(57)【要約】【課題】接地された大きな静電容量の値を推定可能な対地静電容量推定回路を提供する。【解決手段】対地静電容量推定回路（１）は、接地された、または等価的に接地された、対地センシング容量（Ｃｓ）と、積分回路（１０）と、積分回路（１０）へ電荷を与える充電部（１４）と、充電部（１４）とは逆極性の電荷を積分回路（１０）へ与えるフィードバック部（１３）と、を備えている。対地センシング容量（Ｃｓ）は、ＤＡ変換器（１２）からのフィードバック電圧（Ｖｆｂ）が与えられるフィードバック部（１３）に含まれている。【選択図】図１
2014163850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された、または等価的に接地された、対地センシング容量の静電容量の値を推定する対地静電容量推定回路であって、
静電容量の値を推定する対象としての上記対地センシング容量と、
自身に与えられた電荷を積分することによって、アナログ出力電圧を出力する積分回路と、
上記積分回路から出力された上記アナログ出力電圧を量子化することによって、上記アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号を出力する量子化器と、
上記量子化器から出力された上記量子化信号の値に応じたフィードバック電圧を出力するＤＡ変換器と、
上記積分回路へ電荷を与える充電部と、
上記充電部が上記積分回路へ与える電荷とは逆極性の電荷を、上記積分回路へ与えるフィードバック部と、を備えており、
上記ＤＡ変換器から出力された上記フィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、上記フィードバック部へと与えられ、
上記対地センシング容量は、上記フィードバック部に含まれていることを特徴とする対地静電容量推定回路。
【請求項２】
ともに接地された、または等価的に接地された、第１対地センシング容量と第２対地センシング容量との間の静電容量の差の値を推定する対地静電容量推定回路であって、
静電容量の値を推定する対象としての上記第１対地センシング容量および上記第２対地センシング容量と、
自身に与えられた電荷を積分することによって、アナログ出力電圧を出力する積分回路と、
上記積分回路から出力された上記アナログ出力電圧を量子化することによって、上記アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号を出力する量子化器と、
上記量子化器から出力された上記量子化信号の値に応じたフィードバック電圧を出力するＤＡ変換器と、
上記積分回路へ電荷を与える充電部と、
上記充電部が上記積分回路へ与える電荷とは逆極性の電荷を、上記積分回路へ与えるフィードバック部と、を備えており、
上記ＤＡ変換器から出力された上記フィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、上記フィードバック部へと与えられ、
上記第１対地センシング容量および上記第２対地センシング容量は、上記フィードバック部に含まれていることを特徴とする対地静電容量推定回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の対地静電容量推定回路と、
上記対地静電容量推定回路から出力された上記量子化信号を用いて、上記対地センシング容量の静電容量の値、または上記第１対地センシング容量と上記第２対地センシング容量との間の静電容量の差の値を推定する演算部と、を含んでいることを特徴とする集積回路。
【請求項４】
請求項３に記載の集積回路を含んでいることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１または２に記載の対地静電容量推定回路を制御する方法であって、
上記充電部から上記積分回路へ電荷を与える充電工程と、
上記充電部から上記積分回路へ与えられる電荷とは逆極性の電荷を、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えるフィードバック工程と、を含んでいることを特徴とする対地静電容量推定回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対地静電容量推定回路、対地静電容量推定回路を備えた集積回路および電子機器、ならびに対地静電容量推定回路の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量を測定することによって物理量のセンシングを行う技術は、水位計（レベル計）、湿度計、タッチセンサパネルなどの様々な応用分野において活用されている。
【０００３】
例えば、水位計においては、液体の水位を計測するための容器の中に、測定対象とする物理量である水位に対応するキャパシタンスとして、１つの端子が接地された対地センシング容量が設けられている。水位計において、対地センシング容量は、液体の水位の変化に伴って、対地センシング容量の静電容量が変化するように設けられており、対地センシング容量の静電容量の変化を測定することによって、液体の水位の変化が検出される。
【０００４】
静電容量の測定に基づくセンシング技術において、微小な静電容量の変化の観測を容易化するために、対地センシング容量は、静電容量の変化を電気信号へと変換する回路に接続される。
【０００５】
こうした回路の１つとして、対地センシング容量に充電された電荷を繰り返し積分することによって、電荷を電圧へと変換する、積分型の電荷−電圧変換回路が知られている。
【０００６】
特許文献１には、対地センシング容量に充電された電荷を、差動積分回路によって積分する対地静電容量推定回路が開示されている。特許文献１に開示されている対地静電容量推定回路では、対地センシング容量における非接地の端子の接続先が、２つの駆動電圧に対して交互に切り替えられることによって、対地センシング容量に電荷が充電される。続いて、対地センシング容量に充電された電荷は、差動積分回路によって積分される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許ＵＳ７，３０４，４８３Ｂ２号明細書（２００７年１２月４日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている対地静電容量推定回路は、デルタシグマ変調を行うことにより、対地センシング容量の静電容量の値を量子化（デジタル化）する回路である。
【０００９】
すなわち、特許文献１に開示されている対地静電容量推定回路は、対地センシング容量に充電された電荷を、差動積分回路の備えるキャパシタンスである積分容量によって積分し、差動積分回路から得られた出力電圧を用いて、差動積分回路にフィードバックを与え、デルタシグマ変調を行う回路である。
【００１０】
しかしながら、対地静電容量推定回路において、差動積分回路にフィードバックを与え、デルタシグマ変調を行う場合には、差動積分回路が飽和しないために、フィードバック量は、対地センシング容量に充電された電荷を積分することによって得られる量よりも大きいことが必要とされる。
【００１１】
従って、特許文献１に開示されている対地静電容量推定回路においては、対地センシング容量が取り得る静電容量の最大値よりも大きな静電容量を有するキャパシタンスを、基準容量（フィードバック容量）として、対地静電容量推定回路に設ける必要がある。
【００１２】
このため、（ｉ）対地静電容量推定回路の実装面積の増大、または、（ｉｉ）測定対象となる対地センシング容量の静電容量の範囲が対地静電容量推定回路の実装面積によって限定される、という問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、対地静電容量推定回路の実装面積を増大させることなく、大きな静電容量を有する対地センシング容量の静電容量の値を推定することが可能な対地静電容量推定回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る対地静電容量推定回路は、接地された、または等価的に接地された、対地センシング容量の静電容量の値を推定する対地静電容量推定回路であって、静電容量の値を推定する対象としての上記対地センシング容量と、自身に与えられた電荷を積分することによって、アナログ出力電圧を出力する積分回路と、上記積分回路から出力された上記アナログ出力電圧を量子化することによって、上記アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号を出力する量子化器と、上記量子化器から出力された上記量子化信号の値に応じたフィードバック電圧を出力するＤＡ変換器と、上記積分回路へ電荷を与える充電部と、上記充電部が上記積分回路へ与える電荷とは逆極性の電荷を、上記積分回路へ与えるフィードバック部と、を備えており、上記ＤＡ変換器から出力された上記フィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、上記フィードバック部へと与えられ、上記対地センシング容量は、上記フィードバック部に含まれていることを特徴としている。
【００１５】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る対地静電容量推定回路は、ともに接地された、または等価的に接地された、第１対地センシング容量と第２対地センシング容量との間の静電容量の差の値を推定する対地静電容量推定回路であって、静電容量の値を推定する対象としての上記第１対地センシング容量および上記第２対地センシング容量と、自身に与えられた電荷を積分することによって、アナログ出力電圧を出力する積分回路と、上記積分回路から出力された上記アナログ出力電圧を量子化することによって、上記アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号を出力する量子化器と、上記量子化器から出力された上記量子化信号の値に応じたフィードバック電圧を出力するＤＡ変換器と、上記積分回路へ電荷を与える充電部と、上記充電部が上記積分回路へ与える電荷とは逆極性の電荷を、上記積分回路へ与えるフィードバック部と、を備えており、上記ＤＡ変換器から出力された上記フィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、上記フィードバック部へと与えられ、上記第１対地センシング容量および上記第２対地センシング容量は、上記フィードバック部に含まれていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様に係る対地静電容量推定回路によれば、対地センシング容量の静電容量が大きい場合についても、対地静電容量推定回路の実装面積の増大を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る対地静電容量推定回路を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る対地静電容量推定回路における各信号の時間的変化を表す図（タイムチャート）である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る対地静電容量推定回路を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る対地静電容量推定回路における各信号の時間的変化を表す図（タイムチャート）である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る対地静電容量推定回路を表す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る対地静電容量推定回路における各信号の時間的変化を表す図（タイムチャート）である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る対地静電容量推定回路を表す図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る対地静電容量推定回路を表す図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係る対地静電容量推定回路を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施形態１〕
本発明の実施の一形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１９】
（対地静電容量推定回路１の構成）
図１は、本実施形態の対地静電容量推定回路１の構成を示す図である。対地静電容量推定回路１は、積分回路１０、量子化器１１、ＤＡ（Digital-Analog）変換器１２、スイッチトキャパシタ回路（フィードバック部）１３、および電流源（充電部）１４を備えている。なお、対地静電容量推定回路１において、対地センシング容量Ｃｓは、スイッチトキャパシタ回路１３に含まれている。
【００２０】
（積分回路１０）
積分回路１０は、電流源１４から与えられる電荷を積分し、電圧へと変換する回路であり、増幅器１００、および積分容量Ｃｆを備えている。
【００２１】
増幅器１００は、２入力１出力のオペアンプであり、２つの入力端子として、正極性の入力端子Ｉｎｐ、および負極性の入力端子Ｉｎｎを有している。また、増幅器１００は、１つの出力端子を有している。
【００２２】
増幅器１００の正極性の入力端子Ｉｎｐには、コモンモード電圧Ｖｃが印加されている。増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎは、スイッチトキャパシタ回路１３、電流源１４、および積分容量Ｃｆと接続されている。
【００２３】
増幅器１００の出力端子は、量子化器１１の入力側、および積分容量Ｃｆと接続されている。増幅器１００の出力端子からは、アナログ信号としてのアナログ出力電圧Ｖｏが出力される。
【００２４】
積分容量Ｃｆは、電流源１４から与えられた電荷を積分するためのキャパシタンスであり、増幅器１００と並列に接続されている。積分容量Ｃｆの片側の端子は、スイッチトキャパシタ回路１３、電流源１４、および増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎと接続されている。積分容量Ｃｆのもう片側の端子は、量子化器１１の入力側、および増幅器１００の出力端子と接続されている。
【００２５】
（量子化器１１）
量子化器１１は、積分回路１０から入力されたアナログ信号としてのアナログ出力電圧Ｖｏを量子化（デジタル化）し、デジタル信号としての量子化信号Ｄｏを出力する。量子化器１１は、ＡＤ（Analog-Digital）変換器であり、公知のコンパレータ回路によって実現可能である。
【００２６】
量子化器１１は、対地静電容量推定回路１に与えられるクロック信号Ｃｌｋの立ち下がりのタイミングにおいて、アナログ出力電圧Ｖｏと所定の閾値電圧Ｖｔｈとの値の大小を比較する。
【００２７】
クロック信号Ｃｌｋの立ち下がりのタイミングにおいて、アナログ出力電圧Ｖｏの値が、閾値電圧Ｖｔｈ以下であるとき、量子化器１１は、クロック信号Ｃｌｋの立ち下がりのタイミングにおいて、量子化信号Ｄｏの値として、Ｄｏ＝０を出力する（後述の図２を参照）。
【００２８】
他方、クロック信号Ｃｌｋの立ち下がりのタイミングにおいて、アナログ出力電圧Ｖｏの値が、閾値電圧Ｖｔｈを超えているとき、量子化器１１は、クロック信号Ｃｌｋの立ち下がりのタイミングにおいて、量子化信号Ｄｏの値として、Ｄｏ＝１を出力する（図２を参照）。
【００２９】
量子化器１１の入力側は、積分回路１０の出力側と接続されている。量子化器１１の出力側は、ＤＡ変換器１２の入力側と接続されている。
【００３０】
また、量子化器１１の出力側は、対地静電容量推定回路１の外部とも接続されている。このため、量子化信号Ｄｏは、対地静電容量推定回路１の備えるＤＡ変換器１２に加え、対地静電容量推定回路１の外部に設けられた演算部１０００にも与えられる。演算部１０００によって、量子化信号Ｄｏの値に基づく計算（例えば、後述の式（１））が行われることにより、対地センシング容量Ｃｓの静電容量の値が推定される。
【００３１】
（ＤＡ変換器１２）
ＤＡ変換器１２は、量子化器１１から入力されたデジタル信号としての量子化信号Ｄｏをアナログ化し、アナログ信号としてのフィードバック電圧Ｖｆｂを出力する。
【００３２】
ＤＡ変換器１２には、コモンモード電圧Ｖｃおよび基準電圧Ｖｒの２つの異なる電圧が、外部からそれぞれ与えられている。ＤＡ変換器１２は、量子化器１１から入力された量子化信号Ｄｏの値に基づいてスイッチの切り替えを行い、コモンモード電圧Ｖｃまたは基準電圧Ｖｒのいずれかを、フィードバック電圧Ｖｆｂとして出力するスイッチング回路である。
【００３３】
具体的には、量子化器１１から入力された量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、ＤＡ変換器１２は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値として、Ｖｆｂ＝Ｖｃを出力する（図２を参照）。
【００３４】
他方、量子化器１１から入力された量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、ＤＡ変換器１２は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値として、Ｖｆｂ＝Ｖｒを出力する（図２を参照）。
【００３５】
ここで、基準電圧Ｖｒは、ＤＡ変換器１２から出力される電圧の最小値であり、Ｖｒ＜Ｖｃである。
【００３６】
ＤＡ変換器１２の入力側は、量子化器１１の出力側と接続されている。ＤＡ変換器１２の出力側は、スイッチトキャパシタ回路１３の入力側と接続されている。
【００３７】
（スイッチトキャパシタ回路１３）
スイッチトキャパシタ回路１３は、対地センシング容量Ｃｓに電荷を充電し、また、対地センシング容量Ｃｓに充電された電荷を、積分回路１０へフィードバックする回路である。スイッチトキャパシタ回路１３は、対地センシング容量Ｃｓおよびスイッチ１３１を備えている。
【００３８】
対地センシング容量Ｃｓの片側の端子は、大地と接続されているか、または、等価的に大地と接続されている。すなわち、対地センシング容量Ｃｓは、片側の端子において接地されていると見なすことができる。また、対地センシング容量Ｃｓのもう片側の端子は、スイッチ１３１の片側の端子と接続されている。
【００３９】
スイッチ１３１の固定側の端子は、対地センシング容量Ｃｓと接続されている。また、スイッチ１３１の切替側の端子は、（ｉ）ＤＡ変換器１２の出力側、ならびに、（ｉｉ）電流源１４、積分回路１０の備える増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路１０の備える積分容量Ｃｆと接続されている。
【００４０】
スイッチ１３１は、対地静電容量推定回路１に与えられるクロック信号Ｃｌｋ、およびクロック信号Ｃｌｋの論理値を反転させた反転論理Ｃｌｋ＿ｂの値に基づいて、切替側における接続の切り替えを行うスイッチング回路である。
【００４１】
具体的には、スイッチ１３１は、クロック信号ＣｌｋがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、電流源１４、増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路１０の備える積分容量Ｃｆ側へ切り替えられる。
【００４２】
また、スイッチ１３１は、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号ＣｌｋはＬｏｗ値である）ときに、ＤＡ変換器１２の出力側へ切り替えられる。
【００４３】
（電流源１４）
電流源１４は、所定の電流Ｉｒを流す定電流源であり、積分回路１０へ電荷を充電する役割を担う。
【００４４】
電流源１４の片側の端子は、接地されている。電流源１４のもう片側の端子は、スイッチトキャパシタ回路１３の備えるスイッチ１３１、積分回路１０の備える増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路１０の備える積分容量Ｃｆと接続されている。
【００４５】
（対地静電容量推定回路１の動作）
ここでは、図２をさらに参照し、対地静電容量推定回路１の動作について説明する。図２は、対地静電容量推定回路１における各信号の時間的変化を表す図（タイムチャート）である。
【００４６】
ここで、対地静電容量推定回路１に与えられるクロック信号Ｃｌｋの周期を、クロック周期Ｔｃｌｋとして表す。また、クロック信号Ｃｌｋの周波数を、クロック周波数ｆｃｌｋとして表す。クロック周波数ｆｃｌｋは、クロック周期Ｔｃｌｋの逆数であり、ｆｃｌｋ＝１／Ｔｃｌｋである。
【００４７】
（対地センシング容量Ｃｓによるフィードバック）
まず、対地センシング容量Ｃｓによるフィードバックについて説明する。
【００４８】
ここで、クロック信号Ｃｌｋの１周期における、対地静電容量推定回路１の動作について述べる。
【００４９】
はじめに、クロック信号Ｃｌｋの前半周期、すなわち、時刻ｔが、（Ｍ−１）×Ｔｃｌｋ≦ｔ＜（Ｍ−１／２）×Ｔｃｌｋの範囲にある場合を考える。ここで、Ｍは自然数である。このとき、クロック信号ＣｌｋはＬｏｗ値であり、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂはＨｉｇｈ値である。
【００５０】
従って、スイッチトキャパシタ回路１３において、スイッチ１３１は、ＤＡ変換器１２の出力側へと切り替えられる。
【００５１】
このとき、対地センシング容量Ｃｓには、ＤＡ変換器１２から与えられるフィードバック電圧Ｖｆｂに応じた電荷が充電され、対地センシング容量Ｃｓに充電される電荷Ｑ１１（Ｃｓ）は、積分回路１０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ１１（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｆｂ
として表される。
【００５２】
