KR20130113386A - Ａｓｉｃ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 자이로스코프의 자가 테스트 - Google Patents

Ａｓｉｃ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 자이로스코프의 자가 테스트 Download PDF

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이온 오프리스
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페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

본 장치는 제1 감지 캐패시터 및 제2 감지 캐패시터를 포함하는 MEMS 자이로스코프 센서, 및 IC를 포함한다. IC는, IC의 제1 입력부로부터 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하고, IC의 제2 입력부에 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 구성된, 스위치 회로, 및 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안, MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된, 캐패시턴스 측정 회로를 포함한다.

Description

ＡＳＩＣ 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 자이로스코프의 자가 테스트{SELF TEST OF MEMS GYROSCOPE WITH ASICS INTEGRATED CAPACITORS}
본 발명은 ASIC 집적 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템 자이로스코프의 자가 테스트에 관한 것이다.
미소 기전 시스템(Micro-electromechanical system, MEMS)은 집적 회로를 제작하는데 사용되는 기술과 유사한 포토 리소그래피 기술을 사용하여 제작되는 전자적 및 기계적 기능을 수행하는 소 기계 장치를 포함한다. 몇몇의 MEMS 장치는 가속도계와 같이 움직임을 검출하거나, 자이로스코프와 같이 각속도를 검출할 수 있는 센서이다. 전기용량의 MEMS 자이로스코프는 각속도 변화에 응답하여 캐패시턴스 변화를 받는다. MEMS 자이로스코프 센서의 제조는 제조된 장치에 어떠한 결함이라도 빨리 검출해야하는 테스트 단계를 포함한다.
본 명세서에서는 MEMS 센서와 접속하는 다른 부품들, 장치, 시스템 및 방법을 기술하고 있다.
일 실시예인 장치는 제1 감지 캐패시터(감지 캐패시터) 및 제2 감지 캐패시터를 포함하는 MEMS 자이로스코프 센서 및 IC를 포함한다. IC는 상기 IC의 제1 입력부로부터 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하고, 제2 감지 캐패시터를 상기 IC의 제2 입력부에 전기적으로 접속하도록 구성된 스위치 회로, 및 접속해제된 제1 전기용량 요소에 제1 전기 신호가 인가되는 동안, MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된 캐패시턴스 측정 회로를 포함한다.
여기서 본 특허출원의 대상에 대한 개요를 제공하려는 의도이며, 본 발명에 대한 제한적인 설명을 제공하려는 의도는 아니다. 상세한 설명은 본 특허출원에 대한 추가의 정보를 제공하려는 의도로 기술된다.
MEMS 센서에 요구되는 회로 부품 및 회로 접점의 수가 작아져서, MEMS 센서의 설계가 간소화될 수 있다.
도면에서는, 스케일을 필수적으로 도시하지 않으며, 부호 등은 다양한 시각으로 유사한 부품들을 묘사할 수 있다. 상이한 접미사를 가진 부호 등이 유사한 부품의 상이한 예시를 표현할 수 있다. 도면은 일반적으로 본 명세서에서 기술된 다양한 실시태양을 실시예의 방법으로 도시하나, 그에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 MEMS 센서 및 집적 회로의 일 실시예의 부분에 대한 블록도를 도시하고 있다.
도 2는 MEMS 센서의 자가 테스트를 구현하는 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 3은 MEMS 센서를 테스트하기 위한 회로의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 MEMS 센서를 테스트하기 위한 회로의 또 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 1은 MEMS 센서(105) 및 IC(110)를 포함하는 전자 장치의 일 실시예의 부분에 대한 블록도이다. 예를 들어, MEMS 센서는 MEMS 자이로스코프, 예컨대 진동성 자이로스코프를 포함할 수 있다. 진동성 자이로스코프는 기판 위에 달려 있는 검증 질량(proof mass)를 포함한다. 검증 질량은 구동 방향 및 구동 방향에 대해 직교하는 감지 방향으로 기계적으로 진동한다. 검증 질량은 외부 구동 소스에 의해 구동 방향에서 공진(resonance)으로 구동된다. 자이로스코프가 각회전을 받을 경우, 코리올리의 힘(Coriolis force) 또는 코리올리의 효과(Coriolis effect)가 감지 캐패시터를 사용하여 검출되는 감지 방향에 포함된다.
