スイッチトキャパシタ回路を用いた容量型センサ信号処理に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650421
• Research Institution: SUZUKA NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 近藤 一之 鈴鹿工業高等専門学校, 電気工学科, 助教授 (00170423)
• Keywords: 容量型センサ / センサ信号処理 / スイッチトキャパシタ回路

Research Abstract

計測・制御の分野の発展に伴って,センサからの信号をディジタル信号に変換し,マイクロコンピュータ等に取り込み,処理する技術が必要不可欠となってきている。容量型センサは物理量の変化に応じてその静電容量値が変化するセンサである。また,スイッチトキャパシタ回路はキャパシタに蓄えられた電荷(アナログ量)の転送をIC化スイッチの開閉でディジタル制御する回路であり,元来アナログ・ディジタル混成回路である。従って,スイッチトキャパシタ回路はセンサの信号処理を行うためのA/D変換器を構築するのに最適な回路である。
本研究はこのような背景のもとになされたものであり、まず積分型高速A/D変換器を用いたセンサ信号処理回路を開発した。これば従来からある二重積分型と電荷平衡型A/D変換器の動作原理を組合せ、それらが持っていた変換精度が高いという特長を失うことなく、変換速度を向上させた。次にスイッチトキャパシタを用いたサンプル/ホールド回路による差動方式の容量型センサの信号処理をする回路を設計、試作した。最後に回路にステップ入力電圧を加えた場合の応答である減衰振動から回路のQやR、L、C等の素子値を測定する方法についても述べる。
スイッチトキャパシタ回路はMOSIC製造工程で実現可能であり,シリコン基板上に容量型センサを形成する技術と共通の工程を多く持ち,センサと信号処理回路を一体としてIC化したインテリジェントセンサが実現できる。また,高精度で低コストの信号処理が可能となり,開発した回路は計測制御の分野で広く活用されると考えられる。

Research Products

• [Publications] Kenzo WATANABE: "A Switched-Capacitor Interface for Differential Capacitance Transducers"Proceedings of the 16th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (Venice, Italy). Vol. 1. 315-319 (1999)
• [Publications] Satomi OGAWA: "A Switched-Capacitor Interface for High-Accuracy Signal Processing of Differential Capacitance Transducers"Proceedings of 1999 International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (Sado, Japan). 1072-1075 (1999)
• [Publications] Kazuyuki KONDO: "Resonant Q Measurement Using a Digital Oscilloscope"Fourth International Conference on Measurement and Instruments Conference Proceedings (Harbin, China). Vol. 1. 35-38 (1999)
• [Publications] 近藤一之: "副尺の概念に基づいたスイッチトキャパシタキャパシタンスブリッジ"鈴鹿工業高等専門学校紀要. 第33巻. 39-43 (2000)