電荷電圧変換回路、検出装置及び電子機器
【課題】電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上する電荷電圧変換回路、検出装置及び電子機器等を提供すること。
【解決手段】電荷電圧変換回路は、キャパシターＣ１と、差動電流信号を構成する第１の信号ＩＳＰが供給される第１の入力ノードＮＩ１と、キャパシターＣ１の一端側のノードである第１のノードＮ１との間に設けられる第１の入力用スイッチ素子ＮＩ１と、差動電流信号を構成する第２の信号ＩＳＭが供給される第２の入力ノードＮＩ２と、第１のノードＮ１との間に設けられる第２の入力用スイッチ素子ＮＩ２と、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための出力用スイッチ素子ＳＱ１と、を含む。
【解決手段】電荷電圧変換回路は、キャパシターＣ１と、差動電流信号を構成する第１の信号ＩＳＰが供給される第１の入力ノードＮＩ１と、キャパシターＣ１の一端側のノードである第１のノードＮ１との間に設けられる第１の入力用スイッチ素子ＮＩ１と、差動電流信号を構成する第２の信号ＩＳＭが供給される第２の入力ノードＮＩ２と、第１のノードＮ１との間に設けられる第２の入力用スイッチ素子ＮＩ２と、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための出力用スイッチ素子ＳＱ１と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷電圧変換回路、検出装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やカーナビゲーションシステム等の電子機器には、角速度等の物理量を検出するためのジャイロセンサーが組み込まれている。このジャイロセンサーは、例えば手振れ補正や姿勢制御、ＧＰＳ自律航法等に用いられる。
【０００３】
近年、ジャイロセンサーの１つとして圧電型の振動ジャイロセンサーが注目されている。この振動ジャイロセンサーは、角速度レベルを振幅とする差動電流信号を検出信号として出力する。そして、ジャイロセンサーの検出装置は、その差動電流信号を電圧信号に電荷電圧変換（例えば特許文献１、２）し、その電圧信号をＡ／Ｄ変換して角速度レベルに応じたデジタルデータを出力する（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２１２７４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２１２２号公報
【特許文献３】特開２００８−２２４２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電荷電圧変換回路に演算増幅器等のアクティブな回路が含まれる場合、そのアクティブな回路が発生するノイズにより、電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎが劣化するという課題がある。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上する電荷電圧変換回路、検出装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、キャパシターと、差動電流信号を構成する第１の信号が供給される第１の入力ノードと、前記キャパシターの一端側のノードである第１のノードとの間に設けられる第１の入力用スイッチ素子と、前記差動電流信号を構成する第２の信号が供給される第２の入力ノードと、前記第１のノードと、の間に設けられる第２の入力用スイッチ素子と、前記キャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための出力用スイッチ素子と、を含む電荷電圧変換回路に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、第１の入力用スイッチ素子がオンすることでキャパシターが第１の信号によりチャージされ、第２の入力用スイッチ素子がオンすることでキャパシターが第２の信号によりチャージされる。そして、出力用スイッチ素子がオンすることで、キャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号が出力される。これにより、電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上すること等が可能になる。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、前記差動電流信号の搬送波信号の周波数に同期した周波数のクロックによりオン・オフ制御されてもよい。
【００１０】
このようにすれば、差動電流信号の搬送波信号の周波数に同期した周波数で、キャパシターを差動電流信号によりチャージできる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記クロックの周波数は、前記搬送波信号の周波数と同じであってもよい。
【００１２】
このようにすれば、差動電流信号の搬送波信号の周波数と同じ周波数のクロックにより第１，第２の入力用スイッチ素子をオン・オフ制御できる。これにより、搬送波信号により伝送される所望信号の検波が可能になる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、逆相の前記クロックにより、排他的にオン・オフ制御されてもよい。
【００１４】
このようにすれば、第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてキャパシターを第１の信号によりチャージし、第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてキャパシターを第２の信号によりチャージできる。
【００１５】
また、本発明の一態様では、第１の期間において、前記第１の入力用スイッチ素子がオフになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになり、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第１の入力用スイッチ素子がオンになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオフになり、前記出力用スイッチ素子は、前記第１の期間と前記第２の期間を合わせた期間を少なくとも１回繰り返した後に、オンになってもよい。
【００１６】
このようにすれば、第１の入力用スイッチ素子と第２の入力用スイッチ素子を排他的にオン・オフ制御することができる。
【００１７】
また、本発明の一態様では、グランド電圧が供給されるグランドノードと、前記キャパシターの他端側のノードである第２のノードとの間に設けられる第１のグランド用スイッチ素子と、前記グランドノードと、前記第１のノードとの間に設けられる第２のグランド用スイッチ素子と、を含み、前記第１のグランド用スイッチ素子は、前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間及び、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、前記第２のグランド用スイッチ素子は、前記出力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになってもよい。
【００１８】
このようにすれば、第１，第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間において第１のグランド用スイッチ素子をオンにすることで、キャパシターをチャージできる。また、出力用スイッチ素子がオンになる期間において第２のグランド用スイッチ素子をオンにすることでキャパシターの電荷に対応する電圧を出力できる。
【００１９】
また、本発明の一態様では、第２のキャパシターと、前記第１の入力ノードと、前記第２のキャパシターの一端側のノードである第３のノードとの間に設けられる第３の入力用スイッチ素子と、前記第２の入力ノードと、前記第３のノードとの間に設けられる第４の入力用スイッチ素子と、前記第２のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第２の出力用スイッチ素子と、を含んでもよい。
【００２０】
このようにすれば、第３，第４の入力用スイッチ素子がオンすることで、それぞれ第１，第２の電流信号により第２のキャパシターをチャージできる。そして、第２の出力用スイッチ素子がオンすることで、第２のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力できる。
【００２１】
また、本発明の一態様では、前記第３の入力用スイッチ素子は、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、前記第４の入力用スイッチ素子は、前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになってもよい。
【００２２】
このようにすれば、キャパシター第２の信号によりチャージされる間に第２のキャパシターを第１の信号によりチャージでき、キャパシターが第１の信号によりチャージされる間に第２のキャパシターを第２の信号によりチャージできる。
【００２３】
また、本発明の一態様では、第３のキャパシターと、前記第１の入力ノードと、前記第３のキャパシターの一端側のノードである第５のノードとの間に設けられる第５の入力用スイッチ素子と、前記第２の入力ノードと、前記第５のノードとの間に設けられる第６の入力用スイッチ素子と、前記第３のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第３の出力用スイッチ素子と、を含んでもよい。
【００２４】
このようにすれば、第５，第６の入力用スイッチ素子がオンすることで、それぞれ第１、第２の信号により第３のキャパシターをチャージできる。そして、第３の出力用スイッチ素子がオンすることで、第３のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力できる。
【００２５】
また、本発明の一態様では、前記第３のキャパシターは、前記キャパシターが前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子によりチャージされる第１のチャージ期間と次の第２のチャージ期間との間の期間において、前記第５の入力用スイッチ素子と前記第６の入力用スイッチ素子によりチャージされてもよい。
【００２６】
このようにすれば、キャパシターに対する第１のチャージ期間と第２のチャージ期間との間の期間において、第３のキャパシターをチャージできる。
【００２７】
また、本発明の一態様では、前記差動電流信号は、センサーデバイスから供給される電流信号であってもよい。
【００２８】
このようにすれば、出力信号として差動電流信号を出力する種々のセンサーデバイスからの出力信号を電荷電圧変換できる。
【００２９】
また、本発明の一態様では、前記センサーデバイスは、駆動信号により駆動され、前記駆動信号の周波数に同期した搬送波信号により所望信号を伝送する前記差動電流信号を出力し、前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、前記駆動信号に基づくクロックによりオン・オフ制御されてもよい。
【００３０】
このようにすれば、第１，第２の入力用スイッチ素子が駆動信号に基づくクロックによりオン・オフ制御されることで、駆動信号の周波数に同期した搬送波信号により伝送される所望信号を検波することが可能になる。
【００３１】
また、本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の電荷電圧変換回路を含む検出装置に関係する。
【００３２】
また、本発明のさらに他の態様は、上記に記載の検出装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態の比較例。
【図２】電荷電圧変換回路の基本構成例。
【図３】電荷電圧変換回路の基本構成例の信号波形例。
【図４】電荷電圧変換回路の構成例。
【図５】電荷電圧変換回路の構成例の第１の信号波形例。
【図６】電荷電圧変換回路の構成例の第１の周波数特性例。
【図７】電荷電圧変換回路の構成例の第２の信号波形例。
【図８】電荷電圧変換回路の構成例の第２の周波数特性例。
【図９】電荷電圧変換回路の変形例。
【図１０】電荷電圧変換回路の変形例の信号波形例。
【図１１】検出装置の構成例。
【図１２】検出装置の信号波形例。
【図１３】Ａ／Ｄ変換回路の詳細な構成例。
【図１４】Ａ／Ｄ変換回路の信号波形例。
【図１５】電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３５】
１．比較例
まず、図１を用いて本実施形態の比較例について説明する。図１に示す比較例は、センサーデバイスＳＤＡ、電荷電圧変換回路ＱＶＡ、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡを含む。
【００３６】
センサーデバイスＳＤＡは、例えば水晶振動子を用いた圧電型の振動ジャイロセンサーであり、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを出力する。電荷電圧変換回路ＱＶＡは、この差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをＱＶ変換して差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭを出力する。この電荷電圧変換回路ＱＶＡは、演算増幅器ＯＰＡと抵抗素子ＲＡ１，ＲＡ２とキャパシターＣＡ１，ＣＡ２により構成される積分回路である。
【００３７】
このように演算増幅器ＯＰＡを用いてＱＶ変換を行う場合、差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭには演算増幅器ＯＰＡからのノイズが出力される。例えば、そのノイズとして、演算増幅器ＯＰＡに含まれるトランジスターが発生する１／ｆノイズ等が出力される。このように、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡの前段に演算増幅器ＯＰＡがあると、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡに入力される差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭのＳ／Ｎが劣化してしまい、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号のＳ／Ｎも劣化するという課題がある。あるいは、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡの前段に、ノイズを低減するためのフィルター回路が必要になるという課題がある。
【００３８】
２．電荷電圧変換回路の基本構成例
図２に、演算増幅器を含まず、スイッチ素子とキャパシターにより構成される本実施形態の電荷電圧変換回路の基本構成例を示す。この電荷電圧変換回路は、キャパシターＣ１、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２、出力用スイッチ素子ＳＱ１、第１のグランド用スイッチ素子ＳＧ１、第２のグランド用スイッチ素子ＳＧ２を含む。
