CN101344535B - 三轴加速度计的输出校正电路 - Google Patents

三轴加速度计的输出校正电路 Download PDF

Info

Publication number
CN101344535B
CN101344535B CN2008101302291A CN200810130229A CN101344535B CN 101344535 B CN101344535 B CN 101344535B CN 2008101302291 A CN2008101302291 A CN 2008101302291A CN 200810130229 A CN200810130229 A CN 200810130229A CN 101344535 B CN101344535 B CN 101344535B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
corrected value
accekeration
capacitor
operational amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2008101302291A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101344535A (zh
Inventor
村山周
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NXP USA Inc
Original Assignee
Freescale Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Freescale Semiconductor Inc filed Critical Freescale Semiconductor Inc
Publication of CN101344535A publication Critical patent/CN101344535A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101344535B publication Critical patent/CN101344535B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/006—Details of instruments used for thermal compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up

Abstract

本发明公开了三轴加速度计的输出校正电路，尤其是一种能够使芯片尺寸缩小的三轴加速度计的传感器单元。传感器单元与检测多个轴向的多个加速度值的加速度计连接。传感器单元包括校正值生成电路，用于依次生成分别校正多个加速度值的多个校正值。校正电路与校正值生成电路连接，以利用多个校正值依次校正多个加速度值并生成多个校正后的加速度值。

Description

三轴加速度计的输出校正电路
技术领域
本发明涉及三轴加速度计，尤其涉及用于校正三轴加速度计检测的X轴、Y轴和Z轴方向加速度值的电路。
背景技术
图1A是校正三轴加速度计1的输出的传统传感器单元100的示意性电路图。三轴加速度计1是应用MEMS(微电子机械系统)技术的电容型加速度计。三轴加速度计1检测正交轴，即，X轴、Y轴和Z轴的多个加速度值作为电容值。
传感器单元100包括电容-电压(C-V)转换电路110、偏置温度系数(TCO)电路121-123、和运算放大器131-133。C-V转换电路110与三轴加速度计1连接。运算放大器131-133分别与TCO电路121-123连接。C-V转换电路110从加速度计1接收加速度检测信号(电容值)，并且将电容值转换成电压值，生成如图1B所示的输入信号Vin。
TCO电路121-123生成校正三轴加速度计1的温度相关性，即，加速度计1检测的X轴、Y轴和Z轴方向加速度值Ax、Ay、和Az的温度相关性的温度系数值TCx、TCy、和TCz。三个TCO电路121-123具有相同结构。因此，下面只描述TCO电路121的结构。
TCO电路121接收设置温度系数值TCx的微调信号Tx。TCO电路121包括接收微调信号Tx的解码器、和存储温度系数值TCx的寄存器。TCO电路121利用解码器解码微调信号Tx，并且根据解码结果从寄存器中读取温度系数值TCx。将从TCO电路121中读取的温度系数值TCx提供给运算放大器131作为参考电压。同样，TCO电路122解码微调信号Ty，读取温度系数值TCy，并且将温度系数值TCy提供给运算放大器132。类似地，TCO电路123解码微调信号Tz，读取温度系数值TCz，并且将温度系数值TCz提供给运算放大器133。
运算放大器131-133中每一个都含有第一输入端、第二输入端、和输出端。保持输入信号Vin的输入电容器141连接在运算放大器131-133中每一个的第一输入端与C-V转换电路110之间。将TCO电路121生成的温度系数值TCx提供给运算放大器131的第二输入端。将TCO电路122生成的温度系数值TCy提供给运算放大器132的第二输入端。将TCO电路123生成的温度系数值TCz提供给运算放大器133的第二输入端。反馈电容器151连接在运算放大器131的第一输入端与输出端之间。反馈电容器152连接在运算放大器132的第一输入端与输出端之间。反馈电容器153连接在运算放大器133的第一输入端与输出端之间。
运算放大器131计算输入信号Vin(加速度值Ax)与温度系数值TCx(参考电压)之间的差值。然后，运算放大器131放大该差值，生成加速度信号Xout。更具体地说，运算放大器131利用温度系数值TCx校正加速度值Ax，生成X轴方向的加速度信号Xout。同样，运算放大器132利用温度系数值TCy校正加速度值Ay，生成Y轴方向的加速度信号Yout。运算放大器133利用温度系数值TCz校正加速度值Az，生成Z轴方向的加速度信号Zout。
如上所述，传统传感器单元100利用由三个TCO电路121-123分别提供的相应温度系数值TCx、TCy、和TCz校正X轴、Y轴、和Z轴方向的加速度值，补偿加速度1的偏移温度特性。
