▶ ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングの特許一覧
特表2023-540390ＭＥＭＳジャイロスコープのための回路および相応の回路の動作方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-22
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳジャイロスコープのための回路および相応の回路の動作方法
(51)【国際特許分類】
G01C 19/5614 20120101AFI20230914BHJP
【ＦＩ】
G01C19/5614
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023516073
(86)(22)【出願日】2021-09-10
(85)【翻訳文提出日】2023-04-12
(86)【国際出願番号】 EP2021074894
(87)【国際公開番号】W WO2022053595
(87)【国際公開日】2022-03-17
(31)【優先権主張番号】102020211467.6
(32)【優先日】2020-09-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591245473
【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(72)【発明者】
【氏名】ビスコンティ，アンドレア
(72)【発明者】
【氏名】ネグト，アレクサンドル
【テーマコード（参考）】
2F105
【Ｆターム（参考）】
2F105BB08
2F105CC04
2F105CD01
2F105CD05
2F105CD11
(57)【要約】
本発明は、振動運動を励起可能な少なくとも１つの質量を備えたＭＥＭＳジャイロスコープのための回路（１００）であって、さらに：周期的なテスト信号（３１）を生成するための信号発生回路（３０）であり、このテスト信号（３１）は、駆動回路（１０）の第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）および／または読取回路（２０）の第２のＭＥＭＳ側信号入力（２３）に印加可能であり、かつ応答測定信号を生じさせ、これにより、応答測定信号を基礎として、復調信号（１２ａ、１２ｂ）と応答測定信号の間の位相ズレが決定可能である信号発生回路（３０）を含む回路（１００）に関する。さらに、ＭＥＭＳジャイロスコープの相応の動作方法が特許請求される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動運動を励起可能な少なくとも１つの質量を備えたＭＥＭＳジャイロスコープのための回路（１００）であって、ａ）前記質量の前記振動運動を監視するための、第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）を備えた駆動回路（１０）であり、
前記質量の前記振動運動に追従する位相ロックループ（１５）を含み、かつ
前記質量の規定の励起振動を励起および維持するための駆動信号（１１）を生成するために構成されている駆動回路（１０）、
ｂ）検出方向での前記質量の振れを捕捉するための、および前記振れを電気的な測定信号（ＭＲ，Ｑ）に変換するための、第２のＭＥＭＳ側信号入力（２３）を備えた読取回路（２０）であり、
前記測定信号（ＭＲ，Ｑ）が、前記位相ロックループ（１５）によって提供された少なくとも１つの復調信号（１２ａ、１２ｂ）によって復調されることにより、前記測定信号（ＭＲ，Ｑ）から希望信号（ＲＡ）および直交信号（ＱＡ）を生成するために構成されている読取回路（２０）を含む、回路（１００）において、
さらに、
ｃ）周期的なテスト信号（３１）を生成するための信号発生回路（３０）であり、
前記テスト信号（３１）が、前記駆動回路（１０）の前記第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）および／または前記読取回路（２０）の前記第２のＭＥＭＳ側信号入力（２３）に印加可能であり、かつ応答測定信号を生じさせ、これにより、前記応答測定信号を基礎として、前記復調信号（１２ａ、１２ｂ）と前記応答測定信号の間の位相ズレが決定可能である信号発生回路（３０）を含む、
ことを特徴とする回路（１００）。
【請求項2】
前記信号発生回路（３０）が、選択的にアクティブ化可能およびスイッチオフ可能である、請求項１に記載の回路。
【請求項3】
前記信号発生回路（３０）が、正弦波状のテスト信号（３１）を生成するために構成されており、かつ／または予想され得る駆動振動の周波数を備えたテスト信号（３１）を生成するために構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路。
【請求項4】
前記アナログの測定信号（ＭＲ，Ｑ）中の直交誤差を補正するための直交補正回路（５０）が設けられており、前記直交補正回路（５０）が、前記駆動回路（１０）の前記ＭＥＭＳ側入力信号（１３）を基礎として、アナログの直交補正信号（５１）を生成し、前記アナログの直交補正信号（５１）により、前記測定信号（ＭＲ，Ｑ）が復調前に付与されることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の回路。
【請求項5】
前記回路が集積回路として実現されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項6】
複数の予め設定された動作モードから１つの動作モードを選択するために制御手段が設けられており、前記動作モードが、少なくとも前記信号発生回路（３０）がテスト信号（３１）を供給せず、かつ前記ＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を前記駆動回路（１０）の前記第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）および前記読取回路（２０）の前記第２のＭＥＭＳ側信号入力（２３）に供給する測定モード、ならびに
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を前記駆動回路（１０）および前記読取回路（２０）に供給せず、かつ前記信号発生回路（３０）がテスト信号（３１）を前記駆動回路（１０）の前記第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）および／または前記読取回路（２０）の前記第２のＭＥＭＳ側信号入力（２３）に供給するテストモードを含む、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の回路。
【請求項7】
テストモードでのＭＥＭＳジャイロスコープの動作方法であって、請求項１～６のいずれか一項に記載の回路（１００）を備えた前記ＭＥＭＳジャイロスコープが具備されている動作方法において、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが非アクティブ化されるステップと、
前記信号発生回路（３０）によって生成された周期的なテスト信号（３１）が、前記駆動回路（１０）の前記第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）および／または前記読取回路（２０）の前記第２のＭＥＭＳ側信号入力（２３）に印加され、これにより応答測定信号を生じさせるステップと、
前記応答測定信号が、前記駆動回路（１０）の前記位相ロックループ（１５）によって提供された復調信号（１２）で復調されるステップと、
を特徴とする動作方法。
【請求項8】
前記応答測定信号を復調すると応答希望信号が生成され、前記応答希望信号を基礎として、前記復調信号と前記応答測定信号の間の前記位相ズレが決定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記回路（１００）が、請求項４に記載の前記アナログの測定信号（ＭＲ，Ｑ）中の直交誤差を補正するための直交補正回路（５０）を含む方法において、前記周期的なテスト信号（３１）が前記駆動回路（１０）の前記第１のＭＥＭＳ側信号入力（１３）にのみ印加され、前記読取回路（２０）の前記ＭＥＭＳ側入力（２３）には印加されず、こうして得られた前記応答希望信号を基礎として、前記復調信号と応答測定信号の間の位相ズレに対する前記直交補正回路（５０）の寄与が決定されることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項10】
前記テストモードで決定された、前記復調信号と応答測定信号の間の位相ズレが、前記ＭＥＭＳジャイロスコープの較正および／または再較正、とりわけ前記ＭＥＭＳジャイロスコープのオフセット補正の基となることを特徴とする請求項７～９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＭＥＭＳジャイロスコープのための回路および相応の回路の動作方法に関する。本発明はとりわけ、ＭＥＭＳジャイロスコープの動作回路内の位相ズレを確定するための回路および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＭＥＭＳジャイロスコープ（Ｍｉｋｒｏ－Ｅｌｅｋｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅｓ－Ｓｙｓｔｅｍ）の最も重要な特性の１つは、温度、負荷、および寿命に依存したそのオフセット安定性である。ジャイロスコープ内の出力オフセットの主な寄与は、機械的構造によって生成される直交信号であり、この直交信号はその後、位相が完璧にはレート信号と揃っていない復調信号によってベースバンドに復調される。これは一般的に、機械的な駆動運動に由来しておりＭＥＭＳジャイロスコープの動作回路内の同期を引き出すために使用される駆動信号と、ジャイロスコープ機構の読取部によって提供されるレート信号および直交信号との間の位相ズレが原因と考えられ得る。直交信号は、ＭＥＭＳジャイロスコープの生産に起因する非対称性によって生じる。これにより振動は、駆動方向にだけでなく検出方向（読取方向）にも生じる。この振動は互いに対して９０°の位相ズレを有する。
【0003】
アーキテクチャ例に関する遅延の基本的な項目を図１および図２に示しており、これに関し図２では直交補正のための経路が付加されている。
普通は、残っている出力ズレはデジタルデータ経路内で、直交信号がレート信号と共に、適切に選択された理想的には位相ズレである係数によって足し合わされることで補正される。この技術の一例は、例えば米国特許第９４１０８０６号明細書または米国特許出願公開第２０１９／２６５０３６号明細書に記載されている。
普通は、残っている出力ズレはデジタルデータ経路内で、直交信号がレート信号と共に、適切に選択された理想的には位相ズレである係数によって足し合わされることで補正される。この技術の一例は、例えば米国特許第９４１０８０６号明細書または米国特許出願公開第２０１９／２６５０３６号明細書に記載されている。
【0004】
優れた補正を得るには、上で挙げた係数が算出されなければならない。これは、
・ 経験的に温度に依存して測定されたオフセットの適合によって可能であり、ただし欠点は、生産における温度測定の必要性であり、この温度測定は、消費者市場にとって費用および量の理由から普通は受け入れられない。
・ 経験的に温度に依存して測定されたオフセットの適合によって可能であり、ただし欠点は、生産における温度測定の必要性であり、この温度測定は、消費者市場にとって費用および量の理由から普通は受け入れられない。
【0005】
・ 温度に依存して測定された妥当な数の抜き取り検査およびできれば室温での位相ズレの影響因子の測定をベースとした、温度に依存したオフセット挙動の予測、
によって可能である。
によって可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第９４１０８０６号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１９／２６５０３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
既存の手法に伴う問題は、位相ズレの影響因子の測定が、普通は間接的な測定に限定されており、この間接的な測定が、ジャイロスコープへのいっそう厳しくなっている要求によって求められる精密さとの比較において、有意な誤差を生じさせ得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明により、振動運動を励起可能な少なくとも１つの質量を備えたＭＥＭＳジャイロスコープの動作回路が提供され、この動作回路は、少なくとも、
ａ）質量の振動運動を監視するための、第１のＭＥＭＳ側信号入力を有する駆動回路であり、
質量の振動運動に追従する位相ロックループを含み、かつ
質量の規定の駆動振動を励起および維持するための駆動信号を生成するために構成されている駆動回路、
ｂ）検出方向での質量の振れを捕捉するための、およびこの振れを電気的な測定信号に変換するための、第２のＭＥＭＳ側信号入力を有する読取回路であり、
測定信号が、位相ロックループによって提供された少なくとも１つの復調信号によって復調されることにより、測定信号から希望信号および直交信号を生成するために構成されている読取回路、
ｃ）周期的なテスト信号を生成するための信号発生回路であり、
このテスト信号は、駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および／または読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に印加可能であり、かつ応答測定信号を生じさせ、これにより、この応答測定信号を基礎として、復調信号と応答測定信号の間の位相ズレが決定可能である信号発生回路を含む。
ａ）質量の振動運動を監視するための、第１のＭＥＭＳ側信号入力を有する駆動回路であり、
質量の振動運動に追従する位相ロックループを含み、かつ
質量の規定の駆動振動を励起および維持するための駆動信号を生成するために構成されている駆動回路、
ｂ）検出方向での質量の振れを捕捉するための、およびこの振れを電気的な測定信号に変換するための、第２のＭＥＭＳ側信号入力を有する読取回路であり、
測定信号が、位相ロックループによって提供された少なくとも１つの復調信号によって復調されることにより、測定信号から希望信号および直交信号を生成するために構成されている読取回路、
ｃ）周期的なテスト信号を生成するための信号発生回路であり、
このテスト信号は、駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および／または読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に印加可能であり、かつ応答測定信号を生じさせ、これにより、この応答測定信号を基礎として、復調信号と応答測定信号の間の位相ズレが決定可能である信号発生回路を含む。
【0009】
好ましくは正弦波状の信号を生成する信号発生回路のおかげで位相ズレの測定が実現され、正弦波状の信号はこの場合、読取回路の入力にも駆動回路の入力にも印加される。
前述の発明は、
－ 回路の位相ズレを、外部の機器による補助なしで正確に特徴づけること、
－ オフセット補正のための補正係数をより正確に見積もり得ること、
－ ユーザ側でも、自動的に組み込まれる方法によって位相ズレを測定し、最終的に、オフセット補正に使用される係数を更新するという可能性を提供すること、
を可能にする。
前述の発明は、
－ 回路の位相ズレを、外部の機器による補助なしで正確に特徴づけること、
－ オフセット補正のための補正係数をより正確に見積もり得ること、
－ ユーザ側でも、自動的に組み込まれる方法によって位相ズレを測定し、最終的に、オフセット補正に使用される係数を更新するという可能性を提供すること、
を可能にする。
【0010】
位相ズレは位相シフトとも言う。
信号発生回路が、選択的にアクティブ化可能およびスイッチオフ可能／非アクティブ化可能であることが好ましい。
信号発生回路が、選択的にアクティブ化可能およびスイッチオフ可能／非アクティブ化可能であることが好ましい。
【0011】
復調信号および応答測定信号から、位相ズレが時間的にすぐに決定されることが好ましい。その代わりに復調信号および応答測定信号が時間に依存して保存され、この場合は後の時点で位相ズレが決定され得る。これに関しては例えば或る人によって測定がなされ、それから後の時点で別の人によって位相ズレが決定され得る。
【0012】
信号発生回路が、正弦波状のテスト信号を生成するために構成されており、かつ／または予想され得る駆動振動の周波数をもつテスト信号を生成するために構成されていることが好ましい。
【0013】
適用すべき信号に関する最も簡単な解決策は、矩形波信号または三角波信号を使用することであろう。しかしながら、ＭＥＭＳジャイロスコープから来る実際の信号は正弦波信号なので、回路の通常動作（測定動作）と同じ挙動、したがってより信用できる測定を得るために、正弦波信号が使用されることが望ましい。
【0014】
信号発生回路が、発振回路および／またはファンクションジェネレータを含むことが好ましい。
発振回路は、正弦波状の交流電圧を生成するための電子的に実現された発振器（よって略して発振器とも言う）であり、かつファンクションジェネレータは、異なる曲線形状、とりわけ正弦、矩形、三角、および鋸歯をもち、調整可能な周波数（通常は数ＭＨｚまで）および振幅をもつ周期的な電気信号を生成するための機器である。
発振回路は、正弦波状の交流電圧を生成するための電子的に実現された発振器（よって略して発振器とも言う）であり、かつファンクションジェネレータは、異なる曲線形状、とりわけ正弦、矩形、三角、および鋸歯をもち、調整可能な周波数（通常は数ＭＨｚまで）および振幅をもつ周期的な電気信号を生成するための機器である。
【0015】
読取回路は、アナログの同位相信号を相応のデジタル信号に変換するための、および／またはアナログの直交位相信号を相応のデジタル信号に変換するための、少なくとも２つのアナログ／デジタル変換器を含むことが好ましい。
【0016】
デジタル信号は、本発明による回路に接続可能な制御手段によって比較的容易に処理され得る。これはコンピュータまたはマイクロコントローラであり得る。
本発明による回路は、ＭＥＭＳジャイロスコープから受信された容量値を電圧信号に変換するための少なくとも２つの容量／電圧変換器を含むことが好ましい。
本発明による回路は、ＭＥＭＳジャイロスコープから受信された容量値を電圧信号に変換するための少なくとも２つの容量／電圧変換器を含むことが好ましい。
【0017】
アナログの測定信号中の直交誤差を補正するための直交補正回路が設けられており、この直交補正回路は、駆動回路のＭＥＭＳ側入力信号を基礎として、アナログの直交補正信号を生成し、このアナログの直交補正信号が、測定信号に復調前に付与されることが好ましい。
【0018】
この直交補正信号による付与により、直交信号が軽減されることが好ましく、さらに好ましくは解消される。
本発明による回路は、好ましくは集積回路として、より好ましくは特定用途向け集積回路（英語：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ、さらにＣｕｓｔｏｍ Ｃｈｉｐ）として実現されている。
本発明による回路は、好ましくは集積回路として、より好ましくは特定用途向け集積回路（英語：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ、さらにＣｕｓｔｏｍ Ｃｈｉｐ）として実現されている。
【0019】
駆動回路が振幅調整器を含むことが好ましく、この振幅調整器は、質量の規定の駆動振動の振幅を調整する。
本発明による回路内では、複数の予め設定された動作モードから１つの動作モードを選択するために制御手段が設けられており、これらの動作モードは、少なくとも：
・ 信号発生回路がテスト信号を供給せず、かつＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に供給する測定モード、ならびに
・ ＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を駆動回路および読取回路に供給せず、かつ信号発生回路がテスト信号を駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および／または読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に供給するテストモードを含むことが好ましい。
本発明による回路内では、複数の予め設定された動作モードから１つの動作モードを選択するために制御手段が設けられており、これらの動作モードは、少なくとも：
・ 信号発生回路がテスト信号を供給せず、かつＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に供給する測定モード、ならびに
・ ＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を駆動回路および読取回路に供給せず、かつ信号発生回路がテスト信号を駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および／または読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に供給するテストモードを含むことが好ましい。
【0020】
テストモードでの、本発明による回路の本発明による動作方法は、基本的に、
ａ）ＭＥＭＳジャイロスコープが非アクティブ化されるステップ、
ｂ）信号発生回路によって生成された周期的なテスト信号が、駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および／または読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に印加され、これにより応答測定信号を生じさせるステップ、
ｃ）応答測定信号が、駆動回路の位相ロックループによって提供された復調信号で復調 されるステップ、
を含む。
ａ）ＭＥＭＳジャイロスコープが非アクティブ化されるステップ、
ｂ）信号発生回路によって生成された周期的なテスト信号が、駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力および／または読取回路の第２のＭＥＭＳ側信号入力に印加され、これにより応答測定信号を生じさせるステップ、
ｃ）応答測定信号が、駆動回路の位相ロックループによって提供された復調信号で復調 されるステップ、
を含む。
【0021】
ＭＥＭＳジャイロスコープの非アクティブ化が、ＭＥＭＳジャイロスコープが入力信号を駆動回路および読取回路に供給しないことを意味することが好ましい。よって接続を中断してもよいであろうし、かつ／または本来のＭＥＭＳジャイロスコープをスイッチオフしてもよいであろう。ＭＥＭＳジャイロスコープの非アクティブ化は、周期的な既知の信号への、本発明による回路自体の影響だけを確定するために必要である。
【0022】
応答測定信号を復調すると応答希望信号が生成され、この応答希望信号を基礎として、復調信号と応答測定信号の間の位相ズレが決定されることが好ましい。
本発明による回路では、この回路がアナログの測定信号中の直交誤差を補正するための直交補正回路を含む場合、周期的なテスト信号が駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力にのみ印加され、読取回路のＭＥＭＳ側入力には印加されず、こうして得られた応答希望信号を基礎として、復調信号と応答測定信号の間の位相ズレに対する直交補正回路の寄与が決定されることが好ましい。
本発明による回路では、この回路がアナログの測定信号中の直交誤差を補正するための直交補正回路を含む場合、周期的なテスト信号が駆動回路の第１のＭＥＭＳ側信号入力にのみ印加され、読取回路のＭＥＭＳ側入力には印加されず、こうして得られた応答希望信号を基礎として、復調信号と応答測定信号の間の位相ズレに対する直交補正回路の寄与が決定されることが好ましい。
【0023】
テストモードで決定された、復調信号と応答測定信号の間の位相ズレが、ＭＥＭＳジャイロスコープの較正および／または再較正、とりわけＭＥＭＳジャイロスコープのオフセット補正の基となることが好ましい。
【0024】
ＭＥＭＳジャイロスコープの定期的および／または自動的な較正が行われることが好ましい。
本発明のさらなる一態様に基づき、ＭＥＭＳジャイロスコープと、ＭＥＭＳジャイロスコープの本発明による動作回路とを含むシステムが提供されている。
本発明のさらなる一態様に基づき、ＭＥＭＳジャイロスコープと、ＭＥＭＳジャイロスコープの本発明による動作回路とを含むシステムが提供されている。
【0025】
本発明のさらなる一態様に基づき、本発明による回路に本発明による方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラムが提供されている。
本願中で挙げられた本発明の様々な実施形態および態様は、個別に違う記述がない限り、有利に相互に組合せ可能である。とりわけ、方法の好ましい形成形態および実施形態についての図および説明は常に、装置、システム、およびコンピュータプログラムに相応に転用可能であり、逆もまた同様である。
本願中で挙げられた本発明の様々な実施形態および態様は、個別に違う記述がない限り、有利に相互に組合せ可能である。とりわけ、方法の好ましい形成形態および実施形態についての図および説明は常に、装置、システム、およびコンピュータプログラムに相応に転用可能であり、逆もまた同様である。
【0026】
本発明の有利な変形形態は従属請求項に提示されており、かつ明細書中で説明されている。
本発明の例示的実施形態を図面および以下の説明に基づいてより詳しく解説する。
本発明の例示的実施形態を図面および以下の説明に基づいてより詳しく解説する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】従来技術に基づくジャイロスコープの動作回路を備えたＭＥＭＳジャイロスコープのブロック図である。
【図2】直交補正回路を備えた従来技術に基づくジャイロスコープの動作回路を備えたＭＥＭＳジャイロスコープのさらなるブロック図である。
【図3】本発明による回路の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図１および図２では、従来技術に基づくジャイロスコープの動作回路１０、２０を備えたＭＥＭＳジャイロスコープ４０のブロック図が示されている。このＭＥＭＳジャイロスコープは、駆動軸４３、複数の読取軸４２、および読取・伝達関数４４を含む。ＭＥＭＳジャイロスコープ４０は、駆動側および読取側での接続ケーブル４１を介し、動作回路１０、２０と接続されている。ＭＥＭＳジャイロスコープ４０の駆動側は第１の容量／電圧変換器１４と接続されており、かつ読取側は第２の容量／電圧変換器２４と接続されている。第１の容量／電圧変換器１４は任意の増幅回路１８を介して復調器１７と接続されており、かつ第２の容量／電圧変換器２４は任意の増幅回路１８を介して復調器２５と接続されている。復調器１７は、位相ロックループ１５と接続されており、かつ入って来る信号の位相を９０°ずらす回路１９を介して復調器２５に接続されている。
【0029】
図１に示したアーキテクチャ例に基づき、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０および動作回路１０、２０から成るシステムの位相ズレ誤差は、位相ロックループ１５からの復調クロック１２ｂと、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０から来る復調されるべき信号との間のレート復調器２５での遅延として定義される。
【0030】
φ駆動＝φＷＤ＋φＣＶＤ＋φＡＤ＋φＣＬＫ
φ読取＝φＭＥＭＳ＋φＷＳ＋φＣＶＳ＋φＡＳ
φ誤差＝φ駆動－φ読取
式中φＭＥＭＳは、ＭＥＭＳジャイロスコープの読取・伝達関数４４によって挿入される遅延であり、その一方でφＷＤおよびφＷＳは、駆動経路４３または読取経路４２に関するＭＥＭＳの電極と回路１０、２０の入力との間の配線４１によって挿入される遅延である。これらの式はジャイロスコープの機械部分に特化したものであり、式の見積もりは本発明の一部ではない。
φ読取＝φＭＥＭＳ＋φＷＳ＋φＣＶＳ＋φＡＳ
φ誤差＝φ駆動－φ読取
式中φＭＥＭＳは、ＭＥＭＳジャイロスコープの読取・伝達関数４４によって挿入される遅延であり、その一方でφＷＤおよびφＷＳは、駆動経路４３または読取経路４２に関するＭＥＭＳの電極と回路１０、２０の入力との間の配線４１によって挿入される遅延である。これらの式はジャイロスコープの機械部分に特化したものであり、式の見積もりは本発明の一部ではない。
【0031】
動作回路１０、２０と関連する概念φＣＶＤおよびφＣＶＳは、駆動の容量／電圧変換器１４および読取の容量／電圧変換器２４（または増幅回路１８）の遅延であり、φＡＤおよびφＡＳは、増幅回路１８と、駆動用の復調１７または走査用の復調２５との間の動作回路１０、２０の遅延であり、かつφＣＬＫは、位相ロックループ１５の位相基準点とレート復調器２５との間の回路１９を通る復調信号の遅延である。
【0032】
図２に示されたアーキテクチャでは追加的な概念φＱＣが存在しており、φＱＣは、追加的な遅延経路を挿入する追加的な直交補正回路５０の遅延である。
φ補正＝φＷＤ＋φＣＶＤ＋φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ
動作回路１０、２０にだけ関係する位相シフトは、
φＡ駆動＝φＣＶＤ＋φＡＤ＋φＣＬＫ
φＡ読取＝φＣＶＳ＋φＡＳ
φＡ補正＝φＣＶＤ＋φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ
である。
φ補正＝φＷＤ＋φＣＶＤ＋φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ
動作回路１０、２０にだけ関係する位相シフトは、
φＡ駆動＝φＣＶＤ＋φＡＤ＋φＣＬＫ
φＡ読取＝φＣＶＳ＋φＡＳ
φＡ補正＝φＣＶＤ＋φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ
である。
【0033】
同一の周期的な信号が駆動回路１０および読取回路２０の入力に印加されることにより、位相遅延のうち動作回路１０、２０に関係する部分を測定することが可能であろう。この周期的な信号が駆動回路１０によって読み取られ、それにより位相ロックループ１５が遮断され、かつ復調信号１２ｂが生成されるであろう。読取回路２０の側ではそれは直交信号であり、その後、レート復調器２５によって復調されるであろう。つまり、レート経路の出力は、
レート＝直交＊ｓｉｎ（φＳ）
すなわち、入力信号（直交）が既知であれば、動作回路１０、２０の全体の位相遅延φＳが決定され得るであろう。
レート＝直交＊ｓｉｎ（φＳ）
すなわち、入力信号（直交）が既知であれば、動作回路１０、２０の全体の位相遅延φＳが決定され得るであろう。
【0034】
図３は、ＭＥＭＳジャイロスコープの動作回路１０、２０内の位相ズレを確定するための本発明による回路１００の一実施形態のブロック図を示す。
本発明による回路１００は、駆動回路１０、読取回路２０、信号発生回路３０、および任意で直交補正回路５０を含む。駆動回路１０は、容量／電圧変換器１４、位相ロックループ１５、振幅調整器１６、および変調器１７を含む。駆動回路１０は、少なくとも３つの出力および入力１３を含む。読取回路２０は、容量／電圧変換器２４、２つの復調器２５、２６、２つのアナログ／デジタル変換器２１、２２、および任意で信号加算器２７を含む。ＭＥＭＳジャイロスコープ４０は、複数の振動軸（一般的に、ｘ、ｙ、およびｚ）を有し得る。振動軸ごとに１つの読取回路２０が必要とされる。図３では例示的に１つの読取回路２０だけが示される。この読取回路２０は、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０の１つの振動軸のための入力２３ならびにレート信号ＲＸおよび直交信号ＱＸのための出力を有する。信号発生回路３０は、周期的な信号３１を生成する発振回路３３およびファンクションジェネレータ３２を含む。
本発明による回路１００は、駆動回路１０、読取回路２０、信号発生回路３０、および任意で直交補正回路５０を含む。駆動回路１０は、容量／電圧変換器１４、位相ロックループ１５、振幅調整器１６、および変調器１７を含む。駆動回路１０は、少なくとも３つの出力および入力１３を含む。読取回路２０は、容量／電圧変換器２４、２つの復調器２５、２６、２つのアナログ／デジタル変換器２１、２２、および任意で信号加算器２７を含む。ＭＥＭＳジャイロスコープ４０は、複数の振動軸（一般的に、ｘ、ｙ、およびｚ）を有し得る。振動軸ごとに１つの読取回路２０が必要とされる。図３では例示的に１つの読取回路２０だけが示される。この読取回路２０は、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０の１つの振動軸のための入力２３ならびにレート信号ＲＸおよび直交信号ＱＸのための出力を有する。信号発生回路３０は、周期的な信号３１を生成する発振回路３３およびファンクションジェネレータ３２を含む。
【0035】
適用すべき信号に関する最も簡単な解決策は、矩形波信号または三角波信号を使用することであろう。しかしながら、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０から来る実際の信号は正弦波信号なので、回路１０、２０の通常動作と同じ挙動、したがってより信頼できる測定を得るために、正弦波信号が使用されることが望ましい。
【0036】
駆動回路１０の位相ロックループ１５は、読取回路２０の復調器２５、２６にそれぞれ復調信号１２ｂおよび１２ａを提供し、この信号１２ａと１２ｂは互いに対して９０°の位相ズレを有している。読取回路２０の入力２３にやって来る信号は、任意で信号加算器２７を介し、容量／電圧変換器２４に提供される。容量／電圧変換器２４はそれに提供された信号から測定信号ＭＲ，Ｑを生成する。測定信号ＭＲ，Ｑは復調信号１２ｂと一緒に復調器２５に提供され、かつ測定信号ＭＲ，Ｑは復調信号１２ａと一緒に復調器２６に提供される。復調器２５は、測定信号ＭＲ，Ｑおよび復調信号１２ｂから希望信号（レート信号）ＲＡを生成し、かつ復調器２６は、測定信号ＭＲ，Ｑおよび復調信号１２ａから直交信号ＱＡを生成する。希望信号ＲＡはアナログ／デジタル変換器２１に提供され、アナログ／デジタル変換器２１は希望信号ＲＡからデジタルの同位相信号ＲＸを生成し、かつ直交信号ＱＡはアナログ／デジタル変換器２２に提供され、アナログ／デジタル変換器２２は直交信号ＱＡからデジタルの直交位相信号ＱＸを生成する。信号ＲＸおよびＱＸは、読取回路２０の出力に提供されている。
【0037】
駆動回路１０の入力１３にやって来る信号は容量／電圧変換器１４に提供される。容量／電圧変換器１４はそれに提供された信号から電圧信号を生成し、この電圧信号は、振幅調整器１６、位相ロックループ１５、および任意で直交補正回路５０に提供される。位相ロックループ１５および振幅調整器１６は、それに接続された変調器１７を介して一緒に、位相ロックループ１５および振幅調整器１６に提供された電圧信号をベースとして、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０の質量の規定の励起振動を励起および維持するための駆動信号１１を生成する。任意の直交補正回路５０は、容量／電圧変換器１４の電圧信号からアナログの直交補正信号５１を生成し、この直交補正信号５１は、読取回路２０の入力２３にやって来る信号と一緒に任意の信号加算器２７に提供される。理想的な場合には、直交補正信号５１が、入力２３に入って来る信号の直交成分を完全に相殺する。実際には、それでもなお成分は残ったままである。
【0038】
周期的な信号３１は、駆動回路１０の入力１３および／または読取回路２０の入力２３に接続されている。周期的な信号３１が、ＭＥＭＳジャイロスコープ４０の駆動信号に正確に合っていることが好ましい。
【0039】
このような正弦波信号３１を駆動入力１３にも読取入力２３にも印加することは、直交補正５０なしで回路１０、２０によって挿入される全体の位相復調誤差の測定を可能にする。
【0040】
φＡ誤差＝φＡ読取－φＡ駆動＝φＣＶＳ＋φＡＳ－（φＣＶＤ＋φＡＤ＋φＣＬＫ）
周期的な信号３１が、アクティブな直交補正５０を備えた駆動回路の入力１３にのみ適用される場合、周期的な信号３１は、直交補正経路上の回路１０、２０によって挿入される位相復調誤差の測定を可能にする。
周期的な信号３１が、アクティブな直交補正５０を備えた駆動回路の入力１３にのみ適用される場合、周期的な信号３１は、直交補正経路上の回路１０、２０によって挿入される位相復調誤差の測定を可能にする。
【0041】
φＡ誤差ＱＣ＝φＡ補正－φＡ駆動
＝φＣＶＤ＋φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ－（φＣＶＤ＋φＡＤ＋φＣＬＫ）
＝φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ－φＡＤ－φＣＬＫ
回路１０、２０および任意で回路５０が一緒にＡＳＩＣとして実現される場合、これは、測定がその後にレートシフト補正の補正係数を更新するためのデジタルルーティンによって使用され得るあらゆるテスト環境でおよびそれどころかユーザ側で実施され得る。
＝φＣＶＤ＋φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ－（φＣＶＤ＋φＡＤ＋φＣＬＫ）
＝φＱＣ＋φＣＶＳ＋φＡＳ－φＡＤ－φＣＬＫ
回路１０、２０および任意で回路５０が一緒にＡＳＩＣとして実現される場合、これは、測定がその後にレートシフト補正の補正係数を更新するためのデジタルルーティンによって使用され得るあらゆるテスト環境でおよびそれどころかユーザ側で実施され得る。
【0042】
本発明を好ましい例示的実施形態によって細部にわたって詳しく図解および説明したのではあるが、本発明は、開示された例に限定されてはおらず、これを基に当業者により、本発明の保護範囲を逸脱することなくその他の形態が導き出され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】