1表示包括本實(shí)施方式的檢測裝置20的陀螺傳感器510 (廣義而言為傳感器)，與包括陀螺傳感器510的電子設(shè)備500的結(jié)構(gòu)例。另外電子設(shè)備500、陀螺傳感器510不限定于圖1的結(jié)構(gòu)，可改變實(shí)施為省略該結(jié)構(gòu)元件的一部分，或追加其他的結(jié)構(gòu)元件等。此外作為本實(shí)施方式的電子設(shè)備500，能夠預(yù)想為數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、智能電話、移動電話、導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)器人、電子游戲機(jī)、時鐘、健康器具、或移動型信息終端等的各種設(shè)備。
[0065]電子設(shè)備500包括陀螺傳感器510與處理部520。此外還能夠包括存儲器530、操作部540、顯示部550。處理部520 (CPU、MPU等)實(shí)施陀螺傳感器510等的控制與電子設(shè)備500的全體控制。此外處理部520根據(jù)通過陀螺傳感器510所檢測出的角速度信息(廣義而言為物理量)而實(shí)施處理。例如根據(jù)角速度信息而實(shí)施用于抖動補(bǔ)正、姿態(tài)控制、GPS自動導(dǎo)航等的處理。存儲器530 (ROM，RAM等)對控制程序與各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并作為工作區(qū)域與數(shù)據(jù)收納區(qū)域而發(fā)揮功能。操作部540用于用戶對電子設(shè)備500進(jìn)行操作，顯示部550將各種信息對用戶進(jìn)行顯示。
[0066]陀螺傳感器510 (傳感器)包括振子10、檢測裝置20。圖1的振子10 (廣義而言為物理量轉(zhuǎn)換器)為由水晶等的壓電材料的薄板所形成的音叉型的壓電振子，其具有驅(qū)動用振子11、12，與檢測用振子16、17。在驅(qū)動用振子11、12上設(shè)置有驅(qū)動端子2、4，在檢測用振子16、17上設(shè)置有檢測端子6、8。
[0067]檢測裝置20包括驅(qū)動電路30、同步信號輸出電路52、檢測電路60。驅(qū)動電路30接收來自振子10的反饋信號而對振子10進(jìn)行驅(qū)動。例如，驅(qū)動電路30輸出驅(qū)動信號(驅(qū)動電壓)而對振子10進(jìn)行驅(qū)動。而后從振子10接收反饋信號，并由此而使振子10激勵。
[0068]同步信號輸出電路52接收來自驅(qū)動電路30的信號而輸出同步信號SYC。例如同步信號輸出電路52接收來自具有驅(qū)動電路30的I/V轉(zhuǎn)換電路(放大電路)的被實(shí)施了 I/V轉(zhuǎn)換(電流/電壓轉(zhuǎn)換)后的信號。而且，將該信號(二進(jìn)制化后的信號)的、相位被調(diào)整了的信號作為同步信號SYC而對檢測電路60的同步檢波電路進(jìn)行輸出。
[0069]檢測電路60根據(jù)來自振子10的信號，與來自同步信號輸出電路52的同步信號SYC而實(shí)施所需信號(對應(yīng)于物理量的物理量信號)的檢測處理，并輸出檢測數(shù)據(jù)。例如，檢測電路60從通過驅(qū)動信號而被驅(qū)動的振子10接收檢測信號(檢測電流、電荷)。而后使用同步信號來對檢測信號實(shí)施同步檢波處理，從而對與施加于振子10上的物理量對應(yīng)的所需信號(科里奧利力信號)進(jìn)行檢測(抽出)。
[0070]具體是指，來自驅(qū)動電路30的交流驅(qū)動信號(驅(qū)動電壓)被施加于驅(qū)動用振子11的驅(qū)動端子2。這樣通過逆壓電效果從而驅(qū)動用振子11開始進(jìn)行振動，并且通過音叉振動從而驅(qū)動用振子12也開始進(jìn)行振動。此時，由驅(qū)動用振子12的壓電效果所產(chǎn)生的電流(電荷)作為反饋信號從驅(qū)動端子4被反饋至驅(qū)動電路30。由此形成了包括振子10的振蕩回路。
