JP2001066323A - デジタル的に再度平衡状態に設定される加速度計において、出力ノイズを低減するための方法および装置 - Google Patents
デジタル的に再度平衡状態に設定される加速度計において、出力ノイズを低減するための方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 関連デジタル再平衡ループ内に、加速度計の
出力の低周波モーディング・ノイズの量を低減するため
の装置を含む閉ループ形の加速度計。ある実施形態の場
合には、デジタル化修正信号が、移動平均フィルタに供
給される。第二の実施形態の場合には、上記修正信号
は、ランダム関数により変調され、第三の実施形態の場
合には、デジタル化修正信号は、無作為化されて、移動
平均フィルタに供給される。各実施形態の場合、再平衡
ループでの、アナログ−デジタル変調による周期的モー
ディング・ノイズが、従来技術の場合と比較すると有意
に低減する。
出力の低周波モーディング・ノイズの量を低減するため
の装置を含む閉ループ形の加速度計。ある実施形態の場
合には、デジタル化修正信号が、移動平均フィルタに供
給される。第二の実施形態の場合には、上記修正信号
は、ランダム関数により変調され、第三の実施形態の場
合には、デジタル化修正信号は、無作為化されて、移動
平均フィルタに供給される。各実施形態の場合、再平衡
ループでの、アナログ−デジタル変調による周期的モー
ディング・ノイズが、従来技術の場合と比較すると有意
に低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、閉ループ形の加速
度計の加速度データ出力の質を改善するための装置およ
び方法に関する。より詳細には、デジタル的に、再度平
衡状態に設定される加速度計の出力のモーディングを低
減するための方法および装置に関する。
度計の加速度データ出力の質を改善するための装置およ
び方法に関する。より詳細には、デジタル的に、再度平
衡状態に設定される加速度計の出力のモーディングを低
減するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】多
くの加速度計は、慣性空間に対する加速度を感知するた
めの振子状の試験用の質量を含む。加速度計（および取
り付けられている対象物）の本体に対する試験用の質量
の運動は、加速度によりひき起こされ、試験用の質量の
変位により加速度の力の基準を知ることができる。
くの加速度計は、慣性空間に対する加速度を感知するた
めの振子状の試験用の質量を含む。加速度計（および取
り付けられている対象物）の本体に対する試験用の質量
の運動は、加速度によりひき起こされ、試験用の質量の
変位により加速度の力の基準を知ることができる。
【０００３】加速度計の変位対加速度特性は非常に非直
線的である。このような非直線性は、多数の要因による
ものである。例えば、一組の導電性プレートの間で、ヒ
ンジ付きフロート素子を使用するシリコン加速度計の場
合には、振子状の質量が、電荷を持つ導電性プレートの
間のギャップを通って移動すると、上記振子状の質量に
加わる力は、逆自乗の関係で決まる。また、非直線性を
ひき起こすもう一つの原因は、フレームに振子状の質量
を取り付けているヒンジの曲げ特性である。振子状の質
量がギャップを通って移動すると、このような二次的効
果により、曲がったヒンジに非直線性の剛性レスポンス
が発生する場合がある。
線的である。このような非直線性は、多数の要因による
ものである。例えば、一組の導電性プレートの間で、ヒ
ンジ付きフロート素子を使用するシリコン加速度計の場
合には、振子状の質量が、電荷を持つ導電性プレートの
間のギャップを通って移動すると、上記振子状の質量に
加わる力は、逆自乗の関係で決まる。また、非直線性を
ひき起こすもう一つの原因は、フレームに振子状の質量
を取り付けているヒンジの曲げ特性である。振子状の質
量がギャップを通って移動すると、このような二次的効
果により、曲がったヒンジに非直線性の剛性レスポンス
が発生する場合がある。
【０００４】上記加速度計の精度を改善するために、多
くの場合、このような加速度計は、閉ループの形で動作
するように構成される。その場合、振子状の質量を、変
位位置にではなく、ゼロ位置に維持するために必要な力
は、加速度の基準になる。この目的のために、再平衡ル
ープが使用され、多くの再平衡技術を使用することがで
きる。一般に、最も効果的な技術は、変調および特定の
周波数のところで起こる強制的プロセスを使用する。加
速度計の出力は、電圧再平衡スキームの電圧再平衡波形
の使用率に等しいデジタル数値により表わすことができ
る。別の方法としては、上記デジタル数値は、電荷再平
衡スキームで供給される電荷量子の数を表わすことがで
きる。例えば、ロバート Ｅ．スチュアート他の「積分
による、力が再度平衡状態に設定される加速度計」とい
う名称の米国特許第４，６７９，４３４号、および「静
電電荷制御により力の再度平衡計器」という名称の米国
特許第５，１４２，２９１号は、上記タイプの閉ループ
形の加速度計を開示している。これらの加速度計は、振
子状の質量、および接近して位置しているが、ピックオ
フおよび強制素子の両方の働きをする、対向面とは少し
離れている一組の静電プレート、または電極を含む。上
記質量は、予め定めた入力軸に沿って、加速度に応じて
出力軸を中心にして運動するように、ヒンジにより周囲
のフレームからカンチレバ状に突出している。
くの場合、このような加速度計は、閉ループの形で動作
するように構成される。その場合、振子状の質量を、変
位位置にではなく、ゼロ位置に維持するために必要な力
は、加速度の基準になる。この目的のために、再平衡ル
ープが使用され、多くの再平衡技術を使用することがで
きる。一般に、最も効果的な技術は、変調および特定の
周波数のところで起こる強制的プロセスを使用する。加
速度計の出力は、電圧再平衡スキームの電圧再平衡波形
の使用率に等しいデジタル数値により表わすことができ
る。別の方法としては、上記デジタル数値は、電荷再平
衡スキームで供給される電荷量子の数を表わすことがで
きる。例えば、ロバート Ｅ．スチュアート他の「積分
による、力が再度平衡状態に設定される加速度計」とい
う名称の米国特許第４，６７９，４３４号、および「静
電電荷制御により力の再度平衡計器」という名称の米国
特許第５，１４２，２９１号は、上記タイプの閉ループ
形の加速度計を開示している。これらの加速度計は、振
子状の質量、および接近して位置しているが、ピックオ
フおよび強制素子の両方の働きをする、対向面とは少し
離れている一組の静電プレート、または電極を含む。上
記質量は、予め定めた入力軸に沿って、加速度に応じて
出力軸を中心にして運動するように、ヒンジにより周囲
のフレームからカンチレバ状に突出している。
【０００５】質量の位置の力再平衡制御は、コンデンサ
・プレート上の電荷を制御することにより行われる。上
記デバイスは、一定の引力を反復して加えた場合に動作
する。その際、上記引力は、感知質量の対向面に交互に
働きかけ、間隔を変化させるために、一定の力が、一方
または他方の側面に加えられる。連続している間隔の相
対的な長さは、ヒンジにより取り付けられている質量
が、検出する加速度の大きさにより決まる。
・プレート上の電荷を制御することにより行われる。上
記デバイスは、一定の引力を反復して加えた場合に動作
する。その際、上記引力は、感知質量の対向面に交互に
働きかけ、間隔を変化させるために、一定の力が、一方
または他方の側面に加えられる。連続している間隔の相
対的な長さは、ヒンジにより取り付けられている質量
が、検出する加速度の大きさにより決まる。
【０００６】連続している間隔の相対的な長さ、または
加えられる力の部分的サイクルは、周期的な波（例え
ば、方形波）の使用率を変化させることにより制御され
る。例えば、使用率が５０％である場合には、等しい時
間的周期の間、等しい対向する力が振子に加えられ、感
知質量上に加わる合力はゼロである。一つのサイクルの
二つの部分の間の持続時間の差、ＩＴＯＲＱは、加速度
の直線的な基準である。
加えられる力の部分的サイクルは、周期的な波（例え
ば、方形波）の使用率を変化させることにより制御され
る。例えば、使用率が５０％である場合には、等しい時
間的周期の間、等しい対向する力が振子に加えられ、感
知質量上に加わる合力はゼロである。一つのサイクルの
二つの部分の間の持続時間の差、ＩＴＯＲＱは、加速度
の直線的な基準である。
【０００７】上記のような再度平衡状態に設定されたシ
ステムの場合には、多くの場合、加速度の基準（すなわ
ち、質量１０がゼロに戻るために必要な持続時間の差、
ＩＴＯＲＱ）をトルクとして作用する電極に加える前
に、デジタルの形に変換した方が有利である。例えば、
デジタルの数値は、電極に加えられる電荷の量子の数と
することができる。試験用の質量をゼロにするために必
要な力は、加速度計の出力を供給するので、加速度の数
値は、一連のパルスを含むが、その場合、多数の力の再
平衡サイクルの間の平均の振幅が、加速度の基準にな
る。所与の数の力の再平衡サイクルの加速度が、端数を
含んでいる場合には、上記加速度は、一緒に平均され
て、正しい端数を表わす整数値を含む一連のデジタル語
により、デジタルの形で表わされる。デジタル化された
数値の結果としてのシーケンスが、「モーディング・ノ
イズ」と呼ばれる低周波数のランダムでないパターンを
含むことができることはすでに知られている。多くの場
合、出力データの上記パターンの任意の低周波数によ
り、その解釈、分析が難しくなり、その信頼性が低下す
る。
ステムの場合には、多くの場合、加速度の基準（すなわ
ち、質量１０がゼロに戻るために必要な持続時間の差、
ＩＴＯＲＱ）をトルクとして作用する電極に加える前
に、デジタルの形に変換した方が有利である。例えば、
デジタルの数値は、電極に加えられる電荷の量子の数と
することができる。試験用の質量をゼロにするために必
要な力は、加速度計の出力を供給するので、加速度の数
値は、一連のパルスを含むが、その場合、多数の力の再
平衡サイクルの間の平均の振幅が、加速度の基準にな
る。所与の数の力の再平衡サイクルの加速度が、端数を
含んでいる場合には、上記加速度は、一緒に平均され
て、正しい端数を表わす整数値を含む一連のデジタル語
により、デジタルの形で表わされる。デジタル化された
数値の結果としてのシーケンスが、「モーディング・ノ
イズ」と呼ばれる低周波数のランダムでないパターンを
含むことができることはすでに知られている。多くの場
合、出力データの上記パターンの任意の低周波数によ
り、その解釈、分析が難しくなり、その信頼性が低下す
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】従来技術の上記およびそ
の他の問題は、本発明により解決することができる。本
発明は、まず第一に、振子状の質量にトルクを与えるた
めのゼロ化信号として、量子化したデジタル信号を使用
するタイプの、閉ループ形の力が再度平衡状態に設定さ
れる加速度計の出力の周期的低周波ノイズを低減するた
めの方法を提供する。上記デジタル信号は、また、加速
度のような入力量の基準を供給するために使用される。
このような方法の場合には、まず最初に、デジタル化出
力の受信が行われる。その後で、デジタル化出力信号
は、本当の低周波情報を保持しながら、量子化による低
周波パターンを交互に使用する方法により処理される。
の他の問題は、本発明により解決することができる。本
発明は、まず第一に、振子状の質量にトルクを与えるた
めのゼロ化信号として、量子化したデジタル信号を使用
するタイプの、閉ループ形の力が再度平衡状態に設定さ
れる加速度計の出力の周期的低周波ノイズを低減するた
めの方法を提供する。上記デジタル信号は、また、加速
度のような入力量の基準を供給するために使用される。
このような方法の場合には、まず最初に、デジタル化出
力の受信が行われる。その後で、デジタル化出力信号
は、本当の低周波情報を保持しながら、量子化による低
周波パターンを交互に使用する方法により処理される。
【０００９】第二の観点から見た場合、本発明は、アナ
ログ・ゼロ化信号から振子状の質量にトルクを与えるた
めのデジタル出力信号を入手するタイプの閉ループの形
の力が再度平衡状態に設定される加速度計の出力の周期
的低周波ノイズを低減するための方法を提供する。この
ような方法の場合には、まず最初に、ゼロ化信号にアナ
ログ・ノイズが加えるられる。その後で、出力信号を形
成するために、結果として得られた信号がデジタル化さ
れる。
ログ・ゼロ化信号から振子状の質量にトルクを与えるた
めのデジタル出力信号を入手するタイプの閉ループの形
の力が再度平衡状態に設定される加速度計の出力の周期
的低周波ノイズを低減するための方法を提供する。この
ような方法の場合には、まず最初に、ゼロ化信号にアナ
ログ・ノイズが加えるられる。その後で、出力信号を形
成するために、結果として得られた信号がデジタル化さ
れる。
【００１０】第三の観点から見た場合、本発明は、アナ
ログ・ゼロ化信号が、閉ループ内にフィードバックされ
る信号を形成するためにデジタル化されるタイプの、閉
ループ内の形の力を再度平衡状態に設定する加速度計の
出力の周期的低周波ノイズを低減するための方法を提供
する。このような方法は、出力を形成するために、デジ
タル化信号を無作意化するステップを含む。
ログ・ゼロ化信号が、閉ループ内にフィードバックされ
る信号を形成するためにデジタル化されるタイプの、閉
ループ内の形の力を再度平衡状態に設定する加速度計の
出力の周期的低周波ノイズを低減するための方法を提供
する。このような方法は、出力を形成するために、デジ
タル化信号を無作意化するステップを含む。
【００１１】第四の観点から見た場合、本発明は、閉ル
ープの形の力が再度平衡状態に設定される加速度計を提
供する。このような加速度計は、振子状の質量を含む。
ピックオフ回路は、上記質量の変位に応じるアナログ信
号を発生する。伝達係数回路は、アナログ・ゼロ化信号
を発生する。アナログ−デジタル変換回路は、ゼロ化信
号をデジタル化するためのものである。トルク供給回路
は、デジタル化したゼロ化信号に応じて振子状の質量を
駆動するためのものである。閉ループの外部に位置する
フィルタは、デジタル化したゼロ化信号を受信し、それ
に応じて出力を発生する。
ープの形の力が再度平衡状態に設定される加速度計を提
供する。このような加速度計は、振子状の質量を含む。
ピックオフ回路は、上記質量の変位に応じるアナログ信
号を発生する。伝達係数回路は、アナログ・ゼロ化信号
を発生する。アナログ−デジタル変換回路は、ゼロ化信
号をデジタル化するためのものである。トルク供給回路
は、デジタル化したゼロ化信号に応じて振子状の質量を
駆動するためのものである。閉ループの外部に位置する
フィルタは、デジタル化したゼロ化信号を受信し、それ
に応じて出力を発生する。
【００１２】第五の観点から見た場合、本発明は、振子
状の質量と、上記質量の変位に応じてアナログ信号を発
生するためのピックオフ回路と、ピックオフ信号に応じ
てアナログ・ゼロ化信号を発生するための伝達関数回路
と、ゼロ化信号をデジタル化するためのアナログ−デジ
タル変換回路と、デジタル化したゼロ化信号に応じて振
子状の質量を駆動するためのトルク供給回路とを含む、
閉ループの形の力が再度平衡状態に設定される加速度計
を提供する。ゼロ化信号にアナログ・ノイズを加え、そ
れにより、アナログ・ノイズを含むゼロ化信号をアナロ
グ−デジタル変換回路によりデジタル化するために、上
記ループ内に一つの回路が追加される。
状の質量と、上記質量の変位に応じてアナログ信号を発
生するためのピックオフ回路と、ピックオフ信号に応じ
てアナログ・ゼロ化信号を発生するための伝達関数回路
と、ゼロ化信号をデジタル化するためのアナログ−デジ
タル変換回路と、デジタル化したゼロ化信号に応じて振
子状の質量を駆動するためのトルク供給回路とを含む、
閉ループの形の力が再度平衡状態に設定される加速度計
を提供する。ゼロ化信号にアナログ・ノイズを加え、そ
れにより、アナログ・ノイズを含むゼロ化信号をアナロ
グ−デジタル変換回路によりデジタル化するために、上
記ループ内に一つの回路が追加される。
【００１３】最後に、第六の観点から見た場合、本発明
は、閉ループの形の力が再度平衡状態に設定される加速
度計を提供する。しかし、アナログ・ノイズを加えるた
めの装置を提供するのではなく、この観点から見た場
合、本発明は、ゼロ化信号を無作為回路するための回路
である。
は、閉ループの形の力が再度平衡状態に設定される加速
度計を提供する。しかし、アナログ・ノイズを加えるた
めの装置を提供するのではなく、この観点から見た場
合、本発明は、ゼロ化信号を無作為回路するための回路
である。
【００１４】本発明の上記およびその他の特徴および利
点は、下記の詳細な説明を読めば理解することができる
だろう。この説明は、添付の図面を参照しながら行う。
本発明の素子を示す、本明細書の参照番号に対応する、
図面の類似の参照番号は、図面全体および全説明を通し
て類似の素子を示す。
点は、下記の詳細な説明を読めば理解することができる
だろう。この説明は、添付の図面を参照しながら行う。
本発明の素子を示す、本明細書の参照番号に対応する、
図面の類似の参照番号は、図面全体および全説明を通し
て類似の素子を示す。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、デジタル的に再度平衡
状態に設定される加速度計の出力のモーディング・ノイ
ズを低減するための方法および装置の両方を提供する。
その動作モデルのシミュレーションを観察することによ
り、また従来技術の装置と比較することにより、関連部
品を使用して、本発明の効用について以下に説明する。
本発明の基本的「プラットフォーム」を知ってもらうた
めに、出力データをデジタル化する従来技術の、力が再
度平衡状態に設定される加速度計の動作について以下に
詳細に説明する。その後で、動作モデルを図示し、その
シミュレーションの結果について説明する。またその後
で、その動作モデルを使って、本発明を説明する。本発
明の各実施形態の性能および効用については、動作モデ
ルをシミュレーションすることにより入手した、出力デ
ータを使用して説明する。当業者であれば、本発明の動
作モデルに従って動作するデバイスを達成するための、
図１の代表的な従来技術プラットフォームへの物理的変
更を行うための精密な手段を理解することができるだろ
う。
状態に設定される加速度計の出力のモーディング・ノイ
ズを低減するための方法および装置の両方を提供する。
その動作モデルのシミュレーションを観察することによ
り、また従来技術の装置と比較することにより、関連部
品を使用して、本発明の効用について以下に説明する。
本発明の基本的「プラットフォーム」を知ってもらうた
めに、出力データをデジタル化する従来技術の、力が再
度平衡状態に設定される加速度計の動作について以下に
詳細に説明する。その後で、動作モデルを図示し、その
シミュレーションの結果について説明する。またその後
で、その動作モデルを使って、本発明を説明する。本発
明の各実施形態の性能および効用については、動作モデ
ルをシミュレーションすることにより入手した、出力デ
ータを使用して説明する。当業者であれば、本発明の動
作モデルに従って動作するデバイスを達成するための、
図１の代表的な従来技術プラットフォームへの物理的変
更を行うための精密な手段を理解することができるだろ
う。
【００１６】図１は、代表的な力が再度平衡状態に設定
される加速度計の略図である。より詳細に説明すると、
図１のデバイスは、本発明の譲受人の、米国特許第５，
１４２，９２１号の開示に基づくものである。図に示す
ように、プレート１２、１４は、質量１０と一緒に、電
荷インテグレータとしての働きをする演算増幅器１６の
二つの並列のフィードバック経路に接続しているコンデ
ンサＣ１およびＣ２を形成する。スイッチＳ１およびＳ
２は、それぞれ、コンデンサＣ１およびＣ２を含むフィ
ードバック経路を形成し、一方、放電スイッチＳ３およ
びリセット・スイッチＳ４は、充電の直前に、コンデン
サＣ１およびＣ２を瞬間的に放電することができる。
される加速度計の略図である。より詳細に説明すると、
図１のデバイスは、本発明の譲受人の、米国特許第５，
１４２，９２１号の開示に基づくものである。図に示す
ように、プレート１２、１４は、質量１０と一緒に、電
荷インテグレータとしての働きをする演算増幅器１６の
二つの並列のフィードバック経路に接続しているコンデ
ンサＣ１およびＣ２を形成する。スイッチＳ１およびＳ
２は、それぞれ、コンデンサＣ１およびＣ２を含むフィ
ードバック経路を形成し、一方、放電スイッチＳ３およ
びリセット・スイッチＳ４は、充電の直前に、コンデン
サＣ１およびＣ２を瞬間的に放電することができる。
【００１７】精密電圧パルス・ゼネレータ１８は、スイ
ッチＳ１およびＳ２の一方または他方がオンになった場
合に、増幅器１６の入力に、正確に制御された時間の
間、電圧パルス２０を供給する基準電圧を含む。スイッ
チＳ１およびＳ２は、状態マシン２２からのタイミング
信号により交互にオンになる。スイッチＳ１およびＳ４
（および状態マシン２２による、差動サンプルおよびホ
ールド回路２４のＳ５−Ｓ１０のタイミング制御は、
図１の数本の破線により示す。）
ッチＳ１およびＳ２の一方または他方がオンになった場
合に、増幅器１６の入力に、正確に制御された時間の
間、電圧パルス２０を供給する基準電圧を含む。スイッ
チＳ１およびＳ２は、状態マシン２２からのタイミング
信号により交互にオンになる。スイッチＳ１およびＳ４
（および状態マシン２２による、差動サンプルおよびホ
ールド回路２４のＳ５−Ｓ１０のタイミング制御は、
図１の数本の破線により示す。）
【００１８】差動サンプルおよびホールド回路２４は、
交互に、第一のサンプル抽出段のプレート１２および１
４上の電圧を標本化し、記憶し、一組のサンプルを異な
る段に送る。サンプル抽出の第二段は、差計算機能を実
行する。コンデンサ２６上の電圧は、電極プレート間の
センターラインからの振子１０の変位、すなわち、関連
サーボ補償回路３０を含むインテグレータ段２８への最
終的な入力である信号を示す。
交互に、第一のサンプル抽出段のプレート１２および１
４上の電圧を標本化し、記憶し、一組のサンプルを異な
る段に送る。サンプル抽出の第二段は、差計算機能を実
行する。コンデンサ２６上の電圧は、電極プレート間の
センターラインからの振子１０の変位、すなわち、関連
サーボ補償回路３０を含むインテグレータ段２８への最
終的な入力である信号を示す。
【００１９】インテグレータ１６に精密パルス２０を供
給すると、正確な時間持続する既知の電流が流れる。上
記パルスは、各プレート１２および１４上に交互に電荷
を発生させる。それにより、プレートは、供給された電
荷の量、およびこのプレートと質量１０との間に存在す
るキャパシタンスによって予め決まる電圧を維持する。
各プレートに供給される電荷は、どのサイクルにおいて
も一定である。それ故、コンデンサの電圧は、（振子状
の質量１０が移動すると変化する）加速度計のプレート
のキャパシタンスの単なる関数である。この場合、各コ
ンデンサＣ１およびＣ２上の電圧は、加速度計の感知質
量の変位の関数である。電荷は、一度に一つのプレート
だけに掛けられる。プレート電圧が標本化され、その後
で、ピックオフ信号を供給するために、（標本化した電
圧の間の）差が測定される。
給すると、正確な時間持続する既知の電流が流れる。上
記パルスは、各プレート１２および１４上に交互に電荷
を発生させる。それにより、プレートは、供給された電
荷の量、およびこのプレートと質量１０との間に存在す
るキャパシタンスによって予め決まる電圧を維持する。
各プレートに供給される電荷は、どのサイクルにおいて
も一定である。それ故、コンデンサの電圧は、（振子状
の質量１０が移動すると変化する）加速度計のプレート
のキャパシタンスの単なる関数である。この場合、各コ
ンデンサＣ１およびＣ２上の電圧は、加速度計の感知質
量の変位の関数である。電荷は、一度に一つのプレート
だけに掛けられる。プレート電圧が標本化され、その後
で、ピックオフ信号を供給するために、（標本化した電
圧の間の）差が測定される。
【００２０】差計算信号は、コンデンサ３２から増幅器
２８に送られ、この増幅器は、振子状の質量１０をゼロ
に維持するのに必要な力を表わすアナログ信号を出力す
る。この信号は、パルス幅変調回路３４に送られ、この
回路は、その使用率が、増幅器２８からのアナログ信号
に従って変化する方形波を発生する。パルス幅変調回路
３４は、三角波ゼネレータ３６を含み、このゼネレータ
の出力は、それぞれ、その非反転入力および反転入力の
ところで、三角波形およびアナログピックオフ信号を受
信する演算増幅器３８により形成されるコンパレータ
で、増幅器インテグレータ２８からのアナログ信号と比
較される。コンパレータ３８は、例えば、状態マシン２
２からの２．５ＭＨｚのクロック信号によりクロック制
御されるフリップフロップ４０をトリガする。このフリ
ップフロップ４０の出力は、状態マシンのクロック出力
により効果的に量子化されるパルス幅変調信号を供給す
る。例えば、参照特許で説明したように、上記出力は、
プレート１２および１４に対して、試験用の質量１０の
位置をゼロにするために、ピックオフ信号に応じて再平
衡の使用率を供給するためのタイミングをとる。別の方
法としては、パルス幅変調回路３４の代わりに、標本化
アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）を使用することが
できる。
２８に送られ、この増幅器は、振子状の質量１０をゼロ
に維持するのに必要な力を表わすアナログ信号を出力す
る。この信号は、パルス幅変調回路３４に送られ、この
回路は、その使用率が、増幅器２８からのアナログ信号
に従って変化する方形波を発生する。パルス幅変調回路
３４は、三角波ゼネレータ３６を含み、このゼネレータ
の出力は、それぞれ、その非反転入力および反転入力の
ところで、三角波形およびアナログピックオフ信号を受
信する演算増幅器３８により形成されるコンパレータ
で、増幅器インテグレータ２８からのアナログ信号と比
較される。コンパレータ３８は、例えば、状態マシン２
２からの２．５ＭＨｚのクロック信号によりクロック制
御されるフリップフロップ４０をトリガする。このフリ
ップフロップ４０の出力は、状態マシンのクロック出力
により効果的に量子化されるパルス幅変調信号を供給す
る。例えば、参照特許で説明したように、上記出力は、
プレート１２および１４に対して、試験用の質量１０の
位置をゼロにするために、ピックオフ信号に応じて再平
衡の使用率を供給するためのタイミングをとる。別の方
法としては、パルス幅変調回路３４の代わりに、標本化
アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）を使用することが
できる。
【００２１】図２は、図１に示すタイプの、力が再度平
衡状態に設定される加速度計の再平衡サイクルである。
この加速度計の振子に、トルクを与えるための再平衡サ
イクルは、（４６で標本化された）電荷の量が、上のプ
レートに、時間、ＩＴＯＲＱ（＋）の予め定めた期間の
間加えられる、時間、ＩＴＯＲＱ（＋）のある期間が後
に続く、最初の遅延４４を含む上部、すなわち、第一の
プレートの充電サブサイクルで決まる。このサイクル
は、プレート電極の放電により４８で終了し、下部、す
なわち、第二のプレートに電荷が掛けられると、（５０
のところで）類似の充電サイクルがスタートする。すで
に説明したように、閉ループの形のシステムにおいて
は、正味の再平衡力、ＩＴＯＲＱ（＝ＩＴＯＲＱ（＋）
−ＩＴＯＲＱ（−））は、加速度の基準である。
衡状態に設定される加速度計の再平衡サイクルである。
この加速度計の振子に、トルクを与えるための再平衡サ
イクルは、（４６で標本化された）電荷の量が、上のプ
レートに、時間、ＩＴＯＲＱ（＋）の予め定めた期間の
間加えられる、時間、ＩＴＯＲＱ（＋）のある期間が後
に続く、最初の遅延４４を含む上部、すなわち、第一の
プレートの充電サブサイクルで決まる。このサイクル
は、プレート電極の放電により４８で終了し、下部、す
なわち、第二のプレートに電荷が掛けられると、（５０
のところで）類似の充電サイクルがスタートする。すで
に説明したように、閉ループの形のシステムにおいて
は、正味の再平衡力、ＩＴＯＲＱ（＝ＩＴＯＲＱ（＋）
−ＩＴＯＲＱ（−））は、加速度の基準である。
【００２２】従来技術のシステムおよび本発明のシステ
ムのシミュレーションは、振子をゼロ位置に引き戻すた
めに、継続的に電荷が供給されるプレートにより、ゼロ
（直立）位置のところで安定している、通常、高度に減
衰された軽量の振子を使用するシリコン加速度計に基づ
いている。このようなシステムの場合には、トルクを与
える電荷は、図２に示すように、推定５ｋＨｚサイクル
の二つの点における、電荷のサンプリングとホールディ
ングにより決まる。すでに説明したように、再平衡ダイ
ナミックスは、トルクを与える電荷の持続時間（ＩＴＯ
ＲＱ）を決定するのに、標本化した数値を使用する。Ｉ
