JP2020515866A - ヨーレートセンサおよびヨーレートセンサの操作方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの駆動装置増幅回路を有する、揺動可能質量の揺動を励起するための駆動装置を含み、および少なくとも１つの検出器増幅回路を有する、揺動可能質量の偏差を検出するための検出器を含むヨーレートセンサが記載され、この場合、選択的に、電力節約モードにおいて駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路を操作するための低い零入力電流、または正常モードにおいて駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路を操作するためのより高い零入力電流が設定可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のヨーレートセンサ並びに請求項８の上位概念に記載のヨーレートセンサの操作方法から出発する。

このようなヨーレートセンサは、一般的に、少なくとも１つの駆動装置増幅回路を有する、揺動可能質量の揺動を励起するための駆動装置を含む。検出器を介して、揺動可能質量の偏差が検出可能である。検出器は、通常、少なくとも１つの検出器増幅回路を有する。さらに、通常、駆動装置増幅回路および検出器増幅回路用基準電流を発生するための基準電流発生器がヨーレートセンサ内に設けられている。ヨーレートセンサは、例えば、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）として形成されていてもよい。

このようなヨーレートセンサは、一般的に、バッテリ駆動され、したがって、制限されたエネルギー貯蔵量のみがこのようなヨーレートセンサの操作のために提供可能な携帯型端末装置内において使用される。このようなヨーレートセンサのエネルギー消費を低減させるために、ヨーレートセンサを周期的に接続しかつ遮断することが既知である。ヨーレートセンサの接続状態において測定が実行可能である。その後に、ヨーレートセンサは遮断状態にされる。このようにして、携帯型端末装置内においてこのようなヨーレートセンサの操作を可能にする低いエネルギー消費が可能である。

しかしながら、ヨーレートセンサを接続したとき、すなわち、遮断状態から接続状態へ切り換えたとき、十分に正確な測定が可能になるまで、はじめに、ある始動時間が経過されなければならないことが不利であることがわかった。この始動時間は、例えば、揺動可能質量が十分に急速に希望された揺動に移行可能ではないことによるものである。

この背景から、本発明は、携帯型端末装置内のヨーレートセンサの操作を、低減された始動時間で可能にすることを課題とする。

並記請求項に記載の本発明によるヨーレートセンサおよび本発明によるヨーレートセンサの操作方法は、従来技術に対して、選択的に、電力節約モードにおいて駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路を操作するための低い零入力電流、または正常モードにおいて駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路を操作するためのより高い零入力電流が設定可能であるという利点を有する。より低い零入力電流に基づき、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路は、電力節約モードにおいて、より低い帯域幅およびより高いノイズを有する。零入力電流を介して増幅回路の個々の分岐内の電流は同様に低減されるので、電力節約モードにおいてはそれぞれの増幅回路の極位置および零位置は変化するが、これはそれほど重要ではない。したがって、電力節約モードから正常モードへの移行は、増幅回路の安定性にほとんど影響を与えない。この限りにおいて、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路は、電力節約モードにおいては、より低い性能で作動する。ヨーレートセンサの電力消費と性能の間で交換が行われる。正常モードへの切換において、増幅回路は比較的急速にその正常操作状態に移行される。したがって、ヨーレートセンサの長い始動時間を待ち続ける必要はない。

本発明の実施例が図面に示されかつ以下の記載において詳細に説明される。
本発明の有利な構成により、ヨーレートセンサは、第１電界効果トランジスタを有する、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路用基準電流を発生するための基準電流発生器を含み、この場合、第１電界効果トランジスタは、零入力電流を設定するために可変の第１チャネル幅を有するように設計されている。第１チャネル幅（英語、ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｄｔｈ）とは、電流方向に垂直の、第１電界効果トランジスタの導電チャネルの範囲と理解される。第１電界効果トランジスタのチャネル幅は、第１電界効果トランジスタから誘導された基準電流に比例する。第１チャネル幅の設定を介して、第１電界効果トランジスタから誘導された基準電流が設定可能である。駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路内において、基準電流から、それぞれの増幅回路の零入力電流が導出可能である。これにより、零入力電流は、基準電流発生器から提供された基準電流を介して設定可能である。第１電界効果トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ（英語、ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてまたはＦｉｎＦＥＴ（ｆｉｎ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されていることが好ましい。代替態様として、第１電界効果トランジスタは、ＪＦＥＴ（英語、ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されていてもよい。第１電界効果トランジスタは、ｎチャネル電界効果トランジスタまたはｐチャネル電界効果トランジスタであってもよい。

これに関して、第１電界効果トランジスタは複数の第１ゲートフィンガを有し、この場合、零入力電流を設定するために、少なくとも１つの第１ゲートフィンガが選択的に接続可能または遮断可能であるとき、それは有利である。第１電界効果トランジスタの第１チャネル幅は第１電界効果トランジスタの第１ゲート電極の幅に依存する。したがって、複数の第１ゲートフィンガを有する第１ゲート電極を備えた第１電界効果トランジスタの場合、少なくとも１つの第１ゲートフィンガは接続可能または遮断可能に設計され、これにより、第１ゲートフィンガの接続または遮断によって第１ゲート電極の有効幅が設定可能である。接続可能または遮断可能なゲートフィンガは、スイッチング素子、例えば電界効果トランジスタと結合されていることが好ましい。

他の有利な構成は、基準電流発生器が並列接続された複数の第１トランジスタを有し、この場合、第１トランジスタの少なくとも１つは、零入力電流を設定するために選択的に接続可能または遮断可能であるように設計されている。第１トランジスタの並列接続により基準電流は上昇可能でありおよび第１トランジスタの遮断により低減可能である。上昇された基準電流の場合、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路内に上昇された零入力電流が存在し、低減された基準電流の場合、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路内に低減された零入力電流が存在する。第１トランジスタは、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであってもよい。

本発明の有利な構成により、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路は、第２電界効果トランジスタを有し、この場合、第２電界効果トランジスタは、零入力電流を設定するために可変の第２チャネル幅を有するように設計されている。第２チャネル幅（英語、ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｄｔｈ）とは、電流方向に垂直の、第２電界効果トランジスタの導電チャネルの範囲と理解される。第２電界効果トランジスタの第２チャネル幅は、第２電界効果トランジスタから誘導された基準電流に比例する。したがって、第２チャネル幅の設定を介して、第２電界効果トランジスタから誘導された基準電流が設定可能である。第２トランジスタから誘導された基準電流は電流ミラーの入力電流であり、および零入力電流は電流ミラーの出力電流であることが好ましく、これにより、第２電界効果トランジスタのチャネル幅の増大によって零入力電流は低下可能である。これに対して、第２電界効果トランジスタのチャネル幅の減少によって零入力電流は上昇可能である。第２電界効果トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ（英語、ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてまたはＦｉｎＦＥＴ（ｆｉｎ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されていることが好ましい。代替態様として、第２電界効果トランジスタは、ＪＦＥＴ（英語、ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されていてもよい。第２電界効果トランジスタは、ｎチャネル電界効果トランジスタまたはｐチャネル電界効果トランジスタであってもよい。

これに関して、第２電界効果トランジスタは複数の第２ゲートフィンガを有し、この場合、零入力電流を設定するために、少なくとも１つの第２ゲートフィンガが選択的に接続可能または遮断可能であるとき、それは有利である。第２電界効果トランジスタの第２チャネル幅は第２電界効果トランジスタのゲート電極の幅に依存する。したがって、複数の第２ゲートフィンガを有する第２ゲート電極を備えた第２電界効果トランジスタの場合、少なくとも１つの第２ゲートフィンガは接続可能または遮断可能に設計され、これにより、第２ゲートフィンガの接続または遮断によって第２ゲート電極の有効幅が設定可能である。接続可能または遮断可能な第２ゲートフィンガは、スイッチング素子、例えば電界効果トランジスタと結合されていることが好ましい。第２トランジスタから誘導された基準電流が電流ミラーの入力電流であり、および零入力電流が電流ミラーの出力電流であるとき、第２電界効果トランジスタのゲートフィンガの接続により零入力電流は低下可能である。これに対して、第２電界効果トランジスタのゲートフィンガの遮断により零入力電流は上昇可能である。

本発明の他の有利な構成は、駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路が並列接続された複数の第２トランジスタを有し、この場合、第２トランジスタの少なくとも１つは、零入力電流を設定するために選択的に接続可能または遮断可能であるように設計されている。第２トランジスタから誘導された基準電流が電流ミラーの入力電流であり、および零入力電流が電流ミラーの出力電流であるとき、第２トランジスタの並列接続により零入力電流が低減可能であり、および第２トランジスタの遮断により上昇可能である。第１トランジスタはバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであってもよい。

