JP2014174164A - 高度の電磁干渉除去を伴う擬似差動加速度計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チョッパ、差動増幅器および擬似コアを含む集積回路に接続されたセンサコアを備えたデバイスを含む耐EMI擬似差動加速度計が開示される。チョッパは、異なる状態の間、出力への入力の接続を交換する。擬似コアは擬似チョッパ入力に結合される。センサ出力をセンサチョッパ入力に結合し、第1のチョッパ出力を第1のセンサ入力に結合し、また、第2のチョッパ出力を第2のセンサ入力に結合する3本のボンドワイヤは、センサおよび集積回路を接続することができる。デバイスは、擬似パッドおよび該擬似パッドを擬似チョッパ入力に接続する擬似ボンドワイヤを含むことができる。この構成には、センサおよび集積回路を接続する4本のボンドワイヤが必要である。中和コアはセンサチョッパ入力に接続することができる。チョッパは、雑音を広範囲にわたって分からなくし、あるいは関心の帯域から除去するために状態を変えることができる。
【選択図】図3
Description
104、240、340、440、540、640 専用集積回路(ASIC)
106、321、322、323、324、325、326、521、522、523、524 ボンドワイヤ
110、210 EMI源
112 容量結合
200 例示的差動センサおよび増幅器システムを使用した差動手法
250 EMI源210と第1のボンドワイヤ260の間の容量結合
252 EMI源210と第2のボンドワイヤ262の間の容量結合
260 第1のボンドワイヤ
262 第2のボンドワイヤ
300 完全対称差動加速度計
342、542 差動増幅器
344、544 第1のチョッパシステム
346、546 第2のチョッパシステム
500 擬似差動加速度計
512 擬似ボンドパッド
548 第3のチョッパシステム
550 擬似ASICセンサ
552、554、556 コンデンサ
543 擬似コア入力
545 MEMSコア入力
800 中和コア
802、804 擬似センサコンデンサ
806 擬似寄生コンデンサ
場合によっては極めて困難である。最初はこの一致が達成されたとしても、ボンドワイヤは、例えば自動車事故によって妨害され、あるいは歪曲されることがある。このボンドワイヤのこの動きは、ボンドワイヤ間の非対称性の原因になることがあり、延いては妨害キャパシタンスの望ましくない不一致の原因になり、差動手法の有効性を損なうことになる。そのため、追加技法を使用して、広い周波数範囲にわたってEMIエネルギーを分からなくする(smear)ことができる。
去することが同じく望ましい。
みである。
−Vs−Voを有する帰還信号が、容量性コアCAの入力に結合されているボンドワイヤ325、326に結合されるよう、その入力および出力上の接続を前後に交換する。チョッパシステム344、346は、外部源からの電磁干渉を相殺するために、あるパターンに従ってボンドワイヤ信号を交換し、コアCAおよびCB内のセンサコンデンサの両端間を実質的にゼロ平均電圧に維持することができる。
43、545に結合されている。擬似ボンドワイヤ522は、コアボンドワイヤ521と同様の電磁干渉に露出されており、擬似ボンドワイヤ522上の信号を使用して、コアボンドワイヤ521上のEMIの除去を促進することができる。また、第1のチョッパシステム544の擬似入力543は、同じく擬似ASICコア550の出力に接続されており、擬似ASICコア550の出力は、MEMSデバイス510上のセンサコアを漠然と模倣している。第1のチョッパシステム544は、擬似コア入力543部分およびMEMSコア入力545部分の信号と、差動増幅器542の入力へのその出力信号との間で接続を交換する。1つのタイムスライスの間、第1のチョッパシステム544は、MEMSコア入力545の信号を増幅器542の反転入力に接続し、かつ、擬似コア入力543の信号を増幅器542の非反転入力に接続し、次に、次のタイムスライスの間、第1のチョッパシステム544は、接続を交換してMEMSコア入力545の信号を増幅器542の非反転入力に接続し、かつ、擬似コア入力543の信号を増幅器542の反転入力に接続する。
プ状態0では、第1のチョッパシステム544は、コアボンドワイヤ521上のMEMS容量性コアCAからの信号を増幅器542の反転入力に接続し、かつ、擬似ボンドワイヤ522上の、擬似ASICコア550および擬似パッド512からの結合信号を増幅器542の非反転入力に接続する。チョップ状態0では、第2のチョッパシステム546は、反転増幅器出力Vs−Voおよび−Vs−Voを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ523、524に接続し、それによりこれらの帰還信号がMEMS容量性コアCAに帰還される。チョップ状態0では、第3のチョッパシステム548は、非反転基準電圧Vsを擬似センサコンデンサ552に接続し、かつ、反転基準電圧−Vsを擬似センサコンデンサ554に接続する。
容範囲との間の適切な妥協を達成することができる。図8A1および8A2に示されているような平らなスペクトルチョッピングシーケンスは、場合によっては最良の選択ではないことがある。例えばセンサの非理想性(例えば寄生キャパシタンス)のためにチョップ信号の低位相および高位相の(low and high phases)オフセットが異なる場合、整形チ