次に、クロック信号Ｃｌｋの後半周期、すなわち、時刻ｔが、（Ｍ−１／２）×Ｔｃｌｋ≦ｔ＜Ｍ×Ｔｃｌｋの範囲にある場合を考える。このとき、クロック信号ＣｌｋはＨｉｇｈ値であり、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂはＬｏｗ値である。
【００５３】
従って、スイッチトキャパシタ回路１３において、スイッチ１３１は、電流源１４、増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路１０の備える積分容量Ｃｆ側へと切り替えられる。
【００５４】
このとき、対地センシング容量Ｃｓは、増幅器１００の負極性の入力端子Ｉｎｎを介して、積分容量Ｃｆと接続される。この時点において、対地センシング容量Ｃｓに充電されている電荷Ｑ１２（Ｃｓ）は、積分回路１０に接続されている側の電位を基準とすると、
Ｑ１２（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｃ
として表される。
【００５５】
従って、クロック信号Ｃｌｋの１周期、すなわち、時刻（Ｍ−１）×Ｔｃｌｋから時刻Ｍ×Ｔｃｌｋまでにおいて、電荷Ｑ１１（Ｃｓ）と電荷Ｑ１２（Ｃｓ）との差、すなわち、
Ｑ１（Ｃｓ）＝Ｑ１１（Ｃｓ）−Ｑ１２（Ｃｓ）
＝−Ｃｓ×Ｖｆｂ−（−Ｃｓ×Ｖｃ）
＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）
の量の電荷Ｑ１（Ｃｓ）が、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへと与えられる。
【００５６】
ここで、量子化器１１から出力される量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、ＤＡ変換器１２から出力されるフィードバック電圧Ｖｆｂは、Ｖｆｂ＝Ｖｃであるから、クロック信号Ｃｌｋの１周期において、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへと与えられる電荷Ｑ１（Ｃｓ）は、
Ｑ１（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｃ）＝Ｃｓ×０＝０
となる。
【００５７】
すなわち、量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへの電荷の流入はなく、対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックは行われない。
【００５８】
他方、量子化器１１から出力される量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、ＤＡ変換器１２から出力されるフィードバック電圧Ｖｆｂは、Ｖｆｂ＝Ｖｒであるから、クロック信号Ｃｌｋの１周期において、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへと与えられる電荷Ｑ１（Ｃｓ）は、
Ｑ１（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）
となる。
【００５９】
すなわち、量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへ、電荷Ｑ１（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）が与えられ、対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックが行われる。
【００６０】
ここで、基準電圧Ｖｒは、ＤＡ変換器１２から出力される電圧の最大値、すなわち、フィードバック電圧Ｖｆｂの最大値であることから、クロック信号Ｃｌｋの１周期におけるフィードバック量の最大値は、Ｑ１（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）として表される。
【００６１】
また、上記から、量子化信号Ｄｏの値は、対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックが行われるかどうかを示すフラグ値であると考えることができる。すなわち、量子化信号Ｄｏの値は、（ｉ）Ｄｏ＝０であるとき、対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックは行われないことを、（ｉｉ）Ｄｏ＝１であるとき、対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックが行われることを、それぞれ示すフラグ値である。
【００６２】
（電流源１４による充電）
続いて、電流源１４による充電について説明する。
【００６３】
対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックが行われない場合、すなわちＤｏ＝０となる時間範囲においては、積分容量Ｃｆは、電流源１４からの電流Ｉｒによって充電される。このため、積分回路１０のアナログ出力電圧Ｖｏは、図２に示されるように、連続的に増加する。
【００６４】
電流源１４から外部へ与えられる、１秒当たりの電荷は、電流源１４から流れる電流Ｉｒに等しい。よって、電流源１４から積分容量Ｃｆへ充電され得る１秒当たりの電荷の最大値は、Ｉｒとして表される。
【００６５】
（積分回路１０の動作条件）
続いて、積分回路１０の動作条件について説明する。
【００６６】
対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックが行われる場合、すなわちＤｏ＝１となる範囲において、積分容量Ｃｆは、対地センシング容量Ｃｓから、電流源１４から充電される電荷とは逆極性の電荷を与えられる。すなわち、積分容量Ｃｆは、対地センシング容量Ｃｓによって電荷を引き抜かれると考えることができる。
【００６７】
このため、積分回路１０のアナログ出力電圧Ｖｏは、図２に示されるように、Ｄｏ＝１かつクロック信号Ｃｌｋが立ち上がるタイミング、すなわち、ｔ＝（５／２）×Ｔｃｌｋ、（９／２）×Ｔｃｌｋ、（１３／２）×Ｔｃｌｋ、（１９／２）×Ｔｃｌｋにおいて減少する。
【００６８】
また、上述の議論より、クロック信号Ｃｌｋの１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ１（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）
であるので、積分容量Ｃｆから対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る１秒当たり電荷の最大値は、クロック周波数ｆｃｌｋを用いて、
Ｑ１（Ｃｓ）×ｆｃｌｋ＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）×ｆｃｌｋ
として表される。この量は、電流を単位とする物理量であり、対地センシング容量Ｃｓによる１秒当たりのフィードバック量の最大値である。
【００６９】
対地静電容量推定回路１が適切に動作するためには、積分回路１０においてアナログ出力電圧Ｖｏの飽和が生じないこと、すなわち、積分回路１０におけるアナログ出力電圧Ｖｏが有限となる必要がある。
【００７０】
従って、対地センシング容量Ｃｓによる１秒当たりのフィードバック量の最大値が、電流源１４から積分容量Ｃｆへ充電され得る１秒当たりの電荷の最大値を超えるように、対地静電容量推定回路１を設計する必要がある。すなわち、積分回路１０の動作条件として、
Ｉｒ＜Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）×ｆｃｌｋ
が満たされるように、対地静電容量推定回路１の各回路定数を選定する必要がある。
【００７１】
（対地静電容量推定回路１における対地センシング容量Ｃｓの推定）
続いて、対地静電容量推定回路１における対地センシング容量Ｃｓの推定について説明する。
【００７２】
いま、クロック周期Ｔｃｌｋを有するクロック信号ＣｌｋのＮ回目の期間を考える。Ｎ回のクロックを通じて、電流源１４から積分容量Ｃｆへ充電され得る電荷の最大値は、Ｉｒ×Ｔｃｌｋ×Ｎとして表される。
【００７３】
他方、Ｎ回のクロックを通じて、対地センシング容量Ｃｓから積分回路１０へのフィードバックが行われた回数、すなわち、量子化信号Ｄｏ＝１となった回数をＮ１とする。例えば、図２においては、Ｎ１＝４である。Ｎ１回のクロックを通じて、積分容量Ｃｆから対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る電荷の最大値は、Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）×Ｎ１として表される。
【００７４】
積分回路１０においてアナログ出力電圧Ｖｏの飽和が生じないように、対地静電容量推定回路１が継続的に動作している場合には、（ｉ）Ｎ回のクロックを通じて、電流源１４から積分容量Ｃｆへ充電され得る電荷の最大値と、（ｉｉ）Ｎ１回のクロックを通じて、積分容量Ｃｆから対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る電荷の最大値とは、互いにほぼ平衡しており、すなわち、
Ｉｒ×Ｔｃｌｋ×Ｎ＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）×Ｎ１
が近似的に成立していると考えることができる。
【００７５】
従って、以下の式（１）によって、対地センシング容量Ｃｓの静電容量の値を推定することができる。
【００７６】
【数１】
2014163850.tif 000003
【００７７】
式（１）による対地センシング容量Ｃｓの静電容量の値の推定は、量子化器１１から量子化信号Ｄｏを与えられた、対地静電容量推定回路１の外部に設けられた演算部１０００によって行われる。すなわち、演算部１０００によって、量子化信号Ｄｏから、上記のＮおよびＮ１の値を決定し、対地静電容量推定回路１の設計時において定められた既知の回路定数としてのＩｒ、Ｔｃｌｋ、Ｖｒ、Ｖｃの値を用いて、式（１）を計算することによって、対地センシング容量Ｃｓの静電容量の値が推定される。
【００７８】
なお、対地センシング容量Ｃｓの静電容量の値を推定するための演算部１０００は、公知の演算回路やマイクロプロセッサ等によって実現可能である。
【００７９】
（対地静電容量推定回路１の効果）
対地静電容量推定回路１においては、積分回路１０へのフィードバックを行うためのフィードバックループに、対地センシング容量Ｃｓが配置されている。このことは、特許文献１に開示されている技術においては、積分回路へのフィードバックを行うためのフィードバックループに、基準容量Ｃｒが配置されていることと異なっている。
【００８０】
本実施形態の対地静電容量推定回路１との比較のために、特許文献１に開示されている技術のように、フィードバックループに基準容量Ｃｒが配置されている対地静電容量推定回路を考える。
【００８１】
このような構成の対地静電容量推定回路における、基準容量Ｃｒに充電された電荷による積分容量Ｃｆへの充電を、一定の電流Ｉｒを流す定電流源によって等価的に表すと、積分回路の動作条件としては、
Ｉｒ＞Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）×ｆｃｌｋ
が成立することが必要とされる。このため、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の最大値に応じて、さらに大きな電流Ｉｒを流すことができる電流源、すなわち、さらに大きな静電容量を有する基準容量Ｃｒを、対地静電容量推定回路に設ける必要がある。
【００８２】
従って、静電容量の大きな対地センシング容量Ｃｓを実装する場合には、電流源の流すべき電流Ｉｒの増加に伴い、対地静電容量推定回路の実装面積の増大が生じる。また、対地静電容量推定回路の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合には、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の範囲は、対地静電容量推定回路の実装面積によって限定される。
【００８３】
他方、対地静電容量推定回路１においては、積分回路１０の動作条件として、
Ｉｒ＜Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ）×ｆｃｌｋ
が成立することが必要とされる。この関係は、所定の対地センシング容量Ｃｓに応じて、適当な小さい電流Ｉｒを流す電流源１４を、対地静電容量推定回路１に設けることによって満たされる。
【００８４】
従って、静電容量の大きな対地センシング容量Ｃｓを実装する場合においても、電流源１４の流す電流Ｉｒを大きくする必要がないため、対地静電容量推定回路１の実装面積の増大を抑制することができる。また、対地静電容量推定回路１の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の範囲は、対地静電容量推定回路１の実装面積によって限定されない。
【００８５】
〔実施形態２〕
本発明の実施の一形態について、図３および図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００８６】
（対地静電容量推定回路２の構成）
図３は、本実施形態の対地静電容量推定回路２の構成を示す図である。対地静電容量推定回路２は、積分回路２０、量子化器２１、ＤＡ変換器２２、第１スイッチトキャパシタ回路（フィードバック部）２３、および第２スイッチトキャパシタ回路（充電部）２４を備えている。なお、対地静電容量推定回路２において、対地センシング容量Ｃｓは、第１スイッチトキャパシタ回路２３に含まれている。
【００８７】
本実施形態の対地静電容量推定回路２は、実施形態１の対地静電容量推定回路１における電流源１４を、第２スイッチトキャパシタ回路２４によって置き換えることによって得られる回路である。なお、本実施形態の対地静電容量推定回路２における積分回路２０および量子化器２１は、実施形態１の対地静電容量推定回路１における積分回路１０および量子化器１１と、それぞれ同様であり、本実施形態での説明は省略する。
【００８８】
（ＤＡ変換器２２）
ＤＡ変換器２２は、量子化器２１から入力されたデジタル信号としての量子化信号Ｄｏをアナログ化し、アナログ信号としてフィードバック電圧Ｖｆｂを出力する。
【００８９】
ＤＡ変換器２２には、コモンモード電圧Ｖｃおよび第２基準電圧Ｖｒ２の２つの異なる電圧がそれぞれ印加されている。
【００９０】
量子化器２１から入力された量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、ＤＡ変換器２２は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値として、Ｖｆｂ＝Ｖｃを出力する（後述の図４を参照）。
【００９１】
他方、量子化器２１から入力された量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、ＤＡ変換器２２は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値として、Ｖｆｂ＝Ｖｒ２を出力する（図４を参照）。
【００９２】
ここで、第２基準電圧Ｖｒ２は、ＤＡ変換器２２から出力される電圧の最小値であり、Ｖｒ２＜Ｖｃである。
【００９３】
ＤＡ変換器２２の入力側は、量子化器２１の出力側と接続されている。ＤＡ変換器２２の出力側は、第１スイッチトキャパシタ回路２３の入力側と接続されている。
【００９４】
（第１スイッチトキャパシタ回路２３）
第１スイッチトキャパシタ回路２３は、対地センシング容量Ｃｓに電荷を充電し、対地センシング容量Ｃｓに充電された電荷を、積分回路２０へフィードバックする回路である。第１スイッチトキャパシタ回路２３は、対地センシング容量Ｃｓおよび第１スイッチ２３１を備えている。
【００９５】
対地センシング容量Ｃｓの片側の端子は、大地と接続されているか、または、等価的に大地と接続されている。すなわち、対地センシング容量Ｃｓは、片側の端子において接地されている見なすことができる。また、対地センシング容量Ｃｓのもう片側の端子は、第１スイッチ２３１の片側の端子と接続されている。
【００９６】
第１スイッチ２３１の固定側の端子は、対地センシング容量Ｃｓと接続されている。また、第１スイッチ２３１の切替側の端子は、（ｉ）ＤＡ変換器２２の出力側、ならびに、（ｉｉ）第２スイッチトキャパシタ回路２４の備える第３スイッチ２４３、積分回路２０の備える増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路２０の備える積分容量Ｃｆと接続されている。
【００９７】
第１スイッチ２３１は、クロック信号ＣｌｋがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第２スイッチトキャパシタ回路２４の備える第３スイッチ２４３、積分回路２０の備える増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路２０の備える積分容量Ｃｆ側へ切り替えられる。
【００９８】
また、第１スイッチ２３１は、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号ＣｌｋはＬｏｗ値である）ときに、ＤＡ変換器２２の出力側へ切り替えられる。
【００９９】
（第２スイッチトキャパシタ回路２４）
第２スイッチトキャパシタ回路２４は、基準容量Ｃｒに電荷を充電し、基準容量Ｃｒに充電された電荷を積分回路２０へ与えることにより、積分容量Ｃｆを充電する回路である。第２スイッチトキャパシタ回路２４は、基準容量Ｃｒ、ならびに、第２スイッチ２４２および第３スイッチ２４３を備えている。
【０１００】
基準容量Ｃｒの片側の端子は、第２スイッチ２４２の片側の端子と接続されている。基準容量Ｃｒのもう片側の端子は、第３スイッチ２４３の片側の端子と接続されている。すなわち、基準容量Ｃｒは、非接地の静電容量である。
【０１０１】
第２スイッチ２４２の片側の端子には、第１基準電圧Ｖｒ１（ここで、Ｖｒ１＞Ｖｃである）が外部から与えられている。また、第２スイッチ２４２のもう片側の端子は、基準容量Ｃｒと接続されている。
【０１０２】
他方、第３スイッチ２４３の片側の端子は、基準容量Ｃｒと接続されている。また、第３スイッチ２４３のもう片側の端子は、第１スイッチトキャパシタ回路２３の備える第１スイッチ２３１、積分回路２０の備える増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分回路２０の備える積分容量Ｃｆと接続されている。
【０１０３】
また、第２スイッチ２４２および第３スイッチ２４３には、コモンモード電圧Ｖｃがそれぞれ印加されている。
【０１０４】
第２スイッチ２４２は、クロック信号ＣｌｋがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、コモンモード電圧Ｖｃ側へ切り替えられる。
【０１０５】
また、第２スイッチ２４２は、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号ＣｌｋはＬｏｗ値である）ときに、第１基準電圧Ｖｒ１側へ切り替えられる。
【０１０６】
第３スイッチ２４３は、クロック信号ＣｌｋがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第１スイッチトキャパシタ回路２３の備える第１スイッチ２３１、増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分容量Ｃｆ側へ切り替えられる。
【０１０７】
また、第３スイッチ２４３は、クロック信号Ｃｌｋの反転論理Ｃｌｋ＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、クロック信号ＣｌｋはＬｏｗ値である）ときに、コモンモード電圧Ｖｃ側へ切り替えられる。
【０１０８】
（対地静電容量推定回路２の動作）
ここでは、図４をさらに参照し、対地静電容量推定回路２の動作について説明する。図４は、対地静電容量推定回路２における各信号の時間的変化を表す図（タイムチャート）である。
【０１０９】
ここで、クロック信号Ｃｌｋの１周期における、対地静電容量推定回路２の動作について説明する。
【０１１０】
（対地センシング容量Ｃｓによるフィードバック）
まず、対地センシング容量Ｃｓによるフィードバックについて説明する。
【０１１１】
クロック信号Ｃｌｋの前半周期において、第１スイッチ２３１は、ＤＡ変換器１２の出力側へと切り替えられる。
【０１１２】
このとき、対地センシング容量Ｃｓには、ＤＡ変換器２２から与えられるフィードバック電圧Ｖｆｂに応じた電荷が充電され、対地センシング容量Ｃｓに充電される電荷Ｑ２１（Ｃｓ）は、積分回路２０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ２１（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｆｂ
として表される。
【０１１３】
次に、クロック信号Ｃｌｋの後半周期において、第１スイッチ２３１は、第２スイッチトキャパシタ回路２４の備える第３スイッチ２４３、増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分容量Ｃｆ側へと切り替えられる。
【０１１４】
このとき、対地センシング容量Ｃｓは、増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎを介して、積分容量Ｃｆと接続される。この時点において、対地センシング容量Ｃｓに充電されている電荷Ｑ２２（Ｃｓ）は、積分回路２０に接続されている側の電位を基準とすると、
Ｑ２２（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｃ
として表される。
【０１１５】
従って、クロック信号Ｃｌｋの１周期において、電荷Ｑ２１（Ｃｓ）と電荷Ｑ２２（Ｃｓ）との差、すなわち、
Ｑ２（Ｃｓ）＝Ｑ２１（Ｃｓ）−Ｑ２２（Ｃｓ）
＝−Ｃｓ×Ｖｆｂ−（−Ｃｓ×Ｖｃ）
＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）
