(57)【要約】【課題】  レイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲を切り換え可能な検出回路を提供する。【解決手段】  センサー素子からの差動入力信号２９０、２９２に基づいて前記センサー素子に印加される物理量を検出する検出回路１０であって、前記差動入力信号２９０、２９２の差分を増幅して、第１の信号１１４として出力する差動増幅回路３０と、前記第１の信号に基づく信号１１６を増幅して、第２の信号１１８として出力する非反転増幅回路５０と、前記第２の信号１１８を直流信号に変換して、前記物理量に応じた１つの出力信号２９４を生成する後段回路１４と、を含み、前記差動増幅回路３０および前記非反転増幅回路５０の少なくとも１つは入力される選択信号２１０に基づいて、増幅率を変化させる。【選択図】  図１
2012173196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサー素子からの差動入力信号に基づいて前記センサー素子に印加される物理量を検出する検出回路であって、
前記差動入力信号の差分を増幅して、第１の信号として出力する差動増幅回路と、
前記第１の信号に基づく信号を増幅して、第２の信号として出力する非反転増幅回路と、
前記第２の信号を直流信号に変換して、前記物理量に応じた１つの出力信号を生成する後段回路と、を含み、
前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路の少なくとも１つは、
入力される選択信号に基づいて、増幅率を変化させる検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の検出回路において、
前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路は、
１つの前記選択信号に基づいて、連動して増幅率を変化させる検出回路。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の検出回路において、
前記差動増幅回路は、
入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変える検出回路。
【請求項４】
請求項３に記載の検出回路において、
前記差動増幅回路は、
入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成する検出回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の検出回路において、
前記非反転増幅回路は、
帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変える検出回路。
【請求項６】
請求項５に記載の検出回路において、
前記非反転増幅回路は、
帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成する検出回路。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の検出回路において、
前記後段回路は、
前記第２の信号のレベルを調整するオフセット調整回路を含み、
前記オフセット調整回路は、
前記選択信号に基づいて、調整幅を変化させる検出回路。
【請求項８】
請求項７に記載の検出回路において、
前記オフセット調整回路は、
前記非反転増幅回路の直後に配置される検出回路。
【請求項９】
請求項７乃至８のいずれかに記載の検出回路において、
前記オフセット調整回路は、
抵抗を含み、
前記選択信号に基づいて前記抵抗の抵抗値を変化させることで、調整幅を変える検出回路。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載の検出回路を含む物理量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出回路、物理量測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度等の物理量を測定する装置におけるセンサー回路は、搭載される機器の小型化・軽量化に伴ってサイズの縮小化が求められている。一方でセンサー回路は、小さくても高い感度であることが求められている。
【０００３】
特許文献１の発明では、振動ジャイロの種類等により高い感度が得られる位相差が異なる場合でも、移相回路で調整したタイミング信号を生成することで、検出の感度を高めることを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０５８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、センサー回路は、例えば車両や電子機器等に搭載され、推測航法（ＤＲ）ナビゲーションや手振れ補正といった用途に用いられている。例えば、ＤＲと手振れ補正とでは要求される感度等が大きく違うが、異なる用途であっても使用可能なセンサー回路が求められている。しかし、特許文献１の発明では、このように使用用途が異なる場合は検出の感度を調整しきれない。
【０００６】
例えば、互いに異なるゲインが設定された２つのＬＰＦ（ローパスフィルター）から検出感度の異なる信号を出力するセンサー回路は、このような要求を満たす。このとき、２つのＬＰＦをＲＣ回路で構成すると、製造ばらつきによって特性が変動しやすい。そこで、スイッチトキャパシタ回路で構成すると、製造ばらつきによる特性変動は抑えられる。しかし、このときスイッチトキャパシタ回路が全体に占める面積が大きくなり、センサー回路の小型化の要求を満たせなくなる。さらに、感度に応じたゲイン配分の最適化ができないため、高感度時のノイズ特性が悪化する。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、レイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲の切り換えを低ノイズで実現可能な検出回路を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、センサー素子からの差動入力信号に基づいて前記センサー素子に印加される物理量を検出する検出回路であって、前記差動入力信号の差分を増幅して、第１の信号として出力する差動増幅回路と、前記第１の信号に基づく信号を増幅して、第２の信号として出力する非反転増幅回路と、前記第２の信号を直流信号に変換して、前記物理量に応じた１つの信号を出力する後段回路と、を含み、前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路の少なくとも１つは、入力される選択信号に基づいて、増幅率を変化させる。
【０００９】
（２）この検出回路において、前記差動増幅回路および前記非反転増幅回路は、１つの前記選択信号に基づいて、連動して増幅率を変化させてもよい。
【００１０】
これらの発明によれば、出力端子・出力回路を複数用意することなく、差動増幅回路および非反転増幅回路の少なくとも１つの増幅率を、入力される選択信号に基づいて変化させる。これにより、レイアウト面積、消費電力を増大させずに、用途に応じた感度・検出範囲設定を実現できる。
【００１１】
このとき、差動増幅回路および非反転増幅回路は、１つの選択信号に基づいて、連動して増幅率を変化させてもよい。１つの選択信号で２つの回路の増幅率の切り換えが可能であるため制御が容易になるとともに、端子数を大幅に増大させることがない。
【００１２】
（３）この検出回路において、前記差動増幅回路は、入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変えてもよい。
【００１３】
（４）この検出回路において、前記差動増幅回路は、入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成してもよい。
【００１４】
これらの発明によれば、差動増幅回路は、反転入力端子側および非反転入力端子側の入力抵抗、帰還抵抗、および非反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を変化させることで増幅率を変えることができる。このとき、選択信号の例えばレベル（低電位側である‘０’または高電位側である‘１’）に応じて増幅率が変化してもよい。
【００１５】
ここで、前記の抵抗は１つの抵抗値をもつ単位抵抗を組み合わせた回路で構成されていてもよい。例えば、単位抵抗が１つのセル、あるいはマクロである場合には、製造ばらつきの影響を抑えて、所望の増幅率を得ることができる。
【００１６】
（５）この検出回路において、前記非反転増幅回路は、帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を、前記選択信号に基づいて変化させることで増幅率を変えてもよい。
【００１７】
（６）この検出回路において、前記非反転増幅回路は、帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗を、単位抵抗を組み合わせた回路で構成してもよい。
【００１８】
これらの発明によれば、非反転増幅回路は、帰還抵抗、および反転入力端子と接地電位との間に設けられた抵抗の抵抗値を変化させることで増幅率を変えることができる。このとき、選択信号の例えばレベル（‘０’または‘１’）に応じて増幅率が変化してもよい。
【００１９】
ここで、前記の抵抗は１つの抵抗値をもつ単位抵抗を組み合わせた回路で構成されていてもよい。例えば、単位抵抗が１つのセル、あるいはマクロである場合には、製造ばらつきの影響を抑えて、所望の増幅率を得ることができる。
【００２０】
（７）この検出回路において、前記後段回路は、前記第２の信号のレベルを調整するオフセット調整回路を含み、前記オフセット調整回路は、前記選択信号に基づいて、調整幅を変化させてもよい。
【００２１】
（８）この検出回路において、前記オフセット調整回路は、前記非反転増幅回路の直後に配置されてもよい。
【００２２】
（９）この検出回路において、前記オフセット調整回路は、抵抗を含み、前記選択信号に基づいて前記抵抗の抵抗値を変化させることで、調整幅を変えてもよい。
【００２３】
これらの発明によれば、差動増幅回路および非反転増幅回路の少なくとも１つの増幅率が変化することで生じる変動に対応して、オフセット調整回路の内部で調整が可能である。オフセット調整回路は、選択信号に基づいて調整幅を変化させるので、例えば出荷時に設定されたコード信号を変更することなく、適切なオフセット調整が可能になる。
【００２４】
このとき、オフセット調整回路は、非反転増幅回路の直後に配置されてもよい。回路の一部を共用することで回路面積をさらに削減することが可能である。
【００２５】
さらに、オフセット調整回路は、例えば可変抵抗、又は電気的接続を制御するスイッチを有する抵抗の組み合わせ回路を含んでいてもよい。そして、選択信号に基づいて、可変抵抗の抵抗値を変化させたり、抵抗の組み合わせ回路が有するスイッチのオン、オフを切り換えたりしてもよい。
【００２６】
（１０）本発明は、前記のいずれかに記載の検出回路を含む物理量測定装置である。
【００２７】
本発明によれば、検出回路のレイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲を切り換え可能であるため、様々な用途に使用できる小型の物理量測定装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態の検出回路のブロック図。
【図２】比較例の検出回路が含む信号出力部の図。
【図３】第１実施形態の検出回路の前段回路における回路の例を示す図。
【図４】第１実施形態の差動増幅回路を示す図。
【図５】第１実施形態の非反転増幅回路を示す図。
【図６】第１実施形態の検出回路の後段回路における回路の例を示す図。
【図７】第１実施形態のＤＡＣの回路例を示す図。
【図８】変形例の検出回路のブロック図。
【図９】変形例の後段回路における回路の例を示す図。
【図１０】物理量測定装置を示す図。
【図１１】駆動回路のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
１．第１実施形態
本発明の第１実施形態について図１〜図７を参照して説明する。なお、図２は比較例の信号出力部の図であり、本実施形態の信号出力部は図６に示されている。
【００３０】
１．１．本実施形態の検出回路の構成
図１は本実施形態の検出回路１０のブロック図である。検出回路１０は、センサー素子からの差動入力信号２９０、２９２を受け取る。本実施形態ではノイズ耐性のある差動入力を行うが、シングルエンド入力であってもよい。
【００３１】
差動入力信号２９０、２９２はセンサー素子に印加された物理量を表す信号である。検出回路１０は、差動入力信号２９０、２９２に基づくアナログ信号に対して前段回路１２で必要な処理を行い、同期検波回路６０を含む後段回路１４で直流信号に変換して必要な処理を行う。そして、物理量に応じた出力信号２９４を生成する。
【００３２】
ここで、前段回路１２は交流信号を扱うＡＣ段に対応し、後段回路１４は直流信号を扱うＤＣ段に対応する。
【００３３】
検出回路１０の前段回路１２は、チャージアンプ２０−１、２０−２、差動増幅回路（差動アンプ）３０、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）４０、非反転増幅回路（ＡＣアンプ）５０を含む。
【００３４】
検出回路１０の後段回路１４は、同期検波回路６０、信号出力部７０、オフセット調整回路９０を含む。
【００３５】
選択信号２１０は、差動増幅回路３０および非反転増幅回路５０に入力されて、ゲイン（増幅率）の選択に用いられる。本実施形態では、１つの選択信号２１０が差動増幅回路３０および非反転増幅回路５０に入力されるが、異なる２つの選択信号２１０がそれぞれ入力されてもよい。また、選択信号２１０は、オフセット調整回路９０に入力されて、調整幅を変化させる。調整幅とは、コード信号２１２が１だけ変化した場合の、オフセット信号１２６の変化量をいう。
【００３６】
コード信号２１２は、オフセット調整回路９０に入力されて、オフセット信号１２６を定める。コード信号は、例えば３ビットのデジタル信号である。
【００３７】
チャージアンプ２０−１、２０−２は、それぞれ差動入力信号２９０、２９２の電荷を電圧へと変換する。チャージアンプ２０−１とチャージアンプ２０−２とは同一の構成である。なお、チャージアンプ２０−１、２０−２は省略されてもよい。
【００３８】
差動増幅回路３０は、チャージアンプ２０−１、２０−２から出力される信号１１０、１１２の両方を受け取り、これらの信号の差分を増幅して第１の信号１１４として出力する。後述するように、選択信号２１０によって差動増幅回路３０のゲインが選択される。
【００３９】
ハイパスフィルター４０は、第１の信号１１４の高周波成分を透過させて、信号１１６として出力する。
【００４０】
そして、非反転増幅回路５０は、信号１１６を増幅して第２の信号１１８を後段回路１４に出力する。なお、後述するように選択信号２１０によって非反転増幅回路５０のゲインも選択される。
【００４１】
同期検波回路６０は、第２の信号１１８を受け取り、同期検波を行う。このとき、センサー素子に印加された物理量を正確に測るために、オフセット調整回路９０からオフセット信号１２６が同期検波回路６０に入力される。オフセット信号１２６はコード信号２１２に対応し、その調整幅は選択信号２１０により変化する。
【００４２】
信号出力部７０は、同期検波回路６０から出力される信号（直流信号）１２０を受け取り、例えばローパスフィルター等の平滑処理により直流電圧に変換された信号を生成したり、増幅したりする。そして、物理量に応じた出力信号２９４を生成する。
【００４３】
１．２．比較例の信号出力部
本実施形態の検出回路１０の回路図の例を示す前に、比較例の検出回路が含む信号出力部１７０について図２を用いて説明する。比較例の検出回路の構成は、信号出力部１７０以外の部分は、本実施形態の検出回路１０から選択信号２１０、コード信号２１２、オフセット調整回路９０、オフセット信号１２６を省略したものと同じであるので、説明を省略する。
【００４４】
図２は比較例の信号出力部１７０の回路図である。比較例の信号出力部１７０は、図１の本実施形態の検出回路１０の信号出力部７０に対応する。信号出力部１７０は、同期検波回路から出力される信号２２０を受け取り、抵抗１７１、１７３とキャパシタ１７２、１７４をそれぞれ組み合わせて構成されるローパスフィルターによる処理を行う。これらのローパスフィルターは、同期検波の平滑化処理や後段の処理のプリフィルターとして機能する。
【００４５】
信号出力部１７０は、可変抵抗１７６、１７７とオペアンプ１７５で構成される可変ゲインアンプを含む。この可変ゲインアンプはデジタルゲインとして使用される。可変ゲインアンプからの出力信号は、互いに異なるゲインが設定された２つのスイッチトキャパシタフィルター１７８Ａ、１７８Ｂに入力されて、これらのフィルターの出力がそれぞれ出力信号３９４Ａ、３９４Ｂとなる。
【００４６】
比較例の検出回路では、例えば出力信号３９４Ａ、３９４Ｂのそれぞれを、モーション用途（例えば、感度０．３ｍＶ／ｄｐｓ、検出範囲−２０００ｄｐｓ〜＋２０００ｄｐｓ）、ＤＲ用途（例えば、感度２ｍＶ／ｄｐｓ、検出範囲−２００ｄｐｓ〜＋２００ｄｐｓ）に割り当ててもよい。２つのスイッチトキャパシタフィルター１７８Ａ、１７８Ｂを用いることで、異なる用途であっても使用可能な検出回路を実現する。
【００４７】
しかし、製造ばらつきによる特性変動を抑えるために、検出回路全体に占める面積が大きいスイッチトキャパシタフィルターを２つ含むため、面積を小さくすることは困難であった。
【００４８】
これに対し、本実施形態の検出回路では、後述するようにスイッチトキャパシタフィルターを１つだけ用いることで、比較例の検出回路に比べて大幅に面積を小さくすることが可能である。以下に、本実施形態の検出回路の回路図の例を説明する。
【００４９】
１．３．本実施形態の検出回路の詳細
１．３．１．前段回路
図３〜図５は、本実施形態の検出回路の前段回路１２における回路の例を示す図である。図１と同じ要素には同じ番号を付しており説明は省略する。
【００５０】
１．３．１．１．チャージアンプ
チャージアンプ２０−１、２０−２は同一の構成であり、例えばオペアンプ２６、抵抗（帰還抵抗）２４、キャパシタ（帰還容量）２２で構成されてもよい。このとき、電圧信号への変換を行うとともに、抵抗２４の抵抗値とキャパシタ２２の容量を適当に設定することで位相調整を行ってもよい。
【００５１】
１．３．１．２．差動増幅回路
