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最新角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体的制作方法

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泰宁新闻网 http://www.tainingxinwen.cn 2020-10-17 22:50 出处:网络
这里介绍的最新角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体的制作方法,下面是小编喜欢的内容:

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本发明涉及一种角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体。



背景技术:

近年来,开发有一种使用例如硅MEMS(Micro Electro Mechanical System:微机电系统)技术来对角速度进行检测的角速度传感器(陀螺传感器)。

在专利文献1中,公开了如下的技术,即,通过电容耦合的方式向检测电路的前级(检测模块部与C/V转换电路之间)输入正交误差消除信号,由此来降低检测模块部的输出信号中所包括的正交信号的技术。

然而,在专利文献1所记载的陀螺传感器中,检测模块部的输出信号为一个,而关于针对具备输出多个检测信号(例如互为反相的两个检测信号)的角速度检测元件的角速度检测装置来降低该多个检测信号中所各自包括的正交信号的方法,在专利文献1中并未予以公开。

专利文献1:美国专利申请公开第2007/0180908号说明书



技术实现要素:

本发明鉴于以上的问题点而被完成,根据本发明的几个方式,能够提供一种使基于从角速度检测元件输出的多个检测信号而生成的输出信号的S/N提高的角速度检测电路以及角速度检测装置。此外,根据本发明的几个方式,能够提供一种使用了该角速度检测装置的电子设备以及移动体。

本发明为了解决前文所述的课题的至少一部分而被完成,其能够作为以下的方式或者应用例而实现。

应用例1

本应用例所涉及的角速度检测电路包括:第一转换部,其将从角速度检测元件的第一检测电极输出的第一检测信号转换为电压;第二转换部,其将从所述角速度检测元件的第二检测电极输出的第二检测信号转换为电压;角速度信号生成部,其具有对基于所述第一转换部的输出信号而产生的信号与基于所述第二转换部的输出信号而产生的信号进行差动放大的差动放大部,并基于所述差动放大部的输出信号而生成角速度信号;修正信号生成部,其根据基于所述角速度检测元件的驱动振动而产生的信号,生成用于使因所述第一检测信号以及所述第二检测信号中所包含的泄漏信号而产生的所述角速度信号的偏移降低的修正信号,所述修正信号被输入至处于从所述第一检测电极起至所述差动放大部的第一信号路径上的电路。

第一转换部例如可以为将电荷转换为电压的Q/V转换器(电荷放大器),也可以为将电流转换为电压的I/V转换器。同样地,第二转换部例如可以为将电荷转换为电压的Q/V转换器(电荷放大器),也可以为将电流转换为电压的I/V转换器。

应用例2

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述修正信号被输入至与所述第一转换部相比靠后级的电路。

应用例3

上述应用例所涉及的角速度检测电路也可以包括加法电路,该加法电路被设置在所述第一信号路径上,并将所述第一转换部的输出信号与所述修正信号相加。

根据这些应用例所涉及的角速度检测电路,通过将修正信号输入到处于从角速度检测元件的第一检测电极起至差动放大部的第一信号路径上的电路(与第一转换部相比靠后级的电路或加法电路),从而能够使因第一检测信号以及第二检测信号中所包含的泄漏信号而产生的角速度信号的偏移降低。因此,根据本应用例所涉及的角速度检测电路,差动放大部的输出信号中所包含的角速度分量(科里奥利信号)与噪声分量之比会增大,其结果为,能够提高基于差动放大部的输出信号而生成的角速度信号的S/N。

应用例4

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述修正信号不被输入至处于从所述第二检测电极起至所述差动放大部的第二信号路径上的电路。

根据本应用例所涉及的角速度检测电路,由于在从第二检测电极至所述差动放大部的第二信号路径中不需要设置要被输入修正信号的电路,因此能够削减电路面积。

应用例5

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述修正信号生成部包括对所述修正信号的振幅进行调节的振幅调节部。

根据本应用例所涉及的角速度检测电路,通过生成由振幅调节部对振幅进行了调节的修正信号而在差动放大部的输出信号中使泄漏信号进一步衰减,因此,其结果为,能够进一步提高角速度信号的S/N。

应用例6

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述修正信号生成部包括同步检波电路,该同步检波电路基于所述差动放大部的输出信号来对所述第一检测信号以及所述第二检测信号中所包含的所述泄漏信号的电平进行检测,所述振幅调节部基于所述同步检波电路所检测到的所述泄漏信号的电平来对所述修正信号的振幅进行调节。

根据本应用例所涉及的角速度检测电路,即使第一检测信号以及第二检测信号中所包含的泄漏信号的振幅发生变化,修正信号的振幅也会随之而被调节,因此即使环境发生变化,也能够将角速度信号的S/N维持为固定。

此外,根据本应用例所涉及的角速度检测电路,由于为通过一个同步检波电路而根据差动放大部的输出信号统一对第一检测信号以及所述第二检测信号中所包含的泄漏信号的电平进行检测,因此与通过两个同步检波电路来分别对第一检测信号中所包含的泄漏信号的电平和第二检测信号中所包含的泄漏信号的电平进行检测的结构相比,能够削减电路面积。

并且,根据本应用例所涉及的角速度检测电路,由于在其制造工序中,不需要检查第一检测信号以及第二检测信号中所包含的泄漏信号的振幅并设定用于对修正信号的振幅进行调节的信息,因此也能够削减制造成本。

应用例7

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述振幅调节部基于存储部中所存储的信息来对所述修正信号的振幅进行调节。

根据本应用例所涉及的角速度检测电路,例如,在其制造工序中,通过检查第一检测信号以及第二检测信号中所包含的泄漏信号的振幅,并将与泄漏信号的振幅相对应的信息存储在存储部中,能够提高角速度信号的S/N。

此外,根据本应用例所涉及的角速度检测电路,当因环境变化从而第一检测信号以及第二检测信号中所包含的泄漏信号的振幅与相位发生变化时,基于角速度检测元件的驱动振动的信号的振幅与相位也同样会发生变化,因此即使不对泄漏信号的电平进行检测,也能够在一定程度上将角速度信号的S/N维持为固定。因此,根据本应用例所涉及的角速度检测电路,不需要用于对第一检测信号以及第二检测信号中所包含的泄漏信号的电平进行检测的电路,因此也能够削减电路面积。

应用例8

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述修正信号生成部包括对所述修正信号的相位进行调节的相位调节部。

例如,所述相位调节部可以基于所述同步检波电路所检测到的所述泄漏信号的电平来对所述修正信号的相位进行调节,也可以基于存储部中所存储的信息来对所述修正信号的相位进行调节。

根据本应用例所涉及的角速度检测电路,通过生成由相位调节部对相位进行了调节的修正信号而在差动放大部的输出信号中使泄漏信号进一步衰减,因此,其结果为,能够进一步提高角速度信号的S/N。

应用例9

在上述应用例所涉及的角速度检测电路中,也可以采用如下方式,即,所述第一转换部以及所述第二转换部的电源电压比所述差动放大部的电源电压高。

根据本应用例所涉及的角速度检测电路,与第一转换部以及第二转换部的电源电压等同于差动放大部的电源电压的情况相比,能够使第一转换部以及第二转换部的增益增大。即,虽然由第一转换部以及第二转换部将科里奥利信号与泄漏信号放大得更大,但由于通过修正信号而使泄漏信号大幅度地衰减,因此能够进一步提高角速度信号的S/N。

应用例10

本应用例所涉及的角速度检测装置具备:上述任意一个角速度检测回路;驱动电路,其对所述角速度检测元件进行驱动;和所述角速度检测元件。

根据本应用例所涉及的角速度检测装置,由于具备上述任意一个角速度检测电路,因此能够提高角速度信号的S/N。

应用例11

本应用例所涉及的电子设备具备上述的角速度检测装置。

应用例12

本应用例所涉及的移动体具备上述的角速度检测装置。

根据这些应用例,由于具备能够提高角速度信号的S/N的角速度检测装置,因此,也可实现例如能够以更高精度来进行基于角速度的变化的处理的电子设备以及移动体。

附图说明

图1为示意地表示角速度检测元件的俯视图。

图2为示意地表示角速度检测元件的剖视图。

图3为用于对角速度检测元件的动作进行说明的图。

图4为用于对角速度检测元件的动作进行说明的图。

图5为用于对角速度检测元件的动作进行说明的图。

图6为用于对角速度检测元件的动作进行说明的图。

图7为表示第一实施方式的角速度检测装置的结构的图。

图8为表示第一实施方式的角速度检测装置的信号波形的一个示例的图。

图9为表示第二实施方式的角速度检测装置的结构的图。

图10为表示第三实施方式的角速度检测装置的结构的图。

图11为表示第四实施方式的角速度检测装置的结构的图。

图12为表示改变例1的角速度检测装置的结构的图。

图13为表示改变例2的角速度检测装置的结构的图。

图14为表示本实施方式的电子设备的功能框图。

图15A为表示作为电子设备的一个示例的智能手机的外观的一个示例的图。

图15B为表示作为电子设备的一个示例的手臂佩戴型的移动设备的外观的一个示例的图。

图16为表示本实施方式的移动体的一个示例的图(俯视图)。

具体实施方式

在以下,使用附图来对本发明所优选的实施方式进行详细说明。另外,以下所说明的实施方式并不会对权利要求书内所记载的本发明的内容进行不当限定。此外,对于以下所说明的结构,并不是全部都是本发明的必须构成要件。

