物理量検出回路およびそれを備える物理量センサ装置
【課題】デジタル物理量信号の検波精度を向上させる。
【解決手段】物理量センサ１０は、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号Ｓ１０を出力する。アナログ／デジタル変換器１０４は、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃをデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに変換する。デジタルフィルタ１００は、アナログ／デジタル変換器１０４からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させる。検波信号生成器１０５は、正弦波信号に対応するデジタル検波信号Ｄｄｅｔを生成する。乗算器１０６は、デジタルフィルタ１００を通過したデジタルセンサ信号Ｄｐｓにデジタル検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。これにより、デジタル物理量信号Ｄｐｈｙが検波される。
【解決手段】物理量センサ１０は、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号Ｓ１０を出力する。アナログ／デジタル変換器１０４は、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃをデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに変換する。デジタルフィルタ１００は、アナログ／デジタル変換器１０４からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させる。検波信号生成器１０５は、正弦波信号に対応するデジタル検波信号Ｄｄｅｔを生成する。乗算器１０６は、デジタルフィルタ１００を通過したデジタルセンサ信号Ｄｐｓにデジタル検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。これにより、デジタル物理量信号Ｄｐｈｙが検波される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外部から与えられた物理量を検知する物理量センサに用いられる物理量検出回路およびそれを備える物理量センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物理量（例えば、角速度や加速度など）を検出可能な物理量センサ装置は、デジタルカメラの手ぶれ検出，移動体（航空機，自動車，ロボット，船舶など）の姿勢制御，ミサイルや宇宙船の誘導などの多種多様な技術分野において利用されている。
【０００３】
一般的に、物理量センサ装置は、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサと、物理量センサからのセンサ信号に基づいて物理量センサが検知した物理量を検出する物理量検出回路とを備える。
【０００４】
近年、回路の微細化技術の発展により、物理量検出回路のデジタル化が進みつつある。特許第２７２８３００号公報（特許文献１）には、デジタル回路によって構成された２軸角速度・加速度センサの信号処理回路が開示されている。この信号処理回路では、アナログ／デジタル変換回路がセンサからセンサ信号をデジタルセンサ信号に変換する一方で、正弦波信号発生回路がデジタル正弦波信号を生成し、デジタル乗算回路がデジタルセンサ信号とデジタル正弦波信号とを乗算する。これにより、物理量センサが検知した物理量に対応するデジタル物理量信号が得られる。
【０００５】
また、特表２００４−５２６９４２号公報（特許文献２）に開示された容量性センサ装置では、サンプリング周波数をアナログセンサ信号の搬送周波数の１／ｎ（ｎは整数）としてアナログセンサ信号をアンダーサンプリングした後に、アナログ／デジタル変換を実行することにより、デジタル物理量信号を得ている。
【特許文献１】特許２７２８３００号公報
【特許文献２】特表２００４−５２６９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、デジタルセンサ信号にノイズ成分が重畳されたまま検波処理を実行しているので、デジタル物理量信号を精度良く検出することが困難であった。同様に、特許文献２においても、アナログセンサ信号にノイズ成分が重畳されているので、デジタルセンサ信号を精度良く取得することが困難であった。
【０００７】
そこで、この発明は、デジタルセンサ信号のノイズ成分を減衰させることによりデジタル物理量信号を精度良く検波することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の１つの局面に従うと、物理量検出回路は、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサに用いられる物理量検出回路であって、上記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、上記アナログ／デジタル変換回路によって得られたデジタルセンサ信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるデジタルフィルタと、上記デジタルフィルタを通過したデジタルセンサ信号に正弦波信号に対応するデジタル検波信号を乗算して上記物理量に対応するデジタル物理量信号を検波する乗算回路とを備える。
【０００９】
上記物理量検出回路では、検波処理が実行される前にデジタルセンサ信号のノイズ成分を減衰させることによりデジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【００１０】
好ましくは、上記物理量検出回路は、上記デジタルフィルタと上記乗算回路との間に介在するダウンサンプリング処理回路をさらに備え、上記アナログ／デジタル変換回路は、上記センサ信号をオーバーサンプリングして上記デジタルセンサ信号に変換し、上記ダウンサンプリング処理回路は、上記デジタルフィルタからのデジタルセンサ信号のサンプリング周波数を減少させて上記乗算回路へ供給する。
【００１１】
上記物理量検出回路では、デジタル検波信号を構成する正弦波データの個数を少なくすることができるので、正弦波データを格納するための記憶領域を縮小することができるとともに、乗算回路の処理負担を軽減することができる。また、デジタル物理量信号のサンプリング周波数も減少するので、乗算回路の後段にデジタルフィルタを設ける場合、そのデジタルフィルタの回路規模および消費電力を低減することができる。
【００１２】
好ましくは、上記物理量検出回路は、上記乗算回路からのデジタル物理量信号のサンプリング周波数を増加させるインターポレーションフィルタと、上記インターポレーションフィルタからのデジタル物理量信号をアナログ物理量信号に変換するデジタル／アナログ変換回路と、上記デジタル／アナログ変換回路によって得られたアナログ物理量信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるアナログローパスフィルタとをさらに備える。
【００１３】
上記物理量検出回路では、アナログ物理量信号を出力することができる。さらに、インターポレーションフィルタを設けることにより、アナログローパスフィルタの回路規模を低減することができる。
【００１４】
好ましくは、上記デジタルフィルタのタップ係数は、変更可能である。
【００１５】
上記物理量検出回路では、デジタルフィルタのタップ係数を変更することによってデジタルセンサ信号の位相を調整することができる。これにより、デジタルセンサ信号とデジタル検波信号との位相ずれを補正することができるので、デジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、デジタル物理量信号を精度良く検波することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、この発明の実施形態１による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、物理量センサ１０と、駆動回路１１と、物理量検出回路１２とを備える。
