(57)【要約】      （修正有）【課題】後段のサンプリングレートが相対的に低い場合でも出力データのノイズを低減させることを可能とする物理量検出回路、並びに、この物理量検出回路を用いた物理量検出装置、電子機器及び移動体を提供する。【解決手段】検出回路１２（物理量検出回路）は、物理量に対応する検出信号がデジタル化された検出データに基づいて、物理量の大きさに応じた演算データを生成する演算処理を行うデジタル演算回路（演算処理部）を含む。デジタル演算回路は、Ｎを２以上の整数とした場合、検出データ、および演算処理の一部を行って得られたデータ、の少なくとも一方に含まれるＮ個のデータ値の平均値を計算する平均化処理を含む演算処理を行う。【選択図】図２
2014215105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に対応する検出信号がデジタル化された検出データに基づいて、前記物理量の大きさに応じた演算データを生成する演算処理を行う演算処理部を含み、
前記演算処理は、Ｎを２以上の整数とした場合、前記検出データ、および前記演算処理の一部を行って得られたデータ、の少なくとも一方に含まれるＮ個のデータ値の平均値を計算する平均化処理を含む、物理量検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記演算処理部は、
前記検出信号の前記デジタル化のサンプリングレートの１／Ｎのレートで前記演算データを生成する、物理量検出回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記Ｎを設定するレジスターを含む、物理量検出回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記演算処理部は、
前記演算処理の最後に前記平均化処理を行う、物理量検出回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記演算処理は、前記平均化処理により生成されたデータに対するオフセット補正処理及び感度補正処理を含む、物理量検出回路。
【請求項６】
物理量に対応する検出信号を出力するセンサー素子と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、を含む、物理量検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量検出回路を含む、電子機器。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
前記物理量検出回路が出力する前記演算データに基づいて情報処理を行う情報処理装置と、
を含み、
前記物理量検出回路における前記検出信号のサンプリングレートｆ１は、前記情報処理装置による前記演算データのサンプリングレートｆ２よりも高い、電子機器。
【請求項９】
請求項８において、
前記Ｎは、下記式（１）である、電子機器。
Ｎ＝ｒｏｕｎｄ（ｆ１／ｆ２）・・・（１）
ただし、ｒｏｕｎｄは小数点以下を四捨五入して整数値化する関数である。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量検出回路を含む、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出回路、物理量検出装置、電子機器及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々なシステムや電子機器において、加速度を検出する加速度センサーや角速度を検出するジャイロセンサー等、種々の物理量を検出可能な物理量検出装置が広く利用されている。近年、物理量検出装置は、自動車等に搭載されるようになり、ノイズの多い環境下でも高い検出精度と高い信頼性が要求されるようになってきている。
【０００３】
物理量の検出情報をデジタル信号として出力する物理量検出装置は、ノイズ耐性の高いデジタル信号を出力することでノイズの多い環境下でも高い信頼性を確保することができる。例えば、特許文献１には、振動子から出力されるアナログ信号を検波回路によって検波した後、検波された信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換して出力する検出回路を備えた物理量測定装置が提案されている。特許文献１に記載の物理量測定装置は、検出回路がアナログ回路になっており、検出精度を向上させるためにはデジタル回路に置き換えることが考えられる。例えば、特許文献２には、フィルター部を有する検出回路を含む検出装置において、フィルター部を構成する離散時間型フィルタ（ＳＣＦ）をデジタルフィルターに置き換え可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２９４４７号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の物理量検出装置では、出力される出力データがサンプリングレートで更新されるため、後段の装置による出力データのサンプリングレートが物理量検出装置のサンプリングレートよりも低い場合、出力データの一部はサンプリングされず、ノイズの影響が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、後段のサンプリングレートが相対的に低い場合でも出力データのノイズを低減させることを可能とする物理量検出回路、並びに、この物理量検出回路を用いた物理量検出装置、電子機器及び移動体を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係る物理量検出回路は、物理量に対応する検出信号がデジタル化された検出データに基づいて、前記物理量の大きさに応じた演算データを生成する演算処理を行う演算処理部を含み、前記演算処理は、Ｎを２以上の整数とした場合、前記検出データ、および前記演算処理の一部を行って得られたデータ、の少なくとも一方に含まれるＮ個のデータ値の平均値を計算する平均化処理を含む。
【０００９】
