(57)【要約】  物理量センサは、物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と共に用いられる。その物理量検出回路は、検波信号を生成する信号生成ユニットと、センサ信号と検波信号とを乗算する乗算器とを備える。信号生成ユニットは、センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定信号の第１の位相を第２の位相に変換し、第２の位相に対応する振幅値を算出することで検波信号を生成するように動作する。この物理量センサは、サンプリング周波数の増加を抑制しつつ位相調整の精度を向上できる。
2015072090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と共に用いられる物理量検出回路であって、
検波信号を生成する信号生成ユニットと、
前記センサ信号と前記検波信号とを乗算する乗算器と、
を備え、
前記信号生成ユニットは、
前記センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定信号の第１の位相を第２の位相に変換し、
前記第２の位相に対応する振幅値を算出することで前記検波信号を生成する
ように動作する、物理量検出回路。
【請求項２】
前記物理量センサ素子は振動を行っている状態で前記物理量に応じて前記センサ信号を出力し、
前記所定信号は前記センサ素子の前記振動に応じた振動信号である、請求項１に記載の物理量検出回路。
【請求項３】
前記検波信号の波形は正弦波である、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項４】
前記信号生成ユニットは計算により前記第１の位相を前記第２の位相に変換する、請求項３に記載の物理量検出回路。
【請求項５】
前記信号生成ユニットは、補正量生成部と、正弦波生成ユニットと、を有し、
前記補正量生成部は、温度情報を得る温度検出器と、前記温度情報に対応する補正量を保持するメモリ部とを含み、
前記正弦波生成ユニットは、前記補正量に基づいて前記第１の位相を前記第２の位相に変換する、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項６】
前記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路をさらに備え、
前記乗算器は前記デジタルセンサ信号と前記検波信号とを乗算する、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項７】
前記アナログ／デジタル変換回路と前記乗算器との間に設けられた不要信号キャンセル部をさらに備え、
前記デジタルセンサ信号は不要信号を含み、
前記信号生成ユニットは前記所定信号に基づいてキャンセル信号を生成し、
前記不要信号キャンセル部は前記デジタルセンサ信号に前記キャンセル信号を加算することで前記不要信号を抑える、請求項６に記載の物理量検出回路。
【請求項８】
前記物理量は角速度である、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項９】
物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と、
前記物理量センサ素子に接続された物理量検出回路と、
を備え、
前記物理量検出回路は、
検波信号を生成する信号生成ユニットと、
前記センサ信号と前記検波信号とを乗算する乗算器と、
を含み、
前記信号生成ユニットは、
前記センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定の信号の第１の位相を第２の位相に変換し、
前記第２の位相に対応する振幅値を算出することで前記検波信号を生成する
ように動作する、物理量センサ。
【請求項１０】
前記物理量センサ素子は振動を行っている状態で前記物理量に応じて前記センサ信号を出力し、
前記所定信号は前記センサ素子の前記振動に応じた振動信号である、請求項９に記載の物理量センサ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の物理量センサを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から与えられた物理量を検知する物理量センサに用いられる物理量検出回路およびそれを備える物理量センサ、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物理量（例えば、角速度や加速度など）を検出可能な物理量センサは、デジタルカメラの手ぶれ検出、移動体（航空機、自動車、ロボット、船舶など）の姿勢制御、ミサイルや宇宙船の誘導などの多様な技術分野において利用されている。【０００３】
一般的に、物理量センサは、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサ素子と、検波信号を用いてセンサ信号から物理量信号を抽出する物理量検出回路とを備える。このような物理量検出回路では、製造ばらつき（抵抗やコンデンサの拡散ばらつき等）や周辺環境の変動（例えば、温度変化など）が原因となって、センサ信号と検波信号との間に意図しない位相ずれが発生することもある。そのため、センサ信号と検波信号とが同期するようにセンサ信号と検波信号との位相関係を調整することが重要である。【０００４】