の量の電荷Ｑ２（Ｃｓ）が、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０１１６】
ここで、量子化器２１から出力される量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、ＤＡ変換器２２から出力されるフィードバック電圧Ｖｆｂは、Ｖｆｂ＝Ｖｃであるから、クロック信号Ｃｌｋの１周期において、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへと与えられる電荷Ｑ２（Ｃｓ）は、
Ｑ２（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｃ）＝Ｃｓ×０＝０
となる。
【０１１７】
すなわち、量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへの電荷の流入はなく、対地センシング容量Ｃｓから積分回路２０へのフィードバックは行われない。
【０１１８】
他方、量子化器２１から出力される量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、ＤＡ変換器２２から出力されるフィードバック電圧Ｖｆｂは、Ｖｆｂ＝Ｖｒ２であるから、クロック信号Ｃｌｋの１周期において、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへと与えられる電荷Ｑ２（Ｃｓ）は、
Ｑ２（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）
となる。
【０１１９】
すなわち、量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、対地センシング容量Ｃｓから積分容量Ｃｆへ電荷Ｑ２（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）が与えられ、対地センシング容量Ｃｓから積分回路２０へのフィードバックが行われる。
【０１２０】
ここで、第２基準電圧Ｖｒ２は、ＤＡ変換器２２から出力される電圧の最大値、すなわち、フィードバック電圧Ｖｆｂの最大値であることから、クロック信号Ｃｌｋの１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ２（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）
として表される。
【０１２１】
（基準容量Ｃｒによる充電）
続いて、基準容量Ｃｒによる充電について説明する。
【０１２２】
クロック信号Ｃｌｋの前半周期において、第２スイッチ２４２は、第１基準電圧Ｖｒ１側へと切り替えられ、第３スイッチ２４３は、コモンモード電圧Ｖｃ側へと切り替えられる。
【０１２３】
このとき、基準容量Ｃｒには、第２スイッチ２４２を介して印可される第１基準電圧Ｖｒ１に応じた電荷が充電され、基準容量Ｃｒに充電される電荷Ｑ２（Ｃｒ）は、積分回路２０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ２（Ｃｒ）＝Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０１２４】
クロック信号Ｃｌｋの後半周期において、第２スイッチ２４２は、コモンモード電圧Ｖｃ側へと切り替えられ、第３スイッチ２４３は、第１スイッチトキャパシタ回路２３の備える第１スイッチ２３１、増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、および積分容量Ｃｆ側へと切り替えられる。
【０１２５】
このとき、基準容量Ｃｒは、増幅器２００の負極性の入力端子Ｉｎｎを介して、積分容量Ｃｆと接続され、電荷Ｑ２（Ｃｒ）が、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０１２６】
つまり、クロック信号Ｃｌｋの１周期において、電荷Ｑ２（Ｃｒ）が、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０１２７】
（積分回路２０の動作条件）
続いて、積分回路２０の動作条件について説明する。
【０１２８】
対地センシング容量Ｃｓから積分回路２０へのフィードバックが行われない場合、すなわちＤｏ＝０となる時間範囲においては、積分容量Ｃｆは、基準容量Ｃｒから与えられる電荷によって充電される。このため、積分回路２０のアナログ出力電圧Ｖｏは、図４に示されるように、クロック信号Ｃｌｋが立ち上がるタイミングにおいて増加する。
【０１２９】
クロック信号Ｃｌｋの１周期において、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへ与えられる電荷は、
Ｑ２（Ｃｒ）＝Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
であるので、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへ与えられる１秒当たりの電荷は、クロック周波数ｆｃｌｋを用いて、
Ｑ２（Ｃｒ）×ｆｃｌｋ＝Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ
として表される。
【０１３０】
他方、対地センシング容量Ｃｓから積分回路２０へのフィードバックが行われる場合、すなわちＤｏ＝１となる範囲においては、積分容量Ｃｆは、対地センシング容量Ｃｓから、基準容量Ｃｒから充電される電荷とは逆極性の電荷を与えられる。すなわち、積分容量Ｃｆは、対地センシング容量Ｃｓによって電荷を引き抜かれると考えることができる。このため、積分回路２０のアナログ出力電圧Ｖｏは、図４に示されるように、Ｄｏ＝１かつクロック信号Ｃｌｋが立ち上がるタイミング、すなわち、ｔ＝（５／２）×Ｔｃｌｋ、（９／２）×Ｔｃｌｋ、（１３／２）×Ｔｃｌｋ、（１９／２）×Ｔｃｌｋにおいて減少する。
【０１３１】
また、クロック信号Ｃｌｋの１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ２（Ｃｓ）＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）
であるので、積分容量Ｃｆから対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る１秒当たり電荷の最大値は、クロック周波数ｆｃｌｋを用いて、
Ｑ２（Ｃｓ）×ｆｃｌｋ＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）×ｆｃｌｋ
として表される。この量は、電流を単位とする物理量であり、対地センシング容量Ｃｓによる１秒当たりのフィードバック量の最大値である。
【０１３２】
対地静電容量推定回路２が適切に動作するためには、積分回路２０においてアナログ出力電圧Ｖｏの飽和が生じないこと、すなわち、積分回路２０におけるアナログ出力電圧Ｖｏが有限となる必要がある。
【０１３３】
従って、対地センシング容量Ｃｓによる１秒当たりのフィードバック量の最大値が、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへ充電される１秒当たりの電荷を超えるように、対地静電容量推定回路２を設計する必要がある。つまり、積分回路２０の動作条件として、
Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ＜Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）×ｆｃｌｋ
すなわち、
Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）
が満たされるように、対地静電容量推定回路２の各回路定数を選定する必要がある。
【０１３４】
（対地静電容量推定回路２における対地センシング容量Ｃｓの推定）
続いて、対地静電容量推定回路２における対地センシング容量Ｃｓの推定について説明する。
【０１３５】
いま、クロック周期Ｔｃｌｋを有するクロック信号ＣｌｋのＮ回目の期間を考える。Ｎ回のクロックを通じて、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへ充電され得る電荷の最大値は、Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×Ｎとして表される。
【０１３６】
他方、Ｎ回のクロックを通じて、対地センシング容量Ｃｓから積分回路２０へのフィードバックが行われた回数、すなわち、量子化信号Ｄｏ＝１となった回数をＮ１とする。例えば、図４においては、Ｎ１＝４である。Ｎ１回のクロックを通じて、積分容量Ｃｆから対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る電荷の最大値は、Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）×Ｎ１として表される。
【０１３７】
積分回路２０においてアナログ出力電圧Ｖｏの飽和が生じないように、対地静電容量推定回路２が継続的に動作している場合には、（ｉ）Ｎ回のクロックを通じて、基準容量Ｃｒから積分容量Ｃｆへ充電され得る電荷の最大値と、（ｉｉ）Ｎ１回のクロックを通じて、積分容量Ｃｆから対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る電荷の最大値とは、互いにほぼ平衡しており、すなわち、
Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×Ｎ＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）×Ｎ１
が近似的に成立していると考えることができる。
【０１３８】
従って、以下の式（２）によって、対地センシング容量Ｃｓの値を推定することができる。
【０１３９】
【数２】
2014163850.tif 000004
【０１４０】
（対地静電容量推定回路２の効果）
対地静電容量推定回路２においては、積分回路２０へのフィードバックを行うためのフィードバックループに、対地センシング容量Ｃｓが配置されている。このことは、特許文献１に開示されている技術においては、積分回路へのフィードバックを行うためのフィードバックループに、基準容量Ｃｒが配置されていることと異なっている。
【０１４１】
特許文献１に開示されている技術のように、フィードバックループに基準容量Ｃｒが配置されている対地静電容量推定回路においては、積分回路の動作条件として、
Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＞Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）
が成立することが必要とされる。このため、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の最大値に応じて、さらに大きな静電容量を有する基準容量Ｃｒを、対地静電容量推定回路に設ける必要がある。
【０１４２】
従って、静電容量の大きな対地センシング容量Ｃｓを実装する場合には、基準容量Ｃｒの静電容量の増加に伴い、対地静電容量推定回路の実装面積の増大が生じる。また、対地静電容量推定回路の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合には、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の範囲は、対地静電容量推定回路の実装面積によって限定される。
【０１４３】
他方、対地静電容量推定回路２においては、積分回路２０の動作条件として、
Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｒ２）
が成立することが必要とされる。この関係は、所定の対地センシング容量Ｃｓに応じて、適当な小さい静電容量を有する基準容量Ｃｒを、対地静電容量推定回路２に設けることによって満たされる。
【０１４４】
従って、静電容量の大きな対地センシング容量Ｃｓを実装する場合においても、対地静電容量推定回路２の実装面積の増大を抑制することができる。また、対地静電容量推定回路２の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の範囲は、対地静電容量推定回路２の実装面積によって限定されない。
【０１４５】
〔実施形態３〕
本発明の実施の一形態について、図５および図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１４６】
（対地静電容量推定回路３の構成）
図５は、本実施形態の対地静電容量推定回路３の構成を示す図である。対地静電容量推定回路３は、差動積分回路（積分回路）３０、量子化器３１、ＤＡ変換器３２、フィードバック部３３、充電部３４、および入力切替回路３５を備えている。なお、対地静電容量推定回路３において、対地センシング容量Ｃｓは、フィードバック部３３に含まれている。
【０１４７】
対地静電容量推定回路３には、基本クロック信号Ｃｌｋ１に加え、基本クロック信号Ｃｌｋ１の２倍のクロック周波数を有する２倍速クロック信号Ｃｌｋ２が与えられている。なお、対地静電容量推定回路３において、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２は、基本クロック信号Ｃｌｋ１に対して、立ち上がりのタイミングが同期するように制御されている。このため、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＬｏｗ値からＨｉｇｈ値へ立ち上がるタイミングにおいて、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２もまた、Ｌｏｗ値からＨｉｇｈ値へ立ち上がる。
【０１４８】
（差動積分回路３０）
差動積分回路３０は、充電部３４から与えられる電荷を積分し、電圧へと変換する回路であり、差動増幅器３００、および２つの積分容量Ｃｆを備えている。
【０１４９】
差動増幅器３００は、２入力２出力のオペアンプであり、２つの入力端子として、正極性の入力端子Ｉｎｐ、および負極性の入力端子Ｉｎｎを有している。また、差動増幅器３００は、２つの出力端子を有しており、正極性の出力端子は、負極性の入力端子Ｉｎｎに、負極性の出力端子は、正極性の入力端子Ｉｎｐに、それぞれ対応している。差動増幅器３００の正極性の出力端子からは、正極性のアナログ出力電圧Ｖｏ＋が出力され、負極性の出力端子からは、負極性のアナログ出力電圧Ｖｏ−が出力される。
【０１５０】
差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐは、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ４、ならびに１つの積分容量Ｃｆと接続されている。また、差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐは、１つの積分容量Ｃｆを介して、差動増幅器３００の負極性の出力端子と接続されている。差動増幅器３００の負極性の入力端子Ｉｎｎは、入力切替回路３５の出力側の端子ＯＵＴ２およびＯＵＴ３、ならびにもう１つの積分容量Ｃｆと接続されている。また、差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｎは、もう１つの積分容量Ｃｆを介して、差動増幅器３００の正極性の出力端子と接続されている。
【０１５１】
差動増幅器３００の正極性の出力端子および負極性の出力端子は、量子化器３１へ接続されている。
【０１５２】
２つの積分容量Ｃｆは、充電部３４から与えられた積分するためのキャパシタンスであり、差動増幅器３００と並列にそれぞれ接続されている。
【０１５３】
１つの積分容量Ｃｆの片側の端子は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ４、ならびに差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐと接続されている。１つの積分容量Ｃｆのもう片側の端子は、量子化器３１の１つの入力側、および差動増幅器３００の負極性の出力端子と接続されている。以降、この積分容量Ｃｆを、Ｖｏ−側の積分容量Ｃｆと称する。
【０１５４】
もう１つの積分容量Ｃｆの片側の端子は、入力切替回路３５の出力側の端子ＯＵＴ２およびＯＵＴ３、ならびに差動増幅器３００の負極性の入力端子Ｉｎｎと接続されている。もう１つの積分容量Ｃｆのもう片側の端子は、量子化器３１のもう１つの入力側、および差動増幅器３００の正極性の出力端子と接続されている。以降、この積分容量Ｃｆを、Ｖｏ＋側の積分容量Ｃｆと称する。
【０１５５】
（量子化器３１）
本実施形態の量子化器３１は、２入力１出力の装置であり、この点において、１入力１出力の装置である実施形態１の量子化器１１および実施形態２の量子化器２１と異なっている。
【０１５６】
量子化器３１の入力側は、差動積分回路３０の出力側と接続されており、量子化器３１には、差動積分回路３０の正極性のアナログ出力電圧Ｖｏ＋および負極性のアナログ出力電圧Ｖｏ−が、２つの入力として与えられる。量子化器３１の出力側は、ＤＡ変換器３２の入力側と接続されている。
【０１５７】
量子化器３１は、差動積分回路３０の正極性のアナログ出力電圧Ｖｏ＋と負極性のアナログ出力電圧Ｖｏ−との差、すなわち、Ｖｏ＝（Ｖｏ＋）−（Ｖｏ−）によって定められる、差動信号としてのアナログ出力電圧Ｖｏの値を、閾値電圧Ｖｔｈと比較することにより、量子化信号Ｄｏの値を決定する。なお、量子化器３１は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２に従って動作する。
【０１５８】
また、量子化器３１の出力側は、対地静電容量推定回路３の外部とも接続されており、量子化信号Ｄｏは、対地静電容量推定回路３の備えるＤＡ変換器３２に加え、対地静電容量推定回路３の外部に設けられた演算部１０００にも与えられる。
【０１５９】
（ＤＡ変換器３２）
ＤＡ変換器３２は、量子化器３１から入力されたデジタル信号としての量子化信号Ｄｏをアナログ化し、アナログ信号としてフィードバック電圧Ｖｆｂを出力する。
【０１６０】
ＤＡ変換器３２は、コモンモード電圧Ｖｃよりも大きいＨｉｇｈ値の電圧としての第２基準電圧Ｖｒ２（すなわち、Ｖｒ２＞Ｖｃ）、および、コモンモード電圧Ｖｃよりも小さいＬｏｗ値の電圧Ｖｌｏｗ（すなわち、Ｖｃ＞Ｖｌｏｗ）の、２つの異なる電圧をそれぞれ出力することができる。
【０１６１】
量子化器３１から入力された量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝０であるとき、ＤＡ変換器３２は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値として、Ｖｆｂ＝Ｖｌｏｗを出力する（後述の図６を参照）。
【０１６２】
他方、量子化器３１から入力された量子化信号Ｄｏの値が、Ｄｏ＝１であるとき、ＤＡ変換器３２は、フィードバック電圧Ｖｆｂの値として、Ｖｆｂ＝Ｖｒ２を出力する（図６を参照）。
【０１６３】
ＤＡ変換器３２の入力側は、量子化器３１の出力側と接続されている。ＤＡ変換器３２の出力側は、フィードバック部３３の備える第１反転回路３１１の入力側と接続されている。
【０１６４】
（フィードバック部３３）
フィードバック部３３は、対地センシング容量Ｃｓに電荷を充電し、対地センシング容量Ｃｓに充電された電荷を、入力切替回路３５を介して、差動積分回路３０へフィードバックする回路である。フィードバック部３３は、第１反転回路３１１、第１切替回路３２１、および対地センシング容量Ｃｓを備えている。
【０１６５】
（第１反転回路３１１）
第１反転回路３１１は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の値に応じて、出力する電圧を切り替える回路である。
【０１６６】
第１反転回路３１１の入力側は、ＤＡ変換器３２の出力側と接続されている。第１反転回路３１１の出力側は、第１切替回路３２１と接続されている。また、第１反転回路３１１には、基本クロック信号Ｃｌｋ１が与えられている。
【０１６７】
第１反転回路３１１は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値であるときには、第１反転回路３１１に入力されるフィードバック電圧Ｖｆｂを、そのまま出力する。
【０１６８】
他方、第１反転回路３１１は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＬｏｗ値であるときには、第１反転回路３１１に入力されるフィードバック電圧Ｖｆｂを、コモンモード電圧Ｖｃを中心として対称に反転した電圧、すなわち、
Ｖｃ−（Ｖｆｂ−Ｖｃ）＝２×Ｖｃ−Ｖｆｂ
を出力する。
【０１６９】
（第１切替回路３２１）
第１切替回路３２１は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、接続先を切り替えるスイッチング回路である。
【０１７０】
第１切替回路３２１の固定側の端子は、対地センシング容量Ｃｓの１つの端子と接続されており、第１切替回路３２１の切替側の端子は、第１反転回路３１１および入力切替回路３５と接続されている。また、第１切替回路３２１には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０１７１】
第１切替回路３２１の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第１反転回路３１１の出力側へ切り替えられる。
【０１７２】
他方、第１切替回路３２１の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１側へ切り替えられる。
【０１７３】
（充電部３４）
充電部３４は、基準容量Ｃｒに電荷を充電し、基準容量Ｃｒに充電された電荷を、入力切替回路３５を介して、差動積分回路３０へ与えることにより、積分容量Ｃｆを充電する回路である。充電部３４は、第２反転回路３１２、第２切替回路３２２、および基準容量Ｃｒを備えている。
