KR101548853B1 - 자이로 센서의 구동장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR101548853B1 KR1020140001853A KR20140001853A KR101548853B1 KR 101548853 B1 KR101548853 B1 KR 101548853B1 KR 1020140001853 A KR1020140001853 A KR 1020140001853A KR 20140001853 A KR20140001853 A KR 20140001853A KR 101548853 B1 KR101548853 B1 KR 101548853B1
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces

Abstract

본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치는 자이로 센서, 상기 자이로 센서로부터 출력된 제 1 및 2 구동변위신호로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해, 상기 진폭값 또는 위상값을 검출하기 위한 과정에서의 직류 오프셋을 보정하는 아날로그 회로부, 상기 진폭값 또는 위상값을 디지털 값으로 변환하는 신호변환부 및 상기 신호변환부로부터 입력된 상기 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 먼저 수렴하도록, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하며, 상기 제어이득을 상기 아날로그 회로부로 피드백하는 디지털 자동이득제어부를 포함할 수 있다.

Description

자이로 센서의 구동장치 및 그 제어방법{Apparatus for driving gyro sensor and controlling Method thereof}
본 발명은 자이로 센서의 구동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 개발되고 있는 모바일 기기에는 외부로부터 인가되는 관성 입력을 이용한 자이로 센서(가속도센서, 자이로 센서 또는 지자기 센서등)들이 탑재되어 출시되는 것이 일반적이며, 이와 같이 다양한 자이로 센서 중에서 자이로 센서는 물체의 회전력이 인가되는 양을 검출하여 해당 각속도를 측정할 수 있는 센서이다. 각속도는 코리올리 힘 "F = 2mΩV"에 의해서 구해질 수 있으며 여기서 m은 센서 Mass의 질량이고, Ω는 측정하고자 하는 각속도이며 V는 센서 Mass의 운동 속도이다.
도 1은 자이로 센서의 각속도 검출 원리를 나타내고 있는바, X 방향으로 센서의 Mass가 공진을 하고 Z 방향으로 회전력이 인가될 때 Y 방향으로 코리올리 힘이 발생하여 해당 신호를 전기적 신호로 변환하며, 상기 변환된 신호는 자이로 센서의 제어회로로부터 소정의 신호처리 과정을 통해, 각속도에 대한 관성력을 검출하는바, 안정적인 관성입력을 검출하기 위해서는 자이로 센서의 Mass를 항상 안정적으로 공진 시키는 것이 매우 중요하다.
그리고, 자이로 센서의 Mass를 안정적으로 공진하기 위해서는 Mass 공진 진폭 제어와 위상 제어가 무엇보다 중요한바, Mass 공진 진폭 제어는 Mass가 항상 일정한 진폭으로 공진을 할 수 있도록 제어하는 것이고, 위상 제어는 제어회로에서 Mass를 공진 시키기 위해 발생시키는 신호 대비 Mass가 공진하는 위상차가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 제어하는 것이다.
따라서, 하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌과 같이 종래의 자이로 센서의 Mass 공진의 위상 또는 진폭제어방식은 수동(manual)으로 제어값을 설정하거나, 아날로그 회로(Phase locked loop 또는 feedback loop)를 이용하는 것이 일반적이었는바, 초기 설정이후에 MEMS 구조체의 변형으로 인한 Mass의 변동을 실시간 모니터링을 통하여, 보정할 수 없었으며, 아날로그 회로를 이용하여 제어하는 방식상 회로 크기의 상대적인 증가로 인해, 소비전류등이 증가하는 문제점 뿐만 아니라, 상기 Mass 공진의 위상 또는 진폭을 제어하는 과정에서 발생할 수 있는 직류 오프셋에 의해 전체 제어회로의 정확성이 떨어지는 문제점이 있었다.
2004212111JP
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자이로 센서의 구동매스 공진의 위상 및 진폭의 안정적 제어를 위해, 디지털 방식의 디지털 자동이득제어부 및 비례적분제어(PID 제어)를 통해, 전체 회로의 크기 및 소비전류를 줄임과 동시에, 정밀도 높은 제어를 수행할 수 있는 자이로 센서의 구동장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치는 적어도 하나의 구동매스를 포함하는 자이로 센서, 상기 자이로 센서로부터 출력된 제 1 및 2 구동변위신호로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해, 상기 진폭값 또는 위상값을 검출하기 위한 과정에서의 직류 오프셋을 보정하는 아날로그 회로부, 상기 진폭값 또는 위상값을 디지털 값으로 변환하는 신호변환부 및 상기 신호변환부로부터 입력된 상기 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 먼저 수렴하도록, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하며, 상기 제어이득을 상기 아날로그 회로부로 피드백하는 디지털 자동이득제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호변환부는 아날로그 디지털 컨버터(Analog to digital converter)일 수 있다.
또한, 상기 아날로그 회로부는 상기 자이로 센서로부터 출력된 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 전압신호형태로 변환 한 후, 이를 증폭하여 출력하는 차지엠프, 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용해 제 1 또는 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 및 2 구동변위신호 와 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해 상기 제 2 클럭신호의 생성과정에서의 직류오프셋을 보정하는 구동변위신호 처리모듈 및 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 구동회로 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동변위신호 처리모듈은 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호에 위상동기화된 상기 제 1 클럭신호를 생성하는 제 1 클럭발생회로, 상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트(shift)시킨 위상시프트신호를 생성하는 위상변환회로, 하이패스필터(High pass filter)를 이용하여, 상기 위상시프트신호의 직류오프셋을 제거하는 오프셋 보정회로, 상기 오프셋 보정회로에서 출력된 상기 위상시프트 신호와 기설정된 기준전압을 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 제 2 클럭신호를 생성하는 제 2 클럭발생회로, 상기 디지털 자동이득제어부에서의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 기설정된 목표치에 대한 수렴여부에 따라, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호를 선택하는 클럭선택회로, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 와 상기 제 1 구동변위신호의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 동기검파회로, 상기 동기검파회로에서 검출된 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 노이즈제거를 통해, 일정한 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 필터회로 및 상기 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 상기 디지털 자동이득제어부로 전송하는 아날로그 먹스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동회로모듈은 상기 디지털 자동이득제어부로부터 연산된 상기 구동매스 공진의 진폭의 제어이득을 반영하여, 상기 자이로 센서에 인가될 구동신호의 진폭(전압크기)을 결정하는 신호변환회로 및 상기 구동신호의 진폭 과 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 구동신호 발생모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디지털 자동이득제어부는 상기 제어이득이 적용된 상기 구동매스의 응답속도를 고려하여, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 대한 데이타를 기설정된 반응상수(rate coefficient)에 따라 선택적으로 받아들이는 데이타 선택모듈, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값이 기설정된 목표치에 도달하도록, 상기 위상 또는 진폭의 제어이득을 생성하기 위한 연산을 하는 이득제어모듈 및 상기 이득제어모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭 또는 위상 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴한 후, 다른 신호에 대한 제어이득의 연산이 수행되도록 제어하는 데이터 처리 제어모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디지털 자동이득제어부는 상기 데이타 선택모듈과 상기 이득제어모듈사이에 구비되며, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 포함된 노이즈를 제거하는 필터부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이득제어모듈은 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴했을 경우에는 상기 목표치에 수렴된 값을 유지한다는 락플랙(Lock flag)신호를 상기 데이타처리 제어모듈에 전송할 수 있다.
또한, 상기 데이타처리 제어모듈은 상기 락플랙(Lock flag)신호를 수신하면, 상기 클럭선택회로를 제어하여, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 기설정된 목표치에 수렴하지 않은 신호에 대한 데이타만을 상기 이득제어모듈로 전송할 수 있다.
또한, 상기 데이터처리 제어모듈은 상기 클럭선택회로에 셀렉트 신호((Select signal)을 전송하여, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 자이로 센서 구동장치의 제어방법은 아날로그 회로부에서 자이로 센서에서 출력된 제 1 및 2 구동변위신호로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해, 상기 진폭값 또는 위상값을 검출하기 위한 과정에서의 직류 오프셋을 보정하는 단계, 신호변환부에서 상기 진폭값 또는 위상값을 디지털값으로 변환하는 단계 및 상기 디지털 자동이득제어부에서 상기 신호변환부로부터 입력된 상기 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 먼저 수렴하도록, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 아날로그 회로부에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계는 차지엠프에서 상기 자이로 센서로부터 출력된 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 전압신호형태로 변환 한 후, 이를 증폭하여 출력하는 단계, 구동변위신호 처리모듈에서 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용해 제 1 또는 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 및 2 구동변위신호 와 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해 상기 제 2 클럭신호의 생성과정에서의 직류오프셋을 보정하는 단계 및 구동회로모듈에서 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동변위신호 처리모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계는 제 1 클럭발생회로에서 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호에 위상동기화된 상기 제 1 클럭신호를 생성하는 단계, 위상변환회로에서 상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트(shift)시킨 위상시프트신호를 생성하는 단계, 오프셋 보정회로에서 하이패스필터(High pass filter)를 이용하여, 상기 위상시프트신호의 직류오프셋을 제거하는 단계, 상기 오프셋 보정회로에서 출력된 상기 위상시프트신호와 기설정된 기준전압을 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 제 2 클럭신호를 생성하는 단계, 클럭선택회로에서 상기 디지털 자동이득제어부에서의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 기설정된 목표치에 대한 수렴여부에 따라, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호를 선택하는 단계, 동기검파회로에서 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 와 상기 제 1 구동변위신호의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계, 필터회로에서 상기 동기검파회로에서 검출된 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 노이즈제거를 통해, 일정한 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계 및 아날로그 먹스에서 상기 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 상기 디지털 자동이득제어부로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동회로모듈에서 구동신호를 생성하는 단계는 신호변환모듈에서 상기 디지털 자동이득제어부로부터 연산된 상기 구동매스 공진의 진폭의 제어이득을 반영하여, 상기 자이로 센서에 인가될 구동신호의 진폭(전압크기)을 결정하는 단계 및 구동신호 발생모듈은 상기 구동신호의 진폭 과 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 디지털 자동이득제어부에서 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하는 단계는 데이타 선택모듈에서 상기 제어이득이 적용된 상기 구동매스의 응답속도를 고려하여, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 대한 데이타를 기설정된 반응상수(rate coefficient)에 따라 선택적으로 받아들이는 단계, 이득제어모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값이 기설정된 목표치에 도달하도록, 상기 위상 또는 진폭의 제어이득을 생성하기 위한 연산을 하는 단계 및 데이터처리 제어모듈에서 상기 이득제어모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭 또는 위상 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴한 후, 다른 신호에 대한 제어이득의 연산이 수행되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터처리 제어모듈에서 상기 이득제어모듈에서의 상기 구동매스 공진의 진폭 또는 위상에 대한 제어이득의 연산이 수행되도록 제어하는 단계는 상기 이득제어모듈은 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴했을 경우에는 상기 목표치에 수렴된 값을 유지한다는 락플랙(Lock flag)신호를 상기 데이타처리 제어모듈에 전송하는 단계 및 상기 데이터처리 제어모듈에서 상기 락플랙(Lock flag)신호를 수신하면, 상기 클럭선택회로를 제어하여, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 기설정된 목표치에 수렴하지 않은 신호에 대한 데이타만을 상기 이득제어모듈로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터처리 제어모듈은 상기 클럭선택회로에 셀렉트 신호((Select signal)을 전송하여, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
본 발명에 따르면 디지털 자동이득제어부 및 A/D 컨버터를 이용한 디지털 신호처리방식을 통해, 자이로 센서에 대한 구동매스 공진의 위상 및 진폭을 제어함으로써, 전체 제어회로의 크기 및 소비전류를 줄임과 동시에, 아날로그 방식보다 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 데이타 선택모듈을 통해, 이득제어모듈에서 생성된 구동매스 공진의 위상 또는 진폭의 제어이득에 대한 상기 구동매스의 응답속도를 고려하여, 상기 구동매스 공진의 위상값 또는 진폭값에 대한 데이타를 선택적으로 받아들임으로써, 이전에 반영된 제어이득에 의한 상기 구동매스 공진의 안정화가 이루어지기전에 새로운 제어이득이 적용됨에 따른 상기 구동매스의 손상 또는 전체 시스템의 발진현상을 방지할 수 있다.
또한, 데이타 처리 제어모듈을 통해, 이득제어모듈에서 구동매스 공진의 진폭 또는 위상에 대한 제어이득의 연산이 각각 분할되어, 순차적으로 수행되도록 제어함으로써, 상기 구동매스 공진의 위상 및 진폭이 동시에 조정됨에 따라 발생할 수 있는 상기 구동매스의 비정상적 동작으로 인한 상기 구동매스의 손상을 방지할 수 있으며, 이로인해, 전체 제어회로의 안정성 및 정확성을 확보할 수 있다.
또한, 오프셋 보정회로(228)을 통해, 차지엠프(210,도5 참조) 또는 위상변환회로(222)에서 발생할 수 있는 직류 오프셋을 실시간으로 보정함으로써, 제 2 클럭발생회로(223)에서 생성되는 제 2 클럭신호(c,도 7 참조)의 듀티비(Duty ratio)에 대한 오차 발생을 최소화 할 수 있으며, 이에 따라, 전체 제어회로의 안정성 및 정확성을 확보할 수 있다.
도 1은 자이로 센서의 각속도 검출 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치에 대한 전체 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치에 대한 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 아날로그 회로부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 구동변위신호 처리모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 구동변위신호 처리모듈에서의 구동매스 공진의 위상 및 진폭값을 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 디지털자동이득제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 데이터선택모듈에서의 데이터 처리과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 이득제어모듈에서의 데이터 처리과정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 구동변위신호등은 전압 또는 전류의 형태로 표현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치를 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치에 대한 전체 시스템을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치에 대한 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자이로 센서의 구동장치(10)는 자이로 센서(100), 아날로그 회로부(200), 신호변환부(300) 및 디지털자동이득제어부(400)를 포함한다.
자이로 센서(100)는 구동매스(미도시)를 포함하여, 공간상에 위치한 3개의 축 방향의 각속도를 검출할 수 있는 센서이고, 아날로그 회로부(200)로부터 인가된 구동신호(펄스파)는 상기 구동매스(미도시)을 진동시키고, 상기 진동에 의해, 구동변위신호(사인파)가 발생하며, 상기 구동변위신호는 상호 180° 위상차가 나는 제 1 및 2 구동변위신호로 구성된다.
여기에서, 상기 구동신호에 의해 구동매스(미도시)가 공진하기 위한 조건은 구동신호 와 구동변위신호의 위상차가 90°이어야 하며, 상기 구동매스가 공진하는 경우에는 작은 구동신호의 크기에도 상기 구동매스(미도시)에 큰 움직임이 발생하여, 크기가 큰 구동변위신호를 얻을 수 있다. 따라서, 자이로 센서로부터 큰 출력을 얻기위해서는 상기 구동매스를 항상 안정적으로 공진 시키는 것이 중요하다.
아날로그 회로부(200)는 자이로 센서(100)에서 출력된 제 1 및 2 구동변위신호로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해, 상기 진폭값 또는 위상값을 검출하기 위한 과정에서의 직류오프셋을 보정할 수 있다. 즉, 비교기(Comparator)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호에 위상동기화된 제 1 클럭신호 와 상기 제 1 구동변위신호의 위상보다 90°빠른 제 2 클럭신호를 생성하고, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 기설정된 목표치에 대한 수렴여부에 따라, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호를 선택하여, 상기 제 1 구동변위신호와의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출한다(S100). 여기에서, 아날로그회로부(200)는 차지엠프(210), 구동변위신호처리모듈(220) 및 구동회로모듈(230)을 포함하고, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
신호변환부(300)는 아날로그 회로부(200)에서 검출된 구동매스 공진의 진폭값 및 위상값을 디지털 값(16 bit)으로 변환하며(S110), 여기에서 신호변환부(300)는 아날로그 디지털(Analog to Digital)컨버터일 수 있다.
디지털자동이득제어부(400)는 신호변환부(300)를 통해 디지털 값으로 변환된 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값이 기설정된 목표치에 수렴하도록(S120), 상기 구동매스의 진폭 또는 위상을 제어하기 위한 제어이득(10 bit)의 연산을 선택적으로 수행하며(S130), 상기 제어이득을 아날로그 회로부(200)로 전송하고, 아날로그 회로부(200)는 상기 제어이득이 반영된 구동신호를 자이로 센서(100)에 인가한다(S140).
그리고, 디지털자동이득제어부(400)는 상기 진폭 또는 위상의 제어이득이 적용된 상기 구동매스의 응답속도에 따라, 상기 아날로그 회로부(200)로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나의 신호에 대한 데이타를 기설정된 반응상수(Rate coefficient)에 따라 선택적으로 받아들이며, 상기 선택적으로 입력되는 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 노이즈를 제거하는 필터모듈을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 디지털자동이득제어부(400)는 데이터선택모듈(410), 필터모듈(420), 데이터처리제어모듈(430) 및 이득제어모듈(440)을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 디지털 자동이득제어부 및 A/D 컨버터를 이용한 디지털 신호처리방식으로 자이로 센서의 구동매스 공진의 위상 및 진폭을 제어함으로써, 전체 구동회로의 크기 및 소비전류를 줄임과 동시에, 아날로그 방식보다 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참고하여, 본 발명에 따른 아날로그회로부(200)의 구동방식에 대해 보다 상세히 설명할 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 아날로그 회로부의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 6은 본 발명에 따른 구동변위신호 처리모듈의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 7은 본 발명에 따른 구동변위신호 처리모듈에서의 구동매스 공진의 위상 및 진폭값을 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 아날로그회로부(200)는 자이로 센서(100)에서 출력된 제1 및 2 구동변위신호로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 차지엠프(210), 구동변위신호처리모듈(220) 및 구동회로모듈(230)을 포함할 수 있다.
차지엠프(210)는 자이로 센서(100)로부터 제 1 및 2 구동변위 전극(미도시)에서 발생한 전하량의 변화를 전압신호 형태로 변환한 후, 이를 증폭하여 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 출력한다.
구동변위신호처리모듈(220)은 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용해 제 1 및 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 구동변위신호 및 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해 상기 제 2 클럭신호의 생성과정에서의 직류오프셋을 보정할 수 있다.
또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1클럭발생회로(221), 위상변환회로(222),제2클럭발생회로(223), 클럭선택회로(224), 동기검파회로(225), 필터회로(226) 및 아날로그 먹스(227)를 포함할 수 있으며, 도 6b에 도시된 바와 같이, 위상변환회로(222) 와 제2클럭발생회로(223)간에 오프셋 보정회로(228)를 더 포함할 수 있다.
제1클럭발생회로(221)는 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호에 위상동기화된 상기 제 1 클럭신호(a,도7 참조)를 생성한다. 즉, 상기 제1 및 2 구동변위신호가 비교기(Comparator)의 비반전 과 반전단자에 각각 입력되며, 상기 제 1 및 2 구동변위신호의 비교를 통해, 제 1 클럭신호(a, 도 7 참조)를 생성한다. 여기에서, 제 1 클럭신호는 구형파일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
제2클럭발생회로(223)는 위상변환회로(222)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트(shift)한 신호(위상시프트신호)와 기설정된 기준전압(VCM)을 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 제2클럭신호(c,도 7 참조)를 생성한다.즉, 상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트한 신호 및 기설정된 기준전압(VCM)이 비교기(Comparator)의 비반전 단자 와 반전단자에 각각 입력되며, 상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트한 신호 및 기설정된 기준전압(VCM)의 비교를 통해, 제 2 클럭신호(c, 도 7 참조)를 출력한다. 여기에서, 제 2 클럭신호는 구형파일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 구동변위신호처리모듈(220)은 위상변환회로(222)와 제2클럭발생회로(223)의 사이에 구비되어, 차지엠프(210,도5 참조) 또는 위상변환회로(222)에서 발생할 수 있는 직류(DC) 오프셋을 보정하는 오프셋 보정회로(228)를 포함할 수 있으며, 오프셋 보정회로(228)은 커패시터(C) 와 저항(R)로 구성된 하이패스필터(High Pass Filter)일 수 있으며, 상기 커패시터(C) 와 저항(R)의 값은 차단주파수에 의해 결정될 수 있다. 여기에서, 상기 차단주파수는 200 [Hz] 이하로 설정될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
즉, 차지엠프(210,도5 참조) 또는 위상변환회로(222)에서 직류(DC) 오프셋이 발생하는 경우에, 오프셋 보정회로(228)을 통해, 상기 직류 오프셋을 실시간으로 보정함으로써, 제 2 클럭발생회로(223)에서 생성되는 제 2 클럭신호(c,도 7 참조)의 듀티비(Duty ratio)에 대한 오차 발생을 최소화함으로써, 동기검파과정에서의 위상값의 노이즈 발생을 방지할 수 있음에 따라, 전체 제어회로의 안정성 및 정확성을 확보할 수 있다.
클럭선택회로(224)는 디지털자동이득제어부(400)에서의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 기설정된 목표치에 대한 수렴여부에 따라, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호를 선택할 수 있으며, 여기에서, 디지털 아날로그 먹스(Digital analog Mux)일 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
동기검파회로(225)는 상기 제 1 클럭신호(a) 또는 제 2 클럭신호(c) 와 상기 제 1 구동변위신호의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터회로(226)는 동기검파회로(225)에서 검출된 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 노이즈제거를 통해, 일정한 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출할 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 클럭선택회로(224)에서 1) 상기 제1클럭신호(a)가 선택된 경우, 상기 제1구동변위신호(b)와 상기 제1클럭신호(a)의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭신호(e)를 검출하며, LPF(로우패스필터)에 의한 필터링을 거치게 되면, 고주파 성분이 제거된, 직류(DC)형태인 일정한 전압레벨(A)로 변환된 구동매스 공진의 진폭값을 얻을 수 있다. 여기에서, 디지털 자동이득제어부(400)는 상기 전압레벨(A)이 기설정된 목표치에 수렴하도록, 구동매스 공진의 진폭에 대한 제어이득의 연산을 수행한다.
2) 상기 제2클럭신호(b)가 선택된 경우, 상기 제1구동변위신호(b)와 상기 제2클럭신호(b)의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 위상신호(f)를 검출할 수 있으며, LPF(로우패스필터)에 의한 필터링을 거치게 되면, 고주파 성분이 제거된, 직류(DC)형태인 일정한 전압레벨(P)로 변환된 구동매스 공진의 위상값을 얻을 수 있다. 여기에서, 디지털 자동이득제어부(400)는 상기 전압레벨(P)이 '0' 값에 수렴하도록 구동매스 공진의 위상에 대한 제어이득의 연산을 수행한다.
아날로그 먹스(227)는 상기 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 상기 디지털 자동이득제어부로 전송한다. 즉, 상기 구동매스 공진의 위상값 또는 진폭값에 대한 디지털 신호처리를 위해 아날로그 먹스(227)를 사용하여, 하나의 A/D 컨버터를 이용하는 구조를 통해, 각각의 검출모듈별로 A/D 컨버터가 추가됨으로써, 발생할 수 있는 전체 회로의 사이즈 및 소비전류의 증가등을 방지할 수 있다.
구동회로모듈(230)은 제2클럭발생회로(223)에서 생성된 상기 제2클럭신호(b,도 7 참조)fmf 이용하여, 자이로 센서(100)에 인가할 구동신호를 생성하며, 구동신호발생모듈(231) 및 신호변환회로(232)를 포함할 수 있다.
신호변환회로(232)는 디지털 자동이득제어부(400)로부터 연산된 상기 구동매스 공진의 진폭의 제어이득을 반영하여, 상기 자이로 센서에 인가될 구동신호의 진폭(전압크기)을 결정하며, 구동신호발생모듈(231)은 상기 구동신호의 진폭 과 상기 제 2 클럭신호(c, 도 7참조)를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성할 수 있다.
이하, 도 8 내지 10을 참조하여, 본 발명에 따른 디지털 자동이득제어부의 구동방식에 대해 보다 상세히 설명할 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 디지털자동이득제어부의 구성을 나타낸 블록도이며,도 9는 본 발명에 따른 데이터선택모듈에서의 데이터 처리과정을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 이득제어모듈에서의 데이터 처리과정을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 디지털자동이득제어부(400)는 신호변환부로부터 입력된 상기 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 먼저 수렴하도록, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하며, 데이터선택모듈(410), 필터모듈(420), 데이터처리제어모듈(430) 및 이득제어모듈(440)를 포함할 수 있다.
데이터선택모듈(410)은 이득제어모듈(440)에서 연산된 제어이득이 적용된 상기 구동매스(미도시)의 응답속도를 고려하여, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 대한 데이타를 기설정된 반응상수(rate coefficient)에 따라 선택적으로 받아들인다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 데이타 선택모듈(410)은 반응상수(Rate coefficient) = 2로 설정된 경우에, 아날로그 회로부(200)로부터 신호변환부(300)를 통해, 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 대한 데이타(dn1 ~ dnk)중 dn2 dn4 dn6 ~ dnk 등의 2의 배수에 해당하는 데이타만을 선택하여 입력받는다.
이로인해, 디지털 자동이득 제어부(400)에서 생성된 상기 위상 또는 진폭에 대한 제어이득이 상기 구동매스에 반영되고 있는 과정에서 다시 생성된 다른 제어이득이 상기 구동매스에 적용됨으로써, 발생할 수 있는 상기 구동매스의 비정상적 움직임에 따른 전체 시스템의 발진 또는 구동매스의 물리적 손상을 방지할 수 있다. 여기에서, 반응상수(Rate coefficient)는 관성센서의 구동매스의 물리적 성질에 따라 결정될 수 있다.
필터모듈(420)은 데이터선택모듈(410)에서 선택된 구동매스 공진의 위상값 또는 진폭값에 포함된 노이즈를 필터링하며, 여기에서는 디지털 로우패스 필터(digital low pass filter)일 수 있다. 즉, 신호변환부(300)로부터 전달되는 상기 위상값 또는 진폭값이 DC 형태로 인가되지만, 정보처리과정에서 발생하는 노이즈를 제거한다.
이득제어모듈(440)은 필터모듈(420)을 통해 필터링된 구동매스 공진의 위상값 또는 진폭값이 기설정된 목표치에 수렴했는지 여부를 비교판단하여, 수렴하지 않은 경우에는 상기 목표치에 도달하기 위한 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 수행한다.
즉, 1) 상기 구동매스 공진의 위상의 경우에는 구동신호(미도시) 와 구동변위신호의 위상차가 90°를 유지할 수 있을 때까지, 상기 위상에 대한 제어이득의 연산을 수행하며, 2)상기 구동매스 공진의 진폭의 경우에는 상기 구동매스가 항상 일정한 진폭으로 공진할 수 있게 하는 소정의 크기에 수렴하도록 상기 진폭에 대한 제어이득의 연산을 수행한다. 여기에서, 이득제어모듈(440)은 비례적분제어(PID 제어)일 수 있다.
데이터처리제어모듈(430)은 이득제어모듈(440)에서 상기 진폭 또는 위상 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴한 후, 다른 하나에 대해 기설정된 목표치에 수렴하도록 하기 위한 제어이득의 연산이 수행되도록 한다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 이득제어모듈(440)에서 구동매스 공진의 위상제어를 위한 제어이득의 연산상태인 경우에는 진폭제어를 위한 제어이득을 생성하기 위한 연산은 정지(HOLD)된 상태에서 상기 위상이 기설정된 목표치에 수렴할때까지 상기 위상제어의 제어이득에 대한 연산을 수행하며, 2) 상기 위상이 상기 목표치에 수렴한 경우에는 상기 위상값을 유지한다는 위상 LOCK FLAG 신호를 데이터 처리제어모듈(430)로 전송한다.
그리고, 1) 상기 위상 LOCK FLAG 신호를 수신한 데이터처리제어모듈(430)은 클럭선택회로(224)에 셀렉트 신호(select signal) 중 Low signal(0)을 전송하며, 클럭선택회로(224)는 제1클럭신호(a, 도 7 참조)를 선택하고, 상기 제1클럭신호를 동기검파회로(225)에 전송함으로써, 직류(DC)형태인 일정한 전압레벨(A)로 변환된 구동매스 공진의 진폭값에 대한 데이타만이 데이터선택모듈(410)을 통해, 이득제어모듈(440)로 인가됨으로써, 이득제어모듈(440)은 상기 구동매스 공진의 진폭이 기설정된 목표치에 수렴할때까지, 상기 진폭제어의 제어이득에 대한 연산을 수행한다. 또한, 상기 구동매스 의 진폭이 상기 목표치에 수렴한 경우에는 상기 진폭값을 유지한다는 진폭 LOCK FLAG 신호를 데이타 처리모듈로 전송한다.
따라서, 2) 상기 진폭 LOCK FLAG 신호를 수신한 데이터처리제어모듈(430)은 클럭선택회로(224)에 셀렉트 신호(select signal) 중 High signal(1)을 전송하며, 클럭선택회로(224)는 제2클럭신호(c, 도 7 참조)를 선택하고, 상기 제2클럭신호를 동기검파회로(225)에 전송함으로써, 직류(DC)형태인 일정한 전압레벨(A)로 변환된 구동매스 공진의 위상값에 대한 데이타만이 데이터선택모듈(410)을 통해, 이득제어모듈(440)로 인가되며, 이득제어모듈(440)은 상기 구동매스 공진의 위상이 기설정된 목표치에 수렴할때까지, 상기 위상제어의 제어이득에 대한 연산을 수행할 수 있다. 이와 같은 프로세스를 통해, 이득제어모듈(440)은 상기 구동매스 공진의 위상 및 진폭의 제어이득에 관한 연산을 순차적으로 수행한다.
상기에서 검토한 바와 같이, 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치는 클럭선택회로 및 데이타 처리 제어모듈을 통해, 이득제어모듈에서 구동매스 공진의 진폭 또는 위상에 대한 제어이득의 연산이 각각 분할되어, 순차적으로 수행되도록 제어함으로써, 상기 구동매스 공진의 위상 및 진폭이 동시에 조정됨에 따라 발생할 수 있는 상기 구동매스의 비정상적 동작으로 인한 상기 구동매스의 손상을 방지할 수 있으며, 이로인해, 전체 제어회로의 안정성 및 정확성을 확보할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 자이로 센서의 구동장치 및 그 제어방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 자이로센서의 구동장치
100 : 자이로센서 200 : 아날로그회로부
210 : 차지엠프 220: 구동변위신호처리모듈
221 : 제1클럭발생회로 222 : 위상변환회로
223 : 제2클럭발생회로 224 : 클럭선택회로
225 : 동기검파회로 226 : 필터회로
227 : 아날로그 먹스 228 : 오프셋 보정회로
230 : 구동회로모듈
231 : 구동신호발생모듈 232 : 신호변환회로
300 : 신호변환부 400 : 디지털자동이득제어부
410 : 데이터선택모듈 420 : 필터모듈
430 : 데이터처리제어모듈 440 : 이득제어모듈

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 구동매스를 포함하는 자이로 센서;
    상기 자이로 센서로부터 출력된 제 1 및 2 구동변위신호로부터 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해, 상기 진폭값 또는 위상값을 검출하기 위한 과정에서의 직류 오프셋을 보정하는 아날로그 회로부;
    상기 진폭값 또는 위상값을 디지털 값으로 변환하는 신호변환부; 및
    상기 신호변환부로부터 입력된 상기 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 먼저 수렴하도록, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하며, 상기 제어이득을 상기 아날로그 회로부로 피드백하는 디지털 자동이득제어부를 포함하며,
    상기 아날로그 회로부는 상기 제 1 또는 2 구동변위신호를 이용해 제 1 및 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 및 2 구동변위신호 와 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 자이로 센서의 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호변환부는 아날로그 디지털 컨버터(Analog to digital converter)인 자이로 센서의 구동장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 아날로그 회로부는
    상기 자이로 센서로부터 출력된 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 전압신호형태로 변환 한 후, 이를 증폭하여 출력하는 차지엠프;
    상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용해 제 1 또는 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 및 2 구동변위신호 와 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해 상기 제 2 클럭신호의 생성과정에서의 직류오프셋을 보정하는 구동변위신호 처리모듈;및
    상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 구동회로 모듈을 포함하는 자이로 센서의 구동장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동변위신호 처리모듈은
    상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호에 위상동기화된 상기 제 1 클럭신호를 생성하는 제 1 클럭발생회로;
    상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트(shift)시킨 위상시프트신호를 생성하는 위상변환회로;
    하이패스필터(High pass filter)를 이용하여, 상기 위상시프트신호의 직류오프셋을 제거하는 오프셋 보정회로;
    상기 오프셋 보정회로에서 출력된 상기 위상시프트 신호와 기설정된 기준전압을 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 제 2 클럭신호를 생성하는 제 2 클럭발생회로;
    상기 디지털 자동이득제어부에서의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 기설정된 목표치에 대한 수렴여부에 따라, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호를 선택하는 클럭선택회로;
    상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 와 상기 제 1 구동변위신호의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 동기검파회로;
    상기 동기검파회로에서 검출된 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 노이즈제거를 통해, 일정한 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 필터회로; 및
    상기 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 상기 디지털 자동이득제어부로 전송하는 아날로그 먹스를 포함하는 자이로 센서의 구동장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 구동회로모듈은
    상기 디지털 자동이득제어부로부터 연산된 상기 구동매스 공진의 진폭의 제어이득을 반영하여, 상기 자이로 센서에 인가될 구동신호의 진폭(전압크기)을 결정하는 신호변환회로; 및
    상기 구동신호의 진폭 과 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 구동신호 발생모듈을 포함하는 자이로 센서의 구동장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 디지털 자동이득제어부는
    상기 제어이득이 적용된 상기 구동매스의 응답속도를 고려하여, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 대한 데이타를 기설정된 반응상수(rate coefficient)에 따라 선택적으로 받아들이는 데이타 선택모듈;
    상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값이 기설정된 목표치에 도달하도록, 상기 위상 또는 진폭의 제어이득을 생성하기 위한 연산을 하는 이득제어모듈; 및
    상기 이득제어모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭 또는 위상 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴한 후, 다른 신호에 대한 제어이득의 연산이 수행되도록 제어하는 데이터 처리 제어모듈을 포함하는 자이로 센서의 구동장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 디지털 자동이득제어부는
    상기 데이타 선택모듈과 상기 이득제어모듈사이에 구비되며, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 포함된 노이즈를 제거하는 필터부를 더 포함하는 자이로 센서의 구동장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 이득제어모듈은
    상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴했을 경우에는 상기 목표치에 수렴된 값을 유지한다는 락플랙(Lock flag)신호를 상기 데이타처리 제어모듈에 전송하는 자이로 센서의 구동장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 데이타처리 제어모듈은
    상기 락플랙(Lock flag)신호를 수신하면, 상기 클럭선택회로를 제어하여, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 기설정된 목표치에 수렴하지 않은 신호에 대한 데이타만을 상기 이득제어모듈로 전송하는 자이로 센서의 구동장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 데이터처리 제어모듈은
    상기 클럭선택회로에 셀렉트 신호((Select signal)을 전송하여, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 중 어느 하나를 선택하는 자이로 센서의 구동장치.
  11. 아날로그 회로부에서 자이로 센서에서 출력된 제 1 및 2 구동변위신호로부터 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해, 상기 진폭값 또는 위상값을 검출하기 위한 과정에서의 직류 오프셋을 보정하는 단계;
    신호변환부에서 상기 진폭값 또는 위상값을 디지털값으로 변환하는 단계;및
    상기 디지털 자동이득제어부에서 상기 신호변환부로부터 입력된 상기 진폭값 또는 위상값 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 먼저 수렴하도록, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 아날로그 회로부에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계는 구동변위신호 처리모듈에서 상기 제 1 또는 2 구동변위신호를 이용해 제 1 및 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 및 2 구동변위신호 와 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    아날로그 회로부에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계는 차지엠프에서 상기 자이로 센서로부터 출력된 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 전압신호형태로 변환 한 후, 이를 증폭하여 출력하는 단계;
    구동변위신호 처리모듈에서 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용해 제 1 또는 2 클럭신호를 생성하고, 상기 제 1 및 2 구동변위신호 와 상기 제 1 클럭신호 또는 상기 제 2 클럭신호와의 선택적인 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하며, 필터링을 통해 상기 제 2 클럭신호의 생성과정에서의 직류오프셋을 보정하는 단계; 및
    구동회로모듈에서 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 단계를 포함하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동변위신호 처리모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계는
    제 1 클럭발생회로에서 상기 제 1 및 2 구동변위신호를 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 상기 제 1 구동변위신호에 위상동기화된 상기 제 1 클럭신호를 생성하는 단계;
    위상변환회로에서 상기 제 1 구동변위신호의 위상을 90°쉬프트(shift)시킨 위상시프트신호를 생성하는 단계;
    오프셋 보정회로에서 하이패스필터(High pass filter)를 이용하여, 상기 위상시프트신호의 직류오프셋을 제거하는 단계;
    상기 오프셋 보정회로에서 출력된 상기 위상시프트신호와 기설정된 기준전압을 이용하여, 비교기(Comparator)를 통해, 제 2 클럭신호를 생성하는 단계;
    클럭선택회로에서 상기 디지털 자동이득제어부에서의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 기설정된 목표치에 대한 수렴여부에 따라, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호를 선택하는 단계;
    동기검파회로에서 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 와 상기 제 1 구동변위신호의 복조과정(Mixer)을 통해, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계;
    필터회로에서 상기 동기검파회로에서 검출된 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값의 노이즈제거를 통해, 일정한 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 검출하는 단계; 및
    아날로그 먹스에서 상기 직류값(DC)형태의 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값을 상기 디지털 자동이득제어부로 전송하는 단계를 포함하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동회로모듈에서 구동신호를 생성하는 단계는
    신호변환모듈에서 상기 디지털 자동이득제어부로부터 연산된 상기 구동매스 공진의 진폭의 제어이득을 반영하여, 상기 자이로 센서에 인가될 구동신호의 진폭(전압크기)을 결정하는 단계; 및
    구동신호 발생모듈은 상기 구동신호의 진폭 과 상기 제 2 클럭신호를 이용하여, 상기 자이로 센서에 인가할 구동신호를 생성하는 단계를 포함하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 디지털 자동이득제어부에서 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭에 대한 제어이득의 연산을 선택적으로 수행하는 단계는
    데이타 선택모듈에서 상기 제어이득이 적용된 상기 구동매스의 응답속도를 고려하여, 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값에 대한 데이타를 기설정된 반응상수(rate coefficient)에 따라 선택적으로 받아들이는 단계;
    이득제어모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭값 또는 위상값이 기설정된 목표치에 도달하도록, 상기 위상 또는 진폭의 제어이득을 생성하기 위한 연산을 하는 단계; 및
    데이터처리 제어모듈에서 상기 이득제어모듈에서 상기 구동매스 공진의 진폭 또는 위상 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴한 후, 다른 신호에 대한 제어이득의 연산이 수행되도록 제어하는 단계를 포함하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 데이터처리 제어모듈에서 상기 이득제어모듈에서의 상기 구동매스 공진의 진폭 또는 위상에 대한 제어이득의 연산이 수행되도록 제어하는 단계는
    상기 이득제어모듈은 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 어느 하나가 기설정된 목표치에 수렴했을 경우에는 상기 목표치에 수렴된 값을 유지한다는 락플랙(Lock flag)신호를 상기 데이타처리 제어모듈에 전송하는 단계; 및
    상기 데이터처리 제어모듈에서 상기 락플랙(Lock flag)신호를 수신하면, 상기 클럭선택회로를 제어하여, 상기 구동매스 공진의 위상 또는 진폭 중 기설정된 목표치에 수렴하지 않은 신호에 대한 데이타만을 상기 이득제어모듈로 전송하는 단계를 포함하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 데이터처리 제어모듈은
    상기 클럭선택회로에 셀렉트 신호((Select signal)을 전송하여, 상기 제 1 클럭신호 또는 제 2 클럭신호 중 어느 하나를 선택하는 자이로 센서 구동장치의 제어방법.
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JP2010124101A (ja) 2008-11-18 2010-06-03 Sanyo Electric Co Ltd 振動補償制御回路、及び撮像装置
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