KR20200005991A - Ｍｅｍｓ 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 방법들 및 시스템들 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 방법들 및 시스템들 Download PDF

Info

Publication number
KR20200005991A
KR20200005991A KR1020190072283A KR20190072283A KR20200005991A KR 20200005991 A KR20200005991 A KR 20200005991A KR 1020190072283 A KR1020190072283 A KR 1020190072283A KR 20190072283 A KR20190072283 A KR 20190072283A KR 20200005991 A KR20200005991 A KR 20200005991A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
response signal
inertial sensor
phase
mems inertial
Prior art date
Application number
KR1020190072283A
Other languages
English (en)
Inventor
윌리엄 에이. 클라크
Original Assignee
아나로그 디바이시즈 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아나로그 디바이시즈 인코포레이티드 filed Critical 아나로그 디바이시즈 인코포레이티드
Publication of KR20200005991A publication Critical patent/KR20200005991A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/008—Subject matter not provided for in other groups of this subclass by doing functionality tests
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G01P9/04—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
    • G01C19/5656—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams the devices involving a micromechanical structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

미세 전자 기계 시스템들(MEMS) 관성 센서들의 자체-테스트를 위한 기술들이 설명된다. 몇몇 기술들은 가속도에 대한 가속도계의 민감도 및 각운동에 대한 자이로스코프의 민감도와 같은 관성 센서 특성들을 테스트하는 것을 수반한다. 테스트들은, 가속도 또는 각속도와 같은 자극을 시뮬레이션하는 테스트 신호를, MEMS 관성 센서에 제공하며 센서의 출력을 검사함으로써 수행될 수 있다. 이러한 자체-테스트의 효능은, 센서의 환경에 존재할 수 있으며 센서의 출력에 영향을 줄 수 있는, 스퓨리어스 신호들에 의해 손상될 수 있다. 따라서, 여기에서 설명된 자체-테스트 기술들은 임의의 이러한 스퓨리어스 신호들의 존재를 검출하는 것 및 그것들의 존재가 검출될 때 자체-테스트 결과들을 폐기하는 것을 수반한다. 몇몇 실시예들에서, 스퓨리어스 신호들의 존재는 테스트 신호와 대체로 직교하는 기준 신호와 MEMS 관성 센서의 응답을 믹싱함으로써 획득된 신호를 사용하여 검출될 수 있다.

Description

ＭＥＭＳ 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 방법들 및 시스템들{METHODS AND SYSTEMS FOR SELF-TESTING MEMS INERTIAL SENSORS}
본 출원에서 설명된 기술은 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서들에 관한 것이다.
관성 센서들은 하나 이상의 가속도계들 및/또는 자이로스코프들을 사용하여 모션, 힘들, 각속도들, 및/또는 다른 양들을 측정하고 보고하는 전자 디바이스들이다. MEMS 자이로스코프는, 그것들의 자이로스코프의 공진 질량이 각운동을 겪을 때 발생하는, 코리올리 힘들(Coriolis forces)에 의해 생성된 가속도들을 감지함으로써 각운동을 검출하도록 구성될 수 있다. MEMS 가속도계는 선 및/또는 각 가속도를 감지하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 양상은 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서들의 자체-테스트를 위한 기술들에 관한 것이다. 몇몇 이러한 기술들은 가속도에 대한 가속도계의 민감도 및 각운동에 대한 자이로스코프의 민감도와 같은 관성 센서 특성들을 테스트하는 것을 수반한다. 테스트들은 가속도 또는 각속도와 같은 자극을 시뮬레이션하는 테스트 신호를, MEMS 관성 센서로 제공하고 센서의 출력을 검사함으로써 수행될 수 있다. 이러한 자체-테스트들의 효능은 센서의 환경에 존재할 수 있으며 센서의 출력에 영향을 줄 수 있는, 스퓨리어스 신호들에 의해 손상될 수 있다. 따라서, 여기에서 설명된 자체-테스트 기술들은 임의의 이러한 스퓨리어스 신호들의 존재를 검출하는 것 및 그것들의 존재가 검출될 때 자체-테스트 결과들을 폐기하는 것을 수반한다. 몇몇 실시예들에서, 스퓨리어스 신호들의 존재는 테스트 신호와 실질적으로 직교하는 기준 신호와 MEMS 관성 센서의 응답을 믹싱함으로써 획득된 신호를 사용하여 검출될 수 있다.
본 개시의 또 다른 양상은 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서를 테스트하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 테스트 신호를 사용하여, 상기 MEMS 관성 센서를 자극하도록 구성된 신호 발생기; 테스트 회로로서: 상기 테스트 신호에 응답하여 상기 MEMS 관성 센서로부터 획득된 응답 신호와 동-위상 기준 신호를 믹싱함으로써 동-위상 응답 신호를 생성하고; 직교 기준 신호와 상기 응답 신호를 믹싱함으로써 직교 응답 신호를 생성하고; 상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하며; 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용된다고 결정될 때, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하도록 구성된, 상기 테스트 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 양상은 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서를 테스트하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 테스트 신호를 사용하여, 상기 MEMS 관성 센서를 자극하는 단계; 상기 자극에 응답하여 상기 MEMS 관성 센서로부터 응답 신호를 수신하는 단계; 상기 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 사용하여 동-위상 응답 신호를 생성하는 단계; 상기 응답 신호 및 직교 기준 신호를 사용하여 직교 응답 신호를 생성하는 단계; 및 상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용되는지를 결정하는 단계; 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용된다고 결정될 때, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 양상은 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서를 테스트하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 상기 MEMS 관성 센서; 및 테스트 회로로서: 테스트 신호를 사용하여, 상기 MEMS 관성 센서를 자극하고; 상기 자극에 응답하여 상기 MEMS 관성 신호로부터 응답 신호를 수신하고; 상기 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 사용하여 동-위상 응답 신호를 생성하며, 상기 응답 신호 및 직교 기준 신호를 사용하여 직교 응답 신호를 생성하고; 상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용되는지를 결정하며; 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용된다고 결정될 때, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하도록 구성된, 상기 테스트 회로를 포함할 수 있다.
출원의 다양한 양상들 및 실시예들은 다음의 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 다수의 도면들에서 나타나는 아이템들은 그것들이 나타나는 도면들 모두에서 동일한 참조 번호에 의해 표시된다.
도 1은 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, MEMS 관성 센서를 테스트하기 위한 예시적인 시스템을 예시한 블록도이다.
도 2a는 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, 도 1의 예시적인 시스템을 사용하여 테스트될 수 있는 예시적인 MEMS 가속도계의 개략도이다.
도 2b는 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, 도 1의 예시적인 시스템을 사용하여 테스트될 수 있는 예시적인 MEMS 자이로스코프의 개략도이다.
도 3은 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, MEMS 관성 센서를 테스트하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4는 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, 도 1의 예시적인 시스템과 함께 사용될 수 있는 예시적인 응답 분석기의 블록도이다.
