KR20130112789A - Accurate ninety degree phase shifter - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An accurate quadrature phase shifter is provided to obtain accurate quadrature phase shift and a 50% duty cycle. CONSTITUTION: An accurate quadrature phase shifter comprises a driving signal circuit for a micro-electromechanical system (MEMS) sensor. The driving signal circuit comprises an input, a phase shifting circuit, a comparator circuit, and a feedback loop. The input receives voltage signals which indicate electric charge generated by the MEMS sensor. The phase shifting circuit is electrically connected to the input and shifts the phase of the input signals at a right angle. The comparator circuit has hysteresis. An input of the comparator circuit is electrically connected to an output of the phase shifting circuit. An output of the comparator circuit is electrically connected to an output of the driving signal circuit. The feedback loop is connected from the output of the driving signal circuit to an input of the phase shifting circuit. The feedback loop self-generates oscillating signals or self-oscillating signals at the output of the driving signal circuit. [Reference numerals] (105) MEMS sensor; (120) Drive amplifier; (AA) Profit control; (BB) Select an output/a sine wave output

Description

정밀한 직각 위상 변이기{ACCURATE NINETY DEGREE PHASE SHIFTER}Precision Quadrature Phase Shifters {ACCURATE NINETY DEGREE PHASE SHIFTER}

본 문서는 미세전자기계 시스템(MEMS: micro-electromechanical systems) 센서와 인터페이싱하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.This document relates to apparatus, systems, and methods for interfacing with micro-electromechanical systems (MEMS) sensors.

미세전자기계 시스템(MEMS)은 집적회로를 제조하는 데에 사용되는 기술과 유사한 포토리소그래피 기술을 사용해서 제조되는 전기적 및 기계적 기능을 수행하는 소형의 기계 장치를 포함한다. 일부 MEMS 장치는 가속기 등과 같이 움직임을 검출할 수 있는 센서 또는 자이로스코프 등과 같이 각속도를 검출할 수 있는 센서이다. Microelectromechanical systems (MEMS) include small mechanical devices that perform electrical and mechanical functions fabricated using photolithography techniques similar to those used to fabricate integrated circuits. Some MEMS devices are sensors capable of detecting motion, such as accelerators, or sensors capable of detecting angular velocity, such as gyroscopes.

MEMS 자이로스코프가 널리 사용되고 있는데, 다축 자이로스코프 MEMS 구조체(multi-axis gyroscope MEMS structures)의 경우에는 일체형으로 형성될 수 있다. 개인용 또는 모바일 전자 장치 등과 같은 일부 애플리케이션에서는 MEMS 자이로스코프 센서가 아직도 크고 복잡하다고 여겨지고 있다. 또한, 고객/모바일, 자동차 및 항공우주/방어 애플리케이션에서의 3-축 가속도 검출의 요구가 꾸준히 증가하고 있다. 따라서, MEMS 자이로스코프의 구동 및 감지용 전자 장치의 크기와 복잡도를 감소시키는 것이 바람직하다.MEMS gyroscopes are widely used, and in the case of multi-axis gyroscope MEMS structures, they may be integrally formed. In some applications, such as personal or mobile electronic devices, MEMS gyroscope sensors are still considered large and complex. In addition, the demand for three-axis acceleration detection in customer / mobile, automotive and aerospace / defense applications is steadily increasing. Therefore, it is desirable to reduce the size and complexity of the electronic device for driving and sensing the MEMS gyroscope.

본 문서의 장치는 MEMS 센서용 구동 신호 회로(drive signal circuit)를 포함한다. 이 구동 신호 회로는, MEMS 센서에 의해 생성된 전하를 나타내는 전압 신호를 수신하는 입력, 입력에 전기적으로 연결되어 입력 신호를 실질적으로 직각(90도)으로 위상 변이하는 위상 변이 회로(phase-shift circuit), 및 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 비교기 회로를 포함한다. 비교기 회로의 입력은 위상 변이 회로의 출력에 전기적으로 연결되고 비교기 회로의 출력은 구동 신호 회로의 출력에 전기적으로 연결된다. 피드백 루프는 구동 신호 회로의 출력으로부터 위상 변이 회로의 입력까지 이어져 있으며, 구동 신호 회로의 출력에서 자려발진 신호(self-oscillating signal)를 생성한다. 구동 신호 회로에 의해 생성된 출력 신호는 MEMS 센서의 구동 입력에 인가된다. The apparatus of this document includes a drive signal circuit for a MEMS sensor. This drive signal circuit is an input for receiving a voltage signal representing a charge generated by a MEMS sensor, a phase-shift circuit electrically connected to the input for phase shifting the input signal at substantially right angles (90 degrees). ), And a comparator circuit with hysteresis. The input of the comparator circuit is electrically connected to the output of the phase shift circuit and the output of the comparator circuit is electrically connected to the output of the drive signal circuit. The feedback loop runs from the output of the drive signal circuit to the input of the phase shift circuit and generates a self-oscillating signal at the output of the drive signal circuit. The output signal generated by the drive signal circuit is applied to the drive input of the MEMS sensor.

본 항목은 본 특허출원의 주제의 개략적으로 설명하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명을 한정적으로 설명하기 위한 것이 아니다. 상세한 설명은 본 특허출원에 관한 추가의 정보를 제공하기 위한 것이다. This section is intended to outline the subject matter of this patent application. Therefore, it is not intended to limit the present invention. The detailed description is intended to provide further information about the present patent application.

본 도면은 반드시 실측으로 되어 있는 것은 아니며, 유사한 참조 부호는 다른 도면에서 유사한 요소를 나타낼 수 있다. 상이한 첨자를 가진 유사한 참조 부호는 유사한 요소의 다른 예를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 예시를 위해 본 명세서에서 논의되는 여러 실시형태를 보여주는 것이며 한정을 위한 것이 아니다.
도 1은 MEMS 센서 및 IC를 포함하는 전자 시스템의 예의 일부를 나타내는 블록도이다.
도 2는 MEMS 센서용 구동 신호를 생성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 구동 신호 회로의 예의 일부를 나타내는 회로도이다.
도 4는 구동 신호 회로의 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다.
도 5는 구동 신호 회로의 또 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다.
도 6은 구동 신호 회로의 또 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다.
도 7은 구동 신호 회로의 또 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다.
도 8은 MEMS 센서용 구동 신호 회로를 형성하는 방법의 예를 나타내는 흐름도이다.The drawings are not necessarily to scale, and like reference numerals may indicate like elements in other figures. Like reference numerals with different subscripts can represent other examples of similar elements. The drawings are, in general, but not intended to be limiting, illustrating various embodiments discussed herein for purposes of illustration.
1 is a block diagram illustrating a portion of an example of an electronic system including a MEMS sensor and an IC.
2 is a flowchart illustrating a method of generating a drive signal for a MEMS sensor.
3 is a circuit diagram showing a part of an example of a drive signal circuit.
4 is a circuit diagram showing a part of another example of a drive signal circuit.
5 is a circuit diagram showing a part of still another example of a drive signal circuit.
6 is a circuit diagram showing a part of still another example of a drive signal circuit.
7 is a circuit diagram showing a part of still another example of a drive signal circuit.
8 is a flowchart illustrating an example of a method of forming a drive signal circuit for a MEMS sensor.

도 1은 미세전자기계 시스템(MEMS: micro-electromechanical systems) 센서(105) 및 집적 회로(IC)(110)를 포함하는 전자 시스템의 예의 일부를 나타내는 블록도이다. MEMS 센서는, 예를 들어 발진 자이로스코프(vibratory gyroscope) 등의 MEMS 자이로스코프를 포함할 수 있다. 발진 자이로스코프는 기판의 위에 매달린 프루프 매스(proof mass)를 포함할 수 있다. 프루프 매스는 구동 방향 및 이 구동 방향에 직각인 감지 방향으로 기계적으로 발진한다. 프루프 매스는 외부 구동원에 의해 구동 방향으로 공진된다. 자이로스코프가 각 회전하게 되면, 코리올리의 힘(Coriolis force)이 감지 커패시터를 사용해서 검출되는 감지 방향으로 유도된다. 도면에서, 커패시터(gdp, gdn)는 MEMS 센서(105)에 대한 구동 입력을 나타내며, 커패시터(gp, gn)는 MEMS 센서(105)의 감지 신호 출력을 나타낸다.1 is a block diagram illustrating a portion of an example of an electronic system that includes a micro-electromechanical systems (MEMS) sensor 105 and an integrated circuit (IC) 110. The MEMS sensor can include a MEMS gyroscope, such as a vibratory gyroscope, for example. The oscillating gyroscope may include a proof mass suspended over the substrate. The proof mass mechanically oscillates in the driving direction and in the sensing direction perpendicular to the driving direction. The proof mass is resonated in the driving direction by an external drive source. As each gyroscope rotates, the Coriolis force is induced in the sense direction detected using a sense capacitor. In the figure, capacitors gdp and gdn represent drive inputs to MEMS sensor 105 and capacitors gp and gn represent sense signal outputs of MEMS sensor 105.

IC(110)는 MEMS 센서(105)의 기계적 발진을 목표로 하는 기계적 발진으로 유지하도록 구성 또는 설계된 회로를 포함한다. 이 회로는 전하-전압 컨버터 회로(115)(C2V) 및 센서 구동 증폭기 회로(sensor drive amplifier circuit)(120)를 포함한다. C2V는 MEMS 센서의 기계적 발진에 의해 생성된 전하를 전압으로 변환한다. 센서 구동 증폭기 회로(120)는 센서에 전자기력(electrostatic force)을 제공해서 기계적 발진을 생성한다. IC(110)는 또한 자동 이득 제어(AGC) 회로(125) 및 구동 신호 회로(130)를 포함한다. AGC 회로(125)는 전자기력을 조정해서 기계적 발진을 목표로 하는 값으로 유지한다.IC 110 includes circuitry constructed or designed to maintain a mechanical oscillation targeted for mechanical oscillation of MEMS sensor 105. This circuit includes a charge-voltage converter circuit 115 (C2V) and a sensor drive amplifier circuit 120. C2V converts the charge generated by the mechanical oscillation of a MEMS sensor into a voltage. The sensor drive amplifier circuit 120 provides an electrostatic force to the sensor to produce a mechanical oscillation. IC 110 also includes an automatic gain control (AGC) circuit 125 and a drive signal circuit 130. The AGC circuit 125 adjusts the electromagnetic force to maintain the target value for mechanical oscillation.

구동 신호 회로(130)는 기준 구동 신호(reference drive signal)를 센서 구동 증폭기 회로(120)에 제공한다. 이 기준 구동 신호는 MEMS 센서(105)로부터 감지된 신호에 기초할 수 있다. EMS 센서에 의한 감지는 MEMS 센서의 구동과 직각(90도)으로 위상 변이(phase shift)되기 때문에, 감지된 신호는 실질적으로 직각만큼 위상 변이되어 기준 구동 신호를 생성한다. 그러나, 전자 시스템이 먼저 기동 또는 시동되는 경우, MEMS 센서(105)가 이용할 수 있는 구동 신호가 존재하지 않기 때문에, 기준 구동 신호를 생성하는 MEMS 센서(105)로부터 감지 신호가 생성되지 않는다.The drive signal circuit 130 provides a reference drive signal to the sensor drive amplifier circuit 120. This reference drive signal may be based on the signal sensed from the MEMS sensor 105. Since sensing by the EMS sensor is phase shifted at right angles (90 degrees) with the drive of the MEMS sensor, the sensed signal is phase shifted by a substantially right angle to generate a reference drive signal. However, when the electronic system is first started up or started up, there is no drive signal available for the MEMS sensor 105, so that no sense signal is generated from the MEMS sensor 105 generating a reference drive signal.

초기 기준 구동 신호(initial reference drive signal)를 생성하기 위해, 구동 신호 회로(130)는 시동시 발진 신호를 생성한다. 따라서, MEMS 센서(105)로부터의 감지 신호가 존재하지 않는 경우에도 구동 신호가 센서 구동 증폭기 회로(120)에 제공될 수 있다. 이 발진 신호에 의해 MEMS 센서(105) 내에 기계적 발진이 생겨서, 전하를 생성하게 되고, C2V 회로의 출력에서 감지 신호를 생성한다. 이 초기 구동 신호는 다수의 고조파 주파수를 포함할 수 있다. 생성된 감지 신호가 임계 진폭(threshold amplitude)에 도달하면, 기준 구동 신호는 생성된 감지 신호의 주파수에 동기된다. MEMS 센서에 의해 생성된 감지 신호는 MEMS 센서(105)의 기계적 공진에 기인한, Q가 높은 신호(high-Q signal)이며, 이 신호를 사용함으로써 공진 구동 신호의 Q가 높게 된다. To generate an initial reference drive signal, the drive signal circuit 130 generates an oscillation signal at startup. Thus, a drive signal may be provided to the sensor drive amplifier circuit 120 even when there is no sense signal from the MEMS sensor 105. This oscillation signal causes mechanical oscillation in the MEMS sensor 105 to generate charge, and generate a sense signal at the output of the C2V circuit. This initial drive signal may include a number of harmonic frequencies. When the generated sense signal reaches a threshold amplitude, the reference drive signal is synchronized to the frequency of the generated sense signal. The sense signal generated by the MEMS sensor is a high-Q signal due to the mechanical resonance of the MEMS sensor 105, and by using this signal, the Q of the resonance drive signal becomes high.

도 2는 MEMS 자이로스코프 또는 자이로 등의 MEMS 센서용 구동 신호를 생성하는 방법(200)을 나타내는 흐름도이다. 블록 205에서, 발진 신호는 구동 신호 회로에 의해 구동 신호 회로의 출력에서 자기생성(self-generate)된다. 이 발진 신호를 MEMS 센서의 구동 입력에 인가된다. 2 is a flow diagram illustrating a method 200 of generating drive signals for MEMS sensors, such as MEMS gyroscopes or gyros. In block 205, the oscillation signal is self-generated at the output of the drive signal circuit by the drive signal circuit. This oscillation signal is applied to the drive input of the MEMS sensor.

블록 210에서, MEMS 센서의 구동 입력에 발진 신호를 인가하는 것에 응답하여, MEMS 센서에 의해 생성되는 전하를 나타내는 전압 신호가 구동 신호 회로의 입력에서 수신된다.At block 210, in response to applying the oscillation signal to the drive input of the MEMS sensor, a voltage signal indicative of the charge generated by the MEMS sensor is received at the input of the drive signal circuit.

블록 215에서, 수신된 전압 신호의 위상은 실질적으로 직각(90도)만큼 위상 변이되며, 위상 변이된 신호는 자기생성된 신호를 사용하지 않고 구동 신호를 생성하는 데에 사용된다. 블록 220에서, 생성된 구동 신호는 MEMS 센서의 구동 입력에 인가된다. In block 215, the phase of the received voltage signal is phase shifted by a substantially right angle (90 degrees), and the phase shifted signal is used to generate a drive signal without using a self-generated signal. At block 220, the generated drive signal is applied to a drive input of the MEMS sensor.

도 3은 구동 신호 회로의 일례의 일부를 나타내는 회로도이다. 구동 신호 회로는 MEMS 센서용의 기준 구동 신호를 제공한다. 이 구동 신호 회로는 MEMS 센서에 의해 생성되는 전하를 나타내는 전압 신호를 수신하는 입력(335)을 포함한다. 일례로, 전압 신호는 전하-전압 컨버터 회로로부터 수신된다. 3 is a circuit diagram showing a part of an example of a drive signal circuit. The drive signal circuit provides a reference drive signal for the MEMS sensor. This drive signal circuit includes an input 335 that receives a voltage signal indicative of the charge generated by the MEMS sensor. In one example, the voltage signal is received from the charge-voltage converter circuit.

구동 신호 회로는 위상 변이 회로(phase-shift circuit)(340) 및 비교기 회로(345)를 포함한다. 위상 변이 회로(340)는 입력(335)에 전기적으로 연결될 수 있다. 위상 변이 회로(340)는 입력 신호의 위상을 실질적으로 직각(90°) 만큼 위상 변이시킨다. 일례로, 위상 변이 회로(340)는 적분기 회로(integrator circuit)를 포함한다. 비교기 회로(345)는 히스테리시스(hysteresis)를 갖는다. 비교기 회로(345)의 출력은 입력이 제1 임계값보다 큰 경우에 로우 상태에서 하이 상태로 천이하며, 입력이 제1 임계값과 상이한 제2 임계값보다 작은 경우에는 하이 상태에서 로우 상태로 천이한다. 비교기 회로(345)의 입력은 위상 변이 회로(340)의 출력에 전기적으로 연결될 수 있으며, 비교기 회로(345)의 출력은 구동 신호 회로의 출력(350)에 전기적으로 연결될 수 있다.The drive signal circuit includes a phase-shift circuit 340 and a comparator circuit 345. Phase shift circuit 340 may be electrically connected to input 335. The phase shift circuit 340 shifts the phase of the input signal by a substantially right angle (90 °). In one example, phase shift circuit 340 includes an integrator circuit. Comparator circuit 345 has hysteresis. The output of the comparator circuit 345 transitions from a low state to a high state if the input is greater than the first threshold and transitions from a high state to a low state if the input is less than a second threshold that is different from the first threshold. do. An input of the comparator circuit 345 may be electrically connected to an output of the phase shift circuit 340, and an output of the comparator circuit 345 may be electrically connected to an output 350 of the drive signal circuit.

구동 신호 회로는 구동 신호 회로의 출력으로부터 위상 변이 회로(340)의 입력까지 이어진 피드백 루프(feedback loop)를 포함한다. 위상 변이 회로(340)가 적분기 회로(integrator circuit)를 포함하면, 피드백 루프는 적분기 회로(345)의 출력으로부터 적분기 회로의 증폭기 회로(355)의 입력에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3의 예에 나타낸 바와 같이, 피드백 루프는 비교기 회로(350)의 출력에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(transconductance amplifier circuit)(360)[연산 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)라고도 함]와, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(360)의 출력에 전기적으로 연결된 입력 및 위상 변이 회로(340)의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(365)를 포함할 수 있다. 피드백 루프는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(360)의 출력과 회로 접지에 연결된 커패시터(370)(C1)를 포함할 수 있다.The drive signal circuit includes a feedback loop from the output of the drive signal circuit to the input of the phase shift circuit 340. If the phase shift circuit 340 includes an integrator circuit, the feedback loop may be electrically connected from the output of the integrator circuit 345 to the input of the amplifier circuit 355 of the integrator circuit. As shown in the example of FIG. 3, the feedback loop is also referred to as a first transconductance amplifier circuit 360 (operational transconductance amplifier (OTA)) having an input electrically connected to the output of the comparator circuit 350. And a second transconductance amplifier circuit 365 having an input electrically connected to the output of the first transconductance amplifier circuit 360 and an output electrically connected to the input of the phase shift circuit 340. The feedback loop may include a capacitor 370 (C1) connected to the output of the first transconductance amplifier circuit 360 and the circuit ground.

피드백 루프의 구성은 구동 신호 회로의 출력(350)에서 발진 신호 또는 자려발진 신호(self-oscillating signal)를 자체적으로 생성한다. 히스테리시스 비교기 회로는 루프 내에서(적분기 출력에서) 최소 발진 진폭을 유지하고 자려발진 주파수(self oscillation frequency)의 범위를 제어한다. 비교기의 이진 출력은 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(360)를 통해 커패시터(370)를 충전/방전한다. 50% 듀티 사이클로부터의 자려발진 신호의 오차는 커패시터(370)에 기억되며 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(365)를 통해 위상 변이 회로(340)에 피드백한다. 이 피드백 구성은 입력 신호 오프셋, 증폭기 오프셋, 및 비교기 오프셋을 보정해서 실질적으로 50% 듀티 사이클 출력 신호를 제공할 수 있다. The configuration of the feedback loop itself generates an oscillation signal or a self-oscillating signal at the output 350 of the drive signal circuit. The hysteresis comparator circuit maintains the minimum oscillation amplitude in the loop (at the integrator output) and controls the range of self oscillation frequency. The binary output of the comparator charges / discharges the capacitor 370 through the first transconductance amplifier circuit 360. The error of the self-excited signal from the 50% duty cycle is stored in the capacitor 370 and fed back to the phase shift circuit 340 via the second transconductance amplifier circuit 365. This feedback configuration can correct the input signal offset, amplifier offset, and comparator offset to provide a substantially 50% duty cycle output signal.

구동 신호 회로에 의해 생성된 출력 신호는 MEMS 센서의 구동 입력에 인가된다. 기준 구동 신호로서 제공되는 출력 신호는 구동 회로 출력(350)(OUT)에서의 신호 또는 위상 변이 회로(340)의 출력(OUT-SINEWAVE)이 될 수 있다. 도 1에 나타낸 예의 경우, 구동 신호 회로의 자려발진 신호는 기동시 구동 증폭기 회로(120)에 대한 기준 구동 신호로서 AGC 회로(125)에 의해 선택된다. 이 자려발진 신호는 구동 신호 회로 내에서 OUT으로 표시된 회로 노드에서 이용가능하다. 감지된 신호의 진폭이 충분하면(예를 들어, 미리 정해진 신호 임계 진폭을 만족하면), AGC 회로(125)는 기준 구동 신호를, OUT에서 이용가능한 신호로부터 기준 구동 신호로서의, OUT-SINEWAVE에서 이용가능한 신호로 전환할 수 있다. 이것은 진폭 임계값에 도달된 후, OUT-SINEWAVE가 MEMS 센서에 대해 고조파적으로 더 순수한(예를 들어, Q값이 높은) 기준 구동 신호를 제공하기 때문이다. Q값이 높은 신호에 의해, 고조파 주파수가 적어져서, MEMS 센서의 구동 및 기계적 공진이 향상된다. OUT-SINEWAVE에서의 Q값이 높은 신호는 정확한 직각 위상 변이 및 실질적으로 50% 듀티 사이클을 제공한다. The output signal generated by the drive signal circuit is applied to the drive input of the MEMS sensor. The output signal provided as the reference driving signal may be a signal at the driving circuit output 350 (OUT) or an output (OUT-SINEWAVE) of the phase shift circuit 340. In the example shown in FIG. 1, the self-oscillating signal of the drive signal circuit is selected by the AGC circuit 125 as a reference drive signal for the drive amplifier circuit 120 at startup. This autonomous signal is available at the circuit node labeled OUT within the drive signal circuit. If the amplitude of the sensed signal is sufficient (eg, satisfies a predetermined signal threshold amplitude), the AGC circuit 125 uses the reference drive signal at OUT-SINEWAVE, from the signal available at OUT to the reference drive signal. You can switch to a possible signal. This is because after the amplitude threshold is reached, OUT-SINEWAVE provides a harmonic purer (eg, higher Q value) reference drive signal for the MEMS sensor. By the signal having a high Q value, the harmonic frequency is reduced, and the driving and mechanical resonance of the MEMS sensor are improved. The high Q signal at OUT-SINEWAVE provides accurate quadrature phase shift and substantially 50% duty cycle.

위상 변이 회로(340)가 적분기 회로를 포함하는 경우, 피드백 구성은 전방 경로에 있는 적분기에 안정적인 동작 포인트를 제공한다. 이 안정적인 경로 포인트는 작은 오프셋의 적분으로부터 생길 수 있는 폭주(run-away)의 문제를 피할 수 있다. 또한, 직류(DC) 신호에 대해 제어된 신호 이득을 갖는 증폭기 회로(355)를 사용함으로써, 온도의 변화에 따른 자려발진 신호의 주파수 편이를 최소화한다. 피드백 경로는 입력 신호 오프셋을 보상하기 위해 충분히 큰 DC 전류를 제공하도록 설계되어야 하지만, 반면에 전방 경로의 적분기에 의해 제공되는 직각 위상 변이를 방해하지 않도록 매우 낮은 직류(AC) 이득을 가져야 한다. If the phase shift circuit 340 includes an integrator circuit, the feedback configuration provides a stable operating point for the integrator in the forward path. This stable path point avoids the run-away problem that can result from small offset integration. In addition, by using the amplifier circuit 355 having a controlled signal gain for the direct current (DC) signal, the frequency shift of the self-excited signal due to the change of temperature is minimized. The feedback path should be designed to provide a sufficiently large DC current to compensate for the input signal offset, while having a very low direct current (AC) gain so as not to interfere with the quadrature phase shift provided by the integrator in the forward path.

피드백 루프의 설계는 구현하기 어려운 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로에 대하여 트랜스컨덕턴스 값 gm을 얻을 수 있다. 작은 값 gm은 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 전류를 분할함으로써 피할 수 있는데, 이 출력 전류를 위상 변이 회로에 공급하기 전에 분할한다. 도 4는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(460) 및 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(465)를 포함하는 피드백 루프를 갖는 구동 신호 회로의 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다. 구동 신호 회로는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(465)의 출력 전류를 분할하기 위해, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(465)의 출력에 전기적으로 연결된 전류 분할기 회로(current divider circuit)(475)를 포함한다. The design of the feedback loop can obtain the transconductance value gm for the second transconductance amplifier circuit, which is difficult to implement. The small value gm can be avoided by dividing the output current of the second transconductance amplifier circuit, which is divided before supplying the phase shift circuit. 4 is a circuit diagram illustrating a portion of another example of a drive signal circuit having a feedback loop including a first transconductance amplifier circuit 460 and a second transconductance amplifier circuit 465. The drive signal circuit includes a current divider circuit 475 electrically connected to the output of the second transconductance amplifier circuit 465 to divide the output current of the second transconductance amplifier circuit 465. .

도 5는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(560) 및 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(565)를 포함하는 피드백 루프를 갖는 구동 신호 회로의 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다. 구동 신호 회로는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(565)의 출력 전류를 분할하기 위해, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로565)의 출력과 위상 변이 회로(540)의 입력에 전기적으로 연결된 저항 분할기 회로(resistive divider circuit)(575)를 포함한다.FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a portion of another example of a drive signal circuit having a feedback loop including a first transconductance amplifier circuit 560 and a second transconductance amplifier circuit 565. The drive signal circuit is a resistive divider circuit electrically connected to the output of the second transconductance amplifier circuit 565 and the input of the phase shift circuit 540 to divide the output current of the second transconductance amplifier circuit 565. circuit 575.

피드포워드 적분기 회로(feed-forward integrator circuit)의 증폭기는 입력 신호 동작이 큰 동안에 양호한 위상 여유(phase margin)를 제공하기 위해 낮은 이득을 가져야 한다. 대체 방안으로서, 높은 이득 증폭기를 사용하지만 피드백 루프의 구성을 변경하는 것이 있다. 도 6은 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(660) 및 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(665)를 포함하는 피드백 루프를 갖는 구동 신호 회로의 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다. 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(665)는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력과 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 갖는다. 피드백 루프는 또한 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(660)의 출력에 연결된 저항기(680)와, 저항기(680) 및 회로 접지에 연결된 커패시터(670)를 포함한다. 이 보상 저항기(R1)는 피드백 전달 함수(feedback transfer function)에 제로(0)를 가산한다. 이러한 위상의 추가에 의해, 높은 진폭 입력 신호에 대해 위상 여유가 향상된다. Amplifiers in feed-forward integrator circuits must have low gains to provide good phase margin during large input signal operation. An alternative is to use a high gain amplifier but change the configuration of the feedback loop. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating part of another example of a drive signal circuit having a feedback loop including a first transconductance amplifier circuit 660 and a second transconductance amplifier circuit 665. The second transconductance amplifier circuit 665 has an input electrically connected to the output of the first transconductance amplifier circuit and an output electrically connected to the input of the integrator amplifier circuit. The feedback loop also includes a resistor 680 connected to the output of the first transconductance amplifier circuit 660 and a capacitor 670 connected to the resistor 680 and circuit ground. This compensation resistor R 1 adds zero to the feedback transfer function. By adding this phase, the phase margin is improved for a high amplitude input signal.

피드백에 유효한 제로(0)를 제공하기 위한 보상 저항기의 값은 IC를 구현하기에는 너무 클 수 있다. 도 7은 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(785)를 포함하는 피드백 루프를 갖는 구동 신호 회로의 또 다른 예의 일부를 나타내는 회로도이다. 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(785)의 입력은 비교기 회로(745)의 출력 및 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결되어, 또 다른 병렬의 피드백 루프를 형성한다. 이러한 추가된 트랜스컨덕턴스 단계에 의해, 보상 저항기를 크게 하지 않아도 되며, 유효한 제로를 제공할 수 있게 되어, 위상의 진행(phase lead)을 제공하고, 위상 여유가 있는 높은 진폭 입력 신호를 개선할 수 있다.The value of the compensation resistor to provide a valid zero for feedback may be too large to implement an IC. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a portion of another example of a drive signal circuit having a feedback loop including a third transconductance amplifier circuit 785. An input of the third transconductance amplifier circuit 785 is electrically connected to the output of the comparator circuit 745 and the input of the integrator amplifier circuit, forming another parallel feedback loop. This added transconductance step eliminates the need for large compensation resistors and provides an effective zero, providing phase lead and improving high amplitude input signals with phase margin. .

도 8은 MEMS 센서용의 구동 신호 회로를 형성하는 방법(800)의 예를 나타내는 흐름도이다. 블록 805에서, 구동 신호 회로의 입력은 적분기 회로의 입력에 전기적으로 연결된다. 적분기 회로는 본 명세서의 예에 나타낸 바와 같은 회로 토폴로지(circuit topology)를 가질 수 있다. 블록 810에서, 적분기 회로의 출력은 히스테리시스를 갖는 비교기 회로에 전기적으로 연결된다.8 is a flowchart illustrating an example of a method 800 of forming a drive signal circuit for a MEMS sensor. At block 805, the input of the drive signal circuit is electrically connected to the input of the integrator circuit. The integrator circuit may have a circuit topology as shown in the examples herein. At block 810, the output of the integrator circuit is electrically connected to the comparator circuit with hysteresis.

블록 815에서, 구동 신호 회로 내의 피드백 루프는 회로 전력이 구동 신호 회로에 인가될 때에 구동 신호 회로의 출력에서 자려발진 신호를 생성하도록 형성된다. 피드백 루프는 비교기 회로의 출력부터 적분기 회로의 증폭기[예를 들어, 연산 증폭기(op-amp)]의 입력까지 이어져 있다. 적분기 회로는 입력에서 수신된 입력 신호의 위상 각을 구동 신호 회로로 실질적으로 직각으로 변이한다. 수신된 입력 신호는 자려발진 신호를 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 것에 따라 생성된다. 구동 신호 회로는 커패시턴스-전압 컨버터 회로에 전기적으로 연결될 수 있으며, 입력 신호는 자려발진 신호의 MEMS 센서에 대한 인가에 따라 MEMS 센서에 의해 생성되는 변화로부터 변환된 전압 신호가 될 수 있다.In block 815, a feedback loop in the drive signal circuit is formed to generate a self-excited signal at the output of the drive signal circuit when circuit power is applied to the drive signal circuit. The feedback loop runs from the output of the comparator circuit to the input of an amplifier (eg, op-amp) of the integrator circuit. The integrator circuit shifts the phase angle of the input signal received at the input substantially perpendicular to the drive signal circuit. The received input signal is generated by applying the self-excited signal to the drive input of the MEMS sensor. The drive signal circuit may be electrically connected to the capacitance-voltage converter circuit, and the input signal may be a voltage signal converted from a change generated by the MEMS sensor upon application of the self-excited signal to the MEMS sensor.

구동 신호 회로는 구동 발진 신호를 제공하기 위한 신뢰성 있는 자기 기동(self-startup)을 제공하고, 또한 50% 듀티 사이클을 신뢰성 있게 제공한다. 구동 신호 회로는 또한 미분기 위상 변이기(differentiator phase-shifter)와 연관된 잡음을 제거하는 정확한 직각(90°) 위상 변이를 제공한다.The drive signal circuit provides a reliable self-startup for providing a drive oscillation signal, and reliably provides a 50% duty cycle. The drive signal circuit also provides an accurate quadrature (90 °) phase shift that eliminates the noise associated with the differential phase shifter.

추가적인 사항 및 Additional notes and 실시예Example

실시예 1은 미세전자기계 시스템(MEMS: micro-electromechanical systems) 센서용의 구동 신호 회로를 포함하는 주제(예를 들어, 장치)를 포함할 수 있다. 구동 신호 회로는, MEMS 센서에 의해 생성된 전하를 나타내는 전압 신호를 수신하는 입력, 입력에 전기적으로 연결되어 입력 신호를 실질적으로 직각(90도)으로 위상 변이하는 위상 변이 회로, 및 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 비교기 회로를 포함한다. 비교기 회로의 입력은 위상 변이 회로의 출력에 전기적으로 연결되고 비교기 회로의 출력은 구동 신호 회로의 출력에 전기적으로 연결된다. 피드백 루프는 구동 신호 회로의 출력으로부터 위상 변이 회로의 입력까지 이어져 있으며, 구동 신호 회로의 출력에서 자려발진 신호(self-oscillating signal)를 생성한다. 구동 신호 회로에 의해 생성된 출력 신호는 MEMS 센서의 구동 입력에 인가된다. Example 1 may include a subject (eg, an apparatus) that includes a drive signal circuit for a micro-electromechanical systems (MEMS) sensor. The drive signal circuit includes an input for receiving a voltage signal indicative of the charge generated by the MEMS sensor, a phase shift circuit electrically connected to the input to phase shift the input signal at substantially right angles (90 degrees), and hysteresis. Comparator circuit having a. The input of the comparator circuit is electrically connected to the output of the phase shift circuit and the output of the comparator circuit is electrically connected to the output of the drive signal circuit. The feedback loop runs from the output of the drive signal circuit to the input of the phase shift circuit and generates a self-oscillating signal at the output of the drive signal circuit. The output signal generated by the drive signal circuit is applied to the drive input of the MEMS sensor.

실시예 2는 실시예 1의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 비교기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력을 구비하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(transconductance amplifier circuit), 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력과 상기 위상 변이 회로의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 구비하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로, 및 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력과 회로 접지에 연결된 커패시터를 선택적으로 포함할 수 있다. Example 2 includes, or is optionally combined with the subject matter of Example 1, to a first transconductance amplifier circuit having an input electrically connected to the output of a comparator circuit, to an output of the first transconductance amplifier circuit. And a second transconductance amplifier circuit having an electrically connected input and an output electrically connected to the input of the phase shift circuit, and a capacitor connected to the output of the first transconductance amplifier circuit and circuit ground.

실시예 3은 실시예 1 및 2 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 전류 분할기 회로(current divider circuit)를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 3 may include or optionally combine the subject matter of one or any combination of Embodiments 1 and 2, optionally including a current divider circuit electrically connected to the output of the second transconductance amplifier circuit. Can be.

실시예 4는 실시예 1 내지 3 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 및 위상 변이 회로의 입력에 전기적으로 연결되고, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 전류를 분할하도록 구성된 저항 분할기 회로(resistive divider circuit)를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 4 includes or is optionally combined with the subject matter of one or any combination of Embodiments 1 to 3, electrically connected to an output of a second transconductance amplifier circuit and an input of a phase shift circuit, and to a second transconductance amplifier. It may optionally include a resistive divider circuit configured to divide the output current of the circuit.

실시예 5는 실시예 1 내지 4 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 위상 변이 회로는 증폭기 회로를 구비하는 적분기 회로(integrator circuit)를 선택적으로 포함할 수 있으며, 피드백 루프는 비교기 회로의 출력으로부터 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결된다.Embodiment 5 includes or is optionally combined with the subject matter of one or any combination of embodiments 1 to 4, such that the phase shifting circuit can optionally include an integrator circuit having an amplifier circuit, wherein the feedback loop Is electrically connected to the input of the integrator amplifier circuit from the output of the comparator circuit.

실시예 6은 실시예 5의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 직류(DC) 신호에 대해 제어된 신호 이득을 제공하는 적분기 증폭 회로를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 6 may optionally include an integrator amplifying circuit that includes or optionally combines the subject matter of Embodiment 5 to provide a controlled signal gain for direct current (DC) signals.

실시예 7은 실시예 5 및 6 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 포함하며, 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 입력은 비교기 회로의 출력 및 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결되어, 제2 피드백 루프를 형성할 수 있다. Embodiment 7 includes or is optionally combined with the subject matter of one or any combination of embodiments 5 and 6, including a third transconductance amplifier circuit, wherein the input of the third transconductance amplifier circuit is an output and an integrator of the comparator circuit. It may be electrically connected to an input of the amplifying circuit to form a second feedback loop.

실시예 8은 실시예 5 내지 7 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 피드백 루프는, 비교기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력 및 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 연결된 저항기, 및 저항기와 회로 접지에 연결된 커패시터를 포함할 수 있다. Embodiment 8 includes or optionally combines the subject matter of one or any combination of embodiments 5-7, wherein the feedback loop comprises: a first transconductance amplifier circuit, the first transformer having an input electrically connected to the output of the comparator circuit; A second transconductance amplifier circuit having an input electrically connected to the output of the conductance amplifier circuit and an output electrically connected to the input of the integrator amplifier circuit, a resistor connected to the output of the first transconductance amplifier circuit, and a capacitor connected to the resistor and circuit ground It may include.

실시예 9는 실시예 1 내지 8 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, MEMS 센서를 포함하며, MEMS 센서는 MEMS 자이로(gyro)를 포함할 수 있다. Example 9 includes or optionally combined the subject matter of one or any combination of Examples 1-8, including a MEMS sensor, wherein the MEMS sensor may comprise a MEMS gyro.

실시예 10은 실시예 1 내지 9 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 구동 신호 회로의 출력에서 발진 신호를 자기생성하고, 발진 신호를 미세전자기계 시스템(MEMS) 센서의 구동 입력에 인가하는 단계, 구동 신호 회로의 입력에서, 발진 신호를 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 것에 따라 MEMS 센서에 의해 생성되는 전하를 나타내는 전압 신호를 수신하는 단계; 수신된 전압 신호의 위상을 실질적으로 직각(90도)으로 위상 변이하고, 위상 변이된 신호를 사용해서 구동 신호를 생성하는 단계, 및 생성된 구동 신호를 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 단계를 포함하는 주제(예를 들어, 방법, 기능을 수행하기 위한 수단, 머신에 의해 수행될 때에 머신으로 하여금 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계로 판독가능한 매체)를 포함할 수 있다. Example 10 includes or optionally combines the subject matter of one or any combination of Examples 1 to 9 to self-generate an oscillation signal at the output of the drive signal circuit, and to generate the oscillation signal of a microelectromechanical system (MEMS) sensor. Applying to a drive input, receiving, at an input of a drive signal circuit, a voltage signal representing charge generated by the MEMS sensor in response to applying an oscillation signal to a drive input of the MEMS sensor; Phase shifting the received voltage signal substantially at a right angle (90 degrees), generating a drive signal using the phase shifted signal, and applying the generated drive signal to a drive input of the MEMS sensor Subject matter (eg, a method, means for performing a function, a machine-readable medium containing instructions that, when performed by a machine, cause a machine to perform a function).

실시예 11은 실시예 10의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 수신된 전압 신호를, 적분기 회로를 사용하여 적분(integrate)하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 11 may include or optionally combine the subject matter of the combination of Embodiment 10 to optionally include integrating the received voltage signal using an integrator circuit.

실시예 12는 실시예 11의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 적분된 수신된 전압 신호를, 히스테리시스를 가진 비교기 회로에 인가하는 단계, 및 비교기 회로의 출력을 적분기 회로의 증폭기의 입력에 피드백하여 피드백 루프(feedback loop)를 형성하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 12 includes the subject matter of Example 11, or may optionally be combined to apply an integrated received voltage signal to a comparator circuit having hysteresis, and to feed an output of the comparator circuit to an input of an amplifier of the integrator circuit. It may optionally include forming a feedback loop.

실시예 13은 실시예 12의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 통해, 비교기 회로의 출력을 이용하여 커패시터를 충전하는 단계, 및 커패시터의 전하를, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 통해, 적분기 회로의 증폭기의 입력에 인가하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 13 includes the subject matter of Embodiment 12 or may optionally be combined to charge a capacitor using an output of a comparator circuit, through a first transconductance amplifier circuit, and to charge a capacitor of the second transconductance amplifier. Via the circuit, it may optionally include applying to the input of the amplifier of the integrator circuit.

실시예 14는 실시예 13의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 트랜스컨덕턴스를 감소시키기 위해 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 전류를 분할하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 14 may include or optionally combine the subject matter of Embodiment 13 to optionally include dividing the output current of the second transconductance amplifier circuit to reduce the transconductance of the second transconductance amplifier circuit. .

실시예 15는 실시예 13 및 14 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 비교기 회로의 출력을 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 입력에 전기적으로 연결하는 단계와, 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력을 적분기 회로의 증폭기 회로의 입력에 전기적으로 연결해서 제2 피드백 루프를 형성하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Example 15 includes or is optionally combined with the subject matter of any one or any combination of Examples 13 and 14, electrically coupling an output of a comparator circuit to an input of a third transconductance amplifier circuit, and a third transconductance. Electrically connecting the output of the amplifier circuit to the input of the amplifier circuit of the integrator circuit to form a second feedback loop.

실시예 16은 실시예 13 내지 15 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 및 저항기를 통해 커패시터를 충전하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Example 16 may optionally include, in combination with or optionally combined with, the subject matter of one or any combination of Examples 13-15, to optionally charge the capacitor through the first transconductance amplifier and resistor.

실시예 17은 실시예 11 내지 16 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 생성된 구동 신호를 MEMS 자이로 센서의 구동 입력에 인가하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 17 may optionally include, in combination with or optionally in combination with the subject matter of any one or more of Embodiments 11-16, applying the generated drive signal to a drive input of the MEMS gyro sensor.

실시예 18은 실시예 1 내지 17 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 구동 신호 회로의 입력을 적분기 회로에 전기적으로 연결하는 단계, 적분기 회로의 출력을 히스테리시스를 갖는 비교기 회로에 전기적으로 연결하는 단계, 및 회로 전력이 구동 신호 회로에 인가될 때에 구동 신호 회로의 출력에서 자려발진 신호를 생성하도록 구동 회로 내에 피드백 루프를 형성하는 단계를 선택적으로 포함(예를 들어, 방법, 기능을 수행하기 위한 수단, 머신에 의해 수행될 때에 머신으로 하여금 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계로 판독가능한 매체)할 수 있으며, 피드백 루프는 비교기 회로의 출력으로부터 적분기 회로의 증폭기의 입력까지 이어져 있다. 적분기 회로는 입력에서 수신된 입력 신호의 위상 각을 구동 신호 회로에 대해 실질적으로 직각(90도)으로 위상 변이하며, 입력 신호는 자려발진 신호를 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 것에 따라 생성된다. Example 18 includes or is optionally combined with the subject matter of any one or any combination of Examples 1-17, electrically connecting an input of a drive signal circuit to an integrator circuit, a comparator circuit having hysteresis at the output of the integrator circuit. And electrically coupling to a circuit, and forming a feedback loop in the drive circuit to generate a signal generated at the output of the drive signal circuit when circuit power is applied to the drive signal circuit (eg, the method, Means for performing a function, a machine-readable medium containing instructions which, when executed by a machine, cause the machine to perform a function), and a feedback loop extends from the output of the comparator circuit to the input of the amplifier of the integrator circuit. It is connected. The integrator circuit phase shifts the phase angle of the input signal received at the input to a substantially right angle (90 degrees) with respect to the drive signal circuit, the input signal being generated by applying a self-excited signal to the drive input of the MEMS sensor.

실시예 19는 실시예 18의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 비교기 회로의 출력을 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 통해 커패시터에 전기적으로 연결하는 단계와, 커패시터를 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기를 이용하여 위상 변이 회로에 전기적으로 연결하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 19 includes the subject matter of Embodiment 18 or is optionally combined, electrically connecting the output of the comparator circuit to a capacitor through a first transconductance amplifier circuit, and connecting the capacitor to a phase using a second transconductance amplifier. And electrically connecting to the transition circuit.

실시예 20은 실시예 19의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 전류 분할기 회로를 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Example 20 may include, or optionally be combined with, the subject matter of Example 19 to optionally include electrically connecting the current divider circuit to an output of the second transconductance amplifier circuit.

실시예 21은 실시예 18 내지 20 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 저항 분할기 회로를 입력에서 적분기 회로에 전기적으로 연결하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 21 may include or optionally include the subject matter of one or any combination of Embodiments 18-20, optionally including electrically connecting a resistor divider circuit to an integrator circuit at an input.

실시예 22는 실시예 18 내지 21 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, DC 신호용의 제어된 신호 이득을 갖는 증폭기 회로를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 22 may include or optionally be combined with the subject matter of one or any combination of Embodiments 18-21, to optionally include an amplifier circuit having a controlled signal gain for the DC signal.

실시예 23은 실시예 18 내지 22 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 비교기 회로의 출력을 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 입력에 전기적으로 연결하는 단계와, 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력을 적분기 회로의 증폭기 회로의 입력에 전기적으로 연결하여 제2 피드백 루프를 형성하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 23 includes, or is optionally combined with, the subject matter of one or any combination of Embodiments 18-22, electrically connecting the output of the comparator circuit to an input of a third transconductance amplifier circuit, and a third transconductance. Electrically connecting the output of the amplifier circuit to the input of the amplifier circuit of the integrator circuit to form a second feedback loop.

실시예 24은 실시예 18 내지 23 중의 하나 또는 임의의 조합의 주제를 포함하거나 선택적으로 조합되어, 자려발진 신호를 MEMS 자이로의 구동 입력에 인가하는 것에 따라 입력 신호를 생성하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. Embodiment 24 may optionally include the subject matter of one or any combination of Embodiments 18-23, or optionally combined, to generate an input signal according to applying a self-excited signal to a drive input of a MEMS gyro Can be.

실시예 25는 실시예 1-24 중의 어느 하나 위상 변이를 포함하거나, 실시예 1-21의 기능들 중 임의의 하나 위상 변이를 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때에, 기계로 하여금 실시예 1-24 중의 어느 하나 위상 변이의 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계로 판독가능한 매체를 포함하도록, 실시예 1-24 중의 어느 하나 위상 변이의 임의의 부분 또는 임의의 부분의 조합을 포함할 수 있다. Example 25 includes a phase shift in any of Examples 1-24, or means for performing a phase shift in any one of the functions of Examples 1-21, or when performed by a machine, causing a machine to perform Any of Examples 1-24, including any portion or combination of any of the phase shifts, to include a machine readable medium comprising instructions to perform a function of a phase shift. can do.

상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 이루는 첨부 도면에 대한 설명을 포함한다. 도면은, 실례로서, 본 발명은 실시할 수 있는 구체적인 실시예를 나타낸다. 이들 실시예를 여기서는 "실시형태" 또는 "예"라고도 한다. 본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허문헌은 인용에 의해 개별적으로 본 명세서에 포함되는 것에 의해, 그 내용 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서와 인용에 의해 포함되는 상기 문헌들 사이에서 사용에 불일치가 있는 경우, 포함된 인용의 구성은 그 명세서의 부분에 대한 보충으로서 고려될 수 있다. 양립할 수 없는 모순에 대해서는 본 명세서의 사용(또는 구성)이 우선한다.The foregoing detailed description includes descriptions of the accompanying drawings that form a part of the detailed description. The drawings illustrate specific embodiments in which the present invention can be practiced. These embodiments are also referred to herein as "embodiment" or "example ". All publications, patents, and patent documents mentioned in this specification are herein incorporated by reference in their entirety, by reference to the respective publications cited herein. Where there is a discrepancy in use between the above documents and the documents included by the citation, the structure of the included citations may be considered as a supplement to that portion of the specification. For reasons of incompatibility, the use (or configuration) of the present specification shall control.

본 명세서에서, "하나"라는 용어는, 특허문헌에 공통인 것처럼, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 위상 변이"의 사례 또는 사용과 관계없이 하나 또는 둘 위상 변이를 포함하기 위해 사용된다. 본 명세서에서, "또는"이라는 용어는 비한정적인 것, 즉 달리 명시되지 않는 한, "A 또는 B"는 "B가 아니라 A", "A가 아니라 B", 그리고 "A 및 B"를 가리키기 위해 사용된다. 첨부한 청구범위에서 사용되는 "포함하는(including)" 및 "여기서(wherein)"라는 용어는 각각의 용어의 평이한 영어의 등가 표현인 "포함하는"(comprising) 및 "여기서(wherein)"로서 사용된다. 또한, 아래의 특허청구범위에서, "포함하는"이라는 용어는 제한을 두지 않는 것이다, 즉, 특허청구범위에서 이 용어 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 소자, 물품, 또는 프로세스가 여전히 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 간주한다. 게다가, 아래의 특허청구범위에서 "제1", "제2", 및 "제3" 등의 용어는 단지 라벨로서 사용된 것이고, 그 대상에 수치적 요건을 부가하기 위한 것은 아니다. As used herein, the term "one" is used to include one or two phase shifts, regardless of the case or use of other cases, "at least one" or "one phase shift", as is common to the patent literature. As used herein, the term "or" is non-limiting, unless stated otherwise, where "A or B" refers to "A but not B," " It is used for the key. The terms "including" and "comprising" as used in the appended claims are intended to be " comprising " and " do. It is also to be understood that the term "comprising" is not to be taken in a limiting sense, that is, a system, element, article, or process that includes elements other than those listed before the term in the claims And are therefore considered to be within the scope of the claims. In addition, the terms "first", "second", and "third" in the claims below are merely used as labels and not intended to add numerical requirements to the objects.

위상 변이의 기재는 설명하기 위한 것이고, 한정하려는 것은 아니다. 예를 들면, 전술한 예들(또는 하나 위상 변이의 그 측면들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들면 해당 기술분야의 당업자가 위상 변이의 기재를 검토함에 따라, 다른 실시예를 사용할 수 있다. 요약서는 37 C.F.R, §1.72(b)에 따라 독자로 하여금 개시된 기술 내용을 신속하게 알 수 있도록 하기 위해 제공된다. 요약서는 청구항들의 범위 또는 의미를 해석하거나 한정하는 데 사용되지 않을 것이라는 이해를 바탕으로 제출된다. 또한, 위상 변이의 상세한 설명에서, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간단하게 할 수 있다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징은 모든 청구항에 필수적임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 발명의 내용은 특정 개시된 실시예의 모든 특징 이내 있을 수 있다. 따라서, 다음의 특허청구범위는, 개별 실시예인 그 자체에 의거하는 각 청구항과 함께, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 포함되며, 그러한 실시예들은 여러 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위는 청구항들의 등가물의 전 범위와 함께, 첨부된 특허청구범위를 참조하여 정해져야 한다. The description of the phase shift is intended to be illustrative, not limiting. For example, the above-described examples (or those aspects of one phase shift) can be used in combination with each other. For example, other embodiments may be used as those skilled in the art will review the description of the phase shift. The abstract is provided in accordance with 37 C.F.R., § 1.72 (b), to enable the reader to be promptly informed of the disclosed description. The summary is presented with the understanding that it will not be used to interpret or limit the scope or meaning of the claims. Further, in the detailed description of the phase shift, the start contents can be simplified by grouping various features together. This should not be interpreted to mean that the claimed features which are not claimed are essential to all claims. Rather, the content of the invention may be within all features of the specific disclosed embodiments. Accordingly, the following claims are to be included in the Detailed Description for carrying out the invention, with each claim standing on its own as being an individual embodiment, and such embodiments may be combined with one another in various combinations or permutations. The scope of the invention should be determined with reference to the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled.

Claims (15)

미세전자기계 시스템(MEMS: micro-electromechanical systems) 센서용의 구동 신호 회로(drive signal circuit)를 포함하는 장치에 있어서,
상기 구동 신호 회로는,
상기 MEMS 센서에 의해 생성된 전하를 나타내는 전압 신호를 수신하는 입력;
상기 입력에 전기적으로 연결되어 입력 신호를 실질적으로 직각(90도)으로 위상 변이하는 위상 변이 회로(phase-shift circuit);
히스테리시스(hysteresis)를 가지며, 상기 위상 변이 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력과 상기 구동 신호 회로의 출력에 전기적으로 연결된 출력을 구비하는 비교기 회로; 및
상기 구동 신호 회로의 출력으로부터 상기 위상 변이 회로의 입력까지 이어져 있으며, 상기 구동 신호 회로의 출력에서 자려발진 신호(self-oscillating signal)를 생성하는 피드백 루프(feedback loop)를 포함하며,
상기 구동 신호 회로에 의해 생성된 출력 신호가 상기 MEMS 센서의 구동 입력에 인가되는, 장치.A device comprising a drive signal circuit for a micro-electromechanical systems (MEMS) sensor,
The drive signal circuit,
An input for receiving a voltage signal representing a charge generated by the MEMS sensor;
A phase-shift circuit electrically connected to the input to phase shift the input signal at substantially right angles (90 degrees);
A comparator circuit having hysteresis and having an input electrically connected to the output of the phase shift circuit and an output electrically connected to the output of the drive signal circuit; And
A feedback loop extending from an output of the drive signal circuit to an input of the phase shift circuit, the feedback loop generating a self-oscillating signal at the output of the drive signal circuit,
And an output signal generated by the drive signal circuit is applied to a drive input of the MEMS sensor. 제1항에 있어서,
상기 피드백 루프는,
상기 비교기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력을 구비하는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로(transconductance amplifier circuit);
상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력과 상기 위상 변이 회로의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 구비하는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로; 및
상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력과 회로 접지에 연결된 커패시터를 포함하는, 장치.The method of claim 1,
The feedback loop,
A first transconductance amplifier circuit having an input electrically connected to the output of the comparator circuit;
A second transconductance amplifier circuit having an input electrically connected to an output of the first transconductance amplifier circuit and an output electrically connected to an input of the phase shift circuit; And
And a capacitor coupled to the output of the first transconductance amplifier circuit and to circuit ground. 제1항에 있어서,
상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 전류 분할기 회로(current divider circuit)를 포함하는 장치.The method of claim 1,
And a current divider circuit electrically connected to the output of the second transconductance amplifier circuit. 제2항에 있어서,
상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 및 상기 위상 변이 회로의 입력에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 전류를 분할하도록 구성된 저항 분할기 회로(resistive divider circuit)를 포함하는 장치.3. The method of claim 2,
And a resistive divider circuit electrically connected to the output of the second transconductance amplifier circuit and to the input of the phase shift circuit and configured to divide the output current of the second transconductance amplifier circuit. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서.
상기 위상 변이 회로는 증폭기 회로를 구비하는 적분기 회로(integrator circuit)를 포함하며,
상기 피드백 루프는 상기 비교기 회로의 출력으로부터 상기 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결된, 장치.The method according to any one of claims 1 to 4.
The phase shift circuit comprises an integrator circuit having an amplifier circuit,
The feedback loop is electrically connected to an input of the integrator amplifier circuit from an output of the comparator circuit. 제5항에 있어서,
상기 적분기 증폭 회로는 직류(DC) 신호에 대해 제어된 신호 이득을 제공하는, 장치.The method of claim 5,
The integrator amplifying circuit provides a controlled signal gain for a direct current (DC) signal. 제5항에 있어서,
상기 장치는 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 포함하며,
상기 제3 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 입력은 상기 비교기 회로의 출력 및 상기 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결되어, 제2 피드백 루프를 형성하는, 장치.The method of claim 5,
The apparatus comprises a third transconductance amplifier circuit,
And an input of the third transconductance amplifier circuit is electrically connected to an output of the comparator circuit and an input of the integrator amplification circuit to form a second feedback loop. 제5항에 있어서,
상기 피드백 루프는,
상기 비교기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력을 갖는 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로;
상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 전기적으로 연결된 입력 및 상기 적분기 증폭 회로의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로;
상기 제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력에 연결된 저항기; 및
상기 저항기와 회로 접지에 연결된 커패시터를 포함하는, 장치.The method of claim 5,
The feedback loop,
A first transconductance amplifier circuit having an input electrically connected to the output of the comparator circuit;
A second transconductance amplifier circuit having an input electrically connected to the output of the first transconductance amplifier circuit and an output electrically connected to the input of the integrator amplifier circuit;
A resistor coupled to the output of the first transconductance amplifier circuit; And
And a capacitor coupled to the resistor and circuit ground. 제1항에 있어서,
상기 장치는 MEMS 센서를 포함하며,
상기 MEMS 센서는 MEMS 자이로(gyro)를 포함하는, 장치.The method of claim 1,
The apparatus includes a MEMS sensor,
And the MEMS sensor comprises a MEMS gyro. 구동 신호 회로(drive signal circuit)의 출력에서 발진 신호(oscillating signal)를 자기생성(self-generating)하고, 상기 발진 신호를 미세전자기계 시스템(MEMS: micro-electromechanical systems) 센서의 구동 입력에 인가하는 단계;
상기 구동 신호 회로의 입력에서, 상기 발진 신호를 상기 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 것에 따라 상기 MEMS 센서에 의해 생성되는 전하를 나타내는 전압 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 전압 신호의 위상을 실질적으로 직각(90도)으로 위상 변이하고, 위상 변이된 신호를 사용해서 구동 신호를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 구동 신호를 상기 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 단계를 포함하는 방법. Self-generating an oscillating signal at the output of a drive signal circuit and applying the oscillating signal to a drive input of a micro-electromechanical systems (MEMS) sensor step;
Receiving, at an input of the drive signal circuit, a voltage signal indicative of charge generated by the MEMS sensor in response to applying the oscillation signal to a drive input of the MEMS sensor;
Phase shifting the phase of the received voltage signal at substantially right angles (90 degrees) and generating a drive signal using the phase shifted signal; And
Applying the generated drive signal to a drive input of the MEMS sensor. 제10항에 있어서,
상기 수신된 전압 신호의 위상을 실질적으로 직각으로 위상 변이하는 단계는, 상기 수신된 전압 신호를, 적분기 회로를 사용하여 적분(integrate)하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 10,
Phase shifting the phase of the received voltage signal at substantially right angles, integrating the received voltage signal using an integrator circuit. 제11항에 있어서,
상기 발진 신호를 자기생성하는 단계는, 상기 적분된 수신된 전압 신호를, 히스테리시스를 가진 비교기 회로에 인가하는 단계, 및 상기 비교기 회로의 출력을 상기 적분기 회로의 증폭기의 입력에 피드백하여 피드백 루프(feedback loop)를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.12. The method of claim 11,
Self-generating the oscillation signal may include applying the integrated received voltage signal to a comparator circuit having hysteresis, and feeding an output of the comparator circuit to an input of an amplifier of the integrator circuit to feed back a feedback loop. forming a loop). 제12항에 있어서,
상기 비교기 회로의 출력을 피드백하는 단계는,
제1 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 통해, 상기 비교기 회로의 출력을 이용하여 커패시터를 충전하는 단계; 및
상기 커패시터의 전하를, 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로를 통해, 상기 적분기 회로의 증폭기의 입력에 인가하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 12,
Feeding back the output of the comparator circuit,
Charging, via a first transconductance amplifier circuit, a capacitor using the output of the comparator circuit; And
Applying the charge of the capacitor through a second transconductance amplifier circuit to an input of an amplifier of the integrator circuit. 제13항에 있어서,
상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 트랜스컨덕턴스를 감소시키기 위해 상기 제2 트랜스컨덕턴스 증폭기 회로의 출력 전류를 분할하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 13,
Dividing the output current of the second transconductance amplifier circuit to reduce the transconductance of the second transconductance amplifier circuit. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생성된 구동 신호를 MEMS 센서의 구동 입력에 인가하는 단계는, 상기 생성된 구동 신호를 MEMS 자이로 센서의 구동 입력에 인가하는 단계를 포함하는, 방법. 15. The method according to any one of claims 10 to 14,
And applying the generated drive signal to a drive input of a MEMS sensor, applying the generated drive signal to a drive input of a MEMS gyro sensor.
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