Mems陀螺电动机环路滤波器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]快速微机电系统(MEMS)陀螺电动机启动时间对于许多应用而言是关键的。MEMS陀螺电动机具有可以与用来驱动检测质量(proof mass)的主检测质量模式竞争的几个非期望机械振动模式。这些非期望机械振动模式延迟MEMS陀螺电动机的启动时间。用于陀螺仪的电动机驱动控制环路包含提供振荡所需的-90度相移的滤波功能。电动机驱动控制环路中的滤波器在抑制竞争模式中起重要作用。由当前滤波器拓扑提供的竞争模式的抑制是微弱的，并且允许那些模式延迟MEMS陀螺电动机的启动。
【发明内容】
[0002]本申请涉及一种用于微机电系统(MEMS)陀螺仪的电动机驱动环形电路。电动机驱动环形电路包括被配置成驱动MEMS陀螺仪中的检测质量的电动机和减90度相移双T(twin-tee)陷波滤波器(twin-tee notch filter)。电动机被配置成引起检测质量在主检测质量模式下振荡。减90°相移双T陷波滤波器被配置成:在等于主检测质量模式的电动机谐振频率下提供减90°相位；在电动机启动期间抑制处于电动机的非期望机械模式的谐振；以及在电动机谐振频率下提供增益。
【附图说明】
[0003]应理解的是附图仅仅描述示例性实施例，并且因此不应认为在范围方面是限制性的，将通过使用附图以附加的特殊性和细节来描述示例性实施例，在所述附图中:
图1是根据本申请的MEMS陀螺仪的一部分的框图；
图2是根据本申请的MEMS陀螺仪的框图；
图3A是根据本申请的用于MEMS陀螺仪中的电动机驱动环形电路的双T滤波器电路图；
图3B是与和电动机驱动环形电路相关联的模拟驱动频率模式和两个非期望机械频率模式串联的图3A的双T滤波器电路图；
图4A是用于图3B的双T滤波器电路图的相位对比频率的图；
图4B是用于图3B的双T滤波器电路图的增益对比频率的图；
图5A是用于电动机驱动环形电路中的现有技术滤波器的相位对比频率的图；
图5B是用于电动机驱动环形电路中的现有技术滤波器的增益对比频率的图；
图6A—6C分别地是用于在图3B的电路图中所示的第一和第二非期望机械频率模式和驱动频率模式的电压对比时间的图；
图7A—7C分别地是用于在图3B的电路图中所示的第一和第二非期望机械频率模式和驱动频率模式的电压对比时间的图，其中，现有技术-90度相移滤波器已替换本申请的滤波器；以及
图8是用以在MEMS陀螺电动机的启动期间抑制电动机驱动环形电路的非期望机械模式的方法的流程图。
[0004]根据惯例，各种所述特征并未按比例绘制，而是为了强调与示例性实施例有关的特定特征而绘制。遍及图和正文，参考字符表示相似的元件。
【具体实施方式】
[0005]在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中以图示的方式示出了特定说明性实施例。然而，应理解的是可利用其它实施例，并且可进行逻辑、机械以及电气改变。此外，不应将在附图和说明书中提出的方法解释为限制其中可执行单个步骤的顺序。因此不应在限制性意义上理解以下详细描述。
[0006]下述实施例提供了 MEMS陀螺电动机环路中的改善滤波器，其在这里也称为“电动机驱动环形电路”。此滤波器是基于在MEMS陀螺电动机环路中结合“双T”陷波滤波器拓扑。这里所述的减90度相移双T陷波滤波器的实施例提供以下有利特征:1)与先前的滤波器相比在更宽的频率范围内平坦以适应更宽范围的电动机频率的电动机振荡所需的减90度(-90° )相移；2)振荡所需的电压增益；3)在由滤波器设计控制的频率下到加90度(+90° )相位的快速相位转变；以及4)相位转变频率周围的窄范围内的振幅响应中的强衰减。
[0007]+90度相移在相位转变频率处及以上提供非期望机械频率模式的强抑制，以减少MEMS陀螺电动机环路中的MEMS陀螺电动机的启动时间。现有技术滤波器通过衰减和相移的相对逐渐增加来提供弱抑制。
[0008]在这里可互换地使用术语“非期望机械频率模式”和“非期望机械模式”。在这里可互换地使用术语“主检测质量模式”和“驱动频率模式”。
[0009]相位转变频率周围的窄范围内的振幅响应中的强衰减提供该特定频率下的振动模式的强抑制。可以用对陀螺仪电子装置的改变来实现改善的滤波电路。在本实施例的一个实施方式中，用分立部件来实现改善的滤波电路。在本实施例中的另一实施方式中，通过结合到陀螺仪模拟专用集成电路(ASIC)中来实现改善的滤波电路。
[0010]图1是根据本申请的MEMS陀螺仪的一部分10的框图。MEMS陀螺仪的部分10包括电动机驱动环形电路50、MEMS检测质量140以及感测电极145。在本实施例的一个实施方式中，MEMS陀螺仪的部分10是整体陀螺仪10，其被配置成感测单一方向上的力。电动机驱动环形电路50可以用来驱动MEMS陀螺仪11中的MEMS检测质量140。电动机驱动环形电路50包括电动机100、相应的减90度相移双T陷波滤波器120、电荷放大器(chargeamplifier) 110以及驱动放大器130。
[0011]电动机100驱动MEMS陀螺仪11中的检测质量140。电动机100引起检测质量140在主检测质量模式下振荡。在这里可互换地使用术语“电动机”和“MEMS陀螺仪电动机”。如这里定义的，主检测质量模式是陀螺仪中的检测质量的主振荡模式。
[0012]电动机驱动环形电路50满足用于振荡的巴克豪森准则。具体地，环路增益被设置成等于一(1)，并且电动机驱动环形电路周围的相移是360度的η倍，其中，η是正整数。减90度相移双Τ陷波滤波器120被配置成:在刚好在至少一个主检测质量模式之上的电动机谐振频率下提供减90度相位陀螺电动机的启动期间抑制MEMS陀螺仪的部分10的机械模式下的谐振；以及在电动机谐振频率下提供增益。
[0013]将截止信号(pickoff signal)301从电动机100耦合到电荷放大器110。减90度相移双τ陷波滤波器120将主检测质量模式(作为信号304)传递至驱动放大器130。驱动放大器130将主检测质量模式305从减90度相移双Τ陷波滤波器120传递至电动机100。电动机100向MEMS检测质量140提供信号303以设置MEMS检测质量140在MEMS检测质量140的主振荡模式下振荡。
[0014]图2是根据本申请的MEMS陀螺仪11的框图。MEMS陀螺仪11包括与第一 MEMS检测质量141和第一感测电极146相关联的第一电动机驱动环形电路51以及与第二 MEMS检测质量142和第一感测电极147相关联的第二电动机驱动环形电路52。第一 MEMS检测质量141和第二 MEMS检测质量142被布置成感测两个正交力。如图2中所示，第一 MEMS检测质量141垂直于第二 MEMS检测质量142。
[0015]第一电动机驱动环形电路51和第二电动机驱动环形电路52在结构和功能方面类似于上文参考图1所述的电动机驱动环形电路50。MEMS陀螺仪11在这里也称为“MEMS检测质量陀螺仪11”。在本实施例的一个实施方式中，陀螺仪包括被布置成感测相互正交的三个力的三个检测质量。在多种实施例中，当前可用的检测质量和感测电极是可配置的。如对检测质量141和142及关联感测电极146和147的给定配置所要求的，这里所述的检测质量141和142被驱动以在主检测质量模式下振荡。
[0016]第一电动机驱动环形电路51包括第一电动机101、第一电荷放大器111、第一减90度相移双Τ陷波滤波器121、以及第一驱动放大器131。第一电动机101驱动第一检测质量141并引起第一检测质量141在第一主检测质量模式下振荡。第一感测电极146感测第一检测质量141的位置。
[0017]第二电动机驱动环形电路52包括第二电动机102、第二电荷放大器112、第二减90度相移双Τ陷波滤波器122、以及第二驱动放大器132。第二电动机102驱动第二检测质量142并引起第二检测质量142在第二主检测质量模式下振荡。第二感测电极147感测第二检测