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JP2013016730A - Variable capacitance device - Google Patents

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JP2013016730A
JP2013016730A JP2011149974A JP2011149974A JP2013016730A JP 2013016730 A JP2013016730 A JP 2013016730A JP 2011149974 A JP2011149974 A JP 2011149974A JP 2011149974 A JP2011149974 A JP 2011149974A JP 2013016730 A JP2013016730 A JP 2013016730A
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JP
Japan
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detection
circuit
current
capacitance
signal
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Withdrawn
Application number
JP2011149974A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichiro Okura
慎一郎 大倉
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable capacitance device in which circuitry can be downsized and power consumption can be reduced.SOLUTION: In a variable capacitance device, a capacitance detection circuit 31 outputs a detection signal Sx corresponding to a capacitance value of a driving capacitor C1 in a variable capacitance device 2, and a reference signal Sy being a reference. A driving voltage control circuit 21 compares the detection signal Sx with the reference signal Sy, controls a driving voltage Vcont according to the comparison results, and increases or decreases capacitance of the driving capacitor C1. The driving voltage Vcont is applied to one end of the driving capacitor C1, and a detection current Icont from a current detection circuit 33 in a capacity detection circuit 31 is input periodically to the other end of the driving capacitor C1. Consequently, when the driving capacitor C1 is connected to the current detection circuit 33, a voltage on the other end of the driving capacitor C1 increases in accordance with the capacitance value of the driving capacitor C1 and amount of the detection current Icont, thereby the detection signal Sx corresponding to that voltage is output.

Description

本発明は、駆動電圧に応じて静電容量が変化する可変容量素子を備えた可変容量装置に関する。   The present invention relates to a variable capacitance device including a variable capacitance element whose capacitance changes according to a driving voltage.

一般に、駆動電圧に応じて静電容量が変化する可変容量素子と、可変容量素子の静電容量を検出する容量検出回路と、容量検出回路による静電容量の検出値が所望の値に近付くように駆動電圧を制御する駆動電圧制御回路とを備えた可変容量装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、可変容量素子の一端側にグランドを接続すると共に、他端側にスイッチと電流源を介して駆動電圧の供給源に接続した構成が開示されている。この場合、スイッチの切り換え操作によって可変容量素子への充電と放電を繰り返し、可変容量素子に印加される電圧の時間平均によって、可変容量素子の静電容量を検出している。   In general, a variable capacitance element whose capacitance changes according to the drive voltage, a capacitance detection circuit that detects the capacitance of the variable capacitance element, and a capacitance detection value that is detected by the capacitance detection circuit approaches a desired value. There is known a variable capacitance device including a drive voltage control circuit for controlling a drive voltage (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a configuration in which a ground is connected to one end of a variable capacitance element, and the other end is connected to a drive voltage supply source via a switch and a current source. In this case, the variable capacitance element is repeatedly charged and discharged by the switching operation of the switch, and the capacitance of the variable capacitance element is detected by the time average of the voltage applied to the variable capacitance element.

特開平11−274401号公報JP-A-11-274401

ところで、特許文献1に記載された可変容量装置では、可変容量素子の他端側に印加される電圧を検出し、この検出電圧が所望の電圧値となるように、駆動電圧を制御する。このとき、駆動電圧は、数十V程度の高電圧となる。このため、可変容量素子に印加される駆動電圧を直接検出した場合には、容量検出回路やその出力を比較する比較器等を高耐圧な構成にする必要があり、回路が大型化するという問題がある。これに加え、可変容量素子の静電容量を検出するために、可変容量素子への充電と放電を繰り返すから、電流源からの電流と駆動電圧との積に応じた電力が消費されることになり、電力消費量が大きいという問題もある。   By the way, in the variable capacitance device described in Patent Document 1, a voltage applied to the other end of the variable capacitance element is detected, and the drive voltage is controlled so that the detected voltage becomes a desired voltage value. At this time, the drive voltage becomes a high voltage of about several tens of volts. For this reason, when the drive voltage applied to the variable capacitance element is directly detected, it is necessary to make the capacitance detection circuit, the comparator for comparing the output, etc., a high breakdown voltage configuration, and the circuit becomes large. There is. In addition to this, charging and discharging of the variable capacitance element are repeated to detect the capacitance of the variable capacitance element, so that power corresponding to the product of the current from the current source and the drive voltage is consumed. Therefore, there is a problem that power consumption is large.

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、回路の小型化と消費電力の低減が可能な可変容量装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a variable capacitance device capable of downsizing a circuit and reducing power consumption.

上記課題を解決するために、請求項1の発明は、駆動電圧に応じて静電容量が変化する可変容量素子と、該可変容量素子の静電容量を検出する容量検出回路と、該容量検出回路による静電容量の検出値に基づいて前記駆動電圧を制御する駆動電圧制御回路とを備えた可変容量装置において、前記可変容量素子の一端側には前記駆動電圧を供給し、前記容量検出回路は、前記駆動電圧よりも低圧の電源電圧によって駆動する検出用電流回路と、前記可変容量素子の他端側を該検出用電流回路およびグランドのいずれかに選択的に接続する検出用スイッチとを備え、前記容量検出回路は、前記検出用スイッチによって前記可変容量素子と前記検出用電流回路とを接続したときに、前記可変容量素子の他端側に印加される電圧に応じて前記検出値を出力する構成としたことを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a variable capacitance element whose capacitance changes according to a drive voltage, a capacitance detection circuit for detecting the capacitance of the variable capacitance device, and the capacitance detection. And a drive voltage control circuit that controls the drive voltage based on a detected value of capacitance by a circuit, wherein the drive voltage is supplied to one end side of the variable capacitance element, and the capacitance detection circuit Includes a detection current circuit that is driven by a power supply voltage lower than the drive voltage, and a detection switch that selectively connects the other end of the variable capacitance element to either the detection current circuit or the ground. And the capacitance detection circuit outputs the detection value according to a voltage applied to the other end of the variable capacitance element when the variable capacitance element and the detection current circuit are connected by the detection switch. It is characterized in that a configuration in which force.

請求項2の発明では、前記駆動電圧に一端側が接続された基準容量を設け、前記容量検出回路は、前記電源電圧によって駆動する基準用電流回路と、前記基準容量の他端側を該基準用電流回路およびグランドのいずれかに選択的に接続する基準用スイッチとを備え、前記容量検出回路は、前記基準用スイッチによって前記基準容量と前記基準用電流回路とを接続したときに、前記基準容量の他端側に印加される電圧に応じて基準値を出力する構成としている。   According to a second aspect of the present invention, a reference capacitor having one end connected to the drive voltage is provided, and the capacitor detection circuit includes a reference current circuit driven by the power supply voltage, and the other end of the reference capacitor for the reference. A reference switch selectively connected to either the current circuit or the ground, and the capacitance detection circuit connects the reference capacitor and the reference current circuit with the reference switch. The reference value is output in accordance with the voltage applied to the other end side.

請求項3の発明では、前記検出用電流回路と前記基準用電流回路は、互いに共通した単一の共通電流源に流れる電流をコピーするカレントミラー回路を用いて構成している。   According to a third aspect of the present invention, the detection current circuit and the reference current circuit are configured using a current mirror circuit that copies a current flowing through a single common current source.

請求項4の発明では、前記駆動電圧制御回路は、前記静電容量の検出値と基準値とを比較する比較器を備え、該比較器の比較結果に応じて前記駆動電圧を昇圧または降圧する構成としている。   According to a fourth aspect of the present invention, the drive voltage control circuit includes a comparator that compares the detected value of the capacitance with a reference value, and boosts or lowers the drive voltage according to a comparison result of the comparator. It is configured.

請求項1の発明では、検出用スイッチによって可変容量素子と検出用電流回路とを接続したときには、検出用電流回路から可変容量素子に向けて電流が流れる。このとき、可変容量素子の他端側の電圧は、可変容量素子の静電容量に応じて昇圧される。このため、容量検出回路は、検出用スイッチによって可変容量素子と検出用電流回路とを接続したときに、可変容量素子の他端側に印加される電圧に応じて検出値を出力することができる。   According to the first aspect of the present invention, when the variable capacitance element and the detection current circuit are connected by the detection switch, a current flows from the detection current circuit toward the variable capacitance element. At this time, the voltage on the other end side of the variable capacitance element is boosted according to the capacitance of the variable capacitance element. Therefore, the capacitance detection circuit can output a detection value according to the voltage applied to the other end side of the variable capacitance element when the variable capacitance element and the detection current circuit are connected by the detection switch. .

また、可変容量素子の一端側に駆動電圧が供給され、可変容量素子の他端側に検出用電流回路が接続される。このため、可変容量素子の他端側に印加される電圧は、最大でも検出用電流回路に供給される電源電圧となる。従って、容量検出回路から出力される検出値に応じた電圧を駆動電圧に比べて低くすることができ、容量検出回路等を小型化することができる。   In addition, a driving voltage is supplied to one end side of the variable capacitance element, and a detection current circuit is connected to the other end side of the variable capacitance element. For this reason, the voltage applied to the other end side of the variable capacitance element is the power supply voltage supplied to the detection current circuit at the maximum. Therefore, the voltage corresponding to the detection value output from the capacitance detection circuit can be made lower than the drive voltage, and the capacitance detection circuit and the like can be downsized.

これに加えて、可変容量素子の静電容量を検出するために、可変容量素子と検出用電流回路との接続と遮断を繰り返したときには、検出用電流回路からの電流と電源電圧との積に応じた電力が消費される。このため、従来技術のように、駆動電圧に応じた電力が消費される場合に比べて、消費電力を低減することができる。   In addition, when the connection and disconnection of the variable capacitance element and the detection current circuit are repeated in order to detect the capacitance of the variable capacitance element, the product of the current from the detection current circuit and the power supply voltage is calculated. The corresponding power is consumed. For this reason, compared with the case where the electric power according to a drive voltage is consumed like a prior art, power consumption can be reduced.

請求項2の発明では、基準用スイッチによって基準容量と基準用電流回路とを接続したときには、基準用電流回路から基準容量に向けて電流が流れる。このとき、基準容量の他端側の電圧は、基準容量の静電容量に応じて昇圧される。このため、容量検出回路は、基準用スイッチによって基準容量と基準用電流回路とを接続したときに、基準容量の他端側に印加される電圧に応じて、可変容量素子の静電容量の基準となる基準値を出力することができる。   In the invention of claim 2, when the reference capacitor and the reference current circuit are connected by the reference switch, a current flows from the reference current circuit toward the reference capacitor. At this time, the voltage on the other end side of the reference capacitor is boosted according to the capacitance of the reference capacitor. For this reason, when the reference capacitance and the reference current circuit are connected by the reference switch, the capacitance detection circuit determines the capacitance reference of the variable capacitance element according to the voltage applied to the other end of the reference capacitance. Can be output.