近年、回路の微細化技術の発展により、物理量検出回路のデジタル化が進みつつある。特許第２７２８３００号公報（特許文献１）には、デジタル回路によって構成された２軸角速度・センサの信号処理回路が開示されている。この信号処理回路では、アナログ／デジタル変換回路がセンサからセンサ信号をデジタルセンサ信号に変換する一方で、正弦波信号発生回路がデジタル正弦波信号を生成し、デジタル乗算器がデジタルセンサ信号とデジタル正弦波信号とを乗算する。【０００５】
図１３はこの物理量センサにおけるアナログ／デジタル変換回路の処理を説明する図である。アナログ／デジタル変換回路は、サンプリングクロックに同期してサンプリング周期毎にセンサ信号をサンプリングし、サンプリングしたセンサ信号のアナログ値（振幅値）Ａ０、Ａ１、Ａ２、・・・をデジタル値Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、・・・・に変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７２８３００号公報
【発明の概要】
【０００７】
物理量センサは、物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と共に用いられる。その物理量センサに用いられる物理量検出回路は、検波信号を生成する信号生成ユニットと、センサ信号と検波信号とを乗算する乗算器とを備える。信号生成ユニットは、センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定信号の第１の位相を第２の位相に変換し、第２の位相に対応する振幅値を算出することで検波信号を生成するように動作する。
【０００８】
この物理量センサは、サンプリング周波数の増加を抑制しつつ位相調整の精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は実施の形態に係る物理量センサのブロック図である。
【図２】図２は実施の形態に係る物理量センサの物理量センサ素子と駆動回路のブロック図である。
【図３】図３は実施の形態に係る物理量センサの正弦波生成ユニットのブロック図である。
【図４】図４は実施の形態に係る物理量センサの他の正弦波生成ユニットのブロック図である。
【図５】図５は実施の形態に係る他の物理量センサのブロック図である。
【図６】図６は実施の形態に係るさらに他の物理量センサのブロック図である。
【図７】図７は実施の形態に係るさらに他の物理量センサのブロック図である。
【図８】図８は実施の形態に係るさらに他の物理量センサのブロック図である。
【図９】図９は実施の形態に係るさらに他の物理量センサのブロック図である。
【図１０】図１０は図９に示す物理量センサの他の正弦波生成ユニットのブロック図である。
【図１１】図１１は実施の形態に係るさらに他の物理量センサのブロック図である。
【図１２】図１２は実施の形態に係る物理量センサを搭載した電子機器のブロック図である。
【図１３】図１３は従来の物理量センサにおけるアナログ／デジタル変換回路の処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は実施の形態１に係る物理量センサ１のブロック図である。物理量センサ１は、物理量センサ素子１０と、駆動回路１１と、物理量検出回路１２とを備える。
【００１１】
物理量センサ素子１０は、所定周波数を有する駆動信号Ｓｄｒｖが駆動回路１１から供給されて振動するとともに、振動している状態で外部から与えられた物理量（例えば、角速度、加速度など）に応じてセンサ信号Ｓ１０を出力する。センサ信号Ｓ１０の周波数は駆動信号Ｓｄｒｖの周波数に対応する。例えば、センサ信号Ｓ１０の中心周波数は駆動信号Ｓｄｒｖの周波数に相当する。なお、実施の形態では、物理量センサ素子１０は音叉型角速度センサである。駆動回路１１は、駆動信号Ｓｄｒｖを物理量センサ素子１０に供給する。物理量センサ素子１０は駆動信号Ｓｄｒｖにより振動して、振動に応じた振動信号Ｓｏｓｃを出力する。また、駆動回路１１は、物理量センサ素子１０からの振動信号Ｓｏｓｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅を調整する。物理量検出回路１２は、物理量センサ素子１０からのセンサ信号Ｓ１０に基づいて物理量を検出する。
【００１２】
以下、駆動回路１１について説明する。
【００１３】
図２は物理量センサ素子１０と駆動回路１１のブロック図である。物理量センサ素子１０は、音叉本体１０ａと、駆動用圧電素子Ｐｄｒｖと、振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃと、角速度検出用圧電素子ＰＤａ、ＰＤｂとを有する。駆動用圧電素子Ｐｄｒｖと振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃと角速度検出用圧電素子ＰＤａ、ＰＤｂは音叉本体１０ａに設けられている。駆動用圧電素子Ｐｄｒｖは、駆動回路１１からの駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅に応じて音叉本体１０ａを振動させる。この振動によって、振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃには電荷が発生し、振動信号Ｓｏｓｃが発生する。音叉本体１０ａが振動している状態で音叉本体１０ａに回転角速度が発生すると、回転角速度に起因するコリオリ力に応じて音叉本体１０ａが撓む。角速度検出用圧電素子ＰＤａ、ＰＤｂには回転角速度に起因するコリオリ力に応じた撓みによって電荷が発生すし、センサ信号Ｓ１０が発生する。
