(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばね部を介して支持され物理量の作用に応じて変位する可動電極部と、この可動電極部の変位方向両側に夫々隙間をもって配置された一対の固定電極部とを有するセンサエレメントを備えると共に、前記各固定電極部が夫々接続される２個の入力端子と、２個の出力端子とを有する全差動型のＣ−Ｖ変換回路を備えて構成され、
前記可動電極部にパルス状の搬送波を印加した状態で、前記可動電極部の変位に応じた前記各固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化を、前記Ｃ−Ｖ変換回路の２個の出力端子間の電位差として出力するようにした容量式物理量検出装置であって、
前記固定電極部と可動電極部との間に静電気力を発生させて該可動電極部を強制的に変位させ、その際の前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力が前記可動電極部の変位に見合ったものかどうかを判断する自己診断工程を実行する自己診断手段を備えてなり、
該自己診断手段は、前記固定電極部と可動電極部との間に静電気力を発生させる第１の期間と、容量変化を検出するための第２の期間とを周期的に有する自己診断用信号を、前記固定電極部と可動電極部との間に印加する信号印加手段と、前記自己診断用信号の第２の期間において前記センサエレメントの各固定電極部と前記Ｃ−Ｖ変換回路の各入力端子との間を接続し、前記第１の期間においてその接続の切離しを行うスイッチ手段とを備えて構成されていることを特徴とする容量式物理量検出装置。
【請求項２】
前記信号印加手段は、前記自己診断用信号として、前記第１の期間において、前記固定電極部の一方に所定電圧Ｖｐ、他方に０Ｖの信号を印加し、前記可動電極部にその中間電圧（Ｖｐ／２）とは異なる電圧を印加し、前記第２の期間において、前記可動電極部に中間電圧の信号を印加することを特徴とする請求項１記載の容量式物理量検出装置。
【請求項３】
前記自己診断用信号は、前記第１の期間が長く、前記第２の期間がそれよりも短い所定のデューティ比を有することを特徴とする請求項１又は２記載の容量式物理量検出装置。
【請求項４】
前記自己診断手段は、前記第２の期間において、静電気力の印加が停止されて前記可動電極部が元の中間位置に戻ったタイミングで、前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力信号を取込み、前記各電極部及び前記Ｃ−Ｖ変換回路の帰還コンデンサに溜まる電荷量の総和が、前記第１の期間と第２の期間との間で保存されることを利用して、診断を行うように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の容量式物理量検出装置。
【請求項５】
前記信号印加手段は、前記第１の期間及び第２の期間を有する第１のバイアス状態と、
前記固定電極部及び可動電極部に前記第１の期間とは異なる信号を印加する第３の期間及び容量変化を検出するための前記可動電極部に中間電圧の信号を印加する第４の期間を有する第２のバイアス状態とを含む信号を印加し、
前記自己診断手段は、前記第１のバイアス状態において取込んだ前記Ｃ−Ｖ変換回路の第１の出力信号と、前記第２のバイアス状態における前記第４の期間において前記可動電極部が中間位置に戻ったタイミングで取込んだ前記Ｃ−Ｖ変換回路の第２の出力信号との双方を用いて診断を行うように構成されていることを特徴とする請求項４記載の容量式物理量検出装置。
【請求項６】
前記信号印加手段は、前記第２のバイアス状態における第３の期間では、前記固定電極部と可動電極部との間に静電気力を発生させない信号を印加することを特徴とする請求項５記載の容量式物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加速度センサ装置やヨーレートセンサ装置等の、物理量を静電容量の変化として検出する容量式物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の容量式物理量検出装置として、例えば自動車のエアバッグの動作制御用の加速度センサ装置がある（例えば特許文献１参照）。図９に示すように、この加速度センサ装置は、半導体加速度センサチップ１と、そのセンサチップ１からの検出信号を処理する処理回路２とを備えて構成されている。
【０００３】
詳しく図示はしないが、前記センサチップ１は、ばね部を介して支持され加速度の作用に応じて変位する可動電極部と、この可動電極部の変位方向両側に隙間をもって配置された一対の固定電極部とを形成して構成され、可動電極部と一方の固定電極部との間、及び、可動電極部と他方の固定電極部との間に、夫々コンデンサＣ１，Ｃ２が形成される。これらコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量は、センサチップ１に対する加速度の作用に伴う可動電極部の変位に応じて差動的に変化し、加速度を容量値の変化として取出すことができる。
【０００４】
一方、前記処理回路２は、前記センサチップ１の一対の固定電極部に夫々電圧（振幅）がＶｐ（例えば５Ｖ）で互いに逆位相となるパルス状の搬送波ＦＥ１、ＦＥ２を印加する搬送波出力回路３、演算増幅器４並びにその反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された帰還コンデンサ５及びスイッチ６を備えるＣ−Ｖ変換回路７、演算増幅器４の非反転入力端子（ひいては可動電極部）に、通常時に、前記搬送波の中間電圧Ｖｐ／２（２．５Ｖ）の一定（直流）の電圧を入力させるスイッチ回路８等を備えて構成されている。
【０００５】
これにて、各固定電極部に搬送波ＦＥ１、ＦＥ２が夫々印加されると共に、可動電極部にそれらの中間電圧（２．５Ｖ）が印加され、センサチップ１（可動電極部）に作用する加速度をそれら固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化として検出することができるようになっている。
【０００６】
ところが、この特許文献１の技術では、Ｃ−Ｖ変換回路７（演算増幅器４）がシングルエンドタイプであるため、スイッチ６のスイッチングや配線部の寄生容量によるノイズの影響を受けやすい事情があった。そこで、近年では、この種の容量式物理量検出装置において、低ノイズ化を図るために、例えば特許文献２に示されるように、全差動型のＣ−Ｖ変換回路を採用することも考えられている。このものでは、可動電極部にパルス状の搬送波を入力し、一対の固定電極部の電位を、全差動型のＣ−Ｖ変換回路の２つの入力端子に夫々入力することにより、容量変化をＣ−Ｖ変換回路の２つの出力端子の電位差として出力するようになっている。
【特許文献１】特開２００１−９１５３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載された加速度センサ装置においては、自らが正常に動作するかどうか（所定の感度が得られるか或いはセンサチップの隙間部分に異物がないか等）を診断するための自己診断機能を備えている。図１０に示すように、この自己診断機能は、センサチップ１の可動電極部と一方の固定電極部との間に静電気力を発生させ、可動電極部を強制的に変位させる静電気力印加状態（ａ）、容量変化（電圧）を検出する第１の検出状態（ｂ）、それとは固定電極部に印加される搬送波信号が切替っている第２の検出状態（ｃ）の、３つの期間を設けることにより実現される。
【０００８】
このとき、静電気力印加状態（ａ）においては、可動電極部に印加する電圧を、通常時のＶｐ／２（例えば２．５Ｖ）からＶself（例えば３Ｖ）に切替えることによって、静電気力を発生させて可動電極部を強制的に変位させるものである。これにより、コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が、通常時（加速度（静電気力）が作用していない状態）の静電容量Ｃ0 に対して、夫々、Ｃ0 ＋ΔＣ、Ｃ0 −ΔＣとなる。そして、第１の検出状態（ｂ）及び第２の検出状態（ｃ）では、可動電極部に印加する電圧をＶｐ／２に戻し、Ｃ−Ｖ変換回路７によって電圧信号に変換して、その変位をＣ−Ｖ変換回路７によって電圧信号に変換して、変位（静電容量の変化ΔＣ）に見合った所定電圧Ｖｏが得られているかどうかを判断するものである。
【０００９】
尚、図８（ｂ）には、自己診断時において、各固定電極部及び可動電極部にそれぞれ印加される信号の波形（ＦＥ１、ＦＥ２、ＳIN）を示しており、図中、Φ１が静電気力印加状態、Φ２が第１の検出状態、Φ３が第２の検出状態に該当する。Φ２の期間の途中、及びΦ３の期間の途中で、演算増幅器４の出力信号Ｖout の取込み（サンプリング）が行われる。
【００１０】
この場合、帰還コンデンサ５の静電容量をＣｆとすると、Ｃ−Ｖ変換回路７からの出力電圧Ｖｏは、静電容量の変化ΔＣに対して、次の（１）式の関係を有する。
Ｖｏ＝２Ｖｐ・ΔＣ／Ｃｆ＋Ｖｐ／２  ‥‥（１）
この際のＶｏの値とΔＣの値との関係を検証することにより、自己診断用の専用の電極を設けずとも、可動電極部が正常に動作するかを自己診断できるのである。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２のような、全差動型のＣ−Ｖ変換回路を備えるものでは、特許文献１のようなシングルエンドタイプのＣ−Ｖ変換回路７を有するものとは、搬送波を入力する電極部が相違するため、そのまま特許文献１の自己診断の方式を適用することができない問題点がある。
【００１２】
また、上記した図１０に示した自己診断の方法では第１の検出状態（ｂ）及び第２の検出状態（ｃ）では、静電気力が加わらないため、静電気力印加状態（ａ）において変位した可動電極部が元の位置（中立状態）に戻ろうとする。このため、２つの検出状態（期間Φ２、Φ３）において、静電容量の変化分（ΔＣ）に変動が生じ、必ずしも正しい検出が行える（上記（１）式が成立する）とは限らず、誤差が生ずる不具合がある。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、物理量を静電容量の変化として検出するものにあって、全差動型のＣ−Ｖ変換回路を用いて低ノイズ化を図りながらも、自己診断機能の実行を可能とした容量式物理量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記第１の目的を達成するために、本発明の容量式物理量検出装置は、全差動型のＣ−Ｖ変換回路を用いて、物理量を固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化として検出するものにあって、前記固定電極部と可動電極部との間に静電気力を発生させて該可動電極部を強制的に変位させ、その際の前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力が前記可動電極部の変位に見合ったものかどうかを判断する自己診断工程を実行する自己診断手段を設け、その自己診断手段を、前記固定電極部と可動電極部との間に静電気力を発生させる第１の期間と、容量変化を検出するための第２の期間とを周期的に有する自己診断用信号を、前記固定電極部と可動電極部との間に印加する信号印加手段と、前記自己診断用信号の第２の期間において前記センサエレメントの各固定電極部と前記Ｃ−Ｖ変換回路の各入力端子との間を接続し、前記第１の期間においてその接続の切離しを行うスイッチ手段とを設けて構成したところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１５】
これによれば、信号印加手段により、固定電極部と可動電極部との間に自己診断用信号（第１の期間）が印加されることに伴い、固定電極部と可動電極部との間に静電気力が発生して可動電極部が強制的に変位され、第２の期間において、容量変化を検出することに基づいて、自己診断手段による自己診断が可能となる。このとき、第１の期間においては、スイッチ手段により、センサエレメントの各固定電極部とＣ−Ｖ変換回路の各入力端子との間の接続を一時的に切離すように構成したことによって、全差動型のＣ−Ｖ変換回路を用いて低ノイズ化を図りながらも、自己診断を可能とすることができる。
【００１６】
より具体的には、上記信号印加手段を、自己診断用信号として、前記第１の期間において、前記固定電極部の一方に所定電圧Ｖｐ、他方に０Ｖの信号を印加し、前記可動電極部にその中間電圧（Ｖｐ／２）とは異なる電圧を印加し、前記第２の期間において、前記可動電極部に中間電圧の信号を印加するように構成することができ（請求項２の発明）、自己診断を良好に行うことができる。さらに、本発明においては、前記自己診断用信号を、前記第１の期間が長く、前記第２の期間がそれよりも短い所定のデューティ比を有するものとすれば（請求項３の発明）、可動電極部の強制的な変位を十分に行うことができ、より効果的となる。
【００１７】
ところで、上記した容量変化を検出するための第２の期間において、可動電極部が変位している状態で検出（サンプリング）する場合、可動電極部が元の中間位置に戻ろうとしている途中で検出を行ってしまい、検出結果に誤差が生じてしまう不具合がある。本発明者は、第１の期間と第２の期間との間で、各コンデンサ要素に溜まっている電荷量の総和が保存されること（電荷保存則）に着目し、可動電極部が元の中間位置に戻りきった状態で検出（サンプリング）することが可能であることを確認したのである。
【００１８】
