KR102056092B1 - 기계적 진폭 구동을 위한 미소 기전 시스템 장치 자동 이득 제어 - Google Patents

기계적 진폭 구동을 위한 미소 기전 시스템 장치 자동 이득 제어 Download PDF

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Abstract

본 출원은 검증 질량체와 같은 MEMS 장치를 구동하기 위한 디지털 자동 이득 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 일례에서, 이 장치는 MEMS 장치의 검증 질량체를 진동시키도록 구성된 구동기, 검증 질량체의 진동 정보를 제공하도록 구성된 전하-전압(C2V) 변환기, 진동 정보의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기(ADC), 진동 정보를 타깃 진폭 정보와 비교하는 것을 이용하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하고 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 이용하여 디지털 구동 명령 신호를 제공하는 디지털 자동 이득 제어 회로를 포함한다.

Description

기계적 진폭 구동을 위한 미소 기전 시스템 장치 자동 이득 제어{MEMS DEVICE AUTOMATIC-GAIN CONTROL LOOP FOR MECHANICAL AMPLITUDE DRIVE}
본 출원은 2012년 4월 5일자로 제출된 미국 가출원(출원번호 61/620,641: "MEMS GYROSCOPE AUTOMATIC-GAIN CONTROL LOOP FOR CONSTANT MECHANICAL AMPLITUDE DRIVE")의 우선권을 주장하며 그 내용 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 미소 기전 시스템(MEMS)에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 MEMS 장치를 위한 자동 이득 제어에 관한 것이다.
본 발명은 미소 기전 시스템(MEMS)에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 MEMS 장치를 위한 자동 이득 제어에 관한 것이다.
본 발명은, 예컨대 검증 질량체(proof mass)와 같은 MEMS 장치를 구동하기 위한 디지털 자동 이득 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 예컨대, 이러한 장치는 MEMS 장치의 검증 질량체를 진동시키도록 구성된 구동기와, 검증 질량체의 진동 정보를 제공하도록 구성된 전하-전압(C2V) 변환기와, 상기 진동 정보의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그-디지털(ADC) 변환기와, 상기 진동 정보를 타깃 진폭 정보와 비교함으로써 진동 진폭 에러 정보를 제공하고, 상기 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 사용하여 디지털 구동 명령 신호를 제공하도록 구성된 디지털 자동 이득 제어 회로를 포함한다.
이러한 개요는 본 발명의 전체적인 구성을 제공하기 위한 것이며, 본 발명의 배타적이거나 완전한 설명은 아니다. 이하의 상세한 설명이 본 발명에 대한 보다 많은 정보를 제공한다.
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 자이로스코프에 연결된 아날로그 제어 회로를 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 MEMS 자이로스코프 시스템의 블록도를 모식적으로 도시한 것이다.
도 3은 예시적인 디지털 자동 이득 제어(AGC) 회로를 포함하는 MEMS 제어 회로의 예를 모시적으로 도시한 것이다.
MEMS 자이로스코프는 진동하는 검증 질량체의 변위를 이용하여 움직임 감지 및 측정 신호를 제공한다. 이 변위는, 예컨대 자이로스코프의 검증 질량체와 같은 진동하는 검증 질량체의 움직임 조합에 의해 야기되고, 코리올리 힘(Coriolis force)를 발생시킨다. MEMS 자이로스코프의 양호한 동작은 검증 질량체의 진동의 안정성에 의존할 수 있다. 본 발명자들은 검증 질량체의 공진 주파수에서 안정적인 진폭을 가지고 진동하도록 검증 질량체를 구동하기 위한 자동 이득 제어(AGC) 장치 및 방법을 착안하였다. 일례에서, AGC 루프는, 자이로스코프의 검증 질량체의 기계적 진동 진폭이 관측되고 프로그래머블 타깃 값에서 유지되도록, 구동 전극을 통해 MEMS 자이로스코프에 주입되는 정전기력을 조절할 수 있다. 일례에서, AGC 루프는 매우 낮은 노이즈를 가지고 검증 질량체의 진동을 검출할 수 있게 하는 아키텍처를 포함할 수 있고, 이 루프 동작의 프로세싱은 노이즈가 적은 디지털 환경에서 완성될 수 있다.
