物理量傳感器及乘除法電路的製作方法
2023-05-20 19:11:51 6
專利名稱：物理量傳感器及乘除法電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種物理量傳感器及乘除法電路，尤其涉及一種物理量傳感器的檢波電路的結構。
背景技術：
在由振動型角速度傳感器為代表的物理量傳感器中，從檢波電路結構應是簡單的這種理由看，一般使用由開關進行的切換電路來檢波的物理量傳感器(例如，專利文獻I)。另外，已知有一種使用了吉爾伯特乘法電路的檢波電路(例如專利文獻2)。
專利文獻1:日本專利特開2009— 229447號公報(第8_10頁，圖1、3)
專利文獻2:日本專利特開2005—191840號公報(第9頁，圖4)發明內容
但是，在專利文獻I所述的結構中，當機械振動等從外部施加在物理量傳感器上時，內部的振動體就振動，因此，被檢波信號重疊了不需要的噪聲。尤其，在頻率是進行檢波的頻率的奇數倍的噪聲與倍檢波信號重疊的場合，該噪聲成分未被檢波電路去除而混入輸出信號。這是由開關進行檢波的原理方面的問題。作為避免它的一種措施，可考慮對相同頻率的信號之間進行模擬乘法。
經常作為乘法電路使用的電路要素，如有吉爾伯特乘法電路。例如，若欲將專利文獻2所述的吉爾伯特乘法電路進行的檢波應用於物理量傳感器，則為了利用乘法進行檢波，必須是與被檢波信號相同的頻率且振幅為恆定的信號。在振動型物理量傳感器中，進行基於使用了恆壓電路等的參照信號而將振動體的激勵電平控制在恆定電平的所謂AGC控制。因此，可考慮將由AGC控制所控制的振蕩信號用作為乘法用信號。但是，實際上參照信號隨溫度變化而變化。
另外，被檢波信號除了角速度外還與振動體的激勵電平成正比，因此，當僅僅將被檢波信號與振蕩信號相乘時，參照信號被平方的成分呈現為檢測信號，由此，檢測信號產生大的誤差。這就在近年來實現由物理量傳感器所求得的、在大的使用溫度範圍內的高精度化方面帶來妨礙。
本發明的目的在於，提供一種可解決上述問題的物理量傳感器及乘除法電路。
另外，本發明的目的在於，提供一種物理量傳感器及乘除法電路，可抑制外來振動產生的噪聲、且可抑制參照電壓變動造成的輸出信號的變動。
物理量傳感器，其特徵是，具有:將由外部施加的物理量轉換成電信號的振子；將參照信號輸出的參照信號生成電路；利用基於參照信號的振蕩信號而使振子振蕩的振蕩電路；以及通過對來自振子的輸出信號進行與振蕩信號相乘和由參照信號進行相除來對輸出信號進行檢波的檢波電路。
物理量傳感器，具有:將由外部施加的物理量轉換成電信號的振子；將參照信號輸出的參照信號生成電路；根據參照信號而使振子振蕩的振蕩電路；以及根據來自振蕩電路的振蕩信號而對來自振子的輸出信號進行檢波的檢波電路，在該物理量傳感器中，其特點是，檢波電路具有:將參照信號與振蕩信號和輸出信號中任一個相加的加法電路；以及在振蕩信號和輸出信號中將已加上參照信號的信號與另一個信號相乘的吉爾伯特乘法電路。
利用該結構，抑制外來振動所產生的噪聲而使用乘法電路進行檢波，實現抑制參照信號的變動影響的高精度的物理量傳感器。
此外，在物理量傳感器中，最好是，檢波電路具有:乘法芯核，該乘法芯核具有由發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第I差動電晶體以及由發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第2差動電晶體；線性電晶體對，該線性電晶體對由集電極耦合的一對雙極型電晶體構成；以及將參照信號與振蕩信號和輸出信號中的任何一個相加的加法電路，第I差動電晶體的一個基極及第2差動電晶體的一個基極和線性電晶體的一個雙極型電晶體的發射極相連接，第I差動電晶體的另一個基極及第2差動電晶體的另一個基極和線性電晶體的另一個雙極型電晶體的發射極相連接，振蕩信號及輸出信號中任何一個輸入第I及第2差動電晶體所耦合的發射極，所述振蕩信號及所述輸出信號中任何另一個輸入線性電晶體對的發射極。
此外，在物理量傳感器中，最好是，檢波電路具有將振蕩信號、輸出信號及參照信號分別從電壓信號轉換成電流信號的轉換電路。
此外，在物理量傳感器中，最好是，加法電路將轉換成電流信號的振蕩信號和輸出信號中任何一個與轉換成電流信號的參照信號相加。利用該結構，作為加法電路，用僅將配線連接的結構就可進行高精度的加法處理。
此外，在物理量傳感器中，最好是，加法電路在電壓信號的狀態下將振蕩信號和輸出信號中任何一個與參照信號相加。利用該結構，能在通常的集成電路的內部信號即電壓信號的狀態下進行加法處理，能根據檢波電路周圍的電路結構而做成有效的結構。
採用物理量傳感器，由於能對乘法檢波中的參照信號的變動成分進行補償，因此，參照電壓變動對輸出信號的影響小，對於外來振動所產生的噪聲也能實現非常高精度的物理量傳感器。
乘除法電路的特點是，具有:乘法芯核，該乘法芯核具有由發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第I差動電晶體及由發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第2差動電晶體；由集電極耦合的一對雙極型電晶體構成的線性電晶體對；以及將第3輸入信號與第I輸入信號及第2輸入信號中任何一個相加的加法電路，第I差動電晶體的一個基極及所述第2差動電晶體的一個基極和線性電晶體的一個雙極型電晶體的發射極相連接，第I差動電晶體的另一個基極及第2差動電晶體的另一個基極和線性電晶體的另一個雙極型電晶體的發射極相連接，第I輸入信號及第2輸入信號輸入第I及第2差動電晶體所耦合的發射極，第3輸入信號輸入線性電晶體對的發射極，將第I輸入信號及第2輸入信號相乘並除以第3輸入信號後的信號被輸出。
圖1是說明物理量傳感器整體結構的方框圖。
圖2是說明物理量傳感器的檢波電路的電路圖。
圖3是說明物理量傳感器的V—I轉換電路的電路圖。
圖4(a) 圖4(c)是表示物理量傳感器的波形例的示圖。
圖5(a)及圖5(b)是用於說明乘除法電路140的示圖。
具體實施方式
下面，參照附圖，來說明物理量傳感器。但是，本發明的技術範圍並不限定於這些實施方式，要注意權利要求所記載的發明和涉及其相等物這一點。
圖1是說明物理量傳感器I整體結構的方框圖。
物理量傳感器I是包括傳感器元件10、振蕩電路20、檢測電路30以及參照信號生成電路40的振動型角速度傳感器。
傳感器元件10，是在形成為音叉形狀的壓電材料的表面配置金屬電極而構成的、對旋轉角速度進行檢測的振子螺旋振子，具有驅動部11和檢測部12。傳感器元件10由振蕩電路20進行振蕩驅動。當傳感器元件10在振動中受到旋轉角速度時，微弱的交流信號就作為傳感器元件輸出S12從檢測部12輸出。另外，作為傳感器元件10，可使用具有其它形狀的振動元件，例如可使用具有三根振動腳的振動元件。
參照信號生成電路40，是生成用於後述AGC控制電路的基準信號的電路。參照信號生成電路40包含恆壓電路，生成不依賴於周圍溫度、電源電壓的大致恆定電壓即參照信號 S41。
振蕩電路20，是對傳感器元件10用監控電路21及可變增益放大器22形成振蕩迴路的、具有所謂AGC功能的振蕩電路。振蕩電路20具有AGC控制電路23，並具有對可變增益放大器22的增益進行控制的功能，以使傳感器元件10的激勵電流的有效值等於參照信號S41。傳感器元件10的激勵電流由監控電路21轉換成電壓信號。
利用上述結構，傳感器元件10由AGC控制電路23進行振蕩控制，監控電路21所輸出的振蕩信號S21成為具有基於參照信號S41的振幅的交流信號。該振蕩信號S21也用作為用於後述檢波電路30中乘法的信號。
檢測電路30包括:放大電路31，該放大電路31對來自傳感器元件10的檢測部12的輸出信號即傳感器元件輸出S12進行放大；檢波電路32，該檢波電路32對放大電路31的輸出信號即放大信號S31所含的角速度信號成分進行檢波；以及濾波電路，該濾波電路將檢波電路32的輸出信號即檢波信號S32進行放大及平滑化，作為物理量傳感器輸出S30而輸出。檢波電路32，是將放大電路31的輸出信號與振蕩信號S21模擬相乘的運算電路。振蕩電路20及檢測電路30，是通過施加電源V+、V-而進行動作的集成電路，在相同的半導體元件上構成。另外，振蕩電路20及檢測電路30也可在不同的半導體元件上構成。
這裡，對乘法檢波進行簡單的說明。
一般的，當將振幅分別為A、B的相同的頻率且相同相位的正弦波進行相乘時，則為下式⑴那樣。
(A.sin Θ ).(B.sin θ ) =A.B.(l_cos2 Θ )/2 (I)
這裡，若將Θ視為與時間成正比的相位角(θ =ω *t)，則從三角函數的性質可知，從上述的乘法可獲得原來信號的2倍頻率的信號和直流信號這二個成分。若該信號通過僅僅通過低波的濾波器，則由於(-A.B.cos2 Θ /2)的成分被截斷，因此獲得(A.B/2)這麼大的直流信號。振蕩信號S21與放大信號S31都是相同頻率的信號。例如，若選擇A大致恆定、B與施加的旋轉角速度成正比的信號，並進行前式那樣的運算處理，就可獲得與旋轉角速度成正比的信號。接著說明的檢波電路30是使用該原理而進行檢波處理的。
然後，如下那樣設定用於使傳感器元件10振蕩的振蕩信號S21、與由傳感器元件10輸出的旋轉角速度成正比的放大信號S31、以及由參照信號生成電路40輸出的參照信號S41。
S21=A.sin cot
S3 I=B.sin cot
S41=Vref
這裡，Vref是基準電壓值。由于振蕩信號S21的振幅由AGC控制電路23控制為基於參照信號S41而為恆定，故「A」是Vref的函數。另外，由於放大信號S31根據振蕩信號S21而從所振動的傳感器元件10輸出，故「B」也是Vref的函數。因此，當僅使用振蕩信號S21和放大信號S31進行乘法檢波時，與所檢測的旋轉角速度成正比的直流信號(A.B/2)根據上述式(I)可理解地與Vref的平方成正比。
參照信號S41不一定完全恆定，即使設置溫度補償電路等，隨溫度等變化也是微小的。另外，還考慮噪聲等與參照信號S41重疊的情況。在參照信號S41產生變化或噪聲與參照信號S41重疊的場合，與所檢測的旋轉角速度成正比的直流信號，就隨著參照信號S41的變化或噪聲的平方而產生較大的變化。這種變化，對實現物理量傳感器在較大的使用溫度範圍內的高精度化方面造成妨礙。
因此，在物理量傳感器的檢波電路32中，如後述那樣構成為，根據下式(2)而進行乘法檢波。
(A.sin Θ ).(B.sin θ )/Vref=A.B.(l_cos2 Θ )/(2.Vref) (2)
根據式(2 )，與所檢測的旋轉角速度成正比的直流信號，與(Α.Β/(2.νΓθ .))對應即不是與Vref的平方成正比，而與Vref成正比。因此，物理量傳感器的輸出不會因參照信號S41的變化或噪聲的重疊而產生較大的變化(參照後述的式(8))。
圖2是說明物理量傳感器的檢波電路32的電路圖。
檢波電路32包括:第I 第3的V-1轉換電路110、120、130 ;乘除法電路140 ;I_V轉換電路150 ;以及移相電路160。
檢波電路32具有用於將振蕩信號S21及放大信號S31分別轉換成電流信號的第IV-1轉換電路110及第2V-1轉換電路120。尤其在這些V-1轉換電路中使用輸出形式為差動輸出的結構。
另外，通過移相電路160而將振蕩信號S21輸入第IV-1轉換電路110。這是因為如先前所示的乘法檢波的數學式那樣使相乘的信號之間的相位一致的緣故。將相位調整後的信號作為振蕩信號S21』。
檢波電路32還具有用於將參照信號S41轉換成電流信號的第3V_I轉換電路130。第3V-1轉換電路130作成將相等的輸出電流從二個端子輸出的結構。對於這些V-1轉換電路的結構如後述。
乘除法電路140，是將所輸入的電流信號相乘、作為電流輸出而輸出的電路。乘除法電路140由多個雙極型電晶體構成，可以說是所謂的吉爾伯特乘法電路。乘除法電路140使用輸入信號及輸出信號都為差動形式的結構。
這裡，對乘除法電路140的結構進行說明。
乘除法電路140包括:雙極型電晶體141 144、145A、145B ;以及偏置電流源146A、146B。這些電晶體全部是PNP型。
乘除法電路140，具有:乘法芯核，該乘法信號具有由發射極耦合的一對雙極型電晶體141和142構成的第I差動電晶體、及由發射極耦合的一對雙極型電晶體143和144構成的第2差動電晶體；以及由集電極耦合的一對雙極型電晶體145A和145B構成的線性電晶體對。另外，電晶體142與143的基極被耦合。此外，電晶體145A的發射極與電晶體141及電晶體144的基極相連接。另外，電晶體145B的發射極與電晶體142及電晶體143的基極相連接。
乘除法電路140，是對由雙極型電晶體的指數特性產生的非線性成分進行抑制的線性化乘法電路。進行乘法的部分是電晶體141 144的四個元件。電晶體145A及145B中，是為了線性化進行預處理的結構。
電晶體145A的 發射極中流入第IV-1轉換電路110的輸出電流與第3V_I轉換電路的一個輸出電流相加後的電流。同樣，電晶體145B的發射極中流入第IV-1轉換電路110的反向輸出電流與第3V-1轉換電路的另一個輸出電流相加後的電流。如此，在乘除法電路140中，由於通過線連接對電流信號進行相加，因此，通過連接第IV-1轉換電路110與第3V-1轉換電路130的輸出端子，從而構成了將第IV-1轉換電路110的輸出電流與第3V-1轉換電路的輸出電流相加的加法電路。
電晶體145A和電晶體145B都是二極體連接，它們的基極及集電極與負側的電源V-連接。
電晶體141和電晶體142的發射極被連接，並構成為流入第2V_I轉換電路120的輸出電流與偏置電流Ib相加後的電流。同樣，電晶體143和電晶體144的發射極被連接，並構成為流入第2V-1轉換電路120的反向輸出電流與偏置電流Ib相加後的電流。偏置電路Ib生成恆流電路即偏置電流源146A、146B。
電晶體141的集電極與電晶體143的集電極連接，作為乘法輸出端子。同樣，電晶體142的集電極與電晶體144的集電極連接，作為乘法反向輸出端子。
1-V轉換電路150，是將乘除法電路140的輸出電流信號轉換成電壓信號。構成為:利用MOS電晶體151A 154A、151B 151B所形成的所謂摺疊式共射共基電路而將差動電流輸入轉換成單相的電流信號，再由轉換電阻156和運算放大器155進行1-V轉換輸出。轉換電阻156由多晶矽電阻(# 'J V 'J ^ >抵抗)等的線性電阻元件構成。
在圖2所示的乘除法電路140中，當增加來自第3V-1轉換電路130的供給電流時，供給到線性電晶體145A及145B的偏置電流就增加。若偏置電流增加，則線性電晶體145A及145B的基極、發射極間電壓增加。在線性電晶體145A及145B中，若偏置電流小，基極、發射極間電壓就低，與輸入信號對應的輸出信號的電壓變化就變大(即，增益大)。此時，當施加來自第IV-1轉換電路110的信號成分時，向乘法芯核輸出的信號成分的增益就變大。相反，在線性電晶體145A及145B中，若偏置電流大，則基極、發射極間電壓就高，與輸入信號對應的輸出信號的電壓變化就變小(即，增益小)。此時，當施加來自第IV-1轉換電路110的信號成分時，向乘法芯核輸出的信號成分的增益就變小。當從乘法芯核的輸出來看這種關係時，進行了這樣的動作:從線性電晶體145A及145B獲得的信號成分通過乘法核心而獲得的輸出信號與來自第IV-1轉換電路110的信號成分的振幅比，與來自第3V-1轉換電路130的供給電流成反比，因此，要對乘除法電路140整體的輸出，除以來自第3V-1轉換電路130的輸出。
圖3是說明物理量傳感器的V-1轉換電路的電路圖。
圖3所示的V-1轉換電路是用於圖2所示的第IV-1轉換電路110及第2V_I轉換電路120的結構。
V-1轉換電路是利用了 MOS電晶體和電阻元件的跨導放大器，由PchMOS電晶體201 207 (以下稱為PM0S)和NchMOS電晶體211 217 (以下稱為NM0S)、轉換電阻220以及尾電流源230構成。
PM0S201的柵極端子是V-1轉換電路的輸入端子(IN)。在圖3所示的V-1轉換電路用作為圖2所示的第IV-1轉換電路110的場合，輸入端子(IN)被輸入相位調整後的振蕩信號S21』。
PM0S201、202、NM0S20U202 及尾電流源 230，是將分別 PM0S201、202 作成輸入元件、將NM0S211、212分別作成負載元件的差動對電路。PM0S201的柵極端子相當於差動對電路的非反向輸入端子，而PM0S202的柵極端子相當於反向輸入端子，由尾電流源230向該差動對電路進行偏置電流供給。
NM0S211,212為二極體連接，將流向NM0S212的電流值用電流鏡向NM0S214以規定倍數進行複製。另外，將流向NM0S211的電流通過NM0S213、PM0S203而向PM0S204以規定倍數進行複製。將PM0S204與NM0S214的漏極端子連接，在該端子上連接相當於反向輸入端子的PM0S202的柵極端子和轉換電阻220的一端。轉換電阻220的另一端與信號地線連接。另外，轉換電阻220由多晶矽電阻等的線性電阻元件構成。
此外，將流過PM0S204的電流值用電流鏡連接複製到PM0S207，將流向NM0S214的電流值用電流鏡複製到NM0S217。連接PM0S207與NM0S217的漏極端子，將該連接點作成輸出端子(IOUT)。在圖3所示的V-1轉換電路用作為圖2所示的第IV-1轉換電路110時，輸出電流(+)從輸出端子(IOUT)輸出。
將流向NM0S211的電流值用電流鏡向NM0S216以規定倍數進行複製。將流向NM0S212的電流值通過NM0S215、PM0S205向PM0S206以規定倍數複製。連接PM0S206與NM0S216的漏極端子，將該連接點作成反轉輸出端子(IOUTB)。在圖3所示的V-1轉換電路用作為圖2所示的第IV-1轉換電路110時，反向輸出電流㈠從輸出端子(IOUTB)輸出。
通過如此連接，PM0S201 204及NM0S211 214，作為將轉換電阻220的非接地側的一端當做輸出的電壓跟隨器動作，與輸入到輸入端子IN的信號相同的信號出現在轉換電阻220的一端。此外，流向轉換電阻220的電流由剩餘的MOS電晶體複製，從IOUT端子輸出將輸入信號電壓除以轉換電阻220電阻值之後的值的電流。並且，從IOUTB輸出絕對值與從IOUT端子輸出的電流相等而方向相反的電流。
該V-1轉換電路在將輸入電壓設為V、輸出電流設為I時，進行下式(3)的關係成立的動作。
I=±K.V (3)