1.角速度检测装置

1-1.第一实施方式

角速度检测元件的结构以及动作

首先,参照附图来对本实施方式所涉及的角速度检测装置1中所包括的角速度检测元件10进行说明。图1为示意地表示角速度检测元件10的俯视图。图2为示意地表示角速度检测元件10的剖视图。另外,在图1中,作为相互正交的三个轴而图示有X轴、Y轴、Z轴。在以下,对角速度检测元件10为对绕Z轴的角速度进行检测的静电电容型MEMS元件的示例进行说明。

如图2所示,角速度检测元件10被设置在基板11上,并被收纳在由基板11与盖体12构成的收纳部中。作为收纳部的内部的空间的空腔13例如以真空而密闭。基板11的材质为例如玻璃、硅。盖体12的材质为例如硅、玻璃。

如图1所示,角速度检测元件10被构成为包括:振动体112、固定驱动电极130以及固定驱动电极132、可动驱动电极116、固定监控电极160以及固定监控电极162、可动监控电极118、固定检测电极140以及固定检测电极142、和可动检测电极126。

如图1所示,角速度检测元件10具有第一结构体106以及第二结构体108。第一结构体106以及第二结构体108沿着X轴而相互连结。第一结构体106位于与第二结构体108相比靠-X方向侧处。结构体106、108例如具有相对于两者的分界线B(沿着Y轴的直线)而对称的形状。另外,虽然未图示,但角速度检测元件10也可以不具有第二结构体108而由第一结构体106构成。

各结构体106、108具有振动体112、第一弹簧部114、可动驱动电极116、位移部122、第二弹簧部124、固定驱动电极130、132、可动振动检测电极118、126、固定振动检测电极140、142、160、162、和固定部150。可动振动检测电极118、126被分为可动监控电极118与可动检测电极126。固定振动检测电极140、142、160、162被分为固定检测电极140、142与固定监控电极160、162。

振动体112、弹簧部114、124、可动驱动电极116、可动监控电极118、位移部122、可动检测电极126、以及固定部150例如通过对被接合在基板11上的硅基板(未图示)进行加工而被一体形成。由此,能够应用用于硅半导体器件的制造的微细加工技术,从而能够实现角速度检测元件10的小型化。角速度检测元件10的材质为,例如通过掺杂磷、硼等杂质而被赋予了导电性的硅。另外,可动驱动电极116、可动监控电极118以及可动检测电极126也可以作为与振动体112分体的部件而被设置在振动体112的表面等上。

振动体112例如具有框状(框架状)的形状。在振动体112的内侧处,设置有位移部122、可动检测电极126、以及固定检测电极140、142。

第一弹簧部114的一端被连接在振动体112上,另一端被连接在固定部150上。固定部150被固定在基板11上。即,在固定部150的下方未设置有凹部14(参照图2)。振动体112经由第一弹簧部114而被固定部150支承。在图示的示例中,第一弹簧部114在第一结构体106以及第二结构体108中分别设置有四个。另外,也可以不设置第一结构体106与第二结构体108的分界线B上的固定部150。

第一弹簧部114被构成为能够使振动体112在X轴方向上进行位移。更加具体而言,第一弹簧部114具有在Y轴方向上(沿Y轴)往复并在X轴方向上(沿X轴)延伸的形状。另外,对于第一弹簧部114,只要能够使振动体112沿着X轴而进行振动,其数目并不会被特别限定。

可动驱动电极116被连接在振动体112上。可动驱动电极116从振动体112起向+Y方向以及-Y方向延伸出。可动驱动电极116被设置有多个,多个可动驱动电极116可以在X轴方向上排列。可动驱动电极116能够随着振动体112的振动而沿着X轴进行振动。

固定驱动电极130、132被固定在基板11上,其被设置在振动体112的+Y方向侧以及振动体112的-Y方向侧。

固定驱动电极130、132以与可动驱动电极116对置并夹着可动驱动电极116的方式而被设置。更加具体而言,在夹着可动驱动电极116的固定驱动电极130、132中,在第一结构体106中,在可动驱动电极116的-X方向侧设置有固定驱动电极130,在可动驱动电极116的+X方向侧设置有固定驱动电极132。在第二结构体108中,在可动驱动电极116的+X方向侧设置有固定驱动电极130,在可动驱动电极116的-X方向侧设置有固定驱动电极132。

在图1所示的示例中,固定驱动电极130、132具有梳齿状的形状,可动驱动电极116具有能够插入到固定驱动电极130、132的梳齿之间的形状。固定驱动电极130、132可以根据可动驱动电极116的数量而被设置有多个,并在X轴方向上排列。固定驱动电极130、132以及可动驱动电极116为用于使振动体112振动的电极。

可动监控电极118被连接在振动体112上。可动监控电极118从振动体112起向+Y方向以及-Y方向延伸出。在图1所示的示例中,可动监控电极118在第一结构体106的振动体112的+Y方向侧以及第二结构体108的振动体112的+Y方向侧被分别设置有一个,在可动监控电极118之间,排列有多个可动驱动电极116。并且,可动监控电极118在第一结构体106的振动体112的-Y方向侧以及第二结构体108的振动体112的-Y方向侧被分别设置有一个,在可动监控电极118之间,排列有多个可动驱动电极116。可动监控电极118的平面形状例如与可动驱动电极116的平面形状相同。可动监控电极118能够随着振动体112的振动而沿着X轴进行振动,即,能够进行往复运动。

固定监控电极160、162被固定在基板11上,并被设置在振动体112的+Y方向侧以及振动体112的-Y方向侧。

固定监控电极160、162以与可动监控电极118对置并夹着可动监控电极118的方式而被设置。更加具体而言,在夹着可动监控电极118的固定监控电极160、162中,在第一结构体106中,在可动监控电极118的-X方向侧设置有固定监控电极160,在可动监控电极118的+X方向侧设置有固定监控电极162。在第二结构体108中,在可动监控电极118的+X方向侧设置有固定监控电极160,在可动监控电极118的-X方向侧设置有固定监控电极162。

固定监控电极160、162具有梳齿状的形状,可动监控电极118具有能够插入到固定监控电极160、162的梳齿之间的形状。

固定监控电极160、162以及可动监控电极118为用于对根据振动体112的振动而变化的信号进行检测的电极,并为用于对振动体112的振动状态进行检测的电极。更加具体而言,通过使可动监控电极118沿着X轴进行位移,从而使可动监控电极118与固定监控电极160之间的静电电容以及可动监控电极118与固定监控电极162之间的静电电容发生变化。由此,固定监控电极160、162的电流会发生变化。通过对该电流的变化进行检测,从而能够对振动体112的振动状态进行检测。

位移部122经由第二弹簧部124而与振动体112连接。在图示的示例中,位移部122的平面形状为具有沿着Y轴的长边的长方形。另外,虽未图示,位移部122也可以被设置在振动体112的外侧。

第二弹簧部124被构成为能够使位移部122在Y轴方向上进行位移。更加具体而言,第二弹簧部124具有在X轴方向上往复并在Y轴方向上延伸的形状。另外,第二弹簧部124只要能够使位移部122沿着Y轴进行位移,其数目并不会被特别限定。

可动检测电极126被连接在位移部122上。可动检测电极126例如被设置有多个。可动检测电极126从位移部122起向+X方向以及-X方向延伸出。

固定检测电极140、142被固定在基板11上。更加具体而言,固定检测电极140、142的一端被固定在基板11上,其另一端作为自由端而向位移部122侧延伸出。

固定检测电极140、142以与可动检测电极126对置并夹着可动检测电极126的方式而被设置。更加具体而言,在夹着可动检测电极126的固定检测电极140、142中,在第一结构体106中,在可动检测电极126的-Y方向侧设置有固定检测电极140,在可动检测电极126的+Y方向侧设置有固定检测电极142。在第二结构体108中,在可动检测电极126的+Y方向侧设置有固定检测电极140,在可动检测电极126的-Y方向侧设置有固定检测电极142。