传统传感器单元100需要三个TCO电路121-123分别获取温度系数值TCx、TCy、和TCz。如上所述，TCO电路121-123中每一个都包括解码器和寄存器。因此，每个TCO电路占据相对较大的电路区。其结果是，三个TCO电路121-123占据在传感器单元100的芯片上提供的极大电路区。这增大了安装传感器单元100的ASIC(专用集成电路)的芯片尺寸，最终增加了芯片成本。
近来的加速度计要求以较低成本制造。降低成本的一种方式是减小传感器单元的芯片尺寸。因此，较小的传感器单元是有利的。
附图说明
通过结合附图对本发明的当前优选实施例进行如下描述，本发明以及它的目的和优点将得到最好理解，在附图中：
图1A是与三轴加速度连接的传统传感器单元的示意性电路图；
图1B是如图1A所示的C-V转换电路生成的输入信号(X轴、Y轴、和Z轴方向的加速度值)的波形图；
图2是按照本发明实施例的与三轴加速度连接的传感器单元的示意性电路图；
图3A是包含在图2的传感器单元中的TCO电路的解码器的框图；
图3B是图2的传感器单元的TCO电路中的寄存器的示意性框图；
图4是图2的传感器单元的信号的波形图；
图5是切换到传感器单元读取沿着Z轴方向的加速度的状态的图2的传感器单元的示意性电路图；
图6是切换到传感器单元读取用于校正沿着X轴方向的加速度的温度系数值的状态的图2的传感器单元的示意性电路图；
图7是切换到传感器单元读取沿着X轴方向的加速度的状态的图2的传感器单元的示意性电路图；
图8是切换到传感器单元读取用于校正沿着Y轴方向的加速度的温度系数值的状态的图2的传感器单元的示意性电路图；
图9是切换到传感器单元读取沿着Y轴方向的加速度的状态的图2的传感器单元的示意性电路图；
图10是切换到传感器单元读取用于校正沿着Z轴方向的加速度的温度系数值的状态的图2的传感器单元的示意性电路图；
图11是示出在如图6所示的开关状态下寄存器生成的校正信号的温度特性的曲线图；
图12是示出在如图8所示的开关状态下寄存器生成的校正信号的温度特性的曲线图；
图13是示出在如图10所示的开关状态下寄存器生成的校正信号的温度特性的曲线图；和
图14是图4的波形图的另一个视图。
具体实施方式
本发明提供了具有缩小芯片尺寸的三轴加速度计的传感器单元。本发明的一个方面是与加速度计连接的传感器单元，其中加速度计检测多个轴向的多个加速度值。传感器单元包括校正值生成电路，用于依次生成分别校正多个加速度值的多个校正值。校正电路与校正值生成电路连接。校正电路从校正值生成电路接收多个校正值，并且利用多个校正值依次校正多个加速度值，以生成多个校正加速度值。
通过结合通过例子例示本发明原理的附图进行如下详细描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
现在参照附图描述按照本发明实施例的传感器单元10。
图2是传感器单元10的示意性电路图。将相似或相同的标号赋予与如图1所示的那些相同或类似的部件。该优选实施例的传感器单元10与三轴加速度计1连接。三轴加速度计1检测X轴、Y轴、和Z轴的加速度值Ax、Ay、和Az作为电容值。
传感器单元10包括电容-电压(C-V)转换电路110、偏移温度系数(TCO)电路12、和输出电路(校正电路)14。输出电路14与C-V转换电路110和TCO电路12连接。C-V转换电路110从三轴加速度计1接收加速度的检测指示(电容值)，并且将电容值转换成电压值，生成输入信号Vin(参见图1B)。
TCO电路12接收微调信号Tx、Ty、和Tz以及时钟信号CKx、CKy、和CKz，生成校正三轴加速度计1的温度特性的校正信号Vtco。在优选实施例中，TCO电路12通过改变校正信号Vtco的电压电平，生成温度系数值(校正值)TCx、TCy、和TCz(参照图4)。温度系数值TCx、TCy、和TCz用于分别校正加速度值Ax、Ay、和Az。
输出电路14包括第一到第三开关电容器(SC)电路21-23和第一到第三运算放大器(放大器电路)31-33。第一到第三运算放大器31-33与第一到第三SC电路21-23协作进行输出处理。第一到第三运算放大器31-33具有相同结构。并且，第一到第三SC电路21-23也具有相同结构。因此，只描述第一SC电路21的结构、第一运算放大器31的结构、和第一SC电路21与第一运算放大器31的连接。
第一SC电路21包括开关41-47、输入电容器48、和反馈电容器49。开关41含有与TCO电路的输出端连接的第一端、与输入电容器35的第一电极连接的第二端。输入电容器35的第二电极与C-V转换电路110的输出端连接。开关42含有与开关41的第二端连接的第一端、与第一运算放大器31的第一输入端连接的第二端。开关43含有与开关41的第一端连接的第一端、与第一运算放大器31的第二输入端和第一电容器48的第一电极连接的第二端。输入电容器48的第二电极接地。开关44含有与开关42的第二端连接的第一端、与反馈电容器49的第一电极连接的第二端。开关45含有与开关44的第二端连接的第一端、与开关41的第一端(即，TCO电路12)连接的第二端。开关46含有与反馈电容器49的第二电极连接的第一端、与开关45的第二端(即，TCO电路12)连接的第二端。开关47含有与开关46的第一端连接的第一端、与第一运算放大器31的输出端连接的第二端。反馈电容器50连接在第一运算放大器31的第一输入端与输出端之间。
根据由TCO电路12作为重置信号s1提供的第一脉冲φ1接通开关41、43、45、和46。根据由TCO电路12作为采样信号s2提供的第二脉冲φ2接通开关42、44、和47。第一和第二脉冲φ1和φ2被生成具有不同的相位。具体地说，第二脉冲φ2在第一脉冲φ1下降之后的几纳秒之后上升(参照图14)。第二脉冲φ2具有大于第一脉冲φ1的脉冲宽度。
在第一重置相位RP1的时段期间，根据第一脉冲φ1接通开关41、43、45、和46。在这个时段期间，开关42、44、和47是断开的。将具有与X轴方向的加速度值Ax相对应的电压电平的输入信号Vin(参照图1B)施加于与C-V转换电路110连接的输入电容器35的第二电极。并且，TCO电路12生成具有与温度系数值TCx相对应的电压电平的校正信号Vtco，并且在整个第一重置相位RP1上都保持电压(TCx)(参照图4)。其结果是，将与温度系数值TCx相对应的电压施加于输入电容器35的第一电极、输入电容器48的第一电极、以及反馈电容器49的第一和第二电极。于是，输入电容器35累积与加速度值Ax相对应的电荷，输入电容器48累积与温度系数值TCx相对应的电荷。通过校正信号Vtco重置反馈电容器49的第一与第二电极之间的电位。
