專利名稱：∑△型ad轉換器以及使用了該轉換器的角速度傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于航空器、車輛等移動體的姿勢控制、導航系統(tǒng)等的E A型AD轉換器以及使用了該轉換器的角速度傳感器。
背景技術：
以下，參照


現(xiàn)有的這種對多個輸入進行處理的i: A型AD轉換器。
圖7是現(xiàn)有的E厶型AD轉換器的電路圖。在圖7中，輸入部1包括 與笫一輸入相連的電容器2、與第二輸入相連的電容器3、以及切換這些電 容器2、 3的輸入切換裝置4。 DA轉換裝置5包括基準電壓6、 7、以及 通過切換這些基準電壓6、 7來切換所輸出的電荷電平的DA切換裝置8。 積分裝置9包括被輸入從輸入部1和DA轉換裝置5輸出的電荷的運算 放大器10;存儲所輸入的電荷的電容器ll、 12;以及切換這些電容器ll、 12的積分切換裝置13。
比較裝置14包括對從積分裝置9輸出的電壓和預定電壓進行比較的 比較器15、保持從該比較器15輸出的比較信號的D觸發(fā)器16。并且，該 D觸發(fā)器16的輸出被輸入到DA切換裝置8,切換DA轉換裝置5的輸出 電平。
接著，對如上那樣構成的現(xiàn)有的E厶型AD轉換器的工作進行說明。 輸入部1和積分裝置9在笫一輸入被選擇的情況下，在電容器2中充 放電與第一輸入成比例的電荷。并且，將該被充放電的電荷輸送到電容器 11。同樣地，在第二輸入凈皮選擇的情況下，在電容器3中充放電與第二輸 入成比例的電荷。并且，將該充放電的電荷輸送到電容器12。這樣，現(xiàn)有的E厶型AD轉換器根據(jù)輸入信號的切換進行工作，以切 換積分用的電容器ll、 12。因此，能夠縮短輸入切換時由i:厶型AD轉換 器引起的延遲，同配置數(shù)量與輸入信號相同的AD轉換器的方法相比，能 夠減小電路M^莫。作為與該發(fā)明申請相關的在先技術文獻信息，公知有例 如專利文獻l。
但是，在上述現(xiàn)有的結構中，輸入到構成積分裝置9的運算放大器10 的基準電壓、DA轉換裝置5的基準電壓6、 7因電源電壓變化或溫度變化 的影響而發(fā)生變動?，F(xiàn)有的E A型AD轉換器的輸出信號直接受到該影響， 因此AD轉換器的輸出精度將會劣化。
專利文獻1日本特開2001 - 237706號7>才艮

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種E厶型AD轉換器以及使用了該轉換器的角速度傳感 器，其來自DA轉換裝置、積分電路的輸出信號不會受到電源電壓變化、 溫度變化的影響而發(fā)生變動，輸出特性穩(wěn)定。
本發(fā)明的EA型AD轉換器，包括輸入切換裝置，其對至少兩個輸 入信號進行切換；DA轉換裝置，其輸出至少兩個電平的電荷量；積分裝 置，其對從輸入切換裝置和DA轉換裝置輸出的電荷進行積分，并保持其 至少兩個積分值；比較裝置，其將從該積分裝置輸出的至少兩個積分值與 預定值進行比較；DA切換裝置，其根據(jù)該比較裝置的至少兩個輸出來對 DA轉換裝置的輸出進行切換；以及運算裝置，其對比較裝置的輸出信號 進行運算。并且，運算裝置上設有計算從比較裝置輸出的至少兩個比較信 號的差的差分運算裝置。
根據(jù)這樣的結構，來自輸入切換裝置、DA轉換裝置、積分裝置、比 較裝置以及DA切換裝置的輸出信號，同樣地施加于對運算裝置的至少兩 個輸入信號。并且，通過運算裝置具有的差分運算裝置計算至少兩個輸入 信號的信號處理結果的差，由此能夠消除來自輸入切換裝置、DA轉換裝 置、積分裝置、比較裝置以及DA切換裝置的輸出信號中的基準電壓變動等的影響。

圖1是本發(fā)明實施方式1的使用了 Z A型AD轉換器的角速度傳感器 的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明實施方式1的使用了 E A型AD轉換器的角速度傳 感器的工作狀態(tài)的圖。
圖3是本發(fā)明實施方式2的使用了 ￡ A型AD轉換器的角速度傳感器 的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明實施方式2的使用了 E A型AD轉換器的角速度傳 感器的工作狀態(tài)的圖。
圖5是表示本發(fā)明實施方式3的使用了 ￡ A型AD轉換器的角速度傳 感器的電路圖。
圖6是表示本發(fā)明實施方式3的使用了 E A型AD轉換器的角速度傳 感器的工作狀態(tài)的圖。
圖7是現(xiàn)有的E A型AD轉換器的電路圖。
標號說明
30傳感器元件
32 驅動電極
33 監(jiān)視電極 34、 35 傳感電極 40、 131驅動電路 41 PLL電路 43定時控制電路 44、 81、 101、 132
47、 84、 104、 136
48、 85、 105、 133
輸入切換裝置 DA切換裝置 DA轉換裝置62、 99、 119、 134 積分裝置
63、 135 比較裝置
70 差分運算裝置
71 修正運算部 73 運算裝置
說明書第4/21頁
M實施方式
(實施方式1 )
以下，參照

本發(fā)明實施方式1的￡厶型AD轉換器和使用了 該轉換器的角速度傳感器。
圖1是本發(fā)明實施方式1的使用了 E A型AD轉換器的角速度傳感器 的電路圖。在圖1中，傳感器元件30包括振動體31、具有用于使該振 動體31振動的壓電體的驅動電極32、具有才艮據(jù)振動狀態(tài)產生電荷的壓電 體的監(jiān)^L電極33、具有當對傳感器元件30施加角速度時產生電荷的壓電 體的一對傳感電極。另外，傳感器元件30中的一對傳感電極包括第一傳 感電極34、以及產生與該第一傳感電極34的極性相反的電荷的第二傳感 電極35。電荷放大器36被輸入傳感器元件30中的監(jiān)視電極33輸出的電 荷。該所輸入的電荷被以預定倍率轉換為電壓。帶通濾波器37被輸入電荷 放大器36的輸出。所輸入的信號的噪聲成分被去除而輸出監(jiān)視信號。AGC 電路38具有半波整流平滑電路(未圖示)。帶通濾波器37的輸出信號成 為進行了半波整流的、經過平滑處理的DC信號?；谠揇C信號，帶通 濾波器37輸出的監(jiān)視信號^U文大或衰減而輸出。驅動電路39被輸入AGC 電路38的輸出，向傳感器元件30的驅動電極32輸出驅動信號。并且，由 電荷放大器36、帶通濾波器37、 AGC電路38以及驅動電路39構成驅動 電路40。
