(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査質量（２）の機械的変位を測定するために、互いに近づき、かつ互いに離れるように移動可能な電極を備えた、少なくとも１つのマイクロエレクトロメカニカル容量センサ（９ａ、９ｂ）と、電荷積分器と、を有し、前記電荷積分器が演算増幅器（１１）を有しており、前記演算増幅器が、前記センサ（９ａ、９ｂ）と接続された少なくとも１つの増幅器入力（１３ａ、１３ｂ）と、少なくとも１つの増幅器出力（１５ａ、１５ｂ）と、を有しており、前記増幅器出力が、少なくとも１つの積分コンデンサ（１６ａ、１６ｂ）を介して前記増幅器入力（１３ａ、１３ｂ）にフィードバックされている、測定装置（８）において、
前記少なくとも１つの増幅器入力（１３ａ、１３ｂ）が、高オームの電気抵抗（１７ａ、１７ｂ）を介して電気的なコモンモード参照電位のための端子（１８）と接続されており、
前記演算増幅器（１１）が、前記少なくとも１つの増幅器入力（１３ａ、１３ｂ）に加えて少なくとも１つの補助入力（２０ａ、２０ｂ）を有しており、
前記増幅器出力（１５ａ、１５ｂ）が、ローパス（２２）を介して前記少なくとも１つの補助入力（２０ａ、２０ｂ）と接続されていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記高オームの電気抵抗（１７ａ、１７ｂ）が、ＦＥＴ、特にＭＯＳＦＥＴによって形成されており、そのソース−ドレイン区間が増幅器入力（１３ａ、１３ｂ）を前記コモンモード参照電位のための端子と接続し、そのゲートが制御電圧に接続されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置（８）。
【請求項３】
前記制御電圧が、ＭＯＳＦＥＴのしきい電圧よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の測定装置（８）。
【請求項４】
制御電圧を発生させるために、電圧源（１９）を有し、その電源出力がＭＯＳＦＥＴのゲートと接続されており、
前記電圧源（１９）が制御入力を有しており、前記制御入力がコモンモード参照電位のための端子（１８）と次のように、即ちコモンモード参照電位の変化が発生した場合に、ＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン区間の電気抵抗が実質的に一定に留まるように、制御接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項５】
前記容量センサ（９ａ、９ｂ）が、非反転の第１の測定信号出力と反転する第２の測定信号出力とを有する微分センサとして形成され、前記演算増幅器（１１）が、非反転の第１の増幅器入力（１３ａ）と、反転する第２の増幅器入力（１３ｂ）と、非反転の第１の増幅器出力（１５ａ）と、反転する第２の増幅器出力（１５ｂ）と、を有する微分演算増幅器（１１）として形成されており、
前記第１の測定信号出力が前記第１の増幅器入力（１３ａ）と、前記第２の測定信号出力が前記第２の増幅器入力（１３ｂ）と接続されており、
前記第１の増幅器出力（１５ａ）が、第１の積分コンデンサ（１６ａ）を介して前記第２の増幅器入力（１３ｂ）と、前記第２の増幅器出力（１５ｂ）が、第２の積分コンデンサ（１６ｂ）を介して前記第１の増幅器入力（１３ｂ）とフィードバック接続されており、
前記第１の増幅器入力（１３ａ）が高オームの第１の抵抗（９ａ）を介して、前記第２の増幅器入力（１３ｂ）が高オームの第２の抵抗（９ｂ）を介して、コモンモード参照電位のための端子（１８）と接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項６】
前記演算増幅器（１１）が、前記第１の増幅器入力（１３ａ）に加えて第１の非反転の補助入力（２０ａ）を、及び前記第２の増幅器入力（１３ｂ）に加えて第２の反転する補助入力（２０ｂ）を有しており、
