特開 2024-134714 センサーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024134714

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】センサーモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/10 20060101AFI20240927BHJP

   G01L 1/10 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01P15/10

G01L1/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045057

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】轟原 正義

(57)【要約】

【課題】２つの物理量センサーを用いて同相ノイズを低減させるとともに測定感度を向上させ、かつ、同相でないノイズも低減させることが可能なセンサーモジュールを提供すること。
【解決手段】基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、第１物理量センサーが出力する第１被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントの第１カウント値を生成する第１カウント部と、第２物理量センサーが出力する第２被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントの第２カウント値を生成する第２カウント部と、前記第１カウント値が入力され、第３カウント値を出力する第１フィルターと、前記第２カウント値が入力され、第４カウント値を出力する第２フィルターと、前記第３カウント値と前記第４カウント値との差分に基づく測定値を出力するフィルター部と、を備える、センサーモジュール。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１軸を検出軸として物理量を検出し、当該物理量の大きさに応じて周波数が変化する第１被測定信号を出力する第１物理量センサーと、
前記第１軸と逆方向の第２軸を検出軸として物理量を検出し、当該物理量の大きさに応じて周波数が変化する第２被測定信号を出力する第２物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
前記第１被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第１カウント値を生成する第１カウント部と、
前記第２被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第２カウント値を生成する第２カウント部と、
前記第１カウント値が入力され、第３カウント値を出力する第１フィルターと、
前記第２カウント値が入力され、第４カウント値を出力する第２フィルターと、
前記第３カウント値と前記第４カウント値との差分に基づく測定値を出力するフィルター部と、を備える、センサーモジュール。

【請求項2】

請求項１において、
前記フィルター部は、
前記第３カウント値と前記第４カウント値との差分値を出力する減算器と、
前記差分値が入力され、前記測定値を出力する第３フィルターと、を含む、センサーモジュール。

【請求項3】

請求項２において、
前記第１フィルターは、前記第１被測定信号に同期して動作し
前記第２フィルターは、前記第２被測定信号に同期して動作し、
前記第３フィルターは、前記基準周期信号に同期して動作する、センサーモジュール。

【請求項4】

請求項１において、
前記フィルター部は、
前記第３カウント値が入力され、第５カウント値を出力する第３フィルターと、
前記第４カウント値が入力され、第６カウント値を出力する第４フィルターと、
前記第５カウント値と前記第６カウント値との差分値を前記測定値として出力する減算器と、を含む、センサーモジュール。

【請求項5】

請求項４において、
前記第１フィルターは、前記第１被測定信号に同期して動作し
前記第２フィルターは、前記第２被測定信号に同期して動作し、
前記第３フィルター及び前記第４フィルターは、前記基準周期信号に同期して動作する、センサーモジュール。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記第１カウント部は、
前記第１被測定信号と前記基準周期信号との位相差に基づく第１時間デジタル値を生成する第１時間デジタル値生成部と、
前記第１時間デジタル値と前記第１カウント値とに基づいて第１合成出力値を生成する第１合成出力値生成部と、を含み、
前記第１合成出力値の量子化誤差が次の前記第１合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第２カウント部は、
前記第２被測定信号と前記基準周期信号との位相差に基づく第２時間デジタル値を生成する第２時間デジタル値生成部と、
前記第２時間デジタル値と前記第２カウント値とに基づいて第２合成出力値を生成する第２合成出力値生成部と、を含み、
前記第２合成出力値の量子化誤差が次の前記第２合成出力値の生成にフィードバックされる、センサーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１の加速度センサーと、第１の加速度センサーと検出軸方向が対向するように配置された第２の加速度センサーと、第１の加速度センサーからの検出値と第２の加速度センサーからの検出値との差動値を求める差動値検出部と、を備えた加速度センサーが記載されている。特許文献１に記載の技術によれば、同相である電気的ノイズを取り除きつつ、検出する加速度を大きくできるので、精度の高い加速度センサーを提供することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１５／１４５４８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の加速度センサーでは、同相ノイズを取り除くことはできるものの、第１の加速度センサーや第２の加速度センサーに固有なノイズ等の同相でないノイズを低減させることは難しい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るセンサーモジュールの一態様は、
第１軸を検出軸として物理量を検出し、当該物理量の大きさに応じて周波数が変化する第１被測定信号を出力する第１物理量センサーと、
前記第１軸と逆方向の第２軸を検出軸として物理量を検出し、当該物理量の大きさに応じて周波数が変化する第２被測定信号を出力する第２物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
前記第１被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第１カウント値を生成する第１カウント部と、
前記第２被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第２カウント値を生成する第２カウント部と、
前記第１カウント値が入力され、第３カウント値を出力する第１フィルターと、
前記第２カウント値が入力され、第４カウント値を出力する第２フィルターと、
前記第３カウント値と前記第４カウント値との差分に基づく測定値を出力するフィルター部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態のセンサーモジュールの構成を示すブロック図。

【図2】センサーモジュールの動作の一例を示すタイミングチャート図。

【図3】第１カウント部又は第２カウント部の構成例を示す図。

【図4】時間デジタル値生成部の構成例を示す図。

【図5】合成出力値生成部の構成例を示す図。

【図6】発振部の構成例を示す図。

【図7】第１実施形態における時間デジタル値生成部及び合成出力値生成部の動作の一例を示すタイミングチャート図。

【図8】第１実施形態における時間デジタル値生成部及び合成出力値生成部の動作の一例を示すタイミングチャート図。

【図9】第２実施形態のセンサーモジュールの構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0008】

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態のセンサーモジュールの構成を示すブロック図である。また、図２は、第１実施形態のセンサーモジュールの動作の一例を示すタイミングチャート図である。第１実施形態のセンサーモジュール１は、不図示の被測定物に取り付けられ、検出した物理量に応じた測定値ＤＯを出力する。図１に示すように、センサーモジュール１は、第１物理量センサー１１、第２物理量センサー１２、第１カウント部２１、第２カウント部２２、第１フィルター３１、第２フィルター３２、基準周期信号生成部４０及びフィルター部５０を備える。

【0009】

第１物理量センサー１１は、第１軸を検出軸として物理量を検出し、検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する第１被測定信号ＴＲＧ１を出力する。具体的には、第１物理量センサー１１は、第１軸を検出軸として物理量を検出する不図示の第１物理量検出素子と、第１物理量検出素子を発振させる不図示の第１発振回路とを有し、第１発振回路が第１被測定信号ＴＲＧ１を出力する。

【0010】

第２物理量センサー１２は、第２軸を検出軸として物理量を検出し、検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する第２被測定信号ＴＲＧ２を出力する。具体的には、第２物理量センサー１２は、第２軸を検出軸として物理量を検出する不図示の第２物理量検出素子と、第２物理量検出素子を発振させる不図示の第２発振回路とを有し、第２発振回路が第１被測定信号ＴＲＧ１を出力する。

【0011】

第１物理量センサー１１が検出する物理量と第２物理量センサー１２が検出する物理量とは同じである。例えば、物理量は、加速度、角速度、角加速度、圧力等であってもよい。

【0012】

本実施形態では、第１物理量センサー１１及び第２物理量センサー１２は、センサーモジュール１の内部に互いに近い位置に、検出軸が互いに逆方向となるように取り付けられている。したがって、第２軸は、第１軸と逆方向である。ここで、第２軸が第１軸と逆方向であるとは、第１軸と第２軸とのなす角が正確に１８０°である場合のみならず、第１物理量センサー１１及び第２物理量センサー１２の製造誤差や取り付け誤差等に起因して、第１軸と第２軸とのなす角が１８０°に対して誤差を有する場合も含まれる。また、第２軸が、第１軸成分の物理量に対して第１軸と異なる符号の感度を持つ検出軸であれば効果が得られることから、「第２軸が第１軸と逆方向」とは、第１軸と第２軸とのなす角が正確に１８０°である場合のみならず、第２軸の方向成分に第１軸の逆方向成分を含む場合も含まれる。

