專利名稱：振動型慣性力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測慣性力的慣性力傳感器，特別涉及利用振動器來檢測慣性力的振動型慣性力傳感器。
背景技術(shù)：
使用振動型慣性力傳感器來作為例如檢測基于慣性力的角速度的角速度傳感器。振動型慣性力傳感器包括用于檢測角速度的振動器、對振動器提供驅(qū)動信號的振蕩電路部、以及檢測振動器的角速度的檢測電路部。作為振動器，有靜電驅(qū)動/電容檢測型、壓電驅(qū)動/壓電檢測型等。振動器包括利用角速度來振動的振動體、驅(qū)動振動體的驅(qū)動單元、將與振動體的振幅大小(振動器的振動狀態(tài))相對應(yīng)的監(jiān)視信號反饋至振蕩電路部的監(jiān)視單元、以及輸出基于因振動體的科里奧利力而產(chǎn)生的振動位移的檢測信號的檢測單元。 振蕩電路部構(gòu)成作為以振動器為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路，由與振動體的振幅大小相對應(yīng)的監(jiān)視信號生成驅(qū)動信號，將驅(qū)動信號提供給振動器，以對振動體的振動進(jìn)行控制。檢測電路部基于從振動器的檢測單元輸入的檢測信號，來生成并輸出角速度檢測信號。此外，角速度檢測信號是與振動器的角速度大小相對應(yīng)的直流電壓。振動型慣性力傳感器在從接通電源到振動體的振幅成為規(guī)定大小為止的期間內(nèi)，無法檢測角速度。對于振動型慣性力傳感器，希望縮短從接通電源到能檢測出角速度為止的起動時間，例如，專利文獻(xiàn)I中揭示了一種能縮短起動時間的振動型慣性力傳感器。在專利文獻(xiàn)I所揭示的振動型慣性力傳感器中，在構(gòu)成自動增益控制電路(AGC電路)的可變增益放大電路(VGA電路)的內(nèi)部或VGA電路的后級具有電壓放大器。而且，電壓放大器具有利用監(jiān)視信號的電壓電平來切換放大倍數(shù)(增益)的開關(guān)單元。專利文獻(xiàn)I :日本專利特開平11 — 281368號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有的振動型慣性力傳感器中，從接通電源起、到振動體的振幅成為規(guī)定大小為止，利用VGA電路來放大監(jiān)視信號，從而達(dá)到能檢測出振動器角速度的狀態(tài)。因此，通過增大VGA電路的放大倍數(shù)，能縮短振動型慣性力傳感器的起動時間。為了縮短振動型慣性力傳感器的起動時間，要求增大VGA電路的放大倍數(shù)(要求具有大范圍的增益可變范圍)，需要進(jìn)行復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。即使利用復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)能夠增大VGA電路的放大倍數(shù)，也難以在整個增益可變范圍內(nèi)利用VGA電路來放大監(jiān)視信號，從而難以使自動增益控制電路的動作變得穩(wěn)定。因此，在現(xiàn)有的振動型慣性力傳感器中，存在以下問題即，只能在VGA電路本來具有VGA電路的放大倍數(shù)的增益可變范圍內(nèi)縮短起動時間。本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供一種振動型慣性力傳感器，該振動型慣性力傳感器能縮短從接通電源到能檢測出慣性力(角速度)為止的起動時間，而不使自動增益控制電路的動作變得不穩(wěn)定。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一方面所涉及的振動型慣性力傳感器包括振動器，該振動器檢測慣性力；振蕩電路部，該振蕩電路部對該振動器提供驅(qū)動信號；以及檢測電路部，該檢測電路部檢測所述振動器的慣性力，所述振蕩電路部起到作為以所述振動器為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能，所述振蕩電路部包括信號轉(zhuǎn)換電路，該信號轉(zhuǎn)換電路將基于與所述振動器的振動狀態(tài)相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號；以及自動增益控制電路，該自動增益控制電路基于經(jīng)該信號轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號，來控制增益并生成所述驅(qū)動信號，并將該驅(qū)動信號提供給所述振動器，所述信號轉(zhuǎn)換電路具有放大單元，該放大單元在從接通電源起的規(guī)定期間內(nèi)，以規(guī)定的放大倍數(shù)對監(jiān)視信號進(jìn)行放大。