在图1所示的示例中,固定检测电极140、142被设置有多个,且沿着Y轴交替排列。固定检测电极140、142以及可动检测电极126为用于对根据振动体112的振动而变化的信号(静电电容)进行检测的电极。

接下来,对角速度检测元件10的动作进行说明。图3~图6为用于对角速度检测元件10的动作进行说明的图。另外,在图3~图6中,作为相互正交的三个轴而图示有X轴、Y轴、Z轴。此外,为了便于进行说明,在图3~图6中,省略了可动驱动电极116、可动监控电极118、可动检测电极126、固定驱动电极130、132、固定检测电极140、142、以及固定监控电极160、162的图示,从而将角速度检测元件10简化而进行图示。

当通过未图示的电源而向可动驱动电极116与固定驱动电极130、132之间施加电压时,能够使可动驱动电极116与固定驱动电极130、132之间产生静电力(参照图1)。由此,如图3以及图4所示,能够使第一弹簧部114沿着X轴而伸缩,从而能够使振动体112沿着X轴而进行振动。

更加具体而言,向可动驱动电极116施加固定的偏压电压Vr。并且,经由未图示的驱动配线向固定驱动电极130以预定的电压为基准而施加第一交流电压。此外,经由未图示的驱动配线向固定驱动电极132以预定的电压为基准而施加相位与第一交流电压偏离了180度的第二交流电压。

在此,在夹着可动驱动电极116的固定驱动电极130、132中,在第一结构体106中,在可动驱动电极116的-X方向侧设置有固定驱动电极130,在可动驱动电极116的+X方向侧设置有固定驱动电极132(参照图1)。在第二结构体108中,在可动驱动电极116的+X方向侧设置有固定驱动电极130,在可动驱动电极116的-X方向侧设置有固定驱动电极132(参照图1)。因此,能够通过第一交流电压以及第二交流电压而使第一结构体106的振动体112a、以及第二结构体108的振动体112b以彼此相反的相位且以预定的频率而沿着X轴进行振动。在图3所示的示例中,振动体112a向α1方向进行位移,振动体112b向与α1方向相反的α2方向进行位移。在图4所示的示例中,振动体112a向α2方向进行位移,振动体112b向α1方向进行位移。

另外,位移部122随着振动体112的振动而沿着X轴进行位移。同样地,可动检测电极126(参照图1)随着振动体112的振动而沿着X轴进行位移。

如图5以及图6所示,在振动体112a、112b沿着X轴进行振动的状态下向角速度检测元件10施加绕Z轴的角速度ω时,科里奥利力会发挥作用,从而位移部122会沿着Y轴进行位移。即,与振动体112a连接的位移部122a、以及与振动体112b连接的位移部122b会沿着Y轴而向彼此相反的方向进行位移。在如图5所示的示例中,位移部122a向β1方向进行位移,位移部122b向与β1方向相反的β2方向进行位移。在图6所示的示例中,位移部122a向β2方向进行位移,第二位移部122b向β1方向进行位移。

通过位移部122a、122b沿着Y轴进行位移,从而可动检测电极126与固定检测电极140之间的距离会发生变化(参照图1)。同样地,可动检测电极126与固定检测电极142之间的距离会发生变化(参照图1)。因此,可动检测电极126与固定检测电极140之间的静电电容会发生变化。同样地,可动检测电极126与固定检测电极142之间的静电电容会发生变化。

在角速度检测元件10中,能够通过向可动检测电极126与固定检测电极140之间施加电压来对可动检测电极126与固定检测电极140之间的静电电容的变化量进行检测(参照图1)。并且,能够通过向可动检测电极126与固定检测电极142之间施加电压来对可动检测电极126与固定检测电极142之间的静电电容的变化量进行检测(参照图1)。以此方式,角速度检测元件10能够通过可动检测电极126与固定检测电极140、142之间的静电电容的变化量而求出绕Z轴的角速度ω。

并且,在角速度检测元件10中,通过振动体112a、112b沿着X轴进行振动,从而可动监控电极118与固定监控电极160之间的距离会发生变化(参照图1)。同样地,可动监控电极118与固定监控电极162之间的距离会发生变化(参照图1)。因此,可动监控电极118与固定监控电极160之间的静电电容会发生变化。同样地,可动监控电极118与固定监控电极162之间的静电电容会发生变化。伴随于此,流动于固定监控电极160、162的电流会发生变化。通过该电流的变化,能够对振动体112a、112b的振动状态进行检测(监控)。

在角速度检测元件10中,如图1所示的示例,也可以在可动检测电极126的往复运动端的两侧的区域中设置固定检测电极140、142。

角速度检测装置的结构以及动作

图7为表示第一实施方式的角速度检测装置1的结构的图。如图7所示,第一实施方式的角速度检测装置1被构成为包括:图1所示的角速度检测元件10、驱动电路20、和角速度检测电路30。

驱动电路20根据来自角速度检测元件10的固定监控电极160、162的信号而生成驱动信号,并向固定驱动电极130、132输出驱动信号。驱动电路20输出驱动信号而对角速度检测元件10进行驱动,且从角速度检测元件10接收反馈信号。由此而使角速度检测元件10激振。

角速度检测电路30接收从通过驱动信号而被驱动的角速度检测元件10输出的检测信号,并从检测信号中使基于振动的正交信号(泄漏信号)衰减,并且提取基于科里奥利力的科里奥利信号,从而生成角速度信号SO。

本实施方式中的驱动电路20被构成为包括:两个Q/V转换器(电荷放大器)21A、21B、比较器22、两个移相电路23A、23B、两个频带限制滤波器24A、24B、比较器25以及电平转换电路26。

当角速度检测元件10的振动体112进行振动时,基于电容变化的互为反相的电流作为反馈信号而从固定监控电极160、162被输出。

Q/V转换器21A具有运算放大器210A与电容器211A,其将从角速度检测元件10的固定监控电极160输出并被输入至运算放大器210A的反相输入端子的电流(电荷)蓄积于电容器211A中而转换为电压。同样地,Q/V转换器31B具有运算放大器210B与电容器211B,其将从角速度检测元件10的固定监控电极162输出并被输入至运算放大器210B的反相输入端子的电流(电荷)蓄积于电容器211B中而转换为电压。具体而言,Q/V转换器21A、21B将被输入的电流(电荷)转换为以模拟接地电压AGND为基准的电压,并输出与振动体112的振动频率相同的频率的交流电压信号MNT、MNTB。交流电压信号MNT、MNTB为相对于从固定监控电极160、162输出的交流电流而相位分别超前了90°的信号。

从Q/V转换器21A、21B分别输出的交流电压信号MNT、MNTB被输入至比较器22。比较器22对交流电压信号MNT的电压与交流电压信号MNTB的电压进行比较,并从同相输出端子与反相输出端子输出互为反相的矩形波信号。在图7的示例中,从比较器22的反相输出端子输出的矩形波信号作为后文所述的正交参照信号QDET而被使用。在交流电压信号MNT的电压高于交流电压信号MNTB的电压时,正交参照信号QDET成为高电平。在交流电压信号MNT的电压低于交流电压信号MNTB的电压时,正交参照信号QDET成为低电平。

此外,交流电压信号MNT、MNTB被分别输入至移相电路23A、23B。移相电路23A为用于对驱动信号的相位进行调节的电路,其输出对交流电压信号MNT的相位进行了移动而得到的信号。同样地,移相电路23B为用于对驱动信号的相位进行调节的电路,其输出对交流电压信号MNTB的相位进行了移动而得到的信号。虽然在图7的示例中,移相电路23A、23B为使全频带的信号通过的全通滤波器,但也可以为除此以外的电路。

移相电路23A、23B的输出信号被分别输入至频带限制滤波器24A、24B。频带限制滤波器24A为用于对驱动信号的频带进行限制的电路,其使移相电路23A的输出信号中所包含的与振动频率一致的频率的信号通过,并且使噪声信号衰减。同样地,频带限制滤波器24B为用于对驱动信号的频带进行限制的电路,其使移相电路23B的输出信号中所包含的与振动频率一致的频率的信号通过,并且使噪声信号衰减。特别是,虽然为了使高频带的噪声信号衰减,在图7的示例中,频带限制滤波器24A、24B为低通滤波器,但为了使低频带的噪声信号也衰减,也可以为带通滤波器。