【００１４】
図１と図２に示すように、駆動回路１１はモニタアンプ１１ａと自動利得制御増幅器（ＡＧＣ）１１ｂと駆動アンプ１１ｃとを備える。モニタアンプ１１ａは、物理量センサ素子１０からの電荷（電流）である振動信号Ｓｏｓｃを電圧に変換して信号ＳｍｏｎとしてＡＧＣ１１ｂに供給する。ＡＧＣ１１ｂは、信号Ｓｍｏｎを増幅して、駆動アンプ１１ｃに電圧である信号Ｓａｇｃを供給する。ＡＧＣ１１ｂは、駆動アンプ１１ｃに供給される信号Ｓａｇｃの電圧が一定値になるように、信号Ｓｍｏｎを増幅する増幅利得を変化させる。駆動アンプ１１ｃは、自動利得制御増幅器１１ｂから出力される信号Ｓａｇｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅を制御する。このように、振動信号Ｓｏｓｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖが調整されることにより、物理量センサ素子１０の最大振動振幅および振動周波数が一定に保たれる。
【００１５】
以下、物理量検出回路１２について説明する。
【００１６】
図１に示すように、物理量検出回路１２は、波形整形回路１０１と、逓倍回路１０２と、信号生成ユニット１００と、入力アンプ１０３と、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１０５と、乗算器１１５と、デジタルフィルタ１２０とを含む。
【００１７】
波形整形回路１０１は、振動信号Ｓｏｓｃを方形波に変換し、基準クロックＣＫｒｅｆとして出力する。例えば、波形整形回路１０１は、コンパレータやインバータによって構成される。基準クロックＣＫｒｅｆの周波数は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数、すなわち、センサ信号Ｓ１０の周波数と実質的に同一である。
【００１８】
逓倍回路１０２は、波形整形回路１０１からの基準クロックＣＫｒｅｆを逓倍し、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数よりも高い周波数を有する逓倍クロックＣＫｘを生成する。例えば、逓倍回路１０２はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）によって構成される。
【００１９】
入力アンプ１０３は、物理量センサ素子１０からのセンサ信号Ｓ１０を電圧に変換し、アナログセンサ信号Ａｓｎｃとして出力する。センサ信号Ｓ１０は様々な不要信号が含まれる。例えば、物理量センサ素子１０では、駆動信号Ｓｄｒｖによる駆動されて振動する駆動振動の方向と、検出する印加された物理量（角速度等）に応じた撓みの方向は互いに直角であり、理想的には互いに干渉せずに影響しない。しかし、現実には物理量センサ素子１０の製造誤差等により、駆動振動が物理量に応じた撓みに干渉して、センサ信号Ｓ１０に物理量の検出に不要な信号である不要信号を混入させる。機械結合キャンセル部（ＭＣＣ）１０４は、駆動信号Ｓｄｒｖを位相調整した機械結合（ＭＣ）信号をアナログセンサ信号Ａｓｎｃに加算し、これにより、アナログセンサ信号Ａｓｎｃに含まれる不要信号の少なくとも一部を相殺して不要信号を抑える。
【００２０】
アナログ／デジタル変換器１０５は、サンプリングクロックＣＫｓｐに同期してアナログセンサ信号Ａｓｎｃをサンプリングし、サンプリングしたアナログ値である振幅値をデジタル値に変換する。これにより、アナログセンサ信号Ａｓｎｃは、複数のデジタル値によって構成されたデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに変換される。センサ信号Ｓ１０に含まれる不要信号の振幅は、検出する物理量に対応する信号の振幅より極度に大きい場合がある。この場合には、アナログ／デジタル変換器１０５に入力されるアナログセンサ信号Ａｓｎｃに含まれる不要信号を相殺することで、物理量に対応する信号に対するアナログ／デジタル変換器１０５のダイナミックレンジを大きくすることができ、高精度に物理量を検出することができる。
【００２１】
信号生成ユニット１００は、正弦波生成ユニット１０６と、温度検出器１０７と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０８と、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１０９と、メモリ１１０とを有する。
【００２２】
温度検出器１０７は温度を検出し、検出した温度に対応する温度情報を出力する。温度情報はローパスフィルタ１０８で濾波され、その後、アナログ／デジタル変換器１０９によりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された温度情報は一定周期ごとに正弦波生成ユニット１０６へと入力される。また、メモリ１１０は、温度情報に応じた補正量を保持している。温度検出器１０７と、ローパスフィルタ１０８と、アナログ／デジタル変換器１０９と、メモリ１１０とは補正量生成部１１１を構成する。
【００２３】