도 1은, MEMS 자이로스코프(102)에 연결된 아날로그 제어 회로(104)를 도시한 것이다. MEMS 자이로스코프(102)는, 아날로그 제어 회로(104)를 MEMS 자이로스코프(102)에 연결하기 위한 구동 전극(gdp, gdn)과 구동 감지 전극(gp, gn)을 포함할 수 있다. 아날로그 제어 회로(104)는 구동기 회로(107)를 이용하여 MEMS 자이로스코프의 검증 질량체가 진동하도록 구동할 수 있다. 아날로그 제어 회로(104)는 MEMS 자이로스코프의 구동 감지 전극(gp, gn)과 아날로그 제어 회로(104)의 구동 감지 전하-전압(C2V) 변환기(105)를 이용하여 검증 질량체 위치 정보를 수신할 수 있다. 위상 시프터(phase shifter)(106)는 구동기 회로(107)를 위한 명령 신호를 생성하기 위해 아날로그 제어 회로(104)의 듀티 사이클 생성기(140)에게 검증 질량체의 위상 시프트된 위치 정보를 제공할 수 있다. 일례에서, 위상 시프터(106)는 MEMS 자이로스코프(102)의 검증 질량체의 지속 진동(sustained oscillation)에 위상 시프트를 제공할 수 있다. 아날로그 피크 검출기(141)도 검증 질량체 위치 정보를 수신할 수 있고 검증 질량체 진동에 대한 진폭 정보를 제공할 수 있다. 아날로그 비교기(142)는 진폭 정보를 원하는 진폭 기준치(AREF)와 비교하고, 진폭 에러 정보 또는 진동 진폭 에러 정보를 포함하는 진폭 에러 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 아날로그 비교기(142)는 진폭 에러 신호의 크기를 조정하기 위한 이득 설정을 포함할 수 있다. 아날로그 제어 회로(104)의 피드백 루프(143)는 루프 보상 모듈(144)을 이용하여 진폭 에러 정보를 추가로 보상하여 구동기 회로(107)를 위한 제어 신호를 생성함에 있어서 듀티 사이클 생성기(140)를 지원할 수 있다. 제어 신호에 응답하여, 구동기 회로(107)는 MEMS 자이로스코프(102)의 검증 질량체를 공진 주파수로 또 안정적인 진동 진폭을 가지고 진동하도록 구동할 수 있다.
도 2는 예시적인 디지털 자동 이득 제어(AGC) 회로(201)를 포함하는 MEMS 자이로스코프 시스템(200)의 블록도를 개략적으로 도시한 것이다. MEMS 자이로스코프 시스템(200)은 현수된 검증 질량체와 같은 검증 질량체(203)를 포함하는 MEMS 자이로스코프(202)와, MEMS 제어 회로(204)를 포함할 수 있다. 일례에서, MEMS 제어 회로9204)는 구동 감지 전하-전압(C2V) 변환기(205), 위상 시프트 회로(206), 구동 회로(207), 및 AGC 회로(201)를 포함할 수 있다. AGC 회로(201)는 구동 회로(207)에게 MEMS 자이로스코프(202)의 검증 질량체(203)를 검증 질량체(203)의 공진 주파수로 진동하도록 구동시키라는 명령 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 검증 질량체(203)는 약 20kHz의 공진 주파수를 가질 수 있다. 검증 질량체가 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 약 20kHz와는 다른 공진 주파수를 가질 수 있음은 물론이다. 구동 감지 C2V 변환기(205)는 MEMS 자이로스코프(202)의 검증 질량체(203)의 구동 감지 전극(gp, gn)에 연결될 수 있다. 구동 감지 전극(gp, gn)은 검증 질량체(203)의 실제 진동을 나타내는 차동 용량성 전하 신호(differential capacitive charge signal)를 제공할 수 있다. 차동 용량성 전하 신호는 구동 회로(207)에 위상 및 진폭 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 검증 질량체가 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 비차동 용량성 전하 신호(non-differential capacitive charge signal)를 제공하는 단일 감지 신호를 포함할 수 있음은 물론이다. 일례에서, 구동 회로(207)는 MEMS 자이로스코프의 검증 질량체를 진동시키기 우해 파워 제어 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 구동 회로(207)는 검증 질량체를 공진 주파수로 진동시키기 위해 하나 이상의 검증 질량체 구동 전극(gdp, gdn)에 파워 제어 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 구동 감지 C2V 변환기(205)는 검증 질량체(203)가 진동함에 따라 검증 질량체(203)의 용량성으로 감지된 위치 정보를 제공할 수 있다. 일례에서, 위상 시프트 회로(206)는 구동 감지 C2V 변환기(205)의 출력에 90도의 위상 시프트를 가함으로써 검증 질량체(203)의 진동을 보장한다. 따라서, 구동 회로(207)는 위상 시프트 회로(206)으로부터 위상이 시프트된 출력을 수신하여 검증 질량체(203)를 구동할 수 있다. 일례에서, MEMS 자이로스코프 시스템(200)의 루프를 통해 360도의 위상 시프트를 이루어 냄으로써 검증 질량체(203)의 진동을 보장할 수 있다. 일례에서, 구동 감지 C2V 변환기(205)가 90도의 위상 시프트를 제공할 수 있고, 위상 시프트 회로(206)가 90도의 위상 시프트를 인가할 수 있으며, 그러면 구동 회로는 반전(inversion)을 제공함으로써 검증 질량체(203)의 진동을 보장할 수 있다. 일례에서, 구동 감지 C2V 변환기(205)의 출력은 검증 질량체의 진동의 진폭을 관찰하고 제어하기 위해 AGC 회로(201)에 의해 사용될 수 있다.
