角速度検出装置
【課題】振動子に対し共振角周波数に等しい角周波数を持つ駆動信号を出力できないデジタル回路構成であっても、検出精度を低下させることなく角速度を検出する。
【解決手段】駆動回路３は、振動子１の共振角周波数を中心として、検出しようとする角速度の最大値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により振動子１を励振する。この変化周波数に対するＰＬＬ回路７の開ループ伝達関数の利得を１、位相を−１８０°に設定することにより駆動角周波数を持続的に変化させる。検出回路４は、センス信号を同期検波して得られる検波信号を、検出しようとする角速度の最大値よりも高く且つ駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つローパスフィルタ１８に通過させる。
【解決手段】駆動回路３は、振動子１の共振角周波数を中心として、検出しようとする角速度の最大値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により振動子１を励振する。この変化周波数に対するＰＬＬ回路７の開ループ伝達関数の利得を１、位相を−１８０°に設定することにより駆動角周波数を持続的に変化させる。検出回路４は、センス信号を同期検波して得られる検波信号を、検出しようとする角速度の最大値よりも高く且つ駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つローパスフィルタ１８に通過させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動信号により振動子を励振したときに得られるセンス信号に基づいて角速度を検出する角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーナビゲーションシステム、車両安定化制御（ＶＳＣ）システム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機などの電子機器には、ＧＰＳ自律航法、挙動安定化制御、手振れ補正制御などで必要となる角速度を検出する角速度検出装置（ジャイロセンサ）が組み込まれている。駆動用センサエレメントに振動子を使った振動型ジャイロセンサは、駆動回路により振動子を共振角周波数で一定振幅に振動させて用いられる（例えば特許文献１参照）。振動子が振動している状態でジャイロセンサに角速度が加わると、コリオリ力によって検出用センサエレメントが振動する。この検出用センサエレメントの振動に応じたセンス信号を同期検波することにより、角速度を検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の多くのジャイロセンサは、特許文献１にも記載されているように、アナログ回路から構成される駆動回路を備えている。このため、半導体プロセスの微細化が進んでも、駆動回路の実装面積を小さくしにくいという事情がある。これに対し、振動子駆動回路をデジタル化できれば、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。しかし、駆動回路をデジタル回路で構成しようとすると、駆動信号の角周波数分解能が有限になるため、振動子を共振角周波数で駆動することができない場合が生じる。
【０００５】
駆動信号の角周波数が振動子の共振角周波数からずれると、振動子の励振振幅が減少してジャイロセンサの感度が低下する。また、駆動信号とセンス信号の位相差が９０°であることを前提に同期検波を行う場合には、上記駆動角周波数のずれによって同期検波が不完全になるので、ノイズ成分が出力されて角速度の検出精度が低下する。こうした不都合は、振動子駆動回路の全体をデジタル化した場合に限らず、駆動信号の角周波数が離散値とならざるを得ない構成において生じ得る。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、振動子に対し共振角周波数に等しい角周波数を持つ駆動信号を出力できない構成であっても、検出精度を低下させることなく角速度を検出することができる角速度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した角速度検出装置は、駆動手段とセンス手段とを備えている。駆動手段は、振動子の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により振動子を第１方向に励振し、その励振状態に応じて得られるモニタ信号に基づいて振動子を持続的に振動させる。これにより、例えばデジタル回路構成を採用することにより駆動手段が出力する駆動信号の角周波数が離散値となる場合でも、振動子を共振角周波数で励振することが可能となる。その結果、駆動信号の角周波数が振動子の共振角周波数からずれることにより生じる感度の低下および検出精度の低下を防止できる。
【０００８】
センス手段は、振動子の第１方向と直交する第２方向の振動状態に応じて得られるセンス信号を、駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波する。駆動信号の角周波数が変化するとその位相も変化するので、センス信号の同期検波はその分だけ理想のタイミングからずれて行われる。その結果、検波後の信号（検波信号）は、駆動信号の角周波数の変化周波数を持つ歪み成分を持つことになる。そこで、角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つ第１ローパスフィルタに検波信号を通過させる。これにより、角速度の検出範囲の上限値を超えるノイズ成分および上記歪成分を除去することができ、駆動信号の角周波数を変化させることによる検出精度の低下を防止できる。
【０００９】
請求項２に記載した手段によれば、駆動手段は、駆動信号の角周波数の平均値が振動子の共振角周波数に等しくなるように駆動信号を生成する。これにより、振動子をより高精度に共振角周波数で励振することができる。
【００１０】
請求項３に記載した手段によれば、駆動手段は、駆動信号の角周波数の変化周波数および変化幅が一定となるように駆動信号を生成する。これにより、振動子を共振角周波数で安定して励振することができる。
【００１１】
請求項４に記載した手段によれば、駆動手段は、角周波数が離散値を持つ駆動信号により振動子を励振する。この場合、駆動信号の角周波数は必ずしも振動子の共振角周波数に一致しないが、上述したように振動子を共振角周波数で励振することができる。その結果、駆動手段をデジタル回路により構成でき、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。
【００１２】
請求項５に記載した手段によれば、駆動手段は、駆動信号がモニタ信号に対し９０°の進み位相となるように位相調整を行うＰＬＬ回路を備えている。そして、駆動信号の角周波数の変化周波数においてＰＬＬ回路の開ループ伝達関数の位相が−１８０°、利得が１となるように構成したので、発振周波数を積極的に変化させる他の信号を用いることなく、駆動信号の角周波数が自ら持続的に上記変化周波数で振れるようになる。
【００１３】
請求項６に記載した手段によれば、ＰＬＬ回路は、帰還経路に設けられて駆動信号の位相をほぼ９０°遅らせる位相調整回路と、モニタ信号と位相調整回路を通過した駆動信号との位相差を出力する位相比較回路と、駆動信号の角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有し上記位相差を入力とする第２ローパスフィルタと、第２ローパスフィルタの出力信号に応じた角周波数を持つ駆動信号を出力する発振回路とを備えている。
【００１４】
駆動信号の角周波数が変化すると、駆動信号の位相は角周波数の変化に対し９０°遅れて変化する。振動子の時定数は、角周波数の変化周波数の逆数である変化時定数に対して大きいので、共振時におけるモニタ信号の位相は、駆動信号の角周波数の変化によっては殆ど変化しない。これにより、位相比較回路は、駆動信号の位相に対し１８０°の位相差を持つ位相差検出信号を出力する。位相調整回路の９０°の位相遅れは、振動子の駆動信号に対するモニタ信号の９０°の位相遅れと相殺される。上記位相差検出信号は、第２ローパスフィルタを通過することにより位相が９０°遅れ、この第２ローパスフィルタの出力信号に従って駆動信号の角周波数が変化する。
【００１５】
この場合、駆動信号の角周波数の変化周波数におけるＰＬＬ回路の開ループ伝達関数の位相は、第２ローパスフィルタと位相調整回路とで合わせて−１８０°となり、開ループ伝達関数の利得は、第２ローパスフィルタと発振回路とで合わせて１となる。
【００１６】
請求項７に記載した手段によれば、ＰＬＬ回路はデジタル回路により構成されているので、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を示すセンサ回路のブロック構成図
【図２】駆動回路の信号波形図
【図３】検出回路の信号波形図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、カーナビゲーションシステム、車両安定化制御（ＶＳＣ）システムなどに適用されて角速度を検出するセンサ回路のブロック構成を示している。センサチップとして形成された静電駆動・容量検出型のマイクロジャイロセンサは、単結晶シリコン等で形成された基板上に、基板面に平行な第１方向に駆動振動し、第１方向と直交する第２方向に検出振動するように配置された振動子１を備えている。図示しないが、振動子１の周囲には振動子１に対向して、振動子１を第１方向に駆動振動させるための駆動電極、振動子１の駆動振動の状態をモニタするためのモニタ電極、振動子１の第２方向の振動を検出するための一対の検出電極が形成されている。
【００１９】
センサチップとして形成されたセンサ回路２は、モニタ信号に基づいて振動子１を励振する駆動回路３（駆動手段）と、センス信号に基づいて角速度を検出する検出回路４（センス手段）とを備えた角速度検出装置である。センサ回路２の主要部（後述するＰＬＬ回路７、同期検波回路１７など）はデジタル回路により構成されている。このため、駆動回路３が出力する駆動信号の角周波数は離散値となり、駆動信号の角周波数を振動子１の共振角周波数に一致させることができない場合が生じる。
【００２０】
そこで、駆動回路３は、振動子１の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値（すなわち検出可能な最大角速度）よりも高い周波数で変化する角周波数（以下、駆動角周波数という）を持つ駆動信号を駆動電極に与えることにより、振動子１と駆動電極との間に静電力を作用させて振動子１を第１方向に駆動振動させる。そして、励振状態に応じてモニタ電極から得られるモニタ信号に基づいて、振動子１を持続的に振動させるように駆動信号の大きさと位相を調整する。
【００２１】
振動子１が駆動振動している状態でマイクロジャイロセンサに基板面に垂直な軸を中心とする角速度が加わると、振動子１はコリオリ力によって第２方向に検出振動する。検出回路４は、この検出振動による振動子１と検出電極との間の静電容量の変化に基づいて得られるセンス信号を、駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波して角速度を検出する。以下、具体的な構成を説明する。
【００２２】
駆動回路３は、増幅回路５、波形整形回路６、ＰＬＬ回路７、Ａ／Ｄ変換器８およびＡＧＣ回路９から構成されている。増幅回路５は、モニタ電極から出力されるモニタ信号を増幅する。波形整形回路６は、ＰＬＬ回路７でのデジタル処理を可能にするため、比較回路によりモニタ信号のゼロクロス点を検出してモニタ信号を方形波信号に変換する。
【００２３】
全デジタル構成のＰＬＬ回路７は、駆動信号がモニタ信号に対し９０°の進み位相となるように位相調整を行うもので、ロジック回路からなる位相比較回路１０、ローパスフィルタ１１、ＤＣＯ（Digital Controlled Oscillator）１２、分周回路１３および位相調整回路１４から構成されている。本発明でいう発振回路は、ＤＣＯ１２のみならず分周回路１３も含んでいる。
【００２４】
ＰＬＬ回路７の帰還経路に設けられた位相調整回路１４は、駆動信号とモニタ信号の位相差が９０°のときに位相比較回路１０に入力される２つの信号の位相が一致するように、分周回路１３から出力される信号の位相を調整して位相比較回路１０に入力する。この位相調整量は、駆動信号とモニタ信号の位相差を基本調整量として、増幅回路５、波形整形回路６およびＡＧＣ回路９の位相遅れなども考慮してほぼ９０°の遅れに設定されている。位相調整回路１４は、クロックに同期して動作する所定数のフリップフロップが縦続接続されてなるシフトレジスタから構成されている。
【００２５】
位相比較回路１０は、その非反転側端子に入力される波形整形回路６の出力信号と、反転側端子に入力される位相調整回路１４の出力信号との間の位相差を検出し、その位相差検出信号をＮビット（Ｎ＞１）のデジタル値として出力する。ループフィルタであるローパスフィルタ１１（第２ローパスフィルタ）は、積分回路１１ａと増幅回路１１ｂとから構成されており、駆動角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有している。ＤＣＯ１２は、例えばリングオシレータから構成されており、ローパスフィルタ１１の出力信号に応じた角周波数を持つ矩形波信号を出力する。この矩形波信号は駆動信号に対し逓倍された信号であるため、分周回路１３を用いて分周する。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器８は、増幅回路５で増幅されたモニタ信号のｐ−ｐ（peak-to-peak）値をデジタル値に変換する。ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路９は、マイクロジャイロセンサの感度を一定に保持するため、増幅回路５で増幅されたモニタ信号の振幅が一定となるように利得を自動調整して駆動信号を出力する。その結果、振動子１は、第１方向に振動を継続する。
【００２７】
検出回路４は、増幅回路１５、Ａ／Ｄ変換器１６、同期検波回路１７、ローパスフィルタ１８および位相調整回路１９から構成されている。このうち同期検波回路１７、ローパスフィルタ１８および位相調整回路１９は、デジタル回路により構成されている。増幅回路１５は、検出電極から出力される互いに逆相のセンス信号を差動増幅し、Ａ／Ｄ変換器１６はその増幅信号を一定時間間隔でサンプリングしデジタル値に変換する。
【００２８】
位相調整回路１９は、ＡＧＣ回路９の位相遅れの影響を含め、振動子１の共振角周波数に対し、振動子１の駆動信号とセンス信号の位相が一致するように分周回路１３の出力信号の位相を調整した基準信号を出力する。その構成は、位相調整回路１４と同様である。同期検波回路１７は、Ａ／Ｄ変換されたセンス信号を上記基準信号を用いて同期検波する。ローパスフィルタ１８（第１ローパスフィルタ）は、角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ駆動角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を有している。同期検波回路１７から出力される検波信号をローパスフィルタ１８に通すことにより、駆動角周波数の変化周波数を含む高周波のノイズ成分が除去された角速度信号を得ることができる。
【００２９】
次に、図２および図３も参照しながら本実施形態の作用を説明する。
はじめに、励振系である駆動回路３の作用について説明する。図２は、駆動回路３の信号波形図である。上から順に（ａ）駆動信号の角周波数Ω（駆動角周波数）、（ｂ）駆動信号の位相Φ、（ｃ）位相差検出信号、（ｄ）積分回路１１ａの出力信号を示している。
【００３０】
駆動回路３は、安定振動時において、振動子１の共振角周波数Ω０を中心として角速度の検出範囲の上限値（検出可能な最大角速度）よりも高い一定の周波数ωで一定の幅Ａだけ変化する角周波数Ω（駆動角周波数Ω）を持つ駆動信号を出力する。変化周波数ωは、当然に駆動角周波数Ω以下である。一例として、共振角周波数Ω０は数十ｋＨｚ、角速度の検出範囲の上限値は数十Ｈｚ、駆動角周波数Ωの変化周波数ωは数百Ｈｚ、変化幅Ａは±数Ｈｚである。これを式で表すと（１）式のようになる。この場合、駆動角周波数Ωの平均値は共振角周波数Ω０に等しくなる。
【００３１】
Ω＝Ａ・ｓｉｎ（ω・ｔ＋α）＋Ω０ …（１）
ここで、
Ａ：駆動角周波数の変化幅（振幅）[rad/s]
ω：駆動角周波数の変化周波数[rad/s]
α：駆動角周波数の変化位相[rad]
Ω０：共振角周波数[rad/s]
【００３２】
一般に、周期信号の角周波数Ω[rad/s]と位相Φ[rad]との間には（２）式で示す関係が成立する。
ｄΦ／ｄｔ＝Ω …（２）
【００３３】
（２）式に（１）式を適用して駆動角周波数Ωを積分すれば、駆動信号の位相Φは（３）式のようになる。Ｃは定数である。
Φ＝（Ａ／ω）・ｓｉｎ（ω・ｔ−π／２＋α）＋Ω０・ｔ＋Ｃ …（３）
【００３４】
この（３）式によれば、駆動信号の位相Φは、図２（ｂ）に示すように駆動信号の角周波数Ωに対し位相が９０°遅れ、振幅が１／ωになる。なお、（３）式に含まれるΩ０・ｔの項は、位相比較回路１０における位相比較処理により消滅するので図２（ｂ）には示していない。
【００３５】
振動子１の時定数は、変化周波数ωの逆数である変化時定数に対して大きいので、振動子１の駆動電極に上記駆動信号を与えると、振動子１は駆動角周波数Ωの中心角周波数である共振角周波数Ω０で振動する。従って、共振時におけるモニタ信号の位相は、駆動信号に対して９０°遅れるが、駆動角周波数Ωの周波数ωによる変化によっては殆ど変化しない。その結果、モニタ信号の９０°の位相遅れは位相調整回路１４の９０°の位相遅れと相殺され、位相比較回路１０は、図２（ｃ）に示すように駆動信号の位相Φに対し１８０°の位相差を持つ位相差検出信号を出力する。
【００３６】
位相差検出信号は、ローパスフィルタ１１の積分回路１１ａを通過することにより、図２（ｄ）に示すように位相が９０°遅れ、振幅が１／ωになる。その後、増幅回路１１ｂによりＫ倍の利得が与えられる。ＤＣＯ１２は、ローパスフィルタ１１の出力信号に応じた角周波数を持つ矩形波信号を出力し、分周回路１３とＡＧＣ回路９を経て駆動信号が形成される。
【００３７】
この場合、変化周波数ωに対するＰＬＬ回路７の開ループ伝達関数の位相は、ローパスフィルタ１１と位相調整回路１４とで合わせて−１８０°となる。一方、開ループ伝達関数の利得は、ローパスフィルタ１１でＫ／ω、ＤＣＯ１２で１／ωとなり、全体としてＫ／ω2となる。従って、増幅回路１１ｂのゲインＫを適当に与えて、所望の変化周波数ωにおける開ループ利得Ｋ／ω2を１とすることにより、他の信号を用いることなく、駆動信号の角周波数Ωを周波数ωで持続的に変化させることができる。
【００３８】
続いて、同期検波を実行する検出回路４の作用について説明する。図３は、検出回路４の信号波形図である。理解を容易にするため角速度信号とノイズ信号を分けており、上から順に（ａ）センス信号（角速度信号）、（ｂ）センス信号（ノイズ信号）、（ｃ）基準信号、（ｄ）検波信号（角速度信号）、（ｅ）検波信号（ノイズ信号）、（ｆ）ローパスフィルタ１８の出力信号（角速度信号）、（ｇ）ローパスフィルタ１８の出力信号（ノイズ信号）を示している。
【００３９】
センス信号には、マイクロジャイロセンサに加わった角速度に対応した（ａ）角速度信号と（ｂ）ノイズ信号が含まれる。共振状態では、角速度信号の位相は駆動信号の位相と一致し、ノイズ信号の位相は駆動信号の位相に対し９０°ずれる。このため、同期検波回路１７において、駆動信号に基づいて生成される（ｃ）基準信号を用いてセンス信号を同期検波することにより角速度信号だけを抽出することができる。
【００４０】
ところで、上述したように駆動信号の角周波数Ωは、一定の周波数ωで一定の幅Ａだけ変化する。そこで、この駆動角周波数Ωの変化が角速度の検出精度に悪影響を与えないことを以下で説明する。
【００４１】
駆動信号の角周波数Ωが変化すると位相Φも変化するため、センス信号の同期検波はその分だけ理想のタイミングからずれて行われる。その結果、（ｄ）角速度信号の検波信号および（ｅ）ノイズ信号の検波信号は歪んだものになる。そこで、ローパスフィルタ１８の遮断角周波数を、検出する角速度の上限値よりも高く、ノイズ信号の角周波数および駆動角周波数Ωの変化周波数ωよりも低い角周波数に設定する。これにより、ノイズ信号および上記歪成分を同時に除去することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の駆動回路３は、振動子１の共振角周波数を中心として、検出しようとする角速度の最大値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により振動子１を励振する。これにより、デジタル構成のＰＬＬ回路７を採用して駆動回路３が出力する駆動信号の角周波数が離散値となる場合でも、振動子１を共振角周波数で励振することができる。その結果、駆動信号の角周波数が振動子１の共振角周波数からずれることにより生じる感度の低下および検出精度の低下を防止できる。
【００４３】
一方、検出回路４は、センス信号を同期検波して得られる検波信号を、検出しようとする角速度の最大値よりも高く且つ駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つローパスフィルタ１８に通過させる。これにより、駆動信号の角周波数を変化させることにより生じる検波信号の歪を除去することができ、検出精度の低下を防止することができる。
【００４４】
本実施形態で用いる駆動角周波数の平均値は振動子１の共振角周波数に等しいので、振動子１をより高精度に共振角周波数で励振することができる。また、駆動角周波数の変化周波数および変化幅を一定としたので、振動子１を共振角周波数で安定して励振することができる。
【００４５】
駆動角周波数の変化周波数に対して、ＰＬＬ回路７の開ループ伝達関数の利得を１、位相を−１８０°に設定したので、ＤＣＯ１２の発振周波数を積極的に変化させる補助信号等を用いることなく、駆動角周波数を当該変化周波数で持続的に振らせることができる。
【００４６】
センサ回路２は、上記駆動回路３を採用することにより、感度および検出精度を低下させることなく、ＰＬＬ回路７、同期検波回路１７などの主要部をデジタル回路で構成できる。このため、アナログ回路で構成した従来のセンサ回路に比べ、センサチップにおけるセンサ回路２の実装面積を縮小できる。また、今後の半導体プロセスの微細化に伴い、センサ回路２の実装面積を一層縮小することが期待できる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
本発明は、デジタル回路を採用するなどして駆動信号の角周波数が離散値とならざるを得ない構成において特に有効であるが、駆動信号の角周波数が連続値となる場合であっても適用可能である。
【００４８】
（１）式に示すように駆動角周波数を正弦波に従って変化させたが、矩形波など他の波形に従って変化させてもよい。この場合には、変化波形の基本周波数を角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数とし、第１ローパスフィルタの遮断角周波数を角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ変化波形の基本周波数よりも低く設定すればよい。
【００４９】
上記実施形態では、所定の位相条件および利得条件を満たすようにＰＬＬ回路７を設定することにより、駆動角周波数を当該条件を満たす周波数で自励的に変化させることができる。しかしながら、他の信号を用いてＤＣＯ１２の発振周波数を他励的に変化させてもよい。
【００５０】
位相調整回路１４に、シフトレジスタの各段の出力信号を選択するセレクタを設け、位相調整量を変更可能に構成してもよい。
本発明は、振動方式にかかわらず振動型ジャイロセンサ一般に適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１は振動子、２はセンサ回路（角速度検出装置）、３は駆動回路（駆動手段）、４は検出回路（センス手段）、７はＰＬＬ回路、１０は位相比較回路、１１はローパスフィルタ（第２ローパスフィルタ）、１２はＤＣＯ（発振回路）、１４は位相調整回路、１８はローパスフィルタ（第１ローパスフィルタ）である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動信号により振動子を励振したときに得られるセンス信号に基づいて角速度を検出する角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーナビゲーションシステム、車両安定化制御（ＶＳＣ）システム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機などの電子機器には、ＧＰＳ自律航法、挙動安定化制御、手振れ補正制御などで必要となる角速度を検出する角速度検出装置（ジャイロセンサ）が組み込まれている。駆動用センサエレメントに振動子を使った振動型ジャイロセンサは、駆動回路により振動子を共振角周波数で一定振幅に振動させて用いられる（例えば特許文献１参照）。振動子が振動している状態でジャイロセンサに角速度が加わると、コリオリ力によって検出用センサエレメントが振動する。この検出用センサエレメントの振動に応じたセンス信号を同期検波することにより、角速度を検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の多くのジャイロセンサは、特許文献１にも記載されているように、アナログ回路から構成される駆動回路を備えている。このため、半導体プロセスの微細化が進んでも、駆動回路の実装面積を小さくしにくいという事情がある。これに対し、振動子駆動回路をデジタル化できれば、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。しかし、駆動回路をデジタル回路で構成しようとすると、駆動信号の角周波数分解能が有限になるため、振動子を共振角周波数で駆動することができない場合が生じる。
【０００５】
駆動信号の角周波数が振動子の共振角周波数からずれると、振動子の励振振幅が減少してジャイロセンサの感度が低下する。また、駆動信号とセンス信号の位相差が９０°であることを前提に同期検波を行う場合には、上記駆動角周波数のずれによって同期検波が不完全になるので、ノイズ成分が出力されて角速度の検出精度が低下する。こうした不都合は、振動子駆動回路の全体をデジタル化した場合に限らず、駆動信号の角周波数が離散値とならざるを得ない構成において生じ得る。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、振動子に対し共振角周波数に等しい角周波数を持つ駆動信号を出力できない構成であっても、検出精度を低下させることなく角速度を検出することができる角速度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した角速度検出装置は、駆動手段とセンス手段とを備えている。駆動手段は、振動子の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により振動子を第１方向に励振し、その励振状態に応じて得られるモニタ信号に基づいて振動子を持続的に振動させる。これにより、例えばデジタル回路構成を採用することにより駆動手段が出力する駆動信号の角周波数が離散値となる場合でも、振動子を共振角周波数で励振することが可能となる。その結果、駆動信号の角周波数が振動子の共振角周波数からずれることにより生じる感度の低下および検出精度の低下を防止できる。
【０００８】
センス手段は、振動子の第１方向と直交する第２方向の振動状態に応じて得られるセンス信号を、駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波する。駆動信号の角周波数が変化するとその位相も変化するので、センス信号の同期検波はその分だけ理想のタイミングからずれて行われる。その結果、検波後の信号（検波信号）は、駆動信号の角周波数の変化周波数を持つ歪み成分を持つことになる。そこで、角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つ第１ローパスフィルタに検波信号を通過させる。これにより、角速度の検出範囲の上限値を超えるノイズ成分および上記歪成分を除去することができ、駆動信号の角周波数を変化させることによる検出精度の低下を防止できる。
【０００９】
請求項２に記載した手段によれば、駆動手段は、駆動信号の角周波数の平均値が振動子の共振角周波数に等しくなるように駆動信号を生成する。これにより、振動子をより高精度に共振角周波数で励振することができる。
【００１０】
請求項３に記載した手段によれば、駆動手段は、駆動信号の角周波数の変化周波数および変化幅が一定となるように駆動信号を生成する。これにより、振動子を共振角周波数で安定して励振することができる。
【００１１】
請求項４に記載した手段によれば、駆動手段は、角周波数が離散値を持つ駆動信号により振動子を励振する。この場合、駆動信号の角周波数は必ずしも振動子の共振角周波数に一致しないが、上述したように振動子を共振角周波数で励振することができる。その結果、駆動手段をデジタル回路により構成でき、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。
【００１２】
請求項５に記載した手段によれば、駆動手段は、駆動信号がモニタ信号に対し９０°の進み位相となるように位相調整を行うＰＬＬ回路を備えている。そして、駆動信号の角周波数の変化周波数においてＰＬＬ回路の開ループ伝達関数の位相が−１８０°、利得が１となるように構成したので、発振周波数を積極的に変化させる他の信号を用いることなく、駆動信号の角周波数が自ら持続的に上記変化周波数で振れるようになる。
【００１３】
請求項６に記載した手段によれば、ＰＬＬ回路は、帰還経路に設けられて駆動信号の位相をほぼ９０°遅らせる位相調整回路と、モニタ信号と位相調整回路を通過した駆動信号との位相差を出力する位相比較回路と、駆動信号の角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有し上記位相差を入力とする第２ローパスフィルタと、第２ローパスフィルタの出力信号に応じた角周波数を持つ駆動信号を出力する発振回路とを備えている。
【００１４】
駆動信号の角周波数が変化すると、駆動信号の位相は角周波数の変化に対し９０°遅れて変化する。振動子の時定数は、角周波数の変化周波数の逆数である変化時定数に対して大きいので、共振時におけるモニタ信号の位相は、駆動信号の角周波数の変化によっては殆ど変化しない。これにより、位相比較回路は、駆動信号の位相に対し１８０°の位相差を持つ位相差検出信号を出力する。位相調整回路の９０°の位相遅れは、振動子の駆動信号に対するモニタ信号の９０°の位相遅れと相殺される。上記位相差検出信号は、第２ローパスフィルタを通過することにより位相が９０°遅れ、この第２ローパスフィルタの出力信号に従って駆動信号の角周波数が変化する。
【００１５】
この場合、駆動信号の角周波数の変化周波数におけるＰＬＬ回路の開ループ伝達関数の位相は、第２ローパスフィルタと位相調整回路とで合わせて−１８０°となり、開ループ伝達関数の利得は、第２ローパスフィルタと発振回路とで合わせて１となる。
【００１６】
請求項７に記載した手段によれば、ＰＬＬ回路はデジタル回路により構成されているので、半導体プロセスの微細化に伴う実装面積の縮小が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を示すセンサ回路のブロック構成図
【図２】駆動回路の信号波形図
【図３】検出回路の信号波形図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、カーナビゲーションシステム、車両安定化制御（ＶＳＣ）システムなどに適用されて角速度を検出するセンサ回路のブロック構成を示している。センサチップとして形成された静電駆動・容量検出型のマイクロジャイロセンサは、単結晶シリコン等で形成された基板上に、基板面に平行な第１方向に駆動振動し、第１方向と直交する第２方向に検出振動するように配置された振動子１を備えている。図示しないが、振動子１の周囲には振動子１に対向して、振動子１を第１方向に駆動振動させるための駆動電極、振動子１の駆動振動の状態をモニタするためのモニタ電極、振動子１の第２方向の振動を検出するための一対の検出電極が形成されている。
【００１９】
センサチップとして形成されたセンサ回路２は、モニタ信号に基づいて振動子１を励振する駆動回路３（駆動手段）と、センス信号に基づいて角速度を検出する検出回路４（センス手段）とを備えた角速度検出装置である。センサ回路２の主要部（後述するＰＬＬ回路７、同期検波回路１７など）はデジタル回路により構成されている。このため、駆動回路３が出力する駆動信号の角周波数は離散値となり、駆動信号の角周波数を振動子１の共振角周波数に一致させることができない場合が生じる。
【００２０】
そこで、駆動回路３は、振動子１の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値（すなわち検出可能な最大角速度）よりも高い周波数で変化する角周波数（以下、駆動角周波数という）を持つ駆動信号を駆動電極に与えることにより、振動子１と駆動電極との間に静電力を作用させて振動子１を第１方向に駆動振動させる。そして、励振状態に応じてモニタ電極から得られるモニタ信号に基づいて、振動子１を持続的に振動させるように駆動信号の大きさと位相を調整する。
【００２１】
振動子１が駆動振動している状態でマイクロジャイロセンサに基板面に垂直な軸を中心とする角速度が加わると、振動子１はコリオリ力によって第２方向に検出振動する。検出回路４は、この検出振動による振動子１と検出電極との間の静電容量の変化に基づいて得られるセンス信号を、駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波して角速度を検出する。以下、具体的な構成を説明する。
【００２２】
駆動回路３は、増幅回路５、波形整形回路６、ＰＬＬ回路７、Ａ／Ｄ変換器８およびＡＧＣ回路９から構成されている。増幅回路５は、モニタ電極から出力されるモニタ信号を増幅する。波形整形回路６は、ＰＬＬ回路７でのデジタル処理を可能にするため、比較回路によりモニタ信号のゼロクロス点を検出してモニタ信号を方形波信号に変換する。
【００２３】
全デジタル構成のＰＬＬ回路７は、駆動信号がモニタ信号に対し９０°の進み位相となるように位相調整を行うもので、ロジック回路からなる位相比較回路１０、ローパスフィルタ１１、ＤＣＯ（Digital Controlled Oscillator）１２、分周回路１３および位相調整回路１４から構成されている。本発明でいう発振回路は、ＤＣＯ１２のみならず分周回路１３も含んでいる。
【００２４】
ＰＬＬ回路７の帰還経路に設けられた位相調整回路１４は、駆動信号とモニタ信号の位相差が９０°のときに位相比較回路１０に入力される２つの信号の位相が一致するように、分周回路１３から出力される信号の位相を調整して位相比較回路１０に入力する。この位相調整量は、駆動信号とモニタ信号の位相差を基本調整量として、増幅回路５、波形整形回路６およびＡＧＣ回路９の位相遅れなども考慮してほぼ９０°の遅れに設定されている。位相調整回路１４は、クロックに同期して動作する所定数のフリップフロップが縦続接続されてなるシフトレジスタから構成されている。
【００２５】
位相比較回路１０は、その非反転側端子に入力される波形整形回路６の出力信号と、反転側端子に入力される位相調整回路１４の出力信号との間の位相差を検出し、その位相差検出信号をＮビット（Ｎ＞１）のデジタル値として出力する。ループフィルタであるローパスフィルタ１１（第２ローパスフィルタ）は、積分回路１１ａと増幅回路１１ｂとから構成されており、駆動角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有している。ＤＣＯ１２は、例えばリングオシレータから構成されており、ローパスフィルタ１１の出力信号に応じた角周波数を持つ矩形波信号を出力する。この矩形波信号は駆動信号に対し逓倍された信号であるため、分周回路１３を用いて分周する。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器８は、増幅回路５で増幅されたモニタ信号のｐ−ｐ（peak-to-peak）値をデジタル値に変換する。ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路９は、マイクロジャイロセンサの感度を一定に保持するため、増幅回路５で増幅されたモニタ信号の振幅が一定となるように利得を自動調整して駆動信号を出力する。その結果、振動子１は、第１方向に振動を継続する。
【００２７】
検出回路４は、増幅回路１５、Ａ／Ｄ変換器１６、同期検波回路１７、ローパスフィルタ１８および位相調整回路１９から構成されている。このうち同期検波回路１７、ローパスフィルタ１８および位相調整回路１９は、デジタル回路により構成されている。増幅回路１５は、検出電極から出力される互いに逆相のセンス信号を差動増幅し、Ａ／Ｄ変換器１６はその増幅信号を一定時間間隔でサンプリングしデジタル値に変換する。
【００２８】
位相調整回路１９は、ＡＧＣ回路９の位相遅れの影響を含め、振動子１の共振角周波数に対し、振動子１の駆動信号とセンス信号の位相が一致するように分周回路１３の出力信号の位相を調整した基準信号を出力する。その構成は、位相調整回路１４と同様である。同期検波回路１７は、Ａ／Ｄ変換されたセンス信号を上記基準信号を用いて同期検波する。ローパスフィルタ１８（第１ローパスフィルタ）は、角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ駆動角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を有している。同期検波回路１７から出力される検波信号をローパスフィルタ１８に通すことにより、駆動角周波数の変化周波数を含む高周波のノイズ成分が除去された角速度信号を得ることができる。
【００２９】
次に、図２および図３も参照しながら本実施形態の作用を説明する。
はじめに、励振系である駆動回路３の作用について説明する。図２は、駆動回路３の信号波形図である。上から順に（ａ）駆動信号の角周波数Ω（駆動角周波数）、（ｂ）駆動信号の位相Φ、（ｃ）位相差検出信号、（ｄ）積分回路１１ａの出力信号を示している。
【００３０】
駆動回路３は、安定振動時において、振動子１の共振角周波数Ω０を中心として角速度の検出範囲の上限値（検出可能な最大角速度）よりも高い一定の周波数ωで一定の幅Ａだけ変化する角周波数Ω（駆動角周波数Ω）を持つ駆動信号を出力する。変化周波数ωは、当然に駆動角周波数Ω以下である。一例として、共振角周波数Ω０は数十ｋＨｚ、角速度の検出範囲の上限値は数十Ｈｚ、駆動角周波数Ωの変化周波数ωは数百Ｈｚ、変化幅Ａは±数Ｈｚである。これを式で表すと（１）式のようになる。この場合、駆動角周波数Ωの平均値は共振角周波数Ω０に等しくなる。
【００３１】
Ω＝Ａ・ｓｉｎ（ω・ｔ＋α）＋Ω０ …（１）
ここで、
Ａ：駆動角周波数の変化幅（振幅）[rad/s]
ω：駆動角周波数の変化周波数[rad/s]
α：駆動角周波数の変化位相[rad]
Ω０：共振角周波数[rad/s]
【００３２】
一般に、周期信号の角周波数Ω[rad/s]と位相Φ[rad]との間には（２）式で示す関係が成立する。
ｄΦ／ｄｔ＝Ω …（２）
【００３３】
（２）式に（１）式を適用して駆動角周波数Ωを積分すれば、駆動信号の位相Φは（３）式のようになる。Ｃは定数である。
Φ＝（Ａ／ω）・ｓｉｎ（ω・ｔ−π／２＋α）＋Ω０・ｔ＋Ｃ …（３）
【００３４】
この（３）式によれば、駆動信号の位相Φは、図２（ｂ）に示すように駆動信号の角周波数Ωに対し位相が９０°遅れ、振幅が１／ωになる。なお、（３）式に含まれるΩ０・ｔの項は、位相比較回路１０における位相比較処理により消滅するので図２（ｂ）には示していない。
【００３５】
振動子１の時定数は、変化周波数ωの逆数である変化時定数に対して大きいので、振動子１の駆動電極に上記駆動信号を与えると、振動子１は駆動角周波数Ωの中心角周波数である共振角周波数Ω０で振動する。従って、共振時におけるモニタ信号の位相は、駆動信号に対して９０°遅れるが、駆動角周波数Ωの周波数ωによる変化によっては殆ど変化しない。その結果、モニタ信号の９０°の位相遅れは位相調整回路１４の９０°の位相遅れと相殺され、位相比較回路１０は、図２（ｃ）に示すように駆動信号の位相Φに対し１８０°の位相差を持つ位相差検出信号を出力する。
【００３６】
位相差検出信号は、ローパスフィルタ１１の積分回路１１ａを通過することにより、図２（ｄ）に示すように位相が９０°遅れ、振幅が１／ωになる。その後、増幅回路１１ｂによりＫ倍の利得が与えられる。ＤＣＯ１２は、ローパスフィルタ１１の出力信号に応じた角周波数を持つ矩形波信号を出力し、分周回路１３とＡＧＣ回路９を経て駆動信号が形成される。
【００３７】
この場合、変化周波数ωに対するＰＬＬ回路７の開ループ伝達関数の位相は、ローパスフィルタ１１と位相調整回路１４とで合わせて−１８０°となる。一方、開ループ伝達関数の利得は、ローパスフィルタ１１でＫ／ω、ＤＣＯ１２で１／ωとなり、全体としてＫ／ω2となる。従って、増幅回路１１ｂのゲインＫを適当に与えて、所望の変化周波数ωにおける開ループ利得Ｋ／ω2を１とすることにより、他の信号を用いることなく、駆動信号の角周波数Ωを周波数ωで持続的に変化させることができる。
【００３８】
続いて、同期検波を実行する検出回路４の作用について説明する。図３は、検出回路４の信号波形図である。理解を容易にするため角速度信号とノイズ信号を分けており、上から順に（ａ）センス信号（角速度信号）、（ｂ）センス信号（ノイズ信号）、（ｃ）基準信号、（ｄ）検波信号（角速度信号）、（ｅ）検波信号（ノイズ信号）、（ｆ）ローパスフィルタ１８の出力信号（角速度信号）、（ｇ）ローパスフィルタ１８の出力信号（ノイズ信号）を示している。
【００３９】
センス信号には、マイクロジャイロセンサに加わった角速度に対応した（ａ）角速度信号と（ｂ）ノイズ信号が含まれる。共振状態では、角速度信号の位相は駆動信号の位相と一致し、ノイズ信号の位相は駆動信号の位相に対し９０°ずれる。このため、同期検波回路１７において、駆動信号に基づいて生成される（ｃ）基準信号を用いてセンス信号を同期検波することにより角速度信号だけを抽出することができる。
【００４０】
ところで、上述したように駆動信号の角周波数Ωは、一定の周波数ωで一定の幅Ａだけ変化する。そこで、この駆動角周波数Ωの変化が角速度の検出精度に悪影響を与えないことを以下で説明する。
【００４１】
駆動信号の角周波数Ωが変化すると位相Φも変化するため、センス信号の同期検波はその分だけ理想のタイミングからずれて行われる。その結果、（ｄ）角速度信号の検波信号および（ｅ）ノイズ信号の検波信号は歪んだものになる。そこで、ローパスフィルタ１８の遮断角周波数を、検出する角速度の上限値よりも高く、ノイズ信号の角周波数および駆動角周波数Ωの変化周波数ωよりも低い角周波数に設定する。これにより、ノイズ信号および上記歪成分を同時に除去することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の駆動回路３は、振動子１の共振角周波数を中心として、検出しようとする角速度の最大値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により振動子１を励振する。これにより、デジタル構成のＰＬＬ回路７を採用して駆動回路３が出力する駆動信号の角周波数が離散値となる場合でも、振動子１を共振角周波数で励振することができる。その結果、駆動信号の角周波数が振動子１の共振角周波数からずれることにより生じる感度の低下および検出精度の低下を防止できる。
【００４３】
一方、検出回路４は、センス信号を同期検波して得られる検波信号を、検出しようとする角速度の最大値よりも高く且つ駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つローパスフィルタ１８に通過させる。これにより、駆動信号の角周波数を変化させることにより生じる検波信号の歪を除去することができ、検出精度の低下を防止することができる。
【００４４】
本実施形態で用いる駆動角周波数の平均値は振動子１の共振角周波数に等しいので、振動子１をより高精度に共振角周波数で励振することができる。また、駆動角周波数の変化周波数および変化幅を一定としたので、振動子１を共振角周波数で安定して励振することができる。
【００４５】
駆動角周波数の変化周波数に対して、ＰＬＬ回路７の開ループ伝達関数の利得を１、位相を−１８０°に設定したので、ＤＣＯ１２の発振周波数を積極的に変化させる補助信号等を用いることなく、駆動角周波数を当該変化周波数で持続的に振らせることができる。
【００４６】
センサ回路２は、上記駆動回路３を採用することにより、感度および検出精度を低下させることなく、ＰＬＬ回路７、同期検波回路１７などの主要部をデジタル回路で構成できる。このため、アナログ回路で構成した従来のセンサ回路に比べ、センサチップにおけるセンサ回路２の実装面積を縮小できる。また、今後の半導体プロセスの微細化に伴い、センサ回路２の実装面積を一層縮小することが期待できる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
本発明は、デジタル回路を採用するなどして駆動信号の角周波数が離散値とならざるを得ない構成において特に有効であるが、駆動信号の角周波数が連続値となる場合であっても適用可能である。
【００４８】
（１）式に示すように駆動角周波数を正弦波に従って変化させたが、矩形波など他の波形に従って変化させてもよい。この場合には、変化波形の基本周波数を角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数とし、第１ローパスフィルタの遮断角周波数を角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ変化波形の基本周波数よりも低く設定すればよい。
【００４９】
上記実施形態では、所定の位相条件および利得条件を満たすようにＰＬＬ回路７を設定することにより、駆動角周波数を当該条件を満たす周波数で自励的に変化させることができる。しかしながら、他の信号を用いてＤＣＯ１２の発振周波数を他励的に変化させてもよい。
【００５０】
位相調整回路１４に、シフトレジスタの各段の出力信号を選択するセレクタを設け、位相調整量を変更可能に構成してもよい。
本発明は、振動方式にかかわらず振動型ジャイロセンサ一般に適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１は振動子、２はセンサ回路（角速度検出装置）、３は駆動回路（駆動手段）、４は検出回路（センス手段）、７はＰＬＬ回路、１０は位相比較回路、１１はローパスフィルタ（第２ローパスフィルタ）、１２はＤＣＯ（発振回路）、１４は位相調整回路、１８はローパスフィルタ（第１ローパスフィルタ）である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により前記振動子を第１方向に励振し、その励振状態に応じて得られるモニタ信号に基づいて前記振動子を持続的に振動させる駆動手段と、
前記振動子の第１方向と直交する第２方向の振動状態に応じて得られるセンス信号を前記駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波し、その検波信号を前記角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ前記駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つ第１ローパスフィルタを通して角速度を検出するセンス手段とを備えていることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記駆動信号の角周波数の平均値が前記振動子の共振角周波数に等しくなるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記駆動信号の角周波数の変化周波数および変化幅が一定となるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１または２記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、角周波数が離散値を持つ駆動信号により前記振動子を励振することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記駆動信号が前記モニタ信号に対し９０°の進み位相となるように位相調整を行うＰＬＬ回路を備えており、前記駆動信号の角周波数の変化周波数における前記ＰＬＬ回路の開ループ伝達関数の位相が−１８０°、利得が１であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の角速度検出装置。
【請求項６】
前記ＰＬＬ回路は、
帰還経路に設けられて前記駆動信号の位相をほぼ９０°遅らせる位相調整回路と、
前記モニタ信号と前記位相調整回路を通過した駆動信号との位相差を出力する位相比較回路と、
前記駆動信号の角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有し前記位相差を入力とする第２ローパスフィルタと、
前記第２ローパスフィルタの出力信号に応じた角周波数を持つ前記駆動信号を出力する発振回路とを備えていることを特徴とする請求項５記載の角速度検出装置。
【請求項７】
前記ＰＬＬ回路は、デジタル回路により構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の角速度検出装置。
【請求項１】
振動子の共振角周波数を中心として角速度の検出範囲の上限値よりも高い周波数で変化する角周波数を持つ駆動信号により前記振動子を第１方向に励振し、その励振状態に応じて得られるモニタ信号に基づいて前記振動子を持続的に振動させる駆動手段と、
前記振動子の第１方向と直交する第２方向の振動状態に応じて得られるセンス信号を前記駆動信号に基づいて生成される基準信号により同期検波し、その検波信号を前記角速度の検出範囲の上限値よりも高く且つ前記駆動信号の角周波数の変化周波数よりも低い遮断角周波数を持つ第１ローパスフィルタを通して角速度を検出するセンス手段とを備えていることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記駆動信号の角周波数の平均値が前記振動子の共振角周波数に等しくなるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記駆動信号の角周波数の変化周波数および変化幅が一定となるように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１または２記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、角周波数が離散値を持つ駆動信号により前記振動子を励振することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記駆動信号が前記モニタ信号に対し９０°の進み位相となるように位相調整を行うＰＬＬ回路を備えており、前記駆動信号の角周波数の変化周波数における前記ＰＬＬ回路の開ループ伝達関数の位相が−１８０°、利得が１であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の角速度検出装置。
【請求項６】
前記ＰＬＬ回路は、
帰還経路に設けられて前記駆動信号の位相をほぼ９０°遅らせる位相調整回路と、
前記モニタ信号と前記位相調整回路を通過した駆動信号との位相差を出力する位相比較回路と、
前記駆動信号の角周波数の変化周波数よりも高い遮断角周波数を有し前記位相差を入力とする第２ローパスフィルタと、
前記第２ローパスフィルタの出力信号に応じた角周波数を持つ前記駆動信号を出力する発振回路とを備えていることを特徴とする請求項５記載の角速度検出装置。
【請求項７】
前記ＰＬＬ回路は、デジタル回路により構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の角速度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１３７１７（Ｐ２０１３−１１３７１７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０２１１（Ｐ２０１１−２６０２１１）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]