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JP2000221054A - Capacitive physical quantity detector - Google Patents

Capacitive physical quantity detector

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Publication number
JP2000221054A
JP2000221054A JP11022572A JP2257299A JP2000221054A JP 2000221054 A JP2000221054 A JP 2000221054A JP 11022572 A JP11022572 A JP 11022572A JP 2257299 A JP2257299 A JP 2257299A JP 2000221054 A JP2000221054 A JP 2000221054A
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JP
Japan
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capacitor
operational amplifier
physical quantity
switch means
capacitors
Prior art date
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Application number
JP11022572A
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Japanese (ja)
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Inventor
Hayashi Nonoyama
林 野々山
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a cycle for sample holding, to enhance precision for capacity detection, and to highly precisely detect a physical quantity. SOLUTION: In this detector, a charge in response to a physical quantity is output from a sensor element part 1 by impressing rectangular waves P1, P2 reversed each other in phases to fixed electrodes 11, 13, the charges are held in a capacitor 22, a voltage corresponding to the charge is output from an operation amplifier 21, and the output voltage is sample-held in a signal processing part 2 to be signal-processed. A reset means comprising switches 23, 24 and a capacitor 25 is provided between an inverting input terminal and an output terminal of the amplifier 21, the switches 23, 24 are opened and closed respectively in respective inversions of the rectangular waves P1, P2 to give the charges accumulated in the capacitor 25 into a capacitor 22, and a charge in response to the output of the amplifier 21 is held in the capacitor 25 for the next charging.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物理量に応じて変
化する可変容量を用いた容量式物理量検出装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type physical quantity detection device using a variable capacitance which changes according to a physical quantity.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平8−145717号公報には、加
速度、圧力等の力学的なエネルギーによって容量が変化
するセンサエレメント部と、このセンサエレメント部の
容量変化を電圧に変換するC−V変換回路と、C−V変
換回路の出力電圧をサンプルホールドするサンプルホー
ルド回路と、を備えた容量型センサの容量変化検出回路
が記載されており、このものにおけるC−V変換回路
は、センサエレメント部の出力端子が反転入力端子に接
続された演算増幅器と、この演算増幅器の反転入力端子
と出力端子の間に接続されたスイッチと、このスイッチ
と並列に接続されたコンデンサとからなるスイッチトキ
ャパシタで構成されている。なお、上記したスイッチ
は、サンプルホールド後に閉じるようになっており、こ
のスイッチの閉成によりコンデンサの両端が短絡して、
コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるようになって
いる。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-145717 discloses a sensor element part whose capacity changes due to mechanical energy such as acceleration and pressure, and a CV converter for converting a change in capacity of this sensor element part into a voltage. A capacitance change detection circuit of a capacitive sensor including a circuit and a sample and hold circuit that samples and holds an output voltage of the CV conversion circuit is described. The CV conversion circuit in this circuit includes a sensor element unit. An operational amplifier having an output terminal connected to the inverting input terminal, a switch connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier, and a switched capacitor including a capacitor connected in parallel with the switch. Have been. In addition, the above-mentioned switch is configured to be closed after the sample hold, and when the switch is closed, both ends of the capacitor are short-circuited.
The electric charge stored in the capacitor is discharged.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記した構成では、ス
イッチのリーク電流によりサンプルホールド回路にて保
持した電荷量が変化してしまうため、電荷をホールドす
る時間を出来るだけ短くする必要がある。しかしなが
ら、上記した従来のものでは、演算増幅器の出力をサン
プルホールドした後に、コンデンサの電荷を放電するた
めの時間を設けているため、サンプルホールドの周期を
短くすることが出来ず、ホールド期間中の電荷抜けによ
る誤差が大きくなるという問題がある。
In the above configuration, the amount of charge held in the sample-and-hold circuit changes due to the leak current of the switch. Therefore, it is necessary to shorten the time for holding the charge as much as possible. However, in the above-described conventional device, the time for discharging the capacitor is sampled and held after the output of the operational amplifier is sampled and held, so that the period of the sample and hold cannot be shortened. There is a problem that an error due to charge loss increases.

【0004】本発明は、上記問題に鑑みたもので、サン
プルホールドの周期を短くし、容量検出の精度を上げ
て、高精度の物理量検出が可能な容量式物理量検出装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a capacitance type physical quantity detection device capable of shortening a sample-and-hold cycle, increasing the accuracy of capacitance detection, and detecting a physical quantity with high accuracy. And

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1乃至12に記載の発明においては、少なく
とも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列
に接続された第1、第2のコンデンサを有し、前記第
1、第2のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第
1、第2の矩形波が印加されるように構成されたセンサ
エレメント部(1)と、前記第1、第2のコンデンサの
接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第
1の基準電圧源が接続された演算増幅器(21)と、前
記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続さ
れ、前記第1、第2の矩形波の反転によって生じる前記
第1、第2のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保
持する第3のコンデンサ(22)と、前記演算増幅器の
出力電圧に応じた電荷を保持し、この後前記第1、第2
の矩形波が反転したタイミングで前記保持した電荷を前
記第3のコンデンサに充電するリセット手段(23、2
3’、23’’、23a、24、24’、24’’、2
4a、25、25a)と、前記演算増幅器の出力電圧を
サンプルホールドして信号処理を行う信号処理部(3)
とを備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first to twelfth aspects of the present invention, at least one of the first and second capacitors varies in accordance with a physical quantity and is electrically connected in series. And a second capacitor, and configured to apply first and second rectangular waves having opposite phases to nodes at both ends of the first and second capacitors, respectively. An operational amplifier (21) having an inverting input terminal connected to a connection point of the first and second capacitors, and a first reference voltage source connected to a non-inverting input terminal; and an inverting input terminal of the operational amplifier. A third capacitor (22) connected between output terminals and holding a charge corresponding to a difference in capacitance between the first and second capacitors caused by inversion of the first and second rectangular waves; Charge corresponding to the output voltage of the operational amplifier Lifting and, wherein after the first, second
Reset means (23, 2) for charging the held capacitor to the third capacitor at the timing when the rectangular wave of
3 ′, 23 ″, 23a, 24, 24 ′, 24 ″, 2
4a, 25, 25a), and a signal processing unit (3) that samples and holds the output voltage of the operational amplifier and performs signal processing.
It is characterized by having.