【０１７４】
（第２反転回路３１２）
第２反転回路３１２は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂの値に応じて、出力する電圧を切り替える回路である。
【０１７５】
第２反転回路３１２の入力側には、第１基準電圧Ｖｒ１が外部から与えられている。第２反転回路３１２の出力側は、基準容量Ｃｒの１つの端子と接続されている。また、第２反転回路３１２には、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂが与えられている。
【０１７６】
第２反転回路３１２は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときには、第２反転回路３１２に入力される第１基準電圧Ｖｒ１を、そのまま出力する。
【０１７７】
他方、第２反転回路３１２は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＬｏｗ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＨｉｇｈ値である）ときには、第２反転回路３１２に入力される第１基準電圧Ｖｒ１を、コモンモード電圧Ｖｃを中心として対称に反転した電圧、すなわち、
Ｖｃ−（Ｖｒ１−Ｖｃ）＝２×Ｖｃ−Ｖｒ１
を出力する。
【０１７８】
（第２切替回路３２２）
第２切替回路３２２は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、導通状態と開放状態とを切り替えるスイッチング回路である。
【０１７９】
第２切替回路３２２の固定側の端子は、基準容量Ｃｒの１つの端子と接続されており、第２切替回路３２２の切替側の端子は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２と接続されている。また、第２切替回路３２２には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０１８０】
第２切替回路３２２は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、導通状態となる。すなわち、第２切替回路３２２のスイッチが投入され、基準容量Ｃｒと入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２とが接続される。
【０１８１】
他方、第２切替回路３２２は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＬｏｗ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＨｉｇｈ値である）ときに、開放状態となる。すなわち、第２切替回路３２２のスイッチが開放され、基準容量Ｃｒと入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２とは接続されない。
【０１８２】
（入力切替回路３５）
入力切替回路３５は、基本クロック信号Ｃｌｋ１および基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂの値に応じて、フィードバック部３３および充電部３４と、差動積分回路３０との接続関係を切り替えるスイッチング回路である。
【０１８３】
入力切替回路３５は、フィードバック部３３および充電部３４から、差動積分回路３０への電荷の流入を調整する回路として設けられている。
【０１８４】
入力切替回路３５は、２つの入力端子として、入力端子ＩＮ１およびＩＮ２を有している。また、入力切替回路３５は、４つの出力端子として、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４を有している。また、入力切替回路３５には、基本クロック信号Ｃｌｋ１および基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂが与えられている。
【０１８５】
（入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１）
入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１の固定側は、第１切替回路３２１の切替側の２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂに対応する端子側と接続されている。また、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１の切替側は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２と接続されている。
【０１８６】
入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１側へ切り替えられる。
【０１８７】
他方、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ２側へ切り替えられる。
【０１８８】
（入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２）
入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２の固定側は、第２切替回路３２２の切替側の２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂに対応する端子側と接続されている。また、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２の切替側は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３およびＯＵＴ４と接続されている。
【０１８９】
入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３側へ切り替えられる。
【０１９０】
他方、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４側へ切り替えられる。
【０１９１】
（入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１）
入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１は、差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐ、差動増幅器３００のＶｏ−側の積分容量Ｃｆ、および、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４と接続されている。
【０１９２】
また、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１と接続される。
【０１９３】
（入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ２）
入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ２は、差動増幅器３００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、差動増幅器３００のＶｏ＋側の積分容量Ｃｆ、および、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３と接続されている。
【０１９４】
また、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ２は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１と接続される。
【０１９５】
（入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３）
入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３は、差動増幅器３００の負極性の入力端子Ｉｎｎ、差動増幅器３００のＶｏ＋側の積分容量Ｃｆ、および、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ２と接続されている。
【０１９６】
また、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２と接続される。
【０１９７】
（入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４）
入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４は、差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐ、差動増幅器３００のＶｏ−側の積分容量Ｃｆ、および、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１と接続されている。
【０１９８】
また、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２と接続される。
【０１９９】
（対地静電容量推定回路３の動作）
ここでは、図６をさらに参照し、対地静電容量推定回路３の動作について説明する。図６は、対地静電容量推定回路３における各信号の時間的変化を表す図（タイムチャート）である。
【０２００】
ここで、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期（すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の２周期）における、対地静電容量推定回路３の動作について説明する。
【０２０１】
（対地センシング容量Ｃｓによるフィードバック）
まず、対地センシング容量Ｃｓによるフィードバックについて説明する。はじめに、基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期（すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の１周期）について考える。
【０２０２】
（基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期）
基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の前半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２は、ともにＨｉｇｈ値である。
【０２０３】
基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値であるため、第１反転回路３１１からは、フィードバック電圧Ｖｆｂが出力される。
【０２０４】
また、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値であるため、第１切替回路３２１の切替側の端子は、第１反転回路３１１の出力側へ切り替えられる。
【０２０５】
このとき、対地センシング容量Ｃｓに充電されている電荷は、差動積分回路３０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ３１（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｆｂ
として表される。
【０２０６】
次に、基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の後半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＨｉｇｈ値である一方、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である。
【０２０７】
２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＬｏｗ値であるため、第１切替回路３２１の切替側の端子は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１側へ切り替えられる。
【０２０８】
ここで、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＨｉｇｈ値であるから、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ１と接続される。
【０２０９】
従って、対地センシング容量Ｃｓは、第１切替回路３２１および入力切替回路３５を介して、差動増幅器３００の正極性の入力端子ＩｎｐおよびＶｏ−側の積分容量Ｃｆと接続される。
【０２１０】
このとき、対地センシング容量Ｃｓに充電されている電荷は、差動積分回路３０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ３２（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｃ
として表される。
【０２１１】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期において、電荷Ｑ３１（Ｃｓ）と電荷Ｑ３２（Ｃｓ）との差、すなわち、
Ｑ３ｐ（Ｃｓ）＝Ｑ３１（Ｃｓ）−Ｑ３２（Ｃｓ）
＝−Ｃｓ×Ｖｆｂ−（−Ｃｓ×Ｖｃ）
＝Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）
の量の電荷Ｑ３ｐ（Ｃｓ）が、差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐを介して、対地センシング容量ＣｓからＶｏ−側の積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０２１２】
（基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期）
続いて、基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期（すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の次の１周期）について考える。
【０２１３】
基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の前半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である一方、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＨｉｇｈ値である。
【０２１４】
基本クロック信号Ｃｌｋ１がＬｏｗ値であるため、第１反転回路３１１からは、電圧（２×Ｖｃ−Ｖｆｂ）が出力される。
【０２１５】
また、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値であるため、第１切替回路３２１の切替側の端子は、第１反転回路３１１の出力側へ切り替えられる。
【０２１６】
このとき、対地センシング容量Ｃｓに充電されている電荷は、差動積分回路３０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ３３（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×（２×Ｖｃ−Ｖｆｂ）
として表される。
【０２１７】
次に、基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の後半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２は、ともにＬｏｗ値である。
【０２１８】
２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＬｏｗ値であるため、第１切替回路３２１の切替側の端子は、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１側へ切り替えられる。
【０２１９】
ここで、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値であるから、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ２と接続される。
【０２２０】
従って、対地センシング容量Ｃｓは、第１切替回路３２１および入力切替回路３５を介して、差動増幅器３００の負極性の入力端子ＩｎｎおよびＶｏ＋側の積分容量Ｃｆと接続される。
【０２２１】
このとき、対地センシング容量Ｃｓに充電されている電荷は、差動積分回路３０に接続される側の電位を基準とすると、
Ｑ３４（Ｃｓ）＝−Ｃｓ×Ｖｃ
として表される。
【０２２２】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期において、電荷Ｑ３３（Ｃｓ）と電荷Ｑ３４（Ｃｓ）との差、すなわち、
Ｑ３ｎ（Ｃｓ）＝Ｑ３３（Ｃｓ）−Ｑ３４（Ｃｓ）
＝−Ｃｓ×（２×Ｖｃ−Ｖｆｂ）−（−Ｃｓ×Ｖｃ）
＝Ｃｓ×（Ｖｆｂ−Ｖｃ）
の量の電荷Ｑ３ｎ（Ｃｓ）が、差動増幅器３００の負極性の入力端子Ｉｎｎを介して、対地センシング容量ＣｓからＶｏ＋側の積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０２２３】
（基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量）
上記より、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、対地センシング容量Ｃｓから差動積分回路３０へ与えられる電荷の総量は、
Ｑ３（Ｃｓ）＝Ｑ３ｎ（Ｃｓ）−Ｑ３ｐ（Ｃｓ）
＝Ｃｓ×（Ｖｆｂ−Ｖｃ）−Ｃｓ×（Ｖｃ−Ｖｆｂ）
＝２×Ｃｓ×（Ｖｆｂ−Ｖｃ）
として表される。
【０２２４】
ここで、ＤＡ変換器３２から出力される電圧の最大値、すなわち、フィードバック電圧Ｖｆｂの最大値は、第２基準電圧Ｖｒ２であることから、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ３（Ｃｓ）＝２×Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０２２５】
（基準容量Ｃｒによる充電）
続いて、基準容量Ｃｒによる充電について説明する。
【０２２６】
（基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期）
はじめに、基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期（すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の１周期）について考える。
【０２２７】
基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の前半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２は、ともにＨｉｇｈ値である。
【０２２８】
このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ（値すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＬｏｗ値）であるため、第２切替回路３２２は開放状態となる。従って、基準容量Ｃｒの片側の端子はフロート状態となり、基準容量Ｃｒへの電荷の充電は行われない。
【０２２９】
次に、基本クロック信号Ｃｌｋ１の前半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の後半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＨｉｇｈ値である一方、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である。
【０２３０】
基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値（すなわち、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＬｏｗ値）であるため、第２反転回路３１２からは、電圧（２×Ｖｃ−Ｖｒ１）が出力される。
【０２３１】
また、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＬｏｗ値であるため、第２切替回路３２２は導通状態となり、基準容量Ｃｒと入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２とが接続される。
【０２３２】
ここで、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＨｉｇｈ値であるから、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３と接続される。
【０２３３】
従って、基準容量Ｃｒは、第２切替回路３２２および入力切替回路３５を介して、差動増幅器３００の負極性の入力端子ＩｎｎおよびＶｏ＋側の積分容量Ｃｆと接続される。
【０２３４】
このとき、基準容量Ｃｒに充電されている電荷は、差動積分回路３０に接続されている側の電位を基準とすると、
Ｑ３１（Ｃｒ）＝Ｃｒ×（（２×Ｖｃ−Ｖｒ１）−Ｖｃ）＝Ｃｒ×（Ｖｃ−Ｖｒ１）
として表される。
【０２３５】
（基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期）
続いて、基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期（すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の次の１周期）について考える。
