KR101438487B1 - Capacitance inertial sensor improving sensing noise - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 용량성 관성 센서에 관한 것으로, 특히, C-V 변환부의 오프셋 전압으로 인한 센싱 노이즈를 개선하는 용량형 관성 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a capacitive inertial sensor, and more particularly, to a capacitive inertial sensor that improves sensing noise due to an offset voltage of a CV conversion unit.
MEMS 기술은 실리콘 공정을 이용하여 시스템의 특정 부위를 마이크로미터 단위의 정교한 형상으로 실리콘 기판상에 집적하여 형성하는 것이다. 가속도 센서 및 각속도 센서를 비롯한 관성 센서(즉, 관성력 검지용 MEMS 소자)는 MEMS 기술로 제작된 대표적인 소자로서, 병진운동 및 회전 운동을 측정할 수 있는 센서이다. 특히, 용량형 관성 센서는 제작 공정이 간단하고, 온도 변화에 둔감하며, 비선형성이 적어서 널리 사용되고 있는 형태이다.The MEMS technology is to form a specific part of the system in a precise micrometer shape on a silicon substrate by using a silicon process. An inertial sensor (ie, a MEMS element for sensing inertial force) including an acceleration sensor and an angular velocity sensor is a representative device manufactured by MEMS technology, and is a sensor capable of measuring translational motion and rotational motion. In particular, the capacitive inertial sensor is a widely used type because of its simple manufacturing process, insensitivity to temperature change, and low nonlinearity.
도 1은 기존의 용량성 관성 센서를 설명하기 위한 도면이다. 기존의 용량성 관성 센서(10)는 관성 감지부(11) 및 C-V 변환부(13)를 포함하여 이루어진다. 상기 관성 감지부(11)의 제1 캐패시턴스값(11a) 및 제2 캐패시턴스값(11b)은 관성력의 인가에 따라 상보적으로 증감한다. 이때, 증감되는 상기 제1 캐패시턴스값(11a)과 상기 제2 캐패시턴스값(11b)에 의하여, 매쓰 전압(VMAS)이 결정된다.1 is a view for explaining a conventional capacitive inertial sensor. The conventional capacitive
그리고, 상기 C-V 변환부(13)는 변환 증폭기(13a), 증폭 캐패시터(13b) 및 증폭 연결 스위치(13c)를 포함한다. 상기 변환 증폭기(13a)는 리셋 신호(RST)가 "L"로 비활성화되는 동안에, 공통 전압(VCOM)에 대한 상기 매쓰 전압(VMAS)을 반전 증폭하여 확인신호(VFI)로 출력한다. 그리고, 상기 리셋 신호(RST)는 상기 제1 캐패시턴스값(11a) 및 상기 제2 캐패시턴스값(11b)을 발생하게 하는 제1 센싱 신호(MOD1) 및 제2 센싱 신호(MOD2)와 동일한 주기로 구동된다.The
이때, 효과적인 관성력 인가의 센싱을 위해서는, 상기 매쓰 전압(VMAS)이 상기 공통 전압(VCOM)과 동일한 레벨로 프리차아지되는 것이 필요하다.At this time, for effective sensing of inertia force, it is necessary that the mass voltage VMAS is precharged to the same level as the common voltage VCOM.
하지만, 상기 변환 증폭기(13a)의 구조상의 차이 및 전송라인의 길이의 차이 등으로 인하여, 상기 매쓰 전압(VMAS)과 상기 공통 전압(VCOM) 사이에는 오프셋 전압(Voff)이 발생될 수 있다.However, an offset voltage Voff may be generated between the mat voltage VMAS and the common voltage VCOM due to the difference in the structure of the
이 경우, 기존의 용량성 관성 센서에서는, 상기 오프셋 전압(Voff)의 영향으로 인하여 센싱 노이즈가 발생되며, 결과적으로 관성력 인가의 감지 효율이 저하되는 문제점이 발생된다.
In this case, in the conventional capacitive inertial sensor, sensing noise is generated due to the influence of the offset voltage (Voff), resulting in a problem that the detection efficiency of inertial force application is lowered.