도 3은 예시적인 디지털 AGC 회로(301)를 포함하는 예시적인 MEMS 제어 회로(304)를 개략적으로 도시한 것이다. 일례에서, MEMS 제어 회로(304)는 MEMS 자이로스코프(도시되지 않음)와 같은 MEMS 장치에 연결될 수 있다. 일례에서, MEMS 자이로스코프는 검증 질량체, 구동 전극, 구동 감지 전극 및 감지 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일례에서, MEMS 제어 회로(304)는 아날로그부(311)와 디지털 AGC 회로(301)를 포함할 수 있다. 일례에서, 아날로그부(311)는, 구동 감지 C2V 변환기(305), 입력 아날로그-디지털 변환기(ADC)(312), 출력 디지털-아날로그 변환기(DAC)(313), 구동 회로(307), 및 상기 구동 회로(307)와 상기 구동 감지 C2V 변환기(305)의 출력 사이에 연결된 위상 시프트 회로(306)를 포함할 수 있다.
일례에서, 구동 감지 C2V 변환기(305)는 MEMS 자이로스코프의 구동 감지 전극으로부터 용량성 신호를 수신하고, 그 용량성 신호를 나타내는 전압 신호를 제공할 수 있다. 이 전압 신호는 위상 및 진폭 피드백과 같은 검증 질량체의 위치 정보를 구동 회로(307)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일례에서, 구동 회로(307)는 MEMS 자이로스코프의 검증 질량체를 진동시키기 위한 파워 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 구동 회로(307)는 검증 질량체를 공진 주파수로 진동시킬 수 있다. 일례에서, 구동 회로는 정전기 작용을 이용하여 검증 질량체를 진동시키기 위한 파워 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 구동 감지 C2V 변환기(305)는 검증 질량체가 진동함에 따라 검증 질량체의 용량성으로 감지된 위치 정보를 제공할 수 있다. 일례에서, 위상 시프트 회로(306)는 구동 감지 C2V 변환기(305)의 출력에 90도의 위상 시프트를 가함으로써 검증 질량체의 진동을 보장할 수 있다. 따라서, 구동 회로(307)는 위상 시프트 회로(306)로부터 위상 시프트된 출력을 수신하여 검증 질량체를 구동시킬 수 있다. 이러한 예에서, 위상 시프트 회로(306)가 검증 질량체의 움직임에 대해 상대적으로 90도의 위상 시프트를 가함으로써 검증 질량체의 진동을 보장하기 위해 필요한 180도 위상 시프트를 구동 회로(307)에 제공할 수 있다. 일례에서, 구동 감지 C2V 변환기(305)의 출력은 검증 질량체 진동의 진폭을 관찰하고 제어하기 위해 디지털 AGC 회로(301)에 의해 사용될 수 있다.
일례에서, MEMS 제어 회로(304)의 디지털 AGC 회로(301)는 입력부(316), 출력부(317), 및 제어부(318)를 포함할 수 있다.
