KR20190005196A - 자이로스코프 신호 복조 방법 및 그 장치 - Google Patents

자이로스코프 신호 복조 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신호들을 처리하기 위한 방법에 관한 것이며, 신호들은 장치의 자이로스코프에 의해 생성되고, 신호들 중 변조된 신호는 장치의 복조기에 의해 수신되고, 제1 방법 단계에서, 제1 시간 간격 동안, 직교 위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기에 의해 복조되고, 제2 방법 단계에서, 직교 위상 신호는 장치의 저장 유닛 내에 저장되고, 제3 방법 단계에서, 제2 시간 간격 동안, 동위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기를 통해 복조되며, 제4 방법 단계에서, 동위상 신호로부터, 정의된 감지 축을 중심으로 하는 자이로스코프의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성된다.

Description

자이로스코프 신호 복조 방법 및 그 장치
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는 방법에 관한 것이다.
자이로스코프의 신호들을 처리하기 위한 방법은 일반적으로 공지되어 있다.
전자 단말기들에서 예컨대 자이로스코프와 같은 센서들의 이용; 및 예컨대 건물에서의 내비게이션 및 확장 현실(extended reality)과 같은 응용 프로그램들을 위한 센서들의 이용은 점점 더 인기를 얻고 있다.
단말기들 또는 응용 프로그램들의 우수한 성능을 달성하기 위해, 이용되는 자이로스코프들은 드리프트(drift)에 대한 자신들의 장기 안정성 및 자신들의 견고성과 관련하여 높은 요건을 충족해야 한다. 여기서 드리프트는 어느 한 방향으로 지속적으로 변동되는 계통 효과(systematic effect)를 의미한다.
통상 우수한 성능은, 폐루프 제어 회로들, 또는 피드백을 이용한 전기 회로들(폐루프 아키텍처들)이 이용되는 것을 통해 달성된다. 그러나 여기서 단점은, 피드백을 이용한 전기 회로들이 피드백을 이용하지 않는 전기 회로들과 달리 상대적으로 더 높은 에너지 소모량을 나타낸다는 점에 있다. 피드백을 이용하지 않는 전기 회로들과 비교되는, 피드백을 이용한 전기 회로들의 추가 단점은, 마이크로 기계식 센서들의 경우 MEMS 유닛(마이크로 전기-기계식 시스템 유닛)뿐만 아니라 ASIC 유닛(응용 주문형 집적 회로)이 상대적으로 더 큰 면적을 필요로 한다는 점에 있다.
피드백을 이용하지 않는 전기 회로들과 비교되는, 피드백을 이용한 전기 회로들의 상기 단점; 및 피드백을 이용하지 않는 전기 회로들의 상대적으로 더 낮은 복잡성;으로 인해, 보통 피드백을 이용하지 않는 전기 회로들이 사용자 응용 프로그램들을 위해 이용되고 있다.
자이로스코프들의 드리프트에 대한 불충분한 장기 안정성 및 불충분한 견고성에 대한 주 원인들 중 하나는 복조 위상에서 직교 위상 신호 및 오차의 사인(sine)의 곱에서의 변화에 있다. 자이로스코프들의 드리프트에 대한 향상된 장기 안정성 및 충분한 견고성을 위한 여러 가지 해결책은 이미 제안되었다.
예컨대 US 7,290,435 B2호 및 US 2014/0190258 A1호는, 직교 위상 신호가 이미 자이로스코프에 의해 생성되는 신호의 측정 전 사전 준비 단계에서 신호에서 제거되거나 감산되는 점을 개시하고 있다. 또한, US 2015/0057959 A1호는, 직교 위상 신호가 측정되고 그에 이어 적합한 계수로 주 신호 또는 동위상 신호에서 감산되는 점을 개시하고 있다.
본 발명의 과제는, 자이로스코프의 신호들을 처리하기 위한, 종래 기술의 대안인 방법을 제공하는 것에 있다. 이와 함께, 또 다른 과제는, 특히 본 발명에 따른 방법을 이용하여, 자원 보호, 공간 절약 및 비용 효과적 방식으로, 자이로스코프들의 드리프트에 대한 장기 안정성 및 견고성이 가능해지도록 하는 것에 있다.
상기 과제는,
-- 제2 방법 단계에서, 직교 위상 신호가 장치의 저장 유닛 내에 저장되고,
-- 제3 방법 단계에서, 제2 시간 간격 동안, 동위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기에 의해 복조되며,
-- 제4 방법 단계에서, 동위상 신호로부터, 정의된 감지 축을 중심으로 하는 자이로스코프의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성된다.
이로써, 특히 제2 방법 단계에서, 직교 위상 신호가 장치의 저장 유닛 내에 저장되고 그에 따라 이후의 이용을 위해 준비되는 것을 통해, 예컨대 트림 가능 용량 분할기(trimmable capacitive divider), 아날로그/디지털 변환기 및 필터와 같은 아날로그 회로들의 구성요소들을 생략할 수 있다. 이로써, 방법이 마련되며, 그럼으로써 자이로스코프를 포함하는 마이크로 기계식 부품의 ASIC 상에서 면적 및 에너지 소모량의 감소를 위한 추가 가능성이 가능해지며, 이는 특히 차세대 자이로스코프들 또는 자이로스코프를 포함하는 차세대 마이크로 기계식 부품들의 개발을 위해 주요하다.
아날로그 회로들의 구성요소들의 감소는 특히, 본 발명에 따른 방법에 의해, 정의된 감지 축을 위한 오직 하나의 감지 경로만을 포함하는 장치가 가능해지는 것을 통해 가능하다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 방법은, 본원의 장치가, 정의된 축마다 단지 하나의 감지 경로만을 포함하는 것을 가능하게 한다. 이런 경우, 하나의 감지 경로에 걸쳐서, 시간 분할을 통해, 특히 제1 시간 간격과 제2 시간 간격으로의 분할을 통해 직교 위상 신호뿐만 아니라 동위상 신호 역시도 판독 출력된다.
이로써, 종래 기술의 대안이 되는, 자이로스코프의 신호들을 처리하기 위한 방법이 마련되며, 자이로스코프들의 드리프트에 대한 장기 안정성 및 견고성은 자원 보호, 공간 절약 및 비용 효과적 방식으로 가능해진다. 특히 본 발명에 따른 방법을 통해 직교 위상 신호들의 변동을 통해 발생하는, 자이로스코프들의 출력 신호들의 상기 드리프트들은 상쇄될 수 있다. 이런 경우, 직교 위상 신호들의 변동들은 보통 제조 단계들, 납땜 단계들, 온도, 또는 특히 자이로스코프의 유효수명 동안의 노후화 현상들로 인한 응력 상태들의 원인이다.
본 발명에 따라서 바람직하게 자이로스코프는 MEMS를 기반으로 하는 자이로스코프, 또는 MEMS 자이로스코프이다.
본 발명의 바람직한 구현예들 및 개선예들은 종속 청구항들에서, 그리고 도면들을 참조로 하는 기재내용에서 추론될 수 있다.
바람직한 일 개선예에 따라서,
-- 제4 방법 단계에서, 출력 신호의 생성을 위해, 일 맵핑(mapping)이 본원의 장치의 프로세서 유닛 내에서 직교 위상 신호 및 동위상 신호에 적용된다. 이로써, 바람직하게는, 변조된 신호에 대한 직교 위상 신호의 피드백이 필요하지 않으면서, 정의된 감지 축을 중심으로 하는 센서 요소의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 실질적으로 직교 위상이 제거되는 방식으로 공급되는 점, 그리고 그에 따라 가능한 피드백 루프의 구성요소들은 절약될 수 있는 점이 가능해진다.
바람직한 일 개선예에 따라서,
-- 제5 방법 단계에서, 변조된 신호의 생성을 위해, 추가 맵핑이 본원의 장치의 센서 채널 내에서 신호들 중 미가공 신호(raw signal), 그리고 직교 위상 신호에 적용된다. 이로써, 바람직하게는, 본원의 장치의 프로세서 유닛 내에 추가 방법 단계들이 실행되어야 하거나 추가 구성요소들이 제공되어야 하는 필요 없이, 정의된 감지 축을 중심으로 하는 센서 요소의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 실질적으로 직교 위상이 제거되는 방식으로 공급되는 점이 가능해진다.
본 발명의 추가 대상은 신호들을 처리하기 위한 장치이며, 상기 장치는, 신호들이 장치의 자이로스코프에 의해 생성되고, 신호들 중 변조된 신호는 장치의 복조기에 의해 수신되며,
-- 제1 방법 단계에서, 제1 시간 간격 동안, 직교 위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기에 의해 복조되는 방식으로 구성되며,
그에 추가로, 상기 장치는,
-- 제2 방법 단계에서, 직교 위상 신호는 장치의 저장 유닛 내에 저장되고,
-- 제3 방법 단계에서, 제2 시간 간격 동안, 동위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호는 복조기를 통해 복조되며,
-- 제4 방법 단계에서, 동위상 신호로부터, 정의된 감지 축을 중심으로 하는 자이로스코프의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성되는 방식으로 구성된다.
바람직한 일 개선예에 따라서, 상기 장치는,
-- 제4 방법 단계에서, 출력 신호의 생성을 위해, 일 맵핑이 장치의 프로세서 유닛 내에서 직교 위상 신호 및 동위상 신호에 적용되는 방식으로 구성된다.
바람직한 일 개선예에 따라서, 상기 장치는,
-- 제5 방법 단계에서, 변조된 신호의 생성을 위해, 추가 맵핑이 장치의 센서 채널 내에서 신호들 중 미가공 신호, 그리고 직교 위상 신호에 적용되는 방식으로 구성된다.
본 발명에 따른 방법의 전술한 장점들은 본 발명에 따른 장치에도 그에 상응하게 적용된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 방법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래 기술로부터 공지된 장치를 도시한 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 장치들을 도시한 개략도들이다.
상이한 도면들에서, 동일한 부재들에는 항상 동일한 도면부호들이 부여되며, 그로 인해 상기 동일한 부재들은 일반적으로 각각 단 한 번만 명명되거나 언급된다.
도 1에는, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 방법의 개략도가 도시되어 있으며, 신호들을 처리하기 위한 방법이 제공되며, 신호들은 장치(200)의 자이로스코프(1)에 의해 생성된다. 이런 경우, 신호들 중 변조된 신호는 장치(200)의 복조기(5)에 의해 수신된다. 본원의 방법은 제1 방법 단계(101), 제2 방법 단계(102), 제3 방법 단계(103) 및 제4 방법 단계(104)를 포함한다. 제1 방법 단계(101)에서, 제1 시간 간격 동안, 직교 위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)에 의해 복조된다. 또한, 제2 방법 단계(102)에서, 직교 위상 신호는 장치(200)의 저장 유닛(7) 내에 저장된다. 또한, 제3 방법 단계(103)에서, 제2 시간 간격 동안, 동위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)를 통해 복조된다. 마지막으로, 제4 방법 단계(104)에서, 동위상 신호로부터, 정의된 감지 축을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성된다.
도 2에는, 종래 기술로부터 공지된 장치(200)의 개략도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 장치들(200)의 개략도들이 도시되어 있다.
장치(200)는 자이로스코프(1), 프로세서 유닛(9) 및 센서 채널(11)을 포함한다. 또한, 장치(200)는 추가 센서 채널(13), 제3 센서 채널(15), 커패시턴스-전압 변환기(17), 진폭 제어기(19), 위상 고정 루프(21)(phase-locked loop) 및 온도 센서(23)도 포함한다.
장치(200)의 경우, 자이로스코프(1)는, 예컨대 MEMS 자이로스코프와 같은 진동 자이로스코프이다. 이런 경우, 자이로스코프(1)는, 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하고, 정의된 추가 감지 축(202)을 중심으로 하고, 정의된 제3 감지 축(203)을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전이 검출될 수 있는 방식으로 구성된다. 이런 경우, 감지 축(201), 추가 감지 축(202) 및 제3 감지 축(203)은 실질적으로 서로 수직으로 배열된다. 또한, 자이로스코프(1)는, 자이로스코프(1)에 의해 신호들이 생성되는 방식으로 구성되며, 여기서 신호들은 미가공 신호들, 바람직하게는 변조된 미가공 신호들을 포함한다. 이런 경우, 신호들은, 진동하는 시험 질량(testing mass)의 운동과 관련하는, 그리고 감지 축(201), 추가 감지 축(202) 및 제3 감지 축(203) 각각을 중심으로 하는 자이로스코프의 회전과 관련하는 미가공 신호들을 포함한다.
또한, 자이로스코프(1)는 구동부(25)를 포함한다. 구동부(25)는, 감지 축(201), 추가 감지 축(202) 및 제3 감지 축(203)에 각각 할당되는 시험 질량들이, 주파수가 기결정된 조건에서, 감지 축(201), 추가 감지 축(202) 및 제3 감지 축(203) 각각을 중심으로 하는 자이로스코프의 회전 동안 실질적으로 각각의 구동 방향들 및 감지 축들에 대해 수직으로 시험 질량들에 작용하는 힘들로 인해 미가공 신호들이 생성되도록, 여기되는 방식으로 구성된다. 이를 위해, 구동부(25)는, 기결정 주파수들의 조건에서 각각의 시험 질량들을 진동시키기 위해 구동 신호를 수신한다.
센서 채널(11)은 감지 축(201)의 출력단과 전기로 연결되어 있으며, 그럼으로써 감지 축(201)의 진동하는 시험 질량에 작용하는 힘 작용과 관련한 미가공 신호는 감지 축(201)의 출력단에서 센서 채널(11)로 전송되게 된다. 센서 채널(11)은 추가 커패시턴스-전압 변환기(27)를 포함하며, 이 추가 커패시턴스-전압 변환기(27)는, 감지 축(201)의 변조된 커패시턴스-출력 신호의 미가공 신호가, 변조된 볼트 신호로 변환되는 방식으로 구성된다.
또한, 센서 채널(11)은 I/Q 복조기를 포함하며, 이 I/Q 복조기는 동위상 복조기(29)와 직교 위상 복조기(31)를 포함한다. 이런 경우, 동위상 복조기(29) 및 직교 위상 복조기(31)는 커패시턴스-전압 변환기(27)의 출력단과 전기 전도 방식으로 연결되어 있으며, 그럼으로써 감지 축(201)의 변조된 볼트 신호는 동위상 복조기(29) 및 직교 위상 복조기(31)에 의해 수신되게 된다. 또한, 동위상 복조기(29) 및 직교 위상 복조기(31)는, 감지 축(201)의 변조된 볼트 신호가 위상 고정 루프(21)에서부터 동위상 복조기(29) 및 직교 위상 복조기(31)로 전송된 동위상 추적 신호들 및 직교 위상 추적 신호들에 대한 응답으로서 복조되도록 인버터로서 형성된다. 이런 경우, 장치(200)는, 동위상 복조기(29)가 위상 고정 루프(21)의 동위상 출력단과 연결됨으로써 동위상 추적 신호가 위상 고정 루프(21)에서부터 동위상 복조기(29)로 전송되고, 직교 위상 복조기(31)는 위상 고정 루프(21)의 직교 위상 출력단과 연결됨으로써 직교 위상 추적 신호가 위상 고정 루프(21)에서부터 직교 위상 복조기(31)로 전송되는 방식으로 형성된다. 이런 경우, 동위상 추적 신호들과 직교 위상 추적 신호들은 상호 간에 90°만큼 위상 변위된 방식으로 제공된다. 또한, 감지 축(201)의 변조된 볼트 신호는, 변조된 볼트 신호의 동위상 성분, 또는 동위상 신호가 생성되도록, 동위상 복조기(29)에 의해 복조된다. 또한, 감지 축(201)의 변조된 볼트 신호는, 변조된 볼트 신호의 직교 위상 성분, 또는 직교 위상 신호가 생성되도록, 직교 위상 복조기(31)에 의해 복조된다.
또한, 센서 채널(11)은 아날로그/디지털 변환기(33)와 추가 아날로그/디지털 변환기(35)를 포함한다. 이런 경우, 아날로그/디지털 변환기(33)에 의해, 아날로그 동위상 신호에서 디지털 동위상 신호가 생성된다. 또한, 추가 아날로그/디지털 변환기(35)에 의해서는, 아날로그 직교 위상 신호에서 디지털 직교 위상 신호가 생성된다.
추가 센서 채널(13) 및 제3 센서 채널(15)은, 추가 감지 축(202) 및 제3 감지 축(203)과 관련하여, 실질적으로 감지 축(201)과 관련한 센서 채널(11)처럼 형성되고 구성된다.
장치(200)의 구동부(25)는 장치(200)의 진폭 제어기(19)로부터 구동 신호를 수신한다. 이런 경우, 진폭 제어기(19)는, 기결정 주파수들의 조건에서 각각의 시험 질량들을 특정한 진폭들로 진동시키거나, 또는 특정한 진폭들에서 유지하기 위해, 구동부(25)의 구동을 위한 구동 신호의 진폭을 각각 제어하고 결정한다. 이런 경우, 진폭 제어기(19) 및 위상 고정 루프(21)는, 폐루프 제어 회로에서 구동부(25)를 폐루프 제어한다. 이런 경우, 구동부(25)의 출력 신호는 커패시턴스-전압 변환기(17)로 전송된다. 커패시턴스-전압 변환기(17)는, 상기 전송된 출력 신호에서, 구동부(25)의 구동축을 따르는 진동에 상응하는 전압 신호를 생성한다. 전압 신호는 커패시턴스-전압 변환기(17)에서 위상 고정 루프(21)로 전송된다. 전압 신호로부터는, 위상 고정 루프(21)에 의해 구동 신호의 주파수 및 위상을 결정하기 위한 추적 신호가 생성된다. 위상 고정 루프(21)는 자이로스코프(1)의 하나 또는 복수의 시험 질량의 운동 또는 진동을 묘사하는, 시간에 따른 추적 신호를 생성한다. 상기 추적 신호는 실질적으로 동위상 추적 신호에 상응하며, 동위상 추적 신호는 위상 고정 루프(21)에서 진폭 제어기(19)로 전송된다. 이로써, 진폭 제어기는, 구동 신호의 진폭, 위상 및 주파수가 각각의 시험 질량들의 실제 운동에 매칭되는 방식으로, 위상 고정 루프(21)에 의해 폐루프 제어된다. 또한, 동위상 추적 신호는 위상 고정 루프(21)에서부터 동위상 복조기(29)를 폐루프 제어하기 위한 동위상 복조기(29)로 전송된다. 위상 고정 루프(21)는 위상 변위 회로(37)를 포함하며, 위상 변위 회로(37)는 위상 고정 루프(21)의 위상 고정 루프 유닛(39)에 의해 생성된 동위상 추적 신호를 90°만큼 위상 변위하고 그에 따라 직교 위상 복조기(31)를 폐루프 제어하기 위한 직교 위상 추적 신호를 포함한다.
구동부(25), 동위상 복조기(29) 및 직교 위상 복조기(31)는 위상 고정 루프(21)의 출력 신호들에 의해 폐루프 제어된다. 예컨대 자이로스코프(1)의 내부에서의 온도 영향들로 인해, 변조된 볼트 신호에서, 그리고 그에 따라 동위상 신호 및 직교 위상 신호에서 위상 변위 오차가 발생한다.
온도 센서(23)에 의해서는, 자이로스코프(1)의 온도의 정보를 포함하는 아날로그 온도 신호가 생성된다. 아날로그 온도 신호는 온도 센서(23)에서 제3 아날로그/디지털 변환기(41)로 전송되며, 그리고 이 제3 아날로그/디지털 변환기(41)에 의해 프로세서 유닛(9) 내에서의 추가 처리를 위한 디지털 온도 신호로 변환된다. 이로써, 온도 센서(23) 및 제3 아날로그/디지털 변환기(41)는 온도 데이터를 공급하며, 이 온도 데이터로부터는 직교 위상 신호로의 적용을 위한 계수가 도출된다. 이런 경우, 위상 변위 오차 또는 이 위상 변위 오차의 크기는 자이로스코프의 온도에 따라 결정되는 것으로 상정된다.
장치(200)는, 아날로그/디지털 변환기(33)의 디지털 동위상 신호들, 추가 아날로그/디지털 변환기(35)의 디지털 직교 위상 신호들 및 제3 아날로그/디지털 변환기(41)의 디지털 온도 신호들이 프로세서 유닛(9)을 통해 수신되는 방식으로 구성된다. 또한, 프로세서 유닛(9)은, 정의된 추가 감지 축(202) 및 정의된 제3 감지 축(203)을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전에 관한 추가 센서 채널(13) 및 제3 센서 채널(15)의 디지털 동위상 신호들 및 디지털 직교 위상 신호들이 프로세서 유닛(9)을 통해 수신되는 방식으로도 구성된다.
프로세서 유닛(9)은 저역 통과 필터(43), 추가 저역 통과 필터(45) 및 제3 저역 통과 필터(47)를 포함한다. 이런 경우, 저역 통과 필터(43)는 필터링된 디지털 온도 신호의 생성을 위한 디지털 온도 신호에 적용되고, 추가 저역 통과 필터(45)는 필터링된 디지털 동위상 신호의 생성을 위한 디지털 동위상 신호에 적용되며, 제3 저역 통과 필터(47)는 필터링된 디지털 직교 위상 신호의 생성을 위한 디지털 직교 위상 신호에 적용된다. 이로써, 특히, 디지털 동위상 신호와 디지털 직교 위상 신호의 혼합 곱(mixed product)이면서 (반송 주파수와 비교하여) 배가된 주파수를 갖는 상기 혼합 곱이 필터링되는 점이 가능해진다.
프로세서 유닛(9)은, 승산기(51)를 이용하여, 상수(49), 예컨대 상수 c1과 필터링된 디지털 온도 신호를 곱하며, 그리고 그에 이어서 가산기(55)를 이용하여, 제1 상수(49)와 곱해지고 필터링된 디지털 온도 신호에 추가 상수(53), 예컨대 상수 c0을 가산한다. 이런 경우, 상수(49) 및 추가 상수(53)는 프로세서 유닛(9)에 할당된 추가 저장 유닛 내에 저장된다.
또한, 프로세서 유닛은 추가 승산기(57)도 포함하며, 이 추가 승산기(57)에 의해서는 가산기(55)의 출력값 또는 계수가 제3 저역 통과 필터(47)의 출력값과, 또는 크기 조정되는 필터링된 디지털 직교 위상 신호의 생성을 위한 필터링된 디지털 직교 위상 신호와 곱해진다. 이런 경우, 승산기(57)는 -1과의 곱셈을 포함하며, 그럼으로써 크기 조정되고 필터링된 음의 디지털 직교 위상 신호가 승산기(57)에 의해 공급되게 된다.
또한, 프로세서 유닛(9)은 추가 가산기(59)를 포함하며, 이 추가 가산기(59)에 의해서는 크기 조정되고 필터링된 음의 디지털 직교 위상 신호와 필터링된 디지털 동위상 신호가 가산되며, 그리고 그에 따라 추가 가산기(59)에 의해, 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성되고 공급된다. 이로써, 프로세서 유닛(9)을 통해서는, 위상 변위 오차에서의 변동을 상쇄시키고 출력 신호에 대한 위상 변위 오차들의 영향을 최소화하기 위해, 계수가, 온도 센서(23)에 의해 측정된 온도를 기반으로, 그리고 자이로스코프(1)의 보정 데이터를 기반으로 동적으로 매칭된다. 달리 말하면, 필터링된 디지털 동위상 신호에서 위상 변위 오차를 통해 야기되는 직교 위상 신호의 성분은 동위상 신호에서 감산되며, 그럼으로써 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하는 센서 요소(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호는 실질적으로 직교 위상이 제거되는 방식으로 공급되게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된, 신호들을 처리하기 위한 장치(200)는, 신호들이 장치(200)의 자이로스코프(1)에 의해 생성되고 신호들 중 변조된 신호는 장치(200)의 복조기(5)에 의해 수신되는 방식으로 구성된다. 또한, 장치(200)는, 제1 시간 간격 동안, 직교 위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)에 의해 복조되는 방식으로 구성된다. 또한, 장치(200)는, 직교 위상 신호가 장치(200)의 저장 유닛(7) 내에 저장되는 방식으로 구성된다. 또한, 장치(200)는, 제2 시간 간격 동안, 변조된 신호가, 동위상 신호가 생성되고, 이 동위상 신호로부터는, 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성되도록, 복조기(5)를 통해 복조되는 방식으로 구성된다.
이런 경우, 도 3 및 도 4에 도시된 센서 채널(11)은 예시로서 오직 복조기(5) 및 제3 아날로그/디지털 변환기(61)만을 포함한다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시된 프로세서 유닛은 예시로서 제4 저역 통과 필터(63) 및 컨트롤러(65)도 포함한다.
도 2에 도시된 장치(200)와 달리, 도 3 및 도 4에 예시로서 도시된 장치(200)는 각각 정의된 감지 축(201), 정의된 추가 감지 축(202) 및 정의된 제3 감지 축(203)을 위해 오직 하나의 감지 경로만을 포함한다. 달리 말하면, 본 발명에 의해, 예컨대 각각의 감지 경로에서, 하나의 복조기, 하나의 아날로그/디지털 변환기 및 하나의 저역 통과 필터가 생략될 수 있다. 이런 경우, 도 3 및 도 4에 예시로서 도시된 장치(200)에서, 하나의 감지 경로 내에서 직교 위상 신호뿐만 아니라 동위상 신호 역시도 판독 출력된다. 이는, 장치(200)가, 예컨대 복조기(5)가 위상 고정 루프(21)의 동위상 출력단과, 그리고 위상 고정 루프(21)의 직교 위상 출력단과 연결 가능하게 형성되는 방식으로 구성되는 것을 통해 가능해진다. 또한, 장치(200)는, 예컨대 교호적으로 직교 위상 추적 신호가 특히 제1 시간 간격 동안 위상 고정 루프(21)에서 복조기(5)로 전송되고 동위상 추적 신호는 특히 제2 시간 간격 동안 위상 고정 루프(21)에서 복조기(5)로 전송되는 방식으로도 구성된다. 이런 경우, 예컨대, 장치(200)는, 컨트롤러(65)가 직교 위상 출력단과 동위상 출력단 및 위상 고정 루프(21) 각각을 스위칭하는 방식으로 구성된다. 이는 예시로서 도 3 및 도 4 내에 화살표를 통해 도시되어 있다.
예컨대, 도 3 및 도 4에 도시된 장치(200)의 경우, 매번 제1 방법 단계(101)에서 직교 위상 신호가 생성될 때마다, 직교 위상 신호는 장치(200)의 저장 유닛(7) 내에, 바람직하게는 디지털 저장 유닛(7) 내에 저장된다. 예컨대, 이런 경우, 저장된 직교 위상 신호는, 동위상 신호의 보상을 위해, 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하는 센서 요소(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 실질적으로 직교 위상이 제거되는 방식으로 공급되도록 이용된다.
예컨대 장치(200)는, 제4 방법 단계(104)에서 출력 신호의 생성을 위해 일 맵핑이 장치(200)의 프로세서 유닛(9) 내에서 직교 위상 신호 및 동위상 신호에 적용되는 방식으로 형성된다.
또한, 본 발명에 따라서, 바람직하게는,
-- 제6 방법 단계에서, 바람직하게는 컨트롤러(65)를 통해, 복조기(5)는 위상 고정 루프(21)의 직교 위상 출력단과 연결된다. 추가로 바람직하게는, 제6 방법 단계에서, 장치(200)의 아날로그 회로는, 직교 위상 신호들, 또는 변조된 신호의 직교 위상 성분들이 아날로그 회로에 의해 전송될 수 있는 방식으로 구성된다. 특히 바람직하게는 제6 방법 단계는 시간상 제1 방법 단계(101) 전에 실행된다.
예컨대 시간상 제6 방법 단계 후에, 직교 위상 측정, 바람직하게는 단일의 직교 위상 측정이 실행되거나, 또는 제1 방법 단계(101)가 실행된다.
또한, 예컨대 시간상 제1 방법 단계(101) 후에, 각각의 채널에 대한, 또는 센서 채널(11), 추가 센서 채널(13) 및 제3 센서 채널(15)에 대한 결과 값이 저장 유닛(7), 바람직하게는 디지털 저장 유닛(7) 내에, 또는 각각의 센서 채널들에 할당된 저장 유닛들 내에 저장되거나, 또는 제2 방법 단계(102)가 실행된다.
또한, 본 발명에 따라서 바람직하게는, 바람직하게 시간상 제2 방법 단계(102) 후에,
-- 제7 방법 단계에서, 바람직하게는 컨트롤러(65)를 통해, 복조기(5)는 위상 고정 루프(21)의 동위상 출력단과 연결된다. 추가로 바람직하게는, 제7 방법 단계에서, 장치(200)의 아날로그 회로는, 동위상 신호들, 또는 변조된 신호의 동위상 성분들이 아날로그 회로에 의해 전송될 수 있는 방식으로 구성된다. 특히 바람직하게는, 제7 방법 단계는 시간상 제2 방법 단계(102) 후에 실행된다.
예컨대 시간상 제7 방법 단계 후에는, 1회의 동위상 측정, 바람직하게는 복수 회의 동위상 측정이 실행되거나, 또는 제3 방법 단계(103)가 실행된다.
또한, 예컨대, 시간상 제3 방법 단계 후에, 1회의 동위상 측정의 결과, 또는 복수 회의 동위상 측정 각각의 결과들 및 직교 위상 측정의 저장된 결과 값, 바람직하게는 상수로, 특히 바람직하게는 제1 상수(49) 및 추가 상수(53)로 곱해져서 저장된 직교 위상 측정의 결과 값이 가산되며, 그리고 그에 따라 출력 신호가 생성되거나, 또는 제4 방법 단계(104)가 실행된다. 이런 경우, 예컨대 상수 및/또는 제1 상수(49) 및/또는 추가 상수(53)는 측정, 모사(simulation) 및/또는 계산을 통해 결정될 수 있다. 바람직하게는, 상수 및/또는 제1 상수(49) 및/또는 추가 상수(53)는, 각각 온도에 따라서, 바람직하게는 온도 센서를 통해 측정되는 온도에 따라서 측정, 모사 및/또는 계산을 통해 결정될 수 있다.
또한, 시간상 제4 방법 단계 후에, 제8 방법 단계에서, 출력 신호는 장치(200)의 제3 저장 유닛 내에, 또는 장치(200)에 할당된 제3 저장 유닛 내에 저장된다. 바람직하게 제3 저장 유닛은 출력 레지스터이다.
또한, 예컨대 직교 위상 측정 또는 제1 방법 단계(101)는 오직 자이로스코프(1)의 스타트 단계 동안에만 실행된다. 그러나 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 예컨대 직교 위상 측정 또는 제1 방법 단계(101)는 자이로스코프(1)의 작동 동안 여러 시점에서, 바람직하게는 규칙적으로 연속되는 시점들에서 실행되기도 한다. 그러나 그 밖에 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 예컨대 직교 위상 측정 또는 제1 방법 단계(101)는 외부 영향, 바람직하게는 온도 변화를 통해 트리거링되기도 한다. 그러나 마지막으로, 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 직교 위상 측정 또는 제1 방법 단계(101)는 사용자 입력에 따라서, 또는 예컨대 사용자에 의해 적합한 유지를 위해, 예컨대 장치(200) 또는 자이로스코프(1)의 리셋 동안 실행되기도 한다.
바람직하게는, 장치(200)는 마이크로 기계식 부품(3)을 포함하며, 이 마이크로 기계식 부품(3)은 자이로스코프(1) 및 ASIC를 포함한다. 특히 바람직하게는, ASIC는 센서 채널(11), 추가 센서 채널(13), 제3 센서 채널(15), 커패시턴스-전압 변환기(17), 진폭 제어기(19), 위상 고정 루프(21), 프로세서 유닛(9), 온도 센서(23) 및 제3 아날로그/디지털 변환기(41)를 포함한다. 그러나 그 대안으로 바람직하게는, ASIC는 오직 센서 채널(11), 추가 센서 채널(13), 제3 센서 채널(15), 커패시턴스-전압 변환기(17), 진폭 제어기(19), 위상 고정 루프(21), 프로세서 유닛(9), 온도 센서(23) 및 제3 아날로그/디지털 변환기(41)의 부분 집합만을 포함하기도 한다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 방법은, 자이로스코프(1)를 포함하는 마이크로 기계식 부품(3) 내에서, 또는 이 마이크로 기계식 부품(3)의 ASIC 내에서, 또는 적어도 부분적으로 마이크로 기계식 부품(3) 또는 이 마이크로 기계식 부품(3)의 ASIC에 할당된 외부 유닛, 바람직하게는 외부 컨트롤러, 특히 바람직하게는 외부 마이크로 컨트롤러 내에서 완전하게 실행된다.
또한, 예컨대 장치(200)는, 직교 위상, 또는 직교 위상 신호들, 또는 변조된 신호의 직교 위상 성분들이 자이로스코프 내의 힘 신호들에 의해 억제되거나, 또는 변조된 신호에서 소거되는 방식으로 구성된다. 그러나 예컨대 장치(200)는, 직교 위상, 또는 직교 위상 신호들, 또는 변조된 신호의 직교 위상 성분들이 변조된 신호들의 장치의 사전 준비 단계에서 전기 보상에 의해 보상되는 방식으로 구성되기도 한다.
이를 위해, 도 4에 예시로서 도시된 장치(200)는,
-- 제5 방법 단계에서, 변조된 신호의 생성을 위해, 추가 맵핑이 장치(200)의 센서 채널(11) 내에서 신호들 중 미가공 신호, 그리고 직교 위상 신호에 적용되는 방식으로 구성된다. 달리 말하면, 장치(200)는, 제5 방법 단계에서, 저장된 직교 위상 신호가 저장 유닛(7)에서부터 직교 위상 보상 유닛(67), 바람직하게는 직교 위상 보상을 위한 회로로, 그리고 직교 위상 보상 유닛(67)에서부터 추가 커패시턴스-전압 변환기(27)를 경유하여 전송되며, 그리고 폐루프 제어 회로의 문맥에서의 미가공 신호로 공급되는 방식으로 구성된다.
본 발명에 따라 바람직하게는, 도 4에 도시된 장치(200)는, 시간상 제5 방법 단계 후에, 1회의 동위상 측정, 바람직하게는 복수 회의 동위상 측정이 실행되거나, 또는 제3 방법 단계(103)가 실행된다. 마지막으로, 도 4에는, 장치(200)가 구동부(25)를 폐루프 제어하면서 구동하기 위한 구동 제어기(69)를 포함하는 것이 도시되어 있다.

Claims (6)

  1. 신호를 처리하기 위한 방법으로서, 신호들은 장치(200)의 자이로스코프(1)에 의해 생성되고, 신호들 중 변조된 신호는 장치(200)의 복조기(5)에 의해 수신되며,
    -- 제1 방법 단계(101)에서, 제1 시간 간격 동안, 직교 위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)에 의해 복조되는 것인, 상기 신호 처리 방법에 있어서,
    -- 제2 방법 단계(102)에서, 상기 직교 위상 신호는 장치(200)의 저장 유닛(7) 내에 저장되고,
    -- 제3 방법 단계(103)에서, 제2 시간 간격 동안, 동위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)를 통해 복조되며,
    -- 제4 방법 단계(104)에서, 상기 동위상 신호로부터, 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는, 신호 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    -- 제4 방법 단계(104)에서, 상기 출력 신호의 생성을 위해, 일 맵핑이 장치(200)의 프로세서 유닛(9) 내에서 상기 직교 위상 신호 및 상기 동위상 신호에 적용되는, 신호 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    -- 제5 방법 단계에서, 상기 변조된 신호의 생성을 위해, 추가 맵핑이 장치(200)의 센서 채널(11) 내에서 상기 신호들 중 미가공 신호, 및 상기 직교 위상 신호에 적용되는, 신호 처리 방법.
  4. 신호들을 처리하기 위한 장치(200)로서, 장치(200)는, 신호들이 장치(200)의 자이로스코프(1)에 의해 생성되고, 신호들 중 변조된 신호는 장치(200)의 복조기(5)에 의해 수신되도록 구성되며, 이때
    -- 제1 방법 단계(101)에서, 제1 시간 간격 동안, 직교 위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)에 의해 복조되는, 상기 신호 처리 장치에 있어서,
    장치(200)는,
    -- 제2 방법 단계(102)에서, 상기 직교 위상 신호가 장치(200)의 저장 유닛(7) 내에 저장되고,
    -- 제3 방법 단계(103)에서, 제2 시간 간격 동안, 동위상 신호가 생성되도록, 상기 변조된 신호가 복조기(5)를 통해 복조되며,
    -- 제4 방법 단계(104)에서, 상기 동위상 신호로부터, 정의된 감지 축(201)을 중심으로 하는 자이로스코프(1)의 회전의 묘사를 위한 출력 신호가 생성되는
    방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 신호 처리 장치(200).
  5. 제4항에 있어서, 장치(200)는,
    -- 제4 방법 단계(104)에서, 상기 출력 신호의 생성을 위해, 일 맵핑이 장치(200)의 프로세서 유닛(9) 내에서 상기 직교 위상 신호 및 상기 동위상 신호에 적용되는
    방식으로 구성되는, 신호 처리 장치(200).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 장치(200)는,
    -- 제5 방법 단계에서, 상기 변조된 신호의 생성을 위해, 추가 맵핑이 장치(200)의 센서 채널(11) 내에서 상기 신호들 중 미가공 신호, 및 상기 직교 위상 신호에 적용되는
    방식으로 구성되는, 신호 처리 장치(200).
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