在第一采样相位SP1的时段期间，根据第二脉冲φ2接通开关42、44、和47。在这个时段期间，开关41、43、45、和46是断开的。如图4所示，第一采样相位SP1接在第一重置相位RP1之后。在第一采样相位SP1的时段期间，根据累积在输入电容器35中的电荷将与加速度值Ax相对应的电压施加于运算放大器31的第一输入端。根据累积在输入电容器48中的电荷将与温度系数值TCx对应的电压施加于第一运算放大器31的第二输入端。并且，反馈电容器49和50并联在第一运算放大器31的第一输入端与第二输入端之间。第一运算放大器31计算提供给它的第一输入端的加速度值Ax(输入电压)与提供给它的第二输入端的温度系数值TCx(参考电压)之间的差值。然后，第一运算放大器31放大该差值，生成X轴方向的加速度信号Xout(校正后的加速度值)。换句话说，第一运算放大器31利用温度系数值TCx校正X轴方向的加速度值Ax。
在第一保持相位HP1的时段期间，开关41-47都断开。第一保持相位HP1接在第一采样相位SP1之后。第一运算放大器31在整个第一保持相位HP1保持加速度信号Xout。这样，第一运算放大器31与第一SC电路21协作重复第一重置相位RP1、第一采样相位SP1、和第一保持相位HP1的输出循环，并且校正X轴方向的加速度值Ax。
第二SC电路22包括开关51-57、输入电容器58、和反馈电容器59。第二运算放大器32与第二SC电路22之间的连接与第一运算放大器31与第一SC电路21之间的连接一致，因此，不再作详细描述。
根据由TCO电路12作为重置信号s3提供的第三脉冲φ3接通开关51、53、55、和56。根据由TCO电路12作为采样信号s4提供的第四脉冲φ4接通开关52、54、和57。第三和第四脉冲φ3和φ4被生成具有不同的相位。具体地说，第四脉冲φ4在第三脉冲φ3下降之后的几纳秒之后上升。第四脉冲φ4具有大于第三脉冲φ3的脉冲宽度。
在第二重置相位RP2的时段期间，根据第三脉冲φ3接通开关51、53、55、和56。在这个时段期间，开关52、54、和57是断开的。如图4所示，第二重置相位RP2接在第一采样相位SP1之后并与第一保持相位HP1重叠。在第二重置相位RP2的时段期间，将具有与Y轴方向的加速度值Ay相对应的电压电平的输入信号Vin(参照图1B)施加于与C-V转换电路110连接的输入电容器35的第二电极。TCO电路12生成具有与温度系数值TCy相对应的电压电平的校正信号Vtco，并且在整个第二重置相位RP2上都保持电压(TCy)(参照图4)。其结果是，将与温度系数值TCy相对应的电压施加于输入电容器35的第一电极、输入电容器58的第一电极、以及反馈电容器59的第一和第二电极。于是，输入电容器35累积与加速度值Ay相对应的电荷，输入电容器58累积与温度系数值TCy相对应的电荷。并且，通过校正信号Vtco重置反馈电容器59的第一与第二电极之间的电位。
在第二采样相位SP2的时段期间，根据第四脉冲φ4接通开关52、54、和57。在这个时段期间，开关51、53、55、和56是断开的。如图4所示，第二采样相位SP2接在第二重置相位RP2之后。在第二采样相位SP2的时段期间，根据累积在输入电容器35中的电荷将与加速度值Ay相对应的电压施加于第二运算放大器32的第一输入端。并且，根据累积在输入电容器58中的电荷将与温度系数值TCy对应的电压施加于第二运算放大器32的第二输入端。反馈电容器59和60并联在第二运算放大器32的第一输入端与第二输入端之间。第二运算放大器32计算提供给它的第一输入端的加速度值Ay(输入电压)与提供给它的第二输入端的温度系数值TCy(参考电压)之间的差值。然后，第二运算放大器32放大该差值，生成Y轴方向的加速度信号Yout(校正后的加速度值)。换句话说，第二运算放大器32利用温度系数值TCy校正Y轴方向的加速度值Ay。
在第二保持相位HP2的时段期间，开关51-57都断开。第二保持相位HP2接在第二采样相位SP2之后。第二运算放大器32在整个第二保持相位HP2上保持加速度信号Yout。这样，第二运算放大器32与第二SC电路22协作重复第二重置相位RP2、第二采样相位SP2、和第二保持相位HP2的输出循环，并且校正Y轴方向的加速度值Ay。
第三SC电路23包括开关61-67、输入电容器68、和反馈电容器69。第三运算放大器33与第三SC电路23之间的连接与第一运算放大器31与第一SC电路21之间的连接相同，因此，不再作详细描述。
根据由TCO电路12作为重置信号s5提供的第五脉冲φ5接通开关61、63、65、和66。根据由TCO电路12作为采样信号s6提供的第六脉冲φ6接通开关62、64、和67。第五和第六脉冲φ5和φ6被生成具有不同的相位。具体地说，第六脉冲φ6在第五脉冲φ5下降之后的几纳秒之后上升。第六脉冲φ6具有大于第五脉冲φ5的脉冲宽度。
在第三重置相位RP3的时段期间，根据第五脉冲φ5接通开关61、63、65、和66。在这个时段期间，开关62、64、和67是断开的。如图4所示，第三重置相位RP3接在第二采样相位SP2之后并与第一和第二保持相位HP1和HP2重叠。在第三重置相位RP3的时段期间，将具有与Z轴方向的加速度值Az相对应的电压电平的输入信号Vin(参照图1B)施加于与C-V转换电路110连接的输入电容器35的第二电极。TCO电路12生成具有与温度系数值TCz相对应的电压电平的校正信号Vtco，并且在整个第三重置相位RP3都保持电压(TCz)(参照图4)。其结果是，将与温度系数值TCz相对应的电压施加于输入电容器35的第一电极、输入电容器68的第一电极、和反馈电容器69的第一和第二电极。于是，输入电容器35累积与加速度值Az相对应的电荷，输入电容器68累积与温度系数值TCz相对应的电荷。并且，通过校正信号Vtco重置反馈电容器69的第一与第二电极之间的电位。
在第三采样相位SP3的时段期间，根据第六脉冲φ6接通开关62、64、和67。在这个时段期间，开关61、63、65、和66是断开的。如图4所示，第三采样相位SP3接在第三重置相位RP3之后。在第三采样相位SP3的时段期间，根据累积在输入电容器35中的电荷将与加速度值Az相对应的电压施加于第三运算放大器33的第一输入端。并且，根据累积在输入电容器68中的电荷将与温度系数值TCz对应的电压施加于第三运算放大器33的第二输入端。反馈电容器69和70并联在第三运算放大器33的第一输入端与第二输入端之间。第三运算放大器33计算提供给它的第一输入端的加速度值Az(输入电压)与提供给它的第二输入端的温度系数值TCz(参考电压)之间的差值。然后，第三运算放大器33放大该差值，生成Z轴方向的加速度信号Zout(校正后的加速度值)。换句话说，第三运算放大器33利用温度系数值TCz校正Z轴方向的加速度值Az。
