CN113678001B - 信号处理装置、惯性传感器、信号处理方法和程序 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种用于检查校正电路的工作的技术。一种信号处理装置(1)包括检测电路(11)、校正电路(12)和比较器电路(13)。检测电路(11)基于检测惯性力的电容检测元件(2、3、4)的输出信号(Sig1)产生第一检测信号(Sig2)。校正电路(12)校正第一检测信号(Sig2)的非线性，并输出经校正的第二检测信号(Sig3)。比较器电路(13)将第一检测信号(Sig2)和第二检测信号(Sig3)相互比较，并输出表示比较结果的比较信号(Sig4)。
Description
技术领域
本公开总体上涉及信号处理装置、惯性传感器、信号处理方法和程序。更具体地，本公开涉及对从用于检测惯性力的检测元件提供的信号进行处理的信号处理装置、惯性传感器、信号处理方法和程序。
背景技术
专利文献1描述了电容加速度传感器(惯性传感器)。专利文献1的加速度传感器包括传感器芯片(检测元件)和ASIC(信号处理装置)。ASIC包括自动校正电路(校正电路)，通过从输入加速度中减去校正值来校正与理想输出的偏差。通过将输入加速度用作变量的多项式来计算校正值。
专利文献1的加速度传感器无法确定自动校正电路工作是否正常。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2015-17819 A
发明内容
本公开的目的是提供一种信号处理装置、惯性传感器、信号处理方法和程序，均被配置或设计为能够对校正电路进行操作检查(即，确定校正电路工作是否正常)。
根据本公开一方面的信号处理装置包括检测电路、校正电路和比较器电路。检测电路基于检测惯性力的电容检测元件的输出信号产生第一检测信号。校正电路校正第一检测信号的非线性，并输出经校正的第二检测信号。比较器电路将第一检测信号和第二检测信号相互比较并输出表示比较结果的比较信号。
根据本公开另一方面的惯性传感器包括上述信号处理装置和上述电容检测元件。
根据本公开又一方面的信号处理方法包括检测步骤、校正步骤和比较步骤。检测步骤包括基于检测惯性力的电容检测元件的输出信号产生第一检测信号。校正步骤包括校正第一检测信号的非线性，并输出经校正的第二检测信号。比较步骤包括将第一检测信号和第二检测信号相互比较并输出表示比较结果的比较信号。
根据本公开又一方面的程序被设计为使一个或多个处理器执行上述信号处理方法。
附图说明
图1是示出了根据本公开示例实施例的信号处理装置和惯性传感器的配置的示意图；
图2是作为惯性传感器的构成元件的检测元件的分解透视图；
图3是沿图2所示的X1-X2平面截取的截面图；
图4是示出了惯性传感器的输入加速度与传感器输出之间的关系的图；以及
图5是示出了信号处理装置如何操作的序列图。
具体实施方式
(实施例)
在实施例及其变型的以下描述中所参照的图2和图3均为示意性表示。因此，图中所示的各个构成元件的尺寸(包括厚度)的比率并不总是反映它们的实际尺寸比率。
(1)概要
将参照图1描述根据该实施例的惯性传感器10的概要。
根据本实施例的惯性传感器10是用于检测惯性力的传感器，并且可以是例如检测相互垂直的三个轴向上的加速度的三轴加速度传感器。具体地，根据本实施例的惯性传感器10可以检测X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度。惯性传感器10可以是例如安装在印刷线路板表面上的表面安装加速度传感器。惯性传感器10可以被实现为例如电容加速度传感器(见图3)。
如图1所示，根据本实施例的惯性传感器10包括信号处理装置1和多个(在图1所示的示例中为三个)检测元件2、3、4。信号处理装置1可以是例如ASIC(专用集成电路)。检测元件2检测X轴方向的惯性力(加速度)。检测元件3检测Y轴方向的惯性力(加速度)。检测元件4检测Z轴方向的惯性力(加速度)。
通常，这种类型的惯性传感器10被设计为展现理想情况下允许惯性力的大小和传感器输出的大小线性变化的响应特性。然而，实际上，当惯性力的大小变得等于或大于特定值时，传感器输出的大小开始变化以偏离其理想的线性特性。为了克服这个问题，相关领域中已经提供了包括用于校正传感器输出的偏差的校正电路的加速度传感器。尽管如此，到目前为止还没有提供被配置为能够确定校正电路工作是否正常的加速度传感器。根据本实施例的信号处理装置1采用以下配置来确定校正电路工作是否正常。
如图1所示，根据本实施例的信号处理装置1包括检测电路11、校正电路12和比较器电路13。检测电路11基于检测惯性力的电容检测元件2、3、4的输出信号Sig1产生第一检测信号Sig2。校正电路12校正第一检测信号Sig2的非线性，并输出经校正的第二检测信号Sig3。比较器电路13将第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3相互比较，并输出表示比较结果的比较信号Sig4。如本文所用，术语“非线性”指在理想情况下允许传感器的输入和输出线性变化的响应特性方面偏离线性的程度。在此上下文中，非线性度随着偏离线性的程度增加而增加，并且非线性度随着偏离线性的程度降低而降低。换言之，非线性度越大则线性越差，而非线性度越小则线性越高。
根据该实施例的信号处理装置1将检测电路11提供的第一检测信号Sig2和校正电路12提供的第二检测信号Sig3相互比较。然后，信号处理装置1输出表示比较结果的比较信号Sig4。在本实施例中，校正电路12校正检测电路11提供的第一检测信号Sig2的非线性。因此，当产生预定大小或更大的惯性力时，在第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间产生预定值或更大的差异。因此，当基于第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3之间的比较结果发现没有产生预定值或更大的差异时，信号处理装置1可以判定校正电路12工作异常。也就是说，根据本实施例的信号处理装置1可以基于比较器电路13提供的比较信号Sig4来确定校正电路12工作是否正常。
(2)配置
接下来，将参照图1、图2和图3描述根据本实施例的惯性传感器10的配置。
如图1所示，根据本实施例的惯性传感器10包括信号处理装置1和多个(例如，在图1所示的示例中为三个)检测元件2、3、4。
(2.1)信号处理装置
信号处理装置1包括多个(例如，在图1所示的示例中为三个)检测电路11、多个(例如，在图1所示的示例中为三个)校正电路12、多个(例如，在图1所示的示例中为三个)比较器电路13、多个(例如，在图1所示的示例中为三个)第一判定电路14、以及多个(例如，在图1所示的示例中为三个)第二判定电路15。信号处理装置1还包括存储单元16。
多个检测电路11、多个校正电路12、多个比较器电路13、多个第一判定电路14以及多个第二判定电路15与多个检测元件2、3、4一一对应(或关联)。也就是说，一个检测电路11、一个校正电路12、一个比较器电路13、一个第一判定电路14和一个第二判定电路15与检测元件2、3、4中的每一个相关联。
多个检测电路11中的每一个基于检测元件2、3、4中的相关联的一个的输出信号Sig1产生第一检测信号Sig2。多个校正电路12中的每一个校正从多个检测电路11中的相关联的一个提供的第一检测信号Sig2的非线性，并输出经校正的第二检测信号Sig3。多个比较器电路13中的每一个将多个检测电路11中的相关联的一个提供的第一检测信号Sig2与多个校正电路12中的相关联的一个提供的第二检测信号Sig3相互比较。然后，多个比较器电路13中的每一个输出表示比较结果的比较信号Sig4。
多个第一判定电路14中的每一个基于从多个检测电路11中的相关联的一个提供的第一检测信号Sig2来确定惯性力的大小。然后，多个第一判定电路14中的每一个输出表示判定结果的第一判定信号Sig5。多个第二判定电路15中的每一个基于由多个比较器电路13中的相关联的一个提供的比较信号Sig4和多个第一判定电路14中的相关联的一个提供的第一判定信号Sig5来确定相关联的校正电路12工作是否正常。然后，多个第二判定电路15中的每一个输出表示判定结果的第二判定信号Sig6。
(2.1.1)检测电路
如图1所示，多个检测电路11中的每一个包括CV转换器电路111和A/D转换器电路112。
CV转换器电路111将由检测元件2、3、4中的每一个引起的电容变化转换为电压。CV转换器电路111包括放大器113、电容器114和开关115。放大器113的反相输入端电连接到两个电容器C1、C2之间的连接节点，这两个电容器C1、C2形成检测元件2、3、4中的每一个的一部分。电容器114和开关115并联连接在放大器113的反相输入端和输出端之间。另外，参考电压被输入到放大器113的非反相输入端。
A/D转换器电路112基于经由CV转换器电路111从检测元件2、3、4中的每一个提供的模拟输出信号Sigl，产生数字第一检测信号Sig2。由A/D转换器电路112转换的数字第一检测信号Sig2被提供给校正电路12、比较器电路13和第一判定电路14。
(2.1.2)校正电路
如图1所示，多个校正电路12中的每一个包括减法器121和乘法器122。
乘法器122将从检测电路11提供的第一检测信号Sig2乘以校正系数A1、A2或A3中的任一个，并将计算结果输出到减法器121。减法器121从检测电路11提供的第一检测信号Sig2中减去被乘以校正系数A1、A2或A3中的任一个的第一检测信号Sig2。这允许通过校正第一检测信号Sig2的非线性来产生第二检测信号Sig3。具体地，乘法器122使用的校正系数A1、A2和A3中的每一个是与第一检测信号Sig2的理论值和实际测量值之间的差相关联的系数。由减法器121产生的第二检测信号Sig3不仅被提供给比较器电路13，而且被提供给安装在印刷线路板上的控制电路。控制电路基于从校正电路12提供的第二检测信号Sig3来检测惯性力(加速度)的大小。
(2.1.3)比较器电路
如图1所示，多个比较器电路13中的每一个包括减法器131和比较器132。
减法器131从校正电路12提供的第二检测信号Sig3中减去检测电路11提供的第一检测信号Sig2。也就是说，减法器131计算第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间的差。
例如，比较器132可以被实现为比较器。比较器132在其一个输入端接收来自减法器131的信号(差分信号)，并且还在其另一个输入端接收第一阈值TH1。第一阈值TH1被存储在存储单元16中。比较器132将从减法器131提供的差分信号的值与第一阈值TH1相互比较，并输出表示比较结果的比较信号Sig4。如果差分信号的值等于或小于第一阈值TH1，则比较器132输出处于逻辑“1”状态的比较信号Sig4。同时，如果差分信号的值大于第一阈值TH1，则比较器132输出处于逻辑“0”状态的比较信号Sig4。比较信号Sig4被输入到第二判定电路15。
(2.1.4)第一判定电路
多个第一判定电路14中的每一个被配置为输出表示惯性力(加速度)大小的第一判定信号Sig5。多个第一判定电路14中的每一个基于由多个检测电路11中的相关联的一个提供的第一检测信号Sig2来确定惯性力(加速度)的大小。第一判定电路14通过将第一检测信号Sig2的值与存储单元16中存储的第二阈值进行比较来确定惯性力(加速度)的大小，并输出表示判定结果的第一判定信号Sig5。如果第一检测信号Sig2的值等于或大于第二阈值，则第一判定电路14输出处于逻辑“1”状态的第一判定信号Sig5。同时，如果第一检测信号Sig2的值小于第二阈值，则第一判定电路14输出处于逻辑“0”状态的第一判定信号Sig5。第一判定信号Sig5被输入到第二判定电路15。
(2.1.5)第二判定电路
如图1所示，多个第二判定电路15中的每一个被实现为例如AND(“与”)电路。多个第二判定电路15中的每一个从多个比较器电路13中的相关联的一个接收比较信号Sig4并从多个第一判定电路14中的相关联的一个接收第一判定信号Sig5。然后，第二判定电路15基于比较信号Sig4和第一判定信号Sig5输出第二判定信号Sig6。例如，如果第一判定信号Sig5的值为“1”，并且比较信号Sig4的值为“1”，则第二判定信号Sig6的值为“1”。另一方面，如果第一判定信号Sig5的值为“0”和/或比较信号Sig4的值为“0”，则第二判定信号Sig6的值为“0”。第二判定信号Sig6被输入到上述控制电路。如果第二判定信号Sig6的值为“1”，则控制电路判定校正电路12工作异常。同时，如果第二判定信号Sig6的值为“0”，则控制电路判定校正电路12工作正常。
换言之，如果比较器电路13的比较结果满足第一条件且第一判定电路14的判定结果满足第二条件，则第二判定电路15判定校正电路12工作异常。同时，如果比较器电路13的比较结果不满足第一条件且第一判定电路14的判定结果满足第二条件，则第二判定电路15判定校正电路12工作正常。
在本实施例中，如果第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值TH1，则满足第一条件。换言之，如果第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值TH1，则比较器电路13的比较结果满足第一条件。另一方面，如果基于第一检测信号Sig2确定的惯性力的大小等于或大于第二阈值，则满足第二条件。换言之，如果基于第一检测信号Sig2确定的惯性力的大小等于或大于第二阈值，则第一判定电路14的判定结果满足第二条件。
(2.1.6)存储单元
存储单元16可以是例如ASIC的寄存器。存储单元16存储校正系数A1、A2、A3、第一阈值TH1和第二阈值。在本实施例中，第二阈值是由第一判定电路14用来基于第一检测信号Sig2确定惯性力大小的判定阈值。存储单元16被配置为能够重写至少第二阈值。因此，存储单元16可以被配置为能够重写校正系数A1、A2、A3或第一阈值TH1中的至少一个。
(2.2)检测元件
检测元件2检测X轴方向的惯性力(加速度)。检测元件3检测Y轴方向的惯性力(加速度)。检测元件4检测Z轴方向的惯性力(加速度)。也就是说，根据本实施例的惯性传感器10为三轴加速度传感器，可以检测X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度。
如图2所示，根据本实施例的惯性传感器10还包括壳体5、上盖6和下盖7。壳体5、上盖6和下盖7中的每一个都形成为在Y轴方向上拉长的长方体形状，并且当在Z轴方向上观察时它们的外形尺寸(X轴方向上的尺寸和Y轴上的尺寸方向)大体相同。
检测元件2包括重物21、一对固定电极22、22和一对移动电极23、23。当在Z轴方向上观察时，重物21形成为矩形形状。重物21在Y轴方向上的两端经由一对梁24、24固定到壳体5。一对移动电极23、23以该对移动电极23、23在X轴方向上并排的状态安装在重物21的上表面(面对上盖6的表面)上。一对固定电极22、22以该对固定电极22、22在X轴方向上并排的状态安装在上盖6的下表面(面对壳体5的表面)上。一对固定电极22、22和一对移动电极23、23在壳体5和上盖6彼此叠置的状态下彼此面对，彼此之间留有预定间隙。检测元件2被配置为当在X轴方向上施加加速度时以一对梁24、24为支点在ZX平面内摆动。
检测元件3包括重物31、一对固定电极32、32和一对移动电极33、33。当在Z轴方向上观察时，重物31形成为矩形形状。重物31在X轴方向上的两端的经由一对梁34、34固定到壳体5。一对移动电极33、33以该对移动电极33、33在Y轴方向上并排的状态安装在重物31的上表面(面对上盖6的表面)上。一对固定电极32、32以该对固定电极32、32在Y轴方向上并排的状态安装在上盖6的下表面(面对壳体5的表面)上。一对固定电极32、32和一对移动电极33、33在壳体5和上盖6彼此叠置的状态下彼此面对，彼此之间留有预定间隙。检测元件3被配置为当在Y轴方向上施加加速度时以一对梁34、34为支点在YZ平面内摆动。
检测元件4包括重物41、一对固定电极42、42和一对移动电极43、43(图2中仅示出了上部移动电极43)。当在Z轴方向上观察时，重物41形成为矩形形状。重物41经由四个梁44固定到壳体5，其中每个梁形成为L形。一对移动电极43、43安装在重物41在Z轴方向上的两个表面上。一对固定电极42、42中的一个固定电极42安装在上盖6的下表面上。同时，一对固定电极42、42中的另一个固定电极42安装在下盖7的上表面上。在壳体5、上盖6和下盖7彼此叠置的状态下，一对固定电极42、42中的一个固定电极42和一对移动电极43、43中的一个移动电极43彼此面对，彼此之间留有预定间隙。同时，在壳体5、上盖6和下盖7彼此叠置的状态下，一对固定电极42、42中的另一个固定电极42和一对移动电极43、43中的另一个移动电极43彼此面对，彼此之间留有预定间隙。检测元件4被配置为当在Z轴方向上施加加速度时以四个梁44为支点在Z轴方向上能够移动。
图3是沿图2所示的平面X1-X2截取的截面图，并示出了检测元件2。一对固定电极22、22中的一个固定电极22(图3左侧所示)和一对移动电极23中的一个移动电极23(图3左侧所示)形成电容器C1。另外，一对固定电极22、22中的另一个固定电极22(图3右侧所示)和一对移动电极23中的另一个移动电极23(图3右侧所示)。移动电极23、23形成电容器C2。假设加速度沿图3中箭头X3所示方向(以下称为“X3方向”)作用于该结构。在这种情况下，检测元件2的重物21由于如此施加的加速度而以一对梁24、24为支点在ZX平面内摆动。在图3所示的示例中，在X3方向施加加速度时，一个固定电极22和一个移动电极23之间的间隙变宽，而另一个固定电极22和另一个移动电极23之间的间隙变窄。这导致与在X3方向上没有施加加速度的情况相比电容器C1的电容减小而电容器C2的电容增加。因此，根据本实施例的惯性传感器10可以基于这两个电容器C1和C2的电容值来检测在X3方向上施加的加速度。
在本实施例中，假设一对固定电极22、22和一对移动电极23、23中的每一个在Z轴方向观察时的表面积为Sa，其相对介电常数为ε0，并且电容器C1、C2的电极间距离分别为d1、d2。在这种情况下，电容器C1和C2的电容值Ca、Cb分别由以下公式(1)和(2)给出：
[公式1]
Ca＝ε0×(Sa/d1)…(1)
[公式2]
Cb＝ε0×(Sa/d2)…(2)
如果电极间距离d1随着加速度增大而增大，则电极间距离d2减小。相反，如果电极间距离d1随着加速度增大而减小，则电极间距离d2增大。因此，加速度与电容器C1和C2的电容值Ca、Cb之间的差值(Ca-Cb)成正比。
图4是示出了本实施例的惯性传感器10的输入加速度与传感器输出之间的关系的图。在图4中，横坐标表示输入加速度，纵坐标表示传感器输出。具体地，在图4中，实线a1表示待校正的输入加速度与传感器输出之间的关系，虚线b1表示经过校正的输入加速度与传感器输出之间的关系，点划线c1表示分别表示校正前后特性的两条曲线之间的差值。加速度与形成检测元件2的一部分的电容器C1和C2的电容值Ca、Cb之间的差值(Ca-Cb)成正比。电容值Ca、Cb之间的差值(Ca-Cb)与(1/d1-1/d2)成正比。另外，随着加速度的增加，电极间距离d1、d2随着加速度的增加而变化的非线性增大。因此，在输入加速度高的范围内非线性显著(见图4)。
举例来说，假设在施加10G加速度的情况下，惯性传感器10的非线性引起的误差至少为1％。在这种情况下，作为待校正信号的第一检测信号Sig2的值等于或大于10.1G。如果第一检测信号Sig2的值等于或大于10.1G，则第二检测信号Sig3的值为10G。这使得第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间的差值为0.1G。在这种情况下，例如通过将第一阈值TH1设置为0.05G，如果差值大于第一阈值TH1，则判定校正电路12工作正常。同时，如果第一阈值TH1小于该差值，则判定校正电路12工作异常。
在这种情况下，如图4所示，当输入加速度较低时，非线性误差也不显著。因此，优选地仅在非线性误差显著到某种程度的范围内(例如，图4中的4G或更大)确定校正电路12工作是否正常。
另外，在图4所示的示例中，第一判定电路14用于确定惯性力大小的判定阈值(第二阈值)优选地设置为加速度的非线性开始显著时的约4G。
(3)操作
接下来，参照图5所示的序列图，描述根据本实施例的信号处理装置1的操作。下面以加速度作用于X轴方向的情况为例进行描述。然而，几乎相同的描述适用于加速度分别作用在Y轴和Z轴方向的另外两种情况，因此这里将省略对其的描述。
在检测X轴方向上的加速度时，检测元件2向检测电路11中的相关联的一个提供输出信号Sig1(在第一步骤Si中)。检测电路11基于从检测元件2提供的输出信号Sig1产生第一检测信号Sig2(在第二步骤S2中)。检测电路11将产生的第一检测信号Sig2输出到其相关联的校正电路12、比较器电路13和第一判定电路14(在第三步骤S3中)。
校正电路12校正从检测电路11提供的第一检测信号Sig2的非线性，并产生经校正的第二检测信号Sig3(在第四步骤S4中)。具体地，校正电路12从第一检测信号Sig2的值中减去第一检测信号Sig2和校正系数A1的乘积。校正电路12将产生的第二检测信号Sig3输出到上述控制电路和比较器电路13(在第五步骤S5中)。
第一判定电路14基于由检测电路11提供的第一检测信号Sig2确定惯性力(加速度)的大小(在第六步骤S6中)。具体地，第一判定电路14将第一检测信号Sig2的值与第一阈值TH1相互比较，并产生表示比较结果的第一判定信号Sig5。然后，第一判定电路14将产生的第一判定信号Sig5输出到第二判定电路15(在第七步骤S7中)。
比较器电路13将检测电路11提供的第一检测信号Sig2和校正电路12提供的第二检测信号Sig3相互比较(在第八步骤S8中)。具体地，比较器电路13计算第二检测信号Sig3和第一检测信号Sig2的相应值之间的差值，并将该差值与第一阈值TH1进行比较。然后，比较器电路13产生表示比较结果的比较信号Sig4，并将产生的比较信号Sig4输出到第二判定电路15(在第九步骤S9中)。
第二判定电路15基于比较器电路13提供的比较信号Sig4和第一判定电路14提供的第一判定信号Sig5确定校正电路12工作是否正常(在第十步S10中)。具体地，如果比较信号Sig4的值为“1”且第一判定信号Sig5的值为“1”，则第二判定电路15产生值为“1”的第二判定信号Sig6。另一方面，如果比较信号Sig4的值为“0”和/或第一判定信号Sig5的值为“0”，则第二判定电路15产生值为“0”的第二判定信号Sig6。第二判定电路15将产生的第二判定信号Sig6输出到上述控制电路(在第十一步骤S11中)。
(4)优点
根据该实施例的信号处理装置1将检测电路11提供的第一检测信号Sig2和校正电路12提供的第二检测信号Sig3相互比较。然后，信号处理装置1输出表示比较结果的比较信号Sig4。在本实施例中，校正电路12校正检测电路11提供的第一检测信号Sig2的非线性。这使得第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间具有预定值或更大的差异。因此，当基于第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3之间的比较结果发现没有产生预定值或更大的差异时，信号处理装置1可以判定校正电路12工作异常。也就是说，根据本实施例的信号处理装置1可以基于比较器电路13提供的比较信号Sig4来确定校正电路12工作是否正常。
另外，在根据本实施例的信号处理装置1中，如果比较器电路13的比较结果满足第一条件且第一判定电路14的判定结果满足第二条件，则第二判定电路15判定校正电路12工作异常。同时，如果比较器电路13的比较结果不满足第一条件且第一判定电路14的判定结果满足第二条件，则第二判定电路15判定校正电路12工作正常。也就是说，根据本实施例的信号处理装置1可以基于比较器电路13的比较结果和第一判定电路14的判定结果确定校正电路12工作是否正常。
另外，如果基于第一检测信号Sig2确定的惯性力大小等于或大于第二阈值并且第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值TH1，则根据本实施例的信号处理装置1判定校正电路12工作异常。因此，如果第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值TH1，则可以判定校正电路12工作异常。
另外，在根据本实施例的信号处理装置1中，存储单元16被配置为能够重写第一判定电路14用来基于第一检测信号Sig2确定惯性力大小的判定阈值(第二阈值)。因此，即使传感器输出开始非线性变化时的惯性力大小发生变化，也可以通过重写判定阈值来应对这种情况。
(5)变型
注意，上述实施例仅是本公开的各种实施例中的一个示例实施例，并且不应被解释为限制。相反，在不脱离本公开的范围的情况下，可以根据设计选择或任何其他因素以各种方式容易地修改实施例。例如，根据上述实施例的信号处理装置1的功能还可以实现为信号处理方法、计算机程序或存储计算机程序的非暂时性存储介质。
根据一个方面的信号处理方法包括检测步骤(第二步骤S2)、校正步骤(第四步骤S4)和比较步骤(第八步骤S8)。检测步骤包括基于检测惯性力的电容检测元件2、3、4的输出信号Sig1产生第一检测信号Sig2。校正步骤包括校正第一检测信号Sig2的非线性以输出经校正的第二检测信号Sig3。比较步骤包括将第一检测信号Sig2和第二检测信号Sig3相互比较以输出表示比较结果的比较信号Sig4。
根据另一方面的程序被设计为使一个或多个处理器执行上述信号处理方法。
接下来，将逐一列举上述示例实施例的变型。可以适当地组合采用下面描述的变型。
根据本公开的信号处理装置1包括计算机系统。所述计算机系统包括作为主要硬件组件的处理器和存储器。可以通过使处理器执行计算机系统的存储器中存储的程序来执行根据本公开的信号处理装置1的功能。所述程序可以预先存储在计算机系统的存储器中。可选地，也可以通过电信线路下载程序，或者将程序记录在诸如存储卡、光盘或硬盘驱动器等计算机系统可读的非暂时性存储介质中后分发。计算机系统的处理器可以实现为包括半导体集成电路(IC)或大规模集成电路(LSI)的单个或多个电子电路。如本文所使用，诸如IC或LSI的“集成电路”根据其集成度被称为不同的名称。集成电路的示例包括系统LSI、超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)。可选地，还可以采用在制造LSI之后进行编程的现场可编程门阵列(FPGA)或者允许重新配置LSI内部的连接或电路部分的可重配置逻辑器件作为处理器。这些电子电路可以一起集成在单个芯片上或分布在多个芯片上，以适当者为准。这多个芯片可以一起集成在单个设备中或分布在多个设备中，这并无限制。如本文所用，“计算机系统”包括微控制器(包括一个或多个处理器)和一个或多个存储器。因此，微控制器也可以实现为包括半导体集成电路或大规模集成电路的单个或多个电子电路。
另外，在上述实施例中，信号处理装置1的多个构成元件被集成在单个壳体中。然而，这不是信号处理装置1的必要配置。备选地，信号处理装置1的这些构成元件可以分布在多个不同的壳体中。又备选地，信号处理装置1的至少一些功能(例如，校正电路12的功能)也可以被实现为云计算系统。
可选地，信号处理装置1可以具有判定模式，该判定模式被设计为使第二判定电路15基于人为产生的惯性力(加速度)来确定校正电路12工作是否正常。在这种情况下，例如，固定电极被设置在上述下盖7的上表面上并且移动电极被设置在重物21的下表面上以形成至少一个电容器。然后，固定电极和移动电极通电以在两个电极之间产生静电力。这导致重物21倾斜并因此产生人为加速度。最后，信号处理装置1使第二判定电路15基于以这种方式人为产生的加速度来判定校正电路12工作是否正常。这允许不仅在惯性传感器10的装运前检查时，而且甚至在惯性传感器10正被使用时，确定校正电路12工作是否正常。
在上述实施例中，惯性传感器10被实现为三轴加速度传感器。然而，惯性传感器10也可以是例如双轴加速度传感器。
在上述实施例中，X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度分别由三个不同的检测电路11单独检测。然而，例如，X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度可以由单个检测电路检测。在这种情况下，例如，可以使用多路复用器在时间上顺序检测X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度。
在上述实施例中，惯性传感器10是表面安装传感器。然而，惯性传感器10也可以是例如通孔安装传感器。
在上述实施例中，惯性传感器10是加速度传感器。然而，惯性传感器10不必是加速度传感器，而可以是例如角速度传感器(陀螺传感器)。
在上述实施例中，信号处理装置1是ASIC。然而，信号处理装置1不限于ASIC，也可以是例如FPGA(现场可编程门阵列)，或者由一个或多个处理器和一个或多个存储器组成。
在上述实施例中，X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度分别由三个不同的检测元件2、3、4单独检测。然而，例如，X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度可以由单个检测元件检测。具体地，检测元件也可以被实现为其中检测X轴方向加速度、Y轴方向加速度和Z轴方向加速度的功能被集成在单个芯片中的MEMS(微机电系统)元件。
在上述实施例中，第二判定电路15被实现为AND电路。然而，第二判定电路15不限于AND电路，也可以是例如NAND(“与非”)电路。另外，第二判定电路15可以具有任何其他配置，只要第二判定电路15被配置为基于比较信号Sig4和第一判定信号Sig5来确定校正电路12工作是否正常。
在上述实施例中，第一阈值TH1和第二阈值(判定阈值)是固定值。然而，第一阈值TH1或第二阈值中的至少一个可以是可调的。
(概括)
从以上描述可以看出，根据第一方面的信号处理装置(1)包括检测电路(11)、校正电路(12)和比较器电路(13)。检测电路(11)基于检测惯性力的电容检测元件(2、3、4)的输出信号(Sig1)产生第一检测信号(Sig2)。校正电路(12)校正第一检测信号(Sig2)的非线性，并输出经校正的第二检测信号(Sig3)。比较器电路(13)将第一检测信号(Sig2)和第二检测信号(Sig3)相互比较，并输出表示比较结果的比较信号(Sig4)。
该方面允许基于表示从检测电路(11)提供的第一检测信号(Sig2)和从校正电路(12)提供的第二检测信号(Sig3)之间的比较结果的比较信号(Sig4)来检查校正电路(12)的工作。
根据第二方面的信号处理装置(1)，可以结合第一方面实现，还包括第一判定电路(14)和第二判定电路(15)。第一判定电路(14)基于第一检测信号(Sig2)确定惯性力的大小，并输出表示判定结果的第一判定信号(Sig5)。第二判定电路(15)基于比较信号(Sig4)和第一判定信号(Sig5)确定校正电路(12)工作是否正常，并输出表示判定结果的第二判定信号(Sig6)。如果比较器电路(13)的比较结果满足第一条件并且第一判定电路(14)的判定结果满足第二条件，则第二判定电路(15)判定校正电路(12)工作异常。
该方面允许基于比较器电路(13)的比较结果和第一判定电路(14)的判定结果来判定校正电路(12)工作异常。
根据第三方面的信号处理装置(1)，可以结合第一方面或第二方面实施，还包括第一判定电路(14)和第二判定电路(15)。第一判定电路(14)基于第一检测信号(Sig2)确定惯性力的大小，并输出表示判定结果的第一判定信号(Sig5)。第二判定电路(15)基于比较信号(Sig4)和第一判定信号(Sig5)确定校正电路(12)工作是否正常，并输出表示判定结果的第二判定信号(Sig6)。如果比较器电路(13)的比较结果不满足第一条件并且第一判定电路(14)的判定结果满足第二条件，则第二判定电路(15)判定校正电路(12)工作正常。
该方面允许基于比较器电路(13)的比较结果和第一判定电路(14)的判定结果判定校正电路(12)工作正常。
在可以结合第二或第三方面实现的根据第四方面的信号处理装置(1)中，第一条件是第一检测信号(Sig2)与第二检测信号(Sig3)的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值(TH1)。第二条件是基于第一检测信号(Sig2)确定的惯性力的大小等于或大于第二阈值。
如果基于第一检测信号(Sig2)确定的惯性力的大小等于或大于第二阈值并且第一检测信号(Sig2)和第二检测信号(Sig3)的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值TH1，则该方面允许判定校正电路12工作异常。因此，如果第一检测信号(Sig2)和第二检测信号(Sig3)的相应值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值(TH1)，则可以判定校正电路(12)工作异常。
根据第五方面的信号处理装置(1)，可以结合第二至第四方面中的任一方面实现，还包括存储单元(16)。存储单元(16)存储并且可以重写由第一判定电路(14)用来基于第一检测信号(Sig2)确定惯性力大小的判定阈值。
根据该方面，即使传感器输出开始非线性变化时的惯性力大小发生变化，也可以通过重写判定阈值来应对这种情况。
根据第六方面的信号处理装置(1)，可以结合第二至第五方面中的任一方面实现，具有判定模式。判定模式被设计为使第二判定电路(15)基于人为产生的惯性力来确定校正电路(12)工作是否正常。
该方面允许基于人为产生的惯性力检查校正电路(12)的工作。
根据第七方面的惯性传感器(10)包括根据第一至第六方面中任一方面的信号处理装置(1)和电容检测元件(2、3、4)。
该方面允许基于表示检测电路(11)提供的第一检测信号(Sig2)和校正电路(12)提供的第二检测信号(Sig3)之间的比较结果的比较信号(Sig4)来检查校正电路(12)的工作。
根据第八方面的信号处理方法包括检测步骤(S2)、校正步骤(S4)和比较步骤(S8)。检测步骤(S2)包括基于检测惯性力的电容检测元件(2、3、4)的输出信号(Sig1)产生第一检测信号(Sig2)。校正步骤(S4)包括校正第一检测信号(Sig2)的非线性并输出经校正的第二检测信号(Sig3)。比较步骤(S8)包括将第一检测信号(Sig2)和第二检测信号(Sig3)相互比较并输出表示比较结果的比较信号(Sig4)。
该方面允许基于表示在检测步骤(S2)中产生的第一检测信号(Sig2)和在校正步骤(S4)中输出的第二检测信号(Sig3)之间的比较结果的比较信号(Sig4)来检查校正电路(12)的工作。
根据第九方面的程序被设计为使一个或多个处理器执行根据第八方面的信号处理方法。
该方面允许基于表示在检测步骤(S2)中产生的第一检测信号(Sig2)和在校正步骤(S4)中输出的第二检测信号(Sig3)之间的比较结果的比较信号(Sig4)来检查校正电路(12)的工作。
注意，根据第二至第六方面的构成元件不是信号处理装置(1)的必要构成元件，而是可以适当省略。
附图标记列表
1 信号处理装置；
11 检测电路；
12 校正电路；
13 比较器电路；
14 第一判定电路；
15 第二判定电路；
16 存储单元；
2，3，4 检测元件；
10 惯性传感器；
Sig1 输出信号；
Sig2 第一检测信号；
Sig3 第二检测信号；
Sig4 比较信号；
Sig5 第一判定信号；
Sig6 第二判定信号；
S2 第二步骤(检测步骤)；
S4 第四步骤(校正步骤)；
S8 第八步骤(比较步骤)；
TH1 第一阈值。
Claims (8)
1.一种信号处理装置，包括：
检测电路，被配置为基于电容检测元件的输出信号产生第一检测信号，所述电容检测元件被配置为检测惯性力；
校正电路，被配置为校正所述第一检测信号的非线性，并输出经校正的第二检测信号；
比较器电路，被配置为将所述第一检测信号和所述第二检测信号相互比较并输出表示比较结果的比较信号；
第一判定电路，被配置为基于所述第一检测信号确定所述惯性力的大小并输出表示判定结果的第一判定信号；以及
第二判定电路，被配置为基于所述比较信号和所述第一判定信号确定所述校正电路工作是否正常，并输出表示判定结果的第二判定信号。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中
所述第二判定电路被配置为：如果所述比较器电路获得的比较结果满足第一条件并且所述第一判定电路获得的判定结果满足第二条件，则判定所述校正电路工作异常，
所述第一条件是所述第一检测信号和所述第二检测信号相应的值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值，并且
所述第二条件是基于所述第一检测信号确定的惯性力的大小等于或大于第二阈值。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其中
所述第二判定电路被配置为：如果所述比较器电路获得的比较结果不满足第一条件并且所述第一判定电路获得的判定结果满足第二条件，则判定所述校正电路工作正常，
所述第一条件是所述第一检测信号和所述第二检测信号相应的值之间的差的绝对值等于或小于第一阈值，并且
所述第二条件是基于所述第一检测信号确定的惯性力的大小等于或大于第二阈值。
4.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，还包括存储单元，所述存储单元被配置为存储并且能够重写判定阈值，所述第一判定电路使用所述判定阈值基于所述第一检测信号确定所述惯性力的大小。
5.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，具有被设计为使所述第二判定电路基于人为产生的惯性力确定所述校正电路工作是否正常的判定模式。
6.一种惯性传感器，包括：
权利要求1至5中任一项所述的信号处理装置；以及
所述电容检测元件。
7.一种信号处理方法，包括：
检测步骤，包括基于电容检测元件的输出信号产生第一检测信号，所述电容检测元件被配置为检测惯性力；
校正步骤，包括校正所述第一检测信号的非线性，并输出经校正的第二检测信号；
比较步骤，包括将所述第一检测信号和所述第二检测信号相互比较并输出表示比较结果的比较信号；
第一判定步骤，包括基于所述第一检测信号确定所述惯性力的大小并输出表示判定结果的第一判定信号；以及
第二判定步骤，包括基于所述比较信号和所述第一判定信号确定校正电路工作是否正常，并输出表示判定结果的第二判定信号。
8.一种非瞬时存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被设计为使一个或多个处理器执行权利要求7所述的信号处理方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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