(57)【要約】  加速度計などのセンサが、基板上にある複数の電極と反対側に配置されたプルーフマスを含む。電極の幾つかは、プルーフマスに交流補助信号を印加する補助電極であり、他の電極は、プルーフマスの運動を検出するセンス電極である。残留電圧がプルーフマス上又はセンス電極上にないとき、補助信号によってプルーフマス上に加えられる力が実質的に平衡される。残留電圧がプルーフマス上にあるとき、補助信号の第１調波周波数における力が、センサのセンス電極によって検出される。検出された力がしきい値を超えた場合は、自己試験が不合格になる。
2019505765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度計上の残留電圧を識別するためのシステムであって、
平面基板面を有する基板と、
前記平面基板面の反対側にある１つ以上の平面プルーフマス面を有する１つ以上のプルーフマスと、
前記平面基板面上でかつ前記１つ以上のプルーフマス面と反対側に配置された１つ以上のセンス電極であって、前記１つ以上のセンス電極の各々が、前記１つ以上のプルーフマスのうちの１つと静電容量を構成し、前記静電容量が、前記１つ以上のセンス電極と前記１つ以上の平面プルーフマス面との距離によって変化する、１つ以上のセンス電極と、
前記平面基板面上でかつ前記１つ以上のプルーフマス面と反対側に配置され、前記１つ以上のプルーフマスに補助信号を印加する１つ以上の補助電極であって、前記補助信号が、第１調波周波数を有し、前記残留電圧が前記１つ以上のプルーフマス上又は前記１つ以上のセンス電極上にあるときに、前記第１調波周波数で前記センス電極によって検出された前記補助信号に対する応答が、検出しきい値より大きくなるように配置された１つ以上の補助電極と、
を含む、
システム。
【請求項２】
前記１つ以上のプルーフマスが、少なくとも第１のプルーフマスと第２のプルーフマスを含み、前記第１のプルーフマスと前記第２のプルーフマスは、前記第１のプルーフマスが前記平坦基板面に近づくときに、前記第２のプルーフマスが前記平坦基板面から遠ざかるように配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ以上の補助電極が、少なくとも２つの補助電極を含み、前記少なくとも２つの補助電極が、前記１つ以上のプルーフマス面と反対向きに前記基板に配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記１つ以上のセンス電極が、少なくとも２つのセンス電極を含み、前記少なくとも２つのセンス電極が、前記１つ以上のプルーフマス面と反対向きに前記基板に配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記補助信号の前記第１調波周波数が、前記加速度計用の前記共振周波数の半分未満である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記補助信号の第２調波周波数が、前記加速度計用の前記共振周波数の半分未満である、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記補助信号の前記第１調波周波数が、前記加速度計用の前記共振周波数より高い、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記補助信号の前記第１調波周波数と前記第２の波周波数が両方とも、前記加速度計の共振周波数から５％超離れている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
システムは、更に、
前記１つ以上の補助電極に前記補助信号を印加するように構成された第１の信号発生器と、前記１つ以上のプルーフマス又は前記１つ以上のセンス電極に動作信号を印加するように構成された第２の発生器であって、前記動作信号が前記第１調波周波数とは異なる周波数を有する、第２の発生器とを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記静電容量に基づいて前記動作周波数における前記プルーフマスの応答を識別し、前記動作周波数における前記プルーフマスの応答に基づいて前記加速度計の加速を示す値を決定するように構成された処理回路を更に含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記残留電圧があるときに加速度計誤りを識別するように構成された処理回路を更に含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
加速度計であって、
１つ以上の平面を有する１つ以上のプルーフマスと、
前記１つ以上の平面の反対側にある複数の電極と、
前記複数の電極に補助信号を印加するように構成された第１の信号発生器であって、前記補助信号が第１調波周波数を有する第１の信号発生器と、
前記複数の電極から静電容量を表す信号を受け取って、受信した前記信号から検出信号を決定し、前記第１調波周波数を有する前記検出信号の第１の部分を識別するように構成された処理回路であって、更に、前記検出信号の前記第１の部分に基づいて前記１つ以上のプルーフマス上又は前記複数電極のうちの１つ以上に残留電圧があることを決定し、かつ前記検出信号の第１の部分がしきい値を超えたときに誤りを識別するように構成された処理回路と、
を含む、
加速度計。
【請求項１３】
前記複数の電極が、前記第１の信号発生器に結合された複数の補助電極を含み、前記複数の補助電極は、前記１つ以上のプルーフマスに対して、前記１つ以上のプルーフマスが、前記複数の補助電極に対して平衡されるように配置された、
請求項１２に記載の加速度計。
【請求項１４】
前記複数の補助電極の各々が、前記１つ以上のプルーフマスの平面に面する、
請求項１３に記載の加速度計。
【請求項１５】
前記複数の電極が、更に、複数のセンス電極を含み、更に、動作信号を前記複数のセンス電極又は前記１つ以上のプルーフマスに印加するように構成された第２の信号発生器を含み、前記動作信号が、前記第１調波周波数とは異なる周波数を有する、
請求項１３に記載の加速度計。
【請求項１６】
前記処理回路は、前記動作信号の前記周波数を有する前記検出信号の第２の部分を識別し、前記検出信号の前記第２の部分に基づいて前記加速度計の加速度を示す値を決定するように構成された、
請求項１５に記載の加速度計。
【請求項１７】
前記処理回路が、更に、識別された前記誤りに基づいた警告信号を提供するように構成された、
請求項１６に記載の加速度計。
【請求項１８】
加速度計上の残留電圧の存在を識別するための方法であって、
補助信号を複数の補助電極によって前記加速度計の１つ以上のプルーフマスに印加するステップ；ここで、前記補助信号が第１調波周波数を有する、
前記１つ以上のプルーフマスの１つ以上の平面の反対側に配置された１つ以上のセンス電極を使用して、前記第１調波周波数における前記補助信号に対する前記１つ以上のプルーフマスの応答を検出するステップ；ここで、前記複数の電極は、前記残留電圧が前記１つ以上のプルーフマス上又は前記１つ以上のセンス電極上にあるときに前記補助信号に対する前記応答が検出しきい値より大きくなるように配置される、
前記応答が前記検出しきい値を超えたときに加速度計誤りを識別するステップ；、
を含む、
方法。
【請求項１９】
前記識別するステップに応じて警告信号を送るステップを更に含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上のプルーフマス又は前記１つ以上のセンス電極に動作信号を印加するステップを更に含み、前記動作信号が、前記第１調波周波数とは異なる周波数を有する、
請求項１８に記載の方法。
【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「First Harmonic Selftest For AZAccel Charging Check」と題する米国仮特許出願第６２／２６５，８８９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。
【０００４】
各運動センサは、センス電極の特定電圧が、センス電極と、センス電極に対向する可動プルーフマスの平面との間の特定の分離距離に対応するように較正される。プルーフマス又はセンス電極の電圧特性の異常変化は、誤りをもたらしうる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の幾つかの実施形態では、加速度計上の残留電圧を識別するためのシステムは、平面基板面を有する基板と、平面基板面の反対側にある１つ以上の平面プルーフマス面を有する１つ以上のプルーフマスと、平面基板面上でかつ１つ以上のプルーフマス面と反対側にある１つ以上のセンス電極とを含み、１つ以上のセンス電極の各々が、１つ以上のプルーフマスのうちの１つと静電容量を構成し、静電容量は、１つ以上のセンス電極と１つ以上の平面プルーフマス面との距離によって変化する。システムは、更に、１つ以上のプルーフマスに補助信号を印加するために、平面基板面上でかつ１つ以上のプルーフマス面と反対側に配置された１つ以上の補助電極を含み、補助信号は、第１調波周波数を有し、１つ以上の補助電極は、残留電圧が１つ以上のプルーフマス上又は１つ以上のセンス電極上にあるときに、第１調波周波数のセンス電極によって検出された補助信号に対する応答が検出しきい値より大きくなるように配置される。
【０００６】
本開示の幾つかの実施形態では、加速度計は、１つ以上の平面を有する１つ以上のプルーフマスと、１つ以上の平面の反対側に配置された複数の電極と、複数の電極に補助信号を印加するように構成された第１の信号発生器とを含み、補助信号が、第１調波周波数を有する。加速度計は、更に、複数の電極から静電容量を表す信号を受け取って、受信信号から検出信号を決定し、第１調波周波数を有する検出信号の第１の部分を識別するように構成された処理回路を含み、処理回路が、更に、検出信号の第１の部分に基づいて１つ以上のプルーフマス上又は複数の電極の１つ以上に残留電圧があることを決定し、かつ検出信号の第１の部分がしきい値を超えたときに誤りを識別するように構成される。
【０００７】
本開示の幾つかの実施形態では、加速度計上の残留電圧の存在を識別する方法が、補助信号を複数の補助電極を介して加速度計の１つ以上のプルーフマスに印加することを含み、補助信号が、第１調波周波数を有する。方法は、更に、１つ以上のプルーフマスの１つ以上の平面の反対側に配置された１つ以上のセンス電極を使用して、第１調波周波数の補助信号に対する１つ以上のプルーフマスの応答を検出することを含むことができ、複数の電極は、１つ以上のプルーフマス上又は１つ以上のセンス電極上に残留電圧が存在するときに、補助信号に対する応答が検出しきい値より大きくなるように配置される。方法は、更に、応答が検出しきい値を超えるときに加速度計誤りを識別することを含みうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の以上その他の特徴、及び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。
【０００９】
【図１】本開示の実施形態による典型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、アンカー点のまわりに旋回する可動プルーフマスを有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【図３】本開示の幾つかの実施形態による、可動プルーフマスがアンカー点のまわりに時計回り方向に旋回した後の図２の運動検出システムを示す図である。
【図４】本開示の幾つかの実施形態による、残留電圧が可動プルーフマス又はセンス電極上にあることを検出し、そのような残留電圧を補償する回路を有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【図５】本開示の幾つかの実施形態による、残留電圧が可動プルーフマス又はセンス電極上にあることを検出し、そのような残留電圧を補償する回路を有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【図６】本開示の幾つかの実施形態による、残留電圧が可動プルーフマス上又は運動検出システムのセンス電極上にあるかどうかを検出する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、可動プルーフマス上又は運動検出システムのセンス電極上の残留電圧を補償する典型的なステップを示す図である。
【図８】本開示の幾つかの実施形態による、基板の平面に垂直な逆位相方向に動く可動プルーフマスを有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ＭＥＭＳ装置は、ＣＭＯＳ層、ＭＥＭＳ装置層、キャップ層などの幾つかの層で構成される。ＭＥＭＳ装置層は、可動プルーフマス、プルーフマスの位置又は向きの検出に使用される少なくとも１つのセンス電極、及びプルーフマスへの補助信号の印加に使用される少なくとも１つの補助電極を含む。プルーフマスの少なくとも一部分は導電性であり、それにより、プルーフマスとプルーフマスの平面に対向するセンス電極とが、キャパシタを構成する。動作中、「動作電圧」と本明細書で呼ばれる電圧を有する動作信号が、プルーフマス又はセンス電極の導電性部分に印加される。ＭＥＭＳ装置の動きがセンス電極に対するプルーフマスの動きを引き起こし、それにより、プルーフマスとセンス電極の間の距離が変化し、したがって、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の静電容量が変化する。処理回路は、センス電極又はプルーフマスから受け取る信号に基づいて静電容量を測定して、電極の動きを示す値を決定する。静電容量の変化に基づいて、処理回路は、ＭＥＭＳ装置の運動（例えば、加速度）を示す運動パラメータを決定する。例えば、ＭＥＭＳ装置は、加速度計又は他のタイプの運動センサを構成しうる。
