JP2009198265A - Electrostatic capacitance type detection device and acceleration and angular velocity detection device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型検出装置及びそれを用いた加速度・角速度検出装置に関し、より詳細には、静電容量型のセンサ部と、そのセンサ部の容量変化を検出電圧に変換する容量・電圧(CV)変換回路とを備えた静電容量型検出装置及びそれを用いた加速度・角速度検出装置に関する。 The present invention relates to a capacitance type detection device and an acceleration / angular velocity detection device using the same, and more specifically, a capacitance type sensor unit and a capacitance / conversion unit that converts a capacitance change of the sensor unit into a detection voltage. The present invention relates to a capacitance type detection device including a voltage (CV) conversion circuit and an acceleration / angular velocity detection device using the same.
従来からの静電容量型MEMS(micro electro mechanical systems)を用いた加速度・角速度検出装置は、加速度及び角速度を同時に検出する信号処理回路を備え、2つの反転振動させた振動子を用いて、加速度を同相、角速度を逆相の出力として分離して検出する方式で、CV変換は振動子の電位を差動対の入力に繋いだものである。 A conventional acceleration / angular velocity detection device using a capacitive electro mechanical system (MEMS) includes a signal processing circuit that simultaneously detects acceleration and angular velocity, and uses two reciprocating vibrators to accelerate the acceleration. Is detected by separating the in-phase and angular velocities as outputs of opposite phases, and CV conversion connects the potential of the vibrator to the input of the differential pair.
この種の加速度・角速度検出装置は、例えば、特許文献1に開示されているように、一対の振動子を互いに直交するXY軸方向に変位可能に基板上に支持するとともに、X軸方向に振動させ、各振動子のY軸方向の変位をコンデンサの容量変化によって検出することにより、基板に作用するY軸方向の加速度とXY軸に直交するZ軸回りの角速度とを同時に検出するものである。 This type of acceleration / angular velocity detection device, for example, as disclosed in Patent Document 1, supports a pair of vibrators on a substrate so as to be displaceable in the XY axis directions orthogonal to each other and vibrates in the X axis direction. By detecting the displacement of each vibrator in the Y-axis direction based on the change in the capacitance of the capacitor, the acceleration in the Y-axis direction acting on the substrate and the angular velocity around the Z-axis orthogonal to the XY axis are detected simultaneously. .
図1は、従来の静電容量型MEMSを用いた加速度・角速度検出装置を説明するための構成図で、上述した特許文献1に示された図5の概略構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an acceleration / angular velocity detection device using a conventional capacitive MEMS, and is a schematic configuration diagram of FIG. 5 shown in Patent Document 1 described above.
第1及び第2時分割タイミングT1,T2では、電圧印加回路11により、極性が反転する第1電圧信号V1がコンデンサC1,C2の両端に印加されるとともに、第1電圧信号V1と同相の第2電圧信号V2がコンデンサC3,C4の両端に印加される。したがって、第1時分割タイミングT1と第2時分割タイミングT2とでチャージアンプ12から出力される一組の電圧信号は、その差により、2つの振動子のY軸方向における反対向きの変位を互いに打ち消しあって、2つの振動子のY軸方向における同じ向きの変位のみを表すことになる。そして、サンプルホールド回路14a,14bは、第1及び第2時分割タイミングT1,T2にて、チャージアンプ12からの電圧信号をそれぞれサンプルホールドする。なお、符号13は、サンプルホールド回路14a乃至14dを制御するサンプリングタイミング制御回路を示している。
At the first and second time division timings T1 and T2, the
2つの振動子のY軸方向における同じ向きの変位は、基板10に作用するY軸方向の加速度である。したがって、サンプルホールド回路14a、14bにそれぞれサンプルホールドされた各電圧信号の差は、基板10に作用するY軸方向の加速度の大きさを表すことになる。そして、演算器15が、前記サンプルホールドされた各電圧信号の差を演算して出力するので、この演算器15から前記加速度の大きさを表す出力電圧が取り出される。
The displacement in the same direction in the Y-axis direction of the two vibrators is the acceleration in the Y-axis direction that acts on the
また、第3及び第4時分割タイミングでは、電圧印加回路11により、極性が反転する第1電圧信号V1がコンデンサC1,C2の両端に印加されるとともに、第1電圧信号V1と逆相の第2電圧信号V2がコンデンサC3,C4の両端に印加される。したがって、第3時分割タイミングT3と第4時分割タイミングT4とでチャージアンプ12から出力される一組の電圧信号は、その差により、2つの振動子のY軸方向における同じ向きの変位を互いに打ち消しあって、2つの振動子のY軸方向における反対向きの変位のみを表すことになる。そして、サンプルホールド回路14c,14dは、第3及び第4時分割タイミングT3,T4にて、チャージアンプ12からの電圧信号をそれぞれサンプルホールドする。
In addition, at the third and fourth time division timings, the
2つの振動子のY軸方向における反対向きの変位は、基板10に作用するZ軸回りの角速度である。したがって、サンプルホールド回路14c,14dにそれぞれサンプルホールドされた各電圧信号の差は、基板10に作用するZ軸回りの角速度の大きさを表すことになる。そして、演算器16が、前記サンプルホールドされた各電圧信号の差を演算して出力するので、この演算器16から加速度の大きさを表す出力電圧が取り出される。
The opposite displacements in the Y-axis direction of the two vibrators are angular velocities around the Z-axis that act on the
このように、単一のチャージアンプ12のみを用いるだけで、加速度及び角速度を同時に検出できるので、加速度・角速度検出装置が簡単な構成で実現される。
As described above, since the acceleration and the angular velocity can be detected simultaneously by using only the
図2は、図1を勘案した本発明と対比するための従来例1を示す構成図である。センサ部21を構成する容量素子C1と容量素子C2の接続点が演算増幅器22の非反転入力端子に接続され、反転入力端子にはVrefが印加されている。また、非反転入力端子と出力端子間には抵抗Rと容量素子CFBが並列に接続されている。センサ部21の一方の容量素子C1には、スイッチング素子SW1,SW2が接続可能とされ、他方の容量素子C2にはスイッチング素子SW3,SW4が接続可能とされていて、スイッチング素子SW1とSW3は連動して、信号Φ1がセンサ部21の容量素子C1に供給され、また、スイッチング素子SW2とSW4とは連動して、信号Φ1とは逆位相の信号Φ2がセンサ部21の容量素子C2に供給される。つまり、信号Φ1と信号Φ2によってVoutの極性を切り換えて変調をかける。このときのVoutは、
Vout=±(C1−C2)/CFB・1/2VDD
となる。
FIG. 2 is a block diagram showing a conventional example 1 for comparison with the present invention in consideration of FIG. A connection point between the capacitive element C1 and the capacitive element C2 constituting the
Vout = ± (C1-C2) / C FB · 1 / 2VDD
It becomes.
図3は、本発明と対比するための従来例2を示す構成図である。演算増幅器32の非反転入力端子とGND間には容量素子Csが接続され、反転入力端子にはVrefが印加されている。また、非反転入力端子と出力端子間には抵抗Rと容量素子CFBが並列に接続されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example 2 for comparison with the present invention. A capacitive element Cs is connected between the non-inverting input terminal of the
容量素子Csに蓄積される電荷量は、Q=Cs・Vrefで、加速度・角速度が加わりCsが変化すると、Q=(Cs+ΔC)・Vrefとなる。S1点で電荷バランスが保たれるので、CFBに-ΔC・Vrefのチャージが誘起される。Csの変化に比例して、Vout=(ΔC/CFB)・Vrefの出力が得られる。 The amount of charge accumulated in the capacitive element Cs is Q = Cs · Vref, and when acceleration and angular velocity are added and Cs changes, Q = (Cs + ΔC) · Vref. Since the charge balance is maintained at the point S1, a charge of -ΔC · Vref is induced in C FB . In proportion to the change in Cs, an output of Vout = (ΔC / C FB ) · Vref is obtained.
また、加速度・角速度を検出するための静電容量型のセンサ部と、スイッチトキャパシタ回路を用いてCV変換率を変更できるCV変換回路とを備えた加速度センサは、例えば、特許文献2に開示されている。この種の加速度センサは、コンデンサの容量を現す値を所定のCV変換率で電圧に変換して出力するCV変換回路内の測定対象の可変容量コンデンサに、少なくとも2個のスイッチを接続してスイッチトキャパシタ回路を構成させ、CV変換率が、スイッチトキャパシタ回路の等価抵抗値と抵抗回路の抵抗値との比に従って決定されるように構成されたものである。 Further, an acceleration sensor including a capacitance type sensor unit for detecting acceleration and angular velocity and a CV conversion circuit capable of changing a CV conversion rate using a switched capacitor circuit is disclosed in, for example, Patent Document 2. ing. In this type of acceleration sensor, at least two switches are connected to a variable capacitance capacitor to be measured in a CV conversion circuit that converts a value representing the capacitance of the capacitor into a voltage with a predetermined CV conversion rate and outputs the voltage. The CV conversion rate is determined according to the ratio between the equivalent resistance value of the switched capacitor circuit and the resistance value of the resistance circuit.
しかしながら、上述した特許文献1に記載のもの、あるいは図2に示した従来例1のものは、加速度を同時に取ると、角速度のSNは下がるという問題がある。これは、振動子の電位が1/2VDD基準となるため振動子の駆動力が弱く、また、サンプリングが必須でノイズが折り返すことによる。また、振動子側を差動対につなぐと1軸方向しか原理的に検出できないという問題がある。これは、2軸間でチャージが混同するためである。 However, the one described in Patent Document 1 described above or the one in the conventional example 1 shown in FIG. 2 has a problem that the SN of the angular velocity decreases when acceleration is taken simultaneously. This is because the vibrator driving force is weak because the vibrator potential is ½ VDD reference, and sampling is essential and noise is folded. Further, when the vibrator side is connected to a differential pair, there is a problem that only one axial direction can be detected in principle. This is because the charge is confused between the two axes.
つまり、従来の加速度・角速度同時測定用のCV変換方式では、特許文献1、あるいは図2に示した従来例1のように、振動子の電位が、1/2VDDとなり、駆動力が取れないという問題がある(角速度成分:コリオリ力は振動子の振幅に比例する)。振動子の電位をVmassとし、駆動電極の電位をVdrive=VDC+VAC(VAC:振動子の共振周波数(Fr)の成分)とし、駆動電極と振動子間の容量をCとし、駆動電極と振動子間の距離をdとすると、振動子にかかる駆動力(クーロン力)の大きさは、F=C/2d・(Vmass−Vdrive)2、実効的な共振周波数でかかる成分を取り出すと、C/d・(Vmass−VDC)・VACとなる。 That is, in the conventional CV conversion method for simultaneous measurement of acceleration and angular velocity, the potential of the vibrator becomes 1/2 VDD as in Patent Document 1 or Conventional Example 1 shown in FIG. There is a problem (angular velocity component: Coriolis force is proportional to the amplitude of the vibrator). The potential of the vibrator is Vmass, the potential of the drive electrode is Vdrive = V DC + V AC (V AC : a component of the resonance frequency (Fr) of the vibrator), the capacitance between the drive electrode and the vibrator is C, and the drive electrode And the distance between the transducers is d, the magnitude of the driving force (Coulomb force) applied to the transducers is F = C / 2d · (Vmass−Vdrive) 2 , and the component is extracted at an effective resonance frequency. , C / d · (Vmass−V DC ) · V AC .
(1)Vmass=1/2・VDDの場合、VDC=3/4・VDD(1/4・VDD)、VAC=1/4・VDD・sin(2πFr・T)で駆動力は最大となり、
(2)Vmass=GNDにすると、VDC=1/2・VDD、VAC=1/2・VDD・sin(2πFr・T)で駆動力は最小となる。
(1) When Vmass = 1/2 · VDD, V DC = 3/4 · VDD (1/4 · VDD), V AC = 1/4 · VDD · sin (2πFr · T), and the driving force becomes maximum ,
(2) When Vmass = GND, the driving force is minimized when V DC = 1/2 · VDD and V AC = 1/2 · VDD · sin (2πFr · T).
比較すると、((1/2)−(3/4))・1/4:(0−1/2)・1/2=1:4である。振動子をGNDに落とす場合と比較し、駆動力は1/4となる。 In comparison, ((1/2) − (3/4)) · 1/4: (0−1 / 2) · 1/2 = 1: 4. Compared with the case where the vibrator is dropped to GND, the driving force is ¼.
また、図3に示した従来例2のような回路では、Fc=1/(2πRCFB)のHPF(ハイパスフィルタ)となるため、変調をかけないと加速度成分(DC成分)は取れないという問題がある。 Further, in the circuit like the conventional example 2 shown in FIG. 3, since the HPF (high pass filter) of Fc = 1 / (2πRC FB ) is obtained, the acceleration component (DC component) cannot be obtained unless modulation is applied. There is.
また、特許文献2に記載のものについても、加速度のSNが下がるという問題がある。これは、スイッチトキャパシタ回路を等価抵抗とみなし、加速度成分対し変調がかからない構成となっているため、演算増幅器の1/fノイズをそのまま取り込んでしまうためである。 Moreover, the thing of patent document 2 also has the problem that SN of acceleration falls. This is because the switched capacitor circuit is regarded as an equivalent resistance, and the acceleration component is not modulated, so that the 1 / f noise of the operational amplifier is taken in as it is.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、静電容量型のセンサ部と、そのセンサ部の容量変化を検出電圧に変換する容量・電圧(CV)変換回路とを備え、SN比の改善と感度の向上を図るとともに、小型化を図るようにした静電容量型検出装置及びそれを用いた加速度・角速度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a capacitive sensor unit and a capacitance / voltage (CV) for converting a change in capacitance of the sensor unit into a detection voltage. It is an object of the present invention to provide a capacitance type detection device and an acceleration / angular velocity detection device using the same that are provided with a conversion circuit to improve the SN ratio and sensitivity, and to reduce the size.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、静電容量型のセンサ部と、該センサ部からの容量変化を検出電圧に変換するCV変換回路とを備えた静電容量型検出装置において、前記センサ部を構成する変位可能な振動子を挟むようにして設けられた少なくとも一対の検出用電極を有する容量素子と、前記センサ部の前記検出電圧に変調をかける変調手段とを備え、前記容量素子の前記振動子側を所定の電位に固定するとともに、前記容量素子の検出用電極側を前記CV変換回路の入力部に接続することを特徴とする静電容量型検出装置。(実施例1,実施例2、図8,図11)
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記CV変換回路が、前記容量素子に接続されたスイッチング素子を有するスイッチトキャパシタ方式のCV変換回路であることを特徴とする。(実施例1、図8)
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記CV変換回路が、前記容量素子の前記検出用電極に接続される演算増幅器を備えているとともに、該演算増幅器の差動対の入力電位を高周波電圧に変調するキャパシタ(Cc)と、前記高周波電圧の印加回路とを有することを特徴とする。(実施例2、図11)
また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記センサ部が、基板上に支持されて互いに直交するXYZ軸方向に変位可能な振動子と、該振動子をZ軸方向に振動させる一対の駆動用電極を有する駆動部と、前記振動子を挟むように上下に設けられ、前記振動子のX軸方向への変位に対して容量変化を互いに逆方向へ増減させる一対の第1(Cs1,Cs6)及び第2の容量素子(Cs2,cs7)と、前記振動子を挟むように上下に設けられ、前記振動子のY軸方向への変位に対して容量変化を互いに逆方向へ増減させる一対の第3(Cs3,Cs8)及び第4の容量素子(Cs4,Cs9)と、前記振動子を挟むように上下に設けられているとともに、前記駆動用電極を取り囲むように配置され、前記振動子のZ軸方向への変位に対する容量変化を検出する一対の第5の容量素子(Cs5,Cs10)とを備えることを特徴とする。(図7)
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の静電容量型検出装置を用い、前記振動子に作用するXYZ軸方向の加速度と、XY軸回りの角速度を検出することを特徴とする加速度・角速度検出装置である。
The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to claim 1 is a capacitance type sensor unit and a CV that converts a capacitance change from the sensor unit into a detection voltage. In a capacitance-type detection device including a conversion circuit, a capacitive element having at least a pair of detection electrodes provided so as to sandwich a displaceable vibrator constituting the sensor unit, and the detection voltage of the sensor unit And a modulation means for modulating the capacitance element, fixing the vibrator side of the capacitive element to a predetermined potential, and connecting the detection electrode side of the capacitive element to an input portion of the CV conversion circuit. Capacitance type detection device. (Example 1, Example 2, FIG. 8, FIG. 11)
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the CV conversion circuit is a switched capacitor type CV conversion circuit having a switching element connected to the capacitive element. To do. (Example 1, FIG. 8)
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the CV conversion circuit includes an operational amplifier connected to the detection electrode of the capacitive element. It has a capacitor (Cc) that modulates the input potential of the differential pair to a high frequency voltage, and a circuit for applying the high frequency voltage. (Example 2, FIG. 11)
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the sensor unit is supported on the substrate and can be displaced in the XYZ axial directions orthogonal to each other, and A drive unit having a pair of drive electrodes that vibrate in the axial direction and upper and lower portions sandwiching the vibrator, and increase or decrease capacitance changes in opposite directions with respect to displacement of the vibrator in the X-axis direction. A pair of first (Cs1, Cs6) and second capacitive elements (Cs2, cs7) and the transducer are provided vertically so as to sandwich the transducer, and change in capacitance with respect to displacement of the transducer in the Y-axis direction. A pair of third (Cs3, Cs8) and fourth capacitive elements (Cs4, Cs9) that increase or decrease in opposite directions are provided above and below to sandwich the vibrator and surround the drive electrode. Arranged in the Z axis of the vibrator Characterized in that it comprises a pair of detecting a change in capacitance with respect to displacement in the direction the fifth capacitive element (Cs5, Cs10). (Fig. 7)
According to a fifth aspect of the present invention, the capacitance type detection device according to any one of the first to fourth aspects is used, and the acceleration in the XYZ-axis direction acting on the vibrator and the angular velocity around the XY axis are determined. It is an acceleration / angular velocity detection device characterized by detecting.
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記CV変換回路が、XYZ軸用CV変換回路を有し、該XYZ軸用CV変換回路の各々に接続された復調回路と、該復調回路の各々に接続されたXYZ軸の加速度信号を出力するローパスフィルタと、前記復調回路の各々に接続されたXY軸の角速度信号を出力するハイパスフィルタ及び同期検波回路を介したローパスフィルタとを備えることを特徴とする。(図10) The invention according to claim 6 is the demodulation according to claim 5, wherein the CV conversion circuit includes an XYZ axis CV conversion circuit and is connected to each of the XYZ axis CV conversion circuits. A low-pass filter that outputs an XYZ-axis acceleration signal connected to each of the demodulation circuits, a high-pass filter that outputs an angular velocity signal of the XY-axis connected to each of the demodulation circuits, and a synchronous detection circuit And a low-pass filter. (Fig. 10)
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記CV変換回路のZ軸用CV変換回路と、前記センサ部と、前記同期検波回路に接続された発振回路を備えることを特徴とする。(図10) According to a seventh aspect of the invention, in the sixth aspect of the invention, a Z-axis CV conversion circuit of the CV conversion circuit, the sensor unit, and an oscillation circuit connected to the synchronous detection circuit are provided. It is characterized by that. (Fig. 10)
また、請求項8に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記CV変換回路が、XYZ軸用CV変換回路を有し、該XYZ軸用CV変換回路の各々に接続された復調回路と、該復調回路の各々に接続されたXYZ軸の加速度信号を出力するローパスフィルタと、前記XYZ軸用CV変換回路の各々に直接接続されたXY軸の角速度信号を出力するローパスフィルタとを備えることを特徴とする。(図13) The invention according to claim 8 is the demodulation according to claim 5, wherein the CV conversion circuit includes an XYZ axis CV conversion circuit and is connected to each of the XYZ axis CV conversion circuits. A low-pass filter that outputs an XYZ-axis acceleration signal connected to each of the demodulation circuits, and a low-pass filter that outputs an XY-axis angular velocity signal directly connected to each of the XYZ-axis CV conversion circuits. It is characterized by providing. (Fig. 13)
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記CV変換回路のZ軸用CV変換回路と、前記センサ部と、前記同期検波回路に接続された発振回路を備えることを特徴とする。(図13) The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8, further comprising an oscillation circuit connected to the Z-axis CV conversion circuit of the CV conversion circuit, the sensor unit, and the synchronous detection circuit. It is characterized by that. (Fig. 13)
本発明によれば、センサ部を構成する変位可能な振動子を挟むようにして設けられた少なくとも一対の検出用電極を有する容量素子と、センサ部の検出電圧に変調をかける変調手段とを備え、容量素子の振動子側を所定の電位に固定するとともに、容量素子の検出用電極側をCV変換回路の入力部に接続するようにしているので、容量検出式MEMSの加速度及び角速度の同時検出用の信号処理が可能である。また、振動子1個で加速度及び角速度を別周波数の成分として分離することができる。 According to the present invention, a capacitive element having at least a pair of detection electrodes provided so as to sandwich a displaceable vibrator constituting the sensor unit, and a modulation unit that modulates the detection voltage of the sensor unit are provided. Since the vibrator side of the element is fixed to a predetermined potential and the detection electrode side of the capacitive element is connected to the input part of the CV conversion circuit, it can be used for simultaneous detection of acceleration and angular velocity of the capacitive detection type MEMS. Signal processing is possible. Further, acceleration and angular velocity can be separated as separate frequency components with a single vibrator.
また、本発明は、CV変換は振動子の電位を所定の電位に設定し、対向する電極側を差動対に繋いだ構造を特徴としている。また、加速度がクロック周波数に変調されるため、DCに復調する回路を検出段に配置しているので、角速度に対して高いSNが得られる。また、振動子の電位をGND電位に固定することで、駆動力が4倍稼げ、1/2VDD固定に対し4倍感度があがるという効果がある。また、1つの振動子と回路の組み合わせで加速度と角速度が同時にそれぞれ2軸以上測定できるため小型化が可能である。 Further, the present invention is characterized in that the CV conversion has a structure in which the potential of the vibrator is set to a predetermined potential and the opposing electrode sides are connected to a differential pair. Further, since the acceleration is modulated to the clock frequency, a circuit that demodulates to DC is arranged in the detection stage, so that a high SN with respect to the angular velocity can be obtained. Further, by fixing the potential of the vibrator to the GND potential, there is an effect that the driving force can be increased 4 times and the sensitivity is increased 4 times with respect to 1/2 VDD fixed. In addition, since a combination of one vibrator and a circuit can simultaneously measure two or more axes of acceleration and angular velocity, the size can be reduced.
また、キャパシタの振動子と対向する側の面を差動対に入力し、キャパシタ(Cc)を用いることでCsにかかる電位を変調して検出を行うことができる。 Further, the surface of the capacitor facing the vibrator can be input to the differential pair, and the detection can be performed by modulating the potential applied to Cs by using the capacitor (Cc).
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図4(a)乃至(c)は、本発明の静電容量型検出装置を説明するためのセンサ構造(センサ部)を示す図である。なお、このセンサ部は、加速度・角速度検出装置の3軸のセンサ部として用いることができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
4A to 4C are diagrams showing a sensor structure (sensor unit) for explaining the capacitance type detection device of the present invention. This sensor unit can be used as a triaxial sensor unit of the acceleration / angular velocity detection device.
本発明におけるセンサ部は、振動子を挟んで10つの静電容量素子から構成されている。すなわち、センサ部は、図4(b)に示すように、Si層51の中央部において、X軸方向に設けられた振動子52a,52bと、Y軸方向に設けられた振動子53a,53bと、X軸及びY軸の交差部に設けられた振動子54と一体的に設けられ、この振動子54が梁55を介してSi層51に固定されている。
The sensor unit in the present invention is composed of ten electrostatic capacitance elements with a vibrator interposed therebetween. That is, as shown in FIG. 4B, the sensor unit includes
また、このSi層51の上面には、図4(a)に示すように、ガラス層41上に検出用電極と駆動用電極が設けられている。つまり、X軸方向に設けられた振動子52a,52bに対向するように、X軸検出用電極42a,42bと、Y軸方向に設けられた振動子53a,53bに対向するように、Y軸検出用電極43a,43bと、X軸及びY軸の交差部に設けられた振動子54に対向するように、駆動用電極45が設けられ、この駆動用電極45の周辺を囲むようにしてZ軸検出用電極44が設けられている。
Further, on the upper surface of the
また、同様に、Si層51の下面には、図4(c)に示すように、ガラス層61上に検出用電極と駆動用電極が設けられている。つまり、X軸方向に設けられた振動子52a,52bに対向するように、X軸検出用電極62a,62bと、Y軸方向に設けられた振動子53a,53bに対向するように、Y軸検出用電極63a,63bと、X軸及びY軸の交差部に設けられた振動子54に対向するように、駆動用電極65が設けられ、この駆動用電極65の周辺を囲むようにしてZ軸検出用電極64が設けられている。
Similarly, a detection electrode and a driving electrode are provided on the
このような構造により、X軸検出用電極42a,42bとX軸方向に設けられた振動子52a,52bとにより静電容量素子C1,C2が構成され、X軸検出用電極62a,62bとX軸方向に設けられた振動子52a,52bとにより静電容量素子C6,C7が構成される。また、Y軸検出用電極43a,43bとY軸方向に設けられた振動子53a,53bとにより静電容量素子C3,C4が構成され、Y軸検出用電極63a,63bとY軸方向に設けられた振動子53a,53bとにより静電容量素子C8,C9が構成される。さらに、Z軸検出用電極44とX軸及びY軸の交差部に設けられた振動子54とにより静電容量素子C5が構成され、Z軸検出用電極64とX軸及びY軸の交差部に設けられた振動子54とにより静電容量素子C10が構成される。
With such a structure, the
図5(a),(b)は、図4(a)乃至(c)に示したセンサ部による加速度検出の原理を説明するための図で、加速度(Fx=max)が振動子の質量と加速度に比例したDC出力であることを示している。 FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the principle of acceleration detection by the sensor unit shown in FIGS. 4A to 4C. The acceleration (Fx = max) is the mass of the vibrator. It shows that the DC output is proportional to the acceleration.
図5(a)に示されているように、X軸方向に設けられた振動子52a,54,52bが、駆動用電極45及び65によって駆動され、例えば、振動子52a側が下方に傾き、振動子52b側が上方に傾くように振動すると、X軸検出用電極42aと振動子52aとの間が広がり、X軸検出用電極42bと振動子52bとの間が狭まるようになり、X軸方向の加速度Fxを示すDC出力(Vx)が(C1+C7)−(C2+C6)に比例した値となる。
As shown in FIG. 5A, the
また、図5(b)に示されているように、Z軸方向に設けられた振動子54が、駆動用電極45及び65によって駆動され、例えば、振動子54が下方に傾くように振動すると、Z軸検出用電極44と振動子54との間が広がり、Z軸検出用電極64と振動子54との間が狭まるようになり、Z軸方向の加速度Fzを示すDC出力(Vz)がC5−C10に比例した値となる。
Further, as shown in FIG. 5B, when the
図6(a),(b)は、図4(a)乃至(c)に示したセンサ部による角速度検出の原理を説明するための図で、角速度(Fx=2mvz・Ωy)がコリオリ力に同期したAC出力であることを示している。なお、コリオリ力は、速度、角速度と直交する向きに発生する力である。 FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the principle of angular velocity detection by the sensor unit shown in FIGS. 4A to 4C, in which the angular velocity (Fx = 2 mvz · Ωy) is the Coriolis force. It shows that the AC output is synchronized. The Coriolis force is a force generated in a direction orthogonal to the velocity and angular velocity.
図6(a)に示されているように、X軸方向に設けられた振動子52a,54,52bが、駆動用電極45及び65によって、そのクーロン力により振動子を共振周波数(Fr)で駆動すると、振動子は上下に振動してVzが発生する。また、図6(b)に示されているように、振動子52a側及び52b側が各々上下に振動すると、角速度Fxを示すAC出力(Vx)がC1−C2に比例した値になる。
As shown in FIG. 6A, the
図7Aは、本発明の静電容量型検出装置に用いられるセンサ構造を説明するための概略図で、図7Bは、本発明と比較のための従来のセンサ構造を説明するための概略図である。なお、図7Aには、図示していないが、振動子71上下には、図4(a),(b)と同様に、Z軸検出用電極及び駆動用電極が設けられている。 FIG. 7A is a schematic diagram for explaining a sensor structure used in the capacitance type detection device of the present invention, and FIG. 7B is a schematic diagram for explaining a conventional sensor structure for comparison with the present invention. is there. Although not shown in FIG. 7A, Z-axis detection electrodes and drive electrodes are provided above and below the vibrator 71 in the same manner as in FIGS. 4A and 4B.
このような構造により、X軸検出用電極72a1,72b1とX軸方向に設けられた振動子71とによりそれぞれ静電容量素子Cs1,Cs2が構成され、裏側のX軸検出用電極と振動子71とによりそれぞれ静電容量素子Cs6,Cs7が構成される。また、Y軸検出用電極73a1,73b1と振動子71とによりそれぞれ静電容量素子Cs3,Cs4が構成され、裏側のY軸検出用電極と振動子71とによりそれぞれ静電容量素子Cs8,Cs9が構成される。さらに、Z軸検出用電極74と振動子71とにより静電容量素子Cs5が構成され、裏側のZ軸検出用電極と振動子71とにより静電容量素子Cs10が構成される。 With such a structure, the X-axis detection electrodes 72a1 and 72b1 and the vibrator 71 provided in the X-axis direction constitute the capacitive elements Cs1 and Cs2, respectively. And electrostatic capacitance elements Cs6 and Cs7 are respectively configured. Capacitance elements Cs3 and Cs4 are configured by the Y-axis detection electrodes 73a1 and 73b1 and the vibrator 71, respectively. Capacitance elements Cs8 and Cs9 are respectively formed by the Y-axis detection electrode and the vibrator 71 on the back side. Composed. Furthermore, the Z-axis detection electrode 74 and the vibrator 71 constitute a capacitive element Cs5, and the back-side Z-axis detection electrode and the vibrator 71 constitute a capacitive element Cs10.
これに対して、従来のセンサ部は、図7Bに示すように、振動子701上にX軸検出用電極702a,702bとY軸検出用電極703a,703bが設けられている。振動子701をICに繋ぐと、全てのキャパッシタのチャージが開始される。CV変換回路は、Cが変化した時のチャージの変化を見るため、X軸の変化及びY軸の変化は区別できない。
In contrast, in the conventional sensor unit, as shown in FIG. 7B,
しかしながら、図7Aに示すように、本発明に用いるセンサ構造によれば、振動子71の上にX軸検出用電極72a1,72b1とY軸検出用電極73a1,73b1が設けられており、振動子側を接地し、X軸検出用電極72a1,72b1及びY軸検出用電極73a1,73b1をそれぞれICに繋いで、X軸検出用電極72a1,72b1からの出力に基づいてX軸のCV変換を行い、Y軸検出用電極73a1,73b1から出力に基づいてY軸のCV変換を行ないようにしている。このように、振動子71と対向する検出用電極72a1,72b1及び73a1,73b1をそれぞれICと繋げば、1つの振動子で多軸の加速度及び角速度成分が検出可能となる。 However, as shown in FIG. 7A, according to the sensor structure used in the present invention, the X-axis detection electrodes 72a1 and 72b1 and the Y-axis detection electrodes 73a1 and 73b1 are provided on the vibrator 71. The X-axis detection electrodes 72a1 and 72b1 and the Y-axis detection electrodes 73a1 and 73b1 are connected to the IC, respectively, and the X-axis CV conversion is performed based on the outputs from the X-axis detection electrodes 72a1 and 72b1. The Y-axis CV conversion is performed based on the outputs from the Y-axis detection electrodes 73a1 and 73b1. In this way, if the detection electrodes 72a1, 72b1 and 73a1, 73b1 facing the vibrator 71 are connected to the IC, multi-axis acceleration and angular velocity components can be detected by one vibrator.
つまり、本発明の加速度・角速度検出装置に用いられるセンサ部は、基板上に支持されて互いに直交するXYZ軸方向に変位可能な振動子71と、この振動子71をZ軸方向に振動させる一対の駆動用電極を有する駆動部と、振動子71を挟むように上下に設けられ、振動子71のX軸方向への変位に対して容量変化を互いに逆方向へ増減させる一対の第1の容量素子Cs1,Cs6及び第2の容量素子Cs2,cs7と、振動子71を挟むように上下に設けられ、振動子71のY軸方向への変位に対して容量変化を互いに逆方向へ増減させる一対の第3の容量素子Cs3,Cs8及び第4の容量素子Cs4,Cs9と、振動子71を挟むように上下に設けられているとともに、駆動用電極を取り囲むように配置され、振動子71のZ軸方向への変位に対する容量変化を検出する一対の第5の容量素子Cs5,Cs10とを備えている。
That is, the sensor unit used in the acceleration / angular velocity detection device of the present invention includes a vibrator 71 supported on a substrate and capable of being displaced in the XYZ-axis directions orthogonal to each other, and a pair for vibrating the vibrator 71 in the Z-axis direction. And a pair of first capacitors that are provided above and below to sandwich the vibrator 71 and increase or decrease capacitance changes in opposite directions with respect to the displacement of the vibrator 71 in the X-axis direction. A pair of elements Cs1 and Cs6 and second capacitor elements Cs2 and cs7, which are provided vertically so as to sandwich the vibrator 71, and increase or decrease capacitance changes in opposite directions with respect to the displacement of the vibrator 71 in the Y-axis direction. The third capacitive elements Cs3 and Cs8 and the fourth capacitive elements Cs4 and Cs9 are provided so as to sandwich the vibrator 71 and are disposed so as to surround the drive electrode. Axial direction And a capacitive element Cs5,
このように、本発明の加速度・角速度検出装置における静電容量型のセンサ部102は、このセンサ部102を構成する変位可能な振動子71を挟むようにして設けられた少なくとも一対の検出用電極72a1,72a2を有する容量素子Cs1,Cs6と、センサ部102の検出電圧に変調をかける変調部とを備え、容量素子Cs1,Cs6の振動子側をGNDレベルに固定するとともに、容量素子Cs1,Cs6の検出用電極72a1,72a2側をCV変換回路103の入力部に接続するように構成されている。
As described above, the capacitance
X軸方向のCV変換は、X軸検出用電極72a1,72b1をCV変換回路103の入力部に接続して行い、Y軸方向のCV変換は、Y軸検出用電極73a1,73b1をCV変換回路103の入力部に接続して行われる。
CV conversion in the X-axis direction is performed by connecting the X-axis detection electrodes 72a1 and 72b1 to the input part of the
このような構成により、振動子71に作用するXYZ軸方向の加速度と、XY軸回りの角速度を検出することができる。 With such a configuration, it is possible to detect the acceleration in the XYZ axis direction acting on the vibrator 71 and the angular velocity around the XY axis.
図8は、本発明に係る加速度・角速度検出装置におけるCV変換回路の第1のCV変換方式(実施例1)について説明するための回路図で、図2に示した従来例1の改良発明に相当し、図2におけるCV変換方式との相違は、振動子の電位をGNDにできるように構成した点である。本発明のCV変換回路は、容量素子に接続されたスイッチング素子を有するスイッチトキャパシタ方式のCV変換回路である。 FIG. 8 is a circuit diagram for explaining the first CV conversion system (first embodiment) of the CV conversion circuit in the acceleration / angular velocity detection device according to the present invention, which is an improvement of the conventional example 1 shown in FIG. Correspondingly, the difference from the CV conversion method in FIG. 2 is that the configuration is such that the potential of the vibrator can be set to GND. The CV conversion circuit of the present invention is a switched capacitor type CV conversion circuit having a switching element connected to a capacitive element.
センサ部81を構成する容量素子C1と容量素子C2の振動子側の電位をGNDに接続し、一方の容量素子C1がスイッチング素子SW1a,SW1b,SW2とから構成され、他方の容量素子C2がスイッチング素子SW3a,SW3b,SW4とから構成され、これらのスイッチング素子により変調手段が構成されている。
The potentials on the vibrator side of the capacitive element C1 and the capacitive element C2 constituting the
このような変調手段により、SW1aとSW1bから交互に信号Φ1Aと信号Φ1Bを切り替えるとともに、SW3a,SW3bから交互に信号Φ1Aと信号Φ1Bを切り替え、SW2及びSW4を介して、容量素子C1及びC2の電荷量が演算増幅器82の非反転入力端子に供給される。反転入力端子にはVrefとして1.5Vが印加されている。また、非反転入力端子と出力端子間にはSW5(信号ΦR)と容量素子CFBが並列に接続されている。なお、SW2とSW4、SW1aとSW3a、SW1bとSW3bとは連動され、それらの信号Φ1A,Φ1Bと信号Φ2によってVoutの極性を切り換えて変調をかける。
By such modulation means, the signals Φ1A and Φ1B are alternately switched from SW1a and SW1b, and the signals Φ1A and Φ1B are alternately switched from SW3a and SW3b. The quantity is supplied to the non-inverting input terminal of the
図9は、図8における変調手段の信号切換えを示すクロック制御タイミングを示す図である。信号Φ1Aを信号Φ2に切り換えた場合には、信号Φ1のチャージ量は、Q=VDD・C1となり、電荷保存則により信号Φ2の出力Voutを求めると、VDD・C1=(1/2)VDD・(C1+C2)+((1/2)VDD−Vout)・CFBとなり、Vout=(C1−C2)/CFB・(1/2)VDDとなる。
また、信号Φ1Bを信号Φ2に切り替えると、Vout=−(C1−C2)/CFB・(1/2)VDDとなる。
FIG. 9 is a diagram showing clock control timing indicating signal switching of the modulation means in FIG. When the signal Φ1A is switched to the signal Φ2, the charge amount of the signal Φ1 is Q = VDD · C1, and when the output Vout of the signal Φ2 is obtained by the charge conservation law, VDD · C1 = (1/2) VDD · a (C1 + C2) + (( 1/2) VDD-Vout) · C FB becomes, Vout = (C1-C2) / C FB · (1/2) VDD.
Moreover, switching signals Φ1B the signal .phi.2, Vout = - a (C1-C2) / C FB · (1/2) VDD.
このように、図8に示したな構成により、Vout=±(C1−C2)/CFB・(1/2)VDDが得られ、振動子の電位をGND(VDD)に落とせるため、従来例1に対して駆動力が4倍になる。 Thus, with the configuration shown in FIG. 8, Vout = ± (C1-C2) / CFB · (1/2) VDD is obtained, and the potential of the vibrator can be lowered to GND (VDD). The driving force is four times that of 1.
図10は、実施例1のCV変換回路を用いた加速度・角速度検出装置を説明するための構成ブロック図である。なお、図中符号101は発振回路、102はセンサ部、103はCV変換回路、104は復調回路、105a,105b,105cはローパスフィルタ(LPF)、106a,106bはハイパスフィルタ(HPF)、107は同期検波回路(復調回路)、108a,108bはローパスフィルタ(LPF)を示している。
FIG. 10 is a configuration block diagram for explaining an acceleration / angular velocity detection apparatus using the CV conversion circuit according to the first embodiment. In the figure,
発振回路101は、センサ部102の駆動用電極に駆動信号を供給するとともに、同期検波回路107に基準信号を供給するものである。センサ部102は、図7(a)に示したような構成を有するものである。CV変換回路103は、センサ部102からの出力信号に基づいて容量変化を検出電圧に変換し、加速度及び角速度の信号を出力するものである。このCV変換回路103における具体的なCV変換方式及び回路図は、図8に示したとおりである。
The
復調回路104は、CV変換回路103で高周波に変調された加速度・角速度の成分を、元の周波数帯(加速度はDC成分、角速度は共振周波数の成分)に復調するものである。
The
ローパスフィルタ(LPF)105a,105b,105cは、復調回路104を介してCV変換回路103からの加速度及び角速度信号からAC成分をカットオフしてそれぞれ加速度成分Ax,Ay,Azを出力するものである。ハイパスフィルタ(HPF)106a,106bは、復調回路104を介してCV変換回路103からの加速度及び角速度信号からDC成分をカットオフするものである。同期検波回路107は、ハイパスフィルタ(HPF)106a,106bからのAC信号をDC信号に復調するものである。ローパスフィルタ(LPF)108a,108bは、同期検波回路107からのDC成分に基づいて、それぞれ角速度成分Ωy,Ωxを出力するものである。
Low-pass filters (LPF) 105a, 105b, and 105c cut off the AC component from the acceleration and angular velocity signals from the
つまり、CV変換回路103は、XYZ軸用CV変換回路を有し、このXYZ軸用CV変換回路の各々に接続された復調回路104と、この復調回路104の各々に接続されたXYZ軸の加速度信号を出力するローパスフィルタ105a,105b,105cと、復調回路104の各々に接続されたXY軸の角速度信号を出力するハイパスフィルタ106a,106b及び同期検波回路107を介したローパスフィルタ108a,108bとを備えている。また、CV変換回路103のZ軸用CV変換回路と、センサ部102と、同期検波回路107に接続された発振回路101を備えている。
In other words, the
このような構成により、容量検出式MEMSの加速度及び角速度の同時検出用の信号処理が可能である。また、振動子1個で加速度及び角速度を別周波数の成分として分離することができる。 With such a configuration, signal processing for simultaneous detection of acceleration and angular velocity of the capacitive detection type MEMS is possible. Further, acceleration and angular velocity can be separated as separate frequency components with a single vibrator.
図11は、本発明に係る加速度・角速度検出装置におけるCV変換回路の第2のCV変換方式(実施例2)について説明するための回路図で、図3に示した従来例2の改良発明に相当し、図3におけるCV変換方式との相違は、加速度を検出できるように構成した点である。このCV変換回路は、容量素子の検出用電極に接続される演算増幅器を備えているとともに、この演算増幅器の差動対の入力電位を高周波電圧に変調するキャパシタCcと、高周波電圧の印加回路(クロック発生回路)110とを備えている。 FIG. 11 is a circuit diagram for explaining a second CV conversion system (second embodiment) of the CV conversion circuit in the acceleration / angular velocity detection device according to the present invention, which is an improvement of the conventional example 2 shown in FIG. Correspondingly, the difference from the CV conversion method in FIG. 3 is that it is configured to detect acceleration. The CV conversion circuit includes an operational amplifier connected to the detection electrode of the capacitive element, a capacitor Cc that modulates the input potential of the differential pair of the operational amplifier into a high frequency voltage, and a high frequency voltage application circuit ( Clock generation circuit) 110.
センサ部111の出力に対して容量素子Ccを介して演算増幅器112のVinをクロック周波数で変調する(Vin=(1/2)VDD+VAC)。演算増幅器112の出力の差分は、Vout1−Vout2=(C1−C2)/CFB・Vin=(C1−C2)/CFB・(1/2)VDD+(C1−C2)/CFB・VACとなる。(C1−C2)/CFB・(1/2)VDDは、角速度に対応する出力であり、(C1−C2)が共振周波数で変化するため角速度成分は共振周波数となる。(C1−C2)/CFB・VACは、加速度に対応する出力であり、クロック周波数で変調された成分となる。
The output of the
図12(a),(b)は、図11における角速度成分と加速度成分の出力波形を示す図である。なお、加速度成分は500kHz、角速度成分は共振周波数(10kHz)である。 12A and 12B are diagrams showing output waveforms of the angular velocity component and the acceleration component in FIG. The acceleration component is 500 kHz, and the angular velocity component is the resonance frequency (10 kHz).
このように、図11に示した構成により、従来例2に対して加速度の検出を可能にし、図8に示した第1のCV変換方式の場合と同様に、振動子の電位をGND(VDD)に落とせるため、従来例1に対して駆動力が4倍になる。 As described above, the configuration shown in FIG. 11 enables detection of acceleration with respect to Conventional Example 2, and the potential of the vibrator is set to GND (VDD as in the case of the first CV conversion method shown in FIG. ), The driving force is four times that of Conventional Example 1.
図13は、実施例2のCV変換回路を用いた加速度・角速度検出装置を説明するための構成ブロック図で、図10と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。 FIG. 13 is a configuration block diagram for explaining an acceleration / angular velocity detection apparatus using the CV conversion circuit according to the second embodiment. Components having the same functions as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
図10に示した加速度・角速度検出装置との相違は、復調回路104の接続箇所である。つまり、図10に示した加速度・角速度検出装置においては、復調回路104がCV変換回路103の直後に配置されているのに対して、図13に示した加速度・角速度検出装置おいては、加速度Ax、Ay,Azを検出する信号処理系に復調回路104が接続されている点である。なお、発振回路101とセンサ部102については、図10の構成と同様である。CV変換回路103における具体的なCV変換方式及び回路図は、図11に示したとおりである。
The difference from the acceleration / angular velocity detection device shown in FIG. That is, in the acceleration / angular velocity detection device shown in FIG. 10, the
復調回路104は、CV変換回路103からのクロック周波数に変調された加速度成分に対し、もとのDCの成分に復調をかけるものである。
The
ローパスフィルタ(LPF)105a,105b,105cは、復調回路104を介してCV変換回路103からの加速度及び角速度信号からAC成分をカットオフしてそれぞれ加速度成分Ax,Ay,Azを出力するものである。同期検波回路107は、、CV変換回路103からのAC信号をDC信号に復調するものである。ローパスフィルタ(LPF)108a,108bは、同期検波回路107からのDC成分に基づいて、それぞれ角速度成分Ωy,Ωxを出力するものである。
Low-pass filters (LPF) 105a, 105b, and 105c cut off the AC component from the acceleration and angular velocity signals from the
つまり、CV変換回路103は、XYZ軸用CV変換回路を有し、このXYZ軸用CV変換回路の各々に接続された復調回路104と、この復調回路104の各々に接続されたXYZ軸の加速度信号を出力するローパスフィルタ105a,105b,105cと、同期検波回路107を介してXYZ軸用CV変換回路の各々に直接接続されたXY軸の角速度信号を出力するローパスフィルタ108a,108bとを備えている。また、CV変換回路103のZ軸用CV変換回路と、センサ部102と、同期検波回路107に接続された発振回路101を備えている。
In other words, the
このような構成により、容量検出式MEMSの加速度及び角速度の同時検出用の信号処理が可能である。また、振動子1個で加速度及び角速度を別周波数の成分として分離することができる。 With such a configuration, signal processing for simultaneous detection of acceleration and angular velocity of the capacitive detection type MEMS is possible. Further, acceleration and angular velocity can be separated as separate frequency components with a single vibrator.
なお、上述した実施例1及び2では振動子の電位を0Vとしたが、それに限定されるものではなく、VDD、あるいは昇圧回路と併用し、さらに高い電位に設定してもよい。 In the first and second embodiments described above, the vibrator potential is set to 0 V. However, the present invention is not limited to this, and may be set to a higher potential in combination with VDD or a booster circuit.
10 基板
11 電圧印加回路
12 チャージアンプ
13 サンプリングタイミング制御回路
14a,14b,14c,14d サンプルホールド回路
15,16 演算器
21 センサ部
22,32 演算増幅器
41 ガラス層
42a,42b,62a,62b X軸検出用電極
43a,43b,63a,63b Y軸検出用電極
44,64 Z軸検出用電極
45,65 駆動用電極
51 Si層
52a,52b,53a,53b,54 振動子
55 梁
71 振動子
72a1,72b1 X軸検出用電極
73a1,73b1 Y軸検出用電極
74 Z軸検出用電極
75 駆動用電極
81,111 センサ部
82,112 演算増幅器
101 発振回路
102 センサ部
103 CV変換回路
104 復調回路
105a,105b,105c ローパスフィルタ(LPF)
107 同期検波回路(復調回路)
108a,108b ローパスフィルタ(LPF)
701 振動子
702a,702b X軸検出用電極
703a,703b Y軸検出用電極
DESCRIPTION OF
107 Synchronous detection circuit (demodulation circuit)
108a, 108b Low-pass filter (LPF)
701
Claims (9)
前記センサ部を構成する変位可能な振動子を挟むようにして設けられた少なくとも一対の検出用電極を有する容量素子と、
前記センサ部の前記検出電圧に変調をかける変調手段とを備え、
前記容量素子の前記振動子側を所定の電位に固定するとともに、前記容量素子の検出用電極側を前記CV変換回路の入力部に接続することを特徴とする静電容量型検出装置。 In a capacitance-type detection device including a capacitance-type sensor unit and a CV conversion circuit that converts a capacitance change from the sensor unit into a detection voltage,
A capacitive element having at least a pair of detection electrodes provided so as to sandwich a displaceable vibrator constituting the sensor unit;
Modulation means for modulating the detection voltage of the sensor unit,
An electrostatic capacitance type detection device, wherein the vibrator side of the capacitive element is fixed to a predetermined potential, and the detection electrode side of the capacitive element is connected to an input portion of the CV conversion circuit.
基板上に支持されて互いに直交するXYZ軸方向に変位可能な振動子と、
該振動子をZ軸方向に振動させる一対の駆動用電極を有する駆動部と、
前記振動子を挟むように上下に設けられ、前記振動子のX軸方向への変位に対して容量変化を互いに逆方向へ増減させる一対の第1及び第2の容量素子と、
前記振動子を挟むように上下に設けられ、前記振動子のY軸方向への変位に対して容量変化を互いに逆方向へ増減させる一対の第3及び第4の容量素子と、
前記振動子を挟むように上下に設けられているとともに、前記駆動用電極を取り囲むように配置され、前記振動子のZ軸方向への変位に対する容量変化を検出する一対の第5の容量素子と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の静電容量型検出装置。 The sensor unit is
A vibrator supported on a substrate and displaceable in XYZ axial directions orthogonal to each other;
A drive unit having a pair of drive electrodes for vibrating the vibrator in the Z-axis direction;
A pair of first and second capacitive elements provided above and below to sandwich the vibrator and increasing / decreasing capacitance changes in opposite directions with respect to displacement of the vibrator in the X-axis direction;
A pair of third and fourth capacitive elements provided above and below to sandwich the vibrator and increasing / decreasing capacitance changes in opposite directions with respect to displacement of the vibrator in the Y-axis direction;
A pair of fifth capacitive elements that are provided vertically so as to sandwich the vibrator, and are disposed so as to surround the driving electrode, and detect a change in capacitance with respect to displacement of the vibrator in the Z-axis direction; The capacitance-type detection device according to claim 1, further comprising:
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