(57)【要約】      （修正有）【課題】運動センサのキャパシタエラーを識別するためのシステムを提供する。【解決手段】加速度計２００が、集合的に少なくとも２つのキャパシタを構成する複数のプルーフマスＰＭ１、ＰＭ２及び複数のセンス電極２１８ａ、２１８ｂ、２２０ａ，２２０ｂを有する。第１のセンス駆動信号ＳＤ１が、第１のキャパシタに印加され、第２のセンス駆動信号ＳＤ２が、第２のキャパシタに印加される。センス駆動信号は両方とも同じセンス駆動周波数を有する。静電容量信号Ｃｐｍ１、Ｃｐｍ２が、第１のキャパシタと第２のキャパシタのそれぞれから検出され、静電容量信号の同相モード成分が決定される。同相モード成分に基づいてキャパシタエラーが識別される。【選択図】図２
2020160080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動センサのキャパシタエラーを識別するためのシステムであって、
第１のプルーフマスと、
第２のプルーフマスと、
前記第１のプルーフマスとで第１のキャパシタを構成する第１のセンス電極と、
前記第２のプルーフマスとで第２のキャパシタを構成する第２のセンス電極と、
前記第１のプルーフマス、前記第２のプルーフマス、前記第１のセンス電極、及び前記第２のセンス電極に結合されて、センス駆動周波数を有する第１のセンス駆動信号を前記第１のキャパシタに印加し、前記センス駆動周波数を有する第２のセンス駆動信号を前記第２のキャパシタに印加し、前記第１及び第２のキャパシタのそれぞれから静電容量信号を受け取り、前記静電容量信号の同相モード信号を識別し、前記同相モード信号に基づいて前記キャパシタエラーを識別する処理回路と、
を含む、
システム。
【請求項２】
前記処理回路が、前記同相モード信号の大きさに基づいて前記キャパシタエラーを識別する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記キャパシタエラーが、前記第１のセンス電極、前記第２のセンス電極、前記第１のプルーフマス又は前記第２のプルーフマスの１つ以上の破損を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記キャパシタエラーが、前記第１のセンス電極、前記第２のセンス電極、前記第１のプルーフマス又は前記第２のプルーフマスの１つ以上の位置ずれを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のセンス電極、前記第２のセンス電極、前記第１のプルーフマス及び前記第２のプルーフマスがそれぞれ、複数のセンス櫛歯を含み、前記キャパシタエラーが、前記複数のセンス櫛歯の１つ以上の破損を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記キャパシタエラーが、前記同相モード信号の大きさとしきい値に基づいて識別される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記処理回路が、前記同相モード信号の前記大きさと前記しきい値を比較し、前記同相モード信号の前記大きさが前記しきい値を超えるとき前記キャパシタエラーを示す値を出力する比較器を、更に含む、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記キャパシタエラーが、複数のキャパシタエラーを含み、第１のキャパシタエラーに応じて、前記処理回路が、前記運動センサに補償を適用し、第２のキャパシタエラーに応じて、前記処理回路が前記運動センサを動作停止させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のキャパシタエラーが、第１のしきい値より大きい大きさを有する前記同相モード信号に対応し、前記第２のキャパシタエラーが、第２のしきい値より大きい大きさを有する同相モード信号に対応し、前記第２のしきい値が、前記第１のしきい値より大きい、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記補償が、スケーリングドライバを修正すること、又は前記第１のセンス駆動信号と前記第２のセンス駆動信号の１つ以上を修正することを含む、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のセンス駆動信号と前記第２のセンス駆動信号が、差分信号である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記処理回路が、前記静電容量信号を受け取り、前記静電容量信号の前記同相モード成分に比例する電圧を出力する入力回路を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記処理回路が、前記入力回路に結合されて、前記入力回路の前記出力電圧に基づいて前記同相モード信号を増幅する増幅器回路を含む、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記入力回路が、複数のトランジスタと、キャパシタとを含み、前記静電容量信号がそれぞれ、前記複数のトランジスタのうちの１つに結合され、前記複数のトランジスタは、前記静電容量信号の同相モード成分が前記複数のトランジスタで受け取られたときに、前記キャパシタが充電することを可能にする、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記処理回路が、前記静電容量信号に基づいて直線加速度を決定する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のセンス電極と前記第２のセンス電極はそれぞれ、前記第１のプルーフマスと第２のプルーフマスが直線加速度を受けないときに、関連付けられた第１のプルーフマス又は第２のプルーフマスに対して同じ相対距離に配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記同相モード信号の大きさが、キャパシタエラーにより静電容量の変化に比例する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のプルーフマス及び前記第２のプルーフマスに平行な平面内にある基板を更に含み、前記第１のセンス電極と前記第２のセンス電極が、前記基板に固定された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
運動センサのキャパシタエラーを識別するための方法であって、
センス駆動周波数を有する第１のセンス駆動信号を第１のキャパシタに印加するステップ；ここで、前記第１のキャパシタが、第１のプルーフマスと、第１のセンス電極とを含む、
前記センス駆動周波数を有する第２のセンス駆動信号を第２のキャパシタに印加するステップ；ここで、前記第２のキャパシタが、第２のプルーフマスと、第２のセンス電極とを含む、
前記第１及び第２のキャパシタのそれぞれから静電容量信号を受け取るステップ；、
前記静電容量信号の同相モード信号を識別するステップ；、
前記同相モード信号に基づいて前記キャパシタエラーを識別するステップ；
を含む、
方法。
【請求項２０】
運動センサのキャパシタエラーを識別するためのシステムであって、
少なくとも２つの第１のセンス電極であって、センス駆動周波数を有する第１のセンス駆動信号がそれぞれ印加される、第１のセンス電極と、
少なくとも第２のセンス電極であって、前記センス駆動周波数を有する第２のセンス駆動信号がそれぞれ印加され、前記第１のセンス駆動信号と前記第２のセンス駆動信号が差分信号である、第２のセンス電極と、
第１のプルーフマスと、
第２のプルーフマスと、
前記第１のプルーフマスから第１の静電容量信号を受け取りかつ前記第２のプルーフマスから前記第２の静電容量信号を受け取り、前記静電容量信号の同相モード信号を識別し、前記同相モード信号に基づいて前記キャパシタエラーを識別するように結合された、処理回路と、
を含む、
システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月１０日に出願された「Accel C2V Common Mode Check」と題する米国仮特許出願第６２／２６５，９０６号に対する優先権を請求し、この出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、自動車、ドローン、機器、航空機、運動支援装置、ゲームコントローラなどの多くの物品は、その操作中に運動センサを利用できる。多くの用途では、加速度計やジャイロスコープなどの様々なタイプの運動センサが、特定用途の様々な情報を決定するために個別又は一緒に分析されうる。例えば、ジャイロスコープと加速度計は、ゲーム用途（例えば、スマートフォン又はゲームコントローラ）でユーザによる複雑な運動を取得するために使用されることがあり、ドローンや他の航空機は、ジャイロスコープ測定値（例えば、ロール、ピッチ及びヨー）に基づいて向きを決定でき、車両は、方向（例えば、推測航法のため）と安全性（例えば、スリップ又はロールオーバ状態の認識）の決定のために測定値を利用できる。
【０００３】
加速度計やジャイロスコープなどの運動センサは、半導体製造技術を使用して作製される微小電気機械（ＭＥＭＳ）センサとして製造されうる。ＭＥＭＳセンサは、直線加速度（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の場合）や角速度（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの場合）などの力に応答できる可動プルーフマスを含みうる。可動プルーフマスに対するそのような力の作用は、力に応じたプルーフマスの運動に基づいて測定されうる。幾つかの実施態様では、この運動は、運動を検出するためのキャパシタを構成する可動プルーフマスとセンス電極の距離に基づいて測定される。これらのキャパシタは、容量電極を構成する隣接したプルーフマスとセンス電極やインターデジット型センス櫛歯などの様々な方式で実現されうる。プルーフマス、センス電極、センス櫛歯などのキャパシタの構成要素は、製造の際に欠陥が生じることもあり、動作中に破壊されることもある。その結果、特定の直線加速度と関連付けられた静電容量が、静電容量の期待値と異なり、直線加速度の測定でエラーが生じることになる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の典型的実施形態では、運動センサのキャパシタエラーを識別するためのシステムが、第１のプルーフマスと、第２のプルーフマスと、第１のプルーフマスとで第１のキャパシタを構成する第１のセンス電極と、第２のプルーフマスとで第２のキャパシタを構成する第２のセンス電極とを含みうる。一実施形態では、処理回路は、センス駆動周波数を有する第１のセンス駆動信号を第１のキャパシタに印加し、センス駆動周波数を有する第２のセンス駆動信号を第２のキャパシタに印加し、第１及び第２のキャパシタから静電容量信号を受け取り、静電容量信号の同相モード信号を識別し、同相モード信号に基づいてキャパシタエラーを識別するために、第１のプルーフマス、第２のプルーフマス、第１のセンス電極、及び第２のセンス電極に結合されうる。
【０００５】
本開示の典型的実施形態では、運動センサのキャパシタエラーを識別する方法が、センス駆動周波数を有する第１のセンス駆動信号を第１のキャパシタに印加することを含むことができ、第１のキャパシタが、第１のプルーフマスと、第１のセンス電極とを含む。方法は、更に、センス駆動周波数を有する第２のセンス駆動信号を第２のキャパシタに印加することを含むことができ、第２のキャパシタが、第２のプルーフマスと、第２のセンス電極とを含む。方法は、更に、第１及び第２のキャパシタのそれぞれから静電容量信号を受け取ることと、静電容量信号用の同相モード信号を識別することと、同相モード信号に基づいてキャパシタエラーを識別することを含みうる。
【０００６】
本開示の典型的実施形態では、運動センサのキャパシタエラーを識別するためのシステムが、少なくとも２つの第１のセンス電極を含むことができ、センス駆動周波数を有する第１のセンス駆動信号が、第１のセンス電極と少なくとも２つの第２のセンス電極のそれぞれに印加され、センス駆動周波数を有する第２のセンス駆動信号が、第２のセンス電極のそれぞれに印加され、第１のセンス駆動信号と第２のセンス駆動信号が差分信号である。システムは、更に、第１のプルーフマスと、第２のプルーフマスとを含むことができる。システムは、更に、第１のプルーフマスから第１の静電容量信号を受け取りかつ第２のプルーフマスから第２の静電容量信号を受け取り、静電容量信号の同相モード信号を識別し、同相モード信号に基づいてキャパシタエラーを識別するように結合された処理回路を含みうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の以上その他の特徴、その本質及び様々な利点は、添付図面と関連して行われる以下の詳細な記述を検討することにより明らかになる。
【０００８】
【図１】本開示の実施形態による説明的な運動検出システムを示す図である。
【図２】本開示の幾つかの実施形態による説明的な加速度計を示す図である。
【図３】本開示の幾つかの実施形態による図２の加速度計の説明的な回路図である。
【図４】本開示の幾つかの実施形態による典型的な同相モード試験回路の説明的な回路図である。
【図５】本開示の幾つかの実施形態による典型的な同相モード試験回路の説明的な回路図である。
【図６】本開示の幾つかの実施形態による加速度計の同相モードエラーの識別を決定するための典型的なステップを示す図である。
【図７】本開示の幾つかの実施形態による加速度計の同相モードエラーを補償するための典型的なステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
加速度計は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）加速度計として設計され製造される。ＭＥＭＳ層は、半導体処理技術を使用して、センサの機械構成要素と、センサダイ（例えば、基板又はキャップの層としても機能するＣＭＯＳ層）内にあるかセンサダイの外にあるＣＭＯＳ回路などの、ＭＥＭＳ加速度計の他の構成要素への電気接続とを含むように構成される。ＭＥＭＳ層は、基礎となる基板層やキャップ層などの他の半導体層内に密封される。
【００１０】
ＭＥＭＳ層は、１つ以上のプルーフマスがばねによってＭＥＭＳ層内に懸架された懸架ばねマスシステムを含む。プルーフマスの運動は、ばねと、幾つかの実施形態では、マスやレバーなどの付加構成要素によって制限される。これらのばねと付加構成要素は、集合的に、直線加速度の検出に使用される１つ以上の軸に沿ったプルーフマスの運動を容易にする。センス電極は、検出された直線加速度の方向の各プルーフマスの隣に配置され、プルーフマスとセンス電極の距離に基づいて変化するキャパシタを構成する。
【００１１】
プルーフマスとセンス電極の隣接部分は、センス電極に対するプルーフマスの動きの静電容量検出を容易にするように、幾つかの異なる構成で設計されうる。幾つかの実施形態では、プルーフマスとセンス電極は、容量電極として機能する平行面を有してもよく、その結果、プルーフマスがセンス電極に近づくか遠ざかる（例えば、プルーフマスの平行面に垂直に）と静電容量が変化する。追加の他の構成が利用されうるが、別の典型的構成は、インターデジット型センス櫛歯を含みうる。プルーフマスとセンス電極はそれぞれ、プルーフマスとセンス電極の面から延在する幾つかのフィンガを有しうる。直線加速度（例えば、プルーフマスの面に平行な方向）によるプルーフマスの動きに応じて、インターデジット型センス櫛歯の間の距離が変化し、それにより、プルーフマスとセンス電極の間の全静電容量が変化する。
【００１２】
ＭＥＭＳ加速度計は、直線加速度を検出するために関連付けられた複数のプルーフマスとセンス電極を含みうる。各プルーフマスは、直線加速度に対して同じように応答でき、その結果、それぞれのセンス電極に対する位置が同じように変化する。センス駆動周波数を有するセンス駆動信号が、プルーフマス又はセンス電極の一方を介して、各キャパシタ（例えば、各プルーフマス／センス電極の対）に提供されうる。幾つかの実施形態では、キャパシタに印加されるセンス駆動信号は差分信号でよく、その結果、各キャパシタにおけるセンス信号は１８０°位相がずれる。キャパシタによって出力される差分信号は、静電容量−電圧（Ｃ２Ｖ）変換器などの変換回路によって、静電容量と直線加速度の変化に基づく電圧を有するセンス信号に変換されうる。
【００１３】
正常動作条件下では、キャパシタから出力される信号は、任意の共通モード信号成分に対して実質的に互いに打ち消さなければならない。センス駆動信号が差分であり、またプルーフマスが直線加速度に対して同じように応答するように設計されているので、それぞれのキャパシタから（例えば、プルーフマス又はセンス電極から）出力される静電容量信号も、位相と大きさの両方がほぼ差分信号のみでなければならない。しかしながら、キャパシタのうちの１つが破損した場合（例えば、プルーフマス又はセンス電極が位置ずれ又は破損、センス櫛歯の破損などの結果として）、破損したキャパシタから出力される静電容量信号は、設計応答から位相又は振幅が変化し、その結果、静電容量信号間の同相モード成分が生じることがある。
【００１４】
同相モード試験回路は、静電容量信号を監視して、静電容量信号の同相モード成分が１つ以上のしきい値を超えるかどうか決定できる。一実施形態では、同相モード試験回路は、同相モード入力回路、増幅器回路、並びに比較及び試験回路を含みうる。同相モード入力回路と増幅器回路は、静電容量信号を受け取りフィルタリングして、受け取った静電容量信号間の同相モード成分を表す同相モード信号を生成できる。同相モード信号は、１つ以上の同相モード信号と比較されうる（例えば、１つ以上のしきい値に基づいて）。この比較に基づいて、例えば、スケーリングファクタ又はセンス駆動信号を修正することによって、同相モード信号と関連付けられた静電容量の変化を補償できるかどうかを決定できる。補償ができない場合、加速度計は動作を停止しうる。
【００１５】
図１は、本開示の幾つかの実施形態による典型的な運動検出システム１０を示す。図１に特定の構成要素が示されているが、センサ、処理構成要素、メモリ、及び他の回路の任意の適切な組み合わせが、必要に応じて、様々な用途及びシステムに利用されうることを理解されよう。本明細書に記載されたような一実施形態では、運動検出システムは、少なくともＭＥＭＳ加速度計１２と、処理回路１４やメモリ１６などの支援回路を含みうる。幾つかの実施形態では、統合運動処理ユニット（「ＭＰＵ」）（例えば、３軸のＭＥＭＳジャイロスコープ検出、３軸のＭＥＭＳ加速度計検出、マイクロフォン、圧力センサ、及びコンパスを含む）を提供するために、運動処理システム１０内に、１つ以上の追加センサ１８（例えば、追加ＭＥＭＳジャイロスコープ、ＭＥＭＳ加速度計、ＭＥＭＳマイクロフォン、ＭＥＭＳ圧力センサ及びコンパス）が含まれうる。
【００１６】
処理回路１４は、運動処理システム１０の要件に基づいて必要な処理を提供する１つ以上の構成要素を含みうる。幾つかの実施形態では、処理回路１４は、加速度計１２又は他のセンサ１８の動作を制御し加速度計１２又は他のセンサ１８の処理の一部を実行するために、センサのチップ内（例えば、加速度計１２又は他のセンサ１８の基板又はキャップ上、或いは加速度計１２又は他のセンサ１８に対するチップの隣接部分上）に一体化されうるハードウェア制御ロジックを含みうる。幾つかの実施形態では、加速度計１２及び他のセンサ１８は、ハードウェア制御ロジックの動作の一部の修正を可能にする（例えば、レジスタの値の修正によって）１つ以上のレジスタを含みうる。幾つかの実施形態では、処理回路１４は、また、例えばメモリ１６に記憶されたソフトウェア命令を実行するマイクロプロセッサなどのプロセッサを含みうる。マイクロプロセッサは、ハードウェア制御ロジックと相互作用することによって加速度計１２の動作を制御し、加速度計１２から受け取った測定信号を処理できる。マイクロプロセッサは、他のセンサ１８と同じように相互作用できる。
【００１７】
幾つかの実施形態（図１に示されていない）では、加速度計１２又は他のセンサ１８は、外部回路と（例えば、シリアルバスによって、又はセンサ出力及び制御入力への直接接続によって）直接通信してもよく、一実施形態では、処理回路１４は、加速度計１２及び他のセンサ１８から受け取ったデータを処理し、通信インタフェース２０（例えば、ＳＰＩ又はＩ２Ｃバス、又は、自動車アプリケーション、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）又はローカルインターコネクトネットワーク（ＬＩＮ）バス）を介して外部構成要素と通信できる。処理回路１４は、加速度計１２及び他のセンサ１８から受け取った信号を適切な測定ユニットに変換し（例えば、通信バス２０を介して通信する他の計算処理ユニットによって提供される設定に基づいて）、より複雑な処理を実行して、向きやオイラー角度などの測定値を決定し、幾つかの実施形態では、特定の活動（例えば、徒歩、走行、制動、滑り、ローリングなど）が行われているかどうかをセンサデータから決定できる。
【００１８】
幾つかの実施形態では、複数の加速度計１２とセンサ１８からのデータに基づき、センサフュージョンと呼ばれうるプロセスで、特定タイプの情報が決定されうる。様々なセンサからの情報を組み合わせることによって、画像安定化、ナビゲーションシステム、自動車制御及び安全性、推測航法、リモート制御及びゲーム装置、活動センサ、三次元カメラ、産業オートメーション、及び多数の他の用途など、様々な用途に役立つ情報を正確に決定できる。
【００１９】
典型的なＭＥＭＳ加速度計（例えば、加速度計１２）は、ＭＥＭＳ加速度計が軸に沿った直線加速度の測定を可能にするように構成された１つ以上の可動プルーフマスを含みうる。幾つかの実施形態では、１つ以上の可動プルーフマスは、装置のＭＥＭＳ層に平行な層（例えば、ＣＭＯＳ層）から延在するアンカー、装置のＭＥＭＳ層のフレーム、又は可動プルーフマスに対して固定されたＭＥＭＳ装置の他の適切な部分など、ＭＥＭＳセンサの固定された任意の部分を指しうるアンカー点から懸架されうる。プルーフマスは、直線加速度に応じて動くように配置されうる。直線加速度に応じた固定面（例えば、固定センス電極）に対するプルーフマスの動きが、直線加速度又は他の運動パラメータを決定するために測定され評価される。
【００２０】
プルーフマスとセンス電極が、キャパシタを構成でき、その静電容量は、センス電極に対するプルーフマスの動きに基づいて変化する。センス駆動周波数を有するセンス駆動信号は、プルーフマス又はセンス電極の一方によって各キャパシタに印加され、センス駆動周波数における出力容量信号の分析に基づいて、直線加速度が検出されうる。幾つかの実施形態では、差分センス駆動信号（例えば、位相が１８０°ずれた同じセンス駆動信号を有する）が各キャパシタに印加されるように、キャパシタが互いに関連付けられうる。各キャパシタから出力される静電容量信号は差分信号でもよく、直線加速度を表す差動電圧を有するセンス信号は、静電容量信号に基づいて決定されうる。
【００２１】
場合によって、キャパシタには、例えばプルーフマスとセンス電極の位置ずれ又はセンス櫛歯などの構成要素の物理的破損により、欠陥（例えば、製作誤差による）又は動作中の破損が生じうる。破損したキャパシタによって提供される静電容量信号は、設計応答に一致しなくなることがあり、その結果、この静電容量信号に基づいて決定された加速度が正確でなくなることがある。幾つかの実施形態では、関連付けられたキャパシタからの静電容量信号が、静電容量信号の同相モード成分を決定するために測定されフィルタリングされうる。この同相モード成分は、通常環境ではきわめて小さいことがあり、破損したキャパシタによって関連キャパシタの平衡差動設計が変化するときに増大しうる。同相モード成分が特定のしきい値を超えた場合、加速度計の動作が修正されるか、加速度計が動作を停止しうる。
【００２２】
図２は、本開示の幾つかの実施形態による同相モード試験を有する実例となる加速度計を表す。図２に表されたように、典型的な加速度計は、懸架ばねマスシステム、複数のセンス電極、及び静電容量信号のための複数のセンス経路を含む。典型的な加速度計２００が、図２に、特定の構成要素を含むように表されているが、本開示が、任意の適切な数と構成のプルーフマス、ばね、結合マス、レバー、結合アーム、電極、及び１つ以上の方向の直線加速度の検出を可能にする他の適切な構成要素を含む様々な適切な加速度計設計によって実現されうることを理解されよう。
【００２３】
一実施形態では、加速度計は、加速度計のＭＥＭＳ層内のプルーフマス２０２とプルーフマス２０４を含み、プルーフマス２０２とプルーフマス２０４は、それぞれのばね２１４ａ／２１４ｂ及び２１６ａ／２１６ｂによって複数のアンカー２１０ａ／２１０ｂ及び２１２ａ／２１２ｂから懸架される。典型的なアンカー２１０ａ／２１０ｂ及び２１２ａ／２１２ｂは、ＭＥＭＳ層内のばね２１４ａ／２１４ｂ及び２１６ａ／２１６ｂが、プルーフマス２０２及び２０４の懸架を容易にするように、基板（例えば、負のｚ方向のＭＥＭＳ層の下にある）からＭＥＭＳ層内に延在する。一実施形態では、ばね２１４ａ／２１４ｂ及び２１６ａ／２１６ｂは、加速度計２００のＭＥＭＳ平面内の第１の軸に沿って従順で、ＭＥＭＳ平面内の第２の軸に沿って剛性があるように構成され配置された折りたたみばねである。図２の典型的実施形態で、加速度計２００は、Ｘ軸に沿った直線加速度を検出でき、ばね２１４ａ／２１４ｂ及び２１６ａ／２１６ｂは、Ｘ軸に沿って従順でＹ軸に沿って剛性がある。
【００２４】
加速度計は、直線加速度に応じてプルーフマス２０２及び２０４の動きを検出するように構成要素を含んでもよく、この構成要素は、光学検出、圧電性検出、容量性検出、又は他の適切な検出技術などの任意の適切な検出機構を含みうる。一実施形態では、固定センス電極に対するプルーフマス２０２及び２０４の動きに基づいて検出が行われうる。図２に静電容量電極を構成するように表されたが、実施形態では、プルーフマスとセンス電極は、それぞれのプルーフマスと固定センス電極の間の距離によって変化する静電容量を有するキャパシタを構成するように、駆動櫛歯などの他の適切な検出構成要素を含みうる。
【００２５】
一実施形態では、第１のプルーフマスアーム２０６は、正ｙ方向にプルーフマス２０２から延在でき、第２のプルーフマスアーム２０８は、負ｙ方向にプルーフマス２０４から延在でき、その結果、プルーフマスアームはそれぞれ、直線加速度が検出されている軸の方向に向いている（例えば、正ｘ方向及び負ｘ方向のそれぞれに向いている）露出面（例えば、ｚ方向にＭＥＭＳ層の深さを有する）を構成する。図２に表されたように、典型的実施形態では、複数のセンス電極がそれぞれ、プルーフマス２０２／２０４のプルーフマスアーム２０６／２０８に隣接していてもよい。本開示の文脈では、プルーフマスに「隣接」した電極又は類似の検出構成要素の記述は、プルーフマス又はその任意の構成要素、あるいはプルーフマスと比例的かつ一致して動く他の構成要素を含むことを理解されよう。
【００２６】
図２の実施形態では、センス電極２１８ａ、２１８ｂ、２２０ａ及び２２０ｂはそれぞれ、基板からＭＥＭＳ層内に延在し、その結果、各プルーフマスは、加速度計の検出直線加速度の軸に沿ったプルーフマスアーム２０６／２０８のうちの１つの平面に面する面（例えば、プルーフマス２０６の正ｘ方向の面に面するセンス電極２２０ａの面、プルーフマス２０６の負ｘ方向の面に面するセンス電極２１８ａの面、プルーフマス２０８の正ｘ方向の面に面するセンス電極２１８ｂの面、及びプルーフマス２０８の負ｘ方向の面に面するセンス電極２２０ｂの面）を含む。このようにして、センス電極２２０ａ及び２１８ａはそれぞれ、固定センス電極２２０ａ／２１８ａに対するプルーフマスアーム２０６の動きに基づいて静電容量を変化させるプルーフマスアーム２０６を有するキャパシタを構成し、センス電極２１８ｂ及び２２０ｂはそれぞれ、固定センス電極２１８ｂ／２２０ｂに対するプルーフマスアーム２０８の動きに基づいて静電容量を変化させるプルーフマスアーム２０８を有するキャパシタを構成する。
【００２７】
幾つかの実施形態では、周期信号が、検出軸に沿った直線加速度を検出するために、センス電極及び／又はプルーフマスに印加されうる。周期信号は、プルーフマスが動いていないとき（即ち、直線加速度がないとき）に印加され、実質的に一定の大きさを有するように検出されるセンス駆動信号でよい。検出軸に沿った直線加速度に応じて、プルーフマスが動いてもよく、その結果、固定センス電極に対する振動の大きさが、直線加速度の大きさに比例して変化する。
【００２８】
図２の典型的な加速度計の一実施形態では、差分センス駆動信号が、特定のプルーフマスのそれぞれのセンス電極に印加されてもよいが、幾つかの実施形態では、同相モード駆動信号が利用されうることを理解されよう。図２に表されたように、ラベルＳＤ１が、センス電極２１８ａ及び２１８ｂのそれぞれと関連付けられ、ラベルＳＤ２が、センス電極２２０ａ及び２２０ｂのそれぞれと関連付けられる。一実施形態では、各ラベルは、共通駆動周波数を有するが位相が１８０°ずれた差分センス駆動信号ＳＤ１とＳＤ２に対応する。このようにして、第１のセンス駆動信号ＳＤ１が、センス電極２１８ａとプルーフマスアーム２０６によって構成されたキャパシタによってプルーフマス２０２に印加され、第２のセンス駆動信号ＳＤ２が、センス電極２２０ａとプルーフマスアーム２０６によって構成されたキャパシタによってプルーフマス２０２に印加され、第１のセンス駆動信号ＳＤ１が、センス電極２１８ｂとプルーフマスアーム２０８によって構成されたキャパシタによってプルーフマス２０４に印加され、第２のセンス駆動信号ＳＤ２が、センス電極２２０ｂとプルーフマスアーム２０８によって構成されたキャパシタによってプルーフマス２０４に印加される。図２の典型的実施形態では、センス駆動信号のこの構成及び応用は、プルーフマス２０２及び２０４が、センス軸に沿った直線加速度に応じて動く構成に適しており、その結果、プルーフマス２０２とセンス電極２１８ａの間の相対位置と静電容量は、プルーフマス２０４とセンス電極２２０ｂの間の相対位置と静電容量に等しくなり、また、プルーフマス２０２とセンス電極２２０ａの間の相対位置と静電容量が、プルーフマス２０４とセンス電極２１８ｂの間の相対位置と静電容量に等しくなる。
【００２９】
直線加速度に対するプルーフマスの応答が、様々なセンス機構（例えば、センス電極などからの信号の測定）からの様々な適切な技術に基づいて測定されうることが理解されるが、一実施形態では、センス電極に対するプルーフマスの動きは、プルーフマス２０２（ＰＭ１）とプルーフマス２０４（ＰＭ２）から出力される静電容量信号出力ＣPM1及びＣPM2に基づいて測定されてもよい。静電容量の変化を表すそのような信号（例えば、電圧、電流など）は、プルーフマス２０２のセンス経路２２２とプルーフマス２２４のセンス経路２２４を介して測定されうる。図２には、センス経路が、直接接続として表さているが、センス経路が、検出される構成要素（例えば、プルーフマス２０２及び２０４）と、センス電極に対してプルーフマスの動きに応じる信号を生成する検出回路との間の電気経路を構成する任意の適切な構成要素又はその組み合わせを含みうることを理解されよう。典型的な実施形態では、センス経路は、ＭＥＭＳ層の１つ以上の構成要素（例えば、プルーフマス、ばね、結合マス、レバーなど）、ＭＥＭＳダイの他の層（例えば、アンカー、電気トレース、配線など）、及び加速度計ダイに結合された他の構成要素（例えば、外部検出回路に接続された配線又はリード線）を含みうる。幾つかの実施形態（図２に表されていない）では、センス経路が、プルーフマスではなくセンス電極から提供されうる。本開示は、静電容量信号がプルーフマスに結合されたセンス経路を介して出力される実施形態について概略的に述べるが、幾つかの実施形態及び加速度計構成では、静電容量信号が、センス電極に結合されたセンス経路によって提供されうることを理解されよう。
【００３０】
静電容量信号出力ＣPM1及びＣPM2が、センス電極２１８ａ／２１８ｂ／２２０ａ／２２０ｂを介して印加された差分センス駆動信号に基づくセンス駆動周波数における差分信号でよい。図２の差分センス駆動信号を有する平衡設計などの幾つかの実施形態では、ＣPM1とＣPM2から出力された静電容量信号は、差分センス駆動信号と、センス軸に沿った直線加速度に応じたプルーフマス２０２及び２０４の類似の動きとの相殺及び相加効果に基づく最小同相モード信号を有しうる。プルーフマス又はセンス電極の１つ以上が位置ずれした又は破損した一実施形態では、静電容量信号のうちの１つが、直線加速度に対するその設計応答から変化しうる。例えば、プルーフマスアーム２０６、センス電極２１８ａ又はセンス電極２２０ａの１つ以上の破損によって、プルーフマス２０２で構成されたキャパシタの面積が減少しうる。直線加速度による動きが、異なる初期キャパシタ構成を基準にするので、プルーフマスアーム２０６、センス電極２１８ａ及びセンス電極２２０ａの位置ずれ又は不適切な位置決めによってキャパシタの値が変化しうる。この結果、直線加速度に応じて予想静電容量信号ＣPM1から変化する。同様に、プルーフマスアーム、センス電極２１８ｂ又はセンス電極２２０ｂに対して破損、位置ずれ、又は不適切な位置決めが起こることがあり、その結果、直線加速度に応じて予想静電容量信号ＣPM2から変化する。
【００３１】
図３は、本開示の幾つかの実施形態による処理回路に結合された図２の加速度計の典型的な回路図を示す。図３の回路図では、プルーフマスセンス電極、センス経路及び静電容量信号の番号付けは、図２の番号付けに対応し、これらの物理要素は、図３では円形ノードによって示される。プルーフマス２０２及び２０４はノード２０２及び２０４に対応し、センス電極２１８ａ及び２１８ｂはノード２１８ａ／ｂに対応し、センス電極２２０ａ及び２２０ｂはノード２２０ａ／ｂに対応し、センス経路２２２及び２２４はセンス経路２２２及び２２４に対応し、静電容量信号は、ＣPM1及びＣPM2とラベル付けされる。図３に表されたように、各対２１８ａ／ｂ及び２２０ａ／ｂがそれぞれセンス駆動信号ＳＤ１又はＳＤ２を提供するので、センス電極２１８ａ／ｂ及び２２０ａ／ｂはそれぞれ単一ノードとして表される。
【００３２】
プルーフマスとセンス電極によって構成されたキャパシタは、キャパシタ３４０（例えば、プルーフマス２０２とセンス電極２１８ａの間）、キャパシタ３４２（例えば、プルーフマス２０２とセンス電極２２０ａの間）、キャパシタ３４４（例えば、プルーフマス２０４とセンス電極２２０ｂの間）、及びキャパシタ３４６（例えば、プルーフマス２０４とセンス電極２１８ｂの間）として表される。図２と図３の実施形態では、キャパシタ３４０、３４２、３４４及び３４６の静電容量は、センス軸に沿った直線加速度に応じて変化する。
【００３３】
キャパシタはそれぞれ、キャパシタの静電容量と、キャパシタのそれぞれに印加される信号（例えば、信号ＳＤ１及びＳＤ２）とに基づいて、充放電できる。そのような電荷の変化は、印加されたセンス駆動信号の周波数に基づく周期的成分を含む。図２の正Ｘ軸に沿って直線加速度がある実施形態では、プルーフマス２０２が、センス電極２２０ａに近づき、プルーフマス２０４が、センス電極２１８ｂに近づく。同時に、プルーフマス２０２がセンス電極２１８ａから遠ざかり、プルーフマス２０４がセンス電極２２０ｂから遠ざかる。同様に、負Ｘ軸に沿った直線加速度によって、プルーフマス２０２がセンス電極２１８ａに近づき、センス電極２２０ａから遠ざかり、プルーフマス２０４がセンス電極２２０ｂに近づきセンス電極２１８ｂから遠ざかる。プルーフマスとセンス電極が互いに近づくとき、それにより構成されたキャパシタの静電容量が増大する。プルーフマスとセンス電極が互いに遠ざかるとき、それにより構成されたキャパシタの静電容量は減少する。図３の矢印は、負Ｘ軸に沿った直線加速度に対する応答を表し、プルーフマス２０２とセンス電極２１８ａによって構成されたキャパシタ３４０の静電容量が増大し、プルーフマス２０２とセンス電極２２０ａによって構成されたキャパシタ３４２の静電容量が減少し、プルーフマス２０４とセンス電極２２０ｂによって構成されたキャパシタ３４４の静電容量が増大し、プルーフマス２０４とセンス電極２１８ｂによって構成されたキャパシタ３４６の静電容量が減少する。
【００３４】
本明細書に述べられ表された図２と図３の典型的実施形態では、差分センス駆動信号が、それぞれのセンス電極２１８ａ／２１８ｂ及び２２０ａ／２２０ｂに印加される。静電容量の変化は、そのような差分信号に基づいてプルーフマス２０２及び２０４で検出され、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2は、センス経路２２２とセンス経路２２４を介して加速処理回路３７２（例えば、処理回路１４の）と試験回路３７６（例えば、処理回路１４の）に提供される。
【００３５】
本明細書で述べるように、それぞれ個別のキャパシタの基本静電容量特性は、例えば、製造欠陥、破損、位置ずれ又は不適切な位置決めの結果として、キャパシタの構成要素のうちの１つ（プルーフマス又はセンス電極）の分散により変化しうる。図３は、直線加速度によるプルーフマスの動きに応じたキャパシタ３４０、３４２、３４４及び３４６のそれぞれの静電容量の変化を表す。これは、プルーフマスの動きの結果として関連キャパシタの隣のかっこ内に静電容量の変化として表される。図３の典型的実施形態の場合、プルーフマス２０２がセンス電極２１８ａの近づくと、静電容量が正変化し、プルーフマス２０２がセンス電極２２０ａから離れると、静電容量が負変化し、プルーフマス２０４がセンス電極２２０ｂに近づくと、静電容量が正変化し、プルーフマス２０４がセンス電極２１８ｂから遠ざかると、静電容量が負変化する。
【００３６】
図３の典型的実施形態では、キャパシタ３４６の構成要素のうちの１つ（例えば、プルーフマス２０４又は２１８ｂ）が、所望又は設計の構成から変化し（例えば、製造欠陥、破損、位置ずれ又は不適切な位置決めの結果として）、その結果、キャパシタ３４６の容量特性は、他のキャパシタ３４０、３４２及び３４４と異なることになる。キャパシタ３４０、３４２及び３４４のそれぞれの静電容量は、比較的均一であるが、キャパシタ３４６の静電容量は、容量特性の分散により実質的に異なる。同様に、キャパシタ３４０、３４２及び３４４は直線加速度による静電容量変化は類似するが（例えば、静電容量ΔＣの正又は負変化により）、キャパシタ３４６は、静電容量特性の変化により異なる（例えば、ΔＣと異なる値を有する）。図３の典型的実施形態では、キャパシタ３４６は値０．９＊Ｃを有し、一方、他のキャパシタは全てＣの値を有する。同様に、直線加速度が同じだと、キャパシタ３４６の静電容量の変化が異なる（例えば、Ｘ軸直線加速度では−０．９ΔＣ又は＋０．９ΔＣ）。例えば、図３の実施形態では、静電容量の変化は、キャパシタ３４０では＋ΔＣ、キャパシタ３４２では―ΔＣ、キャパシタ３４４では＋ΔＣ、及びキャパシタ３４６では−０．９＊ΔＣでよい。
【００３７】
加速度計３００からの静電容量信号ＣPM1及びＣPM2は、センス経路２２２及び２２４を介して加速処理回路３７２及び試験回路３７６に提供されうる。一実施形態では、加速処理回路は、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2（例えば、静電容量間の差に比例する）に基づいている電気的出力（例えば、電圧又は電流）を有する検出信号を出力する変換回路（例えば、静電容量−電圧変換回路）を使用して、静電容量信号ＣPMI及びＣPM2に基づいて検出加速を測定できる。加速処理回路は、フィルタ、アナログデジタル変換、スケーリング、しきい値との比較、信号分析、及び警告と通知の生成などの他の動作を実行できる。典型的実施形態では、加速度信号３７４は、加速度（例えば、センス駆動周波数の検出信号の一部、プルーフマスの物理的運動に正比例する信号など）、加速度測定値（例えば、加速度値）、又はその表現（例えば、通知、警告など）を決定するために使用されうる任意の適切な信号でよい。
【００３８】
正常条件下では、全てのキャパシタが類似の静電容量特性を有するとき、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2は、センス駆動周波数の差分信号になり、その結果、正味同相モード信号は実質的に相殺できる（例えば、構成要素と製造公差に基づく最小予想同相モード成分により）。しかしながら、キャパシタのうちの１つが、公差を超えるように変化したとき、異常キャパシタ（例えば、図３のキャパシタ３４６）の静電容量値の差に基づいて、静電容量信号間の正味同相モード成分が分かる。
【００３９】
試験回路３７６は、センス経路２２２及び２２４に結合され、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2を受け取り、静電容量信号に基づいて異常静電容量の存在を識別できる。本明細書に記載されたように、試験回路３７６は、同相モード信号を利用して、例えば、受け取った静電容量信号を抽出しフィルタリングして、１つ以上のしきい値と比較された同相モード信号を出力することによって、加速度計がキャパシタエラーを含むかどうかを決定できる。同相モード信号がしきい値を超える場合、キャパシタのうちの１つが異常であることが決定されうる。幾つかの実施形態では、キャパシタエラーが識別されうる。また、キャパシタエラーと、同相モード信号がしきい値を超える程度（又は、幾つかの実施形態では、複数のしきい値のうちのどれを同相モード信号が超えたか）とに基づいて、補償が実行されうる。例えば、処理は、受け取った加速度信号に適用されたスケーリングファクタを加速処理回路３７２によって調整でき、フィルタリングは、受信信号の同相モード成分を減少できるか印加センス駆動信号を修正できる。補償が行われない場合、加速度計の動作を停止させる通知又は警告が提供されうる。試験回路３７６は、試験信号３７８を出力でき、試験信号３７８は、同相モード信号、キャパシタエラー、補償、エラー、通知、又はこれらの任意の適切な組み合わせに関する情報を提供するアナログ信号、デジタル信号、データ信号、又はこれらの任意の適切な組み合わせを含みうる。
【００４０】
図４は、本開示の幾つかの実施形態による処理回路１４の試験回路３７６の実例となるブロック図を示す。試験回路３７６に様々な回路を使用できること、その回路の機能を修正できること、特定の回路を除去又は再構成できることが理解されるが、一実施形態では、試験回路３７６は、入力回路４０２、フィルタ及び増幅器回路４０４、及び比較回路４０６を含みうる。
【００４１】
入力回路４０２は、センス経路２２２／２２４から１つ以上の信号を受け取り、未処理の同相モード信号を試験回路３７６の追加の回路に提供できる。幾つかの実施形態では、センス経路２２２／２２４を介して受け取った信号がそれぞれ、入力回路４０２に提供される前に処理されて、例えば、プルーフマス又はセンス電極から出力された静電容量信号が増幅又はフィルタリングされる。一実施形態では、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2が、入力回路４０２に直接提供されうる。入力回路は、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2の間の同相モードを表す信号を出力するように構成された回路及び構成要素を含みうる。一実施形態では、入力回路は、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2の間に同相モード信号成分が存在するとき、電流及び電圧を増大させる回路を含みうる。この未処理の同相モード信号は、フィルタと増幅器回路４０４に出力されうる。
【００４２】
フィルタ及び増幅器回路４０４は、入力回路４０２などの回路から未処理同相モード信号を受け取ることができ、また未処理同相モード信号にフィルタリングを適用して、加速度計内にキャパシタエラーが存在するかどうかの更なる分析に使用されうる同相モード信号を出力できる。様々な未処理同相モード信号（例えば、静電容量信号、フィルタリングされた静電容量信号、デジタル化された静電容量信号、組み合わされた静電容量信号など）を様々な方法（例えば、ＲＣフィルタリング、増幅、通過帯域フィルタリングなど）でフィルタリングして、様々な同相モード信号（例えば、静電容量信号の同相モード成分の大きさを表わすアナログ又はデジタル信号）を提供できるが、一実施形態では、未処理同相モード信号は、センス駆動周波数の周期信号でよく、その大きさは、入力回路４０２で受け取った静電容量信号の同相モード成分に基づいて変化する。フィルタ回路は、静電容量信号の同相モード成分の大きさを表す（例えば、比例する）同相モード信号を出力する回路を増幅しＲＣフィルタリングできる。一実施形態では、同相モード信号は、キャパシタ３４６による非対称性により全体的な同相モード成分に比例して変化する値を有する非周期的信号（例えば、アナログ電圧）でよい。
【００４３】
同相モード信号は、比較回路４０６に提供されてもよく、比較回路４０６は、加速度計が受け取った同相モード信号に基づいたキャパシタエラーを含むかどうかを決定できる。幾つかの適切な信号分析技術に基づいて比較が行われうるが、一実施形態では、比較は、受け取った同相モード信号と１つ以上のしきい値との比較に基づきうる。一実施形態では、典型的なしきい値は、キャパシタの構成要素（例えば、プルーフマスとセンス電極）の許容公差に基づいてもよく、構成要素の完全耐性スタックアップの結果として静電容量が変化する。幾つかの実施形態では、追加のエラー要素がしきい値に適用され、その結果、公差より大きい、限られた大きさの同相モードエラーが許容される。幾つかの実施形態では、同相モードエラーが生じる可能性が高いという通知、様々な補償技術の開始、警告及びエラーメッセージの生成、加速度計による動作の停止など、加速度計による様々な処置をもたらす複数のしきい値が使用されうる。比較回路４０６は、この処理の一部又は全てを実行でき、又は、幾つかの実施形態では、比較結果（例えば、同相モード信号としきい値との比較に基づいて「１」及び「０」値）を、更なる処理のための処理回路１４の他の回路に提供できる。比較回路４０６の出力は、本明細書に記載されたような比較結果及び／又は他の情報（例えば、通知、エラーメッセージ、補償の制御信号など）を含みる試験出力でよい。
【００４４】
図５は、本開示の幾つかの実施形態による試験回路３７６の説明的回路図を示す。一実施形態では、回路図は、入力回路４０２、フィルタ及び増幅器回路４０４、及び比較回路４０６の構成要素を表してもよいが、他の実施形態では、他の回路が使用されてもよく、表された構成要素が再構成されてもよく、１つ以上の構成要素が追加又は除去されてもよく、構成要素の１つ以上が類似機能を実行する他の構成要素と置き換えられてもよいことを理解されよう。
【００４５】
入力回路４０２の典型的実施形態では、静電容量信号ＣPM1及びＣPM2が、センス経路２２２及び２２４によって入力回路４０２に提供されてもよく、未処理同相モード信号が、入力回路４０２から（例えば、フィルタ及び増幅器回路４０４に）出力されてもよい。入力回路４０２は、この機能を実行するための任意の適切な構成要素を含みうるが、一実施形態では、入力回路４０２が、電流源５０８、第１の入力トランジスタ５０２、第２の入力トランジスタ５０４、及びイネーブルスイッチ５０６を含みうる。
【００４６】
一実施形態では、試験回路３７６の動作は、イネーブル信号に基づいてイネーブル又はディスエーブルされうる。イネーブル信号は、任意の適切な方法で提供されうるが、一実施形態では、イネーブル信号は、電流源５０８とイネーブルスイッチ５０６に提供されうる。イネーブル信号が「オン」のとき、電流源５０８が、入力回路４０２の他の構成要素に電流を提供できる。一実施形態では、電流源によって提供される電流は、静電容量信号間に同相モード成分がある条件下でキャパシタ５１０上に電圧が十分に蓄積できるほどでよい。一実施形態では、イネーブル信号もイネーブルスイッチ５０６に提供されうる。各イネーブルスイッチは、第１のトランジスタ５０２とアースの間、又は第２のトランジスタ５０４とアースの間に接続されうる。イネーブル信号が「オン」のとき、イネーブルスイッチ５０６が閉じて、第１のトランジスタ５０２とアースの間、及び第２のトランジスタ５０４とアースの間に電気接続を作り出す。
【００４７】
イネーブル信号が「オン」のとき、入力回路４０２が、受け取った静電容量信号に応じて未処理同相モード信号を提供できる。一実施形態では、静電容量信号ＣPM1が、センス経路２２２によって第１の入力トランジスタ５０２に提供されてもよく、静電容量信号ＣPM2が、センス経路２２４によって第２の入力トランジスタ５０４に提供されてもよい。本明細書に記載されたように、入力回路４０２の構成要素は、静電容量信号ＣPM1と静電容量信号ＣPM2の間に同相モード成分が存在するときに、電圧が未処理同相モード信号として出力されるように構成されうる。様々な実施形態で、これは、複数の相互接続されたトランジスタ、キャパシタ、抵抗器、ダイオードなどを含む様々な構成要素によって実行されうる。
【００４８】
図５の典型的実施形態では、静電容量信号がそれぞれ、ｐチャネルエンハンスメント形ＭＯＳＦＥＴの（例えば、第１のトランジスタ５０２と第２のトランジスタ５０４の）ゲートに入力されうる。第１のトランジスタ５０２と第２のトランジスタ５０４が、電流源５０８とキャパシタ５１０に接続された第１のノードと、アースに接続された第２のノードとによって、第１のノードと第２のノードの間に並列に結合されうる。正常動作条件下（例えば、キャパシタ特性が全て公差内にあるとき）で、第１のトランジスタ５０２と第２のトランジスタ５０４に提供される信号は、ほぼ差分信号だけのはずである。
【００４９】
一実施形態では、第１のトランジスタ５０２と第２のトランジスタ５０４は、大きいオーバードライブを有してもよく、差動対として機能してもよく、その結果、入力信号ＣPM1及びＣPM2が差分信号である（例えば、加速度計の静電容量が等しく、差分センス信号が加速度計に印加される）とき、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（例えば、共通ソース構成）のソースは同じ電圧になる。差動対への入力信号が同相モードを有するとき（例えば、ＣPM1がＣPM2と等しいとき）、差動対は、電圧フォロワーとして働くことがある。ＣPM1＝ＣPM2の電圧は、しきい電圧を有する共通ソースに伝播される。
【００５０】
フィルタと増幅器回路の４０４の典型的実施形態では、未処理同相モード信号が、入力回路４０２からのフィルタと増幅器回路の４０４に提供され、その結果、フィルタ及び増幅器回路４０４が、フィルタリングされた同相モード信号を（例えば、比較回路４０６に）出力できる。フィルタ及び増幅器回路４０４が、この機能を実行する任意の適切な構成要素を含みうるが、一実施形態では、フィルタと増幅器回路４０４は、キャパシタ５１０、電圧入力５１２、増幅器５１４、キャパシタ５１６、抵抗器５１８及びリセットスイッチ５２０を含みうる。
【００５１】
一実施形態では、未処理同相モード信号が、キャパシタ５１０に提供され、キャパシタ５１０から増幅器５１４の第１の入力に提供されてもよく、一方、電圧入力５１２ＶCMは、増幅器の他の入力に提供される適切な電圧でよい。増幅器５１４の出力は、並列の帰還コンデンサ５１６と帰還抵抗器５１８によって増幅器５１４の入力に結合されうる。一実施形態では、キャパシタ５１０及び５１６並びに抵抗器５１８は、増幅器５１４からの出力同相モード信号が、未処理同相モード信号からの交流成分の除去（例えば、静電容量信号の一定大きさの同相モード成分に応じて実質的に固定されたアナログ電圧を出力する）や、予想同相モード大きさに対応するのに適したダイナミックレンジの提供など、望ましい特徴を有するように大きさが決められうる。静電容量５１０は、交流結合として作用する。共通ソース上の信号は、静電容量５１０と静電容量５１６の比率によって増幅されうる。抵抗器５１８は、増幅器５１４上で直流帰還を保持できる。一実施形態では、抵抗器５１８、キャパシタ５１６及び増幅器５１４と並列に、それらの構成要素を選択的に短絡させるためにリセットスイッチ５２０が提供されうる（例えば、起動中に増幅器の負入力の電圧を設定するため）。
【００５２】
フィルタ及び増幅器回路４０４から出力された同相モード信号は、比較回路４０６に提供されうる。本明細書に記載されたように、比較回路は、様々な実施形態で様々な試験出力を生成するために、同相モード成分（例えば、同相モード信号）を表す信号の適切な比較を実行できる。図５に表された一実施形態では、比較回路は、比較器５２２と比較器しきい電圧５２４を含みうる。
【００５３】
典型的実施形態では、しきい電圧５２４は、同相モード成分の大きさと同相モード信号との既知の関係に基づいて選択されうる。選択されたしきい電圧は、加速度計のキャパシタの１つ以上が許容公差から外れた電圧でよい（例えば、製造欠陥、破損、位置ずれ、又は不適当な位置決めによる）。同相モード信号の電圧が、しきい電圧５２４を超える場合、「High」信号が、比較器５２２から試験出力３７８として出力され、それにより、加速度計が動作を停止すべきであることを示す。試験出力３７８は、適切な処置と通知のために他の処理回路１４に提供されうる。
【００５４】
他の典型的な実施形態（図５に表されていない）では、比較は、他の方法、例えば、複数のしきい値との比較や、時間の経過による同相モード信号の分析によって行われうる（例えば、パターンや変化などを識別するために）。比較回路４０６の１つの典型的実施形態では、同相モード信号が、１つ以上のしきい値と比較されうる。本明細書に記載されているように、同相モード信号は、同相モード成分の大きさに基づいて変化することがあり、同相モード成分の大きさは、キャパシタ異常の重大度によって変化しうる。キャパシタ異常の重大度は、同相モード信号が複数のしきい値と比べてどうであるかにより決定されうる。適切な値としきい値が、様々な方式で比較されうるが、典型的実施形態では、より深刻なキャパシタ異常が、同相モード信号の増大に対応する。
【００５５】
一実施形態では、複数のしきい値に複数の比較が実行され、それにより、比較回路の様々な信号レベルによって、様々な応答又は通知が得られる。典型的実施形態では、３つのしきい値（ＶTH1、ＶTH2及びＶTH3）が比較のために利用されてもよく、各しきい値は、異なる起こりうる異常重大度レベルに対応する。比較は、様々な方式で実行されうるが、一実施形態では、しきい値がそれぞれ、それぞれの比較器に入力されるアナログ電圧に対応し、同相モード信号は、しきい値のそれぞれと比較される。同相モード信号の大きさの増大が、検出されたキャパシタ異常の程度の増大に対応する実施形態では、しきい値ＶTH1が、しきい値ＶTH2より小さいことがあり、しきい値ＶTH2が、しきい値ＶTH3より小さいことがある。ＶTH1より小さい同相モード信号電圧値は、正常動作条件に対応できる。ＶTH1より大きくＶTH2より小さい比較電圧は、第１のエラー状態を示しうる。ＶTH2より大きくＶTH3より小さい比較電圧は、第１のエラー状態より深刻な第２のエラー状態を示しうる。最後に、ＶTH3より大きい比較電圧は、最高重大度レベルの第３のエラー状態を示しうる。
【００５６】
一実施形態では、比較器からの出力が、比較回路４０６によって処理されてもよく、更なる処理のために処理回路１４の他のものに提供されてもよい。これらの出力は、警告と補償処理を実行するために処理されうる。警告及び補償処理は、プログラム可能でよく、それにより、様々な重大度レベルに基づいて異なる処置が取られうる。典型的な処置には、通知の提供、警告の生成、加速度計の動作の停止、加速度計の動作パラメータの修正、加速出力信号に適用される利得値の修正、加速度計からの出力データの修正（例えば、他のセンサからのスケーリングファクタ又はデータに基づく）、他の適切な動作、及びこれらの任意の適切な組み合わせがある。
【００５７】
典型的実施形態では、正常動作条件下で、加速度計が、正常に動作し続けることができ、通知は提供されえない（例えば、正常動作の通知以外）。第１のエラー状態の場合、エラーの存在の警告通知が提供されることがあり、エラーを調整するために加速度計からの出力データが修正されうる（例えば、第１のタイプの補償）。第２のより深刻なエラー状態の場合、エラーの存在の警告通知が提供されることがあり、エラーを補償するための試みで、動作パラメータ（例えば、センス駆動信号の修正、補償電極への信号の印加など）が実行されうる（例えば、第２のタイプの補償）。一実施形態では、第２のエラー状態に応じて、出力値の修正も実行されうる。第３のエラー状態の場合、加速度計が動作を停止すべきであることが決定されてもよく、加速度計を遮断させる通知が提供されてもよい。
【００５８】
幾つかの実施形態では、警告と補償処理が、前のエラー状態と応答のメモリを保持でき、その結果、様々な補償技術が、技術の有効性に基づいて実行されることがあり、現在実行されている特定の補償に基づいて組み合わされうる。例えば、動作パラメータの修正によって、加速度計が第２のエラー状態から正常状態又は第１のエラー状態に首尾よく移行した場合、動作パラメータの修正が維持されうる。別の例では、出力データの様々な修正が、動作パラメータの様々な変化に対応でき、またエラーを改善するために使用される動作パラメータの変化に基づいて使用されうる。
【００５９】
図６〜図７は、本開示の幾つかの実施形態によるキャパシタ異常を識別するための典型的なステップを表す。図６〜図７は、本開示の文脈で述べられているが、図６〜図７に示された方法及びステップが、様々なセンサ及び加速度計の設計、信号経路、エラー、及び補償技術に適用されうることを理解されよう。図６〜図７に特定の順序及び流れのステップが示されているが、幾つかの実施形態では、ステップの１つ以上が、修正、移動、除去又は追加されてもよく、図６〜図７に表された流れが修正されてもよいことを理解されよう。
【００６０】
図６は、本開示の幾つかの実施形態による同相モード信号を利用してキャパシタ異常を識別する典型的なステップを表す。本明細書に記載されているように、典型的な加速度計は、加速度計のプルーフマス及びセンス電極によって構成されたキャパシタから静電容量信号を受け取るために結合された試験回路を含みうる。
【００６１】
ステップ６０２で、センス駆動信号が、センス電極に印加されうる。センス駆動信号は、センス駆動周波数を有してもよいが、幾つかの実施形態では、センス電極のうちの様々なものに差分信号として提供されうる。センス駆動信号がセンス電極に印加された後で、処理は、ステップ６０４に進みうる。
【００６２】
ステップ６０４で、加速度計処理回路が、キャパシタから静電容量信号を受け取りうる。本明細書に記載されたように、静電容量信号は、センス電極に対するプルーフマスの動きと周期的センス駆動信号に基づいて変化しうる。静電容量信号が、加速度計処理回路によって受け取られた後で、処理は、ステップ６０６に進みうる。
【００６３】
ステップ６０６で、試験回路が、キャパシタから静電容量信号を受け取りうる。一実施形態では、静電容量信号は、入力回路によって受け取られてもよく、入力回路は、受け取った静電容量信号に基づいて未処理同相モード信号を決定する構成要素（例えば、電流源、トランジスタ及びキャパシタ）を含みうる。未処理同相モード信号は、静電容量信号の同相モード成分を表しうる。未処理同相モード信号が決定された後、処理は、ステップ６０８に進みうる。
【００６４】
ステップ６０８で、未処理同相モード信号が、分析に適した同相モード信号を生成するために処理されうる。処理は、様々な方法で実行されうるが、一実施形態では、帰還ＲＣ回路を有する増幅器が、未処理同相モード信号からの交流部分とノイズの除去を提供し、同相モード信号に適したダイナミックレンジに提供できる。ステップ６０８で同相モード信号が決定された後、処理は、ステップ６１０に進みうる。
【００６５】
ステップ６１０で、同相モード信号が、１つ以上のしきい値と比較されうる。本明細書に記載されたような典型的実施形態では、同相モード信号の電圧は、より高い電圧がより深刻な異常に対応するように、キャパシタ異常の重大度に基づいて増加されてもよい。複数のしきい値の典型的実施形態では、処理は、全てのしきい値を超えた場合、又は幾つかの実施形態では、警告しきい値だけを超えた場合に、ステップ６１２に進みうる。ステップ６１２で、センス駆動信号への応答に基づいて加速度が決定されてもよく、処理は、ステップ６０２に戻りうる。同相モード信号がしきい値より大きい場合、又は幾つかの実施形態では、動作を停止するか動作を補償する要件と関連付けられたしきい値より大きい場合、処理は、ステップ６１４に進みうる。
【００６６】
ステップ６１４で、処理回路は、異常に応じて補償が行われるかどうか、又は加速度計がエラーに応じて動作を停止すべきかどうかを決定できる。補償が行われる場合、処理は、図７に示された処理に進みうる。補償が行われない場合、処理はステップ６１６に進むことができ、通知が提供され、加速度計が動作を停止できる（例えば、加速度計の幾つか又は全ての構成要素から電圧が除去されてもよく、センス駆動信号が提供されなくなってもよい）。次に、図６の処理が終了できる。
【００６７】
図７は、本開示の幾つかの実施形態によるキャパシタ異常を補償するための典型的なステップを示す。図６のステップで異常が識別された場合（例えば、同相モード信号の電圧が１つ以上のしきい電圧より低下したことによる）と、特定の加速度計内でエラーの補償が許可される場合に、図７の処理が実行されうる。
【００６８】
ステップ７０２で、異常の重大度が、例えば同相モード信号用の電圧の値に基づいて、決定されうる。一実施形態では、重大度は、複数の異常状態のうちの１つを識別するために、同相モード信号と複数のしきい値との比較（例えば、複数の比較器における）に基づいてもよい。一実施形態では、異常状態の１つ以上が、重大度と、単独で関連付けられるか、他の入手可能な情報（例えば、補償又は加速度データ履歴、同時加速度データなど）に合わせて検討されうる。重大度が決定された後、処理は、ステップ７０４に進みうる。
【００６９】
ステップ７０４で、異常の重大度に基づいて補償が可能かどうかが決定されうる。一実施形態では、１つ以上のエラー状態又は重大度レベルが、様々な応答と関連付けられうる。異常状態又は重大度レベルが補償を可能にしない場合、処理は、ステップ７０６に進むことができ、そこで、通知が提供され、加速度計が動作を停止することがある（例えば、加速度計の幾つか又は全ての構成要素から電圧が除去され、センス駆動信号が提供されなくなる、など）。次に、図７の処理が終了できる。補償が可能な場合、処理は、ステップ７０８に進みうる。
【００７０】
ステップ７０８で、エラーの重大度に基づいて可能な補償のタイプが決定されうる。様々な適切なタイプの補償が可能でありうるが、一実施形態では、補償のタイプは、加速度計からの出力データの修正（例えば、スケーリングファクタの修正による）、又は加速度計の動作パラメータの修正（例えば、センス駆動信号を修正するか、補償電極に補償信号を提供することにより）を含みうる。様々な重大度レベルが、様々な補償タイプ、及び幾つかの実施形態では様々なタイプ内の様々な補償技術と関連付けられうる。幾つかの実施形態では、補償タイプを決定するときに、履歴補償情報や加速度計データなどの追加情報、又は電流加速度計データが考慮されうる。実行される補償が決定された後、補償が実施されてもよく、処理は、ステップ７１０に進みうる。
【００７１】
ステップ７１０で、補償に対する応答が測定されうる。スケーリングファクタが修正される実施形態では、スケーリングによる影響を受ける加速出力値又は他の信号値の変化などの変化が測定されうる。動作パラメータの修正の実施形態では、センス駆動信号及び／又は補助駆動信号の変化が決定されうる。応答がステップ７１０で測定された後、処理は、ステップ７１２に進みうる。
【００７２】
ステップ７１２で、補償が成功したかどうかが決定されうる。典型的実施形態では、測定された応答値が、ステップ７１４で、補償に基づく予想測定応答値と比較されうる。測定応答値が期待値（例えば、しきい値範囲内）に対応する場合、処理は、図６のステップ６０２に戻りうる。測定応答値が期待値（例えば、しきい値範囲内の）に対応しない場合、処理は、ステップ７１４に進みうる。
【００７３】
ステップ７１４で、補償が続くべきかどうかが決定されうる。典型的実施形態では、測定応答値が、出力データの改善又は静電容量信号の同相モード成分の減少を示す場合、補償は幾つかのステップで続いてもよく、測定応答を許容可能な境界内にするために複数の補償技術が使用されうる。補償が続く場合、処理は、ステップ７０８に戻りうる。補償が続くことができない場合、処理は、ステップ７１６に進むことができ、そこで、通知が提供されてもよく（例えば、補償が失敗したこと）、加速度計が動作を停止されてもよい（例えば、加速度計の幾つか又は全ての構成要素から電圧が除去される、センス駆動信号が提供されなくなる、など）。そこで、図７の処理が終了できる。
【００７４】
以上の説明は、本開示による典型的実施形態を含む。これらの例は、説明のためのものであり、限定するためのものではない。本開示が、本明細書に明示的に記述され描かれた形態と異なる形態で実施されてもよく、以下の特許請求の範囲と一致する様々な修正、最適化及び変形が、当業者によって実現されうることを理解されよう。
【符号の説明】
【００７５】
２００  加速度計
２０２，２０４  プルーフマス
２０６，２０８  プルーフマスアーム
２１０ａ，２１０ｂ，２１２ａ，２１２ｂ  アンカー
２１４ａ，２１４ｂ，２１６ａ，２１６ｂ  ばね
２１８ａ，２１８ｂ，２２０ａ，２２０ｂ  センス電極
【図１】
2020160080.tif 000003
【図２】
2020160080.tif 000004
【図３】
2020160080.tif 000005
【図４】
2020160080.tif 000006
【図５】
2020160080.tif 000007
【図６】
2020160080.tif 000008
【図７】
2020160080.tif 000009