積される電荷Ｑｆは、Ｑｆ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖであり、演算増幅器２１の出力には、Ｖｃ＝−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆという電圧が生じる。
【００１８】
この後、図２に示すスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２によって、スイッチ２３が開き、スイッチ２４が閉じると、演算増幅器２１の出力電圧で第４のコンデンサ２５が充電される。第４のコンデンサ２５に蓄えられる電荷Ｑｒは、Ｑｒ＝Ｃｒ・Ｖｃ＝−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなる。同時に、後段の信号処理部３は、図２に示すタイミング信号ＳＨ１に応じて、演算増幅器２１の出力電圧をサンプルホールド（ＳＨ１がＨｉのときサンプル、Ｌｏでホールド）する。なお、スイッチ２４は、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転前に開くようになっている。
【００１９】
次に、矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ反転すると、先程とは逆極性の電荷、即ち−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖという電荷が第３のコンデンサ２２に流れこむ。続いて、スイッチ２３が閉じると、第４のコンデンサ２５の電荷が第３のコンデンサ２２にフィードバックされる。これにより第３のコンデンサ２２の電荷Ｑｆ’は、反転前の電荷と合わせてＱｆ’＝Ｑｆ＋Ｑｒ−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆ−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ＝−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなり、演算増幅器２１の出力には、Ｖｃ’＝Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆ2 の電圧が生じる。
【００２０】
同時に、後段の信号処理部３は、図２に示すタイミング信号ＳＨ２に応じて、演算増幅器２１の出力電圧をサンプルホールドし、ＳＨ１でサンプルホールドした電圧との差分、すなわちＶｃ−Ｖｃ’＝−（１＋Ｃｒ／Ｃｆ）・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆを出力する。従って、物理量によって第１、第２のコンデンサの容量差（Ｃ１−Ｃ２）が変化すれば、信号処理部３の出力ＯＵＴが変化し、物理量を検出することができる。
【００２１】
また、コンデンサ２２、２５の容量Ｃｆ、Ｃｒの比を適当に選べば、所望の感度の出力を得ることができる。例えば、Ｃｒ＝Ｃｆとすれば、出力ＯＵＴ＝−２（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなり、出力電圧は第１、第２のコンデンサの容量差（Ｃ１−Ｃ２）と矩形波Ｐ１、Ｐ２の振幅Ｖ、第３のコンデンサ２２の容量Ｃｆで決まる電圧値となる。
【００２２】
上述したように本実施形態によれば、スイッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５により構成されるリセット手段を設けているため、従来のもののようにサンプルホールド後にリセットする期間を設けなくてもそのリセットと同じ効果を得ることができる。従って、従来のもののようなリセット期間を設ける必要がなくなり、矩形波Ｐ１、Ｐ２の周波数を高くすることができる。このため、スイッチのリークにより、コンデンサに保持した電荷が変化するのを抑えることができ、高精度の容量検出が可能になって、物理量の検出を高精度に行うことが可能になる。
【００２３】
なお、上記した信号処理部３は、図３や図４に示すような回路構成で実現することができる。図３では、２個のサンプルホールド回路３１、３２を用いて、各々信号ＳＨ１とＳＨ２のタイミングで演算増幅器２１の出力をサンプルホールドし、差動増幅器３３で各々の差の電圧を求める。この段階では、サンプルホールド時の高周波ノイズが含まれるため、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３４でノイズを除去する。
【００２４】
同様の機能をスイッチトキャパシタ回路で実現したものを図４に示す。この図４のような回路構成によれば、図３で示したサンプルホールド回路や差動増幅器を不要にすることができる。また、図４の回路のフィルタ特性は１次であるが、高次のフィルタ特性にすることも可能である。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図５に示す。第１実施形態と異なる点は、リセット手段がスイッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５からなる第１のリセット手段とスイッチ２３ａ、２４ａと第５のコンデンサ２５ａからなる第２のリセット手段の２組のリセット手段を用いていることである。
【００２５】
この場合の作動を図６のタイミングチャートを参照して説明する。
第１実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転毎にスイッチ２３、２４を交互に開閉させるべく、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２が交互にＨｉの状態になっていたが、この第２実施形態では、図６に示すように、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２が各々矩形波Ｐ１、Ｐ２に同期してＨｉの状態になっている。
【００２６】