【００１９】
〔物理量センサ〕
物理量センサ１０は、所定周波数を有する駆動信号Ｓｄｒｖが駆動回路１１から供給されるとともに、外部から与えられた物理量（例えば、角速度，加速度など）に応じてセンサ信号Ｓ１０を出力する。センサ信号Ｓ１０の周波数は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数に対応する。例えば、センサ信号Ｓ１０の中心周波数（搬送周波数）は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数に相当する。なお、ここでは、物理量センサ１０は、音叉型角速度センサであるものとする。
【００２０】
物理量センサ１０は、音叉本体１０ａと、駆動用圧電素子Ｐｄｒｖと、振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃと、角速度検出用圧電素子ＰＤａ，ＰＤｂとを有する。音叉本体１０ａは、それぞれが中央部で直角にねじられた一対の音叉片（駆動用・検出用）と、音叉片の各々の一端を連結する連結部と、回転軸となるように連結部に設けられた支持ピンとを有する。駆動用圧電素子Ｐｄｒｖは、駆動回路１１からの駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅に応じて駆動用の音叉片を振動させる。これにより、駆動用の音叉片と検出用の音叉片とが互いに共振する。この音叉振動によって、振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃには、電荷が発生する（すなわち、振動信号Ｓｏｓｃが発生する）。また、回転角速度が発生すると、角速度検出用圧電素子ＰＤａ，ＰＤｂには、回転角速度（コリオリ力）に応じた電荷が発生する（すなわち、センサ信号Ｓ１０が発生する）。
【００２１】
〔駆動回路〕
駆動回路１１は、駆動信号Ｓｄｒｖを物理量センサ１０に供給する。また、駆動回路１１は、物理量センサ１０からの振動信号Ｓｏｓｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅を調整する。駆動回路１１では、モニタアンプ１１ａは、物理量センサ１０からの振動信号Ｓｏｓｃを電圧に変換し、自動利得制御増幅器（ＡＧＣ）１１ｂは、駆動アンプ１１ｃに供給される電圧が一定値になるように、自己の増幅利得を変化させる。駆動アンプ１１ｃは、自動利得制御増幅器１１ｂの出力に応じて駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅を制御する。このように、振動信号Ｓｏｓｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖが調整されることにより、物理量センサ１０の最大振動振幅および振動周波数が一定に保たれる。
【００２２】
〔物理量検出回路〕
物理量検出回路１２は、物理量センサ１０からのセンサ信号Ｓ１０に基づいて物理量センサ１０が検知した物理量を検出する。物理量検出回路１２は、波形整形回路１０１と、逓倍回路１０２と、入力アンプ１０３と、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１０４と、デジタルフィルタ１００と、検波信号生成器１０５と、乗算器１０６と、デジタルフィルタ１０７とを含む。
【００２３】
波形整形回路１０１は、駆動信号Ｓｄｒｖを方形波に変換し、基準クロックＣＫｒｅｆとして出力する。例えば、波形整形回路１０１は、コンパレータやインバータによって構成される。基準クロックＣＫｒｅｆの周波数は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数（すなわち、センサ信号Ｓ１０の周波数）と実質的に同一である。
【００２４】
逓倍回路１０２は、波形整形回路１０１からの基準クロックＣＫｒｅｆを逓倍し、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数よりも高い周波数（ここでは、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数の２倍以上の周波数）を有する動作クロックＣＫａを生成する。例えば、逓倍回路１０２はＰＬＬ（Phase Locked Loop）によって構成される。
【００２５】
入力アンプ１０３は、物理量センサ１０からのセンサ信号Ｓ１０を電圧に変換し、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃとして出力する。
【００２６】
アナログ／デジタル変換器１０４は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期してアナログセンサ信号Ｓｓｎｃをサンプリングし、サンプリングしたアナログ値（振幅値）をデジタル値に変換する。すなわち、アナログ／デジタル変換器１０４は、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃをオーバーサンプリングする。このようにして、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃは、複数のデジタル値によって構成されたデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに変換される。
【００２７】
デジタルフィルタ１００は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、アナログ／デジタル変換器１０４からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、低周波数成分をデジタルセンサ信号Ｄｐｓとして出力する。例えば、デジタルフィルタ１００は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）型デジタルフィルタや、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）型デジタルフィルタである。デジタルフィルタ１００の周波数特性（例えば、カットオフ周波数）および位相特性は、デジタルフィルタ１００のタップ係数によって定められる。
【００２８】
検波信号生成器１０５は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、波形整形回路１０１からの基準クロックＣＫｒｅｆの遷移エッジ（ここでは、立ち上がりエッジ）に応答して正弦波信号に対応するデジタル検波信号Ｄｄｅｔを生成する。デジタル検波信号Ｄｄｅｔは、複数の正弦波データによって構成される。複数の正弦波データは、それぞれ、所定クロック（例えば、動作クロックＣＫａ）に同期して所定周波数の正弦波信号（例えば、駆動信号Ｓｄｒｖ）をサンプリングすることによって得られる複数のアナログ値（振幅値）に対応する（図２参照）。例えば、複数の正弦波データは、正弦関数で表現される理想的な振幅値を示す。
【００２９】
乗算器１０６は、デジタルフィルタ１００からのデジタルセンサ信号Ｄｐｓに検波信号生成器１０５によって生成されたデジタル検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。これにより、デジタル物理量信号Ｄｐｈｙ（物理量センサ１０が検知した物理量に対応する信号）が検波される。
【００３０】
デジタルフィルタ１０７は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、ノイズ除去等のために乗算器１０６によって検波されたデジタル物理量信号Ｄｐｈｙのうち低周波数成分のみをデジタル物理量信号Ｄ１２として通過させる。
【００３１】
〔動作〕
次に、図２を参照しつつ、図１に示した物理量検出回路１２による動作について説明する。
【００３２】
波形整形回路１０１は、駆動信号Ｓｄｒｖを基準クロックＣＫｒｅｆに変換し、逓倍回路１０２は、基準クロックＣＫｒｅｆに基づいて動作クロックＣＫａを生成する。
