JP2000221054A - 容量式物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプルホールドの周期を短くし、容量検出
の精度を上げて、高精度の物理量検出が可能な容量式物
理量検出装置を提供する 【解決手段】 互いに逆相の矩形波Ｐ１、Ｐ２を固定電
極１１、１３に印加することによってセンサエレメント
部１から物理量に応じた電荷を出力させ、その電荷をコ
ンデンサ２２に保持して演算増幅器２１からその電荷に
応じた電圧を出力させ、その出力電圧を信号処理部２に
てサンプルホールドして信号処理するようになってお
り、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間にス
イッチ２３、２４、コンデンサ２５からなるリセット手
段を設け、スイッチ２３、２４を矩形波Ｐ１、Ｐ２の反
転毎にそれぞれ開閉させて、コンデンサ２５に蓄積され
た電荷をコンデンサ２２に充電するとともに、次回の充
電のために演算増幅器２１の出力電圧に応じた電荷をコ
ンデンサ２５に保持させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物理量に応じて変
化する可変容量を用いた容量式物理量検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平８−１４５７１７号公報には、加
速度、圧力等の力学的なエネルギーによって容量が変化
するセンサエレメント部と、このセンサエレメント部の
容量変化を電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路と、Ｃ−Ｖ変
換回路の出力電圧をサンプルホールドするサンプルホー
ルド回路と、を備えた容量型センサの容量変化検出回路
が記載されており、このものにおけるＣ−Ｖ変換回路
は、センサエレメント部の出力端子が反転入力端子に接
続された演算増幅器と、この演算増幅器の反転入力端子
と出力端子の間に接続されたスイッチと、このスイッチ
と並列に接続されたコンデンサとからなるスイッチトキ
ャパシタで構成されている。なお、上記したスイッチ
は、サンプルホールド後に閉じるようになっており、こ
のスイッチの閉成によりコンデンサの両端が短絡して、
コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成では、ス
イッチのリーク電流によりサンプルホールド回路にて保
持した電荷量が変化してしまうため、電荷をホールドす
る時間を出来るだけ短くする必要がある。しかしなが
ら、上記した従来のものでは、演算増幅器の出力をサン
プルホールドした後に、コンデンサの電荷を放電するた
めの時間を設けているため、サンプルホールドの周期を
短くすることが出来ず、ホールド期間中の電荷抜けによ
る誤差が大きくなるという問題がある。

【０００４】本発明は、上記問題に鑑みたもので、サン
プルホールドの周期を短くし、容量検出の精度を上げ
て、高精度の物理量検出が可能な容量式物理量検出装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至１２に記載の発明においては、少なく
とも一方の容量が物理量に応じて変化し、電気的に直列
に接続された第１、第２のコンデンサを有し、前記第
１、第２のコンデンサの両端のノードに互いに逆相の第
１、第２の矩形波が印加されるように構成されたセンサ
エレメント部（１）と、前記第１、第２のコンデンサの
接続点に反転入力端子が接続され、非反転入力端子に第
１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２１）と、前
記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続さ
れ、前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記
第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保
持する第３のコンデンサ（２２）と、前記演算増幅器の
出力電圧に応じた電荷を保持し、この後前記第１、第２
の矩形波が反転したタイミングで前記保持した電荷を前
記第３のコンデンサに充電するリセット手段（２３、２
３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２
４ａ、２５、２５ａ）と、前記演算増幅器の出力電圧を
サンプルホールドして信号処理を行う信号処理部（３）
とを備えたことを特徴としている。

【０００６】この発明によれば、演算増幅器（２１）の
出力電圧に応じた電荷を保持し、この後第１、第２の矩
形波が反転したタイミングで保持した電荷を第３のコン
デンサに充電するリセット手段（２３、２４、２５な
ど）を設けているから、従来のもののように、サンプル
ホールド後にコンデンサの両端をスイッチ手段で短絡し
てコンデンサの電荷を放電するのと同等の効果を得るこ
とができ、従来のもののようなリセット期間を設ける必
要がなくなる。このため、サンプルホールドの周期を短
くし、容量検出の精度を上げて、高精度の物理量検出が
可能になる。

【０００７】また、請求項１３に記載の発明において
は、少なくとも一方の容量が物理量に応じて変化し、電
気的に直列に接続された第１、第２のコンデンサを有
し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノードに互い
に逆相の第１、第２の矩形波が印加されるように構成さ
れたセンサエレメント部（１）と、前記第１、第２のコ
ンデンサの接続点に反転入力端子が接続され、非反転入
力端子に第１の基準電圧源が接続された演算増幅器（２
１）と、前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間
に互いに並列に設けられた第３、第４のコンデンサ（２
０５，２１５）と、前記第３、第４のコンデンサのうち
一方のコンデンサを前記演算増幅器の反転入力端子と出
力端子の間に接続して前記第１、第２の矩形波の反転に
よって生じる前記第１、第２のコンデンサの容量の差分
に応じた電荷を前記一方のコンデンサに保持させ、また
他方のコンデンサに放電経路を形成して前記他方のコン
デンサに蓄積した電荷を放電させ、前記一方のコンデン
サと前記他方のコンデンサを前記第１、第２の矩形波の
反転毎に交互に切り替える手段（２０１〜２０４、２１
１〜２１４）と、前記演算増幅器の出力電圧をサンプル
ホールドして信号処理を行う信号処理部（３）とを備え
たことを特徴としている。

【０００８】この発明によれば、２つのコンデンサ（２
０５、２０６）のうち一方を演算増幅器（２１）の反転
入力端子と出力端子の間に接続し、またその間に他方の
コンデンサの放電を行うようにし、その動作を第１、第
２の矩形波の反転毎に交互に繰り返し行うようにしてい
るから、この発明においても請求項１に記載の発明と同
様の効果を奏する。

【０００９】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）本発明の第１実施形態に係る容量式物
理量検出装置は、図１に示す様に、センサエレメント部
１、Ｃ−Ｖ変換回路２、信号処理部３とからなる。

【００１１】センサエレメント部１は、固定電極１１、
１３と物理量（例えば、加速度、ヨーレートなど）に応
じて変位する可動電極１２で構成され、固定電極１１と
可動電極１２の間に第１のコンデンサ（容量をＣ１とす
る）が形成され、固定電極１３と可動電極１２の間に第
２のコンデンサ（容量をＣ２とする）が形成されてお
り、容量Ｃ１、Ｃ２が差動容量を構成するようになって
いる。第１、第２のコンデンサは、電気的に直列に接続
されており、固定電極１１、１３の両端（外側）のノー
ドに、可動電極１２の共振周波数より十分高い周波数で
反転する互いに逆相の矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ印加
される。

【００１２】Ｃ−Ｖ変換回路２は、演算増幅器２１と、
演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に接続さ
れた第３のコンデンサ（容量をＣｆとする）２２と、演
算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間に直列に接
続されたスイッチ２３、２４と、スイッチ２３、２４の
接続点と第１の基準電圧源である接地電位との間に接続
された第４のコンデンサ（容量をＣｒとする）２５とか
ら構成されている。なお、スイッチ２３、２４は、矩形
波Ｐ１、Ｐ２に同期したスイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２に
より開閉するようになっている。

【００１３】信号処理部３は、演算増幅器２１の出力を
所定のタイミングでサンプルホールドし、所定の信号処
理を行って、可動電極１２に作用する物理量に応じた物
理量検出信号を出力する。上記した構成において、その
作動を図２に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。

