検出回路、集積回路装置及びセンサー装置
【課題】有効な検出範囲をできるだけ確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲に制限することが可能な検出回路、集積回路装置及びセンサー装置を提供すること。
【解決手段】検出回路３０は、感度調整部（可変ゲインアンプ３６０）及びオフセット調整部（オフセット調整ＤＡＣ３４２と同期検波回路３４０）の少なくとも一方と、電圧制限部（リミッター回路３７０）と、を含む。感度調整部（可変ゲインアンプ３６０）は、センサー素子４の検出感度に応じて検出信号（角速度信号）の電圧範囲を調整する。オフセット調整部（オフセット調整ＤＡＣ３４２と同期検波回路３４０）は、センサー素子４の出力オフセットに応じて検出信号（角速度信号）の０点電圧を調整する。電圧制限部（リミッター回路３７０）は、感度調整部及びオフセット調整部の後段に設けられ、検出信号（角速度信号）の電圧を所望の範囲に制限する。
【解決手段】検出回路３０は、感度調整部（可変ゲインアンプ３６０）及びオフセット調整部（オフセット調整ＤＡＣ３４２と同期検波回路３４０）の少なくとも一方と、電圧制限部（リミッター回路３７０）と、を含む。感度調整部（可変ゲインアンプ３６０）は、センサー素子４の検出感度に応じて検出信号（角速度信号）の電圧範囲を調整する。オフセット調整部（オフセット調整ＤＡＣ３４２と同期検波回路３４０）は、センサー素子４の出力オフセットに応じて検出信号（角速度信号）の０点電圧を調整する。電圧制限部（リミッター回路３７０）は、感度調整部及びオフセット調整部の後段に設けられ、検出信号（角速度信号）の電圧を所望の範囲に制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出回路、集積回路装置及びセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、デジタルカメラ、ナビゲーション装置、携帯電話など、様々な電子機器にジャイロセンサーが搭載されている。近年、ジャイロセンサーの小型化と高い検出精度が要求されるようになり、これらの要求を満たすジャイロセンサーとして、例えば、水晶振動子の共振現象を利用した振動ジャイロセンサーが広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９２６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、角速度データを用いるアプリケーションの種類によっては、±数百ｄｐｓ（deg/sec）の広い検出範囲を有するジャイロセンサーが要求される場合がある。一方、ジャイロセンサーの後段の装置での入力電圧の許容範囲の制約等の様々な事情から、ジャイロセンサーの出力電圧を所望の範囲に制限したい場合がある。ところが、基準電圧（アナロググランド電圧）や感度など各パラメーターのばらつきや電源電圧の変動を加味すると、ジャイロセンサーの出力電圧を所望の範囲に制限するためには、検出範囲を狭くして多くのマージンを確保しなければならず、有効な検出範囲を広く確保することが難しかった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、有効な検出範囲をできるだけ確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲に制限することが可能な検出回路、集積回路装置及びセンサー装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、所与の物理量を検出するセンサー素子の出力信号に基づいて前記物理量の大きさに応じた検出信号を生成する検出回路であって、前記センサー素子の検出感度に応じて前記検出信号の電圧範囲を調整する感度調整部及び前記センサー素子の出力オフセットに応じて前記検出信号の０点電圧を調整するオフセット調整部の少なくとも一方と、前記感度調整部及び前記オフセット調整部の後段に設けられ、前記検出信号の電圧を所望の範囲に制限する電圧制限部と、を含む。
【０００７】
電圧制限部は、検出信号の電圧を、その上限値のみを制限することで所望の範囲に制限してもよいし、その下限値のみを制限することで所望の範囲に制限してもよいし、その上限値と下限値を制限することで所望の範囲に制限してもよい。
【０００８】
本発明の検出回路によれば、電圧制限部を設けることで、基準電圧や感度など各パラメーターのばらつきや電源電圧の変動を考慮した過大なマージンを確保しなくてもよいので、有効な検出範囲を不要に狭くする必要がない。
【０００９】
また、本発明の検出回路によれば、電圧制限部を感度調整部やオフセット調整部の後段に設けることで、センサー素子の特性に応じてオフセット調整や感度調整がされた信号に対して電圧値を制限するので、センサー素子の特性ばらつきによらず、できるだけ広い検出範囲を確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲に制限することができる。
【００１０】
（２）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第１の電圧とを比較する第１のコンパレーターと、前記第１のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも低い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は第３の電圧を選択して出力する選択回路と、を含むようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、有効な検出範囲に対応する検出信号の電圧範囲の上限を第１の電圧に制限するとともに、有効な検出範囲を超えた場合の検出信号の電圧を第３の電圧にすることができる。例えば、第３の電圧は第１の電圧以下であってもよい。
【００１２】
（３）この検出回路において、前記第１のコンパレーターは、当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第１の電圧とをヒステリシスを持って比較するようにしてもよい。
【００１３】
このようにヒステリシスをもって電圧比較処理を行うことで、電圧制限部の前段からの入力信号に重畳されるノイズの影響による不安定な検出動作を防止することができる。
【００１４】
（４）この検出回路において、前記第３の電圧は、前記第１の電圧と等しいようにしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、有効な検出範囲を超えた場合の検出信号の電圧を、有効な検出範囲の上限値に対応する第１の電圧にすることができる。
【００１６】
（５）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターをさらに含み、前記選択回路は、前記第１のコンパレーターの比較結果と前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧との間に含まれる時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は前記第３の電圧を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力するようにしてもよい。
【００１７】
このようにすれば、有効な検出範囲に対応する検出信号の電圧範囲を第１の電圧と第２の電圧の間に制限するとともに、有効な検出範囲外に対応する検出信号の電圧を第３の電圧又は第４の電圧にすることができる。例えば、第３の電圧は第１の電圧以下であり、第４の電圧は第２の電圧以上であってもよい。
【００１８】
（６）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターと、前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも高い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力する選択回路と、を含むようにしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、有効な検出範囲に対応する検出信号の電圧範囲の下限を第２の電圧に制限するとともに、有効な検出範囲を下回った場合の検出信号の電圧を第４の電圧にすることができる。例えば、第４の電圧は第２の電圧以上であってもよい。
【００２０】
（７）この検出回路において、 前記第２のコンパレーターは、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第２の電圧とをヒステリシスを持って比較するようにしてもよい。
【００２１】
このようにヒステリシスをもって電圧比較処理を行うことで、電圧制限部の前段からの入力信号に重畳されるノイズの影響による不安定な検出動作を防止することができる。
【００２２】
（８）この検出回路において、前記第４の電圧は、前記第２の電圧と等しいようにしてもよい。
【００２３】
このようにすれば、有効な検出範囲を下回った場合の検出信号の電圧を、有効な検出範囲の下限値に対応する第２の電圧にすることができる。
【００２４】
（９）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの前記入力信号をフィルター処理するフィルター回路をさらに含み、前記第１のコンパレーターは、前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第１の電圧とを比較し、前記第２のコンパレーターは、前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第２の電圧とを比較するようにしてもよい。
【００２５】
このようにすれば、電圧制限部の前段からの前記入力信号に重畳される高周波成分の影響で、有効な検出範囲の検出信号の電圧に不要な制限がかかることを防止することができる。
【００２６】
（１０）本発明は、上記のいずれかの検出回路を含む、集積回路装置である。
【００２７】
（１１）本発明は、上記の集積回路装置と、所与の物理量を検出するセンサー素子と、を含む、センサー装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態のセンサー装置の一例である角速度検出装置の機能ブロック図。
【図２】本実施形態の検出回路の構成例を示す図。
【図３】本実施形態のリミッター回路の構成例を示す図。
【図４】本実施形態のリミッター回路に正弦波を入力した時の各信号の波形図。
【図５】変形例１のリミッター回路の構成図。
【図６】変形例２のリミッター回路の構成図。
【図７】変形例３のリミッター回路の構成図。
【図８】変形例４のリミッター回路の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３０】
１．センサー装置の構成
図１は、本実施形態のセンサー装置の一例である角速度検出装置の機能ブロック図である。本実施形態の角速度検出装置１は、センサー素子４と角速度検出用ＩＣ（集積回路装置）２を含んで構成されている。
【００３１】
本実施形態のセンサー素子４は、２本のＴ型の駆動振動腕とともにその間に１本の検出振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の水晶振動片に２つの駆動電極と２つの検出電極が形成され、不図示のパッケージに封止されている。ただし、センサー素子４の振動片は、ダブルＴ型でなくてもよく、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、センサー素子４の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ２）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。
【００３２】
センサー素子４の２本の駆動振動腕は、駆動信号として交流電圧信号が与えられると、逆圧電効果によって、互いの先端が接近と離間を繰り返す屈曲振動（励振振動）をする。この２本の駆動振動腕の屈曲振動の振幅が等しければ、２本の駆動振動腕は検出振動腕に対して常に線対称な関係で屈曲振動をするので、検出振動腕は振動を起こさない。
【００３３】
この状態で、センサー素子４の励振振動面に垂直な軸を回転軸とする角速度が加わると、２本の駆動振動腕は、屈曲振動の方向と回転軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、２本の駆動振動腕の屈曲振動の対称性が崩れ、検出振動腕は、バランスを保つように屈曲振動をする。このコリオリ力に伴う検出振動腕の屈曲振動と駆動振動腕の屈曲振動（励振振動）とは位相が９０°ずれている。
【００３４】
