(57)【要約】【課題】本発明は、ジャイロセンサーオフセット自動補正回路、ジャイロセンサーシステム及びジャイロセンサーオフセット自動補正方法に関する。【解決手段】本発明の一実施例によると、各センサー電極の出力信号を受けて増幅し、可変抵抗調節によって各出力信号に含まれた駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部を除去する信号利得調節部と、信号利得調節部の出力信号を検出し、信号利得調節部の出力信号が予め設定された範囲内に維持するように可変抵抗を調節する振幅検出部と、を含んでなるジャイロセンサーオフセット自動補正回路が提案される。また、それを含むジャイロセンサーシステム及びジャイロセンサーオフセット自動補正方法が提案される。【選択図】図１
2013113851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各センサー電極の出力信号を受けて、前記出力信号の各々を増幅して、可変抵抗の調節によって前記出力信号の各々に含まれた駆動信号成分に応じたオフセットの少なくとも一部を除去して信号を出力する信号利得調節部と、
前記信号利得調節部から出力された信号を検出し、前記信号利得調節部から出力された信号が予め設定された範囲内に維持されるように前記可変抵抗を調節する振幅検出部と
を含んでなるジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項２】
前記信号利得調節部は、
前記各センサー電極の出力信号を受けて、前記可変抵抗の調節によって、調整された利得を有するように前記出力信号の各々を増幅して出力する利得調整部と、
前記利得調整部の出力を受信して、前記駆動信号成分に応じたオフセットの少なくとも一部が除去されるように差動増幅を行う差動増幅部と、を含む、請求項１に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項３】
前記利得調整部は、それぞれ前記各センサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器を含み、
前記第１及び第２の利得増幅器は、非反転端子に連結された前記可変抵抗によって前記各センサー電極の出力信号に対する非反転増幅を行う、請求項２に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項４】
前記利得調整部は、それぞれ前記各センサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器を含み、
前記第１及び第２の利得増幅器は、前記各センサー電極の出力信号に対する非反転増幅を行い、前記第１及び第２の利得増幅器のうち何れか一つの非反転端子に前記可変抵抗が連結される、請求項２に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項５】
前記可変抵抗は、デジタルトリミングが可能なスィッチを用いる可変抵抗である、請求項１から４の何れか１項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項６】
前記振幅検出部は、前記信号利得調節部の出力信号が予め設定された第１レベル以上または予め設定された第２レベル以下である場合、前記予め設定された範囲内で前記信号利得調節部から出力された信号が維持されるように前記可変抵抗を調節するための信号を発生させる、請求項１から５の何れか１項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項７】
前記振幅検出部は、
前記信号利得調節部の出力信号と前記第１レベル又は第２レベルとを比較して比較結果を出力する比較器と、
前記比較器の出力によって前記可変抵抗を調節するための信号を発生させる可変抵抗調節部と、を含む、請求項６に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項８】
前記各センサー電極は、圧電方式又は静電容量式の振動型ジャイロセンサーの電極である、請求項１から７の何れか１項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項９】
前記信号利得調節部は、駆動信号成分を除去してジャイロ信号成分を分離するアナログ信号処理部に信号を伝送する、請求項１〜８の何れか一項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路。
【請求項１０】
駆動信号の入力を受けて対象物の運動に応じたセンサー信号を複数のセンサー電極を介して出力するジャイロセンサーと、
前記複数のセンサー電極の各々の出力信号を受けて増幅して、予め設定された範囲内で出力する請求項１〜７の何れか一項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正回路と、
前記オフセット自動補正回路の信号利得調節部の出力信号を受けて、駆動信号成分を除去してジャイロ信号成分を分離するアナログ信号処理部と、
前記アナログ信号処理部で分離されたジャイロ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と
を含むジャイロセンサーシステム。
【請求項１１】
前記アナログ信号処理部と前記アナログ−デジタル変換部との間に、前記アナログ信号処理部で分離されたジャイロ信号成分を増幅する増幅部をさらに含む、請求項１０に記載のジャイロセンサーシステム。
【請求項１２】
前記アナログ信号処理部は、
前記オフセット自動補正回路の信号利得調節部の出力信号を受けて前記駆動信号成分と前記ジャイロ信号成分とを分離するデモジュレータと、
前記デモジュレータで分離された駆動信号成分を除去するローパスフィルターと、を含む、請求項１０に記載のジャイロセンサーシステム。
【請求項１３】