前記第２の増幅器出力（１５ｂ）が前記ローパス（２２）の非反転の第１の入力端子（２３ａ）と、前記第１の増幅器出力（１５ａ）が前記ローパス（２２）の反転する第２の入力端子（２３ｂ）と接続されており、
前記ローパス（２２）の非反転の第１の出力端子（２４ａ）が前記第１の補助入力（２０ａ）と、前記ローパス（２２）の反転する第２の出力端子（２４ｂ）が前記第２の補助入力（２０ｂ）と接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項７】
前記演算増幅器（１１）が、前記第１の増幅器入力（１３ａ）に加えて第１の非反転の補助入力（２０ａ）を、及び前記第２の増幅器入力（１３ｂ）に加えて第２の反転する補助入力（２０ｂ）を有しており、
前記第１の増幅器出力（１５ａ）が、ローパス（１１）の非反転の第１の入力端子（２３ａ）と、及び前記第２の増幅器出力（１５ｂ）が前記ローパスの反転する第２の入力端子（２３ｂ）と接続されており、
前記ローパスの反転する第１の出力端子（２４ｂ）が前記第１の補助入力（２０ａ）と、前記ローパス（２２）の非反転の第２の出力端子（２４ａ）が前記第２の補助入力（２０ｂ）と接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項８】
前記第２の増幅器出力（１５ｂ）が第１の抵抗素子（２１ａ）を介して前記ローパス（２２）の前記第１の入力端子（２３ａ）と、前記第１の増幅器出力（１５ａ）が第２の抵抗素子（２１ｂ）を介して前記ローパス（２２）の前記第２の入力端子（２３ｂ）と接続されており、
前記ローパス（２２）の前記第１の入力端子（２３ａ）が、第３の抵抗素子（２１ｃ）を介して前記ローパス（２２）の前記第２の入力端子（２３ｂ）と接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項９】
前記ローパス（２２）が、少なくとも１つの電圧制御される電流源（２９）を有しており、前記電流源の出力（３１ａ、３１ｂ）がミラー積分器（３３）の積分入力と接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項１０】
前記ローパス（２２）の前記第１の入力端子（２３ａ）が第１のトランスコンダクタ（３５ａ）の入力と、前記ローパスの第２の入力端子（２３ｂ）が第２のトランスコンダクタ（３５ｂ）の入力と接続されており、
前記ローパス（２２）の前記第１の出力端子（２４ａ）が前記第１のトランスコンダクタ（３５ａ）の出力（３１ａ）と、前記ローパス（２２）の前記第２の出力端子（２４ｂ）が前記第２のトランスコンダクタ（３５ｂ）の出力と接続されており、
前記第２のトランスコンダクタ（３５ｂ）の前記出力（３１ｂ）が、第１の負帰還パス（３６ａ）を介して前記第１のトランスコンダクタ（３５ａ）の第１の負帰還端子（３７ａ）と、前記第１のトランスコンダクタ（３５ａ）の前記出力（３１ａ）が、第２の負帰還パス（３６ａ）を介して前記第２のトランスコンダクタ（３５ｂ）の第２の負帰還端子（３７ｂ）と接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項１１】
前記ローパス（２２）の前記第１の出力端子（２４ａ）が、第１のＦＥＴ（２５ａ）のソース−ドレイン区間とそれに直列に接続された電流源（３８ａ）とを有する第１のパスを介して前記参照電位端子（３９）と接続されており、
前記ローパス（２２）の前記第２の出力端子（２４ｂ）が、第２のＦＥＴ（２５ｂ）のソース−ドレイン区間とそれに直列に接続された他の電流源（３８ｂ）とを有する第２のパスを介して前記参照電位端子（３９）と接続されており、