【0013】

第１物理量センサー１１及び第２物理量センサー１２は、検出軸が互いに逆方向であるので、第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数ｆ１が高くなる方向に変化するときは、第２被測定信号ＴＲＧ２の周波数ｆ２は低くなる方向に変化する。また、第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数ｆ１が低くなる方向に変化するときは、第２被測定信号ＴＲＧ２の周波数ｆ２は高くなる方向に変化する。以降の説明では、物理量がゼロのとき周波数ｆ１及び周波数ｆ２はともに基準周波数ｆ０であり、第１軸の方向の物理量が発生したときは周波数ｆ１が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ高くなるとともに周波数ｆ２が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ低くなり、第２軸の方向の物理量が発生したときは周波数ｆ１が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ低くなるとともに周波数ｆ２が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ高くなるものとする。

【0014】

基準周期信号生成部４０は、基準周期信号ＣＬＫを出力する。例えば、基準周期信号生成部４０は、水晶振動子やシリコンＭＥＭＳ振動子を発振させて基準周期信号ＣＬＫを出力する発振回路であってもよいし、ＳＡＷ共振子を使用した発振回路であってもよい。ＳＡＷは、Surface Acoustic Waveの略である。あるいは、基準周期信号生成部４０は、基準周期信号ＣＬＫを出力するＲＣ発振回路やＬＣ発振回路であってもよい。

【0015】

第１カウント部２１は、第１被測定信号ＴＲＧ１及び基準周期信号ＣＬＫの一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第１カウント値ＣＮＴ１を生成する。

【0016】

第２カウント部２２は、第２被測定信号ＴＲＧ２及び基準周期信号ＣＬＫの一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第２カウント値ＣＮＴ２を生成する。

【0017】

第１被測定信号ＴＲＧ１の時間イベントとは、第１被測定信号ＴＲＧ１が変化するタイミングであり、例えば、第１被測定信号ＴＲＧ１の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジであってもよいし、第１被測定信号ＴＲＧ１の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジであってもよい。同様に、第２被測定信号ＴＲＧ２の時間イベントとは、第２被測定信号ＴＲＧ２が変化するタイミングであり、例えば、第２被測定信号ＴＲＧ２の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジであってもよいし、第２被測定信号ＴＲＧ２の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジであってもよい。同様に、基準周期信号ＣＬＫの時間イベントとは、基準周期信号ＣＬＫが変化するタイミングであり、例えば、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジであってもよいし、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジであってもよい。図２の例では、第１カウント部２１は、第１被測定信号ＴＲＧ１の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに同期して、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジをカウントして第１カウント値ＣＮＴ１を生成している。同様に、第２カウント部２２は、第２被測定信号ＴＲＧ２の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに同期して、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジをカウントして第２カウント値ＣＮＴ２を生成している。

【0018】

第１フィルター３１は、第１カウント値ＣＮＴ１が入力され、第１カウント値ＣＮＴ１に含まれるノイズ成分を低減させるためのフィルター処理を行って第３カウント値ＣＮＴ３を出力する。第２フィルター３２は、第２カウント値ＣＮＴ２が入力され、第２カウント値ＣＮＴ２に含まれるノイズ成分を低減させるためのフィルター処理を行って第４カウント値ＣＮＴ４を出力する。第１フィルター３１は、第１被測定信号ＴＲＧ１に同期して動作し、第２フィルター３２は、第２被測定信号ＴＲＧ２に同期して動作する。第１フィルター３１が行うフィルター処理及び第２フィルター３２が行うフィルター処理は、例えば、ローパスフィルター処理であってもよいし、バンドパスフィルター処理であってもよい。

【0019】

フィルター部５０は、第１フィルター３１から出力される第３カウント値ＣＮＴ３と第２フィルター３２から出力される第４カウント値ＣＮＴ４との差分に基づく測定値ＤＯを出力する。

【0020】

本実施形態では、フィルター部５０は、減算器５１と第３フィルター５２とを含む。減算器５１は、第１フィルター３１から出力される第３カウント値ＣＮＴ３と第２フィルター３２から出力される第４カウント値ＣＮＴ４との差分値を出力する。第３フィルター５２は、減算器５１から出力される差分値が入力され、当該差分値に対してフィルター処理を行って測定値ＤＯを出力する。第３フィルター５２は、基準周期信号ＣＬＫに同期して動作する。第３フィルター５２が行うフィルター処理は、例えば、移動平均処理であってもよいし、デシメーション処理であってもよいし、移動平均処理及びデシメーション処理であってもよい。第３フィルター５２から出力される測定値ＤＯは、センサーモジュール１から不図示の外部装置に出力される。

【0021】

このように構成されているセンサーモジュール１では、第１カウント値ＣＮＴ１は、第１被測定信号ＴＲＧ１と基準周期信号ＣＬＫとの周波数比を示し、第２カウント値ＣＮＴ２は第２被測定信号ＴＲＧ２と基準周期信号ＣＬＫとの周波数比を示す。前述の通り、第１軸の方向の物理量が発生したときは第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数ｆ１が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ高くなるとともに、第２被測定信号ＴＲＧ２の周波数ｆ２が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ低くなる。したがって、第１カウント値ＣＮＴ１と第２カウント値ＣＮＴ２との差分に基づく測定値ＤＯは、２Δｆに対応する値となる。また、第２軸の方向の物理量が発生したときは第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数ｆ１が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ低くなるとともに、第２被測定信号ＴＲＧ２の周波数ｆ２が基準周波数ｆ０よりもΔｆだけ高くなる。したがって、第１カウント値ＣＮＴ１と第２カウント値ＣＮＴ２との差分に基づく測定値ＤＯは、－２Δｆに対応する値となる。このように、センサーモジュール１は、２倍の感度で第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数変化量Δｆを２倍の感度で測定する周波数カウンターとして機能する。また、第１カウント値ＣＮＴ１と第２カウント値ＣＮＴ２との差分により、第１カウント値ＣＮＴ１及び第２カウント値ＣＮＴ２に含まれる同相ノイズが低減された測定値ＤＯが得られる。外部装置は、測定値ＤＯに基づいて、第１物理量センサー１１が検出した物理量の大きさを判断し、必要な演算や制御を行うことができる。

【0022】

周知の通り、周波数カウンターのカウント方式には、直接カウント方式とレシプロカルカウント方式とがある。直接カウント方式では、基準周期信号ＣＬＫと第１被測定信号ＴＲＧ１又は第２被測定信号ＴＲＧ２のうち、基準周期信号ＣＬＫを動作クロックとして用いる。レシプロカルカウント方式では、直接カウント方式とは逆に、第１被測定信号ＴＲＧ１又は第２被測定信号ＴＲＧ２を動作クロックとして用いる。

【0023】

直接カウント方式とレシプロカルカウント方式のいずれを用いてもよいが、以下では、レシプロカルカウント方式を用いたセンサーモジュール１を例に挙げ、第１カウント部２１及び第２カウント部２２の具体的な構成例について説明する。

【0024】

第１カウント部２１と第２カウント部２２とは、入力される第１被測定信号ＴＲＧ１と第２被測定信号ＴＲＧ２とが異なり、出力される第１カウント値ＣＮＴ１及び第２カウント値ＣＮＴ２とが異なるが、内部の構成は同じである。そのため、第１被測定信号ＴＲＧ１又は第２被測定信号ＴＲＧ２を被測定信号ＴＲＧとし、第１カウント値ＣＮＴ１又は第２カウント値ＣＮＴ２をカウント値ＣＮＴとして、第１カウント部２１及び第２カウント部２２の構成について説明する。

