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JP3498318B2 - 容量検出システム及び方法 - Google Patents

容量検出システム及び方法

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JP3498318B2
JP3498318B2 JP54236799A JP54236799A JP3498318B2 JP 3498318 B2 JP3498318 B2 JP 3498318B2 JP 54236799 A JP54236799 A JP 54236799A JP 54236799 A JP54236799 A JP 54236799A JP 3498318 B2 JP3498318 B2 JP 3498318B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、容量／電圧変換装置及び方法に関し、より
詳細には、センサに供給される物理量に応じて変化する
センサ容量を電圧に変換することによって、該センサ容
量を検出する装置及び方法に関する。
従来の技術 図１は、特開平６−180336号公報に開示された従来技
術の容量変化検出回路の概略図を示しており、該回路に
は、ダイアフラムとそれに対向する電極とで形成された
センサの静電容量が接続される。該静電容量は、加えら
れた物理的な圧力等によって該ダイアフラムが移動した
ときに、変化する。図１に示した従来例の回路は、ダイ
アフラムと該ダイアフラムに対向する電極とからなるセ
ンサを半導体の微細加工で形成した場合に、電極が静電
引力によってダイアフラムに接触してしまうという問題
点を解決するためになされたものである。
図１において、参照数字１及び２は、容量変化検出回
路の入力端子及び出力端子である。入力端子１には入力
電圧Vinが供給され、出力端子２から出力電圧Voutが出
力される。参照番号３は演算増幅器、４及び５は抵抗、
６はスイッチである。入力端子１は、抵抗５及びセンサ
Ｓの静電容量を介して演算増幅器３の反転入力端子及び
非反転入力端子にそれぞれ接続されている。演算増幅器
の出力は、出力端子２に接続されるとともに、抵抗４を
介して反転入力端子に接続されている。非反転入力端子
は、スイッチ６を介して接地されている。
図１の検出回路において、スイッチ６は、初期化期間
にオンされて、センサ容量を入力端子１に印加された電
圧Vinに充電し、そして、センサ容量の測定を行う場合
にオフされる。スイッチ６がオフ状態の期間では、セン
サＳの容量が高入力インピーダンスの非反転入力端子に
接続されているため、該容量に充電されていた電荷は放
電されない。一方、例えば、センサＳを形成するダイア
フラムへの圧力が変化することによって、センサＳに物
理的変化が印加されると、センサＳの静電容量が変化
し、センサ容量の両端の電圧が変化する。この電圧変化
が、抵抗４、５によって利得が決定される演算増幅器３
によって増幅され、出力端子２に現れる。
以上の動作を式を用いて補足するため、抵抗４、５の
抵抗値をRf、Ri、センサＳの変化前の静電容量をCs、演
算増幅器３の非反転入力端子及び反転入力端子における
電圧をそれぞれv+、v-とする。いまスイッチ６を閉じた
とすると、出力電圧Voutは、以下の式で表すことができ
る。
Vout＝−Vin・Rf/Ri （１） 測定のためにスイッチ６をオフにした後、センサ容量
がCsからCs'に変化し、演算増幅器３の出力電圧がVout
からVout'に変化したとすると、Vout'は、以下のように
表すことができる。
Vout'＝｛１−［１＋（Rf/Ri）］・（Cs/Cs'）｝・Vin （２） ここで、Vout'−Vout＝△Ｖ、Cs'−Cs＝△Csと置くと、
△Ｖと△Csとの間には △Ｖ＝［１＋（Rf/Ri）］・△Cs/（Cs＋△Cs）・Vin
（３） が成立する。