この構成によれば、矩形波Ｐ１がＨｉのときに、第４のコンデンサ２５は第３のコンデンサ２２への充電を行い、第５のコンデンサ２５ａは演算増幅器２１の出力電圧による充電を行う。一方、矩形波Ｐ１がＬｏの状態では、第４のコンデンサ２５は出力電圧による充電を行い、第５のコンデンサ２５ａは第３のコンデンサ２２への充電を行う。
【００２７】
このようにリセット手段を２組用い、交互に第３のコンデンサ２２への充電と出力電圧による充電を繰り返すことにより、第３のコンデンサ２２への充電と出力電圧による充電を同時に行うことができる。
また、図６に示すように、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２は、サンプルホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２とも同期している。従って、サンプルホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２とスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２を共通化することが可能である。
【００２８】
上記した第１実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ２の２倍の周波数でスイッチ２３、２４を開閉する必要があったが、この第２実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ２と同じ周波数でスイッチ２３、２３ａ、２４、２４ａを開閉すればよく、サンプルホールドのタイミングとも共通化できるため、制御信号を簡略化できるメリットがある。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図７に示す。第１実施形態では、リセット手段を、スイッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５で構成していたが、この第３実施形態では、第４のコンデンサ２５と第１の基準電圧源（接地電位）の間にスイッチ２３’を設け、さらに第４のコンデンサ２５と演算増幅器２１の非反転入力端子との間にスイッチ２４’を設けている。この場合には、第４のコンデンサ２５の両側にスイッチがあるため、寄生容量の影響を相殺でき、より精度の高い容量検出が可能になる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図８に示す。図１に示すようなＣ−Ｖ変換回路２では、可動電極１２の位置ずれや寄生容量によって、第４のコンデンサ２５への充放電の電荷量が矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時で異なってしまう可能性がある。このような状態が生じると、物理量が０でも演算増幅器２１の出力電圧Ｖｃに矩形波が生じ、オフセットとなって検出されてしまう。
【００２９】
そこで、この第４実施形態では、オフセットをキャンセルできるようにするため、図８に示すように、第１の基準電圧源（接地電位）とは異なる電圧の第２の基準電圧源Ｖｒを設け、第１の基準電圧源と第２の基準電圧源の間にスイッチ２３’’、２４’’を直列に接続し、スイッチ２３’’、２４’’の接続点に第４のコンデンサ２５の一端を接続している。
【００３０】
この実施形態に作動を図９のタイミングチャートを参照して説明する。
スイッチ２３’’、２４’’以外の動作は第１実施形態と同じであるが、スイッチ２３’’、２４’’は、図９に示すように矩形波Ｐ１、Ｐ２と同期したスイッチ信号ＣＳ３、ＣＳ４によって開閉する。これにより、矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時で、第４のコンデンサ２５への充放電が異なる電圧を基準にして行われるため、第３のコンデンサ２２へ充電される電荷量を、矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時とで異ならせることができる。従って、第１の基準電圧源と第２の基準電圧源の電位差を調整することにより、オフセットをキャンセルすることができる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図１０に示す。この第５実施形態は、固定電極１１、１３と可動電極１２との間に、可動電極１２を変位させるような静電気力を発生させて、可動電極１２を強制的に変位させ、信号処理部３の出力電圧より、センサエレメント部１の異常を検知するための自己診断機能を付加したものである。
【００３１】
このため、この実施形態においては、演算増幅器２１の非反転入力端子に印加する電圧をスイッチ２６、２７で切り替えるようにしている。なお、スイッチ２６、２７は、スイッチ信号ＣＳＴ、ＣＳＴバー（ＣＳＴを反転した信号）によって開閉する。
この第５実施形態の作動を図１１に示すタイミングチャートを参照して説明する。第１実施形態と異なる点は、図１１に示すように、通常動作に以外に静電気力を印加する期間（自己診断期間）を設け、この静電気力印加期間中に、スイッチ２３、２４を閉とするとともにスイッチ２７を閉とし、スイッチ２７を介して可動電極１２に自己診断用電圧源Ｖｓｔを印加するようにしたことである。
【００３２】
この静電気力印加期間中においては、固定電極１１と可動電極１２の間に、（Ｖ−Ｖｓｔ）という電位差による静電気力が発生し、また固定電極１３と可動電極１２の間に、Ｖｓｔという電位差による静電気力が発生する。そして、各々の静電気力の差から可動電極１２の変位する方向と大きさが決まるため、静電気力印加後の信号処理部３の出力電圧の変化より、故障や経時変化を検出することができる。
【００３３】
また、図１０に示す構成の代わりに図１２に示す構成としても同様に自己診断を行うことができる。すなわち、図１２に示す構成においては、演算増幅器２１の非反転入力端子に第１の基準電圧源（接地電位）を接続し、可動電極１２と演算増幅器２１の反転入力端子の間にスイッチ２６を設け、可動電極１２と自己診断用電圧源Ｖｓｔとの間にスイッチ２７を設けている。
