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1、(10)申请公布号 CN 103097860 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103097860 A *CN103097860A* (21)申请号 201180018073.8 (22)申请日 2011.04.05 1005875.8 2010.04.08 GB G01C 19/5684(2012.01) (71)申请人 硅石传感系统有限公司 地址 英国德文郡 (72)发明人 M德斯顿 D贝斯里 K汤森德 (74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 代理人 陈潇潇 南毅宁 (54) 发明名称 传感器 (57) 摘要 描述一种惯性传感器， 其中通过控制电。
2、子装 置驱动共振元件共振。该控制电子装置包括振荡 器。提供一种电路以使振荡器的频率匹配于共振 元件的输出的频率， 以便将传感器的启动操作的 时间缩短到最小并去除了给定传感器与控制电子 装置的频率匹配的需求。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.10.08 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/055285 2011.04.05 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/124576 EN 2011.10.13 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求。
3、书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103097860 A CN 103097860 A *CN103097860A* 1/1 页 2 1. 一种惯性传感器， 该惯性传感器包含具有共振频率的元件， 该元件由合适的驱动装 置驱动以共振， 所述传感器还包含电子控制装置， 该电子控制装置包括能够以可变频率振 荡的振荡器， 其中所述传感器还包含比较器装置， 该比较器装置用于将所述元件的输出的 频率与所述振荡器的频率比较， 以及在达到预定频率时锁定所述振荡器的所述频率。 2. 根据权利要求 1 所述的惯性传感器， 其中所述预定频率基本上与所述元件的所述共 振频率相同。 3. 根据权利。
4、要求 1 或 2 所述的惯性传感器， 其中所述传感器的频率通过合适的锁相环 装置锁定。 4. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的惯性传感器， 其中所述元件包含具有已 知共振频率的环形 MEMS 传感器元件。 5. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的惯性传感器， 其中所述比较器是阈值检 测器。 6. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的惯性传感器， 其中所述比较器是峰值检 测器。 7. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的惯性传感器， 其中所述惯性传感器是陀 螺仪， 和加速度计或任何其他角速度传感器。 8. 一种如上参考附图所述的传感器。 权 利 要 求 书 CN 103097860。
5、 A 2 1/2 页 3 传感器 技术领域 0001 本发明涉及传感器。 更具体地， 但不唯一地涉及诸如惯性传感器的传感器， 例如加 速度计和陀螺仪， 其中微电子机械系统 （MEMS） 传感器的共振频率必须与所关联的控制电子 装置相匹配。 背景技术 0002 已知多种类型的惯性传感器。包含环形共振器 （resonator ring） 类型的 MEMS 传感器的角速度传感器是已知的且这种示例可以在例如 GB2322196 中看到。在这种角速 度传感器中公开了振动平面环 （vibrate planar ring） 或类环结构。类环结构通过合适 的支撑座悬在空间中以用于检测旋转速度、 线性加速度和角。
6、加速度。通过检测由科里奥利 （Coriolis） 力所力耦的振动感测旋转速度， 而线性加速度和角加速度通过在其底座中的整 个环或类环结构横向的、 纵向的及摇摆的运动而被感测。 0003 为了实现该目的， 通过由控制电子装置产生的合适的驱动信号驱动 MEMS 共振器 共振。但是， 对于控制电子装置的频率必须以合适的公差 （tolerance） 匹配于 MEMS 共振器 的共振频率。 0004 由于 MEMS 共振器的 Q 因数， 远离共振频率时信号可用性非常小。MEMS 传感器和 控制电子装置 （ASIC） 二者的过程公差 （process tolerance） 足够大以与控制电子装置振 荡器频。
7、率相比在 MEMS 共振频率方面存在很大的差别。因此， 为确保功率的应用 （或被应用 的复位信号） ， 速率传感器电子设备将在短时间内 （小于 500ms） 成功地锁定 MEMS 设备的共 振频率 ； 通常控制电子装置必须在设备的基础上在设备上被修正以匹配于 MEMS 共振频率。 这需要最终的速率传感器修正过程， 该过程增加了 MEMS 速率传感器的生产时间和成本。 发明内容 0005 根据本发明提供了一种包含具有共振频率的元件的惯性传感器， 该元件由合适的 驱动装置驱动以共振， 所述传感器还包含包括能够以可变频率振荡的振荡器的电子控制装 置， 其中所述传感器还包含比较器装置， 该比较器装置用。
8、于将元件的输出频率和振荡器的 频率比较， 以及在达到预定频率时锁定振荡器的频率。 附图说明 0006 现在将参考附图描述本发明， 其中 ： 0007 图 1 是示出了适用于将振荡器的频率与 MEMS 型环状传感器的共振频率匹配的一 种形式的电路的示意图。 具体实施方式 0008 如图 1 所示， MEMS 共振器 1 由合适的驱动信号驱动以共振。该驱动信号由合适的 驱动装置 2 在合适的包括振荡器的控制电子装置 3 的控制下生成。MEMS 共振器 1 的输出信 说 明 书 CN 103097860 A 3 2/2 页 4 号被输入至阈值检测器 4 和控制电子装置 3 中。 0009 应该理解M。
9、EMS共振器有许多其他输出， 这些输出通过合适的处理装置 （未示出） 处 理以给出指示系统运转的数据。 0010 对系统的功率应用 （或被应用的复位信号的释放） ， 控制电子装置 3 的振荡器被迫 成频率总是小于 MEMS 共振器频率 （考虑到 MEMS 和控制电子装置所有相关的公差） 。然后 控制电子装置 3 在监测 MEMS 传感器信号的振幅时迫使振荡器的频率以合适的速度匀变 （ramp） 。当达到 MEMS 共振的频率时， MEMS 传感器信号中的增加被检测到并且控制电子装 置使振荡器频率的匀变停止并切换为 PLL（锁相环） 模式。 0011 现在振荡器的频率合适地接近于 MEMS 共振。
10、器频率以允许系统在短时间周期内锁 定 MEMS。 0012 通过使用该方法， 去除了使控制电子装置振荡器匹配于 MEMS 共振频率的需求， 并 且或者在无需校正电子装置振荡器频率的情况下允许控制电子装置与 MEMS 相结合， 或者 如果控制电子装置的公差仍旧很大则允许振荡器在晶圆级被修正成通用值而不是匹配于 个别的 MEMS 频率。 0013 应该理解在解调之后电路检测直流电平并寻找一定的阈值。当达到阈值时， 系统 锁定 PLL 模式。然后 PLL 环将系统推进至最终正确的共振频率。峰值检测器可以代替阈值 检测器被使用， 但是不被特别地要求用于上述实施方式。此外， 检测传感器 （pickoff） 信号 的点由于达到共振频率而可以在不同的点被实施 （即在解调之前） 。 0014 同时上文描述的以上实施方式涉及环状 MEMS 传感器， 应该理解本发明可以被应 用到任何合适形式的传感器。例如， 其可以被应用到任何形式的传感器， 其中存在使用 PLL 型环锁定共振频率的要求。 0015 应该理解图 1 所示的图示是为了易于公开而被简化。然而， 比较器是阈值检测器。 在信道放大和解调之后所检测的电平是直流电平。 说 明 书 CN 103097860 A 4 1/1 页 5 图 1 说 明 书 附 图 CN 103097860 A 5 。