前記アナログ信号処理部でジャイロ信号を分離するための復調信号を前記アナログ信号処理部に印加する復調信号印加部をさらに含む、請求項１０に記載のジャイロセンサーシステム。
【請求項１４】
各センサー電極の出力信号を受けて、前記出力信号の各々を増幅して、前可変抵抗の調節によって記出力信号の各々に含まれた駆動信号成分に応じたオフセットの少なくとも一部が除去されるように信号利得を調節する段階と、
前記信号利得を調節する段階で増幅された信号を検出し、検出された信号が予め設定された範囲内に維持するように前記可変抵抗を調節する段階と
を含んでなるジャイロセンサーオフセット自動補正方法。
【請求項１５】
前記信号利得を調節する段階は、
前記各センサー電極の出力信号を受けて、前記可変抵抗の調節によって調整された利得を有するように利得増幅を行う段階と、
前記利得増幅を行う段階で増幅された信号の入力を受けて前記駆動信号成分に応じたオフセットの少なくとも一部が除去されるように差動増幅を行う段階と、を含む、請求項１４に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正方法。
【請求項１６】
前記利得増幅を行う段階では、それぞれ前記各センサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器により、非反転端子に連結された前記可変抵抗によって前記各センサー電極の出力信号に対する非反転増幅が行われる、請求項１５に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正方法。
【請求項１７】
前記利得増幅を行う段階では、それぞれ前記各センサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器によって前記各センサー電極の出力信号に対する非反転増幅が行われ、前記第１及び第２の利得増幅器のうち何れか一つの非反転端子に前記可変抵抗が連結された、請求項１５に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正方法。
【請求項１８】
前記可変抵抗を調節する段階では、比較器で前記信号利得を調節する段階からの出力信号が、予め設定された第１レベル以上であるか、予め設定された第２レベル以下であるかを判断し、判断された結果に応じて前記予め設定された範囲内で前記信号利得を調節する段階において出力された信号が維持されるように前記可変抵抗を調節するための信号を発生させる、請求項１４から１７の何れか１項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正方法。
【請求項１９】
前記信号利得を調節する段階で増幅された信号から、駆動信号成分を除去してジャイロ信号成分を分離する段階をさらに含む、請求項１４〜１８の何れか一項に記載のジャイロセンサーオフセット自動補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロセンサーオフセット自動補正回路、ジャイロセンサーシステム及びジャイロセンサーオフセット自動補正方法に関する。具体的には、センサー出力信号の利得を調節して駆動信号成分によるオフセットを最小化するジャイロセンサーオフセット自動補正回路、ジャイロセンサーシステム及びジャイロセンサーオフセット自動補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロセンサーは、角速度を検出するセンサーであって、航空機及びロケット、ロボットなどの姿勢制御及びカメラ、双眼鏡などの手ぶれ補正、自動車の滑り及び回転防止システム、ナビゲーションなどに広く使用されており、最近、スマートフォンにも装着されて活用度が非常に大きい。
【０００３】
ジャイロセンサーには様々なタイプがあるが、回転型、振動型、流体式、光学式などがあり、モバイル製品としては、振動型が現在広く使用されている。振動型センサーは、圧電方式と静電容量方式の二つに大別される。現在使用されている振動型センサーとしては、コム（Ｃｏｍｂ）構造を有する静電容量方式が大部分を占め、圧電方式も一部活用されている。振動型ジャイロセンサーは、一般的に、コリオリの力によって角速度の大きさを検知する。
【０００４】
ジャイロセンサーの出力信号において駆動信号成分は同相信号であり、ジャイロ信号成分は差動信号であるため、理想的には、差動増幅器を通過すると、ジャイロ信号のみが残るべきである。しかし、通常、ジャイロセンサーは、一般的にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈｅｎｉｃａｌ）工程を用いて製造されるが、いくら精密に製造しても、若干の偏差は存在し、このような偏差は出力信号のオフセットを発生させる。
【０００５】
この際、差動増幅器の利得（Ｇａｉｎ）を大きくすると、ＡＣオフセットによって信号が飽和されるという問題が生じ得る。また、飽和問題のため利得を小さくすると、感度などが低下される可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７９１０１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記問題を解決するためのものであって、センサーの出力信号の増幅による飽和が生じないようにするために、駆動信号の大きさができるだけ類似するように調整して、センサー出力に含まれた駆動信号成分を除去したり最小化するオフセット自動補正技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題を解決するために、本発明の第１実施例により、各センサー電極の出力信号を受けて増幅し、可変抵抗調節によって各出力信号に含まれた駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部を除去する信号利得調節部と、信号利得調節部の出力信号を検出して、信号利得調節部の出力信号が予め設定された範囲内に維持するように可変抵抗を調節する振幅検出部と、を含んでなるジャイロセンサーオフセット自動補正回路が提案される。
