KR101880911B1 - Electrostatically Capacitive Actuated Micro Electro Mechanical System Resonator - Google Patents

Electrostatically Capacitive Actuated Micro Electro Mechanical System Resonator Download PDF

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KR101880911B1 KR1020170022669A KR20170022669A KR101880911B1 KR 101880911 B1 KR101880911 B1 KR 101880911B1 KR 1020170022669 A KR1020170022669 A KR 1020170022669A KR 20170022669 A KR20170022669 A KR 20170022669A KR 101880911 B1 KR101880911 B1 KR 101880911B1
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이병렬
파이잘 이크발
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한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a capacitive MEMS resonator. The resonator comprises: a driving unit to apply a driving signal; a resonance unit whose one end is connected to the driving unit to resonate a driving signal including a DC component and an AC component based on capacitance if the driving signal is applied; and a sensing unit which is connected to the other end of the resonance unit, and has a differential amplifier. An output of the resonance unit is connected to a first input terminal of the differential amplifier, and an external AC power source is connected to a second input terminal of the differential amplifier. If a driving signal from which a DC component is removed is applied to the resonance unit by a driving unit, feed-through noise by parasitic capacitance inputted into the first input terminal can be offset by using the external AC power source. Accordingly, noise can be effectively removed.

Description

정전 용량형 MEMS 공진기{Electrostatically Capacitive Actuated Micro Electro Mechanical System Resonator}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a capacitive MEMS resonator,

본 개시는 정전 용량형 MEMS 공진기에 관한 것이다.The present disclosure relates to a capacitive MEMS resonator.

자이로스코프 센서는 코리올리 효과를 이용하여 물체가 회전하는 각속도를 측정하는 센서이다. 이는 비행기의 관성유도장치, 인공위성의 위치제어장치 등에 장착되어 각속도에 의한 미세한 변위가 발생하는 것을 측정한다.The gyroscope sensor is a sensor that measures the angular velocity at which an object rotates using the Coriolis effect. It is mounted on the inertial guidance device of the airplane and the position control device of the satellite to measure the occurrence of the minute displacement due to the angular velocity.

최근에 자이로스코프 센서는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)로 양산되어 스마트폰, 카메라 등에 탑재되고 있다. 일반적으로, MEMS란 전자(반도체)기술, 기계 기술, 그리고 광 기술 등을 융합 하여 마이크로단위의 작은 부품 및 시스템을 설계, 제작하고 응용하는 기술을 총칭하는 것으로, 주로 반도체 제조기술을 비롯한 초소형 기계 기술에 적용되고 있다.In recent years, gyroscope sensors have been mass-produced by MEMS (Micro Electro Mechanical System) and are now being installed in smart phones and cameras. Generally, MEMS is a general term for designing, manufacturing and applying small parts and systems of micro units by fusing electronic (semiconductor) technology, mechanical technology, and optical technology. It is mainly used for semiconductor manufacturing technology, .

한편, MEMS 자이로스코프는 정전 액튜에이터(electrostatic actuator) 방식의 용량형 MEMS 공진 구조를 포함할 수 있다. 이러한 MEMS 자이로스코프는 전원이 구동단에 인가되면 구동단에 연결된 공진회로에서 특정 공진주파수로 공진 신호가 생성되고, 공진회로와 연결된 센싱단을 통해 전류가 흐르게 된다. 이때, 공진회로에 의해 MEMS 자이로스코프의 진동자(Mass)는 진동하게 된다.Meanwhile, the MEMS gyroscope may include a capacitive MEMS resonance structure of an electrostatic actuator type. In this MEMS gyroscope, when a power source is applied to a driving stage, a resonance signal is generated at a specific resonance frequency in a resonance circuit connected to a driving stage, and a current flows through a sensing stage connected to the resonance circuit. At this time, the vibrator of the MEMS gyroscope vibrates due to the resonance circuit.

이때, 구동단의 구동신호가 센싱단에 직접적으로 영향을 주는 기생(parasitic) 캐퍼시터에 의한 피드스루(feed-through) 노이즈가 발생될 수 있다. 기생 피드스루 노이즈는 구동 신호가 센싱단의 센싱 신호에 커플링되어 발생하는 노이즈로, 구동 신호가 직접적으로 센싱 신호의 진폭 및 위상에 영향을 주어, MEMS 자이로스코프의 구동이 정확하게 모니터링되지 않는 한계가 발생된다.At this time, a feed-through noise caused by a parasitic capacitor in which the driving signal of the driving stage directly affects the sensing stage may be generated. The parasitic feedthrough noise is a noise generated when the drive signal is coupled to the sensing signal of the sensing stage. The driving signal directly affects the amplitude and the phase of the sensing signal, so that the driving of the MEMS gyroscope can not be accurately monitored .

종래기술에서는 기생 피드스루 노이즈를 상쇄하기 위해 기판을 글래스로 구성하거나 바이어스 전극을 추가하기도 하였으나 비용, 크기 면에서 불리함이 있었다.In the prior art, the substrate is made of glass or a bias electrode is added in order to compensate for parasitic feedthrough noise, but it has disadvantages in terms of cost and size.

따라서, 기생 피드스루 노이즈를 보다 효율적으로 상쇄시키는 방법의 대두가 요청된다.Therefore, there is a need for a method of more efficiently canceling parasitic feedthrough noise.

한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드(background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.On the other hand, the above information is only presented as background information to help understand the present invention. No determination has been made as to whether any of the above content is applicable as prior art to the present invention, nor is any claim made.

공개특허공보 10-2011-0114253호(공개일 2011.10.19)Patent Document 10-2011-0114253 (published on October 19, 2011)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시 예는 기생 피드스루 잡음을 상쇄시키는 공진 회로를 제안한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one embodiment of the present invention proposes a resonant circuit for canceling parasitic feed-through noise.

본 발명의 일 실시 예는 MEMS의 크기의 큰 변동없는 정전 용량형 MEMS 공진기를 제안한다.One embodiment of the present invention proposes a capacitive MEMS resonator with a large variation in the size of the MEMS.

본 발명의 일 실시 예는 기생 피드스루 잡음을 효과적으로 제거하는 MEMS 자이로스코프를 제안한다.One embodiment of the present invention proposes a MEMS gyroscope that effectively eliminates parasitic feedthrough noise.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

본 발명의 일 실시 예에 따른 정전 용량형 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공진기는 구동 신호를 인가하는 구동부; 상기 구동부에 일단이 연결되어, DC(Direct Current) 성분 및 AC(Alternating Current) 성분을 포함하는 구동 신호가 인가되면 정전 용량에 기초하여 상기 구동 신호를 공진하는 공진부; 및 상기 공진부의 다른 일단에 연결되고 차동 증폭기를 구비한 감지부를 포함하며, 상기 차동 증폭기의 제1 입력단에 상기 공진부의 출력이 연결되고, 상기 차동 증폭기의 제2 입력단에 외부 AC 전원이 연결되며, 상기 공진부에 DC 성분이 제거된 구동 신호가 상기 구동부를 통해 인가되는 경우, 상기 제1 입력단에 입력되는 기생(parasitic) 용량에 의한 피드스루(feed through) 노이즈를 상기 외부 AC 전원을 이용하여 상쇄할 수 있다.A capacitive MEMS (Micro Electro Mechanical System) resonator according to an embodiment of the present invention includes a driver for applying a driving signal; A resonator connected at one end to the driving unit to resonate the driving signal based on a capacitance when a driving signal including a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component is applied; And a sensing unit coupled to the other end of the resonator unit and having a differential amplifier, the output of the resonator unit being connected to a first input of the differential amplifier, the external AC power source being connected to a second input of the differential amplifier, Wherein a feed-through noise due to a parasitic capacitance input to the first input terminal is canceled by using the external AC power source when a driving signal from which the DC component is removed is applied to the resonance unit through the driving unit can do.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면 아래와 같은 효과가 도출될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the following effects can be obtained.

첫째, 기생 피드스루 잡음을 상쇄시키는 공진 회로가 제공됨으로써, MEMS 공진기의 거동이 정확하게 측정될 수 있다.First, by providing a resonance circuit that cancels parasitic feed-through noise, the behavior of the MEMS resonator can be accurately measured.

둘째, MEMS의 크기의 큰 변동없는 정전 용량형 MEMS 공진기가 제공됨으로써, 제조 비용의 절감이 기대될 수 있다.Second, a reduction in manufacturing cost can be expected by providing a capacitive MEMS resonator having a large variation in the size of the MEMS.

셋째, 신호 대 잡음비(SNR)가 우수한 정전 용량형 MEMS 공진기가 제공됨으로써, 장치 효율성이 향상될 수 있다.Third, the provision of a capacitive MEMS resonator having an excellent signal-to-noise ratio (SNR) can improve device efficiency.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

도 1은 비교 례에 의한 공진기를 나타낸다.
도 2는 실시 예에 따른 정전 용량형 MEMS 공진기의 개략적인 블록도이다.
도 3은 실시 예에 따른 정전 용량형 MEMS 공진기의 회로를 나타낸다.
도 4는 비교 례에 따른 정전 용량형 MEMS 공진기의 동작을 나타낸다.
도 5(a) 내지 도 7(b)를 참고하여 정전 용량형 MEMS 공진기의 기생 피드스루 노이즈를 제거하는 방법 및 그에 따른 효과를 설명하기로 한다.1 shows a resonator according to a comparative example.
2 is a schematic block diagram of a capacitive MEMS resonator according to an embodiment.
3 shows a circuit of a capacitive MEMS resonator according to an embodiment.
4 shows the operation of the capacitive MEMS resonator according to the comparative example.
A method of removing parasitic feedthrough noise of a capacitive MEMS resonator and an effect therefor will be described with reference to Figs. 5 (a) to 7 (b).

첨부되는 도면들을 참조하는 하기의 상세한 설명은 청구항들 및 청구항들의 균등들로 정의되는 본 개시의 다양한 실시 예들을 포괄적으로 이해하는데 있어 도움을 줄 것이다. 하기의 상세한 설명은 그 이해를 위해 다양한 특정 구체 사항들을 포함하지만, 이는 단순히 예로서만 간주될 것이다. 따라서, 해당 기술 분야의 당업자는 여기에서 설명되는 다양한 실시 예들의 다양한 변경들 및 수정들이 본 개시의 범위 및 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 공지의 기능들 및 구성들에 대한 설명은 명료성 및 간결성을 위해 생략될 수 있다.The following detailed description, which refers to the accompanying drawings, will serve to provide a comprehensive understanding of the various embodiments of the present disclosure, which are defined by the claims and the equivalents of the claims. The following detailed description includes various specific details for the sake of understanding, but will be considered as exemplary only. Accordingly, those skilled in the art will recognize that various changes and modifications of the various embodiments described herein may be made without departing from the scope and spirit of this disclosure. Furthermore, the descriptions of well-known functions and constructions may be omitted for clarity and conciseness.

하기의 상세한 설명 및 청구항들에서 사용되는 용어들 및 단어들은 문헌적 의미로 한정되는 것이 아니라, 단순히 발명자에 의한 본 개시의 명료하고 일관적인 이해를 가능하게 하도록 하기 위해 사용될 뿐이다. 따라서, 해당 기술 분야의 당업자들에게는 본 개시의 다양한 실시예들에 대한 하기의 상세한 설명은 단지 예시 목적만을 위해 제공되는 것이며, 첨부되는 청구항들 및 상기 청구항들의 균등들에 의해 정의되는 본 개시를 한정하기 위해 제공되는 것은 아니라는 것이 명백해야만 할 것이다.The terms and words used in the following detailed description and in the claims are not intended to be limited to the literal sense, but merely to enable a clear and consistent understanding of the disclosure by the inventor. Thus, it will be apparent to those skilled in the art that the following detailed description of various embodiments of the disclosure is provided for illustrative purposes only, and that the present disclosure, as defined by the appended claims and equivalents of the claims, It should be clear that this is not provided for the sake of clarity.

본 발명을 자세히 설명하기에 앞서 비교 례에 따른 공진기의 구조 및 동작을 도 1을 참고하여 간략하게 설명하기로 한다.Before describing the present invention in detail, the structure and operation of a resonator according to a comparative example will be briefly described with reference to FIG.

도 1에 따르면, 공진기(10)는 구동부(15), 제1 공진부(13) 및 감지부 (17)를 포함한다. 추가적으로, 공진기(10)는 제1 공진부(13)에 대응되는 제2 공진부(11)를 포함한다. 1, the resonator 10 includes a driving unit 15, a first resonating unit 13, and a sensing unit 17. In addition, the resonator 10 includes a second resonating part 11 corresponding to the first resonating part 13. [

구동부(15)는 제1 공진부(13) 및 제2 공진부(11)에 구동신호를 인가하는 모듈이고, 제1 공진부(13)는 공진 거동을 발생시키는 모듈이다. The driving unit 15 is a module for applying driving signals to the first resonance unit 13 and the second resonance unit 11 and the first resonance unit 13 is a module for generating a resonance behavior.

제1 공진부(13)에서 출력되는 전류(ls) 에는 기생 피드 스루 노이즈가 포함될 수 있다. 제2 공진부(11)는 상기 전류(Is)의 감지신호와 180도 위상차를 가진 신호를 발생시킴으로써, 기생 피드 스루 노이즈가 상쇄될 수 있다.The current ls output from the first resonance part 13 may include parasitic feedthrough noise. The second resonator 11 generates a signal having a phase difference of 180 degrees from the sense signal of the current Is, whereby the parasitic feedthrough noise can be canceled.

다만, 상기 비교 례의 경우 제2 공진부(11)라는 추가 요소가 MEMS 공진기에 포함되어, 소형화를 추구하는 MEMS의 취지와는 소원한 바이다.However, in the above-mentioned comparative example, an additional element called the second resonating part 11 is included in the MEMS resonator, so that it is desirable for the MEMS to pursue miniaturization.

이하에서는 본 발명에서 제안하는 정전 용량형 MEMS 공진기(100)를 적용한 MEMS 자이로스코프의 구성 및 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, the structure and operation of a MEMS gyroscope to which the capacitive MEMS resonator 100 proposed by the present invention is applied will be described.

도 2는 실시 예에 따른 정전 용량형 MEMS 공진기의 개략 블록도이다. 도 3은 실시 예에 따른 정전 용량형 MEMS 공진기의 전기적 모델을 나타낸다. 도 4는 비교 례에 따른 정전 용량형 MEMS 공진기의 동작을 나타낸다. 도 2 내지 도 4를 함께 참고하여 설명하기로 한다.2 is a schematic block diagram of a capacitive MEMS resonator according to an embodiment. 3 shows an electrical model of a capacitive MEMS resonator according to an embodiment. 4 shows the operation of the capacitive MEMS resonator according to the comparative example. 2 to 4 together.

도 2에 따르면 공진기(100)는 구동부(110), 공진부(130) 및 감지부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the resonator 100 includes a driving unit 110, a resonator unit 130, and a sensing unit 150.

구동부(110)는 DC 전원 및 AC 전원을 구비하여 DC-AC 성분이 모두 포함된 전원을 인가하거나, AC 성분만 포함된 전원을 인가할 수 있다. DC 전원은 단수개로 AC 전원은 복수개로 구성될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. The driving unit 110 may include a DC power source and an AC power source to apply a power source including all the DC-AC components or a power source including only an AC component. The DC power source may be a plurality of AC power sources in a single number, but the embodiments are not limited thereto.

구동부(110)는 공진부(130)에 구동 신호를 인가할 수 있다.The driving unit 110 may apply a driving signal to the resonator unit 130.

공진부(130)는 DC(Direct Current) 성분 및 AC(Alternating Current) 성분을 모두 포함하는 전원이 공급되면, DC 성분 및 AC 성분의 곱에 비례하는 구동력을 발생시킬 수 있으며, 특정 공진 주파수에서 공진 거동을 한다. When a power supply including both DC (Direct Current) and AC (Alternating Current) components is supplied, the resonance unit 130 can generate a driving force proportional to a product of a DC component and an AC component, Behave.

이때, AC 성분만 포함된 전원이 공진부(130)에 공급되는 경우 DC 성분이 0이 되어 공진력이 발생되지 않고, 기생 피드스루 노이즈만 발생하게 된다. 기생 피드스루 노이즈가 발생되는 이유는 도 3에서 자세히 설명하기로 하고 여기서는 생략한다.At this time, when a power source including only the AC component is supplied to the resonance unit 130, the DC component becomes zero, so that no resonance force is generated, and only parasitic feedthrough noise is generated. The reason why the parasitic feed-through noise is generated will be described in detail with reference to FIG. 3 and will not be described here.

또한, 감지부(150)는 공진부(130)의 다른 일단에 연결되어 공진 거동에 대한 신호를 출력할 수 있다.In addition, the sensing unit 150 may be connected to the other end of the resonator 130 to output a signal regarding the resonance behavior.

도 3은 도 2에서 개략적으로 설명한 MEMS 공진기(100)의 구체적인 전기적 모델이다. FIG. 3 is a specific electrical model of the MEMS resonator 100 schematically illustrated in FIG.

도 3의 공진기(100)는 정전형 자이로스코프를 예로 들어 설명하기로 하나, 상기 공진기는 자이로스코프와 별개로 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다.The resonator 100 shown in FIG. 3 will be described by taking an electrostatic-type gyroscope as an example, but the resonator can be applied to various applications apart from the gyroscope.

도 3의 공진기(100)가 자이로스코프에 적용된 경우 공진부(130)에 대응되는 부분(가령, Gyroscope Drive mode)에 진동자(Mass)가 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.When the resonator 100 of FIG. 3 is applied to a gyroscope, a vibrator may be disposed in a portion corresponding to the resonance portion 130 (for example, a gyroscope drive mode), but the present invention is not limited thereto.

도 3의 공진기(100)는 상기 도 2의 구동부(110), 공진부(130) 및 감지부(150)을 그대로 포함한다.The resonator 100 of FIG. 3 includes the driving unit 110, the resonator unit 130, and the sensing unit 150 of FIG. 2 as they are.

구동부(110)는 하나의 DC 전원(111), AC (+) 전원(113a) 및 AC (-) 전원(113b)를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 구동부(110)는 공진부(130)로 전원을 공급한다.The driving unit 110 may include one DC power source 111, an AC (+) power source 113a, and an AC (-) power source 113b, but the embodiment is not limited thereto. The driving unit 110 supplies power to the resonator unit 130.

구동부(110)와 공진부(130)에 양극의 drive positive(DP, 211P)와 음극의 drive negative(DN, 211N)을 통해 연결된다. 또한, 공진부(130)는 양극의 DSP(281P) 및 음극의 DSN(281N)를 통해 감지부(150)에 연결된다.(DP, 211P) of the positive electrode and a drive negative (DN, 211N) of the negative electrode to the driving unit 110 and the resonance unit 130. [ The resonance unit 130 is connected to the sensing unit 150 through the DSP 281P of the anode and the DSN 281N of the cathode.

공진부(130)는 DC성분 및 AC 성분이 모두 포함된 전원이 인가되면 특정 공진 주파수에서 공진 거동을 한다. 이때의 구동력의 크기는 DC 성분 및 AC 성분에 비례한다.The resonance unit 130 resonates at a specific resonance frequency when a power source including both a DC component and an AC component is applied. The magnitude of the driving force at this time is proportional to the DC component and the AC component.

공진부(130)는 구동단(211P, 211N)에 바로 연결된 2개의 캐퍼시터(131C1, 131C2)를 포함하고, 센싱단(281P, 281N)에 연결된 2개의 캐퍼시터(133C2, 135C2) 및 2개의 가변 캐퍼시터(133C1, 135C1)를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The resonance unit 130 includes two capacitors 131C1 and 131C2 directly connected to the driving stages 211P and 211N and two capacitors 133C2 and 135C2 connected to the sensing ends 281P and 281N and two variable capacitors (133C1, 135C1), but the embodiment is not limited thereto.

구체적으로, Cdrp(131C1) DP 단자(211P)를 통해 구동력을 발생시키는 구동 정전 용량(drive capacitance)이다. Cdrn(131C2)은 DN단자(211N)를 통해 구동력을 발생시키는 구동 정전 용량이다. Cdrsp(133C1, 133C2)는 DSP 단자(281P)와 진동자 사이의 센싱 정전 용량이고, Cdrsn(135C1, 135C2)은 DSN 단자(281N)와 진동자 사이의 센싱 정전 용량이다. 상기의 캐퍼시터를 이용하여 공진거동을 감지할 수 있다.Specifically, it is a drive capacitance that generates a driving force through the Cdrp (131C1) DP terminal 211P. Cdrn 131C2 is a driving electrostatic capacity for generating driving force through the DN terminal 211N. Cdrsp 133C1 and 133C2 are the sensing capacitance between the DSP terminal 281P and the vibrator and Cdrsn 135C1 and 135C2 are the sensing capacitances between the DSN terminal 281N and the oscillator. The resonance behavior can be detected using the capacitor.

구동부(110)와 감지부(150) 사이에는 기생 용량(Cp11, Cp12, Cp21, Cp22)이 발생될 수 있다. 이러한 기생 용량(Cp11, Cp12, Cp21, Cp22)으로 인해 피드스루 노이즈가 발생된다. 제1 기생 용량(Cp11)은 DP 단자(211P) 및 DSP 단자(281P) 사이의 기생 용량이고, 제2 기생 용량(Cp12)은 DN 단자(211N) 및 DSN 단자(281N) 사이의 기생 용량이며, 제3 기생 용량(Cp22)은 DN 단자(211N) 및 DSN 단자(281N)의 기생용량이고, 제4 기생 용량(Cp21)은 DP 단자(211P) 및 DSN(281N) 단자로 인한 기생용량이다. 상기 기생 용량(Cp11, Cp12, Cp21, Cp22)은 회로에 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수 있으나 기생 캐퍼시터로서 피드스루 노이즈를 야기한다.Parasitic capacitances Cp11, Cp12, Cp21, and Cp22 may be generated between the driving unit 110 and the sensing unit 150. [ This parasitic capacitance (Cp11, Cp12, Cp21, Cp22) causes feedthrough noise. The first parasitic capacitance Cp11 is the parasitic capacitance between the DP terminal 211P and the DSP terminal 281P and the second parasitic capacitance Cp12 is the parasitic capacitance between the DN terminal 211N and the DSN terminal 281N, The third parasitic capacitance Cp22 is the parasitic capacitance of the DN terminal 211N and the DSN terminal 281N and the fourth parasitic capacitance Cp21 is the parasitic capacitance due to the DP terminal 211P and the DSN 281N terminal. The parasitic capacitances Cp11, Cp12, Cp21, Cp22 may or may not be included in the circuit, but cause feedthrough noise as parasitic capacitors.

감지부(150)는 DSP 센싱단(281P)에 연결되는 제1 증폭기(153C1) 및 DSN 센싱단(283N)에 연결되는 제2 증폭기(153C2)를 포함하고, 상기 제1 증폭기(153C1) 및 제2 증폭기(153C2) 각각의 출력을 입력받는 제1 차동 증폭기(155)를 포함할 수 있다.The sensing unit 150 includes a first amplifier 153C1 connected to the DSP sensing unit 281P and a second amplifier 153C2 connected to the DSN sensing unit 283N. The first amplifier 153C1 and the second amplifier 153C2, 2 amplifier 153C2, and a first differential amplifier 155 receiving the outputs of the first and second amplifiers 153C2 and 153C2.

제2 차동 증폭기(157)는 상기 제1 차동 증폭기(155)로부터의 출력이 제1 입력단으로 입력되고, 외부 교류 전원(151)의 출력이 제2 입력단으로 입력된다. 제2 입력단에 인가되는 AC 전원은 기생 용량에 의한 피드스루 노이즈를 제거/상쇄/감쇄시킬 수 있다.The output from the first differential amplifier 155 is input to the first input terminal of the second differential amplifier 157 and the output of the external AC power source 151 is input to the second input terminal. The AC power source applied to the second input terminal can eliminate / cancel / attenuate the feedthrough noise due to the parasitic capacitance.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 피드스루 노이즈를 제거하기 위한 공진기(100)의 구동 방법을 나타낸다. 도 3을 참고하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of driving the resonator 100 for removing the feedthrough noise according to the embodiment of the present invention will be described. Will be described with reference to FIG.

일단, 구동부(110)를 통해 DC 성분이 제거된 AC 성분만 포함하는 전원을 공진부(130)에 인가한다. 그러면, 구동력이 적용되지 않기 때문에 공진은 진행되지 않으면서 기생 용량에 의한 피드스루 노이즈만 센싱될 수 있다. First, a power source including only the AC component whose DC component is removed through the driving unit 110 is applied to the resonator unit 130. Then, since the driving force is not applied, the resonance does not proceed but only the feedthrough noise due to the parasitic capacitance can be sensed.

해당 센싱된 신호를 제2 차동 증폭기(157)의 제1 입력단에 두고 구동부(110)에서 공급된 AC 전원과 동일한 주파수의 외부 AC 전원을 제2 차동 증폭기(157)의 제2 입력단에 인가한다. 실시 예에 따라 외부 AC 전원을 구동부에 공급하는 AC 전원보다 소정만큼 차이를 두어 공급할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The sensed signal is applied to the first input terminal of the second differential amplifier 157 and the external AC power having the same frequency as the AC power supplied from the driving unit 110 is applied to the second input terminal of the second differential amplifier 157. According to the embodiment, the AC power supply for supplying the external AC power to the driving unit may be different by a predetermined amount, but the embodiment is not limited thereto.

한편, 신호의 세기 및 위상차를 측정하여 피드스루 노이즈가 완전히 상쇄되도록 조정할 수 있다.On the other hand, it is possible to adjust the signal intensity and phase difference so that the feedthrough noise is completely canceled.

그런 후, 구동부(110)를 통해 DC 및 AC 성분을 모두 포함하는 전원을 공진부(130)에 인가하면 피드스루 노이즈가 제거될 수 있다. Then, when a power source including both DC and AC components is applied to the resonator 130 through the driving unit 110, the feed-through noise can be removed.

만약 DC 및 AC 성분을 모두 포함하는 전원이 공진부(130)에 인가될 때, 피드스루 노이즈가 소정의 수준만큼 상쇄되지 않은 경우 외부 AC 전원을 통해 AC 전원을 추가로 인가할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.If a power source including both DC and AC components is applied to the resonance unit 130, the AC power may be further applied through the external AC power source if the feedthrough noise is not canceled by a predetermined level, Is not limited to this.

본원발명의 또 다른 실시 예로, 공진기(100)는 DC 성분의 제거된 전원만 인가하여 상기 제1 입력단에 인가되는 피드스루 노이즈를 단순히 측정만 하고, 추후 DC-AC 성분이 모두 포함되어 공진부(130)가 공진하는 경우에 상기 측정된 피드스루 노이즈에 대응되도록 상기 외부 전원을 제어할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the resonator 100 simply measures the feed-through noise applied to the first input terminal by applying only the DC component removed power, and then the DC- 130 can resonate, the external power supply can be controlled to correspond to the measured feed-through noise.

한편, 도 4를 참고하여 MEMS 공진기(100)의 진동자(Mass)의 진동방법을 설명하기로 한다. 일단, 회로기판의 Bottom에 상술한 구동부(110), 공진부(130) 및 감지부(150)가 배치되고, 회로기판의 상부에 진동자(411d, 411)가 진동될 수 있다. 구체적으로, DC 성분 및 AC 성분이 포함된 전원이 구동부(110)를 통해 인가되면, DP 단자(211P)와 DN 단자(211N)의 진동자(411)와의 인력차에 의해 진동자(411)가 진동할 수 있다.A method of vibrating a vibrator of the MEMS resonator 100 will be described with reference to FIG. The driving unit 110, the resonator unit 130 and the sensing unit 150 described above are disposed on the bottom of the circuit board and the vibrators 411d and 411 can be vibrated on the top of the circuit board. Specifically, when a power source including a DC component and an AC component is applied through the driving unit 110, the vibrator 411 vibrates due to the attraction force between the DP terminal 211P and the vibrator 411 of the DN terminal 211N .

이하에서는 도 5(a) 내지 도 7(b)를 참고하여 MEMS 공진기(100)의 기생 피드스루 노이즈를 제거하는 방법 및 그에 따른 효과를 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of removing parasitic feedthrough noise of the MEMS resonator 100 and effects of the method will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 7 (b).

도 5(a)는 기생 피드스루 노이즈가 발생되는 비교 례를 나타낸다. X축은 시간 도메인을 나타내고, Y축은 신호의 진폭을 나타낸다. 구동 신호(흑색, 511a), 센싱 신호(적색, 513a), 공진 전의 노이즈(녹색, 515a) 및 공진 후의 노이즈(청색, 517a)가 표시될 수 있다.5 (a) shows a comparative example in which parasitic feedthrough noise is generated. The X axis represents the time domain, and the Y axis represents the amplitude of the signal. A noise (green) 515a before the resonance and a noise (blue 517a) after the resonance can be displayed.

도 5(b)는 기생 피드스루 노이즈가 제거된 후의 신호를 나타낸다.5 (b) shows the signal after the parasitic feedthrough noise is removed.

도 5(b)에 따르면, 기생 피드스루 노이즈(515b, 517b)가 모두 0으로 제거될 수 있다. According to Fig. 5 (b), parasitic feedthrough noise 515b and 517b can be all eliminated to zero.

도 6(a) 및 도 6(b)는 기생 피드스루 노이즈가 제거되지 않은 경우의 신호와 노이즈를 나타내는 그래프이고, 도 6(c)는 기생 피드스루 노이즈가 제거되지 않은 경우의 위상차를 나타내는 그래프이다.6 (a) and 6 (b) are graphs showing signals and noise when parasitic feedthrough noise is not removed, and FIG. 6 (c) is a graph showing a phase difference when parasitic feedthrough noise is not removed to be.

주파수의 스팬은 800Hz로 설정되고, 주파수가 26603Hz인 부분(610)을 확대하면 도 6(b)와 같고, 신호대비잡음비가 2dB 가량되는 것이 측정될 수 있다. 또한, 주파수가 26603Hz인 공진점 부근(610)에서의 위상 변화(도 6(c))가 명확하지 않다. The span of the frequency is set to 800 Hz, and when the portion 610 having the frequency of 26603 Hz is enlarged, it is possible to measure that the signal-to-noise ratio is 2 dB or so as shown in Fig. 6 (b). In addition, the phase change (Fig. 6 (c)) at the resonance point vicinity 610 whose frequency is 26603 Hz is not clear.

이에 반해, 본 발명의 실시 예에 따르면 도 7(a) 및 7(b)와 같이 뚜렷한 개선이 측정될 수 있다. On the contrary, according to the embodiment of the present invention, a clear improvement can be measured as shown in Figs. 7 (a) and 7 (b).

도 7(a)에 따르면 신호대비잡음비가 25dB이상 측정되어 신호와 노이즈의 구분이 명확해질 수 있다. 또한, 도 7(b)에 나타난 것처럼 공진점 전후에서의 위상변화가 명확히 구분될 수 있음이 나타난다.According to Fig. 7 (a), the signal-to-noise ratio is measured to be 25 dB or more, so that the distinction between the signal and noise can be clarified. Further, as shown in Fig. 7 (b), it can be seen that the phase change before and after the resonance point can be clearly distinguished.

이와 같이 회로의 단순한 설계 변경으로 MEMS 규모가 커지지 않으면서 소자(캐퍼시티, 공진모듈 등)을 추가하지 않고도 효과적으로 기생 피드스루 노이즈가 제거될 수 있다.In this way, the simple design change of the circuit can effectively eliminate the parasitic feed-through noise without adding the elements (capacitance, resonant module, etc.) without increasing the MEMS scale.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (5)

정전 용량형 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공진기에 있어서,
구동 신호를 인가하는 구동부;
상기 구동부에 일단이 연결되어, DC(Direct Current) 성분 및 AC(Alternating Current) 성분을 포함하는 구동 신호가 인가되면 정전 용량에 기초하여 상기 구동 신호를 공진시키는 공진부; 및
상기 공진부의 다른 일단에 연결되고 차동 증폭기를 구비한 감지부를 포함하며,
상기 차동 증폭기의 제1 입력단에 상기 공진부의 출력이 연결되고, 상기 차동 증폭기의 제2 입력단에 외부 AC 전원이 연결되며,
상기 외부 AC 전원은, 상기 공진부에 DC 성분이 제거된 구동 신호가 인가되는 경우 상기 제1 입력단에서 측정되는 기생(parasitic) 용량에 의한 피드스루 노이즈를 상쇄시키도록 전원값이 설정되는, 정전 용량형 MEMS 공진기.In a capacitive MEMS (Micro Electro Mechanical System) resonator,
A driving unit for applying a driving signal;
A resonator connected at one end to the driving unit to resonate the driving signal based on the capacitance when a driving signal including a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component is applied; And
And a sensing unit connected to another end of the resonator unit and having a differential amplifier,
An output of the resonance unit is connected to a first input terminal of the differential amplifier, an external AC power source is connected to a second input terminal of the differential amplifier,
Wherein the external AC power supply has a power value set to cancel a feed-through noise due to a parasitic capacitance measured at the first input terminal when a driving signal from which a DC component is removed is applied to the resonance unit, Type MEMS resonator. 제1항에 있어서,
상기 공진부와 소정 거리로 이격된 진동자를 더 포함하며,
상기 구동부는,
상기 DC 성분 및 AC 성분을 포함하는 구동신호를 상기 공진부에 인가하여, 상기 진동자가 진동하도록 제어하는 정전 용량형 MEMS 공진기.The method according to claim 1,
And a resonator spaced apart from the resonator by a predetermined distance,
The driving unit includes:
And a drive signal including the DC component and the AC component is applied to the resonance unit to control the oscillator to vibrate. 제2항에 있어서,
상기 정전 용량형 MEMS 공진기는 정전 용량형 MEMS 자이로스코프인 정전 용량형 MEMS 공진기.3. The method of claim 2,
Wherein the capacitive MEMS resonator is a capacitive MEMS gyroscope. 제2항에 있어서,
상기 공진부에 상기 DC 성분 및 AC 성분을 포함하는 구동신호가 인가될 때, 피드스루 노이즈가 소정의 조건만큼 상쇄되지 않은 경우, 상기 외부 AC 전원을 이용하여 상기 피드스루 노이즈를 상쇄하는 정전 용량형 MEMS 공진기.3. The method of claim 2,
Wherein when a feed-through noise is not canceled by a predetermined condition when a driving signal including the DC component and the AC component is applied to the resonance unit, the feed-through noise canceling unit removes the feed-through noise using the external AC power supply MEMS resonator. 삭제delete
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