在第三保持相位HP3的时段期间，开关61-67都断开。第三保持相位HP3接在第三采样相位SP3之后。第三运算放大器33在整个第三保持相位HP3上保持加速度信号Zout。这样，第三运算放大器33与第三SC电路23协作重复第三重置相位RP3、第三采样相位SP3、和第三保持相位HP3的输出循环，并且校正Z轴方向的加速度值Az。
现在参照图3A和3B描述TCO电路12的具体结构。图3A是包含在TCO电路12中的解码器72(控制电路)的示意性框图。图3B是包含在TCO电路12中的寄存器74的示意性框图。
参照图3A，将用于设置温度系数值TCx、TCy、和TCz的微调信号Tx、Ty、和Tz提供给解码器72。进一步将时钟信号CKx、CKy、和CKz提供给解码器72，以依次生成根据微调信号Tx、Ty、和Tz设置的温度系数值TCx、TCy、和TCz。解码器72根据微调信号Tx、Ty、和Tz、以及时钟信号CKx、CKy、和CKz，生成重置信号s1、s3、和s5(脉冲φ1、φ3、和φ5)、采样信号s2、s4、和s6(脉冲φ2、φ4、和φ6)、和开关控制信号s11-s18。
详细地说，如图4所示，解码器72响应时钟信号CKx的上升和时钟信号CKz的下降，在定时t1使重置信号s5(φ5)下降并使采样信号s6(φ6)上升。解码器72然后生成具有与第三采样相位SP3相对应的脉冲宽度的第六脉冲φ6，并且在定时t2使重置信号s1(φ1)上升。
在定时t3，解码器72响应时钟信号CKx的下降和时钟信号CKy的上升，使重置信号s1(φ1)下降并使采样信号s2(φ2)上升。重置信号s1(φ1)的脉冲宽度对应于第一重置相位RP1。随后，解码器72生成具有与第一采样相位SP1相对应的脉冲宽度的第二脉冲φ2，并且在定时t4使重置信号s3(φ3)上升。
在定时t5，解码器72响应时钟信号CKy的下降和时钟信号CKz的上升，使重置信号s3(φ3)下降并使采样信号s4(φ4)上升。重置信号s3(φ3)的脉冲宽度对应于第二重置相位RP2。随后，解码器72生成具有与第二采样相位SP2相对应的脉冲宽度的第四脉冲φ4，并且在定时t6使重置信号s5(φ5)上升。
在定时t7，解码器72响应时钟信号CKz的下降和时钟信号CKx的上升，使重置信号s5(φ5)下降并使采样信号s6(φ6)上升。重置信号s5(φ5)的脉冲宽度对应于第三重置相位RP3。随后，解码器72生成具有与第三采样相位SP3相对应的脉冲宽度的第六脉冲φ6，并且在定时t8使重置信号s1(φ1)上升。如上所述，解码器72根据时钟信号CKx、CKy、和CKz中的每一个的逻辑状态，控制重置信号s1、s3、和s5、和采样信号s2、s4、和s6。
并且，解码器72在时钟信号CKx具有高(H)电平时(在定时t1到t3的时段期间)，解码微调信号Tx，并且将指示解码结果的开关控制信号s11-s18提供给寄存器74。同样，解码器72在时钟信号CKy具有H电平时(在定时t3到t5的时段期间)，将指示解码微调信号Ty的结果的开关控制信号s11-s18提供给寄存器74，并且在时钟信号CKz具有H电平时(在定时t5到t7的时段期间)，将指示解码微调信号Tz的结果的开关控制信号s11-s18提供给寄存器74。
如图3B所示，寄存器74包括电阻电路81a-81l和开关91-98。电阻电路81a-81l串联在电源Vdd与地GND之间。最好地，电阻电路81c、81d、81f、81h、81k、和81l中的每一个具有正电阻特性(在图中指示成“+R”)，并且电阻电路81a、81b、81e、81g、81i、和81j中的每一个具有负电阻特性(在图中指示成“-R”)。在具有正电阻特性的电阻电路中，阻值随温度升高而增大。在具有负电阻特性的电阻电路中，阻值随温度升高而减小。
开关91-98分别与电阻电路81a、81b、81c、81d、81i、81j、81k、和81l并联。电阻电路81f和81g之间的连接点被定义成输出校正信号Vtco的输出节点N1。开关91-98响应解码器72(图3A)提供的开关控制信号s11-s18(解码结果)接通和断开。于是，寄存器74根据开关91-98的接通和断开状态，改变连接在电源Vdd与地GND之间的电阻电路(正电阻电路和负电阻电路)的数量。这样就改变了从TCO电路12(即，节点N1)输出的校正信号Vtco的电压电平。因此，可以依次生成温度系数值TCx、TCy、和TCz。
现在参照图4-13描述传感器单元10的操作。
图5是示出在第三采样相位SP3(例如，图4中的定时t1到t2的间隔)传感器单元10的开关状态的电路图。图6是示出在第一重置相位RP1(例如，图4中的定时t2到t3的间隔)传感器单元10的开关状态的电路图。
如图5和6所示，寄存器74在第三采样相位SP3和第一重置相位RP1两者期间，响应开关控制信号s11-s18(微调信号Tx的解码结果)接通开关92、93、95、和96并断开开关91、94、97、和98。寄存器74然后根据电阻电路81a、81d-81h、81k、和81l中的每一个的阻值，生成用于提供校正系数值TCx的校正信号Vtco。如图11所示，校正信号Vtco具有梯度为V1/T1(其中V1和T1两者都大于0)的直线所指的第一温度特性。因此，寄存器74(即，TCO电路12)可以生成与任何温度相对应的校正系数值TCx。
TCO电路12生成的校正系数值TCx在第一重置相位RP1(图6)由第一SC电路21的输入电容器48保存。在第一重置相位RP1，输入电容器35进一步保存C-V转换电路110提供的X轴方向的加速度值Ax(图1B)。
图7是示出在第一采样相位SP1(例如，图4中的定时t3到t4的间隔)传感器单元10的开关状态的电路图。图8是示出在第二重置相位RP2(例如，图4中的定时t4到t5的间隔)传感器单元10的开关状态的电路图。
如图7和8所示，寄存器74在第一采样相位SP1和第二重置相位RP2两者内，响应开关控制信号s11-s18(微调信号Ty的解码结果)接通开关93-96并断开开关91、92、97、和98。寄存器74然后根据电阻电路81a、81 b、81e-81 b、81 k、和81l中的每一个的阻值，生成用于提供校正系数值TCy的校正信号Vtco。如图12所示，校正信号Vtco具有梯度为V2/T1(其中V2大于V1)的直线所指的第二温度特性。因此，寄存器74(即，TCO电路12)可以生成与任何温度相对应的校正系数值TCy。
