传感器用集成电路、传感器装置、电子设备及移动体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器用集成电路、传感器装置、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002] 在惯性导航系统中，已知有使用角速度传感器的输出来计算移动体的姿态的方 法。
[0003] 在专利文献1中公开了如下技术，即，为了高速地对高精度的姿态角进行运算，对 于泰勒展开的次数较小且运算频率相对较大的第一姿态运算，以泰勒展开的次数比第一姿 态运算大且运算频率比第一姿态运算小的第二姿态运算来进行补正。
[0004] 在专利文献1中，在第二姿态运算中，以低的频率进行用于补正的运算。这样的 姿态运算中，由于陀螺仪传感器输出的角速度数据的取样中未被用于姿态运算的样本数较 多，因此存在无法正确地进行补正的可能性。
[0005] 可知如下内容，即，在以例如人类这种短时间内的角速度的变化较大的移动体为 对象的情况下，依靠上述的姿态运算方法所运算的姿态角的精度降低。
[0006] 专利文献1 :日本特开2001-280970号公报
【发明内容】
[0007] 在本发明的几个方式中，提供一种在不增大对于实施用于计算移动体的位置的全 体控制的主机侧的CPU的负荷的条件下，计算移动体的姿态变化的传感器用集成电路和具 有该传感器用集成电路的传感器装置、电子设备以及移动体。
[0008] (1)本发明的一个方式涉及一种传感器用集成电路，具有：检测部，其基于来自传 感器元件的信号而对角速度信号进行检测；AD转换部，其将来自所述检测部的模拟的信号 转换为数字的信号；以及姿态变化计算部，其基于来自所述AD转换部的信号而对在规定期 间内的所述移动体的姿态变化进行计算。
[0009] 本发明的一个方式所涉及的传感器用集成电路例如可以连接于如下的主机终端 而进行使用，该主机终端对移动体的在不同于第一坐标系（传感器坐标系）的第二坐标系 (绝对坐标系、移动体坐标系等）中的位置进行计算。为了进行坐标变换，需要更新移动体 的姿态。移动体的姿态（角度）通过对来自陀螺仪传感器的角速度进行积分而得出。积分 期间内的角速度数据量越多，换句话说，向姿态变化计算部输入的角速度数据的输入频率 越高，则积分值的精度越高。在本发明的一个方式中，如果将向姿态变化计算部输入的角速 度数据的输入频率例如设为第一频率Π ，则能够高于向处于主机终端的姿态更新部输入的 姿态变化以及角速度数据的输入频率（第二频率f2)。因此，即使例如像进行步行运动的 移动体那样，角速度变化较大，也能够抑制积分精度的恶化。此外，向主机终端侧的姿态更 新部输入的姿态变化的输入频率为比第一频率Π 低的第二频率f2。因此，主机终端的CPU 的负荷被降低。
[0010] ⑵在本发明的一方式中，所述姿态变化计算部运算^χρ^α^α+τΜΧ) 6叉？（[€1?(七+2了1)]\卜.以1)([€[?(七+1^ 1)]\)，其中，了1=1/打，1^为满足江1/^2)-1 <k< fl/f2的整数，t为时刻，[a ibb(t+n τ J]为依据时刻t+n τ丨（其中η为满足I Sn彡k 的整数）的所述角速度而求出的旋转矩阵。
[0011] 使用每第η个第一周期τ i的姿态变化exp([ a (t+n τ i)] X)，如 exp ([ α (t+ τ ) X ]) exp ([ α (t+2 τ ) X ] ··· exp ([ α (t+k τ ) ] X)那样进行 k 次乘法运算，由 此能够高精度地计算出移动体的姿态变化。此外，第一、第二周期h、τ2与上述的第一、第 二频率Π 、f2满足τ 1= 1/Π、τ 2= l/f2的关系。因此，k = fl/f2成立。另外，即使在 fl/f2不为整数的情况下，由于k是能够在期间内进行相乘的α矩阵的数量，因此仍能够设 为满足（H/f2) -I < k彡=fl/f2的整数k。
[0012] (3)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，进一步具有控制部，所述控制 部基于从外部输入的命令信号而对所述姿态变化计算部进行控制。
[0013] 这样，控制部能够基于从外部，例如从主机终端输入的命令信号而对姿态变化计 算部进行控制，从而能够从外部任意地设定用于在传感器用集成电路内对姿态变化进行计 算的各种设定。
[0014] (4)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，所述控制部基于所述命令信 号儿对在所述姿态变化计算部中的计算运算的开始与结束进行设定。
[0015] 这样，由于基于命令信号而对在姿态变化计算部中的计算运算的开始与结束进行 设定，由此如上文所述，能够以与主机终端侧的第二频率f2不同的第一频率Π 来设定运算 周期（积分周期）。
[0016] (5)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，进一步具有：命令解码器，其 对从外部输入的命令信号进行解码；以及寄存器，其基于所述命令解码器中的解码结果，而 被设定对所述姿态变化计算部进行控制的值。
[0017] 换句话说，上述的控制部能够通过命令解码器与寄存器而构成。
[0018] (6)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，所述命令解码器基于所述命 令信号而将在所述姿态变化计算部中的计算运算的开始以及结束设定于所述寄存器中。
[0019] 由此，如上文所述，能够以与主机终端侧的第二频率f2不同的第一频率Π 来设定 运算周期（积分周期）。
[0020] (7)在本发明的一个方式中，可以采用如下方式，即，所述姿态变化计算部通过硬 件构成，该硬件包括实施exp([a (t+nhUX)的拟合运算的加法器以及乘法器。
[0021] 如此一来，不会因将姿态变化的计算展开为 exp ([ a (t+ τ ) + a (t+2 τ ) + a (t+3 τ )…+ a (t+k τ ) X ]而使精度恶化，从而能够通过 exp([a (t+T)X])exp([a (?+2τ)Χ]···θχρ([α (t+kO]X)的运算而较高精度地进行 运算。另外，由于姿态变化计算部通过包括加法器以及乘法器的硬件来实施比较高的第一 频率Π 的运算，因此不会增大CPU的负担。
[0022] (8)在本发明的其他方式中，定义了具有传感器元件和（1)~（7)中任意一个传感 器用集成电路的传感器装置、电子设备以及移动体。
[0023] 在本发明的其他方式中，也能够在不增大对于实施用于计算移动体的位置的全体 控制的主机侧的CPU的负荷的条件下，利用传感器用集成电路来计算移动体的姿态变化。
【附图说明】
[0024] 图1为表示位置计算装置的全体系统的结构例的图。
[0025] 图2为位置计算装置的功能框图。
[0026] 图3为陀螺仪传感器集成电路与处理部的框图。
[0027] 图4为表示图3所示的功能模块的动作的流程图。
[0028] 图5为表示陀螺仪传感器集成电路的详细情况的框图。
[0029] 图6为陀螺仪传感器集成电路中的姿态变化计算部的功能框图。
[0030] 图7为姿态变化计算部的硬件结构图。
[0031] 图8中，图8(A)为用于对C寄存器的初始化动作进行说明的图，图8(B)为用于对 α矩阵运算进行说明的图，图8(C)为用于对exp运算动作进行说明的图。
[0032] 图9为表示姿态变化计算部中的姿态变化的累计动作的流程图。
[0033] 图10为用于对比较例的动作进行说明的流程图。
[0034] 图11为对在本实施例与比较例中计算以疾跑的方法进行移动的移动体的位置时 所产生的误差进行说明的图。
[0035] 图12为对在本实施例与比较例中计算以奔跑的方法进行移动的移动体的位置时 所产生的误差进行说明的图。
[0036] 图13为对在本实施例与比较例中计算以步行的方法进行移动的移动体的位置时 所产生的误差进行说明的图。
[0037] 图14为表示除了降低第二频率f2以外与图11相同的条件下的比较结果的图。
[0038] 图15为表示除了降低第二频率f2以外与图12相同的条件下的比较结果的图。
[0039] 图16为表示除了降低第二频率f2以外与图13相同的条件下的比较结果的图。 [0