JP7256888B2 - 静電容量型MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサの動作方法および静電容量型MEMSセンサ - Google Patents

静電容量型MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサの動作方法および静電容量型MEMSセンサ Download PDF

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Description

本発明は、静電容量型MEMSセンサの動作方法に関する。
本発明は、さらに、静電容量型MEMSセンサに関する。
本発明は、一般的に任意の静電容量型MEMSセンサに適用可能であるが、本発明は、ジャイロスコープの形態のMEMSセンサに関連して説明される。
ジャイロスコープでは、特定用途集積回路(略してASIC)の対応する制御回路によって、移動自在に配置された質量(振動質量)が振動するように励振され、好ましくはそれぞれのセンサ素子の共振周波数で振動させられる。振動質量における電極と固定された電極とが静電容量を形成し、それらによる静電エネルギーが当該振動質量に伝達される。この時、当該電極には可変電圧が印加される。これに加え、例えば、振動する振動質量の共振周波数に相当するクロック電圧を用いることができる。
その電圧信号は、例えば、高電圧制御回路によって供給され、充電感度を向上させて低電流時のノイズ低減を可能にするものである。このとき、電圧の大きさは通常、グリッドオペレータによって供給される電圧の大きさよりも高いため、ここでは適切なチャージポンプが使用される。
このような高電圧制御回路は、例えばUS9,006,832B2(米国特許第9,006,832号)により公知である。US9,006,832B2(米国特許第9,006,832号)には、低電圧半導体プロセス技術と互換性のある高電圧MEMSシステムが開示されており、このシステムは、半導体基板に配置された拡張電圧絶縁を使用する高圧バイアスジェネレータに結合されたMEMSデバイスを含む。このシステムでは、高圧トランジスタの使用を省略しているため、特別な高圧処理工程が不要となり、ひいてはプロセス費用と複雑さとを軽減することができる。MEMSの検査機能は、バイアス電圧と電流を調整できるセルフテスト回路によって可能となるので、外部の高電圧接続とそれに伴う静電放電保護回路が不要になる。
一実施形態では、本発明は、
静電容量型MEMSセンサの動作方法であって、
MEMSセンサにおける変位自在に配置された振動質量に定められた電位を与えるステップと、
クロック電気制御電圧を用いて、振動質量の振動運動を容量的に励起させるステップと、
クロック電気制御電圧のクロックに応じて、振動質量に接続された蓄電素子を選択的に充電および/または放電することにより、振動質量において供給される電位のクロック電気制御電圧に起因する変動を補償するステップと
を含む方法を提供するものである。
さらなる実施形態では、本発明は、
変位自在に配置された振動質量と、
振動質量に定められた電位を供給する回路装置と、
振動質量を容量的に励振させて振動運動させる励振装置と、
励振装置による振動質量の振動運動を容量的に励起させるためのクロック電気制御電圧を供給する駆動装置と、
蓄電素子を有する補償装置とを備え、
補償装置は、振動質量に接続されており、クロック電気制御電圧のクロックに応じて蓄電素子を選択的に充電および/または放電することにより、制御電圧によって引き起こされる振動質量における電位の変動を補償するように構成されている、
静電容量型MEMSセンサを提供するものである。
「振動質量の振動運動を容量的に励起させる」というステップは、特に請求項において、好ましくは明細書において、振動運動を行うように振動質量を開始、励振、駆動等することであると理解できる。ここでは特に、振動質量に配置されていない1つまたは複数の電極が、振動質量に配置された1つまたは複数の電極と相互作用する。ここで特に、振動質量自体を電極として構成することができる。一方では振動質量に配置され、他方では振動質量に配置されていない電極の相互作用によって、1つまたは複数の容量が形成される。「容量的に励起」という用語は、特に、電極での電圧による1つまたは複数の容量の変化によって、振動質量の振動運動が行われるか、または少なくとも開始されることであると理解できる。
電位に関連する「変動」という用語は、好ましくは請求項において、特に明細書において、電位の大きさのあらゆる時間的変化であると理解できる。特に、変動とは、振動質量における電位の減少または増加であると理解できる。ここで、変動は、特に、ある所定の平均値からのずれとしてのみ理解できるものではない。したがって、「変動」という用語は、最も広い意味で理解でき、好ましくは請求項において、特に明細書において、あらゆる変化、ずれ、変位等を指す。
振動質量の振動運動に関する「監視」という用語は、最も広い意味で理解でき、この用語は、特に請求項において、好ましくは明細書において、振動運動を説明または特徴づける量、例えば、振動質量の運動の位置、速度、加速度または他の時間的に派生する量の少なくとも部分的に連続した検出、算出、感知等を指す。さらに、「監視」という用語は、同様に振動運動に関連して、特に請求項において、好ましくは明細書において、所定の変化が検出もしくは算出された場合または所定の変化が生じた場合に、動作の実行等が行われることであると理解できる。
