(57)【要約】シグマデルタ型変調器において、少なくとも１つの共振器（１１０，１１０ａ，１１０ｂ）と、共振器からのアナログ信号を、時間情報と共にディジタル信号に変換する変換器（１２０）と、変換器の出力を共振器の励起入力に接続する帰還ループ（１４０）とを備える。本発明による変調器内の少なくとも１つの共振器（１１０，１１０ａ）は、機械的および音響的および電気機械的および静電気的および光学的および化学的な共振器のグループから選択される。アナログ−ディジタル変換と、信号検出と、信号生成への応用がある。
2004526380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シグマデルタ型変調器において、
−少なくとも１つの共振器（１１０，１１０ａ，１１０ｂ）と、
−共振器からのアナログ信号を、時間情報を持ったディジタル信号に変換する変換器（１２０）と、
−変換器の出力を共振器の励起入力に接続する帰還ループ（１４０）と
を備え、
変調器内の少なくとも１つの共振器（１１０，１１０ａ）は、機械的および音響的および電気機械的および静電気的および光学的および化学的な共振器のグループから選択されることを特徴とするシグマデルタ型変調器。
【請求項２】
共振器は、機械的あるいは光学的あるいは音響的な励起入力を持ち、
帰還ループは、それぞれ、信号の電気機械的インターフェイスあるいは信号の電気音響的インターフェイスあるいは信号の電気光学的インターフェイスを通して励起入力に接続されることを特徴とするシグマデルタ型変調器。
【請求項３】
共振器（１１０ａ）は、自由発振器であり、共振器出力を共振器励起入力に接続する逆方向ループ（１６０）を備えていることを特徴とする請求項１記載のシグマデルタ型変調器。
【請求項４】
変調器の出力を共振器の励起入力に接続する調整ループ（１７０）を備えることを特徴とする請求項１記載の変調器。
【請求項５】
請求項１記載の変調器と、変調器の出力に接続される帯域通過フィルタ手段（１３０）とを備えることを特徴とするシグマデルタ型変換器。
【請求項６】
共振器励起入力に接続されるアナログ信号入力（Ｅ）と、請求項５記載のシグマデルタ型変換器とを備えることを特徴とする、信号のアナログ−ディジタル変換のための装置。
【請求項７】
アナログ入力は、電気機械的インターフェイスあるいは電気光学的インターフェイス（１１２）あるいは電気音響的インターフェイスを通して、励起入力に接続されることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つの共振器（１１０ａ）が自由発振器であることを特徴とする、請求項１記載のシグマデルタ型変調器を備えた信号生成器。
【請求項９】
前記物理的大きさを検知する検出共振器と、前記検出共振器を含んだ請求項１記載のシグマデルタ型変調器とを備えることを特長とする、物理的大きさを測定するための装置。
【請求項１０】
検出共振器（１１０ａ，２１０ａ）は、自由発振器であることを特徴とする請求項９記載の測定装置。
【請求項１１】
検出共振器（２１０ａ）と、励起共振器と呼ばれ、検出共振器に結合される第２共振器とを励起する手段を備えることを特徴とする請求項９記載の測定装置。
【請求項１２】
励起共振器を含む第２シグマデルタ型変調器を備えることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
検出共振器は、物理的大きさを通して励起共振器に結合されることを特徴とする請求項９記載の測定装置。
【請求項１４】
物理的大きさは、コリオリの力であることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
アナログ−ディジタル変換器と、物理的な大きさの検出器と、信号生成器との中から選択した装置内の、請求項１記載のシグマデルタ型変調器の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シグマデルタ型変調器（sigma-delta modulator）に関し、さらに詳細には、少なくとも一つの共振器と内蔵変換器を備えたシグマデルタ型変調器に関する。
【０００２】
本発明は、またそのようなシグマデルタ型変調器を使って、アナログ−ディジタル変換器および／または物理的な大きさを検知するための装置および／または信号生成装置を作ることに関する。
【０００３】
これらの使用の範囲は非常に広いので、本発明は、非常に多くの技術分野での応用に使用される。例えば、本発明は、高周波信号の処理あるいは通信設備内の基準周波数信号の生成に使用することができる。従って、移動電話あるいは類似したものに使用することができる。本発明は、また、例えば電気機械機器、光学機器、音響機器、熱機器などの物理測定機器を作るのに使用することもできる。
【背景技術】
【０００４】
シグマデルタ型変調器は、現在では信号処理設備で非常によく使われる電子装置である。シグマデルタ型変調器の使用法は、特にアナログ−ディジタル変換器を作るために開発されてきた。シグマデルタ型変調器と、より広範囲の技術背景に対する本発明の最先端の技術は、（１）から（１２）までの文献に説明されており、その全ての参考文献は、本明細書の最後に載せてある。
【０００５】
既知のシグマデルタ型変調器には、特に、“低域通過型”と“帯域通過型”と呼ばれる変調器の二つのグループがある。
【０００６】
低域通過シグマデルタ型変調器は、基本的に、一つあるいは数個の積分要素の周囲に作られる。もし、それらが少なくとも一つの低域通過型フィルタを形成するフィルタ手段に関連したものなら、いわゆる低域通過シグマデルタ型変調器を形成する。例えば、文献（１）に示されるシグマデルタ型変調器は、ここでは、説明しない。本発明は、帯域通過シグマデルタ型変調器に関係したものである。これらの変調器は、少なくとも“帯域通過型”フィルタ機能を実行し、帯域通過シグマデルタ型変調器を形成するフィルタ手段に関連する。
【０００７】
添付した図１は、図示的に、既知の種類の帯域通過シグマデルタ型変調器の主な要素を単純に表したものを示している。これは、２次の変調器である。その中には、２つの積分器であると考えることができる共振器が含まれる。積分器の数は、シグマデルタ型変調器の次数を定める。
【０００８】
