物理量检测电路及其动作方法、物理量传感器

摘要

提供物理量检测电路及其动作方法、物理量传感器，能够抑制模拟/数字转换的精度的降低。物理量检测电路具有：模拟/数字转换电路，其具有输入电容，并且将模拟信号采样到输入电容而转换为数字信号；预充电电路，其在模拟/数字转换电路将模拟信号采样到输入电容之前，对输入电容进行预充电；数字运算电路，其对数字信号进行运算处理；以及基准电压电路，其向预充电电路和数字运算电路提供电源电压，数字运算电路的运算处理开始定时和运算处理结束定时被设定为避开预充电电路对输入电容进行预充电的预充电期间的定时。

说明书

技术领域

本发明涉及物理量检测电路、物理量传感器以及物理量检测电路的动作方法。

背景技术

目前，在各种系统和电子设备中，广泛使用检测角速度的陀螺仪传感器、检测加速度的加速度传感器等能够检测各种物理量的物理量传感器。近年来，特别是为了构建可靠性高的系统，使用了将物理量的检测信息作为抗噪性高的数字数据而输出的物理量传感器。

在专利文献1中记载了一种电路装置，该电路装置应用于陀螺仪传感器等，其具有：无源滤波器，其被输入来自传感器的检测信号；A/D转换电路，其对无源滤波器的输出信号进行A/D转换；以及DSP部，其对A/D转换电路的输出信号进行数字处理，而且，在无源滤波器与A/D转换电路之间设置有预充电电路。

根据专利文献1所述的电路装置，在A/D转换电路对无源低通滤波器的输出信号进行采样之前，无源低通滤波器的输出信号被缓冲电路缓冲而对A/D转换电路的输入电容进行预充电，因此即使在无源低通滤波器的驱动能力低的情况下，也能够输出正确的数字信号。

专利文献1：日本特开2016-171493号公报

但是，在DSP部开始动作的开始定时以及DSP部结束动作的结束定时，电源电压变动，因此，当预充电期间与DSP部的开始定时或结束定时重叠时，在预充电期间中提提供预充电电路的电源电压产生变动，预充电电路的输出变动。其结果，存在对预充电输出进行转换后的输出码变动，A/D转换精度降低的问题。

发明内容

物理量检测电路具有：无源滤波器，其被输入基于物理量检测元件的输出信号的第1模拟信号；模拟/数字转换电路，其具有输入电容，并且将基于所述无源滤波器的输出信号的第2模拟信号采样到所述输入电容而转换为第1数字信号；预充电电路，其设置于所述无源滤波器与所述模拟/数字转换电路之间的信号路径，在所述模拟/数字转换电路将所述第2模拟信号采样到所述输入电容之前，对所述输入电容进行预充电；数字运算电路，其被输入所述第1数字信号，对所述第1数字信号进行运算处理，输出通过所述运算处理得到的第2数字信号；以及基准电压电路，其向所述预充电电路和所述数字运算电路提供电源电压，所述数字运算电路开始所述运算处理的运算处理开始定时和结束所述运算处理的运算处理结束定时被设定为避开所述预充电电路对所述输入电容进行预充电的预充电期间的定时。

物理量传感器具有上述物理量检测电路和所述物理量检测元件。

在物理量检测电路的动作方法中，该物理量检测电路具有：无源滤波器，其被输入基于物理量检测元件的输出信号的第1模拟信号；模拟/数字转换电路，其具有输入电容，并且将基于所述无源滤波器的输出信号的第2模拟信号采样到所述输入电容而转换为第1数字信号；预充电电路，其设置于所述无源滤波器与所述模拟/数字转换电路之间的信号路径；以及数字运算电路，其被输入所述第1数字信号，并且输出第2数字信号，其中，该物理量检测电路的动作方法包含如下步骤：预充电步骤，所述预充电电路对所述输入电容进行预充电；采样步骤，在所述预充电步骤之后，所述模拟/数字转换电路将所述第2模拟信号采样到所述输入电容；转换步骤，在所述采样步骤之后，所述模拟/数字转换电路将所述第2模拟信号转换为所述第1数字信号；以及运算处理步骤，所述数字运算电路对输入的所述第1数字信号进行运算处理，输出通过所述运算处理得到的所述第2数字信号，所述数字运算电路开始所述运算处理的运算处理开始定时和结束所述运算处理的运算处理结束定时被设定为避开所述预充电电路进行所述预充电的预充电期间的定时。

附图说明

图1是第1实施方式的物理量传感器的功能框图。

图2是物理量检测元件的振动片的俯视图。

图3是用于对物理量检测元件的动作进行说明的图。

图4是用于对物理量检测元件的动作进行说明的图。

图5是示出驱动电路的结构例的图。

图6是示出检测电路、预充电电路以及模拟/数字转换电路的结构例的图。

图7是示出模拟/数字转换电路的结构例的图。

图8是示出使能信号和开关控制信号的时序图的图。

图9是示出预充电期间的电容阵列的连接状态的图。

图10是示出采样期间的电容阵列的连接状态的图。

图11是示出模拟/数字转换期间的电容阵列的连接状态的图。

图12是示出第1实施方式的模拟/数字转换电路以及数字运算电路的动作的时序图的一例的图。

图13是第2实施方式的物理量传感器的功能框图。

图14是示出第2实施方式的模拟/数字转换电路以及数字运算电路的动作的时序图的一例的图。

标号说明

1：物理量传感器；5：MCU；10：基准电压电路；20：驱动电路；21：I/V转换电路；22：高通滤波器；23：比较器；24：全波整流电路；25：积分器；26：比较器；30：检测电路；31：预充电电路；32：模拟/数字转换电路；40：数据处理电路；41：数字运算电路；42：接口电路；50：存储部；60：振荡电路；70、71：相位调整电路；100：物理量检测元件；101a、101b：驱动振动臂；102：检测振动臂；103：施重部；104a：驱动用基部；105a：连结臂；106：施重部；107：检测用基部；112、113：驱动电极；114、115：检测电极；116：公共电极；200：物理量检测电路；210：Q-V转换电路；211、214：运算放大器；212、215：电阻；213、216：电容器；220：可变增益放大器；221、225：运算放大器；222、226：电阻；223、224、227、228：电容器；230：混频器；231、232、233、234：开关；240：无源滤波器；241、242：电阻；243：电容器；251、255、261、265：开关；253、263：运算放大器；271P、271N：开关；272P、272N：开关；273P、273N：开关阵列；274P、274N：电容阵列；275P、275N：开关；276：比较器；277：逻辑电路；ADCLK：时钟信号；EN：使能信号；MCLK：主时钟信号；P1：期间；P2：期间；P3：期间；S：开关控制信号；SDET：检波信号；VAO1：模拟信号；VAO2：模拟信号；VDO：数字信号；VO：数字数据；VRDR：电压；Vinp、Vinn：输入信号；Vp、Vn：差动信号；Vpcp、Vpcn：预充电输出；gnd：地电压；vdd：电源电压；td：时间。

具体实施方式

1.第1实施方式

以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式并非不当地限定权利要求书中记载的本发明的内容。另外，以下说明的结构并非全部都是本发明的必要构成条件。

以下，以将角速度作为物理量来进行检测的物理量传感器、即角速度传感器为例来进行说明。

1-1.物理量传感器的结构

图1是本实施方式的物理量传感器1的功能框图。本实施方式的物理量传感器1构成为包含物理量检测元件100和物理量检测电路200，该物理量检测元件100输出与物理量相关的模拟信号。

物理量检测元件100具有配置有驱动电极和检测电极的振动片，一般来说，为了尽可能地减小振动片的阻抗以提高振荡效率，振动片被密封在确保了气密性的封装中。在本实施方式中，物理量检测元件100具有所谓的双T型的振动片，该双T型的振动片具有T型的两个驱动振动臂。

图2是本实施方式的物理量检测元件100的振动片的俯视图。物理量检测元件100例如具有由Z切石英基板形成的双T型的振动片。由于以石英为材料的振动片的谐振频率相对于温度变化的变动极小，因此存在能够提高角速度的检测精度的优点。另外，图2中的X轴、Y轴、Z轴表示晶体的轴。

如图2所示，物理量检测元件100的振动片从两个驱动用基部104a、104b分别向+Y轴方向和-Y轴方向延伸出驱动振动臂101a、101b。在驱动振动臂101a的侧面和上表面分别形成有驱动电极112和113，在驱动振动臂101b的侧面和上表面分别形成有驱动电极113和112。驱动电极112、113分别经由图1所示的物理量检测电路200的DS端子、DG端子而与驱动电路20连接。

驱动用基部104a、104b分别经由向-X轴方向和+X轴方向延伸的连接臂105a、105b而与矩形状的检测用基部107连接。

检测振动臂102从检测用基部107向+Y轴方向和-Y轴方向延伸。在检测振动臂102的上表面形成有检测电极114和115，在检测振动臂102的侧面形成有公共电极116。检测电极114、115分别经由图1所示的物理量检测电路200的S1端子、S2端子而与检测电路30连接。另外，公共电极116接地。

当在驱动振动臂101a、101b的驱动电极112与驱动电极113之间施加交流电压作为驱动信号时，如图3所示，驱动振动臂101a、101b由于逆压电效应而如箭头B那样使两个驱动振动臂101a、101b的前端进行反复地互相接近和远离的弯曲振动。以下，有时也将驱动振动臂101a、101b的弯曲振动称为“激励振动”。

在该状态下，当对物理量检测元件100的振动片施加以Z轴为旋转轴的角速度时，驱动振动臂101a、101b在与箭头B的弯曲振动方向和Z轴这两个方向垂直的方向上得到科里奥利力。其结果是，如图4所示，连接臂105a、105b进行箭头C所示的振动。然后，检测振动臂102与连接臂105a、105b的振动联动地如箭头D那样进行弯曲振动。与该科里奥利力相伴的检测振动臂102的弯曲振动和驱动振动臂101a、101b的弯曲振动的相位错开90°。

另外，如果驱动振动臂101a、101b进行弯曲振动时的振动能量的大小或振动的振幅大小在两个驱动振动臂101a、101b中相等，则驱动振动臂101a、101b的振动能量取得平衡，在没有对物理量检测元件100施加角速度的状态下，检测振动臂102不进行弯曲振动。但是，当两个驱动振动臂101a、101b的振动能量的平衡被破坏时，即使在没有对物理量检测元件100施加角速度的状态下，在检测振动臂102也会产生弯曲振动。该弯曲振动被称为泄漏振动，与基于科里奥利力的振动同样地为箭头D的弯曲振动，但相位与驱动信号相同。

而且，由于压电效应在检测振动臂102的检测电极114、115产生基于这些弯曲振动的交流电荷。这里，基于科里奥利力而产生的交流电荷根据科里奥利力的大小(即，施加给物理量检测元件100的角速度的大小)而发生变化。另一方面，基于泄漏振动而产生的交流电荷与施加给物理量检测元件100的角速度的大小无关，是恒定的。

另外，在驱动振动臂101a、101b的前端形成有宽度比驱动振动臂101a、101b宽的矩形的施重部103。通过在驱动振动臂101a、101b的前端形成施重部103，能够增大科里奥利力，并且能够以比较短的振动臂得到期望的谐振频率。同样，在检测振动臂102的前端形成有宽度比检测振动臂102宽的施重部106。通过在检测振动臂102的前端形成施重部106，能够增大在检测电极114、115产生的交流电荷。

如上所述，物理量检测元件100经由检测电极114、115来输出以Z轴为检测轴而基于科里奥利力的交流电荷、和基于激励振动的泄漏振动的交流电荷。该物理量检测元件100作为检测角速度的惯性传感器而发挥功能。以下，有时也将基于科里奥利力的交流电荷称为“角速度成分”，将基于泄漏振动的交流电荷称为“振动泄漏成分”。

返回到图1的说明，物理量检测电路200包含基准电压电路10、驱动电路20、检测电路30、预充电电路31、模拟/数字转换电路32、数据处理电路40、存储部50、振荡电路60、相位调整电路70。物理量检测电路200例如也可以由单芯片的集成电路实现。另外，物理量检测电路200也可以是省略或变更这些要素的一部分或者追加其他要素的结构。

基准电压电路10根据从物理量检测电路200的VDD端子和VSS端子分别提供的电源电压vdd和地电压gnd，生成作为模拟地电压的基准电压等恒定电压或恒定电流，并提供到驱动电路20、检测电路30、预充电电路31、模拟/数字转换电路32、数据处理电路40等。基准电压电路10提供到各电路的恒定电压是各电路的电源电压的一例。

驱动电路20生成用于激励物理量检测元件100进行振动的驱动信号，并经由DS端子提供到物理量检测元件100的驱动电极112。另外，通过物理量检测元件100的激励振动而在驱动电极113产生的振荡电流经由DG端子向驱动电路20输入，并且该驱动电路20对驱动信号的振幅电平进行反馈控制，以使该振荡电流的振幅保持恒定。另外，驱动电路20生成相位与驱动信号相同的检波信号SDET，并输出到检测电路30。

在物理量检测元件100的两个检测电极114、115产生的交流电荷分别经由物理量检测电路200的S1端子和S2端子向检测电路30输入，并且该检测电路30使用检波信号SDET来检测这些交流电荷所包含的角速度成分，将与角速度成分的大小对应的模拟信号VAO1输出到预充电电路31。

预充电电路31被输入从检测电路30输出的模拟信号VAO1，将与模拟信号VAO1对应的模拟信号VAO2输出到模拟/数字转换电路32。另外，预充电电路31对模拟/数字转换电路32的输入电容进行预充电。

模拟/数字转换电路32从预充电电路31被输入模拟信号VAO2，并将该模拟信号VAO2转换为具有与角速度成分的大小对应的数字值的数字信号VDO并输出。数字信号VDO是第1数字信号的一例。另外，模拟/数字转换电路32将指定预充电期间的使能信号EN输出到预充电电路31。

