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(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】P2024047870
(43)【公開日】2024-04-08
(54)【発明の名称】センサーモジュール
(51)【国際特許分類】
G01P 15/125 20060101AFI20240401BHJP
G01C 19/5776 20120101ALI20240401BHJP
【ＦＩ】
G01P15/125 V
G01C19/5776
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022153603
(22)【出願日】2022-09-27
(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】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100148323
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 通
(74)【代理人】
【識別番号】100168860
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 充史
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 健太
(72)【発明者】
【氏名】轟原 正義
【テーマコード（参考）】
2F105
【Ｆターム（参考）】
2F105BB15
2F105CD11
(57)【要約】
【課題】物理量センサーが取り付けられる被測定物に発生する高周波電磁振動ノイズの影響を受けにくいセンサーモジュールを提供すること。
【解決手段】物理量センサーから出力される被測定信号及び基準周期信号生成部から出力される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～第ｎのカウント値を生成するカウント部と、前記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～第ｎの時間デジタル値を生成する時間デジタル値生成部と、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、を備え、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、前記物理量が変化する周波数が最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い、センサーモジュール。
【選択図】図１
【解決手段】物理量センサーから出力される被測定信号及び基準周期信号生成部から出力される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～第ｎのカウント値を生成するカウント部と、前記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～第ｎの時間デジタル値を生成する時間デジタル値生成部と、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、を備え、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、前記物理量が変化する周波数が最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い、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】
検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する被測定信号を出力する物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
２以上の整数ｎに対して、前記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～第ｎのカウント値を時系列に生成するカウント部と、
前記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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成する時間デジタル値生成部と、
１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、
を備え、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い、センサーモジュール。
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
２以上の整数ｎに対して、前記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～第ｎのカウント値を時系列に生成するカウント部と、
前記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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成する時間デジタル値生成部と、
１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、
を備え、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い、センサーモジュール。
【請求項2】
請求項１において、
前記時間デジタル値生成部は、多相クロック方式、時間／電圧変換方式又はΣＡＴＤＣ方式により、前記第１～第ｎの時間デジタル値を生成する、センサーモジュール。
前記時間デジタル値生成部は、多相クロック方式、時間／電圧変換方式又はΣＡＴＤＣ方式により、前記第１～第ｎの時間デジタル値を生成する、センサーモジュール。
【請求項3】
請求項１において、
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成する、センサーモジュール。
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成する、センサーモジュール。
【請求項4】
請求項１において、
前記合成出力値生成部の後段にフィルター部を備える、センサーモジュール。
前記合成出力値生成部の後段にフィルター部を備える、センサーモジュール。
【請求項5】
請求項４において、
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対してデシメーション処理を行う、センサーモジュール。
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対してデシメーション処理を行う、センサーモジュール。
【請求項6】
請求項４において、
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成し、
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対して偶数タップの移動平均処理を行う、センサーモジュール。
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成し、
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対して偶数タップの移動平均処理を行う、センサーモジュール。
【請求項7】
請求項１において、
前記合成出力値生成部は、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とを合成して得られた値からオフセット値を減算して前記第ｉの合成出力値を生成する、センサーモジュール。
前記合成出力値生成部は、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とを合成して得られた値からオフセット値を減算して前記第ｉの合成出力値を生成する、センサーモジュール。
【請求項8】
請求項１において、
前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部は、制御信号に基づいて、記憶している前記ｐ個の合成出力値を出力する、センサーモジュール。
前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部は、制御信号に基づいて、記憶している前記ｐ個の合成出力値を出力する、センサーモジュール。
【請求項9】
請求項８において、
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値のいずれかを記憶する、センサーモジュール。
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値のいずれかを記憶する、センサーモジュール。
【請求項10】
請求項８において、
前記記憶部は、リングバッファーであり、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値以降の記憶を停止し、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を出力する、センサーモジュール。
前記記憶部は、リングバッファーであり、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値以降の記憶を停止し、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を出力する、センサーモジュール。
【請求項11】
請求項１０において、
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋ｐのカウント値を記憶し、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値と前記第ｋ＋ｐのカウント値とを出力する、センサーモジュール。
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋ｐのカウント値を記憶し、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値と前記第ｋ＋ｐのカウント値とを出力する、センサーモジュール。
【請求項12】
２以上の整数Ｎに対して、
第１～第Ｎの物理量センサーと、
第１～第Ｎのカウント部と、
第１～第Ｎの時間デジタル値生成部と、
第１～第Ｎの合成出力値生成部と、
第１～第Ｎの記憶部と、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
を備え、
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、
前記第ｍの物理量センサーは、検出した第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号を出力し、
前記第ｍのカウント部は、２以上の整数ｎに対して、前記第ｍの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～第ｎのカウント値を時系列に生成し、
前記第ｍの時間デジタル値生成部は、前記第ｍの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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成し、
前記第ｍの合成出力値生成部は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｍの時間デジタル値生成部が生成した前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｍのカウント部が生成した前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成し、
前記第ｍの記憶部は、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号に基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力し、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の前記合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記第ｍの物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記第ｍの物理量の変化の周期は、前記第ｍの合成出力値生成部によって前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い、センサーモジュール。
第１～第Ｎの物理量センサーと、
第１～第Ｎのカウント部と、
第１～第Ｎの時間デジタル値生成部と、
第１～第Ｎの合成出力値生成部と、
第１～第Ｎの記憶部と、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
を備え、
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、
前記第ｍの物理量センサーは、検出した第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号を出力し、
前記第ｍのカウント部は、２以上の整数ｎに対して、前記第ｍの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～第ｎのカウント値を時系列に生成し、
前記第ｍの時間デジタル値生成部は、前記第ｍの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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成し、
前記第ｍの合成出力値生成部は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｍの時間デジタル値生成部が生成した前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｍのカウント部が生成した前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成し、
前記第ｍの記憶部は、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号に基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力し、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の前記合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記第ｍの物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記第ｍの物理量の変化の周期は、前記第ｍの合成出力値生成部によって前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い、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】
被測定物に取り付けられた物理量センサーから出力される被測定信号に基づいて、被測定物に加わった物理量の大きさに応じたデータを生成して出力するセンサーモジュールが知られている。このようなセンサーモジュールでは、被測定物の構造や動作に起因して発生する各種の高周波電磁振動ノイズに基づく周波数成分やその高調波成分が、被測定信号に含まれる場合があり、このような高周波電磁振動成分の影響を低減して精度の高いデータを生成することが求められる。
【0003】
特許文献１には、インバータ電源で駆動される回転機械の転がり軸受部に設けた振動センサーから取得した第１振動加速度データをフーリエ変換して生成された周波数スペクトルから、インバータ電源による高調波電磁振動成分を除去する高周波電磁振動成分の除去方法が記載されている。この高周波電磁振動成分の除去方法では、周波数スペクトルから複数のピーク値を検出し、基準ピーク値と検出した複数のピーク値の周波数間隔を全て求め、当該周波数間隔から基準周波数間隔を決定し、当該周波数間隔が基準周波数間隔の整数倍であるピーク値を対象ピーク値として抽出し、周波数スペクトルの対象ピーク値のレベルを所定のレベルまで低減させ、インバータ電源により高周波電磁振動成分を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１１－２５９６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載のセンサーモジュールによれば、被測定信号に含まれる高周波電磁振動成分を除去する必要があり、回路規模が大きくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るセンサーモジュールの一態様は、
検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する被測定信号を出力する物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
２以上の整数ｎに対して、前記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～第ｎのカウント値を時系列に生成するカウント部と、
前記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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成する時間デジタル値生成部と、
１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、
を備え、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値
がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する被測定信号を出力する物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
２以上の整数ｎに対して、前記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～第ｎのカウント値を時系列に生成するカウント部と、
前記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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成する時間デジタル値生成部と、
１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、
を備え、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値
がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
【0007】
本発明に係るセンサーモジュールの他の一態様は、
２以上の整数Ｎに対して、
第１～第Ｎの物理量センサーと、
第１～第Ｎのカウント部と、
第１～第Ｎの時間デジタル値生成部と、
第１～第Ｎの合成出力値生成部と、
第１～第Ｎの記憶部と、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
を備え、
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、
前記第ｍの物理量センサーは、検出した第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号を出力し、
前記第ｍのカウント部は、２以上の整数ｎに対して、前記第ｍの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～第ｎのカウント値を時系列に生成し、
前記第ｍの時間デジタル値生成部は、前記第ｍの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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成し、
前記第ｍの合成出力値生成部は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｍの時間デジタル値生成部が生成した前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｍのカウント部が生成した前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成し、
前記第ｍの記憶部は、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号に基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力し、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の前記合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記第ｍの物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記第ｍの物理量の変化の周期は、前記第ｍの合成出力値生成部によって前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
２以上の整数Ｎに対して、
第１～第Ｎの物理量センサーと、
第１～第Ｎのカウント部と、
第１～第Ｎの時間デジタル値生成部と、
第１～第Ｎの合成出力値生成部と、
第１～第Ｎの記憶部と、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
を備え、
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、
前記第ｍの物理量センサーは、検出した第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号を出力し、
前記第ｍのカウント部は、２以上の整数ｎに対して、前記第ｍの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～第ｎのカウント値を時系列に生成し、
前記第ｍの時間デジタル値生成部は、前記第ｍの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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成し、
前記第ｍの合成出力値生成部は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｍの時間デジタル値生成部が生成した前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｍのカウント部が生成した前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成し、
前記第ｍの記憶部は、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号に基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力し、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の前記合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記第ｍの物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記第ｍの物理量の変化の周期は、前記第ｍの合成出力値生成部によって前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【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説明するためのタイミングチャート図。
【図3】第１実施形態におけるカウント部及び合成出力値生成部の構成例を示す図。
【図4】第１実施形態における時間デジタル値生成部の構成例を示す図。
【図5】発振部の構成例を示す図。