請求項3の発明では、検出用電流回路と基準用電流回路は、共通電流源に流れる電流をコピーするカレントミラー回路を用いて構成した。このため、単一の共通電流源を用いるから、別個の電流源や電圧源を用いた場合に比べて、静電容量の検出値および基準値のばらつきを抑制することができる。   According to another aspect of the present invention, the detection current circuit and the reference current circuit are configured using a current mirror circuit that copies the current flowing through the common current source. For this reason, since a single common current source is used, it is possible to suppress variations in the detected capacitance value and the reference value, compared to the case where separate current sources and voltage sources are used.

請求項4の発明では、駆動電圧制御回路は静電容量の検出値と基準値とを比較する比較器を備える。このとき、容量検出回路は静電容量の検出値として電源電圧以下の電圧を出力するから、比較器の入力電圧を駆動電圧よりも低圧な電源電圧以下にすることができ、比較器に低耐圧の回路デバイスを使用することができる。   According to a fourth aspect of the present invention, the drive voltage control circuit includes a comparator that compares the detected capacitance value with a reference value. At this time, since the capacitance detection circuit outputs a voltage lower than the power supply voltage as the capacitance detection value, the input voltage of the comparator can be lower than the power supply voltage lower than the drive voltage, and the comparator has a low breakdown voltage. Circuit devices can be used.

本発明の第1の実施の形態による可変容量装置を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a variable capacitance device according to a first embodiment of the present invention. 図1中の可変容量素子を示す平面図である。It is a top view which shows the variable capacitance element in FIG. 可変容量素子を図2中の矢示III−III方向からみた断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the variable capacitor when viewed from the direction of arrows III-III in FIG. 図1中の容量検出回路を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a capacitance detection circuit in FIG. 1. 図1中の容量検出回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the capacity | capacitance detection circuit in FIG. 駆動容量のキャパシタンス値が目標値に比べて小さい場合について、第1,第2のクロック信号、検出信号、基準信号、比較結果信号、サンプリング信号、レベル変換回路の出力信号の時間変化を示す特性線図である。When the capacitance value of the drive capacitance is smaller than the target value, a characteristic line showing the time change of the first and second clock signals, the detection signal, the reference signal, the comparison result signal, the sampling signal, and the output signal of the level conversion circuit FIG. 駆動容量のキャパシタンス値が目標値に比べて大きい場合について、第1,第2のクロック信号、検出信号、基準信号、比較結果信号、サンプリング信号、レベル変換回路の出力信号の時間変化を示す特性線図である。A characteristic line showing time changes of the first and second clock signals, the detection signal, the reference signal, the comparison result signal, the sampling signal, and the output signal of the level conversion circuit when the capacitance value of the drive capacitance is larger than the target value. FIG. 駆動電圧の時間変化を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the time change of a drive voltage. 駆動容量の端子間電圧と駆動容量および可変容量のキャパシタンス値との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the voltage between terminals of drive capacity, and the capacitance value of drive capacity and variable capacity. 第2の実施の形態による容量検出回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the capacity | capacitance detection circuit by 2nd Embodiment. 変形例による容量検出回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the capacity | capacitance detection circuit by a modification.

以下、本発明の実施の形態による可変容量装置について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, a variable capacity device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は実施の形態による可変容量装置1を示している。この可変容量装置1は、可変容量素子2、駆動電圧制御回路21および容量検出回路31を備える。   FIG. 1 shows a variable capacitance device 1 according to an embodiment. The variable capacitance device 1 includes a variable capacitance element 2, a drive voltage control circuit 21, and a capacitance detection circuit 31.

まず、図2および図3を用いて、可変容量素子2について説明する。   First, the variable capacitance element 2 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

可変容量素子2は、静電力による駆動するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)によって構成される。この可変容量素子2は、基板3、下駆動電極4A,4B,5、誘電体膜6、梁部7、パッド電極8,9A,9B,10A,10B、および抵抗パターン10C,10Dを備える。   The variable capacitance element 2 is configured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) driven by electrostatic force. The variable capacitance element 2 includes a substrate 3, lower drive electrodes 4A, 4B, and 5, a dielectric film 6, a beam portion 7, pad electrodes 8, 9A, 9B, 10A, and 10B, and resistance patterns 10C and 10D.

基板3は例えば矩形ガラス基板からなる。梁部7は、平面視して矩形平板状で、側面視してL字状に形成される。この梁部7は、図2中の右側の端部が基板3に接合される支持部となって、要部を基板3から離間した状態で支持する片持梁構造(バネ構造)の可動構造部である。また、梁部7は、導電性基板として例えば抵抗率0.01Ωcm以下の低抵抗Si基板(シリコン基板)からなり、ドーパントとして例えばP(リン)、As(ヒ素)、B(ホウ素)等を用いている。   The substrate 3 is made of, for example, a rectangular glass substrate. The beam portion 7 is formed in a rectangular flat plate shape in a plan view and an L shape in a side view. The beam portion 7 is a movable structure having a cantilever structure (spring structure) in which the right end portion in FIG. 2 is a support portion joined to the substrate 3 and the main portion is supported while being separated from the substrate 3. Part. The beam portion 7 is made of, for example, a low-resistance Si substrate (silicon substrate) having a resistivity of 0.01 Ωcm or less as a conductive substrate, and uses, for example, P (phosphorus), As (arsenic), B (boron), or the like as a dopant. ing.

下駆動電極4A,4Bは、それぞれL字状で基板3の上面に形成され、梁部7の軸方向(図2中の左,右方向)に沿って長尺な線路状の端部を有する。下駆動電極5は、コ字状で基板3の上面に形成し、梁部7の軸方向に沿って長尺な線路状の両端部で下駆動電極4A,4Bの両脇を挟み込むように配置する。誘電体膜6は、例えば矩形状で厚み200nm程度の五酸化タンタルによって形成され、下駆動電極4A,4Bの端部と下駆動電極5の両端部とを覆うように基板3に積層される。下駆動電極4Aは、RF信号(高周波信号)の入力端子(または出力端子)にパッド電極9Aを介して接続され、下駆動電極4Bは、RF信号の出力端子(または入力端子)にパッド電極9Bを介して接続される。下駆動電極5は、パッド電極10Aおよび抵抗パターン10Cを介して駆動電圧VcontとなるDC電圧(直流電圧)の入力端に接続される。梁部7は、パッド電極8,10B、および抵抗パターン10Dを介してグランドに接続される。抵抗パターン10C,10Dは、例えば厚み5nm程度の酸化チタン薄膜を用いて形成され、200kΩ程度の抵抗を有する。   The lower drive electrodes 4A and 4B are each L-shaped and formed on the upper surface of the substrate 3, and have long line-shaped end portions along the axial direction of the beam portion 7 (left and right directions in FIG. 2). . The lower drive electrode 5 is formed in a U-shape on the upper surface of the substrate 3, and is arranged so that both sides of the lower drive electrodes 4A and 4B are sandwiched between both ends of a line shape that is long along the axial direction of the beam portion 7. To do. The dielectric film 6 is formed of, for example, a rectangular tantalum pentoxide having a thickness of about 200 nm, and is laminated on the substrate 3 so as to cover the end portions of the lower drive electrodes 4A and 4B and the both end portions of the lower drive electrode 5. The lower drive electrode 4A is connected to an input terminal (or output terminal) of an RF signal (high frequency signal) via a pad electrode 9A, and the lower drive electrode 4B is connected to an output terminal (or input terminal) of the RF signal. Connected through. The lower drive electrode 5 is connected to an input terminal of a DC voltage (DC voltage) that becomes the drive voltage Vcont via the pad electrode 10A and the resistance pattern 10C. The beam portion 7 is connected to the ground via the pad electrodes 8 and 10B and the resistance pattern 10D. The resistance patterns 10C and 10D are formed using, for example, a titanium oxide thin film having a thickness of about 5 nm and have a resistance of about 200 kΩ.

下駆動電極5の両端部は、梁部7に誘電体膜6を介して対向して配置され、これらの下駆動電極5および梁部7は駆動容量部11を構成する。駆動容量部11は、駆動電圧制御回路21から駆動電圧Vcontが印加されると、下駆動電極5の両端部と梁部7との間に駆動容量C1(静電容量)を生じる。駆動容量C1は、静電引力によって梁部7を変形させ、梁部7を先端から誘電体膜6に接触させる。駆動電圧Vcontが高い電圧であるほど、梁部7と誘電体膜6との接触面積は大きくなる。   Both end portions of the lower drive electrode 5 are arranged to face the beam portion 7 with the dielectric film 6 therebetween, and the lower drive electrode 5 and the beam portion 7 constitute a drive capacitor portion 11. When the drive voltage Vcont is applied from the drive voltage control circuit 21, the drive capacity unit 11 generates a drive capacity C 1 (electrostatic capacity) between both ends of the lower drive electrode 5 and the beam part 7. The drive capacitor C1 deforms the beam portion 7 by electrostatic attraction and brings the beam portion 7 into contact with the dielectric film 6 from the tip. The higher the drive voltage Vcont is, the larger the contact area between the beam portion 7 and the dielectric film 6 is.

下駆動電極4A,4Bは、梁部7に誘電体膜6を介して対向して配置され、これらの下駆動電極4A,4Bおよび梁部7は可変容量部12を構成する。可変容量部12は、例えば数百MHz〜数GHzの無線周波数を扱う回路の中で使用され、梁部7と誘電体膜6との接触面積に応じて変化する可変容量C2(静電容量)を生じる。可変容量部12からは、梁部7を介して駆動電圧制御回路21やグランドに高周波信号が漏洩する虞れがあるため、ここでは漏洩高周波信号を遮断する目的で抵抗パターン10C,10Dを形成している。   The lower drive electrodes 4A and 4B are arranged to face the beam portion 7 with the dielectric film 6 therebetween, and the lower drive electrodes 4A and 4B and the beam portion 7 constitute a variable capacitance unit 12. The variable capacitance unit 12 is used in a circuit that handles radio frequencies of, for example, several hundred MHz to several GHz, and varies according to the contact area between the beam portion 7 and the dielectric film 6 (capacitance). Produce. Since there is a possibility that a high-frequency signal leaks from the variable capacitance portion 12 to the drive voltage control circuit 21 or the ground via the beam portion 7, resistance patterns 10C and 10D are formed here for the purpose of blocking the leakage high-frequency signal. ing.

