KR102045784B1 - 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법 - Google Patents

병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102045784B1
KR102045784B1 KR1020130036311A KR20130036311A KR102045784B1 KR 102045784 B1 KR102045784 B1 KR 102045784B1 KR 1020130036311 A KR1020130036311 A KR 1020130036311A KR 20130036311 A KR20130036311 A KR 20130036311A KR 102045784 B1 KR102045784 B1 KR 102045784B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit
differential
mems sensor
chopping
capacitance
Prior art date
Application number
KR1020130036311A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130112792A (ko
Inventor
조나단 애덤 크렉스
이온 오프리스
저스틴 셍
Original Assignee
페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 filed Critical 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
Publication of KR20130112792A publication Critical patent/KR20130112792A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102045784B1 publication Critical patent/KR102045784B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/04—Differential modulation with several bits, e.g. differential pulse code modulation [DPCM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0035—Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS
    • B81B7/0038—Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS using materials for controlling the level of pressure, contaminants or moisture inside of the package, e.g. getters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
    • G01P21/025—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers for measuring speed of fluids; for measuring speed of bodies relative to fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/322—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M3/324—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by means or methods for compensating or preventing more than one type of error at a time, e.g. by synchronisation or using a ratiometric arrangement
    • H03M3/344—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by means or methods for compensating or preventing more than one type of error at a time, e.g. by synchronisation or using a ratiometric arrangement by filtering other than the noise-shaping inherent to delta-sigma modulators, e.g. anti-aliasing

Abstract

본 발명의 장치는 미세 전자기계 시스템(micro-electromechanical systems, MEMS) 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함한다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하고, 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성된 차동 초핑 회로 경로와, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공하도록 구성된 차동 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 회로를 포함한다.

Description

병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법{NOISE REDUCTION METHOD WITH CHOPPING FOR A MERGED MEMS ACCELEROMETER SENSOR}
본 발명은 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법에 관한 것이다.
미세 전자기계 시스템(micro-electromechanical systems, MEMS)은 집적회로를 제조하기 이용된 기술과 유사한 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조되는 전기적 및 기계적 기능을 수행하는 소형의 기계 장치를 포함한다. MEMS 장치의 예로는 가속도계와 같이 움직임을 검출하거나 또는 자이로스코프와 같이 각도율(angular rate)을 검출할 수 있는 센서가 있다. 가속도계는 장치에 작용하는 가속도에 응답하여 측정 가능한 변화를 겪게 되는 장치이다. MEMS 가속도계의 예로는 압전 가속도계(piezoelectric accelerometer), 용량형 가속도계(capacitive accelerometer), 및 압저항 가속도계(piezoresistive accelerometer) 등이 있다. 이들의 크기가 작기 때문에, MEMS 센서는 비디오 게임 컨트롤러 및 스마트폰과 같은 전자 장치에 통합되고 있다.
용량형 가속도계는 가속도에 응답하여 커패시턴스의 변화를 겪게 된다. MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 감지하기 위해 감지 회로가 이용된다. 이들 감지 회로의 설계는 노이즈의 감소 및 크기의 소형화라는 과제를 갖고 있다.
본 발명은, 다른 것들 중에서도, MEMS 센서에서의 노이즈를 감소시키는 시스템 및 방법에 대해 논의한다. 일례의 장치는 미세 전자기계 시스템(MEMS) 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함한다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하고, 차동 초핑 회로 경로(differential chopping circuit path)의 극성을 반전시키도록 구성된 차동 초핑 회로 경로와, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공하도록 구성된 차동 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함한다.
본 과제의 해결 수단 부분은 본 특허 출원의 발명의 청구 대상의 개요를 제공하기 위한 것이며, 본 발명에 대한 배타적이거나 총괄적인 설명을 제공하려는 것이 아니다. 본 특허 출원에 대한 추가의 정보는 상세한 설명에 포함되어 있다.
반드시 실척으로 도시될 필요는 없는 도면에서, 동일한 도면 부호는 상이한 도면에 있는 유사한 구성요소를 나타낼 수도 있다. 앞자리의 숫자가 상이한 도면 부호는 유사한 구성요소의 상이한 예를 나타낼 수도 있다. 이들 도면은 전반적으로 본 명세서에서 논의되는 각종 실시 형태를 제한하기 위한 것이 아니라 예로서 설명하기 위한 것이다.
도 1은 MEMS 센서 및 MEMS 센서 출력에서의 변화를 모니터하기 위한 감지 회로의 예의 일부분에 대한 블록도를 도시하고 있다.
도 2는 초핑 스위치 매트릭스 회로의 예를 도시하고 있다.
도 3은 차동 초핑 회로 경로를 갖는 커패시턴스-전압 컨버터 회로의 또 다른 예를 도시하고 있다.
도 4는 MEMS 가속도계 감지 회로에서의 노이즈를 감소하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 1은 MEMS 센서 회로(105) 및 MEMS 센서 출력에서의 변화를 모니터하기 위해 MEMS 센서 회로(105)에 전기 접속된 감지 회로(110)의 예의 일부분에 대한 블록도를 도시하고 있다. MEMS 센서 회로(105)는, 감지 회로(110)가 센서에 미치는 가속도에 응답하여 센서의 커패시턴스의 변화를 모니터하는 용량형 가속도계이어도 된다.
전형적인 MEMS 용량형 가속도계는, 용량성 요소가 기계식 현가장치(mechanical suspension)를 통해 기준 프레임(reference frame)에 부착되는 가동 검증 질량(movable proof mass)을 포함한다. MEMS 센서의 2개의 용량성 요소가 도 1에 "C1mem" 및 "C2mem"으로 표시된 회로 커패시터로서 도시되어 있다. 실제 용량성 요소는 커패시터 C1mem 또는 C2mem와 같이 도면에 나타낸 전체적인 커패시턴스를 제공하기 위해 전기 접속된(예컨대, 평행하게) 복수의 플레이트로 구성될 수 있다. 커패시터는, MEMS 센서 회로(105)의 2개의 출력으로부터, 가동 검증 질량에 대한 회로 접속을 나타낼 수 있는 공통 회로 노드(115)까지의 브리지를 형성한다. 각각의 커패시터의 하나의 플레이트 또는 일군의 플레이트가 다른 플레이트 또는 일군의 플레이트를 정지 상태로 하면서 가동 검증 질량에 부착될 수 있다.