도 5는 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, 도 4의 예시적인 응답 분석기가 어떻게 테스트 신호의 인가에 응답하여 MEMS 관성 센서의 출력을 프로세싱할 수 있는지를 예시한 표이다.
자체-테스트는 전자 장비가 그것의 규격에 따라 동작하는지, 또는 그것의 동작이 예상된 것에서 벗어나는지를 평가하기 위해 전자 장치에서 사용된 기술이며, 이것은 장비를 고치거나 또는 교체함으로써 처리될 필요가 있는 장비가 가진 문제점을 나타낼 수 있다. 자체-테스트의 중요한 이익은 그것이 전자 장비가 설치되고 및/또는 배치된 후, 제조 후 및 제조사의 제어에서 벗어나, 및 가능하게는 그것의 정상 동작들을 방해하지 않고 수행될 수 있다는 것이다.
MEMS 관성 센서들은 그것이 설치되고 및/또는 배치된 후 자체-테스트될 수 있는 전자 장비의 일 예이다. 가속도계들 및 자이로스코프들과 같은, MEMS 관성 센서들은 미세 기계 가공 기술들을 사용하여 제작된 디바이스들이다. 이들 디바이스들의 기계적 특징은 그것들을 큰 온도 변동들, 압력에서의 변화들, 및/또는 큰 기계적 진동들과 같은 외부 환경 조건들에 민감하게 하며, 이것은 성능을 악화시키는 것을 야기하고, 부분 또는 완전 교체를 포함한, 주기적인 유지 보수를 필요하게 만들 수 있다. 자체-테스트는 MEMS 부분의 유지 보수 또는 교체가 수행되어야 하는지 및 수행되어야 할 때를 결정하기 위한 효과적인 기술이다.
발명자는 MEMS 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 종래의 기술들이 환경 잡음 및/또는 다른 스퓨리어스 신호들의 존재에 의해 피해를 입기 쉽기 때문에 그것들이 개선될 수 있다는 것을 인식하여 왔다. 특히, 발명자는 MEMS 관성 센서들을 자체-테스트하기 위해 종래에 사용된 회로가, 시스템에서 잡음의 존재로부터, MEMS 관성 센서의 열악한 성능을 식별하기 위한 제한된 능력을 가지며, (보수 또는 교체가 요구된다는 것을 나타낼 수 있는) 이 경우에 어떤 보수도 요구되지 않는다는 것을 인식하여 왔다. 그 결과, 종래의 자체-테스트 기술들은 거짓 알람들을 야기하며, 그에 의해 MEMS 관성 센서들은, 실제로 어떤 문제도 없을지라도 불만족스럽게 수행한 것으로 플래그될 수 있다. 예를 들면, 자동차들에 장착된 MEMS 가속도계들의 테스트는 운전자가 테스트의 중간에 경적을 울릴 때 거짓 알람들을 생성할 수 있다. 운전자가 경적을 울릴 때, 부주의로 MEMS 가속도계에 의해 측정될 가속도로서 해석될 수 있는 음향 진동이 생성된다. 그 결과, 자동차에서 MEMS 가속도계의 출력은 경적 진동을 반영할 수 있으며, 이것이 자체-테스트 사이클 동안 발생할 때, MEMS 가속도계의 출력은 예상된 거동으로부터의 일탈 때문에 MEMS 디바이스가 가진 이슈를 나타내는 것으로 부정확하게 해석될 수 있다.
여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들은 종래의 자체-테스트 기술들이 가진 상기 설명된 문제들을 감소시키거나 또는 제거하는 MEMS 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 기술들 및 시스템들에 관한 것이다. 구체적으로, 몇몇 실시예들은 테스트의 결과들이 잡음 또는 다른 스퓨리어스 신호들의 존재에 의해 왜곡되는지를 결정하기 위한 기술들에 관한 것이다. 테스트의 결과를 왜곡할 수 있는 상당한 스퓨리어스 신호들이 존재한다고 결정될 때, 테스트의 결과는 폐기될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 테스트의 정확도에 상당히 영향을 줄 수 있는 스퓨리어스 신호들의 존재는, 테스트 신호로 여기될 때, MEMS 관성 센서가 예상된 테스트 신호 응답과 직교하는(또는 비상관되는) 무시할 수 없는 신호로 응답하는지를 결정함으로써 검출될 수 있다. 조용한 조건들에서, 예로서 어떤 스퓨리어스 신호들도 존재하지 않는 이상적인 시나리오에서, MEMS 관성 센서는 예상된 테스트 신호 응답과 직교하는 응답 신호들을 생성하지 않아야 한다. 따라서, MEMS 관성 센서의 출력이 상기 직교 또는 비상관 신호들을 검출하기 위해 복조될 때, 결과들은, 이하에서 추가로 상세하게 설명될 바와 같이, 실질적으로 0과 같은 응답을 산출할 수 있다. 그러므로, 무시할 수 없는 직교 응답 신호의 존재는 상당한 스퓨리어스 신호들이 존재한다는 표시로서 해석될 수 있다. 이 경우에, 테스트 회로는 테스트의 결과가 폐기되어야 함을 사용자에게 통지할 수 있거나, 또는 간단히 직교 응답 신호가 사라지거나 또는 미리 정의된 임계치 아래로 떨어질 때까지 기다릴 수 있다. 여기에서 설명된 유형들의 테스트 신호들은 테스트 중인 MEMS 관성 센서가 그것들을 기계적 자극들로서, 예로서 가속도 및/또는 각운동으로서 지각하도록 구성될 수 있다.
어떤 상당한 스퓨리어스 신호들도 존재하지 않는다고 결정되면, 테스트의 결과를 정확한 것으로 고려될 수 있다. 예를 들면, 테스트의 결과가 가속도에 대한 가속도계의 민감도가 만족스럽지 않음을 나타내면, 사용자는 가속도계의 민감도가 실제로 불만족스럽다고 비교적 확신할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, MEMS 관성 센서의 특성이 만족스러운지, 그러므로 MEMS 관성 센서가 상기 특성에 대하여 적절히 기능하고 있음을 결정하는 것은, 테스트 신호로 여기될 때, MEMS 관성 센서가 예상된 값에 충분히 가까운 테스트 신호와 같은 위상인 신호로 응답하는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 여기에서 설명된 기술을 사용하여 평가될 수 있는 특성들의 예들은 이에 제한되지 않지만 가속도 또는 각운동에 대한 MEMS 관성 센서의 민감도를 포함한다.
