專(zhuān)利名稱(chēng)：傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器。更具體地，但不唯一地涉及諸如慣性傳感器的傳感器，例如加速度計(jì)和陀螺儀，其中微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)傳感器的共振頻率必須與所關(guān)聯(lián)的控制電子裝置相匹配。
背景技術(shù)：
已知多種類(lèi)型的慣性傳感器。包含環(huán)形共振器(resonator ring)類(lèi)型的MEMS傳感器的角速度傳感器是已知的且這種示例可以在例如GB2322196中看到。在這種角速度傳感器中公開(kāi)了振動(dòng)平面環(huán)(vibrate planar ring)或類(lèi)環(huán)結(jié)構(gòu)。類(lèi)環(huán)結(jié)構(gòu)通過(guò)合適的支撐座懸在空間中以用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)速度、線性加速度和角加速度。通過(guò)檢測(cè)由科里奧利(Coriolis)力所力耦的振動(dòng)感測(cè)旋轉(zhuǎn)速度，而線性加速度和角加速度通過(guò)在其底座中的整個(gè)環(huán)或類(lèi)環(huán)結(jié)構(gòu)橫向的、縱向的及搖擺的運(yùn)動(dòng)而被感測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)該目的，通過(guò)由控制電子裝置產(chǎn)生的合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)MEMS共振器共振。但是，對(duì)于控制電子裝置的頻率必須以合適的公差(tolerance)匹配于MEMS共振器的共振頻率。由于MEMS共振器的‘Q’因數(shù)，遠(yuǎn)離共振頻率時(shí)信號(hào)可用性非常小。MEMS傳感器和控制電子裝置(ASIC) 二者的過(guò)程公差(process tolerance)足夠大以與控制電子裝置振蕩器頻率相比在MEMS共振頻率方面存在很大的差別。因此，為確保功率的應(yīng)用(或被應(yīng)用的復(fù)位信號(hào))，速率傳感器電子設(shè)備將在短時(shí)間內(nèi)(小于500ms)成功地鎖定MEMS設(shè)備的共振頻率；通?？刂齐娮友b置必須在設(shè)備的基礎(chǔ)上在設(shè)備上被修正以匹配于MEMS共振頻率。這需要最終的速率傳感器修正過(guò)程，該過(guò)程增加了 MEMS速率傳感器的生產(chǎn)時(shí)間和成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供了一種包含具有共振頻率的元件的慣性傳感器，該元件由合適的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)以共振，所述傳感器還包含包括能夠以可變頻率振蕩的振蕩器的電子控制裝置，其中所述傳感器還包含比較器裝置，該比較器裝置用于將元件的輸出頻率和振蕩器的頻率比較，以及在達(dá)到預(yù)定頻率時(shí)鎖定振蕩器的頻率。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中:圖1是示出了適用于將振蕩器的頻率與MEMS型環(huán)狀傳感器的共振頻率匹配的一種形式的電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，MEMS共振器I由合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)以共振。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)由合適的驅(qū)動(dòng)裝置2在合適的包括振蕩器的控制電子裝置3的控制下生成。MEMS共振器I的輸出信號(hào)被輸入至閾值檢測(cè)器4和控制電子裝置3中。應(yīng)該理解MEMS共振器有許多其他輸出，這些輸出通過(guò)合適的處理裝置(未示出)處理以給出指示系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。對(duì)系統(tǒng)的功率應(yīng)用(或被應(yīng)用的復(fù)位信號(hào)的釋放)，控制電子裝置3的振蕩器被迫成頻率總是小于MEMS共振器頻率(考慮到MEMS和控制電子裝置所有相關(guān)的公差)。然后控制電子裝置3在監(jiān)測(cè)MEMS傳感器信號(hào)的振幅時(shí)迫使振蕩器的頻率以合適的速度勻變(ramp)。當(dāng)達(dá)到MEMS共振的頻率時(shí)，MEMS傳感器信號(hào)中的增加被檢測(cè)到并且控制電子裝置使振蕩器頻率的勻變停止并切換為PLL (鎖相環(huán))模式?，F(xiàn)在振蕩器的頻率合適地接近于MEMS共振器頻率以允許系統(tǒng)在短時(shí)間周期內(nèi)鎖定 MEMS。通過(guò)使用該方法，去除了使控制電子裝置振蕩器匹配于MEMS共振頻率的需求，并且或者在無(wú)需校正電子裝置振蕩器頻率的情況下允許控制電子裝置與MEMS相結(jié)合，或者如果控制電子裝置的公差仍舊很大則允許振蕩器在晶圓級(jí)被修正成通用值而不是匹配于個(gè)別的MEMS頻率。應(yīng)該理解在解調(diào)之后電路檢測(cè)直流電平并尋找一定的閾值。當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，系統(tǒng)鎖定PLL模式。然后PLL環(huán)將系統(tǒng)推進(jìn)至最終正確的共振頻率。峰值檢測(cè)器可以代替閾值檢測(cè)器被使用，但是不被特別地要求用于上述實(shí)施方式。此外，檢測(cè)傳感器(PickofT)信號(hào)的點(diǎn)由于達(dá)到共振頻率而可以在不同的點(diǎn)被實(shí)施(即在解調(diào)之前)。同時(shí)上文描述的以上實(shí)施方式涉及環(huán)狀MEMS傳感器，應(yīng)該理解本發(fā)明可以被應(yīng)用到任何合適形式的傳感器。例如，其可以被應(yīng)用到任何形式的傳感器，其中存在使用PLL型環(huán)鎖定共振頻率的要求。應(yīng)該理解圖1所示的圖示是為了易于公開(kāi)而被簡(jiǎn)化。然而，比較器是閾值檢測(cè)器。在信道放大和解調(diào)之后所檢測(cè)的電平是直流電平。
權(quán)利要求
1.一種慣性傳感器，該慣性傳感器包含具有共振頻率的元件，該元件由合適的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)以共振，所述傳感器還包含電子控制裝置，該電子控制裝置包括能夠以可變頻率振蕩的振蕩器，其中所述傳感器還包含比較器裝置，該比較器裝置用于將所述元件的輸出的頻率與所述振蕩器的頻率比較，以及在達(dá)到預(yù)定頻率時(shí)鎖定所述振蕩器的所述頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性傳感器，其中所述預(yù)定頻率基本上與所述元件的所述共振頻率相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣性傳感器，其中所述傳感器的頻率通過(guò)合適的鎖相環(huán)裝置鎖定。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的慣性傳感器，其中所述元件包含具有已知共振頻率的環(huán)形MEMS傳感器元件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的慣性傳感器，其中所述比較器是閾值檢測(cè)器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的慣性傳感器，其中所述比較器是峰值檢測(cè)器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的慣性傳感器，其中所述慣性傳感器是陀螺儀，和加速度計(jì)或任何其他角速度傳感器。
8.一種如上參考附圖所述的傳感器。
全文摘要
描述一種慣性傳感器，其中通過(guò)控制電子裝置驅(qū)動(dòng)共振元件共振。該控制電子裝置包括振蕩器。提供一種電路以使振蕩器的頻率匹配于共振元件的輸出的頻率，以便將傳感器的啟動(dòng)操作的時(shí)間縮短到最小并去除了給定傳感器與控制電子裝置的頻率匹配的需求。
文檔編號(hào)G01C19/5684GK103097860SQ201180018073
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者M·德斯頓, D·貝斯里, K·湯森德 申請(qǐng)人:硅石傳感系統(tǒng)有限公司