ＴＯＲＱは、アナログ−デジタル数値（Ａ／Ｄ変換）か
ら入手され、ループによりフィードバックされる。すで
に説明したように、出力の量子化エラーは、アナログ信
号をデジタル信号に変換する際に起こる。
ムのシミュレーションは、振子をゼロ位置に引き戻すた
めに、継続的に電荷が供給されるプレートにより、ゼロ
（直立）位置のところで安定している、通常、高度に減
衰された軽量の振子を使用するシリコン加速度計に基づ
いている。このようなシステムの場合には、トルクを与
える電荷は、図２に示すように、推定５ｋＨｚサイクル
の二つの点における、電荷のサンプリングとホールディ
ングにより決まる。すでに説明したように、再平衡ダイ
ナミックスは、トルクを与える電荷の持続時間（ＩＴＯ
ＲＱ）を決定するのに、標本化した数値を使用する。Ｉ
ＴＯＲＱは、アナログ−デジタル数値（Ａ／Ｄ変換）か
ら入手され、ループによりフィードバックされる。すで
に説明したように、出力の量子化エラーは、アナログ信
号をデジタル信号に変換する際に起こる。
【００２３】図３は、図１の閉ループの形の、デジタル
的に再度平衡状態に設定される加速度計の動作モデルで
ある。この図のブロックに隣接する括弧内の参照番号
は、図１の装置をこのモデルに関連づけるためのもので
ある。すなわち、振子状の質量１０の位置の応答は、加
速度計のダイナミックスを供給する。差動サンプルおよ
びホールド回路２４は、ピックオフ関数を供給する。イ
ンテグレータ段２８は、ＩＴＯＲＱを発生するために伝
達関数を供給する。パルス幅変調回路３４は、ＩＴＯＲ
Ｑをデジタル数値に変換する。当業者であれば、本発明
の種々の実施形態の動作モデルに対応する、図１の代表
的な装置の種々の修正を容易に思いつくことができるだ
ろう。
的に再度平衡状態に設定される加速度計の動作モデルで
ある。この図のブロックに隣接する括弧内の参照番号
は、図１の装置をこのモデルに関連づけるためのもので
ある。すなわち、振子状の質量１０の位置の応答は、加
速度計のダイナミックスを供給する。差動サンプルおよ
びホールド回路２４は、ピックオフ関数を供給する。イ
ンテグレータ段２８は、ＩＴＯＲＱを発生するために伝
達関数を供給する。パルス幅変調回路３４は、ＩＴＯＲ
Ｑをデジタル数値に変換する。当業者であれば、本発明
の種々の実施形態の動作モデルに対応する、図１の代表
的な装置の種々の修正を容易に思いつくことができるだ
ろう。
【００２４】図４（ａ）は、従来技術の、力が再度平衡
状態に設定される加速度計の動作モデルに基づく、シミ
ュレーションの出力の時間領域のグラフである。図に示
すデータは、０．００８２５ｇの加速度力に応じて発生
したものである。このように加速度の数値が小さいの
で、連続する整数値を平均することにより、小さな端数
を入手したい場合、モーディング現象を容易に観察する
ことができる。上記データは、加速度計の推定サイクル
周波数である、５ｋＨｚのところで収集される。図４
（ａ）は、０．１秒の時間を示しているので、このグラ
フは、５００の力の再平衡サイクル、（すなわち、時間
のスライス）を示す。
状態に設定される加速度計の動作モデルに基づく、シミ
ュレーションの出力の時間領域のグラフである。図に示
すデータは、０．００８２５ｇの加速度力に応じて発生
したものである。このように加速度の数値が小さいの
で、連続する整数値を平均することにより、小さな端数
を入手したい場合、モーディング現象を容易に観察する
ことができる。上記データは、加速度計の推定サイクル
周波数である、５ｋＨｚのところで収集される。図４
（ａ）は、０．１秒の時間を示しているので、このグラ
フは、５００の力の再平衡サイクル、（すなわち、時間
のスライス）を示す。
【００２５】図４（ａ）のグラフを観察すれば、最初の
過渡応答の後で、ＩＴＯＲＱの数値が、「−１」と
「０」との間で、周期的に変化することを理解すること
ができるだろう。このことは、量子化による、ハッキリ
とした低周波の周期的、すなわち、モーディング・パタ
ーンを表わす。
過渡応答の後で、ＩＴＯＲＱの数値が、「−１」と
「０」との間で、周期的に変化することを理解すること
ができるだろう。このことは、量子化による、ハッキリ
とした低周波の周期的、すなわち、モーディング・パタ
ーンを表わす。
【００２６】図４（ｂ）について説明すると、この図
は、次の低周波、６２５Ｈｚ、１２５０Ｈｚおよび１８
２５Ｈｚのところの相対的最大値を入手するための、出
力データの周期的加速度計の出力、電力スペクトル密度
の周波数領域のグラフである。それ故、出力のモーディ
ングの内容は広帯域ではなく、ノイズというより、スプ
リアスの形をした信号が発生する。
は、次の低周波、６２５Ｈｚ、１２５０Ｈｚおよび１８
２５Ｈｚのところの相対的最大値を入手するための、出
力データの周期的加速度計の出力、電力スペクトル密度
の周波数領域のグラフである。それ故、出力のモーディ
ングの内容は広帯域ではなく、ノイズというより、スプ
リアスの形をした信号が発生する。
【００２７】図５は、本発明のデジタル的に、力が再度
平衡状態に設定される閉ループ形の加速度計の動作モデ
ルである。図３のモデルとは対照的に、Ａ／Ｄ変換の出
力を受信するために、移動平均フィルタ５２が設置され
ている。従来技術とは異なるもう一つの点は、５４のと
ころでアナログ・ノイズを加えても加えなくても変換を
行うことができることである。
平衡状態に設定される閉ループ形の加速度計の動作モデ
ルである。図３のモデルとは対照的に、Ａ／Ｄ変換の出
力を受信するために、移動平均フィルタ５２が設置され
ている。従来技術とは異なるもう一つの点は、５４のと
ころでアナログ・ノイズを加えても加えなくても変換を
行うことができることである。
【００２８】最初に、アナログ・ノイズを加えた場合の
効果を検討し、０．００８２５ｇの推定加速度力に応じ
て図５の動作モデルのシミュレーションを行った。（Ａ
／Ｄ変換を行う前に）アナログ信号にアナログ・ノイズ
を加えた場合を、小さな乱数を加えることによりシミュ
レーションした。ＩＴＯＲＱ、すなわち、Ａ／Ｄ変換を
行った後のデジタル出力を下記式により計算した。 ＩＴＯＲＱ＝ｒｏｕｎｄ（ＰｉｃｋｏｆｆA/D−ｒｎｄ
（α））
効果を検討し、０．００８２５ｇの推定加速度力に応じ
て図５の動作モデルのシミュレーションを行った。（Ａ
／Ｄ変換を行う前に）アナログ信号にアナログ・ノイズ
を加えた場合を、小さな乱数を加えることによりシミュ
レーションした。ＩＴＯＲＱ、すなわち、Ａ／Ｄ変換を
行った後のデジタル出力を下記式により計算した。 ＩＴＯＲＱ＝ｒｏｕｎｄ（ＰｉｃｋｏｆｆA/D−ｒｎｄ
（α））
【００２９】ここで、ＩＴＯＲＱは、（デジタルの）ト
ルク持続時間（整数値）であり、Ｐｉｃｋｏｆｆ
A/Dは、（アナログの）運動検出位置の電気的基準（実
数値）であり、ｒｎｄ（α）は、（−α／２、＋α／
２）の間で均等に分布している乱数であり、ｒｏｕｎｄ
（α）は、ある数値を最も近い整数に四捨五入する機能
である。
ルク持続時間（整数値）であり、Ｐｉｃｋｏｆｆ
A/Dは、（アナログの）運動検出位置の電気的基準（実
数値）であり、ｒｎｄ（α）は、（−α／２、＋α／
２）の間で均等に分布している乱数であり、ｒｏｕｎｄ
（α）は、ある数値を最も近い整数に四捨五入する機能
である。
【００３０】シミュレーションを行うために、ＩＴＯＲ
Ｑが変化するより低い確率にするために、生成した乱数
の範囲を制限して、上記ノイズの量を変化させることが
できる。このようにして、ＰｉｃｋｏｆｆA/Dの任意の
所与の数値に対して、乱数（０．１）は、乱数（０．
５）の場合よりも、ＩＴＯＲＱをある整数に四捨五入す
る確率は低い。すなわち、下記のようになる。 ｒｎｄ（０．１） ＝＞ 乱数 ∈（−０．０５、０．
０５） ｒｎｄ（０．５） ＝＞ 乱数 ∈（ −０．２５、
０．２５）
Ｑが変化するより低い確率にするために、生成した乱数
の範囲を制限して、上記ノイズの量を変化させることが
できる。このようにして、ＰｉｃｋｏｆｆA/Dの任意の
所与の数値に対して、乱数（０．１）は、乱数（０．
５）の場合よりも、ＩＴＯＲＱをある整数に四捨五入す
る確率は低い。すなわち、下記のようになる。 ｒｎｄ（０．１） ＝＞ 乱数 ∈（−０．０５、０．
０５） ｒｎｄ（０．５） ＝＞ 乱数 ∈（ −０．２５、
０．２５）
【００３１】図６（ａ）および図６（ｂ）は、 Ａ／Ｄ
変換を行う前に、アナログ・ノイズを加えた場合の、本
発明の動作モデルに基づく、シミュレーションの出力を
示すための周波数領域のグラフである。図６（ａ）のグ
ラフは、乱数（０．１）により発生するアナログ信号に
基づくものであり、図６（ｂ）のグラフは、乱数（０．
５）に基づくものである。図４（ｂ）のグラフと比較し
た場合、これらのシミュレーションは、モーディング・
ノイズの特徴を示す周期的パターンの有意の低減を示
す。モーディングノイズは完全には除去されていないが
（例えば、図６（ａ）の１２５０Ｈｚのところの電力ス
ペクトルの有意な内容参照）、周期的な低周波内容の有
意な低減は明らかにアナログ・ノイズを加えた結果であ
る。
変換を行う前に、アナログ・ノイズを加えた場合の、本
発明の動作モデルに基づく、シミュレーションの出力を
示すための周波数領域のグラフである。図６（ａ）のグ
ラフは、乱数（０．１）により発生するアナログ信号に
基づくものであり、図６（ｂ）のグラフは、乱数（０．
５）に基づくものである。図４（ｂ）のグラフと比較し
た場合、これらのシミュレーションは、モーディング・
ノイズの特徴を示す周期的パターンの有意の低減を示
す。モーディングノイズは完全には除去されていないが
（例えば、図６（ａ）の１２５０Ｈｚのところの電力ス
ペクトルの有意な内容参照）、周期的な低周波内容の有
意な低減は明らかにアナログ・ノイズを加えた結果であ
る。
【００３２】図７は、５点移動平均フィルタに供給した
（アナログ・ノイズを加えない場合の）Ａ／Ｄ変換の出
力を含む、本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための周波数領域のグラフである。こ
の図から分かるように、この場合も、６００Ｈｚのとこ
ろに有意な成分が存在しているにもかかわらず、従来技
術の、力が再度平衡状態に設定される加速度計の応答と
比較した場合、加速度計の出力の周期的な低周波ノイズ
の量が低減している。
（アナログ・ノイズを加えない場合の）Ａ／Ｄ変換の出
力を含む、本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための周波数領域のグラフである。こ
の図から分かるように、この場合も、６００Ｈｚのとこ
ろに有意な成分が存在しているにもかかわらず、従来技
術の、力が再度平衡状態に設定される加速度計の応答と
比較した場合、加速度計の出力の周期的な低周波ノイズ
の量が低減している。
【００３３】図８は、（Ａ／Ｄ変換を行う前に）アナロ
グ・ノイズを使用し、またその後で、５点移動平均フィ
ルタにデジタル化した出力を供給した場合の、本発明の
動作モデルに基づく、シミュレーションの出力の周期的
領域のグラフである。行ったすべてのシミュレーション
の場合のように、加速度力は、０．００８２５ｇと推定
する。図８を見ればわかるように、アナログ・ノイズを
加え、また移動平均フィルタに、デジタル化した合成出
力を供給した場合には、出力の低周波の周期的パターン
の内容が劇的に低減する。
グ・ノイズを使用し、またその後で、５点移動平均フィ
ルタにデジタル化した出力を供給した場合の、本発明の
動作モデルに基づく、シミュレーションの出力の周期的
領域のグラフである。行ったすべてのシミュレーション
の場合のように、加速度力は、０．００８２５ｇと推定
する。図８を見ればわかるように、アナログ・ノイズを
加え、また移動平均フィルタに、デジタル化した合成出
力を供給した場合には、出力の低周波の周期的パターン
の内容が劇的に低減する。
【００３４】図９は、本発明の他の実施形態の、デジタ
ル的に再度平衡状態に設定される、閉ループの形の加速
度計の動作モデルである。図９のモデルは、Ａ／Ｄ変換
３４の出力が、フィードバック・ループ５６で無作為化
され、その後で、無作為化されたデジタル化出力は、移
動平均フィルタ５８により濾過される。無作為化された
出力は、トルク電極を駆動するために使用されるが、濾
過された数値はこの目的のために使用されない。モーデ
ィング無作為化は、インラインで、また特定の固定パタ
ーンを使用しないで行われる。何故なら、それがトルク
を与えるコマンドを変調する働きをするからである。ア
ナログ・ノイズの従来のシミュレーションの場合のよう
に、このような無作為化は、１ビットずつデジタル化し
たＩＴＯＲＱの数値をランダムに変化させる働きを持
つ。
ル的に再度平衡状態に設定される、閉ループの形の加速
度計の動作モデルである。図９のモデルは、Ａ／Ｄ変換
３４の出力が、フィードバック・ループ５６で無作為化
され、その後で、無作為化されたデジタル化出力は、移
動平均フィルタ５８により濾過される。無作為化された
出力は、トルク電極を駆動するために使用されるが、濾
過された数値はこの目的のために使用されない。モーデ
ィング無作為化は、インラインで、また特定の固定パタ
ーンを使用しないで行われる。何故なら、それがトルク
を与えるコマンドを変調する働きをするからである。ア
ナログ・ノイズの従来のシミュレーションの場合のよう
に、このような無作為化は、１ビットずつデジタル化し
たＩＴＯＲＱの数値をランダムに変化させる働きを持
つ。
【００３５】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、出力
が、インラインでの無作為化の後で取り出される場合
の、図９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための時間領域のグラフおよび周波数
領域のグラフである。図１０（ａ）の時間領域のグラフ
を図４（ａ）の時間領域のグラフと比較すれば、図４
（ａ）の規則的な周期的パターンとは対照的に、図１０
（ａ）のグラフは、その間に不規則なギャップを持つ
（反対方向のものを含む）四つの異なる振幅の数値の信
号を含むことが分かる。このことは、出力ノイズにおい
ては、少し増大が見られるものの、大きなバイアス・エ
ラーを起こさずにモーディングが抑制されることを示
す、図１０（ｂ）の周波数領域のグラフが正しいことの
証拠である。
が、インラインでの無作為化の後で取り出される場合
の、図９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための時間領域のグラフおよび周波数
領域のグラフである。図１０（ａ）の時間領域のグラフ