如上所述，输入电容器35和48保存的加速度值Ax和校正系数值TCx在第一采样相位SP1(图7)由第一运算放大器31读取。第一运算放大器31然后进行校正和放大处理，生成X轴方向的加速度信号Xout。第一运算放大器31在整个第一保持相位HP1上(参照图4)保持加速度信号Xout。
TCO电路12生成的校正系数值TCy在与第一保持相位HP1同时开始的第二重置相位RP2(图8)由第二SC电路22的输入电容器58保存。如上所述，C-V转换电路110提供的Y轴方向的加速度值Ay(图1B)在第二重置相位RP2期间由输入电容器35保存。
图9是示出在第二采样相位SP2(例如，图4中的定时t5到t6的间隔)传感器单元10的开关状态的电路图。图10是示出在第三重置相位RP3(例如，图4中的定时t6到t7的间隔)传感器单元10的开关状态的电路图。
如图9和10所示，寄存器74在第二采样相位SP2和第三重置相位RP3两者期间，响应开关控制信号s11-s18(微调信号Tz的解码结果)接通开关91、92、97、和98并断开开关93-96。寄存器74然后根据电阻电路81c-81j中的每一个的阻值，生成用于提供校正系数值TCz的校正信号Vtco。如图13所示，校正信号Vtco具有梯度为-V3/T1(其中V3大于0)的直线所指的第三温度特性。因此，寄存器74(即，TCO电路12)可以生成与任何温度相对应的校正系数值TCz。
如上所述，输入电容器35和58保存的加速度值Ay和校正系数值TCy在第二采样相位SP2(图9)由第二运算放大器32读取。第二运算放大器32然后进行校正和放大处理，生成Y轴方向的加速度信号Yout。第二运算放大器32在整个第二保持相位HP2(参照图4)上保持加速度信号Yout。
TCO电路12生成的校正系数值TCz在与第二保持相位HP2同时开始的第三重置相位RP3(图10)由第三SC电路23的输入电容器68保存。如上所述，C-V转换电路110提供的Z轴方向的加速度值Az(图1B)在第三重置相位RP3期间由输入电容器35保存。
输入电容器35和68保存的加速度值Az和校正系数值TCz在第三采样相位SP3(图5)由第三运算放大器33读取。第三运算放大器33然后进行校正和放大处理，生成Z轴方向的加速度信号Zout。第三运算放大器33在整个第三保持相位HP3上(参照图4)保持加速度信号Zout。
这样，传感器单元10的输出电路14在相应重置相位内，利用第一到第三SC电路21-23读取由TCO电路12依次生成的校正系数值TCx、TCy、和TCz。输出电路14然后在相应采样相位期间，利用第一到第三运算放大器31-33校正X轴、Y轴、和Z轴方向的加速度值Ax、Ay、和Az，并且在相应保持相位内保持校正后的信号(加速度信号Xout、Yout、和Zout)。于是，在本发明中，传感器单元10只需要一个TCO电路。
现在参照图14详细描述利用TCO电路12的时钟定时的特征。将信号信号CKx用作一个例子。
对于如图14的左部所示的时钟定时，TCO电路12使重置信号s1(脉冲φ1)与时钟信号CKx的上升(定时t11)同步地上升。随后，TCO电路12使采样信号s2(脉冲φ2)在重置信号s1下降(定时t12)之后的几纳秒之后上升，和使采样信号s2与时钟信号CKx的下降同步地下降。如上所述，TCO电路12在时钟信号CKx具有H电平的时候生成校正信号Vtco(在这种情况下，校正系数值TCx)。但是，如图14所示，寄生电容可能延缓校正信号Vtco的上升。在这种情况下，当在重置相位RP1读取时，校正信号Vtco的电平是不稳定的。其结果是，输入电容器48可能得不到充分充电。
于是，在优选实施例中将时钟定时设置成如图14的右部(图4的放大图)所示那样。更具体地说，TCO电路12使重置信号s1(脉冲φ1)在时钟信号CKx的电平达到稳定(H电平状态，定时t11)时上升。TCO电路12然后使重置信号s1与时钟信号CKx的下降(定时t12)同步地下降。这样就能够在重置相位RP1读取具有稳定电平的校正信号Vtco。其结果是，使输入电容器48得到充分充电。
优选实施例的传感器单元10具有如下所述的优点。
TCO电路12依次生成校正X轴、Y轴、和Z轴方向加速度值Ax、Ay、和Az的校正系数值TCx、TCy、和TCz。输出电路14包括第一到第三SC电路21-23以及第一到第三运算放大器31-33。当输入电容器35保存加速度值Ax时，第一SC电路21响应TCO电路12的第一脉冲φ1(第一重置信号s1)保存校正系数值TCx。第一SC电路21响应TCO电路12的第二脉冲φ2(第一采样信号s2)，将加速度值Ax和校正系数值TCx提供给第一运算放大器31。当输入电容器35保存加速度值Ay时，第二SC电路22响应TCO电路12的第三脉冲φ3(第二重置信号s3)保存校正系数值TCy。第二SC电路22响应TCO电路12的第四脉冲φ4(第二采样信号s4)，将加速度值Ay和校正系数值TCy提供给第二运算放大器32。当输入电容器35保存加速度值Az时，第三SC电路23响应TCO电路12的第五脉冲φ5(第三重置信号s5)保存校正系数值TCz。第三SC电路23响应TCO电路12的第六脉冲φ6(第三采样信号s6)，将加速度值Az和校正系数值TCz提供给第三运算放大器33。于是，传感器单元10利用单个TCO电路12校正三轴加速度计1的输出(加速度值Ax、Ay、和Az)。
当这些值具有稳定电平(参照图14)时，第一到第三SC电路21-23读取校正系数值TCx、TCy、和TCz。这样就高精度地校正了加速度值Ax、Ay、和Az。
对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，本发明可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下以许多其它特定形式具体化。尤其，应该明白，本发明可以以如下形式具体化。
本发明的传感器单元不局限于三轴加速度计，可以是，例如，二轴加速度计。在这种情况下，传感器单元包括两个开关电容器电路和两个运算放大器。
如有需要，可以改变包括在寄存器74中的电阻电路(正电阻电路和负电阻电路)的数量和开关的数量。
当前的例子和实施例被认为是例示性的，而不是限制性的，本发明不局限于本文给出的细节，而可以在所附权利要求书的范围和等效物内加以修改。

Claims (8)