【0006】この発明によれば、演算増幅器(21)の
出力電圧に応じた電荷を保持し、この後第1、第2の矩
形波が反転したタイミングで保持した電荷を第3のコン
デンサに充電するリセット手段(23、24、25な
ど)を設けているから、従来のもののように、サンプル
ホールド後にコンデンサの両端をスイッチ手段で短絡し
てコンデンサの電荷を放電するのと同等の効果を得るこ
とができ、従来のもののようなリセット期間を設ける必
要がなくなる。このため、サンプルホールドの周期を短
くし、容量検出の精度を上げて、高精度の物理量検出が
可能になる。
According to the present invention, the electric charge corresponding to the output voltage of the operational amplifier (21) is held, and thereafter, the electric charge held at the timing when the first and second rectangular waves are inverted is charged to the third capacitor. Since the reset means (23, 24, 25, etc.) is provided, an effect equivalent to discharging the charge of the capacitor by short-circuiting both ends of the capacitor by the switch means after the sample hold as in the conventional one is obtained. Therefore, there is no need to provide a reset period unlike the conventional one. For this reason, the sample-and-hold cycle is shortened, the accuracy of capacitance detection is increased, and highly accurate physical quantity detection becomes possible.

【0007】また、請求項13に記載の発明において
は、少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電
気的に直列に接続された第1、第2のコンデンサを有
し、前記第1、第2のコンデンサの両端のノードに互い
に逆相の第1、第2の矩形波が印加されるように構成さ
れたセンサエレメント部(1)と、前記第1、第2のコ
ンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入
力端子に第1の基準電圧源が接続された演算増幅器(2
1)と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間
に互いに並列に設けられた第3、第4のコンデンサ(2
05,215)と、前記第3、第4のコンデンサのうち
一方のコンデンサを前記演算増幅器の反転入力端子と出
力端子の間に接続して前記第1、第2の矩形波の反転に
よって生じる前記第1、第2のコンデンサの容量の差分
に応じた電荷を前記一方のコンデンサに保持させ、また
他方のコンデンサに放電経路を形成して前記他方のコン
デンサに蓄積した電荷を放電させ、前記一方のコンデン
サと前記他方のコンデンサを前記第1、第2の矩形波の
反転毎に交互に切り替える手段(201〜204、21
1〜214)と、前記演算増幅器の出力電圧をサンプル
ホールドして信号処理を行う信号処理部(3)とを備え
たことを特徴としている。
Further, in the invention according to claim 13, at least one of the capacitances changes according to a physical quantity, and has first and second capacitors electrically connected in series. A sensor element (1) configured to apply first and second rectangular waves having opposite phases to nodes at both ends of the second capacitor, and a connection point between the first and second capacitors. An operational amplifier (2) having an inverting input terminal connected thereto and a first reference voltage source connected to a non-inverting input terminal.
1) and third and fourth capacitors (2) provided in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier.
05, 215), and connecting one of the third and fourth capacitors between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier to generate the first and second rectangular waves. One of the capacitors holds a charge corresponding to a difference between the capacitances of the first and second capacitors, and a discharge path is formed in the other capacitor to discharge the charge accumulated in the other capacitor. Means (201-204, 21) for alternately switching the capacitor and the other capacitor each time the first and second rectangular waves are inverted.
1-214), and a signal processing section (3) for performing signal processing by sampling and holding the output voltage of the operational amplifier.

【0008】この発明によれば、2つのコンデンサ(2
05、206)のうち一方を演算増幅器(21)の反転
入力端子と出力端子の間に接続し、またその間に他方の
コンデンサの放電を行うようにし、その動作を第1、第
2の矩形波の反転毎に交互に繰り返し行うようにしてい
るから、この発明においても請求項1に記載の発明と同
様の効果を奏する。
According to the present invention, two capacitors (2
05, 206) is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier (21), and the other capacitor is discharged between the two terminals. Are alternately repeated every time the inversion is performed, so that the present invention has the same effect as the first aspect.

【0009】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
Note that the reference numerals in parentheses indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 (第1実施形態)本発明の第1実施形態に係る容量式物
理量検出装置は、図1に示す様に、センサエレメント部
1、C−V変換回路2、信号処理部3とからなる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. (First Embodiment) A capacitive physical quantity detection device according to a first embodiment of the present invention comprises a sensor element unit 1, a CV conversion circuit 2, and a signal processing unit 3, as shown in FIG.

【0011】センサエレメント部1は、固定電極11、
13と物理量(例えば、加速度、ヨーレートなど)に応
じて変位する可動電極12で構成され、固定電極11と
可動電極12の間に第1のコンデンサ(容量をC1とす
る)が形成され、固定電極13と可動電極12の間に第
2のコンデンサ(容量をC2とする)が形成されてお
り、容量C1、C2が差動容量を構成するようになって
いる。第1、第2のコンデンサは、電気的に直列に接続
されており、固定電極11、13の両端(外側)のノー
ドに、可動電極12の共振周波数より十分高い周波数で
反転する互いに逆相の矩形波P1、P2がそれぞれ印加
される。
The sensor element 1 includes a fixed electrode 11,
13 and a movable electrode 12 that is displaced according to a physical quantity (for example, acceleration, yaw rate, etc.). A first capacitor (capacity is C1) is formed between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12, and the fixed electrode A second capacitor (capacitance is C2) is formed between the movable electrode 13 and the movable electrode 12, and the capacitances C1 and C2 constitute a differential capacitance. The first and second capacitors are electrically connected in series, and are connected to nodes at both ends (outside) of the fixed electrodes 11 and 13 in opposite phases, which are inverted at a frequency sufficiently higher than the resonance frequency of the movable electrode 12. Rectangular waves P1 and P2 are applied, respectively.

【0012】C−V変換回路2は、演算増幅器21と、
演算増幅器21の反転入力端子と出力端子の間に接続さ
れた第3のコンデンサ(容量をCfとする)22と、演
算増幅器21の反転入力端子と出力端子の間に直列に接
続されたスイッチ23、24と、スイッチ23、24の
接続点と第1の基準電圧源である接地電位との間に接続
された第4のコンデンサ(容量をCrとする)25とか
ら構成されている。なお、スイッチ23、24は、矩形
波P1、P2に同期したスイッチ信号CS1、CS2に
より開閉するようになっている。
The CV conversion circuit 2 includes an operational amplifier 21 and
A third capacitor (capacitance is assumed to be Cf) 22 connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 21 and a switch 23 connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 21 , 24 and a fourth capacitor (capacitance is Cr) 25 connected between the connection point of the switches 23 and 24 and the ground potential as the first reference voltage source. The switches 23 and 24 are opened and closed by switch signals CS1 and CS2 synchronized with the rectangular waves P1 and P2.

【0013】信号処理部3は、演算増幅器21の出力を
所定のタイミングでサンプルホールドし、所定の信号処
理を行って、可動電極12に作用する物理量に応じた物
理量検出信号を出力する。上記した構成において、その
作動を図2に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。
The signal processing section 3 samples and holds the output of the operational amplifier 21 at a predetermined timing, performs predetermined signal processing, and outputs a physical quantity detection signal corresponding to the physical quantity acting on the movable electrode 12. The operation of the above configuration will be described with reference to a timing chart shown in FIG.