図2に示す駆動容量部11の構造は、下駆動電極5と梁部7からなる電極対の間に信号(電圧)が直接印加される構造である(以下、この構造をMIM構造という)。また、可変容量部12の構造は、下駆動電極4Aと梁部7、下駆動電極4Bと梁部7からなる2組の電極対を直列に接続して、信号(電圧)が直接印加される構造である(以下、この構造をMIMIM構造という)。MIMIM構造は、MIM構造に比べて面積当りの静電引力が約1/4と小さく、セルフアクチュエーションによる梁部7の変形を抑制するのに有利である。一方、MIM構造は、MIMIM構造に比べて面積当りの静電引力が大きく、電極面積の低減に有利である。従って、大きな静電引力が必要となる駆動容量部11にはMIM構造を採用し、静電引力を抑制する必要がある可変容量部12にはMIMIM構造を採用するのが好ましい。   2 has a structure in which a signal (voltage) is directly applied between an electrode pair including the lower drive electrode 5 and the beam portion 7 (hereinafter, this structure is referred to as an MIM structure). In addition, the structure of the variable capacitor 12 is such that two sets of electrode pairs consisting of the lower drive electrode 4A and the beam 7 and the lower drive electrode 4B and the beam 7 are connected in series, and a signal (voltage) is directly applied. This is a structure (hereinafter, this structure is referred to as a MIMIM structure). The MIMIM structure has an electrostatic attraction per area as small as about 1/4 compared with the MIM structure, and is advantageous in suppressing deformation of the beam portion 7 due to self-actuation. On the other hand, the MIM structure has a larger electrostatic attraction per area than the MIMIM structure, and is advantageous in reducing the electrode area. Therefore, it is preferable to employ the MIM structure for the drive capacitor unit 11 that requires a large electrostatic attraction and the MIMIM structure for the variable capacitor 12 that needs to suppress the electrostatic attraction.

なお、駆動容量部11および可変容量部12は、それぞれMIM構造、MIMIM構造のいずれの構造を採用してもよい。また、図9に示すように、駆動容量部11の駆動容量C1と可変容量部12の可変容量C2は、駆動容量C1の端子間電圧(両端間の電圧)に従って一緒に変化し、これらの容量比は任意の係数で比例関係にある。このため、駆動容量C1のキャパシタンス値は可変容量C2のキャパシタンス値と対応した値になる。   Note that the drive capacitor unit 11 and the variable capacitor unit 12 may adopt either the MIM structure or the MIMIM structure, respectively. Further, as shown in FIG. 9, the drive capacitor C1 of the drive capacitor unit 11 and the variable capacitor C2 of the variable capacitor unit 12 change together according to the voltage between the terminals of the drive capacitor C1 (voltage between both ends). The ratio is proportional to any factor. For this reason, the capacitance value of the drive capacitor C1 becomes a value corresponding to the capacitance value of the variable capacitor C2.

次に、図1を用いて、駆動電圧制御回路21について説明する。   Next, the drive voltage control circuit 21 will be described with reference to FIG.

駆動電圧制御回路21は、比較器22、サンプルホールド回路23、および駆動電圧発生回路24を備える。   The drive voltage control circuit 21 includes a comparator 22, a sample hold circuit 23, and a drive voltage generation circuit 24.

比較器22には、後述する容量検出回路31から駆動容量C1の検出値を示す検出信号Sxと駆動容量C1の基準となる基準信号Syが入力される。この比較器22は、検出信号Sxの電圧レベルと基準信号Syの電圧レベルとを比較して、これらの比較結果に応じた比較結果信号Seを出力する。このため、比較結果信号Seは、駆動容量C1の検出値と基準値との比較結果に応じて、LowレベルまたはHighレベルに切り換わる。例えば検出信号Sxが基準信号Syよりも小さな電圧レベルである場合、即ち、駆動容量C1が目標値よりも大きな場合には、比較結果信号SeはHighレベルとなる。逆に、検出信号Sxが基準信号Syよりも大きな電圧レベルである場合、即ち、駆動容量C1が目標値よりも小さな場合、比較結果信号SeはLowレベルとなる。   The comparator 22 receives a detection signal Sx indicating a detection value of the drive capacitor C1 and a reference signal Sy serving as a reference for the drive capacitor C1 from a capacitance detection circuit 31 described later. The comparator 22 compares the voltage level of the detection signal Sx with the voltage level of the reference signal Sy, and outputs a comparison result signal Se corresponding to these comparison results. For this reason, the comparison result signal Se is switched to the Low level or the High level according to the comparison result between the detection value of the drive capacitor C1 and the reference value. For example, when the detection signal Sx is at a voltage level smaller than the reference signal Sy, that is, when the drive capacity C1 is larger than the target value, the comparison result signal Se is at a high level. On the contrary, when the detection signal Sx has a voltage level larger than that of the reference signal Sy, that is, when the drive capacitance C1 is smaller than the target value, the comparison result signal Se becomes the Low level.

比較器22の出力端は、比較結果信号Seを一定時間保持するサンプルホールド回路23を介して駆動電圧発生回路24に入力される。サンプルホールド回路23は、発振器26に接続され、発振器26からの第2のクロック信号CLK2に基づいて比較結果信号Seをサンプリングし、サンプリング信号Sshを出力する。なお、発振器26は、例えば数kHzから数十MHz程度の第1,第2のクロック信号CLK1,CLK2を出力する。また、比較結果信号Seの誤りを低減するために、サンプルホールド回路23は、検出信号Sxおよび基準信号Syが十分に大きな値になったときに比較結果信号Seをサンプリングするのが好ましい。このため、第2のクロック信号CLK2は、検出信号Sxおよび基準信号Syが昇圧される時間、即ち第1のクロック信号CLK1がLowレベルとなる時間のうちできるだけ遅い時点に立ち上がるパルス信号となっている。   The output terminal of the comparator 22 is input to the drive voltage generation circuit 24 via the sample hold circuit 23 that holds the comparison result signal Se for a predetermined time. The sample hold circuit 23 is connected to the oscillator 26, samples the comparison result signal Se based on the second clock signal CLK2 from the oscillator 26, and outputs a sampling signal Ssh. The oscillator 26 outputs first and second clock signals CLK1 and CLK2 of, for example, about several kHz to several tens of MHz. In order to reduce errors in the comparison result signal Se, the sample hold circuit 23 preferably samples the comparison result signal Se when the detection signal Sx and the reference signal Sy have sufficiently large values. Therefore, the second clock signal CLK2 is a pulse signal that rises as late as possible in the time during which the detection signal Sx and the reference signal Sy are boosted, that is, the time during which the first clock signal CLK1 is at the low level. .

駆動電圧発生回路24は、比較器22の比較結果信号Seをサンプリングしたサンプリング信号Sshに応じて駆動電圧Vcontを増加または減少させる。サンプリング信号SshがHighレベルであれば、駆動電圧Vcontを低下させて駆動容量C1を減少させる方向に調整する。逆に、サンプリング信号SshがLowレベルであれば、駆動電圧Vcontを上昇させて駆動容量C1を増加させる方向に調整する。   The drive voltage generation circuit 24 increases or decreases the drive voltage Vcont according to the sampling signal Ssh obtained by sampling the comparison result signal Se of the comparator 22. If the sampling signal Ssh is at a high level, the drive voltage Vcont is decreased to adjust the drive capacity C1 to decrease. Conversely, if the sampling signal Ssh is at a low level, the drive voltage Vcont is increased to adjust the drive capacitance C1.

この駆動電圧発生回路24は、比較器22の比較結果に応じて出力信号Vpを調整するレベル変換回路24Aと、このレベル変換回路24Aから出力された出力信号Vpを平滑化して直流の駆動電圧Vcontを出力する平滑化フィルタ24Bとによって構成されている。ここで、レベル変換回路24Aは、高電圧生成回路25に接続され、この高電圧生成回路25から駆動電圧Vcontの最大値よりも高い高電圧Vhが供給される。そして、レベル変換回路24Aは、比較器22の比較結果信号Seに応じて、出力信号Vpを高電圧Vhまたは0Vに設定する。具体的には、比較器22の比較結果信号SeがHighレベルであれば、レベル変換回路24Aは出力信号Vpを0Vに設定し、比較器22の比較結果信号SeがLowレベルであれば、レベル変換回路24Aは出力信号Vpを高電圧Vhに設定する。これにより、出力信号Vpは、比較結果信号Seに応じて高電圧Vhに設定される時間が増加または減少する。   The drive voltage generation circuit 24 smoothes the output signal Vp output from the level conversion circuit 24A for adjusting the output signal Vp according to the comparison result of the comparator 22 and the level conversion circuit 24A, and drives the DC drive voltage Vcont. And a smoothing filter 24B that outputs. Here, the level conversion circuit 24A is connected to the high voltage generation circuit 25, and a high voltage Vh higher than the maximum value of the drive voltage Vcont is supplied from the high voltage generation circuit 25. Then, the level conversion circuit 24A sets the output signal Vp to the high voltage Vh or 0V according to the comparison result signal Se of the comparator 22. Specifically, if the comparison result signal Se of the comparator 22 is high level, the level conversion circuit 24A sets the output signal Vp to 0V, and if the comparison result signal Se of the comparator 22 is low level, The conversion circuit 24A sets the output signal Vp to the high voltage Vh. As a result, the time during which the output signal Vp is set to the high voltage Vh according to the comparison result signal Se is increased or decreased.

また、平滑化フィルタ24Bは、例えば抵抗および容量からなる低域通過フィルタによって構成されている。そして、平滑化フィルタ24Bは、時定数に応じて出力信号Vpを平滑化し、出力信号Vpが高電圧Vhに設定される時間に応じた直流の駆動電圧Vcontを出力する。このため、駆動電圧Vcontは、出力信号Vpが高電圧Vhに設定される時間が長くなると高くなり、短くなると低くなる。   Further, the smoothing filter 24B is constituted by a low-pass filter made of, for example, a resistor and a capacitor. The smoothing filter 24B smoothes the output signal Vp according to the time constant, and outputs a DC drive voltage Vcont according to the time when the output signal Vp is set to the high voltage Vh. For this reason, the drive voltage Vcont becomes higher when the time for which the output signal Vp is set to the high voltage Vh becomes longer, and becomes lower when the output signal Vp becomes shorter.

一方、高電圧生成回路25は、電源電圧Vddを昇圧する昇圧回路によって構成され、例えば数V程度の電源電圧Vddを昇圧し、例えば数十V程度のように電源電圧Vddよりも高い高電圧Vhを出力する。   On the other hand, the high voltage generation circuit 25 is constituted by a booster circuit that boosts the power supply voltage Vdd. Is output.

なお、駆動電圧発生回路24は、出力信号Vpを高電圧Vhに設定する時間を増加または減少させることによって駆動電圧Vcontを調整する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、駆動電圧Vcontを出力する平滑化容量を設けると共に、この平滑化容量にソース電流またはシンク電流を流すことによって駆動電圧Vcontを増加または減少させる構成としてもよい。   The drive voltage generation circuit 24 is configured to adjust the drive voltage Vcont by increasing or decreasing the time for setting the output signal Vp to the high voltage Vh. However, the present invention is not limited to this, and a smoothing capacitor that outputs the drive voltage Vcont may be provided, and the drive voltage Vcont may be increased or decreased by flowing a source current or a sink current through the smoothing capacitor.