振動運動の位相または振幅に関連する「制御」という用語は、特に請求項において、好ましくは明細書において、振動質量の所望の、規定のまたは所定の振動運動を供給および/または維持するための、位相および/または振幅の少なくとも一時的な、特に連続的な調整であると理解できる。
電気制御電圧の位相に関連する信号を「結合する」という用語によって、特に請求項において、好ましくは明細書において、電気制御電圧の位相に対応する、または電気制御電圧の位相を有する信号が生成されることが理解できる。電気制御電圧の位相に関連する「結合する」という用語は、特に、位相結合器による位相結合であるとは理解されない。
これにより得られる利点の1つは、振動質量における電位を、対応するクロック電圧によって直接的に一定に保つことができることである。これにより、高電圧制御回路の帯域幅要件を緩和させ、静電容量型MEMSセンサのパッケージスペースを全体的に小さくし、消費電力を削減させることができる。変位自在に配置された振動質量は、特に弾性的に支持されていてもよい。
本発明のさらなる特徴、利点、およびさらなる実施形態は、以下に説明されるか、または以下によって開示可能になる。
有利な改善構成によれば、振動質量の振動運動が監視され、クロック電気制御電圧は、振動質量の定められた振動運動を維持するように調整される。これにより得られる利点の1つは、振動質量の振動運動を、容易に、かつ変化に迅速に反応して制御できることである。
さらなる有利な改善構成によれば、振動質量の振動運動の位相および/または振幅が検出され、クロック電気制御電圧の位相および/または振幅が、振動質量の定められた振動運動を与えるように制御される。したがって、特に容易かつ確実な方法で、振動質量の振動運動を制御することができる。
さらなる有利な改善構成によれば、クロック電気制御電圧の位相に結合された制御信号が生成され、この制御信号により、蓄電素子の選択的な充電および/または放電が開始される。したがって、クロックに対応する選択的な充電および/または放電を、容易かつ同時に確実な方法で提供することができる。
さらなる有利な改善構成によれば、振動質量において補償されるべき電荷は、振動質量の振動運動の振幅と、クロック電気制御電圧の大きさと、変位に応じた静電容量の動作感度との積として決定され、蓄電素子のための充電電流は、振動質量の振動子の共振周波数の2倍と、補償されるべき電荷との積として決定される。これにより得られる利点の1つは、補償すべき電荷と蓄電素子の充電電流とを容易に決定できることである。
MEMSセンサの有利な改善構成によれば、回路装置は、振動質量に接続された少なくとも1つのチャージポンプを含む。したがって、確実な方法で、振動質量における電荷、ひいては定められた電位を供給することができる。
MEMSセンサのさらに有利な改善構成によれば、回路装置は、振動質量における電位を監視し、所定の基準電圧に応じてその電位を制御するように構成されている。したがって、振動質量における電位を容易な方法で決定し、場合によって調整することができる。
MEMSセンサのさらなる有利な改善構成によれば、クロック電気制御電圧を供給するための駆動装置は、振動質量の振動運動を監視するための回路装置、特に振動質量の振動運動の振幅および/または位相の変化を算出するための回路装置を含む。これにより得られる利点の1つは、クロック電気制御電圧を確実に適応させられることである。
MEMSセンサのさらなる有利な改善構成によれば、駆動装置は、振動質量の定められた振動運動を維持するために、クロック電気制御電圧の振幅および/または位相を制御するための、少なくとも1つの振幅制御装置および/または位相制御装置を含む。これにより得られる利点の1つは、クロック電気制御電圧を柔軟に適応させられることである。
MEMSセンサのさらなる有利な改善構成によれば、駆動装置は、補償装置に接続されており、この駆動装置は、電気制御電圧のクロックに応じて補償装置に制御信号を伝送するように構成されており、補償装置は、制御信号に応じて蓄電素子の選択的な充電および/または放電を行うように構成されている。この利点は、振動質量における電位の変動を、迅速に、確実に、容易に補償できることである。
MEMSセンサのさらなる有利な改善構成によれば、補償装置は、蓄電素子を充電するための少なくとも1つの電流源と、蓄電素子を放電するための少なくとも1つのスイッチと、を含み、少なくとも1つのスイッチは、駆動装置の制御信号により動作可能である。この利点は、補償装置を容易に実装できることである。
MEMSセンサのさらなる有利な改善構成によれば、蓄電素子は、受動的な蓄電素子、特にコンデンサの形態で構成されている。この利点は、電気エネルギーを特に安価で容易に蓄積できることである。
MEMSセンサのさらなる有利な改善構成によれば、少なくとも1つの電流源は、複数の選択可能な電流発生器を提供するように構成された、電流出力部をもつデジタルアナログ変換器を含む。この利点は、蓄電素子の確実に高速充電することと、同時に低コスト設計であることである。
さらなる有利な改善構成によれば、MEMSセンサはジャイロスコープの形態で構成されている。この利点は、特に確実に動作可能で安価なジャイロスコープが使用できることである。
本発明のさらなる重要な特徴および利点は、従属請求項、図面、およびそれに付随する図面の説明から明らかになる。
上記の特徴および以下に説明する特徴は、それぞれの場合に示された組み合わせだけでなく、本発明の範囲を離れることなく、他の組み合わせや単独でも使用できると理解される。
本発明の好ましい実施および実施形態を図面に示し、以下の説明で詳述するが、同一の参照符号は、同一または類似または機能的に同一の構成要素または要素を指す。
本発明の一実施形態にかかるMEMSセンサを示す図である。 本発明の一実施形態にかかるMEMSセンサの異なる位置における電圧信号の異なる形を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる方法ステップの図である。
図1は、本発明の一実施形態にかかるMEMSセンサを示す。
図1は、本発明を説明するために、MEMSセンサ1の重要な構成要素を概略的に示している。MEMSセンサ1は、変位自在に配置された、ここでは弾性的に支持された振動質量5aを備えており、この振動質量5aは、少なくとも1つの第1の空間方向において振動を起こすことが可能であり、その変位を少なくとも1つの第2の空間方向において容量的に検出することが可能である。ここで、第1および第2の空間方向を同一にすることも可能である。さらに、MEMSセンサ1は、振動質量5aに定められた電位を供給するための回路装置4と、クロック電気制御電圧10,11を用いて振動運動をさせるために振動質量5aにおける対向電極20b,21bと相互作用する駆動電極20a,21aを含んで振動質量5aを容量的に励振させるための励振装置と、クロック電気制御電圧10,11を供給するための駆動装置2と、蓄電素子3aを含む補償装置3とを備えている。補償装置3は、振動質量5aに接続されており、クロック電気制御電圧10,11のクロックに応じて蓄電素子3aを選択的に充電および/または放電することにより、制御電圧10,11によって引き起こされる振動質量5aにおける電位の変動を補償するように構成されている。
ここで、駆動装置2は、電流/電圧変換器2aとさらなる電気部品2b,2cとを含む測定回路を備える。一方、駆動装置2は、振動質量5aにおいて対応する対向電極20b,21bとともに相応の容量を形成する駆動電極20a,21aに接続されている。この駆動装置2は、対応する電圧によって、振動質量5aを特に共振振動させるために機能する。さらに、駆動装置2は、測定用電極22a,23aに接続されており、測定用電極22a,23aは、振動質量5aにおいて対応する測定用対向電極22b,23bとともにそれぞれ再び容量を形成し、MEMS素子5の振動質量5aの位置または変位を測定または検出するために機能する。この位置または変位の情報は、振動質量5aの定められた振動運動を生成または維持することができる適切なクロック制御電圧10,11をそれぞれ生成するために位相制御装置12および振幅制御装置14によって使用される。ここで、振幅制御装置14は、振動質量5aの振動の振幅を調整するための可変電圧を供給するように構成されている。
位相制御装置12は、振動運動を所定の周期で維持するために機能する。振幅制御装置14および位相制御装置12により、矩形波のクロック制御電圧信号10,11が生成され、電極20a,21aに印加される。さらに、位相制御装置12は、信号、特にパルス信号12aを供給し、この信号は、補償装置3に伝送される。
補償装置3は、電流出力部をもつデジタルアナログ変換器3bに接続されたコンデンサ3aを有する。特に、デジタルアナログ変換器3bは、コンデンサ3aを充電するための電流発生器を選択するためのインターフェースを有する。電流源として機能するデジタルアナログ変換器3b(以下、I_DACと称す)から供給される電流は、有利には振動質量5aおよびその励振によって形成される振動子の各種パラメータ、例えば、目標とする平均振幅運動、共振周波数、励振感度、品質係数等に適合する。さらに、コンデンサ3aの放電を可能にするスイッチ3cが配置されている。ここで、スイッチ3cは、駆動電極20a,21aに対する(ここでは矩形の)クロック制御電圧と同期してコンデンサ3aが放電されるように、位相制御装置12のパルス信号12aによって制御される。
回路装置4は、ここでは閉ループ制御回路として構成されており、入力側でエラーアンプ4cに接続されたチャージポンプ4aを含む。この閉ループ制御回路4は、基準電圧Vrefによって設定された規定の電位を振動質量5aに供給するように構成されている。ここで、既に上述したように、振動質量5aにおける対向電極20b,21bは、駆動電極20a,21aと相互作用し、測定用対向電極22b,23bは、振動質量5aにおける測定用電極22a,23aと相互作用する。エラーアンプ4cは、MEMS素子5の振動質量5aに高電圧を供給しこれに応じたフィードバックを分圧器4bおよびエラーアンプ4cを介して受け取るチャージポンプ4a用の制御信号を生成するものである。さらなる実施形態では、回路装置4は、チャージポンプ4aのみを備えるオープンシステムとして構成されてもよい。
ここで、駆動装置2、補償装置3および閉ループ制御回路4は、制御電圧のクロックサイクルの間に補償装置3によるコンデンサ3aの電荷Qcgが、駆動電極20a,21aが駆動装置2によって対応するクロックで電圧Vdriveの印加を受けた場合に振動質量5aにおける電位を一定に保つために必要な電荷Qdriveと等しくなるように、連携して動作する。デジタルアナログ変換器3bがコンデンサ3aを充電するために供給する電流I_DACを適宜調整することができる。
Qcg=I_DAC/(fdr*2)=Qdrive=xdr*Vdrive*S_a
ここでは、以下のように対応している。
I_DAC=デジタルアナログ変換器の電流(A)、
fdr=振動質量で形成される振動子のMEMS共振周波数(Hz)、
S_a=動作感度 静電容量/変位量(F/m)、
xdr=振動質量の運動の振幅(m)、および
Vdrive=駆動制御電圧(V)。
電気制御電圧10,11のクロックでスイッチ3cを閉じることで、コンデンサ3aが放電される。ここで、クロック制御電圧の励起パルスによって振動質量5aに短時間で追加的に印加されるのと同じ量の電荷が、それぞれ振動質量5aから流出する。スイッチ3cが開いているとき、すなわち2つのパルス信号12aの間のときは、コンデンサ3aは、電気制御電圧10,11の制御パルスから予想される電荷Qdriveで、それぞれ再充電される。これにより、電気制御電圧10,11の制御パルスに起因する振動質量5aにおける電位の変動を、閉ループ制御回路4とは無関係に補償することができる。これらの電位の変動は、電気制御電圧10,11の制御パルスが振動質量5aの最大変位時に生じるときに特に強い。いずれの場合も、振動質量5aにおける電位は、電気制御電圧10,11の制御パルスに起因して短時間の乱れのみを示し、その後は目標電位に戻る。
対応する電圧の特性を以下の図2に示す。
図2は、本発明の一実施形態にかかるMEMSセンサの異なる位置における電圧信号の異なる形を示すものである。
図2では、様々な信号特性が、時間100に関する電圧101として示されており、この図はこれらの信号特性間の時間的な関係性も示す。上の領域には、駆動電極20aに対する電圧信号10の時間経過が示されており、その下には、駆動電極21aに対する電圧信号11の時間経過が続いて示されている。さらにこの下に、位相制御装置12の制御信号12aの時間経過が示されている。制御信号12aの経過の下には、コンデンサ3aの充電電圧13の経過が示されており、さらにその下には、変位自在の振動質量5aの電位の時間経過が示されている。ここで電圧信号10,11は矩形状を有し、これらは互いに逆の位相、すなわち電圧信号10の位相は電圧信号11に対して180°ずれている。ここで、矩形の電圧信号10,11の周波数は、振動質量5aの共振周波数に相当する。
制御信号12aは、矩形の電圧信号10,11の各エッジ変化に対応する一定の大きさの短時間の単一パルスからなる。コンデンサ3aは、制御信号12aの個々のパルスごとに放電され、これらの個々のパルスの間に再充電される。したがって、補償装置3のコンデンサ3aの電圧13は、制御信号12aの個々のパルスの間でそれぞれ上昇して、個々のパルスごとに再びゼロまで下降し、全体として、電圧13の経過はノコギリ歯形状になる。振動質量5aにおける電位は、定められた大きさを有するが、制御信号10,11のエッジ変化ごとに「ピーク状」に上昇する。補償装置3により、振動質量5aの電位はすぐに以前の大きさに戻り、ここでは実線で示されている。破線は、補償装置3をオフにした場合の振動質量5aにおける電位の特性を示す。この場合、振動質量5aにおける電位は、閉ループ制御回路4の帯域幅によって制限される一定のタイムスパンの後に、略指数関数的に減少する。
図3は、本発明の一実施形態にかかる方法ステップを示している。
図3は、静電容量型MEMSセンサの動作方法を示すものである。ここで、この方法は以下のステップを含む。
第1のステップS1では、MEMSセンサの変位自在に配置された振動質量に定められた電位が供給される。
第2のステップS2では、クロック電気制御電圧を用いて、振動質量の振動運動が容量的に励起させられる。
さらなるステップS3では、振動質量において供給される電位のクロック電気制御電圧に起因する変動が、クロック電気制御電圧のクロックに応じて、振動質量に接続された蓄電素子を選択的に充電および/または放電することによって補償される。
要約すると、本発明の実施形態の少なくとも1つは、以下の利点の少なくとも1つを有する。
- 高電圧制御回路では、チャージポンプによる早急な電荷調整を行う必要がない。
- 高電圧制御回路の消費電力が少ない。
- 高電圧制御回路の要求帯域が低い。
- 製造が容易である。
- 設置スペースがよりコンパクトである。
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明したが、これに限定されるものではなく、様々な方法で変更可能である。

Claims (16)

  1. 静電容量型MEMSセンサ(1)の動作方法であって、
    前記MEMSセンサ(1)における変位自在に配置された振動質量(5a)に定められた電位を与えるステップ(S1)と、
    クロック電気制御電圧(10,11)を用いて、前記振動質量(5a)の振動運動を容量的に励起させるステップ(S2)と、
    前記クロック電気制御電圧(10,11)のクロックに応じて、前記振動質量(5a)に接続された蓄電素子(3a)選択的充電および放を行うことにより、前記振動質量(5a)において供給される電位の前記クロック電気制御電圧(10,11)に起因する変動を補償するステップ(S5)と
    を含む方法。
  2. 前記振動質量(5a)の振動運動が監視され、前記クロック電気制御電圧(10,11)は、前記振動質量(5a)の定められた振動運動を維持するように調整される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記振動質量(5a)の振動運動の位相および/または振幅が検出され、前記クロック電気制御電圧(10,11)の位相および/または振幅が、前記振動質量(5a)の定められた振動運動を与えるように制御される、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記クロック電気制御電圧(10,11)の位相に結合された制御信号(12a)が生成され、前記制御信号(12a)により、前記蓄電素子(3a)の選択的な充電および放電が開始される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記振動質量(5a)において補償されるべき電荷は、前記振動質量(5a)の振動運動の振幅と、前記クロック電気制御電圧(10,11)の大きさと、当該変位に応じた静電容量の動作感度との積として決定され、前記蓄電素子(3a)のための充電電流は、前記振動質量(5a)の振動子の共振周波数の2倍と、補償されるべき電荷との積として決定される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 変位自在に配置された振動質量(5a)と、
    前記振動質量(5a)に定められた電位を供給する回路装置(4)と、
    前記振動質量(5a)を容量的に励振させて振動運動させる励振装置(20a,21a)と、
    前記励振装置(20a,21a)による前記振動質量(5a)の振動運動を容量的に励起(S2)させるためのクロック電気制御電圧(10,11)を供給する駆動装置(2)と、
    蓄電素子(3a)を有する補償装置(3)とを備え、
    前記補償装置(3)は、前記振動質量(5a)に接続されており、前記クロック電気制御電圧(10,11)のクロックに応じて前記蓄電素子(3a)選択的充電および放を行うことにより、前記制御電圧(10,11)によって引き起こされる前記振動質量(5a)における電位の変動を補償するように構成されている、
    静電容量型MEMSセンサ(1)。
  7. 前記回路装置(4)は、前記振動質量(5a)に接続された少なくとも1つのチャージポンプ(4a)を含む、請求項6に記載のMEMSセンサ。
  8. 前記回路装置(4)は、前記振動質量(5a)における電位を監視し、所定の基準電圧(Vref)に応じて前記電位を制御するように構成されている、請求項6または7に記載のMEMSセンサ。
  9. 前記クロック電気制御電圧(10,11)を供給するための前記駆動装置(2)は、前記振動質量(5a)の振動運動の振幅および/または位相の変化を算出するための回路装置を含む、請求項6から8のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
  10. 前記駆動装置(2)は、前記振動質量(5a)の定められた振動運動を維持するために、前記クロック電気制御電圧(10,11)の振幅および/または位相を制御するための、少なくとも1つの振幅制御装置(14)および/または位相制御装置(12)を含む、請求項9に記載のMEMSセンサ。
  11. 前記駆動装置(2)は、前記補償装置(3)に接続されており、前記駆動装置(2)は、前記電気制御電圧(10,11)のクロックに応じて前記補償装置(3)に制御信号(12a)を伝送するように構成されており、前記補償装置(3)は、前記制御信号(12a)に応じて前記蓄電素子(3a)の選択的な充電および放電を行うように構成されている、請求項6から10のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
  12. 前記補償装置(3)は、前記蓄電素子(3a)を充電するための少なくとも1つの電流源(3b)と、前記蓄電素子(3a)を放電するための少なくとも1つのスイッチ(3c)とを含み、前記少なくとも1つのスイッチ(3c)は、前記駆動装置(2)の前記制御信号(12a)により動作可能である、請求項11に記載のMEMSセンサ。
  13. 前記蓄電素子(3a)は、受動的な蓄電素子(3a)で構成されている、請求項6から12のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
  14. 前記受動的な蓄電素子(3a)はコンデンサの形態で構成されている、請求項13に記載のMEMSセンサ。
  15. 前記少なくとも1つの電流源(3b)は、複数の選択可能な電流発生器を提供するように構成された、電流出力部をもつデジタルアナログ変換器(3b)を含む、請求項12に記載のMEMSセンサ。
  16. 前記MEMSセンサ(1)はジャイロスコープの形態で構成されている、請求項6から15のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115395947A (zh) * 2021-05-25 2022-11-25 华为技术有限公司 一种震动补偿装置、相关设备及相关方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006170620A (ja) 2004-12-10 2006-06-29 Denso Corp ジャイロセンサ
JP2007285936A (ja) 2006-04-18 2007-11-01 Toyota Motor Corp 力学量検出装置
JP2015210137A (ja) 2014-04-25 2015-11-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 角速度検出装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5349855A (en) * 1992-04-07 1994-09-27 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Comb drive micromechanical tuning fork gyro
US5747961A (en) 1995-10-11 1998-05-05 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Beat frequency motor position detection scheme for tuning fork gyroscope and other sensors
FR2742011B1 (fr) 1995-11-30 1998-02-20 Sfim Ind Moteur a vibrations a interface rotor/stator a alliage a memoire de forme
JP2010185714A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Panasonic Corp 物理量センサシステム、物理量センサ装置
US9006832B2 (en) 2011-03-24 2015-04-14 Invensense, Inc. High-voltage MEMS apparatus and method
JP5963567B2 (ja) * 2012-06-26 2016-08-03 日立オートモティブシステムズ株式会社 慣性センサ
DE102012222225B3 (de) * 2012-12-04 2014-01-02 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Antriebs- und kompensationsschaltung für kapazitive mems-strukturen
US9250261B2 (en) 2012-12-28 2016-02-02 Intel Corporation Method, apparatus and system for providing metering of acceleration
JP6084473B2 (ja) * 2013-02-01 2017-02-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 複合センサ
JP6222426B2 (ja) * 2013-04-24 2017-11-01 セイコーエプソン株式会社 物理量検出回路、物理量検出装置、電子機器及び移動体
DE102014202009A1 (de) * 2014-02-05 2015-08-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Mittel zum Regeln der elektrischen Vorspannung am Messkondensator eines MEMS-Sensorelements
DE102015201544A1 (de) * 2015-01-29 2016-08-04 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor und Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors
EP3404422B1 (en) 2017-05-19 2019-11-13 NXP USA, Inc. System including a capacitive transducer and an excitation circuit for such a transducer and a method for measuring acceleration with such a system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006170620A (ja) 2004-12-10 2006-06-29 Denso Corp ジャイロセンサ
JP2007285936A (ja) 2006-04-18 2007-11-01 Toyota Motor Corp 力学量検出装置
JP2015210137A (ja) 2014-04-25 2015-11-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 角速度検出装置

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