上記のとおり、出力電圧Voutは、センサ容量Csに応じ
て変化するとともに、増幅器の利得（すなわち、抵抗４
及び５の比Rf/Ri）に応じて変化するので、センサ容量
に高電圧の入力電圧Vinを加える必要がない。低い入力
電圧Vinであれば、ダイアフラムに影響する静電引力が
比較的低く、したがって、図１の検出回路は、静電引力
で電極がダイアフラムと接触してしまうという問題を解
決することができる。
発明の概要 しかしながら、図１の従来例の検出回路においては、
他の問題、すなわち寄生容量に関する問題が存在してい
る。すなわち、センサＳと演算増幅器３との接続点付近
には通常、寄生容量Cpが形成される。この寄生容量Cp
は、スイッチ６と並列に形成され、センサＳと演算増幅
器３とが別々のチップ上に形成されている場合、１〜10
0pF程度またはそれ以上である。一方、センサ容量Csは
１〜数100fFであり、このような寄生容量を考慮する
と、センサ容量Csが変化したとき、該センサ容量の電荷
が寄生容量Cpへ分配されてしまう。これにより、センサ
容量Csの両端の電圧の変化が極めて小さくなり、よっ
て、ノイズ耐性が悪化してしまう。
演算増幅器３の非反転入力端子への入力電圧v+の変化
分△＋は、 △v+＝（v+−Vin）・△Cs/（Cp−Cs−△Cs） （４） により表される。式（４）において、△Cs/（Cp−Cs−
△Cs）は数百分の１であるため、△v+も数百分の１とな
り、極めて小さい値を取る。大きい値の電圧変化△v+を
得るために、演算増幅器３への入力電圧Vin及びセンサ
Ｓの感応特性の少なくとも一方を増大させることが考え
られる。しかしながら、入力電圧Vinを増大させると、
上記したように、ダイアフラムと電極が接触してしまう
という問題が生じる。また、センサＳの感応特性を増大
させるために演算増幅器の利得を増大させると、出力電
圧Voutの飽和を招き、センサ容量が変動したとしても出
力電圧Voutが変化しないことになってしまう。なお、利
得の大きな演算増幅器の出力電圧Voutが飽和しないよう
にするために、該演算増幅器への入力電圧Vinを低下さ
せることが考えられるが、このような低い入力電圧の変
化を制御すること自体が複雑で困難である。
本発明は、図１に示した従来例の検出回路の持つ問題
点を解決するためになされたものである。したがって、
本発明の目的は、寄生容量が存在したとしても、センサ
容量に応じて変化する出力電圧を発生することができる
容量検出システムを提供することにある。
本発明の目的は、寄生容量が存在しても、センサ容量
にほぼ比例する出力電圧を発生することができる容量検
出システムを提供することである。
本発明に係る容量検出装置は、相互に対向するダイア
フラム及び電極からなるセンサの静電容量であって、該
センサに印加された物理的変化量に応じて変動する静電
容量を検出するための静電容量検出回路として、使用可
能である。
上記の目的を達成するために、本発明に係る、センサ
の容量に対応する出力を提供する容量検出システムは、
（ａ）変化される入力電圧を受け取るよう接続された電
圧入力、及び、（ｂ）第１の抵抗を介して前記電圧入力
に接続された反転入力と、センサを介して電圧入力に接
続されるとともに第１のスイッチを介して第１の基準電
圧に接続された非反転入力と、並列接続された第２の抵
抗及び第２のスイッチからなる回路を介して反転入力に
接続された出力とを備えた第１の演算増幅器を具備して
いることを特徴としている。
好適には、前記の容量検出装置は、さらに、（ｃ）第
３の抵抗を介して電圧入力に接続された反転入力と、基
準電圧に接続された非反転入力と、並列接続された第４
の抵抗及び第３のスイッチからなる第２の回路を介して
反転入力に接続された出力とを備え、第１の演算増幅器
の利得と等しい利得を有する第２の演算増幅器と、
（ｄ）第１及び第２の演算増幅器の出力電圧をそれぞれ
受け取るよう接続された反転入力及び非反転入力を備え