本適用例に係る物理量検出回路によれば、後段のサンプリングレートが相対的に低い場合、出力データを平均化することで熱雑音等の低周波ノイズが打ち消されるため、ノイズの影響を低減することができる。
【００１０】
［適用例２］
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記演算処理部は、前記検出信号の前記デジタル化のサンプリングレートの１／Ｎのレートで前記演算データを生成するようにしてもよい。
【００１１】
本適用例に係る物理量検出回路によれば、出力データを生成するレートを低くすることができる。
【００１２】
［適用例３］
上記適用例に係る物理量検出回路は、前記Ｎを設定するレジスターを含むようにしてもよい。
【００１３】
本適用例に係る物理量検出回路によれば、後段のサンプリングレートに合わせて平均化するデータの個数を最適化することができる。
【００１４】
［適用例４］
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記演算処理部は、前記演算処理の最後に前記平均化処理を行うようにしてもよい。
【００１５】
本適用例に係る物理量検出回路によれば、平均化処理の前段のすべての処理で生じるノイズを効果的に低減させることができる。
【００１６】
［適用例５］
上記適用例に係る物理量検出回路において、前記演算処理は、前記平均化処理により生成されたデータに対するオフセット補正処理及び感度補正処理を含むようにしてもよい。
【００１７】
本適用例に係る物理量検出回路によれば、オフセット補正処理及び感度補正処理のレートをサンプリングレートの１／Ｎにして計算量を削減することができる。
【００１８】
［適用例６］
本適用例に係る物理量検出装置は、物理量に対応する検出信号を出力するセンサー素子と、上記のいずれかの物理量検出回路と、を含む。
【００１９】
本適用例に係る物理量検出装置は、例えば、加速度センサー、ジャイロセンサー（角速度センサー）、速度センサー等の慣性センサーであってもよいし、重力に基づいて傾斜角を計測する傾斜計であってもよい。
【００２０】
［適用例７］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの物理量検出回路を含む。
【００２１】
［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、上記の物理量検出回路と、前記物理量検出回路が出力する前記演算データに基づいて情報処理を行う情報処理装置と、を含み、前記物理量検出回路における前記検出信号のサンプリングレートｆ１は、前記情報処理装置による前記演算データのサンプリングレートｆ２よりも高い。
【００２２】
［適用例９］
上記適用例に係る電子機器において、前記Ｎは、下記式（１）であってもよい。
Ｎ＝ｒｏｕｎｄ（ｆ１／ｆ２）・・・（１）
ただし、ｒｏｕｎｄは四捨五入して整数値化する関数である。
【００２３】
［適用例１０］
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの物理量検出回路を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の情報処理システムあるいは電子機器の構成例を示す図。
【図２】本実施形態の物理量検出装置の構成例を示す図。
【図３】センサー素子の振動片の平面図。
【図４】センサー素子の動作について説明するための図。
【図５】センサー素子の動作について説明するための図。
【図６】検出回路の構成例を示す図。
【図７】デジタル演算回路が行う演算処理の流れを示す図。
【図８】出力コード平均計算を行う回路の構成例を示す図。
【図９】角速度データの更新タイミングの一例を示すタイミングチャート図。
【図１０】角速度データの更新タイミングの一例を示すタイミングチャート図。
【図１１】本実施形態の電子機器の機能ブロック図。
【図１２】本実施形態の電子機器の外観の一例を示す図。
【図１３】本実施形態の移動体の一例を示す図。
【図１４】変形例におけるデジタル演算回路が行う演算処理の流れを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２６】
１．情報処理システム（電子機器）、物理量検出装置
図１は、本実施形態の情報処理システムあるいは電子機器の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の情報処理システム（電子機器）３は、物理量検出装置１及び情報処理装置２を含む。
【００２７】
物理量検出装置１は、所定の物理量を検出するセンサー素子３０と、センサー素子３０が検出した物理量の大きさに応じた演算データを生成する集積回路（ＩＣ）１０とを備えている。物理量検出装置１は、例えば、加速度、角速度、速度、角加速度、力等の物理量の少なくとも一部を検出する慣性センサーであってもよいし、傾斜角を計測する傾斜計であってもよい。
【００２８】
情報処理装置２は、物理量検出装置１が生成する演算データを取得し、所定の処理を行う。本実施形態では、情報処理装置２は、処理部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）５０、通信インターフェース部５２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５４、ＲＡＭ（Random Access Memory）５６、表示部５８を含んで構成されている。なお、本実施形態の情報処理装置２は、図１の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００２９】
処理部５０は、ＲＯＭ５４等に記憶されているプログラムに従い、通信インターフェース部５２を介して、物理量検出装置１が生成する演算データを受け取り、各種の計算処理や制御処理を行う。その他、処理部５０は、表示部５８に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
【００３０】
通信インターフェース部５２は、処理部５０と物理量検出装置１との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【００３１】
