(57)【要約】【課題】電源電圧の変動に対しても安定した出力信号を得ることができる角速度センサおよびそれを用いた自動車を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも駆動電極３、モニタ電極４、検出電極５とを有する振動素子２と、振動素子２の駆動電極３に接続した駆動回路６と、振動素子２の検出電極５に接続した検出回路８と、振動素子２のモニタ電極４に接続したモニタ回路７と、このモニタ回路７と駆動回路６の間に振動制御回路１０とを備え、この振動制御回路１０の基準電圧を駆動回路６とモニタ回路７に供給する電源電圧１とは実質的に独立して検出回路８の利得が電源電圧１に比例するようにした構成により、電源電圧１が変動しても安定した角速度センサの出力信号を得ることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも駆動電極、モニタ電極、検出電極とを有する振動素子と、この振動素子の駆動電極に接続した駆動回路と、前記振動素子の検出電極に接続した検出回路と、前記振動素子のモニタ電極に接続したモニタ回路と、前記モニタ回路と駆動回路の間に振動制御回路を備え、この振動制御回路の基準電圧を前記駆動回路とモニタ回路に供給する電圧電源とは実質的に独立して前記検出回路の利得が電源電圧に比例するようにした角速度センサ。
【請求項２】
振動制御回路の基準電圧をバンドギャップ型基準電圧源回路より供給した請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
ＭＯＳトランジスタ抵抗を入力抵抗または帰還抵抗に用いた演算増幅器を備えた検出回路からなる請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
車体を支える複数のタイヤに設けたブレーキシステムにおいて請求項１〜３に記載の角速度センサのいずれか１つを備えた自動車。
【請求項５】
車体に備えられた少なくとも１つの座席に設置されるエアバッグシステムにおいて請求項１〜３に記載の角速度センサのいずれか１つを備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度センサおよびそれを用いた自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の角速度センサの一例を示す回路図である。
【０００３】
この角速度センサは、駆動電極３、モニタ電極４、検出電極５とを有する振動素子２と、この振動素子２の駆動電極３に接続した駆動回路６と、振動素子２の検出電極５に接続した検出回路８と、振動素子２のモニタ電極４に接続したモニタ回路７と、このモニタ回路７と駆動回路６の間に振動制御回路１０とを備え、この振動制御回路１０に入力する基準電圧は電源電圧１に比例する基準電圧回路１９より供給される。
【０００４】
一方、角速度センサの入力角速度に対する感度は、振動素子２の駆動速度、すなわち駆動振幅に比例する。上記の構成では、振動制御回路１０に入力する基準電圧が電源電圧１に比例するため、振動素子２の駆動振幅は電源電圧１に比例するよう制御される。従って角速度センサに角速度が入力されたとき、角速度に応じて検出電極５から検出回路８に入力される信号は電源電圧１に比例するが、検出回路８の利得は演算増幅器の入力抵抗と帰還抵抗との抵抗比によって決定されるため、電源電圧１には比例せずほぼ一定である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、例えば角速度センサの電源電圧１が自動車のバッテリーから供給されるブレーキシステムにおいては、同じくバッテリーから電源電圧１が供給されている自動車の前照灯などをオンした瞬間など、一時的にバッテリー電圧が低下するため、角速度センサに供給される電源電圧１も瞬間的に低下し、角速度センサの出力信号が不安定になるという課題があった。
【０００６】
すなわち、振動制御回路１０の基準電圧が電源電圧１の低下に追従して低下し、その低下した基準電圧に対して再び振動の制御がかかり、振動素子２の駆動振幅は低下する。このとき、基準電圧の低下に応じた駆動振幅が収束するまでの応答時間の遅れにより、一時的に振動素子２の駆動振幅は電源電圧１に比例せず不安定となる。この間に角速度センサに角速度が入力されると、入力角速度に対する感度は不安定となり、例えばブレーキシステムでマイコン等を用いてセンサ信号出力のＡ／Ｄ変換を行う場合においては、同じくバッテリーから供給されているマイコンの電源電圧１の低下、すなわちＡ／Ｄ変換の基準電圧の低下に対し、誤った出力レベルが読み込まれてしまうことになる。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、電源電圧１の変動に対しても安定した出力信号を得ることができる角速度センサおよびそれを用いた自動車を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも駆動電極、モニタ電極、検出電極とを有する振動素子と、この振動素子の駆動電極に接続した駆動回路と、前記振動素子の検出電極に接続した検出回路と、前記振動素子のモニタ電極に接続したモニタ回路と、前記モニタ回路と駆動回路の間に振動制御回路を備え、この振動制御回路の基準電圧を前記駆動回路とモニタ回路に供給する電圧電源とは実質的に独立して前記検出回路の利得が電源電圧に比例するようにした構成により、電源電圧が変動した場合においても振動制御回路の基準電圧は追従して変動しないため、振動素子の駆動振幅は安定状態を保ち、そして検出回路の利得が電源電圧に比例するよう設定されているため、入力角速度に対するセンサの感度はトータルでは電源電圧に比例することになり、安定した角速度センサの出力信号を得ることができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、振動制御回路の基準電圧をバンドギャップ型基準電圧源回路から供給した構成であり、請求項１記載の発明と同様の作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、ＭＯＳトランジスタ抵抗を入力抵抗または帰還抵抗に用いた演算増幅器を備えた検出回路の構成であり、請求項１記載の発明と同様の作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、車体を支える複数のタイヤに設けたブレーキシステムにおいて請求項１〜３に記載の角速度センサのいずれか１つを備えた自動車であり、電源が変動した場合においても安定した角速度センサの出力信号を得ることができると共に角速度センサによって検出した角速度情報に対応した適切な制御を行うことができる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、車体に備えられた少なくとも１つの座席に設置されるエアバッグシステムにおいて請求項１〜３に記載の角速度センサのいずれか１つを備えた自動車であり、電源が変動した場合においても安定した角速度センサの出力信号を得ることができると共に角速度センサによって検出した角速度情報に対応した適切な制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの回路図である。１は電源電圧、２は角速度を検出する振動素子、３は振動素子２に形成した駆動電極、４は振動素子２に形成したモニタ電極、５は振動素子２に形成した検出電極である。６は駆動電極３に接続した駆動回路、７はモニタ電極４に接続したモニタ回路、８は検出電極５に接続した検出回路、９は検出回路８に接続した角速度センサの出力端子である。
【００１６】
１０はモニタ回路７と駆動回路６の間に介在される振動制御回路である。１１は第１の電圧供給回路であり、振動制御回路１０に電源電圧１から実質的に独立した第１の基準電圧３２を供給する。
【００１７】
１７はバンドギャップ型基準電圧源回路であり、図２にその回路構成を示す。バンドギャップ型基準電圧源回路１７は、温度特性に優れ、かつ電源電圧１に実質的に独立した高精度な基準電圧約１．２Ｖを出力する。なおバンドギャップ型基準電圧源回路１７は周知のため、ここでは回路構成および動作についての説明を省略する。
【００１８】
１８は増幅回路であり、バンドギャップ型基準電圧源回路１７の出力電圧が入力される。増幅回路１８は入力信号を増幅し、振動制御回路１０に電源電圧１と接地電圧の中点近傍の電圧（例えば２．５Ｖ）である第１の基準電圧３２を供給する。
【００１９】
図３に電源電圧１の変動時の角速度センサの出力波形図を示す。従来技術の角速度センサはトランジェントが発生しているのに比べて本発明の角速度センサは電源電圧１が低下した場合においても、振動制御回路１０の基準電圧である第１の基準電圧３２は安定であるため、駆動振幅が収束するまでの応答時間の遅れも発生しない。ゆえに振動素子２の駆動振幅は安定であり、入力角速度に対して安定した感度を得ることができる。
【００２０】
また、１２は検出回路８に備えられた演算増幅器であり、その入力抵抗としてのＭＯＳトランジスタ抵抗２１、その帰還抵抗としての第１の抵抗２０、および第２の基準電圧３３より構成される。第２の基準電圧３３は第２の電圧供給回路１３より供給される。ＭＯＳトランジスタ抵抗２１のゲートは接地電位に接続され、ソースは演算増幅器１２の反転入力端子および第１の抵抗２０に接続され、ドレインは入力端子となる。第１の抵抗２０はＭＯＳトランジスタ抵抗２１および演算増幅器１２の出力端子との間に接続される。第２の基準電圧３３は演算増幅器１２の非反転入力端子に供給される。ここではＭＯＳトランジスタ抵抗を入力抵抗に用いたが帰還抵抗に用いても同様である。
【００２１】
図４に第２の電圧供給回路１３の一実施の形態の回路図を示す。１４は出力端子と反転入力端子を接続したボルテージフォロワ型バッファ、１５はダイオード接続されたＭＯＳトランジスタ、１６は定電流源である。バッファ１４の非反転入力端子には電源電圧１の中点電位が入力され、またＭＯＳトランジスタ１５と定電流源１６との接続点の電圧を第２の基準電圧３３に供給する。
【００２２】
このとき第２の基準電圧３３をＶｒｅｆ２とすると、電源電圧１をＶｃｃ、ＭＯＳトランジスタ１５のしきい値電圧をＶｔとして次式で表される。
【００２３】
【数１】
2004053396.tif 000003
【００２４】
また、ＭＯＳトランジスタ抵抗２１をＲｔとすると、次式で表される。
【００２５】
【数２】
2004053396.tif 000004
【００２６】
ここで、μ０はチャネル表面移動度、Ｃｏｘはゲート酸化膜の単位容量、Ｗはトランジスタの実効ゲート幅、Ｌはトランジスタの実効ゲート長さ、Ｖｇｓはトランジスタのゲート−ソース間電圧、Ｖｔはしきい値電圧を表す。
【００２７】
ＭＯＳトランジスタ抵抗２１のソース電位は、演算増幅器１２のイマジナリティ・ショートにより第２の基準電圧３３となるので、
【００２８】
【数３】
2004053396.tif 000005
【００２９】
となる。よって（数１）から（数３）より、
【００３０】
【数４】
2004053396.tif 000006
【００３１】
となる。ここでμ０、Ｃｏｘ、Ｗ、Ｌは電源電圧１に対して独立であるので、ＭＯＳトランジスタ抵抗２１は電源電圧１に反比例する。
【００３２】
また、演算増幅器１２の利得をＡｖとすると、第１の抵抗２０をＲｆｂとして次式で表される。
【００３３】
【数５】
2004053396.tif 000007
【００３４】
よって、（数４）、（数５）より、
【００３５】
【数６】
2004053396.tif 000008
【００３６】
となり、演算増幅器１２の利得Ａｖは電源電圧１に比例する。
【００３７】
よって、検出回路８の利得は電源電圧１に比例するので、入力角速度に対するセンサの感度はトータルでは電源電圧１に比例することになり、マイコン等を用いてセンサ信号出力のＡ／Ｄ変換を行う場合においても、電源電圧１の低下、すなわちＡ／Ｄ変換の基準電圧の低下に対してセンサ感度のレシオメトリック特性は確保され、誤った出力レベルが読み込まれることが回避できる。
【００３８】
図５は角速度センサを自動車のブレーキシステムに用いたブロック図である。２２は車体、２３は車体２２を支えた複数のタイヤ、２４はタイヤ２３に設けたブレーキシステム、２５はブレーキシステム２４を制御する第１のマイコン、２６はマイコン２５に検出出力を供給する角速度センサ、２７は車体２２に備えられた前照灯、２８はブレーキシステム２４、角速度センサ２６および前照灯２７に電源電圧１を供給するバッテリーである。本構成をとることにより、電源電圧１の変動に対しても安定な角速度センサによって検出した角速度情報に対応し、ブレーキシステムで適切な制御が行えるものとなる。
【００３９】
また、図６に角速度センサを自動車のエアバッグシステムに用いたブロック図を示す。２９は車体に設置された少なくとも１つの座席、３０は座席２９付近に設置されるエアバッグシステム、３１はエアバッグシステム３０を制御する第２のマイコンである。エアバッグシステム３０、角速度センサ２６および前照灯２７にはバッテリー２８より電源が供給される。本構成をとることにより、電源電圧１の変動に対しても安定な角速度センサによって検出した角速度情報に対応し、エアバッグシステムで適切な制御が行えるものとなる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、センサに供給される電源電圧が変動した場合においても、振動素子の駆動振幅を安定させることができ、安定なセンサ信号出力を得ることができる。特に、駆動振幅が収束までの応答時間の遅れが大きくなる負荷容量の大きな振動素子を駆動する場合などにおいては、その効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサの回路図
【図２】バンドギャップ型基準電圧源回路の一例を示す回路図
【図３】（ａ），（ｂ）電源電圧変動時の角速度センサの出力波形図
【図４】第２の電圧供給回路の一例を示す回路図
【図５】角速度センサを自動車のブレーキシステムに用いたブロック図
【図６】角速度センサを自動車のエアバッグシステムに用いたブロック図
【図７】従来の角速度センサの一例を示す回路図
【符号の説明】
１　電源電圧
２　振動素子
３　駆動電極
４　モニタ電極
５　検出電極
６　駆動回路
７　モニタ回路
８　検出回路
９　センサ出力端子
１０　振動制御回路
１１　第１の電圧供給回路
１２　演算増幅器
１３　第２の電圧供給回路
１４　バッファ
１５　ＭＯＳトランジスタ
１６　定電流源
１７　バンドギャップ型基準電圧源回路
１８　増幅回路
１９　電源電圧に比例する基準電圧回路
２０　第１の抵抗
２１　ＭＯＳトランジスタ抵抗
２２　車体
２３　タイヤ
２４　ブレーキシステム
２５　第１のマイコン
２６　角速度センサ
２７　前照灯
２８　バッテリー
２９　座席
３０　エアバッグシステム
３１　第２のマイコン
【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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