ョッピングシーケンスを使用することが場合によってはより良好である。平らなランダムチョッピングは、オフセット差を白色雑音として分からなくするが、DCの近辺に若干の雑音をもたらし、また、ノイズフロアを高くする。整形チョッピングシーケンスを使用して、特定の周波数帯域から雑音を分からなくすることができる。例えば関心の周波数帯域がDCまたは低い周波数にある場合、雑音をより高い周波数へ分からなくする整形チョッピングシーケンスを使用することができる。
する。チョップ状態0では、第2のチョッパシステム546は、反転増幅器出力Vs−Voおよび−Vs−Voを有する帰還信号を帰還ボンドワイヤ523、524に接続し、それによりこれらの帰還信号がMEMS容量性コアCAに帰還される。また、チョップ状態0では、第2のチョッパシステム546は、非反転増幅器出力−Vs+VoおよびVs+Voを有する帰還信号を中和コア800のセンサコンデンサ802、804に接続する。チョップ状態0では、第3のチョッパシステム548は、非反転基準電圧Vsを擬似センサコンデンサ552に接続し、かつ、反転基準電圧−Vsを擬似センサコンデンサ554に接続する。
第1のセンサコア入力、第2のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む微小電気機械デバイスと、
チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む集積回路であって、ボンディングワイヤによって前記微小電気機械デバイスに結合され、
前記差動増幅器が、反転入力、非反転入力を含み、増幅器出力電圧を生成し、
前記チョッパシステムが、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有し、チョップ状態0の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第1のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第1のセットに接続し、また、チョップ状態1の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第2のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第2のセットに接続し、
前記擬似コアが前記チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合されている
集積回路と、
前記容量性センサコアの前記センサコア出力を前記チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合するセンサコアボンドワイヤと、
第1の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第1のセンサコア入力に結合する第1の帰還ボンドワイヤであって、第1のチョッパ帰還出力に結合されている第1の帰還ボンドワイヤと、
第2の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第2のセンサコア入力に結合する第2の帰還ボンドワイヤであって、第2のチョッパ帰還出力に結合されている第2の帰還ボンドワイヤと
を備え、前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記第1のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第2のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記第1のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の反転に接続し、前記第2のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の反転に接続し、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有する擬似差動加速度計であってもよい。
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、反転基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続してもよい。
有する第2の擬似コンデンサとを含み、前記第1の擬似コンデンサ入力が前記第1の擬似コア入力であり、前記第2の擬似コンデンサ入力が前記第2の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第1および第2の擬似コンデンサ出力を受け取ってもよい。
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、前記反転基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続してもよい。
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続してもよい。
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続してもよい。
104、240、340、440、540、640 専用集積回路(ASIC)
106、321、322、323、324、325、326、521、522、523、524 ボンドワイヤ
110、210 EMI源
112 容量結合
