專利名稱：：動(dòng)態(tài)偏移校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及集成電路(IC)和MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))裝置的應(yīng)用，更具體地涉及用于改進(jìn)集成MEMS裝置的校準(zhǔn)技術(shù)的方法和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：集成微電子的研究和開發(fā)持續(xù)在CMOS和MEMS中取得驚人的進(jìn)展。對(duì)于集成電路(1C),CMOS技術(shù)已成為重要的制造技術(shù)。盡管取得了極大的成功，但1C，，特別是MEMS仍具有局限性。與IC開發(fā)類似，集中于提高性能、減少尺寸以及降低成本的MEMS開發(fā)仍然面臨挑戰(zhàn)。此外，MEMS的應(yīng)用通常需要期望更強(qiáng)計(jì)算能力的日益復(fù)雜的微系統(tǒng)。不幸的是，這樣的應(yīng)用一般不存在。傳統(tǒng)MEMS和IC的這些和其他限制將通過本說明書在下面作出更進(jìn)一步的詳述。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及集成電路(IC)和MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))裝置的應(yīng)用。在本實(shí)施方式中，本發(fā)明包括微處理器、微控制器或用于處理來自設(shè)置在手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中集成MEMS裝置的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，所述手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被編程為執(zhí)行所述方法。在正常操作期間，可以進(jìn)行諸如加速器的傳感器參數(shù)校準(zhǔn)以及后處理(post-processing)?？梢赃x擇不存在動(dòng)態(tài)加速度時(shí)的時(shí)間間隔，這是因?yàn)榧铀倨髟谄涮幱陟o止時(shí)可以進(jìn)行感測而不考慮方向(例如，裝置位于任何特定的位置，諸如水平、垂直等方向是不必要的)。該靜態(tài)加速度可被用于動(dòng)態(tài)偏移校準(zhǔn)或動(dòng)態(tài)偏移校正或動(dòng)態(tài)偏移補(bǔ)償(DOC)處理。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，通過本發(fā)明的方法可具有多種優(yōu)勢。從用戶角度，DOC實(shí)施可以改善測量以支持高性能的應(yīng)用。DOC處理可由用戶有意地觸發(fā)、或可在后臺(tái)運(yùn)行。這使得裝置的用戶或制造商可以靈活性地確定什么才最好地符合預(yù)期的用途和性能要求。由于許多用戶已經(jīng)期望經(jīng)由一系列的動(dòng)作來校準(zhǔn)移動(dòng)裝置的磁力計(jì)以獲得極高的精度，故對(duì)該實(shí)施的程序上的影響將非常低。DOC處理還可后臺(tái)運(yùn)行而無需用戶觸發(fā)校準(zhǔn)。當(dāng)滿足校準(zhǔn)條件時(shí)，DOC可“自動(dòng)檢測”。此外，可以消耗非常低的功率來進(jìn)行該處理，這是因?yàn)?，可以僅使用初始的校準(zhǔn)程序(initialcalibrationroutine)以及然后非常低的占空因數(shù)保持任務(wù)來隨著時(shí)間改善精度。此外，可在使用期間修正校準(zhǔn)條件以獲得初始收斂的快速與極度精確之間的可接受的組合。從開發(fā)者的觀點(diǎn)來看，因?yàn)椴恍枰?xì)的廠內(nèi)校準(zhǔn)，所以裝置的這種實(shí)施可實(shí)現(xiàn)更低的成本。這將不需要將每個(gè)部分都放置在已知的方向上并進(jìn)行測量。無論任何偏差來源或原因，裝置均可工作。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用來校準(zhǔn)集成MEMS裝置的簡化的流程圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及集成電路(IC)和MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))裝置的應(yīng)用。更具體地,本發(fā)明的實(shí)施方式提出了用于改進(jìn)集成MEMS裝置的校準(zhǔn)技術(shù)的方法和結(jié)構(gòu)，該集成MEMS裝置可被實(shí)施在移動(dòng)電話、平板裝置(圖像輸入板，tablet)、手持計(jì)算機(jī)等中。僅以示例的方式，MEMS裝置至少可包括加速器、回轉(zhuǎn)儀、磁傳感器、壓力傳感器、擴(kuò)音器、濕度傳感器、溫度傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器、慣性傳感器等。但可認(rèn)為本發(fā)明具有更寬的適用范圍。在實(shí)施方式中，本發(fā)明可包括用于處理來自設(shè)置在手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的集成MEMS裝置的數(shù)據(jù)的微處理器實(shí)現(xiàn)方法，所述手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被變成為執(zhí)行該方法。在正常操作期間，可以進(jìn)行諸如加速器的傳感器參數(shù)校準(zhǔn)以及后處理。可以選擇不存在動(dòng)態(tài)加速度時(shí)的時(shí)間間隔，這是因?yàn)榧铀倨髟谄涮幱陟o止時(shí)可以進(jìn)行感測而不考慮方向(例如，裝置位于任何特定的位置，諸如水平、垂直等方向是不必要的)。該靜態(tài)加速度可被用于動(dòng)態(tài)偏移校準(zhǔn)或動(dòng)態(tài)偏移校正(DOC)處理由于無論方位如何(例如，設(shè)備不必位于諸如水平、豎直等的任何特定位置)，當(dāng)加速器靜止時(shí)其即可感應(yīng)，故可選擇沒有動(dòng)態(tài)加速度時(shí)的時(shí)間段。該靜態(tài)加速度可被用于動(dòng)態(tài)偏移校準(zhǔn)或動(dòng)態(tài)偏移校正(DOC)處理。校準(zhǔn)可包括監(jiān)控現(xiàn)有的X、Y、Z傳感器輸出并確保在連續(xù)的時(shí)間域的數(shù)據(jù)測量時(shí)在這三個(gè)軸的數(shù)據(jù)中沒有改變?？衫枚鄠€(gè)測量值來計(jì)算偏移校準(zhǔn)，所述多個(gè)測量值可在正常操作期間動(dòng)態(tài)地獲得。在具體的實(shí)施方式中，重力將是測量的唯一的力。使用地球重力作為參考并在裝置的四個(gè)極為不同的方向上測量加速度，可估算X、Y、Z偏移量。在一種實(shí)施方式中，可選擇裝置“位置”改變處的X、Y、Z加速度矢量(“測量點(diǎn)”)，這意味著x、Y、z軸的‘靜態(tài)’加速度不同，沒有動(dòng)態(tài)加速度，即，重力是裝置感測到的主要加速度分量。這可以使用狀態(tài)機(jī)以硬件或軟件來確定。在各種實(shí)施方式中，可以在樣本之間施加最小的時(shí)間間隔以增加幾何條件滿足測量點(diǎn)的可能性而不用執(zhí)行耗費(fèi)更多計(jì)算的大量的篩選操作(screeningoperation),例如，“測量點(diǎn)之間所需的200ms”。設(shè)Xm1、Ym1、Zmi是實(shí)例i中所測量的加速度。設(shè)Xoff、Yoff、Zoff是分別是3個(gè)軸中的每一個(gè)上的偏移量。設(shè)Xa1、Ya1、Zai為當(dāng)每個(gè)軸上的偏移量為零時(shí)的實(shí)際加速度，那么，_5]Xffli=Xai+XoffYffli=Yai+YoffZffli=Zai+Zoff已知在沒有動(dòng)態(tài)加速度時(shí)，Xai2+Yai2+Zai2=lg2如果考慮靜態(tài)加速度期間(僅有重力加速度)兩個(gè)完全不相關(guān)的數(shù)據(jù)樣本，那么Xal2+Yal2+Zal2=lg2這意味著(Xml-Xoff)2+(Yml-Yoff)2+(Zml-Zoff)2=lg2對(duì)于除地球加速度存在以外沒有其他加速度分量的另一獨(dú)立(不相關(guān))數(shù)據(jù)點(diǎn)，Xa22+Ya22+Za22=lg2(Xm2-Xoff)2+(Ym2-Yoff)2+(Zm2-Zoff)2=lg2相減，權(quán)利要求1.一種包括微處理器、片上邏輯的系統(tǒng)，所述片上邏輯用來處理來自設(shè)置在手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的集成MEMS裝置的數(shù)據(jù)，所述系統(tǒng)包括:感測模塊，被配置為用來通過設(shè)置在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的MEMS傳感器感測校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值；以及校正模塊，被配置為用來利用設(shè)置在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理器使用所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值通過動(dòng)態(tài)偏移校正(DOC)處理來檢測所述MEMS傳感器的計(jì)算的偏移數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述感測校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值包括以預(yù)定的時(shí)間周期在一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)方向上感測X、Y和Z軸傳感器數(shù)據(jù)；其中，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值包括多個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，且其中，所述DOC處理包括構(gòu)建NX3矩陣并使用最小二乘法，所述NX3矩陣包括多個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值包括至少四個(gè)期望的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及其中，所述DOC處理包括構(gòu)建3X3矩陣，所述3X3矩陣包括所述至少四個(gè)期望的數(shù)據(jù)點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述DOC處理通過用戶利用所述手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)定的操作來啟動(dòng)，其中，所述預(yù)定的操作包括用戶從第一用戶位置檢索所述手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、在第二用戶位置保持所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、在第三以及然后第四用戶位置保持所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)作。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述DOC處理被配置為不斷地運(yùn)行直至滿足預(yù)定的校準(zhǔn)條件的后臺(tái)DOC處理；其中，所述預(yù)定的校準(zhǔn)條件包括時(shí)間周期條件、靜態(tài)條件、幾何分集條件或數(shù)據(jù)限制條件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述時(shí)間周期條件、靜態(tài)條件、幾何分集條件或數(shù)據(jù)限制條件在收斂的最初時(shí)間段或使用較不嚴(yán)格的條件的完成之后隨時(shí)間而被修正以改善精度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用戶啟動(dòng)校準(zhǔn)處理，所述用戶啟動(dòng)校準(zhǔn)處理包括通過所述MEMS傳感器在用戶將所述手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)放置在水平面上并按壓按鈕時(shí)或在用戶執(zhí)行8字形操作時(shí)感測用戶啟動(dòng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值，并通過所述處理器使用所述用戶啟動(dòng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值確定用戶啟動(dòng)計(jì)算偏移數(shù)據(jù)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述MEMS傳感器包括MEMS加速器，所述集成MEMS裝置包括集成3軸MEMS加速器，或包括所述MEMS加速器和MEMS回轉(zhuǎn)儀的6軸MEMS慣性感測裝置，或包括所述MEMS加速器和MEMS磁力計(jì)的6軸裝置。9.一種手持慣性傳感器系統(tǒng)，包括集成在所述手持裝置內(nèi)的同一裝置中或單獨(dú)的芯片中用來處理來自設(shè)置在手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的集成MEMS裝置的數(shù)據(jù)的微處理器，所述系統(tǒng)包括殼體；實(shí)體存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)多個(gè)非瞬時(shí)性的可執(zhí)行指令；集成MEMS裝置，設(shè)置在所述殼體內(nèi)，所述集成MEMS裝置包括MEMS傳感器；處理器，設(shè)置在所述殼體內(nèi)并耦接至所述實(shí)體存儲(chǔ)器和所述集成MEMS裝置，其中，所述處理器被編程為通過所述多個(gè)非瞬時(shí)性的可執(zhí)行指令來執(zhí)行多種功能；感測模塊，包括將所述處理器編程為通過設(shè)置在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所述MEMS傳感器感測校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值的可執(zhí)行代碼；以及偏移數(shù)據(jù)模塊，包括將所述處理器編程為利用設(shè)置在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理器使用所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測量值通過動(dòng)態(tài)偏移校正(DCO)處理來確定所述MEMS傳感器的計(jì)算的偏移數(shù)據(jù)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括校準(zhǔn)數(shù)據(jù)模塊，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)模塊包括將所述處理器編程為通過所述MEMS傳感器以預(yù)定的時(shí)間周期感測至少四個(gè)靜態(tài)方向上的X、Y和Z軸傳感器數(shù)據(jù)的可執(zhí)行代碼。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述MEMS傳感器包括MEMS加速器，所述集成MEMS裝置包括包括MEMS加速器和MEMS回轉(zhuǎn)儀的集成6軸MEMS慣性感測裝置，包括MEMS加速器和磁力計(jì)的集成6軸MEMS慣性感測裝置，或包括所述MEMS加速器和MEMS回轉(zhuǎn)儀的集成9軸或10軸慣性感測裝置、磁力計(jì)和壓力感測器。全文摘要本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)偏移校準(zhǔn)。一種用來處理來自設(shè)置在手持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的集成MEMS裝置的數(shù)據(jù)的手持處理器系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)偏移校正(DOC)處理計(jì)算3軸加速器偏差而不需知道裝置的方向。可以校正任意輸出偏差以確保一致的性能。通過加速測量裝置使用重力測量的基本的觀察來形成線性方程式系統(tǒng)(systemoflinearequation)，根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量、感測的動(dòng)作的度、持久性以及時(shí)間間隔等中的限制來為線性方程式系統(tǒng)設(shè)定條件。當(dāng)滿足適當(dāng)?shù)膸缀畏旨瘲l件時(shí)該等式系統(tǒng)被修正和解出。文檔編號(hào)G01C25/00GK103246366SQ20131004977公開日2013年8月14日申請(qǐng)日期2013年2月7日優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日發(fā)明者桑賈伊·布安達(dá)里,喬·凱利申請(qǐng)人:穆克波有限公司