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JP6237532B2 - Self-excited oscillation circuit - Google Patents
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Description

本発明は、正帰還回路により振動子を発振させる自励発振回路に関する。   The present invention relates to a self-excited oscillation circuit that oscillates a vibrator by a positive feedback circuit.

静電容量振動式の圧力・差圧センサ等は、振動子を共振振動数で発振させるための自励発振回路を備えている。図8は、従来の静電容量振動式の自励発振回路の構成例を示す図である。本図に示すように、自励発振回路500は、振動子511を発振させるための正帰還回路と振動子511の発振振幅を制御する負帰還回路とを有している。   A capacitance vibration type pressure / differential pressure sensor or the like includes a self-excited oscillation circuit for causing a vibrator to oscillate at a resonance frequency. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional capacitance oscillation type self-excited oscillation circuit. As shown in the figure, the self-excited oscillation circuit 500 includes a positive feedback circuit for causing the vibrator 511 to oscillate and a negative feedback circuit for controlling the oscillation amplitude of the vibrator 511.

正帰還回路は、第1固定電極512から振動子511、第2固定電極513、I/V変換器520、反転増幅器530、可変利得増幅器560を通るループで形成されている。一般に、Q値を高めるため、振動子511は真空封止されている。   The positive feedback circuit is formed by a loop that passes from the first fixed electrode 512 to the vibrator 511, the second fixed electrode 513, the I / V converter 520, the inverting amplifier 530, and the variable gain amplifier 560. In general, the vibrator 511 is vacuum-sealed in order to increase the Q value.

負帰還回路は、反転増幅器530が出力する信号の絶対値を検出する絶対値回路540、誤差増幅器550、可変利得増幅器560を通る回路で形成されている。   The negative feedback circuit is formed of a circuit that passes through an absolute value circuit 540 that detects an absolute value of a signal output from the inverting amplifier 530, an error amplifier 550, and a variable gain amplifier 560.

正帰還回路では、振動子511をGND電位に固定し、第1固定電極512、第2固定電極513に直流電圧源を介してバイアス電圧VBIASを印加する。このとき、振動子511と第1固定電極512との間および振動子511と第2固定電極513との間には、静電容量に応じた電荷が充電される。   In the positive feedback circuit, the vibrator 511 is fixed to the GND potential, and the bias voltage VBIAS is applied to the first fixed electrode 512 and the second fixed electrode 513 through a DC voltage source. At this time, a charge corresponding to the capacitance is charged between the vibrator 511 and the first fixed electrode 512 and between the vibrator 511 and the second fixed electrode 513.

第1固定電極512には、バイアス電圧VBIASに加え、可変利得増幅器560の出力電圧VGAOが印加され、振動子511は、第1固定電極512の電位変化に応じて振動する。   In addition to the bias voltage VBIAS, the output voltage VGAO of the variable gain amplifier 560 is applied to the first fixed electrode 512, and the vibrator 511 vibrates in accordance with the potential change of the first fixed electrode 512.

振動子511の振動により、電荷の充放電が起こり、第2固定電極513からの電流出力信号がI/V変換器520に入力され、電圧信号IVOとして出力される。電圧信号IVOは、反転増幅器530で反転増幅され、電圧信号INVOとして出力される。電圧信号INVOは、可変利得増幅器560で増幅され、電圧信号VGAOとして第1固定電極512に印加される。このような正帰還回路により、振動子511は自身の共振周波数で振動する。   Due to the vibration of the vibrator 511, charge and discharge occur, and a current output signal from the second fixed electrode 513 is input to the I / V converter 520 and output as a voltage signal IVO. The voltage signal IVO is inverted and amplified by the inverting amplifier 530 and output as the voltage signal INVO. The voltage signal INVO is amplified by the variable gain amplifier 560 and applied to the first fixed electrode 512 as the voltage signal VGAO. By such a positive feedback circuit, the vibrator 511 vibrates at its own resonance frequency.

負帰還回路では、絶対値回路540によって反転増幅器530が出力する電圧信号INVOの振幅が検出される。絶対値回路540は、全波整流回路等を用いて構成することができる。絶対値回路540が出力する電圧信号ABSOは、振動子511の発振振幅に対応する。   In the negative feedback circuit, the absolute value circuit 540 detects the amplitude of the voltage signal INVO output from the inverting amplifier 530. The absolute value circuit 540 can be configured using a full-wave rectifier circuit or the like. The voltage signal ABSO output from the absolute value circuit 540 corresponds to the oscillation amplitude of the vibrator 511.