差動増幅回路３０は、例えば可変抵抗３２、３３、３４、３５とオペアンプ３６で構成されてもよい。差動増幅回路３０は、チャージアンプ２０−１、２０−２のそれぞれから信号１１０、１１２を受け取り、第１の信号１１４を出力する。そして、選択信号２１０は可変抵抗３２、３３、３４、３５の抵抗値を決定する。
【００５２】
図４は、本実施形態の差動増幅回路３０の詳細を示す図である。本実施形態の可変抵抗３２、３３、３４、３５（図３参照）は、抵抗値ＲＡである単位抵抗３７Ａ〜３７Ｆ、３８Ａ〜３８Ｆで構成されている。なお、図３と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００５３】
例えば、選択信号２１０が‘０’の場合には、ＳＷ１およびＳＷ３がオン状態になり、ＳＷ２およびＳＷ４はオフ状態となる。このとき、可変抵抗３２の抵抗値は２ＲＡ（単位抵抗３７Ａ〜３７Ｂが対応）であり、可変抵抗３３の抵抗値も２ＲＡ（単位抵抗３８Ａ〜３８Ｂが対応）である。そして、可変抵抗３４の抵抗値は４ＲＡ（単位抵抗３７Ｃ〜３７Ｆが対応）であり、可変抵抗３５の抵抗値も４ＲＡ（単位抵抗３８Ｃ〜３８Ｆが対応）である。
【００５４】
また、例えば選択信号２１０が‘１’の場合には、ＳＷ１およびＳＷ３がオフ状態になり、ＳＷ２およびＳＷ４はオン状態となる。このとき、可変抵抗３２の抵抗値は４ＲＡ（単位抵抗３７Ａ〜３７Ｄが対応）であり、可変抵抗３３の抵抗値も４ＲＡ（単位抵抗３８Ａ〜３８Ｄが対応）である。そして、可変抵抗３４の抵抗値は２ＲＡ（単位抵抗３７Ｅ〜３７Ｆが対応）であり、可変抵抗３５の抵抗値も２ＲＡ（単位抵抗３８Ｅ〜３８Ｆが対応）である。
【００５５】
本実施形態の差動増幅回路３０のゲインＫＤＩＦは、選択信号２１０（以下、数式においてＳＥＬと表記する）のレベルに応じて下記の式（１）のように大きく変化する。本実施形態の検出回路は、選択信号２１０を用途（例えば手振れ補正）に応じて設定することで、適切なゲインＫＤＩＦを選択することができる。
【００５６】
【数１】
2012173196.tif 000003
１．３．１．３．ハイパスフィルター
ハイパスフィルター４０は、例えばキャパシタ４２と抵抗４４で構成されてもよい。このとき、不要な低周波成分を取り除くとともに、キャパシタ４２の容量と抵抗４４の抵抗値を適当に設定することで位相調整を行ってもよい。
【００５７】
１．３．１．４．非反転増幅回路
非反転増幅回路５０は、例えば可変抵抗５４、５６とオペアンプ５２で構成されてもよい。非反転増幅回路５０は、ハイパスフィルター４０から信号１１６を受け取り、第２の信号１１８を出力する。そして、選択信号２１０は可変抵抗５４、５６の抵抗値を決定する。
【００５８】
図５は、本実施形態の非反転増幅回路５０の詳細を示す図である。本実施形態の可変抵抗５４、５６（図３参照）は、抵抗値ＲＢである単位抵抗５５Ａ〜５５Ｅで構成されている。なお、図３と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００５９】
例えば、選択信号２１０が‘０’の場合には、ＳＷ５がオン状態になり、ＳＷ６はオフ状態となる。このとき、可変抵抗５４の抵抗値は２ＲＢ（単位抵抗５５Ａ〜５５Ｂが対応）であり、可変抵抗５６の抵抗値は３ＲＢ（単位抵抗５５Ｃ〜５５Ｅが対応）である。
【００６０】
また、例えば選択信号２１０が‘１’の場合には、ＳＷ５がオフ状態になり、ＳＷ６はオン状態となる。このとき、可変抵抗５４の抵抗値は３ＲＢ（単位抵抗５５Ａ〜５５Ｃが対応）であり、可変抵抗５６の抵抗値は２ＲＢ（単位抵抗５５Ｄ〜５５Ｅが対応）である。
【００６１】
本実施形態の非反転増幅回路５０のゲインＫＡＣは、選択信号２１０のレベルに応じて下記の式（２）のように変化する。本実施形態の検出回路は、選択信号２１０を用途（例えば手振れ補正）に応じて設定することで、適切なゲインＫＡＣを選択することができる。
【００６２】
【数２】
2012173196.tif 000004
ここで、本実施形態の前段回路１２の例では、１つの選択信号２１０によって連動してＫＤＩＦおよびＫＡＣが変化する。そのため、選択信号２１０の設定の違いによって、下記の式（３）に示すような大きなゲインの差が生じる。
【００６３】
【数３】
2012173196.tif 000005
式（３）のように、この例では６倍ものゲインの違いが生じる。そのため、例えばＤＲと手振れ補正といった異なる用途に、本実施形態の１つの検出回路で対応することが可能になる。このとき、比較例（図２参照）のような２つの出力を設ける必要はない。また、前段回路１２でゲイン設定を変更することで、低ノイズ特性、すなわちノイズ成分までは増幅されない特性を保持することもできる。
【００６４】
１．３．２．後段回路
図６〜図７は、本実施形態の検出回路の後段回路１４における回路の例を示す図である。図１〜図５と同じ要素には同じ番号を付しており説明は省略する。
【００６５】
図６に示すように、本実施形態の検出回路では、スイッチトキャパシタフィルター７８を１つだけ用いることで、比較例（図２参照）の検出回路に比べて大幅に面積、消費電力を小さくすることが可能である。そして、本実施形態の検出回路は、ゲインＫＤＩＦ、ＫＡＣを選択信号２１０によって選択することで、要求される検出感度、検出範囲が違う用途にも対応できる。
【００６６】
その一方で、後段回路１４でオフセット調整を行う場合には、前段回路１２におけるゲインＫＤＩＦ、ＫＡＣを考慮して調整幅を変化させる必要が生じる。例えば、高ゲインの場合に合わせて調整のステップ幅を固定すると、低いゲインを用いた場合にはステップ幅が大きすぎて適切な調整を実行できない。本実施形態の検出回路では、オフセット調整回路９０で、前段回路１２におけるゲイン設定に応じた調整を行う。以下、後段回路１４の各機能ブロックについて順に説明する。
【００６７】
１．３．２．１．同期検波回路
同期検波回路６０は、第２の信号１１８を受け取って同期検波を行う。同期検波回路６０は、例えば抵抗６２、６４、オペアンプ６６で構成される反転増幅回路によって第２の信号１１８の反転信号を生成してもよい。そして、例えば排他的にオンになるスイッチ６８、６９によって、正転又は反転した信号を選択してもよい。スイッチ６８、６９の選択信号ＳＤＥＴは、例えば同期検波回路６０の外部から与えられるパルス信号であってもよい。
【００６８】
本実施形態の同期検波回路６０は、オフセット調整回路９０からのオフセット信号１２６を受け取り、信号レベルの調整が行われる。このとき、同期検波回路６０が含む反転増幅回路をオフセット調整に利用することで、回路面積を削減することができる。
【００６９】
１．３．２．２．オフセット調整回路
オフセット調整回路９０は、センサー素子に印加された物理量を正確に測るために、信号に含まれる不要成分を除去するためのオフセット信号１２６を出力する。オフセット調整回路９０は、入力されるコード信号２１２をＤＡＣ９２で変換したアナログ信号を、抵抗９４、９６で調整してオフセット信号１２６として出力してもよい。このとき、抵抗９６をバイパスするスイッチ９８のオン、オフが選択信号２１０によって変化してもよい。
【００７０】
ここで、コード信号２１２は、例えば出荷時に検出回路の個体差に応じて決定される固定値であり、フラッシュメモリーなどに保存される。よって、コード信号２１２をＤＡＣ９２で変換したアナログ信号も、ある特定のレベルの信号となる。
【００７１】
前記のように、後段回路１４でオフセット調整を行う場合には、前段回路１２におけるゲインＫＤＩＦ、ＫＡＣを考慮して調整幅を変化させる必要が生じる。オフセット調整回路９０は、スイッチ９８のオン、オフにより調整幅を変化させて、ゲインＫＤＩＦ、ＫＡＣに対応する調整を行うことが可能である。
【００７２】
図６のように、ＤＡＣ９２の抵抗値をＲＤＡＣ、抵抗９４の抵抗値をＲ１、抵抗９６の抵抗値をＲ２、抵抗６２および抵抗６４の抵抗値をＲ０とする。このとき、ＤＡＣ９２の１ＬＳＢをＶＤＡＣと表すと、例えば選択信号２１０が‘０’の場合には、信号１２０における調整幅Ｖｓｔｅｐ０は下記の式（４）となる。なお、このときには、スイッチ９８はオン状態となっている。
【００７３】
【数４】
2012173196.tif 000006
一方、例えば選択信号２１０が‘１’の場合には、信号１２０における調整幅Ｖｓｔｅｐ１は下記の式（５）となる。なお、このときには、スイッチ９８はオフ状態となっている。
【００７４】
【数５】
2012173196.tif 000007
ここで、式（３）のように、選択信号２１０が‘０’の場合の差動増幅回路３０のゲインをＫＤＩＦ０、非反転増幅回路５０のゲインをＫＡＣ０とする。また、選択信号２１０が‘１’の場合の差動増幅回路３０のゲインをＫＤＩＦ１、非反転増幅回路５０のゲインをＫＡＣ１とする。
【００７５】
このとき、抵抗９４の抵抗値Ｒ１、抵抗９６の抵抗値Ｒ２を、下記の式（６）を満たすように選択すれば、選択信号２１０に対応した（すなわち、ゲインＫＤＩＦ、ＫＡＣの変化に対応した）適切な調整幅を与えることができる。
【００７６】
【数６】
2012173196.tif 000008
例えば、選択信号２１０が‘０’の場合には、モーション用途（例えば、感度０．３ｍＶ／ｄｐｓ、検出範囲−２０００ｄｐｓ〜＋２０００ｄｐｓ）に適したゲイン設定であるとする。このとき、オフセット調整回路９０は、選択信号２１０の値に基づいて、例えば０．３ｍＶ／ｓｔｅｐのオフセット調整幅を選択してもよい。
【００７７】
また、例えば選択信号２１０が‘１’の場合には、ＤＲ用途（例えば、感度２ｍＶ／ｄｐｓ、検出範囲−２００ｄｐｓ〜＋２００ｄｐｓ）に適したゲイン設定であるとする。このとき、オフセット調整回路９０は、選択信号２１０の値に基づいて、例えば２ｍＶ／ｓｔｅｐのオフセット調整幅を選択してもよい。
【００７８】
なお、ＤＡＣ９２の構成は特定のものに限られないが、本実施形態では図７の回路構造をとる。図７のＤＡＣ９２は、コード信号２１２としてｎ＋１ビットのデジタル値を受け取る。このとき、ｎは０以上の整数であり、図７のコード信号２１２−i（i＝０、１、…ｎ）はコード信号２１２の各ビットの信号を表す。
【００７９】
例えば、コード信号２１２−i（i＝０、１、…ｎ）が‘１’であれば図７のスイッチはＶＲ側に接続され、‘０’であればＧＮＤ側に接続される。ここで、ＶＲはＤＡＣ９２の最大電圧を与える基準電圧である。
【００８０】
図７のＤＡＣ９２は、抵抗値Ｒを単位とする抵抗を用いた回路で構成される。例えば２Ｒは、抵抗値Ｒの２倍の大きさを意味する。そして、出力される信号２１４は下記の式（７）で与えられる。
【００８１】
【数７】
2012173196.tif 000009
ここで、式（７）のＶｉ（i＝０、１、…ｎ）は図７のスイッチで決まる電位であり、数８のように表すことができる。なお、ＧＮＤは接地電位であり数８では０（ゼロ）で表している。また、コード信号２１２−iは、下記の式（８）ではＣｉと表現している。
【００８２】
【数８】
2012173196.tif 000010
本実施形態のＤＡＣ９２の抵抗値ＲＤＡＣは、下記の式（９）で与えられるので、式（６）に基づいて抵抗９４の抵抗値Ｒ１、抵抗９６の抵抗値Ｒ２を適切に設定することが可能である。
【００８３】
【数９】
2012173196.tif 000011
なお、式（７）、式（９）の“ｒ”は係数であり、ＤＡＣ９２の出力の中央のレベルを定めるのに使用される。例えば、ｎ＝２の場合にコード信号２１２として“１００ｂ”が入力されたときに、出力信号が１．３５Ｖとなるように係数“ｒ”が定められてもよい。
【００８４】
１．３．２．３．信号出力部
信号出力部７０は、同期検波回路６０から出力される信号（直流信号）１２０を受け取り、例えば抵抗７１、７３とキャパシタ７２、７４をそれぞれ組み合わせて構成されるローパスフィルターによる処理を行ってもよい。これらのローパスフィルターは、同期検波の平滑化処理や後段の処理のプリフィルターとして機能する。
【００８５】
また、信号出力部７０は、可変抵抗７６、７７とオペアンプ７５で構成される可変ゲインアンプを含んでいてもよい。この可変ゲインアンプはデジタルゲインとして使用できる。
【００８６】
そして、可変ゲインアンプからの信号は、１つのスイッチトキャパシタフィルター７８を通って、出力信号２９４として信号出力部７０から出力されてもよい。
【００８７】
このように、本実施形態の検出回路は、スイッチトキャパシタフィルター７８を１つしか含まないのでレイアウト面積、消費電力を小さくすることができる。また、選択信号２１０によって差動増幅回路３０および非反転増幅回路５０のゲインを変更し、用途に応じて検出感度、検出範囲を切り換えることが可能である。また、これらのゲインの変化に対応して、オフセット調整回路９０はオフセットの調整幅を変更するので、物理量に応じた正確な出力信号２９４を得られる。
【００８８】
２．変形例
本実施形態の変形例について図８〜図９を参照して説明する。変形例の検出回路１０Ａは、オフセット調整回路９０を、より出力信号２９４に近い場所に配置している。なお、図１〜図７と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【００８９】
図８は、本変形例の検出回路１０Ａのブロック図である。オフセット信号１２６による信号レベルの調整を、出力信号２９４により近い場所で行うことができる。そのため、オフセット信号１２６による出力信号２９４の変化を容易に予測することができる。
【００９０】
変形例の検出回路１０Ａは、第１実施形態の検出回路１０のブロック図（図１参照）と比べて、後段回路１４Ａの同期検波回路６０Ａと信号出力部７０Ａだけが異なっている。オフセット調整回路９０自体は第１実施形態と同じである。
【００９１】
図９は、本変形例の後段回路１４Ａの回路図である。同期検波回路６０Ａはオフセット信号１２６を入力しないことだけが異なり、他の構成は第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【００９２】
信号出力部７０Ａは、スイッチトキャパシタフィルター７８の直前に、抵抗８２、８４、オペアンプ８６で構成される反転増幅回路を含む。この反転増幅回路にオフセット調整回路９０からのオフセット信号１２６が入力される。
【００９３】
このとき、抵抗８２および抵抗８４の抵抗値をＲ０として、式（６）に基づいて抵抗９４の抵抗値Ｒ１、抵抗９６の抵抗値Ｒ２を選択すれば、選択信号２１０に対応した適切なオフセット調整幅を与えることができる。
【００９４】
本変形例が示すように、後段回路におけるオフセット調整回路９０の配置には自由度がある。よって、第１実施形態の構成に限らず、柔軟な設計が可能である。
【００９５】
３．適用例（物理量測定装置）
３．１．物理量測定装置の構成
図１０は本実施形態の検出回路１０を含む物理量測定装置１の構成例である。本実施形態の検出回路１０は、物理量測定装置１の検出部分として機能する。ここで、図１〜図９と同じ要素には同じ符号を付しており説明は省略する。なお、本実施形態の検出回路１０に代えて変形例の検出回路１０Ａを適用してもよい。
【００９６】
物理量測定装置１は、検出回路１０、駆動回路４１０、センサー素子である振動子２、３を含む。ここで、振動子２、３は一体であってもよい。例えば、物理量測定装置１がジャイロセンサーである場合、センサー素子にはコリオリ力が作用する。コリオリ力は、振動する物体を回転させた場合に、物体の振動方向と回転軸のそれぞれに直交する方向に作用する力であり、コリオリ力に基づいて角速度の検出ができる。このとき、振動子２、３は一体であって、励振電流２００や駆動回路４１０からの駆動信号２０８を入出力する駆動電極と、差動入力信号２９０、２９２を出力する検出電極とを備える。
【００９７】
３．２．駆動回路
図１１は、物理量測定装置１（図１０参照）に含まれる駆動回路４１０のブロック図の例である。図１０と同じ要素には同じ番号を付しており説明は省略する。駆動回路４１０は、例えば電流電圧変換回路４２０、全波整流回路４３０、比較調整回路４４０、駆動信号生成回路４５０を含む。
【００９８】
電流電圧変換回路４２０は、振動子２からの励振電流２００を電圧に変換して出力電圧２０２を出力する。出力電圧２０２の振幅は励振電流２００の振幅に比例している。全波整流回路４３０は、電流電圧変換回路４２０からの出力電圧２０２を全波整流して直流に近い電圧を得て出力電圧２０４を出力する。比較調整回路４４０は、全波整流回路４３０からの出力電圧２０４を比較電圧供給回路４４２からの電圧と比較し、比較結果を反映した信号である出力電圧２０６を駆動信号生成回路４５０に出力する。そして、駆動信号生成回路４５０は、電流電圧変換回路４２０からの出力電圧２０２に基づいて駆動信号２０８を生成するが、出力電圧２０６に基づいて駆動信号２０８の振幅を調整する。
【００９９】
このような駆動回路４１０と、本実施形態の検出回路１０とを用いて、物理量測定装置１を実現できる。物理量測定装置１は、検出回路のレイアウト面積、消費電力を増大させずに、検出感度、検出範囲を切り換え可能であるため、小型で様々な用途に使用することができる。
【０１００】
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１０１】
１…物理量測定装置、２、３…振動子、１０…検出回路、１０Ａ…検出回路、１２…前段回路、１４…後段回路、１４Ａ…後段回路、２０−１、２０−２…チャージアンプ、２２、４２、７２、７４、１７２、１７４…キャパシタ、２４、３７Ａ〜３７Ｆ、３８Ａ〜３８Ｆ、５５Ａ〜５５Ｅ、４４、６２、６４、７１、７３、８２、８４、９４、９６、１７１、１７３…抵抗、２６、３６、５２、６６、７５、８６、１７５…オペアンプ、３０…差動増幅回路（差動アンプ）、４０…ハイパスフィルター（ＨＰＦ）、５０…非反転増幅回路（ＡＣアンプ）、６０…同期検波回路、６０Ａ…同期検波回路、６８、６９、９８…スイッチ、７０…信号出力部、７０Ａ…信号出力部、１７０…信号出力部、３２、３３、３４、３５、５４、５６、７６、７７、１７６、１７７…可変抵抗、７８、１７８Ａ、１７８Ｂ…スイッチトキャパシタフィルター、９０…オフセット調整回路、９２…ＤＡＣ、１１０、１１２、１１６、１２０、２１４、２２０…信号、１１４…第１の信号、１１８…第２の信号、１２６…オフセット信号、２００…励振電流、２０２、２０４、２０６…出力電圧、２０８…駆動信号、２１０…選択信号、２１２…コード信号、２１２−i…コード信号、２９０、２９２…差動入力信号、２９４…出力信号、３９４Ａ、３９４Ｂ…出力信号、４１０…駆動回路、４２０…電流電圧変換回路、４３０…全波整流回路、４４０…比較調整回路、４４２…比較電圧供給回路、４５０…駆動信号生成回路
【図１】
2012173196.tif 000012
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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