在上述式(3)中，與符號為(+)時與輸出端子的輸出電流對應，符號為(-)時對應於反向輸出端子的輸出電流。轉換係數K是轉換電阻220的電阻值的倒數。
在將圖3所示的V-1轉換電路用作為第3V-1轉換電路130時，另一系統增加將流向PM0S207及NM0S217的電流值用電流鏡連接進行複製的電路，可輸出與從IOUT端子輸出的電流值相等的電流。此時，輸出電流⑴從輸出端子(IOUT)輸出，輸出電流⑴也從另一系統增加的輸出端子輸出。另外，在將圖3所示的V-1轉換電路用作為第3V-1轉換電路130時，不利用從輸出端子(IOUTB)的輸出。
下面，用圖1來說明物理量傳感器I的動作。
當對物理量傳感器I施加電源V+、V-時，參照信號生成電路40輸出參照信號S41，振蕩電路20以基於參照信號S41的規定的電流值而對傳感器元件10的驅動部11進行交流驅動。由於進行AGC控制，因此，對振蕩信號S21輸出振幅基於參照信號S41的交流電壓。
在該狀態下，當旋轉角速度施加於物理量傳感器I時，具有對應於旋轉角速度的振幅的交流信號體現為傳感器元件輸出S12。檢測電路30將該傳感器元件輸出S12放大並轉換成電壓信號，作為放大信號S31而輸入檢波電路32。此外,參照信號S41和振蕩信號S21被輸入檢波電路32。檢波電路32如下所述那樣進行乘法檢波，在下級的濾波電路33中進行平滑化處理。結果，從物理量傳感器I輸出振幅與所施加的旋轉角速度成正比的檢測信號S30。
下面，對物理量傳感器I的檢波電路32的動作進行說明。
將振蕩信號S21的電壓值設為VI，將放大信號S31的電壓值設為V2，將參照信號S41的電壓值設為Vref。尤其，V1、V2是相同的頻率且相同相位的正弦波信號(A.sin Θ的形式)。
參照信號S41的電壓值Vref與第3V_I轉換電路130的輸出電流Ir之間的關係是，當將第3V-1轉換電路130的轉換電阻的電阻值設為R3時可用下式⑷表示。
Ir=Vref/R3 (4)
另外，輸入乘除法電路140 —個的電流信號I1、以及輸入乘除法電路140另一個的電流信號12是下式(5)及(6)。
Il=IbiKl.Vl (5)
I2=Ir±K2.V2 (6)
另外，重號(複號)分別相當於差動信號輸出。
此外，乘除法電路140的輸出電流14是下式(7)。
14= ((Kl.K2)/Ir).(VI.V2) (7)
這裡，若將1-V轉換電路150的轉換電阻155的電阻值設為R5，則I_V轉換電路150的輸出信號即檢波信號S32是下式⑶。
(檢波信號S32的電壓值)
=(2.R5.(Kl.K2)/Ir).(VI.V2)
=(2.(R3.R5.Kl.K2)).(VI.V2/Vref) (8)
上述式(8)的Vl在本例中與振蕩信號S21的電壓值相對應。振蕩信號S21是由AGC控制電路對振蕩振幅進行控制的信號，依賴於AGC控制基準即參照信號S41的電壓值Vref (與其成正比)。
另外，V2在本例中與將從檢測部12獲得的角速度信號放大的放大信號S31的電壓值相對應。於是，放大信號S31雖然與所施加的角速度的強度成正比，但也與對驅動部11進行激勵的強度成正比以檢測角速度。即，放大信號S31與參照信號S41的電壓值Vref成正t匕。圖4(a)所示的波形50是振蕩信號S21的波形例，波形51是放大信號S31的波形例。
於是，1-V轉換電路150的輸出信號即檢波信號S32的電壓振幅與所施加的角速度成正比，且與參照信號S41的電壓值Vref成正比。將檢波信號S32平滑化後的物理量傳感器輸出S30也相同。圖4(b)所示的波形52是檢波信號S32的波形例，圖4(c)所示的波形53是物理量傳感器輸出S30的波形例。