200 例示的差動センサおよび増幅器システムを使用した差動手法
250 EMI源210と第1のボンドワイヤ260の間の容量結合
252 EMI源210と第2のボンドワイヤ262の間の容量結合
260 第1のボンドワイヤ
262 第2のボンドワイヤ
300 完全対称差動加速度計
342、542 差動増幅器
344、544 第1のチョッパシステム
346、546 第2のチョッパシステム
500 擬似差動加速度計
512 擬似ボンドパッド
548 第3のチョッパシステム
550 擬似ASICセンサ
552、554、556 コンデンサ
543 擬似コア入力
545 MEMSコア入力
800 中和コア
802、804 擬似センサコンデンサ
806 擬似寄生コンデンサ
Claims (20)
- 耐電磁干渉の擬似差動加速度計であって、
第1のセンサコア入力、第2のセンサコア入力およびセンサコア出力を有する容量性センサコアを含む微小電気機械デバイスと、
チョッパシステム、差動増幅器、擬似コアおよび基準電圧を含む集積回路であって、ボンディングワイヤによって前記微小電気機械デバイスに結合され、
前記差動増幅器が、反転入力、非反転入力を含み、増幅器出力電圧を生成し、
前記チョッパシステムが、複数のチョッパ入力および複数のチョッパ出力を有し、チョップ状態0の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第1のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第1のセットに接続し、また、チョップ状態1の間、前記複数のチョッパ入力のうちの第2のセットを前記複数のチョッパ出力のうちの第2のセットに接続し、
前記擬似コアが前記チョッパシステムの擬似コアチョッパ入力に結合されている
集積回路と、
前記容量性センサコアの前記センサコア出力を前記チョッパシステムのセンサコアチョッパ入力に結合するセンサコアボンドワイヤと、
第1の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第1のセンサコア入力に結合する第1の帰還ボンドワイヤであって、第1のチョッパ帰還出力に結合されている第1の帰還ボンドワイヤと、
第2の帰還信号を前記容量性センサコアの前記第2のセンサコア入力に結合する第2の帰還ボンドワイヤであって、第2のチョッパ帰還出力に結合されている第2の帰還ボンドワイヤと
を備え、前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記第1のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第2のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記センサコアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記非反転入力に接続し、前記擬似コアチョッパ入力を前記差動増幅器の前記反転入力に接続し、前記第1のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の反転に接続し、前記第2のチョッパ帰還出力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の反転に接続し、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転が、前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有する擬似差動加速度計。 - 前記擬似コアが、第1の擬似コア入力、第2の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が、前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、反転基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続する、請求項1に記載の擬似差動加速度計。 - 前記擬似コアが、第1の擬似コンデンサ入力および第1の擬似コンデンサ出力を有する第1の擬似コンデンサと、第2の擬似コンデンサ入力および第2の擬似コンデンサ出力を有する第2の擬似コンデンサとを含み、前記第1の擬似コンデンサ入力が前記第1の擬似コア入力であり、前記第2の擬似コンデンサ入力が前記第2の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第1および第2の擬似コンデンサ出力を受け取る、請求項2に記載の擬似差動加速度計。
- 前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態0と前記チョップ状態1の間で変化する、請求項2に記載の容量性センサシステム。
- 前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態0と前記チョップ状態1の間で変化する、請求項2に記載の容量性センサシステム。
- 前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤならびに前記第1および第2の帰還ボンドワイヤのみである、請求項2に記載の擬似差動加速度計。
- 擬似ボンドワイヤをさらに備え、前記微小電気機械デバイスが擬似パッドをさらに含み、前記擬似ボンドワイヤが前記擬似パッドを前記擬似コアチョッパ入力に接続する、請求項1に記載の擬似差動加速度計。