【００３３】
アナログ／デジタル変換器１０４は、動作クロックＣＫａに同期してアナログセンサ信号Ｓｓｎｃをデジタル値Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・・に変換する。デジタルフィルタ１００は、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃにフィルタリング処理を施し、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのデジタル値Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・・をデジタル値Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，・・・・に変換する。このようにして、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのノイズ成分を減衰させる。
【００３４】
検波信号生成器１０５は、基準クロックＣＫｒｅｆの遷移エッジに応答して正弦波データＤ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・を順番に出力する。乗算器１０６は、デジタル値Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，・・・・に正弦波データＤ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・・を乗算する。
【００３５】
以上のように、検波処理が実行される前にデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのノイズ成分を減衰させることにより、デジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【００３６】
（実施形態２）
一般的に、デジタルフィルタのカットオフ周波数とデジタルフィルタに供給されるデジタル信号のサンプリング周波数との差が大きい程、デジタルフィルタを構成するタップの数を多くする必要がある。そのため、デジタルフィルタに供給されるデジタル信号のサンプリング周波数を低くすることが好ましい。
【００３７】
図３は、この発明の実施形態２による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、図１に示した物理量検出回路１２に代えて、物理量検出回路２２を備える。物理量検出回路２２は、図１に示した構成に加えて、分周回路１０２ｂと、ダウンサンプリング処理回路２００とを備える。その他の構成は、図１と同様である。
【００３８】
分周回路１０２ｂは、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａを分周し、動作クロックＣＫａの周波数よりも低い周波数を有する動作クロックＣＫｂを生成する。
【００３９】
ダウンサンプリング処理回路２００は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、デジタルフィルタ１００からのデジタルセンサ信号Ｄｐｓに対してダウンサンプリング処理（デジタル値の間引きなど）を実行し、動作クロックＣＫａに対応するデジタルセンサ信号Ｄｐｓを動作クロックＣＫｂに対応するデジタルセンサ信号Ｄｄｃに変換する。すなわち、ダウンサンプリング処理回路２００は、デジタルセンサ信号Ｄｐｓのサンプリング周波数を減少させる。
【００４０】
検波信号生成器１０５およびデジタルフィルタ１０７は、分周回路１０２ｂからの動作クロックＣＫｂに同期して動作する。乗算器１０６は、ダウンサンプリング処理回路２００からのデジタルセンサ信号Ｄｄｃにデジタル検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。
【００４１】
例えば、図４のように、ダウンサンプリング処理回路２００は、デジタルフィルタ１００を通過したデジタルセンサ信号Ｄｐｓからデジタル値Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，・・・・を間引きして、デジタルセンサ信号Ｄｄｃを生成する。検波信号生成器１０５は、基準クロックＣＫｒｅｆの遷移エッジに応答して、正弦波データＤ０，Ｄ２，Ｄ４，・・・・を順番に出力する。乗算器１０６は、デジタル値Ｑ０，Ｑ２，Ｑ４，・・・・に正弦波データＤ０，Ｄ２，Ｄ４，・・・・を乗算する。
【００４２】
以上のように、ダウンサンプリング処理回路２００によってデジタルセンサ信号Ｄｐｓのサンプリング周波数を減少させることにより、デジタルフィルタ１０７に供給されるデジタル物理量信号Ｄｐｈｙのサンプリング周波数も減少させることができる。これにより、図１に示した物理量検出回路１２よりも、デジタルフィルタ１０７の回路規模および消費電力を低減することができる。
【００４３】
さらに、デジタル検波信号Ｄｄｅｔを構成する正弦波データの個数を少なくすることができるので、正弦波データを格納するための記憶領域（例えば、図示されていないメモリ）を縮小することができるとともに、乗算器１０６の処理負担を軽減することができる。
【００４４】
（実施形態３）
図５は、この発明の実施形態３による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、図３に示した物理量検出回路２２に代えて、物理量検出回路３２を備える。物理量検出回路３２は、図３に示した構成に加えて、インターポレーションフィルタ３０１と、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３０２と、アナログローパスフィルタ３０３とを含む。その他の構成は、図３と同様である。
【００４５】
インターポレーションフィルタ３０１は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、デジタルフィルタ１０７からのデジタル物理量信号Ｄ１２にインターポレーション処理（デジタル値の補間や直線近似など）を実行し、動作クロックＣＫｂに対応するデジタル物理量信号Ｄ１２を動作クロックＣＫａに対応するデジタル物理量信号に変換する。すなわち、インターポレーションフィルタ３０１は、デジタル物理量信号Ｄ１２のサンプリング周波数を増加させる。なお、ここでは、インターポレーションフィルタ３０１におけるアップサンプリング比は、ダウンサンプリング処理回路２００におけるダウンサンプリング比に対応するものとする。例えば、ダウンサンプリング比が“１２８：２”である場合、アップサンプリング比は“２：１２８”である。
【００４６】
デジタル／アナログ変換器３０２は、動作クロックＣＫａに同期して動作し、インターポレーションフィルタ３０１からのデジタル物理量信号をアナログ物理量信号Ｓｐｈｙに変換する。
【００４７】
アナログローパスフィルタ３０３は、デジタル／アナログ変換器３０２からのアナログ物理量信号Ｓｐｈｙのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、低周波成分をアナログ物理量信号Ｓ３２として出力する。
【００４８】
図６のように、デジタル／アナログ変換器３０２によって得られるアナログ物理量信号Ｓｐｈｙには、デジタル／アナログ変換器３０２に供給されるデジタル物理量信号のサンプリング周波数ｆｓｐの整数倍の周波数を有するイメージ信号が含まれている。そのため、アナログローパスフィルタ３０３のカットオフ周波数ｆｃａとデジタル／アナログ変換器３０２に供給されるデジタル物理量信号のサンプリング周波数ｆｓｐとの差が小さい程、アナログローパスフィルタ３０３の減衰特性を急峻にする（アナログローパスフィルタ３０３の減衰傾度を大きくする）ためにアナログローパスフィルタ３０３の次数を高くする必要がある。一方、この実施形態による物理量検出回路３２では、インターポレーションフィルタ３０１によってデジタル物理量信号のサンプリング周波数ｆｓｐを増加させるので、アナログローパスフィルタ３０３の負担を軽減することができ、その結果、アナログローパスフィルタ３０３の回路規模を低減することができる。