일례에서, 입력부(316)는 디지털화된 구동 감지 신호를 제공하기 위해 구동 감지 ADC(312)와 여러 가지 필터(319)를 포함할 수 있다. 일례에서, 구동 감지 ADC(312)는 대역 통과 델타-시그마 ADC를 포함할 수 있다. 다른 타입의 ADC 변환기가 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 사용될 수 있음은 물론이다. 일례에서, 대역 통과 시그마-델타 ADC는, 1/f 노이즈를 피하면서 구동 감지 신호의 간단한 디지털 변환을 제공할 수 있다. 일례에서, 입력부(316)는 구동 감지 ADC(312)의 단일 비트 데이터 스트림 출력을 다운 샘플링(down-sample)하고 구동 감지 ADC(312)의 단일 비트 데이터 스트림 출력의 다중 비트 표현을 제공하기 위해 싱크5(sinc5) 필터(319)와, 대역 통과 필터링된 입력 신호의 대역 외 노이즈를 많이 제거하기 위한 대역 통과 필터(320)를 포함할 수 있다. 일례에서, 싱크5 필터(319)는 약 972kHz의 데이터 레이트로 동작하는 단일 비트 데이터 스트림을 수신할 수 있다. 일례에서, 대역 통과 필터(320)는 싱크5 필터(319)보다 낮은 데이터 레이트에서 동작할 수 있다. 일례에서, 대역 통과 필터(320)는 싱크5 필터(319)의 데이터 레이트보다 약 1/8의 데이터 레이트에서 동작할 수 있다. 일례에서, 대역 통과 필터(320)는 약 500Hz의 대역폭을 가질 수 있다. 일례에서, 입력부(316)는 대역 통과 필터(320)의 출력 신호의 진동 진폭의 표현을 검출하기 위해 디지털 진폭 검출기(321)를 포함할 수 있다. 일례에서, 디지털 진폭 검출기(321)는 절대치(|x|) 진폭 검출기를 포함할 수 있다. 일례에서, 디지털 진폭 검출기(321)는, 샘플링 순간에서의 비이상성(예컨대, 타이밍 지터)에 영향을 받지 않고 따라서 위상 노이즈를 저감할 수 있는 X2 디지털 진폭 검출기를 포함할 수 있다.
일례에서, 제어부(318)는 타깃 진폭 설정 포인트(타깃)를 수신할 수 있고, 합산 접합부(summing junction)(322), 평균화 필터(323), 이득 곱셈기(324), 및 시동 제어 로직(325)을 포함할 수 있다. 일례에서, 제어부(318)는 입력부(316)의 디지털 진폭 검출기(321)의 출력과 합산하기 위해 타깃 진폭 설정 포인트(타깃)의 크기를 조정하기 위해 설정 포인트 곱셈기(326)를 포함할 수 있다. 일례에서, 합산 접합부(322)는 진폭 에러 신호 또는 진동 진폭 에러 진호와 같이 디지털 진폭 검출기(321)와 타깃 진폭 설정 포인트(타깃) 간의 차를 나타내는 에러 신호를 제공할 수 있다. 일례에서, 평균화 필터(323)는 에러 신호로부터 고주파 노이즈를 여과시키기 위해 사용될 수 있다. 일례에서, 평균화 필터(323)는 에러 신호를 주어신 수의 샘플 또는 샘플 기간에 대해 필터링하거나 평균화하거나 또는 평활화(smooth)할 수 있는 유한 임펄스 응답(FIR) 필터를 포함할 수 있다. 일례에서, 평균화 필터(323)는 평균화 필터(323)의 출력의 크기를 조정하기 위해 비트 시프트 모듈(327)을 포함할 수 있다. 일례에서, 에러 신호는 이득(dig. gain)에 의해 곱해지거나 증폭되어 검증 질량체 구동 회로(307)를 위한 명령 신호를 제공한다. 일례에서, 제어부(318)는 적분 에러 이득 모듈(도시되지 않은)을 포함할 수 있다. 일례에서, 제어부(318)는 보다 간단한 구현을 위해 적분 에러 이득 모듈을 포함하지 않을 수 있다. 적분 이득 모듈을 포함하지 않은 예에서는, 최종치까지 해결하는 데에 수백 미리초에서 수백 초 소요될 수 있는 저주파 더블릿(low frequency doublet을 피할 수 있다.
일례에서, 시동 제어 로직(325)은, 예컨대 에러 신호가 상당히 커질 수 있는 때인 시동 동안에 검증 질량체를 구동하기 위해 사용될 수 있다. 일례에서, 시동 제어 로직(325)은 명령 신호를 AGC 활성화 임계치(ST)와 비교하기 위해 비교기(328)를 포함할 수 있다. 일례에서, 명령 신호가 AGC 임계치(ST)를 넘는 경우, 비교기(328)는 구동 회로(307)가 미리 정해진 구동 신호 파형과 같은 미리 정해진 구동 신호를 이용하여 검증 질량체를 구동하도록 하는 제어 신호(start_en)를 제공한다. 일례에서, 시동 제어 로직(325)의 제어 신호(start_en)는 구동 회로(307)에 의해 수신되어 구동 회로(307)가 미리 정해진 구동 신호를 이용하여 검증 질량체를 구동하도록 한다. 일례에서, 미리 정해진 구동 신호는 미리 정해진 주파수의 사각파 파형을 포함할 수 있다. 일례에서, 위상 시프트 회로(306)는, 예컨대 AGC로 활성화되는 진폭 제어를 위한 정현파 파형와 시동 모드 제어를 위한 사각파 파형과 같은 하나 이상의 탬플릿 파형을 구동 회로(307)에 제공할 수 있다. 명령 신호가 AGC 활성화 임계치(ST)를 넘지 않을 정도로 작아지면, 시동 제어 로직(325)의 제어 신호(start_en)는 제2 상태로 전이할 수 있다. 일례에서, 구동 회로는, 제어 신호(start-en)가 제2 상태에 있는 때에 명령 신호에 응답하여 검증 질량체를 구동할 수 있다. 일례에서, 구동 회로(307)는, 제어 신호(start_en)가 제2 상태에 있는 때에 정현파 파형을 이용하여 검증 질량체를 구동할 수 있다. 일례에서, 명령 신호에 적분 에러 이득 성분이 없으면, 시스템이 돌고 있을 때(slewing) 나타날 수 있는 뱅뱅(bang-bang) 진동 동작을 피할 수 있고, 시동 모드형 구동 제어와 명령 신호에 응답하는 AGC 진폭 구동 제어 모드 사이의 부드러운 전이가 가능하게 된다.
