(57)【要約】【課題】耐電磁干渉の擬似差動加速度計を提供すること。【解決手段】チョッパ、差動増幅器および擬似コアを含む集積回路に接続されたセンサコアを備えたデバイスを含む耐ＥＭＩ擬似差動加速度計が開示される。チョッパは、異なる状態の間、出力への入力の接続を交換する。擬似コアは擬似チョッパ入力に結合される。センサ出力をセンサチョッパ入力に結合し、第１のチョッパ出力を第１のセンサ入力に結合し、また、第２のチョッパ出力を第２のセンサ入力に結合する３本のボンドワイヤは、センサおよび集積回路を接続することができる。デバイスは、擬似パッドおよび該擬似パッドを擬似チョッパ入力に接続する擬似ボンドワイヤを含むことができる。この構成には、センサおよび集積回路を接続する４本のボンドワイヤが必要である。中和コアはセンサチョッパ入力に接続することができる。チョッパは、雑音を広範囲にわたって分からなくし、あるいは関心の帯域から除去するために状態を変えることができる。【選択図】図３
2014174164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐電磁干渉の擬似差動加速度計であって、
第１のセンサコア入力、第２のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む微小電気機械デバイスと、
チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む集積回路であって、ボンディングワイヤによって前記微小電気機械デバイスに結合され、
前記差動増幅器が、反転入力、非反転入力を含み、増幅器出力電圧を生成し、
前記チョッパシステムが、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有し、チョップ状態０の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第１のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第１のセットに接続し、また、チョップ状態１の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第２のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第２のセットに接続し、
前記擬似コアが前記チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合されている
集積回路と、
前記容量性センサコアの前記センサコア出力を前記チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合するセンサコアボンドワイヤと、
第１の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第１のセンサコア入力に結合する第１の帰還ボンドワイヤであって、第１のチョッパ帰還出力に結合されている第１の帰還ボンドワイヤと、
第２の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第２のセンサコア入力に結合する第２の帰還ボンドワイヤであって、第２のチョッパ帰還出力に結合されている第２の帰還ボンドワイヤと
を備え、前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記第１のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第２のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記第１のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の反転に接続し、前記第２のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の反転に接続し、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有する擬似差動加速度計。
【請求項２】
前記擬似コアが、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が、前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、反転基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続する、請求項１に記載の擬似差動加速度計。
【請求項３】
前記擬似コアが、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサと、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を有する第２の擬似コンデンサとを含み、前記第１の擬似コンデンサ入力が前記第１の擬似コア入力であり、前記第２の擬似コンデンサ入力が前記第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取る、請求項２に記載の擬似差動加速度計。
【請求項４】
前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項２に記載の容量性センサシステム。
【請求項５】
前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項２に記載の容量性センサシステム。
【請求項６】
前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである、請求項２に記載の擬似差動加速度計。
【請求項７】
擬似ボンドワイヤをさらに備え、前記微小電気機械デバイスが擬似パッドをさらに含み、前記擬似ボンドワイヤが前記擬似パッドを前記擬似コアチョッパ入力に接続する、請求項１に記載の擬似差動加速度計。
【請求項８】
前記擬似コアが、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記反転基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続する、請求項７に記載の擬似差動加速度計。
【請求項９】
前記擬似コアが、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサと、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を有する第２の擬似コンデンサを含み、前記第１の擬似コンデンサ入力が前記第１の擬似コア入力であり、前記第２の擬似コンデンサ入力が前記第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取る、請求項８に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１０】
前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項８に記載の容量性センサシステム。
【請求項１１】
前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項８に記載の容量性センサシステム。
【請求項１２】
前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、前記擬似ボンドワイヤ、ならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである、請求項８に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１３】
前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に接続された中和コアをさらに備える、請求項８に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１４】
前記中和コアが、第１の中和コア入力、第２の中和コア入力および中和コア出力を含み、前記中和コア出力が前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する、請求項１３に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１５】
前記中和コアが、第１の中和コンデンサ入力および第１の中和コンデンサ出力を有する第１の中和コンデンサと、第２の中和コンデンサ入力および第２の中和コンデンサ出力を有する第２の中和コンデンサを含み、前記第１の中和コンデンサ入力が前記第１の中和コア入力であり、前記第２の中和コンデンサ入力が前記第２の中和コア入力であり、また、共通ノードが前記中和コア出力である前記第１および第２の中和コンデンサ出力を受け取る、請求項１４に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１６】
前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、前記擬似ボンドワイヤ、ならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである、請求項１４に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１７】
前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に接続された中和コアをさらに備える、請求項２に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１８】
前記中和コアが、第１の中和コア入力、第２の中和コア入力および中和コア出力を含み、前記中和コア出力が前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する、請求項１７に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１９】
前記中和コアが、第１の中和コンデンサ入力および第１の中和コンデンサ出力を有する第１の中和コンデンサと、第２の中和コンデンサ入力および第２の中和コンデンサ出力を有する第２の中和コンデンサを含み、前記第１の中和コンデンサ入力が前記第１の中和コア入力であり、前記第２の中和コンデンサ入力が前記第２の中和コア入力であり、また、共通ノードが前記中和コア出力である前記第１および第２の中和コンデンサ出力を受け取る、請求項１８に記載の擬似差動加速度計。
【請求項２０】
前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、ならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである、請求項１８に記載の擬似差動加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本特許は容量性変換器に関し、より詳細には容量性センサ内の電磁干渉を克服するための技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]慣性センサでは、電磁妨害すなわち電磁干渉（ＥＭＩ）は、主としてボンドワイヤとその近傍のケーブル、プレート、回路機構、等々との間の容量結合によって生じる。図１は、ＥＭＩの一例示的シナリオを示したものである。図１では、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）デバイス１０２は、複数のボンドワイヤ１０６によって特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１０４に結合されている。ボンドワイヤ１０６の近傍に存在しているＥＭＩ源１１０は、ＥＭＩ源１１０とボンドワイヤ１０６の間に容量結合１１２をもたらしている。図１には、容量結合１１２を示すためにコンデンサの記号が示されているが、これは、電磁妨害源１１０とボンドワイヤ１０６の間の寄生キャパシタンスを単純に示したものにすぎず、実際の電気的構成要素が存在しているわけではない。容量性ノードを結合しているボンドワイヤは、電圧源または増幅器によって駆動されるノードとは逆に、ＥＭＩに対して最も敏感である。
【０００３】
[0003]高密度の電子工学を備えた環境では、多くのＥＭＩ源が存在する可能性があり、これらのＥＭＩ源は、場合によっては重大である。また、電磁妨害は、実質的に単一の周波数で生じることもあり、サンプリングの際にＤＣ成分に重畳される可能性がある。これらの電磁妨害は、所望のセンサ信号を激しく妨害し、所望の信号を消滅させることがある。例えば所望の信号が１００ｋＨｚのクロック周波数でサンプリングされ、また、妨害が１００ｋＨｚである場合、その妨害をそのクロック周波数でサンプリングと、その妨害は、実質的にＤＣ信号として出現することになる。したがって、とりわけ容量性経路に沿った所望のセンサ信号をＥＭＩから保護することが重要である。苛酷な環境にある、安全性が極めて重要なアプリケーション、例えば自動車における電子安定性のために使用されるセンサでは、ＥＭＩ問題を解決することがとりわけ重要である。
【０００４】
[0004]ＥＭＩに対して広く使用されている２つの解決法は、センサを金属で遮蔽すること、および差動手法を使用することである。金属によるセンサの遮蔽は、ＥＭＩの原因になり得る外部電界を阻止するためのファラデーケージの創造を含む。しかしながら、とりわけ遮蔽すべき多くのセンサが存在している場合、遮蔽は、嵩張り、かつ、高価になることがある。
【０００５】
[0005]差動手法は、平行線上の信号間の差を取り、それによりコモンモード信号として実質的に電磁妨害を控除することができる。図２は、一例示的差動センサおよび増幅器システムを使用した差動手法２００を示したもので、ボンドワイヤ２６０、２６２によってＡＳＩＣ２４０に結合されたＭＥＭＳデバイス２２０を含み、これらのボンドワイヤ２６０、２６２は、それぞれ外部ＥＭＩ源２１０からのＥＭＩに遭遇している。ＥＭＩ源２１０と第１のボンドワイヤ２６０の間の容量結合２５０は、第１の妨害キャパシタンスＣ１をもたらしており、また、ＥＭＩ源２１０と第２のボンドワイヤ２６２の間の容量結合２５２は、第２の妨害キャパシタンスＣ２をもたらしている。ＥＭＩ源２１０とボンドワイヤ２６０、２６２の間のこれらの妨害キャパシタンスＣ１およびＣ２が同じである場合、ＡＳＩＣ２４０の差動増幅器のコモンモード除去によって電磁妨害を除去することができる。しかしながら、所望の相殺を達成するためには、ＥＭＩ源２１０とボンドワイヤ２６０、２６２の間の妨害キャパシタンスＣ１およびＣ２は、厳密に一致していなければならず、例えば０．５％未満の差でなければならない。実際には、この一致を達成することは場合によっては極めて困難である。最初はこの一致が達成されたとしても、ボンドワイヤは、例えば自動車事故によって妨害され、あるいは歪曲されることがある。このボンドワイヤのこの動きは、ボンドワイヤ間の非対称性の原因になることがあり、延いては妨害キャパシタンスの望ましくない不一致の原因になり、差動手法の有効性を損なうことになる。そのため、追加技法を使用して、広い周波数範囲にわたってＥＭＩエネルギーを分からなくする（smear）ことができる。
【０００６】
[0006]加速度計は、苛酷な振動だらけの環境、例えば自動車環境または産業環境でしばしば実施される。これらの環境では、直線性およびドリフト性能が優れ、かつ、フルスケールの範囲が広い加速度計を有することが望ましい。通常、これらの用途には自己平衡加速度計が選択される。自己平衡加速度計では、キャパシタンスＣは、ｄが容量性プレート間の距離である１／ｄに比例しており、また、測定される出力電圧Ｖｏは、（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）に比例している。これらの２つの関係を結合すると、
【０００７】
【数１】
2014174164.tif 000003
【０００８】
が提供される。上式で、ｘは変位値であり、ｄ０はゼロ変位値であり、ｄ１＝ｄ０−ｘは、コンデンサＣ１のプレート間の距離であり、また、ｄ２＝ｄ０＋ｘは、コンデンサＣ２のプレート間の距離である。式（１）は、理想的な場合、自己平衡加速度計の出力電圧Ｖｏは変位ｘの一次関数であることを示している。残念なことには、実際の実施では、式（１）には考慮されていない非直線性源が存在している。
【０００９】
[0007]試験質量（proof mass）の変位に比例する読値を得るための自己平衡加速度計を構築するためのいくつかの方法が存在しているが、優れた一次加速度計を達成するためには、センサ励起電圧を印加する際にゼロ残留力が得られるトポロジーを有することが望ましい。自己平衡加速度計には２つの主要な非直線性源が存在し、１つは貫通キャパシタンスであり、もう１つは２つのセンサコア間の不整合である。優勢な非直線性源は貫通キャパシタンスであり、それは、シングルエンドトポロジー（１つのコアしか使用していない）および差動トポロジー（２つのコアを使用している）の両方に存在する。貫通キャパシタンス（Ｃｆｔ）は、試験質量と知覚電極の間のあらゆる固定キャパシタンスである。貫通キャパシタンスＣｆｔは、センサ素子内の寄生によって生じ、また、ボンドワイヤ間のキャパシタンスによって生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
[0008]ＥＭＩおよび擬似振動に対する頑丈性を達成するために、通常、自動車アプリケーションには完全差動加速度計（fully differential accelerometer）が使用される。一次ＥＭＩ低減のための完全差動自己平衡加速度計は、図３を参照して以下で説明するように、通常、２つの容量性コアを有している。しかしながら、ボンドワイヤによって集積回路に結合されるＭＥＭＳデバイス上の２つの容量性コアには、多くのボンディングパッドおよびボンドワイヤが必要であり、そのためには単に接続のためだけの比較的広い面積が必要である。ボンディングパッドおよびボンドワイヤの数を少なくして、接続のために必要な面積を狭くすることが望ましい。
【００１１】
[0009]電磁干渉を低減し、それと同時に遮蔽の欠点のいくつかを克服するための頑丈な技法、および接続が少なく、したがって接続のために必要な面積が狭い差動回路を有することが望ましい。また、貫通キャパシタンスによる非直線性を小さくするか、あるいは除去することが同じく望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[0010]耐電磁干渉の擬似差動加速度計が開示される。擬似差動加速度計は、ボンドワイヤによって集積回路に接続された微小電気機械デバイスを含む。微小電気機械デバイスは、第１のセンサコア入力、第２のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む。集積回路は、チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む。差動増幅器は、反転入力、非反転入力を有しており、増幅器出力電圧を生成する。チョッパシステムは、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有しており、チョップ状態０の間、チョッパシステムは、複数のチョッパ入力のうちの第１のセットを複数のチョッパ出力のうちの第１のセットに接続し、また、チョップ状態１の間、チョッパシステムは、複数のチョッパ入力のうちの第２のセットを複数のチョッパ出力のうちの第２のセットに接続する。擬似コアは、チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合される。センサコアボンドワイヤは、容量性センサコアのセンサコア出力をチョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合する。第１の帰還ボンドワイヤは、第１の帰還信号を容量性センサコアの第１のセンサコア入力に結合し、また、第１の帰還ボンドワイヤは、第１のチョッパ帰還出力に結合される。第２の帰還ボンドワイヤは、第２の帰還信号を容量性センサコアの第２のセンサコア入力に結合し、また、第２の帰還ボンドワイヤは、第２のチョッパ帰還出力に結合される。チョッパシステムがチョップ状態０にある場合、チョッパシステムは、センサコアチョッパ入力を差動増幅器の反転入力に接続し、擬似コアチョッパ入力を差動増幅器の非反転入力に接続し、第１のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、第２のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する。チョッパシステムがチョップ状態１にある場合、チョッパシステムは、センサコアチョッパ入力を差動増幅器の非反転入力に接続し、擬似コアチョッパ入力を差動増幅器の反転入力に接続し、第１のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の差の反転に接続し、また、第２のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の和の反転に接続する。増幅器出力電圧と基準電圧の差の反転は、増幅器出力電圧と基準電圧の差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有しており、また、増幅器出力電圧と基準電圧の和の反転は、増幅器出力電圧と基準電圧の和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有している。
【００１３】
[0011]チョッパシステムは、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、チョップ状態０とチョップ状態１の間で変化させることができる。別法としては、チョッパシステムは、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、チョップ状態０とチョップ状態１の間で変化させることができる。
【００１４】
[0012]擬似コアは、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含むことができ、擬似コア出力は、チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合される。チョッパシステムがチョップ状態０にある場合、チョッパシステムは、基準電圧を第１の擬似コア入力に接続し、また、逆基準電圧を第２の擬似コア入力に接続する。チョッパシステムがチョップ状態１にある場合、チョッパシステムは、逆基準電圧を第１の擬似コア入力に接続し、また、基準電圧を第２の擬似コア入力に接続する。逆基準電圧は、基準電圧と同じ大きさで、逆の極性を有している。擬似コアは、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサを含むことができ、また、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を有する第２の擬似コンデンサを含むことができ、第１の擬似コンデンサ入力は第１の擬似コア入力であり、第２の擬似コンデンサ入力は第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードは、第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取り、また、擬似コア出力である。擬似コアは、擬似コア出力を接地に接続する擬似寄生コンデンサを含むことも可能である。この構成では、擬似差動加速度計に必要であるのは、微小電気機械デバイスの容量性センサコアを集積回路に完全に接続するためのセンサコアボンドワイヤならびに第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである。
【００１５】
[0013]また、微小電気機械デバイスは擬似パッドを含むことも可能であり、擬似ボンドワイヤは、該擬似パッドを擬似コアチョッパ入力に接続することができる。この構成では、擬似差動加速度計に必要であるのは、微小電気機械デバイスの容量性センサコアを集積回路に完全に接続するためのセンサコアボンドワイヤ、擬似ボンドワイヤならびに第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである。
【００１６】
[0014]また、擬似差動加速度計は、チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に接続された中和コアを含むことも可能である。中和コアは、ＭＥＭＳ素子と並列の望ましくない寄生キャパシタンスによって増幅器端子に注入される電荷を相殺するために使用される一組のコンデンサである。この電荷相殺は、センサを励起するために使用される電圧の極性とは逆極性の電圧を使用することによって実施される。中和コアは、第１の中和コア入力、第２の中和コア入力および中和コア出力を含むことができ、中和コア出力は、チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合される。チョッパシステムがチョップ状態０にある場合、チョッパシステムは、第１の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の差の反転に接続し、また、第２の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の和の反転に接続する。チョッパシステムがチョップ状態１にある場合、チョッパシステムは、第１の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、第２の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する。中和コアは、第１の中和コンデンサ入力および第１の中和コンデンサ出力を有する第１の中和コンデンサを含むことができ、また、第２の中和コンデンサ入力および第２の中和コンデンサ出力を有する第２の中和コンデンサを含むことができ、第１の中和コンデンサ入力は第１の中和コア入力であり、第２の中和コンデンサ入力は第２の中和コア入力であり、また、第１および第２の中和コンデンサ出力を受け取る共通ノードは中和コア出力である。また。中和コアは、中和コア出力を接地に接続する中和寄生コンデンサを含むことも可能である。
【００１７】
[0015]本発明の上で言及した特徴および目的、ならびに他の特徴および目的、およびそれらを得る方法は、添付の図面に関連して行う本発明の実施形態についての以下の説明を参照することによってより明らかになり、また、発明自体がより深く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】[0016]ボンドワイヤとその近傍のケーブル、プレート、回路機構、等々との間の容量結合によって生じる電磁妨害すなわち電磁干渉（ＥＭＩ）を示す図である。
【図２】[0017]電磁妨害を克服するための差動手法を示す図である。
【図３】[0018]６本のボンドワイヤによってＡＳＩＣに結合されたＭＥＭＳデバイスを含む一例示的１軸完全対称差動加速度計を示す図である。
【図４】[0019]３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）完全差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイスとＡＳＩＣの間のボンドワイヤ接続を示す図である。
【図５】[0020]４本のボンドワイヤによってＡＳＩＣに結合されたＭＥＭＳデバイスを含む一例示的１軸擬似差動加速度計を示す図であり、ＡＳＩＣは擬似センサコアを含む。
【図６】[0021]３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）擬似差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイスとＡＳＩＣの間のボンドワイヤ接続を示す図である。
【図７Ａ】[0022]一例示的チョップ状態０の間、図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【図７Ｂ】[0023]一例示的チョップ状態１の間、図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【図８】[0024]チョッピングパターンを使用して、広い周波数範囲にわたって電磁妨害を分からなくすることによって電磁妨害を小さくすることができる様子を示す図である。
【図９】[0025]整形チョッピングパターンを使用して、２つのチョップ状態におけるオフセット差によって生じる誤差を整形雑音としてＤＣから分からなくすることができる様子を示す図である。
【図１０】[0026]整形チョッピングパターンと非整形ランダムパターンの間の潜在的トレードオフを示す図である。
【図１１Ａ】[0027]一例示的チョップ状態０の間、中和コアを備えた図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【図１１Ｂ】[0028]一例示的チョップ状態１の間、中和コアを備えた図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【００１９】
[0029]対応する参照文字は、複数の図を通して対応する部品を表している。本明細書において示されている例示は、本発明の実施形態をいくつかの形態で示したものであるが、以下で開示されている実施形態には、網羅的なものであること、あるいは本発明の範囲を開示されている厳密な形態に限定するものとして解釈されるべきことは意図されていない。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0030]図３は、６本のボンドワイヤ３２１〜３２６によってＡＳＩＣ３４０に結合されたＭＥＭＳデバイス３１０を含む一例示的完全対称差動加速度計３００を示したものである。ＭＥＭＳデバイス３１０は、２つの容量性コアＣＡおよびＣＢを含む。これらの容量性コアＣＡおよびＣＢの各々は、入力側および出力側を有する２つの可変コンデンサを含み、これらの２つの可変コンデンサの入力側は、容量性コアへの２つの入力を形成し、また、これらの２つの可変コンデンサの出力側は、容量性コアの単一の出力を形成している共通ノードに結合されている。
【００２１】
[0031]ＡＳＩＣ３４０は、差動増幅器３４２、第１のチョッパシステム３４４および第２のチョッパシステム３４６を含む。差動増幅器３４２は、反転入力および非反転入力、ならびに１つまたは複数の出力を有している。第１のチョッパシステム３４４の入力はボンドワイヤ３２１、３２２に結合されており、これらのボンドワイヤ３２１、３２２は、２つの容量性コアＣＡ、ＣＢの出力に結合されており、また、第１のチョッパシステム３４４の出力は、差動増幅器３４２の反転入力および非反転入力に結合されている。第２のチョッパシステム３４６の入力はＡＳＩＣ帰還信号に結合されており、また、第２のチョッパシステム３４６の出力はボンドワイヤ３２３〜３２６に結合されており、これらのボンドワイヤ３２３〜３２６は、２つの容量性コアＣＡ、ＣＢの入力に結合されている。図３の例示的実施形態に示されているように、ＡＳＩＣ帰還信号は、差動増幅器３４２の出力Ｖｏと基準電圧Ｖｓの組合せであってもよい。
【００２２】
[0032]第１のチョッパシステム３４４は、１タイムスライスの間、ボンドワイヤ３２１上の信号が差動増幅器３４２の反転入力に結合され、かつ、ボンドワイヤ３２２上の信号が差動増幅器３４２の非反転入力に結合され、また、次のタイムスライスの間、ボンドワイヤ３２１上の信号が差動増幅器３４２の非反転入力に結合され、かつ、ボンドワイヤ３２２上の信号が差動増幅器３４２の反転入力に結合されるよう、その入力および出力上の接続を前後に交換する。第２のチョッパシステム３４６は、１タイムスライスの間、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＢの入力に結合されているボンドワイヤ３２３、３２４に結合され、かつ、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＡの入力に結合されているボンドワイヤ３２５、３２６に結合され、また、次のタイムスライスの間、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＢの入力に結合されているボンドワイヤ３２３、３２４に結合され、かつ、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＡの入力に結合されているボンドワイヤ３２５、３２６に結合されるよう、その入力および出力上の接続を前後に交換する。チョッパシステム３４４、３４６は、外部源からの電磁干渉を相殺するために、あるパターンに従ってボンドワイヤ信号を交換し、コアＣＡおよびＣＢ内のセンサコンデンサの両端間を実質的にゼロ平均電圧に維持することができる。
【００２３】
[0033]例示的実施形態３００のような完全対称差動加速度計は、コモンモード除去によって電磁干渉を著しく小さくすることができるが、若干の残留干渉エネルギーが依然として存在することがある。チョッピングシステム３４４、３４６を使用したランダムチョッピングスキームを使用して、あらゆる残留干渉エネルギーをシステムに対して関心の周波数の範囲外に追いやることができる。完全対称差動加速度計３００にも同じく加速度計毎に２つのセンサコアが必要である。２つのセンサコアは、２倍の信号（したがって２倍の信号対雑音比）を提供するが、同じく多くのボンディングパッドおよびボンドワイヤが必要である。図４は、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）完全差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイス４１０とＡＳＩＣ４４０の間のボンドワイヤ接続を示したものである。図に示されている３軸完全差動加速度計には２０個のボンディングパッドが必要であり、必要なチップ寸法が著しく追加される可能性がある。
【００２４】
[0034]差動加速度計のためのボンディングパッドの必要な数は、図５に示されているように容量性コアのうちの１つに代わって擬似ボンディングパッドを使用することによって少なくすることができる。図５は一例示的擬似差動加速度計５００を示したものであり、この例示的擬似差動加速度計５００は、４本のボンドワイヤ５２１〜５２４によってＡＳＩＣ５４０に結合されたＭＥＭＳデバイス５１０を含む。ＭＥＭＳデバイス５１０は、単一の容量性コアＣＡ、および容量性コアには結合されていない、あるいはＭＥＭＳデバイス５１０上のアクティブ信号発生器には結合されていない擬似ボンドパッド５１２を含む。
【００２５】
[0035]ＡＳＩＣ５４０は、差動増幅器５４２、第１のチョッパシステム５４４、第２のチョッパシステム５４６、第３のチョッパシステム５４８および擬似ＡＳＩＣセンサ５５０を含む。擬似ＡＳＩＣセンサ５５０は、ＭＥＭＳセンサを模倣するためのコンデンサ５５２、５５４、およびＭＥＭＳセンサ上の寄生キャパシタンスを模倣するためのコンデンサ５５６を含む。差動増幅器５４２は、反転入力および非反転入力、ならびに１つまたは複数の出力を有している。第１のチョッパシステム５４４は、擬似コア入力５４３およびＭＥＭＳコア入力５４５を有している。ＭＥＭＳコア入力５４５はボンドワイヤ５２１に結合されており、ボンドワイヤ５２１は、ＭＥＭＳデバイス５１０の容量性コアＣＡの出力に結合されている。擬似コア入力５４３はボンドワイヤ５２２に結合されており、ボンドワイヤ５２２は、ＭＥＭＳデバイス５１０の擬似ボンドパッド５１２に結合されている。また、擬似コア入力５４３は擬似ＡＳＩＣセンサ５５０の出力にも結合されている。第１のチョッパシステム５４４の出力は、差動増幅器５４２の反転入力および非反転入力に結合されている。第２のチョッパシステム５４６の入力はＡＳＩＣ帰還信号に結合されており、また、第２のチョッパシステム５４６の出力は、容量性コアＣＡの入力に結合されているボンドワイヤ５２３、５２４に結合されている。第３のチョッパシステム５４８の入力は、非反転基準電圧および反転基準電圧Ｖｓおよび−Ｖｓに結合されており、これらの基準電圧の大きさは実質的に同じであり、また、極性は逆である。第３のチョッパシステム５４８の出力は、擬似ＡＳＩＣセンサ５５０の入力に結合されている。図５の例示的実施形態に示されているように、ＡＳＩＣ帰還信号は、差動増幅器５４２の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｓの組合せであってもよい。
【００２６】
[0036]図５の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス５１０とＡＳＩＣ５４０を接続しているコアおよび擬似ボンドワイヤ５２１、５２２は、第１のチョッパシステム５４４の入力５４３、５４５に結合されている。擬似ボンドワイヤ５２２は、コアボンドワイヤ５２１と同様の電磁干渉に露出されており、擬似ボンドワイヤ５２２上の信号を使用して、コアボンドワイヤ５２１上のＥＭＩの除去を促進することができる。また、第１のチョッパシステム５４４の擬似入力５４３は、同じく擬似ＡＳＩＣコア５５０の出力に接続されており、擬似ＡＳＩＣコア５５０の出力は、ＭＥＭＳデバイス５１０上のセンサコアを漠然と模倣している。第１のチョッパシステム５４４は、擬似コア入力５４３部分およびＭＥＭＳコア入力５４５部分の信号と、差動増幅器５４２の入力へのその出力信号との間で接続を交換する。１つのタイムスライスの間、第１のチョッパシステム５４４は、ＭＥＭＳコア入力５４５の信号を増幅器５４２の反転入力に接続し、かつ、擬似コア入力５４３の信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第１のチョッパシステム５４４は、接続を交換してＭＥＭＳコア入力５４５の信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、かつ、擬似コア入力５４３の信号を増幅器５４２の反転入力に接続する。
【００２７】
[0037]第２のチョッパシステム５４６は、帰還ボンドワイヤ５２３、５２４上に帰還される、容量性コアＣＡの入力に対するＡＳＩＣ帰還信号を切り換える。帰還信号は、差動増幅器５４２の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｓの組合せであってもよい。図５の実施形態では、１つのタイムスライスの間、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第２のチョッパシステム５４６は、接続を交換して非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続する。
【００２８】
[0038]第３のチョッパシステム５４８は、擬似ＡＳＩＣセンサ５５０の入力に帰還される擬似帰還信号を切り換える。図５の実施形態では、１つのタイムスライスの間、第３のチョッパシステム５４８は、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第３のチョッパシステム５４８は、接続を交換して反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００２９】
[0039]ＭＥＭＳデバイス５１０上の容量性コアの代わりにＡＳＩＣ５４０上の擬似ＡＳＩＣコンデンサ５５０を使用することにより、必要なボンディングパッドの数が著しく減少する。図６は、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）擬似差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイス６１０とＡＳＩＣ６４０の間のボンドワイヤ接続を示したものである。図に示されている３軸擬似差動加速度計には１４個のボンディングパッドが必要であり、これは、図４に示されている完全差動加速度計に必要なボンディングパッドの数より３０％少ない。電磁除去要求事項による制限がない場合、擬似パッド５１２および擬似ボンドワイヤ５２２を除去することができ、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）擬似差動加速度計のために必要なボンディングパッドの数を１１個まで少なくすることができる。
【００３０】
[0040]チョッパシステム５４４、５４６、５４８は、固定パターンおよびランダムパターンに従って信号を交換することができ、それにより外部源からの電磁干渉を著しく小さくすることができ、かつ、センサコンデンサの両端間を実質的にゼロ平均電圧に維持することができる。チョッパシステム５４４、５４６、５４８は、特定の整形擬似ランダムパターンに基づいて、２つの状態の間を切り換えることができる。図７Ａおよび７Ｂは、例示的擬似差動加速度計５００のための例示的チョップ状態を示したものである。
【００３１】
[0041]図７Ａは、一例示的チョップ状態０の間、例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態０では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡからの信号を増幅器５４２の反転入力に接続し、かつ、擬似ボンドワイヤ５２２上の、擬似ＡＳＩＣコア５５０および擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の非反転入力に接続する。チョップ状態０では、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。チョップ状態０では、第３のチョッパシステム５４８は、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００３２】
[0042]図７Ｂは、一例示的チョップ状態１の間、例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態１では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡからの信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、かつ、擬似ボンドワイヤ５２２上の、擬似ＡＳＩＣコア５５０および擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の反転入力に接続する。チョップ状態１では、第２のチョッパシステム５４６は、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。チョップ状態１では、第３のチョッパシステム５４８は、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００３３】
[0043]例示的チョッピング方法では、システムは、特定の整形擬似ランダムパターンに基づいて、チョップ０状態（図７Ａ）とチョップ１状態（図７Ｂ）を交互に繰り返すことができる。センサコアＣＡおよび擬似センサ５５０を励起するために使用される電圧は、２つのチョップフェーズで逆の極性を有している。センサコアＣＡを差動増幅器５４２の反転入力と非反転入力の間で移動させることにより、擬似差動効果が得られる。
【００３４】
[0044]ランダムチョッピングパターンを使用して、広い周波数範囲にわたって電磁妨害を分からなくすることができる。図８は、広い周波数範囲にわたって電磁妨害が分からなくなることを示したものである。図８では、上の方のプロットは時間領域のプロットであり、下の方のプロットは周波数領域のプロットである。図８Ａ１は、時間領域におけるチョッピング信号のためのランダムパターンを示したものであり、また、図８Ａ２は、広範囲の周波数領域にわたって広がったランダムチョッピング信号を示したものである。このランダムチョッピングパターンのエネルギーは、周波数全体にわたって実質的に一様に分散している。図８Ｂ１は、時間領域における一例示的正弦波電磁妨害（ΔＶｅｍｃ）を示したものであり、また、図８Ｂ２は、周波数領域における例示的電磁妨害を示したものである。この例示的電磁妨害のエネルギーは、単一の周波数に集中している。図８Ｃ１は、時間領域におけるランダムチョッピング信号と例示的電磁妨害を結合した結果を示したものであり、また、図８Ｃ２は、周波数領域におけるこれらの２つの信号を結合した結果を示したものである。結果として得られる妨害信号のエネルギーは、広範囲の周波数領域にわたって実質的に一様に分からなくなっている。
【００３５】
[0045]この技法によれば、電磁妨害の取扱いにおける著しい改善を達成することができる。図８に示されているように、単一の周波数における大きい電磁妨害を広い周波数範囲にわたって分散させることができる。例えば１ＭＨｚのクロック周波数および５０Ｈｚの所望の帯域幅を使用することにより、この技法は、１０ｌｏｇ（１ＭＨｚ／（５０Ｈｚ＊２））＝４０ｄＢの電磁頑丈性の改善を提供し、これは著しく有利である。
【００３６】
[0046]チョッピングパターンの形状を選択して、ＥＭＩ頑丈性とＭＥＭＳ非理想性の許容範囲との間の適切な妥協を達成することができる。図８Ａ１および８Ａ２に示されているような平らなスペクトルチョッピングシーケンスは、場合によっては最良の選択ではないことがある。例えばセンサの非理想性（例えば寄生キャパシタンス）のためにチョップ信号の低位相および高位相の（low and high phases）オフセットが異なる場合、整形チョッピングシーケンスを使用することが場合によってはより良好である。平らなランダムチョッピングは、オフセット差を白色雑音として分からなくするが、ＤＣの近辺に若干の雑音をもたらし、また、ノイズフロアを高くする。整形チョッピングシーケンスを使用して、特定の周波数帯域から雑音を分からなくすることができる。例えば関心の周波数帯域がＤＣまたは低い周波数にある場合、雑音をより高い周波数へ分からなくする整形チョッピングシーケンスを使用することができる。
【００３７】
[0047]図９は、整形チョッピングパターンを使用して、２つのチョップ状態におけるオフセット差によって生じる誤差を整形雑音としてＤＣから分からなくすることができる様子を示したものである。図９Ａは、周波数領域におけるチョッピングパターンを示したものである。チョッピングパターンは、実質的にＤＣ成分または低周波成分を有しておらず、また、より高い周波数で上昇を開始している。図９Ｂは、チョップ状態間のオフセットの差によって生じる一例示的ＤＣ誤差を示したものである。図９Ｃは、周波数領域における、図９Ａの整形チョッピングパターンと、オフセット差によって生じる図９Ｂの例示的ＤＣ誤差を結合した結果を示したものである。オフセット差によって生じる出力の誤差は、雑音としてＤＣおよび低周波数、関心の周波数帯域からより高い周波数へ整形されている。
【００３８】
[0048]しかしながら整形パターンの使用は、場合によって特定のＥＭＩ周波数のＥＭＩ誘導妨害が若干大きくなることがある。図１０は、整形チョッピングパターンと非整形ランダムパターンの間の潜在的トレードオフを示したものである。図１０は、非整形ランダムチョッピングパターン１００２の周波数スペクトルおよび一例示的整形チョッピングパターン１００４の周波数スペクトルを示している。エイリアスＥＭＩ周波数が周波数ｆａより低く、例えば周波数ｆｅｍｉ１である場合、整形パターン１００４がＤＣ上に重畳する雑音は、非整形パターン１００２未満である。しかしながらエイリアスＥＭＩ周波数が周波数ｆａより高く、例えば周波数ｆｅｍｉ２である場合、非整形パターン１００２がＤＣ上に重畳する雑音は、整形パターン１００４未満である。システムレベル考察を使用して所望のチョッピングパターンを決定することができる。
【００３９】
[0049]貫通キャパシタンスは、場合によっては加速度計の優勢な非直線性の元である。貫通キャパシタンスは、振動誘導オフセット変動の原因になることがある。この貫通キャパシタンスを中和するために、図５に示されている例示的擬似差動加速度計５００のＡＳＩＣ５４０などのＡＳＩＣの上に中和コアを実施することができる。図１１Ａおよび１１Ｂは、チョップ状態０および１の間の中和コア８００の一例示的実施態様を示したものである。中和コア８００は、擬似センサコンデンサ８０２、８０４および擬似寄生コンデンサ８０６を含む。中和コア８００はＡＳＩＣ５４０上に実施されることが好ましく、また、図１１Ａおよび１１Ｂに示されているように、ボンドワイヤ５２３、５２４上には出力されていない出力を第２のチョッパシステム５４６から受け取り、センサコアＣＡに送る。したがって中和コア８００は、センサコアＣＡとは逆の電圧を受け取る。
【００４０】
[0050]図１１Ａは、一例示的チョップ状態０の間、中和コア８００を備えた例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態０では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡから、および中和コア８００からの結合信号を増幅器５４２の反転入力に接続し、かつ、擬似ＡＳＩＣコア５５０から、および擬似ボンドワイヤ５２２上の擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の非反転入力に接続する。チョップ状態０では、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。また、チョップ状態０では、第２のチョッパシステム５４６は、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を中和コア８００のセンサコンデンサ８０２、８０４に接続する。チョップ状態０では、第３のチョッパシステム５４８は、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００４１】
[0051]図１１Ｂは、一例示的チョップ状態１の間、中和コア８００を備えた例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態１では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡから、および中和コア８００からの結合信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、かつ、擬似ＡＳＩＣコア５５０から、および擬似ボンドワイヤ５２２上の擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の反転入力に接続する。チョップ状態１では、第２のチョッパシステム５４６は、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。また、チョップ状態１では、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を中和コア８００のセンサコンデンサ８０２、８０４に接続する。チョップ状態１では、第３のチョッパシステム５４８は、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００４２】
[0052]以上、本発明について、一例示的設計を有するものとして説明したが、本発明は、本開示の精神および範囲内で他の修正を加えることができる。したがって本出願には、本発明の一般原理を使用したあらゆる変形形態、使用法または適合を包含することが意図されている。
【符号の説明】
【００４３】
１０２、２２０、３１０、４１０、５１０、６１０  微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）デバイス
１０４、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０  専用集積回路（ＡＳＩＣ）
１０６、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、５２１、５２２、５２３、５２４  ボンドワイヤ
１１０、２１０  ＥＭＩ源
１１２  容量結合
２００  例示的差動センサおよび増幅器システムを使用した差動手法
２５０  ＥＭＩ源２１０と第１のボンドワイヤ２６０の間の容量結合
２５２  ＥＭＩ源２１０と第２のボンドワイヤ２６２の間の容量結合
２６０  第１のボンドワイヤ
２６２  第２のボンドワイヤ
３００  完全対称差動加速度計
３４２、５４２  差動増幅器
３４４、５４４  第１のチョッパシステム
３４６、５４６  第２のチョッパシステム
５００  擬似差動加速度計
５１２  擬似ボンドパッド
５４８  第３のチョッパシステム
５５０  擬似ＡＳＩＣセンサ
５５２、５５４、５５６  コンデンサ
５４３  擬似コア入力
５４５  ＭＥＭＳコア入力
８００  中和コア
８０２、８０４  擬似センサコンデンサ
８０６  擬似寄生コンデンサ
【図１】
2014174164.tif 000004
【図２】
2014174164.tif 000005
【図３】
2014174164.tif 000006
【図４】
2014174164.tif 000007
【図５】
2014174164.tif 000008
【図６】
2014174164.tif 000009
【図７Ａ】
2014174164.tif 000010
【図７Ｂ】
2014174164.tif 000011
【図８】
2014174164.tif 000012
【図９】
2014174164.tif 000013
【図１０】
2014174164.tif 000014
【図１１Ａ】
2014174164.tif 000015
【図１１Ｂ】
2014174164.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月17日(2014.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐電磁干渉の擬似差動加速度計であって、
第１のセンサコア入力、第２のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む微小電気機械デバイスと、
チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む集積回路であって、ボンディングワイヤによって前記微小電気機械デバイスに結合され、
前記差動増幅器が、反転入力、非反転入力を含み、増幅器出力電圧を生成し、
前記チョッパシステムが、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有し、チョップ状態０の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第１のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第１のセットに接続し、また、チョップ状態１の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第２のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第２のセットに接続し、
前記擬似コアが前記チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合されている
集積回路と、
前記容量性センサコアの前記センサコア出力を前記チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合するセンサコアボンドワイヤと、
第１の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第１のセンサコア入力に結合する第１の帰還ボンドワイヤであって、第１のチョッパ帰還出力に結合されている第１の帰還ボンドワイヤと、
第２の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第２のセンサコア入力に結合する第２の帰還ボンドワイヤであって、第２のチョッパ帰還出力に結合されている第２の帰還ボンドワイヤと
を備え、前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記第１のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第２のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記第１のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の反転に接続し、前記第２のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の反転に接続し、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有する擬似差動加速度計。
【請求項２】
前記擬似コアが、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が、前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、反転基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続する、請求項１に記載の擬似差動加速度計。
【請求項３】
前記擬似コアが、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサと、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を
有する第２の擬似コンデンサとを含み、前記第１の擬似コンデンサ入力が前記第１の擬似コア入力であり、前記第２の擬似コンデンサ入力が前記第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取る、請求項２に記載の擬似差動加速度計。
【請求項４】
前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項２に記載の容量性センサシステム。
【請求項５】
前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項２に記載の容量性センサシステム。
【請求項６】
前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである、請求項２に記載の擬似差動加速度計。
【請求項７】
擬似ボンドワイヤをさらに備え、前記微小電気機械デバイスが擬似パッドをさらに含み、前記擬似ボンドワイヤが前記擬似パッドを前記擬似コアチョッパ入力に接続する、請求項１に記載の擬似差動加速度計。
【請求項８】
前記擬似コアが、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記反転基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続する、請求項７に記載の擬似差動加速度計。
【請求項９】
前記擬似コアが、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサと、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を有する第２の擬似コンデンサを含み、前記第１の擬似コンデンサ入力が前記第１の擬似コア入力であり、前記第２の擬似コンデンサ入力が前記第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取る、請求項８に記載の擬似差動加速度計。
【請求項１０】
前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項８に記載の容量性センサシステム。
【請求項１１】
前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化する、請求項８に記載の容量性センサシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本特許は容量性変換器に関し、より詳細には容量性センサ内の電磁干渉を克服するための技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]慣性センサでは、電磁妨害すなわち電磁干渉（ＥＭＩ）は、主としてボンドワイヤとその近傍のケーブル、プレート、回路機構、等々との間の容量結合によって生じる。図１は、ＥＭＩの一例示的シナリオを示したものである。図１では、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）デバイス１０２は、複数のボンドワイヤ１０６によって特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１０４に結合されている。ボンドワイヤ１０６の近傍に存在しているＥＭＩ源１１０は、ＥＭＩ源１１０とボンドワイヤ１０６の間に容量結合１１２をもたらしている。図１には、容量結合１１２を示すためにコンデンサの記号が示されているが、これは、電磁妨害源１１０とボンドワイヤ１０６の間の寄生キャパシタンスを単純に示したものにすぎず、実際の電気的構成要素が存在しているわけではない。容量性ノードを結合しているボンドワイヤは、電圧源または増幅器によって駆動されるノードとは逆に、ＥＭＩに対して最も敏感である。
【０００３】
[0003]高密度の電子工学を備えた環境では、多くのＥＭＩ源が存在する可能性があり、これらのＥＭＩ源は、場合によっては重大である。また、電磁妨害は、実質的に単一の周波数で生じることもあり、サンプリングの際にＤＣ成分に重畳される可能性がある。これらの電磁妨害は、所望のセンサ信号を激しく妨害し、所望の信号を消滅させることがある。例えば所望の信号が１００ｋＨｚのクロック周波数でサンプリングされ、また、妨害が１００ｋＨｚである場合、その妨害をそのクロック周波数でサンプリングと、その妨害は、実質的にＤＣ信号として出現することになる。したがって、とりわけ容量性経路に沿った所望のセンサ信号をＥＭＩから保護することが重要である。苛酷な環境にある、安全性が極めて重要なアプリケーション、例えば自動車における電子安定性のために使用されるセンサでは、ＥＭＩ問題を解決することがとりわけ重要である。
【０００４】
[0004]ＥＭＩに対して広く使用されている２つの解決法は、センサを金属で遮蔽すること、および差動手法を使用することである。金属によるセンサの遮蔽は、ＥＭＩの原因になり得る外部電界を阻止するためのファラデーケージの創造を含む。しかしながら、とりわけ遮蔽すべき多くのセンサが存在している場合、遮蔽は、嵩張り、かつ、高価になることがある。
【０００５】
[0005]差動手法は、平行線上の信号間の差を取り、それによりコモンモード信号として実質的に電磁妨害を控除することができる。図２は、一例示的差動センサおよび増幅器システムを使用した差動手法２００を示したもので、ボンドワイヤ２６０、２６２によってＡＳＩＣ２４０に結合されたＭＥＭＳデバイス２２０を含み、これらのボンドワイヤ２６０、２６２は、それぞれ外部ＥＭＩ源２１０からのＥＭＩに遭遇している。ＥＭＩ源２１０と第１のボンドワイヤ２６０の間の容量結合２５０は、第１の妨害キャパシタンスＣ１をもたらしており、また、ＥＭＩ源２１０と第２のボンドワイヤ２６２の間の容量結合２５２は、第２の妨害キャパシタンスＣ２をもたらしている。ＥＭＩ源２１０とボンドワイヤ２６０、２６２の間のこれらの妨害キャパシタンスＣ１およびＣ２が同じである場合、ＡＳＩＣ２４０の差動増幅器のコモンモード除去によって電磁妨害を除去することができる。しかしながら、所望の相殺を達成するためには、ＥＭＩ源２１０とボンドワイヤ２６０、２６２の間の妨害キャパシタンスＣ１およびＣ２は、厳密に一致していなければならず、例えば０．５％未満の差でなければならない。実際には、この一致を達成することは
場合によっては極めて困難である。最初はこの一致が達成されたとしても、ボンドワイヤは、例えば自動車事故によって妨害され、あるいは歪曲されることがある。このボンドワイヤのこの動きは、ボンドワイヤ間の非対称性の原因になることがあり、延いては妨害キャパシタンスの望ましくない不一致の原因になり、差動手法の有効性を損なうことになる。そのため、追加技法を使用して、広い周波数範囲にわたってＥＭＩエネルギーを分からなくする（smear）ことができる。
【０００６】
[0006]加速度計は、苛酷な振動だらけの環境、例えば自動車環境または産業環境でしばしば実施される。これらの環境では、直線性およびドリフト性能が優れ、かつ、フルスケールの範囲が広い加速度計を有することが望ましい。通常、これらの用途には自己平衡加速度計が選択される。自己平衡加速度計では、キャパシタンスＣは、ｄが容量性プレート間の距離である１／ｄに比例しており、また、測定される出力電圧Ｖｏは、（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）に比例している。これらの２つの関係を結合すると、
【０００７】
【数１】
2014174164.tif 000017
【０００８】
が提供される。上式で、ｘは変位値であり、ｄ０はゼロ変位値であり、ｄ１＝ｄ０−ｘは、コンデンサＣ１のプレート間の距離であり、また、ｄ２＝ｄ０＋ｘは、コンデンサＣ２のプレート間の距離である。式（１）は、理想的な場合、自己平衡加速度計の出力電圧Ｖｏは変位ｘの一次関数であることを示している。残念なことには、実際の実施では、式（１）には考慮されていない非直線性源が存在している。
【０００９】
[0007]試験質量（proof mass）の変位に比例する読値を得るための自己平衡加速度計を構築するためのいくつかの方法が存在しているが、優れた一次加速度計を達成するためには、センサ励起電圧を印加する際にゼロ残留力が得られるトポロジーを有することが望ましい。自己平衡加速度計には２つの主要な非直線性源が存在し、１つは貫通キャパシタンスであり、もう１つは２つのセンサコア間の不整合である。優勢な非直線性源は貫通キャパシタンスであり、それは、シングルエンドトポロジー（１つのコアしか使用していない）および差動トポロジー（２つのコアを使用している）の両方に存在する。貫通キャパシタンス（Ｃｆｔ）は、試験質量と知覚電極の間のあらゆる固定キャパシタンスである。貫通キャパシタンスＣｆｔは、センサ素子内の寄生によって生じ、また、ボンドワイヤ間のキャパシタンスによって生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
[0008]ＥＭＩおよび擬似振動に対する頑丈性を達成するために、通常、自動車アプリケーションには完全差動加速度計（fully differential accelerometer）が使用される。一次ＥＭＩ低減のための完全差動自己平衡加速度計は、図３を参照して以下で説明するように、通常、２つの容量性コアを有している。しかしながら、ボンドワイヤによって集積回路に結合されるＭＥＭＳデバイス上の２つの容量性コアには、多くのボンディングパッドおよびボンドワイヤが必要であり、そのためには単に接続のためだけの比較的広い面積が必要である。ボンディングパッドおよびボンドワイヤの数を少なくして、接続のために必要な面積を狭くすることが望ましい。
【００１１】
[0009]電磁干渉を低減し、それと同時に遮蔽の欠点のいくつかを克服するための頑丈な技法、および接続が少なく、したがって接続のために必要な面積が狭い差動回路を有することが望ましい。また、貫通キャパシタンスによる非直線性を小さくするか、あるいは除
去することが同じく望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[0010]耐電磁干渉の擬似差動加速度計が開示される。擬似差動加速度計は、ボンドワイヤによって集積回路に接続された微小電気機械デバイスを含む。微小電気機械デバイスは、第１のセンサコア入力、第２のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む。集積回路は、チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む。差動増幅器は、反転入力、非反転入力を有しており、増幅器出力電圧を生成する。チョッパシステムは、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有しており、チョップ状態０の間、チョッパシステムは、複数のチョッパ入力のうちの第１のセットを複数のチョッパ出力のうちの第１のセットに接続し、また、チョップ状態１の間、チョッパシステムは、複数のチョッパ入力のうちの第２のセットを複数のチョッパ出力のうちの第２のセットに接続する。擬似コアは、チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合される。センサコアボンドワイヤは、容量性センサコアのセンサコア出力をチョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合する。第１の帰還ボンドワイヤは、第１の帰還信号を容量性センサコアの第１のセンサコア入力に結合し、また、第１の帰還ボンドワイヤは、第１のチョッパ帰還出力に結合される。第２の帰還ボンドワイヤは、第２の帰還信号を容量性センサコアの第２のセンサコア入力に結合し、また、第２の帰還ボンドワイヤは、第２のチョッパ帰還出力に結合される。チョッパシステムがチョップ状態０にある場合、チョッパシステムは、センサコアチョッパ入力を差動増幅器の反転入力に接続し、擬似コアチョッパ入力を差動増幅器の非反転入力に接続し、第１のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、第２のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する。チョッパシステムがチョップ状態１にある場合、チョッパシステムは、センサコアチョッパ入力を差動増幅器の非反転入力に接続し、擬似コアチョッパ入力を差動増幅器の反転入力に接続し、第１のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の差の反転に接続し、また、第２のチョッパ帰還出力を増幅器出力電圧と基準電圧の和の反転に接続する。増幅器出力電圧と基準電圧の差の反転は、増幅器出力電圧と基準電圧の差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有しており、また、増幅器出力電圧と基準電圧の和の反転は、増幅器出力電圧と基準電圧の和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有している。
【００１３】
[0011]チョッパシステムは、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、チョップ状態０とチョップ状態１の間で変化させることができる。別法としては、チョッパシステムは、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、チョップ状態０とチョップ状態１の間で変化させることができる。
【００１４】
[0012]擬似コアは、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含むことができ、擬似コア出力は、チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合される。チョッパシステムがチョップ状態０にある場合、チョッパシステムは、基準電圧を第１の擬似コア入力に接続し、また、逆基準電圧を第２の擬似コア入力に接続する。チョッパシステムがチョップ状態１にある場合、チョッパシステムは、逆基準電圧を第１の擬似コア入力に接続し、また、基準電圧を第２の擬似コア入力に接続する。逆基準電圧は、基準電圧と同じ大きさで、逆の極性を有している。擬似コアは、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサを含むことができ、また、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を有する第２の擬似コンデンサを含むことができ、第１の擬似コンデンサ入力は第１の擬似コア入力であり、第２の擬似コンデンサ入力は第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードは、第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取り、また、擬似コア出力である。擬似コアは、擬似コア出力を接地に接続する擬似寄生コンデンサを含むことも可能である。この構成では、擬似差動加速度計に必要であるのは、微小電気機械デバイスの容量性センサコアを集積回路に完全に接続するためのセンサコアボンドワイヤならびに第１および第２の帰還ボンドワイヤの
みである。
【００１５】
[0013]また、微小電気機械デバイスは擬似パッドを含むことも可能であり、擬似ボンドワイヤは、該擬似パッドを擬似コアチョッパ入力に接続することができる。この構成では、擬似差動加速度計に必要であるのは、微小電気機械デバイスの容量性センサコアを集積回路に完全に接続するためのセンサコアボンドワイヤ、擬似ボンドワイヤならびに第１および第２の帰還ボンドワイヤのみである。
【００１６】
[0014]また、擬似差動加速度計は、チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に接続された中和コアを含むことも可能である。中和コアは、ＭＥＭＳ素子と並列の望ましくない寄生キャパシタンスによって増幅器端子に注入される電荷を相殺するために使用される一組のコンデンサである。この電荷相殺は、センサを励起するために使用される電圧の極性とは逆極性の電圧を使用することによって実施される。中和コアは、第１の中和コア入力、第２の中和コア入力および中和コア出力を含むことができ、中和コア出力は、チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合される。チョッパシステムがチョップ状態０にある場合、チョッパシステムは、第１の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の差の反転に接続し、また、第２の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の和の反転に接続する。チョッパシステムがチョップ状態１にある場合、チョッパシステムは、第１の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、第２の中和コア入力を増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する。中和コアは、第１の中和コンデンサ入力および第１の中和コンデンサ出力を有する第１の中和コンデンサを含むことができ、また、第２の中和コンデンサ入力および第２の中和コンデンサ出力を有する第２の中和コンデンサを含むことができ、第１の中和コンデンサ入力は第１の中和コア入力であり、第２の中和コンデンサ入力は第２の中和コア入力であり、また、第１および第２の中和コンデンサ出力を受け取る共通ノードは中和コア出力である。また。中和コアは、中和コア出力を接地に接続する中和寄生コンデンサを含むことも可能である。
【００１７】
[0015]本発明の上で言及した特徴および目的、ならびに他の特徴および目的、およびそれらを得る方法は、添付の図面に関連して行う本発明の実施形態についての以下の説明を参照することによってより明らかになり、また、発明自体がより深く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】[0016]ボンドワイヤとその近傍のケーブル、プレート、回路機構、等々との間の容量結合によって生じる電磁妨害すなわち電磁干渉（ＥＭＩ）を示す図である。
【図２】[0017]電磁妨害を克服するための差動手法を示す図である。
【図３】[0018]６本のボンドワイヤによってＡＳＩＣに結合されたＭＥＭＳデバイスを含む一例示的１軸完全対称差動加速度計を示す図である。
【図４】[0019]３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）完全差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイスとＡＳＩＣの間のボンドワイヤ接続を示す図である。
【図５】[0020]４本のボンドワイヤによってＡＳＩＣに結合されたＭＥＭＳデバイスを含む一例示的１軸擬似差動加速度計を示す図であり、ＡＳＩＣは擬似センサコアを含む。
【図６】[0021]３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）擬似差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイスとＡＳＩＣの間のボンドワイヤ接続を示す図である。
【図７Ａ】[0022]一例示的チョップ状態０の間、図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【図７Ｂ】[0023]一例示的チョップ状態１の間、図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【図８】[0024]チョッピングパターンを使用して、広い周波数範囲にわたって電磁妨害を分からなくすることによって電磁妨害を小さくすることができる様子を示す図である。
【図９】[0025]整形チョッピングパターンを使用して、２つのチョップ状態におけるオフセット差によって生じる誤差を整形雑音としてＤＣから分からなくすることができる様子を示す図である。
【図１０】[0026]整形チョッピングパターンと非整形ランダムパターンの間の潜在的トレードオフを示す図である。
【図１１Ａ】[0027]一例示的チョップ状態０の間、中和コアを備えた図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【図１１Ｂ】[0028]一例示的チョップ状態１の間、中和コアを備えた図５の例示的擬似差動加速度計のチョッパシステムによってなされる接続を示す図である。
【００１９】
[0029]対応する参照文字は、複数の図を通して対応する部品を表している。本明細書において示されている例示は、本発明の実施形態をいくつかの形態で示したものであるが、以下で開示されている実施形態には、網羅的なものであること、あるいは本発明の範囲を開示されている厳密な形態に限定するものとして解釈されるべきことは意図されていない。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0030]図３は、６本のボンドワイヤ３２１〜３２６によってＡＳＩＣ３４０に結合されたＭＥＭＳデバイス３１０を含む一例示的完全対称差動加速度計３００を示したものである。ＭＥＭＳデバイス３１０は、２つの容量性コアＣＡおよびＣＢを含む。これらの容量性コアＣＡおよびＣＢの各々は、入力側および出力側を有する２つの可変コンデンサを含み、これらの２つの可変コンデンサの入力側は、容量性コアへの２つの入力を形成し、また、これらの２つの可変コンデンサの出力側は、容量性コアの単一の出力を形成している共通ノードに結合されている。
【００２１】
[0031]ＡＳＩＣ３４０は、差動増幅器３４２、第１のチョッパシステム３４４および第２のチョッパシステム３４６を含む。差動増幅器３４２は、反転入力および非反転入力、ならびに１つまたは複数の出力を有している。第１のチョッパシステム３４４の入力はボンドワイヤ３２１、３２２に結合されており、これらのボンドワイヤ３２１、３２２は、２つの容量性コアＣＡ、ＣＢの出力に結合されており、また、第１のチョッパシステム３４４の出力は、差動増幅器３４２の反転入力および非反転入力に結合されている。第２のチョッパシステム３４６の入力はＡＳＩＣ帰還信号に結合されており、また、第２のチョッパシステム３４６の出力はボンドワイヤ３２３〜３２６に結合されており、これらのボンドワイヤ３２３〜３２６は、２つの容量性コアＣＡ、ＣＢの入力に結合されている。図３の例示的実施形態に示されているように、ＡＳＩＣ帰還信号は、差動増幅器３４２の出力Ｖｏと基準電圧Ｖｓの組合せであってもよい。
【００２２】
[0032]第１のチョッパシステム３４４は、１タイムスライスの間、ボンドワイヤ３２１上の信号が差動増幅器３４２の反転入力に結合され、かつ、ボンドワイヤ３２２上の信号が差動増幅器３４２の非反転入力に結合され、また、次のタイムスライスの間、ボンドワイヤ３２１上の信号が差動増幅器３４２の非反転入力に結合され、かつ、ボンドワイヤ３２２上の信号が差動増幅器３４２の反転入力に結合されるよう、その入力および出力上の接続を前後に交換する。第２のチョッパシステム３４６は、１タイムスライスの間、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＢの入力に結合されているボンドワイヤ３２３、３２４に結合され、かつ、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＡの入力に結合されているボンドワイヤ３２５、３２６に結合され、また、次のタイムスライスの間、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＢの入力に結合されているボンドワイヤ３２３、３２４に結合され、かつ、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび
−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号が、容量性コアＣＡの入力に結合されているボンドワイヤ３２５、３２６に結合されるよう、その入力および出力上の接続を前後に交換する。チョッパシステム３４４、３４６は、外部源からの電磁干渉を相殺するために、あるパターンに従ってボンドワイヤ信号を交換し、コアＣＡおよびＣＢ内のセンサコンデンサの両端間を実質的にゼロ平均電圧に維持することができる。
【００２３】
[0033]例示的実施形態３００のような完全対称差動加速度計は、コモンモード除去によって電磁干渉を著しく小さくすることができるが、若干の残留干渉エネルギーが依然として存在することがある。チョッピングシステム３４４、３４６を使用したランダムチョッピングスキームを使用して、あらゆる残留干渉エネルギーをシステムに対して関心の周波数の範囲外に追いやることができる。完全対称差動加速度計３００にも同じく加速度計毎に２つのセンサコアが必要である。２つのセンサコアは、２倍の信号（したがって２倍の信号対雑音比）を提供するが、同じく多くのボンディングパッドおよびボンドワイヤが必要である。図４は、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）完全差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイス４１０とＡＳＩＣ４４０の間のボンドワイヤ接続を示したものである。図に示されている３軸完全差動加速度計には２０個のボンディングパッドが必要であり、必要なチップ寸法が著しく追加される可能性がある。
【００２４】
[0034]差動加速度計のためのボンディングパッドの必要な数は、図５に示されているように容量性コアのうちの１つに代わって擬似ボンディングパッドを使用することによって少なくすることができる。図５は一例示的擬似差動加速度計５００を示したものであり、この例示的擬似差動加速度計５００は、４本のボンドワイヤ５２１〜５２４によってＡＳＩＣ５４０に結合されたＭＥＭＳデバイス５１０を含む。ＭＥＭＳデバイス５１０は、単一の容量性コアＣＡ、および容量性コアには結合されていない、あるいはＭＥＭＳデバイス５１０上のアクティブ信号発生器には結合されていない擬似ボンドパッド５１２を含む。
【００２５】
[0035]ＡＳＩＣ５４０は、差動増幅器５４２、第１のチョッパシステム５４４、第２のチョッパシステム５４６、第３のチョッパシステム５４８および擬似ＡＳＩＣセンサ５５０を含む。擬似ＡＳＩＣセンサ５５０は、ＭＥＭＳセンサを模倣するためのコンデンサ５５２、５５４、およびＭＥＭＳセンサ上の寄生キャパシタンスを模倣するためのコンデンサ５５６を含む。差動増幅器５４２は、反転入力および非反転入力、ならびに１つまたは複数の出力を有している。第１のチョッパシステム５４４は、擬似コア入力５４３およびＭＥＭＳコア入力５４５を有している。ＭＥＭＳコア入力５４５はボンドワイヤ５２１に結合されており、ボンドワイヤ５２１は、ＭＥＭＳデバイス５１０の容量性コアＣＡの出力に結合されている。擬似コア入力５４３はボンドワイヤ５２２に結合されており、ボンドワイヤ５２２は、ＭＥＭＳデバイス５１０の擬似ボンドパッド５１２に結合されている。また、擬似コア入力５４３は擬似ＡＳＩＣセンサ５５０の出力にも結合されている。第１のチョッパシステム５４４の出力は、差動増幅器５４２の反転入力および非反転入力に結合されている。第２のチョッパシステム５４６の入力はＡＳＩＣ帰還信号に結合されており、また、第２のチョッパシステム５４６の出力は、容量性コアＣＡの入力に結合されているボンドワイヤ５２３、５２４に結合されている。第３のチョッパシステム５４８の入力は、非反転基準電圧および反転基準電圧Ｖｓおよび−Ｖｓに結合されており、これらの基準電圧の大きさは実質的に同じであり、また、極性は逆である。第３のチョッパシステム５４８の出力は、擬似ＡＳＩＣセンサ５５０の入力に結合されている。図５の例示的実施形態に示されているように、ＡＳＩＣ帰還信号は、差動増幅器５４２の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｓの組合せであってもよい。
【００２６】
[0036]図５の実施形態では、ＭＥＭＳデバイス５１０とＡＳＩＣ５４０を接続しているコアおよび擬似ボンドワイヤ５２１、５２２は、第１のチョッパシステム５４４の入力５
４３、５４５に結合されている。擬似ボンドワイヤ５２２は、コアボンドワイヤ５２１と同様の電磁干渉に露出されており、擬似ボンドワイヤ５２２上の信号を使用して、コアボンドワイヤ５２１上のＥＭＩの除去を促進することができる。また、第１のチョッパシステム５４４の擬似入力５４３は、同じく擬似ＡＳＩＣコア５５０の出力に接続されており、擬似ＡＳＩＣコア５５０の出力は、ＭＥＭＳデバイス５１０上のセンサコアを漠然と模倣している。第１のチョッパシステム５４４は、擬似コア入力５４３部分およびＭＥＭＳコア入力５４５部分の信号と、差動増幅器５４２の入力へのその出力信号との間で接続を交換する。１つのタイムスライスの間、第１のチョッパシステム５４４は、ＭＥＭＳコア入力５４５の信号を増幅器５４２の反転入力に接続し、かつ、擬似コア入力５４３の信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第１のチョッパシステム５４４は、接続を交換してＭＥＭＳコア入力５４５の信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、かつ、擬似コア入力５４３の信号を増幅器５４２の反転入力に接続する。
【００２７】
[0037]第２のチョッパシステム５４６は、帰還ボンドワイヤ５２３、５２４上に帰還される、容量性コアＣＡの入力に対するＡＳＩＣ帰還信号を切り換える。帰還信号は、差動増幅器５４２の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｓの組合せであってもよい。図５の実施形態では、１つのタイムスライスの間、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第２のチョッパシステム５４６は、接続を交換して非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続する。
【００２８】
[0038]第３のチョッパシステム５４８は、擬似ＡＳＩＣセンサ５５０の入力に帰還される擬似帰還信号を切り換える。図５の実施形態では、１つのタイムスライスの間、第３のチョッパシステム５４８は、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第３のチョッパシステム５４８は、接続を交換して反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００２９】
[0039]ＭＥＭＳデバイス５１０上の容量性コアの代わりにＡＳＩＣ５４０上の擬似ＡＳＩＣコンデンサ５５０を使用することにより、必要なボンディングパッドの数が著しく減少する。図６は、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）擬似差動加速度計のための、ＭＥＭＳデバイス６１０とＡＳＩＣ６４０の間のボンドワイヤ接続を示したものである。図に示されている３軸擬似差動加速度計には１４個のボンディングパッドが必要であり、これは、図４に示されている完全差動加速度計に必要なボンディングパッドの数より３０％少ない。電磁除去要求事項による制限がない場合、擬似パッド５１２および擬似ボンドワイヤ５２２を除去することができ、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）擬似差動加速度計のために必要なボンディングパッドの数を１１個まで少なくすることができる。
【００３０】
[0040]チョッパシステム５４４、５４６、５４８は、固定パターンおよびランダムパターンに従って信号を交換することができ、それにより外部源からの電磁干渉を著しく小さくすることができ、かつ、センサコンデンサの両端間を実質的にゼロ平均電圧に維持することができる。チョッパシステム５４４、５４６、５４８は、特定の整形擬似ランダムパターンに基づいて、２つの状態の間を切り換えることができる。図７Ａおよび７Ｂは、例示的擬似差動加速度計５００のための例示的チョップ状態を示したものである。
【００３１】
[0041]図７Ａは、一例示的チョップ状態０の間、例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョッ
プ状態０では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡからの信号を増幅器５４２の反転入力に接続し、かつ、擬似ボンドワイヤ５２２上の、擬似ＡＳＩＣコア５５０および擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の非反転入力に接続する。チョップ状態０では、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。チョップ状態０では、第３のチョッパシステム５４８は、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００３２】
[0042]図７Ｂは、一例示的チョップ状態１の間、例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態１では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡからの信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、かつ、擬似ボンドワイヤ５２２上の、擬似ＡＳＩＣコア５５０および擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の反転入力に接続する。チョップ状態１では、第２のチョッパシステム５４６は、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。チョップ状態１では、第３のチョッパシステム５４８は、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００３３】
[0043]例示的チョッピング方法では、システムは、特定の整形擬似ランダムパターンに基づいて、チョップ０状態（図７Ａ）とチョップ１状態（図７Ｂ）を交互に繰り返すことができる。センサコアＣＡおよび擬似センサ５５０を励起するために使用される電圧は、２つのチョップフェーズで逆の極性を有している。センサコアＣＡを差動増幅器５４２の反転入力と非反転入力の間で移動させることにより、擬似差動効果が得られる。
【００３４】
[0044]ランダムチョッピングパターンを使用して、広い周波数範囲にわたって電磁妨害を分からなくすることができる。図８は、広い周波数範囲にわたって電磁妨害が分からなくなることを示したものである。図８では、上の方のプロットは時間領域のプロットであり、下の方のプロットは周波数領域のプロットである。図８Ａ１は、時間領域におけるチョッピング信号のためのランダムパターンを示したものであり、また、図８Ａ２は、広範囲の周波数領域にわたって広がったランダムチョッピング信号を示したものである。このランダムチョッピングパターンのエネルギーは、周波数全体にわたって実質的に一様に分散している。図８Ｂ１は、時間領域における一例示的正弦波電磁妨害（ΔＶｅｍｃ）を示したものであり、また、図８Ｂ２は、周波数領域における例示的電磁妨害を示したものである。この例示的電磁妨害のエネルギーは、単一の周波数に集中している。図８Ｃ１は、時間領域におけるランダムチョッピング信号と例示的電磁妨害を結合した結果を示したものであり、また、図８Ｃ２は、周波数領域におけるこれらの２つの信号を結合した結果を示したものである。結果として得られる妨害信号のエネルギーは、広範囲の周波数領域にわたって実質的に一様に分からなくなっている。
【００３５】
[0045]この技法によれば、電磁妨害の取扱いにおける著しい改善を達成することができる。図８に示されているように、単一の周波数における大きい電磁妨害を広い周波数範囲にわたって分散させることができる。例えば１ＭＨｚのクロック周波数および５０Ｈｚの所望の帯域幅を使用することにより、この技法は、１０ｌｏｇ（１ＭＨｚ／（５０Ｈｚ＊２））＝４０ｄＢの電磁頑丈性の改善を提供し、これは著しく有利である。
【００３６】
[0046]チョッピングパターンの形状を選択して、ＥＭＩ頑丈性とＭＥＭＳ非理想性の許
容範囲との間の適切な妥協を達成することができる。図８Ａ１および８Ａ２に示されているような平らなスペクトルチョッピングシーケンスは、場合によっては最良の選択ではないことがある。例えばセンサの非理想性（例えば寄生キャパシタンス）のためにチョップ信号の低位相および高位相の（low and high phases）オフセットが異なる場合、整形チ
ョッピングシーケンスを使用することが場合によってはより良好である。平らなランダムチョッピングは、オフセット差を白色雑音として分からなくするが、ＤＣの近辺に若干の雑音をもたらし、また、ノイズフロアを高くする。整形チョッピングシーケンスを使用して、特定の周波数帯域から雑音を分からなくすることができる。例えば関心の周波数帯域がＤＣまたは低い周波数にある場合、雑音をより高い周波数へ分からなくする整形チョッピングシーケンスを使用することができる。
【００３７】
[0047]図９は、整形チョッピングパターンを使用して、２つのチョップ状態におけるオフセット差によって生じる誤差を整形雑音としてＤＣから分からなくすることができる様子を示したものである。図９Ａは、周波数領域におけるチョッピングパターンを示したものである。チョッピングパターンは、実質的にＤＣ成分または低周波成分を有しておらず、また、より高い周波数で上昇を開始している。図９Ｂは、チョップ状態間のオフセットの差によって生じる一例示的ＤＣ誤差を示したものである。図９Ｃは、周波数領域における、図９Ａの整形チョッピングパターンと、オフセット差によって生じる図９Ｂの例示的ＤＣ誤差を結合した結果を示したものである。オフセット差によって生じる出力の誤差は、雑音としてＤＣおよび低周波数、関心の周波数帯域からより高い周波数へ整形されている。
【００３８】
[0048]しかしながら整形パターンの使用は、場合によって特定のＥＭＩ周波数のＥＭＩ誘導妨害が若干大きくなることがある。図１０は、整形チョッピングパターンと非整形ランダムパターンの間の潜在的トレードオフを示したものである。図１０は、非整形ランダムチョッピングパターン１００２の周波数スペクトルおよび一例示的整形チョッピングパターン１００４の周波数スペクトルを示している。エイリアスＥＭＩ周波数が周波数ｆａより低く、例えば周波数ｆｅｍｉ１である場合、整形パターン１００４がＤＣ上に重畳する雑音は、非整形パターン１００２未満である。しかしながらエイリアスＥＭＩ周波数が周波数ｆａより高く、例えば周波数ｆｅｍｉ２である場合、非整形パターン１００２がＤＣ上に重畳する雑音は、整形パターン１００４未満である。システムレベル考察を使用して所望のチョッピングパターンを決定することができる。
【００３９】
[0049]貫通キャパシタンスは、場合によっては加速度計の優勢な非直線性の元である。貫通キャパシタンスは、振動誘導オフセット変動の原因になることがある。この貫通キャパシタンスを中和するために、図５に示されている例示的擬似差動加速度計５００のＡＳＩＣ５４０などのＡＳＩＣの上に中和コアを実施することができる。図１１Ａおよび１１Ｂは、チョップ状態０および１の間の中和コア８００の一例示的実施態様を示したものである。中和コア８００は、擬似センサコンデンサ８０２、８０４および擬似寄生コンデンサ８０６を含む。中和コア８００はＡＳＩＣ５４０上に実施されることが好ましく、また、図１１Ａおよび１１Ｂに示されているように、ボンドワイヤ５２３、５２４上には出力されていない出力を第２のチョッパシステム５４６から受け取り、センサコアＣＡに送る。したがって中和コア８００は、センサコアＣＡとは逆の電圧を受け取る。
【００４０】
[0050]図１１Ａは、一例示的チョップ状態０の間、中和コア８００を備えた例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態０では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡから、および中和コア８００からの結合信号を増幅器５４２の反転入力に接続し、かつ、擬似ＡＳＩＣコア５５０から、および擬似ボンドワイヤ５２２上の擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の非反転入力に接続
する。チョップ状態０では、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。また、チョップ状態０では、第２のチョッパシステム５４６は、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を中和コア８００のセンサコンデンサ８０２、８０４に接続する。チョップ状態０では、第３のチョッパシステム５４８は、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００４１】
[0051]図１１Ｂは、一例示的チョップ状態１の間、中和コア８００を備えた例示的擬似差動加速度計５００のチョッパシステム５４４、５４６、５４８によってなされる接続を示したものである。チョップ状態１では、第１のチョッパシステム５４４は、コアボンドワイヤ５２１上のＭＥＭＳ容量性コアＣＡから、および中和コア８００からの結合信号を増幅器５４２の非反転入力に接続し、かつ、擬似ＡＳＩＣコア５５０から、および擬似ボンドワイヤ５２２上の擬似パッド５１２からの結合信号を増幅器５４２の反転入力に接続する。チョップ状態１では、第２のチョッパシステム５４６は、非反転増幅器出力−Ｖｓ＋ＶｏおよびＶｓ＋Ｖｏを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ５２３、５２４に接続し、それによりこれらの帰還信号がＭＥＭＳ容量性コアＣＡに帰還される。また、チョップ状態１では、第２のチョッパシステム５４６は、反転増幅器出力Ｖｓ−Ｖｏおよび−Ｖｓ−Ｖｏを有する帰還信号を中和コア８００のセンサコンデンサ８０２、８０４に接続する。チョップ状態１では、第３のチョッパシステム５４８は、反転基準電圧−Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５２に接続し、かつ、非反転基準電圧Ｖｓを擬似センサコンデンサ５５４に接続する。
【００４２】
[0052]以上、本発明について、一例示的設計を有するものとして説明したが、本発明は、本開示の精神および範囲内で他の修正を加えることができる。したがって本出願には、本発明の一般原理を使用したあらゆる変形形態、使用法または適合を包含することが意図されている。
【００４３】
本発明は、耐電磁干渉の擬似差動加速度計であって、
第１のセンサコア入力、第２のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む微小電気機械デバイスと、
チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む集積回路であって、ボンディングワイヤによって前記微小電気機械デバイスに結合され、
前記差動増幅器が、反転入力、非反転入力を含み、増幅器出力電圧を生成し、
前記チョッパシステムが、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有し、チョップ状態０の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第１のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第１のセットに接続し、また、チョップ状態１の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第２のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第２のセットに接続し、
前記擬似コアが前記チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合されている
集積回路と、
前記容量性センサコアの前記センサコア出力を前記チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合するセンサコアボンドワイヤと、
第１の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第１のセンサコア入力に結合する第１の帰還ボンドワイヤであって、第１のチョッパ帰還出力に結合されている第１の帰還ボンドワイヤと、
第２の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第２のセンサコア入力に結合する第２の帰還ボンドワイヤであって、第２のチョッパ帰還出力に結合されている第２の帰還ボンドワイヤと
を備え、前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記第１のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第２のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記第１のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の反転に接続し、前記第２のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の反転に接続し、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有する擬似差動加速度計であってもよい。
【００４４】
本発明において、前記擬似コアが、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が、前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、反転基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続してもよい。
【００４５】
本発明において、前記擬似コアが、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサと、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を
有する第２の擬似コンデンサとを含み、前記第１の擬似コンデンサ入力が前記第１の擬似コア入力であり、前記第２の擬似コンデンサ入力が前記第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取ってもよい。
【００４６】
本発明において、前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化してもよい。
【００４７】
本発明において、前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化してもよい。
【００４８】
本発明において、前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみであってもよい。
【００４９】
本発明において、擬似ボンドワイヤをさらに備え、前記微小電気機械デバイスが擬似パッドをさらに含み、前記擬似ボンドワイヤが前記擬似パッドを前記擬似コアチョッパ入力に接続してもよい。
【００５０】
本発明において、前記擬似コアが、第１の擬似コア入力、第２の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記反転基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第１の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第２の擬似コア入力に接続してもよい。
【００５１】
本発明において、前記擬似コアが、第１の擬似コンデンサ入力および第１の擬似コンデンサ出力を有する第１の擬似コンデンサと、第２の擬似コンデンサ入力および第２の擬似コンデンサ出力を有する第２の擬似コンデンサを含み、前記第１の擬似コンデンサ入力が前記第１の擬似コア入力であり、前記第２の擬似コンデンサ入力が前記第２の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第１および第２の擬似コンデンサ出力を受け取ってもよい。
【００５２】
本発明において、前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化してもよい。
【００５３】
本発明において、前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態０と前記チョップ状態１の間で変化してもよい。
【００５４】
本発明において、前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、前記擬似ボンドワイヤ、ならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみであってもよい。
【００５５】
本発明において、前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に接続された中和コアをさらに備えてもよい。
【００５６】
本発明において、前記中和コアが、第１の中和コア入力、第２の中和コア入力および中和コア出力を含み、前記中和コア出力が前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続してもよい。
【００５７】
本発明において、前記中和コアが、第１の中和コンデンサ入力および第１の中和コンデンサ出力を有する第１の中和コンデンサと、第２の中和コンデンサ入力および第２の中和コンデンサ出力を有する第２の中和コンデンサを含み、前記第１の中和コンデンサ入力が前記第１の中和コア入力であり、前記第２の中和コンデンサ入力が前記第２の中和コア入力であり、また、共通ノードが前記中和コア出力である前記第１および第２の中和コンデンサ出力を受け取ってもよい。
【００５８】
本発明において、前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、前記擬似ボンドワイヤ、ならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみであってもよい。
【００５９】
本発明において、前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に接続された中和コアをさらに備えてもよい。
【００６０】
本発明において、前記中和コアが、第１の中和コア入力、第２の中和コア入力および中和コア出力を含み、前記中和コア出力が前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態０にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態１にある場合、前記チョッパシステムは、前記第１の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第２の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続してもよい。
【００６１】
本発明において、前記中和コアが、第１の中和コンデンサ入力および第１の中和コンデンサ出力を有する第１の中和コンデンサと、第２の中和コンデンサ入力および第２の中和コンデンサ出力を有する第２の中和コンデンサを含み、前記第１の中和コンデンサ入力が前記第１の中和コア入力であり、前記第２の中和コンデンサ入力が前記第２の中和コア入力であり、また、共通ノードが前記中和コア出力である前記第１および第２の中和コンデンサ出力を受け取ってもよい。
【００６２】
本発明において、前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、ならびに前記第１および第２の帰還ボンドワイヤのみであってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０２、２２０、３１０、４１０、５１０、６１０  微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）デバイス
１０４、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０  専用集積回路（ＡＳＩＣ）
１０６、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、５２１、５２２、５２３、５２４  ボンドワイヤ
１１０、２１０  ＥＭＩ源
１１２  容量結合
２００  例示的差動センサおよび増幅器システムを使用した差動手法
２５０  ＥＭＩ源２１０と第１のボンドワイヤ２６０の間の容量結合
２５２  ＥＭＩ源２１０と第２のボンドワイヤ２６２の間の容量結合
２６０  第１のボンドワイヤ
２６２  第２のボンドワイヤ
３００  完全対称差動加速度計
３４２、５４２  差動増幅器
３４４、５４４  第１のチョッパシステム
３４６、５４６  第２のチョッパシステム
５００  擬似差動加速度計
５１２  擬似ボンドパッド
５４８  第３のチョッパシステム
５５０  擬似ＡＳＩＣセンサ
５５２、５５４、５５６  コンデンサ
５４３  擬似コア入力
５４５  ＭＥＭＳコア入力
８００  中和コア
８０２、８０４  擬似センサコンデンサ
８０６  擬似寄生コンデンサ
【外国語明細書】
2014174164000001.pdf