도 1에서, 감지 캐패시터(Cgp 및 Cgn)는 IC(110)에 대한 자이로스코프 코리올리 감지 출력을 나타낸다. 캐패시터(Cgsp 및 Cgsn)는 구동 감지 캐패시터이다. 이러한 캐패시터는 자이로스코프 센서(105) 및 IC(110)에 포함된 구동 루프를 모니터링하도록 사용된다. 자이로 구동 루프는 MEMS 자이로스코프 센서(105)의 구동 캐패시터(도시되지 않음), MEMS 자이로스코프 센서(105)의 기계적 진동을 생성시키는 IC(110)의 출력 구동 증폭기 회로(도시되지 않음), 및 자동 게인 제어(automatic gain control, AGC) 회로(도시되지 않음)를, 다른 부품들 가운데 포함한다. AGC 회로는 타겟 값으로 기계적 진동을 유지하기 위해, 출력 구동 증폭기 회로에 의해 제공되는 정전력을 조절한다. 구동 감지 캐패시터(Cgsp 및 Cgsn)는 MEMS 자이로스코프 센서(105)의 진동의 증폭을 감지하도록 사용된다. 자이로 구동 루프는 상부 캐패시터-대-전압(capacitor-to-voltage, C2V) 센서 회로(120) 및 위상변이 회로(125) 역시 포함한다. 상부 C2V 센서 회로(120)는 Cgsp 및 Cgsn의 캐패시턴스를 자이로 구동 루프에 의해 유지되는 진동을 지지하도록 주시되는 전압 신호로 전환시킨다.
하부 C2V 센서 회로(130)는 코리올리 감지 캐패시터(Cgp 및 Cgn)의 캐패시턴스를 전압으로 전환시킨다. 구동 감지 캐패시터(Cgsp 및 Cgsn)로부터 유도된 전압과 코리올리 감지 캐패시터(Cgp 및 Cgn)에 의해 유도된 전압은 믹서 회로(135)를 사용하여 복조되며, 아날로그 디지털 변환기(ADC) 회로(140)를 사용하여 그 결과가 측정된다. 몇몇 실시예에서, ADC 회로(140)는 시그마 델타 ADC 회로이다.
도 1의 실시예는 구동 감지 캐패시터의 일 세트 및 코리올리 감지 캐패시터의 일 세트만 도시하고 있다. 다축(multi-axis) MEMS 자이로스코프 센서는 각 축에 대해 구동 감지 캐패시터의 세트 및 코리올리 감지 캐패시터의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 세 개의 축 MEMS 자이로스코프 센서는 X, Y, 및 Z 축 각각에 대해 구동 감지 캐패시터의 세트 및 코리올리 감지 캐패시터의 세트를 포함할 수 있다.
MEMS 자이로스코프 센서(105)를 테스트하기 위해, 장점은 전기용량의 MEMS 센서가 구동기(actuator)로서 사용될 수 있다는 사실이다. 일반적으로, 캐패시터는, 상기 장치가 정전기 전하를 더하고 검증 질량을 구동하기 위해 테스트 모드에서 작동할 때 사용되는 MEMS 센서에 추가된다. 이 테스트 접근법은 MEMS 센서에서 제조되는 추가의 캐패시터와 추가의 전기 접점(electrical contact)을 요구한다. 더 나은 접근법은 테스트에서 감지 캐패시터를 사용하는 것이다. 이는 테스트 전용인 부품을 제거함으로써 MEMS 자이로스코프 센서의 설계를 단순화시킨다.
도 2는 MEMS 자이로스코프 센서의 자가 테스트를 구현하는 방법(200)의 일 실시예에 대한 흐름도이다. 일반 작동 모드에서, MEMS 자이로스코프 센서는 도 1에서처럼 IC(예컨대, 응용 특정 집적 회로 또는 ASIC)에 전기적으로 접속된다. IC는 일반 모드에서 MEMS 자이로스코프 센서의 출력부에서 코리올리 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정한다
블록(205)에서, MEMS 센서의 제1 코리올리 감지 캐패시터는 테스트 모드에서 IC로부터 전기적으로 접속해제된다. 블록(210)에서, 제1 전기 신호가 상기 접속해제된 전기용량 요소에 인가된다. 제1 전기 신호의 인가는, 검증 질량이 이동하여, 블록(215)에서 측정되는 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스 변화시키게 된다. 이러한 방법으로, MEMS 자이로스코프 센서에 회전력을 제공하지 않고, 검증 질량의 이동과 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스의 변화 사이의 상호작용의 테스트가 이루어질 수 있다. 제1 코리올리 감지 캐패시터도 유사하게 측정될 수 있다.
도 1로 돌아와서, IC(110)는 스위치 회로(도시되지 않음)를 포함한다. 스위치 회로는 일반 모드 및 테스트 모드에서 작동할 수 있다. 일반 작동 모드에서, 스위치 회로는 전기용량 요소 쌍으로서 MEMS 센서(105)의 제1 및 제2 코리올리 감지 캐패시터(Cgp 및 Cgn)를 연결할 수 있다. 전기용량 요소 쌍은 MEMS 센서에 영향을 주는 코리올리의 효과에 응답하여 캐패시턴스를 변화시킨다. 테스트 모드에서, 스위치 회로는 하나 이상의 코리올리 감지 캐패시터에 접근할 수 있게 한다.
도 3은 테스트 모드에서 일 실시예인 MEMS 자이로스코프 센서(305) 및 IC(310)의 부분을 도시하고 있다. 스위치 회로는 IC의 제1 입력부로부터 MEMS 자이로스코프 센서(305)의 제1 감지 캐패시터(Cgp)를 전기적으로 접속해제하고, IC(310)의 제2 입력부에 제2 감지 캐패시터(Cgn)를 전기적으로 접속시킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 감지 캐패시터(Cgp)는 하부 C2V 센서 회로(330)로부터 전기적으로 접속해제될 수 있다. 스위치 회로는 하부 C2V 센서 회로(330)로 내부 캐패시터(345)를 연결시킬 수 있다.
전기 테스트 신호는 예컨대 테스팅 회로(도시되지 않음) 또는 테스팅 플랫폼에 의해, 접속해제된 제1 감지 캐패시터(Cgp)로 인가될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 신호가 정현파 신호(sinusoidal signal)이다. 몇몇 실시예에서, MEMS 자이로스코프 센서는 MEMS 자이로스코프 센서의 검증 질량에 접촉하는 전기 접점을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된것 처럼, 직류(DC) 구동 전압이 전기 테스트 신호가 인가되는 동안 전기 접점을 통해 검증 질량에 인가될 수 있다. 전기 테스트 신호 및 DC 구동 전압은 각속도의 변화를 에뮬레이트하는 검증 질량을 이동시키도록 정전기 운동을 제공한다. 검증 질량을 정전기적으로 구동시키는 동안, 제2 감지 캐패시터(Cgn)의 캐패시턴스가 측정된다.
IC(310)는 또한 MEMS 센서의 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 측정하는 캐패시턴스 측정 회로를 포함한다. 캐패시턴스 측정 회로는 하부 C2V 센서(330) 및 ADC 회로(340)를 포함한다. C2V 센서 회로(330)는 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 나타내는 전압을 감지하고, ADC 회로(340)는 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성한다. 접속해제된 제1 전기용량 요소에 전기 신호가 인가되는 동안, 캐패시턴스 측정 회로는 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정한다.
유사하게 제1 감지 캐패시터(Cgp)의 캐패시턴스가 측정될 수 있다. 제1 스위치 회로는 IC의 제2 입력부로부터 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터(Cgn)를 전기적으로 접속해제하고, IC의 제1 입력부에 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 감지 캐패시터(Cgp)를 전기적으로 접속시킬 수 있다. 접속해제된 제2 감지 캐패시터(Cgn)로 제2 전기 신호가 인가되는 동안, 캐패시턴스 측정 회로는 제1 감지 캐패시터(Cgn)의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된다.