本発明によるヨーレートセンサは、ヨーレートセンサに電気エネルギーを供給するためのエネルギー蓄積器、特にバッテリを含む携帯型端末装置内において使用されることが好ましい。

本発明による方法において、電力節約モードと正常モードの間の切換が制御命令を介して実行可能である。制御命令は、携帯型端末装置からヨーレートセンサに伝送されてもよい。制御命令は、携帯型端末装置のユーザの入力を介して送出されてもよい。代替態様として、制御ユニットが、携帯型端末装置の状態変数に依存して、例えばエネルギー蓄積器の充電状態または端末装置の機能ユニットの操作状態に依存して、特に自動的に制御命令を発生することが可能である。

本発明による方法において、ヨーレートセンサに関して説明された有利な特徴が同様に使用可能である。
本発明の他の詳細および利点が以下に図面に示された実施例により詳細に説明されるものとする。

図１は、本発明の一実施例によるヨーレートセンサの主電気消費部のブロック図で示す。 図２は、本発明の一実施例によるヨーレートセンサの基準電流発生器および駆動装置増幅装置および／または検出器増幅装置の略図を示す。

図１は、本発明の一実施例によるジャイロスコープとして形成されたヨーレートセンサ１の主電気消費部をブロック図で示す。ヨーレートセンサ１はＭＥＭＳヨーレートセンサである。ヨーレートセンサ１はブロック図に示されていない揺動可能質量を有し、揺動可能質量は、ヨーレートセンサの駆動装置により揺動させられかつ揺動位置に保持される。ヨーレートを決定するために、揺動可能質量の偏差がヨーレートセンサの検出器により測定される。検出器は、ヨーレートセンサが受けたヨーレートの関数である出力信号を提供する。ヨーレートセンサ１の本質的な電気消費部は、駆動装置内に設けられた駆動装置増幅回路３並びに検出器内に設けられた検出器増幅回路４である。駆動装置増幅回路３および検出器増幅回路４は、例えば差増幅器として形成されていてもよい。このような差増幅器は、操作のために、ほぼ一定のエネルギー消費を伴うほぼ一定の零入力電流１０１、１０１、１０３（英語、ｂｉａｓ ｃｕｒｒｅｎｔ）を必要とする。

この零入力電流１０１、１０２、１０３は、以下にさらに説明されるように、１つ以上の基準電流発生器２を介して、並びに駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４内に配置された電流ミラーを介して提供可能である。一般的に、より高い零入力電流１０１、１０２、１０３により、駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４の改善された性能、特により高い帯域幅および／またはより低いノイズが達成可能である。しかしながら、この性能は、一定の本質的なエネルギー消費により取得される。

実施例によるヨーレートセンサ１の場合、エネルギー消費を低減し、それにも関わらず、携帯型端末装置内において十分な性能でヨーレートセンサ１の操作を可能にするために、特定の手段が用いられている。このような携帯型端末装置は、ヨーレートセンサ１のエネルギー供給のために、しばしば、バッテリとして形成されたエネルギー蓄積器のみを有するにすぎない。本発明により、選択的に、駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４を電力節約モードで操作するための低い零入力電流１０１、１０２、１０３、または駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４を正常モードで操作するためのより高い零入力電流１０１、１０２、１０３が設定可能である。より低い零入力電流１０１、１０２、１０３に基づき、電力節約モードにおける駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４はより低い帯域幅およびより高いノイズを有する。しかしながら、電力節約モードから正常モードへの移行は、駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４の安定性に小さい影響を与えるにすぎない。正常モードに切り換えたとき、駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４はその正常操作状態に急速に移行可能である。したがって、ヨーレートセンサ１の長い始動時間を待ち続ける必要はない。

図２は、本発明の一実施例によるヨーレートセンサ１の一部分の略図を示す。基準電流発生器２と、および駆動装置増幅回路および／または検出器増幅回路として設計されていてもよい増幅回路３、４とが示されている。基準電流発生器を介して基準電流１００が発生され、基準電流は増幅回路３、４に提供される。

