利用误差反馈的mems传感器滤波的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]微机电系统(MEMS)可以包括各种传感器，诸如陀螺仪、加速计和磁力计。这些传感器可以被实施在各种控制系统和惯性导航应用(诸如惯性测量单元(IMU))中。当受到非常高级别的震荡或者振动时，MEMS传感器的操作可能被干扰或者停止。结果，MEMS传感器通常需要在振动和震荡环境期间进行滤波以改善性能。
【发明内容】
[0002]提供了用于利用误差反馈对微机电系统传感器速率信号进行滤波的系统和方法。在一个示例中，提供了微机电系统传感器速率信号。接下来，从该微机电系统传感器速率信号减去来自反馈回路的反馈信号，以产生第一组合信号。该第一组合信号随后被滤波，以产生经滤波的速率输出。随后从该经滤波的速率输出减去该微机电系统传感器速率信号，以产生误差信号，其中该误差信号被用在该反馈回路中以生成用于未来时间步骤的反馈信号。
【附图说明】
[0003]要理解的是，附图仅描绘出示例性实施例并且因此不被认为是在范围上进行限制，将通过使用附图，以附加的特异性和细节来描述示例性实施例，其中:
图1A和IB是利用误差反馈的MEMS传感器滤波的示例方法的流程图。
[0004]图2是用于利用误差反馈的MEMS传感器滤波的示例系统的方框图。
[0005]按照惯例，各种所描述的特征不是按比例绘制的，而是被绘制为强调与示例性实施例相关的具体特征。
【具体实施方式】
[0006]虽然对MEMS传感器速率信号进行滤波可以提供许多有用的益处，但是在一些应用中，其也可能是有害的，因为误差可能在速率信号中积累。例如，当为了导航目的而在MEMS传感器中使用滤波器时，由于速率限制和其他类型的滤波器，大角度可能在速率信号中积累，这可能引起航向或者姿态问题。本文描述的实施例提供了对由于滤波而引起的信号误差进行反馈以减小系统中的误差积累的系统和方法。结果，所提出的系统和方法允许了具有对导航性能的减小影响的任意传感器速率信号滤波。
[0007]图1A和IB是用于对MEMS传感器速率信号进行滤波的示例方法100的流程图。在示例性实施例中，方法100接收MEMS传感器速率信号并且对该MEMS传感器速率信号进行操作以生成经滤波的速率输出101以及反馈信号103，以用于方法100的未来迭代。方法100的所给出的迭代在本文中也被称为方法100的“时间步骤”。
[0008]通过向MEMS传感器速率信号102应用一个或者多个滤波器来生成经滤波的速率输出101。基于经滤波的速率输出101和MEMS传感器速率信号102之间的差异(S卩，方法100的输入信号和输出信号之间的差异)来生成反馈信号。MEMS传感器速率信号102和经滤波的速率输出信号101之间的差异是MEMS传感器速率信号102中的改变，其是由滤波器在方法100的当前时间步骤(迭代)中所引起的。这种改变虽然是由滤波器故意地应用到MEMS传感器速率信号102的，但是其使得经滤波的速率输出101不包括由MEMS传感器所获得的全部的实际测量结果。因为MEMS传感器速率信号102是积累的信号(S卩，在当前时间的MEMS传感器速率信号表示从在先前时间所测量的MEMS传感器速率信号的改变)，所以在由滤波器引起的MEMS传感器速率信号102中的改变将随着时间而积累。如果如在传统MEMS传感器中那样忽略了由滤波器引起的改变，则该改变导致经滤波的速率输出信号101中的测量误差。相应地，由滤波器应用到MEMS传感器速率信号102的改变(S卩，MEMS传感器速率信号102和经滤波的速率输出101之间的差异)是误差信号。基于这个误差信号，方法100向MEMS传感器速率信号102应用反馈信号以用于(多个)未来时间步骤，以便减小在经滤波的速率输出101中此误差的积累。关于方法100的更多细节在下文中被提供。
[0009]用于方法100的输入信号是MEMS传感器速率信号(方框102)。如已知的，MEMS传感器可以被用在各种应用中来测量关于系统的信息，该MEMS传感器被结合到该系统中。例如，MEMS传感器可以被用在陀螺仪、加速计和磁力计中。在这些应用中，MEMS传感器将分别测量MEMS的角旋转、线性加速度和定向。来自MEMS传感器的这种测量是作用于方法100中的速率信号(方框102)。虽然方法100涉及对速率信号进行滤波，但是速率信号的附加滤波可以发生在作用于方法100中之前。如果这样的滤波存在，其将不是本文讨论的方法100的一部分。因此，在一些实施例中，输入到方法100中的速率信号102是来自MEMS传感器的、原始未滤波的信号。在其他实施例中，MEMS速率信号102在使用于方法100中之前被滤波，并且方法100应用附加滤波来生成经滤波的速率输出101并且还基于该附加滤波来生成反馈信号。
[0010]如上文讨论的，一个或者多个滤波器被应用到MEMS传感器速率信号102 (方框106)，以便例如使来自MEMS传感器的响应平滑。对MEMS传感器速率信号102进行滤波(方框106)产生了经滤波的速率输出101。对MEMS传感器速率信号102进行滤波可以包括应用任何合适的滤波器，其包括但不限于有限脉冲响应滤波器、无限脉冲响应滤波器、速率限制滤波器、限幅(clipping)滤波器和平滑滤波器。附加地，在一些实施例中，可以向第一组合信号应用一个以上的滤波器。所使用的滤波器类型和滤波器数量可以取决于MEMS传感器将被用于的应用。经滤波的速率输出101是方法100的输出，其可以被用于进一步的处理，诸如用来生成导航解决方案。
[0011]同样如上文讨论的，方法100包括基于通过对MEMS信号进行滤波(方框106)所引起的误差来生成反馈信号103。反馈信号103由反馈回路来生成，该反馈回路将在下文关于方框108-114进行描述。
[0012]为了生成反馈信号103，通过对MEMS信号进行滤波(方框106)所引起的误差被确定(方框110)。通过计算经滤波的速率输出101和该经滤波的速率输出101所对应于的MEMS传感器速率信号102之间的差异来确定此误差。在示例中，通过从经滤波的速率输出101减去MEMS传感器速率信号102来计算此差异，以产生误差信号。这两个信号之间的差异是滤波器由于其在方框106中进行的滤波而已经消除的信号量。也就是说，每当由滤波器做出一次速率测量，如果存在对其应用的滤波器，则可能存在一些被移除的信息，此信息如果不被计及，则其可能最终在系统中积累。例如，如果滤波器被应用于由MEMS传感器所经历的加速，则经滤波的输出可以是实际加速的一部分。经滤波的输出和实际加速之间的差异是误差十目号O
[0013]对应于经滤波的速率输出101的MEMS传感器速率信号102是MEMS传感器速率信号102的时间步骤或者时间步骤之一，该MEMS传感器速率信号102在方框106中被滤波以生成经滤波的输出信号101。在方框108中使用的一些类型的滤波器(诸如速率限制滤波器或者限幅滤波器)不会在相对于MEMS传感器速率信号102的经滤波的速率输出101中引入任何延迟。对于不引入延迟的这种滤波器而言，针对给定时间步骤与经滤波的速率输出101相对应的MEMS传感器速率信号102是针对该相同时间步骤的MEMS传感器速率信号102。在应用于方框106中的滤波器都未引入延迟的情况下，针对给定时间步骤而输入到方法100的MEMS传感器速率信号102可以与针对该相同时间步骤的经滤波的速率输出101相差分。
[0014]在方框106中使用的其他类型的滤波器(诸如有限脉冲响应滤波器或者无限脉冲响应滤波器)向经滤波的速率输出中引入了群延迟。在应用于方框1