(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定構造体（６）と、
駆動軸（Ｘ）に従って第１の自由度を有し、前記固定構造体（６）に関して可動な駆動質量体（７）と、
前記駆動軸（Ｘ）に従って運動状態になるように駆動質量体（７）に機械的に連結され、且つ、微細構造体（２；２０２）の回転に応答して、駆動軸（Ｙ）に従って第２の自由度を有し、前記駆動質量体（７）に関して可動である検出質量体（８）と、
を有する微細構造体（２；２０２）および、
駆動周波数（ωＤ）で前記駆動軸（Ｘ）に従って前記駆動質量体（７）を振動状態に維持するための、前記微細構造体（２；２０２）とともにマイクロエレクトロメカニカルループ（１８）を形成する駆動装置（３；１０３）
を備えるマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープにおいて、
前記駆動装置（３；１０３）は、
前記駆動軸（Ｘ）に関して駆動質量体（７）の位置（ｘ）を検出するために微細構造体（２；２０２）に連結される離散時間検出インタフェース（２０）と、
前記マイクロエレクトロメカニカルループ（１８）の振動振幅を、前記検出インタフェース（２０）により検出される前記駆動子質量体（７）の位置（ｘ）に基づいて制御するための制御手段（２１、２３、２４、２５）と、
を備えることを特徴とするマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項２】
前記検出インタフェース（２０）が、離散時間の完全差動型の電荷増幅器を備えることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項３】
前記電荷増幅器（２０）が、前記微細構造体（２；２０２）の前記駆動質量体（７）に容量結合されるフィードバック検出端子（１４ａ、１４ｂ）に接続される入力端を有することを特徴とする、請求項２に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項４】
前記検出インタフェース（２０）が、出力上に、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）段（４０）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項５】
前記ＣＤＳ段（４０）は、リセットステップと、オフセットサンプリングステップ及び検出ステップを含む相関二重サンプリングサイクルを実行可能であり、
各相関二重サンプリングサイクルのオフセットサンプリングステップのデュレーション及び検出ステップのデュレーションが制御され、前記オフセットサンプリングステップの期間中に前記駆動軸（Ｘ）に従う前記駆動質量体（７）の速度（ｘ’）によって生じる第１の妨害影響（ＱＤ１）が、前記検出ステップの期間中に前記駆動軸（Ｘ）に従う前記駆動質量体（７）の速度（ｘ’）によって生じる第２の妨害影響（ＱＤ１’）によって、平衡化されることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項６】
前記検出インタフェース（２０）は、完全差動型の演算増幅器（３７）を備え、当該演算増幅器（３７）の各入力端及び各出力端間に、それぞれ、増幅キャパシタ（３８）を有することを特徴とする、請求項５に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項７】
前記ＣＤＳ段（４０）は、２つのＣＤＳキャパシタ（４２）を備え、当該ＣＤＳキャパシタ（４２）は、前記演算増幅器（３７）の各出力端に接続される第１の端子と、基準電圧（ＶＣＭ）に設定される基準ライン（４７）へ、各ＣＤＳスイッチ（４５）を介して選択的に接続可能な第２の端子とを有し、
前記ＣＤＳスイッチ（４５）が、前記オフセットサンプリングステップ中に閉じられ、前記検出ステップ中に開けられるように制御されることを特徴とする、請求項６に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項８】
前記ＣＤＳ段（４０）は、リセットスイッチ（４３）を備え、当該リセットスイッチ（４３）は、前記演算増幅器（３７）の出力端間に接続され、且つ、前記リセットステップ中に閉じられるとともに、前記オフセットサンプリングステップ中及び前記検出ステップ中に開けられるように制御されることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項９】
前記制御手段（２１、２３、２４、２５）は、位相シフトを９０°±４０°の範囲にするための、前記検出インタフェース（２０）にカスケード接続される位相シフトモジュール（２１）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項１０】
前記制御手段（２１、２３、２４、２５）は、
前記位相シフトモジュール（２１）の下流に配置され、駆動周波数（ωＤ）が通過帯域に含まれるように、且つ、望ましくない信号成分を少なくとも３０ｄＢ減衰するように選択される、カットオフ周波数を有するローパスフィルタ（２２）と、
可変利得増幅器（２５）と、
前記マイクロエレクトロメカニカルループ（１８）の振動条件を維持するように、前記可変利得増幅器（２５）の利得（Ｇ）を制御するためのコントロール装置（２４）と、
を備えることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項１１】
前記検出軸（Ｙ）に従う前記検出質量体（８）の変位を検出するために、前記微細構造体（２；２０２）に連結される、離散時間読み出し装置（５）を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項１２】
前記マイクロエレクトロメカニカルループ（１８）の振動位相を検出するための同期化手段（２７）と、
前記駆動周波数（ωＤ）の倍数周波数を有する読み出し信号（ＶＲ）を生成するために、前記同期化手段（２７）によって制御される位相発生器段（３０）とを備え、
前記駆動質量体（７）及び前記検出質量体（８）は、前記読み出し信号（ＶＲ）を受信するために前記位相発生器段（３０）に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項１３】
少なくとも、前記駆動質量体（７）に機械的に連結されて、前記駆動軸（Ｘ）に従って運動状態となり、且つ、前記微細構造体（２；２０２）の回転に応答して、前記駆動軸（Ｙ）から独立な、更なる検出軸（Ｚ）に従う更なる自由度を有し、前記駆動質量体（７）に関して可動である、更なる検出質量体（９）と、
前記更なる検出軸（Ｚ）に従う前記更なる検出質量体（９）の変位を検出するための、前記微細構造体（２；２０２）に連結される更なる離散時間読み出し装置（４）とを備えることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ。
【請求項１４】
マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの制御方法であって、
固定構造体（６）と、駆動軸（Ｘ）に従って第１の自由度を有し、前記固定構造体（６）に関して可動な駆動質量体（７）と、前記駆動軸（Ｘ）に従って運動状態になるように駆動質量体（７）に機械的に連結され、且つ、微細構造体（２；２０２）の回転に応答して、駆動軸（Ｙ）に従って第２の自由度を有し、前記駆動質量体（７）に関して可動な検出質量体（８）とを有する微細構造体（２；２０２）を備える、マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープを提供する工程と、
駆動周波数（ωＤ）で、前記駆動軸（Ｘ）に従って前記駆動質量体（７）を振動状態に維持する工程とを含む制御方法であって、
前記工程を実行するにあたり、
前記駆動軸（Ｘ）に関し、前記駆動質量体（７）の位置（ｘ）を離散時間検出する工程、及び、
前記検出された前記駆動質量体（７）の位置（ｘ）に基づいて、前記マイクロエレクトロメカニカルループ（１８）の振動振幅を制御する工程、により実行することを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
前記駆動質量体（７）の位置（ｘ）を離散時間検出する工程は、
リセットステップ、オフセットサンプリングステップ及び検出ステップを含む相関二重サンプリングサイクルを実行する工程と、
前記オフセットサンプリングステップの期間中に前記駆動軸（Ｘ）に従う前記駆動質量体（７）の速度（ｘ'）によって生じる第１の妨害影響（ＱＤ１）が、前記検出ステップの期間中に前記駆動軸（Ｘ）に従う前記駆動質量体（７）の速度（ｘ'）によって生じる第２の妨害影響（ＱＤ１'）によって平衡化されるように、前記各相関二重サンプリングサイクルの前記オフセットサンプリングステップのデュレーション及び前記検出ステップのデュレーションを制御する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の制御方法。
【請求項１６】
制御ユニット（４１０）と、当該制御ユニット（４１０）に連結される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ（１）とを備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置制御駆動を備えるマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ、及び、マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のように、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の使用は多様な技術分野に広がってきており、特に、広範囲の用途の慣性センサ、微小集積型ジャイロスコープ、及びエレクトロメカニカル振動子の製造に好結果をもたらしている。
【０００３】
この種のＭＥＭＳは、通常、ばねにより固定体（ステータ）に接続された少なくとも１つの質量体を備えるマイクロエレクトロメカニカル構造体に基づくものであり、当該質量体は、既定の自由度に従って当該ステータに対して可動である。当該質量体はさらに、容量構造体（キャパシタ）を介して固定体に結合されている。可動質量体が、例えば外部からの応力によりステータに対して移動することにより、キャパシタの容量は変化し、それ故、固定体に関する可変質量体の相対的な変位を戻すこと、従って、加えられる力を戻すこと（バックすること）が可能である。逆に、適当なバイアス電圧を供給することによって、可動質量体に対して静電気力を加えて、可動質量体を動かすことようにすることができる。加えて、エレクトロメカニカル振動子を得るために、一般に、二次の低域通過型である慣性ＭＥＭＳ構造体の周波数応答特性が用いられている。
【０００４】
多くのＭＥＭＳ（特に、全てのエレクトロメカニカル振動子及びジャイロスコープ）は、可動質量体を振動状態に維持する役割を有する駆動装置を想定しなければならない。
【０００５】
既知の解決策の第一型は、開ループにおいて、周期的な応力をＭＥＭＳ構造の共振振動数で与えることを想定している。解決策はシンプルであるが、決して効果的ではない。なぜならば、半導体マイクロマシニング工程の除去不可能なスプレッドのために、共振周波数が正確に分からないからである。加えて、個々の装置の共振周波数は、時間の経過と共に、例えば温度勾配によって、又はより簡単には時間の経過によって、変化し得るからである。
【０００６】
それゆえ、シグマ-デルタ変調器の使用に基づくフィードバック駆動回路が提唱されている。この種の回路は、実共振周波数で可動質量体の振動を安定させる点及び妨害を抑制する点において、前述の回路よりも、確実に効果的である。しかしながら、種々の段が、シグマ-デルタ変調器によって出力されるビットストリームのフィルタリング、デシメーション、更なる処理のために必要とされる。このため、現在利用可能なフィードバック駆動回路は、製造が複雑であり、扱い難く、且つ実際問題としてコストが掛かる。
【０００７】
加えて、ジャイロスコープが、ステータに関して可動であり、且つ、１つの相対的な自由度を有するように相互に連結された、２つの質量体を備える複雑なエレクトロメカニカル構造体を有することを考慮しなければいけない。２つの可動質量体は、双方とも、ステータに容量結合される。可動質量体の１つは駆動専用であり（駆動質量体）、振動中は共振振動数に維持されている。他方の可動質量体（検出質量体）は振動運動状態に駆動され、微細構造体（ミクロ構造体）が予め決定された軸に対してある角速度で回転する場合には、当該角速度自体に比例するコリオリの力を受ける。実際には、検出質量体は、コリオリの加速度を検出可能な加速度計として機能する。
【０００８】
駆動を可能にし、ローパス型及び高性能指数の二次伝達関数によって、検出器が周波数選択増幅器の役割を担うエレクトロメカニカル振動子の提供を可能にするために、駆動質量体は、２種の差動容量性構造体、すなわち、駆動電極及び駆動検出電極を備える。駆動電極は、駆動質量体の機械的共振周波数でノイズのスペクトル成分により発生する静電気力による、駆動方向における可動質量体の自己発振をサポートすることを目的とする。駆動検出電極は、電荷変換により、駆動方向における検出質量体の移動位置又は回転位置を測定することを目的とする。
【０００９】
特許文献１は、連続時間モードで動作する差動読み取り増幅器、ハイパス増幅器、駆動及び制御段を備え、ジャイロスコープの振動速度を制御するためのシステムについて記載している。このシステムは充分満足に動作するが、その全体の寸法を、さらに改良することが出来る。
【００１０】