【０２３６】
基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の前半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である一方、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＨｉｇｈ値である。
【０２３７】
このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ（値すなわち、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＬｏｗ値）であるため、第２切替回路３２２は開放状態となる。従って、基準容量Ｃｒの片側の端子はフロート状態となり、基準容量Ｃｒへの電荷の充電は行われない。
【０２３８】
次に、基本クロック信号Ｃｌｋ１の後半周期かつ２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の後半周期において、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２は、ともにＬｏｗ値である。
【０２３９】
基本クロック信号Ｃｌｋ１がＬｏｗ値（すなわち、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値）であるため、第２反転回路３１２からは、第１基準電圧Ｖｒ１が出力される。
【０２４０】
また、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＬｏｗ値であるため、第２切替回路３２２は導通状態となり、基準容量Ｃｒと入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２とが接続される。
【０２４１】
ここで、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値であるから、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４と接続される。
【０２４２】
従って、基準容量Ｃｒは、第２切替回路３２２および入力切替回路３５を介して、差動増幅器３００の正極性の入力端子ＩｎｐおよびＶｏ−側の積分容量Ｃｆと接続される。
【０２４３】
このとき、基準容量Ｃｒに充電されている電荷は、差動積分回路３０に接続されている側の電位を基準とすると、
Ｑ３２（Ｃｒ）＝Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０２４４】
（基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において充電される電荷の量）
上記より、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、電荷Ｑ３１（Ｃｒ）と電荷Ｑ３２（Ｃｒ）との差、すなわち、
Ｑ３ｐ（Ｃｒ）＝Ｑ３１（Ｃｒ）−Ｑ３２（Ｃｒ）
＝Ｃｒ×（Ｖｃ−Ｖｒ１）−Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
＝２×Ｃｒ×（Ｖｃ−Ｖｒ１）
の量の電荷Ｑ３ｐ（Ｃｒ）が、差動増幅器３００の正極性の入力端子Ｉｎｐを介して、基準容量ＣｒからＶｏ−側の積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０２４５】
また、同様にして、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、電荷Ｑ３２（Ｃｒ）と電荷Ｑ３１（Ｃｒ）との差、すなわち、
Ｑ３ｎ（Ｃｒ）＝Ｑ３２（Ｃｒ）−Ｑ３１（Ｃｒ）
＝Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）−Ｃｒ×（Ｖｃ−Ｖｒ１）
＝２×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
の量の電荷Ｑ３ｎ（Ｃｒ）が、差動増幅器３００の負極性の入力端子Ｉｎｎを介して、基準容量ＣｒからＶｏ＋側の積分容量Ｃｆへと与えられる。
【０２４６】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、基準容量Ｃｒから差動積分回路３０へ与えられる電荷の総量は、
Ｑ３（Ｃｒ）＝Ｑ３ｎ（Ｃｒ）−Ｑ３ｐ（Ｃｒ）
＝２×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）−２×Ｃｒ×（Ｖｃ−Ｖｒ１）
＝４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０２４７】
つまり、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、電荷Ｑ３（Ｃｒ）が、基準容量Ｃｒから差動積分回路３０へと与えられる。
【０２４８】
（差動積分回路３０の動作条件）
続いて、差動積分回路３０の動作条件について説明する。
【０２４９】
クロック信号Ｃｌｋの１周期において、基準容量Ｃｒから差動積分回路３０へ与えられる電荷は、
Ｑ３（Ｃｒ）＝４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
であるので、基準容量Ｃｒから差動積分回路３０へ与えられる１秒当たりの電荷は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数をｆｃｌｋ１とすると、
Ｑ３（Ｃｒ）×ｆｃｌｋ１＝４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
として表される。
【０２５０】
他方、対地センシング容量Ｃｓについて、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ３（Ｃｓ）＝２×Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
であるので、差動積分回路３０から対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る１秒当たり電荷の最大値は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ３（Ｃｓ）×ｆｃｌｋ１＝２×Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
として表される。この量は、対地センシング容量Ｃｓによる１秒当たりのフィードバック量の最大値である。
【０２５１】
従って、差動積分回路３０の動作条件として、
４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１＜２×Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
すなわち、
２×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が満たされるように、対地静電容量推定回路３の各回路定数を選定する必要がある。
【０２５２】
（対地静電容量推定回路３における対地センシング容量Ｃｓの推定）
続いて、対地静電容量推定回路３における対地センシング容量Ｃｓの推定について説明する。
【０２５３】
いま、クロック周期Ｔｃｌｋ１を有する基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回目の期間を考える。基準容量Ｃｒから差動積分回路３０へ与えられる電荷の最大値は、４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）として表される。
【０２５４】
他方、基本クロック信号Ｃｌｋ１のｉ回目のクロックにおいて、量子化器３１からの出力をＤｏ（ｉ）、ＤＡ変換器３２からの出力を、（Ｄｏ（ｉ）×Ｖｒ２＋Ｖｃ）として表すと、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、差動積分回路３０から対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれる電荷は、
【０２５５】
【数３】
2014163850.tif 000005
【０２５６】
として表される。
【０２５７】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、（ｉ）基準容量Ｃｒから差動積分回路３０へ充電される電荷と、（ｉｉ）差動積分回路３０から対地センシング容量Ｃｓへ引き抜かれ得る電荷とは、互いにほぼ平衡しているとみなすことにより、以下の式（３）
【０２５８】
【数４】
2014163850.tif 000006
【０２５９】
が近似的に成立していると考えることができる。
【０２６０】
ゆえに、以下の式（４）によって、対地センシング容量Ｃｓの値を推定することができる。
【０２６１】
【数５】
2014163850.tif 000007
【０２６２】
（対地静電容量推定回路３の効果）
本実施形態の対地静電容量推定回路３によっても、実施形態２の対地静電容量推定回路２と同様に、静電容量の大きな対地センシング容量Ｃｓを実装する場合について、対地静電容量推定回路３の実装面積の増大を抑制することができる。また、対地静電容量推定回路３の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、対地センシング容量Ｃｓが取り得る静電容量の範囲は、対地静電容量推定回路３の実装面積によって限定されない。
【０２６３】
〔実施形態４〕
本発明の実施の一形態について、図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０２６４】
（対地静電容量推定回路４の構成）
図７は、本実施形態の対地静電容量推定回路４の構成を示す図である。対地静電容量推定回路４は、差動積分回路（積分回路）４０、量子化器４１、ＤＡ変換器４２、フィードバック部４３、充電部４４、および入力切替回路４５を備えている。
【０２６５】
フィードバック部４３は、第１反転回路４１１、第１切替回路４２１、第２切替回路４２２、第１対地センシング容量Ｃｓ１、および第２対地センシング容量Ｃｓ２を備えている。
【０２６６】
充電部４４は、第３切替回路４２３および基準容量Ｃｒを備えている。
【０２６７】
本実施形態の対地静電容量推定回路４についても、実施形態３の対地静電容量推定回路３と同様に、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２が与えられている。
【０２６８】
対地静電容量推定回路４は、測定対象とする物理量に対応する静電容量の値として、第１対地センシング容量Ｃｓ１の有する静電容量と、第２対地センシング容量Ｃｓ２の有する静電容量との差の値、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）の値が用いられる場合の回路である。
【０２６９】
また、本実施形態の対地静電容量推定回路４における差動積分回路４０、量子化器４１、ＤＡ変換器４２、および第２反転回路４１２は、実施形態３の対地静電容量推定回路３における差動積分回路３０、量子化器３１、ＤＡ変換器３２、および第２反転回路３１２と、それぞれ同様であり、本実施形態での説明は省略する。
【０２７０】
（フィードバック部４３）
フィードバック部４３は、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２に電荷を充電し、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２に充電された電荷を、入力切替回路４５を介して、差動積分回路４０へフィードバックする回路である。フィードバック部４３は、第１反転回路４１１、第１切替回路４２１、第２切替回路４２２、第１対地センシング容量Ｃｓ１、および第２対地センシング容量Ｃｓ２を備えている。
【０２７１】
（第１反転回路４１１）
本実施形態の第１反転回路４１１の出力側は、第１切替回路４２１および第２切替回路４２２と、それぞれ接続されている。すなわち、本実施形態の第１反転回路４１１は、第１切替回路４２１および第２切替回路４２２を介して、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２の２つのキャパシタンスに、それぞれ同じ電圧を与えている。
【０２７２】
本実施形態の第１反転回路４１１は、この点において、実施形態３の第１反転回路３１１の出力側が、第１切替回路３２１を介して、１つの対地センシング容量Ｃｓのみに電圧を与えていることと異なっている。
【０２７３】
なお、本実施形態の第１反転回路４１１の動作については、実施形態３の第１反転回路３１１と同様であるため、説明は省略する。
【０２７４】
（第１切替回路４２１）
第１切替回路４２１は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、接続先を切り替えるスイッチング回路である。
【０２７５】
第１切替回路４２１の固定側の端子は、第１対地センシング容量Ｃｓ１の１つの非接地の端子と接続されており、第１切替回路４２１の切替側の端子は、第１反転回路４１１および入力切替回路３５と接続されている。また、第１切替回路４２１には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０２７６】
第１切替回路４２１の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第１反転回路４１１の出力側へ切り替えられる。
【０２７７】
他方、第１切替回路４２１の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ１側へ切り替えられる。
【０２７８】
（第２切替回路４２２）
第２切替回路４２２は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、接続先を切り替えるスイッチング回路である。
【０２７９】
第２切替回路４２２の固定側の端子は、第２対地センシング容量Ｃｓ２の１つの非接地の端子と接続されており、第２切替回路４２２の切替側の端子は、第１反転回路４１１および入力切替回路３５と接続されている。また、第２切替回路４２２には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０２８０】
第２切替回路４２２の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第１反転回路４１１の出力側へ切り替えられる。
【０２８１】
他方、第２切替回路４２２の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の入力端子ＩＮ２側へ切り替えられる。
【０２８２】
（充電部４４）
充電部４４は、基準容量Ｃｒに電荷を充電し、基準容量Ｃｒに充電された電荷を、入力切替回路４５を介して、差動積分回路４０へ与えることにより、積分容量Ｃｆを充電する回路である。充電部４４は、第２反転回路４１２、第３切替回路４２３、および基準容量Ｃｒを備えている。
【０２８３】
（第３切替回路４２３）
第３切替回路４２３は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、導通状態と開放状態とを切り替えるスイッチング回路である。
【０２８４】
第３切替回路４２３の固定側の端子は、基準容量Ｃｒの１つの端子と接続されており、第３切替回路４２３の切替側の端子は、入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２と接続されている。また、第３切替回路４２３には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０２８５】
第３切替回路４２３は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、導通状態となる。すなわち、第３切替回路４２３のスイッチが投入され、基準容量Ｃｒと入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２とが接続される。
【０２８６】
他方、第３切替回路４２３は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＬｏｗ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＨｉｇｈ値である）ときに、開放状態となる。すなわち、第３切替回路４２３のスイッチが開放され、基準容量Ｃｒと入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２とは接続されない。
【０２８７】
（入力切替回路４５）
入力切替回路４５は、基本クロック信号Ｃｌｋ１および基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂの値に応じて、フィードバック部４３および充電部４４と、差動積分回路４０との接続関係を切り替えるスイッチング回路である。
【０２８８】
入力切替回路４５は、フィードバック部４３および充電部４４から、差動積分回路４０への電荷の流入を調整する回路として設けられている。
【０２８９】
入力切替回路４５は、２つの入力端子として、入力端子ＩＮ１およびＩＮ２を有している。また、入力切替回路４５は、４つの出力端子として、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４を有している。また、入力切替回路４５には、基本クロック信号Ｃｌｋ１および基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂが与えられている。
【０２９０】
本実施形態の入力切替回路４５において、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４の接続関係は、実施形態３の入力切替回路３５における出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４の接続関係と同様である。よって、本実施形態では、入力切替回路４５の入力端子ＩＮ１およびＩＮ２の接続関係についてのみ記載する。
【０２９１】
（入力切替回路４５の入力端子ＩＮ１）
入力切替回路４５の入力端子ＩＮ１の固定側は、第１切替回路４２１の切替側の２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂに対応する端子側と接続されている。また、入力切替回路４５の入力端子ＩＮ１の切替側は、入力切替回路４５の出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２と接続されている。
【０２９２】
入力切替回路４５の入力端子ＩＮ１の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路４５の出力端子ＯＵＴ１側へ切り替えられる。
【０２９３】
他方、入力切替回路４５の入力端子ＩＮ１の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路４５の出力端子ＯＵＴ２側へ切り替えられる。
【０２９４】
（入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２）
入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２の固定側は、第２切替回路４２２の切替側の２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂに対応する端子側と接続されている。入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２の固定側は、さらに、第３切替回路４２３の切替側の端子と接続されている。また、入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２の切替側は、入力切替回路４５の出力端子ＯＵＴ３およびＯＵＴ４と接続されている。
【０２９５】
入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路４５の出力端子ＯＵＴ３側へ切り替えられる。
【０２９６】
他方、入力切替回路４５の入力端子ＩＮ２の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ４側へ切り替えられる。
【０２９７】
（対地静電容量推定回路４の動作）
ここでは、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期における、対地静電容量推定回路４の動作について説明する。
【０２９８】
（第１対地センシング容量Ｃｓ１によるフィードバック）
実施形態４における、対地センシング容量Ｃｓによるフィードバックと同様の議論により、本実施形態の第１対地センシング容量Ｃｓ１による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ４（Ｃｓ１）＝２×Ｃｓ１×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０２９９】
（第２対地センシング容量Ｃｓ２によるフィードバック）
第２対地センシング容量Ｃｓ２から差動積分回路４０への、入力切替回路４５を介しての入力の正負の極性は、第１対地センシング容量Ｃｓ１から差動積分回路４０への、入力切替回路４５を介しての入力の正負の極性を反転させたものである。
【０３００】
従って、第２対地センシング容量Ｃｓ２による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、本実施形態の第１対地センシング容量Ｃｓ１による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値に対して、Ｃｓ１をＣｓ２に置き換え、さらに符号の正負を反転させたものに等しく、