【0025】

図３は、第１カウント部２１又は第２カウント部２２の構成例を示す図である。図３に示すように、第１カウント部２１又は第２カウント部２２は、カウンター６１、時間デジタル値生成部６２、合成出力値生成部６３、Ｄフリップフロップ６４及び減算器６５を含む。なお、図３では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ６４は１つのみ図示されているが、実際には、Ｄフリップフロップ６４はＮ個存在する。

【0026】

カウンター６１は、基準周期信号ＣＬＫのエッジの数をカウントする。本実施形態では、カウンター６１は、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジの数をカウントし、Ｍビットのカウント値ＣＤを出力する。

【0027】

時間デジタル値生成部６２は、被測定信号ＴＲＧと基準周期信号ＣＬＫとの位相差に基づくＮビットの時間デジタル値ＴＤを生成する。

【0028】

合成出力値生成部６３は、時間デジタル値ＴＤとカウント値ＣＤとに基づいてＮビットの合成出力値ＤＴＳを生成する。合成出力値生成部６３は、被測定信号ＴＲＧに同期して合成出力値ＤＴＳを生成してもよい。例えば、合成出力値生成部６３は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方のタイミングで合成出力値ＤＴＳを生成してもよい。あるいは、合成出力値生成部６３は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで合成出力値ＤＴＳを生成してもよい。合成出力値ＤＴＳは、被測定信号ＴＲＧと基準周期信号ＣＬＫとの周波数比を示す信号である。

【0029】

Ｎ個のＤフリップフロップ６４は、基準周期信号ＣＬＫに同期してＮビットの合成出力値ＤＴＳを取り込んで保持する。本実施形態では、Ｎ個のＤフリップフロップ６４は、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、Ｎビットの合成出力値ＤＴＳを取り込んで保持する。

【0030】

減算器６５は、合成出力値生成部６３から出力されるＮビットの合成出力値ＤＴＳから、Ｎ個のＤフリップフロップ６４が保持するＮビットの合成出力値ＤＴＳを減算し、Ｎビットのカウント値ＣＮＴを出力する。

【0031】

第１カウント部２１が有する合成出力値生成部６３と第２カウント部２２が有する合成出力値生成部６３とは、入力される第１被測定信号ＴＲＧ１と第２被測定信号ＴＲＧ２とが異なるが、内部の構成は同じである。そのため、第１被測定信号ＴＲＧ１又は第２被測定信号ＴＲＧ２を被測定信号ＴＲＧとして、合成出力値生成部６３の構成について説明する。

【0032】

図４は、合成出力値生成部６３の構成例を示す図である。図４に示すように、合成出力値生成部６３は、Ｄフリップフロップ７１、乗算器７２、減算器７３及びＤフリップフロップ７４を含む。なお、図４では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ７１及びＤフリップフロップ７４はそれぞれ１つのみ図示されているが、実際には、Ｄフリップフロップ７１はＭ個存在し、Ｄフリップフロップ７４はＮ個存在する。

【0033】

Ｍ個のＤフリップフロップ７１は、被測定信号ＴＲＧに同期してＭビットのカウント値ＣＤを取り込んで保持する。本実施形態では、Ｍ個のＤフリップフロップ７１は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに同期して、Ｍビットのカウント値ＣＤを取り込んでＭビットのカウント値ＤＣＤとして保持する。具体的には、Ｍ個のＤフリップフロップ７１は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジが到来したときのカウント値ＣＤを取り込み、被測定信号ＴＲＧの立ち下がりエッジが到来するまでカウント値ＤＣＤとして保持する。また、Ｍ個のＤフリップフロップ７１は、被測定信号ＴＲＧの立ち下がりエッジが到来したときのカウント値ＣＤを取り込み、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジが到来するまでカウント値ＤＣＤとして保持する。

【0034】

乗算器７２は、Ｍビットのカウント値ＤＣＤと整数Ｎ_Ｐとの乗算を行う。すなわち、乗算器７２は、カウント値ＤＣＤのＮ_Ｐ倍であるＮビットの値を出力する。なお、整数Ｎ_Ｐが２のｎ乗であれば、乗算器７２は、カウント値ＤＣＤをｎビットシフトする簡易な回路として実現することができる。

【0035】

減算器７３は、乗算器７２から出力されるＮビットの値から、時間デジタル値生成部６２から出力されるＮビットの時間デジタル値ＴＤを減算し、Ｎビットのタイムスタンプ値ＴＳを出力する。

【0036】

Ｎ個のＤフリップフロップ７４は、被測定信号ＴＲＧに同期してＮビットのタイムスタンプ値ＴＳを取り込んで保持する。本実施形態では、Ｎ個のＤフリップフロップ７４は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジが到来すると、Ｎビットのタイムスタンプ値ＴＳを取り込んでＮビットの合成出力値ＤＴＳとして保持する。

【0037】

第１カウント部２１が有する時間デジタル値生成部６２と第２カウント部２２が有する時間デジタル値生成部６２とは、入力される第１被測定信号ＴＲＧ１と第２被測定信号ＴＲＧ２とが異なるが、内部の構成は同じである。そのため、第１被測定信号ＴＲＧ１又は第２被測定信号ＴＲＧ２を被測定信号ＴＲＧとして、時間デジタル値生成部６２の構成について説明する。

【0038】

図５は、時間デジタル値生成部６２の構成例を示す図である。図５に示すように、時間デジタル値生成部６２は、制御部８１、発振部８２、カウンター８３、Ｄフリップフロップ８４、加算器８５及びＤフリップフロップ８６を含む。なお、図５では図示の簡略化のため、Ｄフリップフロップ８４及びＤフリップフロップ８６はそれぞれ１つのみ図示されているが、実際には、Ｄフリップフロップ８４はＫ個存在し、Ｄフリップフロップ８６はＮ個存在する。

【0039】

制御部８１は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出してイネーブル信号ＥＮをアクティブにして出力する。本実施形態では、イネーブル信号ＥＮはハイレベルがアクティブであるものとする。制御部８１は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルにした後に、カウンター８３から出力されるカウント値ＣＴに基づいて、発振部８２から出力されるクロック信号ＣＫの立ち上がりエッジの数が所定数まで達した場合にイネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替える。また、制御部８１は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルからローレベルに切り替えた後、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが所定回到来するとリセット信号ＲＳＴ１をアクティブにして出力する。本実施形態では、リセット信号ＲＳＴ１はハイレベルがアクティブであるものとする。制御部８１は、リセット信号ＲＳＴ１をハイレベルにした後に所定時間が経過した時点で、リセット信号ＲＳＴ１をハイレベルからローレベルに切り替える。また、制御部８１は、イネーブル信号ＥＮをハイレベルにした後、基準周期信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジが到来するとリセット信号ＲＳＴ２をアクティブにして出力する。本実施形態では、リセット信号ＲＳＴ２はハイレベルがアクティブであるものとする。制御部８１は、リセット信号ＲＳＴ２をハイレベルにした後に所定時間が経過した時点で、リセット信号ＲＳＴ２をハイレベルからローレベルに切り替える。イネーブル信号ＥＮは発振部８２に供給され、リセット信号ＲＳＴ１はカウンター８３及びＫ個のＤフリップフロップ８４に供給され、リセット信号ＲＳＴ２はＮ個のＤフリップフロップ８６に供給される。

【0040】

発振部８２は、イネーブル信号ＥＮがハイレベルのときに発振し、イネーブル信号ＥＮがローレベルのときに発振を停止する。例えば、図６に示すように、発振部８２は、２入力の論理積回路９１及び論理反転回路９２を含む。論理積回路９１は、イネーブル信号ＥＮと論理反転回路９２の出力信号とが入力され、イネーブル信号ＥＮと論理反転回路９２の出力信号の論理積信号を出力する。論理反転回路９２は、論理積回路９１の出力信号が入力され、論理積回路９１の出力信号の論理反転信号を出力する。

