(57)【要約】【課題】所定時間内での取り込み回数を増加させて検出感度を改善し、電荷平均化による電圧変動量の減少を回避して検出精度の改善を図ること。【解決手段】第１区間では被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２をＶｄｄにチャージすると共に参照容量Ｃ２３及びＣ２４をグラウンドにチャージし、第２区間では被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２をグラウンドにチャージすると共に参照容量Ｃ２３及びＣ２４をＶｄｄにチャージするスイッチＳＷ２１、ＳＷ２３と、チャージ期間では被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２と参照容量Ｃ２３及びＣ２４との間を切り離し、容量分配タイミングでは被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２と参照容量Ｃ２３及びＣ２４とを接続するスイッチＳＷ２２、ＳＷ２４と、電荷平均化されて参照容量Ｃ２３及びＣ２４にホールドした電圧が差動入力する差動増幅器ＡＭＰ１とを備える。【選択図】図１
2011191183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象であって、固定的に存在するベース容量と可変的容量とを含む第１の容量と、前記ベース容量に対応するベース電荷がチャージされる第２の容量と、前記第１又は第２の容量から容量分配を受ける第３及び第４の容量と、
第１区間では前記第１及び第２の容量を第１固定電圧にチャージすると共に前記第３及び第４の容量を第２固定電圧にチャージし、第２区間では前記第１及び第２の容量を第２固定電圧にチャージすると共に前記第３及び第４の容量を第１固定電圧にチャージする第１のスイッチ手段と、
前記第１区間及び第２区間におけるチャージ期間では前記第１及び第２の容量と前記第３及び第４の容量との間を切り離し、前記第１区間及び第２区間における容量分配タイミングでは前記第１及び第２の容量と前記第３及び第４の容量の双方の容量同士を１対１で接続する第２のスイッチ手段と、
前記第２のスイッチ手段によって互いに接続された容量同士で平均化され前記第３及び第４の容量に保持された平均化電荷に応じた第１電圧及び第２電圧が差動入力する差動増幅器と、
を具備したことを特徴とする容量検出装置。
【請求項２】
前記第２のスイッチ手段は、前記第１の容量と前記第３の容量とを接続すると共に前記第２の容量と前記第４の容量とを接続するストレート接続と、前記第１の容量と前記第４の容量とを接続すると共に前記第２の容量と前記第３の容量とを接続するクロス接続とを交互に切り替えることを特徴とする請求項１記載の容量検出装置。
【請求項３】
前記差動増幅器の出力段に、後段工程への信号取り込み極性を反転可能な第３のスイッチ手段を備え、
前記第２のスイッチ手段は、前記第１及び第２の容量と前記第３の容量及び第４の容量との間をストレート接続し、前記第３のスイッチ手段が信号取り込み極性を交互に反転させることを特徴とする請求項１記載の容量検出装置。
【請求項４】
前記第３の容量及び第４の容量と前記差動増幅器の入力段との間に設けられ、前記差動増幅器への信号取り込み極性を反転可能な第３のスイッチ手段を備え、
前記第２のスイッチ手段は、前記第１及び第２の容量と前記第３の容量及び第４の容量との間をストレート接続し、前記第３のスイッチ手段が信号取り込み極性を交互に反転させることを特徴とする請求項１記載の容量検出装置。
【請求項５】
前記第１又は第２の容量の各一端にそれぞれ接続され、前記第１区間及び第２区間におけるチャージ期間後に、前記第１又は第２の容量から一定電荷量を引き抜く電流源を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な静電容量の変化を検出する容量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の容量検出装置には、検出電圧を差動化してノイズ耐性の向上を図るものがある（例えば、特許文献１参照）。図７は特許文献１に記載された容量検出回路の構成図であり、図８はその容量検出回路のタイミングチャートである。