次に、図1、図4および図5を用いて、容量検出回路31について説明する。   Next, the capacitance detection circuit 31 will be described with reference to FIGS. 1, 4, and 5.

容量検出回路31は、可変容量素子2の駆動容量C1に接続され検出信号Sxを出力する検出信号出力回路32と、基準容量Crefに接続され基準信号Syを出力する基準信号出力回路35とを備えている。ここで、駆動容量C1および基準容量Crefの一端側には駆動電圧Vcontが供給される。   The capacitance detection circuit 31 includes a detection signal output circuit 32 that is connected to the drive capacitor C1 of the variable capacitance element 2 and outputs a detection signal Sx, and a reference signal output circuit 35 that is connected to the reference capacitance Cref and outputs a reference signal Sy. ing. Here, the drive voltage Vcont is supplied to one end side of the drive capacitor C1 and the reference capacitor Cref.

検出信号出力回路32は、検出用電流源33Aを有する検出用電流回路33と、可変容量素子2の駆動容量C1の他端側を検出用電流回路33およびグランドのいずれかに選択的に接続する検出用スイッチ34とによって構成されている。   The detection signal output circuit 32 selectively connects the detection current circuit 33 having the detection current source 33A and the other end of the drive capacitor C1 of the variable capacitance element 2 to either the detection current circuit 33 or the ground. It is comprised with the switch 34 for a detection.

検出用電流回路33は、電源電圧Vddによって駆動する検出用電流源33Aと、2個のMOSスイッチMP1,MP2からなるカレントミラー回路33Bとによって構成される。検出用電流源33Aは、例えば可変電流源によって構成され、駆動容量C1の目標値と基準容量Crefとの比率に応じた検出用電流Icontを出力する。このとき、検出用電流Icontの電流値は、駆動容量C1の目標値を決めるための外部入力信号Sc1〜ScNによって設定される。   The detection current circuit 33 includes a detection current source 33A driven by the power supply voltage Vdd and a current mirror circuit 33B including two MOS switches MP1 and MP2. The detection current source 33A is composed of, for example, a variable current source, and outputs a detection current Iton according to the ratio between the target value of the drive capacitor C1 and the reference capacitor Cref. At this time, the current value of the detection current Iton is set by the external input signals Sc1 to ScN for determining the target value of the drive capacitor C1.

また、カレントミラー回路33BのMOSスイッチMP1,MP2は、pチャネルMOSFETからなり、ソース同士が互いに接続されると共に、ゲート同士が互いに接続される。このとき、MOSスイッチMP1,MP2のソースには、高電圧Vhよりも低い電源電圧Vddが印加される。また、MOSスイッチMP1のドレインは、検出用電流源33Aに接続されると共に、MOSスイッチMP1,MP2のゲートに接続される。これにより、検出用電流源33Aから出力された検出用電流Icontは、MOSスイッチMP1を通じてMOSスイッチMP2にコピーされる。   The MOS switches MP1 and MP2 of the current mirror circuit 33B are made of p-channel MOSFETs, and the sources are connected to each other and the gates are connected to each other. At this time, a power supply voltage Vdd lower than the high voltage Vh is applied to the sources of the MOS switches MP1 and MP2. The drain of the MOS switch MP1 is connected to the detection current source 33A and to the gates of the MOS switches MP1 and MP2. As a result, the detection current Itont output from the detection current source 33A is copied to the MOS switch MP2 through the MOS switch MP1.

検出用スイッチ34は、pチャネルMOSFETからなるMOSスイッチMP3とnチャネルMOSFETからなるMOSスイッチMN1とによって構成される。MOSスイッチMP3のソースはMOSスイッチMP2のドレインに接続され、MOSスイッチMN1のソースはグランドに接続される。また、MOSスイッチMP3とMOSスイッチMN1は、ドレイン同士が互いに接続されると共に、これらのドレインは駆動容量C1の他端側と比較器22の入力端に接続される。   The detection switch 34 includes a MOS switch MP3 made of a p-channel MOSFET and a MOS switch MN1 made of an n-channel MOSFET. The source of the MOS switch MP3 is connected to the drain of the MOS switch MP2, and the source of the MOS switch MN1 is connected to the ground. The drains of the MOS switch MP3 and the MOS switch MN1 are connected to each other, and these drains are connected to the other end of the drive capacitor C1 and the input end of the comparator 22.

また、MOSスイッチMP3とMOSスイッチMN1は、ゲート同士が互いに接続されると共に、発振器26から第1のクロック信号CLK1が入力される。これにより、MOSスイッチMP3とMOSスイッチMN1は、互いにインバータ動作を行い、一方がONになるときに、他方がOFFになる。具体的には、第1のクロック信号CLK1がHighレベルになると、MOSスイッチMP3がOFFになると共に、MOSスイッチMN1がONになる。これにより、駆動容量C1の他端側はグランドに接続され、検出信号Sxは0Vになる。これに対し、第1のクロック信号CLK1がLowレベルになると、MOSスイッチMP3がONになると共に、MOSスイッチMN1がOFFになる。これにより、駆動容量C1の他端側には検出用電流源33Aからの検出用電流Icontがカレントミラー回路33Bを通じて供給され、検出信号Sxは検出用電流Icontと駆動容量C1に応じて徐々に上昇する。このとき、検出信号Sxの大きさは、数1の式に示すように、検出用電流Icontとその供給時間tに比例し、駆動容量C1に反比例する。   The gates of the MOS switch MP3 and the MOS switch MN1 are connected to each other, and the first clock signal CLK1 is input from the oscillator 26. Thereby, the MOS switch MP3 and the MOS switch MN1 perform inverter operations with each other, and when one is turned on, the other is turned off. Specifically, when the first clock signal CLK1 becomes high level, the MOS switch MP3 is turned off and the MOS switch MN1 is turned on. As a result, the other end of the drive capacitor C1 is connected to the ground, and the detection signal Sx becomes 0V. On the other hand, when the first clock signal CLK1 becomes low level, the MOS switch MP3 is turned on and the MOS switch MN1 is turned off. Thus, the detection current Iton from the detection current source 33A is supplied to the other end side of the drive capacitor C1 through the current mirror circuit 33B, and the detection signal Sx gradually rises according to the detection current Itont and the drive capacitor C1. To do. At this time, the magnitude of the detection signal Sx is proportional to the detection current Itont and its supply time t and inversely proportional to the drive capacity C1, as shown in the equation (1).

Figure 2013016730
Figure 2013016730

基準信号出力回路35は、基準用電流源36Aを有する基準用電流回路36と、基準容量Crefの他端側を検出用電流回路36およびグランドのいずれかに選択的に接続する基準用スイッチ37とによって構成されている。   The reference signal output circuit 35 includes a reference current circuit 36 having a reference current source 36A, a reference switch 37 that selectively connects the other end of the reference capacitor Cref to either the detection current circuit 36 or the ground. It is constituted by.

基準用電流回路36は、電源電圧Vddによって駆動する基準用電流源36Aと、2個のMOSスイッチMP4,MP5からなるカレントミラー回路36Bとによって構成される。基準用電流源36Aは、例えば一定の基準用電流Irefを出力する電流源によって構成される。   The reference current circuit 36 includes a reference current source 36A driven by the power supply voltage Vdd and a current mirror circuit 36B composed of two MOS switches MP4 and MP5. The reference current source 36A is configured by a current source that outputs a constant reference current Iref, for example.

また、カレントミラー回路36Bは、検出用電流回路33のカレントミラー回路33Bとほぼ同様に構成される。このため、カレントミラー回路36BのMOSスイッチMP4,MP5は、pチャネルMOSFETからなり、ソース同士が互いに接続されて電源電圧Vddが印加されると共に、ゲート同士が互いに接続される。また、MOSスイッチMP4のドレインは、基準用電流源36Aに接続されると共に、MOSスイッチMP4,MP5のゲートに接続される。これにより、基準用電流源36Aから出力された基準用電流Irefは、MOSスイッチMP4を通じてMOSスイッチMP5にコピーされる。   The current mirror circuit 36B is configured in substantially the same manner as the current mirror circuit 33B of the detection current circuit 33. For this reason, the MOS switches MP4 and MP5 of the current mirror circuit 36B are made of p-channel MOSFETs, the sources are connected to each other, the power supply voltage Vdd is applied, and the gates are connected to each other. The drain of the MOS switch MP4 is connected to the reference current source 36A and to the gates of the MOS switches MP4 and MP5. Thus, the reference current Iref output from the reference current source 36A is copied to the MOS switch MP5 through the MOS switch MP4.

基準用スイッチ37は、検出用電流回路33の検出用スイッチ34とほぼ同様に構成され、検出用スイッチ34と同期してONとOFFが切り換わる。このため、基準用スイッチ37は、pチャネルMOSFETからなるMOSスイッチMP6とnチャネルMOSFETからなるMOSスイッチMN2とによって構成される。MOSスイッチMP6のソースはMOSスイッチMP5のドレインに接続され、MOSスイッチMN2のソースはグランドに接続される。また、MOSスイッチMP6とMOSスイッチMN2は、ドレイン同士が互いに接続されると共に、これらのドレインは基準容量Crefの他端側と比較器22の入力端に接続される。   The reference switch 37 is configured in substantially the same manner as the detection switch 34 of the detection current circuit 33, and is switched ON and OFF in synchronization with the detection switch 34. For this reason, the reference switch 37 is constituted by a MOS switch MP6 made of a p-channel MOSFET and a MOS switch MN2 made of an n-channel MOSFET. The source of the MOS switch MP6 is connected to the drain of the MOS switch MP5, and the source of the MOS switch MN2 is connected to the ground. The drains of the MOS switch MP6 and the MOS switch MN2 are connected to each other, and these drains are connected to the other end side of the reference capacitor Cref and the input end of the comparator 22.

また、MOSスイッチMP6とMOSスイッチMN2は、ゲート同士が互いに接続されると共に、発振器26から第1のクロック信号CLK1が入力される。これにより、MOSスイッチMP6とMOSスイッチMN2は、互いにインバータ動作を行い、一方がONになるときに、他方がOFFになる。具体的には、第1のクロック信号CLK1がHighレベルになると、MOSスイッチMP6がOFFになると共に、MOSスイッチMN2がONになる。これにより、基準容量Crefの他端側はグランドに接続され、基準信号Syは0Vになる。これに対し、第1のクロック信号CLK1がLowレベルになると、MOSスイッチMP6がONになると共に、MOSスイッチMN2がOFFになる。これにより、基準容量Crefの他端側には基準用電流源36Aからの基準用電流Irefがカレントミラー回路36Bを通じて供給され、基準信号Syは基準用電流Irefと基準容量Crefに応じて徐々に上昇する。このとき、基準信号Syの大きさは、数2の式に示すように、基準用電流Irefとその供給時間tに比例し、基準容量Crefに反比例する。   The gates of the MOS switch MP6 and the MOS switch MN2 are connected to each other and the first clock signal CLK1 is input from the oscillator 26. Thereby, the MOS switch MP6 and the MOS switch MN2 perform an inverter operation with each other, and when one is turned on, the other is turned off. Specifically, when the first clock signal CLK1 becomes High level, the MOS switch MP6 is turned off and the MOS switch MN2 is turned on. As a result, the other end of the reference capacitor Cref is connected to the ground, and the reference signal Sy becomes 0V. On the other hand, when the first clock signal CLK1 becomes low level, the MOS switch MP6 is turned on and the MOS switch MN2 is turned off. Thus, the reference current Iref from the reference current source 36A is supplied to the other end side of the reference capacitor Cref through the current mirror circuit 36B, and the reference signal Sy gradually rises according to the reference current Iref and the reference capacitor Cref. To do. At this time, the magnitude of the reference signal Sy is proportional to the reference current Iref and its supply time t and inversely proportional to the reference capacitance Cref, as shown in the equation (2).

Figure 2013016730
Figure 2013016730

ここで、駆動電圧制御回路21は、検出信号Sxと基準信号Syの電圧レベルが一致するように、駆動電圧Vcontを制御する。このとき、検出信号Sxと基準信号Syは、第1のクロック信号CLK1がLowレベルとなったときに一緒に増加するから、数1および数2の式において、供給時間tは同じ値になる。このため、検出信号Sxと基準信号Syの電圧レベルが一致するときには、検出用電流Icontと駆動容量C1との比率(Icont/C1)が基準用電流Irefと基準容量Crefとの比率(Iref/Cref)が一致するようになる。従って、検出用電流Icontが基準用電流Irefに比べて大きくなると、これらの電流の比率(Icont/Iref)に応じて駆動容量C1も基準容量Crefに比べて大きくなる。   Here, the drive voltage control circuit 21 controls the drive voltage Vcont so that the voltage levels of the detection signal Sx and the reference signal Sy match. At this time, since the detection signal Sx and the reference signal Sy increase together when the first clock signal CLK1 becomes the Low level, the supply time t becomes the same value in the equations (1) and (2). For this reason, when the voltage levels of the detection signal Sx and the reference signal Sy match, the ratio (Icont / C1) between the detection current Itont and the drive capacity C1 is the ratio between the reference current Iref and the reference capacity Cref (Iref / Cref). ) Will match. Therefore, when the detection current Iton is larger than the reference current Iref, the drive capacity C1 is also larger than the reference capacity Cref in accordance with the ratio of these currents (Icont / Iref).

本発明の実施の形態による可変容量装置1は以上のような構成を有するものであり、次に容量検出回路31による検出信号Sxおよび基準信号Syの出力動作について説明する。   The variable capacitance device 1 according to the embodiment of the present invention has the above-described configuration. Next, the output operation of the detection signal Sx and the reference signal Sy by the capacitance detection circuit 31 will be described.

図6および図7は、検出信号Sxと基準信号Syの時間変化を例示したものである。容量検出回路31は、発振器26から入力される第1のクロック信号CLK1に同期して、検出用スイッチ34と基準用スイッチ37の切り換え動作を繰り返す。第1のクロック信号CLK1がHighレベルになった時点t0では、検出用スイッチ34は駆動容量C1をグランドに接続し、基準用スイッチ37は基準容量Crefをグランドに接続する。このとき、検出信号Sxと基準信号Syは、いずれもグランド電位(0V)になる。   6 and 7 exemplify time changes of the detection signal Sx and the reference signal Sy. The capacitance detection circuit 31 repeats the switching operation of the detection switch 34 and the reference switch 37 in synchronization with the first clock signal CLK1 input from the oscillator 26. At time t0 when the first clock signal CLK1 becomes high level, the detection switch 34 connects the drive capacitor C1 to the ground, and the reference switch 37 connects the reference capacitor Cref to the ground. At this time, the detection signal Sx and the reference signal Sy are both at the ground potential (0 V).

第1のクロック信号CLK1がHighレベルからLowレベルに切り換わる時点t1では、検出用スイッチ34は駆動容量C1を検出用電流回路33に接続し、基準用スイッチ37は基準容量Crefを基準用電流回路36に接続する。このとき、駆動容量C1に検出用電流Icontが供給されて、検出信号Sxは上昇する。同様に、基準容量Crefに基準用電流Irefが供給されて、基準信号Syも上昇する。そして、比較器22は、検出信号Sxと基準信号Syを比較し、これらの比較結果に応じた比較結果信号Seを出力する。   At the time t1 when the first clock signal CLK1 is switched from the High level to the Low level, the detection switch 34 connects the drive capacitor C1 to the detection current circuit 33, and the reference switch 37 sets the reference capacitance Cref to the reference current circuit. Connect to 36. At this time, the detection current Iton is supplied to the drive capacitor C1, and the detection signal Sx rises. Similarly, the reference current Iref is supplied to the reference capacitor Cref, and the reference signal Sy also rises. The comparator 22 compares the detection signal Sx with the reference signal Sy and outputs a comparison result signal Se corresponding to the comparison results.

第1のクロック信号CLK1がLowレベルからHighレベルに切り換わる時点t2では、スイッチ34,37はグランド側に切り換わり、検出信号Sxと基準信号Syは、再びグランド電位になる。時点t3以降については、時点t0から時点t2までと同様な動作を繰り返す。   At the time point t2 when the first clock signal CLK1 is switched from the Low level to the High level, the switches 34 and 37 are switched to the ground side, and the detection signal Sx and the reference signal Sy become the ground potential again. After time t3, the same operation as from time t0 to time t2 is repeated.

ここで、検出用電流回路33と基準用電流回路36は、いずれも電源電圧Vddによって駆動する。このため、検出信号Sxと基準信号Syの最大電圧は、電源電圧Vddとなる。従って、容量検出回路31および比較器22は、数V程度の電源電圧Vddに応じた低耐圧の回路デバイスを使用することができる。   Here, both the detection current circuit 33 and the reference current circuit 36 are driven by the power supply voltage Vdd. For this reason, the maximum voltage of the detection signal Sx and the reference signal Sy is the power supply voltage Vdd. Therefore, the capacitance detection circuit 31 and the comparator 22 can use a low breakdown voltage circuit device corresponding to the power supply voltage Vdd of about several volts.

また、第1のクロック信号CLK1は検出信号Sx等を繰り返し出力させるための周期的な信号である。このクロック信号CLK1のデューティ比をD1とすると、検出信号Sxの最大値は電源電圧Vddであるから、検出信号Sxの最大値の時間平均値Sx_aveは、以下の数3の式に示すように、電源電圧Vddとデューティ比D1との積で表される。   The first clock signal CLK1 is a periodic signal for repeatedly outputting the detection signal Sx and the like. Assuming that the duty ratio of the clock signal CLK1 is D1, the maximum value of the detection signal Sx is the power supply voltage Vdd. Therefore, the time average value Sx_ave of the maximum value of the detection signal Sx is expressed by the following equation (3): It is represented by the product of the power supply voltage Vdd and the duty ratio D1.

Figure 2013016730
Figure 2013016730

従って、駆動容量C1に印加される端子間電圧は駆動電圧Vcontと時間平均値Sx_aveとの差ΔV(ΔV=Vd−Sx_ave)となる。この差ΔVが電源電圧Vddよりも大きい場合には、可変容量素子2を電源電圧Vddよりも高い電圧(例えば数十V)で駆動し、その他の回路ブロックは低圧な電源電圧Vddで駆動することができる。   Therefore, the terminal voltage applied to the drive capacitor C1 is the difference ΔV (ΔV = Vd−Sx_ave) between the drive voltage Vcont and the time average value Sx_ave. When the difference ΔV is larger than the power supply voltage Vdd, the variable capacitance element 2 is driven with a voltage (for example, several tens of volts) higher than the power supply voltage Vdd, and the other circuit blocks are driven with the low power supply voltage Vdd. Can do.

次に、容量検出回路31および駆動電圧制御回路21による駆動容量C1の容量制御動作について説明する。   Next, the capacity control operation of the drive capacity C1 by the capacity detection circuit 31 and the drive voltage control circuit 21 will be described.

図6は、駆動容量C1のキャパシタンス値が目標値に比べて小さく、検出信号Sxが基準信号Syよりも大きい場合を示している。例えば時点t1と時点t2との間のように、検出用スイッチ34と基準用スイッチ37がONになり、駆動容量C1が検出用電流回路33に接続され、基準容量Crefが基準用電流回路36に接続されているときには、容量検出回路31は容量検出動作を行っている。このとき、検出信号Sxが基準信号Syよりも大きい(Sx>Sy)から、比較器22の比較結果信号SeはLowレベル(例えばSe=0V)となる。また、例えば時点t2と時点t3との間のように、検出用スイッチ34と基準用スイッチ37がOFFになり、駆動容量C1と基準容量Crefがいずれもグランドに接続されているときには、検出信号Sxおよび基準信号Syはグランド電位となり、比較結果信号SeはLowレベル(例えばSe=0V)となる。   FIG. 6 shows a case where the capacitance value of the drive capacitor C1 is smaller than the target value and the detection signal Sx is larger than the reference signal Sy. For example, between the time t1 and the time t2, the detection switch 34 and the reference switch 37 are turned on, the drive capacitor C1 is connected to the detection current circuit 33, and the reference capacitor Cref is connected to the reference current circuit 36. When connected, the capacitance detection circuit 31 performs a capacitance detection operation. At this time, since the detection signal Sx is larger than the reference signal Sy (Sx> Sy), the comparison result signal Se of the comparator 22 is at a low level (for example, Se = 0V). For example, when the detection switch 34 and the reference switch 37 are turned off and the drive capacitor C1 and the reference capacitor Cref are both connected to the ground, for example, between the time t2 and the time t3, the detection signal Sx. The reference signal Sy becomes the ground potential, and the comparison result signal Se becomes the low level (for example, Se = 0V).

従って、比較器22の後段に接続されたサンプルホールド回路23は、発振器26からの第2のクロック信号CLK2に基づいて比較結果信号Seをサンプリングし、Lowレベルに安定したサンプリング信号Sshを出力する。このとき、レベル変換回路24Aは、高電圧生成回路25から入力される高電圧Vhを電源として動作する反転回路であり、入力閾値電圧は例えば電源電圧Vddの半分(Vdd/2)に設定する。このため、サンプリング信号SshがLowレベルのときには、レベル変換回路24Aの出力信号Vpは高電圧Vhとなる。レベル変換回路24Aの後段には平滑化フィルタ24Bが接続されているから、平滑化フィルタ24Bの時定数によって、駆動電圧Vcontの電位は高電圧Vhに向けて上昇する。この結果、可変容量素子2の駆動容量C1に印加される端子間電圧が増加し、駆動容量C1が増加すると共に、可変容量C2が増加する。   Accordingly, the sample hold circuit 23 connected to the subsequent stage of the comparator 22 samples the comparison result signal Se based on the second clock signal CLK2 from the oscillator 26, and outputs a sampling signal Ssh that is stable at the low level. At this time, the level conversion circuit 24A is an inverting circuit that operates using the high voltage Vh input from the high voltage generation circuit 25 as a power supply, and the input threshold voltage is set to, for example, half the power supply voltage Vdd (Vdd / 2). For this reason, when the sampling signal Ssh is at the low level, the output signal Vp of the level conversion circuit 24A becomes the high voltage Vh. Since the smoothing filter 24B is connected to the subsequent stage of the level conversion circuit 24A, the potential of the drive voltage Vcont rises toward the high voltage Vh due to the time constant of the smoothing filter 24B. As a result, the inter-terminal voltage applied to the drive capacitor C1 of the variable capacitor 2 increases, the drive capacitor C1 increases, and the variable capacitor C2 increases.

図7は、駆動容量C1のキャパシタンス値が目標値に比べて大きく、検出信号Sxが基準信号Syよりも小さい場合を示している。例えば時点t1と時点t2との間のように、検出用スイッチ34と基準用スイッチ37がONになっているときには、容量検出回路31は容量検出動作を行っている。このとき、検出信号Sxが基準信号Syよりも小さい(Sx<Sy)から、比較器22の比較結果信号SeはHighレベル(例えばSe=Vdd)となる。また、例えば時点t2と時点t3との間のように、検出用スイッチ34と基準用スイッチ37がOFFになっているときには、検出信号Sxおよび基準信号Syはグランド電位となり、比較結果信号SeはLowレベル(例えばSe=0V)となる。   FIG. 7 shows a case where the capacitance value of the drive capacitor C1 is larger than the target value and the detection signal Sx is smaller than the reference signal Sy. For example, when the detection switch 34 and the reference switch 37 are ON, such as between the time point t1 and the time point t2, the capacitance detection circuit 31 performs a capacitance detection operation. At this time, since the detection signal Sx is smaller than the reference signal Sy (Sx <Sy), the comparison result signal Se of the comparator 22 is at a high level (for example, Se = Vdd). For example, when the detection switch 34 and the reference switch 37 are OFF, for example, between the time t2 and the time t3, the detection signal Sx and the reference signal Sy are at the ground potential, and the comparison result signal Se is Low. It becomes a level (for example, Se = 0V).

比較器22の後段に接続されたサンプルホールド回路23は、発振器26からの第2のクロック信号CLK2に基づいて比較結果信号Seをサンプリングする。このとき、サンプルホールド回路23は、容量検出回路31が容量検出動作を行っている区間、即ち駆動容量C1が検出用電流回路33に接続され、基準容量Crefが基準用電流回路36に接続されている区間でのみサンプリングを行うための第2のクロック信号CLK2が入力されている。このため、サンプルホールド回路23は、Highレベルとして電源電圧Vddに安定したサンプリング信号Ssh(Ssh=Vdd)を出力する。このとき、レベル変換回路24Aは、高電圧生成回路25から入力される高電圧Vhを電源として動作する反転回路であるから、サンプリング信号SshがHighレベルのときには、レベル変換回路24Aの出力信号Vpはグランド電位(Vp=0V)となる。これにより、平滑化フィルタ24Bの時定数によって、駆動電圧Vcontの電位はグランド電位に向けて低下する。この結果、可変容量素子2の駆動容量C1に印加される端子間電圧が減少し、駆動容量C1が減少すると共に、可変容量C2が減少する。   The sample hold circuit 23 connected to the subsequent stage of the comparator 22 samples the comparison result signal Se based on the second clock signal CLK 2 from the oscillator 26. At this time, in the sample hold circuit 23, the section in which the capacitance detection circuit 31 performs the capacitance detection operation, that is, the drive capacitance C1 is connected to the detection current circuit 33, and the reference capacitance Cref is connected to the reference current circuit 36. A second clock signal CLK2 for performing sampling only in a certain section is input. Therefore, the sample hold circuit 23 outputs a sampling signal Ssh (Ssh = Vdd) which is stable at the power supply voltage Vdd as the High level. At this time, the level conversion circuit 24A is an inverting circuit that operates using the high voltage Vh input from the high voltage generation circuit 25 as a power supply. Therefore, when the sampling signal Ssh is at the high level, the output signal Vp of the level conversion circuit 24A is It becomes the ground potential (Vp = 0V). As a result, the potential of the drive voltage Vcont decreases toward the ground potential due to the time constant of the smoothing filter 24B. As a result, the inter-terminal voltage applied to the drive capacitor C1 of the variable capacitor 2 decreases, the drive capacitor C1 decreases, and the variable capacitor C2 decreases.

上述した容量制御のフィードバック動作を繰り返し、図8に示すように、駆動電圧Vcontは目標電圧値に収束する。これにより、駆動容量C1のキャパシタンス値は目標値に収束し、可変容量C2も駆動容量C1の目標値に応じた値に収束する。このように駆動容量C1が目標値に収束した状態では、可変容量素子2の駆動容量C1と駆動電圧発生回路24との間での電流消費は極めて少なくなる。一方、駆動容量C1の容量検出で必要になる時間平均電流Icont_aveは、検出信号Sxに伴う電流消費であるから、以下の数4の式に示すように、検出用電流Icontと第1のクロック信号CLK1のデューティ比D1との積で表される。このとき、容量検出に伴う消費電力Wは、数5の式に示すように、時間平均電流Icont_aveと電源電圧Vddとの積で表される。   The above-described capacity control feedback operation is repeated, and the drive voltage Vcont converges to the target voltage value as shown in FIG. As a result, the capacitance value of the drive capacitor C1 converges to the target value, and the variable capacitor C2 also converges to a value corresponding to the target value of the drive capacitor C1. Thus, in a state where the drive capacitor C1 has converged to the target value, current consumption between the drive capacitor C1 of the variable capacitor 2 and the drive voltage generation circuit 24 becomes extremely small. On the other hand, the time-average current Iton_ave required for detecting the capacity of the drive capacitor C1 is current consumption accompanying the detection signal Sx. Therefore, as shown in the following equation 4, the detection current Itont and the first clock signal It is represented by the product of the duty ratio D1 of CLK1. At this time, the power consumption W accompanying the capacity detection is represented by the product of the time average current Iton_ave and the power supply voltage Vdd as shown in the equation (5).

Figure 2013016730
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Figure 2013016730
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数5の式に示すように、駆動容量C1の容量検出に伴う消費電力Wは、検出用電流回路33に接続される電源電圧Vddに比例していることが分かる。本実施の形態では、検出用電流回路33に低圧の電源電圧Vddを接続できるため、低消費電力化を図ることができる。   As shown in the equation (5), it can be seen that the power consumption W accompanying the capacitance detection of the drive capacitor C1 is proportional to the power supply voltage Vdd connected to the detection current circuit 33. In this embodiment, since the low-voltage power supply voltage Vdd can be connected to the detection current circuit 33, the power consumption can be reduced.

以上説明した通り、本実施の形態による可変容量装置1によれば、検出用スイッチ34によって可変容量素子2の駆動容量C1と検出用電流回路33とを接続したときには、検出用電流回路33から駆動容量C1に向けて検出用電流Icontが流れる。このとき、駆動容量C1の両端側のうち検出用電流回路33と接続された他端側の電圧は、駆動容量C1のキャパシタンス値に応じて昇圧される。このため、容量検出回路31は、検出用スイッチ34によって駆動容量C1と検出用電流回路33とを接続したときに、駆動容量C1の他端側に印加される電圧に応じて検出信号Sxを出力することができる。   As described above, according to the variable capacitance device 1 according to the present embodiment, when the detection capacitor 34 connects the drive capacitance C1 of the variable capacitance element 2 to the detection current circuit 33, the detection current circuit 33 is driven. A detection current Iton flows toward the capacitor C1. At this time, the voltage at the other end connected to the detection current circuit 33 among the both ends of the drive capacitor C1 is boosted according to the capacitance value of the drive capacitor C1. Therefore, the capacitance detection circuit 31 outputs the detection signal Sx according to the voltage applied to the other end of the drive capacitance C1 when the drive capacitance C1 and the detection current circuit 33 are connected by the detection switch 34. can do.

また、駆動容量C1の一端側に駆動電圧Vcontが供給され、駆動容量C1の他端側に検出用電流回路33が接続される。このため、駆動容量C1の他端側に印加される電圧は、最大でも検出用電流回路33に供給される電源電圧Vddとなる。従って、容量検出回路31から出力される検出信号Sxの電圧レベルを駆動電圧Vcontに比べて低くすることができ、容量検出回路31等を小型化することができる。   The drive voltage Vcont is supplied to one end side of the drive capacitor C1, and the detection current circuit 33 is connected to the other end side of the drive capacitor C1. For this reason, the voltage applied to the other end of the drive capacitor C1 is the power supply voltage Vdd supplied to the detection current circuit 33 at the maximum. Therefore, the voltage level of the detection signal Sx output from the capacitance detection circuit 31 can be made lower than the drive voltage Vcont, and the capacitance detection circuit 31 and the like can be downsized.

さらに、駆動電圧制御回路21は駆動容量C1の検出信号Sxと基準信号Syとを比較する比較器22を備える。このとき、容量検出回路31は検出信号Sxおよび基準信号Syとして電源電圧Vdd以下の電圧を出力するから、比較器22の入力電圧を駆動電圧Vcontよりも低圧な電源電圧Vdd以下にすることができ、比較器22に低耐圧の回路デバイスを使用することができる。   Further, the drive voltage control circuit 21 includes a comparator 22 that compares the detection signal Sx of the drive capacitor C1 with the reference signal Sy. At this time, since the capacitance detection circuit 31 outputs a voltage lower than the power supply voltage Vdd as the detection signal Sx and the reference signal Sy, the input voltage of the comparator 22 can be lower than the power supply voltage Vdd lower than the drive voltage Vcont. A low breakdown voltage circuit device can be used for the comparator 22.

これに加えて、駆動容量C1のキャパシタンス値を検出するために、駆動容量C1と検出用電流回路33との接続と遮断を繰り返したときには、検出用電流回路33からの検出用電流Icontと電源電圧Vddとの積に応じた電力が消費される。このため、従来技術のように、駆動電圧Vcontに応じた電力が消費される場合に比べて、消費電力を低減することができる。   In addition to this, when the connection and disconnection of the drive capacitor C1 and the detection current circuit 33 are repeated in order to detect the capacitance value of the drive capacitor C1, the detection current Itont and the power supply voltage from the detection current circuit 33 are detected. Electric power corresponding to the product of Vdd is consumed. For this reason, power consumption can be reduced compared with the case where the electric power according to the drive voltage Vcont is consumed like the prior art.

また、基準用スイッチ37によって基準容量Crefと基準用電流回路36とを接続したときには、基準用電流回路36から基準容量Crefに向けて基準用電流Irefが流れる。このとき、基準容量Crefの両端側のうち基準用電流回路36と接続された他端側の電圧は、基準容量Crefのキャパシタンス値に応じて昇圧される。このため、容量検出回路31は、基準用スイッチ37によって基準容量Crefと基準用電流回路36とを接続したときに、基準容量Crefの他端側に印加される電圧に応じて、駆動容量C1のキャパシタンス値の基準となる基準信号Syを出力することができる。   Further, when the reference capacitor Cref and the reference current circuit 36 are connected by the reference switch 37, the reference current Iref flows from the reference current circuit 36 toward the reference capacitor Cref. At this time, the voltage at the other end connected to the reference current circuit 36 among both ends of the reference capacitor Cref is boosted according to the capacitance value of the reference capacitor Cref. For this reason, when the reference capacitance Cref and the reference current circuit 36 are connected by the reference switch 37, the capacitance detection circuit 31 has the drive capacitance C1 in accordance with the voltage applied to the other end side of the reference capacitance Cref. A reference signal Sy serving as a reference for the capacitance value can be output.

次に、図10は第2の実施の形態による容量検出回路を示し、本実施の形態の特徴は、検出用電流回路と基準用電流回路は、互いに共通した単一の共通電流源に流れる電流をコピーするカレントミラー回路を用いて構成したことにある。なお、第2の実施の形態では第1の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。   Next, FIG. 10 shows a capacitance detection circuit according to the second embodiment. The feature of this embodiment is that the detection current circuit and the reference current circuit are currents flowing through a single common current source. Is configured using a current mirror circuit for copying. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2の実施の形態による容量検出回路41は、第1の実施の形態による容量検出回路31と同様に、可変容量素子2の駆動容量C1に接続され検出信号Sxを出力し検出用電流回路47および検出用スイッチ34からなる検出信号出力回路32と、基準容量Crefに接続され基準信号Syを出力し基準用電流回路49および基準用スイッチ37からなる基準信号出力回路35とを備えている。但し、検出用電流回路47および基準用電流回路49は、単一の共通電流源42に流れる電流をコピーするカレントミラー回路43を用いて構成されている。   Similar to the capacitance detection circuit 31 according to the first embodiment, the capacitance detection circuit 41 according to the second embodiment is connected to the drive capacitor C1 of the variable capacitance element 2 and outputs a detection signal Sx to detect a current circuit 47 for detection. And a detection signal output circuit 32 comprising a detection switch 34 and a reference signal output circuit 35 comprising a reference current circuit 49 and a reference switch 37 for outputting a reference signal Sy connected to the reference capacitor Cref. However, the detection current circuit 47 and the reference current circuit 49 are configured using a current mirror circuit 43 that copies the current flowing through the single common current source 42.

ここで、共通電流源42は、予め決められた一定の電流i0を流す。また、カレントミラー回路43は、例えば4個のMOSスイッチMP7〜MP10を用いて構成され、共通電流源42に流れる電流i0をコピーする。これらのMOSスイッチMP7〜MP10は、pチャネルMOSFETからなり、ソース同士が互いに接続されると共に、ゲート同士が互いに接続される。また、MOSスイッチMP7のドレインは、共通電流源42に接続されると共に、MOSスイッチMP7〜MP10のゲートに接続される。これにより、MOSスイッチMP7に共通電流源42の電流i0が流れたときには、MOSスイッチMP8〜MP10のドレイン−ソース間にも、共通電流源42の電流i0と同じ大きさの電流が流れる。   Here, the common current source 42 passes a predetermined constant current i0. The current mirror circuit 43 is configured by using, for example, four MOS switches MP7 to MP10, and copies the current i0 flowing through the common current source 42. These MOS switches MP7 to MP10 are made of p-channel MOSFETs, and the sources are connected to each other and the gates are connected to each other. The drain of the MOS switch MP7 is connected to the common current source 42 and to the gates of the MOS switches MP7 to MP10. Thus, when the current i0 of the common current source 42 flows through the MOS switch MP7, a current having the same magnitude as the current i0 of the common current source 42 flows also between the drains and sources of the MOS switches MP8 to MP10.

MOSスイッチMP8,MP9は、電流調整回路44のMOSスイッチMN3,MN4を介してカレントミラー回路46に接続される。具体的には、MOSスイッチMP8,MP9のドレインは、nチャネルMOSFETからなるMOSスイッチMN3,MN4のドレインにそれぞれ接続されると共に、MOSスイッチMN3,MN4のソース同士は互いに接続される。そして、MOSスイッチMN3,MN4のソースは、カレントミラー回路46のMOSスイッチMP1のソースに接続され、カレントミラー回路46に向けて検出用電流Icontを流す。   The MOS switches MP8 and MP9 are connected to the current mirror circuit 46 via the MOS switches MN3 and MN4 of the current adjustment circuit 44. Specifically, the drains of the MOS switches MP8 and MP9 are connected to the drains of the MOS switches MN3 and MN4 made of n-channel MOSFETs, respectively, and the sources of the MOS switches MN3 and MN4 are connected to each other. The sources of the MOS switches MN 3 and MN 4 are connected to the source of the MOS switch MP 1 of the current mirror circuit 46, and a detection current Icont flows to the current mirror circuit 46.

また、MOSスイッチMN3,MN4のゲートにはスイッチ制御回路45からHighレベルまたはLowレベルの信号が入力され、この信号に応じてMOSスイッチMN3,MN4は導通状態(ON)と遮断状態(OFF)とが切り換わる。このとき、スイッチ制御回路45は、外部入力信号Sc1,Sc2に応じてMOSスイッチMN3,MN4の両方または一方のON/OFFを切り換える。   Further, a high level signal or a low level signal is input to the gates of the MOS switches MN3 and MN4 from the switch control circuit 45, and the MOS switches MN3 and MN4 are turned on and off according to the signal. Switches. At this time, the switch control circuit 45 switches ON / OFF of both or one of the MOS switches MN3 and MN4 according to the external input signals Sc1 and Sc2.

具体的には、外部入力信号Sc1が入力されたときには、スイッチ制御回路45は、MOSスイッチMN3をONにし、MOSスイッチMN4をOFFにする。このとき、検出用電流Icontは、共通電流源42の電流i0と同じ大きさになる。一方、外部入力信号Sc2が入力されたときには、スイッチ制御回路45は、MOSスイッチMN3,MN4を両方ともONにする。このとき、検出用電流Icontは、共通電流源42の電流i0の2倍の大きさになる。このように、スイッチ制御回路45は、外部入力信号Sc1,Sc2に応じて、検出用電流Icontの大きさを制御する。   Specifically, when the external input signal Sc1 is input, the switch control circuit 45 turns on the MOS switch MN3 and turns off the MOS switch MN4. At this time, the detection current Itont has the same magnitude as the current i0 of the common current source 42. On the other hand, when the external input signal Sc2 is input, the switch control circuit 45 turns on both the MOS switches MN3 and MN4. At this time, the detection current Iton is twice as large as the current i0 of the common current source. Thus, the switch control circuit 45 controls the magnitude of the detection current Itont according to the external input signals Sc1 and Sc2.

カレントミラー回路46は、第1の実施の形態によるカレントミラー回路33Bと同様に、MOSスイッチMP1,MP2を用いて構成される。カレントミラー回路46のMOSスイッチMP2のソースには電源電圧Vddが印加される。また、MOSスイッチMP1のドレインは、グランドに接続されると共に、MOSスイッチMP1,MP2のゲートに接続される。このため、電流調整回路44から出力された検出用電流Icontは、MOSスイッチMP1を通じてMOSスイッチMP2にコピーされる。そして、MOSスイッチMP2のドレインは、検出用スイッチ34のMOSスイッチMP3のソースに接続され、検出用電流Icontを検出用スイッチ34に向けて出力する。   Similar to the current mirror circuit 33B according to the first embodiment, the current mirror circuit 46 is configured using MOS switches MP1 and MP2. A power supply voltage Vdd is applied to the source of the MOS switch MP2 of the current mirror circuit 46. The drain of the MOS switch MP1 is connected to the ground and to the gates of the MOS switches MP1 and MP2. Therefore, the detection current Iton output from the current adjustment circuit 44 is copied to the MOS switch MP2 through the MOS switch MP1. The drain of the MOS switch MP2 is connected to the source of the MOS switch MP3 of the detection switch 34, and outputs a detection current Itonto the detection switch 34.

従って、共通電流源42、カレントミラー回路43のMOSスイッチMP7〜MP9、電流調整回路44およびカレントミラー回路46は、検出用スイッチ34に向けて検出用電流Icontを出力する検出用電流回路47を構成している。   Therefore, the common current source 42, the MOS switches MP7 to MP9 of the current mirror circuit 43, the current adjustment circuit 44, and the current mirror circuit 46 constitute a detection current circuit 47 that outputs a detection current Itonto the detection switch 34. doing.

一方、MOSスイッチMP10は、カレントミラー回路48に接続されている。このとき、MOSスイッチMP10のドレイン−ソース間には、共通電流源42の電流i0と同じ大きさの基準用電流Irefが流れる。そして、MOSスイッチMP10のドレインは、カレントミラー回路48のMOSスイッチMP4のソースに接続され、カレントミラー回路48に向けて基準用電流Irefを流す。   On the other hand, the MOS switch MP10 is connected to the current mirror circuit 48. At this time, a reference current Iref having the same magnitude as the current i0 of the common current source 42 flows between the drain and source of the MOS switch MP10. The drain of the MOS switch MP10 is connected to the source of the MOS switch MP4 of the current mirror circuit 48, and allows the reference current Iref to flow toward the current mirror circuit 48.

また、カレントミラー回路48は、第1の実施の形態によるカレントミラー回路36Bと同様に、MOSスイッチMP4,MP5を用いて構成される。カレントミラー回路48のMOSスイッチMP5のソースには電源電圧Vddが印加される。また、MOSスイッチMP4のドレインは、グランドに接続されると共に、MOSスイッチMP4,MP5のゲートに接続される。このため、MOSスイッチMP10から出力された基準用電流Irefは、MOSスイッチMP4を通じてMOSスイッチMP5にコピーされる。そして、MOSスイッチMP5のドレインは、基準用スイッチ37のMOSスイッチMP6のソースに接続され、基準用電流Irefを基準用スイッチ37に向けて出力する。   Further, the current mirror circuit 48 is configured by using MOS switches MP4 and MP5, similarly to the current mirror circuit 36B according to the first embodiment. The power supply voltage Vdd is applied to the source of the MOS switch MP5 of the current mirror circuit 48. Further, the drain of the MOS switch MP4 is connected to the ground and also connected to the gates of the MOS switches MP4 and MP5. Therefore, the reference current Iref output from the MOS switch MP10 is copied to the MOS switch MP5 through the MOS switch MP4. The drain of the MOS switch MP5 is connected to the source of the MOS switch MP6 of the reference switch 37, and outputs a reference current Iref toward the reference switch 37.

従って、共通電流源42、カレントミラー回路43のMOSスイッチMP7,MP10およびカレントミラー回路48は、基準用スイッチ37に向けて基準用電流Irefを出力する基準用電流回路49を構成している。   Accordingly, the common current source 42, the MOS switches MP7 and MP10 of the current mirror circuit 43, and the current mirror circuit 48 constitute a reference current circuit 49 that outputs a reference current Iref to the reference switch 37.

かくして、第2の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第2の実施の形態では、検出用電流回路47と基準用電流回路49は、共通電流源42に流れる電流i0をコピーするカレントミラー回路43を用いて構成した。このため、単一の共通電流源42を用いるから、別個の電流源や電圧源を用いた場合に比べて、駆動容量C1の検出信号Sxおよび基準信号Syのばらつきを抑制することができる。   Thus, the second embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment. In the second embodiment, the detection current circuit 47 and the reference current circuit 49 are configured by using the current mirror circuit 43 that copies the current i0 flowing through the common current source. For this reason, since the single common current source 42 is used, variations in the detection signal Sx and the reference signal Sy of the drive capacitor C1 can be suppressed as compared with the case where separate current sources and voltage sources are used.

この効果について具体的に説明する。一般的に、集積回路内で基準電源を生成すると、電流値の絶対値のばらつきが10〜30%程度発生する。従来技術では、容量検出用の電流と基準電圧とを用いているため、これらの絶対値ばらつきが容量検出精度に影響し、検出精度が低下する傾向がある。   This effect will be specifically described. Generally, when a reference power source is generated in an integrated circuit, variations in absolute values of current values occur by about 10 to 30%. In the prior art, since the capacitance detection current and the reference voltage are used, these absolute value variations tend to affect the capacitance detection accuracy, and the detection accuracy tends to decrease.

これに対して、本実施の形態では、検出用電流Icontおよび基準用電流Irefの相対ばらつきが影響する。これに加え、カレントミラー回路43を用いたから、共通電流源42に流れる電流i0をコピーしたコピー電流(MOSスイッチMP8〜MP10に流れる電流)のばらつきは、別個の電源を生成した場合の絶対値ばらつきに比べて小さい。駆動容量C1の容量検出精度はコピー電流に基づく検出用電流Icontおよび基準用電流Irefの影響を受けるため、本実施の形態では、検出用電流Icontおよび基準用電流Irefのばらつき抑制が容易であり、容量検出の精度を高めることができる。   In contrast, in the present embodiment, the relative variation of the detection current Itont and the reference current Iref is affected. In addition to this, since the current mirror circuit 43 is used, the variation in the copy current (current flowing in the MOS switches MP8 to MP10) copied from the current i0 flowing in the common current source 42 is the absolute value variation when separate power supplies are generated. Smaller than Since the capacitance detection accuracy of the drive capacitor C1 is affected by the detection current Itont and the reference current Iref based on the copy current, in this embodiment, it is easy to suppress variations in the detection current Itont and the reference current Iref. The accuracy of capacity detection can be increased.

なお、前記第2の実施の形態では、カレントミラー回路43の2個のMOSスイッチMP7,MP8および電流調整回路44等を用いて2種類の検出用電流Icontを出力する構成としたが、カレントミラー回路に任意のn個のMOSスイッチを設けることによって、n種類の検出用電流Icontを出力する構成としてもよい。   In the second embodiment, the two MOS switches MP7 and MP8 of the current mirror circuit 43 and the current adjustment circuit 44 are used to output two types of detection currents Icont. Arbitrary n MOS switches may be provided in the circuit to output n types of detection currents Icont.

また、前記第1,第2の実施の形態では、検出用電流Icontを変化させることによって、駆動容量C1の目標値を変更する構成としたが、基準用電流Irefや基準用容量Crefを変化させることによって、駆動容量C1の目標値を変更する構成としてもよい。   In the first and second embodiments, the target value of the drive capacitor C1 is changed by changing the detection current Itont. However, the reference current Iref and the reference capacitor Cref are changed. Thus, the target value of the drive capacity C1 may be changed.

また、前記第1,第2の実施の形態による容量検出回路31,41では、検出用電流回路33,47に加えて、基準容量Crefを用いて基準信号Syを出力するための基準用電流回路36,49を備える構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図11に示す変形例による容量検出回路51のように、基準用電流回路を省いて、検出用電流回路33および検出用スイッチ34によって構成してもよい。この場合、基準信号Syは、予め決められた基準電圧Vrefを出力する基準電圧源52を用いて比較器22に入力すればよい。なお、基準電圧Vrefは、駆動容量C1の目標値に応じて可変に設定する構成としてもよい。   In the capacitance detection circuits 31 and 41 according to the first and second embodiments, in addition to the detection current circuits 33 and 47, a reference current circuit for outputting a reference signal Sy using a reference capacitance Cref. 36, 49. However, the present invention is not limited to this. For example, like the capacitance detection circuit 51 according to the modification shown in FIG. 11, the reference current circuit may be omitted and the detection current circuit 33 and the detection switch 34 may be used. . In this case, the reference signal Sy may be input to the comparator 22 using a reference voltage source 52 that outputs a predetermined reference voltage Vref. The reference voltage Vref may be variably set according to the target value of the drive capacitor C1.

また、前記第1,第2の実施の形態では、容量検出回路31,41はMOSFETを用いて構成したが、例えばバイポーラトランジスタジス等の他のスイッチ素子を用いて構成してもよい。   In the first and second embodiments, the capacitance detection circuits 31 and 41 are configured using MOSFETs, but may be configured using other switching elements such as bipolar transistor diodes.

また、前記第1,第2の実施の形態では、可変容量素子2の駆動容量C1を検出して駆動容量C1を変化させる構成としたが、可変容量C2を検出して駆動容量C1を変化させる構成としてもよい。さらに、駆動容量C1と可変容量C2を共通化した単一の可変容量を設け、この可変容量を検出し、変化させる構成としてもよい。   In the first and second embodiments, the drive capacitor C1 of the variable capacitor 2 is detected and the drive capacitor C1 is changed. However, the variable capacitor C2 is detected and the drive capacitor C1 is changed. It is good also as a structure. Furthermore, a single variable capacitor in which the drive capacitor C1 and the variable capacitor C2 are made common may be provided, and this variable capacitor may be detected and changed.

1 可変容量装置
2 可変容量素子
21 駆動電圧制御回路
22 比較器
31,41,51 容量検出回路
33,47 検出用電流回路
34 検出用スイッチ
36,49 基準用電流回路
37 基準用スイッチ
42 共通電流源
43 カレントミラー回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable capacity apparatus 2 Variable capacity element 21 Drive voltage control circuit 22 Comparator 31,41,51 Capacitance detection circuit 33,47 Detection current circuit 34 Detection switch 36,49 Reference current circuit 37 Reference switch 42 Common current source 43 Current mirror circuit

Claims (4)

駆動電圧に応じて静電容量が変化する可変容量素子と、該可変容量素子の静電容量を検出する容量検出回路と、該容量検出回路による静電容量の検出値に基づいて前記駆動電圧を制御する駆動電圧制御回路とを備えた可変容量装置において、
前記可変容量素子の一端側には前記駆動電圧を供給し、
前記容量検出回路は、前記駆動電圧よりも低圧の電源電圧によって駆動する検出用電流回路と、前記可変容量素子の他端側を該検出用電流回路およびグランドのいずれかに選択的に接続する検出用スイッチとを備え、
前記容量検出回路は、前記検出用スイッチによって前記可変容量素子と前記検出用電流回路とを接続したときに、前記可変容量素子の他端側に印加される電圧に応じて前記検出値を出力する構成としたことを特徴とする可変容量装置。
A variable capacitance element whose capacitance changes according to the drive voltage, a capacitance detection circuit for detecting the capacitance of the variable capacitance element, and the drive voltage based on a capacitance detection value by the capacitance detection circuit. In a variable capacitance device including a drive voltage control circuit to control,
Supplying the drive voltage to one end of the variable capacitance element;
The capacitance detection circuit includes a detection current circuit that is driven by a power supply voltage lower than the drive voltage, and a detection that selectively connects the other end of the variable capacitance element to either the detection current circuit or the ground. Switch for
The capacitance detection circuit outputs the detection value according to a voltage applied to the other end of the variable capacitance element when the variable capacitance element and the detection current circuit are connected by the detection switch. A variable capacitance device characterized by having a configuration.
前記駆動電圧に一端側が接続された基準容量を設け、
前記容量検出回路は、前記電源電圧によって駆動する基準用電流回路と、前記基準容量の他端側を該基準用電流回路およびグランドのいずれかに選択的に接続する基準用スイッチとを備え、
前記容量検出回路は、前記基準用スイッチによって前記基準容量と前記基準用電流回路とを接続したときに、前記基準容量の他端側に印加される電圧に応じて基準値を出力する構成としてなる請求項1に記載の可変容量装置。
A reference capacitor having one end connected to the drive voltage is provided,
The capacitance detection circuit includes a reference current circuit that is driven by the power supply voltage, and a reference switch that selectively connects the other end of the reference capacitor to either the reference current circuit or the ground.
The capacitance detection circuit is configured to output a reference value according to a voltage applied to the other end of the reference capacitor when the reference capacitor and the reference current circuit are connected by the reference switch. The variable capacitance device according to claim 1.
前記検出用電流回路と前記基準用電流回路は、互いに共通した単一の共通電流源に流れる電流をコピーするカレントミラー回路を用いて構成してなる請求項2に記載の可変容量装置。   3. The variable capacitance device according to claim 2, wherein the detection current circuit and the reference current circuit are configured by using a current mirror circuit that copies a current flowing through a single common current source. 前記駆動電圧制御回路は、前記静電容量の検出値と基準値とを比較する比較器を備え、該比較器の比較結果に応じて前記駆動電圧を昇圧または降圧する構成としてなる請求項2または3に記載の可変容量装置。   3. The drive voltage control circuit includes a comparator that compares a detected value of the capacitance with a reference value, and is configured to boost or lower the drive voltage according to a comparison result of the comparator. 3. The variable capacity device according to 3.
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