ＲＯＭ５４は、処理部５０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【００３２】
ＲＡＭ５６は、処理部５０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ５４から読み出されたプログラムやデータ、処理部５０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【００３３】
表示部５８は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、あるいは有機ＥＬディスプレイ等により構成される表示装置であり、処理部５０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。
【００３４】
本実施形態では、物理量検出装置１の集積回路（ＩＣ）１０は、センサー素子３０の出力信号をサンプリングレートｆ１でサンプリングしてデジタル化した検出データを生成する。生成された検出データに基づいて、後述するデジタル演算回路１０８は、サンプリングレートｆ１でデータを生成する。そして、生成されたデータに含まれるＮ個の連続したデータ値を平均化し、平均化したデータをサンプリングレートｆ１の１／Ｎのレートで更新する。ここにおいて、平均化するデータは、デジタル演算回路１０８により生成されたデータの代りに、検出データとしてもよい。その場合、検出データに含まれるＮ個の連続したデータ値を平均化する。Ｎは設定値に応じて可変である。具体的には、情報処理装置２の通信Ｉ／Ｆ部５２により集積回路１０の内部のレジスターに保存された設定値に応じて、Ｎが設定される。また、Ｎは２以上の整数である。従って、集積回路（ＩＣ）１０のサンプリングレートｆ１が、情報処理装置２が演算データをサンプリングするサンプリングレートｆ２よりも高い場合、Ｎ＝ｆ１／ｆ２に設定することで、演算データの更新レートを情報処理装置２のサンプリングレートと一致させることができる。なお、ｆ１／ｆ２が整数で無い場合であっても、Ｎの値は、ｆ１／ｆ２と必ずしも同一である必要はなく、本発明の効果を逸脱しない範囲でｆ１／ｆ２と略同じ値であればよい。さらにまた、ｆ１／ｆ２が整数で無い場合、Ｎの値を次式により決定することもできる。
Ｎ＝ｒｏｕｎｄ（ｆ１／ｆ２）・・・（１）
ただし、ｒｏｕｎｄは小数点以下を四捨五入して整数値化する関数である。
【００３５】
情報処理システム（電子機器）３としては、情報処理装置２が、演算データに基づいて物理量検出装置１を搭載した物体の位置や向きの計算を行い、所定の情報を表示するナビゲーションシステム（あるいはナビゲーション装置）、物体の状態を監視する監視システム（あるいは監視装置）、物体の姿勢を制御する姿勢制御システム（あるいは姿勢制御装置）等、様々なシステム（あるいは電子機器）が考えられる。
【００３６】
図２は、図１に示した物理量検出装置１の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態の物理量検出装置１は、集積回路（ＩＣ）１０及びセンサー素子３０を含む。
【００３７】
センサー素子３０は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるために、振動片は気密性が確保されたパッケージに封止されている。本実施形態では、センサー素子３０は、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の振動片を有する。
【００３８】
図３は、本実施形態のセンサー素子３０の振動片の平面図である。センサー素子３０は、例えば、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ型の振動片を有する。水晶を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図３におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。
【００３９】
図３に示すように、センサー素子３０の振動片は、２つの駆動用基部３４ａ，３４ｂからそれぞれ駆動振動腕３１ａ，３１ｂが＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕３１ａの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極４２及び４３が形成されており、駆動振動腕３１ｂの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極４３及び４２が形成されている。駆動電極４２，４３は、それぞれ、図２に示した集積回路（ＩＣ）１０のＤＳ端子，ＤＧ端子を介して駆動回路１１に接続される。
【００４０】
駆動用基部３４ａ，３４ｂは、それぞれ−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向に延びる連結腕３５ａ，３５ｂを介して矩形状の検出用基部３７に接続されている。
【００４１】
検出振動腕３２は、検出用基部３７から＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕３２の上面には検出電極４４及び４５が形成されており、検出振動腕３２の側面には共通電極４６が形成されている。検出電極４４，４５は、それぞれ、図２に示した集積回路（ＩＣ）１０のＳ１端子，Ｓ２端子を介して検出回路１２に接続される。また、共通電極４６は接地される。
【００４２】
駆動振動腕３１ａ，３１ｂの駆動電極４２と駆動電極４３との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図４に示すように、駆動振動腕３１ａ，３１ｂは逆圧電効果によって矢印Ｂのように、２本の駆動振動腕３１ａ，３１ｂの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動（励振振動）をする。
【００４３】
