(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸において移動可能なビームを有するＭＥＭＳデバイスと共に用いられる信号伝送システムであって、前記システムは、
第１の軸に沿った前記ビームの動きに応答するように配置された第１の軸の可変コンデンサであって、前記第１の軸の可変コンデンサは、第１のチャンネルの駆動周波数を有する周期的な第１の軸の駆動信号によって駆動される、第１の軸の可変コンデンサと、
第２の軸に沿った前記ビームの動きに応答するように配置された第２の軸の可変コンデンサであって、前記第２の軸の可変コンデンサは、第２のチャンネルの駆動周波数を有する周期的な第２の軸の駆動信号によって駆動される、第２の軸の可変コンデンサと、
前記第１の軸の可変コンデンサと前記第２の軸の可変コンデンサとに電気的に結合された増幅器入力を有する増幅器であって、前記第１の軸の可変コンデンサからの第１の軸の動き信号、および、前記第２の軸の可変コンデンサからの第２の軸の動き信号をそれぞれ増幅する増幅器と、
前記増幅器からの複数のチャンネルの増幅された入力信号を受信するために前記増幅器に動作可能に結合された複数の復調器であって、
前記複数の復調器は、
前記第１の軸の駆動信号に結合された第１のチャンネルの復調器であって、増幅された前記動き信号を復調することにより、第２の軸の雑音を含む第１の軸の出力信号を生成するように動作可能である第１のチャンネルの復調器と、
前記第２の軸の駆動信号に結合された第２のチャンネルの復調器であって、増幅された前記動き信号を復調することにより、第１の軸の雑音を含む第２の軸の出力信号を生成するように動作可能である第２のチャンネルの復調器と
を含む、複数の復調器と、
前記複数の復調器に結合された複数のフィルターであって、前記複数のフィスターは、それぞれのチャンネル上の雑音を緩和する、複数のフィルターと
を備える、信号伝送システム。
【請求項２】
前記雑音は、クロック周波数雑音を有する、請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項３】
前記雑音は、高周波雑音を有し、前記フィルターは、前記高周波雑音を緩和するために、各チャンネルに対するカットオフ周波数を有するように構成されたローパスフィルターを備え、各チャンネルに対するカットオフ周波数は、他のチャンネルに対して前記復調器によって生成される前記雑音の周波数よりも小さい、請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項４】
前記入力信号は、直角位相であるクロックを有する、請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項５】
前記入力信号は、実質的に同一の周波数を有するクロックを有する、請求項４に記載の信号伝送システム。
【請求項６】
前記入力信号は、コインシデントエッジと２の倍数または０．５の倍数に関する周波数とを有するクロックを有する請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項７】
各復調器は、他の復調器によって復調された信号とは異なるチャンネルの信号を復調する、請求項１に記載の信号伝送システム。
【請求項８】
信号を処理する方法であって、前記方法は、
複数の入力信号を増幅することにより、複数の増幅された入力信号を生成することであって、前記複数の入力信号は、
周期的な第１のチャンネルの駆動信号によって駆動される第１のチャンネルの可変コンデンサによって検出される第１のチャンネルの入力信号と、
周期的な第２のチャンネルの駆動信号によって駆動される第２のチャンネルの可変コンデンサによって検出される第２のチャンネルの入力信号と
を含む、ことと、
前記複数の増幅された入力信号を復調することにより、各チャンネルに対して少なくとも１つの復調された信号を生成することであって、復調することは、各復調された信号が少なくとも１つの他のチャンネルに関連する雑音を有することを生じさせ、前記複数の増幅された入力信号を復調することは、
前記第１のチャンネルの増幅された入力信号を、前記第１のチャンネルの駆動信号によって制御される第１のチャンネルの復調器に提供することと、
前記第２のチャンネルの増幅された入力信号を、前記第２のチャンネルの駆動信号によって制御される第２のチャンネルの復調器に同時に提供することと
を含む、ことと、
各復調された信号をフィルタリングし前記雑音を緩和することにより、複数のチャンネルの各々に対してベースバンド信号を生成することと、
少なくとも１つの出力ノードからの各ベースバンド信号をフォワードすることと
を含む、方法。
【請求項９】
前記入力信号における各チャンネルは、関連付けられたクロックを有し、前記クロックの全ては、コインシデントエッジと２の倍数または０．５の倍数に関連する周波数とを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記雑音は、高周波雑音を有し、フィルタリングすることは、前記高周波雑音を緩和するために、各チャンネルに対するカットオフ周波数を用いてローパスフィルタリングすることを含み、各チャンネルに対するカットオフ周波数は、他のチャンネルに対して前記復調器によって生成される前記雑音の周波数よりも小さい、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記入力信号における各チャンネルは、関連付けられたクロックを有し、前記入力クロックは、直角位相である、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ＭＥＭＳデバイスから前記入力信号を受信することをさらに含み、前記複数の異なるチャンネルは、デカルト座標系において少なくとも２つの直交する軸に関連する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
増幅すること、復調すること、フィルタリングすることは、サンプリングすることなく継続的に実行される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権
本出願は、参照によりその開示の全体が本明細書に援用されるＨｏｗａｒｄ  Ｒ．Ｓａｍｕｅｌｓを発明者とする、「ＬＯＷ  ＮＯＩＳＥ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＣＨＡＮＮＥＬＳ（多重チャンネル用低雑音増幅器）」と題する、２０１１年１２月１６日出願の米国特許仮出願番号第６１／５７６，５２１号の優先権を主張する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその開示の全体が本明細書に援用されるＳｒｉｎｉｖａｓａｎ  Ｖｅｎｋａｔｒａｍａｎを発明者とする、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＮＯＩＳＥ  ＩＮ  Ａ  ＭＥＭＳ  ＤＥＶＩＣＥ（ＭＥＭＳデバイスにおける雑音を低減するシステムおよび方法）」と題する、２０１１年１２月１６日出願の米国特許出願番号第１３／３２８，１７７号に関連する。
【０００３】
本発明は、一般に電子信号増幅に関し、より具体的には、低雑音増幅に関する。
【背景技術】
【０００４】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、ますます多くの用途において使用されている。例えば、ＭＥＭＳは、現在のところ、自動車の安定制御システムのためのジャイロスコープ、音響システムのマイク、および自動車のエアバッグを選択的に開ける加速度計として実装されている。簡略化して言うと、そのようなＭＥＭＳデバイスは、一般に基板の上の懸架構造と、その懸架構造の動きを検出することと、検出した動きのデータ（または位置データ）を１つまたは複数の外部デバイス（例えば、外部コンピューター）に配送することとの両方の機能を行なう関連電子機器とを含む。外部デバイスは、検出したデータを処理し、測定されている特性（例えば、ピッチ角、入射音響信号、または加速度）を算出する。
【０００５】
多くの用途において、懸架で可動の質量は固定電極を備える可変コンデンサを形成し得る。例えば、加速度計の質量の動きは、実際の加速度に応じてコンデンサが生成する可変コンデンサ信号で表す。多次元加速度計において、これは２つまたは３つの別々の容量信号をデカルト座標系に沿って、各次元に対して最大１つ生成することができる。
【０００６】
最新の加速度計は、時分割多重化技術を用いてそれらのマルチプル可変コンデンサ信号をＭＥＭＳ出力に向けてフォワードする。しかしながら、時分割多重化は、エイリアシングノイズを生成し、不適切に信号対雑音比を低下させる。当業者は、この問題に対し、この多重化技術によって発生する雑音を解消するために十分な大きさの信号を生成するＭＥＭＳデバイスを使用することによって対応してきた。概してこれは大きなＭＥＭＳデバイスを必要とし、時にはより高価で、より多くのパワーを必要とし、より多くの設置面積を消費する。
【０００７】
ＭＥＭＳデバイス以外のデバイスも同様の問題を抱え得る。従って、ＭＥＭＳデバイスの議論は例示的なものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によると、増幅器システムは、複数の異なるチャンネルからの複数の入力信号を増幅させるための増幅器と、増幅器からの増幅された入力信号を受信する増幅器にそれぞれが動作可能に結合された複数の復調器とを備える。各復調器は、複数の異なるチャンネルの単一チャンネルからの単一の増幅された入力チャンネル信号を復調するよう構成される。さらに、各復調器は、信号チャンネル以外のチャンネル（すなわち、他方の複数のチャンネル）の少なくとも１つに関連する雑音を生成する。例えば、復調中に、Ｘチャンネル復調器は、Ｘチャンネル、Ｙチャンネル、およびＺチャンネルの増幅された信号を受信する。Ｘチャンネル復調器は、ベースバンドＸチャンネル信号および、ＹチャンネルおよびＺチャンネル用に受信した信号に関連する雑音を生成する。この雑音は、ベースバンドＸチャンネル信号よりもより高い周波数である。システムはまたこうして雑音を緩和するために復調器のそれぞれに結合された複数のフィルターも有する。
【０００９】
復調器の雑音は、クロック周波雑音など（すなわち、クロックに関連する周波数での雑音であり、ベースバンドでのものではない）の高周波雑音を含み得る。従って、フィルターは、高周波雑音を緩和するカットオフを有するローパスフィルターを含むことができる。さらに、入力信号は、直角位相で実質的に同じ周波数を有するクロックを有することができる。同様の方法で、入力信号は、コインシデントエッジおよび２の倍数または０．５の倍数に関する周波数を有するクロックを有することができる。
【００１０】
他のタイプでは、増幅器は、積分器を有し得る。さらに、複数の信号は慣性信号を有することができる。
【００１１】
他の実施形態によると、システムは（１）第１のチャンネルにおいて第１の信号および第２のチャンネルにおいて第２の信号を生成するＭＥＭＳデバイスと、（２）第１および第２の信号を受信し、第１および第２の出力信号を生成する増幅器とを有する。第１および第２の出力信号は、異なるチャンネルにおけるものである。
【００１２】
例示的な実施形態において、増幅器は、入力信号（および増幅器の雑音）をサンプリングしないことによって増幅器のエイリアシングノイズを避ける。継続的に一方の極性または他方の極性における信号を読み続け、継続的に復調し続けることによって、変調周波数に変換された入力信号および変調周波数（しかし、その高調波ではない）に近い増幅器の雑音のみが復調器の出力に現れる。例示的な実施形態は、例えば直角位相において２つの入力信号（それらのクロック）の復調を可能にするが、増幅器の雑音の高調波を取り込むことはない。どちらの信号もサンプリングされない。各信号は他方の信号の復調器の出力でクロック周波数雑音として現れる。ローパスフィルターは、ゼロ平均クロック周波数雑音を取り除く。
【００１３】
同様に、第３の信号は、各信号が他方の復調器の出力でゼロ平均クロック周波数信号として現れるよう追加することができる。例えば、第３の信号のクロック周波数は、初めの２つの信号の周波数の半分とすることができる。この技術は３つの信号に制限されない。全ての他の復調器の出力で各チャンネルがゼロ平均信号として現れるようにクロック信号が考案される限り、さらに信号を追加することができる。
【００１４】
他の実施形態によると、信号処理の方法は、複数の異なるチャンネルを有する入力信号を増幅し、複数の異なるチャンネルを有する増幅された入力信号を生成するように増幅器をコントロールする。次に、この方法は、増幅された入力信号を復調し、少なくとも１つの復調された信号を各チャンネルに生成する。しかし、信号の復調は、それぞれの復調された信号が、少なくとも１つの他のチャンネルに関連する雑音を有する原因となる。この方法は、次いでそれぞれの復調された信号にフィルターをかけ、雑音を減少させ、ベースバンド信号を複数のチャンネルのそれぞれについて生成する。各ベースバンド信号はそれから少なくとも１つの出力ノードからフォワードされる。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
複数の異なるチャンネルからの複数の入力信号を増幅させるための増幅器と、
前記増幅器からの前記複数のチャンネルの増幅された入力信号を受信するための前記増幅器に動作可能に結合された複数の復調器であって、各復調器は前記複数の異なるチャンネルの単一チャンネルからの単一の増幅された入力チャンネル信号を復調するよう構成され、それぞれが前記単一チャンネル以外の前記チャンネルの少なくとも１つに関連する雑音を生成する複数の復調器と、
前記復調器に結合された複数のフィルターであって、前記雑音を緩和する複数のフィルターとを備える増幅器システム。
（項目２）
前記雑音は、クロック周波数雑音を有する項目１に記載の増幅器システム。
（項目３）
前記雑音は、高周波雑音を有し、前記フィルターは、前記高周波雑音を緩和するカットオフを備えるローパスフィルターを備える項目１に記載の増幅器システム。
（項目４）
前記入力信号は、直角位相であるクロックを有する項目１に記載の増幅器システム。
（項目５）
前記入力信号は、実質的に同一の周波数を有するクロックを有する項目４に記載の増幅器システム。
（項目６）
前記入力信号は、コインシデントエッジおよび２の倍数または０．５の倍数に関する周波数を有するクロックを有する項目１に記載の増幅器システム。
（項目７）
各復調器は、他の復調器によって復調された信号以外のチャンネルの信号を復調する項目１に記載の増幅器システム。
（項目８）
前記複数の信号は、ＭＥＭＳデバイスから生成された慣性信号を含む項目１に記載の増幅器システム。
（項目９）
第１のチャンネルにおいて第１の信号、および第２のチャンネルにおいて第２の信号を生成するＭＥＭＳデバイスと、
前記第１および前記第２の信号を受信し、異なるチャンネルに第１および第２の出力信号を生成する増幅器とを備えるシステム。
（項目１０）
前記第１のチャンネルは、第１の軸に関連し、前記第２のチャンネルは第２の軸に関連する項目９に記載のシステム。
（項目１１）
前記第１および前記第２の信号は直角位相のクロックを有する項目９に記載のシステム。
（項目１２）
前記第１および前記第２の信号の前記クロックは異なる周波数を有する項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
前記第１および前記第２の信号の前記クロックは同一の周波数を有する項目１１に記載のシステム。
（項目１４）
前記増幅器は、複数の異なるチャンネルを有し、さらに前記システムは前記増幅器の異なるチャンネルをそれぞれフィルタリングする複数のフィルターを備える項目９に記載のシステム。
（項目１５）
複数の異なるチャンネルを有する入力信号を増幅し、前記複数の異なるチャンネルを有する増幅された入力信号を生成するステップと、
前記増幅された入力信号を復調し、少なくとも１つの復調された信号を各チャンネルに生成し、それぞれの復調された信号が少なくとも１つの他のチャンネルと関連する雑音を有するように復調するステップと、
それぞれの復調された信号をフィルタリングし、前記雑音を緩和してベースバンド信号を前記複数のチャンネルのそれぞれに生成するステップと、
を備える増幅器をコントロールするステップと、
少なくとも１つの出力ノードからの各ベースバンド信号をフォワードするステップとを備える信号を処理する方法
（項目１６）
前記入力信号において各チャンネルは関連するクロックを有し、各チャンネルの前記クロックの全ては、コインシデントエッジおよび２の倍数または０．５の倍数に関連する周波数を有する項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記雑音は、高周波雑音を有し、フィルタリングするステップは、カットオフを用い前記高周波雑音を緩和するローパスフィルタリングステップを有する項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記入力信号において各チャンネルは、関連するクロックを有し、前記入力クロックは直角位相である項目１５に記載の方法。
（項目１９）
さらに、ＭＥＭＳデバイスから前記入力信号を受信するステップを有し、前記複数の異なるチャンネルはデカルト座標系において少なくとも２つの直交する軸に関連する項目１５に記載の方法。
（項目２０）
前記増幅器は、前記入力信号を増幅させるための増幅器と、前記増幅された入力信号を復調するための複数の復調器と、前記復調された信号をフィルタリングするための複数のフィルターとを備え、各チャンネルは少なくとも１つの復調器および少なくとも１つのフィルターをその独占的な使用のために有する項目１５に記載の方法。
（項目２１）
増幅するステップと、復調するステップと、フィルタリングするステップは、サンプリングすることなく継続的に実行される項目１５に記載の方法。
【００１５】
当業者は、直下に要約された、図面を参照して以下で説明する「発明を実施するための形態」から本発明の様々な実施形態の利点をさらに詳細に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の例示的な実施形態を実装し得るＭＥＭＳデバイス１０を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示される加速度計チップを概略的に示す平面図である。
【図３】３軸に沿った加速度を検出し、それらの軸のそれぞれに沿った加速度を表す３つの信号を生成するシステムを概略的に示す回路図である。
【図４】図３のシステムにおいて使用するクロック信号を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
不適切にエイリアシングノイズを引き起こすサンプリングプロセスを用いるよりも、例示的な実施形態は、実質的に継続的に、歪みまたは雑音を最小限にする方法でデータの多重チャンネルを処理する。そのために、そのような実施形態は、連携して同時にデータのそれらの多重チャンネルを処理する増幅器およびフィルターを用いる。例示的な実施形態の詳細は以下に述べる。
【００１８】
図１は、本発明の例示的な実施形態を実装し得るＭＥＭＳデバイス１０を概略的に示す断面図である。様々な実施形態はＭＥＭＳデバイスまたは加速度計に関して説明されるが、当業者は、そのような実施形態が、データの多重チャンネルを生成するその他のデバイスにも適用することを理解されよう。従って、ＭＥＭＳデバイスおよび加速度計の説明は、様々な実施形態を明らかにするものであり、本発明の全ての実施形態を限定することを意図していない。
【００１９】
特に、図１のＭＥＭＳデバイス１０は加速度計システムを実装し、これは、当業者にとって知られているように、加速度を検出する。例えば、加速度計は、自動車安全制御システムにおいて広く使用され、急速な負の加速度を引き起こす衝突の場合にはエアバッグを開く。具体的には、急速な負の加速度を示す加速度計信号を受信すると、潜在する安全システムは、実質的に直ちにそのエアバッグを開き、自動車の乗員を保護する。
【００２０】
そのために、加速度計は、加速度に応じて動く微細構造を有する加速度計チップ１２を備える（図２を参照し、さらに詳細に説明される）。その動作をコントロールするために、この加速度計チップ１２は、微細構造を備えるオンチップ、またはオフチップに電子回路を有する。例として、図１は、電気的に加速度計チップ１２に通信する別の特定用途向け集積回路チップ（本明細書で「ＡＳＩＣ１４」と称する）におけるこの回路を示す。
【００２１】
従来の半導体パッケージ１６は、実質的に外部環境から分離された内部チャンバ１８内に加速度計チップ１２およびＡＳＩＣ１４を収納する。図１に示す実施形態は、従来のワイヤボンド２２を介して加速度計チップ１２およびＡＳＩＣ１４に電気的に通信する内部電子相互接続を備えるベース２０を有する。ベース２０の底面のパッド（図示せず）は、加速度計チップ１２およびＡＳＩＣ１４を下層のプリント回路基板などの外部システムコンポーネントに電気的に通信させる。
【００２２】
任意の多数の異なるパッケージ技術で十分であろう。例えば、特に、パッケージ１６は、カバー／蓋を備えるセラミックキャビティパッケージと、カバーを有する基板パッケージまたはプレ成形もしくはポスト成形リードフレームパッケージを組み込み得る。
【００２３】
ベース２０に固定された蓋２４は、加速度計チップ１２およびＡＳＩＣ１４を保護し収容する内部チャンバ１８を形成する。他の方法では、蓋２４は、熱したガラスフリットまたは他の従来の接続プロセスを用いてベース２０に固定することができる。いくつかの実施形態は、接地電位を蓋２４に印加し、加速度計チップ１２との干渉を阻止する。加速度計の動作をさらに保護し、向上させるために、内部チャンバ１８は、真空下であってもよく、および／または加速度計微細構造にスクイーズフィルムダンプニングを提供する内部ガスを有することができる。
【００２４】
図２は、図１に示す加速度計チップ１２を概略的に示す平面図である。簡略化して述べれば、当業者によって知られているように、加速度計は基板２８上に複数のばね３０によって懸架された可動質量２６を有する。基板２８は、パッケージ１６のベース２０のように、表面にしっかりと固定されるが、質量２６は基板２８および下層面に対して動くことができる。従って、実質的に一定の速度で動いている加速度計が突然停止した場合、可動質量２６は、同方向に進み続ける。当業者にとって知られているように、この質量の動きはその加速度に関連する。ＡＳＩＣ１４または他の回路は電気的にこの動きを検出し、それを加速度量を示すデータ信号に変換する。
【００２５】
図２に示す加速度計は、４つのばね３０によって、その角のそれぞれで懸架された単一質量２６を有する。代替実施形態は、複数の質量を有し得る。例示的な実施形態は、最適な質量コントロールのためにばね３０を蛇状に形成する。この加速度計は３つの直交軸、すなわちＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿った加速度を検出することが可能である。そのために、質量２６は、そのそれぞれの側面から延びる複数のフィンガー３２Ａを有する。これらのフィンガー３２Ａのそれぞれは、基板２８に固定された１対の固定フィンガー３２Ｂと共に、差動、可変コンデンサ（一般に、参照番号「３４」で示される）を形成する。最初にＸ軸およびＹ軸に沿った加速度を「拾い上げる」のは、これらの可変コンデンサ３４である。換言すれば、各質量フィンガー３２Ａは、可変コンデンサ３４の第１のプレートを形成する一方、質量フィンガー３２Ｂは、同一の可変コンデンサ３４内に固定プレートを形成する。１次元の加速度を測定する可変コンデンサ３４の全ては、こうして効果的に単一可変コンデンサ３４を形成する。この方法で構成されたフィンガー３２Ａおよび３２Ｂは、しばしば「相互嵌合」と称される。
【００２６】
また基板２８は、質量２６の直下に単一固定電極を有し、Ｚ軸（すなわち、ＸおよびＹ軸に直交、または換言すると、可動質量２６の表面に直交）に沿った加速度を測定する第３の可変コンデンサ３４Ｚ（質量２６と共に）を形成する。この第３の可変コンデンサ３４Ｚを、図２の断面図において概略的に示す。これらの３つのコンデンサ３４および３４Ｚの出力信号は３つの異なるチャンネルとみなされる。
【００２７】
３次元における加速度を検出するので、ＭＥＭＳシステム１０は当技術分野において３軸加速度計として知られている。しかしながら、様々の実施形態は、２次元加速度計などの、３次元より少ない加速度を検出する加速度計にも適用される。
【００２８】
動作中、ＡＳＩＣ１４上の回路は、コンデンサ３４に電圧印加する。例えば、コンデンサ３４のプレートは、停止時にネット電圧がゼロであり得る。質量２６の動きはこうして電圧を変化させ、加速度を示す信号（例えば、非ゼロ電圧）を生成する。全ての３つのコンデンサ３４からの信号を単一ラインに送信するために、本発明者が知っている先行技術設計は、時分割多重化信号（「ＴＤＭ信号」）をこれらのコンデンサ３４のそれぞれに適用し、それらが加速を待ち受け、検出するようにする。ＴＤＭ信号を使用する際の１つの問題は、上記で提示したように、それらは効果的に信号をサンプリングし、送信ラインにおいてエイリアシングノイズを生成することである。不適切にも、このエイリアシングノイズは、信号対雑音比を低下させる。従って、この雑音ペナルティを解消するために、より大きいＭＥＭＳデバイスが必要とされる。しかし、より大きいＭＥＭＳデバイスは、より費用がかかり、時には望ましくない。
【００２９】
この問題を解消するために、本発明者は、実質的に一定の作動信号の可変コンデンサ３４への適用、および実質的に継続的な処理（以下で説明する復調器による）がこの雑音を低減し、より小さな加速度計の使用を可能にするということを見出した。
【００３０】
そのために、図３は、３軸に沿った加速度を検出し、それらの軸のそれぞれに沿った加速度を表す３つの信号を生成するシステムの回路図を概略的に示す。従って、システムはＸ軸に沿った加速度を表すＸ加速度信号、Ｙ軸に沿った加速度を表すＹ加速度信号、およびＺ軸に沿った加速度を表すＺ加速度信号を生成する。この図の回路はＡＳＩＣ１４、加速度計１０として同一のチップ上、またはチップ１２および１４の両方にわたって実装することができる。本明細書で述べるように、加速度計のこの特定の例の説明は、例示的なものであり、ジャイロスコープ、異なるタイプの加速度計、またはその他のデバイスなどの他のデバイスに適用することができる。
【００３１】
このシステムは、それらの加速度信号を検出し、３つのチャンネルのそれぞれに出力信号を生成する上記の３つの可変コンデンサ３４Ｘ、３４Ｙ、および３４Ｚを備えるＭＥＭＳ加速度計１２を有する。増幅器５２は、コンピュータまたはマイクロプロセッサなどの他のデバイスによる究極的な使用のためにデータのそれらの３つのチャンネルを受信し処理する。従って、増幅器５２は、加速度計１０の可動質量２６に結合された入力を備える増幅器５４と、信号を復調し、各チャンネルのベースバンド信号に変換する復調器グループ５６とを有する。
【００３２】
より詳細には、増幅器５４は演算増幅器（「ｏｐ−ａｍｐ」）を備えることが好ましい。そのために、図３は、増幅器５４などの一実装の種々のコンデンサ、コンデンサ値、およびスイッチを概略的に示す。言うまでもなく、この増幅器配置のこの特定の値および構成は、多くの潜在的な配置のほんの１つであり、基本的に一実施形態の一例として示す。いくつかの実施形態において、増幅器５４は、ロックインアンプを有する。しかし、種々の他の実施形態において、増幅器５４は、他の種類の増幅器である。
【００３３】
可動質量２６は、ｏｐ−ａｍｐの負の入力「Ｉｎ」に接続されるが、「Ｖｍｉｄ」はコモンモードリファレンスである。従って、ｏｐ−ａｍｐは実質的に継続的に、ｏｐ−ａｍｐの負の入力Ｉｎである同一の入力を介してＸ、Ｙ、およびＺチャンネルの信号を受信する。効果的にこれらの信号を識別するために、３つのチャンネルは、図４に示されるタイミング／クロック信号によってそれらのそれぞれの信号を生成する。以下で復調器グループ５６に関して説明するように、実際に、それらのタイミング信号はシステム全体で使用される。
【００３４】
例示的な実施形態において、タイミング信号は同一の周波数を有し、互いに直角位相（すなわち、信号は互いに９０度位相がずれている）である。図４は、そのような信号を示し、ここで信号ＸＰ１およびＹＰ１は互いに直角位相であり、信号ＺＰ１はＸおよびＹチャンネルの周波数の２倍である。他のまたは関連する実施形態において、タイミング信号は、単にコインシデントエッジを有するが、これもまた図４に示す。さらに、同一の周波数とするよりも、タイミング信号は、１つまたは複数の他のタイミング信号の周波数の２倍の倍数とすることができる。
【００３５】
具体的に、信号の周波数は以下の数式に従うことができる。
【数１】
0005827419.tif 000002
【００３６】
ここでＮは、正または負の整数であり、Ａは複数のタイミング信号の１つの周波数である。
【００３７】
例えば、ＸチャンネルはＦの周波数を有することができ、ＹチャンネルはＦ＊２の周波数を有することができ、Ｚチャンネルは、Ｆ＊４の周波数を有することができる。他の例として、ＸチャンネルはＦの周波数を有することができ、ＹチャンネルはＦ／２の周波数を有することができ、Ｚチャンネルは、Ｆ／４の周波数を有することができる。
【００３８】
「ｏｐ」および「ｏｎ」のような差動出力として設定されたｏｐ−ａｍｐの出力は、復調器グループ５６の入力（複数可）に結合されるが、これもまた差動入力（複数可）「ｏｐ」「ｏｎ」として設定される。他の実施形態において、入力および出力はシングルエンド入力および出力でもよい。
【００３９】
復調器グループ５６は、サンプリングなしで、並列の３つのチャンネルを復調する全波復調器のグループを備えることが好ましい。そのために、復調器グループ５６は３つの主要な復調器を有するが、これらはＸチャンネル復調器５６Ｘ、Ｙチャンネル復調器５６Ｙ、およびＺチャンネル復調器５６Ｚである。各復調器５６は、（１）データの全ての３つのチャンネルを含むｏｐ−ａｍｐの出力を受信するため（２）その設定されたチャンネルを復調するための切り替え配置を備える。従って、各復調器は、図４に示すように、その特定のチャンネルのタイミングチャンネルによって、その対応するチャンネルを適切に復調する。
【００４０】
各復調器５６は、こうして、その各信号を下流のコンポーネントにフォワードする対応する出力を有する。図３は、それらの出力を差動出力ＸｏｐとＸｏｎ、ＹｏｐとＹｏｎ、およびＺｏｐとＺｏｎとして設定する。しかし、不適切にも、復調器グループ５６は、その出力のそれぞれに一定量の雑音を生じさせる。具体的に、いくつかの実施形態において、復調プロセスは各チャンネルの信号が他方の信号の復調器の出力でクロック周波数雑音として現れるようにしてしまう。例えば、復調中に、Ｘチャンネル復調器５６はＸチャンネル、Ｙチャンネル、およびＺチャンネルの増幅された信号を受信する。Ｘチャンネル復調器５６は、ベースバンドＸチャンネル信号を生成することが望ましいが、不適切にも、それはＹチャンネルおよびＺチャンネルの受信された信号に関連する雑音も生成する。この雑音はベースバンドＸチャンネル信号よりも高い周波数を有する。
【００４１】
従って、システムはその雑音を緩和するために複数のフィルター５８も有し、ゼロ平均クロック周波数雑音を取り除いて、より高い信号対雑音比を有する信号を生成する。これらのフィルター５８は、増幅器５２の一部としてみなされても、またはみなされなくてもよい。
【００４２】
より具体的には、復調器グループ５６は、低周波数が望まれる出力信号よりも高い雑音を生成する。フィルター５８は、それぞれが実質的に高周波信号を緩和するローパスフィルターであるので、その結果、最初に３つのデータチャンネルの信号を通過させる。換言すれば、各フィルター５８は、他のチャンネルの高周波雑音を緩和するために選択されるカットオフを有する。図３は、出力Ｘを備えるＸチャンネルフィルター、出力Ｙを備えるＹチャンネルフィルター、および出力Ｚを備えるＺチャンネルフィルターとして各フィルターを概略的に示す。
【００４３】
上記の説明は、本発明の種々の例示的な実施形態を開示するが、当業者は本発明の真の範囲から逸脱することなく本発明の利点のいくつかを実現する種々の変更を行うことが可能である。例えば、述べたように、種々の実施形態は、３つのチャンネルに限定されない。いくつかの実施形態は、ＭＥＭＳ加速度計に関連する、または関連しない用途において、データの２つのチャンネル、またはデータの３つ以上のチャンネルに適用される。さらに、ＭＥＭＳデバイス、または加速度計の説明は種々の実施形態を限定することを意図しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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