이미 설명한 바와 같이, 전기 테스트 신호는 정현파 신호(sinusoidal signal)가 될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 정현파 테스트 신호가 사용되고, 정현파 신호의 상이한 위상변이에서 캐패시턴스가 측정된다. 예를 들어, 제2 감지 캐패시터(Cgn)를 테스트하기 위해, 제1 위상변이 값(예컨대, 0o의 위상변이)를 가진 제1 정현파 전기 신호가 제1 감지 캐패시터(Cgp)에 인가될 수 있다. 제1 위상변이 값을 가진 제1 정현파 신호가 인가되는 동안 제2 감지 캐패시터(Cgn)의 캐패시턴스가 측정될 수 있다.
그리고 나서, 제1 정현파 전기 신호의 위상변이 값은 제2 위상변이 값(예컨대 90o의 위상변이)로 변경될 수 있다. 제2 감지 캐패시터(Cgn)의 캐패시턴스가 제2 위상변이 값을 가진 제1 정현파 신호가 인가되는 동안 재측정 될 수 있다. 감지 캐패시터의 캐패시턴스는 다른 위상변이 값(예컨대, 180o 및 270o)에서도 측정될 수 있다.
도 4는 테스트 모드에서 MEMS 자이로스코프 센서(405) 및 IC(410)의 부분인 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 상부 C2V 센서 회로(420)는 MEMS 자이로스코프 센서의 진동 캐패시턴스를 진동 전압 신호로 전환시킨다. 그리고 나서, 스위치 회로는 코리올리 감지 캐패시터(예컨대, 상기 도면에 도시된 감지 캐패시터(Cgn))의 캐패시턴스를 측정하기 위해 전기 테스트 신호로서 진동 전압 신호를 인가할 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, IC(405)는 자이로 구동 루프의 중요 부분을 포함한다. 몇몇 실시예에서, IC(410)는 자가 생성된(self-generated) 진동 신호를 가지는 자이로 구동 루프에 랜덤의 "초기 킥(initial kick)"을 제공하는, 자가 시작(self-starting) 진동기 회로를 포함한다. 자가 생성된 진동 신호는 실질적으로 MEMS 자이로스코프 센서(405)의 공진 주파수와 상이한 주파수(예컨대, 낮은 주파수)를 가진 정현파 신호일 수 있다. 이 초기 신호의 에너지가 모여서, MEMS 자이로스코프 센서의 기계적 진동을 겨누는 공진 상태로의 MEMS 자이로스코프 센서(405)가 MEMS 진동 주파수로 고정되는 것을 야기한다.
자이로 구동 루프는 MEMS 진동 주파수로 고정시킨다. 구동 감지 캐패시터(Cgsp 및 Cgsn)에 의해 진동이 감지되고, 상부 C2V 센서 회로(420)에 의해 생성된 전압 신호의 진동 진폭이 커지기 시작한다. 　전압 신호의 진폭은 임계점에 교차할때까지 계속 커질 것이다(예컨대, 타겟 진동 진폭의 97%). 임계 진폭에 도달하면, AGC 회로는 자가 생성된 진동 신호를 대신하여 MEMS 자이로스코프 센서를 구동하기 위해, 상부 C2V 센서(420)로부터의 전압 신호를 기준 신호로서 선택한다. AGC 루프는 출력 구동의 게인을 조절하기 시작하여 진동의 타겟 진폭을 유지시킨다.
이미 설명한 바와 같이, 자이로 구동 루프는 IC 상에 위상변이 회로(425)를 포함한다. 위상변이 회로(425)는 상부 C2V 센서 회로(420)로부터 진동 전압 신호의 위상을 변이시킨다. 특정 실시예에서, 위상변이 회로(425)는 90o의 위상 변이를 제공한다. 스위치 회로는 전기 테스트 신호로서 감지 캐패시터로 위상변이 진동 전압 신호를 인가할 수 있다. 특정 실시예에서, 전기 신호(예컨대, Cgn)를 수신하는 감지 캐패시터가 하부 C2V 센서 회로(430)로부터 접속해제되지만, 전기 테스트 신호를 수신하기 위해 IC(410)를 가진 전기 접점에는 남아있다.
몇몇 실시예에 따르면, 스위치 회로는 0o 또는 90o의 위상변이를 가진 전기 테스트 신호를 감지 캐패시터로 선택적으로 제공하는 멀티플렉서(multiplexer) 또는 MUX 회로(450)를 포함한다. 180o 및 270o의 위상변이를 생성하기 위해, 스위치 회로는 180o 위상변이를 제공하도록 상부 C2V 회로(420)로부터 신호를 바꿀수도 있고, 270o의 위상변이를 생성하도록 위상변이 회로(425)를 사용할 수도 있다. 특정 실시예에서, 스위치 회로는 180o 및 270o의 위상변이를 생성하기 위해 원래의 전압 신호를 다른 감지 캐패시터(예컨대, Cgn 대신에 Cgp)로 인가할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 제1 및 제2 감지 캐패시터(Cgp, Cgn)는 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 축(예컨대, X 축)을 따라서 코리올리의 효과를 감지하도록 구성된다. MEMS 자이로스코프 센서는 코리올리 effect along 제2 축(예컨대, Y 축)을 따라서 코리올리의 효과를 감지하기 위해 제2 감지 캐패시터 쌍을 포함할 수도 있고, 제3 축(예컨대, Z 축)을 따라서 코리올리 효과를 감지하기 위해 제3 감지 커패시터 쌍을 포함할 수도 있다.
캐패시턴스 측정 회로는 자이로스코프 센서의 제2 축 또는 제3 축을 따라서 코리올리의 효과를 감지하도록 구성된 하나 이상의 추가의 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 도 3 및 4 중 하나 또는 둘 다의 IC가 구동 감지 캐패시터를 위한 C2V 센서 회로 및 적어도 제2 축 또는 제3 축을 위한 코리올리 감지 캐패시터를 포함할 수 있다. 스위치 회로는 하나 이상의 감지 캐패시터로 전기 테스트 신호를 인가하고, 캐패시턴스 측정 회로는 전기 테스트 신호의 인가동안 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정한다.
코리올리의 효과를 감지하기 위해 사용되는 MEMS 자이로스코프 센서의 전기용량 요소만이 오직 상기 테스트에서 사용되고, 상기 MEMS 자이로스코프 센서는 추가의 테스트 캐패시터를 요구하지 않음을 알아야 한다. 따라서, 더 작은 수의 회로 부품 및 더 작은 수의 회로 접점이 MEMS 센서에 요구되므로, 그 설계가 간소화될 수 있다.
추가의 실시예
실시예 1은 미소 기전 시스템(MEMS) 자이로스코프 센서 및 IC를 포함하는 본원 대상(예컨대 장치)를 포함할 수 있다. MEMs 자이로스코프 센서는 제1 감지 캐패시터 및 제2 감지 캐패시터를 포함한다. IC는, IC의 제1 입력부로부터 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하고, IC의 제2 입력부에 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 구성된 스위치 회로, 및 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된 캐패시턴스 측정 회로를 포함한다.
실시예 2는 일반 작동 모드에서 MEMS 자이로스코프 센서의 코리올리의 효과를 감지하도록 구성된 제1 및 제2 감지 캐패시터를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 3은, 스위치 회로를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 및 2 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다. 스위치 회로는 IC의 제2 입력부로부터 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하고, IC의 제1 입력부에 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 구성된다. 캐패시턴스 측정 회로는 접속해제된 제2 감지 캐패시터로 제2 전기 신호를 인가하는 동안 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 선택적으로 구성된다.
실시예 4는 제1 감지 캐패시터로 제1 위상변이를 가지는 제1 정현파 전기 신호를 인가하고, 상기 제1 위상변이를 가진 제1 정현파 신호가 인가되는 동안 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하고, 제1 정현파 전기 신호의 위상변이를 제2 위상변이로 변경하고, 제2 위상변이를 가진 제1 정현파 신호가 인가되는 동안 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 재측정하는 것을 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 내지 3 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 5는 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 나타내는 전압을 감지하도록 구성된 캐패시턴스-대-전압 센서 회로, 및 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하도록 구성된 아날로그 디지털 변환기(ADC) 회로를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 내지 4 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 6은 캐패시터-대-전압 센서를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 내지 5 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다. 캐패시터-대-전압 센서는 자이로스코프 센서의 진동 캐패시턴스를 진동 전압 신호로 전환하도록 구성되고, 스위치 회로는 진동 전압 신호를 제1 전기 신호로서 인가하도록 선택적으로 구성된다.
실시예 7은 진동 전압 신호의 위상을 변이시키도록 구성되는 위상변이 회로를 선택적으로 포함하도록, 실시예 6의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있으며, 스위치 회로는 제1 전기 신호로서 위상변이된 진동 전압 신호를 인가하도록 구성된다.
실시예 8은 제1 전기 신호의 인가동안 MEMS 자이로스코프 센서의 검증 질량에 직류(DC) 전압을 인가하도록 구성된 테스팅 회로를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 내지 7 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 9는 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 축을 따라서 코리올리의 효과를 측정하도록 구성된 제1 및 제2 감지 캐패시터를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 내지 8 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있으며, 캐패시턴스 측정 회로는 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 축을 따라 코리올리의 효과를 측정하도록 구성된 하나 이상의 추가의 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 선택적으로 구성된다.
실시예 10은 이동성의 검증 질량을 포함하는 MEMS 자이로스코프 센서를 선택적으로 포함하도록, 실시예 1 내지 9 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나, 선택적으로 조합할 수 있으며, 제1 및 제2 감지 캐패시터는 IC가 일반 작동 모드에서 작동할 때 검증 질량의 코리올리의 효과를 감지하도록 선택적으로 구성되고, 접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호의 인가는 테스트 모드 동안 검증 질량을 이동시키도록 선택적으로 구성되고, IC는 테스트 모드에서 검증 질량이 이동하는 동안 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 선택적으로 구성된다.
실시예 11은 IC로부터 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하는 단계, 접속해제된 제1 감지 캐패시터로 제1 전기 신호를 인가하는 단계, 제1 전기 신호가 인가되는 동안 MEMS 센서 의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 포함하는 대상(예컨대, 방법, 방법을 수행하는 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때, 그 기계가 방법을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계 판독가능 매체)을 포함하도록, 실시예 1 내지 10 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 12는 일반 작동 모드에서 제1 및 제2 감지 캐패시터를 사용하여 MEMS 자이로스코프 센서의 코리올리의 효과를 감지하는 단계를 선택적으로 포함하도록, 실시예 11의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 13은 IC로부터 MEMS 센서의 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하는 단계, 제2 감지 캐패시터에 제2 전기 신호를 인가하는 단계, 제2 전기 신호가 인가되는 동안 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 포함하도록, 실시예 11 및 12 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 14는 제1 감지 캐패시터에 제1 위상변이를 갖는 제1 정현파 전기 신호를 인가하는 단계, 제1 위상변이를 가진 제1 정현파 신호가 인가되는 동안 제2 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계, 제1 정현파 전기 신호의 위상변이를 제2 위상변이로 변경하는 단계, 및 제2 위상변이를 가진 제1 정현파 신호가 인가되는 동안 제2 캐패시터의 캐패시턴스를 재측정하는 단계를 선택적으로 포함하도록, 실시예 11 내지 13 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 15는 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 나타내는 전압을 감지하는 단계, 및 ADC 회로를 사용하여 제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하는 단계를 포함하도록, 실시예 11 내지 14 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 16은 제3 입력부에서 MEMS 자이로스코프 센서로부터 IC로 진동 신호를 수신하는 단계, 및 제1 전기 신호로서 MEMS 자이로스코프 센서로부터 진동 신호를 인가하는 단계를 포함하도록, 실시예 11 내지 15 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나, 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 17은 MEMS 자이로스코프 센서로부터 진동 신호의 위상을 변이시키는 단계, 및 위상변이된 진동 신호를 제1 전기 신호로서 인가하는 단계를 선택적으로 포함하도록, 실시예 16을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 18은 제1 전기 신호가 인가되는 동안 MEMS 자이로스코프 센서의 검증 질량에 DC 전압을 인가하는 단계를 선택적으로 포함하도록, 실시예 11 내지 17 중 하나 또는 임의의 조합을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 19는 제1 및 제 감지 캐패시터를 사용하여 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 축을 따라서 코리올리의 효과를 감지하는 단계, MEMS 자이로스코프 센서의 제2 축을 따라서 코리올리의 효과를 감지하도록 구성된 하나 이상의 추가의 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 선택적으로 포함하도록, 실시예 11 내지 18 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 또는 선택적으로 조합할 수 있다.
실시예 20은 MEMS 자이로스코프 센서의 일반 작동 모드에서 제1 및 제2 감지 캐패시터를 사용하여 MEMS 자이로스코프 센서의 검증 질량의 코리올리의 효과를 감지하는 단계, MEMS 자이로스코프 센서의 테스트 모드 동안 MEMS 자이로스코프 센서의 검증 질량을 이동시키기 위해 접속해제된 제1 감지 캐패시터로 제1 전기 신호를 인가하는 단계를 선택적으로 포함하도록, 실시예 11 내지 19 중 하나 또는 임의의 조합의 대상을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다. 상기 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계는 테스트 모드에서 검증 질량이 이동하는 동안 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 포함한다.
실시예 21은 실시예 1 내지 20의 임의의 하나 이상의 기능들을 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때 그 기계가 실시예 1 내지 20의 임의의 하나 이상의 기능을 수행하도록 하는 명령어를 포함하는 기계 판독가능 매체를 구비할 수 있는 대상을 포함하도록, 실시예 1 내지 20 중 임의의 하나 이상의 실시예의 임의의 부분 또는 임의의 부분들의 조합을 포함하거나 선택적으로 조합할 수 있다.
상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 이루는 첨부 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은, 실례로서, 본 발명을 실시할 수 있는 구체적인 실시예를 나타낸다. 이들 실시예를 여기서는 "실시형태" 또는 "예"라고도 한다. 본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허문헌은 원용에 의해 개별적으로 본 명세서에 포함되는 것처럼, 그 내용 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서와 원용에 의해 포함되는 상기 문헌들 사이에서 사용에 불일치가 있는 경우, 포함된 문헌에서의 사용은 그 명세서의 부분에 대한 보충으로서 고려되어야 하며; 양립할 수 없는 모순이 있는 경우, 본 명세서의 사용이 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, 디바이스, 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 실시예(또는 이러한 실시예의 하나 이상의 특징)는 서로 조합되어 이용될 수도 있다. 통상의 기술자가 상기한 설명을 검토함으로써 다른 실시예가 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 부분에서는, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간략화하였을 수도 있다. 이것은 청구되지 않은 공개된 특징이 임의의 청구항에 필수적인 것은 아님을 의도하는 것으로 해석되어야 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.
105: MEMS 센서
110: IC
120: 상부 캐패시터-대-전압 센서 회로
125: 위상변이 회로
130: 하부 캐패시터-대-전압 센서 회로
135: 믹서 회로
140: 아날로그 디지털 변환기 회로

Claims (15)

  1. 제1 감지 캐패시터와 제2 감지 캐패시터를 구비한 미소 기전 시스템(Micro-electromechanical system, MEMS) 자이로스코프 센서, 및 집적 회로(IC)를 포함하고,
    상기 IC는,
    상기 IC의 제1 입력부로부터 상기 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하고, 상기 IC의 제2 입력부에 상기 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 구성된, 스위치 회로; 및
    접속해제된 제1 전기용량 요소로 제1 전기 신호를 인가하는 동안, 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 상기 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성된 캐패시턴스 측정 회로
    를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지 캐패시터 및 상기 제2 감지 캐패시터는 일반 작동 모드에서 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 코리올리의 효과를 감지하도록 구성되는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 회로는 상기 IC의 상기 제2 입력부로부터 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 상기 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하고, 상기 IC의 상기 제1 입력부에 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 상기 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 구성되고,
    상기 캐패시턴스 측정 회로는 접속해제된 상기 제2 감지 캐패시터로 제2 전기 신호를 인가하는 동안 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 상기 제1 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 신호를 인가하는 것은,
    상기 제1 감지 캐패시터로, 제1 위상변이를 갖는 제1 정현파(sinusoidal signal) 전기 신호를 인가하는 것;
    상기 제1 위상변이를 갖는 상기 제1 정현파 신호를 인가하는 동안, 상기 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 것;
    상기 제1 정현파 전기 신호의 위상변이를 제2 위상변이로 변경하는 것; 및
    상기 제2 위상변이를 갖는 상기 제1 정현파 신호를 인가하는 동안, 상기 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 재측정하는 것을 포함하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 IC는,
    상기 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 나타내는 전압을 감지하도록 구성된 캐패시턴스-대-전압 센서 회로; 및
    제2 전기용량 요소의 캐패시턴스를 나타내는 디지털 값을 생성하도록 구성된 아날로그 디지털 변환기(ADC) 회로를 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 IC는 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 진동 캐패시턴스를 진동 전압 신호로 전환하도록 구성된 캐패시터-대-전압 센서를 포함하고,
    상기 스위치 회로는 상기 제1 전기 신호로서 상기 진동 전압 신호를 인가하도록 구성되는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 IC는 상기 진동 전압 신호의 위상을 변이시키도록 구성된 위상변이 회로를 포함하고,
    상기 스위치 회로는 위상변이된 상기 진동 전압 신호를 상기 제1 전기 신호로서 인가하도록 구성되는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 신호를 인가하는 동안, 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 검증 질량에 직류(DC) 전압을 인가하도록 구성된 테스팅 회로를 포함하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지 캐패시터 및 상기 제2 감지 캐패시터는 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 축을 따라서 코리올리의 효과를 감지하도록 구성되고,
    상기 캐패시턴스 측정 회로는 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 제2 축을 따라서 코리올리의 효과를 감지하도록 구성된 하나 이상의 추가 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는, 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MEMS 자이로스코프 센서는 이동성의 검증 질량(proof mass)을 포함하고,
    상기 IC가 일반 작동 모드에서 작동하는 경우, 상기 제1 감지 캐패시터 및 상기 제2 감지 캐패시터가 상기 검증 질량의 코리올리의 효과를 감지하도록 구성되며,
    접속해제된 상기 제1 전기용량 요소로 상기 제1 전기 신호를 인가하는 것은 테스트 모드 동안 상기 검증 질량을 이동시키도록 구성되며,
    상기 IC는 상기 테스트 모드에서 상기 검증 질량이 이동하는 동안 상기 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하도록 구성되는, 장치.
  11. IC로부터 MEMS 자이로스코프 센서의 제1 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하는 단계;
    접속해제된 상기 제1 감지 캐패시터로 제1 전기 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 제1 전기 신호를 인가하는 동안, 상기 MEMS 센서의 제2 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 IC로부터 상기 MEMS 센서의 상기 제2 감지 캐패시터를 전기적으로 접속해제하는 단계;
    상기 제2 감지 캐패시터로 제2 전기 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 제2 전기 신호를 인가하는 동안, 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 상기 제1 감지 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전기 신호를 인가하는 단계는,
    상기 제1 감지 캐패시터로, 제1 위상변이를 갖는 제1 정현파 전기 신호를 인가하는 단계;
    상기 제1 위상변이를 갖는 제1 정현파 신호를 인가하는 동안, 상기 제2 캐패시터의 캐패시턴스를 측정하는 단계;
    상기 제1 정현파 전기 신호의 위상변이를 제2 위상변이로 변경하는 단계; 및
    상기 제2 위상변이를 갖는 상기 제1 정현파 신호를 인가하는 동안 상기 제2 캐패시터의 캐패시턴스를 재측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 IC의 제3 입력부에서 상기 MEMS 자이로스코프 센서로부터 진동 신호를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전기 신호를 인가하는 단계는, 상기 MEMS 자이로스코프 센서로부터의 진동 신호를 상기 제1 전기 신호로서 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    일반 작동 모드에서 상기 제1 감지 캐패시터 및 상기 제2 감지 캐패시터를 사용하여 상기 MEMS 자이로스코프 센서의 코리올리의 효과를 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
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