1.一种与加速度计连接的传感器单元，其中，该加速度计分别检测多个轴向的多个加速度值，该传感器单元包含：
与所述加速度计连接的输入电容器，用于依次保存所述多个加速度值；
校正值生成电路，依次生成分别校正所述多个加速度值的多个校正值；和
与该校正值生成电路连接的校正电路，其中，该校正电路从该校正值生成电路接收所述多个校正值，并且利用所述多个校正值依次校正多个加速度值，以生成多个校正加速度值，并且其中所述校正电路包括：
与所述输入电容器和所述校正值生成电路连接的多个开关电容器电路，用于分别保存所述多个校正值；和
分别与所述多个开关电容器电路连接的多个运算放大器，其中，每个运算放大器都通过所述多个开关电容器电路中的相应一个从所述输入电容器接收所述多个加速度值之一，以利用由相应的开关电容器电路保存的校正值校正所接收的加速度值。
2.根据权利要求1所述的传感器单元，其中，所述校正值生成电路依照多个时钟信号依次生成所述多个校正值。
3.根据权利要求1所述的传感器单元，其中：
所述加速度计分别检测X轴、Y轴、和Z轴方向的第一、第二、和第三加速度值；
所述校正值生成电路生成分别校正所述第一、第二、和第三加速度值的第一、第二、和第三校正值；并且
其中所述校正电路的所述多个开关电容器电路和所述多个运算放大器包括：
与所述加速度计和所述校正值生成电路连接的第一开关电容器电路，用于保存所述第一校正值；
与所述第一开关电容器电路连接的第一运算放大器，用于通过所述第一开关电容器电路接收所述第一加速度值和所述第一校正值并生成第一校正加速度值；
与所述加速度计和所述校正值生成电路连接的第二开关电容器电路，用于保存所述第二校正值；
与所述第二开关电容器电路连接的第二运算放大器，用于通过所述第二开关电容器电路接收所述第二加速度值和所述第二校正值并生成第二校正加速度值；
与所述加速度计和所述校正值生成电路连接的第三开关电容器电路，用于保存所述第三校正值；和
与所述第三开关电容器电路连接的第三运算放大器，用于通过所述第三开关电容器电路接收所述第三加速度值和所述第三校正值并生成第三校正加速度值。
4.根据权利要求3所述的传感器单元，其中
所述输入电容器连接在所述加速度计和所述第一、第二和第三开关电容器电路之间，用于依次保存所述第一、第二和第三加速度值，其中：
当所述输入电容器保存所述第一加速度值时，所述第一开关电容器电路保存第一校正值；
当所述输入电容器保存所述第二加速度值时，第二开关电容器电路保存第二校正值；并且
当所述输入电容器保存所述第三加速度值时，第三开关电容器电路保存第三校正值。
5.根据权利要求4所述的传感器单元，其中，所述校正值生成电路：
依照第一、第二和第三时钟信号依次生成所述第一、第二和第三校正值；
与第一时钟信号的不激活和第二时钟信号的激活同步地生成第一采样信号，所述第一运算放大器使用所述第一采样信号以读取所述第一校正值和所述第一加速度值；
与第二时钟信号的不激活和第三时钟信号的激活同步地生成第二采样信号，所述第二运算放大器使用所述第二采样信号以读取所述第二校正值和所述第二加速度值；
与第三时钟信号的不激活和第一时钟信号的激活同步地生成第三采样信号，所述第三运算放大器使用所述第三采样信号以读取所述第三校正值和所述第三加速度值；
生成接在所述第三采样信号之后的第一重置信号，以利用所述第一开关电容器电路保存所述第一校正值；
生成接在所述第一采样信号之后的第二重置信号，以利用所述第二开关电容器电路保存所述第二校正值；和
生成接在所述第二采样信号之后的第三重置信号，以利用所述第三开关电容器电路保存所述第三校正值。
6.根据权利要求3所述的传感器单元，其中，所述校正值生成电路包括：
串联的多个电阻电路，包括依次输出所述第一、第二和第三校正值的输出节点；
与所述多个电阻电路中的至少两个并联的至少两个开关；和
控制电路，用于控制所述至少两个开关并在所述输出节点上依次生成所述第一、第二和第三校正值。
7.根据权利要求6所述的传感器单元，其中，所述多个电阻电路包括具有正电阻特性的第一电阻电路和具有负电阻特性的第二电阻电路。
8.根据权利要求1所述的传感器单元，其中，所述多个加速度值具有温度相关性，并且所述多个校正值中的每一个是用于校正所述温度相关性的温度系数值。
CN2008101302291A 2007-07-10 2008-06-16 三轴加速度计的输出校正电路 Expired - Fee Related CN101344535B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/775,853 US7520170B2 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Output correction circuit for three-axis accelerometer
US11/775,853 2007-07-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101344535A CN101344535A (zh) 2009-01-14
CN101344535B true CN101344535B (zh) 2010-09-29

Family

ID=40246571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101302291A Expired - Fee Related CN101344535B (zh) 2007-07-10 2008-06-16 三轴加速度计的输出校正电路

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7520170B2 (zh)
JP (1) JP5541848B2 (zh)
CN (1) CN101344535B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101685102B (zh) * 2009-04-17 2012-06-13 幻音科技(深圳)有限公司 三轴加速度计的精度调整装置与调整方法
US8096179B2 (en) * 2009-04-09 2012-01-17 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor device with reduced parasitic-induced error
JP5257897B2 (ja) * 2009-06-01 2013-08-07 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド 出力回路
JP5673574B2 (ja) * 2012-01-27 2015-02-18 株式会社デンソー 物理量検出装置
KR101252791B1 (ko) * 2012-04-04 2013-04-09 주식회사 마이크로어드벤텍 디지털 센서 바이어스 보정장치 및 방법
JP6020711B2 (ja) * 2013-04-02 2016-11-02 富士電機株式会社 静電容量型センサ、及び非線形出力の補正方法
TWI513182B (zh) * 2013-06-19 2015-12-11 Coretex Technology Corp 切換式電容濾波器及其濾波方法
JP6661937B2 (ja) * 2015-09-28 2020-03-11 富士電機株式会社 加速度補正データ算出装置及び加速度センサの製造方法
EP3495826B1 (fr) * 2017-12-07 2020-11-25 EM Microelectronic-Marin SA Dispositif électronique de mesure d'un paramètre physique
CN109116051B (zh) * 2018-10-31 2020-12-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 高精度加速度计分辨率测试方法
TWI759855B (zh) 2020-09-10 2022-04-01 財團法人工業技術研究院 感測裝置以及校正方法
CN117825749A (zh) * 2024-03-04 2024-04-05 四川芯音科技有限公司 一种三轴加速度传感器处理电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686665A (en) * 1995-05-11 1997-11-11 Nikon Corporation Dynamic amount detector, dynamic amount detecting method, and camera with dynamic amount detector
CN1425899A (zh) * 2001-12-03 2003-06-25 株式会社电装 半导体动态量传感器
CN1774206A (zh) * 2003-04-11 2006-05-17 松下电器产业株式会社 加速度传感器轴信息校正装置、及其校正方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3634023A1 (de) * 1986-10-07 1988-04-21 Bodenseewerk Geraetetech Integriertes, redundantes referenzsystem fuer die flugregelung und zur erzeugung von kurs- und lageinformationen
US5531092A (en) 1989-12-28 1996-07-02 Okada; Kazuhiro Device for moving a suspended weight body
WO1991010118A1 (en) * 1989-12-28 1991-07-11 Wacoh Corporation Apparatus for detecting physical quantity that acts as external force and method of testing and producing this apparatus
US6864677B1 (en) 1993-12-15 2005-03-08 Kazuhiro Okada Method of testing a sensor
US5421213A (en) 1990-10-12 1995-06-06 Okada; Kazuhiro Multi-dimensional force detector
US6314823B1 (en) 1991-09-20 2001-11-13 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
DE69124377T2 (de) 1991-03-30 1997-06-12 Kazuhiro Okada Beschleunigungssensor mit Selbsttest
JPH0968472A (ja) * 1995-08-31 1997-03-11 Tokin Corp 圧力センサ
JPH09113534A (ja) * 1995-10-23 1997-05-02 Yoshinobu Matsumoto 加速度センサー
JPH09318649A (ja) * 1996-05-30 1997-12-12 Texas Instr Japan Ltd 複合センサ
US6023664A (en) * 1996-10-16 2000-02-08 Automotive Systems Laboratory, Inc. Vehicle crash sensing system
JP3262013B2 (ja) * 1997-02-24 2002-03-04 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
JP2004506176A (ja) * 2000-04-04 2004-02-26 ローズマウント　エアロスペイス　インコーポレイテッド ３軸加速度計
US7409291B2 (en) * 2003-02-28 2008-08-05 Stmicroelectronics S.R.L. Device for automatic detection of states of motion and rest, and portable electronic apparatus incorporating it
JP3978728B2 (ja) * 2003-07-17 2007-09-19 日立金属株式会社 多軸センサ装置
US7398688B2 (en) * 2003-12-11 2008-07-15 Proteus Biomedical, Inc. Pressure sensor circuits
JP2005308531A (ja) * 2004-04-21 2005-11-04 Matsushita Electric Works Ltd 加速度センサ補正回路
JP4229885B2 (ja) * 2004-08-18 2009-02-25 株式会社デンソー 容量式物理量検出装置
JP2006078310A (ja) 2004-09-09 2006-03-23 Nippon Seiki Co Ltd 半導体センサ装置
JP2006113036A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Ryuichi Yokota 測定装置とセンサの校正方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686665A (en) * 1995-05-11 1997-11-11 Nikon Corporation Dynamic amount detector, dynamic amount detecting method, and camera with dynamic amount detector
CN1425899A (zh) * 2001-12-03 2003-06-25 株式会社电装 半导体动态量传感器
CN1774206A (zh) * 2003-04-11 2006-05-17 松下电器产业株式会社 加速度传感器轴信息校正装置、及其校正方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009020094A (ja) 2009-01-29
US7520170B2 (en) 2009-04-21
US20090013754A1 (en) 2009-01-15
JP5541848B2 (ja) 2014-07-09
CN101344535A (zh) 2009-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101344535B (zh) 三轴加速度计的输出校正电路
TWI482947B (zh) 量測物理參數的方法與用於實施該方法之電容性感應器的電子介面電路
US20130269413A1 (en) Mems quadrature cancellation and signal demodulation
US9759564B2 (en) Temperature and power supply calibration
US9804190B2 (en) Apparatus and method for calibration of capacitance mismatch and temperature variations in a MEMS device
US9110113B2 (en) Method of measuring a physical parameter and electronic interface circuit for a capacitive sensor for implementing the same
CN106017710B (zh) 包含温度传感器的集成电子器件和感测方法
US9118338B2 (en) Offset compensation circuit and method thereof
JP4597204B2 (ja) センサモジュールおよびセンサモジュールの検知出力信号の補正方法
CN101692095A (zh) 带有自检测功能的电容式闭环加速度计接口电路
CN101424533A (zh) Mems陀螺电容读出电路中失调电容的补偿方法及电路
Yeh et al. A low-power monolithic three-axis accelerometer with automatically sensor offset compensated and interface circuit
JP2006292469A (ja) 容量式物理量センサ
Yin et al. High resolution interface circuit for closed-loop accelerometer
US8397571B2 (en) Sensor output circuit
JP4559805B2 (ja) 物理量センサ
US20130049809A1 (en) Micro electro-mechanical system circuit capable of compensating capacitance variation and method thereof
US7603902B2 (en) Temperature compensation circuit, trimming circuit, and acceleration detector
KR101271303B1 (ko) 센서 집적 회로
KR102117168B1 (ko) 물리적 파라미터를 측정하기 위한 전자 디바이스
JP2005037301A (ja) 多軸センサ装置
JP3584803B2 (ja) 圧力センサ回路
Zhao et al. A 0.084% nonlinearity open-loop capacitive micro-accelerometer with on-chip digital nonlinearity calibration and embedded EEPROM
He et al. A stray-insensitive low-power capacitive sensor interface with time-compensation technique
Ouh et al. Sub-fF trimmable readout circuit for tri-axes capacitive microaccelerometers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100929

Termination date: 20160616

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee