KR20140086541A - 자이로센서의 구동 장치 - Google Patents

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KR20140086541A
KR20140086541A KR1020120157180A KR20120157180A KR20140086541A KR 20140086541 A KR20140086541 A KR 20140086541A KR 1020120157180 A KR1020120157180 A KR 1020120157180A KR 20120157180 A KR20120157180 A KR 20120157180A KR 20140086541 A KR20140086541 A KR 20140086541A
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최영길
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표승철
김창현
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 자이로센서의 구동 장치에 관한 것으로, 상기 자이로센서의 구동 장치는, 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 해당 축에 대한 구동매스의 진동과 코리올리력에 의해 발생된 각 축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 각 출력신호를 센싱하는 다축 센싱 수단; 상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 상기 출력신호로부터 상기 해당 축의 자이로 신호를 검출하는 검출 회로 수단; 상기 다축 센싱 수단의 각 축과 상기 검출 회로 수단 사이에 각각 대응되도록 설치되어 스위칭 제어 신호에 의해 상기 다축 센싱 수단과 상기 검출 회로 수단 사이를 연결하거나 차단하는 스위칭 수단; 및 상기 다축 센싱 수단의 각 축과 상기 검출 회로 수단이 순차적으로 각각 연결되거나 차단되도록 상기 스위칭 수단의 스위칭을 제어하는 제어부를 포함하며, 자이로센서로부터 각 축의 자이로신호를 검출하는 검출 회로 수단을 하나로 통합 구성함으로써 소형화가 가능하고 소비 전력(전류) 및 비용을 감소시키는 효과가 있다.

Description

자이로센서의 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING GYROSCOPE SENSOR}
본 발명은 자이로센서의 구동 장치에 관한 것이다.
자이로센서는 각속도를 검출하는 센서로서, 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙 박스(Black box), 손떨림 방지 캠코더, 핸드폰, 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 자이로센서는 일반적으로 자이로센서 소자를 공진시켜 코리올리 효과를 통해 신호를 검출하게 되는데, 공진 신호와 자이로 신호를 분리하기 위해 디모듈레이터(Demodulator)와 고차 필터를 사용한다.
그런데, 일반적으로 자이로센서에서 공진에 의한 신호를 처리함에 있어서 필터의 시간 지연 때문에 다축(예컨대, 3축_을 감지하는 자이로센서의 경우 각 축당 동일한 구성을 가진 디모듈레이터와 고차 필터가 사용된다.
이는 자이로센서의 크기가 커질뿐만 아니라 이에 따른 소비 전력이 낭비되며 각 축에 대한 회로를 구성하기 위한 비용 또한 증가되는 문제가 있었다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌에는 진동 자이로에 관한 것으로 각 축마다 종래와 같은 구성이 반복적으로 구성된 자이로센서가 개시되어 있다.
대한민국 특허등록번호 제10-1157709호
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 자이로센서로부터 각 축의 자이로신호를 검출하는 검출 회로 수단을 하나로 통합 구성하여 스위칭 수단을 통해 각 축의 신호 패스(pass)를 시분할방식에 따라 순차적으로 구현하여 각 축의 자이로신호를 검출하는 자이로센서의 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자이로센서의 구동 장치는, 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 해당 축에 대한 구동매스의 진동과 코리올리력에 의해 발생된 각 축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 각 출력신호를 센싱하는 다축 센싱 수단; 상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 상기 출력신호로부터 상기 해당 축의 자이로 신호를 검출하는 검출 회로 수단; 상기 다축 센싱 수단의 각 축과 상기 검출 회로 수단 사이에 각각 대응되도록 설치되어 스위칭 제어 신호에 의해 상기 다축 센싱 수단과 상기 검출 회로 수단 사이를 연결하거나 차단하는 스위칭 수단; 및 상기 다축 센싱 수단의 각 축과 상기 검출 회로 수단이 순차적으로 각각 연결되거나 차단되도록 상기 스위칭 수단의 스위칭을 제어하는 제어부를 포함하여 구성한다.