【0014】センサエレメント部1における固定電極1
1、13には、図示しない矩形波信号発生手段からの矩
形波P1、P2(図2参照)がそれぞれ印加される。矩
形波P1、P2の周波数は、矩形波P1、P2の反転に
よる可動電極12の振動を防ぐため、共振周波数より十
分高く設定されるのが好ましい。ただし、矩形波P1、
P2の反転により生じる容量C1、C2の容量差に応じ
た電荷が第3のコンデンサ22に蓄えられ、演算増幅器
21の出力が安定するまでは反転しないような周波数に
設定される。
Fixed electrode 1 in sensor element 1
Rectangular waves P1 and P2 (see FIG. 2) from a rectangular wave signal generating means (not shown) are applied to 1 and 13, respectively. The frequencies of the rectangular waves P1 and P2 are preferably set sufficiently higher than the resonance frequency in order to prevent the movable electrode 12 from vibrating due to inversion of the rectangular waves P1 and P2. However, the square wave P1,
Charge corresponding to the capacitance difference between the capacitances C1 and C2 caused by the inversion of P2 is stored in the third capacitor 22, and the frequency is set so that the operation is not inverted until the output of the operational amplifier 21 is stabilized.

【0015】また、可動電極12は、演算増幅器21の
働きにより、第1の基準電圧源である接地電位に保持さ
れる。ここで、矩形波P1がハイレベルHi(電圧:
V)、P2がローレベルLo(電圧:0)の状態では、
固定電極11と可動電極12の間に形成される第1のコ
ンデンサには、Q1=C1・Vで表される電荷Qが蓄え
られ、固定電極13と可動電極12の間に形成される第
2のコンデンサには、Q2=C2・0=0で表される電
荷が蓄えられる。また、P1がLo、P2がHiの状態
では、第1のコンデンサには、Q1’=C1・0=0で
表される電荷Q’が蓄えられ、第2のコンデンサには、
Q2’=C2・Vで表される電荷が蓄えられる。従っ
て、矩形波P1、P2がそれぞれ反転することにより、
ΔQ=(C1−C2)・Vという電荷がセンサエレメン
ト部1に出入りすることになる。
The movable electrode 12 is held at the ground potential as the first reference voltage source by the operation of the operational amplifier 21. Here, the rectangular wave P1 has a high level Hi (voltage:
V) and P2 are at the low level Lo (voltage: 0),
The first capacitor formed between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 stores an electric charge Q represented by Q1 = C1 · V, and the second capacitor formed between the fixed electrode 13 and the movable electrode 12 The electric charge represented by Q2 = C2 · 0 = 0 is stored in the capacitor. When P1 is Lo and P2 is Hi, the first capacitor stores the charge Q ′ represented by Q1 ′ = C1 · 0 = 0, and the second capacitor stores the charge Q ′.
The charge represented by Q2 ′ = C2 · V is stored. Accordingly, by inverting the rectangular waves P1 and P2, respectively,
The electric charge of ΔQ = (C1−C2) · V enters and exits the sensor element unit 1.

【0016】まず、初期状態では、第3、第4のコンデ
ンサ22、25の電荷量が0、演算増幅器21の出力電
圧が0V、スイッチ23、24は開いた状態であるとす
る。この状態から、矩形波P1がLoからHiに、矩形
波P2がHiからLoに反転すると、−(C1−C2)
・V(−の符号は、第1のコンデンサの可動電極12側
に負の電荷が貯まることを示す)の電荷がセンサエレメ
ント部1に流れ込み、第3のコンデンサ22に蓄えられ
る電荷は、センサエレメント部1に流れ込む電荷とは逆
極性の(C1−C2)・Vになる。
First, in the initial state, the charge amounts of the third and fourth capacitors 22 and 25 are 0, the output voltage of the operational amplifier 21 is 0 V, and the switches 23 and 24 are open. From this state, when the rectangular wave P1 is inverted from Lo to Hi and the rectangular wave P2 is inverted from Hi to Lo,-(C1-C2)
The electric charge of V (a negative sign indicates that negative electric charge is stored on the movable electrode 12 side of the first capacitor) flows into the sensor element unit 1, and the electric charge stored in the third capacitor 22 is It becomes (C1−C2) · V of the opposite polarity to the charge flowing into the section 1.

【0017】ここで、矩形波P1、P2の反転後に、図
2に示すスイッチ信号CS1によってスイッチ23が閉
じると、第4のコンデンサ25の電荷が第3のコンデン
サ22にフィードバックされるが、初期状態では第4の
コンデンサ25の電荷量は0であるため、第3のコンデ
ンサ22の反転入力端子側の電極に蓄積される電荷Qf
は、Qf=(C1−C2)・Vであり、演算増幅器21
の出力には、Vc=−(C1−C2)・V/Cfという
電圧が生じる。
Here, when the switch 23 is closed by the switch signal CS1 shown in FIG. 2 after the inversion of the rectangular waves P1 and P2, the electric charge of the fourth capacitor 25 is fed back to the third capacitor 22, but the initial state. Since the charge amount of the fourth capacitor 25 is 0, the charge Qf stored in the electrode on the inverting input terminal side of the third capacitor 22 is
Is Qf = (C1−C2) · V, and the operational amplifier 21
Generates a voltage of Vc =-(C1-C2) .V / Cf.

【0018】この後、図2に示すスイッチ信号CS1、
CS2によって、スイッチ23が開き、スイッチ24が
閉じると、演算増幅器21の出力電圧で第4のコンデン
サ25が充電される。第4のコンデンサ25に蓄えられ
る電荷Qrは、Qr=Cr・Vc=−(C1−C2)・
V/Cfとなる。同時に、後段の信号処理部3は、図2
に示すタイミング信号SH1に応じて、演算増幅器21
の出力電圧をサンプルホールド(SH1がHiのときサ
ンプル、Loでホールド)する。なお、スイッチ24
は、矩形波P1、P2の反転前に開くようになってい
る。
Thereafter, the switch signals CS1 and CS1 shown in FIG.
When the switch 23 is opened and the switch 24 is closed by CS2, the fourth capacitor 25 is charged with the output voltage of the operational amplifier 21. The electric charge Qr stored in the fourth capacitor 25 is expressed as Qr = Cr.Vc =-(C1-C2).
V / Cf. At the same time, the subsequent signal processing unit 3
In accordance with the timing signal SH1 shown in FIG.
Is sampled and held (sampled when SH1 is Hi, and held at Lo). The switch 24
Open before the rectangular waves P1 and P2 are inverted.

