專利名稱：信號(hào)處理電路、物理量檢測(cè)裝置、角速度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)處理電路、物理量檢測(cè)裝置、角速度檢測(cè)裝置、集成電路裝置以及電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
在數(shù)字相機(jī)、導(dǎo)航裝置、移動(dòng)電話等各種電子設(shè)備搭載有陀螺儀轉(zhuǎn)感器，根據(jù)陀螺儀傳感器檢測(cè)出的角速度的大小，進(jìn)行抖動(dòng)校正、航位推算、互動(dòng)感應(yīng)等處理。近些年來，要求實(shí)現(xiàn)陀螺儀傳感器的小型化和較高的檢測(cè)精度，作為滿足這些要求的陀螺儀傳感器，例如廣泛使用應(yīng)用了石英振子的諧振現(xiàn)象的振動(dòng)陀螺儀傳感器。使用這種振動(dòng)陀螺儀傳感器的情況下，由于伴隨小型化從振子輸出的檢測(cè)信號(hào)變得更微小，因此為了實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)精度，對(duì)陀螺儀傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的信號(hào)處理電路的低噪聲化 變得極為重要。在信號(hào)處理電路的檢測(cè)處理中，當(dāng)放大從振子輸出的微小的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步檢波之后，通過低通濾波器去除高次諧波分量和高頻帶的噪聲。作為該低通濾波器，使用的是根據(jù)電容比和采樣頻率(時(shí)鐘頻率)確定頻率特性的開關(guān)電容濾波器(SCF=SwitchedCapacitor Filter)。開關(guān)電容濾波器具有特性偏差比RC濾波器小的優(yōu)點(diǎn)(專利文獻(xiàn)I、2)。該SCF的采樣頻率fsp為了滿足小型化的要求，與振子的驅(qū)動(dòng)頻率fd —致。專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-14932號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-64663號(hào)公報(bào)然而，由于SCF的采樣，fd、2fd、3fd、...等頻帶的噪聲會(huì)折返到DC頻帶，因此,這些頻帶的噪聲會(huì)與檢測(cè)信號(hào)疊加。以往在SCF產(chǎn)生的噪聲相對(duì)較小而可以忽略，然而，當(dāng)想要實(shí)現(xiàn)更低的噪聲時(shí)，無法忽略在SCF產(chǎn)生的噪聲。通過提高SCF的采樣頻率，雖然能夠減少折返到DC頻帶的噪聲量，然而由于通常在信號(hào)處理電路中不存在頻率比振子的驅(qū)動(dòng)頻率高的信號(hào)，因此，需要新追加生成頻率比驅(qū)動(dòng)頻率高的信號(hào)的電路。通過追加PLL(PhaseLocked Loop:鎖相環(huán)電路)那樣的倍增電路，雖然能夠生成驅(qū)動(dòng)頻率的倍增頻率的信號(hào)，然而電路面積大幅増加，因而有悖于小型化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題點(diǎn)而完成的，根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)方面，能夠提供ー種既能抑制電路面積的增加又能實(shí)現(xiàn)比以往低的噪聲的信號(hào)處理電路、物理量檢測(cè)裝置、角速度檢測(cè)裝置、集成電路裝置以及電子設(shè)備。(I)本發(fā)明提供ー種信號(hào)處理電路，其驅(qū)動(dòng)振子進(jìn)行振蕩，并且，根據(jù)上述振子的檢測(cè)信號(hào)，生成與預(yù)定的物理量的大小對(duì)應(yīng)的信號(hào)，其中，該信號(hào)處理電路具有電流電壓轉(zhuǎn)換部，其將上述振子的振蕩電流轉(zhuǎn)換為電壓；相位移位部，其對(duì)由上述電流電壓轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換為電壓的信號(hào)進(jìn)行相位移位；驅(qū)動(dòng)振幅控制部，其對(duì)由上述相位移位部進(jìn)行相位移位后的信號(hào)進(jìn)行ニ值化，生成切換控制信號(hào)，根據(jù)上述切換控制信號(hào)對(duì)由上述相位移位部進(jìn)行相位移位后的信號(hào)進(jìn)行全波整流，根據(jù)全波整流后的信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)上述振子的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅；參照信號(hào)生成部，其根據(jù)由上述電流電壓轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換為電壓的信號(hào)，生成同步檢波用的參照信號(hào)；時(shí)鐘信號(hào)生成部，其根據(jù)上述參照信號(hào)與上述切換控制信號(hào)的相位差，生成頻率是上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的2倍的時(shí)鐘信號(hào)；同步檢波部，其根據(jù)上述參照信號(hào)，對(duì)包含上述振子的上述檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行同步檢波；以及開關(guān)電容濾波器，其根據(jù)上述時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)由上述同步檢波部進(jìn)行同步檢波后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理。根據(jù)本發(fā)明，同步檢波所需的參照信號(hào)和用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅控制的全波整流所需的切換控制信號(hào)的頻率都與振子的振蕩頻率(振子的驅(qū)動(dòng)頻率)相同，使用設(shè)置相位移位部而產(chǎn)生的參照信號(hào)與切換控制信號(hào)的相位差，能夠 以不需要PLL那樣的倍增電路的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，生成頻率是驅(qū)動(dòng)頻率的2倍的SCF用的時(shí)鐘信號(hào)。而且，SCF用的時(shí)鐘信號(hào)的頻率成為驅(qū)動(dòng)頻率的2倍頻率，從而與以往相比能夠降低在SCF產(chǎn)生的折返噪聲，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)既能抑制電路面積的增加又能實(shí)現(xiàn)比以往低的噪聲的信號(hào)處理電路。(2)在該信號(hào)處理電路中，上述時(shí)鐘信號(hào)生成部可以運(yùn)算上述參照信號(hào)與上述切換控制信號(hào)的異或，由此生成上述時(shí)鐘信號(hào)。參照信號(hào)與切換控制信號(hào)都是與驅(qū)動(dòng)頻率相同的頻率，而且相位不同，因此通過運(yùn)算這些信號(hào)的異或，能夠以極小的電路面積生成頻率是驅(qū)動(dòng)頻率的2倍的SCF用的時(shí)鐘信號(hào)。(3)在該信號(hào)處理電路中，上述相位移位部可以是RC濾波器，該RC濾波器具有電阻器和電容器，其頻率特性是根據(jù)上述電阻器的電阻值和上述電容器的電容值確定的。這樣，能夠通過RC濾波器產(chǎn)生與電阻值和電容值對(duì)應(yīng)的相位延遲，因此，能夠基于簡(jiǎn)單的構(gòu)成使切換控制信號(hào)的相位相對(duì)于參照信號(hào)延遲。另外，能夠使用RC濾波器中包含的電阻器抵消電流電壓轉(zhuǎn)換部中包含的電阻器的電阻值的制造偏差和溫度變動(dòng)。另外，當(dāng)在同步檢波的前級(jí)設(shè)置了將振子的檢測(cè)電荷(檢測(cè)電流)轉(zhuǎn)換為電壓的充電放大器的情況下，能夠使用RC濾波器中包含的電容器抵消該充電放大器中包含的電容器的電容值的制造偏差和溫度變動(dòng)。因此，通過設(shè)置RC濾波器，能夠提高物理量的檢測(cè)精度和檢測(cè)靈敏度。(4)本發(fā)明提供ー種物理量檢測(cè)裝置，該物理量檢測(cè)裝置具有上述任意ー個(gè)方面所述的信號(hào)處理電路；以及振子，其由該信號(hào)處理電路驅(qū)動(dòng)振蕩并進(jìn)行檢測(cè)處理。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種實(shí)現(xiàn)比以往低的噪聲的物理量檢測(cè)裝置。(5)本發(fā)明提供ー種具有上述任意ー個(gè)方面所述的信號(hào)處理電路的角速度檢測(cè)裝置。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種實(shí)現(xiàn)更低噪聲的角速度檢測(cè)裝置。(6)本發(fā)明提供ー種具有上述任意ー個(gè)方面所述的信號(hào)處理電路的集成電路裝置。(7)本發(fā)明提供ー種具有上述任意ー個(gè)方面所述的信號(hào)處理電路的電子設(shè)備。


圖I是本實(shí)施方式的角速度檢測(cè)裝置(物理量檢測(cè)裝置的一例)的功能框圖。圖2是振子的振動(dòng)片的俯視圖。
圖3是用于說明振子的動(dòng)作的圖。圖4是用于說明振子的動(dòng)作的圖。圖5是表示串行接ロ電路的構(gòu)成例的圖。圖6是表示驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成例的圖。圖7是異或(EXOR)電路的輸入輸出信號(hào)的時(shí)序圖。圖8是表示檢測(cè)電路的構(gòu)成例的圖。圖9是表示SCF電路的構(gòu)成例的圖。圖10是電子設(shè)備的功能框圖。符號(hào)說明I角速度檢測(cè)裝置；2信號(hào)處理IC(集成電路裝置)；4信號(hào)處理電路；6電源電路；10基準(zhǔn)電壓電路；20驅(qū)動(dòng)電路；22驅(qū)動(dòng)信號(hào)；24振蕩電流；26參照信號(hào)；27切換控制信號(hào)；28時(shí)鐘信號(hào)；30檢測(cè)電路；32、34交流電荷(檢測(cè)電流)；36角速度信號(hào)；40串行接ロ電路；42調(diào)整數(shù)據(jù)；44模式設(shè)定數(shù)據(jù)；46時(shí)鐘信號(hào)；48串行數(shù)據(jù)信號(hào)；50非易失性存儲(chǔ)器；52調(diào)整數(shù)據(jù)；60調(diào)整電路；62模擬調(diào)整電壓；70電平判定電路；72電平判定信號(hào)；81外部輸出端子；82、83、84、85、86、87外部輸入端子；88外部輸出端子；89外部輸入端子；90外部輸入輸出端子；92上拉電阻器；100振子；101a IOlb驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂；102檢測(cè)振動(dòng)臂；103施重部；104a 104b驅(qū)動(dòng)用基部；105a 105b連接臂；106施重部；107檢測(cè)用基部；112 113驅(qū)動(dòng)電極；114 115檢測(cè)電極；116公共電極；200I/V轉(zhuǎn)換電路(電流電壓轉(zhuǎn)換電路)；202運(yùn)算放大器；204電阻器；210高通濾波器(HPF) ；212比較器；220RC濾波器；222電阻器；224電容器；230放大器；240全波整流電路；242反轉(zhuǎn)放大器；242比較器；243、244開關(guān)；245反相器電路(反轉(zhuǎn)邏輯電路)；250減法器；252積分器；254上拉電阻器；260比較器；270異或(EXOR)電路；300充電放大器；302運(yùn)算放大器；304電容器；310充電放大器；312運(yùn)算放大器；314電容器；320差動(dòng)放大器；322高通濾波器(HPF) ；324放大器；326同步檢波電路；328可變?cè)鲆娣糯笃鳎?30開關(guān)電容濾波器(SCF) ；332輸出緩沖器；341、342、344、345、348、349、351、352、355、356、358、359 開關(guān);343、347、350、354、357、360 電容器；346、353運(yùn)算放大器；361反相器電路(反轉(zhuǎn)邏輯電路)；500電子設(shè)備；600信號(hào)生成部；610信號(hào)處理電路；700CPU ；710操作部；720顯示部；730R0M ；740RAM ；750通信部。
具體實(shí)施例方式下面使用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。并且，以下說明的實(shí)施方式并非用于不當(dāng)限定權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明的內(nèi)容。而且，以下說明的全部構(gòu)成并非都是本發(fā)明的必要構(gòu)成要件。I.物理量檢測(cè)裝置以下舉例說明檢測(cè)角速度作為物理量的物理量檢測(cè)裝置(角速度檢測(cè)裝置)。本發(fā)明可應(yīng)用于能夠檢測(cè)角速度、角加速度、加速度、力等各種物理量的任意ー種物理量的裝置。圖I是本實(shí)施方式的角速度檢測(cè)裝置(物理量檢測(cè)裝置的一例)的功能框圖。本實(shí)施方式的角速度檢測(cè)裝置I構(gòu)成為具有振子(傳感器元件)100和信號(hào)處理IC (集成電路裝置)2。、
振子100構(gòu)成為將配置有驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極的振動(dòng)片密封于未圖示的封裝中。通常為了盡量減小振動(dòng)片的阻抗以提升振蕩效率而確保了封裝內(nèi)的氣密性。本實(shí)施方式的振子100具有由Z切割的石英基板形成的振動(dòng)片。以石英為材料的振動(dòng)片的諧振頻率相對(duì)于溫度變化的變動(dòng)極小，因此具有能夠提高角速度的檢測(cè)精度這樣的優(yōu)點(diǎn)。其中，作為振子100的振動(dòng)片的材料，不僅可以使用石英(SiO2),例如還可以使用鉭酸鋰(LiTaO3),鈮酸鋰(LiNbO3)等壓電單晶或鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電陶瓷等的壓電性材料，還可以使用硅半導(dǎo)體。例如也可以采取在硅半導(dǎo)體的部分表面上配置夾入于驅(qū)動(dòng)電極的氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AIN)等壓電薄膜的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，振子100由具有T型的2個(gè)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂的所謂雙T型振動(dòng)片構(gòu)成。其中，振子100的振動(dòng)片不限于雙T型，例如也可 以是音叉型或梳齒型，還可以是三棱柱、四棱柱、圓柱狀等形狀的音帶型。圖2是本實(shí)施方式的振子100的振動(dòng)片的俯視圖。圖2中的X軸、Y軸、Z軸表示
石英軸。如圖2所示，振子100的振動(dòng)片的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb分別從2個(gè)驅(qū)動(dòng)用基部104a、104b向+Y軸方向和-Y軸方向延伸。其中，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂101a、IOlb的延伸方向在與Y軸的偏差為±5°以內(nèi)即可。在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOla的側(cè)表面和上表面分別形成有驅(qū)動(dòng)電極112和113，在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlb的側(cè)表面和上表面分別形成有驅(qū)動(dòng)電極113和112。驅(qū)動(dòng)電極112、113分別經(jīng)由圖I所示的信號(hào)處理IC2的外部輸出端子81、外部輸入端子82與驅(qū)動(dòng)電路20連接。驅(qū)動(dòng)用基部104a、104b分別經(jīng)由在-X軸方向和+X軸方向延伸的連接臂105a、105b與矩形狀的檢測(cè)用基部107連接。其中，連接臂105a、105b的延伸方向在與X軸的偏差為±5°以內(nèi)即可。檢測(cè)振動(dòng)臂102從檢測(cè)用基部107向+Y軸方向和-Y軸方向延伸。其中，檢測(cè)振動(dòng)臂102的延伸方向在與Y軸的偏差為±5°以內(nèi)即可。在檢測(cè)振動(dòng)臂102的上表面形成有檢測(cè)電極114和115，在檢測(cè)振動(dòng)臂102的側(cè)表面形成有公共電極116。檢測(cè)電極114、115分別經(jīng)由圖I所示的信號(hào)處理IC2的外部輸入端子83、84而與檢測(cè)電路30連接。另外，公共電極116接地。在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的驅(qū)動(dòng)電極112與驅(qū)動(dòng)電極113之間作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加了交流電壓時(shí)，如圖3所示，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb由于逆壓電效應(yīng)而如箭頭B所示，進(jìn)行2根驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的前端彼此反復(fù)接近和離開的彎曲振動(dòng)(激勵(lì)振動(dòng))。在該狀態(tài)下，對(duì)振子100的振動(dòng)片施加以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的角速度時(shí)，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂101a、IOlb在垂直于箭頭B的彎曲振動(dòng)的方向和Z軸雙方的方向上得到科里奧利力。結(jié)果，如圖4所示，連接臂105a、105b進(jìn)行如箭頭C所示的振動(dòng)。而且，檢測(cè)振動(dòng)臂102與連接臂105a、105b的振動(dòng)(箭頭C)聯(lián)動(dòng)地如箭頭D所示進(jìn)行彎曲振動(dòng)。伴隨該科里奧利力的檢測(cè)振動(dòng)臂102的彎曲振動(dòng)與驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的彎曲振動(dòng)(激勵(lì)振動(dòng))的相位相差90。。然而，如果在2根驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb中，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂101a、IOlb進(jìn)行彎曲振動(dòng)(激勵(lì)振動(dòng))時(shí)的振動(dòng)能大小或振動(dòng)的振幅大小相等，則取得了驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂101a、IOlb的振動(dòng)能的平衡，在沒有對(duì)振子100施加角速度的狀態(tài)下檢測(cè)振動(dòng)臂102不進(jìn)行彎曲振動(dòng)。然而，如果2個(gè)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的振動(dòng)能的平衡被破壞，則即使在沒有對(duì)振子100施加角速度的狀態(tài)下也會(huì)在檢測(cè)振動(dòng)臂102產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。該彎曲振動(dòng)被稱作泄漏振動(dòng)，與基于科里奧利力的振動(dòng)同樣為箭頭D的彎曲振動(dòng)，而與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位相同。而且，由于壓電效應(yīng)使得基于這些彎曲振動(dòng)的交流電荷產(chǎn)生于檢測(cè)振動(dòng)臂102的檢測(cè)電極114、115。其中，基于科里奧利力而產(chǎn)生的交流電荷是按照科里奧利力的大小(換言之是施加給振子100的角速度大小)而變化的。另ー方面，基于泄漏振動(dòng)而產(chǎn)生的交流電荷保持恒定而與施加給振子100的角速度大小無關(guān)。并且，在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的前端形成有寬度大于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的矩形狀的施重部103。通過在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臂IOlaUOlb的前端形成施重部103，既能増大科里奧利力，又能以較短的振動(dòng)臂得到期望的諧振頻率。同樣地，在檢測(cè)振動(dòng)臂102的前端形成有寬度大于檢測(cè)振動(dòng)臂102的施重部106。通過在檢測(cè)振動(dòng)臂102的前端形成施重部106，能增大產(chǎn)生于檢測(cè)電極114、115的交流電荷。
如上，振子100以Z軸為檢測(cè)軸經(jīng)由檢測(cè)電極114、115輸出基于科里奧利力的交流電荷(角速度分量)和基于激勵(lì)振動(dòng)的泄漏振動(dòng)的交流電荷(振動(dòng)泄漏分量)。返回圖1，本實(shí)施方式的信號(hào)處理IC2構(gòu)成為具有電源電路6、基準(zhǔn)電壓電路10、驅(qū)動(dòng)電路20、檢測(cè)電路30、串行接ロ電路40、非易失性存儲(chǔ)器50、調(diào)整電路60以及電平判定電路70。并且,本實(shí)施方式的信號(hào)處理IC2也可以構(gòu)成為省略其中一部分結(jié)構(gòu)(要素)，或者追加新的結(jié)構(gòu)(要素)。由外部輸入端子86、87分別向電源電路6提供電源電壓VDD (例如3V)和接地電壓VSS(OV)，電源電路6生成信號(hào)處理IC2內(nèi)部的電源電壓?；鶞?zhǔn)電壓電路10根據(jù)經(jīng)由電源電路6提供的電源電壓生成基準(zhǔn)電壓12 (例如1/2VDD)。驅(qū)動(dòng)電路20生成用于使振子100進(jìn)行激勵(lì)振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)22，經(jīng)由外部輸出端子81提供給振子100的驅(qū)動(dòng)電極112。另外，驅(qū)動(dòng)電路20經(jīng)由外部輸入端子82被輸入由于振子100的激勵(lì)振動(dòng)而產(chǎn)生于驅(qū)動(dòng)電極113的振蕩電流24，以將該振蕩電流24的振幅保持恒定的方式對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)22的振幅電平進(jìn)行反饋控制。另外，驅(qū)動(dòng)電路20生成檢測(cè)電路30中包含的同步檢波電路的參照信號(hào)26和開關(guān)電容濾波器(SCF)電路的時(shí)鐘信號(hào)28。檢測(cè)電路30經(jīng)由外部輸入端子83、84分別被輸入產(chǎn)生于振子100的檢測(cè)電極114、115的交流電荷(檢測(cè)電流)32、34，僅檢測(cè)這些交流電荷(檢測(cè)電流)中包含的角速度分量，生成與角速度的大小對(duì)應(yīng)的電壓電平的信號(hào)(角速度信號(hào))36，經(jīng)由外部輸出端子88輸出到外部。該角速度信號(hào)36例如在與外部輸出端子88連接的未圖示的微型計(jì)算機(jī)中被進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，作為角速度數(shù)據(jù)而用于各種處理。并且，還可以在本實(shí)施方式的信號(hào)處理IC2中內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器，例如經(jīng)由串行接ロ電路40將表示角速度的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到外部。如上，驅(qū)動(dòng)電路20和檢測(cè)電路30作為進(jìn)行針對(duì)振子100的信號(hào)處理的信號(hào)處理電路4發(fā)揮作用。調(diào)整電路60按照由電平判定電路70輸出的電平判定信號(hào)72選擇調(diào)整數(shù)據(jù)52或調(diào)整數(shù)據(jù)42，生成針對(duì)信號(hào)處理電路4 (驅(qū)動(dòng)電路20、檢測(cè)電路30)的模擬調(diào)整電壓62 (偏置補(bǔ)償電壓或溫度補(bǔ)償電壓等)。調(diào)整電路60例如是D/A轉(zhuǎn)換器等。非易失性存儲(chǔ)器50保持針對(duì)信號(hào)處理電路4(驅(qū)動(dòng)電路20、檢測(cè)電路30)的各種調(diào)整數(shù)據(jù) 52,例如能夠構(gòu)成為 EEPROM(ElectricalIy-Erasable Programmable Read-OnlyMemory 電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)。串行接ロ電路40經(jīng)由外部輸入端子89和外部輸入輸出端子90，以基于時(shí)鐘信號(hào)46和串行數(shù)據(jù)信號(hào)48的雙線邏輯進(jìn)行相對(duì)于非易失性存儲(chǔ)器50的調(diào)整數(shù)據(jù)52的寫入和讀取處理、相對(duì)于內(nèi)部寄存器(未圖示)的調(diào)整數(shù)據(jù)42和模式設(shè)定數(shù)據(jù)44的寫入和讀取處理。圖5是表示串行接ロ電路40的構(gòu)成例的圖。串行接ロ電路40在寫入數(shù)據(jù)時(shí)與從外部輸入端子89輸入的時(shí)鐘信號(hào)46同步地將從外部輸入輸出端子90輸入的串行數(shù)據(jù)信號(hào)48取入移位寄存器400而轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，在讀寫控制電路410的控制下，將其寫入到 非易失性存儲(chǔ)器50或內(nèi)部寄存器組420中包含的任意一個(gè)寄存器(調(diào)整寄存器422或模式設(shè)定寄存器424等)。另ー方面，當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，在讀寫控制電路410的控制下，將存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器50的數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)于內(nèi)部寄存器組420中包含的任意一個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)并行加載至移位寄存器400，與從外部輸入端子89輸入的時(shí)鐘信號(hào)46同步地使移位寄存器400的數(shù)據(jù)移位，從外部輸入輸出端子90輸出串行數(shù)據(jù)信號(hào)48。為了向非易失性存儲(chǔ)器50寫入數(shù)據(jù)，需要提供足以使保持于存儲(chǔ)器元件的數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)的能量。因此，如圖I所示，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)由外部輸入端子85向非易失性存儲(chǔ)器50提供較高的電源電壓VPP (例如15V以上)。在本實(shí)施方式中，僅限于在角速度檢測(cè)裝置I的組裝、檢查、評(píng)測(cè)、解析等情況下向非易失性存儲(chǔ)器50寫入數(shù)據(jù)，在市場(chǎng)上使用時(shí)禁止向非易失性存儲(chǔ)器50寫入數(shù)據(jù)。因此，在市場(chǎng)上使用角速度檢測(cè)裝置I時(shí)，將外部輸入端子85設(shè)定為開啟。由此，外部輸入端子85的電壓VPP經(jīng)由上拉電阻器92而與VDD大致相等，能防止錯(cuò)誤寫入。調(diào)整數(shù)據(jù)52例如是在角速度檢測(cè)裝置I組裝后的最終檢查時(shí)等被寫入到非易失性存儲(chǔ)器50的。具體而言，向串行接ロ電路40的內(nèi)部寄存器組中包含的調(diào)整寄存器422寫入調(diào)整值，使用被寫入到調(diào)整寄存器422的調(diào)整值(調(diào)整數(shù)據(jù)42)確認(rèn)信號(hào)處理電路4(驅(qū)動(dòng)電路20、檢測(cè)電路30)的動(dòng)作。在變更該調(diào)整值的同時(shí)，確定信號(hào)處理電路4(驅(qū)動(dòng)電路20、檢測(cè)電路30)進(jìn)行期望動(dòng)作的最佳調(diào)整值，將該最佳調(diào)整值作為調(diào)整數(shù)據(jù)52 —次性寫入非易失性存儲(chǔ)器50。這樣既能縮短檢查時(shí)間，又能將寫入數(shù)據(jù)時(shí)施加高電源電壓引起的可靠性降低抑制在最小限度。為了實(shí)現(xiàn)這種調(diào)整方法，需要調(diào)整電路60能夠選擇是使用非易失性存儲(chǔ)器50的調(diào)整數(shù)據(jù)還是使用調(diào)整寄存器422的調(diào)整數(shù)據(jù)。因此，在本實(shí)施方式中，電平判定電路70判定VPP的電壓電平，生成表示VPP是高于VDD的預(yù)定的電壓值Vl (例如8V)以上的電壓值或低于VDD的預(yù)定的電壓值V2(例如1/2VDD)以下的電壓值，還是高于V2且低于Vl的電壓值的電平判定信號(hào)72。而且，調(diào)整電路60按照電平判定信號(hào)72在VPP > Vl或VPP ^ V2時(shí)選擇內(nèi)部寄存器的調(diào)整數(shù)據(jù)42，在V2 < VPP < Vl時(shí)選擇非易失性存儲(chǔ)器50的調(diào)整數(shù)據(jù)52。如上所述，當(dāng)在市場(chǎng)上使用角速度檢測(cè)裝置I時(shí)，外部輸入端子85被設(shè)定為開啟，因此，VPP由于上拉電阻器92而與VDD大致相等，調(diào)整電路60必定選擇調(diào)整數(shù)據(jù)52。另ー 方面，在角速度檢測(cè)裝置I的組裝、檢查、評(píng)測(cè)、解析時(shí)等，通過對(duì)外部輸入端子85施加Vl以上的電壓或V2以下的電壓(例如0V)，能夠使調(diào)整電路60選擇調(diào)整數(shù)據(jù)42。
另外，在本實(shí)施方式中，通過改寫模式設(shè)定寄存器424的設(shè)定值，能夠選擇在市場(chǎng)上使用的通常的動(dòng)作模式(模式I)或在角速度檢測(cè)裝置I的組裝、檢查、評(píng)測(cè)、解析等中使用的動(dòng)作模式(模式2)。例如，如果5比特的模式設(shè)定寄存器424的設(shè)定值為“00000”則為模式1，如果為“00001” “11111”中的任意ー個(gè)則為模式2。另外，在模式2中，通過“00001” “11111”的各個(gè)設(shè)定值而被細(xì)化，能夠?qū)τ谛盘?hào)處理電路4 (驅(qū)動(dòng)電路20、檢測(cè)電路30)選擇按照設(shè)定值進(jìn)行監(jiān)視的節(jié)點(diǎn)或變更連接關(guān)系。在本實(shí)施方式中，為了在市場(chǎng)上確?？煽啃?，僅能實(shí)現(xiàn)模式I而禁止改寫成模式2，僅在進(jìn)行角速度檢測(cè)裝置I的組裝、檢查、評(píng)測(cè)、解析等情況下可設(shè)定為模式I或模式2。為了實(shí)現(xiàn)這種情況，僅在VPP > Vl或VPP ^ V2的情況下使模式設(shè)定寄存器424的設(shè)定值的改寫為有效，此外的情況下為無效。因此，在本實(shí)施方式 中，向模式設(shè)定寄存器424的非同步復(fù)位端子提供電平判定信號(hào)72。由此，在VPP > Vl或VPP ^ V2時(shí)模式設(shè)定寄存器424的設(shè)定值被復(fù)位為“00000”而成為模式1，并且改寫變?yōu)闊o效，在V2 < VPP < Vl時(shí)模式設(shè)定寄存器424的設(shè)定值的改寫變?yōu)橛行?。在本?shí)施方式中，不僅在VPP彡Vl的情況下，尤其在VPP彡V2的情況下，由調(diào)整電路60選擇調(diào)整數(shù)據(jù)42，并且使模式設(shè)定寄存器424的設(shè)定值的改寫變?yōu)橛行?，從而具有如下的?yōu)點(diǎn)即使在不存在產(chǎn)生高電壓的電源裝置的環(huán)境下，也能夠進(jìn)行角速度檢測(cè)裝置I的評(píng)測(cè)和解析。接著說明驅(qū)動(dòng)電路20。圖6是表示驅(qū)動(dòng)電路20的構(gòu)成例的圖。如圖6所示，本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)電路20構(gòu)成為具有I/V轉(zhuǎn)換電路(電流電壓轉(zhuǎn)換電路)200、高通濾波器(HPF) 210、比較器212、RC濾波器220、放大器230、全波整流電路240、減法器250、積分器252、上拉電阻器254、比較器260以及異或(EXOR)電路270。并且，本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)電路20還可以構(gòu)成為省略其中一部分構(gòu)成(要素)，或追加新的構(gòu)成(要素)。流過振子100的振動(dòng)片的驅(qū)動(dòng)電流被I/V轉(zhuǎn)換電路200轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)。本實(shí)施方式的Ι/v轉(zhuǎn)換電路200構(gòu)成為在運(yùn)算放大器202的反轉(zhuǎn)輸入端子(_輸入端子)與輸出端子之間連接有電阻器204，運(yùn)算放大器202的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+輸入端子)與模擬接地連接。在設(shè)振子100的振蕩電流為i，電阻器204的電阻值為R時(shí)，該I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出電壓Viv可由下式(I)表現(xiàn)。Viv = -R · i... (I)I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出信號(hào)被高通濾波器210消除偏移后輸入到比較器212。比較器212放大輸入信號(hào)的電壓,輸出ニ值化信號(hào)(矩形波電壓信號(hào))。其中，在本實(shí)施方式中，比較器212是僅能輸出低電平的開漏輸出的比較器，高電平經(jīng)由上拉電阻器254被上拉至積分器252的輸出電壓。而且，比較器212輸出的ニ值化信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)22經(jīng)由外部輸出端子81被提供給振子100的振動(dòng)片的驅(qū)動(dòng)電極112。通過使該驅(qū)動(dòng)信號(hào)22的頻率(驅(qū)動(dòng)頻率fd)與振子100的諧振頻率一致，能夠使振子100穩(wěn)定振蕩。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，以使振子100的振蕩電流恒定的方式，即使I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出電壓的電平恒定的方式對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)22的振幅進(jìn)行調(diào)整。這樣能使振子100極為穩(wěn)定地振蕩，能提高角速度的檢測(cè)精度。然而，I/V轉(zhuǎn)換電路200中包含的電阻器204的電阻值R由于制造差異而按照每個(gè)IC相對(duì)于設(shè)計(jì)值產(chǎn)生±20%左右的偏差，因此，由振子100的振蕩電流向I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出電壓的轉(zhuǎn)換率按照每個(gè)IC而產(chǎn)生偏差。因此，在以使I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出電壓為恒定的設(shè)計(jì)值的方式調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)22的振幅吋，振子100的振蕩電流將按照每個(gè)IC而不同。結(jié)果，可能成為IC的振蕩電流與設(shè)計(jì)值的偏差越大則其角速度的檢測(cè)精度和檢測(cè)靈敏度越差的主要原因。另外，由于電阻器204的電阻值的溫度特性并不平坦，因此，即使振子100的振蕩電流恒定，Ι/v轉(zhuǎn)換電路200的輸出電壓也會(huì)受到電阻器204的影響而產(chǎn)生變動(dòng)。結(jié)果，振子100的振蕩電流隨著溫度而產(chǎn)生變動(dòng)，可能成為使角速度的檢測(cè)精度和檢測(cè)靈敏度變差的主要原因。同樣地，作為后述的檢測(cè)電流30中包含的充電放大器300、310的構(gòu)成要素的電容器304、314的電容值的制造差異和溫度變動(dòng)，也可能成為使角速度的檢測(cè)精度和檢測(cè)靈敏度變差的主要原因。因此，在本實(shí)施方式中，以消除電阻器204的電阻值和電容器304、314的電容值的偏差和溫度變動(dòng)量，抑制角速度的檢測(cè)精度和檢測(cè)靈敏度變差為目的，設(shè)置RC濾波器220，使I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出信號(hào)通過RC濾波器220。關(guān)于設(shè)置RC濾波器220能夠抑制角 速度的檢測(cè)精度和檢測(cè)靈敏度變差的原因，將在檢測(cè)電路30的說明中進(jìn)行敘述。RC濾波器220具有電阻器222和電容器224，作為一次低通濾波器發(fā)揮作用。即，在設(shè)電阻器222的電阻值為R1,電容器224的電容值為C1時(shí)，可由下式⑵表現(xiàn)RC濾波器220的傳遞函數(shù)。//(S) = ^-「す..(2)基于式(2)，可由下式(3)表現(xiàn)RC濾波器220的電壓增益的頻率特性。= ,---------…⑶
V1 十(.C1鳴)在本實(shí)施方式中，以使(ω, · C1 · R1)2 >> I的方式對(duì)于振子100的振蕩角頻率 d( = 2Jifd)選擇R1和Q。這種情況下，基于式⑴和式(3)，如下式(4)那樣表現(xiàn)RC濾波器220的輸出電壓VKC。ドMC --· * (4)此外，基于式⑵，可由下式(5)表現(xiàn)RC濾波器220的相位的頻率特性。Z H(j ω) = arctan(ω · C1 · R1)... (5)因此，基于式(5)，I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出信號(hào)(角頻率ω》通過RC濾波器220，從而相位延遲Θ = arctan (ω,-Q -R1)。也就是說，RC濾波器220還作為相位移位電路發(fā)揮作用。例如，在 Wd = 2 X50kHz (fd = 50kHz) ,C1 .R1 = Iパ2 X5kHz)時(shí)，θ 84。。其中，基于式(4)，I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出信號(hào)(角頻率ω d)通過RC濾波器220，振幅衰減至大約 1バ ω d · C1 · R1)倍。例如，在 ω d = 2 π X 50kHz (fd = 50kHz), C1 · R1=1/(2 X5kHz)吋，RC濾波器220的輸出信號(hào)的振幅成為I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出信號(hào)的振幅的大約1/10。因此，在本實(shí)施方式中，為了易于進(jìn)行RC濾波器220后級(jí)電路中的信號(hào)處理，附加了放大RC濾波器220的輸出信號(hào)的電壓校正用放大器230 (例如將輸入信號(hào)放大至· C1 · R1倍的放大器)。其中，如果RC濾波器220后級(jí)電路能夠直接對(duì)RC濾波器220的輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，則也可以不附加放大器230。
放大器230的輸出信號(hào)被輸入到全波整流電路240。全波整流電路240構(gòu)成為具有反轉(zhuǎn)放大器241、比較器242、2個(gè)開關(guān)243、244以及反相器電路(反轉(zhuǎn)邏輯電路)245。開關(guān)243被輸入放大器230的輸出信號(hào)，其接通、斷開是通過比較器242的輸出信號(hào)來控制的。比較器242的輸出信號(hào)的頻率與驅(qū)動(dòng)頻率fd相等。另外，開關(guān)244被輸入反轉(zhuǎn)放大器241的輸出信號(hào)(放大器230的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)信號(hào))，其接通、斷開是通過反相器電路245的輸出信號(hào)(比較器242的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)邏輯信號(hào))控制的。S卩，開關(guān)243與開關(guān)244的接通、斷開是相異地進(jìn)行的，對(duì)放大器230的輸出信號(hào)進(jìn)行全波整流。全波整流電路240的輸出信號(hào)被輸入到減法器250進(jìn)行與基準(zhǔn)電壓12的電壓減法處理之后，由積分器252進(jìn)行積分。I/V轉(zhuǎn)換電路200的輸出信號(hào)的振幅越大，該積分器252的輸出電壓越低。而且，驅(qū)動(dòng)信號(hào)22的高電平經(jīng)由上拉電阻器254被上拉至積分器252的輸出電壓，因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)22的振幅Vdk成為與RC濾波器220的輸出電壓Vk反比例的關(guān)系，基于式(4)，可使用適當(dāng)?shù)南禂?shù)A由下式(6)表現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.ー種信號(hào)處理電路，其驅(qū)動(dòng)振子進(jìn)行振蕩，并且，根據(jù)上述振子的檢測(cè)信號(hào)，生成與預(yù)定的物理量的大小對(duì)應(yīng)的信號(hào)，其中，該信號(hào)處理電路具有 電流電壓轉(zhuǎn)換部，其將上述振子的振蕩電流轉(zhuǎn)換為電壓； 相位移位部，其對(duì)由上述電流電壓轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換為電壓的信號(hào)進(jìn)行相位移位； 驅(qū)動(dòng)振幅控制部，其對(duì)由上述相位移位部進(jìn)行相位移位后的信號(hào)進(jìn)行ニ值化，生成切換控制信號(hào)，根據(jù)上述切換控制信號(hào)對(duì)由上述相位移位部進(jìn)行相位移位后的信號(hào)進(jìn)行全波整流，根據(jù)全波整流后的信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)上述振子的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅； 參照信號(hào)生成部，其根據(jù)由上述電流電壓轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換為電壓的信號(hào)，生成同步檢波用的參照信號(hào)； 時(shí)鐘信號(hào)生成部，其根據(jù)上述參照信號(hào)與上述切換控制信號(hào)的相位差，生成頻率是上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的2倍的時(shí)鐘信號(hào)； 同步檢波部，其根據(jù)上述參照信號(hào)，對(duì)包含上述振子的上述檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行同步檢波；以及 開關(guān)電容濾波器，其根據(jù)上述時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)由上述同步檢波部進(jìn)行同步檢波后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信號(hào)處理電路，其中，上述時(shí)鐘信號(hào)生成部運(yùn)算上述參照信號(hào)與上述切換控制信號(hào)的異或，由此生成上述時(shí)鐘信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的信號(hào)處理電路，其中，上述相位移位部是RC濾波器，該RC濾波器具有電阻器和電容器，其頻率特性是根據(jù)上述電阻器的電阻值和上述電容器的電容值確定的。
4.ー種物理量檢測(cè)裝置，其中，該物理量檢測(cè)裝置具有 權(quán)利要求I 3中的任意一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路；以及 振子，其由該信號(hào)處理電路驅(qū)動(dòng)振蕩并進(jìn)行檢測(cè)處理。
5.ー種角速度檢測(cè)裝置，其中，該角速度檢測(cè)裝置具有權(quán)利要求I 3中的任意ー項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路。
6.ー種集成電路裝置，其中，該集成電路裝置具有權(quán)利要求I 3中的任意一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路。
7.—種電子設(shè)備,其中，該電子設(shè)備具有權(quán)利要求I 3中的任意一項(xiàng)所述的信號(hào)處理電路。
全文摘要
本發(fā)明提供信號(hào)處理電路、物理量檢測(cè)裝置、角速度檢測(cè)裝置、集成電路裝置以及電子設(shè)備，其既能抑制電路面積的增加，又能實(shí)現(xiàn)比以往低的噪聲。I/V轉(zhuǎn)換電路(電流電壓轉(zhuǎn)換部)將振子的振蕩電流轉(zhuǎn)換為電壓。RC濾波器(相位移位部)對(duì)I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)進(jìn)行相位移位。全波整流電路(驅(qū)動(dòng)振幅控制部的一部分)對(duì)相位移位后的信號(hào)進(jìn)行二值化，生成切換控制信號(hào)。比較器(參照信號(hào)生成部)根據(jù)I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)，生成同步檢波用的參照信號(hào)。異或電路(時(shí)鐘信號(hào)生成部)根據(jù)參照信號(hào)與切換控制信號(hào)的相位差，生成頻率是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的2倍的開關(guān)電容濾波器用的時(shí)鐘信號(hào)。
文檔編號(hào)G01C19/5776GK102650522SQ201210044310
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者押尾政宏, 柳澤良直, 菊池尊行, 西田稔洋, 高橋正行 申請(qǐng)人:精工恩琵希株式會(huì)社, 精工愛普生株式會(huì)社