【００３９】
具体的には、第１の入力ノードＮＩ１には、第１の電流信号ＩＳＰが入力され、第２の入力ノードＮＩ２には、第２の電流信号ＩＳＭが入力される。これらの電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭは、センサーデバイスからの差動電流信号を構成する信号であり、例えば図１１で後述するセンサーデバイス１０から入力される。
【００４０】
第１のノードＮ１と第２のノードＮ２との間には、キャパシターＣ１が設けられる。そして、入力ノードＮＩ１とノードＮ１との間には、入力用スイッチ素子ＳＩ１が設けられ、入力ノードＮＩ２とノードＮ１との間には、入力用スイッチ素子ＳＩ２が設けられる。ノードＮ２とグランドノードＮＧとの間にはグランド用スイッチ素子ＳＧ１が設けられる。これらのスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＧ１は、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりキャパシターＣ１をチャージするためのスイッチ素子であり、例えばＣＭＯＳトランジスターにより構成される。
【００４１】
ノードＮ２と出力ノードＮＱ１との間には、出力用スイッチ素子ＳＱ１が設けられる。ノードＮ１とグランドノードＮＧとの間には、グランド用スイッチ素子ＳＧ２が設けられる。これらのスイッチ素子ＳＱ１，ＳＧ２は、キャパシターＣ１によりＱＶ変換された電圧信号ＶＱＰを出力するためのスイッチ素子であり、例えばＣＭＯＳトランジスターにより構成される。
【００４２】
なお、グランドノードＮＧには、例えば０Ｖ等のグランド電圧が供給される。あるいは、グランドノードＮＧには、基準電圧として０Ｖ以外の電圧が供給されてもよい。
【００４３】
上記の電荷電圧変換回路によれば、演算増幅器を用いることなく差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのＱＶ変換（電荷電圧変換）を行うことができる。また、この電荷電圧変換回路は、バンドパスフィルターやローパスフィルターとして機能することが可能であり、スイッチ素子のオン・オフ制御を変更することにより周波数特性を変更可能である。
【００４４】
３．基本動作例
次に、図３を用いて上記の電荷電圧変換回路の動作について説明する。図３には、バンドパスフィルターとして機能させる場合の信号波形例を示す。なお以下では、電流信号ＩＳＰがノードＮＩ１からノードＮ１に向かって流れる場合に、電流信号ＩＳＰは正の電流信号であるとする。また、電流信号ＩＳＭがノードＮＩ２からノードＮ１に向かって流れる場合に、電流信号ＩＳＭは正の電流信号であるとする。
【００４５】
図３のＡ１に示すように、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭは、キャリア信号（搬送波信号）により所望信号を伝送する信号であり、所望信号は、検波によりキャリア信号の振幅を信号として取り出すことで取得される信号である。そして、上述のスイッチ素子は、この差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのキャリア信号の周波数に同期してオン・オフ制御される。
【００４６】
具体的には、Ａ２に示すように、電流信号ＩＳＭが負である期間においてクロックＣＫ２がアクティブ（第１の論理レベル）になり、スイッチ素子ＳＩ２がオンし、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされる。次に、Ａ３に示すように、電流信号ＩＳＰが負である期間においてクロックＣＫ１がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１がオンし、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＰによりチャージされる。Ａ４に示すように、キャパシターＣ１がチャージされる期間において、クロックＣＫ３がアクティブになり、スイッチ素子ＳＧ１がオンする。そして、Ａ５に示すように、キャパシターＣ１がチャージされる期間が終了した後にクロックＣＫ４がアクティブになり、スイッチＳＱ１，ＳＧ２がオンになり、電圧信号ＶＱＰが出力される。
【００４７】
なお、センサーデバイスが圧電式の振動ジャイロセンサーである場合、ジャイロセンサーの回転方向が反転すると差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの位相は１８０度回転する。すなわち、図３に示す差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭが反時計回りの場合の信号であるとすると、時計回りの場合には、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭが正である期間においてスイッチ素子ＳＩ２，ＳＩ１がオンすることになる。
【００４８】
さて上述のように、演算増幅器を用いてＱＶ変換を行うと、その演算増幅器が出力するノイズによって、次段のＡ／Ｄ変換回路に入力される電圧信号のＳ／Ｎが劣化してしまうという課題がある。
【００４９】
この点、本実施形態の電荷電圧変換回路は、図２に示すように、キャパシターＣ１と、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２と、出力用スイッチ素子ＳＱ１を含む。そして、スイッチ素子ＳＩ１は、差動電流信号を構成する第１の信号ＩＳＰが供給される第１の入力ノードＮＩ１と、キャパシターＣ１の一端側のノードである第１のノードＮ１との間に設けられる。スイッチ素子ＳＩ２は、差動電流信号を構成する第２の信号ＩＳＭが供給される第２の入力ノードＮＩ２と、第１のノードＮ１との間に設けられる。スイッチ素子ＳＱ１は、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＰを出力するためのスイッチ素子である。
【００５０】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ１がオンすることでキャパシターＣ１が電流信号ＩＳＰによりチャージされ、スイッチ素子ＳＩ２がオンすることでキャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされる。そして、スイッチ素子ＳＱ１がオンすることで、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＰが出力される。ここで、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号とは、電荷をＱとした場合に、ＶＱＰ＝Ｑ／Ｃ１により表される電圧信号である。
【００５１】
これにより、演算増幅器を用いることなく差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをＱＶ変換できるため、ＱＶ変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上すること等が可能になる。また、図４〜図８で後述するように、スイッチ素子のオン・オフ制御を変更することにより容易に周波数特性を変更できる。
【００５２】
また、本実施形態では、図３に示すように、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２は、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの搬送波信号（キャリア信号）の周波数に同期した周波数のクロックＣＫ１，ＣＫ２によりオン・オフ制御される。
【００５３】
このようにすれば、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの搬送波信号の周波数に同期した周波数で、キャパシターＣ１が差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりチャージされる。
【００５４】
より具体的には、本実施形態では、クロックＣＫ１，ＣＫ２の周波数は、搬送波信号の周波数と同じ周波数である。
【００５５】
このようにすれば、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの搬送波信号の周波数と同じ周波数のクロックＣＫ１，ＣＫ２によりスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２をオン・オフ制御できる。これにより、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを検波し、搬送波信号により伝送される所望信号を抽出できる。ここで、クロックＣＫ１，ＣＫ２の周波数とは、例えば図３に示すようにキャパシターＣ１をチャージする期間Ｔ１における周波数である。
【００５６】
また、本実施形態では、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２は、逆相のクロックＣＫ１，ＣＫ２により、排他的にオン・オフ制御される。
【００５７】
このようにすれば、キャパシターＣ１が差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭにより交互にチャージされるため、図６等で後述するようにバンドパスフィルターのフィルター特性を実現できる。ここで、逆相とは、クロックＣＫ１，ＣＫ２の位相が１８０度異なることである。また、排他的にオン・オフ制御されるとは、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２の一方のスイッチ素子がオンになる期間において他方のスイッチ素子がオフになることである。
【００５８】
また、本実施形態では、図３のＡ２に示すように、第１の期間において、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオフになり、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオンになる。Ａ３に示すように、第１の期間に続く第２の期間において、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオンになり、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオフになる。そして、Ａ５に示すように、出力用スイッチ素子ＳＱ１は、第１の期間と第２の期間を合わせた期間を少なくとも１回（例えば２回）繰り返した後に、オンになる。
【００５９】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２を排他的にオン・オフ制御できる。また、そのオン・オフ制御の後に出力用スイッチ素子をオンすることで、そのオン・オフ制御によりチャージされたキャパシターＣ１の電荷に対応する電圧信号を出力できる。
【００６０】
また、本実施形態の電荷電圧変換回路は、図２に示すように、第１のグランド用スイッチ素子ＳＧ１と、第２のグランド用スイッチ素子ＳＧ２を含む。スイッチ素子ＳＧ１は、グランド電圧が供給されるグランドノードＮＧと、キャパシターＣ１の他端側のノードである第２のノードＮ２との間に設けられる。スイッチ素子ＳＧ２は、グランドノードＮＧと第１のノードＮ１との間に設けられる。そして、図３のＡ４に示すように、スイッチ素子ＳＧ１は、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオンになる期間及び、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオンになる期間においてオンになる。Ａ５に示すように、スイッチ素子ＳＧ２は、出力用スイッチ素子ＳＱ１がオンになる期間においてオンになる。
【００６１】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＧ１を、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２がオンになる期間においてオンにすることで、グランド電圧を基準としてキャパシターＣ１をチャージできる。また、スイッチ素子ＳＧ２を、出力用スイッチ素子ＳＱ１がオンになる期間においてオンにすることで、グランド電圧を基準としてキャパシターＣ１の電荷に対応する電圧を出力できる。
【００６２】
なお、図２に示すスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＱ１，ＳＧ１，ＳＧ２は、例えば図示しない制御部からのクロック信号ＣＫ１〜ＣＫ４によりオン・オフ制御される。例えば、クロック信号ＣＫ１〜ＣＫ４は図１１で後述する同期信号ＣＬＫに基づいて生成される。
【００６３】
４．電荷電圧変換回路の詳細な構成例
図４に、電荷電圧変換回路の構成例を示す。この電荷電圧変換回路は、第１〜第４の変換部ＱＶ１〜ＱＶ４を含む。
【００６４】
変換部ＱＶ１は、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングして電圧信号ＶＱＰを出力する。この変換部ＱＶ１は、第１のキャパシターＣ１、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２、第１の出力用スイッチ素子ＳＱ１、第１のグランド用スイッチ素子ＳＧ１、第２のグランド用スイッチ素子ＳＧ２、第１のリセット用スイッチＳＲ１を含む。
【００６５】
変換部ＱＶ２は、変換部ＱＶ１と同じ期間において差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングし、電圧信号ＶＱＭを出力する。電圧信号ＶＱＰとＶＱＭは、差動電圧信号を構成する信号である。この変換部ＱＶ２は、第２のキャパシターＣ１、第３の入力用スイッチ素子ＳＩ３、第４の入力用スイッチ素子ＳＩ４、第２の出力用スイッチ素子ＳＱ２、第３のグランド用スイッチ素子ＳＧ３、第４のグランド用スイッチ素子ＳＧ４、第２のリセット用スイッチＳＲ２を含む。
【００６６】
変換部ＱＶ３は、変換部ＱＶ１と交互にサンプリングを行う。すなわち、変換部ＱＶ３は、変換部ＱＶ１が電圧信号ＶＱＰを出力する期間において差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングする。この変換部ＱＶ３は、第３のキャパシターＣ１、第５の入力用スイッチ素子ＳＩ５、第６の入力用スイッチ素子ＳＩ６、第３の出力用スイッチ素子ＳＱ３、第５のグランド用スイッチ素子ＳＧ５、第６のグランド用スイッチ素子ＳＧ６、第３のリセット用スイッチＳＲ３を含む。
【００６７】
変換部ＱＶ４は、変換部ＱＶ２と交互にサンプリングを行う。すなわち、変換部ＱＶ４は、変換部ＱＶ２が電圧信号ＶＱＭを出力する期間において差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングする。この変換部ＱＶ４は、第４のキャパシターＣ４、第７の入力用スイッチ素子ＳＩ７、第８の入力用スイッチ素子ＳＩ８、第４の出力用スイッチ素子ＳＱ４、第７のグランド用スイッチ素子ＳＧ７、第８のグランド用スイッチ素子ＳＧ８、第４のリセット用スイッチＳＲ４を含む。