在本發(fā)明的第一方面中，在包括振動器、振蕩電路部、及檢測電路部的振動型慣性力傳感器中，振蕩電路部起到作為以振動器為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能，所述振蕩電路部包括信號轉(zhuǎn)換電路，該信號轉(zhuǎn)換電路將基于與振動器的振動狀態(tài)相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號；以及自動增益控制電路，該自動增益控制電路基于經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號，來控制增益并生成驅(qū)動信號，并將驅(qū)動信號提供給振動器。由于信號轉(zhuǎn)換電路具有放大單元，該放大單元在 從接通電源起的規(guī)定的期間內(nèi)，以規(guī)定的放大倍數(shù)對監(jiān)視信號進(jìn)行放大，因此，能將大幅放大的監(jiān)視信號作為驅(qū)動信號提供給振動器，以使振動器的振動狀態(tài)發(fā)生較大的變化，從而能縮短從接通電源起到能檢測出慣性力為止的起動時間。另外，由于利用信號轉(zhuǎn)換電路的放大單元來縮短振動型慣性力傳感器的起動時間，因此，自動增益控制電路能在可變增益放大電路的增益可變范圍(VGA電路本來所具有的增益可變范圍)內(nèi)來使用，從而能實(shí)現(xiàn)動作穩(wěn)定、精度高的自動增益控制電路。另外，對于本發(fā)明的第二方面所涉及的振動型慣性力傳感器，是在本發(fā)明的第一方面中，所述信號轉(zhuǎn)換電路由具有反饋電容器的運(yùn)放電路構(gòu)成，所述放大單元在從接通電源起的所述規(guī)定期間內(nèi)，通過切換所述反饋電容器的大小來對監(jiān)視信號進(jìn)行放大。在本發(fā)明的第二方面中，由于信號轉(zhuǎn)換電路由具有反饋電容器的運(yùn)放電路構(gòu)成，放大單元在從接通電源起的規(guī)定的期間內(nèi)，通過切換反饋電容器的大小來對監(jiān)視信號進(jìn)行放大，因此，能將大幅放大的監(jiān)視信號作為驅(qū)動信號提供給振動器，以使振動器的振動狀態(tài)發(fā)生較大的變化，從而能縮短從接通電源起到能檢測出慣性力為止的起動時間。另外，對于本發(fā)明的第三方面所涉及的振動型慣性力傳感器，是在本發(fā)明的第一或第二方面中，在所述自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制所述自動增益控制電路的增益的控制信號具有負(fù)的特性的情況下，所述規(guī)定的期間是從接通電源起在所述增益相對于所述控制信號的變化而發(fā)生變化的范圍內(nèi)、基于所述控制信號的所述增益在所述放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以下的期間。在本發(fā)明的第三方面中，在自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制自動增益控制電路的增益的控制信號具有負(fù)的特性的情況下，將從接通電源起在增益相對于控制信號的變化而發(fā)生變化的范圍內(nèi)、基于控制信號的增益在放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以下的期間設(shè)為規(guī)定的期間，從而能防止自動增益控制電路的增益減小，從而能縮短從接通電源起到能檢測出慣性力為止的起動時間。另外，對于本發(fā)明的第四方面所涉及的振動型慣性力傳感器，是在本發(fā)明的第一或第二方面中，在所述自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制所述自動增益控制電路的增益的控制信號具有正的特性的情況下，所述規(guī)定的期間是從接通電源起在所述增益相對于所述控制信號的變化而發(fā)生變化的范圍內(nèi)、基于所述控制信號的所述增益在所述放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以上的期間。在本發(fā)明的第四方面中，在自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制自動增益控制電路的增益的控制信號具有正的特性的情況下，將從接通電源起在增益相對于控制信號的變化而發(fā)生變化的范圍內(nèi)、基于控制信號的增益在放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以上的期間設(shè)為規(guī)定的期間，從而能防止自動增益控制電路的增益減小，從而能縮短從接通電源起到能檢測出慣性力為止的起動時間。另外，對于本發(fā)明的第五方面所涉及的振動型慣性力傳感器，是在本發(fā)明的第二至第四方面的任一方面中，所述放大單元基于控制所述自動增益控制電路的增益的控制信號，來切換所述反饋電容器的大小。在本發(fā)明的第五方面中，由于放大單元基于控制自動增益控制電路的增益的控制 信號，來切換反饋電容器的大小，因此，能以控制信號的大小來任意設(shè)定切換的時刻，從而能縮短從接通電源起到能檢測出慣性力為止的起動時間。另外，在自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制信號具有負(fù)的特性的情況下，能在基于控制信號的增益在放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以下的期間內(nèi)，通過設(shè)定切換的時刻，來防止自動增益控制電路的增益減小，并在放大電路的放大倍數(shù)相對于控制信號具有正的特性的情況下，能在基于控制信號的增益在放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以上的期間內(nèi)，通過設(shè)定切換的時刻，來防止自動增益控制電路的增益減小。另外，對于本發(fā)明的第六方面所涉及的振動型慣性力傳感器，是在本發(fā)明的第五方面中，所述反饋電容器包括第一反饋電容器；以及第二反饋電容器，所述第一反饋電容器是始終與所述運(yùn)放電路相連接的電容器，所述第二反饋電容器是基于所述控制信號而與所述運(yùn)放電路相連接的至少一個電容器。在本發(fā)明的第六方面中，由于第一反饋電容器是始終與運(yùn)放電路相連接的電容器，第二反饋電容器是基于控制信號而與運(yùn)放電路相連接的至少一個電容器，因此，能實(shí)現(xiàn)一種信號轉(zhuǎn)換電路，所述信號轉(zhuǎn)換電路具有故障防護(hù)結(jié)構(gòu)，即使無法與基于控制信號來進(jìn)行連接的第二反饋電容器相連接，也不會導(dǎo)致致命的故障。對于本發(fā)明所涉及的振動型慣性力傳感器，在包括振動器、振蕩電路部、及檢測電路部的振動型慣性力傳感器中，振蕩電路部起到作為以振動器為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能，所述振蕩電路部包括信號轉(zhuǎn)換電路，該信號轉(zhuǎn)換電路將基于與振動器的振動狀態(tài)相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號；以及自動增益控制電路，該自動增益控制電路基于經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號，來控制放大倍數(shù)(增益)并生成驅(qū)動信號，并將驅(qū)動信號提供給振動器。由于信號轉(zhuǎn)換電路具有放大單元，該放大單元在從接通電源起的規(guī)定的期間內(nèi)，以規(guī)定的放大倍數(shù)對監(jiān)視信號進(jìn)行放大，因此，能將大幅放大的監(jiān)視信號作為驅(qū)動信號提供給振動器，以使振動器的振動狀態(tài)發(fā)生較大的變化，從而能縮短從接通電源起到能檢測出慣性力為止的起動時間。另夕卜，由于利用信號轉(zhuǎn)換電路的放大單元來縮短振動型慣性力傳感器的起動時間，因此，自動增益控制電路能在可變增益放大電路的增益可變范圍(VGA電路本來所具有的增益可變范圍)內(nèi)來使用，從而能實(shí)現(xiàn)動作穩(wěn)定、精度高的自動增益控制電路。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的AGC電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的CV轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的CV轉(zhuǎn)換電路的切換開關(guān)和放大倍數(shù)、AGCO信號的時序圖的示例圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的CV轉(zhuǎn)換電路的其 他結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面，利用附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器進(jìn)行具體說明。以下實(shí)施方式并不限定權(quán)利要求的范圍內(nèi)所述的發(fā)明，當(dāng)然在實(shí)施方式中所說明的特征事項(xiàng)的所有組合并不一定是解決方案的必要事項(xiàng)。圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的結(jié)構(gòu)的框圖。以下，對使用本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器來作為檢測基于慣性力的角速度的角速度傳感器的情況進(jìn)行說明。圖I所示的振動型慣性力傳感器包括檢測角速度(慣性力)的振動器I ;對振動器I提供驅(qū)動信號的振蕩電路部2 ;以及檢測振動器I的角速度的檢測電路部3。振動器I是靜電驅(qū)動/電容檢測型振動器，具有振動體11 ;驅(qū)動振動體11的驅(qū)動單元12 ;將與振動體11的振幅大小(振動器I的振動狀態(tài))相對應(yīng)的監(jiān)視信號反饋至振蕩電路部2的監(jiān)視單元13 ;以及通過檢測因振動體11的科里奧利力而產(chǎn)生的振動位移、來輸出基于振動器I的角速度大小的檢測信號的檢測單元14。振動體11由包括硅材料、玻璃材料等的振動基板所構(gòu)成。