【0041】

カウンター８３は、クロック信号ＣＫのエッジの数をカウントする。本実施形態では、カウンター８３は、リセット信号ＲＳＴ１がローレベルのとき、クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジの数をカウントし、Ｋビットのカウント値ＣＴを出力する。また、カウンター８３は、リセット信号ＲＳＴ１がハイレベルのとき、カウント値ＣＴをゼロに初期化する。

【0042】

Ｋ個のＤフリップフロップ８４は、基準周期信号ＣＬＫに同期してＫビットのカウント値ＣＴを取り込んで保持する。本実施形態では、Ｋ個のＤフリップフロップ８４は、リセット信号ＲＳＴ１がローレベルのとき、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、Ｋビットのカウント値ＣＴを取り込んでＫビットのカウント値ＤＣＴとして保持する。また、Ｋ個のＤフリップフロップ８４は、リセット信号ＲＳＴ１がハイレベルのとき、カウント値ＤＣＴをゼロに初期化する。

【0043】

加算器８５は、Ｎ個のＤフリップフロップ８６が保持して出力するＮビットの値とＫ個のＤフリップフロップ８４が保持するＫビットのカウント値ＤＣＴとを加算してＮビットの加算値を出力する。

【0044】

Ｎ個のＤフリップフロップ８６は、基準周期信号ＣＬＫに同期して加算器８５から出力される加算値を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｎ個のＤフリップフロップ８６は、リセット信号ＲＳＴ２がローレベルのとき、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、加算器８５から出力されるＮビットの加算値を取り込んでＮビットの時間デジタル値ＴＤとして保持する。また、Ｎ個のＤフリップフロップ８６は、リセット信号ＲＳＴ２がハイレベルのとき、時間デジタル値ＴＤをゼロに初期化する。

【0045】

このように構成されている時間デジタル値生成部６２は、基準周期信号ＣＬＫに同期して値が増加するカウント値ＤＣＴを積算するΣＡＴＤＣ方式により、時間デジタル値ＴＤを生成する。ＡＴＤＣは、Accumulated Time to Digital Convertの略である。

【0046】

図３～図６で示したように構成されている第１カウント部２１では、第１カウント値ＣＮＴ１は、レシプロカルカウント値であり、第１被測定信号ＴＲＧ１の立ち上がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの時間、あるいは、第１被測定信号ＴＲＧ１の立ち下がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間に対応した値である。すなわち、第１カウント値ＣＮＴ１は、第１被測定信号ＴＲＧ１の連続する２つのエッジの間の時間が長いほど大きな値となり、第１被測定信号ＴＲＧ１の連続する２つのエッジの間の時間が短いほど小さな値となる。すなわち、第１カウント値ＣＮＴ１は、第１被測定信号ＴＲＧ１の周期に応じた値となる。

【0047】

同様に、図３～図６で示したように構成されている第２カウント部２２では、第２カウント値ＣＮＴ２は、レシプロカルカウント値であり、第２被測定信号ＴＲＧ２の立ち上がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの時間、あるいは、第２被測定信号ＴＲＧ２の立ち下がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間に対応した値である。すなわち、第２カウント値ＣＮＴ２は、第２被測定信号ＴＲＧ２の連続する２つのエッジの間の時間が長いほど大きな値となり、第２被測定信号ＴＲＧ２の連続する２つのエッジの間の時間が短いほど小さな値となる。すなわち、第２カウント値ＣＮＴ２は、第２被測定信号ＴＲＧ２の周期に応じた値となる。

【0048】

なお、第１カウント部２１が有する時間デジタル値生成部６２は「第１時間デジタル値生成部」の一例であり、当該時間デジタル値生成部６２が生成する時間デジタル値ＴＤは「第１時間デジタル値」の一例である。また、第１カウント部２１が有する合成出力値生成部６３は「第１合成出力値生成部」の一例であり、当該合成出力値生成部６３が生成する合成出力値ＤＴＳは「第１合成出力値」の一例である。また、第２カウント部２２が有する時間デジタル値生成部６２は「第２時間デジタル値生成部」の一例であり、当該時間デジタル値生成部６２が生成する時間デジタル値ＴＤは「第２時間デジタル値」の一例である。また、第２カウント部２２が有する合成出力値生成部６３は「第２合成出力値生成部」の一例であり、当該合成出力値生成部６３が生成する合成出力値ＤＴＳは「第２合成出力値」の一例である。

【0049】

次に、図７及び図８を用いて、時間デジタル値生成部６２及び合成出力値生成部６３の詳細な動作を説明する。図７及び図８は、時間デジタル値生成部６２及び合成出力値生成部６３の動作の一例を示すタイミングチャート図である。なお、図７及び図８の例では、合成出力値生成部６３において乗算器７２に入力される整数Ｎ_Ｐは３２である。

【0050】

図７に示すように、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＤが１ずつ増えていく。そして、時刻ｔ０において、被測定信号ＴＲＧがローレベルからハイレベルに遷移すると、この時のカウント値ＣＤが１０であるので、カウント値ＤＣＤが０から１０に変わり、タイムスタンプ値ＴＳが０から３２０に変わる。また、被測定信号ＴＲＧがローレベルからハイレベルに遷移すると、発振部８２の発振が開始し、クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＴが１ずつ増えていく。

【0051】

時刻ｔ０から時間Ｐ１が経過した時刻ｔ１において、被測定信号ＴＲＧがハイレベルに遷移した後の基準周期信号ＣＬＫの最初の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期してカウント値ＤＣＴが０から４に変わる。また、当該エッジに同期してリセット信号ＲＳＴ２がローレベルからハイレベルに遷移し、時間デジタル値ＴＤが０に初期化される。その後、リセット信号ＲＳＴ２がハイレベルからローレベルに遷移し、時間デジタル値ＴＤの初期化動作が解除される。

【0052】

時刻ｔ２において、基準周期信号ＣＬＫの２番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期してカウント値ＤＣＴが４から１２に変わり、時間デジタル値ＴＤが０から４に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが３２０から３１６に変わる。

【0053】

時刻ｔ３において、基準周期信号ＣＬＫの３番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが１２から２０に変わり、時間デジタル値ＴＤが４から１６に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが３１６から３０４に変わる。

【0054】

時刻ｔ４において、基準周期信号ＣＬＫの４番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが２０から２９に変わり、時間デジタル値ＴＤが１６から３６に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが３０４から２８４に変わる。その後、カウント値ＣＴが３２に達すると発振部８２の発振が停止し、カウント値ＣＴは３２に保持される。

【0055】

時刻ｔ５において、基準周期信号ＣＬＫの５番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが２９から３２に変わり、時間デジタル値ＴＤが３６から６５に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが２８４から２５５に変わる。

【0056】

時刻ｔ６において、基準周期信号ＣＬＫの６番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが６５から９７に変わり、タイムスタンプ値ＴＳが２５５から２２３に変わる。なお、カウント値ＤＣＴは３２のまま変わらない。

【0057】

時刻ｔ７において、基準周期信号ＣＬＫの７番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが９７から１２９に変わり、タイムスタンプ値ＴＳが２２３から１９１に変わる。なお、カウント値ＤＣＴは３２のまま変わらない。

【0058】

時刻ｔ８において、基準周期信号ＣＬＫの８番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、リセット信号ＲＳＴ１がローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＣＴ及びカウント値ＤＣＴが０に初期化される。カウント値ＣＴが３２から０に変わったため、時間デジタル値ＴＤは１２９のまま変わらず、タイムスタンプ値ＴＳも１９１のまま変わらない。その後、リセット信号ＲＳＴ１がハイレベルからローレベルに遷移し、カウント値ＣＴ及びカウント値ＤＣＴの初期化が解除される。

