JPH04168370A - 静電容量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、静電容量検出装置に関し、例えば容量変化の
微少な各種の容量変化型センサの周辺回路等として用い
られるものである。

（従来の技術） 従来の静電容量検出装置において、被測定物が容量変化
の微少な各種の容量変化型センサ等、微少な静電容量の
変化を検出する場合や被測定物までの配線が長くなる場
合、或いは、被測定物の導体の面積が大きい場合や測定
周波数が高い場合等には、配線等の浮遊容量の影響を受
は易く正確な測定を行うことが難しい。これは、静電容
量を測定するためには測定端子の一方は高インピーダン
スとなる場合が多く、配線間等の浮遊容量のため誤差を
生じたり、外乱の誘導に影響されやすくなるためである
。

このような場合に、シールド線を用いて外側の導体を低
インピーダンスの測定端子に接続したり、ガードリング
や保護電極の導体を設けて低インピーダンスの測定端子
に接続して特性の改善を図ることが行われている。また
、上記した影響を受は易い高インピーダンスの測定端子
に、インピーダンス変換回路の高インピーダンス入力側
を・接続しその低インピーダンス出力側に高インピーダ
ンスの測定端子と同一位相、同一振幅の低インピーダン
スの出力を作り、上記のシールド或いは保護電極の導体
にその低インピーダンス出力側を接続することにより測
定性能の向上を図ることも考えられている。

第４図は、このようなインピーダンス変換回路を用いた
従来の静電容量検出装置及び被測定物との接続配線を示
している。同図において、４１は静電容量検出用ＩＣ，
４２はＩＣの電源端子、４３はＩＣのＧＮＤ端子、４４
は静電容量検出回路、４５は一定の周波数、振幅をもっ
た交流信号を発振する発振回路、４６は低インピーダン
ス側測定端子、４７は高インピーダンス側測定端子、４
８は静電容量検出回路の出力端子、４９はバッファアン
プを用いたインピーダンス変換回路であり、静電容量検
出用ＩＣ４１とは別途のオペアンプＩＣで構成されてい
る。５１はインピーダンス変換回路の入力端子であり、
高インピーダンス側測定端子４７に接続されている。５
２はインピーダンス変換回路の出力端子、５３はオペア
ンプＩＣの電源端子、５４はオペアンプＩＣのＧＮＤ端
子、５５は被測定物であり、被測定物５５の一方の電極
はシールド線５６で低インピーダンス側測定端子４６に
接続され、他方の電極は他のシールド線５７で高インピ
ーダンス側測定端子４７に接続されている。シールド線
５６のシールドはＩＣのＧＮＤ端子４３に接続され、他
のシールド線５７のシールドはインピーダンス変換回路
の出力端子５２に接続されている。

そして、被測定物５５の静電容量が、発振回路４５から
加えられる交流信号により電気信号に変換されて静電容
量検出回路４４で検出される。この静電容量検出装置で
は、本来の静電容量検出回路４４の他にインピーダンス
変換回路４９が設けられているので測定性能の向上が得
られる。しかし、静電容量検出用ＩＣとは別途のオペア
ンプＩＣで構成されたインピーダンス変換回路が必要で
あり、インピーダンス変換回路への測定用の配線やその
電源の配線も必要となる。このため、配線間の浮遊容量
が増加したり、外乱による誘導の影響を受は易くなる。

（発明が解決しようとする課題） 従来の静電容量検出装置は、被測定容量が小さい場合や
被測定物までの配線が長くなる場合、或いは、被測定物
の導体の面積が大きい場合や測定周波数が高い場合等に
は、配線間等の浮遊容量が被測定物の静電容量に重畳し
たり、外乱の誘導に影響され易くなって測定精度が低下
するという問題があった。インピーダンス変換回路を設
けて測定性能の向上を図ることも可能であるが、そのイ
ンピーダンス変換回路が静電容量検出用ＩＣとは別途の
オペアンプＩＣで構成されていたため、インピーダンス
変換回路への測定用の配線が必要となって配線間の浮遊
容量が増加し、また外乱による誘導の影響も受は易く測
定精度を十分に向上させることは困難であった。

そこで、本発明は、小形で配線間等の浮遊容量を殆んど
無視することができ、また外乱の影響を受けにくくする
ことができて測定精度を向上させることのできる静電容
量検出装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、被測定物の静電容
量を検出する静電容量検出回路と、該静電容量検出回路
の高インピーダンス側測定端子に接続された高インピー
ダンス側入力系をシールドする保護導体と、前記静電容
量検出回路と同一ＩＣチップ上に形成されるとともに高
インピーダンス入力側が前記静電容量検出回路の高イン
ピーダンス側測定端子に接続され低インピーダンス出力
側が前記保護導体に接続されたインピーダンス変換回路
とを有することを要旨とする。

（作用） 静電容量検出回路の高インピーダンス側測定端子にイン
ピーダンス変換回路の高インピーダンス入力側が接続さ
れ、その低インピーダンス出力側が保護導体に接続され
て外乱の影響が除去される。また、このインピーダンス
変換回路が静電容量検出回路と同一ＩＣチップ上に形成
されて両回路間の配線がチップ上で完結し、ＩＣチップ
の外へ露出しないので配線間の浮遊容量の影響が殆んど
なくなる。これにより測定精度の向上が得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す図である。

この実施例は、被測定物が静電容量検出装置から離れて
いる場合の例である。

まず、静電容量検出装置の構成を説明すると、第１図に
おいて、１は静電容量検出用ＩＣ１２はＩＣの電源端子
、３はＩＣのＧＮＤ端子、４はＩＣ上の静電容量検出回
路、５は一定の周波数、振幅をもった交流信号を発振す
る発振回路、６は低インピーダンス側測定端子、７は高
インピーダンス側測定端子、８は静電容量検出回路の出
力端子、９はオペアンプを用いたバッファアンプで構成
されたインピーダンス変換回路であり、静電容量検出回
路４と同一のＩＣチップ上に形成されている。１１はイ
ンピーダンス変換回路９における低インピーダンス出力
側の出力端子であり、高インピーダンス入力側の入力端
子は静電容量検出回路４の高インピーダンス側測定端子
７に接続されている。１２は被測定物であり、被測定物
１２の一方の電極はシールド線１３で低インピーダンス
側測定端子６に接続され、他方の電極は他のシールド線
１４で高インピーダンス側測定端子７に接続されている
。シールド線１３のシールド（保護導体）はＩＣのＧＮ
Ｄ端子３に接続され、他のシールド線１４のシールド（
保護導体）はインピーダンス変換回路９の出力端子１１
に接続されている。

この実施例の静電容量検出装置は、上述のように構成さ
れており、被測定物１２の静電容量が、発振回路５から
加えられる交流信号により電気信号に変換されて静電容
量検出回路４て測定される。

このとき、インピーダンス変換回路９により測定性能が
向上し、また、このインピーダンス変換回路９が静電容
量検出回路４と同一のＩＣチップ上に形成され、両者間
の配線がチップ上で完結してＩＣチップの外へ露出しな
いので、配線間の浮遊容量の影響が殆んどなくなり、外
乱の影響も最小に抑えられて測定精度の向上が得られる
。さらに、１チツプで構成されているので、小型化を図
ることができるとともに量産性に富み、インピーダンス
変換回路９の電源配線が削減されて構成の簡素化が得ら
れる。

次いで、第２図には、本発明の第２実施例を示す。この
実施例は、静電容量検出用ＩＣのチップ上に被測定物を
構成した例である。

なお、第２図及び後述の第３図において前記第１図にお
ける機器及び部材等と同一ないし均等のものは、前記と
同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。

第２図において、１５はＩＣの電源端子のパッド、１６
はＩＣのＧＮＤ端子のパッド、１７は低インピーダンス
側のセンサ接続端子のパッド、１８は高インピーダンス
側のセンサ接続端子のパッド、１９は静電容量検出回路
の出力端子のパッド、２１はインピーダンス変換回路の
出力パッド、１０は被検出物としての静電容量変化型セ
ンサであり、何らかの環境の変化によって静電容量が変
化するようになっている。静電容量変化型センサ１０は
、Ａｕの薄膜からなる上部電極２２、環境の変化に応じ
てその誘電率が変化する誘電体２３及び下部電極２４で
構成されており、上部電極２２は低インピーダンス側の
センサ接続端子のパッド１７に接続され、下部電極２４
は高インピーダンス側のセンサ接続端子のパッド１８に
接続されている。２５は絶縁膜、２６は保護導体として
の保護電極でありＩＣの、ｌｌｔ配線膜等が用いられて
いる。静電容量変化型センサ１０は下部電極２４が高イ
ンピーダンスとなり、チップ上の静電容量変化を検出す
る回路のＡＩ配線等の影響を受けてしまう。そこで、保
護電極２６にインピーダンス変換回路９の低インピーダ
ンス出力側が接続され、静電容量変化型センサ１０の環
境の変化に応じた静電容量の変化にチップ上の回路の影
響を受けないように保護されている。

この実施例でも、前記第１実施例のものと同様に、イン
ピーダンス変換回路９への配線を外へ引回す必要がなく
チップ上で完結する。従って、配線間の浮遊容量や外乱
の配線への誘導を最小に抑えることが可能となる。また
、被測定物である静電容量変化型センサ１０への配線も
チップ上で完結するので、測定精度の一層の向上が得ら
れる。

第３図には、本発明の第３実施例を示す。この実施例も
前記第２実施例と同様に、静電容量検出用ＩＣのチップ
上に被測定物である静電容量変化型センサを構成した例
である。

第３図において、静電容量変化型センサ２０は、上部電
極２７、環境の変化に応じてその誘電率が変化する誘電
体２８及び下部電極２９で構成されており、上部電極２
７は高インピーダンス側のセンサ接続端子のパッド１８
に接続され、下部電極２９は低インピーダンス側のセン
サ接続端子のパッド１７に接続されている。３１は絶縁
膜、３２はＡｕ等で形成された通気性の高い保護導体と
しての保護電極、３３はポリイミド等の絶縁膜である。

この実施例では、静電容量変化型センサ２０は、下部電
極２９が低インピーダンスとなるのでＩＣチップ上の回
路の影響は受けない。しかし、高インピーダンスとなる
上部電極２７が上部に露出するので、上部電極２７の上
に絶縁膜３３を介して保護電極３２が形成されて、静電
容量型センサ２０の上部電極２７が外乱から保護されて
いる。

そして、この場合も前記第２実施例のものと同様に、イ
ンピーダンス変換回路９への配線がチップ上で完結して
チップの外へは露出せず、被検出物への配線もチップ上
で完結するので精度のよい静電容量の測定がなされる。

また、上述の第２、第３の実施例において、ＩＣチップ
上でのレイアウトはインピーダンス変換回路９の入力側
と静電容量検出回路４の高インピーダンス側のセンサ接
続端子のパッド１８とを接近させて配置することにより
、ＩＣチップ上での配線は最短となり、さらに測定精度
の向上が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、静電容量検出回
路とインピーダンス変換回路とを同一ＩＣチップ上に形
成し、インピーダンス変換回路の高インピーダンス入力
側を静電容量検出回路の高−インピーダンス側測定端子
に接続し、その低インピーダンス出力側を保護導体に接
続したため、静電容量検出回路とインピーダンス変換回
路との間の配線がＩＣチップ上で完結し、ＩＣチップの
外へ露出しないので、外乱の影響を受けにくくすること
ができるとともに配線間の浮遊容量を殆んど無視するこ
とができて測定精度を向上させることができる。また、
１チツプ化したことにより、必要となる配線が削減され
、小形で簡単な構成の静電容量検出装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電容量検出装置の第１実施例を
示す構成図、第２図は本発明の第２実施例を一部断面で
示す構成図、第３図は本発明の第３実施例を一部断面で
示す構成図、第４図は従来の静電容量検出装置の構成図
である。 １：静電容量検出用ＩＣ。 ４：静電容量検出回路、 ６：低インピーダンス側測定端子、 ７：高インピーダンス側測定端子、 ９：インピーダンス変換回路、 １２：被測定物、　　１３．１４：シールド線、１０．
２０：静電容量変化型センサ（被測定物）２６．３２：
保護電極（保護導体）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物の静電容量を検出する静電容量検出回路と、該
   静電容量検出回路の高インピーダンス側測定端子に接続
   された高インピーダンス側入力系をシールドする保護導
   体と、前記静電容量検出回路と同一ＩＣチップ上に形成
   されるとともに高インピーダンス入力側が前記静電容量
   検出回路の高インピーダンス側測定端子に接続され低イ
   ンピーダンス出力側が前記保護導体に接続されたインピ
   ーダンス変換回路とを有することを特徴とする静電容量
   検出装置。