即ち、本願の請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載の容量式物理量検出装置において、前記自己診断手段は、前記第２の期間において、静電気力の印加が停止されて前記可動電極部が元の中間位置に戻ったタイミングで、前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力信号を取込み、前記各電極部及び前記Ｃ−Ｖ変換回路の帰還コンデンサに溜まる電荷量の総和が、前記第１の期間と第２の期間との間で保存されることを利用して、診断を行うように構成されているところに特徴を有する。
【００１９】
これによれば、第１の期間と第２の期間との間で、各コンデンサ要素に溜まっている電荷量の総和が保存されること（電荷保存則）を利用し、可動電極部が元の中間位置に戻りきった状態で、Ｃ−Ｖ変換回路の出力信号をサンプリングし、その値（２個の出力端子間の電位差）が、第１の期間における固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化に見合ったものかどうかを判断することによって、上記した可動電極部が中間位置に戻る前に検出する場合の誤差を低減し、自己診断をより高精度で行うことができる。
【００２０】
更にこの場合、サンプリングしたＣ−Ｖ変換回路の出力値と、第１の期間における固定電極部と可動電極部との間の静電容量の変化との間の関係は、各コンデンサ要素における電荷量と電圧及び静電容量との関係を示す数式により導くことができるが、数式中に不明な変数（余分な項）が生じていると、自己診断の精度の低下を招くことになる。
【００２１】
そこで、前記信号印加手段を、前記第１の期間及び第２の期間を有する第１のバイアス状態と、前記固定電極部及び可動電極部に前記第１の期間とは異なる信号を印加する第３の期間及び容量変化を検出するための前記可動電極部に中間電圧の信号を印加する第４の期間を有する第２のバイアス状態とを含む信号を印加するように構成すると共に、前記自己診断手段を、前記第１のバイアス状態において取込んだ前記Ｃ−Ｖ変換回路の第１の出力信号と、前記第２のバイアス状態における前記第４の期間において前記可動電極部が中間位置に戻ったタイミングで取込んだ前記Ｃ−Ｖ変換回路の第２の出力信号との双方を用いて診断を行うように構成すれば（請求項５の発明）、演算により不要な変数を除去して必要な部分のみを抽出することができ、高精度な自己診断を行う点でより効果的となる。
【００２２】
より具体的には、前記信号印加手段を、前記第２のバイアス状態における第３の期間では、前記固定電極部と可動電極部との間に静電気力を発生させない信号を印加するように構成することができ（請求項６の発明）、不要な変数を除去して必要な部分のみを抽出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化したいくつかの実施例について、図１ないし図８を参照しながら説明する。尚、以下に述べる各実施例は、容量式物理量検出装置として、例えば自動車のエアバッグシステム（衝突検出）用の容量式の半導体加速度センサ装置に本発明を適用したものである。
【００２６】
＜１＞第１の実施例
まず、図１ないし図３を参照しながら、本発明の第１の実施例について述べる。図１は、本実施例に係る容量式物理量検出装置たる半導体加速度センサ装置１１の電気的構成を概略的に示す図であり、図２は、そのうちセンサエレメントたるセンサチップ１２の構成を概略的に示す図である。ここで、詳しく図示はしないが、この半導体加速度センサ装置１１は、センサチップ１２を、信号処理回路１３（図１参照）を形成した回路チップに実装したスタック構造を備え、それらを例えばセラミック製のパッケージ（図示せず）内に収容して構成される。
【００２７】
そのうち、まず、前記センサチップ１２の構成の概略について述べる。図２（ｂ）に示すように、このセンサチップ１２は、例えば、シリコンからなる支持基板１２ａ上に酸化膜１２ｂを介して単結晶シリコン層１２ｃを形成した矩形状（正方形状）のＳＯＩ基板をベースとし、マイクロマシニング技術によって、その表面の単結晶シリコン層１２ｃに溝を形成することにより、中央部の矩形領域に位置して物理量検出部としての加速度検出部１４を有している。
【００２８】
この場合、加速度検出部１４は、一方向の検出軸（Ｘ軸）を有するものとされ、図２（ａ）で前後方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するものとなっている。この加速度検出部１４は、加速度の作用に応じてＸ軸方向に変位する可動電極部１５と、左右一対の固定電極部１６，１７とを有して構成される。そのうち可動電極部１５は、加速度検出部１４の中心部を前後方向に延びる錘部１５ａの前後両端部に左右方向に細長い矩形枠状をなすばね部１５ｂを有すると共に、図で手前側のばね部１５ｂの更に前端側にアンカ部１５ｃを有している。そして、前記錘部１５ａから左右方向に夫々いわば櫛歯状に延びる多数本の細幅状の可動電極１５ｄを有して構成されている。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、この可動電極部１５は、前記アンカ部１５ｃを除いて、下面側の絶縁膜１２ｂが除去されており、アンカ部１５ｃのみが支持基板１２ａに支持されたいわゆる片持ち状に浮いた状態とされている。また、前記アンカ部１５ｃの上面部には、図１にも示すように、電極パッドからなる入力端子１８（ＦＥIN）が設けられている。
【００３０】
これに対し、左側の固定電極部１６は、矩形状の基部１６ａから右方に櫛歯状に延びる複数本の固定電極１６ｂを有すると共に、基部１６ａから前方に延びる固定電極配線部１６ｃを有して構成されている。前記各固定電極１６ｂは、前記各可動電極１５ｄのすぐ後側に微小な隙間を介して平行に隣合うように設けられている。前記固定電極配線部１６ｃの前端部の上面に、図１にも示すように、電極パッドからなる第１の出力端子１９（ＳOUT1）が設けられている。
【００３１】
右側の固定電極部１７は、矩形状の基部１７ａから左方に櫛歯状に延びる複数本の固定電極１７ｂを有すると共に、基部１７ａから前方に延びる固定電極配線部１７ｃを有して構成されている。前記各固定電極１７ｂは、前記各可動電極１５ｄのすぐ前側に微小な隙間を介して平行に隣合うように設けられている。固定電極配線部１７ｃの前端部の上面に、図１にも示すように、電極パッドからなる第２の出力端子２０（ＳOUT2）が設けられている。
【００３２】