シグマデルタ型変調器１０において、２つの主要な部品、すなわち変調器１２とフィルタ手段１３０とを区別することができる。シグマデルタ型変調器への入力Ｅは、順に、電気式共振器１６へ、比較器１８へ、この場合フィルタ手段１３０を形成する帯域通過型ディジタルユニットへと接続される。シグマデルタ型変調器からの出力は、フィルタ手段１３０からの出力に対応する。帰還ループ２０は、比較器１８の出力を共振器１６の入力へと接続する。混合器１５は、端子Ｅに印加される入力信号と、帰還ループ２０からの信号とを加算するように設計されている。帰還ループは、また、内部ディジタル−アナログ変換器あるいは増幅器のような部品を備えている。これらの部品は、単純化のために図示されていない。
【０００９】
例えば、下記の文献（３）には、電気式共振器１６の一実施形態が含まれる。
【００１０】
比較器１８は、内部アナログ−ディジタル変換器として使用される。例えば、単一ビット上で符号化されるディジタル信号を出力し、これは、電気式共振器によって出力されるアナログ信号が所定の閾値を超えた時に第１論理値となり、共振器から出力されるアナログ信号がこの閾値よりも小さいときに第２論理値に等しくなる。アナログ信号は、こうして、変調器からの出力において、パルス密度変調（ＰＤＭ＝Pulse Density Modulation）信号へと変換される。
【００１１】
フィルタ手段１３０は、帯域通過型であり、特に、その機能は、アナログ信号を、例えば比較器の出力レベル上で定量化された定量化信号へと変換する際に固有の、パルス密度変調（ＰＤＭ）信号内の定量化雑音を除去することである。
【００１２】
シグマデルタ型変調器が、アナログ−ディジタル変換器として使用される時、フィルタ手段１３０は、ディジタルであり、デシメータ（decimator）として使用することもできる。言い換えると、少数のビット上で符号化された高周波信号を、より大量のビット上で符号化された低周波へ変換するためのものである。
【００１３】
電気式共振器１６は、その品質因子によって特徴付けられる。これは、共振の振幅が閾値を越える、周波数帯域の幅を表している。品質因子は、共振の振幅の絶対値が大きく、かつ周波数帯域が狭いときに、高くなると考えられる。閾値は、共振の最大値−３ｄＢであると定義される。
【００１４】
シグマデルタ型変調器の品質は、共振器の品質因子に関係する。特に、これは、帯域通過内の定量化雑音を除去することを制御する。言い換えると、広い共振幅を持った共振器を備えるシグマデルタ型変調器、つまり品質因子の良くないシグマデルタ型変調器は、定量化雑音の大きい出力信号を出力する。これは、フィルタ手段１３０によるフィルタ処理をしても、尚そうなのである。
【００１５】
【特許文献１】
国際公開第９８／２７４０２号パンフレット
【非特許文献１】
"Multi-purpose interface for sensot systems fabricated by CMOS technology with post-processing", Carlos Azeredo Leme at Henry Baltes, Sensors and Actuators A.37-38(1993)77-81, c1993, Elsevier Sequoia.
【非特許文献２】
"A 2.5 MHz 55dB Switched-current BandPass sigma-delta Modulator for AM signal Conversion", J.M. de la Rosa, B. Perez-Verdu, F.Medreiro, and A. Rodriguez-Vazquez, Instituto de Miceoelectronica de Sevilla - CNM. ESSCIRC'97, Paris, *France, pp. 156-159
【非特許文献３】
"A 10.7 MHz N-path fourth-order Bandpass Sigma-Delta Modulator" Fabrizio Francesconi, Valentiono Liberali, and Franco Maloberti, Micronova Sistemi S.r.l. ESSCIRC'96, pp. 156-159
【非特許文献４】
"An Eight-orderbandpass ΣΔ Modulator for A/D Conversion in Digital Ratio", Loai Louis, John Abcarius and Gordon W. Roberts, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol.34 No.4, APROL 1999
【非特許文献５】
"An Investigation of Bandpass Sigma-Delta A/D Converters" Yvan Botteron and Behrouz Nowrouzian, 1997 IEEE, Proceedings of the Midwest Symposium on circuits and systems, vol.1, pp.293.6
【非特許文献６】
"Bandpass Sigma-Delta Modulator for wideband IF signals" Luca Daniel, Marco Sabatini, Badpass Sigma-Delta Modulator for wideband I/F signals, June 10, 1999
【非特許文献７】
"Preliminary Results on a Silicon Gyrometre Based on Accoustic Mode Coupling in small Cavities" Tarik Bourouina, Anne Exertier, Serge Spirkovitch, Bernard Chaumet and Eric Pleska, JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, vol.6, No.4, December 1997
【非特許文献８】
"OPTICAL SYSTEM FOR PRESSURE AND TEMPERATURE SENSING" K.Seibert, D.Largeau, B.Bonvalt and D.T Angelidis, P.parsons, The 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators.
【非特許文献９】
"RESONANTLY ENHANCED RADIO FREQUENCY ELECTROOPTIC PHASE MODULATOR" Chi Man Shum and Edward A.Whittaker, APPLIED OPTICS, Vol.29, No.3, January 20 1990.
【非特許文献１０】
"An Integrated CMOS Micromechanical resonator High-Q Oscillator", Clark T.-C Nguyen, Member, IEEE and Roger T.Howe, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.34, NO.4, April 1999, (c)1999 IEEE.
【非特許文献１１】
"High-Accuracy circuits for On-chip Capacitance ratio Testing or Sensor Readout, Yumin Cao and Gabor C. Temes, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS-II; ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING, Vol.41, No.9, September 1994, (c)1994 IEEE.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
シグマデルタ型変調器の品質を改良する一つの方法は、いくつかの共振器段をを直列に置くことである。この結果、高次のシグマデルタ型変調器ができる。例えば、文献（３）と（４）には、さらにこの問題に関する情報が含まれている。
【００１７】
しかし、変調器の段数を増やすことは、多くの困難な問題を引き起こす。大きな問題の一つは、シグマデルタ型変調器の動作安定性である。他の問題は、電気式共振器と他の電機部品との間で起こり得る干渉である。最後に、シグマデルタ型変調器の段数が増えることにより、電気エネルギーの消費が増大し、これは、携帯型設備の電源には具合が悪い。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の目的は、上述した装置の制限のないシグマデルタ型変調器を提供することである。
【００１９】
一つの特定の目的は、定量化雑音が非常に低く、一方、共振器の数が制限されているシグマデルタ型変調器を提供することである。
【００２０】
他の目的は、周囲の電気的あるいは電子的回路との干渉に影響されないが、携帯型設備に関係する制約と両立できるようなシグマデルタ型変調器を提供することである。
【００２１】
最後に、本発明の他の目的は、その特徴に対応するシグマデルタ型変調器のいくつかの特定の応用分野を提供することである。
【００２２】
より細かく言うと、本発明の目的は、シグマデルタ型変調器であって、該シグマデルタ型変調器は、
−少なくとも一つの共振器と、
−共振器からのアナログ信号を、時間情報を持ったディジタル信号へ変換する内蔵型変換器と、
−共振器からの出力を、共振器への励起入力へ接続する帰還ループと
を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明は、線形共振器だけでなく、非線形共振器とも一緒に使用することができることに注意したい。
【００２４】
本発明に依れば、シグマデルタ型変調器内の少なくとも一つの共振器は、機械的、音響的、電気機械的、静電気的、光学的、化学的な共振器から選ばれる。
【００２５】
共振器手段は、ゼロ周波数を除く共振帯域内で共振に入ることのできる装置であり、共振帯域外の周波数において、励起に対してごくわずかしか応答しないものである。例えば、その振幅が、利得１の応答の振幅の少なくとも１０ｄＢ低い時には、その応答は、無視できるものであると考えられる。
【００２６】
本発明によるシグマデルタ型変調器内で使用される共振器は、電子的あるいは電気的な共振器では無い。これは、それ自身内の共振は、電子的あるいは電気的な現象では無いということである。しかし、共振器励起信号あるいは共振器出力信号は、電気信号であろうということに注意したい。共振器は、電子的あるいは電気的では無いという事実によって、高い周波数あるいは低い周波数で動作するにも係わらず、周囲の電子回路との干渉が劇的に減少する。さらに、例えば、機械的共振器あるいは光学的共振器の品質因子は、通常、電気的共振器の品質因子よりも非常に高いということが分かっている。こうして、定量化雑音を著しく排除することは、少数の共振器段でもって達成することができる。
【００２７】
本発明によるシグマデルタ型変調器は、一つあるいはいくつかの共振器を備えている。上述したように、少なくとも一つのこれらの共振器は、電気的共振器ではない。しかし、このことは、この共振器が他の電子的共振器あるいは非電子的共振器と共に使用できないと言うことは意味していない。
【００２８】
励起入力および／または共振器出力が電子的でないときは、共振器は、少なくとも一つの電気的なインターフェイス、つまり、例えば機械的、光学的、音響的信号のような物理的信号を電気的信号に変換する、あるいはその逆ができる装置と結び付くことができる。特に、これによって、フィルタ手段と両立する出力を作る手段が提供される。
【００２９】
また、もし共振器の入力が電気的入力で無いと、物理的な励起信号データによって直接的に共振器を励起することが可能である。この場合には、電気的インターフェイスは、共振器の入力において必要では無い。
【００３０】
一方、帰還ループが電気的信号を出力し、励起入力が物理的なものである時は、帰還ループは、信号に対して、電気機械的インターフェイスあるいは電気光学的あるいは電気音響的なインターフェイスを通して、励起入力に接続することができる。これらの側面は、本明細書の以降において、より詳細に説明される。
【００３１】
従来のシグマデルタ型変調器変換器におけると同様に、帯域通過フィルタ手段は、定量化雑音をフィルタし、場合によっては信号の大部分を除くように設計される。その中には、帯域通過フィルタに似た、全体的な動作をする一つあるいはいくつかのフィルタ手段がある。帯域も、月並みに、共振器の帯域に合わせて調整される。
【００３２】
シグマデルタ型変調器の内部変換器は、時間情報を持ったディジタル信号を出力することのできる装置である。それは、少数のビット、例えば１ビットで符号化された、相対的に高周波信号である。そして、その情報は、少なくとも部分的に、パルスの多少なりとも重要な密度内にある。アナログ−ディジタル変換器のことでもある、そのような内部の変換器は、共振器からのアナログ信号の振幅を、一つあるいはいくつかの閾値と比較するのに使用される比較器でも良い。従って、この内部のアナログ−ディジタル変換器は、ディジタルフィルタ手段に関連したシグマデルタ型変調器によって実行される、アナログ−ディジタル変換機能と混同してはならない。この面は、本明細書の以降において、より詳細に説明される。
【００３３】
シグマデルタ型変調器の一つの特定の実施形態において、共振器は、自由発信器であってよい。この場合、出力を入力に接続する逆方向ループを備える。このループは、また、増幅手段あるいは比較手段を与えられることがある。
【００３４】
他の側面によると、共振器は、例えば共振、外部の励起信号によって持続される発振器のような、共振持続型共振器であってよい。
【００３５】
一つの改良点によると、本発明によるシグマデルタ型変調器は、変調器からの出力を共振器の励起入力に接続する調整ループを備えていてよい。このループは、調整器のフィルタ手段および／または、出力信号あるいは出力信号の特性を一組の値あるいは信号と比較する比較器と結合することができる。そして、調整ループの主な機能は、例えば信号を生成するのに使用される時に、変調器の動作を安定させることである。
【００３６】
本発明は、また、アナログ信号入力を備えた信号のためのアナログ−ディジタル変換装置と、先述したシグマデルタ型変調器に関する。アナログ信号入力は、その後、共振器励起入力に接続される。共振器入力に加えられる信号は、変換しようとしているアナログ信号である。“信号”という言葉は、非常に一般的な意味で使用され、変換入力への連続的かつ不変の信号に関する応用も排除するものではない。変換器は、信号源から発せられた信号、あるいは測定機器から見本として発せられる電圧を、ディジタル値へと変換するためのあらゆる応用分野で使用することができる。
【００３７】
共振器励起入力が物理的入力であり、変換しようとする信号が電気信号であるなら、アナログ入力は、既述したように、電機機械的あるいは電気光学的なインターフェイスを通して励起入力に接続することができる。
【００３８】
本発明の目的は、上述したような、その中の少なくとも一つの共振器が発振器であるようなシグマデルタ型変調器と、場合によってはディジタルあるいはアナログフィルタを備えたフィルタ手段とを備えたディジタルあるいはアナログ信号発生器である。
【００３９】
アナログフィルタは、シグマデルタ型変調器の内部アナログ−ディジタル変換器からの出力で使用可能な、パルス密度変調済みディジタル信号を変換することができる。例えば、この出力信号は、正弦波でもよい。
【００４０】
シグマデルタ型変調器が信号生成器として使用される時、共振器は自由発振器でよい。この場合、外部信号は、共振器励起入力に与えられる。しかし、共振器は、依然として、その出力を励起入力に接続する負帰還ループに接続されるだろう。このループによって、共振器は自由発振器に変わる。
【００４１】
本発明は、また、物理的な大きさを測定するための装置内の、シグマデルタ型変調器の使用法に関する。測定装置は、物理的な大きさを感知する検出共振器と、上述したようなシグマデルタ型変調器を備えている。
【００４２】
共振器が感知する物理的な大きさは、共振器入力に与えられるかも、または与えられないかも知れない励起信号には関係がない。物理的な大きさは、共振器の共振振幅を変更する大きさである。例えば、共振器が振動ジャイロメータであるとき、測定しようとする物理的な大きさは、コリオリの力であってよい。他の共振器によって、物理的な大きさは温度であっても良い。
【００４３】
従って、ここで考える物理的な大きさは、シグマデルタ型変調器の外側のセンサーから出力される物理的な大きさとは異なり、それに対して、アナログ測定信号が、ディジタル信号に変換するために共振器の励起入力に与えられる。これは、それ自身における測定装置としてでなく、上述したような方法で、アナログ−ディジタル変換器内でシグマデルタ型変調器を使用することに対応するであろう。
【００４４】
本発明による測定装置の一つの特定の実施形態によって、測定装置は、検出共振器に結合される励起共振器と呼ばれる第２共振器の形態による、検出共振器を励起する手段を備えていて良い。この励起共振器は、第２の別のシグマデルタ型変調器の一部を形成することができる。コリオリの力は、上に定義した、結合に関する一つの特別な例である。
【００４５】
本発明の他の特徴と利点とは、添付する図面を参照した、以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。この説明は、純粋に解説のためであり、決して制限を設けるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下の説明において、別の図面の、同一あるいは類似あるいは等価の部分は、同じ参照番号を振ってある。これにより、ある図面と他の図面を比較することが可能となり、説明において既に述べた要素を繰り返すことを避ける。
【００４７】
図２のシグマデルタ型変調器１００は、第１共振器１１０ａと、点線で示した第２共振器１１０ｂと、アナログ−ディジタル変換器１２０とを、入力Ｅと出力Ｓとの間の順に備えている。帰還ループ１４０は、アナログ−ディジタル変換器１２０からの出力を、第１共振器１１０ａの入力１１２へと接続する。点線で示される演算器１３０は、シグマデルタ型変換器を形成するのに、場合によっては変調器に関連していて良い。
【００４８】
アナログ帰還信号は、ディジタル−アナログ変換器１４２を用いて作られて、増幅器１４４ａを通して入力１１２へ与えられる。加算器１５０は、帰還信号を、もしそのような入力信号があれば、シグマデルタ型変調器の入力Ｅへ与えられる入力信号に加算する。
【００４９】
例えば、第１共振器１１０ａは、光学的あるいは音響的あるいは機械的な共振器である。これには、電気入力信号および／または電気帰還信号を、機械的あるいは音響的あるいは光学的信号に変換する第１インターフェイス１１２が与えられる。反対に、共振器からの出力に置かれた第２インターフェイス１１４は、アナログ−ディジタル変換器１２０に送られる共振物理信号を、電気信号に変換するように設計される。例えば、インターフェイス１１２と１１４は、ラウドスピーカーのような種類の音響変換器であり、共振器１１０ａが音響的空洞のときには、マイクロフォンである。そのような空洞を備えたシグマデルタ型変調器の一例は、この書類の以降に、より詳細に検証される。
【００５０】
静電的あるいは電気機械的な種類の共振器には、つまり、もし共振器が電気信号によって励起され得るなら、インターフェイス１１２および／または１１４は除かれる。
【００５１】
点線で示される第２共振器１１０ｂは、第１共振器あるいは、場合によっては電気共振器に匹敵する共振器であって良い。それによって、シグマデルタ型変調器の次数が、従って、その性能が、増加する。帰還ループ１４０の分岐に、増幅器１４４ｂが与えられて、第２共振器の入力に接続される。帰還信号は、加算器１５２を通って、第１共振器からの出力信号に加算される。
【００５２】
第２共振器１１０ｂと、従って第２増幅器１４４ｂが除かれることに注意したい。それらは、また、同じやり方で第１共振器１１０ａと直列に接続される多くの共振器によって置き換えられる。
【００５３】
異なる種類の信号が、シグマデルタ型変調器による使用法によって、入力Ｅに与えられる。例えば、もしアナログ−ディジタル変換器として使用されるなら、アナログ信号あるいは単純な電圧をそれに印加してディジタル値に変換することが可能であろう。信号生成器あるいは測定装置として使用されるならば、共振を維持するように設計された励起信号が、入力Ｅに与えられ得る。最後に、また外部信号が入力Ｅに与えられないということもあり得る。
【００５４】
共振器１１０ａは、自由発振器として使用することができる。この場合、逆方向ループ１６０は、例えば増幅器１６２に備わるが、共振器の出力と入力の間に接続される。図２の点線で示される逆方向ループ１６０は、共振器１１０ａの入力側の加算器１５０に接続される。
【００５５】
これも点線で示される調整器ループ１７０は、シグマデルタ型変調器の動作を安定させるために、出力Ｓと入力Ｅの間に与えられる。特にこの種のループは、シグマデルタ型変調器が信号生成器として使用される時に、出力信号の振幅を安定させるのに使用することができる。図２で示される例では、調整ループには、設定値入力Ｋを持った調整器１７２が備わり、出力Ｓで使用可能な出力信号の特性と、設定値入力Ｋに与えられる設定値の特性との間の比較を行う。例えば、発振振幅を表す設定値であってよい。さらに、調整器１７２は、フィルタ手段を備えている。
【００５６】
図２で示される特定の実施形態では、調整ループ１７０は、入力Ｅに直接には接続されない。調整器１７２からの出力と増幅器１７２からの出力は、乗算器１７３に与えられて、入力加算器１５０に与えられる前に乗算がされる。増幅器１６２が、論理的出力０か１を持った比較器を備える時、乗算は、調整器信号を入力に与えること、もしくは与えないことから成り立つ。
【００５７】
図３は、本発明によるシグマデルタ型変調器の他の例を示している。この例では、共振器１０は、力あるいは加速
【数１】
2004526380.tif 000003
を感知する入力を持った機械的共振器であると考えられる。共振器の出力には、機械的共振信号を電気信号に変換することのできるインターフェイス１１４が備えられている。その後、電気信号は、アナログ−ディジタル変換器１２０へと導かれる。
【００５８】
図２の装置達と異なり、シグマデルタ型変調器の入力Ｅに与えられる信号は、電気信号データはなく、その結果、図２のインターフェイス１１２に似たインターフェイスは必要ない。他方、図３のシグマデルタ型変調器の帰還ループ１４０は、ディジタル−アナログ変換器１４２を備えているが、ディジタル−アナログ変換器１４２が出力するアナログ電気信号を、例えば加速のような共振器の励起入力に比肩できる機械信号へと変換することができるインターフェイス１４６も備えている。増幅器１４４は、ディジタル−アナログ変換器１４２とインターフェイス１４６の間に与えることもできる。
【００５９】
例えば、また図３のシグマデルタ型変調器は、一つの共振器１１０を備えるだけであるのが見て取れよう。
【００６０】
以下に説明される図４では、本発明によるシグマデルタ型変調器の特定の実施形態を示しており、そこでは、共振器は、シリコンの空洞を持った音響的ジャイロメータである。例えば、上述した文献（７）には、音響的ジャイロメータの説明が含まれる。
【００６１】
図４では、空洞は、図２から類推して参照番号１１０ａが付けられる。実際、機械的入力を持った、より詳細には、音響的入力とさらに音響的出力を持った共振器を形成する。ラウドスピーカの形態を取って示される第１インターフェイス１１２は、入力加算器１５０から出力される電気信号を、空洞に、言い換えると共振器１１０ａに与えられる音響的信号に変換することのできる変換器からなる。
【００６２】
空洞からの出力において、容量的マイクロフォン１１４は、増幅器と連係して、逆関数を実行する。空洞からの音響的信号を、アナログ−ディジタル変換器１２０へ出力することのできる電気信号へと変換する。
【００６３】
増幅器１６２を備えて、場合によっては図示されない比較器と連係する、正の逆方向ループ１６０は、マイクロフォン１１４から変換器１１２を通って空洞１１０ａの入力に出力される電気信号の一部を再び送り出す。この逆方向によって、共振器が自由発振器に変わる。
【００６４】
後述したアナログ−ディジタル変換器１４０と、帰還ループ１４０のディジタル−アナログ変換器１４２は、１ビット変換器である。さらに、第２電子共振器１１０ｂは、音響的ジャイロメータと直列に接続される。これらの要素は、この明細書には、これ以上は書かれていない。これ以上の情報は、図２と共に、明細書中にある。
【００６５】
アナログ−ディジタル変換器１２０の出力は、パルス密度変調されたディジタル出力を例えば正弦波となり得る出力信号へと変換することのできる、アナログフィルタを含む出力演算器１３０に接続される。シグマデルタ型変調器は、例えば、このようにして信号生成器として使用することができる。
【００６６】
アナログ−ディジタル変換器１２０からの出力は、また第１共振器１１０ａの入力に接続される調整ループ１７０に接続され、出力信号の振幅を安定させる。周波数安定は、またループ１６０によって与えられる。
【００６７】
例えば、調整ループには、１ビットで符号化されるアナログ−ディジタル変換器１２０からの変調済み信号出力を、数ビットで符号化される信号へと変換する、デシメータ（decimator）フィルタ１７２を備えている。このデシメータフィルタの後には、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative：比例積分誘導）型で、出力信号あるいはこの信号の特性と達成しようとする振幅を表す設定値との差を最小化する調整器１７４が続く。ＰＩＤ調整器からの出力は、帰還ループ１６０からの信号によって加算あるいは乗算される。加算器１５４あるいは乗算器は、この目的のために提供される。乗算器を持ったこの装置を作ることにより、費用が軽減され、また効率的な動作を得ることができる。
【００６８】
図５は、本発明によるシグマデルタ型変調器を使って、共振器の共振を整合させる制御をするさまを示したものである。図６に示された装置の場合は、共振器１１０ａは、電気光学変調器である。共振器には、２つの入力がある。第１の光学入力は、プリズムと偏光器とレンズとから構成される光学アセンブリ１９２を通して、共振器へと結合されるヘリウムネオン（HeNe）励起レーザ１９０に接続される。第２入力は、整合回路１９４と増幅器１９６を通して、シグマデルタ型変調器の入力Ｅに接続される電気入力である。共振器からの光学的出力は、光ダイオードと非参照型増幅器と繋がった、ファブリ−ペローの干渉計の形態をした光電子工学的インターフェイス１１４を通して、アナログ−ディジタル変換器に接続される。
【００６９】
シグマデルタ型変調器のこの特別な実施形態において、帰還ループ１４０は、加算器５０を通して、共振器の電気入力に接続される。
【００７０】
この応用において、共振器（言い換えると、電子光学変調器）が、光学信号の変調周波数を制御するのに使用される。
【００７１】
文献（９）では、図６のシグマデルタ型変調器内で使用される種類の電子光学変調器の、より完全な既述が与えられる。
【００７２】