実施例による基準電流発生器２は電流ミラーを有する。電流ミラーは、電源２０と、および電界効果トランジスタとして形成されている、電源と結合された複数のトランジスタ２１、２２、２３とを含む。図２の図において、第１電界効果トランジスタは符号２２および２３により、および第２電界効果トランジスタは符号２１により示されている。第１電界効果トランジスタ２２、２３は複数のゲートフィンガを有し、この場合、符号２２は第１ゲートフィンガを、および符号２３は第２ゲートフィンガを示す。それとは異なり、第１電界効果トランジスタ２２、２３は他のゲートフィンガを有してもよい。さらに、代替態様として、第１電界効果トランジスタ２２、２３の代わりに複数の並列接続トランジスタが設けられていてもよい。

第１電界効果トランジスタ２２、２３は、零入力電流１０１、１０２、１０３の設定のために可変の第１チャネル幅を有する。チャネル幅のこの設定可能性は、実施例により、第１電界効果トランジスタの第１ゲートフィンガ２２が選択的に接続可能または遮断可能であることによって可能となる。このために、電源２０と第１ゲートフィンガ２２のゲート電極の間の結合経路内にスイッチ２４が設けられている。スイッチ２４は、携帯型端末装置の制御ユニットを介して制御可能である。スイッチ２４は、トランジスタとして、例えば電界効果トランジスタとして形成されていてもよい。第１ゲートフィンガ２２の接続または遮断により、第１ゲート電極の有効幅が設定される。閉鎖されたスイッチ２４において、第１ゲート電極２２は接続されている。第１電界効果トランジスタ２２、２３のチャネル幅は上昇されている。したがって、電界効果トランジスタは上昇された基準電流１００を提供可能である。増幅回路３、４の電流ミラーを介して、この上昇された基準電流１００は増幅回路の零入力電流１０１、１０２、１３に反映される。この状態はヨーレートセンサ１の正常モードを示す。スイッチ２４が開放された場合、ゲートフィンガ２２は遮断されている。第１電界効果トランジスタ２２、２３のチャネル幅は低減されている。基準電流１００は減少されている。増幅回路３、４の電流ミラーを介して、減少された基準電流１００が零入力電流１０１、１０２、１０３に反映される。この状態はヨーレートセンサ１の電力節約モードを示す。

零入力電流１０１、１０２、１０３は、実施例によるヨーレートセンサ１において、その代わりにまたはそれに追加して、増幅回路３、４内に配置されている第２スイッチ３６により調節されてもよい。増幅回路３、４は、基準電流１００がその中に供給される電流ミラーを有する。電流ミラーは、個々の零入力電流１０１、１０２、１０３を提供する複数のミラートランジスタを有する。さらに、複数のゲートフィンガを有する第２電界効果トランジスタ３１、３２が設けられている。図２の図に、第１ゲートフィンガ３１および第２ゲートフィンガ３２が示されている。それとは異なり、第２電界効果トランジスタは他のゲートフィンガを有してもよい。さらに、代替態様として、電界効果トランジスタ３１、３２の代わりに、複数のトランジスタ、特に電界効果トランジスタの並列接続が設けられていてもよい。第１ゲートフィンガ３２はスイッチ３６を介して選択的に遮断可能または接続可能である。第２ゲートフィンガ３２の接続または遮断により、第２電界効果トランジスタの第２ゲート電極の有効幅が設定される。閉鎖されたスイッチ３６の場合、第１ゲートフィンガ３２は接続されている。第２電界効果トランジスタ３１、３２のチャネル幅は上昇されている。その結果、反映された零入力電流１０１、１０２、１０３は低減する。この状態はヨーレートセンサ１の電力節約モードを示す。第２スイッチ３６が開放された場合、第２ゲートフィンガ３２は遮断されている。第２電界効果トランジスタ３１、３２のチャネル幅は低減されている。反映された零入力電流１０１、１０２、１０３は上昇する。この状態はヨーレートセンサ１の正常モードを示す。

ここに記載のヨーレートセンサ１は、少なくとも１つの駆動装置増幅回路３を含む、揺動可能質量の揺動を励起するための駆動装置を有する。さらに、このヨーレートセンサ１は、少なくとも１つの検出器増幅回路４を含む、揺動可能質量の偏差を検出するための検出器を有する。携帯型端末装置内のヨーレートセンサ１の操作を低減された始動時間で可能にするために、選択的に、電力節約モードにおいて駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４を操作するための低い零入力電流１０１、１０２、１０３、または正常モードにおいて駆動装置増幅回路３および／または検出器増幅回路４を操作するためのより高い零入力電流１０１、１０２、１０３が設定可能である。

本明細書において、他の記載がない限り、特定されたまたは特定されない物品の使用は、１つの実体と共に、複数の実体もまた含むものとする。本明細書および特許請求の範囲内の用語「第１」および「第２」は、類似の要素の相互の区別を可能にするものである。さらに、以下において、同一要素は同一符号で示される。

１ ヨーレートセンサ
２ 基準電流発生器
３ 駆動装置増幅回路
４ 検出器増幅回路
２０ 電源
２１ 第２電界効果トランジスタ
２２ 第１電界効果トランジスタ、第１ゲートフィンガ
２３ 第１電界効果トランジスタ、第２ゲートフィンガ
２４ スイッチ
３１ 第２電界効果トランジスタ、第１ゲートフィンガ
３２ 第２電界効果トランジスタ、第２ゲートフィンガ
３３、３４、３５ トランジスタ
３６ 第２スイッチ
１００ 基準電流
１０１、１０２、１０３ 零入力電流

Claims (10)

1. 少なくとも１つの駆動装置増幅回路（３）を有する、揺動可能質量の揺動を励起するための駆動装置を含み、および少なくとも１つの検出器増幅回路（４）を有する、揺動可能質量の偏差を検出するための検出器を含むヨーレートセンサ（１）において、
   選択的に、電力節約モードにおいて駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）を操作するための低い零入力電流（１０１、１０２、１０３）、または正常モードにおいて駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）を操作するためのより高い零入力電流（１０１、１０２、１０３）が設定可能であること、
   を特徴とするヨーレートセンサ（１）。
2. ヨーレートセンサ（１）は、第１電界効果トランジスタ（２２、２３）、特にＭＯＳＦＥＴを有する、駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）用基準電流（１００）を発生するための基準電流発生器（２）を含み、この場合、第１電界効果トランジスタ（２２、２３）は、零入力電流（１０１、１０２、１０３）を設定するために可変の第１チャネル幅を有することを特徴とする請求項１に記載のヨーレートセンサ。
3. 第１電界効果トランジスタ（２２、２３）は複数の第１ゲートフィンガを有し、この場合、零入力電流（１０１、１０２、１０３）を設定するために、少なくとも１つの第１ゲートフィンガ（２２）が選択的に接続可能または遮断可能であることを特徴とする請求項２に記載のヨーレートセンサ。
4. 基準電流発生器（２）は並列接続された複数の第１トランジスタを有し、この場合、第１トランジスタの少なくとも１つは、零入力電流（１０１、１０２、１０３）を設定するために選択的に接続可能または遮断可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ。
5. 駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）は、第２電界効果トランジスタ（３１、３２）、特にＭＯＳＦＥＴを有し、この場合、第２電界効果トランジスタ（３１、３２）は、零入力電流（１０１、１０２、１０３）を設定するために可変の第２チャネル幅を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ。
6. 第２電界効果トランジスタ（３１、３２）は複数の第２ゲートフィンガを有し、この場合、零入力電流（１０１、１０２、１０３）を設定するために、少なくとも１つの第２ゲートフィンガ（３２）が選択的に接続可能または遮断可能であることを特徴とする請求項５に記載のヨーレートセンサ。
7. 駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）は並列接続された複数の第２トランジスタを有し、この場合、第２トランジスタの少なくとも１つは、零入力電流（１０１、１０２、１０３）を設定するために選択的に接続可能または遮断可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のヨーレートセンサを含み、およびヨーレートセンサに電気エネルギーを供給するためのエネルギー蓄積器を含む携帯型端末装置。
9. 少なくとも１つの駆動装置増幅回路（３）を有する、揺動可能質量の揺動を励起するための駆動装置を含み、および少なくとも１つの検出器増幅回路（４）を有する、揺動可能質量の偏差を検出するための検出器を含むヨーレートセンサ（１）の操作方法において、
   選択的に、電力節約モードにおいて駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）を操作するための低い零入力電流（１０１、１０２、１０３）、または正常モードにおいて駆動装置増幅回路（３）および／または検出器増幅回路（４）を操作するためのより高い零入力電流（１０１、１０２、１０３）が設定されること、
   を特徴とするヨーレートセンサ（１）の操作方法。
10. 電力節約モードと正常モードの間の切換が制御命令を介して制御されることを特徴とする請求項９に記載のの方法。

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