この状態で、センサー素子３０の振動片にＺ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕３１ａ，３１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向とＺ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図５に示すように、連結腕３５ａ，３５ｂは矢印Ｃで示すような振動をする。そして、検出振動腕３２は、連結腕３５ａ，３５ｂの振動（矢印Ｃ）に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。このコリオリ力に伴う検出振動腕３２の屈曲振動と駆動振動腕３１ａ，３１ｂの屈曲振動（励振振動）とは位相が９０°ずれている。
【００４４】
ところで、駆動振動腕３１ａ，３１ｂが屈曲振動（励振振動）をするときの振動エネルギーの大きさ又は振動の振幅の大きさが２本の駆動振動腕３１ａ，３１ｂで等しければ、駆動振動腕３１ａ，３１ｂの振動エネルギーのバランスがとれており、センサー素子３０に角速度がかかっていない状態では検出振動腕３２は屈曲振動しない。ところが、２つの駆動振動腕３１ａ，３１ｂの振動エネルギーのバランスがくずれると、センサー素子３０に角速度がかかっていない状態でも検出振動腕３２に屈曲振動が発生する。この屈曲振動は漏れ振動と呼ばれ、コリオリ力に基づく振動と同様に矢印Ｄの屈曲振動であるが、駆動信号とは同位相である。
【００４５】
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕３２の検出電極４４，４５に発生する。ここで、コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ（言い換えれば、センサー素子３０に加わる角速度の大きさ）に応じて変化する。一方、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、センサー素子３０に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。
【００４６】
なお、駆動振動腕３１ａ，３１ｂの先端には、駆動振動腕３１ａ，３１ｂよりも幅の広い矩形状の錘部３３が形成されている。駆動振動腕３１ａ，３１ｂの先端に錘部３３を形成することにより、コリオリ力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕３２の先端には、検出振動腕３２よりも幅の広い錘部３６が形成されている。検出振動腕３２の先端に錘部３６を形成することにより、検出電極４４，４５に発生する交流電荷を大きくすることができる。
【００４７】
以上のようにして、センサー素子３０は、Ｚ軸を検出軸としてコリオリ力に基づく交流電荷（角速度成分）と、励振振動の漏れ振動に基づく交流電荷（振動漏れ成分）とを検出電極４４，４５を介して出力する。
【００４８】
図２に戻り、集積回路（ＩＣ）１０は、駆動回路１１、検出回路１２、温度センサー１３、電源電圧センサー１４、基準電圧回路１５、シリアルインターフェース回路１６、不揮発性メモリー１７、テスト制御回路１８及び端子機能切替回路１９を含んで構成されている。なお、本実施形態の集積回路（ＩＣ）１０は、図２に示した要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
【００４９】
基準電圧回路１５は、ＶＤＤ端子より供給される電源電圧から基準電位（アナロググランド電圧）などの定電圧や定電流を生成し、駆動回路１１、検出回路１２、温度センサー１３に供給する。
【００５０】
不揮発性メモリー１７は、駆動回路１１、検出回路１２、温度センサー１３に対する各種のトリミングデータ（調整データや補正データ）を保持している。不揮発性メモリー１７は、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーによって実現することができる。
【００５１】
温度センサー１３は、電圧が温度変化に対してほぼ線形に変化するアナログ信号ＴＳＯを生成する。温度センサー１３は、例えば、バンドギャップリファレンス回路を利用して実現することができる。
【００５２】
電源電圧センサー１４は、ＶＤＤ端子より供給される電源電圧をＡ／Ｄ変換し、電源電圧データＶＡＭを生成する。
【００５３】
駆動回路１１は、センサー素子３０を励振振動させるための駆動信号を生成し、ＤＳ端子を介してセンサー素子３０の駆動電極１１２に供給する。また、駆動回路１１は、センサー素子３０の励振振動により駆動電極１１３に発生する駆動電流（水晶電流）がＤＧ端子を介して入力され、この駆動電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号の振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路１１は、駆動信号と位相が同じ信号ＳＤＥＴ及び駆動信号と位相が９０°ずれた信号ＳＤＥＴ９０を生成し、検出回路１２に供給する。
【００５４】
検出回路１２（物理量検出回路の一例）は、Ｓ１端子とＳ２端子を介して、センサー素子３０の２つの検出電極１１４，１１５に発生する検出信号としての交流電荷（検出電流）Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ入力され、交流電荷Ｑ１，Ｑ２を周期的にデジタル化して検出データを生成する。そして、検出データに基づいて、角速度成分の大きさに応じたデジタルコードを有する角速度データＯＵＴ（演算データの一例）を生成する。後述するように、検出回路１２は、角速度データＯＵＴの生成処理において、温度センサー１３の出力信号ＴＳＯ、電源電圧センサー１４が出力する電源電圧データＶＡＭ、及び不揮発性メモリー１７に記憶されているトリミングデータを用いてオフセット補正及び感度補正を行う。検出回路１２が生成した角速度データＯＵＴは、シリアルインターフェース回路１６に供給される。
【００５５】
