[发明专利]电荷检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电荷检测电路，该电荷检测电路检测压力传感器，麦克风，加速度传感器，角速度传感器，应变仪等电荷发生型传感器或电容变化型传感器的电荷。 

背景技术

作为电荷发生型传感器的代表，有使用了绝缘体的压电元件的应变仪、或加速度传感器等。此外，作为检测电容变化的传感器，有将重锤固定于梁上、并将固定电极保持在重锤的侧面附近、对重锤与固定电极间的电容进行测定的加速度传感器等。这些传感器都要测定微小的电荷，并使用电荷放大器来作为用于进行电荷－电压转换的电荷检测电路。 

出于提高SN的目的，如专利文献1及2所述，能够应用一个差分放大电路来去除同相信号（共模信号）。该专利文献1及2所记载的现有示例在应用到提供偏置电压的电容变化型传感器中的情况下，如图11所示，成对的2个可变电容传感器100A及100B的一端连接到偏置电压电路101，另一端连接到差分放大电路102的负极输入端子以及正极输入端子。 

在差分放大电路102的输出端子与负极端子之间，连接有由反馈电容Cf与反馈电阻Rf并联连接而成的反馈电路103，在可变电容100B和差分放大电路102的正极输入端子的连接点与接地点之间，连接有由消除电容Cc与消除电阻Rc并联连接而成的消除电路104，利用该消除电路104来消除同相噪声。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本专利特开2001－326548号公报 

专利文献2：日本专利特开2003－258577号公报 

发明内容

然而，在上述专利文献1及2所记载的现有示例中，尽管能够用一个差分放大电路来去除同相信号，但实际上能够去除何种程度的同相信号还有待考察。 

首先，反馈电容Cf与消除电容Cc需要具有相同的静电电容，但考虑到静电电容的制造偏差，会产生5～10％左右的误差。此外，由于输入侧的电荷发生型传感器或电容变化型传感器估计也有相同程度的偏差，因此，预计约为20dB的信号去除率。即，剩余1/10左右的同相信号。 

虽然有时使用这种程度的去除率就足够了，但是在高灵敏度传感器的情况下，位于电荷放大器之后的增益超过百倍，电路发生饱和，结果导致动态范围减小这样的未解决的问题。 

因而，需要对差分放大电路102的负极输入端子以及正极输入端子的负增益及正增益进行微调。对该增益进行调整时，考虑了如图12所述的结构。即，可变电容二极管D1的阳极连接到差分放大电路102的负极输入端子，直流偏置电压电路105通过由电阻Rb1和电容Cb1组成的低通滤波器连接到该可变电容二极管D1的阳极。并且，可变电容二极管D2的阳极连接到差分放大电路102的正极输入端子，直流偏置电压电路106通过由电阻Rb2和电容Cb2组成的低通滤波器连接到该可变电容二极管D2的阴极。 

如图12所示的那样连接可变电容二极管D1及D2，并且例如将可变电容二极管D2的反向偏置电压Vr2固定为恒定值，将可变电容二极管D1的反向偏置电压Vr1设为可变，由此通过调整差分放大电路102的负极输入端子以及正极输入端子的输入电容，理论上可以进行增益的微调。 

而且，图12所示的电荷检测电路适用于电容可变型的加速度传感器，如图13所示，将产生50kHz的载波信号的载波信号发生器107连接到成对的加速度传感器 100A及100B的一端。另外，将应用了图12所示的可变电容二极管D1及D2的电荷放大器108连接到加速度传感器100A及100B的另一端，并与可变电容控制电压发生电路109相连接，该可变电容控制电压发生回路109对所述电荷放大器108的可变电容二极管D1及D2的静电电容进行可变控制。然后，利用乘法器110对电荷放大器108的检测输出与由载波信号发生器107所输出的载波信号进行相乘，对加速度传感器100A及100B经载波信号采样后的电荷放大信号进行解调。考虑到系统具有如下结构的情况：即，使该解调信号通过截止频率被设定为低于1KHz的低通滤波器111，从而得到低于1kHz的低频加速度检测值。 

在这种情况下，如图14所示，可以观测到在100Hz以下的频率范围内，噪声电压的频率依赖性作为噪声密度超过了噪声的理论值，通常在实际使用时没有问题，但是在追求高SN的情况下，这种噪声密度的增加就无法忽视。关于这种噪声密度增加的现象已知的是，在向速度传感器100A，100B施加直流偏置来得到交流信号的情况下无法观察到，但是在使用交流偏置来得到直流附近的低频信号的情况下可以看到。