電圧信号ABSOと基準電圧VCONTとの差が誤差増幅器550で誤差信号ERROとして検出され、誤差信号ERROにより可変利得増幅器560のゲインが変化する。本図の場合、振動子511の振幅が小さく、誤差信号ERROが大きい場合は可変利得増幅器560のゲインが大きくなり、振動子511の振幅が大きく、誤差信号ERROが小さい場合は可変利得増幅器560のゲインが小さくなる。可変利得増幅器560のゲインが調整されることで、定常的には振動子511の振幅が一定に制御される。   The difference between the voltage signal ABSO and the reference voltage VCONT is detected by the error amplifier 550 as the error signal ERRO, and the gain of the variable gain amplifier 560 changes by the error signal ERRO. In the case of this figure, when the amplitude of the vibrator 511 is small and the error signal ERRO is large, the gain of the variable gain amplifier 560 is large, and when the amplitude of the vibrator 511 is large and the error signal ERRO is small, the variable gain amplifier 560 Gain decreases. By adjusting the gain of the variable gain amplifier 560, the amplitude of the vibrator 511 is constantly controlled to be constant.

国際公開第2011/102062号International Publication No. 2011/102062

このような自励発振回路500を、例えば二線式計器等の低消費電力が要求される装置に適用する場合は、ディスクリート部品で構成すると低消費電力の仕様を満たすことが困難であるため、低消費電力化が容易なASICで構成する必要がある。   When such a self-excited oscillation circuit 500 is applied to a device that requires low power consumption, such as a two-wire instrument, for example, it is difficult to satisfy the specifications of low power consumption when configured with discrete components. It is necessary to configure with an ASIC that can easily reduce power consumption.

しかしながら、従来の自励発振回路500では、正帰還に利用する可変利得増幅器560のゲインを負帰還回路の出力で変化させるため、正帰還回路と負帰還回路とで相互に依存関係を有し、インタフェースが複雑となっている。このため、正帰還回路と負帰還回路との間で厳密な調整が必要となり、例えば、I/V変換器520や反転増幅器530に設計変更が生じると、可変利得増幅器560の設計も変更しなくてはならず、設計工数の増加やASIC化の障壁となっていた。   However, in the conventional self-excited oscillation circuit 500, since the gain of the variable gain amplifier 560 used for positive feedback is changed by the output of the negative feedback circuit, the positive feedback circuit and the negative feedback circuit are mutually dependent, The interface is complicated. Therefore, strict adjustment is required between the positive feedback circuit and the negative feedback circuit. For example, when a design change occurs in the I / V converter 520 or the inverting amplifier 530, the design of the variable gain amplifier 560 is not changed. In other words, it was an increase in design man-hours and a barrier to ASIC implementation.

そこで、本発明は、正帰還回路と負帰還回路とのインタフェースを複雑化している可変利得増幅器を用いることなく自励発振回路を実現することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to realize a self-excited oscillation circuit without using a variable gain amplifier that complicates the interface between a positive feedback circuit and a negative feedback circuit.

上記課題を解決するため、本発明は、振動子を有する振動部と、前記振動子の振動に基づく信号を前記振動部に正帰還させる正帰還経路とを備えた自励発振回路であって、前記振動子の振幅に応じた値と基準値との比較結果に基づいて、前記振動子の振動周波数よりも低い周波数のパルス幅変調信号を生成する負帰還回路と、前記パルス幅変調信号で前記正帰還経路の接続と切断とを切り替えるスイッチ回路と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記振動子の振動に基づく信号と前記スイッチ回路の切り替えタイミングとを同期させる同期部をさらに備えるようにしてもよい。
また、前記パルス幅変調信号でイネーブルとディスエーブルとが切り替えられるバッファを前記正帰還経路中に備えるようにしてもよい。
また、前記負帰還回路は、前記振動子の振幅に応じた値と前記基準値との差が大きいほどパルス幅が長くなるように前記パルス幅変調信号を生成することができる。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a self-excited oscillation circuit including a vibration part having a vibrator and a positive feedback path for positively feeding back a signal based on vibration of the vibrator to the vibration part, Based on a comparison result between a value according to the amplitude of the vibrator and a reference value, a negative feedback circuit that generates a pulse width modulation signal having a frequency lower than the vibration frequency of the vibrator, and the pulse width modulation signal And a switch circuit that switches connection and disconnection of the positive feedback path.
Here, you may make it further provide the synchronizer which synchronizes the signal based on the vibration of the said vibrator | oscillator, and the switching timing of the said switch circuit.
A buffer that can be switched between enabled and disabled by the pulse width modulation signal may be provided in the positive feedback path.
Further, the negative feedback circuit can generate the pulse width modulation signal so that the pulse width becomes longer as the difference between the value corresponding to the amplitude of the vibrator and the reference value is larger.