【0059】

その後、時間が経過し、図８に示すように、時刻ｔ９において、基準周期信号ＣＬＫの１１番目の立ち上がりエッジが到来し、カウント値ＣＤが２０から２１に変わる。そして、時刻ｔ１０において、被測定信号ＴＲＧがハイレベルからローレベルに遷移すると、この時のタイムスタンプ値ＴＳが１９１であるので、合成出力値ＤＴＳが０から１９１に変わる。また、被測定信号ＴＲＧがハイレベルからローレベルに遷移した時のカウント値ＣＤが２１であるので、カウント値ＤＣＤが１０から２１に変わり、タイムスタンプ値ＴＳが１９１から５４３に変わる。また、被測定信号ＴＲＧがハイレベルからローレベルに遷移すると、発振部８２の発振が開始し、クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＴが１ずつ増えていく。

【0060】

時刻ｔ１０から時間Ｐ２が経過した時刻ｔ１１において、基準周期信号ＣＬＫの１２番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期してカウント値ＤＣＴが０から６に変わる。また、当該エッジに同期してリセット信号ＲＳＴ２がローレベルからハイレベルに遷移し、時間デジタル値ＴＤが０に初期化され、タイムスタンプ値ＴＳが５４３から６７２に変わる。その後、リセット信号ＲＳＴ２がハイレベルからローレベルに遷移し、時間デジタル値ＴＤの初期化動作が解除される。

【0061】

時刻ｔ１２において、基準周期信号ＣＬＫの１３番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが６から１４に変わり、時間デジタル値ＴＤが０から６に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが６７２から６６６に変わる。

【0062】

時刻ｔ１３において、基準周期信号ＣＬＫの１４番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが１４から２２に変わり、時間デジタル値ＴＤが６から２０に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが６６６から６５２に変わる。

【0063】

時刻ｔ１４において、基準周期信号ＣＬＫの１５番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが２２から３１に変わり、時間デジタル値ＴＤが２０から４２に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが６５２から６３０に変わる。その後、カウント値ＣＴが３２に達すると発振部８２の発振が停止し、カウント値ＣＴは３２に保持される。

【0064】

時刻ｔ１５において、基準周期信号ＣＬＫの１６番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、カウント値ＤＣＴが３１から３２に変わり、時間デジタル値ＴＤが４２から７３に変わる。また、当該エッジに同期してタイムスタンプ値ＴＳが６３０から５９９に変わる。

【0065】

時刻ｔ１６において、基準周期信号ＣＬＫの１７番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが７３から１０５に変わり、タイムスタンプ値ＴＳが５９９から５６７に変わる。なお、カウント値ＤＣＴは３２のまま変わらない。

【0066】

時刻ｔ１７において、基準周期信号ＣＬＫの１８番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、時間デジタル値ＴＤが１０５から１３７に変わり、タイムスタンプ値ＴＳが５６７から５３５に変わる。なお、カウント値ＤＣＴは３２のまま変わらない。

【0067】

時刻ｔ１８において、基準周期信号ＣＬＫの１９番目の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、リセット信号ＲＳＴ１がローレベルからハイレベルに遷移し、カウント値ＣＴ及びカウント値ＤＣＴが０に初期化される。カウント値ＣＴが３２から０に変わったため、時間デジタル値ＴＤは１３７のまま変わらず、タイムスタンプ値ＴＳも５３５のまま変わらない。その後、リセット信号ＲＳＴ１がハイレベルからローレベルに遷移し、カウント値ＣＴ及びカウント値ＤＣＴの初期化が解除される。

【0068】

ここで、図８に示す時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの時間Ｐ２は、図７に示す時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｐ１よりも長い。また、時刻ｔ１２から時刻ｔ１８までの各時刻における時間デジタル値ＴＤは、時刻ｔ２から時刻ｔ８までの各時刻における時間デジタル値ＴＤよりも大きい値となるように遷移している。したがって、被測定信号ＴＲＧのエッジと基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔が長いほど、時間デジタル値ＴＤが大きな値となる。そして、時刻ｔ７において変化した後の時間デジタル値ＴＤである１２９は時間Ｐ１に対応し、時刻ｔ１７において変化した後の時間デジタル値ＴＤである１３７は時間Ｐ２に対応している。

【0069】

図７及び図８の例では、基準周期信号ＣＬＫの１周期の時間をＴとすると、被測定信号ＴＲＧがハイレベルの時間はＴ×（２１－１０）＋Ｐ１－Ｐ２＝（Ｔ×２１－Ｐ２）－（Ｔ×１０－Ｐ１）である。ここで、時刻ｔ７において変化した後のタイムスタンプ値ＴＳ、すなわち１９１（＝３２×１０－１２９）は（Ｔ×１０－Ｐ１）に対応する。また、時刻ｔ１７において変化した後のタイムスタンプ値ＴＳ、すなわち５３５（＝３２×２１－１３７）は（Ｔ×２１－Ｐ２）に対応する。したがって、この２つのタイムスタンプ値ＴＳが被測定信号ＴＲＧのエッジで保持された２つの合成出力値ＤＴＳの差分値、すなわち３４４（＝５３５－１９１）は被測定信号ＴＲＧがハイレベルの時間、すなわち被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの時間間隔に対応する。

【0070】

一般化すると、ｉ番目の合成出力値ＤＴＳとｉ＋１番目の合成出力値ＤＴＳとの差分値であるカウント値ＣＮＴは、被測定信号ＴＲＧのｉ番目のエッジとｉ＋１番目のエッジとの時間間隔、すなわち被測定信号ＴＲＧの半周期の時間に対応する。詳細には、第１カウント値ＣＮＴ１は第１被測定信号ＴＲＧ１の半周期の時間に対応し、第２カウント値ＣＮＴ２は第２被測定信号ＴＲＧ２の半周期の時間に対応する。したがって、測定値ＤＯは、第１被測定信号ＴＲＧ１の半周期の時間と第２被測定信号ＴＲＧ２の半周期の時間との差に相当し、前述の通り、基準周波数ｆ０からの第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数ｆ１の変化量に対応する。したがって、外部装置は、測定値ＤＯに基づいて第１被測定信号ＴＲＧ１の周波数を算出し、第１物理量センサー１１が検出した物理量を測定することができる。

【0071】

ここで、図７及び図８に示したように、複数の合成出力値ＤＴＳが順に生成される期間において、基準周期信号ＣＬＫが停止することなく、基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来する毎にカウント値ＣＤが１ずつ増えていく。これにより、合成出力値ＤＴＳの量子化誤差が次の合成出力値ＤＴＳの生成にフィードバックされることになる。すなわち、生成される複数の合成出力値ＤＴＳはデルタシグマ変調信号の性質を満たすので、ノイズシェーピング効果が得られ、量子化誤差が高周波数帯域にシフトする。したがって、外部装置は、測定値ＤＯに基づいて、物理量を高精度に測定することができる。

【0072】

以上に説明したように、第１実施形態のセンサーモジュール１では、第１物理量センサー１１から出力される第１被測定信号ＴＲＧ１に基づく第３カウント値ＣＮＴ３と、第２物理量センサー１２から出力される第２被測定信号ＴＲＧ２に基づく第４カウント値ＣＮＴ４との差分により、第３カウント値ＣＮＴ３及び第４カウント値ＣＮＴ４に含まれる同相ノイズが低減された測定値ＤＯが得られる。また、第１物理量センサー１１の検出軸と第２物理量センサー１２の検出軸とが逆方向であるので、第１被測定信号ＴＲＧ１に基づく第３カウント値ＣＮＴ３と第２被測定信号ＴＲＧ２に基づく第４カウント値ＣＮＴ４との差分により、感度の大きい測定値ＤＯが得られる。したがって、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、同相ノイズを低減させるとともに測定感度を向上させることができる。

【0073】

また、第１実施形態のセンサーモジュール１では、第１物理量センサー１１から出力される第１被測定信号ＴＲＧ１に基づく第１カウント値ＣＮＴ１に含まれるノイズが第１フィルター３１によって低減され、第２物理量センサー１２から出力される第２被測定信号ＴＲＧ２に基づく第２カウント値ＣＮＴ２に含まれるノイズが第２フィルター３２によって低減される。すなわち、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１カウント値ＣＮＴ１及び第２カウント値ＣＮＴ２に含まれる同相でないノイズを、第１フィルター３１及び第２フィルター３２によって個別に低減させることができる。

【0074】

また、第１実施形態のセンサーモジュール１は、第１物理量センサー１１から出力される第１被測定信号ＴＲＧ１に対して、アナログ信号処理をすることなくデジタル値である第１カウント値ＣＮＴ１を生成し、第２物理量センサー１２から出力される第２被測定信号ＴＲＧ２に対して、アナログ信号処理をすることなくデジタル値である第２カウント値ＣＮＴ２を生成する。したがって、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１被測定信号ＴＲＧ１及び第２被測定信号ＴＲＧ２に、被測定物に生じる高周波電磁振動ノイズに起因する周波数成分およびその高調波成分が含まれていたとしても、高周波ノイズの影響を受けやすいアナログ回路が不要であるので、高周波電磁振動ノイズの影響を受けにくい。また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１被測定信号ＴＲＧ１及び第２被測定信号ＴＲＧ２から、高周波電磁振動ノイズに起因する周波数成分およびその高調波成分を除去する必要がないので、回路規模が低減される。

【0075】

また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、フィルター部５０において、第１被測定信号ＴＲＧ１に基づく第３カウント値ＣＮＴ３及び第２被測定信号ＴＲＧ２に基づく第４カウント値ＣＮＴ４に対して各種の信号処理を行うことができる。

【0076】

また、第１実施形態のセンサーモジュール１では、第１カウント部２１において、合成出力値ＤＴＳの量子化誤差が次の合成出力値ＤＴＳの生成にフィードバックされるので、合成出力値ＤＴＳはデルタシグマ変調信号の性質を満たし、ノイズシェーピング効果が得られ、量子化誤差が高周波数帯域にシフトする。同様に、第２カウント部２２において、合成出力値ＤＴＳの量子化誤差が次の合成出力値ＤＴＳの生成にフィードバックされるので、合成出力値ＤＴＳはデルタシグマ変調信号の性質を満たし、ノイズシェーピング効果が得られ、量子化誤差が高周波数帯域にシフトする。したがって、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１カウント部２１において合成出力値ＤＴＳに基いて生成される時間デジタル値ＴＤ及び第２カウント部２２において合成出力値ＤＴＳに基いて生成される時間デジタル値ＴＤのＳ／Ｎ比が向上する。

【0077】

また、一般に直接カウント方式とレシプロカルカウント方式とでは計測精度に差があるため被測定信号ＴＲＧの周波数帯域と基準周期信号ＣＬＫの周波数との関係に応じて最適なカウント方式を選択する必要があるが、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１カウント部２１及び第２カウント部２２において、合成出力値ＤＴＳがデルタシグマ変調信号の性質を満たすことで、いずれの方式でも同等の測定精度を得ることができるので、計測精度の制約を考慮せずにカウント方式を選択することができる。例えば、第１カウント部２１において、第１被測定信号ＴＲＧ１及び基準周期信号ＣＬＫのうち、周期が長い方の信号に同期して周期が短い方の信号の時間イベントをカウントする構成とし、第２カウント部２２において、第２被測定信号ＴＲＧ２及び基準周期信号ＣＬＫのうち、周期が長い方の信号に同期して周期が短い方の信号の時間イベントをカウントする構成とすることができる。これにより、第１被測定信号ＴＲＧ１及び基準周期信号ＣＬＫのうち、周期が短い方の信号に同期して周期が長い方の信号の時間イベントをカウントし、第２被測定信号ＴＲＧ２及び基準周期信号ＣＬＫのうち、周期が短い方の信号に同期して周期が長い方の信号の時間イベントをカウントする構成よりも、動作周波数を下げることができるため、測定精度を保ったまま低消費電力化が可能となる。

【0078】

また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、フィルター部５０において、第３カウント値ＣＮＴ３と第４カウント値ＣＮＴ４に対するフィルターを共通化することができるので、必要な回路リソースの増加を抑制することができる。

【0079】

また、第１実施形態のセンサーモジュール１では、第１フィルター３１が第１被測定信号ＴＲＧ１に同期して動作し、第１フィルター３１の後段に設けられた第３フィルター５２が第１被測定信号ＴＲＧ１とは異なる基準周期信号ＣＬＫに同期して動作することにより、第１フィルター３１に入力される第１カウント値ＣＮＴ１と第３フィルター５２から出力される測定値ＤＯとの関係に非線形性が生じる。同様に、第２フィルター３２が第２被測定信号ＴＲＧ２に同期して動作し、第２フィルター３２の後段に設けられた第３フィルター５２が第２被測定信号ＴＲＧ２とは異なる基準周期信号ＣＬＫに同期して動作することにより、第２フィルター３２に入力される第２カウント値ＣＮＴ２と第３フィルター５２から出力される測定値ＤＯとの関係に非線形性が生じる。そして、これらの非線形性によって生じる振動整流誤差は、第１フィルター３１、第２フィルター３２及び第３フィルター５２のそれぞれの群遅延量に応じて変化する。したがって、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１フィルター３１、第２フィルター３２及び第３フィルター５２のそれぞれの群遅延量を適切な値に設定することにより、この非線形性によって生じる振動整流誤差と第１被測定信号ＴＲＧ１の非対称性及び第２被測定信号ＴＲＧ２の非対称性によって生じる振動整流誤差とが打ち消しあい、測定値ＤＯに含まれる振動整流誤差が低減される。

【0080】

２．第２実施形態
以下、第２実施形態のセンサーモジュール１について、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。

【0081】

図９は、第２実施形態のセンサーモジュール１の構成を示すブロック図である。図９において、図１と同じ構成要素には同じ符号が付されている。図９に示すように、第２実施形態のセンサーモジュール１は、第１物理量センサー１１、第２物理量センサー１２、第１カウント部２１、第２カウント部２２、第１フィルター３１、第２フィルター３２、基準周期信号生成部４０及びフィルター部５０を備える。第１物理量センサー１１、第２物理量センサー１２、第１カウント部２１、第２カウント部２２、第１フィルター３１、第２フィルター３２及び基準周期信号生成部４０の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0082】

第１実施形態と同様、フィルター部５０は、第１フィルター３１から出力される第３カウント値ＣＮＴ３と第２フィルター３２から出力される第４カウント値ＣＮＴ４との差分に基づく測定値ＤＯを出力する。ただし、フィルター部５０の構成は、第１実施形態と異なる。図９に示すように、フィルター部５０は、第３フィルター５３と、第４フィルター５４と、減算器５５とを含む。

【0083】

第３フィルター５３は、第１フィルター３１から出力される第３カウント値ＣＮＴ３が入力され、第３カウント値ＣＮＴ３に対してフィルター処理を行って第５カウント値ＣＮＴ５を出力する。第３フィルター５３は、基準周期信号ＣＬＫに同期して動作する。第３フィルター５３が行うフィルター処理は、例えば、移動平均処理であってもよいし、デシメーション処理であってもよいし、移動平均処理及びデシメーション処理であってもよい。

【0084】

第４フィルター５４は、第２フィルター３２から出力される第４カウント値ＣＮＴ４が入力され、第４カウント値ＣＮＴ４に対してフィルター処理を行って第６カウント値ＣＮＴ６を出力する。第４フィルター５４は、基準周期信号ＣＬＫに同期して動作する。第４フィルター５４が行うフィルター処理は、例えば、移動平均処理であってもよいし、デシメーション処理であってもよいし、移動平均処理及びデシメーション処理であってもよい。

【0085】

減算器５５は、第３フィルター５３から出力される第５カウント値ＣＮＴ５と第４フィルター５４から出力される第６カウント値ＣＮＴ６との差分値を測定値ＤＯとして出力する。減算器５５から出力される測定値ＤＯは、センサーモジュール１から不図示の外部装置に出力される。

【0086】

第２実施形態のセンサーモジュール１のその他の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0087】

以上に説明した第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１実施形態のセンサーモジュール１と同様の効果が得られる。

【0088】

さらに、第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１物理量センサー１１の特性と第２物理量センサー１２の特性とが互いに異なっていても、フィルター部５０において、第１物理量センサー１１の特性を第３フィルター５３で補償し、第２物理量センサー１２の特性を第４フィルター５４で補償することができる。例えば、第１物理量センサー１１の構造共振周波数と第２物理量センサー１２の構造共振周波数とが異なる場合、第１物理量センサー１１の周波数特性を第３フィルター５３で補償し、第２物理量センサー１２の周波数特性を第４フィルター５４で補償することができる。例えば、設計者は、第１物理量センサー１１のゲイン特性と位相特性を補償する第３フィルター５３としてのＦＩＲフィルターと、第２物理量センサー１２のゲイン特性と位相特性を補償する第４フィルター５４としてのＦＩＲフィルターとを、個別に設計することができる。ＦＩＲは、Finite Impulse Responseの略である。

【0089】

また、第２実施形態のセンサーモジュール１では、第１フィルター３１が第１被測定信号ＴＲＧ１に同期して動作し、第１フィルター３１の後段に設けられた第３フィルター５３が第１被測定信号ＴＲＧ１とは異なる基準周期信号ＣＬＫに同期して動作することにより、第１フィルター３１に入力される第１カウント値ＣＮＴ１と第３フィルター５３から出力される第５カウント値ＣＮＴ５との関係に非線形性が生じる。同様に、第２フィルター３２が第２被測定信号ＴＲＧ２に同期して動作し、第２フィルター３２の後段に設けられた第４フィルター５４が第２被測定信号ＴＲＧ２とは異なる基準周期信号ＣＬＫに同期して動作することにより、第２フィルター３２に入力される第２カウント値ＣＮＴ２と第４フィルター５４から出力される第６カウント値ＣＮＴ６との関係に非線形性が生じる。そして、これらの非線形性によって生じる振動整流誤差は、第１フィルター３１、第２フィルター３２、第３フィルター５３及び第４フィルター５４のそれぞれの群遅延量に応じて変化する。したがって、第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１フィルター３１、第２フィルター３２、第３フィルター５３及び第４フィルター５４のそれぞれの群遅延量を適切な値に設定することにより、この非線形性によって生じる振動整流誤差と第１被測定信号ＴＲＧ１の非対称性及び第２被測定信号ＴＲＧ２の非対称性によって生じる振動整流誤差とが打ち消しあい、第５カウント値ＣＮＴ５と第６カウント値ＣＮＴ６との差分値である測定値ＤＯに含まれる振動整流誤差が低減される。

【0090】

３．変形例
上記の各実施形態では、合成出力値生成部６３は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方に同期して合成出力値ＤＴＳを生成している。この場合、測定値ＤＯは、第１被測定信号ＴＲＧ１の半周期の時間に対応する。これに対して、合成出力値生成部６３は、被測定信号ＴＲＧの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの一方のみに同期して合成出力値ＤＴＳを生成してもよい。この場合、測定値ＤＯは、第１被測定信号ＴＲＧ１の１周期の時間に対応する。

【0091】

また、上記の各実施形態では、第１カウント部２１のカウント方式として、基準周期信号ＣＬＫを動作クロックとして用いるレシプロカルカウント方式を例に挙げて説明したが、第１カウント部２１のカウント方式は、第１被測定信号ＴＲＧ１を動作クロックとして用いる直接カウント方式であってもよい。同様に、上記の各実施形態では、第２カウント部２２のカウント方式として、基準周期信号ＣＬＫを動作クロックとして用いるレシプロカルカウント方式を例に挙げて説明したが、第２カウント部２２のカウント方式は、第２被測定信号ＴＲＧ２を動作クロックとして用いる直接カウント方式であってもよい。

【0092】

以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記の実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

【0093】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【0094】

上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。

【0095】

前記センサーモジュールの一態様は、
第１軸を検出軸として物理量を検出し、当該物理量の大きさに応じて周波数が変化する第１被測定信号を出力する第１物理量センサーと、
前記第１軸と逆方向の第２軸を検出軸として物理量を検出し、当該物理量の大きさに応じて周波数が変化する第２被測定信号を出力する第２物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
前記第１被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第１カウント値を生成する第１カウント部と、
前記第２被測定信号及び前記基準周期信号の一方に同期して他方の時間イベントをカウントして第２カウント値を生成する第２カウント部と、
前記第１カウント値が入力され、第３カウント値を出力する第１フィルターと、
前記第２カウント値が入力され、第４カウント値を出力する第２フィルターと、
前記第３カウント値と前記第４カウント値との差分に基づく測定値を出力するフィルター部と、を備える。

【0096】

このセンサーモジュールでは、第１物理量センサーから出力される第１被測定信号に基づく第３カウント値と、第２物理量センサーから出力される第２被測定信号に基づく第４カウント値との差分により、第３カウント値及び第４カウント値に含まれる同相ノイズが低減された測定値が得られる。また、第１物理量センサーの検出軸と第２物理量センサーの検出軸とが逆方向であるので、第１被測定信号に基づく第３カウント値と第２被測定信号に基づく第４カウント値との差分により、感度の大きい測定値が得られる。したがって、このセンサーモジュールによれば、同相ノイズを低減させるとともに測定感度を向上させることができる。

【0097】

また、このセンサーモジュールでは、第１物理量センサーから出力される第１被測定信号に基づく第１カウント値に含まれるノイズが第１フィルターによって低減され、第２物理量センサーから出力される第２被測定信号に基づく第２カウント値に含まれるノイズが第２フィルターによって低減される。すなわち、このセンサーモジュールによれば、第１カウント値及び第２カウント値に含まれる同相でないノイズを、第１フィルター及び第２フィルターによって個別に低減させることができる。

【0098】

また、このセンサーモジュールは、第１物理量センサーから出力される第１被測定信号に対して、アナログ信号処理をすることなくデジタル値である第１カウント値を生成し、第２物理量センサーから出力される第２被測定信号に対して、アナログ信号処理をすることなくデジタル値である第２カウント値を生成する。したがって、このセンサーモジュールによれば、第１被測定信号及び第２被測定信号に、被測定物に生じる高周波電磁振動ノイズに起因する周波数成分およびその高調波成分が含まれていたとしても、高周波ノイズの影響を受けやすいアナログ回路が不要であるので、高周波電磁振動ノイズの影響を受けにくい。また、このセンサーモジュールによれば、第１被測定信号及び第２被測定信号から、高周波電磁振動ノイズに起因する周波数成分およびその高調波成分を除去する必要がないので、回路規模が低減される。

【0099】

また、このセンサーモジュールによれば、フィルター部において、第１被測定信号に基づく第３カウント値及び第２被測定信号に基づく第４カウント値に対して各種の信号処理を行うことができる。

【0100】

前記センサーモジュールの一態様において、
前記フィルター部は、
前記第３カウント値と前記第４カウント値との差分値を出力する減算器と、
前記差分値が入力され、前記測定値を出力する第３フィルターと、を含んでもよい。

【0101】

このセンサーモジュールによれば、フィルター部において、第３カウント値と第４カウント値に対するフィルターを共通化することができるので、必要な回路リソースの増加を抑制することができる。

【0102】

前記センサーモジュールの一態様において、
前記第１フィルターは、前記第１被測定信号に同期して動作し
前記第２フィルターは、前記第２被測定信号に同期して動作し、
前記第３フィルターは、前記基準周期信号に同期して動作してもよい。

【0103】

このセンサーモジュールでは、第１フィルターが第１被測定信号に同期して動作し、第１フィルターの後段に設けられた第３フィルターが第１被測定信号とは異なる基準周期信号に同期して動作することにより、第１フィルターに入力される第１カウント値と第３フィルターから出力される測定値との関係に非線形性が生じる。同様に、第２フィルターが第２被測定信号に同期して動作し、第２フィルターの後段に設けられた第３フィルターが第２被測定信号とは異なる基準周期信号に同期して動作することにより、第２フィルターに入力される第２カウント値と第３フィルターから出力される測定値との関係に非線形性が生じる。そして、これらの非線形性によって生じる振動整流誤差は、第１フィルター、第２フィルター及び第３フィルターのそれぞれの群遅延量に応じて変化する。したがって、このセンサーモジュールによれば、第１フィルター、第２フィルター及び第３フィルターのそれぞれの群遅延量を適切な値に設定することにより、この非線形性によって生じる振動整流誤差と第１被測定信号の非対称性及び第２被測定信号の非対称性によって生じる振動整流誤差とが打ち消しあい、測定値に含まれる振動整流誤差が低減される。

【0104】

前記センサーモジュールの一態様において、
前記フィルター部は、
前記第３カウント値が入力され、第５カウント値を出力する第３フィルターと、
前記第４カウント値が入力され、第６カウント値を出力する第４フィルターと、
前記第５カウント値と前記第６カウント値との差分値を前記測定値として出力する減算器と、を含んでもよい。

【0105】

このセンサーモジュールによれば、第１物理量センサーの特性と第２物理量センサーの特性とが互いに異なっていても、フィルター部において、第１物理量センサーの特性を第３フィルターで補償し、第２物理量センサーの特性を第４フィルターで補償することができる。例えば、第１物理量センサーの構造共振周波数と第２物理量センサーの構造共振周波数とが異なる場合、第１物理量センサーの周波数特性を第３フィルターで補償し、第２物理量センサーの周波数特性を第４フィルターで補償することができる。例えば、設計者は、第１物理量センサーのゲイン特性と位相特性を補償する第３フィルターとしてのＦＩＲフィルターと、第２物理量センサーのゲイン特性と位相特性を補償する第４フィルターとしてのＦＩＲフィルターとを、個別に設計することができる。

【0106】

前記センサーモジュールの一態様において、
前記第１フィルターは、前記第１被測定信号に同期して動作し
前記第２フィルターは、前記第２被測定信号に同期して動作し、
前記第３フィルター及び前記第４フィルターは、前記基準周期信号に同期して動作してもよい。

【0107】

このセンサーモジュールでは、第１フィルターが第１被測定信号に同期して動作し、第１フィルターの後段に設けられた第３フィルターが第１被測定信号とは異なる基準周期信号に同期して動作することにより、第１フィルターに入力される第１カウント値と第３フィルターから出力される第５カウント値との関係に非線形性が生じる。同様に、第２フィルターが第２被測定信号に同期して動作し、第２フィルターの後段に設けられた第４フィルターが第２被測定信号とは異なる基準周期信号に同期して動作することにより、第２フィルターに入力される第２カウント値と第４フィルターから出力される第６カウント値との関係に非線形性が生じる。そして、これらの非線形性によって生じる振動整流誤差は、第１フィルター、第２フィルター、第３フィルター及び第４フィルターのそれぞれの群遅延量に応じて変化する。したがって、このセンサーモジュールによれば、第１フィルター、第２フィルター、第３フィルター及び第４フィルターのそれぞれの群遅延量を適切な値に設定することにより、この非線形性によって生じる振動整流誤差と第１被測定信号の非対称性及び第２被測定信号の非対称性によって生じる振動整流誤差とが打ち消しあい、第５カウント値と第６カウント値との差分値である測定値に含まれる振動整流誤差が低減される。

【0108】

前記センサーモジュールの一態様において、
前記第１カウント部は、
前記第１被測定信号と前記基準周期信号との位相差に基づく第１時間デジタル値を生成する第１時間デジタル値生成部と、
前記第１時間デジタル値と前記第１カウント値とに基づいて第１合成出力値を生成する第１合成出力値生成部と、を含み、
前記第１合成出力値の量子化誤差が次の前記第１合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第２カウント部は、
前記第２被測定信号と前記基準周期信号との位相差に基づく第２時間デジタル値を生成する第２時間デジタル値生成部と、
前記第２時間デジタル値と前記第２カウント値とに基づいて第２合成出力値を生成する第２合成出力値生成部と、を含み、
前記第２合成出力値の量子化誤差が次の前記第２合成出力値の生成にフィードバックされてもよい。

【0109】

このセンサーモジュールでは、第１合成出力値の量子化誤差が次の第１合成出力値の生成にフィードバックされるので、第１合成出力値はデルタシグマ変調信号の性質を満たし、ノイズシェーピング効果が得られ、量子化誤差が高周波数帯域にシフトする。同様に、第２合成出力値の量子化誤差が次の第２合成出力値の生成にフィードバックされるので、第２合成出力値はデルタシグマ変調信号の性質を満たし、ノイズシェーピング効果が得られ、量子化誤差が高周波数帯域にシフトする。したがって、このセンサーモジュールによれば、第１合成出力値に基いて生成される第１時間デジタル値及び第２合成出力値に基いて生成される第２時間デジタル値のＳ／Ｎ比が向上する。

【0110】

また、一般に直接カウント方式とレシプロカルカウント方式とでは計測精度に差があるため被測定信号の周波数帯域と基準周期信号の周波数との関係に応じて最適なカウント方式を選択する必要があるが、このセンサーモジュールによれば、第１合成出力値及び第２合成出力値がデルタシグマ変調信号の性質を満たすことで、いずれの方式でも同等の測定精度を得ることができるので、計測精度の制約を考慮せずにカウント方式を選択することができる。例えば、第１カウント部において、第１被測定信号及び基準周期信号のうち、周期が長い方の信号に同期して周期が短い方の信号の時間イベントをカウントする構成とし、第２カウント部において、第２被測定信号及び基準周期信号のうち、周期が長い方の信号に同期して周期が短い方の信号の時間イベントをカウントする構成とすることができる。これにより、第１被測定信号及び基準周期信号のうち、周期が短い方の信号に同期して周期が長い方の信号の時間イベントをカウントし、第２被測定信号及び基準周期信号のうち、周期が短い方の信号に同期して周期が長い方の信号の時間イベントをカウントする構成よりも、動作周波数を下げることができるため、測定精度を保ったまま低消費電力化が可能となる。

【符号の説明】

【0111】

１…センサーモジュール、１１…第１物理量センサー、１２…第２物理量センサー、２１…第１カウント部、２２…第２カウント部、３１…第１フィルター、３２…第２フィルター、４０…基準周期信号生成部、５０…フィルター部、５１…減算器、５２…第３フィルター、５３…第３フィルター、５４…第４フィルター、５５…減算器、６１…カウンター、６２…時間デジタル値生成部、６３…合成出力値生成部、６４…Ｄフリップフロップ、６５…減算器、７１…Ｄフリップフロップ、７２…乗算器、７３…減算器、７４…Ｄフリップフロップ、８１…制御部、８２…発振部、８３…カウンター、８４…Ｄフリップフロップ、８５…加算器、８６…Ｄフリップフロップ、９１…論理積回路、９２…論理反転回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】