KR20180103195A - 복조 위상 오류 수정을 통한 자이로스코프 제로-레이트-오프셋 드리프트 감소를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

복조 위상 오류 수정을 통한 자이로스코프 제로-레이트-오프셋 드리프트 감소를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

자이로스코프로부터 신호들을 처리하기 위한 회로는, 자이로스코프로부터 동상 및 직교-위상 복조 신호들을 각각 참조하여, 동상 복조 신호를 생성하는 제 1 복조기와 직교-위상 복조 신호를 생성하는 제 2 복조기를 포함한다. 회로는, 복조기들로부터 복조 동상 및 직교 위상 신호들을 수신하고 동상 복조 신호와 직교-위상 복조 신호를 참조하여 미리 정해진 축을 따라 자이로스코프의 회전에 대응하는 출력 신호를 생성하여 동상 신호로부터 직교-위상 신호의 일부를 제거하는 디지털 처리기를 포함한다.

Description

복조 위상 오류 수정을 통한 자이로스코프 제로-레이트-오프셋 드리프트 감소를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GYROSCOPE ZERO-RATE-OFFSET DRIFT REDUCTION THROUGH DEMODULATION PHASE ERROR CORRECTION}
본 개시사항은 일반적으로 자이로스코프 센서들(gyroscopic sensors)에 관한 것이고, 특히 자이로스코프 센서로부터의 출력 신호 중 오류를 수정하기 위한 회로들에 관한 것이다.
자이로스코프들은 하나 이상의 회전 축들을 따라 물체의 회전 또는 자세를 감지하기 위해 종종 사용된다. 예를 들어, 자이로스코프들은 해군 함정들, 항공기, 및 우주선에서 선박의 회전을 식별하기 위해, 그리고 안정성 제어 시스템들에서의 사용을 위해 오랫동안 사용되어왔다. 최근 들어서, 자이로스코프들은 마이크로 전기기계(MEM들) 디바이스들로 통합되어왔다. 종래의 자이로스코프가 축을 중심으로 회전하는 반면, MEMS 자이로스코프들은 전형적으로 인쇄 기판(printed circuit board)에 장착하기에 적합한 집적회로 내에서 또는 다른 전자 부품들과 함께 포토리소그래픽(photolithographic) 공정들을 사용하여 형성된 진동 소자들을 포함한다. MEMS 장치가 축을 중심으로 회전할 때, 진동 소자에 대한 진동 평면은 일정하게 유지되는 경향이 있고, MEMS 센서로부터의 변조된 전기 신호는 축 주위에서 MEMS 장치를 위한 지지부의 자세에 대응한다. 일부 MEMS 장치들은 3-차원 공간에서 다수의 축들을 따른 회전의 감지를 가능하게 하는 복수의 진동 자이로스코프 소자들을 포함한다.
종래의 MEMS 자이로스코프들은 스마트폰들, 태블릿들, 및 다른 휴대 전자 장치들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아닌 광범위한 장치들에서 사용된다. 예를 들어, 많은 휴대 장치들은 세로 또는 가로 방향에서 텍스트와 그래픽을 표시하는 디스플레이 스크린을 포함한다. 모바일 전자장치 내의 MEMS 자이로스코프는 가로와 세로방향들 사이의 장치의 회전에 상응하는 신호들을 생성하고, 모바일 전자 장치 내의 마이크로프로세서는 자이로스코프로부터의 신호들을 기초로 하여 그래픽 디스플레이를 조정한다. 모바일 장치들 내의 MEMS 자이로스코프들에 대한 추가 용도들은 사용자 입력 및 관성 네비게이션 애플리케이션들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
MEMS 자이로스코프들이 소형 전자 장치들에서 널리 보급되었지만, 기존의 MEMS 자이로스코프들에 대한 구조와 작동 조건들은 자이로스코프에서 생성된 신호들에 오류들을 유발한다. 예를 들어, MEMS 자이로스코프의 상이한 제조 공차들과 변동하는 작동 온도들은 자이로스코프 내의 진동 감지 소자로부터의 신호 출력에 직교 신호 오류를 생성한다. 복조 위상 오차는 기계적 감지 소자와 자이로스코프 센서로부터의 변조된 아날로그 신호들을 수신하고 디지털 마이크로프로세서들로 처리하기에 적합한 복조된 디지털 신호들을 생성하는 전자 부품들의 지연들로 인해 유발된다. 오프셋 드리프트 오류들을 완화하기 위한 기존 해결책들은 자이로스코프 센서 시스템의 비용, 복잡성, 및 전력 소비를 증가시키는 복잡한 폐-루프 피드백 회로들을 포함한다. 따라서, 감소된 오프셋 드리프트 오류를 갖는 진동 자이로스코프 센서들에서 생성된 신호들을 처리하는 회로들의 개선이 이로울 것이다.
하나의 실시예에서, 센서 회로는, 자이로스코프의 출력 신호로부터 오프셋 드리프트의 일부 또는 전부를 제거하면서, 자이로스코프 센서의 출력에 대응하는 출력 신호들을 생성한다. 회로는, 자이로스코프 내의 감지 소자의 출력으로부터 변조된 신호를 수신하도록 구성되고, 변조된 신호에 대해 동상 복조 신호를 생성하는 제 1 복조기, 자이로스코프 내의 감지 소자의 출력으로부터 변조된 신호를 수신하도록 구성되고, 변조된 신호에 대해 직교 위상 복조 신호를 생성하는 제 2 복조기, 및 제 1 복조기의 출력으로부터 변조된 동상 신호와 제 2 복조기의 출력으로부터 변조된 직교 위상 신호를 수신하도록 구성된 디지털 프로세서를 포함한다. 디지털 프로세서는, 동상 신호에서 직교 위상 신호의 일 부분을 제거하기 위해 동상 복조 신호와 직각-위상 복조 신호에 대해 미리 정해진 축을 따른 자이로스코프의 회전에 대응하는 출력 신호를 생성하도록 구성된다.
도 1은 자이로스코프의 하나 이상의 축들의 출력을 모니터하고, 자이로스코프 출력으로부터 오프셋 드리프트 오류를 제거하는 회로의 기능 유닛들의 블록 다이어그램.
도 2는 하나 이상의 축들을 따른 자이로스코프의 출력들을 모니터하고, 자이로스코프 출력으로부터 오프셋 드리프트 오류를 제거하는 회로의 개략도.
이하 설명 및 첨부 도면들은 시스템과 방법에 대한 세부사항들뿐만 아니라, 본 명세서에 개시된 시스템과 방법에 대한 환경의 일반적인 이해를 제공한다. 도면들에서, 유사한 레퍼런스 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지정하기 위해 사용된다.
본 명세서에서 사용된 용어 동상 신호는 작동중 센서가 측정하는 특성에 대응하는 센서로부터 정보를 나르는 자이로스코프 센서와 같은 센서로부터의 신호를 지칭한다. 예를 들어, 진동성 자이로스코프로부터의 동상 신호는 자이로스코프 센서 내의 진동 소자의 움직임에 대응하는 변조 신호이다.
본 명세서에서 사용된 용어 직교-신호는 동상 신호로부터 직교 위상(90˚ 위상 오프셋)을 갖는 센서로부터의 다른 신호이다. 직교 위상 신호는 또한 지각 오류 신호로 지칭된다. 이상적으로, 동상 신호는 직교 위상 신호로부터 완전히 분리된다. 그러나, 실제 회로들에서, 위상-오프셋 오류는 오로지 동상 신호만의 측정을 어렵게 할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 위상-오프셋 오류는 센서 신호의 생성과 센서 신호의 측정 사이의 시간 지연에 의해 생성된 자이로스코프 센서로부터의 신호들에 대한 측정 오류를 지칭한다. 자이로스코프의 감지 소자들 또는 센서로부터의 신호를 측정하는 회로 내의 다른 구성요소들 내의 고유 지연들(Inherent delays)은 위상-오프셋 오류를 생성한다. 위상-오프셋 오류는 직교 위상 신호의 일부가 시간에 맞춰 이동되어 동상 신호의 일부와 중첩하는 것을 야기한다. 따라서, 위상-오프셋 오류는 측정된 동상 신호 내에 포함되는 직교-위상 오류 신호의 일부의 포함을 야기하고, 직교-위상 오류 신호의 일부의 포함은 자이로스코프의 출력의 측정에서 허용할 수 없을 정도로 큰 오류들을 야기할 수 있다. 위상-지연 오류는 개개의 자이로스코프 센서들과 측정 회로들 사이에서 변하고, 실장 기판상의 자이로스코프 센서의 물리적 구성으로 인하여, 그리고 주변온도와 같은 환경적 요인들로 인하여 시간에 걸쳐 변할 수 있다. 이하에서보다 상세히 기술된 바와 같이, 신호 처리 회로는 동상 및 직교 위상 신호들 둘 모두를 측정하고, 동상 신호의 측정들로부터 직교 위상 신호의 일부를 제거하여, 위상-오프셋 오류가 자이로스코프 센서로부터 측정된 신호 내에서 생성한 측정 오류들을 줄이거나 제거한다.
도 1은 자이로스코프 센서(102)와 자이로스코프 센서(102)로부터 변조 출력 신호를 복조하는 동상 직교 위상 (I/Q) 복조기(120)를 포함하는 시스템(100)의 기능도이다. 자이로스코프에서, 진동 부재는 미리 정해진 주파수에서 진동하여 자이로스코프 센서의 회전에 상응하는 동상 레이트 신호를 생성하는 동상 변조 힘(104)을 생성한다. 자이로스코프(102)는 또한 동상 힘(104)으로부터 90˚(π/2 라디안)만큼 위상-시프트된 직교-위상 힘(108)을 겪는다. 직교-위상 힘(108)은 자이로 감지 소자(102)가 작동중일 때마다 감지 질량(sense mass)(116) 내에 진동을 생성한다. 자이로 감지 소자(102)가 회전하는 경우, 동상 힘(104)은 또한 도 1의 노드(112)로 묘사된 벡터 합으로 직교 위상 힘(108)에 더하여 감지 질량(116)의 진동을 생성한다. 감지 질량(116)은 자이로스코프 센서(102) 내에서 진동하고, 감지 질량(116) 상의 전극들은 자이로스코프 센서(102)내에서 고정된 전극들을 갖는 커패시터를 형성한다. 자이로스코프 센서(102)가 회전하는 경우, 도 1에 예시적인 목적들을 위해 노드(112)에서 합산된 동상 힘(104)과 직교-위상 힘(108) 둘 모두는 감지 질량(116)의 고유 진동이 아닌 감지 질량(116)의 변조 동작을 유발한다. 감지 질량(116)의 변조 동작은 전기 회로들을 사용하여 측정될 수 있는 자이로스코프 센서(102) 내의 변조 커패시턴스 신호를 생성한다.
감지 질량(116)은 전달 함수
Figure pct00001
로 특징지어진다. 감지 질량(116)은 레이트와 직교 힘들에 응답하여 진동한다. 자이로스코프의 회전 동안 감지 질량(116) 내의 진동 동작을 생성하는 레이트와 직교 힘들에 의해 작용될 때, 감지 질량(116)은 진동에서의 지연을 겪는다. 지연은 동상 신호(104)의 측정 도중에 측정되는 직교-위상 신호(108)의 일부를 야기하는 위상-오프셋 오류를 생성한다. 위상-오프셋 오류는 다음 식으로 근사된다:
Figure pct00002
, 여기에서
Figure pct00003
는 미리 정해진 기준 온도이고,
Figure pct00004
는 자이로스코프의 현재 작동 온도이다.
Figure pct00005
의 값은 기준 온도
Figure pct00006
에서의 교정 공정을 통해, 예컨대, 자이로스코프의 제작 동안에 또는 교정 공정을 통해 경험적으로 식별된다. 함수
Figure pct00007
는
Figure pct00008
로 근사되고, 여기에서
Figure pct00009
및
Figure pct00010
Figure pct00011
이다. 계수들
Figure pct00012
및
Figure pct00013
의 수치값들은 자이로스코프가 기준 온도
Figure pct00014
에서 작동하는 동안 자이로스코프로부터 샘플들을 측정하는 교정 과정 동안 경험적으로 식별된다.
시스템(100)에서, 동상 복조기(124)는 감지 질량(116)으로부터의 출력 신호의 동상 구성요소에 상응하는 복조 신호를 생성한다. 도 1의 구성에서, 동상 모듈(132)은 복조기(124)로부터의 복조 동상 신호에 단위 이득을 도입한다. 다른 구성에서, 동상 모듈(132)의 이득은 단위 이득 대신
Figure pct00015
의 값에 상응한다. 직교-위상 복조기(128)는 복조 직교-위상 신호를 생성한다.
Figure pct00016
의 위상변화는 식별된 위상 오차
Figure pct00017
에 상응한다. 그러므로, 위상-오프셋 오류 수정 모듈(136)은 복조 직교-위상 신호에,
Figure pct00018
의 스케일링 인자로 곱하고, 이러한 스케일링 인자는 상응하는 동상 신호에서 복조 직교-위상 신호의 일부를 빼기 위해 사용된, 음(-)의 스케일링 인자를 갖는 식별된 위상 오차
Figure pct00019
에 상응한다. I/Q 복조기(120)는 위상 지연 오류로 인한 측정된 동상 신호 내에 포함된 직교-위상 신호의 일부를 제거한다. 가산기(140)는 결합된 동상 및 스케일링된 직교-위상 복조 신호들로부터 출력 신호를 생성한다. 도 1의 실시예에서, 가산기(140)는 동상 복조 신호와 스케일링된 직교-위상 복조 신호의 차이를 생성한다. 또 다른 구성에서, 도 1에 도시된
Figure pct00020
의 스케일링 인자 대신, 스케일링 인자
Figure pct00021
가
Figure pct00022
일 때, 가산 유닛(14)은 동상 신호와 스케일링된 직교-위상 신호의 차이를 생성하는 감산 유닛이다.
도 2는 자이로스코프의 출력 신호에서의 위상 지연 오류를 줄이거나 제거하기 위해 진동 자이로스코프의 출력에 전기적으로 연결된 I/Q 복조기를 포함하 는 시스템(200)의 일 실시예의 개략도이다. 시스템(200)은 자이로 감지 소자(202), 감지 채널들(208A, 208B, 및 208C), 정전용량-전압 변환기(220), 진폭 조절기(224), 위상 동기 루프(PLL)(228), 온도 감지기(236), 및 디지털 처리 장치(244)를 포함한다.
시스템(200)에서, 감지 소자(202)는 모바일 전자 장치들에서 사용되는 MEMS 자이로스코프와 같은 진동 자이로스코프 또는 임의의 다른 적합한 진동 자이로스코프이다. 도 2의 실시예에서, 감지 소자(202)는 세 개의 감지 축들(204A, 204B, 및 204C)을 중심으로 한 회전을 감지하는 감지 소자를 포함하고, 이들 축들 각각은 진동 소자의 움직임 및 각 x, y, 및 z축들을 각각 따르는 자이로스코프의 상응하는 회전에 상응하는 신호를 생성하도록 구성된다. x, y, 및 z 축들은 물리계에서 세 개의 직교 회전 축들에 해당한다. 다른 실시예에서, 자이로스코프는 단지 하나의 축 또는 다수의 축들 상에 배치된 다수의 감지 소자들의 상이한 구성을 포함한다. 구동 축(206)은 각 감지 축들(204A, 204B, 및 204C)의 진동부재들 내의 진동을 생성하는 전기 구동 신호를 수신한다. 구동 축(206)은 미리 정해진 주파수에서 감지 질량을 구동하여, 각 축들(204A-204C)로 하여금 미리 정해진 주파수에서 진동하는 것을 가능하게 한다.
