JP5344955B2 - 固体振動子発振回路およびこれを用いた物理量センサ - Google Patents
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このため、図11に示すように、振動子101と、振動子101からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路(第1の増幅器)102と、電流電圧変換回路102の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路103と、電流電圧変換回路102の出力信号を入力し整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器105を備え、可変利得増幅器105の出力電圧を入力とするレベル判定回路126と、可変利得増幅器105もしくは可変利得増幅器105の後段に設けられた電圧増幅器106の増幅度を切替えるスイッチ手段121を有し、レベル判定回路126の出力によってスイッチ手段121を制御し振動子101の振幅を制御する発振回路100が開示されている(特許文献1)。
振動子と、
前記振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を増幅するための増幅器を備えた固体振動子発振回路であって、
前記増幅器は、複数段の増幅器によって構成されており、
該複数段の増幅器が、それぞれ増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、
前記可変電流スイッチは、前記電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、前記増幅器の増幅度を連続的に変化させるように構成され、
前記可変電流スイッチには、それぞれカットオフ電圧が設定されており、
可変電流スイッチへの入力電圧が、所定のカットオフ電圧以下となった場合に、流れる電流の大きさが0となり、増幅器の増幅度を最小値とするように構成され、
前記振動子が振動を開始したあと、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチより他の増幅器に備わる可変電流スイッチの方が先にカットオフすることを特徴とする。
また、このように構成することによって、複数段の増幅器のうち、初段の増幅器以外の増幅器に備わる可変電流スイッチが先にカットオフ、すなわち、増幅器の増幅度が最小値となる。このため、初段の増幅器で増幅度が変化した場合であっても、後段の増幅器の増幅度が固定されているために、複数段の増幅器全体で構成する増幅度が安定し、最終段の増幅器の出力電圧安定することになる。
従って、振動体に帰還する電圧は常時安定した電圧が入力されることになるため、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。また、振動子の発振状態も常時安定させることができる。
このように、可変電流スイッチをMOSFETとすれば、通過電流制御用の入力電圧をMOSFETのゲート端子に印加すれば、ドレイン−ソース間に流れる電流量を制御することができるため、容易に可変電流スイッチを構成することができる。
このように、可変電流スイッチの電流通過経路に対して並列に抵抗素子を接続することによって、可変電流スイッチがカットオフした状態でも並列に接続した抵抗素子によって増幅器の増幅度を1以上に固定することが可能となる。
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記オフセット調整回路が、ハイパスフィルタであるようにしてもよい。
このようにすることによって、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子に電源電圧に飽和する電圧を印加する時に最終段の増幅器の入力信号を小さくすることができ、正常に増幅器を動作させることができる。
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記整流回路の出力側に平滑回路を設けるようにしてもよい。
このように、振動子として水晶振動子を用いれば、安定した発信周波数が得られるので、振動子の振動周波数も周囲の温度変化に対しても安定しており、より温度特性の良い振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを実現することができる。
前記振動子に印加される外力に応じて、該振動子から出力される検出電流を検出する検出回路とを有することを特徴とする。
このように本発明の固体振動子発振回路を物理量センサに用いることによって、迅速に起動可能で、かつ、高精度なカメラの手振れ補正用のジャイロセンサや、カーナビゲーション・システムのジャイロセンサとすることができる。
この固体振動子発振回路10は、振動子12,電流電圧変換回路14,第1の増幅器16,第2の増幅器18,第1の増幅器16用の第1の可変電流スイッチ20,第2の増幅器18用の第2の可変電流スイッチ22,整流回路24,平滑回路26によって構成されている。
また、本実施例において、振動子12としては、固有の周波数で発振する素子であれば特に限定されるものではないが、例えば、水晶振動子やセラミック発振子などを用いることができる。
なお、図3において、符号58はMOSFETを対称形に接続して構成されるトランスミッションゲートを、符号60は、コンパレータをそれぞれ示している。
ここで、第1の増幅器16の増幅度は、図4に示すように、第1の増幅器16に備えられた抵抗素子52aと抵抗素子52bの抵抗値、及び、可変電流スイッチ20の抵抗成分RT1の大きさによって決定される。
なお、第2の可変電流スイッチ22は、その電流通過経路に対して並列に抵抗素子52が接続されている。
まず、電源をオン状態にした直後は、電流電圧変換回路14の出力電圧V1は0Vであり、振動子12の振動が大きくなるにつれて、徐々に電圧V1は大きくなっていく。
このため、振動子12を定常励振させるまでに要する時間を短縮できるとともに、振動子12からの出力電流が大きくなった場合にも、増幅器の出力電圧波形が飽和することもなく、また、ノイズを増幅することによって振動子12の発振状態が不安定になることもない。