存储部50具有未图示的非易失性存储器，在该非易失性存储器中存储有针对驱动电路20或检测电路30的各种修整数据(例如，调整数据或校正数据)。非易失性存储器例如也可以构成为MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon：金属氮化物氮氧化硅)型存储器或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：电可擦可编程只读存储器)。此外，也可以构成为，存储部50具有未图示的寄存器，在物理量检测电路200的电源接通时(即，VDD端子的电压从0V上升到期望的电压时)，存储于非易失性存储器的各种修整数据被传送到寄存器中并被保持，保持在寄存器中的各种修整数据被提供到驱动电路20或检测电路30。

数据处理电路40包含数字运算电路41和接口电路42。数字运算电路41根据主时钟信号MCLK进行动作。具体而言，数字运算电路41生成时钟信号ADCLK，并输出到模拟/数字转换电路32。另外，数字运算电路41对从模拟/数字转换电路32输入的数字信号VDO进行规定的运算处理，输出通过运算处理得到的数字数据VO。数字数据VO是第2数字信号的一例。

接口电路42进行根据来自物理量检测电路200的外部装置即MCU(Micro ControlUnit：微控制单元)5的请求将由数字运算电路41运算处理后的数字数据VO输出到MCU 5的处理、读出存储在存储部50的非易失性存储器或寄存器中的数据并输出到MCU 5的处理、将从MCU 5输入的数据写入到存储部50的非易失性存储器或寄存器中的处理等。接口电路42例如是SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)总线的接口电路，从MCU 5发送的选择信号、时钟信号、数据信号分别经由物理量检测电路200的SS端子、SCLK端子、SI端子向接口电路42输入，并经由物理量检测电路200的SO端子将数据信号输出到MCU 5。另外，接口电路42也可以是与SPI总线以外的各种总线例如I

振荡电路60产生主时钟信号MCLK，并将主时钟信号MCLK输出到数字运算电路41和模拟/数字转换电路32。振荡电路60例如也可以构成为环形振荡器或CR振荡电路。

相位调整电路70控制数字运算电路41，调整数字运算电路41开始运算处理的运算处理开始定时和数字运算电路41结束运算处理的运算处理结束定时。相位调整电路70的详细动作将在后文叙述。

1-2.驱动电路的结构

接着，对驱动电路20进行说明。图5是示出驱动电路20的结构例的图。如图5所示，本实施方式的驱动电路20包含I/V转换电路21、高通滤波器22、比较器23、全波整流电路24、积分器25以及比较器26。另外，本实施方式的驱动电路20也可以是省略或变更这些要素的一部分或者追加其他要素的结构。

I/V转换电路21将通过物理量检测元件100的激励振动而产生的、经由DG端子输入的振荡电流转换为交流电压信号。

高通滤波器22去除I/V转换电路21的输出信号的偏移。

比较器23将高通滤波器22的输出信号的电压与基准电压进行比较而生成二值化信号。然后，比较器23在该二值化信号为高电平时使NMOS晶体管导通而输出低电平，在二值化信号为低电平时使NMOS晶体管不导通，并将经由电阻而上拉的积分器25的输出电压作为高电平输出。比较器23的输出信号作为驱动信号而经由DS端子被提供到物理量检测元件100。通过使该驱动信号的频率与物理量检测元件100的谐振频率一致，能够使物理量检测元件100稳定地进行振荡。

全波整流电路24对I/V转换电路21的输出信号进行全波整流而输出直流化的信号。

积分器25以从基准电压电路10提供的期望的电压VRDR为基准，对全波整流电路24的输出电压进行积分并输出。全波整流电路24的输出越高，即，I/V转换电路21的输出信号的振幅越大，该积分器25的输出电压越低。因此，振荡振幅越大，比较器23的输出信号即驱动信号的高电平的电压越低，振荡振幅越小，驱动信号的高电平的电压越高，因此施加自动增益控制(AGC：Auto Gain Control)以使振荡振幅保持恒定。

比较器26对高通滤波器22的输出信号的电压进行放大而生成作为二值化信号的方形波电压信号，并作为检波信号SDET来输出。

1-3.检测电路、预充电电路、模拟/数字转换电路的结构

接着，对检测电路30、预充电电路31以及模拟/数字转换电路32进行说明。图6是示出检测电路30、预充电电路31以及模拟/数字转换电路32的结构例的图。如图6所示，本实施方式的检测电路30包含Q-V转换电路210、可变增益放大器220、混频器230、无源滤波器240。另外，本实施方式的检测电路30也可以是省略或变更这些要素的一部分或者追加其他要素的结构。