本発明によれば、可変利得増幅器を用いることなく自励発振回路を実現することができる。   According to the present invention, a self-excited oscillation circuit can be realized without using a variable gain amplifier.

本発明の第1実施例に係る自励発振回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the self-excited oscillation circuit based on 1st Example of this invention. PWM部の動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of a PWM part. 本発明の第2実施例に係る自励発振回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the self-excited oscillation circuit based on 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例に係る自励発振回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the self-excited oscillation circuit based on 3rd Example of this invention. 同期部の動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of a synchronizer. 各実施例の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of each Example. 各実施例の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of each Example. 従来の静電容量振動式の自励発振回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional electrostatic capacitance oscillation type self-excited oscillation circuit.

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施例に係る自励発振回路100の構成を示す図である。なお、本発明の自励発振回路は静電容量振動式の自励発振回路に限られず、正帰還回路を有する種々の自励発振回路に適用することができる。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a self-excited oscillation circuit 100 according to a first embodiment of the present invention. Note that the self-excited oscillation circuit of the present invention is not limited to the electrostatic oscillation type self-excited oscillation circuit, and can be applied to various self-excited oscillation circuits having a positive feedback circuit.

本図に示すように、第1実施例の自励発振回路100は、振動子111を発振させるための正帰還回路と振動子111の発振振幅を制御する負帰還回路とを有している。   As shown in this figure, the self-excited oscillation circuit 100 of the first embodiment has a positive feedback circuit for oscillating the vibrator 111 and a negative feedback circuit for controlling the oscillation amplitude of the vibrator 111.

正帰還回路は、第1固定電極112から振動子111、第2固定電極113、I/V変換器120、反転増幅器130、SW回路170を通るループで形成されている。一般に、Q値を高めるため、振動子111は真空封止されている。なお、第1固定電極112、振動子111、第2固定電極113で振動部を構成し、反転増幅器130の出力からSW回路170を介して第1固定電極112に入力する経路で正帰還経路を構成している。   The positive feedback circuit is formed by a loop that passes from the first fixed electrode 112 to the vibrator 111, the second fixed electrode 113, the I / V converter 120, the inverting amplifier 130, and the SW circuit 170. In general, the vibrator 111 is vacuum-sealed in order to increase the Q value. The first fixed electrode 112, the vibrator 111, and the second fixed electrode 113 constitute a vibration unit, and a positive feedback path is formed by a path that is input from the output of the inverting amplifier 130 to the first fixed electrode 112 via the SW circuit 170. It is composed.

負帰還回路は、反転増幅器130が出力する電圧信号INVOの絶対値を検出する絶対値回路140、誤差増幅器150、PWM部160、SW回路170を通る回路で形成されている。   The negative feedback circuit is formed of a circuit that passes through an absolute value circuit 140 that detects the absolute value of the voltage signal INVO output from the inverting amplifier 130, an error amplifier 150, a PWM unit 160, and an SW circuit 170.

SW回路170は、PWM部160の出力信号PWMOで切り替え制御される。具体的には、出力信号PWMOがHのとき、反転増幅器130が出力する電圧信号INVOを第1固定電極112に帰還させることで正帰還回路の正帰還ループを形成し、出力信号PWMOがLのとき、正帰還回路の正帰還ループを解除する。   The SW circuit 170 is switched and controlled by the output signal PWMO of the PWM unit 160. Specifically, when the output signal PWMO is H, the voltage signal INVO output from the inverting amplifier 130 is fed back to the first fixed electrode 112 to form a positive feedback loop of the positive feedback circuit, and the output signal PWMO is L When the positive feedback loop of the positive feedback circuit is released.