【００６８】
５．第１の動作例
次に、上記の電荷電圧変換回路をバンドパスフィルターとして機能させる場合の動作例について説明する。図５に、この場合における信号波形例を示す。
【００６９】
図５のＢ１に示すように、クロックＣＫ２がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ３がオンする。このとき、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされ、キャパシターＣ２が電流信号ＩＳＰによりチャージされる。すなわち、Ｃ１とＣ２は逆極性の電流によりチャージされる。次にＢ２に示すように、クロックＣＫ１がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ２，ＳＩ４がオンし、キャパシターＣ１，Ｃ２がそれぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりチャージされる。そして、再びクロックＣＫ２，ＣＫ１が順次アクティブになる。Ｂ３に示すように、このキャパシターＣ１，Ｃ２をチャージする期間Ｔ１において、クロックＣＫ３がアクティブになり、スイッチ素子ＳＧ１，ＳＧ３がオンになる。
【００７０】
次に、Ｂ４に示すように、クロックＣＫ４がアクティブになり、スイッチ素子ＳＱ１，ＳＧ２，ＳＱ２，ＳＧ４がオンになり、キャパシターＣ１，Ｃ２の電荷に対応する電圧が電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭとして出力される。Ｂ５に示すように、クロックＣＫ５がアクティブになり、スイッチ素子ＳＲ１，ＳＲ２がオンになり、キャパシターＣ１，Ｃ２の電荷がリセットされる。
【００７１】
キャパシターＣ３，Ｃ４は、キャパシターＣ１，Ｃ２の電圧出力と電荷リセットを行う期間Ｔ１’において、チャージされる。すなわち、Ｂ６に示すように、クロックＣＫ７がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ６，ＳＩ７がオンし、キャパシターＣ３，Ｃ４がそれぞれ電流信号ＩＳＭ，ＩＳＰによりチャージされる。次に、Ｂ６に示すように、クロックＣＫ６がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ５，ＳＩ８がオンし、キャパシターＣ３，Ｃ４がそれぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりチャージされる。そして、再びクロックＣＫ７，ＣＫ６が順次アクティブになる。Ｂ８に示すように、期間Ｔ１’においてクロックＣＫ８がアクティブになり、スイッチ素子ＳＧ５，ＳＧ７がオンになる。
【００７２】
次に、Ｂ９に示すように、クロックＣＫ９がアクティブになり、スイッチ素子ＳＱ３，ＳＧ６，ＳＱ４，ＳＧ８がオンになり、キャパシターＣ３，Ｃ４の電荷に対応する電圧が電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭとして出力される。Ｂ１０に示すように、クロックＣＫ１０がアクティブになり、スイッチ素子ＳＲ３，ＳＲ４がオンになり、キャパシターＣ３，Ｃ４の電荷がリセットされる。
【００７３】
このようにして、キャパシターＣ１，Ｃ３が交互にサンプリングを行って電圧信号ＶＱＰを出力し、キャパシターＣ２，Ｃ４が交互にサンプリングを行って電圧信号ＶＱＭを出力する。この動作例における電荷電圧変換回路の伝達関数は、下式（１）により表される。
【００７４】
Ｈ＝（１−ｚ−１＋ｚ−２−ｚ−３）／４ ・・・ （１）
図６に、この伝達関数の周波数特性を示す。図６では、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのキャリア周波数が５０ｋＨｚである場合を例に示す。図６のＤ１に示すように、この伝達関数は、キャリア周波数の５０ｋＨｚを通過させるバンドパスフィルターの周波数特性を有する。そのため、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを検波して所望信号を取り出すことが可能である。また、Ｄ２に示すように、８０ｋＨｚ付近にノッチを有する。そのため、８０ｋＨｚ付近に不要信号が存在する場合には、その不要信号を抑制できる。例えば、振動ジャイロセンサーでは、駆動周波数と共鳴周波数との違いにより不要信号が発生するが、本実施形態では、その不要信号を抑制できる可能性がある。
【００７５】
６．第２の動作例
次に、図４で上述の電荷電圧変換回路をローパスフィルターとして機能させる場合の動作例について説明する。図７に、この場合における信号波形例を示す。
【００７６】
図７のＥ１に示すように、クロックＣＫ２は非アクティブ（第２の論理レベル）に設定され、スイッチ素子ＳＩ２，ＳＩ３はオフに設定される。すなわち、キャパシターＣ１は電流信号ＩＳＰだけでチャージされ、キャパシターＣ２は電流信号ＩＳＭだけでチャージされる。また、Ｅ２に示すように、クロックＣＫ７は非アクティブに設定され、キャパシターＣ３，Ｃ４はそれぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭだけでチャージされる。他のクロックやスイッチ素子の動作については上述の動作例と同様である。
【００７７】
この動作例における電荷電圧変換回路の伝達関数は、下式（２）により表される。
【００７８】
Ｈ＝（１＋ｚ−１＋ｚ−２＋ｚ−３）／４ ・・・ （２）
図８に、この伝達関数の周波数特性を示す。図８では、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのキャリア周波数が５０ｋＨｚである場合を例に示す。図８のＦ１に示すように、この伝達関数は、ローパスフィルターの周波数特性を有する。また、Ｆ２に示すように、この伝達関数は、キャリア周波数の５０ｋＨｚを通過させるバンドパスフィルターの周波数特性を有する。そのため、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを検波して所望信号を取り出すことが可能である。このように、スイッチ素子のオン・オフ制御を変更することで、容易に電荷電圧変換回路のフィルター特性を変更できる。
【００７９】
上記実施形態の電荷電圧変換回路は、図４に示すように、第２のキャパシターＣ２と、第３の入力用スイッチ素子ＳＩ３と、第４の入力用スイッチ素子ＳＩ４と、第２の出力用スイッチ素子ＳＱ２を含む。そして、スイッチ素子ＳＩ３は、第１の入力ノードＮＩ１と、第２のキャパシターＣ２の一端側のノードである第３のノードＮ３との間に設けられる。スイッチ素子ＳＩ４は、第２の入力ノードＮＩ２と、第３のノードＮ３との間に設けられる。スイッチ素子ＳＱ２は、第２のキャパシターＣ２に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＭを出力する。
【００８０】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ３，ＳＩ４がオンすることで、それぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりキャパシターＣ２がチャージされる。そして、スイッチ素子ＳＱ２がオンすることで電圧信号ＶＱＭが出力される。これにより、出力信号として差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭを出力することが可能になる。
【００８１】
具体的には本実施形態では、図５のＢ１に示すように、第３の入力用スイッチ素子ＳＩ３は、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオンになる期間においてオンになる。また、Ｂ２に示すように、第４の入力用スイッチ素子ＳＩ４は、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオンになる期間においてオンになる。
【００８２】
このようにすれば、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされる間にキャパシターＣ２が電流信号ＩＳＰによりチャージされ、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＰによりチャージされる間にキャパシターＣ２が電流信号ＩＳＭによりチャージされる。このようにして、差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭを出力することが可能になる。
【００８３】
また本実施形態の電荷電圧変換回路は、図４に示すように、第３のキャパシターＣ３と、第５の入力用スイッチ素子ＳＩ５と、第６の入力用スイッチ素子ＳＩ６と、第３の出力用スイッチ素子ＳＱ３を含む。そして、スイッチ素子ＳＩ５は、第１の入力ノードＮＩ１と、第３のキャパシターＣ３の一端側のノードである第３のノードＮ５との間に設けられる。スイッチ素子ＳＩ６は、第２の入力ノードＮＩ２と、第５のノードＮ５との間に設けられる。スイッチ素子ＳＱ３は、第３のキャパシターＣ３に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＰを出力する。
【００８４】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ５，ＳＩ６がオンすることで、それぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりキャパシターＣ３がチャージされる。そして、スイッチ素子ＳＱ３がオンすることで電圧信号ＶＱＰが出力される。これにより、キャパシターＣ１とＣ３が交互にサンプリングと出力を行うことが可能になる。
【００８５】
具体的には本実施形態では、図５に示すように、第３のキャパシターＣ３は、キャパシターＣ１の第１のチャージ期間Ｔ１と次の第２のチャージ期間Ｔ２との間の期間Ｔ１’において、スイッチ素子ＳＩ５，ＳＩ６によりチャージされる。期間Ｔ１，Ｔ２は、第１のキャパシターＣ１がスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２によりチャージされる期間である。
【００８６】
このようにすれば、キャパシターＣ１とＣ３を交互にチャージできる。これにより、キャパシターＣ１が電圧信号を出力する期間Ｔ１’においても差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングできる。
【００８７】
なお、図４に示すスイッチ素子ＳＩ１〜ＳＩ８，ＳＱ１〜ＳＱ４，ＳＧ１〜ＳＧ８，ＳＲ１〜ＳＲ４は、例えば図示しない制御部からのクロック信号ＣＫ１〜ＣＫ１０によりオン・オフ制御される。例えば、クロック信号ＣＫ１〜ＣＫ１０は図１１で後述する同期信号ＣＬＫに基づいて生成される。
【００８８】
７．電荷電圧変換回路の変形例
図９に、電荷電圧変換回路の変形構成例を示す。この電荷電圧変換回路は、第１〜第４のキャパシターＣ１〜Ｃ４、第１〜第４の入力用スイッチ素子ＳＩ１〜ＳＩ４、第９〜第１２の入力用スイッチ素子ＳＩ９〜ＳＩ１２、第１〜第４の出力用スイッチ素子ＳＱ１〜ＳＱ４、第１〜第８のグランド用スイッチ素子ＳＧ１〜ＳＧ８、第１〜第４のリセット用スイッチ素子ＳＲ１〜ＳＲ４を含む。なお以下では、図４で上述の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８９】
キャパシターＣ１，Ｃ３が交互にサンプリングと出力を行うのは、図４で上述の構成例と同様である。この変形例では、スイッチ素子ＳＩ９，ＳＩ１１がキャパシターＣ１，Ｃ３のいずれのチャージを行うかを選択する。また、スイッチ素子ＳＩ１０，ＳＩ１２はキャパシターＣ２，Ｃ４のいずれのチャージを行うかを選択する。
【００９０】
図１０に、この電荷電圧変換回路をバンドパスフィルターとして機能させる場合の信号波形例を示す。図１０のＧ１に示すように、クロックＣＫ１１，ＣＫ１２が交互にアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２が交互にオンし、スイッチ素子ＳＩ３，ＳＩ４が交互にオンする。これは、期間Ｔ１，Ｔ１’でともに行われる。Ｇ２に示すように、期間Ｔ１においてクロックＣＫ３がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ９，ＳＩ１０，ＳＧ１，ＳＧ３がオンになり、キャパシターＣ１，Ｃ２がチャージされる。Ｇ３に示すように、期間Ｔ１’においてクロックＣＫ８がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１１，ＳＩ１２，ＳＧ５，ＳＧ７がオンになり、キャパシターＣ３，Ｃ４がチャージされる。
【００９１】
この変形例は、上式（１）と同様にバンドパスフィルターの伝達関数を有する。また、ＣＫ１２を非アクティブに設定することで、ローパスフィルターとして機能させることも可能である。
【００９２】
上記変形例によれば、図４で上述の構成例と比べてクロック信号の数を削減できる。そのため、スイッチ素子のオン・オフ制御が簡素になり、制御回路の回路規模を抑制することができる。
【００９３】
なお、図９に示すスイッチ素子ＳＩ１〜ＳＩ４，ＳＩ９〜ＳＩ１２，ＳＱ１〜ＳＱ４，ＳＧ１〜ＳＧ８，ＳＲ１〜ＳＲ４は、例えば図示しない制御部からのクロック信号ＣＫ３ＣＫ５，ＣＫ８〜ＣＫ１２によりオン・オフ制御される。例えば、クロック信号ＣＫ３ＣＫ５，ＣＫ８〜ＣＫ１２は図１１で後述する同期信号ＣＬＫに基づいて生成される。
【００９４】
８．検出装置
図１１に、上述の電荷電圧変換回路が適用された検出装置の構成例を示す。この検出装置３０は、駆動回路４０、検出回路６０を含む。ここで、検出装置３０は図１１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００９５】
センサーデバイス１０は、ジャイロセンサー等の物理量トランスデューサーである。ジャイロセンサーは、例えば水晶などの圧電材料により形成される音叉型圧電振動子により構成される。なお以下では、センサーデバイス１０が振動ジャイロセンサーである場合を例に説明するが、本実施形態ではこれに限定されない。
【００９６】
ここで、物理量トランスデューサーとは、物理量（物の性質の度合いを表す量であり、その単位が定義されているもの）を他の物理量に変換するための素子である。変換対象となる物理量としては、コリオリ力以外にも重力などの力や、加速度、質量などが考えられる。また変換により得られる物理量としては、電流以外にも電圧等であってもよい。
【００９７】
駆動回路４０は、駆動信号ＶＤ（駆動電圧、駆動電流）を出力してセンサーデバイス１０を駆動し、センサーデバイス１０からフィードバック信号ＩＦＤ（出力電流）を受ける。このようにして発振ループを形成し、センサーデバイス１０を励振させる。
【００９８】
検出回路６０は、駆動信号ＶＤにより駆動されるセンサーデバイス１０から検出信号ＩＳＰ、ＩＳＭ（差動電流信号）を受け、検出信号ＩＳＰ、ＩＳＭから所望信号を検出する。所望信号は、センサーデバイス１０の検出軸に対する回転方向と回転速度を表す信号であり、例えばセンサーデバイス１０の回転により発生するコリオリ力を表す信号である。
【００９９】
より具体的には、駆動回路４０は、増幅回路４２、２値化回路４６、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路５０を含む。
【０１００】