가속도 신호는 커패시터 C1mem, C1ofs, C2mem 및 C2ofs에 의해 형성된 차동 용량형 브리지 양단의 전하 불균형(charge imbalance)을 검출함으로써 감지된다. 커패시터 C1mem 및 C1ofs는 차동 용량형 브리지의 한쪽 레그를 형성하는 한편, 커패시터 C2mem 및 C2ofs는 차동 용량형 브리지의 제2 레그를 형성한다. 이 차동 브리지에 대한 2개의 입력은, 1) 구동기 회로(140)로부터 구동되는 MEMS 검증 질량 접속부인 회로 노드(145)와, 2) 이 노드(145)와 위상이 반전되어 구동되는 회로 노드(150)이다. 이 차동 브리지의 출력은 회로 노드(155, 160)이다. 그러므로, 노드(155, 160)는 감지 회로(110)에 대한 센서 입력을 형성한다. 이 회로의 커패시터에서의 임의의 차동 불균형은 감지 회로(110)에 의해 측정될 차동 전하만큼 노드(155, 160)에서 높게 나타날 것이다.
MEMS 가속도계에 가해진 가속도는 검증 질량의 이동을 야기한다. 검증 질량의 변위는 커패시터의 플레이트들 간의 간격을 변화시킨다. 변위는 2개의 용량성 요소들 간의 그 결과의 커패시턴스의 차이에 대략 비례한다. 검증 질량 및 기계식 현가장치를 스프링으로서 모델링하는 것은, 후크의 법칙(Hooke's Law)에 따라 변위로부터 가속도가 결정될 수 있게 한다.
일반적으로, 커패시터 쌍에 대한 커패시턴스의 변화는 하나의 방향으로의 선가속도(linear acceleration)에 관련된다. 제1 쌍에 대해 직각으로 배열된 추가의 커패시터 쌍은 제2 방향으로의 가속도가 결정될 수 있도록 한다. 이것은 2축(two-axis) 가속도계를 제공할 수 있다. 3개의 커패시터 쌍은 3축 또는 3차원(3D) 가속도계를 가능하게 한다.
감지 회로(110)는 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 감지하고, 용량성 변화를 전압으로 변환한다. 그러므로, 감지 회로(110)는 커패시턴스-전압 컨버터 회로 또는 C2V 센서로서 기능한다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는 MEMS 센서 회로(105)로부터 차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신한다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는 차동 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 회로를 포함하며, 이 ADC 회로는 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, MEMS 센서 회로(105)의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공한다. MEMS 센서 회로(105)의 커패시터가 시그마-델타 ADC에 대한 감지 커패시터로서 오프셋 커패시터(C1ofs 및 C2ofs)와 함께 이용되어, 커패시턴스-전압 감지를 시그마-델타 ADC 회로와 효과적으로 병합(merge)한다는 것을 도면에서 알 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 시그마-델타 ADC 회로는 적분기 회로 및 비교기 회로(120)를 포함한다. 이 예에서의 적분기 회로는 1차 적분기 회로이며, 차동 증폭기(opamp) 회로(125)를 포함한다. 특정의 예에서, 적분기 회로는 더 높은 차수의(예컨대, 2차) 적분기 회로를 포함한다. 비교기 회로는 디지털 출력 신호를 제공하며, MEMS 센서 출력의 샘플링으로부터 스위칭 노이즈를 감소시키기 위해 저역 통과 필터가 후속될 수 있다.
커패시턴스-전압 컨버터 회로는, 또한, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하고, 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키는 차동 초핑 회로 경로를 포함한다. MEMS 센서 출력을 감지하는 다른 방법은 MEMS 센서 출력 신호의 상관-이중 샘플링(correlated-double sampling)을 포함한다. 초핑 방법은 MEMS 가속도계 아날로그 전단 감지 회로(MEMS accelerometer analog front end sensing circuit)에서의 1/f 노이즈의 노이즈 감소를 향상시킨다. 초핑은 또한 상관-이중 샘플링 방법보다 더 적은 커패시터를 이용한다. 커패시터의 개수를 감소시키는 것은 열 노이즈(thermal noise)(KT/C)를 더 낮추고, 집적회로(예컨대, 주문형 반도체 또는 ASIC) 상의 커패시턴스-전압 컨버터 회로에 의해 이용되는 면적을 감소시킨다. 커패시터의 개수를 감소시키는 것은 또한 집적회로에 이용되는 연산증폭기와 같은 증폭기의 정착 시간(settling time)을 감소시킬 수 있다. 감소된 정착 시간은 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 여기에서 설명한 노이즈 감소 방법의 결과로, 1차 시그마-델타 ADC 회로는 100 데시벨보다 큰 동적 범위를 제공할 수 있다.
차동 초핑 회로 경로는 초핑 스위치 매트릭스 회로(115A, 115B, 115C)를 이용하여 구현된다. 도 2는 초핑 스위치 매트릭스 회로(215)의 예를 도시하고 있다. 초핑 스위치 매트릭스 회로는 초핑 클록 회로(230)에 의해 제공된 초핑 클록 신호 CK_A 및 CK_B에 따라 작동한다. 초핑 스위치 매트릭스 회로가 초핑 클록 위상 CK_A으로 클록킹될 때에는, 회로에 대한 입력단에서의 차동 신호가 통과된다. 초핑 스위치 매트릭스 회로가 초핑 클록 위상 CK_B로 클록킹될 때에는, 회로에 대한 입력단에서의 차동 신호가 반전된다. CK_A가 액티브이거나 또는 "온"일 때에는, CK_B가 오프이고, CK_B가 액티브이거나 또는 "온"일 때에는, CK_A가 오프이다.
도 1의 예에서, 차동 초핑 회로 경로는, 연산 증폭기 회로(125)의 입력단에서 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키는 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로(115A)와, 연산 증폭기 회로(125)의 출력단에서 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키는 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로(115B)를 포함한다. 일부 예에서, 차동 초핑 회로 경로는 차동 시그마-델타 ADC 회로의 차동 피드백 회로 경로의 극성을 스위칭하는 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로(115C)를 포함한다. 도시된 예에서, 차동 피드백 회로 경로는 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로(115B)의 출력단에서부터 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로(115C)의 입력단까지 연장한다.
도 3은 차동 초핑 회로 경로를 갖는 커패시턴스-전압 컨버터 회로의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 예는 차동 초핑 회로 경로에 단지 2개의 초핑 스위치 매트릭스 회로(315A, 315B)를 포함한다. 차동 초핑 회로 경로는 또한 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로(315B)의 출력단에서부터 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로(315A)의 입력단까지 연장하는 차동 피드백 회로 경로를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 구동기 회로(140)는 MEMS 센서의 구동 입력단에 구형파 여기 신호(square wave excitation signal)를 인가하도록 MEMS 센서 회로(105)에 전기 접속될 수 있다. 구동 입력단은 MEMS 센서 회로(105)의 검증 질량을 나타내는 회로 노드(145)에 전기 접속될 수 있다. 감지 회로(110)는 제1 연산 클록 위상(Ph1) 및 제2 연산 클록 위상(Ph2)을 발생하는 위상 클록 회로(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 연산 클록 위상(Ph1, Ph2)은 중첩되지 않으며, 반대 극성을 갖는다. Ph1 동안, 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로(115A)는 MEMS 센서 회로(105)를 차동 시그마-델타 ADC 회로로부터 전기적으로 분리시킨다. 제2 초핑 매트릭스 회로(115B) 및 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로(115C)는 센서 출력 신호의 이전의 값을 유지한다.
Ph2 동안, 제1, 제2 및 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로(115A, 115B, 115C)는 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시킨다. MEMS 센서 회로(105)의 커패시턴스는 여기 신호에 관련하여 샘플링될 수 있다. 제1 및 제2 연산 클록 위상 Ph1 및 Ph2는 구형파 여기 신호와 동일한 주파수 및 듀티 사이클을 가질 수 있다. 제2 및 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로(115B, 115C)는 초핑 클록에 의해 함께 스위칭될 수 있다. 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로(115A)는 초핑 클록과 Ph2 클록의 논리 합(AND)인 신호에 의해 스위칭될 수 있다.
시그마-델타 ADC 회로는 데드-밴드(dead-band) 또는 데드-존(dead-zone)에 민감하게 될 수 있다. 신호가 샘플링될 때, 출력은 아이들 톤(idle tone)으로도 지칭되는 0과 1의 반복 패턴을 포함할 수 있다. 작은 진폭을 갖는 입력 신호에 대해, 시그마-델타 회로의 출력은 반복 패턴으로 연속할 수 있다. 작은 진폭의 입력 신호는 시그마-델타 ADC에 의해 부호화되지 않아, 입력 신호의 데드-밴드 범위를 발생할 수 있다. 그러나, 도 1 및 도 3에 도시된 차동 시그마-델타 ADC 회로의 전체 동적 범위를 이용하기 위해 작은 진폭의 신호를 인코딩하는 것이 바람직할 수 있다.
커패시턴스-전압 컨버터 회로는 주기적인 또는 규칙적인 초핑 클록 신호로 차동 초핑 회로를 클록킹하는 초핑 클록 회로를 포함할 수 있다. 차동 시그마-델타 ADC 회로에서 데드-밴드를 방지하거나 최소화하기 위해, 커패시턴스-전압 컨버터 회로는 차동 초핑 회로 경로를 의사 랜덤 클록 신호(pseudo-random clock signal)로 클록킹하는 초핑 클록 회로를 포함할 수 있다. 의사 랜덤 클록 신호는, CK_B가 오프일 때에, CK_A가 온으로 되도록 하고, 그 반대로 CK_A가 오프일 때에, CK_B가 온으로 되도록 하면서, 하이에서 로우로의 랜덤 전이(random transition)를 포함한다. 이 의사 랜덤 클록킹은 데드-밴드를 야기할 수 있는 적분기 회로의 한계 사이클을 최소화한다.
차동 시그마-델타 ADC 회로에서 데드-밴드를 방지하거나 최소화하는 또 다른 방법은 비교기 회로(120)에 디더 노이즈(dither noise)를 인가하는 것이다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는 비교기 회로의 입력단에 디더 노이즈를 인가하기 위해 비교기 회로에 전기 접속된 의사 랜덤 노이즈 발생기 회로(135)를 포함할 수 있다. 비교기의 출력이 제2 연산 클록 위상 Ph2의 끝에서 평가되면, 데드-밴드 아이들 톤을 제거하기 위해 Ph2 동안 비교기에 의사 랜덤 디더 노이즈 신호가 투입될 수 있다. 디더 노이즈는 시그마-델타 ADC 회로의 출력을 데드-밴드에서 벗어나게 한다.
본 명세서에서 전술한 바와 같이, MEMS 센서 회로는 2축 가속도계일 수도 있다. 이 경우, MEMS 센서 회로는 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 제1 커패시턴스의 값을 변화시키고, 예컨대 제1 방향의 직교 방향과 같은 제2 방향으로의 선가속도에 응답하여 제2 커패시턴스의 값을 변화시킬 수 있다. 감지 회로는, 제1 커패시턴스의 변화를 나타내는 제1 디지털 신호를 발생하기 위한 제1 커패시턴스-전압 컨버터 회로와, 제2 커패시턴스의 변화를 나타내는 제2 디지털 신호를 발생하기 위한 제2 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 3축 가속도계의 출력은 제3 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 이용하여 감지될 수 있다.
