角速度传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种增益与电源电压成正比的放大器及使用它的角速度传感器装置。为了获得增益与电源电压成正比的放大器，将第一和第二Ｐ沟道ＭＯＳ－ＦＥＴ的漏－源间电压形成零偏置，以对电源电压进行了电阻分压后的电压为基准，将向高电压侧偏移了所述Ｐ沟道ＭＯＳ－ＦＥＴ的阈值电压那部分的电压施加在运算放大器的同相输入端上。所述第一和第二ＭＯＳ－ＦＥＴ的其中一个ＭＯＳ－ＦＥＴ的栅极与电路地连接，在另一个晶体管的栅极上施加以电阻分压所述电源电压后的电位为基准的负的固定电压，将这两个ＭＯＳ－ＦＥＴ的导通电阻分别用作运算放大器的输入电阻和反馈电阻。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增益随着电源电压的变化而变化的放大器，特别涉及使用这种放大器的角速度传感器装置。
技术介绍
在电子机器中使用直流放大器和高频放大器等各种放大器，这些放大器中，将其直流电源的电压稳定并保持固定是很普通的。一般地，通过将电源的电压保持固定，可获得稳定的特性。但是，在装载于汽车等移动体上、严酷的环境条件下使用的电子机器中，存在应该稳定的电源电压因负载变动和外部噪声而变动的问题。目前在汽车中，在姿态控制系统和防抱死系统(ABS)等用于车体控制和安全的装置上使用很多传感器。这些传感器的输出信号大部分是模拟信号。为了用微型计算机根据这种模拟信号进行数据处理而进行规定的判定和控制，使用AD变换器将这种模拟信号变换为数字信号。在进行AD变换的情况下，通常需要作为基准的基准电压(VREF)。这种VREF在输出将要进行AD变换的信号的传感器侧也必须完全相同。因此，在AD变换器和传感器的场所分离时，除了电源用布线、接地GND布线、信号输出传输用布线以外，还需要有一条与基准电压源连接的布线。但是，在汽车等的电子机器中，从成本和可靠性的理由来说，需要减少布线数，一般以直流电源的电压作为基准电压而不设置基准电压源。在这样的电子机器中，如果传感器的检测输出固定，而电源电压升高，则AD变换器以升高的电源电压为基准进行AD变换。其结果，进行了数字变换的结果的数字输出下降，产生如同传感器的检测输出变小的结果。因此，在这样进行AD变换时，不能获得正确的检测数据。因此，在电源电压例如增大了10％时，如果将传感器的检测输出增大10％并输入到AD变换器，则由电源电压的变动引起的变化被抵消，变换后的数字输出与传感器的模拟检测输出正确地对-->应。因为是这样的结构，所以要求装载于汽车等上的传感器的输出与电源电压成正比地变动。在现有的汽车等的电子机器中，难以实现具有这样的特性的高精度的放大器，所以使传感器的灵敏度与电源电压成正比那样来构成。作为汽车的电子机器的一例，为了控制汽车的姿态，有检测车体晃动的角速度传感器装置。以下，参照图12说明现有的角速度传感器装置的结构及其动作。图12是现有的角速度传感器装置的系统方框图的一例。在图12中，角速度传感器(angular velocity sensor)10是具有公知的音叉结构(tuning fork structure)的振动式的传感器，例如公开于美国专利5014554号、5038613号、5239868号，5447066号。角速度传感器10具有在通过支撑杆100支撑中央部的连接板107的两端安装振动元件的音叉结构。在连接板107的一个端部安装将压电元件粘结在振动元件上的驱动元件101。驱动元件101引起音叉振动。在驱动元件101的上端，连接检测与角速度对应的科里奥利力(Coriolis′s force)的检测元件103，在连结板107的另一端部安装将压电电气元件粘结在振动元件上的电平检测元件102。电平检测元件102是用于检测作为音叉振动振幅的振动电平的元件。在电平检测元件102的上端，连接检测与角速度对应的科里奥利力的检测元件104。与角速度传感器10的电平检测元件102连接的端子133连接到第一放大器111的输入端，电平检测元件102产生的基于表面电荷的输入信号Vin输入到第一放大器111并被放大。放大器111的输出电压Vm输入到整流器122、可变增益放大器125及相位检波器127。输出电压Vm被整流器122整流，通过电阻143和电容器144构成的平滑电路123平滑后输入到可变增益放大器125的加法器125a的负输入端。在加法器125a的正输入端上，施加比较电压发生电路114的比较电压Vr。比较电压发生电路114由串联连接两个具有相同电阻值的电阻器141、142构成。电阻器141和142连接在电源VDD与电路地Gr之间，电源电压的二分之一的电压作为比较电压Vr输出。加法器125a将平滑电路123的输出电压和比较电压Vr之差的电压施加在通过可变增益放大器125内的电压控制可改变增益的放大器125b上。放大器125b通过输入到加法器125a的两个电-->压的电压差来控制增益，该受控制的输出信号从角速度传感器10的驱动端子130向驱动元件101施加，将其驱动。第一放大器111的输出被可变增益放大器125放大后从角速度传感器10的端子130施加在驱动元件101上。因此，由放大器111、整流器122、平滑电路123、可变增益放大器125及角速度传感器10组成的环形电路构成具有自动增益控制功能的正弦波振荡电路。