物理量傳感器、電子設(shè)備以及移動體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供物理量傳感器、電子設(shè)備以及移動體。在物理量傳感器的檢測電路中，存在同步檢波電路的后級的放大器的輸出飽和從而傳感器誤輸出的可能性。將被設(shè)置在同步檢波電路的后級的第二放大器的動態(tài)范圍與被設(shè)置在同步檢波電路的前級的第一放大器的動態(tài)范圍相比設(shè)定得較大，從而防止輸出的飽和。
【專利說明】
物理量傳感器、電子設(shè)備以及移動體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及物理量傳感器、電子設(shè)備以及移動體。
【背景技術(shù)】
[0002]—直以來，例如，已知有如專利文獻(xiàn)I所記載的具備檢測電路的角速度傳感器。檢測電路具備差動放大電路(在專利文獻(xiàn)I中記載為差動放大器)、和對從差動放大器被輸出的信號進(jìn)行同步檢波的同步檢波電路(在專利文獻(xiàn)I中記載為同步檢波器)。
[0003]專利文獻(xiàn)I所記載的檢測電路通過將差動放大電路的放大率設(shè)為可變，并在被施加有過大的沖擊時減小放大率，從而防止差動放大電路的輸出發(fā)生飽和的情況。此外，在同步檢波電路中也具備運(yùn)算放大器，并通過在減小了差動放大電路的放大率時放大同步檢波電路中的放大率，從而使差動放大電路的放大率與同步檢波電路的放大率的乘積值恒定。
[0004]然而，在專利文獻(xiàn)I所記載的角速度傳感器中，由于當(dāng)減小差動放大器的放大率時同步檢波器中的放大率變大，因此，在施加有過大的沖擊的情況下，存在同步檢波器中的放大率大于差動放大器中的放大率的情況。通常，由于上述電路的飽和電壓為相同程度，因此，存在同步檢波器所具備的運(yùn)算放大器或被設(shè)置在其后級的放大器的輸出發(fā)生飽和的可能性。
[0005]由此，存在如下課題，S卩，存在從被設(shè)置在后級的放大器未輸出準(zhǔn)確的信號，而傳感器輸出錯誤的角速度的可能性。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2014 —149229號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為了解決上述的課題的至少一部分而完成的發(fā)明，并能夠通過以下的方式或應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。
[0008]應(yīng)用例I
[0009]本應(yīng)用例所涉及的物理量傳感器的特征在于，具備:物理量檢測元件，其對應(yīng)于被施加的物理量而輸出物理量信號;物理量檢測電路，其對所述物理量信號進(jìn)行處理，所述物理量檢測電路具備:第一放大電路;同步檢波電路，其被供給有來自所述第一放大電路的信號;第二放大電路，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號，所述第二放大電路的動態(tài)范圍大于所述第一放大電路的動態(tài)范圍。
[0010]根據(jù)本應(yīng)用例，由于第二放大電路的動態(tài)范圍大于第一放大電路的動態(tài)范圍，因此，即使在施加有過大的物理量的情況下，第二放大電路的輸出也不會飽和。因而，能夠提供一種降低誤輸出的可能性的物理量傳感器。
[0011]應(yīng)用例2
[0012]本應(yīng)用例所涉及的物理量傳感器的特征在于，具備:物理量檢測元件，其對應(yīng)于被施加的物理量而輸出物理量信號;物理量檢測電路，其對所述物理量信號進(jìn)行處理，所述物理量檢測電路具備:第一放大電路;同步檢波電路，其被供給有來自所述第一放大電路的信號;第二放大電路，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號，所述第一放大電路的飽和電壓Vl與所述第一放大電路的放大率Al之比V1/A1、和所述第二放大電路的飽和電壓V2與所述第二放大電路的放大率A2之比V2/A2滿足如下關(guān)系，即，
[0013]V2/A2>Vl/Alo
[0014]根據(jù)本應(yīng)用例，由于V1/A1和V2/A2滿足上述的關(guān)系，因此，第二放大電路發(fā)生飽和的輸入電壓的最小值大于第一放大電路發(fā)生飽和的輸入電壓的最小值。因而，由于第二放大電路與第一放大電路相比不易飽和，因此，能夠提供一種降低誤輸出的可能性的物理量傳感器。
[0015]應(yīng)用例3
[0016]上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器優(yōu)選為，所述物理量為角速度，所述第一放大電路的所述動態(tài)范圍為300°/s以上。
[0017]根據(jù)本應(yīng)用例，由于第一放大電路的動態(tài)范圍為作為移動體中的通常的檢測范圍的300°/s以上，因此，超過第一放大電路的動態(tài)范圍的可能性較小。因此，由于在通常時第一放大電路的輸出發(fā)生飽和的可能性也較小，因此，能夠得到能夠進(jìn)一步降低誤檢測的可能性的效果。
[0018]應(yīng)用例4
[0019]上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器優(yōu)選為，所述第一放大電路的所述動態(tài)范圍為3000°/s 以上。
[0020]根據(jù)本應(yīng)用例，即使在施加有石子彈起等尤其過大的沖擊的情況或搭載有物理量傳感器的基板或車身發(fā)生共振而使沖擊被放大的情況下，超過第一放大電路的動態(tài)范圍的可能性也較小。因此，能夠得到更進(jìn)一步降低誤檢測的可能性的效果。
[0021]應(yīng)用例5
[0022]上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器優(yōu)選為，所述第一放大電路為交流放大電路，所述第二放大電路為直流放大電路。
[0023]根據(jù)本應(yīng)用例，由于對從物理量檢測元件輸出的交流信號進(jìn)行交流放大，并在同步檢波后對被平滑化并包含直流成分的信號進(jìn)行直流放大，因此，能夠有效地放大與所檢測的物理量相對應(yīng)的成分。
[0024]應(yīng)用例6
[0025]上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器優(yōu)選為，還具備:第一低通濾波器，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號并向所述第二放大電路輸出信號；第二低通濾波器，其被供給有來自所述第二放大電路的信號。
[0026]根據(jù)本應(yīng)用例，能夠向第二放大電路供給通過第一低通濾波器而被平滑化的信號，并通過第二低通濾波器而降低高頻噪聲。
[0027]應(yīng)用例7
[0028]本應(yīng)用例所涉及的電子設(shè)備的特征在于，具備上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器。
[0029]根據(jù)本應(yīng)用例，由于具備上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器，因此，能夠提供一種降低誤動作的可能性的電子設(shè)備。
[0030]應(yīng)用例8
[0031]本應(yīng)用例所涉及的移動體的特征在于，具備上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器。
[0032]根據(jù)本應(yīng)用例，由于具備上述應(yīng)用例所記載的物理量傳感器，因此，能夠提供一種降低誤動作的可能性的移動體。
【附圖說明】
[0033]圖1為實(shí)施方式I所涉及的物理量傳感器的概要圖。
[0034]圖2為實(shí)施方式I所涉及的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測元件的概要圖。
[0035]圖3的(a)為表示物理量檢測元件的驅(qū)動振動的動作的概要圖。(b)為表示物理量檢測元件的檢測振動的動作的概要圖。
[0036]圖4為實(shí)施方式I所涉及的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測電路的概要圖。
[0037]圖5為表示實(shí)施方式I所涉及的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測電路的、對于泄漏信號的動作的波形圖。
[0038]圖6為表示實(shí)施方式I所涉及的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測電路的、對于物理量信號的動作的波形圖。
[0039]圖7的(a)為現(xiàn)有示例的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測電路的輸出波形圖。(b)為實(shí)施方式I所涉及的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測電路的輸出波形圖。
[0040]圖8為實(shí)施方式2所涉及的物理量傳感器的概要圖。
[0041 ]圖9為實(shí)施方式2所涉及的物理量傳感器中所設(shè)置的物理量檢測電路的概要圖。
[0042]圖10為實(shí)施方式3所涉及的電子設(shè)備的概要圖。
[0043]圖11為實(shí)施方式4所涉及的移動體的概要圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，在以下的各圖中，由于將各部件設(shè)為能夠識別的程度的大小，因此，各部件的尺寸不同于實(shí)際尺寸。
[0045]實(shí)施方式I
[0046]在實(shí)施方式I中，對作為物理量傳感器的一個示例的角速度傳感器I進(jìn)行說明。角速度傳感器I為對于從外部被施加的旋轉(zhuǎn)而輸出角速度的值的傳感器。
[0047]物理量傳感器的概要結(jié)構(gòu)
[0048]圖1為作為物理量傳感器的一個示例的角速度傳感器I的概要圖。
[0049]角速度傳感器I由角速度檢測元件10、角速度檢測電路20、驅(qū)動電路50等構(gòu)成。
[0050]角速度檢測元件10為本發(fā)明所涉及的物理量檢測元件的一個示例，并實(shí)施與施加于角速度傳感器I的角速度相對應(yīng)的振動。角速度檢測電路20為本發(fā)明所涉及的物理量檢測電路的一個示例，并對從角速度檢測元件10被輸出的角速度信號進(jìn)行處理。驅(qū)動電路50生成用于對角速度檢測元件10實(shí)施驅(qū)動振動的驅(qū)動信號。
[0051 ]物理量檢測元件的概要結(jié)構(gòu)
[0052]圖2為作為物理量檢測元件的一個示例的角速度檢測元件10的概要圖。角速度檢測元件10由基部101、第一驅(qū)動臂111、第二驅(qū)動臂112、第三驅(qū)動臂113、第四驅(qū)動臂114、第一檢測臂121、第二檢測臂122、第一連結(jié)臂131、第二連結(jié)臂132、第一驅(qū)動電極141、第二驅(qū)動電極142、第一檢測電極151、第二檢測電極152、第三檢測電極153、第一驅(qū)動錘部161、第二驅(qū)動錘部162、第三驅(qū)動錘部163、第四驅(qū)動錘部164、第一檢測錘部171、第二檢測錘部172等構(gòu)成。角速度檢測元件10在優(yōu)選例中由Z切割的水晶基板形成。此外，第一驅(qū)動電極141、第二驅(qū)動電極142及第一檢測電極151至第三檢測電極153在優(yōu)選例中由金(Au)及鉻(Cr)形成。
[0053]在圖2中，將沿著連結(jié)臂的方向定義為X方向，將沿著驅(qū)動臂的方向定義為Y方向，將與紙面垂直的方向定義為Z方向。
[0054]在俯視觀察時，基部101為大致矩形。
[0055]第一連結(jié)臂131從基部101的沿著YZ平面的一 X—側(cè)的側(cè)面起朝向一 X方向延伸。第一驅(qū)動臂111從第一連結(jié)臂131的頂端附近起朝向+Y方向延伸，第二驅(qū)動臂112朝向一 Y方向延伸。在第一驅(qū)動臂111的頂端部上設(shè)置有沿著X方向的寬度與第一驅(qū)動臂111相比而較寬的第一驅(qū)動錘部161。此外，在第二驅(qū)動臂112的頂端部上設(shè)置有沿著X方向的寬度與第二驅(qū)動臂112相比而較寬的第二驅(qū)動錘部162。
[0056]第二連結(jié)臂132從基部101的沿著YZ平面的+X—側(cè)的側(cè)面起朝向+X方向延伸。第三驅(qū)動臂113從第二連結(jié)臂132的頂端附近起朝向+Y方向延伸，第四驅(qū)動臂114朝向一 Y方向延伸。在第三驅(qū)動臂113的頂端部上設(shè)置有沿著X方向的寬度與第三驅(qū)動臂113相比而較寬的第三驅(qū)動錘部163。此外，在第四驅(qū)動臂114的頂端部上設(shè)置有沿著X方向的寬度與第四驅(qū)動臂114相比而較寬的第四驅(qū)動錘部164。
[0057 ]第一檢測臂121從基部1I的沿著XZ平面的+Y—側(cè)的側(cè)面起朝向+Y方向延伸。在第一檢測臂121的頂端部上設(shè)置有沿著X方向的寬度與第一檢測臂121相比而較寬的第一檢測錘部171。此外，第二檢測臂12 2從基部1I的沿著XZ平面的一 Y側(cè)的側(cè)面起朝向一 Y方向延伸。在第二檢測臂122的頂端部上設(shè)置有沿著X方向的寬度與第二檢測臂122相比而較寬的第二檢測錘部172。
[0058]在第一驅(qū)動臂111及第二驅(qū)動臂112的沿著XY平面的面、以及第三驅(qū)動臂113及第四驅(qū)動臂114的沿著YZ平面的面上，分別設(shè)置有第一驅(qū)動電極141。在第一驅(qū)動電極141上供給有交流電流。此外，在第一驅(qū)動臂111及第二驅(qū)動臂112的沿著YZ平面的面、以及第三驅(qū)動臂113及第四驅(qū)動臂114的沿著XY平面的面上，分別設(shè)置有第二驅(qū)動電極142。在第二驅(qū)動電極142上供給有與向第一驅(qū)動電極141被供給的電流反相的交流電流。
[0059]在第一檢測臂121的沿著XY平面的面上設(shè)置有第一檢測電極151，在第二檢測臂122的沿著XY平面的面上設(shè)置有第二檢測電極152。此外，在第一檢測臂121及第二檢測臂122的沿著YZ平面的面上，分別設(shè)置有第三檢測電極153。
[0060]物理量檢測元件的動作
[0061]圖3為表示作為物理量檢測元件的一個示例的角速度檢測元件10的動作的概要圖。圖3(a)為表示靜止?fàn)顟B(tài)(角速度檢測元件10上未施加有繞Z軸的角速度的狀態(tài))下的角速度檢測元件10的振動動作的概要圖，圖3(b)為表示旋轉(zhuǎn)狀態(tài)(角速度檢測元件10上施加有繞Z軸的角速度的狀態(tài))下的角速度檢測元件10的振動動作的概要圖。
[0062]在角速度檢測元件10的靜止?fàn)顟B(tài)下，在被設(shè)置在第一驅(qū)動臂111至第四驅(qū)動臂114上的第一驅(qū)動電極141及第二驅(qū)動電極142(參照圖2)上，施加有來自驅(qū)動電路50的交流的驅(qū)動信號。于是，通過逆壓電效應(yīng)，將如圖3(a)的箭頭a、b所示，第一驅(qū)動臂111和第三驅(qū)動臂113形成在X軸方向上互相接近或離開這種彎曲運(yùn)動(驅(qū)動振動)。此外，第二驅(qū)動臂112和第四驅(qū)動臂114形成互相接近或離開這種彎曲運(yùn)動(驅(qū)動振動)。
[0063]理想的是，上述彎曲振動以第一檢測臂121及第二檢測臂122為軸而對稱，第一檢測臂121及第二檢測臂122靜止。但是，實(shí)際上會因制造時所產(chǎn)生的角速度檢測元件10的非對稱性，而使彎曲振動并不完全對稱，從而導(dǎo)致失衡。由此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)中，也會在第一檢測臂121及第二檢測臂122上產(chǎn)生與驅(qū)動振動大致同相的振動。以下，將該振動稱為泄漏振動。此外，將因泄漏振動而重疊在檢測信號上的、與驅(qū)動信號大致同相的信號稱作泄漏信號。
[0064]在此，當(dāng)在角速度檢測元件10上施加有繞Z軸的旋轉(zhuǎn)時，在第一驅(qū)動臂111至第四驅(qū)動臂114上作用有科里奧利力?？评飱W利力作用于Y軸方向上，并與被施加的角速度的大小成比例。其結(jié)果為，如圖3(b)的箭頭c、d所示，第一連結(jié)臂131及第二連結(jié)臂132將在Y軸方向進(jìn)行振動。與此相伴，如圖3(b)的箭頭e、f所示，第一檢測臂121及第二檢測臂122在X軸方向上進(jìn)行振動。于是，通過壓電效應(yīng)，從被設(shè)置在第一檢測臂121及第二檢測臂122上的第一檢測電極151及第二檢測電極152中將產(chǎn)生交流的檢測信號。該檢測信號的相位與驅(qū)動信號及泄漏信號的相位偏移大致90°。通過利用檢測電路對該檢測信號進(jìn)行處理，從而能夠?qū)κ┘佑诮撬俣葯z測元件10上的角速度的大小進(jìn)行檢測。
[0065]物理量檢測電路的概要結(jié)構(gòu)
[0066]圖4為作為物理量檢測電路的一個示例的角速度檢測電路20的概要圖。角速度檢測電路20由第一電荷放大器201、第二電荷放大器202、差動放大電路203、第一放大電路204、移相電路205、同步檢波電路206、第一低通濾波器207、第二放大電路208、第二低通濾波器209等構(gòu)成。
[0067]來自第一檢測電極151的信號經(jīng)由第一輸入端子Vinl而被輸入至角速度檢測電路20。此外，來自第二檢測電極152的信號經(jīng)由第二輸入端子Vin2而被輸入至角速度檢測電路20。此外，來自第一驅(qū)動電極141的信號經(jīng)由第三輸入端子Vin3而被輸入至角速度檢測電路20 ο角速度檢測電路20的輸出信號經(jīng)由輸出端子Vout而被輸出。
[0068]第一電荷放大器201將從第一輸入端子Vinl輸入的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號。此外，第二電荷放大器202將從第二輸入端子Vin2輸入的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號。差動放大電路203對來自第一電荷放大器201及第二電荷放大器202的輸出電壓進(jìn)行差動放大。由此，降低來自第一電荷放大器201及第二電荷放大器202的輸出中所包含的同相成分，并放大反相成分。
[0069]第一放大電路204為交流放大電路，并對來自差動放大電路203的輸出進(jìn)行交流放大。移相電路205使來自第三輸入端子Vin3的信號的相位變化大致90°，并從驅(qū)動信號生成作為同步檢波的基準(zhǔn)的時鐘信號。同步檢波電路206使用從移相電路205輸出的時鐘信號，來對從第一放大電路204輸出的信號進(jìn)行同步檢波。由此，能夠從自第一放大電路204輸出的信號中提取與檢測信號同相位的成分。第一低通濾波器207使來自同步檢波電路206的信號平滑化，并且，去除無用波成分。第二放大電路208為直流放大電路，并對來自第一低通濾波器207的信號進(jìn)行直流放大。第二低通濾波器209對來自第二放大電路208的信號的頻帶進(jìn)行限制。
[0070]在角速度檢測電路20中，第二放大電路208的動態(tài)范圍與第一放大電路204的動態(tài)范圍相比而被設(shè)定得較大。在此，動態(tài)范圍是指，電路部的輸出發(fā)生飽和的輸入物理量的大小的最小值。動態(tài)范圍由到電路部的前級為止的各電路要素的增益的積、和電路部的飽和電壓來確定。
[0071]此外，更加優(yōu)選為，第二放大電路208的動態(tài)范圍被設(shè)定為第一放大電路204的動態(tài)范圍的大致兩倍。由此，即使在因制造偏差而使第一放大電路204及第二放大電路208的放大率產(chǎn)生偏差的情況下，也能夠使第二放大電路208的動態(tài)范圍大于第一放大電路204的動態(tài)范圍。
[0072]另外，欲知曉動態(tài)范圍的大小，只要通過一邊施加物理量一邊同時監(jiān)視第一放大電路204及第二放大電路208的輸出，并使物理量逐漸變大，從而檢查第一放大電路204及第二放大電路208的輸出中的哪一個先飽和即可。
[0073]并且，根據(jù)檢查的結(jié)果來確定第一放大電路204及第二放大電路208的放大率，以使與第一放大電路204的輸出發(fā)生飽和的輸入物理量的最小值相比，第二放大電路208的輸出飽和的輸入物理量的最小值變大。由此，能夠設(shè)定動態(tài)范圍的大小。
[0074]在下文中，將第一放大電路204的飽和電壓設(shè)為VI，將第一放大電路204的放大率設(shè)為Al。此外，將第二放大電路208的飽和電壓設(shè)為V2，將第二放大電路208的放大率設(shè)為A2o
[0075]￥2/^2及￥1/^1的大小關(guān)系為，￥2/^2>￥1/^1。在優(yōu)選例中為，￥1 = ￥2 = 5￥、厶1 = 10、A2 = 2，且V2/A2 = 2.5>V1/A1 = 0.5。因而，此時，第二放大電路208發(fā)生飽和的輸入電壓的最小值為2.5V，第一放大電路204發(fā)生飽和的輸入電壓的最小值為0.5V。即，構(gòu)成第二放大電路208與第一放大電路204相比而不易飽和的結(jié)構(gòu)。并且，在優(yōu)選示例中，通過如此對Al及A2進(jìn)行設(shè)定，從而設(shè)為第二放大電路208的動態(tài)范圍大于第一放大電路204的動態(tài)范圍的結(jié)構(gòu)。
[0076]此外，第一放大電路204的動態(tài)范圍為，作為汽車等移動體中的通常的檢測范圍的300°/s以上。即，第一放大電路204的輸出以在施加有相當(dāng)于300°/s以下的角速度的物理量時不會發(fā)生飽和的方式被設(shè)定。由此，在角速度傳感器I被搭載于移動體上的情況下，能夠設(shè)為在通常使用時第一放大電路204也不易飽和的結(jié)構(gòu)。
[0077]此外，此時，第二放大電路208的動態(tài)范圍為，600°/s以上。
[0078]更優(yōu)選為，第一放大電路204的動態(tài)范圍為3000°/s以上。即，第一放大電路204的輸出以在施加有相當(dāng)于3000°/s以下的角速度的物理量時不會發(fā)生飽和的方式被設(shè)定。
[0079]在角速度傳感器I被搭載于汽車等移動體的情況下，假定在砂石路或不平整道路上行駛。在該情況下，因石子彈起等，而存在被施加有超過通常的檢測范圍的沖擊的情況。此外，在安裝有物理量傳感器的基板或車身發(fā)生共振的情況下，輸入的物理量被放大與共振的Q值相應(yīng)的量。一般，上述共振的Q值為5左右。在將富余度設(shè)為二倍的情況下，通過將第一放大電路204的動態(tài)范圍設(shè)定為300°/s X (5 X 2) =3000°/s以上，從而即使在存在有石子彈起、基板或車身的共振的影響的情況下，也能減小第一放大電路204的輸出發(fā)生飽和的可能性。
[0080]此外，此時，第二放大電路208的動態(tài)范圍為6000°/s以上。
[0081 ]物理量檢測電路中的信號處理
[0082]圖5為表示角速度傳感器I處于靜止?fàn)顟B(tài)時的信號波形的波形圖。在靜止?fàn)顟B(tài)中，從第一檢測電極151及第二檢測電極152中未輸出角速度信號，而輸出泄漏信號。在圖5中，圖示了圖4所示的A至F的各點(diǎn)處的泄漏信號的變化。橫軸表示時間，縱軸表示電壓。
[0083]A點(diǎn)(第一電荷放大器201的輸出)及B點(diǎn)(第二電荷放大器202的輸出)處輸出有互為反相(相位偏移180°)的泄漏信號。
[0084]在C點(diǎn)(第一放大電路204的輸出)處輸出有如下的信號，即，在A點(diǎn)及B點(diǎn)處的輸出通過差動放大電路203而被差動放大之后，通過第一放大電路204而被放大的信號。
[0085]在D點(diǎn)(移相電路205的輸出)處輸出有用于同步檢波的時鐘信號。泄漏信號與驅(qū)動信號為大致同相，相對于此，時鐘信號的相位與驅(qū)動信號偏移大致90°。因此，時鐘信號與泄漏信號的相位偏移大致90°。
[0086]在E點(diǎn)(同步檢波電路206的輸出)處輸出有C點(diǎn)處的信號與D點(diǎn)處的信號相乘而得到的信號。因此，如圖示那樣，E點(diǎn)的輸出在基準(zhǔn)電壓的上下呈面積相等的鋸齒狀。
[0087]在F點(diǎn)(第二放大電路208的輸出)處輸出有如下的信號，S卩，通過第一低通濾波器207對E點(diǎn)的輸出進(jìn)行積分，并通過第二放大電路208而被放大的信號。當(dāng)對E點(diǎn)的輸出進(jìn)行積分時，由于泄漏信號被抵消而與基準(zhǔn)電壓相等，因此，F(xiàn)點(diǎn)處的輸出也與基準(zhǔn)電壓相等。
[0088]圖6為表示角速度傳感器I處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時的信號波形的波形圖。在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中，從第一檢測電極151及第二檢測電極152中，泄漏信號重疊于角速度信號上而被輸出。由于泄漏信號與靜止?fàn)顟B(tài)同樣地被抵消，因此，圖6中僅圖示了 A至F的各點(diǎn)處的角速度信號的變化。橫軸表不時間，縱軸表不電壓。
[0089]在A點(diǎn)(第一電荷放大器201的輸出)及B點(diǎn)(第二電荷放大器202的輸出)處輸出有互為反相(相位偏移180°)的角速度信號。
[0090]在C點(diǎn)(第一放大電路204的輸出)處輸出有如下的信號，即，A點(diǎn)及B點(diǎn)處的輸出通過差動放大電路203而被差動放大之后，通過第一放大電路204而被放大的信號。能夠通過作為交流放大電路的第一放大電路204，使從差動放大電路203被輸出的信號的基準(zhǔn)電壓不發(fā)生變化，而僅對交流成分進(jìn)行放大。
[0091]在D點(diǎn)(移相電路205的輸出)處輸出有用于同步檢波的時鐘信號。角速度信號的相位與驅(qū)動信號的相位偏移大致90°，時鐘信號的相位與驅(qū)動信號偏移大致90°。因此，時鐘信號與角速度信號根據(jù)旋轉(zhuǎn)的方向而成為同相或反相。在圖6所示的示例中，圖示了時鐘信號與角速度信號為同相的情況。
[0092]在E點(diǎn)(同步檢波電路206的輸出)處輸出有C點(diǎn)處的信號與D點(diǎn)處的信號相乘而得到的信號。因此，如圖示那樣，E點(diǎn)的輸出成為C點(diǎn)處的信號被全波整流后的形狀。
[0093]在F點(diǎn)(第二放大電路208的輸出)處輸出有如下的信號，S卩，通過第一低通濾波器207對E點(diǎn)的輸出進(jìn)行積分，并通過第二放大電路208而放大的信號。由于來自第一低通濾波器207的輸出為直流信號，因此，能夠通過作為直流放大電路的第二放大電路208而向F點(diǎn)輸出與角速度相對應(yīng)的直流信號。此外，能夠通過第二低通濾波器209來去除高頻的噪聲。
[0094]施加過大的物理量時的輸出
[0095]圖7為表示向角速度傳感器I施加過大的物理量時的信號波形的波形圖。橫軸為時間，縱軸為輸出電壓。圖7(a)為現(xiàn)有的角速度傳感器的輸出波形，并表示C點(diǎn)及F點(diǎn)處的信號波形。此外，VacO為第一放大電路204的飽和電壓，VdcO為第二放大電路208的飽和電壓。
[0096]圖7(b)為本實(shí)施方式所涉及的角速度傳感器I的輸出波形，并表示C點(diǎn)及F點(diǎn)處的信號波形。Vl為第一放大電路204的飽和電壓，V2為第二放大電路208的飽和電壓，在優(yōu)選例中，Vl =V2 = 5V。此外，輸出電壓的下限為0V，通過橫軸的高度所示的基準(zhǔn)電壓為2.5V。
[0097]在現(xiàn)有的角速度傳感器中，在施加了過大的角速度的情況下，通過減小第一放大電路204的放大率，從而使輸出不會超過飽和電壓VacO。并且，由于為了使角速度傳感器的輸出電平恒定，而使第二放大電路208的放大率增大與使第一放大電路204的放大率減小的量相應(yīng)的量，因此，第二放大電路208的輸出有可能超過飽和電壓VdcO。其結(jié)果為，如圖7(a)所示，有可能F點(diǎn)處的輸出發(fā)生飽和而使輸出不準(zhǔn)確。
[0098]然而在本實(shí)施方式所涉及的角速度傳感器I中，由于第二放大電路208的動態(tài)范圍大于第一放大電路204的動態(tài)范圍，因此，在第一放大電路204的輸出不超過飽和電壓Vl的情況下，如圖7(b)所示，第二放大電路208的輸出也不超過飽和電壓V2從而不會發(fā)生飽和。此外，假設(shè)即使在施加有超過第一放大電路204的動態(tài)范圍的角速度或沖擊并且第一放大電路204的輸出發(fā)生飽和的情況下，但由于來自第一放大電路204的輸出不會超過第一放大電路204的動態(tài)范圍，因此，第二放大電路208的輸出也不會超過飽和電壓V2從而不會發(fā)生飽和。
[0099]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的角速度傳感器I，能夠獲得以下的效果。
[0100]S卩，即使在施加有過大的角速度或過大的沖擊的情況下，也能夠防止第二放大電路208的飽和。因此，能夠提供降低誤輸出的傳感器。此外，與現(xiàn)有的角速度傳感器那樣將差動放大電路203或同步檢波電路206的放大率設(shè)為可變的結(jié)構(gòu)相比，不會使電路結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，而能夠降低誤輸出。
[0101]此外，由于第一放大電路204的動態(tài)范圍為300°/s以上，因此，在搭載于汽車等移動體上時的通常使用時，能夠使第一放大電路204的輸出也不易飽和，并能夠進(jìn)一步降低傳感器誤輸出的可能性。除此以外，由于第二放大電路208的動態(tài)范圍也被設(shè)定為大致二倍的600°/s以上，因此，不會受到制造偏差等的影響，而能夠切實(shí)地防止第二放大電路208的輸出的飽和。
[0102]而且，由于第一放大電路204的動態(tài)范圍為3000°/s以上，因此，即使在搭載于移動體上并在砂石路或不平整道路上行駛從而被施加有石子彈起等沖擊的情況或安裝有物理量傳感器的基板或車身發(fā)生共振的情況下，也能夠減小第一放大電路204的輸出發(fā)生飽和的可能性。因此，能夠進(jìn)一步降低傳感器誤輸出的可能性。除此以外，由于第二放大電路208的動態(tài)范圍被設(shè)定為大致二倍的6000°/s以上，因此，能夠切實(shí)地防止第二放大電路208的輸出的飽和。
[0103]實(shí)施方式2
[0104]物理量傳感器的概要結(jié)構(gòu)
[0105]接下來，對實(shí)施方式2所涉及的角速度傳感器Ia進(jìn)行說明。
[0106]圖8為角速度傳感器Ia的概要圖。角速度傳感器Ia由角速度檢測元件10、角速度檢測電路21、驅(qū)動電路50等構(gòu)成。
[0107]角速度檢測元件10為本發(fā)明所涉及的物理量檢測元件的一個示例，并實(shí)施與施加于角速度傳感器Ia的角速度相對應(yīng)的振動。角速度檢測電路21為本發(fā)明所涉及的物理量檢測電路的一個示例，并對從角速度檢測元件10輸出的角速度信號進(jìn)行處理。驅(qū)動電路50生成用于對角速度檢測元件10實(shí)施驅(qū)動振動的驅(qū)動信號。
[0108]物理量檢測電路的概要結(jié)構(gòu)
[0109]接下來，參照圖9，對實(shí)施方式2所涉及的角速度傳感器Ia所具備的角速度檢測電路21進(jìn)行說明。另外，對于與實(shí)施方式I相同的結(jié)構(gòu)部位，使用相同的編號，并省略重復(fù)的說明。
[0110]圖9為角速度檢測電路21的概要圖。
[0111]除了實(shí)施方式I所涉及的角速度傳感器I所具備的角速度檢測電路20的結(jié)構(gòu)以外，角速度檢測電路21還具備第三放大電路211、比例放大器212、第三低通濾波器213等。
[0112]第三放大電路211為直流放大電路，并對最終的角速度的檢測靈敏度進(jìn)行確定。優(yōu)選為，第三放大電路211的動態(tài)范圍大于第二放大電路208的動態(tài)范圍。比例放大器212為對應(yīng)于電源電壓而使放大率發(fā)生變化的放大電路。由此，能夠設(shè)為即使在電源電壓發(fā)生變動的情況下也使角速度傳感器的靈敏度連動的結(jié)構(gòu)。此外，第三低通濾波器213為對檢測信號中的無用波成分進(jìn)行去除的濾波電路。
[0113]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的角速度傳感器la，除了實(shí)施方式I中的效果以夕卜，還能夠得到以下的效果。
[0114]S卩，通過在第二放大電路208的基礎(chǔ)上還具備第三放大電路211，從而能夠減小第二放大電路的放大率。由此，不會使最終的靈敏度下降，而能夠切實(shí)地增大第二放大電路208的動態(tài)范圍。此外，通過具備第三低通濾波器213，從而能夠更進(jìn)一步降低檢測信號所包含的噪聲。
[0115]改變例
[0116]另外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，能夠?qū)ι鲜龅膶?shí)施方式施加各種變更或改良等。在下文中對改變例進(jìn)行敘述。
[0117]本發(fā)明所涉及的物理量傳感器所檢測的物理量并不限定于角速度，也可以為，例如加速度或壓力等。
[0118]此外，在上述的實(shí)施方式中，角速度檢測元件10被設(shè)為具備4根驅(qū)動臂和2根檢測臂的、所謂雙T型，但是，本發(fā)明所涉及的物理量傳感器所具備的物理量檢測元件并不限定于此。例如，既可以為具有2根振動臂的音叉型的振子，也可以為2根驅(qū)動臂和2根檢測臂以互相逆向的方式延伸的、所謂H型的振子。此外，也可以為具備梳齒型的電極的電容檢測型的物理量檢測元件。此外，物理量檢測元件的材料并不限定于水晶，也可以為，例如硅或陶
bL.0
[0119]實(shí)施方式3
[0120]電子設(shè)備的概要結(jié)構(gòu)
[0121]在實(shí)施方式3中，作為電子設(shè)備的一個示例而對側(cè)翻檢測裝置3進(jìn)行說明。
[0122]側(cè)翻檢測裝置3為，搭載于汽車等移動體上并基于角速度傳感器及加速度傳感器的輸出而對側(cè)翻進(jìn)行檢測，從而啟動安全氣囊等保護(hù)裝置的裝置。
[0123]圖10為側(cè)翻檢測裝置3的概要圖。
[0124]側(cè)翻檢測裝置3由角速度傳感器I(Ia)、第一加速度傳感器31、第二加速度傳感器32、第一側(cè)翻判斷電路33、第二側(cè)翻判斷電路34、“與”電路35、側(cè)翻信號輸出端子36等構(gòu)成。另外，以下，以具備實(shí)施方式I所涉及的角速度傳感器I的示例進(jìn)行說明，但是，也可以采用其他的實(shí)施方式或改變例所涉及的角速度傳感器。
[0125]角速度傳感器I對以搭載有側(cè)翻檢測裝置3的移動體的行進(jìn)方向?yàn)檩S的旋轉(zhuǎn)方向(側(cè)傾方向)的角速度(側(cè)傾率)進(jìn)行檢測。角速度傳感器I的輸出被輸入至第一側(cè)翻判斷電路33。
[0126]第一加速度傳感器31對與移動體的行進(jìn)方向及重力方向這兩個方向交叉的方向(橫向)的加速度進(jìn)行檢測。
[0127]第一側(cè)翻判斷電路33基于通過角速度傳感器I而被檢測到的側(cè)傾率、對被檢測到的側(cè)傾率進(jìn)行積分而求得的側(cè)傾方向的傾斜角度、通過第一加速度傳感器31而被檢測到的橫向的加速度，來判斷移動體是否達(dá)到側(cè)翻。在判斷出達(dá)到側(cè)翻的情況下，向“與”電路35輸入第一側(cè)翻信號。
[0128]第二加速度傳感器32對與移動體所移動的平面垂直的方向(重力方向)的加速度進(jìn)行檢測。
[0129]第二側(cè)翻判斷電路34基于通過第一加速度傳感器31而被檢測到的橫向的加速度、通過第二加速度傳感器32而被檢測到的重力方向的加速度，來判斷移動體是否達(dá)到側(cè)翻，在判斷出達(dá)到側(cè)翻的情況下，向“與”電路35輸入第二側(cè)翻信號。
[0130]在輸入有第一側(cè)翻信號及第二側(cè)翻信號這兩個信號的情況下，“與”電路35從側(cè)翻信號輸出端子36輸出側(cè)翻檢測信號。
[0131]由于側(cè)翻檢測裝置3具備即使在施加有過大的物理量的情況下也能夠降低誤輸出的角速度傳感器I(Ia)，因此，能夠降低盡管已側(cè)翻但未輸出側(cè)翻檢測信號或者在未側(cè)翻的情況下輸出側(cè)翻檢測信號這樣的誤動作的可能性。
[0132]另外，在本實(shí)施方式中作為電子設(shè)備的一個示例而對側(cè)翻檢測裝置3進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明所涉及的電子設(shè)備并不限定于此。例如，也可以為對圍繞重力方向的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測的側(cè)滑防止裝置。
[0133]實(shí)施方式4
[0134]移動體的概要結(jié)構(gòu)
[0135]在實(shí)施方式4中，對作為移動體的一個示例的汽車4進(jìn)行說明。
[0136]圖11為汽車4的概要圖。汽車4由車身41或側(cè)翻檢測裝置3等構(gòu)成。側(cè)翻檢測裝置3具備角速度傳感器I(Ia)。側(cè)翻檢測裝置3既可以被設(shè)置在乘員室內(nèi)，此外也可以被設(shè)置在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)。
[0137]車身41包括:從車頂上邊梁鼓出而垂下并在側(cè)翻時對乘員的頭部或頸部進(jìn)行保護(hù)的簾式安全氣囊、從乘員所乘坐的座椅的外側(cè)部分鼓出并在側(cè)翻時對乘員的胸部或腹部進(jìn)行保護(hù)的側(cè)面安全氣囊。
[0138]汽車4基于來自側(cè)翻檢測裝置3的側(cè)翻檢測信號來啟動上述保護(hù)裝置。由于汽車4具備即使在施加有過大的物理量的情況下也能夠降低誤輸出的角速度傳感器I(Ia)，因此，能夠降低盡管已側(cè)翻但未啟動保護(hù)裝置或者在未側(cè)翻的情況下啟動保護(hù)裝置這樣的誤動作的可能性。
[0139]另外，在汽車4中設(shè)為基于側(cè)翻檢測裝置3的輸出來啟動簾式安全氣囊或側(cè)面安全氣囊的結(jié)構(gòu)，但是，本發(fā)明所涉及的移動體并不限定于此。例如，也可以為基于來自具備角速度傳感器I(Ia)的側(cè)滑防止裝置的輸出來控制制動器或發(fā)動機(jī)的輸出的結(jié)構(gòu)。
[0140]此外，并不限定于移動體汽車，也可以為例如船舶、飛機(jī)或直升飛機(jī)等航空器、火箭、或人造衛(wèi)星等。
[0141]符號說明
[0142] 1、Ia…角速度傳感器；10...角速度檢測元件；101…基部；111…第一驅(qū)動臂；112…第二驅(qū)動臂；113…第三驅(qū)動臂；114…第四驅(qū)動臂；121…第一檢測臂；122…第二檢測臂；131…第一連結(jié)臂；132…第二連結(jié)臂；141...第一驅(qū)動電極;142…第二驅(qū)動電極;151…第一檢測電極；152…第二檢測電極；153…第三檢測電極；161…第一驅(qū)動錘部；162…第二驅(qū)動錘部；163...第三驅(qū)動錘部；164...第四驅(qū)動錘部；171...第一檢測錘部；172...第二檢測錘部；20、21…角速度檢測電路;201…第一電荷放大器;202…第二電荷放大器;203…差動放大電路；204…第一放大電路；205…移相電路；206…同步檢波電路；207…第一低通濾波器；208…第二放大電路;209…第二低通濾波器;211…第三放大電路;212…比例放大器;213…第三低通濾波器;3…側(cè)翻檢測裝置;31..?第一加速度傳感器;32..?第二加速度傳感器;33…第一側(cè)翻判斷電路;34…第二側(cè)翻判斷電路;35...“與”電路;36…側(cè)翻信號輸出端子;4…汽車;41...車身;50...驅(qū)動電路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種物理量傳感器，其特征在于，具備: 物理量檢測元件，其對應(yīng)于被施加的物理量而輸出物理量信號； 物理量檢測電路，其對所述物理量信號進(jìn)行處理， 所述物理量檢測電路具備: 第一放大電路； 同步檢波電路，其被供給有來自所述第一放大電路的信號； 第二放大電路，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號， 所述第二放大電路的動態(tài)范圍大于所述第一放大電路的動態(tài)范圍。2.如權(quán)利要求1所述的物理量傳感器，其特征在于，具備: 物理量檢測元件，其對應(yīng)于被施加的物理量而輸出物理量信號； 物理量檢測電路，其對所述物理量信號進(jìn)行處理， 所述物理量檢測電路具備: 第一放大電路； 同步檢波電路，其被供給有來自所述第一放大電路的信號； 第二放大電路，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號， 所述第一放大電路的飽和電壓Vl與所述第一放大電路的放大率Al之比V1/A1、和所述第二放大電路的飽和電壓V2與所述第二放大電路的放大率A2之比V2/A2滿足如下關(guān)系，即，V2/A2>Vl/Alo3.如權(quán)利要求1所述的物理量傳感器，其特征在于， 所述物理量為角速度， 所述第一放大電路的所述動態(tài)范圍為300degree/s以上。4.如權(quán)利要求2所述的物理量傳感器，其特征在于， 所述物理量為角速度， 所述第一放大電路的所述動態(tài)范圍為300degree/s以上。5.如權(quán)利要求3所述的物理量傳感器，其特征在于， 所述第一放大電路的所述動態(tài)范圍為3000degree/s以上。6.如權(quán)利要求4所述的物理量傳感器，其特征在于， 所述第一放大電路的所述動態(tài)范圍為3000degree/s以上。7.如權(quán)利要求1所述的物理量傳感器，其特征在于， 所述第一放大電路為交流放大電路， 所述第二放大電路為直流放大電路。8.如權(quán)利要求2所述的物理量傳感器，其特征在于， 所述第一放大電路為交流放大電路， 所述第二放大電路為直流放大電路。9.如權(quán)利要求1所述的物理量傳感器，其特征在于，還具備: 第一低通濾波器，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號并向所述第二放大電路輸出信號； 第二低通濾波器，其被供給有來自所述第二放大電路的信號。10.如權(quán)利要求2所述的物理量傳感器，其特征在于，還具備: 第一低通濾波器，其被供給有來自所述同步檢波電路的信號并向所述第二放大電路輸出信號； 第二低通濾波器，其被供給有來自所述第二放大電路的信號。11.一種電子設(shè)備，其特征在于， 具備權(quán)利要求1所述的物理量傳感器。12.一種電子設(shè)備，其特征在于， 具備權(quán)利要求2所述的物理量傳感器。13.—種移動體，其特征在于， 具備權(quán)利要求1所述的物理量傳感器。14.一種移動體，其特征在于， 具備權(quán)利要求2所述的物理量傳感器。
【文檔編號】G01C19/5649GK105953782SQ201610127765
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】高田豐, 佐藤健二
【申請人】精工愛普生株式會社