Ｑ４（Ｃｓ２）＝−２×Ｃｓ２×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３０１】
（第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２によるフィードバック）
上記の議論より、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２による、クロック信号Ｃｌｋの１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ４（Ｃｓ１，Ｃｓ２）＝Ｑ４（Ｃｓ１）＋Ｑ４（Ｃｓ２）
＝２×Ｃｓ１×（Ｖｒ２−Ｖｃ）−２×Ｃｓ２×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
＝２×（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３０２】
（基準容量Ｃｒによる充電）
基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、本実施形態の基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ与えられる電荷の総量は、実施形態３と同様に、
Ｑ４（Ｃｒ）＝４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０３０３】
（差動積分回路４０の動作条件）
続いて、差動積分回路４０の動作条件について説明する。
【０３０４】
基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ与えられる電荷は、
Ｑ４（Ｃｒ）＝４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
であるので、基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ与えられる１秒当たりの電荷は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ４（Ｃｒ）×ｆｃｌｋ１＝４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
として表される。
【０３０５】
他方、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２について、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ４（Ｃｓ１，Ｃｓ２）＝２×（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
であるので、差動積分回路４０から、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２へ引き抜かれ得る１秒当たり電荷の最大値は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ４（Ｃｓ１，Ｃｓ２）×ｆｃｌｋ１
＝２×（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
と表される。この量は、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２による、１秒当たりのフィードバック量の最大値である。
【０３０６】
従って、差動積分回路４０の動作条件として、
【０３０７】
【数６】
2014163850.tif 000008
【０３０８】
すなわち、
２×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が満たされるように、対地静電容量推定回路４の各回路定数を選定する必要がある。
【０３０９】
（対地静電容量推定回路４における第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差の推定）
続いて、対地静電容量推定回路４における第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）の値の推定について説明する。
【０３１０】
いま、クロック周期Ｔｃｌｋ１を有する基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回目の期間を考える。基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ与えられる電荷の最大値は、４×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）として表される。
【０３１１】
他方、基本クロック信号Ｃｌｋ１のｉ回目のクロックにおいて、量子化器４１からの出力をＤｏ（ｉ）、ＤＡ変換器４２からの出力を、（Ｄｏ（ｉ）×Ｖｒ２＋Ｖｃ）として表すと、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、差動積分回路４０から、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２へ引き抜かれる電荷は、
【０３１２】
【数７】
2014163850.tif 000009
【０３１３】
として表される。
【０３１４】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、（ｉ）基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ充電される電荷と、（ｉｉ）差動積分回路４０から第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２へ引き抜かれ得る電荷とは、互いにほぼ平衡しているとみなすことにより、以下の式（５）
【０３１５】
【数８】
2014163850.tif 000010
【０３１６】
が近似的に成立していると考えることができる。
【０３１７】
ゆえに、以下の式（６）によって、第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）の値を推定することができる。
【０３１８】
【数９】
2014163850.tif 000011
【０３１９】
（対地静電容量推定回路４の効果）
本実施形態の対地静電容量推定回路４においては、差動積分回路４０の動作条件として、
２×Ｃｒ×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が成立することが必要とされる。この関係は、所定の第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２に応じて、適当な小さい静電容量を有する基準容量Ｃｒを、対地静電容量推定回路４に設けることによって満たされる。
【０３２０】
従って、静電容量の大きな第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量を実装する場合においても、対地静電容量推定回路４の実装面積の増大を抑制することができる。また、対地静電容量推定回路４の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）が取り得る値の範囲は、対地静電容量推定回路４の実装面積によって限定されない。
【０３２１】
〔実施形態５〕
本発明の実施の一形態について、図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０３２２】
（対地静電容量推定回路５の構成）
図８は、本実施形態の対地静電容量推定回路５の構成を示す図である。対地静電容量推定回路５は、差動積分回路（積分回路）５０、量子化器５１、ＤＡ変換器５２、フィードバック部５３、充電部５４、および入力切替回路５５を備えている。
【０３２３】
フィードバック部５３は、第１反転回路５１１、第１切替回路５２１、第２切替回路５２２、対地センシング容量Ｃｓ、および第２基準容量（対地オフセット容量）Ｃｒ２を備えている。
【０３２４】
充電部５４は、第３切替回路５２３および第１基準容量Ｃｒ１を備えている。
【０３２５】
対地静電容量推定回路５は、測定対象とする物理量に対応するキャパシタンスとしての対地センシング容量Ｃｓに対して、接地された基準容量である第２基準容量Ｃｒ２によるオフセット（重畳）が与えられる場合の回路である。
【０３２６】
本実施形態の対地静電容量推定回路５についても、実施形態４の対地静電容量推定回路４と同様に、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２が与えられている。
【０３２７】
本実施形態の対地静電容量推定回路５は、実施形態４の対地静電容量推定回路４における第１対地センシング容量Ｃｓ１を対地センシング容量Ｃｓに、第２対地センシング容量Ｃｓ２を第２基準容量Ｃｒ２に、それぞれ置き換えることによって得られる回路である。
【０３２８】
なお、本実施形態の対地静電容量推定回路５における差動積分回路５０、量子化器５１、ＤＡ変換器５２、第１反転回路５１１、第２反転回路５１２、第１切替回路５２１、第２切替回路５２２、第３切替回路５２３、および入力切替回路５５は、実施形態４の対地静電容量推定回路４における差動積分回路４０、量子化器４１、ＤＡ変換器４２、第１反転回路４１１、第２反転回路４１２、第１切替回路４２１、第２切替回路４２２、第３切替回路４２３、および入力切替回路４５と、それぞれ同様であり、本実施形態での説明は省略する。
【０３２９】
（対地静電容量推定回路５の動作）
ここでは、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期における、対地静電容量推定回路５の動作について説明する。
【０３３０】
（対地センシング容量Ｃｓによるフィードバック）
本実施形態の対地センシング容量Ｃｓによる、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、実施形態４における、第１対地センシング容量Ｃｓ１によるフィードバック量の最大値に対して、Ｃｓ１をＣｓに置き換えたものに等しく、
Ｑ５（Ｃｓ）＝２×Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３３１】
（第２基準容量Ｃｒ２によるフィードバック）
本実施形態の第２基準容量Ｃｒ２は、接地された基準容量であり、差動積分回路５０へフィードバックを与える役割を担う。すなわち、本実施形態の第２基準容量Ｃｒ２は、実施形態４の第２対地センシング容量Ｃｓ２と同様の振る舞いをすると考えることができる。
【０３３２】
従って、本実施形態の第２基準容量Ｃｒ２による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、実施形態４における、第２対地センシング容量Ｃｓ２による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値に対して、Ｃｓ２をＣｒ２に置き換えたものに等しく、
Ｑ５（Ｃｒ２）＝−２×Ｃｒ２×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３３３】
（対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２によるフィードバック）
上記の議論より、対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ５（Ｃｓ，Ｃｒ２）＝Ｑ５（Ｃｓ１）＋Ｑ５（Ｃｒ２）
＝２×Ｃｓ×（Ｖｒ２−Ｖｃ）−２×Ｃｒ２×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
＝２×（Ｃｓ−Ｃｒ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３３４】
（第１基準容量Ｃｒ１による充電）
基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、本実施形態の第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路５０へ与えられる電荷の総量は、実施形態４における、基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ与えられる電荷の総量に対して、ＣｒをＣｒ１に置き換えたものに等しく、実施形態４と同様に、
Ｑ５（Ｃｒ１）＝４×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０３３５】
（差動積分回路５０の動作条件）
続いて、差動積分回路５０の動作条件について説明する。
【０３３６】
基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路５０へ与えられる電荷は、
Ｑ５（Ｃｒ１）＝４×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
であるので、第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路５０へ与えられる１秒当たりの電荷は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ５（Ｃｒ１）×ｆｃｌｋ１＝４×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
として表される。
【０３３７】
他方、対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２について、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ５（Ｃｓ，Ｃｒ２）＝２×（Ｃｓ−Ｃｒ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
であるので、差動積分回路５０から、対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２へ引き抜かれ得る１秒当たり電荷の最大値は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ５（Ｃｓ，Ｃｒ２）×ｆｃｌｋ１＝２×（Ｃｓ−Ｃｒ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
と表される。この量は、対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２による、１秒当たりのフィードバック量の最大値である。
【０３３８】
従って、差動積分回路５０の動作条件として、
【０３３９】
【数１０】
2014163850.tif 000012
【０３４０】
すなわち、
２×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜（Ｃｓ−Ｃｒ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が満たされるように、対地静電容量推定回路５の各回路定数を選定する必要がある。
【０３４１】
（対地静電容量推定回路５における対地センシング容量Ｃｓの推定）
続いて、対地静電容量推定回路５における対地センシング容量Ｃｓの推定について説明する。
【０３４２】
いま、クロック周期Ｔｃｌｋ１を有する基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回目の期間を考える。第２基準容量Ｃｒ２から差動積分回路５０へ与えられる電荷の最大値は、４×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）として表される。
【０３４３】
他方、基本クロック信号Ｃｌｋ１のｉ回目のクロックにおいて、量子化器５１からの出力をＤｏ（ｉ）、ＤＡ変換器５２からの出力を、（Ｄｏ（ｉ）×Ｖｒ２＋Ｖｃ）として表すと、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、差動積分回路５０から、対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２へ引き抜かれる電荷は、
【０３４４】
【数１１】
2014163850.tif 000013
【０３４５】
として表される。
【０３４６】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、（ｉ）第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路５０へ充電される電荷と、（ｉｉ）差動積分回路５０から対地センシング容量Ｃｓおよび第２基準容量Ｃｒ２へ引き抜かれ得る電荷とは、互いにほぼ平衡しているとみなすことにより、以下の式（７）
【０３４７】
【数１２】
2014163850.tif 000014
【０３４８】
が近似的に成立していると考えることができる。
【０３４９】
ゆえに、以下の式（８）によって、対地センシング容量Ｃｓの値を、第２基準容量Ｃｒ２によってオフセットを与えられた値として、推定することができる。
【０３５０】
【数１３】
2014163850.tif 000015
【０３５１】
（対地静電容量推定回路５の効果）
本実施形態の対地静電容量推定回路５においては、差動積分回路５０の動作条件として、
２×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜（Ｃｓ−Ｃｒ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が成立することが必要とされる。この関係は、所定の対地センシング容量Ｃｓおよびオフセットのための第２基準容量Ｃｒ２に応じて、適当な小さい静電容量を有する第１基準容量Ｃｒ１を、対地静電容量推定回路５に設けることによって満たされる。
【０３５２】
従って、静電容量の大きな対地センシング容量Ｃｓに加え、さらにオフセットのための第２基準容量が実装される場合においても、対地静電容量推定回路５の実装面積の増大を抑制することができる。また、対地静電容量推定回路５の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、対地センシング容量Ｃｓと第２基準容量Ｃｒ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ−Ｃｒ２）が取り得る値の範囲は、対地静電容量推定回路５の実装面積によって限定されない。
【０３５３】
〔実施形態６〕
本発明の実施の一形態について、図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０３５４】
（対地静電容量推定回路６の構成）
図９は、本実施形態の対地静電容量推定回路６の構成を示す図である。対地静電容量推定回路６は、差動積分回路（積分回路）６０、量子化器６１、ＤＡ変換器６２、フィードバック部６３、充電部６４、および入力切替回路６５を備えている。
【０３５５】
フィードバック部６３は、第１反転回路６１１、第１切替回路６２１、第２切替回路６２２、第１対地センシング容量Ｃｓ１、および第２対地センシング容量Ｃｓ２を備えている。
【０３５６】
充電部６４は、第２反転回路６１２、第３切替回路６２３、第４切替回路６２４、第１基準容量Ｃｒ１、および第２基準容量Ｃｒ２を備えている。
【０３５７】
本実施形態の対地静電容量推定回路６は、測定対象とする物理量に対応する静電容量として、第１対地センシング容量Ｃｓ１の有する静電容量と、第２対地センシング容量Ｃｓ２の有する静電容量との差の値、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）の値が用いられる場合の回路であり、この点において、実施形態４の対地静電容量推定回路４と同様である。
【０３５８】
本実施形態の対地静電容量推定回路６についても、実施形態５の対地静電容量推定回路５と同様に、基本クロック信号Ｃｌｋ１および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２が与えられている。
【０３５９】
本実施形態の対地静電容量推定回路６は、実施形態４の対地静電容量推定回路４における基準容量Ｃｒを、第１基準容量Ｃｒ１によって置き換え、さらに、第２基準容量Ｃｒ２および第４切替回路６２４を追加することによって得られる回路である。
【０３６０】
なお、本実施形態の対地静電容量推定回路６における差動積分回路６０、量子化器６１、およびＤＡ変換器６２は、実施形態５の対地静電容量推定回路５における差動積分回路５０、量子化器５１、およびＤＡ変換器５２と、それぞれ同様であり、本実施形態での説明は省略する。
【０３６１】
（フィードバック部６３）
フィードバック部６３は、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２に電荷を充電し、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２に充電された電荷を、入力切替回路６５を介して、差動積分回路６０へフィードバックする回路である。フィードバック部６３は、第１反転回路６１１、第１切替回路６２１、第２切替回路６２２、第１対地センシング容量Ｃｓ１、および第２対地センシング容量Ｃｓ２を備えている。
【０３６２】
（第１反転回路６１１）
本実施形態の第１反転回路６１１の出力側は、第１切替回路６２１および第２切替回路６２２と、それぞれ接続されている。すなわち、本実施形態の第１反転回路６１１は、第１切替回路６２１および第２切替回路６２２を介して、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２の２つのキャパシタンスに、それぞれ同じ電圧を与えている。
【０３６３】
本実施形態の第１反転回路６１１は、この点において、実施形態４の第１反転回路４１１と同様である。
【０３６４】
なお、本実施形態の第１反転回路６１１の動作については、実施形態４の第１反転回路４１１と同様であるため、説明は省略する。