このように、オフセット調整回路30を設けることによって、第1の増幅器16のオフセットがキャンセルされ、図7(A)に示すように、第2の増幅器18の出力電圧V3の振幅を大きく取ることができる。
この実施例の固体振動子発振回路10は、図1及び図6に示した固体振動子発振回路10と基本的には同様な構成であり、相違点は、ローパスフィルタ32を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
このように、ローパスフィルタ32を設けることによって、雑音の無い電圧V3を振動子12に印加することが可能になる。
なお、図8に示す構成は、オフセット調整回路30も設けている例であるが、もちろん、これを設けなくてもかまわない。
この実施例の固体振動子発振回路10は、図1,図6,図8に示した固体振動子発振回路10と基本的には同様な構成であり、相違点は、第3の増幅器34を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例で用いられる固体振動子発振回路10は、図1,図6,図8,図9に示した固体振動子発振回路10と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この物理量センサ70は、固体振動子発振回路10とは別に、振動子12に加わるコリオリ力に応じて、振動子12から出力される検出電流を検出する検出回路72を備えている。
同期検波回路76において同期検波された信号は、ローパスフィルタ80によって高調波成分が除去され、検出信号として出力される。
12 振動子
14 電流電圧変換回路
16 第1の増幅器
18 第2の増幅器
20 第1の可変電流スイッチ
22 第2の可変電流スイッチ
24 整流回路
26 平滑回路
30 オフセット調整回路
32 ローパスフィルタ
34 第3の増幅器
36 第3の可変電流スイッチ
50 オペアンプ
52 抵抗素子
52a 抵抗素子
52b 抵抗素子
52c 抵抗素子
52d 抵抗素子
52e 抵抗素子
54 コンデンサ
56 グランド端子
58 トランスミッションゲート
60 コンパレータ
70 物理量センサ
72 検出回路
74 差動増幅回路
76 同期検波回路
78 位相調整回路
80 ローパスフィルタ
100 発振回路
101 振動子
102 電流電圧変換回路
103 整流回路
105 可変利得増幅器
106 電圧増幅器
120 増幅器
121 スイッチ手段
125 基準電圧発生部
126 レベル判定回路
Claims (13)
- 振動子と、
前記振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を増幅するための増幅器を備えた固体振動子発振回路であって、
前記増幅器は、複数段の増幅器によって構成されており、
該複数段の増幅器が、それぞれ増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、
前記可変電流スイッチは、前記電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、前記増幅器の増幅度を連続的に変化させるように構成され、
前記可変電流スイッチには、それぞれカットオフ電圧が設定されており、
可変電流スイッチへの入力電圧が、所定のカットオフ電圧以下となった場合に、流れる電流の大きさが0となり、増幅器の増幅度を最小値とするように構成され、
前記振動子が振動を開始したあと、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチより他の増幅器に備わる可変電流スイッチの方が先にカットオフすることを特徴とする固体振動子発振回路。 - 前記可変電流スイッチが、MOSFETによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体振動子発振回路。
- 前記可変電流スイッチは、電流通過経路に対して並列に抵抗素子が接続されて構成されていることを特徴とする請求項2に記載の固体振動子発振回路。
- 前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧が、他の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧よりも小さいことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路。
- 前記複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか1つの増幅器の出力側にオフセット調整回路を設けることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路。
- 前記オフセット調整回路は、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項5に記載の固体振動子発振回路。
- 前記複数段の増幅器のうち、最終段の増幅器の増幅度の最小値が1以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路。
- 前記電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上にローパスフィルタを設けることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路。
- 前記電流電圧変換回路と、可変電流スイッチの導線路上に整流回路を設けることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路。
- 前記整流回路の出力側に平滑回路を設けることを特徴とする請求項9に記載の固体振動子発振回路。
- 前記振動子は、水晶振動子またはセラミック発振子であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路。
- 請求項1から11のいずれか1つに記載の固体振動子発振回路と、
前記振動子に印加される外力に応じて、該振動子から出力される検出電流を検出する検出回路とを有することを特徴とする物理量センサ。 - 前記振動子に生じるコリオリ力を検出する振動型ジャイロセンサであることを特徴とする請求項12に記載の物理量センサ。
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