た第３の演算増幅器とを備えている。初期化サイクルの
期間中、第１〜第３のスイッチが同一タイミングでオン
され、かつ第１の基準電圧が電圧入力に供給される。そ
して，測定サイクルの期間中、これらのスイッチはオフ
され、かつ第２の基準電圧が電圧入力に供給される。
本発明はまた、センサの容量に比例する電圧を出力す
るための容量検出方法を提供し、該方法は、（ａ）セン
サ容量と、該センサ容量及び容量検出回路の間の接続部
分に形成される寄生容量とによって規定される第１の電
圧を出力するステップと、（ｂ）センサ容量及び寄生容
量に関係しない第２の電圧を出力するステップと、
（ｃ）第１及び第２の電圧の差に対応してセンサ容量に
比例する電圧を出力するステップとからなることを特徴
としている。
図面の簡単な説明 図１は、従来例の容量検出回路の回路図である。
図２は、本発明に係る、センサ容量に対応する出力電
圧を提供するための容量検出回路の第１の実施例を示す
回路図である。
図３は、本発明に係る、センサ容量に対応する出力電
圧を提供するための容量検出回路の第２の実施例を示す
回路図である。
図4Aは、図３に示された容量検出回路のシミュレーシ
ョンによって得られた、センサ容量と出力電圧との関係
を表しているグラフである。
図4Bは、図4Aのグラブの一部分を拡大して示したグラ
フである。
発明の最適な実施形態 以下、図２〜図４を参照して、本発明の容量検出回路
の好適な実施例を詳細に説明する。
図２は、本発明による容量検出回路の第１の実施例の
回路図を示している。図２において、入力電圧Vinが加
えられる入力端子１は、抵抗11を介して第１の演算増幅
器10の反転入力端子またはノードに接続されている。演
算増幅器10の出力端子またはノードと反転入力端子との
間には、抵抗12とスイッチ13とからなる並列回路が接続
されている。演算増幅器10の非反転入力端子またはノー
ドは、スイッチ14を介して基準電圧Vhが供給され、ま
た、演算増幅器10の非反転入力端子と入力端子１との間
には、静電容量Csを有するセンサＳが接続される。寄生
容量Cpは、センサＳと演算増幅器10の非反転入力端子と
の接続部に形成される。
基準電圧Vhは、例えば接地電圧であるが、他の電圧も
使用可能である。センサＳの一例として、マイクロマシ
ンにより微小面積を有するように加工されかつ相互に対
向するダイアフラムと電極間との間に容量Csを形成する
よう構成されたものを、上げることができる。該センサ
Ｓは、加えられた物理量の変化によって生起されるダイ
アフラムの変位に応じて、容量Csを変化させるものであ
る。
センサＳの容量Csを検出するシーケンスは、初期化サ
イクルと測定サイクルとからなっている。初期化サイク
ルの期間中では、スイッチ13、14がオンされ、かつ、入
力電圧Vinが基準電圧Vh、すなわち、Vin＝Vhに設定さ
れ、これにより、出力電圧Voutも基準電圧Vhと等しくな
るように設定される。（以下、「期間中」とは、該期間
の全体または一部分を意味するものとする。）一方、測
定サイクルの期間中、スイッチ13、14はオフ状態にさ
れ、入力電圧VinはVh＋△Ｖに設定される。
容量Csを測定するためにスイッチ13、14がオフされる
と、演算増幅器10の出力電圧Voutは、以下の式を満足す
る。ただし、該式において、Ri1及びRf1はそれぞれ抵抗
11及び12の抵抗値であり、v+及びv-は増幅器10の非反転
入力端子及び反転入力端子の電圧であり、また、Rf1＝R
i1に設定されている。
Vout＝−（Rf1/Ri1）（Vin−v+）＋v+ ＝−Vin＋2v+ （５） 入力電圧Vinを、初期化サイクルで設定したVhからVh
＋△Ｖに変化させると、センサ容量Csに蓄積される電荷
Q1と寄生容量Cpに蓄積される電荷Q2とは、以下の式によ
って表される。
Q1＝（Vin−v+）Cs ＝（Vh＋△Ｖ−v+）Cs （６） Q2＝v+Cp （７） センサ容量Csと寄生容量Cpとは直列に接続されている
