(57)【要約】  共振要素が制御電子回路により共振させられる慣性センサが記載される。制御電子回路は、発振器を含む。回路は開始から動作までの時間が最小化され、与えられたセンサを制御電子回路に周波数整合をする必要性を取り除くように、発振器の周波数を共振要素の出力の周波数と整合するように設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
適当なドライバ手段で共振させられる、共振周波数を有する素子を備えた慣性センサであって、前記センサは可変周波数での発振を可能とする発振器を含む電子的制御手段をさらに有し、前記センサは前記素子の出力周波数を前記発振器の周波数と比較し、所定の周波数が得られたときに前記発振器の周波数をロックするコンパレータ手段をさらに備えた慣性センサ。
【請求項２】
所定の周波数が前記素子の共振周波数とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
【請求項３】
センサの周波数は適当なフェーズ・ロック・ループ手段によりロックさせることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性センサ。  
【請求項４】
前記素子は既知の共振周波数を有するリング型ＭＥＭＳセンサ素子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の慣性センサ。
【請求項５】
前記コンパレータは閾値検出器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の慣性センサ。
【請求項６】
前記コンパレータはピーク検出器であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の慣性センサ。
【請求項７】
慣性センサがジャイロスコープ、加速度計あるいは他の感度速度センサであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の慣性センサ。
【請求項８】
添付図面を参照して記載されたセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサに関する。より具体的には、非限定的であるが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサの共振周波数が関連する制御電子回路と一致していなければならない慣性センサ、例えば加速度計やジャイロスコープのようなセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの形式の慣性センサが知られている。環状共振子型のＭＥＭＳセンサを組み入れた角速度センサが知られており、そのような例は、例えばイギリス特許ＧＢ２３２２１９６に見ることができる。そのような角速度センサには、振動する平面リングあるいはフープ状の構造が開示されている。リング状構造は、旋回率（レート）、一次元加速度、角加速度を検出するためにふさわしい支持マウントにより空間中に吊るされる。旋回率はコリオリ力により結合された振動を検出することによりセンスされるが、一次加速度および角加速度は、そのマウント内のリングあるいはフープ状構造の全体の水平、垂直、揺動動きによりセンスされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】イギリス特許ＧＢ２３２２１９６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これを達成するため、ＭＥＭＳ共振器は制御電子回路により発生される適当なドライバ信号により共振させられる。しかし、制御電子回路の周波数は、適当な許容誤差をもって、ＭＥＭＳ共振器の共振周波数に整合（match）されなければならない。
【０００５】
ＭＥＭＳ共振器のＱ値のため、共振周波数から離れているときに得られる信号は非常に小さい。ＭＥＭＳセンサおよび制御電子回路（ASIC）の両方の製造上の許容誤差は制御電子回路の発振器の周波数と比較して、ＭＥＭＳ共振器周波数内での重大な相違に至るには十分に大きい。したがって、電力（あるいは印加されたリセット信号）が加えられると、レートセンサの電子回路が短い時間内（５００ｍｓ以内）にＭＥＭＳデバイスの共振周波数へのロックに成功することを確実にするために、デバイス上の制御回路を個々のデバイス毎（device by device basis）にＭＥＭＳ共振周波数に一致するように調整(trim)することが典型的である。このことは、ＭＥＭＳレートセンサの製造に対して時間とコストを増加させる最終的なレートセンサ調整プロセスを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、適当なドライバ手段により共振させられる、共振周波数を有する素子を備えた慣性センサであって、前記センサは可変周波数での発振を可能とする発振器を含む電子制御手段をさらに備え、前記センサは前記素子の出力周波数を前記発振器の周波数と比較し、所定の周波数に達したら、前記前記発振器の周波数をロックするコンパレータ手段をさらに備えた慣性センサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】発振器の周波数をＭＥＭＳ型リングセンサの共振周波数に整合させるのに好適な回路の一態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
【０００９】
図１に示されるように、ＭＥＭＳ共振器１は適当なドライブ信号により、共振状態にされる。ドライブ信号は、発振器を含む適当な制御電子回路３の制御のもとで、適当なドライブ手段２により発生される。ＭＥＭＳ共振器１の出力信号は、しきい値検出器４及び制御電子回路３に入力される。
【００１０】
ＭＥＭＳ共振器１には、システムの動きを表すデータを与えるために、適当な処理手段（図示せず）により処理される、他の多くの出力があることが理解される。
【００１１】
電力を印加（又は印加されているリセット信号の解除）すると、制御電子回路３の共振器はＭＥＭＳ共振器周波数（ＭＥＭＳと制御回路のすべての関連する許容誤差を考慮して）より常に低い周波数に強制される。制御回路３は次にＭＥＭＳトランスジューサ信号の大きさをモニタしながら、適当な速度で共振器周波数を強制的に直線的な増減（ランプ）をさせる。ＭＥＭＳ共振器の周波数がＭＥＭＳトランスジューサ信号における増加に達したことが検出されたとき、制御電子回路は、共振器周波数の直線的増減を止め、ＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）モードに変更する。
【００１２】
今や発振器の周波数は、システムをＭＥＭＳに短時間内にロックさせるようなＭＥＭＳ共振器周波数に適切に近くなっている。
【００１３】
この方法を用いることにより、制御電子回路の発振器をＭＥＭＳ共振器周波数に整合させるという要求が取り除かれるとともに、電子回路発振器の周波数を較正する必要性なしに、電子制御回路がＭＥＭＳに結合されることを許容する。あるいは制御電子回路の許容誤差が依然として大き過ぎるときには、整合された個々のＭＥＭＳ周波数よりは典型的な値（generic value）にウェハ状態のまま(wafer  level)で発振器が調節されることを許容する。
【００１４】
回路が、デモジュレーション後のｄｃレベルを検出し、ある閾値を探すことを理解されるべきである。閾値に達すると、システムはＰＬＬモードにラッチする。ＰＬループはその後システムを最終的な正しい共振周波数に引き込む。ピーク検出器が閾値検出器の代わりに使用されても良いが、上述した実施例に特別に必要なわけではない。さらに、共振周波数に達したことによるピックオフ信号を検出した場所は、種々の場所で実行され得る（すなわち、デモジュレーション前）。
【００１５】
上述された実施例はリング形式のＭＥＭＳセンサに言及しているが、本発明はセンサの如何なる適当な形式にも適用されることが理解されるべきである。例えば、本発明はＰＬＬ形式のループを用いて共振周波数にロックする要求のあるいかなる形式のセンサにも適用され得る。
【００１６】
図１に表された図は開示を容易にするために簡略化されたものであることが理解されるべきであるが、コンパレータは閾値検出器となっている。検出されたレベルはチャンネル適用およびｄｃレベルへのデモジュレーション後のものである。
【符号の説明】
【００１７】
１  ＭＥＭＳセンサ
２  ドライバ
３  制御電子回路
４  閾値検出器
【図１】
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【国際調査報告】
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