【００３４】
なお、この第５実施形態における自己診断時には、第３、第４のコンデンサ２２、２５の電荷は放電され、演算増幅器２１からは第１の基準電圧源と同じ電圧が出力されている。
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図１３に示す。第１実施形態では、第３のコンデンサ２２を演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続していたが、この第６実施形態では、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に第３、第４のコンデンサ２０５、２１５を設け、スイッチ２０１〜２０４、２１１〜２１４をスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２により開閉させ、第３、第４のコンデンサ２０５、２１５の一方を演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続し、他方を基準電圧源に接続して放電する動作を、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転毎に交互に繰り返し、第１実施形態と同様の効果を得るものである。この場合のタイミングチャートは図６と同じである。
【００３５】
なお、上記したいずれの実施形態においても、スイッチを制御する信号ＣＳ１とＣＳ２、ＣＳ３とＣＳ４、ＳＨ１とＳＨ２は、通常動作時においては、お互いにＨｉ状態が重なり合わないようになタイミングとするのが望ましい。
また、上記したスイッチ２３、２３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２４ａ、２０１〜２０４、２１１〜２１４は、半導体のスイッチング素子などを用いたスイッチ手段として構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図３】図１中の信号処理部３の構成を示す図である。
【図４】図１中の信号処理部３の他の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第５実施形態の変形例に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…センサエレメント部、２…Ｃ−Ｖ変換回路、３…信号処理部、
１１、１３…固定電極、１２…可動電極、２１…演算増幅器、
２２…第３のコンデンサ、２３、２４…スイッチ、２５…第４のコンデンサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理量に応じて変化する可変容量を用いた容量式物理量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−１４５７１７号公報には、加速度、圧力等の力学的なエネルギーによって容量が変化するセンサエレメント部と、このセンサエレメント部の容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路と、Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、を備えた容量型センサの容量変化検出回路が記載されており、このものにおけるＣ−Ｖ変換回路は、センサエレメント部の出力端子が反転入力端子に接続された演算増幅器と、この演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続されたスイッチと、このスイッチと並列に接続されたコンデンサとからなるスイッチトキャパシタで構成されている。なお、上記したスイッチは、サンプルホールド後に閉じるようになっており、このスイッチの閉成によりコンデンサの両端が短絡して、コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成では、スイッチのリーク電流によりサンプルホールド回路にて保持した電荷量が変化してしまうため、電荷をホールドする時間を出来るだけ短くする必要がある。しかしながら、上記した従来のものでは、演算増幅器の出力をサンプルホールドした後に、コンデンサの電荷を放電するための時間を設けているため、サンプルホールドの周期を短くすることが出来ず、ホールド期間中の電荷抜けによる誤差が大きくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みたもので、サンプルホールドの周期を短くし、容量検出の精度を上げて、高精度の物理量検出が可能な容量式物理量検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１乃至１１に記載の発明においては、少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサエレメント部（１）と、前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続され、前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保持する第３のコンデンサ（２２）と、前記第１、第２の矩形波の反転毎に前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、その保持した電荷を前記第１、第２の矩形波の次の反転時に前記第３のコンデンサに充電するリセット手段（２３、２３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２４ａ、２５、２５ａ）と、前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