ので、CsとCpには同一の電荷量が蓄積され、よって、Q1
＝Q2である。したがって、 v+Cp＝（Vh＋△Ｖ−v+）Cs （８） が成り立つ。上記したようにVh＝０としたから、演算増
幅器10の非反転入力端子における電圧v+は、以下の式で
表される。
v+＝△Ｖ・Cs/（Cs＋Cp） （９） この式（９）を式（５）に代入すると、演算増幅器の
出力電圧Voutは、以下のように書き直すことができる。
Vout＝−Vin＋2v+ ＝−Vin＋２・△Ｖ・Cs/（Cs＋Cp） （10） センサＳ及び図２の検出回路におけるセンサ以外の部
分が、別々のチップ上に形成され、これらチップが電気
的に接続されている場合、寄生容量Cpは、数pFから約15
pF又はそれ以上の程度の範囲であり、センサＳの容量Cs
は、通常、1fFから数100fF程度である。したがって、Cp
はCsに比べて大きいので、Cs/（Cs＋Cp）の代わりに、C
s/Cpを用いることができる。よって、演算増幅器10の出
力電圧Voutは、 Vout＝−Vin＋２・△Ｖ・Cs/Cp （11） で表される。この式は、検出回路の出力電圧Voutが容量
Csに応じて線形に変化することを、表している。
このように、演算増幅器10の非反転入力端子の近傍に
寄生容量Cpが存在する場合でも、容量Csが寄生容量Cpに
比べて極めて小さいかぎり、容量検出回路は容量Csと線
形関係にある電圧Voutを出力することができる。さら
に、演算増幅器10の利得（Rf1/Ri1）及び入力電圧Vinの
変化量△Ｖを、容量Csに応じて調整することにより、十
分に大きな出力電圧Voutを得ることができる。
図３は、本発明に係る容量検出回路の第２の実施例を
示す経路図であり、該回路は、図２に示された容量検出
回路を利用している。図３の回路は、さらに、式（11）
から「−Vin」に項を削除して、センサ容量と出力電圧
とが比例するようにするための手段を備えている。
図３において、入力電圧Vinが印加される入力端子１
は、抵抗11を介して第１の演算増幅器10の反転入力端子
またはノードに接続されている。抵抗12及びスイッチ13
からなる並列回路が、該増幅器10の出力端子またはノー
ドと反転入力端子との間に接続されている。演算増幅器
10の非反転入力端子またはノードには、スイッチ14を介
して基準電圧Vhが印加され、かつ、容量Csを有するセン
サＳが、増幅器10の非反転入力端子と入力端子１との間
に接続される。
入力端子１はまた、抵抗21を介して第２の演算増幅器
20の反転入力端子またはノードに接続されている。抵抗
22及びスイッチ23からなる並列回路が、増幅器20の反転
入力端子及び出力端子またはノードの間に接続されてい
る。増幅器20の非反転入力端子またはノードには、基準
電圧Vhが印加されている。第２の演算増幅器20は、電圧
V2を出力する。
第２の演算増幅器20の出力端子は、抵抗31を介して第
３の演算増幅器30の反転入力端子またはノードに接続さ
れている。抵抗32及びスイッチ33からなる並列回路が、
該増幅器30の反転入力端子と出力端子またはノードとの
間に接続されており、該出力端子が、容量検出回路の出
力端子２となる。第３の演算増幅器30の非反転入力端子
またはノードには、抵抗35を介して基準電圧Vhが印加さ
れている。出力端子２から出力電圧Voutが出力される。
図３の回路においては、センサＳと回路部分（センサ
Ｓ以外の部分）とは、別のチップ上に形成され、かつ、
センサＳは演算増幅器10の非反転入力端子に電気的に接
続される。該接続部分に寄生容量Cpが生じる。
図３に示した容量検出回路の動作を、以下に説明す
る。初期化サイクルにおいて、スイッチ13、14、23、33
が全てオンされ、また、入力端子１に供給される入力電
圧Vinが基準電圧Vhに設定される。これにより、容量Cs
の両端の電圧がVhとなるから、Csには電荷が充電され
ず、出力端子２における出力電圧Voutは基準電圧Vhに設