도 2에서, 감지 채널(208A)은 감지 축(204A)의 출력에 전기적으로 연결된다. 감지 채널(208A)은 감지 축(204A)으로부터의 변조된 전기적 커패시턴스 출력에 응답하여 전압 신호를 생성하는 커패시턴스-전압 컨버터(210)를 포함한다. 일 실시예에서, PLL(228)은 복조 클록 신호를 갖는 직교 오류 신호의 상호 혼합을 방지하기 위하여 낮은 위상-잡음 특성으로 형성된 광대역 타입-Ⅱ 반도체 PLL을 이용하여 구현된다. 시스템(200)에서, 감지 채널들(208B 및 208C)은 감지 채널(208A)과 동일한 방식으로 구성되어 감지 축들(204B 및 204C)로부터의 복조 신호들에 대응하는 디지털 데이터를 각각 생성한다. 감지 채널(208A)은 또한 동상 복조기(212)와 직교-위상 복조기(216)를 포함하는 I/Q 복조기를 포함한다. 동상 복조기(212)와 직교-위상 복조기(216)는 커패시턴스-전압 컨버터(210)의 출력에 전기적으로 연결되어 감지 축(204A)으로부터 변조된 출력 전압 신호를 수신한다. 도 2의 실시예에서, 동상 복조기(212)와 직교-위상 복조기(216)는 PLL(228)의 동상 및 직교-위상 출력들로부터의 스위칭 신호들에 응답하여 커패시턴스-전압 컨버터(210)의 출력을 변조하는 초퍼 회로로서 구현된다. 이하에서 더 상세히 기술된 바와 같이, 동상 복조기(212)는 PLL(228)의 동상 출력에 연결되고, 직교-위상 복조기(216)는 동상 출력 신호로부터
Figure pct00023
라디안 (90˚) 오프셋되는 PLL(228)의 직교 출력에 연결된다. 동상 복조기(212)와 직교-위상 복조기(216)는 감지 축(204A)으로부터 변조된 출력 신호의 동상 및 직교-위상 성분들에 각각 대응하는 복조 아날로그 신호들을 생성한다. 아날로그 디지털 변환기들(ADC들)(214 및 218)은 복조기들(212 및 216)의 출력들에 대응하는 디지털 출력 데이터를 각각 생성한다. 일 실시예에서, ADC들(214 및 218)은 복조기들(212 및 216)로부터의 아날로그 신호들을 오버샘플링하는 단일-비트 4차 ADC(214) 및 2차 ADC(218)를 포함하는 델타-시그마 변조기들이다.
시스템(200)에서, 구동 축(206)은 진폭 조절 회로(224)로부터 전기 구동 신호를 수신한다. 진폭 조절 회로(224)는 감지 소자(202) 내의 구동 축(206)에 대해 전기 구동 신호의 진폭을 조절하고, 미리 정해진 레벨에서 감지 소자(202)에 대한 진동의 진폭을 유지한다. PLL(228)과 진폭 조절기(224)는 폐-루프 구성 내의 구동 축(206)을 조절하고, 구동 축(206)의 출력은 구동 축(206)의 진동에 상응하는 출력 전압을 생성하는 커패시턴스-전압 컨버터(220)에 공급된다. PLL(228)은 커패시턴스-전압 컨버터(220)로부터 출력 신호를 수신하고 구동 축(206)을 향한 신호의 주파수와 위상을 제어하기 위한 추적 신호 출력을 생성한다. PLL(228)은 자이로 감지 소자(202) 내의 이동부재의 진동의 고유 주파수를 추적하는 시변 신호(a time varying signal)를 생성한다. PLL(228)은 진폭 조절기(224)의 동작을 조절하여 구동 축(206)을 작동하는 동상 출력 신호를 생성하고, PPL(228)로부터의 동상 출력 신호는 또한 동상 복조기(212)를 조절한다. PLL(228)은 동상 신호로부터
Figure pct00024
라디안(90˚)만큼 이동된 위상을 갖는 이동된 직교-위상 출력을 생성하여 직교-위상 변조기(216)의 작동을 제어한다.
시스템(200)에서, 구동 축(206)과 복조기들(212 및 216)은 모두 단일 PLL(228)로부터의 출력 신호들에 의해 구동된다. 상술된 바와 같이, 시스템(200) 내의 감지축들(204A-204C) 및 다른 구성요소들은 감지 소자(202)로부터의 동상 및 직교-위상 출력 신호들에서의 위상-오프셋 에러를 도입한다. PLL(228)로부터의 동상 및 직교-위상 신호들은 또한 복조기들(212 및 216)로 공급된다. 종래의 감지 회로들은 오로지 동상 신호만이 자이로스코프(200) 내의 감지 소자로부터 유용한 정보를 포함하기 때문에, 동상 신호로부터 직교-위상 신호를 필터링하거나 분리하려고 시도한다. 시스템(200)에서, 그러나, 감지 소자(202)로부터의 신호의 직교-위상 구성요소는 폐기되지 않는다. 대신, 직교-위상 복조기(216) 및 ADC(218)는 복조 직교-위상 신호에 대응하는 디지털 데이터를 생성한다. 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 복조 직교-위상 신호는 시스템(200) 내의 위상-오프셋 오류에 따라 스케일링되고, 스케일링된 직교-위상 신호 구성요소는 출력 신호의 동상 구성요소로부터 제거되어 출력 신호내의 위상-오프셋 오류의 효과들을 줄이거나 제거한다.
시스템(200)에서, 온도 센서(236)는 온도 감지 소자(238)와 ADC(240)를 포함한다. 일 실시예에서, 온도 감지 소자(238)는 절대 온도에 비례하는(PTAT= proportional-to-absolute temperature) 감지 소자이다. 온도 감지 소자(238)는 감지 소자(202)의 온도에 대응하는 아날로그 신호를 생성하고, ADC(240)는 처리기(244)에 의한 추가 처리를 위해 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다. 일 실시예에서, ADC(240)는 증분적으로 작동된 2차 델타-시그마 변조기이다. 온도 센서(236)는 직교-위상 복조 신호 데이터에 대한 스케일링 요소를 식별하기 위해 이용되는 온도 데이터를 제공한다. 위상-오프셋 오류의 크기와 측정된 동상 신호와 직교-위상 오류 신호 사이의 해당 중첩은 감지 소자(202)의 온도에 의존한다.
시스템(200)에서, 디지털 처리기(244)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 동상 ADC(214), 직교-위상 ADC(218), 및 온도 센서 ADC(240)로부터 디지털 복조 신호 데이터를 수신하도록 구성된 임의의 다른 디지털 처리 장치로서 구현된다. 일 실시예에서, 기계적인 감지 소자(202), 감지 채널들(208A-208C), 온도 센서(236), 진폭 조절기(224), PLL(228), 및 디지털 백엔드(backend)(244)를 포함하는 전체 시스템(200)은 예를 들어, CMOS 공정, MEMS 공정을 이용하여 단일 물리적 패키지로 통합된다. 추가 실시예들은 시스템(200)의 기계, 아날로그 전기, 및 디지털 전기 구성요소들의 결합들을 포함한다. 도 2의 실시예에서, 디지털 처리기(244)는 또한 감지 채널들(208B 및 208C) 내의 ADC들로부터 데이터를 수신하도록 구성되어 감지 소자(202) 내의 감지 축들(204B 및 204C)의 모니터링을 각각 가능하게 한다.
도 2는 감지 소자(202)로부터의 신호에 대응하는 디지털 출력 데이터를 생성하기 위해 디지털 처리기(244)가 수행하는 동작들의 개략적 구성을 도시한다. 도 2의 실시예에서, 처리기(244)는 저역-통과 필터들(248, 250, 및 252)을 온도 센서(236), 동상 복조기(212), 및 직교-위상 복조기(216)로부터의 디지털 데이터에 각각 적용한다. 처리기(244)는 배율기(256)를 통해 온도 센서(236)의 필터링된 출력 판독에 상수 c1를 곱하고, 가산기(260)를 통해 상수 c0를 더한다. 상수들 c0와 c1는 디지털 처리기(244)와 연관된 메모리에 저장된 미리 정해진 상수들이며 함수
Figure pct00025
를 참고로 하여 상술되었다. 가산기(260)의 출력은
Figure pct00026
방정식의 결과에 상응하며, 여기에서 T는 온도 센서(236)로부터 수신된 감지 소자(202)에 대한 커패시턴스 온도 판독값이다. 처리기(244)는 가산기(260)의 출력에 필터(252)로부터의 직교-위상 복조 신호에 상응하는 디지털 데이터를 곱하여 복조 직교-위상 신호 데이터의 스케일링된 버전에 대응하는 디지털 데이터를 생성하는 배율기(264)를 포함한다. 상술된 바와 같이, 배율기(264)는 또한 음의 인자
Figure pct00027
를 곱셈 과정에 도입하여 복조 직교-위상 신호 데이터에 대응하는 음의 스케일링된 값을 생성한다.
디지털 처리기(244)는 필터(250)로부터의 동상 신호에 대한 디지털 데이터를 배율기(264)의 스케일링된 직교-위상 오류 신호 출력에 더하여 결합 출력 신호를 생성하기 위해 가산기(268)를 이용한다. 가산기(268)로부터의 결합 출력 신호는 측정된 동상 신호와 스케일링된 직교-위상 오류 신호 사이의 차이에 상응한다. 따라서, 시스템(200) 내의 위상-오프셋 오류가 직교-위상 오류 신호의 일부분을 동상 신호로 도입하기 때문에, 디지털 처리기(244)는 직교-위상 구성요소를 동상 복조 신호 데이터로부터 가산기(268)를 이용하여 제거한다. 상술된 바와 같이, 시스템(200)의 동작 동안 발생하는 위상-오프셋 오류에서의 변화들을 보상하기 위해, 디지털 처리기(244)는 온도 센서(236)로부터의 온도 데이터를 기초로 하여, 그리고 자이로 센싱 소자(202)에 대한 교정 데이터를 참조하여, 스케일링 인자를 동적으로 조정한다. 일 실시예에서, 디지털 처리기(244)는 저장된 프로그램 명령들을 소프트웨어 프로그램의 일부로서 실행하여 필터들(248, 250, 및 252), 배율기들(256 및 264), 및 가산기들(260 및 268)의 기능들을 실행한다.
당업자는 다수의 변형들이 상술된 특정 실시예들에서 이루어 질 것을 이해할 것이다. 그러므로, 이후 청구항들은 도시되고 상술된 특정 실시예들에 제한되지 않는다. 원래 제공되어, 수정될 수 있는 청구항들은 현재 예측 또는 예상되지 않는 것들, 및 예를 들어 출원인들/특허권자들 및 다른이들로부터 발생할 수 있는 것들을 포함하여, 본 명세서에 개시된 실시예들 및 교시들의 변형들, 대안들, 수정들, 개선들, 등가물들, 및 실질적인 등가물들을 포함한다.

Claims (11)

  1. 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로에 있어서:
    상기 자이로스코프 내의 감지 소자의 출력으로부터의 변조 신호를 수신하도록 구성된 제 1 복조기로서, 상기 제 1 복조기는 상기 변조 신호를 참조하여 동상 복조 신호를 생성하는 상기 제 1 복조기;
    상기 자이로스코프 내의 상기 감지 소자의 상기 출력으로부터의 상기 변조 신호를 수신하도록 구성된 제 2 복조기로서, 상기 제 2 복조기는 상기 변조 신호를 참조하여 직교-위상 복조 신호를 생성하는 상기 제 2 복조기; 및
    상기 제 1 복조기의 출력으로부터의 상기 복조 동상 신호와 상기 제 2 복조기의 출력으로부터의 상기 복조 직교-위상 신호를 수신하도록 구성된 디지털 처리기로서:
    상기 동상 복조 신호와 상기 직교-위상 복조 신호를 참조하여 미리 결정된 축을 따른 상기 자이로스코프의 회전에 대응하는 출력 신호를 생성하여 상기 동상 신호로부터 상기 직교-위상 신호의 일부를 제거하도록 구성된 상기 디지털 처리기를 포함하는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 처리기는 또한:
    상기 디지털 데이터의 절대값을 감소시키기 위하여, 스케일링 인자가 곱해진 상기 직교 위상-신호의 데이터의 곱에 대응하는 스케일링된 데이터를 생성하고,
    상기 동상 신호에 대응하는 데이터와 상기 스케일링된 데이터 사이의 차이에 대응하는 다른 데이터를 갖는 상기 출력 신호를 생성하도록 구성된, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  3. 제 2 항에 있어서:
    상기 자이로스코프의 온도에 대응하는 신호를 생성하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 또한:
    절대 온도에 비례하는(PTAT) 감지 소자; 및
    상기 PTAT 감지 소자의 출력에 전기적으로 연결되고, 상기 PTAT에 의해 생성된 상기 신호에 대응하는 디지털 온도 데이터를 생성하도록 구성된 제 3 ADC를 포함하는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지털 처리기는 상기 온도 센서의 출력에 동작 가능하게 연결되고, 상기 디지털 처리기는 또한:
    상기 온도 센서로부터 상기 자이로스코프의 상기 온도에 대응하는 데이터를 수신하고;
    상기 자이로스코프의 상기 온도를 참조하여 상기 스케일링 인자를 조정하고;
    상기 직교-위상 신호에 대응하는 상기 디지털 데이터의 절대값을 줄이기 위하여, 상기 직교-위상 신호에 대응하는 상기 데이터에 조정된 스케일링 인자 를 곱하도록 구성되는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  6. 제 1 항에 있어서:
    상기 제 1 복조기와 상기 제 2 복조기에 동작 가능하게 연결된 위상 동기 루프 회로(phase lock loop circuit)를 더 포함하고, 상기 위상 동기 루프 회로는:
    상기 자이로스코프 내의 구동 축의 이동에 대응하는 신호를 수신하고;
    상기 제 1 복조기를 제어하기 위하여, 상기 구동 축으로부터의 상기 신호에 응답하여 미리 정해진 주파수에서 제 1 위상을 갖는 제 1 신호를 생성하고,
    상기 제 2 복조기를 제어하기 위하여, 상기 미리 정해진 주파수에서 상기 제 1 위상과 다른 제 2 위상을 갖는 제 2 신호를 생성하도록 구성되는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 대략 π/2 라디안만큼 다른, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  8. 제 6 항에 있어서:
    상기 자이로스코프 내의 상기 구동 축의 출력에 전기적으로 연결되는 커패시턴스-전압 컨버터를 더 포함하고,
    상기 위상 동기 루프 회로는 상기 위상 동기 루프 회로가 상기 자이로스코프 내의 상기 구동 축으로부터 상기 신호를 수신하는 것을 가능하게 하기 위하여, 상기 커패시턴스-전압 컨버터의 출력에 전기적으로 연결되는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  9. 제 1 항에 있어서:
    상기 자이로스코프 내의 상기 감지 소자의 상기 출력에 전기적으로 연결되는 커패시턴스-전압 컨버터를 더 포함하고;
    상기 제 1 복조기는 상기 커패시턴스-전압 컨버터의 출력에 전기적으로 연결되어 상기 커패시턴스-전압 컨버터로부터 상기 복조 신호를 수신하고,
    상기 제 2 복조기는 상기 커패시턴스-전압 컨버터의 상기 출력에 전기적으로 연결되어 상기 커패시턴스-전압 컨버터로부터 상기 복조 신호를 수신하는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  10. 제 1 항에 있어서:
    상기 제 1 복조기의 상기 출력에 전기적으로 연결되고 상기 동상 복조 신호에 대응하는 디지털 데이터를 생성하도록 구성되는 제 1 아날로그 디지털 변환기(ADC); 및
    상기 제 2 복조기의 상기 출력에 전기적으로 연결되고 상기 직교-위상 복조 신호에 대응하는 디지털 데이터를 생성하도록 구성되는 제 2 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 더 포함하고,
    상기 디지털 처리기는 상기 동상 복조 신호에 대응하는 상기 디지털 데이터를 수신하기 위하여 상기 제 1 ADC 의 출력에 연결되고, 상기 디지털 처리기는 상기 직교-위상 복조 신호에 대응하는 상기 디지털 데이터를 수신하기 위하여 상기 제 2 ADC의 출력에 연결되는, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 ADC와 상기 제 2 ADC는 델타-시그마 변조기들인, 자이로스코프로부터의 신호들을 처리하기 위한 회로.
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