도 1은 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따른, MEMS 관성 센서를 자체-테스트하기 위한 예시적인 시스템의 블록도이다. 도 1의 시스템은 MEMS 관성 센서(100), 노치 필터(121), 및 테스트 회로(104)를 포함한다. 테스트 회로(104)는 MEMS 관성 센서가 인간 개입 없이 또는 간단히 사용자로부터의 요청 없이 테스트될 수 있도록 MEMS 관성 센서(100)를 자체-테스트하기 위해 구성될 수 있다. 자체-테스트 시스템이면, 몇몇 실시예들에서, MEMS 관성 센서(100)는 테스트 회로(104)와 함께 배치될 수 있으며, 따라서 전체 시스템은 MEMS 관성 센서의 동작 성능을 테스트할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 테스트 회로(104)는 사용자로부터의 입력 없이 하나 이상의 미리 정의된 시간들에서 테스트들을 자동으로 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예들에서, 테스트 회로(104)는 주기적 방식으로 및/또는 스케줄에 따라 MEMS 관성 센서(100)를 테스트하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 테스트 회로(104)는 사용자 요청에 응답하여 MEMS 관성 센서(100)를 테스트하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 테스트 회로(104)는 그것의 정상 동작을 중단하지 않고(예로서, MEMS 자이로스코프가 각운동을 검출하는 동안 또는 MEMS 가속도계가 가속도를 검출할 때) MEMS 관성 센서(100)를 테스트하도록 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 테스트 회로(104)는 MEMS 관성 센서의 정상 동작들이 중단되는 하나 이상의 시간 기간들 동안 MEMS 관성 센서(100)를 테스트하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, MEMS 관성 센서(100)는, 이에 제한되지 않지만, 하나 이상의 가속도계들 및/또는 하나 이상의 자이로스코프들을 포함한, 임의의 적절한 유형의 미세 기계 가공된 센서를 포함할 수 있다. MEMS 관성 센서(100)가 하나 이상의 가속도계들을 포함하는 실시예들 중 일부에서, 가속도계(들)는 1, 2 또는 3개의 방향들에서의 선 가속도 및/또는 1, 2 또는 3개의 축들에 대한 각 가속도를 검출하도록 설계될 수 있다. 가속도계는 검증 질량(proof mass)(들)의 모션을 감지하기 위한 센서들(예로서, 정전용량형 센서들) 및 가속도에 응답하여 움직이도록(예로서, 이동, 피봇, 및/또는 회전) 구성된 하나 이상의 검증 질량들을 포함할 수 있다.
MEMS 관성 센서(100)에 포함될 수 있는 가속도계의 예는, 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, 도 2a에서 예시된다. 예시적인 가속도계(240)는, 역-위상 선 가속도를 감지하도록 구성되지만, 모든 실시예들이 이 점에 관해서 제한되는 것은 아니다. 가속도계(240)는 앵커(252)를 통해 기저 기판(242)에 연결된 검증 질량(250)을 포함한다. 가속도계는 전극(254)을 추가로 포함하며, 이것은 기저 기판의 최상부 표면상에 형성된다. 검증 질량(250)(적어도 부분적으로 도전성 재료로부터 만들어질 수 있는)과 함께, 전극(254)은 정전용량형 센서를 형성한다. 가속도계가 기판(242)의 최상부 표면을 향한 방향에서 가속도("A"로 라벨링됨)의 대상이 될 때, 이에 응답하여 검증 질량(250)은 앵커 주위에서 피봇팅한다. 그 결과, 검증 질량(250) 및 전극(254) 사이에서의 거리는 달라지며, 정전용량형 센서의 정전용량을 변경한다. 가속도(A)의 크기는 정전용량에서의 변화에 기초하여 결정될 수 있다.
하나 이상의 자이로스코프들이 MEMS 관성 센서(100)에 포함되는 실시예들 중 일부에서, 자이로스코프(들)는 1, 2, 또는 3개의 축들에 대한 각속도들을 검출하도록 구성될 수 있다. 이들 실시예들에서, 구동 회로는 자이로스코프(들)의 동작들을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 구동 회로는 자이로스코프의 공진기를 구동하도록 배열된 구동 신호를 자이로스코프에 제공할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 구동 신호는 하나의 방향으로(예로서, x-축) 자이로스코프의 검증 질량의 발진을 구동할 수 있다. 자이로스코프가 축(예로서, x-축)에 대해 각운동을 겪을 때, 검증 질량은 또 다른 방향(예로서, y-축)으로 이동할 수 있다. 각운동은 이러한 모션에 기초하여(예로서, 검증 질량이 이동한 정도에 기초하여) 검출될 수 있다.
MEMS 관성 센서(100)에 포함될 수 있는 예시적인 자이로스코프는 도 2b에 도시된다. 이 예에서, 자이로스코프(200)는 x-축에 평행한 방향으로 공진하며 y-축에 평행한 방향으로 코리올리 힘들을 검출하도록 구성된다. 여기에서 설명된 유형들의 자이로스코프들은 임의의 특정 방향의 공진 또는 검출에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
몇몇 실시예들에서, 자이로스코프(200)는 정지 프레임(210)(앵커들(214)을 통해 기저 기판에 앵커링된), 검증 질량(202), 및 정지 전극들(220)을 포함한다. 검증 질량(202)은 커플러들(212)을 통해 정지 프레임(210)에 탄성 결합된다. 커플러들(212)은 순응적일 수 있으며, 따라서 정지 프레임(212)에 대해 검증 질량(202)의 모션을 허용한다. 이 예에서, 검증 질량(202)은 자이로스코프의 공진기로서 작용한다. 따라서, 구동 신호(구동 회로에 의해 제공됨)가 검증 질량(202)에 결합된 하나 이상의 전극들(도 2b에 도시되지 않음)에 인가될 때, 검증 질량(202)은 x-축 방향으로 발진한다.
몇몇 실시예들에서, 검증 질량(202)은 다수의 자유-단 빔들(222)을 포함하며, 이것은 각각의 고정된 전극들(220)을 가진 복수의 감지 커패시터들을 형성한다. 감지 커패시터들의 정전용량은 y-축 방향에서 검증 질량의 가속도에 의존하여 달라진다. 자이로스코프(200)가 x-축에 대해 각운동을 겪으며 검증 질량(202)이 x-축을 따라 발진하도록 구동될 때(구동 회로에 의해 생성된 구동 신호들을 갖고), y-축을 따라 코리올리 힘이 발생하며 검증 질량은 y-축을 따라 이동한다. 각속도는 y-축을 따라 검증 질량(202)의 각속도를 검출함으로써 결정될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 최종-사용자는 가속도 및/또는 각운동에 응답하여 MEMS 관성 센서(100)에 의해 발생된 신호를 수신할 수 있다. 예를 들면, 응답 신호는 전극(254) 및 검증 질량(250) 사이에 형성된 커패시터의 정전용량 변화들에 응답하여 생성되거나(도 2a) 또는 신호는 센서(204)에 의해 경험된 코리올리 힘들에 응답하여 생성될 수 있다(도 2b). 이하에서 추가로 설명될 바와 같이, MEMS 관성 센서(100)의 출력은 노치 필터(121)를 사용하여 필터링될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 테스트 회로(104)는 MEMS 관성 센서(100)의 동작 특성들을 테스트하도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 테스트 회로(104)는 MEMS 관성 센서(100)에 인가될 테스트 신호들을 생성하고, MEMS 관성 센서(100)가 어떻게 응답하는지를 결정하며, 상기 응답에 기초하여 MEMS 관성 센서(100)가 적절히 동작하는지를 결정하기 위해 구성될 수 있다. 테스트 신호는 가속도 및/또는 각운동의 존재를 모방할 수 있다. 예를 들면, 도 2a의 가속도계를 참조하여, 테스트 회로(104)는 검증 질량(250)이 정전기력 트랜듀서(101)를 사용하여 정전기 인력 또는 반발력에 의해 이동하게 할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 테스트 회로(104)는 y-축을 따라 검증 질량(202)의 모션을 야기하도록 테스트 신호를 인가하여, 코리올리 힘의 존재를 시뮬레이션할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 테스트 회로(104)는 신호 발생기(110), 가산기(111), 동-위상 신호 발생기(112), 직교 신호 발생기(114), 믹서들(116 및 118), 및 응답 분석기(122)를 포함한다. 신호 발생기(110)는 테스트 신호를 발생시키도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 신호 발생기(110)는, 테스트 신호로서, 주기적 구형파 또는 정현파와 같은 주기적 파형, 또는 의사-랜덤 시퀀스를 출력하도록 구성될 수 있다. 주기적 파형의 기본 주파수는 f1로 불리운다. 몇몇 실시예들에서, f1은 500Hz 또는 1KHz일 수 있지만, 출원은 임의의 특정한 주파수에 제한되지 않는다. 예를 들면, f1은 250Hz 내지 2KHz 사이, 250Hz 내지 1.5KHz 사이, 500Hz 내지 1KHz 사이, 250Hz 내지 750Hz 사이, 또는 이러한 범위들 내에서의 임의의 범위에 있을 수 있다.
테스트 신호는 정전기력 트랜듀서(101)를 통해 기계적 자극들로 변환될 수 있으며, 이것은 예를 들면 가속도계 검증 질량(250) 및 작동 전극(254)에 걸쳐 전압을 인가함으로써 구현될 수 있다. 정전기력 트랜듀서(101)의 출력은, 예를 들면 가산기(111)를 사용하여, 측정될 관성력(가속도 및/또는 각운동과 같은)과 조합될 수 있다. 조합된 힘들은 관성 센서(100)로의 입력으로서 제공될 수 있다.
몇몇 상황들에서, 테스트 회로(104)는 MEMS 관성 센서(100)가 임의의 외부 관성력의 대상이 아닐 때 한 번에 MEMS 관성 센서(100)의 동작을 테스트할 수 있다. 다른 상황들에서, 테스트 회로(104)는 MEMS 관성 센서(100)가 관성력을 겪을 때 한 번에 MEMS 관성 센서들(100)의 동작을 테스트할 수 있다. 어느 쪽이든, 응답 신호는 테스트 신호, 관성력, 잡음 또는 다른 스퓨리어스 신호들, 또는 그것의 임의의 조합에 관계없이, 수신된 입력들에 대한 MEMS 관성 센서의 응답을 나타낸다.
테스트 신호들에 대한 응답의 검출을 방지하기 위해, 몇몇 실시예들에서, 응답 신호들은 최종-사용자에게 제공되기 전에 노치 필터(121)를 갖고 필터링될 수 있다. 노치 필터(121)는 대략 테스트 신호의 기본 주파수에서 중심에 있는 저지-대역을 보일 수 있다. 이와 같이, 노치 필터(121)는 테스트 신호를 수신하기 위한 입력, 및 상기 테스트 신호의 기본 주파수에 기초하여 저지-대역의 주파수를 설정하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 믹서(116)는 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 수신하고 믹싱한다(예로서, 곱한다). 동-위상 기준 신호는 테스트 신호와 대체로 동-위상이다(또는, 테스트 신호가 의사-랜덤 시퀀스를 포함한다면, 그것과 상관된다). 예를 들면, 동-위상 기준 신호는 -π/30 내지 π/30 사이, -π/20 내지 π/20 사이, -π/10 내지 π/10 사이, 또는 이러한 범위들 내에서 임의의 범위에 있는 테스트 신호에 대하여 위상 차를 가질 수 있다. 동-위상 신호 발생기(112)는 동-위상 기준 신호가 테스트 신호와 대체로 같은 위상이게 하기 위해 사용될 수 있다. 동-위상 신호 발생기(112)는, 예를 들면, 위상-잠금 루프를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 그러나, f1의 값은 충분히 낮을 수 있어서 위상 잠금기 대신에 단순한 도전성 라인을 사용하는 것이 충분할 수 있다. 이들 실시예들 중 일부에서, 테스트 회로(104)는 집중 회로로서 거동할 수 있으며, 따라서 테스트 회로 안에서 이동하는 신호들은 무시해도 될 정도의 위상 변화들을 보인다. 테스트 회로(104)가 집중 회로로서 거동한다는 것을 보장하기 위해, f1의 값은, 적어도 몇몇 실시예들에서, 5KHz 미만이도록 선택될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러나, 1/f 잡음과 같은, 저 주파수 잡음의 방해를 피하기 위해 보다 높은 주파수들에서 테스트 회로(104)를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다. 단점은 신호들의 위상이 그것들이 테스트 회로(104) 안에서 이동함에 따라 변할 수 있다는 것이다. 이들 실시예들에서, 동-위상 신호 발생기(112)는 테스트 신호 및 동-위상 응답 신호 사이에서 원하는 위상 관계를 수립할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 믹서(118)는 응답 신호 및 직교 기준 신호를 수신하고 이를 믹싱한다. 직교 기준 신호는 테스트 신호에 대하여 대체로 직교하도록(또는, 테스트 신호가 의상-랜덤 시퀀스이면 그것에 대하여 비상관되도록) 구성된다. 예를 들면, 직교 기준 신호는 π/2-π/30 내지 π/2+π/30 사이, π/2-π/20 내지 π/2+π/20 사이, π/2-π/10 내지 π/2+π/10 사이, 또는 이러한 범위들 내에서의 임의의 범위에서 테스트 신호에 대하여, 절대 값으로, 위상 차를 가질 수 있다. 직교 신호 발생기(114)는 다른 가능한 값들 중에서, π/2-π/30 내지 π/2+π/30 사이, -(π/2-π/30) 내지 -(π/2+π/30) 사이, π/2-π/20 내지 π/2+π/20 사이, -(π/2-π/20) 내지 -(π/2+π/20) 사이, π/2-π/10 내지 π/2+π/10 사이, 또는 -(π/2-π/10) 내지 -(π/2+π/10) 사이만큼, 예를 들면 위상 시프터를 사용하여, 테스트 신호의 위상을 시프트하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 믹싱함으로써 획득된 신호(동-위상 응답 신호로 불리움) 및 응답 신호 및 직교 기준 신호를 믹싱함으로써 획득된 신호(직교 응답 신호로 불리움)는 응답 분석기(122)로의 입력들로서 제공된다. 응답 분석기(122)는 수신된 신호들이 MEMS 관성 센서(100)의 특성의 신뢰 가능한 표시로서 사용되는지를 결정한다. 예를 들면, 응답 분석기(122)는 테스트 신호에 대한 MEMS 관성 센서(100)의 응답이 주파수(f1)에서 스퓨리어스 신호들 또는 기계적 자극들(예로서, 잡음 또는 다른 유형들의 신호들)의 존재에 의해 손상되는지를 결정할 수 있다. 테스트 신호에 대한 MEMS 관성 센서(100)의 응답이 손상되지 않았다고 결정되면, 응답 분석기(122)는 MEMS 관성 센서(100)의 특성(들)을 평가할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 직교 응답 신호는 응답 신호가 테스트 신호가 아닌 스퓨리어스 신호들에 의해 영향을 받는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 대체로 테스트 신호와 직교하면, 직교 응답 신호의 진폭은 테스트 신호가 인가되지만 어떤 스퓨리어스 신호들도 시스템에 존재하지 않을 때 무시해도 될 정도이다. 그러므로, 직교 응답 신호의 진폭이 상당할 때(예로서, 특정 임계치 초과), 시스템에 존재하는 스퓨리어스 신호들이 있을 가능성이 있다. 동시에, 테스트 신호와 동-위상이면, 동-위상 응답 신호는 테스트 신호에 대한 MEMS 관성 센서의 응답을 직접 반영한다. 동-위상 응답 신호는 또한 스퓨리어스 신호들의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러므로, 직교 응답 신호를 사용하여, 시스템이 대체로 스퓨리어스 신호가 없다고 결정될 때, 동-위상 응답 신호는 MEMS 관성 센서의 특성(들)의 척도로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 동-위상 응답 신호는 가속도 또는 각운동에 대한 MEMS 관성 센서(100)의 민감도가 수용 가능한 범위 내에 있는지를 평가하기 위해, 및/또는 테스트의 결과가 사용될지 또는 폐기될지를 평가하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 예시되지 않지만, 테스트 회로(104)는 다수의 신호 발생기들(110)을 포함할 수 있으며, 여기에서 각각의 신호 발생기에 의해 생성된 테스트 신호의 기본 주파수는 다른 것들의 것과 상이하다. 이러한 방식으로, MEMS 관성 센서(100)는 상이한 주파수들을 가진 다수의 테스트 신호들을 갖고 테스트될 수 있다. 이득은, 하나의 테스트 신호가 동일한 주파수에서 스퓨리어스 신호의 존재에 의해 손상되었을지라도, 테스트 신호들 모두의 다수의 주파수들 모두에서의 환경에서 스퓨리어스 신호들이 있는 가능성은 상당히 더 낮다. 이들 실시예들 중 일부에서, 테스트 회로(104)는 생성된 테스트 신호들의 각각에 대해 믹서(116) 및 믹서(118)를 포함할 수 있다. 다양한 주파수들에서 동-위상 및 직교 응답 신호들은 응답 분석기(122)로 제공될 수 있다. 응답 분석기(122)는, 각각의 수신된 주파수에서, 스퓨리어스 신호들의 존재 또는 부재를 검출할 수 있다. 응답 분석기(122)가 상당한 스퓨리어스 신호들이 없다고 결정한 주파수(들)가 대응하는 동-위상 응답 신호들을 사용하여 MEMS 관성 센서를 테스트하기 위해 사용될 수 있다.
MEMS 관성 센서의 동작을 테스트하기 위한 예시적인 프로세스(300)는, 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따라, 도 3에서 예시된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스(300)는, 도 1과 관련되어 설명된, 예시적인 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다. 프로세스(300)는 MEMS 관성 센서가 배치되는 환경에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 프로세스(300)는 차량에 또는 산업용 기계에 배치된 시스템에 의해 수행될 수 있다. 프로세스(300)는 동작(302)에서 시작되며, 여기에서 MEMS 관성 센서는 테스트 신호를 사용하여 자극된다. 테스트 신호는 MEMS 관성 센서를 시뮬레이션하기 위해(예로서, 가속도 및/또는 각속도를 갖고) 테스트 회로에 의해 생성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 1의 신호 발생기(110)는 동작(302)의 테스트 신호를 생성할 수 있다.
동작(304)에서, 응답 신호가 자극에 응답하여 MEMS 관성 센서로부터 수신된다. 동작(306)에서, 동-위상 응답 신호는 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 사용하여 생성된다. 예를 들면, 동-위상 응답 신호는 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 믹싱함으로써 생성될 수 있다. 동-위상 기준 신호는 실질적으로 테스트 신호와 같은 위상일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 1의 믹서(116)는 동작(306)의 동-위상 응답 신호를 생성할 수 있다.
동작(308)에서, 직교 응답 신호는 응답 신호 및 직교 기준 신호를 사용하여 생성된다. 예를 들면, 직교 응답 신호는 응답 신호 및 직교 기준 신호를 믹싱함으로써 생성될 수 있다. 직교 기준 신호는 실질적으로 테스트 신호와 직교할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 1의 믹서(118)는 동작(306)의 직교 응답 신호를 생성할 수 있다.
동작(310)에서, 자극에 대한 MEMS 관성 센서의 응답이 MEMS 관성 센서의 특성(들)의 신뢰 가능한 척도로서 사용될지가 결정될 수 있다. 예를 들면, 직교 응답 신호에 기초하여, 동-위상 응답 신호가 MEMS 관성 센서의 특성(들)을 평가하기 위한 척도로서 사용될지가 결정될 수 있다. 사실상, 동작(310)은 스퓨리어스 자극들이 자체-테스트 시스템에 존재하는지를 나타낼 수 있다. 이하에서 추가로 논의될 바와 같이, 이러한 결정은, 적어도 몇몇 실시예들에서, 직교 응답 신호의 진폭이 임계 값을 넘는지 또는 미만인지를 평가함으로써 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 1의 응답 분석기(122)는 동-위상 응답 신호가 MEMS 관성 센서의 특성(들)을 평가하기 위한 척도로서 사용될지를 결정할 수 있다.
동-위상 응답 신호가 MEMS 관성 센서의 특성의 척도로서 사용되지 않는다고 결정될 때, 프로세스(300)는 동작들(302 내지 310) 내내 계속해서 순환할 수 있다. 사이클은 예를 들면, 동-위상 응답 신호가 MEMS 관성 센서의 특성(들)의 척도로서 사용된다고 결정될 때까지, 계속될 수 있다. 선택적으로, 동작(311)에서, 자체-테스트의 결과가 타당해 보이지 않음을 나타내는 출력 신호가 출력된다. 출력 신호는 자체-테스트의 결과가 무시됨을 나타낼 수 있다.
동-위상 응답 신호가 MEMS 관성 센서의 특성의 척도로서 사용된다고 결정될 때, 프로세스(300)는 동작(312)으로 이어지며, 여기에서 MEMS 관성 센서의 특성(들)이 평가된다. 평가될 수 있는 MEMS 관성 센서의 특성들은 이에 제한되지 않지만 특정한 방향에서 또는 특정한 축에 대해 가속도에 대한 가속도계의 민감도, 특정한 축에 대해 각속도에 대한 자이로스코프의 민감도, 및/또는 MEMS 관성 센서의 대역폭 또는 동적 범위를 포함한다. 예를 들면, MEMS 관성 센서의 특성이 상기 특성에 대한 최소 수용 가능한 값을 나타내는 임계 값보다 큰 지가 결정될 수 있으며, 여기에서 최소 수용 가능한 값은 사용자에 의해 설정될 수 있거나, 또는 콘텍스트에 의존하여 시스템에 의해 자동으로 설정될 수 있다. 다른 실시예들에서, MEMS 관성 센서의 특성은 임계 값들의 세트에 비교될 수 있다. 특성의 값이 임계치들에 대하여 떨어지는 경우에 의존하여, 시스템은 MEMS 관성 센서가 원하는 거동으로부터 벗어난 정도를 사용자에게 통지할 수 있다.
MEMS 관성 센서의 특성이 만족스럽다고, 예로서 임계 값을 넘는다고 결정될 때, 프로세스(300)는 동작(313)으로 이동할 수 있거나, 또는 완료할 수 있다. 동작(313)에서, 적어도 동작(312)에서 평가된 특성에 대하여, MEMS 관성 센서가 적절히 기능하고 있음을 나타내는 신호가 출력된다. 그러나, MEMS 관성 센서의 특성이 만족스럽지 않다고, 예로서 임계치 미만이라고 결정될 때, 프로세스(300)는 동작(314)으로 이동할 수 있으며, 여기에서 MEMS 관성 센서가 오작동하고 있음을 나타내는 통지 신호가 출력될 수 있다(예로서, 디스플레이되거나 또는 그 외 사용자에게 전달될 수 있다). 몇몇 실시예들에서, 프로세스(300)는 상기 특성에 대하여 MEMS 관성 센서가 어떻게 오작동하는지를, 예를 들면, 0 내지 10까지의 스케일(또는 임의의 다른 적절한 스케일)에서, 사용자에게 알릴 수 있다. 이것은, 예를 들면, 임계치들의 세트에 동-위상 응답 신호를 비교함으로써 수행될 수 있다. 프로세스(300)는 그 후 종료되거나 또는 또 다른 사이클을 수행할 수 있다.
프로세스(300)는 임의의 적절한 유형의 테스트 신호를 사용하여 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스(300)는 상이한 주파수들에서 다수의 테스트 신호들을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 주파수들 모두가 스퓨리어스 신호들에 의해 동시에 방해받는 가능성은 단일 주파수 기법에 대하여 더 낮으므로, 방법의 신뢰성이 개선될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 응답 분석기(122)는 동-위상 응답 신호가 임계치에 직교 응답 신호의 진폭을 비교함으로써 MEMS 관성 센서의 특성(들)을 평가하기 위한 신뢰 가능한 척도로서 사용되는지를 결정할 수 있다. 예를 들면, 직교 응답 신호의 진폭이 임계치 미만이면, 응답 분석기(122)는 상당히 방해하는 스퓨리어스 신호들이 테스트 신호(들)의 주파수(들)에 존재하지 않는다고 결정할 수 있다. 그러므로, 동-위상 응답 신호는 MEMS 관성 센서의 특성(들)을 평가하기 위한 신뢰 가능한 척도로서 사용될 것이다. 다른 한편으로, 직교 신호의 진폭이 임계치보다 크다면, 응답 분석기(122)는 스퓨리어스 신호들이 테스트 회로(104)의 동작을 방해하고 있으며, 동-위상 응답 신호가 MEMS 관성 센서의 특성(들)을 신뢰 가능하게 평가하기 위해 사용되지 않아야 한다고 결정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 동-위상 응답이 MEMS 관성 센서의 특성(들)을 평가하기 위해 신뢰 가능하게 사용될 수 있다고 결정될 때, 이러한 평가는 임계치에 동-위상 응답 신호의 진폭을 비교함으로써 수행될 수 있다. 이러한 임계치는 평가되는 MEMS 관성 센서의 특성에 대한 최소 수용 가능한 값을 나타낼 수 있다. 그러므로, 동-위상 관성 센서의 진폭이 임계치 미만이면, 응답 분석기(122)는 MEMS 관성 센서가 오작동하고 있다고 결정할 수 있으며, 적어도 몇몇 실시예들에서, 사용자에게 통지할 수 있다. 다른 한편으로, 동-위상 관성 센서의 진폭이 임계치보다 클 때, 응답 분석기(122)는 MEMS 관성 센서가 상기 특성에 대하여 적절히 기능하고 있다고 결정할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 동-위상 응답 신호의 진폭은 다수의 임계치들과 비교될 수 있다. 결과는 MEMS 관성 센서가 오작동하고 있는 정도를 나타낼 수 있다.
도 4는 여기에서 설명된 기술의 몇몇 실시예들에 따른, 응답 분석기(122)의 예시적인 구현을 예시한다. 이 예에서, 응답 분석기(122)는 비교기들(402 및 404), 및 논리 유닛(410)을 포함한다. 비교기(404)는 입력들로서 직교 응답 신호 및 임계치(t1)를 수신하며, 직교 응답 신호의 진폭 및 임계치 사이에서의 비교에 기초하여 출력을 생성할 수 있다. 비교기(404)의 출력은, 예를 들면, 직교 응답 신호의 진폭이 임계치(t1)보다 큰지 또는 작은지에 의존할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비교기(404)의 출력이, 직교 응답 신호의 진폭이 임계치(t1)보다 크다는 것을 나타낼 때, 논리 유닛(410)은 테스트 회로(104)에 의해 생성된 결과들이 테스트 신호의 주파수에서 손상됨을 결정할 수 있다.
비교기(402)는 입력들로서 동-위상 응답 신호 및 임계치(t2)를 수신하며, 동-위상 응답 신호의 진폭 및 임계치(t2) 사이에서의 비교에 기초하여 출력을 생성할 수 있다. 비교기(402)의 출력은, 예를 들면, 동-위상 응답 신호의 진폭이 임계치(t2)보다 큰 지 또는 작은지에 의존할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비교기(402)의 출력이, 동-위상 응답 신호의 진폭이 임계치(t2)보다 작음을 나타낼 때, 논리 유닛(410)은 MEMS 관성 센서가 오작동하고 있다고 결정할 수 있다.
논리 유닛(410)이 비교기들(402 및 404)의 출력들을 프로세싱할 수 있는 방식은 도 5의 표에서 묘사된다. 예시된 바와 같이, 논리 유닛(410)은 대응하는 테스트 신호의 주파수에서, 직교 응답 신호의 진폭이 임계치(t1)보다 클 때 테스트가 스퓨리어스 신호들의 존재에 의해 손상됨을 결정하도록 프로그램될 수 있다(동-위상 응답 신호의 진폭이 임계치(t2)보다 큰지 또는 작은지에 관계없이).
논리 유닛(410)은 또한 직교 응답 신호의 진폭이 임계치(t1)보다 작고 동-위상 응답 신호의 진폭이 임계치(t2)보다 크면, MEMS 관성 센서는 적절히 기능하고 있다고 결정하도록 프로그램될 수 있다. 다른 한편으로, 논리 유닛(410)은 직교 응답 신호의 진폭이 임계치(t1) 미만이며 동-위상 응답 신호의 진폭이 임계치(t2) 미만일 때, MEMS 관성 센서가 오작동하고 있다고 결정하도록 프로그램될 수 있다.