[0071]當(dāng)驅(qū)動用振子11、12進(jìn)行振動時，檢測用振子16、17在圖1所示的方向上以振動速度V進(jìn)行振動。這樣，由于檢測用振子16、17的壓電效果所產(chǎn)生的電流(電荷)作為檢測信號(第一、第二檢測信號)而被從檢測端子6、8輸出。這樣，檢測電路60接收來自該振子10的檢測信號，并對作為與科里奧利力對應(yīng)的信號的所需信號(所需波)進(jìn)行檢測。即，當(dāng)振子10 (陀螺傳感器)以檢測軸19為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，在與振動速度V的振動方向正交的方向上產(chǎn)生科里奧利力Fe。例如當(dāng)將以檢測軸19為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時的角速度設(shè)為ω、將振子的質(zhì)量設(shè)為m、將振子的振動速度設(shè)為V時，科里奧利力被表不為Fe = 2m.V.ω。因此通過檢測電路60對作為與科里奧利力(廣義而言為物理量)對應(yīng)的信號的所需信號(與物理量對應(yīng)的物理量信號)進(jìn)行檢測，能夠?qū)ν勇輦鞲衅鞯男D(zhuǎn)角速度ω進(jìn)行求解。而后處理部520能夠通過使用所求出的角速度ω來實(shí)施用于抖動補(bǔ)正、姿態(tài)控制、或GPS自動導(dǎo)航等等的各種處理。
[0072]另外雖然在圖1中，表示了振子10為音叉型的情況下的示例，本實(shí)施方式的振子10不限定于這樣的構(gòu)造。例如也可以為T字型與雙T字型等。此外振子10的壓電材料也可以為水晶以外的材料。
[0073]2.檢測裝置
[0074]圖2表示本實(shí)施方式的檢測裝置20的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)例。
[0075]驅(qū)動電路30包括輸入有來自振子10的反饋信號DI的放大電路32、實(shí)施自動增益控制的增益控制電路40、將驅(qū)動信號DQ輸出至振子10的驅(qū)動信號輸出電路50。另外，驅(qū)動電路30的結(jié)構(gòu)不限定于圖2所示，可實(shí)施改變?yōu)槭÷赃@些結(jié)構(gòu)元件的一部分，或追加其他的結(jié)構(gòu)元件等。
[0076]放大電路32(I/V轉(zhuǎn)換電路)對來自振子10的反饋信號DI進(jìn)行放大。例如將來自振子10的電流信號DI轉(zhuǎn)換為電壓信號DV而進(jìn)行輸出。該放大電路32能夠通過電容器、電阻元件、運(yùn)算放大器等而實(shí)現(xiàn)。
[0077]驅(qū)動信號輸出電路50根據(jù)由放大電路32實(shí)施放大后的信號DV而輸出驅(qū)動信號DQo例如驅(qū)動信號輸出電路50輸出矩形波(或者正弦波)的驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號輸出電路50能夠通過比較器等來實(shí)現(xiàn)。另外也可以在放大電路32與驅(qū)動信號輸出電路50之間設(shè)置例如濾波器部(高通濾波器、低通濾波器)等的其他的電路。
[0078]增益控制電路40 (AGC)對驅(qū)動信號輸出電路50輸出控制電壓DS而對驅(qū)動信號DQ的振幅進(jìn)行控制。具體是指，增益控制電路40對信號DV進(jìn)行監(jiān)視而控制振蕩回路的增益。例如在驅(qū)動電路30中，為了將陀螺傳感器的靈敏度保持為固定，需要將供給于振子10(驅(qū)動用振子)的驅(qū)動電壓的振幅保持為固定。因此，在驅(qū)動振動系的振蕩回路內(nèi)設(shè)置有用于對增益進(jìn)行自動調(diào)整的增益控制電路40。增益控制電路40以來自振子10的反饋信號DI的振幅(振子的振動速度V)成為一定的方式將增益自動調(diào)整為可變。
[0079]同步信號輸出電路52接收由放大電路32實(shí)施放大后(I/V轉(zhuǎn)換后)的輸出信號DV，并將同步信號SYC(參照信號)輸出至檢測電路60。例如同步信號輸出電路52能夠包括對正弦波(交流)的輸出信號DV實(shí)施二進(jìn)制化處理而生成矩形波的信號的二進(jìn)制化電路。該二進(jìn)制化電路能夠通過比較器等來實(shí)現(xiàn)。而后同步信號輸出電路52實(shí)施二進(jìn)制化后的矩形波的信號的相位調(diào)整而生成同步信號SYC，并將所述同步信號SYC對同步檢波電路81進(jìn)行輸出。
[0080]檢測電路60包括放大電路61、同步檢波電路81、A/D轉(zhuǎn)換電路100。放大電路61接收來自振子10的第一、第二檢測信號IQUIQ2而實(shí)施信號放大與電荷-電壓轉(zhuǎn)換。同步檢波電路81根據(jù)來自驅(qū)動電路30的同步信號SYC而實(shí)施同步檢波。A/D轉(zhuǎn)換電路100實(shí)施經(jīng)同步檢波后的信號的A/D轉(zhuǎn)換。
[0081]控制部120實(shí)施檢測裝置20的各電路的控制處理與數(shù)字濾波器處理等的數(shù)字信號處理。例如控制部120對驅(qū)動電路30、同步信號輸出電路52、檢測電路60輸出控制信號而對這些電路進(jìn)行控制。此外控制部120根據(jù)來自A/D轉(zhuǎn)換電路100的數(shù)字信號而實(shí)施多余信號成分的除去，與用于進(jìn)行頻帶限制的數(shù)字濾波器處理。
[0082]3.同步檢波
[0083]接下來，使用圖3(A)至圖3(D)的模式圖而對同步檢波進(jìn)行說明。另外雖然實(shí)際上多余信號的振幅與所需信號(與物理量對應(yīng)的物理量信號)的振幅相比非常大，但為了方便圖示，使多余信號的振幅與所需信號的振幅相等。
[0084]在像圖3(A)所示那樣在所需信號的相位與同步信號的相位完全相同的情況下，在實(shí)施同期檢波后所需信號與多余信號成為如圖3(B)所示。即，所需信號成為完全的全波整流波形，多余信號成為正的部分與負(fù)的部分的面積相等的波形。因此，通過以后級的低通濾波器等來實(shí)施平滑化，從而成為所需信號的DC成分作為輸出信號而被輸出，多余信號的成分不會出現(xiàn)在輸出信號中。通過以該方式來實(shí)施同步檢波，能夠?qū)ο鄬τ谒栊盘柖兄?0度的相位差的機(jī)械振動泄漏等的多余信號進(jìn)行除去。
[0085]另一方面，像圖3(C)那樣在所需信號的相位與同步信號的相位僅偏差有Y的情況下，在實(shí)施同步檢波后所需信號與多余信號成為如圖3(D)所示。即，所需信號為不完全的全波整流波形，并包括負(fù)的成分。此外，多余信號的正的部分與負(fù)的部分的面積不相等。因此，在通過以后段的低通濾波器等實(shí)施平滑化所得到的輸出信號中，所需信號的DC成分與圖3(B)的情況相比成為較小，并且同時出現(xiàn)多余信號的成分，其成為零點(diǎn)變動等的原因。
[0086]為了使以上那樣的同步檢波合理地實(shí)現(xiàn)，將檢測信號(所需信號)與同步信號之間的相位關(guān)系調(diào)整成為合理的相位調(diào)節(jié)電路成為必要。
[0087]而且，為了提高檢測裝置的評價、設(shè)計、與結(jié)構(gòu)的自由度，優(yōu)選為較廣的調(diào)整范圍(例如180度左右)的相位調(diào)整(較寬范圍相位調(diào)整)的實(shí)現(xiàn)。例如在實(shí)施檢測裝置的評價時，如果能夠?qū)z測信號與同步信號之間的相位關(guān)系實(shí)施各種變化、從而對泄漏信號對檢測性能造成的影響等進(jìn)行評價，則能夠提高便利性。
[0088]此外，為了以較高精度來對檢波效率進(jìn)行調(diào)節(jié)，優(yōu)選為較小的相位調(diào)整量(例如0.5度左右)的相位調(diào)整(高解析度相位調(diào)整)的實(shí)現(xiàn)。例如，在實(shí)施檢測裝置的制造時，通過對檢測信號與同步信號之間的相位關(guān)系進(jìn)行微調(diào)、并將相位的調(diào)整數(shù)據(jù)寫入非易失性存儲器等，能夠提高檢測裝置的實(shí)際進(jìn)行動作時的檢測性能。
[0089]此外為了對應(yīng)驅(qū)動頻率(振動頻率)不同的多個種類的振子，優(yōu)選為較廣范圍的動作頻率對應(yīng)(較寬頻率對應(yīng))。例如優(yōu)選為不論是較低驅(qū)動頻率(例如50kHz以下)的振子，還是較高驅(qū)動頻率(例如200kHz以上)的振子，都能夠通過相同電路結(jié)構(gòu)的檢測裝置來實(shí)現(xiàn)檢測以及驅(qū)動。
[0090]圖4(A)、圖4(B)表示作為本實(shí)施方式的比較例的相位調(diào)節(jié)電路的示例。圖4(A)為使用了 PLL電路的相位調(diào)節(jié)電路的示例。該相位調(diào)節(jié)電路包括相位比較器610、電荷泵電路612、低通濾波器614、VCO (電壓控制振蕩器)616，分頻電路618、620。
[0091]VC0616接收基于與輸入信號IN相比較的相位比較結(jié)果的控制電壓VC，并以對輸入信號IN的頻率實(shí)施了倍增(例如360倍、720倍)的頻率而進(jìn)行振蕩。而后將時鐘信號CKSEL對分頻電路620進(jìn)行輸出，所述時鐘信號CKSEL為從通過VC0616所生成的多相時鐘信號之中所選擇。分頻電路620根據(jù)輸入信號IN與時鐘信號CKSEL而將使輸入信號IN的相位偏移了的信號作為同步信號SYC而進(jìn)行輸出。
[0092]在該圖4 (A)的比較例中，因?yàn)閂C0616以較高頻率進(jìn)行振蕩，因此功率消耗成為較大。例如在輸入信號IN的頻率(驅(qū)動電路的驅(qū)動頻率)為10kHz、并使相位調(diào)整量為每次I度(degree)的情況下，VC0616需要以將10kHz倍增了 360倍的36MHz來進(jìn)行振蕩。而在將相位調(diào)整量設(shè)置為每次0.5度的情況下，VC0616需要以將10kHz倍增了 720倍的72MHz來進(jìn)行振蕩。因此，在圖4㈧的比較例中，當(dāng)欲使相位調(diào)整量的解析度提高時，功率消耗會變得非常大。此外在分頻電路620相位選擇的功能成為必要，進(jìn)而使電路大規(guī)?；?br>[0093]圖4(B)為使用了 DLL電路的相位調(diào)節(jié)電路的示例。該相位調(diào)節(jié)電路包括相位比較器630、電荷泵電路632、低通濾波器634、延遲電路636、選擇器638。
[0094]在圖4(B)中，構(gòu)成DLL電路的延遲電路636具有被串聯(lián)連接的η個延遲單元DO?Dn-Ι。為了通過圖4(B)的構(gòu)成來將相位調(diào)整量設(shè)為每次0.5度，η = 720個的延遲單元成為必要，從而延遲電路636的電路規(guī)模成為較大。即，當(dāng)欲實(shí)現(xiàn)前文所述的高解析度的相位調(diào)整時，會導(dǎo)致電路的大規(guī)?；４送鉃榱藢?yīng)較寬范圍的相位調(diào)整，例如當(dāng)欲將相位調(diào)整范圍設(shè)定為180度這樣的較廣范圍時，從η = 360個(或者720個)的多相時鐘信號之中對信號進(jìn)行選擇的選擇器638成為必要，進(jìn)而使選擇器638的電路大規(guī)?；?。此外對延遲電路636與選擇器638進(jìn)行連接的信號線的配線區(qū)域也變得較大，從而導(dǎo)致相位調(diào)節(jié)電路的大規(guī)?；?。
[0095]4.同步信號輸出電路
[0096]圖5表示為解決以上那樣的問題點(diǎn)的本實(shí)施方式的同步信號輸出電路52的基本結(jié)構(gòu)例。該同步信號輸出電路52具有調(diào)節(jié)電路130、DLL(Delay Locked Loop:延遲鎖相環(huán))電路150、與輸出電路180。具體而言，圖5的同步信號輸出電路52具有2進(jìn)制化電路54與相位調(diào)節(jié)電路56，相位調(diào)節(jié)電路56通過調(diào)節(jié)電路130、DLL電路150、與輸出電路180而被構(gòu)成。另外，同步信號輸出電路52的結(jié)構(gòu)不限定于圖5所示，可實(shí)施改變?yōu)槭÷赃@些結(jié)構(gòu)元件的一部分，或追加其他的結(jié)構(gòu)元件。
[0097]二進(jìn)制化電路(波形整形電路)54接收來自驅(qū)動電路30的正弦波的輸出信號DV而實(shí)施輸出信號DV的二進(jìn)制化處理(波形整形)，例如輸出矩形波的信號IN。該二進(jìn)制化電路54例如能夠通過對輸出信號DV與基準(zhǔn)電壓(驅(qū)動信號的基準(zhǔn)電壓)進(jìn)行比較而輸出信號IN的比較器等而實(shí)現(xiàn)。
[0098]另外，雖然來自驅(qū)動電路30的輸出信號DV為如圖2所示那樣的實(shí)施了 I/V轉(zhuǎn)換后(放大后)的信號，也可以將對輸出信號DV實(shí)施了濾波器處理(高通濾波器、低通濾波器等)的信號輸入至同步信號輸出電路52 ( 二進(jìn)制化電路54)。
[0099]而且本實(shí)施方式的同步信號輸出電路52 (相位調(diào)節(jié)電路56)實(shí)施輸入信號IN的相位調(diào)整，并將相位調(diào)整后的信號作為同步信號SYC而進(jìn)行輸出。
[0100]具體是指，DLL電路150具有延遲控制電路160與延遲電路170。延遲控制電路160輸出延遲控制信號PNB。例如延遲控制電路160實(shí)施基于來自DLL電路150的反饋信號的相位比較處理而生成延遲控制信號PNB。作為該相位比較處理，能夠像后文所述那樣預(yù)想為各種處理。
[0101]延遲電路170具有多個延遲單元DO?Dn-1 (第一?第η的延遲單元)。這些延遲單元DO?Dn-1被串聯(lián)連接。例如第k(l彡k < η)延遲單元Dk的輸出被輸入至下一級的第k+Ι延遲單元Dk+Ι，第k+Ι延遲