【０００９】
本発明の他の例において、信号利得調節部は、各センサー電極の出力信号を受けて可変抵抗調節によって調整された利得を有するように増幅する利得調整部と、利得調整部の出力を受信して駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように差動増幅を行う差動増幅部と、を含むことができる。
【００１０】
この際、一例において、利得調整部は、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器を含み、第１及び第２の利得増幅器は、非反転端子に連結された可変抵抗によってセンサー電極の出力信号に対する非反転増幅を行うことができる。
【００１１】
また、一例において、利得調整部は、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器を含み、第１及び第２の利得増幅器は、センサー電極の出力信号に対する非反転増幅を行い、第１及び第２の利得増幅器のうち何れか一つの非反転端子に可変抵抗が連結されている。
【００１２】
また、本発明の他の例において、可変抵抗はデジタルトリミングが可能なスィッチを用いた可変抵抗であってもよい。
【００１３】
また、一例において、振幅検出部は、比較器を備え、信号利得調節部の出力信号が予め設定された第１レベル以上または予め設定された第２レベル以下である場合、予め設定された範囲内で信号利得調節部の出力信号が維持されるように可変抵抗を調節するための信号を発生させることができる。
【００１４】
この際、一例において、振幅検出部は、信号利得調節部の出力信号と第１レベル又は第２レベルと比較する比較器と、比較器の出力に応じて可変抵抗を調節するための信号を発生させる可変抵抗調節部と、を含むことができる。
【００１５】
他の例によると、センサー電極は、圧電方式又は静電容量式の振動型ジャイロセンサーの電極であってもよい。
【００１６】
また、一例において、信号利得調節部は、ジャイロ信号成分を分離し、駆動信号成分を除去するアナログ信号処理部に増幅された信号を伝送することができる。
【００１７】
次に、前記問題を解決するために、本発明の第２実施例によって、駆動信号の入力を受けて対象物の運動によるセンサー信号を複数のセンサー電極を介して出力するジャイロセンサーと、ジャイロセンサーの各センサー電極の出力信号を受けて増幅し、予め設定された範囲内で出力されるようにする前記第１実施例のうち何れか一つによるジャイロセンサーオフセット自動補正回路と、オフセット自動補正回路の信号利得調節部の出力信号を受けてジャイロ信号成分を分離し、駆動信号成分を除去するアナログ信号処理部と、アナログ信号処理部で分離されたジャイロ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、を含むジャイロセンサーシステムが提案される。
【００１８】
第２実施例の他の例において、アナログ信号処理部とアナログ−デジタル変換部との間に、アナログ信号処理部で分離されたジャイロ信号成分を増幅する増幅部をさらに含むことができる。
【００１９】
また、一例において、アナログ信号処理部は、オフセット自動補正回路の信号利得調節部の出力信号を受けて駆動信号成分とジャイロ信号成分とを分離するデモジュレータと、デモジュレータで分離された駆動信号成分を除去するローパスフィルターと、を含むことができる。
【００２０】
他の例によると、アナログ信号処理部でジャイロ信号を分離するための復調信号をアナログ信号処理部に印加する復調信号印加部をさらに含むことができる。
【００２１】
次に、前記問題を解決するために、本発明の第３実施例によって、各センサー電極の出力信号を受けて増幅し、可変抵抗調節によって各出力信号に含まれた駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように信号利得を調節する段階と、信号利得を調節する段階で増幅されて出力される信号を検出し、検出される出力信号が予め設定された範囲内に維持するように可変抵抗を調節する段階と、を含んでなるジャイロセンサーオフセット自動補正方法が提案される。
【００２２】
本第３実施例の他の例において、信号利得を調節する段階は、各センサー電極の出力信号を受けて可変抵抗調節によって調整された利得を有するように利得増幅を行う段階と、利得増幅を行う段階で増幅された信号の入力を受けて駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように差動増幅を行う段階と、を含むことができる。
【００２３】
この際、一例において、利得増幅を行う段階では、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器により、非反転端子に連結された可変抵抗によってセンサー電極の出力信号に対する非反転増幅が行われることができる。
【００２４】
また、一例によると、利得増幅を行う段階では、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器によってセンサー電極の出力信号に対する非反転増幅が行われ、第１及び第２の利得増幅器のうち何れか一つの非反転端子に可変抵抗が連結されている。
【００２５】
また、一例において、可変抵抗を調節する段階では、比較器で信号利得を調節する段階からの出力信号が予め設定された第１レベル以上であるか、予め設定された第２レベル以下であるかを判断し、判断された結果に応じて予め設定された範囲内で信号利得を調節する段階からの出力信号が維持されるように可変抵抗を調節するための信号を発生させることができる。
【００２６】
他の例によると、信号利得を調節する段階で増幅された信号からジャイロ信号成分を分離し、駆動信号成分を除去する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の実施例により、センサーの出力信号の増幅による飽和が生じないようにするために、駆動信号の大きさができるだけ類似するように調整して、センサー出力に含まれた駆動信号成分を除去したり最小化させることができる。
【００２８】
また、本発明の実施例により、可変抵抗調節によってジャイロセンサーシステムの前段で増幅比を高く具現することができ、後段で増幅するよりＳＮＲをさらに高く具現することができる。それによって感度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を高めることができる。
【００２９】
さらに、本発明の実施例により、ジャイロセンサーシステムの前段でＡＣオフセット成分を大きく減少させるため、後段でＤＣオフセット処理を最大限に減少させることができ、それによってＩＤＡＣによる電流消費を大幅に低減することができる。
【００３０】
本発明の様々な実施例により、直接言及されていない様々な効果が、本発明の実施例による様々な構成から、当該技術分野において通常の知識を有した者によって導き出されることができるのは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を概略的に示す回路図である。
【図３】本発明の他の実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を概略的に示す回路図である。
【図４】本発明の一実施例によるジャイロセンサーシステムを概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施例によるジャイロセンサーシステムを概略的に示すブロック図である。
【図６】ジャイロセンサーのオフセットによる信号を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正方法を概略的に示すフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付の図面を参照して前記課題を達成するための本発明の実施例について説明する。本説明において、同一符号は同一の構成を意味し、当該分野において通常の知識を有した者が本発明を容易に理解をできるようにするために付加的な説明は省略することができる。
【００３３】
本明細書において一つの構成要素が他の構成要素と連結、結合又は配置される関係において「直接」という限定がない限り、「直接連結、結合又は配置」される形態だけでなくそれらの間にまた他の構成要素を介することによって連結、結合又は配置される形態でも存在することができる。また、「上部に」、「上に」、「下部に」、「下に」などの「接触」の意味を内包する用語が含まれた場合も同様である。方向を示す用語は基準となる要素が逆転したりその方向が変わる場合、それによる対応する相対的な方向概念を内包するものと解釈されることができる。
【００３４】
本明細書に単数的表現が記載されていても、発明の概念に反したり明らかに相違したり、矛盾して解釈されない限り、複数の構成全体を代表する概念として使用され得ると留意しなければならない。本明細書における「含む」、「有する」、「備える」、「含んでなる」などの記載は、一つ又はそれ以上の他の構成要素又はそれらの組み合わせの存在又は付加可能性があると理解しなければならない。
【００３５】
先ず、本発明の第１実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を図面を参照して具体的に説明する。この際、参照される図面に記載されていない図面符号は同一の構成を示す他の図面での図面符号であることができる。
【００３６】
図１は、本発明の一実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を概略的に示すブロック図であり、図２は、本発明の一実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を概略的に示す回路図であり、図３は、本発明の他の実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路を概略的に示す回路図である。図６は、ジャイロセンサーのオフセットによる信号を示すグラフである。
【００３７】
図１を参照すると、本発明の第１実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路は、信号利得調節部１００及び振幅検出部２００を含んでなる。
【００３８】
先ず、図１から図３を参照して信号利得調節部１００について説明する。図１の信号利得調節部１００は、各センサー電極の出力信号を受けて増幅する。この際、信号利得調節部１００は、可変抵抗調節によって各出力信号に含まれた駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように増幅する。即ち、信号利得調節部１００で増幅されて出力される信号が飽和されないように駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるようにする。
【００３９】
本実施例のようにセンサーの出力信号に含まれた駆動信号成分によるオフセットを除去または減少しなければならない理由について説明する。
【００４０】
ジャイロセンサー２０の駆動信号は、センサーの出力の相当部分を占めている。振動型ジャイロセンサー２０において、駆動信号は一般的に９０゜位相が遅れてセンサー出力で示され、ジャイロ信号は、ジャイロ固有の周波数と駆動信号とを乗じた値で示される。図６において、駆動信号より差動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ａｍｐ）１３０（図２及び図３）の入力信号の位相が９０゜遅れて示されているのが図示されている。図６に図示された差動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ａｍｐ）の入力信号は、駆動信号成分による信号を示している。センサー出力信号ではジャイロ信号より駆動信号の大きさがはるかに大きいため、駆動信号を除去してジャイロ信号のみが残るようにする必要がある。万が一、センサーが理想的な場合、駆動信号は同相信号であり、ジャイロ信号は差動信号であるため、差動増幅器１３０を通過すると、ジャイロ信号のみが残らなければならない。しかし、センサーのキャパシタ成分Ｃｓは、センサー毎に同一でなく、多くは１０％以上の誤差を有するため、差動増幅器１３０を通過すると、ＡＣオフセットが発生する。図６を参照すると、差動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ａｍｐ）の入力信号の駆動信号成分によるオフセットが図示されている。この際、図６に図示したように、駆動信号成分によるオフセットが差動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ａｍｐ）１３０（図２及び図３）で増幅利得を有し、ＡＣオフセット−ゲイン（Ｏｆｆｓｅｔ−Ｇａｉｎ）で示されている。万が一、差動増幅器１３０の利得（Ｇａｉｎ）を大きくすると、ＡＣオフセットによって信号、図６における差動増幅器１３０（図２及び図３）のＡＣオフセット−ゲイン（Ｏｆｆｓｅｔ−Ｇａｉｎ）出力信号が飽和され得る。この際、出力信号の増幅による信号が飽和されないようにするためには、差動増幅器１３０を通過する前に、駆動信号の大きさをできるだけ類似するようにしなければならない。本実施例では、出力信号の増幅による飽和が生じないようにするために、可変抵抗調節によって駆動信号の大きさができるだけ類似するようにしている。
【００４１】
この際、万が一センサーの信号利得を調節する方式によりキャパシタを連結してトリミングする方式を使用すると、連結されたキャパシタが相違するように調節して、駆動信号の大きさを類似するように合わせることができるが、キャパシタ値及び連結されたキャパシタによって伝達される信号の位相が変化するため、位相が互いにずれる現象が生ずる。これによってジャイロ信号の位相もまたずれる恐れがある。
【００４２】
従って、本実施例では、可変抵抗を用いてセンサーの利得を調節し、センサー出力の駆動信号の大きさをできるだけ類似するようにしている。
【００４３】
一例によると、センサー電極は、圧電方式又は静電容量式の振動型ジャイロセンサー２０の電極であってもよい。
【００４４】
また、一例として、可変抵抗１０１、１０２は、デジタルトリミングが可能なスィッチを用いた可変抵抗であってもよい。
【００４５】
図２及び／又は図３を参照すると、一例として、信号利得調節部１００は、利得調整部１１０及び差動増幅器１３０を含んでなることができる。
【００４６】
図２及び／又は図３を参照すると、信号利得調節部１００の利得調整部１１０は、各センサー電極の出力信号を受けて可変抵抗１０１、１０２の調節によって調整された利得を有するように増幅する。可変抵抗１０１、１０２の調節による調整された利得を有するようにして、駆動信号成分の大きさを同一あるいはほぼ同一に調整することにより、以降に差動増幅過程を経て駆動信号成分の大きさを最小化することができる。即ち、各センサー素子のキャパシタ値の差による駆動信号成分のオフセットを可変抵抗１０１、１０２の調節により利得を調整することで、以降に差動増幅過程を経て除去或いは減少させることができる。
【００４７】
図２及び／又は図３を参照すると、一例として、利得調整部１１０は、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２を含むことができる。この際、第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２は、可変抵抗１０１、１０２による利得を互いに異なるように取得するか又は一方のみが可変抵抗１０１による利得を取得するようにして、駆動信号成分の大きさが実質的に同一になるようにすることができる。可変抵抗１０１、１０２によって利得を調整する方式は、キャパシタを連結し、トリミングしてセンサーの自体キャパシタの差によるオフセットを低減する方式と異なり、キャパシタを使用しないため、位相がずれる恐れがない。一方、可変抵抗１０１、１０２をスィッチを用いて具現することにより、スイチングによるデジタルトリミング（Ｔｒｉｍｍｉｎｇ）が可能となる。
【００４８】
例えば、一例として、図２を参照すると、第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２は、非反転端子に連結された可変抵抗１０１、１０２によってセンサー電極の出力信号に対する非反転増幅を行うことができる。この際、第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２それぞれの非反転端子に、可変抵抗Ｒ１及びＲ２  １０１、１０２それぞれが連結されている。可変抵抗Ｒ１及びＲ２  １０１、１０２それぞれを調節するか何れか一つの可変抵抗１０１、１０２を調節することにより、利得を調整することができる。利得調整によって駆動信号成分の大きさを同一あるいはほぼ同一にすることにより、以降の差動増幅過程によって駆動信号成分を実質的に除去または最小化することができ、それによって増幅利得を大きくすることができる。
【００４９】
図２において、第１利得増幅器１１１を参照すると、非反転増幅であるため利得は１＋Ｒ３／Ｒ１になり、例えば、可変抵抗Ｒ１  １０１を構成するスィッチを全てオフしても、基本利得である１程度の信号を得ることができる。この際、第１利得増幅器１１１と第２利得増幅器１１２の出力のうち大きい方の信号を固定させ、小さい方の利得を増加させ、振幅の大きさを同一あるいはほぼ同一に合わせることができる。
【００５０】
また、図３を参照すると、他の例として、第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２は、センサー電極の出力信号に対する非反転増幅を行い、第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２のうち少なくとも何れか一つの非反転端子に可変抵抗１０１が連結されている。図３では、第１利得増幅器１１１の非反転端子に連結された可変抵抗Ｒ１  １０１を調節して第１利得増幅器１１１と第２利得増幅器１１２の出力信号の振幅の大きさを同一あるいはほぼ同一に合わせることができる。
【００５１】
図２及び図３において抵抗Ｒ３とＲ４、Ｒ５とＲ６、そしてＲ７とＲ８は、それぞれ同一の大きさの抵抗であってもよい。
【００５２】
また、図２及び／又は図３を参照すると、差動増幅部１３０は、利得調整部１１０の出力を受信して駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように差動増幅を行う。先ず、信号利得調節部１００で可変抵抗１０１、１０２の調節によってセンサー出力の駆動信号の大きさをできるだけ類似するようにすることにより、差動増幅器１３０で駆動信号を除去したり最小化することができる。これによって、差動増幅器１３０の増幅利得を大きくすることができ、それによってジャイロセンサーシステムの後段で増幅するよりＳＮＲをさらに高く具現し、感度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を高めることができる。また、予めＡＣオフセット成分を大きく減少させることにより、ジャイロセンサーシステムの後段でＤＣオフセット処理を最大限に低減することができ、ＩＤＡＣ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）による電流消費を大きく減少させることができる。
【００５３】
また、図４及び／又は図５を参照すると、一例として、信号利得調節部１００は、増幅された信号をアナログ信号処理部３０に伝送することができる。この際、アナログ信号処理部３０は、信号利得調節部１００から出力される信号からジャイロ信号成分と駆動信号成分を分離し、駆動信号成分を除去することができる。例えば、信号利得調節部１００で可変抵抗１０１、１０２調節によってオフセットが最小化した残りの駆動信号は、アナログ信号処理部３０、例えば図４及び／又は５における復調部（デモジュレータ）３１とフィルターを通過しながら除去されてジャイロ信号のみが残るため、最終の出力信号が飽和されないように調節することができる。
【００５４】
本実施例において、ジャイロセンサーシステムのアナログ信号処理部３０で駆動信号成分を除去する前に、駆動信号のオフセットを予め最大限に減少させることにより、ＳＮＲ及び／又は感度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を高めることができ、電流消費を減少させることができる。
【００５５】
次に、図１の振幅検出部２００について説明する。図１の振幅検出部２００は、信号利得調節部１００の出力信号を検出し、信号利得調節部１００の出力信号が予め設定された範囲内に維持するように可変抵抗１０１、１０２を調節する。この際、予め設定された範囲は、信号が飽和されないレベルに設定されることができる。即ち、差動増幅器１３０の線形出力電圧範囲（Ｌｉｎｅａｒ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒａｎｇｅ）内に出力されるように範囲を設定することができる。万が一、振幅検出部２００から検出された値が許容範囲を超えると、例えば、デジタル値を順に増加させてスィッチで構成される可変抵抗１０１、１０２を調節して出力信号が許容範囲内に入るようにスイープ（Ｓｗｅｅｐ）することができる。
【００５６】
また、図示されてはいないが、一例によると、振幅検出部２００は、比較器（不図示）を備えることができる。振幅検出部２００は、比較器により信号利得調節部１００の出力信号が予め設定された第１レベル以上または予め設定された第２レベル以下である場合、予め設定された範囲内で信号利得調節部１００の出力信号が維持されるように可変抵抗１０１、１０２を調節するための信号を発生させることができる。即ち、出力信号が飽和されないように可変抵抗１０１、１０２を調節する。
【００５７】
この際、一例として、振幅検出部２００は、信号利得調節部１００の出力信号と第１レベル又は第２レベルとを比較する比較器（不図示）及び比較器の出力によって可変抵抗１０１、１０２を調節するための信号を発生させる可変抵抗調節部（不図示）を含むことができる。この際、可変抵抗１０１、１０２はデジタルトリミングが可能になるようにスィッチを用いて具現されることができる。
【００５８】
本実施例でのようなゲイントリミング（Ｇａｉｎ  Ｔｒｉｍｍｉｎｇ）方式は、ジャイロセンサーシステムの前段で増幅比を高く具現することができ、後段で増幅するよりＳＮＲをさらに高く具現することができる。また、それによって感度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を高めることができる。また、ジャイロセンサーシステムの前段でＡＣオフセット成分を大きく減少させるため、後段でＤＣオフセット処理を最大限に減らすことができ、それによってＩＤＡＣによる電流消費を大きく減らすことができる。
【００５９】
次に、本発明の第２実施例によるジャイロセンサーシステムを図面を参照して具体的に説明する。本実施例を説明するにあたり、図４及び図５のみならず前記第１実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路及び図１から図３を参照し、それによって重複する説明は省略することができる。
【００６０】
図４は、本発明の一実施例によるジャイロセンサーシステムを概略的に示すブロック図であり、図５は、本発明の他の実施例によるジャイロセンサーシステムを概略的に示すブロック図である。
【００６１】
図４を参照すると、本発明の第２実施例によるジャイロセンサーシステムは、ジャイロセンサー２０、ジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０、アナログ信号処理部３０及びアナログ−デジタル変換部５０を含んでなる。図５を参照すると、ジャイロセンサーシステムは、アナログ信号処理部３０とアナログ−デジタル変換部５０との間に増幅部６０をさらに含むことができ、また、ジャイロセンサーシステムは、アナログ信号処理部３０に復調信号を印加する復調信号印加部７０をさらに含むことができる。
【００６２】
より具体的に説明すると、図４及び／又は５のジャイロセンサー２０は、駆動信号の入力を受けて対象物の運動によるセンサー信号を複数のセンサー電極を介して出力する。ジャイロセンサー２０は、駆動信号を受けて駆動信号とジャイロ信号とが混合された信号を出力する。センサー出力信号ではジャイロ信号より駆動信号の大きさがはるかに大きいため、駆動信号を除去してジャイロ信号のみ残すと増幅利得を大きくすることができ、センサーの感度を高めることができる。そのため、飽和されないとともに増幅利得を大きくするために、駆動信号の大きさをできるだけ類似するようにし、差動増幅器１３０を通過しながら駆動信号によるオフセットが最小化されるようにすることができる。このために、以下のジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０を備える。
【００６３】
次に、図４及び／又は図５において、ジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０は、ジャイロセンサー２０の各センサー電極の出力信号を受けて増幅し、予め設定された範囲内で出力されるようにする。この際、ジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０は、前記第１実施例のうち何れか一つによるものであってもよい。図１、２及び／又は図３によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０が図４及び／又は図５に適用されることができる。ジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０に対する説明は前記第１実施例を参照する。
【００６４】
さらに、図４及び／又は図５を参照すると、アナログ信号処理部３０は、オフセット自動補正回路１０の信号利得調節部１００の出力信号を受けてジャイロ信号成分を分離し、駆動信号成分を除去することができる。ジャイロセンサー２０の出力信号は、駆動信号とジャイロ信号が混合された信号であり、ジャイロセンサーオフセット自動補正回路１０の信号利得調節部１００を通過しながら駆動信号の大きさをできるだけ類似するようにして差動増幅を行うことにより、駆動信号成分を最小化したが、残りの駆動信号成分を除去する必要がある。この際、アナログ信号処理部３０で残存する駆動信号成分を除去する。
【００６５】
より具体的に、図４及び／又は図５について説明すると、一例として、アナログ信号処理部３０は、デモジュレータ３１及びローパスフィルター３３を含むことができる。ジャイロセンサー２０自体はモジュレーターの機能を行って駆動信号とジャイロ信号が混合された信号を出力する。この際、出力信号から駆動信号とジャイロ信号を分離するデモジュレータ３１が要求される。
【００６６】
この際、デモジュレータ３１は、オフセット自動補正回路１０の信号利得調節部１００の出力信号を受けて駆動信号成分とジャイロ信号成分とを分離する。信号利得調節部１００で駆動信号の大きさをできるだけ類似するようにして差動増幅を行うことにより駆動信号成分を最小化したが、駆動信号成分が残っている可能性があるため、これを除去するために、駆動信号成分とジャイロ信号成分をデモジュレータ３１で分離する。
【００６７】
駆動信号成分とジャイロ信号成分の分離過程について説明する。デモジュレータ３１に印加される信号は、ジャイロセンサー２０の出力信号であって、駆動信号成分とジャイロ信号成分が混合されているが、通常、ジャイロ信号成分は、駆動信号成分に比べて位相が９０゜早い。この際、ジャイロ信号線分と同一の位相を有するパルス信号をデモジュレーション信号に印加すると、駆動信号成分は、デモジュレーション信号によって復調され、平均化させると、基準電圧Ｖｒｅｆに平均化される。一方、ジャイロ信号成分は、デモジュレーション信号によって復調され、平均化させると、基準電圧Ｖｒｅｆから若干離隔された特定値を有する。この際、ローパスフィルター３３により駆動信号成分を除去することができる。この際、デモジュレーション信号は、センサー出力の駆動信号成分より９０゜早い位相を有する。
【００６８】
図４及び／又は図５を参照すると、ローパスフィルター３３は、デモジュレータ３１で分離された駆動信号成分を除去する。それによって、最終的に駆動信号は除去され、ジャイロ信号のみが残る。
【００６９】
一方、図５を参照すると、他の例として、ジャイロセンサーシステムは増幅部６０をさらに含むことができる。この際、増幅部６０は、アナログ信号処理部３０とアナログ−デジタル変換部５０との間に配置され、アナログ信号処理部３０で分離されたジャイロ信号成分を増幅する。
【００７０】
また、図５を参照すると、一例として、ジャイロセンサーシステムは復調信号印加部７０をさらに含むことができる。図５において、復調信号印加部７０は、アナログ信号処理部３０でジャイロ信号を分離するための復調信号をアナログ信号処理部３０に印加する。前記で説明したように、この際、復調信号印加部７０で印加される復調信号、即ち、デモジュレーション信号は、センサー出力の駆動信号成分より９０゜早い位相を有する。一方、センサー出力の駆動信号成分は、ジャイロセンサー２０に印加される駆動信号の位相が９０゜遅れるため、復調信号印加部７０で印加される復調信号、即ち、デモジュレーション信号は、ジャイロセンサー２０に印加される駆動信号と同一位相の信号であることができる。
【００７１】
次に、図４及び／又は図５のアナログ−デジタル変換部５０は、アナログ信号処理部３０で分離されたジャイロ信号をデジタル信号に変換する。
【００７２】
次に、本発明の第３実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正方法を図面を参照して具体的に説明する。本実施例を説明するにあたり、図７及び図８のみならず前記第１実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正回路及び図１から図３を参照し、それによって重複する説明は省略することができる。
【００７３】
図７は、本発明の一実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正方法を概略的に示すフローチャートであり、図８は、本発明の他の実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正方法を概略的に示すフローチャートである。
【００７４】
図７を参照すると、本発明の第３実施例によるジャイロセンサーオフセット自動補正方法は、信号利得を調節する段階（Ｓ１００）及び可変抵抗を調節する段階（Ｓ２００）を含んでなることができる。
【００７５】
図７を参照すると、信号利得を調節する段階（Ｓ１００）では、各センサー電極の出力信号の入力を受けて増幅させる。この際、可変抵抗１０１、１０２の調節によって各出力信号に含まれた駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように信号利得を調節する。
【００７６】
図８を参照してより具体的に説明すると、他の例として、信号利得を調節する段階（Ｓ１００）は、利得増幅を行う段階（Ｓ１１０）及び差動増幅を行う段階（Ｓ１２０）を含むことができる。
【００７７】
図８を参照すると、利得増幅を行う段階（Ｓ１１０）では、各センサー電極の出力信号を受けて可変抵抗１０１、１０２の調節によって調整された利得を有するように利得増幅を行う。
【００７８】
この際、図２を参照すると、一例として、利得増幅を行う段階（Ｓ１１０）では、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２により、非反転端子に連結された可変抵抗１０１、１０２によってセンサー電極の出力信号に対する非反転増幅が行われることができる。
【００７９】
また、図３を参照して他の例について説明すると、利得増幅を行う段階（Ｓ１１０）では、それぞれセンサー電極の出力信号を反転端子を介して入力される第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２によってセンサー電極の出力信号に対する非反転増幅が行われるが、第１及び第２の利得増幅器１１１、１１２のうち何れか一つの非反転端子に可変抵抗１０１が連結されている。
【００８０】
また、図８を参照すると、差動増幅を行う段階（Ｓ１２０）では、利得増幅を行う段階（Ｓ１１０）で増幅された信号の入力を受けて駆動信号成分によるオフセットの少なくとも一部が除去されるように差動増幅を行う。
【００８１】
図示されてはいないが、図４及び／又は図５のアナログ信号処理部３０を参照すると、一例として、信号利得を調節する段階（Ｓ１００）で増幅された信号からジャイロ信号成分を分離し、駆動信号成分を除去する段階（不図示）をさらに含むことができる。
【００８２】
図７の可変抵抗を調節する段階（Ｓ２００）では、信号利得を調節する段階（Ｓ１００）で増幅されて出力される信号を検出し、検出される出力信号が予め設定された範囲内に維持するように可変抵抗１０１、１０２を調節する。
【００８３】
図８を参照してより具体的に説明する。
【００８４】
図８を参照すると、一例として、可変抵抗を調節する段階（Ｓ２２０）では、比較器（不図示）で信号利得を調節する段階（Ｓ１００）からの出力信号が予め設定された第１レベル以上であるか、予め設定された第２レベル以下であるかを判断し（Ｓ２１０）、判断された結果に応じて予め設定された範囲内で信号利得を調節する段階（Ｓ１００）からの出力信号が維持されるように、可変抵抗１０１、１０２を調節するための信号を発生させることができる（Ｓ２２０）。
【００８５】
以上、前記実施例及び添付された図面は本発明の範疇を制限するものではなく、本発明に対する当該技術分野において通常の知識を有した者が容易に理解するための例示に過ぎない。また、前記構成の様々な組み合わせによる実施例が前記具体的な説明から当業者によって自明に具現されることができる。従って、本発明の様々な実施例は、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現されることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された発明によって解釈されなければならず、当該技術分野において通常の知識を有した者による様々な変更、代案、均等物を含んでいる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  オフセット自動補正回路
２０  ジャイロセンサー
３０  アナログ信号処理部
３１  復調部又はデモジュレータ
３３  ローパスフィルター（ＬＰＦ）
５０  アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）
６０  増幅部
７０  復調信号印加部
１００  信号利得調節部
１０１、１０２  可変抵抗
１１０  利得調整部
１１１  第１利得増幅器
１１２  第２利得増幅器
１３０  差動増幅部
２００  振幅検出部
【図１】
2013113851.tif 000003
【図２】
2013113851.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013113851.tif 000008
【図７】
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【図８】
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