入的加速度，而对从第一坐标系坐标 变换至第二坐标系的移动体的加速度（以下，称为"第二坐标系加速度"）进行计算。如图 4所示，处理部100依据所求得的姿态而对移动体的加速度的方向进行更新（ST25)。
[0063] 处理部100还具有速度/位置计算部126。如图4所示，速度/位置计算部126对 从坐标变换部125输出的第二坐标系加速度进行积分，而对第二坐标系中的移动体的速度 与位置进行计算（ST26、27)。
[0064] 如上文所述，位置计算装置1对以步行的方法进行运动的移动体的在第二坐标系 (绝对坐标系、移动体坐标系等）中的位置进行计算。在从第一坐标系向第二坐标系进行 坐标变换时，使用由姿态更新部124所更新的移动体的姿态。移动体的姿态（角度）可通 过使用姿态变化来更新前次的姿态而获得，所述姿态变化通过由姿态变化计算部113对陀 螺仪传感器13所检测出的角速度进行积分而得出。进行积分的期间内的角速度的数据量 (取样数）越多，换句话说，向姿态变化计算部113输入的角速度的频率（输入频率）越高， 则计算出的姿态的精度越高。在本实施方式中，向姿态变化计算部113输入的角速度的频 率为第一频率Π ，比向姿态更新部124输入的姿态变化频率（第二频率f2)高。因此，即 使在如以步行的方法进行运动的移动体那样角速度变化比较大的情况下，与以第二频率f2 进行积分的情况相比，也能够抑制积分精度的降低。另一方面，向姿态更新部124输入的姿 态变化频率为比第一频率Π 低的第二频率f2。因此，姿态更新以后的运算中的CPU的负荷 与姿态变化以第一频率Π 向姿态更新部124被输入的情况相比被降低。
[0065] 处理部100还具有扩展卡尔曼滤波运算部127以及错误补正部128。如图4所示， 扩展卡尔曼滤波运算部127使用从姿态更新部124输出的姿态数据、从速度/位置计算部 126输出的位置数据以及速度数据、GPS传感器15的测位数据（位置、速度、方位）、由加速 度偏差补正部122补正了加速度偏差后的加速度，通过扩展卡尔曼滤波而对位置、速度、方 位的误差进行推断（ST28)。另外，扩展卡尔曼滤波运算部127对陀螺仪偏差以及加速度偏 差进行推断，并向加速度偏差补正部122以及陀螺仪偏差补正部113A输出。使用由扩展卡 尔曼滤波运算部127推断出的位置、速度、姿态的误差，通过错误补正部128而对移动体的 位置、速度、姿态进行补正。来自错误补正部128的信息成为处理部100的输出。
[0066] 3、陀螺仪传感器集成电路的具体例
[0067] 图5示出了陀螺仪传感器集成电路14的具体例。在图5中，在图3所示的结构的 基础上，还设置有模拟电路ll〇、MPU(控制部）114以及串行外设接口（SPI) 115。
[0068] 模拟电路110对陀螺仪传感器13的输出进行Q-V转换、放大。MPU114基于从 SPIll5输入的命令/数据对模拟电路110、A/D转换器111、DSP112、姿态变化计算部113以 及5?1115进行控制。因此，10^114具有命令解码器114八与寄存器1148。基于由命令解码 器114A解码的命令，向寄存器存储各种控制数据，基于该控制数据而对陀螺仪传感器集成 电路14内的各处进行控制。SPI115除了具有连接于处理部100的芯片选择端子CS、数据输 入端子DI、数据输出端子DO、时钟端子CLK外，还具有中断端子INT。MPU114从处理部100 的姿态更新部124经由SPI115而输入请求命令。请求命令是以第二频率f2为输出频率， 而从姿态变化计算部113输出请求姿态变化的命令。由命令解码器114A解码出的请求经 由寄存器114B被发送给姿态变化计算部113,姿态变化将被输出。既可以从中断端子INT 以第二频率f2的周期向处理部100输出中断输出，也可以在中断发生时发出请求姿态变化 的输出的命令（请求信号）。
[0069] 作为通过由命令解码器114A解码的写入（W)命令而被设定于寄存器114B中的控 制值，可举出拟合函数次数、偏差更新定时、角速度变换（LSB - rad/s)系数、DRDY输出定 时、姿态运算开始/停止、偏差推断值写入等。另外，继由命令解码器114A解码的读取（R) 命令，能够实施姿态变化运算结果的读取。姿态变化运算开始/停止定时可以与第二频率 f2 的第二周期 τ2(τ2= l/f2) -致。
[0070] 作为通过由命令解码器114A解码的写入（W)命令而设定于寄存器114B中的控制 值，可举出拟合函数次数SelApp、偏差更新定时、角速度转换（量子化单位LSB - rad/s) 系数、INT输出定时、姿态变化运算开始/停止、偏差推断值写入等。另外，继由命令解码器 114A解码的读取（R)命令，能够实施姿态变化运算结果的读取。姿态变化运算开始/停止 定时可以与第二频率f2的第二周期τ 2( = l/f2) -致。
[0071] 在此，在下式（1)中示出姿态变化计算部113、姿态更新部124和坐标变换部125 中的运算的一个示例。
[0072] [式 1]
[0073]
【主权项】
1. 一种传感器用集成电路，其特征在于，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；W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。
2. 根据权利要求1所述的传感器用集成电路，其特征在于， 所述姿态变化计算部运算： exp ([ a 化6 (t+ T 1) ] X) exp ([ a 比6 (t巧 T 1) ] X)…exp ([ a 化6 (t+k T 1) ] X)， 其中，Tl=l/n，k为满足（fl/f2)-l<k《fl/f2的整数，t为时刻，[aibb(t+nTl)] 为依据时刻t+n T 1的所述角速度而求出的旋转矩阵，其中，n为满足1《n《k的整数。
3. 根据权利要求1或2所述的传感器用集成电路，其特征在于， 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。
4. 根据权利要求3所述的传感器用集成电路，其特征在于， 所述控制部基于所述命令信号而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。
5. 根据权利要求1或2所述的传感器用集成电路，其特征在于， 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；W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。
6. 根据权利要求5所述的传感器用集成电路，其特征在于， 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 W及结束设定于所述寄存器中。
7. 根据权利要求2所述的传感器用集成电路，其特征在于， 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+nTi)]X)的拟合运 算的加法器W及乘法器。
8. -种传感器装置，其特征在于，具有： 传感器元件；W及 权利要求1~7中任一项所述的传感器用集成电路。
9. 一种电子设备，其特征在于，具有： 传感器元件；W及 权利要求1~7中任一项所述的传感器用集成电路。
10. -种移动体，其特征在于，具有： 传感器元件；W及 权利要求1~7中任一项所述的传感器用集成电路。
【专利摘要】本发明提供一种传感器用集成电路、传感器装置、电子设备及移动体，所述传感器用集成电路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。传感器用集成电路(14)具有：基于来自传感器元件(13)的信号而对移动体的角速度信号进行检测的检测部(110)、将来自检测部的模拟信号转换为数字信号的AD转换部(111)、基于来自AD转换部的信号而对在规定期间内的移动体的姿态变化进行计算的姿态变化计算部(113)。
【IPC分类】G05D1-08
【公开号】CN104635739
【申请号】CN201410645419
【发明人】中岛克仁, 牧克彦, 水落俊一
【申请人】精工爱普生株式会社
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年11月10日