JP5641296B2 - 周波数計測装置、並びに同装置を備えるニオイセンサー及び電子機器 - Google Patents
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Description
f0(MHz)=1670/水晶板厚(μm)
1.定義
2.実施形態1
(1)周波数計測装置の構成例
(2)発振回路の構成例
(3)周波数調整器の構成例
(4)周波数計測装置の動作例
(5)実施形態1の特長
3.実施形態2
(1)周波数調整器の構成例
(2)実施形態2の特長
4.実施形態3
(1)周波数計測装置の動作例
(2)実施形態3の特長
5.補足
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
本発明の実施形態1における周波数計測装置の構成及び動作について、図1乃至図5を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態1における周波数計測装置の構成を示す図である。図1に示すように、周波数計測装置は、水晶振動子100a〜100x、発振回路110a〜110x、カウンタ回路120a〜120x、及び制御回路130を含んで構成される。すなわち、周波数計測装置は、水晶振動子100、発振回路110、及びカウンタ回路120からなる構成を複数組(n組)備え、これらの構成における複数のカウンタ回路120に接続された1つの制御回路130を備える構成となっている。
水晶振動子100a〜100xは、表面と裏面とに電極対が形成され、この電極対を介して、それぞれ発振回路110a〜110xに接続されるよう構成されている。水晶振動子100a〜100xは、この電極対に電圧を印加することにより、表面と裏面とが互い違いにスライドして振動する、いわゆる厚みすべり振動モードで動作する。また、水晶振動子100a〜100xは同一の基板上に設けられている。
発振回路110a〜110xは、それぞれ水晶振動子100a〜100xに接続されるよう配置される。発振回路110a〜110xはそれぞれ発振信号118a〜118xを出力可能に構成される。また、発振回路110a〜110xはそれぞれ周波数調整器を備えており、これらの周波数調整器は、発振信号118a〜118xの周波数を調整可能に構成されている。発振回路110a〜110xの具体的な構成及び機能については後述する。
カウンタ回路120a〜120xは、それぞれ発振回路110a〜110xに接続されるよう配置される。カウンタ回路120a〜120xは、それぞれ対応する発振回路110a〜110xから入力された発振信号118a〜118xの変化数をカウントし、カウント結果を一定時間毎に制御回路130に出力するよう構成されている。カウンタ回路120a〜120xによるカウントは、各発振信号118a〜118xの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの発生数をカウントするのが一般的であるが、これに限るものではない。
制御回路130は、カウンタ回路120a〜120xから入力されたカウント結果に基づいて、発振回路110a〜110xが出力する発振信号118a〜118xのそれぞれの周波数を演算によって導出するよう構成されている。さらに制御回路130は、導出した各発振信号118a〜118xの周波数に基づいて、発振信号118a〜118xのそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように、発振回路110a〜110xのそれぞれに含まれる周波数調整器を制御するための制御信号140a〜140xを出力する。制御回路130による制御の具体的な方法については後述する。
図2は、本実施形態1における発振回路の構成例を示す図である。図2に示すように、発振回路110は、抵抗素子111、インバーター112及び113、負荷容量114及び115、可変容量ダイオード116、並びに制御電位調整回路119を含んで構成される。この構成は、いわゆるコルピッツ発振回路となっているが、発振回路で生成される発振信号の周波数を調整可能にするため、負荷容量の一部として可変容量ダイオード116を含む。
図3は、制御電位調整回路119の具体的な構成例を示す図である。図3に示すように、制御電位調整回路119は抵抗素子300、310、及び320、並びに容量素子330を含んで構成される。制御電位調整回路119は、制御回路130から入力される制御信号140に基づいて制御電位117を生成し、発振回路110へ供給する。
ここで、周波数計測装置の引き込み現象防止のための周波数調整機構に関する具体的な動作例について、図5を参照しながら説明する。
上記のように構成された周波数計測装置によれば、各発振回路110a〜110xから出力される発振信号118a〜118xの間のそれぞれの周波数差を所定の周波数差より大きくしているので、発振回路110a〜110xの間で引き込み現象が発生することを防止することができる。ひいては、引き込み現象により周波数計測装置の動作に不具合が発生することを防止することができる。
次に、本発明の実施形態2について、図6及び図7を参照しながら説明する。本実施形態2では、実施形態1とは異なる周波数調整器を備えており、この周波数調整器は駆動電圧生成回路により構成される。したがって、本実施形態2では、実施形態1の周波数計測装置が備えていた可変容量ダイオード116及び制御電位調整回路119は必ずしも備える必要はない。
図6は、周波数調整器として機能する駆動電圧生成回路400の具体的な構成と、駆動電圧生成回路400に接続された発振回路110、及び水晶振動子100を示す図である。駆動電圧生成回路400は、電源電位430及び選択信号440を入力とし、発振回路110に駆動電圧450を供給するよう構成される。より具体的には、駆動電圧生成回路400は、複数の抵抗素子410a〜410c及び複数のスイッチング素子420a〜420cを備えて構成される。複数の抵抗素子410a〜410cと複数のスイッチング素子420a〜420cとは、それぞれ1つずつが組になるよう構成される。抵抗素子410a〜410cとスイッチング素子420a〜420cとからなる各組は、一方の端子が電源電位端子430に接続され、他方の端子が駆動電圧端子450に接続される。複数のスイッチング素子420a〜420cには、それぞれ選択信号440が入力され、それぞれのスイッチング素子420a〜420cは、選択信号440によってその導通状態を変化される。
上記のように構成された周波数計測装置によれば、周波数調整器としての駆動電圧生成回路400を備えるものとした。これによって、周波数測定装置が備える複数の発振回路110を一般的な構成にしつつ、駆動電圧を変化させるだけで各発振信号118の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
次に、本発明の実施形態3について、図8を参照しながら説明する。本実施形態3は、周波数計測装置の構成自体は実施形態1と同様であるものの、周波数計測装置の動作が異なる。より具体的には、本実施形態3では変数iの初期化タイミングを変更している。これにより、実施形態1ではいずれかの発振信号の周波数が変化する度にすべての発振信号について再度確認を行っていたのに対し、本実施形態3では既に確認の終了した発振信号については再度確認することなく、次の発振信号について確認をするものである。以下、本実施形態3における周波数計測装置の動作について具体的に説明する。
本実施形態3の動作によれば、実施形態1の動作と比較して、より短時間の処理で発振信号118a〜118xのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
上記周波数計測装置は、ニオイセンサーなどのセンサーに適用可能なほか、様々な電子機器に適用可能である。
Claims (13)
- 第1吸着膜を備えた第1振動子と、
第2吸着膜を備えた第2振動子と、
前記第1振動子に接続され、周波数を調整可能に第1発振信号を出力する第1周波数調整器を備えた第1発振回路と、
前記第2振動子に接続され、周波数を調整可能に第2発振信号を出力する第2周波数調整器を備えた第2発振回路と、
前記第1発振信号及び前記第2発振信号の周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路と、
前記計測回路による計測結果に基づいて、前記第1発振信号と前記第2発振信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように前記第1周波数調整器及び前記第2周波数調整器を制御可能に構成された制御回路と、を備える、
周波数計測装置。 - 第3吸着膜を備えた第3振動子と、
前記第3振動子に接続され、周波数を調整可能に第3発振信号を出力する第3周波数調整器を備えた第3発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第3発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
(a1)前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第1信号として特定し、前記第1信号の次に高い周波数を有する信号を第2信号として特定し、
(b)前記第1信号と前記第2信号とを比較し、
(c1−1)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第2信号を新たな前記第1信号として特定し、前記新たな第1信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第2信号として特定して前記(b)に戻り、
(c1−2)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第2信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第2信号の周波数を低くして前記(a1)に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項1に記載の周波数計測装置。 - 第3吸着膜を備えた第3振動子と、
前記第3振動子に接続され、第3周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第3発振信号を出力可能に構成された第3発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第3発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
(a2)前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第1信号として特定し、前記第1信号の次に低い周波数を有する信号を第2信号として特定し、
(b)前記第1信号と前記第2信号とを比較し、
(c2−1)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第2信号を新たな前記第1信号として特定し、前記新たな第1信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第2信号として特定して前記(b)に戻り、
(c2−2)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第2信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第2信号の周波数を高くして前記(a1)に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項1に記載の周波数計測装置。 - 第3吸着膜を備えた第3振動子と、
前記第3振動子に接続され、第3周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第3発振信号を出力可能に構成された第3発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第3発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
(a1)前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第1信号として特定し、前記第1信号の次に高い周波数を有する信号を第2信号として特定し、
(b)前記第1信号と前記第2信号とを比較し、
(c1−1)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第2信号を新たな前記第1信号として特定し、前記新たな第1信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第2信号として特定して前記(b)に戻り、
(c3−2)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第2信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第2信号の周波数を低くした後、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のうち前記第1信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第2信号として特定して前記(b)に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項1に記載の周波数計測装置。 - 第3吸着膜を備えた第3振動子と、
前記第3振動子に接続され、第3周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第3発振信号を出力可能に構成された第3発振回路と、
前記計測回路はさらに、前記第3発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
(a2)前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第1信号として特定し、前記第1信号の次に低い周波数を有する信号を第2信号として特定し、
(b)前記第1信号と前記第2信号とを比較し、
(c2−1)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第2信号を新たな前記第1信号として特定し、前記新たな第1信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第2信号として特定して前記(b)に戻り、
(c4−2)前記第1信号と前記第2信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第2信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第2信号の周波数を高くした後、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のうち前記第1信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第2信号として特定して前記(b)に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項1に記載の周波数計測装置。 - 前記制御回路は、前記第1発振信号、前記第2発振信号、及び前記第3発振信号のそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなったことを判定した時に前記処理を終了する、
請求項2乃至5のいずれか1項に記載の周波数計測装置。 - 前記第1発振回路及び第2発振回路は、それぞれ、
前記振動子の第1端子と第2端子との間に接続された抵抗素子と、
前記第1端子と前記第2端子との間に前記抵抗素子と並列に接続されたインバーターと、
前記第1端子と第1電位端子との間に接続された可変容量素子と、
前記第2端子と前記第1電位端子との間に接続された第1容量素子と、
を備える、
請求項1に記載の周波数計測装置。 - 前記第1周波数調整器及び第2周波数調整器は、それぞれ、
前記可変容量素子に印加される電圧を変化可能に構成された電圧調整回路をさらに備える、
請求項7に記載の周波数計測装置。 - 前記電圧調整回路はアナログフィルタ回路を含む、
請求項8に記載の周波数計測装置。 - 前記第1周波数調整器及び前記第2周波数調整器は、それぞれ、
対応する前記第1発振回路または前記第2発振回路の駆動電圧を変化可能に構成された駆動電圧調整回路を含んで構成される、
請求項1に記載の周波数計測装置。 - 外部から供給される1ビットの制御信号に基づいて第1選択信号及び第2選択信号を生成するシリアルパラレル変換器をさらに備え、
前記駆動電圧調整回路は、
前記駆動電圧の端子と第2電位端子との間に直列に接続された第1駆動電圧調整抵抗素子及び第1スイッチング素子と、
前記駆動電圧の端子と第2電位端子との間に直列に、かつ前記第1駆動電圧調整抵抗素子とは並列に接続された、第2駆動電圧調整抵抗素子及び第2スイッチング素子とをさらに含んでおり、
前記第1スイッチング素子は前記第1選択信号によって導通状態が変化し、前記第2スイッチング素子は前記第2選択信号によって導通状態が変化する、
請求項10に記載の周波数計測装置。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の周波数計測装置を備えたニオイセンサー。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の周波数計測装置を備えた電子機器。
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