또한, 상기 다축 센싱 수단은, 상기 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 발생된 X축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 X축 출력신호를 센싱하는 X축 센싱부; 상기 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 발생된 Y축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 Y축 출력신호를 센싱하는 Y축 센싱부; 및 상기 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 발생된 Z축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 Z축 출력신호를 센싱하는 Z축 센싱부를 포함한다.
또한, 상기 검출 회로 수단은, 상기 다축 센싱 수단으로부터 센싱된 상기 해당 축의 출력신호의 전하의 변화를 전압신호로 변환하여 출력하는 차지 앰프; 상기 차지 앰프로부터 출력된 전압신호의 노이즈를 제거하는 대역 통과 필터; 상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 상기 해당 축의 전압신호를 상기 해당 축의 공진에 의한 신호와 동기화된 S/H 클록 신호에 따라 샘플앤홀드를 수행하여 자이로신호를 검출하는 S/H 회로; 상기 S/H 회로를 통해 검출된 자이로신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 ADC; 및 상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 출력신호를 입력받아 상기 S/H 회로에 제공될 S/H 클록 신호를 생성하고, 상기 자이로센서의 구동전극에 인가될 구동 신호를 생성하는 구동 모듈을 포함한다.
또한, 상기 대역 통과 필터는, 1/f 노이즈(flicker noise)를 필터링하는 고역 통과 필터; 및 상기 S/H 회로의 에일리어싱(Aliasing)에 의한 노이즈를 필터링하는 저역 통과 필터로 구성된다.
또한, 상기 구동 모듈은, 상기 다축 센싱 수단으로부터 각 축에 대한 출력신호를 입력받아 상기 출력신호에 동기화되는 제1 S/H 클록 신호를 생성하여 상기 S/H 회로에 출력하는 클록 발생부; 상기 클록 발생부로부터 출력된 제1 S/H 클록 신호를 반전시켜 제2 S/H 클록 신호를 생성하여 상기 S/H 회로에 출력하는 인버터; 상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 상기 출력신호의 위상을 시프트시켜 각 축에 대응하는 구동신호를 생성하는 위상 변환 회로; 상기 위상 변환 회로에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 각 축에 대응하는 반전 신호를 생성하는 반전 회로; 및 상기 각 축의 구동 신호 및 상기 반전 신호를 상기 자이로센서의 구동 전극에 각각 인가하는 구동 회로를 포함한다.
또한, 상기 위상 변환 회로는, 상기 제1 센싱부로부터 출력되는 출력신호를 위상 시프트시켜 X축 구동 신호를 생성하는 제1 위상 변환부; 상기 제2 센싱부로부터 출력되는 출력신호를 위상 시프트시켜 Y축 구동 신호를 생성하는 제2 위상 변환부; 및 상기 제3 센싱부로부터 출력되는 출력신호를 위상 시프트시켜 Z축 구동 신호를 생성하는 제3 위상 변환부를 포함한다.
또한, 상기 반전 모듈은, 상기 제1 위상 변환부에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 X축에 대응되는 반전 전압을 생성하는 제1 반전부; 상기 제2 위상 변환부에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 Y축에 대응되는 반전 전압을 생성하는 제2 반전부; 및 상기 제3 위상 변환부에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 Z축에 대응되는 반전 전압을 생성하는 제3 반전부를 포함한다.
또한, 상기 스위칭 수단은, 제1 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단의 X축 센싱부와 상기 검출회로 수단 사이를 스위칭하는 제1 스위치부; 제2 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단의 Y축 센싱부와 상기 검출회로 수단 사이를 스위칭하는 제2 스위치부; 및 제3 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단의 Z축 센싱부와 상기 검출회로 수단 사이를 스위칭하는 제3 스위치부를 포함한다.
또한, 상기 제어 수단은 상기 스위칭 수단에 상기 제1, 제2, 및 제3 스위칭 제어 신호를 순차적으로 인가하여 상기 다축 센싱 수단의 각축 센싱부와 상기 검출 회로 수단 사이를 순차적으로 연결하거나 차단하도록 제어한다.
또한, 상기 검출 회로 수단은, 상기 S/H 회로로부터 출력된 전압신호의 이득을 증폭하여 출력하는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA); 및 상기 프로그래머블 이득 증폭기로부터 증폭된 전압신호를 필터링하여 출력하는 저역통과필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 자이로센서로부터 각 축의 자이로신호를 검출하는 검출 회로 수단을 하나로 통합 구성함으로써 소형화가 가능하고 소비 전력(전류) 및 비용을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치의 블록도이다.
도 2의 (a) 내지 (e)는 자이로신호가 없는 경우 단계별 전압신호(VCM)를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (e)는 자이로신호가 있는 경우 단계별 출력신호를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치의 블록도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치는 다축 센싱 수단(100), 다축 센싱 수단(100)으로부터 센싱된 해당 축의 출력신호로부터 자이로신호를 검출하는 검출 회로 수단 및 상기 다축 센싱 수단(100)과 상기 검출 회로 수단 사이에 설치된 스위칭 수단(200), 및 제어 수단(800)을 포함하여 구성된다.
다축 센싱 수단(100)은 자이로센서(1)에 인가된 각 축의 구동신호(DX, -DX, DY, -DY, DZ, -DZ)에 의해 해당 축에 대한 구동매스의 진동과 코리올리력에 의해 발생된 각 축의 센싱 신호(SX1, SX2, SY1, SY2, SZ1, SZ2)를 입력받아 센서 공진 신호와 자이로신호가 합쳐진 각 출력신호(VS=VX1, VX2, VY1, VY2, VZ1, VZ2)를 센싱한다. 이때, 상기 출력신호(VS)는 하기의 [수학식 1]로 표현할 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 센서 공진 신호이고,
Figure pat00003
는 자이로신호이며,
Figure pat00004
은 센서 공진 주파수이고,
Figure pat00005
은 자이로 주파수이며, t는 시간이다.
이러한 다축 센싱 수단(100)은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 X축 센싱부(110), Y축 검출부(120) 및 Z축 센싱부(130)로 이루어진 3축 센서로 구성될 수 있으며, 후술될 구동 모듈(700)로부터 각 축에 대한 구동신호(DX, -DX, DY, -DY, DZ, -DZ)를 입력받는다.
검출 회로 수단은 상기 다축 센싱 수단(100)으로부터 출력된 출력신호로부터 해당 축의 자이로신호를 검출하는 것으로, 차지 앰프(300), 대역 통과 필터(BPF)(400), 샘플앤홀드(sample & hold; S/H) 회로(500), ADC(600) 및 구동 모듈(700) 등으로 구성될 수 있다.
차지 앰프(300)는 상기 다축 센싱 수단(100)로부터 센싱된 해당 축의 출력신호의 전하(이를 테면, 해당 축의 센싱 전극(미도시)들을 통해 센싱되는 센싱 전극 간 전하(Charge))의 변화를 전압(Voltage)신호(VCM)로 변환하여 출력한다.
대역 통과 필터(BPF)(400)는 상기 차지 앰프(300)로부터 출력된 전압신호(VCM)의 노이즈를 제거한다. 이러한 대역 통과 필터(BPF)(400)는 예를 들어, 1/f 노이즈(flicker noise)를 줄이기 위한 고역 통과 필터(HPF)와 S/H 회로(500)의 에일리어싱(Aliasing)에 의한 노이즈의 발생을 억제하기 위한 저역 통과 필터(LPF)로 구성될 수 있다.
상기 대역 통과 필터(BPF)(400)에서 통과 대역의 중심은 공진 주파수 대역이고, 공진 주파수는 대략 수십 KHz 이상이므로 스위치드 커패시터 필터(switched capacitor filter)를 사용하지 않아도 된다.
또한, 이러한 상기 대역 통과 필터(BPF)(400)는 군 지연 시간도 빠르기 때문에 상기 다축 센싱 수단(100)로부터 센싱된 출력신호가 입력되고 나서 출력되기까지의 시간이 빠르다.
그러므로 다축 센싱 수단(100)의 각축 검출부(110, 120, 130)는 스위칭 수단(200)의 스위칭을 통해 각 축에 대한 신호 패스(pass)를 순차적으로 구현하여 자이로신호를 검출하는 것이 가능하게 된다
S/H 회로(500)는 상기 대역 통과 필터(BPF)(400)로부터 출력된 전압신호(VCM)를 상기 다축 센싱 수단(100)의 해당 축의 공진에 의한 신호와 동기화된 S/H 클록(Clock) 신호에 따라 샘플링(sampling) 및 홀딩(holding)(이하, 샘플앤홀딩)하여 출력한다.
구체적으로, 이러한 S/H 회로(500)의 동작은 도 2의 (a) 내지 (e) 및 도 3의 (a) 내지 (e)를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2의 (a) 내지 (e)는 자이로신호가 없는 경우 단계별 전압신호(VCM)를 나타내는 도면이고, 도 3의 (a) 내지 (e)는 자이로신호가 있는 경우 단계별 출력신호를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 도 2의 (a)는 S/H 회로(500)에 제공되는 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)이다. 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)에 따라 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)가 포지티브 엣지일 경우 차지 앰프(300)로부터 출력된 전압신호(VCM)를 샘플링하고, S/H 클록 신호(S/H_CLK1)가 네가티브 엣지일 경우 차지 앰프(300)로부터 출력된 전압신호(VCM)를 홀딩한다(1차 샘플 앤 홀딩 수행).
그리고, 상기 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)를 인버터(720)를 이용하여 반전시킨 다음, 반전된 S/H 클록 신호(이하, 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)로 칭함)에 따라 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)가 포지티브 엣지일 경우 1차 샘플 앤 홀딩이 수행된 전압신호(VCM)를 샘플링하고, 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)가 네가티브 엣지일 경우 1차 샘플 앤 홀딩이 수행된 전압신호(VCM)를 홀딩한다(2차 샘플 앤 홀딩 수행).
이때, 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)의 네가티브 엣지에서 샘플 앤 홀드를 수행하면, 센서 공진에 의한 신호가 '0'이 되고, 자이로신호 또한 존재하지 않으므로 최종 출력 결과는 '0'이 된다.
마찬가지로, 도 3의 (a) 내지 (e)을 참조하면, 도 3의 (a)는 S/H 회로(500)에 제공되는 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)이다. 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)에 따라 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)가 포지티브 엣지일 경우 차지 앰프(300)로부터 출력된 전압신호(VCM)를 샘플링하고, S/H 클록 신호(S/H_CLK1)가 네가티브 엣지일 경우 차지 앰프(300)로부터 출력된 전압신호(VCM)를 홀딩한다(1차 샘플 앤 홀딩 수행).
그리고, 상기 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)를 인버터(720)를 이용하여 반전시킨 다음, 반전된 S/H 클록 신호(제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2))에 따라 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)가 포지티브 엣지일 경우 1차 샘플 앤 홀딩이 수행된 전압신호(VCM)를 샘플링하고, 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)가 네가티브 엣지일 경우 1차 샘플 앤 홀딩이 수행된 전압신호(VCM)를 홀딩한다(2차 샘플 앤 홀딩 수행).
이때, 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)의 네가티브 엣지에서 샘플앤홀드를 수행하면 센서 공진에 의한 신호가 '0'이 되고, 센서 공진에 의한 신호와 자이로신호의 위상차는 90°이므로 자이로신호는 최대가 된다.
그러므로, 자이로센서의 공진 주파수와 동기화된 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)를 상용하여 1차 및 2차 샘플 앤 홀드를 수행하면 상기 전압신호(VCM)로부터 원하는 자이로신호만을 추출하는 것이 가능하다.
이러한 2차 샘플 앤 홀드 수행 시 사용되는 제2 S/H 클록 신호는 1차 샘플 앤 홀드 수행 시의 S/H 클록 신호를 이용하여 인버터(720)를 통해 반전하여 넌 오버래핑 클록(non-overlapping clock) 신호로 만들어진다. 그 결과, 리드 타임(read time)을 줄임으로써 더욱 정확한 자이로신호를 얻을 수 있다.
ADC(600)는 상기 S/H 회로(500)를 통해 검출된 자이로신호를 디지털신호로 변환하여 상기 자이로센서(1)가 사용된 소정의 장치에 출력한다.
구동 모듈(700)은 상기 자이로센서(1)에 각 축에 대한 구동 신호(DX, -DX, DY, -DY, DZ, -DZ)를 생성하여 상기 자이로센서(1)의 구동 전극(미도시)에 인가한다.
이러한 구동 모듈(700)은 클록 발생부(710), 인버터(720), 위상 변환 회로(730), 반전 회로(740) 및 구동 회로(750)를 포함하여 구성된다.
클록 발생부(710)는 상기 다축 센싱 수단(100)로부터 각 축에 대한 출력신호(VS=VX1, VX2, VY1, VY2, VZ1, VZ2)를 입력받아 상기 출력신호(VS=VX1, VX2, VY1, VY2, VZ1, VZ2)에 동기화되는 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)를 생성하여 상기 S/H 회로(500)에 출력한다.
인버터(720)는 상기 제1 S/H 클록 신호(S/H_CLK1)를 반전시켜 제2 S/H 클록 신호(S/H_CLK2)를 생성하여 상기 S/H 회로(500)에 출력한다.
위상 변환 회로(730)는 상기 다축 센싱 수단(100)으로부터 출력된 출력신호(VS=VX1, VX2, VY1, VY2, VZ1, VZ2)의 위상을 시프트시켜 각 축에 대응하는 구동 신호(DX, DY, DZ)를 생성하며, 이러한 위상 변환 회로(730)는 X축 위상 변환부(731), Y축 위상 변환부(732) 및 Z축 위상 변환부(733)를 포함한다.
반전 회로(740)는 위상 변환 회로(730)에서 출력되는 구동 신호(DX, DY, DZ)를 반전시켜 각 축에 대응하는 반전 신호(-DX, -DY, -DZ)를 생성하며, 이러한 반전 회로(740)는 X축 반전부(741), Y축 반전부(742) 및 Z축 반전부(743)를 포함한다.
구동 회로(750)는 각 축의 구동 신호(DX, DY, DZ) 및 반전 신호(-DX, -DY, -DZ)를 상기 자이로센서(1)의 구동 전극에 각각 인가한다.
스위칭 수단(200)은 상기 다축 센싱 수단(100)의 각 축과 상기 검출 회로 수단 사이에 각각 대응되도록 설치되어 제어 신호에 의해 상기 다축 센싱 수단(100)의 각 축과 상기 검출 회로 수단 사이를 연결하거나 차단한다.
이러한 스위칭 수단(200)은 제1 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단(100)의 X축 센싱부(110)와 상기 검출 회로 수단 사이를 스위칭하는 제1 스위치부(SWX1, SWX2), 제2 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단(100)의 Y축 센싱부(120)와 상기 검출 회로 수단 사이를 스위칭하는 제2 스위치부(SWY1, SWY2), 및 제3 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단(100)의 Z축 센싱부(130)와 상기 검출 회로 수단 사이를 스위칭하는 제3 스위치부(SWZ1, SWZ2)로 구성될 수 있다.
제어 수단(800)은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치를 전반적으로 제어하는 것으로, 특히 상기 다축 센싱 수단(100)의 각 축과 상기 검출 회로 수단이 (예컨대, 시분할 방식에 따라) 순차적으로 각각 연결되거나 차단되도록 상기 스위칭 수단(200)의 스위칭을 제어한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치의 블록도이다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치는 프로그래머블 이득 증폭기(Programable Gain Amplifierl PGA)(900) 및 저역통과필터(LPF)(950)을 제외하고 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 자이로센서의 구동장치와 동일한다. 따라서, 동일 구성요소에 대한 상세한 설명은 상술한 것으로 대체하기로 한다.
도 4를 참조하면, 상기 PGA(900)와 저역통과필터(LPF)(950)는 상기 S/H 회로(500)에서 샘플앤홀드 수행 전에 자이로센서의 공진에 의한 신호의 포화로 인해 이득을 충분히 가져가지 못하거나 어플리케이션에 따라 이득을 조절할 필요가 있을 경우 추가로 사용될 수 있다.
상기 PGA(900)는 상기 S/H 회로(500)로부터 출력된 전압신호(VCM)의 이득을 증폭하여 출력하고, 상기 저역통과필터(LPF)(950)는 상기 PGA(900)를 통해 증폭된 전압신호(VCM)를 필터링하여 출력한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1 : 자이로센서 100 : 다축 센싱 수단
110 : X축 센싱부 120 : Y축 센싱부
130 : Z축 센싱부 200 : 스위칭 수단
300 : 차지 앰프 400 : 대역 통과 필터(BPF)
500 : 샘플앤홀드(S/H) 회로 600 : ADC
700 : 구동 모듈 710 : 클록 발생부
720 : 인버터 730 : 위상 변환 회로
731 : X축 위상 변환부 732 : Y축 위상 변환부
733 : Z축 위상 변환부 740 : 반전 회로
741 : X축 반전부 742 : Y축 반전부
743 : Z축 반전부 750 : 구동 회로
751 : X축 구동부 752 : Y축 구동부
753 : Z축 구동부 800 : 제어 수단
900 : PGA 950 : 저역통과필터(LPF)

Claims (10)

  1. 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 해당 축에 대한 구동매스의 진동과 코리올리력에 의해 발생된 각 축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 각 출력신호를 센싱하는 다축 센싱 수단;
    상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 상기 출력신호로부터 상기 해당 축의 자이로 신호를 검출하는 검출 회로 수단;
    상기 다축 센싱 수단의 각 축과 상기 검출 회로 수단 사이에 각각 대응되도록 설치되어 스위칭 제어 신호에 의해 상기 다축 센싱 수단과 상기 검출 회로 수단 사이를 연결하거나 차단하는 스위칭 수단; 및
    상기 다축 센싱 수단의 각 축과 상기 검출 회로 수단이 순차적으로 각각 연결되거나 차단되도록 상기 스위칭 수단의 스위칭을 제어하는 제어부를 포함하는 자이로센서의 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다축 센싱 수단은,
    상기 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 발생된 X축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 X축 출력신호를 센싱하는 X축 센싱부;
    상기 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 발생된 Y축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 Y축 출력신호를 센싱하는 Y축 센싱부; 및
    상기 자이로센서에 인가된 각 축의 구동신호에 의해 발생된 Z축의 센싱 신호를 입력받아 출력된 Z축 출력신호를 센싱하는 Z축 센싱부를 포함하는 자이로센서의 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 검출 회로 수단은,
    상기 다축 센싱 수단으로부터 센싱된 상기 해당 축의 출력신호의 전하의 변화를 전압신호로 변환하여 출력하는 차지 앰프;
    상기 차지 앰프로부터 출력된 전압신호의 노이즈를 제거하는 대역 통과 필터;
    상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 상기 해당 축의 전압신호를 상기 해당 축의 공진에 의한 신호와 동기화된 S/H 클록 신호에 따라 샘플앤홀드를 수행하여 자이로신호를 검출하는 S/H 회로;
    상기 S/H 회로를 통해 검출된 자이로신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 ADC; 및
    상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 출력신호를 입력받아 상기 S/H 회로에 제공될 S/H 클록 신호를 생성하고, 상기 자이로센서의 구동전극에 인가될 구동 신호를 생성하는 구동 모듈을 포함하는 자이로센서의 구동 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는,
    1/f 노이즈(flicker noise)를 필터링하는 고역 통과 필터; 및
    상기 S/H 회로의 에일리어싱(Aliasing)에 의한 노이즈를 필터링하는 저역 통과 필터로 구성된 자이로센서의 구동 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 모듈은,
    상기 다축 센싱 수단으로부터 각 축에 대한 출력신호를 입력받아 상기 출력신호에 동기화되는 제1 S/H 클록 신호를 생성하여 상기 S/H 회로에 출력하는 클록 발생부;
    상기 클록 발생부로부터 출력된 제1 S/H 클록 신호를 반전시켜 제2 S/H 클록 신호를 생성하여 상기 S/H 회로에 출력하는 인버터;
    상기 다축 센싱 수단으로부터 출력된 상기 출력신호의 위상을 시프트시켜 각 축에 대응하는 구동신호를 생성하는 위상 변환 회로;
    상기 위상 변환 회로에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 각 축에 대응하는 반전 신호를 생성하는 반전 회로; 및
    상기 각 축의 구동 신호 및 상기 반전 신호를 상기 자이로센서의 구동 전극에 각각 인가하는 구동 회로를 포함하는 자이로센서의 구동 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 위상 변환 회로는,
    상기 제1 센싱부로부터 출력되는 출력신호를 위상 시프트시켜 X축 구동 신호를 생성하는 제1 위상 변환부;
    상기 제2 센싱부로부터 출력되는 출력신호를 위상 시프트시켜 Y축 구동 신호를 생성하는 제2 위상 변환부; 및
    상기 제3 센싱부로부터 출력되는 출력신호를 위상 시프트시켜 Z축 구동 신호를 생성하는 제3 위상 변환부를 포함하는 자이로 센서의 구동 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 반전 모듈은,
    상기 제1 위상 변환부에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 X축에 대응되는 반전 전압을 생성하는 제1 반전부;
    상기 제2 위상 변환부에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 Y축에 대응되는 반전 전압을 생성하는 제2 반전부; 및
    상기 제3 위상 변환부에서 출력되는 구동 신호를 반전시켜 Z축에 대응되는 반전 전압을 생성하는 제3 반전부를 포함하는 자이로 센서의 구동 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스위칭 수단은,
    제1 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단의 X축 센싱부와 상기 검출회로 수단 사이를 스위칭하는 제1 스위치부;
    제2 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단의 Y축 센싱부와 상기 검출회로 수단 사이를 스위칭하는 제2 스위치부; 및
    제3 스위칭 제어 신호에 따라 상기 다축 센싱 수단의 Z축 센싱부와 상기 검출회로 수단 사이를 스위칭하는 제3 스위치부를 포함하는 자이로센서의 구동 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 스위칭 수단에 상기 제1, 제2, 및 제3 스위칭 제어 신호를 순차적으로 인가하여 상기 다축 센싱 수단의 각축 센싱부와 상기 검출 회로 수단 사이를 순차적으로 연결하거나 차단하도록 제어하는 자이로센서의 구동 장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 검출 회로 수단은,
    상기 S/H 회로로부터 출력된 전압신호의 이득을 증폭하여 출력하는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA); 및
    상기 프로그래머블 이득 증폭기로부터 증폭된 전압신호를 필터링하여 출력하는 저역통과필터를 더 포함하는 자이로센서의 구동 장치.
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