Q-V转换电路210包含运算放大器211、电阻212、电容器213、运算放大器214、电阻215以及电容器216。

从物理量检测元件100的振动片的检测电极114经由S1端子向运算放大器211输入包含角速度成分和振动泄漏成分的交流电荷。电阻212是运算放大器211的反馈电阻。另外，电容器213是运算放大器211的反馈电容。同样，从物理量检测元件100的振动片的检测电极115经由S2端子向运算放大器214输入包含角速度成分和振动泄漏成分的交流电荷。电阻215是运算放大器214的反馈电阻。另外，电容器216是运算放大器214的反馈电容。输入到运算放大器211的交流电荷与输入到运算放大器214的交流电荷的相位彼此相差180°，运算放大器211的输出信号与运算放大器214的输出信号的相位是彼此相反的相位。这样构成的Q-V转换电路210将从S1端子和S2端子分别输入的交流电荷转换成电压信号，并输出相位彼此相反的差动信号。即，Q-V转换电路210作为将物理量检测元件100的输出信号转换为电压的信号转换电路来发挥功能。

可变增益放大器220包含运算放大器221、电阻222、电容器223、电容器224、运算放大器225、电阻226、电容器227以及电容器228。电阻222、226的电阻值是可变的，电容器223、224、227、228的电容值是可变的。

从运算放大器211输出的信号经由电容器224向运算放大器221输入。电阻222是运算放大器221的反馈电阻。另外，电容器223是运算放大器221的反馈电容。同样，从运算放大器214输出的信号经由电容器228向运算放大器225输入。电阻226是运算放大器225的反馈电阻。另外，电容器227是运算放大器225的反馈电容。这样构成的可变增益放大器220对从Q-V转换电路210输出的差动信号进行放大，并输出期望的电压电平的差动信号。

混频器230包含开关231、开关232、开关233以及开关234。

开关231、233在由驱动电路20输出的检波信号SDET为高电平时导通，在低电平时不导通。另外，开关232、234在检波信号SDET为低电平时导通，在高电平时不导通。混频器230在检波信号SDET为高电平时直接输出从可变增益放大器220输出的差动信号，在检波信号SDET为低电平时，输出将从可变增益放大器220输出的差动信号的正负调换后的信号。这样构成的混频器230作为检波电路来发挥功能，该检波电路使用检波信号SDET来检测从可变增益放大器220输出的差动信号，并输出包含角速度成分的差动信号。由混频器230输出的差动信号是与施加给物理量检测元件100的角速度对应的电压电平的信号。另外，从混频器230输出的差动信号是“基于物理量检测元件的输出信号的第1模拟信号”的一例。

无源滤波器240包含电阻241、电阻242以及电容器243。电阻241的一端与电容器243的一端连接，电阻242的一端与电容器243的另一端连接，向电阻241的另一端和电阻242的另一端输入从混频器230输出的差动信号。这样构成的无源滤波器240作为低通滤波器来发挥功能，该低通滤波器输出使从混频器230输出的差动信号的高频噪声衰减后的差动信号Vp、Vn。差动信号Vp、Vn相当于图1所示的模拟信号VAO1。另外，无源滤波器240也作为针对模拟/数字转换电路32的抗混叠滤波器来发挥功能。无源滤波器240由于不包含产生1/f噪声的晶体管等有源元件，所以与使用有源元件而构成的有源滤波器相比输出噪声较小，因此能够提高物理量传感器1的输出信号的S/N比。另外，根据物理量传感器1的用途，无源滤波器240也可以是带通滤波器。

模拟/数字转换电路32根据主时钟信号MCLK和时钟信号ADCLK进行动作，将与差动信号Vp、Vn对应的输入信号Vinp、Vinn采样到模拟/数字转换电路32具有的输入电容中，并转换为数字信号。另外，输入信号Vinp、Vinn是“基于无源滤波器的输出信号的第2模拟信号”的一例，在图6的例子中，是从无源滤波器240输出的差动信号Vp、Vn。

预充电电路31包含开关251、运算放大器253、开关255、开关261、运算放大器263和开关265。

开关251、255、261、265基于从模拟/数字转换电路32输出的使能信号EN进行动作，在使能信号EN为高电平时导通，在使能信号EN为低电平时非导通。

这样构成的预充电电路31设置在无源滤波器240和模拟/数字转换电路32之间的信号路径中，在模拟/数字转换电路32将输入信号Vinp、Vinn采样到输入电容中之前，通过与从无源滤波器240输出的差动信号Vp、Vn的电压电平对应的预充电输出Vpcp、Vpcn，对模拟/数字转换电路32的输入电容进行预充电。输入信号Vinp、Vinn相当于图1所示的模拟信号VAO2。

1-4.模拟/数字转换电路的结构

接着，对模拟/数字转换电路32进行说明。在本实施方式中，模拟/数字转换电路32是逐次比较型的模拟/数字转换电路。图7是示出模拟/数字转换电路32的结构例的图。如图7所示，本实施方式的模拟/数字转换电路32包含开关271P、开关271N、开关272P、开关272N、开关阵列273P、开关阵列273N、电容阵列274P、电容阵列274N、开关275P、开关275N、比较器276以及逻辑电路277。另外，本实施方式的模拟/数字转换电路32也可以是省略或变更这些要素的一部分或者追加其他要素的结构。

电容阵列274P、274N分别具有电容值互相不同的多个电容器，并作为模拟/数字转换电路32的输入电容来发挥功能。

逻辑电路277根据输入的时钟信号ADCLK以及自身输出的使能信号EN，对开关271P、271N、272P、272N、275P、275N以及开关阵列273P、273N的动作进行控制。

具体来说，在输出的使能信号EN为高电平时，逻辑电路277使开关控制信号S为低电平而控制为开关271P、271N不导通，并且控制为开关272P、272N不导通，并且控制为开关275P、275N导通。此外，逻辑电路277对开关阵列273P、273N的动作进行控制，以便通过预充电输出Vpcp、Vpcn对电容阵列274P、274N的各电容器进行预充电。

接着，当输出的使能信号EN从高电平变化为低电平时，逻辑电路277控制为使开关控制信号S从低电平变化为高电平而使开关271P、271N导通，将输入信号Vinp、Vinn采样到电容阵列274P、274N的各电容器。

接着，当使开关控制信号S从低电平变化为高电平之后经过采样所需的规定时间时，逻辑电路277控制为使开关控制信号S从高电平变化为低电平而使开关271P、271N不导通，并且控制为开关272P、272N导通，并且控制为开关275P、275N不导通。此外，逻辑电路277对开关阵列273P、273N的动作进行控制，以使电容阵列274P、274N的各电容器与逻辑电路277连接。然后，逻辑电路277根据从比较器276输出的二值化信号是高电平还是低电平，反复进行N次对电容阵列274P、274N的各电容器施加电源电压vdd或地电压gnd的动作。逻辑电路277对从比较器276输出的二值信号进行并行转换，生成具有与输入信号Vinp的电压和输入信号Vinn的电压之差对应的数字值的N比特的数字信号VDO。

这样，使能信号EN为高电平的期间对应于预充电期间，使能信号EN为低电平的期间中的开关控制信号S为高电平的期间对应于采样期间，开关控制信号S以及使能信号EN均为低电平的期间对应于转换期间。

1-5.物理量检测电路的动作方法

本实施方式的物理量检测电路200的动作方法包含预充电电路31根据运算放大器253、263的输出信号对模拟/数字转换电路32的输入电容进行预充电的预充电步骤以及在预充电步骤之后模拟/数字转换电路32将输入信号Vinp、Vinn采样到输入电容的采样步骤。另外，本实施方式的物理量检测电路200的动作方法包含在采样步骤之后将采样到输入电容的输入信号Vinp、Vinn转换为数字信号VDO的转换步骤以及数字运算电路41对输入的数字信号VDO进行运算处理并输出通过运算处理得到的数字数据VO的运算处理步骤。

图8是示出用于实现物理量检测电路200的动作方法的使能信号EN以及开关控制信号S的时序图的一例的图。如图8所示，在期间P1中，使能信号EN为高电平，开关控制信号S为低电平。该期间P1是预充电期间，在期间P1中执行上述预充电。

图9是示出在期间P1中使能信号EN为高电平时的电容阵列274P、274N的连接状态的图。如图9所示，在期间P1中，在使能信号EN为高电平时，从无源滤波器240输出的差动信号Vp被输入到运算放大器253，从运算放大器253输出的信号作为预充电输出Vpcp被提供到电容阵列274P的各电容器的一端。另外，从无源滤波器240输出的差动信号Vn被输入到运算放大器263，从运算放大器263输出的信号作为预充电输出Vpcn被提供到电容阵列274N的各电容器的一端。向电容阵列274P、274N的各电容器的另一端提供基准电压。

如图8所示，在期间P2中，使能信号EN为低电平，开关控制信号S为高电平。该期间P2是采样期间，在期间P2中执行上述采样。图10是示出期间P2中的电容阵列274P、274N的连接状态的图。如图10所示，在期间P2中，对电容阵列274P的各电容器的一端提供从无源滤波器240输出的差动信号Vp。另外，向电容阵列274N的各电容器的一端提供从无源滤波器240输出的差动信号Vn。向电容阵列274P、274N的各电容器的另一端提供基准电压。

如图8所示，在期间P3中，使能信号EN为低电平，开关控制信号S为低电平。该期间P3是模拟/数字转换期间，在期间P3中执行上述模拟/数字转换。图11是示出期间P3中的电容阵列274P、274N的连接状态的图。如图11所示，在期间P3，从逻辑电路277向电容阵列274P的各电容器的一端提供电源电压vdd或地电压gnd，电容阵列274P的各电容器的另一端与比较器276的一个输入端子连接。另外，从逻辑电路277向电容阵列274N的各电容器的一端提供电源电压vdd或地电压gnd，电容阵列274N的各电容器的另一端与比较器276的另一个输入端子连接。

图12是示出模拟/数字转换电路32以及数字运算电路41的动作的时序图的一例的图。另外，TRGSC信号、BUSY信号、CONV信号是表示模拟/数字转换电路32的动作状态的信号，TRGDSP信号、DSP信号是表示数字运算电路41的动作状态的信号。

如图12所示，由振荡电路60生成的主时钟信号MCLK信号被输入到模拟/数字转换电路32，当TRGSC信号与主时钟信号MCLK信号同步地暂时成为高电平时，以该信号为起点，模拟/数字转换电路32开始基本动作。这里，模拟/数字转换电路32的基本动作是包含模拟/数字转换处理和紧接在模拟/数字转换处理之前和之后的处理的动作。即，模拟/数字转换电路32进行基本动作的期间包含期间P3的模拟/数字转换期间并且还包含期间P2的采样期间的期末的一部分和期间P1。在模拟/数字转换电路32进行基本动作的期间，BUSY信号成为高电平。从模拟/数字转换电路32开始基本动作起经过规定时间后开始期间P3、即模拟/数字转换期间，进行经由预充电电路31输入的与输入角速度的大小对应的模拟信号VAO2的模拟/数字转换。在进行模拟/数字转换的期间，CONV信号成为高电平。模拟信号VAO2的模拟/数字转换结束后，模拟/数字转换电路32的内部状态被复位，模拟/数字转换电路32的基本动作结束。模拟/数字转换电路32的内部状态被复位的期间是从CONV信号由高电平变为低电平的时刻到BUSY信号由高电平变为低电平的时刻的期间。在模拟/数字转换电路32的基本动作结束后，开始期间P2的采样期间，模拟/数字转换电路32开始模拟信号VAO2的采样。在模拟/数字转换电路32的内部状态的复位期间、即从CONV信号由高电平变为低电平的时刻到BUSY信号由高电平变为低电平的时刻的期间，执行基于预充电电路31的预充电，在该预充电期间，使能信号EN变为高电平。

另一方面，当主时钟信号MCLK被输入到数字运算电路41，TRGDSP信号与主时钟信号MCLK信号同步地暂时变为高电平时，根据该定时，数字运算电路41的动作开始。在数字运算电路41动作的期间，DSP信号成为高电平。然后，当数字运算电路41的动作结束时，DSP信号成为低电平。

相位调整电路70能够调整数字运算电路41的运算处理开始定时，通过调整TRGDSP信号成为高电平的定时来调整数字运算电路41的运算处理开始定时。用于调整TRGDSP信号变为高电平的定时的调整值被存储在存储部50中。在存储部50中，预先存储有值不同的多个调整值，根据出厂前的评价结果，选择一个调整值。

数字运算电路41的从运算处理开始定时到运算处理结束定时的时间td是恒定的，当根据存储在存储部50中的运算处理开始定时的调整值调整运算处理开始定时时，运算处理结束定时也与运算处理开始定时同样错开相同的时间。因此，数字运算电路41的运算处理结束定时的调整可以通过调整数字运算电路41的运算处理开始定时来实现。

相位调整电路70从存储部50读出基于出厂前的评价结果选择的调整值。相位调整电路70根据读出的调整值调整TRGDSP信号成为高电平的定时，根据调整后的TRGDSP信号开始数字运算电路41的动作。

在该相位调整电路70中，通过调整TRGDSP信号成为高电平的定时，使数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时不与使能信号EN为高电平的期间、即预充电期间重叠。即，在出厂前选择使得不与使能信号EN为高电平的期间重叠的调整值，并存储在存储部50中。在使用物理量传感器1时，该调整值从存储部50被读出到相位调整电路70。由此，数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时被设定为避开预充电期间的定时。

1-6.作用效果

在本实施方式中，通过调整数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时，避免这些定时与预充电期间重叠。因此，在预充电期间中，不受伴随数字运算电路41的动作的开始或结束的电源电压的变动的影响，能够进行稳定输出的预充电。由此，能够抑制由预充电输出Vpcp、Vpcn的变动引起的输入到模拟/数字转换电路32的模拟信号VAO2的变动，能够抑制模拟/数字转换后的数字信号VDO的变动。其结果，能够抑制模拟/数字转换电路32的模拟/数字转换的精度的降低，能够实现高精度的物理量检测电路200。

另外，根据本实施方式，通过选择存储在存储部50中的多个调整值中的一个来调整运算处理开始定时以及运算处理结束定时，因此能够容易地进行这些调整。

1-7.变形例

在上述实施方式中，模拟/数字转换电路270的输入信号是差动信号，但也可以是单端信号。在该情况下，从物理量检测元件100输出的差动信号在检测电路30的Q-V转换电路210、可变增益放大器220、混频器230以及无源滤波器240中的任意一个中被转换为单端信号。例如可以是，可变增益放大器220将从Q-V转换电路210输出的差动信号转换为单端信号，混频器230、无源滤波器240以及预充电电路31对单端信号进行上述的各处理。

另外，在上述实施方式中，作为物理量传感器1，以包含检测角速度的物理量检测元件100的角速度传感器为例，但由物理量检测元件100检测的物理量并不限于角速度，也可以是角加速度、加速度、速度、力等。另外，物理量检测元件100的振动片也可以不是双T型，例如可以是音叉型或梳齿型，还可以是三棱柱、四棱柱、圆柱状等形状的音片型。另外，作为物理量检测元件100的振动片的材料，也可以代替石英(SiO

另外，在上述实施方式中，作为物理量传感器1，以具有1个物理量检测元件100的单轴传感器为例，但物理量传感器1也可以是具有多个物理量检测元件100的多轴传感器。例如，物理量传感器1可以是具有检测绕互不相同的3个轴的角速度的3个物理量检测元件的3轴陀螺仪传感器，也可以是具有检测角速度的物理量检测元件和检测加速度的物理量检测元件的复合传感器。

2.第2实施方式

图13是第2实施方式的物理量传感器1的功能框图。

在第2实施方式中，相位调整电路71的动作与第1实施方式的相位调整电路70的动作不同。如图13所示，本实施方式的相位调整电路71控制模拟/数字转换电路32来调整预充电期间。除此以外的结构与第1实施方式相同，因此省略它们的说明。

图14是示出第2实施方式的模拟/数字转换电路32以及数字运算电路41的动作的时序图的一例的图。

如图14所示，经由预充电电路31输入的、与输入角速度的大小对应的模拟信号VAO2的模拟/数字转换按照与第1实施方式相同的时序图进行。

本实施方式的相位调整电路71控制模拟/数字转换电路32，将CONV信号从高电平变为低电平的定时保持为恒定，调整模拟/数字转换电路32的基本动作结束的定时、即BUSY信号从高电平变为低电平的定时。由此，调整使能信号EN的高电平的期间、即执行预充电的预充电期间。

调整预充电期间的调整值存储在存储部50中。在存储部50中，预先存储有值不同的多个调整值，根据出厂前的评价结果，选择一个调整值。

所选择的调整值从存储部50被读出到相位调整电路71。相位调整电路71基于读出的调整值调整BUSY信号从高电平变为低电平的定时，来调整预充电期间。

在该相位调整电路71中，通过调整BUSY信号从高电平变为低电平的定时，将预充电期间、即使能信号EN为高电平的期间调整为不与数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时重叠。即，在出厂前选择使得使能信号EN为高电平的期间不与数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时重叠的调整值，并存储在存储部50中。在使用物理量传感器1时，该调整值从存储部50被读出到相位调整电路71。由此，避免数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时与预充电期间重叠。

另外，如上所述，预充电期间结束的预充电结束定时与模拟/数字转换电路32开始采样的采样开始定时同步。因此，通过相位调整电路71调整BUSY信号从高电平变为低电平的定时来调整预充电期间与通过相位调整电路71调整采样开始定时来调整预充电期间是同义的。

根据本实施方式，能够得到以下的效果。

在本实施方式中，通过调整使能信号EN为高电平的期间、即预充电期间，避免预充电期间与数字运算电路41的运算处理开始定时以及运算处理结束定时重叠。因此，在预充电期间中，不受伴随数字运算电路41的动作的开始或结束的电源电压的变动的影响，能够进行稳定输出的预充电。由此，能够抑制由预充电输出Vpcp、Vpcn的变动引起的输入到模拟/数字转换电路32的模拟信号VAO2的变动，能够抑制模拟/数字转换后的数字信号VDO的变动。其结果，能够抑制模拟/数字转换电路32的模拟/数字转换的精度的降低，能够实现高精度的物理量检测电路200。

上述实施方式和变形例是一例，并不限于此。例如，还能够适当组合各实施方式和各变形例。

本发明包含与在实施方式中说明的结构实质相同的结构，例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的以及效果相同的结构。此外，本发明包含对实施方式中说明的结构的非本质部分进行置换后的结构。此外，本发明包含能够起到与在实施方式中说明的结构相同作用效果的结构或达到相同目的的结构。此外，本发明包含对在实施方式中说明的结构附加公知技术后的结构。