【0019】次に、矩形波P1、P2がそれぞれ反転す
ると、先程とは逆極性の電荷、即ち−(C1−C2)・
Vという電荷が第3のコンデンサ22に流れこむ。続い
て、スイッチ23が閉じると、第4のコンデンサ25の
電荷が第3のコンデンサ22にフィードバックされる。
これにより第3のコンデンサ22の電荷Qf’は、反転
前の電荷と合わせてQf’=Qf+Qr−(C1−C
2)・V=(C1−C2)・V−Cr・(C1−C2)
・V/Cf−(C1−C2)・V=−Cr・(C1−C
2)・V/Cfとなり、演算増幅器21の出力には、V
c’=Cr・(C1−C2)・V/Cf2 の電圧が生じ
る。
Next, when the rectangular waves P1 and P2 are inverted, respectively, the charges having the opposite polarity to the previous one, ie,-(C1-C2) .multidot.
The charge V flows into the third capacitor 22. Subsequently, when the switch 23 is closed, the charge of the fourth capacitor 25 is fed back to the third capacitor 22.
As a result, the charge Qf ′ of the third capacitor 22 is combined with the charge before inversion, and Qf ′ = Qf + Qr− (C1−C
2) · V = (C1-C2) · V-Cr · (C1-C2)
V / Cf- (C1-C2) V = -Cr. (C1-C
2) V / Cf, and the output of the operational amplifier 21 is V
A voltage of c ′ = Cr · (C1−C2) · V / Cf 2 is generated.

【0020】同時に、後段の信号処理部3は、図2に示
すタイミング信号SH2に応じて、演算増幅器21の出
力電圧をサンプルホールドし、SH1でサンプルホール
ドした電圧との差分、すなわちVc−Vc’=−(1+
Cr/Cf)・(C1−C2)・V/Cfを出力する。
従って、物理量によって第1、第2のコンデンサの容量
差(C1−C2)が変化すれば、信号処理部3の出力O
UTが変化し、物理量を検出することができる。
At the same time, the signal processing unit 3 at the subsequent stage samples and holds the output voltage of the operational amplifier 21 in accordance with the timing signal SH2 shown in FIG. 2, and the difference from the voltage sampled and held at SH1, that is, Vc-Vc '. =-(1+
(Cr / Cf). (C1-C2) .V / Cf is output.
Therefore, if the difference between the capacitances of the first and second capacitors (C1−C2) changes depending on the physical quantity, the output O of the signal processing unit 3 is changed.
The UT changes, and a physical quantity can be detected.

【0021】また、コンデンサ22、25の容量Cf、
Crの比を適当に選べば、所望の感度の出力を得ること
ができる。例えば、Cr=Cfとすれば、出力OUT=
−2(C1−C2)・V/Cfとなり、出力電圧は第
1、第2のコンデンサの容量差(C1−C2)と矩形波
P1、P2の振幅V、第3のコンデンサ22の容量Cf
で決まる電圧値となる。
The capacitances Cf of the capacitors 22 and 25,
If the ratio of Cr is appropriately selected, an output having a desired sensitivity can be obtained. For example, if Cr = Cf, the output OUT =
−2 (C1−C2) · V / Cf, and the output voltage is the difference between the capacitances of the first and second capacitors (C1−C2), the amplitude V of the rectangular waves P1 and P2, and the capacitance Cf of the third capacitor 22.
The voltage value is determined by

【0022】上述したように本実施形態によれば、スイ
ッチ23、24と第4のコンデンサ25により構成され
るリセット手段を設けているため、従来のもののように
サンプルホールド後にリセットする期間を設けなくても
そのリセットと同じ効果を得ることができる。従って、
従来のもののようなリセット期間を設ける必要がなくな
り、矩形波P1、P2の周波数を高くすることができ
る。このため、スイッチのリークにより、コンデンサに
保持した電荷が変化するのを抑えることができ、高精度
の容量検出が可能になって、物理量の検出を高精度に行
うことが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the reset means constituted by the switches 23 and 24 and the fourth capacitor 25 is provided. However, the same effect as the reset can be obtained. Therefore,
There is no need to provide a reset period unlike the conventional one, and the frequencies of the rectangular waves P1 and P2 can be increased. For this reason, it is possible to suppress the change in the charge held in the capacitor due to the leakage of the switch, and it is possible to detect the capacitance with high accuracy, and to detect the physical quantity with high accuracy.

【0023】なお、上記した信号処理部3は、図3や図
4に示すような回路構成で実現することができる。図3
では、2個のサンプルホールド回路31、32を用い
て、各々信号SH1とSH2のタイミングで演算増幅器
21の出力をサンプルホールドし、差動増幅器33で各
々の差の電圧を求める。この段階では、サンプルホール
ド時の高周波ノイズが含まれるため、ローパスフィルタ
(LPF)34でノイズを除去する。
The above-mentioned signal processing unit 3 can be realized by a circuit configuration as shown in FIGS. FIG.
Then, the output of the operational amplifier 21 is sampled and held at the timings of the signals SH1 and SH2 by using the two sample-hold circuits 31 and 32, and the differential amplifier 33 obtains the difference voltage. At this stage, since high-frequency noise at the time of sample hold is included, the noise is removed by the low-pass filter (LPF) 34.

【0024】同様の機能をスイッチトキャパシタ回路で
実現したものを図4に示す。この図4のような回路構成
によれば、図3で示したサンプルホールド回路や差動増
幅器を不要にすることができる。また、図4の回路のフ
ィルタ特性は1次であるが、高次のフィルタ特性にする
ことも可能である。 (第2実施形態)本発明の第2実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図5に示す。第1実施形態と異な
る点は、リセット手段がスイッチ23、24と第4のコ
ンデンサ25からなる第1のリセット手段とスイッチ2
3a、24aと第5のコンデンサ25aからなる第2の
リセット手段の2組のリセット手段を用いていることで
ある。
FIG. 4 shows a similar function realized by a switched capacitor circuit. According to the circuit configuration as shown in FIG. 4, the sample and hold circuit and the differential amplifier shown in FIG. 3 can be eliminated. Further, although the filter characteristic of the circuit of FIG. 4 is primary, a higher-order filter characteristic can be used. (Second Embodiment) FIG. 5 shows the configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the reset means is composed of first reset means including switches 23 and 24 and a fourth capacitor 25 and switch 2.
That is, two sets of reset means, ie, second reset means including 3a, 24a and a fifth capacitor 25a, are used.

【0025】この場合の作動を図6のタイミングチャー
トを参照して説明する。第1実施形態では、矩形波P
1、P2の反転毎にスイッチ23、24を交互に開閉さ
せるべく、スイッチ信号CS1、CS2が交互にHiの
状態になっていたが、この第2実施形態では、図6に示
すように、スイッチ信号CS1、CS2が各々矩形波P
1、P2に同期してHiの状態になっている。
The operation in this case will be described with reference to the timing chart of FIG. In the first embodiment, the rectangular wave P
In order to alternately open and close the switches 23 and 24 each time the inversion of P1 and P2, the switch signals CS1 and CS2 are alternately set to Hi, but in the second embodiment, as shown in FIG. The signals CS1 and CS2 each have a rectangular wave P
1. The state is Hi in synchronization with P2.