以下将这种环形电路称为‘AGC环形电路’。由AGC环形电路控制第一放大器111的输出电压Vm，以使其振幅固定。通过以上的结构，角速度传感器10进行音叉振动，以使电平检测元件102的输出固定，不受元件偏差和温度变化的影响，对于角速度的检测灵敏度来说，同样也实现不受元件偏差和温度变化影响的检测灵敏度。图12中的比较电压发生器114的比较电压Vr是电源VDD和电路地Gr间串联连接的两个电阻器141和142的连接点的电压，对应于电源VDD的电压(电源电压Vdd)的变动，比较电压Vr也变动。将电路地Gr作为基准时的电源电压Vdd和比较电压Vr的变动率(％)是相同的。因此，输出电压Vm的振幅具有始终与电源电压Vdd成正比的振幅，并且成为正弦波电压。如果以不依赖于电源电压Vdd来构成第一放大器111和整流器122，则角速度传感器10的检测元件102的输出信号、即第一放大器111的输入信号Vin与输出电压Vm同样成为与电源电压Vdd成正比的电压。检测元件103、104的电荷的电平变动与从电平检测元件102输出的正弦波的振幅成正比。因此，用相位检波器127对该信号进行检波，由直流放大器118放大并输出到输出端119的角速度的输出信号也成为与电源电压Vdd成正比的值，可获得增益与电源电压Vdd成正比变化的放大装置。参照图13和图14(a)、图14(b)、图14(c)来说明在图12所示的现有例的放大装置中电源电压Vdd变动时的动作。角速度传感器10是兼用作机械振动的元件，所以具有机械滤波器的特性，时间常数比较大，响应速度比较慢。而平滑电路123是由电阻器143和电容器144构成的具有大的时间常数的低通滤波器。因此，包含角速度传感器10、放大器111、整流器122、平滑电路123、可变增益放大器125的AGC环形电路对干扰的响应速度比较慢。即，响应频率比较低。其响应特性的例子示于图13的曲线图。-->在图13的曲线图中，横轴表示电源电压Vdd的变动频率。Fr是由角速度传感器10的响应特性延迟和平滑电路123的时间常数确定的谐振频率，例如为10Hz左右。纵轴表示输入电压Vin的电压变动比(dB)。电压变动比用电源电压Vdd的电源电压变动率RVdd与放大器111的输入电压Vin的输入电压变动率Rvin之比的RVin/RVdd表示。例如，在当电源电压Vdd上升10％时，输入电压Vin也上升10％的情况下，电压变动比RVin/RVdd为0db。电源电压Vdd的变动速度非常慢，在直流或接近直流的低频率时，前面说明的AGC功能有效地作用，输入电压Vin与电源电压Vdd成正比变动。因此，电源电压变动率RVdd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角速度传感器装置，包括：激励部，向振动体提供振动；振动电平检测部，检测振动体的振动电平；科里奥利力检测部，检测由角速度产生的科里奥利力；第一放大器，放大所述振动电平检测部的输出信号；整流电路，对所述第一放大器的输出信号进行整流，获得直流电压；比较电压发生电路，产生不依赖于电源电压的恒定电压；可变增益放大器，输入所述第一放大器的输出信号，并根据所述整流电路的输出值与所述比较电压发生电路的输出值之差，来改变放大率；第二放大器，将所述科里奥利力检测部的输出信号输入到输入端并进行放大；相位检波器，根据所述振动体的振动频率，对所述第二放大器的输出电压进行相位检波；以及直流放大器，对所述相位检波器的输出进行直流放大，该角速度传感器装置的特征在于，所述第二放大器具有与所述电源电压成比例的放大率。

【技术特征摘要】
JP 2002-12-17 364865/20021.一种角速度传感器装置，包括：激励部，向振动体提供振动；振动电平检测部，检测振动体的振动电平；科里奥利力检测部，检测由角速度产生的科里奥利力；第一放大器，放大所述振动电平检测部的输出信号；整流电路，对所述第一放大器的输出信号进行整流，获得直流电压；比较电压发生电路，产生不依赖于电源电压的恒定电压；可变增益放大器，输入所述第一放大器的输出信号，并根据所述整流电路的输出值与所述比较电压发生电路的输出值之差，来改变放大率；第二放大器，将所述科里奥利力检测部的输出信号输入到输入端并进行放大；相位检波器，根据所述振动体的振动频率，对所述第二放大器的输出电压进行相位检波；以及直流放大器，对所述相位检波器的输出进行直流放大，该角速度传感器装置的特征在于，所述第二放大器具有与所述电源电压成比例的放大率。2.根据权利要求1记载的角速度传感器装置，其特征在于，所述第二放大器包括：运算放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端；第一P沟道的MOS晶体管，具有与所述输出端连接的漏极端、以及与所述反相输入端连接的源极端；第二P沟道的MOS晶体管，具有与所述第二放大器的所述输入端连接的漏极端、以及与所述反相输入端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤政晴，石田琢磨，小林拓，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]