KR20160026540A

KR20160026540A - 자이로센서의 보정장치 및 그 보정방법

Info

Publication number: KR20160026540A
Application number: KR1020140115620A
Authority: KR
Inventors: 김경린; 황병원; 김창현
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-03-09
Also published as: US20160061628A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서 보정장치는 자이로센서의 구동변위신호와 기준전압을 이용하여 복조신호를 출력하는 구동회로, 복조신호 듀티비(Duty Ratio)의 왜곡 발생여부를 판단하며, 복조신호 듀티비에 왜곡이 발생한 경우 복조신호 듀티비가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 보정하는 보정회로 및 복조신호를 이용하여 상기 자이로센서의 센싱신호의 복조과정을 통해 자이로신호를 출력하는 센싱회로를 포함하여 정확한 자이로신호를 검출함으로써 자이로센서의 신뢰성을 확보한다.

Description

자이로센서의 보정장치 및 그 보정방법{The apparatus for correcting gyro sensor and correcting Method thereof}

본 발명은 자이로센서의 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것이다.

자이로센서는 각속도를 검출하는 센서로서, 항공기 및 로켓, 로봇 등의 자세 제어 및 카메라, 쌍안경 등의 손 떨림 보정, 자동차 미끄럼 및 회전 방지 시스템, 네비게이션 등에 많이 쓰이고 있으며, 최근 개발되고 있는 모바일 기기에는 자이로센서가 탑재되어 출시되는 것이 일반적이다.

이와 같이 다양한 자이로센서는 물체의 회전력이 인가되는 양을 검출하여 해당 각속도를 측정할 수 있는 센서이다. 각속도는 코리올리 힘 "F = 2mΩV"에 의해서 구해질 수 있으며 여기서 m은 센서 Mass의 질량이고, Ω는 측정하고자 하는 각속도이며 V는 센서 Mass의 운동 속도이다.

도 1은 자이로센서의 각속도 검출 원리를 나타내고 있는바, X 방향으로 센서의 Mass가 공진을 하고 Z 방향으로 회전력이 인가될 때 Y 방향으로 코리올리 힘이 발생하여 해당 신호를 전기적 신호로 변환하며, 상기 변환된 신호는 자이로센서의 제어회로로부터 소정의 신호처리 과정을 통해, 각속도에 대한 관성력을 검출한다.

이때 발생하는 코리올리 힘은 일반적으로 자이로센서의 Mass의 구동변위신호와 변조되어 회로에 인가되고, 회로는 복조과정을 거쳐 구동변위신호를 제거하고, 관성 입력에 의한 신호만을 검출하며, 복조과정에서 이용되는 복조신호는 자이로센서의 구동변위신호를 입력받아 구동회로의 비교기에서 생성된다. 변조된 상태로 인가되는 코리올리 힘을 정확하게 검출하기 위해서는 왜곡이 없는 정확한 복조신호를 필요로 한다.

즉, 복조신호의 정확도는 정확한 각속도를 검출하기 위해서 자이로센서의 신호처리 과정에서 매우 중요한 사항 중 하나이다. 그러나, 회로의 신호처리 과정에서는 다양한 원인으로 인하여 복조신호에 왜곡이 발생할 수 있으며, 해당 왜곡으로 인하여 정확한 자이로신호를 검출하지 못하는 상황이 발생하기도 한다.

JP

2004-212111

A

본 발명의 일 실시예는 자이로센서의 신호처리단계에서, 비교기에서 출력되는 복조신호의 듀티비에 왜곡 발생 여부를 판단한다, 또한, 복조신호의 듀티비에 왜곡 발생시 복조신호를 생성하는 비교기의 기준전압을 조정하여 복조신호의 듀티비 왜곡을 보정할 수 있는 자이로센서의 보정장치 및 그 보정방법을 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서 보정장치는 자이로센서의 구동변위신호와 기준전압을 이용하여 복조신호를 출력하는 구동회로, 상기 복조신호를 적분하여 산출되는 적분값을 기 설정된 기준값에 비교하여 상기 복조신호 듀티비(Duty Ratio)의 왜곡 발생여부를 판단하며, 상기 복조신호 듀티비에 왜곡이 발생한 경우 상기 복조신호 듀티비가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 기준전압을 조정하는 보정회로 및 상기 복조신호를 이용하여 상기 자이로센서의 센싱신호의 복조과정을 통해 자이로신호를 출력하는 센싱회로를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서 보정방법은 상기 자이로센서의 구동변위신호와 기준전압을 기초로 복조신호를 생성하는 구동단계, 상기 복조신호를 적분하여 상기 복조신호의 듀티비에 왜곡 발생여부를 판단하고, 상기 왜곡이 발생한 경우 상기 복조신호의 듀티비가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 기준전압을 조정하는 보정단계 및 상기 복조신호와 상기 자이로센서의 센싱신호의 복조과정을 통해 자이로 신호를 출력하는 센싱단계를 포함한다.

도 1은 자이로 센서의 각속도 검출 원리를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서 보정장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서 보정장치의 전체 시스템을 도시한 도면이다.
도 4 및 5 는 자이로센서의 센싱과정에서의 복조과정을 도시한 도면이다.
도 6은 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한 경우의 복조과정을 도시한 도면이다.
도 7은 복조신호의 적분을 통하여 복조신호의 듀티비 왜곡발생여부를 판단하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 기준전압의 조정을 통하여 복조신호를 보정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일시예에 따른 자이로센서의 보정방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예의 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, "일면", "타면", "제1", "제2" 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 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 구동변위신호, 센싱신호, 복조신호, 제어신호 및 자이로 신호는 전압 또는 전류의 형태로 표현될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서(10)의 보정장치는 적어도 하나 이상의 구동매스를 포함하는 자이로센서(10), 구동변위신호를 입력받아 구동신호 및 복조신호를 생성하는 구동회로(100), 센싱신호를 기초로 자이로신호를 출력하는 센싱회로(300) 및 복조신호의 듀티비(Duty Ratio) 왜곡발생여부를 판단하고 왜곡을 제거하는 보정을 수행하는 보정회로(200)를 포함한다.

여기서, 복조신호의 왜곡은 비교기(103)에 입력되는 신호의 왜곡, 회로의 기생성분, 비교기(103)의 기준전압 오차 및 지연된 신호의 전송 등을 비롯한 다양한 원인에 의해 발생될 수 있으며, 발생한 왜곡으로 인하여 후술할 복조과정에서 정확한 자이로신호만을 검출하는데 어려움이 있다.

따라서, 복조신호의 왜곡 발생여부를 판단하고, 복조신호의 왜곡발생시 왜곡을 제거하는 보정을 수행한다. 그 결과 자이로센서(10)에서 정확한 자이로신호 성분만을 검출할 수 있어 자이로센서(10)의 신뢰성을 확보하고 자이로센서(10)가 탑재된 디바이스의 성능을 향상시킬 수 있다.

자이로센서(10)는 구동매스(미도시)를 포함하여, 공간상에 위치한 3개의 축 방향의 각속도를 검출할 수 있는 센서이다. 구동회로(100)로부터 인가된 펄스파 형태의 구동신호는 상기 구동매스(미도시)를 진동시키고, 상기 진동에 의해, 사인파 형태의 구동변위신호가 발생한다.

이때, 구동신호에 의해 구동매스(미도시)가 공진하기 위한 조건은 구동신호와 구동변위신호의 위상차가 90°이어야 하며, 상기 구동매스가 공진하는 경우에는 작은 구동신호의 크기에도 상기 구동매스(미도시)에 큰 움직임이 발생하여, 크기가 큰 구동변위신호를 얻을 수 있다.

구동회로(100)는 자이로센서(10)에서 출력된 구동변위신호를 기초로 복조신호 및 구동신호를 생성한다. 복조신호는 센싱회로(300)에서 변조된 센싱신호의 구동변위신호 성분을 제거하는 복조과정에서 이용되며, 구동신호는 구동 매스가 안정적으로 공진하기 위해 자이로센서(10)에 인가되는 신호이다. 구동신호는 펄스파 형태를 가질 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 구동회로(100)는 제 1 차지앰프(101), 위상변환기(102), 비교기(103) 및 펄스생성기(104)를 포함하고 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

센싱회로(300)는 자이로센서(10)로부터 출력되는 센싱신호로부터 일련의 과정을 거쳐 자이로신호만을 검출한다. 구체적으로 자이로센서(10)로부터 출력된 센싱신호는 자이로신호와 구동변위신호가 변조(Modulation)되어 있으며 자이로신호만을 검출하기 위하여 구동회로(100)에서 출력되는 복조신호를 이용하여 복조과정(Demodulation)을 수행한다. 센싱회로(300)는 제2 차지 앰프(301), 복조기(302), 로우패스필터(303,Low Pass Filter,LPF) 및 A/D컨버터(304)를 포함하고 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

보정회로(200)는 복조신호의 왜곡 발생여부를 판단하고, 복조신호에 왜곡이 발생한 경우 왜곡을 제거하기 위하여 복조신호를 보정한다. 구체적으로 보정회로(200)는 복조신호의 듀티비(Duty ratio)에 왜곡이 발생하였는지 판단하고, 복조신호의 듀티비(Duty ratio)에 왜곡이 발생하였다면, 복조신호의 듀티비(Duty ratio)가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 보정하는 기능을 수행한다. 보정회로(200)는 프로세서(210) 및 기준전압 제어기(220)를 포함하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

여기서 듀티비(Duty Ratio)는 펄스의 주기(T)에 대한 펄스폭(PW)의 비율로 나타내는 수치를 의미하며 PW/T로 나타낼 수 있다. 또한 목표값이란 사용자에 의해 기 설정된 값으로 본 발명의 일 실시예에서는 목표값이 50%가 될 수 있다. 다만 반드시 듀티비(Duty ratio)가 50%에 한정되는 것은 아니며 사용자에 의해 다른 비율에 도달하게끔 변경이 가능하다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

도 3 에 도시된 바와 같이 상기 구동회로(100)는 자이로센서(10)로부터 출력된 구동변위신호를 전압신호형태로 변환하는 제 1 차지앰프(101), 제 1 차지앰프(101)의 출력신호의 위상을 90°쉬프트(shift)하는 위상변환기(102), 위상변환기(102)의 출력신호를 기준전압과 비교하여 복조신호를 생성하는 비교기(103) 및 상기 복조신호의 주기를 기초로 구동신호를 생성하는 펄스생성기(104)를 포함한다.

제 1 차지앰프(101)는 자이로센서(10)의 구동전극(미도시)에서 발생한 전하량의 변화를 나타내는 구동변위신호를 전압 형태로 변환하고, 이를 증폭하여 전압형태의 구동변위신호를 생성한다. 생성된 전압형태의 구동변위신호는 위상변환기(102)로 전송된다.

위상변환기(102)는 제 1 차지앰프(101)에서 출력된 전압 형태의 구동변위신호의 위상을 90°만큼 지연시키는 기능을 수행한다. 이는 구동변위신호의 위상과 90°위상 차를 가지는 구동신호를 생성하여 자이로센서(10)의 구동매스(미도시)가 안정적으로 공진하기 위함이다.

비교기(103)는 구동변위신호의 위상과 90°위상 차를 가지는 위상변환기(102)의 출력신호를 기준전압과 비교하여 복조신호를 생성한다. 상세하게는, 위상변환기(102)의 출력신호는 비교기(103)의 비반전단자에 연결되며 기준전압은 비교기(103)의 반전단자에 연결된다.

비교기(103)는 기준전압보다 위상변환기(102)의 출력신호가 더 큰 경우에는 하이(High)값을, 작은 경우에는 로우(Low)값을 가지는 펄스파 형태의 복조신호를 생성한다. 비교기(103)에서 생성된 복조신호는 센싱회로(300)에 포함된 복조기(302)와 보정회로(200)에 포함된 적분기(212)로 각각 전송하게 되어 후술할 복조과정 및 왜곡발생여부 판단에 이용된다.

또한, 비교기(103)의 기준전압은 보정회로(200)의 제어에 의해 가변된다. 따라서, 비교기(103)의 기준전압이 가변됨에 따라 하이(High)값을 가지는 구간과 로우(Low)값을 가지는 구간이 변하게 된다. 그 결과, 기준전압의 조정을 통해 복조신호의 듀티비(Duty ratio)를 제어할 수 있다.

펄스생성기(104)는 복조신호의 주기와 동일한 주기를 가지는 펄스파형태의 구동신호를 생성하고, 구동신호를 자이로센서(10)에 전송한다. 구동신호는 자이로센서(10)의 구동매스가 공진하는 과정에서 이용된다. 따라서 자이로센서(10)에서 출력된 구동변위신호를 기반으로 구동신호가 생성되므로, 회로 내에서 일정한 위상이 구동회로(100)에서 형성하게 되고 그 결과 자이로센서(10)의 구동매스가 안정적으로 공진하도록 구동된다.

도 3에 도시된 바와 같이 센싱회로(300)는 복조신호를 이용하여 자이로센서(10)의 센싱신호의 복조과정을 통해 자이로신호를 출력한다. 또한, 센싱회로(300)는 자이로센서(10)로부터 출력된 구동변위신호를 전압신호형태로 변환하는 제 2 차지앰프(102), 제 2 차지앰프(102)의 출력신호와 복조신호를 곱하는(Mixer) 복조과정을 수행하는 복조기(302)(Demodulator), 복조기(302) 출력신호의 고주파성분을 제거하는 로우패스필터(303) 및 로우패스필터(303)의 출력신호를 디지털신호 형태로 변환하는 A/D컨버터(304)를 포함한다.

제 2 차지앰프(102)는 자이로센서(10)의 센싱전극(미도시)에서 발생한 전하량의 변화를 나타내는 센싱신호를 전압신호 형태로 변환하고, 증폭하여 전압형태의 센싱신호를 출력한다. 이때 센싱신호는 제 1 차지앰프(101)에서 출력되는 구동변위신호와 90°위상차를 가진다.

복조기(302,Demodulator)는 변조(Modulation)된 센싱신호에서 자이로신호만을 검출하는 복조과정(Demodulation)을 수행한다. 구체적으로, 비교기(103)에서 전송된 복조신호와 변조(Modulation)된 센싱신호를 입력받아 복조신호와 센싱신호를 곱하여(Mixer) 자이로신호만을 검출한다. 검출된 자이로신호는 로우패스필터(303)로 전송된다.

도 4 는 복조과정을 도시한 도면으로, 도 4 의 (a)는 비교기(103)에서 출력되는 펄스파 형태의 복조신호와 자이로센서(10)에서 각속도가 인가되지 않은 정현파 형태의 센싱신호를 나타낸다. 각각의 복조신호와 센싱신호가 복조기(302)에 입력되며, 복조신호와 센싱신호를 곱하는 과정(Mixer)을 거쳐 도 4 의 (b)와 같은 파형을 가진 신호를 출력하게 된다. 그 후 도 4 의 (c)에 나타낸 로우패스필터(303)를 통과하여 고주파성분을 제거하게 되면 도 4 의 (d)와 같은 형태의 자이로신호를 검출한다.

도 5 는 자이로센서(10)에 회전 관성이 인가된 경우에 복조과정을 도시한 도면이다(도 5의 (a)). 도 5의 (b)는 구동변위신호와 각속도 성분이 변조(Modulation)된 센싱신호를 나타낸다. 도 5의 (c)는 변조된 센싱신호가 복조기(302)에 입력되어 상술한 바와 같이 복조신호를 곱하는 복조과정을 거쳐 로우패스필터(303)에 입력되는 것을 나타낸 것이며, 도 5의 (d)와 같은 아날로그형태의 자이로신호를 검출한다.

도 6 은 센싱신호와 왜곡된 복조신호를 복조기(302)에 입력하였을 때 생성되는 복조기(302)의 출력신호를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 왜곡된 복조신호의 듀티비는 50%가 아니며 양의 영역이 음의 영역보다 큰 신호이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 듀티비가 왜곡된 복조신호가 입력되는 경우, a,c구간에서는 정상적인 신호가 출력되지만, b구간에서는 왜곡이 발생되는 신호가 출력된다. 이에 따라 왜곡된 자이로신호가 출력되어 회로의 신뢰성이 떨어지는 결과가 발생한다.

따라서, 자이로센서(10)의 신호처리과정을 거쳐 정확한 자이로신호만을 검출하기 위해서는 복조신호의 듀티비(Duty ratio)가 50%가 되는 경우가 유리하다.

로우패스필터(303,Low Pass Filter)는 일정주파수보다 낮은 대역의 주파수 성분을 통과시키고 높은 주파수 성분은 통과되지 않은 필터(303)로서, 복조기(302)의 출력신호에 포함된 고주파성분을 제거하는 기능을 수행한다. 이는 노이즈등에 의한 오염을 방지하여 정확한 자이로신호만을 출력하기 위한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이 보정회로(200)는 비교기(103)에서 생성한 복조신호를 적분하여 복조신호 듀티비의 왜곡 발생여부를 판단하고 적분결과에 따라 디지털 제어신호를 생성하는 프로세서(210) 및 디지털 제어신호를 전송받아 기준전압을 조정하는 기준전압 제어기(220)를 포함한다.

구체적으로 프로세서(210)는 복조신호를 적분함으로써 연산되는 적분값을 기준값과 비교하여 복조신호의 왜곡발생여부를 판단하고, 복조신호에서 왜곡이 발생하였다면 적분값이 기준값이 동일하도록 기준전압을 조정하는 보정값을 연산한다. 또한, 프로세서(210)는 보정값에 따른 디지털 제어신호를 생성한다. 프로세서(210)는 클럭발진기(211), 적분기(212), 왜곡판단기(213) 및 디지털 컨트롤러(214)를 포함한다.

클럭발진기(211)는 클럭 신호를 생성하여 적분기(212)에 전송하며, 적분기(212)에 전송되어 복조신호를 적분하는데 이용된다. 클럭 신호는 적분기(212)가 복조신호를 인식할 수 있는 최소 측정치의 증가단위인 분해능(Resolution)을 판단하는 데 이용되기 때문에, 고속의 클록 신호일수록 적분기(212)에서 더 정밀하게 복조신호를 인식하게 되어, 더욱 더 정확한 적분을 수행할 수 있다.

적분기(212)는 비교기(103)에서 생성된 복조신호를 적분하여 적분값을 연산한 후 왜곡판단기(213)로 적분값을 전송한다. 비교기(103)에서 생성된 복조신호는 복조기(302)에 전송됨과 동시에 적분기(212)에도 전송되며 클럭발진기(211)의 클럭신호를 이용하여 복조신호를 인식한다.

왜곡판단기(213)는 적분기(212)의 적분값을 입력받은 후 분석하여 복조신호의 왜곡 발생여부를 판단한다. 구체적으로는 적분값과 기 설정된 기준값과 비교하여, 적분값이 기 설정된 기준값과 일치하는 경우에는 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생되지 않은 것으로 판단한다. 적분값이 기 설정된 기준값과 상이한 경우에는 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한 것으로 판단하고 디지털 컨트롤러(214)에 적분값을 전송한다.

적분값과 비교되는 기준값은 사용자에 의해 설정된 값으로 본 발명의 일 실시예에서는 0이 될 수 있다. 자세하게는 도 7 를 참조하면 왜곡이 발생되지 않은 듀티비(Duty ratio)가 50%인 복조신호를 적분하게 되면 양(+)의 영역과 음(-)의 영역 면적이 동일하기 때문에 적분값은 0이 된다. 다만 반드시 기준값이 0에 한정하는 것은 아니며 사용자에 의하여 다른 값이 될 수도 있다.

그러나 왜곡이 발생한 복조신호(도 참조)는 양(+)의 영역이 음(-)의 영역보다 더 넓기 때문에 적분값은 0이 아닌 양(+)의 값을 가지게 된다. 반대로 음(-)의 영역이 양(+)의 영역보다 더 넓은 경우에는 적분값은 음(-)의 값을 가진다. 즉, 적분기(212)의 적분값이 0이 아닌 경우에는 복조신호에 듀티비(Duty ratio)에 왜곡이 발생하였다는 판단을 할 수 있다.

디지털 컨트롤러(214)는 적분값이 기준값과 동일하도록 기준전압을 조정하는 보정값을 연산하고 연산된 보정값에 대응하는 디지털 제어신호를 생성한다. 즉, 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한것으로 판단된 경우, 디지털 컨트롤러(214)는 적분값이 기 설정된 기준값, 즉 0이 되도록 하는 보정값을 연산하고 해당 보정값을 기초로 기준전압을 제어하는 제어신호를 생성한다.

기준전압 제어기(220)는 제어신호를 아날로그 신호로 변환해주는 신호변환기(221) 및 아날로그 신호를 기초로 기준전압을 제어하는 아날로그 컨트롤러(222)를 더 포함한다.

신호변환기(221)는 디지털 컨트롤러(214)에서 생성된 디지털 제어신호를 아날로그 신호 형태로 변환하여 아날로그 컨트롤러(222)로 전송한다. 여기에서 신호변환기(221)는 D/A컨버터(Digital to Analog Convertor)일 수 있다.

아날로그 컨트롤러(222)는 신호변환기(221)에서 출력되는 아날로그 신호를 입력받아 비교기(103)의 기준전압을 제어한다. 아날로그 컨트롤러(222)는 적어도 하나 이상의 저항 및 스위치을 포함하는 어레이저항(Array Resistor, 미도시)을 포함할 수 있다. 스위칭동작에 따라 어레이저항의 저항값이 변화하고, 비교기(103)의 반전단자에 입력되는 기준전압은 저항값이 변화함에 따라 변화하게 되어 최종적으로 복조신호의 듀티비(Duty ratio)를 제어할 수 있다.

구체적으로 도 8에 도시된 바와 같이, 비교기(103)는 90° 지연된 구동변위신호를 기준전압과 비교하여 복조신호를 생성한다. 따라서 양(+)의 영역이 음(-)의 영역보다 큰 경우에 있어서 복조신호의 듀티비(Duty ratio)는 50%가 될 수 없으며 왜곡이 발생된 것으로 판단될 수 있다. 이때, 아날로그 컨트롤러(222)에 따라 기준전압을 종전보다 상승시키면 양의 영역은 감소하고 음의 영역은 증가하게 되어 듀티비(Duty ratio)가 50%에 도달할 수 있다. 반대로 음의 영역이 양의 영역보다 적은 경우에는 기준전압을 낮추는 제어를 수행함으로 복조신호의 왜곡을 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 회로의 기생 성분 또는 신호간의 지연등의 이유로 복조신호에 왜곡이 발생하는 경우 보정회로(200)에서 복조신호의 왜곡발생여부를 판단하고, 왜곡된 복조신호를 보정함으로써 정확한 자이로신호만을 검출하게 되어 자이로센서(10)의 신뢰성을 향상시킴과 동시에 제어의 정밀도를 높일 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로센서(10)의 제어방법이 설명된다. 이하의 설명 중, 상기에서 설명된 내용과 동일하거나 유사한 설명은 생략되거나 또는 간단히 설명된다.

도 9를 참조하면, 자이로센서(10)의 구동매스(미도시)에 관성이 입력되고, 구동전극(미도시)에 발생한 전하량의 변화를 제 1 차지앰프(101)를 통해 전압신호 형태의 구동변위신호를 생성한다. 위상변환기(102)를 거쳐 위상이 90° 지연된 구동변위신호는 비교기(103)에서 기준전압과 비교하여 복조신호를 생성한다. (S100)

구체적으로, 복조신호는 90° 지연된 구동변위신호와 기준전압을 비교하여 구동변위신호가 기준전압보다 큰 경우 하이(High)값을, 기준전압보다 작은 경우 로우(Low)값을 가지는 단계를 거쳐 생성된다. 비교기(103)에서 생성된 복조신호는 센싱회로(300)의 복조기(302), 보정회로(200)의 적분기(212) 및 펄스생성기(104)로 전송된다. 복조신호를 전송받은 펄스생성기(104)는 구동신호를 생성하여 자이로센서(10)에 인가하여, 자이로센서(10)가 안정적으로 공진 된다.

다음으로 상기 복조신호의 듀티비에 왜곡 발생여부를 판단하고, 상기 왜곡이 발생한 경우 상기 복조신호의 듀티비가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 보정하는 보정단계를 수행한다.

보정단계는 복조신호를 적분하여 상기 복조신호 듀티비의 왜곡 발생여부를 판단하며, 왜곡이 발생한 경우, 상기 적분결과에 따라 디지털 제어신호를 생성하는 단계 및 디지털 제어신호에 따라 상기 기준전압을 조정하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 클럭발진기(211)에서 생성된 클럭신호를 이용하여 복조신호를 적분기(212)에서 적분한다.(S110) 이후 적분기(212)에서 연산된 적분값을 기 설정된 기준값과 비교하여 복조신호의 왜곡을 판단하며, 기 설정된 기준값은 0이 될 수 있다. 적분값과 기 설정된 기준값이 일치하지 않으면 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한 것으로 판단한다.(S120) 이후 적분값이 기 설정된 기준값에 수렴하도록 보정하기 위하여 보정값을 연산하며 보정값에 대응되는 디지털 제어신호를 생성한다.(S130)

그 다음으로, 신호변환기(221)를 통해 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하며 아날로그 제어신호를 기반으로 기준전압을 제어하여 복조신호의 듀티비가 목표값에 수렴하도록 왜곡을 제거한다.(S140)

마지막으로 자이로센서(10)의 센싱신호를 복조신호와 곱하는 복조과정을 통해 자이로신호만을 검출하는 센싱단계를 수행한다.(S150) 센싱단계는 자이로센서(10)의 센싱전극에서 발생한 전하량의 변화를 전압신호형태로 변환하는 단계, 제 2 차지앰프(102)의 출력신호와 상기 복조신호를 곱하는(Mixer) 단계를 통하여 변조된 센싱신호에서 자이로신호 성분만을 검출하는 단계, 로우패스필터(303)를 통해 상기 복조기(302) 출력신호의 고주파성분을 제거하는 단계 및 상기 필터(303)의 출력신호를 디지털신호 형태로 변환하는 단계를 포함한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따는 자이로센서(10)의 보정장치는 보정회로(200)의 적분기(212) 및 왜곡판단기(213)를 통해 비교기(103)에서 기준전압과 비교하여 생성되는 복조신호의 듀티비 왜곡발생여부를 판단하고, 복조신호에 왜곡이 발생하는 경우 아날로그 컨트롤러(222)에 의해 비교기(103)의 기준전압을 조정함으로써 복조신호의 왜곡을 제거하여 정확한 자이로신호 만을 출력한다. 이로 인해 자이로센서(10)의 신뢰성 및 정확성을 확보하고 제조 공정에서 왜곡을 발생시키는 다양한 기생 성분들에 대한 고려할 필요가 없다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 자이로센서(10)의 보정장치 및 그 보정방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 자이로센서 100 : 구동회로
101 : 제 1 차지앰프 102 : 위상변환기
103 : 비교기 104 : 펄스생성기
200 : 보정회로 210 : 프로세서
211 : 클럭발진기 212 : 적분기
213 : 왜곡판단기 214 : 디지털 컨트롤러
220 : 기준전압 제어기 221 : 신호변환기
222 : 아날로그 컨트롤러 300 : 센싱회로
301 : 제 2 차지앰프 302 : 복조기
303 : 로우패스필터 304 : A/D컨버터

Claims

자이로센서의 구동변위신호와 기준전압을 이용하여 복조신호를 출력하는 구동회로;
상기 복조신호 듀티비(Duty Ratio)의 왜곡 발생여부를 판단하며, 상기 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한 경우 상기 복조신호의 듀티비가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 보정하는 보정회로; 및
상기 복조신호를 이용하여 상기 자이로센서의 센싱신호의 복조과정을 통해 자이로신호를 출력하는 센싱회로를 포함하는 자이로센서 보정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구동회로는
상기 자이로센서로부터 출력된 상기 구동변위신호를 전압신호형태로 변환하는 제1 차지앰프;
상기 제1 차지앰프의 출력신호 위상을 쉬프트(shift)하는 위상변환기;
상기 위상변환기의 출력신호와 상기 기준전압을 비교하여 복조신호를 생성하는 비교기; 및
상기 복조신호를 기초로 구동신호를 생성하는 펄스생성기를 포함하는 자이로센서 보정장치.
청구항 2에 있어서,
상기 기준전압은
상기 복조신호의 듀티비 왜곡 발생시 보정회로의 제어에 의하여 가변되는 자이로센서 보정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 보정회로는
상기 구동회로로부터 입력받은 상기 복조신호를 적분하여 상기 복조신호의 듀티비 왜곡 발생여부를 판단하며, 상기 적분 결과에 따라 디지털 제어신호를 생성하는 프로세서; 및
상기 디지털 제어신호를 전송받아 상기 기준전압을 조정하는 기준전압 제어기를 포함하는 자이로센서 보정장치
청구항 4에 있어서
상기 프로세서는
클럭신호를 생성하는 클럭발진기
상기 클럭신호를 이용한 적분과정을 통해 상기 복조신호의 적분값을 연산하는 적분기;
상기 적분값을 기 설정된 기준값과 비교하며, 상기 적분값이 상기 기준값과 상이한 경우 상기 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한것으로 판단하는 왜곡판단기; 및
상기 적분값이 상기 기준값에 동일하도록 상기 기준전압을 조정하는 보정값을 연산하며, 상기 보정값에 대응하는 디지털 제어신호를 생성하는 디지털 컨트롤러를 포함하는 자이로 센서 보정장치.
청구항 4에 있어서,
상기 기준전압 제어기는
상기 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 신호변환기; 및
상기 아날로그 제어신호를 기초로 상기 복조신호의 듀티비가 상기 목표값에 수렴하도록 상기 기준전압을 조정하는 아날로그 컨트롤러를 포함하는 자이로센서 보정장치.
청구항 6에 있어서,
상기 신호변환기는
상기 디지털 아날로그 컨버터(Digital to analog converter)인 자이로 센서 보정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 센싱회로는
상기 자이로 센서로부터 출력된 센싱신호를 전압신호형태로 변환하는 제2 차지앰프;
상기 제2 차지앰프의 출력신호와 상기 복조신호를 곱하는(Mixer) 복조과정을 수행하는 복조기;
상기 복조기 출력신호의 고주파성분을 제거하는 로우패스필터; 및
상기 로우패스필터의 출력신호를 디지털신호값으로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 자이로센서 보정장치.
자이로센서의 구동변위신호와 기준전압을 기초로 복조신호를 생성하는 구동단계;
상기 복조신호의 듀티비에 왜곡 발생여부를 판단하고, 상기 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한 경우 상기 복조신호의 듀티비가 기 설정된 목표값에 수렴하도록 보정하는 보정단계; 및
상기 복조신호와 상기 자이로센서 센싱신호의 복조과정을 통해 자이로 신호를 검출하는 센싱단계를 포함하는 자이로센서 보정방법.
청구항 9에 있어서,
상기 구동단계는
상기 자이로센서로부터 출력된 상기 구동변위신호를 전압신호형태로 변환하는 단계;
전압신호 형태의 상기 구동변위신호 위상을 쉬프트(shift)하는 단계;
상기 쉬프트 된 구동변위신호를 상기 기준전압과 비교하여 상기 복조신호를 생성하는 단계; 및
상기 복조신호를 기초로 구동신호를 생성하는 단계를 포함하는 자이로센서 보정방법.
청구항 9항에 있어서,
상기 보정단계는
상기 복조신호를 적분하여 상기 복조신호 듀티비의 왜곡 발생여부를 판단하며, 상기 왜곡이 발생한 경우, 상기 복조신호의 적분결과에 따라 디지털 제어신호를 생성하는 디지털 보정단계; 및
상기 디지털 제어신호에 따라 상기 기준전압을 조정하는 기준전압 제어단계를 포함하는 자이로 센서 보정방법.
청구항 11에 있어서
상기 디지털 보정단계는
클럭신호를 생성하는 단계;
상기 클럭신호를 이용하여 상기 복조신호를 적분하여 적분값을 연산하는 단계;
상기 적분값을 기 설정된 기준값과 비교하여 상기 적분값이 상기 기준값과 상이한 경우, 상기 복조신호의 듀티비에 왜곡이 발생한 것으로 판단하는 왜곡판단단계; 및
상기 적분값이 상기 기준값과 동일하도록 기준전압을 조정하는 보정값을 연산하며, 상기 보정값에 대응하여 상기 디지털 제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 자이로센서 보정방법.
청구항 11에 있어서,
상기 기준전압 제어단계는
상기 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 단계; 및
상기 아날로그 제어신호에 따라 상기 복조신호의 듀티비가 상기 목표값에 수렴하도록 상기 기준전압을 조정하는 단계를 포함하는 자이로센서 보정방법.
청구항 9에 있어서,
상기 센싱단계는
상기 자이로 센서로부터 출력된 상기 구동변위신호를 제 2 차지앰프에서 전압신호형태로 변환하는 단계;
상기 제 2 차지앰프의 출력신호와 상기 복조신호를 복조기에서 곱하는 단계;
로우패스필터를 통해 상기 복조기 출력신호의 고주파성분을 제거하는 단계; 및
상기 필터의 출력신호를 디지털값으로 변환하는 단계를 포함하는 자이로센서 보정방법.