【００１４】センサエレメント部１における固定電極１
１、１３には、図示しない矩形波信号発生手段からの矩
形波Ｐ１、Ｐ２（図２参照）がそれぞれ印加される。矩
形波Ｐ１、Ｐ２の周波数は、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転に
よる可動電極１２の振動を防ぐため、共振周波数より十
分高く設定されるのが好ましい。ただし、矩形波Ｐ１、
Ｐ２の反転により生じる容量Ｃ１、Ｃ２の容量差に応じ
た電荷が第３のコンデンサ２２に蓄えられ、演算増幅器
２１の出力が安定するまでは反転しないような周波数に
設定される。

【００１５】また、可動電極１２は、演算増幅器２１の
働きにより、第１の基準電圧源である接地電位に保持さ
れる。ここで、矩形波Ｐ１がハイレベルＨｉ（電圧：
Ｖ）、Ｐ２がローレベルＬｏ（電圧：０）の状態では、
固定電極１１と可動電極１２の間に形成される第１のコ
ンデンサには、Ｑ１＝Ｃ１・Ｖで表される電荷Ｑが蓄え
られ、固定電極１３と可動電極１２の間に形成される第
２のコンデンサには、Ｑ２＝Ｃ２・０＝０で表される電
荷が蓄えられる。また、Ｐ１がＬｏ、Ｐ２がＨｉの状態
では、第１のコンデンサには、Ｑ１’＝Ｃ１・０＝０で
表される電荷Ｑ’が蓄えられ、第２のコンデンサには、
Ｑ２’＝Ｃ２・Ｖで表される電荷が蓄えられる。従っ
て、矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ反転することにより、
ΔＱ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖという電荷がセンサエレメン
ト部１に出入りすることになる。

【００１６】まず、初期状態では、第３、第４のコンデ
ンサ２２、２５の電荷量が０、演算増幅器２１の出力電
圧が０Ｖ、スイッチ２３、２４は開いた状態であるとす
る。この状態から、矩形波Ｐ１がＬｏからＨｉに、矩形
波Ｐ２がＨｉからＬｏに反転すると、−（Ｃ１−Ｃ２）
・Ｖ（−の符号は、第１のコンデンサの可動電極１２側
に負の電荷が貯まることを示す）の電荷がセンサエレメ
ント部１に流れ込み、第３のコンデンサ２２に蓄えられ
る電荷は、センサエレメント部１に流れ込む電荷とは逆
極性の（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖになる。

【００１７】ここで、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転後に、図
２に示すスイッチ信号ＣＳ１によってスイッチ２３が閉
じると、第４のコンデンサ２５の電荷が第３のコンデン
サ２２にフィードバックされるが、初期状態では第４の
コンデンサ２５の電荷量は０であるため、第３のコンデ
ンサ２２の反転入力端子側の電極に蓄積される電荷Ｑｆ
は、Ｑｆ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖであり、演算増幅器２１
の出力には、Ｖｃ＝−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆという
電圧が生じる。

【００１８】この後、図２に示すスイッチ信号ＣＳ１、
ＣＳ２によって、スイッチ２３が開き、スイッチ２４が
閉じると、演算増幅器２１の出力電圧で第４のコンデン
サ２５が充電される。第４のコンデンサ２５に蓄えられ
る電荷Ｑｒは、Ｑｒ＝Ｃｒ・Ｖｃ＝−（Ｃ１−Ｃ２）・
Ｖ／Ｃｆとなる。同時に、後段の信号処理部３は、図２
に示すタイミング信号ＳＨ１に応じて、演算増幅器２１
の出力電圧をサンプルホールド（ＳＨ１がＨｉのときサ
ンプル、Ｌｏでホールド）する。なお、スイッチ２４
は、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転前に開くようになってい
る。

【００１９】次に、矩形波Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ反転す
ると、先程とは逆極性の電荷、即ち−（Ｃ１−Ｃ２）・
Ｖという電荷が第３のコンデンサ２２に流れこむ。続い
て、スイッチ２３が閉じると、第４のコンデンサ２５の
電荷が第３のコンデンサ２２にフィードバックされる。
これにより第３のコンデンサ２２の電荷Ｑｆ’は、反転
前の電荷と合わせてＱｆ’＝Ｑｆ＋Ｑｒ−（Ｃ１−Ｃ
２）・Ｖ＝（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）
・Ｖ／Ｃｆ−（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ＝−Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ
２）・Ｖ／Ｃｆとなり、演算増幅器２１の出力には、Ｖ
ｃ’＝Ｃｒ・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆ² の電圧が生じ
る。

【００２０】同時に、後段の信号処理部３は、図２に示
すタイミング信号ＳＨ２に応じて、演算増幅器２１の出
力電圧をサンプルホールドし、ＳＨ１でサンプルホール
ドした電圧との差分、すなわちＶｃ−Ｖｃ’＝−（１＋
Ｃｒ／Ｃｆ）・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆを出力する。
従って、物理量によって第１、第２のコンデンサの容量
差（Ｃ１−Ｃ２）が変化すれば、信号処理部３の出力Ｏ
ＵＴが変化し、物理量を検出することができる。

【００２１】また、コンデンサ２２、２５の容量Ｃｆ、
Ｃｒの比を適当に選べば、所望の感度の出力を得ること
ができる。例えば、Ｃｒ＝Ｃｆとすれば、出力ＯＵＴ＝
−２（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ／Ｃｆとなり、出力電圧は第
１、第２のコンデンサの容量差（Ｃ１−Ｃ２）と矩形波
Ｐ１、Ｐ２の振幅Ｖ、第３のコンデンサ２２の容量Ｃｆ
で決まる電圧値となる。

【００２２】上述したように本実施形態によれば、スイ
ッチ２３、２４と第４のコンデンサ２５により構成され
るリセット手段を設けているため、従来のもののように
サンプルホールド後にリセットする期間を設けなくても
そのリセットと同じ効果を得ることができる。従って、
従来のもののようなリセット期間を設ける必要がなくな
り、矩形波Ｐ１、Ｐ２の周波数を高くすることができ
る。このため、スイッチのリークにより、コンデンサに
保持した電荷が変化するのを抑えることができ、高精度
の容量検出が可能になって、物理量の検出を高精度に行
うことが可能になる。

【００２３】なお、上記した信号処理部３は、図３や図
４に示すような回路構成で実現することができる。図３
では、２個のサンプルホールド回路３１、３２を用い
て、各々信号ＳＨ１とＳＨ２のタイミングで演算増幅器
２１の出力をサンプルホールドし、差動増幅器３３で各
々の差の電圧を求める。この段階では、サンプルホール
ド時の高周波ノイズが含まれるため、ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）３４でノイズを除去する。

【００２４】同様の機能をスイッチトキャパシタ回路で
実現したものを図４に示す。この図４のような回路構成
によれば、図３で示したサンプルホールド回路や差動増
幅器を不要にすることができる。また、図４の回路のフ
ィルタ特性は１次であるが、高次のフィルタ特性にする
ことも可能である。 （第２実施形態）本発明の第２実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図５に示す。第１実施形態と異な
る点は、リセット手段がスイッチ２３、２４と第４のコ
ンデンサ２５からなる第１のリセット手段とスイッチ２
３ａ、２４ａと第５のコンデンサ２５ａからなる第２の
リセット手段の２組のリセット手段を用いていることで
ある。

【００２５】この場合の作動を図６のタイミングチャー
トを参照して説明する。第１実施形態では、矩形波Ｐ
１、Ｐ２の反転毎にスイッチ２３、２４を交互に開閉さ
せるべく、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２が交互にＨｉの
状態になっていたが、この第２実施形態では、図６に示
すように、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２が各々矩形波Ｐ
１、Ｐ２に同期してＨｉの状態になっている。

【００２６】この構成によれば、矩形波Ｐ１がＨｉのと
きに、第４のコンデンサ２５は第３のコンデンサ２２へ
の充電を行い、第５のコンデンサ２５ａは演算増幅器２
１の出力電圧による充電を行う。一方、矩形波Ｐ１がＬ
ｏの状態では、第４のコンデンサ２５は出力電圧による
充電を行い、第５のコンデンサ２５ａは第３のコンデン
サ２２への充電を行う。

【００２７】このようにリセット手段を２組用い、交互
に第３のコンデンサ２２への充電と出力電圧による充電
を繰り返すことにより、第３のコンデンサ２２への充電
と出力電圧による充電を同時に行うことができる。ま
た、図６に示すように、スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２
は、サンプルホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２とも同期して
いる。従って、サンプルホールド信号ＳＨ１、ＳＨ２と
スイッチ信号ＣＳ１、ＣＳ２を共通化することが可能で
ある。

【００２８】上記した第１実施形態では、矩形波Ｐ１、
Ｐ２の２倍の周波数でスイッチ２３、２４を開閉する必
要があったが、この第２実施形態では、矩形波Ｐ１、Ｐ
２と同じ周波数でスイッチ２３、２３ａ、２４、２４ａ
を開閉すればよく、サンプルホールドのタイミングとも
共通化できるため、制御信号を簡略化できるメリットが
ある。 （第３実施形態）本発明の第３実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図７に示す。第１実施形態では、
リセット手段を、スイッチ２３、２４と第４のコンデン
サ２５で構成していたが、この第３実施形態では、第４
のコンデンサ２５と第１の基準電圧源（接地電位）の間
にスイッチ２３’を設け、さらに第４のコンデンサ２５
と演算増幅器２１の非反転入力端子との間にスイッチ２
４’を設けている。この場合には、第４のコンデンサ２
５の両側にスイッチがあるため、寄生容量の影響を相殺
でき、より精度の高い容量検出が可能になる。 （第４実施形態）本発明の第４実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図８に示す。図１に示すようなＣ
−Ｖ変換回路２では、可動電極１２の位置ずれや寄生容
量によって、第４のコンデンサ２５への充放電の電荷量
が矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時とＬｏの状態の時で異な
ってしまう可能性がある。このような状態が生じると、
物理量が０でも演算増幅器２１の出力電圧Ｖｃに矩形波
が生じ、オフセットとなって検出されてしまう。

【００２９】そこで、この第４実施形態では、オフセッ
トをキャンセルできるようにするため、図８に示すよう
に、第１の基準電圧源（接地電位）とは異なる電圧の第
２の基準電圧源Ｖｒを設け、第１の基準電圧源と第２の
基準電圧源の間にスイッチ２３’’、２４’’を直列に
接続し、スイッチ２３’’、２４’’の接続点に第４の
コンデンサ２５の一端を接続している。

【００３０】この実施形態に作動を図９のタイミングチ
ャートを参照して説明する。スイッチ２３’’、２
４’’以外の動作は第１実施形態と同じであるが、スイ
ッチ２３’’、２４’’は、図９に示すように矩形波Ｐ
１、Ｐ２と同期したスイッチ信号ＣＳ３、ＣＳ４によっ
て開閉する。これにより、矩形波Ｐ１がＨｉの状態の時
とＬｏの状態の時で、第４のコンデンサ２５への充放電
が異なる電圧を基準にして行われるため、第３のコンデ
ンサ２２へ充電される電荷量を、矩形波Ｐ１がＨｉの状
態の時とＬｏの状態の時とで異ならせることができる。
従って、第１の基準電圧源と第２の基準電圧源の電位差
を調整することにより、オフセットをキャンセルするこ
とができる。 （第５実施形態）本発明の第５実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図１０に示す。この第５実施形態
は、固定電極１１、１３と可動電極１２との間に、可動
電極１２を変位させるような静電気力を発生させて、可
動電極１２を強制的に変位させ、信号処理部３の出力電
圧より、センサエレメント部１の異常を検知するための
自己診断機能を付加したものである。

【００３１】このため、この実施形態においては、演算
増幅器２１の非反転入力端子に印加する電圧をスイッチ
２６、２７で切り替えるようにしている。なお、スイッ
チ２６、２７は、スイッチ信号ＣＳＴ、ＣＳＴバー（Ｃ
ＳＴを反転した信号）によって開閉する。この第５実施
形態の作動を図１１に示すタイミングチャートを参照し
て説明する。第１実施形態と異なる点は、図１１に示す
ように、通常動作に以外に静電気力を印加する期間（自
己診断期間）を設け、この静電気力印加期間中に、スイ
ッチ２３、２４を閉とするとともにスイッチ２７を閉と
し、スイッチ２７を介して可動電極１２に自己診断用電
圧源Ｖｓｔを印加するようにしたことである。

【００３２】この静電気力印加期間中においては、固定
電極１１と可動電極１２の間に、（Ｖ−Ｖｓｔ）という
電位差による静電気力が発生し、また固定電極１３と可
動電極１２の間に、Ｖｓｔという電位差による静電気力
が発生する。そして、各々の静電気力の差から可動電極
１２の変位する方向と大きさが決まるため、静電気力印
加後の信号処理部３の出力電圧の変化より、故障や経時
変化を検出することができる。

【００３３】また、図１０に示す構成の代わりに図１２
に示す構成としても同様に自己診断を行うことができ
る。すなわち、図１２に示す構成においては、演算増幅
器２１の非反転入力端子に第１の基準電圧源（接地電
位）を接続し、可動電極１２と演算増幅器２１の反転入
力端子の間にスイッチ２６を設け、可動電極１２と自己
診断用電圧源Ｖｓｔとの間にスイッチ２７を設けてい
る。

【００３４】なお、この第５実施形態における自己診断
時には、第３、第４のコンデンサ２２、２５の電荷は放
電され、演算増幅器２１からは第１の基準電圧源と同じ
電圧が出力されている。 （第６実施形態）本発明の第６実施形態に係る容量式物
理量検出装置の構成を図１３に示す。第１実施形態で
は、第３のコンデンサ２２を演算増幅器２１の反転入力
端子と出力端子の間に接続していたが、この第６実施形
態では、演算増幅器２１の反転入力端子と出力端子の間
に第３、第４のコンデンサ２０５、２１５を設け、スイ
ッチ２０１〜２０４、２１１〜２１４をスイッチ信号Ｃ
Ｓ１、ＣＳ２により開閉させ、第３、第４のコンデンサ
２０５、２１５の一方を演算増幅器２１の反転入力端子
と出力端子の間に接続し、他方を基準電圧源に接続して
放電する動作を、矩形波Ｐ１、Ｐ２の反転毎に交互に繰
り返し、第１実施形態と同様の効果を得るものである。
この場合のタイミングチャートは図６と同じである。

【００３５】なお、上記したいずれの実施形態において
も、スイッチを制御する信号ＣＳ１とＣＳ２、ＣＳ３と
ＣＳ４、ＳＨ１とＳＨ２は、通常動作時においては、お
互いにＨｉ状態が重なり合わないようになタイミングと
するのが望ましい。また、上記したスイッチ２３、２
３’、２３’’、２３ａ、２４、２４’、２４’’、２
４ａ、２０１〜２０４、２１１〜２１４は、半導体のス
イッチング素子などを用いたスイッチ手段として構成さ
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。

【図２】図１に示す実施形態の作動説明に供するタイミ
ングチャートである。

【図３】図１中の信号処理部３の構成を示す図である。

【図４】図１中の信号処理部３の他の構成を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。

【図６】図５に示す実施形態の作動説明に供するタイミ
ングチャートである。

【図７】本発明の第３実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。

【図８】本発明の第４実施形態に係る容量式物理量検出
装置の構成を示す図である。

【図９】図８に示す実施形態の作動説明に供するタイミ
ングチャートである。

【図１０】本発明の第５実施形態に係る容量式物理量検
出装置の構成を示す図である。

【図１１】図１０に示す実施形態の作動説明に供するタ
イミングチャートである。

【図１２】本発明の第５実施形態の変形例に係る容量式
物理量検出装置の構成を示す図である。

【図１３】本発明の第６実施形態に係る容量式物理量検
出装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…センサエレメント部、２…Ｃ−Ｖ変換回路、３…信
号処理部、１１、１３…固定電極、１２…可動電極、２
１…演算増幅器、２２…第３のコンデンサ、２３、２４
…スイッチ、２５…第４のコンデンサ。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方の容量が物理量に応じて
   変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコンデ
   ンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノー
   ドに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるよう
   に構成されたセンサエレメント部（１）と、 前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が
   接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続さ
   れた演算増幅器（２１）と、 前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続さ
   れ、前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記
   第１、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を保
   持する第３のコンデンサ（２２）と、 前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持し、この
   後前記第１、第２の矩形波が反転したタイミングで前記
   保持した電荷を前記第３のコンデンサに充電するリセッ
   ト手段（２３、２３’、２３’’、２３ａ、２４、２
   ４’、２４’’、２４ａ、２５、２５ａ）と、 前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号
   処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴とす
   る容量式物理量検出装置。
2. 【請求項２】 前記第１、第２のコンデンサの容量が差
   動容量になっているとを特徴とする請求項１に記載の容
   量式物理量検出装置。
3. 【請求項３】 前記信号処理部は、前記第１の矩形波が
   ハイレベルの時の前記演算増幅器の出力電圧と前記第１
   の矩形波がローレベルの時の前記演算増幅器の出力電圧
   との差分を物理量検出信号として出力するものであるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の容量式物理量検
   出装置。
4. 【請求項４】 前記信号処理部は、スイッチトキャパシ
   タで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の
   容量式物理量検出装置。
5. 【請求項５】 前記リセット手段は、前記第３のコンデ
   ンサに蓄えられた電荷量と概略等しい電荷量を前記第３
   のコンデンサに充電するようになっていることを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の容量式物理
   量検出装置。
6. 【請求項６】 前記リセット手段は、前記第１、第２の
   矩形波の反転毎に、前記演算増幅器の出力電圧に応じた
   電荷を前記第３のコンデンサに充電するとともに、次回
   の充電のために前記演算増幅器の出力電圧に応じた電荷
   を保持するようになっていることを特徴とする請求項１
   乃至５のいずれか１つに記載の容量式物理量検出装置。
7. 【請求項７】 前記リセット手段は、 一端が前記第１の基準電圧源に接続される第４のコンデ
   ンサ（２５）と、 前記第４のコンデンサの他端と前記演算増幅器の反転入
   力端子の間に接続された第１のスイッチ手段（２３）
   と、 前記第４のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端
   子の間に接続された第２のスイッチ手段（２４）とから
   構成されており、 前記第１、第２のスイッチ手段が前記第１、第２の矩形
   波の反転毎にそれぞれ開閉して、前記第４のコンデンサ
   に蓄積された電荷を前記第３のコンデンサに充電すると
   ともに、次回の充電のために前記演算増幅器の出力電圧
   に応じた電荷を前記第４のコンデンサに保持するように
   なっていることを特徴とする請求項６に記載の容量式物
   理量検出装置。
8. 【請求項８】 前記第４のコンデンサの一端と前記第１
   の基準電圧源の間に第３のスイッチ手段（２３’）が接
   続され、前記第４のコンデンサの一端と前記演算増幅器
   の反転入力端子の間に第４のスイッチ手段（２４’）が
   接続されており、前記第３のスイッチ手段は前記第１の
   スイッチ手段と同じタイミングで開閉し、前記第４のス
   イッチ手段は前記第２のスイッチ手段と同じタイミング
   で開閉するようになっていることを特徴とする請求項７
   に記載の容量式物理量検出装置。
9. 【請求項９】 前記第４のコンデンサの一端は、第３の
   スイッチ手段（２３’’）を介して前記第１の基準電圧
   源に接続されるとともに、第４のスイッチ手段を介して
   第２の基準電圧源（２４’’）に接続されており、前記
   第３、第４のスイッチ手段は前記第１、第２の矩形波の
   反転に伴って交互に開閉するようになっていることを特
   徴とする請求項７に記載の容量式物理量検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第３のコンデンサと前記第４のコ
    ンデンサの容量が、概略等しくなっていることを特徴と
    する請求項７乃至９のいずれか１つに記載の容量式物理
    量検出装置。
11. 【請求項１１】 前記リセット手段は、 一端が前記第１の基準電圧源に接続される第４、第５の
    コンデンサ（２５、２５ａ）と、 前記第４のコンデンサ（２５）の他端と前記演算増幅器
    の反転入力端子の間に接続された第１のスイッチ手段
    （２３）と、 前記第４のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端
    子の間に接続された第２のスイッチ手段（２４）と、 前記第５のコンデンサ（２５ａ）の他端と前記演算増幅
    器の反転入力端子の間に接続された第３のスイッチ手段
    （２４ａ）と、 前記第５のコンデンサの他端と前記演算増幅器の出力端
    子の間に接続された第４のスイッチ手段（２３ａ）とか
    ら構成されており、 前記第１、第４のスイッチ手段と前記第２、第３のスイ
    ッチ手段は前記第１、第２の矩形波の反転に伴って交互
    に開閉し、前記第１、第４のスイッチ手段が閉成してい
    るときに、前記第４のコンデンサに蓄積された電荷を前
    記第３のコンデンサに充電するとともに、前記第５のコ
    ンデンサに次回の充電のために前記演算増幅器の出力電
    圧に応じた電荷を保持し、前記第２、第３のスイッチ手
    段が閉成しているときに、前記第５のコンデンサに蓄積
    された電荷を前記第３のコンデンサに充電するととも
    に、前記第４のコンデンサに次回の充電のために前記演
    算増幅器の出力電圧に応じた電荷を保持するようになっ
    ていることを特徴とする請求項６に記載の容量式物理量
    検出装置。
12. 【請求項１２】 自己診断時に、前記演算算増幅器の反
    転入力端子と出力端子の間に接続された全てのスイッチ
    手段を閉状態にして、前記第１、第２のコンデンサの接
    続点に所定の電圧を印加し、前記第１、第２のコンデン
    サに所定の物理量に相当する静電気力を作用させるよう
    にしたことを特徴とする請求項７乃至１１に記載の容量
    式物理量検出装置。
13. 【請求項１３】 少なくとも一方の容量が物理量に応じ
    て変化し、電気的に直列に接続された第１、第２のコン
    デンサを有し、前記第１、第２のコンデンサの両端のノ
    ードに互いに逆相の第１、第２の矩形波が印加されるよ
    うに構成されたセンサエレメント部（１）と、 前記第１、第２のコンデンサの接続点に反転入力端子が
    接続され、非反転入力端子に第１の基準電圧源が接続さ
    れた演算増幅器（２１）と、 前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に互いに
    並列に設けられた第３、第４のコンデンサ（２０５，２
    １５）と、 前記第３、第４のコンデンサのうち一方のコンデンサを
    前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続し
    て前記第１、第２の矩形波の反転によって生じる前記第
    １、第２のコンデンサの容量の差分に応じた電荷を前記
    一方のコンデンサに保持させ、また他方のコンデンサに
    放電経路を形成して前記他方のコンデンサに蓄積した電
    荷を放電させ、前記一方のコンデンサと前記他方のコン
    デンサを前記第１、第２の矩形波の反転毎に交互に切り
    替える手段（２０１〜２０４、２１１〜２１４）と、 前記演算増幅器の出力電圧をサンプルホールドして信号
    処理を行う信号処理部（３）とを備えたことを特徴とす
    る容量式物理量検出装置。