【０３６５】
（第１切替回路６２１）
第１切替回路６２１は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、接続先を切り替えるスイッチング回路である。
【０３６６】
第１切替回路６２１の固定側の端子は、第１対地センシング容量Ｃｓ１の１つの非接地の端子と接続されており、第１切替回路６２１の切替側の端子は、第１反転回路６１１および入力切替回路６５と接続されている。また、第１切替回路６２１には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０３６７】
第１切替回路６２１の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第１反転回路６１１の出力側へ切り替えられる。
【０３６８】
他方、第１切替回路６２１の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１側へ切り替えられる。
【０３６９】
（第２切替回路６２２）
第２切替回路６２２は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、接続先を切り替えるスイッチング回路である。
【０３７０】
第２切替回路６２２の固定側の端子は、第２対地センシング容量Ｃｓ２の１つの非接地の端子と接続されており、第２切替回路６２２の切替側の端子は、第１反転回路６１１および入力切替回路６５と接続されている。また、第２切替回路６２２には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２および２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０３７１】
第２切替回路６２２の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２がＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、第１反転回路６１１の出力側へ切り替えられる。
【０３７２】
他方、第２切替回路６２２の切替側の端子は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２側へ切り替えられる。
【０３７３】
（充電部６４）
充電部６４は、第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２に電荷を充電し、第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２に充電された電荷を、入力切替回路６５を介して、差動積分回路６０へ与えることにより、積分容量Ｃｆを充電する回路である。充電部６４は、第２反転回路６１２、第３切替回路６２３、第４切替回路６２４、第１基準容量Ｃｒ１、および第２基準容量Ｃｒ２を備えている。
【０３７４】
（第２反転回路６１２）
本実施形態の第２反転回路６１２の出力側は、第１基準容量Ｃｒ１の１つの端子、および第２基準容量Ｃｒ２の１つの端子に、それぞれ接続されている。すなわち、本実施形態の第２反転回路６１２は、第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２の２つのキャパシタンスに、それぞれ同じ電圧を与えている。
【０３７５】
本実施形態の第２反転回路６１２は、この点において、実施形態４の第２反転回路４１２の出力側が、１つの基準容量Ｃｒのみに接続されていることと異なっている。
【０３７６】
なお、本実施形態の第２反転回路６１２の動作については、実施形態４の第２反転回路４１２と同様であるため、説明は省略する。
【０３７７】
（第３切替回路６２３）
第３切替回路６２３は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、導通状態と開放状態とを切り替えるスイッチング回路である。
【０３７８】
第３切替回路６２３の固定側の端子は、第１基準容量Ｃｒ１の１つの端子と接続されており、第３切替回路６２３の切替側の端子は、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２と接続されている。また、第３切替回路６２３には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０３７９】
第３切替回路６２３は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、導通状態となる。すなわち、第３切替回路６２３のスイッチが投入され、第１基準容量Ｃｒ１と入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２とが接続される。
【０３８０】
他方、第３切替回路６２３は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＬｏｗ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＨｉｇｈ値である）ときに、開放状態となる。すなわち、第３切替回路６２３のスイッチが開放され、第１基準容量Ｃｒ１と入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２とは接続されない。
【０３８１】
（第４切替回路６２４）
第４切替回路６２４は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂの値に応じて、導通状態と開放状態とを切り替えるスイッチング回路である。
【０３８２】
第４切替回路６２４の固定側の端子は、第２基準容量Ｃｒ２の１つの端子と接続されており、第４切替回路６２４の切替側の端子は、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１と接続されている。また、第４切替回路６２４には、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂが与えられている。
【０３８３】
第４切替回路６２４は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＬｏｗ値である）ときに、導通状態となる。すなわち、第４切替回路６２４のスイッチが投入され、第２基準容量Ｃｒ２と入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１とが接続される。
【０３８４】
他方、第４切替回路６２４は、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂがＬｏｗ値である（このとき、２倍速クロック信号Ｃｌｋ２はＨｉｇｈ値である）ときに、開放状態となる。すなわち、第４切替回路６２４のスイッチが開放され、第２基準容量Ｃｒ２と入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１とは接続されない。
【０３８５】
（入力切替回路６５）
入力切替回路６５は、基本クロック信号Ｃｌｋ１および基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂの値に応じて、フィードバック部６３および充電部６４と、差動積分回路６０との接続関係を切り替えるスイッチング回路である。
【０３８６】
入力切替回路６５は、フィードバック部６３および充電部６４から、差動積分回路６０への電荷の流入を調整する回路として設けられている。
【０３８７】
入力切替回路６５は、２つの入力端子として、入力端子ＩＮ１およびＩＮ２を有している。また、入力切替回路６５は、４つの出力端子として、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４を有している。また、入力切替回路６５には、基本クロック信号Ｃｌｋ１および基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂが与えられている。
【０３８８】
本実施形態の入力切替回路６５において、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４の接続関係は、実施形態５の入力切替回路５５における出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、およびＯＵＴ４の接続関係と同様である。よって、本実施形態では、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１およびＩＮ２の接続関係についてのみ記載する。
【０３８９】
（入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１）
入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１の固定側は、第１切替回路６２１の切替側の２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂに対応する端子側と接続されている。入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１の固定側は、さらに、第４切替回路６２４の切替側の端子と接続されている。また、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１の切替側は、入力切替回路６５の出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２と接続されている。
【０３９０】
入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路６５の出力端子ＯＵＴ１側へ切り替えられる。
【０３９１】
他方、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ１の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路６５の出力端子ＯＵＴ２側へ切り替えられる。
【０３９２】
（入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２）
入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２の固定側は、第２切替回路６２２の切替側の２倍速クロック信号Ｃｌｋ２の反転論理Ｃｌｋ２＿ｂに対応する端子側と接続されている。入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２の固定側は、さらに、第３切替回路６２３の切替側の端子と接続されている。また、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２の切替側は、入力切替回路３５の出力端子ＯＵＴ３およびＯＵＴ４と接続されている。
【０３９３】
入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１がＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂはＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路６５の出力端子ＯＵＴ３側へ切り替えられる。
【０３９４】
他方、入力切替回路６５の入力端子ＩＮ２の切替側は、基本クロック信号Ｃｌｋ１の反転論理Ｃｌｋ１＿ｂがＨｉｇｈ値である（このとき、基本クロック信号Ｃｌｋ１はＬｏｗ値である）ときに、入力切替回路６５の出力端子ＯＵＴ４側へ切り替えられる。
【０３９５】
（対地静電容量推定回路６の動作）
ここでは、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期における、対地静電容量推定回路６の動作について説明する。
【０３９６】
（第１対地センシング容量Ｃｓ１によるフィードバック）
本実施形態の第１対地センシング容量Ｃｓ１による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、実施形態４と同様に、
Ｑ６（Ｃｓ１）＝２×Ｃｓ１×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３９７】
（第２対地センシング容量Ｃｓ２によるフィードバック）
本実施形態の第２対地センシング容量Ｃｓ２による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、実施形態４と同様に、
Ｑ６（Ｃｓ２）＝−２×Ｃｓ２×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３９８】
（第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２によるフィードバック）
上記の議論より、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２による、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、実施形態４と同様に、
Ｑ６（Ｃｓ１，Ｃｓ２）＝２×（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
として表される。
【０３９９】
（第１基準容量Ｃｒ１による充電）
基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、本実施形態の第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路６０へ与えられる電荷の総量は、実施形態４における、基準容量Ｃｒから差動積分回路４０へ与えられる電荷の総量に対して、ＣｒをＣｒ１に置き換えたものに等しく、実施形態４と同様に、
Ｑ６（Ｃｒ１）＝４×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０４００】
（第２基準容量Ｃｒ２による充電）
第２基準容量Ｃｒ２から差動積分回路６０への、入力切替回路６５を介しての入力の正負の極性は、第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路６０への、入力切替回路６５を介しての入力の正負の極性を反転させたものである。
【０４０１】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、本実施形態の第２基準容量Ｃｒ２から差動積分回路６０へ与えられる電荷の総量は、本実施形態の第１基準容量Ｃｒ１から差動積分回路６０へ与えられる電荷の総量に対して、Ｃｒ１をＣｒ２に置き換え、さらに符号の正負を反転させたものに等しく、
Ｑ６（Ｃｒ２）＝−４×Ｃｒ２×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０４０２】
（第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２による充電）
上記の議論より、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２から、差動積分回路６０へ与えられる電荷の総量は、
Ｑ６（Ｃｒ１，Ｃｒ２）＝Ｑ６（Ｃｒ１）＋Ｑ６（Ｃｒ２）
＝４×Ｃｒ１×（Ｖｒ１−Ｖｃ）−４×Ｃｒ２×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
＝４×（Ｃｒ１−Ｃｒ２）×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
として表される。
【０４０３】
（差動積分回路６０の動作条件）
続いて、差動積分回路６０の動作条件について説明する。
【０４０４】
基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期において、第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２から差動積分回路６０へ与えられる電荷は、
Ｑ６（Ｃｒ１，Ｃｒ２）＝４×（Ｃｒ１−Ｃｒ２）×（Ｖｒ１−Ｖｃ）
であるので、第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２から差動積分回路６０へ与えられる１秒当たりの電荷は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ６（Ｃｒ１，Ｃｒ２）×ｆｃｌｋ１
＝４×（Ｃｒ１−Ｃｒ２）×（Ｖｒ１−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
として表される。
【０４０５】
他方、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２について、基本クロック信号Ｃｌｋ１の１周期におけるフィードバック量の最大値は、
Ｑ６（Ｃｓ１，Ｃｓ２）＝２×（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
であるので、差動積分回路６０から、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２へ引き抜かれ得る１秒当たり電荷の最大値は、基本クロック信号Ｃｌｋ１のクロック周波数ｆｃｌｋ１を用いて、
Ｑ６（Ｃｓ１，Ｃｓ２）×ｆｃｌｋ１
＝２×（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）×ｆｃｌｋ１
として表される。この量は、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２による、１秒当たりのフィードバック量の最大値である。
【０４０６】
従って、差動積分回路６０の動作条件として、
【０４０７】
【数１４】
2014163850.tif 000016
【０４０８】
すなわち、
２×（Ｃｒ１−Ｃｒ２）×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が満たされるように、対地静電容量推定回路６の各回路定数を選定する必要がある。
【０４０９】
（対地静電容量推定回路６における第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差の推定）
続いて、対地静電容量推定回路６における第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）の値の推定について説明する。
【０４１０】
いま、クロック周期Ｔｃｌｋ１を有する基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回目の期間を考える。第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２から、差動積分回路６０へ与えられる電荷の最大値は、４×（Ｃｒ１−Ｃｒ２）×（Ｖｒ１−Ｖｃ）として表される。
【０４１１】
他方、基本クロック信号Ｃｌｋ１のｉ回目のクロックにおいて、量子化器６１からの出力をＤｏ（ｉ）、ＤＡ変換器６２からの出力を、（Ｄｏ（ｉ）×Ｖｒ２＋Ｖｃ）として表すと、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、差動積分回路６０から、第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２へ引き抜かれる電荷は、
【０４１２】
【数１５】
2014163850.tif 000017
【０４１３】
として表される。
【０４１４】
従って、基本クロック信号Ｃｌｋ１のＮ回のクロックを通じて、（ｉ）第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２から差動積分回路６０へ充電される電荷と、（ｉｉ）差動積分回路６０から第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２へ引き抜かれ得る電荷とは、互いにほぼ平衡しているとみなすことにより、以下の式（９）
【０４１５】
【数１６】
2014163850.tif 000018
【０４１６】
が近似的に成立していると考えることができる。
【０４１７】
ゆえに、以下の式（１０）によって、第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）の値を推定することができる。
【０４１８】
【数１７】
2014163850.tif 000019
【０４１９】
（対地静電容量推定回路６の効果）
本実施形態の対地静電容量推定回路６においては、差動積分回路６０の動作条件として、
２×（Ｃｒ１−Ｃｒ２）×（Ｖｒ１−Ｖｃ）＜（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×（Ｖｒ２−Ｖｃ）
が成立することが必要とされる。この関係は、所定の第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２に応じて、適当な小さい静電容量を有する第１基準容量Ｃｒ１および第２基準容量Ｃｒ２を、対地静電容量推定回路６に設けることによって満たされる。
【０４２０】
従って、静電容量の大きな第１対地センシング容量Ｃｓ１および第２対地センシング容量Ｃｓ２を実装し、充電のための第２基準容量Ｃｒ２を、第１基準容量Ｃｒ１に加えてさらに設ける場合においても、対地静電容量推定回路６の実装面積の増大を抑制することができる。また、対地静電容量推定回路６の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、第１対地センシング容量Ｃｓ１と第２対地センシング容量Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）が取り得る値の範囲は、対地静電容量推定回路６の実装面積によって限定されない。
【０４２１】
〔変形例〕