この発明によれば、第１、第２の矩形波の反転毎に演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、その保持した電荷を第１、第２の矩形波の次の反転時に第３のコンデンサに充電するリセット手段（２３、２４、２５など）を設けているから、従来のもののように、サンプルホールド後にコンデンサの両端をスイッチ手段で短絡してコンデンサの電荷を放電するのと同等の効果を得ることができ、従来のもののようなリセット期間を設ける必要がなくなる。このため、サンプルホールドの周期を短くし、容量検出の精度を上げて、高精度の物理量検出が可能になる。
【０００７】
また、請求項１２に記載の発明においては、少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサエレメント部（１）と、前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に互いに並列に設けられた第３、第４のコンデンサ（２０５，２１５）と、前記第３、第４のコンデンサのうち一方のコンデンサを前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続して前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を前記一方のコンデンサに保持させ、また他方のコンデンサに放電経路を形成して前記他方のコンデンサに蓄積した電荷を放電させ、前記一方のコンデンサと前記他方のコンデンサを前記第１、第２の矩形波の反転毎に交互に切り替える手段（２０１〜２０４、２１１〜２１４）と、前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、２つのコンデンサ（２０５、２０６）のうち一方を演算増幅器（２１）の反転入力端子と出力端子の間に接続し、またその間に他方のコンデンサの放電を行うようにし、その動作を第１、第２の矩形波の反転毎に交互に繰り返し行うようにしているから、この発明においても請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
【０００９】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る容量式物理量検出装置は、図１に示す様に、センサエレメント部１、Ｃ−Ｖ変換回路２、信号処理部３とからなる。
【００１１】
センサエレメント部１は、固定電極１１、１３と物理量（例えば、加速度、ヨーレートなど）に応じて変位する可動電極１２で構成され、固定電極１１と可動電極１２の間に第１のコンデンサ（容量をＣ１とする）が形成され、固定電極１３と可動電極１２の間に第２のコンデンサ（容量をＣ２とする）が形成されており、容量Ｃ１、Ｃ２が差動容量を構成するようになっている。第１、第２のコンデンサは、電気的に直列に接続されており、固定電極１１、１３の両端（外側）のノードに、可動電極１２の共振周波数より十分高い周波数で反転する互いに逆相の矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ印加される。
【００１２】
Ｃ−Ｖ変換回路２は、演算増幅器２１と、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続された第３のコンデンサ（容量をＣｆとする）２２と、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に直列に接続されたスイッチ２３、２４と、スイッチ２３、２４の接続点と第１の基準電圧源である接地電位との間に接続された第４のコンデンサ（容量をＣｒとする）２５とから構成されている。なお、スイッチ２３、２４は、矩形波Ｐ１、Ｐ２に同期したスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２により開閉するようになっている。
【００１３】
信号処理部３は、演算増幅器２１の出力を所定のタイミングでサンプルホールドし、所定の信号処理を行って、可動電極１２に作用する物理量に応じた物理量検出信号を出力する。
上記した構成において、その作動を図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００１４】
センサエレメント部１における固定電極１１、１３には、図示しない矩形波信号発生手段からの矩形波Ｐ１、Ｐ２（図２参照）がそれぞれ印加される。矩形波Ｐ１、Ｐ２の周波数は、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転による可動電極１２の振動を防ぐため、共振周波数より十分高く設定されるのが好ましい。ただし、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転により生じる容量Ｃ１、Ｃ２の容量差に応じた電荷が第３のコンデンサ２２に蓄えられ、演算増幅器２１の出力が安定するまでは反転しないような周波数に設定される。
【００１５】
また、可動電極１２は、演算増幅器２１の働きにより、第１の基準電圧源である接地電位に保持される。
ここで、矩形波Ｐ１がハイレベルＨｉ（電圧：Ｖ）、Ｐ２がローレベルＬｏ（電圧：０）の状態では、固定電極１１と可動電極１２の間に形成される第１のコンデンサには、Ｑ１＝Ｃ１・Ｖで表される電荷Ｑが蓄えられ、固定電極１３と可動電極１２の間に形成される第２のコンデンサには、Ｑ２＝Ｃ２・０＝０で表される電荷が蓄えられる。また、Ｐ１がＬｏ、Ｐ２がＨｉの状態では、第１のコンデンサには、Ｑ１’＝Ｃ１・０＝０で表される電荷Ｑ’が蓄えられ、第２のコンデンサには、Ｑ２’＝Ｃ２・Ｖで表される電荷が蓄えられる。従って、矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ反転することにより、ΔＱ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖという電荷がセンサエレメント部１に出入りすることになる。
【００１６】
まず、初期状態では、第３、第４のコンデンサ２２、２５の電荷量が０、演算増幅器２１の出力電圧が０Ｖ、スイッチ２３、２４は開いた状態であるとする。