【０００３】
図７に示す容量検出回路は、第１ステージにおいて、スイッチSW1だけをオンして第１容量Ｃ１１が電圧Vdd、第２容量Ｃ１２がグラウンドにチャージされ、さらにスイッチSW1をオフし、スイッチSW2をオンすることにより、第１容量Ｃ１１の電荷量を容量Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３で平均化した電圧Vo(+)を得る。この電圧Vo(+)を容量Ｃ１３でサンプルホールドすることで差動出力の（＋）電圧となる。
【０００４】
次に、第２ステージにおいて、スイッチSW２をオフし、スイッチSW3をオンして第１容量Ｃ１１がグラウンド、第２容量Ｃ１２が電圧Vddにチャージされ、さらにスイッチSW4をオンすることにより、第２容量１２の電荷量を容量Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１４で平均化した電圧Vo(-)を得る。この電圧Vo(-)を容量Ｃ１４でサンプルホールドすることで差動出力の（−）電圧となる。
【０００５】
最後にスイッチSW5がオンになり、差動出力の（＋）側と（−）側を同時に差動増幅器ＡＭＰへ送り出すことで、検出電圧の差動化が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５３７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の容量検出装置は、出力生成に第１ステージと第２ステージの２ステージ分を要するため、ある時間内での取り込み回数が減ることで検出感度が低下し、取り込み速度の高速化が図られないといった問題がある。また、上記従来の容量検出装置は、第１容量、第２容量、サンプルホールド容量の３つの容量で平均化を行うため、平均化後の電圧変動量が小さくなる問題あがる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、所定時間内での取り込み回数を増加させて検出感度を改善し、平均化による電圧変動量の減少を回避して検出精度の改善を図った容量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の容量検出装置は、検出対象であって、固定的に存在するベース容量と可変的容量とを含む第１の容量と、前記ベース容量に対応するベース電荷がチャージされる第２の容量と、前記第１又は第２の容量から容量分配を受ける第３及び第４の容量と、第１区間では前記第１及び第２の容量を第１固定電圧にチャージすると共に前記第３及び第４の容量を第２固定電圧にチャージし、第２区間では前記第１及び第２の容量を第２固定電圧にチャージすると共に前記第３及び第４の容量を第１固定電圧にチャージする第１のスイッチ手段と、前記第１区間及び第２区間におけるチャージ期間では前記第１及び第２の容量と前記第３及び第４の容量との間を切り離し、前記第１区間及び第２区間における容量分配タイミングでは前記第１及び第２の容量と前記第３及び第４の容量の双方の容量同士を１対１で接続する第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段によって互いに接続された容量同士で平均化され前記第３及び第４の容量に保持された平均化電荷に応じた第１電圧及び第２電圧が差動入力する差動増幅器とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第１区間及び第２区間の２ステージを要するが、第１及び第２区間の各々で検出差電圧を出力できているため、取り込み回数増による検出感度の低下を回避できる。
【００１１】
また本発明は、上記容量検出装置において、前記第２のスイッチ手段は、前記第１の容量と前記第３の容量とを接続すると共に前記第２の容量と前記第４の容量とを接続するストレート接続と、前記第１の容量と前記第４の容量とを接続すると共に前記第２の容量と前記第３の容量とを接続するクロス接続とを交互に切り替えることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、第１区間で第１の容量から第３の容量へ分配される保持電荷と、第２区間で第１の容量から第４の容量へ分配される保持電荷とは逆極性となるので、第１の容量にノイズが混入したとしても、その後の処理工程（差動化、積分処理）によりノイズ成分を除去することが可能であり、ノイズ耐性の向上を図ることができる。