【図6】第１実施形態におけるカウント部、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7】第１実施形態におけるカウント部、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】合成出力データの周波数スペクトラムの一例を示す図。
【図9】物理量の変化の最小周期と合成出力値が生成される平均周期との比と物理量の測定精度との関係について考察するための図。
【図10】物理量の変化の最小周期と合成出力値が生成される平均周期との比と物理量の測定精度との関係について考察するための図。
【図11】第２実施形態におけるカウント部及び合成出力値生成部の構成例を示す図。
【図12】第２実施形態における時間デジタル値生成部の構成例を示す図。
【図13】時間デジタル値算出部の真理値表の一例を示す図。
【図14】第２実施形態におけるカウント部、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15】第３実施形態における時間デジタル値生成部の構成例を示す図。
【図16】スイッチが導通してからの経過時間と電圧との関係の一例を示す図。
【図17】第３実施形態におけるカウント部、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18】第４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19】記憶部の動作を説明するための図。
【図20】第４実施形態におけるカウント部及び合成出力値生成部の構成例を示す図。
【図21】第５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22】第ｍの記憶部の動作を説明するための図。
【図23】第１～第３の記憶部にそれぞれ記憶される合成出力値及びカウント値の一例を示す図。
【図26】センサーモジュールの斜視図。
【図27】センサーモジュールの分解斜視図。
【図28】加速度を検出するためのセンサー素子の概略構成を説明する斜視図。
【図29】加速度を検出するセンサー素子を用いた加速度検出器の概略構成を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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説明するためのタイミングチャート図である。図１に示すように、第１実施形態のセンサーモジュール１は、物理量センサー１０、基準周期信号生成部２０、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０を備える。
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説明するためのタイミングチャート図である。図１に示すように、第１実施形態のセンサーモジュール１は、物理量センサー１０、基準周期信号生成部２０、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０を備える。
【0011】
物理量センサー１０は、被測定物に取り付けられ、被測定物に加わった所定の物理量を検出し、検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する被測定信号ＴＲＧを出力する。具体的には、物理量センサー１０は、物理量を検出する不図示の物理量検出素子と、当該物理量検出素子を発振させる不図示の発振回路とを有し、当該発振回路が被測定信号ＴＲＧを出力する。例えば、物理量は、加速度、角速度、角加速度、圧力、質量、電圧、磁力、静電容量、温度等であってもよい。
【0012】
基準周期信号生成部２０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２０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（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振子を使用した発振回路であってもよいし、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。
【0013】
カウント部３０は、物理量センサー１０から出力される被測定信号ＴＲＧ及び基準周期
信号生成部２０から出力される基準周期信号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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを時系列に生成し、第１～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを含むカウントデータＤＣＮＴを出力する。ｎは２以上の整数である。被測定信号ＴＲＧの時間イベントとは、被測定信号ＴＲＧが変化するタイミングであり、例えば、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であってもよいし、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、カウント部３０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、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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを時系列に生成している。
信号生成部２０から出力される基準周期信号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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを時系列に生成し、第１～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを含むカウントデータＤＣＮＴを出力する。ｎは２以上の整数である。被測定信号ＴＲＧの時間イベントとは、被測定信号ＴＲＧが変化するタイミングであり、例えば、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であってもよいし、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、カウント部３０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、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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを時系列に生成している。
【0014】
時間デジタル値生成部４０は、被測定信号ＴＲＧと基準周期信号ＣＬＫとの位相差に基づく第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを時系列に生成し、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを含む時間デジタルデータＴＤを出力する。
【0015】
合成出力値生成部５０は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、時間デジタルデータＴＤに含まれる第ｉの時間デジタル値ＴＤｉとカウントデータＤＣＮＴに含まれる第ｉのカウント値ＤＣＮＴｉとに基づいて第ｉの合成出力値ＤＴＳｉを生成し、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データＤＴＳを出力する。例えば、合成出力値生成部５０は、被測定信号ＴＲＧに同期して第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成してもよい。
【0016】
合成出力値生成部５０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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを時系列に生成してもよい。あるいは、図２に示すように、合成出力値生成部５０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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを時系列に生成してもよい。
【0017】
第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データＤＴＳは、物理量センサー１０から出力される被測定信号ＴＲＧと基準周期信号ＣＬＫとの周波数比を示す信号である。
【0018】
また、図１に示すように、第１実施形態のセンサーモジュール１は、合成出力値生成部５０の後段にフィルター部６０を備えてもよい。フィルター部６０は、合成出力データＤＴＳに含まれる第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎに対してデシメーション処理を行って計測データＤＯを出力してもよい。また、フィルター部６０は、合成出力データＤＴＳに含まれる第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎに対して偶数タップの移動平均処理を行って計測データＤＯを出力してもよい。フィルター部６０は、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎに対して偶数タップの移動平均処理とデシメーション処理の一方を行ってもよいし両方を行ってもよい。図２の例では、フィルター部６０は、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎに対して４タップの移動平均処理とデシメーション処理の両方を行って、第１～第ｎ／４の計測値ＤＯ１～ＤＯｎ／４を含む計測データＤＯを出力している。フィルター部６０から出力される計測データ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。
【0019】
このように構成されているセンサーモジュール１は、被測定信号ＴＲＧと基準周期信号ＣＬＫとの周波数比を示す合成出力データＤＴＳに基づく計測データＤＯを出力する周波数カウンターとして機能する。そして、基準周期信号ＣＬＫの周波数は物理量センサー１
０が検出した物理量の大きさによらず一定であるのに対して、被測定信号ＴＲＧの周波数は物理量センサー１０が検出した物理量の大きさに応じて変化する。したがって、外部装置は、計測データＤＯに基づいて、物理量センサー１０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。
０が検出した物理量の大きさによらず一定であるのに対して、被測定信号ＴＲＧの周波数は物理量センサー１０が検出した物理量の大きさに応じて変化する。したがって、外部装置は、計測データＤＯに基づいて、物理量センサー１０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。
【0020】
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と被測定信号ＴＲＧ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、被測定信号ＴＲＧを動作クロックとして用いる。また、基準周期信号ＣＬＫの周波数と被測定信号ＴＲＧの周波数とを比較して、基準周期信号ＣＬＫの周波数の方が低い場合は、直接カウント方式を採用し、被測定信号ＴＲＧの周波数の方が低い場合は、レシプロカルカウント方式を採用することで、分解能をより高くして計測を行うことができると考えられている。したがって、被測定信号ＴＲＧと基準周期信号ＣＬＫのうち、周波数が低い方の信号を動作クロックとして用いる方式を採用するのが一般的である。
【0021】
以下では、基準周期信号ＣＬＫを被測定信号ＴＲＧでカウントする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、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０の具体的な構成例について説明する。
【0022】
図３は、カウント部３０及び合成出力値生成部５０の構成例を示す図である。図３に示すように、カウント部３０は、カウンター３１及びＤフリップフロップ３２を含む。また、合成出力値生成部５０は、乗算器５１、減算器５２及びＤフリップフロップ５３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３２及びＤフリップフロップ５３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３２はＭ個存在し、Ｄフリップフロップ５３はＮ個存在する。
【0023】
カウンター３１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３１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ビットのカウントデータＣＮＴを出力する。
【0024】
Ｍ個のＤフリップフロップ３２は、被測定信号ＴＲＧに同期してＭビットのカウントデータＣＮＴ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３２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ビットのカウントデータＣＮＴを取り込んでＭビットのカウントデータＤＣＮＴとして保持する。具体的には、Ｍ個のＤフリップフロップ３２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データＣＮＴ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データＤＣＮＴとして保持する。また、Ｍ個のＤフリップフロップ３２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データＣＮＴ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データＤＣＮＴとして保持する。
【0025】
乗算器５１は、ＭビットのカウントデータＤＣＮＴと整数ＮＰとの乗算を行う。すなわち、乗算器５１は、カウントデータＤＣＮＴのＮＰ倍であるＮビットのデータを出力する。なお、整数ＮＰが２のｎ乗であれば、乗算器５１は、カウントデータＤＣＮＴ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。
【0026】
減算器５２は、乗算器５１から出力されるＮビットのデータから、時間デジタル値生成部４０から出力されるＮビットの時間デジタルデータＴＤを減算し、ＮビットのタイムスタンプデータＴＳを出力する。
【0027】
Ｎ個のＤフリップフロップ５３は、被測定信号ＴＲＧに同期してＮビットのタイムスタンプデータ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５３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データＴＳを取り込んでＮビットの合成出力データＤＴＳとして保持する。この合成出力データＤＴＳに含まれる各値は、レシプロカルカウント値であり、被測定信号ＴＲＧ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、被測定信号ＴＲＧ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、合成出力データＤＴＳに含まれる各値は、被測定信号ＴＲＧ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、被測定信号ＴＲＧ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。
【0028】
図４は、時間デジタル値生成部４０の構成例を示す図である。図４に示すように、時間デジタル値生成部４０は、制御部４１、発振部４２、カウンター４３、Ｄフリップフロップ４４、加算器４５及びＤフリップフロップ４６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４４及びＤフリップフロップ４６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４４はＫ個存在し、Ｄフリップフロップ４６はＮ個存在する。
【0029】
制御部４１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４１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４３から出力されるカウントデータＣＴに基づいて、発振部４２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４１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４１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４１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４１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４２に供給され、リセット信号ＲＳＴ１はカウンター４３及びＫ個のＤフリップフロップ４４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４６に供給される。
【0030】
発振部４２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５に示すように、発振部４２は、２入力の論理積回路４７及び論理反転回路４８を含む。論理積回路４７は、イネーブル信号ＥＮと論理反転回路４８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４８の出力信号の論理積信号を出力する。論理反転回路４８は、論理積回路４７の出力信号が入力され、論理積回路４７の出力信号の論理反転信号を出力する。
【0031】
カウンター４３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４３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ビットのカウントデータＣＴを出力する。また、カウンター４３は、リセット信号ＲＳＴ１がハイレベルのとき、カウントデータＣＴをゼロに初期化する。
【0032】
Ｋ個のＤフリップフロップ４４は、基準周期信号ＣＬＫに同期してＫビットのカウントデータ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４４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ビットのカウントデータＣＴを取り込んでＫビットのカウントデータＤＣＴとして保持する。また、Ｋ個のＤフリップフロップ４４は、リセット信号ＲＳＴ１がハイレベルのとき、カウントデータＤＣＴをゼロに初期化する。
【0033】
加算器４５は、Ｎ個のＤフリップフロップ４６が保持して出力するＮビットのデータとＫ個のＤフリップフロップ４４が保持するＫビットのカウントデータＤＣＴとを加算してＮビットの加算データを出力する。
【0034】
Ｎ個のＤフリップフロップ４６は、基準周期信号ＣＬＫに同期して加算器４５から出力される加算データ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４６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４５から出力されるＮビットの加算データを取り込んでＮビットの時間デジタルデータＴＤとして保持する。また、Ｎ個のＤフリップフロップ４６は、リセット信号ＲＳＴ２がハイレベルのとき、時間デジタルデータＴＤをゼロに初期化する。
【0035】
このように構成されている時間デジタル値生成部４０は、基準周期信号ＣＬＫに同期して値が増加するカウントデータＤＣＴを積算するΣＡＴＤＣ方式により、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを生成する。ＡＴＤＣは、Accumulated Time to Digital Convertの略である。
【0036】
次に、図６及び図７を用いて、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０の詳細な動作を説明する。図６及び図７は、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０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６及び図７の例では、合成出力値生成部５０において乗算器５１に入力される整数ＮＰは３２である。
【0037】
図６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データＣＮＴ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、この時のカウントデータＣＮＴが１０であるので、カウントデータＤＣＮＴが０から１０に変わり、タイムスタンプデータＴＳが０から３２０に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である１０が、前述の第１のカウント値ＤＣＮＴ１に相当する。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４２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データＣＴが１ずつ増えていく。
【0038】
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データ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、時間デジタルデータ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、時間デジタルデータＴＤの初期化動作が解除される。
【0039】
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データＤＣＴが４から１２に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが３２０から３１６に変わる。
【0040】
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、カウントデータＤＣＴが１２から２０に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが３１６から３０４に変わる。
【0041】
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、カウントデータＤＣＴが２０から２９に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが３０４から２８４に変わる。その後、カウントデータＣＴが３２に達すると発振部４２の発振が停止し、カウントデータＣＴは３２に保持される。
【0042】
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、カウントデータＤＣＴが２９から３２に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが２８４から２５５に変わる。
【0043】
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、時間デジタルデータＴＤが６５から９７に変わり、タイムスタンプデータＴＳが２５５から２２３に変わる。なお、カウントデータＤＣＴは３２のまま変わらない。
【0044】
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、時間デジタルデータＴＤが９７から１２９に変わり、タイムスタンプデータＴＳが２２３から１９１に変わる。なお、カウントデータＤＣＴは３２のまま変わらない。
【0045】
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、カウントデータＣＴ及びカウントデータＤＣＴが０に初期化される。カウントデータＣＴが３２から０に変わったため、時間デジタルデータＴＤは１２９のまま変わらず、タイムスタンプデータＴＳも１９１のまま変わらない。例えば、この時間デジタルデータＴＤの値である１２９が、前述の第１の時間デジタル値ＴＤ１に相当する。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、カウントデータＣＴ及びカウントデータＤＣＴの初期化が解除される。
【0046】
その後、時間が経過し、図７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、カウントデータＣＮＴ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データＴＳが１９１であるので、合成出力データＤＴＳが０から１９１に変わる。例えば、この合成出力データＤＴＳの値である１９１が、前述の第１の合成出力値ＤＴＳ１に相当する。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データＣＮＴが２１であるので、カウントデータＤＣＮＴが１０から２１に変わり、タイムスタンプデータＴＳが１９１から５４３に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である２１が、前述の第２のカウント値ＤＣＮＴ２に相当する。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４２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データＣＴが１ずつ増えていく。
【0047】
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データ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、時間デジタルデータＴＤが０に初期化され、タイムスタンプデータ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、時間デジタルデータＴＤの初期化動作が解除される。
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データ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、時間デジタルデータＴＤが０に初期化され、タイムスタンプデータ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、時間デジタルデータＴＤの初期化動作が解除される。
【0048】
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、カウントデータＤＣＴが６から１４に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが６７２から６６６に変わる。
【0049】
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、カウントデータＤＣＴが１４から２２に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが６６６から６５２に変わる。
【0050】
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、カウントデータＤＣＴが２２から３１に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが６５２から６３０に変わる。その後、カウントデータＣＴが３２に達すると発振部４２の発振が停止し、カウントデータＣＴは３２に保持される。
【0051】
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、カウントデータＤＣＴが３１から３２に変わり、時間デジタルデータ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データＴＳが６３０から５９９に変わる。
【0052】
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、時間デジタルデータＴＤが７３から１０５に変わり、タイムスタンプデータＴＳが５９９から５６７に変わる。なお、カウントデータＤＣＴは３２のまま変わらない。
【0053】
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、時間デジタルデータＴＤが１０５から１３７に変わり、タイムスタンプデータＴＳが５６７から５３５に変わる。なお、カウントデータＤＣＴは３２のまま変わらない。
【0054】
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、カウントデータＣＴ及びカウントデータＤＣＴが０に初期化される。カウントデータＣＴが３２から０に変わったため、時間デジタルデータＴＤは１３７のまま変わらず、タイムスタンプデータＴＳも５３５のまま変わらない。例えば、この時間デジタルデータＴＤの値である１３７が、前述の第２の時間デジタル値ＴＤ２に相当する。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、カウントデータＣＴ及びカウントデータＤＣＴの初期化が解除される。
【0055】
ここで、図７に示す時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの時間Ｐ２は、図６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データ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データ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Ｔ
ＲＧ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、時間デジタルデータ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データＴＤ、すなわち第１の時間デジタル値ＴＤ１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データＴＤ、すなわち第２の時間デジタル値ＴＤ２である１３７は時間Ｐ２に対応している。
ＲＧ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、時間デジタルデータ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データＴＤ、すなわち第１の時間デジタル値ＴＤ１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データＴＤ、すなわち第２の時間デジタル値ＴＤ２である１３７は時間Ｐ２に対応している。
【0056】
図６及び図７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データＴＳ、すなわち１９１（＝３２×１０－１２９）は（Ｔ×１０－Ｐ１）に対応し、第１の合成出力値ＤＴＳ１となる。また、時刻ｔ１７において変化した後のタイムスタンプデータＴＳ、すなわち５３５（＝３２×２１－１３７）は（Ｔ×２１－Ｐ２）に対応し、第２の合成出力値ＤＴＳ２となる。したがって、第２の合成出力値ＤＴＳ２と第１の合成出力値ＤＴＳ１との差分、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。
【0057】
一般化すると、第ｉの合成出力値ＤＴＳｉ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に対応する。したがって、外部装置は、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを用いて生成された計測データＤＯに基づいて被測定信号ＴＲＧの周波数を算出し、物理量センサー１０が検出した物理量を測定することができる。
【0058】
ここで、図６及び図７に示したように、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが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データＣＮＴが１ずつ増えていく。これにより、第１の合成出力値ＤＴＳ１の量子化誤差が第２の合成出力値ＤＴＳ２の生成にフィードバックされることになる。一般化すると、１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされる。すなわち、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データ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。図８は、合成出力データＤＴＳの周波数スペクトラムの一例を示す図であり、横軸は周波数であり、縦軸はパワースペクトル密度である。図８の例では、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが生成される平均周波数は約２６６ｋＨｚであり、仕様で定められた検出可能な物理量の周波数帯域の上限は１ｋＨｚである。図８の例では、量子化誤差が１０ｋＨｚ以上の周波数帯域にシフトしており、物理量の周波数帯域である１ｋＨｚ以下の帯域のノイズ成分が低下している。したがって、外部装置は、計測データＤＯに基づいて、物理量を高精度に測定することができる。
【0059】
ところで、サンプリング定理によれば、物理量センサー１０に加わる物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な物理量の周波数帯域Ｆにおける最大周波数ｆｍａｘとなるときの当該物理量の変化の周期Ｔｍｉｎ＝１／ｆｍａｘは、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎがそれぞれ生成される周期Ｔ１～Ｔｎの２倍以上であることが要求される。周波数帯域Ｆは、例えば、物理量センサー１０が物理量を検出可能な最大周波数や外部装置への計測データＤＯの最大転送レート等の制約に基づいて適宜決定される。
【0060】
しかしながら、周期Ｔ１～Ｔｎの平均周期をＴａｖｇとして、周期Ｔｍｉｎと平均周期Ｔａｖｇとの比が小さいと、外部装置による物理量の測定精度が低下するおそれがある。そこで、図９及び図１０を用いて、周期Ｔｍｉｎと平均周期Ｔａｖｇとの比と物理量の測定精度との関係について考察する。
【0061】
図９のＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、それぞれ、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが生成される平均周波数ｆａｖｇを、図８の例における平均周波数ｆａｖｇである約２６６ｋＨの１／２，１／４，１／８にした場合の合成出力データＤＴＳの周波数スペクトラムを示す。また、図１０のＧ４，Ｇ５，Ｇ６は、それぞれ、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが生成される平均周波数ｆａｖｇを、図８の例における平均周波数ｆａｖｇである約２６６ｋＨの１／１６，１／３２，１／６４にした場合の合成出力データＤＴＳの周波数スペクトラムを示す。
【0062】
図９において、Ｇ１では、平均周波数ｆａｖｇは約２６６ｋＨｚ×１／２であり、破線で示す１／８ｆａｖｇ～１／２ｆａｖｇの周波数帯域を図８と比較すると、量子化誤差によるノイズが増加している。また、Ｇ２では、平均周波数ｆａｖｇは約２６６ｋＨｚ×１／４であり、破線で示す１／８ｆａｖｇ～１／２ｆａｖｇの周波数帯域を図８と比較すると、量子化誤差によるノイズが増加するとともに、９ｋＨｚ付近のピークの右側の裾野に影響が生じている。また、Ｇ３では、平均周波数ｆａｖｇは約２６６ｋＨｚ×１／８であり、破線で示す１／８ｆａｖｇ～１／２ｆａｖｇの周波数帯域を図８と比較すると、９ｋＨｚ付近のピークの両側の裾野に影響が生じている。これに対して、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のいずれにおいても、１／８ｆａｖｇ以下の周波数帯域を図８と比較すると、両者はほとんど差がない。
【0063】
図１０において、Ｇ４では、平均周波数ｆａｖｇは約２６６ｋＨｚ×１／１６であり、破線で示す１／８ｆａｖｇ～１／２ｆａｖｇの周波数帯域を図８と比較すると、５ｋＨｚ付近のピークの右側の裾野に影響が生じている。また、Ｇ５では、平均周波数ｆａｖｇは約２６６ｋＨｚ×１／３２であり、破線で示す１／８ｆａｖｇ～１／２ｆａｖｇの周波数帯域を図８と比較すると、３ｋＨｚと４ｋＨｚの間に帯域外の信号の折り返しによるピークが生じるとともに、当該ピークの裾野の信号レベルが増加している。また、Ｇ６では、平均周波数ｆａｖｇは約２６６ｋＨｚ×１／６４であり、破線で示す１／８ｆａｖｇ～１／２ｆａｖｇの周波数帯域を図８と比較すると、５００Ｈｚと６００Ｈｚの間の信号レベルに影響が生じている。これに対して、Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６のいずれにおいても、１／８ｆａｖｇ以下の周波数帯域を図８と比較すると、両者はほとんど差がない。
【0064】
以上の考察より、物理量センサー１０が検出する物理量の周波数が、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが生成される平均周波数ｆａｖｇの１／８よりも低い周波数帯域に含まれる限りにおいて、外部装置が計測データＤＯに基づいて精度良く測定することができると言える。したがって、本実施形態では、物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な物理量の周波数帯域Ｆにおける最大周波数ｆｍａｘとなるときの当該物理量の変化の周期Ｔｍｉｎ＝１／ｆｍａｘは、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎがそれぞれ生成される平均周期Ｔａｖｇの８倍よりも長い。ただし、周期Ｔｍｉｎと平均周期Ｔａｖｇとの比が大きいほど、物理量の測定精度が向上するが、センサーモジュール１の回路面積や消費電力は増加するので、この比は８倍以上であって、かつ、測定精度が許容される範囲でなるべく小さいことが好ましい。
【0065】
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は、物理量センサー１０から出力される被測定信号ＴＲＧ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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎ及び第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを生成し、第１～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎ及び第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎに基づいて第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎ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、被測定信号ＴＲＧに、物理量センサー１０が取り付けられる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、被測定信号ＴＲＧ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。
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、被測定信号ＴＲＧ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。
【0066】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１では、第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされるので、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎ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～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎから算出される物理量成分のＳ／Ｎ比が向上し、外部装置による物理量の測定精度が向上する。
【0067】
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、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎは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、カウント部３０において、被測定信号ＴＲＧ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で、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。
【0068】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、物理量センサー１０に加わる物理量が変化する周波数が物理量の周波数帯域Ｆにおける最大周波数ｆｍａｘとなるときの物理量の変化の周期Ｔｍｉｎが、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎがそれぞれ生成される平均周期Ｔａｖｇの８倍よりも長いので、スプリアスやエイリアシング等に起因する様々な悪影響を現実的な時間で許容レベル以下に低減することができる。
【0069】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１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タイミングで第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎ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、被測定信号ＴＲＧの１周期当たり２つの合成出力値を生成するので、被測定信号ＴＲＧの周波数の２倍のレートで第１～第ｎの合成出力値を生成することができる。
【0070】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、被測定信号ＴＲＧのハイレベルの時間に応じたｎ／２個の合成出力値と被測定信号ＴＲＧのローレベルの時間に応じたｎ／２個の合成出力値が得られるので、外部装置は、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎに基づいて、被測定信号ＴＲＧのデューティー比を算出することができる。したがって、例えば、外部装置は、被測定信号ＴＲＧのデューティー比が５０：５０になるように物理量センサー１０に含まれる発振回路を調整することにより、被測定信号ＴＲＧの歪を小さくして被測定信号ＴＲＧに含まれるノイズ成分を低減させることができる。
【0071】
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６０において、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎに対して各種の信号処理を行うことができる。例えば、フィルター部６０がデシメーション処理を行うことによりサンプルレートを下げることができるので、フィルター部６０の後段の回路の消費電力を低減させることができる。特に、被測定信号ＴＲＧに含まれる測定対象の信号成分が低周波帯域に存在する場合は、デシメーション比を大きくすることにより、データ量を効果的に低減させることがで
きる。また、例えば、フィルター部６０が偶数タップの移動平均処理を行うことにより被測定信号ＴＲＧのハイレベルの時間に応じた合成出力値と被測定信号ＴＲＧのローレベルの時間に応じた合成出力値とが平均化されるので、被測定信号ＴＲＧに含まれるデューティー比に起因するノイズ成分を低減させることができる。
きる。また、例えば、フィルター部６０が偶数タップの移動平均処理を行うことにより被測定信号ＴＲＧのハイレベルの時間に応じた合成出力値と被測定信号ＴＲＧのローレベルの時間に応じた合成出力値とが平均化されるので、被測定信号ＴＲＧに含まれるデューティー比に起因するノイズ成分を低減させることができる。
【0072】
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。
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。
【0073】
第２実施形態のセンサーモジュール１の構成は、図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第２実施形態では、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０の具体的な構成が第１実施形態と異なる。
【0074】
【0075】
合成出力値生成部５０は、乗算器５１、加算器５４及びＮ個のＤフリップフロップ５３を含む。すなわち、図１１に示す合成出力値生成部５０は、図３に示した合成出力値生成部５０に対して、減算器５２が加算器５４に置き換わっている。加算器５４は、乗算器５１から出力されるＮビットのデータと、時間デジタル値生成部４０から出力されるＮビットの時間デジタルデータＴＤとを加算し、ＮビットのタイムスタンプデータＴＳを出力する。合成出力値生成部５０のその他の構成は図３と同じであるので、その説明を省略する。
【0076】
図１２は、第２実施形態における時間デジタル値生成部４０の構成例を示す図である。図１２に示すように、第２実施形態における時間デジタル値生成部４０は、多相クロック生成部８１、Ｄフリップフロップ８２，８３，８４及び時間デジタル値算出部８５を含む。
【0077】
多相クロック生成部８１は、基準周期信号ＣＬＫの位相をそれぞれ９０°，１８０°，２７０°遅らせた第１クロック信号ＣＬＫ９０、第２クロック信号ＣＬＫ１８０及び第３クロック信号ＣＬＫ２７０を出力する。
【0078】
Ｄフリップフロップ８２は、被測定信号ＴＲＧに同期して第１クロック信号ＣＬＫ９０を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｄフリップフロップ８２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第１クロック信号ＣＬＫ９０を取り込んで第１データＤ９０として保持する。
【0079】
Ｄフリップフロップ８３は、被測定信号ＴＲＧに同期して第２クロック信号ＣＬＫ１８０を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｄフリップフロップ８３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第２クロック信号ＣＬＫ１８０を取り込んで第２データＤ１８０として保持する。
【0080】
Ｄフリップフロップ８４は、被測定信号ＴＲＧに同期して第３クロック信号ＣＬＫ２７０を取り込んで保持する。本実施形態では、Ｄフリップフロップ８４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第３クロック信号ＣＬＫ２７０を取り込んで第３データＤ２７０として保持する。
【0081】
時間デジタル値算出部８５は、第１データＤ９０、第２データＤ１８０及び第３データＤ２７０に基づいて、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを時系列に算出し、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを含む時間デジタルデータＴＤを出力する。
【0082】
図１３は、時間デジタル値算出部８５の真理値表の一例を示す図である。図１３に示すように、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、時間デジタル値算出部８５は、第１データＤ９０及び第２データＤ１８０がともにローレベルであり、かつ、第３データＤ２７０がハイレベルである場合は、第ｉの時間デジタル値ＴＤｉとして０を算出する。また、時間デジタル値算出部８５は、第１データＤ９０がハイレベルであり、かつ、第２データＤ１８０及び第３データＤ２７０がともにローレベルである場合は、第ｉの時間デジタル値ＴＤｉとして１を算出する。また、時間デジタル値算出部８５は、第１データＤ９０及び第２データＤ１８０がともにハイレベルであり、かつ、第３データＤ２７０がローレベルである場合は、第ｉの時間デジタル値ＴＤｉとして２を算出する。また、時間デジタル値算出部８５は、第１データＤ９０がローレベルであり、かつ、第２データＤ１８０及び第３データＤ２７０がともにハイレベルである場合は、第ｉの時間デジタル値ＴＤｉとして３を算出する。
【0083】
このように構成されている時間デジタル値生成部４０は、基準周期信号ＣＬＫの位相をずらした複数のクロック信号を用いた多相クロック方式により、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを生成する。なお、図１２の例では、位相の異なる３つのクロック信号が用いられているが、位相の異なる２つ又は４つ以上のクロック信号が用いられてもよい。また、位相の異なる複数のクロック信号の１つとして基準周期信号ＣＬＫが用いられてもよい。
【0084】
図１４は、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０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１４の例では、合成出力値生成部５０において乗算器５１に入力される整数ＮＰは４である。
【0085】
図１４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データＣＮＴ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、この時のカウントデータＣＮＴが３であるので、カウントデータＤＣＮＴが０から３に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である３が、前述の第１のカウント値ＤＣＮＴ１に相当する。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、第１クロック信号ＣＬＫ９０がハイレベルであるので第１データＤ９０がローレベルからハイレベルに変わる。また、第２クロック信号ＣＬＫ１８０がハイレベルであるので、第２データＤ１８０がローレベルからハイレベルに変わる。また、第３クロック信号ＣＬＫ２７０がローレベルであるので第３データＤ２７０がローレベルを維持する。その結果、時間デジタルデータＴＤが０から２に変わり、タイムスタンプデータＴＳが０から１４に変わる。例えば、この時間デジタルデータＴＤの値である２が、前述の第１の時間デジタル値ＴＤ１に相当する。
【0086】
その後、時刻ｔ１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データＴＳが１４であるので、合成出力データＤＴＳが０から１４に変わる。例えば、この合成出力データＤＴＳの値である１４が、前述の第１の合成出力値ＤＴＳ１に相当する。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データＣＮＴが７であるので、カウントデータＤＣＮＴが３から７に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である７が、前述の第２のカウント値ＤＣＮＴ２に相当する。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、第１クロック信号ＣＬＫ９０がハイレベルであるので第１データＤ９０がハイレベルを維持する。また、第２クロック信号ＣＬＫ１８０がローレベルであるので、第２データ
Ｄ１８０がハイレベルからローレベルに変わる。また、第３クロック信号ＣＬＫ２７０がローレベルであるので第３データＤ２７０がローレベルを維持する。その結果、時間デジタルデータＴＤが２から１に変わり、タイムスタンプデータＴＳが１４から２９に変わる。例えば、この時間デジタルデータＴＤの値である１が、前述の第２の時間デジタル値ＴＤ２に相当する。
Ｄ１８０がハイレベルからローレベルに変わる。また、第３クロック信号ＣＬＫ２７０がローレベルであるので第３データＤ２７０がローレベルを維持する。その結果、時間デジタルデータＴＤが２から１に変わり、タイムスタンプデータＴＳが１４から２９に変わる。例えば、この時間デジタルデータＴＤの値である１が、前述の第２の時間デジタル値ＴＤ２に相当する。
【0087】
その後、時刻ｔ２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、この時のタイムスタンプデータＴＳが２９であるので、合成出力データＤＴＳが１４から２９に変わる。例えば、この合成出力データＤＴＳの値である２９が、前述の第２の合成出力値ＤＴＳ２に相当する。また、被測定信号ＴＲＧがローレベルからハイレベルに遷移した時のカウントデータＣＮＴが１１であるので、カウントデータＤＣＮＴが７から１１に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である１１が、前述の第３のカウント値ＤＣＮＴ３に相当する。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、第１クロック信号ＣＬＫ９０がローレベルであるので第１データＤ９０がハイレベルからローレベルに変わる。また、第２クロック信号ＣＬＫ１８０がローレベルであるので、第２データＤ１８０がローレベルを維持する。また、第３クロック信号ＣＬＫ２７０がハイレベルであるので第３データＤ２７０がローレベルからハイレベルに変わる。その結果、時間デジタルデータＴＤが１から０に変わり、タイムスタンプデータＴＳが２９から４４に変わる。例えば、この時間デジタルデータＴＤの値である０が、前述の第３の時間デジタル値ＴＤ３に相当する。
【0088】
ここで、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刻ｔ２から次に基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来するまでの時間Ｐ２は、被測定信号ＴＲＧがローレベルからハイレベルに遷移した時刻ｔ１から次に基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来するまでの時間Ｐ１よりも長い。一方、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短いほど、時間デジタルデータＴＤが大きな値となる。そして、時刻ｔ１において変化した後の時間デジタルデータＴＤ、すなわち第１の時間デジタル値ＴＤ１である２は時間Ｐ１に対応し、時刻ｔ２において変化した後の時間デジタルデータＴＤ、すなわち第２の時間デジタル値ＴＤ２である１は時間Ｐ２に対応している。
【0089】
図１４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×（７－３）＋Ｐ１－Ｐ２＝（Ｔ×７－Ｐ２）－（Ｔ×３－Ｐ１）である。ここで、時刻ｔ０において変化した後のタイムスタンプデータＴＳ、すなわち１４（＝４×３＋２）は（Ｔ×３－Ｐ１）に対応し、第１の合成出力値ＤＴＳ１となる。また、時刻ｔ１において変化した後のタイムスタンプデータＴＳ、すなわち２９（＝４×７＋１）は（Ｔ×７－Ｐ２）に対応し、第２の合成出力値ＤＴＳ２となる。したがって、第２の合成出力値ＤＴＳ２と第１の合成出力値ＤＴＳ１との差分、すなわち１５（＝２９－１４）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。
【0090】
一般化すると、第ｉの合成出力値ＤＴＳｉ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に対応する。したがって、外部装置は、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを用いて生成された計測データＤＯに基づいて被測定信号ＴＲＧの周波数を算出し、物理量センサー１０が検出した物理量を測定することができる。
【0091】
ここで、図１４に示したように、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが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データＣＮＴが１ずつ増えていく。これにより、第１の合成出力値ＤＴＳ１の量子化誤差が第２の合成出力値ＤＴＳ２の生成にフィードバッ
クされることになる。一般化すると、１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされる。すなわち、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データ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、計測データＤＯに基づいて、物理量を高精度に測定することができる。
クされることになる。一般化すると、１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされる。すなわち、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データ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、計測データＤＯに基づいて、物理量を高精度に測定することができる。
【0092】
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。
【0093】
３．第３実施形態
以下、第３実施形態のセンサーモジュール１について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第３実施形態のセンサーモジュール１について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
【0094】
第３実施形態のセンサーモジュール１の構成は、図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第３実施形態では、時間デジタル値生成部４０の具体的な構成が第１実施形態及び第２実施形態と異なる。第３実施形態におけるカウント部３０及び合成出力値生成部５０の具体的な構成は、図３と同じであるため、その説明を省略する。
【0095】
図１５は、第３実施形態における時間デジタル値生成部４０の構成例を示す図である。図１５に示すように、第３実施形態における時間デジタル値生成部４０は、制御信号生成部９１、スイッチ９２、抵抗９３、キャパシター９４、スイッチ９５、サンプルホールド回路９６及び時間デジタル値換算部９７を含む。
【0096】
制御信号生成部９１は、基準周期信号ＣＬＫ及び被測定信号ＴＲＧに基づいて、スイッチ制御信号ＳＷ、リセット信号ＲＳＴ及びサンプルホールド信号ＳＨを生成して出力する。具体的には、制御信号生成部９１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、スイッチ制御信号ＳＷをローレベルからハイレベルに変化させる。また、制御信号生成部９１は、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルのときに基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、スイッチ制御信号ＳＷをハイレベルからローレベルに変化させるとともに、サンプルホールド信号ＳＨをローレベルからハイレベルに変化させる。また、制御信号生成部９１は、サンプルホールド信号ＳＨがハイレベルのときに基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、サンプルホールド信号ＳＨをハイレベルからローレベルに変化させるとともに、リセット信号ＲＳＴをローレベルからハイレベルに変化させる。また、制御信号生成部９１は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルのときに基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来すると、リセット信号ＲＳＴをハイレベルからローレベルに変化させる。
【0097】
スイッチ９２は、一端に電源電圧が供給され、他端が抵抗９３の一端と接続されている。そして、スイッチ９２は、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルのときに導通状態となり、スイッチ制御信号ＳＷがローレベルのときに非導通状態となる。
【0098】
抵抗９３の他端はキャパシター９４の一端と接続され、キャパシター９４の他端は接地されている。抵抗９３とキャパシター９４はＲＣ時定数回路を構成し、スイッチ９２が導通状態である期間において、キャパシター９４が充電され、抵抗９３とキャパシター９４との接続ノードの電圧ＶＲＣが上昇していく。図１６に、スイッチ９２が導通してからの経過時間と電圧ＶＲＣとの関係の一例を示す。抵抗９３とキャパシター９４との接続ノードの電圧ＶＲＣは、サンプルホールド回路９６に入力される。
【0099】
スイッチ９５は、一端が抵抗９３とキャパシター９４との接続ノードと接続され、他端が接地されている。そして、スイッチ９５はリセット信号ＲＳＴがハイレベルのときに導通状態となり、リセット信号ＲＳＴがローレベルのときに非導通状態となる。したがって、スイッチ９５が導通状態である期間において、キャパシター９４が放電され、抵抗９３とキャパシター９４との接続ノードの電圧ＶＲＣは、グラウンド電圧まで低下していく。
【0100】
サンプルホールド回路９６は、サンプルホールド信号ＳＨに基づいて、電圧ＶＲＣをサンプリングして保持する。具体的には、サンプルホールド回路９６は、サンプルホールド信号ＳＨがローレベルからハイレベルに変化したときの電圧ＶＲＣをサンプリングし、サンプリングした電圧ＶＲＣをサンプルホールド信号ＳＨがハイレベルの期間において電圧ＶＳＨとして保持する。
【0101】
時間デジタル値換算部９７は、サンプルホールド回路９６が保持する電圧ＶＳＨを時間デジタルデータＴＤに換算して出力する。サンプルホールド回路９６が保持する電圧ＶＳＨ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が到来する毎に変化するので、時間デジタル値換算部９７は、各電圧ＶＳＨを第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎに換算し、時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを含む時間デジタルデータＴＤを出力する。具体的には、時間デジタル値換算部９７は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、電圧ＶＳＨをＡ／Ｄ変換してデジタル化し、図１６に示した電圧時間特性に対応するテーブル情報あるいは数式に基づき、デジタル化された電圧ＶＳＨに対応する第ｉの時間デジタル値ＴＤｉを算出する。この時間デジタル値ＴＤｉは、ｉ番目の被測定信号ＴＲＧのエッジと次の基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジとの時間間隔に応じた値となる。
【0102】
このように構成されている時間デジタル値生成部４０は、被測定信号ＴＲＧのエッジと基準周期信号ＣＬＫのエッジとの時間差に応じて変化する電圧ＶＲＣを利用した時間／電圧変換方式により、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを生成する。
【0103】
図１７は、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０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１７の例では、合成出力値生成部５０において乗算器５１に入力される整数ＮＰは３２である。
【0104】
図１７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データＣＮＴ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、この時のカウントデータＣＮＴが１０であるので、カウントデータＤＣＮＴが０から１０に変わり、タイムスタンプデータＴＳが０から３２０に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である１０が、前述の第１のカウント値ＤＣＮＴ１に相当する。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、スイッチ制御信号ＳＷがローレベルからハイレベルに遷移する。
【0105】
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、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルからローレベルに遷移し、サンプルホールド信号ＳＨがローレベルからハイレベルに遷移する。
【0106】
時刻ｔ２において、基準周期信号ＣＬＫの次の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、サンプルホールド信号ＳＨがハイレベルからローレベルに遷移し、リセット信号ＲＳＴがローレベルからハイレベルに遷移する。また、当該エッジに同期して、時間デジタルデータＴＤが０から１２９に変わり、タイムスタンプデータＴＳが３２０から１９１に変わる。
【0107】
時刻ｔ３において、基準周期信号ＣＬＫの次の立ち上がりエッジが到来し、リセット信号ＲＳＴがハイレベルからローレベルに遷移する。
【0108】
その後、時刻ｔ４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データＴＳが１９１であるので、合成出力データＤＴＳが０から１９１に変わる。例えば、この合成出力データＤＴＳの値である１９１が、前述の第１の合成出力値ＤＴＳ１に相当する。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データＣＮＴが１４であるので、カウントデータＤＣＮＴが１０から１４に変わり、タイムスタンプデータＴＳが１９１から３１９に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である１４が、前述の第２のカウント値ＤＣＮＴ２に相当する。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、スイッチ制御信号ＳＷがローレベルからハイレベルに遷移する。
【0109】
時刻ｔ４から時間Ｐ２が経過した時刻ｔ５において、被測定信号ＴＲＧがロー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、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルからローレベルに遷移し、サンプルホールド信号ＳＨがローレベルからハイレベルに遷移する。
【0110】
時刻ｔ６において、基準周期信号ＣＬＫの次の立ち上がりエッジが到来し、当該エッジに同期して、サンプルホールド信号ＳＨがハイレベルからローレベルに遷移し、リセット信号ＲＳＴがローレベルからハイレベルに遷移する。また、当該エッジに同期して、時間デジタルデータＴＤが１２９から１３７に変わり、タイムスタンプデータＴＳが３１９から３１１に変わる。
【0111】
時刻ｔ７において、基準周期信号ＣＬＫの次の立ち上がりエッジが到来し、リセット信号ＲＳＴがハイレベルからローレベルに遷移する。
【0112】
その後、時刻ｔ８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、この時のタイムスタンプデータＴＳが３１１であるので、合成出力データＤＴＳが１９１から３１１に変わる。例えば、この合成出力データＤＴＳの値である３１１が、前述の第２の合成出力値ＤＴＳ２に相当する。また、被測定信号ＴＲＧがローレベルからハイレベルに遷移した時のカウントデータＣＮＴが１８であるので、カウントデータＤＣＮＴが１４から１８に変わり、タイムスタンプデータＴＳが３１１から４３９に変わる。例えば、このカウントデータＤＣＮＴの値である１８が、前述の第３のカウント値ＤＣＮＴ３に相当する。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、スイッチ制御信号ＳＷがローレベルからハイレベルに遷移する。
【0113】
ここで、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間Ｐ２は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｐ１よりも長い。一方、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、時間デジタルデータＴＤが大きな値となる。そして、時刻ｔ２において変化した後の時間デジタルデータＴＤ、すなわち第１の時間デジタル値ＴＤ１である１２９は時間Ｐ１に対応し、時刻ｔ６において変化した後の時間デジタルデータＴＤ、すなわち第２の時間デジタル値ＴＤ２である１３７は時間Ｐ２に対応している。
【0114】
図１７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×（１４－１０）＋Ｐ１－Ｐ２＝（Ｔ×１４－Ｐ２）－（Ｔ×１０－Ｐ１）である。ここで、時刻ｔ２において変化した後のタイムスタンプデータＴＳ、すなわち１９１（＝３２×１０－１２９）は（Ｔ×１０－Ｐ１）に対応し、第１の合成出力値ＤＴＳ１となる。また、時刻ｔ６において変化した後のタイムスタンプデータＴＳ、すなわち３１１（＝３２×１４－１３７）は（Ｔ×１４－Ｐ２）に対応し、第２の合成出
力値ＤＴＳ２となる。したがって、第２の合成出力値ＤＴＳ２と第１の合成出力値ＤＴＳ１との差分、すなわち１２０（＝３１１－１９１）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。
力値ＤＴＳ２となる。したがって、第２の合成出力値ＤＴＳ２と第１の合成出力値ＤＴＳ１との差分、すなわち１２０（＝３１１－１９１）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。
【0115】
一般化すると、第ｉの合成出力値ＤＴＳｉ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に対応する。したがって、外部装置は、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを用いて生成された計測データＤＯに基づいて被測定信号ＴＲＧの周波数を算出し、物理量センサー１０が検出した物理量を測定することができる。
【0116】
ここで、図１７に示したように、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが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データＣＮＴが１ずつ増えていく。これにより、第１の合成出力値ＤＴＳ１の量子化誤差が第２の合成出力値ＤＴＳ２の生成にフィードバックされることになる。一般化すると、１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされる。すなわち、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データ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、計測データＤＯに基づいて、物理量を高精度に測定することができる。
【0117】
以上に説明した第３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。
【0118】
４．第４実施形態
以下、第４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～第３実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
以下、第４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～第３実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
【0119】
図１８は、第４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１８に示すように、第４実施形態のセンサーモジュール１は、物理量センサー１０、基準周期信号生成部２０、カウント部３０、時間デジタル値生成部４０、合成出力値生成部５０及び記憶部７０を備える。物理量センサー１０、基準周期信号生成部２０、カウント部３０及び時間デジタル値生成部４０の機能は、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様であるため、その説明を省略する。
【0120】
合成出力値生成部５０は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、時間デジタルデータＴＤに含まれる第ｉの時間デジタル値ＴＤｉとカウントデータＤＣＮＴに含まれる第ｉのカウント値ＤＣＮＴｉとに基づいて第ｉの合成出力値ＤＴＳｉを生成し、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む合成出力データＤＴＳを出力する。具体的には、合成出力値生成部５０は、第ｉの時間デジタル値ＴＤｉと第ｉのカウント値ＤＣＮＴｉとを合成して得られた値からオフセット値ＯＦＳＴを減算して第ｉの合成出力値ＤＴＳｉを生成する。オフセット値ＯＦＳＴは、記憶部７０あるいは不図示の他の記憶部にあらかじめ記憶されていてもよいし、外部装置からセンサーモジュール１に入力されてもよい。
【0121】
記憶部７０は、合成出力値生成部５０から出力される合成出力データＤＴＳに含まれる第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎのうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、記憶しているｐ個の合成出力値を出力する。例えば、記憶部７０は、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～Ｄ
ＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値ＤＴＳｋ＋ｐ＋１以降の記憶を停止し、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを出力してもよい。制御信号ＭＣＴＬは、外部装置からセンサーモジュール１に入力されてもよいし、センサーモジュール１の内部で生成されてもよい。後者の場合、例えば、センサーモジュール１は、不図示のタイマーを備え、当該タイマーが所定の時間が経過する毎に、制御信号ＭＣＴＬを生成してもよい。
ＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値ＤＴＳｋ＋ｐ＋１以降の記憶を停止し、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを出力してもよい。制御信号ＭＣＴＬは、外部装置からセンサーモジュール１に入力されてもよいし、センサーモジュール１の内部で生成されてもよい。後者の場合、例えば、センサーモジュール１は、不図示のタイマーを備え、当該タイマーが所定の時間が経過する毎に、制御信号ＭＣＴＬを生成してもよい。
【0122】
記憶部７０は、リングバッファーであってもよい。例えば、記憶部７０は、ＲＡＭであり、図１９に示すように、ｐ個のアドレスＡ１～Ａｐがそれぞれ割り当てられたｐ個の記憶領域によってリングバッファーが構成されてもよい。ＲＡＭは、Random Access Memoryの略である。例えば、記憶部７０は、第１～第ｐの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｐをアドレスＡ１～Ａｐの各記憶領域に順番に書き込んだ場合、第ｐ＋１～第２ｐの合成出力値ＤＴＳｐ＋１～ＤＴＳ２ｐをアドレスＡ１～Ａｐの各記憶領域に順番に上書きする。
【0123】
【0124】
合成出力値生成部５０は、乗算器５１、減算器５２、Ｎ個のＤフリップフロップ５３、減算器５５及び減算器５６を含む。すなわち、図２０に示す合成出力値生成部５０は、図３に示した合成出力値生成部５０に対して、減算器５５及び減算器５６が追加されている。
【0125】
減算器５５は、減算器５２から出力されるＮビットのデータから、Ｎ個のＤフリップフロップ５３から出力されるＮビットのデータを減算し、Ｎビットのタイムスタンプ差分データΔＴＳを出力する。減算器５６は、減算器５５から出力されるＮビットのデータから、Ｎビットのオフセット値ＯＦＳＴを減算し、Ｎビットの合成出力データＤＴＳを出力する。
【0126】
この合成出力データＤＴＳに含まれる第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎの各々はタイムスタンプの差分に基づく値である。具体的には、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、タイムスタンプ差分データΔＴＳに含まれるタイムスタンプ差分値ΔＴＳｉは、タイムスタンプデータＴＳに含まれる第ｉのタイムスタンプ値ＴＳｉと第ｉ－１のタイムスタンプ値ＴＳｉ－１との差分値である。ただし、第０のタイムスタンプ値ＴＳ０は、あらかじめ決められた所定値であり、例えば０である。したがって、合成出力データＤＴＳに含まれる第ｉの合成出力値ＤＴＳｉは、第ｉ＋１のタイムスタンプ値ＴＳｉ＋１と第ｉのタイムスタンプ値ＴＳｉとの差分値からオフセット値ＯＦＳＴが減算された値であり、タイムスタンプの差分に基づく値である。
【0127】
合成出力値生成部５０のその他の構成は図３と同じであるので、その説明を省略する。
【0128】
このように構成されている第４実施形態のセンサーモジュール１において、外部装置は、記憶部７０に記憶されている第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを取得して被測定信号ＴＲＧの周波数を測定することができる。具体的には、まず、外部装置は、第ｋ＋ｉの合成出力値ＤＴＳｋ＋ｉに対して、式（１）により、第ｋ＋ｉのタイムスタンプ差分値ΔＴＳｋ＋ｉを算出する。ｉは１以上ｐ以下の各整数である。
【0129】
【数1】
【0130】
次に、外部装置は、第ｋ＋ｉのタイムスタンプ差分値ΔＴＳｋ＋ｉに対して、式（２）により、第ｋ＋ｉのパルス数換算値ΔＰｋ＋ｉを算出する。第ｋ＋ｉのパルス数換算値ΔＰｋ＋ｉは、被測定信号ＴＲＧのｋ＋ｉ－１番目のエッジとｋ＋ｉ番目のエッジとの間に存在する基準周期信号ＣＬＫのパルス数である。式（２）において、ＮＰは、合成出力値生成部５０の乗算器５１に入力される整数である。
【0131】
【数2】
【0132】
最後に、外部装置は、第ｋ＋ｉのパルス数換算値ΔＰｋ＋ｉに対して、式（３）により、第ｋ＋ｉの周波数ｆｋ＋ｉを算出する。第ｋ＋ｉの周波数ｆｋ＋ｉは、被測定信号ＴＲＧのｋ＋ｉ－１番目のエッジとｋ＋ｉ番目のエッジとの時間間隔を半周期としたときの被測定信号ＴＲＧの周波数である。式（３）において、ｆＣＬＫは、基準周期信号ＣＬＫの周波数である。
【0133】
【数3】
【0134】
以上に説明した第４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～第３実施形態と同様の効果が得られる。
【0135】
さらに、第４実施形態のセンサーモジュール１では、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎの各々はタイムスタンプの差分に基づく値、具体的には、タイムスタンプの差分からオフセット値を減算した値であるので、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎの絶対値が小さくなる。したがって、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎのビット数が低減され、連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部７０のサイズや外部装置との通信量を低減させることができる。
【0136】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、リアルタイムで物理量を測定可能な周波数帯域の上限は外部装置との通信レートによって制限されるが、被測定信号ＴＲＧの周波数が通信レートよりも高い場合であっても、外部装置は、記憶部７０に記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得してリアルタイムで測定可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号成分を測定することができる。
【0137】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、外部装置は、記憶部７０に記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得すればよいので、外部装置との通信をＳＰＩ，Ｉ２Ｃ，ＵＡＲＴ等の一般的なプロトコルで行うことができる。ＳＰＩは、Serial
Peripheral Interfaceの略であり、Ｉ２ＣはInter Integrated Circuitの略であり、ＵＡＲＴはUniversal Asynchronous Receiver Transmitterの略である。したがって、例えば、センサーモジュール１の検査工程において、検査装置に合成出力値を読み出すための専用のソフトウェアを組み込む必要がなく、検査システムを容易に構築することが可能となる。
Peripheral Interfaceの略であり、Ｉ２ＣはInter Integrated Circuitの略であり、ＵＡＲＴはUniversal Asynchronous Receiver Transmitterの略である。したがって、例えば、センサーモジュール１の検査工程において、検査装置に合成出力値を読み出すための専用のソフトウェアを組み込む必要がなく、検査システムを容易に構築することが可能となる。
【0138】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、記憶部７０は、リングバッファーであるので、合成出力値が生成される毎に最も古い合成出力値に上書きすることにより
、記憶部７０の容量を最大限に活用して最新のｐ個の合成出力値を容易に記憶することができる。
、記憶部７０の容量を最大限に活用して最新のｐ個の合成出力値を容易に記憶することができる。
【0139】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、記憶部７０は制御信号ＭＣＴＬに基づいて合成出力値の記憶を停止するので、外部装置は、制御信号ＭＣＴＬに基づく所定のタイミングで速やかに記憶部７０からｐ個の合成出力値を取得することができる。
【0140】
５．第５実施形態
以下、第５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～第４実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第４実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第４実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
以下、第５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～第４実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第４実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第４実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
【0141】
図２１は、第５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２１に示すように、第５実施形態のセンサーモジュール１は、第１～第Ｎの物理量センサー１０－１～１０－Ｎ、基準周期信号生成部２０、第１～第Ｎのカウント部３０－１～３０－Ｎ、第１～第Ｎの時間デジタル値生成部４０－１～４０－Ｎ、第１～第Ｎの合成出力値生成部５０－１～５０－Ｎ及び第１～第Ｎの記憶部７０－１～７０－Ｎを備える。Ｎは２以上の整数である。
【0142】
第１～第４実施形態と同様、基準周期信号生成部２０は、基準周期信号ＣＬＫを出力する。
【0143】
第１～第Ｎの物理量センサー１０－１～１０－Ｎは、例えば、被測定物のＮ箇所に取り付けられてもよいし、一部が第１の被測定物に取り付けられ、他の一部が第１の被測定物とは異なる第２の被測定物に取り付けられてもよい。
【0144】
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの物理量センサー１０－ｍは、検出した所定の第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号ＴＲＧｍを出力する。具体的には、第ｍの物理量センサー１０－ｍは、第ｍの物理量を検出する不図示の物理量検出素子と、当該物理量検出素子を発振させる不図示の発振回路とを有し、当該発振回路が第ｍの被測定信号ＴＲＧｍを出力する。例えば、第１～第Ｎの物理量は、加速度、角速度、角加速度、圧力、質量、電圧、磁力、静電容量、温度等であってもよく、すべてが同じ種類の物理量であってもよいし、一部が異なる種類の物理量であってもよい。
【0145】
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍのカウント部３０－ｍは、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを時系列に生成し、第１～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎを含む第ｍのカウントデータＤＣＮＴｍを出力する。ｎは２以上の整数である。第ｍの被測定信号ＴＲＧｍの時間イベントとは、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍが変化するタイミングであり、例えば、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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。
【0146】
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの時間デジタル値生成部４０－ｍは、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍと基準周期信号ＣＬＫとの位相差に基づく第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを時系列に生成し、第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを含む第
ｍの時間デジタルデータＴＤｍを出力する。
ｍの時間デジタルデータＴＤｍを出力する。
【0147】
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍは、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、第ｍの時間デジタル値生成部４０－ｍが生成した第ｉの時間デジタル値ＴＤｉと第ｍのカウント部３０－ｍが生成した第ｉのカウント値ＤＣＮＴｉとに基づいて第ｉの合成出力値ＤＴＳｉを生成し、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む第ｍの合成出力データＤＴＳｍを出力する。例えば、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍは、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍに同期して第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成してもよい。
【0148】
第ｍの合成出力値生成部５０－ｍは、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを時系列に生成してもよい。あるいは、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍは、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍの立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを時系列に生成してもよい。
【0149】
第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む第ｍの合成出力データＤＴＳｍは、第ｍの物理量センサー１０－ｍから出力される第ｍの被測定信号ＴＲＧｍと基準周期信号ＣＬＫとの周波数比を示す信号である。
【0150】
第５実施形態でも、第１実施形態～第４実施形態と同様、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍでは、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが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データＣＮＴが１ずつ増えていく。これにより、１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍが生成した第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされる。すなわち、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍが生成する第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを含む第ｍの合成出力データＤＴＳｍ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。
【0151】
また、第５実施形態でも、第１実施形態～第４実施形態と同様、第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な物理量の周波数帯域Ｆにおける最大周波数ｆｍａｘとなるときの当該第ｍの物理量の変化の周期Ｔｍｉｎ＝１／ｆｍａｘは、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍによって第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎがそれぞれ生成される平均周期Ｔａｖｇの８倍よりも長い。
【0152】
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの記憶部７０－ｍは、第ｍの合成出力値生成部５０が生成した前記第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎのうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力する。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値ＤＴＳｋ＋ｐ＋１以降の記憶を停止し、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを出力してもよい。制御信号ＭＣＴＬは、外部装置からセンサーモジュール１に入力されてもよいし、センサーモジュール１の内部で生成されてもよい。後者の場合、例えば、センサーモジュール１は、不図示のタイマーを備え、当該タイマーが所定の時間が経過する毎に、制御信号ＭＣＴＬを生成してもよい。
【0153】
第ｍの記憶部７０－ｍは、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、さらに第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値
ＤＣＮＴｋ＋１～ＤＣＮＴｋ＋ｐのいずれかを記憶してもよい。そして、第ｍの記憶部７０－ｍは、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐと第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値ＤＣＮＴｋ＋１～ＤＣＮＴｋ＋ｐのいずれかとを出力してもよい。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、さらに第ｋ＋ｐのカウント値ＤＣＮＴｋ＋ｐを記憶し、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐと第ｋ＋ｐのカウント値ＤＣＮＴｋ＋ｐとを出力してもよい。
ＤＣＮＴｋ＋１～ＤＣＮＴｋ＋ｐのいずれかを記憶してもよい。そして、第ｍの記憶部７０－ｍは、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐと第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値ＤＣＮＴｋ＋１～ＤＣＮＴｋ＋ｐのいずれかとを出力してもよい。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、さらに第ｋ＋ｐのカウント値ＤＣＮＴｋ＋ｐを記憶し、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐと第ｋ＋ｐのカウント値ＤＣＮＴｋ＋ｐとを出力してもよい。
【0154】
第ｍの記憶部７０－ｍは、リングバッファーであってもよい。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、ＲＡＭであり、図２２に示すように、ｐ＋１個のアドレスＡ１～Ａｐ＋１がそれぞれ割り当てられたｐ＋１個の記憶領域によってリングバッファーが構成されてもよい。例えば、ｊを０以上の各整数とし、ｉを１以上ｐ以下の各整数としたとき、第ｍの記憶部７０－ｍは、各整数ｑ＝ｊ×ｐ＋ｉに対して、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍによって第ｑの合成出力値ＤＴＳｑが生成される毎に、第ｑの合成出力値ＤＴＳｑをアドレスＡｉの記憶領域に書き込み、第ｍのカウント部３０－ｍによって生成された第ｑのカウント値ＤＣＮＴｑをアドレスＡｐ＋１の記憶領域に書き込む。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、第１～第ｐの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｐをアドレスＡ１～Ａｐの各記憶領域に順番に書き込むとともに、第１～第ｐのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｐをアドレスＡｐ＋１の記憶領域に順番に書き込んだ場合、第ｐ＋１～第２ｐの合成出力値ＤＴＳｐ＋１～ＤＴＳ２ｐをアドレスＡ１～Ａｐの各記憶領域に順番に上書きするとともに、第ｐ＋１～第２ｐのカウント値ＤＣＮＴｐ＋１～ＤＣＮＴ２ｐをアドレスＡｐ＋１の記憶領域に順番に上書きする。
【0155】
なお、第ｍのカウント部３０－ｍ、第ｍの時間デジタル値生成部４０－ｍ及び第ｍの合成出力値生成部５０－ｍの具体的な構成は、第１実施形態～第４実施形態のいずれかのカウント部３０、時間デジタル値生成部４０及び合成出力値生成部５０とそれぞれ同様であるので、その図示及び説明を省略する。
【0156】
このように構成されている第５実施形態のセンサーモジュール１において、外部装置は、１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの記憶部７０－ｍに記憶されている第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを取得し、前出の式（１）～式（３）により、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍの周波数を算出することができる。ただし、第１～第Ｎの被測定信号ＴＲＧ１～ＴＲＧＮは非同期であるため、これらの周波数を算出しただけでは、第１～第Ｎの被測定信号ＴＲＧ１～ＴＲＧＮの位相差はわからない。そこで、外部装置は、１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの記憶部７０－ｍに記憶されている第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐに対して、前出の式（１）により、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのタイムスタンプ差分値ΔＴＳｋ＋１～ΔＴＳｋ＋ｐを算出してこれらを積分することにより、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのタイムスタンプ値ＴＳｋ＋１～ＴＳｋ＋ｐを算出し、これらを第１～第Ｎの記憶部７０－１～７０－Ｎに記憶されているＮ個のカウント値を用いて補正する。
【0157】
例えば、センサーモジュール１が、検出軸をｘ軸とする第１の物理量センサー１０－１と、検出軸をｙ軸とする第２の物理量センサー１０－２と、検出軸をｚ軸とする第３の物理量センサー１０－３とを備える３軸センサーモジュールであるものとする。また、第１の記憶部７０－１には、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｘｋ＋１～ＤＴＳｘｋ＋ｐ及びカウント値ＤＣＮＴｘｋ＋ｐが記憶され、第２の記憶部７０－２には、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｙｋ＋１～ＤＴＳｙｋ＋ｐ及びカウント値ＤＣＮＴｙｋ＋ｐが記憶され、第３の記憶部７０－３には、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｚｋ＋１～ＤＴＳｚｋ＋ｐ及びカウント値ＤＣＮＴｚｋ＋ｐが記憶されているものとする。この場合、まず、外部装置は、ｐ個の合成出力値Ｄ
ＴＳｘｋ＋１～ＤＴＳｘｋ＋ｐに対して、前出の式（１）と同様の式により、ｐ個のタイムスタンプ差分値ΔＴＳｘｋ＋１～ΔＴＳｘｋ＋ｐを算出する。同様に、外部装置は、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｙｋ＋１～ＤＴＳｙｋ＋ｐに対して、前出の式（１）と同様の式により、ｐ個のタイムスタンプ差分値ΔＴＳｙｋ＋１～ΔＴＳｙｋ＋ｐを算出する。同様に、外部装置は、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｚｋ＋１～ＤＴＳｚｋ＋ｐに対して、前出の式（１）と同様の式により、ｐ個のタイムスタンプ差分値ΔＴＳｚｋ＋１～ΔＴＳｚｋ＋ｐを算出する。
ＴＳｘｋ＋１～ＤＴＳｘｋ＋ｐに対して、前出の式（１）と同様の式により、ｐ個のタイムスタンプ差分値ΔＴＳｘｋ＋１～ΔＴＳｘｋ＋ｐを算出する。同様に、外部装置は、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｙｋ＋１～ＤＴＳｙｋ＋ｐに対して、前出の式（１）と同様の式により、ｐ個のタイムスタンプ差分値ΔＴＳｙｋ＋１～ΔＴＳｙｋ＋ｐを算出する。同様に、外部装置は、ｐ個の合成出力値ＤＴＳｚｋ＋１～ＤＴＳｚｋ＋ｐに対して、前出の式（１）と同様の式により、ｐ個のタイムスタンプ差分値ΔＴＳｚｋ＋１～ΔＴＳｚｋ＋ｐを算出する。
【0158】
次に、外部装置は、各タイムスタンプ差分値ΔＴＳｘｋ＋ｉに対して、式（４）により、タイムスタンプ値ＴＳｘｋ＋ｉを算出する。ｉは１以上ｐ以下の各整数である。
【0159】
【数4】
【0160】
同様に、外部装置は、各タイムスタンプ差分値ΔＴＳｙｋ＋ｉに対して、式（５）により、タイムスタンプ値ＴＳｙｋ＋ｉを算出する。
【0161】
【数5】
【0162】
同様に、外部装置は、各タイムスタンプ差分値ΔＴＳｚｋ＋ｉに対して、式（６）により、タイムスタンプ値ＴＳｚｋ＋ｉを算出する。
【0163】
【数6】
【0164】
次に、外部装置は、各タイムスタンプ値ＴＳｘｋ＋ｉに対して、式（７）により、タイムスタンプ補正値ＴＳｘ’ｋ＋ｉを算出する。
【0165】
【数7】
【0166】
また、外部装置は、各タイムスタンプ値ＴＳｙｋ＋ｉに対して、式（８）により、タイムスタンプ補正値ＴＳｙ’ｋ＋ｉを算出する。
【0167】
【数8】
【0168】
最後に、外部装置は、各タイムスタンプ値ＴＳｚｋ＋ｉに対して、式（９）により、タ
イムスタンプ補正値ＴＳｚ’ｋ＋ｉを算出する。
イムスタンプ補正値ＴＳｚ’ｋ＋ｉを算出する。
【0169】
【数9】
【0170】
例えば、第１の記憶部７０－１に７個の合成出力値ＤＴＳｘｋ＋１～ＤＴＳｘｋ＋７及びカウント値ＤＣＮＴｘｋ＋７が記憶され、第２の記憶部７０－２に７個の合成出力値ＤＴＳｙｋ＋１～ＤＴＳｙｋ＋７及びカウント値ＤＣＮＴｙｋ＋７が記憶され、第３の記憶部７０－３に７個の合成出力値ＤＴＳｚｋ＋１～ＤＴＳｚｋ＋７及びカウント値ＤＣＮＴｚｋ＋７が記憶されているものとし、これらが図２３に示す値を有するものとする。この場合、式（４）により算出される７個のタイムスタンプ値ＴＳｘｋ＋１～ＴＳｘｋ＋７、式（５）により算出される７個のタイムスタンプ値ＴＳｙｋ＋１～ＴＳｙｋ＋７及び式（６）により算出される７個のタイムスタンプ値ＴＳｚｋ＋１～ＴＳｚｋ＋７をプロットすると図２４のようになる。図２４には、第１～第３の被測定信号ＴＲＧ１～ＴＲＧ３にそれぞれ相当する被測定信号ＴＲＧｘ，ＴＲＧｙ，ＴＲＧｚも図示されている。図２４に示すように、タイムスタンプ値ＴＳｘｋ＋１～ＴＳｘｋ＋７は被測定信号ＴＲＧｘの各エッジのタイミングを示し、タイムスタンプ値ＴＳｙｋ＋１～ＴＳｙｋ＋７は被測定信号ＴＲＧｙの各エッジのタイミングを示し、タイムスタンプ値ＴＳｚｋ＋１～ＴＳｚｋ＋７は被測定信号ＴＲＧｚの各エッジのタイミングを示している。タイムスタンプ値ＴＳｘｋ＋１～ＴＳｘｋ＋７，ＴＳｙｋ＋１～ＴＳｙｋ＋７，ＴＳｚｋ＋１～ＴＳｚｋ＋７には、被測定信号ＴＲＧｘ，ＴＲＧｙ，ＴＲＧｚの位相差の情報が欠落しているので、図２４に示すように、被測定信号ＴＲＧｘ，ＴＲＧｙ，ＴＲＧｚの初期位相が同じである。
【0171】
これに対して、式（７）により算出される７個のタイムスタンプ補正値ＴＳｘ’ｋ＋１～ＴＳｘ’ｋ＋７、式（８）により算出される７個のタイムスタンプ補正値ＴＳｙ’ｋ＋１～ＴＳｙ’ｋ＋７及び式（９）により算出される７個のタイムスタンプ補正値ＴＳｚ’ｋ＋１～ＴＳｚ’ｋ＋７をプロットすると図２５のようになる。タイムスタンプ補正値ＴＳｘ’ｋ＋１～ＴＳｘ’ｋ＋７，ＴＳｙ’ｋ＋１～ＴＳｙ’ｋ＋７，ＴＳｚ’ｋ＋１～ＴＳｚ’ｋ＋７には、カウント値ＤＣＮＴｘｋ＋７，ＤＣＮＴｙｋ＋７，ＤＣＮＴｚｋ＋７に基づく被測定信号ＴＲＧｘ，ＴＲＧｙ，ＴＲＧｚの位相差の情報が含まれているので、図２５に示すように、被測定信号ＴＲＧｘ，ＴＲＧｙ，ＴＲＧｚの各エッジのタイミングが正確に再現されている。
【0172】
【0173】
図２６は、センサーモジュール１が固定される被装着面側から見た場合のセンサーモジュール１の構成を示す斜視図である。以下の説明において、平面視で長方形をなすセンサーモジュール１の長辺に沿った方向をＸ軸方向、平面視でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、センサーモジュール１の厚さ方向をＺ軸方向として説明する。
【0174】
センサーモジュール１は、平面形状が長方形の直方体であり、例えば、Ｘ軸方向に沿った長辺の長さが約５０ｍｍ、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に沿った短辺の長さが約２４ｍｍ、厚さが約１６ｍｍのサイズである。一方の長辺のそれぞれの端部近傍の２箇所及び他方の長辺の中央部の１箇所には、ネジ穴１０３が形成されている。この３箇所のネジ穴１０３のそれぞれに、固定ネジを通して、例えば橋梁や掲示板などの構造物の被装着体の被装着面に、固定した状態で使用される。
【0175】
図２６に示すように、センサーモジュール１の被装着面側からみた表面には、開口部１
２１が設けられている。開口部１２１の内部には、プラグ型のコネクター１１６が配置されている。コネクター１１６は、２列に配置された複数のピンを有しており、それぞれの列において、複数のピンがＹ軸方向に配列されている。コネクター１１６には、被装着体から不図示のソケット型のコネクターが接続され、センサーモジュール１の駆動電圧や、検出データ等の電気信号の送受信が行われる。
２１が設けられている。開口部１２１の内部には、プラグ型のコネクター１１６が配置されている。コネクター１１６は、２列に配置された複数のピンを有しており、それぞれの列において、複数のピンがＹ軸方向に配列されている。コネクター１１６には、被装着体から不図示のソケット型のコネクターが接続され、センサーモジュール１の駆動電圧や、検出データ等の電気信号の送受信が行われる。
【0176】
図２７は、センサーモジュール１の分解斜視図である。図２７に示すように、センサーモジュール１は、容器１０１、蓋部１０２、シール部材１４１及び回路基板１１５などから構成されている。詳述すれば、センサーモジュール１は、容器１０１の内部に、固定部材１３０を介在させて、回路基板１１５を取り付け、容器１０１の開口を、緩衝性を有するシール部材１４１を介した蓋部１０２によって覆った構成となっている。
【0177】
容器１０１は、例えばアルミニウムを用い、内部空間を有する箱状に成形された回路基板１１５の収容容器である。容器１０１は、アルミニウムを削り出したり、もしくはダイキャスト法を用いたりして形成することができる。なお、容器１０１の材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、又は金属と樹脂の複合材などを用いても良い。容器１０１の外形は、前述したセンサーモジュール１の全体形状と同様に、平面形状が略長方形の直方体であり、一方の長辺の両端部近傍の２箇所、及び他方の長辺の中央部の１箇所に、固定突起部１０４が設けられている。この固定突起部１０４のそれぞれには、ネジ穴１０３が形成されている。ここで、一方の長辺の両端部近傍の２箇所に設けられている固定突起部１０４は、短辺と長辺との交差部を含み、平面視で略三角形状をなしている。また、他方の長辺の中央部の１箇所に設けられている固定突起部１０４は、平面視で容器１０１の内部空間側に向いた略台形形状をなしている。
【0178】
容器１０１は、外形が直方体で一方に開口した箱状である。容器１０１の内部は、底壁１１２と側壁１１１とで囲まれた内部空間となっている。換言すれば、容器１０１は、底壁１１２と対向する一面を開口面１２３とする箱状であり、回路基板１１５の外縁が側壁１１１の内面１２２に沿うように配置され、開口を覆うように蓋部１０２が固定される。ここで、底壁１１２と対向する開口面１２３とは、蓋部１０２が載置される面である。開口面１２３には、容器１０１の一方の長辺の両端部近傍の２箇所及び他方の長辺の中央部の１箇所において、固定突起部１０４が立設されている。そして、固定突起部１０４の上面、すなわち－Ｚ方向に露出する面が、容器１０１の上面と同一面となる。
【0179】
また、容器１０１の内部空間には、他方の長辺の中央部に設けられた固定突起部１０４と対向する一方の長辺の中央部であって、底壁１１２から開口面１２３にかけて側壁１１１から内部空間側に突出する突起部１２９が設けられている。突起部１２９の上面には、雌ネジ１７４が設けられている。蓋部１０２は、貫通孔１７６に挿通されるネジ１７２と雌ネジ１７４とによって、容器１０１にシール部材１４１を介して固定される。ここで、他方の長辺の中央部に設けられた固定突起部１０４は、突起部１２９と同様に、底壁１１２から開口面１２３にかけて側壁１１１から内部空間側に突出する構成としても良い。なお、突起部１２９及び固定突起部１０４は、後述する回路基板１１５の括れ部１３３，１３４に対向する位置に設けられる。
【0180】
容器１０１の内部空間には、底壁１１２から開口面１２３側に向かって一段高い段状に突出する第１の台座１２７及び第２の台座１２５が設けられている。第１の台座１２７は、回路基板１１５に取り付けられたプラグ型のコネクター１１６の配置領域と対向する位置に設けられており、図２６に示すように、プラグ型のコネクター１１６が挿入される開口部１２１が設けられている。第１の台座１２７は、回路基板１１５を容器１０１に固定するための台座として機能する。なお、開口部１２１は、容器１０１の内部と外部とを貫通している。
【0181】
第２の台座１２５は、長辺の中央部に位置する固定突起部１０４及び突起部１２９に対して第１の台座１２７と反対側に位置し、固定突起部１０４及び突起部１２９の近傍に設けられている。なお、第２の台座１２５は、固定突起部１０４及び突起部１２９のいずれかと連結されていても良い。第２の台座１２５は、固定突起部１０４及び突起部１２９に対して第１の台座１２７と反対側において、回路基板１１５を容器１０１に固定するための台座として機能する。
【0182】
なお、容器１０１の外形は、平面形状が略長方形の直方体で蓋のない箱状であるとして説明したが、これに限らず、容器１０１の外形の平面形状が、正方形、六角形、八角形などであっても良い。また、容器１０１の外形の平面形状において、多角形の頂点部分の角が面取りされていてもよく、さらに、各辺のいずれかが曲線からなる平面形状であっても良い。また、容器１０１の内部の平面形状も、上述した形状に限らず、他の形状であっても良い。さらに、容器１０１の外形と内部との平面形状は、相似形であっても良いし、相似形でなくても良い。
【0183】
回路基板１１５は、複数のスルーホールなどが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板を用いている。なお、回路基板１１５は、ガラスエポキシ基板に限定されるものではなく、複数の物理量センサーや、電子部品、コネクターなどを搭載可能なリジット基板であればよく、例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。
【0184】
回路基板１１５は、底壁１１２側の第２面１１５ｒと、第２面１１５ｒと表裏の関係である第１面１１５ｆとを有する。回路基板１１５の第１面１１５ｆには、ＩＣ１８１，１８２と、ＦＰＧＡ１８３と、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚとが搭載されている。ＦＰＧＡは、Field Programmable Gate Arrayの略であり、ＩＣは、Integrated Circuitの略である。加速度センサー１１８ｘは、第１の物理量センサー１０－１が有するセンサー素子を備えている。加速度センサー１１８ｙは、第２の物理量センサー１０－２が有するセンサー素子を備えている。加速度センサー１１８ｚは、第３の物理量センサー１０－３が有するセンサー素子を備えている。ＩＣ１８１は、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚをそれぞれ発振させる３つの発振回路を備えている。ＩＣ１８２は、基準周期信号生成部２０を備えている。ＦＰＧＡ１８３は、第１のカウント部３０－１、第１の時間デジタル値生成部４０－１、第１の合成出力値生成部５０－１及び第１の記憶部７０－１を備えている。また、ＦＰＧＡ１８３は、第２のカウント部３０－２、第２の時間デジタル値生成部４０－２、第２の合成出力値生成部５０－２及び第２の記憶部７０－２を備えている。また、ＦＰＧＡ１８３は、第３のカウント部３０－３、第３の時間デジタル値生成部４０－３、第３の合成出力値生成部５０－３及び第３の記憶部７０－３を備えている。
【0185】
回路基板１１５の第２面１１５ｒには、コネクター１１６が搭載されている。なお、図示及びその説明は省略するが、回路基板１１５には、その他の配線や端子電極などが設けられていてもよい。
【0186】
回路基板１１５は、平面視で、容器１０１の長辺に沿ったＸ軸方向の中央部に、回路基板１１５の外縁が括れている括れ部１３３，１３４を備える。括れ部１３３，１３４は、平面視で、回路基板１１５のＹ軸方向の両側に設けられ、回路基板１１５の外縁から中央に向かって括れておいる。また、括れ部１３３，１３４は、容器１０１の突起部１２９及び固定突起部１０４に対向して設けられている。
【0187】
回路基板１１５は、第２面１１５ｒを第１の台座１２７、及び第２の台座１２５に向けて容器１０１の内部空間に挿入される。そして、回路基板１１５は、第１の台座１２７と
、第２の台座１２５とによって、容器１０１に支持されている。
、第２の台座１２５とによって、容器１０１に支持されている。
【0188】
加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚは、それぞれ１軸方向の加速度を検出する。具体的には、加速度センサー１１８ｘは、Ｘ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板１１５の第１面１１５ｆに側面を対向させて立設される。そして、加速度センサー１１８ｘは、Ｘ軸方向に加わる加速度を検出する。加速度センサー１１８ｙは、Ｙ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板１１５の第１面１１５ｆに側面を対向させて立設される。そして、加速度センサー１１８ｙは、Ｙ軸方向に加わる加速度を検出する。加速度センサー１１８ｚは、Ｚ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、即ちパッケージの表裏面が回路基板１１５の第１面１１５ｆと正対するように設けられる。そして、加速度センサー１１８ｚは、Ｚ軸方向に加わる加速度を検出する。
【0189】
ＩＣ１８１は、図示しない配線を介して加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚと電気的に接続されている。また、ＩＣ１８２は、図示しない配線を介してＩＣ１８１と電気的に接続されている。また、ＦＰＧＡ１８３は、図示しない配線を介してＩＣ１８２と電気的に接続されている。なお、図示を省略するが、回路基板１１５には、その他複数の電子部品等が搭載されていてもよい。
【0190】
【0191】
【0192】
なお、図２８では、互いに直交する３つの軸として、ｘ軸、ｙ’軸、ｚ’軸を図示している。各軸は、加速度センサーの基材として用いる圧電体材料である水晶の電気軸としてのｘ軸、機械軸としてのｙ軸、光学軸としてのｚ軸からなる直交座標系において、ｘ軸を回転軸として、ｚ軸をｙ軸の－ｙ方向へ＋ｚ側が回転するように回転角度φだけ傾けた軸をｚ’軸、ｙ軸をｚ軸の＋ｚ方向へ＋ｙ側が回転するように回転角度φだけ傾けた軸をｙ’軸としたとき、ｘ軸及びｙ’軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、当該平面と直交するｚ’軸方向に所定の厚さｔを有した所謂水晶ｚ板であるｚ’板を基材として用いた例を説明する。回転角度φは、好ましくは、－５°≦φ≦１５°である。なお、ｚ’軸は、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚにおいて、重力が作用する方向に沿っている軸としている。
【0193】
まず、図２８を用いて、加速度を検出するセンサー素子２００の構成について説明する。センサー素子２００は、基部２１０などを含む基板構造体２０１と、基板構造体２０１に接続され、物理量を検出する加速度検出素子２７０と、質量部２８０，２８２とを有する。
【0194】
センサー素子２００の基板構造体２０１は、基部２１０、基部２１０に継手部２１２を介して連結している可動部２１４、連結部２４０、及び基部２１０に連結して設けられている第１支持部２２０、第２支持部２３０、第３支持部２５０及び第４支持部２６０を備える。ここで、第３支持部２５０と第４支持部２６０とは、連結部２４０の配置されている側で連結されている。
【0195】
基板構造体２０１は、圧電材料である水晶の原石などから上述のように所定の角度で切り出された水晶ｚ板であるｚ’板の水晶基板を用いている。当該水晶基板をパターニングすることにより、基板構造体２０１としてこれらが一体に形成されている。また、パター
ニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術、及びウェットエッチング技術を用いることができる。
ニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術、及びウェットエッチング技術を用いることができる。
【0196】
基部２１０は、継手部２１２を介して可動部２１４と接続され、可動部２１４を支持する。基部２１０は、継手部２１２を介した可動部２１４と、可動部の継手部２１２の位置する側とは反対側に位置する連結部２４０と、第１支持部２２０及び第２支持部２３０と、連結部２４０側で連結されている第３支持部２５０及び第４支持部２６０と、に接続されている。
【0197】
継手部２１２は、基部２１０と可動部２１４との間に設けられ、基部２１０及び可動部２１４と接続されている。継手部２１２の厚さは、基部２１０の厚さ、及び可動部２１４の厚さと比して薄く設けられており、ｘ軸方向からの断面視で、くびれ状に形成されている。継手部２１２は、例えば、継手部２１２を含む基板構造体２０１を、所謂ハーフエッチングすることで、厚みの薄い薄肉部として形成されている。継手部２１２は、可動部２１４が基部２１０に対して変位する際に、支点としてｘ軸方向に沿った回転軸としての機能を有している。
【0198】
可動部２１４は、基部２１０に継手部２１２を介して接続されている。可動部２１４は、その形状が板状であり、ｚ’軸方向に沿って互いに対向し表裏の関係である主面２１４ａ，２１４ｂを有する。可動部２１４は、主面２１４ａ，２１４ｂと交差する方向、すなわちｚ’軸方向に加わる物理量である加速度に応じて、継手部２１２を支点として主面２１４ａ，２１４ｂと交差する方向、すなわちｚ’軸方向に変位する。
【0199】
連結部２４０は、後述する第３支持部２５０が設けられている＋ｘ方向側の基部２１０からｘ軸方向に沿って可動部２１４を囲む様に延在し、後述する第４支持部２６０が設けられている－ｘ方向側の基部２１０に接続して設けられている。
【0200】
第１支持部２２０及び第２支持部２３０は、加速度検出素子２７０を中心にして対称に設けられている。また、第３支持部２５０及び第４支持部２６０は、加速度検出素子２７０を中心に対称に設けられている。そして、第１支持部２２０、第２支持部２３０、第３支持部２５０及び第４支持部２６０において、基板構造体２０１が被固定部に支持される。
【0201】
加速度検出素子２７０は、基部２１０と可動部２１４とに接続されている。換言すると、加速度検出素子２７０は、基部２１０と可動部２１４とに跨がるように設けられている。加速度検出素子２７０は、振動部としての振動梁部２７１ａ，２７１ｂと、第１の基部２７２ａと第２の基部２７２ｂと、を有する。第１の基部２７２ａと第２の基部２７２ｂが基部２１０に接続されている加速度検出素子２７０では、例えば、可動部２１４が物理量に応じて変位することで、振動梁部２７１ａ，２７１ｂに応力が生じ、振動梁部２７１ａ，２７１ｂに発生する物理量検出情報が変化する。換言すると、振動梁部２７１ａ，２７１ｂの振動周波数が変化する。なお、本実施形態における加速度検出素子２７０は、２本の振動梁部２７１ａ，２７１ｂ、第１の基部２７２ａ及び第２の基部２７２ｂを有する双音叉型振動素子である。ここで、振動部としての振動梁部２７１ａ，２７１ｂは、振動腕、振動ビーム、又は柱状ビーム等と称されることもある。
【0202】
加速度検出素子２７０には、圧電材料である水晶の原石などから、上述した基板構造体２０１と同様に、所定の角度で切り出された水晶ｚ板であるｚ’板の水晶基板が用いられる。加速度検出素子２７０は、当該水晶基板を、フォトリソグラフィー技術、及びエッチング技術によってパターニングすることで形成されている。これにより、振動梁部２７１ａ，２７１ｂ、第１の基部２７２ａ及び第２の基部２７２ｂを、一体に形成することがで
きる。
きる。
【0203】
なお、加速度検出素子２７０の材質は、前述の水晶基板に限定されるものではない。加速度検出素子２７０の材質としては、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電材料、また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体皮膜を備えたシリコンなどの半導体材料を用いることができる。この場合、基板構造体２０１と加速度検出素子２７０とは、同様の材料が用いられることが好ましい。
【0204】
なお、図示及び説明を省略するが、加速度検出素子２７０には、引き出し電極や励振電極が設けられていてもよい。
【0205】
質量部２８０，２８２は、可動部２１４の主面２１４ａと、主面２１４ａと表裏の関係で裏面となる主面２１４ｂと、に設けられている。詳細には、質量部２８０，２８２は、不図示の質量接合材を介して主面２１４ａ及び主面２１４ｂに設けられている。質量部２８０，２８２の材質としては、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などの金属が挙げられる。
【0206】
また、本実施形態では、加速度検出素子２７０は、振動部を振動梁部２７１ａ，２７１ｂの２つの柱状ビームにより構成した双音叉型振動素子により構成したが、これを１つの柱状ビームにより構成することもできる。
【0207】
次に、図２９を用いて、上述した加速度を検出するセンサー素子２００を用いた加速度検出器３００の構成について説明する。
【0208】
加速度検出器３００には、図２９に示すように、上述したセンサー素子２００が搭載されている。加速度検出器３００は、センサー素子２００及びパッケージ３１０を有する。また、パッケージ３１０は、パッケージベース３２０及びリッド３３０を有する。そして、加速度検出器３００のパッケージ３１０に、センサー素子２００が収容される。具体的には、パッケージベース３２０と、リッド３３０とが接続されて設けられた空間３１１に、センサー素子２００が収容されている。
【0209】
パッケージベース３２０には、凹部３２１を有し、当該凹部３２１内にセンサー素子２００が設けられている。パッケージベース３２０の形状は、凹部３２１内にセンサー素子２００を収容することができればよく、特に限定されない。本実施形態におけるパッケージベース３２０としては、例えば、セラミックス、水晶、ガラス、シリコンなどの材料を用いることができる。
【0210】
パッケージベース３２０は、パッケージベース３２０の凹部の内側の底面である内底面３２２から、リッド３３０側に突出した段差部３２３を有する。段差部３２３は、例えば、凹部３２１の内壁に沿って設けられている。段差部３２３には、複数の内部端子３４０ｂが設けられている。
【0211】
内部端子３４０ｂは、センサー素子２００の第１支持部２２０、第２支持部２３０、第３支持部２５０、及び第４支持部２６０の各固定部に設けられた固定部接続端子３７９ｂと平面視において重なる位置に対向して設けられている。内部端子３４０ｂは、例えば、金属フィラーなどの導電性物質を含むシリコーン樹脂系の導電性接着剤３４３を用いて、固定部接続端子３７９ｂと電気的に接続されている。このように、センサー素子２００は、パッケージベース３２０に実装され、パッケージ３１０内に収容される。
【0212】
パッケージベース３２０において、内底面３２２の反対側の面である外底面３２４には、外部の部材に実装される際に用いられる外部端子３４４が設けられている。外部端子３４４は、図示しない内部配線を介して内部端子３４０ｂと電気的に接続されている。
【0213】
内部端子３４０ｂ、及び外部端子３４４は、例えば、タングステン（Ｗ）等のメタライズ層に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの皮膜をメッキなどの方法により積層した金属膜で構成されている。
【0214】
パッケージベース３２０には、凹部３２１の底部にパッケージ３１０の内部を封止する封止部３５０が設けられている。封止部３５０は、パッケージベース３２０に形成された貫通孔３２５内に設けられている。貫通孔３２５は、外底面３２４から内底面３２２まで貫通している。図２９に示す例では、貫通孔３２５は、外底面３２４側の孔径が内底面３２２側の孔径より大きい段付きの形状を有している。封止部３５０は、貫通孔３２５に、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）合金、ハンダ等からなる封止材を配置し、加熱溶融後、固化させることで形成される。封止部３５０は、パッケージ３１０の内部を気密に封止するために設けるものである。
【0215】
リッド３３０は、パッケージベース３２０の凹部３２１を覆って設けられている。リッド３３０の形状は、例えば、板状である。リッド３３０としては、例えば、パッケージベース３２０と同じ材料や、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。リッド３３０は、リッド接合部材３３２を介して、パッケージベース３２０に接合されている。リッド接合部材３３２としては、例えば、シームリング、低融点ガラス、無機系接着剤等を用いることができる。
【0216】
リッド３３０をパッケージベース３２０に接合した後、パッケージ３１０の内部が減圧された状態、すなわち真空度の高い状態で、貫通孔３２５内に封止材を配置し、加熱溶融後、固化させて封止部３５０を設けることによって、パッケージ３１０内を気密に封止することができる。パッケージ３１０の内部は、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填されていても良い。
【0217】
加速度検出器３００において、外部端子３４４、内部端子３４０ｂ、固定部接続端子３７９ｂなどを経由して、センサー素子２００の励振電極に、ＩＣ１８１に搭載された発振回路から駆動信号が与えられると、センサー素子２００の振動梁部２７１ａ，２７１ｂは、所定の周波数で振動する。そして、加速度検出器３００は、印加される加速度に応じて変化するセンサー素子２００の共振周波数を出力信号として出力する。加速度検出器３００を、図２７に示した加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚとして用いることができ、加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚは、それぞれ、印加される加速度に応じた周波数の被測定信号ＴＲＧ１，ＴＲＧ２，ＴＲＧ３を出力する。
【0218】
図２６～図２９では、第１の物理量センサー１０－１、第２の物理量センサー１０－２及び第３の物理量センサー１０－３として加速度センサー１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚを備えたセンサーモジュール１を例に説明したが、センサーモジュール１は、質量、角速度、角加速度、圧力、電圧、磁力、静電容量及び温度の少なくともいずれかを物理量として検出する複数の物理量センサーを備えたセンサーモジュールであってもよい。
【0219】
物理量として質量を検出する質量センサーには、微小質量変化を計測する手法として、水晶振動子マイクロバランス法が知られている。このような質量センサーでは、水晶振動子電極面への付着物質量が増えると水晶振動子の発振周波数が減少し、付着物質量が減少すると発振周波数が増加することを利用している。以上のような質量センサーの検出感度
は、Sauerbreyの式で算出することができ、例えば、２７ＭＨｚの基本振動数を持つＡＴカット水晶振動子の場合、１Ｈｚの振動数の減少が電極表面上における０．６２ｎｇ／ｃｍ２の質量増加に対応する。
は、Sauerbreyの式で算出することができ、例えば、２７ＭＨｚの基本振動数を持つＡＴカット水晶振動子の場合、１Ｈｚの振動数の減少が電極表面上における０．６２ｎｇ／ｃｍ２の質量増加に対応する。
【0220】
また、物理量として角速度又は角加速度を検出する角速度センサーは、角速度Ωで回っている観測点から、一定の角速度ωで回っている物体を観測した場合に、その物体の角速度がω－Ωに見えることを利用して、角速度を検出する。このような角速度センサーでは、電極を用いて円盤状の質量を静電駆動することで固有振動数を持つ波を周回させた状態でセンサー素子が角加速度を受けると、電極から観測される見かけの共振周波数が変化することが利用される。以上のような角速度センサーでは、原理的にバンド幅の制限がなく、例えば、周波数計測に係る技術や非線形性補正に係る技術の高精度化が、検出感度の高感度化に直結する。
【0221】
また、物理量として静電容量を検出する静電容量センサーでは、基準抵抗と被測定静電容量を用いてＲＣ発振させ、発振周波数を計測することで被測定静電容量の計測を行うことができる。そして、被測定静電容量が変化すると、ＲＣで与えられる時定数が変化し、発振周波数がシフトすることを利用する。また、静電容量センサーにおいて、被測定静電容量とは別に基準静電容量を用意し、基準抵抗と基準静電容量を用いてＲＣ発振させ、これを基準発振周波数とし、先の発振周波数との差分を検出する機構とすることで、各種の誤差要因を排除することができる。
【0222】
また、物理量として温度を検出する温度センサーでは、サーミスタと基準静電容量を用いてＲＣ発振させ、発振周波数を計測することで温度計測を行うことができる。そして、サーミスタの抵抗値が温度により変化すると、ＲＣで与えられる時定数が変化し、発振周波数がシフトすることを利用する。また、温度センサーにおいて、サーミスタとは別に基準抵抗を用意し、基準抵抗と基準静電容量を用いてＲＣ発振させ、これを基準発振周波数とし、先の発振周波数との差分を検出する機構とすることで、各種の誤差要因を排除することができる。
【0223】
以上に説明したように、第５実施形態のセンサーモジュール１は、第ｍの物理量センサー１０－ｍから出力される第ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎ及び第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎを生成し、第１～第ｎのカウント値ＤＣＮＴ１～ＤＣＮＴｎ及び第１～第ｎの時間デジタル値ＴＤ１～ＴＤｎに基づいて第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成する。したがって、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍに、第ｍの物理量センサー１０－ｍが取り付けられる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５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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。
【0224】
また、第５実施形態のセンサーモジュール１では、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍにおいて、第ｊの合成出力値ＤＴＳｊの量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１の生成にフィードバックされるので、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎ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５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍが生成する第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎから算出される物理量成分のＳ／Ｎ比が向上し、外部装置による第ｍの物理量の測定精度が向上する。
【0225】
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、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍにおいて、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎは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ｍのカウント部３０－ｍにおいて、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍ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で、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。
【0226】
また、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第ｍの物理量センサー１０－ｍに加わる第ｍの物理量が変化する周波数が第ｍの物理量の周波数帯域Ｆにおける最大周波数ｆｍａｘとなるときの第ｍの物理量の変化の周期Ｔｍｉｎが、第ｍの合成出力値生成部５０－ｍによって第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎがそれぞれ生成される平均周期Ｔａｖｇの８倍よりも長いので、スプリアスやエイリアシング等に起因する様々な悪影響を現実的な時間で許容レベル以下に低減することができる。
【0227】
また、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、リアルタイムで第ｍの物理量を測定可能な周波数帯域の上限は外部装置との通信レートによって制限されるが、第ｍの被測定信号ＴＲＧｍの周波数が通信レートよりも高い場合であっても、外部装置は、第ｍの記憶部７０－ｍに記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得してリアルタイムで測定可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号成分を測定することができる。
【0228】
また、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、外部装置は、第ｍの記憶部７０－ｍに記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得すればよいので、外部装置との通信をＳＰＩ，Ｉ２Ｃ，ＵＡＲＴ等の一般的なプロトコルで行うことができる。したがって、例えば、センサーモジュール１の検査工程において、検査装置に合成出力値を読み出すための専用のソフトウェアを組み込む必要がなく、検査システムを容易に構築することが可能となる。
【0229】
また、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第１～第Ｎの合成出力値生成部５０－１～５０－Ｎがそれぞれ生成した合成出力値は同一の記憶部に共通に記憶されるのではなく、第１～第Ｎの記憶部７０－１～７０－Ｎにそれぞれ記憶されるので、第１～第Ｎの記憶部７０－１～７０－Ｎのタイミング設計が容易となる。
【0230】
また、第５実施形態のセンサーモジュール１によれば、第ｍの記憶部７０－ｍが、連続するｐ個の合成出力値とこれらのいずれかに対応するカウント値を同時に記憶するので、外部装置は、第ｍの記憶部７０－ｍに記憶されているｐ個の合成出力値とカウント値を取得し、カウント値に基づいて当該ｐ個の合成出力値が生成されたタイミングを把握することができる。したがって、外部装置は、第１～第Ｎの物理量センサー１０－１～１０－Ｎがそれぞれ非同期に検出した第１～第Ｎの物理量を同期させて測定することができる。特に、第１～第Ｎの記憶部７０－１～７０－Ｎがそれぞれｐ個の合成出力値とともに当該ｐ個の合成出力値のうちの最新の合成出力値に対応するカウント値を記憶することにより、外部装置は、第１～第Ｎの物理量を容易に同期させて測定することができる。
【0231】
その他、第５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～第４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。
【0232】
６．変形例
上記の各実施形態では、合成出力値生成部５０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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成している。この場合、第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１と第ｊの合成出力値ＤＴＳｊとの差分は、被測定信号ＴＲＧ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５０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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成してもよい。この場合、第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１と第ｊの合成出力値ＤＴＳｊとの差分は、被測定信号ＴＲＧの１周期の時間に対応する。
上記の各実施形態では、合成出力値生成部５０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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成している。この場合、第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１と第ｊの合成出力値ＤＴＳｊとの差分は、被測定信号ＴＲＧ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５０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第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎを生成してもよい。この場合、第ｊ＋１の合成出力値ＤＴＳｊ＋１と第ｊの合成出力値ＤＴＳｊとの差分は、被測定信号ＴＲＧの１周期の時間に対応する。
【0233】
また、上記の第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態のセンサーモジュール１は、フィルター部６０を備えなくてもよい。また、上記の第４実施形態又は第５実施形態のセンサーモジュール１は、合成出力値生成部５０の後段であって、記憶部７０の前段または後段にフィルター部６０を備えてもよい。
【0234】
また、上記の第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態のセンサーモジュール１と上記の第４実施形態又は第５実施形態のセンサーモジュール１とを組み合わせてもよい。すなわち、センサーモジュール１は、第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態のようにリアルタイムに合成出力値を生成して出力するモードと、第４実施形態又は第５実施形態のように一時的に記憶された合成出力値をオフラインで出力するモードとを有してもよい。
【0235】
また、上記の各実施形態では基準周期信号ＣＬＫの周波数よりも被測定信号ＴＲＧの周波数が低いことからレシプロカルカウント方式を採用しているが、本発明はレシプロカルカウント方式に限定されるものではなく、被測定信号を図１のＣＬＫとして、基準周期信号を図１のＴＲＧとしてそれぞれ入力して動作させても同様の効果が得られる。ゆえに、本発明は、周波数の大小に関わらず「レシプロカルカウント方式」ではなく「直接カウント方式」を採用しても良い。
【0236】
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。
【0237】
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。
【0238】
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。
【0239】
前記センサーモジュールの一態様は、
検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する被測定信号を出力する物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
２以上の整数ｎに対して、前記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～第ｎのカウント値を時系列に生成するカウント部と、
前記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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成する時間デジタル値生成部と、
１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、
を備え、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
検出した物理量の大きさに応じて周波数が変化する被測定信号を出力する物理量センサーと、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
２以上の整数ｎに対して、前記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～第ｎのカウント値を時系列に生成するカウント部と、
前記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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成する時間デジタル値生成部と、
１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成する合成出力値生成部と、
を備え、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの前記物理量の変化の周期は、前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
【0240】
このセンサーモジュールは、物理量センサーから出力される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～第ｎのカウント値及び第１～第ｎの時間デジタル値を生成し、第１～第ｎのカウント値及び第１～第ｎの時間デジタル値に基づいて第１～第ｎの合成出力値を生成する。したがって、このセンサーモジュールによれば、被測定信号に、物理量センサーが取り付けられる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、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。
【0241】
また、このセンサーモジュールでは、第ｊの合成出力値の量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされるので、第１～第ｎの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～第ｎの合成出力値から算出される物理量成分のＳ／Ｎ比が向上する。
【0242】
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～第ｎの合成出力値は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、カウント部において、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で、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。
【0243】
また、このセンサーモジュールによれば、物理量が変化する周波数が物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの物理量の変化の周期が、第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長いので、スプリアスやエイリアシング等に起因する様々な悪影響を現実的な時間で許容レベル以下に低減することができる。
【0244】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記時間デジタル値生成部は、多相クロック方式、時間／電圧変換方式又はΣＡＴＤＣ方式により、前記第１～第ｎの時間デジタル値を生成してもよい。
前記時間デジタル値生成部は、多相クロック方式、時間／電圧変換方式又はΣＡＴＤＣ方式により、前記第１～第ｎの時間デジタル値を生成してもよい。
【0245】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミ
ングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成してもよい。
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミ
ングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成してもよい。
【0246】
このセンサーモジュールによれば、被測定信号の１周期当たり２つの合成出力値を生成するので、被測定信号の周波数の２倍のレートで第１～第ｎの合成出力値を生成することができる。
【0247】
また、このセンサーモジュールによれば、被測定信号のハイレベルの時間に応じたｎ／２個の合成出力値と被測定信号のローレベルの時間に応じたｎ／２個の合成出力値が得られるので、外部装置は、第１～第ｎの合成出力値に基づいて、被測定信号のデューティー比を算出することができる。したがって、例えば、外部装置は、被測定信号のデューティー比が５０：５０になるように物理量センサーに含まれる発振回路を調整することにより、被測定信号の歪を小さくして被測定信号に含まれるノイズ成分を低減させることができる。
【0248】
前記センサーモジュールの一態様は、
前記合成出力値生成部の後段にフィルター部を備えてもよい。
前記合成出力値生成部の後段にフィルター部を備えてもよい。
【0249】
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～第ｎの合成出力値に対して各種の信号処理を行うことができる。
【0250】
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１～第ｎの合成出力値に対してデシメーション処理を行ってもよい。
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対してデシメーション処理を行ってもよい。
【0251】
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サンプルレートを下げることができるので、フィルター部の後段の回路の消費電力を低減させることができる。また、このセンサーモジュールによれば、例えば、被測定信号に含まれる測定対象の信号成分が低周波帯域に存在する場合は、デシメーション比を大きくすることにより、データ量を効果的に低減させることができる。
【0252】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成し、
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対して偶数タップの移動平均処理を行ってもよい。
前記合成出力値生成部は、前記被測定信号の立ち上がり及び立ち下がりの両方のタイミングで前記第１～第ｎの合成出力値を時系列に生成し、
前記フィルター部は、前記第１～第ｎの合成出力値に対して偶数タップの移動平均処理を行ってもよい。
【0253】
このセンサーモジュールによれば、被測定信号のハイレベルの時間に応じた合成出力値と被測定信号のローレベルの時間に応じた合成出力値とが平均化されるので、被測定信号に含まれるデューティー比に起因するノイズ成分を低減させることができる。
【0254】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記合成出力値生成部は、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とを合成して得られた値からオフセット値を減算して前記第ｉの合成出力値を生成してもよい。
前記合成出力値生成部は、前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｉのカウント値とを合成して得られた値からオフセット値を減算して前記第ｉの合成出力値を生成してもよい。
【0255】
このセンサーモジュールによれば、第１～第ｎの合成出力値の絶対値が小さくなるので、第１～第ｎの合成出力値のビット数を低減させることができる。したがって、例えば、第１～第ｎの合成出力値の一部又は全部を記憶部に記憶させて適当なタイミングで外部に出力する場合には、当該記憶部のサイズや通信量を低減させることができる。
【0256】
前記センサーモジュールの一態様は、
前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部は、制御信号に基づいて、記憶している前記ｐ個の合成出力値を出力してもよい。
前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部は、制御信号に基づいて、記憶している前記ｐ個の合成出力値を出力してもよい。
【0257】
このセンサーモジュールによれば、リアルタイムで物理量を測定可能な周波数帯域の上限は外部装置との通信レートによって制限されるが、被測定信号の周波数が通信レートよりも高い場合であっても、外部装置は、記憶部に記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得してリアルタイムで測定可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号成分を測定することができる。
【0258】
また、このセンサーモジュールによれば、外部装置は、記憶部に記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得すればよいので、外部装置との通信をＳＰＩ，Ｉ２Ｃ，ＵＡＲＴ等の一般的なプロトコルで行うことができる。したがって、例えば、センサーモジュールの検査工程において、検査装置に合成出力値を読み出すための専用のソフトウェアを組み込む必要がなく、検査システムを容易に構築することが可能となる。
【0259】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値のいずれかを記憶してもよい。
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐのカウント値のいずれかを記憶してもよい。
【0260】
このセンサーモジュールによれば、第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であるので、第１～第ｎの合成出力値の各々がタイムスタンプである場合と比較して、第１～第ｎの合成出力値の絶対値が小さくなるので、第１～第ｎの合成出力値のビット数を低減させることができる。したがって、第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部のサイズや外部装置との通信量を低減させることができる。
【0261】
また、このセンサーモジュールによれば、記憶部が、連続するｐ個の合成出力値とこれらのいずれかに対応するカウント値を同時に記憶するので、外部装置は、記憶部に記憶されているｐ個の合成出力値とカウント値を取得し、カウント値に基づいて当該ｐ個の合成出力値が生成されたタイミングを把握することができる。したがって、例えば、このセンサーモジュールが複数の物理量センサーを備えている場合や、このセンサーモジュールを含む複数のセンサーモジュールを備えたシステムにおいて、外部装置は、複数の物理量センサーがそれぞれ非同期に検出した複数の物理量を同期させて測定することができる。
【0262】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記記憶部は、リングバッファーであり、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値以降の記憶を停止し、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を出力してもよい。
前記記憶部は、リングバッファーであり、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値以降の記憶を停止し、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を出力してもよい。
【0263】
このセンサーモジュールによれば、記憶部は、リングバッファーであるので、合成出力値が生成される毎に最も古い合成出力値に上書きすることにより、記憶部の容量を最大限に活用して最新のｐ個の合成出力値を容易に記憶することができる。
【0264】
また、このセンサーモジュールによれば、記憶部は制御信号に基づいて合成出力値の記憶を停止するので、外部装置は、制御信号に基づく所定のタイミングで速やかに記憶部か
らｐ個の合成出力値を取得することができる。
らｐ個の合成出力値を取得することができる。
【0265】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋ｐのカウント値を記憶し、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値と前記第ｋ＋ｐのカウント値とを出力してもよい。
前記第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であり、
前記記憶部は、前記ｐ個の合成出力値として前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値を記憶している場合、さらに前記第ｋ＋ｐのカウント値を記憶し、前記制御信号に基づいて、前記第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値と前記第ｋ＋ｐのカウント値とを出力してもよい。
【0266】
このセンサーモジュールによれば、第１～第ｎの合成出力値の各々はタイムスタンプの差分に基づく値であるので、第１～第ｎの合成出力値の各々がタイムスタンプである場合と比較して、第１～第ｎの合成出力値の絶対値が小さくなるので、第１～第ｎの合成出力値のビット数を低減させることができる。したがって、第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶する記憶部のサイズや外部装置との通信量を低減させることができる。
【0267】
また、このセンサーモジュールによれば、記憶部が、連続するｐ個の合成出力値とこのうちの最新の合成出力値に対応するカウント値を同時に記憶するので、外部装置は、記憶部に記憶されているｐ個の合成出力値とカウント値を取得し、カウント値に基づいて当該ｐ個の合成出力値が生成されたタイミングを把握することができる。したがって、例えば、このセンサーモジュールが複数の物理量センサーを備えている場合や、このセンサーモジュールを含む複数のセンサーモジュールを備えたシステムにおいて、外部装置は、複数の物理量センサーがそれぞれ非同期に検出した複数の物理量を同期させて測定することができる。
【0268】
センサーモジュールの他の一態様は、
２以上の整数Ｎに対して、
第１～第Ｎの物理量センサーと、
第１～第Ｎのカウント部と、
第１～第Ｎの時間デジタル値生成部と、
第１～第Ｎの合成出力値生成部と、
第１～第Ｎの記憶部と、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
を備え、
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、
前記第ｍの物理量センサーは、検出した第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号を出力し、
前記第ｍのカウント部は、２以上の整数ｎに対して、前記第ｍの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～第ｎのカウント値を時系列に生成し、
前記第ｍの時間デジタル値生成部は、前記第ｍの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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成し、
前記第ｍの合成出力値生成部は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｍの時間デジタル値生成部が生成した前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｍのカウント部が生成した前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成し、
前記第ｍの記憶部は、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号に基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力し、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の前記合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記第ｍの物理量の
周波数帯域における最大周波数となるときの前記第ｍの物理量の変化の周期は、前記第ｍの合成出力値生成部によって前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
２以上の整数Ｎに対して、
第１～第Ｎの物理量センサーと、
第１～第Ｎのカウント部と、
第１～第Ｎの時間デジタル値生成部と、
第１～第Ｎの合成出力値生成部と、
第１～第Ｎの記憶部と、
基準周期信号を出力する基準周期信号生成部と、
を備え、
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、
前記第ｍの物理量センサーは、検出した第ｍの物理量の大きさに応じて周波数が変化する第ｍの被測定信号を出力し、
前記第ｍのカウント部は、２以上の整数ｎに対して、前記第ｍの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～第ｎのカウント値を時系列に生成し、
前記第ｍの時間デジタル値生成部は、前記第ｍの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～第ｎの時間デジタル値を時系列に生成し、
前記第ｍの合成出力値生成部は、１以上ｎ以下の各整数ｉに対して、前記第ｍの時間デジタル値生成部が生成した前記第ｉの時間デジタル値と前記第ｍのカウント部が生成した前記第ｉのカウント値とに基づいて第ｉの合成出力値を生成し、
前記第ｍの記憶部は、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した前記第１～第ｎの合成出力値のうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号に基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力し、
１以上ｎ－１以下の各整数ｊに対して、前記第ｍの合成出力値生成部が生成した第ｊの合成出力値の量子化誤差が前記第ｊ＋１の前記合成出力値の生成にフィードバックされ、
前記第ｍの物理量が変化する周波数が仕様で定められた検出可能な前記第ｍの物理量の
周波数帯域における最大周波数となるときの前記第ｍの物理量の変化の周期は、前記第ｍの合成出力値生成部によって前記第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長い。
【0269】
このセンサーモジュールは、第ｍの物理量センサーから出力される第ｍの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～第ｎのカウント値及び第１～第ｎの時間デジタル値を生成し、第１～第ｎのカウント値及び第１～第ｎの時間デジタル値に基づいて第１～第ｎの合成出力値を生成する。したがって、このセンサーモジュールによれば、第ｍの被測定信号に、第ｍの物理量センサーが取り付けられる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ｍの被測定信号から、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。
【0270】
また、このセンサーモジュールでは、第ｍの合成出力値生成部において、第ｊの合成出力値の量子化誤差が第ｊ＋１の合成出力値の生成にフィードバックされるので、第１～第ｎの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ｍの合成出力値生成部が生成する第１～第ｎの合成出力値から算出される第ｍの物理量成分のＳ／Ｎ比が向上する。
【0271】
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第ｍの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ｍの合成出力値生成部において、第１～第ｎの合成出力値は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ｍのカウント部において、第ｍの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で、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。
【0272】
また、このセンサーモジュールによれば、第ｍの物理量が変化する周波数が第ｍの物理量の周波数帯域における最大周波数となるときの第ｍの物理量の変化の周期が、第ｍの合成出力値生成部によって第１～第ｎの合成出力値がそれぞれ生成される平均周期の８倍よりも長いので、スプリアスやエイリアシング等に起因する様々な悪影響を現実的な時間で許容レベル以下に低減することができる。
【0273】
また、このセンサーモジュールによれば、リアルタイムで第ｍの物理量を測定可能な周波数帯域の上限は外部装置との通信レートによって制限されるが、第ｍの被測定信号の周波数が通信レートよりも高い場合であっても、外部装置は、第ｍの記憶部に記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得してリアルタイムで測定可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号成分を測定することができる。
【0274】
また、このセンサーモジュールによれば、外部装置は、第ｍの記憶部に記憶されているｐ個の合成出力値をオフラインで取得すればよいので、外部装置との通信をＳＰＩ，Ｉ２Ｃ，ＵＡＲＴ等の一般的なプロトコルで行うことができる。したがって、例えば、センサーモジュールの検査工程において、検査装置に合成出力値を読み出すための専用のソフトウェアを組み込む必要がなく、検査システムを容易に構築することが可能となる。
【0275】
また、このセンサーモジュールによれば、第１～第Ｎの合成出力値生成部がそれぞれ生成した合成出力値は同一の記憶部に共通に記憶されるのではなく、第１～第Ｎの記憶部にそれぞれ記憶されるので、第１～第Ｎの記憶部のタイミング設計が容易となる。
【符号の説明】
【0276】
１…センサーモジュール、１０…物理量センサー、１０－１～１０－Ｎ…第１～第Ｎの物理量センサー、２０…基準周期信号生成部、３０…カウント部、３０－１～３０－Ｎ…第１～第Ｎのカウント部、３１…カウンター、３２…Ｄフリップフロップ、４０…時間デジタル値生成部、４０－１～４０－Ｎ…第１～第Ｎの時間デジタル値生成部、４１…制御部、４２…発振部、４３…カウンター、４４…Ｄフリップフロップ、４５…加算器、４６…Ｄフリップフロップ、４７…論理積回路、４８…論理反転回路、５０…合成出力値生成部、５０－１～５０－Ｎ…第１～第Ｎの合成出力値生成部、５１…乗算器、５２…減算器、５３…Ｄフリップフロップ、５４…加算器、５５…減算器、５６…減算器、６０…フィルター部、７０…記憶部、７０－１～７０－Ｎ…第１～第Ｎの記憶部、８１…多相クロック生成部、８２…Ｄフリップフロップ、８３…Ｄフリップフロップ、８４…Ｄフリップフロップ、８５…時間デジタル値算出部、９１…制御信号生成部、９２…スイッチ、９３…抵抗、９４…キャパシター、９５…スイッチ、９６…サンプルホールド回路、９７…時間デジタル値換算部、１０１…容器、１０２…蓋部、１０３…ネジ穴、１０４…固定突起部、１１１…側壁、１１２…底壁、１１５…回路基板、１１５ｆ…第１面、１１５ｒ…第２面、１１６…コネクター、１１８ｘ，１１８ｙ，１１８ｚ…加速度センサー、１２１…開口部、１２２…内面、１２３…開口面、１２５…第２の台座、１２７…第１の台座、１２９…突起部、１３０…固定部材、１３３，１３４…括れ部、１４１…シール部材、１７２…ネジ、１７４…雌ネジ、１７６…貫通孔、１８１…ＩＣ、１８２…ＩＣ、１８３…ＦＰＧＡ、２００…センサー素子、２０１…基板構造体、２１０…基部、２１２…継手部、２１４…可動部、２１４ａ，２１４ｂ…主面、２２０…第１支持部、２３０…第２支持部、２４０…連結部、２５０…第３支持部、２６０…第４支持部、２７０…加速度検出素子、２７１ａ，２７１ｂ…振動梁部、２７２ａ…第１の基部、２７２ｂ…第２の基部、２８０，２８２…質量部、３００…加速度検出器、３１０…パッケージ、３１１…空間、３２０…パッケージベース、３２１…凹部、３２２…内底面、３２３…段差部、３２４…外底面、３２５…貫通孔、３３０…リッド、３３２…リッド接合部材、３４０ｂ…内部端子、３４３…導電性接着剤、３４４…外部端子、３５０…封止部、３７９ｂ…固定部接続端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【手続補正書】
【提出日】2023-08-23
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0061】
図９のＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、それぞれ、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが生成される平均周波数ｆａｖｇを、図８の例における平均周波数ｆａｖｇである約２６６ｋＨｚの１／２，１／４，１／８にした場合の合成出力データＤＴＳの周波数スペクトラムを示す。また、図１０のＧ４，Ｇ５，Ｇ６は、それぞれ、第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎが生成される平均周波数ｆａｖｇを、図８の例における平均周波数ｆａｖｇである約２６６ｋＨｚの１／１６，１／３２，１／６４にした場合の合成出力データＤＴＳの周波数スペクトラムを示す。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0088】
ここで、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刻ｔ１から次に基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来するまでの時間Ｐ２は、被測定信号ＴＲＧがローレベルからハイレベルに遷移した時刻ｔ０から次に基準周期信号ＣＬＫの立ち上がりエッジが到来するまでの時間Ｐ１よりも長い。一方、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短いほど、時間デジタルデータＴＤが大きな値となる。そして、時刻ｔ０において変化した後の時間デジタルデータＴＤ、すなわち第１の時間デジタル値ＴＤ１である２は時間Ｐ１に対応し、時刻ｔ１において変化した後の時間デジタルデータＴＤ、すなわち第２の時間デジタル値ＴＤ２である１は時間Ｐ２に対応している。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0152】
１以上Ｎ以下の各整数ｍに対して、第ｍの記憶部７０－ｍは、第ｍの合成出力値生成部
５０－ｍが生成した前記第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎのうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力する。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値ＤＴＳｋ＋ｐ＋１以降の記憶を停止し、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを出力してもよい。制御信号ＭＣＴＬは、外部装置からセンサーモジュール１に入力されてもよいし、センサーモジュール１の内部で生成されてもよい。後者の場合、例えば、センサーモジュール１は、不図示のタイマーを備え、当該タイマーが所定の時間が経過する毎に、制御信号ＭＣＴＬを生成してもよい。
５０－ｍが生成した前記第１～第ｎの合成出力値ＤＴＳ１～ＤＴＳｎのうちの連続するｐ個の合成出力値を記憶し、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、記憶している当該ｐ個の合成出力値を出力する。例えば、第ｍの記憶部７０－ｍは、ｐ個の合成出力値として第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを記憶している場合、制御信号ＭＣＴＬに基づいて、第ｋ＋ｐ＋１の合成出力値ＤＴＳｋ＋ｐ＋１以降の記憶を停止し、第ｋ＋１～第ｋ＋ｐの合成出力値ＤＴＳｋ＋１～ＤＴＳｋ＋ｐを出力してもよい。制御信号ＭＣＴＬは、外部装置からセンサーモジュール１に入力されてもよいし、センサーモジュール１の内部で生成されてもよい。後者の場合、例えば、センサーモジュール１は、不図示のタイマーを備え、当該タイマーが所定の時間が経過する毎に、制御信号ＭＣＴＬを生成してもよい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0196】
基部２１０は、継手部２１２を介して可動部２１４と接続され、可動部２１４を支持する。基部２１０は、継手部２１２を介した可動部２１４と、可動部２１４の継手部２１２の位置する側とは反対側に位置する連結部２４０と、第１支持部２２０及び第２支持部２３０と、連結部２４０側で連結されている第３支持部２５０及び第４支持部２６０と、に接続されている。