[发明专利]循环感测设备及其使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据要求于2013年3月13日提交的标题为“循环陀螺仪（ROUND-ROBIN GYROSCOPE）”美国临时专利申请号61/780,371的35USC.119(e)下的权益，该申请通过引用以其全文结合于此。

发明领域

本发明总体上涉及传感器，并且更具体地涉及多轴传感器的感测。

背景

多种应用中利用MEMS感测设备，如多轴陀螺仪。通常情况下，每个感测轴具有其自己的感测电路，意味着一个三轴传感器可能需要同一感测电路的三个拷贝。连续时间感测特别是这样。感测电路的重复引起更高的设备成本和尺寸，并且希望通过共享感测电路来减少成本和尺寸。本发明解决了这种需要。

概述

在此披露了一种循环感测设备。该循环感测设备包括一个MEMS器件，其中，该MEMS器件包括第一和第二感测电极。该循环感测设备还包括一个耦联到该第一和第二感测电极上的多路复用器、耦联到该多路复用器上的至少一个感测放大器、一个耦联到该至少一个感测放大器上的解调器、以及一个耦联到该解调器上的集成和排空电路。最后，该循环感测设备包括耦联到一个解复用器上的一个模拟数字转换器（ADC），其中，该多路复用器、该至少一个感测放大器和该解调器在可复位的放大过程中提供一条连续时间感测路径，并且其中，当在该第一和第二感测电极之间进行切换时，该集成和排空电路和该ADC提供一条离散时间处理路径。

附图简要说明

图1a为循环多轴陀螺仪的一个第一实施例的框图。

图1b为循环多种陀螺仪的一个第二实施例的框图。

图2示出了该循环多轴陀螺仪的控制信号的时序图的实施例。

图3为根据一个实施例的循环多轴陀螺仪的操作方法的流程图。

图4示出了该循环陀螺仪感测路径的一部分的实施例，该路径包括一个MEMS器件、一个驱动系统、以及一个带有偏移消除电路的第一感测放大器。

详细说明

本发明总体上涉及传感器，并且更具体地涉及感测设备。以下描述被展示为使得本领域的普通技术人员能够制作和使用本发明，并且提供在专利申请及其要求的背景中。对在此描述的优选实施例和通用原理及特征作出的各种修改对本领域的技术人员而言是明显的。因此，本发明并非旨在局限于所示实施例，而是要符合与在此描述的原理和特征相一致的最广泛范围。

在所述实施例中，循环法是指其中在一定时期中对陀螺仪的每个轴进行感测的方法。循环多轴陀螺仪是指带有多轴感测和一条感测电路的陀螺仪，其中该感测电路对该陀螺仪的每个轴一次读出一个轴。通过将循环法应用到一种如三轴陀螺仪的感测设备上，会实质性地减少感测路径组件的数量。在这样做时，实质性地减少了总体芯片尺寸和成本。为了更加详细地描述本发明的特征，现在结合附图参照以下描述。

图1a为循环多轴陀螺仪100a的一个第一实施例的框图，该陀螺仪包括一个用连续时间感测框架操作的感测设备和感测电路。尽管对陀螺仪进行了描述，但本领域的普通技术人员轻易地认识到循环感测设备可以是多种感测设备。循环多轴陀螺仪100a包括一个直流电源110、一个陀螺仪MEMS器件120、一个驱动系统105、一个多路复用器115、一个第一感测放大器130、一个第二感测放大器140、一个混合器150、一条集成和排空电路160、一个模拟数字转换器（ADC）180以及一个解复用器190。陀螺仪MEMS器件120包括一个质量块125、一个用于一个第一轴121的MEMS感测电极、一个用于一个第二轴122的MEMS感测电极、一个MEMS驱动电极123、以及一个MEMS驱动感测电极124。

该第一感测放大器130包括一个运算放大器132、一个复位开关133、一个反馈电容器134、以及一个用于正交消除的穿心电容器135。该第二感测放大器140包括一个输入电容器141、一个运算放大器142、一个复位开关143、以及一个反馈电容器144。该集成和排空电路160包括一个输入解复用器163、一个输出多路复用器164、两个集成器161和162，并且这两个集成器各自包括一个电阻器171/176、一个复位开关173/178、一个反馈电容器174/179、以及一个运算放大器172/177。