シリアルインターフェース回路１６は、ＳＳ端子，ＳＣＬＫ端子，ＳＩ端子を介してそれぞれ選択信号、クロック信号、シリアル入力信号が入力される。シリアルインターフェース回路１６は、選択信号がイネーブルの時にシリアル入力信号をクロック信号でサンプリングし、シリアル入力信号に含まれているコマンドの解析処理やシリアル入力信号に含まれているシリアルデータをパラレルデータに変換する処理を行う。さらに、シリアルインターフェース回路１６は、コマンドに応じて、不揮発性メモリー１７や内部レジスター（図示せず）に対するデータの書き込み（設定）や読み出しの処理を行う。また、シリアルインターフェース回路１６は、検出回路１２が生成した角速度データＯＵＴ、不揮発性メモリー１７や内部レジスターから読み出したデータなどをシリアルデータに変換し、ＳＯ端子を介して外部に出力する処理を行う。
【００５６】
端子機能切替回路１９は、ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４の４端子の接続先を切り替える。例えば、端子機能切替回路１９は、テスト制御回路１８の制御のもと、駆動回路１１、検出回路１２、基準電圧回路１５の出力信号や内部信号を選択し、ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４のいずれかから外部出力し、あるいは、ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４のいずれかから外部入力された信号を、駆動回路１１、検出回路１２、基準電圧回路１５に供給することができる。
【００５７】
テスト制御回路１８は、シリアルインターフェース回路１６から受け取った設定値に応じて、ＩＯ１，ＩＯ２，ＩＯ３，ＩＯ４の４端子の接続先の切り替えを制御する。
【００５８】
図６は、検出回路１２の構成例を示す図である。図６に示すように、検出回路１２は、ΔΣ変調器１００、パルスカウンター１０２、チャージアンプ１０４、ΔΣ変調器１０６及びデジタル演算回路１０８を含んで構成されている。なお、本実施形態の検出回路１２は、図６に示した要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
【００５９】
ΔΣ変調器１００は、駆動回路１１が生成する信号ＳＤＥＴをサンプリングクロックとして、温度センサー１３の出力信号ＴＳＯを１ビットのビットストリームデータに変換する。
【００６０】
パルスカウンター１０２は、駆動回路１１が生成する信号ＳＤＥＴに同期して、ΔΣ変調器１００が出力するビットストリームデータを順番に加算し、温度データＴＳＤＯを生成する。
【００６１】
チャージアンプ１０４は、駆動回路１１が生成する信号ＳＤＥＴ９０（駆動信号と位相が９０°ずれた信号）に同期して、センサー素子３０の２つの検出電極から発生する交流電荷Ｑ１，Ｑ２を積分し、差動電圧を出力する。前述のように、センサー素子３０において、コリオリ力に伴う検出振動腕３２の屈曲振動と駆動振動腕３１ａ，３１ｂの屈曲振動（励振振動）とは位相が９０°ずれているため、チャージアンプ１０４はコリオリ力に基づく交流電荷（角速度成分）を積分するが、漏れ振動成分は駆動信号と同位相であるため、積分されない。従って、チャージアンプ１０４が出力する差動電圧には、角速度成分のみが含まれる。
【００６２】
ΔΣ変調器１０６は、駆動回路１１が生成する信号ＳＤＥＴ９０をサンプリングクロックとして、チャージアンプ１０４が出力する差動電圧（角速度成分）を１ビットのビットストリームデータＳＤＯに変換する。換言すれば、Ａ／Ｄ変換器としてのΔΣ変調器１０６は、チャージアンプ１０４が出力する差動電圧（角速度成分）を周期的にサンプリングしてデジタル化し、１ビットのビットストリームデータＳＤＯに変換する。
【００６３】
デジタル演算回路１０８（演算処理部の一例）は、パルスカウンター１０２が生成する温度データＴＳＤＯ、電源電圧センサー１４が生成する電源電圧データＶＡＭ、及び、不揮発性メモリー１７に記憶されているトリミングデータを用いて、ΔΣ変調器１０６が出力するビットストリームデータＳＤＯに対して所定の演算処理を行い、角速度成分の大きさに応じたデジタルコードを有する角速度データＯＵＴを生成する。
【００６４】
図７は、デジタル演算回路１０８が行う演算処理の流れを示す図である。図７に示すように、デジタル演算回路１０８は、１ビットのビットストリームデータＳＤＯに対して高周波成分をカットするデジタルフィルター計算（Ｐ１）を行い、角速度データを生成する。
【００６５】
また、デジタル演算回路１０８は、デジタルフィルター計算（Ｐ１）により生成された角速度データに対して、オフセット補正量を加算するオフセット補正計算（Ｐ２）及び感度補正量を乗算する感度補正計算（Ｐ３）を行う。
【００６６】
また、デジタル演算回路１０８は、オフセット補正計算（Ｐ２）及び感度補正計算（Ｐ３）がされた角速度データに対して入力レンジ設定値を乗算し、物理量検出装置１が出力する角速度データの出力レンジを物理量検出装置１の後段に接続されるＩＣの入力レンジに合わせる入力レンジ計算（Ｐ４）を行う。
【００６７】
また、デジタル演算回路１０８は、入力レンジ計算（Ｐ４）がされた角速度データに対して出力ビット設定値に応じたビット数の下位ビットを削って（シフトし）最下位ビットを丸めるビット制限計算（Ｐ５）を行う。
【００６８】
また、デジタル演算回路１０８は、平均回数設定値に応じて、ビット制限計算（Ｐ５）がされたＮ個の角速度データの平均値を計算する出力コード平均計算（Ｐ６）を行う。この出力コード平均計算（Ｐ６）により角速度データＯＵＴが得られる。
【００６９】
さらに、デジタル演算回路１０８は、オフセット補正計算（Ｐ２）に用いるオフセット補正量の計算と感度補正計算（Ｐ３）に用いる感度補正量の計算を行う。
【００７０】
具体的には、デジタル演算回路１０８は、温度データＴＳＤＯに対して所定回数分（例えば４回分）の移動平均を計算し（Ｐ７）、移動平均の計算結果に対してゲイン補正量の加算（Ｐ８）及びオフセット補正量の加算（Ｐ９）を行う。
【００７１】
また、デジタル演算回路１０８は、移動平均（Ｐ７）、ゲイン補正（Ｐ８）及びオフセット補正（Ｐ９）がされた温度データを、温度変動による角速度データの感度を補正するための補正式（感度温度変動補正式）の温度変数に代入し、温度変動による感度変動の補正量（感度温度変動補正量）を求める感度温度変動補正量計算（Ｐ１０）を行う。
【００７２】
また、デジタル演算回路１０８は、感度温度変動補正量と０次感度補正量（温度に依存しない感度補正量）とを加算して感度補正量を得る感度補正量計算（Ｐ１１）を行う。
【００７３】
また、デジタル演算回路１０８は、移動平均（Ｐ７）、ゲイン補正（Ｐ８）及びオフセット補正（Ｐ９）がされた温度データを、温度変動による角速度データのオフセット変動を補正するための補正式（オフセット温度変動補正式）の温度変数に代入し、温度変動によるオフセット変動の補正量（オフセット温度変動補正量）を求めるオフセット温度変動補正量計算（Ｐ１２）を行う。
【００７４】
また、デジタル演算回路１０８は、電源電圧データＶＡＭに対して所定回数分（例えば４回分）の移動平均を計算し（Ｐ１３）、移動平均の計算結果に対してオフセット補正量の加算（Ｐ１４）を行う。
【００７５】
また、デジタル演算回路１０８は、移動平均（Ｐ１３）及びオフセット補正（Ｐ１４）がされた電源電圧データを、電源電圧変動による角速度データのオフセット変動を補正するための補正式（オフセット電源電圧変動補正式）の温度変数に代入し、電源電圧変動によるオフセット変動の補正量（オフセット電源電圧変動補正量）を求めるオフセット電源電圧変動補正量計算（Ｐ１５）を行う。
【００７６】
また、デジタル演算回路１０８は、オフセット温度変動補正量とオフセット電源電圧変動補正量と０次オフセット補正量（温度と電源電圧に依存しないオフセット補正量）とを加算してオフセット補正量を得るオフセット補正量計算（Ｐ１６）を行う。
【００７７】
なお、温度データのゲイン補正量とオフセット補正量、電源電圧データのオフセット補正量、感度温度変動補正式の補正係数、オフセット温度変動補正式の補正係数、オフセット電源電圧変動補正式の補正係数、０次オフセット補正量、０次感度補正量、入力レンジ設定値、出力ビット設定値、平均回数設定値は、不揮発性メモリー１７に記憶されているトリミングデータの一部である。
【００７８】
なお、図７に示したＰ１〜Ｐ６の演算は、ビットストリームデータＳＤＯが更新される毎に、すなわちΔΣ変調器１０６のサンプリングレート（例えば、約３ｋＨｚ）と同じレートで行われる。これに対して、温度変動や電源電圧変動は角速度の変化に対して十分遅いため、図７に示したＰ７〜Ｐ１６の演算は、より遅いレート（例えば、約１２Ｈｚ）で行われる。
【００７９】
特に、本実施形態では、デジタル演算回路１０８が出力コード平均計算（Ｐ６）を行うことで、角速度データＯＵＴの更新レートを情報処理装置２のサンプリングレートと一致させることができる。
【００８０】
図８は、出力コード平均計算（Ｐ６）を行う回路の構成例を示す図である。なお、図８の回路では、回路構成を簡単にするため、平均回数設定値Ｎ＝２ｍ（ｍ＝０〜Ｍ）としている。
【００８１】
選択回路１１０は、制御信号に応じて、０又はレジスター１１４に保持されているデータを選択して出力する。
【００８２】
加算器１１２は、選択回路１１０の出力データと入力された角速度データ（ビット制限計算（Ｐ５）が行われた後の角速度データ）を加算して出力する。
【００８３】
レジスター１１４は、サンプリングクロック（ＳＤＥＴ９０と同じレートのクロック）のエッジで加算器１１２の出力データを保持する。
【００８４】
マスク回路１１６は、制御信号に応じて、サンプリングクロックを出力に伝搬させ、あるいは、マスクして出力に伝搬させない。
【００８５】
レジスター１１８は、マスク回路１１６を伝搬したサンプリングクロックのエッジで加算器１１２の出力データを、下位ｍビットを削除して保持する。すなわち、加算器１１２の出力データが１／２ｍ（＝１／Ｎ）してレジスター１１８に保持される。そして、レジスター１１８により保持されるデータが最終的な角速度データＯＵＴとなる。
【００８６】
ダウンカウンター１２０は、平均回数設定値Ｎが入力され、サンプリングクロックのエッジ毎にダウンカウントし、カウント値が０になると次のサンプリングクロックのエッジでカウント値をＮ−１にセットしてダウンカウントを繰り返す。
【００８７】
デコーダー１２２は、ダウンカウンター１２０のカウント値をデコードし、カウント値がＮ−１の時は選択回路１１０が０を選択し、カウント値がＮ−１以外の時は選択回路１１０がレジスター１１４に保持されているデータを選択するように、選択回路１１０の制御信号を生成する。また、デコーダー１２２は、カウント値が０の時はマスク回路１１６がサンプリングクロックを出力に伝搬させ、カウント値が０以外の時はマスク回路１１６がサンプリングクロックをマスクして出力に伝搬させないように、マスク回路１１６の制御信号を生成する。
【００８８】
このような構成により、Ｎ＝１（ｍ＝０）の時は、ダウンカウンター１２０のカウント値は常に０であり、カウント値０がＮ−１と一致するので選択回路１１０は常に０を選択する。従って、加算器１１２の出力データは、入力された角速度データ（ビット制限計算（Ｐ５）が行われた後の角速度データ）と一致する。また、ダウンカウンター１２０のカウント値が０なので、マスク回路１１６はサンプリングクロックを常に出力に伝搬させる。従って、サンプリングクロックのエッジ毎に、加算器１１２の出力データが（下位ビットが削除されずに）レジスター１１８に保持される。これにより、Ｎ＝１の時、角速度データＯＵＴは、常に、１つ前に入力された角速度データと一致する。図９に、Ｎ＝１の時の角速度データＯＵＴの更新タイミングの一例を示す。図９に示すように、情報処理装置２のサンプリングレートｆ２が物理量検出装置１のサンプリングレートｆ１と一致する場合は、平均回数設定値Ｎを１に設定することで、角速度データＯＵＴの更新レートを情報処理装置２のサンプリングレートｆ２と一致させることができる。
【００８９】
一方、Ｎ≠１（ｍ≠０）の時は、ダウンカウンター１２２のカウント値がＮ−１〜０までダウンカウントする間、順次入力される角速度データの平均値が計算され、ダウンカウンター１２２のカウント値が０の時だけ、次のサンプリングクロックのエッジで、Ｎ個の角速度データ値が平均化されたデータ値が、下位２ビットが削除されてレジスター１１８に保持される。これにより、Ｎ≠１の時、Ｎ個の角速度データ値が入力される毎に平均化され、角速度データＯＵＴが更新される。この角速度データＯＵＴは、レジスター１１８の更新レート、すなわち、サンプリングレートの１／Ｎのレートで更新される。図１０に、Ｎ＝４（ｍ＝２）の時の角速度データＯＵＴの更新タイミングの一例を示す。図１０に示すように、情報処理装置２のサンプリングレートｆ２が物理量検出装置１のサンプリングレートｆ１の４倍の場合は、平均回数設定値Ｎを４に設定することで、４個のデータ値が平均化された角速度データＯＵＴが出力され、その更新レートを情報処理装置２のサンプリングレートｆ２と一致させることができる。
【００９０】
なお、図８の回路では、Ｎ個の角速度データ値を加算した後、下位ｍビットを削除して平均化しているが、Ｎ個の角速度データ値を加算したデータに２ｍ−１を加算した後、下位ｍビットを削除する処理（丸め処理）を行ってもよい。
【００９１】
以上に説明したように、本実施形態の情報処理システム（電子機器、物理量検出装置、物理量検出回路）によれば、後段の情報処理装置２のサンプリングレートが物理量検出装置１のサンプリングレートよりも低い場合、物理量検出装置の出力データを平均化することで熱雑音等の低周波ノイズが打ち消されるため、情報処理装置２の処理においてノイズの影響を低減することができる。
【００９２】
また、本実施形態の情報処理システム（電子機器、物理量検出装置、物理量検出回路）によれば、平均回数設定値Ｎが可変であるので、後段の情報処理装置２のサンプリングレートに合わせて、物理量検出装置１が平均化するデータの個数を最適化することができる。
【００９３】
また、本実施形態の情報処理システム（電子機器、物理量検出装置、物理量検出回路）によれば、出力コード平均計算（Ｐ６）が最後に行われるので、その前段のすべての処理で生じるノイズを効果的に低減させることができる。
【００９４】
２．電子機器
図１１は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。また、図１２は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
【００９５】
本実施形態の電子機器３００は、物理量検出装置３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０、音出力部３８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１１の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００９６】
物理量検出装置３１０は、物理量を検出し、検出した物理量に応じたレベルの信号（物理量信号）を出力する装置であり、例えば、加速度、角速度、速度、角加速度、力等の物理量の少なくとも一部を検出する慣性センサーであってもよいし、傾斜角を計測する傾斜計であってもよい。物理量検出装置３１０として、例えば、上述の本実施形態の物理量検出装置１を適用することができる。また、物理量検出装置３１０は、物理量検出回路３１２を含んで構成されており、物理量検出回路３１２として、例えば、上述の本実施形態の検出回路１２を適用することができる。
【００９７】
ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、物理量検出装置３１０が出力する物理量信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、ＣＰＵ３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部３８０に各種の音を出力させる処理等を行う。
【００９８】
操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。
【００９９】
ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【０１００】
ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【０１０１】
通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【０１０２】
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、あるいは有機ＥＬディスプレイ等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
【０１０３】
音出力部３８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。
【０１０４】
物理量検出回路３１２として上述した本実施形態の検出回路１２を組み込むことにより、低コストで信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【０１０５】
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、ノート型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。
【０１０６】
３．移動体
図１３は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１３に示す移動体４００は、物理量検出装置４１０，４２０，４３０、コントローラー４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１３の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１０７】
物理量検出装置４１０，４２０，４３０、コントローラー４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。
【０１０８】
コントローラー４４０，４５０，４６０は、それぞれ、物理量検出装置４１０，４２０，４３０が出力する物理量信号の一部又は全部を用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う。
【０１０９】
ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機（不図示）の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、物理量検出装置４９０を内蔵しており、ＧＰＳの電波が届かない時でも物理量検出装置４９０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きの計算を行い、必要な情報の表示を継続する。
【０１１０】
物理量検出装置４１０，４２０，４３０，４９０は、検出した物理量に応じたレベルの信号（物理量信号）を出力する装置であり、それぞれ、例えば、角速度センサー、加速度センサー、速度センサー、傾斜計等である。物理量検出装置４１０，４２０，４３０，４９０は、温度や電源電圧の変化によるセンサー素子（不図示）の出力信号を補正し、物理量信号を出力する物理量検出回路（不図示）を含んで構成されている。
【０１１１】
例えば、物理量検出装置４１０，４２０，４３０，４９０に含まれる物理量検出回路として、上述の本実施形態の検出回路１２を適用し、あるいは、物理量検出装置４１０，４２０，４３０，４９０として、上述の本実施形態の物理量検出装置１を適用することができ、これにより低コストで高い信頼性を確保することができる。
【０１１２】
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
【０１１３】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１１４】
例えば、本実施形態では、デジタル演算回路１０８は、角速度データの平均化処理を最後に行っているが、他の一部又は全部の演算処理よりも前に行うように変形してもよい。例えば、図１４に示すように、デジタル演算回路１０８は、角速度データの平均計算（Ｐ６）をデジタルフィルター計算（Ｐ１）の直後に行い、平均化後の角速度データの更新レート（サンプリングレートｆ１の１／Ｎのレート）で、その後のオフセット補正計算（Ｐ２）、感度補正計算（Ｐ３）、入力レンジ計算（Ｐ４）及びビット制限計算（Ｐ５）を行うように変形してもよい。このようにすれば、平均回数設定値Ｎが大きいほどＰ２〜Ｐ４の計算量を効果的に削減することができる。
【０１１５】
また、例えば、センサー素子３０の振動片は、ダブルＴ型でなくてもよく、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、センサー素子３０の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ２）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。
【０１１６】
また、例えば、センサー素子３０は、圧電型のセンサー素子に限らず、動電型、静電容量型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の振動式のセンサー素子であってもよい。あるいは、センサー素子３０の方式は、振動式に限らず、例えば、光学式、回転式、流体式であってもよい。また、センサー素子３０が検出する物理量は、角速度に限らず、角加速度、加速度、速度、力などであってもよい。
【０１１７】
また、上述した実施形態では、物理量として角速度を検出する物理量検出装置を示したが、本発明は、角速度に限らず、加速度、速度、角加速度、力等の物理量を検出する物理量検出装置にも適用することができる。
【０１１８】
上述した各実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【０１１９】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２０】
１  物理量検出装置、２  情報処理装置、３  情報処理システム（電子機器）、１０  集積回路（ＩＣ）、１１  駆動回路、１２  検出回路、１３  温度センサー、１４  電源電圧センサー、１５  基準電圧回路、１６  シリアルインターフェース回路、１７  不揮発性メモリー、１８  テスト制御回路、１９  端子機能切替回路、３０  センサー素子、３１ａ，３１ｂ  駆動振動腕、３２  検出振動腕、３３  錘部、３４ａ，３４ｂ  駆動用基部、３５ａ，３５ｂ  連結腕、３６  錘部、３７  検出用基部、４２，４３  駆動電極、４４，４５  検出電極、４６  共通電極、５０  処理部、５２  通信インターフェース部、５４  ＲＯＭ、５６  ＲＡＭ、５８  表示部、１００  ΔΣ変調器、１０２  パルスカウンター、１０４  チャージアンプ、１０６  ΔΣ変調器、１０８  デジタル演算回路、１１０  選択回路、１１２  加算器、１１４  レジスター、１１６  マスク回路、１１８  レジスター、１２０  ダウンカウンター、１２２  デコーダー、３００  電子機器、３１０  物理量検出装置、３１２  集積回路、３２０  ＣＰＵ、３３０  操作部、３４０  ＲＯＭ、３５０  ＲＡＭ、３６０  通信部、３７０  表示部、４００  移動体、４１０，４２０，４３０  物理量検出装置、４４０，４５０，４６０  コントローラー、４７０  バッテリー、４８０  ナビゲーション装置、４９０  物理量検出装置
【図１】
2014215105.tif 000003
【図２】
2014215105.tif 000004
【図３】
2014215105.tif 000005
【図４】
2014215105.tif 000006
【図５】
2014215105.tif 000007
【図６】
2014215105.tif 000008
【図７】
2014215105.tif 000009
【図８】
2014215105.tif 000010
【図９】
2014215105.tif 000011
【図１０】
2014215105.tif 000012
【図１１】
2014215105.tif 000013
【図１２】
2014215105.tif 000014
【図１３】
2014215105.tif 000015
【図１４】
2014215105.tif 000016