振蕩電路部2起到作為以振動器I為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能，并具有CV轉(zhuǎn)換電路(信號轉(zhuǎn)換電路)21、信號放大電路22、濾波電路23、以及AGC電路(自動增益控制電路)24。振蕩電路部2與振動器I的驅(qū)動單元12和監(jiān)視單元13相連接，將監(jiān)視信號從監(jiān)視單元13反饋至CV轉(zhuǎn)換電路21。從監(jiān)視單元13反饋來的監(jiān)視信號是基于與振動體11的振幅大小相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號。因此，CV轉(zhuǎn)換電路21將基于與振動體11的振幅大小相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號。信號放大電路22以規(guī)定的放大倍數(shù)(增益)對經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路21進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號進(jìn)行放大，濾波電路23從經(jīng)信號放大電路22進(jìn)行放大后的監(jiān)視信號中去除規(guī)定的信號。AGC電路24基于從濾波電路23輸入的監(jiān)視信號對放大倍數(shù)(增益)進(jìn)行控制，使得監(jiān)視信號的振幅保持一定，將以所進(jìn)行控制的放大倍數(shù)進(jìn)行放大后的監(jiān)視信號作為振動器I的驅(qū)動信號來提供給驅(qū)動單元12。
檢測電路部3包括檢測電路31、信號處理電路32、以及信號調(diào)整電路33。檢測電路31將從振動器I的檢測單元14輸入的檢測信號轉(zhuǎn)換成基于與因振動體11的科里奧利力而產(chǎn)生的振動位移相對應(yīng)的電壓的檢測信號，并輸出該檢測信號。信號處理電路32從來自檢測電路31所輸入的檢測信號中，進(jìn)行取出與角速度大小相對應(yīng)的角速度信號等的信號處理。信號調(diào)整電路33對經(jīng)信號處理電路32進(jìn)行信號處理后的檢測信號進(jìn)行相位調(diào)整等，并將該檢測信號作為角速度檢測信號來進(jìn)行輸出。如上所述，振蕩電路部2利用AGC電路24來對監(jiān)視信號的振幅進(jìn)行放大，使其保持一定，并將放大后的監(jiān)視信號作為振動器I的驅(qū)動信號來提供給驅(qū)動單元12。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的AGC電路24的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖2所示，AGC電路24具有整流電路241、比較/平滑化電路242、以及VGA電路(可變增益放大電路)243。整流電路241將從濾波電路23輸入的監(jiān)視信號進(jìn)行整流，將其轉(zhuǎn)換成作為直流電 壓的RECT電壓(監(jiān)視信號的電壓)并進(jìn)行輸出。比較/平滑化電路242將整流電路241所輸出的RECT電壓、和與振動器I的基準(zhǔn)振幅相對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓(VCTRL電壓)進(jìn)行比較，并基于比較出的結(jié)果，來輸出控制VGA電路243的放大倍數(shù)的控制信號(AGC0信號)。此夕卜，比較/平滑化電路242根據(jù)需要將AGCO信號進(jìn)行平滑化并進(jìn)行輸出。這里，RECT電壓與振動器I的監(jiān)視單元13輸出監(jiān)視信號的時刻的、振動器I的振幅相對應(yīng)。因此，可以用(式I)來表示振動器I的振幅的控制誤差A(yù) V。A V = RECT — VCTRL…(式 I)此外，在(式I)中，RECT表示監(jiān)視信號的電壓(RECT電壓)，VCTRL表示基準(zhǔn)電壓(VCTRL電壓)。另外，在該例子中，由于滿足VCTRL > RECT的關(guān)系，因此，AV成為負(fù)的值?？刂普`差A(yù) V與AGCO信號具有(式2)所示的關(guān)系。AGCO=AVXGct r I + V D D / 2...(式 2)此外，在(式2)中，AGCO表示控制信號(AGC0信號)，Gctrl ( > 0)表示控制信號的放大倍數(shù)，VDD表示AGC電路24的驅(qū)動電壓?；趶谋容^/平滑化電路242輸出的AGCO信號，利用VGA電路243對監(jiān)視信號進(jìn)行放大。將經(jīng)VGA電路243進(jìn)行放大后的監(jiān)視信號作為驅(qū)動信號來提供給驅(qū)動單元12。驅(qū)動單元12基于該驅(qū)動信號來驅(qū)動振動器1，從而使振動體11的振幅保持一定。在振動型慣性力傳感器中，從接通電源起、到振動體11的振幅成為規(guī)定大小為止，利用VGA電路243來放大監(jiān)視信號，從而達(dá)到能檢測出振動器I的角速度的狀態(tài)。