PLL電路41使驅動電路40中的帶通濾波器37輸出的監(jiān)視信號倍增， 在時間上對相位噪聲進行積分降低而輸出。定時生成電路42基于對從PLL 電路41輸出的監(jiān)視信號進行了倍增的信號，將監(jiān)視信號的2周期期間劃分成第一定時信號①l、第二定時信號①2、第三定時信號①3、第四定時信 號①4，生成并輸出這四個定時信號。詳細內容將在后面說明。定時控制電 路43由PLL電路41和定時生成電路42構成。
輸入切換裝置44包括模擬開關45，其與傳感器元件30中的第一傳 感電極34連接，根據(jù)第二定時信號①2進行工作；模擬開關46，其與第二 傳感電極35連接，根據(jù)第四定時信號①4進行工作。根據(jù)這樣的結構，輸 入切換裝置44才艮據(jù)第二定時信號①2或第四定時信號0)4，切換輸出來自 第一傳感電極34或第二傳感電極35的輸入信號。
DA切換裝置47具有第一基準電壓49和第二基準電壓50。第一基準 電壓49和第二基準電壓50通過預定信號而被切換，在第二定時信號02 中，輸出第一基準電壓49的信號，而在第四定時信號①4中，輸出第二基 準電壓50的信號。DA輸出裝置51包括電容器52，其4皮輸入DA切換 裝置47的輸出信號；模擬開關53、 54，其連接在該電容器52的兩端上， 并且根據(jù)笫一定時信號①1和第三定時信號①3進行工作，使電容器52的 電荷放電。并且，由DA切換裝置47和DA輸出裝置51構成DA轉換裝 置48。該DA轉換裝置48根據(jù)第一定時信號①1和第三定時信號①3,使 電容器52的電荷放電，而且，根據(jù)第二定時信號①2和第四定時信號①4， 輸入輸出與DA切換裝置47輸出的基準電壓相應的電荷。
模擬開關55被輸入輸入切換裝置44和DA轉換裝置48的輸出，并根 據(jù)第二定時信號①2和第四定時信號①4而輸出。積分電路56被輸入才莫擬 開關55的輸出。積分電路56包括運算放大器57;并聯(lián)連接在該運算》文 大器57的反饋上的一對電容器58、 59;與該電容器58、 59連接的一對模 擬開關60、 61。另夕卜，模擬開關60根據(jù)第一定時信號①1和第二定時信號 ①2進行工作，至積分電路56的輸入信號在電容器58中積分而保存積分值。 模擬開關61根據(jù)第三定時信號0>3和第四定時信號①4進行工作，至積分 電路56的輸入信號在電容器59中積分而保存積分值。積分裝置62包括模 擬開關55和積分電路56。該積分裝置62根據(jù)第一定時信號①1和第二定 時信號①2，使才莫擬開關55的輸出在電容器58中積分而輸出其積分值，并且根據(jù)第三定時信號①3和第四定時信號①4使模擬開關55的輸出在電容 器59中積分而輸出其積分值。
比較裝置63被輸入積分裝置62輸出的積分信號。比較裝置63包括 對該積分信號與預定值進行比較的比較器64、被輸入該比較器64輸出的1 位數(shù)字信號的D觸發(fā)器65。 D觸發(fā)器65在第二定時信號①2和第四定時 信號①4的上升時，鎖存上述l位數(shù)字信號而輸出鎖存信號。該鎖存信號 被輸入至DA轉換裝置48的DA切換裝置47，切換第一基準電壓49和第 二基準電壓50。并且，由輸入切換裝置44、 DA轉換裝置48、積分裝置 62以及比較裝置63構成E A調制器66。
該i:厶調制器66通過上述結構而對從傳感器元件30中的一對傳感電 極34、 35輸出的電荷進行EA調制，轉換成l位數(shù)字信號而進行輸出。
鎖存電路67被輸入從E △調制器66的比較裝置63中的比較器64輸 出的1位數(shù)字信號。鎖存電路67包括對1位數(shù)字信號進行鎖存的一對D 觸發(fā)器68、 69。 D觸發(fā)器68根據(jù)第二定時信號①2鎖存l位數(shù)字信號，D 觸發(fā)器69根據(jù)第四定時信號①4鎖存1位數(shù)字信號。差分運算裝置70被 輸入鎖存電路67中的一對D觸發(fā)器68、 69鎖存并輸出的一對1位數(shù)字信 號。并且，計算這一對1位數(shù)字信號之差的1位差分運算通過置換處理來 實現(xiàn)。也就是說，輸入到差分運算裝置70中的一對1位數(shù)字信號為"00"、 "01" 、 "10" 、 "11"時，分別被置換為"0"、"國l" 、 'T， 、 "0" 而進行輸出。修正運算部71被輸入差分運算裝置70輸出的1位差分信號， 該1位差分信號與預定的修正信息的修正運算通過置換處理而實現(xiàn)。即， 如上所述，輸入到修正運算部71中的1位差分信號為"0" 、 'T， 、 ， 例如當修正信息為"5"時，分別被置換為"0" "5" "-5"而進行輸出。 數(shù)字濾波器72被輸入從修正運算部71輸出的數(shù)字差分信號，進行去除噪 聲成分的濾波處理。并且，運算裝置73包括鎖存電路67、差分運算裝置 70、修正運算部71以及數(shù)字濾波器72。另外，該運算裝置73根據(jù)第二定 時信號①2和第四定時信號①4鎖存一對1位數(shù)字信號，進行差分運算、 修正運算、濾波處理，輸出多位信號。并且，傳感電路74包括定時控制電路43、 EA調制器66以及運算裝置73。
接下來，說明如上述那樣構成的本發(fā)明實施方式l中的角速度傳感器 的工作。
當對傳感器元件30的驅動電極32施加交流電壓時，振動體31發(fā)生諧 振，在監(jiān)視電極33中產生電荷。將該監(jiān)視電極33中產生的電荷輸入到驅 動電路40中的電荷放大器36,轉換為正弦波形的輸出電壓。
圖2是表示使用了本發(fā)明實施方式1中的i:A型AD轉換器的角速度 傳感器的工作狀態(tài)的圖。在圖2中，電荷放大器36的輸出電壓被輸入到帶 通濾波器37,僅抽取振動體31的諧振頻率，從帶通濾波器37輸出,皮去除 了噪聲成分的正弦波形信號A。該正弦波形信號A被輸入到AGC電路38 具有的半波整流平滑電路(未圖示)，從而被轉換為DC信號。
當該DC信號較大時，AGC電路38將用于使驅動電路40中的帶通濾 波器37的輸出信號衰減的信號輸入到驅動電路39。另一方面，當DC信 號較小時，AGC電路38將用于使驅動電路40中的帶通濾波器37的輸出 信號放大的信號輸入到驅動電路39。通過這樣的工作進行調整，以使振動 體31的振動成為恒定振幅。
傳感電路74中的定時控制電路43被輸入圖2所示的正弦波信號A。 并且，基于由PLL電路41所倍增后的信號，由定時生成電路42形成圖2 所示的第一定時信號①1、第二定時信號①2、第三定時信號①3以及第四 定時信號①4。這些定時信號Ol、①2、①3、①4作為模擬開關45、 46、 53、 54、 55、 60、 61的切換信號和鎖存電路的鎖存定時信號而被輸入到E 厶調制器66和運算裝置73。
將用相位器使相位發(fā)生90度移相的正弦波信號輸入到與預定的基準 電壓(未圖示)進行比較的電壓比較器(未圖示)，然后將該電壓比較器 的輸出輸入到邏輯電路(未圖示)，即便在這樣的情況下，也能夠形成定 時信號Ol、①2、①3、①4。但是，此時正弦波信號的電壓噪聲和因溫度變 化、電源變動引起的電壓噪聲表現(xiàn)為相位噪聲。該相位噪聲作為切換輸入 信號、積分切換裝置的定時噪聲會成為給信號處理的精度帶來惡劣影響的主要因素。因此，取為使用PLL電路41在時間上積分、降低了相位噪聲 的定時信號，從而能夠降低切換定時噪聲，提高信號處理的精度。
在傳感器元件30于圖1所示的驅動方向以速度V進行彎曲振動的狀 態(tài)下，傳感器元件30圍繞振動體31的長度方向的中心軸以角速度co進行 旋轉時，在該傳感器元件30中產生F = 2mVx co的科里奧利力(Coriolis force)。通過該科里奧利力，在傳感器元件30具有的一對傳感電極34、 35上分別產生圖2所示的電壓C、 D。在該傳感電極34、 35上產生的電壓 由科里奧利力產生，因此相位比監(jiān)視電極33中產生的信號超前90度。另 外，在一對傳感電極34、 35中產生的輸出信號如圖2的C、 D所示那樣， 處于正極性信號和負極性信號的關系。
以下說明這種情況下的E A調制器66的工作。E A調制器66通過重 復第一定時信號①1、第二定時信號①2、第三定時信號①3以及第四定時 信號①4而進行工作。在第一定時信號①1和第二定時信號①2下，從傳感 器元件30中的傳感電極34輸出的正極性信號被進行E A調制而被轉換為 l位數(shù)字信號，另外在第三定時信號①3和第四定時信號①4下，負極性信 號被進行H A調制而轉換為1位數(shù)字信號。
逐個說明在上述的4個定時信號下的工作。首先，在第一定時信號①1 上升時，與積分裝置62中的電容器58連接的模擬開關60接通，保持在該 電容器58中的積分值被輸入到比較裝置63中的比較器64,比較結果作為 l位數(shù)字信號而被輸出。另夕卜，DA轉換裝置48中的模擬開關53、 54接通， 保持在電容器52中電荷被釋放。
接著，在第二定時信號①2上升時，從比較裝置63的比較器64輸出 的1位數(shù)字信號被鎖存在D觸發(fā)器65中，該鎖存信號輸入到DA轉換裝 置48的DA切換裝置47中。根據(jù)該輸入的鎖存信號，基準電壓49、 50被 切換而輸入到電容器52，從DA轉換裝置48輸出與切換后的基準電壓相 應的電荷。另一方面，在輸入切換裝置44中，才莫擬開關45接通，從傳感 器元件30的傳感電極34輸出產生的電荷。而且，積分裝置62中的模擬開 關55接通，從輸入切換裝置44和DA轉換裝置48輸出的電荷被輸入到積分電路56。由此，在第二定時信號①2中，在積分電路56中的電容器58 中積分并保存圖2的C的斜線部分所示的電荷量與從DA轉換裝置48輸 出的電荷量之總和。
通過上述的第一定時信號①1和第二定時信號①2的工作，相當于從 傳感器元件30的傳感電極34輸出的電壓振幅值一半的電荷量被進行E △ 調制，在第一定時信號①1和第二定時信號€ 2的信號上升時，作為1位 數(shù)字信號而被輸出。
同樣地，在第三定時信號03和第四定時信號①4中，相當于從傳感 器元件30的傳感電極35輸出的電壓振幅值一半的電荷量被進行E △調制， 在第三定時信號①3和第四定時信號①4的信號上升時，被轉換為1位數(shù) 字信號而進行輸出。
通過以上的工作，相當于從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35 輸出的電壓振幅值一半的電荷量，通過E A調制器66而#皮進行5: A調制， 作為一對1位數(shù)字信號而在上述定時進行輸出。
從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出的電荷，并不僅產生 相位比監(jiān)視電極33中產生的信號超前了卯度的傳感信號，還產生與監(jiān)視 信號同相的無用信號。在此，說明從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出傳感信號和無用信號的合成信號的情況。
