(57)【要約】ＭＥＭＳジャイロスコープは、MEMSジャイロスコープにパルス幅変調駆動信号を提供する駆動エレクトロニクスに結合される。パルス幅駆動信号は、ピックオフ信号及び／又は入力信号を直流閾値レベルと比較することにより生成される。
2005524077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロエレクトロメカニカル・システムの回転の速度を測定するためのシステムであって、
回転の速度を測定するためのＭＥＭＳジャイロスコープと、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープに結合される駆動エレクトロニクスと、
を結合して含み、
前記駆動エレクトロニクスは、前記ＭＥＭＳジャイロスコープにパルス幅変調駆動信号を提供することを特徴とする、システム。
【請求項２】
ＭＥＭＳジャイロスコープは、パルス幅変調駆動信号に応答して駆動軸に沿って振動するように動作し得る試験質量をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記パルス幅変調駆動信号は、ＭＥＭＳジャイロスコープの試験質量電極と駆動コム電極との間の電圧を変化させることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
コリオリの加速度が前記試験質量の振動に応答して生成され、前記コリオリの加速度が前記ＭＥＭＳジャイロスコープの回転の速度を測定するために利用されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記コリオリの加速度が、前記試験質量およびセンサ基板との間のキャパシタンスの変化を介して測定されることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記パルス幅変調駆動信号は、前記ＭＥＭＳジャイロスコープのモータ・ピックオフ・コムから提供されるピックオフ信号から生成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ピックオフ信号は、直流閾値レベルを作るために復調されフィルタされることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記駆動エレクトロニクスは、入力信号を生成する入力信号発生器をさらに含み、前記パルス幅変調駆動信号は前記直流閾値レベルを前記入力信号と比較することにより生成されることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記パルス幅変調駆動信号のレベルは、前記入力信号が前記直流閾値レベルに交差する時に変化することを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記入力信号は、周期波形であることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは、チューニングフォークジャイロスコープであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
ＭＥＭＳジャイロスコープの回転の速度を測定する方法であって、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープにおいて使用するためにパルス幅変調信号を作るステップと、
前記パルス幅変調駆動信号で駆動速度において試験質量を駆動するステップと、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープを回転させるステップと、
前記試験質量とセンサ基板との間のキャパシタンスの変化を測定するステップと、
前記試験質量と前記センサ基板との間のキャパシタンスの変化からコリオリの加速度を計算するステップと、
前記コリオリの加速度と前記駆動速度から前記ＭＥＭＳジャイロスコープの回転の速度を計算するステップと、
を結合して含む、方法。
【請求項１３】
異なる位相を持つ複数のパルス幅変調駆動信号を作るステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープからピックオフ信号を獲得し、前記ピックオフ信号に基づいて直流閾値レベルを作るステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ピックオフ信号及び前記パルス幅変調駆動信号の少なくとも一つを増幅するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