図６では、本発明がいかに使用されるかを示す、最後の特定の例が示される。図６には、２つの結合済みシグマデルタ型変調器１００，２００を備えたシステムが示される。この種の振動型ジャイロメータは、２つの結合された機械的発振器を持ったシステムとして使用される。発振器は、シグマデルタ型変調器の共振器として使用される。励起に使用される第１機械式発振器の運動は、第２発振器に送られて、上述したように、コリオリの力から発した、結合による検出に使用される。この検出は、角回転速度（angular rotation speed）に与えられる。
【００７３】
ＦＣＯＲＩＯＬＩＳで示されるコリオリの力は、以下のように表せる。
【数２】
2004526380.tif 000004
【００７４】
この式では、ｍは、第１機械式発振器１１０ａの質量を示し、Ｖは、第１機械式発振器の速度であり、Ωは、測定しようとする回転速度である。Ωは、第２発振器の運動の測定値から推定される。
【００７５】
励起の中の、言い換えると速度Ｖの中の如何なる変位も、検出信号内に反映される。速度Ｖは、検出を復調するために測定される。
【００７６】
所定の回転速度に対して、第２発振器２１０ａが共振周波数にある時、そして第１発振器が最大速度にある時、出力信号は、最大となる。そのような訳で、これは必須ではないが、もし２つの発振器が、類似もしくは近接した共振周波数で選択されると、言い換えると数ヘルツより離れずに選択されると、それは、好ましいものである。
【００７７】
振動型ジャイロメータ発振器は、コンデンサを用いて静電気的に制御されうる。同様に、出力信号は、コンデンサの容量における変化を測定することで確定することができる。
【００７８】
最後に、共振器（実際は発振器）の入力信号と出力信号は、電気信号である。図示されないコンデンサは、インターフェイスとして使用され、電気出力を静電気力に変換し、従って機械的な置き換え、そして逆もまた同様である。
【００７９】
以下の説明で使用される参照番号は、これまでの図で使用されたものと同じであり、第１シグマデルタ型変調器の要素を示しており、第２シグマデルタ型変調器の類似あるいは等価の要素を示すのに１００ずつ増加させてある。
【００８０】
第１シグマデルタ型変調器１００は、増幅器１６２を持った逆方向ループ１６０と共に使用される時に、第１“励起”発振器を形成する共振器１１０ａを備える。この発振器は、それ自身の共振周波数に従う。逆方向ループ１６０は、場合によっては、外部の励起信号が第１共振器１１０ａの入力に、言い換えると加算器１５０に与えられるときに、除かれることがある。
【００８１】
第１シグマデルタ型変調器１００内の帰還ループ１４０には、置き換え設定値入力を持った調整器１４４ａが提供される。調整器１４４ａは、図２の増幅器１４４ａに当たり、帰還を励起発振器１１０ａの入力に与えるように設計される。他の増幅器１４４ｂは、第２電子共振器１１０ｂの帰還のために提供される。
【００８２】
第１シグマデルタ型変調器のアナログ−ディジタル変換器１２０からの出力Ｓ１において利用可能な変調信号は、図示されていない出力演算器に導かれ、先に述べた速度Ｖを決定する。
【００８３】
点線で示した一改良点によれば、フィルタ１７１を備えた帰還ループと調整器１７２は、共振器の出力Ｓ１と入力の間で接続される。調整器１７４も設定値入力と共に提供される。
【００８４】
第２シグマデルタ型変調器２００は、第１シグマデルタ型変調器１００の共振器１１０ａに機械的に結合される共振器２１０ａを備える。結合とは、点線Ｃで示した図の内部に示される。
【００８５】
参照番号２１０ｂと２２０と２４０と２４２と２４４ａと２４４ｂは、上述したか図２に関連する部品１１０ｂと１２０と１４０と１４４ａと１４４ｂと等価な部品を示している。従って、その記載は、繰り返さない。
【００８６】
第２シグマデルタ型変調器２００のアナログ−ディジタル変換器２２０からの出力Ｓ２も、図示されていない出力演算器２３０に導かれ、コリオリ力を表す出力信号を作り出す。
【００８７】
コンピュータは、上述した回転速度Ωを、コリオリ力のデータと速度Ｖとを用いて確定するために提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】最新技術として知られる、シグマデルタ型変換器の一種の単純化した概略図である。
【図２】本発明によるシグマデルタ型変調器の概略図である。
【図３】本発明によるシグマデルタ型変調器の概略図である。
【図４】本発明によるシグマデルタ型変調器の特定の使用法を示した概略図である。
【図５】本発明によるシグマデルタ型変調器の特定の使用法を示した概略図である。
【図６】本発明によるシグマデルタ型変調器の特定の使用法を示した概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０…シグマデルタ型変調器
１２…変調器
１５…混合器
１６…電気式共振器
１８…比較器
２０…帰還ループ
１００…シグマデルタ型変調器
１１０…共振器
１１０ａ…第１共振器
１１０ｂ…第２共振器
１１２…入力
１１４…容量的マイクロフォン
１２０…アナログ−ディジタル変換器
１３０…フィルタ手段
１４０…帰還ループ
１４２…ディジタル−アナログ変換器
１４４…増幅器
１４４ａ…増幅器
１４４ｂ…第２増幅器
１４６…インターフェイス
１５０…加算器
１５２…加算器
１６０…逆方向ループ
１６２…増幅器
１７０…調整器ループ
１７２…調整器
【国際公開パンフレット】
2004526380.tif 000005
2004526380.tif 000006
2004526380.tif 000007
2004526380.tif 000008
2004526380.tif 000009
2004526380.tif 000010
2004526380.tif 000011
2004526380.tif 000012
2004526380.tif 000013
2004526380.tif 000014
2004526380.tif 000015
2004526380.tif 000016
2004526380.tif 000017
2004526380.tif 000018
2004526380.tif 000019
2004526380.tif 000020
2004526380.tif 000021
2004526380.tif 000022
2004526380.tif 000023
2004526380.tif 000024
2004526380.tif 000025
2004526380.tif 000026
2004526380.tif 000027
2004526380.tif 000028
2004526380.tif 000029
2004526380.tif 000030
2004526380.tif 000031
2004526380.tif 000032
2004526380.tif 000033
2004526380.tif 000034
2004526380.tif 000035
2004526380.tif 000036
2004526380.tif 000037
2004526380.tif 000038
2004526380.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月31日(2003.5.31)
【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】
シグマデルタ型変調器において、
−少なくとも１つの共振器（１１０，１１０ａ，１１０ｂ）と、
−共振器からのアナログ信号を、時間情報を持ったディジタル信号に変換する変換器（１２０）と、
−変換器の出力を共振器の励起入力に接続する帰還ループ（１４０）と
を備え、
変調器内の少なくとも１つの共振器（１１０，１１０ａ）は、機械的および音響的および電気機械的および静電気的および光学的および化学的な共振器のグループから選択され、
共振器は、機械的あるいは光学的あるいは音響的な励起入力が提供され、
帰還ループは、それぞれ、信号の電気機械的インターフェイスあるいは信号の電気音響的インターフェイスあるいは信号の電気光学的インターフェイスを通して、励起入力に接続されることを特徴とするシグマデルタ型変調器。
【請求項２】
共振器（１１０ａ）は、自由発振器であり、共振器出力を共振器励起入力に接続する帰還ループ（１６０）を備えていることを特徴とする請求項１記載のシグマデルタ型変調器。
【請求項３】
変調器の出力を共振器の励起入力に接続する調整ループ（１７０）を備えることを特徴とする請求項１記載の変調器。
【請求項４】
請求項１記載の変調器と、変調器の出力に接続される帯域通過フィルタ手段（１３０）とを備えることを特徴とするシグマデルタ型変換器。
【請求項５】
共振器励起入力に接続されるアナログ信号入力（Ｅ）と、請求項４記載のシグマデルタ型変換器とを備えることを特徴とする、信号のアナログ−ディジタル変換のための装置。
【請求項６】
アナログ入力は、電気機械的あるいは電気光学的（１１２）あるいは電気音響的なインターフェイスを通して、励起入力に接続されることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの共振器（１１０ａ）が自由発振器であることを特徴とする、請求項１記載のシグマデルタ型変調器を備えた信号生成器。
【請求項８】
前記物理的大きさを検知する検出共振器と、前記検出共振器を含んだ請求項１記載のシグマデルタ型変調器とを備えることを特長とする、物理的大きさを測定するための装置。
【請求項９】
検出共振器（１１０ａ，２１０ａ）は、自由発振器であることを特徴とする請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
検出共振器（２１０ａ）と、励起共振器と呼ばれ、検出共振器に結合される第２共振器とを励起する手段を備えることを特徴とする請求項８記載の測定装置。
【請求項１１】
励起共振器を含む第２シグマデルタ型変調器を備えることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
検出共振器は、物理的大きさを通して励起共振器に結合されることを特徴とする請求項８記載の測定装置。
【請求項１３】
物理的大きさは、コリオリの力であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
アナログ−ディジタル変換器と、物理的な大きさの検出器と、信号生成器との中から選択した装置内の、請求項１記載のシグマデルタ型変調器の使用法。
【国際調査報告】
2004526380.tif 000040
2004526380.tif 000041
2004526380.tif 000042
2004526380.tif 000043