Mems陀螺電動機環(huán)路濾波器的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]快速微機電系統(tǒng)(MEMS)陀螺電動機啟動時間對于許多應用而言是關鍵的。MEMS陀螺電動機具有可以與用來驅動檢測質量(proof mass)的主檢測質量模式競爭的幾個非期望機械振動模式。這些非期望機械振動模式延遲MEMS陀螺電動機的啟動時間。用于陀螺儀的電動機驅動控制環(huán)路包含提供振蕩所需的-90度相移的濾波功能。電動機驅動控制環(huán)路中的濾波器在抑制競爭模式中起重要作用。由當前濾波器拓撲提供的競爭模式的抑制是微弱的，并且允許那些模式延遲MEMS陀螺電動機的啟動。

【發(fā)明內容】

[0002]本申請涉及一種用于微機電系統(tǒng)(MEMS)陀螺儀的電動機驅動環(huán)形電路。電動機驅動環(huán)形電路包括被配置成驅動MEMS陀螺儀中的檢測質量的電動機和減90度相移雙T(twin-tee)陷波濾波器(twin-tee notch filter)。電動機被配置成引起檢測質量在主檢測質量模式下振蕩。減90°相移雙T陷波濾波器被配置成:在等于主檢測質量模式的電動機諧振頻率下提供減90°相位；在電動機啟動期間抑制處于電動機的非期望機械模式的諧振；以及在電動機諧振頻率下提供增益。
【附圖說明】
[0003]應理解的是附圖僅僅描述示例性實施例，并且因此不應認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節(jié)來描述示例性實施例，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陀螺儀中的電動機驅動環(huán)形電路的雙T濾波器電路圖；
圖3B是與和電動機驅動環(huán)形電路相關聯(lián)的模擬驅動頻率模式和兩個非期望機械頻率模式串聯(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是用于電動機驅動環(huán)形電路中的現(xiàn)有技術濾波器的相位對比頻率的圖；
圖5B是用于電動機驅動環(huán)形電路中的現(xiàn)有技術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械頻率模式和驅動頻率模式的電壓對比時間的圖；
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械頻率模式和驅動頻率模式的電壓對比時間的圖，其中，現(xiàn)有技術-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陀螺電動機的啟動期間抑制電動機驅動環(huán)形電路的非期望機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，而是為了強調與示例性實施例有關的特定特征而繪制。遍及圖和正文，參考字符表示相似的元件。
【具體實施方式】
[0005]在以下詳細描述中，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施例。然而，應理解的是可利用其它實施例，并且可進行邏輯、機械以及電氣改變。此外，不應將在附圖和說明書中提出的方法解釋為限制其中可執(zhí)行單個步驟的順序。因此不應在限制性意義上理解以下詳細描述。
[0006]下述實施例提供了 MEMS陀螺電動機環(huán)路中的改善濾波器，其在這里也稱為“電動機驅動環(huán)形電路”。此濾波器是基于在MEMS陀螺電動機環(huán)路中結合“雙T”陷波濾波器拓撲。這里所述的減90度相移雙T陷波濾波器的實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平坦以適應更寬范圍的電動機頻率的電動機振蕩所需的減90度(-90° )相移；2)振蕩所需的電壓增益；3)在由濾波器設計控制的頻率下到加90度(+90° )相位的快速相位轉變；以及4)相位轉變頻率周圍的窄范圍內的振幅響應中的強衰減。
[0007]+90度相移在相位轉變頻率處及以上提供非期望機械頻率模式的強抑制，以減少MEMS陀螺電動機環(huán)路中的MEMS陀螺電動機的啟動時間?，F(xiàn)有技術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語“非期望機械頻率模式”和“非期望機械模式”。在這里可互換地使用術語“主檢測質量模式”和“驅動頻率模式”。
[0009]相位轉變頻率周圍的窄范圍內的振幅響應中的強衰減提供該特定頻率下的振動模式的強抑制。可以用對陀螺儀電子裝置的改變來實現(xiàn)改善的濾波電路。在本實施例的一個實施方式中，用分立部件來實現(xiàn)改善的濾波電路。在本實施例中的另一實施方式中，通過結合到陀螺儀模擬專用集成電路(ASIC)中來實現(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包括電動機驅動環(huán)形電路50、MEMS檢測質量140以及感測電極145。在本實施例的一個實施方式中，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。電動機驅動環(huán)形電路50可以用來驅動MEMS陀螺儀11中的MEMS檢測質量140。電動機驅動環(huán)形電路50包括電動機100、相應的減90度相移雙T陷波濾波器120、電荷放大器(chargeamplifier) 110以及驅動放大器130。
[0011]電動機100驅動MEMS陀螺儀11中的檢測質量140。電動機100引起檢測質量140在主檢測質量模式下振蕩。在這里可互換地使用術語“電動機”和“MEMS陀螺儀電動機”。如這里定義的，主檢測質量模式是陀螺儀中的檢測質量的主振蕩模式。
[0012]電動機驅動環(huán)形電路50滿足用于振蕩的巴克豪森準則。具體地，環(huán)路增益被設置成等于一(1)，并且電動機驅動環(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:在剛好在至少一個主檢測質量模式之上的電動機諧振頻率下提供減90度相位陀螺電動機的啟動期間抑制MEMS陀螺儀的部分10的機械模式下的諧振；以及在電動機諧振頻率下提供增益。
[0013]將截止信號(pickoff signal)301從電動機100耦合到電荷放大器110。減90度相移雙τ陷波濾波器120將主檢測質量模式(作為信號304)傳遞至驅動放大器130。驅動放大器130將主檢測質量模式305從減90度相移雙Τ陷波濾波器120傳遞至電動機100。電動機100向MEMS檢測質量140提供信號303以設置MEMS檢測質量140在MEMS檢測質量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檢測質量141和第一感測電極146相關聯(lián)的第一電動機驅動環(huán)形電路51以及與第二 MEMS檢測質量142和第一感測電極147相關聯(lián)的第二電動機驅動環(huán)形電路52。第一 MEMS檢測質量141和第二 MEMS檢測質量142被布置成感測兩個正交力。如圖2中所示，第一 MEMS檢測質量141垂直于第二 MEMS檢測質量142。
[0015]第一電動機驅動環(huán)形電路51和第二電動機驅動環(huán)形電路52在結構和功能方面類似于上文參考圖1所述的電動機驅動環(huán)形電路50。MEMS陀螺儀11在這里也稱為“MEMS檢測質量陀螺儀11”。在本實施例的一個實施方式中，陀螺儀包括被布置成感測相互正交的三個力的三個檢測質量。在多種實施例中，當前可用的檢測質量和感測電極是可配置的。如對檢測質量141和142及關聯(lián)感測電極146和147的給定配置所要求的，這里所述的檢測質量141和142被驅動以在主檢測質量模式下振蕩。
[0016]第一電動機驅動環(huán)形電路51包括第一電動機101、第一電荷放大器111、第一減90度相移雙Τ陷波濾波器121、以及第一驅動放大器131。第一電動機101驅動第一檢測質量141并引起第一檢測質量141在第一主檢測質量模式下振蕩。第一感測電極146感測第一檢測質量141的位置。
[0017]第二電動機驅動環(huán)形電路52包括第二電動機102、第二電荷放大器112、第二減90度相移雙Τ陷波濾波器122、以及第二驅動放大器132。第二電動機102驅動第二檢測質量142并引起第二檢測質量142在第二主檢測質量模式下振蕩。第二感測電極147感測第二檢測