(57)【要約】【課題】ジャイロのレート入力からノイズ及び／又は第二高調波を効率的且つ効果的に除去する。【解決手段】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープにおいて駆動ノイズを低減するシステム及び方法が開示される。一例としてのシステムは、モータ・ドライバ、２つのプルーフ・マス、２つの基板電極、２つのモータ駆動キャパシタ及び２つの固定キャパシタを含む。モータ・ドライバはモータ駆動キャパシタを介してプルーフ・マスを駆動する。固定キャパシタは、モータ・ドライバからの駆動信号に基づいて信号を出力する。差動増幅器は、プルーフ・マスから検知信号を受信し、固定キャパシタからノイズ信号を受信して、レート検知信号からノイズ信号を差し引くことにより、駆動ノイズが低減された検知信号を生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数のプルーフ・マス及び１つ又は複数の基板電極を有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープにおいて駆動ノイズを低減する方法であって、
少なくとも１つのモータ駆動キャパシタ及び少なくとも１つの固定キャパシタにモータ駆動信号を送信するステップと、
前記１つ又は複数のプルーフ・マス又は前記１つ又は複数の基板電極のうちの一方から検知信号を受信し、前記少なくとも１つの固定キャパシタから信号を受信するステップと、
前記少なくとも１つの固定キャパシタからの前記信号を前記検知信号から差し引くことにより、駆動ノイズが低減されたレート信号を生成するステップと
を具備し、前記少なくとも１つの固定キャパシタは、関連するモータ駆動キャパシタとほぼ等しい値のキャパシタンスを有し、前記モータ駆動キャパシタ及び前記固定キャパシタは櫛型キャパシタである、方法。
【請求項２】
駆動ノイズを低減する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープ・システムであって、
モータ駆動信号を生成するように構成されたモータ駆動コンポーネントと、
少なくとも１つのプルーフ・マスと、
少なくとも１つの基板電極と、
生成された前記モータ駆動信号のうちの１つを受信して前記少なくとも１つのプルーフ・マスを駆動するように構成された少なくとも１つのモータ駆動キャパシタと、
生成された前記駆動信号を受信して信号を出力するように構成された少なくとも１つの固定キャパシタと、
前記１つ又は複数のプルーフ・マス又は前記１つ又は複数の基板電極のうち一方から検知信号を受信し、前記少なくとも１つの固定キャパシタからの前記信号を前記検知信号から差し引くことにより、駆動ノイズが低減されたレート信号を生成するように構成されたコンポーネントと
を具備するＭＥＭＳジャイロスコープ・システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの固定キャパシタは、関連するモータ駆動キャパシタとほぼ等しい値のキャパシタンスを有し、前記駆動キャパシタ及び前記固定キャパシタは櫛型キャパシタであり、前記モータ駆動キャパシタと前記固定キャパシタとは寸法及び構造が同一である請求項２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、一般に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロに関し、より具体的には、ＭＥＭＳジャイロにおける駆動ノイズの低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロにおいて、レート・チャネル（ｒａｔｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）に入り込む、モータ駆動信号の第二高調波と非線形コンポーネントにおいて混合される電気的ノイズ（以下、「ペンギン」ノイズと呼ぶ）は、最大の収率問題（ｙｉｅｌｄ  ｐｒｏｂｌｅｍｓ）の一つである。モータ駆動キャパシタは２つの駆動信号を加算する加算回路として動作し、それらを（ほとんど）完全にキャンセルさせ、ＭＩＤ電位においてＤＣレベルに重ね合わされる当該ノイズが残る。一つの解決方法は、２つの２０Ｋの抵抗器を使用してセンサの外部で同一の２つの駆動信号を加算し、その後電荷増幅器の使用されていない入力へ１ｐＦのキャパシタを介してその加算された信号を流すことである。当該使用されていない入力における信号は、その後、それを共通モード信号として取り扱うことによって、主電荷増幅器の入力における信号から差し引かれる。この調整は、２つの信号が正確に同一の大きさである場合に完全に機能する。残念ながら、外部成分は値が変動し、そもそも正しい値が知られていないので、上述の方法を行うことは困難である。よりよくキャンセルするために抵抗器の値の１つを調整することは可能であるが、ジャイロの製造コストを増加することとなるため推奨されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、ジャイロのレート入力からノイズ及び／又は第二高調波を効率的且つ効果的に除去することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、センサ・ダイ（ｓｅｎｓｏｒ  ｄｉｅ）上の他の場所にモータ駆動キャパシタのコピーを置いて「ダミーのプルーフ・マス（ｄｕｍｍｙ  ｐｒｏｏｆ  ｍａｓｓ）」を生成することにより、音叉（ｔｕｎｉｎｇ  ｆｏｒｋ）ジャイロにおける「ペンギン」ノイズの問題を解決する。キャパシタのコピーは可動ではないが、真のプルーフ・マスと電気的に等価である。その結果、「ダミーのプルーフ・マス」の固定キャパシタが主モータ駆動キャパシタと同一の駆動信号を使用して作動され、「ダミーのプルーフ・マス」の出力が電荷増幅器の使用されていない入力へ流される場合、主プルーフ・マス上のノイズ信号の完全に近い複製が生成される。「ダミーのプルーフ・マス」の固定キャパシタは、真のプルーフ・マスのモータ駆動キャパシタと同じ寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有する。
【０００５】
本発明を使用すれば、「ペンギン」ノイズのキャンセル機能を行うためにセンサ（ジャイロ・ボード）の外部の構成要素を使用する必要はない。これにより、ボード領域を節約し、ジャイロのコストを低減することができる。また、出力において固有のノイズを有するドライバ・コンポーネントを、そのような固有のノイズを除去するためにデバイスを選抜（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）することなく使用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の好ましい代替的な実施形態は添付の図面を参照して以下において説明される。
図２は、本発明の一実施形態に従って形成される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロ・システム２０の一例を示す。システム２０は、２つのプルーフ・マス２４、２６を含む音叉（ｔｕｎｉｎｇ  ｆｏｒｋ）ジャイロを含む。プルーフ・マス２４、２６の各々はモータ駆動側（ｍｏｔｏｒ  ｄｒｉｖｅ  ｓｉｄｅ）とモータ検知側（ｍｏｔｏｒ  ｓｅｎｓｅ  ｓｉｄｅ）とを有する。モータ駆動側にはモータ駆動キャパシタ４０、４２がそれぞれ形成される。モータ駆動キャパシタ４０、４２は、モータ駆動コンポーネント３２、３４からの信号をそれぞれ受信する駆動増幅器５６、５８の出力に対して、直接的に又は結合キャパシタ（図示せず）を介して接続される。モータ駆動コンポーネント３２、３４はプロセッサ６０に接続される。プロセッサ６０は、モータ駆動キャパシタ４０、４２を使用してプルーフ・マス２４、２６を共振させるための信号を適切に出力するよう、モータ駆動コンポーネント３２、３４に指示するためのモータ駆動信号を生成する。プロセッサ６０は、キャパシタ４８、５０を介してプルーフ・マス２４、２６のモータ検知側から受信されるモータ検知信号の組み合わせ（増幅器５４）に基づいて駆動信号を生成する。
【０００７】
モータ駆動コンポーネント３２及び３４の各々は、方形波生成器２８から方形波信号を受信する。第２のモータ駆動コンポーネント３４が生成器２８からの信号を受信する前に、当該信号はインバータ３０により反転されて、ジャイロに対する補完的なモータ駆動と呼ばれるものを生成する。これにより、プルーフ・マス２４、２６の横方向（Ｘ軸）の動作は等しく共振したり、互いに反対に（位相が一致せずに）共振する。駆動増幅器５６及び５８とそれぞれのモータ駆動キャパシタ４０及び４２との間には、固定キャパシタ６８及び７０の第１端部が接続される。固定キャパシタ６８及び７０の値は、対応するキャパシタ４０、４２に対してキャパシタンスが等しくなることが好ましい。
【０００８】
システム２０はまた、システム２０の基板上（又はプルーフ・マス２４、２６のそれぞれの下）に位置するレート検知電極８０、８２を含む。レート検知電極８０、８２は所定の電圧にバイアスされる。プルーフ・マス２４及び２６は、レート検知電極８０、８２とともにキャパシタを形成するべく導電性を有する（ドープされている）。プルーフ・マス２４、２６は、差動増幅器又は減算器７４に電気的に接続されており、差動増幅器又は減算器７４は、また、差動増幅器の前に２つの電荷増幅器を具備してもよい。減算器７４はまた、固定キャパシタ６８、７０に接続される。減算器７４は、プルーフ・マス２４、２６からの結合された信号から固定キャパシタ６８、７０の結合された信号を差し引く。固定キャパシタ６８、７０はそれぞれのモータ・キャパシタ４０、４２とキャパシタンスにおいて匹敵するので，同様のノイズ信号を生成する。したがって、モータ駆動キャパシタ４０、４２が経験するノイズ信号は検知信号（プルーフ・マス２４、２６により出力される信号）へと結合し、減算器７４は当該ノイズ信号を生成された検知信号から取り除く。
【０００９】
図３は、一例のシステム２０ａの例示的な平面図を示す。システム２０ａは固定キャパシタ６８ａ及び７０ａを含み、これらは本実施形態においては、モータ駆動キャパシタ４０ａ、４２ａと同じ寸法且つ同じ歯数で形成された櫛型キャパシタ（ｃｏｍｂ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）である。固定キャパシタ６８ａ、７０ａは、製造プロセスにおいてモータ駆動キャパシタ及びモータ検知キャパシタ４０ａ、４２ａ、４８ａ、５０ａと同時に形成されるのが好ましい。固定キャパシタ６８ａ、７０ａは、モータ駆動キャパシタ４０ａ、４２ａの固定された櫛と同じチップ／基板上に形成される。固定キャパシタ６８ａ、７０ａをモータ駆動キャパシタ４０ａ、４２ａを構成するのと同時に構成することにより、固定キャパシタ６８ａ、７０ａはモータ駆動キャパシタ４０ａ、４２ａと同一になる。
【００１０】
上記の詳細な説明において、本発明の好ましい実施形態が説明され記述されたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく多数の変更を行うことが可能である。したがって、本発明の範囲は好ましい実施形態の開示内容により限定されるものではない。そうではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲を参照することにより決定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術により形成される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロの一例の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態により形成される例示的なシステムの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態により形成されるＭＥＭＳジャイロの部分的な概略図である。
【図１】
2008281555.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2008281555000001.pdf