(57)【要約】受動温度補償技術を使用するMEMSセンサが未補償のセンサ出力を提供し得る。さらに、MEMSセンサに結合し得る回路は電圧ドロップを有するダイオードを含み得る。補償されたセンサ出力は、未補償のセンサ出力とダイオードを跨ぐ電圧ドロップに比例するダイオード出力とを結合させることにより形成し得る。
2005524856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動温度補償技術を、電圧ドロップを有する少なくとも一つのダイオードを含むMEMSセンサに結合される回路を含むマイクロエレクトロメカニカル・システム（MEMS）センサに提供するシステムであって、
補償センサ出力は、未補償のセンサ出力と前記電圧ドロップに関連したダイオード出力とを結合することにより形成されることを特徴とする、システム。
【請求項２】
少なくとも一つのダイオードを跨ぐ前記電圧ドロップは、少なくとも一つの演算増幅器により増幅され、前記ダイオード出力に変換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３】
前記MEMSセンサは、MEMSジャイロスコープを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４】
前記MEMSジャイロスコープは、駆動信号に応答して振動する試験質量を含むことを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
コリオリの加速度は前記MEMSジャイロスコープの回転に応答して生成され、前記コリオリの加速度は前記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４に記載のシステム。
【請求項６】
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によりセンサ信号が生成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７】
前記センサ信号は、未補償のセンサ出力に変換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】
センサ処理ユニットは、前記センサ信号を復調し、フィルタして前記未補償のセンサ出力を形成することを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記センサ信号の大きさは、前記未補償のセンサ出力を決定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】
加算ジャンクションをさらに含み、前記加算ジャンクションは前記未補償のセンサ出力と前記ダイオードの出力とを結合して、補償センサ出力を形成することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記加算ジャンクションは、演算増幅器を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
受動温度補償技術をMEMSセンサに提供するためのシステムであって、
センサ信号を提供するMEMSセンサと、
前記センサ信号を未補償センサ出力へ変換するように動作し得るセンサ処理ユニットと、
電圧ドロップを有する少なくとも一つのダイオードと、
前記電圧ドロップを増幅してダイオード出力を形成するように動作しうる少なくとも一つの演算増幅器と、
前記ダイオード出力と前記未補償センサ出力とを結合して、補償センサ出力を形成するように動作し得る加算ジャンクションと、
を結合して含む、システム。
【請求項１３】
前記センサ処理ユニットは、前記センサ信号を増幅し、復調し、フィルタして、未補償のセンサ出力を形成することを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記MEMSセンサは、MEMSジャイロスコープを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記MEMSジャイロスコープは、試験質量及びセンサ基板を含み、前記試験質量及び前記センサ基板との間のキャパシタンスの変化は前記センサ信号を生成することを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記補償センサ出力は前記試験質量のコリオリの加速度を計算するために使用され、前記コリオリの加速度は前記MEMSジャイロスコープの回転の速度を計算するために前記試験質量の駆動速度と共に使用されることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
受動温度補償技術を使用して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、
駆動速度で前記MEMSジャイロスコープの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するステップと、
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に基づいてセンサ信号を生成するステップと、
前記センサ信号を未補償のセンサ出力に変換するステップと、
前記未補償のセンサ出力をダイオードの出力と結合して、補償センサ出力を形成するステップと、
コリオリの加速度を計算するために前記補償されたセンサ出力を利用するステップと、
前記コリオリの加速度及び駆動速度から前記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１８】
前記センサ信号を前記未補償のセンサ出力に変換するステップは、前記センサ信号を増幅し、復調し、フィルタするステップの少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記未補償センサ出力を前記ダイオード出力と結合するステップは、前記未補償のセンサ出力の大きさと前記ダイオードの出力の大きさを加算及び減算するステップの少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも一つのダイオードを跨ぐ電圧ドロップに基づき前記ダイオードの出力を生成するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ダイオードの出力を作るために、少なくとも一つの演算増幅器で少なくとも一つのダイオードを跨ぐ電圧ドロップを増幅するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にMEMSセンサに関し、より詳細にはMEMSセンサのための受動温度補償技術に関する。
【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。MEMSセンサは、温度変化に感度を持つ電圧出力などの性能特性を有し得る。この感度を減少させるために、従来技術のMEMSセンサは様々な異なる温度でその出力を測定するためにしばしば熱チャンバーにおいてテストされた。（例えば３次又は５次の関数を使用した）複雑な回帰分析は、MEMSセンサの熱感度をマップするために利用され得る。その後、温度変化に対する補償動作の間、回帰分析から得られる係数はマイクロプロセッサ内に記憶され、MEMSセンサへ提供される。このように、多くの複雑なコンポーネントが従来技術のMEMSセンサの熱感度を減少させるために必要とされ得る。
【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センサを有することが所望される。これはMEMSセンサの特性を改善するために受動温度補償技術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】
受動温度補償技術を使用するマイクロメカニカルシステム（MEMS）センサを有する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センサに結合された回路は電圧ドロップを有する少なくとも一つのダイオードを含み得る。さらに補償されたセンサ出力は、未補償のセンサ出力とダイオードの出力とを結合することにより形成され得る。
【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、又は集積回路工業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（proof mass）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。さらに、複数のサポートビーム１５０はスプリングとして動作することが出来、試験質量１２２、１３２を駆動軸１１２に沿った方向に振動させ得る。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】
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。
【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】
2005524856.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、MEMSジャイロスコープ１００と共に使用するための例示的な回路２００が示されている。回路２００は、抵抗２０４と直列な直流（DC）電源２０２を含み得る。DC電源２０２は、任意の電圧（例えば５ボルト）を有し、電力を回路２００に提供するために使用され得る。
【００２３】
さらに抵抗２０４は任意の抵抗値（例えば１００ｋオーム）を有し、回路２００を通る電流の量の上限を設定するために使用し得る。また、抵抗２０４は少なくとも一つのダイオード２１０に結合され得る。少なくとも一つのダイオード２１０の入力は、少なくとも一つの演算増幅器２２０に提供され、任意のゲイン（例えば１００）を有し得る。ダイオードの出力２３０は、少なくとも一つの演算増幅器２２０により少なくとも一つのダイオード２１０を跨ぐ電圧ドロップ（例えばノードAでのポテンシャル）を増幅させることにより回路２００内に形成され得る。代替的な実施の形態では、電源、抵抗、ダイオード、及び／又は演算増幅器などのより多くの又はより少ない回路コンポーネントが利用され得ることが理解されるべきである。
【００２４】
本実施の形態では、回路２００はMEMSジャイロスコープ１００のセンサ基板１５２、１６２からセンサ信号２４０を受信し得る。センサ信号２４０は夫々試験質量１２２、１３２とセンサ基板１５２、１６２との間のキャパシタンスの変化により誘導されるAC電流であり得る。上述したように、このキャパシタンスの変化は試験質量１２２、１３２のコリオリの加速度を原因とされ得る。
【００２５】
さらにセンサ信号２４０は、センサ処理ユニット２４６により未補償のセンサ出力２５０へ変換され得る。未補償のセンサ出力２５０は、センサ信号２４０の平均の大きさを反映する直流（DC）電圧であり得る。センサ処理ユニット２４６は、まずセンサ信号２４０をAC電圧へ変換し、それからAC電圧は未補償のセンサ出力２５０へ変換され得る。センサ信号２４０（例えばAC電流）を未補償のセンサ出力２５０（例えばDC電圧）へ変換する間、増幅、復調、及び／又はフィルタリングなどの様々な処理を利用することができ、センサ処理ユニット２４６は任意の数のフィルタ、ダイオード、キャパシタ及び／又は他の回路エレメントを含み得る。センサ信号２４０、センサ処理ユニット２４６及び／又は未補償のセンサ出力２５０の合成が代替的な実施の形態で変化し得ることが理解されるべきである。
【００２６】
さらに、ダイオードの出力２３０、未補償のセンサ出力２５０は加算ジャンクション２６０に提供され得る。加算ジャンクション２６０は、極性に応じて、ダイオードの出力２３０と未補償のセンサ出力２５０を加算又は減算し得る。本実施の形態では、加算ジャンクション２６０はダイオードの出力２３０を加算し、補償センサ出力２７０を作ることにより未補償のセンサ出力２５０の大きさを減少させ得る。
【００２７】
加算ジャンクション２６０は、図２においては演算増幅器として示されているが、信号を結合し得る（例えば、他のタイプのトランジスタ回路）他の任意のデバイスが代替的に利用可能である。さらに、ダイオードの出力２３０及び未補償のセンサ出力２５０は、加算ジャンクション２６０のインバートしている又はインバートしていない入力に夫々入力するように示されており、これは代替的な実施の形態で変化し得る。
【００２８】
本実施の形態では、回路２００はMEMSジャイロスコープ１００と同じ外部温度にさらされ、少なくとも一つのダイオード２１０を跨ぐ電圧ドロップ（例えばノード「A」でのポテンシャル）は、MEMSジャイロスコープ１００のセンサ信号２４０と同じ温度依存性を有し得る。さらに少なくとも一つの演算増幅器２２０のゲインは、ダイオード出力２３０の大きさが温度の摂動を原因とした変化に対してセンサ信号２４０を補償するように設定され得る。それ故、ダイオードの出力２３０は、MEMSジャイロスコープ１００の熱感度を原因とした変化に対して補償するよう加算ジャンクション２６０で未補償のセンサ出力２５０と結合され得る。結果として生じた補償センサ出力２７０は、実質的に温度に対し感度を有しないMEMSジャイロスコープ１００の出力にほぼ近似し得る（例えば、第一又は第二の次数まで）。さらに、回路２００はMEMSジャイロスコープ１００への最小の付加コストで作ることが出来るので、補償センサ出力２７０は温度摂動の間、MEMSジャイロスコープ１００の比較的ロバストな出力を維持する安価で効率のいい方法を提供し得る。ここで記述される受動温度補償技術は任意の他のタイプのMEMS応用（例えば自動システムセンサ）における他のタイプの任意のMEMSセンサと共に利用することが出来ることが理解されるべきである。
【００２９】
図３は、回路２００の未補償のセンサ出力２５０と補償センサ出力２７０の両方を示している。図２に示されるように、補償センサ出力２７０は未補償のセンサ出力２５０を少なくとも一つのダイオード２１０を跨ぐ電圧ドロップに比例したダイオード出力２３０と結合することにより決定することが出来る。図３に示されるように、未補償のセンサ出力２５０は温度が増加するにつれ、補償センサ出力２７０と比べより大きくドロップし得る。本実施の形態では、未補償のセンサ出力２５０及び補償センサ出力２７０は、摂氏−３０度で各々６．５ボルト、５．２５ボルトの電圧を有し、摂氏６０度で各々３ボルト、４．７５ボルトを有し得る。図３に示されるような未補償のセンサ出力２５０、補償センサ出力２７０に関連した電圧及び温度は単に例示的なものであり、代替的な実施の形態ではMEMSの応用のタイプ及び温度に依存して非常に変化し得る。
【００３０】
図４について言及すると、フローチャートにおいてMEMSジャイロスコープ100の回転の速度を測定する例示的な方法４００が示されている。方法４００はステップ４０２において開始し、そこでは駆動信号は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。駆動信号は、試験質量１２２、１３２を実質的なチューニング・フォーク周波数で駆動軸１１２に沿って振動させ得る。
【００３１】
ステップ４０４では、ジャイロスコープ１００は入力軸１１４の回りを回転し得る。この回転はコリオリの加速度をセンサ軸１１６に沿って誘導する原因となり得る。本ステップ４０４ではさらに、センサ信号２４０が、夫々試験質量１２２、１３２とセンサ基板１５２、１６２との間のキャパシタンスの変化に応じてセンサ基板１５２、１６２上に生成され得る。
【００３２】
ステップ４０６では、AC電流であり得るセンサ信号２４０は、センサ処理ユニット２４６により未補償のセンサ出力２５０に変換され得る。未補償のセンサ出力２５０は、センサ信号２４０の平均の大きさを表すDC電圧であり得る。さらに、センサ処理ユニット２４６は、未補償のセンサ出力２５０を作るためにセンサ信号２４０を増幅、復調、及び／又はフィルタし得る。
【００３３】
ステップ４０８では、電流が回路２００を通過し、少なくとも一つのダイオード２１０を跨ぐ電圧ドロップはダイオード出力２３０を作るために少なくとも一つの演算増幅器２２０により増幅され得る。
【００３４】
ステップ４１０において、ダイオードの出力２３０は加算ジャンクション２６０内の未補償のセンサ出力２５０と結合され、補償センサ出力２７０を形成し得る。実施の形態の実践に依存して、加算ジャンクション２６０はダイオード出力２３０と未補償のセンサ出力２５０との和又は差のいずれかを計算し得る。本実施の形態では、加算ジャンクション２６０は補償センサ出力２７０を作るためにダイオードの出力２３０の大きさにより未補償のセンサ出力２５０の大きさを減少させ得る。
【００３５】
ステップ４１２において、補償センサ出力２７０は試験質量１２２、１３２のコリオリの加速度を計算するために利用し得る。コリオリの加速度は、MEMSジャイロスコープ１００の回転の速度を計算するために利用され得る。本方法４００における任意のステップは同時又は異なる順序で起こりうることが理解されるべきである。例えば、ステップ４０６、４０８は、別の例示的な方法では独立に及び／又は異なる順序（例えば同時に）で起こり得る。
【００３６】
ここに提示される例示的な実施の形態は、多くの利点を有している。回路２００などの比較的単純で安価な回路を利用することにより、MEMSセンサ（例えばMEMSジャイロスコープ１００）の熱感度は非常に低減され得る。従って、本実施の形態はMEMSセンサを温度範囲全体で未補償のセンサよりさらに正確に動作させることが可能となり、熱較正よりも低いコストで動作させることを可能とする。加えて、本実施の形態は全てのタイプのMEMS応用（例えばMEMS加速度計、他のタイプのMEMSジャイロスコープ）における全てのタイプのMEMSセンサに有用であり得るが、特定の自動車又はナビゲーション・システム・センサを含む、ローエンドMEMS応用が特に有利であり得る。
【００３７】
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MEM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。それに加え、より多くの又はより少ないエレメントがジャイロスコープ１００及び回路２００内部に存在することが出来、回路２００はMEMSジャイロスコープ１００と統合され得る。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】
【００３８】
【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の回路を示している。
【図３】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の、図２の回路の未補償のセンサ出力と補償されたセンサ出力を示すグラフである。
【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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