일례에서, 출력부(317)는 명령 신호를 개략 이득 스테이지(coarse gain)을 이용하는 개략 이득 출력 신호(coarse gain output singal)(개략 이득)와 미세 이득 스테이지를 이용하는 미세 이득 출력 신호로 분리한다. 미세 이득 스테이지는 디지털 제한기(digital limiter)(329), 하나 이상의 디지털 업-샘플러(diginal up-sampler)(330, 331), 및 명령 신호의 기본 단위 변화를 제공하는 시그마-델타(ΣΔ) 변환기(DAC)(313)와 같은 구동 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 포함할 수 있다. 일례에서, 개략 이득 스테이지는 제한된 명령 신호를 수신하기 위한 저역 통과 필터(332)와 잘려지고(truncated) 여과된(filtered) 명령 신호가 미세 이득 레지스터를 오버슈트 또는 언더슈트한 때에 각각 증분 및 감산할 수 있는 이득 제어 카운터(333)를 포함할 수 있다. 일례에서, 개략 이득 스테이지는 제한되지 않은 명령 신호를, 미리 정해진 값에 의해, 개략 이득 출력에서의 변경 후에, 잘려진 명령 신호가 개략 이득 변경 후의 최대 또는 최소 전이 에지에 남지 않도록 증가/감소시킬 수 있다. 일례에서, 개략 이득 출력(개략 이득)은 미세 이득 출력보다 더 늦은 속도로 갱신될 수 있다. 일례에서, 구동 회로(307)는 개략 이득 출력(개략 이득)와 미세 이득 출력을 수신하고, 수신된 개략 이득 출력 및 미세 이득 출력 신호들에 응답하여 검증 질량체에 연결된 구동 신호를 조정할 수 있다.
여러 예에서, 디지털 AGC 회로(301)는 단일 집적 회로 상에 구현될 수 있다. 일례에서, 디지털 AGC 히로(301)는 단일 집적 회로 상에 구현될 수 있고 하나 또는 그 이상의 ΔΣ ADC 및 ΣΔ DAC를 포함할 수 있다. 일례에서, 디지털 AGC 회로(301)는, 디지털 환경에서 입력 스테이지, 출력 스테이지, 및 제어 스테이지의 중요한 부분을 실행하는 것에 의해 출력 이득 신호에서의 노이즈를 감소시킬 수 있다.
추가 개시
예 1에서, 장치는 MEMS 자이로스코프의 검증 질량체를 진동시키도록 구성된 구동기, MEMS 자이로스코프로부터 감지 신호를 수신하고 검증 질량체의 진동 정보를 제공하도록 구성된 전하-전압(C2V) 변환기, 검증 질량체의 진동 정보를 수신하고 진동 정보의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및 진동 정보의 디지털 표현을 수신하고, 진동 정보를 타깃 진폭 정보와 비교하는 것을 이용하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하고, 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 이용하여 디지털 구동 명령 신호를 제공하도록 구성된 디지털 자동 이득 제어 회로를 포함할 수 있다.
예 2에서, 예 1의 ADC는 선택적으로 단일 비트 데이터 스트림을 이용하여 감지 신호의 디지털 표현을 제공하도록 구성된다.
예 3에서, 예 1-2 중 어느 하나의 디지털 자동 이득 제어 회로는 선택적으로, 단일 비트 데이터 스트림을 수신하고 제1 다중 비트 데이터 스트림을 이용하여 감지 신호의 제2 디지털 표현을 제공하기 위한 다운-샘플 모듈을 포함한다.
예 4에서, 예 1-3 중 어느 하나의 디지털 자동 이득 제어 회로는 선택적으로 제1 다중 비트 데이터 스트림을 수신하고 제2 다중 비트 데이터 스트림을 이용하여 감지 신호의 제3 디지털 표현을 제공하도록 구성된 대역 통과 필터를 포함한다.
예 5에서, 예 1-4중 어느 하나의 디지털 자동 이득 제어 회로는 선택적으로 감지 신호의 진폭 정보를 제공하기 위해 감지 신호의 제3 디지털 표현의 제곱 연산을 수행하도록 구성된 진폭 검출기를 포함한다.
예 6에서, 예 1-5 중 어느 하나의 디지털 자동 이득 제어 회로는 선택적으로 진폭 정보와 타깃 정보를 수신하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하도록 구성된 디지털 비교기를 포함한다.
예 7에서, 예 1-6 중 어느 하나의 디지털 자동 이득 제어 회로는 선택적으로 복수의 샘플 기간에 걸쳐 진동 진폭 에러 정보를 평균화하여 평활화된 에러 신호를 제공하도록 구성된 유한 임펄스 응답 필터를 포함한다.
예 8에서, 예 1-7 중 어느 하나의 ADC가 선택적으로 대역 통과 델타-시그마 ADC를 포함한다.
예 9에서, 예 1-8 중 어느 하나의 장치는 선택적으로, 디지털 구동 명령 신호의 적어도 일부를 수신하고 구동기에 아날로그 명령 신호를 제공하도록 구성된 디지털-아날로그 변환기를 포함한다.
예 10에서, 예 1-9 중 어느 하나의 디지털 자동 이득 제어 회로는 선택적으로 출력 스테이지를 포함하고, 이 출력 스테이지는 디지털 구동 명령 신호의 변경의 기본 단위를 제공하도록 구성된 미세 이득 레지스터, 저역 통과 필터, 미세 이득 레지스터의 오버슈트에 대해 증분하고 미세 이득 레지스터의 언더슈트에 대해 감산하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현에 대한 정정을 제공하도록 구성된 개략 이득 카운터를 포함한다.
예 11에서, 방법은, 구동기를 이용하여 MEMS 자이로스코프의 검증 질량체를 진동시키는 단계, 전하-전압 변환기를 이용하여 검증 질량체의 진동 정보를 수신하는 단계, 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 진동 정보의 디지털 표현을 제공하는 단계, 진동 정보를 타깃 진폭 정보와 비교하는 것과 디지털 자동 이득 제어 회로를 이용하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하는 단계, 및 진동 진폭 에러 정보와 디지털 자동 이득 제어 회로를 이용하여 디지털 구동 명령 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
예 12에서, 예 1-11 중 어느 하나의 디지털 표현을 제공하는 단계는 선택적으로 단일 비트 데이터 스트림을 이용하여 진동 정보의 디지털 표현을 제공하는 단계를 포함한다.
예 13에서, 예 1-12 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 다중 비트 데이터 스트림을 이용하여 단일 비트 데이터 스트림을 다운 샘플링하여 진동 정보의 제2 디지털 표현을 제공하는 단계를 포함한다.
예 14에서, 예 1-13 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 대역 통과 필터를 이용하여 제1 다중 비트 데이터 스트림을 처리하여 진동 정보의 제3 디지털 표현을 제공하는 단계를 포함한다.
예 15에서, 예 1-14 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 디지털 자동 이득 제어 회로의 진폭 검출기에서 진동 정보의 제3 디지털 표현을 수신하는 단계 및 진폭 검출기를 이용하여 진동 전보의 진폭 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
예 16에서, 예 1-15 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 디지털 자동 이득 제어 회로의 디지털 비교기를 이용하여 진폭 정보를 타깃 정보와 비교하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
예 17에서, 예 1-16 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 유한 임펄스 응답 필터를 이용하여 미리 정해진 수의 샘플에 걸쳐 진동 진폭 에러 정보를 평균화(averaging)하여 평활화된(smoothed) 에러 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
예 18에서, 예 1-17 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 디지털-아날로그 변환기를 이용하여 디지털 구동 명령 신호를 아날로그 구동 명령 신호로 변환하는 단계 및 구동기에서 아날로그 명령 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
예 19에서, 예 1-18 중 어느 하나의 방법은 선택적으로 디지털 자동 이득 제어 회로의 출력 스테이지에서 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 수신하는 단계, 디지털 제한기 및 하나 이상의 디지털 업-샘플러를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 디지털 구동 명령 신호의 미세 부분을 제공하는 단계, 저역 통과 필터와 이득 제어 카운터를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 디지털 구동 명령 신호의 개략 부분을 제공하는 단계를 포함한다.