ただし、実際には、コリオリ力が加わっていなくても２本の駆動振動腕の屈曲振動の振幅がわずかに異なるため、検出振動腕はバランスを保つようにわずかに屈曲振動をする。この屈曲振動は漏れ振動と呼ばれ、駆動信号とは同位相である。そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づく逆位相（位相が１８０°異なる）の交流電荷が２つの検出電極に発生する。コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ（言い換えれば、センサー素子４に加わる角速度の大きさ）に応じて変化するのに対して、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、センサー素子４に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。
【００３５】
センサー素子４の２つの駆動電極は、それぞれ角速度検出用ＩＣ２のＤＳ端子とＤＧ端子に接続されている。また、センサー素子４の２つの検出電極は、それぞれ角速度検出用ＩＣ２のＳ１端子とＳ２端子に接続されている。
【００３６】
本実施形態の角速度検出用ＩＣ２は、電源回路１０、駆動回路２０、検出回路３０、基準回路４０、不揮発メモリー５０、シリアルインターフェース回路６０を含んで構成されている。なお、本実施形態の角速度検出用ＩＣ２は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としてもよい。
【００３７】
電源回路１０は、ＶＤＤ端子，ＶＳＳ端子からそれぞれ電源電圧（例えば３Ｖ）とグランド電圧（０Ｖ）が供給され、角速度検出用ＩＣ２の内部の電源電圧を生成する。
【００３８】
基準回路４０は、電源回路１０が生成する電源電圧から基準電圧（アナロググランド電圧やその他の一定電圧）や定電流を生成し、駆動回路２０や検出回路３０に供給する。
【００３９】
駆動回路２０は、センサー素子４を励振振動させるための駆動信号を生成し、ＤＳ端子を介してセンサー素子４の一方の駆動電極（第１の駆動電極）に供給する。また、駆動回路２０は、センサー素子４の励振振動により他方の駆動電極（第２の駆動電極）に発生する駆動電流（水晶電流）がＤＧ端子を介して入力され、この駆動電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号の振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路２０は、検出回路３０に含まれる同期検波回路の参照信号やスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）のクロック信号を生成する。
【００４０】
検出回路３０は、Ｓ１端子とＳ２端子を介して、センサー素子４の２つの検出電極の各々に発生する交流電荷（検出電流）がそれぞれ入力され、これらの交流電荷（検出電流）に含まれる角速度成分のみを検出し、角速度の大きさに応じた電圧レベルの信号（角速度信号）を生成し、ＶＯ端子を介して外部に出力する。この角速度信号は、例えば、ＶＯ端子に接続された不図示のマイクロコンピューターにおいてＡ／Ｄ変換され、角速度データとして種々の処理に用いられる。なお、本実施形態の角速度検出用ＩＣ２にＡ／Ｄ変換器を内蔵し、角速度を表すデジタルデータを、例えばシリアルインターフェース回路６０を介して外部に出力するようにしてもよい。
【００４１】
不揮発メモリー５０は、駆動回路２０や検出回路３０に対する各種の調整データを保持し、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成することができる。
【００４２】
シリアルインターフェース回路６０は、ＣＬＫ端子とＤＡＴＡ端子を介して、それぞれクロック信号とシリアルデータ信号による２線論理で不揮発メモリー５０に対する調整データの書き込みや読み出しの処理などを行う。なお、不揮発メモリー５０にデータを書き込む際は、メモリー素子に保持されているデータを反転させるのに十分なエネルギーを供給するため、ＶＰＰ端子を介して高電源電圧（例えば１５Ｖ以上）が供給される。
【００４３】
２．検出回路の構成
図２は、本実施形態の検出回路３０の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態における検出回路３０は、ＱＶアンプ（チャージアンプ）３００，３０２、差動アンプ３１０、ハイパスフィルター３２０、ＡＣアンプ３３０、同期検波回路３４０、ローパスフィルター３５０、可変ゲインアンプ（ＰＧＡ：Programmable Gain Amp.）３６０、リミッター回路３７０、スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の検出回路３０は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としてもよい。
【００４４】
ＱＶアンプ３００には、Ｓ１端子を介してセンサー素子４の一方の検出電極（第１の検出電極）から角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷が入力される。同様に、ＱＶアンプ３０２には、Ｓ２端子を介してセンサー素子４の他方の検出電極（第２の検出電極）から角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷が入力される。このＱＶアンプ３００及び３０２は、それぞれ入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。ＱＶアンプ３００の出力信号とＱＶアンプ３０２の出力信号の位相は互いに逆位相である（１８０°ずれている）。
【００４５】
差動アンプ３１０は、ＱＶアンプ３００の出力信号とＱＶアンプ３０２の出力信号を差動増幅する。差動アンプ３１０により、同相成分はキャンセルされ、逆相成分は加算増幅される。
【００４６】
ハイパスフィルター３２０は、差動アンプ３１０の出力信号に含まれる直流成分をキャンセルし、ＡＣアンプ３３０は、ハイパスフィルター３２０の出力信号をＡＣ増幅する。
【００４７】
同期検波回路３４０は、ＡＣアンプ３３０の出力信号を駆動回路２０が生成する参照信号ＳＤＥＴで同期検波する。同期検波回路３４０は、例えば、参照信号ＳＤＥＴの電圧レベルがアナロググランド電圧よりも高い時はＡＣアンプ３３０の出力信号をそのまま選択し、参照信号ＳＤＥＴの電圧レベルがアナロググランド電圧よりも低い時はＡＣアンプ３３０の出力信号をアナロググランド電圧に対して反転した信号を選択するスイッチ回路として構成することができる。
【００４８】
ＡＣアンプ３３０の出力信号には角速度成分と振動漏れ成分が含まれているが、この角速度成分は参照信号ＳＤＥＴと同位相であるのに対して、振動漏れ成分は逆位相である。そのため、同期検波回路３４０により角速度成分は検波されるが、振動漏れ成分は検波されないようになっている。
【００４９】
また、同期検波回路３４０では、オフセット調整ＤＡＣ３４２の出力電圧に応じたオフセット調整（０点調整）が行われる。オフセット調整ＤＡＣ３４２は、不揮発メモリー５０に記憶されたオフセット調整データが入力され、オフセット調整データに応じた電圧を出力する。検査工程において、センサー素子４の特性に応じたオフセット調整データを求めて不揮発メモリー５０に記憶させておくことで、センサー素子４の特性ばらつきを吸収し、０点電圧が一定電圧（例えばアナロググランド電圧）になるようにオフセット調整を行うことができる。
【００５０】
ローパスフィルター３５０は、同期検波回路３４０の出力信号に含まれる高周波成分（参照信号ＳＤＥＴ及びその高調波成分など）を低減させるとともに仕様で決められる周波数範囲の信号を抽出して出力する。また、ローパスフィルター３５０は、後段のスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０に対するプリフィルターとしても機能する。
【００５１】
可変ゲインアンプ３６０は、不揮発メモリー５０に記憶されたゲイン調整データが入力され、ローパスフィルター３５０の出力信号をゲイン調整データに応じて増幅又は減衰させて出力する。検査工程において、センサー素子４の特性に応じたゲイン調整データを求めて不揮発メモリー５０に記憶させておくことで、センサー素子４の特性ばらつきを吸収し、角速度の検出範囲が一定になるように感度調整を行うことができる。
【００５２】
リミッター回路３７０（電圧制限部の一例）は、可変ゲインアンプ３６０の出力信号と、基準回路が生成する電圧を各種の一定電圧（ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２，ＶＲＥＦ３，ＶＲＥＦ４）とを比較し、可変ゲインアンプ３６０の出力信号の電圧レベルを所望の範囲を超えないように制限する。
【００５３】
スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０は、駆動回路２０が生成するクロック信号ＳＣＦＣＬＫに基づいてリミッター回路３７０の出力信号をローパス処理する。本実施形態では、スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の出力信号が角速度信号としてＶＯ端子から出力される。
【００５４】
３．リミッター回路の構成
図３は、本実施形態のリミッター回路３７０の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施形態のリミッター回路３７０は、７個のスイッチ３７１ａ，３７１ｂ，３７３ａ，３７３ｂ，３７６，３７７，３７８、２個のアンプ３７２，３７４及びＮＯＲ素子３７５を含んで構成されている。
【００５５】
スイッチ３７１ａの一端には一定電圧ＶＲＥＦ１が供給され、スイッチ３７１ｂの一端には一定電圧ＶＲＥＦ２が供給される。また、スイッチ３７３ａの一端には一定電圧ＶＲＥＦ３が供給され、スイッチ３７３ｂの一端には一定電圧ＶＲＥＦ４が供給される。ここで、ＶＲＥＦ１＞ＶＲＥＦ２＞ＶＲＥＦ３＞ＶＲＥＦ４である。
【００５６】
スイッチ３７１ａの他端とスイッチ３７１ｂの他端は、ともにアンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）に接続されている。また、スイッチ３７３ａの他端とスイッチ３７３ｂの他端は、ともにアンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）に接続されている。
【００５７】
アンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）は、ともに可変ゲインアンプ３６０の出力端子に接続されており、可変ゲインアンプ３６０の出力信号が入力される。
【００５８】
アンプ３７２の出力端子は、ＮＯＲ素子３７５の一方の入力端子に接続され、アンプ３７４の出力端子は、ＮＯＲ素子３７５の他方の入力端子に接続されている。従って、ＮＯＲ素子３７５の出力信号は、アンプ３７２の出力信号とアンプ３７４の出力信号がともにローレベルであればハイレベル、アンプ３７２の出力信号とアンプ３７４の出力信号の少なくとも一方がハイレベルであればローレベルとなる。
【００５９】
スイッチ３７１ａとスイッチ３７１ｂのオン／オフ（開閉）は、アンプ３７２の出力信号により排他的に制御される。具体的には、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７１ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７１ｂがオフし（開き）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７１ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７１ｂがオンする（閉じる）。
【００６０】
同様に、スイッチ３７３ａとスイッチ３７３ｂのオン／オフ（開閉）は、アンプ３７４の出力信号により排他的に制御される。具体的には、アンプ３７４の出力信号がローレベルであればスイッチ３７３ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７３ｂがオンし（閉じ）、アンプ３７４の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７３ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７３ｂがオフする（開く）。
【００６１】
スイッチ３７６の一端は、可変ゲインアンプ３６０の出力端子に接続されており、可変ゲインアンプ３６０の出力信号が供給される。また、スイッチ３７７の一端には一定電圧ＶＲＥＦ１が供給され、スイッチ３７８の一端には一定電圧ＶＲＥＦ４が供給される。
【００６２】
スイッチ３７６の他端、スイッチ３７７の他端及びスイッチ３７８の他端は、ともにスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の入力端子に接続されている。
【００６３】
スイッチ３７６のオン／オフ（開閉）は、ＮＯＲ素子３７５の出力信号により制御される。具体的には、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルであればスイッチ３７６がオフし（開き）、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７６がオンする（閉じる）。
【００６４】
スイッチ３７７のオン／オフ（開閉）は、アンプ３７２の出力信号により制御される。具体的には、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７７がオフし（開き）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７７がオンする（閉じる）。
【００６５】
スイッチ３７８のオン／オフ（開閉）は、アンプ３７４の出力信号により制御される。具体的には、アンプ３７４の出力信号がローレベルであればスイッチ３７８がオフし（開き）、アンプ３７４の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７８がオンする（閉じる）。
【００６６】
次に、リミッター回路３７０の動作について説明する。図４は、リミッター回路３７０に正弦波を入力した時の各信号の波形図である。
【００６７】
可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ３とＶＲＥＦ２の間にある時は、アンプ３７２の出力信号とアンプ３７４の出力信号はともにローレベルであり、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がハイレベルである。そのため、スイッチ３７６がオン、スイッチ３７７，３７８はともにオフである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００６８】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７１ａがオン、スイッチ３７１ｂがオフであり、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【００６９】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１を超えると、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。一方、アンプ３７４の出力信号はローレベルのままである。
【００７０】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７７がオフからオンになり、スイッチ３７８はオフのままである。従って、一定電圧ＶＲＥＦ１がスイッチ３７７を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００７１】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７１ａがオンからオフに、スイッチ３７１ｂがオフからオンに変化し、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ｂを介してＶＲＥＦ２が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルのままなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンのままであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【００７２】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ２を下回ると、アンプ３７２の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。一方、アンプ３７４の出力信号はローレベルのままである。
【００７３】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７７がオンからオフになり、スイッチ３７８はオフのままである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００７４】
さらに、アンプ３７２の出力信号がハイレベルからローレベルに変化するので、スイッチ３７１ａがオフからオンに、スイッチ３７１ｂがオンからオフに変化し、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルのままなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンのままであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【００７５】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４を下回ると、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。一方、アンプ３７２の出力信号はローレベルのままである。
【００７６】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７８がオフからオンになり、スイッチ３７７はオフのままである。従って、一定電圧ＶＲＥＦ４がスイッチ３７８を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００７７】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルのままなので、スイッチ３７１ａがオン、スイッチ３７１ｂがオフのままであり、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７３ａがオフからオンに、スイッチ３７３ｂがオンからオフに変化し、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ａを介してＶＲＥＦ３が供給される。
【００７８】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ３を超えると、アンプ３７４の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。一方、アンプ３７２の出力信号はローレベルのままである。
【００７９】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７８がオンからオフになり、スイッチ３７７はオフのままである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００８０】
このように、アンプ３７２と２個のスイッチ３７１ａ，３７１ｂによる回路は、リミッター回路３７０の出力電圧の上限を規定するヒステリシスコンパレーターとして機能し、アンプ３７４と２個のスイッチ３７３ａ，３７３ｂによる回路は、リミッター回路３７０の出力電圧の下限を規定するヒステリシスコンパレーターとして機能する。そして、リミッター回路３７０は、入力電圧がＶＲＥＦ１（第１の電圧の一例）を超えれば強制的にＶＲＥＦ１を出力し、ＶＲＥＦ４（第２の電圧の一例）を下回れば強制的にＶＲＥＦ４を出力する。これにより、可変ゲインアンプ３６０の出力信号の電圧がＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲を外れたとしても、リミッター回路３７０の出力信号の電圧は必ずＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲になる。そのため、スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の出力信号（角速度信号）の電圧も必ずＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲にすることができる。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態のリミッター回路によれば、リミッター回路３７０を設けることで、基準電圧や感度など各パラメーターのばらつきや電源電圧の変動を考慮した過大なマージンを確保しなくてもよいので、有効な検出範囲を不要に狭くする必要がない。
【００８２】
また、本実施形態によれば、リミッター回路３７０を感度調整部（可変ゲインアンプ３６０）とオフセット調整部（オフセット調整ＤＡＣ３４２と同期検波回路３４０）の後段に設けることで、センサー素子４の特性に応じてオフセット調整と感度調整がされた角速度信号に対して電圧値を制限するので、センサー素子の特性ばらつきによらず、できるだけ広い検出範囲を確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲（ＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲）に制限することができる。
【００８３】
また、リミッター回路３７０をスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の前段に設けることにより、スイッチトキャパシタフィルターの応答速度に影響を受けることなく、出力電圧範囲を所望の範囲に制限することが出来る。
【００８４】
また、リミッター回路３７０の出力電圧の上限と下限を、それぞれヒステリシスをもって判定することで、リミッター回路３７０の入力信号（可変ゲインアンプ３６０の出力信号）に重畳されるノイズの影響による不安定な検出動作を防止することができる。
【００８５】
なお、本実施形態では、角速度検出装置を例にとり説明したが、本発明は、角速度、角加速度、加速度、力等を検出するセンサー装置にも適用することができる。
【００８６】
４．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、以下のような変形例が考えられる。
【００８７】
［変形例１］
図５は、変形例１のリミッター回路の構成図である。図５において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図５に示すように、変形例１のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、ローパスフィルター３７９が追加されている。
【００８８】
ローパスフィルター３７９は、可変ゲインアンプ３６０の出力信号をローパス処理し、ローパス処理された信号は、アンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）に入力される。
【００８９】
可変ゲインアンプ３６０の前段にある同期検波回路３４０の出力信号には、高周波成分（参照信号ＳＤＥＴの周波数成分とその高調波成分）が含まれる。前述の通り、ローパスフィルター３５０は、同期検波回路３４０の出力信号に含まれる高周波成分（参照信号ＳＤＥＴ及びその高調波成分など）を低減させるが、ローパスフィルター３５０の出力信号にもこの高周波成分がわずかに含まれる。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号にも高周波成分が含まれるため、アンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）に可変ゲインアンプ３６０の出力信号をそのまま入力すると、この高周波数成分の影響でリミッター回路３７０の出力信号において不要なリミットがかかる可能性がある。そこで、この高周波成分を除去するためにローパスフィルター３７９が設けられている。
【００９０】
また、ローパスフィルター３７９は、後段のスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の入力信号（リミッター回路３７０の出力信号）とクロック信号ＳＣＦＣＬＫとのオーバーラップ容量により、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周波数成分が、スイッチ３７６を介してアンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）に入力されるのを防ぐ役割も果たしている。
【００９１】
このように、変形例１のリミッター回路によれば、同期検波回路３４０によりリミッター回路３７０の入力信号（可変ゲインアンプ３６０の出力信号）に重畳される高周波成分の影響で、有効な検出範囲の角速度信号の電圧に不要な制限がかかることを防止することができる。
【００９２】
［変形例２］
図６は、変形例２のリミッター回路の構成図である。図６において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図６に示すように、変形例２のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、スイッチ３７７，３７８に、それぞれＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ４に代えてＶＲＥＦ５，ＶＲＥＦ６が供給される。
【００９３】
変形例２のリミッター回路３７０では、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１（第１の電圧の一例）を超えると、スイッチ３７７がオフからオンになり、基準回路４０が生成する一定電圧ＶＲＥＦ５（第３の電圧の一例）がスイッチ３７７を介してリミッター回路３７０から出力される。また、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４（第２の電圧の一例）を下回ると、スイッチ３７８がオフからオンになり、基準回路４０が生成する一定電圧ＶＲＥＦ６（第４の電圧の一例）がスイッチ３７８を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００９４】
なお、ＶＲＥＦ５とＶＲＥＦ６は、異なる電圧であってもよいし、同じ電圧であってもよい。後者の場合、例えば、ＶＲＥＦ５とＶＥＦ６をアナロググランド電圧と一致させてもよい。
【００９５】
このように、変形例２のリミッター回路によれば、有効な検出範囲に対応する角速度信号の電圧範囲をＶＲＥＦ１とＶＲＥＦ４の間に制限するとともに、有効な検出範囲を超えた場合の角速度信号の電圧をＶＲＥＦ５に、有効な検出範囲を下回った場合の角速度信号の電圧をＶＲＥＦ６にすることができる。
【００９６】
［変形例３］
図７は、変形例３のリミッター回路の構成図である。図７において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図７に示すように、変形例３のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、スイッチ３７３ａ，３７３ｂ，３７８、アンプ３７４及びＮＯＲ素子３７５が削除されるとともに、スイッチ３７６のオン／オフ制御論理が異なっている。
【００９７】
本変形例では、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７１ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７１ｂがオンし（閉じ）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７１ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７１ｂがオフする（開く）。また、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７６がオンし（閉じ）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７６がオフする（開く）。
【００９８】
可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１よりも低い時は、アンプ３７２の出力信号はローレベルであり、スイッチ３７６がオン、スイッチ３７７はオフである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００９９】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７１ａがオン、スイッチ３７１ｂがオフであり、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。
【０１００】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１を超えると、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。
【０１０１】
これにより、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７７がオフからオンになる。従って、一定電圧ＶＲＥＦ１がスイッチ３７７を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１０２】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７１ａがオンからオフに、スイッチ３７１ｂがオフからオンに変化し、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ｂを介してＶＲＥＦ２が供給される。
【０１０３】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ２を下回ると、アンプ３７２の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【０１０４】
これにより、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７７がオンからオフになる。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１０５】
このように、変形例３のリミッター回路によれば、検出範囲の上限に対してのみリミットをかけることができる。例えば、アナロググランド電圧が電源電圧によらず一定であれば、電源電圧に応じて検出範囲の上限は変動するが下限は変動しない場合がある。このような場合、検出範囲の下限が所望の電圧を下回る可能性がなければ、上限のみにリミットをかければよい。
【０１０６】
［変形例４］
図８は、変形例４のリミッター回路の構成図である。図８において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図８に示すように、変形例４のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、スイッチ３７１ａ，３７１ｂ，３７７、アンプ３７２及びＮＯＲ素子３７５が削除されるとともに、スイッチ３７６のオン／オフ制御論理が異なっている。
【０１０７】
本変形例では、アンプ３７４の出力信号がローレベルであればスイッチ３７３ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７３ｂがオンし（閉じ）、アンプ３７４の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７３ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７３ｂがオフする（開く）。また、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７６がオンし（閉じ）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７６がオフする（開く）。
【０１０８】
可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４よりも高い時は、アンプ３７４の出力信号はローレベルであり、スイッチ３７６がオン、スイッチ３７８はオフである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１０９】
さらに、アンプ３７４の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【０１１０】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４を下回ると、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。
【０１１１】
これにより、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７８がオフからオンになる。従って、一定電圧ＶＲＥＦ３がスイッチ３７８を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１１２】
さらに、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７３ａがオフからオンに、スイッチ３７３ｂがオンからオフに変化し、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ａを介してＶＲＥＦ３が供給される。
【０１１３】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ３を超えると、アンプ３７４の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【０１１４】
これにより、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７８がオンからオフになる。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１１５】
このように、変形例４のリミッター回路によれば、検出範囲の下限に対してのみ制限をかけることができる。
【０１１６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 角速度検出装置、２ 角速度検出用ＩＣ、４ センサー素子、１０ 電源回路、２０ 駆動回路、３０ 検出回路、４０ 基準回路、５０ 不揮発メモリー、６０ シリアルインターフェース回路、３００，３０２ ＱＶアンプ（チャージアンプ）、３１０ 差動アンプ、３２０ ハイパスフィルター、３３０ ＡＣアンプ、３４０ 同期検波回路、３５０ ローパスフィルター、３６０ 可変ゲインアンプ（ＰＧＡ）、３７０ リミッター回路、３７１ａ，３７１ｂ，３７３ａ，３７３ｂ，３７６，３７７，３７８ スイッチ、３７２，３７４ アンプ、３７５ ＮＯＲ素子、３７９ ローパスフィルター、３８０ スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出回路、集積回路装置及びセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、デジタルカメラ、ナビゲーション装置、携帯電話など、様々な電子機器にジャイロセンサーが搭載されている。近年、ジャイロセンサーの小型化と高い検出精度が要求されるようになり、これらの要求を満たすジャイロセンサーとして、例えば、水晶振動子の共振現象を利用した振動ジャイロセンサーが広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９２６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、角速度データを用いるアプリケーションの種類によっては、±数百ｄｐｓ（deg/sec）の広い検出範囲を有するジャイロセンサーが要求される場合がある。一方、ジャイロセンサーの後段の装置での入力電圧の許容範囲の制約等の様々な事情から、ジャイロセンサーの出力電圧を所望の範囲に制限したい場合がある。ところが、基準電圧（アナロググランド電圧）や感度など各パラメーターのばらつきや電源電圧の変動を加味すると、ジャイロセンサーの出力電圧を所望の範囲に制限するためには、検出範囲を狭くして多くのマージンを確保しなければならず、有効な検出範囲を広く確保することが難しかった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、有効な検出範囲をできるだけ確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲に制限することが可能な検出回路、集積回路装置及びセンサー装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、所与の物理量を検出するセンサー素子の出力信号に基づいて前記物理量の大きさに応じた検出信号を生成する検出回路であって、前記センサー素子の検出感度に応じて前記検出信号の電圧範囲を調整する感度調整部及び前記センサー素子の出力オフセットに応じて前記検出信号の０点電圧を調整するオフセット調整部の少なくとも一方と、前記感度調整部及び前記オフセット調整部の後段に設けられ、前記検出信号の電圧を所望の範囲に制限する電圧制限部と、を含む。
【０００７】
電圧制限部は、検出信号の電圧を、その上限値のみを制限することで所望の範囲に制限してもよいし、その下限値のみを制限することで所望の範囲に制限してもよいし、その上限値と下限値を制限することで所望の範囲に制限してもよい。
【０００８】
本発明の検出回路によれば、電圧制限部を設けることで、基準電圧や感度など各パラメーターのばらつきや電源電圧の変動を考慮した過大なマージンを確保しなくてもよいので、有効な検出範囲を不要に狭くする必要がない。
【０００９】
また、本発明の検出回路によれば、電圧制限部を感度調整部やオフセット調整部の後段に設けることで、センサー素子の特性に応じてオフセット調整や感度調整がされた信号に対して電圧値を制限するので、センサー素子の特性ばらつきによらず、できるだけ広い検出範囲を確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲に制限することができる。
【００１０】
（２）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第１の電圧とを比較する第１のコンパレーターと、前記第１のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも低い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は第３の電圧を選択して出力する選択回路と、を含むようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、有効な検出範囲に対応する検出信号の電圧範囲の上限を第１の電圧に制限するとともに、有効な検出範囲を超えた場合の検出信号の電圧を第３の電圧にすることができる。例えば、第３の電圧は第１の電圧以下であってもよい。
【００１２】
（３）この検出回路において、前記第１のコンパレーターは、当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第１の電圧とをヒステリシスを持って比較するようにしてもよい。
【００１３】
このようにヒステリシスをもって電圧比較処理を行うことで、電圧制限部の前段からの入力信号に重畳されるノイズの影響による不安定な検出動作を防止することができる。
【００１４】
（４）この検出回路において、前記第３の電圧は、前記第１の電圧と等しいようにしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、有効な検出範囲を超えた場合の検出信号の電圧を、有効な検出範囲の上限値に対応する第１の電圧にすることができる。
【００１６】
（５）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターをさらに含み、前記選択回路は、前記第１のコンパレーターの比較結果と前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧との間に含まれる時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は前記第３の電圧を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力するようにしてもよい。
【００１７】
このようにすれば、有効な検出範囲に対応する検出信号の電圧範囲を第１の電圧と第２の電圧の間に制限するとともに、有効な検出範囲外に対応する検出信号の電圧を第３の電圧又は第４の電圧にすることができる。例えば、第３の電圧は第１の電圧以下であり、第４の電圧は第２の電圧以上であってもよい。
【００１８】
（６）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターと、前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも高い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力する選択回路と、を含むようにしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、有効な検出範囲に対応する検出信号の電圧範囲の下限を第２の電圧に制限するとともに、有効な検出範囲を下回った場合の検出信号の電圧を第４の電圧にすることができる。例えば、第４の電圧は第２の電圧以上であってもよい。
【００２０】
（７）この検出回路において、 前記第２のコンパレーターは、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第２の電圧とをヒステリシスを持って比較するようにしてもよい。
【００２１】
このようにヒステリシスをもって電圧比較処理を行うことで、電圧制限部の前段からの入力信号に重畳されるノイズの影響による不安定な検出動作を防止することができる。
【００２２】
（８）この検出回路において、前記第４の電圧は、前記第２の電圧と等しいようにしてもよい。
【００２３】
このようにすれば、有効な検出範囲を下回った場合の検出信号の電圧を、有効な検出範囲の下限値に対応する第２の電圧にすることができる。
【００２４】
（９）この検出回路において、前記電圧制限部は、当該電圧制限部の前段からの前記入力信号をフィルター処理するフィルター回路をさらに含み、前記第１のコンパレーターは、前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第１の電圧とを比較し、前記第２のコンパレーターは、前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第２の電圧とを比較するようにしてもよい。
【００２５】
このようにすれば、電圧制限部の前段からの前記入力信号に重畳される高周波成分の影響で、有効な検出範囲の検出信号の電圧に不要な制限がかかることを防止することができる。
【００２６】
（１０）本発明は、上記のいずれかの検出回路を含む、集積回路装置である。
【００２７】
（１１）本発明は、上記の集積回路装置と、所与の物理量を検出するセンサー素子と、を含む、センサー装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態のセンサー装置の一例である角速度検出装置の機能ブロック図。
【図２】本実施形態の検出回路の構成例を示す図。
【図３】本実施形態のリミッター回路の構成例を示す図。
【図４】本実施形態のリミッター回路に正弦波を入力した時の各信号の波形図。
【図５】変形例１のリミッター回路の構成図。
【図６】変形例２のリミッター回路の構成図。
【図７】変形例３のリミッター回路の構成図。
【図８】変形例４のリミッター回路の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３０】
１．センサー装置の構成
図１は、本実施形態のセンサー装置の一例である角速度検出装置の機能ブロック図である。本実施形態の角速度検出装置１は、センサー素子４と角速度検出用ＩＣ（集積回路装置）２を含んで構成されている。
【００３１】
本実施形態のセンサー素子４は、２本のＴ型の駆動振動腕とともにその間に１本の検出振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の水晶振動片に２つの駆動電極と２つの検出電極が形成され、不図示のパッケージに封止されている。ただし、センサー素子４の振動片は、ダブルＴ型でなくてもよく、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、センサー素子４の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ２）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。
【００３２】
センサー素子４の２本の駆動振動腕は、駆動信号として交流電圧信号が与えられると、逆圧電効果によって、互いの先端が接近と離間を繰り返す屈曲振動（励振振動）をする。この２本の駆動振動腕の屈曲振動の振幅が等しければ、２本の駆動振動腕は検出振動腕に対して常に線対称な関係で屈曲振動をするので、検出振動腕は振動を起こさない。
【００３３】
この状態で、センサー素子４の励振振動面に垂直な軸を回転軸とする角速度が加わると、２本の駆動振動腕は、屈曲振動の方向と回転軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、２本の駆動振動腕の屈曲振動の対称性が崩れ、検出振動腕は、バランスを保つように屈曲振動をする。このコリオリ力に伴う検出振動腕の屈曲振動と駆動振動腕の屈曲振動（励振振動）とは位相が９０°ずれている。
【００３４】
ただし、実際には、コリオリ力が加わっていなくても２本の駆動振動腕の屈曲振動の振幅がわずかに異なるため、検出振動腕はバランスを保つようにわずかに屈曲振動をする。この屈曲振動は漏れ振動と呼ばれ、駆動信号とは同位相である。そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づく逆位相（位相が１８０°異なる）の交流電荷が２つの検出電極に発生する。コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ（言い換えれば、センサー素子４に加わる角速度の大きさ）に応じて変化するのに対して、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、センサー素子４に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。
【００３５】
センサー素子４の２つの駆動電極は、それぞれ角速度検出用ＩＣ２のＤＳ端子とＤＧ端子に接続されている。また、センサー素子４の２つの検出電極は、それぞれ角速度検出用ＩＣ２のＳ１端子とＳ２端子に接続されている。
【００３６】
本実施形態の角速度検出用ＩＣ２は、電源回路１０、駆動回路２０、検出回路３０、基準回路４０、不揮発メモリー５０、シリアルインターフェース回路６０を含んで構成されている。なお、本実施形態の角速度検出用ＩＣ２は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としてもよい。
【００３７】
電源回路１０は、ＶＤＤ端子，ＶＳＳ端子からそれぞれ電源電圧（例えば３Ｖ）とグランド電圧（０Ｖ）が供給され、角速度検出用ＩＣ２の内部の電源電圧を生成する。
【００３８】
基準回路４０は、電源回路１０が生成する電源電圧から基準電圧（アナロググランド電圧やその他の一定電圧）や定電流を生成し、駆動回路２０や検出回路３０に供給する。
【００３９】
駆動回路２０は、センサー素子４を励振振動させるための駆動信号を生成し、ＤＳ端子を介してセンサー素子４の一方の駆動電極（第１の駆動電極）に供給する。また、駆動回路２０は、センサー素子４の励振振動により他方の駆動電極（第２の駆動電極）に発生する駆動電流（水晶電流）がＤＧ端子を介して入力され、この駆動電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号の振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路２０は、検出回路３０に含まれる同期検波回路の参照信号やスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）のクロック信号を生成する。
【００４０】
検出回路３０は、Ｓ１端子とＳ２端子を介して、センサー素子４の２つの検出電極の各々に発生する交流電荷（検出電流）がそれぞれ入力され、これらの交流電荷（検出電流）に含まれる角速度成分のみを検出し、角速度の大きさに応じた電圧レベルの信号（角速度信号）を生成し、ＶＯ端子を介して外部に出力する。この角速度信号は、例えば、ＶＯ端子に接続された不図示のマイクロコンピューターにおいてＡ／Ｄ変換され、角速度データとして種々の処理に用いられる。なお、本実施形態の角速度検出用ＩＣ２にＡ／Ｄ変換器を内蔵し、角速度を表すデジタルデータを、例えばシリアルインターフェース回路６０を介して外部に出力するようにしてもよい。
【００４１】
不揮発メモリー５０は、駆動回路２０や検出回路３０に対する各種の調整データを保持し、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成することができる。
【００４２】
シリアルインターフェース回路６０は、ＣＬＫ端子とＤＡＴＡ端子を介して、それぞれクロック信号とシリアルデータ信号による２線論理で不揮発メモリー５０に対する調整データの書き込みや読み出しの処理などを行う。なお、不揮発メモリー５０にデータを書き込む際は、メモリー素子に保持されているデータを反転させるのに十分なエネルギーを供給するため、ＶＰＰ端子を介して高電源電圧（例えば１５Ｖ以上）が供給される。
【００４３】
２．検出回路の構成
図２は、本実施形態の検出回路３０の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態における検出回路３０は、ＱＶアンプ（チャージアンプ）３００，３０２、差動アンプ３１０、ハイパスフィルター３２０、ＡＣアンプ３３０、同期検波回路３４０、ローパスフィルター３５０、可変ゲインアンプ（ＰＧＡ：Programmable Gain Amp.）３６０、リミッター回路３７０、スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の検出回路３０は、これらの一部の構成（要素）を省略したり、新たな構成（要素）を追加した構成としてもよい。
【００４４】
ＱＶアンプ３００には、Ｓ１端子を介してセンサー素子４の一方の検出電極（第１の検出電極）から角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷が入力される。同様に、ＱＶアンプ３０２には、Ｓ２端子を介してセンサー素子４の他方の検出電極（第２の検出電極）から角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷が入力される。このＱＶアンプ３００及び３０２は、それぞれ入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。ＱＶアンプ３００の出力信号とＱＶアンプ３０２の出力信号の位相は互いに逆位相である（１８０°ずれている）。