この状態から、矩形波Ｐ１がＬｏからＨｉに、矩形波Ｐ２がＨｉからＬｏに反転すると、−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ（−の符号は、第１のコンデンサの可動電極１２側に負の電荷が貯まることを示す）の電荷がセンサエレメント部１に流れ込み、第３のコンデンサ２２に蓄えられる電荷は、センサエレメント部１に流れ込む電荷とは逆極性の（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖになる。
【００１７】
ここで、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転後に、図２に示すスイッチ信号ＣＳ１によってスイッチ２３が閉じると、第４のコンデンサ２５の電荷が第３のコンデンサ２２にフィードバックされるが、初期状態では第４のコンデンサ２５の電荷量は０であるため、第３のコンデンサ２２の反転入力端子側の電極に蓄積される電荷Ｑｆは、Ｑｆ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖであり、演算増幅器２１の出力には、Ｖｃ＝−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆという電圧が生じる。
【００１８】
この後、図２に示すスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２によって、スイッチ２３が開き、スイッチ２４が閉じると、演算増幅器２１の出力電圧で第４のコンデンサ２５が充電される。第４のコンデンサ２５に蓄えられる電荷Ｑｒは、Ｑｒ＝Ｃｒ・Ｖｃ＝−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなる。同時に、後段の信号処理部３は、図２に示すタイミング信号ＳＨ１に応じて、演算増幅器２１の出力電圧をサンプルホールド（ＳＨ１がＨｉのときサンプル、Ｌｏでホールド）する。なお、スイッチ２４は、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転前に開くようになっている。
【００１９】
次に、矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ反転すると、先程とは逆極性の電荷、即ち−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖという電荷が第３のコンデンサ２２に流れこむ。続いて、スイッチ２３が閉じると、第４のコンデンサ２５の電荷が第３のコンデンサ２２にフィードバックされる。これにより第３のコンデンサ２２の電荷Ｑｆ’は、反転前の電荷と合わせてＱｆ’＝Ｑｆ＋Ｑｒ−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆ−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ＝−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなり、演算増幅器２１の出力には、Ｖｃ’＝Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆ2 の電圧が生じる。
【００２０】
同時に、後段の信号処理部３は、図２に示すタイミング信号ＳＨ２に応じて、演算増幅器２１の出力電圧をサンプルホールドし、ＳＨ１でサンプルホールドした電圧との差分、すなわちＶｃ−Ｖｃ’＝−（１＋Ｃｒ／Ｃｆ）・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆを出力する。従って、物理量によって第１、第２のコンデンサの容量差（Ｃ１−Ｃ２）が変化すれば、信号処理部３の出力ＯＵＴが変化し、物理量を検出することができる。
【００２１】
また、コンデンサ２２、２５の容量Ｃｆ、Ｃｒの比を適当に選べば、所望の感度の出力を得ることができる。例えば、Ｃｒ＝Ｃｆとすれば、出力ＯＵＴ＝−２（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなり、出力電圧は第１、第２のコンデンサの容量差（Ｃ１−Ｃ２）と矩形波Ｐ１、Ｐ２の振幅Ｖ、第３のコンデンサ２２の容量Ｃｆで決まる電圧値となる。
【００２２】
上述したように本実施形態によれば、スイッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５により構成されるリセット手段を設けているため、従来のもののようにサンプルホールド後にリセットする期間を設けなくてもそのリセットと同じ効果を得ることができる。従って、従来のもののようなリセット期間を設ける必要がなくなり、矩形波Ｐ１、Ｐ２の周波数を高くすることができる。このため、スイッチのリークにより、コンデンサに保持した電荷が変化するのを抑えることができ、高精度の容量検出が可能になって、物理量の検出を高精度に行うことが可能になる。
【００２３】
なお、上記した信号処理部３は、図３や図４に示すような回路構成で実現することができる。図３では、２個のサンプルホールド回路３１、３２を用いて、各々信号ＳＨ１とＳＨ２のタイミングで演算増幅器２１の出力をサンプルホールドし、差動増幅器３３で各々の差の電圧を求める。この段階では、サンプルホールド時の高周波ノイズが含まれるため、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３４でノイズを除去する。
【００２４】