【0026】この構成によれば、矩形波P1がHiのと
きに、第4のコンデンサ25は第3のコンデンサ22へ
の充電を行い、第5のコンデンサ25aは演算増幅器2
1の出力電圧による充電を行う。一方、矩形波P1がL
oの状態では、第4のコンデンサ25は出力電圧による
充電を行い、第5のコンデンサ25aは第3のコンデン
サ22への充電を行う。
According to this configuration, when the rectangular wave P1 is Hi, the fourth capacitor 25 charges the third capacitor 22, and the fifth capacitor 25a connects the operational amplifier 2
Charging with the output voltage of 1 is performed. On the other hand, when the square wave P1 is L
In the state of o, the fourth capacitor 25 charges the output voltage, and the fifth capacitor 25a charges the third capacitor 22.

【0027】このようにリセット手段を2組用い、交互
に第3のコンデンサ22への充電と出力電圧による充電
を繰り返すことにより、第3のコンデンサ22への充電
と出力電圧による充電を同時に行うことができる。ま
た、図6に示すように、スイッチ信号CS1、CS2
は、サンプルホールド信号SH1、SH2とも同期して
いる。従って、サンプルホールド信号SH1、SH2と
スイッチ信号CS1、CS2を共通化することが可能で
ある。
As described above, the charging of the third capacitor 22 and the charging of the output voltage are simultaneously performed by alternately repeating the charging of the third capacitor 22 and the charging of the output voltage by using two sets of the resetting means. Can be. Also, as shown in FIG. 6, the switch signals CS1, CS2
Are also synchronized with the sample and hold signals SH1 and SH2. Therefore, it is possible to share the sample and hold signals SH1 and SH2 and the switch signals CS1 and CS2.

【0028】上記した第1実施形態では、矩形波P1、
P2の2倍の周波数でスイッチ23、24を開閉する必
要があったが、この第2実施形態では、矩形波P1、P
2と同じ周波数でスイッチ23、23a、24、24a
を開閉すればよく、サンプルホールドのタイミングとも
共通化できるため、制御信号を簡略化できるメリットが
ある。 (第3実施形態)本発明の第3実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図7に示す。第1実施形態では、
リセット手段を、スイッチ23、24と第4のコンデン
サ25で構成していたが、この第3実施形態では、第4
のコンデンサ25と第1の基準電圧源(接地電位)の間
にスイッチ23’を設け、さらに第4のコンデンサ25
と演算増幅器21の非反転入力端子との間にスイッチ2
4’を設けている。この場合には、第4のコンデンサ2
5の両側にスイッチがあるため、寄生容量の影響を相殺
でき、より精度の高い容量検出が可能になる。 (第4実施形態)本発明の第4実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図8に示す。図1に示すようなC
−V変換回路2では、可動電極12の位置ずれや寄生容
量によって、第4のコンデンサ25への充放電の電荷量
が矩形波P1がHiの状態の時とLoの状態の時で異な
ってしまう可能性がある。このような状態が生じると、
物理量が0でも演算増幅器21の出力電圧Vcに矩形波
が生じ、オフセットとなって検出されてしまう。
In the first embodiment, the rectangular wave P1,
Although it was necessary to open and close the switches 23 and 24 at twice the frequency of P2, in the second embodiment, the square waves P1 and P2
Switches 23, 23a, 24, 24a at the same frequency as
Can be opened and closed, and the sample and hold timing can be shared, so that there is an advantage that the control signal can be simplified. (Third Embodiment) FIG. 7 shows the configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a third embodiment of the present invention. In the first embodiment,
Although the reset means is constituted by the switches 23 and 24 and the fourth capacitor 25, in the third embodiment,
A switch 23 'is provided between the first capacitor 25 and the first reference voltage source (ground potential).
Switch 2 between the non-inverting input terminal of
4 'is provided. In this case, the fourth capacitor 2
Since there are switches on both sides of 5, the effect of the parasitic capacitance can be canceled out, and more accurate capacitance detection becomes possible. (Fourth Embodiment) FIG. 8 shows the configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a fourth embodiment of the present invention. C as shown in FIG.
In the −V conversion circuit 2, the amount of charge for charging and discharging the fourth capacitor 25 differs between when the rectangular wave P 1 is in the Hi state and when the rectangular wave P 1 is in the Lo state due to the displacement of the movable electrode 12 and the parasitic capacitance. there is a possibility. When this happens,
Even if the physical quantity is 0, a rectangular wave is generated in the output voltage Vc of the operational amplifier 21 and is detected as an offset.

【0029】そこで、この第4実施形態では、オフセッ
トをキャンセルできるようにするため、図8に示すよう
に、第1の基準電圧源(接地電位)とは異なる電圧の第
2の基準電圧源Vrを設け、第1の基準電圧源と第2の
基準電圧源の間にスイッチ23’’、24’’を直列に
接続し、スイッチ23’’、24’’の接続点に第4の
コンデンサ25の一端を接続している。
Therefore, in the fourth embodiment, in order to cancel the offset, as shown in FIG. 8, the second reference voltage source Vr having a voltage different from that of the first reference voltage source (ground potential). And switches 23 ″ and 24 ″ are connected in series between the first reference voltage source and the second reference voltage source, and a fourth capacitor 25 is connected to the connection point of the switches 23 ″ and 24 ″. Are connected at one end.

【0030】この実施形態に作動を図9のタイミングチ
ャートを参照して説明する。スイッチ23’’、2
4’’以外の動作は第1実施形態と同じであるが、スイ
ッチ23’’、24’’は、図9に示すように矩形波P
1、P2と同期したスイッチ信号CS3、CS4によっ
て開閉する。これにより、矩形波P1がHiの状態の時
とLoの状態の時で、第4のコンデンサ25への充放電
が異なる電圧を基準にして行われるため、第3のコンデ
ンサ22へ充電される電荷量を、矩形波P1がHiの状
態の時とLoの状態の時とで異ならせることができる。
従って、第1の基準電圧源と第2の基準電圧源の電位差
を調整することにより、オフセットをキャンセルするこ
とができる。 (第5実施形態)本発明の第5実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図10に示す。この第5実施形態
は、固定電極11、13と可動電極12との間に、可動
電極12を変位させるような静電気力を発生させて、可
動電極12を強制的に変位させ、信号処理部3の出力電
圧より、センサエレメント部1の異常を検知するための
自己診断機能を付加したものである。
The operation of this embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG. Switch 23 '', 2
The operation other than 4 ″ is the same as that of the first embodiment, except that the switches 23 ″ and 24 ″
1, and are opened and closed by switch signals CS3 and CS4 synchronized with P2. As a result, when the rectangular wave P1 is in the Hi state and the Lo state, the charging and discharging of the fourth capacitor 25 is performed with reference to different voltages, so that the electric charge charged in the third capacitor 22 is changed. The amount can be different between when the rectangular wave P1 is in the Hi state and when it is in the Lo state.
Therefore, the offset can be canceled by adjusting the potential difference between the first reference voltage source and the second reference voltage source. (Fifth Embodiment) FIG. 10 shows the configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, an electrostatic force that displaces the movable electrode 12 is generated between the fixed electrodes 11 and 13 and the movable electrode 12 to forcibly displace the movable electrode 12, and the signal processing unit 3 The self-diagnosis function for detecting the abnormality of the sensor element unit 1 from the output voltage of the first embodiment is added.