正帰還回路では、振動子111をGND電位に固定し、SW回路170の状態によらず、第1固定電極112、第2固定電極113に直流電圧源を介してバイアス電圧VBIASを印加する。このとき、振動子111と第1固定電極112との間および振動子111と第2固定電極113との間には、静電容量に応じた電荷が充電される。   In the positive feedback circuit, the vibrator 111 is fixed to the GND potential, and the bias voltage VBIAS is applied to the first fixed electrode 112 and the second fixed electrode 113 via the DC voltage source regardless of the state of the SW circuit 170. At this time, a charge corresponding to the capacitance is charged between the vibrator 111 and the first fixed electrode 112 and between the vibrator 111 and the second fixed electrode 113.

出力信号PWMOがHのとき、SW回路170により正帰還ループが形成されるため、第1固定電極112には、バイアス電圧VBIASに加え、反転増幅器130の出力する電圧信号INVOが印加され、振動子111は、第1固定電極112の電位変化に応じて振動する。   Since the positive feedback loop is formed by the SW circuit 170 when the output signal PWMO is H, the voltage signal INVO output from the inverting amplifier 130 is applied to the first fixed electrode 112 in addition to the bias voltage VBIAS, and the vibrator 111 vibrates according to the potential change of the first fixed electrode 112.

振動子111の振動により、電荷の充放電が起こり、第2固定電極113からの電流出力信号がI/V変換器120に入力され、電圧信号IVOとして出力される。電圧信号IVOは、反転増幅器130で反転増幅され、電圧信号INVOとして出力される。このような正帰還回路により、振動子111は自身の共振周波数で振動する。   Due to the vibration of the vibrator 111, charging and discharging of the charge occur, and the current output signal from the second fixed electrode 113 is input to the I / V converter 120 and output as the voltage signal IVO. The voltage signal IVO is inverted and amplified by the inverting amplifier 130 and output as the voltage signal INVO. By such a positive feedback circuit, the vibrator 111 vibrates at its own resonance frequency.

負帰還回路では、絶対値回路140によって反転増幅器130が出力する電圧信号INVOの振幅が検出される。絶対値回路140は、全波整流回路等を用いて構成することができる。絶対値回路140が出力する電圧信号ABSOは、振動子111の発振振幅に対応する。   In the negative feedback circuit, the absolute value circuit 140 detects the amplitude of the voltage signal INVO output from the inverting amplifier 130. The absolute value circuit 140 can be configured using a full-wave rectifier circuit or the like. The voltage signal ABSO output from the absolute value circuit 140 corresponds to the oscillation amplitude of the vibrator 111.

電圧信号ABSOと基準電圧VCONTとの差が誤差増幅器150で誤差信号ERROとして検出される。誤差信号ERROは、PWM部160によりパルス幅変調され、PWMO信号として出力される。   The difference between the voltage signal ABSO and the reference voltage VCONT is detected by the error amplifier 150 as the error signal ERRO. The error signal ERRO is pulse width modulated by the PWM unit 160 and output as a PWMO signal.

PWMO信号は、図2に示すように、誤差信号ERROと三角波(ノコギリ波)TRIとをコンパレータ161で比較することで生成することができる。このとき、パルス幅変調の周波数、すなわち三角波の周波数は、振動子111の共振周波数よりも低い周波数を用いるようにする。これは、振動周期に対して正帰還ループ形成期間を十分確保し、振動子111を安定して発振させるためである。   As shown in FIG. 2, the PWMO signal can be generated by comparing the error signal ERRO with a triangular wave (sawtooth wave) TRI by a comparator 161. At this time, a frequency lower than the resonance frequency of the vibrator 111 is used for the pulse width modulation frequency, that is, the triangular wave frequency. This is to ensure a sufficient positive feedback loop formation period with respect to the vibration period and to oscillate the vibrator 111 stably.

振動子111の振幅が小さく、誤差信号ERROが大きいほど、各周期におけるPWMO信号のHのパルス幅が長くなり、振動子111の振幅が大きく、誤差信号ERROが小さいほど、各周期におけるPWMO信号のHのパルス幅が短くなる。   The smaller the amplitude of the transducer 111 and the larger the error signal ERRO, the longer the H pulse width of the PWMO signal in each cycle. The larger the amplitude of the transducer 111 and the smaller the error signal ERRO, the greater the PWMO signal in each cycle. The pulse width of H is shortened.

PWMO信号がHの場合、すなわち、誤差信号ERROが三角波TRIより大きい場合、正帰還ループが形成されるので振動子111の振幅が成長する。一方、PWMO信号がLの場合、すなわち、誤差信号ERROが三角波TRIより小さい場合、正帰還ループが解除されるので振動子111の振幅が減衰する。振幅の成長と減衰とが繰り返されることで、定常的には振動子111の振幅は一定に制御される。   When the PWMO signal is H, that is, when the error signal ERRO is larger than the triangular wave TRI, a positive feedback loop is formed, so that the amplitude of the vibrator 111 grows. On the other hand, when the PWMO signal is L, that is, when the error signal ERRO is smaller than the triangular wave TRI, the positive feedback loop is released, and the amplitude of the vibrator 111 is attenuated. By repeating the growth and attenuation of the amplitude, the amplitude of the vibrator 111 is constantly controlled to be constant.

上述のように、振動子111のQは一般に比較的高く設計されるため、振動子111の発振周期に対して、振幅の成長および減衰は極めて緩やかになる。このため、SW回路170により間欠的に振動子111を動作させても、振動子111の振幅のハンチング幅を小さくすることが可能であり、定常的にほぼ一定の振幅に制御することができる。   As described above, since the Q of the vibrator 111 is generally designed to be relatively high, the amplitude growth and attenuation become extremely gradual with respect to the oscillation period of the vibrator 111. For this reason, even if the vibrator 111 is operated intermittently by the SW circuit 170, the hunting width of the amplitude of the vibrator 111 can be reduced, and the amplitude can be constantly controlled to be substantially constant.

第1実施例の自励発振回路100によれば、正帰還回路と負帰還回路とのインタフェースを複雑化していた可変利得増幅器が不要となり、正帰還回路と負帰還回路とが切り離されるため回路間のインタフェース調整が簡易化される。すなわち、正帰還回路側の特性は、I/V変換器120と反転増幅器130の設計により一意に定まり、負帰還回路側の特性は誤差増幅器150とPWM部160の設計によって一意に定まる。これにより正帰還回路と負帰還回路とを独立に調整できるようになり、設計工数が削減できるとともに、ASIC化が容易となる。さらには、汎用性に欠ける可変利得増幅器に代えて、汎用的なコンパレータと三角波発振器で構成できるPWM部160を用いるようにしたため、実装の容易化と、低電圧、低消費電力も実現することができる。   According to the self-excited oscillation circuit 100 of the first embodiment, the variable gain amplifier that complicates the interface between the positive feedback circuit and the negative feedback circuit becomes unnecessary, and the positive feedback circuit and the negative feedback circuit are separated from each other. The interface adjustment is simplified. That is, the characteristic on the positive feedback circuit side is uniquely determined by the design of the I / V converter 120 and the inverting amplifier 130, and the characteristic on the negative feedback circuit side is uniquely determined by the design of the error amplifier 150 and the PWM unit 160. As a result, the positive feedback circuit and the negative feedback circuit can be adjusted independently, the design man-hour can be reduced, and ASIC implementation is facilitated. Furthermore, instead of the variable gain amplifier lacking in versatility, the PWM unit 160 that can be configured by a general-purpose comparator and a triangular wave oscillator is used, so that the mounting can be facilitated and low voltage and low power consumption can be realized. it can.

図3は、本発明の第2実施例に係る自励発振回路200の構成を示す図である。本図に示すように、第2実施例の自励発振回路200においても、振動子111を発振させるための正帰還回路と振動子111の発振振幅を制御する負帰還回路とを有しているが、第2実施例に係る自励発振回路200では、負帰還回路をデジタル化している。   FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the self-excited oscillation circuit 200 according to the second embodiment of the present invention. As shown in this figure, the self-excited oscillation circuit 200 of the second embodiment also has a positive feedback circuit for oscillating the vibrator 111 and a negative feedback circuit for controlling the oscillation amplitude of the vibrator 111. However, in the self-excited oscillation circuit 200 according to the second embodiment, the negative feedback circuit is digitized.

正帰還回路は第1実施例と同様であるため同じ符号を付している。すなわち、第1固定電極112から振動子111、第2固定電極113、I/V変換器120、反転増幅器130、SW回路170を通るループで形成されている。   Since the positive feedback circuit is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given. That is, a loop is formed from the first fixed electrode 112 to the vibrator 111, the second fixed electrode 113, the I / V converter 120, the inverting amplifier 130, and the SW circuit 170.

負帰還回路は、反転増幅器130が出力する電圧信号INVOをデジタル変換するAD変換器210、デジタル値で基準値との比較を行ない、誤差を検出するデジタル誤差検出部220、検出された誤差をパルス幅変調するデジタルPWM部230、SW回路170を通る回路で形成されている。デジタル誤差検出部220は、例えば、デジタル基準電圧との差を演算する減算器と誤差に応じてデジタルPWM部230をコントロールするデジタルフィルタとで構成することができる。   The negative feedback circuit includes an AD converter 210 that digitally converts the voltage signal INVO output from the inverting amplifier 130, a digital value that is compared with a reference value, a digital error detection unit 220 that detects an error, and a pulse of the detected error. It is formed by a circuit that passes through a digital PWM unit 230 that performs width modulation and an SW circuit 170. The digital error detection unit 220 can be composed of, for example, a subtractor that calculates a difference from a digital reference voltage and a digital filter that controls the digital PWM unit 230 according to the error.

SW回路170は、デジタルPWM部230の出力信号PWMOで切り替え制御される。具体的には、出力信号PWMOがHのとき、正帰還回路の正帰還ループを形成し、出力信号PWMOがLのとき、正帰還回路の正帰還ループを解除する。   The SW circuit 170 is switched and controlled by the output signal PWMO of the digital PWM unit 230. Specifically, when the output signal PWMO is H, a positive feedback loop of the positive feedback circuit is formed, and when the output signal PWMO is L, the positive feedback loop of the positive feedback circuit is released.

第2実施例の自励発振回路200は、負帰還回路がデジタル化されているが、基本的な動作原理は第1実施例の自励発振回路100と同様である。第2実施例の自励発振回路200は、第1実施例の自励発振回路100の特徴に加え、アナログ回路の要素を削減したため、設計工数をさらに短縮できる。また、ASIC内のアナログ回路の集積度を落とすことで製造コストを削減することが可能となる。   In the self-excited oscillation circuit 200 of the second embodiment, the negative feedback circuit is digitized, but the basic operation principle is the same as that of the self-excited oscillation circuit 100 of the first embodiment. In the self-excited oscillation circuit 200 of the second embodiment, in addition to the features of the self-excited oscillation circuit 100 of the first embodiment, the elements of the analog circuit are reduced, so that the design man-hour can be further reduced. Further, it is possible to reduce the manufacturing cost by reducing the degree of integration of the analog circuits in the ASIC.

図4は、本発明の第3実施例に係る自励発振回路300の構成を示す図である。本図に示すように、第3実施例の自励発振回路300は、第1実施例の自励発振回路100に同期部180を付加した構成となっている。なお、第2実施例の自励発振回路200に同期部180を付加した構成としてもよい。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a self-excited oscillation circuit 300 according to the third embodiment of the present invention. As shown in this figure, the self-excited oscillation circuit 300 of the third embodiment has a configuration in which a synchronization unit 180 is added to the self-excited oscillation circuit 100 of the first embodiment. Note that a configuration in which a synchronization unit 180 is added to the self-excited oscillation circuit 200 of the second embodiment may be employed.

同期部180は、コンパレータとD−FFとを備えており、反転増幅器130の出力する電圧信号INVO(交流分)が負から正に変化したタイミングでSW回路170が切り替わるようにする。具体的には、電圧信号INVO(交流分)が負から正に変化したタイミング、すなわち、電圧信号SWOがバイアス電圧VBIASと等しくなるときにコンパレータがCMPO2信号を出力し(電圧立ち上がり)、D−FFを動作させる。そして、D−FFが出力するD−FFQ信号でSW回路170を切り替える。ただし、正から負に変化するタイミングとしたり、半周期毎のタイミングで切り替わるようにしてもよい。   The synchronization unit 180 includes a comparator and a D-FF so that the SW circuit 170 is switched at a timing when the voltage signal INVO (AC component) output from the inverting amplifier 130 changes from negative to positive. Specifically, when the voltage signal INVO (AC component) changes from negative to positive, that is, when the voltage signal SWO becomes equal to the bias voltage VBIAS, the comparator outputs a CMPO2 signal (voltage rising), and D-FF To work. Then, the SW circuit 170 is switched by the D-FFQ signal output from the D-FF. However, the timing may be changed from positive to negative, or may be switched at every half cycle.

同期部180を備えない場合、SW回路170の切り替えと振動子111の振動とは同期しないため、SW回路170の切り替え時に、第1固定電極112に印加する電圧信号SWOに急激な変動が生じて、電圧信号SWOが乱れる場合がある。   When the synchronization unit 180 is not provided, the switching of the SW circuit 170 and the vibration of the vibrator 111 are not synchronized. Therefore, when the SW circuit 170 is switched, a sudden change occurs in the voltage signal SWO applied to the first fixed electrode 112. The voltage signal SWO may be disturbed.

これに対し、同期部180を備えることにより、図5に示すように、SW回路170の切り替えと振動子111の振動とが同期することになる。すなわち、電圧信号SWOがバイアス電圧VBIASと等しくなるときにSW回路170を切り替える。この結果、SW回路170の切り替え時に電圧信号SWOに急激な変動が生じず、電圧信号SWOの乱れを小さくすることができる。   In contrast, by providing the synchronization unit 180, the switching of the SW circuit 170 and the vibration of the vibrator 111 are synchronized as shown in FIG. That is, the SW circuit 170 is switched when the voltage signal SWO becomes equal to the bias voltage VBIAS. As a result, the voltage signal SWO does not suddenly change when the SW circuit 170 is switched, and the disturbance of the voltage signal SWO can be reduced.

なお、上述の各実施例では、図6(a)に示すように、バイアス電圧VBIASは、SW回路170を介して第1固定電極112に印加するようにしていた。この場合、SW回路170のH端子、L端子とも直流電圧源に接続する。   In each of the above embodiments, the bias voltage VBIAS is applied to the first fixed electrode 112 via the SW circuit 170 as shown in FIG. In this case, both the H terminal and L terminal of the SW circuit 170 are connected to a DC voltage source.

これに対し、図6(b)に示すように、SW回路170を介さずに、第1固定電極112にバイアス電圧VBIASを印加するようにしてもよい。この場合、SW回路170のL端子は直流電圧源に接続してもよいし、図6(c)に示すように、浮かして直流電圧源に接続しないようにしてもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, the bias voltage VBIAS may be applied to the first fixed electrode 112 without using the SW circuit 170. In this case, the L terminal of the SW circuit 170 may be connected to the DC voltage source, or may float and not be connected to the DC voltage source as shown in FIG.

ところで、第1固定電極112とGNDとの間には、ある程度大きな寄生容量(例えば、30pF程度)が存在する。このため、反転増幅器130にこの寄生容量をドライブするための電流を供給する必要があり、消費電流が増加する原因となっている。   Incidentally, a certain amount of parasitic capacitance (for example, about 30 pF) exists between the first fixed electrode 112 and GND. For this reason, it is necessary to supply a current for driving the parasitic capacitance to the inverting amplifier 130, which causes an increase in current consumption.

上述の各実施例では、正帰還ループが形成される期間だけ寄生容量をドライブすればよいため、信号PWMOがHのときにドライブ能力を増やし、信号PWMOがLのときにドライブ能力を削減するという運用が可能となる。   In each of the above-described embodiments, it is only necessary to drive the parasitic capacitance during the period in which the positive feedback loop is formed. Therefore, the drive capability is increased when the signal PWMO is H, and the drive capability is reduced when the signal PWMO is L. Operation becomes possible.

このため、例えば、図7に示すように反転増幅器130とSW回路170との間にイネーブル機能を有するバッファ190を配置し、信号PWMOがHのときのみイネーブルとしてドライブ能力を確保し、信号PWMOがLのときにディスエーブルとしてバッファ190で電流を消費しないようにすることで消費電力を削減することができる。イネーブル機能を有するバッファ190は、上述のいずれの実施例に適用することができる。   For this reason, for example, as shown in FIG. 7, a buffer 190 having an enable function is arranged between the inverting amplifier 130 and the SW circuit 170, the drive capability is ensured only when the signal PWMO is H, and the signal PWMO is The power consumption can be reduced by disabling the buffer 190 so that no current is consumed in the buffer 190. The buffer 190 having the enable function can be applied to any of the above-described embodiments.