여기에서 설명된 기술의 양상들은 하나 이상의 이득들을 제공할 수 있으며, 그 일부는 이전에 설명되었다. 이러한 이득들의 몇몇 예들이 이제 설명된다. 모든 양상들 및 실시예들이 이제 설명되는 이득들 모두를 반드시 제공하는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 뿐만 아니라, 여기에서 설명된 기술의 양상들은 이제 설명되는 것들에 부가적인 이득들을 제공할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
여기에서 설명된 기술의 양상들은 MEMS 관성 센서를 자체-테스트하는 방법을 제공한다. 예를 들면, 몇몇 실시예들은 MEMS 관성 센서가 적절히 기능하고 있는지 또는 오작동하고 있는지, 또는 몇몇 실시예들에서, MEMS 관성 센서가 오작동하고 있는 정도를 평가하도록 구성된다. 여기에서 설명된 기술의 다른 양상들은 자체-테스트의 결과가, 예를 들면, 스퓨리어스 신호들의 존재 때문에 무시될지, 또는 신뢰될지에 대한 표시를 제공한다.

Claims (20)

  1. 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서를 테스트하기 위한 시스템에 있어서,
    테스트 회로로서:
    신호 발생기에 의해 생성된 테스트 신호에 대한 상기 MEMS 관성 센서의 응답을 나타내는 응답 신호를 수신하고;
    상기 응답 신호와 동-위상 기준 신호를 믹싱함으로써 동-위상 응답 신호를 생성하고;
    직교 기준 신호와 상기 응답 신호를 믹싱함으로써 직교 응답 신호를 생성하고;
    상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하며;
    상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용된다고 결정될 때, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하도록 구성된, 상기 테스트 회로를 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 동-위상 기준 신호 및 상기 테스트 신호는 서로에 대하여 대체로 동-위상인, 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 직교 기준 신호 및 상기 테스트 신호가 서로에 대하여 대체로 직교하게 하도록 구성된 위상 시프터를 더 포함하는, 시스템.
  4. 청구항 4에 있어서, 상기 테스트 회로는 비교기를 포함하며, 상기 테스트 회로는 적어도 부분적으로, 제 1 비교기를 갖고, 임계 진폭과 상기 직교 응답 신호의 진폭을 비교함으로써 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용되지 않는다고 결정될 때, 상기 테스트 회로는 또한 자체-테스트의 결과가 무시될 것임을 나타내는 통지 신호를 출력하도록 구성될 수 있는, 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 테스트 신호를 사용하여, 상기 MEMS 관성 센서를 자극하도록 구성된 상기 신호 발생기를 더 포함하는, 시스템.
  7. 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서를 테스트하기 위한 방법에 있어서,
    테스트 신호를 사용하여, 상기 MEMS 관성 센서를 자극하는 단계;
    상기 자극에 응답하여 상기 MEMS 관성 센서로부터 응답 신호를 수신하는 단계;
    상기 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 사용하여 동-위상 응답 신호를 생성하는 단계;
    상기 응답 신호 및 직교 기준 신호를 사용하여 직교 응답 신호를 생성하는 단계;
    상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하는 단계; 및
    상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용된다고 결정될 때, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 동-위상 기준 신호 및 상기 테스트 신호가 서로에 대하여 대체로 동-위상이게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 직교 기준 신호 및 상기 테스트 신호가 서로에 대하여 대체로 직교하게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하는 단계는 상기 직교 응답 신호의 진폭이 제 1 임계 진폭 미만인지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하는 단계는 동-위상 응답 신호의 진폭이 제 2 임계 진폭을 초과하는지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 동-위상 응답 신호의 진폭이 상기 제 2 임계 진폭을 초과하지 않는다면, 상기 방법은 상기 MEMS 관성 센서가 오작동하고 있음을 나타내는 통지 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 청구항 7에 있어서, 상기 MEMS 관성 센서의 특성은 가속도에 대한 MEMS 가속도계의 민감도 또는 각운동에 대한 MEMS 자이로스코프의 민감도를 포함하는, 방법.
  14. 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 관성 센서를 테스트하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 MEMS 관성 센서; 및
    테스트 회로로서:
    테스트 신호에 응답하여 상기 MEMS 관성 신호로부터 응답 신호를 수신하고;
    상기 응답 신호 및 동-위상 기준 신호를 사용하여 동-위상 응답 신호를 생성하며, 상기 응답 신호 및 직교 위상 신호를 사용하여 직교 응답 신호를 생성하고;
    상기 직교 응답 신호에 기초하여, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하며;
    상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용되는 것으로 결정될 때, 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하도록 구성된, 상기 테스트 회로를 포함하는, 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 테스트 회로는 또한 상기 동-위상 기준 신호 및 상기 테스트 신호가 서로에 대하여 대체로 동-위상이게 하도록 구성되는, 시스템.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 테스트 회로는 또한 상기 직교 기준 신호 및 상기 테스트 신호가 서로에 대하여 대체로 직교하게 하도록 구성되는, 시스템.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 테스트 회로는, 상기 직교 응답 신호에 기초하여, 적어도 부분적으로 상기 직교 응답 신호의 진폭이 제 1 임계 진폭 미만인지를 결정함으로써, 상기 동-위상 응답 신호가 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하기 위해 사용될지를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 테스트 회로는 상기 동-위상 응답 신호를 사용하여 적어도 부분적으로 상기 동-위상 응답 신호의 진폭이 제 2 임계 진폭을 초과하는지를 결정함으로써 상기 MEMS 관성 센서의 특성을 평가하도록 구성되는, 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 테스트 회로는 또한, 상기 테스트 회로가, 상기 동-위상 응답 신호의 진폭이 상기 제 2 임계 진폭을 초과하지 않는다고 결정하면, 상기 MEMS 관성 센서가 오작동하고 있음을 나타내는 통지 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템.
  20. 청구항 14에 있어서, 상기 MEMS 관성 센서의 특성은 가속도에 대한 MEMS 가속도계의 민감도 또는 각운동에 대한 MEMS 자이로스코프의 민감도를 포함하는, 시스템.
KR1020190072283A 2018-07-09 2019-06-18 Ｍｅｍｓ 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 방법들 및 시스템들 KR20200005991A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/029,841 US11112269B2 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Methods and systems for self-testing MEMS inertial sensors
US16/029,841 2018-07-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200005991A true KR20200005991A (ko) 2020-01-17

Family

ID=68943849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190072283A KR20200005991A (ko) 2018-07-09 2019-06-18 Ｍｅｍｓ 관성 센서들을 자체-테스트하기 위한 방법들 및 시스템들

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11112269B2 (ko)
JP (1) JP6835913B2 (ko)
KR (1) KR20200005991A (ko)
CN (1) CN110702141B (ko)
DE (1) DE102019118437A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6801684B2 (ja) * 2018-03-29 2020-12-16 株式会社デンソー 振動型ジャイロスコープ
US11287443B2 (en) * 2019-02-20 2022-03-29 Invensense, Inc. High performance accelerometer
US11268975B2 (en) * 2019-12-19 2022-03-08 Invensense, Inc. Accelerometer sensitivity self-calibration with duty cycle control of drive signal
US11307218B2 (en) 2020-05-22 2022-04-19 Invensense, Inc. Real-time isolation of self-test and linear acceleration signals
EP3957953A1 (en) * 2020-08-19 2022-02-23 Aptiv Technologies Limited System and method for self-test of inertial measurement unit (imu)
DE102020211467A1 (de) * 2020-09-11 2022-03-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schaltung für ein MEMS-Gyroskop sowie ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Schaltung
US11703521B2 (en) 2020-12-04 2023-07-18 Honeywell International Inc. MEMS vibrating beam accelerometer with built-in test actuators
EP4092424A1 (en) 2021-05-19 2022-11-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Safety mechanism for sensors
DE102022208178A1 (de) 2022-08-05 2024-02-08 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Selbstkalibrierung eines Sensorsystems und Sensorsystem

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020008661A1 (en) * 2000-07-20 2002-01-24 Mccall Hiram Micro integrated global positioning system/inertial measurement unit system
US6792792B2 (en) 2001-06-04 2004-09-21 Kelsey-Hayes Company Diagnostic test for a resonant micro electro mechanical system
WO2004027435A1 (en) 2002-09-18 2004-04-01 Carnegie Mellon University Built-in self test of mems
WO2005001382A1 (de) 2003-06-30 2005-01-06 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur überwachung eines drehratensensors
US20050268716A1 (en) 2004-06-08 2005-12-08 Honeywell International Inc. Built in test for mems vibratory type inertial sensors
US20090241634A1 (en) 2008-03-28 2009-10-01 Cenk Acar Micromachined accelerometer and method with continuous self-testing
US20100122565A1 (en) 2008-11-15 2010-05-20 Freescale Semiconductor, Inc. Continuous selftest for inertial sensors at 0 hz
US20100145660A1 (en) 2008-12-08 2010-06-10 Robert Bosch Gmbh Mems sensor with built-in self-test
US8151641B2 (en) 2009-05-21 2012-04-10 Analog Devices, Inc. Mode-matching apparatus and method for micromachined inertial sensors
DE102009026508A1 (de) 2009-05-27 2010-12-02 Robert Bosch Gmbh Sensor und Verfahren zum Betreiben eines Sensors
US8783103B2 (en) 2009-08-21 2014-07-22 Analog Devices, Inc. Offset detection and compensation for micromachined inertial sensors
IT1397594B1 (it) 2009-12-21 2013-01-16 St Microelectronics Rousset Giroscopio microelettromeccanico con funzione di auto-test continua e metodo di controllo di un giroscopio microelettromeccanico.
CN102156203B (zh) * 2011-03-15 2013-07-24 迈尔森电子（天津）有限公司 Mems惯性传感器及其形成方法
US9625272B2 (en) 2012-04-12 2017-04-18 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS quadrature cancellation and signal demodulation
DE102012211900B4 (de) 2012-07-09 2022-03-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Korrektur eines Offsets für eine mit einem in einem Luftkanal angeordneten Druckdifferenzsensor gemessene Druckdifferenz
US20140074418A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 Freescale Semiconductor, Inc. Method and system for calibrating an inertial sensor
US9541396B2 (en) * 2013-01-22 2017-01-10 MCube Inc. Multi-axis integrated inertial sensing device
US9109901B2 (en) 2013-03-08 2015-08-18 Freescale Semiconductor Inc. System and method for monitoring a gyroscope
US9238580B2 (en) 2013-03-11 2016-01-19 Analog Devices Global Spread-spectrum MEMS self-test system and method
US9410806B2 (en) 2013-08-26 2016-08-09 Robert Bosch Gmbh System and method for gyroscope zero-rate-offset drift reduction through demodulation phase error correction
US10036652B2 (en) 2014-02-24 2018-07-31 The Regents Of The University Of California Utilization of mechanical quadrature in silicon MEMS vibratory gyroscope to increase and expand the long term in-run bias stability
CN103983257B (zh) 2014-05-06 2017-02-22 华侨大学 一种能消除微机械陀螺仪正交误差的信号处理方法
FI127063B (en) 2014-06-30 2017-10-31 Murata Manufacturing Co Self-testing in a closed-loop oscillating gyroscope
FI127069B (en) 2015-01-12 2017-10-31 Murata Manufacturing Co Continuous self-testing of capacitive sensor
US9869552B2 (en) 2015-03-20 2018-01-16 Analog Devices, Inc. Gyroscope that compensates for fluctuations in sensitivity
US20160370180A1 (en) * 2015-06-17 2016-12-22 Freescale Semiconductor, Inc. Inertial sensor with couple spring for common mode rejection
US10451418B2 (en) 2015-12-09 2019-10-22 Invensense, Inc. MEMS gyroscope amplitude control via quadrature
US10288447B2 (en) * 2016-10-27 2019-05-14 Nxp Usa, Inc. Microelectromechanical systems device test system and method
CN106918351A (zh) * 2017-03-24 2017-07-04 北方电子研究院安徽有限公司 一种基于正交误差信号的微型机械陀螺仪故障自检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110702141B (zh) 2023-06-02
US20200011702A1 (en) 2020-01-09
JP6835913B2 (ja) 2021-02-24
CN110702141A (zh) 2020-01-17
US11112269B2 (en) 2021-09-07
JP2020008583A (ja) 2020-01-16
DE102019118437A1 (de) 2020-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110702141B (zh) 用于自检mems惯性传感器的方法和系统
EP3161417B1 (en) Self-test in a closed-loop vibratory gyroscope
JP4691255B2 (ja) 共振構造を有するセンサ、特に加速度センサ又は回転速度センサ、並びに自己試験をするための装置及び方法
JP6414931B2 (ja) 変調波形を使用したｍｅｍｓパラメータ識別
JP4510068B2 (ja) 微小構造体の変位量測定装置および変位量測定方法
US9403671B2 (en) Calibration of MEMS sensor
US9279681B2 (en) Micromechanical coriolis rate of rotation sensor
JP6697557B2 (ja) 補助自己試験機能を備えたジャイロスコープ
JP6591535B2 (ja) 加速度計
US9927240B2 (en) Method for testing the functionality of a rotation rate sensor
CN108369097B (zh) 双频陀螺仪补偿系统和方法
KR20020005417A (ko) 센서
EP3372957B1 (en) Gyroscope in-field prognostics
US20210002126A1 (en) System and method for diagnosing the operating state of a microelectromechanical sensor
US20230296470A1 (en) Testing apparatus and method for testing a sensor, sensor system
CN117545984A (zh) 电子组件
TW201706567A (zh) 具有在多頻操作時有多種估算的轉速感應器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination