KR101869924B1 - 자이로센서 모듈 - Google Patents

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KR101869924B1 KR1020170013978A KR20170013978A KR101869924B1 KR 101869924 B1 KR101869924 B1 KR 101869924B1 KR 1020170013978 A KR1020170013978 A KR 1020170013978A KR 20170013978 A KR20170013978 A KR 20170013978A KR 101869924 B1 KR101869924 B1 KR 101869924B1
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홍문표
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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예는 자이로센서 모듈에 관한 것이다. 일 실시 예에 따르면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 질량체를 포함하는 자이로센서; 및 상기 질량체의 움직임에 따른 커패시턴스 변화에 기반하여 전류신호를 측정하고, 상기 전류신호를 적분하여 생성된 정현파 전압신호를 출력하는 구동회로;를 포함하는, 자이로센서 모듈을 제공한다.

Description

자이로센서 모듈{GYROSENSOR MODULE}
본 발명의 다양한 실시 예는 자이로센서 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력의 노이즈를 제거하는 자이로센서 모듈에 관한 것이다.
최근 개발되는 모바일 장치는 장치의 움직임을 측정하는 다양한 센서들이 탑재되어 출시되는 것이 일반적이며, 이때 자이로센서는 물체의 회전력이 인가되는 정보를 측정함으로써 각속도를 측정하는 센서이다. 자이로센서는 장치의 움직임에 대하여 미세한 변화량을 출력하며, 이러한 출력값으로 장치의 정확한 움직임을 검출하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
특허문헌 US2007-0163815호는 입력 공통 모드 제어 회로를 가지는 차동 용량성 센서-의 인터페이스 회로를 제공하며, 검출 회로의 인터페이스 회로 내에는 입력에 있어서 제1 및 제2 검지 입력 7 a, 7 b와 접속되어 또한 작동 용량성 센서-1의 용량 불평형(ΔCs)과 관련된 출력 신호(Vo)를 공급하는 검지 증폭기 12 및 제1 및 제2 검지 입력 7 a, 7 b와 접속되어 또한 제1 및 제2 검지 입력 7 a, 7 b에 나타나는 공통 모드 전기량을 제어하는 공통 모드 제어 회로 32를 개시하여, 미세하게 출력되는 자이로센서의 값을 증폭기를 통하여 증폭함으로써 장치의 움직임을 쉽게 검출하는 효과를 제공하지만, 신호 증폭으로 인하여 노이즈 특성이 나쁘게 되어 노이즈를 제고하기 위한 별도의 정밀한 장치가 요구되는 한계가 있다.
US2007-0163815 (공개특허공보)
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서의 출력값에 대하여 노이즈 특성을 변화시키는 신호 증폭을 사용하지 않고 장치의 움직임에 대한 측정값을 제공하는 자이로센서 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서로부터 출력되는 전류값에 기반하여 장치의 움직임에 대한 측정값을 제공하는 자이로센서 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 질량체를 포함하는 자이로센서; 및 상기 질량체의 움직임에 따른 커패시턴스 변화에 기반하여 전류신호를 측정하고, 상기 전류신호를 적분하여 생성된 정현파 전압신호를 출력하는 구동회로;를 포함하는, 자이로센서 모듈을 제공한다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 구동회로는, 상기 자이로센서의 출력단으로부터 상기 정현파 전류신호를 측정하는 적어도 하나의 전류변환기; 및 상기 전류변환기로부터 출력되는 정현파 전류신호를 적분하여 정현파 전압신호를 출력하는 적분기;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동회로는, 상기 적분기와 공통모드피드백루프를 형성하는 밴드패스필터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적분기는, 상기 밴드패스필터의 출력신호가 입력되어 상기 정현파 전류신호의 처리 중에 형성되는 오프셋을 제거할 수 있다.
또한, 상기 구동회로는, 상기 질량체의 온도 및 시간에 따른 공진주파수 변화에 기반하여 위상 지연을 결정하고, 밴드패스필터의 출력을 보정하는 위상고정루프회로;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 질량체의 움직임에 기반하여 각속도를 측정하는 센싱회로;를 포함하고, 상기 센싱회로는, 상기 자이로센서의 출력단으로부터 `정현파 전류신호를 측정하는 적어도 하나의 전류변환기; 및 상기 전류변환기로부터 출력되는 정현파 전류신호를 적분하여 정현파 전압신호를 출력하는 적분기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로는 전하증폭기가 사용된 회로와 대비하여, 미세하게 커패시턴스를 제거하지 않더라도 왜곡되지 않은 전류신호를 측정할 수 있고, 따라서, 자이로센서 모듈의 센싱 효율이 향상될 수 있다.
또한, 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서 모듈은, 커패시턴스 측정회로에 완전차동전류변환기를 포함하여 구성됨으로써, 저전류 고주파수에서 동작 가능하며, 따라서 센싱 효율 및 정확도가 향상될 수 있다.
또한, 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서 모듈은, 전류신호에 기반하여 질량체의 움직임에 대한 측정값을 전압신호로 제공함으로써 전압값을 측정하는 센싱 동작에 대비하여 노이즈의 영향에 적어지며, 신호처리 효율이 향상될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자이로센서 모듈, 자이로센서 모듈과 연결되는 전극 및 자이로센서 모듈을 구성하는 구성 요소들의 블럭도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오프셋이 발생된 전하전압변화회로 출력의 그래프를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시턴스 측정회로의 세부 구성 요소들의 블럭도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시턴스 측정회로에서 적분기의 오프셋을 제거하기 전 적분기 출력의 그래프를 도시한다.
조 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시턴스 측정회로에서 공통모드피드백루프에 따른 적분기 출력의 그래프를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 다양한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 특정 실시 예가 도면에 예시되고, 관련된 상세한 설명이 기재될 수 있다, 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, '또는', '적어도 하나' 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 'A 또는 B', 'A 및 B 중 적어도 하나'는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수도 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결'되어 있다거나 '접속'되어 있다고 언급된 경우, 구성 요소들은 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수 있지만, 구성 요소들 사이에 적어도 하나의 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결'되어 있다거나, '직접 접속'되어 있다고 언급된 경우, 구성 요소들 사이는 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용되는 용어들은 특정 일 실시 예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다른 것으로 명시되지 않는 한 복수의 표현을 포함할 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 장치, 예를 들면, 전자장치 또는 전자장치를 구성하는 모듈은 명백한 한정 사항을 기재하고 있지 않는 한 동일 또는 유사한 다른 형태로 대체될 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 장치는 기재된 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 기재된 장치들 중 적어도 일부, 또는 장치의 기능 중 적어도 일부를 포함하는 구조물로 제공될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서 모듈에서 각속도를 측정하는 회로 및 그 측정 방법을 설명한다. 여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자이로센서 모듈은 적어도 하나의 미세전자기계시스템(micro electro-mechanical system, MEMS)에 기반하는 자이로센서(이하, 자이로센서)를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 자이로센서를 포함하는 모듈(이하, 자이로센서 모듈)은 질량과 코리올리 효과에 기반하여 각속도를 측정하며, 자이로센서에 코리올리 효과를 발생시키기 위하여 적어도 하나의 구동회로를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자이로센서 모듈, 자이로센서 모듈과 연결되는 전극 및 자이로센서 모듈을 구성하는 구성 요소들의 블럭도를 도시한다.
코리올리 효과는 물체의 질량, 속도 및 각속도에 기반하여 발생되는 코리올리 힘에 기반한다. 일 실시 예에 따르면, 자이로센서 모듈(100)은, 코리올리 힘을 발생시키기 위하여 자이로센서 모듈(100)을 동작시키는 구동회로(30) 및 자이로센서(10)로부터 출력되는 각속도를 측정하는 센싱회로(50) 중 적어도 하나를 포함하며, 회로 각각은 전기적 기능을 수행하기 위한 적어도 하나의 전극을 구비할 수 있다.
여기서, 회로는 회로의 구성을 포함하는 적어도 하나의 모듈로 표현할 수 있다. 즉, 상술한 바에 따르면, 모듈은, 회로 도는 적어도 하나의 다른 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들면, 구동회로(30)에는, 자이로센서(10)에 전기력을 인가하는 구동전극(DRV_P, DRV_N)과, 공진변위 및 주파수를 측정하기 위한 구동센싱전극(DRVS_P, DRVS_N)이 구비될 수 있고, 센싱회로(50)에는, 자이로센서(10)로부터 출력되는 각속도를 측정하기 위한 센싱전극(SEN_P, SEN_N)dl 구비될 수 있다.
구동회로(30)는, 내부에 피드백 루프(feedback loop)회로를 형성하며 인가되는 전기력에 기반하여 자이로센서의 질량체(이하, 질량체)를 지정된 공진주파수에서 공진을 일으키도록 제어한다. 센싱회로(50)는, 질량체의 움직임에 따른 변위에 대하여 커패시턴스를 측정하여 각속도를 결정한다.
상술한 바와 같이, 자이로센서 모듈(100)은, 자이로센서(10)의 구조물 일부, 예를 들면, 질량체를 전기적으로 공진시키고, 구동회로(30) 또는 센싱회로(50)를 통하여 질량체의 움직임을 측정함으로써 각속도를 측정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 자이로센서(10)에서 질량체의 공진은 구동회로를 통해서 전달되는 지정된 주기의 코사인파(cosine wave)에 의하여 발생되며, 질량체에 회전력이 가해지는 경우에 대하여 코사인파와 회전력의 곱의 형태로 공진주파수의 변위 및 커패시턴스의 변화를 측정할 수 있다. 이때, 코사인파의 크기는 회전력의 크기로 표현될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 구동회로(30)는 전하전압변환회로(charge to voltage amplifier, C2V)(201)와 비교기(comperator, comp)(31) 중 적어도 일부를 통하여 출력되는 신호의 주파수 성분을 위상고정루프(phase locked loop, PLL)회로(33)를 이용하여 처리하며, 위상고정루프에 기반하는 양의피드백(positive feedback) 신호를 질량체에 인가하여 공진시킬 수 있다.
여기서, 위상고정루프회로(33)는 발진기(oscillator, OSC)로부터 생성되는 교류신호(예: 정현파 신호)를 보정한다. 예를 들면, 위상고정루프회로(33)는 자이로센서 모듈(100)의 상황, 예를 들면, 온도, 시간에 따른 질량체에서 측정되는 공진주파수 변화 및 자이로센서 모듈(100)을 구성하는 회로에서 발생되는 위상의 지연(phase delay)를 보상하고, 공진주파수에 비례하여 요구되는 클럭(clock)을 회로에 제공할 수 있다.
구동회로(30)를 통하여 질량체에 발생되는 코사인파의 커패시턴스 및/또는 커패시턴스 변화를 측정하기 위해서, 전하전압변환회로(201)를 포함하는 커패시턴스 측정회로(101)가 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 구동회로(30)는 적어도 하나의 커패시턴스 측정회로(101)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 센싱회로(50)는 구동회로(30)를 통하여 측정되는 값들의 동기화를 위하여 구동회로(30)에 포함되는 커패시턴스 측정회로(101)와 동일 또는 유사한 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구동회로(30) 또는 센싱회로(50)는 질량체의 커패시턴스 변화를 측정하기 위하여 적어도 하나의 전하전압변환회로를 이용할 수 있다. 여기서, 질량체를 통하여 발생되는 커패시턴스의 변화는 매우 미세하게 측정되며, 측정 가능한 수준의 신호를 검출하기 위하여 이득(gain, 게인)을 증폭시킬 수 있다.
이때, 자이로센서 모듈(100)에 포함되는 기생 커패시터 및/또는 자이로센서(10)의 커패시터 미스매치에 기반하여, 도 3에 도시된 바와 같이 전하전압변환회로(201)의 출력에 오프셋(offset)이 발생될 수 있다.
자이로센서 모듈(100)의 질량체를 통해서 발생되는 커패시턴스의 변화는 펨토패럿(femto farad) 내지 아토패럿(atto farad)의 단위로 발생되며, 이러한 커패시턴스의 변화를 측정하기 위한 커패시턴스 측정회로 및 이를 포함하는 자이로센서 모듈(100)을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시턴스 측정회로(101)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전하전압변환회로(201) 및 밴드패스필터(band pass filter, BPF)(203) 중 적어도 하나의 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전하전압변환회로(201)는, 적어도 하나의 전류변환기(current conveyer), 변조기(modulator)(303) 및 적분기(intergrator) 중 적어도 하나의 구성요소를 포함한다.
일 실시 예에 따르면 전류변환기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 완전차동전류변환기(fully differential current conveyer, CCII, 이하 전류변환기)(301)를 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시 예에 다르면, 변조기(303)는, 입력되는 신호를 변조하는 변조기의 동작에 한정하지 않고, 입력되는 신호를 복조하는 복조기(demodulator)로 대체되거나, 또는 변조기(303)에서 복조기의 기능을 수행할 수 있다.
전류변환기(301)는 자이로센서(10)로부터 커패시턴스 변화에 대응되는 정현파 형태의 전류 신호를 획득할 수 있다. 이때, 전류변환기(301)는, 입력단에서 오프셋 전류가 제거된 정현파 형태의 신호(이하, 전류변환기 입력신호)를 검출한다.
여기서, 자이로센서(10)로부터 측정되는 정현파 전류신호는, 질량체의 움직임에 따라서, 진폭 또는 주파수가 변형된 상태의 신호일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전류변환기 입력신호는, 자이로센서(10)로부터 출력되는 정현파 형태의 전류신호에서 질량체에 전달되는 정현파 전류신호를 제거한 값으로 결정될 수 있다.
전류변환기(301)는, 검출된 전류변환기 입력신호로부터 정현파 형태의 전류신호(또는 전류량)를 측정할 수 있고, 측정된 값은 질량체의 움직임에 따른 커패시턴스 변화량으로 정의될 수 있다. 전류변환기(301)는, 커패시턴스 변화량에 대응되는 정현파 전류신호를 출력한다.
변조기(303)는, 전류변환기(301)가 출력하는 정현파 전류신호를 입력된 신호를 복조하여 적분기(305)로 출력하고, 적분기(305)는, 입력된 정현파 전류신호를 적분하여 정현파 전압신호를 생성한다.
일 실시 예에 따르면, 적분기(305)는, 입력된 정현파 전류신호를 누적적분하며, 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 이때, 적분기(305)에서 출력되는 정현파 전압신호는 누적적분으로 인하여 노이즈 또는 백색신호가 제거된 상태로 출력될 수 있다.
여기서, 커패시턴스 측정회로(101)의 전류 이득은 왜곡을 전류신호 또는 전압신호의 왜곡을 발생시킬 정도로 크게 형성되지 않으나, 기생커패시턴스 또는 회로에 흐르는 전류 오프셋 또는 적분기(305)의 누적적분 결과에 기반하여 적분기(305)를 통해서 적분된 정현파 전압신호의 크기가 적분기(305)의 출력범위를 벗어날 수 있다.
이때, 커패시턴스 측정회로(101)는, 적분기(305)를 통해서 출력되는 정현파 전압신호의 오프셋을 제어하기 위하여 적어도 하나의 밴드패스필터(203)를 포함할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커패시턴스 측정회로(101)에서 적분기(305)의 오프셋을 제거하기 전 적분기 출력의 그래프를 도시한다.
도 5를 참조하면, 적분기(305)의 오프셋을 제어하기 전 적분기(305)에서 출력되는 정현파 전압신호는 도 5에 도시된 바와 같이, 정현파 전압신호 중 피크값 일부가 제거된 상태의 전압신호가 출력된다.
예를 들면, 적분기(305) 출력신호는, 양의 전압신호에서 최고값 일부, 예를 들면, 드레인전압(VDD)을 초과하는 값(1-1, 1-3)과, 음의 전압신호에서 최저값, 예를 들면, 소스전압(VSS)에 미만하는 값(3-1, 3-3)이 제거된 상태의 양의 전압신호 및 음의 전압신호로 출력되며, 밴드패스필터(203)를 통하여 적분기(305) 출력의 교류(AC)신호, 즉, 출력이 왜곡된 상태의 정현파 전압신호가 출력될 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로(101)는, 밴드패스필터(203)의 출력값을 이용하여 적분기(305)의 출력값의 왜곡을 제어한다. 일 실시 예에 따르면 밴드패스필터(203)는 10kHz 내지 60kHz의 대역 통과 및 30kHz 대역의 공진주파수를 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 커패시턴스 측정회로(101)는, 밴드패스필터(203)로부터 출력되는 전압신호를 적분기(305)에 피드백한다.
일 실시 예에 따르면, 밴드패스필터(203)의 출력값은 적분기(305)에 입력되어 공통모드피드백루프(common-mode feedback loop)를 형성할 수 있다. 이때, 최초 동작 시 커패시턴스 측정회로(101)의 적분기(305) 출력은 입력전류의 오프셋에 기반하여 크게 왜곡될 수 있으나, 밴드패스필터(203)는 적분기(305)의 출력을 VDD/2 내의 직류(DC)범위에서 동작하고, 적분기(305)의 교류(AC)신호를 출력하도록 제어할 수 있다.
즉, 최초 동작 이후 밴드패스필터(203)의 반전된 출력은 적분기(305)의 입력값으로 피드백되어, 도 6에 도시된 바와 같이 적분기(305)의 출력신호가 VDD/2 범위에서 동작되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로(101)는, 자이로센서(10)의 센싱 감도를 향상시키기 위하여 자이로센서(10) 출력단의 양의엣지(positive edge)에서 출력되는 양의전류와 음의엣지(negative edge)에서 출력되는 음의전류를 모두 측정하도록 회로의 출력을 쵸핑(chopping)하며, 따라서 1/f 패턴을 가지는 노이즈를 제거할 수 있다.
자이로센서 모듈(100)은, 밴드패스필터(2003)를 통하여 적분기(305)의 오프셋이 제거된 상태의 적분기(305) 출력(정현파 전압신호)을 출력한다.
상술한 바에 따르면, 자이로센서 모듈(100)의 커패시턴스 측정회로(101)는, 자이로센서(10)의 출력단에 전류변환기(301)를 적용한다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자이로센서 모듈(100)은, 자이로센서(10)의 출력 전류를 측정하고, 측정된 정현파 전류신호를 적분하여 자이로센서(10)의 센싱 값을 측정하도록 제공될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로(101)는 전하증폭기(charge amplifier)가 사용된 회로와 대비하여, 자이로센서(10)의 출력단에서 입력 커패시턴스를 제거하는 동작은 동일 또는 유사하게 처리되지만, 이득이 크지 않아 미세하게 커패시턴스를 제거하지 않더라도 왜곡되지 않은 전류신호를 측정할 수 있다.
또한, 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서 모듈(100)은, 커패시턴스 측정회로(101)에 완전차동전류변환기(301)를 포함하여 구성됨으로써, 저전류 고주파수에서 동작 가능하며, 따라서 센싱 효율 및 정확도가 향상될 수 있다.
또한, 다양한 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로(101)는 커패시턴스의 변화량에 대응되는 전류량를 이용하여 측정값을 결정함으로 전압 차가 크게 형성되지 않고, 따라서 주파수 증가를 통하여 신호값을 증가시킬 수 있다.
또한, 다양한 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로(101)는 상술한 바와 같이, 전류신호에 기반하여 질량체의 움직임에 대한 측정값을 전압신호로 제공함으로써 전압값을 측정하는 센싱 동작에 대비하여 노이즈의 영향에 적어지며, 신호처리 효율이 향상될 수 있다.
또한, 다양한 실시 예에 따르면, 커패시턴스 측정회로(101)는 밴드패스필터(203)의 출력값을 적분기(305)에 입력하는 공통모드피드백루프(common-mode feedback loop)를 형성함으로써 적분기(305)에 형성되는 오프셋을 제거하며, 따라서, 적분기(305)의 출력 범위를 크게 설정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 센싱회로(50)는, 상술한 바와 같이 커패시턴스 측정회로(101-1)와 동일 또는 유사한 구성(101-3) 및 동작을 통해서 오프셋이 제거된 상태의 정현파 전압신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 자이로센서 모듈(100) 및 그 구성요소는 적어도 하나의 프로세서와 연결된 전자장치에 포함될 수 있다. 이때, 상술한 기능 및/또는 동작은 전자장치에 포함된 적어도 하나의 프로세서에 기반하여 처리되는 것으로 설명할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 본 발명의 청구항 및/또는 명세서에 기재된 다양한 실시 예에 따른 장치, 방법의 적어도 일부는, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 중 둘 이상의 조합을 포함하는 형태(예: 모듈, unit)로 구현될(implemented) 수 있다.
모듈은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부로서 본 발명의 다양한 실시 예를 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. 모듈은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 자이로센서 30 : 구동회로
31 : 비교기 33 : 위상고정루프
50 : 센싱회로 100 : 자이로센서 모듈
101: 커패시턴스 측정회로 201 : 전하전압변환회로
203 : 밴드패스필터 301 : 전류변환기
303 : 변조기 305 : 적분기

Claims (6)

  1. 질량체를 포함하는 자이로센서; 및
    상기 질량체의 움직임에 따른 커패시턴스 변화에 기반하여 정현파 전류신호를 측정하는 적어도 하나의 전류변환기와, 상기 정현파 전류신호를 적분하여 생성된 정현파 전압신호를 출력하는 적분기와, 상기 적분기와 공통모드피드백루프를 형성하는 밴드패스필터를 구비하는 구동회로로 구성하여 된 것을 특징으로하는, 자이로센서 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적분기는,
    상기 밴드패스필터의 출력신호가 입력되어 상기 정현파 전류신호의 처리 중에 형성되는 오프셋을 제거하는, 자이로센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동회로는, 상기 질량체의 온도 및 시간에 따른 공진주파수 변화에 기반하여 위상 지연을 결정하고, 밴드패스필터의 출력을 보정하는 위상고정루프회로;를 포함하는, 자이로센서 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 질량체의 움직임에 기반하여 각속도를 측정하는 센싱회로;를 포함하고,
    상기 센싱회로는,
    상기 자이로센서의 출력단으로부터 정현파 전류신호를 측정하는 적어도 하나의 전류변환기; 및
    상기 전류변환기로부터 출력되는 정현파 전류신호를 적분하여 정현파 전압신호를 출력하는 적분기;를 포함하는, 자이로센서 모듈.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111426310A (zh) * 2020-04-09 2020-07-17 南京市谭慕半导体技术有限公司 一种陀螺传感器模块及其检测方法
KR20220020705A (ko) 2020-08-12 2022-02-21 임용근 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈
KR20220128222A (ko) 2021-03-12 2022-09-20 한정남 자이로 센서

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070163815A1 (en) 2005-11-29 2007-07-19 Stmicroelectronics S.R.I. Detection circuit using a differential capacitive sensor with input-common-mode control in a sense interface
JP5286676B2 (ja) * 2007-03-08 2013-09-11 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサ及び電子機器
JP2015090352A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサー、電子機器及び移動体
JP2015090353A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサー、電子機器及び移動体
JP2016134871A (ja) * 2015-01-22 2016-07-25 セイコーエプソン株式会社 回路装置、物理量検出装置、電子機器及び移動体
JP2016223782A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 セイコーエプソン株式会社 回路装置、電子機器及び移動体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070163815A1 (en) 2005-11-29 2007-07-19 Stmicroelectronics S.R.I. Detection circuit using a differential capacitive sensor with input-common-mode control in a sense interface
JP5286676B2 (ja) * 2007-03-08 2013-09-11 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサ及び電子機器
JP2015090352A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサー、電子機器及び移動体
JP2015090353A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサー、電子機器及び移動体
JP2016134871A (ja) * 2015-01-22 2016-07-25 セイコーエプソン株式会社 回路装置、物理量検出装置、電子機器及び移動体
JP2016223782A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 セイコーエプソン株式会社 回路装置、電子機器及び移動体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111426310A (zh) * 2020-04-09 2020-07-17 南京市谭慕半导体技术有限公司 一种陀螺传感器模块及其检测方法
KR20220020705A (ko) 2020-08-12 2022-02-21 임용근 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈
KR20220128222A (ko) 2021-03-12 2022-09-20 한정남 자이로 센서

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