(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの測定用コンデンサ（Ｃｍ）と、測定段階において作動電圧（Ｖａ）を測定用コンデンサの少なくとも１つのプレートに印加するための手段（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）とを備える容量性測定用コンデンサに関するものである。
2007516410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚のプレートが、測定段階において測定用電圧が第１のプレートと第２のプレートとの間に印加されるとき、静止位置に対して動くことになる可動性のプレートである第１のプレート、及び第２のプレートを備えた少なくとも１つの測定用コンデンサ（Ｃｍ）を有する容量性センサであって、
前記測定用電圧と、前記第１のプレート及び前記第２のプレートを静止位置に実質的に等しい位置まで移動することが可能である作動電圧（Ｖａ）とを、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に同時に印加するための手段を備える
ことを特徴とする容量性センサ。
【請求項２】
“Ｖａ”を前記作動電圧、“Ｖｄｄ”を第２の電圧、“Ｖｒｅｆ”を基準電圧とする場合に、測定段階において前記測定用電圧と前記作動電圧（Ｖａ）とを同時に印加するための手段（Ｉ、Ｉ２、Ｉ３）が、
−前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第１のプレートに接続された第１の端子、及び第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第２の端子を有すると共に、第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第１のスイッチ（Ｉ１）と、
−前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第２のプレートに接続された第１の端子、及び“Ｖｐ１＝Ｖｄｄ＋Ｖａ”と定義される第１の制御電圧“Ｖｐ１”に接続された第２の端子を有すると共に、前記第１のクロック信号と重複しない第２の増設クロック（Ｈ２）により制御される第２のスイッチ（Ｉ２）と、
−前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第２のプレートに接続された第１の端子と、“Ｖｐ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａ”と定義される第２の制御電圧“Ｖｐ２”に接続された第２の端子とを有すると共に、前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第３のスイッチ（Ｉ３）とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３】
電源電圧が前記第２の電圧“Ｖｄｄ”であり、かつ非反転入力（＋）が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続される演算増幅器（Ａ）の反転入力（−）に第２の端子が接続されると共に、前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第４のスイッチ（Ｉ４）の第１の端子に、前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第２のプレートが接続され、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）によって制御される第５のスイッチ（Ｉ５）と、負帰還コンデンサ（Ｃ１）とが、前記演算増幅器（Ａ）の前記反転入力（−）と前記演算増幅器（Ａ）の出力との間に並列に実装される
ことを特徴とする請求項２に記載の容量性センサ。
【請求項４】
第２のプレートが前記演算増幅器（Ａ）の反転入力（−）に接続される絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第１のプレートに、前記測定用コンデンサの第２のプレートが接続され、
前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第４のスイッチ（Ｉａ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第１のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第５のスイッチ（Ｉｂ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第２のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第４のスイッチ（Ｉａ）及び前記第５のスイッチ（Ｉｂ）が、相互に接続されると共に、第２のプレートが前記演算増幅器（Ａ）の出力に接続された負帰還コンデンサ（Ｃ１）の第１のプレートに接続されるそれらの第２の端子を備えると共に、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第６のスイッチ（Ｉｃ）が、前記負帰還コンデンサ（Ｃ１）と並列に実装され、
前記演算増幅器（Ａ）が、前記第１の電圧“Ｖｈ”の振幅より小さい振幅の前記基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続された非反転入力（＋）を備え、
前記第２の電圧“Ｖｄｄ”が演算増幅器（Ａ）の電源電圧である
ことを特徴とする請求項２に記載の容量性センサ。
【請求項５】
第２のプレートが前記演算増幅器（Ａ）の反転入力（−）に接続される絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第１のプレートに、前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の第２のプレートが接続され、
前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第４のスイッチ（Ｉａ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の前記第１のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第５のスイッチ（Ｉｂ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の前記第２のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第４のスイッチ（Ｉａ）及び前記第５のスイッチ（Ｉｂ）が、相互に接続されたそれらの第２の端子を備えると共に、
負帰還コンデンサ（Ｃ１）が、
前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第６のスイッチ（Ｉｄ）を用いて前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチの前記第２の端子に接続されると共に、前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第７のスイッチ（Ｉｅ）を用いて前記第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第１のプレートと、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第８のスイッチ（Ｉｆ）を用いて前記基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されると共に、前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第９のスイッチ（Ｉｇ）を用いて前記演算増幅器（Ａ）の出力に接続された第２のプレートとを備え、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第１０のスイッチ（Ｉｃ）が、
前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチの前記第２の端子に接続された第１の端子と、
非反転入力（＋）が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されて、かつ前記第２の電圧“Ｖｄｄ”が電源電圧である前記演算増幅器（Ａ）の出力に接続された第２の端子とを備える
ことを特徴とする請求項２に記載の容量性センサ。
【請求項６】
少なくとも１枚のプレートが、測定段階において測定用電圧が第１のプレートと第２のプレートとの間に印加されるとき、静止位置に対して動くことになる可動性のプレートである第１のプレート及び第２のプレートを備えた少なくとも１つの測定用コンデンサ（Ｃｍ）を有する容量性センサを用いる測定方法であって、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間の前記測定用電圧と、前記第１のプレート及び前記第２のプレートを静止位置に実質的に等しい位置まで移動することが可能である、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間の作動電圧（Ｖａ）とを同時に使用する
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性測定用センサ、及び容量性センサの測定方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、例えば容量性加速度計のような、容量性センサ及びセンサの測定及び作動のための電子ユニットを含むマイクロシステムに適用される。
【背景技術】
【０００３】
従来技術によれば、容量性センサは、少なくとも１枚の可動性のプレートを有する少なくとも１つのコンデンサを備える。容量性センサの可動性のプレートの動きは、測定された静電容量における変化を引き起こす。
【０００４】
容量性センサの測定感度は、測定の開始時におけるプレートの相対的な位置に依存している。しかしながら、最適の開始位置（静止位置）に対して、与えられた期間の終りには相互に著しくオフセットされる、複数の変形に支配されたセンサのプレートが発見され得る。従って、それらの静止位置に戻るようそれらに促すために、プレートを作動電圧にさらすことが必要である。
【０００５】
容量性センサに印加された電圧の振幅は、一般的に測定を実行するためには低く（例えば、１［Ｖ］）、プレートを再配置するためにはより高い（例えば、４［Ｖ］）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
与えられた時間区間で容量性センサの測定、及び作動を実行するための異なる方法がある。
【０００７】
第１の方法は、時間区間を測定期間と作動期間とに分割することから構成される。作動期間は、その場合、速度の制約、及び、従って読出し回路における消費電力の制約を課す測定期間より、一般的に長い。
【０００８】
第２の方法は、測定専用の電極、及び作動専用の電極を備えるために、センサの空間的な分離を実行することから構成される。与えられたセンササイズに対して、それは、駆動部分に関する検出素子のサイズを減少させると共に、その結果、信号のダイナミックレンジを減少させることになる。これは、ノイズに関する測定性能の劣化に帰着する。その場合に、この劣化は、ノイズに最適化された電子測定ユニットによって、補償されなければならない。
【０００９】
第３の方法は、測定、及び作動機能の周波数分離を実行することから構成される。一般的に、それらの測定は、正弦関数の励振、及び同期復調によって実行されると共に、作動は、ＤＣ電圧によって実行される。回路は、従って、特に複合的であると共に、消費電力の増加という結果を生む。
【００１０】
本発明には、上述の欠点がない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実際に、本発明は、少なくとも１枚のプレートが、測定段階において測定用電圧が第１のプレートと第２のプレートとの間に印加されるとき、静止位置に対して動くことになる可動性のプレートである第１のプレート、及び第２のプレートを備えた少なくとも１つの測定用コンデンサを有する容量性センサであって、測定用電圧と、第１のプレート及び第２のプレートを静止位置に実質的に等しい位置まで移動することが可能である作動電圧とを、第１のプレートと第２のプレートとの間に同時に印加するための手段を備えることを特徴とする容量性センサに関するものである。
【００１２】
本発明の追加の特徴によれば、容量性センサは、“Ｖａ”を作動電圧、“Ｖｄｄ”を第２の電圧、“Ｖｒｅｆ”を基準電圧とする場合に、測定段階において作動電圧を測定用コンデンサのプレートに印加するための手段が、
−測定用コンデンサの第１のプレートに接続された第１の端子、及び第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第２の端子を有すると共に、第１のクロック信号により制御される第１のスイッチと、
−測定用コンデンサの第２のプレートに接続された第１の端子、及び“Ｖｐ１＝Ｖｄｄ＋Ｖａ”と定義される第１の制御電圧“Ｖｐ１”に接続された第２の端子を有すると共に、第１のクロック信号と重複しない第２の増設クロックにより制御される第２のスイッチと、
−測定用コンデンサの第２のプレートに接続された第１の端子と、“Ｖｐ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａ”と定義される第２の制御電圧“Ｖｐ２”に接続された第２の端子とを有すると共に、第１のクロック信号により制御される第３のスイッチとを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の実施例によれば、容量性センサは、電源電圧が第２の電圧“Ｖｄｄ”であり、かつ非反転入力が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続される演算増幅器の反転入力に第２の端子が接続されると共に、第２のクロック信号により制御される第４のスイッチの第１の端子に、測定用コンデンサの第２のプレートが接続され、第１のクロック信号によって制御される第５のスイッチと、負帰還コンデンサとが、演算増幅器の反転入力と演算増幅器の出力との間に並列に実装されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の実施例によれば、容量性センサは、第２のプレートが演算増幅器の反転入力に接続される絶縁コンデンサの第１のプレートに、測定用コンデンサの第２のプレートが接続され、第２のクロック信号により制御される第４のスイッチが、絶縁コンデンサの第１のプレートに接続された第１の端子を備え、第１のクロック信号により制御される第５のスイッチが、絶縁コンデンサの第２のプレートに接続された第１の端子を備えると共に、第４のスイッチ及び第５のスイッチが、相互に接続されると共に、第２のプレートが演算増幅器の出力に接続された負帰還コンデンサの第１のプレートに接続されるそれらの第２の端子を備え、第１のクロック信号により制御される第６のスイッチが、負帰還コンデンサと並列に実装され、演算増幅器が、第１の電圧“Ｖｈ”の振幅より小さい振幅の基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続された非反転入力を備え、第２の電圧“Ｖｄｄ”が演算増幅器の電源電圧であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の更に別の実施例によれば、容量性センサは、第２のプレートが演算増幅器の反転入力に接続される絶縁コンデンサの第１のプレートに、測定用コンデンサの第２のプレートが接続され、第２のクロック信号により制御される第４のスイッチは、絶縁コンデンサの第１のプレートに接続された第１の端子を備え、第１のクロック信号により制御される第５のスイッチが、絶縁コンデンサの第２のプレートに接続された第１の端子を備えると共に、第４のスイッチ及び第５のスイッチが、相互に接続されたそれらの第２の端子を備え、負帰還コンデンサが、第２のクロック信号により制御される第６のスイッチを用いて第４のスイッチ及び第５のスイッチの第２の端子に接続されると共に、第１のクロック信号により制御される第７のスイッチを用いて第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第１のプレートと、第１のクロック信号により制御される第８のスイッチを用いて基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されると共に、第２のクロック信号により制御される第９のスイッチを用いて演算増幅器の出力に接続された第２のプレートとを備え、第１のクロック信号により制御される第１０のスイッチが、第４のスイッチ及び第５のスイッチの第２の端子に接続された第１の端子と、非反転入力が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されて、かつ第２の電圧“Ｖｄｄ”が電源電圧である演算増幅器の出力に接続された第２の端子とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、同様に、少なくとも１枚のプレートが、測定段階において測定用電圧が第１のプレートと第２のプレートとの間に印加されるとき、静止位置に対して動くことになる可動性のプレートである第１のプレート及び第２のプレートを備えた少なくとも１つの測定用コンデンサを有する容量性センサを用いる測定方法であって、第１のプレートと第２のプレートとの間の測定用電圧と、第１のプレート及び第２のプレートを静止位置に実質的に等しい位置まで移動することが可能である、第１のプレートと第２のプレートとの間の作動電圧とを同時に使用することを特徴とする測定方法に関するものである。
【００１７】
本発明は、スイッチドキャパシタの原理に基づいていると共に、上述の従来技術の技術的欠点を回避することを可能にする。その一般原則は、測定用コンデンサを充電すると共に放電するための電圧を、同時に作動及び測定を実行するために、作動によって必要とされる方向に調整することである。
【００１８】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照する好ましい実施例の説明に現れることになる。
【００１９】
全ての図において、同一の参照符号は同一の要素を示すために使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明による容量性センサを示す。
【００２１】
容量性センサは、少なくとも１枚の可動性のプレートを有する測定用コンデンサＣｍと、５個のスイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５と、負帰還コンデンサＣ１と、演算増幅器Ａとを備える。
【００２２】
スイッチＩ１は、コンデンサＣｍの第１のプレートに接続された第１の端子と、例えば“Ｖｄｄ／２”に等しい第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第２の端子とを備える。ここで、“Ｖｄｄ”は回路の電源電圧である。スイッチＩ１は、クロック信号Ｈ１によって制御される。
【００２３】
スイッチＩ２、及びスイッチＩ３は、測定用コンデンサＣｍの第２のプレートに接続された第１の共通端子を備えると共に、スイッチＩ２は、電圧“Ｖｐ１”に接続されたその第２の端子を備え、スイッチＩ３は、電圧“Ｖｐ２”に接続されたその第２の端子を備える。スイッチＩ２、及びスイッチＩ３は、それぞれのクロック信号Ｈ２、及びクロック信号Ｈ１によって制御される。
【００２４】
クロック信号Ｈ１、及びクロック信号Ｈ２は、高いレベルに関しては例えば電源電圧“Ｖｄｄ”を有し、低いレベルに関しては例えば０Ｖと同一であり得るグランド電圧を有する重複しない相補的な電圧範囲の信号である。クロック信号Ｈ１が“ｈｉｇｈ（ハイ）”であるときクロック信号Ｈ２は“ｌｏｗ（ロー）であり、またその逆でもある（図２Ａを参照）。
【００２５】
スイッチＩ４は、測定用コンデンサＣｍの第１のプレートに接続された第１の端子と、非反転入力が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続された演算増幅器Ａの反転入力に接続された第２の端子とを備える。スイッチＩ４は、クロック信号Ｈ２によって制御される。演算増幅器Ａは、電圧“Ｖｄｄ”を供給される。
【００２６】
スイッチＩ５は、出力がスイッチＩ５の第２の端子に接続された演算増幅器Ａの反転入力に接続された第１の端子を備える。コンデンサＣ１は、演算増幅器の反転入力に接続された第１のプレートと、演算増幅器の出力に接続された第２のプレートとを備える。スイッチＩ５は、クロック信号Ｈ１によって制御される。
【００２７】
クロック信号Ｈ１が“ｈｉｇｈ（ハイ）”である（従って、クロック信号Ｈ２が“ｌｏｗ（ロー）”である）とき、スイッチＩ１、スイッチＩ３、及びスイッチＩ５は閉じられると共に、スイッチＩ２、及びスイッチＩ４は開かれる。コンデンサＣｍの端子における電位差は、下記式のように書かれる。
【００２８】
ＶＣｍ１＝Ｖｐ２−Ｖｈ
【００２９】
増幅器Ａの反転入力は、コンデンサＣｍから分離される（スイッチＩ４を開く）。演算増幅器Ａは、その場合に、電圧フォロワモードになる（スイッチＩ５を閉じる）。演算増幅器Ａの出力は、近似的に“Ｖｒｅｆ”電圧で安定する。
【００３０】
クロック信号Ｈ２が“ｈｉｇｈ（ハイ）”である（従って、クロック信号Ｈ１が“ｌｏｗ（ロー）”である）とき、スイッチＩ１、スイッチＩ３、及びスイッチＩ５は開かれると共に、スイッチＩ２、及びスイッチＩ４は閉じられる。測定用コンデンサＣｍの第１のプレートは、実質的に基準電圧“Ｖｒｅｆ”に導かれる（スイッチＩ４を閉じた場合）と共に、第２のプレートは、コンデンサＣｍの端子に現れる電位差が下記式のように書かれる電位に導かれる。
【００３１】
ＶＣｍ２＝Ｖｐ１−Ｖｒｅｆ
【００３２】
１つのクロックレベルから他方のクロックレベルまでに、コンデンサＣｍによって供給される充電の平均値ΔＱは、従って下記式のように書かれる。
【００３３】
ΔＱ＝Ｃｍ（ＶＣｍ２−ＶＣｍ１）
【００３４】
すなわち、
ΔＱ＝Ｃｍ（Ｖｐ１−Ｖｐ２）＋Ｃｍ（Ｖｈ−Ｖｒｅｆ）
【００３５】
一般に、“Ｖｈ＝Ｖｒｅｆ”であり、下記式のようになる。
【００３６】
ΔＱ＝Ｃｍ（Ｖｐ１−Ｖｐ２）
【００３７】
演算増幅器の出力における電圧変化ΔＶｏｕｔは、下記式のように書かれる。
【００３８】
ΔＶｏｕｔ＝ΔＱ／Ｃ１
【００３９】
所望の作動電圧の値である“Ｖａ”によって、下記式のように電圧Ｖｐ２、及び電圧Ｖｐ１を設定する。
【００４０】
Ｖｐ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａ
Ｖｐ１＝Ｖｄｄ＋Ｖａ
【００４１】
これにより、下記式のようになる。
【００４２】
ΔＶｏｕｔ＝Ｃｍ（Ｖｄｄ−Ｖｒｅｆ）／Ｃ１
【００４３】
有利に、容量性センサの出力で測定された電圧は、測定用コンデンサの容量の関数として直線的に変化すると共に、作動電圧“Ｖａ”に依存しない。
【００４４】
作動電圧が印加されるとき、従って測定は実行され得る。
【００４５】
上述のように、クロック信号Ｈ１が“Ｈｉｇｈ（ハイ）”のとき、コンデンサＣｍの端子における電圧は、下記式のように書かれる。
【００４６】
ＶＣｍ１＝Ｖｐ２−Ｖｈ
【００４７】
同様に、クロック信号Ｈ２が“Ｈｉｇｈ（ハイ）”のとき、コンデンサＣｍの端子における電圧は、下記式のように書かれる。
【００４８】
ＶＣｍ２＝Ｖｐ１−Ｖｒｅｆ
【００４９】
しかしながら、下記式がある。
【００５０】
Ｖｐ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａ
Ｖｐ１＝Ｖｄｄ＋Ｖａ
【００５１】
もし“Ｖｈ＝Ｖｒｅｆ”である場合、それは、下記式のようになる。
【００５２】
ＶＣｍ１＝Ｖａ
ＶＣｍ２＝Ｖａ＋Ｖｄｄ−Ｖｒｅｆ
【００５３】
コンデンサＣｍの端子に対して印加される電圧は、従って固定値を持たない。容量性センサの動作に関して、これが全く副作用を及ぼさないことが注目された。
【００５４】
本発明に基づく容量性センサの動作の例が、図２Ａから図２Ｄで示される。
−図２Ａは、クロック電圧Ｈ１、及びクロック電圧Ｈ２を示す。
−図２Ｂは、電位Ｖｐ１、及び電位Ｖｐ２の変化を示す。
−図２Ｃは、測定用コンデンサの端子における電圧ＶＣｍの変化を示す。
−図２Ｄは、容量性センサの出力における電圧を示す。
【００５５】
限定しない例として、電圧“Ｖｄｄ”、及び電圧“Ｖａ”の値は“Ｖｄｄ＝３．３［Ｖ］”、及び“Ｖａ＝４［Ｖ］”であり得る。
【００５６】
クロック信号Ｈ１、及びクロック信号Ｈ２は、従って３．３［Ｖ］（Ｖｄｄ）とゼロボルトとの間で変化する相補的な電圧範囲の信号である（図２Ａを参照）。電圧“Ｖｈ”、及び電圧“Ｖｒｅｆ”は、１．６５［Ｖ］（Ｖｄｄ／２）に等しい。４［Ｖ］に等しい作動電圧は“ｔ＝０”から“ｔ＝ｔ１”まで印加される。その場合に、電圧Ｖｐ２、及び電圧Ｖｐ１は、それぞれ５．６５［Ｖ］、及び７．３［Ｖ］に等しい。“ｔ＝ｔ１”を越えて、作動電圧は印加されない。
【００５７】
いくつかのアプリケーションにおいて、コンデンサＣｍの第１のプレートに対してクロック信号Ｈ１の速度で印加されると共に、その結果、演算増幅器Ａの反転入力に印加される電圧“Ｖｈ”は、演算増幅器Ａに十分に損傷を与える高い電圧値にまで達し得る。例えば、これは、センサが、その設計に基づいて、その電極で高い極性形成を必要とする場合、もしくは、そのセンサが含まれる回路の構成によって、この電極が高電圧にさらされる場合である。その場合に、演算増幅器の反転入力を保護することが必要である。
【００５８】
図３は、演算増幅器の反転入力が非常に高い基準電圧の印加から保護されることを可能にする本発明による第１の回路を示す。
【００５９】
コンデンサＣｍの第１のプレートは、この場合、絶縁コンデンサＣ２を用いて、演算増幅器Ａの反転入力に接続される。第４のスイッチＩａは、コンデンサＣｍの第１のプレート、及びコンデンサＣ２の第１の端子に接続された第１の端子を備える。第５のスイッチＩｂは、コンデンサＣ２の第２のプレート、及びスイッチＩａの第２の端子に接続された第１の端子を備える。スイッチＩａ、及びスイッチＩｂの共通の端子は、コンデンサＣ１の第１のプレート、及び第２の端子が演算増幅器Ａの出力に接続されるスイッチＩｃの第１の端子に接続される。クロック信号Ｈ２がスイッチＩａを制御すると共に、クロック信号Ｈ１がスイッチＩｂを制御する。スイッチＩ１の第２の端子に印加される高電圧“Ｖｈ”より低振幅の基準電圧“Ｖｒｅｆ”は、演算増幅器Ａの非反転の入力（＋）に印加される。電圧“Ｖｄｄ”が、同様に演算増幅器Ａの電源電圧として印加される。
【００６０】
クロック信号Ｈ１がスイッチＩ１を閉じるように制御するとき、スイッチＩｂは同様に閉じられると共に、スイッチＩａは開かれる。高電圧“Ｖｈ”から分離された増幅器Ａの反転入力は、電位“Ｖｒｅｆ”に導かれる。
【００６１】
クロック信号Ｈ１がスイッチＩ１を開くように制御するとき、スイッチＩｂは同様に開かれると共に、スイッチＩａは閉じられる。コンデンサＣｍの第１のプレートは、その場合に、電位が高電圧“Ｖｈ”に等しいコンデンサＣ１の第１のプレートに接続される。開いているスイッチＩｂは、電位“Ｖｈ”の印加から反転入力を保護する。
【００６２】
全ての場合において、演算増幅器Ａの反転入力は、従って高電圧“Ｖｈ”から保護される。図３の改良に基づく回路は、同様に、演算増幅器Ａのオフセット電圧、及び後段の実際の利得を掛ける電圧から解放されるという利点を有する。
【００６３】
しかしながら、図３において示された回路は、演算増幅器の出力における電圧の振幅まで高電圧“Ｖｈ”で変動させるという欠点を有する。実際に、クロックＨ１がアクティブであるとき、コンデンサＣ１は放電される。その端子の電圧は、従ってゼロである。クロックＨ２がアクティブであるとき、コンデンサＣ２を用いて、電圧“Ｖｈ”は、その電極のうちの１つに与えられる。コンデンサＣ１が初めに放電されるので、電圧“Ｖｈ”は、同様に、コンデンサＣｍから来る電荷に対応する電圧によって増強されるその第２の電極で検出される。
【００６４】
図４において示された回路によって、この残りの欠点は排除されることが可能になる。図３において示された構成要素に加えて、図４において示された回路は、４個の追加のスイッチＩｄ、Ｉｅ、Ｉｆ、Ｉｇを備える。コンデンサＣ１は、この場合、図３における場合のようにスイッチＩｃに直接並列に実装されることはない。コンデンサＣ１の第１のプレートは、スイッチＩｄの第１の端子、及びスイッチＩｅの第１の端子に接続され、一方、スイッチＩｄの第２の端子は、スイッチＩａ及びスイッチＩｂに共通の端子に接続されると共に、スイッチＩｅの第２の端子は、高電圧“Ｖｈ”に接続される。更に、コンデンサＣ１の第２のプレートは、スイッチＩｆの第１の端子、及びスイッチＩｇの第１の端子に接続され、一方、スイッチＩｆの第２の端子は、基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されると共に、スイッチＩｇの第２の端子は、演算増幅器Ａの出力に接続される。スイッチＩｅ、及びスイッチＩｆは、クロック信号Ｈ１によって制御されると共に、スイッチＩｄ、及びスイッチＩｇは、クロック信号Ｈ２によって制御される。
【００６５】
クロック信号Ｈ１がアクティブである（スイッチＩ１、Ｉ３、Ｉｃ、Ｉｂ、Ｉｅ、Ｉｆを閉じて、そしてスイッチＩ２、Ｉａ、Ｉｄ、Ｉｇを開く）とき、コンデンサＣ１は、高電圧“Ｖｈ”と基準電圧“Ｖｒｅｆ”との間で充電される。演算増幅器は、電圧フォロワモードになる。演算増幅器の出力電圧は、従って“Ｖｒｅｆ”に実質的に等しい。
【００６６】
クロックＨ２がアクティブである（スイッチＩ１、Ｉ３、Ｉｃ、Ｉｂ、Ｉｅ、Ｉｆを開き、そしてスイッチＩ２、Ｉａ、Ｉｄ、Ｉｇを閉じる）とき、コンデンサＣ１は、演算増幅器Ａの出力とコンデンサＣｍの第１のプレートとの間に接続される。クロックＨ１がアクティブであったときに実行された電圧“Ｖｈ”と電圧“Ｖｒｅｆ”との間でのプリチャージによって、コンデンサＣ１の第２のプレートが電位“Ｖｒｅｆ”を維持しながら、コンデンサＣ１の第１のプレートが、コンデンサＣ２を用いて電位“Ｖｈ”に導かれる（上述の記載を参照）。従って、演算増幅器Ａの出力は、高電圧“Ｖｈ”ではなく、コンデンサＣｍから来る電荷のみによって電圧変化を受ける。
【００６７】
図３から図５で示された本発明による容量性測定用センサは、一例として、単一の測定用コンデンサを備える。本発明が、同様に、例えば普通のプレートを備える２つのコンデンサのような、複数の測定用コンデンサを備える容量性センサに適用され得ることは、当業者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による容量性測定用センサを示す図である。
【図２Ａ】本発明による容量性測定用センサに印加されたクロック電圧を示す図である。
【図２Ｂ】本発明による容量性センサの測定に関して、測定のため、及び／または作動のために、コンデンサプレートに印加された電位を示す図である。
【図２Ｃ】本発明による容量性センサの測定用コンデンサの端子における電圧の変化を示す図である。
【図２Ｄ】本発明による容量性測定用センサの出力における電圧を示す図である。
【図３】本発明による容量性測定用センサの第１の改良点を示す図である。
【図４】本発明による容量性測定用センサの第２の改良点を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５    スイッチ
Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆ、Ｉｇ    スイッチ
Ｃ１    負帰還コンデンサ
Ｃ２    絶縁コンデンサ
Ａ    演算増幅器
Ｃｍ    測定用コンデンサ
Ｖｈ    第１の電圧
Ｖｄｄ    電源電圧
Ｈ１、Ｈ２    クロック信号
Ｖｐ１、Ｖｐ２    電圧
Ｖｒｅｆ    基準電圧
ＶＣｍ    測定用コンデンサの端子における電圧
【図１】
2007516410.tif 000003
2007516410.tif 000004
【図３】
2007516410.tif 000005
【図４】
2007516410.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月19日(2005.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚のプレートが、測定段階においてプレート間に印加された測定用電圧によって最適の開始位置に対して動かされることになる第１のプレート、及び第２のプレートを備えた少なくとも１つの測定用コンデンサ（Ｃｍ）を有する容量性センサであって、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートを実質的に最適の開始位置まで移動するために、前記測定用コンデンサのプレート間に、測定段階において、前記測定用電圧と作動電圧（Ｖａ）とを同時に印加するための手段（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を備える
ことを特徴とする容量性センサ。
【請求項２】
“Ｖａ”を前記作動電圧、“Ｖｄｄ”を第２の電圧、“Ｖｒｅｆ”を基準電圧とする場合に、測定段階において前記作動電圧（Ｖａ）を測定用コンデンサのプレートに印加するための手段（Ｉ、Ｉ２、Ｉ３）が、
−前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第１のプレートに接続された第１の端子、及び第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第２の端子を有すると共に、第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第１のスイッチ（Ｉ１）と、
−前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第２のプレートに接続された第１の端子、及び“Ｖｐ１＝Ｖｄｄ＋Ｖａ”と定義される第１の制御電圧“Ｖｐ１”に接続された第２の端子を有すると共に、前記第１のクロック信号と重複しない第２の増設クロック（Ｈ２）により制御される第２のスイッチ（Ｉ２）と、
−前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第２のプレートに接続された第１の端子と、“Ｖｐ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａ”と定義される第２の制御電圧“Ｖｐ２”に接続された第２の端子とを有すると共に、前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第３のスイッチ（Ｉ３）とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３】
電源電圧が前記第２の電圧“Ｖｄｄ”であり、かつ非反転入力（＋）が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続される演算増幅器（Ａ）の反転入力（−）に第２の端子が接続されると共に、前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第４のスイッチ（Ｉ４）の第１の端子に、前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の前記第２のプレートが接続され、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）によって制御される第５のスイッチ（Ｉ５）と、負帰還コンデンサ（Ｃ１）とが、前記演算増幅器（Ａ）の前記反転入力（−）と前記演算増幅器（Ａ）の出力との間に並列に実装される
ことを特徴とする請求項２に記載の容量性センサ。
【請求項４】
第２のプレートが前記演算増幅器（Ａ）の反転入力（−）に接続される絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第１のプレートに、前記測定用コンデンサの第２のプレートが接続され、
前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第４のスイッチ（Ｉａ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第１のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第５のスイッチ（Ｉｂ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第２のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第４のスイッチ（Ｉａ）及び前記第５のスイッチ（Ｉｂ）が、相互に接続されると共に、第２のプレートが前記演算増幅器（Ａ）の出力に接続された負帰還コンデンサ（Ｃ１）の第１のプレートに接続されるそれらの第２の端子を備えると共に、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第６のスイッチ（Ｉｃ）が、前記負帰還コンデンサ（Ｃ１）と並列に実装され、
前記演算増幅器（Ａ）が、前記第１の電圧“Ｖｈ”の振幅より小さい振幅の前記基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続された非反転入力（＋）を備え、
前記第２の電圧“Ｖｄｄ”が演算増幅器（Ａ）の電源電圧である
ことを特徴とする請求項２に記載の容量性センサ。
【請求項５】
第２のプレートが前記演算増幅器（Ａ）の反転入力（−）に接続される絶縁コンデンサ（Ｃ２）の第１のプレートに、前記測定用コンデンサ（Ｃｍ）の第２のプレートが接続され、
前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第４のスイッチ（Ｉａ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の前記第１のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第５のスイッチ（Ｉｂ）が、前記絶縁コンデンサ（Ｃ２）の前記第２のプレートに接続された第１の端子を備え、
前記第４のスイッチ（Ｉａ）及び前記第５のスイッチ（Ｉｂ）が、相互に接続されたそれらの第２の端子を備えると共に、
負帰還コンデンサ（Ｃ１）が、
前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第６のスイッチ（Ｉｄ）を用いて前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチの前記第２の端子に接続されると共に、前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第７のスイッチ（Ｉｅ）を用いて前記第１の電圧“Ｖｈ”に接続された第１のプレートと、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第８のスイッチ（Ｉｆ）を用いて前記基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されると共に、前記第２のクロック信号（Ｈ２）により制御される第９のスイッチ（Ｉｇ）を用いて前記演算増幅器（Ａ）の出力に接続された第２のプレートとを備え、
前記第１のクロック信号（Ｈ１）により制御される第１０のスイッチ（Ｉｃ）が、
前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチの前記第２の端子に接続された第１の端子と、
非反転入力（＋）が基準電圧“Ｖｒｅｆ”に接続されて、かつ前記第２の電圧“Ｖｄｄ”が電源電圧である前記演算増幅器（Ａ）の出力に接続された第２の端子とを備える
ことを特徴とする請求項２に記載の容量性センサ。
【請求項６】
少なくとも１枚のプレートが、測定段階においてプレート間に印加された測定用電圧によって最適の開始位置に対して動かされることになる第１のプレート、及び第２のプレートを備えた少なくとも１つの測定用コンデンサ（Ｃｍ）を有する容量性センサを用いる測定方法であって、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間の前記測定用電圧と、前記第１のプレート及び前記第２のプレートを実質的に最適の開始位置まで移動することが可能である、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間の作動電圧とを同時に使用する
ことを特徴とする測定方法。
【国際調査報告】
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2007516410.tif 000008
2007516410.tif 000009
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