(57)【要約】      （修正有）【課題】起動時間の短縮と検出性能の向上等とを両立して実現できる検出装置、センサー、電子機器及び移動体等を提供する。【解決手段】検出装置は、物理量トランスデューサー１０を駆動する駆動回路３０と、所望信号を検出する検出回路６０と、電源電圧ＶＤＤが入力される電源端子ＴＶＤＤと、電源端子ＴＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤを降圧する電圧調整を行い、電圧調整により得られたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを、動作電源電圧として駆動回路３０及び検出回路６０に供給するレギュレーター回路２２と、電源電圧ＶＤＤが供給され、駆動回路３０からの駆動信号ＤＱを受けて、駆動信号ＤＱの振幅を増加させた増幅駆動信号ＤＱＢを物理量トランスデューサー１０に出力するバッファー回路２４を含む。【選択図】図２
2015090353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量トランスデューサーからのフィードバック信号を受けて、前記物理量トランスデューサーを駆動する駆動回路と、
前記物理量トランスデューサーからの検出信号を受けて、所望信号を検出する検出回路と、
電源電圧が入力される電源端子と、
前記電源端子からの前記電源電圧を降圧する電圧調整を行い、前記電圧調整により得られたレギュレート電源電圧を、動作電源電圧として前記駆動回路及び前記検出回路に供給するレギュレーター回路と、
前記電源電圧が供給され、前記駆動回路からの駆動信号を受けて、前記駆動信号の振幅を増加させた増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力するバッファー回路と、
を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置において、
第１のモードでは、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、
第２のモードでは、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力することを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検出装置において、
前記物理量トランスデューサーは振動子であり、
前記振動子の発振の起動期間では、前記第１のモードに設定されて、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記振動子に出力することを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の検出装置において、
前記起動期間の完了後に前記第２のモードに設定されて、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記振動子に出力することを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記バッファー回路は、
非反転入力端子に前記駆動回路からの前記駆動信号が入力される演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力ノードと低電位側電源のノードとの間に直列に設けられる第１の抵抗素子及び第２の抵抗素子と、
を有し、
前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子の接続ノードが前記演算増幅器の反転入力端子に接続されることを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記駆動回路及び前記検出回路は、第１の耐圧のトランジスターにより構成され、
前記バッファー回路は、前記第１の耐圧よりも高耐圧の第２の耐圧のトランジスターにより構成されることを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記物理量トランスデューサーは振動子であり、
前記駆動回路は、
前記フィードバック信号を受けて、電流−電圧変換を行う電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路による電流−電圧変換後の入力電圧信号を増幅して、正弦波の前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
前記駆動信号出力回路での前記駆動信号の増幅のゲインを制御するゲイン制御回路と、
を有し、
前記電流−電圧変換回路の電流−電圧変換用の抵抗をＲＩとし、前記駆動信号出力回路と前記バッファー回路とによる駆動信号の増幅のゲインをＫとし、前記振動子の基本波モードでの等価直列抵抗をＲとした場合に、前記ゲイン制御回路は、Ｋ×ＲＩ＝Ｒとなるようにゲイン制御を行うことを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の検出装置において、
前記駆動信号出力回路は、
前記ゲイン制御回路からの制御電圧によってトランスコンダクタンスが設定されて、前記入力電圧信号を電流信号に変換するＯＴＡ（Operational Transconductance Amplifier）回路と、
前記ＯＴＡ回路からの前記電流信号の電流−電圧変換を行い、前記駆動信号を出力する第２の電流−電圧変換回路と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の検出装置において、
前記ＯＴＡ回路は、
前記ゲイン制御回路からの前記制御電圧を制御電流に変換する電圧−電流変換回路と、
前記制御電流により設定されるバイアス電流がバイアス電流源に流れ、第１の差動入力端子にアナログ基準電圧が入力され、第２の差動入力端子に前記入力電圧信号が入力され、前記電流信号を前記第２の電流−電圧変換回路に出力する差動部と、
を有することを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出装置において、
第２の物理量トランスデューサーからの第２のフィードバック信号を受けて、前記第２の物理量トランスデューサーを駆動する第２の駆動回路と、
前記第２の物理量トランスデューサーからの第２の検出信号を受けて、所望信号を検出する第２の検出回路と、
前記電源端子からの前記電源電圧を降圧する電圧調整を行い、前記電圧調整により得られた第２のレギュレート電源電圧を前記第２の駆動回路及び前記第２の検出回路に供給する第２のレギュレーター回路と、
前記電源電圧が供給され、前記第２の駆動回路からの第２の駆動信号を受けて、前記第２の駆動信号の振幅を増加させた第２の増幅駆動信号を前記第２の物理量トランスデューサーに出力する第２のバッファー回路と、
を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の検出装置において、
第１のモードでは、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、前記第２のバッファー回路からの前記第２の増幅駆動信号を前記第２の物理量トランスデューサーに出力し、
第２のモードでは、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、前記第２の駆動回路からの前記第２の駆動信号を前記第２の物理量トランスデューサーに出力することを特徴とする検出装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の検出装置において、
前記物理量トランスデューサーは、第１の軸回りでの回転角速度を検出するための振動子あり、
前記第２の物理量トランスデューサーは、第２の軸回りでの回転角速度を検出するための振動子であることを特徴とする検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出装置と、
前記物理量トランスデューサーと、
を含むことを特徴とするセンサー。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出装置を含むことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、センサー、電子機器及び移動体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ、スマートフォン等の電子機器や車、飛行機等の移動体には、外的な要因で変化する物理量を検出するためのジャイロセンサーが組み込まれている。このようなジャイロセンサーは、角速度等の物理量を検出し、いわゆる手振れ補正、姿勢制御、ＧＰＳ自律航法などに用いられる。
【０００３】
このようなジャイロセンサーの一つとして、水晶圧電振動ジャイロセンサーなどの振動ジャイロセンサーが知られている。振動ジャイロセンサーでは、回転によって発生するコリオリ力に対応した物理量を検出している。このような振動ジャイロセンサーの検出装置としては、例えば特許文献１、２に開示される従来技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５９７３８号公報
【特許文献２】特開２００８−９９２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術では、第１の電源電圧を第２の電源電圧に昇圧する昇圧回路を設け、起動期間において、高い第２の電源電圧を動作電源電圧とすることで、発振回路の起動時間の短縮化を図っている。しかしながら、この特許文献１の手法では、起動開始から、昇圧回路が高い第２の電源電圧を供給可能になるまでに時間がかかり、起動時間の短縮が不十分であるという課題がある。
【０００６】
このような課題を解決するために、特許文献２の従来技術では、まず低い第１の電源電圧を動作電源電圧として検出装置を動作させ、次に第１の電源電圧から高い第２の電源電圧に切り替え、その後に低い第１の電源電圧に切り替える手法を採用している。
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２の従来技術では共に、検出装置の全体の動作電源電圧の切替により、起動時間の短縮化を図っている。このため、起動時間の短縮と検出性能の向上等とを両立して実現することが難しいという課題がある。
【０００８】
本発明の幾つかの態様によれば、起動時間の短縮と検出性能の向上等とを両立して実現できる検出装置、センサー、電子機器及び移動体等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上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、以下の形態または態様として実現することが可能である。
【００１０】
本発明の一態様は、物理量トランスデューサーからのフィードバック信号を受けて、前記物理量トランスデューサーを駆動する駆動回路と、前記物理量トランスデューサーからの検出信号を受けて、所望信号を検出する検出回路と、電源電圧が入力される電源端子と、前記電源端子からの前記電源電圧を降圧する電圧調整を行い、前記電圧調整により得られたレギュレート電源電圧を、動作電源電圧として前記駆動回路及び前記検出回路に供給するレギュレーター回路と、前記電源電圧が供給され、前記駆動回路からの駆動信号を受けて、前記駆動信号の振幅を増加させた増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力するバッファー回路とを含む検出装置に関係する。
【００１１】
本発明の一態様では、レギュレーター回路が、電源端子からの電源電圧を降圧する電圧調整を行い、レギュレート電源電圧を駆動回路及び検出回路に供給する。駆動回路及び検出回路は、レギュレーター回路から供給されたレギュレート電源電圧を動作電源電圧として動作する。一方、バッファー回路には、電源端子からの電源電圧が供給されると共に駆動回路からの駆動信号が入力される。そしてバッファー回路は、駆動信号の振幅を増加させた増幅駆動信号を出力して物理量トランスデューサーを駆動する。このように、駆動回路及び検出回路を、レギュレーター回路により電圧調整されたレギュレート電源電圧により動作させれば、電源電圧変動による検出性能の低下等の事態を抑制でき、検出装置の検出性能の向上等を図れる。一方、バッファー回路については、レギュレート電源電圧ではなく電源電圧により動作させることで、駆動回路からの駆動信号の振幅を増加させた増幅駆動信号を物理量トランスデューサーを出力できるようになるため、起動時間の短縮と検出性能の向上等とを両立して実現することが可能になる。
【００１２】
また本発明の一態様では、第１のモードでは、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、第２のモードでは、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力してもよい。
【００１３】
このようにすれば、増幅駆動信号による駆動が必要な場合には第１のモードに設定して、通常の駆動信号による駆動の方が望ましい場合には第２のモードに設定できるようになり、利便性を向上できる。
【００１４】
また本発明の一態様では、前記物理量トランスデューサーは振動子であり、前記振動子の発振の起動期間では、前記第１のモードに設定されて、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記振動子に出力してもよい。
【００１５】
このようにすれば、物理量トランスデューサーである振動子の発振の起動期間において増幅駆動信号による駆動が行われるため、発振の起動時間の短縮化を図れる。
【００１６】
また本発明の一態様では、前記起動期間の完了後に前記第２のモードに設定されて、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記振動子に出力してもよい。
【００１７】
このようにすれば、起動期間の完了後の発振の定常状態では、増幅駆動信号ではなく駆動回路からの低振幅の駆動信号で振動子が駆動されるため、所望信号の検出性能の向上等を期待できるようになる。
【００１８】
また本発明の一態様では、前記バッファー回路は、非反転入力端子に前記駆動回路からの前記駆動信号が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の出力ノードと低電位側電源のノードとの間に直列に設けられる第１の抵抗素子及び第２の抵抗素子とを有し、前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子の接続ノードが前記演算増幅器の反転入力端子に接続されてもよい。
【００１９】
このようにすれば、駆動回路からの駆動信号の振幅を、第１、第２の抵抗素子の抵抗値により設定される増幅率で増幅できるようになる。
【００２０】
また本発明の一態様では、前記駆動回路及び前記検出回路は、第１の耐圧のトランジスターにより構成され、前記バッファー回路は、前記第１の耐圧よりも高耐圧の第２の耐圧のトランジスターにより構成されてもよい。
【００２１】
このように駆動回路及び検出回路を、低耐圧の第１の耐圧のトランジスターにより構成することで、低消費電力化等を図れるようになる。一方、バッファー回路を高耐圧の第２の耐圧のトランジスターにより構成することで、高振幅駆動によりトランジスターの故障・破壊等の不具合が発生するのを効果的に防止できる。
【００２２】
また本発明の一態様では、前記物理量トランスデューサーは振動子であり、前記駆動回路は、前記フィードバック信号を受けて、電流−電圧変換を行う電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路による電流−電圧変換後の入力電圧信号を増幅して、正弦波の前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、前記駆動信号出力回路での前記駆動信号の増幅のゲインを制御するゲイン制御回路とを有し、前記電流−電圧変換回路の電流−電圧変換用の抵抗をＲＩとし、前記駆動信号出力回路と前記バッファー回路とによる駆動信号の増幅のゲインをＫとし、前記振動子の基本波モードでの等価直列抵抗をＲとした場合に、前記ゲイン制御回路は、Ｋ×ＲＩ＝Ｒとなるようにゲイン制御を行ってもよい。
【００２３】
このように、Ｋ×ＲＩ＝Ｒとなるようにゲイン制御が行われることで、駆動回路側の負性抵抗を振動子の等価直列抵抗に応じた抵抗に設定できるようになる。これにより、正弦波の駆動信号による振動子の駆動が可能になり、検出装置の検出性能の向上等を図れる。
【００２４】
また本発明の一態様では、前記駆動信号出力回路は、前記ゲイン制御回路からの制御電圧によってトランスコンダクタンスが設定されて、前記入力電圧信号を電流信号に変換するＯＴＡ（Operational Transconductance Amplifier）回路と、前記ＯＴＡ回路からの前記電流信号の電流−電圧変換を行い、前記駆動信号を出力する第２の電流−電圧変換回路とを有してもよい。
【００２５】
このようにすれば、制御電圧により設定されたトランスコンダクタンスで、入力電圧信号を電流信号に変換し、当該電流信号を電流−電圧変換した信号を駆動信号として生成できるようになる。
【００２６】
また本発明の一態様では、前記ＯＴＡ回路は、前記ゲイン制御回路からの前記制御電圧を制御電流に変換する電圧−電流変換回路と、前記制御電流により設定されるバイアス電流がバイアス電流源に流れ、第１の差動入力端子にアナログ基準電圧が入力され、第２の差動入力端子に前記入力電圧信号が入力され、前記電流信号を前記第２の電流−電圧変換回路に出力する差動部とを有してもよい。
【００２７】
このようにすれば、制御電圧を制御電流に変換し、この制御電流に応じたバイアス電流を、差動部のバイアス電流源に流すことができる。これにより、制御電圧により設定されたトランスコンダクタンスで、入力電圧信号を電流信号に変換することが可能になる。
【００２８】
また本発明の一態様では、第２の物理量トランスデューサーからの第２のフィードバック信号を受けて、前記第２の物理量トランスデューサーを駆動する第２の駆動回路と、前記第２の物理量トランスデューサーからの第２の検出信号を受けて、所望信号を検出する第２の検出回路と、前記電源端子からの前記電源電圧を降圧する電圧調整を行い、前記電圧調整により得られた第２のレギュレート電源電圧を前記第２の駆動回路及び前記第２の検出回路に供給する第２のレギュレーター回路と、前記電源電圧が供給され、前記第２の駆動回路からの第２の駆動信号を受けて、前記第２の駆動信号の振幅を増加させた第２の増幅駆動信号を前記第２の物理量トランスデューサーに出力する第２のバッファー回路とを含んでもよい。
【００２９】
このようにすれば、複数の物理量トランスデューサーについての駆動及び検出が可能になる。そして例えば物理量トランスデューサーの駆動、検出による電源電圧変動等の悪影響が、第２の物理量トランスデューサーの駆動、検出に及んだり、第２の物理量トランスデューサーの駆動、検出による電源電圧変動等の悪影響が、物理量トランスデューサーの駆動、検出に及ぶのを効果的に抑制できるようになる。
【００３０】
また本発明の一態様では、第１のモードでは、前記バッファー回路からの前記増幅駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、前記第２のバッファー回路からの前記第２の増幅駆動信号を前記第２の物理量トランスデューサーに出力し、第２のモードでは、前記駆動回路からの前記駆動信号を前記物理量トランスデューサーに出力し、前記第２の駆動回路からの前記第２の駆動信号を前記第２の物理量トランスデューサーに出力してもよい。
【００３１】
このようにすれば、複数の物理量トランスデューサーについての駆動及び検出を行う場合において、増幅駆動信号による駆動が必要な場合には第１のモードに設定して、通常の駆動信号による駆動の方が望ましい場合には第２のモードに設定できるようになり、利便性を向上できる。
【００３２】
また本発明の一態様では、前記物理量トランスデューサーは、第１の軸回りでの回転角速度を検出するための振動子あり、前記第２の物理量トランスデューサーは、第２の軸回りでの回転角速度を検出するための振動子であってもよい。
【００３３】
このようにすれば、複数の回転軸での回転角速度を検出する際の軸間干渉を効果的に低減できるようになる。
【００３４】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の検出装置と、前記物理量トランスデューサーとを含むことを特徴とするセンサーに関係する。
【００３５】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の検出装置を含む電子機器に関係する。
【００３６】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の検出装置を含む移動体に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態の電子機器、ジャイロセンサーの構成例。
【図２】本実施形態の検出装置の構成例。
【図３】図３（Ａ）は電源電圧ＶＤＤと０点変動量の関係を示す図であり、図３（Ｂ）は電源電圧と起動時間の関係を示す図。
【図４】バッファー回路の第１の構成例。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）はバッファー回路の第２の構成例。
【図６】第１、第２のモードについての説明図。
【図７】振動子を正弦波駆動で発振させる駆動回路の構成例。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は振動子の駆動回路の負性抵抗についての説明図。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は振動子を正弦波駆動で発振させる手法の説明図。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）も振動子を正弦波駆動で発振させる手法の説明図。
【図１１】振動子を正弦波駆動で発振させる駆動回路の詳細な構成例。
【図１２】正弦波駆動による高調波成分の低減についての説明図。
【図１３】ＯＴＡ回路の詳細な構成例。
【図１４】本実施形態の検出装置の他の構成例。
【図１５】検出回路の構成例。
【図１６】図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は検出回路の他の構成例。
【図１７】移動体の一具体例としての自動車の構成を概略的に示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。例えば以下では、物理量トランスデューサーが圧電型の振動子（振動ジャイロ）であり、センサーがジャイロセンサーである場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限定されない。例えばシリコン基板などから形成された静電容量検出方式の振動子（振動ジャイロ）や、角速度情報と等価な物理量や角速度情報以外の物理量を検出する物理量トランスデューサー、センサー等にも本発明は適用可能である。
【００３９】
１．電子機器、ジャイロセンサー
図１に本実施形態の検出装置２０を含むジャイロセンサー５１０（広義にはセンサー）と、ジャイロセンサー５１０を含む電子機器５００の構成例を示す。なお電子機器５００、ジャイロセンサー５１０は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器５００としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、時計、健康器具、或いは携帯型情報端末等の種々の機器を想定できる。
【００４０】
電子機器５００はジャイロセンサー５１０と処理部５２０を含む。またメモリー５３０、操作部５４０、表示部５５０を含むことができる。処理部５２０（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）はジャイロセンサー５１０等の制御や電子機器５００の全体制御を行う。また処理部５２０は、ジャイロセンサー５１０により検出された角速度情報（広義には物理量）に基づいて処理を行う。例えば角速度情報に基づいて、手ぶれ補正、姿勢制御、ＧＰＳ自律航法などのための処理を行う。メモリー５３０（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）は、制御プログラムや各種データを記憶したり、ワーク領域やデータ格納領域として機能する。操作部５４０はユーザーが電子機器５００を操作するためのものであり、表示部５５０は種々の情報をユーザーに表示する。
【００４１】
ジャイロセンサー５１０（センサー）は振動子１０、検出装置２０を含む。図１の振動子１０（広義には物理量トランスデューサー）は、水晶などの圧電材料の薄板から形成される音叉型の圧電振動子であり、駆動用振動子１１、１２と、検出用振動子１６、１７を有する。駆動用振動子１１、１２には駆動端子２、４が設けられ、検出用振動子１６、１７には検出端子６、８が設けられている。
【００４２】
検出装置２０が含む駆動回路３０は、駆動信号（駆動電圧）を出力して振動子１０を駆動する。そして振動子１０からフィードバック信号を受け、これにより振動子１０を励振させる。検出回路６０は、駆動信号により駆動される振動子１０から検出信号（検出電流、電荷）を受け、検出信号から、振動子１０に印加された物理量に応じた所望信号（コリオリ力信号）を検出（抽出）する。
【００４３】
具体的には、駆動回路３０からの交流の駆動信号（駆動電圧）が駆動用振動子１１の駆動端子２に印加される。すると逆電圧効果によって駆動用振動子１１が振動を開始し、音叉振動により駆動用振動子１２も振動を開始する。この時、駆動用振動子１２の圧電効果によって発生する電流（電荷）が、駆動端子４からフィードバック信号として駆動回路３０にフィードバックされる。これにより振動子１０を含む発振ループが形成される。
【００４４】
駆動用振動子１１、１２が振動すると、検出用振動子１６、１７が図１に示す方向で振動速度ｖで振動する。すると、検出用振動子１６、１７の圧電効果によって発生する電流（電荷）が、検出信号（第１、第２の検出信号）として検出端子６、８から出力される。すると、検出回路６０は、この振動子１０からの検出信号を受け、コリオリ力に応じた信号である所望信号（所望波）を検出する。即ち、検出軸１９を中心に振動子１０（ジャイロセンサー）が回転すると、振動速度ｖの振動方向と直交する方向にコリオリ力Ｆｃが発生する。例えば検出軸１９を中心に回転したときの角速度をωとし、振動子の質量をｍとし、振動子の振動速度をｖとすると、コリオリ力はＦｃ＝２ｍ・ｖ・ωと表される。従って検出回路６０が、コリオリ力に応じた信号である所望信号を検出することで、ジャイロセンサーの回転角速度ωを求めることができる。そして求められた角速度ωを用いることで、処理部５２０は、手振れ補正、姿勢制御、或いはＧＰＳ自律航法等のための種々の処理を行うことができる。
【００４５】
なお図１では、振動子１０が音叉型である場合の例を示しているが、本実施形態の振動子１０はこのような構造に限定されない。例えばＴ字型やダブルＴ字型等であってもよい。また振動子１０の圧電材料は水晶以外であってもよい。
【００４６】
２．検出装置
図２に本実施形態の検出装置２０の構成例を示す。検出装置２０は、振動子１０（物理量トランスデューサー）からのフィードバック信号ＤＩを受けて、振動子１０を駆動する駆動回路３０と、振動子１０からの検出信号ＩＱ１、ＩＱ２を受けて、所望信号を検出する検出回路６０を含む。
【００４７】
また検出装置２０（集積回路装置）は、電源電圧ＶＤＤが入力される電源端子ＴＶＤＤと、レギュレーター回路２２と、バッファー回路２４を含む。
【００４８】
電源端子ＴＶＤＤには、例えば外部から電源電圧ＶＤＤが入力される。この電源電圧ＶＤＤはレギュレーター回路２２やバッファー回路２４に供給される。電源端子ＴＶＤＤは例えば集積回路装置（ＩＣチップ）におけるパッドである。
【００４９】
レギュレーター回路２２は、電源端子ＴＶＤＤから供給される電源電圧ＶＤＤを降圧する電圧調整を行う。そして電圧調整により得られたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを、動作電源電圧として駆動回路３０及び検出回路６０に供給する。またレギュレーター回路２２は、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬを制御部１４０に供給する。例えば外部からの電源電圧ＶＤＤとして２．７Ｖ〜３．３Ｖの電圧が供給された場合に、レギュレーター回路２２は、この電源電圧ＶＤＤを降圧する電圧調整を行って、例えば１．８Ｖの一定電圧の電源電圧ＶＤＤＬを駆動回路３０、検出回路６０、制御部１４０に供給する。
【００５０】
バッファー回路２４には、電源電圧ＶＤＤが供給される。この電源電圧ＶＤＤはバッファー回路２４の高電位側電源電圧として用いられる。そしてバッファー回路２４は、駆動回路３０からの駆動信号ＤＱを受けて、駆動信号ＤＱの振幅を増加させた高振幅の駆動信号（増幅駆動信号）ＤＱＢを振動子１０（物理量トランスデューサー）に出力する。例えば駆動信号ＤＱの振幅を第１の振幅とした場合に、第１の振幅よりも大きい第２の振幅の駆動信号ＤＱＢを振動子１０に出力する。この場合に駆動信号ＤＱ、ＤＱＢは矩形波の信号であってもよいし、正弦波の信号であってもよい。
【００５１】
駆動回路３０は、振動子１０からのフィードバック信号ＤＩが入力される増幅回路３２と、自動ゲイン制御を行うゲイン制御回路４０と、駆動信号ＤＱを振動子１０に出力する駆動信号出力回路５０を含む。また同期信号ＳＹＣを検出回路６０に出力する同期信号出力回路５２を含む。なお、駆動回路３０の構成は図２に限定されず、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００５２】
増幅回路３２（Ｉ／Ｖ変換回路）は、振動子１０からのフィードバック信号ＤＩを増幅する。例えば振動子１０からの電流の信号ＤＩを電圧の信号ＤＶに変換して出力する。この増幅回路３２は、キャパシター、抵抗素子、演算増幅器などにより実現できる。
【００５３】
駆動信号出力回路５０は、増幅回路３２による増幅後の信号ＤＶに基づいて、駆動信号ＤＱを出力する。例えば駆動信号出力回路５０が、矩形波（又は正弦波）の駆動信号を出力する場合には、駆動信号出力回路５０はコンパレーター等により実現できる。
【００５４】
ゲイン制御回路４０（ＡＧＣ）は、駆動信号出力回路５０に制御電圧ＤＳを出力して、駆動信号ＤＱの振幅を制御する。具体的には、ゲイン制御回路４０は、信号ＤＶを監視して、発振ループのゲインを制御する。例えば駆動回路３０では、ジャイロセンサーの感度を一定に保つために、振動子１０（駆動用振動子）に供給する駆動電圧の振幅を一定に保つ必要がある。このため、駆動振動系の発振ループ内に、ゲインを自動調整するためのゲイン制御回路４０が設けられる。ゲイン制御回路４０は、振動子１０からのフィードバック信号ＤＩの振幅（振動子の振動速度ｖ）が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。
【００５５】
同期信号出力回路５２は、増幅回路３２による増幅後の信号ＤＶを受け、同期信号ＳＹＣ（参照信号）を検出回路６０に出力する。この同期信号出力回路５２は、正弦波（交流）の信号ＤＶの２値化処理を行って矩形波の同期信号ＳＹＣを生成するコンパレーターや、同期信号ＳＹＣの位相調整を行う位相調整回路（移相器）などにより実現できる。
【００５６】
検出回路６０は、増幅回路６１、同期検波回路８１、Ａ／Ｄ変換回路１００を含む。増幅回路６１は、振動子１０からの第１、第２の検出信号ＩＱ１、ＩＱ２を受けて、信号増幅や電荷−電圧変換を行う。同期検波回路８１は、駆動回路３０からの同期信号ＳＹＣに基づいて同期検波を行う。Ａ／Ｄ変換回路１００は、同期検波後の信号のＡ／Ｄ変換を行う。なお検出回路６０の構成としては、後述するように種々の方式の構成を採用することができる。これらについては後に詳述する。
【００５７】
検出装置２０は、制御部１４０を更に含むことができる。制御部１４０は、検出装置２０の制御処理を行う。この制御部１４０は、ロジック回路（ゲートアレイ等）やプロセッサー等により実現できる。検出装置２０での各種のスイッチ制御やモード設定等はこの制御部１４０により行われる。
【００５８】
３．バッファー回路を用いた高振幅駆動
本実施形態では、図２に示すように、外部からの電源電圧ＶＤＤを降圧する電圧調整を、レギュレーター回路２２により行い、電圧調整されたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを駆動回路３０や検出回路６０に供給している。そして駆動回路３０や検出回路６０は、このレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを動作電源電圧として動作する。
【００５９】
このように、一定電圧になるように調整されたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを生成し、このレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを用いて駆動回路３０、検出回路６０を動作させれば、検出性能の向上等を実現できる。
【００６０】
即ち、従来のように外部からの電源電圧ＶＤＤにより駆動回路３０、検出回路６０を動作させる構成では、電源電圧ＶＤＤに電圧変動があった場合に、この電圧変動が原因で、例えばジャイロの０点変動等が生じるおそれがある。
【００６１】
この点、本実施形態では、電源電圧ＶＤＤを動作電源電圧として、駆動回路３０、検出回路６０を動作させるのではなく、レギュレーター回路２２により生成されたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを動作電源電圧として、駆動回路３０、検出回路６０を動作させている。このようにすれば、電源電圧ＶＤＤに電圧変動があった場合にも、この電圧変動がレギュレーター回路２２により吸収されるため、駆動回路３０、検出回路６０にＶＤＤの電圧変動が伝達されるのを抑制できる。
【００６２】
即ち、本実施形態のレギュレーター回路２２を用いれば、例えば電源電圧ＶＤＤが２．７Ｖ〜３．３Ｖの範囲内において変動した場合にも、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬの電圧変動を例えば１ｍＶ以下（例えば０．３ｍＶ以下）に抑えることができる。また温度変化があった場合にも、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬの変動を例えば±数十ｍＶ以下（例えば±３０ｍＶ以下）に抑えることができる。従って、電源電圧ＶＤＤの変動がある場合にも、レギュレーター電圧ＶＤＤＬの変動については最小限に抑えることができるため、電源電圧ＶＤＤの変動が原因で０点（ジャイロの静止状態時の出力）が変動して、検出性能が悪化してしまう事態を抑制できる。
【００６３】
例えば図３（Ａ）は、本実施形態のようにレギュレーター回路２２を用いた場合における、電源電圧ＶＤＤと０点変動量の関係（サンプル数４個）を示す図である。図３（Ａ）に示すように本実施形態では、例えば電源電圧ＶＤＤが２．７Ｖ〜３．３Ｖの範囲内に変動した場合にも、０点変動量（dps：Degree per second）を最小限（例えば０．０１ｄｐｓ以下）に抑えること可能になる。
【００６４】
また本実施形態によれば、検出装置の回路の大部分を占める駆動回路３０、検出回路６０、制御部１４０を、低いレギュレート電源電圧ＶＤＤＬにより動作させることができる。従って、回路の大部分が低電源電圧で動作することになるため、消費電力についても効果的に削減できるという利点がある。
【００６５】
しかしながら、このように駆動回路３０等を、低電圧のレギュレート電源電圧ＶＤＤＬで動作させてしまうと、今度は、発振の起動時間が長くなってしまうという問題が生じる。例えば図３（Ｂ）は、電源電圧と起動時間の関係を示す図である。図３（Ｂ）に示すように電源電圧が低くなるほど、起動時間が長くなる。例えば図３（Ｂ）に示すように、振動子１０の駆動電流が大きいほど、起動時間が長くなる。そして、駆動電流が大きい場合には、電源電圧が例えば２．７Ｖ程度以下の場合に、起動時間が指数関数的に長くなってしまい、許容範囲を超えてしまうおそれがある。即ち、駆動回路３０等の電源電圧として、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬ（例えば１．８Ｖ）を使用すると、起動時間が非常に長くなってしまい、使用に耐え得ないレベルになるおそれがある。
【００６６】
そこで本実施形態では図２に示すように、レギュレーター回路２２により生成されたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬを駆動回路３０、検出回路６０に供給して検出性能の向上や低消費電力化を図る一方で、駆動信号ＤＱをバッファリングするバッファー回路２４に対しては、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬではなく電源電圧ＶＤＤを供給する。即ち、これまでは電源電圧ＶＤＤを検出装置の全ての回路に供給していたのに対して、本実施形態では、検出装置の回路（集積回路装置）を、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬを供給する第１の回路部分と、電源電圧ＶＤＤを供給する第２の回路部分とに分ける。そして、検出性能の向上や低消費電力化が要求される駆動回路３０、検出回路６０、制御部１４０は、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬが供給される第１の回路部分とする一方で、バッファー回路２４については、電源電圧ＶＤＤが直接に供給される第２の回路部分とする。
【００６７】
そしてバッファー回路２４は、供給された電源電圧ＶＤＤを用いて、駆動回路３０からの駆動信号ＤＱの振幅を増加させる変換を行って、高振幅の駆動信号（増幅駆動信号）ＤＱＢを振動子１０に出力する。即ち、駆動信号ＤＱのピーク・ツー・ピーク電圧よりも高いピーク・ツー・ピーク電圧を有する駆動信号ＤＱＢを生成し、この駆動信号ＤＱＢにより振動子１０を駆動する。
【００６８】
このようにすれば図３（Ｂ）から明らかなように、レギュレート電源電圧ＶＤＤＬを用いた駆動信号ＤＱにより振動子１０を駆動する場合に比べて、起動時間を短縮できる。即ち本実施形態では、検出性能の向上や低消費電力化と、起動時間の短縮化とを両立して実現することに成功している。
【００６９】
４．バッファー回路の構成例
次にバッファー回路２４の具体的な構成例について説明する。図４にバッファー回路２４の第１の構成例を示す。
【００７０】
図４では、バッファー回路２４は、演算増幅器ＯＰＭ、第１、第２に抵抗素子ＲＭ１、ＲＭ２を有する。演算増幅器ＯＰＭは、非反転入力端子に駆動回路３０からの駆動信号ＤＱが入力される。演算増幅器ＯＰＭは電源端子ＴＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤを動作電源電圧として動作する。第１、第２の抵抗素子ＲＭ１、ＲＭ２は、高振幅の駆動信号ＤＱＢの出力ノードＮＭ１と低電位側電源（ＧＮＤ）のノードとの間に直列に設けられる。そして第１、第２の抵抗素子ＲＭ１、ＲＭ２の接続ノードＮＭ２は、演算増幅器ＯＰＭの反転入力端子に接続される。なおレギュレーター回路２２も図４のバッファー回路２４と同様の構成により実現できる。
【００７１】
図４において抵抗素子ＲＭ１、ＲＭ２の抵抗をＲ１、Ｒ２とし、駆動信号ＤＱ、ＤＱＢの振幅をＡＰ、ＡＰＢとする。すると、ＡＰＢ＝｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２｝×ＡＰという関係式が成り立つ。例えばＲ１＝２００ＫΩ、Ｒ２＝４００ＫΩである場合には、ＡＰＢ＝｛（２００ＫΩ＋４００ＫΩ）／４００ＫΩ｝×ＡＰ＝１．５×ＡＰとなり、駆動信号ＤＱＢは駆動信号ＤＱの振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）を１．５倍にした信号になる。従って、振動子１０の高振幅駆動が可能になり、発振の起動時間の短縮化等を実現できる。
【００７２】
また本実施形態では、駆動回路３０及び検出回路６０は、低耐圧トランジスター（第１の耐圧のトランジスター）により構成され、バッファー回路２４は、高耐圧トランジスター（第１の耐圧よりも高耐圧の第２の耐圧のトランジスター）により構成される。例えば、低耐圧トランジスターは、１．８Ｖよりも耐圧が高く、高耐圧トランジスターよりも耐圧が低いトランジスターであり、高耐圧トランジスターは３．３Ｖよりも耐圧が高いトランジスターである。高耐圧トランジスターは、例えば低耐圧トランジスターよりもゲート酸化膜の膜厚を厚くしたり、ゲート長を長くすることなどで実現できる。検出装置の大部分を占める駆動回路３０、検出回路６０や制御部１４０を低耐圧トランジスターにより構成することで、検出装置の低消費電力化や回路レイアウトの小面積化等を図れるようになる。バッファー回路２４を高耐圧トランジスターにより構成することで、高振幅駆動によりトランジスターの故障・破壊等の不具合が発生するのを効果的に防止できる。
【００７３】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）にバッファー回路２４の第２の構成例を示す。この第２の構成例のバッファー回路２４を有する検出装置は、図５（Ａ）の第１のモードでは、バッファー回路２４からの高振幅の駆動信号ＤＱＢを振動子１０（物理量トランスデューサー）に出力する。一方、図５（Ｂ）の第２のモードでは、駆動回路３０からの駆動信号ＤＱを振動子１０に出力する。
【００７４】
具体的には第２の構成例では、バッファー回路２４の出力ノードＮＭ１と入力ノードとの間にスイッチ素子ＳＷＭが設けられている。そして図５（Ａ）に示すように第１のモードではスイッチ素子ＳＷＭがオフになる。これにより、バッファー回路２４からの高振幅の駆動信号ＤＱが振動子１０に出力されるようになる。なおこの場合に、例えばイネーブル信号ＥＮＢにより演算増幅器ＯＰＭが動作イネーブル状態に設定される。
【００７５】
一方、第２のモードではスイッチ素子ＳＷＭがオンになる。これにより、駆動回路３０からの低振幅の駆動信号ＤＱがスイッチ素子ＳＷＭを介して振動子１０に出力されるようになる。なおこの場合に、例えばイネーブル信号ＥＮＢにより演算増幅器ＯＰＭが動作ディスエーブル状態に設定される。例えば演算増幅器ＯＰＭの出力がハイインピーダンス状態に設定される。
【００７６】
また第２の構成例では抵抗素子ＲＭ１、ＲＭ２に対応してスイッチ素子ＳＷＭ１、ＳＷＭ２が設けられている。そして図５（Ａ）の第１のモードではスイッチ素子ＳＷＭ１、ＳＷＭ２がオンになる一方で、図５（Ｂ）の第２のモードではスイッチ素子ＳＷＭ１、ＳＷＭ２がオフになる。これにより、第２のモードにおいて、バッファー回路２４の出力ノードＮＭ１からＶＳＳ（ＧＮＤ）に対して不要な電流が流れたり、演算増幅器ＯＰＭの反転入力端子に不要な電圧が印加されるのを防止できる。
【００７７】
例えば図６に示すように、振動子１０の発振の起動期間では、検出装置が第１のモードに設定される。これにより、バッファー回路２４からの高振幅の駆動信号ＤＱＢが振動子１０に出力される。一方、起動期間の完了後に、検出装置が第２のモードに設定される。例えば発振定常状態では第２のモードに設定される。これにより、駆動回路３０からの低振幅の駆動信号ＤＱが振動子１０に出力される。
【００７８】
例えば起動期間では、振動子１０の発振の起動時間の短縮化のために、高振幅駆動を行うことが望ましい。従って起動期間では図５（Ａ）に示すようにスイッチ素子ＳＷＭをオフにして、バッファー回路２４からの高振幅の駆動信号ＤＱＢで振動子１０を駆動し、起動時間の短縮化を図る。
【００７９】
一方、起動期間が完了し、振動子１０が定常発振状態となった場合には、起動時間の短縮化という要請はなくなるため、図５（Ｂ）に示すようにスイッチ素子ＳＷＭをオン（ＳＷＭ１、ＳＷＭ２をオフ）にして、駆動回路３０からの低振幅の駆動信号ＤＱにより振動子１０を駆動する。このように低振幅の駆動信号ＤＱで駆動することで、低消費電力化やノイズ低減等を期待できるようになる。但し、アプリケーションによっては、起動期間が完了して振動子１０が定常発振状態になった後も、例えば２．７Ｖ〜３．３Ｖの電源電圧ＶＤＤを用いた駆動信号ＤＱＢによる駆動が望ましい場合もある。従って、このような場合には起動期間が完了した後も、検出装置を第１のモードに設定する。
【００８０】
なお、第１、第２のモードの設定は例えば制御部１４０の制御処理により実現できる。例えば制御部１４０がスイッチ素子ＳＷＭ、ＳＷＭ１、ＳＷＭ２のオン・オフを制御することで実現できる。また検出装置に設けられたレジスター部のレジスター設定によって、図５（Ａ）、図５（Ｂ）の第１、第２のモードを設定することができる。例えば外部インターフェースを介してレジスター部にアクセスして、第１、第２のモードの設定を行うようにすることができる。
【００８１】
５．正弦波の駆動信号
本実施形態では、振動子を矩形波の駆動信号で駆動してもよいが、正弦波の駆動信号で駆動することもできる。以下では、この正弦波の駆動信号による駆動手法について詳細に説明する。
【００８２】
例えば図７において、ゲイン制御回路４０は、駆動信号出力回路５０での駆動信号ＤＱの増幅のゲインを制御している。そしてＩ／Ｖ変換回路３２はＩ／Ｖ変換用の抵抗素子ＲＥを有する。なお以下では図２の増幅回路３２をＩ／Ｖ変換回路３２と記載する。例えばＩ／Ｖ変換回路３２は、演算増幅器ＯＰＥと、演算増幅器ＯＰＥの出力ノードと反転入力端子のノードとの間に設けられる帰還の抵抗素子ＲＥを有する。
【００８３】
ここで、抵抗素子ＲＥの抵抗値であるＩ／Ｖ変換用（電流−電圧変換用）の抵抗をＲＩとする。また駆動信号出力回路５０とバッファー回路２４とによる駆動信号ＤＱＢの増幅のゲインをＫとする。また振動子１０の基本波モードでの等価直列抵抗（等価直列抵抗値）をＲとする。例えば振動子１０は、図７に示すようにＣ、Ｌ、Ｒの等価回路で表され、その等価直列抵抗（共振抵抗）をＲとする。
【００８４】
この場合にゲイン制御回路４０は、Ｋ×ＲＩ＝Ｒとなるようにゲイン制御を行う。例えば、Ｋ×ＲＩ＝Ｒの関係式で表されるゲインが目標ゲインとなるようにＡＧＣループによるゲイン制御を行う。そして駆動信号出力回路５０及びバッファー回路２４は、Ｋ×ＲＩ＝Ｒの関係式が成り立つゲインで、Ｉ／Ｖ変換回路３２によるＩ／Ｖ変換後の電圧信号ＤＶを増幅して、駆動信号ＤＱＢを振動子１０に出力する。こうすることで、駆動信号ＤＱＢとして、矩形波信号ではなく、正弦波信号を振動子１０に出力して駆動できるようになる。
【００８５】
さて、振動子を発振させるためには、振動子が有する抵抗成分（及び振動子と回路の接続に起因する接触抵抗や配線抵抗などの寄生抵抗）を、打ち消すのに十分な負性抵抗を、アクティブ回路により実現する必要がある。つまり、負性抵抗を実現する回路構成や負性抵抗の値の設定についての設計思想が重要となる。
【００８６】
例えば振動子（水晶振動子）の電気的な等価回路は図８（Ａ）に示すように表される。Ａ１に示す等価直列抵抗Ｒ、等価直列インダクタンスＬ、等価直列容量Ｃは、機械的共振回路に相当する部分である。Ａ２に示す容量Ｃ０の電気的要素は、アクティブ回路側の要素として、負性抵抗を考える。
【００８７】
例えば図８（Ｂ）のようにインバーター回路ＩＶを用いた通常の発振器の回路では、大きな電流を流す必要はなく、振動子が発振さえしてくればよい。この回路では、負性抵抗ＲＮは下式（１）のように表すことができる。
【００８８】
ＲＮ＝−（ＣＧ×ＣＤ）／（Ｇｍ×Ｃ０）    （１）
ここでＣＧ、ＣＤは、インバーター回路ＩＶのゲート、ドレインの寄生容量でありＧｍはトランスコンダクタンスである。
【００８９】
一方、図８（Ｃ）に示すようにジャイロセンサーの回路では、検出感度を稼ぐために大きく振動子を振動させる必要があるため、大きな駆動電流ＩＤを流す必要がある。この回路では、負性抵抗ＲＮは下式（２）のように表すことができる。
【００９０】
ＲＮ＝−Ｋ×ＲＩ    （２）
ここで、Ｋは、駆動信号ＤＱＢの信号増幅のゲインであり、ＲＩは、Ｉ／Ｖ変換用の抵抗（例えば抵抗素子ＲＥの抵抗値）である。
【００９１】
次に負性抵抗ＲＮをどのような値に設定すればよいかについて考察する。図９（Ａ）の等価回路において、インピーダンス最小点である共振点は、図９（Ａ）のＣ１に示す式で表すことができる。ここでＣ、Ｌ、Ｒは、振動子の等価直列容量、等価直列インダクタンス、等価直列抵抗である。
【００９２】
このため、Ｒ＋ＲＮ＞０の場合には、図９（Ｂ）のＤ１に示すように共振点はＳ平面の左半面に位置することになる。この場合には、時間経過とともに発振の振幅は減少する。従って、やがて発振は停止することになる。
【００９３】
一方、Ｒ＋ＲＮ＝０の場合には、図９（Ｂ）のＤ２に示すように共振点はＳ平面の虚軸上に位置し、周波数はωｓ＝１／（Ｌ×Ｃ）１／２と表され、一定の振幅の発振となる。そして、この場合は発振は持続する。
【００９４】
また、Ｒ＋ＲＮ＜０の場合には、図９（Ｂ）のＤ３に示すように共振点はＳ平面の右半面に位置し、時間経過とともに発振の振幅は増大する。この場合も発振は持続する。
【００９５】
そして図１０（Ａ）において、Ｉ／Ｖ変換回路３２の出力信号ＤＶは、入力電流（駆動電流）をＩＤとした場合に、ＤＶ＝−ＲＩ×ＩＤと表される。そしてこの信号ＤＶが、ゲインＫで信号を増幅する駆動信号出力回路５０及びバッファー回路２４により増幅されるため、駆動信号はＤＱＢ＝−Ｋ×ＤＶ＝Ｋ×ＲＩ×ＩＤとなる。
【００９６】
ここで図９（Ｂ）のＤ１のようにＲ＋ＲＮ＞０の場合には、図１０（Ｂ）に示すように駆動信号ＤＱＢは、その振幅が信号ＤＶよりも小さくなり、発振は停止する。
【００９７】
また、図９（Ｂ）のＤ２のようにＲ＋ＲＮ＝０の場合には、図１０（Ｃ）に示すように駆動信号ＤＱＢは、その振幅が信号ＤＶよりも大きくなり、且つ正弦波の信号となり、発振は継続する。
【００９８】
一方、図９（Ｂ）のＤ３のようにＲ＋ＲＮ＜０の場合には、図１０（Ｄ）に示すように駆動信号ＤＱＢは、その振幅が、高電位側電源電圧ＶＤＤ〜低電位側電源電圧ＶＳＳ（ＧＮＤ）の電圧範囲を越えてしまい、矩形波の信号になってしまう。この場合にも発振自体は継続する。
【００９９】
しかしながら、図１０（Ｄ）のように駆動信号ＤＱＢが矩形波信号になってしまうと、後述するように矩形波信号には高調波成分が多く含まれるため、この高調波成分が原因となって検出装置の検出性能を低下させてしまう。
【０１００】
一方、図１０（Ｂ）のようにＲ＋ＲＮ＞０の場合には、駆動信号ＤＱＢの振幅が小さくなってしまい、発振が継続せずに停止してしまう。
【０１０１】
そこで本実施形態では、図７に示すように、Ｉ／Ｖ変換用の抵抗をＲＩとし、駆動信号出力回路５０及びバッファー回路２４でのゲインをＫとし、振動子１０の等価直列抵抗（寄生抵抗を含む）をＲとした場合に、ゲイン制御回路４０は、Ｋ×ＲＩ＝Ｒの関係式が成り立つようゲイン制御を行う。つまりＫ×ＲＩ＝Ｒの関係になることを目標とするゲイン制御が行われる。なおＫ×ＲＩ＝Ｒは目標となるものであり、厳密にＫ×ＲＩ＝Ｒとなることは必ずしも必要ではない。
【０１０２】
ここで上述の式（２）に示すように、本実施形態のような駆動回路３０においては、負性抵抗についてＲＮ＝−Ｋ×ＲＩの関係式が成り立つ。従って、Ｋ×ＲＩ＝Ｒとなるようにゲイン制御が行われることで、Ｒ＋ＲＮ＝Ｋ×ＲＩ＋（−Ｋ×ＲＩ）＝０が成立するようになる。従って、図１０（Ｃ）に示すような正弦波による振動子１０の駆動が可能になる。
【０１０３】
つまり、Ｋ×ＲＩ＝Ｒとなるように設定されたゲイン制御が行われると、Ｒ＋ＲＮ＝０の関係が成り立つため、図９（Ｂ）のＤ２に示すように共振点がＳ平面の虚軸上に位置するようになる。
【０１０４】
そして例えば、共振点が図９（Ｂ）のＤ１に示すようにＳ平面の左半面側に移動して、図１０（Ｂ）のように駆動信号ＤＱＢの振幅が小さくなるような状況になると、ゲイン制御回路４０のＡＧＣループが働いて、共振点を虚軸上に戻すゲイン制御が行われる。これにより、駆動信号ＤＱＢの振幅が小さくなって発振が停止してしまう事態の発生を抑制できる。
【０１０５】
一方、共振点が図９（Ｂ）のＤ３に示すようにＳ平面の右半面側に移動して、図１０（Ｄ）のように駆動信号ＤＱＢが矩形信号になるような状況になると、ゲイン制御回路４０のＡＧＣループが働いて、共振点を虚軸上に戻すゲイン制御が行われる。これにより、駆動信号ＤＱＢが矩形信号になってしまい検出性能が低下してしまう事態の発生を抑制できる。
【０１０６】
例えば、従来では、振動子１０の駆動電流を一定にすることだけを目的として、ＡＧＣループによるゲイン制御を行っていた。この場合に、ゲインＫが小さいと、図１０（Ｂ）に示すように駆動信号ＤＱＢの振幅が小さくなって発振が停止してしまうため、ゲインＫを、なるべく大きくするという設計手法で回路設計を行っていた。
【０１０７】
ところが、この設計手法では、ゲインＫが大きな値に設定されることで、負性抵抗ＲＮ（＝−Ｋ×ＲＩ）の絶対値も大きくなってしまうため、Ｒ＋ＲＮ＜０の関係が成り立つようになってしまう。従って、結果的に、図１０（Ｄ）に示すような矩形波駆動となってしまい、高調波成分の発生により検出性能が低下してしまう事態の発生を招いていた。
【０１０８】
この点、本願の発明者は、図１０（Ａ）のＩ／Ｖ変換用の抵抗ＲＩとゲインＫとの関係に着目した。そしてＫ×ＲＩ＝ＲとなるＡＧＣループによるゲイン制御を行うことで、図１０（Ｃ）に示すような正弦波の駆動信号ＤＱＢによる振動子１０の駆動が可能になることを見い出した。
【０１０９】
即ち、単に振動子１０の駆動電流を一定にするという目的だけではなくて、Ｋ×ＲＩ＝Ｒを成立させるための回路として、ＡＧＣループを有するゲイン制御回路４０を利用する。こうすることで、図９（Ｂ）のＤ２に示すようにＳ平面の虚軸上に共振点が位置するようにＡＧＣループによるゲイン制御が働くようになり、発振が停止してしまったり、駆動信号ＤＱＢが矩形波信号になってしまう事態の発生が抑制される。この結果、正弦波の駆動信号ＤＱＢによる振動子１０の駆動が可能になり、検出装置の検出性能等を向上させることに成功している。
【０１１０】
６．駆動回路の詳細な構成例
図１１に、正弦波駆動の場合の駆動回路３０の詳細な構成例を示す。
【０１１１】
図１１において、Ｉ／Ｖ変換回路３２は、ローパスフィルター特性をもつ積分型の電流−電圧変換回路であり、演算増幅器ＯＰＥ、キャパシターＣＥ、抵抗素子ＲＥを有する。ここでは、この抵抗素子ＲＥの抵抗値が電流−電圧変換用の抵抗ＲＩとなる。演算増幅器ＯＰＥの非反転入力端子（第１の入力端子）は所定電位（例えばＡＧＮＤ）に設定され、反転入力端子（第２の入力端子）には振動子１０からの信号ＤＩが入力される。キャパシターＣＥ及び抵抗素子ＲＥは、Ｉ／Ｖ変換回路３２の出力ノードと演算増幅器ＯＰＥの反転入力端子のノードとの間に設けられる。
【０１１２】
ゲイン制御回路４０（ＡＧＣ）は、発振定常状態において、ループゲインが１になるようにゲインを自動調整する回路であり、全波整流器４２、積分器４４を有する。なお、ゲイン制御回路４０に、発振状態を検出する発振検出器等を含ませてもよい。
【０１１３】
全波整流器４２は、Ｉ／Ｖ変換回路３２のＩ／Ｖ変換後の信号ＤＶを全波整流し、全波整流後の信号ＤＲを積分器４４に出力する。全波整流器４２は、演算増幅器ＯＰＦ、抵抗素子ＲＦ１、ＲＦ２、コンパレーターＣＰ３、スイッチ素子ＳＦ１、ＳＦ２、インバーター回路ＩＮＶを有する。
【０１１４】
抵抗素子ＲＦ１は、信号ＤＶの入力ノードと演算増幅器ＯＰＦの反転入力端子のノードとの間に設けられ、抵抗素子ＲＦ２は、演算増幅器ＯＰＦの出力ノードと反転入力端子のノードとの間に設けられる。
【０１１５】
スイッチ素子ＳＦ１は、演算増幅器ＯＰＦの出力ノードと積分器４４の入力ノードとの間に設けられ、スイッチ素子ＳＦ２は、信号ＤＶのノードと積分器４４の入力ノードとの間に設けられる。そしてスイッチ素子ＳＦ１、ＳＦ２は、信号ＤＶの電圧と所定電位の電圧とを比較するコンパレーターＣＰ３の出力信号に基づいて、排他的にオン・オフ制御される。これにより信号ＤＲは、信号ＤＶを全波整流した信号になる。
【０１１６】
積分器４４は、駆動信号ＤＱの振幅の制御電圧ＤＳを駆動信号出力回路５０に出力する。具体的には積分器４４は、全波整流器４２により全波整流された信号ＤＲの積分処理を行って、積分処理により得られた制御電圧ＤＳを駆動信号出力回路５０に出力する。
【０１１７】
積分器４４は、演算増幅器ＯＰＧ、抵抗素子ＲＧ、キャパシターＣＧを有する。キャパシターＣＧは、演算増幅器ＯＰＧの出力ノードと演算増幅器ＯＰＧの反転入力端子のノードとの間に設けられる。演算増幅器ＯＰＧの非反転入力端子は所定電圧ＶＲ３に設定される。抵抗素子ＲＧは、積分器４４の入力ノードと演算増幅器ＯＰＧの反転入力端子のノードとの間に設けられる。
【０１１８】
そして本実施形態では駆動信号出力回路５０が、ＯＴＡ（Operational Transconductance Amplifier）回路３６とＩ／Ｖ変換回路３９（第２の電流−電圧変換回路）を有する。なお、駆動信号出力回路５０の入力段側には、ハイパスフィルター３４が設けられている。このハイパスフィルター３４は、抵抗素子ＲＨとキャパシターＣＨを有する。なお、ハイパスフィルター３４の構成を省略したり、ハイパスフィルター３４の代わりにローパスフィルターなどを設けるなどの種々の変形実施が可能である。
【０１１９】
ＯＴＡ回路３６は、ゲイン制御回路４０からの制御電圧ＤＳと、Ｉ／Ｖ変換回路３２によるＩ／Ｖ変換後の入力電圧信号ＤＶ（ハイパスフィルター処理後の信号）を受ける。そしてＯＴＡ回路３６は、例えば制御電圧ＤＳによってトランスコンダクタンス（Ｇｍ）が設定されて、入力電圧信号ＤＶを電流信号ＤＡに変換する。Ｉ／Ｖ変換回路３９は、ＯＴＡ回路３６からの電流信号ＤＡのＩ／Ｖ変換（電流−電圧変換）を行い、駆動信号ＤＱを出力する。
【０１２０】
ＯＴＡ回路３６は例えば入力電圧に比例（略比例）した電流を出力する回路であり、ＯＴＡ回路３６でのトランスコンダクタンスをＧｍとした場合に、Ｇｍを比例定数として入力電圧信号ＤＶを電流信号ＤＡを変換する。そしてＯＴＡ回路３６のトランスコンダクタンスＧｍは、積分器４４からの制御電圧ＤＳにより設定されるため、ＯＴＡ回路３６は、制御電圧ＤＳに応じたトランスコンダクタンスＧｍで入力電圧信号ＤＶを電流信号ＤＡを変換することになる。そして、Ｉ／Ｖ変換回路３９（ＩＶ２）は、ＯＴＡ回路３６からの電流信号ＤＡを電圧信号に変換して、駆動信号ＤＱとして出力する。従って、結局、駆動信号出力回路５０は、制御電圧ＤＳに応じたゲインで入力電圧信号ＤＶを増幅して、駆動信号ＤＱを出力することになる。
【０１２１】
そしてバッファー回路２４（ＢＵＦ）は、駆動信号出力回路５０からの駆動信号ＤＱを受けて、駆動信号ＤＱの振幅を増加させた高振幅の駆動信号ＤＱＢを振動子１０に出力する。
【０１２２】
さて、図１１では、Ｉ／Ｖ変換用の抵抗はＲＩ＝４０ＫΩに設定されている。この抵抗ＲＩは、図１１ではＩ／Ｖ変換回路３２の帰還用の抵抗素子ＲＥの抵抗値である。またハイパスフィルター３４のゲインは１倍である。従って、入力電流信号であるフィードバック信号ＤＩのピーク・ツー・ピーク電流を５μＡｐｐとした場合に、駆動信号出力回路５０の入力電圧信号ＤＶのピーク・ツー・ピーク電圧は、ＶＰ１＝５μＡｐｐ×４０ＫΩ＝０．２Ｖｐｐとなる。つまり、ＡＧＮＤ（アナログ基準電圧）を中心電圧として、ピーク・ツー・ピーク電圧がＶＰ１＝０．２Ｖｐｐの正弦波の入力電圧信号ＤＶが、駆動信号出力回路５０に入力される。
【０１２３】
そして駆動信号出力回路５０とバッファー回路２４によるゲインはＫ＝７．５倍となる。例えば駆動信号出力回路５０（ＯＴＡ回路３６とＩ／Ｖ変換回路３９とハイパスフィルター３４）でのゲインが５倍であり、バッファー回路２４でのゲインが１．５倍であるため、トータルでＫ＝７．５倍のゲインになる。従って、ピーク・ツー・ピーク電圧がＶＰ２＝ＶＰ１×Ｋ＝０．２Ｖｐｐ×７．５＝１．５０Ｖｐｐとなる正弦波信号が、駆動信号ＤＱＢとして出力されることになる。
【０１２４】
一方、振動子１０の駆動電流のピーク・ツー・ピーク電流はＩＤＲ＝５μＡに設定されており、振動子１０の等価直列抵抗はＲ＝３００ＫΩとなっている。従って、駆動電流の観点からは、駆動信号ＤＱのピーク・ツー・ピーク電圧はＶＰ２＝５μＡ×３００ＫΩ＝１．５０Ｖｐｐとなる。これは、ゲインＫ＝７．５倍から求められた上述のＶＰ２＝ＶＰ１×Ｋ＝０．２Ｖｐｐ×７．５＝１．５０Ｖｐｐと一致する。
【０１２５】
このように図１１では、入力電圧信号ＤＶのピーク・ツー・ピーク電圧をＶＰ１とし、駆動信号ＤＱＢのピーク・ツー・ピーク電圧をＶＰ２とし、ゲイン制御回路４０のＡＧＣループにより設定される振動子１０の駆動電流のピーク・ツー・ピーク電流をＩＤＰとした場合に、ＶＰ２＝Ｋ×ＶＰ１＝ＩＤＰ×Ｒの関係が成り立っている。これは、前述したＫ×ＲＩ＝Ｒ、Ｒ＋ＲＮ＝０の関係が成立していることを意味している。例えばＫ＝７．５倍、ＲＩ＝４０ＫΩ、Ｒ＝３００ＫΩであり、Ｋ×ＲＩ＝７．５×４０ＫΩ＝Ｒが成り立っている。従って、図９（Ｂ）のＤ２や図１０（Ｃ）で説明した適正な正弦波駆動を実現できるようになる。
【０１２６】
また図１１では、高電位側電源電圧ＶＤＤと低電位側電源電圧ＶＳＳ（ＧＮＤ）の電圧差をＶＤＳとした場合に、ＶＤＳ＞ＶＰ２＝Ｋ×ＶＰ１＝ＩＤＰ×Ｒの関係が成り立っている。これは、駆動信号ＤＱＢは、その振幅がＶＤＤ〜ＶＳＳの電圧差ＶＤＳを越えるような矩形波信号ではなく、その振幅が電圧差ＶＤＳを越えない正弦波信号であることを意味している。
【０１２７】
例えば矩形波駆動の場合には、駆動信号出力回路５０がコンパレーターにより構成されており、矩形波の駆動信号を出力する。
【０１２８】
そして、この矩形駆動では、図１２に示す駆動信号のスペクトラム図の周波数特性に示すように、Ｂ１に示すような高調波成分が現れるため、検出装置の検出性能が低下する。これに対して図１１の構成によれば、図１２のＢ２に示すような周波数特性になり、矩形波駆動の場合に比べて、高調波成分が低減されて、検出装置の検出性能を向上できる。
【０１２９】
図１３にＯＴＡ回路３６の具体的な構成例を示す。このＯＴＡ回路３６は、Ｖ／Ｉ変換回路３７（電圧−電流変換回路）、差動部３８を有する。なおＯＴＡ回路３６の構成は図１３に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【０１３０】
Ｖ／Ｉ変換回路３７は、ゲイン制御回路４０からの制御電圧ＤＳを制御電流ＩＤＳに変換する。このＶ／Ｉ変換回路３７は、トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４と抵抗素子ＲＡにより構成される。Ｐ型のトランジスターＴＡ１、ＴＡ２は、そのゲートが共通接続される。Ｎ型のトランジスターＴＡ３は、そのドレインがトランジスターＴＡ１のドレインに接続され、そのゲートに制御電圧ＤＳが入力され、そのソースが抵抗素子ＲＡの一端に接続される。Ｎ型のトランジスターＴＡ４は、そのドイレン及びゲートがトランジスターＴＡ２のドレインに接続される。
【０１３１】
差動部３８は、制御電流ＩＤＳにより設定されるバイアス電流ＩＢＳがバイアス電流源（ＴＡ９）に流れ、第１の差動入力端子（反転入力端子）に、ＡＧＮＤ（アナログ基準電圧）が入力され、第２の差動入力端子（非反転入力端子）に、入力電圧信号ＤＶが入力される。そして電流信号ＤＡをＩ／Ｖ変換回路３９（第２の電流−電圧変換回路）に出力する。
【０１３２】
差動部３８は、トランジスターＴＡ５、ＴＡ６、ＴＡ７、ＴＡ８、ＴＡ９により構成される。Ｐ型のトランジスターＴＡ５、ＴＡ６は、そのゲートが共通接続される。Ｎ型のトランジスターＴＡ７は、そのドレインがトランジスターＴＡ５のドレインに接続され、そのゲートにＡＧＮＤが入力され、そのソースがトランジスターＴＡ９のドレインに接続される。Ｎ型のトランジスターＴＡ８は、そのドレインがトランジスターＴＡ６のドレインに接続され、そのゲートに入力電圧信号ＤＶが入力され、そのソースがトランジスターＴＡ９のドレインに接続される。Ｎ型のトランジスターＴＡ９は、バイアス電流源となるトランジスターであり、そのゲートが、Ｖ／Ｉ変換回路３７のトランジスターＴＡ４のゲートと共通接続される。トランジスターＴＡ９に流れるバイアス電流ＩＢＳは、Ｖ／Ｉ変換回路３７により生成される制御電流ＩＤＳをカレントミラーした電流となる。
【０１３３】
図１３では、制御電圧ＤＳ＝０．９Ｖである場合には、トランジスターＴＡ３のソース電圧は０．５Ｖ程度になるため、抵抗ＲＡには１０μＡの電流が流れる。従って、制御電流としてＩＤＳ＝１０μＡの電流が流れるようになる。この制御電流ＩＤＳにより、差動部３８には、バイアス電流としてＩＢＳ＝１０μＡの電流が流れるようになる。そして、このようにバイアス電流ＩＢＳを設定することで、ＯＴＡ回路３６は、±５μＡの正弦波の電流信号ＤＡを出力できるようになる。
【０１３４】
一方、図１１に示すように、ＡＧＮＤ＝０．９Ｖであり、入力電圧信号ＤＶは、ＡＧＮＤを中心電圧とするピーク・ツー・ピーク電圧がＶＰ１＝０．２Ｖｐｐの信号となり、±０．１Ｖの正弦波の電圧信号となる。従って、トランスコンダクタンスＧｍは、５μＡ／（Ｖｉｎｐ−Ｖｉｎｍ）＝５μＡ／０．１Ｖ＝５０μＳに設定されることになる。
【０１３５】
図１３の構成では、積分器４４からの制御電圧ＤＳにより制御電流ＩＤＳが設定されて、差動部３８に流れるバイアス電流ＩＢＳが設定される。そして、このバイアス電流ＩＢＳにより、ＯＴＡ回路３６のトランスコンダクタスＧｍが設定される。即ち、制御電圧ＤＳが増減すると、制御電流ＩＤＳ、バイアス電流ＩＢＳも増減して、トランスコンダクタスＧｍも増減する。そしてＯＴＡ回路３６は、このように制御電圧ＤＳによって設定されるトランスコンダクタンスＧｍで、入力電圧信号ＤＶを電流信号ＤＡに変換する。そしてＩ／Ｖ変換回路３９は、この電流信号ＤＡのＩ／Ｖ変換を行って、駆動信号ＤＱを出力する。そしてバッファー回路２４は、この駆動信号ＤＱの振幅を増加させた高振幅の駆動信号ＤＱＢを出力する。こうすることで、制御電圧ＤＳによってその振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）がＡＧＣ制御される正弦波の駆動信号ＤＱＢを、振動子１０に出力できるようになる。
【０１３６】
７．変形例
図１４に本実施形態の検出装置の変形例を示す。図１４は、複数の軸回りでの回転角速度の検出を行う多軸ジャイロセンサーの検出装置の構成例である。この構成例の検出装置は、複数の振動子１０-1、１０-2、１０-3の駆動及び検出を行う。ここで、例えば、振動子１０-1は、第１の軸（例えばＸ軸）の回りでの回転角速度を検出するための振動子であり、振動子１０-2は、第２の軸（例えばＹ軸）の回りでの回転角速度を検出するための振動子である。また振動子１０-3は第３の軸（例えばＺ軸）の回りでの回転角速度を検出するための振動子である。
【０１３７】
多軸ジャイロセンサーでは、いわゆる軸間干渉が問題になる。例えば本実施形態の比較例の手法として、検出装置の全ての回路を電源電圧ＶＤＤを動作電源電圧として動作させる手法が考えられる。しかしながら、この比較例の手法では、例えば第１の軸用の駆動回路、検出回路が動作することで生じる電源電圧ＶＤＤの微少な変動等が、第２の軸用、第３の軸用の駆動回路、検出回路に悪影響を及ぼす軸間干渉が生じ、検出性能の低下等の問題を招くおそれがある。特に、複数の各振動子の駆動周波数が互いに異なる場合に大きな問題となる。このような問題を解決するために本実施形態では図１４に示す構成を採用している。
【０１３８】
具体的には図１４では、振動子１０-1用のレギュレーター回路２２-1、バッファー回路２４-1、駆動回路３０-1、検出回路６０-1と、振動子１０-2用のレギュレーター回路２２-2、バッファー回路２４-2、駆動回路３０-2、検出回路６０-2とが設けられる。また振動子１０-3用のレギュレーター回路２２-3、バッファー回路２４-3、駆動回路３０-3、検出回路６０-3が設けられる。なお、図１４は、振動子が３つの場合の例であるが、振動子が２つの場合には、振動子１０-3用のレギュレーター回路２２-3、バッファー回路２４-3、駆動回路３０-3、検出回路６０-3の構成は不要となる。
【０１３９】
振動子１０-1用のレギュレーター回路２２-1、バッファー回路２４-1、駆動回路３０-1、検出回路６０-1の構成及び動作は、図２のレギュレーター回路２２、バッファー回路２４、駆動回路３０、検出回路６０と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【０１４０】
振動子１０-2用の駆動回路３０-2（第２の駆動回路）は、振動子１０-2（第２の物理量トランスデューサー）からのフィードバック信号ＤＩ２（第２のフィードバック信号）を受けて、振動子１０-2を駆動する。検出回路６０-2（第２の検出回路）は、振動子１０-2からの検出信号ＩＱ２１、ＩＱ２２を受けて、所望信号を検出する。
【０１４１】
レギュレーター回路２２-2（第２のレギュレーター回路）は、電源端子ＴＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤを降圧する電圧調整を行い、電圧調整により得られたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬ２（第２のレギュレート電源電圧）を駆動回路３０-2及び検出回路６０-2に出力する。
【０１４２】
そしてバッファー回路２４-2（第２のバッファー回路）は、電源電圧ＶＤＤが供給され、駆動回路３０-2からの駆動信号ＤＱ２（第２の駆動信号）を受けて、駆動信号ＤＱ２の振幅を増加させた高振幅の駆動信号ＤＱ２Ｂ（第２の増幅駆動信号）を振動子１０-2に出力する。
【０１４３】
振動子１０-3用の駆動回路３０-3（第３の駆動回路）は、振動子１０-3（第３の物理量トランスデューサー）からのフィードバック信号ＤＩ３（第３のフィードバック信号）を受けて、振動子１０-3を駆動する。検出回路６０-3（第３の検出回路）は、振動子１０-3からの検出信号ＩＱ３１、ＩＱ３２を受けて、所望信号を検出する。
【０１４４】
レギュレーター回路２２-3（第３のレギュレーター回路）は、電源端子ＴＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤを降圧する電圧調整を行い、電圧調整により得られたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬ３（第３のレギュレート電源電圧）を駆動回路３０-3及び検出回路６０-3に出力する。
【０１４５】
そしてバッファー回路２４-3（第３のバッファー回路）は、電源電圧ＶＤＤが供給され、駆動回路３０-3からの駆動信号ＤＱ３（第３の駆動信号）を受けて、駆動信号ＤＱ３の振幅を増加させた高振幅の駆動信号ＤＱ３Ｂ（第３の増幅駆動信号）を振動子１０-3に出力する。
【０１４６】
以上の図１４の構成によれば、電源電圧ＶＤＤをレギュレーター回路２２-1、２２-2、２２-3において降圧する電圧調整が行われる。そして得られたレギュレート電源電圧ＶＤＤＬ１、ＶＤＤＬ２、ＶＤＤＬ３が、各々、駆動回路３０-1及び検出回路６０-1、駆動回路３０-2及び検出回路６０-2、駆動回路３０-3及び検出回路６０-3に、動作電源電圧として供給される。従って、軸間干渉を最小限に抑えることができる。例えば第１の軸用の駆動回路３０-1、検出回路６０-1が動作したことによる電源電圧変動が、他の第２の軸用、第３の軸用の駆動回路３０-2、３０-3、検出回路６０-2、６０-3に伝達されてしまうのを、レギュレーター回路２２-1、２２-2、２２-3により、最小限に抑制できる。従って、多軸ジャイロセンサーの軸間干渉を低減して検出性能の向上を図れるようになる。
【０１４７】
そして図１４では、バッファー回路２４-1、２４-2、２４-3については、レギュレート電源電圧ではなく端子ＴＶＤＤにより外部から入力される電源電圧ＶＤＤで動作させて、高振幅の駆動信号ＤＱ１Ｂ、ＤＱ２Ｂ、ＤＱＢ３を生成している。従って、高振幅の駆動による起動時間の短縮と、軸間干渉の低減による検出性能の向上とを両立して実現できる。
【０１４８】
また図１４では、図５（Ａ）で説明した第１のモードにおいて、検出装置は、バッファー回路２４-1からの高振幅の駆動信号ＤＱ１Ｂを、振動子１０-1に出力する。同様に検出装置は、第１のモードでは、バッファー回路２４-2、２４-3からの高振幅の駆動信号ＤＱ２Ｂ、ＤＱ３Ｂを、振動子１０-2、１０-3に出力する。
【０１４９】
一方、図５（Ｂ）で説明した第２のモードでは、検出装置は、駆動回路３０-1からの低振幅の駆動信号ＤＱ１を振動子１０-1に出力する。同様に検出装置は、第２のモードでは、駆動回路３０-2、３０-3からの低振幅の駆動信号ＤＱ２、ＤＱ３を振動子１０-2、１０-3に出力する。
【０１５０】
例えば発振の起動期間においては、所望信号の検出は行われないため、前述の軸間干渉は大きな問題とならない。従って、起動期間においては検出装置を第１のモードに設定して、高振幅の駆動信号ＤＱ１Ｂ〜ＤＱ３Ｂで振動子１０-1〜１０-3を駆動するようにする。一方、発振の起動期間が完了した後は、軸間干渉等による検出性能の低下を抑制するために、低振幅の駆動信号ＤＱ１〜ＤＱ３で振動子１０-1、１０-2、１０-3を駆動するようにする。こうすることで、多軸ジャイロセンサー等において発振の起動時間の短縮と検出性能の向上とを両立して実現できるようになる。
【０１５１】
８．検出回路
図１５に検出回路６０の詳細な構成例を示す。図１５は全差動スイッチングミキサー方式の検出回路６０の例である。
【０１５２】
図１５に示すように、全差動スイッチングミキサー方式の検出回路６０は、第１、第２のＱ／Ｖ変換回路６２、６４、第１、第２のゲイン調整アンプ７２、７４、スイッチングミキサー８０、第１、第２のフィルター９２、９４、Ａ／Ｄ変換回路１００、ＤＳＰ部１１０（デジタル信号処理部）を含む。
【０１５３】
Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４（電荷−電圧変換回路）には振動子１０からの差動の第１、第２の検出信号ＩＱ１、ＩＱ２が入力される。そしてＱ／Ｖ変換回路６２、６４は振動子１０で発生した電荷（電流）を電圧に変換する。
【０１５４】
ゲイン調整アンプ７２、７４は、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４の出力信号ＱＡ１、ＱＡ２をゲイン調整して増幅する。ゲイン調整アンプ７２、７４は、いわゆるプログラマブルゲインアンプであり、制御部１４０により設定されたゲインで信号ＱＡ１、ＱＡ２を増幅する。例えばＡ／Ｄ変換回路１００の電圧変換範囲に適合する振幅の信号に増幅する。
【０１５５】
スイッチングミキサー８０は、駆動回路３０からの同期信号ＳＹＣに基づいて差動の同期検波を行うミキサーである。具体的にはスイッチングミキサー８０では、ゲイン調整アンプ７２の出力信号ＱＢ１が第１の入力ノードＮＩ１に入力され、ゲイン調整アンプ７４の出力信号ＱＢ２が第２の入力ノードＮＩ２に入力される。そして駆動回路３０からの同期信号ＳＹＣにより差動の同期検波を行って、差動の第１、第２の出力信号ＱＣ１、ＱＣ２を第１、第２の出力ノードＮＱ１、ＮＱ２に出力する。このスイッチングミキサー８０により、前段の回路（Ｑ／Ｖ変換回路、ゲイン調整アンプ）が発生したノイズ（１／ｆノイズ）などの不要信号が高周波帯域に周波数変換される。また、コリオリ力に応じた信号である所望信号が直流信号に落とし込まれる。
【０１５６】
フィルター９２には、スイッチングミキサー８０の第１の出力ノードＮＱ１からの第１の出力信号ＱＣ１が入力される。フィルター９４には、スイッチングミキサー８０の第２の出力ノードＮＱ２からの第２の出力信号ＱＣ２が入力される。これらのフィルター９２、９４は、例えば不要信号を除去（減衰）して所望信号を通過させる周波数特性を有するローパスフィルターである。例えばスイッチングミキサー８０により高周波帯域に周波数変換された１／ｆノイズ等の不要信号は、フィルター９２、９４により除去される。またフィルター９２、９４は、演算増幅器を用いずに、抵抗素子やキャパシターなどのパッシブ素子で構成されるパッシブフィルターである。
【０１５７】
Ａ／Ｄ変換回路１００は、フィルター９２からの出力信号ＱＤ１とフィルター９４からの出力信号ＱＤ２を受けて、差動のＡ／Ｄ変換を行う。具体的には、Ａ／Ｄ変換回路１００は、フィルター９２、９４をアンチエイリアシング用のフィルター（前置きフィルター）として、出力信号ＱＤ１、ＱＤ２のサンプリングを行ってＡ／Ｄ変換を行う。そして本実施形態では、フィルター９２からの出力信号ＱＤ１及びフィルター９４からの出力信号ＱＤ２は、アクティブ素子を介さずにＡ／Ｄ変換回路１００に入力される。Ａ／Ｄ変換回路１００としては、例えばΔシグマ型や逐次比較型などの種々の方式のＡ／Ｄ変換回路を採用できる。Δシグマ型を採用する場合には、例えば１／ｆノイズ低減のためのＣＤＳ（Correlated double sampling）やチョッパーの機能などを有し、例えば２次のΔシグマ変調器などにより構成されるＡ／Ｄ変換回路を用いることができる。
【０１５８】
ＤＳＰ（Digital Signal Processing）部１１０は、各種のデジタル信号処理を行う。例えばＤＳＰ部１１０は、例えば所望信号のアプリケーションに応じた帯域制限のデジタルフィルター処理や、Ａ／Ｄ変換回路１００等により発生したノイズを除去するデジタルフィルター処理を行う。また、ゲイン補正（感度調整）、オフセット補正などのデジタル補正処理を行う。
【０１５９】
図１５の検出回路６０では、全差動スイッチングミキサー方式を採用している。即ち、振動子１０からの差動の検出信号ＩＱ１、ＩＱ２は、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４、ゲイン調整アンプ７２、７４により信号増幅やゲイン調整が行われて、差動の信号ＱＢ１、ＱＢ２としてスイッチングミキサー８０に入力される。そして、これらの差動の信号ＱＢ１、ＱＢ２に対して、スイッチングミキサー８０により、不要信号が高周波帯域に周波数変換される同期検波処理が行われる。そして、フィルター９２、９４により、高周波帯域に周波数変換された不要信号が除去されて、差動の信号ＱＤ１、ＱＤ２としてＡ／Ｄ変換回路１００に入力されて、差動のＡ／Ｄ変換が行われる。
【０１６０】
このような全差動スイッチングミキサー方式の検出回路６０によれば、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４やゲイン調整アンプ７２、７４で発生した１／ｆノイズ等は、スイッチングミキサー８０での周波数変換とフィルター９２、９４によるローパスフィルター特性により除去される。そしてゲイン調整アンプ７２、７４とＡＤ変換回路１００の間には、ゲインは稼げないが発生ノイズが少ない（１／ｆノイズが発生しない）スイッチングミキサー８０や、低ノイズのパッシブ素子により構成されるフィルター９２、９４が設けられる構成となっている。従って、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４やゲイン調整アンプ７２、７４で発生したノイズが除去されると共に、スイッチングミキサー８０やフィルター９２、９４が発生するノイズも最小限に抑えられるため、低ノイズの状態の信号ＱＤ１、ＱＤ２をＡ／Ｄ変換回路１００に入力して、Ａ／Ｄ変換できるようになる。しかも、信号ＱＤ１、ＱＤ２を差動信号としてＡ／Ｄ変換できるため、シングルエンドの信号でＡ／Ｄ変換する場合に比べて、Ｓ／Ｎ比を更に向上できるようになる。
【０１６１】
なお本実施形態の検出回路６０は、図１５に示す全差動スイッチングミキサー方式には限定されない。例えば図１６（Ａ）に示すダイレクトサンプリング方式や、図１６（Ｂ）に示すアナログ同期検波方式などの種々の方式の検出回路６０を採用できる。
【０１６２】
図１６（Ａ）のダイレクトサンプリング方式の検出回路６０は、離散型Ｑ／Ｖ変換回路２６０、Ａ／Ｄ変換回路２７０、ＤＳＰ部２８０を有する。このダイレクトサンプリング方式は、回路の小規模化という意味において優位な構成となる。但し、Ａ／Ｄ変換回路２７０の前段にアンチエイリアシング用のフィルターがないため、折り返し雑音による性能劣化は避けられないという課題がある。これに対して図１５の全差動スイッチングミキサー方式では、Ｑ／Ｖ変換回路６２、６４は、帰還抵抗素子を有する連続型の電荷−電圧変換回路となっているため、ダイレクトサンプリング方式で生じる折り返し雑音による性能劣化の問題を防止でき、小規模の回路構成で低ノイズでの検出処理を実現できるという利点がある。
【０１６３】
図１６（Ｂ）のアナログ同期検波方式の検出回路６０は、Ｑ／Ｖ変換回路３６２、３６４、差動増幅回路３６６、ハイパスフィルター３６７、ＡＣアンプ３６８、オフセット調整回路３７０、同期検波回路３８０、ローパスフィルター３８２、ゲイン調整アンプ３８４、ＤＣアンプ３８６、ＳＣＦ３８８（スイッチトキャパシターフィルター）を有する。また、例えば検出装置の外付けの回路として、Ａ／Ｄ変換回路３９０やＤＳＰ部３９２（デジタルフィルター）が設けられている。
【０１６４】
このアナログ同期検波方式では、例えば検出回路６０での信号のゲインを大きくとることで、ノイズ特性を向上できるという利点がある。但し、回路ブロック数が多くなり、回路が大規模化したり、電流を多く消費するアナログの回路ブロックが多いため、消費電力が過大になってしまうという課題がある。これに対して図１５の全差動スイッチングミキサー方式は、アナログ同期検波方式に比べて回路ブロック数が少なく、回路の小規模化や消費電力の低減化を容易に実現できるという利点がある。また全差動スイッチングミキサー方式では、振動子１０からの差動の信号ＩＱ１、ＩＱ２は、差動信号の状態のままで、ゲイン調整、同期検波処理、フィルター処理が行われ、Ａ／Ｄ変換回路１００に入力されてＡ／Ｄ変換が行われる。このため、シングルエンド信号の状態でフィルター処理、同期検波処理、ゲイン調整処理等が行われるアナログ同期検波方式に比べて、ノイズ低減の点で有利な構成となる。
【０１６５】
なお、本実施形態のジャイロセンサー５１０（センサー）は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。
【０１６６】
図１７は移動体の一具体例としての自動車２０６を概略的に示す。自動車２０６には振動子１０及び検出装置２０を有するジャイロセンサー５１０が組み込まれる。ジャイロセンサー５１０は車体２０７の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー５１０の検出信号は車体姿勢制御装置２０８に供給されることができる。車体姿勢制御装置２０８は例えば車体２０７の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり個々の車輪２０９のブレーキを制御したりすることができる。その他、こういった姿勢制御は二足歩行ロボットや航空機、ヘリコプター等の各種移動体で利用されることができる。姿勢制御の実現にあたってジャイロセンサー５１０は組み込まれることができる。
【０１６７】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（センサー、物理量トランスデューサー、物理量等）と共に記載された用語（ジャイロセンサー、振動子、角速度情報等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、検出装置やセンサーや電子機器や移動体の構成、振動子の構造等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１６８】
ＯＰＥ、ＯＰＦ、ＯＰＧ、ＯＰＫ、ＯＰＭ  演算増幅器、
ＣＰ３  コンパレーター、ＣＥ、ＣＧ、ＣＨ、ＣＫ  キャパシター、
ＲＥ、ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＧ、ＲＨ、ＲＫ、ＲＭ１、ＲＭ２  抵抗素子、
ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＷＭ、ＳＷＭ１、ＳＷＭ２  スイッチ素子、
ＴＡ１〜ＴＡ９  トランジスター、
１０  振動子、２０  検出装置、２２、２２-1〜２２-3  レギュレーター回路、
２４、２４-1〜２４-3  バッファー回路、
３０、３０-1〜３０-3、駆動回路、３２  増幅回路（Ｉ／Ｖ変換回路）、
３４  ハイパスフィルター、３６  ＯＴＡ回路、
３７  Ｖ／Ｉ変換回路（電圧−電流変換回路）、３８  差動部、
３９  Ｉ／Ｖ変換回路（第２の電流−電圧変換回路）、４０  ゲイン制御回路、
４２  全波整流器、４４  積分器、５０  駆動信号出力回路、５２  同期信号出力回路、
６０、６０-1〜６０-3  検出回路、６１  増幅回路、６２、６４  Ｑ／Ｖ変換回路、
７２、７４  ゲイン調整アンプ、８０  スイッチングミキサー、８１  同期検波回路、
９２、９４  フィルター、１００  Ａ／Ｄ変換回路、１１０  ＤＳＰ部、１４０  制御部、
２０６  移動体（自動車）、２０７  車体、２０８  車体姿勢制御装置、２０９  車輪、
２６０  離散型Ｑ／Ｖ変換回路、２７０  Ａ／Ｄ変換回路、２８０  ＤＳＰ部、
３６２、３６４  Ｑ／Ｖ変換回路、３６６  差動増幅回路、
３６７  ハイパスフィルター、３６８  ＡＣアンプ、３７０  オフセット調整回路、
３８０  同期検波回路、３８２  ローパスフィルター、３８４  ゲイン調整アンプ、
３８６  ＤＣアンプ、３８８  ＳＣＦ、３９０  Ａ／Ｄ変換回路、３９２  ＤＳＰ部、
５００  電子機器、５１０  ジャイロセンサー、５２０  処理部、５３０  メモリー、
５４０  操作部、５５０  表示部
【図１】
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【図２】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図３】
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【図１２】
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