前記第１のＦＥＴ（２５ａ）のゲートと前記第２のＦＥＴ（２５ｂ）のゲートとが、それぞれ駆動装置と接続されており、前記駆動装置が次のように、即ち前記ＦＥＴ（２５ａ、２５ｂ）がそのしきい電圧の下で駆動されるように形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の測定装置（８）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の測定装置（８）と、第１の軸（３）とそれに対して直角に延びる第２の軸（４）に沿って変位可能にホルダに軸承された検査質量（２）を有するジャイロスコープ（１）であって、前記検査質量が励振器によって非作動位置を中心に前記第１の軸（３）の方向に振動可能であって、その場合に容量センサ（９ａ、９ｂ）が前記検査質量（２）と次のように、即ち非作動位置から前記第２の軸（４）の方向への前記検査質量（２）の変位が検出可能であるように、協働する、ジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査質量の機械的変位を測定するために互いに近づき、かつ互いから離れる電極を有する少なくとも１つのマイクロエレクトロメカニカル容量センサと、演算増幅器を備えた電荷積分器とを有し、その演算増幅器は、センサと接続された少なくとも１つの増幅器入力と少なくとも１つの増幅器出力とを有し、その増幅器出力は、少なくとも１つの積分コンデンサを介して増幅器入力にフィードバックされる、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の測定装置は、非特許文献１から知られている。この測定装置は、検査質量を有するジャイロスコープの一部であって、その検査質量は、非作動位置から第１のばねのばね力に抗して第１の軸の方向に、及びそれに対して直角に、第２のばねのばね力に抗して第２の軸の方向に変位することができる。ジャイロスコープは、電気機械的な発振器を有し、その発振器は励起装置を有しており、その励起装置によって検査質量が第１の軸の方向に一次振動される。第１の軸の方向への検査質量の移動は、一次的な容量センサによって測定される。フィードバックループによって、このようにして得られた測定信号に従って、矩形電圧が発生され、検査質量を駆動する容量アクタに印加される。その場合に、矩形電圧の位相位置は、検査質量が、第１のばねと検査質量とから形成される一次共振器の共振周波数で振動するように、選択される。
【０００３】
第１の軸と第２の軸に対して直角に延びる回転軸を中心とする検査質量の回転は、コリオリの力を発生させ、それが、第２の軸の方向における検査質量の二次振動をもたらす。それに応じた変位が、二次的な容量センサによって測定される。検査質量のコリオリ変位は、２Åよりも小さいので、二次センサの測定信号は増幅される。そのため、二次センサは、演算増幅器の増幅器入力と接続されており、その演算増幅器の増幅器出力は、電荷積分器を形成するために積分コンデンサを介して増幅器入力へフィードバックされる。積分コンデンサに対して並列に、電界効果トランジスタのソース−ドレイン区間が接続されており、それが、ギガオーム抵抗を形成し、及び増幅器入力における直流電圧電位のシフトに拮抗作用する。抵抗によって、演算増幅器が入力オフセット電圧の存在に基づいて限界に達することが、防止される。しかし、実際には、測定装置が一次共振器に最適に同調されていないことが生じる。従って、ジャイロスコープの測定感度は、更に改良可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】グリーン、Ｊ他（Green, J. et al）著、”Single-Chip Surface Micro-machined integrated Gyroscope With 50°/h Allan Deviation”, IEEE Journal of Solid State Circuits,３７巻、１２号（２００２）、p.１８６０−１８６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、高い測定感度を可能にする、冒頭で挙げた種類の測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、少なくとも１つの増幅器入力が、高オームの電気抵抗を介して、電気的なコモンモード−参照電位のための端子と接続されていること、演算増幅器が少なくとも１つの増幅器入力に加えて、少なくとも１つの補助入力を有していること、及び増幅器出力がローパスを介して少なくとも１つの補助入力と接続されていることによって、解決される。
