JP7007156B2 - 加速度計制御 - Google Patents
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Description
第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して移動可能であるプルーフマスを備える静電容量型加速度計と、
駆動周波数及び調節可能マーク/スペース比を伴う同相及び逆位相PWM駆動信号を発生させるために配列されるパルス幅変調(PWM)発生器であって、当該同相及び逆位相PWM駆動信号が、それぞれ、当該第1及び第2の固定キャパシタ電極に印加されることにより、当該第1及び第2の固定キャパシタ電極が交互に充電される、当該パルス幅変調(PWM)発生器と、
ゼロ位置からの当該プルーフマスの変位を表す、当該加速度計からのピックオフ信号を検出し、エラー信号を提供するために配列される出力信号検出器であって、加速度が印加されないと、当該ゼロ位置は、当該第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して当該プルーフマスの当該位置にある、当該出力信号検出器と、
機械的慣性力が当該ゼロ位置で当該プルーフマスの当該動作点を維持するために静電気力によって均衡が保たれるように、当該エラー信号に応答して当該同相及び逆位相PWM駆動信号の当該調節可能マーク/スペース比を変動させるために配列される閉ループ内で動作するPWMサーボと、
当該エラー信号に応答して、当該同相と逆位相PWM駆動信号との間の振幅差を変動させるために配列される差動電圧サーボと、
を備える、加速度計閉ループ制御システムが提供される。
当該第1のデジタル制御ワードは、第1の基準入力で当該同相PWM信号を受信し、スケーリングされた同相PWM信号を出力するために配列される、第1のデジタル/アナログ変換器に入力され、
当該第2のデジタル制御ワードは、第2の基準入力で当該逆位相PWM信号を受信し、スケーリングされた逆位相PWM信号を出力するために配列される、第2のデジタル/アナログ変換器に入力される。そのような実施例では、これらのデジタル制御ワードは、第1及び第2のキャパシタ電極に印加されるアナログ出力電圧をスケーリングするために、適切なデジタル/アナログ変換器によって変換される。
第1のサンプルを生成するように当該同相PWM信号が高い間に、当該電荷増幅器の当該出力をサンプリングし、
第2のサンプルを生成するように当該逆位相PWM信号が高い間に、当該電荷増幅器の当該出力をサンプリングし、
当該第1のサンプリングと第2のサンプリングとの間の差を計算し、
当該エラー信号を生成し、当該エラー信号が当該差に依存して配列される。このように、そのような実施例によると、復調器は、プルーフマスとそれぞれのキャパシタ電極との間の静電容量の測定値を取得する一方、その間に形成されるキャパシタは、「アクティブ」になる、すなわち、該当のキャパシタ電極は、その時点で、高PWM信号を受信する一方、他のキャパシタ電極は、PWM低信号(典型的には、0V)を受信することを認識されるであろう。
同相及び逆位相パルス幅変調(PWM)駆動信号を、調節可能マーク/スペース比で当該第1及び第2の固定キャパシタ電極印加することと、
ゼロ位置からの当該プルーフマスの変位を表す、当該加速度計からのピックオフ信号を検出し、エラー信号を提供することであって、加速度が印加されないと、当該ゼロ位置は、当該第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して当該プルーフマスの当該位置にある、当該提供することと、
機械的慣性力が当該ゼロ位置で当該プルーフマスの当該動作点を維持するために静電気力によって均衡が保たれるように、当該エラー信号に応答して当該同相及び逆位相PWM駆動信号の当該調節可能マーク/スペース比を変動させることによって閉ループ内で動作することと、
当該同相と逆位相PWM駆動信号との間の差動電圧を変動させるように、当該エラー信号を使用することと、を含む。
4 移動可能プルーフマス
6a、6b 固定キャパシタ電極
10 閉ループ加速度計制御システム
12 電荷増幅器
14 復調器
16 マークスペース比サーボ
18 高張力サーボ
20a、20b デジタル/アナログ変換器(DAC)
Claims (15)
- 加速度計閉ループ制御システムであって、
第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して移動可能であるプルーフマスを備える静電容量型加速度計と、
駆動周波数及び調節可能マーク/スペース比を伴う同相及び逆位相PWM駆動信号を発生させるために配列されるパルス幅変調(PWM)発生器であって、前記同相及び逆位相PWM駆動信号が、それぞれ、前記第1及び第2の固定キャパシタ電極に印加されることにより、前記第1及び第2の固定キャパシタ電極が交互に充電される、前記パルス幅変調(PWM)発生器と、
ゼロ位置からの前記プルーフマスの変位を表す、前記加速度計からのピックオフ信号を検出し、エラー信号を提供するために配列される出力信号検出器であって、加速度が印加されないと、前記ゼロ位置は、前記第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して前記プルーフマスの位置にある、前記出力信号検出器と、
機械的慣性力が前記ゼロ位置で前記プルーフマスの動作点を維持するために静電気力によって均衡が保たれるように、前記エラー信号に応答して前記同相及び逆位相PWM駆動信号の前記調節可能マーク/スペース比を変動させるために配列される閉ループ内で動作するPWMサーボと、
前記エラー信号に応答して、前記同相と逆位相PWM駆動信号との間の振幅差を変動させるために配列される差動電圧サーボと、
を備える、加速度計閉ループ制御システム。 - 前記差動電圧サーボは、第1及び第2のデジタル制御ワードを生成するために配列されるマイクロコントローラを備え、
前記第1のデジタル制御ワードは、第1の基準入力で前記同相PWM駆動信号を受信し、スケーリングされた同相PWM駆動信号を出力するために配列される、第1のデジタル/アナログ変換器に入力され、
前記第2のデジタル制御ワードは、第2の基準入力で前記逆位相PWM駆動信号を受信し、スケーリングされた逆位相PWM駆動信号を出力するために配列される、第2のデジタル/アナログ変換器に入力される、請求項1に記載の加速度計閉ループ制御システム。 - 前記出力信号検出器は、前記プルーフマスに接続される入力及び出力を有する電荷増幅器を備え、前記出力において、前記プルーフマスと前記第1及び第2のキャパシタ電極のどちらかとの間の静電容量に比例する電圧を生成するために配列される前記電荷増幅器は、ある所与の時間で充電される、請求項1または2に記載の加速度計閉ループ制御システム。
- 前記出力信号検出器は、前記電荷増幅器の前記出力に接続される入力を有する復調器をさらに備え、前記復調器は、
第1のサンプルを生成するように前記同相PWM駆動信号が高い間に、前記電荷増幅器の前記出力をサンプリングし、
第2のサンプルを生成するように前記逆位相PWM駆動信号が高い間に、前記電荷増幅器の前記出力をサンプリングし、
前記第1のサンプルと前記第2のサンプルとの間の差を計算し、
前記エラー信号を生成し、前記エラー信号が前記差に依存するように配列される、請求項3に記載の加速度計閉ループ制御システム。 - 前記PWMサーボは、前記エラー信号の積分に応答して、前記調節可能マーク/スペース比を変動させるために配列される積分ループフィルタを備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の加速度計閉ループ制御システム。
- 前記差動電圧サーボは、前記エラー信号に比例する、前記同相と逆位相PWM駆動信号との間の前記振幅差を変動させるために配列される、請求項1から5のいずれか一項に記載の加速度計閉ループ制御システム。
- 前記復調器は、さらに、同期信号を受信するために配列され、前記復調器は、前記同期信号を使用し、既定の周波数で前記エラー信号を生成する、請求項4に記載の加速度計閉ループ制御システム。
- 前記既定の周波数は、前記駆動周波数である、請求項7に記載の加速度計閉ループ制御システム。
- 前記エラー信号はデジタルである、請求項1から8のいずれか一項に記載の加速度計閉ループ制御システム。
- 第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して移動可能であるプルーフマスを含む、静電容量型加速度計を制御する閉ループ方法であって、
同相及び逆位相パルス幅変調(PWM)駆動信号を、調節可能マーク/スペース比で前記第1及び第2の固定キャパシタ電極に印加することと、
ゼロ位置からの前記プルーフマスの変位を表す、前記加速度計からのピックオフ信号を検出し、エラー信号を提供することであって、加速度が印加されないと、前記ゼロ位置は、前記第1及び第2の固定キャパシタ電極に対して前記プルーフマスの位置にある、前記提供することと、
機械的慣性力が前記ゼロ位置で前記プルーフマスの動作点を維持するために静電気力によって均衡が保たれるように、前記エラー信号に応答して前記同相及び逆位相PWM駆動信号の前記調節可能マーク/スペース比を変動させることによって閉ループ内で動作することと、
前記同相と逆位相PWM駆動信号との間の差動電圧を変動させるように、前記エラー信号を使用することと、を含む閉ループ方法。 - 第1及び第2のデジタル制御ワードを生成することと、
前記第1のデジタル制御ワード及び前記同相PWM駆動信号を使用し、スケーリングされた同相PWM駆動信号を生成することと、
前記第2のデジタル制御ワード及び前記逆位相PWM駆動信号を使用し、スケーリングされた逆位相PWM駆動信号を生成することと、をさらに含む、請求項10に記載の閉ループ方法。 - 前記プルーフマスと前記第1及び第2のキャパシタ電極のどちらかとの間の静電容量に比例する電圧を生成することは、ある所与の時間で充電されることをさらに含む、請求項10または11に記載の閉ループ方法。
- 第1のサンプルを生成するように、前記同相PWM駆動信号が高い間に、前記静電容量に比例する前記電圧をサンプリングすることと、
第2のサンプルを生成するように、前記逆位相PWM駆動信号が高い間に、前記静電容量に比例する電圧をサンプリングすることと、
前記第1のサンプルと前記第2のサンプルとの間の差を計算することと、
前記エラー信号を生成することであって、前記エラー信号が前記差に依存する、前記生成することと、をさらに含む、請求項12に記載の閉ループ方法。 - 同期信号を使用し、既定の周波数で前記エラー信号を生成することをさらに含む、請求項13に記載の閉ループ方法。
- 前記エラー信号は、デジタルである、請求項10から14のいずれか一項に記載の閉ループ方法。
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