同様の機能をスイッチトキャパシタ回路で実現したものを図４に示す。この図４のような回路構成によれば、図３で示したサンプルホールド回路や差動増幅器を不要にすることができる。また、図４の回路のフィルタ特性は１次であるが、高次のフィルタ特性にすることも可能である。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図５に示す。第１実施形態と異なる点は、リセット手段がスイッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５からなる第１のリセット手段とスイッチ２３ａ、２４ａと第５のコンデンサ２５ａからなる第２のリセット手段の２組のリセット手段を用いていることである。
【００２５】
この場合の作動を図６のタイミングチャートを参照して説明する。
第１実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転毎にスイッチ２３、２４を交互に開閉させるべく、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２が交互にＨｉの状態になっていたが、この第２実施形態では、図６に示すように、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２が各々矩形波Ｐ１、Ｐ２に同期してＨｉの状態になっている。
【００２６】
この構成によれば、矩形波Ｐ１がＨｉのときに、第４のコンデンサ２５は第３のコンデンサ２２への充電を行い、第５のコンデンサ２５ａは演算増幅器２１の出力電圧による充電を行う。一方、矩形波Ｐ１がＬｏの状態では、第４のコンデンサ２５は出力電圧による充電を行い、第５のコンデンサ２５ａは第３のコンデンサ２２への充電を行う。
【００２７】
このようにリセット手段を２組用い、交互に第３のコンデンサ２２への充電と出力電圧による充電を繰り返すことにより、第３のコンデンサ２２への充電と出力電圧による充電を同時に行うことができる。
また、図６に示すように、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２は、サンプルホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２とも同期している。従って、サンプルホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２とスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２を共通化することが可能である。
【００２８】
上記した第１実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ２の２倍の周波数でスイッチ２３、２４を開閉する必要があったが、この第２実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ２と同じ周波数でスイッチ２３、２３ａ、２４、２４ａを開閉すればよく、サンプルホールドのタイミングとも共通化できるため、制御信号を簡略化できるメリットがある。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図７に示す。第１実施形態では、リセット手段を、スイッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５で構成していたが、この第３実施形態では、第４のコンデンサ２５と第１の基準電圧源（接地電位）の間にスイッチ２３’を設け、さらに第４のコンデンサ２５と演算増幅器２１の非反転入力端子との間にスイッチ２４’を設けている。この場合には、第４のコンデンサ２５の両側にスイッチがあるため、寄生容量の影響を相殺でき、より精度の高い容量検出が可能になる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図８に示す。図１に示すようなＣ−Ｖ変換回路２では、可動電極１２の位置ずれや寄生容量によって、第４のコンデンサ２５への充放電の電荷量が矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時で異なってしまう可能性がある。このような状態が生じると、物理量が０でも演算増幅器２１の出力電圧Ｖｃに矩形波が生じ、オフセットとなって検出されてしまう。
【００２９】
そこで、この第４実施形態では、オフセットをキャンセルできるようにするため、図８に示すように、第１の基準電圧源（接地電位）とは異なる電圧の第２の基準電圧源Ｖｒを設け、第１の基準電圧源と第２の基準電圧源の間にスイッチ２３’’、２４’’を直列に接続し、スイッチ２３’’、２４’’の接続点に第４のコンデンサ２５の一端を接続している。
【００３０】
この実施形態に作動を図９のタイミングチャートを参照して説明する。
スイッチ２３’’、２４’’以外の動作は第１実施形態と同じであるが、スイッチ２３’’、２４’’は、図９に示すように矩形波Ｐ１、Ｐ２と同期したスイッチ信号ＣＳ３、ＣＳ４によって開閉する。これにより、矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時で、第４のコンデンサ２５への充放電が異なる電圧を基準にして行われるため、第３のコンデンサ２２へ充電される電荷量を、矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時とで異ならせることができる。従って、第１の基準電圧源と第２の基準電圧源の電位差を調整することにより、オフセットをキャンセルすることができる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図１０に示す。この第５実施形態は、固定電極１１、１３と可動電極１２との間に、可動電極１２を変位させるような静電気力を発生させて、可動電極１２を強制的に変位させ、信号処理部３の出力電圧より、センサエレメント部１の異常を検知するための自己診断機能を付加したものである。
【００３１】
このため、この実施形態においては、演算増幅器２１の非反転入力端子に印加する電圧をスイッチ２６、２７で切り替えるようにしている。なお、スイッチ２６、２７は、スイッチ信号ＣＳＴ、ＣＳＴバー（ＣＳＴを反転した信号）によって開閉する。
この第５実施形態の作動を図１１に示すタイミングチャートを参照して説明する。第１実施形態と異なる点は、図１１に示すように、通常動作に以外に静電気力を印加する期間（自己診断期間）を設け、この静電気力印加期間中に、スイッチ２３、２４を閉とするとともにスイッチ２７を閉とし、スイッチ２７を介して可動電極１２に自己診断用電圧源Ｖｓｔを印加するようにしたことである。
【００３２】
この静電気力印加期間中においては、固定電極１１と可動電極１２の間に、（Ｖ−Ｖｓｔ）という電位差による静電気力が発生し、また固定電極１３と可動電極１２の間に、Ｖｓｔという電位差による静電気力が発生する。そして、各々の静電気力の差から可動電極１２の変位する方向と大きさが決まるため、静電気力印加後の信号処理部３の出力電圧の変化より、故障や経時変化を検出することができる。
【００３３】
また、図１０に示す構成の代わりに図１２に示す構成としても同様に自己診断を行うことができる。すなわち、図１２に示す構成においては、演算増幅器２１の非反転入力端子に第１の基準電圧源（接地電位）を接続し、可動電極１２と演算増幅器２１の反転入力端子の間にスイッチ２６を設け、可動電極１２と自己診断用電圧源Ｖｓｔとの間にスイッチ２７を設けている。
【００３４】
なお、この第５実施形態における自己診断時には、第３、第４のコンデンサ２２、２５の電荷は放電され、演算増幅器２１からは第１の基準電圧源と同じ電圧が出力されている。
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を図１３に示す。第１実施形態では、第３のコンデンサ２２を演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続していたが、この第６実施形態では、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に第３、第４のコンデンサ２０５、２１５を設け、スイッチ２０１〜２０４、２１１〜２１４をスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２により開閉させ、第３、第４のコンデンサ２０５、２１５の一方を演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続し、他方を基準電圧源に接続して放電する動作を、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転毎に交互に繰り返し、第１実施形態と同様の効果を得るものである。この場合のタイミングチャートは図６と同じである。
【００３５】
なお、上記したいずれの実施形態においても、スイッチを制御する信号ＣＳ１とＣＳ２、ＣＳ３とＣＳ４、ＳＨ１とＳＨ２は、通常動作時においては、お互いにＨｉ状態が重なり合わないようになタイミングとするのが望ましい。
また、上記したスイッチ２３、２３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２４ａ、２０１〜２０４、２１１〜２１４は、半導体のスイッチング素子などを用いたスイッチ手段として構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図３】図１中の信号処理部３の構成を示す図である。
【図４】図１中の信号処理部３の他の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第５実施形態の変形例に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る容量式物理量検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…センサエレメント部、２…Ｃ−Ｖ変換回路、３…信号処理部、
１１、１３…固定電極、１２…可動電極、２１…演算増幅器、
２２…第３のコンデンサ、２３、２４…スイッチ、２５…第４のコンデンサ。
Claims (12)
- 少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサエレメント部（１）と、
前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、
前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続され、前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保持する第３のコンデンサ（２２）と、
前記第１、第２の矩形波の反転毎に前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、その保持した電荷を前記第１、第２の矩形波の次の反転時に前記第３のコンデンサに充電するリセット手段（２３、２３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２４ａ、２５、２５ａ）と、
前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴とする容量式物理量検出装置。 - 前記第１、第２のコンデンサの容量が差動容量になっているとを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。
- 前記信号処理部は、前記第１の矩形波がハイレベルの時の前記演算増幅器の出力電圧と前記第１の矩形波がローレベルの時の前記演算増幅器の出力電圧との差分を物理量検出信号として出力するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量式物理量検出装置。
- 前記信号処理部は、スイッチトキャパシタで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の容量式物理量検出装置。
