用于监视陀螺仪的系统及方法
【专利摘要】提供了一种用于监视陀螺仪的系统及方法。测试信号生成器(124)被配置成生成测试信号并且将测试信号施加于MEMS陀螺仪(110)的速率反馈环路。测试信号检测器(126)耦合于所述MEMS陀螺仪(110)的正交反馈环路(114)并被配置成从所述正交反馈环路(114)接收正交输出信号。所述测试信号检测器(126)解调了所述正交输出信号以检测所述测试信号的效果。最后，所述测试信号检测器(126)被配置成至少部分基于所述正交输出信号中的所述测试信号的所述检测效果生成指示了所述感测设备的操作的监视输出。因此，所述系统能够连续地监视所述MEMS陀螺仪(110)的所述操作。
【专利说明】用于监视陀螺仪的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及微机电系统(MEMS)设备。更具体地说，本发明涉及监视MEMS陀螺仪操作。
【背景技术】
[0002]近年来，微机电系统(MEMS)技术取得了广泛的关注，因为它提供了一种方式来制作非常小的机械结构，并且能用常规的批量半导体加工技术在单一衬底上将这些结构与电设备进行集成。MEMS的一个常见的应用是传感器设备的设计和制作。MEMS传感器被广泛用于多种应用，例如汽车、惯性制导系统、家用电器、游戏设备、多种设备的保护系统、以及许多其它的工业、科学、以及工程系统。
[0003]MEMS传感器的一个例子是MEMS陀螺仪。替代地被称为“角速率传感器”、“陀螺仪”、“陀螺测试仪”、“振动陀螺仪”、“陀螺仪传感器”或“yaw-pitch-roll (坐标旋转)速率传感器”，角速率传感器感测围绕一个或多个轴的角速率或速度。MEMS陀螺仪被广泛施加于多种检测应用中。例如，交通工具或汽车应用中可能使用MEMS陀螺仪，以确定何时部署交通工具气囊或激活稳定性和/或牵引控制系统。此外，消费性电子设备，例如视频游戏控制器、个人媒体播放器、蜂窝电话以及数码相机也可以使用多种应用中的MEMS陀螺仪，以检测取向和/或响应于设备的旋转运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]组合附图并参阅详细说明书以及权利要求，对本发明可以具有比较完整的理解。应注意附图不一定按比例绘制，并且在这些附图中类似的参考符号指示相同的元件，以及:
[0005]图1根据本发明的一个实施例，是具有监视的MEMS陀螺仪的感测部分的示意图；
[0006]图2根据本发明的一个实施例，是具有监视的MEMS陀螺仪的感测部分的示意图；
[0007]图3根据本发明的另一个实施例，是测试信号生成器的示意图；以及
[0008]图4根据本发明的另一个实施例，是测试信号检测器的示意图。
【具体实施方式】
[0009]以下详细说明书在本质上仅仅是说明性的，并不旨在限定本发明主题的实施例或此类实施例的施加和使用。此外，不旨在被先前【技术领域】、背景、或以下详细描述中的任何明示或暗示的理论所限定。
[0010]以下详细说明书指被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。正如本发明所使用的，除非明确说明，否则，“连接”指元件被直接连接到(或直接互通)另一个元件，而不一定是机械地连接。同样，除非明确说明，否则“耦合”指元件被直接或间接地连接到(直接或间接地互通)另一个元件，而不一定是机械地连接。因此，虽然附图中所示的原理图描述了元件、附加中间元件、设备、特征或组件的示例排列可能存在于所描述的主题的一个实施例中。
[0011]简便起见，关于微机电系统(MEMS)制作和开发的常规技术、MEMS感测、模拟电路设计以及系统(以及系统的单独操作组件)的其它功能方面在本发明中可能没有描述详细。此外，本发明所包含的各个附图中所示的连接线旨在表示各元件之间的示例功能关系和/或物理耦合。应注意，很多替代或附加功能关系或物理连接可能存在于本主题的一个实施例中。应了解，本发明所描述的电路可以在硅或其它半导体材料，或通过它们的软件代码表示法来实现。此外，仅为了参考，某些术语也可以被用于以下说明书，因此并不旨在限定，并且术语“第一”、“第二”以及指代结构的其它这种数字术语并不暗示序列或顺序，除非上下文清楚地表示。
[0012]本发明所描述的多种实施例提供了用于监视感测设备的操作的系统及方法，特别是，用于监视MEMS陀螺仪的操作。在这些实施例中，速率反馈环路和正交反馈环路耦合于MEMS陀螺仪。提供了测试信号生成器和测试信号检测器。所述测试信号生成器被配置成生成测试信号并且将所述测试信号施加于MEMS陀螺仪的速率反馈环路。所述测试信号检测器耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路并被配置成从所述正交反馈环路接收正交输出信号。所述测试信号检测器解调所述正交输出信号以检测所述测试信号的效果。最后，所述测试信号检测器被配置成至少部分基于所述正交输出信号中的所述测试信号的所述检测效果生成指示所述感测设备的操作的监视输出。因此，所述系统能够连续地监视所述MEMS陀螺仪的所述操作。
[0013]特别地，监视输出信号可以被用于连续地验证MEMS陀螺仪运行适当并提供良好的数据。这种自监视可以覆盖几乎整个系统，并且特别是在MEMS陀螺仪的信号处理、反馈环路和输出电路。该监视可以提供对MEMS陀螺仪操作的连续检查，因此，可以被用于自监视几乎整个系统。
[0014]这样用于监视MEMS陀螺仪的操作的系统可以给这些设备以及使用MEMS陀螺仪的系统增加整个系统的可靠性。例如，在交通工具稳定控制的应用中，MEMS陀螺仪被用于确定何时需要激活活动的稳定性控制。在这样的系统中，由多种实施例提供的自监视提供了更好地保证交通工具稳定性控制适当功能的能力，从而可以更好地处理在机动交通工具中常见的苛刻和敌对环境。
[0015]典型的MEMS陀螺仪采用小振动质量(具有时被称为驱动质量)，其被驱动，以在二维平面(即振荡平面)内共振。当振荡平面转动的时候，Cor1lis (科里奥利)力使振动质量从振荡平面位移了与旋转速率成比例的量。为了确定旋转速率，该位移被测量并转换成电信号，所述电信号具有与振动质量相同的共振频率。该电信号的同相分量与旋转速率成比例，并且通常被称为速率信号或速率分量。
[0016]典型的MEMS陀螺仪的一个问题是，存在通常被称为正交分量或正交误差的不期望的干扰信号。由于导致驱动振荡以引起感测质量中的运动的制作缺陷，正交误差通常发生在MEMS陀螺仪中。这创建了绕着感测轴的振荡，其可以与Cor1lis加速度和随后与转动速率混淆。不幸的是，这样的正交误差可以导致偏移误差、减小的动态范围以及增加的设备噪声。大的正交误差甚至可以导致设备成为导轨从而感测质量接触导电电极，其潜在地可能导致碰撞相关的损坏，例如短路。
[0017]这样的正交误差可以被显现为正交分量误差信号。该正交分量相对于同相速率信号相位移动了 90度。为了确定旋转速率，一些MEMS陀螺仪使用共振频率上的载波信号，将电信号解调成同相分量和正交分量。
[0018]此外，一些MEMS陀螺仪系统使用闭环控制系统，该闭环控制系统在调制了适当频率和相位的载波之后将同相和正交分量施加于振动质量，以对抗由旋转造成的位移以及减小与正交运动相关联的误差。为了做到这一点，MEMS陀螺仪使用速率反馈环路和正交反馈环路两者，其中速率反馈环路被用于将同相或速率信息施加于振动质量，以及正交反馈环路被用于将正交信息施加于振动质量。根据本发明所描述的实施例，这些相同的反馈环路被用于监视MEMS陀螺仪。特别地，测试信号生成器被配置成生成测试信号并将所述测试信号施加于所述速率反馈环路。同样，测试信号检测器耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路并且被配置成从正交反馈环路接收正交输出信号。测试信号检测器解调正交输出信号以检测正交反馈环路中的测试信号的效果。
[0019]现在转到图1，图1说明了包括了自监视的MEMS陀螺仪110的感测设备100的简化示意图。在一个实施例中，MEMS陀螺仪110包括速率陀螺仪，其生成与测量旋转速率成比例的输出。然而，在其它实施例中，MEMS陀螺仪110可以包括全角陀螺仪。MEMS陀螺仪110耦合于速率反馈环路112和正交反馈环路114。在该简化例子中，速率反馈环路112包括速率解调块116和混合器118，以及正交反馈环路114包括正交解调块120和混合器121。速率解调块116从信号处理122接收输出以及解调该信号以生成速率输出信号。速率输出信号在混合器118调制速率载波，并且生成的速率反馈信号被反馈到MEMS陀螺仪110。同样，正交解调块120从信号处理122接收输出以及解调该信号以生成正交输出信号。正交输出信号在混合器121调制正交载波，并且生成的正交反馈信号被反馈到MEMS陀螺仪110。再次，应注意，图1是概念图，并且因此没有显现出典型的实施的所有元件。例如，一个典型的实施可以在每个反馈环路中包括附加信号处理元件。
[0020]在混合器118的输出处的速率反馈信号具有与振动质量速度同相的分量，而在混合器121的输出处的正交反馈信号具有与振动质量的位置或位移同相的分量。正交反馈环路114允许该正交反馈信号被反馈回到MEMS陀螺仪110，在其中它可以被用于抵消振动质量中的正交运动。
[0021]根据本发明所描述的实施例，提供了测试信号生成器124和测试信号检测器126。测试信号生成器124被配置成生成测试信号并将测试信号施加于MEMS陀螺仪110的速率反馈环路112。特别地，测试信号生成器124通过使用混合器118来施加测试信号，以由测试信号调制正交相载波以及将所述结果添加到由速率输出信号调制的同相载波。测试信号检测器126耦合于MEMS陀螺仪110的正交反馈环路114并且被配置成从正交反馈环路114接收正交输出信号。测试信号检测器126解调正交输出信号以检测正交输出中的测试信号的效果。最后，测试信号检测器126被配置成至少部分基于测试信号的检测效果生成指示感测设备的操作的监视输出。
[0022]监视输出提供系统操作的指示，从而提供了自监视，其验证了 MEMS陀螺仪运行适当并提供了良好的数据。此外，因为测试信号被注入速率反馈环路112，随后又被反馈到MEMS陀螺仪110中，然后最终从正交反馈环路114检测到，这样的自监视提供了可以覆盖几乎整个系统的健康指示。特别地，监视可以提供MEMS陀螺仪110、信号处理122、反馈环路112和114以及解调块116和120的健康及操作指示。此外，因为测试信号被注入速率反馈环路112并且在正常操作期间在正交反馈环路114被检测到，该监视可以提供对MEMS陀螺仪110和相关组件操作的连续检查。因此，该系统能够提供对于MEMS陀螺仪110的操作的连续监视，而不干扰MEMS陀螺仪110的操作。
[0023]通常，测试信号生成器124被配置成生成测试信号，该测试信号可以被注入到速率反馈环路，而不干扰MEMS陀螺仪110的正常操作。此外，期望使用相对不受被自然发生的干扰源所模仿的测试信号。由于这个原因，测试信号生成器可以配置以生成调制测试信号。在一个特定例子中，测试信号生成器124使用调制技术来生成用作测试信号的方形波。
[0024]此外，测试信号生成器124可以被配置成利用与速率反馈信号上的载波是正交相位的载波来生成测试信号。在这种情况下，测试信号在被注入速率反馈环路的同时，被生成为与正交反馈信号同相。通过在正交相位中注入测试信号，处理的测试信号在正交环路输出处出现，而正交反馈环路生成信号以抵消所注入的测试音调。以这种方式，速率和正交电极被监视并且测试信号不会损坏速率输出信号。
[0025]在一个进一步的变化中，测试信号生成器124还附加地被配置成控制测试信号的振幅。例如，测试信号生成器124可以被配置成调制测试信号的振幅。正如在下面将要更详细描述的，测试信号检测器126可以被配置成检测从正交输出信号解调的测试信号的振幅。由此，MEMS陀螺仪110的驱动振幅可以被确定。特别地，在该实施例的典型的实施中，速率反馈的正交相位载波具有固定振幅，而正交反馈的正交相位载波具有依赖于驱动振幅的振幅。因此，如果驱动振幅为低和较低，以及如果驱动振幅为高，那么由正交反馈环路生成的用于抵消所注入测试信号的信号的振幅会更大。因此，通过检测从正交输出信号解调的测试信号的振幅，驱动振幅可以被确定。
[0026]现在转到图2，图2说明了包括了自监视的MEMS陀螺仪210的感测设备200的示意图。MEMS陀螺仪210耦合于速率反馈环路212和正交反馈环路214。在该例子中，速率反馈环路212包括速率解调器220、速率解调器滤波器222、速率控制块224、混合器226、求和器228以及放大器229。正交反馈环路214同样包括正交解调器230、正交解调器滤波器232、正交控制块234、混合器236以及放大器239。两个反馈环路还包括电容-电压(C/V)转换器240、放大器242以及带通滤波器244。在感测设备200的操作期间，MEMS陀螺仪210中的质量被驱动以振荡，并且当振荡平面旋转的时侯，Cor1lis力使振动质量从振荡平面位移了与旋转速率成比例的量。该位移导致电容变化，其由C/V转换器240转换为电信号，该电信号以与振动质量的共振频率相同的频率振荡。该电信号的同相分量与旋转速率成比例，并通常再次被称为速率信号或速率分量。该电信号的正交分量与正交运动成比例，并通常再次被称为正交分量或正交信号。
[0027]该电信号(包括同相和正交分量两者)由放大器242放大并由带通滤波器244滤波。所生成的信号被传递到速率反馈环路212和正交反馈环路214。在速率反馈环路212中，速率解调器220解调信号以提取速率分量，其随后被传递到速率解调滤波器222和速率控制块224。解调滤波器222移除由解调器(通常作为低通滤波器操作)生成的外来分量以及速率控制块224实现所期望的控制律，例如PID控制器。这导致速率输出信号的生成。再次，该速率输出信号与MEMS陀螺仪210中的振动质量所测量的旋转速率成比例，并可以被用于生成陀螺仪的输出。
[0028]除了提供旋转的测量，速率输出信号使用混合器226来调制同相载波、使用求和器228与测试信号的求和、被放大器229放大以及作为速率反馈信号被反馈到MEMS陀螺仪210中。应注意，放大器229的输出包含速率信息和测试信号两者。在适当的阶段，通过将速率信息反馈到传感器，MEMS陀螺仪的同相运动被理想地抵消。此外，因为在放大器229的输出处的测试信号的相位是正交相位(从速率信息偏移了 90相位)，正交环路214进行补偿，以抵消MEMS陀螺仪的所生成的正交相位运动。
[0029]在正交反馈环路214中，正交解调器230解调信号以提取正交分量，其随后被传递到正交解调滤波器232和正交控制块234。正交解调滤波器232移除由解调器(通常作为低通滤波器操作)生成的外来分量以及正交控制块234实现所期望的控制律，例如PID控制器。这导致正交输出信号的生成。该正交输出信号使用混合器236来调制了正交相位载波、被放大器239放大以及作为正交反馈信号被反馈到MEMS陀螺仪210中，其中正交反馈信号被用于抵消MEMS陀螺仪的固有正交运动和由测试信号注入所生成的正交运动。
[0030]在该实施例的一个变体中，如果在机械领域执行调制，则可以在没有混合器236的情况下实现所述系统，其中振动质量是正交相位载波。
[0031]根据本发明所描述的实施例，感测设备200还包括测试信号生成器250和测试信号检测器260。测试信号生成器250被配置成生成测试信号并将所述测试信号施加于速率反馈环路212。特别地，测试信号使用混合器252调制正交载波，以及通过求和器228与测试信号求和、被放大器239放大以及被反馈到MEMS陀螺仪210中。正如在下面将要更详细描述的，由混合器252输出的调制测试信号被优选地配置为与正交分量同相，因而不会干扰同相速率分量，并且可以在正交反馈环路214被检测到。
[0032]特别地，被反馈到MEMS陀螺仪210中的测试信号的效果在振动质量中被显现，在那里它们产生对应的电容变化，其由C/ν转换器240转换。因为测试信号与正交分量同相，因此测试信号的效果可以被传递通过正交反馈环路214，并且在正交输出中被显现。正交输出被传递到测试信号检测器260。测试信号检测器260解调了正交输出以检测输出信号中的测试信号的效果。最后，测试信号检测器260被配置成至少部分基于测试信号的检测效果生成指示所述感测设备的操作的监视输出。
[0033]监视输出提供了系统操作的指示，从而提供了自监视，其验证了 MEMS陀螺仪210运行适当并提供了良好的数据。此外，因为测试信号被注入速率侧并且随后最终在正交侧被检测到，因此这样的自监视提供了可以覆盖几乎感测系统的健康指示。此外，因为测试信号被注入速率反馈环路212并且在正常操作期间在正交反馈环路214被检测到，因此该监视可以提供对MEMS陀螺仪210和相关组件操作的连续检查。
[0034]现在转到图3，图3说明了示例测试信号生成器300。通常，测试信号生成器300被配置成生成测试信号，所述测试信号可以被注入到速率反馈环路，而不干扰MEMS陀螺仪的正常操作。此外，在该实施例中，测试信号生成器300还被配置成生成可以被用于从正交输出信号解调测试信号的解调信号。在该实施例中，所生成的解调信号在功能上等同于尚未独立生成的测试信号。因为解调信号等同于测试信号，因此解调信号可以被用于解调正交输出信号以及检测测试信号。
[0035]在图3的实施例中，测试信号生成器包括第一时钟302、第二时钟304、分频器306、308,310和312、混合器314,316和318、以及可控偏移电压320。通常，时钟302给分频器306和308提供输入，其分别将时钟信号除以M和N，并且所生成的分频时钟信号由混合器314X0R在一起。同样，时钟304给分频器310和312提供输入，其分别将时钟信号除以M和N，并且所生成的分频时钟信号被混合器318XOR在一起。在每种情况下，结果是调制的方形波，该调制的方形波不容易被自然发生的干扰源所模仿。并且，因为相同的过程被用于生成测试信号和解调信号两者，因此解调信号可以被用于从正交输出信号解调测试信号。
[0036]可控偏移电压320和混合器316被提供以促成控制测试信号的振幅。正如在下面将要更详细描述的，测试信号检测器可以被配置成测量从正交输出信号解调的测试信号的振幅。由此，MEMS陀螺仪110的驱动振幅的性能可以被确定。
[0037]如上所述，测试信号生成器300还被配置成生成可以被用于从正交输出信号解调测试信号的解调信号。在图示的实施例中，解调信号是独立于测试信号而生成的。这减小了在测试系统中不可检测失败的概率。特别地，因为测试信号和解调信号被独立地生成，因此它们同时故障就不大可能。这减小了用于生成测试信号的测试信号生成器的故障将被解释为系统正常操作的证据的概率。
[0038]最后，应注意，测试信号生成器300仅仅是可以使用的测试信号生成器类型的一个例子。作为另一个例子，方形波时钟和DC信号可以被用于提供具有恒定频率的振幅调制方形波。这样相对简单的振幅调制的方形波可以被用作测试信号，在其中干扰不太可能是问题，并且因此将不再需要通过使用图3的两个分频器产生的调制的方形波。
[0039]现在转到图4，图4说明了示例测试信号检测器400。通常，测试信号检测器400被配置成解调正交输出以检测正交输出信号中的测试信号的效果。此外，测试信号检测器400被配置成至少部分基于测试信号的检测效果生成指示感测设备的操作的监视输出。在这种情况下，它是通过连续地评估解调正交输出是否大于特定阈值并且随后用累加器过滤该比较结果而进行的。测试信号检测器400包括模数转换器(ADC) 402、带通滤波器404、可控延迟406、混合器408、LPF/陷波滤波器410、比较器412以及累加器414。ADC402从正交反馈环路接收正交输出信号并将其转换为数字信号。带通滤波器404滤波转换的信号以适当地调节用于解调的信号。可控延迟406从测试信号生成器接收解调信号，并将信号延迟可控量，该可控量等于发生在测试信号所用的路径的延迟。该可控延迟从而允许解调信号被混合器408使用以解调转换的正交输出信号并且提取可以存在的任何测试信号。
[0040]在混合器408之前存在的测试信号通过所述混合器和解调处理在频率上被变换为DC，并被传递到LPF/陷波滤波器410，所述LPF/陷波滤波器410滤波测试信号以移除测试信号频率之外的任何信号。特别地，LPF/陷波滤波器410移除了已经通过混合器408被变换为较高频率的通常较大的自然发生的正交分量。随着提取了正交输出信号中的任何测试信号，比较器412将剩余信号和阈值进行比较以确定测试信号是否存在。指示比较结果的输出被提供给累加器414。累加器记录了这些输出，并提供指示了 MEMS陀螺仪的操作的监视输出。
[0041]作为一个例子，比较器412和累加器414可以被配置成当比较器在预定数目的周期中未能感测到测试信号的时候，仅仅提供陀螺仪故障的指示。例如，当检测信号的效果没有被正确检测到的时候，比较器412可以被实现为生成输出脉冲。然后，累加器514可以被实现为对这些脉冲进行计数，并当脉冲的累加数量达到第二阈值的时侯仅仅提供故障指示。这防止了监视输出仅仅针对测试信号不存在的间歇指示而生成传感器故障的指示，并且因此防止了监视不正确地将陀螺仪识别为故障。[0042]当然，测试信号检测器400仅仅是可以被用于检测正交输出信号中的测试信号的设备类型的一个例子，并且其它检测设备也可以被使用。例如，除了检测测试信号的效果，测试信号检测器还可以被配置成检测从正交输出信号解调的测试信号的振幅。由此，MEMS陀螺仪110的驱动振幅的性能可以被确定。作为一个特定例子，测试信号可以被解调为基带DC信号，并且DC信号增益为“漏”积分器，以及增益信号的振幅由比较器确定。在该实施例中，如果需要更精确，则比较器可以包含多个阈值(多比特比较器)。在这样的实施方式中，由比较器提供的振幅的测量是系统如何运行的指示。因此，输出可以被用于确定参数(例如驱动振幅)是否已经改变。
[0043]因此，本发明所描述的多种实施例提供了用于监视感测设备的操作(特别是用于监视MEMS陀螺仪的操作)的系统及方法。在这些实施例中，测试信号生成器被配置成生成测试信号并且将所述测试信号施加于MEMS陀螺仪的速率反馈环路。测试信号检测器耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路并被配置成从所述正交反馈环路接收正交输出信号。所述测试信号检测器解调所述正交输出信号以检测所述测试信号的效果。最后，所述测试信号检测器被配置成至少部分基于所述正交输出信号中的所述测试信号的所述检测效果生成指示所述感测设备的操作的监视输出。因此，所述系统能够连续地监视所述MEMS陀螺仪的所述操作。
[0044]在一个实施例中，提供了一种用于监视感测设备操作的系统，其中所述感测设备包括微机电(MEMS)陀螺仪、耦合于所述MEMS陀螺仪的速率反馈环路以及耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路，所述系统包括:测试信号生成器，所述测试信号生成器被配置成生成测试信号并且在所述MEMS陀螺仪的操作期间将所述测试信号施加于所述速率反馈环路；以及测试信号检测器，所述测试信号检测器耦合于所述正交反馈环路并被配置成从所述正交反馈环路接收正交输出信号并检测测试信号的效果，所述测试信号检测器还被配置成至少部分基于所述测试信号的所述检测效果生成指示所述感测设备的操作的监视输出。
[0045]在另一个实施例中，提供了一种感测设备，所述感测设备包括:微机电(MEMS)陀螺仪；耦合于所述MEMS陀螺仪的速率反馈环路，所述速率反馈环路生成速率输出信号并且给所述MEMS陀螺仪反馈速率反馈信号；耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路，所述正交反馈环路生成了正交输出信号并且给所述MEMS陀螺仪反馈正交反馈信号；测试信号生成器，所述测试信号生成器被配置成生成测试信号和解调信号，利用相对于所述速率反馈信号的载波相位是正交的相位来生成所述测试信号，所述测试信号生成器被配置成在所述感测设备的操作期间将所述测试信号施加于所述速率反馈环路；以及测试信号检测器，所述测试信号检测器被配置成从所述正交反馈环路接收正交输出信号并使用所述解调信号来解调所述正交输出信号以检测所述测试信号的效果，所述测试信号检测器还被配置成至少部分基于所述测试信号的所述检测效果生成指示所述感测设备的所述操作的监视输出。
[0046]在另一个实施例中，提供了一种监视感测设备的操作的方法，其中所述感测设备包括微机电(MEMS)陀螺仪、耦合于所述MEMS陀螺仪的速率反馈环路以及耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路，所述方法包括:生成测试信号；在所述MEMS陀螺仪的操作期间将所述测试信号施加于所述速率反馈环路；从所述正交反馈环路接收正交输出信号；检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果；以及至少部分基于所述测试信号的所述检测效果生成指示所述感测设备的所述操作的监视输出。[0047]虽然本发明的优选实施例已被详细描述，很明显对本领域技术人员来说多种修改可以在不脱离附属权利要求中所陈述的本发明精神及范围的情况下被做出。因此，应了解示例实施例仅仅是例子，它们并不旨在限定本发明的范围、适用性或配置。
【权利要求】
1.一种用于监视感测设备操作的系统，其中所述感测设备包括微机电MEMS陀螺仪、耦合于所述MEMS陀螺仪的速率反馈环路、以及耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路，所述系统包括: 测试信号生成器，所述测试信号生成器被配置成:生成测试信号，并且在所述MEMS陀螺仪的操作期间将所述测试信号施加于所述速率反馈环路；以及 测试信号检测器，所述测试信号检测器耦合于所述正交反馈环路，并且被配置成:从所述正交反馈环路接收正交输出信号并且检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果，所述测试信号检测器还被配置成:至少部分基于所述测试信号的所检测的效果，来生成监视输出，所述监视输出用于指示所述感测设备的操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测试信号生成器耦合于所述测试信号检测器，以给所述测试信号检测器提供解调信号，其中所述解调信号等同于所述测试信号，并且其中，所述测试信号检测器被配置成:通过使用所述解调信号解调所述正交输出信号，来检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述测试信号生成器生成的所述测试信号是调制信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，利用与被反馈到所述MEMS陀螺仪的速率反馈信号上的载波处于正交相位的载波，来生成由所述测试信号生成器生成的所述测试信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测试信号生成器将方形波与不同的频率组合，以生成所述测试信 号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测试信号生成器附加地被配置成:设置所述测试信号的振幅。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述测试信号检测器附加地被配置成:对所检测的测试信号的所述振幅进行检测。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测试信号检测器被配置成:通过使用从所述测试信号生成器接收的解调信号解调所述正交输出信号，来检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述测试信号检测器包括比较器和累加器，并且其中，所述测试信号检测器使用所述比较器来将所解调的输出信号和阈值进行比较，并且其中，所述测试信号检测器使用所述累加器来累加所述比较器的输出，并且其中，至少部分基于所述比较器的所累加的输出，来生成所述监视输出。
10.一种感测设备，包括: 微机电MEMS陀螺仪； 耦合于所述MEMS陀螺仪的速率反馈环路，所述速率反馈环路生成速率输出信号，并且给所述MEMS陀螺仪反馈速率反馈信号； 耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路，所述正交反馈环路生成正交输出信号，并且给所述MEMS陀螺仪反馈正交反馈信号； 测试信号生成器，所述测试信号生成器被配置成:生成测试信号和解调信号，利用相对于所述速率反馈信号的载波相位处于正交相位的载波来生成所述测试信号，所述测试信号生成器被配置成:在所述感测设备的操作期间，将所述测试信号施加于所述速率反馈环路；以及 测试信号检测器，所述测试信号检测器被配置成:从所述正交反馈环路接收所述正交输出信号，并且使用所述解调信号来解调所述正交输出信号，以检测所述测试信号的效果，所述测试信号检测器还被配置成:至少部分基于所述测试信号的所检测效果，来生成监视输出，所述监视输出用于指示所述感测设备的所述操作。
11.根据权利要求10所述的感测设备，其中，所述测试信号生成器将方形波与不同的频率组合，以生成所述测试信号。
12.根据权利要求11所述的感测设备，其中，所述测试信号检测器附加地被配置成:确定所述测试信号的所检测效果的振幅的测量。
13.根据权利要求10所述的感测设备，其中，所述测试信号检测器包括比较器和累加器，并且其中，所述测试信号检测器通过使用所述比较器将所解调的输出信号与阈值进行比较，来检测所述测试信号的效果，并且其中，所述测试信号检测器使用所述累加器来累加所述比较器的输出，并且其中，至少部分基于所述比较器的所累加输出，来生成所述监视输出。
14.一种监视感测设备的操作的方法，其中，所述感测设备包括微机电MEMS陀螺仪、耦合于所述MEMS陀螺仪的速率反馈环路、以及耦合于所述MEMS陀螺仪的正交反馈环路，所述方法包括: 生成测试信号； 在所述MEMS陀螺仪的操作期间，将所述测试信号施加于所述速率反馈环路； 从所述正交反馈环路接收正交输出信号； 检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果；以及 至少部分基于所述测试信号的所检测效果，来生成监视输出，所述监视输出用于指示所述感测设备的所述操作。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果的步骤包括:使用等同于所述测试信号的解调信号，来解调所述正交输出信号。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述测试信号包括调制信号。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，施加所述测试信号的步骤包括:调制相对于被反馈到所述MEMS陀螺仪的速率反馈信号上的载波相位处于的正交相位的载波。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，生成所述测试信号的步骤包括:设置所述测试信号的振幅，并且其中，检测所述正交输出信号中的所述测试信号的效果的步骤包括:确定所述测试信号的所检测效果的振幅的测量。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，至少部分基于所述测试信号的所检测效果生成监视输出、所述监视输出用于指示所述感测设备的所述操作的步骤包括:基于所述测试信号的所检测效果的所述振幅的所确定测量，来生成所述监视输出。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，至少部分基于所述测试信号的所检测效果生成监视 输出、所述监视输出用于指示所述感测设备的所述操作的步骤包括:使用比较器将所述测试信号的所检测效果与阈值进行比较，并且累加所述比较器的输出。
【文档编号】G01C25/00GK104034348SQ201410082978
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】方德宥, 基思·L·克拉韦尔, 马克·E·施拉曼 申请人:飞思卡尔半导体公司