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오프셋 전압(Voff)의 영향으로 인한 센싱 노이즈를 개선하여, 관성력 인가의 감지 효율이 향상되는 용량성 관성 센서를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a capacitive inertial sensor in which sensing noise due to an influence of an offset voltage (Voff) is improved and detection efficiency of inertial force application is improved.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 용량성 관성 센서에 관한 것이다. 본 발명의 용량성 관성 센서는 관성력의 인가에 따라 상보적으로 증감되는 제1 관성 캐패시턴스 및 제2 관성 캐패시턴스를 발생하고, 상기 제1 관성 캐패시턴스와 상기 제2 관성 캐패시턴스의 차이에 근거하여 매쓰전압을 생성하는 관성 감지부로서, 상기 제1 관성 캐패시턴스는 제1 센싱 신호와 상기 매쓰 전압 사이에 형성되며, 상기 제2 관성 캐패시턴스는 제2 센싱 신호와 상기 매쓰 전압 사이에 형성되는 상기 관성 감지부로서, 상기 제1 센싱 신호와 상기 제2 센싱 신호는 서로 반대의 위상을 가지도록 구동되는 상기 관성 감지부; 공통 전압을 수신하고, 리셋 신호의 비활성화에 응답하여 상기 매쓰전압을 증폭하며, 증폭된 상기 매쓰전압을 증폭 전압으로 발생하는 C-V 변환부로서, 상기 증폭 전압은 상기 공통 전압에 대한 상기 매쓰전압의 레벨이 반영되는 상기 C-V 변환부; 및 상기 증폭 전압의 제1 레벨과 제2 레벨을 연산하여 확인신호를 발생하는 연산부로서, 상기 증폭 전압의 제1 레벨은 상기 리셋 신호의 제1 비활성화에 응답하여 발생되며, 상기 증폭 전압의 제2 레벨은 상기 리셋 신호의 제2 비활성화에 응답하여 발생되는 상기 연산부로서, 상기 제1 센싱 신호와 상기 제2 센싱 신호 각각은 상기 리셋 신호의 제1 비활성화와 상기 리셋 신호의 제2 비활성화 시에 서로 상반되는 위상으로 천이되는 상기 연산부를 구비한다. 이때, 상기 제1 센싱 신호 및 상기 제2 센싱 신호의 주기는 상기 리셋 신호의 주기의 2n배(여기서, n은 자연수)이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a capacitive inertial sensor. The capacitive inertial sensor of the present invention generates a first inertial capacitance and a second inertial capacitance which are complementarily increased or decreased in accordance with the application of the inertial force and generates a first inertial capacitance and a second inertial capacitance based on the difference between the first inertial capacitance and the second inertial capacitance, Wherein the first inertial capacitance is formed between the first sensing signal and the Math voltage and the second inertial capacitance is the inertial sensing unit formed between the second sensing signal and the Math voltage, The inertial sensing unit being driven so that the first sensing signal and the second sensing signal have phases opposite to each other; A CV converter for receiving a common voltage, amplifying the Math voltage in response to deactivation of a reset signal, and generating the amplified Math voltage as an amplification voltage, the amplification voltage being a level of the Math voltage for the common voltage The CV conversion unit reflects the reflected light; A first level of the amplification voltage is generated in response to a first deactivation of the reset signal and a second level of the amplification voltage is generated in response to a first deactivation of the reset signal, Level is generated in response to a second deactivation of the reset signal, wherein each of the first sensing signal and the second sensing signal is a complementary signal to each other when the first deactivation of the reset signal and the second deactivation of the reset signal are performed, The phase of which is shifted to a phase that is different from the phase of the output signal. At this time, the period of the first sensing signal and the second sensing signal is 2n times (where n is a natural number) the period of the reset signal.
상기와 같은 본 발명의 용량성 관성 센서에 의하면, 오프셋 전압(Voff)의 영향으로 인한 센싱 노이즈가 크게 개선되며, 그 결과, 관성력 인가의 감지 효율이 현저히 향상된다.
According to the capacitive inertial sensor of the present invention as described above, the sensing noise due to the influence of the offset voltage (Voff) is greatly improved, and as a result, the detection efficiency of the inertial force application is remarkably improved.
본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 기존의 용량성 관성 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용량성 관성 센서를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 관성 감지부를 구체적으로 나타내는 도면이며, 도 4a 및 도 4b는 관성의 인가에 따른 도 3의 관성 감지부의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 용량성 관성 센서의 주요신호의 동작을 설명하기 위한 도면이다.A brief description of each drawing used in the present invention is provided.
1 is a view for explaining a conventional capacitive inertial sensor.
2 illustrates a capacitive inertial sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram specifically illustrating the inertial sensing unit of FIG. 2. FIGS. 4A and 4B are views for explaining the action of the inertial sensing unit of FIG. 3 according to application of inertia.
5 is a view for explaining the operation of the main signal of the capacitive inertial sensor of FIG.
본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어 지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어 지는 것이다. 또한, 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention and its operational advantages, and the objects attained by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the invention, and the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Also, in understanding each of the figures, it should be noted that like parts are denoted by the same reference numerals whenever possible. Further, detailed descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용량성 관성 센서를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 용량성 관성 센서는 관성 감지부(100), C-V 변환부(200) 및 연산부(300)를 구비한다.2 illustrates a capacitive inertial sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the capacitive inertial sensor of the present invention includes an
상기 관성 감지부(100)는 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)와 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)를 발생한다. 이때, 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)와 상기 관성 제2 캐패시턴스(CAP2)는 관성력의 인가에 따라 상보적으로 증감된다. 그리고, 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)과 상기 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)의 차이에 근거하여, 매쓰전압(VMAS)이 생성된다.The
도 3은 도 1의 관성 감지부(100)를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 관성 감지부(100)는 질량체(110), 제1 고정전극체(120), 제2 고정전극체(130), 제1 이동 전극(112), 제2 이동 전극(114), 제1 고정전극(122) 및 제2 고정전극(134)을 포함하여 구성된다.FIG. 3 is a view showing the
상기 제1 고정전극체(120) 및 상기 제2 고정전극체(130)는 관성력의 인가에 대하여 일정한 위치에 고정된다. 즉, 상기 제1 고정전극체(120) 및 상기 제2 고정전극체(130)는, 관성력이 인가되는 경우에도, 일정한 상대적 위치에 고정된다The first fixed
상기 질량체(110)는 기계적 강성으로 작용하는 스프링 기능을 갖는 지지빔(suspension beam)(미도시)에 의하여 탄성적으로 지지되는 가동 구조물로서, 인가되는 관성력의 방향에 따라, 상기 제1 고정전극체(120) 및 상기 제2 고정전극체(130)에 대하여, 일방향으로 이동된다. 이러한 상기 질량체(110)는 도전성 물질로 구현되는 것이 바람직하다.The
상기 제1 이동 전극(112)과 상기 제2 이동 전극(114)은 상기 질량체(110)의 일측면 및 다른 일측면(도면상으로는 좌우)으로부터 일정길이로 연장되어 형성된다.The first moving
상기 제1 고정전극(122)은 상기 제1 이동 전극(112)에 대하여 일정거리(d1)만큼 떨어져 중첩배치되도록 상기 제1 고정전극체(120)로부터 상기 질량체(110)측으로 일정길이 연장된다. 그리고, 상기 제2 고정전극(134)은 상기 제2 이동 전극(124)에 대하여 일정거리(d2)만큼 떨어져 중첩배치되도록 상기 제2 고정전극체(130)로부터 상기 질량체(110)측으로 일정길이 연장된다.The first
그리고, 인가되는 관성의 감지를 위하여, 상기 제1 고정전극(122)에는 상기 제1 고정전극체(120)를 통하여 제1 센싱 신호(MOD1)가 인가되며, 상기 제2 고정전극(134)에는 상기 제2 고정전극체(130)를 통하여 제2 센싱 신호(MOD2)가 인가된다. 이때, 상기 제1 센싱 신호(MOD1)와 상기 제2 센싱 신호(MOD2)는 동일한 주기(T_SEN)를 가지며, 서로 반대의 위상으로 반복 천이되는 신호이다(도 5 참조).A first sensing signal MOD1 is applied to the first fixed
그리고, 상기 제1 이동전극(112) 및 상기 제2 이동전극(114)은 상기 질량체(110)를 통하여 상기 매쓰전압(VMAS)과 연결된다.The first moving
이 경우, 상기 제1 이동전극(112)과 상기 제1 고정전극(122)에 의하여 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)가 발생되며, 상기 제2 이동전극(114)과 상기 제2 고정전극(134)에 의하여 상기 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)가 발생된다.In this case, the first inertial capacitance CAP1 is generated by the first moving
상기와 같은 구성을 가지는 상기 관성 감지부(100)에서, 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)과 상기 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)이 관성력 인가의 방향에 따라 서로 상보적으로 증감됨으로써, 관성력의 인가의 방향을 감지할 수 있다.In the
예를 들어, 도 4a와 같이 도면상의 위쪽으로 가속도가 발생하는 경우를 가정하자. 이때, 가속도 방향과 반대의 방향인 도면상의 아래쪽으로 관성이 발생된다. 그러면, 질량체(100)는 관성의 방향인 아래쪽으로 이동하고, 상기 질량체(100)에 고정 연결된 제1 및 제2 이동전극(112, 114)도 관성 방향인 아래쪽으로 이동된다. For example, assume that acceleration occurs upward in the drawing as shown in FIG. 4A. At this time, inertia is generated downward in the drawing, which is the direction opposite to the acceleration direction. Then, the
이에 따라, 제1 이동전극(112)과 제1 고정전극(122) 사이의 거리(d1)는 감소되며, 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)은 증가된다. 그리고, 제2 이동전극(114)과 제2 고정전극(134) 사이의 거리(d2)는 증가되며, 상기 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)은 감소된다.Accordingly, the distance d1 between the first moving
또한, 도 4b와 같이 도면상의 아래쪽으로 가속도가 발생하는 경우에는, 도면상의 위쪽으로 관성이 발생된다. 그러면, 질량체(100)는 위쪽으로 이동하고, 상기 질량체(100)에 고정 연결된 제1 및 제2 이동전극(112, 114)도 위쪽으로 이동된다. When an acceleration is generated downward in the drawing as shown in FIG. 4B, inertia is generated upward in the drawing. Then, the
이에 따라, 제1 이동전극(112)과 제1 고정전극(122) 사이의 거리(d1)는 증가되며, 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)는 감소된다. 그리고, 제2 이동전극(114)과 제2 고정전극(134) 사이의 거리(d2)는 감소되며, 상기 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)는 증가된다.Accordingly, the distance d1 between the first moving
바람직하기로는, 본 발명의 용량성 관성 센서에서, 관성력 인가의 감지가 용이하도록 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1) 및 제2 관성 캐패시턴스(CAP2)를 크게 하기 위하여, 상기 제1 이동전극(112), 상기 제1 고정전극(122), 상기 제2 이동전극(114) 및 상기 제2 고정전극(134)은 복수개로 구비된다.Preferably, in the capacitive inertial sensor of the present invention, in order to increase the first inertial capacitance CAP1 and the second inertial capacitance CAP2 so as to easily detect the application of the inertial force, the first
다시 도 2를 참조하면, 상기 C-V 변환부(200)는 공통 전압(VCOM)을 인가하고, 상기 매쓰전압(VMAS)을 증폭하여 증폭 전압(VAMP)을 제공한다. 이때, 상기 증폭 전압(VAMP)은 상기 공통 전압(VCOM)에 대한 상기 매쓰전압(VMAS)의 레벨이 반영된다. 즉, 상기 C-V 변환부(200)는, 리셋 신호(RST)의 "L"로의 비활성화 동안에, 입력되는 관성력에 따라 상보적으로 변화되는 상기 제1 관성 캐패시턴스(CAP1)와 상기 관성 제2 캐패시턴스(CAP2)의 변화에 따라 미세하게 변화되는 상기 매쓰전압(VMAS)을 증폭하여 상기 증폭 전압(VAMP)으로 발생한다.2, the
그리고, 상기 C-V 변환부(200)는 리셋 신호(RST)의 "H"로의 활성화 동안에, 상기 매쓰전압(VMAS) 및 상기 증폭 전압(VAMP)을 프리차아지하도록 구동된다.The
바람직하기로는, 상기 C-V 변환부(200)는 변환 증폭기(221), 증폭 캐패시터(222) 및 증폭 연결 스위치(223)를 구비한다.Preferably, the
상기 변환 증폭기(221)는 음(-)의 입력 단자에 상기 매쓰전압(VMAS)이 제공되고 양(+)의 입력단자에 상기 공통 전압(VCOM)이 제공되며, 출력단자를 통하여 상기 증폭 전압(VAMP)을 발생한다. 이러한 상기 변환 증폭기(221)는 상기 공통 전압(VCOM)을 기준으로 상기 매쓰전압(VMAS)을 반전 증폭하여 상기 증폭 전압(VAMP)으로 발생한다.The
상기 증폭 캐패시터(222)는 상기 매쓰전압(VMAS)과 상기 증폭 전압(VAMP) 사이에 형성된다. 이러한 상기 증폭 캐패시터(222)는 상기 매쓰전압(VMAS)과 상기 증폭 전압(VAMP)을 커플링한다.The
상기 증폭 연결 스위치(223)는 리셋 신호(RST)의 "H"로의 활성화에 응답하여 상기 매쓰전압(VMAS)과 상기 증폭 전압(VAMP)을 전기적으로 연결한다. 이때, 상기 매쓰전압(VMAS)과 상기 증폭 전압(VAMP)은, 상기 리셋 신호(RST)의 "H"로의 활성화 동안에 상기 공통 전압(VCOM)으로 제어되는 것이 바람직하다.The
하지만, 상기 변환 증폭기(221)의 구조상의 차이 및 전송라인의 길이의 차이 등으로 인하여, 상기 매쓰 전압(VMAS)과 상기 공통 전압(VCOM) 사이에는 오프셋 전압(Voff)이 발생될 수 있으며, 결과적으로 관성력 인가의 감지 효율을 저하시킬 수 있음은 전술한 바와 같다.However, an offset voltage Voff may be generated between the mat voltage VMAS and the common voltage VCOM due to the difference in the structure of the
이와 같은 오프셋 전압(Voff)으로 인한 센싱 노이즈를 저감하기 위하여, 본 발명의 용량성 관성 센서에 의하여 연산부(300)를 구비한다.In order to reduce the sensing noise due to the offset voltage Voff, the
상기 연산부(300)는 상기 증폭 전압(VAMP)의 제1 레벨(VAMP<1>)과 제2 레벨(VAMP<2>)을 연산하여 확인신호(VFI)를 발생한다. 본 실시예에서, 상기 연산부(300)는 상기 증폭 신호(VAMP)의 제1 레벨(VAMP<1>)과 제2 레벨(VAMP<2>)의 차이를 이용하여 상기 확인신호(VFI)를 발생한다.The
그리고, 상기 증폭 전압(VAMP)의 제1 레벨(VAMP<1>)은 상기 리셋 신호(RST)의 제1 비활성화(도 5의 t1 참조)에 응답하여 발생되며, 상기 증폭 전압(VAMP)의 제2 레벨(VAMP<2>)은 상기 리셋 신호(RST)의 제2 비활성화(도 5의 t2 참조)에 응답하여 발생된다. 이때, 상기 제1 센싱 신호(MOD1)와 상기 제2 센싱 신호(MOD2) 각각은 상기 리셋 신호(RST)의 제1 비활성화(도 5의 t1 참조)와 상기 리셋 신호의 제2 비활성화(도 5의 t2 참조) 시에 서로 상반되는 위상으로 천이된다.The first level VAMP < 1 > of the amplification voltage VAMP is generated in response to the first deactivation (see t1 in Fig. 5) of the reset signal RST, The second level (VAMP < 2 >) is generated in response to the second deactivation (see t2 in Fig. 5) of the reset signal RST. Each of the first sensing signal MOD1 and the second sensing signal MOD2 includes a first deactivation (see t1 in FIG. 5) of the reset signal RST and a second deactivation of the reset signal t2 ").
바람직하기로는, 상기 리셋 신호(RST)의 제1 비활성화와 상기 리셋 신호의 제2 비활성화는 연속된다. 즉, 상기 리셋 신호(RST)의 제1 비활성화와 상기 리셋 신호의 제2 비활성화 사이에는 1회의 활성화가 존재한다.Preferably, the first deactivation of the reset signal RST and the second deactivation of the reset signal are continuous. That is, there is one activation between the first deactivation of the reset signal RST and the second deactivation of the reset signal.
여기서, 상기 제1 센싱 신호(MOD1) 및 상기 제2 센싱 신호(MOD2)의 주기는 상기 리셋 신호(RST)의 주기의 2n배(여기서, n은 자연수)이다. 바람직하기로는, 상기 제1 센싱 신호(MOD1) 및 상기 제2 센싱 신호(MOD2)의 주기는, 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 리셋 신호(RST)의 주기의 2배이다.Here, the periods of the first sensing signal MOD1 and the second sensing signal MOD2 are 2n times (where n is a natural number) the period of the reset signal RST. Preferably, the period of the first sensing signal MOD1 and the period of the second sensing signal MOD2 are two times the period of the reset signal RST, as shown in FIG.
계속하여, 상기 연산부(300)에 의하여, 관성력 인가의 감지에 있어서, 상기 오프셋 전압(Voff)에 의한 영향이 배제됨에 대하여 살펴본다.Subsequently, the influence of the offset voltage Voff is excluded in the detection of the inertial force application by the
먼저, 본 발명의 용량성 관성 센서에서, 상기 증폭 전압(VAMP)의 제1 레벨(VAMP<1>)은 (수학식1)과 같다.First, in the capacitive inertial sensor of the present invention, the first level (VAMP < 1 >) of the amplification voltage (VAMP) is equal to (Equation 1).
(수학식1)(1)
VAMP<1>=VCOM+Voff+(VMOD1<1>-VMOD2<1>)*2ΔCd/CfVAMP <1> = VCOM + Voff + (VMOD1 <1> -VMOD2 <1>) * 2ΔCd / Cf
=VCOM+Voff+(VSS-VDD)*2ΔCd/Cf이다. = VCOM + Voff + (VSS-VDD) * 2? Cd / Cf.
여기서, here,
VMOD1<1>: 리셋 신호(RST)의 제1 비활성화시에 제어되는 제1 센싱 신호(MOD1)의 전압으로서, 본 실시예에서는 '접지전압(VSS)'임VMOD1 <1>: The voltage of the first sensing signal MOD1 controlled at the time of the first deactivation of the reset signal RST, which is the 'ground voltage VSS' in this embodiment
VMOD2<1>: 리셋 신호(RST)의 제1 비활성화시에 제어되는 제2 센싱 신호(MOD2)의 전압으로서, 본 실시예에서는 '전원전압(VDD)'임VMOD2 <1>: The voltage of the second sensing signal MOD2, which is controlled in the first deactivation of the reset signal RST, is the 'power supply voltage VDD'
ΔCd: 관성 인가에 따른 제1 정상 캐패시턴스(CAP1)과 제1 정상 캐패시턴스(CAP2)의 차? Cd: Difference between the first normal capacitance (CAP1) and the first normal capacitance (CAP2)
Cf: C-V 변환부(200)의 증폭 캐패시터(222)의 캐패시턴스
Cf: the capacitance of the amplifying
또한, 본 발명의 용량성 관성 센서에서, 상기 증폭 전압(VAMP)의 제2 레벨(VAMP<2>)은 (수학식2)과 같다.In the capacitive inertial sensor of the present invention, the second level (VAMP < 2 >) of the amplification voltage (VAMP) is equal to (Equation 2).
(수학식2)(2)
VAMP<2>=VCOM+Voff+(VMOD1<2>-VMOD2<2>)*2ΔCd/CfVAMP <2> = VCOM + Voff + (VMOD1 <2> -VMOD2 <2>) * 2ΔCd / Cf
=VCOM+Voff+(VDD-VSS)*2ΔCd/Cf이다. = VCOM + Voff + (VDD-VSS) * 2? Cd / Cf.
여기서, here,
VMOD1<2>: 리셋 신호(RST)의 제2 비활성화시에 제어되는 제1 센싱 신호(MOD1)의 전압으로서, 본 실시예에서는 '전원전압(VDD)'임VMOD1 <2>: The voltage of the first sensing signal MOD1 which is controlled at the time of the second deactivation of the reset signal RST, is the 'power supply voltage VDD'
VMOD2<2>: 리셋 신호(RST)의 제2 비활성화시에 제어되는 제2 센싱 신호(MOD2)의 전압으로서, 본 실시예에서는 '접지전압(VSS)'임
VMOD2 <2>: The voltage of the second sensing signal MOD2, which is controlled at the time of the second deactivation of the reset signal RST, is the 'ground voltage VSS'
그리고, 본 발명의 용량성 관성 센서에서, 상기 확인 신호(VFI)의 레벨은 (수학식3)과 같다.In the capacitive inertial sensor of the present invention, the level of the confirmation signal VFI is equal to (Equation 3).
(수학식3)(3)
VFI=VAMP<2>-VAMP<1>VFI = VAMP <2> -VAMP <1>
=2*(VDD-VSS)*2ΔCd/Cf이다.
= 2 * (VDD-VSS) * 2? Cd / Cf.
따라서, 상기 확인 신호(XFI)의 전압레벨은 순수하게 관성력 인가에 따른 제1 정상 캐패시턴스(CR1)과 제1 정상 캐패시턴스(CR1)의 차(ΔCd)가 반영되며, 상기 오프셋 전압(Voff)에 따른 영향은 배제된다.Therefore, the voltage level of the confirmation signal XFI reflects the difference ΔCd between the first normal capacitance CR1 and the first normal capacitance CR1 in accordance with the application of the inertial force, and the voltage level of the confirmation signal XFI depends on the offset voltage Voff Effects are excluded.
계속 도 2를 참조하면, 본 발명의 용량성 관성 센서는 주기 확장부(400)를 더 구비하는 것이 바람직하다.Continuing with FIG. 2, the capacitive inertial sensor of the present invention preferably further includes a
상기 주기 확장부(400)는 상기 리셋 신호(RST)의 주기를 2n배로 확장하여 상기 제1 센싱 신호(MOD1) 및 상기 제2 센싱 신호(MOD2)를 발생한다. 이러한 상기 주기 확장부(400)의 구현은 당업자에게는 자명하므로, 본 명세서에서, 그에 대한 구체적인 기술은 생략된다.The
상기와 같은 본 발명의 용량성 관성 센서에 의하면, 오프셋 전압(Voff)의 영향으로 인한 센싱 노이즈가 크게 개선되며, 결과적으로 관성력 인가의 감지 효율이 현저히 향상된다.
According to the capacitive inertial sensor of the present invention as described above, the sensing noise due to the influence of the offset voltage (Voff) is greatly improved, and as a result, the sensing efficiency of application of the inertial force is remarkably improved.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (6)
관성력의 인가에 따라 상보적으로 증감되는 제1 관성 캐패시턴스 및 제2 관성 캐패시턴스를 발생하고, 상기 제1 관성 캐패시턴스와 상기 제2 관성 캐패시턴스의 차이에 근거하여 매쓰전압을 생성하는 관성 감지부로서, 상기 제1 관성 캐패시턴스는 제1 센싱 신호와 상기 매쓰 전압 사이에 형성되며, 상기 제2 관성 캐패시턴스는 제2 센싱 신호와 상기 매쓰 전압 사이에 형성되는 상기 관성 감지부로서, 상기 제1 센싱 신호와 상기 제2 센싱 신호는 서로 반대의 위상을 가지도록 구동되는 상기 관성 감지부;
공통 전압을 수신하고, 리셋 신호의 비활성화에 응답하여 상기 매쓰전압을 증폭하며, 증폭된 상기 매쓰전압을 증폭 전압으로 발생하는 C-V 변환부로서, 상기 증폭 전압은 상기 공통 전압에 대한 상기 매쓰전압의 레벨이 반영되는 상기 C-V 변환부; 및
상기 증폭 전압의 제1 레벨과 제2 레벨을 연산하여 확인신호를 발생하는 연산부로서, 상기 증폭 전압의 제1 레벨은 상기 리셋 신호의 제1 비활성화에 응답하여 발생되며, 상기 증폭 전압의 제2 레벨은 상기 리셋 신호의 제2 비활성화에 응답하여 발생되는 상기 연산부로서, 상기 제1 센싱 신호와 상기 제2 센싱 신호 각각은 상기 리셋 신호의 제1 비활성화와 상기 리셋 신호의 제2 비활성화 시에 서로 상반되는 위상으로 천이되는 상기 연산부를 구비하며,
상기 제1 센싱 신호 및 상기 제2 센싱 신호의 주기는
상기 리셋 신호의 주기의 2n배(여기서, n은 자연수)인 것을 특징으로 하는 용량성 관성 센서.
In a capacitive inertial sensor,
An inertial sensing unit for generating a first inertial capacitance and a second inertial capacitance which are complementarily increased or decreased in response to application of an inertial force and generating a mass voltage based on a difference between the first inertial capacitance and the second inertial capacitance, Wherein the first inertial capacitance is formed between the first sensing signal and the Math voltage and the second inertial capacitance is the inertial sensing unit formed between the second sensing signal and the Math voltage, 2 sensing signal is driven to have a phase opposite to that of the inertial sensing unit;
A CV converter for receiving a common voltage, amplifying the Math voltage in response to deactivation of a reset signal, and generating the amplified Math voltage as an amplification voltage, the amplification voltage being a level of the Math voltage for the common voltage The CV conversion unit reflects the reflected light; And
A first level of the amplification voltage is generated in response to a first deactivation of the reset signal and a second level of the amplification voltage is generated in response to a first deactivation of the reset signal, Wherein the first sensing signal and the second sensing signal are generated in response to a second deactivation of the reset signal, wherein each of the first sensing signal and the second sensing signal is opposite to the first deactivation of the reset signal and the second deactivation of the reset signal Phase shifting operation,
The period of the first sensing signal and the second sensing signal is
Wherein the period of the reset signal is 2n times (where n is a natural number) of the period of the reset signal.
상기 리셋 신호의 주기를 2n배로 확장하여 상기 제1 센싱 신호 및 상기 제2 센싱 신호를 발생하는 주기 확장부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용량성 관성 센서.
2. The apparatus of claim 1, wherein the capacitive inertial sensor
Further comprising a period extending unit for extending the period of the reset signal by 2n times to generate the first sensing signal and the second sensing signal.
'1'인 것을 특징으로 하는 용량성 관성 센서.
2. The method of claim 1,
1 ".< / RTI >
상기 제1 센싱 신호가 인가되는 제1 고정전극체;
상기 제2 센싱 신호가 인가되는 제2 고정전극체;
부유되어 탄성적으로 이동가능하고 상기 매쓰전압과 전기적으로 연결되는 질량체로서, 상기 관성력의 인가 방향에 따라 상기 제1 고정전극체 및 상기 제2 고정전극체에 대하여 일방향으로 이동되는 상기 질량체;
상기 질량체의 일측면으로부터 일정길이로 연장되어 형성되는 제1 이동전극;
상기 질량체의 다른 일측면으로부터 일정길이로 연장되어 형성되는 제2 이동전극;
상기 제1 이동 전극에 대하여 일정거리만큼 떨어져 중첩배치되도록 상기 제1 고정전극체로부터 상기 질량체측으로 일정길이 연장되어 형성되는 제1 고정전극; 및
상기 제2 이동 전극에 대하여 일정거리만큼 떨어져 중첩배치되도록 상기 제2 고정전극체로부터 상기 질량체측으로 일정길이 연장되어 형성되는 제2 고정전극를 구비하며,
상기 제1 관성 캐패시턴스는
상기 제1 이동전극과 상기 제1 고정전극에 의하여 발생되며,
상기 제2 관성 캐패시턴스는
상기 제2 이동전극과 상기 제2 고정전극에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 용량성 관성 센서.
The apparatus according to claim 1, wherein the inertia sensing unit
A first fixed electrode body to which the first sensing signal is applied;
A second fixed electrode body to which the second sensing signal is applied;
A mass that is suspended and elastically movable and electrically connected to the Math voltage, the mass being moved in one direction with respect to the first fixed electrode unit and the second fixed electrode unit according to an applied direction of the inertial force;
A first moving electrode extending from a side of the mass body to a predetermined length;
A second moving electrode extending from the other side of the mass body to a predetermined length;
A first fixed electrode formed by extending a predetermined length from the first fixed electrode unit to the mass body so as to be overlapped with the first moving electrode by a predetermined distance; And
And a second fixed electrode extending from the second fixed electrode unit toward the mass body by a predetermined length so as to be overlapped with the second moving electrode by a predetermined distance,
The first inertia capacitance
A second movable electrode disposed on the first movable electrode,
The second inertia capacitance
Wherein the second movable electrode is generated by the second moving electrode and the second fixed electrode.
음(-)의 입력 단자에 상기 매쓰전압이 제공되고 양(+)의 입력단자에 상기 공통 전압이 제공되며, 출력단자를 통하여 상기 증폭 전압을 발생하도록 구동되는 변환 증폭기;
상기 매쓰전압과 상기 증폭 전압 사이에 형성되는 증폭 캐패시터; 및
상기 리셋 신호에 응답하여 상기 매쓰전압과 상기 증폭 전압을 연결하는 증폭 연결 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용량성 관성 센서.
The apparatus of claim 1, wherein the CV conversion unit
A conversion amplifier to which the Math voltage is provided at a negative input terminal and the common voltage is provided to a positive input terminal and which is driven to generate the amplified voltage through an output terminal;
An amplification capacitor formed between the Math voltage and the amplification voltage; And
And an amplification connection switch for coupling the Math voltage and the amplification voltage in response to the reset signal.
상기 증폭 신호의 제1 레벨과 제2 레벨의 차이를 이용하여 상기 확인신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 용량성 관성 센서.
2. The apparatus of claim 1,
And generates the acknowledgment signal using the difference between the first level and the second level of the amplified signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130114224A KR101438487B1 (en) | 2013-09-26 | 2013-09-26 | Capacitance inertial sensor improving sensing noise |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
KR100363782B1 (en) | 1999-09-09 | 2002-12-11 | 삼성전기주식회사 | Automatic gain control circuit of excitation driving voltage of microgyroscope |
JP2004340716A (en) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Acceleration sensor |
-
2013
- 2013-09-26 KR KR1020130114224A patent/KR101438487B1/en active IP Right Grant
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