도 4는 MEMS 가속도계 감지 회로에서 노이즈를 감소시키는 방법(400)의 흐름도이다. 단계 405에서는, 차동 센서 출력 신호를 생성하기 위해 MEMS 센서의 출력을 감지한다. 단계 410에서는, 회로에서의 노이즈를 감소시키기 위해 차동 초핑 회로 경로에 MEMS 센서의 출력을 인가한다. 초핑을 실시하기 위해, 차동 초핑 회로 경로의 극성을 시간이 정해진 간격(timed interval)으로 반전시킨다. 어떤 예에서는, 회로 경로의 극성을 규칙적인 간격으로 반전시키며, 어떠한 예에서는, 극성을 의사 랜덤 간격으로 반전시키거나 또는 초핑한다. 단계 415에서는, 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 차동 시그마-델타 ADC 회로로 샘플링하여, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 발생한다.
MEMS 센서로부터 샘플링된 출력을 초핑하는 것은 1/f 노이즈 및 열 노이즈를 감소시켜, 100dB보다 큰 동적 범위를 갖는 1차 시그마-델타 ADC 회로를 발생한다. 전체 동적 범위를 이용하기 위해서는, 시그마-델타 ADC 회로의 출력에서 데드-밴드의 발생을 최소화하기 위해 신호 초핑이 의사 랜덤 간격으로 수행될 수 있으며, 아이들 톤을 제거하기 위해 차동 시그마-델타 ADC 회로에 디더 노이즈가 인가될 수 있다.
추가 유의 사항 및 실시예
실시예 1은 MEMS 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함하는 발명의 청구 대상(장치와 같은)을 포함하거나 이용할 수 있다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하고, 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성된 차동 초핑 회로 경로와, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공하도록 구성된 차동 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 회로를 포함할 수 있다.
실시예 2에서는, 실시예 1의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 비교기 회로를 포함하는 차동 시그마-델타 ADC 회로와, 비교기 회로에 전기 접속되고, 비교기 회로의 입력에 디더 노이즈를 인가하도록 구성된 의사 랜덤 노이즈 발생기 회로를 포함할 수 있다.
실시예 3에서는, 실시예 1 및 실시예 2 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 차동 초핑 회로 경로를 의사 랜덤 클록 신호로 클록킹하도록 구성된 초핑 클록 회로를 포함할 수 있다.
실시예 4에서는, 실시예 1 내지 3 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 연산 증폭기 회로를 포함하는 차동 시그마-델타 ADC 회로와, 연산 증폭기 회로의 입력단에서 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성된 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로와, 연산 증폭기 회로의 출력단에서 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성된 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로를 포함할 수 있다.
실시예 5에서는, 실시예 4의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 차동 시그마-델타 ADC 회로의 차동 피드백 회로 경로의 극성을 스위칭하도록 구성된 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로를 포함할 수 있다. 차동 피드백 회로 경로는, 필요한 경우, 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로의 출력단에서부터 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로의 입력단까지 연장할 수 있다.
실시예 6에서는, 실시예 4의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로의 출력단에서부터 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로의 입력단까지 연장하는 차동 피드백 회로 경로를 포함할 수 있다.
실시예 7에서는, 실시예 1 내지 6 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 제1 연산 클록 위상 및 제2 연산 클록 위상을 발생하도록 구성된 위상 클록 회로를 포함할 수 있다. 제1 연산 클록 위상 동안, 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로는, 필요한 경우, MEMS 센서 회로를 차동 시그마-델타 ADC 회로로부터 전기적으로 분리시키도록 구성될 수 있다. 제2 연산 클록 위상 동안, 제1 및 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로는, 필요한 경우, 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성될 수 있다.
실시예 8에서는, 실시예 1 내지 실시예 7 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, MEMS 센서에 전기 접속되는 구동기 회로를 포함할 수 있다. 구동기 회로는, 필요한 경우, 구형파 여기 신호를 MEMS 센서의 구동 입력단에 인가하도록 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 연산 클록 위상은 구형파 여기 신호와 동일한 주파수 및 듀티 사이클을 갖는다.
실시예 9에서는, 실시예 1 내지 실시예 8 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, MEMS 센서 회로를 포함할 수 있다. MEMS 센서 회로는, 필요한 경우, 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 커패시턴스를 변화시키도록 구성될 수 있다.
실시예 10은, MEMS 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함하는 발명의 청구 대상(장치와 같은)을 포함하거나, 또는 MEMS 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함하도록 실시예 1 내지 9 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상과 조합될 수도 있다. 커패시턴스-전압 컨버터 회로는, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하도록 구성된 차동 회로 경로와, 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공하도록 구성된 차동 시그마-델타 ADC 회로를 포함할 수 있다. 차동 시그마-델타 ADC 회로는 비교기 회로를 포함할 수 있으며, 커패시턴스-전압 컨버터 회로는, 비교기 회로에 전기 접속되고, 비교기 회로의 입력단에 디더 노이즈를 인가하도록 구성된 의사 랜덤 노이즈 발생기 회로를 포함할 수 있다.
실시예 11에서는, 실시예 10의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, MEMS 센서 회로를 포함할 수 있다. MEMS 센서 회로는, 필요한 경우, 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 커패시턴스를 변화시키도록 구성될 수 있다.
실시예 12에서는, 실시예 11의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, MEMS 센서에 전기 접속된 스위치 회로와, MEMS 센서에 전기 접속되고, MEMS 센서의 구동 입력단에 구형파 여기 신호를 인가하도록 구성된 구동기 회로와, 스위치 회로에 전기 접속되고, 제1 연산 클록 위상 및 제2 연산 클록 위상을 발생하도록 구성된 위상 클록 회로를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연산 클록 위상은, 필요한 경우, 구형파 여기 신호와 동일한 주파수 및 듀티 사이클을 가질 수 있다. 제1 연산 클록 위상 동안, 스위치 회로는, 필요한 경우, MEMS 센서 회로를 차동 시그마-델타 ADC 회로로부터 전기적으로 분리시키도록 구성될 수 있으며, MEMS 센서 회로가 선가속도를 샘플링하도록 구성된다.
실시예 13에서는, 실시예 11 및 12 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 제1 커패시턴스를 변화시키고, 제2 방향으로의 선가속도에 응답하여 제2 커패시턴스를 변화시키도록 구성된 MEMS 센서 회로와, 제1 커패시턴스의 변화를 나타내는 제1 디지털 신호를 발생하기 위한 제1 커패시턴스-전압 컨버터 회로와, 제2 커패시턴스의 변화를 나타내는 제2 디지털 신호를 발생하기 위한 제2 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함할 수 있다.