即，可知能夠將物理量傳感器I的輸出S30中對參照信號S41的依賴性抑制在一階的程度。該特性自身是使用了以往開關進行的檢波電路的物理量傳感器的同樣性質，但作為被檢波的原來信號成分，僅是與振蕩頻率相同的頻率成分，即使包含具有因外部振動等所引起的除此頻率以外的頻率成分的噪聲，也通過乘法檢波被頻率轉換成比直流高得多的頻率，因此，能容易地被下階的濾波電路33去除。
因此，由於物理量傳感器I具有檢波電路32，故能減小參照電壓S41的變動對輸出信號S30he的影響，能實現抵抗外來振動的噪聲的高精度的物理量傳感器I。
另外，K1、K2是V-1轉換電路中的轉換比。在物理量傳感器I中，若根據線性電阻元件來決定Κ1、Κ2，則能抵消R3與Kl (或Κ2)的溫度係數和半導體處理變動等。同樣，由於對構成I;轉換電路150的轉換電阻155也是用相同的線性電阻元件，因此也能抵消R5與Κ2 (或Kl)的溫度係數和半導體製程變動(半導體口 ★ 7変動)。
若將第IV-1轉換電路110和第2V-1轉換電路120所用的轉換電阻的值分別設為R1、R2，再將第3V-1轉換電路13所用的轉換電阻的值設為R3，則檢波信號S32可用下式(9)表不。
(檢波信號S32的電壓值)
=2.(R3.R5)/(R1.R2).(VI.V2/Vref) (9)
從上述的式(9)可知:若第I 第3V-1轉換電路110、120、130及1-V轉換電路150的轉換電阻全部為由相同材質構成的電阻元件，則V-1轉換電路及1-V轉換電路所產生的誤差被抵消。
另外，在圖2所示的檢波電路32中，當將參照信號S41的成分與振蕩信號21的成分相加時，則構成為，在第IV-1轉換電路110及第3V-1轉換電路130中，在分別轉換成電流信號後相加。但是，也可作成這樣的結構:在電壓信號的狀態下將參照信號S41的成分與振蕩信號21的成分相加，然後，進行V-1轉換。此時，電壓信號的加法，可由使用了運算放大器和電阻元件的、公知的電壓加法電路來實現。
另外，圖1所示的物理量傳感器I中的AGC控制所用的參照信號S41是電壓信號。但是，參照信號S41也可是電流信號那樣的電路結構。此時，不需要第3V-1轉換電路130.
此外，在圖1所示的物理量傳感器I可構成為:對從驅動部11獲得的振蕩信號S21加上參照信號S41。但是,也可是,對將傳感器兀件輸出S12放大後的放大信號S31加上參照信號S41，將該加法信號和振蕩信號S21輸入到電流乘法電路。即使如前述那樣進行變更，乘法順序也可交換，因此顯而易見，可獲得同樣的輸出信號S30。
圖5是用於說明乘除法電路140的示圖。
圖5(a)示意性顯示 圖2所示的乘除法電路140和第IV-1轉換電路110 第3V_I轉換電路130之間關係的圖。
如前所述，若將輸入第IV-1轉換電路110的電壓信號設為Y、將輸入第2V-1轉換電路120的電壓信號設為X、將輸入第3V-1轉換電路130的電壓設為R，則乘除法電路140的輸出Z能表示為Z=X.Y/R。例如，輸入第3V-1轉換電路130的電壓R，作成是來自利用可將電阻值數字式變更的數字電位器等而可生成任意電壓的生成電路的調整輸出。此時，乘除法電路140的輸出Z可以說是如Z=Ka.Χ.Y那樣，不另外使用增益放大器就可將二個電壓信號的積予以Ka倍調整的可變增益乘法電路。
圖5(b)是表示將對圖2所示的乘除法電路140的輸入予以變更後的變形例的示圖。圖5(b)中，對第IV-1轉換電路110輸入電壓R，對第3V-1轉換電路130輸入電壓信號Y。但電壓信號Y是正的信號。
在圖5(b)的場合，乘除法電路140的輸出Z可表示為Z=X.R/Y。例如，輸入第IV-1轉換電路110的電壓R，作成是調整輸出。在該場合，乘除法電路140的輸出Z可以說是如Z=Kb*X/Y那樣，不另外使用增益放大器就可將二個電壓信號的比(商)予以Kb倍調整的可變增益除法電路。
如圖5(a)及(b)所示，若將乘除法電路140用於檢波電路，則能在一個電路中同時進行二個信號的乘法和基於參照信號Vref的除法。
權利要求
1.一種物理量傳感器，其特徵在於，包括: 將從外部施加的物理量轉換成電信號的振子； 輸出參照信號的參照信號生成電路； 通過基於所述參照信號的振蕩信號使所述振子振蕩的振蕩電路；以及通過對來自所述振子的輸出信號乘以所述振蕩信號和除以參照信號來對所述輸出信號進行檢波的檢波電路。
2.如權利要求1所述的物理量傳感器，其特徵在於， 所述檢波電路包括: 乘法芯核，該乘法芯核具有發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第I差動電晶體以及發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第2差動電晶體； 線性電晶體對，該線性電晶體對由集電極耦合的一對雙極型電晶體構成；以及將所述振蕩信號和所述輸出信號中的任何一個與所述參照信號相加的加法電路，所述第I差動電晶體的一個基極及所述第2差動電晶體的一個基極與所述線性電晶體的一個的雙極型電晶體的發射極相連接， 所述第I差動電晶體的另一個基極及所述第2差動電晶體的另一個基極與所述線性電晶體的另一個雙極型電晶體的發射極相連接， 對所述第I及第2差動電晶體的相耦合的發射極輸入所述振蕩信號及所述輸出信號中的任一個， 對所述線性電晶體對的發射極輸入所述振蕩信號及所述輸出信號中的另一個線性電晶體。
3.如權利要求2所述的物理量傳感器，其特徵在於，所述檢波電路具有將所述振蕩信號、所述輸出信號及所述參照信號分別從電壓信號轉換成電流信號的轉換電路。
4.如權利要求3所述的物理量傳感器，其特徵在於，所述加法電路將轉換成電流信號的所述振蕩信號和所述輸出信號中任一個與轉換成電流信號的所述參照信號相加。
5.如權利要求2所述的物理量傳感器，其特徵在於，所述加法電路在電壓信號的狀態下將所述振蕩信號和所述輸出信號中任一個與所述參照信號相加。
6.一種乘除法電路，其特徵在於，具有: 乘法芯核，該乘法芯核具有由發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第I差動電晶體及由發射極耦合的一對雙極型電晶體構成的第2差動電晶體； 由集電極耦合的一對雙極型電晶體構成的線性電晶體對；以及 將第I輸入信號及第2輸入信號中任何一個與第3輸入信號相加的加法電路， 所述第I差動電晶體的一個基極及所述第2差動電晶體的一個基極與所述線性電晶體的一個雙極型電晶體的發射極相連接， 所述第I差動電晶體的另一個基極及所述第2差動電晶體的另一個基極與所述線性電晶體的另一個雙極型電晶體的發射極相連接， 對所述第I及第2差動電晶體的相耦合的發射極輸入所述第I輸入信號及所述第2輸入信號，對所述線性電晶體對的發射極輸入所述第3輸入信號線性電晶體， 將所述第I輸入信號及所述第2輸入信號相乘並除以所述第3輸入信號後的信號輸出。
全文摘要
一種物理量傳感器，可抑制外來振動產生的噪聲、且可抑制參照電壓變動產生的輸出信號的變動。物理量傳感器具有將由外部施加的物理量轉換成電信號的振子；將參照信號輸出的參照信號生成電路；利用基於參照信號的振蕩信號而使振子振蕩的振蕩電路；以及通過對來自振子的輸出信號進行與振蕩信號相乘和由參照信號進行相除來對輸出信號進行檢波的檢波電路。
文檔編號G01C19/5776GK103140737SQ20118004701
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者永田洋一 申請人:西鐵城控股株式會社, 西鐵城福泰克美優達株式會社