KR101999745B1 - 미세 전자 기계 시스템 구동기 - Google Patents

미세 전자 기계 시스템 구동기 Download PDF

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페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

일 실시예에서, 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스를 위한 구동기는, 진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제1 입력, 바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제2 입력, 및 고전압 공급을 수신하도록 구성되는 증폭기를 포함하고, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하고, 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록(span) 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성된다.

Description

미세 전자 기계 시스템 구동기{MICRO-ELECTRO-MECHANICAL-SYSTEM(MEMS) DRIVER}
본 출원은 2012년 4월 12일에 출원된 Tao 등의 미국 임시 특허출원 제61/623,407호에 우선권을 주장하고, 이러한 출원의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본원에 포함된다.
본 문헌은 특히 미세 전자 기계 시스템(MEMS)에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 MEMS 디바이스를 위한 구동기에 관한 것이다.
미세 전자 기계 시스템(MEMS)은, 집적 회로를 제조하는데 이용되는 기술과 유사한 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조되는, 전기적 기계적 기능을 수행하는 소형 기계 디바이스를 포함한다. 일부 MEMS 디바이스는 가속도계와 같이 운동을 검출하거나 자이로스코프와 같이 각도 레이트를 검출할 수 있는 센서이다. 일부 MEMS 자이로스코프는 이러한 자이로스코프가 회전 운동을 감지할 수 있도록 하기 위해 MEMS 자이로스코프의 검사 질량(proof mass)을 진동시키기 위한 구동기를 포함한다.
본 출원에서는, 특히 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 논의하고, 보다 구체적으로는 MEMS 디바이스를 위한 구동기를 논의한다. 일례로서, 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스를 위한 구동기는, 진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제1 입력, 바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제2 입력, 및 고전압 공급을 수신하도록 구성되는 증폭기로서, 상기 MEMS 디바이스에, 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하고, 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록(span) 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성되는 증폭기를 포함할 수 있다.
이러한 개요는 본 특허 출원의 주제에 대한 일반적인 개요를 제공하고자 함이다. 이는 본 발명에 대해 배타적이거나 완전한 설명을 제공하고자 하는 것이 아니다. 본 특허 출원에 관해 추가적인 정보를 제공하고자 이하의 상세한 설명이 포함된다.
도면은 반드시 축척에 비례하여 도시된 것은 아니며, 유사한 도면부호가 상이한 도면에서 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다. 상이한 첨자를 갖는 유사한 도면부호는 유사한 구성요소의 상이한 예를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로, 본 문헌에서 논의되는 다양한 실시예를 예로서 나타내는 것일 뿐 제한하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 MEMS 센서 시스템과 통합된 예시적인 MEMS 구동기의 블록도를 일반적으로 나타낸 것이다.
도 2는 예시적인 MEMS 구동기를 일반적으로 나타낸다.
도 3은 예시적인 MEMS 구동기를 일반적으로 나타낸다.
도 4는 예시적인 고전압 증폭기를 일반적으로 나타낸다.
MEMS 자이로스코프와 같은 MEMS 센서는 진동하는 검사 질량의 편향을 이용하여 운동 검출 및 측정 신호를 제공할 수 있다. 검사 질량 편향은 자이로스코프의 회전 운동으로부터 기인하는 코리올리 힘과 진동하는 검사 질량의 운동의 조합에 의해 유발될 수 있다. MEMS 센서는 다양한 소형 이동형 전자 디바이스에서 이용될 수 있고, 이러한 전자 디바이스는 셀 폰, 개인 휴대 정보 단말기, 예컨대 하이킹 및 캠핑 용도의 레크리에이션 툴, 및 게임 컨트롤러를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명자들은, 향상된 성능을 제공할 수 있고 비용을 낮출 수 있으며 보다 적은 전력을 사용할 수 있는, MEMS 검사 질량을 구동하기 위한 고전압 구동기를 발명하였다.