入力信号を前記直流電流閾値レベルと比較し、前記入力信号が前記直流閾値レベルに交差するとき前記パルス幅変調信号のレベルを変化させるステップと、
をさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ピックオフ信号を前記直流閾値レベルと比較し、前記ピックオフ信号が前記直流閾値レベルに交差するとき前記パルス幅変調信号のレベルを変化させるステップと、
をさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ＭＥＭＳジャイロスコープの回転の速度を測定するシステムであって、
ピックオフ信号を提供するように動作し得るモータ・ピックオフ・コムを含むＭＥＭＳジャイロスコープであって、前記ピックオフ信号は直流閾値レベルを決定するために利用されることを特徴とする、ＭＥＭＳジャイロスコープと、
入力信号を生成するための入力信号ユニットと、
前記入力信号及び前記直流閾値レベルに基づいてパルス幅変調駆動信号を生成するためのパルス幅変調駆動信号ユニットと、
を結合して含み、
前記パルス幅変調駆動信号は、前記ＭＥＭＳジャイロスコープに送信されることを特徴とする、システム。
【請求項１９】
ピックオフ信号を増幅し、フィルタし、復調するように動作し得るピックオフ処理ユニットをさらに備え、前記ピックオフ処理ユニットは前記直流閾値レベルを作ることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは、さらにモータ駆動コムを備え、前記パルス幅変調駆動信号は前記モータ駆動コムへ送信されることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にＭＥＭＳジャイロスコープに関し、より詳細にはＭＥＭＳジャイロスコープのためにパルス幅変調駆動信号を利用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は、現代社会において多くの異なる工業を変換する潜在能力を有している。航空宇宙科学からバイオエンジニアリングまでの範囲にわたり、ＭＥＭＳの衝撃は、集積回路のそれと同様に重大で普遍的となる可能性がある。特にＭＥＭＳデバイスをエレクトロメカニカルシステムにおいてセンサ及びアクチュエータとして使用することは、非常に有望なことである。標準的なマイクロ製造技術を使用してシリコン基板上に電気及び機械のコンポーネントを作成することにより、ＭＥＭＳ技術は比較的小さく安価で正確なセンサデバイスを作成することが出来る。ＭＥＭＳセンサ及びアクチュエータは、自動車エアバック加速度計および振動センサを含む多くの商業的なデバイスにおいて既に使用されている。
【０００３】
ＭＥＭＳセンサの一般的な応用は、ジャイロスコープにおいて使用されており、回転の角速度を測定するために振動しているエレメントの動作を使用しうる。チューニング・フォーク・ジャイロスコープ(tuning fork gyroscope)及び角速度センサ・ジャイロスコープを含む様々なＭＥＭＳジャイロスコープが商業的に利用されている。チューニング・フォーク・ジャイロスコープの場合、三つの直交座標（駆動、入力、センサ）が、ジャイロスコープの動作を記述するために利用され得る。チューニング・フォーク・ジャイロスコープが動作している時、振動しているエレメントは駆動軸の方向に沿って振動動作において配置可能であり、他方ジャイロスコープは入力軸の回りを回転する。これらの動作は、結果としてセンサ軸の方向に沿って測定し得るコリオリの加速度を生じさせ得る。よく知られた数学上の関係を使用して、入力軸の回りのジャイロスコープの回転の角速度は計算され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＭＳ技術のそれらの利点にも関わらず、従来のＭＥＭＳジャイロスコープはしばしば多くの欠陥に直面していた。従来技術のシステムでは、振幅変調駆動信号はしばしば振動しているエレメントの振動動作を作るために使用されている。そのような駆動信号は外部の干渉を受けやすく、伝送の間ひずみを受ける可能性がある。さらに、複雑な回路（例えば複雑な自動ゲイン制御（ＡＧＣ）ループ及びアナログ乗算回路）は、そのような駆動信号を作り維持するのに必要とされ得る。
【０００５】
従って、従来技術に関連した上述した欠陥を克服するＭＥＭＳジャイロスコープ用駆動信号を有することが所望される。これはＭＥＭＳジャイロスコープの特性を改善するためにパルス幅変調信号を利用することにより達成され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ＭＥＭＳジャイロスコープの回転速度を測定するためのシステム及び方法が提供される。例示的な実施の形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープはＭＥＭＳジャイロスコープに対しパルス幅駆動信号を提供するよう動作可能な駆動エレクトロニクスに結合され得る。
【０００７】
現在の好ましい実施の形態は、添付された図面と結合して以下に記述されており、同じ参照番号は様々な図における同じ要素について言及している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００の例示的な平面図が示されている。本実施の形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００はチューニング・フォーク・ジャイロスコープであるが、他のタイプのＭＥＭＳジャイロスコープ（例えば、角速度センサジャイロスコープ）又はＭＥＭＳセンサを使用し得るということが理解されるべきである。例示的なジャイロスコープ１００は、基板１０２を含んでおり、基板１０２からジャイロスコープ１００の他のコンポーネントがマイクロマシーン化され得る。基盤１０２は、シリコン又はガリウム砒素、ガラスなどのマイクロマシーン・プロセスにおいて使用し得る当該技術において知られた他の材料、又は集積回路プロセスにおいて一般的な他の材料であり得る。図１にはジャイロスコープ１００の動作及びそのコンポーネントを記述するために使用し得る直交軸１１０の組を示している。好ましくは、駆動軸１１２および入力軸１１４は基板１０２の表面に平行であり、センサ軸１１６は基板１０２の表面に垂直である。さらに例示的なジャイロスコープ１００は、今後「試験質量１２２、１３２」として集合的に言及される第一の試験質量１２２及び第二の試験質量１３２、クロスビーム１４２、１４４、アンカー１４６、１４８、複数のサポートビーム１５０、今後「センサ基板１５２、１６２」として集合的に言及される第一のセンサ基板１５２、第二のセンサ基板１６２、今後「モータ駆動コム（ｃｏｍｂ）１７０、１７２」として集合的に言及される第一のモータ駆動コム１７０、第二のモータ駆動コム１７２、今後「モータ・ピックオフ・コム１８０、１８２」として集合的に言及される第一のモータ・ピックオフ・コム１８０、第二のモータ・ピックオフ・コム１８２を含み得る。
【０００９】
本実施の形態では、試験質量１２２、１３２は複数のサポート・ビーム１５０によりクロスビーム１４２、１４４に結合され得る。試験質量１２２、１３２はシリコン基板又はＭＥＭＳジャイロスコープ・システムにおいて使用するのに適した他の任意のタイプの材料であり得る。図示はされていないが、試験質量１２２、１３２は流体又は気体（例えば空気）が通過し得る穴（例えば正方形の開口）を含み得、それにより薄膜ダンピング効果を減少する手助けとなる。以下で述べるように、試験質量１２２、１３２の動作は入力軸１１４に沿ったジャイロスコープ１００の回転を検出するために利用し得る。
【００１０】
さらに第一の試験質量１２２は、各々が第一のモータ駆動コム１７０及び第一のモータ・ピックオフ・コム１８０の方に伸長する第一の試験質量電極１２４、１２６を有している。同様に、第二の試験質量１３２は各々が第二のモータ駆動コム１７２及び第二のモータ・ピックオフ・コム１８２の方へ伸長する第二の試験質量電極１３４、１３６を有している。第一の試験質量電極１２４、１２６及び第二の試験質量電極１３４、１３６は以下では「試験質量電極１２４、１２６、１３４、１３６」と集合的に言及され得る。試験質量電極１２４、１３６、１３４、１３６は電気接触を作るために利用され得る任意の導電材料又は半導体材料であり、シリコン基板１０２から直接マイクロマシーン化され得る。さらに、任意の数の電極が試験質量電極１２４、１２６、１３４、１３６と共に利用し得ることが理解されるべきである。
【００１１】
図１はさらに、各々アンカー１４６、１４８により基板１０２に結合されたクロスビーム１４２、１４４を示している。クロスビーム１４２、１４４は標準的なマイクロ製造プロセス（例えば、フォトリソグラフィ、ケミカルエッチングなど）を使用して基板１０２からマイクロマシーン化されている堅いロッドであり得る。アンカー１４６、１４８はクロスビーム１４２、１４４を基板１０２に結合しうる。
【００１２】
クロスビーム１４２、１４４及び試験質量１２２、１３２と同様に、複数のサポートビーム１５０が基板１０２からマイクロマシーン化され得る。複数のサポートビーム１５０は試験質量１２２、１３２を駆動軸１１２に沿った方向に振動させ得るスプリングとして動作し得る。さらに複数のサポートビーム１５０のスプリングのような性質は、試験質量１２２、１３２がセンサ軸１１６の方向に動くことを可能とする。よって、ジャイロスコープ１００の動作に依存して、試験質量１２２、１３２と基板１０２との間の距離は変化し得る。本実施の形態において、８個のサポートビーム１５０が示されているが、任意のサポートビームを利用し得ることが理解されるべきである。
【００１３】
ジャイロスコープ１００は、各々が基板１０２の表面の上の試験質量１２２、１３２の実質的な下部に配置されたセンサ基板１５２、１６２をさらに含み得る。本実施の形態では、センサ基板１５２、１６２は基板１０２からマイクロマシーン化されるシリコン基板である。代替的に、センサ基板１５２、１６２は当該技術において知られている任意の導電性材料又は半導体材料であり得る。好ましくは、センサ基板１５２、１６２は各々が試験質量１２２、１３２を持つキャパシタとして動作する。以下で述べるように、センサ基板１５２、１６２と試験質量１２２、１３２との間のキャパシタンスの変化はセンサ軸１１６に沿って試験質量１２２、１３２のコリオリの加速度を検出するために利用することが出来る。そしてコリオリの加速度は、入力軸１１４の回りのジャイロスコープ１００の回転速度を計算するために利用し得る。
【００１４】
さらに図１に示すように、ジャイロスコープ１００は各々が複数のインターデジタル化される（interdigitated）駆動コム電極１７４、１７６を有するモータ駆動コム１７０、１７２を含み得る。本実施の形態では、複数のインターデジタル化される駆動コム電極１７４、１７６は各々第一の試験質量電極１２４と第二の試験質量電極１３４とを有するキャパシタを形成し得る。任意の数の電極が駆動コム電極１７４、１７６のために利用し得る。
【００１５】
上述したように、モータ駆動コム１７０、１７２は駆動エレクトロニクス（図１に示されていない）に結合され得る。駆動エレクトロニクスは、試験質量１２２、１３２を駆動軸１１２の方向に沿って振動するように動作し得る又はそのようにさせ得るモータ駆動コム１７０、１７２に一つ以上の駆動信号を提供し得る。本実施の形態では、両方のモータ駆動コム１７０、１７２は同じ周波数の駆動信号を受信し得る。しかし、これらの駆動信号は違相（例えば１８０度など）となり得る。さらに本実施の形態では、駆動信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であり得る。
【００１６】
ここでジャイロスコープ１００内の別のコンポーネントについて言及すると、モータ・ピックオフ・コム１８０、１８２は各々、複数のインターデジタル化されるピックオフ・コム電極１８４、１８６を有し得る。本実施の形態では、複数のインターデジタルされるピックオフ・コム１８４、１８６は各々、第一の試験質量電極１２６及び第二の試験質量電極１３６を有するキャパシタを形成し得る。モータ・ピックオフ・コム１８０、１８２は、ピックオフ・コム電極１８４、１８６と第一の試験質量電極１２６及び第二の試験質量電極１３６との間のキャパシタンスの変化により誘導されるピックオフ信号（例えば電流）を検出することが出来る。ピックオフ信号は、試験質量１２２、１３２の動作及び速度を決定するためにその後利用され得る。さらに、ピックオフ信号はモータ・ピックオフ・コム１８０、１８２から駆動エレクトロニクスへ、フィードバックループの一部として伝送されうる。例示的な実施の形態では、ピックオフ信号は、試験質量１２２、１３２が適当な周波数（例えばチューニング・フォーク周波数）、振幅及び位相で振動しているか否かを決定するために駆動エレクトロニクスにより使用され得る。駆動エレクトロニクスは、試験質量１２２、１３２の動作が変化されるべき場合に駆動信号（例えばパルス幅及び／又はパルス）の特性を変化させ得る。
【００１７】
上述した任意の数のエレメントが、所望される機能に依存して本発明の実施の形態と共に利用し得るということが理解されるべきである。例えば、代替的な実施の形態では、任意の数の駆動コム電極１７４、１７６、ピックオフ電極１８４、１８６、モータ駆動コム１７０、１７２及び／又はモータ・ピックオフ・コム１８０、１８２が利用可能である。さらにジャイロスコープ１００のコンポーネントは、異なる材料から作ることができ、基板１０２からマイクロマシーン化されるのではなく基板１０２に別々に結合され得、本発明の実施の形態において記述されたものより多くの又は少ないコンポーネントがジャイロスコープ１００のために利用され得る。
【００１８】
ジャイロスコープ１００の構造及び接続について記述されているが、ジャイロスコープ１００がどのように機能するかについて簡単に説明し得る。本実施の形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープ１００は入力軸１１４の回りの回転の速度を測定し得る。機能している時に、ジャイロスコープ１００の試験質量１２２、１３２はチューニング・フォーク周波数で駆動信号により駆動される。本実施の形態では、駆動信号はＰＷＭ駆動信号であり、試験質量１２２、１３２を駆動軸１１２の方向に沿って振動させうる。試験質量１２２、１３２は振動している一方で、ジャイロスコープ１００は入力軸１１４の回りを回転し得る。当該技術において知られているように、振動しているエレメントはその振動方向に対して垂直な軸の回りを回転する時にコリオリの加速度を経験し得る。
【００１９】
従って、ジャイロスコープ１００の動きがセンサ軸１１６の方向に沿ってコリオリの加速度を生じさせ、試験質量１２２、１３２とセンサ基板１５２、１６２との間の距離及びキャパシタンスを変化させ得る。このキャパシタンスの変化を介して、試験質量１２２、１３２のコリオリの加速度が計算され得る。以下のクロス乗積の関係はジャイロスコープ１００の回転の角速度を計算するために使用され得る。
【００２０】
【数１】
2005524077.tif 000003
【００２１】
ここでＡcoriolisはセンサ軸１１６に沿った結果として生じるコリオリの加速度であり、Ωは入力軸１１４の回りのジャイロスコープ１００の回転の速度であり、vは駆動軸１１２に沿った試験質量１２２、１３２の駆動速度である。試験質量１２２、１３２の駆動速度はモータ・ピックオフ・コム１８０、１８２から得られるピックオフ信号から決定することが出来る。駆動速度及び測定されるコリオリの加速度はそれから、ジャイロスコープ１００の回転の速度を決定するために利用し得る。
【００２２】
図２について言及すると、単純なデータの流れ図はジャイロスコープ１００と共に使用するための駆動エレクトロニクス２００を描いている。本実施の形態では、駆動エレクトロニクス２００は、ＰＷＭ信号ユニット２６０と通信しているピックオフ処理ユニット２２０及び入力信号ユニット２４０を含み得る。これらのユニット２２０、２４０、２６０の各々は演算増幅器、フィルタ、ダイオード、キャパシタ、インダクタ及び抵抗などの任意の数の標準的な回路エレメントを含むことが出来、これらのエレメントの間の結合は所望の機能に依存して変化し得る。
【００２３】
本実施の形態では、モータ・ピックオフ・コム１８０、１８２はピックオフ信号２１０をピックオフ処理ユニット２２０へ送信し得る。ピックオフ信号２１０は試験質量電極１２４、１２６、１３４及び１３６とピックオフ・コム電極１８４、１８６との間のキャパシタンスの変化により誘導される電流であり得る。図２では振動している波形が示されているが、ピックオフ信号２１０は任意の形状を取りうることが理解されるべきである。さらに、ピックオフ信号２１０は直流（ＤＣ）閾値レベル２３０を作るためにピックオフ処理ユニット２２０により受信されると、増幅され、復調され、及び／又はフィルタされる。本実施では、ＤＣ閾値レベル２３０の電圧レベルはピックオフ信号２１０の平均の大きさ（例えば電圧）を反映したものとなり得る。従って、図２に示されるようにピックオフ信号２１０の平均の大きさが増加すると、ＤＣ閾値レベル２３０の値も増加し得る。
【００２４】
入力信号ユニット２４０は、入力信号２５０を提供するように動作可能な任意のタイプの発振器又は信号生成ユニットであり得る。本実施の形態では、入力信号２５０は三角波形であるが、ＰＷＭ信号を作るために利用し得る他の任意のタイプの波形もさらに使用し得る。例えば、入力信号２５０は任意のタイプの周期波形であり得る。
【００２５】
ＤＣ閾値レベル２３０及び入力信号２５０の双方はＰＷＭ信号ユニット２６０へ送信され得る。駆動エレクトロニクス２００内の任意の数のユニット２２０、２４０、２６０はＰＷＭチップの上に配置され得る。
【００２６】
本実施の形態において、ＰＷＭ信号ユニット２６０は入力信号２５０とＤＣ閾値レベル２３０を比較してＰＷＭ駆動信号２７０を作り出す。ＰＷＭ駆動信号２７０は低レベル２７２及び高レベル２７４などの複数のレベルを有しうる。本実施の形態では、低レベル２７２は実質的にゼロボルトであり、高レベル２７４は５ボルトであるが、他の値も使用可能であることが理解されるべきである。
【００２７】
ＰＷＭ駆動信号２７０のパルス幅及び各レベル２７２、２７４での相対的な時間量はＤＣ閾値レベル２３０の相対的な大きさ及び入力信号２５０に依存し得る。例えば、入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０より低い電圧を有するとき、ＰＷＭ駆動信号２７０は低レベル２７２に設定され得る。入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０より高い電圧を有するとき、ＰＷＭ駆動信号２７０は高レベル２７４に設定され得る。従ってＰＷＭ駆動信号２７０は入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０に交差する時にレベルを変化させ得る。ＰＷＭ信号ユニット２６０は、それから試験質量１２３、１３２を駆動するためにＰＷＭ駆動信号２７０をモータ駆動コム１７０、１７２に提供し得る。
【００２８】
唯一つのＰＷＭ駆動信号２７０が図２に示されているが、位相を異にする複数のＰＷＭ駆動信号を代替的に使用し得ることが理解されるべきである。例えば、ＰＷＭ信号ユニット２７０は１８０度違相である二つのＰＷＭ駆動信号を提供し得る。これらの信号の一つは第一のモータ駆動コム１７０へ送信され、他の信号は第二のモータ駆動コム１７２へ送信され得る。代替的に、駆動エレクトロニクス２００はＰＷＭ駆動信号２７０を違相である二つのＰＷＭ駆動信号へ変換するように、又はＰＷＭ駆動信号２７０をインバートさせ得るように動作可能な位相シフタを含み得る。さらに、信号２１０、２３０、２５０、２７０の各々は標準的な銅ワイヤトレースに沿って好ましくは伝送されるが、他の伝送手段（例えば、ワイヤレス通信）も利用し得る。代替的な実施の形態では、ＰＷＭ駆動信号２７０は入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０より高い電圧を有する時、低レベル２７２を有し、入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０より低い電圧を有する時、高レベル２７４を有し得る。さらに、ピックオフ信号２１０が余りに低い場合（例えば、不適切な駆動の大きさを表す場合）、ＤＣ閾値レベル２３０はＰＷＭ駆動信号２７０が長い継続時間高いレベル２７４に留まるように変化し得る。同様に、ピックオフ信号２１０が余りに高い場合（例えば過度の駆動の大きさを表す場合）、ＤＣ閾値レベル２３０はＰＷＭ駆動信号２７０がより長い継続時間低いレベル２７２に留まるように変化され得る。
【００２９】
ここで図３について言及すると、単純なデータの流れ図によりジャイロスコープ１００と共に使用するための別の駆動エレクトロニクス３００が示される。好ましくは、コンポーネント３２０及び３６０は夫々コンポーネント２２０及び２６０と実質的に同じである。ＤＣ閾値レベル３３０は、ピックオフ処理ユニット３２０において上述したようにピックオフ信号３１０から決定され得る。しかし、本実施の形態では、ピックオフ信号３１０はＰＷＭ信号ユニット３６０へ提供され、ＤＣ閾値レベル３３０と直接比較され得る。
【００３０】
上述した実施の形態におけるように、ＰＷＭ駆動信号３７０が各レベル３７２、３７４に留まる相対的な時間量はピックオフ信号３１０の相対的な大きさ及びＤＣ閾値レベル３３０に依存し得る。例えば、ピックオフ信号３１０がＤＣ閾値レベル３３０より低い電圧を有する時、ＰＷＭ駆動信号３７０は低レベル３７２に設定され得る。代替的に、ピックオフ信号３１０がＤＣ閾値レベル３３０より高い電圧の時、ＰＷＭ駆動信号３７０は高レベル３７４に設定され得る。上述した実施の形態と同様に、ＰＷＭ駆動信号３７０は試験質量１２２、１３２を駆動するために、インバートされ、二つの違相ＰＷＭ駆動信号へ変換され、及び／又はモータ駆動コム１７０、１７２へ送信され得る。
【００３１】
図４について言及すると、ジャイロスコープ１００の回転速度を検出する方法４００が示されている。本実施の形態では、図２に示す駆動エレクトロニクス２００を利用しているが、代替的に図３又は他の任意の実施の形態からの駆動エレクトロニクス３００を利用可能であることが理解されるべきである。例示的な方法４００では、ジャイロスコープ１００は入力軸１１４の回りの回転の速度を測定する。好ましくは、ジャイロスコープ１００は同じ回転を有する別の機能デバイスに結合され、よってジャイロスコープ１００はそのデバイスの回転を測定することが出来る。
【００３２】
方法４００は、ピックオフ信号２１０がＭＥＭＳジャイロスコープ１００のモータ・ピックオフ・コム１８０、１８２からピックオフ処理ユニット２２０へ伝送されるステップ４０２において開始される。ピックオフ信号２１０は、ピックオフ・コム電極１８４、１８６、第一の試験質量電極１２６及び第二の試験質量電極１３６の間のキャパシタンスの変化により夫々生成され得る。
【００３３】
ステップ４０４において、ピックオフ処理ユニット２２０はピックオフ信号２１０からＤＣ閾値レベル２３０を作り得る。これはピックオフ信号２１０を増幅し、復調し、及び／又はフィルタリングすることにより達成することが出来る。
【００３４】
ステップ４０６において、ピックオフ処理ユニット２２０により生成されるＤＣ閾値レベル２３０及び入力信号ユニット２４０により生成される入力信号２５０はＰＷＭ信号ユニット２６０へ伝送され得る。ＰＷＭ駆動信号２７０はＤＣ閾値レベル２３０と入力信号２５０を比較することにより作られうる。本発明の方法４００では、ＰＷＭ駆動信号２７０は入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０より低い電圧を有する時低いレベル２７２を有し、入力信号２５０がＤＣ閾値レベル２３０より高い電圧を有する時高レベル２７４を有し得る。代替的な実施の形態では、ピックオフ信号２１０はＰＷＭ駆動信号レベル２７０を決定するためにＤＣ閾値レベルと直接比較される。
【００３５】
ステップ４０８において、ＰＷＭ駆動信号２７０はＭＥＭＳジャイロスコープ１００のモータ駆動コム１７０、１７２へ送信され得る。試験質量１２２、１３２はＰＷＭ駆動信号２７０に応答して駆動軸１１２に沿ってチューニングフォーク周波数で振動し得る。
【００３６】
ステップ４１０で、ジャイロスコープ１００は入力軸１１４の回りを回転しうる。駆動軸１１２に沿った試験質量１２２、１３２の振動と共に、入力軸の回りの回転は、センサ軸１１６に沿ってコリオリの加速度を誘導し得る。
【００３７】
ステップ４１２で、コリオリの加速度は試験質量１２２、１３２及びセンサ基板１５２、１６２の間のキャパシタンスの変化を介して夫々測定され得る。コリオリの加速度はジャイロスコープ１００の回転の速度を計算するために後続して使用され得る。
【００３８】
ステップ４１４は好ましくはステップ４０２と同じである。ピックオフ信号２１０（例えば電流）はモータ・ピックオフ・コム１８０、１８２内に誘導可能であり、試験質量１２２、１３２の周波数及び速度を計算するために使用され得る。さらに、ピックオフ信号２１０は駆動エレクトロニクス２００内のピックオフ処理ユニット２２０へ伝送されて、フィードバックループを形成し得る。駆動エレクトロニクス２００は後続して、ＰＷＭ駆動信号２７０の特性（例えば、パルス幅及び違相）を変化させるためにピックオフ信号２１０を利用し得る。
【００３９】
ここに提示される例示的な実施の形態は多くの利点を有し得る。試験質量１２２、１３２を振動させるためにＰＷＭ駆動信号２７０（又は３７０）を利用することにより、複雑なアナログ回路は必要とされていない。さらに、ＰＷＭ信号の固有のデジタル特性によりより正確でより安価な制御が可能となる。さらにＰＷＭ信号はひずみを受けづらくなり、より高い信号品質を維持し得る。ここに開示された例示的な実施の形態は比較的単純なＰＷＭ回路を使用して最小の負荷コストで実現され得る。
【００４０】
本出願の範囲内で記述された例示的な実施の形態に対して様々な付加及び修正がなされ得ることが理解されるべきである。例えば、多くのＭＥＭＳジャイロスコープは多くの異なる軸に沿ってデバイスの回転を測定するために結合して使用し得る。さらに任意のタイプのＭＥＭＳジャイロスコープ及び／又はＭＥＭＳセンサが本発明の実施の形態と共に利用可能である。また、様々な異なる材料が所望の機能に依存してジャイロスコープ１００のコンポーネントとして使用され得る。さらに、本出願内の任意の数の実施の形態が、消費者及び／又は製造の好みに合わせて結合され得る。又、代替的な実施の形態では、ただ一つのモータ・ピックオフ・コムが利用され、又はモータ駆動コム１７０、１７２とモータ・ピックオフ・コム１８０、１８２の位置がスイッチされ得る。上述した記載は本発明を制限することを意図しておらず、本全ての同等物を含む、特許請求の範囲が本発明を規定することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】例示的なＭＥＭＳジャイロスコープの平面図を示している。
【図２】例示的な実施の形態に従った、図１のＭＥＭＳジャイロスコープと共に使用するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を提供するよう動作し得る駆動エレクトロニクスの単純なデータの流れ図を示している。
【図３】別の例示的な実施の形態に従った、図１のＭＥＭＳジャイロスコープと共に使用するためにＰＷＭ駆動信号を提供するためように動作し得る駆動エレクトロニクスの単純なデータの流れ図を示している。
【図４】例示的な実施の形態に従った、図１のＭＥＭＳジャイロスコープの回転の速度を測定するための方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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