図３は、正弦波生成ユニット１０６のブロック図である。
【００２４】
正弦波生成ユニット１０６は、位相算出部１０６ａと、正弦波生成部１０６ｄとを有し、補正量生成部１１１に接続される。
【００２５】
位相算出部１０６ａは、逓倍回路１０２から得られる逓倍クロックＣＫｘに基づいて位相φ１を算出する。更に、位相算出部１０６ａは温度検出器１０７により得られた温度情報Ｔｄに対応する補正係数ａ１、ａ２、ａ３をメモリ１１０から取得し、取得した補正係数ａ１、ａ２、ａ３に基づいて位相φ１を変換した位相φ２を算出する。実施の形態では、位相算出部１０６ａは位相φ１と温度情報Ｔｄと補正係数ａ１、ａ２、ａ３により補正量Ａｄと位相φ２を以下の式で算出する。位相算出部１０６ａは算出した位相φ２を正弦波生成部１０６ｄに入力する。
【００２６】
【数１】
2015072090.tif 000003
【００２７】
正弦波生成部１０６ｄは、入力された位相φ２に対応する振幅値を算出することで正弦波である検波信号Ｄｄｅｔを生成する。ここで、ある位相を与えることで正弦波を発生させる計算方法としては、例えば、ＣＯＲＤＩＣ演算などを用いることが出来る。
【００２８】
上述のように、信号生成ユニット１００は、センサ信号Ｓ１０の周波数に対応する周波数を有する所定信号の位相φ１を位相φ２に変換し、位相φ２に対応する振幅値を算出することで検波信号Ｄｄｅｔを生成するように動作する。実施の形態では、所定信号は振動信号Ｓｏｓｃである。
【００２９】
図４は、実施の形態に係る他の正弦波生成ユニット２０６のブロック図である。図４において、図３に示す正弦波生成ユニット１０６と同じ部分には同じ参照番号を付す。正弦波生成ユニット２０６は、正弦波生成ユニット１０６の正弦波生成部１０６ｄの代わりに正弦波生成部２０６ｄを備える。
【００３０】
正弦波生成部２０６ｄは、位相算出部１０６ａと、アドレス算出部１０６ｂと、メモリ部１０６ｃと、波形生成部３０６ｄとを有する。
【００３１】
位相算出部１０６ａは、逓倍回路１０２から得られる逓倍クロックＣＫｘに基づいて位相φ１により位相φ２を算出する。更に、温度検出器１０７により得られた温度情報Ｔｄに対応する補正量Ａｄをメモリ１１０から取得し、取得した補正量Ａｄに基づいて位相φ１を変換してφ２を得ることで位相φ２を算出する。そして、位相算出部１０６ａは、算出した位相φ２をアドレス算出部１０６ｂに出力する。
【００３２】
アドレス算出部１０６ｂは、位相に対応するアドレスが保持されている。表１はアドレス算出部１０６ｂが保持する位相の値と、それらの値に対応するアドレスを示す。
【００３３】
【表１】
2015072090.tif 000004
【００３４】
アドレス算出部１０６ｂは位相算出部１０６ａから入力される位相φ２に対応するアドレスを選択し、選択されたアドレスをメモリ部１０６ｃに出力する。より詳細には、アドレス算出部１０６ｂは、保持している表１に示す位相の値のうち位相φ２より小さくて最も近い位相の値に対応するアドレスａｄ１と、位相φ２より大きくて最も近い位相の値に対応するアドレスａｄ２とを選択してメモリ部１０６ｃに出力する。例えば、位相算出部１０６ａが位相φ２を０．０６（ｒａｄ）と算出した場合、アドレス算出部１０６ｂは、表１に示す位相の値のうち０．０６（ｒａｄ）より小さくて最も近い位相の値に対応するアドレス「２」と、０．０６（ｒａｄ）より大きくて最も近い位相の値に対応するアドレス「３」とを選択し、メモリ部１０６ｃに出力する。
【００３５】
また、アドレス算出部１０６ｂは、アドレスａｄ１、ａｄ２をメモリ部１０６ｃに出力する同時に、位相φ２に対応するアドレスａｄ０を波形生成部３０６ｄに出力する。より詳細には、表１に示すように、アドレスが位相に比例する、すなわち位相とアドレスの関係を線形に保持しておくことで、位相φ２に対応するアドレスａｄ０を或るアドレスに対応する位相からその次のアドレスに対応する位相の増分である位相ステップＰｈを用いて数２により算出できる。
【００３６】
【数２】
2015072090.tif 000005
【００３７】
表１に示すアドレスに対する位相の増分である位相ステップＰｈは２π／２５６である。したがって、例えば、位相φ２が０．０６（ｒａｄ）である場合、ａｄ０＝０．０６×（２５６／２π）＝２．４４４６と算出される。
【００３８】
メモリ部１０６ｃは、アドレスの値と、それらの値に対応する振幅値のデータを保持する。表２はメモリ部１０６ｃが保持するアドレスの値と、それらに対応するデータを示す。
【００３９】
【表２】
2015072090.tif 000006
【００４０】
メモリ部１０６ｃは、アドレス算出部１０６ｂから入力されるアドレスａｄ１、ａｄ２に応じたデータｄａｔａ１、ｄａｔａ２を波形生成部３０６ｄに出力する。例えば、選択したアドレス「２」「３」が入力された場合、メモリ部１０６ｃは、アドレス「２」に対応するデータ０．００４９と、アドレス「３」に対応するデータ０．００７４とを波形生成部３０６ｄに出力する。
【００４１】
波形生成部３０６ｄは、アドレス算出部１０６ｂから入力されるアドレスａｄ０、ａｄ１、ａｄ２と、メモリ部１０６ｃから入力されるデータｄａｔａ１、ｄａｔａ２に基づいて、正弦波である検波信号Ｄｄｅｔを。例えば、以下の数３により算出できる。
【００４２】
【数３】
2015072090.tif 000007
【００４３】
乗算器１１５は、アナログ／デジタル変換器１０５からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに正弦波生成ユニット１０６（２０６）によって生成された検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。これにより、物理量センサ素子１０によって検知された物理量に対応する物理量信号が検波される。
【００４４】
デジタルフィルタ１２０は、ノイズ除去等のために乗算器１１５によって検波された物理量信号のうち低周波数成分のみをデジタル検出信号Ｄｐｈｙとして通過させる。
【００４５】
以上の構成により、任意の位相の正弦波信号を計算により算出することが可能であるため、アナログ的もしくはクロック信号に依存するような実時間方向での検波信号や物理量信号の調整では実現不可能な高精度な検波信号の位相の調整が、クロック周波数を増大させることなく計算により実現できる。そして、その位相算出の計算に温度などの環境パラメータを含めて算出することにより、適切に調整された位相の正弦波信号を検波信号として用いて被検波信号と乗算して検波を行うことができ、消費電力や回路規模を増大することなく、高精度・低コストの物理量センサ１を実現することが可能となる。
【００４６】
特許文献１に開示された信号処理回路では、アナログ／デジタル変換回路によって得られたデータ（デジタル値）を正確に処理するためには、デジタルセンサ信号のデータ単位でデジタルセンサ信号とデジタル正弦波信号との位相関係を調整する必要がある。すなわち、位相調整の分解能（最小単位）をアナログ／デジタル変換回路のサンプリング周期よりも小さくすることができない。そのため、位相調整の精度を向上させるためにはアナログ／デジタル変換回路のサンプリング周波数を高くしなければならないが、サンプリング周波数を高くする程、回路規模および消費電力が増大してしまう。
【００４７】
なお、以上の各実施の形態における物理量センサ素子１０は、音叉型に限らず、円柱型、正三角柱型、正四角柱型、リング型や、その他の形状であっても良い。
【００４８】
図５は実施の形態に係る他の物理量センサ２０１のブロック図である。図５において、図１と図２に示す物理量センサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。物理量センサ２０１は、図１と図２に示す物理量センサ１の物理量センサ素子１０の代わりに物理量センサ素子２１０を備える。物理量センサ素子２１０は静電容量式加速度センサである。物理量センサ素子２１０は、固定部１０ｂと、可動部１０ｃと、可動電極Ｐｍａ１、Ｐｍｂ１と、検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂと、差動増幅器とを有する。可動部１０ｃは、加速度に応じて変位するように固定部１０ｂに連結される。可動電極Ｐｍａ１、Ｐｍｂ１は可動部１０ｃに配置される。検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂは、それぞれ、可動電極Ｐｍａ１、Ｐｍｂ１に対向するように、固定部１０ｂに配置される。互いに対向する可動電極Ｐｍａ１と検出電極Ｐｆａによって容量素子Ｃａが構成され、互いに対向する可動電極Ｐｍｂ１と検出電極Ｐｆｂによって容量素子Ｃｂが構成される。また、容量素子Ｃａ、Ｃｂには、それぞれ、駆動回路１１からの駆動信号Ｓｄｒｖが供給される。差動増幅器は、検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂのそれぞれに発生する電荷量の差に対応するセンサ信号Ｓ１０を出力する。加速度が物理量センサ素子２１０に発生すると、可動部１０ｃの変位に起因して容量素子Ｃａの静電容量および容量素子Ｃｂの静電容量のうち一方が増加し他方が減少する。これにより、検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂのそれぞれにおける電荷量に差が生じ、この差に対応するセンサ信号Ｓ１０が出力される。
【００４９】
図６は実施の形態に係る他の物理量センサ３０１のブロック図である。図６において、図１と図２に示す物理量センサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。物理量センサ３０１は、図１と図２に示す物理量センサ１の物理量センサ素子１０の代わりに物理量センサ素子３１０を備える。物理量センサ素子３１０は静電容量式角速度センサである。物理量センサ素子３１０は、可動部１０ｃと駆動電極Ｐｍａ２、Ｐｍｂ２と検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂとを有する。可動部１０ｃが駆動電極Ｐｍａ２、Ｐｍｂ２の間に位置するように、可動部１０ｃと駆動電極Ｐｍａ２、Ｐｍｂ２は方向３０１ａに配列される。可動部１０ｃが検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂの間に位置するように、可動部１０ｃと検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂは方向３０１ａと直角の方向３０１ｂに配列される。検出電極Ｐｆａと可動部１０ｃは静電容量を有する容量素子Ｃａを形成する。検出電極Ｐｆｂと可動部１０ｃは静電容量を有する容量素子Ｃｂを形成する。駆動回路１１からの駆動信号Ｓｄｒｖが供給されることで可動部１０ｃが、方向３０１ａに振動する駆動振動を行う。駆動振動を行っている状態で物理量センサ素子３１０に回転が加わることにより、可動部１０ｃにこの回転に起因するコリオリ力に応じて方向３０１ｂに振動する検出振動を行う。検出振動に起因して容量素子Ｃａの静電容量および容量素子Ｃｂの静電容量のうち一方が増加し他方が減少する。これにより、検出電極Ｐｆａ、Ｐｆｂのそれぞれにおける電荷量に差が生じ、この差に対応するセンサ信号Ｓ１０が出力される。
【００５０】
図７は実施の形態に係るさらに他の物理量センサ４０１のブロック図である。図７において、図１に示す物理量センサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。物理量センサ４０１は、アナログ／デジタル変換器１０５の後段に設けられたダウンサンプリング処理部１２０ａを備える。ダウンサンプリング処理部１２０ａはデシメーションフィルタを有する。ダウンサンプリング処理部１２０ａはデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃからデジタル値を間引きすることで、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのサンプリング周波数を減少させる。これにより、デジタルフィルタ１２０に供給されるデジタル検出信号Ｄｐｈｙのサンプリング周波数も減少させることができ、デジタルフィルタ１２０の回路規模および消費電力を低減することができる。
【００５１】
図８は実施の形態に係るさらに他の物理量センサ５０１のブロック図である。図８において、図１に示す物理量センサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。物理量センサ５０１では、駆動回路１１は、モニタアンプ１１ａと自動利得制御増幅器（ＡＧＣ）１１ｂとの間に設けられたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１ｄを備える。波形整形回路１０１に入力される駆動信号Ｓｄｒｖはバンドパスフィルタ１１ｄの前段から取得してもよいし、後段から取得しても良い。
【００５２】
図９は実施の形態に係るさらに他の物理量センサ６０１のブロック図である。図９において、図１に示す物理量センサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。前述のように、ＭＣＣ１０４は、アナログセンサ信号Ａｓｎｃに含まれる不要信号を抑えるが、不要信号の一部がアナログセンサ信号Ａｓｎｃに残る場合がある。この場合には、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに不要信号が残って含まれる。図９に示す物理量センサ６０１はデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに含まれた不要信号を抑える。物理量センサ６０１は、ＡＤＣ１０５と乗算器１１５との間に設けられた不要信号キャンセル部１５１をさらに備える。所定信号である振動信号Ｓｏｓｃに基づいて信号生成ユニット１００の正弦波生成ユニット１０６はデジタルキャンセル信号Ｄｕｃを生成し、不要信号キャンセル部１５１はデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃにデジタルキャンセル信号Ｄｕｃを加算することでデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに含まれた不要信号の少なくとも一部を相殺して不要信号を抑える。
【００５３】
正弦波生成ユニット１０６は、乗算器１１５に供給する検波信号Ｄｄｅｔそのもの、または検波信号Ｄｄｅｔの位相をずらして得られた信号をデジタルキャンセル信号Ｄｕｃとして生成することができる。
【００５４】
図１０は図９に示す物理量センサ６０１の他の正弦波生成ユニット３０６のブロック図である。図１０において、図３（図４）に示す正弦波生成ユニット１０６（２０６）と同じ部分には同じ参照番号を付す。正弦波生成ユニット３０６は、図３（図４）に示す正弦波生成ユニット１０６（２０６）に波形生成部４０６ｄをさらに有する。波形生成部４０６ｄは、位相算出部１０６ａから出力された位相φ２に基づき、デジタルキャンセル信号Ｄｕｃを生成し、乗算器１１５に出力する。正弦波生成ユニット３０６では、デジタルキャンセル信号Ｄｕｃの波形を検波信号Ｄｄｅｔの正弦波と異なる位相、周波数、波形にすることができ、ＡＤＣ１０５から出力されたデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに含まれた不要信号をより効果的に抑えることができる。
【００５５】
図１１は実施の形態に係るさらに他の物理量センサ７０１のブロック図である。図１１において、図９に示す物理量センサ６０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。物理量センサ７０１は、補正量生成部１１１から得られた温度情報Ｔｄや補正係数に基づいてデジタルキャンセル信号Ｄｕｃを生成するキャンセル信号生成ユニット６０６をさらに備える。キャンセル信号生成ユニット６０６に供給された補正係数は、正弦波生成ユニット１０６（２０６）に供給される補正係数ａ１、ａ２、ａ３と異なっていてもよい。キャンセル信号生成ユニット６０６では、デジタルキャンセル信号Ｄｕｃの周波数、位相、波形を検波信号Ｄｄｅｔのそれらと異ならせることができ、ＡＤＣ１０５から出力されたデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに含まれた不要信号をより効果的に抑えることができる。
【００５６】
図１２は実施の形態における物理量センサ１（４０１、５０１、６０１、７０１）を搭載した電子機器７０のブロック図である。実施の形態において物理量センサ１（４０１、５０１、６０１、７０１）は角速度センサである。電子機器７０は例えば、デジタルカメラであり、物理量センサ１（４０１、５０１、６０１、７０１）と、表示部７１と、ＣＰＵ等の処理部７２と、メモリ７３と、操作部７４とを有している。
【００５７】
物理量センサ１（４０１、５０１、６０１、７０１）は、図１等に示すように、物理量センサ素子１０、駆動回路１１および物理量検出回路１２を含む。物理量センサ１は、小型であり、消費電力が低く、更には高精度であるという優れた特性をもつ。したがって、物理量センサ１（４０１、５０１、６０１、７０１）を内蔵する電子機器７０は、電子機器７０が、例えばビデオカメラやデジタルスチルカメラである場合、装置の小型化、低消費電力化、あるいは高精度の手振れ補正等の処理が可能である。
【００５８】
このように、実施の形態における物理量センサ１（４０１、５０１、６０１、７０１）によって電子機器７０の性能が向上する。なお、電子機器７０は、デジタルカメラの他、カーナビゲーションシステムや車両、航空機やロボットであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明における物理量検出回路は、サンプリング周波数の増大を抑制しつつ位相調整の精度を向上させることができるので、移動体、携帯電話、デジタルカメラ、ゲーム機などに用いられる物理量センサ（例えば、音叉型角速度センサや静電容量式加速度センサなど）に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１    物理量センサ
１０    物理量センサ素子
１１    駆動回路
１２    物理量検出回路
７０    電子機器
１００    信号生成ユニット
１０５    アナログ／デジタル変換回路
１０６    正弦波生成ユニット
１０７    温度検出器
１１０    メモリ部
１１１    補正量生成部
１１５    乗算器
１５１    不要信号キャンセル部
【図１】
2015072090.tif 000008
【図２】
2015072090.tif 000009
【図３】
2015072090.tif 000010
【図４】
2015072090.tif 000011
【図５】
2015072090.tif 000012
【図６】
2015072090.tif 000013
【図７】
2015072090.tif 000014
【図８】
2015072090.tif 000015
【図９】
2015072090.tif 000016
【図１０】
2015072090.tif 000017
【図１１】
2015072090.tif 000018
【図１２】
2015072090.tif 000019
【図１３】
2015072090.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月14日(2015.1.14)
【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】
物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と共に用いられる物理量検出回路であって、
検波信号を生成する信号生成ユニットと、
前記センサ信号と前記検波信号とを乗算する乗算器と、
を備え、
前記信号生成ユニットは、
前記センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定信号を生成し、
前記所定信号が有する第１の位相を第２の位相に変換し、
前記第２の位相に対応する振幅値を算出することで前記検波信号を生成するように動作し、
前記検波信号は正弦波である
物理量検出回路。
【請求項２】
前記物理量センサ素子は振動を行っている状態で前記物理量に応じて前記センサ信号を出力し、
前記所定信号は前記センサ素子の前記振動に応じた振動信号である、
請求項１に記載の物理量検出回路。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記信号生成ユニットは計算により前記第１の位相を前記第２の位相に変換する、請求項１に記載の物理量検出回路。
【請求項５】
前記信号生成ユニットは、補正量生成部と、正弦波生成ユニットと、
を有し、
前記補正量生成部は、温度情報を得る温度検出器と、前記温度情報に対応する補正量を保持するメモリ部とを含み、
前記正弦波生成ユニットは、前記補正量に基づいて前記第１の位相を前記第２の位相に変換する、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項６】
前記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路をさらに備え、
前記乗算器は前記デジタルセンサ信号と前記検波信号とを乗算する、
請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項７】
前記アナログ／デジタル変換回路と前記乗算器との間に設けられた不要信号キャンセル部をさらに備え、
前記デジタルセンサ信号は不要信号を含み、
前記信号生成ユニットは前記所定信号に基づいてキャンセル信号を生成し、
前記不要信号キャンセル部は前記デジタルセンサ信号に前記キャンセル信号を加算することで前記不要信号を抑える、請求項６に記載の物理量検出回路。
【請求項８】
前記物理量は角速度である、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項９】
物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と、
前記物理量センサ素子に接続された物理量検出回路と、
を備え、
前記物理量検出回路は、
検波信号を生成する信号生成ユニットと、
前記センサ信号と前記検波信号とを乗算する乗算器と、
を含み、
前記信号生成ユニットは、
前記センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定信号を生成し、
前記所定信号が有する第１の位相を第２の位相に変換し、
前記第２の位相に対応する振幅値を算出することで前記検波信号を生成するように動作し、
前記検波信号は正弦波である
物理量センサ。
【請求項１０】
前記物理量センサ素子は振動を行っている状態で前記物理量に応じて前記センサ信号を出力し、
前記所定信号は前記センサ素子の前記振動に応じた振動信号である、
請求項９に記載の物理量センサ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の物理量センサを備えた電子機器。
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月27日(2016.1.27)
【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】
物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と共に用いられる物理量検出回路であって、
検波信号を生成する信号生成ユニットと、
前記センサ信号と前記検波信号とを乗算する乗算器と、
を備え、
前記信号生成ユニットは、
前記センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定信号を生成し、
前記所定信号が有する第１の位相を第２の位相に変換し、
前記第２の位相に対応する振幅値を算出することで前記検波信号を生成する
ように動作し、
前記検波信号は正弦波である、
物理量検出回路。
【請求項２】
前記物理量センサ素子は振動を行っている状態で前記物理量に応じて前記センサ信号を出力し、
前記所定信号は前記センサ素子の前記振動に応じた振動信号である、請求項１に記載の物理量検出回路。
【請求項３】
前記信号生成ユニットは計算により前記第１の位相を前記第２の位相に変換する、請求項１に記載の物理量検出回路。
【請求項４】
前記信号生成ユニットは、補正量生成部と、正弦波生成ユニットと、を有し、
前記補正量生成部は、温度情報を得る温度検出器と、前記温度情報に対応する補正量を保持するメモリ部とを含み、
前記正弦波生成ユニットは、前記補正量に基づいて前記第１の位相を前記第２の位相に変換する、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項５】
前記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路をさらに備え、
前記乗算器は前記デジタルセンサ信号と前記検波信号とを乗算する、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項６】
前記アナログ／デジタル変換回路と前記乗算器との間に設けられた不要信号キャンセル部をさらに備え、
前記デジタルセンサ信号は不要信号を含み、
前記信号生成ユニットは前記所定信号に基づいてキャンセル信号を生成し、
前記不要信号キャンセル部は前記デジタルセンサ信号に前記キャンセル信号を加算することで前記不要信号を抑える、請求項５に記載の物理量検出回路。
【請求項７】
前記物理量は角速度である、請求項１または２に記載の物理量検出回路。
【請求項８】
物理量に応じたセンサ信号を出力する物理量センサ素子と、
前記物理量センサ素子に接続された物理量検出回路と、
を備え、
前記物理量検出回路は、
検波信号を生成する信号生成ユニットと、
前記センサ信号と前記検波信号とを乗算する乗算器と、
を含み、
前記信号生成ユニットは、
前記センサ信号の周波数に対応する周波数を有する所定の信号を生成し、
前記所定の信号が有する第１の位相を第２の位相に変換し、
前記第２の位相に対応する振幅値を算出することで前記検波信号を生成する
ように動作し、
前記検波信号は正弦波である、
物理量センサ。
【請求項９】
前記物理量センサ素子は振動を行っている状態で前記物理量に応じて前記センサ信号を出力し、
前記所定信号は前記センサ素子の前記振動に応じた振動信号である、請求項８に記載の物理量センサ。
【請求項１０】
請求項６または９に記載の物理量センサを備えた電子機器。
【国際調査報告】
2015072090.tif 000021
2015072090.tif 000022
2015072090.tif 000023
2015072090.tif 000024