- 前記リセット手段は、前記第１、第２の矩形波の反転毎に、前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を前記第３のコンデンサに充電するとともに、次回の充電のために前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持するようになっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の容量式物理量検出装置。
- 前記リセット手段は、
一端が前記第１の基準電圧源に接続される第４のコンデンサ（２５）と、
前記第４のコンデンサの他端と前記演算増幅器の反転入力端子の間に接続された第１のスイッチ手段（２３）と、
前記第４のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端子の間に接続された第２のスイッチ手段（２４）とから構成されており、
前記第１、第２のスイッチ手段が前記第１、第２の矩形波の反転毎にそれぞれ開閉して、前記第４のコンデンサに蓄積された電荷を前記第３のコンデンサに充電するとともに、次回の充電のために前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を前記第４のコンデンサに保持するようになっていることを特徴とする請求項５に記載の容量式物理量検出装置。 - 前記第４のコンデンサの一端と前記第１の基準電圧源の間に第３のスイッチ手段（２３’）が接続され、前記第４のコンデンサの一端と前記演算増幅器の反転入力端子の間に第４のスイッチ手段（２４’）が接続されており、前記第３のスイッチ手段は前記第１のスイッチ手段と同じタイミングで開閉し、前記第４のスイッチ手段は前記第２のスイッチ手段と同じタイミングで開閉するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の容量式物理量検出装置。
- 前記第４のコンデンサの一端は、第３のスイッチ手段（２３’’）を介して前記第１の基準電圧源に接続されるとともに、第４のスイッチ手段を介して第２の基準電圧源（２４’’）に接続されており、前記第３、第４のスイッチ手段は前記第１、第２の矩形波の反転に伴って交互に開閉するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の容量式物理量検出装置。
- 前記第３のコンデンサと前記第４のコンデンサの容量が等しくなっていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１つに記載の容量式物理量検出装置。
- 前記リセット手段は、
一端が前記第１の基準電圧源に接続される第４、第５のコンデンサ（２５、２５ａ）と、
前記第４のコンデンサ（２５）の他端と前記演算増幅器の反転入力端子の間に接続された第１のスイッチ手段（２３）と、
前記第４のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端子の間に接続された第２のスイッチ手段（２４）と、
前記第５のコンデンサ（２５ａ）の他端と前記演算増幅器の反転入力端子の間に接続された第３のスイッチ手段（２４ａ）と、
前記第５のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端子の間に接続された第４のスイッチ手段（２３ａ）とから構成されており、
前記第１、第４のスイッチ手段と前記第２、第３のスイッチ手段は前記第１、第２の矩形波の反転に伴って交互に開閉し、前記第１、第４のスイッチ手段が閉成しているときに、前記第４のコンデンサに蓄積された電荷を前記第３のコンデンサに充電するとともに、前記第５のコンデンサに次回の充電のために前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、前記第２、第３のスイッチ手段が閉成しているときに、前記第５のコンデンサに蓄積された電荷を前記第３のコンデンサに充電するとともに、前記第４のコンデンサに次回の充電のために前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持するようになっていることを特徴とする請求項５に記載の容量式物理量検出装置。 - 前記センサエレメント部の異常を検知するための自己診断時に、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続された全てのスイッチ手段を閉状態にして、前記第１、第２のコンデンサの接続点に所定の電圧を印加し、前記第１、第２のコンデンサに所定の物理量に相当する静電気力を作用させるようにしたことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１つに記載の容量式物理量検出装置。
- 少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサエレメント部（１）と、
前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、
前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に互いに並列に設けられた第３、第４のコンデンサ（２０５，２１５）と、
前記第３、第４のコンデンサのうち一方のコンデンサを前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続して前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を前記一方のコンデンサに保持させ、また他方のコンデンサに放電経路を形成して前記他方のコンデンサに蓄積した電荷を放電させ、前記一方のコンデンサと前記他方のコンデンサを前記第１、第２の矩形波の反転毎に交互に切り替える手段（２０１〜２０４、２１１〜２１４）と、
前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴とする容量式物理量検出装置。
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