KR101484237B1 - Gyro sensor signal processing apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자이로 센서 신호처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for processing a gyro sensor signal.
일반적으로 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS)는 반도체 제조 공정을 응용해 마이크로미터(㎛) 크기의 초미세 기계부품과 전자회로를 동시 집적하는 기술이다. 이 공정으로 생산된 자이로 센서는 스마트폰과 태블릿 등 각종 전자제품과 자동차의 안전 시스템에 탑재된다. In general, microelectromechanical systems (MEMS) is a technology for simultaneously integrating micromachined mechanical parts and electronic circuits using a semiconductor manufacturing process. The gyro sensor produced by this process is installed in various electronic products such as smart phones and tablets, and safety systems in automobiles.
예컨대, 스마트폰의 수평 맞춤 기능 등을 비롯하여 차량의 에어백 작동 및 차량 상태 감지를 위한 센서로가 활용되고 있다.For example, a sensor for horizontally aligning the smartphone and the like for operation of the airbag of the vehicle and for detecting the state of the vehicle is utilized.
종래의 MEMS를 이용한 자이로 센서의 구조에서는 고정된 한 축으로 구동을 하게 되며, 이 때 코리올리 힘의 법칙에 의해서 회전력에 비례한 출력이 나오게 된다. 이 때, 구동축과 출력이 나오는 감지축의 MEMS 고유진동수, 즉 공진주파수가 동일한 조건으로 반드시 주파수 정합(Mode-matching)이 되어야만 출력이 이루어지고, 두 주파수가 부정합 되는 경우 아무런 출력이 나오지 않게 된다. In the conventional MEMS-based gyroscope sensor, a fixed axis is driven, and the output is proportional to the rotational force by the Coriolis force law. At this time, the output is performed only when the MEMS natural frequency of the drive shaft and the sensing axis from which the output is output, that is, the resonance frequency is the same, must be frequency-matched (Mode-matching), and no output is produced when the two frequencies are mismatched.
이런 경우를 대비하여, 종래에는 주파수 조정 전극을 추가하여 외부에서 전압을 인가하는 정전력 (Electro-Static Force)을 이용하는 방법으로 주파수를 가변 시킴으로써 주파수 정합을 시키고 있다.To cope with such a case, conventionally, frequency matching is performed by varying the frequency by using an electro-static force that applies a voltage from the outside by adding a frequency adjusting electrode.
그러나, 정전력을 이용한 방법은 주파수를 낮게만 조정이 가능하므로 MEMS 설계 시에 인위적으로 감지축의 주파수를 높게 설계 하게 된다.However, since the method using the electrostatic force can be adjusted only at a low frequency, the frequency of the sensing axis is designed to be artificially designed at the time of designing the MEMS.
그런데, 주파수 이격은 MEMS 샘플마다의 공정 오차에 따라 달라지게 되며, 제어 전압을 무한정 올릴 수 없기 때문에 일정 한계 전압 이상으로 조정해야만 주파수 정합을 이룰 수 있는 MEMS 샘플은 불량이 되어 버리는 문제점이 있다.However, since the frequency spacing varies depending on the process error of each MEMS sample, and since the control voltage can not be increased indefinitely, the MEMS sample that can achieve frequency matching only becomes defective if it is adjusted to a certain limit voltage or more.
따라서, 제어 전압의 한계로 주파수 정합이 되지 않아 불량으로 처리되는 MEMS 샘플을 최소화 하기 위한 방안이 절실히 요구된다.Therefore, there is a desperate need for minimizing MEMS samples which are not processed due to the frequency matching due to the limitation of the control voltage.