【００１１】
時間の経過とともに、プルーフマス又はセンス電極上に残留電荷が蓄積し、望ましくない静電力と望ましくないプルーフマス運動が生じる。この残留電荷によって誘導される電圧は、本明細書で「残留電圧」と呼ばれ、ＭＥＭＳ装置によって測定される運動パラメータの誤りを引き起こしうる。この点において、ＭＥＭＳ装置は、特定の検出信号がセンス電極とプルーフマス間の特定の距離に対応するように較正される。残留電圧の存在は、検出電圧に影響を及ぼし、その結果、センス電極とプルーフマスの間の実際の距離を正確に反映しなくなる。一般に、残留電荷によって引き起こされる誤りは、残留電圧が元の（例えば、較正された）電圧より大きくなるほど増える。
【００１２】
幾つかの実施形態では、残留電圧の存在を決定するために補助電極が使用される。この点において、補助電極によってプルーフマスに補助信号が印加される。補助信号は、動作電圧をプルーフマス又はセンス電極に印加する信号の周波数とは異なる第１調波周波数を有する交流（ＡＣ）信号でよい。残留電圧が、プルーフマス又はセンス電極にない場合、補助信号は、力を生成しないか、又はセンス電極に対するプルーフマスの付加運動を引き起こすために加えられる小さい力しか生成しない。プルーフマスと差動ＡＣ補助信号に対して平衡されたセンス電極の場合（例えば、対称的に配置された）、補助信号は、センス電極に対するプルーフマスの動きをそれ以上生成しない。しかしながら、残留電圧がプルーフマス上にある場合、補助信号は、補助信号の第１調波周波数で、プルーフマスを動かす力を生成する。一般に、この動きは、残留電圧が高いほど大きくなる。
【００１３】
この動きは、センス電極又はプルーフマスからの信号に基づいて測定され、この信号は、動作信号の周波数における電圧を補助信号の第１調波周波数又は他の周波数における電圧から分離するためにフィルタリングされる。処理回路は、前述のように、動作信号の周波数の受信信号を使用して、運動パラメータ（例えば、加速値）を決定できる。処理回路は、補助信号の周波数の受信信号を使用して、プルーフマス上の残留電圧を検出できる。この点において、残留電圧は、第１調波周波数の補助電圧に対する測定応答に比例しなければならない。幾つかの実施形態では、処理回路は、センス電極上にある残留電圧の量の測定値を表わす値を決定するように構成されうる。この値がしきい値を超える場合、処理回路は、必要に応じて１つ以上の処置を取るように構成されうる。
【００１４】
例えば、処理回路は、ＭＥＭＳ装置の測定値が誤りか信頼できない可能性があることを示すための警告又は他の指示を生成するように構成されうる。処理回路によって提供される情報は、ＭＥＭＳ装置からの読取り値が信頼できない可能性をユーザに警告するためのメッセージをユーザに表示するか他の方法で与えるために使用されうる。別の例では、処理回路によって提供される情報は、１つ以上の構成要素又はシステムが、ＭＥＭＳ装置からの読取り値を信頼したり使用したりできないようにするために使用されうる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、残留電圧がしきい値を超えると判定されたとき、処理回路は、残留電圧の存在を補償するために補償手順を開始できる。例えば、ＭＥＭＳ装置は、処理回路によって測定される残留電圧を考慮するために再較正されうる。別の例では、プルーフマス上の残留電荷を除去又は減少させる手順が開始されうる。更に別の例では、残留電圧によって引き起こされる動きを相殺する量だけプルーフマスを動かすために、プルーフマス、センス電極又は補助電極に電圧が印加されうる。他の例では、処理回路によって検出される残留電圧の量に基づいて他の処置が取られうる。
【００１６】
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他の組み合わせが、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。
【００１７】
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、他のセンサと同じように相互作用できる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、本開示の幾つかの実施形態による残留電圧を検出するように構成された説明的な運動検出システム３０を表す。図２には特定の構成要素が特定の方法で表され構成されているが、運動検出システム３０が他の適切な構成要素及び構成を含みうることを理解されよう。
【００２２】
図２の実施形態では、システム３０は、複数の接合半導体層から構成されたＭＥＭＳ加速度計などのＭＥＭＳ装置として実現される。ＭＥＭＳ装置は様々な仕方で構成されうるが、一実施形態では、ＭＥＭＳ装置は、特定の点で共に接合されて密閉パッケージを構成する基板２２０、ＭＥＭＳ層２１０及びキャップ層２３０を含みうる。基板２２０は、ＣＭＯＳ回路を含み、ＭＥＭＳ装置のＣＭＯＳ層を構成できるが、ＣＭＯＳ回路は、キャップ層２３０などの装置の他の部分内にあってもよい。典型的なＭＥＭＳ層は、ＭＥＭＳセンサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープ、圧力センサ、マイクロフォンなど）などの用途で使用される微小機械構成要素を構成するために、半導体生産技術を使用して作成されうる。典型的なＣＭＯＳ層は、ＣＭＯＳ層内の電気構成要素と装置の集積化を提供でき、それらの構成要素の間の相互接続も提供できる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ層２１０の構成要素が導電性でよく、ＭＥＭＳ層とＣＭＯＳ層の構成要素間の相互接続が提供されうる。例えば、ＣＭＯＳ層内の回路は、ＭＥＭＳ層の電気構成要素（例えば、電極又は可動プルーフマス）を処理回路１４又は他の電気構成要素に電気的に結合できる。
【００２３】
典型的実施形態では、ＭＥＭＳ層２１０は、少なくとも１つのアンカー点４１と、アンカー点４１に取り付けられ基板２２０の上に懸架された少なくとも１つの可動プルーフマス４４を含みうる。アンカー点４１は、基板２２０の平面に固定され（例えば、接合され）そこから延在できる。アンカー点４１と可動プルーフマス４４は、導電材料からなってもよく、可動プルーフマス４４は、アンカー点４１のまわりに旋回して、プルーフマス４４の一方の端が上方に傾き、他端が下方に傾くように構成されうる。したがって、プルーフマス面の一方の側が基板２２０から遠ざかるとき、反対端にあるプルーフマス面の反対側が基板２２０に近づく。図３は、アンカー点４１のまわりに時計回り方向に旋回した後のプルーフマス４４を示す。一実施形態では、アンカー点４１は、アンカー点４１を介してプルーフマス４４に動作信号を印加する信号発生器４９（図４。例えば、電圧源）に電気的に結合される。他の実施形態では、アンカー点４１は、キャップ層２３０やＭＥＭＳ層２１０の拡張部などの他の構成要素上にあってもよく、１つ以上のプルーフマスの様々なタイプの相対運動が、使用されるアンカーのタイプと、マス、ばね、レバー、他の継手などのＭＥＭＳ層２１０内の構成要素の構成とに基づいて実現されてもよい。
【００２４】
システム３０は、また、プルーフマス４４と共にキャパシタを構成する少なくとも１つのセンス電極を含みうる。幾つかの実施形態では、信号発生器４９（図示せず）は、センス電極に結合されてセンス電極に動作信号を印加できる。図２の典型的実施形態は、アンカー点４１の両側で基板２２０の平面上に位置決めされた２つのセンス電極５２及び５３を示すが、他の実施形態では他の数及び構成のセンス電極が可能である。各センス電極５２及び５３は、基板２２０の上に懸架されたプルーフマス４４の反対面に面する。これらのセンス電極５２及び５３を使用して、プルーフマス４４の位置が、容量的に検出される。この点において、センス電極５２からのプルーフマス４４の距離を決定するためにセンス電極５２とプルーフマスの間の静電容量の値が検出されてもよく、センス電極５３とプルーフマス４４の間の静電容量の値が検出されてもよく、検出された静電容量は、検出信号を生成してセンス電極５３からのプルーフマス４４の距離を決定するために利用されうる。典型的実施形態では、メモリ１６（図１）は、検出電圧を運動（例えば、加速度）の測定値に変換するために、処理回路１４によって使用されるデータを記憶する。このデータは、製造中又は他のときに、プルーフマス４４による特定の運動が測定された運動パラメータ（例えば、加速度）の特定の変化に対応するように較正されうる。幾つかの実施形態では、この較正は、また、初期残留電圧に対応でき、この初期残留電圧は、センス電極上又はプルーフマス上にある可能性があり、直線加速度がない状態でプルーフマス４４が実質的に平衡されなくなりうる。
【００２５】
図２によって示されたように、システム３０は、更に、プルーフマス４４に補助信号を印加するために使用される補助電極６２及び６３を含みうる。補助電極は、プルーフマス４４に対する様々な位置及び向きで配置されてもよいが、一実施形態では、各補助電極６２及び６３は、基板２２０の平面上にあり、基板２２０の上に懸架されたプルーフマス４４の反対面に面しうる。補助電極６２及び６３は、プルーフマス４４又はセンス電極５２及び５３に印加される動作信号の周波数とは異なる第１調波周波数を有するＡＣ信号（例えば、作動ＡＣ信号）を生成する信号発生器６６（図４）に結合されうる。例えば、信号発生器６６は、電圧源を含みうる。
【００２６】
補助信号の周波数は、後でより詳しく述べるように、信号発生器４９によって生成された動作信号から補助信号を分離できるように、動作信号の周波数と十分に異なりうる。幾つかの実施形態では、補助信号の少なくとも第１調波周波数と第２調波周波数は両方とも、ＭＥＭＳ装置（例えば、加速度計）の共振周波数から５％超離れている。少なくとも１つの実施形態では、補助信号の少なくとも第１調波周波数と第２調波周波数は両方とも、ＭＥＭＳ装置（例えば、加速度計）の共振周波数の半分未満である。幾つかの実施形態では、補助信号の第１調波周波数は、ＭＥＭＳ装置（例えば、加速度計）の共振周波数より大きい。他の実施形態では、補助信号の第１及び第２調波周波数の他の値が可能である。
【００２７】
本明細書に表され述べられるように、一実施形態では、補助電極は、プルーフマス４４に対して、正常動作条件下で、補助信号が印加されたことにより生じた力が、例えば、加速度計ＭＥＭＳ層構成要素の平衡（例えば、対称）構造に基づいて、平衡されるように配置されうる。実施形態では、プルーフマスと補助電極の構成及び相対位置によって、補助電圧は、共通の位相と大きさを有する差分信号などの様々な方式で補助電極に提供されうる（例えば、その結果、平衡加速度計構成で力が平衡される）。他の実施形態では、補助信号は、共通モード信号として印加されうる（例えば、特定の不平衡構成では）。
【００２８】
図４によって示されたように、センス電極５２及び５３はそれぞれ、センス回路７１に電気的に結合される。一実施形態では、センス回路７１は、センス電極５２とプルーフマス４４の第１の部分によって構成された第１の静電容量と、センス電極５３とプルーフマス４４の第２の部分によって構成された第２の静電容量とを表す信号を受け取りうる。信号は、検出静電容量に基づいて電気信号（例えば、電圧又は電流）を出力するようにセンス回路７１によって処理されうる。一実施形態では、センス回路は、検出された静電容量信号を入力として有する差動電荷増幅器を含むことができ、検出された静電容量間の差に基づく（例えば、比例する）検出信号を出力できる。
【００２９】
センス回路７１は、帯域フィルタ８１及び８２などの複数のフィルタに接続されてもよく、これらのフィルタはそれぞれ、測定ノード９１及び９２に電気的に結合される。フィルタは、本明細書で、検出された信号の特定の周波数を有する部分を抽出する所望のフィルタリングを提供するように表され述べられるが、幾つかの実施形態では、センス回路が、測定ノードなどで、他の周波数情報（例えば、未処理の検出信号、又は事前のノイズフィルタリングを受ける信号）を除去することなく、関連周波数における情報を識別できる。測定ノードは、増幅器、フィルタ、アナログデジタル変換器、周波数フィルタなどの信号又は電圧を測定する任意の適切な構成要素でよい。測定ノードは、また、受信信号をしきい値と比較するか又は様々な電圧若しくは信号に対する応答測定などの他の信号分析を行う処理回路（例えば、ハードウェア制御ロジック及び／又は他の処理回路１４）を含みうる。
【００３０】
フィルタ８１は、信号発生器４９からの、本明細書で「動作周波数」と呼ばれる動作信号の周波数のエネルギーを通過させ、一方、少なくとも補助信号の第１調波周波数を含む他の周波数のエネルギーを阻止することを可能にする。したがって、測定ノード９１は、センス回路７１から、少なくとも動作周波数を含む帯域内にある検出信号の部分を受け取り、検出電圧を示す値を処理回路１４に提供する。更に、フィルタ８２は、補助信号の第１調波周波数のエネルギーを通過させ、一方、少なくとも動作周波数を含む他の周波数のエネルギーを阻止することを可能にする。したがって、測定ノード９２は、センス回路７２から、少なくとも補助信号の第１調波周波数を含む帯域内の検出信号の部分を検出し、検出電圧を示す値を処理回路１４に提供する。
【００３１】
前述のように、信号発生器４９は、可動プルーフマス４４に動作信号を印加するように構成される。しかしながら、他の実施形態（本明細書に表されていない）では、信号発生器４９が、センス電極５２及び５３に動作信号を印加しうることを理解されよう。一実施形態では、この動作信号は、信号発生器６６によって印加される補助信号の第１調波周波数とは異なる周波数を有する交流信号である。可動プルーフマス４４と、センス電極５２及び５３は、プルーフマス４４の運動を静電容量的に検出するために使用されるキャパシタを構成する。この点において、システム３０の運動からシステム３０上に作用する力（例えば、加速度）は、プルーフマス４４をアンカー点４１のまわりに旋回させて、作動周波数で変調された信号を生成する。プルーフマス４４の時計回り方向の旋回は、一般に、プルーフマス４４とセンス電極５２の間の距離を大きくし、プルーフマス４４とセンス電極５３の間の距離を小さくする。プルーフマス４４の反時計回り方向の旋回は、一般に、プルーフマス４４とセンス電極５２の間の距離を小さくし、プルーフマス４４とセンス電極５３の間の距離を大きくする。センス電極５２に対するプルーフマス４４の動きは、電極５２及び５３の静電容量に影響を及ぼし、それにより、センス回路７１は、プルーフマスの運動に基づく検出信号を生成する。
【００３２】
前述のように、検出信号は、フィルタ８１及び８２のそれぞれに提供され、それぞれ動作信号と補助信号を通過させる。動作周波数における周波数成分を最適化するためにフィルタリングされた信号は、測定ノード９１に渡され、測定ノード９１は、フィルタ信号の測定及び／又は分析を行い、出力を処理回路１４に提供する。補助周波数における周波数成分を最適化するためにフィルタリングされた信号は、測定ノード９２に渡され、測定ノード９２は、フィルタ信号の測定及び／又は分析を行い、出力を処理回路１４に提供する。本開示の文脈では、センス回路７１、フィルタ８１及び８２、並びに測定ノード９１及び９２が、処理回路１４と離れて配置されるように述べられうるが、これらの構成要素のうちの一部又は全てが、例えば、ＭＥＭＳ装置のＣＭＯＳ層内の処理回路の一部でもよいことを理解されよう。処理回路１４は、ノード９１及び９２の測定値を、加速度などの運動パラメータの測定値に変換するように構成される。
【００３３】
時間の経過とともに、残留電荷が、プルーフマス４４及び／又はセンス電極５２及び５３上に蓄積し、それによりシステム３０に誤りがもたらされうる。具体的には、残留電圧によって、望ましくない静電力が生成される可能性があり、これにより、プルーフマスの位置が変化し、間違った読出し値が生成されうる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、処理回路１４は、信号発生器６６によってプルーフマス４４に印加される補助信号を使用して、残留電荷の存在を検出するように構成される。典型的実施形態では、差動電圧が、２つの補助電極６２及び６３に印加され、補助電極６２に第１の極性の補助信号Ｖ1Hが印加され、補助電極６３に逆極性の補助信号Ｖ1Hが印加され、直流電圧値は、プルーフマス４４上の平均電圧ＶPMと等しい。補助電極６２における電圧は、下記の式によって表わされる。
【００３５】
Ｖ1HP＝ＶPM＋Ｖ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （１）
【００３６】
ここで、Ω1Hは、信号発生器６６からの交流電圧信号の第１調波周波数である。
【００３７】
補助電極６３における電圧は、下記の式によって表わされる。
【００３８】
Ｖ1HN＝ＶPM−Ｖ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （２）
【００３９】
ここで、Ω1Hは、信号発生器６６からの交流電圧信号の第１調波周波数である。
【００４０】
プルーフマス４４上の残留電圧がない場合、電圧発生器６６からの補助信号が、プルーフマス４４を動かす力を生成しない。この点において、残留電圧がプルーフマス４４上に存在しないときに、補助電極６２を介した補助信号の印加によってプルーフマス４４上に加えられる静電力（Ｆ1HP）は、以下の式によって表わされる。
【００４１】
Ｆ1HPαＶ1H2ｓｉｎ2（Ω1Hｔ）＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））    （３）
【００４２】
更に、残留電圧がプルーフマス４４上に存在しないとき、補助電極６３による補助信号の印加によってプルーフマス４４上に加えられる静電力（Ｆ1HP）は、以下の式によって表わされる。
【００４３】
Ｆ1HNαＶ1H2ｓｉｎ2（Ω1Hｔ）＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））    （４）
【００４４】
したがって、Ｆ1HPがＦ1HNを打ち消し、その結果、補助信号からプルーフマス４４に合力が印加されなくなる。更に、残留電圧がプルーフマス上にないとき、補助信号の印加によってプルーフマス４４上に加えられる全静電力（Ｆ1H）は、以下の式によって表わされる。
【００４５】
Ｆ1H＝Ｆ1HP−Ｆ1HN＝０    （５）
【００４６】
したがって、残留電圧がない場合、測定ノードによる電圧測定値はゼロに近づくはずである。
【００４７】
しかしながら、プルーフマス４４上に残留電圧（Ｖres）がある場合は、電圧発生器６６からの補助信号が、プルーフマス４４に動かす力を生成する。そのような状況で、補助電極６２による補助信号の印加によってプルーフマス４４に加えられる静電力（Ｆ1HP）は、以下の式によって表わされる。
【００４８】
Ｆ1HP∝Ｖ1HP2＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））＋Ｖres2＋２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （６）
【００４９】
更に、補助電極６３による補助信号の印加によってプルーフマス４４に加えられる静電力（ＦＩＨＮ）は、以下の式によって表わされる。
【００５０】
Ｆ1HN∝Ｖ1HN2＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））＋Ｖres2−２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （７）
【００５１】
したがって、全静電力（Ｆ1H）の式は、以下のようになる。
【００５２】
Ｆ1H＝Ｆ1HP−Ｆ1HN＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））−１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））＋Ｖres2−Ｖres2＋２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）−２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）＝４ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （８）
【００５３】
したがって、残留電圧が存在する場合、測定ノード９２で測定される電圧はゼロにならない。更に、測定ノード９２によって測定された電圧の大きさが残留電圧に比例し、その結果、ノード９２による測定値は残留電圧の大きさを示す。
【００５４】
幾つかの実施形態では、処理回路１４は、測定ノード９２からの電圧測定値（例えば、検出された信号の補助周波数の部分の測定値）を少なくとも１つの所定しきい値と比較し、しきい値を超えたときに残留電圧の存在を検出できる。ノード９２の（又は、ノード９２における）出力と比較されるしきい値は、例えば全オフセット仕様に基づいて、残留電圧が装置性能に影響を及ぼす最小値に対応できる。例えば、第１のしきい値は、全オフセット仕様の５０％に対応し、第２のしきい値は、全オフセット仕様の１００％に対応しうる。第１のしきい値は、補償動作に対応でき、第２のしきい値は、破損した装置に対応でき、これは警告と加速度計の遮断を必要とする。
【００５５】
処理回路１４は、残留電圧の検出に応じて様々な処置のいずれかを取るように構成されうる。例として、処理回路１４は、通信インタフェース２０（図１）を介して外部構成要素（図示せず）又はシステムに警告信号を送りうる。そのような警告信号は、様々な方法で使用されうる。例えば、システム３０の測定値が間違っている可能性をユーザに知らせる警告メッセージがユーザに表示されうる。別の例では、システム３０の測定値を使用することによって、１つ以上の外付部品又はシステムが無効にされうる。他の実施形態では、処理回路１４によって提供される警告信号に応じて、他の処置が取られうる。
【００５６】
残留電圧の存在が検出されたとき、処理回路１４は、残留電圧に関してシステム３０を補償するための少なくとも幾つかの処置を取り、それにより、残留電圧の影響がなくなるか減少する。例えば、処理回路１４の指示及び制御下で、残留電圧を補償するための直流（ＤＣ）電圧信号がプルーフマス４４に印加されうる。この点において、処理回路１４は、直流電圧源などの補償回路１０１（図４）に結合され、補償回路１０１は、プルーフマス４４に補償信号（例えば、直流電圧、交流信号又はこれらの組み合わせ）を印加するように構成される。そのような補償回路１０１は、図４によって示されたようなアンカー点４１によってプルーフマス４４に電気的に結合されうる。しかしながら、補償回路１０１は、補正信号をプルーフマス４４に他の方法で印加するように構成されうる。例えば、補償回路１０１は、１つ以上のそのような電極を介してプルーフマス４４に補償信号を印加するための電極５２、５３、６２又は６３のいずれかに電気的に結合されうる。処理回路１４が残留電圧の存在を検出したとき、処理回路１４は、補償回路１０１を適切に制御して、残留電圧を補償するために十分な大きさの補償信号を印加するように構成されうる。
【００５７】
補償回路１０１を制御する際、処理回路１４は、補助信号からのフィードバックを使用して、補償信号の大きさ又は他の特性を制御できる。例えば、処理回路１４は、ノード９１及び９２の測定値を、補償信号の電圧を制御するフィードバックとして使用して、そのような測定値をゼロ又は少なくとも所定しきい値より低く駆動できる。例えば、処理回路１４は、ノード９１及び／又は９２の電圧測定値がしきい値より下がるまで、補償回路１０１の出力電圧を高めうる。他の実施形態では、残留電圧を補償する補償回路１０１を制御する他のアルゴリズムが可能である。
【００５８】
補償回路１０１が任意数の電極に電気的に結合されうることに注意されたい。例えば、補償回路１０１は、アンカー点４１の一方の側で少なくとも１つの電極５２及び６２と、アンカー点４１の反対側で少なくとも１つの電極５３及び６３に電気的に結合されうる。図５は、センス電極５２及び５３に電気的に結合され、プルーフマス４４の位置に依存する電極５２又は５３の少なくとも１つに補償信号を選択的に印加する補償回路１０１を示す。この点において、残留電圧によってプルーフマス４４がどの方向に傾くかよって、補償回路１０１は、プルーフマス４４を中立位置に戻そうとする（即ち、残留電圧によって起こる傾きの方向から遠ざけようとする）力をプルーフマス４４上に加えるのに適した少なくとも１つの電極５２又は５３によって、補償信号を印加できる。即ち、補償信号は、プルーフマス４４の位置を調整して、プルーフマス４４の位置に対する残留電圧の影響が補償信号の影響によって打ち消されるようにするために使用されうる。他の実施形態では、補償回路１０１は、同様にプルーフマス４４の位置を制御して残留電圧の影響を補償するための補助電極６２及び６３などの他の電極に結合されうる。更に他の実施形態では、センス電極及び補助電極とは異なる複数の補償電極が、プルーフマス４４に対して配置されてもよく（例えば、プルーフマス４４の下にある平面上で対称的に平衡される）、補償信号が、補償電極に提供されてもよい。
【００５９】
幾つかの実施形態では、処理回路１４は、システム３０によって検出される残留電圧に基づいて、運動パラメータの測定値を調整するように構成されうる。例えば、処理回路１４は、システム３０によって検出された残留電圧の量を考慮するために、スケーリングファクタ又は他のデータを調整できる。この点において、処理回路１４は、測定ノード９１及び９２から受け取った電圧測定値を、システム３０によって提供される運動パラメータ（例えば、加速度）の測定値に変換するとき、スケーリングファクタをその電圧測定値に乗算するか他の方法で組み合わせるように構成されうる。システム３０によって検出された残留電圧の量に基づいて、処理回路１４は、残留電圧を考慮するためにスケーリングファクタを調整するように構成されうる。あるいは、ノード９１及び９２による電圧測定値を運動パラメータの測定値に変換する処理回路１４によって使用されるデータは、プルーフマス４４に蓄積した残留電荷を考慮するために、検出された残留電圧に基づいて処理回路１４によって自動的に再較正されうる。
【００６０】
更に他の実施形態では、処理回路１４は、残留電圧の検出に応じて、プルーフマス４４上に蓄積した残留電荷を除去又は減少させる少なくとも１つの処置を取りうる。例えば、処理回路１４は、プルーフマス４４上に蓄積した残留電荷を放電するための少なくとも１つの電気構成要素に対するプルーフマス４４の接続を制御できる。
【００６１】
システム３０が、運動パラメータを検出するシステム３０の動作中を含む任意の時間に、残留電圧を検出するための試験を実行するように構成されうることに注意されたい。この点において、前述のように、信号発生器６６によって生成される補助信号は、信号発生器４９によって生成される動作信号の周波数とは異なる周波数を有する。したがって、フィルタを使用することによって、補助信号によって誘導された電圧が、動作信号によって生じる電圧から分離されて、システム３０が運動パラメータの測定値を取得しながら同時にプルーフマス４４上の残留電圧の存在を確認することが可能になる。
【００６２】
図６は、本開示の幾つかの実施形態による可動プルーフマス及び／又は電極の残留電圧を検出する典型的ステップを表す。図６の状況で、ステップは、図４又は図５の典型的な平衡加速度計の文脈で述べられる。しかしながら、図６のステップが、他のジャイロスコープ設計及び構成にも同様に適用されうることが理解されよう。
【００６３】
ステップ２０１で、信号発生器６６は、信号発生器４９によって生成された動作信号の周波数とは異なる第１調波周波数を有する補助信号を生成する。この補助信号は、補助電極６２及び６３を介してプルーフマス４４に印加されうる。マス４４又はセンス電極５２及び５３上に残留電圧がない場合は、補助電極６３に補助信号を印加することによって引き起こされた力が、プルーフマス４４の反対端にある補助電極６２に補助信号を印加することによって引き起こされた力を打ち消す。例えば、電極６２に補助信号を印加すると、プルーフマス４４を電極６２に引っ張ろうとする静電力が生成され、電極６３に補助信号を印加すると、プルーフマス４４を電極６３に引っ張ろうとする静電力が生成されうる。そのような実施形態では、静電力は、プルーフマス４４の両側で実質的に等しいことがあり、その結果、信号発生器６６を介してプルーフマス４４に印加される合力がなくなる。そのような状況では、プルーフマス４４に補助信号を印加すると、検出信号は補助信号の第１調波周波数で変動しないはずである。しかしながら、プルーフマス４４又はセンス電極５２及び５３上に残留電圧がある場合は、補助信号によって生じた力は、完全には打ち消し合わず、その結果、プルーフマス４４上に、少なくとも補助信号の第１調波周波数の有限の力が生じる。
【００６４】
ステップ２０５で、センス電極５２及び５３からの容量信号が、検出回路７１に提供されうる。検出回路７１は、プルーフマス４４の動き（例えば、差動電荷増幅器などの回路で検出された静電容量の変化により生じる）に基づきうる検出信号を出力できる。検出信号は、フィルタ８１及び８２に提供されうる。
【００６５】
ステップ２０９で、フィルタ８１及び８２はそれぞれ、検出信号を受け取る。フィルタ８１は、例えば、動作周波数に対応する通過帯域を有するように構成されてもよく、フィルタ８２は、補助周波数に対応してもよい。これらの各信号は、動作周波数検出信号用の測定ノード９１と、補助周波数検出信号用の測定ノード９２にそれぞれ供給されてもよい。処理回路１４は、各測定ノード９１及び９２から、それぞれの測定ノード９１及び９２によって検出された電圧を示す値を受け取る。測定ノード９２における補助周波数と関連付けられた値に基づいて、処理回路１４は、ステップ２１５で、残留電圧（例えば、装置性能に影響を及ぼす）がマス４４又はセンス電極５２及び５３上にあるかどうかを決定する。例えば、処理回路１４は、測定ノード９２から受け取った補助周波数検出信号をしきい値と比較し、この補助周波数検出信号がしきい値を超えた場合に残留電圧があることを決定できる。そうでない場合、処理回路１４は、残留電圧が現在、マス４４上にもセンス電極５２及び５３上にもないことを決定できる。
【００６６】
残留電圧があることを処理回路１４が決定した場合、処理回路１４は、ステップ２２２で、残留電圧の存在に応じて少なくとも１つの規定の処置をとりうる。例えば、処理回路１４は、警告メッセージを送って、残留電圧の存在又は残留電圧から生じる誤り可能性を、ユーザ又は外部構成要素若しくはシステムに警告できる。別の例では、処理回路１４は、残留電圧を補償するための１つ以上の修正処置をとり、例えば、測定ノード９１及び９２からの測定値を調整するか、補償信号をプルーフマス４４に印加するか、残留電圧を発生させるマス４４上の残留電荷の放電を試みうる。
【００６７】
図６によって示されたステップは、必要に応じて繰り返されてもよく、また、システム３０が、信号発生器４９によって生成された動作信号と、フィルタ８１及び測定ノード９１を介して受け取った動作周波数検出信号とに基づいて、運動パラメータ（例えば、加速度）の測定値を取得している間に実行されうることに注意されたい。
【００６８】
図７は、補助信号からのフィードバックに基づいて残留電圧を補償する典型的ステップを表す。図７のプロセスは、残留電圧が存在することを処理回路１４が決定したときに実行されうる。例えば、図７のプロセスは、図６のステップ２２２を実行するために使用されうる。
【００６９】
図７のステップ３０１で、処理回路１４は、補償信号を可動プルーフマス４４や他の電極（例えば、センス電極、補助電極又は補償電極）に印加するために補償回路１０１を制御する。ステップ３０６で、処理回路１４は、補償信号の印加後に残留電圧の影響がまだあるかどうかを決定する。図６に関して前述されたように、処理回路１４が、補助信号の印加によってそのような決定を行いうることに注意されたい。
【００７０】
残留電圧の影響がない場合、処理は終了する。そうでない場合、処理回路１４は、ステップ３１１で、補償回路１０１を制御して補償信号の電圧を調整する。例えば、補償信号の電圧は、所定の量又はステップ３０６で検出された残留電圧の量に基づく量だけ高められうる。補償信号が調整された後で、処理回路１４は、再びステップ３０６で、残留電圧の影響がまだあるかどうかを決定する。残留電圧の影響がないことを処理回路１４が決定するまで、補償信号の電圧が繰り返し調整されうる。
【００７１】
前述した様々な実施形態では、補助信号は、補助電極６２及び６３を介して可動プルーフマス４４に印加され、センス電極５２及び５３によって検出されるように示される。しかしながら、補助信号が、任意の電極を介して印加され又は検出されうることは重要である。例えば、必要に応じて、補助信号は、１つ以上のセンス電極５２及び５３を介してプルーフマス４４に印加され、補助電極６２及び６３又はシステム３０内の他の電極によっても検出されうる。補助信号が、プルーフマス４４の位置を決定するために使用される動作信号とは異なる周波数なので、補助信号をセンス電極５２及び５３に印加することによって誤りは導入され得ない。
【００７２】
前述のように、プルーフマス４４又はセンス電極上に残留電圧があるという決定に応じてＭＥＭＳ装置の動作を修正する様々なタイプの修正処置がとられうる。幾つかの実施形態では、処理回路１４は、システム３０によって検出された残留電圧の大きさに基づいて、取る所望の処置を選択するように構成されうる。補助周波数検出信号の測定値は、複数のしきい値と比較されてもよく、選択される修正処置のタイプは、測定値がしきい値を超える程度に依存しうる。例えば、処理回路１４は、補助周波数検出信号の測定値を少なくとも２つのしきい値と比較できる。上側しきい値を超えずに下側しきい値を超える場合、処理回路１４は、ひとつの処置（例えば、警告メッセージを送る）を取りうるが、上側しきい値を超える場合、処理回路１４は、（例えば、プルーフマス１８の放電、測定値の調整、又は他のある修正処置の実行によって）残留電荷を補償する試みなどの異なる処置を取るように構成されうる。
【００７３】
処理回路１４が修正処置をとるたびに同じようにＭＥＭＳ装置の動作を修正しなくてもよいことに注意されたい。例えば、処理回路１４は、どのしきい値を超えたかに基づいて、取る修正処置のタイプ又はＭＥＭＳ装置の特性を調整する程度を変更できる。この点において、残留電圧の測定値に関して、処理回路１４は、測定値を、様々な調整とそれぞれ関連付けられた複数のしきい値と比較しうる。例えば、あるしきい値は、第１のスケーリングファクタと関連付けられ、別のしきい値は、第２のスケーリングファクタと関連付けられうる。検出信号を受け取った後、処理回路１４は、複数のしきい値を、補助信号の第１調波周波数を有する信号の部分と比較して、そのような部分が超える最大しきい値を決定できる。次に、処理回路１４は、そのようなしきい値と関連付けられたスケーリングファクタを、信号発生器４９からの動作信号の周波数を有する測定ノード９１からの信号を処理する際に使用するように構成されうる。その後で、処理回路１４は、同じプロセスを実行するが、別のしきい値が今超えた最大のものであることを決定でき、したがって、測定ノード９１からの信号を処理する際にこのしきい値と関連付けられた新しいスケーリングファクタを使用できる。そのような例では、処理回路１４は、新しいスケーリングファクタ（即ち、今超えた最大しきい値と関連したスケーリングファクタ）を使用することによって、ＭＥＭＳ装置に適用される変更を有効に調整する。
【００７４】
他の実施形態では、処理回路１４は、超えた最大しきい値に基づいて他のタイプの変更を行いうる。例えば、処理回路１４は、超えた最大しきい値が第１のしきい値であるという決定に応じてスケーリングファクタを調整し、次に、超えた最大しきい値が異なるしきい値であるという決定に応じてプルーフマス４４を開放するかプルーフマス４４の位置を調整する試みを行いうる。
【００７５】
また、残留電圧を検出し残留電圧を補償するための前述の方法が、様々なタイプのセンサと共に使用されうることも重要である。例えば、図８は、Ｚ方向の直線加速度に応じる加速度計８００の上面図と側面図を示す。加速度計８００は、基板８０６の平面に対して垂直な逆位相方向に動くことによってＺ方向の直線加速度に応じる２つのプルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２Ａを含む。逆位相運動は、２つのプルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２  Ａと、基板８０６との間のたわみ継手によって抑制される。たわみ継手は、２つの離れたアンカー点Ａ１  ８１０Ａ及びＡ２  ８１０Ｂ、２つの中央トーションばねＢ１  ８１４Ａ及びＢ２  ８１４Ｂ、２つの回転レバーＬ１  ８１６Ａ及びＬ２  ８１６Ｂ、及び４つの外部トーションばねＢ１１  ８１８Ａ、Ｂ２１  ８１８Ｂ、Ｂ１２  ８１８Ｃ及びＢ２２  ８１８Ｄを含む。加速度計８００の運動は、プルーフマス上の平面外変換器、例えば容量性差動センス電極８２０Ａ〜８２０Ｄによって測定される。
【００７６】
ばねＢ１  ８１４Ａ及びＢ２  ８１４Ｂは、アンカー点Ａ１  ８１０Ａ及びＡ２  ８１０ＢをレバーＬ１  ８１６Ａ及びＬ２  ８１６Ｂに接続する。４つの外部トーションばねＢ１１  ８１８Ａ、Ｂ２１  ８１８Ｂ、Ｂ１２  ８１８Ｃ及びＢ２２  ８１８Ｄは、１つのレバーの端を反対側の溝上の他のレバーの端に、２つのプルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２Ａを介して接続する。詳細には、ばねＢ１１  ８１８Ａは、左側レバーＬ１  ８１６Ａの上部を、右側レバーＬ２  ８１６Ｂの下部をばねＢ２２  ８１８Ｄを介して接続する内部プルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂに接続する。同じように、左側レバーＬ１  ８１６Ａの下部は、ばねＢ１２  ８１８Ｃ及びＢ２２  ８１８Ｄによって右側レバーＬ２  ８１６Ｂの上部に結合される。
【００７７】
単純にするために、プルーフマスが、中央ばね（Ｂ１  ８１４Ａ及びＢ２  ８１４Ｂ）の軸上に重心を有し、外部ばね（Ｂ１２  ８１８Ｃ、Ｂ２１  ８１８Ｂ、Ｂ１１  ８１８Ａ及びＢ２２  ８１８Ｄ）が、この軸に直角に重心から同じ距離でプルーフマスに結合されると仮定する。より一般的な事例を以下に述べる。
【００７８】
Ｚ方向の直線加速度は、プルーフマスごとにＺ方向の力を生成する。
【００７９】
ＦPM1＝ｍ1ａ    （９）
【００８０】
ＦPM2＝ｍ2ａ    （１０）
【００８１】
ここで、ｍ1とｍ2はそれぞれＰＭ１  ８０２ＢとＰＭ２  ８０２Ａのマスである。各プルーフマス上で、この力の半分が、ＰＭ１  ８０２Ｂの外部ばねＢ１１  ８１８ＡとＢ２２  ８１８Ｄ上と、ＰＭ２  ８０２ＡのＢ１２  ８１８ＣとＢ２１  ８１８Ｂ上にそれぞれ作用する。最後に、この力は、レバーの末端に伝達され、したがって、レバーの中心に、この力の差とＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２Ａのレバーを掛けたトルクがある。
【００８２】
Ｍ＝ｍ1ａ／２（ｌPM1）−ｍ2ａ／２（ｌPM2）    （１１）
【００８３】
ここで、ＰＭ１  ｌPM1のレバー長は、ばねＢ１１  ８１８ＡからＢ１  ８１４Ａまでと、Ｂ２２  ８１８ＤからＢ２  ８１４Ｂまでの距離であり、ｌPM2は、Ｂ１２  ８１８ＣからＢ１  ８１４ＡとＢ２１  ８１８ＢからＢ２  ８１４Ｂまでの距離である。トルクＭは、中央ばねと２つのレバーを逆位相で回転させ、したがって、一方のプルーフマスは基板の方に動き、他方は逆方向に動く。
【００８４】
逆位相運動を引き起こすためには、不平衡トルクＭがなければならない。この不平衡トルクＭは、マスの差（ｍ1≠ｍ2）、レバーの差（ｌPM1≠ｌPM2）、又はマスレバー積の差（ｍ1ｌPM1≠ｍ2ｌPM2）によって示されうる。
【００８５】
より一般的な例では、マスの重心がばね軸上にない場合、又は外部ばねがこの軸に直角な同じ距離を有するプルーフマスに結合されない場合、加速度は、Ｚ方向の力の他にトルクを引き起こす。この場合、センサの構造物も回転する。センサは、また、センサの運動を測定するトランスデューサを含む。例えば、静電容量検出は、マス運動による静電容量変化を測定する基板上のセンス電極８２０Ａ〜８２０Ｄによって実行されうる。
【００８６】
図８によって示されたように、補助電極８３０Ａ〜８３０Ｄは、各プルーフマスの反対側に補助信号を印加するために、図２に関して前述された実施形態と同じように、各アンカー点の反対側に位置決めされうる。前述の技術を使用して、プルーフマスへの補助信号の印加又は他の方法を使用して、プルーフマス上又はプルーフマスに対向する電極上の残留電圧を検出でき、必要に応じて、そのような残留電圧を補償できる。更に他の実施形態では、本明細書に記載された技術を使用して、他のタイプのセンサの残留電圧を検出でき、またそのような残留電圧を補償できる。
【００８７】
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は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。
【図１】
2019505765.tif 000003
【図２】
2019505765.tif 000004
【図３】
2019505765.tif 000005
【図４】
2019505765.tif 000006
【図５】
2019505765.tif 000007
【図６】
2019505765.tif 000008
【図７】
2019505765.tif 000009
【図８】
2019505765.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月9日(2018.8.9)
【手続補正１】
【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】
【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「First Harmonic Selftest For AZAccel Charging Check」と題する米国仮特許出願第６２／２６５，８８９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。
【０００４】
各運動センサは、センス電極の特定電圧が、センス電極と、センス電極に対向する可動プルーフマスの平面との間の特定の分離距離に対応するように較正される。プルーフマス又はセンス電極の電圧特性の異常変化は、誤りをもたらしうる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の幾つかの実施形態では、加速度計上の残留電圧を識別するためのシステムは、平面基板面を有する基板と、平面基板面の反対側にある１つ以上の平面プルーフマス面を有する１つ以上のプルーフマスと、平面基板面上でかつ１つ以上のプルーフマス面と反対側にある１つ以上のセンス電極とを含み、１つ以上のセンス電極の各々が、１つ以上のプルーフマスのうちの１つと静電容量を構成し、静電容量は、１つ以上のセンス電極と１つ以上の平面プルーフマス面との距離によって変化する。システムは、更に、１つ以上のプルーフマスに補助信号を印加するために、平面基板面上でかつ１つ以上のプルーフマス面と反対側に配置された１つ以上の補助電極を含み、補助信号は、第１調波周波数を有し、１つ以上の補助電極は、残留電圧が１つ以上のプルーフマス上又は１つ以上のセンス電極上にあるときに、第１調波周波数のセンス電極によって検出された補助信号に対する応答が検出しきい値より大きくなるように配置される。
【０００６】
本開示の幾つかの実施形態では、加速度計は、１つ以上の平面を有する１つ以上のプルーフマスと、１つ以上の平面の反対側に配置された複数の電極と、複数の電極に補助信号を印加するように構成された第１の信号発生器とを含み、補助信号が、第１調波周波数を有する。加速度計は、更に、複数の電極から静電容量を表す信号を受け取って、受信信号から検出信号を決定し、第１調波周波数を有する検出信号の第１の部分を識別するように構成された処理回路を含み、処理回路が、更に、検出信号の第１の部分に基づいて１つ以上のプルーフマス上又は複数の電極の１つ以上に残留電圧があることを決定し、かつ検出信号の第１の部分がしきい値を超えたときに誤りを識別するように構成される。
【０００７】
本開示の幾つかの実施形態では、加速度計上の残留電圧の存在を識別する方法が、補助信号を複数の補助電極を介して加速度計の１つ以上のプルーフマスに印加することを含み、補助信号が、第１調波周波数を有する。方法は、更に、１つ以上のプルーフマスの１つ以上の平面の反対側に配置された１つ以上のセンス電極を使用して、第１調波周波数の補助信号に対する１つ以上のプルーフマスの応答を検出することを含むことができ、複数の電極は、１つ以上のプルーフマス上又は１つ以上のセンス電極上に残留電圧が存在するときに、補助信号に対する応答が検出しきい値より大きくなるように配置される。方法は、更に、応答が検出しきい値を超えるときに加速度計誤りを識別することを含みうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の以上その他の特徴、及び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。
【０００９】
【図１】本開示の実施形態による典型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、アンカー点のまわりに旋回する可動プルーフマスを有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【図３】本開示の幾つかの実施形態による、可動プルーフマスがアンカー点のまわりに時計回り方向に旋回した後の図２の運動検出システムを示す図である。
【図４】本開示の幾つかの実施形態による、残留電圧が可動プルーフマス又はセンス電極上にあることを検出し、そのような残留電圧を補償する回路を有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【図５】本開示の幾つかの実施形態による、残留電圧が可動プルーフマス又はセンス電極上にあることを検出し、そのような残留電圧を補償する回路を有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【図６】本開示の幾つかの実施形態による、残留電圧が可動プルーフマス上又は運動検出システムのセンス電極上にあるかどうかを検出する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、可動プルーフマス上又は運動検出システムのセンス電極上の残留電圧を補償する典型的なステップを示す図である。
【図８】本開示の幾つかの実施形態による、基板の平面に垂直な逆位相方向に動く可動プルーフマスを有する説明的な運動検出システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ＭＥＭＳ装置は、ＣＭＯＳ層、ＭＥＭＳ装置層、キャップ層などの幾つかの層で構成される。ＭＥＭＳ装置層は、可動プルーフマス、プルーフマスの位置又は向きの検出に使用される少なくとも１つのセンス電極、及びプルーフマスへの補助信号の印加に使用される少なくとも１つの補助電極を含む。プルーフマスの少なくとも一部分は導電性であり、それにより、プルーフマスとプルーフマスの平面に対向するセンス電極とが、キャパシタを構成する。動作中、「動作電圧」と本明細書で呼ばれる電圧を有する動作信号が、プルーフマス又はセンス電極の導電性部分に印加される。ＭＥＭＳ装置の動きがセンス電極に対するプルーフマスの動きを引き起こし、それにより、プルーフマスとセンス電極の間の距離が変化し、したがって、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の静電容量が変化する。処理回路は、センス電極又はプルーフマスから受け取る信号に基づいて静電容量を測定して、電極の動きを示す値を決定する。静電容量の変化に基づいて、処理回路は、ＭＥＭＳ装置の運動（例えば、加速度）を示す運動パラメータを決定する。例えば、ＭＥＭＳ装置は、加速度計又は他のタイプの運動センサを構成しうる。
【００１１】
時間の経過とともに、プルーフマス又はセンス電極上に残留電荷が蓄積し、望ましくない静電力と望ましくないプルーフマス運動が生じる。この残留電荷によって誘導される電圧は、本明細書で「残留電圧」と呼ばれ、ＭＥＭＳ装置によって測定される運動パラメータの誤りを引き起こしうる。この点において、ＭＥＭＳ装置は、特定の検出信号がセンス電極とプルーフマス間の特定の距離に対応するように較正される。残留電圧の存在は、検出電圧に影響を及ぼし、その結果、センス電極とプルーフマスの間の実際の距離を正確に反映しなくなる。一般に、残留電荷によって引き起こされる誤りは、残留電圧が元の（例えば、較正された）電圧より大きくなるほど増える。
【００１２】
幾つかの実施形態では、残留電圧の存在を決定するために補助電極が使用される。この点において、補助電極によってプルーフマスに補助信号が印加される。補助信号は、動作電圧をプルーフマス又はセンス電極に印加する信号の周波数とは異なる第１調波周波数を有する交流（ＡＣ）信号でよい。残留電圧が、プルーフマス又はセンス電極にない場合、補助信号は、力を生成しないか、又はセンス電極に対するプルーフマスの付加運動を引き起こすために加えられる小さい力しか生成しない。プルーフマスと差動ＡＣ補助信号に対して平衡されたセンス電極の場合（例えば、対称的に配置された）、補助信号は、センス電極に対するプルーフマスの動きをそれ以上生成しない。しかしながら、残留電圧がプルーフマス上にある場合、補助信号は、補助信号の第１調波周波数で、プルーフマスを動かす力を生成する。一般に、この動きは、残留電圧が高いほど大きくなる。
【００１３】
この動きは、センス電極又はプルーフマスからの信号に基づいて測定され、この信号は、動作信号の周波数における電圧を補助信号の第１調波周波数又は他の周波数における電圧から分離するためにフィルタリングされる。処理回路は、前述のように、動作信号の周波数の受信信号を使用して、運動パラメータ（例えば、加速値）を決定できる。処理回路は、補助信号の周波数の受信信号を使用して、プルーフマス上の残留電圧を検出できる。この点において、残留電圧は、第１調波周波数の補助電圧に対する測定応答に比例しなければならない。幾つかの実施形態では、処理回路は、センス電極上にある残留電圧の量の測定値を表わす値を決定するように構成されうる。この値がしきい値を超える場合、処理回路は、必要に応じて１つ以上の処置を取るように構成されうる。
【００１４】
例えば、処理回路は、ＭＥＭＳ装置の測定値が誤りか信頼できない可能性があることを示すための警告又は他の指示を生成するように構成されうる。処理回路によって提供される情報は、ＭＥＭＳ装置からの読取り値が信頼できない可能性をユーザに警告するためのメッセージをユーザに表示するか他の方法で与えるために使用されうる。別の例では、処理回路によって提供される情報は、１つ以上の構成要素又はシステムが、ＭＥＭＳ装置からの読取り値を信頼したり使用したりできないようにするために使用されうる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、残留電圧がしきい値を超えると判定されたとき、処理回路は、残留電圧の存在を補償するために補償手順を開始できる。例えば、ＭＥＭＳ装置は、処理回路によって測定される残留電圧を考慮するために再較正されうる。別の例では、プルーフマス上の残留電荷を除去又は減少させる手順が開始されうる。更に別の例では、残留電圧によって引き起こされる動きを相殺する量だけプルーフマスを動かすために、プルーフマス、センス電極又は補助電極に電圧が印加されうる。他の例では、処理回路によって検出される残留電圧の量に基づいて他の処置が取られうる。
【００１６】
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他の組み合わせが、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。
【００１７】
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、他のセンサと同じように相互作用できる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、本開示の幾つかの実施形態による残留電圧を検出するように構成された説明的な運動検出システム３０を表す。図２には特定の構成要素が特定の方法で表され構成されているが、運動検出システム３０が他の適切な構成要素及び構成を含みうることを理解されよう。
【００２２】
図２の実施形態では、システム３０は、複数の接合半導体層から構成されたＭＥＭＳ加速度計などのＭＥＭＳ装置として実現される。ＭＥＭＳ装置は様々な仕方で構成されうるが、一実施形態では、ＭＥＭＳ装置は、特定の点で共に接合されて密閉パッケージを構成する基板２２０、ＭＥＭＳ層２１０及びキャップ層２３０を含みうる。基板２２０は、ＣＭＯＳ回路を含み、ＭＥＭＳ装置のＣＭＯＳ層を構成できるが、ＣＭＯＳ回路は、キャップ層２３０などの装置の他の部分内にあってもよい。典型的なＭＥＭＳ層は、ＭＥＭＳセンサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープ、圧力センサ、マイクロフォンなど）などの用途で使用される微小機械構成要素を構成するために、半導体生産技術を使用して作成されうる。典型的なＣＭＯＳ層は、ＣＭＯＳ層内の電気構成要素と装置の集積化を提供でき、それらの構成要素の間の相互接続も提供できる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ層２１０の構成要素が導電性でよく、ＭＥＭＳ層とＣＭＯＳ層の構成要素間の相互接続が提供されうる。例えば、ＣＭＯＳ層内の回路は、ＭＥＭＳ層の電気構成要素（例えば、電極又は可動プルーフマス）を処理回路１４又は他の電気構成要素に電気的に結合できる。
【００２３】
典型的実施形態では、ＭＥＭＳ層２１０は、少なくとも１つのアンカー点４１と、アンカー点４１に取り付けられ基板２２０の上に懸架された少なくとも１つの可動プルーフマス４４を含みうる。アンカー点４１は、基板２２０の平面に固定され（例えば、接合され）そこから延在できる。アンカー点４１と可動プルーフマス４４は、導電材料からなってもよく、可動プルーフマス４４は、アンカー点４１のまわりに旋回して、プルーフマス４４の一方の端が上方に傾き、他端が下方に傾くように構成されうる。したがって、プルーフマス面の一方の側が基板２２０から遠ざかるとき、反対端にあるプルーフマス面の反対側が基板２２０に近づく。図３は、アンカー点４１のまわりに時計回り方向に旋回した後のプルーフマス４４を示す。一実施形態では、アンカー点４１は、アンカー点４１を介してプルーフマス４４に動作信号を印加する信号発生器４９（図４。例えば、電圧源）に電気的に結合される。他の実施形態では、アンカー点４１は、キャップ層２３０やＭＥＭＳ層２１０の拡張部などの他の構成要素上にあってもよく、１つ以上のプルーフマスの様々なタイプの相対運動が、使用されるアンカーのタイプと、マス、ばね、レバー、他の継手などのＭＥＭＳ層２１０内の構成要素の構成とに基づいて実現されてもよい。
【００２４】
システム３０は、また、プルーフマス４４と共にキャパシタを構成する少なくとも１つのセンス電極を含みうる。幾つかの実施形態では、信号発生器４９（図示せず）は、センス電極に結合されてセンス電極に動作信号を印加できる。図２の典型的実施形態は、アンカー点４１の両側で基板２２０の平面上に位置決めされた２つのセンス電極５２及び５３を示すが、他の実施形態では他の数及び構成のセンス電極が可能である。各センス電極５２及び５３は、基板２２０の上に懸架されたプルーフマス４４の反対面に面する。これらのセンス電極５２及び５３を使用して、プルーフマス４４の位置が、容量的に検出される。この点において、センス電極５２からのプルーフマス４４の距離を決定するためにセンス電極５２とプルーフマスの間の静電容量の値が検出されてもよく、センス電極５３とプルーフマス４４の間の静電容量の値が検出されてもよく、検出された静電容量は、検出信号を生成してセンス電極５３からのプルーフマス４４の距離を決定するために利用されうる。典型的実施形態では、メモリ１６（図１）は、検出電圧を運動（例えば、加速度）の測定値に変換するために、処理回路１４によって使用されるデータを記憶する。このデータは、製造中又は他のときに、プルーフマス４４による特定の運動が測定された運動パラメータ（例えば、加速度）の特定の変化に対応するように較正されうる。幾つかの実施形態では、この較正は、また、初期残留電圧に対応でき、この初期残留電圧は、センス電極上又はプルーフマス上にある可能性があり、直線加速度がない状態でプルーフマス４４が実質的に平衡されなくなりうる。
【００２５】
図２によって示されたように、システム３０は、更に、プルーフマス４４に補助信号を印加するために使用される補助電極６２及び６３を含みうる。補助電極は、プルーフマス４４に対する様々な位置及び向きで配置されてもよいが、一実施形態では、各補助電極６２及び６３は、基板２２０の平面上にあり、基板２２０の上に懸架されたプルーフマス４４の反対面に面しうる。補助電極６２及び６３は、プルーフマス４４又はセンス電極５２及び５３に印加される動作信号の周波数とは異なる第１調波周波数を有するＡＣ信号（例えば、作動ＡＣ信号）を生成する信号発生器６６（図４）に結合されうる。例えば、信号発生器６６は、電圧源を含みうる。
【００２６】
補助信号の周波数は、後でより詳しく述べるように、信号発生器４９によって生成された動作信号から補助信号を分離できるように、動作信号の周波数と十分に異なりうる。幾つかの実施形態では、補助信号の少なくとも第１調波周波数と第２調波周波数は両方とも、ＭＥＭＳ装置（例えば、加速度計）の共振周波数から５％超離れている。少なくとも１つの実施形態では、補助信号の少なくとも第１調波周波数と第２調波周波数は両方とも、ＭＥＭＳ装置（例えば、加速度計）の共振周波数の半分未満である。幾つかの実施形態では、補助信号の第１調波周波数は、ＭＥＭＳ装置（例えば、加速度計）の共振周波数より大きい。他の実施形態では、補助信号の第１及び第２調波周波数の他の値が可能である。
【００２７】
本明細書に表され述べられるように、一実施形態では、補助電極は、プルーフマス４４に対して、正常動作条件下で、補助信号が印加されたことにより生じた力が、例えば、加速度計ＭＥＭＳ層構成要素の平衡（例えば、対称）構造に基づいて、平衡されるように配置されうる。実施形態では、プルーフマスと補助電極の構成及び相対位置によって、補助電圧は、共通の位相と大きさを有する差分信号などの様々な方式で補助電極に提供されうる（例えば、その結果、平衡加速度計構成で力が平衡される）。他の実施形態では、補助信号は、共通モード信号として印加されうる（例えば、特定の不平衡構成では）。
【００２８】
図４によって示されたように、センス電極５２及び５３はそれぞれ、センス回路７１に電気的に結合される。一実施形態では、センス回路７１は、センス電極５２とプルーフマス４４の第１の部分によって構成された第１の静電容量と、センス電極５３とプルーフマス４４の第２の部分によって構成された第２の静電容量とを表す信号を受け取りうる。信号は、検出静電容量に基づいて電気信号（例えば、電圧又は電流）を出力するようにセンス回路７１によって処理されうる。一実施形態では、センス回路は、検出された静電容量信号を入力として有する差動電荷増幅器を含むことができ、検出された静電容量間の差に基づく（例えば、比例する）検出信号を出力できる。
【００２９】
センス回路７１は、帯域フィルタ８１及び８２などの複数のフィルタに接続されてもよく、これらのフィルタはそれぞれ、測定ノード９１及び９２に電気的に結合される。フィルタは、本明細書で、検出された信号の特定の周波数を有する部分を抽出する所望のフィルタリングを提供するように表され述べられるが、幾つかの実施形態では、センス回路が、測定ノードなどで、他の周波数情報（例えば、未処理の検出信号、又は事前のノイズフィルタリングを受ける信号）を除去することなく、関連周波数における情報を識別できる。測定ノードは、増幅器、フィルタ、アナログデジタル変換器、周波数フィルタなどの信号又は電圧を測定する任意の適切な構成要素でよい。測定ノードは、また、受信信号をしきい値と比較するか又は様々な電圧若しくは信号に対する応答測定などの他の信号分析を行う処理回路（例えば、ハードウェア制御ロジック及び／又は他の処理回路１４）を含みうる。
【００３０】
フィルタ８１は、信号発生器４９からの、本明細書で「動作周波数」と呼ばれる動作信号の周波数のエネルギーを通過させ、一方、少なくとも補助信号の第１調波周波数を含む他の周波数のエネルギーを阻止することを可能にする。したがって、測定ノード９１は、センス回路７１から、少なくとも動作周波数を含む帯域内にある検出信号の部分を受け取り、検出電圧を示す値を処理回路１４に提供する。更に、フィルタ８２は、補助信号の第１調波周波数のエネルギーを通過させ、一方、少なくとも動作周波数を含む他の周波数のエネルギーを阻止することを可能にする。したがって、測定ノード９２は、センス回路７２から、少なくとも補助信号の第１調波周波数を含む帯域内の検出信号の部分を検出し、検出電圧を示す値を処理回路１４に提供する。
【００３１】
前述のように、信号発生器４９は、可動プルーフマス４４に動作信号を印加するように構成される。しかしながら、他の実施形態（本明細書に表されていない）では、信号発生器４９が、センス電極５２及び５３に動作信号を印加しうることを理解されよう。一実施形態では、この動作信号は、信号発生器６６によって印加される補助信号の第１調波周波数とは異なる周波数を有する交流信号である。可動プルーフマス４４と、センス電極５２及び５３は、プルーフマス４４の運動を静電容量的に検出するために使用されるキャパシタを構成する。この点において、システム３０の運動からシステム３０上に作用する力（例えば、加速度）は、プルーフマス４４をアンカー点４１のまわりに旋回させて、作動周波数で変調された信号を生成する。プルーフマス４４の時計回り方向の旋回は、一般に、プルーフマス４４とセンス電極５２の間の距離を大きくし、プルーフマス４４とセンス電極５３の間の距離を小さくする。プルーフマス４４の反時計回り方向の旋回は、一般に、プルーフマス４４とセンス電極５２の間の距離を小さくし、プルーフマス４４とセンス電極５３の間の距離を大きくする。センス電極５２に対するプルーフマス４４の動きは、電極５２及び５３の静電容量に影響を及ぼし、それにより、センス回路７１は、プルーフマスの運動に基づく検出信号を生成する。
【００３２】
前述のように、検出信号は、フィルタ８１及び８２のそれぞれに提供され、それぞれ動作信号と補助信号を通過させる。動作周波数における周波数成分を最適化するためにフィルタリングされた信号は、測定ノード９１に渡され、測定ノード９１は、フィルタ信号の測定及び／又は分析を行い、出力を処理回路１４に提供する。補助周波数における周波数成分を最適化するためにフィルタリングされた信号は、測定ノード９２に渡され、測定ノード９２は、フィルタ信号の測定及び／又は分析を行い、出力を処理回路１４に提供する。本開示の文脈では、センス回路７１、フィルタ８１及び８２、並びに測定ノード９１及び９２が、処理回路１４と離れて配置されるように述べられうるが、これらの構成要素のうちの一部又は全てが、例えば、ＭＥＭＳ装置のＣＭＯＳ層内の処理回路の一部でもよいことを理解されよう。処理回路１４は、ノード９１及び９２の測定値を、加速度などの運動パラメータの測定値に変換するように構成される。
【００３３】
時間の経過とともに、残留電荷が、プルーフマス４４及び／又はセンス電極５２及び５３上に蓄積し、それによりシステム３０に誤りがもたらされうる。具体的には、残留電圧によって、望ましくない静電力が生成される可能性があり、これにより、プルーフマスの位置が変化し、間違った読出し値が生成されうる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、処理回路１４は、信号発生器６６によってプルーフマス４４に印加される補助信号を使用して、残留電荷の存在を検出するように構成される。典型的実施形態では、差動電圧が、２つの補助電極６２及び６３に印加され、補助電極６２に第１の極性の補助信号Ｖ1Hが印加され、補助電極６３に逆極性の補助信号Ｖ1Hが印加され、直流電圧値は、プルーフマス４４上の平均電圧ＶPMと等しい。補助電極６２における電圧は、下記の式によって表わされる。
【００３５】
Ｖ1HP＝ＶPM＋Ｖ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （１）
【００３６】
ここで、Ω1Hは、信号発生器６６からの交流電圧信号の第１調波周波数である。
【００３７】
補助電極６３における電圧は、下記の式によって表わされる。
【００３８】
Ｖ1HN＝ＶPM−Ｖ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （２）
【００３９】
ここで、Ω1Hは、信号発生器６６からの交流電圧信号の第１調波周波数である。
【００４０】
プルーフマス４４上の残留電圧がない場合、信号発生器６６からの補助信号が、プルーフマス４４を動かす力を生成しない。この点において、残留電圧がプルーフマス４４上に存在しないときに、補助電極６２を介した補助信号の印加によってプルーフマス４４上に加えられる静電力（Ｆ1HP）は、以下の式によって表わされる。
【００４１】
Ｆ1HPαＶ1H2ｓｉｎ2（Ω1Hｔ）＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））    （３）
【００４２】
更に、残留電圧がプルーフマス４４上に存在しないとき、補助電極６３による補助信号の印加によってプルーフマス４４上に加えられる静電力（Ｆ1HP）は、以下の式によって表わされる。
【００４３】
Ｆ1HNαＶ1H2ｓｉｎ2（Ω1Hｔ）＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））    （４）
【００４４】
したがって、Ｆ1HPがＦ1HNを打ち消し、その結果、補助信号からプルーフマス４４に合力が印加されなくなる。更に、残留電圧がプルーフマス上にないとき、補助信号の印加によってプルーフマス４４上に加えられる全静電力（Ｆ1H）は、以下の式によって表わされる。
【００４５】
Ｆ1H＝Ｆ1HP−Ｆ1HN＝０    （５）
【００４６】
したがって、残留電圧がない場合、測定ノードによる電圧測定値はゼロに近づくはずである。
【００４７】
しかしながら、プルーフマス４４上に残留電圧（Ｖres）がある場合は、信号発生器６６からの補助信号が、プルーフマス４４に動かす力を生成する。そのような状況で、補助電極６２による補助信号の印加によってプルーフマス４４に加えられる静電力（Ｆ1HP）は、以下の式によって表わされる。
【００４８】
Ｆ1HP∝Ｖ1HP2＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））＋Ｖres2＋２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （６）
【００４９】
更に、補助電極６３による補助信号の印加によってプルーフマス４４に加えられる静電力（ＦＩＨＮ）は、以下の式によって表わされる。
【００５０】
Ｆ1HN∝Ｖ1HN2＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））＋Ｖres2−２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （７）
【００５１】
したがって、全静電力（Ｆ1H）の式は、以下のようになる。
【００５２】
Ｆ1H＝Ｆ1HP−Ｆ1HN＝１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））−１／２Ｖ1H2（１−ｃｏｓ（２Ω1Hｔ））＋Ｖres2−Ｖres2＋２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）−２ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）＝４ＶresＶ1Hｓｉｎ（Ω1Hｔ）    （８）
【００５３】
したがって、残留電圧が存在する場合、測定ノード９２で測定される電圧はゼロにならない。更に、測定ノード９２によって測定された電圧の大きさが残留電圧に比例し、その結果、ノード９２による測定値は残留電圧の大きさを示す。
【００５４】
幾つかの実施形態では、処理回路１４は、測定ノード９２からの電圧測定値（例えば、検出された信号の補助周波数の部分の測定値）を少なくとも１つの所定しきい値と比較し、しきい値を超えたときに残留電圧の存在を検出できる。ノード９２の（又は、ノード９２における）出力と比較されるしきい値は、例えば全オフセット仕様に基づいて、残留電圧が装置性能に影響を及ぼす最小値に対応できる。例えば、第１のしきい値は、全オフセット仕様の５０％に対応し、第２のしきい値は、全オフセット仕様の１００％に対応しうる。第１のしきい値は、補償動作に対応でき、第２のしきい値は、破損した装置に対応でき、これは警告と加速度計の遮断を必要とする。
【００５５】
処理回路１４は、残留電圧の検出に応じて様々な処置のいずれかを取るように構成されうる。例として、処理回路１４は、通信インタフェース２０（図１）を介して外部構成要素（図示せず）又はシステムに警告信号を送りうる。そのような警告信号は、様々な方法で使用されうる。例えば、システム３０の測定値が間違っている可能性をユーザに知らせる警告メッセージがユーザに表示されうる。別の例では、システム３０の測定値を使用することによって、１つ以上の外付部品又はシステムが無効にされうる。他の実施形態では、処理回路１４によって提供される警告信号に応じて、他の処置が取られうる。
【００５６】
残留電圧の存在が検出されたとき、処理回路１４は、残留電圧に関してシステム３０を補償するための少なくとも幾つかの処置を取り、それにより、残留電圧の影響がなくなるか減少する。例えば、処理回路１４の指示及び制御下で、残留電圧を補償するための直流（ＤＣ）電圧信号がプルーフマス４４に印加されうる。この点において、処理回路１４は、直流電圧源などの補償回路１０１（図４）に結合され、補償回路１０１は、プルーフマス４４に補償信号（例えば、直流電圧、交流信号又はこれらの組み合わせ）を印加するように構成される。そのような補償回路１０１は、図４によって示されたようなアンカー点４１によってプルーフマス４４に電気的に結合されうる。しかしながら、補償回路１０１は、補正信号をプルーフマス４４に他の方法で印加するように構成されうる。例えば、補償回路１０１は、１つ以上のそのような電極を介してプルーフマス４４に補償信号を印加するための電極５２、５３、６２又は６３のいずれかに電気的に結合されうる。処理回路１４が残留電圧の存在を検出したとき、処理回路１４は、補償回路１０１を適切に制御して、残留電圧を補償するために十分な大きさの補償信号を印加するように構成されうる。
【００５７】
補償回路１０１を制御する際、処理回路１４は、補助信号からのフィードバックを使用して、補償信号の大きさ又は他の特性を制御できる。例えば、処理回路１４は、ノード９１及び９２の測定値を、補償信号の電圧を制御するフィードバックとして使用して、そのような測定値をゼロ又は少なくとも所定しきい値より低く駆動できる。例えば、処理回路１４は、ノード９１及び／又は９２の電圧測定値がしきい値より下がるまで、補償回路１０１の出力電圧を高めうる。他の実施形態では、残留電圧を補償する補償回路１０１を制御する他のアルゴリズムが可能である。
【００５８】
補償回路１０１が任意数の電極に電気的に結合されうることに注意されたい。例えば、補償回路１０１は、アンカー点４１の一方の側で少なくとも１つの電極５２及び６２と、アンカー点４１の反対側で少なくとも１つの電極５３及び６３に電気的に結合されうる。図５は、センス電極５２及び５３に電気的に結合され、プルーフマス４４の位置に依存する電極５２又は５３の少なくとも１つに補償信号を選択的に印加する補償回路１０１を示す。この点において、残留電圧によってプルーフマス４４がどの方向に傾くかよって、補償回路１０１は、プルーフマス４４を中立位置に戻そうとする（即ち、残留電圧によって起こる傾きの方向から遠ざけようとする）力をプルーフマス４４上に加えるのに適した少なくとも１つの電極５２又は５３によって、補償信号を印加できる。即ち、補償信号は、プルーフマス４４の位置を調整して、プルーフマス４４の位置に対する残留電圧の影響が補償信号の影響によって打ち消されるようにするために使用されうる。他の実施形態では、補償回路１０１は、同様にプルーフマス４４の位置を制御して残留電圧の影響を補償するための補助電極６２及び６３などの他の電極に結合されうる。更に他の実施形態では、センス電極及び補助電極とは異なる複数の補償電極が、プルーフマス４４に対して配置されてもよく（例えば、プルーフマス４４の下にある平面上で対称的に平衡される）、補償信号が、補償電極に提供されてもよい。
【００５９】
幾つかの実施形態では、処理回路１４は、システム３０によって検出される残留電圧に基づいて、運動パラメータの測定値を調整するように構成されうる。例えば、処理回路１４は、システム３０によって検出された残留電圧の量を考慮するために、スケーリングファクタ又は他のデータを調整できる。この点において、処理回路１４は、測定ノード９１及び９２から受け取った電圧測定値を、システム３０によって提供される運動パラメータ（例えば、加速度）の測定値に変換するとき、スケーリングファクタをその電圧測定値に乗算するか他の方法で組み合わせるように構成されうる。システム３０によって検出された残留電圧の量に基づいて、処理回路１４は、残留電圧を考慮するためにスケーリングファクタを調整するように構成されうる。あるいは、ノード９１及び９２による電圧測定値を運動パラメータの測定値に変換する処理回路１４によって使用されるデータは、プルーフマス４４に蓄積した残留電荷を考慮するために、検出された残留電圧に基づいて処理回路１４によって自動的に再較正されうる。
【００６０】
更に他の実施形態では、処理回路１４は、残留電圧の検出に応じて、プルーフマス４４上に蓄積した残留電荷を除去又は減少させる少なくとも１つの処置を取りうる。例えば、処理回路１４は、プルーフマス４４上に蓄積した残留電荷を放電するための少なくとも１つの電気構成要素に対するプルーフマス４４の接続を制御できる。
【００６１】
システム３０が、運動パラメータを検出するシステム３０の動作中を含む任意の時間に、残留電圧を検出するための試験を実行するように構成されうることに注意されたい。この点において、前述のように、信号発生器６６によって生成される補助信号は、信号発生器４９によって生成される動作信号の周波数とは異なる周波数を有する。したがって、フィルタを使用することによって、補助信号によって誘導された電圧が、動作信号によって生じる電圧から分離されて、システム３０が運動パラメータの測定値を取得しながら同時にプルーフマス４４上の残留電圧の存在を確認することが可能になる。
【００６２】
図６は、本開示の幾つかの実施形態による可動プルーフマス及び／又は電極の残留電圧を検出する典型的ステップを表す。図６の状況で、ステップは、図４又は図５の典型的な平衡加速度計の文脈で述べられる。しかしながら、図６のステップが、他のジャイロスコープ設計及び構成にも同様に適用されうることが理解されよう。
【００６３】
ステップ２０１で、信号発生器６６は、信号発生器４９によって生成された動作信号の周波数とは異なる第１調波周波数を有する補助信号を生成する。この補助信号は、補助電極６２及び６３を介してプルーフマス４４に印加されうる。マス４４又はセンス電極５２及び５３上に残留電圧がない場合は、補助電極６３に補助信号を印加することによって引き起こされた力が、プルーフマス４４の反対端にある補助電極６２に補助信号を印加することによって引き起こされた力を打ち消す。例えば、電極６２に補助信号を印加すると、プルーフマス４４を電極６２に引っ張ろうとする静電力が生成され、電極６３に補助信号を印加すると、プルーフマス４４を電極６３に引っ張ろうとする静電力が生成されうる。そのような実施形態では、静電力は、プルーフマス４４の両側で実質的に等しいことがあり、その結果、信号発生器６６を介してプルーフマス４４に印加される合力がなくなる。そのような状況では、プルーフマス４４に補助信号を印加すると、検出信号は補助信号の第１調波周波数で変動しないはずである。しかしながら、プルーフマス４４又はセンス電極５２及び５３上に残留電圧がある場合は、補助信号によって生じた力は、完全には打ち消し合わず、その結果、プルーフマス４４上に、少なくとも補助信号の第１調波周波数の有限の力が生じる。
【００６４】
ステップ２０５で、センス電極５２及び５３からの容量信号が、検出回路７１に提供されうる。検出回路７１は、プルーフマス４４の動き（例えば、差動電荷増幅器などの回路で検出された静電容量の変化により生じる）に基づきうる検出信号を出力できる。検出信号は、フィルタ８１及び８２に提供されうる。
【００６５】
ステップ２０９で、フィルタ８１及び８２はそれぞれ、検出信号を受け取る。フィルタ８１は、例えば、動作周波数に対応する通過帯域を有するように構成されてもよく、フィルタ８２は、補助周波数に対応してもよい。これらの各信号は、動作周波数検出信号用の測定ノード９１と、補助周波数検出信号用の測定ノード９２にそれぞれ供給されてもよい。処理回路１４は、各測定ノード９１及び９２から、それぞれの測定ノード９１及び９２によって検出された電圧を示す値を受け取る。測定ノード９２における補助周波数と関連付けられた値に基づいて、処理回路１４は、ステップ２１５で、残留電圧（例えば、装置性能に影響を及ぼす）がマス４４又はセンス電極５２及び５３上にあるかどうかを決定する。例えば、処理回路１４は、測定ノード９２から受け取った補助周波数検出信号をしきい値と比較し、この補助周波数検出信号がしきい値を超えた場合に残留電圧があることを決定できる。そうでない場合、処理回路１４は、残留電圧が現在、マス４４上にもセンス電極５２及び５３上にもないことを決定できる。
【００６６】
残留電圧があることを処理回路１４が決定した場合、処理回路１４は、ステップ２２２で、残留電圧の存在に応じて少なくとも１つの規定の処置をとりうる。例えば、処理回路１４は、警告メッセージを送って、残留電圧の存在又は残留電圧から生じる誤り可能性を、ユーザ又は外部構成要素若しくはシステムに警告できる。別の例では、処理回路１４は、残留電圧を補償するための１つ以上の修正処置をとり、例えば、測定ノード９１及び９２からの測定値を調整するか、補償信号をプルーフマス４４に印加するか、残留電圧を発生させるマス４４上の残留電荷の放電を試みうる。
【００６７】
図６によって示されたステップは、必要に応じて繰り返されてもよく、また、システム３０が、信号発生器４９によって生成された動作信号と、フィルタ８１及び測定ノード９１を介して受け取った動作周波数検出信号とに基づいて、運動パラメータ（例えば、加速度）の測定値を取得している間に実行されうることに注意されたい。
【００６８】
図７は、補助信号からのフィードバックに基づいて残留電圧を補償する典型的ステップを表す。図７のプロセスは、残留電圧が存在することを処理回路１４が決定したときに実行されうる。例えば、図７のプロセスは、図６のステップ２２２を実行するために使用されうる。
【００６９】
図７のステップ３０１で、処理回路１４は、補償信号を可動プルーフマス４４や他の電極（例えば、センス電極、補助電極又は補償電極）に印加するために補償回路１０１を制御する。ステップ３０６で、処理回路１４は、補償信号の印加後に残留電圧の影響がまだあるかどうかを決定する。図６に関して前述されたように、処理回路１４が、補助信号の印加によってそのような決定を行いうることに注意されたい。
【００７０】
残留電圧の影響がない場合、処理は終了する。そうでない場合、処理回路１４は、ステップ３１１で、補償回路１０１を制御して補償信号の電圧を調整する。例えば、補償信号の電圧は、所定の量又はステップ３０６で検出された残留電圧の量に基づく量だけ高められうる。補償信号が調整された後で、処理回路１４は、再びステップ３０６で、残留電圧の影響がまだあるかどうかを決定する。残留電圧の影響がないことを処理回路１４が決定するまで、補償信号の電圧が繰り返し調整されうる。
【００７１】
前述した様々な実施形態では、補助信号は、補助電極６２及び６３を介して可動プルーフマス４４に印加され、センス電極５２及び５３によって検出されるように示される。しかしながら、補助信号が、任意の電極を介して印加され又は検出されうることは重要である。例えば、必要に応じて、補助信号は、１つ以上のセンス電極５２及び５３を介してプルーフマス４４に印加され、補助電極６２及び６３又はシステム３０内の他の電極によっても検出されうる。補助信号が、プルーフマス４４の位置を決定するために使用される動作信号とは異なる周波数なので、補助信号をセンス電極５２及び５３に印加することによって誤りは導入され得ない。
【００７２】
前述のように、プルーフマス４４又はセンス電極上に残留電圧があるという決定に応じてＭＥＭＳ装置の動作を修正する様々なタイプの修正処置がとられうる。幾つかの実施形態では、処理回路１４は、システム３０によって検出された残留電圧の大きさに基づいて、取る所望の処置を選択するように構成されうる。補助周波数検出信号の測定値は、複数のしきい値と比較されてもよく、選択される修正処置のタイプは、測定値がしきい値を超える程度に依存しうる。例えば、処理回路１４は、補助周波数検出信号の測定値を少なくとも２つのしきい値と比較できる。上側しきい値を超えずに下側しきい値を超える場合、処理回路１４は、ひとつの処置（例えば、警告メッセージを送る）を取りうるが、上側しきい値を超える場合、処理回路１４は、（例えば、プルーフマス１８の放電、測定値の調整、又は他のある修正処置の実行によって）残留電荷を補償する試みなどの異なる処置を取るように構成されうる。
【００７３】
処理回路１４が修正処置をとるたびに同じようにＭＥＭＳ装置の動作を修正しなくてもよいことに注意されたい。例えば、処理回路１４は、どのしきい値を超えたかに基づいて、取る修正処置のタイプ又はＭＥＭＳ装置の特性を調整する程度を変更できる。この点において、残留電圧の測定値に関して、処理回路１４は、測定値を、様々な調整とそれぞれ関連付けられた複数のしきい値と比較しうる。例えば、あるしきい値は、第１のスケーリングファクタと関連付けられ、別のしきい値は、第２のスケーリングファクタと関連付けられうる。検出信号を受け取った後、処理回路１４は、複数のしきい値を、補助信号の第１調波周波数を有する信号の部分と比較して、そのような部分が超える最大しきい値を決定できる。次に、処理回路１４は、そのようなしきい値と関連付けられたスケーリングファクタを、信号発生器４９からの動作信号の周波数を有する測定ノード９１からの信号を処理する際に使用するように構成されうる。その後で、処理回路１４は、同じプロセスを実行するが、別のしきい値が今超えた最大のものであることを決定でき、したがって、測定ノード９１からの信号を処理する際にこのしきい値と関連付けられた新しいスケーリングファクタを使用できる。そのような例では、処理回路１４は、新しいスケーリングファクタ（即ち、今超えた最大しきい値と関連したスケーリングファクタ）を使用することによって、ＭＥＭＳ装置に適用される変更を有効に調整する。
【００７４】
他の実施形態では、処理回路１４は、超えた最大しきい値に基づいて他のタイプの変更を行いうる。例えば、処理回路１４は、超えた最大しきい値が第１のしきい値であるという決定に応じてスケーリングファクタを調整し、次に、超えた最大しきい値が異なるしきい値であるという決定に応じてプルーフマス４４を開放するかプルーフマス４４の位置を調整する試みを行いうる。
【００７５】
また、残留電圧を検出し残留電圧を補償するための前述の方法が、様々なタイプのセンサと共に使用されうることも重要である。例えば、図８は、Ｚ方向の直線加速度に応じる加速度計８００の上面図と側面図を示す。加速度計８００は、基板８０６の平面に対して垂直な逆位相方向に動くことによってＺ方向の直線加速度に応じる２つのプルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２Ａを含む。逆位相運動は、２つのプルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２  Ａと、基板８０６との間のたわみ継手によって抑制される。たわみ継手は、２つの離れたアンカー点Ａ１  ８１０Ａ及びＡ２  ８１０Ｂ、２つの中央トーションばねＢ１  ８１４Ａ及びＢ２  ８１４Ｂ、２つの回転レバーＬ１  ８１６Ａ及びＬ２  ８１６Ｂ、及び４つの外部トーションばねＢ１１  ８１８Ａ、Ｂ２１  ８１８Ｂ、Ｂ１２  ８１８Ｃ及びＢ２２  ８１８Ｄを含む。加速度計８００の運動は、プルーフマス上の平面外変換器、例えば容量性差動センス電極８２０Ａ〜８２０Ｄによって測定される。
【００７６】
ばねＢ１  ８１４Ａ及びＢ２  ８１４Ｂは、アンカー点Ａ１  ８１０Ａ及びＡ２  ８１０ＢをレバーＬ１  ８１６Ａ及びＬ２  ８１６Ｂに接続する。４つの外部トーションばねＢ１１  ８１８Ａ、Ｂ２１  ８１８Ｂ、Ｂ１２  ８１８Ｃ及びＢ２２  ８１８Ｄは、１つのレバーの端を反対側の溝上の他のレバーの端に、２つのプルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２Ａを介して接続する。詳細には、ばねＢ１１  ８１８Ａは、左側レバーＬ１  ８１６Ａの上部を、右側レバーＬ２  ８１６Ｂの下部をばねＢ２２  ８１８Ｄを介して接続する内部プルーフマスＰＭ１  ８０２Ｂに接続する。同じように、左側レバーＬ１  ８１６Ａの下部は、ばねＢ１２  ８１８Ｃ及びＢ２２  ８１８Ｄによって右側レバーＬ２  ８１６Ｂの上部に結合される。
【００７７】
単純にするために、プルーフマスが、中央ばね（Ｂ１  ８１４Ａ及びＢ２  ８１４Ｂ）の軸上に重心を有し、外部ばね（Ｂ１２  ８１８Ｃ、Ｂ２１  ８１８Ｂ、Ｂ１１  ８１８Ａ及びＢ２２  ８１８Ｄ）が、この軸に直角に重心から同じ距離でプルーフマスに結合されると仮定する。より一般的な事例を以下に述べる。
【００７８】
Ｚ方向の直線加速度は、プルーフマスごとにＺ方向の力を生成する。
【００７９】
ＦPM1＝ｍ1ａ    （９）
【００８０】
ＦPM2＝ｍ2ａ    （１０）
【００８１】
ここで、ｍ1とｍ2はそれぞれＰＭ１  ８０２ＢとＰＭ２  ８０２Ａのマスである。各プルーフマス上で、この力の半分が、ＰＭ１  ８０２Ｂの外部ばねＢ１１  ８１８ＡとＢ２２  ８１８Ｄ上と、ＰＭ２  ８０２ＡのＢ１２  ８１８ＣとＢ２１  ８１８Ｂ上にそれぞれ作用する。最後に、この力は、レバーの末端に伝達され、したがって、レバーの中心に、この力の差とＰＭ１  ８０２Ｂ及びＰＭ２  ８０２Ａのレバー長を掛けたトルクがある。
【００８２】
Ｍ＝ｍ1ａ／２（ｌPM1）−ｍ2ａ／２（ｌPM2）    （１１）
【００８３】
ここで、ＰＭ１  ｌPM1のレバー長は、ばねＢ１１  ８１８ＡからＢ１  ８１４Ａまでと、Ｂ２２  ８１８ＤからＢ２  ８１４Ｂまでの距離であり、ｌPM2は、Ｂ１２  ８１８ＣからＢ１  ８１４ＡとＢ２１  ８１８ＢからＢ２  ８１４Ｂまでの距離である。トルクＭは、中央ばねと２つのレバーを逆位相で回転させ、したがって、一方のプルーフマスは基板の方に動き、他方は逆方向に動く。
【００８４】
逆位相運動を引き起こすためには、不平衡トルクＭがなければならない。この不平衡トルクＭは、マスの差（ｍ1≠ｍ2）、レバーの差（ｌPM1≠ｌPM2）、又はマスレバー積の差（ｍ1ｌPM1≠ｍ2ｌPM2）によって示されうる。
【００８５】
より一般的な例では、マスの重心がばね軸上にない場合、又は外部ばねがこの軸に直角な同じ距離を有するプルーフマスに結合されない場合、加速度は、Ｚ方向の力の他にトルクを引き起こす。この場合、センサの構造物も回転する。センサは、また、センサの運動を測定するトランスデューサを含む。例えば、静電容量検出は、マス運動による静電容量変化を測定する基板上のセンス電極８２０Ａ〜８２０Ｄによって実行されうる。
【００８６】
図８によって示されたように、補助電極８３０Ａ〜８３０Ｄは、各プルーフマスの反対側に補助信号を印加するために、図２に関して前述された実施形態と同じように、各アンカー点の反対側に位置決めされうる。前述の技術を使用して、プルーフマスへの補助信号の印加又は他の方法を使用して、プルーフマス上又はプルーフマスに対向する電極上の残留電圧を検出でき、必要に応じて、そのような残留電圧を補償できる。更に他の実施形態では、本明細書に記載された技術を使用して、他のタイプのセンサの残留電圧を検出でき、またそのような残留電圧を補償できる。
【００８７】
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は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】
【００８８】
３０  システム
４１  アンカー点
４４  プルーフマス
５２，５３  センス電極
６２，６３  補助電極
２１０  ＭＥＭＳ層
２２０  基板
２３０  キャップ層
【手続補正２】
【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】
加速度計上の残留電圧を識別するためのシステムであって、
平面基板面を有する基板と、
前記平面基板面の反対側にある１つ以上の平面プルーフマス面を有する１つ以上のプルーフマスと、
前記平面基板面上でかつ前記１つ以上のプルーフマス面と反対側に配置された１つ以上のセンス電極であって、前記１つ以上のセンス電極の各々が、前記１つ以上のプルーフマスのうちの１つと静電容量を構成し、前記静電容量が、前記１つ以上のセンス電極と前記１つ以上の平面プルーフマス面との距離によって変化する、１つ以上のセンス電極と、
前記平面基板面上でかつ前記１つ以上のプルーフマス面と反対側に配置され、前記１つ以上のプルーフマスに補助信号を印加する１つ以上の補助電極であって、前記補助信号が、第１調波周波数を有し、前記残留電圧が前記１つ以上のプルーフマス上又は前記１つ以上のセンス電極上にあるときに、前記第１調波周波数で前記センス電極によって検出された前記補助信号に対する応答が、検出しきい値より大きくなるように配置された１つ以上の補助電極と、
を含む、
システム。
【請求項２】
前記１つ以上のプルーフマスが、少なくとも第１のプルーフマスと第２のプルーフマスを含み、前記第１のプルーフマスと前記第２のプルーフマスは、前記第１のプルーフマスが前記平坦基板面に近づくときに、前記第２のプルーフマスが前記平坦基板面から遠ざかるように配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ以上の補助電極が、少なくとも２つの補助電極を含み、前記少なくとも２つの補助電極が、前記１つ以上のプルーフマス面と反対向きに前記基板に配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記１つ以上のセンス電極が、少なくとも２つのセンス電極を含み、前記少なくとも２つのセンス電極が、前記１つ以上のプルーフマス面と反対向きに前記基板に配置された、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記補助信号の前記第１調波周波数が、前記加速度計用の前記共振周波数の半分未満である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記補助信号の第２調波周波数が、前記加速度計用の前記共振周波数の半分未満である、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記補助信号の前記第１調波周波数が、前記加速度計用の前記共振周波数より高い、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記補助信号の前記第１調波周波数と前記第２の波周波数が両方とも、前記加速度計の共振周波数から５％超離れている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
システムは、更に、
前記１つ以上の補助電極に前記補助信号を印加するように構成された第１の信号発生器と、前記１つ以上のプルーフマス又は前記１つ以上のセンス電極に動作信号を印加するように構成された第２の信号発生器であって、前記動作信号が前記第１調波周波数とは異なる周波数を有する、第２の信号発生器とを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記静電容量に基づいて前記動作周波数における前記プルーフマスの応答を識別し、前記動作周波数における前記プルーフマスの応答に基づいて前記加速度計の加速を示す値を決定するように構成された処理回路を更に含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記残留電圧があるときに加速度計誤りを識別するように構成された処理回路を更に含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
加速度計であって、
１つ以上の平面を有する１つ以上のプルーフマスと、
前記１つ以上の平面の反対側にある複数の電極と、
前記複数の電極に補助信号を印加するように構成された第１の信号発生器であって、前記補助信号が第１調波周波数を有する第１の信号発生器と、
前記複数の電極から静電容量を表す信号を受け取って、受信した前記信号から検出信号を決定し、前記第１調波周波数を有する前記検出信号の第１の部分を識別するように構成された処理回路であって、更に、前記検出信号の前記第１の部分に基づいて前記１つ以上のプルーフマス上又は前記複数電極のうちの１つ以上に残留電圧があることを決定し、かつ前記検出信号の前記第１の部分がしきい値を超えたときに誤りを識別するように構成された処理回路と、
を含む、
加速度計。
【請求項１３】
前記複数の電極が、前記第１の信号発生器に結合された複数の補助電極を含み、前記複数の補助電極は、前記１つ以上のプルーフマスに対して、前記１つ以上のプルーフマスが、前記複数の補助電極に対して平衡されるように配置された、
請求項１２に記載の加速度計。
【請求項１４】
前記複数の補助電極の各々が、前記１つ以上のプルーフマスの平面に面する、
請求項１３に記載の加速度計。
【請求項１５】
前記複数の電極が、更に、複数のセンス電極を含み、更に、動作信号を前記複数のセンス電極又は前記１つ以上のプルーフマスに印加するように構成された第２の信号発生器を含み、前記動作信号が、前記第１調波周波数とは異なる周波数を有する、
請求項１３に記載の加速度計。
【請求項１６】
前記処理回路は、前記動作信号の前記周波数を有する前記検出信号の第２の部分を識別し、前記検出信号の前記第２の部分に基づいて前記加速度計の加速度を示す値を決定するように構成された、
請求項１５に記載の加速度計。
【請求項１７】
前記処理回路が、更に、識別された前記誤りに基づいた警告信号を提供するように構成された、
請求項１６に記載の加速度計。
【請求項１８】
加速度計上の残留電圧の存在を識別するための方法であって、
補助信号を複数の補助電極によって前記加速度計の１つ以上のプルーフマスに印加するステップ；ここで、前記補助信号が第１調波周波数を有する、
前記１つ以上のプルーフマスの１つ以上の平面の反対側に配置された１つ以上のセンス電極を使用して、前記第１調波周波数における前記補助信号に対する前記１つ以上のプルーフマスの応答を検出するステップ；ここで、前記複数の電極は、前記残留電圧が前記１つ以上のプルーフマス上又は前記１つ以上のセンス電極上にあるときに前記補助信号に対する前記応答が検出しきい値より大きくなるように配置される、
前記応答が前記検出しきい値を超えたときに加速度計誤りを識別するステップ；、
を含む、
方法。
【請求項１９】
前記識別するステップに応じて警告信号を送るステップを更に含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上のプルーフマス又は前記１つ以上のセンス電極に動作信号を印加するステップを更に含み、前記動作信号が、前記第１調波周波数とは異なる周波数を有する、
請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2019505765.tif 000011
2019505765.tif 000012
2019505765.tif 000013