(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小機械ジャイロスコープを有する感知デバイスであって、
該ジャイロスコープは、
駆動モードの振動のための第一の機械的共振器（８２；９２；１０２）を有し、
当該感知デバイスの回転に対応する感知モードの振動のための第二の機械的共振器（８３；９３；１０３）を有し、該第二の機械的共振器は、前記第一の機械的共振器（８２；９２；１０２）に連結されており、
当該感知デバイスは、さらに、
フィードバック信号を作り出すためのフィードバックループを有し、該フィードバックループは、調節器（８７；９７；１０７）と、前記第二の機械的共振器内の電気機械的トランスデューサーとを有し、該トランスデューサーは、入力調節信号に従って、前記第二の機械的共振器（８３；９３；１０３）の感知モードの振動に反して対抗するように構成され、
その特徴は、
駆動モードの振動のための駆動信号を生成するための、かつ、前記駆動モードの振動に対して直交位相の関係にある基準信号（８９２；９９２；１０９２）を生成するための、周波数発生器（８４；９４；１０４）を有し、
加算要素（８９４：９９４；１０９４）を有し、該加算要素は、前記第二の機械的共振器（８３；９３；１０３）の前記トランスデューサーへの前記入力調節信号を生成するために、前記基準信号（８９２；９９２；１０９２）と、前記調節器（８７；９７；１０７）の出力信号とを加算するように構成されている、
前記感知デバイス。
【請求項２】
前記加算要素（８９４）が、重み付きの加算要素である、請求項１に記載の感知デバイス。
【請求項３】
前記加算された信号の重みが、当該感知デバイスの製造中に調整されたものである、請求項２に記載の感知デバイス。
【請求項４】
当該感知デバイスが、さらに、検出ユニット（９６）および直交信号振幅調節器（９９５）を有し、
前記検出ユニット（９６）は、感知された信号（９９７）と前記基準信号（９９２）とを入力するように構成され；
前記検出ユニット（９６）は、前記感知された信号（９９７）と前記基準信号（９９２）とから、検出された直交信号（９９８）を生成するように構成されており、
前記直交信号振幅調節器（９９５）は、前記加算要素（９９４）に送る前に、前記基準信号のレベルを調節するために、前記検出された直交信号（９９８）を適用するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の感知デバイス。
【請求項５】
当該感知デバイスが、さらに、検出ユニット（１０６）と、バイアス調節器（１０９６）とを有し、
前記検出ユニット（１０６）は、感知された信号（１０９７）、および、前記基準信号（１０９２）を入力するように構成されており、
前記検出ユニット（１０６）は、前記感知された信号（１０９７）と前記基準信号（１０９２）とから、検出された直交信号（１０９８）を生成するように構成されており、
前記バイアス調節器（１０９６）は、前記検出された直交信号（１０９８）を入力し、前記加算要素に、前記検出された直交信号に対応するバイアス調節信号を入力するように構成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の感知デバイス。
【請求項６】
前記調節器の応答関数が、共振周波数特性を持った周波数応答関数であり、該共振周波数特性が、前記第二の機械的共振器の共振周波数と実質的に一致する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の感知デバイス。
【請求項７】
前記調節器が、信号処理フィルターである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の感知デバイス。
【請求項８】
微小機械ジャイロスコープを有する感知デバイスの回転を感知する方法であって、該微小機械ジャイロスコープは、駆動モードの振動のための第一の機械的共振器と、第二の機械的共振器とを有し、該第二の機械的共振器は、前記第一の機械的共振器に連結され、前記センサーデバイスの回転に対応する感知モードの振動のためのものであり、
当該方法は、
調節器と前記第二の機械的共振器内の電気機械的トランスデューサーとを有するフィードバックループ中に、フィードバック信号を作ることを有し、前記トランスデューサーは、入力信号に従って、前記第二の機械的共振器の感知モードの振動をダンピングするように構成されており、
周波数発生器において、駆動モードの振動のための駆動信号と、基準信号とを生成することを有し、該基準信号は、前記駆動モードの振動に対して直交位相にあり、
前記基準信号を、前記調節器の出力信号と加算して、前記第二の機械的共振器の前記トランスデューサーのための前記入力信号を作ることを有する、
前記方法。
【請求項９】
前記感知デバイスが、検出ユニットと、直交信号振幅調節器とをさらに有し、
当該方法は、
感知された信号と前記基準信号を、前記検出ユニットに送ることを有し、
前記検出ユニットでは、前記感知された信号と前記基準信号とから、検出された直交信号を生成することを有し、
前記加算要素に送る前に、前記基準信号のレベルを調節するために、前記直交信号振幅調節器において、前記検出された直交信号を使用することを有する、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記感知デバイスが、検出ユニットと、バイアス調節器とをさらに有し、
当該方法は、
感知された信号と前記基準信号を、前記検出ユニットに送ることを有し、
前記検出ユニットにおいて、前記感知された信号と前記基準信号とから、検出された直交信号を生成することを有し、
前記検出された直交信号に対応するバイアス電圧調節信号を作るために、前記バイアス調節器において、前記検出された直交信号を使用することを有し、
前記第二の機械的共振器の前記トランスデューサーのための前記入力信号を作るために、前記基準信号、前記バイアス電圧調節信号、および、前記調節器の前記出力信号を加算することを有する、
請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、微小電気機械デバイス(microelectromechanical devices)に関し、特に、独立請求項の序文に定められるようなセンサーデバイス、および角速度を感知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
微小電気機械システム(Micro-Electro-Mechanical System)、即ち、ＭＥＭＳは、少なくともいくつかの要素が機械的機能性を持った、小型化された機械的および電気機械的システムとして定義され得る。ＭＥＭＳデバイスは、集積回路をつくるために使用されるツールと同じツールで造られるので、マイクロマシンとマイクロエレクトロニクスは、同じシリコンピース上で製造され得、知能を有するマシン(machines with intelligence)を可能にする。
【０００３】
ＭＥＭＳ構造は、非常に小さい物理的性質(physical properties)の変化を、迅速かつ正確に検出するために適用できる。例えば、微小電気機械的ジャイロスコープは、非常に小さい角変位(angular displacement)を、迅速かつ正確に検出するために適用できる。運動(motion)は、６自由度：３つの直交方向の並進移動と、３つの直交する軸の回りの回転とを持つ。後者の３つは、ジャイロスコープとしても知られる角速度センサーによって測定され得る。ＭＥＭＳジャイロスコープは、角速度を測定するためにコリオリ効果を用いる。質量体が一方向に移動しており、かつ、回転する角速度が加えられるとき、該質量体は、コリオリの力の結果としての直交方向の力を受ける。そのコリオリの力によってひきおこされた結果の物理的変位は、容量的(capacitively)に、または、ピエゾ抵抗的に感知する構造から読み取られ得る。
【０００４】
ＭＥＭＳジャイロにおいては、一次運動(primary motion)は、適正なベアリング(bearings)の欠落に起因して、従来のジャイロのように、連続した回転ではあり得ない。その代わりに、機械的振動が一次運動として用いられ得る。振動ジャイロスコープ(oscillating gyroscope)が一次運動の方向に直角な角運動を行うとき、波状(undulating)のコリオリの力が生じる。これが、一次運動に直角でかつ角運動の軸に直角な二次振動を作り出し、かつ、前記一次振動の周波数において該二次振動を作り出す。この連結された振動の振幅は、角速度(angular rate)の尺度(measure)として使用できる。
【０００５】
ＭＥＭＳジャイロスコープの課題は、感知モード(sense-mode)の応答振幅の大きさが極めて小さいという事実に関連している。実施においては、製造上の不完全さ(fabrication imperfections)の結果、ジャイロスコープの構造に非理想的な幾可学的形状が生じ、かつ、駆動振動が部分的に感知モードに連結することがひきおこされる。駆動モードと感知モードの振動の相対的な大きさを理解すると、一次振動からの最も小さい望ましくない連結でさえ、感知されるコリオリの応答を超え得る。しかしながら、コリオリの力は、質量体の駆動速度に比例し、連結された力は、質量体の位置に比例するため、コリオリ応答と機械的力との間には、π／２の位相差が常にある。従って、直交信号(quadrature signal、直交位相信号)は、駆動周波数(drive frequency)における振幅復調の間に、コリオリ信号から比較的容易に分離できる。しかしながら、既存の構成では、感知デバイスの構成のサイズと複雑さを増大させる傾向がある。直交信号の相対的な大きさが大きいことがさらに意味するのは、温度にわたるそして時間にわたる直交の安定性が重要であるということである。レート信号(rate signal)に混ざる直交信号の一部が著しく変化する場合、ジャイロスコープの安定性が低下する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の簡単な説明
本発明の目的は、コリオリの信号の検出の前に、感知要素レベルにおいて、既に、実際の機械的な直交運動(quadrature motion)の安定した打ち消し(cancellation、キャンセレーション）を可能にすることである。本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に従った、センサーデバイス、および、方法により達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
【０００７】
本発明は、直交信号の打ち消しのために生成された信号を、共振効果を減衰（ダンピング）させるための閉じたフィードバックループの調節信号に加え合わせることに基づいている。本発明のさらなる利点は、本発明の実施形態でより詳細に記述されている。
【０００８】
以下に、好ましい実施形態に関連して、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、２自由度(2-degree-of freedom)（ＤｏＦ）の機械的共振器の図を示す。
【図２】図２は、例示的な微小機械ジャイロスコープの構成を図示している。
【図３】図３は、例示的な微小電気機械センサーデバイスの構成を図示している。
【図４】図４は、微小機械的感知(sensing)デバイス構成の実施形態を図示するブロック図を示す。
【図５】図５は、変位を電気信号に変換するのに適用可能な質量体−バネのシステムの簡略化された例を示す。
【図６】図６は、変位を電気信号に変換するのに適用可能な質量体−バネのシステムの他の例を示す。
【図７】図７は、例示的な第二の機械的共振器の機能的構成を図示するブロック図を示す。
【図８】図８は、改良された微小機械的感知デバイス構成のブロック図を示す。
【図９】図９は、微小機械的感知デバイスのためのさらなる構成のブロック図を示す。
【図１０】図１０は、微小機械的感知デバイスのためのさらなる構成のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
いくつかの実施態様の詳細な説明
以下の実施形態は、例示的なものである。明細書は、「ある(an）」、「１つの(one)」、または、「いくつかの(some)」実施形態に言及するであろうが、それは、そのような言及それぞれが、同じ実施形態を指すことや、その特徴が単一の実施形態だけに適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の単一の特徴は、さらなる実施形態を提供するべく、組み合わせられ得る。
【００１１】
以下では、本発明の特徴をデバイスのアーキテクチャーの簡単な例で説明するが、該アーキテクチャーでは、本発明の様々な実施形態が実施され得る。実施形態を例証するのに関係する要素についてのみ、詳細に説明する。センサーデバイスおよび方法の様々な実施は、一般的に当業者に知られており、本文では、具体的には説明しない。
【００１２】
適用される概念と用語を確立するために、図１は、先行技術（例えば："System and circuit design for a capacitive MEMS gyroscope"(容量性ＭＥＭＳジャイロスコープのためのシステムと回路設計) of Mikko Saukoski）に記述されるような、先行技術の２−自由度（ＤｏＦ）の機械的共振器の図を示している。図１の２−ＤｏＦの構造は、２つの１−ＤｏＦの共振器を有し、１つは、質量体１０、バネｋｘｘ、および、ダンパＤｘｘによってｘ軸の方向に形成され、もう一つは、質量体１０、バネｋｙｙ、および、ダンパＤｙｙによってｙ軸の方向に形成される。角速度の微小機械的センサーでは、ｘ方向の共振器は、一次の共振器または駆動(drive)共振器と呼ばれる。通常、それは、作動周波数(operating frequency)と呼ばれるその共振周波数において外部からの力で励起される。ｙ方向の共振器は、二次の共振器または感知共振器(sense resonator)と呼ばれる。角速度がｚ軸の周りに加えられる場合、対応するコリオリの力が、二次の共振器において検出される。図１の機能図では、一次および二次の共振器の質量体は同一である。構成によっては、一次の共振器および二次の共振器の質量体は異なるものであってもよい。
【００１３】
図２は、他の例示的な微小機械ジャイロスコープの構成を図示しており、該微小機械ジャイロスコープは、質量体２０を有し、該質量体は、バネ２３、２４によってｙ軸の方向に、活性化フレーム(activation frame)２１において支持されている。前記活性化フレーム２１は、バネ２５、２６によってｘ軸の方向に支持構造２２においてさらに支持されている。図示されているジャイロスコープでは、中央の質量体２０と、それを囲む活性化フレーム２１とが、ｘ軸の方向に振動の一次運動へと活性化され得、それは、バネ２５、２６によって可能になっている。検出軸は、活性化フレーム２１に対する質量体２０のバネサスペンション２３、２４によってｙ軸の方向に形成され、一次運動に対して垂直となっている。
【００１４】
一次運動において振動する構造が、表面のｘｙ−平面に垂直なｚ軸について回転するとき、一次運動を行っている質量体２０は、ｙ軸方向にコリオリの力を受ける。検出バネ２３、２４は、ダンピングを決定することに加えて、誘導された検出運動の振動の振幅および位相をさらに決定する。
【００１５】
図３は、例示的な先行技術の微小電気機械的感知デバイス３０の構成を図示している。当該デバイスは、微小機械ジャイロスコープ３１を有し、該微小機械ジャイロスコープは、駆動モードの振動（一次運動）のための第一の機械的共振器３２と、第二の機械的共振器３３とを有し、該第二の機械的共振器は、駆動モードの振動の方向に垂直な方向に、関連する感知モードの振動（二次運動）を生じるために、第一の機械的共振器に連結されている。駆動モードの振動は、例えば、振動電気信号を生成する一次振動器回路３４と、第一の機械的共振器３２への電圧モード入力を一次の共振器における静電駆動力に変換するトランスデューサー（図示せず）とで実施および調節され得る。有利には、駆動モードの振動は、一次の共振器３２の共振周波数で起こるように調節される。
【００１６】
第一の機械的共振器３２のモードと第二の機械的共振器３３のモードとの間の連結(coupling)が、第二の機械的共振器３３において感知モードの振動をひきおこす。第二の機械的共振器３３の振動は、トランスデューサー（図示せず）によって電気信号に変換され得る。二次の共振器から出力される電気信号は、感知モードの振動に対応し、それらは、増幅器３５で増幅され得る。図３の例示的な微小機械的センサーデバイスの構成は、同期検出を応用しており、該同期検出では、一次振動器回路および増幅器からの電気信号が、同期検出器３６へと送られ、該同期検出器は、センサーデバイスの出力を生成する。微小機械的センサーデバイスに回転力が作用するとき、ジャイロスコープの駆動モードの振動は、コリオリの力によって感知モードの振動と連結し、第二の機械的共振器から受け取られた電気信号は、コリオリの力に対応し、よって、デバイスの角速度に対応する。
【００１７】
図４は、微小機械的感知デバイス構成のブロック図を示しており、該構成によって、改良された感度が達成される。図３に関連して既に説明した要素は、対応する参照番号で表している。生成された信号を検出および処理するための他の構成も、保護の範囲を逸脱することなく適用され得ることは、当業者にとっては明白である。図３の構成に加えて、図４の微小機械的感知デバイスは、フィードバックループを有し、該フィードバックループは、第二の機械的共振器に接続され、かつ、第二の共振器の感知モードの振動をダンピングするように（減衰させるように）調整される。フィードバックループから出力される信号Ｓ２もまた、検出器への感知された信号入力である。ダンピングのために、フィードバックループは、トランスデューサー要素（第二の共振器内、図示せず）と、調節要素４７とを有する。該フィードバックループはまた、フィードバック信号を適切なレベルにまで増幅するためにフィードバック増幅器４８を有し得る。
【００１８】
トランスデューサーは、本文では、１つの形態のエネルギーを他の形態に変換するデバイスをいう。例えば、センサーは、物理的特性を検出し、それを測定可能な信号に変換するデバイスまたはシステムである。通常、物理的特性は、１つの形態のエネルギーとして現れ、センサーでは、トランスデューサーデバイスによって他の形態のエネルギーに変換される。物理的特性と、エネルギーの形態を検出する手段は、用途に応じて異なり得る。センサーの１つのカテゴリーでは、検出される物理的特性を表す特徴は、慣性座標系(inertial frame of reference)について、基準点(reference point)の変位を検出することを有していてもよい。該変位は、例えば、懸架されたプルーフ質量体(proof-mass、プルーフマス)の運動として、または、該プルーフ質量体を担持する弾性サスペンション(elastic suspension)に接続されたトランスデューサー要素に作用する応力もしくは歪みとして検出され得る。検出された運動、応力または歪みは、電気信号を変調するのに使用され得、それが物理的特性を極めて正確に測定可能にする。他の例として、アクチュエーターでは、トランスデューサーは、電磁エネルギーをいくつかの形態の運動(motion)、応力、または、歪みに変換するのに使用され得る。
【００１９】
本実施形態におけるトランスデューサーは、質量体−バネのシステム(mass-spring system)でモデル化され、該システムにおいては、質量体に作用する力、または、本体の加速が、それに比例する変位を質量体にひきおこすように、該質量体がバネで本体に懸架されている。電気回路によって、該質量体の移動(movement)は検出され得、測定可能な電気信号へと変換され得る。本体が静止しており、正味の力が質量体に作用しないとき、質量体−バネのシステムは、釣り合った状態(equilibrium state)にある。該システムが釣り合った状態から変位する場合には、バネが質量体に正味の復元力をもたらし、それを釣り合った状態に戻そうとする。しかしながら、釣り合ったポジションへと戻る移動において、質量体は、該ポジションを超えて移動させ続ける運動量を得て、反対方向の新たな復元力を作る。従って、質量体は、釣り合った状態について振動(oscillate)し始める。質量体は、付勢(biased)され得、そして、固定電極に対する移動が電気信号に変換され得る。このようにして、質量体の調和振動(harmonic oscillation)が、交流電気信号へと変換され、該信号が、慣性座標系についての本体の運動を表す。
【００２０】
図５は、変位を電気信号に変換するのに適用可能な、質量体−バネのシステムの簡略化した例を示している。第二の共振器は、今度は、１−ＤｏＦのシステムで表され、該システムは、一次の共振器（図示せず）に連結されたプルーフ質量体５０およびバネ要素５１を持っている。該システムは、１以上の固定電極(stationary electrodes)５３と、プルーフ質量体５０の運動に接続された１以上の可動電極(movable electrodes)５４とを持っていてもよい。図５における、変位を測定するトランスデューサーは、電極５３、５４間の距離が変化するとき、それらの間のキャパシタンスが変化する、キャパシティ効果（容量効果）に基づいたものである。このキャパシタンスの変化は、トランスデューサーからの電気信号出力を変調するために使用され得る。図６は、他のタイプの容量型トランスデューサーを示しており；図５および６において、同じ参照符号が、対応する要素を指すために使用される。図６のトランスデューサーでは、電気信号の変調は、電極６３、６４の重なる（オーバーラップする）面積の変化に対応している。図５および６におけるトランスデューサーは、キャパシティ効果に基づいてプルーフ要素の変位を測定するが、検出される物理的特性の表示値(indication)を電気信号に変形する他のタイプのトランスデューサーもまた適用され得る。トランスデューサーは、例えば、プルーフ要素に加えられる応力または歪み、ならびに、圧電効果および電磁効果のような他のタイプの効果を示し得る。
【００２１】
能動型の電気的ダンピングでは、変位が、第一のトランスデューサーにおいて電気信号を生成し、該電気信号が、フィードバックループにおいて、変更された信号に変換され、該変更された信号が、検出された運動を除去するか、少なくとも低減するために、変位に対して作用する機械的力を調節する。図７は、図４の例示的な第二の機械的共振器４３の機能的構成を図示するブロック図を示している。
【００２２】
図７の機械的共振器は、プルーフ質量体７０を有し、該プルーフ質量体は、バネ要素７１によって第一の機械的共振器（図示せず）に連結されている。該システムは、１以上の固定ＴＲ１電極７２と、プルーフ質量体７０の運動に接続された１以上の可動ＴＲ１電極７３とを持つ。これらの電極７２、７３が、容量的な変位を測定するトランスデューサーを形成する。該システムはまた、１以上の固定ＴＲ２電極７４と、プルーフ質量体７０の運動に接続された１以上の可動ＴＲ２電極７５とを持つ。これらの電極７４、７５が、力を発生する(force generating)静電気的なトランスデューサーを形成する。
【００２３】
なお、図７は、容量および静電効果に基づいたトランスデューサー要素を図示しており、図４のトランスデューサーＴＲ１およびＴＲ２が、任意の公知のバイアスされたトランスデューサー原理に基づき得ることが、あらゆる当業者にとって明白である。例えば、第一のトランスデューサーは、キャパシティ効果、圧電効果、電磁効果、または、ピエゾ抵抗効果に基づいて、運動(motion)、応力、または、歪みによって変位を検出するように構成され得る。第二のトランスデューサーは、静電効果、圧電効果、電磁効果、熱弾性(thermoelastic)効果、電歪(electrostriction)、または、磁歪(magnetostriction)に基づいて、力、トルク、応力、または、歪みによって変位をひきおこすように構成され得る。
【００２４】
第二の機械的共振器４３におけるプルーフ質量体の変位は、Ｒ２のＴＲ１電極（図７の７２、７３参照）によって電気的に測定され得、電気信号に変換され得る。電気信号は、前置増幅器４５によって増幅され得、増幅された信号Ｓ１は、調節器(controller、制御器)４７を介して力トランスデューサーＴＲ２に戻るよう送られ得る。Ｒ２のＴＲ２電極（図７の７４、７５参照）は、プルーフ質量体に対して、力を作用させることになる。よって、作用する力は、第二の電気信号Ｓ２に対応している。Ｓ２は、加えられた力によってプルーフ質量体の移動(movement)が低減されるような、検出される変位との位相関係をもってＴＲ２へ送られ得る。
【００２５】
適切な伝達関数を達成するために、フィードバックループによる要素Ｑ値の効果的な低減が必要である。従来、より高いダンピングが、フィードバックループにおける信号Ｓ２の増幅を大きくすることによって達成されてきたが、これは、即ち、ループにおける任意の増幅器、調節器、トランスデューサー、機械的共振器の周波数応答、および共振器バネ要素のバネ定数からの寄与を含んだ、いわゆるループゲインである。しかしながら、そのようにしながらも、閉ループ伝達関数があらゆる条件で安定したままであるように注意しなければならない。従来の調節器では、より高い増幅の値が企図されるとき、実際のシステムは、共振器の基本共振周波数よりも著しく高い周波数で容易に振動し始める。
【００２６】
強いダンピング、即ち、閉ループのＱ値レベルで機能する、十分に低減された要素の機械的運動が、例えば、検出された運動に対してフィードバック力を調節する調節器４７が信号処理フィルターである構成で達成され得る。有利にも、信号処理フィルターは、共振器として機能し、従って、所定の共振周波数でピークとなる。従って、Ｓ１およびＳ２の値間の対応関係を定める応答関数は、Ｓ１の共振周波数と実質的に一致する共振周波数特性を持つ周波数応答関数である。そのような構成は、出願人の同時係属出願"An improved mechanical resonator(改良された機械的共振器)"（ＦＩ２０１２５７５７）に、より詳細に説明されており、これは、参照することによって本文に組み込まれる。
【００２７】
上述したように、直交信号は、感知デバイスのジャイロスコープのゼロ点安定性に対して大きな影響を持つ。従って、コリオリの信号の同期検出の前に、直交信号をできるだけ低いレベルに調節することが望ましい。図８は、微小機械的感知デバイス構成のブロック図を示し、該構成によって、直交信号は、少数のさらなる回路要素で効果的に扱われ得る。図４に関連して既に説明した要素は、対応する参照番号で表される。
【００２８】
本構成では、一次の周波数発生器８４は、公知の方法で、コリオリの信号の同期検出のための第一の基準信号(reference signal)８９０を生成するように構成されている。第一の基準信号は、感知されるコリオリの信号と同じ位相にある。これに加えて、図８の一次の周波数発生器８４は、フィードフォワード直角位相補償信号(feed-forward quadrature phase compensation signal)Ｓ３ ８９２を生成するように構成され得、該信号は、重み付きの加算要素(weighted summing element)８９４へ送られる。位相補償信号Ｓ３は、発振器または一次ループ設計によって、当業者によく知られた方法で、一次の周波数発生器８４内で容易にアクセスできるようにし得る。加算要素８９４は、Ｓ３と、ダンピングフィードバックループの調節器８７のフィードバック信号Ｓ２とを加算し、結果をフィードバック増幅器８８に送る。加算されたフィードバック信号によって生成された力は、今度は、同時に、直交信号を打ち消し(キャンセルし)、調節器８７によって調節されるダンピングを生じることになり、最小の追加の電気的および／または機械的要素で、所望の効果が得られる。加算要素８９４における直交補償信号Ｓ３の重み係数は、感知デバイスのジャイロスコープが、使用する前、製造においてトリミングされるときに、調節され得る。トリミングは、加算要素８９４を調節することによって信号Ｓ２の直交コンテンツをゼロに設定することによって達成できる。 
【００２９】
さらなる実施形態では、補償は、ここでも非常に少ない追加の回路要素で、動的に適応可能にし得る。図９は、微小機械的感知デバイスの構成ブロック図を示し、該構成によって、直交信号が動的に扱われ得る。図８と関連して既に説明した要素は、対応する参照番号で表される。それらに加えて、本構成は、直交信号振幅調節器９９５を有し、該調節器は、調整可能なゲイン段を提供し、該ゲイン段によって、直角位相補償信号９９２が加算要素９９４に送られ得る。検出ユニット９６は、同相信号９９０で同期検出するための第一の同期検出器と、直交信号９９２で同期検出するための第二の同期検出器とを有し得る。検出された直交信号Ｓ４のレベル９９８は、ゲイン調節増幅器９９５に送られ得る。これによって、補償信号は、適応性のある直交信号の打ち消しが実現されるようなレベルにまで調節され得る。
【００３０】
容量型ジャイロスコープでは、ＤＣバイアス電圧が、容量型運動検出と、励起のための静電力生成とに使用され得る。フロントエンド増幅器の出力電圧は、次式
0005991431.tif 000002
に従う。
上式において、ＣＳはセンサー容量であり、ＣＲＥＦは基準(reference、参照）キャパシタであり、ＶＢＩＡＳは印加されたＤＣバイアス電圧である。従来の容量性ジャイロスコープでは、レート信号出力(rate signal output)は、通常、バイアス電圧に比例する。これは、ＡＤ変換器段が基準電圧と同じバイアス電圧を持ち、それによりデジタル信号において、バイアス電圧の不安定性が打ち消される場合に望ましい。
【００３１】
力のフィードバックがダンピングされるジャイロ(force feed-back damped gyro)では、レート出力電圧は、バイアス電圧と反比例する。該出力電圧は、今度は、
0005991431.tif 000003
である。
【００３２】
ＡＤ変換の後、デジタル信号は、バイアス電圧の２乗に反比例するだろう。これが、バイアス電圧の安定性に非常に厳しい要件を設定する。
【００３３】
図１０は、さらなる微小機械的感知デバイスの構成のブロック図を示しており、この構成によって、直交信号は、バイアス電圧の変動を効果的に補償するような方法で、動的に扱われ得る。図８、９に関連して既に説明した要素は、対応する参照番号で表される。図８で記述したように、フィードフォワード直角位相補償信号Ｓ３ ８９２は、調節器８７のフィードバック信号Ｓ２と加算されるべく、重み付きの加算要素８９４に送られ得る。Ｓ３は、Ｒ１プルーフ質量体ポジションの信号位相と類似した信号位相を持ち得る。それらに加えて、本構成は、バイアス電圧に変動を生じさせる一時的または環境的影響の動的補償のためのＤＣバイアス調節器１０９６を有する。検出された直交信号Ｓ４レベルは、直流バイアス調節器１０９６に送られ得、該直流バイアス調節器は、図１０で説明されるように、適応性のある直交信号の打ち消しが得られるようなレベルに、バイアス電圧信号Ｓ５を調整するように構成され得る。この方法は、出力信号のバイアス依存を式（１）に効果的に類似させ、それは、ＡＤ−変換器が使用されるとき、非常に望ましい。
【００３４】
技術が進歩するにつれて、本発明の基本的な考えが様々な形で実施できることは、当業者にとっては明白である。従って、本発明およびその実施形態は、上記の実施例に限定されず、請求項の範囲内で変化し得る。
【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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