由角速度引起的科里奧利力所產生的傳感信號如圖2的C、 D所示。 如上所述，在第二定時信號①2和第四定時信號①4中，由積分電路56積 分圖2的C、 D的斜線部分所示的電荷量、即相當于電壓振幅值一半的電 荷量。另外，由傳感電極34， 35產生的無用信號用圖2的E、 F表示。在 無用信號E、 F中，與傳感信號C、 D同樣地，通過第二定時信號①2和第 四定時信號①4，積分E、 F的斜線部分所示的電荷量、即無用信號的電壓 振幅從最大值到最小值的區(qū)間的電荷量。以E、 F的電壓振幅的中央值為 基準進行積分并被消除，從而電荷量變?yōu)?0"。也就是說，通過積分裝置 62在第二定時信號①2和第四定時信號①4上升時的工作，C、 F所示的無 用信號被消除。因此，與傳感信號C、 D的電壓振幅相應的電荷量被積分，分別對一對輸入信號C、 D實施所謂的同步檢波處理。因此，與沒有上述 無用信號E、 F時的工作的說明同樣地，由E A調制器66對經過同步檢波 處理的信號進行i: A調制，轉換為l位數(shù)字信號而進行輸出。
通過以上的工作，能夠既對傳感器元件30中的一對輸出信號進行同步 檢波處理又進行E A調制。如此經過了同步檢波的數(shù)字信號無需通常的IV 轉換電路、相位器、同步檢波電路等模擬電路即可得到。因此，能夠實現(xiàn) 小型且低成本的E A型AD轉換器。
接下來，說明運算裝置73的工作。首先，根據(jù)笫二定時信號①2，從 E △調制器66的比較裝置63中的比較器64輸出的1位數(shù)字信號，被鎖存 在鎖存電路67的D觸發(fā)器68中。另外，根據(jù)第四定時信號①4，從ZA 調制器66的比較裝置63中的比較器64輸出的1位數(shù)字信號，被鎖存在鎖 存電路67的D觸發(fā)器69中。
鎖存在這一對D觸發(fā)器68、 69中的一對1位數(shù)字信號如上述說明的 那樣，是通過如下處理得到的，即將從傳感器元件30中的一對傳感電極 34、 35輸出的信號去除了無用信號的、電壓振幅值一半所相當?shù)碾姾闪糠?別通過E A調制來轉換為數(shù)字值。
接下來，鎖存電路67輸出的一對1位數(shù)字信號被輸入至1位差分運算 裝置70，計算這一對l位數(shù)字信號的差而輸出l位差分信號。在此，第一 定時信號①1下的1位差分信號，是在前一個周期中的第二定時信號①2、 笫四定時信號①4下所鎖存的1位數(shù)字信號的差。并且，該1位差分信號 表示圖2的C、 D所示的從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出 的信號去除了 E、 F所示的無用信號后的電壓振幅值。
通過以上的工作，從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出的 處于正極性信號與負極性信號的關系的一對輸入信號，使用同一個積分裝 置62而被積分。因此，與用2個積分裝置分別進行積分的情況相比，對由 于各積分裝置的特性引起的一對輸入信號的積分結果的相對誤差的影響顯 著降低。與此同樣地，DA轉換裝置48也為對一對輸入信號的信號處理4吏 用同一個DA轉換裝置的結構。另外，比較裝置63也使用比較器對一對積分結果與相同的基準電壓進行比較，從而比較器的特性、基準電壓的變動 對比較結果的相對誤差的影響顯著降低。
另外，因電源電壓變化、溫度變化的影響所引起的各裝置中的基準電
壓變動等的影響也施加在一對輸入信號上。但是，通過運算裝置73具有的 1位差分運算裝置70計算一對輸入信號的信號處理結果之差，因此各裝置 中的基準電壓變動等的影響被消除。進而，從傳感器元件30中的一對傳感 電極34、 35輸出而輸入到5:厶型AD轉換器中的一對輸入信號所包含的同 相噪聲成分、偏置成分的影響也^L消除。由此，能夠精度良好地形成一對 輸入信號的差信號。
另外，取一對輸入信號之差的1位差分運算，在比較裝置的輸出信號 為由"1" 、 "0"構成的l位信號時，輸入到差分運算裝置中的一對比較 信號限于"00" 、 "01" "10" 、 "11"這4種。因此，取差后的結果也 分別預先確定為"0" 、 、 'T， 、 "0",因此能夠以非常簡單的電
路結構進行與輸入信號相應的減法運算處理。在將進行了減法運算處理的 一對輸入信號作為1個差分信號之后，進行在E AAD轉換中通常所需要 的由數(shù)字濾波器進行的低通濾波、抽選(decimation)等信號處理，從而 與下述的情況相比，能夠使差分運算電路、數(shù)字濾波器等運算電路的電路 目非常小，并能實現(xiàn)高精度的信號處理，所述情況為對輸入信號分別 準備以低通濾波、抽選等對一對輸入信號進行信號處理的數(shù)字濾波器，通 過數(shù)字濾波器進行多位化處理之后，使用能進行多位加減運算的運算器進 行差分運算處理。
接下來，1位差分運算裝置70輸出的1位差分信號被輸入到修正運算 部71，通過置換處理進行該1位差分信號與預定的修正信息的修正運算。 如上所述，該^^正運算利用如下情況，即l位差分信號限于"0" 、 "1"、 這三個值。例如，當預定的修正信息為"5"時，輸入到修正運算部 中的l位差分信號"0" 、 "1" 、 分別被置換處理為"0" 、 "5"、
"-5"，從而能夠實現(xiàn)乘法運算而進行信號的修正。
由此，通過設定適當?shù)男拚畔⒛軌蛐拚騻鞲衅髟?0的制造離差等引起的靈敏度相對于角速度的離差、因溫度變動引起的傳感器元件30 的靈敏度變動。另夕卜，與如下的情況相比能夠以非常小的電路M來實現(xiàn)， 所述情況為通過數(shù)字濾波器轉換為多位信號之后準備對多位信號進行乘 法運算處理的乘法器來進行乘法運算處理，由此進行信號的修正。進而， 在該置換處理中，并不存在因有限字長導致的數(shù)據(jù)舍棄等，能夠實現(xiàn)高精 度的修正運算。其結果是，傳感器元件30和傳感電路74的靈敏度調整能 夠以小型、低成本來實現(xiàn)高精度。 (實施方式2)
以下，參照附圖對本發(fā)明實施方式2中的使用了 ￡厶型AD轉換器的 角速度傳感器進行說明。對于具有與上述的本發(fā)明實施方式1相同結構的 部件標以相同的標號，省略其說明。
圖3是本發(fā)明實施方式2中的使用了 ￡△型AD轉換器的角速度傳感 器的電路圖。在圖3中，輸入切換裝置81包括模擬開關82、 83。模擬開 關83與傳感器元件30中的第一傳感電極34連接，根據(jù)第二定時信號①2 進行工作。模擬開關82與第二傳感電極35連接，基于第四定時信號①4 進行工作。輸入切換裝置81基于第二定時信號①2和第四定時信號①4來 切換輸出來自一對傳感電極34、 35的輸入信號。
DA切換裝置84具有第一基準電壓86和第二基準電壓87。并且，根 據(jù)預定的信號切換該第一基準電壓86和第二基準電壓87，根據(jù)第二定時 信號①2和第四定時信號①4進行輸出。DA輸出裝置88包括電容器89和 模擬開關卯、91。電容器89被輸入DA切換裝置84的輸出信號。模擬開 關90、 91與該電容器89的各端連接，根據(jù)第一定時信號①1和第三定時 信號①3進行工作，使電容器89的電荷釋放。并且，DA轉換裝置85包括 DA切換裝置84和DA輸出裝置88。該DA轉換裝置85根據(jù)第一定時信 號①1和第三定時信號①3使電容器89的電荷釋放。而且，根據(jù)第二定時 信號①2和第四定時信號①4使與DA切換裝置84輸出的基準電壓相應的 電荷輸入輸出。
模擬開關92被輸入輸入切換裝置81和DA轉換裝置85的輸出，根據(jù)第二定時信號①2和第四定時信號①4進行輸出。積分電路93被輸入模擬 開關92的輸出。積分電路93包括運算放大器94、并聯(lián)連接在該運算放 大器94的反饋上的一對電容器95、 96、以及與該電容器95、 96連接的一 對模擬開關97、98。模擬開關97根據(jù)第一定時信號①1和第二定時信號①2 進行工作，向積分電路93的輸入信號在電容器95中被積分而保持積分值。 模擬開關98根據(jù)第三定時信號①3和第四定時信號04進行工作，向積分 電路93的輸入信號在電容器96中被積分而保持積分值。并且，積分裝置 99包括模擬開關92和積分電路93。該積分裝置99根據(jù)第一定時信號①1 和第二定時信號①2,使模擬開關92的輸出在電容器95中積分而輸出其積 分值。另外，才艮據(jù)第三定時信號①3和第四定時信號①4，使^^莫擬開關92 的輸出在電容器96中積分而輸出其積分值。
輸入切換裝置101包括模擬開關102、 103。模擬開關103與傳感器元 件30中的第一傳感電極34連接，根據(jù)第四定時信號04進行工作。模擬 開關102與第二傳感電極35連接，根據(jù)第二定時信號①2進行工作。輸入 切換裝置101根據(jù)第四定時信號①4和第二定時信號02來切換輸出來自 一對傳感電極34、 35的輸入信號。
DA切換裝置104具有第一基準電壓106和第二基準電壓107。并且， 根據(jù)預定的信號切換該第一基準電壓106和第二基準電壓107,根據(jù)第二 定時信號①2和第四定時信號①4進行輸出。DA輸出裝置108包括電容器 109和才莫擬開關110、 111。電容器109被輸入DA切換裝置104的輸出信 號。模擬開關110、 111與該電容器109的各端連接，根據(jù)第一定時信號€ 1 和第三定時信號①3使電容器109的電荷釋放。并且，DA轉換裝置105 包括DA切換裝置104和DA輸出裝置108。該DA轉換裝置105根據(jù)第一 定時信號①1和第三定時信號①3使電容器109的電荷釋放。而且，根據(jù) 第二定時信號①2和第四定時信號①4使與DA切換裝置104輸出的基準 電壓相應的電荷輸入輸出。
模擬開關112被輸入輸入切換裝置101和DA轉換裝置105的輸出， 根據(jù)第二定時信號①2和第四定時信號①4進行輸出。積分電路113被輸入模擬開關112的輸出。積分電路113包括運算放大器114、并聯(lián)連接在 該運算放大器114的反饋上的一對電容器115、 116、以及與該電容器115、 116連接的一對模擬開關117、 118。模擬開關117根據(jù)第一定時信號①1 和第二定時信號①2進行工作，向積分電路113的輸入信號在電容器115 中被積分而保持積分值。模擬開關118根據(jù)第三定時信號①3和第四定時 信號①4進行工作，向積分電路113的輸入信號在電容器116中被積分而 保持積分值。并且，積分裝置119包括模擬開關112和積分電路113。該 積分裝置119根據(jù)第一定時信號①1和第二定時信號①2使模擬開關112 的輸出在電容器115中積分而輸出其積分值。另夕卜，才艮據(jù)第三定時信號①3 和第四定時信號①4使模擬開關112的輸出在電容器116中積分而輸出其 積分值。
比較裝置120 4皮輸入積分裝置99、 119輸出的積分信號。比較裝置120 包括比較該積分信號與預定值的比較器121、被輸入該比較器121輸出 的1位數(shù)字信號的D觸發(fā)器122。 D觸發(fā)器122在第二定時信號①2和第 四定時信號①4上升時，鎖存l位數(shù)字信號而輸出鎖存信號。該鎖存信號 被輸入至DA轉換裝置85、 105的DA切換裝置84、 104,切換基準電壓 86、 87、 106、 107。并且，EA調制器13包括輸入切換裝置81、 101; DA轉換裝置85、 105;積分裝置99、 119以及比較裝置120。
該E A調制器123對由傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出 的電荷進行E厶調制，轉換為l位數(shù)字信號而進行輸出。
接下來，說明如上述那樣構成的本發(fā)明實施方式2中的角速度傳感器 的工作。首先，說明上述EA調制器123的工作。
圖4示出本發(fā)明實施方式2中的使用了5:a型AD轉換器的角速度傳 感器的工作狀態(tài)的圖。在圖4中，該i:A調制器123通過重復第一定時信 號①1、第二定時信號①2、第三定時信號①3以及第四定時信號①4來進 行工作。
在第一定時信號①1和第二定時信號①2中，從傳感器元件30中的傳 感電極34輸出的正極性信號通過第一輸入切換裝置81、第一 DA轉換裝置85和第一積分裝置99而被積分。另外，從傳感器元件30中的傳感電極 35輸出的負極性信號由第二輸入切換裝置101 、第二 DA轉換裝置105以 及第二積分裝置119而被積分。并且，該第一積分裝置99和第二積分裝置 119輸出的一對積分值被輸入比較裝置120的比較器121來進行比較，其 比較結果作為l位數(shù)字信號而被輸出。
在第二定時信號①2上升時，從比較裝置120的比較器121輸出的1 位數(shù)字信號被鎖存在D觸發(fā)器122中，該鎖存信號被輸入到DA轉換裝置 85、 105的DA切換裝置84、 104。此時，在第二定時信號①2上升時被進 行HA調制而作為l位數(shù)字信號輸出的值，變成從正極性信號輸出的信號 的電壓振幅值減去負極性信號輸出的信號的電壓振幅值而得到的值。該值 表示一對傳感電極34、 35中的輸出的電壓振幅的正的信息，其凈皮鎖存在運 算裝置73的D觸發(fā)器68中。
在第三定時信號(D3和第四定時①4中，從傳感器元件30中的傳感電 極34輸出的正極性信號通過第二輸入切換裝置101、第二DA轉換裝置105 和第二積分裝置119而#1積分。另外，從傳感器元件30中的傳感電極35 輸出的負極性信號通過第一輸入切換裝置81、第一 DA轉換裝置85以及 第一積分裝置99而被積分。并且，該第一積分裝置99和第二積分裝置119 輸出的一對積分值被輸入到比較裝置120的比較器121而進行比較，其比 較結果作為1位數(shù)字信號而被輸出。
在第四定時信號①4上升時，從比較裝置120的比較器121輸出的1 位數(shù)字信號被鎖存在D觸發(fā)器122中，該鎖存信號被輸入到上述DA轉換 裝置85、 105的DA切換裝置84、 104中。此時，在第四定時信號①4上升 時被進行E A調制而作為1位數(shù)字信號輸出的值，成為從負極性信號輸出
值表示一對傳感電極34， 35中的輸出的電壓振幅的負的信息，其被鎖存在 運算裝置73的D觸發(fā)器69中。
逐一說明上述的4個定時信號下的工作。首先，在第一定時信號①1 上升時，與積分裝置99中的電容器95連接的模擬開關97接通，保持在該電容器95中的積分值被輸入到比較裝置120中的比較器121。同時，與積 分裝置119中的電容器115連接的模擬開關117接通,保持在該電容器115 中的積分值被輸入到比較裝置120中的比較器121。并且，該一對積分值 的比較結果作為1位數(shù)字信號而被輸出。另外，DA轉換裝置85、 105中 的模擬開關卯、91、 110、 111接通，保持在電容器89、 109中的電荷被釋 放。
接著，在第二定時信號①2上升時，從比較裝置120的比較器121輸 出的1位數(shù)字信號被鎖存在D觸發(fā)器122中，該鎖存信號被輸入到DA轉 換裝置85、 105的DA切換裝置84、 104中。根據(jù)該所輸入的鎖存信號切 換基準電壓86、 87、 106、 107而輸入到電容器89、 109，輸出與由DA轉 換裝置85、 105切換的基準電壓相應的電荷。與此同時，在輸入切換裝置 81中，模擬開關83接通，從傳感器元件30的傳感電極34輸出產生的電 荷。另一方面，在輸入切換裝置101中，模擬開關102接通，從傳感器元 件30的傳感電極35輸出的電荷。而且，積分裝置99、 119中的模擬開關 92、 112接通，從輸入切換裝置81和DA轉換裝置85輸出的電荷4皮輸入 到積分電路93，并且從輸入切換裝置101和DA轉換裝置105輸出的電荷 被輸入到積分電路113中。由此，在第二定時信號①2中，在積分電路93 的電容器95中，積分并保持圖4的C的斜線部分所示的電荷量與從DA 轉換裝置85輸出的電荷量的總和，并且，在積分電路113的電容器115 中，積分并保持圖4的D的斜線部分所示的電荷量與由DA轉換裝置105 輸出的電荷量的總和。
通過上述的第一定時信號①1和第二定時信號02的工作，與從傳感 器元件30的傳感電極34、 35輸出的電壓振幅值的正的值相當?shù)碾姾闪勘?進行E A調制，在第一定時信號①1和第二定時信號①2的信號上升時， 作為1位數(shù)字信號而進行輸出。
同樣地，在第三定時信號①3和第四定時信號①4中，與從傳感器元 件30中的一對傳感電極34、 35輸出的電荷的電壓振幅值的負的值相當?shù)?電荷量,皮進行E A調制，在第三定時信號①3和第四定時信號①4的信號上升時，被轉換為l位數(shù)字信號而進行輸出。
通過以上的工作，與從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出 的電壓振幅值的正/負相當?shù)碾姾闪勘籭: A調制器123進行E A調制，作為 一對l位數(shù)字信號而以上述定時進行輸出。另外，正極性信號和負極性信
號被同時積分，其差被進行i:厶調制，因此瞬時的同相噪聲被去除而進行
輸出。而且,在第一定時信號Ol、第二定時信號①2以及第三定時信號0>3、 第四定時信號04的工作中，2個積分裝置和DA轉換裝置切換正極性信號 和負極性信號進行信號處理，因此在第二定時信號①2和第四定時信號①4 上升時所輸出的一對l位數(shù)字信號上，2個積分裝置99、 119和DA轉換 裝置85、 105的基準電壓變動、偏置變動等同樣發(fā)生影響。
從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出的電荷，不僅產生相 位比在監(jiān)視電極33中產生的信號超前了 90度的傳感信號，還產生與監(jiān)視 信號同相的無用信號。在從傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出 傳感信號與無用信號的合成信號的情況下，與本發(fā)明實施方式l同樣地， 對一對輸入信號的每一個實施所謂的同步檢波處理。并且，通過該同步檢 波處理，消除無用信號，與傳感信號的電壓振幅相應的電荷量被積分。
通過以上的工作，能夠對傳感器元件30中的一對輸出信號進行同步檢 波處理的同時進行EA調制。這樣，經過同步檢波的數(shù)字信號無需通常的 IV轉換電路、相位器、同步檢波電路等模擬電路就能得到。因此，能夠實 現(xiàn)小型、低成本的i:A型AD轉換器。
接著，說明運算裝置73的工作。首先，在第二定時信號①2，從j:厶
調制器123的比較裝置120中的比較器121輸出的1位數(shù)字信號朝L鎖存在 鎖存電路67的D觸發(fā)器68中。另外，在第四定時信號①4，從EA調制 器123的比較裝置120中的比較器121輸出的1位數(shù)字信號被鎖存在鎖存 電路67的D觸發(fā)器69中。
鎖存在這一對D觸發(fā)器68、 69中的一對1位數(shù)字信號如上面說明的 那樣，是對去除了由傳感器元件30中的一對傳感電極34、 35輸出的信號
無用信號的、與電壓振幅值的正和負相當?shù)碾姾闪糠謩e進行i: A調制而轉換為數(shù)字值后信號。另外，在第一定時信號Ol、第二定時信號①2以及笫 三定時信號①3、第四定時信號①4中，2個積分裝置和DA轉換裝置切換 正極性信號和負極性信號而進行信號處理。因電源電壓變化、溫度變化的 影響導致的各裝置中的基準電壓變動、偏置變動等的影響也針對一對1位 數(shù)字信號以相同的極性施加。在此，運算裝置73具有的1位差分運算裝置 70計算一對輸入信號的信號處理結果之差。通過該運算處理，各裝置中的 基準電壓變動等的影響被消除。而且，從傳感器元件30中的一對傳感電極 34、 35輸出、且輸入到E A型AD轉換器的一對輸入信號具有的瞬時同相 噪聲成分、偏置成分的影響也被消除，因此能夠精度良好地形成一對輸入 信號之差的2倍的信號。 (實施方式3)
以下，參照

本發(fā)明實施方式3中的使用了EA型AD轉換器 的角速度傳感器。對于具有與上述的本發(fā)明實施方式l同樣結構的部件， 標以相同的標號并省略其"^兌明。
圖5是本發(fā)明實施方式3中的使用了 Z△型AD轉換器的角速度傳感 器的電路圖。圖6是表示本發(fā)明實施方式3中的使用了i:厶型AD轉換器 的角速度傳感器的工作狀態(tài)的圖。在圖5中，驅動電路131包括輸入切換 裝置132、 DA轉換裝置133、積分裝置134、比較裝置135、 DA切換裝置 136、數(shù)字帶通濾波器137、 AGC電路138以及驅動電路139。
輸入切換裝置132與振動體31中的監(jiān)視電極33連接，由根據(jù)圖6所 示的第六定時信號€>6進行工作的模擬開關構成。DA切換裝置136具有第 一基準電壓140和第二基準電壓141,根據(jù)預定信號切換該第一基準電壓 140和第二基準電壓141。在第六定時信號①6中，輸出第一基準電壓140 的信號或第二基準電壓141的信號。DA輸出裝置142包括被輸入DA切 換裝置136的輸出信號的電容器143以及模擬開關144、145。才莫擬開關144、 145與電容器143的各端連接，根據(jù)圖6所示的第五定時信號①5進行工作， 使電容器143的電荷釋放。并且，DA轉換裝置133包括DA切換裝置136 和DA輸出裝置142。該DA轉換裝置133根據(jù)第五定時信號①5使電容器143的電荷辨，放，根據(jù)第六定時信號①6使與DA切換裝置136輸出的基準 電壓相應的電荷輸入輸出。模擬開關146被輸入輸入切換裝置132和DA 轉換裝置133的輸出，根據(jù)第六定時信號①6而進行輸出。
積分裝置134被輸入模擬開關146的輸出，包括運算》文大器147、連 接在該運算放大器147的反饋上的電容器148。積分裝置134根據(jù)第六定 時信號①6進行工作，向積分裝置134的輸入信號由電容器148所積分并 保持積分值。并且，根據(jù)第五定時信號①5輸出其積分值。
比較裝置135被輸入積分裝置134輸出的積分信號，包括比較該積 分信號與預定值的比較器149、被輸入該比較器149輸出的1位數(shù)字信號 的D觸發(fā)器150。 D觸發(fā)器150在第五定時信號①5上升時鎖存并輸出1 位數(shù)字信號。該鎖存信號被輸入DA轉換裝置133的DA切換裝置136， 切換第一基準電壓140和第二基準電壓141。并且，i: A轉換器151包括 輸入切換裝置132、 DA轉換裝置133、積分裝置134以及比較裝置135。 并且，來自D觸發(fā)器150的輸出電壓凈皮輸入到帶通濾波器137。帶通濾波 器137僅抽取振動體31的諧振頻率，輸出去除了噪聲成分的圖6的P所 示那樣的正弦波形。并且，數(shù)字帶通濾波器137的輸出信號纟皮輸入到AGC 電路138具有的半波整流平滑電路(未圖示)，從而被轉換為DC信號。
AGC電路138在該DC信號較大時，將用于使驅動電路131中的數(shù)字 帶通濾波器137的輸出信號衰減的信號輸入到驅動電路139中。另一方面， 當DC信號較小時，將用于使驅動電路131中的數(shù)字帶通濾波器137的輸 出信號放大的信號輸入到驅動電路139中。通過這樣的工作，振動體31 的振動被調整成為恒定振幅。
定時控制電路43被輸入圖6的Q所示的正弦波信號。并且，基于用 PLL電路41所倍增后的信號，利用定時生成電路152形成圖6所示的第 五定時信號①5、第六定時信號①6。這些定時信號05、①6作為驅動電路 131的E A調制器151中的輸入切換裝置132、 DA切換裝置136、模擬開 關144、模擬開關145以及模擬開關146的切換定時而被輸入。
在第一定時切換開關153上從定時控制電路43中的定時生成電路152輸入有第五定時信號①5,并且輸入有時鐘154的定時信號T5。第五定時 信號①5和時鐘154的定時信號T5的頻率大致相同。同樣地，在第二定時 切換開關155上從定時控制電路43中的定時生成電路152輸入有與第五定 時①5處于相位相反關系的第六定時信號①6，并且輸入有時鐘154的第六 定時信號T6。第六定時信號①6和時鐘155的定時信號T6的頻率大致相 同。
振幅判斷電路156被輸入數(shù)字帶通濾波器137的輸出信號。另外，振 幅判斷電路156監(jiān)^L^數(shù)字帶通濾波器137輸出的輸出信號的振幅量。該 振幅量為AGC電路138中的目標振幅量的75%以上時，將定時控制電路 43中的定時生成電路152的輸出信號①5、①6作為時鐘信號，切換第一定 時切換開關153和第二定時切換開關155，以取為驅動電路131中的輸入 切換信號132、 DA切換裝置136、模擬開關144、模擬開關145以及模擬 開關146的切換定時。另一方面，從數(shù)字帶通濾波器137輸出的輸出信號 的振幅量為AGC電路138中的目標振幅量的75 %以下時，將來自時鐘154 的輸出信號T5、 T6作為時鐘信號，切換第一定時切換開關153和第二定 時切換開關155，以取為驅動電路131中的輸入切換裝置132、 DA切換裝 置136、模擬開關144、模擬開關145以及模擬開關146的切換定時。
在本發(fā)明的實施方式3中，E A型AD轉換器的驅動電路131包括 使從振動體31中的監(jiān)視電極33輸出的信號通斷的輸入切換裝置132;輸 出至少兩個電平的電荷量的DA轉換裝置133;對從輸入切換裝置132和 DA轉換裝置133輸出的電荷進行積分、并保持其積分值的積分裝置134; 將從該積分裝置134輸出的積分值與預定值進行比較的比較裝置135;根 據(jù)該比較裝置135的輸出來切換DA轉換裝置133的輸出的DA切換裝置 136;數(shù)字帶通濾波器137; AGC電路138;以及驅動電路139。因此，僅 用數(shù)字電路就構成驅動電路131的大部分結構，由此與用模擬電路構成驅 動電路131的所有結構相比，能夠使驅動電路131的體積變小，所以能夠 使驅動電路131小型化。
工業(yè)上的實用性本發(fā)明的E厶型AD轉換器以及使用了該轉換器的角速度傳感器具有 如下效果，即能夠消除來自輸入切換裝置、DA轉換裝置、積分裝置、比 較裝置和DA切換裝置的輸出信號中的基準電壓變動等的影響，能用于航 空器、車輛等移動體的姿勢控制、導航系統(tǒng)等。
權利要求
1.一種∑Δ型AD轉換器，包括輸入切換裝置，其對至少兩個輸入信號進行切換；DA轉換裝置，其輸出至少兩個電平的電荷量；積分裝置，其對從所述輸入切換裝置和所述DA轉換裝置輸出的電荷進行積分，并保持其至少兩個積分值；比較裝置，其將從所述積分裝置輸出的至少兩個積分值與預定值進行比較；DA切換裝置，其根據(jù)所述比較裝置的至少兩個輸出，對所述DA轉換裝置的輸出進行切換；以及運算裝置，其對所述比較裝置的輸出信號進行運算，所述運算裝置具有計算從所述比較裝置輸出的至少兩個比較信號的差的差分運算裝置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的￡ △型AD轉換器，其中， 所述差分運算裝置通過對一對比較信號進行1位差分運算來形成1位差分信號。
3. 根據(jù)權利要求1所述的￡ △型AD轉換器，其中， 所述運算裝置還具有將1位差分信號與預定的修正信息進行乘法運算的修正運算部。
4. 根據(jù)權利要求1所述的E △型AD轉換器，其中， 還包括定時控制電路，其根據(jù)預定的輸入信號的相位進行所述輸入切換裝置和所述積分裝置的切換。
5. 根據(jù)權利要求4所述的E △型AD轉換器，其中， 所述定時控制電路具有PLL電路。
6. —種使用了 E A型AD轉換器的角速度傳感器，包括傳感器元件，其具有驅動電極、傳感電極以;5U&視電極；驅動電路，其以預定的驅動頻率來驅動所述傳感器元件；輸入切換裝置，其對從所述傳感電極輸出的信號進行電處理，并且對至少兩個輸入信號進行切換；DA轉換裝置，其輸出至少兩個電平的電荷量；積分裝置，其對從所述輸入切換裝置和所述DA轉換裝置輸出的電荷 進行積分，并保持其至少兩個積分值；比較裝置，其將從所述積分裝置輸出的至少兩個積分值與預定值進行 比較；DA切換裝置，其根據(jù)所述比較裝置的至少兩個輸出來切換所述DA轉換裝置的輸出；以及運算裝置，其對所述比較裝置的輸出信號進行運算， 所述運算裝置具有計算從所述比較裝置輸出的至少兩個比較信號的差的差分運算裝置。
7. 根據(jù)權利要求6所述的角速度傳感器，其中， 所述差分運算裝置通過對一對比較信號進行1位差分運算來形成1位差分信號。
8. 根據(jù)權利要求6所述的角速度傳感器，其中， 所述運算裝置還具有將1位差分信號與預定的修正信息進行運算的修正運算部。
9. 根據(jù)權利要求6所述的角速度傳感器，其中，還包括定時控制電路，其根據(jù)預定的輸入信號的相位進行所述輸入切 換裝置、所述積分裝置以及所述運算裝置的切換。
10. 根據(jù)權利要求9所述的角速度傳感器，其中， 所述定時控制電路具有PLL電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用了∑Δ型AD轉換器的、輸出特性穩(wěn)定的角速度傳感器，所述∑Δ型AD轉換器包括積分裝置(62)，其對從輸入切換裝置(44)和DA轉換裝置(48)輸出的電荷進行積分，并保持其至少兩個積分值；比較裝置(63)，其將從該積分裝置(62)輸出的至少兩個積分值與預定值進行比較；以及運算裝置(73)，其對該比較裝置(63)的輸出信號進行運算，該運算裝置(73)上設有計算從比較裝置(63)輸出的至少兩個比較信號的差的差分運算裝置(70)。
文檔編號G01P9/04GK101611548SQ20088000311
公開日2009年12月23日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權日2007年1月26日
發(fā)明者川井孝士, 村上英之, 鍋谷公志 申請人:松下電器產業(yè)株式會社