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 PDFInfo
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Description
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。
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。
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)。
- 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。
Claims (16)
- 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)の選択的な充電および放電を行うことにより、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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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)の選択的な充電および放電を行うことにより、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)。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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