【００４５】
差動アンプ３１０は、ＱＶアンプ３００の出力信号とＱＶアンプ３０２の出力信号を差動増幅する。差動アンプ３１０により、同相成分はキャンセルされ、逆相成分は加算増幅される。
【００４６】
ハイパスフィルター３２０は、差動アンプ３１０の出力信号に含まれる直流成分をキャンセルし、ＡＣアンプ３３０は、ハイパスフィルター３２０の出力信号をＡＣ増幅する。
【００４７】
同期検波回路３４０は、ＡＣアンプ３３０の出力信号を駆動回路２０が生成する参照信号ＳＤＥＴで同期検波する。同期検波回路３４０は、例えば、参照信号ＳＤＥＴの電圧レベルがアナロググランド電圧よりも高い時はＡＣアンプ３３０の出力信号をそのまま選択し、参照信号ＳＤＥＴの電圧レベルがアナロググランド電圧よりも低い時はＡＣアンプ３３０の出力信号をアナロググランド電圧に対して反転した信号を選択するスイッチ回路として構成することができる。
【００４８】
ＡＣアンプ３３０の出力信号には角速度成分と振動漏れ成分が含まれているが、この角速度成分は参照信号ＳＤＥＴと同位相であるのに対して、振動漏れ成分は逆位相である。そのため、同期検波回路３４０により角速度成分は検波されるが、振動漏れ成分は検波されないようになっている。
【００４９】
また、同期検波回路３４０では、オフセット調整ＤＡＣ３４２の出力電圧に応じたオフセット調整（０点調整）が行われる。オフセット調整ＤＡＣ３４２は、不揮発メモリー５０に記憶されたオフセット調整データが入力され、オフセット調整データに応じた電圧を出力する。検査工程において、センサー素子４の特性に応じたオフセット調整データを求めて不揮発メモリー５０に記憶させておくことで、センサー素子４の特性ばらつきを吸収し、０点電圧が一定電圧（例えばアナロググランド電圧）になるようにオフセット調整を行うことができる。
【００５０】
ローパスフィルター３５０は、同期検波回路３４０の出力信号に含まれる高周波成分（参照信号ＳＤＥＴ及びその高調波成分など）を低減させるとともに仕様で決められる周波数範囲の信号を抽出して出力する。また、ローパスフィルター３５０は、後段のスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０に対するプリフィルターとしても機能する。
【００５１】
可変ゲインアンプ３６０は、不揮発メモリー５０に記憶されたゲイン調整データが入力され、ローパスフィルター３５０の出力信号をゲイン調整データに応じて増幅又は減衰させて出力する。検査工程において、センサー素子４の特性に応じたゲイン調整データを求めて不揮発メモリー５０に記憶させておくことで、センサー素子４の特性ばらつきを吸収し、角速度の検出範囲が一定になるように感度調整を行うことができる。
【００５２】
リミッター回路３７０（電圧制限部の一例）は、可変ゲインアンプ３６０の出力信号と、基準回路が生成する電圧を各種の一定電圧（ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２，ＶＲＥＦ３，ＶＲＥＦ４）とを比較し、可変ゲインアンプ３６０の出力信号の電圧レベルを所望の範囲を超えないように制限する。
【００５３】
スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０は、駆動回路２０が生成するクロック信号ＳＣＦＣＬＫに基づいてリミッター回路３７０の出力信号をローパス処理する。本実施形態では、スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の出力信号が角速度信号としてＶＯ端子から出力される。
【００５４】
３．リミッター回路の構成
図３は、本実施形態のリミッター回路３７０の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施形態のリミッター回路３７０は、７個のスイッチ３７１ａ，３７１ｂ，３７３ａ，３７３ｂ，３７６，３７７，３７８、２個のアンプ３７２，３７４及びＮＯＲ素子３７５を含んで構成されている。
【００５５】
スイッチ３７１ａの一端には一定電圧ＶＲＥＦ１が供給され、スイッチ３７１ｂの一端には一定電圧ＶＲＥＦ２が供給される。また、スイッチ３７３ａの一端には一定電圧ＶＲＥＦ３が供給され、スイッチ３７３ｂの一端には一定電圧ＶＲＥＦ４が供給される。ここで、ＶＲＥＦ１＞ＶＲＥＦ２＞ＶＲＥＦ３＞ＶＲＥＦ４である。
【００５６】
スイッチ３７１ａの他端とスイッチ３７１ｂの他端は、ともにアンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）に接続されている。また、スイッチ３７３ａの他端とスイッチ３７３ｂの他端は、ともにアンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）に接続されている。
【００５７】
アンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）は、ともに可変ゲインアンプ３６０の出力端子に接続されており、可変ゲインアンプ３６０の出力信号が入力される。
【００５８】
アンプ３７２の出力端子は、ＮＯＲ素子３７５の一方の入力端子に接続され、アンプ３７４の出力端子は、ＮＯＲ素子３７５の他方の入力端子に接続されている。従って、ＮＯＲ素子３７５の出力信号は、アンプ３７２の出力信号とアンプ３７４の出力信号がともにローレベルであればハイレベル、アンプ３７２の出力信号とアンプ３７４の出力信号の少なくとも一方がハイレベルであればローレベルとなる。
【００５９】
スイッチ３７１ａとスイッチ３７１ｂのオン／オフ（開閉）は、アンプ３７２の出力信号により排他的に制御される。具体的には、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７１ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７１ｂがオフし（開き）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７１ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７１ｂがオンする（閉じる）。
【００６０】
同様に、スイッチ３７３ａとスイッチ３７３ｂのオン／オフ（開閉）は、アンプ３７４の出力信号により排他的に制御される。具体的には、アンプ３７４の出力信号がローレベルであればスイッチ３７３ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７３ｂがオンし（閉じ）、アンプ３７４の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７３ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７３ｂがオフする（開く）。
【００６１】
スイッチ３７６の一端は、可変ゲインアンプ３６０の出力端子に接続されており、可変ゲインアンプ３６０の出力信号が供給される。また、スイッチ３７７の一端には一定電圧ＶＲＥＦ１が供給され、スイッチ３７８の一端には一定電圧ＶＲＥＦ４が供給される。
【００６２】
スイッチ３７６の他端、スイッチ３７７の他端及びスイッチ３７８の他端は、ともにスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の入力端子に接続されている。
【００６３】
スイッチ３７６のオン／オフ（開閉）は、ＮＯＲ素子３７５の出力信号により制御される。具体的には、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルであればスイッチ３７６がオフし（開き）、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７６がオンする（閉じる）。
【００６４】
スイッチ３７７のオン／オフ（開閉）は、アンプ３７２の出力信号により制御される。具体的には、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７７がオフし（開き）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７７がオンする（閉じる）。
【００６５】
スイッチ３７８のオン／オフ（開閉）は、アンプ３７４の出力信号により制御される。具体的には、アンプ３７４の出力信号がローレベルであればスイッチ３７８がオフし（開き）、アンプ３７４の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７８がオンする（閉じる）。
【００６６】
次に、リミッター回路３７０の動作について説明する。図４は、リミッター回路３７０に正弦波を入力した時の各信号の波形図である。
【００６７】
可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ３とＶＲＥＦ２の間にある時は、アンプ３７２の出力信号とアンプ３７４の出力信号はともにローレベルであり、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がハイレベルである。そのため、スイッチ３７６がオン、スイッチ３７７，３７８はともにオフである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００６８】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７１ａがオン、スイッチ３７１ｂがオフであり、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【００６９】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１を超えると、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。一方、アンプ３７４の出力信号はローレベルのままである。
【００７０】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７７がオフからオンになり、スイッチ３７８はオフのままである。従って、一定電圧ＶＲＥＦ１がスイッチ３７７を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００７１】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７１ａがオンからオフに、スイッチ３７１ｂがオフからオンに変化し、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ｂを介してＶＲＥＦ２が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルのままなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンのままであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【００７２】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ２を下回ると、アンプ３７２の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。一方、アンプ３７４の出力信号はローレベルのままである。
【００７３】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７７がオンからオフになり、スイッチ３７８はオフのままである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００７４】
さらに、アンプ３７２の出力信号がハイレベルからローレベルに変化するので、スイッチ３７１ａがオフからオンに、スイッチ３７１ｂがオンからオフに変化し、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルのままなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンのままであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【００７５】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４を下回ると、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。一方、アンプ３７２の出力信号はローレベルのままである。
【００７６】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７８がオフからオンになり、スイッチ３７７はオフのままである。従って、一定電圧ＶＲＥＦ４がスイッチ３７８を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００７７】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルのままなので、スイッチ３７１ａがオン、スイッチ３７１ｂがオフのままであり、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。また、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７３ａがオフからオンに、スイッチ３７３ｂがオンからオフに変化し、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ａを介してＶＲＥＦ３が供給される。
【００７８】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ３を超えると、アンプ３７４の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。一方、アンプ３７２の出力信号はローレベルのままである。
【００７９】
これにより、ＮＯＲ素子３７５の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。そのため、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７８がオンからオフになり、スイッチ３７７はオフのままである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００８０】
このように、アンプ３７２と２個のスイッチ３７１ａ，３７１ｂによる回路は、リミッター回路３７０の出力電圧の上限を規定するヒステリシスコンパレーターとして機能し、アンプ３７４と２個のスイッチ３７３ａ，３７３ｂによる回路は、リミッター回路３７０の出力電圧の下限を規定するヒステリシスコンパレーターとして機能する。そして、リミッター回路３７０は、入力電圧がＶＲＥＦ１（第１の電圧の一例）を超えれば強制的にＶＲＥＦ１を出力し、ＶＲＥＦ４（第２の電圧の一例）を下回れば強制的にＶＲＥＦ４を出力する。これにより、可変ゲインアンプ３６０の出力信号の電圧がＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲を外れたとしても、リミッター回路３７０の出力信号の電圧は必ずＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲になる。そのため、スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の出力信号（角速度信号）の電圧も必ずＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲にすることができる。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態のリミッター回路によれば、リミッター回路３７０を設けることで、基準電圧や感度など各パラメーターのばらつきや電源電圧の変動を考慮した過大なマージンを確保しなくてもよいので、有効な検出範囲を不要に狭くする必要がない。
【００８２】
また、本実施形態によれば、リミッター回路３７０を感度調整部（可変ゲインアンプ３６０）とオフセット調整部（オフセット調整ＤＡＣ３４２と同期検波回路３４０）の後段に設けることで、センサー素子４の特性に応じてオフセット調整と感度調整がされた角速度信号に対して電圧値を制限するので、センサー素子の特性ばらつきによらず、できるだけ広い検出範囲を確保しながら出力電圧範囲を所望の範囲（ＶＲＥＦ４からＶＲＥＦ１の範囲）に制限することができる。
【００８３】
また、リミッター回路３７０をスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の前段に設けることにより、スイッチトキャパシタフィルターの応答速度に影響を受けることなく、出力電圧範囲を所望の範囲に制限することが出来る。
【００８４】
また、リミッター回路３７０の出力電圧の上限と下限を、それぞれヒステリシスをもって判定することで、リミッター回路３７０の入力信号（可変ゲインアンプ３６０の出力信号）に重畳されるノイズの影響による不安定な検出動作を防止することができる。
【００８５】
なお、本実施形態では、角速度検出装置を例にとり説明したが、本発明は、角速度、角加速度、加速度、力等を検出するセンサー装置にも適用することができる。
【００８６】
４．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、以下のような変形例が考えられる。
【００８７】
［変形例１］
図５は、変形例１のリミッター回路の構成図である。図５において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図５に示すように、変形例１のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、ローパスフィルター３７９が追加されている。
【００８８】
ローパスフィルター３７９は、可変ゲインアンプ３６０の出力信号をローパス処理し、ローパス処理された信号は、アンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）に入力される。
【００８９】
可変ゲインアンプ３６０の前段にある同期検波回路３４０の出力信号には、高周波成分（参照信号ＳＤＥＴの周波数成分とその高調波成分）が含まれる。前述の通り、ローパスフィルター３５０は、同期検波回路３４０の出力信号に含まれる高周波成分（参照信号ＳＤＥＴ及びその高調波成分など）を低減させるが、ローパスフィルター３５０の出力信号にもこの高周波成分がわずかに含まれる。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号にも高周波成分が含まれるため、アンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）に可変ゲインアンプ３６０の出力信号をそのまま入力すると、この高周波数成分の影響でリミッター回路３７０の出力信号において不要なリミットがかかる可能性がある。そこで、この高周波成分を除去するためにローパスフィルター３７９が設けられている。
【００９０】
また、ローパスフィルター３７９は、後段のスイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）３８０の入力信号（リミッター回路３７０の出力信号）とクロック信号ＳＣＦＣＬＫとのオーバーラップ容量により、クロック信号ＳＣＦＣＬＫの周波数成分が、スイッチ３７６を介してアンプ３７２の非反転入力端子（＋入力端子）とアンプ３７４の反転入力端子（−入力端子）に入力されるのを防ぐ役割も果たしている。
【００９１】
このように、変形例１のリミッター回路によれば、同期検波回路３４０によりリミッター回路３７０の入力信号（可変ゲインアンプ３６０の出力信号）に重畳される高周波成分の影響で、有効な検出範囲の角速度信号の電圧に不要な制限がかかることを防止することができる。
【００９２】
［変形例２］
図６は、変形例２のリミッター回路の構成図である。図６において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図６に示すように、変形例２のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、スイッチ３７７，３７８に、それぞれＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ４に代えてＶＲＥＦ５，ＶＲＥＦ６が供給される。
【００９３】
変形例２のリミッター回路３７０では、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１（第１の電圧の一例）を超えると、スイッチ３７７がオフからオンになり、基準回路４０が生成する一定電圧ＶＲＥＦ５（第３の電圧の一例）がスイッチ３７７を介してリミッター回路３７０から出力される。また、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４（第２の電圧の一例）を下回ると、スイッチ３７８がオフからオンになり、基準回路４０が生成する一定電圧ＶＲＥＦ６（第４の電圧の一例）がスイッチ３７８を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００９４】
なお、ＶＲＥＦ５とＶＲＥＦ６は、異なる電圧であってもよいし、同じ電圧であってもよい。後者の場合、例えば、ＶＲＥＦ５とＶＥＦ６をアナロググランド電圧と一致させてもよい。
【００９５】
このように、変形例２のリミッター回路によれば、有効な検出範囲に対応する角速度信号の電圧範囲をＶＲＥＦ１とＶＲＥＦ４の間に制限するとともに、有効な検出範囲を超えた場合の角速度信号の電圧をＶＲＥＦ５に、有効な検出範囲を下回った場合の角速度信号の電圧をＶＲＥＦ６にすることができる。
【００９６】
［変形例３］
図７は、変形例３のリミッター回路の構成図である。図７において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図７に示すように、変形例３のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、スイッチ３７３ａ，３７３ｂ，３７８、アンプ３７４及びＮＯＲ素子３７５が削除されるとともに、スイッチ３７６のオン／オフ制御論理が異なっている。
【００９７】
本変形例では、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７１ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７１ｂがオンし（閉じ）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７１ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７１ｂがオフする（開く）。また、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７６がオンし（閉じ）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７６がオフする（開く）。
【００９８】
可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１よりも低い時は、アンプ３７２の出力信号はローレベルであり、スイッチ３７６がオン、スイッチ３７７はオフである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【００９９】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７１ａがオン、スイッチ３７１ｂがオフであり、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ａを介してＶＲＥＦ１が供給される。
【０１００】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ１を超えると、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。
【０１０１】
これにより、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７７がオフからオンになる。従って、一定電圧ＶＲＥＦ１がスイッチ３７７を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１０２】
さらに、アンプ３７２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７１ａがオンからオフに、スイッチ３７１ｂがオフからオンに変化し、アンプ３７２の反転入力端子（−入力端子）にはスイッチ３７１ｂを介してＶＲＥＦ２が供給される。
【０１０３】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ２を下回ると、アンプ３７２の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【０１０４】
これにより、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７７がオンからオフになる。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１０５】
このように、変形例３のリミッター回路によれば、検出範囲の上限に対してのみリミットをかけることができる。例えば、アナロググランド電圧が電源電圧によらず一定であれば、電源電圧に応じて検出範囲の上限は変動するが下限は変動しない場合がある。このような場合、検出範囲の下限が所望の電圧を下回る可能性がなければ、上限のみにリミットをかければよい。
【０１０６】
［変形例４］
図８は、変形例４のリミッター回路の構成図である。図８において、図３と同じ構成（要素）には同じ符号を付しており、図３との相違点のみ説明する。図８に示すように、変形例４のリミッター回路３７０は、図３の構成に対して、スイッチ３７１ａ，３７１ｂ，３７７、アンプ３７２及びＮＯＲ素子３７５が削除されるとともに、スイッチ３７６のオン／オフ制御論理が異なっている。
【０１０７】
本変形例では、アンプ３７４の出力信号がローレベルであればスイッチ３７３ａがオフする（開く）とともにスイッチ３７３ｂがオンし（閉じ）、アンプ３７４の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７３ａがオンする（閉じる）とともにスイッチ３７３ｂがオフする（開く）。また、アンプ３７２の出力信号がローレベルであればスイッチ３７６がオンし（閉じ）、アンプ３７２の出力信号がハイレベルであればスイッチ３７６がオフする（開く）。
【０１０８】
可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４よりも高い時は、アンプ３７４の出力信号はローレベルであり、スイッチ３７６がオン、スイッチ３７８はオフである。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１０９】
さらに、アンプ３７４の出力信号がローレベルなので、スイッチ３７３ａがオフ、スイッチ３７３ｂがオンであり、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ｂを介してＶＲＥＦ４が供給される。
【０１１０】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ４を下回ると、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。
【０１１１】
これにより、スイッチ３７６がオンからオフになり、スイッチ３７８がオフからオンになる。従って、一定電圧ＶＲＥＦ３がスイッチ３７８を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１１２】
さらに、アンプ３７４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化するので、スイッチ３７３ａがオフからオンに、スイッチ３７３ｂがオンからオフに変化し、アンプ３７４の非反転入力端子（＋入力端子）にはスイッチ３７３ａを介してＶＲＥＦ３が供給される。
【０１１３】
この状態で、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）の電圧がＶＲＥＦ３を超えると、アンプ３７４の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【０１１４】
これにより、スイッチ３７６がオフからオンになり、スイッチ３７８がオンからオフになる。従って、可変ゲインアンプ３６０の出力信号（リミッター回路３７０の入力信号）がスイッチ３７６を介してリミッター回路３７０から出力される。
【０１１５】
このように、変形例４のリミッター回路によれば、検出範囲の下限に対してのみ制限をかけることができる。
【０１１６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 角速度検出装置、２ 角速度検出用ＩＣ、４ センサー素子、１０ 電源回路、２０ 駆動回路、３０ 検出回路、４０ 基準回路、５０ 不揮発メモリー、６０ シリアルインターフェース回路、３００，３０２ ＱＶアンプ（チャージアンプ）、３１０ 差動アンプ、３２０ ハイパスフィルター、３３０ ＡＣアンプ、３４０ 同期検波回路、３５０ ローパスフィルター、３６０ 可変ゲインアンプ（ＰＧＡ）、３７０ リミッター回路、３７１ａ，３７１ｂ，３７３ａ，３７３ｂ，３７６，３７７，３７８ スイッチ、３７２，３７４ アンプ、３７５ ＮＯＲ素子、３７９ ローパスフィルター、３８０ スイッチトキャパシタフィルター（ＳＣＦ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の物理量を検出するセンサー素子の出力信号に基づいて前記物理量の大きさに応じた検出信号を生成する検出回路であって、
前記センサー素子の検出感度に応じて前記検出信号の電圧範囲を調整する感度調整部及び前記センサー素子の出力オフセットに応じて前記検出信号の０点電圧を調整するオフセット調整部の少なくとも一方と、
前記感度調整部及び前記オフセット調整部の後段に設けられ、前記検出信号の電圧を所望の範囲に制限する電圧制限部と、を含む、検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第１の電圧とを比較する第１のコンパレーターと、
前記第１のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも低い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は第３の電圧を選択して出力する選択回路と、を含む、検出回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１のコンパレーターは、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第１の電圧とをヒステリシスを持って比較する、検出回路。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記第３の電圧は、前記第１の電圧と等しい、検出回路。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターをさらに含み、
前記選択回路は、
前記第１のコンパレーターの比較結果と前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧との間に含まれる時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は前記第３の電圧を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力する、検出回路。
【請求項６】
請求項１において、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターと、
前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも高い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力する選択回路と、を含む、検出回路。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記第２のコンパレーターは、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第２の電圧とをヒステリシスを持って比較する、検出回路。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかにおいて、
前記第４の電圧は、前記第２の電圧と等しい、検出回路。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれかにおいて、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号をフィルター処理するフィルター回路をさらに含み、
前記第１のコンパレーターは、
前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第１の電圧とを比較し、
前記第２のコンパレーターは、
前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第２の電圧とを比較する、検出回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の検出回路を含む、集積回路装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の集積回路装置と、
所与の物理量を検出するセンサー素子と、を含む、センサー装置。
【請求項１】
所与の物理量を検出するセンサー素子の出力信号に基づいて前記物理量の大きさに応じた検出信号を生成する検出回路であって、
前記センサー素子の検出感度に応じて前記検出信号の電圧範囲を調整する感度調整部及び前記センサー素子の出力オフセットに応じて前記検出信号の０点電圧を調整するオフセット調整部の少なくとも一方と、
前記感度調整部及び前記オフセット調整部の後段に設けられ、前記検出信号の電圧を所望の範囲に制限する電圧制限部と、を含む、検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第１の電圧とを比較する第１のコンパレーターと、
前記第１のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも低い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は第３の電圧を選択して出力する選択回路と、を含む、検出回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１のコンパレーターは、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第１の電圧とをヒステリシスを持って比較する、検出回路。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記第３の電圧は、前記第１の電圧と等しい、検出回路。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターをさらに含み、
前記選択回路は、
前記第１のコンパレーターの比較結果と前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧との間に含まれる時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第１の電圧よりも高い時は前記第３の電圧を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力する、検出回路。
【請求項６】
請求項１において、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの入力信号の電圧と第２の電圧とを比較する第２のコンパレーターと、
前記第２のコンパレーターの比較結果に基づいて、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも高い時は前記入力信号を選択し、前記入力信号の電圧が前記第２の電圧よりも低い時は第４の電圧を選択して出力する選択回路と、を含む、検出回路。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記第２のコンパレーターは、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号の電圧と前記第２の電圧とをヒステリシスを持って比較する、検出回路。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかにおいて、
前記第４の電圧は、前記第２の電圧と等しい、検出回路。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれかにおいて、
前記電圧制限部は、
当該電圧制限部の前段からの前記入力信号をフィルター処理するフィルター回路をさらに含み、
前記第１のコンパレーターは、
前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第１の電圧とを比較し、
前記第２のコンパレーターは、
前記フィルター回路がフィルター処理した信号と前記第２の電圧とを比較する、検出回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の検出回路を含む、集積回路装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の集積回路装置と、
所与の物理量を検出するセンサー素子と、を含む、センサー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２０３０９（Ｐ２０１２−２２０３０９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５４９９（Ｐ２０１１−８５４９９）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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