(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に応じて容量値が変化する可変容量（１）と、
前記可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量としてそれぞれ異なるタイミングで保持する第１、第２の電荷保持部（３、４）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として保持するオフセット調整用電荷保持部（５）と、
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）および前記オフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷量を統合した電荷量を保持する統合電荷保持部（６）と、
前記統合電荷保持部（６）に保持された電荷を受け取り、その電荷量に基づいて前記物理量に応じた電圧を出力する出力部（７）とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
物理量に応じて容量値が変化する可変容量（１）と、
前記可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量としてそれぞれ異なるタイミングで保持する第１、第２の電荷保持部（３、４）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として保持するオフセット調整用電荷保持部（５）と、
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）および前記オフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷量を統合した電荷量を保持する統合電荷保持部（６）とを有し、
前記統合電荷保持部（６）は、前記保持した電荷量を電圧に変換し、前記物理量に応じた電圧として出力するように構成されていることを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）および前記オフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷が、同時に前記統合電荷保持部（６）に転送されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第１の電荷保持部（３）は、前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）のオフセット電圧を電荷量として保持し、前記第２の電荷保持部（４）は、前記可変容量（１）の容量変化を前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）にて変換した電圧を電荷量として保持するものであり、前記統合電荷保持部（６）は、前記第２の電荷保持部（４）で保持された電荷量から前記第１の電荷保持部（３）で保持された電荷量と前記オフセット調整用電荷保持部（５）で保持された電荷量を減算した電荷量を保持するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項５】
物理量に応じて容量値が変化する可変容量（１）と、
前記可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量としてそれぞれ異なるタイミングで保持する第１、第２の電荷保持部（３、４）と、
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）に保持された電荷量を統合した電荷量を保持する統合電荷保持部（６）と、
前記統合電荷保持部（６）に保持された電荷を受け取り、その電荷量に基づいて前記物理量に応じた電圧を出力する出力部（７）とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項６】
物理量に応じて容量値が変化する可変容量（１）と、
前記可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量としてそれぞれ異なるタイミングで保持する第１、第２の電荷保持部（３、４）と、
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）に保持された電荷量を統合した電荷量を保持する統合電荷保持部（６）とを有し、
前記統合電荷保持部（６）は、前記保持した電荷量を電圧に変換し、前記物理量に応じた電圧として出力するように構成されていることを特徴とする信号処理装置。
【請求項７】
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）に保持された電荷が、同時に前記統合電荷保持部（６）に転送されるようになっていることを特徴とする請求項５または６に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記第１の電荷保持部（３）は、前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）のオフセット電圧を電荷量として保持し、前記第２の電荷保持部（４）は、前記可変容量（１）の容量変化を前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）にて変換した電圧を電荷量として保持するものであり、前記統合電荷保持部（６）は、前記第２の電荷保持部（４）で保持された電荷量から前記第１の電荷保持部（３）で保持された電荷量を減算した電荷量を保持するようになっていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）のそれぞれは、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（３１、４１）と、前記コンデンサ（３１、４１）の充放電を切り替えるためのスイッチ手段（３２、３３、４２、４３）とを有し、
前記統合電荷保持部（６）は、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（６２）と、前記コンデンサの充放電を切り替えるためのスイッチ手段（６３、６４）と、前記コンデンサ（６２）に蓄えられた電荷量を電圧に変換する演算増幅器（６１）とを有し、
前記出力部（７）は、前記統合電荷保持部（６）のコンデンサ（６２）から電荷を受け取ってそれを保持するコンデンサ（７２）と、このコンデンサ（７２）に蓄えられた電荷量を電圧に変換して出力する演算増幅器（７１）とを有していることを特徴とする請求項１または５に記載の信号処理回路。
【請求項１０】
前記統合電荷保持部（６）のスイッチ手段（６３、６４）は、前記統合電荷保持部（６）のコンデンサ（６２）が、前記統合電荷保持部（６）の演算増幅器（６１）の出力と反転入力端子に接続された第１の状態と、前記出力部（７）のコンデンサ（７２）と並列に接続された第２の状態と、に交互に切り替わるように、制御されることを特徴とする請求項９に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）のそれぞれは、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（３１、４１）と、前記コンデンサ（３１、４１）の充放電を切り替えるためのスイッチ手段（３２、３３、４２、４３）とを有し、
前記統合電荷保持部（６）は、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（６２）と、前記コンデンサ（６２）の充放電を切り替えるためのスイッチ手段（６３、６４）と、コンデンサ（６２）に蓄えられた電荷量を電圧に変換して出力する演算増幅器（６１）とを有していることを特徴とする請求項２または６に記載の信号処理回路。
【請求項１２】
前記第１、第２の電荷保持部（３、４）のコンデンサ（３１、４１）のそれぞれの容量値は、前記統合電荷保持部（６）のコンデンサ（６２）の容量値より大きいものであることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項１３】
前記統合電荷保持部（６）と前記出力部（７）がＬＰＦを構成していることを特徴とする請求項１、５、９、１０のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項１４】
前記統合電荷保持部（６）がＬＰＦを構成していることを特徴とする請求項２、６、１１のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項１５】
前記可変容量（１）が差動容量であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項１６】
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）が、スイッチトキャパシタ回路であることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項１７】
前記可変容量（１）に搬送波が印加されて前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）から前記電圧信号が出力されるようになっており、前記搬送波を生成するとともに前記各電荷保持部の電荷保持タイミングを制御するための制御信号を生成する制御部（８）を有することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の信号処理装置。
【請求項１８】
物理量に応じて容量値が変化する可変容量（１）と、
前記可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）と、
前記変換された電圧信号を電荷量として保持する少なくとも１個以上の信号電荷保持部（３、４）と、
前記Ｃ−Ｖ変換回路（２）の出力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として保持するオフセット調整用電荷保持部（５）と、
前記信号電荷保持部（３、４）に保持された電荷量および前記オフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷量を統合した電荷量を保持し、この保持した電荷量に基づき出力電圧への変換を行って前記物理量に応じた電圧を出力する出力手段（６、７）とを有することを特徴とする信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量等の微小な静電容量変化を検出したり、微小な信号の増幅やフィルタリングをするための信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微小な容量変化を検出する回路として、特開平８−１４５７１７号公報に記載されているものがある。このものでは、２個のセンサ容量に搬送波を印加し、Ｃ−Ｖ変換器で変換された信号を利得増幅部で増幅し、２個のサンプルホールド回路で搬送波に同期してサンプリングを行い、そのサンプリングした電圧の差を差動増幅器で求めて、物理量に応じた電圧を出力するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した容量変化を検出する回路において、センサ容量のアンバランスが大きいと、Ｃ−Ｖ変換器の出力に大きなオフセットが発生する。この場合、上記した従来のものでは、Ｃ−Ｖ変換回路の出力信号に対し電圧で信号処理しているため、高利得の増幅をしようとすると、利得増幅部で出力が飽和してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みたもので、電圧で信号処理するのではなく電荷量を用いて信号処理する新規な構成の信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
また、信号に大きなオフセットが発生しても、それを効果的に除去できる信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、信号に大きなオフセットが発生しても、それを効果的に除去して高利得の増幅を行うことができる信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、可変容量を用いて物理量を検出する際に、可変容量に大きなオフセットが発生したとしても、それを効果的に除去できる信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、可変容量を用いて物理量を検出する際に、可変容量に大きなオフセットが発生したとしても、それを効果的に除去して高利得の増幅を行うことができる信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記したいずれかの目的を達成するため、特許請求の範囲に記載した技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量として、第１、第２の電荷保持部（３、４）にそれぞれ異なるタイミングで保持し、またＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として、オフセット調整用電荷保持部（５）に保持し、第１、第２の電荷保持部（３、４）およびオフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷量を統合した電荷量を統合電荷保持部（６）に保持し、さらに出力部（７）において、統合電荷保持部（６）に保持された電荷を受け取り、その電荷量に基づいて物理量に応じた電圧を出力するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、電荷量を用いて信号処理する新規な構成の信号処理装置とし、可変容量に大きなオフセットが発生したとしても、それを効果的に除去することができる。その際、オフセットの発生に対して高利得の増幅を行うことも可能である。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量として、第１、第２の電荷保持部（３、４）にそれぞれ異なるタイミングで保持し、またＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として、オフセット調整用電荷保持部（５）に保持し、第１、第２の電荷保持部（３、４）およびオフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷量を統合した電荷量を統合電荷保持部（６）に保持し、さらにこの統合電荷保持部（６）において、保持した電荷量を電圧に変換し、物理量に応じた電圧として出力するように構成したことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することができ、また統合電荷保持部（６）にて電圧変換を行って出力するようにしているから、構成を簡素化することが可能になる。
【００１４】
また、請求項１、２に記載の発明において、請求項３に記載の発明のように、第１、第２の電荷保持部（３、４）およびオフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷を、同時に統合電荷保持部（６）に転送するようにするのが好ましい。
【００１５】
また、請求項１ないし３に記載の発明において、請求項４に記載の発明のように、第１の電荷保持部（３）に、Ｃ−Ｖ変換回路（２）のオフセット電圧を電荷量として保持し、第２の電荷保持部（４）に、可変容量（１）の容量変化をＣ−Ｖ変換回路（２）にて変換した電圧を電荷量として保持し、統合電荷保持部（６）に、第２の電荷保持部（４）で保持された電荷量から第１の電荷保持部（３）で保持された電荷量とオフセット調整用電荷保持部（５）で保持された電荷量を減算した電荷量を保持するようにすれば、可変容量（１）で発生するオフセットおよびＣ−Ｖ変換回路（２）で発生するオフセットを除去した出力を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量として、第１、第２の電荷保持部（３、４）にそれぞれ異なるタイミングで保持し、第１、第２の電荷保持部（３、４）に保持された電荷量を統合した電荷量を統合電荷保持部（６）に保持し、さらに出力部（７）において、統合電荷保持部（６）に保持された電荷を受け取り、その電荷量に基づいて物理量に応じた電圧を出力するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、電荷量を用いて信号処理する新規な構成の信号処理装置とし、可変容量に大きなオフセットが発生しない場合に適用した構成とすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量として、第１、第２の電荷保持部（３、４）にそれぞれ異なるタイミングで保持し、第１、第２の電荷保持部（３、４）に保持された電荷量を統合した電荷量を統合電荷保持部（６）に保持し、さらにこの統合電荷保持部（６）において、保持した電荷量を電圧に変換し、物理量に応じた電圧として出力するように構成したことを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、請求項５に記載の発明と同様の効果を奏することができ、また統合電荷保持部（６）にて電圧変換を行って出力するようにしているから、構成を簡素化することが可能になる。
【００２０】
また、請求項５、６に記載の発明において、請求項７に記載の発明のように、第１、第２の電荷保持部（３、４）に保持された電荷を、同時に統合電荷保持部（６）に転送するようにするのが好ましい。
【００２１】
また、請求項５ないし７に記載の発明において、請求項８に記載の発明のように、第１の電荷保持部（３）に、Ｃ−Ｖ変換回路（２）のオフセット電圧を電荷量として保持し、第２の電荷保持部（４）に、可変容量（１）の容量変化をＣ−Ｖ変換回路（２）にて変換した電圧を電荷量として保持し、統合電荷保持部（６）に、第２の電荷保持部（４）で保持された電荷量から第１の電荷保持部（３）で保持された電荷量を減算した電荷量を保持するようにすれば、可変容量（１）で発生するオフセットを除去した出力を得ることができる。
【００２２】
また、請求項１または５に記載の発明において、具体的には、請求項９に記載の発明のように、第１、第２の電荷保持部（３、４）のそれぞれを、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（３１、４１）と、コンデンサ（３１、４１）の充放電を切り替えるためのスイッチ手段（３２、３３、４２、４３）とを有して構成し、また統合電荷保持部（６）を、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（６２）と、コンデンサの充放電を切り替えるためのスイッチ手段（６３、６４）と、コンデンサ（６２）に蓄えられた電荷量を電圧に変換する演算増幅器（６１）とを有して構成し、さらに出力部（７）を、統合電荷保持部（６）のコンデンサ（６２）から電荷を受け取ってそれを保持するコンデンサ（７２）と、このコンデンサ（７２）に蓄えられた電荷量を電圧に変換して出力する演算増幅器（７１）とを有して構成するのが好ましい。
【００２３】
この場合、請求項１０に記載の発明のように、統合電荷保持部（６）のスイッチ手段（６３、６４）として、統合電荷保持部（６）のコンデンサ（６２）が、統合電荷保持部（６）の演算増幅器（６１）の出力と反転入力端子に接続された第１の状態と、出力部（７）のコンデンサ（７２）と並列に接続された第２の状態と、に交互に切り替わるように、制御されるのが好ましい。
【００２４】
また、請求項２または６に記載の発明おいて、具体的には、請求項１１に記載の発明のように、第１、第２の電荷保持部（３、４）のそれぞれを、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（３１、４１）と、コンデンサ（３１、４１）の充放電を切り替えるためのスイッチ手段（３２、３３、４２、４３）とを有して構成し、また統合電荷保持部（６）を、少なくとも電荷を保持するためのコンデンサ（６２）と、コンデンサ（６２）の充放電を切り替えるためのスイッチ手段（６３、６４）と、コンデンサ（６２）に蓄えられた電荷量を電圧に変換して出力する演算増幅器（６１）とを有して構成するのが好ましい。
【００２５】
なお、請求項１２に記載の発明のように、第１、第２の電荷保持部（３、４）のコンデンサ（３１、４１）のそれぞれの容量値を、統合電荷保持部（６）のコンデンサ（６２）の容量値より大きくすれば、その容量比に応じた増幅を行うことができる。
【００２６】
また、請求項１、５、９、１０に記載の発明における統合電荷保持部（６）と出力部（７）は、請求項１３に記載の発明のように、ＬＰＦを構成するものとすることができ、請求項２、６、１１に記載の発明における統合電荷保持部（６）は、請求項１４に記載の発明のように、ＬＰＦを構成するものとすることができる。
【００２７】
なお、上記した可変容量（１）としては、請求項１５に記載の発明のように、差動容量のものを用いることができ、またＣ−Ｖ変換回路（２）としては、スイッチトキャパシタ回路のものを用いることができる。
【００２８】
また、上記したそれぞれの請求項に対し、請求項１７に記載の発明のように、可変容量（１）に搬送波が印加されてＣ−Ｖ変換回路（２）から電圧信号が出力されるようになっており、制御部（８）にてその搬送波を生成するとともに各電荷保持部の電荷保持タイミングを制御するための制御信号を生成するようにするのが好ましい。
【００３８】
請求項１８に記載の発明では、可変容量（１）の容量変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号を電荷量として、少なくとも１個以上の信号電荷保持部（３、４）で保持し、またＣ−Ｖ変換回路（２）の出力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として、オフセット調整用電荷保持部（５）に保持し、さらに出力手段（６、７）において、信号電荷保持部（３、４）に保持された電荷量およびオフセット調整用電荷保持部（５）に保持された電荷量を統合した電荷量を保持し、この保持した電荷量に基づき出力電圧への変換を行って、物理量に応じた電圧を出力するようにしたことを特徴としている。
【００３９】
この発明によれば、電荷量を用いて信号処理する新規な構成の信号処理装置とし、可変容量に大きなオフセットが発生したとしても、それを効果的に除去することができる。その際、オフセットの発生に対して高利得の増幅を行うことも可能である。
【００４４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る信号処理装置の構成を示す。また、図２にそのタイミングチャートを示す。
【００４６】
この第１実施形態に係る信号処理装置は、差動の可変容量１と、Ｃ−Ｖ変換回路２と、第１、第２の電荷保持部３、４と、オフセット調整用電荷保持部５と、統合電荷保持部６と、出力部７と、制御部８とを有し、可変容量１の容量変化を検出する容量変化検出装置として構成されている。
【００４７】
可変容量１は、物理量（例えば、加速度、圧力）に応じて容量値が変化するように構成され、その両端の電極には、制御部８から出力される搬送波Ｖｐ１、Ｖｐ２により互いに逆相の搬送波が印可される。
【００４８】
Ｃ−Ｖ変換回路２は、オペアンプ２１の反転入力端子に可変容量１の中間端子が接続され、オペアンプ２１の非反転入力端子に基準電圧（例えば、２．５Ｖ）が印加され、反転入力端子と出力端子の間にスイッチ２２とコンデンサ（容量Ｃｆ）２３が並列に接続されたスイッチトキャパシタ回路となっており、搬送波の反転に伴って生じる可変容量１の容量差に応じた電荷を電圧に変換する。
【００４９】
第１の電荷保持部３は、コンデンサ（容量Ｃ１）３１と、スイッチ３２と、スイッチ３３とを有し、制御部８からの制御信号ａ、ｂによるスイッチ３２、３３のオン／オフによって、Ｃ−Ｖ変換回路２におけるオペアンプ２１のオフセット電圧を電荷量としてコンデンサ３１に保持する。第２の電荷保持部４は、コンデンサ（容量Ｃ２）４１と、スイッチ４２と、スイッチ４３とを有し、制御部８からの制御信号ｃ、ａによるスイッチ４２、４３のオン／オフによって、可変容量１の容量変化をＣ−Ｖ変換回路２にて変換した電圧を電荷量としてコンデンサ４１に保持する。
【００５０】
オフセット調整用電荷保持部５は、コンデンサ（容量Ｃ３）５１と、スイッチ５２と、スイッチ５３とを有し、制御部８からの制御信号ｃ、ａによりスイッチ５２、５３がオン／オフして、Ｃ−Ｖ変換回路２の出力信号のオフセットを調整するためのオフセット電圧Ｖｏｆｆを電荷量としてコンデンサ５１に保持する。
【００５１】
オフセット電圧Ｖｏｆｆを生成する構成としては、調整可能な電圧源を用いてオフセット電圧Ｖｏｆｆを生成する構成のほか、図３に示すように、記憶素子９１と、Ｄ／Ａ変換器９２を用い、オフセット電圧に相当するデジタル値（データ）を記憶素子９１に記憶させ、記憶されたデジタル値をＤ／Ａ変換器９２でＤ／Ａ変換してオフセット電圧Ｖｏｆｆを生成する構成、あるいは図４に示すように、トリミング可能な抵抗９３とオペアンプのようなインピーダンス変換素子９４を用いて、抵抗９３のトリミングによりオフセット電圧Ｖｏｆｆを調整してオフセット電圧Ｖｏｆｆを生成する構成とすることができる。
【００５２】
統合電荷保持部６は、オペアンプ６１と、コンデンサ（容量Ｃ４）６２と、スイッチ６３〜６５とを有し、第１、第２の電荷保持部３、４およびオフセット調整用電荷保持部５のそれぞれのコンデンサ３１、４１、５１から同時に転送された電荷を統合してコンデンサ６２に保持する。この場合、コンデンサ６２には、第２の電荷保持部４で保持された電荷量から第１の電荷保持部３で保持された電荷量とオフセット調整用電荷保持部５で保持された電荷量を減算した電荷量が保持される。
【００５３】
出力部７は、オペアンプ７１と、コンデンサ（容量Ｃｈ）７２とを有し、統合電荷保持部６のコンデンサ６２に蓄えられた電荷がコンデンサ７２に分配され、分配された電荷量を電圧に変換して出力する。
【００５４】
制御部８は、可変容量１に印加するための搬送波Ｖｐ１、Ｖｐ２を出力するとともに、Ｃ−Ｖ変換回路２、第１、第２の電荷保持部３、４、オフセット調整用電荷保持部５、統合電荷保持部６におけるスイッチ２２、３２、３３、４２、４３、５２、５３、６３〜６５をオン／オフさせるための制御信号ａ〜ｆを出力する。搬送波および制御信号ａ〜ｆは、図２に示すタイミングで繰り返し出力される。
【００５５】
なお、上記したスイッチ２２、３２、３３、４２、４３、５２、５３、６３〜６５は、半導体素子等で構成されたスイッチ手段を構成しており、それぞれ制御信号がハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフするものである。また、図中の各スイッチのところに付されたａ〜ｆは、制御信号ａ〜ｆでスイッチが動作することを示している。また、スイッチ３２、３３は、制御信号ａ、ｂが出力されていないときにオープン状態となり、同様にスイッチ６３、６４は、制御信号ｅ、ｄが出力されていないときにオープン状態となるものである。
【００５６】
次に、上記した装置の作動を図２に示すタイミングチャートを参照しつつ説明する。
【００５７】
可変容量１には互いに逆相の搬送波Ｖｐ１、Ｖｐ２が印加される。搬送波Ｖｐ１がハイレベルのとき、制御信号ａがハイレベルになると、Ｃ−Ｖ変換回路２におけるスイッチ２２が一旦オンする。この状態では、Ｃ−Ｖ変換回路２は、ボルテージフォロワの状態になり、コンデンサ２３の電荷が放電されるとともに、可変容量１の中間電極が基準電圧と同電位になる。
【００５８】
その後、スイッチ２２がオフしてもオペアンプ２１の作用により、可変容量１の中間電極は基準電圧と同電位に保たれ、Ｃ−Ｖ変換回路２からはオペアンプ２１のオフセット電圧Ｖ１が出力される。そして、制御信号ｂがハイレベルになると、第１の電荷保持部３のコンデンサ３１が電圧Ｖ１で充電される。このとき、コンデンサ３１に充電される電荷量Ｑ１は、数式１で表される。
【００５９】
【数１】
Ｑ１＝Ｃ１・Ｖ１
その後、搬送波Ｖｐ１、Ｖｐ２が反転し、Ｃ−Ｖ変換回路２から可変容量１の容量差と搬送波の振幅Ｖｐに応じた電圧Ｖ２が出力される。この電圧Ｖ２は、数式２で表される。
【００６０】
【数２】
Ｖ２＝Ｖｐ・（Ｃｓ１−Ｃｓ２）／Ｃｆ
そして、制御信号ｃがハイレベルになると、第２の電荷保持部４のコンデンサ４１が電圧Ｖ２で充電される。このとき、コンデンサ４１に充電される電荷量Ｑ２は、数式３で表される。
【００６１】
【数３】
Ｑ２＝Ｃ２・Ｖ２
また、同時に、オフセット調整用電荷保持部５のコンデンサ５１がオフセット調整用の電圧Ｖｏｆｆで充電される。このとき、コンデンサ５１に充電される電荷量Ｑ３は、数式４で表される。
【００６２】
【数４】
Ｑ３＝Ｃ３・Ｖｏｆｆ
次に、制御信号ａがハイレベルになると、統合電荷保持部６のコンデンサ６２に、コンデンサ３１、４１、５１に蓄えられた電荷が同時に転送される。このとき、コンデンサ３１の電荷量からコンデンサ４１の電荷量およびコンデンサ５１の電荷量の差分が転送されるように、第１の電荷保持部３、第２の電荷保持部４およびオフセット調整用電荷保持部５のそれぞれのスイッチが設定されている。このとき、統合電荷保持部６のコンデンサＣ４に、蓄えられる電荷量Ｑ４は、数式５で表される。
【００６３】
【数５】
Ｑ４＝（Ｑ１−Ｑ２）一Ｑ３＝Ｃ１・Ｖ１−Ｃ２・Ｖ２−Ｃ３・Ｖｏｆｆ
つまり、Ｑ１とＱ２との差をとり、その結果から、さらにＱ３との差をとることを特徴とするものである。
【００６４】
また、統合電荷保持部６のオペアンプ６１の出力電圧Ｖ４は、数式６で表される。
【００６５】
【数６】
Ｖ４＝Ｑ４／Ｃ４＝（Ｃ１・Ｖ１−Ｃ２・Ｖ２−Ｃ３・Ｖｏｆｆ）／Ｃ４
ここで、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ、Ｖ１−Ｖ２＝△Ｖとすると、電圧Ｖ４は、数式７で表される。
【００６６】
【数７】
Ｖ４＝（△Ｖ−Ｖｏｆｆ）・Ｃ／Ｃ４
この数式６からわかるように、電圧Ｖ４は、Ｃ−Ｖ変換回路２の出力電圧△Ｖからオフセット電圧Ｖｏｆｆを差し引いた電圧をＣ／Ｃ４倍したものとなる。
【００６７】
つまり、Ｑ２＝Ｃ２・Ｖ２の中に、オペアンプ２１のオフセット電圧分が含まれるものであるから、上述のＣ・ΔＶによりオペアンプ２１のオフセット電圧分はキャンセルされるが、可変容量のアンバランスによるオフセットがＣ・ΔＶの中に残される。このΔＶ中のアンバランスに起因するオフセットをＣ・Ｖｏｆｆによりキャンセルするものである。
【００６８】
そして、コンデンサ６２に蓄えられた電荷を出力部７のコンデンサ７２に分配することによって、電圧Ｖ４が出力部７に伝えられる。このように、コンデンサ６２からコンデンサ７２に電荷を分配することで、１次のＬＰＦ（ローパスフィルタ）の効果が得られ、そのカットオフ周波数は、コンデンサ７２の容量Ｃｈとコンデンサ６２の容量Ｃ４の比と、スイッチ６３、６４のスイッチング周波数によって決まる。
【００６９】
以上の動作によって、Ｃ−Ｖ変換回路２の出力電圧を電荷量として保持するとともに、オフセット分を電荷量で除去し、容量比で増幅することでオフセット分を除いた信号成分のみを増幅できる。従来のように、Ｃ−Ｖ変換回路２の出力電圧を直接増幅した場合には、オフセット分が大きいと増幅後の出力が飽和するため、増幅率が制限される可能性があるが、本実施形態のように、電荷量で信号を処理することにより、大きなオフセットが生じてもオフセット分を除去して増幅することが可能となるため、動作範囲の限界まで増幅が可能である。
【００７０】
また、上記した実施形態によれば、統合電荷保持部６と出力部７をスイッチ６３、６４で切り離しているため、出力部７のオペアンプ７１のノイズによる電荷の誤差をなくすことができ、高精度の増幅が可能である。
【００７１】
なお、オフセット調整用の電圧Ｖｏｆｆの設定は、可変容量１が外的要因（加速度などの物理量）により変化しない静的な状態で搬送波Ｖｐ１、Ｖｐ２を印加した際に出力部７から出力される信号が例えば０になるような値を決定すればよい。
（第２実施形態）
図５に本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の構成を示し、図６にそのタイミングチャートを示す。
【００７２】
上記した第１実施形態と異なるところは、可変容量１として単一の可変容量を用い、制御部８から搬送波Ｖｐ１を可変容量１の一方の電極に印加するようにした点である。また、この実施形態における制御部８は、可変容量１に印加するための搬送波Ｖｐ１と、制御信号ａ〜ｆを出力するように構成されている。
【００７３】
単一の可変容量とした場合、搬送波Ｖｐ１による電荷の変動をＣ−Ｖ変換回路２にてＣ−Ｖ変換すると、可変容量１の初期容量分がオフセットとなって重畳するため、Ｃ−Ｖ変換後の電圧を増幅する際の増幅率を大きくすることができないという問題がある。これに対し、この第２実施形態のように、Ｃ−Ｖ変換後の電圧を電荷として保持し、オフセット分を電荷の演算で除去することにより、高利得の増幅が可能になる。
（第３実施形態）
図７に本発明の第３実施形態に係る信号処理装置の構成を示す。
【００７４】
上記した第１実施形態では、統合電荷保持部６と出力部７により出力手段を構成するものを示したが、この実施形態では、出力部７をなくし、統合電荷保持部６で出力手段を構成して、物理量に応じた電圧を出力するようにしている。このため、この実施形態における統合電荷保持部６は、オペアンプ６１と、コンデンサ（容量Ｃ４）６２と、スイッチ６３、６４と、コンデンサ（容量Ｃｈ）６５とを有して構成され、この統合電荷保持部６でＬＰＦを構成している。スイッチ６３、６４は、制御信号ａ、ｂでオン／オフされる。また、この実施形態における制御部８は、搬送波Ｖｐ１、Ｖｐ２と、制御信号ａ〜ｃを出力するように構成されている。
【００７５】
この第３実施形態では、上記した第１実施形態のように統合電荷保持部６と出力部７とをスイッチ６３、６４で切り離すことを行っていないため、第１、第２の電荷保持部３、４およびオフセット調整用電荷保持部５からの電荷転送時に、統合電荷保持部６のオペアンプ６１の動作でノイズが生じると、保持する電荷量に誤差が生じる可能性があるが、第１、第２実施形態よりオペアンプの数等を少なくし、構成を簡素化することができるというメリットがある。
【００７６】
なお、この実施形態においても、第２実施形態のように単一の可変容量１を用いて構成してもよい。
（第４実施形態）
図８に本発明の第４実施形態に係る信号処理装置の構成を示す。
【００７７】
この第４実施形態では、上記した第１実施形態のような容量変化検出装置でなく、抵抗値やインダクタンス等の微小な変化を検出するために、交流信号に変調された信号を増幅した後、直流信号に復調するように構成されている。また、抵抗値やインダクタンス等にオフセットがある場合に、そのオフセットの除去ができるように構成されている。
【００７８】
このため、この第４実施形態では、図８に示すように、変調された信号（入力信号）Ｖｉｎを電荷量としてそれぞれ異なるタイミングで保持する第１、第２の電荷保持部３、４と、入力信号のオフセットを調整するための信号を電荷量として保持するオフセット調整用電荷保持部５と、統合電荷保持部６と、出力部７とを有して構成され、それぞれの構成は、第１実施形態と同じになっている。また、この実施形態における制御部８は、制御信号ａ〜ｆを出力するように構成されている。
【００７９】
この第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、変調された信号を電荷量として保持するとともに、オフセット分を電荷の演算で除去することによって、高利得の増幅が可能になる。
【００８０】
なお、入力信号は、所定の周波数で振幅変調されており、その周波数で各保持部２〜６が動作するようになっている。言い換えれば、各保持部２〜６が動作する周波数で、入力信号が振幅変調されたものとなっている。
【００８１】
この実施形態においても、第３実施形態のように出力部７をなくし統合電荷保持部６から出力電圧を得るように構成してもよい。
（その他の実施形態）
上記したいずれの実施形態においても、オフセットが小さく、出力が飽和するほどの高利得が必要ない場合には、オフセット調整用電荷保持部５をなくして構成してもよい。
【００８２】
また、第１、第２実施形態では、統合電荷保持部６と出力部７で１次のＬＰＦを構成し、第３実施形態では、統合電荷保持部６で１次のＬＰＦを構成するものを示したが、電荷を統合を行った後、他のフィルタ構成でフィルタを行うように構成してもよい。
【００８３】
また、各実施形態において、第１、第２、およびオフセット調整用の各電荷保持部においては、コンデンサの一端または両端が所定の基準電圧（例えばグランド電位）に接続されているが、この電荷保持部の基準電圧は共通の端子に接続されることが好ましい。こうすることで、出力に電荷保持部の基準電圧の影響を与えずにすむ。つまり、コンデンサが接続される基準電圧端子が共通であることが重要と言える。この点も本発明を実施する上で重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す信号処理装置の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図３】図１中のオフセット電圧Ｖｏｆｆを生成する構成を示す図である。
【図４】図１中のオフセット電圧Ｖｏｆｆを生成する他の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示す信号処理装置の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る信号処理装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る信号処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…可変容量、２…Ｃ−Ｖ変換回路、３…第１の電荷保持部、
４…第２の電荷保持部、５…オフセット調整用電荷保持部、
６…統合電荷保持部、７…出力部、８…制御部。
【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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【図８】
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