JP7212782B2 - マイクロメカニカルなクロッキングシステムコンポーネントを備えたシステム - Google Patents
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Description
f_odr=f_osc*n/m
である。
m=round(f_osc*n/f_odr_nom)
に従って、値nに依存して決定される。
m=round(25kHz*8/6.4kHz)=round(31.25)=31
が生じる。
a_odr=f_odr/f_odr_nom
上記の例では、
a_odr=6.452kHz/6.4kHz=1.008
である。
この問題を回避するため実際には、例えば別の時間標準(例えば水晶オシレータ)により、センサのサンプリングレートの予測値からの差異が測定され、この差異が、センサ値の積分の際に時定数の修正として考慮される。これは、別個の周波数標準を必要とし、この測定がシステムの複雑さを増大させ、かつ一部ではそれ自体が不正確さをはらんでいるという欠点をもつ。
- 固有周波数の振動を励起可能なマイクロメカニカル振動素子と、
- 振動素子の固有周波数から、所定の目標クロック周波数へとプリトリミングされたクロック周波数を発生させる第1の回路手段とを備えたクロッキングシステムコンポーネントを有し、
- 目標クロック周波数からの、クロック周波数の残存する差異のためのメモリ手段を有し、この差異はクロッキングシステムコンポーネントに対して個別に決定されており、かつ
- 発生したクロック周波数および保存された差異に基づいてシステムの少なくとも一部のための基準タイムベースを発生させる処理機構を有するシステムによって解決される。
- この振動素子が、測定信号捕捉のために固有周波数の振動を励起され、
- この振動素子の固有周波数からクロック周波数を発生させ、このクロック周波数が、所定の目標クロック周波数へとプリトリミングされており、かつ角速度センサのセンサデータのための出力サンプリングレートを決定する動作方法において、
- 目標クロック周波数からの、クロック周波数の角速度センサに対して個別の残存する差異が提供されること、ならびに
- 発生したクロック周波数および保存された差異に基づいてセンサシステムの少なくとも一部のための基準タイムベースを発生させることを特徴とする動作方法によって解決される。
システムの有利な一変形形態は、システムがセンサシステムとして形成されており、その際、マイクロメカニカルセンサ構造を備えた角速度センサが、クロッキングシステムコンポーネントとして機能すること、すなわち、
- センサ構造内に少なくとも1つの振動素子が形成されており、この少なくとも1つの振動素子が、測定信号捕捉のために固有周波数の振動を励起されることによって、および
- 回路手段が設けられており、この回路手段が固有周波数から、角速度センサのセンサデータのための出力サンプリングレートを決定するクロック周波数を発生させることによって機能すること、
- ならびに処理機構が、センサデータを基準タイムベースに基づいて処理するために設計されていることを特徴とする。
開示された方法の特徴は、相応の開示された装置の特徴から類似的に明らかであり、かつその逆である。これは、とりわけシステムに関する特徴、技術的利点、および実施形態が、システムに関する相応の実施形態、特徴、および利点から、センサシステムの動作方法に関する相応の実施形態、特徴、および利点から類似的に明らかであり、かつその逆であることを意味する。簡略化のため、図ではそれぞれ前出の図に対する変化だけを解説する。
- センサデータ処理の精度が向上し、このためにさらなる時間標準を必要とせず、
- MEMSオシレータにより、非常に正確なタイムベースが、センサデータ処理のそのほかの目的または時間/周波数測定のためにも、追加的な費用なしで提供され得ることにある。
図2は、センサシステムとして形成された本発明によるシステム100の第1の実施形態を示している。この形態では第1のメモリ手段5が認識され、この第1のメモリ手段5内に差異a_odrが保存され、かつ処理機構10に供給され得る。このメモリ手段は、図2に示した例示的実施形態では、クロッキングシステムコンポーネント1の、詳しくは角速度センサ素子の構成要素である。処理機構10は、角速度信号を出力データレートに同期して積分、つまり合計して、差異a_odrを用いて修正するホストシステム(例えばアプリケーションプロセッサ)として形成され得る。
角速度センサ信号は、例えば、センサ信号のサンプル値を経過時間にわたって合計することにより、向きの決定に利用され得る。その際、実際のサンプリング周期Δt_real=1/f_odrに、目標サンプリング周期Δt_nom=1/f_odr_nomからの差異がある場合、これにより誤差が生じ、この誤差は、既知の差異a_odrにより次のように修正され得る。
φ:角速度センサ値ωの集合の角度合計
Δt_real:実際のサンプリング周期
Δt_nom:目標サンプリング周期
f_odr:実際のサンプリング周波数
f_odr:目標サンプリング周波数
a_odr:サンプリング周波数の差異係数
図3は、提案されたシステム100のさらなる一実施形態を示している。
場合によっては、オシレータ30により、またさらなるシステムコンポーネント、例えばセンサまたは処理ユニット40にも、独立したタイムベースが付与され得る。
Claims (7)
- - クロッキングシステムコンポーネント(1)を有するシステム(100)であって、
- 固有周波数(f_osc)の振動を励起可能なマイクロメカニカル振動素子と、
- 前記振動素子の前記固有周波数(f_osc)から、所定の目標クロック周波数(f_odr_nom)へとプリトリミングされたクロック周波数(f_odr)を発生させる第1の回路手段(2)とを備えたクロッキングシステムコンポーネント(1)を有し、
- 前記目標クロック周波数(f_odr_nom)からの、前記クロック周波数(f_odr)の残存する差異(a_odr)のためのメモリ手段(20)を前記クロッキングシステムコンポーネント(1)の外部に有し、前記差異(a_odr)が前記クロッキングシステムコンポーネントに対して個別に決定されており、かつ
- 前記発生したクロック周波数(f_odr)および前記保存された差異(a_odr)に基づいて前記システム(100)の少なくとも一部のための基準タイムベースを発生させる第1の処理機構(10)を有し、さらに
前記クロッキングシステムコンポーネント(1)の外部に、前記クロック周波数(f_odr)を利用してタイムベースを発生させる少なくとも1つのオシレータ(30)が設けられており、前記オシレータ(30)には前記メモリ手段(20)から前記差異(a_odr)が供給され、前記タイムベースは前記固有周波数(f_osc)からは独立しており、前記第1の処理機構(10)は、前記タイムベースを前記基準タイムベースに基づいて較正または補正し、
前記クロッキングシステムコンポーネント(1)の外部に、第2の処理ユニット(40)を有し、前記タイムベースが前記オシレータ(30)から前記第2の処理ユニット(40)に供給される、システム(100)。 - 前記システム(100)がセンサシステムとして形成されており、その際、マイクロメカニカルセンサ構造を備えた角速度センサが、前記クロッキングシステムコンポーネント(1)として機能すること、すなわち、
- 前記センサ構造内に少なくとも1つの振動素子が形成されており、前記少なくとも1つの振動素子が、測定信号捕捉のために固有周波数(f_osc)の振動を励起されることによって、および
- 前記第1の回路手段(2)が設けられており、前記第1の回路手段(2)が前記固有周波数(f_osc)から、前記角速度センサのセンサデータのための出力サンプリングレートを決定するクロック周波数(f_odr)を発生させることによって機能すること、
ならびに前記第1の処理機構(10)が、センサデータを前記基準タイムベースに基づいて処理するために設計されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム(100)。 - 前記クロック周波数(f_odr)を発生させるための前記第1の回路手段(2)が、少なくとも1つの位相ロックループ(PLL)を含んでいることを特徴とする請求項1または2に記載のシステム(100)。
- マイクロメカニカル角速度センサを備えたセンサシステムの動作方法であって、前記マイクロメカニカル角速度センサのセンサ構造内には少なくとも1つの振動素子が形成されており、
- 前記振動素子が、測定信号捕捉のために固有周波数(f_osc)の振動を励起され、
- 前記振動素子の前記固有周波数(f_osc)からクロック周波数(f_odr)を発生させ、前記クロック周波数(f_odr)が、所定の目標クロック周波数(f_odr_nom)へとプリトリミングされており、かつ前記角速度センサのセンサデータのための出力サンプリングレートを決定する動作方法において、
- 前記目標クロック周波数(f_odr_nom)からの、前記クロック周波数(f_odr)の前記角速度センサに対して個別の残存する差異(a_odr)が前記マイクロメカニカル角速度センサの外部に設けられたメモリ手段(20)から提供されること、ならびに
- 前記マイクロメカニカル角速度センサの外部に設けられた第1の処理機構(10)が、前記発生したクロック周波数(f_odr)および前記差異(a_odr)に基づいて前記センサシステムの少なくとも一部のための基準タイムベースを発生させ、さらに、
前記マイクロメカニカル角速度センサの外部に設けられた少なくとも1つのオシレータ(30)が、前記クロック周波数(f_odr)を利用してタイムベースを発生させ、前記オシレータ(30)には前記メモリ手段(20)から前記差異(a_odr)が供給され、前記タイムベースは前記固有周波数(f_osc)からは独立しており、前記第1の処理機構(10)は、前記タイムベースを前記基準タイムベースに基づいて較正または補正し、
前記マイクロメカニカル角速度センサの外部に設けられた第2の処理ユニット(40)に、前記タイムベースが前記オシレータ(30)から供給されることを特徴とする動作方法。 - 前記角速度センサのセンサデータが、前記基準タイムベースに基づいて処理されること、とりわけ、前記角速度センサのセンサデータが前記クロック周波数(f_odr)および前記差異(a_odr)を考慮して積分されることにより、前記角速度センサの相対的で空間的な向きが確定されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記タイムベースの前記較正および/または修正が、前記角速度センサのセンサ動作中の選択可能な時点で行われることを特徴とする請求項4または5に記載の方法。
- 前記角速度センサが、前記タイムベースの前記較正および/または修正のために特別にアクティブ化されることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の方法。
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