実施形態１から６のいずれか１つに記載の対地静電容量推定回路、および、当該対地静電容量推定回路から出力される量子化信号Ｄｏ（ｉ）を用いて、対地センシング容量の静電容量の値を推定する演算部１０００を含んだ集積回路も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【０４２２】
なお、演算部１０００は、公知の演算回路やマイクロプロセッサなどによって実現されてよい。
【０４２３】
さらに、上記集積回路を含んだ電子機器（例えば、水位計、湿度計、タッチセンサパネルなど）もまた、本発明の技術的範囲に含まれる。
【０４２４】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る対地静電容量推定回路（１）は、接地された、または等価的に接地された、対地センシング容量（Ｃｓ）の静電容量の値を推定する対地静電容量推定回路であって、静電容量の値を推定する対象としての上記対地センシング容量と、自身に与えられた電荷を積分することによって、アナログ出力電圧（Ｖｏ）を出力する積分回路（１０）と、上記積分回路から出力された上記アナログ出力電圧を量子化することによって、上記アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号（Ｄｏ）を出力する量子化器（１１）と、上記量子化器から出力された上記量子化信号の値に応じたフィードバック電圧（Ｖｆｂ）を出力するＤＡ変換器（１２）と、上記積分回路へ電荷を与える充電部（電流源１４）と、上記充電部が上記積分回路へ与える電荷とは逆極性の電荷を、上記積分回路へ与えるフィードバック部（スイッチトキャパシタ回路１３）と、を備えており、上記ＤＡ変換器から出力された上記フィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、上記フィードバック部へと与えられ、上記対地センシング容量は、上記フィードバック部に含まれていることを特徴としている。
【０４２５】
上記の構成によれば、対地静電容量推定回路において、積分回路に与えられる電荷は、（ｉ）充電部から積分回路へ与えられる電荷と、（ｉｉ）フィードバック部から積分回路へ与えられる逆極性の電荷との和として表される。すなわち、積分回路に与えられる電荷は、（ｉ）充電部から積分回路へ与えられる電荷と、（ｉｉｉ）フィードバック部から積分回路へ与えられるフィードバック量（つまり、フィードバック部が積分回路から引き抜く電荷の量）との差として表される。
【０４２６】
積分回路は、上記によって表される電荷を積分することによって、アナログ出力電圧を出力する。量子化器は、積分回路から出力されたアナログ出力電圧を量子化することによって、アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号を出力する。
【０４２７】
ＤＡ変換器は、量子化器から出力された量子化信号の値に応じたフィードバック電圧を出力する。
【０４２８】
ＤＡ変換器から出力されたフィードバック電圧は、フィードバック量を調整するために、対地センシング容量を含んだフィードバック部へと与えられる。
【０４２９】
すなわち、対地静電容量推定回路において、対地センシング容量は、積分回路へのフィードバックを行うためのフィードバックループ内に配置されている。
【０４３０】
対地静電容量出力回路が適切に動作するためには、積分回路においてアナログ出力電圧の飽和が生じないことが必要である。
【０４３１】
従って、積分回路の動作条件として、充電部から積分回路へ与えられる電荷（以下、Ｑｃｈａｒｇｅとして表す）は、対地センシング容量を含んだフィードバック部から積分回路へ与えられるフィードバック量（以下、Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ）として表す）よりも小さいことが必要とされる。つまり、積分回路の動作条件は、
Ｑｃｈａｒｇｅ＜Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ）
として表される。
【０４３２】
ここで、フィードバック部において、対地センシング容量に与えられる電圧の最大値を、Ｖｍａｘ（Ｃｓ）として表すと、フィードバック量Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ）は、対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓと、電圧Ｖｍａｘ（Ｃｓ）との積、すなわち、
Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ）＝Ｃｓ×Ｖｍａｘ（Ｃｓ）
として表すことができる。
【０４３３】
従って、積分回路の動作条件は、対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓを用いて、
Ｑｃｈａｒｇｅ＜Ｃｓ×Ｖｍａｘ（Ｃｓ）
として表すことができる。
【０４３４】
この関係は、所定の対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓに応じて、充電部から積分回路へ与えられる電荷Ｑｃｈａｒｇｅを、適当な小さい値とするように、充電部を設計することによって満たされる。
【０４３５】
すなわち、静電容量の大きな対地センシング容量を実装する場合においても、充電部から積分回路へ与えられる電荷Ｑｃｈａｒｇｅは、適当な小さい値であればよい。
【０４３６】
従って、充電部において、電荷Ｑｃｈａｒｇｅの値を大きくする必要がないため、充電部は、大きな電流を流す電流源や、静電容量の大きなキャパシタンスといった、大型の回路素子によって実装されなくともよい。
【０４３７】
それゆえ、対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓを推定する対地静電容量推定回路において、対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓが大きい場合についても、充電部を大型化する必要はなく、対地静電容量推定回路の実装面積の増大を抑制することができる。
【０４３８】
また、対地静電容量推定回路の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、対地センシング容量が取り得る静電容量の値Ｃｓの範囲を、対地静電容量推定回路の実装面積によって限定することなしに、回路設計を行うことができる。
【０４３９】
また、本発明の態様２に係る対地静電容量推定回路（１）は、ともに接地された、または等価的に接地された、第１対地センシング容量（Ｃｓ１）と第２対地センシング容量（Ｃｓ２）との間の静電容量の差の値を推定する対地静電容量推定回路であって、静電容量の値を推定する対象としての上記第１対地センシング容量および上記第２対地センシング容量と、自身に与えられた電荷を積分することによって、アナログ出力電圧（Ｖｏ）を出力する積分回路（１０）と、上記積分回路から出力された上記アナログ出力電圧を量子化することによって、上記アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号（Ｄｏ）を出力する量子化器（１１）と、上記量子化器から出力された上記量子化信号の値に応じたフィードバック電圧（Ｖｆｂ）を出力するＤＡ変換器（１２）と、上記積分回路へ電荷を与える充電部（電流源１４）と、上記充電部が上記積分回路へ与える電荷とは逆極性の電荷を、上記積分回路へ与えるフィードバック部（スイッチトキャパシタ回路１３）と、を備えており、上記ＤＡ変換器から出力された上記フィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、上記フィードバック部へと与えられ、上記第１対地センシング容量および上記第２対地センシング容量は、上記フィードバック部に含まれていることを特徴としている。
【０４４０】
上記の構成によれば、対地静電容量推定回路において、第１対地センシング容量および第２対地センシング容量は、積分回路へのフィードバックを行うためのフィードバックループ内に配置されている。
【０４４１】
積分回路は、（ｉ）充電部から積分回路へ与えられる電荷と、（ｉｉ）フィードバック部から積分回路へ与えられるフィードバック量との差によって表される電荷を積分することによって、アナログ出力電圧を出力する。
【０４４２】
量子化器は、積分回路から出力されたアナログ出力電圧を量子化することによって、アナログ出力電圧の大きさに応じた量子化信号を出力する。
【０４４３】
ＤＡ変換器は、量子化器から出力された量子化信号の値に応じたフィードバック電圧を出力する。
【０４４４】
ＤＡ変換器から出力されたフィードバック電圧は、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えられる上記逆極性の電荷の量を調整するために、第１対地センシング容量および第２対地センシング容量を含んだフィードバック部へと与えられる。
【０４４５】
対地静電容量出力回路が適切に動作するためには、積分回路においてアナログ出力電圧の飽和が生じないことが必要である。
【０４４６】
ここで、フィードバック部において、第１対地センシング容量および第２対地センシング容量に与えられる電圧の最大値を、Ｖｍａｘ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）として表すと、フィードバック量Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）は、第１対地センシング容量と第２対地センシング容量との静電容量の差の値（Ｃｓ１−Ｃｓ２）と、電圧Ｖｍａｘ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）との積、すなわち、
Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）＝（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×Ｖｍａｘ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）
として表すことができる。
【０４４７】
従って、積分回路の動作条件は、第１対地センシング容量と第２対地センシング容量との静電容量の差の値（Ｃｓ１−Ｃｓ２）を用いて、
Ｑｃｈａｒｇｅ＜（Ｃｓ１−Ｃｓ２）×Ｖｍａｘ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）
として表すことができる。
【０４４８】
この関係は、所定の第１対地センシング容量と第２対地センシング容量との静電容量の差の値（Ｃｓ１−Ｃｓ２）に応じて、充電部から積分回路へ与えられる電荷Ｑｃｈａｒｇｅを、適当な小さい値とするように、充電部を設計することによって満たされる。
【０４４９】
それゆえ、第１対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ１と第２対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）を推定する対地静電容量推定回路において、第１対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ１、および第２対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ２が大きい場合についても、充電部を大型化する必要はなく、対地静電容量推定回路の実装面積の増大を抑制することができる。
【０４５０】
また、対地静電容量推定回路の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、第１対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ１と第２対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ２との差、すなわち静電容量（Ｃｓ１−Ｃｓ２）が取り得る値の範囲を、対地静電容量推定回路の実装面積によって限定することなしに、回路設計を行うことができる。
【０４５１】
また、本発明の態様３に係る静電容量推定回路（１）は、上記態様１において、上記フィードバック部には、上記対地センシング容量の静電容量として推定される値にオフセットを与えるための、接地された、または等価的に接地された、対地オフセット容量（第２基準容量Ｃｒ２）がさらに含まれていることが好ましい。
【０４５２】
上記の構成によれば、対地静電容量推定回路において、フィードバック部には、対地センシング容量の静電容量として推定される値にオフセットを与えるための、接地された対地オフセット容量がさらに含まれている。
【０４５３】
ここで、フィードバック部において、対地オフセット容量の静電容量をＣｏｆｆとして表し、対地センシング容量および対地オフセット容量に与えられる電圧の最大値を、Ｖｍａｘ（Ｃｓ，Ｃｏｆｆ）として表すと、フィードバック量Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ，Ｃｏｆｆ）は、対地センシング容量と対地オフセット容量との静電容量の差の値（Ｃｓ−Ｃｏｆｆ）と、電圧Ｖｍａｘ（Ｃｓ，Ｃｏｆｆ）との積、すなわち、
Ｑｆｅｅｄ（Ｃｓ，Ｃｏｆｆ）＝（Ｃｓ−Ｃｏｆｆ）×Ｖｍａｘ（Ｃｓ，Ｃｏｆｆ）
として表すことができる。
【０４５４】
この関係は、所定の対地センシング容量と対地オフセット容量との静電容量の差の値（Ｃｓ−Ｃｏｆｆ）に応じて、充電部から積分回路へ与えられる電荷Ｑｃｈａｒｇｅを、適当な小さい値とするように、充電部を設計することによって満たされる。
【０４５５】
それゆえ、対地センシング容量に加え、さらに対地オフセット容量がフィードバック部に実装された対地静電容量推定回路において、対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓ、および対地オフセット容量の静電容量の値Ｃｏｆｆが大きい場合についても、充電部を大型化する必要はなく、対地静電容量推定回路の実装面積の増大を抑制することができる。
【０４５６】
また、対地静電容量推定回路の実装面積を増大させない条件のもとで回路設計を行う場合についても、対地センシング容量の静電容量の値Ｃｓと対地オフセット容量の静電容量の値Ｃｏｆｆとの差、すなわち静電容量（Ｃｓ−Ｃｏｆｆ）が取り得る値の範囲を、対地静電容量推定回路の実装面積によって限定することなしに、回路設計を行うことができる。
【０４５７】
また、本発明の態様４に係る集積回路は、態様１から３のいずれか１つに記載の対地静電容量推定回路（１）と、上記対地静電容量推定回路から出力された上記量子化信号を用いて、上記対地センシング容量の静電容量の値、または上記第１対地センシング容量と上記第２対地センシング容量との間の静電容量の差の値を推定する演算部（１０００）と、を含んでいることが好ましい。
【０４５８】
上記対地センシング容量は、態様４に係る集積回路に含まれていてもよい。また、上記対地センシング容量は、態様４に係る集積回路の外部に設けられていてもよい。
【０４５９】
また、本発明の態様５に係る電子機器は、態様４に記載の集積回路を含んでいることが好ましい。
【０４６０】
また、本発明の態様６に係る対地静電容量推定回路の制御方法は、態様１から３のいずれか１つに記載の対地静電容量推定回路（１）を制御する方法であって、上記充電部から上記積分回路へ電荷を与える充電工程と、上記充電部から上記積分回路へ与えられる電荷とは逆極性の電荷を、上記フィードバック部から上記積分回路へ与えるフィードバック工程と、を含んでいることが好ましい。
【０４６１】
上記の構成によれば、上記の態様１と同様に、対地静電容量推定回路の実装面積の増大を抑制することができる。
【０４６２】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【０４６３】
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。
【０４６４】
すなわち、本発明に係る対地センシング容量推定回路は、容量推定の対象となる対地センシング容量、一定電流を積分して電圧に変換する積分回路、前記積分回路の出力電圧値を量子化する量子化器、前記量子化器の出力を受けて対応する電圧を出力するＤＡ変換器、前記ＤＡ変換器の出力を前記対地センシング容量に充電して前記積分回路にフィードバックするスイッチトキャパシタ回路を有し、前記量子化器の出力により前記対地センシング容量の推定を行う。
【０４６５】
また、本発明に係る対地センシング容量推定回路は、容量推定の対象となる対地センシング容量、基準容量に充電した電荷を繰り返し積分して電圧に変換する積分回路、前記積分回路の出力電圧値を量子化する量子化器、前記量子化器の出力を受けて対応する電圧を出力するＤＡ変換器、前記ＤＡ変換器の出力を前記対地センシング容量に充電して前記積分回路にフィードバックするスイッチトキャパシタ回路を有し、前記量子化器の出力により前記対地センシング容量の推定を行う。
【０４６６】
また、本発明に係る対地センシング容量推定回路は、差動積分回路、回路動作を制御するクロック、前記差動積分回路の入力部に設けられて前記クロックに同期して前記クロックの各周期の前半と後半において２入力の出力先を入れ替える切り替え回路、前記クロックに同期して前記クロックの各周期の前半と後半においてコモンモード電圧を中心に反転した基準電圧を出力する基準電圧出力回路、前期基準電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される基準容量、前記差動積分回路の出力を量子化する量子化器、前記量子化器の出力を受けて対応する電圧を出力するＤＡ変換器、前記ＤＡ変換器の出力を前記クロックの各周期の前半と後半においてコモンモード電圧を中心に反転した電圧に切り替えるフィードバック電圧出力回路、前記フィードバック電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される対地センシング容量を有し、前記量子化器の出力により対地センシング容量の推定を行う。
【０４６７】
また、本発明に係る対地センシング容量推定回路は、差動積分回路、回路動作を制御するクロック、前記差動積分回路の入力部に設けられて前記クロックに同期して前記クロックの各周期の前半と後半において２入力の出力先を入れ替える切り替え回路、前記クロックに同期して前記クロックの各周期の前半と後半においてコモンモード電圧を中心に反転した基準電圧を出力する基準電圧出力回路、前期基準電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される基準容量、前記差動積分回路の出力を量子化する量子化器、前記量子化器の出力を受けて対応する電圧を出力するＤＡ変換器、前記ＤＡ変換器の出力を前記クロックの各周期の前半と後半においてコモンモード電圧を中心に反転した電圧に切り替えるフィードバック電圧出力回路、前記フィードバック電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される第１対地センシング容量、前記フィードバック電圧出力回路またはもう１つのフィードバック電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される第２対地センシング容量を有し、前記量子化器の出力により前記第１対地センシング容量と前記第２対地センシング容量との差の推定を行う。
【０４６８】
また、本発明に係る対地センシング容量推定回路は、差動積分回路、回路動作を制御するクロック、前記差動積分回路の入力部に設けられて前記クロックに同期して前記クロックの各周期の前半と後半において２入力の出力先を入れ替える切り替え回路、前記クロックに同期して前記クロックの各周期の前半と後半とにおいてコモンモード電圧を中心に反転した基準電圧を出力する基準電圧出力回路、前期基準電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される第１基準容量、前記差動積分回路の出力を量子化する量子化器、前記量子化器の出力を受けて対応する電圧を出力するＤＡ変換器、前記ＤＡ変換器の出力を前記クロックの各周期の前半と後半においてコモンモード電圧を中心に反転した電圧に切り替えるフィードバック電圧出力回路、前記フィードバック電圧出力回路の出力電圧で充電され前切り替え回路を介して前記差動積分回路に接続される対地センシング容量、前記フィードバック出力電圧回路またはもう１つのフィードバック電圧出力回路の出力電圧で充電され前記切り替え回路を介いて前記差動積分回路に接続される第２基準容量を有し、前記量子化器の出力により前記対地センシング容量と前記第２基準容量との差の推定を行う。
【産業上の利用可能性】
【０４６９】
本発明は、対地静電容量推定回路、対地静電容量推定回路を備えた集積回路および電子機器、ならびに対地静電容量推定回路の制御方法に利用することができる。
【符号の説明】
【０４７０】
１，２，３，４，５，６  対地静電容量推定回路
１０，２０  積分回路
１１，２１，３１，４１，５１，６１  量子化器
１２，２２，３２，４２，５２，６２  ＤＡ変換器
１３  スイッチトキャパシタ回路（フィードバック部）
１４  電流源（充電部）
２３  第１スイッチトキャパシタ回路（フィードバック部）
２４  第２スイッチトキャパシタ回路（充電部）
３０，４０，５０，６０  差動積分回路（積分回路）
３３，４３，５３，６３  フィードバック部
３４，４４，５４，６４  充電部
１０００  演算部
Ｃｓ  対地センシング容量
Ｃｓ１  第１対地センシング容量
Ｃｓ２  第２対地センシング容量
Ｃｒ２  第２基準容量（対地オフセット容量）
Ｖｏ  アナログ出力電圧
Ｄｏ  量子化信号
Ｖｆｂ  フィードバック電圧
【図１】
2014163850.tif 000020
【図２】
2014163850.tif 000021
【図３】
2014163850.tif 000022
【図４】
2014163850.tif 000023
【図５】
2014163850.tif 000024
【図６】
2014163850.tif 000025
【図７】
2014163850.tif 000026
【図８】
2014163850.tif 000027
【図９】
2014163850.tif 000028