【0031】このため、この実施形態においては、演算
増幅器21の非反転入力端子に印加する電圧をスイッチ
26、27で切り替えるようにしている。なお、スイッ
チ26、27は、スイッチ信号CST、CSTバー(C
STを反転した信号)によって開閉する。この第5実施
形態の作動を図11に示すタイミングチャートを参照し
て説明する。第1実施形態と異なる点は、図11に示す
ように、通常動作に以外に静電気力を印加する期間(自
己診断期間)を設け、この静電気力印加期間中に、スイ
ッチ23、24を閉とするとともにスイッチ27を閉と
し、スイッチ27を介して可動電極12に自己診断用電
圧源Vstを印加するようにしたことである。
For this reason, in this embodiment, the voltage applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 21 is switched by the switches 26 and 27. The switches 26 and 27 are connected to the switch signals CST and CST bar (C
It is opened and closed by a signal obtained by inverting ST. The operation of the fifth embodiment will be described with reference to a timing chart shown in FIG. The difference from the first embodiment is that, as shown in FIG. 11, a period (self-diagnosis period) for applying an electrostatic force is provided in addition to the normal operation, and the switches 23 and 24 are closed during this electrostatic force applying period. In addition, the switch 27 is closed, and the self-diagnosis voltage source Vst is applied to the movable electrode 12 via the switch 27.

【0032】この静電気力印加期間中においては、固定
電極11と可動電極12の間に、(V−Vst)という
電位差による静電気力が発生し、また固定電極13と可
動電極12の間に、Vstという電位差による静電気力
が発生する。そして、各々の静電気力の差から可動電極
12の変位する方向と大きさが決まるため、静電気力印
加後の信号処理部3の出力電圧の変化より、故障や経時
変化を検出することができる。
During the period of applying the electrostatic force, an electrostatic force is generated between the fixed electrode 11 and the movable electrode 12 due to a potential difference of (V−Vst). Electrostatic potential is generated due to the potential difference. Since the direction and size of displacement of the movable electrode 12 are determined from the difference between the respective electrostatic forces, a failure or a change over time can be detected from a change in the output voltage of the signal processing unit 3 after the application of the electrostatic force.

【0033】また、図10に示す構成の代わりに図12
に示す構成としても同様に自己診断を行うことができ
る。すなわち、図12に示す構成においては、演算増幅
器21の非反転入力端子に第1の基準電圧源(接地電
位)を接続し、可動電極12と演算増幅器21の反転入
力端子の間にスイッチ26を設け、可動電極12と自己
診断用電圧源Vstとの間にスイッチ27を設けてい
る。
Further, instead of the structure shown in FIG.
The self-diagnosis can be performed in the same manner as shown in FIG. That is, in the configuration shown in FIG. 12, the first reference voltage source (ground potential) is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 21, and the switch 26 is connected between the movable electrode 12 and the inverting input terminal of the operational amplifier 21. The switch 27 is provided between the movable electrode 12 and the self-diagnosis voltage source Vst.

【0034】なお、この第5実施形態における自己診断
時には、第3、第4のコンデンサ22、25の電荷は放
電され、演算増幅器21からは第1の基準電圧源と同じ
電圧が出力されている。 (第6実施形態)本発明の第6実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図13に示す。第1実施形態で
は、第3のコンデンサ22を演算増幅器21の反転入力
端子と出力端子の間に接続していたが、この第6実施形
態では、演算増幅器21の反転入力端子と出力端子の間
に第3、第4のコンデンサ205、215を設け、スイ
ッチ201〜204、211〜214をスイッチ信号C
S1、CS2により開閉させ、第3、第4のコンデンサ
205、215の一方を演算増幅器21の反転入力端子
と出力端子の間に接続し、他方を基準電圧源に接続して
放電する動作を、矩形波P1、P2の反転毎に交互に繰
り返し、第1実施形態と同様の効果を得るものである。
この場合のタイミングチャートは図6と同じである。
During the self-diagnosis in the fifth embodiment, the charges of the third and fourth capacitors 22 and 25 are discharged, and the operational amplifier 21 outputs the same voltage as that of the first reference voltage source. . Sixth Embodiment FIG. 13 shows the configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a sixth embodiment of the present invention. In the first embodiment, the third capacitor 22 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 21, but in the sixth embodiment, the third capacitor 22 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 21. Are provided with third and fourth capacitors 205 and 215, and switches 201 to 204 and 211 to 214 are connected to a switch signal C.
Opening and closing by S1 and CS2, connecting one of the third and fourth capacitors 205 and 215 between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 21, and connecting the other to the reference voltage source to discharge. The same effect as that of the first embodiment is obtained by alternately repeating each time the rectangular waves P1 and P2 are inverted.
The timing chart in this case is the same as FIG.

【0035】なお、上記したいずれの実施形態において
も、スイッチを制御する信号CS1とCS2、CS3と
CS4、SH1とSH2は、通常動作時においては、お
互いにHi状態が重なり合わないようになタイミングと
するのが望ましい。また、上記したスイッチ23、2
3’、23’’、23a、24、24’、24’’、2
4a、201〜204、211〜214は、半導体のス
イッチング素子などを用いたスイッチ手段として構成さ
れている。
In any of the above-described embodiments, the signals CS1 and CS2 for controlling the switches, CS3 and CS4, and SH1 and SH2 are timings such that the Hi states do not overlap with each other during normal operation. It is desirable that The switches 23, 2
3 ′, 23 ″, 23a, 24, 24 ′, 24 ″, 2
4a, 201 to 204 and 211 to 214 are configured as switching means using a semiconductor switching element or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施形態の作動説明に供するタイミ
ングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1;

【図3】図1中の信号処理部3の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a signal processing unit 3 in FIG. 1;

【図4】図1中の信号処理部3の他の構成を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration of the signal processing unit 3 in FIG. 1;

【図5】本発明の第2実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5に示す実施形態の作動説明に供するタイミ
ングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 5;

【図7】本発明の第3実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】図8に示す実施形態の作動説明に供するタイミ
ングチャートである。
FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 8;

【図10】本発明の第5実施形態に係る容量式物理量検
出装置の構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】図10に示す実施形態の作動説明に供するタ
イミングチャートである。
FIG. 11 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 10;

【図12】本発明の第5実施形態の変形例に係る容量式
物理量検出装置の構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a modification of the fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6実施形態に係る容量式物理量検
出装置の構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a capacitive physical quantity detection device according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…センサエレメント部、2…C−V変換回路、3…信
号処理部、11、13…固定電極、12…可動電極、2
1…演算増幅器、22…第3のコンデンサ、23、24
…スイッチ、25…第4のコンデンサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor element part, 2 ... CV conversion circuit, 3 ... Signal processing part, 11, 13 ... Fixed electrode, 12 ... Movable electrode, 2
1 ... operational amplifier, 22 ... third capacitor, 23, 24
... switch, 25 ... fourth capacitor.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一方の容量が物理量に応じて
変化し、電気的に直列に接続された第1、第2のコンデ
ンサを有し、前記第1、第2のコンデンサの両端のノー
ドに互いに逆相の第1、第2の矩形波が印加されるよう
に構成されたセンサエレメント部(1)と、 前記第1、第2のコンデンサの接続点に反転入力端子が
接続され、非反転入力端子に第1の基準電圧源が接続さ
れた演算増幅器(21)と、 前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続さ
れ、前記第1、第2の矩形波の反転によって生じる前記
第1、第2のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保
持する第3のコンデンサ(22)と、 前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、この
後前記第1、第2の矩形波が反転したタイミングで前記
保持した電荷を前記第3のコンデンサに充電するリセッ
ト手段(23、23’、23’’、23a、24、2
4’、24’’、24a、25、25a)と、 前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号
処理を行う信号処理部(3)とを備えたことを特徴とす
る容量式物理量検出装置。
At least one of the capacitors has first and second capacitors that vary in accordance with a physical quantity and are electrically connected in series. Nodes at both ends of the first and second capacitors are connected to each other. A non-inverting input terminal, wherein an inverting input terminal is connected to a connection point between the sensor element portion (1) configured to apply first and second rectangular waves having opposite phases, and the first and second capacitors; An operational amplifier (21) having a terminal connected to a first reference voltage source, and an operational amplifier (21) connected between an inverting input terminal and an output terminal of the operational amplifier, the first and second rectangular waves being generated by inversion of the first and second rectangular waves. (1) a third capacitor (22) for holding a charge corresponding to the difference between the capacitances of the second and third capacitors, and a charge for holding a charge corresponding to the output voltage of the operational amplifier, and thereafter the first and second rectangles At the timing when the wave is inverted, the held charge is Reset means (23, 23 ', 23'', 23a, 24, 2) for charging the third capacitor.
4 ′, 24 ″, 24a, 25, 25a) and a signal processing unit (3) that samples and holds the output voltage of the operational amplifier and performs signal processing. .
【請求項2】 前記第1、第2のコンデンサの容量が差
動容量になっているとを特徴とする請求項1に記載の容
量式物理量検出装置。
2. The capacitance type physical quantity detection device according to claim 1, wherein the capacitances of the first and second capacitors are differential capacitances.
【請求項3】 前記信号処理部は、前記第1の矩形波が
ハイレベルの時の前記演算増幅器の出力電圧と前記第1
の矩形波がローレベルの時の前記演算増幅器の出力電圧
との差分を物理量検出信号として出力するものであるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の容量式物理量検
出装置。
3. The signal processing unit according to claim 1, wherein the output voltage of the operational amplifier when the first rectangular wave is at a high level and the output voltage of the first rectangular wave are high.
3. The capacitive physical quantity detection device according to claim 1, wherein a difference from the output voltage of the operational amplifier when the rectangular wave is at a low level is output as a physical quantity detection signal. 4.
【請求項4】 前記信号処理部は、スイッチトキャパシ
タで構成されていることを特徴とする請求項3に記載の
容量式物理量検出装置。
4. The capacitive physical quantity detection device according to claim 3, wherein the signal processing unit is constituted by a switched capacitor.
【請求項5】 前記リセット手段は、前記第3のコンデ
ンサに蓄えられた電荷量と概略等しい電荷量を前記第3
のコンデンサに充電するようになっていることを特徴と
する請求項1乃至4のいずれか1つに記載の容量式物理
量検出装置。
5. The reset means according to claim 3, wherein said reset means outputs a charge amount substantially equal to the charge amount stored in said third capacitor.
The capacitance type physical quantity detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the capacitor is charged.
【請求項6】 前記リセット手段は、前記第1、第2の
矩形波の反転毎に、前記演算増幅器の出力電圧に応じた
電荷を前記第3のコンデンサに充電するとともに、次回
の充電のために前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷
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
乃至5のいずれか1つに記載の容量式物理量検出装置。
6. The reset means charges the third capacitor with a charge corresponding to the output voltage of the operational amplifier every time the first and second rectangular waves are inverted, and resets the charge for the next charge. A charge corresponding to an output voltage of the operational amplifier.
6. The capacitance-type physical quantity detection device according to any one of items 5 to 5.
【請求項7】 前記リセット手段は、 一端が前記第1の基準電圧源に接続される第4のコンデ
ンサ(25)と、 前記第4のコンデンサの他端と前記演算増幅器の反転入
力端子の間に接続された第1のスイッチ手段(23)
と、 前記第4のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端
子の間に接続された第2のスイッチ手段(24)とから
構成されており、 前記第1、第2のスイッチ手段が前記第1、第2の矩形
波の反転毎にそれぞれ開閉して、前記第4のコンデンサ
に蓄積された電荷を前記第3のコンデンサに充電すると
ともに、次回の充電のために前記演算増幅器の出力電圧
に応じた電荷を前記第4のコンデンサに保持するように
なっていることを特徴とする請求項6に記載の容量式物
理量検出装置。
7. The reset means includes: a fourth capacitor (25) having one end connected to the first reference voltage source; and a second capacitor connected between the other end of the fourth capacitor and an inverting input terminal of the operational amplifier. First switch means (23) connected to
And second switch means (24) connected between the other end of the fourth capacitor and the output terminal of the operational amplifier, wherein the first and second switch means are connected to the second switch means (24). 1. Opening and closing each time the second rectangular wave is inverted, charges the electric charge accumulated in the fourth capacitor to the third capacitor, and changes the output voltage of the operational amplifier for the next charging. 7. The capacitance type physical quantity detection device according to claim 6, wherein a corresponding electric charge is held in the fourth capacitor.
【請求項8】 前記第4のコンデンサの一端と前記第1
の基準電圧源の間に第3のスイッチ手段(23’)が接
続され、前記第4のコンデンサの一端と前記演算増幅器
の反転入力端子の間に第4のスイッチ手段(24’)が
接続されており、前記第3のスイッチ手段は前記第1の
スイッチ手段と同じタイミングで開閉し、前記第4のス
イッチ手段は前記第2のスイッチ手段と同じタイミング
で開閉するようになっていることを特徴とする請求項7
に記載の容量式物理量検出装置。
8. The one end of the fourth capacitor and the first capacitor.
The third switch means (23 ') is connected between the reference voltage sources of the first and second, and the fourth switch means (24') is connected between one end of the fourth capacitor and the inverting input terminal of the operational amplifier. Wherein the third switch means opens and closes at the same timing as the first switch means, and the fourth switch means opens and closes at the same timing as the second switch means. Claim 7
4. The capacitive physical quantity detection device according to 1.
【請求項9】 前記第4のコンデンサの一端は、第3の
スイッチ手段(23’’)を介して前記第1の基準電圧
源に接続されるとともに、第4のスイッチ手段を介して
第2の基準電圧源(24’’)に接続されており、前記
第3、第4のスイッチ手段は前記第1、第2の矩形波の
反転に伴って交互に開閉するようになっていることを特
徴とする請求項7に記載の容量式物理量検出装置。
9. One end of the fourth capacitor is connected to the first reference voltage source via third switch means (23 ''), and the second end is connected via fourth switch means. And the third and fourth switch means are alternately opened and closed with the inversion of the first and second rectangular waves. The capacitance-type physical quantity detection device according to claim 7.
【請求項10】 前記第3のコンデンサと前記第4のコ
ンデンサの容量が、概略等しくなっていることを特徴と
する請求項7乃至9のいずれか1つに記載の容量式物理
量検出装置。
10. The capacitance type physical quantity detection device according to claim 7, wherein the third capacitor and the fourth capacitor have substantially the same capacitance.
【請求項11】 前記リセット手段は、 一端が前記第1の基準電圧源に接続される第4、第5の
コンデンサ(25、25a)と、 前記第4のコンデンサ(25)の他端と前記演算増幅器
の反転入力端子の間に接続された第1のスイッチ手段
(23)と、 前記第4のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端
子の間に接続された第2のスイッチ手段(24)と、 前記第5のコンデンサ(25a)の他端と前記演算増幅
器の反転入力端子の間に接続された第3のスイッチ手段
(24a)と、 前記第5のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端
子の間に接続された第4のスイッチ手段(23a)とか
ら構成されており、 前記第1、第4のスイッチ手段と前記第2、第3のスイ
ッチ手段は前記第1、第2の矩形波の反転に伴って交互
に開閉し、前記第1、第4のスイッチ手段が閉成してい
るときに、前記第4のコンデンサに蓄積された電荷を前
記第3のコンデンサに充電するとともに、前記第5のコ
ンデンサに次回の充電のために前記演算増幅器の出力電
圧に応じた電荷を保持し、前記第2、第3のスイッチ手
段が閉成しているときに、前記第5のコンデンサに蓄積
された電荷を前記第3のコンデンサに充電するととも
に、前記第4のコンデンサに次回の充電のために前記演
算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持するようになっ
ていることを特徴とする請求項6に記載の容量式物理量
検出装置。
11. The reset means includes: fourth and fifth capacitors (25, 25a) having one ends connected to the first reference voltage source; and the other end of the fourth capacitor (25); First switch means (23) connected between the inverting input terminals of the operational amplifier; and second switch means (24) connected between the other end of the fourth capacitor and the output terminal of the operational amplifier. ), Third switch means (24a) connected between the other end of the fifth capacitor (25a) and the inverting input terminal of the operational amplifier, and the other end of the fifth capacitor and the operational amplifier And a fourth switch means (23a) connected between the output terminals of the first and second switches. The first and fourth switch means and the second and third switch means are connected to the first and second switch means. Open and close alternately with the inversion of the square wave When the first and fourth switch means are closed, the electric charge accumulated in the fourth capacitor is charged to the third capacitor, and the fifth capacitor is charged for the next charge. Therefore, the electric charge corresponding to the output voltage of the operational amplifier is held, and the electric charge accumulated in the fifth capacitor is transferred to the third capacitor when the second and third switch means are closed. 7. The capacitance type physical quantity detection method according to claim 6, wherein the fourth capacitor is configured to hold a charge corresponding to an output voltage of the operational amplifier for the next charge. apparatus.
【請求項12】 自己診断時に、前記演算算増幅器の反
転入力端子と出力端子の間に接続された全てのスイッチ
手段を閉状態にして、前記第1、第2のコンデンサの接
続点に所定の電圧を印加し、前記第1、第2のコンデン
サに所定の物理量に相当する静電気力を作用させるよう
にしたことを特徴とする請求項7乃至11に記載の容量
式物理量検出装置。
12. At the time of self-diagnosis, all switch means connected between an inverting input terminal and an output terminal of the operational amplifier are closed, and a predetermined point is connected to a connection point between the first and second capacitors. 12. The capacitive physical quantity detecting device according to claim 7, wherein a voltage is applied to apply an electrostatic force corresponding to a predetermined physical quantity to the first and second capacitors.
【請求項13】 少なくとも一方の容量が物理量に応じ
て変化し、電気的に直列に接続された第1、第2のコン
デンサを有し、前記第1、第2のコンデンサの両端のノ
ードに互いに逆相の第1、第2の矩形波が印加されるよ
うに構成されたセンサエレメント部(1)と、 前記第1、第2のコンデンサの接続点に反転入力端子が
接続され、非反転入力端子に第1の基準電圧源が接続さ
れた演算増幅器(21)と、 前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に互いに
並列に設けられた第3、第4のコンデンサ(205,2
15)と、 前記第3、第4のコンデンサのうち一方のコンデンサを
前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続し
て前記第1、第2の矩形波の反転によって生じる前記第
1、第2のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を前記
一方のコンデンサに保持させ、また他方のコンデンサに
放電経路を形成して前記他方のコンデンサに蓄積した電
荷を放電させ、前記一方のコンデンサと前記他方のコン
デンサを前記第1、第2の矩形波の反転毎に交互に切り
替える手段(201〜204、211〜214)と、 前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号
処理を行う信号処理部(3)とを備えたことを特徴とす
る容量式物理量検出装置。
13. At least one of the capacitors has first and second capacitors that change in accordance with a physical quantity and are electrically connected in series, and nodes at both ends of the first and second capacitors are connected to each other. A non-inverting input terminal, wherein an inverting input terminal is connected to a connection point between the sensor element portion (1) configured to apply first and second rectangular waves having opposite phases, and the first and second capacitors; An operational amplifier (21) having a terminal connected to a first reference voltage source, and third and fourth capacitors (205, 2) provided in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier.
15) and connecting one of the third and fourth capacitors between an inverting input terminal and an output terminal of the operational amplifier, and connecting the first and second rectangular waves by inverting the first and second rectangular waves. A charge corresponding to the difference in the capacitance of the second capacitor is held in the one capacitor, and a charge path is formed in the other capacitor to discharge the charge accumulated in the other capacitor. Means (201-204, 211-214) for alternately switching the other capacitor each time the first and second rectangular waves are inverted, and signal processing for sampling and holding the output voltage of the operational amplifier to perform signal processing (3) A capacitive physical quantity detection device, comprising:
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