【発明の効果】
【０００７】
好ましくはそれによって、コモンモード参照電位を予め定められた値にし、それによって検査質量とばね（そのばねの復元力に抗して検査質量が、互いに近づきかつ互いに離れるように移動可能な電極の移動方向に変位可能である）とからの共振周波数を調節することが、可能になる。ジャイロスコープ内でコリオリ変位を測定するために用いられる測定装置においては、それによって、検査質量とばねとから形成される二次発振器の共振周波数を、一次共振器の共振周波数に適合させることができる。コモンモード参照電位と接続された抵抗に基づいて、積分コンデンサのリセットが不要になるので、積分コンデンサは中断なしで測定のために利用することができる。測定装置は、更に、演算増幅器の出力における定められた直流電圧レベルを可能にする。更に、測定装置は、センサのオフセット電圧に対して不感である。演算増幅器の作業点は、ローパスフィルタリングされた信号によって調節されるので、演算増幅器の、補助入力に対応づけられた部分は、低周波で設計することができる。
【０００８】
本発明に基づく測定装置は、ジャイロスコープにおける使用に限定されない。むしろ、例えば加速度センサ又はマイクロフォンのような、他の容量的なマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）にも使用することができる。コモンモード参照電位は、場合によってはプログラミング可能とすることができる。高オームの抵抗の抵抗値は、好ましくは、ギガオーム領域内にある。本発明に基づく電荷積分器は、トランスインピーダンス増幅器に比較して、極めて小さいノイズを有し、それによって測定装置のそれだけ少ない電流消費を可能にする。従って測定装置は、例えばそれが携帯可能な器具に組み込まれる場合に、バッテリー駆動に良く適している。低いノイズとわずかな電流消費は、電荷積分器が時間連続的な電荷積分器として形成されることによっても、達成することができる。それによって、クロック駆動される、時間離散的な電荷積分器に比較して、コンボリューショナルノイズが省かれる。
【０００９】
増幅器出力におけるコモンモード信号は、増幅器入力におけるコモンモード参照電位から分離されているので、演算増幅器はテレスコープ回路構造を有することができる。
【００１０】
高オームの電気抵抗がＦＥＴ、特にＭＯＳＦＥＴによって形成されており、そのソース−ドレイン区間が増幅器入力をコモンモード参照電位のための端子と接続し、そのゲートが制御電圧に接続されていると、効果的である。それによって高オームの抵抗は、コスト的に好ましく、演算増幅器及び場合によっては他の電気的な回路コンポーネントと共に場所をとらずに半導体チップ内に統合することができる。
【００１１】
好ましくは、制御電圧は、ＭＯＳＦＥＴのしきい電圧よりも小さい。それによって極めて高オームの電気抵抗が可能になる。
【００１２】
本発明の好ましい形態において、測定装置は、制御電圧を発生させるために、電圧源を有しており、前記電源出力がＭＯＳＦＥＴのゲートと接続されており、その場合に電圧源は制御入力を有し、前記制御入力がコモンモード参照電位のための端子と次のように、即ちコモンモード参照電位の変化が発生した場合に、ＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン区間の電気抵抗が実質的に一定に留まるように、制御接続されている。その場合に、コモンモード参照電位は、高オームの電気抵抗の値を変更することなしに、簡単に調節することができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態において、容量センサは、非反転の第１の測定信号出力と反転する第２の測定信号出力とを有する微分センサとして形成され、演算増幅器は、非反転の第１の増幅器入力、反転する第２の増幅器入力、非反転の第１の増幅器出力及び反転する第２の増幅器出力を有する、微分演算増幅器として形成されており、その場合に第１の測定信号出力が第１の増幅器入力と、第２の測定信号出力が第２の増幅器入力と接続されており、その場合に第１の増幅器出力が第１の積分コンデンサを介して第２の増幅器入力と、第２の増幅器出力が第２の積分コンデンサを介して第１の増幅器入力とフィードバック接続されており、及びその場合に第１の増幅器入力が高オームの第１の抵抗を介して、第２の増幅器入力が高オームの第２の抵抗を介して、コモンモード参照電位のための端子と接続されている。従って測定装置は、微分測定装置として形成されており、それによってより大きい測定感度を可能にする。その場合に高オームの抵抗は、好ましくはほぼ等しい抵抗値を有している。
【００１４】
好ましくは、演算増幅器は、第１の増幅器入力に加えて第１の非反転の補助入力を、及び第２の増幅器入力に加えて第２の反転する補助入力を有しており、その場合に第２の増幅器出力がローパスの非反転の第１の入力端子と接続され、第１の増幅器出力がローパスの反転する第２の入力端子と接続されており、その場合にローパスの非反転の第１の出力端子が第１の補助入力と、及びローパスの反転する第２の出力端子が第２の補助入力と接続されている。その場合に、演算増幅器の作業点は、微分のローパスフィルタリングされた信号によって調節される。
【００１５】
しかしまた、演算増幅器が、第１の増幅器入力に加えて第１の非反転の補助入力を、及び第２の増幅器入力に加えて第２の反転する補助入力を有することも可能であって、その場合に第１の増幅器出力がローパスの非反転の第１の入力端子と、第２の増幅器出力がローパスの反転する第２の入力端子と接続されており、その場合にローパスの反転する第１の出力端子が第１の補助入力と、ローパスの非反転の第２の出力端子が第２の補助入力と接続されている。本発明のこの形態においても、演算増幅器の作業点は、微分のローパスフィルタリングされた信号によって調節される。
【００１６】
第２の増幅器出力が第１の抵抗素子を介してローパスの第１の入力端子と接続され、第１の増幅器出力が第２の抵抗素子を介してローパスの第２の入力端子と接続されている場合、及びローパスの第１の入力端子が第３の抵抗素子を介してローパスの第２の入力端子と接続されている場合が効果的である。このように形成された抵抗ネットワークが、高い振幅を備えた出力信号を有する測定装置を可能にする。それによって特に、測定装置をエレクトロメカニカル発振器内で検査質量の一次振動を測定するために使用することが可能になる。
【００１７】
好ましくは、ローパスは、少なくとも１つの電圧制御される電流源を有しており、その出力がミラー積分器の積分入力と接続されている。それによってローパスは、更に良好に半導体チップ内に統合することができる。その場合に、複雑かつ高価な外部のコンデンサは、省くことができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態において、ローパスの第１の入力端子が第１のトランスコンダクタの入力と、ローパスの第２の入力端子が第２のトランスコンダクタの入力と接続されており、その場合にローパスの第１の出力端子が第１のトランスコンダクタの出力と、ローパスの第２の出力端子が第２のトランスコンダクタの出力と接続されており、その場合に第２のトランスコンダクタの出力が、第１の負帰還パスを介して第１のトランスコンダクタの第１の負帰還端子と、第１のトランスコンダクタの出力が、第２の負帰還パスを介して第１のトランスコンダクタの第２の負帰還端子と接続されている。それによって測定装置は、高い出力振幅とセンサ信号のほぼ線形の増幅とを可能にする。
【００１９】
ローパスの第１の出力端子が、第１のＦＥＴのソース−ドレイン区間とそれに直列に接続された電流源とを有する第１のパスを介して参照電位端子と接続されている場合、ローパスの第２の出力端子が、第２のＦＥＴのソース−ドレイン区間とそれに直列に接続された他の電流源とを有する第２のパスを介して参照電位端子と接続されている場合、及び第１のＦＥＴのゲートと第２のＦＥＴのゲートとがそれぞれ駆動装置と接続されており、その駆動装置が次のように、即ちＦＥＴがそのしきい電圧の下で駆動されるように形成されている場合が、効果的である。それによってローパスのための大きいオンチップコンデンサを回避することができる。
【００２０】
本発明に基づく測定装置は、ジャイロスコープの一部とすることができ、そのジャイロスコープは、第１の軸とそれに対して直角に延びる第２の軸に沿って変位可能にホルダに軸承された検査質量を有し、その検査質量が励振器によって非作動位置を中心に第１の軸の方向に振動可能であって、その場合に容量センサが検査質量と次のように、即ち非作動位置から第２の軸の方向への検査質量の変位が検出可能であるように、協働する。その場合にジャイロスコープは、高い感度、少ない電流消費及び大きい出力振幅を可能にする。
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】エレクトロメカニカル発振器と、コリオリの力によってもたらされる検査質量の変位を測定するための測定装置とを有する、ジャイロスコープを図式的に示している。
【図２】測定装置の回路図である。
【図３】電荷積分器のための増幅器回路の回路図であって、その場合に増幅器回路が演算増幅器を有しており、その出力がローパスを介して演算増幅器の増幅器入力へフィードバックされている。
【図４】ローパスのトランスコンダクタンス増幅器（Ｇｍセル）の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に全体を符号１で示すジャイロスコープは、検査質量２を有しており、その検査質量は、図面には詳しく示されないホルダにおいて、第１の軸３に沿って１対の第１のばね４０ａの復元力に抗して、及びそれに対して直角に延びる第２の軸４に沿って１対の第２のばね４０ｂの復元力に抗して非作動位置からマイクロメカニカルに変位可能に軸承されている。ホルダは、例えば半導体チップとすることができ、その上又はその中に検査質量２が配置されている。
【００２４】
検査質量２は、励振器によって非作動位置を中心に第１の軸３の方向へ振動させることができる。励振器は、それぞれ第１と第２の電極を備えた容量アクタ５を有している。第１の電極はそれぞれホルダと、第２の電極はそれぞれ検査質量２と、接続されている。
【００２５】
振動を起こさせる交流電圧を印加するために、アクタ５の電力は、駆動装置６のドライバ出力に接続されている。駆動装置６は、微分測定信号入力を有しており、それは、検査質量２の振動運動を測定するために、一次的な容量センサ７ａ、７ｂと接続されている。図１において、検査質量２が一次センサ７ａ、７ｂの間に配置されていることが、認識できる。各一次センサ７ａ、７ｂは、それぞれ検査質量２と接続された第１の電極及びホルダと接続された第２の電極を有している。
【００２６】
検査質量２が、その非作動位置から第１の軸３の方向へ摺動された場合に、一方の一次センサ７ａ、７ｂの電極は互いに近づくように移動し、他方の一次センサ７ｂ、７ａの電極は互いに離れるように移動する。それによって、一次センサ７ａ、７ｂの測定信号が、互いに対して逆方向に変化する。
【００２７】
一次センサ７ａ、７ｂの測定信号に従って、駆動装置６によって、アクタ５の電極に印加される交流電圧の位相位置が次のように、即ち検査質量が非作動位置を中心に第１の軸３の方向に共振周波数で振動するように、制御される。
【００２８】
ホルダ及びそれに伴って検査質量２の位置が、第１の軸３に対し、及び第２の軸４に対して垂直に配置された回転軸を中心に回動された場合に、検査質量２にコリオリの力が発生し、それは第２の軸４の方向に作用し、及び検査質量２が非作動位置から第２のばね４０ｂの復元力に抗して第２の軸４の方向へ変位される。
【００２９】
この変位を測定するために、ジャイロスコープ１は測定装置８を有しており、その測定装置は、２つの二次的なマイクロエレクトロメカニカル容量センサ９ａ、９ｂ及びそれと接続された評価回路１０を有している。図１において、検査質量２は、二次センサ９ａ、９ｂの間に配置されていることが、認識できる。各二次センサ９ａ、９ｂは、それぞれ検査質量２と接続された第１の電極と、ホルダと接続された第２の電極とを有している。
【００３０】
検査質量２が、その非作動位置から第２の軸４の方向へ摺動された場合に、一方の二次センサ９ａ、９ｂの電極は互いに近づくように、他方の二次センサ９ｂ、９ａの電極は互いに離れるように移動する。それによって二次センサ９ａ、９ｂの測定信号は、互いに対して逆方向に変化する。
【００３１】
図２において認識できるように、第１の測定信号出力を形成する、第１の二次センサ９ａの第１の電極は、第１の保護回路１２ａを介して演算増幅器１１の非反転増幅器入力１３ａと接続されている。第１の二次センサ９ａの第２の電極は、参照電位のための端子１４と接続されている。
【００３２】
同様にして、第２の測定信号出力を形成する、第２の二次センサ９ｂの第１の電極が、第２の保護回路１２ｂを介して演算増幅器１１の反転する増幅器入力１３ｂと接続されている。第２の二次センサ９ａの第２の電極は、参照電位のための端子１４と接続されている。
【００３３】
演算増幅器１１は、電荷積分器の一部である。そのために、非反転の増幅器出力１５ａは、第１の積分コンデンサ１６ａを介して反転する増幅器入力１３ｂへフィードバックされている。反転する増幅器出力１５ｂは、第２の積分コンデンサ１６ｂを介して非反転の増幅器入力１３ｂにフィードバックされている。第１の積分コンデンサ１６ａにも、第２の積分コンデンサ１６ｂにも、電気抵抗が並列に接続されていないことが、はっきりと認識できる。
【００３４】
非反転の増幅器入力１３ａは、第１の電気抵抗１７ａを介して電気的なコモンモード参照電位のための端子１８と接続されている。同様にして反転する増幅器入力１３ｂは、第２の電気抵抗１７ｂを介して電気的なコモンモード参照電位のための端子１８と接続されている。
【００３５】
抵抗１７ａ、１７ｂは、それぞれＭＯＳＦＥＴのソース−ドレイン区間によって形成されている。ＭＯＳＦＥＴのゲート電極は、電圧源１９と接続されており、その電圧源が、ＭＯＳＦＥＴのしきい電圧よりも絶対値において小さい制御電圧を準備する。
【００３６】
コモンモード参照電位は、調節可能であって、図面には示されていない参照電圧源によって発生される。コモンモード参照電位の変化によって、第２のばね４０ｂと検査質量とから形成される二次発振器の共振周波数を、第１のばね４０ａと検査質量２とから形成される一次共振器の共振周波数に同調させることができる。それによって、測定装置８の高い感度が可能になる。
【００３７】
演算増幅器１１は、非反転の増幅器入力１３ａに加えて非反転の補助入力２０ａと、反転する増幅器入力１３ｂに加えて反転する補助入力２０ｂと、を有している。反転する増幅器出力１５ｂは、第１の抵抗素子２１ａを介してローパス２２の非反転の入力端子２３ａと接続されている。非反転の増幅器出力１５ａは、第２の抵抗素子２１ｂを介してローパスの反転する入力端子２３ｂと接続されている。第３の抵抗素子２１ｃが、ローパスの非反転の入力端子２３ａを反転する入力端子２３ｂと接続させている。それによって、演算増幅器１１のより大きい出力振幅が可能になる。
【００３８】
演算増幅器１１の作業点を調節するために、ローパス２２の非反転の出力端子２４ａが演算増幅器１１の非反転の補助入力２０ａと接続され、ローパス２２の反転する第２の出力端子２４ｂが演算増幅器１１の反転する補助入力２０ｂと接続されている。
【００３９】
図３においては、演算増幅器１１の非反転の補助入力２０ａは、第１のＭＯＳＦＥＴ２６ａのゲートによって形成されており、そのソース−ドレイン区間に対して並列に第１の電流源２７ａが接続されていることが、認識できる。第１のＭＯＳＦＥＴ２６ａのソースは、第１の供給電圧端子と接続されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２６ａのソース−ドレイン区間に、第２のＭＯＳＦＥＴ２８ａのソース−ドレイン区間が直列に接続されており、そのゲートが反転する増幅器入力１３ｂを形成する。第１のＭＯＳＦＥＴ２６ａのドレインを第２のＭＯＳＦＥＴ２８ａのドレインと接続する第１の回路パス内に、非反転の増幅器出力１５ａが配置されている。第２のＭＯＳＦＥＴ２８ａのソースは、第２の電流源２７ｂを介して第２の供給電圧端子と接続されている。
【００４０】
演算増幅器１１の反転する補助入力２０ｂは、第３のＭＯＳＦＥＴ２６ｂのゲートによって形成されており、そのソース−ドレイン区間に対して第３の電流源２７ｃが並列に接続されている。第３のＭＯＳＦＥＴ２６ｂのソースは、第１の供給電圧端子と接続されている。第３のＭＯＳＦＥＴ２６ｂのソース−ドレイン区間に、第４のＭＯＳＦＥＴ２８ｂのソース−ドレイン区間が直列に接続されており、そのゲートが、非反転の増幅器入力１３ａを形成している。第３のＭＯＳＦＥＴ２６ｂのドレインを第４のＭＯＳＦＥＴ２８ｂのドレインと接続する第２の回路パス内に、反転する増幅器出力１５ｂが配置されている。第４のＭＯＳＦＥＴ２８ｂのソースは、第２の電流源２７ｂを介して第２の供給電圧端子と接続されている。
【００４１】
図３において更に、ローパス２２が、非反転の入力３０ａと反転する入力３０ｂとを備えた電圧制御される電流源２９（Ｇｍセル）を有していることが、認識できる。非反転の入力３０ａは、反転する増幅器出力１５ｂに、反転する入力３０ｂは、非反転の増幅器出力１５ｂに接続されている。
【００４２】
電圧制御される電流源２９は、更に、非反転の出力３１ａと、反転する出力３１ｂと、を有している。非反転の出力３１ａは、第５のＭＯＳＦＥＴ３２ａのソース−ドレイン区間を介して第１の供給電圧端子と接続され、反転する出力３１ｂは、第６のＭＯＳＦＥＴ３２ｂのソース−ドレイン区間を介して第１の供給電圧端子と接続されている。非反転の出力３１ａは、ミラー積分器３３の第１の入力に接続され、反転する出力３１ｂは、ミラー積分器３３の第２の入力に接続されている。２つの出力３１ａ、３１ｂは更に、それぞれ補助回路３４の端子と接続されている。補助回路３４には、第５のＭＯＳＦＥＴ３２ａと第６のＭＯＳＦＥＴ３２ｂのゲートも接続されている。
【００４３】
図４においては、電圧制御される電流源２９が、第１のトランスコンダクタ３５ａと、第２のトランスコンダクタ３５ｂと、を有していることが、認識可能である。ローパス２２の非反転の入力端子２３ａは、第１のトランスコンダクタ３５ａの入力と、ローパス２２の反転する入力端子２３ｂは、第２のトランスコンダクタ３５ｂの入力と接続されている。
【００４４】
ローパス２２の非反転の出力端子２４ａは、第１のトランスコンダクタ３５ａの非反転の出力３１ａと接続され、ローパス２２の反転する出力端子２４ｂは、第２のトランスコンダクタ３５ｂの反転する出力３１ｂと接続されている。第２のトランスコンダクタ３５ｂの出力３１ｂは、第１の負帰還パス３６ａを介して第１のトランスコンダクタ３５ａの第１の負帰還端子３７ａと接続され、第１のトランスコンダクタ３５ａの出力３１ａは、第２の負帰還パス３６ｂを介して第２のトランスコンダクタ３５ｂの第２の負帰還端子３７ｂと接続されている。負帰還によって、二次センサ９ａ、９ｂの測定信号のより良好な線形化が可能になる。
【００４５】
出力３１ａは、第１のＦＥＴ２５ａのソース−ドレイン区間とそれに直列に接続された第４の電流源３８ａとを有する第１のパスを介して、参照電位端子３９と接続されている。出力３１ｂは、第２のＦＥＴ２５ｂのソース−ドレイン区間とそれに直列に接続された第５の電流源３８ｂとを有する第２のパスを介して、参照電位端子３９と接続されている。第１のＦＥＴ３８ａのゲートと第２のＦＥＴ３８ｂのゲートは、それぞれ駆動装置と接続されており、その駆動装置は、ＦＥＴ３８ａ、３８ｂがそのしきい電圧の下で駆動されるように形成されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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