【００４９】
以上のように、デジタル物理量信号Ｄ１２だけでなくアナログ物理量信号Ｓ３２も出力することができる。さらに、インターポレーションフィルタ３０１を設けることにより、アナログローパスフィルタ３０３の回路規模を低減することができる。
【００５０】
なお、インターポレーションフィルタ３０１におけるアップサンプリング比は、ダウンサンプリング処理回路２００におけるダウンサンプリング比に対応していなくても良い。
また、物理量検出回路３２は、ダウンサンプリング処理回路２００を備えていなくても良い。
【００５１】
（実施形態４）
図７は、この発明の実施形態４による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、図３に示した物理量検出回路２２に代えて、物理量検出回路４２を備える。物理量検出回路４２は、図３に示したデジタルフィルタ１００に代えて、デジタルフィルタ４００を含む。その他の構成は、図３と同様である。
【００５２】
デジタルフィルタ４００は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、アナログ／デジタル変換器１０４からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、低周波数成分をデジタルセンサ信号Ｄｐｓとして出力する。また、デジタルフィルタ４００のタップ係数は、外部制御ＣＴＲＬによって変更可能である。すなわち、デジタルフィルタ４００の周波数特性および位相特性は、外部制御ＣＴＲＬによって変更可能である。
【００５３】
次に、図８を参照しつつ、図７に示したデジタルフィルタ４００の特性変化について説明する。なお、“ｆｒｅｆ”は、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数（すなわち、センサ信号Ｓ１０の中心周波数）を示す。
【００５４】
デジタルフィルタ４００のカットオフ周波数が“ｆｃ０”から“ｆｃ１”に増加するようにデジタルフィルタ４００のタップ係数を変更すると、デジタルフィルタ４００における位相進み量は、“Ｚ０”から“Ｚ１”に減少する。このように、デジタルフィルタ４００のタップ係数の変化に応じて、デジタルフィルタ４００における位相進み量も変化する。
【００５５】
以上のように、デジタルフィルタ４００における位相進み量を変更することによって、デジタルセンサ信号Ｄｐｓの位相を調整することができる。これにより、デジタルセンサ信号Ｄｐｓとデジタル検波信号Ｄｄｅｔとの位相ずれを補正することができるので、デジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【００５６】
なお、物理量検出回路４２は、ダウンサンプリング処理回路２００を備えていなくても良い。また、物理量検出回路４２は、図５に示したインターポレーションフィルタ３０１，デジタル／アナログ変換器３０２，アナログローパスフィルタ３０３をさらに備えていても良い。
【００５７】
（その他の実施形態）
なお、以上の各実施形態において、デジタルフィルタ１００，１０７，４００は、デジタルローパスフィルタであっても良いし、デジタルバンドパスフィルタであっても良い。
【００５８】
また、物理量センサ１０は、音叉型に限らず、円柱型，正三角柱型，正四角柱型，リング型や、その他の形状であっても良い。また、図９のように、物理量センサ１０は、静電容量式加速度センサであっても良い。物理量センサ１０は、固定部１０ｂと、可動部１０ｃと、可動電極Ｐｍａ，Ｐｍｂと、検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂと、差動増幅器１０ｄとを有する。可動部１０ｃは、加速度に応じて変位するように固定部１０ｂに連結される。可動電極Ｐｍａ，Ｐｍｂは、可動部１０ｃに配置される。検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂは、それぞれ、可動電極Ｐｍａ，Ｐｍｂに対向するように、固定部１０ｂに配置される。すなわち、可動電極Ｐｍａ，検出電極Ｐｆａによって容量素子Ｃａが構成され、可動電極Ｐｍｂ，検出電極Ｐｆｂによって容量素子Ｃｂが構成される。また、容量素子Ｃａ，Ｃｂには、それぞれ、発振回路１１ｄからの駆動信号Ｓｄｒｖが供給される。差動増幅器１０ｄは、検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂのそれぞれに発生する電荷量の差に対応するセンサ信号Ｓ１０を出力する。加速度が発生すると、可動部１０ｃの変位に起因して容量素子Ｃａの静電容量および容量素子Ｃｂの静電容量のうち一方が増加し他方が減少する。これにより、検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂのそれぞれにおける電荷量に差が生じ、この差に対応するセンサ信号Ｓ１０が出力される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明は、デジタル物理量信号を精度良く検波することができるので、移動体，携帯電話，デジタルカメラ，ゲーム機などに用いられる物理量センサ（例えば、音叉型角速度センサや静電容量式加速度センサなど）に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施形態１による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した物理量検出回路による動作について説明するためのタイミングチャート。
【図３】この発明の実施形態２による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図４】図３に示した物理量検出回路による動作について説明するためのタイミングチャート。
【図５】この発明の実施形態３による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図６】図５に示したデジタル／アナログ変換器によって得られるアナログ物理量信号について説明するための周波数分布図。
【図７】この発明の実施形態４による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図８】図６に示したデジタルフィルタの周波数特性および位相特性について説明するための図。
【図９】物理量センサの変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 物理量センサ
１１ 駆動回路
１２，２２，３２，４２ 物理量検出回路
１０１ 波形整形回路
１０２ 逓倍回路
１０３ 入力アンプ
１０４ アナログ／デジタル変換器
１０５ 検波信号生成器
１０６ 乗算器
１０７ デジタルフィルタ
１００ デジタルフィルタ
１０２ｂ 分周回路
２００ ダウンサンプリング処理回路
３０１ インターポレーションフィルタ
３０２ デジタル／アナログ変換器
３０３ アナログローパスフィルタ
４００ デジタルフィルタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外部から与えられた物理量を検知する物理量センサに用いられる物理量検出回路およびそれを備える物理量センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物理量（例えば、角速度や加速度など）を検出可能な物理量センサ装置は、デジタルカメラの手ぶれ検出，移動体（航空機，自動車，ロボット，船舶など）の姿勢制御，ミサイルや宇宙船の誘導などの多種多様な技術分野において利用されている。
【０００３】
一般的に、物理量センサ装置は、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサと、物理量センサからのセンサ信号に基づいて物理量センサが検知した物理量を検出する物理量検出回路とを備える。
【０００４】
近年、回路の微細化技術の発展により、物理量検出回路のデジタル化が進みつつある。特許第２７２８３００号公報（特許文献１）には、デジタル回路によって構成された２軸角速度・加速度センサの信号処理回路が開示されている。この信号処理回路では、アナログ／デジタル変換回路がセンサからセンサ信号をデジタルセンサ信号に変換する一方で、正弦波信号発生回路がデジタル正弦波信号を生成し、デジタル乗算回路がデジタルセンサ信号とデジタル正弦波信号とを乗算する。これにより、物理量センサが検知した物理量に対応するデジタル物理量信号が得られる。
【０００５】
また、特表２００４−５２６９４２号公報（特許文献２）に開示された容量性センサ装置では、サンプリング周波数をアナログセンサ信号の搬送周波数の１／ｎ（ｎは整数）としてアナログセンサ信号をアンダーサンプリングした後に、アナログ／デジタル変換を実行することにより、デジタル物理量信号を得ている。
【特許文献１】特許２７２８３００号公報
【特許文献２】特表２００４−５２６９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、デジタルセンサ信号にノイズ成分が重畳されたまま検波処理を実行しているので、デジタル物理量信号を精度良く検出することが困難であった。同様に、特許文献２においても、アナログセンサ信号にノイズ成分が重畳されているので、デジタルセンサ信号を精度良く取得することが困難であった。
【０００７】
そこで、この発明は、デジタルセンサ信号のノイズ成分を減衰させることによりデジタル物理量信号を精度良く検波することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の１つの局面に従うと、物理量検出回路は、外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサに用いられる物理量検出回路であって、上記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、上記アナログ／デジタル変換回路によって得られたデジタルセンサ信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるデジタルフィルタと、上記デジタルフィルタを通過したデジタルセンサ信号に正弦波信号に対応するデジタル検波信号を乗算して上記物理量に対応するデジタル物理量信号を検波する乗算回路とを備える。
【０００９】
上記物理量検出回路では、検波処理が実行される前にデジタルセンサ信号のノイズ成分を減衰させることによりデジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【００１０】
好ましくは、上記物理量検出回路は、上記デジタルフィルタと上記乗算回路との間に介在するダウンサンプリング処理回路をさらに備え、上記アナログ／デジタル変換回路は、上記センサ信号をオーバーサンプリングして上記デジタルセンサ信号に変換し、上記ダウンサンプリング処理回路は、上記デジタルフィルタからのデジタルセンサ信号のサンプリング周波数を減少させて上記乗算回路へ供給する。
【００１１】
上記物理量検出回路では、デジタル検波信号を構成する正弦波データの個数を少なくすることができるので、正弦波データを格納するための記憶領域を縮小することができるとともに、乗算回路の処理負担を軽減することができる。また、デジタル物理量信号のサンプリング周波数も減少するので、乗算回路の後段にデジタルフィルタを設ける場合、そのデジタルフィルタの回路規模および消費電力を低減することができる。
【００１２】
好ましくは、上記物理量検出回路は、上記乗算回路からのデジタル物理量信号のサンプリング周波数を増加させるインターポレーションフィルタと、上記インターポレーションフィルタからのデジタル物理量信号をアナログ物理量信号に変換するデジタル／アナログ変換回路と、上記デジタル／アナログ変換回路によって得られたアナログ物理量信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるアナログローパスフィルタとをさらに備える。
【００１３】
上記物理量検出回路では、アナログ物理量信号を出力することができる。さらに、インターポレーションフィルタを設けることにより、アナログローパスフィルタの回路規模を低減することができる。
【００１４】
好ましくは、上記デジタルフィルタのタップ係数は、変更可能である。
【００１５】
上記物理量検出回路では、デジタルフィルタのタップ係数を変更することによってデジタルセンサ信号の位相を調整することができる。これにより、デジタルセンサ信号とデジタル検波信号との位相ずれを補正することができるので、デジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、デジタル物理量信号を精度良く検波することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、この発明の実施形態１による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、物理量センサ１０と、駆動回路１１と、物理量検出回路１２とを備える。
【００１９】
〔物理量センサ〕
物理量センサ１０は、所定周波数を有する駆動信号Ｓｄｒｖが駆動回路１１から供給されるとともに、外部から与えられた物理量（例えば、角速度，加速度など）に応じてセンサ信号Ｓ１０を出力する。センサ信号Ｓ１０の周波数は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数に対応する。例えば、センサ信号Ｓ１０の中心周波数（搬送周波数）は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数に相当する。なお、ここでは、物理量センサ１０は、音叉型角速度センサであるものとする。
【００２０】
物理量センサ１０は、音叉本体１０ａと、駆動用圧電素子Ｐｄｒｖと、振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃと、角速度検出用圧電素子ＰＤａ，ＰＤｂとを有する。音叉本体１０ａは、それぞれが中央部で直角にねじられた一対の音叉片（駆動用・検出用）と、音叉片の各々の一端を連結する連結部と、回転軸となるように連結部に設けられた支持ピンとを有する。駆動用圧電素子Ｐｄｒｖは、駆動回路１１からの駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅に応じて駆動用の音叉片を振動させる。これにより、駆動用の音叉片と検出用の音叉片とが互いに共振する。この音叉振動によって、振動検出用圧電素子Ｐｏｓｃには、電荷が発生する（すなわち、振動信号Ｓｏｓｃが発生する）。また、回転角速度が発生すると、角速度検出用圧電素子ＰＤａ，ＰＤｂには、回転角速度（コリオリ力）に応じた電荷が発生する（すなわち、センサ信号Ｓ１０が発生する）。
【００２１】
〔駆動回路〕
駆動回路１１は、駆動信号Ｓｄｒｖを物理量センサ１０に供給する。また、駆動回路１１は、物理量センサ１０からの振動信号Ｓｏｓｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅を調整する。駆動回路１１では、モニタアンプ１１ａは、物理量センサ１０からの振動信号Ｓｏｓｃを電圧に変換し、自動利得制御増幅器（ＡＧＣ）１１ｂは、駆動アンプ１１ｃに供給される電圧が一定値になるように、自己の増幅利得を変化させる。駆動アンプ１１ｃは、自動利得制御増幅器１１ｂの出力に応じて駆動信号Ｓｄｒｖの周波数および振幅を制御する。このように、振動信号Ｓｏｓｃに応じて駆動信号Ｓｄｒｖが調整されることにより、物理量センサ１０の最大振動振幅および振動周波数が一定に保たれる。
【００２２】
〔物理量検出回路〕
物理量検出回路１２は、物理量センサ１０からのセンサ信号Ｓ１０に基づいて物理量センサ１０が検知した物理量を検出する。物理量検出回路１２は、波形整形回路１０１と、逓倍回路１０２と、入力アンプ１０３と、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１０４と、デジタルフィルタ１００と、検波信号生成器１０５と、乗算器１０６と、デジタルフィルタ１０７とを含む。
【００２３】
波形整形回路１０１は、駆動信号Ｓｄｒｖを方形波に変換し、基準クロックＣＫｒｅｆとして出力する。例えば、波形整形回路１０１は、コンパレータやインバータによって構成される。基準クロックＣＫｒｅｆの周波数は、駆動信号Ｓｄｒｖの周波数（すなわち、センサ信号Ｓ１０の周波数）と実質的に同一である。
【００２４】
逓倍回路１０２は、波形整形回路１０１からの基準クロックＣＫｒｅｆを逓倍し、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数よりも高い周波数（ここでは、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数の２倍以上の周波数）を有する動作クロックＣＫａを生成する。例えば、逓倍回路１０２はＰＬＬ（Phase Locked Loop）によって構成される。
【００２５】
入力アンプ１０３は、物理量センサ１０からのセンサ信号Ｓ１０を電圧に変換し、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃとして出力する。
【００２６】
アナログ／デジタル変換器１０４は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期してアナログセンサ信号Ｓｓｎｃをサンプリングし、サンプリングしたアナログ値（振幅値）をデジタル値に変換する。すなわち、アナログ／デジタル変換器１０４は、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃをオーバーサンプリングする。このようにして、アナログセンサ信号Ｓｓｎｃは、複数のデジタル値によって構成されたデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃに変換される。
【００２７】
デジタルフィルタ１００は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、アナログ／デジタル変換器１０４からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、低周波数成分をデジタルセンサ信号Ｄｐｓとして出力する。例えば、デジタルフィルタ１００は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）型デジタルフィルタや、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）型デジタルフィルタである。デジタルフィルタ１００の周波数特性（例えば、カットオフ周波数）および位相特性は、デジタルフィルタ１００のタップ係数によって定められる。
【００２８】
検波信号生成器１０５は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、波形整形回路１０１からの基準クロックＣＫｒｅｆの遷移エッジ（ここでは、立ち上がりエッジ）に応答して正弦波信号に対応するデジタル検波信号Ｄｄｅｔを生成する。デジタル検波信号Ｄｄｅｔは、複数の正弦波データによって構成される。複数の正弦波データは、それぞれ、所定クロック（例えば、動作クロックＣＫａ）に同期して所定周波数の正弦波信号（例えば、駆動信号Ｓｄｒｖ）をサンプリングすることによって得られる複数のアナログ値（振幅値）に対応する（図２参照）。例えば、複数の正弦波データは、正弦関数で表現される理想的な振幅値を示す。
【００２９】
乗算器１０６は、デジタルフィルタ１００からのデジタルセンサ信号Ｄｐｓに検波信号生成器１０５によって生成されたデジタル検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。これにより、デジタル物理量信号Ｄｐｈｙ（物理量センサ１０が検知した物理量に対応する信号）が検波される。
【００３０】
デジタルフィルタ１０７は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、ノイズ除去等のために乗算器１０６によって検波されたデジタル物理量信号Ｄｐｈｙのうち低周波数成分のみをデジタル物理量信号Ｄ１２として通過させる。
【００３１】
〔動作〕
次に、図２を参照しつつ、図１に示した物理量検出回路１２による動作について説明する。
【００３２】
波形整形回路１０１は、駆動信号Ｓｄｒｖを基準クロックＣＫｒｅｆに変換し、逓倍回路１０２は、基準クロックＣＫｒｅｆに基づいて動作クロックＣＫａを生成する。
【００３３】
アナログ／デジタル変換器１０４は、動作クロックＣＫａに同期してアナログセンサ信号Ｓｓｎｃをデジタル値Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・・に変換する。デジタルフィルタ１００は、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃにフィルタリング処理を施し、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのデジタル値Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，・・・・をデジタル値Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，・・・・に変換する。このようにして、デジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのノイズ成分を減衰させる。
【００３４】
検波信号生成器１０５は、基準クロックＣＫｒｅｆの遷移エッジに応答して正弦波データＤ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・を順番に出力する。乗算器１０６は、デジタル値Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，・・・・に正弦波データＤ０，Ｄ１，Ｄ２，・・・・を乗算する。
【００３５】
以上のように、検波処理が実行される前にデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのノイズ成分を減衰させることにより、デジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【００３６】
（実施形態２）
一般的に、デジタルフィルタのカットオフ周波数とデジタルフィルタに供給されるデジタル信号のサンプリング周波数との差が大きい程、デジタルフィルタを構成するタップの数を多くする必要がある。そのため、デジタルフィルタに供給されるデジタル信号のサンプリング周波数を低くすることが好ましい。
【００３７】
図３は、この発明の実施形態２による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、図１に示した物理量検出回路１２に代えて、物理量検出回路２２を備える。物理量検出回路２２は、図１に示した構成に加えて、分周回路１０２ｂと、ダウンサンプリング処理回路２００とを備える。その他の構成は、図１と同様である。
【００３８】
分周回路１０２ｂは、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａを分周し、動作クロックＣＫａの周波数よりも低い周波数を有する動作クロックＣＫｂを生成する。
【００３９】
ダウンサンプリング処理回路２００は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、デジタルフィルタ１００からのデジタルセンサ信号Ｄｐｓに対してダウンサンプリング処理（デジタル値の間引きなど）を実行し、動作クロックＣＫａに対応するデジタルセンサ信号Ｄｐｓを動作クロックＣＫｂに対応するデジタルセンサ信号Ｄｄｃに変換する。すなわち、ダウンサンプリング処理回路２００は、デジタルセンサ信号Ｄｐｓのサンプリング周波数を減少させる。
【００４０】
検波信号生成器１０５およびデジタルフィルタ１０７は、分周回路１０２ｂからの動作クロックＣＫｂに同期して動作する。乗算器１０６は、ダウンサンプリング処理回路２００からのデジタルセンサ信号Ｄｄｃにデジタル検波信号Ｄｄｅｔを乗算する。
【００４１】
例えば、図４のように、ダウンサンプリング処理回路２００は、デジタルフィルタ１００を通過したデジタルセンサ信号Ｄｐｓからデジタル値Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，・・・・を間引きして、デジタルセンサ信号Ｄｄｃを生成する。検波信号生成器１０５は、基準クロックＣＫｒｅｆの遷移エッジに応答して、正弦波データＤ０，Ｄ２，Ｄ４，・・・・を順番に出力する。乗算器１０６は、デジタル値Ｑ０，Ｑ２，Ｑ４，・・・・に正弦波データＤ０，Ｄ２，Ｄ４，・・・・を乗算する。
【００４２】
以上のように、ダウンサンプリング処理回路２００によってデジタルセンサ信号Ｄｐｓのサンプリング周波数を減少させることにより、デジタルフィルタ１０７に供給されるデジタル物理量信号Ｄｐｈｙのサンプリング周波数も減少させることができる。これにより、図１に示した物理量検出回路１２よりも、デジタルフィルタ１０７の回路規模および消費電力を低減することができる。
【００４３】
さらに、デジタル検波信号Ｄｄｅｔを構成する正弦波データの個数を少なくすることができるので、正弦波データを格納するための記憶領域（例えば、図示されていないメモリ）を縮小することができるとともに、乗算器１０６の処理負担を軽減することができる。
【００４４】
（実施形態３）
図５は、この発明の実施形態３による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、図３に示した物理量検出回路２２に代えて、物理量検出回路３２を備える。物理量検出回路３２は、図３に示した構成に加えて、インターポレーションフィルタ３０１と、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３０２と、アナログローパスフィルタ３０３とを含む。その他の構成は、図３と同様である。
【００４５】
インターポレーションフィルタ３０１は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、デジタルフィルタ１０７からのデジタル物理量信号Ｄ１２にインターポレーション処理（デジタル値の補間や直線近似など）を実行し、動作クロックＣＫｂに対応するデジタル物理量信号Ｄ１２を動作クロックＣＫａに対応するデジタル物理量信号に変換する。すなわち、インターポレーションフィルタ３０１は、デジタル物理量信号Ｄ１２のサンプリング周波数を増加させる。なお、ここでは、インターポレーションフィルタ３０１におけるアップサンプリング比は、ダウンサンプリング処理回路２００におけるダウンサンプリング比に対応するものとする。例えば、ダウンサンプリング比が“１２８：２”である場合、アップサンプリング比は“２：１２８”である。
【００４６】
デジタル／アナログ変換器３０２は、動作クロックＣＫａに同期して動作し、インターポレーションフィルタ３０１からのデジタル物理量信号をアナログ物理量信号Ｓｐｈｙに変換する。
【００４７】
アナログローパスフィルタ３０３は、デジタル／アナログ変換器３０２からのアナログ物理量信号Ｓｐｈｙのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、低周波成分をアナログ物理量信号Ｓ３２として出力する。
【００４８】
図６のように、デジタル／アナログ変換器３０２によって得られるアナログ物理量信号Ｓｐｈｙには、デジタル／アナログ変換器３０２に供給されるデジタル物理量信号のサンプリング周波数ｆｓｐの整数倍の周波数を有するイメージ信号が含まれている。そのため、アナログローパスフィルタ３０３のカットオフ周波数ｆｃａとデジタル／アナログ変換器３０２に供給されるデジタル物理量信号のサンプリング周波数ｆｓｐとの差が小さい程、アナログローパスフィルタ３０３の減衰特性を急峻にする（アナログローパスフィルタ３０３の減衰傾度を大きくする）ためにアナログローパスフィルタ３０３の次数を高くする必要がある。一方、この実施形態による物理量検出回路３２では、インターポレーションフィルタ３０１によってデジタル物理量信号のサンプリング周波数ｆｓｐを増加させるので、アナログローパスフィルタ３０３の負担を軽減することができ、その結果、アナログローパスフィルタ３０３の回路規模を低減することができる。
【００４９】
以上のように、デジタル物理量信号Ｄ１２だけでなくアナログ物理量信号Ｓ３２も出力することができる。さらに、インターポレーションフィルタ３０１を設けることにより、アナログローパスフィルタ３０３の回路規模を低減することができる。
【００５０】
なお、インターポレーションフィルタ３０１におけるアップサンプリング比は、ダウンサンプリング処理回路２００におけるダウンサンプリング比に対応していなくても良い。
また、物理量検出回路３２は、ダウンサンプリング処理回路２００を備えていなくても良い。
【００５１】
（実施形態４）
図７は、この発明の実施形態４による物理量センサ装置の構成を示す。この物理量センサ装置は、図３に示した物理量検出回路２２に代えて、物理量検出回路４２を備える。物理量検出回路４２は、図３に示したデジタルフィルタ１００に代えて、デジタルフィルタ４００を含む。その他の構成は、図３と同様である。
【００５２】
デジタルフィルタ４００は、逓倍回路１０２からの動作クロックＣＫａに同期して動作し、アナログ／デジタル変換器１０４からのデジタルセンサ信号Ｄｓｎｃのうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させ、低周波数成分をデジタルセンサ信号Ｄｐｓとして出力する。また、デジタルフィルタ４００のタップ係数は、外部制御ＣＴＲＬによって変更可能である。すなわち、デジタルフィルタ４００の周波数特性および位相特性は、外部制御ＣＴＲＬによって変更可能である。
【００５３】
次に、図８を参照しつつ、図７に示したデジタルフィルタ４００の特性変化について説明する。なお、“ｆｒｅｆ”は、基準クロックＣＫｒｅｆの周波数（すなわち、センサ信号Ｓ１０の中心周波数）を示す。
【００５４】
デジタルフィルタ４００のカットオフ周波数が“ｆｃ０”から“ｆｃ１”に増加するようにデジタルフィルタ４００のタップ係数を変更すると、デジタルフィルタ４００における位相進み量は、“Ｚ０”から“Ｚ１”に減少する。このように、デジタルフィルタ４００のタップ係数の変化に応じて、デジタルフィルタ４００における位相進み量も変化する。
【００５５】
以上のように、デジタルフィルタ４００における位相進み量を変更することによって、デジタルセンサ信号Ｄｐｓの位相を調整することができる。これにより、デジタルセンサ信号Ｄｐｓとデジタル検波信号Ｄｄｅｔとの位相ずれを補正することができるので、デジタル物理量信号の検波精度を向上させることができる。
【００５６】
なお、物理量検出回路４２は、ダウンサンプリング処理回路２００を備えていなくても良い。また、物理量検出回路４２は、図５に示したインターポレーションフィルタ３０１，デジタル／アナログ変換器３０２，アナログローパスフィルタ３０３をさらに備えていても良い。
【００５７】
（その他の実施形態）
なお、以上の各実施形態において、デジタルフィルタ１００，１０７，４００は、デジタルローパスフィルタであっても良いし、デジタルバンドパスフィルタであっても良い。
【００５８】
また、物理量センサ１０は、音叉型に限らず、円柱型，正三角柱型，正四角柱型，リング型や、その他の形状であっても良い。また、図９のように、物理量センサ１０は、静電容量式加速度センサであっても良い。物理量センサ１０は、固定部１０ｂと、可動部１０ｃと、可動電極Ｐｍａ，Ｐｍｂと、検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂと、差動増幅器１０ｄとを有する。可動部１０ｃは、加速度に応じて変位するように固定部１０ｂに連結される。可動電極Ｐｍａ，Ｐｍｂは、可動部１０ｃに配置される。検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂは、それぞれ、可動電極Ｐｍａ，Ｐｍｂに対向するように、固定部１０ｂに配置される。すなわち、可動電極Ｐｍａ，検出電極Ｐｆａによって容量素子Ｃａが構成され、可動電極Ｐｍｂ，検出電極Ｐｆｂによって容量素子Ｃｂが構成される。また、容量素子Ｃａ，Ｃｂには、それぞれ、発振回路１１ｄからの駆動信号Ｓｄｒｖが供給される。差動増幅器１０ｄは、検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂのそれぞれに発生する電荷量の差に対応するセンサ信号Ｓ１０を出力する。加速度が発生すると、可動部１０ｃの変位に起因して容量素子Ｃａの静電容量および容量素子Ｃｂの静電容量のうち一方が増加し他方が減少する。これにより、検出電極Ｐｆａ，Ｐｆｂのそれぞれにおける電荷量に差が生じ、この差に対応するセンサ信号Ｓ１０が出力される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明は、デジタル物理量信号を精度良く検波することができるので、移動体，携帯電話，デジタルカメラ，ゲーム機などに用いられる物理量センサ（例えば、音叉型角速度センサや静電容量式加速度センサなど）に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施形態１による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した物理量検出回路による動作について説明するためのタイミングチャート。
【図３】この発明の実施形態２による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図４】図３に示した物理量検出回路による動作について説明するためのタイミングチャート。
【図５】この発明の実施形態３による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図６】図５に示したデジタル／アナログ変換器によって得られるアナログ物理量信号について説明するための周波数分布図。
【図７】この発明の実施形態４による物理量センサ装置の構成を示すブロック図。
【図８】図６に示したデジタルフィルタの周波数特性および位相特性について説明するための図。
【図９】物理量センサの変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 物理量センサ
１１ 駆動回路
１２，２２，３２，４２ 物理量検出回路
１０１ 波形整形回路
１０２ 逓倍回路
１０３ 入力アンプ
１０４ アナログ／デジタル変換器
１０５ 検波信号生成器
１０６ 乗算器
１０７ デジタルフィルタ
１００ デジタルフィルタ
１０２ｂ 分周回路
２００ ダウンサンプリング処理回路
３０１ インターポレーションフィルタ
３０２ デジタル／アナログ変換器
３０３ アナログローパスフィルタ
４００ デジタルフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサに用いられる物理量検出回路であって、
前記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記アナログ／デジタル変換回路によって得られたデジタルセンサ信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタを通過したデジタルセンサ信号に正弦波信号に対応するデジタル検波信号を乗算して前記物理量に対応するデジタル物理量信号を検波する乗算回路とを備える
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記デジタルフィルタと前記乗算回路との間に介在するダウンサンプリング処理回路をさらに備え、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記センサ信号をオーバーサンプリングして前記デジタルセンサ信号に変換し、
前記ダウンサンプリング処理回路は、前記デジタルフィルタからのデジタルセンサ信号のサンプリング周波数を減少させて前記乗算回路へ供給する
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記乗算回路からのデジタル物理量信号のサンプリング周波数を増加させるインターポレーションフィルタと、
前記インターポレーションフィルタからのデジタル物理量信号をアナログ物理量信号に変換するデジタル／アナログ変換回路と、
前記デジタル／アナログ変換回路によって得られたアナログ物理量信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるアナログローパスフィルタとをさらに備える
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項４】
請求項１，２，３のいずれか１項において、
前記デジタルフィルタのタップ係数は、変更可能である
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項５】
請求項１，２，３，４のいずれか１項に記載の物理量検出回路と、
前記物理量センサと、
所定周波数を有する駆動信号を前記物理量センサに供給する駆動回路とを備え、
前記センサ信号の周波数は、前記駆動信号の周波数に対応する
ことを特徴とする物理量センサ装置。
【請求項１】
外部から与えられた物理量に応じてセンサ信号を出力する物理量センサに用いられる物理量検出回路であって、
前記センサ信号をデジタルセンサ信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
前記アナログ／デジタル変換回路によって得られたデジタルセンサ信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタを通過したデジタルセンサ信号に正弦波信号に対応するデジタル検波信号を乗算して前記物理量に対応するデジタル物理量信号を検波する乗算回路とを備える
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記デジタルフィルタと前記乗算回路との間に介在するダウンサンプリング処理回路をさらに備え、
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記センサ信号をオーバーサンプリングして前記デジタルセンサ信号に変換し、
前記ダウンサンプリング処理回路は、前記デジタルフィルタからのデジタルセンサ信号のサンプリング周波数を減少させて前記乗算回路へ供給する
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記乗算回路からのデジタル物理量信号のサンプリング周波数を増加させるインターポレーションフィルタと、
前記インターポレーションフィルタからのデジタル物理量信号をアナログ物理量信号に変換するデジタル／アナログ変換回路と、
前記デジタル／アナログ変換回路によって得られたアナログ物理量信号のうち所定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を減衰させるアナログローパスフィルタとをさらに備える
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項４】
請求項１，２，３のいずれか１項において、
前記デジタルフィルタのタップ係数は、変更可能である
ことを特徴とする物理量検出回路。
【請求項５】
請求項１，２，３，４のいずれか１項に記載の物理量検出回路と、
前記物理量センサと、
所定周波数を有する駆動信号を前記物理量センサに供給する駆動回路とを備え、
前記センサ信号の周波数は、前記駆動信号の周波数に対応する
ことを特徴とする物理量センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２５８００９（Ｐ２００９−２５８００９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０９２１５（Ｐ２００８−１０９２１５）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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