Mems陀螺電動(dòng)機(jī)環(huán)路濾波器的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]快速微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)陀螺電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間對于許多應(yīng)用而言是關(guān)鍵的。MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)具有可以與用來驅(qū)動(dòng)檢測質(zhì)量(proof mass)的主檢測質(zhì)量模式競爭的幾個(gè)非期望機(jī)械振動(dòng)模式。這些非期望機(jī)械振動(dòng)模式延遲MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。用于陀螺儀的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制環(huán)路包含提供振蕩所需的-90度相移的濾波功能。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制環(huán)路中的濾波器在抑制競爭模式中起重要作用。由當(dāng)前濾波器拓?fù)涮峁┑母偁幠Ｊ降囊种剖俏⑷醯?，并且允許那些模式延遲MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本申請涉及一種用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)陀螺儀的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路包括被配置成驅(qū)動(dòng)MEMS陀螺儀中的檢測質(zhì)量的電動(dòng)機(jī)和減90度相移雙T(twin-tee)陷波濾波器(twin-tee notch filter)。電動(dòng)機(jī)被配置成引起檢測質(zhì)量在主檢測質(zhì)量模式下振蕩。減90°相移雙T陷波濾波器被配置成:在等于主檢測質(zhì)量模式的電動(dòng)機(jī)諧振頻率下提供減90°相位；在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間抑制處于電動(dòng)機(jī)的非期望機(jī)械模式的諧振；以及在電動(dòng)機(jī)諧振頻率下提供增益。
【附圖說明】
[0003]應(yīng)理解的是附圖僅僅描述示例性實(shí)施例，并且因此不應(yīng)認(rèn)為在范圍方面是限制性的，將通過使用附圖以附加的特殊性和細(xì)節(jié)來描述示例性實(shí)施例，在所述附圖中:
圖1是根據(jù)本申請的MEMS陀螺儀的一部分的框圖；
圖2是根據(jù)本申請的MEMS陀螺儀的框圖；
圖3A是根據(jù)本申請的用于MEMS陀螺儀中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路的雙T濾波器電路圖；
圖3B是與和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路相關(guān)聯(lián)的模擬驅(qū)動(dòng)頻率模式和兩個(gè)非期望機(jī)械頻率模式串聯(lián)的圖3A的雙T濾波器電路圖；
圖4A是用于圖3B的雙T濾波器電路圖的相位對比頻率的圖；
圖4B是用于圖3B的雙T濾波器電路圖的增益對比頻率的圖；
圖5A是用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路中的現(xiàn)有技術(shù)濾波器的相位對比頻率的圖；
圖5B是用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路中的現(xiàn)有技術(shù)濾波器的增益對比頻率的圖；
圖6A—6C分別地是用于在圖3B的電路圖中所示的第一和第二非期望機(jī)械頻率模式和驅(qū)動(dòng)頻率模式的電壓對比時(shí)間的圖；
圖7A—7C分別地是用于在圖3B的電路圖中所示的第一和第二非期望機(jī)械頻率模式和驅(qū)動(dòng)頻率模式的電壓對比時(shí)間的圖，其中，現(xiàn)有技術(shù)-90度相移濾波器已替換本申請的濾波器；以及
圖8是用以在MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)期間抑制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路的非期望機(jī)械模式的方法的流程圖。
[0004]根據(jù)慣例，各種所述特征并未按比例繪制，而是為了強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例有關(guān)的特定特征而繪制。遍及圖和正文，參考字符表示相似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0005]在以下詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖，并且在附圖中以圖示的方式示出了特定說明性實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是可利用其它實(shí)施例，并且可進(jìn)行邏輯、機(jī)械以及電氣改變。此外，不應(yīng)將在附圖和說明書中提出的方法解釋為限制其中可執(zhí)行單個(gè)步驟的順序。因此不應(yīng)在限制性意義上理解以下詳細(xì)描述。
[0006]下述實(shí)施例提供了 MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)環(huán)路中的改善濾波器，其在這里也稱為“電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路”。此濾波器是基于在MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)環(huán)路中結(jié)合“雙T”陷波濾波器拓?fù)?。這里所述的減90度相移雙T陷波濾波器的實(shí)施例提供以下有利特征:1)與先前的濾波器相比在更寬的頻率范圍內(nèi)平坦以適應(yīng)更寬范圍的電動(dòng)機(jī)頻率的電動(dòng)機(jī)振蕩所需的減90度(-90° )相移；2)振蕩所需的電壓增益；3)在由濾波器設(shè)計(jì)控制的頻率下到加90度(+90° )相位的快速相位轉(zhuǎn)變；以及4)相位轉(zhuǎn)變頻率周圍的窄范圍內(nèi)的振幅響應(yīng)中的強(qiáng)衰減。
[0007]+90度相移在相位轉(zhuǎn)變頻率處及以上提供非期望機(jī)械頻率模式的強(qiáng)抑制，以減少M(fèi)EMS陀螺電動(dòng)機(jī)環(huán)路中的MEMS陀螺電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。現(xiàn)有技術(shù)濾波器通過衰減和相移的相對逐漸增加來提供弱抑制。
[0008]在這里可互換地使用術(shù)語“非期望機(jī)械頻率模式”和“非期望機(jī)械模式”。在這里可互換地使用術(shù)語“主檢測質(zhì)量模式”和“驅(qū)動(dòng)頻率模式”。
[0009]相位轉(zhuǎn)變頻率周圍的窄范圍內(nèi)的振幅響應(yīng)中的強(qiáng)衰減提供該特定頻率下的振動(dòng)模式的強(qiáng)抑制?？梢杂脤ν勇輧x電子裝置的改變來實(shí)現(xiàn)改善的濾波電路。在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施方式中，用分立部件來實(shí)現(xiàn)改善的濾波電路。在本實(shí)施例中的另一實(shí)施方式中，通過結(jié)合到陀螺儀模擬專用集成電路(ASIC)中來實(shí)現(xiàn)改善的濾波電路。
[0010]圖1是根據(jù)本申請的MEMS陀螺儀的一部分10的框圖。MEMS陀螺儀的部分10包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路50、MEMS檢測質(zhì)量140以及感測電極145。在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施方式中，MEMS陀螺儀的部分10是整體陀螺儀10，其被配置成感測單一方向上的力。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路50可以用來驅(qū)動(dòng)MEMS陀螺儀11中的MEMS檢測質(zhì)量140。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路50包括電動(dòng)機(jī)100、相應(yīng)的減90度相移雙T陷波濾波器120、電荷放大器(chargeamplifier) 110以及驅(qū)動(dòng)放大器130。
[0011]電動(dòng)機(jī)100驅(qū)動(dòng)MEMS陀螺儀11中的檢測質(zhì)量140。電動(dòng)機(jī)100引起檢測質(zhì)量140在主檢測質(zhì)量模式下振蕩。在這里可互換地使用術(shù)語“電動(dòng)機(jī)”和“MEMS陀螺儀電動(dòng)機(jī)”。如這里定義的，主檢測質(zhì)量模式是陀螺儀中的檢測質(zhì)量的主振蕩模式。
[0012]電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路50滿足用于振蕩的巴克豪森準(zhǔn)則。具體地，環(huán)路增益被設(shè)置成等于一(1)，并且電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路周圍的相移是360度的η倍，其中，η是正整數(shù)。減90度相移雙Τ陷波濾波器120被配置成:在剛好在至少一個(gè)主檢測質(zhì)量模式之上的電動(dòng)機(jī)諧振頻率下提供減90度相位陀螺電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)期間抑制MEMS陀螺儀的部分10的機(jī)械模式下的諧振；以及在電動(dòng)機(jī)諧振頻率下提供增益。
[0013]將截止信號(pickoff signal)301從電動(dòng)機(jī)100耦合到電荷放大器110。減90度相移雙τ陷波濾波器120將主檢測質(zhì)量模式(作為信號304)傳遞至驅(qū)動(dòng)放大器130。驅(qū)動(dòng)放大器130將主檢測質(zhì)量模式305從減90度相移雙Τ陷波濾波器120傳遞至電動(dòng)機(jī)100。電動(dòng)機(jī)100向MEMS檢測質(zhì)量140提供信號303以設(shè)置MEMS檢測質(zhì)量140在MEMS檢測質(zhì)量140的主振蕩模式下振蕩。
[0014]圖2是根據(jù)本申請的MEMS陀螺儀11的框圖。MEMS陀螺儀11包括與第一 MEMS檢測質(zhì)量141和第一感測電極146相關(guān)聯(lián)的第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路51以及與第二 MEMS檢測質(zhì)量142和第一感測電極147相關(guān)聯(lián)的第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路52。第一 MEMS檢測質(zhì)量141和第二 MEMS檢測質(zhì)量142被布置成感測兩個(gè)正交力。如圖2中所示，第一 MEMS檢測質(zhì)量141垂直于第二 MEMS檢測質(zhì)量142。
[0015]第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路51和第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路52在結(jié)構(gòu)和功能方面類似于上文參考圖1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路50。MEMS陀螺儀11在這里也稱為“MEMS檢測質(zhì)量陀螺儀11”。在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施方式中，陀螺儀包括被布置成感測相互正交的三個(gè)力的三個(gè)檢測質(zhì)量。在多種實(shí)施例中，當(dāng)前可用的檢測質(zhì)量和感測電極是可配置的。如對檢測質(zhì)量141和142及關(guān)聯(lián)感測電極146和147的給定配置所要求的，這里所述的檢測質(zhì)量141和142被驅(qū)動(dòng)以在主檢測質(zhì)量模式下振蕩。
[0016]第一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路51包括第一電動(dòng)機(jī)101、第一電荷放大器111、第一減90度相移雙Τ陷波濾波器121、以及第一驅(qū)動(dòng)放大器131。第一電動(dòng)機(jī)101驅(qū)動(dòng)第一檢測質(zhì)量141并引起第一檢測質(zhì)量141在第一主檢測質(zhì)量模式下振蕩。第一感測電極146感測第一檢測質(zhì)量141的位置。
[0017]第二電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)形電路52包括第二電動(dòng)機(jī)102、第二電荷放大器112、第二減90度相移雙Τ陷波濾波器122、以及第二驅(qū)動(dòng)放大器132。第二電動(dòng)機(jī)102驅(qū)動(dòng)第二檢測質(zhì)量142并引起第二檢測質(zhì)量142在第二主檢測質(zhì)量模式下振蕩。第二感測電極147感測第二檢測