본 발명의 실시 예는, MEMS의 X축 및 Y축 주파수를 같게 설계 하여 각 축의 구동에 따른 개별 공진주파수를 측정하고, 측정된 두 공진주파수 대비 높은 공진주파수가 측정된 축에 제어 전압을 인가하여 낮은 축으로 두 공진주파수를 정합하는 자이로 센서 신호처리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.In the embodiment of the present invention, the X-axis and Y-axis frequencies of the MEMS are designed to be the same, the individual resonance frequencies according to the driving of the respective axes are measured, and a control voltage is applied to the axes on which a high resonance frequency is measured And to provide a gyro sensor signal processing apparatus and a method thereof for matching two resonance frequencies on a low axis.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자이로 센서 신호처리 장치는, 진동식 자이로 센서로 X축 방향으로 진동하는 제1 질량체, 제1 질량체와 직교하는 Y축방향으로 진동하는 제2 질량체로 구성되며, X축 및 Y축 주파수를 같게 설계하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System); 및 상기 MEMS의 X축 및 Y축 구동에 따른 개별 공진주파수를 측정하고, 제작 공정의 오차로 인해 서로 다른 공진주파수가 검출되면, 두 공진주파수 대비 높은 공진주파수가 측정된 축에 제어 전압을 인가하여 낮은 축의 공진주파수에 맞게 주파수 정합을 하는 구동 회로를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a gyro sensor signal processing apparatus includes a first mass body vibrating in the X-axis direction by a vibrating gyro sensor, a second mass body vibrating in the Y-axis direction orthogonal to the first mass body, And MEMS (Micro Electro Mechanical System) designed to have the same Y-axis frequency; And the individual resonance frequencies of the MEMS driven by the X axis and the Y axis are measured. When different resonance frequencies are detected due to errors in the manufacturing process, a control voltage is applied to the axes on which the resonance frequencies higher than the two resonance frequencies are measured And includes a driving circuit that performs frequency matching to a resonance frequency of a low axis.
또한, 상기 MEMS는, 상기 제1 질량체를 X축으로 구동하여 발생하는 X축 공진주파수를 출력하는 X축 전극; 및 상기 제2 질량체가 Y축으로 구동하여 발생하는 Y축 공진주파수를 출력하는 Y축 전극을 포함할 수 있다. The MEMS may further include: an X-axis electrode for outputting an X-axis resonance frequency generated by driving the first mass body along the X-axis; And a Y-axis electrode for outputting a Y-axis resonance frequency generated by driving the second mass body in the Y-axis.
또한, 상기 구동 회로는, 상기 MEMS의 X축 전극을 스위치로 연결하고, 디지털 제어 신호를 통해 X축을 구동하여 X축 공진주파수를 측정하고, X축 전극과의 스위치연결을 끊고 Y축 전극을 스위치로 연결한 후 디지털 회로 신호를 통해 Y축을 구동하여 Y축 공진주파수를 측정할 수 있다.The driving circuit connects the X-axis electrode of the MEMS with a switch, drives the X-axis through a digital control signal to measure the X-axis resonance frequency, disconnects the switch connection with the X-axis electrode, And the Y-axis resonance frequency can be measured by driving the Y-axis through the digital circuit signal.
또한, 상기 구동 회로는, 상기 높은 공진주파수가 측정된 축을 감지축으로 설정하고 이에 비해 낮은 공진주파수가 측정된 축을 구동축으로 설정할 수 있다.The driving circuit may set the axis on which the high resonance frequency is measured as the sensing axis and the axis on which the low resonance frequency is measured as the driving axis.
또한, 상기 구동 회로는, 주파수 조정시 감지축에서 공진주파수를 낮추는 방향으로만 제어 할 수 있다.In addition, the driving circuit can be controlled only in a direction of lowering the resonance frequency in the sensing axis during frequency adjustment.
또한, 상기 구동 회로는, 상기 X축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되는 경우, 상대적 공진주파수가 낮은 상기 Y축을 구동시키고 상기 X축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 Y축의 공진주파수와 정합시킬 수 있다.When the resonance frequency of the X-axis is high, the driving circuit drives the Y-axis having a relatively low resonance frequency and controls the resonance frequency of the X-axis to be low to match the resonance frequency of the Y-axis.
또한, 상기 구동 회로는, 상기 Y축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되는 경우, 상대적 공진주파수가 낮은 상기 X축을 구동시키고 상기 Y축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 X축의 공진주파수와 정합시킬 수 있다.The driving circuit may drive the X-axis having a relatively low resonance frequency and adjust the resonance frequency of the Y-axis to be low to match the resonance frequency of the X-axis when the Y-axis resonance frequency is determined to be high.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, X축 방향으로 진동하는 제1 질량체, 상기 제1 질량체와 직교하는 Y축 방향으로 진동하는 제2 질량체로 구성되는 진동식 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 자이로 센서의 신호처리 방법은, a) 상기 MEMS의 X축과 Y축의 공진주파수를 같게 설계하여 제작하는 단계; b) 상기 MEMS의 X축 및 Y축 구동에 따른 개별 공진주파수를 측정하는 단계; c) 상기 측정한 결과 제작 공정의 오차로 인해 서로 다른 공진주파수가 검출되면, 두 공진주파수를 비교하여 높은 공진주파수를 검출하는 단계; 및 d) 상기 높은 공진주파수가 측정된 축에 제어 전압을 인가하여 낮은 축의 공진주파수에 맞게 주파수 정합을 하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a micro electro mechanical system (MEMS) gyrosensor comprising: a first mass body oscillating in the X-axis direction; and a second mass body oscillating in the Y-axis direction orthogonal to the first mass body The signal processing method includes the steps of: a) designing the MEMS so that resonance frequencies of the X axis and the Y axis are the same; b) measuring individual resonance frequencies of the MEMS driven by the X and Y axes; c) comparing the two resonance frequencies to detect a high resonance frequency when different resonance frequencies are detected due to errors in the manufacturing process as a result of the measurement; And d) applying a control voltage to the axis on which the high resonance frequency is measured to perform frequency matching to a low-frequency resonance frequency.
또한, 상기 b) 단계는, 상기 MEMS의 X축 구동에 따른 X축 공진주파수를 측정하여 레지스터에 저장하는 단계; 및 상기 MEMS의 Y축 구동에 따른 Y축 공진주파수를 측정하여 레지스터에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.In the step b), the X-axis resonance frequency of the MEMS driven by the X-axis is measured and stored in a register. And measuring the Y-axis resonance frequency according to the Y-axis driving of the MEMS and storing the Y-axis resonance frequency in a register.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 높은 공진주파수를 가지는 축을 감지축으로 설정하고 이에 비해 낮은 공진주파수가 측정된 축을 구동축으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.The step c) may include setting the axis having the high resonance frequency as the sensing axis and setting the axis having the low resonance frequency as the driving axis.
또한, 상기 d) 단계는, d-1)상기 X축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되면, 상기 Y축을 구동축으로 구동시키고, 감지축으로 X축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 Y축의 공진주파수와 주파수 정합시키는 단계; 및 d-2) 상기 X축을 통해 감지 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.If the resonance frequency of the X-axis is higher than the resonance frequency of the Y-axis, the Y-axis is driven by the drive shaft and the resonance frequency of the X- ; And d-2) outputting a sensing signal through the X-axis.
또한, 상기 d) 단계는, d-3) 상기 Y축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되면, 상기 X축을 구동축으로 구동시키고, 감지축으로 Y축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 X축의 공진주파수와 주파수 정합시키는 단계; 및 d-4) 상기 Y축을 통해 감지 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.If the resonance frequency of the Y-axis is higher than the resonance frequency of the Y-axis, the driving of the X-axis is driven by the drive shaft, and the resonance frequency of the Y- ; And d-4) outputting a sensing signal through the Y-axis.
본 발명의 실시 예에 따르면, MEMS의 X축과 Y축 주파수를 같게 설계 함으로써 종래의 인위적인 주파수 이격을 주었을 때보다 상대적으로 매우 작은 이격을 갖게 되므로 MEMS의 두 축 간 공정 오차를 최소화할 수 있으며, 두 축간의 공정오차가 크더라도 매우 높은 수율로 자이로 센서의 주파수 정합을 위한 신호처리가 가능한 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, since the X-axis and Y-axis frequencies of the MEMS are designed to be the same, the gap between the two axes of the MEMS can be minimized since the MEMS has a relatively small spacing compared to the conventional artificial frequency spacing, It is possible to perform signal processing for frequency matching of the gyro sensor at a very high yield even if the process error between the two axes is large.
또한, MEMS의 두 축간의 공정 오차만을 해소하면 되므로 디지털 회로 설계회로의 구성이 간단하고 그 주파수 정합시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.Further, since only the process error between the two axes of the MEMS can be eliminated, the structure of the digital circuit designing circuit is simple and the frequency matching time can be shortened.
또한, MEMS의 구동축과 감지축을 미리 정하지 않고, 두 축간의 이격을 최소화한 공진주파수 비교 결과에 따라 구동축과 감지축을 선택적으로 적용함으로써 MEMS의 불량율을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to drastically reduce the defect rate of the MEMS by selectively applying the drive shaft and the sense axis according to the result of resonance frequency comparison in which the gap between the two axes is minimized without predetermining the drive shaft and the sense axis of the MEMS.
도 1은 일반적인 주파수 정합 방식을 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래의 오픈-루프 방식의 자이로 센서 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자이로 센서 신호처리 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 Y축 구동에 의한 주파수 정합 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 X축 구동에 의한 주파수 정합 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 에에 따른 자이로 센서 신호처리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.1 is a graph showing a general frequency matching method.
2 schematically shows a conventional open-loop type gyro sensor configuration.
3 schematically shows an apparatus for processing a gyro sensor signal according to an embodiment of the present invention.
4 shows a frequency matching method by Y-axis driving according to an embodiment of the present invention.
5 shows a frequency matching method by X-axis driving according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart schematically illustrating a method of processing a gyro sensor signal according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.
명세서 전체에서, 제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.Throughout the specification, the terms first or second etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another, for example, without departing from the scope of the invention in accordance with the concepts of the present invention, the first element may be termed the second element, The second component may also be referred to as a first component.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 자이로 센서 신호처리 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a gyro sensor signal processing apparatus and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 실시 예를 설명하기 이전에 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다. Prior to describing the embodiment of the present invention, the conventional technique will be described as follows.
도 1은 일반적인 주파수 정합 방식을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing a general frequency matching method.
첨부된 도 1을 참조하면, 일반적으로 자이로 센서는 구동 축의 고유진동수에 의한 공진주파수에서 발진한 구동주파수의 신호로 구동하된다. 이때, 감지축에서는 자이로 센서의 공정 오차 등으로 고유진동수가 다르게 구성되어 A의 그래프와 같이 낮은 이득 부분에서 감지가 되므로 감도를 낮게 만드는 요인이 된다. 1, in general, the gyro sensor is driven by a signal having a driving frequency oscillated at a resonance frequency due to a natural frequency of a driving shaft. At this time, the inherent frequency is different due to the process error of the gyro sensor in the sensing axis, so that it is detected at a low gain portion as shown in the graph of A, which is a factor for lowering the sensitivity.
반면, B의 그래프와 같이 주파수 정합(Mode-matching)이 이루어지면 최대의 감도를 얻게 할 수 있다.On the other hand, when frequency matching (Mode-matching) is performed as in the graph B, the maximum sensitivity can be obtained.
도 2는 종래의 오픈-루프 방식의 자이로 센서 구성을 개략적으로 나타낸다.2 schematically shows a conventional open-loop type gyro sensor configuration.
첨부된 도 2를 참조하면, 종래의 기술의 대표적 방식 중 하나인 오픈-루프(Open-loop)방식은 구동축에 스윕(sweep)을 하면서 구동신호를 인가하여 감지단자의 출력에서 최대의 감도가 출력되는 주파수를 알아낸다. 그리고, 그 값에 해당하는 값으로 조정전극에 전압을 인가하여 두 축이 고유진동수를 갖게 함으로써 주파수 정합을 할 수 있다.2, an open-loop method, which is one of the typical methods of the related art, applies a driving signal while sweeping the driving shaft to output maximum sensitivity from the output of the sensing terminal Find out the frequency. Then, by applying a voltage to the adjustment electrode at a value corresponding to the value, frequency can be matched by causing the two axes to have natural frequencies.
그러나, 이런 종래의 방식은 복잡한 회로 시스템과 디지털 회로 설계 기술이 들어가야 하며 주파수 스윕(sweep)을 하여 입력 하고 판단하여 제어 하는 등의 주파수 정합시간이 많이 소요되는 문제가 있다. However, such a conventional method has a problem that a complicated circuit system and a digital circuit design technique must be introduced, and a frequency matching time is required to input, judge and control by a frequency sweep.
또한, 센싱 주파수 영역 즉, 센싱 대역폭(Bandwidth)을 제약해야만 하는 치명적인 단점이 있으며, 이로 인해 센싱 가능한 주파수 대역이 협소해지는 성능 열화와 회로 복잡성으로 인한 집적회로 면적이 늘어나서 단가가 높아지는 문제가 있다. In addition, there is a fatal disadvantage that the sensing bandwidth (Bandwidth) must be restricted in the sensing frequency region. This causes deterioration in performance in which the frequency band that can be sensed becomes narrow and the integrated circuit area increases due to circuit complexity, thereby increasing the unit cost.
한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자이로 센서 신호처리 장치를 개략적으로 나타낸다.Meanwhile, FIG. 3 schematically shows a gyro sensor signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자이로 센서 신호처리 장치(100)는 진동식 미세전자기계시스템(Vibratory MEMS)(110) 및 구동 회로(120)를 포함한다.3, a gyro sensor
MEMS(110)는 진동식 자이로 센서로 X축 방향으로 진동하는 제1 질량체, 제1 질량체와 직교하는 Y축방향으로 진동하는 제2 질량체로 구성되며, 각 질량체를 구동하여 코리올리 힘을 발생시키고 이를 감지하기 위한 복수의 전극을 포함한다.The MEMS 110 is a vibrating gyro sensor composed of a first mass body vibrating in the X-axis direction, a second mass body vibrating in the Y-axis direction orthogonal to the first mass body, driving each mass to generate a Coriolis force, And a plurality of electrodes.
예컨대, X축 전극은 상기 제1 질량체가 X축으로 구동하여 발생하는 진동에 따른 X축 공진주파수를 출력하고, Y축 전극은 상기 제2 질량체가 Y축으로 구동하여 발생하는 진동에 따른 Y축 공진주파수를 출력한다.For example, the X-axis electrode outputs the X-axis resonance frequency according to the vibration generated when the first mass body is driven in the X-axis, and the Y-axis electrode outputs the Y-axis according to the vibration generated when the second mass body is driven in the Y- And outputs the resonance frequency.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS(110)는 종래에 구동축과 감지축의 주파수를 인위적으로 차이 나게 설계하는 경우, 제어 전압의 한계로 인해 주파수 정합이 되지 않아 MEMS 샘플의 불량이 발생되는 것을 최소화하기 위하여 X축과 Y축의 주파수를 같은 주파수로 설계 한다.In particular, when the frequency of the drive shaft and the sensing axis is designed to be different from that of the conventional art, the
구동 회로(120)는 도 3과 같이 MEMS(110)의 X축과 Y축을 모두 연결하여 시간 순서에 따라 X축 및 Y축의 각 공진주파수를 측정한다.The
즉, 구동 회로(120)는 MEMS(110)의 X축을 스위치로 연결하고, 디지털 제어 신호를 통해 X축을 구동하여 X축 공진주파수를 측정한다. That is, the
그리고, 구동 회로(120)는 X축 스위치연결을 끊고 Y을 스위치로 연결한 후 디지털 회로 신호를 통해 Y축을 구동하여 Y축 공진주파수를 측정한다.Then, the
이 때, MEMS(110)는 이론상으로는 X축과 Y축이 같은 주파수로 설계 제작되므로 동일한 공진주파수가 측정되는 것이 바람직하지만, 제작 공정의 오차로 인해 어느 하나의 축이 높거나 낮게 공진주파수가 측정된다.In this case, since the MEMS 110 is theoretically designed to have the same X-axis and Y-axis at the same frequency, it is preferable that the same resonance frequency be measured. However, due to an error in the manufacturing process, do.
따라서, 구동 회로(120)는 측정된 X축 공진주파수와 Y축 공진주파수를 서로 비교하여 상대적으로 높은 공진주파수를 가지는 축을 감지축으로 판단한다.Therefore, the driving
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 Y축 구동에 의한 주파수 정합 방법을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 4 illustrates a frequency matching method by Y-axis driving according to an embodiment of the present invention.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 구동 회로(120)는 X축과 Y축의 공진주파수를 비교하여 X축이 높은 주파수로 판단되는 경우, Y축을 구동시키고 X축의 공진주파수를 제어하여 Y축과 주파수 정합을 이루도록 한 후 X축으로 감지 출력한다.4, the driving
즉, 구동 회로(120)는 주파수 조정시 감지축에서 주파수를 낮추는 방향으로만 이루어지므로, 주파수가 낮은 Y축을 구동축으로 구동시키고 주파수가 높은 X축을 감지축으로 하여 X축의 공진주파수를 낮게 제어함으로써 Y축의 공진주파수와 정합을 시키고 X축으로 감지 출력을 한다.That is, since the driving
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 X축 구동에 의한 주파수 정합 방법을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 5 shows a frequency matching method by X-axis driving according to an embodiment of the present invention.
첨부된 도 5를 참조하면, 상기 도 4와 반대되는 경우로, 본 발명의 실시 예에 따른 구동 회로(120)는 X축과 Y축의 공진주파수를 비교하여 Y축이 높은 주파수로 판단되는 경우, X축을 구동시키고 Y축의 공진주파수를 제어하여 주파수를 정합을 이루게 한 다음 Y축으로 감지 출력을 한다.4, the driving
즉, 구동 회로(120)는 주파수가 낮은 X축을 구동축으로 구동시키고 주파수가 높은 Y축을 감지축으로 하여 Y축의 공진주파수를 낮게 제어함으로써 X축의 공진주파수와 정합을 시키고 Y축으로 감지 출력을 한다.That is, the driving
한편, 다음의 도 6을 통하여 앞서 설명한 자이로 센서 신호처리 장치(100)의 구성을 바탕으로 하는 본 발명의 실시 예에 따른 자이로 센서 신호처리 방법을 설명한다.A gyro sensor signal processing method according to an embodiment of the present invention based on the configuration of the gyro sensor
도 6은 본 발명의 실시 에에 따른 자이로 센서 신호처리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart schematically illustrating a method of processing a gyro sensor signal according to an embodiment of the present invention.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자이로 센서 신호처리 장치(100)는 진동식 MEMS(110)의 직교하는 X축과 Y축의 공진주파수를 같게 설계하여 구성한다(S101).Referring to FIG. 6, the gyro sensor
자이로 센서 신호처리 장치(100)는 MEMS(110)의 X축 구동에 따른 X축 공진주파수(Fx)를 측정하여 레지스터에 저장한다(S102).The gyro sensor
자이로 센서 신호처리 장치(100)는 MEMS(110)의 Y축 구동에 다른 Y축 공진주파수(Fy)를 측정하여 레지스터에 저장한다(S103).The gyro sensor
자이로 센서 신호처리 장치(100)는 레지스터에 저장된 X축 공진주파수(Fx)와 Y축 공진주파수(Fy)를 비교하여 상대적으로 높은 공진주파수를 가지는 축을 검출한다(S104).The gyro sensor
상기 S104 단계에서, 자이로 센서 신호처리 장치(100)는 X축의 공진주파수(Fx)가 높은 것으로 판단되면(S104; 예), Y축을 구동축으로 구동시키고, 감지축으로 X축의 공진주파수(Fx)를 낮게 제어하여 Y축의 공진주파수(Fy)와 주파수 정합시킨다(S105).If it is determined that the resonance frequency Fx of the X axis is high (S104; Yes), the gyro sensor
그리고, 자이로 센서 신호처리 장치(100)는 X축으로 감지 신호를 출력한다(S106).Then, the gyro sensor
반면, 상기 S104 단계에서, 자이로 센서 신호처리 장치(100)는 Y축의 공진주파수(Fy)가 높은 것으로 판단되면(S104; 예), X축을 구동축으로 구동시키고, 감지축으로 Y축의 공진주파수(Fy)를 낮게 제어하여 X축의 공진주파수(Fx)와 주파수 정합을 이루도록 한다(S107).On the other hand, if it is determined that the resonance frequency Fy of the Y axis is high (S104; Yes), the gyro sensor
그리고, 자이로 센서 신호처리 장치(100)는 Y축으로 감지 신호를 출력한다(S108).Then, the gyro sensor
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, MEMS의 X축과 Y축 주파수를 같게 설계 함으로써 종래의 인위적인 주파수 이격을 주었을 때보다 상대적으로 매우 작은 이격을 갖게 되므로 MEMS의 두 축 간 공정 오차를 최소화할 수 있으며, 두 축간의 공정오차가 크더라도 매우 높은 수율로 자이로 센서의 주파수 정합을 위한 신호처리가 가능한 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, since the X-axis and Y-axis frequencies of the MEMS are designed to be the same, a relatively small spacing is obtained compared to a conventional artificial frequency separation. And the signal processing for the frequency matching of the gyro sensor can be performed at a very high yield even if the process error between the two axes is large.
또한, MEMS의 두 축간의 공정 오차만을 해소하면 되므로 디지털 회로 설계회로의 구성이 간단하고 그 주파수 정합시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.Further, since only the process error between the two axes of the MEMS can be eliminated, the structure of the digital circuit designing circuit is simple and the frequency matching time can be shortened.
또한, MEMS의 구동축과 감지축을 미리 정하지 않고, 두 축간의 이격을 최소화한 공진주파수 비교 결과에 따라 구동축과 감지축을 선택적으로 적용함으로써 MEMS의 불량율을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to drastically reduce the defect rate of the MEMS by selectively applying the drive shaft and the sense axis according to the result of resonance frequency comparison in which the gap between the two axes is minimized without predetermining the drive shaft and the sense axis of the MEMS.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 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 exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
100: 자이로 센서 신호처리 장치
110: 미세전자기계시스템(MEMS)
120: 구동 회로100: Gyro sensor signal processing device
110: microelectromechanical system (MEMS)
120: driving circuit
Claims (12)
상기 MEMS의 X축 및 Y축 구동에 따른 개별 공진주파수를 측정하고, 제작 공정의 오차로 인해 서로 다른 공진주파수가 검출되면, 두 공진주파수 대비 높은 공진주파수가 측정된 축에 제어 전압을 인가하여 낮은 축의 공진주파수에 맞게 주파수 정합을 하는 구동 회로를 포함하는 자이로 센서 신호처리 장치.A MEMS (Micro Electro Mechanical System) which is composed of a first mass that oscillates in the X-axis direction by a vibrating gyro sensor, a second mass that vibrates in the Y-axis direction orthogonal to the first mass, ; And
When the resonance frequency of the MEMS is measured by the X-axis and Y-axis driving and different resonance frequencies are detected due to errors in the manufacturing process, a resonance frequency higher than the two resonance frequencies is applied to the measured axis, And a drive circuit that performs frequency matching with the resonance frequency of the shaft.
상기 MEMS는,
상기 제1 질량체를 X축으로 구동하여 발생하는 X축 공진주파수를 출력하는 X축 전극; 및
상기 제2 질량체가 Y축으로 구동하여 발생하는 Y축 공진주파수를 출력하는 Y축 전극을 포함하는 자이로 센서 신호처리 장치. The method according to claim 1,
In the MEMS,
An X-axis electrode for outputting an X-axis resonance frequency generated by driving the first mass body along the X-axis; And
And a Y-axis electrode for outputting a Y-axis resonance frequency generated by driving the second mass body in the Y-axis.
상기 구동 회로는,
상기 MEMS의 X축 전극을 스위치로 연결하고, 디지털 제어 신호를 통해 X축을 구동하여 X축 공진주파수를 측정하고, X축 전극과의 스위치연결을 끊고 Y축 전극을 스위치로 연결한 후 디지털 회로 신호를 통해 Y축을 구동하여 Y축 공진주파수를 측정하는 자이로 센서 신호처리 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the driving circuit comprises:
The X-axis resonance frequency is measured by driving the X-axis through the digital control signal, the switch connection to the X-axis electrode is cut off, the Y-axis electrode is connected to the switch, Axis to drive the Y-axis to measure the Y-axis resonance frequency.
상기 구동 회로는,
상기 높은 공진주파수가 측정된 축을 감지축으로 설정하고 이에 비해 낮은 공진주파수가 측정된 축을 구동축으로 설정하는 것을 특징으로 하는 자이로 센서 신호처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the driving circuit comprises:
Wherein the axis on which the high resonance frequency is measured is set as the sensing axis and the axis on which the low resonance frequency is measured is set as the driving axis.
상기 구동 회로는,
주파수 조정시 감지축에서 공진주파수를 낮추는 방향으로만 제어 하는 것을 특징으로 하는 자이로 센서 신호처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the driving circuit comprises:
Wherein the control is performed only in a direction in which the resonance frequency is lowered in the sensing axis at the time of frequency adjustment.
상기 구동 회로는,
상기 X축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되는 경우, 상대적 공진주파수가 낮은 상기 Y축을 구동시키고 상기 X축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 Y축의 공진주파수와 정합을 이루도록 하는 자이로 센서 신호처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the driving circuit comprises:
Wherein the resonant frequency of the Y-axis is matched with the resonance frequency of the Y-axis by driving the Y-axis having a relatively low resonance frequency and controlling the resonance frequency of the X-axis to be low.
상기 구동 회로는,
상기 Y축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되는 경우, 상대적 공진주파수가 낮은 상기 X축을 구동시키고 상기 Y축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 X축의 공진주파수와 정합을 이루도록 하는 자이로 센서 신호처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the driving circuit comprises:
Axis resonant frequency is higher than the resonant frequency of the Y-axis, the resonant frequency of the Y-axis is controlled to be lower than that of the resonant frequency of the Y-axis to match the resonant frequency of the X-axis.
a) 상기 MEMS의 X축과 Y축의 공진주파수를 같게 설계하여 제작하는 단계;
b) 상기 MEMS의 X축 및 Y축 구동에 따른 개별 공진주파수를 측정하는 단계;
c) 상기 측정한 결과 제작 공정의 오차로 인해 서로 다른 공진주파수가 검출되면, 두 공진주파수를 비교하여 높은 공진주파수를 검출하는 단계; 및
d) 상기 높은 공진주파수가 측정된 축에 제어 전압을 인가하여 낮은 축의 공진주파수에 맞게 주파수 정합을 하는 단계
를 포함하는 자이로 센서 신호처리 방법.1. A signal processing method of a micro electro mechanical system (MEMS) gyro sensor comprising a first mass body oscillating in the X-axis direction, and a second mass body oscillating in the Y-axis direction orthogonal to the first mass body,
a) designing the MEMS so that resonance frequencies of the X axis and the Y axis are the same;
b) measuring individual resonance frequencies of the MEMS driven by the X and Y axes;
c) comparing the two resonance frequencies to detect a high resonance frequency when different resonance frequencies are detected due to errors in the manufacturing process as a result of the measurement; And
d) applying a control voltage to the axis on which the high resonance frequency is measured to perform frequency matching to a resonance frequency of a low axis
And a gyro sensor signal processing method.
상기 b) 단계는,
상기 MEMS의 X축 구동에 따른 X축 공진주파수를 측정하여 레지스터에 저장하는 단계; 및
상기 MEMS의 Y축 구동에 따른 Y축 공진주파수를 측정하여 레지스터에 저장하는 단계를 포함하는 자이로 센서 신호처리 방법.9. The method of claim 8,
The step b)
Measuring an X-axis resonance frequency of the MEMS driven by the X-axis and storing the measured X-axis resonance frequency in a register; And
Measuring a Y-axis resonance frequency according to the Y-axis driving of the MEMS and storing the Y-axis resonance frequency in a register.
상기 c) 단계는,
상기 높은 공진주파수를 가지는 축을 감지축으로 설정하고 이에 비해 낮은 공진주파수가 측정된 축을 구동축으로 설정하는 단계를 포함하는 자이로 센서 신호처리 방법.9. The method of claim 8,
The step c)
And setting the axis having the high resonance frequency as the sensing axis and the axis having the low resonance frequency measured as the driving axis.
상기 d) 단계는,
d-1)상기 X축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되면, 상기 Y축을 구동축으로 구동시키고, 감지축으로 X축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 Y축의 공진주파수와 주파수 정합시키는 단계; 및
d-2) 상기 X축을 통해 감지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 자이로 센서 신호처리 방법.9. The method of claim 8,
The step d)
d-1) driving the Y-axis as a driving axis and matching the resonance frequency of the Y-axis with the resonance frequency of the Y-axis by controlling the resonance frequency of the X-axis as a sensing axis to be low; And
d-2) outputting a sensing signal through the X-axis.
상기 d) 단계는,
d-3) 상기 Y축의 공진주파수가 높은 것으로 판단되면, 상기 X축을 구동축으로 구동시키고, 감지축으로 Y축의 공진주파수를 낮게 제어하여 상기 X축의 공진주파수와 주파수 정합시키는 단계; 및
d-4) 상기 Y축을 통해 감지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 자이로 센서 신호처리 방법.
9. The method of claim 8,
The step d)
d-3) driving the X-axis as a drive shaft and controlling the resonance frequency of the Y-axis to be low as a sensing axis to match the resonance frequency of the X-axis when the resonance frequency of the Y-axis is determined to be high; And
d-4) outputting a sensing signal through the Y-axis.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| KR20190109942A (en) | 2018-03-19 | 2019-09-27 | 한국생산기술연구원 | Circuit for operating mems |
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| KR100771492B1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-10-30 | 세종대학교산학협력단 | A Method for Controlling a Vibrating Micro Gyroscope to Measure a Attitude Angle in a Direct Manner |
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2013
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