定される。
次に測定サイクルにおいて、スイッチ13、14、23、33
が全てオフされ、そして、入力端子１に供給される入力
電圧Vinが、VhからVh＋△Ｖに変更される。該入力電圧
の変化に応じてセンサ容量Csと寄生容量Cpとに分配され
る電荷により、容量Csと寄生容量Cpとの値によって定ま
る電圧が、第１の演算増幅器10の非反転入力端子に印加
される。そして、該非反転入力端子における電圧は増幅
され、演算増幅器10の出力端子に測定電圧V1として現れ
る。増幅器10の利得は、出力電圧V1が飽和しないように
設定されている。
第２の演算増幅器20の利得は、第１の演算増幅器10と
同一値に設定されている。図３に示すように、演算増幅
器20の非反転入力端子にも同一の入力電圧Vinが供給さ
れているので、該増幅器は、センサ及び寄生容量が接続
されていない状態での電圧V2を出力する。
第１の演算増幅器10の出力V1は、抵抗34を介して第３
の演算増幅器30の非反転入力端子に供給され、第２の演
算増幅器20の出力電圧V2は、抵抗31を介して第３の演算
増幅器30の反転入力端子に供給される。したがって、第
３の演算増幅器30は、第１の演算増幅器10の出力電圧V1
（すなわち、センサ容量Csと寄生容量Cpとに関連する電
圧）と、第２の演算増幅器20の出力電圧V2（すなわち、
センサ容量に関連しない電圧）との差を増幅し、差動増
幅された電圧を出力電圧Voutとして出力する。
以下に詳細に説明するように、第３の演算増幅器30の
出力電圧Voutは、センサ容量Csの寄生容量Cpに対する比
の値が小さいほど、センサ容量Csに比例する。比例係数
は、演算増幅器30の利得と入力電圧Vinの変化量との関
数となる。現実には、寄生容量Cpがセンサ容量Csよりも
大きいので、第３の演算増幅器30は容量Csに比例する電
圧を出力する。
上述した動作を、式を用いて説明する。演算増幅器1
0、20、30には、同一の大きさの正及び負の電源電圧V+
及びV-が供給され、基準電圧Vh＝０（ボルト）に設定さ
れているものと仮定する。ただし、Vh＝０が本発明の容
量検出回路において必須ではないことに、留意すべきで
ある。、電圧Vhは、電源電圧V+及びV-に依存して正又は
負の値を取りうるが、以下においては、説明を簡単にす
るために、Vh＝０として説明する。
初期化サイクルにおいて、スイッチ13、14、23、33が
オンされ、かつ入力電圧がVin＝Vh＝０に設定されるの
で、第１の演算増幅器10の出力電圧V1及び第２の演算増
幅器20の出力電圧V2は、 V1＝V2＝Vh＝０ となる。
次に、静電容量Csを測定するために、これらのスイッ
チ13、14、23、33がオフされると、第１〜第３の演算増
幅器10、20、30の出力電圧は、以下の式を満足する。た
だし、Ri1、Rf1、Ri2、Rf2、Ri3、Rf3、Rh3、Rg3はそれ
ぞれ、抵抗11、12、21、22、31、32、34、35の抵抗値で
あり、Ｋ＝Rg3/Rh3＝Rf3/Ri3に設定されており、v+、v-
は、増幅器10の非反転及び反転入力端子の電圧であり、
Rf1＝Ri1及びRf2＝Ri2に設定されている。
V1 ＝（Rf1/Ri1）（Vin−v+）＋v+ ＝−Vin＋2v+ （12） V2 ＝（Rf2/Ri2）（Vin−Vh）＋Vh ＝−Vin （13） Vout＝Ｋ（V1−V2） （14） 入力電圧Vinが、初期化サイクルにおいて設定されたV
hからVh＋△Ｖに変化すると、センサ容量Csに蓄積され
る電荷Q1及び寄生容量Cpに蓄積される電荷Q2は、以下の
式で表される。
Q1＝（Vin−v+）Cs ＝（Vh＋△Ｖ−v+）Cs （15） Q2＝v+Cp （16） センサ容量Csと寄生容量Cpとは直列に接続されている
から、これら容量Cs及びCpには同一値の電荷が蓄積さ
れ、Q1＝Q2が成り立つ。したがって、以下の式が成立す
る。
v+Cp＝（Vh＋△Ｖ−v+）Cs 上記したように、Vh＝０であるから、第１の演算増幅器
10の非反転入力端子の電圧v+は、 v+＝△Ｖ・Cs/（Cs＋Cp） （17） となる。
この式（17）を用いると、式（12）及び（14）はそれ
ぞれ、以下のように書き直すことができる。
V1＝−Vin＋2v+ ＝−Vin＋２△Ｖ・Cs/（Cs＋Cp） （18） Vout＝Ｋ（V1−V2） ＝Ｋ［−Vin＋２△Ｖ・Cs/（Cs＋Cp）＋Vin］ ＝2K・△Ｖ・Cs/（Cs＋Cp） （19） センサＳと図３の容量検出回路の他の回路部分とを別
々のチップで形成してこれらを電気的に接続した場合、
寄生容量Cpは１〜約100pF程度又はそれ以上であり、こ
れに対して、センサＳの容量Csは通常、約１〜数100fF
程度である。すなわち、Cpの方がCsよりも極めて大きい
から、Cs/（Cs＋Cp）の代わりにCs/Cpを用いることがで
きる。したがって、式（19）（すなわち、第３の演算増
幅器30の出力電圧Voutは、 Vout＝2K・△Ｖ・Cs/Cp （20） と表される。この式（20）は、第３の演算増幅器30か
ら、静電容量Csに比例した電圧を出力することができる
ことを示している。図３に示した装置において、Vhがゼ
ロでない場合、課題を解決するための基本的な技術思想
はVh＝０の場合と同一であるが、ただし、Vh≠０の場合
には、式（20）がより複雑になる。
このように、図３の容量検出回路においては、演算増
幅器10の非反転入力端子に寄生容量Cpが存在しても、容
量Csが寄生容量Cpよりも極めて小さい限り、容量Csに比
例する電圧Voutを出力することができる。しかも、容量
Csに応じて第１〜第３の演算増幅器10、20、30それぞれ
の利得や入力電圧Vinの変化量を調整することにより、
十分に大きな出力電圧Voutを得ることが可能である。
以上説明したとおり、図３に示した容量検出回路は、
センサＳの静電容量Csに比例した電圧Voutを出力するこ
とができるとともに、寄生容量Cpが大きくても、入力電
圧Vinを変化させることによってセンサＳの容量Csに蓄
積される電荷の量を大きくすることができる。また、第
１の演算増幅器10からの容量測定電圧V1と演算増幅器20
からの基準電圧V2との差を、第３の演算増幅器30によっ
て増幅するようにしたので、増幅器10の利得を小さくす
ることができ、よって、出力電圧V1が飽和しないように
することが可能になる。そのうえ、第３の演算増幅器30
の利得を、センサ容量Csと寄生容量Cpとの比の値に応じ
て、調整することも可能である。
図４は、寄生容量Cpが20pFであるときのときの図３の
容量検出回路のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。また、V-＝0V、V+＝5V、Vh＝Vdd/2（Ｖ）と仮定
し、したがって、Cs＝０の場合は、Vout≒2.5Vである。
図4Bのグラフは、図4Aの一部分を拡大表示したものであ
る。図4Aは、センサ容量Csを０〜500fFの範囲で変化さ
せたときに、出力電圧Voutが2.4V〜4.1Vまで線形に変化
することを示しており、図4Bは、Csを０〜100fFの範囲
で変化させたときに、出力電圧Voutが2.41V〜2.77Vまで
線形に変化することを示している。
以上、好適な実施例の詳細な説明から明らかなよう
に、本発明は、センサ容量と検出回路との接続部に寄生
容量が形成される場合であっても、この寄生容量に影響
されることなく、センサ容量に比例する電圧を出力する
ことができる。
本発明の好適な実施例について説明したが、種々の変
形が考えられることは明らかであり、本発明の技術思想
及び範囲に含まれる限り、全ての変形例が添付した請求
の範囲に含まれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平10−131736 (32)優先日 平成10年５月14日(1998．5．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 27/26 G01D 5/24 G01L 9/12

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】センサの容量に対応する出力を提供する容
    量検出システムにおいて、 変化される入力電圧を受け取るよう接続された電圧入力
    と、 第１の抵抗を介して電圧入力端子に接続された反転入力
    と、センサを介して電圧入力に接続されかつ第１のスイ
    ッチを介して基準電圧に接続された非反転入力と、並列
    接続された第２の抵抗及び第２のスイッチからなる第１
    の回路を介して反転入力に接続された出力とを有する第
    １の演算増幅器と を含んでいることを特徴とする容量検出システム。
  2. 【請求項２】請求項１記載の容量検出システムにおい
    て、該システムはさらに、 第３の抵抗を介して電圧入力に接続された反転入力と、
    基準電圧に接続された非反転入力と、並列接続された第
    ４の抵抗及び第３のスイッチからなる第２の回路を介し
    て反転入力に接続された出力とを有し、第１の演算増幅
    器の利得と同一の利得を有する第２の演算増幅器と、 第１及び第２の演算増幅器からの出力電圧をそれぞれ受
    け取るよう接続された反転入力及び非反転入力を有する
    第３の演算増幅器と を含んでいることを特徴とする容量検出システム。
  3. 【請求項３】センサの容量に対応する出力を提供する容
    量検出システムにおいて、 第１の基準電圧と第２の基準電圧との間で変化される入
    力電圧を受け取るよう接続された電圧入力と、 第１の抵抗を介して電圧入力端子に接続された反転入力
    と、センサ容量を介して電圧入力に接続されかつ第１の
    スイッチを介して第１の基準電圧に接続された非反転入
    力と、並列接続された第２の抵抗及び第２のスイッチか
    らなる第１の帰還回路を介して反転入力に接続された出
    力とを有する第１の演算増幅器と を含み、初期化サイクルにおいて、第１及び第２のスイ
    ッチがオンされるとともに第１の基準電圧が電圧入力に
    供給され、測定サイクルにおいて、第１及び第２のスイ
    ッチがオフされるとともに第２の基準電圧が電圧入力に
    供給され、センサ容量に応じて線形に変化する出力電圧
    を、出力に発生することを特徴とする容量検出システ
    ム。
  4. 【請求項４】請求項３記載の容量検出システムにおい
    て、該システムはさらに、 第３の抵抗を介して電圧入力に接続された反転入力と、
    第１の基準電圧に接続された非反転入力と、並列接続さ
    れた第４の抵抗及び第３のスイッチからなる第２の帰還
    回路を介して反転入力に接続された出力とを有し、第１
    の演算増幅器の利得と同一の利得を有する第２の演算増
    幅器と、 第１及び第２の演算増幅器からの出力電圧をそれぞれ受
    け取るよう接続された反転入力及び非反転入力を有する
    第３の演算増幅器と を含んでいることを特徴とする容量検出システム。
  5. 【請求項５】請求項２または４記載の容量検出システム
    において、該システムはさらに、第３の演算増幅器の帰
    還回路に含まれる第４のスイッチを含み、第４のスイッ
    チは、第１、第２及び第３のスイッチと同時にオン／オ
    フされることを特徴とする容量検出システム。
  6. 【請求項６】センサの容量と比例する電圧を出力する容
    量検出システムにおいて、 定電圧と、センサ容量を該センサ容量及び該センサ容量
    と検出回路との間の接続部に形成される寄生容量の和で
    除算した値に比例する電圧との和に等しい第１の電圧を
    提供する第１の回路と、 第１の回路と同一の回路特性を有し、第１の電圧中の定
    電圧に等しい第２の電圧を提供する第２の回路と、 第１の電圧及び第２の電圧の差に対応する電圧であっ
    て、センサ容量に比例する電圧を出力する第３の回路と を含んでいることを特徴とする容量検出システム。
  7. 【請求項７】請求項６記載の容量検出システムにおい
    て、 第１の回路は、センサ容量を介して電圧入力に接続され
    た入力を有し、第１の電圧を出力する第１の増幅器で構
    成され、 第２の回路は、電圧入力に接続されかつ第１の増幅器と
    同一の利得を有し、第２の電圧を出力する第２の増幅器
    で構成され、 第３の回路は、第１及び第２の電圧を受け取って、これ
    らの差に対応する電圧を出力する第３の増幅器で構成さ
    れ ていることを特徴とする容量検出システム。
  8. 【請求項８】請求項７記載の容量検出システムにおい
    て、第１〜第３の増幅器はそれぞれ第１〜第３の演算増
    幅器であり、電圧入力と第１の演算増幅器の非反転入力
    との間にセンサ容量が接続され、第１の演算増幅器の反
    転入力と出力との間、第２の演算増幅器の反転入力と出
    力との間、第３の演算増幅器の反転入力との間、及び第
    １の演算増幅器の非反転入力と基準電圧との間に、検出
    回路を初期化するためのスイッチがそれぞれ接続され、
    かつ、第１の演算増幅器の反転入力と出力との間、第２
    の演算増幅器の反転入力と出力との間、及び第３の演算
    増幅器の反転入力との間に、抵抗がそれぞれ接続されて
    いることを特徴とする容量検出システム。
  9. 【請求項９】センサの容量に比例する電圧を出力する容
    量検出方法において、 定電圧と、センサ容量を該センサ容量及び容量検出回路
    の間の接続部分に形成される寄生容量の和で除算した値
    に比例する電圧との和に等しい第１の電圧を出力するス
    テップと、 第１の電圧中の定電圧に等しい第２の電圧を出力するス
    テップと、 第１の電圧と第２の電圧との差に対応する第３の電圧で
    あって、センサ容量に比例する第３の電圧を出力するス
    テップと からなることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の方法において、 第１の電圧を出力するステップでは、抵抗及びセンサを
    それぞれ介して、抵抗及び第１のスイッチの並列接続が
    反転入力及び出力に接続されている第１の演算増幅器の
    反転入力及び非反転入力に入力電圧を供給して、第１の
    電圧を出力から発生し、 第２の電圧を出力するステップでは、抵抗及び第２のス
    イッチの並列接続が反転入力及び出力に接続され、かつ
    非反転入力が基準電圧端子に接続されている第２の演算
    増幅器の反転入力に入力電圧を供給して、第２の電圧を
    出力から発生し、 第３の電圧を発生するステップでは、抵抗及び第３のス
    イッチの並列接続が反転入力及び出力に接続されている
    第３の演算増幅器の非反転入力及び反転入力に第１及び
    第２の電圧を供給して、第３の電圧を出力から発生する ことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】請求項10記載の方法において、第１の演
    算増幅器の非反転入力が第４のスイッチを介して基準電
    圧端子に接続されており、該方法さらに、 リセット・サイクルの間に第１〜第４のスイッチをオン
    させるステップ、及び 測定サイクルを開始する前に、第１〜第４のスイッチを
    オフさせるステップ の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする方法。
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