JP5991431B2 - 改良された振動ジャイロスコープ - Google Patents
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Description
本発明は、微小電気機械デバイス(microelectromechanical devices)に関し、特に、独立請求項の序文に定められるようなセンサーデバイス、および角速度を感知する方法に関する。
微小電気機械システム(Micro-Electro-Mechanical System)、即ち、MEMSは、少なくともいくつかの要素が機械的機能性を持った、小型化された機械的および電気機械的システムとして定義され得る。MEMSデバイスは、集積回路をつくるために使用されるツールと同じツールで造られるので、マイクロマシンとマイクロエレクトロニクスは、同じシリコンピース上で製造され得、知能を有するマシン(machines with intelligence)を可能にする。
本発明の目的は、コリオリの信号の検出の前に、感知要素レベルにおいて、既に、実際の機械的な直交運動(quadrature motion)の安定した打ち消し(cancellation、キャンセレーション)を可能にすることである。本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に従った、センサーデバイス、および、方法により達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
以下の実施形態は、例示的なものである。明細書は、「ある(an)」、「1つの(one)」、または、「いくつかの(some)」実施形態に言及するであろうが、それは、そのような言及それぞれが、同じ実施形態を指すことや、その特徴が単一の実施形態だけに適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の単一の特徴は、さらなる実施形態を提供するべく、組み合わせられ得る。
に従う。
上式において、CSはセンサー容量であり、CREFは基準(reference、参照)キャパシタであり、VBIASは印加されたDCバイアス電圧である。従来の容量性ジャイロスコープでは、レート信号出力(rate signal output)は、通常、バイアス電圧に比例する。これは、AD変換器段が基準電圧と同じバイアス電圧を持ち、それによりデジタル信号において、バイアス電圧の不安定性が打ち消される場合に望ましい。
である。
Claims (10)
- 微小機械ジャイロスコープを有する感知デバイスであって、
該ジャイロスコープは、
駆動モードの振動のための第一の機械的共振器(82;92;102)を有し、
当該感知デバイスの回転に対応する感知モードの振動のための第二の機械的共振器(83;93;103)を有し、該第二の機械的共振器は、前記第一の機械的共振器(82;92;102)に連結されており、
当該感知デバイスは、さらに、
フィードバック信号を作り出すためのフィードバックループを有し、該フィードバックループは、調節器(87;97;107)と、前記第二の機械的共振器内の電気機械的トランスデューサーとを有し、該トランスデューサーは、入力調節信号に従って、前記第二の機械的共振器(83;93;103)の感知モードの振動に反して対抗するように構成され、
その特徴は、
駆動モードの振動のための駆動信号を生成するための、かつ、前記駆動モードの振動に対して直交位相の関係にある基準信号(892;992;1092)を生成するための、周波数発生器(84;94;104)を有し、
加算要素(894:994;1094)を有し、該加算要素は、前記第二の機械的共振器(83;93;103)の前記トランスデューサーへの前記入力調節信号を生成するために、前記基準信号(892;992;1092)と、前記調節器(87;97;107)の出力信号とを加算するように構成されている、
前記感知デバイス。 - 前記加算要素(894)が、重み付きの加算要素である、請求項1に記載の感知デバイス。
- 前記加算された信号の重みが、当該感知デバイスの製造中に調整されたものである、請求項2に記載の感知デバイス。
- 当該感知デバイスが、さらに、検出ユニット(96)および直交信号振幅調節器(995)を有し、
前記検出ユニット(96)は、感知された信号(997)と前記基準信号(992)とを入力するように構成され;
前記検出ユニット(96)は、前記感知された信号(997)と前記基準信号(992)とから、検出された直交信号(998)を生成するように構成されており、
前記直交信号振幅調節器(995)は、前記加算要素(994)に送る前に、前記基準信号のレベルを調節するために、前記検出された直交信号(998)を適用するように構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の感知デバイス。 - 当該感知デバイスが、さらに、検出ユニット(106)と、バイアス調節器(1096)とを有し、
前記検出ユニット(106)は、感知された信号(1097)、および、前記基準信号(1092)を入力するように構成されており、
前記検出ユニット(106)は、前記感知された信号(1097)と前記基準信号(1092)とから、検出された直交信号(1098)を生成するように構成されており、
前記バイアス調節器(1096)は、前記検出された直交信号(1098)を入力し、前記加算要素に、前記検出された直交信号に対応するバイアス調節信号を入力するように構成されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の感知デバイス。 - 前記調節器の応答関数が、共振周波数特性を持った周波数応答関数であり、該共振周波数特性が、前記第二の機械的共振器の共振周波数と実質的に一致する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の感知デバイス。
- 前記調節器が、信号処理フィルターである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の感知デバイス。
- 微小機械ジャイロスコープを有する感知デバイスの回転を感知する方法であって、該微小機械ジャイロスコープは、駆動モードの振動のための第一の機械的共振器と、第二の機械的共振器とを有し、該第二の機械的共振器は、前記第一の機械的共振器に連結され、前記センサーデバイスの回転に対応する感知モードの振動のためのものであり、
当該方法は、
調節器と前記第二の機械的共振器内の電気機械的トランスデューサーとを有するフィードバックループ中に、フィードバック信号を作ることを有し、前記トランスデューサーは、入力信号に従って、前記第二の機械的共振器の感知モードの振動をダンピングするように構成されており、
周波数発生器において、駆動モードの振動のための駆動信号と、基準信号とを生成することを有し、該基準信号は、前記駆動モードの振動に対して直交位相にあり、
前記基準信号を、前記調節器の出力信号と加算して、前記第二の機械的共振器の前記トランスデューサーのための前記入力信号を作ることを有する、
前記方法。 - 前記感知デバイスが、検出ユニットと、直交信号振幅調節器とをさらに有し、
当該方法は、
感知された信号と前記基準信号を、前記検出ユニットに送ることを有し、
前記検出ユニットでは、前記感知された信号と前記基準信号とから、検出された直交信号を生成することを有し、
前記加算要素に送る前に、前記基準信号のレベルを調節するために、前記直交信号振幅調節器において、前記検出された直交信号を使用することを有する、
請求項8に記載の方法。 - 前記感知デバイスが、検出ユニットと、バイアス調節器とをさらに有し、
当該方法は、
感知された信号と前記基準信号を、前記検出ユニットに送ることを有し、
前記検出ユニットにおいて、前記感知された信号と前記基準信号とから、検出された直交信号を生成することを有し、
前記検出された直交信号に対応するバイアス電圧調節信号を作るために、前記バイアス調節器において、前記検出された直交信号を使用することを有し、
前記第二の機械的共振器の前記トランスデューサーのための前記入力信号を作るために、前記基準信号、前記バイアス電圧調節信号、および、前記調節器の前記出力信号を加算することを有する、
請求項8に記載の方法。
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