CN106461394A - 用于从非线性周期信号确定旋转的系统和方法 - Google Patents

Abstract

系统和方法在这里被公开用于确定旋转。一种陀螺仪包括驱动框架和基底，所述驱动框架被弹性地耦合于基底。所述陀螺仪包括驱动结构，其被构造为引起驱动框架沿第一轴振荡。所述陀螺仪包括弹性地耦合于所述驱动框架的感测质量块。所述陀螺仪包括被构造用于测量所述感测质量块沿正交于第一轴的第二轴的位移的感测质量块感测结构。所述陀螺仪包括测量电路，所述测量电路被构造用于确定所述驱动框架的速度、从所述被测量的位移提取科里奥利分量，和基于所述被确定的速度和被提取的科里奥利分量确定陀螺仪的旋转速率。

Description

用于从非线性周期信号确定旋转的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月26日提交的第14/751,347号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,465号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,536号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,727号美国专利申请、2015年6月26日提交的第14/751,745号美国专利申请、2014年6月26日提交的第62/017,782号美国临时专利申请、2014年7月10日提交的第62/023,138号美国临时专利申请、2014年7月10日提交的第62/023,107号美国临时专利申请和2014年8月8日提交的第62/035,237号美国临时专利申请的权利，所述每个申请的全部内容在这里以引用的方式结合。

技术领域

总体来说，此公开涉及一种用于感测例如加速度和旋转的外部扰动的惯性传感器。

背景技术

振动陀螺仪可以通过感测移动的检测质量块的运动测量旋转速度。检测质量块的运动的科里奥利分量由科里奥利力引起。所述科里奥利力只有当陀螺仪经历外部的旋转时存在，并且是由于科里奥利效应。科里奥利力可以由公式1以向量表示法限制，其中i、j和k分别代表第一，第二和第三坐标轴。

如公式2和3所示，科里奥利分量与驱动速度成比例，其中SF表示常数比例因子，所述常数比例因子包括检测质量块的质量以及其他关于控制物理量、电子参数和所选择的用于将检测质量块的位移(displacement)转换到输出信号的感测方法的常数。

因此，如果驱动速度变化，转动速率的测量值也将以成比例的量变化。没有考虑到驱动速度中的漂移的系统和方法将易受降低的精确度的影响。这些驱动速度的变化可能由弹簧的退化、温度的波动、装置压力的变化、闭环驱动模拟电子器件的性能的变化、谐振频率的变化、振荡器驱动振幅的变化、正交于驱动方向施加的惯性加速度的变化、电子环路增益的变化和施加于垂直于驱动轴的声学信号引起。

发明内容

因此，系统和方法在这里被描述用于确定来自非线性周期信号的旋转。一种用于确定旋转速率的陀螺仪可以包括：弹性地耦合于陀螺仪基底的驱动框架和被构造用于引起驱动框架关于第一轴振荡的驱动结构。所述陀螺仪还包括弹性地耦合于所述驱动框架的感测质量块和被构造用于测量所述感测质量块沿垂直于第一轴的第二轴的位移的感测质量块感测结构。所述陀螺仪还包括测量电路，其被构造用于确定所述驱动框架的速度、从所述被测量的位移提取科里奥利分量，和基于所述被确定的速度和被提取的科里奥利分量确定旋转速率。

在一些例子中，所述驱动框架沿第一轴振荡，并且在一些例子中所述驱动框架关于第一轴旋转地振荡。在一些例子中，所述感测质量块被弹性地耦合于陀螺仪的基底。

在一些例子中，所述测量电路进一步被构造用于从所述被测量的位移提取正交分量。所述测量电路可以进一步被构造用于基于所述被提取的正交分量提取科里奥利分量。所述测量电路可以被构造用于基于被测量的位移的关于驱动框架的速度的相位提取科里奥利分量。所述测量电路可以进一步被构造用于基于被提取的正交调节位移的测量。

在一些例子中，测量电路进一步被构造通过测量对应于感测质量块的位移的模拟信号、基于所述被提取的正交确定正交分量、和将模拟信号与被提取的正交结合以产生被测量的位移来调节位移的测量。

在一些例子中，测量电路进一步被构造用于通过基于所述被提取的正交调节耦合于感测质量块的电容的偏置电压调节位移的测量。

在一些例子中，测量电路进一步被构造用于通过接收来自感测质量块的信号、将接收的信号转换为电压、将电压与阈值比较、确定电压越过阈值的时间、和基于所述时间确定质量块的振荡的幅值和频率来测量位移。

在一些例子中，测量电路进一步被构造用于通过基于所述幅值和频率确定正交分量，和基于所述频率和正交分量确定科里奥利分量来提取科里奥利分量。所接收的信号可以是电容信号。

在一些例子中，测量电路进一步被构造用于通过确定相对于驱动框架速度的所述被测量的位移的相位和基于所述频率、正交分量和相位确定科里奥利分量来提取科里奥利分量。

在一些例子中，所述测量电路进一步被构造用于通过测量对应于驱动框架的位移的模拟信号、将所述模拟信号转换为电压、确定所述电压越过阈值的时间、和基于所述时间确定所述速度来确定所述速度。

在一些例子中，所述测量电路进一步被构造用于通过基于所述时间确定驱动框架的幅值和频率、和基于所述幅值和频率确定所述速度来基于所述时间确定所述速度。

在一些例子中，一种用于确定惯性传感器的旋转速率的方法包括：通过接收来自感测质量块的电容信号测量感测质量块的位移、将被接收的信号转换为电压、将所述电压与阈值比较、确定所述电压越过所述阈值的时间、和基于所述时间确定感测质量块的振荡的幅值和频率。

在一些例子中，所述方法包括通过基于被提取的正交调节耦合于感测质量块的电容器的偏置电压而调节感测质量块的位移的测量。

附图说明

本公开的上述和其他特征，包括它的本质的和它的各种优点，将在下面的结合附图的更详细的描述时更清楚，其中：

图1描绘了根据示例性实施方式的使用实时速度测量的用于确定旋转速率的系统；

图2描绘了根据示例性实施方式的MEMS子系统的平面示意图；

图3描绘了根据示例性实施方式的承受振荡和旋转的MEMS子系统的透视图；

图4描绘了根据示例性实施方式的用于测量旋转的MEMS子系统；

图5描绘了根据示例性实施方式的图4关注的区域的放大视图；

图6示意地描绘了根据示例性实施方式的用于测量关于横摆轴的旋转的系统；

图7描绘了根据示例性实施方式的在图6中描绘的系统的当系统经历关于z轴的外部旋转时的透视图；

图8描绘了根据示例性实施方式的用于测量横摆旋转的系统；

图9描绘了根据示例性实施方式的图8中描绘的系统的关注的区域的放大视图；

图10描绘了根据示例性实施方式的用于测量关于横摆轴的旋转的单一质量系统；

图11描绘了根据示例性实施方式的检测感测质量块沿y轴相对于MEMS子系统的驱动框架的运动的结构的放大视图；

图12描绘了根据示例性实施方式的用于测量俯仰和滚动旋转的二轴传感器；

图13描绘了根据示例性实施方式的驱动结构；

图14描绘了根据示例性实施方式的用于测量俯仰、滚动和横摆旋转的三轴系统；

图15描绘了根据示例性实施方式的图14中描绘的三轴系统的三个关注的区域的放大视图；

图16描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述曲线图示出从感测信号的科里奥利分量的确定；

图17描绘了根据示例性实施方式的两个视图，所述视图示出了关于图16描述的系统和方法的结果；

图18描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述曲线图示出了对感测信号应用余弦方法的结果；

图19描绘了根据示例性实施方式的三个曲线图，所述曲线图说明了驱动速度扰动从感测信号的解调；

图20描绘了根据示例性实施方式的三个曲线图，所述曲线图示出了旋转速率从感测信号的解调；

图21描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述曲线图示出了具有零秒的计时抖动的在这里描述的系统和方法的性能；

图22描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述曲线图示出了在0.1纳秒的计时抖动的存在下在这里描述的的系统和方法的性能；

图23描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图示出了在这里描述的系统和方法的本底噪声(noise floor)关于计时抖动的变化；

图24描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述曲线图示出了确定最大旋转速率的例子，所述最大旋转速率可以使用在这里描述的系统和方法测量；

图25描绘了根据示例性实施方式的用于从惯性传感器的信号确定科里奥利、正交和惯性分量的系统；

图26描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述曲线图示出从方波信号的科里奥利分量和正交分量的确定；

图27描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图示出了从图26中描绘的模拟信号确定的计算的科里奥利信号、正交信号和偏移信号；

图28描绘了根据示例性实施方式的用于基于实时驱动速度的测量控制驱动速度的系统；

图29描绘了根据示例性实施方式的具有被描绘为可变电容器的驱动结构和感测结构的系统；

图30描绘了根据示例性实施方式的具有幅度曲线和相位曲线的伯德图；

图31描绘了根据示例性实施方式的示出作为对于不同的质量因子的相移的函数的振荡频率的变化的曲线图；

图32描绘了根据示例性实施方式的示出作为相移的函数的增益损失的曲线图；

图33描绘了根据示例性实施方式的利用数字控制控制驱动速度的系统；

图34描绘了根据示例性实施方式的表示在图33中描绘的系统的框图；

图35描绘了根据示例性实施方式的用于调节陀螺仪驱动框架的振荡的方法的流程图；

图36描述了根据示例性实施方式的用于用模拟自动增益控制环路控制振荡器运动的系统；

图37描绘了根据示例性实施方式的表示在图36中描绘的系统的框图；

图38示意性地描绘了根据示例性实施方式的表示在图36中描绘的系统的闭环反馈的正反馈环路；

图39描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，所述两个曲线图示出在图36中描绘的系统的性能；

图40描绘了根据示例性实施方式的利用电荷放大器执行振荡器电流的闭环控制的系统；

图41描绘了根据示例性实施方式的表示在图40中描绘的系统的框图；

图42描绘了根据示例性实施方式的表示发生在图40中描绘的系统中的相移的正反馈环路；

图43描绘了根据示例性实施方式的两个曲线图，该曲线图示出了图40所示的系统的信号；

图44描绘了根据示例性实施方式的表示用于确定振荡器参数的信号流的示意图；

图45描绘了根据示例性实施方式的用于执行振荡器驱动速度的闭环控制的系统；

图46描绘了根据示例性实施方式的系统，在所述系统中，计算的正交信号被用于在信号流的上游阶段部分地移除正交分量；

图47描绘了根据示例性实施方式的执行振荡驱动速度的闭环反馈并降低振荡信号的正交分量的系统；

图48描绘了根据示例性实施方式的用于当物理地控制正交时执行振荡结构的反馈控制的系统；

图49描绘了根据示例性实施方式的用于确定惯性装置的旋转速率的方法的流程图；

图50描绘了根据示例性实施方式的用于从来自振荡感测结构的信号确定正交分量和科里奥利分量的方法的流程图；

图51示意性地描绘了根据示例性实施方式的用于从具有周期性几何形状的惯性传感器提取惯性信息的示例过程；

图52描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图表示了从惯性传感器提取的模拟信号与过零时间和惯性传感器的位移的关联；

图53描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图示出了外部扰动在在这里描述的惯性传感器的输入信号和输出信号上的影响；

图54描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图说明电流对振荡器位移的响应；

图55描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图示出了表示电流信号的过零时间的方波信号；

图56描绘了根据示例性实施方式的曲线图，所述曲线图说明位移曲线的另外的时间间隔。

具体实施方式

为了提供本公开的全面的了解，特定示例性实施方式现在将被描述，其包括用于从非线性周期信号确定旋转的系统和方法。振动陀螺仪可以通过驱动感测质量块沿第一轴运动并且然后测量感测质量块由于沿第二轴的科里奥利力的运动而操作，该第二轴正交于所述第一轴。当陀螺仪承受关于第三轴的外部旋转时，产生沿第二轴的科里奥利力，所述第三轴既正交于第一轴又正交于第二轴。

振动陀螺仪可以呈现由于不完美的驱动模式运动引起的沿感测方向(第二轴)的正交运动。此不完美的驱动模式运动，虽然意于单独地沿第一轴，可以包含沿例如第二轴的其他轴的分量。正交力轴沿感测轴但成比例于沿第一轴的振荡器的位置，x，和如公式4中定义的正交耦合常量k_xy两者。

振动陀螺仪还可以呈现由沿感测方向作用的惯性力引起的沿感测方向的运动。如公式5中所示，惯性力F的轴沿感测轴并且成比例于感测质量和沿感测轴作用的惯性加速度。

系统的总输出信号与由在公式1-5中描述的科里奥利力、正交力和惯性力引起的感测质量块的位移的和成比例。为了确定旋转，传感器输出必须被分析和处理以移除由于正交力和惯性力引起的分量，以使由科里奥利力引起的信号的部分可以被恢复。通常，检测质量块在它的谐振频率正弦地振动并且正交力和科里奥利力为90°的相位偏移。因此，由科里奥利力和正交力引起的检测质量块运动的分量也相位偏移90°。解调技术可以被用于分离正交信号和科里奥利信号。通常的解调需要准确选择解调相位以精确地与信号的科里奥利分量或正交分量同相。然而，该相位由于波动和系统和环境变化随时间漂移，引起解调电子器件的性能的漂移。

信号的惯性分量通常在比驱动谐振频率(并且因此科里奥利分量和正交分量)低的频率存在，使惯性部分的移除能够使用低通滤波器。

图1描绘了用于使用实时速度测量确定旋转速率的系统100。系统100包括微机电(MEMS)子系统102、解调子系统104和驱动速度子系统106。MEMS子系统102响应于MEMS子系统102的振荡、激励和扰动，提供模拟输出126a和126b(总称，模拟输出126)给解调子系统104。解调子系统104基于模拟信号126确定正交分量108和科里奥利分量110。MEMS子系统102提供模拟信号150a、150b、150c和150d(总称，模拟信号150)，以及模拟信号148a和148b(总称，模拟信号148)作为输出给驱动速度子系统106。系统100包括旋转速率评估子系统112，其利用科里奥利分量110和由驱动速度子系统106产生的驱动速度的实时评估产生惯性信号输出114。惯性信号输出114反映施加于系统100的外部旋转的旋转速率。在一些例子中，外部旋转只施加于MEMS子系统102。

MEMS子系统包括驱动结构118a、118b和118c(总称，驱动结构118)，其引起驱动框架120a和120b(总称，驱动框架120)振荡。驱动框架120被弹性地耦合于MEMS子系统的基底102。图1描述了坐标系统148，其具有在MEMS子系统102的主平面中的x轴和y轴以及正交于x轴和y轴的z轴并且依据常规的右手坐标系。如图1中所示，驱动结构118引起驱动框架120沿x轴振荡。MEMS子系统102包括感测质量块122a和122b(总称，感测质量块122)，其被弹性地耦合于驱动框架120。感测质量块122与驱动框架120一起大幅移动。然而，外部扰动可以引起感测质量块122不同于驱动框架120移动。

MEMS子系统102包括感测结构116a、116b、116c和116d(总称，感测结构116)。感测结构116a和116c感测驱动框架120a沿x轴的运动。感测结构116b和116d感测驱动框架120b沿x轴的运动。因此，感测结构116测量驱动速度，驱动结构118引起驱动框架120以所述驱动速度沿x轴振荡。在一些例子中，感测结构116包括非线性电容结构，其基于驱动框架120的非单调的运动而经历电容的非单调的变化。在一些例子中，感测结构116的可移动元件被设置在驱动框架120上并且与驱动框架120一起移动。感测结构116的固定元件被设置在不与驱动框架102一起运动的MEMS结构102的一部分上。在这些例子中，在感测结构116的部分之间的相对运动被检测。

MEMS子系统102包括感测闭塞电极(sense pickoff electrode)124a和124b(总称，感测闭塞电极124)。感测闭塞电极124被设置在平行于x-y平面的平面中并且在z方向以间隔从感测质量块122分离。如图1中所示，当外部扰动引起MEMS子系统102关于y轴旋转，感测质量块122由科里奥利效应在z方向偏移。由于感测质量在z方向偏移，在感测质量块122和感测闭塞电极124之间的间隔变化，引起在感测质量块122和感测闭塞电极124之间的电容的变化。模拟信号126a为来自感测闭塞电极124a的电容信号，并且模拟信号126b为来自感测闭塞电极124b的电容信号。制造缺陷和弹簧缺陷引起驱动框架120除了沿x轴运动还沿不同于x轴的轴移动。因此，即使不存在外部扰动，驱动框架120，以及因此感测质量块122，可以具有在z方向的运动，所述运动与驱动结构118施加的驱动力相联系。这个在z方向的联系于驱动运动的运动被称为正交(quadrature)。

解调子系统104包括差分感测屏蔽模块128，其接收模拟信号126。差分感测屏蔽模块128输出模拟信号130，所述模拟信号130反映两个模拟信号126之间的差。通过使用两个模拟信号126之间的差，共模噪声被抑制。模拟信号130包含科里奥利信息和正交信息。

解调子系统104包括电压阈值检测器134a和134b(总称，电压阈值检测器134)。阈值检测器134将模拟信号130与电压阈值V1 132a和电压阈值V2 132b(总称，电压阈值132)相比较。阈值检测器134a将模拟信号130与电压阈值V1 132a相比较。阈值检测器134b将模拟信号130与电压阈值V2 132b相比较。一般来说，电压阈值V1 132a不同于电压阈值V2132b，虽然在一些例子中，电压阈值132可以是相同的。在一些例子中，阈值检测器134由比较器实现。阈值检测器134基于与电压阈值132的比较产生二值信号。如果模拟信号130在阈值之上，阈值检测器134输出二值信号的第一值，如果模拟信号130在阈值之下，阈值检测器134输出二值信号的第二值。

解调子系统104包括逻辑模块136，其从阈值检测器134接收二值信号。逻辑模块136结合来自阈值检测器134的二值信号。解调子系统104包括时间数字转换器(TDC)138，其接收逻辑模块136的输出。所述TDC 138产生对应于模拟信号130越过阈值132的时间的数字脉冲流140。解调子系统104包括同步解调算法142，其接收数字脉冲流140并输出正交数值108和科里奥利数值110。

驱动速度子系统106接收模拟信号148和150作为输入。模拟信号150被结合为模拟信号152。模拟信号148a和148b为分别来自感测结构116a和116c的电容信号。电容模拟信号148根据感测结构116的电容变化。模拟信号148和152被结合为模拟信号154。模拟信号154由跨阻放大器156测量。在一些例子中，模拟信号154由模拟前端测量，所述模拟前端将电容转换为电压，例如电荷放大器或开关电容器。

驱动速度子系统106还包括过零检测器158、TDC 160和驱动速度检测模块164。过零检测器158接收来自放大器156的输出，所述输出与模拟信号154成比例。过零检测器产生二值输出信号，所述二值输出信号在放大器156的输出越过零时在输出值之间切换。所述TDC 160由对应于过零检测器输出切换的时间的时间产生数字脉冲流162。驱动速度检测模块164基于数字脉冲流162确定驱动框架128a的速度。在一些例子中，驱动速度检测模块164采用余弦算法来确定驱动速度。驱动速度检测算法164提供驱动速度给旋转速率评估模块112。

旋转速率评估模块112基于科里奥利数值110和来自驱动速度检测模块164的驱动速度确定MEMS子系统102的旋转速率。旋转速率评估模块112采用比例关系144来确定旋转速率。由于科里奥利数值与旋转速率和驱动速度的乘积成比例，旋转速率通过采用关系146确定。旋转速率评估模块112确定科里奥利数值110和由驱动速度子系统106提供的驱动速度的商数。旋转速率评估模块112然后确定所述商数与比例因子的乘积。旋转速率对应于此乘积并且作为惯性信号输出114被提供。通过执行驱动速度的实时测量，旋转速率可以被准确地确定。

图2描绘了MEMS子系统200的平面示意图。MEMS子系统200包括具有x、y和z轴的右手坐标系248。视图200描绘了左驱动框架220a和右驱动框架220b(统称，驱动框架220)，左驱动框架220a和右驱动框架220b被弹簧元件266弹性地耦合。驱动框架220被驱动结构(未示出)同步地并且沿x轴以相反方向振荡。MEMS子系统200可以表示MEMS子系统102。

图3描绘了承受振荡和旋转的MEMS子系统200的透视图。MEMS子系统200包括感测质量块222a和222b(统称，感测质量块222)。感测质量块222a和222b分别弹性地耦合于驱动框架220a和220b。当驱动框架220沿x轴以相等和相反的速度振荡时，感测质量块222也沿x轴振荡。当MEMS子系统200经历关于y轴的外部旋转时，感测质量块222沿z轴以相同和相反的位移偏转。由于关于y轴的旋转的沿z轴的位移是由于科里奥利效应并且与感测质量块沿x轴的速度和关于y轴的旋转速率的叉积成比例。在一些例子中，感测质量块222还可以经历由于正交和/或加速度的在z轴的位移。通过检测感测质量块沿z轴的位移，MEMS子系统200关于y轴的旋转可以被检测和定量。

图4描绘了用于测量旋转的MEMS子系统400。图4描绘了具有x、y和z轴的右手坐标系405。MEMS子系统400包括驱动框架420a和420b(统称，驱动框架420)，其由弹簧元件466a、466b和466c(统称，弹簧元件466)弹性地耦合于基底(未示出)。驱动框架420被驱动结构418a、418b、418c、418d、418e、418f、418g和418h(统称，驱动结构418)驱动而关于基底振荡。MEMS子系统400包括感测结构416a、416b、416c和416d(统称，感测结构416)以测量驱动结构420a相对于基底的速度。被测速度可以被称为驱动速度。MEMS子系统400包括感测质量块422a和422b(统称，感测质量块422)，其由弹簧元件474a、474b、474c和474d(统称，弹簧元件474)分别弹性地耦合于驱动框架420a和420b。感测质量块422a由弹簧元件474a和474b弹性地耦合于驱动框架420a。感测质量块422b由弹簧元件474c和474d弹性地耦合于驱动框架420b。弹簧元件466沿x轴是柔性的并且沿y轴和z轴是刚性的。弹簧元件474沿z轴是柔顺的并且沿x轴和y轴是坚硬的。因此，弹簧元件466和474响应于驱动结构418的振荡允许驱动框架420和感测质量422沿x轴移动，同时基本上限制驱动框架420沿y和z轴的运动。被弹簧元件466允许的沿z轴的任意运动贡献于正交信号。弹簧元件474允许感测质量块422响应于由MEMS结构关于y轴的旋转引起的科里奥利效应而沿z轴移动。图4包括关注的区域401和403。

图5描绘了图4关注的区域的放大视图。图5包括关注的区域401的视图500。视图500包括弹簧元件466a、驱动框架420a以及驱动结构418a和418b。弹簧元件466a可以为多层折叠的弹簧以产生线性运动和在它的工作范围内的恒定的硬度。驱动框架420a为具有网格结构的刚性框架。网格结构给驱动框架420a提供较低的质量同时保持硬度。驱动结构418a为具有叉指齿的梳状结构。驱动结构418可以为梳状驱动器或悬浮驱动器。驱动结构418结合地采用以产生足够驱动力。在一些例子中，与在图4-5中被描绘的不同数量的驱动结构418被使用。

图5还描绘了由关注的区域403表示的感测结构416d的放大视图。感测结构416d包括固定元件468a和468b(统称，固定元件468)，其利用晶片键合技术键合于在下面的基底。固定结构418包括梁元件的线性间隔的周期阵列，所述梁元件从固定结构468的中心向外延伸。固定结构468a包括固定梁元件470a和470b(统称，固定梁470)。图5描述了驱动框架420b的一部分，其在感测结构416d附近。驱动框架420b包括可移动梁的线性间隔的周期阵列，所述可移动梁与固定元件468的固定梁平行。驱动框架420b包括可移动梁472a和472b(统称，可移动梁472)。包括固定梁470和可移动梁472的每个固定梁和可移动梁包括沿固定梁和可移动梁的边缘设置的齿的线性间隔的周期阵列。所述齿是导电的，并且当可移动梁沿如由坐标系统405描绘的x轴振荡时，相对的齿之间的电容变化。当相对的齿对齐时，电容处于局部最大，并且当相对的齿反对齐时(也就是说，当在一个梁上的齿的中心与相对的梁上的齿之间的间隔的中心对齐时)，电容处于局部最小。因此，当驱动框架420b沿x轴单调地平移时，电容随着相对的齿交替地变得对齐和反对齐而非单调地变化。驱动框架420b的速度可以利用如图51-56中描绘的和关于图52-56描述的余弦方法确定。通过使用非线性周期信号和余弦方法，驱动框架420b的速度的大小可以实时地被准确地确定。

图6示意性地描绘了用于测量关于横摆轴旋转的系统600。图6包括具有x、y和z轴的右手坐标系605。系统600具有平行于坐标系统605的x-y平面的主平面并且被构造成测量关于坐标系统605的z轴的旋转。关于正交于主平面的轴的旋转在这里被称为横摆。系统600包括驱动框架620a和620b(统称，驱动框架620)，其被弹簧元件666弹性地耦合。驱动框架620被驱动以沿x轴振荡并且在相反的方向同步地移动。弹簧元件666沿x轴是柔顺的，但基本上限制了驱动框架620沿其他轴的运动。然而，弹簧元件666没有完全限制沿不同于x轴的轴的运动，并且此偏轴运动是正交的来源。

图7描述了当系统600经历了关于z轴的外部旋转时系统600的透视图。系统600包括感测质量块622a和622b(统称，感测质量块622)，其分别弹性地耦合于驱动框架620a和620b。当驱动框架620被驱动以沿x轴振荡并且外部旋转关于z轴被施加于系统600时，感测质量块622a由于科里奥利效应被沿y轴移动。对于沿+z方向的旋转向量，质量块622a被相对于驱动框架620a沿+y方向移动。对于具有沿+z方向的矢量的相同的旋转，质量块622b被相对于驱动框架620b沿-y方向移动。因此，感测质量块622的相对于驱动框架620的沿y轴的位移的测量提供了科里奥利效应的测量和因此的关于z轴的旋转的测量。

图8描绘了用于横摆旋转的测量的系统800。图8包括具有x、y和z轴的右手坐标系805。系统800的主平面为x-y平面。系统800包括驱动框架820a和820b(统称，驱动框架820)，其由弹簧元件866a、866b和866c(统称，弹簧元件866)弹性地耦合于在下面的基底。驱动框架820被驱动结构818a、818b、818c、818d、818e、818f、818g和818h(统称，驱动结构818)驱动而沿x轴振荡。驱动结构818a、818b、818c和818d引起驱动框架820a振荡。驱动结构818e、818f、818g和818h引起驱动框架820b振荡。驱动框架820同步地并且沿相反的方向振荡。因此，当驱动框架820a沿+x的方向移动时，驱动框架沿-x方向移动，反之亦然。

在一些例子中，结构818b、818c、818f和818g为感测结构。作为感测结构，818b、818c、818f和818g感测由于驱动框架820的位移的电容的变化。这些由结构818b、818c、818f和818g传感的电容的变化可以被用于测量驱动框架820的运动参数，例如位移、位移幅值、位移频率、位移相位、速度、速度幅值、速度频率和速度相位。这些运动参数可以由闭环控制器使用以保持恒定的驱动幅值。这些运动参数还可以被闭环控制器使用以使驱动框架820以期望的增量共振或非共振。

系统800还可以包括用于测量驱动框架820的位移、速度和加速度的感测结构816a、816b、816c和816d(统称，感测结构816)。系统800包括感测质量块822a和822b(统称，感测质量块822)，其由弹簧元件872a、872b、872c和872d(统称，弹簧元件872)弹性地耦合于驱动框架820。感测质量块822a被由弹簧元件872a和872b耦合于驱动框架820a。感测质量块822b由弹簧元件872c和872d耦合于驱动框架820b。图8还描绘了关注的区域801和803。

弹簧元件866沿x轴是柔顺的但沿其他轴是坚硬的。因此，弹簧元件866允许驱动框架820沿x轴移动但基本上限制了它沿其他轴的运动。一些数量的沿其他轴的运动被弹簧元件866允许，并且此偏运动导致正交。弹簧元件872沿y轴是柔顺的并且沿其他轴是坚硬的。因此，弹簧元件872允许感测质量块822沿y轴移动但基本上限制了感测质量块822沿其他轴的运动。当驱动框架820沿x轴振荡并且系统800关于z轴旋转时，科里奥利效应引起轴感测质量块822关于驱动框架820的沿y的位移。通过测量感测质量块822的关于驱动框架820的沿y轴的位移，系统800的旋转速率可以被确定。

图9分别描述了系统800的关注的区域801和803的放大的大视图900和950。视图900描绘了用于测量感测质量块822a相对于驱动框架820a沿y轴的位移的感测电容器。视图900描绘了使用晶片键合技术被键合于下面的基底的固定元件976。固定元件976包括固定梁的线性周期阵列，所述固定梁垂直于固定元件976的长轴延伸。固定元件976包括固定梁978a和978b(统称，固定梁978)。感测质量块822a包括可移动梁的线性周期阵列，所述可移动梁平行于固定梁978。感测质量块822a包括可移动梁980a和980b(统称，可移动梁980)。当感测质量块822a由于由关于z轴的旋转引起的科里奥利效应沿y轴移动时，在固定元件976之间的电容和感测质量块822a根据y-位移变化。

在一些例子中，当感测质量块822a在静止位置(rest positon)时，可移动梁980a和固定梁978a之间的间隔与可移动梁980a和固定梁978b之间的间隔不同。在这些例子中，感测质量块822a和固定元件976的其他梁在每侧也有不同的间隔尺寸。小的间隔被对齐以使感测质量块822a关于固定元件976在第一方向的运动引起所有小的间隔变小和所有大的间隔变大。感测质量块822a在与第一方向相反的方向的运动引起所有小的间隔变大和所有大的间隔变小。小的间隔具有更大的电容并且因此在信号中占主导。因此，在感测质量块822a和固定元件976之间被测量的总的电容信号可以提供感测质量块822a相对于固定元件976的运动的指示。固定梁和可移动梁的分开的阵列可以提供用于差分测量的信号。在分开的阵列中的可移动梁耦合于感测质量块822a并且与可移动梁980同步移动。在分开的阵列中的梁将具有间隔，所述间隔被布置以使感测质量块822a在第一方向的运动引起分离的阵列的小间隔变得更大以及使分开的阵列的大间隔变得更小。因此，分开的阵列将产生电容信号，所述电容信号同步但是具有与来自视图900中描绘的阵列的电容信号相反的极性。差分测量可以在这些两个电容信号之间执行。具有不同的间隔尺寸的这样的结构的例子在图11和图15中被描绘。

通过测量在固定元件976和感测质量822a之间的电容的变化，感测质量沿y轴的位移可以被确定。通过确定感测质量沿y轴的位移，科里奥利效应和因此的关于z轴的旋转速率可以被确定。

视图950描绘了用于测量驱动框架820b的位移、速度和加速度的感测结构816d。视图950描绘了固定元件968a和968b(统称，固定元件968)，其利用晶片键合技术键合于在下面的基底。固定元件968包括固定梁的线性周期阵列。固定元件968a包括固定梁970a和970b(统称，固定梁970)。驱动框架820b包括可移动梁的线性周期阵列，所述可移动梁与固定元件968的固定梁平行。驱动框架820b包括可移动梁972a和972b(统称，可移动梁972)。感测结构816d类似于感测结构416d构造和运转。感测结构816d的固定梁和可移动梁具有齿的线性周期阵列，其类似于感测结构416d的齿的线性周期阵列。在固定元件968a和驱动框架820b之间测量的电容可以使用类似于那些关于感测结构416d被描述的系统和方法的系统和方法被用于确定驱动框架820b的位移、速度和加速度。

图10描绘了用于测量关于横摆轴旋转的单质量系统1000。系统1000包括驱动框架1020，其由弹簧元件1066a、1066b、1066c和1066d(统称，弹簧元件1066)弹性地耦合于在下面的基底。图10描绘了具有x、y和z轴的右手坐标系1005。系统1000包括驱动结构1018a和1018b(统称，驱动结构1018)，其驱动驱动框架1020沿y轴振荡。系统1000包括感测质量块1022，其由弹簧元件1072a和1072b(统称，弹簧元件1072)弹性地耦合于驱动框架1020。系统1000还包括感测结构1016a和1016b(统称，感测结构1016)，其测量驱动框架1020关于下面的基底的沿y轴的位移、速度和加速度。弹簧元件1066沿y轴是柔顺的但沿其他轴是坚硬的并且因此允许驱动框架1020沿y轴移动但基本上限制它沿其他轴的运动。弹簧元件1066确实允许驱动框架沿其他轴的一些运动，引起正交。图10也描绘了关注的区域1001和1003，其分别表明了用于测量感测质量块1022和驱动框架1020的位移的结构。当驱动框架1020沿y轴振荡并且系统1000关于z轴旋转时，感测质量块1022由于科里奥利效应沿x轴移动。通过测量感测质量1022的关于驱动框架1020的沿x轴的位移，关于z轴的旋转速率可以被确定。

图11描绘了检测感测质量1022沿y轴关于系统1000的驱动框架1020的运动的结构的放大视图1100。视图1100描绘了使用晶片键合技术被键合于下面的基底的固定元件1166。固定元件1176包括固定梁的线性周期阵列，所述固定梁垂直于固定元件1176的长轴延伸。固定元件1176包括固定梁1178a和1178b(统称，固定梁1178)。感测质量体1022包括可移动梁的线性周期阵列，所述可移动梁与固定元件1176的固定梁平行。感测质量块1022包括可移动梁1180a和1180b(统称，可移动梁1080)。感测质量块1022的相对于驱动框架1020的位移可以利用关于图9的视图900中描绘的结构描述的系统和方法确定。

图11描绘了感测结构1016b的放大视图。感测结构1016b包括固定元件1168a和1168b(统称，固定元件1068)，其利用晶片键合技术键合于在下面的基底。固定元件1168包括固定梁的线性周期阵列。固定元件1168a包括固定梁1170a和1070b。驱动框架1020包括可移动梁的线性周期阵列，所述可移动梁与固定元件1168的固定梁平行。驱动框架1020包括可移动梁1172a和1072b。每个固定梁和可移动梁包括齿的线性周期阵列。在固定元件1168和驱动框架1020之间的电容可以利用关于感测结构416和816描述的系统和方法测量，以高准确度地确定驱动框架1020的位移、速度和加速度。

图12描绘了用于测量俯仰和滚动旋转的二轴传感器1200。图12描绘了具有x、y和z轴的右手坐标系1205。系统1200的俯仰旋转是关于y轴的旋转并且系统1200的滚动旋转是关于x轴的旋转。系统1200包括驱动框架1220a、1220b、1220c和1220d(统称，驱动框架1220)，其由弹簧元件1266a、1266b、1266c、1266d、1266e、1266f、1266g和1266h(统称，弹簧元件1266)弹性地耦合于系统1200主体。驱动框架1220被驱动以由驱动结构关于z轴的旋转振荡。系统1200包括感测质量块1222a、1222b、1222c和1222d(统称，感测质量块1222)，其被弹簧元件弹性地耦合于驱动框架1220。当系统1200经历关于x轴或y轴的旋转时，感测质量1222由于科里奥利效应沿z轴相对于驱动框架1220移动。感测质量块1222a和1222c由于关于x轴的滚动旋转沿z轴偏转。感测质量块1222b和1222d由于关于y轴的俯仰旋转沿z轴偏转。感测质量块1222的沿y轴的偏转被通过测量感测质量块1222与位于感测质量块1222上方的顶部晶片(未示出)之间的电容测量。通过测量感测质量块1222沿z轴的偏转，系统1200可以被用于确定关于y轴的俯仰旋转和关于x轴的滚动旋转。图12包括关注的区域1201、1203和1207，其分别表明用于确定驱动速度的结构，驱动驱动框架1220和弹性地将感测质量1222耦合于驱动框架1220。通过结合俯仰和滚动子集结构到单一的单调结构，两个感测轴之间精确的对齐在制造的时候被准确地确定并且贯穿装置的寿命不变化。

图13描绘了分别描绘关注的区域1201、1203和1207的三个放大的视图1300、1330和1360。放大的视图1300描绘了感测结构1316，其被构造为确定驱动框架1220的速度。视图1300描绘了固定元件1368。视图1300还描绘了驱动框架1220a的一部分。驱动框架1220a具有圆形的外周缘，并且固定元件1368具有面向驱动框架1220a的圆形的外周缘的圆形的内周缘。齿的阵列被设置在驱动框架1220a的圆形外周缘上，并且齿的相对的阵列被设置在固定元件1368的圆形内周缘上。同时，相对的齿的阵列是感测结构1316的部分。驱动框架1220a相对于固定元件1368的旋转可以通过利用关于感测结构416、816、1016描述的系统和方法测量相对的齿的阵列之间的电容测量。系统1200包括类似的相对齿的阵列以测量驱动框架1220b、1220c和1220d的速度。

图13描绘了驱动结构1318a、1318b、1318c和1318d(统称，驱动结构1318)。视图1330描绘了弹簧元件1266a和驱动结构1318a和1318b。驱动结构1318以与驱动结构418、818和1018类似的方式运转。驱动结构1318引起驱动框架1220关于z轴旋转的振荡。

视图1360描绘了驱动结构1318c和1318d以及弹簧元件1374。弹簧元件1374允许感测质量块1222沿z轴移动然而基本上阻止了沿其他轴的运动。弹簧元件374双重折叠以有利于模式分离。

图14描绘了用于测量俯仰、滚动和横摆旋转的三轴系统1400。图14描绘了具有x、y和z轴的右手坐标系1405。系统1400包括驱动框架1420，其由弹簧元件1466a、1466b、1466c、1466d、1466e、1466f、1466g和1466h(统称，弹簧元件1466)弹性地耦合于在下面的基底。系统1400包括感测质量块1422a、1422b、1422c、1422d、1422e、1422f、1422g、1422h、1422i、1422j、1422k、1422l、1422m、1422n、1422o和1422p(统称，感测质量块1422)。驱动框架1420被驱动关于z轴旋转振荡。由于此振荡旋转，驱动框架1420引起感测质量块1422a、1422b、1422c、1422d、1422i、1422j、1422k和1422l主要地沿x轴振荡。类似地，由于此振荡旋转，驱动框架1420引起感测质量块1422e、1422f、1422g、1422h、1422m、1422n、1422o和1422p主要地沿y轴振荡。

当系统1400经历关于z轴的外部横摆旋转时，科里奥利效应引起感测质量块1422b、1422c、1422j和1422k沿y轴移动以及引起感测质量块1422f、1422g、1422n和1422o沿x轴移动。当系统1400经历关于x轴的外部滚动旋转时，感测质量块1422a、1422d、1422i和1422l由于科里奥利效应沿z轴移动。当系统1400经历关于y轴的俯仰旋转时，感测质量块1422e、1422h、1422m和1422p由于科里奥利效应沿z轴移动。在一些例子中，感测质量块弹性地耦合于驱动框架1420以使感测质量块沿多个轴偏转。例如，感测质量块1422b和1422d可以既由于外部的横摆旋转而沿y轴移动又由于外部的滚动旋转沿z轴移动。作为另一例子，感测质量块1422e和1422g可以既由于外部的横摆旋转而沿x轴移动又由于外部的俯仰旋转沿z轴移动。其他感测质量块以类似的方式沿多个轴移动。通过测量感测质量块1422的由于科里奥利效应的位移，外部旋转可以被确定。

图14还描绘了关注的区域1401、1403和1407。

图15分别描绘了三个关注的区域1401、1403和1407的放大视图1500、1530和1560。视图1500描绘了驱动框架1420、弹簧元件1466a和驱动结构1518a和1518b(统称，驱动结构1518)。驱动结构1518如之前关于图14描述地驱动驱动框架1420关于z轴的振荡旋转。系统1400除了驱动元件1518外，可以包括更多驱动元件。

视图1530描绘了驱动框架1520的一部分以及传感元件1516。传感元件1516类似于传感元件1316被构造和运转。传感元件1516被用于实时准确测量驱动框架1420的位移、速度和加速度。

视图1560描绘了感测质量1422l和被构造成用于感测x-y平面中的运动的结构。视图1560描绘了使用晶片键合技术被键合于下面的基底的固定元件1576。固定元件1576包括梁的线性周期阵列，所述梁被垂直于固定元件1576的长轴设置。固定元件1576包括固定梁1578a和1578b。感测质量1422l包括可移动梁的线性周期阵列，所述可移动梁与固定元件1576的固定梁平行。质量块1422l包括可移动梁1580a和1580b(统称，可移动梁1580)。测量在固定梁和可移动梁之间的电容的变化以确定感测质量块1422l在x-y平面内的位移。

图16描绘了两个曲线图1600和1650，其示出了从感测信号的科里奥利分量的确定。曲线图1600示出关于时间的驱动电压的行为。驱动电压是施加于驱动元件以驱动驱动框架振荡的电压并且可以在驱动元件上或者给驱动元件供电的电路中的其他地方直接测量。曲线图1600包括驱动参考曲线1602，其在正电压和负电压之间振荡，在曲线图1600中描绘的时间间隔中越过零两次。驱动参考曲线1602越过零的时间为零相位参考点并且用于建立关于驱动信号的计时。驱动参考曲线1602具有幅值1614和驱动参考偏移时间1616，所述驱动参考偏移时间1616对应于发生在上升沿的过零点和驱动参考曲线1602的最大幅值的时间之间的时间间隔。在曲线图1600中，驱动参考偏移时间为10微秒。

曲线图1650描绘了从感测信号提取科里奥利分量和正交分量。曲线图1650包括感测曲线1604、正交分量曲线1606和科里奥利分量曲线1608。感测曲线从测量感测质量块沿轴的位移的电容器提取，感测质量块由于科里奥利效应沿所述轴移动。由于感测曲线1604为周期信号，它可以表示多个周期信号的结合。当传感器经历外部的旋转时，感测曲线将包括两个分量：由于旋转的科里奥利分量和由于在感测方向驱动框架的运动的正交分量。由于正交是由驱动框架在感测方向的运动引起的，正交分量为与驱动电压曲线1602同相并且与感测质量的位移成比例。科里奥利分量由科里奥利效应引起，并且与感测质量速度成比例。科里奥利分量曲线1608距正交分量曲线1606相移90°。正交分量曲线1606具有幅值A1618，所述幅值A 1618相较于科里奥利分量曲线1608的幅值是大的。这是通常的，因为科里奥利效应经常是弱的。

感测质量块和驱动质量块的耦合的振荡系统的物理性质可以引起正交分量从驱动电压的微小相移。为了确定相移大小，陀螺仪可以在陀螺仪处于零旋转状态时被校准。在校准期间，同步解调的相位被调谐以最小化或归零科里奥利分量并且最大化正交分量。产生这种情况的相位为正交分量从驱动电压的相移。

不管任何正交分量和驱动电压之间的相移，驱动电压曲线1602和感测曲线1604之间的相位将作为科里奥利分量和正交分量之间的比例的函数变化。因此，科里奥利分量可以通过测量感测曲线1604和驱动电压曲线1602之间的相移测量。

曲线图1650包括正电压参考水平线1610和负电压参考水平线1612。曲线图1650还包括四个时间，t₁ 1622、t₂ 1624、t₃ 1626和t₄ 1628。这些四个时间对应感测曲线1604越过参考水平线1610和1612的时间。时间1622、1624、1626和1628可以使用例如阈值检测器134的比较器、例如逻辑块136的逻辑块和例如TDC 138的时间数字转换器确定。时间t₂ 1624和t₃1626对应于感测曲线1604越过正电压参考水平线1610的时间。时间t₁1622和t₄ 1628对应于感测曲线1604越过负电压参考水平线1612的时间。曲线图1650还包括感测曲线幅值A1618和感测曲线偏移Δt_C 1620。感测曲线幅值A 1618为感测曲线1604的幅值。感测曲线偏移时间Δt_C 1620为驱动参考曲线1602的上升沿的零相位参考点和感测曲线1604达到它的最大幅值A 1618的时间之间的时间间隔。如果没有外部的旋转并且因此没有科里奥利效应，偏移时间1616和1620将是相同的，因为感测曲线1604只具有正交分量。然而，由于外部旋转的科里奥利效应的存在将引起偏移时间1620小于偏移时间1616。

为从感测曲线1604提取科里奥利分量曲线1608，首先感测曲线的偏移时间间隔Δt_C 1620被测量。然后，余弦方法(相对于图51-56中描绘的和描述的)被用于利用被测量的时间1622、1624、1626和1628确定感测曲线1604的幅值A 1618和频率ω₀。一旦感测曲线1604的幅值A 1618和频率ω₀被利用余弦方法确定，正交分量和科里奥利分量可以分别利用公式6和7计算。

C＝Q·tan(ω₀·Δt_C) (7)

通过测量感测曲线1604越过参考水平线1610和1612的时间1622、1624、1626和1628，科里奥利分量和正交分量可以被准确地确定。从公式6和7计算的正交分量和科里奥利分量可以分别表示正交数值108和科里奥利数值110。

在这里被描述的系统方法的一个益处在于虽然存在对传感器的驱动框架的驱动速度的扰动，旋转速率可以被准确地确定。将关于图17-20描述在对驱动电压的扰动的存在下，旋转速率从驱动速度的去耦合。

图17描绘了两个视图1700和1750，其示出了关于图16描述的系统和方法的结果。曲线图1700示出了在三秒的时间间隔上绘制的余弦方法的结果。曲线图1700包括物理驱动位移曲线1702、偏移拟合曲线1704、幅值拟合曲线1710以及物理切换曲线1706和1708。物理驱动位移曲线1702越过物理切换曲线1706和1708的时间被利用例如感测结构116、416、816、1016和1216的感测结构、例如检测器158的过零检测器和例如TDC 160的TDC确定。偏移拟合曲线1704和幅值拟合曲线1710被利用余弦方法、基于物理驱动位移曲线1702越过物理切换1706和1708的时间确定。

图17描绘了在施加于驱动电压的扰动的存在下的驱动位移曲线1702，所述扰动影响了驱动位移曲线1702的幅值。这一点被在时间间隔1712期间驱动位移曲线1072的幅值的变化表明。因为质量块由于科里奥利效应的位移受驱动框架的速度影响，对驱动电压和驱动速度的扰动将影响从感测信号提取的科里奥利分量。

曲线图1750描绘了曲线图1700的一部分的放大视图。曲线图1750包括物理驱动位移曲线1752，其对应于物理驱动位移曲线1702。曲线图1750还包括偏移拟合点1754a、1754b和1754c，其对应于偏移拟合曲线1704上的点。曲线图1750还包括幅值拟合点1760a、1760b、1760c和1760d(统称，幅值拟合点1760)，其对应于幅值拟合曲线1710上的点。曲线图1750还包括物理切换点1756a、1756b、1756c和1756d(统称，物理切换点1756)，其对应于物理切换曲线1706上的点。曲线图1750还包括物理切换点1758a、1758b、1758c和1758d(统称，物理切换点1758)，其对应于物理切换曲线1708上的点。

图18描绘了两个曲线图1800和1850，其示出了将余弦方法应用于例如感测曲线1604的感测信号的结果。曲线图1800包括模拟感测电压曲线1802和对应于模拟感测曲线1802的幅值的幅值拟合曲线1810、偏移拟合曲线1804以及电压触发曲线1806和1808。幅值拟合曲线1810和偏移拟合曲线1804被基于模拟感测曲线1802越过电压触发电平1806和1808的时间，利用余弦方法确定。模拟感测曲线1802越过物理触发水平线1806和1808的时间被利用例如阈值检测器134的阈值检测器、例如逻辑块136的逻辑块和例如TDC 138的TDC确定。曲线1802包括在时间间隔1812上的感测信号中的振荡。

曲线图1850描绘了曲线图1800的放大视图。曲线图1850包括模拟感测电压曲线1852，其对应于模拟感测电压曲线1802。曲线图1850还包括幅值拟合点1860a、1860b、1860c和1860d(统称，幅值拟合点1868)，其对应于幅值拟合曲线1810上的点。曲线图1850还包括偏移拟合点1854a、1854b、1854c和1854d(统称，偏移拟合点1854)，其对应于偏移拟合曲线1804上的点。曲线图1850还包括电压触发点1856a、1856b、1856c和1856d(统称，电压触发点1856)，其对应于电压触发曲线1806上的点。曲线图1850还包括电压触发点1858a、1858b、1858c和1858d(统称，电压触发点1858)，其对应于电压触发曲线1808上的点。通过测量模拟感测电压曲线越过电压触发电平1806和1808的时间，180的模拟感测电压曲线的幅值和偏移可以被确定。

图19描绘了三个曲线图1900、1930和1960，其说明了驱动速度扰动从感测信号的解调。曲线图1900描绘了感测电压曲线，其包括由于驱动模式扰动的幅值中的扰动。感测信号既包括科里奥利分量也包括正交分量。曲线图1930描绘了感测信号的被测量的相位，其被表达为时间偏移，所述时间偏移的一个例子为偏移时间1620。被测量的偏移时间相对独立于驱动模式扰动。曲线图1960描绘了从在1900中示出的感测曲线中提取的正交信号。在曲线图1960中示出的正交信号被利用公式6中的被测量时间确定。

图20描绘了三个曲线图2000、2030和2060，其示出了从1900中示出感测信号解调旋转速率。曲线图2000描绘了利用公式7并基于被测量的越过参考电平的时间被解调的科里奥利信号。在曲线图2000中被示出的被解调的科里奥利信号包括由于驱动模式扰动的幅值中的振荡。曲线图2030示出了在修正由于驱动模式扰动的驱动速度中的变化之后的科里奥利信号。驱动速度被利用例如感测结构116、416、816、1016和1216的感测结构和例如驱动速度子系统106的驱动速度子系统实时测量。在曲线图2030中被示出的被修正的科里奥利信号不包含由于驱动模式扰动的幅值中的振荡并且利用公式8计算。

在公式8中，SF表示比例因子，C(t)表示曲线图2000中描绘的科里奥利分量并且v_D(t)表示被实时测量的驱动速度。

曲线图2060描绘了施加于传感器的实际的旋转速率。在2060中描绘的实际的旋转速率与在曲线图2030中描绘的计算的旋转速率相匹配，说明虽然存在对驱动模式的扰动，但旋转速率可以被准确地计算。

图21描绘了两个曲线图2100和2150，其示出了具有零秒的计时抖动的在这里描述的系统和方法的性能。曲线图2100描绘了以dB为单位的功率谱密度。跨过宽的频率范围的功率谱密度远低于-81.58dB，其对应于0.005°/hr的旋转速率。

曲线图2150描绘了被测量的旋转速率和真实的旋转速率。如曲线图2150中示出的，被测量的旋转速率很好地匹配真实的旋转速率。

图22描绘了两个曲线图2200和2250，其示出了在0.1纳秒的计时抖动的存在下在这里描述的系统和方法的性能。曲线图2200示出了被测量的信号在此计时抖动的存在下的功率谱密度。功率谱密度在频率范围上几乎为-80dB并且在20千赫兹以上的频率上降低。

曲线图2250示出了在0.1纳秒计时抖动的存在下被测量的旋转速率和真实速率。如曲线图2250中示出的，放大的科里奥利测量很好地匹配了真实的旋转速率，但是具有增大的噪音。

图23描绘了曲线图2300，其示出了在这里描述的系统和方法的本底噪声关于计时抖动的变化。曲线图2300包括本底噪声曲线2302，其范围从在10纳秒的计时抖动的大约-60dB到在一个皮秒的计时抖动的低于-110dB。

图24描绘了两个曲线图2400和2450，其示出了确定最大旋转速率的例子，所述最大旋转速率可以使用在这里描述的系统和方法测量。曲线图2400描绘了从不具有外部旋转的传感器提取的信号。曲线图2400包括感测信号曲线2402、正交分量2406和科里奥利分量曲线2404。因为没有施加的旋转，正交分量曲线2406覆盖在感测信号曲线2402上。图24描绘了下限轨道2420和上限轨道2410，其表示了用于测量感测信号曲线2402的模拟部分的限制。在图24中描绘的例子中，下限轨道2420在0V，并且上限轨道2410在2.2V。在其他例子中，上限和下限轨道2410和2420可以在不同的电压水平。

曲线图2450描绘了感测信号曲线2456、正交分量2454和科里奥利分量曲线2454。曲线图2450描绘了传感器在足够引起感测信号曲线2452在上限2410和下限2420之间跨越满刻度范围的外部旋转的存在下的输出。因为施加的外部旋转存在，科里奥利分量2454具有大的幅值。正交分量曲线2456具有与正交分量曲线2406相同的幅值，因为驱动速度在两种情况下是相同的。科里奥利与正交电压信号的比例通过公式9被描述。

在公式9中，m_s表示感测质量块的质量，x₀表示位移，Ω_d表示驱动频率，ω表示外部旋转速率，并且k_xy表示由驱动速度耦合进感测方向引起的物理正交水平。在公式9中，V_C表示科里奥利信号的电压，V_Q表示正交信号的电压，F_C表示科里奥利力，F_Q表示正交力。

给定物理正交水平k_xy和电容到电压增益G，偏移可以被选择以使V_Q跨越由上限和下限2410和2420限界的满刻度范围的期望的比例。在图24中描绘的例子中，满刻度范围为2.2V并且V_Q被选择为1.4V峰到峰。在这个例子中，V_C的最大值如公式10中所示为1.26V峰到峰。

可以被测量而不使模拟部分饱和的最大可测量旋转速率由公式11给定。因此，V_Q取决于电容到电压增益G，并且耦合常数k_xy取决于由传感器呈现的正交的物理数量。

旋转的最小可检测角度速率也可以被计算。偏移相位θ_T可以基于Δt_C的计时测量计算。科里奥利与正交电压信号的比例可以如公式12中示出的表示。

最小科里奥利电压与正交电压的比例由公式13给出，其中δt_MIN为用于测量Δt_C的最小的可分辨的计时间隔。

对于给定的最小的可分辨的计时间隔的最小的可测量的旋转速率由公式14给出。最小可分辨计时间隔由系统的数字电子器件限制。

图25描绘了用于从惯性传感器确定信号的科里奥利分量、正交分量和惯性部分的系统2500。系统2500包括模拟子系统2502和信号处理系统2504。模拟子系统2502包括偏执电压源2506，其在差分感测电容器2508a和2508b(统称，感测电容器2508)上施加偏置电压。感测电容器2508可以为包括感测质量块122和感测电极124的感测电容器。因此，感测电容器2508的电容由于装置的旋转和由于科里奥利效应的感测质量块122的位移变化。来自感测电容器2508的电容电流由差分放大器2510测量。差分放大器可以为跨阻放大器或者电荷放大器。差分放大器2510的输出提供给滤波子系统2512。滤波子系统2512包括放大器2514和低通滤波器2516。滤波器子系统2512的输出提供给比较器2518和2520，其各自将它的相应的输入信号与电压源2528提供的电压电平相比较。比较器2518和2520的输出提供给异或模块2522，其产生对应于传感电容信号越过电容器2518和2520的比较阈值的时间的方波信号。模拟模块还在对应于施加于驱动结构的电压的驱动同步信号2524上操作。驱动同步信号2524被提供给比较器2530，其将驱动同步信号2524与由零电平电压源2526提供的零电压电平相比较。比较器2530产生对应于驱动同步信号2524越过零的时间的方波信号。方波信号2522和2532被提供给信号处理系统2504。

信号处理系统2504包括边沿检测模块2534，其产生对应于在方波信号2532的上升沿和方波信号2522的各随后的边沿直到方波2532的下一个上升沿之间的时间间隔的一系列的时间。因此，来自电压源2528的各比较电压水平的每次越过的偏移时间可以被确定。在一些例子中，边沿检测模块2534测量距方波信号2532的下降沿的时间间隔。数学的基于时间的解调器2536接收由边沿检测器模块2534提供的时间并且确定信号的幅值和频率以及感测信号的科里奥利分量、正交分量和惯性分量。科里奥利分量、正交分量和惯性分量作为恢复信号2538输出。

在一些例子中，系统2500实现解调子系统104的功能。在这些例子中，驱动同步信号2524由MEMS子系统102提供。

图26描述了两个曲线图2600和2650，其示出了从方波信号2522和2534提取科里奥利分量和正交分量。曲线图2600包括驱动参考曲线2602和感测信号方波曲线2604。驱动参考曲线2602对应于方波信号2532，并且感测信号方波2604对应于方波信号2522。曲线图2600还描绘了曲线2602和2604分别越过参考电平4V和4.2V的时间。

曲线图2650描绘了从方波信号2602和2604解调正交分量和科里奥利分量。曲线图2650包括方波曲线2652和科里奥利曲线2654。曲线2652和2654是利用在这里描述的余弦方法从曲线2602和2604提取的，并且用于确定公式6和7的幅值A和偏移δt_c。

图27描绘了曲线图2700，其示出了从图26中描绘的模拟信号确定的计算的科里奥利信号、正交信号和偏移信号。曲线图2700包括科里奥利曲线2702、正交曲线2704和偏移曲线2706。峰值噪声约为曲线图2700描绘的1°/s信号的十分之一。

图28描绘了用于基于实时驱动速度的测量控制驱动速度的系统2800。系统2800包括振荡结构2815，其由驱动结构2818a和2818b(统称，驱动结构2818)驱动而振荡。结构2815的运动由感测结构2817a和2817b(统称，感测结构2817)测量。驱动结构2818和感测结构2817都可以为周期的叉指电容器。系统2800包括提供给电荷泵2804的时钟信号2802。电荷泵2804的输出通过数字可切换的电阻器组2808和旁路电容器2810与地连接并且与跨阻放大器系统2812的输出共模电压终端连接。感测结构2817a和2817b的输出与跨阻放大器系统2812的放大器的差分终端连接。跨阻放大器系统2812将电流信号2820和2922转换为电压2824和2826。电压2824和2826被提供给低通滤波器2813和比较器2814，用于产生对应于驱动同步信号的方波信号。比较器2814的输出由在这里描述的系统和方法使用以确定感测信号关于驱动信号的偏移。系统2800包括信号2824和2826到驱动结构2818的反馈。以这种方式，驱动速度的闭环控制可以保持。

图29描绘了被描绘为可变电容器的驱动结构2818和感测结构2817。图29描绘了可变感测电容器2917a和2917b(统称，感测电容器2917)。感测电容器2917对应于感测结构2817。图29描绘了可变驱动电容器2918a和2918b(统称，驱动电容器2918)，其对应于驱动结构2818。

公式15和16描述了电流信号2820和2822的时域电容电流。

公式17、18和19描述了放大器系统2812的频域输出。

公式20描述了放大器系统2812的反馈阻抗。

对放大器系统2812包含电荷放大器的情况，公式21应用到公式20，所述电荷放大器给予-90°的电流到电容的相移。

(R_FC_F)^-1＜＜ω₀ (21)

对放大器系统2812包含跨阻放大器的情况，公式22应用到公式20，所述跨阻放大器给予0°的电流到电容的相移。

(R_FC_F)^-1＞＞ω₀ (22)

激励驱动电容器2918的差分电压由公式23给定。

V_Diff＝V_Left-V_Right＝2V_AC (23)

驱动电容器2918的电容和电容的梯度由公式24、25、26和27给定。

感测电容器2917的电容和电容梯度由公式28、29、30和31给定。

施加于驱动框架的力由公式32给定。

力到位移的机械转移函数由公式33给定，并且在谐振公式34上。加速度到位移的传递给予-90°的相移。

当巴克豪森振荡准则被满足时，系统2800通常经历稳定持续的振荡。当如在公式35示出的，环路增益的大小等于单位一并且如公式36示出的，围绕环路的相移为零或2π的整数倍时，巴克豪森稳定准则被满足。

|T(jω)|＝1 (35)

∠T(jω)＝2πn,n∈0,1,2... (36)

系统2800的电子器件可以包括相移，其将振荡频率稍微远离期望的机械谐振移动。跨阻放大器引起如公式37和38给定的负频率移动。

Δθ_S＝-tan^-1(ωR_FC_F) (37)

电荷放大器引起如公式39和40给定的正频率移动。

增益损失为如公式41和42示出的由相移隔离频率ω_*导致的机械位移的衰退的测量值。

图30描绘了具有大小曲线图3000和相位曲线图3050的伯德图。大小曲线图3000描绘了在不同质量因子Q下的转移函数42的大小。相位曲线图3050描绘了作为对于不同的转换因子Q的频率的函数的转移函数42的相位曲线图。

图31描绘了曲线图3100，其示出作为对于不同品质因子Q的相移的函数的振荡频率的变化。随着品质因子的减小，振荡频率呈现对相移的更大的依存性。

图32描绘了曲线图3200，其示出了如相移的函数的增益损失。随着品质因子Q的增大，增益损失变得更加依存于相移。

图33描绘了利用数字控制来控制驱动速度的系统3300。系统3300包括振荡结构3315。振荡结构3315可以为驱动框架120。振荡结构3315包括驱动电容器3318a和3318b(统称，驱动电容器3318)，其引起振荡结构振荡。振荡结构3315还包括感测电容器3317a和3317b(统称，感测电容器3317)。感测电容器3317产生电流信号3320和3322，其被提供给跨阻放大器系统3312。跨阻放大器系统产生差分输出信号，其被提供给固定增益放大器3328和低通滤波器3313。低通滤波器3313的输出被提供给比较器3814，其产生方波驱动同步信号。

固定增益放大器3328的输出被提供启动(kick-start)子系统3340。启动子系统3340包括一组开关和用于起动振荡结构3315的振荡的高电压启动电压序列。当振荡结构3315在稳态振荡时，启动子系统3340仅传递固定增益放大器的输出作为驱动信号3324和3326。驱动信号3324和3326被提供给驱动电容器3318并且引起驱动电容器3318驱动振荡结构3315振荡。

系统3300包括数字自动增益控制环路3330。数字自动增益控制环路3330包括幅值计算模块3332。幅值计算模块3332利用来自例如感测结构116的非线性周期电容器的时间间隔来确定振荡结构3315的振荡的幅值。幅值计算模块3332产生幅值输出，其从块3334的期望的幅值中减去以产生误差信号，所述误差信号被提供给数字控制器3336。数字控制器3336可以利用比例-积分-微分(PID)控制以调节偏置电压3338，所述偏置电压3338被提供给放大器3328的共模偏移终端和放大器系统3312中的放大器。通过使用数字控制以调节放大器的输出共模电压电平，系统3300保持期望的驱动幅值。系统3300还可以保持期望的驱动频率。通过驱动幅值和/或频率，振荡结构3315的速度被控制。

图34描绘了表现系统3300的框图3400。框图3400包括MEMS动力学块3402，其反应由力到振荡器速度的转移函数。来自MEMS动力学块3402的振荡器速度被提供给感测电容器块3404，其包括用于转换振荡器速度到感测电流的转移函数。由感测电容器块3404产生的感测电流被提供给跨阻放大器块3406，所述跨阻放大器块3406将感测电流转换为感测电压。感测电压被提供给固定增益放大器块3408，其将感测电压转换为AC电压以给驱动电容器供电。AC电压被提供给对称驱动块3410，其表示驱动电容器。对称驱动3410将AC电压转变为作用于振荡器上的力。框图3400还包括被提供给幅值计算块3414的TDC计时值3412。幅值计算块3414计算提供给求和块3416的幅值。求和块3416将计算的幅值从幅值设定值减去并且提供输出误差给PID控制器块3418。所述PID控制块3418提供驱动电压控制设置给感测电容器块3404和对称驱动块3410。稳定驱动环路并且满足巴克豪森稳定准则所需的DC驱动设置由公式43给定。通过使用数字控制而提供模拟电压控制设置，驱动速度可以被准确地控制。

图35描绘了用于调节陀螺仪驱动框架的振荡的方法3500。在3502，驱动框架被引起振荡。在3504，驱动框架的振荡的幅值被确定。在3506，所述幅值被与设定点值相比较。在3508，驱动框架的振荡被基于所述幅值与设定值的比较调节。

图36描绘了用于用模拟自动增益控制环路控制振荡器运动的系统3600。系统3600包括振荡结构3616，其由驱动电容器3617a和3617b(统称，驱动电容器3617)驱动而振荡。振荡结构3616包括电容器3615a和3615b(统称，感测电容器3615)，其当振荡结构3616振荡时，经历电容的变化。感测电容器3615产生感测电流，其提供给放大器子系统3612。放大器子系统3612可以包括跨阻放大器。放大器子系统3612输出对应于感测电流的电压信号。电压信号被提供给低通滤波器3613，所述低通滤波器提供输出给比较器3614。比较器3614产生用于确定驱动速度的方波驱动同步信号。来自放大器子系统的电压信号被提供给模拟自动增益控制(AGC)环路3630。模拟AGC环路3630包括峰值检测器3632、求和元件3634、PID控制器3636和可变增益放大器3628。PID控制器3636由模拟电路实现。来自放大器3612的一个或多个电压信号被提供给峰值检测器3632和可变增益放大器3628。峰值检测器3632包括全波整流器和低通滤波器以检测在电压信号中的峰值。求和元件3634从由公式44给出的电压设定值中减去来自峰值检测器3632的输出以产生误差信号。

PID控制器3636从误差信号中产生增益控制信号。可变增益放大器3628利用来自PID控制器3636的增益控制信号和来自放大器子系统3612的电压信号产生用于驱动驱动电容器3617的模拟电压信号。因此，模拟AGC环路3630基于来自感测电容器3615的被测量的电流调节施加于驱动电容3617的电压。这个闭合环控制实现了驱动速度的实时调节。

系统3600还包括启动子系统3640，其提供高电压脉冲序列以起动振荡结构3616的振荡。

图37描绘了表示系统3600的框图3700。框图3700包括MEMS动力学块3702，其将力转换为振荡器速度。振荡器速度由感测电容器块转换为感测电流。感测电流由跨阻放大器块3706转换为感测电压。感测电压由可变增益放大器块3708转换为AC电压。AC电压由对称驱动块3710转换为力，所述力反馈给MEMS动力学块3702。满足巴克豪森稳定准则并且稳定驱动环路所需的增益设置由公式45给定。

感测电压还提供给包络检波器块3714，其提供输入给求和元件3716。求和元件3716将提供的输入与由公式43给定的电压设定值相比较以产生误差信号。误差信号被提供给PID控制器块3718，其将误差转化为增益控制设置，所述增益控制设置被提供给可变增益放大器块3708。通过在感测电压上执行模拟闭环控制，框图3700实现了振荡速度的实时监测和控制。

图38示意性地描绘了正反馈环路3800，其表示系统3600的闭环反馈。正反馈环3800包括驱动电压块3810，其给驱动电容器提供电压。由驱动电压块3810产生的驱动电压导致与驱动电压3810同相的力3802。力3802产生检测质量块位移3804，其具有从力3802的-90°的相位偏移。检测质量块位移3804产生感测电流，其具有从检测质量块位移3804的+90°的相位偏移。因此，感测电流3806与驱动电压3810和力3802同相。跨阻放大器3808基于感测电流3806产生与感测电流3806大致同相的电压。所述由跨阻放大器3808产生的电压被提供给驱动电压块3810，其相应地调节驱动电压。因此，贯穿正反馈环3800，适当的相位偏移被保持。

图39描绘了两个曲线图3900和3950，其示出了具有跨阻放大器的系统3600的性能。曲线图3900包括驱动感测曲线3902、位移曲线3904、速度曲线3906和感测电流曲线3908。驱动感测曲线3902表示跨阻放大器的输出并且与来自感测电容器3615的感测电流成比例。位移曲线3904反应振荡结构3616的被计算的位移。速度曲线3906反应振荡结构3616的被计算的速度。感测电流曲线3908表示由感测电容器3615产生的感测电流。

曲线图3950为曲线图3900的一部分的放大视图。曲线图3950包括驱动感测曲线3952、位移曲线3954、速度曲线3956和感测电流曲线3958。驱动感测曲线3952对应于驱动感测曲线3902的一部分。位移3954对应于位移曲线3904的一部分。速度曲线3956对应于速度曲线3906的一部分。感测电流曲线3958对应于感测电流曲线3908的一部分。环路3800的相位偏移可以在图3950中看出。例如，位移曲线3954从驱动感测曲线3952相移。

图40描绘了系统4000，其利用电荷放大器执行振荡器速度的闭环控制。系统4000包括振荡结构4015，其由驱动电容器4018a和4018b(统称，驱动电容器4018)驱动而振荡。振荡结构4015还包括感测电容器4017a和4017b，其基于振荡结构的运动产生电容电流。振荡结构4015与振荡结构104、2815、3315和3816类似。来自感测电容器4017的信号被提供给放大器子系统4012。放大器子系统4012可以包括电荷放大器。放大器子系统4012基于感测电流产生输出电压。

系统4000包括时钟信号4002、电荷泵4004、数字可开闭的电阻器组4008和旁路电容器4010。所述输出被提供给放大器子系统4012的放大器的共模偏移电压终端。

由放大器子系统4012响应于振荡结构4015的感测电流产生的电压被提供给低通滤波器4013，以及比较器4014，所述比较器4014产生用于确定振荡结构4015的速度和位移的方波驱动同步信号。

放大器子系统4012的输出电压被提供给AGC环路4030以执行反馈控制。AGC环路4030包括峰值检测器4032、求和元件4034、PID控制器4036和跨导放大器4028。峰值检测器4032包括全波整流器和低通滤波器，并且确定振荡器的幅值。求和元件4032从由公式46给定的设定值中减去被确定的幅值。

求和元件4034基于所述减法产生误差信号，并且提供误差信号给PID控制器4036。PID控制器4036确定合适的增益并且将所述增益提供给跨导放大器4028。跨导放大器4028给驱动电容器4018提供输出电压。通过利用电荷放大器检测感测电流而执行闭环控制，振荡器的运动可以被准确地调整。

图41描绘了表示使用电荷放大器的系统4000的框图4100。框图4100包括MEMS动力学块4102，其将力转换为位移。所述位移由感测电容器4104转换为感测电荷。感测电荷由电荷放大器4106转换为感测电压。所述感测电压由可变增益放大器块4108转换为AC电流。所述AC电流由驱动电容器4109转换为AC电压。所述AC电压由对称驱动310转换为力，所述力反馈给MEMS动力学块4102。

所述闭环控制由包络检波器4114部分地实现，所述包络检波器4114利用来自电荷放大器4106的感测电压确定位移幅值。包络检波器4114产生对应于被确定的位移幅值的电压。求和元件4116从由公式46给定的电压设定值4120中减去来自包络检波器4114的电压。求和元件4116输出误差信号给PID控制器4118。PID控制器4118产生增益控制设置，所述增益控制设置被反馈给可变增益放大器4108以闭合反馈环路。满足巴克豪森稳定准则并且稳定驱动环路所需的增益设置由公式47给定。

图42描绘了正反馈环路4200，其表示在系统4000中发生的相移。正反馈环路4200包括驱动电容器4214，其产生驱动力4202。力4202具有从驱动电容器4214的电流-90°的相位偏移。力4202导致检测质量块位移4204，其具有从力4202的-90°的相位偏移。检测质量块位移4204产生感测电荷4206，其与检测质量块位移4204同相。感测电荷由电荷放大器4208测量，其产生与感测电荷4206同相的电压。所述由电荷放大器4208产生的电压由运算跨导放大器4210放大为电流。所述由运算跨导放大器4210产生的电流与由电荷放大器4208产生的电压同相。电流反向元件4212将由运算跨导放大器4210产生的电流反向，导致180°的相移。由电流反向元件4212产生的电流被提供给驱动电容器4214以使反馈环路完整。通过贯穿反馈环路4200保持适当的相移，检测质量块的运动可以被调整。

图43描绘了两个曲线图4300和4350，其示出了系统4000的信号。曲线图4300包括驱动感测曲线4302，其对应于由放大器子系统4012产生的电压。曲线图4300还包括对应于振荡器位移的位移曲线4304和对应于振荡器速度的速度曲线4306。曲线4300还包括感测电流4308，其对应于感测电容器4017的电流。

曲线图4350描绘了曲线图4300的一部分的放大视图。曲线图4350包括驱动感测曲线4352、位移曲线4354、速度曲线4356和感测电流曲线4358，其分别对应于曲线的4302、4304、4306和4308的部分。反馈环路4200的相移可以在图4350中看出。例如，位移曲线4354和驱动感测曲线4352相互同相，但从速度曲线4356和感测电流曲线4358相移。

图44描绘了示意图4400，其表示用于确定振荡器参数的信号流。原理图4400包括传感器部分4402和系统平衡部分4404。传感器部分4402包括MEMS元件4406，其提供模拟信号给例如跨阻放大器的放大器4408。放大器4408提供输出给TDC 4410，其产生阈值越过的一组时间4412。驱动器4414执行时间4412的拟合以确定由公式4416给出的振荡器运动的参数。

图45描绘了用于执行振荡器驱动速度的闭环控制的系统4500。系统4500包括振荡结构4502、解调子系统4504和驱动传感子系统4506，其对应于系统100的子系统102、104和106。解调模块4504产生正交量信号4506和科里奥利量信号4510。驱动传感子系统4506产生驱动速度信号4508，其被用于控制振荡结构4502的驱动结构的驱动电压。此调整可以控制驱动框架的幅值、频率和相位中的一个或多个。此闭环反馈控制调整振荡结构4502的驱动框架的速度。

图46描绘了系统4600，在所述系统4600中，计算的正交信号被用于在信号流的上游阶段部分地移除正交分量。系统4600包括振荡结构4602、解调子系统4604和驱动感测子系统4606，其分别对应于子系统4502、4504和4506。解调子系统4604产生正交信号4608和科里奥利信号4610。正交信号4608经由信号路径4680提供给差分感应传感器的闭塞(pickoff)和解调子系统4604。通过在振荡结构4602的输出结合正交信号，正交分量的至少一部分可以在模拟处理和解调子系统4680之前被移除。这样可以提高对于科里奥利分量4610的信噪比。在一些例子中，信号路径4680将正交分量4608与解调子系统4604的差分感测闭塞的输出结合。通过降低振荡结构4602的输出的正交分量，系统的信噪比被提高。

图47描绘了系统4700，其执行振荡驱动速度的闭环反馈并降低振荡信号的正交分量。系统4700包括振荡结构4702、解调子系统4704和驱动速度子系统4706，其分别对应于子系统4502、4504和4506。解调子系统4704确定感测信号的科里奥利分量和正交分量。系统4700包括信号路径4780，其将正交分量与放大器4786相连。放大器基于经由连通路径4780接收的正交信号调节来自振荡结构的模拟信号。通过这种方式，放大器4786降低振荡结构4702的输出的正交分量。通过降低正交分量，解调电子子系统4704可以处理具有增大的信噪比和动态范围的模拟输入。

系统4700还包括放大器4782和4784。放大器4782接收来自振荡结构4702的驱动结构的信号并基于此驱动结构信号给放大器4782提供输入信号。放大器4784调节给振荡结构4702的驱动结构供电的驱动信号。放大器4784的输出还提供给放大器4786作为输入，因为放大器4786被设计以移除的正交信号与驱动电压同相。通过降低正交分量和执行驱动结构的反馈控制，由于科里奥利效应的位移可以被准确地确定。

图48描绘了用于当物理地控制正交时执行振荡结构的反馈控制的系统4800。系统4800包括振荡结构4802、解调电子子系统4804和驱动传感子系统4806，其分别对应于子系统4502、4504和4506。解调子系统4804产生经由连通路径4880与放大器4886相连的正交信号。放大器4886控制施加于振荡结构4802的感测闭塞电极的电压。通过向感测闭塞电极施加电压，放大器4886控制感测闭塞电极的引力和斥力偏移。这影响了感测质量块在感测方向移动的程度。正交可以由放大器4886增强或减少。在一些情况下，因为正交作为科里奥利信号的载波信号起作用，加强正交是期望的。然而，在一些情况下，正交可以引起模拟电子器件的饱和。在这些情况下，减小正交是期望的。

系统4800还包括放大器4882和4884。放大器4882和4884分别对应于放大器4782和4784，并且以类似的方式工作。通过在驱动结构上主动地控制正交和执行反馈控制，系统4800可以准确地测量由于科里奥利效应的位移。

图49描绘了用于确定惯性装置的旋转速率的方法4900的流程图。在4902，驱动框架被驱动以沿第一轴振荡。这样的驱动框架的例子为驱动框架120。

在4904，驱动框架的驱动速度被确定。驱动速度可以利用例如感测结构122和其他在这里描述的感测结构的周期非线性电容结构确定。驱动速度可以通过确定驱动框架与参考位置对齐的时间和利用余弦方法以基于这些时间确定驱动框架振荡的参数来确定。

在4906，感测质量块沿第二轴的位移被确定。感测质量块耦合于驱动框架，并且感测质量块的例子包括感测质量122。第二轴正交于第一轴。

在4908，所述位移被解调以提取科里奥利分量。位移的科里奥利分量是由于科里奥利效应。在一些例子中，所述解调由解调子模块104利用同步解调算法142执行。

在4910，所述位移被解调以提取正交分量。在一些例子中，所述解调由解调子模块104利用同步解调算法142执行。在一些例子中，步骤4910在步骤4908之前发生，并且正交分量被部分地使用以确定科里奥利分量。

在4912，旋转速率被利用驱动速度和科里奥利分量确定。在一些例子中，旋转速率通过由驱动速度除科里奥利分量并乘以如关系146给出的比例因子被确定。由于驱动速度被实时确定，旋转速率可以被准确地确定。

在可选择的步骤4914，驱动速率与设定点相比较。在4916，振荡器驱动的增益被基于与设定值的比较被调节，并且方法返回4902以闭合反馈环路。步骤4914和4916可以使用例如关于图43描述的那些系统和方法的数字的系统和方法，或例如关于图36描述的那些系统和方法的模拟的系统和方法执行。通过形成振荡器驱动的闭环反馈控制，振荡器驱动速度可以被精确地调整。

在4918，位移的测量可以基于被确定的驱动速度和被提取的正交分量被调节。位移的测量可以如关于图46-48的任意的描述被调节。在一些例子中，位移的测量可以通过结合正交分量和来自感测闭塞电极的模拟信号调节。在这些例子中，模拟信号的正交分量利用在电路水平的信号处理方法被降低。在一些例子中，正交通过调节用于测量位移的感测闭塞电极的偏执电压而被物理地调节。在这些例子中，由偏执电压导致的静电力调节由于正交的位移，因此在物理水平控制正交。在一些例子中，正交被降低，例如以适应解调电子器件的动态范围。在一些例子中，正交被提高，例如以给科里奥利分量提供载波信号。通过基于正交和驱动速度控制位移的测量，位移可以被准确地测量。

图50描绘了用于从来自振荡感测结构的信号确定正交分量和科里奥利分量的方法5000的流程图。在5002，信号从振荡感测结构被接收。所述振荡感测结构可以为例如驱动框架120之一的驱动框架。信号可以为电流、电容、电荷或其他与振荡结构的运动相关的模拟信号。

在5004，所述信号被转换为电压。信号可以通过例如跨阻放大器或电荷放大器的模拟形式端被转换。

在5006，所述电压与阈值相比较。所述电压可以利用模拟或数字系统或方法被比较。所述电压可以使用例如阈值检测器134的阈值检测器被比较。在一些例子中，比较器被用于做这个比较。

在5008，阈值越过点的时间被确定。这些阈值越过点对应于电压越过在步骤5006的比较中被使用的阈值的时间。在一些例子中，时间可以通过使用例如TDC 138的TDC确定。在一些例子中，时间可以使用数字系统和方法确定。被确定的时间可以由数字脉冲串表示，所述数字脉冲串在对应于阈值越过时间的时间的值之间转换。

在5010，振荡的幅值和频率被基于被确定的阈值越过时间被确定。幅值和频率可以利用在这里被描述的余弦方法确定。

在5012，偏移时间间隔可以基于电压确定。偏移时间间隔可以为在局部最大值和电压之间的时间间隔和参考时间段。参考时间可以基于对振荡结构的输入被确定。偏移时间间隔可以利用关于16描述的系统和方法确定。

在5014，正交分量被确定。正交分量可以利用在步骤5010被确定的幅值和频率和在5012被确定的偏移时间间隔确定。在一些例子中，正交可以利用公式6计算。

在5016，科里奥利分量被确定。科里奥利分量可以利用在步骤5010被确定的频率、在步骤5012被确定的偏移时间间隔和在步骤5014被确定的正交分量确定。在一些例子中，科里奥利分量可以利用公式7计算。

方法5000可以用于实现方法4900的一部分，包括步骤4906、4908和4910。通过利用阈值越过时间确定振荡感测结构的运动的参数，所述结构的运动的科里奥利分量和正交分量可以被准确地确定。

图51示意性地描绘了用于从具有周期性几何形状的惯性传感器提取惯性信息的典型过程。图51包括振荡结构102，其经历了外部的扰动5101。驱动信号5110引起振荡结构102的可移动部分振荡。来自振荡结构102的输出信号的过零点在5102和5104产生，并在5106结合为结合信号。信号处理模块5108处理结合模拟信号以确定惯性信息。一个或多个过程可以将模拟信号反转为矩形波5112。这可以使用比较器通过放大模拟信号到轨道，或者其他方法完成。时间数字转换器(TDC)5114被用于确定矩形信号5112的上升沿和下降沿。这些上升沿和下降沿与结合信号的过零点相关联。TDC 5114输出一系列与过零点相关联的过零时间5116。这些过零时间5116可以为周期性的波形5118的部分，所述波形5118可以由周期函数5120近似。通过拟合过零时间5116到周期函数5120，惯性参数5122可以从对周期函数5120的拟合提取。提取的参数5122与作用在振荡结构102上的外部扰动5101相关。时间间隔5124也可以从对周期函数5120的拟合提取。因为过零点与振荡结构102的可移动部分的特定的物理位置相关联，位移信息可以独立于漂移、蠕变和其他趋于降低惯性传感器性能的因素可靠地确定。

图52描绘了曲线图5200，其表示了从惯性传感器提取的模拟信号与过零时间和惯性传感器的位移的联系。曲线图5200表示从振荡器提取的信号，在所述振荡器中相对的齿在静止位置对齐。曲线图5200包括曲线5202、5204和5206。曲线5202表示例如TIA的模拟前端的输出。由于TIA输出与它的输入电流成比例的信号，曲线5202表示在例如振荡结构102的惯性装置的可移动元件和固定元件之间测量的电容电流。曲线5206表示施加于振荡结构102的输入加速度。由曲线5206表示的输入加速度在20Hz为15G的加速度。曲线5204表示随着振荡结构102振荡时，振荡结构102的可移动元件的位移。图52包括表明在曲线5202上的点的正方形符号，曲线5202在所述点越过零水平线。这些电流中的过零点表示惯性装置的可移动元件和固定元件之间的电容的局部最大值或最小值(极值)，因为电容电流与电容的一阶导数成比例。图52包括表明在曲线5204上的点的圆形符号，所述点对应于曲线5202越过零的时间。圆形符号表明振荡器的可移动元件的物理位置和信号5202的输出的过零时间之间的相关性。

在时间5218，因为振荡器的可移动元件的位移在最大值并且振荡器处于静止，所以曲线2002越过零，如位移曲线5204表明的。这里，电容达到局部极值，因为可移动元件具有零的速度，不需要因为振荡器的齿或梁与相对的齿或梁对齐。在时间5220，TIA输出曲线5202越过零，因为振荡器位移达到+d₀位置5208。+d₀位置5208对应于在定位方向等于间距距离的位移并且为相对的齿或梁对齐以产生最大电容的点。在时间5222，TIA输出曲线5202越过零，因为振荡器的可移动元件在齿反对齐的位置。这发生在当可移动元件的齿与固定元件的齿之间的间隔的中心对齐时，导致电容的最小值。电容的最小值发生在+d₀/2的位置5210，其对应于在正方向的二分之一的间距距离的位移。

在时间5224，TIA输出曲线5202越过零，因为可移动元件的齿与固定元件的齿对齐，产生电容最大值。时间5224对应于可移动元件在静止位置的时间，由曲线5204上的零位移5212表明。在时间5226，TIA输出2202越过零，因为可移动元件的齿与固定元件的齿反对齐，产生电容的局部最小值。此反对齐发生在-d₀/2的位移5214，其对应于在负方向的二分之一间距距离的位移。在时间5228，TIA输出5202越过零，因为可移动元件的齿与固定元件的齿对齐，产生电容的局部最大值。此局部最大值发生在-d₀的位移5216，其对应于在负方向的等于这样的距离的位移。在时间5230，TIA输出曲线5202越过零，因为可移动元件随着它反转方向具有零的速度。此方向反转由位移曲线5204说明。如在时间5218，当可移动元件具有零的速度，电容不随时间变化，并且电流和TIA输出(所述电流和TIA输出与电容的一阶导数成比例)因此为零。

图53描绘了曲线图5300，其示出了外部扰动在在这里描述的惯性传感器的输入信号和输出信号上的影响。曲线图5300包括TIA输出曲线5202、位移曲线5204和输入加速度曲线5206。曲线图5300描绘了在曲线图5200中描绘的相同的信号，并且唯一的不同在于曲线图5300表明了较曲线图5200更长的持续时间。由于在曲线图5300中显示的更长的持续时间，输入加速度曲线5206的周期性更容易地看出。此外，最大位移越过点5320和最小位移越过点5322可以在曲线图5300中看出经历类似的周期性。与其幅值随时间变化的最大位移越过点5320和最小位移越过点5322相比，由固定元件和可移动元件的齿的对齐或反对齐触发并在位置+d₀/2 5208，05212，-d₀/2 5214和-d₀ 5216的TIA输出信号5202的过零点随时间是稳定的。这些参考越过点提供稳定的、独立于漂移的振荡器位移的指示并且可以被用于提取例如速度和加速度的惯性参数，所述越过点的幅值随时间是稳定的。

图54描绘了曲线图5400，其说明电流对振荡器位移的响应。曲线图5400包括电流曲线5402和位移曲线5404。电流曲线5402表示对TIA的输入信号。TIA可以产生例如TIA输出曲线5202的输出信号作为响应。电流曲线5402为响应于可移动元件根据位移曲线5404的位移的在固定元件和可移动元件之间的电容电流。电流曲线5402在多个时间越过零，包括时间5424、5426、5428和5430。在时间5424和5430，可移动元件具有-d₀的位移，如在曲线图5400中示出的。在时间5426和5428，可移动元件具有+d₀的位移，如在曲线图5400示出的。曲线图5400包括两个时间间隔T₄₃ 5432和T₆₁ 5434。时间间隔T₄₃ 5432对应于在时间5426和时间5428之间的时间的差。时间间隔T₆₁ 5434对应于在时间5424和时间5430之间的时间的差。因此，时间间隔T₆₁ 5434对应于连续越过-d₀ 5416水平线之间的时间，并且时间间隔T₄₃5432对应于连续越过+d₀ 5408水平线之间的时间。用于确定时间间隔T₄₃ 5432和T₆₁ 5434的方法可以被用于确定其他时间间隔，例如在+d₀ 5408的越过点和下一个随后的-d₀ 5416的越过点之间、在-d₀ 5416的越过点和下一个+d₀ 5408越过点之间的时间间隔之间、在时间5430和下一个+d₀ 5408的越过点之间、在零5412的越过点之间、在由于最大位移或最小位移的过零点之间、或者在电流曲线2002或对应于电流曲线5402的TIA输出信号的过零点的任意其他组合之间的时间间隔。

图55描绘了曲线图5500，其示出了表示电流信号5402的过零时间的方波信号。曲线图5500包括方波曲线5536。方波曲线5536大致地具有两个值：高值和低值。虽然方波曲线5536可以随着它在高值和低值之间过渡具有的中间值，用在中间值的时间远小于用在高值和低值的合并的时间。方波信号5536可以由各种方法产生，包括使用比较器检测在输入信号中的变化、通过放大输入信号到放大器的极限以使放大器饱和(放大到轨道)和通过使用模拟数字转换器等。一种从电流曲线5402产生方波曲线5536的方法为使用比较器检测电流曲线5402的过零点。当电流曲线5402具有比参考水平线(例如零)更大的值时，比较器输出高值，并且当电流曲线5402具有比参考水平线(例如零)更小的值时，比较器具有低值。当电流曲线5402从负值到正值过渡时，比较器的输出从低到高过渡，并且当电流曲线5402从正值到负值过渡时，比较器的输出从高到低过渡。因此，方波信号5536的上升沿的时间对应于电流曲线5404负到正的过零点的时间，并且方波信号5536的下降沿的时间对应于电流曲线5404正到负的过零点的时间。方波信号5536包括如电流曲线5402的相同的时间间隔5432和5434。将电流曲线5402转换为例如方波信号5536的方波信号的一个优点在于，在方波信号中，上升沿和下降沿更陡。陡的上升沿和下降沿提供更准确的边沿的计时的分辨率和更低的计时不确定性。另一个优点在于方波信号是可以受数字处理的。

图56描绘了曲线图5600，其说明了位移曲线5404的另外的时间间隔。除了在曲线图5400中描绘的时间，曲线图5600包括时间5636和5638。除了在曲线图5400中描绘的时间间隔，曲线图5600包括时间间隔T₉₄ 5640和时间间隔T₇₆ 5642。时间间隔T₉₄ 5640对应于在时间5438和5638之间的时间间隔，两者均为d₀ 5408水平线的越过点。时间间隔T₇₆ 5642对应于在时间5430和5636之间的时间间隔，两者均为-d₀ 5416水平线的越过点。如可以在图53中看到的，如位移曲线5204示出的振荡器位移经历了与输入加速度相关的偏移，所述输入加速度由加速度曲线5206指示。因此，检测位移曲线5404的偏移和因此的输入加速度的偏移的一种方法为比较过零时间的相对位置。例如，时间间隔T₉₄ 5640和T₇₆ 5642的和，如周期T₆₁ 5434和T₄₃ 5642的和表明的，表明振荡周期。相较于周期的子集，例如将时间间隔T₄₃ 5432与T₄₃ 5432和T₉₄ 5640的和相比较表明振荡器用在大于+d₀5408的位移的时间的比例。从参考比例的这个比例的增长表明在正方向的较参考的更大的加速度。同样的，这个比例从参考比例的降低表明在反方向的更大的加速度。其他时间间隔可以用于计算加速度中的其他的比例和变化。振荡器的位移可以利用公式48、49和50从在图56中描绘的时间间隔确定。

P_m1＝T₆₁+T₇₆ (49)

P_m2＝T₄₃+T₉₄ (50)

振荡器的位移可以利用胡克定律转换为加速度。振荡器的位移可以每半个振荡器的周期递归地计算。利用此信息，振荡器的位移可以记录为时间的函数。这允许具有零偏移和低宽带噪声的外部扰动的计算。

在一些实施方式中，传感器包括具有周期地以间距间隔的齿的固定的梳状结构。此固定的梳状结构最初与附近的并且相同的结构对齐，所述附件的并且相同的结构与检测质量块相连，所述检测质量块在平行于间距方向的方向可移动。在可移动结构和固定结构之间的电容作为x(t)的函数非线性地并且非单调地变化，所述x(t)的函数表示在可移动结构和固定结构之间相对横向位移。因此，此在可移动结构和固定结构之间非线性的电容变化为已知的、可重复的和周期的(具有衰退值)。所述电容可以如公式51所示被建模。

在公式51中，如公式52中所示，检测质量块的运动为正弦的。

x(t)＝Asin(ω_dt)+Δ (52)

利用电容和由其产生的电信号执行计算可以产生检测质量块的运动的幅值、频率和偏移。这些参数分别为A、ω_d和Δ。通过重复地求解这些变量，检测质量块的运动的幅值、频率和偏移可以关于时间被确定。偏移与作用在传感器上的外部加速度成比例。

为了得到这些参数，传感器具有预先确定的电容的值的时间被测量。在这些时间，已知测量质量块在由公式53给定的位置，在公式53中，n采用整数值。

通过追踪电容等于预先确定的电容的次数，已知振荡器处于为P/2的倍数的位移。振荡器越过P/2的位移的次数可以被追踪以克服电容衰退的问题。尤其地，振荡器位移等于+P/2和-P/2(分别为δt和δt-)的连续的次数被测量并用于求解A、ω_d和Δ。公式54示出了作为时间间隔的函数的ω_d的计算。

利用被测量时间间隔的相似性，结合所有时间测量发生在电容等于已知的电容值并且振荡器位移等于P/2的整数倍的点的事实，可以得到公式55和56的系统。

公式55和56的差允许A如公式57中被确定。

公式55和56的和允许Δ如公式58中被确定。

在一些例子中，由可移动元件的单调运动产生的非单调的特性是非单调地、非线性地和空间地变化的电容。在一些例子中，信号为非单调地、非线性地和空间地变化的磁的、光学的或压电的信号。在一些例子中，非线性信号被施加于MEMS装置之外的结构。在一些例子中，非线性信号被施加于例如旋转的或者被线性地转化的MEMS结构的MEMS结构。

在一些例子中，非线性信号经由一个可移动部件关于另一个可移动部件的空间振荡被转换为随时间变化的非线性信号。例如，一个可移动电容板可以关于另一个固定电容板振荡。在一些例子中，振荡是由于引起可移动电容板运动的例如静电的、磁的或物理的驱动的输入强制函数。可移动板可以在结构的谐振频率振荡，或者可移动板可以在非谐振频率振荡。在一些例子中，可移动板由于例如加速度力的扰动力振荡。扰动力可以垂直作用于驱动速度，这在输出轴上、在相同的频率或者其谐函数上，产生随时间变化的周期信号，如驱动速度信号。

在一些例子中，激励场自身随时间变化。例如一个或多个部分被连接于柔性结构但是不主动被驱动成振动。而是，随时间变化的信号通过改变，例如部件之间的电压产生。外部扰动将作用于柔性部分，引起由部件产生的随时间变化的非线性信号的调制。

在一些例子中，非线性周期信号的产生在传感器水平被执行。在一些例子中，这些非线性周期信号的产生在与此传感器相交接的电子器件中被执行。非线性、随时间变化的、周期信号可以通过改变传感器的物理结构以任意相位产生。例如，在可移动部分上的结构可以从与在固定部分上的结构的对齐位置偏移间距的任意的部分。

用固定的一组的电解耦结构可以产生非线性的、非单调的、随时间变化的信号，具有变化的相位的非线性随时间变化的力被用所述电解耦结构产生。随时间变化的力可以通过将相等大小和不同相位的电压施加于各组结构引起。这产生了在由被施加的电压的相位差确定的相位的信号。

具有相同或不同相位的非线性信号组可以被结合以形成在被测量的输出信号和例如幅值、偏移、温度和频率的系统变量之间的数学的转换。具有相同或不同相位的非线性信号的结合可以被包括以最小化或消除赋予在物理系统上的随时间变化的力，其由非线性信号的测量导致。例如，两个分开的信号可以包括在0°和180°的相位的系统中，以使各信号相互反向。具有此性质的示例的信号组为信号+A*sin(ωt)和–A*sin(ωt)，分别对于0°和180°的相位。

周期非线性信号和外部扰动之间的数学关系可以被应用以提取惯性信息。例如，数学关系可以基于系统的带宽和数据速率被以连续的方式应用。在一些例子中，数学关系可以周期采样的方式应用。数学关系可以在时域或频域中应用。由传感器产生的谐函数可以被数学地使用以改变频率含量以使较低频率的、漂移引起的噪声能够被过滤或移除。通过施加一个或多个数学关系以从其他系统变量解耦惯性信号，谐函数还可以用于使传感器对这些漂移引起的噪音源不敏感或不受影响。

物理结构可以导致非线性、非单调、随时间变化的电容信号。为了沿x和y轴(在晶片的平面中)感测，自对齐面内结构被使用。这种类型的结构的齿可以为直的、方形的、圆形的、三角形的、锯齿形的或者其他形状。形状可以被选择以满足应用、相关的电子器件或者被用于分析信号的数学转换的需求，并且可以被选择以最大化电容、电容中的电荷、电容的一阶导数、电容的二阶导数或者其他类似的定量。在一些实施方式中，平行的、周期的结构在电容器的一个或多个板的顶面形成。

在一些实施方式中，当外部扰动引起装置的物理结构中的偏移时，辅助结构独特地确定。偏移可以为齿距间距的整数倍或非整数倍。这些辅助结构相互电隔离并且与主非线性周期信号电隔离。

为了在垂直于晶片的平面的z轴中感测外部扰动，褶皱(corrugations)可以在传感器的一个或多个平面上形成。在一些例子中，褶皱梳状图形形成有高度差。在一些例子中，垂直的褶皱齿在用于x或y轴感测的自对齐面内结构中形成。在一些例子中，垂直的褶皱被加于一个或多个传感器的板。

在一些例子中，用于形成装置的材料可以在空间上变化以导致由装置运动引起的电容的随时间变化的分量。例如，氧化物、其他电介质、金属、和其他半导体可以具有空间变化地沉积或构图。当传感器的部件相对各自移动时，这些介电常数的空间变化将导致电容的时间变化。在一些例子中，被用于形成检测质量块的硅的顶面和底面包括垂直的褶皱。在一些例子中，围绕硅的器件层的顶部和底部的盖晶片包括垂直褶皱。在一些例子中，在材料中的一个或多个空间变化、硅的器件层的顶部的褶皱、硅的底部器件层的褶皱、顶部盖晶片的褶皱和底部盖晶片的褶皱被用于形成传感器。在一些例子中，有微调装置的电容器结构被用于形成传感器。

由在这里描述的系统和方法输出的信号可以包括加速度力、旋转力、旋转加速度、压力变化、系统温度变化和磁力。在一些例子中，输出信号为例如振荡器位移的周期信号的幅值的变化或稳定性的测量。在一些例子中，输出信号为周期信号的频率的变化或稳定性的测量。在一些例子中，输出为周期信号的相位的变化或稳定性的测量。在一些例子中，输出信号包括加速度的时间导数的测量，例如jerk、snap、crackle和pop，其分别为加速度的一阶、二阶、三阶、四阶时间导数。

在一些例子中，通过追踪由局部电容极值引起的上升沿和下降沿，物理结构的周期性被用于检测所述结构之一的相对平移，这些电容的局部极值对应于结构周期性的二分之一间距的倍数的平移。被计数的边沿的数量可以转化为外部加速度。在一些例子中，振荡被施加于物理结构，并且在另外的例子中，没有振荡力被施加于物理结构。

非线性最小二乘曲线拟合，例如Levenburg Marquardt曲线拟合，可以被用于拟合周期信号到例如公式59的周期公式。

Asin(Bt+C)+Dt+E (59)

在公式59中，A表示幅值，B表示频率，C表示相位，E表示外部加速度力的偏移，并且D表示外部加速度力的一阶导数或者被测量的加速度的随时间变化的分量。测量周期为振荡周期的二分之一。此外，对于加速度，更高阶数的多项式的项可以被包括，如公式60所示。

Asin(Bt+C)+Dt³+Et²+Ft+G+… (60)

在一些例子中，输出扰动加速度力可以如公式61所示被建模为余弦函数，其中D和E分别表示扰动加速度力的幅值和频率。

Asin(Bt+C)+Dcos(Et) (61)

如果外部扰动加速度相较于振荡器本身的惯性加速度小，线性逼近可以被用于建模扰动加速度。在这种情况下，偏移调制被采用以相较于被产生的周期信号的总幅值小。通过这样做，单一时间周期的测量可以被采用以线性地与外部扰动力成比例。在一些例子中，多个时间周期可以被线性地转换为加速度，并且然后被一起取平均以得到更低的本底噪声和更高的分辨率。

在一些例子中，在频域中的分析可以基于被正在产生的非线性信号的周期性质以及它们相应的相位被执行。频域分析可以用于排斥共模噪声。此外，信号的非零周期率可以被用于滤波出低频率噪声或者高通或带通信号自身以减轻低频率漂移。

在这里描述的系统和方法的一些例子采用驱动速度的实时评估以减轻在旋转速率的测量中的漂移。在一些例子中，驱动速度被使用非线性周期信号评估。物理的切换点可以在制造过程中产生以给予信号周期的非线性性，并且可以被用于确定在给定时间的驱动的位置。在一些例子中，频域信息可以被用于计算驱动质量块速度。在一些例子中，独立的、空间相移的周期非线性信号可以在时域或频域中使用以评估驱动速度。在一些例子中，在这里被描述的余弦方法可以被用于从被测量的时间评估驱动参数。

在一些例子中，线性驱动传感电容被用于测量驱动质量块的物理位移。例如，线性驱动感测电容器可以输出位移电流或电荷，其被放大并与固定参考比较。此参考的越过点可以被用于确定特定的具有相关联的计时的切换事件。放大的信号可以与多于一个的电压水平相比较，并且每个比较的数字输出可以被结合以使每个数字信号的上升沿和下降沿在结合的数字信号中保持。在一些例子中，差分输出与信号电压水平相比较，产生被用于评估驱动速度的两个不同的时间间隔。在一些例子中，驱动感测电容器的输出被整流并与单一电压水平相比较，产生被用于评估驱动速度的两个不同的时间间隔。在一些例子中，在这里被描述的余弦方法可以被用于从时间间隔确定驱动参数。

在一些例子中，正交可以被作为周期性和非线性的载波信号使用以得到有关作用于惯性装置的力的信息或以得到有关惯性装置本身的信息。科里奥利力可以以幅值调制或相位调制的形式作用为对正交载波信号的扰动。在一些例子中，加速度力可以导致被测量的信号的偏移调制。

科里奥利力可以使用线性感测电容器评估以测量指示驱动质量块垂直于驱动方向的物理位移的量。例如，由感测电容器产生的电流或电荷被放大并与固定参考电压相比较以确定阈值越过的时间。在一些例子中，放大的信号被使用比较器与多个电压水平相比较，并且每个比较的数字输出被结合以使每个数字信号的上升沿和下降沿保存在结合的数字信号中。在一些例子中，放大的信号的输出是差分的，并且差分信号与单个电压水平的比较产生两个不同的时间间隔或评估科里奥利力。

正交于陀螺仪的驱动模式的加速度可以被使用周期性非线性信号评估。在一些例子中，由装置的制造产生的物理切换点，其可以被用于确定在时间的任意时刻的驱动的位置。频域信息可以被用一些例子中以计算驱动质量块的相对速度。在一些例子中，独立的、空间相移的、周期非线性信号可以用在时域或频域中以评估正交于驱动方向的被施加的加速度。被施加的外部加速度可以使用线性驱动感测电容器测量以测量驱动质量块的物理位移。产生的电流或电荷可以被放大并与固定参考电压相比较以确定阈值越过时间。放大的信号可以与多于一个的电压水平相比较，并且数字输出和用于比较的比较器可以被结合以使每个数字信号的上升沿和下降沿在结合的数字信号中被保存。在一些例子中，放大的信号为差分信号，并且与单个电压水平相比较以产生被用于评估被施加的加速度的两个不同的时间间隔。在一些例子中，放大的信号的输出被整流并与单一电压水平相比较以产生被用于评估被施加的加速度的两个不同的时间间隔。

用于确定非线性周期信号的科里奥利力的陀螺仪可以通过建立用于评估驱动速度和科里奥利力的非线性电容器被建立。在一些例子中，陀螺仪被建立以包括具有非线性电容器的多个质量块。

旋转陀螺仪可以被建立，所述旋转陀螺仪具有一个或多个感测轴并且被构造为感测在一个或多个正交于驱动的方向的旋转速率。在一个或多个方向的旋转导致一个或多个感测电极的线性位移。在一些例子中，驱动的旋转速率为了评估施加于系统的惯性旋转速率的目的被转换为等效的正交分量。旋转速率可以利用非线性变换器、非线性电容器、或其他类似的方法被转换为等效的正交分量。在利用非线性电容器的例子中，多个空间地相移的非线性电容器可以被制造。线性电容器可以被用于将陀螺仪的旋转速率分解为正交分量。在这些例子中，由线性电容器产生的电流由于驱动随时间的非线性周期位移而是非线性周期信号。在一些例子中，感测电极为了消除感测电极两侧的净差分速度的目的被线性地布置，否则这将以两倍驱动频率产生作用于感测电极的向心力。

在一些例子中，非线性电流输出被用于确定系统的谐振频率，其可以被用于提取关于系统的温度的信息。谐振频率可以通过确定非线性信号的连续的阈值越过的时间间隔测量。阈值越过可以对应于导致零电流的情况的固定的物理位移。在一些例子中，时间间隔为两个或多个时间间隔的平均，每个时间间隔对应于不同的物理位移。被提取的温度可以为被测量的频率的线性标量或者为被测量的频率的多项式。

在一些例子中，时间间隔对应于在非线性信号相对于固定的电压的连续的阈值越过点之间的间隔。被测量的时间间隔可以为两个或多个间隔的平均，每个间隔对应于不同的固定电压水平。在这里例子中，被提取的温度也为被测量的频率的线性标量或多项式。

解调同相和正交分量可以通过使用阈值越过时间执行。对应于物理或电压阈值越过点的阈值越过时间可以被用于确定正交。最大幅值的时间可以通过确定在阈值越过时间之间的中间点确定。在峰值幅值和固定参考之间的时间间隔然后可以被确定。时间偏移，和被使用余弦方法评估的峰值幅值一起，可以被用于提取正交和同相部分。

在一些例子中，正交可以被控制以最优化装置的信噪比。在一些例子中，正交通过将驱动信号的可变的幅值分量添加进科里奥利信号路径中被控制。幅值可以通过首先数学地计算正交分量、并且然后执行反馈控制以调整正交幅值而被控制。正交的可变的幅值分量可以使用制造的电容结构注入以电容地调节正交分量。增益可以通过首先计算正交分量、并且然后利用反馈控制环路以调整另外的被注入的正交而被控制。

在一些例子中，被测量的偏移时间被用于确定科里奥利分量和正交分量的相位。此被确定的相位可以降低对模拟环路闭合以控制相位的需求。

在一些例子中，陀螺仪被构造为测量驱动速度和结合的科里奥利和正交信号。陀螺仪被构造为解耦科里奥利信号和正交信号以及确定在科里奥利信号和被测量的驱动速度之间的比率。陀螺仪被构造为从所述比率确定陀螺仪的旋转速率。

加速度不敏感的时钟可以被构造为利用周期性非线性信号确定计时。周期性非线性信号可以通过周期性电容阵列产生。结构可以被驱动至谐振并且阈值越过点可以被用于确定信号的周期性。阈值越过点可以参考于参考电压和物理位置。在一些例子中，两个振荡结构被驱动至同步地并且具有相对的速度的谐振。对每个振荡质量块的在被测量的时间间隔中的差可以被确定和差分。在一些例子中，两个振荡质量块的相对时间差可以被利用差分测量测量。由线性电容器和非线性谐波振荡器的结合产生的非线性周期信号可以为了确定两个振荡器的相对时间间隔或周期性的目的被与一个或多个参考电压相比较。在一些例子中，由于两个振荡结构之间的加速度在相位中的变化可以被抵消，导致谐振频率的差分测量。

在一些例子中，相反的振荡结构可以包含产生周期性非线性信号的周期性的非线性电容结构。周期性非线性信号可以在时域或频域中被处理以提取系统参数，所述系统参数例如加速度、频率、温度、振荡结构旋转速率、机械品质因子(Q)、内部压力、或者在振荡器环境和外部环境之间的压差。

非线性信号可以由线性电容器和振荡器的非线性谐运动产生。非线性信号可以与一个或多个电压水平相比较以确定关于系统特性的计时特征。

评估正交于谐振器的振荡方向的输入加速度的方法可以包括使用周期性非线性信号。由装置的制造产生的物理切换点可以被用于确定作为时间的函数的谐振器的位置。频域信息可以被用于计算谐振器的相对速度。独立的、空间相移的、周期性非线性信号可以用在时域或频域中以评估正交于振荡方向地被施加的加速度或速度。被利用此方法评估的系统参数可以包括振荡器频率、振荡器幅值、振荡器速度、振荡器温度、被施加的惯性加速度、和在振荡环境和外部环境之间的压差。

正交于振荡方向的被施加的加速度可以使用线性驱动感测电容器被评估。线性驱动感测电容器可以通过产生电流或电荷测量振荡器的物理位移。产生的电流或电荷可以被放大并与固定参考电压相比较以确定阈值越过时间。虽然电容器的电流可以关于振荡器的位移是线性的，振荡器的运动本身是非线性的，产生非线性的总电流。放大的信号可以与多于一个电压水平相比较并且执行比较的比较器的数字输出可以被结合。结合的信号可以包括每个数字信号的上升沿和下降沿。在一些例子中，被放大的信号的输出是差分的并且与单个电压水平相比较。这产生被用于评估被施加的加速度的两个不同的时间间隔。在一些例子中，被施加的信号的输出被整流并与单个电压水平相比较。这也产生被用于评估被施加的加速度的两个不同的时间间隔。

非线性周期电容器的零力可以通过增加两个或多个非线性电容器调节。非线性电容器的参数包括相对峰值电容幅值的缩放比例、相对非线性性、或者固定的偏移电容，所述非线性电容器可以被调节以调节零力点。

零力点可以被用于为了评估振荡系统的频率、幅值、被施加的惯性力、速度、和/或温度的目的产生参考计时事件。

陀螺仪的传感模式的随时间变化的输出可以与一个或多个参考水平相比较以确定阈值越过时间。利用被确定的阈值越过时间，惯性分量、科里奥利分量、和正交分量可以被解耦。正交信号可以被用作载波。信号的解调可以包括载波信号的幅值、相位、或频率的变化的计算。

通过主动测量峰值驱动速度，旋转速率的测量可以对于驱动模式速度中的变化被主动地修正。驱动速度可以通过测量驱动模式速度的峰值、幅值和频率被隐式地测量，因为速度对应于幅值和频率的乘积。通过使用余弦方法，驱动模式振荡器的峰值幅值和频率可以被准确地测量以提供准确的实时速度评估。通过准确地和实时地评估速度，陀螺仪的比例因子可以被动态地改变以提供准确的旋转速率的评估。

在一些例子中，陀螺仪装置的自动增益控制(AGC)可以通过计算振荡器幅值和执行反馈控制以调整振荡器幅值而被执行。振荡器幅值可以在驱动器(driver)或外部处理器中计算。对可变的增益级的控制信号可以用于调整振荡器幅值。

振荡器幅值可以利用周期性非线性感测电容器和一个或多个例如余弦方法的拟合公式计算。振荡器幅值可以利用来自周期性非线性电容器输出的多个过零点计算。驱动传感输出可以直接被数字化并且峰值幅值检测可以随后被执行。基于幅值的计算，放大器的DC偏移水平和反馈环路可以被调整。在反馈环路的一个或多个放大器级的增益可以被调节。这些调节可以调整振荡器驱动幅值。

传感器系统可以利用硬件驱动器、驱动器内核、一个或多个系统处理器、运动处理器单元、传感器融合处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)和例如云器件的远程器件从时域或频域转换到惯性域。输出时间、时间间隔、或者频率含量到惯性域的转换可以是基于加密秘钥或由系统提供或施加于系统的另一安全措施的可用性。在一些例子中，加密秘钥为由系统提供的GPS加密秘钥。

例如时间、时间间隔或者频率信号的高保真传感器输出可以是基于由系统提供的加密秘钥的能力。在一些例子中，高保真传感器输出在有限的时间段内为可用的。在一些例子中，高保真传感器输出在最后的高保真传感器输出结束之后的有限的时间段内为可用的。

在一些例子中，当传感系统测量表明非正常使用的持续的大的动态信号时，高保真输出信号被限制。大的动态信号可以在预先确定的固定的长度的时间上被经历以触发高保真输出信号的限制。大的动态信号可以包括大于临界阈值的力。在一些例子中，临界力幅值在系统水平上为固定的，并且在一些例子中，临界力幅值为可调节的。在一些例子中，当临界幅值被超过固定的或预先确定的时间段时，高保真输出信号被限制。在一些例子中，所述时间段是可变的并由系统确定的。

在一些例子中，当加密秘钥不是可行的，只有低保真度的输出是可用的。在一些例子中，当加密秘钥不是可行的，对传感器供电被断开。在一些例子中，当临界输出力水平被超过临界间隔时间段时，只有低保真度输出为可用的。在一些例子中，当临界输入力水平被超过临界间隔时间段时，传感器的电源被断开。在一些例子中，当净零力情况被在超过临界间隔时间段的时间长度被检测时，对传感器的供电被断开。

在一些例子中，从时域或频域到惯性域的转换在系统水平(例如使用驱动器、系统处理器、运动处理器等)被执行。系统的性能可以是基于算法的，所述算法通过软件更新或更好的驱动程序的下载是可升级的。

在一些例子中，振荡器幅值的计算可以在芯片外部执行，例如使用一个或多个驱动器、内核、应用层、处理器核、DSP等。被计算的振荡器幅值被用于控制片上的可编程增益以形成用于调整振荡器幅值的反馈控制环路。外部的PID控制环路可以被用于通过片上可编程增益级调整振荡器幅值。

驱动振荡幅值的闭环调整可以利用模拟电路或数字处理、或者两者的结合实现。模拟电路可以为外部的和离散的或者为片上专用集成电路(ASIC)。模拟电路可以执行驱动感测信号或周期性非线性传感器信号的包络检测。模拟电路可以执行PID控制以提供修正信号给可编程增益级。这形成了闭合的反馈环路以保持总振荡器幅值在期望的水平。

数字处理器可以利用来自TDC的时间数据确定幅值信息。例如离散时间PID控制器的数字调节器在硬件或软件中实现，并且采用幅值数据以提供离散的更新给可编程增益级。这形成了闭合的反馈环路以保持总振荡器幅值在期望的水平。

被计算的振荡器幅值或速度可以被用于调整科里奥利陀螺仪系统的陀螺仪驱动。幅值或速度的计算可以由例如处理器、DSP、融合处理器的系统资源或由云计算资源在片外执行。

科里奥利陀螺仪系统可以确定正交并且调整和保持正交在预先确定的范围内。正交可以由将输出感测信号(其既包括科里奥利分量还包括正交分量)与驱动信号的预先确定的缩放版本求和来控制。驱动信号的缩放版本的幅值时基于被评估的正交信号。

在一些例子中，正交可以通过施加合适的静电力到电容控制电极而被控制。静电力与驱动信号同相并且具有基于正交信号的评估的幅值。

在一些例子中，一个或多个正交或旋转速率可以由例如处理器、DSP、微处理器、融合处理器的系统资源和云计算资源在片外被确定。在一些例子中，曲线拟合或分析在芯片外部被执行。此分析使用驱动器、内核、和/或在芯片外部运行的应用程序被执行。所述驱动器、内核、或算法可以选择性地变化或更换以使装置的性能变化。

显然，在这里描述的系统和方法的方面可以在图中所示的实施方式中以许多不同形式的软件、固件、和硬件中实施。用于实施符合在这里描述的系统和方法的原理的方面的实际的软件代码或硬件配置不是限制的。因此，系统和方法的方面的操作和行为在不参照特定的软件或硬件配置的情况下描述——应理解为本领域技术人员将能够设计软件和控制硬件以实施基于在这里的描述的方面。

类似地，虽然操作在图中以特定的顺序被描绘，这不应被理解为需要这样的操作以所示的特定顺序或依次被执行、或者所有被说明的操作都被执行，以达到期望的结果。在某种情况下，多任务和并行处理是有优势的。

Claims (56)

1.一种用于确定旋转速率的陀螺仪，所述陀螺仪包括：

弹性地耦合于陀螺仪基底的驱动框架；

被构造用于引起驱动框架关于第一轴振荡的驱动结构；

弹性地耦合于所述驱动框架的感测质量块；

被构造用于测量所述感测质量块沿正交于第一轴的第二轴的位移的感测质量块感测结构；和

测量电路，其被构造用于：

确定所述驱动框架的速度；

从所述被测量的位移提取科里奥利分量，和

基于所述被确定的速度和被提取的科里奥利分量，确定旋转速率。

2.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述驱动框架沿第一轴振荡。

3.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述驱动框架关于第一轴旋转地振荡。

4.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述感测质量块被弹性地耦合于基底。

5.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述测量电路进一步被构造用于从所述被测量的位移提取正交分量。

6.如权利要求5所述的陀螺仪，其中所述测量电路被构造用于基于所述被提取的正交分量提取科里奥利分量。

7.如权利要求6所述的陀螺仪，其中所述测量电路进一步被构造用于基于被测量的位移相对于驱动框架的速度的相位提取科里奥利力。

8.如权利要求5所述的陀螺仪，其中所述测量电路进一步被构造用于基于所述被提取的正交调节位移的测量。

9.如权利要求8所述的陀螺仪，其中测量电路进一步被构造用于位移的测量，通过：

测量对应于感测质量块的位移的模拟信号；

基于所述被提取的正交确定正交分量；和

将模拟信号与被提取的正交结合以产生被测量的位移。

10.如权利要求8所述的陀螺仪，其中测量电路进一步被构造用于通过基于所述被提取的正交调节耦合于感测质量块的电容的偏置电压，调节位移的测量。

11.如权利要求1所述的陀螺仪，其中测量电路进一步被构造用于位移的测量，通过：

接收来自感测质量块的信号；

将接收的信号转换为电压；

将电压与阈值比较；

确定电压越过阈值的时间；和

基于所述时间，确定质量块的振荡的幅值和频率。

12.如权利要求11所述的陀螺仪，其中测量电路进一步被构造用于提取科里奥利分量，通过：

基于所述幅值和频率，确定正交分量；和

基于所述频率和正交分量，确定科里奥利分量。

13.如权利要求12所述的陀螺仪，其中测量电路进一步被构造用于提取科里奥利分量，通过：

确定相对于驱动框架速度的所述被测量的位移的相位；和

基于所述频率、正交分量和相位，确定科里奥利分量。

14.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述被接收的信号为电容信号。

15.如权利要求1所述的陀螺仪，其中所述测量电路进一步被构造用于确定所述速度，通过：

测量对应于驱动框架的位移的模拟信号；

将所述模拟信号转换为电压；

确定所述电压越过阈值的时间；和

基于所述时间，确定所述速度。

16.如权利要求15所述的陀螺仪，其中所述测量电路进一步被构造用于基于所述时间确定所述速度，通过：

基于所述时间，确定驱动框架的幅值和频率；和

基于所述幅值和频率，确定所述速度。

17.一种用于确定惯性传感器的旋转速率的方法，所述方法包括：

引起驱动框架相对于第一轴振荡；

确定驱动框架的速度；

测量耦合于驱动框架的感测质量块的位移，所述位移沿垂直于所述第一轴的第二轴；

从被测量的位移提取科里奥利分量；和

基于所述被确定的速度和被提取的科里奥利分量，确定所述惯性传感器的旋转速率。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述驱动框架沿第一轴振荡。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述驱动框架关于第一轴旋转地振荡。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述感测质量块耦合于惯性传感器的基底。

21.如权利要求17所述的方法，进一步地包括从所述被测量的位移提取正交分量。

22.如权利要求21所述的方法，其中提取科里奥利分量包括基于所述被提取的正交提取科里奥利分量。

23.如权利要求22所述的方法，其中提取科里奥利分量进一步包括基于相对于驱动框架的速度的被测量的位移的相位提取科里奥利力。

24.如权利要求21所述的方法，进一步包括基于所述被提取的正交调节位移的测量。

25.如权利要求24所述的方法，其中调节位移的测量包括：

测量对应于所述感测质量块的位移的模拟信号；

基于所述被提取的正交确定正交分量；和

将模拟信号与被提取的正交结合以产生被测量的位移。

26.如权利要求17所述的方法，其中测量所述位移包括：

接收来自感测质量块的信号；

将接收的信号转换为电压；

将电压与阈值比较；

确定电压越过阈值的时间；和

基于所述时间，确定质量块的振荡的幅值和频率。

27.如权利要求26所述的方法，其中提取科里奥利分量包括：

基于所述幅值和频率，确定正交分量；和

基于所述频率和正交分量，确定科里奥利分量。

28.如权利要求27所述的方法，其中提取科里奥利分量进一步包括：

确定相对于驱动框架的速度的所述被测量的位移的相位；和

基于所述频率、正交分量和相位，确定科里奥利分量。

29.如权利要求17所述的方法，其中确定所述速度包括：

测量对应于驱动框架的位移的模拟信号；

将所述模拟信号转换为电压；

确定所述电压越过阈值的时间；和

基于所述时间，确定所述速度。

30.如权利要求29所述的方法，其中基于所述时间确定所述速度包括：

基于所述时间，确定驱动框架的幅值和频率；和

基于所述幅值和频率，确定所述速度。

31.一种用于确定旋转速度的陀螺仪，所述陀螺仪包括：

弹性地耦合于陀螺仪基底的驱动框架；

被构造用于引起陀螺仪的驱动框架振荡的驱动结构；和

控制电路，其被构造用于：

确定驱动框架的振荡的幅值；

将所述幅值与设定点比较，和

基于所述幅值与设定点的比较调节驱动框架的振荡。

32.如权利要求31所述的陀螺仪，其中所述控制电路被构造用于确定所述幅值，通过：

测量对应于驱动框架的位移的模拟信号；

将所述模拟信号转换为电压；

确定所述电压越过阈值的时间；和

基于所述时间，确定所述幅值。

33.如权利要求32所述的陀螺仪，其中所述控制电路包括被构造用于调节所述振荡的数字控制器。

34.如权利要求32所述的陀螺仪，其中所述控制电路包括被构造用于将所述模拟信号转换为所述电压的跨阻放大器。

35.如权利要求34所述的陀螺仪，其中所述控制电路被构造用于通过调节所述跨阻放大器的共模输出电压调节所述振荡。

36.如权利要求31所述的陀螺仪，其中所述控制电路被构造用于通过调节用于引起驱动框架振荡的放大器的共模输出电压调节所述振荡。

37.如权利要求36所述的陀螺仪，其中所述放大器为固定增益放大器。

38.如权利要求32所述的陀螺仪，其中所述控制电路包括被构造用于将所述模拟信号转换为所述电压的电荷放大器。

39.如权利要求32所述的陀螺仪，其中所述控制电路包括被构造用于将所述模拟信号转换为所述电压的开关电容器。

40.如权利要求31所述的陀螺仪，包括：

被构造用于引起驱动框架振荡的可变增益放大器；和

其中所述控制电路被构造用于调节所述可变增益放大器的增益。

41.如权利要求40所述的陀螺仪，其中所述可变增益放大器为跨导放大器。

42.如权利要求31所述的方法，其中控制电路进一步包括：

被构造用于测量对应于所述驱动框架位移的模拟信号的模拟前端；

被构造用于整流所述模拟信号的全波整流器；和

被构造用于滤波所述被整流的信号的低通滤波器。

43.如权利要求42所述的陀螺仪，其中所述控制电路包括被构造用于调节所述振荡的模拟控制器。

44.一种用于控制陀螺仪振荡的方法，包括：

引起陀螺仪的驱动框架振荡；

确定驱动框架的振荡的幅值；

将所述幅值与设定点比较；和

基于所述幅值与设定点的比较调节驱动框架的振荡。

45.如权利要求44所述的方法，其中确定所述幅值包括：

测量对应于驱动框架的位移的模拟信号；

将所述模拟信号转换为电压；

确定所述电压越过阈值的时间；和

基于所述时间，确定所述幅值。

46.如权利要求45所述的方法，其中调节所述振荡包括用数字控制器调节所述振荡。

47.如权利要求45所述的方法，其中将所述模拟信号转换为所述电压包括利用跨阻放大器将所述模拟信号转换为所述电压。

48.如权利要求47所述的方法，其中调节所述振荡包括调节所述跨阻放大器的共模输出电压。

49.如权利要求44所述的方法，其中调节所述振荡包括调节用于引起所述驱动框架振荡的放大器的共模输出电压。

50.如权利要求49所述的方法，其中所述放大器为固定增益放大器。

51.如权利要求45所述的方法，其中将所述模拟信号转换为所述电压包括利用电荷放大器将所述模拟信号转换为所述电压。

52.如权利要求45所述的方法，其中将所述模拟信号转换为所述电压包括利用开关电容器将所述模拟信号转换为所述电压。

53.如权利要求44所述的方法，其中调节所述振荡包括调节用于引起所述驱动框架振荡的可变增益放大器的增益。

54.如权利要求53所述的方法，其中所述可变增益放大器为跨导放大器。

55.如权利要求44所述的方法，其中确定所述幅值包括：

测量对应于驱动框架的位移的模拟信号；

用全波整流器整流所述模拟信号；和

用低通滤波器滤波所述整流信号。

56.如权利要求55所述的方法，其中调节所述振荡包括用数字控制器调节所述振荡。