増幅回路４２は、センサーデバイス１０からのフィードバック信号ＩＦＤを増幅する。具体的には、増幅回路４２は、Ｉ／Ｖ変換回路であり、フィードバック信号ＩＦＤである出力電流を増幅して電圧に変換し、増幅後の信号ＶＤ２を出力する。
【０１０１】
２値化回路４６は、正弦波である増幅後の信号ＶＤ２の２値化処理を行い、２値化処理により得られた同期信号（参照信号）ＣＬＫを、検出回路６０に出力する。例えば、この２値化回路４６は、正弦波の信号ＶＤ２が入力されて、矩形波の同期信号ＣＬＫを出力するコンパレーターにより実現できる。
【０１０２】
ＡＧＣ回路５０は、駆動信号ＶＤのゲインの自動調整を行う。具体的には、ＡＧＣ回路５０は、増幅後の信号ＶＤ２を監視し、発振ループのゲインを制御する。例えば、ＡＧＣ回路５０は、センサーデバイス１０の駆動振幅を検出し、検出された駆動振幅に応じた制御電圧を出力し、その制御電圧に基づいて駆動信号のゲインを制御する。このようにしてＡＧＣ回路５０は、駆動信号ＶＤの振幅が一定となるようにゲインを自動調整し、ジャイロセンサーの振動子の振動速度を一定に制御する。
【０１０３】
検出回路６０は、電荷電圧変換回路７０、Ａ／Ｄ変換回路１００を含む。
【０１０４】
電荷電圧変換回路７０は、センサーデバイス１０からの検出信号ＩＳＰ，ＩＳＭをＱＶ変換し、変換後の差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをＡ／Ｄ変換回路１００に対して出力する。電荷電圧変換回路７０は、２値化回路４６からの同期信号ＣＬＫに同期して動作する。
【０１０５】
Ａ／Ｄ変換回路１００は、電荷電圧変換回路７０からの差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号ＡＤＱを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換回路１００は、２値化回路４６からの同期信号ＣＬＫに同期したクロックにより動作し、同期信号ＣＬＫに同期して出力される差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。例えば、このＡ／Ｄ変換回路１００は、逐次変換型Ａ／Ｄ変換回路や、デルタシグマ型Ａ／Ｄ変換回路により実現できる。
【０１０６】
図１２に、上記の検出装置３０の信号波形例を示す。図１２に示すように、駆動信号ＶＤとして正弦波の信号を出力し、センサーデバイス１０を駆動する。同期信号ＣＬＫは、駆動信号ＶＤを２値化した信号であり、同期信号ＣＬＫと同じ周波数のクロック信号である。センサーデバイス１０は、検出信号（ＩＳＰ−ＩＳＭ）として、コリオリ力に応じて振幅変調された信号を出力する。この検出信号のキャリア信号は、駆動信号ＶＤと同じ周波数の信号である。そして、検出信号をＱＶ変換し、離散的な電圧信号であるＱＶ変換出力（ＶＱＰ−ＶＱＭ）を同期信号ＣＬＫに同期して出力する。例えば、図４で上述の電荷電圧変換回路の場合、駆動信号ＶＤの周波数を５０ｋＨｚとすると、ＱＶ変換出力の周波数は２５ｋＨｚである。このＱＶ変換出力の包絡線（点線の曲線で表す）は、検出対象である所望信号に対応する。
【０１０７】
上記実施形態によれば、図１１に示すように、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭは、センサーデバイス１０から供給される電流信号である。
【０１０８】
このようにすれば、出力信号として差動電流信号を出力する種々のセンサーデバイスからの出力信号を受けて、その出力信号をＱＶ変換できる。
【０１０９】
また、本実施形態では、センサーデバイス１０は、駆動信号ＶＤにより駆動され、その駆動信号ＶＤの周波数に同期した搬送波信号により所望信号を伝送する差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを出力する。そして、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２は、駆動信号ＶＤに基づくクロックＣＬＫによりオン・オフ制御される。
【０１１０】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２が駆動信号ＶＤに基づくクロックＣＬＫによりオン・オフ制御されることで、駆動信号ＶＤの周波数に同期した搬送波信号により伝送される所望信号を検波により抽出できる。
【０１１１】
９．Ａ／Ｄ変換回路
図１３に、Ａ／Ｄ変換回路１００の詳細な構成例を示す。このＡ／Ｄ変換回路１００は、第１のデルタ演算部１１０、第１のシグマ演算部１２０、第２のデルタ演算部１３０、第２のシグマ演算部１４０、量子化回路１５０を含む。
【０１１２】
このＡ／Ｄ変換回路１００は、いわゆるデルタシグマ型のＡ／Ｄ変換回路である。すなわち、デルタ演算部１１０は、出力信号ＡＤＱＰ，ＡＤＱＭと入力信号ＶＱＰ，ＶＱＭとの差分値を出力する。このデルタ演算部１１０は、キャパシターＣＢ１，ＣＢ２、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ８、ＡＮＤ回路ＡＢ１〜ＡＢ４、インバーターＩ１，Ｉ２を含む。
【０１１３】
シグマ演算部１２０は、デルタ演算部１１０からの出力信号である差分値を積分する。このシグマ演算部１２０は、演算増幅器ＯＢ１、キャパシターＣＢ３，ＣＢ４、スイッチ素子Ｓ９〜Ｓ１２を含む。
【０１１４】
デルタ演算部１３０は、出力信号ＡＤＱＰ，ＡＤＱＭと、シグマ演算部１２０からの出力信号との差分値を出力する。このデルタ演算部１３０は、キャパシターＣＢ５，ＣＢ６、スイッチ素子Ｓ１３〜Ｓ２０、ＡＮＤ回路ＡＢ５〜ＡＢ８、インバーターＩ３，Ｉ４を含む。
【０１１５】
シグマ演算部１４０は、デルタ演算部１３０からの出力信号である差分値を積分する。このシグマ演算部１４０は、演算増幅器ＯＢ２、キャパシターＣＢ７，ＣＢ８、スイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２を含む。
【０１１６】
量子化回路１５０は、シグマ演算部１４０からの出力信号を量子化し、量子化後の出力信号ＡＤＱＰ，ＡＤＱＭを出力する。量子化回路１５０は、例えばコンパレーターにより構成され、シグマ演算部１４０からの差動信号の大小関係を判定して２値化を行う。
【０１１７】
図１４に、上記Ａ／Ｄ変換回路１００のクロック信号波形例を示す。図４等で上述のように、クロックＣＫ４，ＣＫ９がアクティブである期間において、ＱＶ変換後の電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭが出力される。図１４のＨ１，Ｈ２に示すように、クロックＣＫ４，ＣＫ９がアクティブである期間において、クロックＣＫ１３がアクティブになり、デルタ演算回路１１０，１３０が入力信号をサンプリングする。次に、Ｈ３，Ｈ４に示すように、クロックＣＫ１４がアクティブになり、デルタ演算回路１１０，１３０が差分値を求め、シグマ演算回路１２０，１４０が積分演算を行う。このようにして、電荷電圧変換回路７０からの電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。
【０１１８】
１０．電子機器
図１５に、上記の検出装置３０が適用された電子機器の構成例を示す。この電子機器は、センサーデバイス１０、検出装置３０（広義には、集積回路装置）、処理部５１０、記憶部５２０、無線回路５３０、アンテナ５４０を含む。なお、本実施形態の電子機器は図１５の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１１９】
この電子機器では、センサーデバイス１０が、各種の物理量（力、加速度、質量等）を検出する。そして、物理量を電流（電荷）や電圧等に変換して、検出信号として出力する。検出装置３０は、センサーデバイス１０からの検出信号を受けて、その検出信号のＡ／Ｄ変換を行う。処理部５１０は、検出装置３０からのデジタルデータを受けて、そのデジタルデータに対する信号処理を行う。記憶部５２０は、検出装置３０からのデジタルデータや処理部５１０からのデジタルデータを記憶する。無線回路５３０は、検出装置３０や処理部５１０からのデジタルデータに対して変調処理などを行い、アンテナ５４０を用いて外部機器（相手側の電子機器）に送信する。またアンテナ５４０を用いて、外部機器からのデータを受信し、ＩＤ認証を行ったり、センサーデバイス１０の制御等を行ってもよい。
【０１２０】
上記の構成例によれば、煙センサー、光センサー、人感センサー、圧力センサー、生体センサー、ジャイロセンサー等を内蔵した様々な電子機器を実現できる。また、無線通信を利用して非接触でデータの書き込みと読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）に用いられるＩＣタグ（ＲＦタグ）などの電子機器を実現できる。
【０１２１】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語（搬送波信号、センサーデバイス、検出信号等）と共に記載された用語（キャリア信号、ジャイロセンサー、差動電流信号等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また電荷電圧変換回路、検出装置、電子機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ センサーデバイス、３０ 検出装置、４０ 駆動回路、４２ 増幅回路、
４６ ２値化回路、５０ ＡＧＣ回路、６０ 検出回路、７０ 電荷電圧変換回路、
１００ Ａ／Ｄ変換回路、１１０ 第１のデルタ演算部、
１２０ 第１のシグマ演算部、１３０ 第２のデルタ演算部、
１４０ 第２のシグマ演算部、１５０ 量子化回路、５１０ 処理部、
５２０ 記憶部、５３０ 無線回路、５４０ アンテナ、
Ｃ１〜Ｃ４ 第１〜第４のキャパシター、ＣＫ１ クロック、
ＣＫ１〜ＣＫ１４ 第１〜第１４のクロック、ＣＬＫ 同期信号、
ＩＦＤ フィードバック信号、ＩＳＭ，ＩＳＰ 差動電流信号、
Ｎ１ 第１のノード、Ｎ２ 第２のノード、ＮＧ グランドノード、
ＮＩ１ 第１の入力ノード、ＮＩ２ 第２の入力ノード、ＮＱ１ 第１の出力ノード、
ＮＱ２ 第２の出力ノード、ＱＶ１〜ＱＶ４ 第１〜第４の変換部、
ＳＧ１〜ＳＧ８ 第１〜第８のグランド用スイッチ素子、
ＳＩ１〜ＳＩ１２ 第１〜第１２の入力用スイッチ素子、
ＳＱ１〜ＳＱ４ 第１〜第４の出力用スイッチ素子、
ＳＲ１〜ＳＲ４ 第１〜第４のリセット用スイッチ素子、
ＶＤ 駆動信号、ＶＱＰ，ＶＱＭ 差動電圧信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷電圧変換回路、検出装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やカーナビゲーションシステム等の電子機器には、角速度等の物理量を検出するためのジャイロセンサーが組み込まれている。このジャイロセンサーは、例えば手振れ補正や姿勢制御、ＧＰＳ自律航法等に用いられる。
【０００３】
近年、ジャイロセンサーの１つとして圧電型の振動ジャイロセンサーが注目されている。この振動ジャイロセンサーは、角速度レベルを振幅とする差動電流信号を検出信号として出力する。そして、ジャイロセンサーの検出装置は、その差動電流信号を電圧信号に電荷電圧変換（例えば特許文献１、２）し、その電圧信号をＡ／Ｄ変換して角速度レベルに応じたデジタルデータを出力する（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２１２７４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２１２２号公報
【特許文献３】特開２００８−２２４２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電荷電圧変換回路に演算増幅器等のアクティブな回路が含まれる場合、そのアクティブな回路が発生するノイズにより、電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎが劣化するという課題がある。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上する電荷電圧変換回路、検出装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、キャパシターと、差動電流信号を構成する第１の信号が供給される第１の入力ノードと、前記キャパシターの一端側のノードである第１のノードとの間に設けられる第１の入力用スイッチ素子と、前記差動電流信号を構成する第２の信号が供給される第２の入力ノードと、前記第１のノードと、の間に設けられる第２の入力用スイッチ素子と、前記キャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための出力用スイッチ素子と、を含む電荷電圧変換回路に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、第１の入力用スイッチ素子がオンすることでキャパシターが第１の信号によりチャージされ、第２の入力用スイッチ素子がオンすることでキャパシターが第２の信号によりチャージされる。そして、出力用スイッチ素子がオンすることで、キャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号が出力される。これにより、電荷電圧変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上すること等が可能になる。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、前記差動電流信号の搬送波信号の周波数に同期した周波数のクロックによりオン・オフ制御されてもよい。
【００１０】
このようにすれば、差動電流信号の搬送波信号の周波数に同期した周波数で、キャパシターを差動電流信号によりチャージできる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記クロックの周波数は、前記搬送波信号の周波数と同じであってもよい。
【００１２】
このようにすれば、差動電流信号の搬送波信号の周波数と同じ周波数のクロックにより第１，第２の入力用スイッチ素子をオン・オフ制御できる。これにより、搬送波信号により伝送される所望信号の検波が可能になる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、逆相の前記クロックにより、排他的にオン・オフ制御されてもよい。
【００１４】
このようにすれば、第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてキャパシターを第１の信号によりチャージし、第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてキャパシターを第２の信号によりチャージできる。
【００１５】
また、本発明の一態様では、第１の期間において、前記第１の入力用スイッチ素子がオフになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになり、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第１の入力用スイッチ素子がオンになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオフになり、前記出力用スイッチ素子は、前記第１の期間と前記第２の期間を合わせた期間を少なくとも１回繰り返した後に、オンになってもよい。
【００１６】
このようにすれば、第１の入力用スイッチ素子と第２の入力用スイッチ素子を排他的にオン・オフ制御することができる。
【００１７】
また、本発明の一態様では、グランド電圧が供給されるグランドノードと、前記キャパシターの他端側のノードである第２のノードとの間に設けられる第１のグランド用スイッチ素子と、前記グランドノードと、前記第１のノードとの間に設けられる第２のグランド用スイッチ素子と、を含み、前記第１のグランド用スイッチ素子は、前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間及び、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、前記第２のグランド用スイッチ素子は、前記出力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになってもよい。
【００１８】
このようにすれば、第１，第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間において第１のグランド用スイッチ素子をオンにすることで、キャパシターをチャージできる。また、出力用スイッチ素子がオンになる期間において第２のグランド用スイッチ素子をオンにすることでキャパシターの電荷に対応する電圧を出力できる。
【００１９】
また、本発明の一態様では、第２のキャパシターと、前記第１の入力ノードと、前記第２のキャパシターの一端側のノードである第３のノードとの間に設けられる第３の入力用スイッチ素子と、前記第２の入力ノードと、前記第３のノードとの間に設けられる第４の入力用スイッチ素子と、前記第２のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第２の出力用スイッチ素子と、を含んでもよい。
【００２０】
このようにすれば、第３，第４の入力用スイッチ素子がオンすることで、それぞれ第１，第２の電流信号により第２のキャパシターをチャージできる。そして、第２の出力用スイッチ素子がオンすることで、第２のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力できる。
【００２１】
また、本発明の一態様では、前記第３の入力用スイッチ素子は、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、前記第４の入力用スイッチ素子は、前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになってもよい。
【００２２】
このようにすれば、キャパシター第２の信号によりチャージされる間に第２のキャパシターを第１の信号によりチャージでき、キャパシターが第１の信号によりチャージされる間に第２のキャパシターを第２の信号によりチャージできる。
【００２３】
また、本発明の一態様では、第３のキャパシターと、前記第１の入力ノードと、前記第３のキャパシターの一端側のノードである第５のノードとの間に設けられる第５の入力用スイッチ素子と、前記第２の入力ノードと、前記第５のノードとの間に設けられる第６の入力用スイッチ素子と、前記第３のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第３の出力用スイッチ素子と、を含んでもよい。
【００２４】
このようにすれば、第５，第６の入力用スイッチ素子がオンすることで、それぞれ第１、第２の信号により第３のキャパシターをチャージできる。そして、第３の出力用スイッチ素子がオンすることで、第３のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力できる。
【００２５】
また、本発明の一態様では、前記第３のキャパシターは、前記キャパシターが前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子によりチャージされる第１のチャージ期間と次の第２のチャージ期間との間の期間において、前記第５の入力用スイッチ素子と前記第６の入力用スイッチ素子によりチャージされてもよい。
【００２６】
このようにすれば、キャパシターに対する第１のチャージ期間と第２のチャージ期間との間の期間において、第３のキャパシターをチャージできる。
【００２７】
また、本発明の一態様では、前記差動電流信号は、センサーデバイスから供給される電流信号であってもよい。
【００２８】
このようにすれば、出力信号として差動電流信号を出力する種々のセンサーデバイスからの出力信号を電荷電圧変換できる。
【００２９】
また、本発明の一態様では、前記センサーデバイスは、駆動信号により駆動され、前記駆動信号の周波数に同期した搬送波信号により所望信号を伝送する前記差動電流信号を出力し、前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、前記駆動信号に基づくクロックによりオン・オフ制御されてもよい。
【００３０】
このようにすれば、第１，第２の入力用スイッチ素子が駆動信号に基づくクロックによりオン・オフ制御されることで、駆動信号の周波数に同期した搬送波信号により伝送される所望信号を検波することが可能になる。
【００３１】
また、本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の電荷電圧変換回路を含む検出装置に関係する。
【００３２】
また、本発明のさらに他の態様は、上記に記載の検出装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態の比較例。
【図２】電荷電圧変換回路の基本構成例。
【図３】電荷電圧変換回路の基本構成例の信号波形例。
【図４】電荷電圧変換回路の構成例。
【図５】電荷電圧変換回路の構成例の第１の信号波形例。
【図６】電荷電圧変換回路の構成例の第１の周波数特性例。
【図７】電荷電圧変換回路の構成例の第２の信号波形例。
【図８】電荷電圧変換回路の構成例の第２の周波数特性例。
【図９】電荷電圧変換回路の変形例。
【図１０】電荷電圧変換回路の変形例の信号波形例。
【図１１】検出装置の構成例。
【図１２】検出装置の信号波形例。
【図１３】Ａ／Ｄ変換回路の詳細な構成例。
【図１４】Ａ／Ｄ変換回路の信号波形例。
【図１５】電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３５】
１．比較例
まず、図１を用いて本実施形態の比較例について説明する。図１に示す比較例は、センサーデバイスＳＤＡ、電荷電圧変換回路ＱＶＡ、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡを含む。
【００３６】
センサーデバイスＳＤＡは、例えば水晶振動子を用いた圧電型の振動ジャイロセンサーであり、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを出力する。電荷電圧変換回路ＱＶＡは、この差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをＱＶ変換して差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭを出力する。この電荷電圧変換回路ＱＶＡは、演算増幅器ＯＰＡと抵抗素子ＲＡ１，ＲＡ２とキャパシターＣＡ１，ＣＡ２により構成される積分回路である。
【００３７】
このように演算増幅器ＯＰＡを用いてＱＶ変換を行う場合、差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭには演算増幅器ＯＰＡからのノイズが出力される。例えば、そのノイズとして、演算増幅器ＯＰＡに含まれるトランジスターが発生する１／ｆノイズ等が出力される。このように、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡの前段に演算増幅器ＯＰＡがあると、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡに入力される差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭのＳ／Ｎが劣化してしまい、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号のＳ／Ｎも劣化するという課題がある。あるいは、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＡの前段に、ノイズを低減するためのフィルター回路が必要になるという課題がある。
【００３８】
２．電荷電圧変換回路の基本構成例
図２に、演算増幅器を含まず、スイッチ素子とキャパシターにより構成される本実施形態の電荷電圧変換回路の基本構成例を示す。この電荷電圧変換回路は、キャパシターＣ１、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２、出力用スイッチ素子ＳＱ１、第１のグランド用スイッチ素子ＳＧ１、第２のグランド用スイッチ素子ＳＧ２を含む。
【００３９】
具体的には、第１の入力ノードＮＩ１には、第１の電流信号ＩＳＰが入力され、第２の入力ノードＮＩ２には、第２の電流信号ＩＳＭが入力される。これらの電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭは、センサーデバイスからの差動電流信号を構成する信号であり、例えば図１１で後述するセンサーデバイス１０から入力される。
【００４０】
第１のノードＮ１と第２のノードＮ２との間には、キャパシターＣ１が設けられる。そして、入力ノードＮＩ１とノードＮ１との間には、入力用スイッチ素子ＳＩ１が設けられ、入力ノードＮＩ２とノードＮ１との間には、入力用スイッチ素子ＳＩ２が設けられる。ノードＮ２とグランドノードＮＧとの間にはグランド用スイッチ素子ＳＧ１が設けられる。これらのスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＧ１は、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりキャパシターＣ１をチャージするためのスイッチ素子であり、例えばＣＭＯＳトランジスターにより構成される。
【００４１】
ノードＮ２と出力ノードＮＱ１との間には、出力用スイッチ素子ＳＱ１が設けられる。ノードＮ１とグランドノードＮＧとの間には、グランド用スイッチ素子ＳＧ２が設けられる。これらのスイッチ素子ＳＱ１，ＳＧ２は、キャパシターＣ１によりＱＶ変換された電圧信号ＶＱＰを出力するためのスイッチ素子であり、例えばＣＭＯＳトランジスターにより構成される。
【００４２】
なお、グランドノードＮＧには、例えば０Ｖ等のグランド電圧が供給される。あるいは、グランドノードＮＧには、基準電圧として０Ｖ以外の電圧が供給されてもよい。
【００４３】
上記の電荷電圧変換回路によれば、演算増幅器を用いることなく差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのＱＶ変換（電荷電圧変換）を行うことができる。また、この電荷電圧変換回路は、バンドパスフィルターやローパスフィルターとして機能することが可能であり、スイッチ素子のオン・オフ制御を変更することにより周波数特性を変更可能である。
【００４４】
３．基本動作例
次に、図３を用いて上記の電荷電圧変換回路の動作について説明する。図３には、バンドパスフィルターとして機能させる場合の信号波形例を示す。なお以下では、電流信号ＩＳＰがノードＮＩ１からノードＮ１に向かって流れる場合に、電流信号ＩＳＰは正の電流信号であるとする。また、電流信号ＩＳＭがノードＮＩ２からノードＮ１に向かって流れる場合に、電流信号ＩＳＭは正の電流信号であるとする。
【００４５】
図３のＡ１に示すように、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭは、キャリア信号（搬送波信号）により所望信号を伝送する信号であり、所望信号は、検波によりキャリア信号の振幅を信号として取り出すことで取得される信号である。そして、上述のスイッチ素子は、この差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのキャリア信号の周波数に同期してオン・オフ制御される。
【００４６】
具体的には、Ａ２に示すように、電流信号ＩＳＭが負である期間においてクロックＣＫ２がアクティブ（第１の論理レベル）になり、スイッチ素子ＳＩ２がオンし、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされる。次に、Ａ３に示すように、電流信号ＩＳＰが負である期間においてクロックＣＫ１がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１がオンし、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＰによりチャージされる。Ａ４に示すように、キャパシターＣ１がチャージされる期間において、クロックＣＫ３がアクティブになり、スイッチ素子ＳＧ１がオンする。そして、Ａ５に示すように、キャパシターＣ１がチャージされる期間が終了した後にクロックＣＫ４がアクティブになり、スイッチＳＱ１，ＳＧ２がオンになり、電圧信号ＶＱＰが出力される。
【００４７】
なお、センサーデバイスが圧電式の振動ジャイロセンサーである場合、ジャイロセンサーの回転方向が反転すると差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの位相は１８０度回転する。すなわち、図３に示す差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭが反時計回りの場合の信号であるとすると、時計回りの場合には、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭが正である期間においてスイッチ素子ＳＩ２，ＳＩ１がオンすることになる。
【００４８】
さて上述のように、演算増幅器を用いてＱＶ変換を行うと、その演算増幅器が出力するノイズによって、次段のＡ／Ｄ変換回路に入力される電圧信号のＳ／Ｎが劣化してしまうという課題がある。
【００４９】
この点、本実施形態の電荷電圧変換回路は、図２に示すように、キャパシターＣ１と、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２と、出力用スイッチ素子ＳＱ１を含む。そして、スイッチ素子ＳＩ１は、差動電流信号を構成する第１の信号ＩＳＰが供給される第１の入力ノードＮＩ１と、キャパシターＣ１の一端側のノードである第１のノードＮ１との間に設けられる。スイッチ素子ＳＩ２は、差動電流信号を構成する第２の信号ＩＳＭが供給される第２の入力ノードＮＩ２と、第１のノードＮ１との間に設けられる。スイッチ素子ＳＱ１は、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＰを出力するためのスイッチ素子である。
【００５０】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ１がオンすることでキャパシターＣ１が電流信号ＩＳＰによりチャージされ、スイッチ素子ＳＩ２がオンすることでキャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされる。そして、スイッチ素子ＳＱ１がオンすることで、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＰが出力される。ここで、キャパシターＣ１に蓄積された電荷に対応する電圧信号とは、電荷をＱとした場合に、ＶＱＰ＝Ｑ／Ｃ１により表される電圧信号である。
【００５１】
これにより、演算増幅器を用いることなく差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをＱＶ変換できるため、ＱＶ変換後の電圧信号のＳ／Ｎを向上すること等が可能になる。また、図４〜図８で後述するように、スイッチ素子のオン・オフ制御を変更することにより容易に周波数特性を変更できる。
【００５２】
また、本実施形態では、図３に示すように、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２は、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの搬送波信号（キャリア信号）の周波数に同期した周波数のクロックＣＫ１，ＣＫ２によりオン・オフ制御される。
【００５３】
このようにすれば、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの搬送波信号の周波数に同期した周波数で、キャパシターＣ１が差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりチャージされる。
【００５４】
より具体的には、本実施形態では、クロックＣＫ１，ＣＫ２の周波数は、搬送波信号の周波数と同じ周波数である。
【００５５】
このようにすれば、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭの搬送波信号の周波数と同じ周波数のクロックＣＫ１，ＣＫ２によりスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２をオン・オフ制御できる。これにより、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを検波し、搬送波信号により伝送される所望信号を抽出できる。ここで、クロックＣＫ１，ＣＫ２の周波数とは、例えば図３に示すようにキャパシターＣ１をチャージする期間Ｔ１における周波数である。
【００５６】
また、本実施形態では、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２は、逆相のクロックＣＫ１，ＣＫ２により、排他的にオン・オフ制御される。
【００５７】
このようにすれば、キャパシターＣ１が差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭにより交互にチャージされるため、図６等で後述するようにバンドパスフィルターのフィルター特性を実現できる。ここで、逆相とは、クロックＣＫ１，ＣＫ２の位相が１８０度異なることである。また、排他的にオン・オフ制御されるとは、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２の一方のスイッチ素子がオンになる期間において他方のスイッチ素子がオフになることである。
【００５８】
また、本実施形態では、図３のＡ２に示すように、第１の期間において、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオフになり、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオンになる。Ａ３に示すように、第１の期間に続く第２の期間において、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオンになり、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオフになる。そして、Ａ５に示すように、出力用スイッチ素子ＳＱ１は、第１の期間と第２の期間を合わせた期間を少なくとも１回（例えば２回）繰り返した後に、オンになる。
【００５９】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２を排他的にオン・オフ制御できる。また、そのオン・オフ制御の後に出力用スイッチ素子をオンすることで、そのオン・オフ制御によりチャージされたキャパシターＣ１の電荷に対応する電圧信号を出力できる。
【００６０】
また、本実施形態の電荷電圧変換回路は、図２に示すように、第１のグランド用スイッチ素子ＳＧ１と、第２のグランド用スイッチ素子ＳＧ２を含む。スイッチ素子ＳＧ１は、グランド電圧が供給されるグランドノードＮＧと、キャパシターＣ１の他端側のノードである第２のノードＮ２との間に設けられる。スイッチ素子ＳＧ２は、グランドノードＮＧと第１のノードＮ１との間に設けられる。そして、図３のＡ４に示すように、スイッチ素子ＳＧ１は、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオンになる期間及び、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオンになる期間においてオンになる。Ａ５に示すように、スイッチ素子ＳＧ２は、出力用スイッチ素子ＳＱ１がオンになる期間においてオンになる。
【００６１】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＧ１を、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２がオンになる期間においてオンにすることで、グランド電圧を基準としてキャパシターＣ１をチャージできる。また、スイッチ素子ＳＧ２を、出力用スイッチ素子ＳＱ１がオンになる期間においてオンにすることで、グランド電圧を基準としてキャパシターＣ１の電荷に対応する電圧を出力できる。
【００６２】
なお、図２に示すスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＱ１，ＳＧ１，ＳＧ２は、例えば図示しない制御部からのクロック信号ＣＫ１〜ＣＫ４によりオン・オフ制御される。例えば、クロック信号ＣＫ１〜ＣＫ４は図１１で後述する同期信号ＣＬＫに基づいて生成される。
【００６３】
４．電荷電圧変換回路の詳細な構成例
図４に、電荷電圧変換回路の構成例を示す。この電荷電圧変換回路は、第１〜第４の変換部ＱＶ１〜ＱＶ４を含む。
【００６４】
変換部ＱＶ１は、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングして電圧信号ＶＱＰを出力する。この変換部ＱＶ１は、第１のキャパシターＣ１、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２、第１の出力用スイッチ素子ＳＱ１、第１のグランド用スイッチ素子ＳＧ１、第２のグランド用スイッチ素子ＳＧ２、第１のリセット用スイッチＳＲ１を含む。
【００６５】
変換部ＱＶ２は、変換部ＱＶ１と同じ期間において差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングし、電圧信号ＶＱＭを出力する。電圧信号ＶＱＰとＶＱＭは、差動電圧信号を構成する信号である。この変換部ＱＶ２は、第２のキャパシターＣ１、第３の入力用スイッチ素子ＳＩ３、第４の入力用スイッチ素子ＳＩ４、第２の出力用スイッチ素子ＳＱ２、第３のグランド用スイッチ素子ＳＧ３、第４のグランド用スイッチ素子ＳＧ４、第２のリセット用スイッチＳＲ２を含む。
【００６６】
変換部ＱＶ３は、変換部ＱＶ１と交互にサンプリングを行う。すなわち、変換部ＱＶ３は、変換部ＱＶ１が電圧信号ＶＱＰを出力する期間において差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングする。この変換部ＱＶ３は、第３のキャパシターＣ１、第５の入力用スイッチ素子ＳＩ５、第６の入力用スイッチ素子ＳＩ６、第３の出力用スイッチ素子ＳＱ３、第５のグランド用スイッチ素子ＳＧ５、第６のグランド用スイッチ素子ＳＧ６、第３のリセット用スイッチＳＲ３を含む。
【００６７】
変換部ＱＶ４は、変換部ＱＶ２と交互にサンプリングを行う。すなわち、変換部ＱＶ４は、変換部ＱＶ２が電圧信号ＶＱＭを出力する期間において差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングする。この変換部ＱＶ４は、第４のキャパシターＣ４、第７の入力用スイッチ素子ＳＩ７、第８の入力用スイッチ素子ＳＩ８、第４の出力用スイッチ素子ＳＱ４、第７のグランド用スイッチ素子ＳＧ７、第８のグランド用スイッチ素子ＳＧ８、第４のリセット用スイッチＳＲ４を含む。
【００６８】
５．第１の動作例
次に、上記の電荷電圧変換回路をバンドパスフィルターとして機能させる場合の動作例について説明する。図５に、この場合における信号波形例を示す。
【００６９】
図５のＢ１に示すように、クロックＣＫ２がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ３がオンする。このとき、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされ、キャパシターＣ２が電流信号ＩＳＰによりチャージされる。すなわち、Ｃ１とＣ２は逆極性の電流によりチャージされる。次にＢ２に示すように、クロックＣＫ１がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ２，ＳＩ４がオンし、キャパシターＣ１，Ｃ２がそれぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりチャージされる。そして、再びクロックＣＫ２，ＣＫ１が順次アクティブになる。Ｂ３に示すように、このキャパシターＣ１，Ｃ２をチャージする期間Ｔ１において、クロックＣＫ３がアクティブになり、スイッチ素子ＳＧ１，ＳＧ３がオンになる。
【００７０】
次に、Ｂ４に示すように、クロックＣＫ４がアクティブになり、スイッチ素子ＳＱ１，ＳＧ２，ＳＱ２，ＳＧ４がオンになり、キャパシターＣ１，Ｃ２の電荷に対応する電圧が電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭとして出力される。Ｂ５に示すように、クロックＣＫ５がアクティブになり、スイッチ素子ＳＲ１，ＳＲ２がオンになり、キャパシターＣ１，Ｃ２の電荷がリセットされる。
【００７１】
キャパシターＣ３，Ｃ４は、キャパシターＣ１，Ｃ２の電圧出力と電荷リセットを行う期間Ｔ１’において、チャージされる。すなわち、Ｂ６に示すように、クロックＣＫ７がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ６，ＳＩ７がオンし、キャパシターＣ３，Ｃ４がそれぞれ電流信号ＩＳＭ，ＩＳＰによりチャージされる。次に、Ｂ６に示すように、クロックＣＫ６がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ５，ＳＩ８がオンし、キャパシターＣ３，Ｃ４がそれぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりチャージされる。そして、再びクロックＣＫ７，ＣＫ６が順次アクティブになる。Ｂ８に示すように、期間Ｔ１’においてクロックＣＫ８がアクティブになり、スイッチ素子ＳＧ５，ＳＧ７がオンになる。
【００７２】
次に、Ｂ９に示すように、クロックＣＫ９がアクティブになり、スイッチ素子ＳＱ３，ＳＧ６，ＳＱ４，ＳＧ８がオンになり、キャパシターＣ３，Ｃ４の電荷に対応する電圧が電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭとして出力される。Ｂ１０に示すように、クロックＣＫ１０がアクティブになり、スイッチ素子ＳＲ３，ＳＲ４がオンになり、キャパシターＣ３，Ｃ４の電荷がリセットされる。
【００７３】
このようにして、キャパシターＣ１，Ｃ３が交互にサンプリングを行って電圧信号ＶＱＰを出力し、キャパシターＣ２，Ｃ４が交互にサンプリングを行って電圧信号ＶＱＭを出力する。この動作例における電荷電圧変換回路の伝達関数は、下式（１）により表される。
【００７４】
Ｈ＝（１−ｚ−１＋ｚ−２−ｚ−３）／４ ・・・ （１）
図６に、この伝達関数の周波数特性を示す。図６では、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのキャリア周波数が５０ｋＨｚである場合を例に示す。図６のＤ１に示すように、この伝達関数は、キャリア周波数の５０ｋＨｚを通過させるバンドパスフィルターの周波数特性を有する。そのため、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを検波して所望信号を取り出すことが可能である。また、Ｄ２に示すように、８０ｋＨｚ付近にノッチを有する。そのため、８０ｋＨｚ付近に不要信号が存在する場合には、その不要信号を抑制できる。例えば、振動ジャイロセンサーでは、駆動周波数と共鳴周波数との違いにより不要信号が発生するが、本実施形態では、その不要信号を抑制できる可能性がある。
【００７５】
６．第２の動作例
次に、図４で上述の電荷電圧変換回路をローパスフィルターとして機能させる場合の動作例について説明する。図７に、この場合における信号波形例を示す。
【００７６】
図７のＥ１に示すように、クロックＣＫ２は非アクティブ（第２の論理レベル）に設定され、スイッチ素子ＳＩ２，ＳＩ３はオフに設定される。すなわち、キャパシターＣ１は電流信号ＩＳＰだけでチャージされ、キャパシターＣ２は電流信号ＩＳＭだけでチャージされる。また、Ｅ２に示すように、クロックＣＫ７は非アクティブに設定され、キャパシターＣ３，Ｃ４はそれぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭだけでチャージされる。他のクロックやスイッチ素子の動作については上述の動作例と同様である。
【００７７】
この動作例における電荷電圧変換回路の伝達関数は、下式（２）により表される。
【００７８】
Ｈ＝（１＋ｚ−１＋ｚ−２＋ｚ−３）／４ ・・・ （２）
図８に、この伝達関数の周波数特性を示す。図８では、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭのキャリア周波数が５０ｋＨｚである場合を例に示す。図８のＦ１に示すように、この伝達関数は、ローパスフィルターの周波数特性を有する。また、Ｆ２に示すように、この伝達関数は、キャリア周波数の５０ｋＨｚを通過させるバンドパスフィルターの周波数特性を有する。そのため、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを検波して所望信号を取り出すことが可能である。このように、スイッチ素子のオン・オフ制御を変更することで、容易に電荷電圧変換回路のフィルター特性を変更できる。
【００７９】
上記実施形態の電荷電圧変換回路は、図４に示すように、第２のキャパシターＣ２と、第３の入力用スイッチ素子ＳＩ３と、第４の入力用スイッチ素子ＳＩ４と、第２の出力用スイッチ素子ＳＱ２を含む。そして、スイッチ素子ＳＩ３は、第１の入力ノードＮＩ１と、第２のキャパシターＣ２の一端側のノードである第３のノードＮ３との間に設けられる。スイッチ素子ＳＩ４は、第２の入力ノードＮＩ２と、第３のノードＮ３との間に設けられる。スイッチ素子ＳＱ２は、第２のキャパシターＣ２に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＭを出力する。
【００８０】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ３，ＳＩ４がオンすることで、それぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりキャパシターＣ２がチャージされる。そして、スイッチ素子ＳＱ２がオンすることで電圧信号ＶＱＭが出力される。これにより、出力信号として差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭを出力することが可能になる。
【００８１】
具体的には本実施形態では、図５のＢ１に示すように、第３の入力用スイッチ素子ＳＩ３は、第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２がオンになる期間においてオンになる。また、Ｂ２に示すように、第４の入力用スイッチ素子ＳＩ４は、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１がオンになる期間においてオンになる。
【００８２】
このようにすれば、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＭによりチャージされる間にキャパシターＣ２が電流信号ＩＳＰによりチャージされ、キャパシターＣ１が電流信号ＩＳＰによりチャージされる間にキャパシターＣ２が電流信号ＩＳＭによりチャージされる。このようにして、差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭを出力することが可能になる。
【００８３】
また本実施形態の電荷電圧変換回路は、図４に示すように、第３のキャパシターＣ３と、第５の入力用スイッチ素子ＳＩ５と、第６の入力用スイッチ素子ＳＩ６と、第３の出力用スイッチ素子ＳＱ３を含む。そして、スイッチ素子ＳＩ５は、第１の入力ノードＮＩ１と、第３のキャパシターＣ３の一端側のノードである第３のノードＮ５との間に設けられる。スイッチ素子ＳＩ６は、第２の入力ノードＮＩ２と、第５のノードＮ５との間に設けられる。スイッチ素子ＳＱ３は、第３のキャパシターＣ３に蓄積された電荷に対応する電圧信号ＶＱＰを出力する。
【００８４】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ５，ＳＩ６がオンすることで、それぞれ電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭによりキャパシターＣ３がチャージされる。そして、スイッチ素子ＳＱ３がオンすることで電圧信号ＶＱＰが出力される。これにより、キャパシターＣ１とＣ３が交互にサンプリングと出力を行うことが可能になる。
【００８５】
具体的には本実施形態では、図５に示すように、第３のキャパシターＣ３は、キャパシターＣ１の第１のチャージ期間Ｔ１と次の第２のチャージ期間Ｔ２との間の期間Ｔ１’において、スイッチ素子ＳＩ５，ＳＩ６によりチャージされる。期間Ｔ１，Ｔ２は、第１のキャパシターＣ１がスイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２によりチャージされる期間である。
【００８６】
このようにすれば、キャパシターＣ１とＣ３を交互にチャージできる。これにより、キャパシターＣ１が電圧信号を出力する期間Ｔ１’においても差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭをサンプリングできる。
【００８７】
なお、図４に示すスイッチ素子ＳＩ１〜ＳＩ８，ＳＱ１〜ＳＱ４，ＳＧ１〜ＳＧ８，ＳＲ１〜ＳＲ４は、例えば図示しない制御部からのクロック信号ＣＫ１〜ＣＫ１０によりオン・オフ制御される。例えば、クロック信号ＣＫ１〜ＣＫ１０は図１１で後述する同期信号ＣＬＫに基づいて生成される。
【００８８】
７．電荷電圧変換回路の変形例
図９に、電荷電圧変換回路の変形構成例を示す。この電荷電圧変換回路は、第１〜第４のキャパシターＣ１〜Ｃ４、第１〜第４の入力用スイッチ素子ＳＩ１〜ＳＩ４、第９〜第１２の入力用スイッチ素子ＳＩ９〜ＳＩ１２、第１〜第４の出力用スイッチ素子ＳＱ１〜ＳＱ４、第１〜第８のグランド用スイッチ素子ＳＧ１〜ＳＧ８、第１〜第４のリセット用スイッチ素子ＳＲ１〜ＳＲ４を含む。なお以下では、図４で上述の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８９】
キャパシターＣ１，Ｃ３が交互にサンプリングと出力を行うのは、図４で上述の構成例と同様である。この変形例では、スイッチ素子ＳＩ９，ＳＩ１１がキャパシターＣ１，Ｃ３のいずれのチャージを行うかを選択する。また、スイッチ素子ＳＩ１０，ＳＩ１２はキャパシターＣ２，Ｃ４のいずれのチャージを行うかを選択する。
【００９０】
図１０に、この電荷電圧変換回路をバンドパスフィルターとして機能させる場合の信号波形例を示す。図１０のＧ１に示すように、クロックＣＫ１１，ＣＫ１２が交互にアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２が交互にオンし、スイッチ素子ＳＩ３，ＳＩ４が交互にオンする。これは、期間Ｔ１，Ｔ１’でともに行われる。Ｇ２に示すように、期間Ｔ１においてクロックＣＫ３がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ９，ＳＩ１０，ＳＧ１，ＳＧ３がオンになり、キャパシターＣ１，Ｃ２がチャージされる。Ｇ３に示すように、期間Ｔ１’においてクロックＣＫ８がアクティブになり、スイッチ素子ＳＩ１１，ＳＩ１２，ＳＧ５，ＳＧ７がオンになり、キャパシターＣ３，Ｃ４がチャージされる。
【００９１】
この変形例は、上式（１）と同様にバンドパスフィルターの伝達関数を有する。また、ＣＫ１２を非アクティブに設定することで、ローパスフィルターとして機能させることも可能である。
【００９２】
上記変形例によれば、図４で上述の構成例と比べてクロック信号の数を削減できる。そのため、スイッチ素子のオン・オフ制御が簡素になり、制御回路の回路規模を抑制することができる。
【００９３】
なお、図９に示すスイッチ素子ＳＩ１〜ＳＩ４，ＳＩ９〜ＳＩ１２，ＳＱ１〜ＳＱ４，ＳＧ１〜ＳＧ８，ＳＲ１〜ＳＲ４は、例えば図示しない制御部からのクロック信号ＣＫ３ＣＫ５，ＣＫ８〜ＣＫ１２によりオン・オフ制御される。例えば、クロック信号ＣＫ３ＣＫ５，ＣＫ８〜ＣＫ１２は図１１で後述する同期信号ＣＬＫに基づいて生成される。
【００９４】
８．検出装置
図１１に、上述の電荷電圧変換回路が適用された検出装置の構成例を示す。この検出装置３０は、駆動回路４０、検出回路６０を含む。ここで、検出装置３０は図１１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００９５】
センサーデバイス１０は、ジャイロセンサー等の物理量トランスデューサーである。ジャイロセンサーは、例えば水晶などの圧電材料により形成される音叉型圧電振動子により構成される。なお以下では、センサーデバイス１０が振動ジャイロセンサーである場合を例に説明するが、本実施形態ではこれに限定されない。
【００９６】
ここで、物理量トランスデューサーとは、物理量（物の性質の度合いを表す量であり、その単位が定義されているもの）を他の物理量に変換するための素子である。変換対象となる物理量としては、コリオリ力以外にも重力などの力や、加速度、質量などが考えられる。また変換により得られる物理量としては、電流以外にも電圧等であってもよい。
【００９７】
駆動回路４０は、駆動信号ＶＤ（駆動電圧、駆動電流）を出力してセンサーデバイス１０を駆動し、センサーデバイス１０からフィードバック信号ＩＦＤ（出力電流）を受ける。このようにして発振ループを形成し、センサーデバイス１０を励振させる。
【００９８】
検出回路６０は、駆動信号ＶＤにより駆動されるセンサーデバイス１０から検出信号ＩＳＰ、ＩＳＭ（差動電流信号）を受け、検出信号ＩＳＰ、ＩＳＭから所望信号を検出する。所望信号は、センサーデバイス１０の検出軸に対する回転方向と回転速度を表す信号であり、例えばセンサーデバイス１０の回転により発生するコリオリ力を表す信号である。
【００９９】
より具体的には、駆動回路４０は、増幅回路４２、２値化回路４６、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路５０を含む。
【０１００】
増幅回路４２は、センサーデバイス１０からのフィードバック信号ＩＦＤを増幅する。具体的には、増幅回路４２は、Ｉ／Ｖ変換回路であり、フィードバック信号ＩＦＤである出力電流を増幅して電圧に変換し、増幅後の信号ＶＤ２を出力する。
【０１０１】
２値化回路４６は、正弦波である増幅後の信号ＶＤ２の２値化処理を行い、２値化処理により得られた同期信号（参照信号）ＣＬＫを、検出回路６０に出力する。例えば、この２値化回路４６は、正弦波の信号ＶＤ２が入力されて、矩形波の同期信号ＣＬＫを出力するコンパレーターにより実現できる。
【０１０２】
ＡＧＣ回路５０は、駆動信号ＶＤのゲインの自動調整を行う。具体的には、ＡＧＣ回路５０は、増幅後の信号ＶＤ２を監視し、発振ループのゲインを制御する。例えば、ＡＧＣ回路５０は、センサーデバイス１０の駆動振幅を検出し、検出された駆動振幅に応じた制御電圧を出力し、その制御電圧に基づいて駆動信号のゲインを制御する。このようにしてＡＧＣ回路５０は、駆動信号ＶＤの振幅が一定となるようにゲインを自動調整し、ジャイロセンサーの振動子の振動速度を一定に制御する。
【０１０３】
検出回路６０は、電荷電圧変換回路７０、Ａ／Ｄ変換回路１００を含む。
【０１０４】
電荷電圧変換回路７０は、センサーデバイス１０からの検出信号ＩＳＰ，ＩＳＭをＱＶ変換し、変換後の差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをＡ／Ｄ変換回路１００に対して出力する。電荷電圧変換回路７０は、２値化回路４６からの同期信号ＣＬＫに同期して動作する。
【０１０５】
Ａ／Ｄ変換回路１００は、電荷電圧変換回路７０からの差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号ＡＤＱを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換回路１００は、２値化回路４６からの同期信号ＣＬＫに同期したクロックにより動作し、同期信号ＣＬＫに同期して出力される差動電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。例えば、このＡ／Ｄ変換回路１００は、逐次変換型Ａ／Ｄ変換回路や、デルタシグマ型Ａ／Ｄ変換回路により実現できる。
【０１０６】
図１２に、上記の検出装置３０の信号波形例を示す。図１２に示すように、駆動信号ＶＤとして正弦波の信号を出力し、センサーデバイス１０を駆動する。同期信号ＣＬＫは、駆動信号ＶＤを２値化した信号であり、同期信号ＣＬＫと同じ周波数のクロック信号である。センサーデバイス１０は、検出信号（ＩＳＰ−ＩＳＭ）として、コリオリ力に応じて振幅変調された信号を出力する。この検出信号のキャリア信号は、駆動信号ＶＤと同じ周波数の信号である。そして、検出信号をＱＶ変換し、離散的な電圧信号であるＱＶ変換出力（ＶＱＰ−ＶＱＭ）を同期信号ＣＬＫに同期して出力する。例えば、図４で上述の電荷電圧変換回路の場合、駆動信号ＶＤの周波数を５０ｋＨｚとすると、ＱＶ変換出力の周波数は２５ｋＨｚである。このＱＶ変換出力の包絡線（点線の曲線で表す）は、検出対象である所望信号に対応する。
【０１０７】
上記実施形態によれば、図１１に示すように、差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭは、センサーデバイス１０から供給される電流信号である。
【０１０８】
このようにすれば、出力信号として差動電流信号を出力する種々のセンサーデバイスからの出力信号を受けて、その出力信号をＱＶ変換できる。
【０１０９】
また、本実施形態では、センサーデバイス１０は、駆動信号ＶＤにより駆動され、その駆動信号ＶＤの周波数に同期した搬送波信号により所望信号を伝送する差動電流信号ＩＳＰ，ＩＳＭを出力する。そして、第１の入力用スイッチ素子ＳＩ１と第２の入力用スイッチ素子ＳＩ２は、駆動信号ＶＤに基づくクロックＣＬＫによりオン・オフ制御される。
【０１１０】
このようにすれば、スイッチ素子ＳＩ１，ＳＩ２が駆動信号ＶＤに基づくクロックＣＬＫによりオン・オフ制御されることで、駆動信号ＶＤの周波数に同期した搬送波信号により伝送される所望信号を検波により抽出できる。
【０１１１】
９．Ａ／Ｄ変換回路
図１３に、Ａ／Ｄ変換回路１００の詳細な構成例を示す。このＡ／Ｄ変換回路１００は、第１のデルタ演算部１１０、第１のシグマ演算部１２０、第２のデルタ演算部１３０、第２のシグマ演算部１４０、量子化回路１５０を含む。
【０１１２】
このＡ／Ｄ変換回路１００は、いわゆるデルタシグマ型のＡ／Ｄ変換回路である。すなわち、デルタ演算部１１０は、出力信号ＡＤＱＰ，ＡＤＱＭと入力信号ＶＱＰ，ＶＱＭとの差分値を出力する。このデルタ演算部１１０は、キャパシターＣＢ１，ＣＢ２、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ８、ＡＮＤ回路ＡＢ１〜ＡＢ４、インバーターＩ１，Ｉ２を含む。
【０１１３】
シグマ演算部１２０は、デルタ演算部１１０からの出力信号である差分値を積分する。このシグマ演算部１２０は、演算増幅器ＯＢ１、キャパシターＣＢ３，ＣＢ４、スイッチ素子Ｓ９〜Ｓ１２を含む。
【０１１４】
デルタ演算部１３０は、出力信号ＡＤＱＰ，ＡＤＱＭと、シグマ演算部１２０からの出力信号との差分値を出力する。このデルタ演算部１３０は、キャパシターＣＢ５，ＣＢ６、スイッチ素子Ｓ１３〜Ｓ２０、ＡＮＤ回路ＡＢ５〜ＡＢ８、インバーターＩ３，Ｉ４を含む。
【０１１５】
シグマ演算部１４０は、デルタ演算部１３０からの出力信号である差分値を積分する。このシグマ演算部１４０は、演算増幅器ＯＢ２、キャパシターＣＢ７，ＣＢ８、スイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２を含む。
【０１１６】
量子化回路１５０は、シグマ演算部１４０からの出力信号を量子化し、量子化後の出力信号ＡＤＱＰ，ＡＤＱＭを出力する。量子化回路１５０は、例えばコンパレーターにより構成され、シグマ演算部１４０からの差動信号の大小関係を判定して２値化を行う。
【０１１７】
図１４に、上記Ａ／Ｄ変換回路１００のクロック信号波形例を示す。図４等で上述のように、クロックＣＫ４，ＣＫ９がアクティブである期間において、ＱＶ変換後の電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭが出力される。図１４のＨ１，Ｈ２に示すように、クロックＣＫ４，ＣＫ９がアクティブである期間において、クロックＣＫ１３がアクティブになり、デルタ演算回路１１０，１３０が入力信号をサンプリングする。次に、Ｈ３，Ｈ４に示すように、クロックＣＫ１４がアクティブになり、デルタ演算回路１１０，１３０が差分値を求め、シグマ演算回路１２０，１４０が積分演算を行う。このようにして、電荷電圧変換回路７０からの電圧信号ＶＱＰ，ＶＱＭをサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。
【０１１８】
１０．電子機器
図１５に、上記の検出装置３０が適用された電子機器の構成例を示す。この電子機器は、センサーデバイス１０、検出装置３０（広義には、集積回路装置）、処理部５１０、記憶部５２０、無線回路５３０、アンテナ５４０を含む。なお、本実施形態の電子機器は図１５の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１１９】
この電子機器では、センサーデバイス１０が、各種の物理量（力、加速度、質量等）を検出する。そして、物理量を電流（電荷）や電圧等に変換して、検出信号として出力する。検出装置３０は、センサーデバイス１０からの検出信号を受けて、その検出信号のＡ／Ｄ変換を行う。処理部５１０は、検出装置３０からのデジタルデータを受けて、そのデジタルデータに対する信号処理を行う。記憶部５２０は、検出装置３０からのデジタルデータや処理部５１０からのデジタルデータを記憶する。無線回路５３０は、検出装置３０や処理部５１０からのデジタルデータに対して変調処理などを行い、アンテナ５４０を用いて外部機器（相手側の電子機器）に送信する。またアンテナ５４０を用いて、外部機器からのデータを受信し、ＩＤ認証を行ったり、センサーデバイス１０の制御等を行ってもよい。
【０１２０】
上記の構成例によれば、煙センサー、光センサー、人感センサー、圧力センサー、生体センサー、ジャイロセンサー等を内蔵した様々な電子機器を実現できる。また、無線通信を利用して非接触でデータの書き込みと読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）に用いられるＩＣタグ（ＲＦタグ）などの電子機器を実現できる。
【０１２１】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語（搬送波信号、センサーデバイス、検出信号等）と共に記載された用語（キャリア信号、ジャイロセンサー、差動電流信号等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また電荷電圧変換回路、検出装置、電子機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ センサーデバイス、３０ 検出装置、４０ 駆動回路、４２ 増幅回路、
４６ ２値化回路、５０ ＡＧＣ回路、６０ 検出回路、７０ 電荷電圧変換回路、
１００ Ａ／Ｄ変換回路、１１０ 第１のデルタ演算部、
１２０ 第１のシグマ演算部、１３０ 第２のデルタ演算部、
１４０ 第２のシグマ演算部、１５０ 量子化回路、５１０ 処理部、
５２０ 記憶部、５３０ 無線回路、５４０ アンテナ、
Ｃ１〜Ｃ４ 第１〜第４のキャパシター、ＣＫ１ クロック、
ＣＫ１〜ＣＫ１４ 第１〜第１４のクロック、ＣＬＫ 同期信号、
ＩＦＤ フィードバック信号、ＩＳＭ，ＩＳＰ 差動電流信号、
Ｎ１ 第１のノード、Ｎ２ 第２のノード、ＮＧ グランドノード、
ＮＩ１ 第１の入力ノード、ＮＩ２ 第２の入力ノード、ＮＱ１ 第１の出力ノード、
ＮＱ２ 第２の出力ノード、ＱＶ１〜ＱＶ４ 第１〜第４の変換部、
ＳＧ１〜ＳＧ８ 第１〜第８のグランド用スイッチ素子、
ＳＩ１〜ＳＩ１２ 第１〜第１２の入力用スイッチ素子、
ＳＱ１〜ＳＱ４ 第１〜第４の出力用スイッチ素子、
ＳＲ１〜ＳＲ４ 第１〜第４のリセット用スイッチ素子、
ＶＤ 駆動信号、ＶＱＰ，ＶＱＭ 差動電圧信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシターと、
差動電流信号を構成する第１の信号が供給される第１の入力ノードと、前記キャパシターの一端側のノードである第１のノードとの間に設けられる第１の入力用スイッチ素子と、
前記差動電流信号を構成する第２の信号が供給される第２の入力ノードと、前記第１のノードと、の間に設けられる第２の入力用スイッチ素子と、
前記キャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための出力用スイッチ素子と、
を含むことを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、
前記差動電流信号の搬送波信号の周波数に同期した周波数のクロックによりオン・オフ制御されることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記クロックの周波数は、
前記搬送波信号の周波数と同じであることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、
逆相の前記クロックにより、排他的にオン・オフ制御されることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項５】
請求項４において、
第１の期間において、
前記第１の入力用スイッチ素子がオフになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになり、
前記第１の期間に続く第２の期間において、
前記第１の入力用スイッチ素子がオンになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオフになり、
前記出力用スイッチ素子は、
前記第１の期間と前記第２の期間を合わせた期間を少なくとも１回繰り返した後に、オンになることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
グランド電圧が供給されるグランドノードと、前記キャパシターの他端側のノードである第２のノードとの間に設けられる第１のグランド用スイッチ素子と、
前記グランドノードと、前記第１のノードとの間に設けられる第２のグランド用スイッチ素子と、
を含み、
前記第１のグランド用スイッチ素子は、
前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間及び、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、
前記第２のグランド用スイッチ素子は、
前記出力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
第２のキャパシターと、
前記第１の入力ノードと、前記第２のキャパシターの一端側のノードである第３のノードとの間に設けられる第３の入力用スイッチ素子と、
前記第２の入力ノードと、前記第３のノードとの間に設けられる第４の入力用スイッチ素子と、
前記第２のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第２の出力用スイッチ素子と、
を含むことを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項８】
請求項７において、
前記第３の入力用スイッチ素子は、
前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、
前記第４の入力用スイッチ素子は、
前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
第３のキャパシターと、
前記第１の入力ノードと、前記第３のキャパシターの一端側のノードである第５のノードとの間に設けられる第５の入力用スイッチ素子と、
前記第２の入力ノードと、前記第５のノードとの間に設けられる第６の入力用スイッチ素子と、
前記第３のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第３の出力用スイッチ素子と、
を含むことを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第３のキャパシターは、
前記キャパシターが前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子によりチャージされる第１のチャージ期間と次の第２のチャージ期間との間の期間において、前記第５の入力用スイッチ素子と前記第６の入力用スイッチ素子によりチャージされることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記差動電流信号は、
センサーデバイスから供給される電流信号であることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記センサーデバイスは、
駆動信号により駆動され、前記駆動信号の周波数に同期した搬送波信号により所望信号を伝送する前記差動電流信号を出力し、
前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、
前記駆動信号に基づくクロックによりオン・オフ制御されることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の電荷電圧変換回路を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
キャパシターと、
差動電流信号を構成する第１の信号が供給される第１の入力ノードと、前記キャパシターの一端側のノードである第１のノードとの間に設けられる第１の入力用スイッチ素子と、
前記差動電流信号を構成する第２の信号が供給される第２の入力ノードと、前記第１のノードと、の間に設けられる第２の入力用スイッチ素子と、
前記キャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための出力用スイッチ素子と、
を含むことを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、
前記差動電流信号の搬送波信号の周波数に同期した周波数のクロックによりオン・オフ制御されることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項３】
請求項２において、
前記クロックの周波数は、
前記搬送波信号の周波数と同じであることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、
逆相の前記クロックにより、排他的にオン・オフ制御されることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項５】
請求項４において、
第１の期間において、
前記第１の入力用スイッチ素子がオフになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになり、
前記第１の期間に続く第２の期間において、
前記第１の入力用スイッチ素子がオンになり、前記第２の入力用スイッチ素子がオフになり、
前記出力用スイッチ素子は、
前記第１の期間と前記第２の期間を合わせた期間を少なくとも１回繰り返した後に、オンになることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
グランド電圧が供給されるグランドノードと、前記キャパシターの他端側のノードである第２のノードとの間に設けられる第１のグランド用スイッチ素子と、
前記グランドノードと、前記第１のノードとの間に設けられる第２のグランド用スイッチ素子と、
を含み、
前記第１のグランド用スイッチ素子は、
前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間及び、前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、
前記第２のグランド用スイッチ素子は、
前記出力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
第２のキャパシターと、
前記第１の入力ノードと、前記第２のキャパシターの一端側のノードである第３のノードとの間に設けられる第３の入力用スイッチ素子と、
前記第２の入力ノードと、前記第３のノードとの間に設けられる第４の入力用スイッチ素子と、
前記第２のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第２の出力用スイッチ素子と、
を含むことを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項８】
請求項７において、
前記第３の入力用スイッチ素子は、
前記第２の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになり、
前記第４の入力用スイッチ素子は、
前記第１の入力用スイッチ素子がオンになる期間においてオンになることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
第３のキャパシターと、
前記第１の入力ノードと、前記第３のキャパシターの一端側のノードである第５のノードとの間に設けられる第５の入力用スイッチ素子と、
前記第２の入力ノードと、前記第５のノードとの間に設けられる第６の入力用スイッチ素子と、
前記第３のキャパシターに蓄積された電荷に対応する電圧信号を出力するための第３の出力用スイッチ素子と、
を含むことを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第３のキャパシターは、
前記キャパシターが前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子によりチャージされる第１のチャージ期間と次の第２のチャージ期間との間の期間において、前記第５の入力用スイッチ素子と前記第６の入力用スイッチ素子によりチャージされることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記差動電流信号は、
センサーデバイスから供給される電流信号であることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記センサーデバイスは、
駆動信号により駆動され、前記駆動信号の周波数に同期した搬送波信号により所望信号を伝送する前記差動電流信号を出力し、
前記第１の入力用スイッチ素子と前記第２の入力用スイッチ素子は、
前記駆動信号に基づくクロックによりオン・オフ制御されることを特徴とする電荷電圧変換回路。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の電荷電圧変換回路を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−４４５７１（Ｐ２０１２−４４５７１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５７７９（Ｐ２０１０−１８５７７９）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【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３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【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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