실시예 14는, 차동 센서 출력 신호를 생성하기 위해 MEMS 센서의 출력을 감지하고, MEMS 센서의 출력을, 시간이 정해진 간격으로 극성이 반전되는 차동 초핑 회로 경로에 인가하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 발생하기 위해 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하는 것을 포함하는 발명의 청구 대상(방법, 동작을 수행하기 위한 수단, 또는 기기에 의해 수행될 때에 기기로 하여금 동작을 수행할 수 있도록 하는 명령을 포함하는 기기 판독 가능한 매체와 같은)을 포함할 수 있거나, 또는 차동 센서 출력 신호를 생성하기 위해 MEMS 센서의 출력을 감지하고, MEMS 센서의 출력을, 시간이 정해진 간격으로 극성이 반전되는 차동 초핑 회로 경로에 인가하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 발생하기 위해 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하는 것을 포함하는 발명의 청구 대상을 포함하도록 실시예 1 내지 13 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상과 조합될 수도 있다. 이러한 발명의 청구 대상은 차동 센서 출력 신호를 생성하기 위해 MEMS 센서의 출력을 감지하는 수단을 포함할 수 있으며, 그 예시 실시예는 전하-전압 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 이러한 발명의 청구 대상은 MEMS 센서의 출력을 차동 초핑 회로 경로에 인가하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 그 예시 실시예는 전하-전압 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 이러한 발명의 청구 대상은 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 발생하기 위해 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 그 예시 실시예는 차동 ADC 회로 및 시그마-델타 ADC 회로를 포함할 수 있다.
실시예 15에서는, 실시예 14의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 차동 시그마-델타 ADC 회로를 이용하여 샘플링하는 것과, 차동 시그마-델타 ADC 회로에 디더 노이즈를 인가하는 것을 포함할 수 있다.
실시예 16에서는, 실시예 14 및 15 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 차동 초핑 회로 경로를 의사 랜덤 클록 신호로 클록킹하는 것을 포함할 수 있다.
실시예 17에서는, 실시예 14 내지 16 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 차동 시그마-델타 ADC 회로를 이용하여 샘플링하는 것과, 차동 시그마-델타 ADC 회로의 연산 증폭기 회로의 입력단에서 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키는 것과, 연산 증폭기 회로의 출력단에서 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키는 것을 포함할 수 있다.
실시예 18에서는, 실시예 14 내지 17 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 차동 피드백 회로 경로를 형성하기 위해 연산 증폭기 회로의 차동 출력을 역으로 연산 증폭기 회로의 차동 입력단에 공급하는 것과, 차동 피드백 회로 경로의 극성을 시간이 정해진 간격으로 반전시키는 것을 포함할 수 있다.
실시예 19에서는, 실시예 14 내지 18 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, MEMS 센서 회로를 제1 연산 클록 위상 동안 차동 시그마-델타 ADC 회로로부터 전기적으로 분리시키는 것과, 차동 초핑 회로 경로의 극성을 제2 연산 클록 위상 동안 반전시키는 것을 포함할 수 있다.
실시예 20에서는, 실시예 14 내지 18 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 제1 및 제2 연산 클록 위상이 구형파 여기 신호와 동일한 주파수 및 듀티 사이클을 갖도록 구형파 여기 신호를 MEMS 센서의 구동 입력단에 인가하는 것과, 제1 연산 클록 위상 동안 MEMS 센서를 이용하여 선가속도를 샘플링하는 것을 포함할 수 있다.
실시예 21에서는, 실시예 14 내지 20 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 감지하는 것을 포함할 수 있다.
실시예 22에서는, 실시예 14 내지 21 중의 하나 또는 임의의 조합의 발명의 청구 대상이, 필요한 경우, 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 감지하기 위해 MEMS 센서의 제1 출력을 감지하는 것과, 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로의 선가속도에 응답하여 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 감지하기 위해 MEMS 센서의 제2 출력을 감지하는 것을 포함할 수 있다.
실시예 23에서는, 실시예 1 내지 22의 기능 중의 하나 이상을 수행하기 위한 수단을 포함할 수 있는 발명의 청구 대상, 또는 기기에 의해 실행될 시에 기기로 하여금 실시예 1 내지 22의 기능 중의 하나 이상을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기기 판독 가능한 매체를 포함할 수 있거나, 또는 실시예 1 내지 22의 기능 중의 하나 이상을 수행하기 위한 수단을 포함할 수 있는 발명의 청구 대상, 또는 기기에 의해 실행될 시에 기기로 하여금 실시예 1 내지 22의 기능 중의 하나 이상을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기기 판독 가능한 매체를 포함하도록 실시예 1 내지 22 중의 하나 이상의 실시예의 임의의 부분 또는 임의의 부분의 조합과 조합될 수도 있다.
각각의 이들 비제한적 실시예는 단독으로 이용될 수 있거나, 또는 다른 실시예 중의 하나 이상과의 다양한 치환 또는 조합의 형태로 조합될 수 있다.
상기한 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 형성하는 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은 본원 발명이 실시될 특정 실시형태를 예시로서 보여주고 있다. 이 실시형태는 여기에서 "실시예"로도 참조된다. 본 명세서에 언급된 모든 공개 문헌, 특허, 및 특허 문헌은 참조에 의해 개별적으로 원용되어 있지만 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다. 본 명세서와 이와 같이 참조로 포함된 문헌 간에 일치하지 않는 사용법이 있을 경우에, 원용된 참조 문헌에서의 사용법은 본 명세서의 사용법에 대한 보조적인 것으로 간주되어야 하며, 예컨대 양립 불가능한 불일치의 경우에는, 본 명세서에서의 사용법이 우선한다.
본 명세서에서는, "일" 또는 "하나의"라는 표현은, 특허 문헌에서 흔히 쓰이는 바와 같이, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현의 용법과 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하도록 사용된다. 본 명세서에서는, 특별한 지시가 없는 이상 "A 또는 B"가 "A이나 B가 아닌", "B이나 A가 아닌" 및 "A 및 B"를 포함하도록, "또는"이라는 표현은 독점적이지 않은 것을 언급하도록 사용된다. 첨부된 청구범위에서, "포함하다(including)" 및 "~인(in which)"이라는 표현은 "구비하다(comprising)" 및 "~인, ~이고(wherein)"의 공통 등가물로 사용된다. 또한, 이하의 청구범위에서는, "포함하다" 및 "구비하다"라는 표현이 개방형(open-ended)의 의미를 갖는다. 즉, 청구항에서 이 표현 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 장치, 물품, 또는 프로세스 또한 여전히 그 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 더욱이, 이하의 청구범위에서, "제1", "제2" 및 "제3" 등의 표현은 단순히 표지로서 사용되며, 그러한 대상에 대한 수적 요건을 강제하려는 의도는 아니다.
상기한 설명은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 예컨대, 전술한 실시형태(또는 이러한 실시형태의 하나 이상의 특징)는 서로 조합되어 이용될 수도 있다. 상기한 설명을 검토한 당업자에 의해 다른 실시형태가 이용될 수 있다. 본 명세서에 포함된 요약서는 본 명세서를 읽는 사람이 기술적인 개시 내용의 본질을 신속하게 이해할 수 있도록 하기 위하여 37 C.F.R §1.72(b)에 따라 제공된다. 이 요약서는 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하기 위해 이용되지 않을 것이라는 이해를 전제로 제공된 것이다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 부분에서는, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간략화하였을 수도 있다. 이것은 청구되지 않은 공개된 특징이 임의의 청구항에 필수적이라고 의도되도록 해석되지 않아야 한다. 오히려, 발명의 청구 대상은 특정한 공개 실시형태의 모든 특징보다 작게 두어도 좋다. 따라서, 이하의 청구범위는 이에 의하여 상세한 설명에 포함되는 것이며, 각각의 청구항은 개별적인 실시형태를 나타낸다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 함께 청구항으로 나타낸 등가물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 미세 전자기계 시스템(micro-electromechanical systems, MEMS) 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 포함하며, 상기 커패시턴스-전압 컨버터 회로는,
    차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하여 극성을 반전하는 차동 초핑 회로 경로(differential chopping circuit path),
    상기 차동 초핑 회로 경로를 의사 랜덤 클록 신호로 클록킹하도록 구성된 초핑 클록 회로, 및
    상기 차동 초핑 회로 경로에 전기 접속되고, 상기 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, 상기 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공하도록 구성된 차동 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 회로를 포함하는,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차동 시그마-델타 ADC 회로는 비교기 회로를 포함하며,
    상기 장치는, 상기 비교기 회로에 전기 접속되고, 상기 비교기 회로의 입력에 디더 노이즈(dither noise)를 인가하도록 구성된 의사 랜덤 노이즈(pseudo-random noise) 발생기 회로를 더 포함하는,
    장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차동 시그마-델타 ADC 회로는 연산 증폭기(opamp) 회로를 포함하며,
    상기 장치는,
    상기 연산 증폭기 회로의 입력단에서 상기 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성된 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로(chopping switch matrix circuit)와,
    상기 연산 증폭기 회로의 출력단에서 상기 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성된 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로를 더 포함하는,
    장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 차동 시그마-델타 ADC 회로의 차동 피드백 회로 경로의 극성을 스위칭하도록 구성된 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로를 더 포함하며,
    상기 차동 피드백 회로 경로는, 상기 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로의 출력단에서부터 상기 제3 초핑 스위치 매트릭스 회로의 입력단까지 연장하는,
    장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로의 출력단에서부터 상기 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로의 입력단까지 연장하는 차동 피드백 회로 경로를 더 포함하는, 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 장치는, 제1 연산 클록 위상 및 제2 연산 클록 위상을 발생하도록 구성된 위상 클록 회로를 더 포함하며,
    상기 제1 연산 클록 위상 동안, 상기 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로는, 상기 MEMS 센서 회로를 상기 차동 시그마-델타 ADC 회로로부터 전기적으로 분리시키도록 구성되며,
    상기 제2 연산 클록 위상 동안, 상기 제1 초핑 스위치 매트릭스 회로 및 상기 제2 초핑 스위치 매트릭스 회로는, 상기 차동 초핑 회로 경로의 극성을 반전시키도록 구성되는,
    장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 MEMS 센서에 전기 접속되는 구동기 회로를 더 포함하며,
    상기 구동기 회로는, 상기 MEMS 센서의 구동 입력단에 구형파 여기 신호(square wave excitation signal)를 인가하도록 구성되며,
    상기 제1 연산 클록 위상 및 상기 제2 연산 클록 위상은 상기 구형파 여기 신호와 동일한 주파수 및 듀티 사이클을 갖는,
    장치.
  9. 제1항, 제2항, 또는 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 MEMS 센서 회로를 포함하며, 상기 MEMS 센서 회로는, 제1 방향으로의 선가속도(linear acceleration)에 응답하여 커패시턴스를 변화시키도록 구성되는, 장치.