如前文所述那样,交流电压信号MNT为相对于从固定监控电极160所输出的交流电流而相位超前了90°的信号,因此为了满足振荡条件,移相电路23A中的相位滞后与频带限制滤波器24A中的相位滞后之和成为大约90°。同样地,交流电压信号MNTB为相对于从固定监控电极162输出的交流电流而相位超前了90°的信号,因此为了满足振荡条件,移相电路23B中的相位滞后与频带限制滤波器24B中的相位滞后之和成为大约90°。例如,可以使移相电路23A、23B中的相位滞后为75°,频带限制滤波器24A、24B中的相位滞后为15°。

以此方式,移相电路23A与频带限制滤波器24A构成了对驱动信号的相位进行调节且对驱动信号的频带进行限制的相位调节部27A。同样地,移相电路23B与频带限制滤波器24B构成了对驱动信号的相位进行调节且对驱动信号的频带进行限制的相位调节部27B。在图7的示例中,相位调节部27A、27B通过移相电路23A与频带限制滤波器24A、或者移相电路23B与频带限制滤波器24B这样的两个电路而实现,但也可以通过具有针对交流电压信号MNT或者交流电压信号MNTB的相位调节功能与频带限制功能的一个电路(例如使用了有源元件的滤波器或者LC滤波器等)来实现。

频带限制滤波器24A、24B的输出信号被输入至比较器25。比较器25对频带限制滤波器24A的输出电压(相位调节部27A的输出信号的电压)与频带限制滤波器24B的输出电压(相位调节部27B的输出信号的电压)进行比较,并从同相输出端子与反相输出端子输出互为反相的矩形波信号。在图7的示例中,从比较器25的反相输出端子输出的矩形波信号作为后文所述的科里奥利参照信号SDET而被使用。在频带限制滤波器24A的输出电压高于频带限制滤波器24B的输出电压时,科里奥利参照信号SDET成为高电平。此外,在频带限制滤波器24A的输出电压低于频带限制滤波器24B的输出电压时,科里奥利参照信号SDET成为低电平。

从比较器25输出的互为反相的矩形波信号被输入至电平转换电路26。电平转换电路26对比较器25的输出信号的电压电平进行转换。具体而言,电平转换电路26将从比较器25输出的互为反相的矩形波信号转换为高电平为电压VH、低电平为电压VL的互为反相的矩形波信号。从电平转换电路26输出的互为反相的矩形波信号作为驱动信号而被分别输入至角速度检测元件10的固定驱动电极130、132。通过被输入至该固定驱动电极130、132的驱动信号而对角速度检测元件10进行驱动。

由比较器25与电平转换电路26构成的电路作为驱动信号生成部而发挥作用,该驱动信号生成部基于相位调节部27A、27B的输出信号而生成对角速度检测元件10进行驱动的驱动信号。

在此,在本实施方式中,考虑到从作为静电电容型MEMS元件的角速度检测元件10输出的电流非常小,从而不是通过I/V转换器、而是通过Q/V转换器21A、21B来接收该电流。从角速度检测元件10输出的电流(电荷)被蓄积在电容器211A、211B中,并通过运算放大器210A、210B而被充分放大,因此在Q/V转换器21A、21B的输出信号中,能够抑制S/N的下降,而维持较高的S/N。

此外,在本实施方式中,相对于振动体112的振动频率f0,移相电路23A、23B的振幅增益为1,频带限制滤波器24A、24B的振幅增益也大致为1。因此,Q/V转换器21A、21B的输出信号会在其振幅几乎不衰减的情况下从频带限制滤波器24A、24B输出。并且,由于频带限制滤波器24A、24B分别被设置在移相电路23A、23B的后级,因此能够通过频带限制滤波器24A、24B而使在移相电路23A、23B中所产生的高频噪声衰减。因此,频带限制滤波器24A、24B的输出信号也会被维持为与Q/V转换器21A、21B的输出信号同等的较高的S/N。其结果为,驱动信号的抖动被降低,与驱动信号连动的科里奥利参照信号SDET、正交参照信号QDET的抖动也被降低。

本实施方式中的角速度检测电路30被构成为包括:两个Q/V转换器(电荷放大器)31A、31B、差动放大器32、科里奥利同步检波电路33、正交同步检波电路34、振幅调节电路35、加法电路36以及反相放大电路37。

从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号(交流电流)包含:基于作用于角速度检测元件10的科里奥利力而产生的角速度分量、即科里奥利信号;基于角速度检测元件10的激励振动而产生的自身振动分量、即正交信号(泄漏信号)。从固定检测电极140输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)与科里奥利信号(角速度分量)的相位偏离90°。同样地,从固定检测电极142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)与科里奥利信号(角速度分量)的相位偏离90°。此外,从固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的科里奥利信号(角速度分量)互为反相,正交信号(泄漏信号)互为反相。

Q/V转换器31A(第一转换部的一个示例)将从角速度检测元件10的固定检测电极140(第一检测电极的一个示例)输出的电流(第一检测信号的一个示例)转换为电压。同样地,Q/V转换器31B(第二转换部的一个示例)将从角速度检测元件10的固定检测电极142(第二检测电极的一个示例)输出的电流(第二检测信号的一个示例)转换为电压。

具体而言,当角速度检测元件10的振动体112进行振动时,基于电容变化而产生的电流从固定检测电极140、142被输出,并被输入至Q/V转换器31A、31B所分别具有的运算放大器310A、310B的反相输入端子。Q/V转换器31A将从固定检测电极140输出的交流电流转换为以模拟接地电压AGND为基准的电压并将其输出。同样地,Q/V转换器31B将从固定检测电极142输出的电流转换为以模拟接地电压AGND为基准的电压并将其输出。从Q/V转换器31A、31B输出的信号为,相对于从固定检测电极140、142输出的交流电流而相位分别超前了90°的信号。

从Q/V转换器31A输出的交流电压信号被输入至加法电路36。加法电路36被设置在从角速度检测元件10的固定检测电极140起至差动放大器32的第一信号路径上,其对Q/V转换器31A的输出信号与振幅调节电路35的输出信号进行加法运算。加法电路36具有运算放大器360,Q/V转换器31A的输出信号、振幅调节电路35的输出信号以及运算放大器360的输出信号分别经由电阻而被输入至运算放大器360的反相输入端子。此外,对运算放大器360的同相输入端子供给模拟接地电压AGND。

此外,从Q/V转换器31B输出的交流电压信号被输入至反相放大电路37。反相放大电路37将Q/V转换器31B的输出信号以模拟接地电压AGND为基准而进行反相放大。

从加法电路36输出的交流电压信号与从反相放大电路37输出的交流电压信号被输入至差动放大器32。差动放大器32(差动放大部的一个示例)将加法电路36的输出信号(基于第一转换部的输出信号的信号的一个示例)与反相放大电路37的输出信号(基于第二转换部的输出信号的信号的一个示例)差动放大并输出。

从差动放大器32输出的信号被输入至科里奥利同步检波电路33。科里奥利同步检波电路33根据科里奥利参照信号SDET而对从差动放大器32输出的信号进行同步检波。更加详细而言,科里奥利同步检波电路33通过在科里奥利参照信号SDET为高电平时选择从差动放大器32输出的信号、在科里奥利参照信号SDET为低电平时选择将从差动放大器32输出的信号的极性反转而得到的信号来实施全波整流,且对实施全波整流而得到的信号进行低通滤波处理并输出。从科里奥利同步检波电路33输出的信号为,从角速度检测元件10的固定检测电极140、142所输出的检测信号中对科里奥利信号(角速度分量)进行提取而得到的信号,其成为与科里奥利信号(角速度分量)的大小相对应的电压。从该科里奥利同步检波电路33输出的信号作为角速度信号SO而被输出至角速度检测装置1的外部。如前文所述,科里奥利参照信号SDET的抖动被降低,因此由科里奥利同步检波电路33实施的同步检波的精度会提高,其结果为,角速度的检测精度会提高。

由差动放大器32与科里奥利同步检波电路33构成的电路作为角速度信号生成部而发挥作用,该角速度信号生成部通过差动放大器32而对Q/V转换器31A、31B的输出信号进行差动放大,并根据差动放大器32的输出信号而生成角速度信号SO。

从差动放大器32输出的信号也会被输入至正交同步检波电路34。正交同步检波电路34(同期检波电路的一个示例)根据差动放大器32的输出信号(交流电压信号),对从角速度检测元件10的固定检测电极140输出的交流电流以及从固定检测电极142输出的交流电流中所包含的正交信号(泄漏信号)的电平进行检测。

具体而言,正交同步检波电路34根据正交参照信号QDET来对差动放大器32的输出信号(交流电压信号)进行同步检波,而对正交信号(泄漏信号)的电平进行检测。即,正交同步检波电路34通过在正交参照信号QDET为高电平时选择从差动放大器32输出的交流电压信号、在正交参照信号QDET为低电平时选择将从差动放大器32输出的交流电压信号的极性反转而得到的信号来实施全波整流,且对实施全波整流而得到的信号进行积分处理并输出。从正交同步检波电路34输出的信号为从角速度检测元件10的固定检测电极140、142所输出的检测信号中对正交信号(泄漏信号)进行提取而得到的信号,其成为与正交信号(泄漏信号)的大小相对应的电压。

从正交同步检波电路34输出的信号被输入至振幅调节电路35。振幅调节电路35输出如下的信号,即,根据正交同步检波电路34的输出信号而以将向Q/V转换器31A、31B输入的正交信号(泄漏信号)消除的方式对交流电压信号MNT的振幅进行了调节所得到的信号。从振幅调节电路35输出的信号为,具有与振动频率(正交信号(泄漏信号)的频率)相同的频率、且具有由正交信号(泄漏信号)的大小确定的振幅的交流电压信号。而且,从振幅调节电路35输出的交流电压信号被输入至,处于从角速度检测元件10的固定检测电极140起至差动放大器32的第一信号路径上的电路。此外,振幅调节电路35的输出信号未被输入至,处于从角速度检测元件10的固定检测电极142起至差动放大器32的第二信号路径上的电路。特别是在本实施方式中,振幅调节电路35的输出信号被输入至在第一信号路径中与Q/V转换器31A相比靠后级的电路、即加法电路36。更加具体而言,振幅调节电路35的输出信号经由电阻而被输入至加法电路36所具有的运算放大器360的反相输入端子。

由于被输入至该运算放大器360的反相输入端子的交流电压信号会发挥作用而将从角速度检测元件10的固定检测电极140、142分别输入至运算放大器310A、310B的反相输入端子的电流中所包含的正交信号(泄漏信号)抵消掉,因此在差动放大器32的输出信号中,正交信号(泄漏信号)会大幅度衰减。其结果为,能够使由于正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低。并且,如前文所述,在本实施方式中,正交参照信号QDET的抖动会降低,因此由正交同步检波电路34A、34B所实施的同步检波的精度会提高。其结果为,能够提高角速度信号SO的S/N。在以下,将被输入至运算放大器360的反相输入端子的信号称为“正交修正信号”。

以此方式,由正交同步检波电路34与振幅调节电路35构成的电路作为修正信号生成部而发挥作用,所述修正信号生成部根据基于角速度检测元件10的驱动振动的信号、即交流电压信号MNT,而生成用于使由于从角速度检测元件10的固定检测电极140输出的交流电流以及从固定检测电极142输出的交流电流中所包含的正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低的正交修正信号(修正信号的一个示例)。此外,振幅调节电路35作为振幅调节部而发挥作用,该振幅调节部基于正交同步检波电路34所检测到的正交信号(泄漏信号)的电平,对正交修正信号的振幅进行调节。

接下来,使用图8的波形图来对通过图7所示的角速度检测装置1而将正交信号(泄漏信号)除去的原理进行说明。图8为表示图7的A点~M点的信号波形的一个示例的图,横轴表示时间,纵轴表示电压或电流。虽然图8为未对角速度检测元件10施加科里奥利力的情况下的示例,但同样也能够对施加了科里奥利力的情况进行说明。

在角速度检测元件10的振动体112进行振动的状态下,从电平转换电路26输出的驱动信号(A点、A’点的信号)为互为反相的矩形波。此外,被输入至Q/V转换器21A、21B的交流电流(B点、B’点的信号)互为反相,从Q/V转换器21A、21B输出的交流电压信号MNT、MNTB(C点、C’点的信号)也互为反相。该交流电压信号MNT、MNTB(C点、C’点的信号)相对于被输入至Q/V转换器21A、21B的各交流电流(B点、B’点的信号)相位分别超前了90°。

由于对角速度检测元件10未施加有科里奥利力,因此被输入至Q/V转换器31A、31B的检测信号(D点、D’点的信号)不包含科里奥利信号,而仅包含正交信号(泄漏信号)。被输入至该Q/V转换器31A、31B的正交信号(泄漏信号)(D点、D’点的信号)互为反相,并分别与被输入至Q/V转换器21A、21B的各交流电流(B点、B’点的信号)为同相。从Q/V转换器31A、31B输出的交流电压信号(E点、E’点的信号)互为反相,其相对于被输入至Q/V转换器31A、31B的各交流电流(D点、D’点的信号)相位分别超前了90°,并与交流电压信号MNT、MNTB(C点、C’点的信号)为同相。

被输入至加法电路36的正交修正信号(K点的信号)成为,通过振幅调节电路35而根据正交同步检波电路34的输出信号(J点的信号)的波形来对交流电压信号MNT(C点的信号)的振幅进行了调节的波形。

正交修正信号(K点的信号)与从Q/V转换器31A输出的交流电压信号(E点的信号)为同相,并且这些信号在加法电路36中被实施加法运算。加法电路36的输出信号(F点的信号)成为,将正交修正信号(K点的信号)的波形与Q/V转换器31A的输出信号(E点的信号)相加而得到的波形(实线的波形)。

反相放大电路37的输出信号(F’点的信号)成为,Q/V转换器31B的输出信号(E’点的信号)的电压以模拟接地电压AGND为基准反转而得到的波形。该反相放大电路37被设定为增益以及相位滞后与加法电路36相同。

在此,加法电路36的输出信号(F点的信号(实线))相对于反相放大电路37的输出信号(F’点的信号),振幅和相位大致相等。即,振幅调节电路35以模拟接地电压AGND为基准而使交流电压信号MNT(C点的信号)的电压反转,并根据正交同步检波电路34的输出信号(J点的信号),以使加法电路36的输出信号(F点的信号(实线的波形))相对于反相放大电路37的输出信号(F’点的信号)振幅和相位大致相等的方式来调节交流电压信号MNT(C点的信号)的振幅,而生成正交修正信号(K点的信号)。

而且,加法电路36的输出信号(F点的信号)与反相放大电路37的输出信号(F’点的信号)在差动放大器32中被差动放大,差动放大器32的输出信号(G点的信号)成为将正交信号(泄漏信号)的振幅衰减了的波形(实线的波形)。

在正交同步检波电路34中,通过正交参照信号QDET(H点的信号)而对差动放大器32的输出信号(G点的信号(实线的波形))实施了全波整流所得到的信号(I点的信号)将成为振幅较小的正极性的波形。因此,该全波整流信号(I点的信号)的积分信号(J点的信号)成为电平较低并接近DC(Direct Current:直流电流)的正极性的电压波形。然后,通过振幅调节电路35,从而例如对向加法电路36输入的正交修正信号(K点的信号)的振幅进行调节,以使正交同步检波电路34的输出信号(J点的信号)的电平成为最小。由此,以使差动放大器32的输出信号(G点的信号)的振幅衰减的方式而施加反馈。

其结果为,在科里奥利同步检波电路33中,通过科里奥利参照信号SDET(L点的信号)而对差动放大器32的输出信号(G点的信号)进行了全波整流所得到的信号(M点的信号)将成为正极性与负极性反复的振幅较小的波形(实线的波形)。因此,即使全波整流信号(M点的信号)的正极性的波形与负极性的波形的对称性稍微偏离,对全波整流信号(M点的信号)进行低通滤波处理而得到的信号、即角速度信号SO(N点的信号)也会成为与模拟接地电压AGND大致相等的电压(实线的波形)。即,由于正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移非常小。

另外,在假设未经由电阻向运算放大器360的反相输入端子供给正交修正信号(K点的信号)的情况下,F点、G点、M点、N点的各信号会成为图8的虚线那样的波形,角速度信号SO(N点的信号)会对应于全波整流信号(M点的信号)中的正极性的波形与负极性的波形间的对称性的偏离,而成为从模拟接地电压AGND偏离了的电压。即,由于正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移较大。

作用效果

如以上所说明那样,根据第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),通过将利用振幅调节电路35而对振幅进行了调节所得到的正交修正信号输入至处于从角速度检测元件10的固定检测电极140至差动放大器32的第一信号路径上的加法电路36,而能够使因从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低。因此,根据第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),差动放大器32的输出信号中所包含的角速度分量(科里奥利信号)与噪声分量之比会变大,其结果为,能够使基于差动放大器32的输出信号而生成的角速度信号SO的S/N提高。

此外,根据第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),由于在从角速度检测元件10的固定检测电极142起至差动放大器32的第二信号路径中不需要设置要被输入正交修正信号的加法电路,因此能够削减电路面积。

此外,根据第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),由于即使从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅发生变化,正交修正信号的振幅也会随之而被调节,因此即使环境发生变化也能够将角速度信号SO的S/N维持为固定。

此外,根据第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),由于通过一个正交同步检波电路34而根据差动放大器32的输出信号统一对正交信号(泄漏信号)的电平进行检测,因此能够削减电路面积。

并且,根据第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),在其制造工序中,不需要检查从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅并设定用于对正交修正信号的振幅进行调节的信息,因此也能够削减制造成本。

1-2.第二实施方式

图9为表示第二实施方式的角速度检测装置1的结构的图。在图9中,对与图7相同的结构要素标注相同的符号。在以下,对于第二实施方式的角速度检测装置1,省略与第一实施方式重复的说明,而以与第一实施方式不同的内容为中心进行说明。

在第一实施方式中,有时会因振幅调节电路35中的相位滞后,而使从振幅调节电路35输出的信号与从运算放大器310A输出的信号的相位差偏离于0°。因此,如图9所示,在第二实施方式的角速度检测装置1中,相对于第一实施方式(图7)而进一步追加了相位调节电路38。相位调节电路38(相位调节部的一个示例)为对向加法电路36(运算放大器360的反相输入端子)输入的正交修正信号(修正信号的一个示例)的相位进行调节的电路。具体而言,相位调节电路38根据正交同步检波电路34所检测到的泄漏信号的电平,来对经由电阻向运算放大器360的反相输入端子输入的正交修正信号的相位进行调节,以便消除向Q/V转换器31A、31B输入的正交信号(泄漏信号)。例如,可以通过使相位调节电路38所具有的可变电阻的电阻值以及可变电容的电容值的至少一方根据正交同步检波电路34的输出信号的电平而变化,而使相位调节电路3中的相位超前量变化,以消除向Q/V转换器31A、31B输入的正交信号(泄漏信号)。

通过相位调节电路38而例如对向加法电路36输入的正交修正信号的相位进行调节,以使正交同步检波电路34的输出信号的电平成为最小。由此,以使差动放大器32的输出信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅衰减的方式而施加反馈。其结果为,能够使因正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低。

以此方式,由正交同步检波电路34、振幅调节电路35和相位调节电路38构成的电路作为修正信号生成部而发挥作用,所述修正信号生成部根据基于角速度检测元件10的驱动振动的信号、即交流电压信号MNT,而生成用于使因从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的交流电流中所包含的正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低的正交修正信号(修正信号的一个示例)。

第二实施方式的角速度检测装置1中的其他的结构与第一实施方式(图7)相同。

根据以上所说明的第二实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),与第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30)同样,会使因从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低,并且使差动放大器32的输出信号中所包含的角速度分量(科里奥利信号)与噪声分量之比增大。其结果为,能够提高基于差动放大器32的输出信号而生成的角速度信号SO的S/N。此外,与第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30)相同,由于在从角速度检测元件10的固定检测电极142起至差动放大器32的第二信号路径中不需要设置要被输入正交修正信号的加法电路,且通过一个正交同步检波电路34来统一对正交信号(泄漏信号)的电平进行检测,因此能够削减电路面积。

并且,根据第二实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),由于即使从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅与相位发生变化,正交修正信号的振幅与相位也会随之而被自动调节,因此即使环境发生变化,也能够将角速度信号SO的S/N维持为固定。

此外,根据第二实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),在其制造工序中,不需要检查从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅与相位并设定用于调节正交修正信号的振幅与相位的信息,因此也能够削减制造成本。

另外,在图9的示例中,虽然相位调节电路38被设置在振幅调节电路35的输出端子与加法电路36的输入端子之间,但相位调节电路38也可以被设置在Q/V转换器21A的输出端子与振幅调节电路35的输入端子之间。

1-3.第三实施方式

图10为表示第三实施方式的角速度检测装置1的结构的图。在图10中,对与图9相同的结构要素标注相同的符号。在以下,对第三实施方式的角速度检测装置1,省略与第一实施方式或者第二实施方式重复的说明,而以与第一实施方式以及第二实施方式不同的内容为中心进行说明。

如图10所示,在第三实施方式的角速度检测装置1中,相对于第二实施方式,替代正交同步检波电路34而设置了存储部39。而且,振幅调节电路35根据存储在存储部39中的信息(振幅调节信息)来对向加法电路36输入的正交修正信号的振幅进行调节。此外,相位调节电路38根据存储在存储部39中的信息(相位调节信息)来对向加法电路36输入的正交修正信号的相位进行调节。

例如,可以设为,存储在存储部39中的振幅调节信息为常数值,振幅调节电路35输出交流电压信号MNT的振幅的该常数倍的信号。此外,也可以设为,存储在存储部39中的相位调节信息为常数值,相位调节电路38通过根据该常数值而使可变电阻的电阻值以及可变电容的电容值的至少一方变化,而输出相位相对于振幅调节电路35的输出信号超前了的正交修正信号。

例如,在角速度检测装置1的检查工序中,可以对从Q/V转换器31A、31B分别输出的正交信号(泄漏信号)的电平进行测定,并将与测定值相对应的振幅调节信息存储在非易失性的存储部39中。此外,在角速度检测装置1的检查工序中,也可以对从Q/V转换器31A、31B分别输出的正交信号(泄漏信号)与交流电压信号MNT的相位差进行测定,并将与测定值相对应的相位调节信息存储在非易失性的存储部39中。

第三实施方式的角速度检测装置1中的其他的结构与第二实施方式(图9)相同。

根据以上所说明的第三实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),与第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30)同样,会使因从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低,并且使差动放大器32的输出信号中所包含的角速度分量(科里奥利信号)与噪声分量之比增大。其结果为,能够使基于差动放大器32的输出信号而生成的角速度信号SO的S/N提高。此外,与第一实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30)同样,由于在从角速度检测元件10的固定检测电极142起至差动放大器32的第二信号路径中不需要设置要被输入正交修正信号的加法电路,并且通过一个正交同步检波电路34而对正交信号(泄漏信号)的电平统一进行检测,因此能够削减电路面积。

并且,根据第三实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),例如在其制造工序中,通过对从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅以及相位进行检查,并将与正交信号(泄漏信号)的振幅以及相位相对应的信息存储在存储部39中,能够提高角速度信号SO的S/N。

此外,根据第三实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),当因环境变化而使从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的振幅与相位发生变化时,交流电压信号MNT的振幅与相位也同样会发生变化,因此即使不对正交信号(泄漏信号)的电平进行检测,也能够在一定程度上将角速度信号SO的S/N维持为固定。因此,根据第三实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),由于不需要用于对从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)的电平进行检测的正交同步检波电路34,因此能够削减电路面积。

另外,在图10的示例中,虽然相位调节电路38被设置在振幅调节电路35的输出端子与加法电路36的输入端子之间,但相位调节电路38也可以被设置在Q/V转换器21A的输出端子与振幅调节电路35的输入端子之间。此外,也可以针对第一实施方式的角速度检测装置1(图7),同样替代正交同步检波电路34而设置存储部39。

1-4.第四实施方式

图11为表示第四实施方式的角速度检测装置1的结构的图。在图11中,对与图9相同的结构要素标注了相同的符号。在以下,对于第四实施方式的角速度检测装置1,省略与第一实施方式或者第二实施方式重复的说明,而以与第一实施方式以及第二实施方式不同的内容为中心来进行说明。

在第二实施方式中,由于在Q/V转换器31A、31B的输出信号中包含科里奥利信号与正交信号(泄漏信号),因此当使Q/V转换器31A、31B的增益增大时,Q/V转换器31A、31B的输出信号可能会饱和。因此,如图11所示,在第四实施方式的角速度检测装置1中构成为,相对于第二实施方式(图9),对Q/V转换器31A、31B还供给有比差动放大器32的电源电压VDD1高的电源电压VDD2。由此,Q/V转换器31A、31B的输出信号的电压范围成为0V~VDD2,因此对其后级的加法电路36与反相放大电路37也供给电源电压VDD2。在稳定状态下,在差动放大器32的输出信号中,正交信号(泄漏信号)基本被消除,因此对差动放大器32以及处于其后级的科里奥利同步检波电路33、正交同步检波电路34、振幅调节电路35、相位调节电路38供给与第二实施方式相同的电源电压VDD1。并且,对驱动电路20,也可以供给与第二实施方式相同的电源电压VDD1。

如图11所示,第四实施方式的角速度检测装置1相对于第二实施方式(图9)进一步追加了电源电压生成部40。在图11中,虽然电源电压生成部40被设置在角速度检测电路30中,但其也可以被设置在驱动电路20中,还可以被设置在驱动电路20或角速度检测电路30的外部。电源电压生成部40基于从角速度检测装置1的外部供给的电源电压而生成电源电压VDD1、VDD2。例如,电源电压生成部40可以将从角速度检测装置1的外部供给的电源电压作为电源电压VDD1而输出,并且将电源电压VDD1升压从而生成电源电压VDD2。此外,例如,电源电压生成部40也可以将从角速度检测装置1的外部供给的电源电压作为电源电压VDD2而输出,并且对电源电压VDD2进行分压从而生成电源电压VDD1。另外,也可以是电源电压VDD1、VDD2均从角速度检测装置1的外部被供给,在该情况下,也可以不设置电源电压生成部40。

另外,在图11中,将被供给VDD2的运算放大器以粗线来标记出。第四实施方式的角速度检测装置1中的其他的结构与第二实施方式(图9)相同。

根据以上所说明的第四实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),与第二实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30)相同,会使因从角速度检测元件10的固定检测电极140、142输出的检测信号中所包含的正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低,并且使差动放大器32的输出信号中所包含的角速度分量(科里奥利信号)与噪声分量之比增大。其结果为,能够使基于差动放大器32的输出信号而生成的角速度信号SO的S/N提高。此外,与第二实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30)同样,不需要在从角速度检测元件10的固定检测电极142起至差动放大器32的第二信号路径中设置要被输入正交修正信号的加法电路,并且通过一个正交同步检波电路34来对正交信号(泄漏信号)的电平统一进行检测,因此能够削减电路面积。

并且,根据第四实施方式的角速度检测装置1(角速度检测电路30),由于Q/V转换器31A、31B的电源电压VDD2比差动放大器32的电源电压VDD1高,因此能够使Q/V转换器31A、31B的增益增大。即,通过Q/V转换器31A、31B会将科里奥利信号与正交信号(泄漏信号)放大得更大,但由于通过正交修正信号而使正交信号(泄漏信号)大幅度地衰减,因此能够进一步提高角速度信号SO的S/N。

另外,在图11的示例中,相位调节电路38被设置在振幅调节电路35的输出端子与加法电路36的输入端子之间,但相位调节电路38也可以被设置在Q/V转换器21A的输出端子与振幅调节电路35的输入端子之间。此外,也可以构成为,针对第一实施方式或者第三实施方式的角速度检测装置1(图7或者图10),同样地向Q/V转换器31A、31B、加法电路36以及反相放大电路37供给比差动放大器32的电源电压VDD1高的电源电压VDD2。

2.改变例

2-1.改变例1

在上述的各实施方式中,正交修正信号被输入至运算放大器360的反相输入端子,但也可以改变为使正交修正信号经由电阻而输入至运算放大器310A、310B的反相输入端子。

作为一个示例,将针对第二实施方式的角速度检测装置1(图9)的改变例1的角速度检测装置1的结构在图12中示出。在图12所示的改变例1的角速度检测装置1中,向运算放大器310A的反相输入端子,输入从角速度检测元件10的固定检测电极140输出的检测信号,并且经由电阻41输入从相位调节电路38输出的正交修正信号。

另外,由于Q/V转换器31A的输出信号(运算放大器310A的输出信号)相对于输入信号其相位超前90°,因此需要相对于上述各实施方式而使正交修正信号的相位滞后90°。因此,在振幅调节电路35中,替代交流电压信号MNT而输入有使交流电压信号MNT的相位滞后90°而得到的相位调节部27A的输出信号(基于驱动振动的信号的一个示例)。

根据这种改变例1的角速度检测装置1,能够取得与上述各实施方式相同的效果。

2-2.改变例2

在上述的各实施方式中,虽然在Q/V转换器31A的后级设置了加法电路36,但也可以在Q/V转换器31B的后级设置加法电路36。例如,也可以在Q/V转换器31B的后级设置加法电路36,且在Q/V转换器31A的后级设置反相放大电路37,还可以在Q/V转换器31A的后级与Q/V转换器31B的后级双方设置加法电路36。

作为一个示例,将针对第二实施方式的角速度检测装置1(图9)的改变例2的角速度检测装置1的结构在图13中示出。在图13所示的改变例2的角速度检测装置1中,在Q/V转换器31A的后级设置加法电路36A,并且在Q/V转换器31B的后级设置加法电路36B。此外,角速度检测电路30具有两个振幅调节电路35A、35B和两个相位调节电路38A、38B。

从正交同步检波电路34输出的信号分别被输入至振幅调节电路35A、35B。振幅调节电路35A输出如下的信号,即,根据正交同步检波电路34的输出信号而以将向Q/V转换器31A、31B输入的正交信号(泄漏信号)的一部分消除的方式对交流电压信号MNT的振幅进行了调节所得到的信号。同样地,振幅调节电路35B输出如下的信号,即,根据正交同步检波电路34的输出信号而以将向Q/V转换器31A、31B输入的正交信号(泄漏信号)的一部分消除的方式对交流电压信号MNTB的振幅进行了调节所得到的信号。从振幅调节电路35A、35B分别输出的信号为,具有与振动频率(正交信号(泄漏信号)的频率)相同的频率且具有由正交信号(泄漏信号)的大小确定的振幅的交流电压信号。而且,从振幅调节电路35A、35B分别输出的交流电压信号作为正交修正信号,分别经由相位调节电路38A、38B且经电阻而被输入至加法电路36A、36B所分别具有的运算放大器360A、360B的反相输入端子。

通过振幅调节电路35A、35B以及相位调节电路38A、38B而例如对向加法电路36A、36B输入的正交修正信号的振幅以及相位进行调节,以使正交同步检波电路34的输出信号的电平成为最小。由此,以使差动放大器32的输出信号中所包含的正交信号(泄漏信号)衰减的方式而施加反馈。

即,被输入至运算放大器360A、360B的反相输入端子的正交修正信号会发挥作用以使从角速度检测元件10的固定检测电极140、142分别输入至运算放大器310A、310B的反相输入端子的电流中所包含的正交信号(泄漏信号)抵消,因此在差动放大器32的输出信号中,正交信号(泄漏信号)会大幅度衰减。其结果为,能够使因正交信号(泄漏信号)而产生的角速度信号SO的偏移降低。

根据这种改变例2的角速度检测装置1,能够取得与上述各实施方式相同的效果。

2-3.其他的改变例

在上述的各实施方式中,也可以使正交修正信号的相位滞后90°且将Q/V转换器31A、31B置换为I/V转换器。此外,在上述的各实施方式中,也可以不采用振幅调节电路35。此外,在上述各实施方式中,也可以不采用反相放大电路37。此外,在上述各实施方式中,也可以使正交修正信号的一部分经由电容而输入至运算放大器310A的反相输入端子以及运算放大器310B的反相输入端子的至少一方。

3.电子设备

图14为本实施方式所涉及的电子设备500的功能框图。另外,对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的符号,并省略详细的说明。

本实施方式所涉及的电子设备500为包括角速度检测装置1在内的电子设备500。在图14所示的示例中,电子设备500被构成为包括:角速度检测装置1、运算处理装置510、操作部530、ROM(Read Only Memory:只读存储器)540、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)550、通信部560、显示部570、声音输出部580。另外,在本实施方式所涉及的电子设备500中,也可以将图14所示的结构要素(各部)的一部分省略或者使之变更,还可以采用附加了其他的结构要素的结构。

运算处理装置510按照存储在ROM540等中的程序来进行各种计算处理、控制处理。具体而言,运算处理装置510进行如下的处理:与角速度检测装置1的输出信号、和来自操作部530的操作信号相对应的各种处理;为了与外部进行数据通信而对通信部560进行控制的处理;发送用于使各种信息显示在显示部570上的显示信号的处理;向声音输出部580输出各种声音的处理等。

操作部530为由操作键、按钮开关等构成的输入装置,其将与用户所实施的操作相对应的操作信号向运算处理装置510输出。

ROM540对运算处理装置510用于进行各种计算处理、控制处理的程序与数据等进行存储。

RAM550作为运算处理装置510的工作区域而使用,其对从ROM540读取的程序与数据、从操作部530输入的数据、运算处理装置510按照各种程序而执行的运算结果等进行临时存储。

通信部560进行用于使运算处理装置510与外部装置之间的数据通信成立的各种控制。

显示部570为由LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示器)或电泳显示器等构成的显示装置,其根据从运算处理装置510输入的显示信号来显示各种信息。

而且,声音输出部580为扬声器等输出声音的装置。

根据本实施方式所涉及的电子设备500,由于其被构成为包括能够使角速度信号的S/N提高的角速度检测装置1,因此可实现能够以更高的精度来进行基于角速度的变化的处理(例如与姿态相对应的控制等)的电子设备500。

作为电子设备500而考虑有各种电子设备。例如,列举有个人计算机(例如移动型个人计算机、便携型个人计算机、平板型个人计算机)、移动电话机等移动体终端、数码相机、喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、路由器或交换机等存储区域网络设备、局域网设备、移动体终端基站用设备、电视机、摄像机、录像机、车辆导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带有通信功能的设备)、电子辞典、计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、可视电话、安防用电视监控器、电子双筒望远镜、POS(point of sale:销售点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、头戴式显示器、运动记录器、运动追踪器、运动控制器、PDR(步行者位置方位计测)等。

图15A为表示作为电子设备500的一个示例的智能手机的外观的一个示例的图,图15B为表示作为电子设备500的一个示例的手臂佩戴型的移动设备的外观的一个示例的图。在图15A所示的作为电子设备500的智能手机中,作为操作部530而具备按钮、作为显示部570而具备LCD。在图15B所示的作为电子设备500的手臂佩戴型的移动设备中,作为操作部530而具备按钮以及转柄、作为显示部570而具备LCD。由于这些电子设备500被构成为包括能够提高角速度信号的S/N的角速度检测装置1,因此可实现能够以更高精度来进行基于角速度的变化的处理(例如与姿态相对应的显示控制等)的电子设备500。

4.移动体

图16为表示本实施方式所涉及的移动体400的一个示例的图(俯视图)。另外,对与上文所述的各实施方式相同的结构标注相同的符号,并省略详细的说明。

本实施方式所涉及的移动体400为包括角速度检测装置1的移动体400。在图16所示的示例中,移动体400被构成为包括进行发动机系统、制动器系统、无钥匙进入系统等的各种控制的控制器420、控制器430、控制器440、蓄电池450以及备用蓄电池460。另外,本实施方式所涉及的移动体400也可以将图16所示的结构要素(各部)的一部分省略或变更,还可以采用附加了其他的结构要素的结构。

根据本实施方式所涉及的移动体400,其包括能够提高角速度信号的S/N的角速度检测装置1,因此可实现能够以更高精度实施基于角速度的变化的处理(例如侧滑或侧翻的抑制控制等)的移动体400。

作为这种移动体400而考虑有各种移动体,例如列举有汽车(也包括电动汽车)、喷气式飞机或直升飞机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。

本发明并不限定于本实施方式,其能够在本发明的主旨的范围内实施各种改变。

上述的实施方式以及改变例为一个示例,本发明并不会限定于此。例如,也能够将各实施方式以及各改变例适当地组合。

本发明包括实质上与实施方式中所说明的结构相同的结构(例如,功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构)。此外,本发明包括对实施方式中所说明的结构的非本质的部分进行了置换的结构。此外,本发明包括能够取得与实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构、或者能够达到相同的目的的结构。此外,本发明包括对实施方式中所说明的结构附加了公知技术而得到的结构。

符号说明

1…角速度检测装置;10…角速度检测元件;11…基板;13…空腔;14…凹部;20…驱动电路;21A、21B…Q/V转换器(电荷放大器);22…比较器;23A、23B…移相电路;24A、24B…频带限制滤波器;25…比较器;26…电平转换电路;27A、27B…相位调节部;30…角速度检测电路;31A、31B…Q/V转换器(电荷放大器);32…差动放大器;33…科里奥利同步检波电路;34、34A、34B…正交同步检波电路;35、35A、35B…振幅调节电路;36、36A、36B…加法电路;37…反相放大电路;38、38A、38B…相位调节电路;39…存储部;40…电源电压生成部;41…电阻;106…第一结构体;108…第二结构体;112…振动体;112a…振动体;112b…振动体;114…第一弹簧部;116…可动驱动电极;118…可动监控电极;122…位移部;122a…位移部;122b…位移部;124…第二弹簧部;126…可动检测电极;130、132…固定驱动电极;140、142…固定检测电极;150…固定部;160、162…固定监控电极;210A、210B…运算放大器;211A、211B…电容器;310A、310B…运算放大器;360、360A、360B…运算放大器、400…移动体、420…控制器;430…控制器;440…控制器;450…蓄电池;460…备用蓄电池;500…电子设备;510…运算处理装置;530…操作部;540…ROM;550…RAM;560…通信部;570…显示部;580…声音输出部。


技术特征:

1.一种角速度检测电路,包括:

第一转换部,其将从角速度检测元件的第一检测电极输出的第一检测信号转换为电压;

第二转换部,其将从所述角速度检测元件的第二检测电极输出的第二检测信号转换为电压;

角速度信号生成部,其具有对基于所述第一转换部的输出信号而产生的信号与基于所述第二转换部的输出信号而产生的信号进行差动放大的差动放大部,并基于所述差动放大部的输出信号而生成角速度信号;

修正信号生成部,其根据基于所述角速度检测元件的驱动振动而产生的信号,而生成用于使因所述第一检测信号以及所述第二检测信号中所包含的泄漏信号而产生的所述角速度信号的偏移降低的修正信号,

所述修正信号被输入至处于从所述第一检测电极起至所述差动放大部的第一信号路径上的电路。

2.如权利要求1所述的角速度检测电路,其中,

所述修正信号被输入至与所述第一转换部相比靠后级的电路。

3.如权利要求1所述的角速度检测电路,其中,

包括加法电路,该加法电路被设置在所述第一信号路径上,并将所述第一转换部的输出信号与所述修正信号相加。

4.如权利要求1所述的角速度检测电路,其中,

所述修正信号不被输入至处于从所述第二检测电极起至所述差动放大部的第二信号路径上的电路。

5.如权利要求1所述的角速度检测电路,其中,

所述修正信号生成部包括对所述修正信号的振幅进行调节的振幅调节部。

6.如权利要求5所述的角速度检测电路,其中,

所述修正信号生成部包括同步检波电路,该同步检波电路基于所述差动放大部的输出信号来对所述第一检测信号以及所述第二检测信号中所包含的所述泄漏信号的电平进行检测,

所述振幅调节部基于所述同步检波电路所检测到的所述泄漏信号的电平来对所述修正信号的振幅进行调节。

7.如权利要求5所述的角速度检测电路,其中,

所述振幅调节部基于存储部中所存储的信息来对所述修正信号的振幅进行调节。

8.如权利要求1所述的角速度检测电路,其中,

所述修正信号生成部包括对所述修正信号的相位进行调节的相位调节部。

9.如权利要求1所述的角速度检测电路,其中,

所述第一转换部以及所述第二转换部的电源电压比所述差动放大部的电源电压高。

10.一种角速度检测装置,具备:

权利要求1所述的角速度检测电路;

驱动电路,其对所述角速度检测元件进行驱动;

所述角速度检测元件。

11.一种电子设备,具备:

权利要求10所述的角速度检测装置。

12.一种移动体,具备:

权利要求10所述的角速度检测装置。

技术总结
本发明提供一种角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体。角速度检测电路包括:角速度信号生成部,其基于差动放大部的输出信号而生成角速度信号,所述差动放大部对基于所述第一转换部的输出信号而产生的信号和基于所述第二转换部的输出信号而产生的信号进行差动放大;修正信号生成部,其根据基于所述角速度检测元件的驱动振动而产生的信号,生成用于使因所述第一检测信号及所述第二检测信号中包含的泄漏信号而产生的角速度信号的偏移降低的修正信号,所述修正信号被输入至处于从角速度检测元件的第一检测电极至差动放大部的第一信号路径上的电路。

技术研发人员:金本啓
受保护的技术使用者:精工爱普生株式会社
文档号码:201710117872
技术研发日:2017.03.01
技术公布日:2017.09.12

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本文标题:最新角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体的制作方法
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