예 20에서, 예 1-18 중 어느 하나의 저역 통과 필터 및 이득 제어 카운터를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 디지털 구동 명령 신호의 개략 부분을 제공하는 단계는 선택적으로 저역 통과 필터가 오버슈트하는 때에 이득 제어 카운터를 증가시키고 저역 통과 필터가 언더슈트하는 때에 이득 제어 카운터를 감소시키는 단계를 포함한다.
예 21에서, 예 1-20 중 어느 하나의 저역 통과 필터 및 이득 제어 카운터를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 디지털 구동 명령 신호의 개략 부분을 제공하는 단계는 선택적으로 이득 제어 카운터의 값이 변경되는 때에 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현에 정정을 피드백하는 단계를 포함한다.
상기 기재된 사항은 상세한 설명의 일부를 형성하는 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은 본원 발명이 실시될 특정 실시형태를 예시로서 보여주고 있다. 이 실시형태는 여기에 "실시예"로도 참조된다. 그러한 실시예들은 여기서 기재되거나 도시되지 않은 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 또한 기재되고 도시된 요소들만이 제공된 예도 고려한다. 또한, 본 발명자는, 특정의 예(또는 하나 이상의 그 양태들) 또는 여기에 기재되거나 도시된 다른 예(또는 하나 이상의 그 양태들) 중 하나에 대해, 도시되거나 기재된 그러한 요소들(또는 하나 이상의 그 양태들)의 임의의 조합이나 치환을 이용한 예도 고려한다.
본 명세서에 언급된 모든 공개 문헌, 특허, 및 특허 문헌은 참조에 의해 개별적으로 원용되어 있지만 그 전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 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-eneded)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.
여기에 기술된 방법 실시예들은 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 그러한 실시예들은, 상기한 예들에서 기술된 바와 같은 방법을 전자 기기가 실행하도록 하는 명령어가 인코딩된 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 기계 판독 가능한 매체를 포함한다. 그러한 방법의 구현예는, 마이크로코드와 같은 코드, 어셈블리 언어 코드, 상위 레벨 언어 코드 등을 포함할 수 있다. 그러한 코드는 여러 가지 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수 있다. 또한 일례에서, 코드는 하나 이상의 휘발성, 비일시적인, 또는 비휘발성의 유형의 컴퓨터 판독 가능한 매체에, 예컨대 실행 동안 또는 다른 시점에서 유형적으로 저장될 수 있다. 이러한 유형의 컴퓨터 판독 가능한 매체의 예들은, 제한되는 것은 아니지만, 하드디스크, 교체 가능한 자기 디스크, 교체 가능한 광 디스크(예컨대, CD, DVD), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱, RAM, ROM 등을 포함한다.
상기한 설명은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 예컨대, 전술한 실시예(또는 이러한 실시예의 하나 이상의 양태들)는 서로 조합되어 이용될 수도 있다. 상기한 설명을 검토한 당업자에 의해 다른 실시예가 이용될 수 있다. 요약서는 독자가 신속하게 기술적 개시 사항의 본질을 확인할 수 있도록 하기 위해 제공될 뿐이다. 요약서는 그것이 청구항의 범위나 의미를 해석하거나 제한하는 데에 사용되지 않을 것이라는 전제하에 제출된 것이다. 또한, 상술한 상세한 설명에서, 여러 가지 특징들은 함께 그룹화되어 본 개시를 간소화한다. 이것은 청구되지 않은 개시된 특징이 어떤 청구항에서도 필수요소로서 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 (13)

  1. 미소 기전 시스템(MEMS) 자이로스코프의 검증 질량체를 진동시키도록 구성된 구동기;
    MEMS 자이로스코프로부터 감지 신호를 수신하고 상기 검증 질량체의 진동 정보를 제공하도록 구성된 전하-전압(C2V) 변환기;
    상기 검증 질량체의 진동 정보를 수신하고 상기 진동 정보의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및
    상기 진동 정보의 디지털 표현을 수신하고, 상기 진동 정보를 타깃 진폭 정보와 비교하는 것을 이용하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하고, 상기 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 이용하여 디지털 구동 명령 신호를 제공하도록 구성된 디지털 자동 이득 제어 회로
    를 포함하고, 상기 디지털 자동 이득 제어 회로는 출력 스테이지를 포함하며, 상기 출력 스테이지는,
    상기 디지털 구동 명령 신호의 변경 기본 단위를 제공하도록 구성된 미세 이득 레지스터와;
    저역 통과 필터와;
    상기 미세 이득 레지스터의 오버슈트에 대해 증분하고 상기 미세 이득 레지스터의 언더슈트에 대해 감산하여, 상기 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현에 정정을 제공하도록 구성된 개략 이득 카운터
    를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ADC는 단일 비트 데이터 스트림을 이용하여 상기 감지 신호의 디지털 표현을 제공하고,
    상기 디지털 자동 이득 제어 회로는 상기 단일 비트 데이터 스트림을 수신하고 제1 다중 비트 데이터 스트림을 이용하여 상기 감지 신호의 제2 디지털 표현을 제공하는 다운-샘플 모듈을 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디지털 자동 이득 제어 회로는, 상기 제1 다중 비트 데이터 스트림을 수신하고 제2 다중 비트 데이터 스트림을 이용하여 상기 감지 신호의 제3 디지털 표현을 제공하는 대역 통과 필터와, 상기 감지 신호의 상기 제3 디지털 표현의 제곱 연산(square operation)을 수행하여 상기 감지 신호의 진폭 정보를 제공하도록 구성된 진폭 검출기를 더 포함하는, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디지털 자동 이득 제어 회로는 진폭 정보와 타깃 진폭 정보를 수신하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하는 디지털 비교기와, 복수의 샘플 기간에 걸쳐 상기 진동 진폭 에러 정보를 평균화하여 평활화된 에러 신호를 제공하도록 구성된 유한 임펄스 응답 필터를 더 포함하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 구동 명령 신호의 적어도 일부를 수신하고 아날로그 명령 신호를 상기 구동기에 제공하도록 구성된 디지털-아날로그 변환기를 더 포함하는 장치.
  6. 삭제
  7. 구동기를 이용하여 미소 기전 시스템(MEMS) 자이로스코프의 검증 질량체를 진동시키는 단계;
    전하-전압 변환기를 이용하여 상기 검증 질량체의 진동 정보를 수신하는 단계;
    아날로그-디지털 변환기를 이용하여 상기 진동 정보의 디지털 표현을 제공하는 단계;
    상기 진동 정보를 타깃 진폭 정보에 비교하는 것과 디지털 자동 이득 제어 회로를 이용하여 진동 진폭 에러 정보를 제공하는 단계;
    상기 진동 진폭 에러 정보와 상기 디지털 자동 이득 제어 회로를 이용하여 디지털 구동 명령 신호를 제공하는 단계;
    상기 디지털 자동 이득 제어 회로의 출력 스테이지에서 상기 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 수신하는 단계;
    디지털 제한기와 하나 이상의 디지털 업-샘플러를 이용하여 상기 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 상기 디지털 구동 명령 신호의 미세 부분을 제공하는 단계; 및
    저역 통과 필터와 이득 제어 카운터를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 상기 디지털 구동 명령 신호의 개략 부분을 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 표현을 제공하는 단계가 단일 비트 데이터 스트림을 이용하여 상기 진동 정보의 디지털 표현을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    다중 비트 데이터 스트림을 이용하여 상기 단일 비트 데이터 스트림을 다운 샘플링하여 상기 진동 정보의 제2 디지털 표현을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 진동 정보의 제3 디지털 표현을 제공하기 위해 대역 통과 필터를 이용하여 제1 다중 비트 데이터 스트림을 처리하는 단계;
    상기 디지털 자동 이득 제어 회로의 진폭 검출기에서 상기 진동 정보의 제3 디지털 표현을 수신하는 단계;
    상기 진폭 검출기를 이용하여 상기 진동 정보의 진폭 정보를 제공하는 단계;
    상기 디지털 자동 이득 제어 회로의 디지털 비교기를 이용하여 상기 진폭 정보를 상기 타깃 진폭 정보와 비교하여 상기 진동 진폭 에러 정보를 제공하는 단계; 및
    유한 임펄스 응답 필터를 이용하여 미리 정해진 수의 샘플에 걸쳐 상기 진동 진폭 에러 징보를 평균화여 평활화된 에러 신호를 제공하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    저역 통과 필터와 이득 제어 카운터를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 상기 디지털 구동 명령 신호의 개략 부분을 제공하는 단계는, 상기 저역 통과 필터가 오버슈트하는 때에 상기 이득 제어 카운터를 증가시키고 상기 저역 통과 필터가 언더슈트하는 때에 상기 이득 제어 카운터를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    저역 통과 필터와 이득 제어 카운터를 이용하여 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현을 처리하여 상기 디지털 구동 명령 신호의 개략 부분을 제공하는 단계는, 상기 이득 제어 카운터의 값이 변경된 때 상기 진동 진폭 에러 정보의 증폭된 표현에 정정을 피드백하는 단계를 포함하는, 방법.
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