これにて、前記可動電極部１５（可動電極１５ｄ）と固定電極部１６（固定電極１６ｂ）との間、及び、可動電極部１５（可動電極１５ｄ）と固定電極部１７（固定電極１７ｂ）との間に可動電極部１５を共通の電極としたコンデンサＣ１，Ｃ２（図１参照）が夫々形成され、これらコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量は、Ｘ軸方向の加速度の作用に伴う可動電極部１５の変位に応じて差動的に変化することになり、もって、加速度を容量値の変化として取出すことができるようになっている。
【００３３】
尚、図２では図示していないが、このセンサチップ１２には、ＧＮＤ端子２１（図１参照）となる電極パッドも設けられている。また、図１に示すように、このセンサチップ１２の各端子（電極パッド）１８、１９，２０は、夫々、回路チップ（信号処理回路１３）に設けられた第１の入力端子２２（ＳIN1 ）、第２の入力端子２３（ＳIN2 ）、出力端子２４（ＦＥOUT ）と接続されるようになっている。この電気的接続は、ボンディングワイヤによる接続、或いは、バンプ接続によりなされるようになっている。
【００３４】
次に、前記回路チップは、図１に要部を示すように、前記センサチップ１２からの信号を処理するための信号処理回路１３を有して構成されている。この信号処理回路１３は、前記可動電極部１５や固定電極部１６，１７に印加する信号を発生する制御信号発生回路２５、容量変化を電圧変化に変換する全差動型のＣ−Ｖ変換回路２６、マイコン等からなり全体を制御する制御回路２７、図示しない波形整形回路、出力アンプ回路、異常検出回路、発振回路、ＥＰＲＯＭ等を備えて構成されている。
【００３５】
前記制御信号発生回路２５は、第１〜第４の４個の信号出力端子から、夫々搬送波Ｐ１、自己診断用信号Ｐ２、Ｐ３、Ｐ３Ｂを夫々出力するようになっている。そのうち第１の信号出力端子は、第３のスイッチ３３（ＳＷ３）を介して前記出力端子２４に接続され、第２の信号出力端子は、第４のスイッチ３４（ＳＷ４）を介して前記出力端子２４に接続されている。第３の信号出力端子は、第５のスイッチ３５（ＳＷ５）を介して前記第１の入力端子２２に接続され、第４の信号出力端子は、第６のスイッチ３６（ＳＷ６）を介して前記第２の入力端子２３に接続されている。
【００３６】
前記第１の信号出力端子から出力される搬送波Ｐ１は、図３に示すように、電圧Ｖｐ（例えば電源電圧に等しい５Ｖ）と０Ｖとの間で振幅し、周波数が例えば１００ｋＨｚとされたパルス状（矩形波状）をなしている。これに対し、前記第２の信号出力端子から出力される自己診断用信号Ｐ２は、図３に示すように、例えば中間電圧Ｖｐ／２とは異なる電圧Ｖself(例えば３Ｖ)と、中間電圧Ｖｐ／２（例えば２．５Ｖ）との間で所定のデューティ比で振幅し、周波数が所定の自己診断周波数とされたパルス状をなしている。このとき、所定のデューティ比の１周期のうち、電圧Ｖself側の時間（第１の期間）が長く、中間電圧Ｖｐ／２の時間（第２の期間）がそれよりも短いものとされている。
【００３７】
前記第３の信号出力端子から出力される自己診断用信号Ｐ３は、図３に示すように、電圧Ｖｐ（５Ｖ）と０Ｖとの間で所定のデューティ比で振幅し、周波数が所定の自己診断周波数とされたパルス状をなしている。このとき、所定のデューティ比の１周期のうち、電圧Ｖｐ側の時間が十分に長く、０Ｖ側に切替わる時間がごく短いものとされている。前記第４の信号出力端子から出力される自己診断用信号Ｐ３Ｂは、前記自己診断用信号Ｐ３と逆位相となる（位相が１８０°ずれた）パルス状をなしている。尚、後述するように、前記第３〜第６のスイッチ３３〜３６は、前記制御回路２７によりオン・オフ制御されるようになっている。
【００３８】
前記Ｃ−Ｖ変換回路２６は、図１に示すように、２個の入力端子と２個の出力端子とを有する全差動アンプ２８と、この全差動アンプ２８の非反転入力端子と−側の出力端子との間に並列に接続されたコンデンサ２９（帰還容量Ｃｆ）及び第７のスイッチ３７（ＳＷ７）と、全差動アンプ２８の反転入力端子と＋側の出力端子との間に並列に接続されたコンデンサ３０（帰還容量Ｃｆ）及び第８のスイッチ３８（ＳＷ８）とを備えている。
【００３９】
そして、全差動アンプ２８の非反転入力端子は、第１のスイッチ３１（ＳＷ１）を介して前記第１の入力端子２２に接続され、反転入力端子は、第２のスイッチ３２（ＳＷ２）を介して前記第２の入力端子２３に接続されている。前記第１及び第２のスイッチ３１及び３２、並びに、第７及び第８のスイッチ３７及び３８についても、制御回路２７によりオン・オフ制御されるようになっている。尚、第７及び第８のスイッチ３７及び３８は、コンデンサ２９及び３０のリフレッシュ用であり、適宜の時期にオンされるのであるが、本願発明の要旨とは関連性が薄いので、以下、オフしているものとして説明する。
【００４０】
さて、後の作用説明でも述べるように、前記制御回路２７は、そのソフトウエア構成（及びハードウエア構成）により、前記制御信号発生回路２５や第１〜第８のスイッチ３１〜３８等を制御する。このとき、図３に示すように、通常時つまり加速度検出時においては、第１〜第３のスイッチ３１〜３３が常にオンされ、第４〜第６のスイッチ３４〜３６は常にオフされる。
【００４１】
そして、制御回路２７は、自己診断の実行を指示する信号が入力されると、前記固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に静電気力を発生させて、電位差のバランスを崩させ、該可動電極部１５を強制的に変位させ（Ｘ軸方向に振動させ）、その際のＣ−Ｖ変換回路２６の出力が可動電極部１５の変位に見合ったものかどうかを判断する自己診断工程を実行するようになっている。従って、制御回路２７等から自己診断手段が構成されるようになっている。
【００４２】
この自己診断工程においては、第１〜第３のスイッチ３１〜３３がオフされ且つ第４〜第６のスイッチ３４〜３６がオンされる期間と、その後、第１〜第３のスイッチ３１〜３３がオンされ且つ第４〜第６のスイッチ３４〜３６がオフされる期間とが、図３に示すタイミングで周期的に繰返される。このとき、第１〜第６のスイッチ３１〜３６のオン・オフの切替周期は、制御信号発生回路２５から出力される自己診断用信号Ｐ２の周期と同等とされ、また、自己診断用信号Ｐ２が第１の期間から第２の期間に切替えられた直後に（僅かに遅れて）、第１〜第６のスイッチ３１〜３６のオン・オフの切替えが行われるようになっている。
【００４３】
これにて、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に静電気力を発生させる第１の期間と、容量変化を検出するための第２の期間とを周期的に有する自己診断用信号Ｐ２が、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に印加される。また、第１，第２のスイッチ３１，３２の制御によって、前記自己診断用信号Ｐ２の第２の期間において各固定電極部１６，１７とＣ−Ｖ変換回路２６（全差動アンプ２８）の各入力端子との間が接続され、前記第１の期間においてその接続が切離されるようになっている。従って、第３〜第６のスイッチ３３〜３６、制御信号発生回路２５、制御回路２７等から信号印加手段が構成され、第１，第２のスイッチ３１，３２及び制御回路２７からスイッチ手段が構成されるようになっている。
【００４４】
次に、上記構成の作用について、図３も参照して述べる。図３に示すように、通常時つまり加速度検出時においては、第１〜第３のスイッチ３１〜３３が常にオンされ、第４〜第６のスイッチ３４〜３６は常にオフされる。これにて、制御信号発生回路２５から、電圧Ｖｐが例えば５Ｖ（０Ｖ−５Ｖ間で振幅）で、例えば周波数が１００ｋＨｚの搬送波Ｐ１が第３のスイッチ３３（ＳＷ３）及び出力端子２４（ＦＥOUT ）を介して出力され、センサチップ１２の入力端子１８（ＦＥIN）から可動電極部１５に印加されるようになる。センサチップ１２に加速度が作用していない状態では、固定電極部１６，１７の電位が共にＶｐ／２（例えば２．５Ｖ）となってつりあった状態となり、コンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が等しくなる。
【００４５】
この状態から、センサチップ１２に加速度が作用すると、可動電極部１５がＸ軸方向に変位する。すると、コンデンサＣ１、Ｃ２間で、可動電極部１５の変位量つまり加速度の大きさに応じた容量変化（＋ΔＣ，−ΔＣ）があり、それに応じた固定電極部１６，１７の電位信号が、第１，第２の出力端子１９，２０（ＳOUT1，ＳOUT2）から出力される。それら信号は、Ｃ−Ｖ変換回路２６の全差動アンプ２８の各入力端子に入力されて増幅され、出力端子間の電位差信号ΔＶｏｕｔとして加速度検出信号を取出すことができるのである。このとき、全差動型のＣ−Ｖ変換回路２６（全差動アンプ２８）が用いられていることにより、低ノイズ化を図ることができる。
【００４６】
これに対し、制御回路２７は、自己診断の実行を指示する信号が入力されると、自己診断工程を実行する。この自己診断工程においては、図３に示すように、第１〜第６のスイッチ３１〜３６が、一定周期で所定のタイミングでオン・オフ制御される。これにより、可動電極部１５には、電圧がＶｓｅｌｆ（例えば３Ｖ）と、Ｖｐ／２（２．５Ｖ）との間で振幅し、周波数が自己診断周波数とされた所定のデューティ比（第１の期間が長く、第２の期間が短い）の自己診断用信号Ｐ２が、制御信号発生回路２５から、第４のスイッチ３４（ＳＷ４）及び出力端子２４（ＦＥOUT ）並びに入力端子１８（ＦＥIN）を介して印加されるようになる。
【００４７】
これと共に、第１，第２，第５，第６のスイッチ３１，３２，３５，３６がオン・オフ制御されることにより、固定電極部１６，１７には、互いに逆位相の信号Ｐ３，Ｐ３Ｂが印加される。これら信号Ｐ３，Ｐ３Ｂは、電圧Ｖｐ（５Ｖ）と０Ｖとの間での振幅を有する矩形波状の信号であり、１周期のうち、固定電極部１６側の５Ｖ（固定電極部１７側は０Ｖ）の期間が前記第１の期間よりもやや長く、固定電極部１７側が５Ｖ（固定電極部１６側は０Ｖ）に切替る時間がごく短いデューティ比とされている。
【００４８】
尚、自己診断工程においては、第１，第２のスイッチ３１，３２の制御により、固定電極部１６に印加される信号Ｐ３が５Ｖの期間については、入力端子２２，２３とＣ−Ｖ変換回路２６（全差動アンプ２８）との間が切離され、信号Ｐ３が０Ｖ（信号Ｐ３Ｂが５Ｖ）に切替わる際に、入力端子２２，２３（センサチップ１２）とＣ−Ｖ変換回路２６（全差動アンプ２８）との間が接続されるようになる。そして、１つの周期から次の周期に切りわるタイミングで可動電極部１５の変位検出（サンプリング）が行われるようになっている。
【００４９】
これにより、可動電極部１５に中間電圧Ｖｐ／２（２．５Ｖ）より高い電圧Ｖｓｅｌｆ（３．０Ｖ）が印加される第１の期間では、固定電極部１６，１７との間で静電気力が作用するようになって、可動電極部１５が中間位置から一方の固定電極部１６に引付けられるように変位する。可動電極部１５の電圧が２．５Ｖに戻された第２の期間では、静電気力がオフされることにより、可動電極部１５が中間位置に戻るように変位する。そのような変位のサイクルが、所定周期で繰返されるようになる。
【００５０】
従って、図３に示すような、所定のタイミングでセンサチップ１２とＣ−Ｖ変換回路２６とを接続してサンプリング（変位検出）を行い、サンプリング時にＣ−Ｖ変換回路２６（全差動アンプ２８）から出力された加速度検出信号（電位差ΔＶｏｕｔ）が、得られるべき可動電極部１５の変位に見合った値となっているか判断することにより、加速度検出部１４の感度の良否や、隙間部分に異物が存在して変位を妨げていないかどうか等を自己診断することができるのである。
【００５１】
尚、図示はしないが、制御回路２７は、通常の加速度検出時においては、Ｃ−Ｖ変換回路２６からの加速度検出信号（電位差ΔＶｏｕｔ）を、波形整形回路や出力アンプ回路などを介して外部に出力するようになっている。また、自己診断時においては、Ｃ−Ｖ変換回路２６からの加速度検出信号（電位差ΔＶｏｕｔ）が、異常検出回路にて正常範囲の電圧値と比較され、当該正常範囲から外れたときに、制御回路２７は、異常信号を外部に出力するようになっている。
【００５２】
このように本実施例の半導体加速度センサ１１によれば、物理量この場合加速度を、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間の静電容量の変化として検出するものにあって、全差動型のＣ−Ｖ変換回路２６を用いたことにより、従来のシングルエンドタイプでＣ−Ｖ変換回路７を備えるものと異なり、低ノイズ化を実現することができる。
【００５３】
そして、自己診断の工程においては、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に静電気力を発生させる第１の期間と、容量変化を検出するための第２の期間とを周期的に有する自己診断用信号Ｐ２、Ｐ３，Ｐ３Ｂを、前記固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に印加すると共に、第１，第２のスイッチ３１，３２により、第２の期間において各固定電極部１６，１７とＣ−Ｖ変換回路２６との間を接続し、第１の期間においてその接続の切離しを行うように構成したので、従来のシングルエンドタイプでＣ−Ｖ変換回路７を備えるものと同様に、自己診断機能の実行が可能となったのである。
【００５４】
尚、上記実施例では説明しなかったが、固定電極部１６，１７に印加される信号Ｐ３、Ｐ３Ｂ（位相）を逆にする（入れ替える）ようにすれば、可動電極部１５の逆方向（Ｘ−側）の変位を検出することができる。この場合、可動電極部１５を一方向に強制変位させて自己診断を行う工程と、逆方向に変位させて自己診断を行う工程との双方を行うようにすれば、より効果的となる。
【００５５】
＜２＞第２、第３の実施例
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２の実施例について述べる。尚、以下に述べる第２、第３の実施例は、上記第１の実施例の一部を変更したものであり、半導体加速度センサ装置１１のセンサチップ１２や、全差動アンプ２８を備えたＣ−Ｖ変換回路２６を含んだ信号処理回路１３等のハードウエア的構成については共通している。従って、上記第１の実施例と同一部分には、同一符号を付すと共に、新たな図示や詳しい説明を省略する。また、図面においては、共通部分については同一符号を付していると共に、上記した図１や図３に対し、各スイッチ３１〜３６や制御信号発生回路２５、制御回路２７等の図示を省略するといったように、大幅な省略を施している。
【００５６】
この第２の実施例が、上記第１の実施例と異なる点は、制御回路２７が自己診断工程を実行させる際において、第２の期間において、静電気力の印加が停止されて可動電極部１５が元の中間位置に戻ったタイミングで、Ｃ−Ｖ変換回路２６の出力信号Ｖop及びＶomを取込み、前記各電極部１５，１６，１７及び前記Ｃ−Ｖ変換回路２６の帰還コンデンサ２９，３０に溜まる電荷量の総和が、第１の期間（図４（ａ）参照）と第２の期間（図４（ｂ）参照）との間で保存されることを利用して、診断を行うところにある。
【００５７】
即ち、本実施例においては、図５に示すように、自己診断工程において入力端子１８に印加される自己診断用信号Ｐ２は、やはり、電圧Ｖself(例えば３Ｖ)と、中間電圧Ｖref （例えば２．５Ｖ）との間で所定のデューティ比（図ではほぼ１：１）の周期で振幅し、周波数が所定の自己診断周波数とされたパルス状をなしている。自己診断用信号Ｐ３は、自己診断用信号Ｐ２と同等の周期で、電圧Ｖｐ（例えば５Ｖ）とＶｍ（例えば０Ｖ）との間で所定のデューティ比で振幅する（自己診断用信号Ｐ２の切替え直後に切替えられる）パルス状をなし、自己診断用信号Ｐ３Ｂは、前記自己診断用信号Ｐ３と逆位相となる（位相が１８０°ずれた）パルス状をなしている。
【００５８】
これにて、図４（ａ）に示すように、第１の期間では、可動電極部１５に中間電圧Ｖref （２．５Ｖ）より高い電圧Ｖself（３．０Ｖ）が印加され、固定電極部１６，１７の電位が夫々Ｖｐ（５Ｖ）、Ｖｍ（０Ｖ）であるため、可動電極部１５と固定電極部１６，１７との間で静電気力が作用するようになって、可動電極部１５が中間位置から一方の固定電極部１６に引付けられるように変位する。尚、この第１の期間では、スイッチの制御によって、入力端子２２，２３（第１，第２の出力端子１９，２０）とＣ−Ｖ変換回路２６との間が切離されている。
【００５９】
このとき、固定電極部１６と可動電極部１５との間に形成されるコンデンサＣ１の静電容量が、Ｃ０から（Ｃ０＋ΔＣ）に変化し、固定電極部１７と可動電極部１５との間に形成されるコンデンサＣ２の静電容量が、Ｃ０から（Ｃ０−ΔＣ）に変化する。また、コンデンサＣ１には、Ｑ１の電荷量が溜められ、コンデンサＣ２には、Ｑ２の電荷量が溜められる。尚、この時点では、帰還コンデンサ２９，３０（静電容量は共にＣｆ）に夫々溜められる電荷量Ｑ３，Ｑ４は、共に０である。
【００６０】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、第２の期間では、可動電極部１５の電位が、Ｖref （２．５Ｖ）に戻されると共に、入力端子２２，２３（第１，第２の出力端子１９，２０）とＣ−Ｖ変換回路２６とが接続される。これにて、可動電極部１５が中間位置に戻るように変位する。そして、図５に示すように、第２の期間が終了するタイミング、つまり、可動電極部１５が中間位置に戻りきったタイミングで、サンプリングが行われ、Ｃ−Ｖ変換回路２６の２個の出力端子からの出力電圧信号Ｖop及びＶomが取込まれるのである。尚、このサンプリングは、第１の期間及び第２の期間を周期的に繰返して複数回行っても良いし、１周期のみの信号により１回のサンプリングを行っても良い。
【００６１】
この第２の期間では、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に夫々形成されるコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が、共にＣ０に戻る。そして、入力端子２２，２３（第１，第２の出力端子１９，２０）の電位が、夫々Ｖinとなる。また、コンデンサＣ１の電荷量がＱ１´になり、コンデンサＣ２の電荷量がＱ２´になり、帰還コンデンサ２９，３０（静電容量は共にＣｆ）に夫々溜められる電荷量が、Ｑ３´，Ｑ４´となる。
【００６２】
さて、上記第１の期間と第２の期間との間で、各コンデンサ要素に溜められる電荷量の総和が保存されることから、以下の式を導くことができる。
Ｑ１＋Ｑ３＝Ｑ１´＋Ｑ３´  ‥‥（２）
Ｑ２＋Ｑ４＝Ｑ２´＋Ｑ４´  ‥‥（３）
（２）式から、
(Ｃ０＋ΔＣ)(Ｖself−Ｖｐ)＝Ｃ０(Ｖref −Ｖin)＋Ｃｆ(Ｖop−Ｖin)‥(４)
（３）式から、
(Ｃ０−ΔＣ)(Ｖself−Ｖｍ)＝Ｃ０(Ｖref −Ｖin)＋Ｃｆ(Ｖom−Ｖin)‥(５)
(４)式−(５)式により
２ΔＣＶself−(Ｃ０＋ΔＣ)Ｖｐ＋(Ｃ０−ΔＣ)Ｖｍ＝Ｃｆ(Ｖop−Ｖom)
Ｖop−Ｖom＝ΔＣ／Ｃｆ(２Ｖself−(Ｖｐ−Ｖｍ))−Ｃ０／Ｃｆ(Ｖｐ−Ｖｍ)‥(６)
Ｃｆ、Ｃ０、Ｖｐ、Ｖｍ、Ｖselfは、既知の値であるから、検出されたＶop−Ｖom（電位差ΔＶout ）から、ΔＣを求めることができ、そのΔＣの値が、Ｖｐ、Ｖｍ、Ｖself等の値に対して、設計上の静電容量の変化に見合った値となっているかどうかを検証することにより、自己診断を行うことができるのである。
【００６３】
このような第２の実施例によれば、可動電極部１５が元の中間位置に戻りきった状態で、Ｃ−Ｖ変換回路２６の出力信号をサンプリングし、その値（２個の出力端子間の電位差ΔＶout）が、第１の期間における固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間の静電容量の変化ΔＣに見合ったものかどうかを判断することによって、可動電極部１５が中間位置に戻る前（途中）でサンプリングを行った場合の誤差を低減し、自己診断をより高精度で行うことができるものである。
【００６４】
図６は、本発明の第３の実施例を示している。この第３の実施例が、上記第２の実施例と異なるところは、次の点にある。即ち、上記した(６)式においては、ΔＣ／Ｃｆに比べて、Ｃ０／Ｃｆの値が十分に大きくなるため、本来検出したい(６)式の右辺の第１項である、ΔＣ／Ｃｆ(２Ｖself−(Ｖｐ−Ｖｍ))の値の検出精度が劣ってしまう不具合がある。そこで、本実施例では、第２のバイアス状態を設けて、演算により余分な項、つまり(６)式の右辺の第２項を消して必要な部分のみを残すようにしているのである。
【００６５】
この第３の実施例では、制御回路２７が自己診断工程を実行させるにあたって、上記第２の実施例で説明した第１の期間及び第２の期間からなる第１のバイアス状態（図４参照）に加えて、信号印加手段としての制御信号発生回路２５は、前記固定電極部１６，１７及び可動電極部１５に前記第１の期間とは異なる信号を印加する第３の期間（図６（ａ）参照）及び容量変化を検出するための前記可動電極部１７に中間電圧の信号を印加する第４の期間（図６（ｂ）参照）を有する第２のバイアス状態と含む信号を印加するように構成されている。
【００６６】
そして、制御回路２７は、上記第２の期間において、静電気力の印加が停止されて可動電極部１５が元の中間位置に戻ったタイミングで、Ｃ−Ｖ変換回路２６の出力信号Ｖop及びＶom（これらを第１の出力信号という）を取込むことに加えて、上記第４の期間において取込んだ前記Ｃ−Ｖ変換回路２６の第２の出力信号Ｖop´及びＶom´を取込み、それらの双方から、不要な変数を除去する演算を行うことに基づいて診断を行うように構成されている。
【００６７】
より具体的には、本実施例では、第２のバイアス状態における第３の期間では、前記固定電極部１６、１７と可動電極部１５との間に静電気力を発生させない信号を印加するようになっている。即ち、図６（ａ）に示すように、第３の期間では、可動電極部１５に中間電圧Ｖref （２．５Ｖ）が印加され、固定電極部１６，１７には、夫々電圧がＶｐ（５Ｖ）、Ｖｍ（０Ｖ）の信号が印加される。図６（ｂ）に示すように、第４の期間では、可動電極部１５の電位は変更されず、入力端子２２，２３（第１，第２の出力端子１９，２０）とＣ−Ｖ変換回路２６とが接続される。これにて、可動電極部１５が中間位置に停止しているタイミングで、サンプリングが行われ、Ｃ−Ｖ変換回路２６の２個の出力端子からの出力電圧信号Ｖop´及びＶom´が取込まれる。
【００６８】
この場合も、図６（ａ）に示す第３の状態と、図６（ｂ）に示す第４の状態とで、コンデンサＣ１，Ｃ２及び帰還コンデンサ２９，３０に溜まる電荷量の総和が保存されるので、次のような数式を導き出すことができる。
【００６９】
Ｃ０(Ｖref −Ｖｐ)＝Ｃ０(Ｖref −Ｖin)＋Ｃｆ(Ｖop´−Ｖin)  ‥(７)
Ｃ０(Ｖref −Ｖｍ)＝Ｃ０(Ｖref −Ｖin)＋Ｃｆ(Ｖom´−Ｖin)  ‥(８)
(７)式−(８)式により
Ｖop´−Ｖom´＝−Ｃ０／Ｃｆ（Ｖｐ−Ｖｍ）  ‥(９)
(６)式−(９)式により
(Ｖop−Ｖom)−(Ｖop´−Ｖom´)＝ΔＣ／Ｃｆ(２Ｖself−(Ｖｐ−Ｖｍ)) ‥(10)
この（10)式により、不要な変数を除去して必要な部分のみを抽出することができ、自己診断の精度をより一層高めることができるものである。
【００７０】
＜３＞参考例
次に、図７及び図８を参照して、参考例について説明する。図７は、参考例の半導体加速度センサ装置４１の要部の電気的構成を、概略的に（一部を省略して）示している。この半導体加速度センサ装置４１は、センサエレメント（センサチップ）４２と、信号処理回路４３を備えている。そのうちセンサエレメント４２は、上記第１〜第３の実施例と同様に、可動電極部１５と、一対の固定電極部１６，１７とを備えており、それらからコンデンサＣ１，Ｃ２が形成されるようになっている。
【００７１】
また、センサエレメント４２には、固定電極部１６，１７に夫々接続された第１、第２の入力端子４４，４５と、可動電極部１５に接続された出力端子４６とが設けられている。入力端子４４，４５には、図示しない搬送波出力回路が接続され、電位がＶｐ（例えば５Ｖ）とＶｍ（例えば０Ｖ）との間の振幅を有し、互いに逆位相となるパルス状の搬送波ＦＥ１、ＦＥ２が印加されるようになっている。出力端子４６は、信号処理回路４３の入力端子５１（ＳIN）に接続されている。
【００７２】
前記信号処理回路４３は、演算増幅器４７並びにその反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された帰還コンデンサ４８及びスイッチ４９を備えるシングルエンドタイプのＣ−Ｖ変換回路５０を備えている。前記入力端子５１は、演算増幅器４７の反転入力端子に接続されている。演算増幅器４７の非反転入力端子（ひいては可動電極部１５）には、図示しない制御信号発生回路がスイッチ回路を介して接続され、通常時（加速度検出時）には、前記搬送波の中間電圧Ｖref （（Ｖｐ＋Ｖｍ）／２、例えば２．５Ｖ）の一定（直流）の電圧信号が入力され、自己診断時には、中間電圧Ｖref とは異なる電圧Ｖself（例えば３Ｖ）の電圧信号が入力されるようになっている。
【００７３】
図示しない制御回路は、前記搬送波出力回路、制御信号発生回路、スイッチ回路、スイッチ４９等を制御し、通常時においては加速度の検出を実行させる。この加速度検出時においては、前記各固定電極部１６，１７に搬送波ＦＥ１、ＦＥ２が夫々印加されると共に、可動電極部１７にそれらの中間電圧Ｖref （２．５Ｖ）が印加され、センサチップ１（可動電極部）に作用する加速度をそれら固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間の静電容量の変化として検出する、つまりＣ−Ｖ変換回路５０から検出電圧値として出力するようになっている。
【００７４】
そして、前記制御回路は、自己診断の実行を指示する信号が入力されることに基づき、前記固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に静電気力を発生させて該可動電極部１５を強制的に変位させ、その際の前記Ｃ−Ｖ変換回路５０の出力（Ｖｏ）が可動電極部１５の変位に見合ったものかどうかを判断する自己診断工程を実行する自己診断手段として機能する。またこのとき、前記搬送波出力回路、制御信号発生回路、スイッチ回路などから信号印加手段が構成される。
【００７５】
この自己診断工程では、前記固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に静電気力を発生させる第１の期間Φ１と、容量変化（ΔＣ）を検出するための第２の期間Φ２とを有する自己診断用信号（図８（ａ）参照）を、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に印加するようになっている。そして、前記第２の期間Φ２において、静電気力の印加が停止されて前記可動電極部１７が元の中間位置に戻ったタイミングで、前記Ｃ−Ｖ変換回路５０の出力信号（Ｖｏ）を取込み、コンデンサＣ１，Ｃ２及び帰還コンデンサ４８に溜まる電荷量の総和が、前記第１の期間Φ１と第２の期間Φ２との間で保存されることを利用して、診断を行うようになっている。
【００７６】
即ち、本参考例においては、図８（ａ）に示すように、自己診断工程においては、固定電極部１６に入力される搬送波ＦＥ１は、電圧Ｖｐ（例えば５Ｖ）とＶｍ（例えば０Ｖ）との間で所定のデューティ比（Ｖｐ側が長く、Ｖｍ側が短い）で振幅するパルス状をなし、固定電極部１７に入力される搬送波ＦＥ２は、搬送波ＦＥ１と逆位相となる（位相が１８０°ずれた）パルス状をなしている。そして、入力端子５１（ひいては可動電極部１７）に印加される信号ＳINは、電圧Ｖself(例えば３Ｖ)と、中間電圧Ｖref （例えば２．５Ｖ）との間で、搬送波ＦＥ１、ＦＥ２と同等の周期及びデューティ比で振幅するパルス状をなしている。尚、図８（ｂ）は、従来の自己診断の手法における、信号波形及びサンプリングのタイミングを示している。
【００７７】
これにて、図７（ａ）に示すように、第１の期間Φ１では、可動電極部１５に中間電圧Ｖref （２．５Ｖ）より高い電圧Ｖself（３．０Ｖ）が印加され、固定電極部１６，１７の電位が夫々Ｖｐ（５Ｖ）、Ｖｍ（０Ｖ）であるため、可動電極部１５と固定電極部１６，１７との間で静電気力が作用するようになって、可動電極部１５が中間位置から一方の固定電極部１６に引付けられるように変位する。
【００７８】
このとき、固定電極部１６と可動電極部１５との間に形成されるコンデンサＣ１の静電容量が、Ｃ０から（Ｃ０＋ΔＣ）に変化し、固定電極部１７と可動電極部１５との間に形成されるコンデンサＣ２の静電容量が、Ｃ０から（Ｃ０−ΔＣ）に変化する。また、コンデンサＣ１には、Ｑ１の電荷量が溜められ、コンデンサＣ２には、Ｑ２の電荷量が溜められる。尚、この時点では、帰還コンデンサ４８（静電容量がＣｆ）に夫々溜められる電荷量Ｑ３は、０である。
【００７９】
これに対し、図7（ｂ）に示すように、第２の期間Φ２では、可動電極部１５の電位が、Ｖref （２．５Ｖ）に戻される。これにて、可動電極部１５が中間位置に戻るように変位する。そして第２の期間Φ２が終了するタイミング、つまり、可動電極部１５が中間位置に戻りきったタイミングで、サンプリングが行われ、Ｃ−Ｖ変換回路５０の出力端子からの出力電圧信号Ｖｏが取込まれるのである。尚、このサンプリングは、第１の期間Φ１及び第２の期間Φ２を周期的に繰返して複数回行っても良いし、１周期のみの信号により１回のサンプリングのみを行っても良い。
【００８０】
この第２の期間Φ２では、固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間に夫々形成されるコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が、共にＣ０に戻る。そして、コンデンサＣ１の電荷量がＱ１´に変化し、コンデンサＣ２の電荷量がＱ２´になり、帰還コンデンサ４８に溜められる電荷量が、Ｑ３´となる。
【００８１】
さて、上記第１の期間Φ１と第２の期間Φ２との間で、各コンデンサ要素に溜められる電荷量の総和が保存されることから、以下の式を導くことができる。
Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＝Ｑ１´＋Ｑ２´＋Ｑ３´  ‥‥(11)
(11)式から、
(Ｃ０＋ΔＣ)(Ｖｐ−Ｖself)＋(Ｃ０−ΔＣ)(Ｖｍ−Ｖself)
＝Ｃ０(Ｖｐ−Ｖref )＋Ｃ０(Ｖｍ−Ｖref )＋Ｃｆ(Ｖｏ−Ｖref )‥(12)
Ｖｏ＝ΔＣ／Ｃｆ(Ｖｐ−Ｖｍ)＋Ｖref −２Ｃ０／Ｃｆ(Ｖself−Ｖref )  ‥(13)
Ｃｆ、Ｃ０、Ｖｐ、Ｖｍ、Ｖself、Ｖref は、既知の値であるから、検出されたＶｏの値から、ΔＣを求めることができ、そのΔＣの値が、見合った値となっているかどうかを検証することにより、自己診断を行うことができる。
【００８２】
このような参考例によれば、シングルエンドタイプのＣ−Ｖ変換回路５０を用いるものにあっても、第１の期間Φ１と第２の期間Φ２との間で、各コンデンサ要素に溜まっている電荷量の総和が保存されること（電荷保存則）を利用し、可動電極部１５が元の中間位置に戻りきった状態で、Ｃ−Ｖ変換回路５０の出力信号Ｖｏをサンプリングし、その値が、第１の期間Φ１における固定電極部１６，１７と可動電極部１５との間の静電容量の変化ΔＣに見合ったものかどうかを判断することによって、可動電極部１５が中間位置に戻る前に検出する場合の誤差を低減し、自己診断をより高精度で行うことができる。
【００８３】
尚、上記各実施例では、本発明を半導体加速度センサに適用するようにしたが、例えばヨーレートセンサなど、他の容量式の半導体センサ装置（物理量検出装置）にも適用することができ、更には、二方向以上の検出軸を有する物理量センサに適用することもできる。また、上記した各電圧（Ｖｐ、Ｖself等）や周波数などの具体的数値は、あくまでも一例を示したに過ぎず、実使用に応じて適切な値を設定すれば良い等、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、半導体加速度センサ装置の要部の電気的構成を概略的に示す図
【図２】センサチップの概略的な平面図（ａ）及び縦断正面図（ｂ）
【図３】各スイッチのオン・オフ制御の様子及び各入力、出力端子の信号波形、並びに可動電極部の変位の様子を示すタイミングチャート
【図４】本発明の第２の実施例を示すもので、第１の期間（ａ）及び第２の期間（ｂ）に関して、電気的構成の要部を概略的に示す図
【図５】要部の信号波形を示すタイミングチャート
【図６】本発明の第３の実施例を示すもので、第３の期間（ａ）及び第４の期間（ｂ）に関して、電気的構成の要部を概略的に示す図
【図７】参考例を示すもので、第１の期間（ａ）及び第２の期間（ｂ）に関して、半導体加速度センサ装置の要部の電気的構成を概略的に示す図
【図８】要部の信号波形を示すタイミングチャート
【図９】従来例を示す図１相当図
【図１０】静電気力印加状態（ａ）、第１の検出状態（ｂ）、第２の検出状態（ｃ）の、３つの期間に関して、電気的構成の要部を概略的に示す図
【符号の説明】
【００８５】
図面中、１１，４１は半導体加速度センサ装置（容量式物理量検出装置）、１２、４２はセンサチップ（センサエレメント）、１４は加速度検出部、１５は可動電極部、１６，１７は固定電極部、２５は制御信号発生回路（信号印加手段）、２６はＣ−Ｖ変換回路、２７は制御回路（自己診断手段）、２８は全差動アンプ、３１〜３８はスイッチ（スイッチ手段）、４７は演算増幅器、５０はＣ−Ｖ変換回路を示す。
【図１】
0005045616.tif 000002
【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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