- 前記擬似コアが、第1の擬似コア入力、第2の擬似コア入力および擬似コア出力を含み、前記擬似コア出力が前記チョッパシステムの前記擬似コアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、前記反転基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続し、前記反転基準電圧が、前記基準電圧と同じ大きさで、かつ、逆の極性を有し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記反転基準電圧を前記第1の擬似コア入力に接続し、かつ、前記基準電圧を前記第2の擬似コア入力に接続する、請求項7に記載の擬似差動加速度計。 - 前記擬似コアが、第1の擬似コンデンサ入力および第1の擬似コンデンサ出力を有する第1の擬似コンデンサと、第2の擬似コンデンサ入力および第2の擬似コンデンサ出力を有する第2の擬似コンデンサを含み、前記第1の擬似コンデンサ入力が前記第1の擬似コア入力であり、前記第2の擬似コンデンサ入力が前記第2の擬似コア入力であり、また、共通ノードが、前記擬似コア出力である前記第1および第2の擬似コンデンサ出力を受け取る、請求項8に記載の擬似差動加速度計。
- 前記チョッパシステムが、関心の周波数帯域から雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態0と前記チョップ状態1の間で変化する、請求項8に記載の容量性センサシステム。
- 前記チョッパシステムが、広い周波数範囲にわたって実質的に一様に雑音を分からなくする周波数で、前記チョップ状態0と前記チョップ状態1の間で変化する、請求項8に記載の容量性センサシステム。
- 前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、前記擬似ボンドワイヤ、ならびに前記第1および第2の帰還ボンドワイヤのみである、請求項8に記載の擬似差動加速度計。
- 前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に接続された中和コアをさらに備える、請求項8に記載の擬似差動加速度計。
- 前記中和コアが、第1の中和コア入力、第2の中和コア入力および中和コア出力を含み、前記中和コア出力が前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、また、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する、請求項13に記載の擬似差動加速度計。 - 前記中和コアが、第1の中和コンデンサ入力および第1の中和コンデンサ出力を有する第1の中和コンデンサと、第2の中和コンデンサ入力および第2の中和コンデンサ出力を有する第2の中和コンデンサを含み、前記第1の中和コンデンサ入力が前記第1の中和コア入力であり、前記第2の中和コンデンサ入力が前記第2の中和コア入力であり、また、共通ノードが前記中和コア出力である前記第1および第2の中和コンデンサ出力を受け取る、請求項14に記載の擬似差動加速度計。
- 前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、前記擬似ボンドワイヤ、ならびに前記第1および第2の帰還ボンドワイヤのみである、請求項14に記載の擬似差動加速度計。
- 前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に接続された中和コアをさらに備える、請求項2に記載の擬似差動加速度計。
- 前記中和コアが、第1の中和コア入力、第2の中和コア入力および中和コア出力を含み、前記中和コア出力が前記チョッパシステムの前記センサコアチョッパ入力に結合されており、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態0にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記差の前記反転に接続し、また、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の前記和の前記反転に接続し、また、
前記チョッパシステムが前記チョップ状態1にある場合、前記チョッパシステムは、前記第1の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の差に接続し、前記第2の中和コア入力を前記増幅器出力電圧と基準電圧の和に接続する、請求項17に記載の擬似差動加速度計。 - 前記中和コアが、第1の中和コンデンサ入力および第1の中和コンデンサ出力を有する第1の中和コンデンサと、第2の中和コンデンサ入力および第2の中和コンデンサ出力を有する第2の中和コンデンサを含み、前記第1の中和コンデンサ入力が前記第1の中和コア入力であり、前記第2の中和コンデンサ入力が前記第2の中和コア入力であり、また、共通ノードが前記中和コア出力である前記第1および第2の中和コンデンサ出力を受け取る、請求項18に記載の擬似差動加速度計。
- 前記微小電気機械デバイスの前記容量性センサコアを前記集積回路に完全に接続するために必要であるのが、前記センサコアボンドワイヤ、ならびに前記第1および第2の帰還ボンドワイヤのみである、請求項18に記載の擬似差動加速度計。
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