100…自励発振回路、111…振動子、112…第1固定電極、113…第2固定電極、120…I/V変換器、130…反転増幅器、140…絶対値回路、150…誤差増幅器、160…PWM部、161…コンパレータ、170…SW回路、180…同期部、190…バッファ、200…自励発振回路、210…AD変換器、220…デジタル誤差検出部、230…デジタルPWM部、300…自励発振回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Self-excited oscillation circuit, 111 ... Vibrator, 112 ... 1st fixed electrode, 113 ... 2nd fixed electrode, 120 ... I / V converter, 130 ... Inverting amplifier, 140 ... Absolute value circuit, 150 ... Error amplifier, 160 ... PWM unit, 161 ... comparator, 170 ... SW circuit, 180 ... synchronizing unit, 190 ... buffer, 200 ... self-excited oscillation circuit, 210 ... AD converter, 220 ... digital error detection unit, 230 ... digital PWM unit, 300 ... Self-excited oscillation circuit

Claims (4)

振動子を有する振動部と、前記振動子の振動に基づく信号を前記振動部に正帰還させる正帰還経路とを備えた自励発振回路であって、
前記振動子の振幅に応じた値と基準値との比較結果に基づいて、前記振動子の振動周波数よりも低い周波数であって、前記振動子の振動とは別に生成される周期信号に基づく周波数のパルス幅変調信号を生成する負帰還回路と、
前記パルス幅変調信号で前記正帰還経路の接続と切断とを切り替えるスイッチ回路と、
を備えたことを特徴とする自励発振回路。
A self-excited oscillation circuit including a vibration part having a vibrator and a positive feedback path for positively feeding back a signal based on vibration of the vibrator to the vibration part;
Based on a comparison result between a value corresponding to the amplitude of the vibrator and a reference value, the frequency is lower than the vibration frequency of the vibrator and is based on a periodic signal generated separately from the vibration of the vibrator A negative feedback circuit for generating a pulse width modulation signal of
A switch circuit that switches connection and disconnection of the positive feedback path with the pulse width modulation signal;
A self-excited oscillation circuit comprising:
前記振動子の振動に基づく信号と前記スイッチ回路の切り替えタイミングとを同期させる同期部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の自励発振回路。   The self-excited oscillation circuit according to claim 1, further comprising a synchronization unit that synchronizes a signal based on vibration of the vibrator and a switching timing of the switch circuit. 前記パルス幅変調信号でイネーブルとディスエーブルとが切り替えられるバッファを前記正帰還経路中に備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の自励発振回路。   3. The self-excited oscillation circuit according to claim 1, further comprising a buffer in the positive feedback path that can be switched between enabled and disabled by the pulse width modulation signal. 前記負帰還回路は、前記振動子の振幅に応じた値と前記基準値との差が大きいほどパルス幅が長くなるように前記パルス幅変調信号を生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自励発振回路。   The negative feedback circuit generates the pulse width modulation signal so that a pulse width becomes longer as a difference between a value corresponding to an amplitude of the vibrator and the reference value is larger. The self-excited oscillation circuit according to any one of the above.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53135557A (en) * 1977-05-02 1978-11-27 Ricoh Watch Crystal oscillator
JPS5441058A (en) * 1977-09-08 1979-03-31 Citizen Watch Co Ltd Crystal oscillator circuit
JPS55100316U (en) * 1978-12-28 1980-07-12
JPS59147312U (en) * 1984-02-17 1984-10-02 シチズン時計株式会社 Crystal oscillation divider circuit
JP3543542B2 (en) * 1997-05-23 2004-07-14 セイコーエプソン株式会社 Oscillation circuit, electronic circuit using the same, semiconductor device using the same, electronic apparatus, and clock
US7062229B2 (en) * 2002-03-06 2006-06-13 Qualcomm Incorporated Discrete amplitude calibration of oscillators in frequency synthesizers
WO2008033681A2 (en) * 2006-09-14 2008-03-20 Sitime Corporation Microelectromechanical oscillator with intermittent drive
WO2010055619A1 (en) * 2008-11-13 2010-05-20 日本電気株式会社 Frequency synthesizer, radio communication device, and radio communication device control method
JP5362096B2 (en) * 2010-02-17 2013-12-11 株式会社村田製作所 Vibration type inertial force sensor
JP2013214960A (en) * 2012-03-08 2013-10-17 Fujitsu Semiconductor Ltd Crystal oscillation circuit and method of controlling crystal oscillation circuit

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