特許文献２は、フィードバックループの全体的な利得及び位相に作用する上記制御システムの改良を記載しており、このシステムの制御ループは、オフセット及び寄生素子とカップリングの影響の低減を目的とするローパスフィルタを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第１６２４２８５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１９５９２３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、正確で信頼性が高く広範囲の開発に適した、マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ及びマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの制御方法を提供することにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、請求項１及び請求項１５に各々規定した、マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ及びマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの制御方法が提供される。
【００１４】
本発明のより一層の理解のために、本発明の幾つかの実施例を図面につき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施例によるマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの、簡略化したブロック線図である。
【図２】図１のジャイロスコープの拡大詳細平面図である。
【図３】図１のジャイロスコープの、更なる拡大詳細平面図である。
【図４】図１のジャイロスコープで使用される信号のグラフである。
【図５】図１のジャイロスコープの第１の構成要素に対応する、簡略化した回路図である。
【図６】図１のジャイロスコープの第２の構成要素に対応する、簡略化した回路図である。
【図７】図１のジャイロスコープの第３の構成要素に対応する、簡略化した回路図である。
【図８】図１のジャイロスコープのマイクロメカニカル部に対応する振幅を示す図である。
【図９】図１のジャイロスコープのマイクロメカニカル部に対応する位相を示す図である。
【図１０】本発明の第二実施例によるマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの、簡略化したブロック線図である。
【図１１】図１０のジャイロスコープの一構成要素に対応する、簡略化した回路図である。
【図１２】本発明の第三実施例によるマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープの、簡略化したブロック線図である。
【図１３】本発明の一実施例によるマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープを組み込んだ電子システムの、簡略化したブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１はマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ１の全体を示しており、このマイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ１は、半導体材料で構成される微細構造体２、駆動装置３及び読み出し装置５を備えている。
【００１７】
微細構造体２は半導体材料で構成され、固定構造体６、駆動質量体７及び少なくとも１つの検出質量体８を備えている。説明の簡単のために、本願明細書で示される実施例では、１つの検出質量体８が存在する、単軸のジャイロスコープのケースが参照される。しかしながら、以下に記載する事項は、それぞれの独立軸に従う回転を検出するための２つ以上の検出質量体を備える、多軸型のジャイロスコープのケースにも適用される。
【００１８】
駆動質量体７は固定構造体６に弾性的に拘束され、並進又は回転の１自由度に従って、静止位置を中心に振動可能である。検出質量体８は駆動質量体７に機械的に連結され、駆動質量体７自体の自由度に従って、運動状態になる。加えて、検出質量体８は駆動質量体７に弾性的に拘束され、駆動質量体７自体に対して、それぞれの更なる自由度に従って、振動する。
【００１９】
本願明細書に記載される実施例では、具体的には、駆動質量体７は駆動軸Ｘに沿って線形に移動可能であり、検出質量体８は駆動軸Ｘと直角をなす検出軸Ｙに従って、駆動質量体７に対して移動可能である。しかしながら、自由度に従って可能となる移動の種類（並進又は回転）と、駆動軸及び検出軸の配置は、ジャイロスコープの種類に従って変化させることができる。
【００２０】
加えて、駆動質量体７（と検出質量体８）は、固定構造体６に接続され、（駆動軸Ｘに従う）共振周波数ωＲを有する共振機械系を定める。
【００２１】
駆動質量体７（図２を参照）は、駆動ユニット１０及びフィードバック検出ユニット１２によって、固定構造体６に容量結合されている。容量結合は、差動型である。
【００２２】
より詳細には、駆動ユニット１０は、固定構造体６に固定されるとともに駆動方向Ｘに対して実質的に垂直に延びる第１及び第２の固定駆動電極１０ａ、１０ｂと、駆動質量体７に固定されるとともに駆動方向Ｘに対して実質的に垂直な可動駆動電極１０ｃとを備える。可動駆動電極１０ｃは、くし歯状であり、第１の固定駆動電極１０ａ及び第２の固定駆動電極１０ｂの各々と容量結合されている。加えて、駆動ユニット１０の第１及び第２の固定駆動電極１０ａ、１０ｂは、それぞれ、微細構造体２の第１の駆動端子１３ａ及び第２の駆動端子１３ｂと電気的に接続されている。さらに、既述の通り、結合（カップリング）は差動型である。換言すれば、各々の駆動ユニット１０において、駆動軸Ｘに沿って駆動質量体７が移動すると、可動駆動電極１０ｃと固定駆動電極１０ａ、１０ｂの一方との間の容量（キャパシタンス）は増加する。従って、逆に、可動駆動電極１０ｃと固定駆動電極１０ａ、１０ｂの他方との間のキャパシタンスは減少する。
【００２３】
フィードバック検出ユニット１２の構造は、駆動ユニット１０の構造に類似する。具体的には、フィードバック検出ユニット１２は、固定構造体６に固定される第１及び第２の固定検出電極１２ａ、１２ｂと、駆動質量体７に固定され、くし歯状であり、第１の固定検出電極１２ａ及び第２の固定検出電極１２ｂの各々に容量結合されている、可動検出電極１２ｃとを備える。加えて、フィードバック検出ユニット１２の第１及び第２の固定検出電極１２ａ、１２ｂは、それぞれ、微細構造体２の第１のフィードバック検出端子１４ａ及び第２のフィードバック検出端子１４ｂに電気的に接続されている。
【００２４】
従って、実際、駆動質量体７は、差動駆動キャパシタンスＣＤ１、ＣＤ２を介して駆動端子１３ａ、１３ｂに連結され、フィードバック差動検出キャパシタンスＣＦＢＳ１、ＣＦＢＳ２を介して検出端子１４ａ、１４ｂに連結されている。
【００２５】
検出質量体８は、信号検出ユニット１５を介して、固定構造体６に容量結合されている（図３を参照）。より正確には、信号検出ユニット１５は、固定構造体６に固定される第３及び第４の固定検出電極１５ａ、１５ｂと、検出質量体８に固定され第３の固定検出電極１５ａ及び第４の固定検出電極１５ｂの各々の間に配置される可動検出電極１５ｃとを備える。この場合もまた、容量結合は差動型であるが、当該容量結合は、検出方向Ｙに対して垂直な、平行板型電極によって得られる。加えて、信号検出ユニット１５の第３及び第４の固定検出電極１５ａ、１５ｂは、それぞれ、微細構造体２の第１の信号検出端子１７ａ及び第２の信号検出端子１７ｂに電気的に接続されている。実際、検出質量体８は、信号差動検出キャパシタンスＣＳＳ１、ＣＳＳ２を介して、信号検出端子１７ａ、１７ｂに連結されている。
【００２６】
再度図１を参照するに、駆動装置３は、微細構造体２の駆動端子１３ａ、１３ｂ及びフィードバック検出端子１４ａ、１４ｂに接続され、駆動質量体７とともに振動マイクロエレクトロメカニカルループ１８を形成し、駆動質量体７の位置制御を行う。より詳細には、駆動装置３は、電荷増幅器２０、位相シフトモジュール２１、ローパスフィルタ２２、可変利得増幅器２３、コントローラ２４、コンパレータ２５及び位相ロックループ（ＰＬＬ）回路２７を備える。加えて、振動子２８、位相補償モジュール２９及びＰＬＬ回路２７によって制御される位相発生器３０は、駆動装置３及び読み出し装置５のために、タイミング信号を供給する。
【００２７】
マイクロエレクトロメカニカルループ１８は、ハイブリッド型である。すなわち、電荷増幅器２０は、離散時間モードで動作するように構成され、一方、ローパスフィルタ２２及び可変利得増幅器２３は、連続時間モードで動作するように構成される。後述するように、位相シフトモジュール２１は、離散時間モードから連続時間モードへの変換を実行する。加えて、電荷増幅器２０は、駆動軸Ｘに関して駆動質量体７の位置ｘを検出するための、検出インタフェースを定める。駆動装置３の残りの構成要素は協同し、駆動質量体７の位置ｘに基づいて、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動振幅、具体的には駆動質量体７の振動振幅を制御し、その振動振幅を）ほぼ基準振幅ＸＲＥＦに保つ（図８）。基準振幅ＸＲＥＦは、具体的には、コントローラ２４へ供給される基準電圧ＶＲＥＦによって決定される。
【００２８】
電荷増幅器２０は、完全差動型であり、第１のフィードバック検出端子１４ａ及び第２のフィードバック検出端子１４ｂに各々接続される入力端を有し、駆動軸Ｘに関して駆動質量体７の位置ｘを検出するための、検出インタフェースを定める。具体的には、電荷増幅器２０は、微細構造体２の駆動質量体７の位置ｘの離散時間読み出しを実行し、後述するように、駆動質量体７自体の速度ｘ’に起因する信号成分を、最小化するように構成される。実際、電荷増幅器２０は、微細構造体２のフィードバック検出端子１４ａ、１４ｂから差動フィードバック電荷パケットＱＦＢ１、ＱＦＢ２を受信し、これらの電荷パケットを、駆動質量体７の位置ｘを示すフィードバック電圧ＶＦＢ１、ＶＦＢ２へ変換する。
【００２９】
位相シフトモジュール２１は、電荷増幅器２０にカスケード接続されており、位相シフトを出来る限り９０°に近く、いかなる場合であっても９０°±４０°の範囲に導入する。一実施例においては、位相シフトモジュール２１は、サンプルホールド回路を含み、さらに、ローパス型の第１のフィルタリングを実行するように構成される。位相シフトモジュール２１によって供給される、位相シフトされたフィードバック電圧ＶＦＢ１’、ＶＦＢ２’は、フィードバック電圧ＶＦＢ１、ＶＦＢ２に関して遅延するとともに減衰する。位相シフトされたフィードバック電圧ＶＦＢ１’、ＶＦＢ２’は、実質的に、階段状の変化を有する。
【００３０】
ローパスフィルタ２２は、位相シフトモジュール２１の下流に配置され、二次の全微分フィルタであり、連続時間的に変化する、フィルタリングされたフィードバック電圧ＶＦＢ１''、ＶＦＢ２''を供給する。ローパスフィルタ２２のカットオフ周波数は、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動の周波数（以下では駆動周波数ωＤと呼ぶ）が通過帯域に含まれるように、且つ、駆動質量体７の位置ｘを示す有用な信号の位相が実質的に変更されないように、選択される。加えて、ローパスフィルタ２２の通過帯域は、離散時間読み出しによるサンプリングと関連する望ましくない信号成分を、少なくとも３０ｄＢ減衰する。
【００３１】
マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動制御を脅かす可能性のあるオフセットを防止するために、位相シフトモジュール２１及びローパスフィルタ２２は、共に、自動ゼロ機能を備える増幅器に基づく。可変利得増幅器２３は、連続時間の完全差動型であり、ローパスフィルタ２２にカスケード接続され、駆動電圧ＶＤ１、ＶＤ２を供給するために微細構造体２の駆動端子１３ａ、１３ｂに接続される出力端を有し、微細構造体２の機械的共振周波数ωＲに近い駆動周波数ωＤで、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動をサポートする。この目的のため、可変利得増幅器２３の利得Ｇは、ローパスフィルタ２２により供給されるフィルタリングされたフィードバック電圧ＶＦＢ１''、ＶＦＢ２''に相関した制御信号ＶＣによって、コントローラ２４により決定される。コントローラ２４は、例えば、離散時間のＰＩＤコントローラである。具体的には、利得Ｇは、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動状態を維持するように決定される（ユニットループ利得、及び３６０°の整数倍である位相シフト）。この目的のために、コントローラ２４は、所望の基準振動振幅ＸＲＥＦを示す基準電圧ＶＲＥＦを入力端で受信する（図８を参照）。
【００３２】
より詳細には、コンパレータ２５は、ローパスフィルタ２２から、フィルタリングされたフィードバック電圧ＶＦＢ１''、ＶＦＢ２''間の差分電圧ΔＶを受信し、それぞれのゼロ交差点でスイッチを切替える。
【００３３】
固有のクロック信号ＣＫＮを供給するコンパレータ２５の出力端は、ＰＬＬ回路２７の入力端に接続されるので、マイクロエレクトロメカニカルループ１８により位相ロックが可能となる。
【００３４】
ＰＬＬ回路２７は、マスタクロック信号ＣＫＭ及び直角位相クロック信号ＣＫ９０を供給する。マスタクロック信号ＣＫＭは、固有のクロック信号ＣＫＮの周波数の整数倍に等しい周波数を有する。ωＣＫＭをマスタクロック信号ＣＫＭの周波数、ωＣＫＮを固有のクロック信号ＣＫＮの周波数とした場合、例えばＭ＝２１０であると、ωＣＫＭ＝ＭωＣＫＮとなる。
【００３５】
直角位相クロック信号ＣＫ９０は、固有のクロック信号ＣＫＮに関して９０°位相シフトされ、コントローラ２４のタイミングをとるために使用される。
【００３６】
位相補償モジュール２９は、コンパレータ２５からの固有のクロック信号ＣＫＮを受信し、位相シフトモジュール２１及びローパスフィルタ２２によって導入された位相エラー（先行又は遅延）を除去するように処理する。従って、位相補償モジュール２９は、駆動質量体７の振動と、周波数及び位相において補償クロック信号ＣＫＣを同期させる。
【００３７】
位相発生器３０は、マスタクロック信号ＣＫＭ及び補償クロック信号ＣＫＣを受信し、これらを、離散時間構成要素のために必要な、より一般的にはジャイロスコープ１の正確な動作のために必要な、タイミング信号の生成に用いる。
【００３８】
具体的には、位相発生器３０は、微細構造体２の読み取り端子３１を介して駆動質量体７及び検出質量体８に供給される読み取り信号ＶＲと、第１のタイミング信号Φ１及び第２のタイミング信号Φ２とを供給する。定常状態では、読み出し信号ＶＲ及びタイミング信号Φ１、Φ２は、マスタクロック信号ＣＫＭ及び補償クロック信号ＣＫＣから開始生成され、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の駆動周波数ωＤの倍数である周波数を有する（例えば、４０ωＤ）。しかしながら、ジャイロスコープ１の始動ステップにおいて、読み出し信号ＶＲ及びタイミング信号Φ１、Φ２を生成するためのベースは、振動子２８によって生成される高周波の非同期信号ＣＫである。読み出し信号ＶＲ及びタイミング信号Φ１、Φ２の間の時間相関は、図４に示されており、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）法により読み出し及び制御サイクルを提供するように定められる。具体的には、第１及び第２のタイミング信号Φ１、Φ２は、各サイクルの第１区画（期間のほぼ５分の１、リセットステップ）ではハイである。その後、第１のタイミング信号Φ１が切り替わり、期間の第２区画の間（期間のほぼ５分の２（オフセットサンプリングステップ；“オフセット”とは、本願明細書の以下では、静電オフセットと、種々の要素に関連するフリッカ雑音の寄与の両方を意味する）、状態は変化しない。最後に、第２のタイミング信号Φ２が切り替わり、期間の第３及び最後の区画の間（再び５分の２、検出ステップ）、安定状態が保たれる。読み出し信号ＶＲは、各サイクルの検出ステップの開始点及び終端点で、それぞれ、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する。読み出し信号ＶＲ及びタイミング信号Φ１、Φ２の使用について、以下に詳述する。一実施例において、更に、読み出し信号ＶＲは０Ｖから２ＶＣＭの間を変化する電圧であり、ＶＣＭはマイクロエレクトロメカニカルループ１８の構成要素のためのコモンモード電圧である。
【００３９】
読み出し装置５は、離散時間開ループ型であって、本願明細書に記載の実施例では、それぞれの自由度に従って検出質量体８の変位を読み出す（具体的には、検出軸Ｙに沿う検出質量体の位置ｙを検出するための）、いわゆる“ダブルエンド”読み出しを行うように構成される。具体的には、読み出し装置５は、微細構造体２の信号検出端子１７ａ、１７ｂに接続される入力端と、微細構造体２の角速度Ωと相関する出力信号ＳＯＵＴを供給する出力端５ａを有する。
【００４０】
図５に示されるように、一実施例において、読み出し装置５は、電荷増幅器３２、マスタクロック信号ＣＫＭ及び補償クロック信号ＣＫＣを受信する復調器３３、サンプルホールド（Ｓ＆Ｈ）段３４、ローパスフィルタ３５及び出力増幅器３６を備え、これらはカスケード方式で相互に接続される。読み出し装置５の構成要素は、スイッチトキャパシタの完全差動型である。
【００４１】
ジャイロスコープ１は、以下に説明するように動作する。駆動質量体７は、駆動装置３によって、駆動軸Ｘに沿う振動状態に設定される。
【００４２】
検出質量体８は、駆動質量体７によって、駆動軸Ｘに沿う運動状態になる。従って、微細構造体２が、軸Ｘ、Ｙの平面に対して垂直なジャイロスコープの軸を中心にしてある角速度Ωで回転する場合、検出質量体８は、検出軸Ｙと平行で、且つ、微細構造体２の角速度Ω及び駆動軸Ｘに沿う２つの質量体７、８の速度に比例する、コリオリの力を受ける。より正確に言えば、コリオリの力（ＦＣ）は、次式で与えられる。
【数１】
0005498861.tif 000002
ここで、ＭＳは検出質量体８の値であり、Ωは微細構造体２の角速度であり、x'は駆動軸Ｘに沿う２つの質量体７、８の速度である。速度x'は、駆動周波数ωＤで正弦波的に変化し、駆動軸Ｘに沿う位置ｘに関して９０°位相シフトし、温度変化に応じて（通常、１％未満の変化である）実質的に一定である振幅を有する。コリオリの力による検出質量体８の変位は、信号検出ユニット１５（図３を参照）及び読み出し装置５によって読み出される。読み出し信号ＶＲにより検出質量体８を励起するのに応答して、信号検出ユニット１５は、差動検出電荷パケットＱＲＳ１、ＱＲＳ２を電荷増幅器３２に転送し、当該差動検出電荷パケットは、検出軸Ｙに沿う検出質量体８の変位により生ぜしめられる容量性不均衡に比例する。従って、検出電荷パケットＱＲＳ１、ＱＲＳ２は、コリオリの力及び微細構造体２の瞬間的な角速度Ωに相関がある。検出電荷パケットＱＲＳ１、ＱＲＳ２は、角速度を示す読み出し信号ＳＯＵＴを生成するために、読み出し装置５により変換され且つ処理される（図５を参照）。コントローラ２４、コンパレータ２５及びＰＬＬ回路２７は、位相シフトモジュール２１、ローパスフィルタ２２及び可変利得増幅器２３と協同して、ジャイロスコープ１の動作の種々のステップにおける、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動状態を生成且つ維持する。
【００４３】
具体的には、振動のトリガステップにおいて（例えば、ジャイロスコープ１のスイッチをオンにする際）、コントローラ２４は、可変利得増幅器２３の利得Ｇを最大値に維持する。このようにすると、わずかなノイズが存在しても、振動をトリガするのには充分であり、これらの振動は次第に増幅されていく。加えて、ローパスフィルタ２２の出力が低いため、コンパレータ２５がゼロ交差を識別することが出来ない可能性がある。ＰＬＬ回路は、このステップではディセーブルされ、タイミング信号が振動子３０から開始生成される。
【００４４】
すなわち、ＰＬＬ回路２７は、コンパレータ２５の出力の周波数が十分に安定している場合にイネーブルされ、その信号入力（すなわち、コンパレータ２５の出力）と周波数及び位相を同期させた、駆動周波数ωＤの倍数である周波数を有するマスタクロック信号ＣＫＭを供給する。この瞬間から、システムのスイッチトキャパシタブロックの全てのステップは、駆動周波数ωＤでの検出速度に、位相及び周波数が同期している。
【００４５】
定常状態において、コントローラ２４は、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動条件（バルクハウゼン条件）が考慮されるように、共振をトラッキングし変位の振幅を一定に保つ可変利得増幅器２３の利得Ｇに作用する。
【００４６】
加えて、コントローラ２４は、可動質量体が受け、可変利得増幅器２３の利得Ｇを低減する外的衝撃の後に介在して、リミットサイクルをトリガさせ得る検出器の非線形性と、質量体の接着性及び／又はステッチ(stitching)現象との双方を防ぐ。
【００４７】
図６は、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の電荷増幅器２０及び微細構造体２の一部、特に、駆動質量体７の一部をより詳細に示している。電荷増幅器２０は、各入力端と各出力端との間に増幅キャパシタ３８を有する完全差動演算増幅器３７、入力コモンモード制御段３９及び出力ＣＤＳ段４０を備える。電荷増幅器２０は更に、調節可能なトリミングキャパシタンスＣＴＲＩＭを有するトリミングキャパシタ４１を備える。
【００４８】
入力コモンモードフィードバック駆動段３９は、微細構造体２のフィードバック検出端子１４ａ、１４ｂをコモンモード電圧ＶＣＭに固定するように構成され、例えば、M. Lemkin, B. Boser、「A Three-Axis Micromachined Accelerometer with a CMOS Position-Sense Interface and Digital Offset-Trim Electronics」、IEEE Journal of Solid-State Circuits、第３４巻、第４号、ｐ．４５６−４６８に記載されるタイプとすることが出来る。
【００４９】
ＣＤＳ段４０は、キャパシタンスＣＣＤＳを有する２つのＣＤＳキャパシタ４２を備える。ＣＤＳキャパシタ４２は、演算増幅器３７の各出力端に接続される第１の端子と、電荷増幅器２０の出力端２０ａ、２０ｂを定める第２の端子を有する。
【００５０】
加えて、ＣＤＳ段４０は、リセットスイッチ４３及びＣＤＳスイッチ４５を備える。より詳細には、リセットスイッチ４３は、演算増幅器３７の出力端間に配置され、第１のタイミング信号Φ１により制御される。電荷増幅器２０の出力端２０ａ、２０ｂを定めるＣＤＳキャパシタ４２の端子は、それぞれコモンモードライン４７に接続可能であり、各ＣＤＳスイッチ４５を介してコモンモード電圧ＶＣＭに設定される。ＣＤＳスイッチ４５は、第２のタイミング信号Φ２により制御される。
【００５１】
トリミングキャパシタ４１は、各々端子を有し、一方の端子は第１のフィードバック検出端子１４ａ及び第２のフィードバック検出端子１４ｂにそれぞれ接続されて、他方の端子は、位相発生器３０からの位相とは逆位相である、補償信号ＶＣ、ＶＣ'を受信する。一実施例では、補償信号ＶＣ、ＶＣ'は、それぞれ、読み出し信号ＶＲ及びネゲート状態の読み出し信号ＶＲに等しい。トリミングキャパシタ４１のトリミングキャパシタンスＣＴＲＩＭは、工場において調整可能であり、微細構造体２により生じるオフセット（基本的に、不完全な工程及びスプレッドに起因する容量性不均衡）と、後続の読み出しチェーン（電荷増幅器２０、位相シフトモジュール２１、ローパスフィルタ２２）の残留オフセットとの補償を可能にする。
【００５２】
リセットステップ（図４を参照）の期間中、全てのスイッチ４３、４５は閉じられる。こうすると、演算増幅器３７のノードは、コモンモード電圧ＶＣＭに固定され、キャパシタ（具体的にはＣＤＳキャパシタ４２）は放電される。
【００５３】
次のＣＤＳステップでは、リセットスイッチ４３が開かれ、演算増幅器３７に関連するオフセット及びノイズ（具体的にはフリッカノイズ）が、ＣＤＳキャパシタ４２に蓄積される。
【００５４】
その後、検出ステップでは、ＣＤＳスイッチ４５もまた開かれ、読み出しパルス（すなわち、読み出し信号ＶＲの立ち上がりエッジ）が、微細構造体２の読み出し端子３１を介して駆動質量体７へ供給される。ＣＤＳキャパシタ４２に蓄積されたオフセットは、このようにして除去される。加えて、駆動質量体７の瞬間的な速度と関連する、望ましくない信号への影響が蓄積される。一般的に、実際には、フィードバック差動検出キャパシタンスＣＦＢＳ１、ＣＦＢＳ２のうちの一方により（例えば、フィードバック差動検出キャパシタンスＣＦＢＳ１のために）、微細構造体２からの瞬間的な電荷移動が、以下の関係に従って起こる。
【数２】
0005498861.tif 000003
ここで、ＶＦＢＳ１＝ＶＣＭ−ＶＲは、フィードバック差動検出キャパシタンスＣＦＢＳ１に印加される電圧である（フィードバック検出端子１４ａ、１４ｂは、実際に、電荷増幅器２０の入力フィードバック段３９により、コモンモード電圧ＶＣＭに維持される）。繰返しになるが、各サイクルで、読み出し信号ＶＲはリセットステップ及びＣＤＳステップにおいて０Ｖに等しく、ほとんど瞬間的（２、３ナノ秒中）に２ＶＣＭに遷移し、検出ステップの期間中は、２ＶＣＭのままとなる。
【００５５】
項
【数３】
0005498861.tif 000004
は、フィードバック差動検出キャパシタンスＣＦＢＳ１により、駆動質量体７の位置ｘのみに依存し、マイクロエレクトロメカニカルループ１８の振動制御に有効な信号を定める。
【００５６】
項
【数４】
0005498861.tif 000005
は、駆動質量体７の瞬間速度ｘ'に依存し、読み出し信号ＶＲの変化と相関性はなく、妨害を表す。
【００５７】
リセットステップ（図４の、ｔ０からｔ１まで）において、電荷増幅器２０のノードは、コモンモード電圧ＶＣＭであるほかなく、従って、駆動質量体７の瞬間速度ｘ'と関連する信号成分を含む妨害は、実質的に影響が無い。実際に、電荷移動は無い。
【００５８】
ＣＤＳステップ（図４の、ｔ１からｔ２まで）においては、瞬間速度ｘ'による妨害電荷の影響ＱＤ１があり、次式によって与えられる。
【数５】
0005498861.tif 000006
妨害電荷の影響ＱＤは、ＣＤＳキャパシタ４２に蓄積される。
【００５９】
検出ステップのスタート時に生じる読み出し信号ＶＲの遷移に応じて、ＣＤＳスイッチ４５が切替わった直後に信号電荷パケットＱＳ１が発生し、
【数６】
0005498861.tif 000007
の値となる。
【００６０】
加えて、検出ステップの期間中、更なる妨害電荷の影響ＱＤ１'が移動する。
【数７】
0005498861.tif 000008
【００６１】
読み出し信号ＶＲ（従って全ての読み出しサイクルの）周波数が、駆動周波数ωＤよりもかなり大きい場合（記載された実施例では約４０倍）、ＣＤＳステップ及び検出ステップの期間中の瞬間速度x'及び係数ｄＣＦＢＳ１／ｄｘの値は、実質的に一定となる。検出ステップの期間中、移動する妨害電荷の影響ＱＤ１'は、従って、ＣＤＳキャパシタ４２に蓄積される妨害電荷の影響ＱＤ１に近い。
【００６２】
従って、演算増幅器３７の出力でのＣＤＳ機能を使用すると、駆動質量体７の速度x'と関連する、妨害となる電荷移動を低減し、実質的に無視することが可能になる。電荷増幅器２０により供給されるフィードバック電圧ＶＦＢ１、ＶＦＢ２は、従って、駆動質量体７の位置ｘを示し、速度x'自体に関連する影響は除去される。このため、出力でのＣＤＳ機能を伴う、電荷増幅器を介する離散時間読み出しは、位置制御によってエレクトロメカニカルループ１８の効果的な駆動を行うのに適している。
【００６３】
記載された実施例では、駆動質量体７の速度x'に関連する要素のキャンセレーションは、特に正確である。なぜなら、妨害電荷の影響ＱＤ１、ＱＤ１'が蓄積される期間であるＣＤＳステップ及び検出ステップは、同じデュレーションを有し、更に、読み出し信号は、コモンモード電圧ＶＣＭに関して対称値を有するからである。しかしながら、妨害電荷の影響ＱＤ１、ＱＤ１'の平衡化及びキャンセレーションは、パラメータ（ＣＤＳステップ及び検出ステップのデュレーションと、読み出し信号ＶＲの値）の異なる組み合わせによっても、得ることが出来ることは明らかである。
【００６４】
図７は、位相シフトモジュール２１をより詳細に示しており、この位相シフトモジュール２１は、演算増幅器５０、入力キャパシタ５１、第１のフィルタキャパシタ５２、第２のフィルタキャパシタ５３、第１の位相シフトスイッチ５４、第２の位相シフトスイッチ５５及び第３の位相シフトスイッチ５６を備える。
【００６５】
演算増幅器５０は、完全差動であって、自動ゼロ機能を備える。
【００６６】
入力キャパシタ５１は、電荷増幅器２０の各出力端２０ａ、２０ｂと、各入力ノード５７ａ、５７ｂの間に接続される。
【００６７】
第１のフィルタキャパシタ５２は、演算増幅器５０の、各入力端及び各出力端の間に設定され、演算増幅器５０の各出力は、位相シフトモジュール２１の出力端２１ａ、２１ｂを定める。
【００６８】
第２のフィルタキャパシタ５３は、それぞれ、入力ノード５７ａ、５７ｂの各々に接続される端子と、第１の位相シフトスイッチ５４のうちの一つを介して出力端２１ａ、２１ｂへそれぞれ選択的に接続可能な端子とを有する。加えて、第２のフィルタキャパシタ５３の端子は、それぞれの第２の位相シフトスイッチ５５を介して、コモンモードライン４７へ選択的に接続され得る。
【００６９】
第３の位相シフトスイッチ５６は、それぞれ、演算増幅器５０の入力端及び入力ノード５７ａ、５７ｂの一つに接続される。
【００７０】
第１の位相シフトスイッチ５４及び第３の位相シフトスイッチ５６は、第２のタイミング信号Φ２によって制御される。第２の位相シフトスイッチ５５は、第１のタイミング信号Φ１によって制御される。
【００７１】
検出ステップの期間中、第１の位相シフトスイッチ５４は開かれ、第２の位相シフトスイッチ５５は閉じられる。加えて、このステップでコモンモードライン４７に接続される端子を有する入力キャパシタ５１は、電荷増幅器２０からフィードバック電圧ＶＦＢ１、ＶＦＢ２を受け、蓄積する。
【００７２】
次のサイクルのリセットステップ及びＣＤＳステップでは、全ての位相シフトスイッチ５４、５５、５６が切替わるので、入力キャパシタ５１は、演算増幅器５０の各々の入力端に接続される。このように、入力キャパシタ５１に蓄積されたフィードバック電圧ＶＦＢ１、ＶＦＢ２は、フィルタリングされ、出力端へ転送される（フィルタリングされたフィードバック電圧ＶＦＢ１'、ＶＦＢ２'）。
【００７３】
前述のように、位相シフトモジュール２１は、可能な限り９０°に近い位相シフトを導入する。マイクロエレクトロメカニカルループ１８のフィードバック信号は、実際、駆動質量体７へ作用する制動力を補償し、振動振幅を一定に保つための静電気力へ変換されなければならない。振動振幅を最大にするために、微細構造体２の駆動端子１３ａ、１３ｂに印加された駆動電圧ＶＤ１、ＶＤ２により生成される静電気力は、駆動質量体７の速度x'に比例する制動力と同期しなければならない。既に説明したように、電荷増幅器２０により読み出された信号（フィードバック電圧ＶＦＢＳ１、ＶＦＢＳ２）は、駆動軸Ｘに関する駆動質量体７の位置xに比例し、従って、制動力に関して９０°位相シフトされる。従って、位相シフトモジュール２１が必要である。しかしながら、数十度の違いは、通常許容することができ、微細構造体２の周波数選択性が与えられる（この点については、図８及び９の対応するボード線図を参照のこと）。大幅な位相差は、振動振幅の変化をかなり制限し、可変利得増幅器２３の利得を適用することによって効果的にリカバーすることができる。
【００７４】
ジャイロスコープ１は、主に、離散時間読み出しの使用及びマイクロエレクトロメカニカルループの位置制御から得られる、種々の効果を有する。
【００７５】
（マイクロエレクトロメカニカルループの振動の速度制御の替わりに）駆動及び角速度の検出に用いられるのと同じ読み出し技術を使用することは、同時に、駆動質量体を検出質量体から分離するという課題を解決する。速度制御は離散時間読み出しと互換性の無い信号を含むので、（同じ読み出し技術を使用できないと）必要である分離は、相当な負担増加、とりわけ、製造工程の複雑さを増加させる。
【００７６】
位置制御は、微細構造体が共振しているか否かの確認、及び、振動振幅のモニタリングを可能にし、駆動質量体の変位を最大にする。従って、駆動質量体の振動で蓄積される電荷は、最大化され信号対雑音比に有利となる。
【００７７】
マイクロエレクトロメカニカルループにおける信号対雑音比は、オフセット及び低周波のノイズを除去するＣＤＳ技術を用いることにより、更に改良される。間接的には、検出軸に関する信号対雑音比は、増加する。
【００７８】
加えて、マイクロエレクトロメカニカルループにおけるスイッチトキャパシタ要素を用いることにより、工程スプレッド、環境パラメータの変化、経時変化に起因する、微細構造体の共振周波数ωＲのドリフトをトラックすることが可能となる。実際には、スイッチトキャパシタ要素の伝達関数の特異性（ポール及びゼロ）の位置は、回路構造だけでなく、スイッチング周波数にも依存する。駆動周波数ωＤに基づいて発生するタイミング信号によりスイッチング周波数が定められるので、駆動周波数ωＤ自体の変化は、自動的に補償される。
【００７９】
他の実施例が、図１０及び１１に示され、既に示された部分と同じ部分は、同じ参照番号によって示される。このケースでは、単軸のジャイロスコープ１００は、既述の微細構造体２及び読み出し装置５を備える。加えて、ジャイロスコープ１００は、微細構造体２の駆動端子１３ａ、１３ｂ及びフィードバック検出端子１４ａ、１４ｂに接続される駆動装置１０３を備え、駆動質量体７とともに振動マイクロエレクトロメカニカルループ１１８を形成し、駆動質量体７の位置制御を行う。
【００８０】
駆動装置１０３は、図１〜６で既述のように、電荷増幅器２０、位相シフトモジュール２１、ローパスフィルタ２２、可変利得増幅器２３、コントローラ２４、コンパレータ２５、ＰＬＬ回路２７、振動子２８及び位相発生器３０を備える。駆動装置１０３は更に、ダブル出力型の帯域通過フィルタ１０１を備え、これは、スイッチトキャパシタ及び相関二重サンプリングの技術を用いる。
【００８１】
電荷増幅器２０及び位相シフトモジュール２１の間に配置され、図１１に詳細に示される帯域通過フィルタ１０１は、演算増幅器１０２を備え、当該演算増幅器１０２は第１のフィードバックブランチ１０２ａ及び第２のフィードバックブランチ１０２ｂを有し、それぞれ、演算増幅器１０２の各入力端及び各出力端の間に接続される。
【００８２】
フィードバックブランチ１０２ａ及び１０２ｂは互いに同じであり、第２の位相信号Φ２に対して位相が逆である第３の位相信号Φ３によって制御される、各々の絶縁スイッチ１０４を介して各入力端及び各出力端の間に接続される第１のフィードバックキャパシタＣａと、当該第１のフィードバックキャパシタＣａと並列に接続される第２のフィードバックキャパシタＣ２と、を備える。加えて、第２のフィードバックキャパシタＣ２は、第２の位相信号Φ２により制御される短絡スイッチ１０５を介して、短絡可能である。
【００８３】
演算増幅器１０２の入力端は、更に、各入力キャパシタＣ１の第１の端子に接続され、当該入力キャパシタＣ１は、第２の位相信号Φ２により制御されるカップリングスイッチ１１１を介して電荷増幅器２０の各出力端２０ａ、２０ｂに接続される、第２の端子を有する。
【００８４】
フィルタ１０１は、更に出力ＣＤＳ段１１５を備えており、当該出力ＣＤＳ段１１５は、演算増幅器１０２の各出力端とフィルタ１０１の各出力端子１０１ａ、１０１ｂとの間に接続される２つのサンプリングキャパシタ１１６と、フィルタ１０１の各出力端１０１ａ、１０１ｂとコモンモードライン４７との間に設定され、第２の位相信号Φ２により制御される２つのＣＤＳスイッチ１１７と、を備える。加えて、リセットスイッチ１０１は、演算増幅器１０２の出力端の間に配置され、第１の位相信号Φ１により制御される。
【００８５】
フィルタ１０１の使用は、例えば、工程スプレッドによってかなりのオフセットが微細構造体２と関連する可能性がある場合に、特に効果的である。フィルタ１０１は、実際、電荷増幅器２０のＣＤＳ段４０と協同して、１０キロヘルツのオーダー（例えば２０ｋＨｚ）の低帯域制限によって、高帯域フィルタリングを、前段及び微細構造体２の妨害素子（オフセット及びノイズ）のみに適用することを可能にする。一方、有用な信号は、数十ヘルツ又は数百ヘルツ（例えば４０Ｈｚ）から数十キロヘルツ（例えば４０ｋＨｚ）の通過帯域によりフィルタリングされる。従って、低周波数の妨害除去は、極めて効果的である。
【００８６】
図１２に示す実施例によれば、多軸型のジャイロスコープ２００は、図１〜６に記載されるジャイロスコープ１とは異なり、ここでは参照符号２０２で示される微細構造体は、更なる読み出し装置４と連結される更なる検出質量体９を備える。
【００８７】
検出質量体９は、駆動軸Ｘに従って運動状態になるように、駆動質量体７に機械的に連結されている。加えて、検出質量体９は、駆動質量体７に、今度は弾性的に拘束され、それぞれの更なる自由度を有する。具体的には、検出質量体９は、駆動軸Ｘ及び検出軸Ｙに独立の検出軸Ｚに従って、駆動質量体７に関して可動である。検出質量体８と類似の方法で、検出質量体９は、信号検出ユニットを介して固定構造体６に容量結合される（ここでは簡単のために図示していない）。
【００８８】
この場合もまた、容量結合は、差動型である。実際、検出質量体９は、信号差動検出キャパシタンスＣＳＳ１'、ＣＳＳ２'を介して信号検出端子１９ａ、１９ｂに連結されている。
【００８９】
読み出し装置５と同じ構造を有する読み出し装置４は、信号検出端子１９ａ、１９ｂに接続される入力端を有し、駆動軸Ｘ及び検出軸Ｚに垂直な軸を中心に微細構造体２０２の角速度Ω'を示す、出力信号ＳＯＵＴ'を供給する。
【００９０】
図１３は、本発明の一実施例に従う電子システム４００の一部を示す。システム４００は、ジャイロスコープ１を組み込んでおり、例えば、パームトップ・コンピュータ（携帯情報端末、ＰＤＡ）、可能であれば無線可能なラップトップ又はポータブルコンピュータ、携帯電話、メッセージ装置、デジタル音楽プレーヤー、デジタルカメラ又は情報を処理し、記憶し、送信し、受信するように設計された他の装置に使用することができる。例えば、ジャイロスコープ１は、デジタルカメラで動きを検出するために用いられ、画像安定化を実行することができる。他の実施例においては、ジャイロスコープ１は、急激な落下状態を検出し、安全装置を起動するために、ポータブルコンピュータ、ＰＤＡ又は携帯電話に含まれる。更なる他の実施例においては、ジャイロスコープ１は、コンピュータ又はテレビゲーム用のコンソールのための、動きで起動する（movement-activated）ユーザインタフェースに包含される。
【００９１】
電子システム４００は、コントローラ４１０と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置４２０（例えばキーボード又はディスプレイ）と、ジャイロスコープ１と、無線インタフェース４４０と、揮発性又は不揮発性のメモリ４６０とを備えてもよく、これらはバス４５０を介して相互に連結される。一実施例では、システム４００の電源としてバッテリ４８０を用いてもよい。本発明の範囲は、上述した装置の１つ又は全てを必ず有する実施例に限定されるものではないことに注意すべきである。
【００９２】
コントローラ４１０は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ等を備えてもよい。
【００９３】
Ｉ／Ｏ装置４２０は、メッセージを生成するために用いてもよい。システム４００は、メッセージを、無線周波数（ＲＦ）信号により無線通信ネットワークへ伝送したり、無線通信ネットワークから受信するために、無線インタフェース４４０を使用してもよい。無線インタフェースの実施例は、ダイポールアンテナのようなアンテナ及び無線トランシーバを備えてもよいが、本発明の技術分野は、この点に限定されるものではない。加えて、Ｉ／Ｏ装置４２０は、（デジタル情報が記憶された場合には）デジタル出力の形態で記憶されている情報を、又は（アナログ情報が記憶された場合には）アナログ情報の形態で記憶されている情報を表す電圧を生じ得る。
【００９４】
最後に、上記マイクロエレクトロメカニカルジャイロスコープ及び方法に対し、特許請求の範囲に規定した本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を講じ得ることは明らかである。
【００９５】
まず第一に、ジャイロスコープは、任意の異なるマイクロメカニカル構造体を有することもできる。例えば、本発明は、駆動質量体に関して線形に可動であり且つヨー型に加えて、ピッチ型及び／又はロール型の回転を検出する、一つ以上の検出質量体を有するジャイロスコープや、カンチレバー検出質量体、又は、図心軸或いは非図心軸を中心に振動するビームのような形状の検出質量体を有するジャイロスコープや、角度で振動する駆動質量体を有する、単軸及び多軸のジャイロスコープにおいて、効果的に活用され得る。
【００９６】
加えて、個々の構成要素の構造の要求に応じて、異なる位相関係によって異なる数のタイミング信号を用いて、（特に、ＣＤＳ機能を実行するために）マイクロエレクトロメカニカルループの駆動を行い得ることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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