を図４（ａ）の時間領域のグラフと比較すれば、図４
（ａ）の規則的な周期的パターンとは対照的に、図１０
（ａ）のグラフは、その間に不規則なギャップを持つ
（反対方向のものを含む）四つの異なる振幅の数値の信
号を含むことが分かる。このことは、出力ノイズにおい
ては、少し増大が見られるものの、大きなバイアス・エ
ラーを起こさずにモーディングが抑制されることを示
す、図１０（ｂ）の周波数領域のグラフが正しいことの
証拠である。
【００３６】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、イン
ライン無作為化の後、および５点移動平均フィルタにオ
フラインで供給した後で、出力を取り出した場合の、図
９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーションの
出力の時間領域のグラフおよび周波数領域のグラフであ
る。図を見れば分かるように、無作為化出力に対してオ
フライン濾過を行うと、モーディングをほとんど行わな
くても、ノイズ、特に、より高い周波数のところのノイ
ズが低減する。
ライン無作為化の後、および５点移動平均フィルタにオ
フラインで供給した後で、出力を取り出した場合の、図
９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーションの
出力の時間領域のグラフおよび周波数領域のグラフであ
る。図を見れば分かるように、無作為化出力に対してオ
フライン濾過を行うと、モーディングをほとんど行わな
くても、ノイズ、特に、より高い周波数のところのノイ
ズが低減する。
【００３７】それ故、本発明は、デジタル化した、力が
再度平衡状態に設定される加速度計の出力に含まれるモ
ーディング・ノイズを低減するための方法および装置の
両方を提供する。本発明の開示を適用することにより、
確実に信号／雑音比を改善することができるし、確実に
加速度計のその他の性能を向上させることができる。
再度平衡状態に設定される加速度計の出力に含まれるモ
ーディング・ノイズを低減するための方法および装置の
両方を提供する。本発明の開示を適用することにより、
確実に信号／雑音比を改善することができるし、確実に
加速度計のその他の性能を向上させることができる。
【００３８】好適な実施形態を参照しながら、本発明を
説明してきたが、本発明は、上記好適な実施形態に限定
されるものではない。それどころか、本発明は、下記の
特許請求の範囲によってのみ制限され、そのすべての等
価物は、特許請求の範囲内に含まれる。
説明してきたが、本発明は、上記好適な実施形態に限定
されるものではない。それどころか、本発明は、下記の
特許請求の範囲によってのみ制限され、そのすべての等
価物は、特許請求の範囲内に含まれる。
【図１】米国特許第５，１４２，９２１号に記載されて
いる従来技術の代表的な閉ループの形の加速度計の略図
である。
いる従来技術の代表的な閉ループの形の加速度計の略図
である。
【図２】図１類似の閉ループの形の加速度計の力再平衡
サイクルを示す波形である。
サイクルを示す波形である。
【図３】図１の閉ループの形の、デジタル的に再度平衡
状態に設定される加速度計の動作モデルである。
状態に設定される加速度計の動作モデルである。
【図４ａ】図３の動作モデルに基づくシミュレーション
の出力を示す時間領域のグラフおよび周波数領域のグラ
フである。
の出力を示す時間領域のグラフおよび周波数領域のグラ
フである。
【図４ｂ】図３の動作モデルに基づくシミュレーション
の出力を示す時間領域のグラフおよび周波数領域のグラ
フである。
の出力を示す時間領域のグラフおよび周波数領域のグラ
フである。
【図５】本発明の、デジタル的に再度平衡状態に設定さ
れる閉ループの形の加速度計の動作モデルである。
れる閉ループの形の加速度計の動作モデルである。
【図６ａ】Ａ／Ｄ変換を行う前にアナログ・ノイズを加
える、本発明の動作モデルに基づく、シミュレーション
の出力を示す周波数領域のグラフである。
える、本発明の動作モデルに基づく、シミュレーション
の出力を示す周波数領域のグラフである。
【図６ｂ】Ａ／Ｄ変換を行う前にアナログ・ノイズを加
える、本発明の動作モデルに基づく、シミュレーション
の出力を示す周波数領域のグラフである。
える、本発明の動作モデルに基づく、シミュレーション
の出力を示す周波数領域のグラフである。
【図７】５点移動平均フィルタを備える、本発明の動作
モデルに基づく、シミュレーションの出力を示す周波数
領域のグラフである。
モデルに基づく、シミュレーションの出力を示す周波数
領域のグラフである。
【図８】Ａ／Ｄ変換を行う前のアナログ・ノイズと、５
点移動平均フィルタへの出力の適用の両方を使用する、
本発明の動作モデルに基づく、シミュレーションの出力
の周波数領域のグラフである。
点移動平均フィルタへの出力の適用の両方を使用する、
本発明の動作モデルに基づく、シミュレーションの出力
の周波数領域のグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態の、デジタル的に再度平
衡状態に設定される閉ループ形の加速度計の動作モデル
である。
衡状態に設定される閉ループ形の加速度計の動作モデル
である。
【図１０ａ】Ａ／Ｄ変換の出力にモード無作為をインラ
インで適用した場合の、図９の本発明に基づく、シミュ
レーションの出力を示すための時間領域のグラフと周波
数領域のグラフである。
インで適用した場合の、図９の本発明に基づく、シミュ
レーションの出力を示すための時間領域のグラフと周波
数領域のグラフである。
【図１０ｂ】Ａ／Ｄ変換の出力にモード無作為をインラ
インで適用した場合の、図９の本発明に基づく、シミュ
レーションの出力を示すための時間領域のグラフと周波
数領域のグラフである。
インで適用した場合の、図９の本発明に基づく、シミュ
レーションの出力を示すための時間領域のグラフと周波
数領域のグラフである。
【図１１ａ】５点移動平均フィルタに、インライン無作
為化およびオフライン適用を行った後で、出力を取り出
す、図９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための時間領域のグラフと周波数領域
のグラフである。
為化およびオフライン適用を行った後で、出力を取り出
す、図９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための時間領域のグラフと周波数領域
のグラフである。
【図１１ｂ】５点移動平均フィルタに、インライン無作
為化およびオフライン適用を行った後で、出力を取り出
す、図９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための時間領域のグラフと周波数領域
のグラフである。
為化およびオフライン適用を行った後で、出力を取り出
す、図９の本発明の動作モデルに基づく、シミュレーシ
ョンの出力を示すための時間領域のグラフと周波数領域
のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル エー．タザーテス アメリカ合衆国，91304 カリフォルニア, ウエスト ヒルズ，ジャスティス ストリ ート 23729 (72)発明者 ユミ ヨシダ アメリカ合衆国，91754 カリフォルニア, モントレー パーク，イザベラ アヴェニ ュー 1018 (72)発明者 ジョン ジー．マーク アメリカ合衆国，91106 カリフォルニア, パサデナ，シェラ ボニータ レーン 1640
Claims (20)
- 【請求項１】 振子状の質量にトルクを与えるための出
力信号を形成するために、アナログ・ゼロ化信号がデジ
タル化されるタイプの閉ループの形の力が再度平衡状態
に設定される加速度計の出力の周期的低周波ノイズを低
減するための方法であって、 ａ）前記デジタル化出力を受信するステップと、 ｂ）前記デジタル化出力を濾過するステップとを含む方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記濾過
ステップが、さらに、前記の受信したデジタル化出力を
移動平均フィルタに供給するステップを含む方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の方法において、前記デジ
タル化出力を供給するステップが、前記デジタル化出力
を５点移動平均フィルタに供給するステップを含む方
法。 - 【請求項４】 アナログ・ゼロ化信号から、振子状の質
量にトルクを与えるためのデジタル出力信号を入手する
タイプの閉ループの形の力が再度平衡状態に設定される
加速度計の出力の周期的低周波ノイズを低減するための
方法であって、 ａ）前記アナログ・ゼロ化信号に、アナログ・ノイズを
加えるステップと、その後で、 ｂ）前記出力信号を形成するために、前記信号をデジタ
ル化するステップとを含む方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の方法において、さらに、
前記出力信号を濾過するステップを含む方法。 - 【請求項６】 請求項５記載の方法において、前記のさ
らに濾過を行うステップが、前記出力信号を移動平均フ
ィルタに供給するステップを含む方法。 - 【請求項７】 請求項６記載の方法において、さらに、
前記出力信号を５点移動平均フィルタに供給するステッ
プを含む方法。 - 【請求項８】 前記閉ループ内でフィードバックされる
信号を形成するために、アナログ・ゼロ化信号がデジタ
ル化されるタイプの閉ループの形の力が再度平衡状態に
設定される加速度計の出力の周期的低周波ノイズを低減
するための方法であって、前記出力を形成するために、
前記デジタル化信号を無作為化するステップを含む方
法。 - 【請求項９】 請求項８記載の方法において、前記の無
作為化されたデジタル化信号が、振子状の質量を駆動す
るために使用される方法。 - 【請求項１０】 請求項８記載の方法において、さら
に、前記の無作為化されたデジタル化信号を濾過するス
テップを含む方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、前記
濾過ステップが、前記閉ループの外側で行われる方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の方法において、前記
のさらに濾過するステップが、前記の無作為化されたデ
ジタル化信号を移動平均フィルタに供給するステップを
含む方法。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の方法において、前記
移動平均フィルタが、５点移動平均フィルタである方
法。 - 【請求項１４】 閉ループの形の力が再度平衡状態に設
定される加速度計であって、 ａ）振子状の質量と、 ｂ）前記振子状の質量の変位に応じる、アナログ信号を
発生するためのゼロ化回路と、 ｃ）前記ピックオフ信号に応じてアナログ・ゼロ化信号
を発生するための伝達関数回路と、 ｄ）前記ゼロ化信号をデジタル化するためのアナログ−
デジタル変換回路と、 ｅ）前記デジタル化ゼロ化信号に応じて前記振子状の質
量を駆動するためのトルク供給回路と、 ｆ）前記デジタル化ゼロ化信号を受信し、それに応じて
デジタルを発生するためのフィルタと、 ｇ）前記閉ループの外側に位置する前記フィルタとの組
合せを備える加速度計。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の加速度計において、
前記フィルタが、移動平均フィルタである加速度計。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の加速度計において、
前記移動平均フィルタが、５点移動平均フィルタである
加速度計。 - 【請求項１７】 請求項１４記載の加速度計において、
さらに、前記ループ内に、前記再平衡信号にアナログ・
ノイズを加える回路を含み、それにより、アナログ・ノ
イズを含む前記再平衡信号が、前記アナログ−デジタル
発変換回路によりデジタル化される加速度計。 - 【請求項１８】 請求項１４記載の加速度計において、 ａ）前記デジタル化再平衡信号を無作為化するための回
路と、 ｂ）前記最後の回路の出力が、前記フィルタおよび前記
トルク供回路に供給される加速度計。 - 【請求項１９】 閉ループの形の力が再度平衡状態に設
定される加速度計であって、 ａ）振子状の質量と、 ｂ）前記振子状の質量の変位に応じてアナログ信号を発
生するためのピックオフ回路と、 ｃ）前記ピックオフ信号に応じてアナログ・ゼロ化信号
を発生するための伝達関数回路と、 ｄ）前記ゼロ化信号をデジタル化するためのアナログ−
デジタル変換回路と、 ｅ）前記デジタル化ゼロ化信号に応じて前記振子状の質
量を駆動するためのトルク供給回路と、 ｆ）アナログ・ノイズを前記ゼロ化信号に加え、それに
より、アナログ・ノイズを含む前記ゼロ化信号が、前記
アナログ−デジタル変換回路によりデジタル化される前
記ループの回路との組合せを備える加速度計。 - 【請求項２０】 閉ループ形の力が再度平衡状態に設定
される加速度計であって、 ａ）振子状の質量と、 ｂ）前記振子状の質量の変位に応じてアナログ信号を発
生するためのピックオフ回路と、 ｃ）前記ピックオフ信号に応じてアナログ・ゼロ化信号
を発生するための伝達関数回路と、 ｄ）前記ゼロ化信号をデジタル化するためのアナログ−
デジタル変換回路と、 ｅ）前記デジタル化ゼロ化信号に応じて前記振子状の質
量を駆動するためのトルク供給回路と、 ｆ）前記デジタル化ゼロ化信号を無作為化するための回
路との組合せを備える加速度計。
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|---|---|---|---|
| US09/362,969 US6360602B1 (en) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | Method and apparatus reducing output noise in a digitally rebalanced accelerometer |
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|---|---|
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|---|---|
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