  10. 장치로서,
    MEMS 센서 회로에 전기 접속되도록 구성된 커패시턴스-전압 컨버터 회로 - 상기 커패시턴스-전압 컨버터 회로는,
    차동 MEMS 센서 출력 신호를 수신하도록 구성된 차동 회로 경로와,
    상기 차동 회로 경로에 전기 접속되고, 상기 차동 MEMS 센서 출력 신호를 샘플링하고, MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 제공하도록 구성되며, 비교기 회로를 포함하는 차동 시그마-델타 ADC 회로와,
    상기 비교기 회로에 전기 접속되고, 상기 비교기 회로의 입력단에 디더 노이즈를 인가하도록 구성된 의사 랜덤 노이즈 발생기 회로를 포함함 -;
    제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 커패시턴스를 변화시키도록 구성되는 MEMS 센서 회로;
    상기 MEMS 센서에 전기 접속된 스위치 회로;
    상기 MEMS 센서에 전기 접속되고, 상기 MEMS 센서의 구동 입력단에 구형파 여기 신호를 인가하도록 구성된 구동기 회로; 및
    상기 스위치 회로에 전기 접속되고, 상기 구형파 여기 신호와 동일한 주파수 및 듀티 사이클을 갖는 제1 연산 클록 위상 및 제2 연산 클록 위상을 발생하도록 구성된 위상 클록 회로를 포함하며,
    상기 제1 연산 클록 위상 동안, 상기 스위치 회로는, 상기 MEMS 센서 회로를 상기 차동 시그마-델타 ADC 회로로부터 전기적으로 분리시키도록 구성되며, 상기 MEMS 센서 회로는 상기 선가속도를 샘플링하도록 구성되는,
    장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 MEMS 센서 회로는, 제1 방향으로의 선가속도에 응답하여 제1 커패시턴스를 변화시키고, 제2 방향으로의 선가속도에 응답하여 제2 커패시턴스를 변화시키도록 구성되며,
    상기 장치는, 상기 제1 커패시턴스의 변화를 나타내는 제1 디지털 신호를 발생하기 위한 제1 커패시턴스-전압 컨버터 회로와, 상기 제2 커패시턴스의 변화를 나타내는 제2 디지털 신호를 발생하기 위한 제2 커패시턴스-전압 컨버터 회로를 더 포함하는,
    장치.
  14. 차동 센서 출력 신호를 생성하기 위해 미세 전자기계 시스템(MEMS) 센서의 출력을 감지하는 단계;
    상기 MEMS 센서의 출력을, 시간이 정해진 간격(timed interval)으로 극성이 반전되는 차동 초핑 회로 경로에 인가하는 단계;
    상기 차동 초핑 회로 경로를 의사 랜덤 클록 신호로 클록킹하는 단계; 및
    상기 MEMS 센서의 커패시턴스의 변화를 나타내는 디지털 신호를 발생하기 위해, 초핑된 MEMS 센서 출력 신호를 차동 시그마-델타 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 회로로 샘플링하는 단계를 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 차동 시그마-델타 ADC 회로에 디더 노이즈를 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020130036311A 2012-04-04 2013-04-03 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법 KR102045784B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261620019P 2012-04-04 2012-04-04
US61/620,019 2012-04-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130112792A KR20130112792A (ko) 2013-10-14
KR102045784B1 true KR102045784B1 (ko) 2019-11-18

Family

ID=49369232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130036311A KR102045784B1 (ko) 2012-04-04 2013-04-03 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102045784B1 (ko)
CN (3) CN107508601B (ko)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8739626B2 (en) 2009-08-04 2014-06-03 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined inertial sensor devices
EP2616772B1 (en) 2010-09-18 2016-06-22 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
CN103221779B (zh) 2010-09-18 2017-05-31 快捷半导体公司 微机械整体式六轴惯性传感器
EP2616388A4 (en) 2010-09-18 2014-08-13 Fairchild Semiconductor HERMETIC ENCLOSURE FOR MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS
US8813564B2 (en) 2010-09-18 2014-08-26 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis gyroscope with central suspension and gimbal structure
EP2616389B1 (en) 2010-09-18 2017-04-05 Fairchild Semiconductor Corporation Multi-die mems package
US9352961B2 (en) 2010-09-18 2016-05-31 Fairchild Semiconductor Corporation Flexure bearing to reduce quadrature for resonating micromachined devices
CN103221795B (zh) 2010-09-20 2015-03-11 快捷半导体公司 包括参考电容器的微机电压力传感器
WO2012040245A2 (en) 2010-09-20 2012-03-29 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via with reduced shunt capacitance
US9062972B2 (en) 2012-01-31 2015-06-23 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis accelerometer electrode structure
US8978475B2 (en) 2012-02-01 2015-03-17 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS proof mass with split z-axis portions
KR102045784B1 (ko) * 2012-04-04 2019-11-18 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법
US9488693B2 (en) 2012-04-04 2016-11-08 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS accelerometer with ASICS integrated capacitors
EP2647955B8 (en) 2012-04-05 2018-12-19 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device quadrature phase shift cancellation
US9069006B2 (en) 2012-04-05 2015-06-30 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS gyroscope with ASICs integrated capacitors
EP2647952B1 (en) 2012-04-05 2017-11-15 Fairchild Semiconductor Corporation Mems device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
EP2648334B1 (en) 2012-04-05 2020-06-10 Fairchild Semiconductor Corporation Mems device front-end charge amplifier
US9625272B2 (en) 2012-04-12 2017-04-18 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS quadrature cancellation and signal demodulation
US9094027B2 (en) 2012-04-12 2015-07-28 Fairchild Semiconductor Corporation Micro-electro-mechanical-system (MEMS) driver
DE102013014881B4 (de) 2012-09-12 2023-05-04 Fairchild Semiconductor Corporation Verbesserte Silizium-Durchkontaktierung mit einer Füllung aus mehreren Materialien
US9835647B2 (en) 2014-03-18 2017-12-05 Fairchild Semiconductor Corporation Apparatus and method for extending analog front end sense range of a high-Q MEMS sensor
CN104535796A (zh) * 2014-12-18 2015-04-22 清华大学 三电极微机械加速度计数字闭环控制电路及其接口电路以及三电极微机械加速度计系统
CN106067823B (zh) * 2015-04-20 2020-12-08 英飞凌科技股份有限公司 用于mems传感器的系统和方法
US9976924B2 (en) 2015-04-20 2018-05-22 Infineon Technologies Ag System and method for a MEMS sensor
US9897504B2 (en) * 2015-04-20 2018-02-20 Infineon Technologies Ag System and method for a MEMS sensor
US20170003315A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Freescale Semiconductor, Inc. Mems sensor devices having a self-test mode
CN105915219B (zh) * 2016-04-08 2019-07-12 中国科学院微电子研究所 一种模数转换电路
DE102016109118A1 (de) * 2016-05-18 2017-11-23 Infineon Technologies Ag Schaltkreisarchitektur für eine Messanordnung, einen Pegelwandler-Schaltkreis, eine Ladungspumpstufe und eine Ladungspumpe sowie Verfahren zum Betreiben dieser
CN106452448A (zh) * 2016-10-20 2017-02-22 湘潭芯力特电子科技有限公司 一种带斩波的开关电容积分器
DE102017209096A1 (de) * 2017-05-31 2018-12-06 Robert Bosch Gmbh Auswerteschaltung für einen kapazitive Beschleunigungssensor und Vorrichtung zur Detektion einer Beschleunigung
CN109813341B (zh) * 2019-02-26 2023-10-31 南京理工大学 一种硅微机械陀螺驱动力耦合误差在线自校准系统
CN112564711B (zh) * 2021-02-20 2021-06-01 坤元微电子(南京)有限公司 一种连续时间斩波Delta Sigma调制器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000329786A (ja) * 1999-05-24 2000-11-30 Hokuriku Electric Ind Co Ltd 圧電型加速度センサを備えた加速度検出装置
WO2006132960A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Synaptics Incorporated Methods and systems for detecting a capacitance using sigma-delta measurement techniques
KR100697444B1 (ko) * 1999-02-18 2007-03-20 지멘스 파우데오 오토모티브 전류 측정 장치 및 방법
JP2008157917A (ja) * 2006-11-28 2008-07-10 Toshiba Corp 容量差検出回路
JP2010505335A (ja) * 2006-09-28 2010-02-18 メドトロニック，インコーポレイテッド 低電力センサシステム用の容量性インタフェース回路
JP2011259293A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Alps Electric Co Ltd デジタルフィルタ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556345B1 (en) * 2001-06-21 2003-04-29 Onetta, Inc. Optical network equipment with control and data paths
US6975258B2 (en) * 2003-01-23 2005-12-13 Corporation For National Research Initiatives Circuit for direct digital delta-sigma conversion of variable electrical capacitance
GB0411884D0 (en) * 2004-05-28 2004-06-30 Koninkl Philips Electronics Nv Bitstream controlled reference signal generation for a sigma-delta modulator
CN101044684B (zh) * 2004-09-17 2012-11-14 美国亚德诺半导体公司 使用斩波稳定的多位连续时间前端∑-△adc
CN101213461B (zh) * 2005-06-03 2013-01-02 辛纳普蒂克斯公司 使用sigma-delta测量技术检测电容的方法和系统
US7538705B2 (en) * 2006-07-25 2009-05-26 Microchip Technology Incorporated Offset cancellation and reduced source induced 1/f noise of voltage reference by using bit stream from over-sampling analog-to-digital converter
CN101832788A (zh) * 2009-03-11 2010-09-15 中国科学院电子学研究所 一种采用斩波稳定技术的电容连续时间读出电路
US8031094B2 (en) * 2009-09-11 2011-10-04 Apple Inc. Touch controller with improved analog front end
KR102045784B1 (ko) * 2012-04-04 2019-11-18 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100697444B1 (ko) * 1999-02-18 2007-03-20 지멘스 파우데오 오토모티브 전류 측정 장치 및 방법
JP2000329786A (ja) * 1999-05-24 2000-11-30 Hokuriku Electric Ind Co Ltd 圧電型加速度センサを備えた加速度検出装置
WO2006132960A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Synaptics Incorporated Methods and systems for detecting a capacitance using sigma-delta measurement techniques
JP2010505335A (ja) * 2006-09-28 2010-02-18 メドトロニック，インコーポレイテッド 低電力センサシステム用の容量性インタフェース回路
JP2008157917A (ja) * 2006-11-28 2008-07-10 Toshiba Corp 容量差検出回路
JP2011259293A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Alps Electric Co Ltd デジタルフィルタ

Also Published As

Publication number Publication date
CN107508601B (zh) 2021-12-28
CN107508601A (zh) 2017-12-22
CN203261317U (zh) 2013-10-30
CN103368577B (zh) 2017-08-08
KR20130112792A (ko) 2013-10-14
CN103368577A (zh) 2013-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102045784B1 (ko) 병합된 미세 전자기계 가속도계 센서에 대한 초핑을 이용하는 노이즈 감소 방법
EP2647593B1 (en) Noise reduction method for mems sensors using chopping circuits
KR102034604B1 (ko) Ａｓｉｃ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 가속도계의 자가 테스트
EP2647954B1 (en) Self test of mems gyroscope with asics integrated capacitors
JP6461993B2 (ja) 加速度計
TWI585368B (zh) 用以於物理參數之測量期間減少非線性的方法及用以實施此方法之電子電路
TWI482947B (zh) 量測物理參數的方法與用於實施該方法之電容性感應器的電子介面電路
WO2011045909A1 (ja) 角速度センサ
KR20130113386A (ko) Ａｓｉｃ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 자이로스코프의 자가 테스트
EP2966456B1 (en) Electronic measurement circuit for a capacitive sensor
US9462375B2 (en) Feedback delay reduction in force feedback devices
JP7075849B2 (ja) Ｍｅｍｓ静電容量型加速度センサ
Almutairi et al. Multi stage noise shaping sigma–delta modulator (MASH) for capacitive MEMS accelerometers
KR20130028346A (ko) 가속도 측정장치 및 가속도 측정방법
US9448266B2 (en) Method of measuring a physical parameter and electronic interface circuit for a capacitive sensor for implementing the same
US20180143219A1 (en) Capacitive accelerometer
Saxena et al. Modeling and simulation of high performance sixth order sigma-delta MEMS accelerometer
JP5811176B2 (ja) 物理量センサおよび物理量の検出方法
RU2653140C1 (ru) Акселерометр
Tulaev et al. Micromechanical sensors design method based on system-level modeling
Kollar et al. Consideration for a New Micromachined Accelerometer Capacitive Interface Based on Switched Flip-Flop Circuit
JP2020159941A (ja) 加速度センサ、出力信号制御方法
KR20150093498A (ko) 오프셋 보정회로 및 그 제어방법
JP2014149230A (ja) センサーデバイス
JP2011145199A (ja) 静電容量型加速度検出装置及び静電容量型加速度検出センサの動作試験方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant