[發明專利]陀螺儀震動和擾動檢測電路

有效

• 申請號: 201410171539.3
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN104121899B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: M·福利蒂;C·羅薩迪尼
• 申請（專利權）人: 馬克西姆綜合產品公司
• 主分類號: G01C19/5776
• 分類號: G01C19/5776
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

本發明公開了一種陀螺儀震動和擾動檢測電路。本發明涉及集成電路，更具體地，涉及集成陀螺儀感測電路的系統、器件和方法，所述陀螺儀感測電路具有陀螺儀，用以檢測震動或擾動，并準確區分基于旋轉的感測信號與由震動或擾動引起的噪聲。陀螺儀感測電路可以以差分或非差分解調方案來實現，且包括至少一個解調單元和峰值檢測器。至少一個解調單元以參考信號解調由陀螺儀提供的陀螺儀輸出信號。在經解調的陀螺儀輸出信號中，震動信號或陀螺儀擾動信號基本上與用以感測旋轉速率的感興趣的陀螺儀感測信號分離。峰值檢測器采樣經調制的陀螺儀輸出信號，確定信號是否超過閾值電平V_TH，并輸出震動標記，其指示相應的確定結果。

相關申請的交叉參考

本申請根據35U.S.C.§119(e)要求享有于2013年4月26日提交的題為“GyroscopeShock and Disturbance Detection Circuit”、序列號為No.61/816,419的臨時申請的權益，其主題通過參考整體上并入本文中。

技術領域

本發明涉及集成電路，更具體地，涉及檢測陀螺儀受到的震動(shock)或擾動(disturbance)，以及區分基于旋轉的感測信號與由震動或擾動引起的噪聲的系統、器件和方法。

背景技術

微機電結構(MEMS)廣泛地用作傳感器來測量加速度、旋轉、壓力和許多其他物理參數。通常使用顯微機械加工工藝在硅襯底上形成MEMS器件，其采用幾微米的特征尺寸，將機械移動轉換為可以指示感興趣參數的水平的電信號。具體地，基于MEMS的陀螺儀器件已經被開發出來并應用于監控器件相對于特定軸的旋轉速率，大量的消費性應用和汽車應用已經成功采用了這種基于MEMS的陀螺儀器件。例如，許多汽車集成了陀螺儀器件，用于車輛穩定性控制、導航輔助、負載均衡/懸架控制、避免碰撞和傾翻檢測。

傳統的基于MEMS的陀螺儀器件使用振動機械元件(檢測質量塊(proof mass))來感測旋轉速率。圖1A示出了布置在旋轉坐標系中的機械元件100。驅動機械元件100在第一正交軸(x軸)上振蕩，隨著坐標系相對于第二正交軸(y軸)旋轉，由于科里奧利加速度而引起了沿第三正交軸(z軸)的振動。相應的慣性科里奧利力F_C可以表示為：

F_C＝-2Ωmv (1)

其中，Ω是旋轉速率，m是機械元件100的質量，v是沿第一正交軸的振動速度。

圖1B示出了示例性振動陀螺儀器件150，其依靠靜電驅動和電容感測來檢測科里奧利力。由布置在兩個相反側的梳狀驅動器154驅動檢測質量塊152沿x軸振動。在襯底與檢測質量塊152之間形成電容器。響應于相對于y軸的旋轉，檢測質量塊152朝向和遠離設置陀螺儀器件150的襯底振動，因此，電容器的間隙距離改變，導致與科里奧利力相關的電容變化。接口讀出電路通常與陀螺儀器件150集成在一起，以將這個電容變化轉換為陀螺儀感測信號，其與科里奧利力的大小有關，因此與相應的旋轉速率有關。

盡管陀螺儀感測信號包括與旋轉速率有關的感興趣的信息，但同樣由多個震動和擾動源引起了噪聲，噪聲可以顯著損害旋轉感測的精度。特別是在汽車應用中，震動魯棒性至關重要，并且構成了關鍵特性，因為必須強制實行嚴格的安全性限制，以確保故障安全且魯棒的系統。在這個環境下，當震動或擾動的程度超過相應旋轉感測系統容許的閾值時，需要標記震動或擾動的出現，并將其用于指示輸出了不可靠的和不可預測的速率信號。市場上的許多現有陀螺儀器件采用了傳感器或封裝解決方案來改進器件自身的震動魯棒性。但它們沒有一個標記相對于特定容限的震動或擾動的出現并警告主機采取適合的對策。

發明內容

本發明的多個實施例涉及集成電路，更具體地，涉及集成陀螺儀感測電路的系統、器件和方法，所述陀螺儀感測電路具有陀螺儀，用以檢測陀螺儀器件受到的震動或擾動，并準確區分基于旋轉的陀螺儀感測信號與由震動或擾動引起的噪聲。陀螺儀感測電路特別利用了這些信號相對于陀螺儀的特征頻率的對稱性。