【００１３】
上記容量検出装置において、前記差動増幅器の出力段に、後段工程への信号取り込み極性を反転可能な第３のスイッチ手段を備え、前記第２のスイッチ手段は、前記第１及び第２の容量と前記第３の容量及び第４の容量との間をストレート接続し、前記第３のスイッチ手段が信号取り込み極性を交互に反転させるようにしても良い。
【００１４】
これにより、電荷平均化する回路部分からクロス接続のための回路構成を除去しても、第３のスイッチ手段による信号取り込み極性の切替えだけで、ノイズ成分を逆極性にして取り込み可能となる。
【００１５】
上記容量検出装置において、前記第３の容量及び第４の容量と前記差動増幅器の入力段との間に設けられ、前記差動増幅器への信号取り込み極性を反転可能な第３のスイッチ手段を備え、前記第２のスイッチ手段は、前記第１及び第２の容量と前記第３の容量及び第４の容量との間をストレート接続し、前記第３のスイッチ手段が信号取り込み極性を交互に反転させるようにしても良い。
【００１６】
これにより、電荷平均化する回路部分からクロス接続のための回路構成を除去しても、第３のスイッチ手段による信号取り込み極性の切替えだけで、ノイズ成分を逆極性にして取り込み可能となる。
【００１７】
上記容量検出装置において、前記第１又は第２の容量の各一端にそれぞれ接続され、前記第１区間及び第２区間におけるチャージ期間後に、前記第１又は第２の容量から一定電荷量を引き抜く電流源を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この構成により、電流源による電荷の引き抜きによって、大きな容量差を確保でき、感度を改善することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、所定時間内での取り込み回数を増加させて検出感度を改善でき、平均化による電圧変動量の減少を抑制して検出精度の改善を図ることのできる容量検出装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る容量検出装置の回路構成図である。
【図２】第１の実施の形態における各スイッチの開閉タイミングと各部の出力波形のタイミングチャートである。
【図３】第２の実施の形態に係る容量検出装置の構成図である。
【図４】第２の実施の形態における各スイッチの開閉タイミングと各部の出力波形のタイミングチャートである。
【図５】第３の実施の形態に係る容量検出装置の構成図である。
【図６】第３の実施の形態における各スイッチの開閉タイミングと各部の出力波形のタイミングチャートである。
【図７】特許文献１に記載された容量検出回路の構成図である。
【図８】図７に示す容量検出回路のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る容量検出装置の回路構成図である。
本実施の形態に係る容量検出装置は、１つの被検出容量Ｃ２１及び３つの参照容量Ｃ２２、Ｃ２３、Ｃ２４からなる４つの容量と、これら容量をチャージ／ディスチャージする第１のスイッチ（ＳＷ２１（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）、ＳＷ２３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２））と、保持電荷の平均化のために所定の容量同士を接続する第２のスイッチ（ＳＷ２２（ａ，ｂ）、ＳＷ２４（ａ，ｂ））と、２つの平均化電荷（検出電圧）を差動化出力する差動増幅器ＡＭＰ１と、を主な構成要素としている。
【００２２】
第１の容量である被検出容量Ｃ２１の静電容量変化が検出対象となる。被検出容量Ｃ２１の一端がグラウンドに接続される一方、被検出容量Ｃ２１の他端がスイッチＳＷ２１ａ１を介して第１固定電圧部（電圧Ｖｄｄ）に接続されると共にスイッチＳＷ２３ａ１を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続される。また、被検出容量Ｃ２１の電源側端子は、スイッチＳＷ２２ａを介して第３の容量となる参照容量Ｃ２３の電源側端子に接続（ストレート接続）されると共に、スイッチＳＷ２４ａを介して第４の容量となる参照容量Ｃ２４の電源側端子に接続（クロス接続）される。
【００２３】
第２の容量となる参照容量Ｃ２２は、被検出容量Ｃ２１と同一タイミングで同一のベース電荷(Vdd、グラウンド)がチャージされる。参照容量Ｃ２２の一端が第２固定電圧部（グラウンド）に接続される一方、参照容量Ｃ２２の他端がスイッチＳＷ２１ｂ１を介して第１固定電圧部（電圧Ｖｄｄ）に接続されると共にスイッチＳＷ２３ｂ１を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続される。また、参照容量Ｃ２２の電源側端子（他端）は、スイッチＳＷ２２ｂを介して参照容量Ｃ２４の電源側端子に接続（ストレート接続）されると共に、スイッチＳＷ２４ｂを介して参照容量Ｃ２３の電源側端子に接続（クロス接続）される。
【００２４】
参照容量Ｃ２３及び参照容量Ｃ２４は、被検出容量Ｃ２１または参照容量Ｃ２２との間での保持電荷の平均化（容量分配）が行われる。参照容量Ｃ２３の一端は第２固定電圧部（グラウンド）に接続される一方、参照容量Ｃ２３の電源端子側となる他端はスイッチＳＷ２３ａ２を介して第１固定電圧部（電圧Ｖｄｄ）に接続されると共にスイッチＳＷ２１ａ２を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続される。参照容量Ｃ２３の電源側端子は差動増幅器ＡＭＰ１の＋入力端子に接続されており、＋入力（Vo(+)）をホールドする。また、参照容量Ｃ２４の一端は第２固定電圧部（グラウンド）に接続され、参照容量Ｃ２４の電源端子側となる他端はスイッチＳＷ２３ｂ２を介して第１固定電圧部（電圧Ｖｄｄ）に接続されると共にスイッチＳＷ２１ｂを介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続される。参照容量Ｃ２４の電源側端子は差動増幅器ＡＭＰ１の−入力端子に接続されており、−入力（Vo(-)）をホールドする。
【００２５】
図２は本実施の形態の容量検出装置における各スイッチの開閉タイミングと各部の出力波形のタイミングチャートを示している。図２を参照して本実施の形態の動作について説明する。
【００２６】
タイミングＴ１では、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２を第１固定電圧部に接続するスイッチＳＷ２１ａ１、ＳＷ２１ａ２、ＳＷ２１ｂ１、ＳＷ２１ｂ２をON状態にする。他のスイッチはOFF状態とする。これにより、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２は第１固定電圧（Vdd）にチャージされ、参照容量Ｃ２３、Ｃ２４は第２固定電圧（グラウンド）にチャージされる。
【００２７】
タイミングＴ２では、スイッチＳＷ２１ａ１、ＳＷ２１ｂ１をOFF状態にするが、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２はタイミングＴ１でチャージされた電荷量が保持される。
【００２８】
タイミングＴ３では、スイッチＳＷ２２ａ，ＳＷ２２ｂをON状態にする。スイッチＳＷ２２ａを介して被検出容量Ｃ２１の電源側端子と参照容量Ｃ２３の電源側端子とが接続され、被検出容量Ｃ２１と参照容量Ｃ２３の保持電荷が平均化されて電圧Vo(+)となる。同様に、スイッチＳＷ２２ｂを介して参照容量Ｃ２２の電源側端子と参照容量Ｃ２４の電源側端子とが接続され、参照容量Ｃ２２と参照容量Ｃ２４の保持電荷が平均化されて電圧Vo(-)になる。この時点で、差動増幅器ＡＭＰ１に対して電圧Vo(+)、Vo(-)が入力し、検出電圧が差動化される。
【００２９】
このときの検出差電圧ΔVoは、被検出容量Ｃ２１をCs、参照容量Ｃ２２をCb、参照容量Ｃ２３、Ｃ２４をCmとすると下式のようになる。
【数１】
2011191183.tif 000003
以上のタイミングＴ１からＴ３を含んだステージ（スイッチＳＷ２３が投入される前まで）が第１区間となる。
【００３０】
タイミングＴ４では、スイッチＳＷ２３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）がON状態になる。被検出容量Ｃ２１の電源側端子がスイッチＳＷ２３ａ１を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続され、参照容量Ｃ２２の電源側端子がスイッチＳＷ２３ｂ１を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続され、その結果、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２は第２固定電圧部（グラウンド）にチャージされる。また、参照容量Ｃ２３の電源側端子がスイッチＳＷ２３ａ２を介して第１固定電圧部（電圧Vdd）に接続され、参照容量Ｃ２４の電源側端子がスイッチＳＷ２３ｂ２を介して第１固定電圧部（電圧Vdd）に接続され、その結果、参照容量Ｃ２３及び参照容量Ｃ２４が第１固定電圧（電圧Vdd）にチャージされる。
【００３１】
タイミングＴ５では、スイッチＳＷ２３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）がOFF状態になるが、タイミングＴ４で参照容量Ｃ２３、Ｃ２４にチャージされた電荷量は保持している。
【００３２】
タイミングＴ６では、スイッチＳＷ２４（ａ，ｂ）がON状態になる。スイッチＳＷ２４ａを介して被検出容量Ｃ２１の電源側端子と参照容量Ｃ２４の電源側端子とが接続され、被検出容量Ｃ２１と参照容量Ｃ２４の保持電荷が平均化されて電圧Vo(-)となる。また、スイッチＳＷ２４ｂを介して参照容量Ｃ２２の電源側端子と参照容量Ｃ２３の電源側端子とが接続され、参照容量Ｃ２２と参照容量Ｃ２３の保持電荷が平均化されて電圧Vo(+)となる。この時点で差動増幅器ＡＭＰ１に対して電圧Vo(+)、Vo(-)が入力し、検出電圧が差動化される。このときの検出差電圧ΔVoは、上記の式と同じ特性式となる。
以上のタイミングＴ４からＴ６を含んだステージ（次周期でスイッチＳＷ２１が投入される前まで）が第２区間となる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態は、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２が第１固定電圧（電圧Vdd）にチャージされる一方、参照容量Ｃ２３、Ｃ２４が第２固定電圧（グラウンド）にチャージされ、各容量の接続を解除した後、被検出容量Ｃ２１と参照容量Ｖ２３の一端同士を接続し、参照容量Ｃ２２と参照容量Ｃ２４の一端同士を接続したところで、１回目の検出差電圧を得る。次に、被検出容量Ｃ２１、参照容量Ｃ２２を第２固定電圧（グラウンド）にチャージし、参照容量Ｃ２３、Ｃ２４を第１固定電圧（Vdd）にチャージし、各容量の電圧接続を解除した後、被検出容量Ｃ２１と参照容量Ｃ２４の一端同士、参照容量Ｃ２２と参照容量Ｃ２３の一端同士を接続したところで、２回目の検出差電圧を得ることができる。タイミングＴ１からタイミングＴ６の間の出力を差動増幅器ＡＭＰ１で差動化すると、差動増幅器ＡＭＰ１のコモンモード電圧と被検出容量Ｃ２１の静電容量差に応じた差電圧との繰り返し信号となる。
【００３４】
本実施の形態によれば、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２を第１固定電圧（Vdd）にチャージすると共に参照容量Ｃ２３及び参照容量Ｃ２４を第２固定電圧（グラウンド）にチャージし、被検出容量Ｃ２１の保持電荷を参照容量Ｃ２３へ分配（平均化）する第１ステージと、被検出容量Ｃ２１及び参照容量Ｃ２２を第２固定電圧（グラウンド）にチャージすると共に参照容量Ｃ２３及び参照容量Ｃ２４を第１固定電圧（Vdd）にチャージし、被検出容量Ｃ２１の保持電荷を反対極性側の参照容量Ｃ２４へ分配（平均化）する第２ステージとの２ステージを要するが、第１及び第２のステージの各々で検出差電圧を出力できているため、取り込み回数増による検出感度の低下を回避できる。しかも、第１ステージで被検出容量Ｃ２１から参照容量Ｃ２３へ分配される保持電荷と、第２ステージで被検出容量Ｃ２１から参照容量Ｃ２４へ分配される保持電荷とは逆極性となるので、被検出容量Ｃ２１にノイズが混入したとしても、その後の処理工程（差動化、積分処理）によりノイズ成分を除去することが可能であり、ノイズ耐性の向上を図ることができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る容量検出装置について説明する。
上記第１の実施の形態は、電荷平均化が行なわれる回路部分にて信号取り込み極性反転のためにクロス接続しているが、第２の実施の形態は電荷平均化後の後段処理の過程で信号取り込み極性を反転させる構成とした。
【００３６】
図３は、第２の実施の形態に係る容量検出装置の構成図である。
同図に示すように、電荷平均化が行なわれる回路部からクロス接続のためのスイッチＳＷ２４ａ，２４ｂを除去し、全差動増幅器ＡＭＰ２の出力段に信号取り込み極性を反転させるスイッチＳＷ３４を設けている。ただし、スイッチＳＷ３４の挿入位置は全差動増幅器ＡＭＰ２の出力段に限定されるものではなく、電荷平均化後の処理過程で信号取り込み極性を反転できるのであれば、全差動増幅器ＡＭＰ２の前段に挿入しても良い。
【００３７】
本実施の形態に係る容量検出装置は、１つの被検出容量Ｃ３１及び３つの参照容量Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４からなる４つの容量と、これら容量をチャージ／ディスチャージする第１のスイッチ（ＳＷ３１（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）、ＳＷ３３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２））と、所定の容量同士を接続して保持電荷を平均化する第２のスイッチ（ＳＷ３２（ａ，ｂ）と、全差動増幅器ＡＭＰ２と、全差動増幅器ＡＭＰ２の出力段に接続され第１出力と第２出力を入れ替えて信号取り込み極性を反転させるスイッチＳＷ３４と、を主な構成要素としている。なお、本実施の形態は、全差動増幅器ＡＭＰ２よりも前段の構成は、第１の実施の形態の回路構成からクロス接続構成を除去した構成と同一であるので、接続構成の説明は省略する。
【００３８】
図４は本実施の形態の容量検出装置における各スイッチの開閉タイミングと各部の出力波形のタイミングチャートを示している。図４を参照して本実施の形態の動作について説明する。
【００３９】
タイミングＴ２１では、被検出容量Ｃ３１及び参照容量Ｃ３２を第１固定電圧部（電圧Vdd）に接続するスイッチＳＷ３１（ａ１、ａ２，ｂ１，ｂ２）をON状態にする。他のスイッチはOFF状態とする。これにより、被検出容量Ｃ３１及び参照容量Ｃ３２は第１固定電圧（Vdd）にチャージされ、参照容量Ｃ３３、Ｃ３４は第２固定電圧（グラウンド）にチャージされる。
【００４０】
タイミングＴ２２では、スイッチＳＷ３１（ａ１、ａ２，ｂ１，ｂ２）をOFF状態にするが、被検出容量Ｃ３１及び参照容量Ｃ３２はタイミングＴ２１でチャージされた電荷量が保持される。また、スイッチＳＷ３１（ａ１、ａ２，ｂ１，ｂ２）のOFFに同期して、スイッチＳＷ３４が信号取り込み極性を反転させない接続（図３に図示する状態）に設定される。
【００４１】
タイミングＴ２３では、スイッチＳＷ３２（ａ，ｂ）をON状態にする。スイッチＳＷ３２ａを介して被検出容量Ｃ３１と参照容量Ｃ３３の端子同士が接続され、被検出容量Ｃ３１と参照容量Ｃ３３の保持電荷が平均化されて電圧Vo(+)となる。同様に、スイッチＳＷ３２ｂを介して参照容量Ｃ３２と参照容量Ｃ３４の端子同士が接続され、参照容量Ｃ３２と参照容量Ｃ３４の保持電荷が平均化されて電圧Vo(-)になる。この時点で全差動増幅器ＡＭＰ２に対して電圧Vo(+)、Vo(-)が入力し、検出電圧が差動化される。このときの検出差電圧ΔVo（第１出力と第２出力の電位差）は、実施の形態と同一の計算式で計算された値となる。全差動増幅器ＡＭＰ２の第１出力と第２出力は極性を反転させないで後段処理へ渡される。また、全差動増幅器ＡＭＰ２の差動出力は取り込み極性を反転しないで後段処理工程に取り込まれる。
【００４２】
タイミングＴ２４では、スイッチＳＷ３３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）がON状態になる。被検出容量Ｃ３１がスイッチＳＷ３３ａ１を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続され、参照容量Ｃ３２がスイッチＳＷ３３ｂ１を介して第２固定電圧部（グラウンド）に接続され、その結果、被検出容量Ｃ３１及び参照容量Ｃ３２は第２固定電圧部（グラウンド）にチャージされる。また、参照容量Ｃ３３がスイッチＳＷ３３ａ２を介して第１固定電圧部（電圧Vdd）に接続され、参照容量Ｃ３４の電源側端子がスイッチＳＷ３３ｂ２を介して第１固定電圧部（電圧Vdd）に接続され、その結果、参照容量Ｃ３３及び参照容量Ｃ３４が第１固定電圧（電圧Vdd）にチャージされる。
【００４３】
タイミングＴ２５では、スイッチＳＷ３３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）がOFF状態になるのに同期して、スイッチＳＷ３４が信号取り込み極性を反転させる接続に切り替わる。
【００４４】
タイミングＴ２６では、スイッチＳＷ３２（ａ，ｂ）がON状態になり、被検出容量Ｃ３１と参照容量Ｃ３３の保持電荷が平均化されて電圧Vo(+)となり、参照容量Ｃ３２と参照容量Ｃ３４の保持電荷が平均化されて電圧Vo(-)になる。この時点で全差動増幅器ＡＭＰ２に対して電圧Vo(+)、Vo(-)が入力し、検出電圧が差動化される。
【００４５】
このとき、タイミングＴ２５でスイッチＳＷ３４が信号取り込み極性を反転させる接続に設定されているので、全差動増幅器ＡＭＰ２の第１出力と第２出力の信号取り込み極性が反転されて後段へ出力される。よって、タイミングＴ２３で得られた検出差電圧ΔVo（ストレート）とタイミングＴ２６で得られた検出差電圧ΔVo（クロス）とは信号の取り込み極性が反転する。その後に両者を差動化または積分すればノイズの向きが逆となって取り込まれているので相殺され、ノイズが低減される。
【００４６】
このように、スイッチＳＷ３４の信号取り込み極性を第１ステージと第２ステージとで反転させることで、実施の形態１においてタイミングＴ６でクロス接続したのと同等のノイズキャンセル効果を奏することができ、検出精度の改善を図ることができる。
【００４７】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る容量検出装置について説明する。
本実施の形態は、センサ容量となる被検出容量が大きくなると感度が低下するので、感度低下を補うために被検出容量（及び対になる参照容量）から一定電荷を引き抜く電流源を設けた構成としている。
【００４８】
図５は、第３の実施の形態に係る容量検出装置の構成図である。
本実施の形態に係る容量検出装置は、１つの被検出容量Ｃ４１及び３つの参照容量Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４からなる４つの容量と、これら容量をチャージ／ディスチャージする第１のスイッチ（ＳＷ４１（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）、ＳＷ４３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２））と、保持電荷の平均化のために所定の容量同士を接続する第２のスイッチ（ＳＷ４２（ａ，ｂ）、ＳＷ４４（ａ，ｂ））と、２つの平均化電荷（検出電圧）を差動化出力する差動増幅器ＡＭＰ１と、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２から一定量の電荷を引き抜く可変電流源Ｉ１、Ｉ２を主な構成要素としている。なお、本実施の形態は、可変電流源Ｉ１、Ｉ２を追加した以外は、第１の実施の形態の回路構成と同一であるので、接続構成の説明は省略する。
【００４９】
図６は本実施の形態の静電容量検出装置における各スイッチの開閉タイミングと各部の出力波形のタイミングチャートを示している。図６を参照して本実施の形態の動作について説明する。
【００５０】
タイミングＴ３１では、スイッチＳＷ４１ａ１、ＳＷ４１ｂ１をON状態にし、他のスイッチはOFF状態として、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２は第１固定電圧（Vdd）にチャージされ、参照容量Ｃ４３、Ｃ４４は第２固定電圧（グラウンド）にチャージされる。チャージ後にスイッチＳＷ４１ａ１、ＳＷ４１ｂ１をOFF状態にする。
【００５１】
タイミングＴ３２では、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２から正電荷を引き抜く方向に可変電流源Ｉ１、Ｉ２を所定期間だけ動作させ、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２から一定電荷量を引き抜く。
【００５２】
タイミングＴ３３では、スイッチＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂをON状態にし、被検出容量Ｃ４１と参照容量Ｃ４３の保持電荷が平均化されて電圧Vo(+)となり、参照容量Ｃ４２と参照容量Ｃ４４の保持電荷が平均化されて電圧Vo(-)になる。この時点で、差動増幅器ＡＭＰに対して電圧Vo(+)、Vo(-)が入力し、検出電圧が差動化される。
【００５３】
タイミングＴ３４では、スイッチＳＷ４３（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）がON状態になる。その結果、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２は第２固定電圧部（グラウンド）にチャージされ、参照容量Ｃ４３及び参照容量Ｃ４４が第１固定電圧（電圧Vdd）にチャージされる。
【００５４】
タイミングＴ３５では、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２から負電荷を引き抜く方向に可変電流源Ｉ１、Ｉ２を所定期間だけ動作させ、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２から一定電荷量（負電荷）を引き抜く。
【００５５】
タイミングＴ３６では、スイッチＳＷ４４（ａ，ｂ）がON状態になる。スイッチＳＷ４４ａを介して被検出容量Ｃ４１と参照容量Ｃ４４の保持電荷が平均化されて電圧Vo(-)となり、スイッチＳＷ４４ｂを介して参照容量Ｃ４２と参照容量Ｃ４３の保持電荷が平均化されて電圧Vo(+)となる。この時点で、差動増幅器ＡＭＰに対して電圧Vo(+)、Vo(-)が入力し、検出電圧が差動化される。
【００５６】
タイミングＴ３３、Ｔ３６において得られる検出差電圧ΔVoは、容量Ｃ４１をCs、容量Ｃ４２をCb、容量Ｃ４３、Ｃ４をCm、電流源Ｉ１、Ｉ２をIref、電流源のON時間をTとすると下式のようになる。
【数２】
2011191183.tif 000004
上記算出式より、第１の実施の形態の検出感度を（１＋Iref・T/ (Vdd・Cm)）倍にすることが出来ることが判る。
【００５７】
このように、本実施の形態によれば、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２をチャージした後に、被検出容量Ｃ４１及び参照容量Ｃ４２から可変電流源Ｉ１，Ｉ２で一定電荷を引き抜いて保持電荷を減少させた後、電荷平均化によって容量分配して差動増幅器ＡＭＰから検出差電圧を得ているので、可変電流源Ｉ１，Ｉ２による定電荷の引き抜きによって大きな容量差を確保でき、感度を改善することができる。
【００５８】
上記第３の実施の形態では、スイッチＳＷ４４ａ，ＳＷ４４ｂによって取り込み信号の極性を反転させているが、上記第２の実施の形態と同様に、全差動増幅器ＡＭＰ２の前段又は後段にスッチＳＷ３４を設けて取り込み信号の極性を反転させる構成としても良い。
【符号の説明】
【００５９】
ＡＭＰ１  差動増幅器
ＡＭＰ２  全差動増幅器
ＳＷ２１〜ＳＷ２４、ＳＷ３１〜ＳＷ３３、ＳＷ３４、ＳＷ４１〜ＳＷ４５  スイッチ
Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１  被検出容量（センサ容量）
Ｃ２２〜Ｃ２４、Ｃ３２〜〜Ｃ３４、Ｃ４２〜〜Ｃ４４  参照容量
Ｉ１、Ｉ２  可変電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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