因此，通過增大VGA電路243的放大倍數(shù)，能縮短振動型慣性力傳感器的起動時間。然而,VGA電路243的放大倍數(shù)是有限的。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器中，在位于包含VGA電路243的AGC電路24的前級的CV轉(zhuǎn)換電路21中，設(shè)置放大監(jiān)視信號的放大單元，以對VGA電路243的放大倍數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充，從而縮短了起動時間。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的CV轉(zhuǎn)換電路21的結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖3所示，CV轉(zhuǎn)換電路21由連接有反饋電容器Cl、及反饋電阻器Rl的運(yùn)放211所構(gòu)成，所述反饋電阻器Rl與反饋電容器Cl進(jìn)行并聯(lián)連接。將監(jiān)視單元13所輸出的監(jiān)視信號(輸入信號)輸入運(yùn)放211的負(fù)極的輸入端子,將基準(zhǔn)電壓VREF輸入運(yùn)放211的正極的輸入端子，從運(yùn)放211的輸出端子輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號(輸出信號)。作為放大監(jiān)視信號的放大單元21a，CV轉(zhuǎn)換電路21還具有電容值小于反饋電容器Cl的反饋電容器C2、以及對反饋電容器Cl和反饋電容器C2進(jìn)行切換的切換開關(guān)212。例如，在將反饋電容器Cl的電容值設(shè)定為2. OpF左右、將反饋電阻器Rl的電阻值設(shè)定為280MQ左右的CV轉(zhuǎn)換電路21中，截止頻率約成為280Hz，驅(qū)動頻率(約15kHz)相對于截止頻率變得足夠高。在CV轉(zhuǎn)換電路21的驅(qū)動頻率相對于截止頻率足夠高的情況下，CV轉(zhuǎn)換電路21的放大倍數(shù)與反饋電容器的電容值成反比。因而，利用切換開關(guān)212，將電容值切換成比反饋電容器Cl要小的反饋電容器C2，從而使CV轉(zhuǎn)換電路21的放大倍數(shù)增加。例如，在將反饋電容器C2的電容值設(shè)定為反饋電容器Cl的電容值的4分之I、即0. 5pF左右的情況下，CV轉(zhuǎn)換電路21的放大倍數(shù)增加至約4倍。本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器在接通電源的時刻，利用切換開關(guān)212來預(yù)先切換成反饋電容器C2，從而對經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路21進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號進(jìn)行放大(例如約4倍)，并將其經(jīng)信號放大電路22和反饋電路23輸出至AGC電路24。若對經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路21進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號進(jìn)行放大，則整流電路241所輸出 的RECT電壓(監(jiān)視信號的電壓)也會增大。由于能根據(jù)(式I)和(式2)來求出從比較/平滑化電路242輸出的AGCO信號，因此，電壓電平會隨著整流電路241所輸出的RECT電壓而增大。利用CV轉(zhuǎn)換電路21來放大監(jiān)視信號，從而AGCO信號的電壓電平存在于以下電平范圍內(nèi)即，在AGC電路24中，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下。此外，雖然示出了 VGA電路243的放大倍數(shù)相對于控制信號具有負(fù)的特性的情況，但根據(jù)電路設(shè)計(jì)的不同，還可以考慮有VGA電路243的放大倍數(shù)相對于控制信號具有正的特性的情況。在這種情況下，AGCO信號的電壓電平存在于以下電平范圍內(nèi)S卩，在AGC電路24中，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以上。若輸入存在于以下電平范圍內(nèi)的電壓電平的AGCO信號即,基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，則VGA電路243以VGA電路243的VGA電路本來所具有的增益可變范圍的最大放大倍數(shù)左右的放大倍數(shù)，來對輸入VGA電路243的監(jiān)視信號進(jìn)行放大，并將其作為驅(qū)動信號來提供給驅(qū)動單元12。因此，由于VGA電路243以VGA電路243的VGA電路本來所具有的增益可變范圍的最大放大倍數(shù)左右的放大倍數(shù)，來對經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路21進(jìn)行放大后的監(jiān)視信號進(jìn)行放大，因此，與未用CV轉(zhuǎn)換電路21對監(jiān)視信號進(jìn)行放大的情況相比，能將驅(qū)動信號設(shè)定得較大，能縮短從接通電源起到振動體11的振幅達(dá)到規(guī)定大小為止的時間，從而能縮短起動時間。另外，由于CV轉(zhuǎn)換電路21切換反饋電容器C I、C2來放大監(jiān)視信號，因此，與切換電阻器來放大監(jiān)視信號的情況相比，能節(jié)省電路結(jié)構(gòu)的空間。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的CV轉(zhuǎn)換電路21的反饋電容器C1、C2的切換和放大單元21a的放大倍數(shù)、AGCO信號的時序圖的示例圖。如圖4所示，在接通電源時，CV轉(zhuǎn)換電路21利用切換開關(guān)212與反饋電容器C2相連接，放大單元21a的放大倍數(shù)成為與反饋電容器Cl相連接的情況的約4倍。在圖4中，由于VGA電路243的放大倍數(shù)相對于控制信號具有負(fù)的特性，因此，在接通電源時，AGCO信號的電壓電平存在于以下電平范圍內(nèi)即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下。在接通電源之后，將經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路21和VGA電路243進(jìn)行放大后的監(jiān)視信號作為驅(qū)動信號來提供給起動器I的驅(qū)動單元12，驅(qū)動單元12基于所提供的驅(qū)動信號來驅(qū)動振動器1，將與振動器I的振動狀態(tài)相對應(yīng)的監(jiān)視信號從監(jiān)視單元13反饋至CV轉(zhuǎn)換電路21和VGA電路243。通過重復(fù)對監(jiān)視信號進(jìn)行反饋，來使振動器I的驅(qū)動接近穩(wěn)定狀態(tài)，使AGCO信號的電壓電平到達(dá)以下電平范圍之外S卩，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下。在AGCO信號的電壓電平到達(dá)以下電平范圍之外的時刻即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，CV轉(zhuǎn)換電路21利用切換開關(guān)212，從連接反饋電容器C2切換至連接反饋電容器Cl。由此，能防止AGC電路24的增益減小。即，在VGA電路243的放大倍數(shù)不減小的范圍內(nèi)，能將起動時的AGCO信號設(shè)定得較大，能增大整個振蕩電路部2的增益。若CV轉(zhuǎn)換電路21從連接反饋電容器C2切換成連接反饋電容器Cl，則放大單元21a的放大倍數(shù)成為與反饋電容器C2相連接的情況的約1/4倍。通過從連接反饋電容器C2切換成連接反饋電容器Cl，使反饋至CV轉(zhuǎn)換電路21和VGA電路243的監(jiān)視信號發(fā)生較大的變化，并使AGCO信號的電壓電平停留在以下電平范圍內(nèi)即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下。
在從連接反饋電容器C2切換至連接反饋電容器Cl之后，通過重復(fù)對監(jiān)視信號進(jìn)行反饋，來使振動器I的驅(qū)動接近穩(wěn)定狀態(tài)，使AGCO信號的電壓電平從以下電平范圍到達(dá)穩(wěn)定驅(qū)動范圍即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下。在AGCO信號的電壓電平到達(dá)穩(wěn)定驅(qū)動范圍的時刻，振動型慣性力傳感器能對振動器I的角速度進(jìn)行檢測，從而結(jié)束起動。此外，圖4中的所謂起動時間，是指從接通電源起到起動結(jié)束為止的時間。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器包括振動器I、振蕩電路部2、以及檢測電路部3，振蕩電路部2起到作為以振動器I為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能。振蕩電路部2具有CV轉(zhuǎn)換電路21，該CV轉(zhuǎn)換電路21將基于與振動器I的振動狀態(tài)相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號；以及AGC電路24，該AGC電路24對放大倍數(shù)(增益)進(jìn)行控制并生成驅(qū)動信號，使得經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路21進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號的振幅保持一定，并將驅(qū)動信號提供給振動器I。由于CV轉(zhuǎn)換電路21具有放大單元21a，該放大單元21a在從接通電源起的規(guī)定的期間內(nèi)，以規(guī)定的放大倍數(shù)對監(jiān)視信號進(jìn)行放大，因此，能將大幅放大的監(jiān)視信號作為驅(qū)動信號提供給振動器I的驅(qū)動單元12，以使振動器I的振動狀態(tài)發(fā)生較大的變化，從而能縮短從接通電源起到能檢測出振動器I的角速度為止的起動時間。另外，由于利用CV轉(zhuǎn)換電路21的放大單元21a來縮短振動型慣性力傳感器的起動時間，因此，能在VGA電路243的增益可變范圍內(nèi)使用AGC電路24，能實(shí)現(xiàn)動作穩(wěn)定、精度高的AGC電路。另外，在本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器中，從接通電源起，即使AGCO信號發(fā)生變化，VGA電路243的放大倍數(shù)(AGC電路24的增益)也不會發(fā)生變化，在AGCO信號的電壓電平存在于以下電平范圍的期間即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，CV轉(zhuǎn)換電路21與反饋電容器C2相連接，以增大放大單元21a的放大倍數(shù)。對于本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器，在AGCO信號的電壓電平到達(dá)以下電平范圍之外的時刻即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，利用切換開關(guān)212來從連接反饋電容器C2切換至連接反饋電容器Cl，從而能防止VGA電路243的放大倍數(shù)減小，能縮短從接通電源起到能檢測出角速度為止的起動時間。此外，在本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器中，在AGCO信號的電壓電平到達(dá)以下電平范圍之外的時刻即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，CV轉(zhuǎn)換電路21利用切換開關(guān)212，從連接反饋電容器C2切換至連接反饋電容器Cl。即，CV轉(zhuǎn)換電路21基于AGCO信號，來從連接反饋電容器C2切換至連接反饋電容器Cl。由于在AGCO信號的電壓電平到達(dá)以下電平范圍之外的時刻即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，CV轉(zhuǎn)換電路21從連接反饋電容器C2切換至連接反饋電容器Cl，從而能在VGA電路243的放大倍數(shù)不減小的范圍內(nèi)，將起動時的AGCO信號設(shè)定得較大，且整個振蕩電路部2的增益也會增加，因此，能縮短從接通電源起到能檢測出振動器I的角速度為止的起動時間。此外，在圖4中，由于VGA電路243的放大倍數(shù)相對于控制信號具有負(fù)的特性，因此，在接通電源時，AGCO信號的電壓電平存在于以下電平范圍內(nèi)即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以下，是利用以上的例子進(jìn)行了說明，但是，在VGA電路243的放大倍數(shù)相對于控制信號具有正的特性的情 況下，在接通電源時，AGCO信號的電壓電平存在于以下電平范圍內(nèi)即，基于AGCO信號的增益在VGA電路243的放大倍數(shù)的最大增益以上。另外，圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的振動型慣性力傳感器的CV轉(zhuǎn)換電路21的其他結(jié)構(gòu)的電路圖。圖5所示的CV轉(zhuǎn)換電路21具有反饋電容器Cl，該反饋電容器Cl始終與運(yùn)放211相連接；反饋電容器C2，該反饋電容器C2與反饋電容器Cl進(jìn)行并聯(lián)連接；以及切換開關(guān)212，該切換開關(guān)212作為放大監(jiān)視信號的放大單元21a，對反饋電容器C2是否與運(yùn)放211相連接進(jìn)行切換，以對反饋電容器的大小進(jìn)行切換。因此，在圖5所示的CV轉(zhuǎn)換電路21中，由于即使切換開關(guān)212發(fā)生故障，導(dǎo)致無法將反饋電容器C2與運(yùn)放211相連接，但也具有將反饋電容器Cl始終與運(yùn)放211相連接的結(jié)構(gòu)，因此，能實(shí)現(xiàn)具有故障防護(hù)結(jié)構(gòu)、而不會導(dǎo)致致命故障的CV轉(zhuǎn)換電路21。此外，對于反饋電容器C2，并不局限于采用將一個電容器與反饋電容器Cl進(jìn)行并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，也可以采用將多個電容器與反饋電容器Cl進(jìn)行并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。標(biāo)號說明I 振動器2 振蕩電路部3 檢測電路部11振動體12 驅(qū)動單元13監(jiān)視單元14檢測單元21 CV轉(zhuǎn)換電路(信號轉(zhuǎn)換電路)21a放大單元22信號放大電路23濾波電路24 AGC電路(自動增益控制電路)
31檢測電路32信號處理電路33信號調(diào)整電路211運(yùn)放212切換開關(guān) 241整流電路242比較/平滑化電路243VGA電路(可變增益放大電路)
權(quán)利要求
1.一種振動型慣性力傳感器，其特征在于，包括 振動器，該振動器檢測慣性力； 振蕩電路部，該振蕩電路部對該振動器提供驅(qū)動信號；以及 檢測電路部，該檢測電路部檢測所述振動器的慣性力， 所述振蕩電路部起到作為以所述振動器為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能， 所述振蕩電路部包括 信號轉(zhuǎn)換電路，該信號轉(zhuǎn)換電路將基于與所述振動器的振動狀態(tài)相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號；以及 自動增益控制電路，該自動增益控制電路基于經(jīng)該信號轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號，來控制增益并生成所述驅(qū)動信號，并將該驅(qū)動信號提供給所述振動器， 所述信號轉(zhuǎn)換電路具有放大單元，該放大單元在從接通電源起的規(guī)定期間內(nèi)，以規(guī)定的放大倍數(shù)對監(jiān)視信號進(jìn)行放大。
2.如權(quán)利要求I所述的振動型慣性力傳感器，其特征在于， 所述信號轉(zhuǎn)換電路由具有反饋電容器的運(yùn)放電路構(gòu)成，所述放大單元在從接通電源起的所述規(guī)定期間內(nèi)，通過切換所述反饋電容器的大小來對監(jiān)視信號進(jìn)行放大。
3.如權(quán)利要求I或2所述的振動型慣性力傳感器，其特征在于， 在所述自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制所述自動增益控制電路的增益的控制信號具有負(fù)的特性的情況下，所述規(guī)定的期間是從接通電源起在所述增益相對于所述控制信號的變化而發(fā)生變化的范圍內(nèi)、基于所述控制信號的所述增益在所述放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以下的期間。
4.如權(quán)利要求I或2所述的振動型慣性力傳感器，其特征在于， 在所述自動增益控制電路所具有的放大電路的放大倍數(shù)相對于控制所述自動增益控制電路的增益的控制信號具有正的特性的情況下，所述規(guī)定的期間是從接通電源起在所述增益相對于所述控制信號的變化而發(fā)生變化的范圍內(nèi)、基于所述控制信號的所述增益在所述放大電路的放大倍數(shù)的最大增益以上的期間。
5.如權(quán)利要求2至4的任一項(xiàng)所述的振動型慣性力傳感器，其特征在于， 所述放大單元基于控制所述自動增益控制電路的增益的控制信號，來切換所述反饋電容器的大小。
6.如權(quán)利要求5所述的振動型慣性力傳感器，其特征在于， 所述反饋電容器包括第一反饋電容器；以及第二反饋電容器， 所述第一反饋電容器是始終與所述運(yùn)放電路相連接的電容器， 所述第二反饋電容器是基于所述控制信號而與所述運(yùn)放電路相連接的至少一個電容器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種振動型慣性力傳感器，該振動型慣性力傳感器能縮短從接通電源到能檢測出慣性力(角速度)為止的起動時間，而不使自動增益控制電路的動作變得不穩(wěn)定。本發(fā)明所涉及的振動型慣性力傳感器包括振動器(1)、振蕩電路部(2)、及檢測電路部(3)，振蕩電路部(2)起到作為以振動器(1)為諧振元件的閉環(huán)的自激振蕩電路的功能，振蕩電路部(2)包括CV轉(zhuǎn)換電路(信號轉(zhuǎn)換電路)(21)，該CV轉(zhuǎn)換電路(21)將基于與振動器(1)的振動狀態(tài)相對應(yīng)的電容的監(jiān)視信號轉(zhuǎn)換成基于與電容的變化量相對應(yīng)的電壓的監(jiān)視信號；以及自動增益控制電路(24)，該自動增益控制電路(24)基于經(jīng)CV轉(zhuǎn)換電路(信號轉(zhuǎn)換電路)(21)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的監(jiān)視信號，來控制增益并生成驅(qū)動信號，并將驅(qū)動信號提供給振動器(1)，CV轉(zhuǎn)換電路(信號轉(zhuǎn)換電路)(21)具有放大單元，該放大單元在從接通電源起的規(guī)定期間內(nèi)，以規(guī)定的放大倍數(shù)對監(jiān)視信號進(jìn)行放大。
文檔編號G01C19/5776GK102753937SQ201080063609
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者加藤良隆, 成田誠, 森章 申請人:旭化成微電子株式會社, 株式會社村田制作所