도 1은 MEMS 센서 시스템(100)과 통합된 예시적인 MEMS 구동기(107)의 블록도를 개략적으로 나타낸 것이다. MEMS 자이로스코프 시스템(100)과 같은 MEMS 센서 시스템(100)은, 검사 질량(103)을 포함하는 MEMS 자이로스코프(102) 및 MEMS 센서 전자장치(104)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, MEMS 센서 전자장치(104)는 구동기(107), 구동 센스 전류-전압(C2V) 변환기(105), 센스 C2V 변환기(106) 및 컨트롤러(101)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(101)는 구동기(107)에 명령 신호를 제공할 수 있다. 구동기(170)는 구동 전극(ED)을 이용하여 MEMS 자이로스코프(102)의 검사 질량을 진동시킬 수 있다. 검사 질량의 진동은 구동 센스 전극(EDS) 상의 전하에 영향을 미칠 수 있고, 이러한 전하는 구동 센스 C2V 변환기(105)를 이용하여 전압으로 변환될 수 있다. 구동 센스 C2V 변환기(105)로부터 수신되는 전압은 자이로스코프 검사 질량(103)의 실제 진동에 관한 정보를 제공할 수 있다. 검사 질량 진동 정보는, 안정된 진동 진폭의 제공을 포함하여 검사 질량의 진동 위상 및 진폭을 제어하기 위해 수신기에 의해 이용될 수 있다. 센스 전극은 자이로스코프의 회전 운동에 응답하여 검사 질량의 하나 이상의 부분의 편향에 대한 표시를 제공할 수 있다. 하나 이상의 센스 C2V 변환기(106)는 센스 전극(ES)의 전하를 전압으로 변환할 수 있다. 컨트롤러는 하나 이상의 센스 C2V 변환기(106)로부터 수신되는 전압을 처리하여 자이로스코프의 회전 운동을 나타내는 출력(108)을 제공할 수 있다.
도 2는 예시적인 MEMS 구동기(207)를 일반적으로 나타내고, 이러한 MEMS 구동기(207)는, DC 명령 신호(Vincm)를 수신하기 위한 제1 입력, AC 명령 신호(Vinac)를 수신하기 위한 제2 입력, 제1 및 제2 이득 블록(α1, α2), 합산 접합부(Summer), 고전압 증폭기(209), 및 피드백 경로(210)를 포함할 수 있다. 일부 에에서, MEMS 구동기(207)는 전압 증배기(voltage multiplier, 211)를 포함할 수 있다. 이러한 전압 증배기(211)는 공급 전압(Vsupply)을 변환하여 고전압 증폭기(209)에 고전압(Vhs)을 제공할 수 있다. 일부 예에서, MEMS 구동기(207)는 수신된 명령 신호(Vincm, Vinac)에 응답하여, MEMS 센서 검사 질량의 제어된 진동을 기동(startup)하고 유지하도록 구동 신호(Vout)를 변조할 수 있다. 일부 예에서, 구동 신호(Vout)는 DC 성분 및 AC 성분을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 및 제2 이득 블록(α1, α2)의 적어도 하나의 이득은, MEMS 구동기(207)의 성능을 조정하는데 있어서 유연성을 제공하도록, 예를 들어 구동될 특정 MEMS 센서에 대해 MEMS 구동기(207)를 조정하도록, 프로그램가능할 수 있다. 일부 예에서, 피드백 경로(210)는 부가적인 조정 유연성을 제공하기 위해 제3 이득 블록(β)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제3 이득 블록(β)의 이득은 프로그램가능할 수 있다.
일부 예에서, MEMS 구동기(207)는 구동기(207)를 기동 모드로 하기 위해, 기동 신호(start_up)의 상태에 응답하여 개방될 수 있는 피드백 스위치(s1)를 포함할 수 있다. 기동 모드는 예를 들어, 피드백 경로(211)가 증폭기 출력에 부가를 가하지 않고 고전압 증폭기(209)가 고전압 증폭기(209)의 레일-투-레일(rail to rail) 공급 전압에 걸치는(span) 출력 신호를 제공할 수 있게 한다. 일부 예에서, 고전압 증폭기(209)는 기동 구동 신호를 제공하기 위해 높은, 제어된, 개루프 이득을 제공할 수 있다.
일부 예에서, MEMS 구동기(207)는 고전압 공급 전력을 저장하기 위해 외부의 컴포넌트를 필요로 하지 않는다. 일부 예에서, 입력 명령 신호의 AC 및 DC 성분(Vincm, Vinac)의 이득을 개별적으로 조정하면, MEMS 검사 질량의 진동 진폭에 대한 제어를 개선할 수 있고, 따라서 센서 정확도를 포함하여 센서의 성능을 높일 수 있다.
도 3은 예시적인 MEMS 구동기(307)를 일반적으로 나타내며, 이러한 MEMS 구동기(307)는, DC 명령 신호(Vincm)를 수신하기 위한 제1 입력, AC 명령 신호(Vinp, Vinn)를 수신하기 위한 제2 차동 입력, 제1 및 제2 이득 블록(321, 322), 고전압 차동 증폭기(309), 및 제1 및 제2 피드백 경로(310, 312)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 이득 블록(321), 제2 이득 블록(322), 및 피드백 루프 이득은, Rdf, Rcm1, Rcm2, 및 Rfb를 포함하는 저항기 네트워크를 이용하여 설정될 수 있다. 일부 예에서, DC 명령 신호, AC 명령 신호, 및 피드백 신호는 저항기 네트워크 및 차동 고전압 증폭기(309)의 가상의 접지를 이용하여 합산될 수 있다. 일부 예에서, 피드백 경로(310, 312)는 기동 동작 모드 동안에 피드백 경로(310, 312)를 개방하기 위한 피드백 스위치(s1, s2)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 피드백 스위치(s1, s2)는 MEMS 구동기(307) 외부의 컨트롤러로부터 수신되는 기동 신호(start_up)에 응답할 수 있다.
일부 예에서, 기동 신호(start_up)의 제1 상태에 응답하여, 피드백 스위치(s1, s2)는 개방될 수 있고 고전압 증폭기(309)는 출력(Voun, Voup)에서 미리결정된 기동 구동 신호를 생성할 수 있다. 일부 예에서, 미리결정된 기동 구동 신호는 파형을 포함할 수 있고, 이러한 파형의 형상 및 위상이 MEMS 구동기(307) 외부의 컴포넌트로부터 수신될 수 있다. 예를 들어, 기동 구동 신호의 형상 및 위상 정보는 MEMS 구동기(307)의 AC 입력(Vinp, Vinn)에서 수신되는 신호에 포함될 수 있다. 일부 예에서, 기동 구동 신호는 정현파, 구형파, 또는 이와 다른 특정 형상의 파형을 포함할 수 있다.
도 4는 3개의 하이 사이드 전류원(MP1, MP2, MP3), 및 3개의 로우 사이드 전류원(MQ1, MQ2, MQ3)을 포함하는 예시적인 고전압 증폭기(409)를 일반적으로 나타낸다. 일례로서, 고전압 증폭기(409)의 전류-전압 부분에 캐스코드 바이어스(cascode bias)를 제공하는 것 외에도, 3개의 트랜지스터(MN1, MN2, MN3)는 전압 실드(shield)를 제공할 수 있고, 이에 따라 로우 사이드 전류원(MQ1, MQ2, MQ3)이 저전압 컴포넌트를 이용할 수 있다. 일부 예에서, 3개의 하이 사이드 전류원(MP1, MP2, MP3)은, MP1이 센스 트랜지스터일 수 있고 MP2 및 MP3가 MP1에 의해 감지되는 전류의 미러 전류를 제공할 수 있도록 전류 미러로 배열되는 3개의 고전압 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있다. 일부 예에서, MP2 및 MP3는 감지된 전류(It0)를 증폭할 수 있다. 일부 예에서, 고전압 트랜지스터는 소스-드레인 구조가 고전압을 지속시킬 수 있고 게이트가 정규 전압 정격을 가질 수 있도록 제조될 수 있다. 이러한 구성은 고전압 용도로 정격된 트랜지스터보다 비용이 적게 들 수 있다.
일부 예에서, 고전압 증폭기(409)는 공통 모드 센스 회로를 포함하지 않고, 따라서 증폭기 설계를 단순화하고 실리콘 관련 설비를 절감할 수 있게 된다. 일부 예에서, 3개의 하이 사이드 전류원(MP1, MP2, MP3)은 고정 전류원이고, 기동 모드 및 정규 동작 모두에서 고전압 레일로부터 전력을 풀링하는 유일한 부하일 수 있다. 이러한 예는 고전압 공급으로부터 전력 소모를 줄일 수 있고, 고전압 레일로부터의 상부 전력 드로우(draw)가 3개의 고정 전류원의 레벨로 제한되기 때문에 실리콘 영역을 최소화하는 것을 포함하여, 전압 증배기 설계를 단순화할 수 있다. 일부 예에서, 고전압 증폭기(409)는 고전압 공급 레일로부터의 전력 소모를 최소화할 수 있고, MEMS 자이로스코프와 같은 MEMS 센서의 전체 전력 소모를 최소화할 수 있다. 일부 예에서, MEMS 구동기의 개루프 구동은 미세한 기동 제어 기능을 위해 고전압 공급으로부터 추가적인 전력을 이용하지 않고도 신속하고 제어된 진동 기동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 개루프 기동 제어는 전압 증배기의 설계를 단순화하여, 실리콘 영역을 절감하고 외부의 고전압 저장 컴포넌트가 필요하지 않게 될 수 있다.
추가 사항
실시예 1에서, 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스를 위한 구동기는, 진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제1 입력; 바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제2 입력; 및 고전압 공급을 수신하도록 구성되는 증폭기를 포함할 수 있고, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하고, 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록(span) 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성된다.
실시예 2에서, 실시예 1의 구동기는 선택적으로, 상기 증폭기의 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로를 포함하고, 상기 피드백 경로는 기동 신호의 상태에 응답하는 피드백 스위치를 포함하며, 상기 증폭기는 상기 기동 신호가 기동 상태에 있는 경우 상기 개루프 출력 신호를 제공한다.
실시예 3에서, 실시예 1 또는 2의 증폭기는 선택적으로, 상기 기동 신호가 비-기동 상태에 있는 경우 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호에 의해 변조되는 폐루프 출력 신호를 제공한다.
실시예 4에서, 실시예 1 내지 3 중 어느 하나 이상의 구동기는 선택적으로, 상기 제1 입력에 전기적으로 연결되는 제1 이득 블록 및 상기 제2 입력에 전기적으로 연결되는 제2 이득 블록을 포함하고, 상기 제1 이득 블록에 의해 상기 제1 명령 신호에 제공되는 이득은, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적이다.
실시예 5에서, 실시예 1 내지 4 중 어느 하나 이상의 구동기는 선택적으로, 상기 증폭기의 제1 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로 및 상기 증폭기의 제2 출력에 전기적으로 연결되는 제2 피드백 경로를 포함하고, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 상기 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 차동 폐루프 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치는 차동 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성된다.
실시예 6에서, 실시예 1 내지 5 중 어느 하나 이상의 제1 입력은 선택적으로, 차동 진동 명령 신호를 포함하는 제1 차동 명령 신호를 수신하도록 구성되는 차동 제1 입력이다.
실시예 7에서, 실시예 1 내지 6 중 어느 하나 이상의 구동기는 선택적으로, 상기 차동 제1 입력에 전기적으로 연결되는 제1 이득 블록 및 상기 제2 입력에 전기적으로 연결되는 제2 이득 블록을 포함하고, 상기 제1 이득 블록에 의해 상기 제1 차동 명령 신호에 제공되는 이득은, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적이다.
실시예 8에서, 실시예 1 내지 7 중 어느 하나 이상의 구동기는 선택적으로, 상기 제1 차동 입력에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 차동 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호를 합산하도록 구성되는 제1 합산 접합부(summing junction) 및 제2 합산 접합부를 포함한다.
실시예 9에서, 실시예 1 내지 8 중 어느 하나 이상의 증폭기는 선택적으로, 복수의 하이 사이드(high side) 전류원 및 복수의 로우 사이드(low side) 전류원을 포함하고, 상기 하이 사이드 전류원은 상기 로우 사이드 전류원보다 높은 전압을 지속시키도록 제조된다.
실시예 10에서, 방법은, 진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 생성하는 단계; 바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 생성하는 단계; 구동기가 제1 상태에 있을 때 상기 구동기의 출력에서, 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하는 단계; 및 상기 구동기가 제2 상태에 있을 때 상기 구동기의 출력에서, 상기 구동기의 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예 11에서, 실시예 10의 방법은 선택적으로, 피드백 스위치를 통해 상기 구동기의 출력을 피드백하는 단계를 포함하고, 상기 피드백 스위치는 기동 신호의 상태에 응답하며, 상기 구동기는 상기 기동 신호가 기동 상태에 있는 경우 상기 개루프 출력 신호를 제공한다.
실시예 12에서, 실시예 10 또는 11의 구동기는 선택적으로, 상기 기동 신호가 비-기동 상태에 있는 경우 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호에 의해 변조되는 폐루프 출력 신호를 제공한다.
실시예 13에서, 실시예 10 내지 12 중 어느 하나 이상의 방법은 선택적으로, 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적인 이득을 상기 제1 명령 신호에 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 14에서, 실시예 10 내지 13 중 어느 하나 이상의 방법은 선택적으로, 제1 피드백 스위치를 통해 상기 구동기의 제1 출력을 피드백하고, 제2 피드백 스위치를 통해 상기 구동기의 제2 출력을 피드백하는 단계로서, 상기 제1 피드백 스위치 및 상기 제2 피드백 스위치는 기동 신호의 상태에 응답하는, 피드백 단계; 상기 MEMS 디바이스에, 상기 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 차동 폐루프 출력 신호를 제공하는 단계; 및 상기 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치는 차동 개루프 출력 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 15에서, 실시예 10 내지 14 중 어느 하나 이상의 제1 명령 신호를 생성하는 단계는 선택적으로, 상기 구동기의 차동 제1 입력에, 차동 진동 명령 신호를 포함하는 차동 제1 명령 신호를 인가하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 상기 차동 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호를 합산하는 단계를 더 포함한다.
실시예 16에서, 실시예 10 내지 15 중 어느 하나 이상의 방법은 선택적으로, 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적인 이득을 상기 차동 제1 명령 신호에 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 17에서, 실시예 10 내지 16 중 어느 하나 이상의 방법은 선택적으로, 구동기를 MEMS 디바이스에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
실시예 18에서, 시스템은, MEMS 디바이스; 및 상기 MEMS 디바이스에 출력 신호를 제공하도록 구성되는 구동기를 포함할 수 있다. 상기 구동기는: 진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제1 입력; 바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제2 입력; 및 고전압 공급을 수신하도록 구성되는 증폭기를 포함할 수 있고, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하고, 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성된다.
실시예 19에서, 실시예 18의 MEMS 디바이스는 선택적으로, MEMS 자이로스코프 센서를 포함한다.
실시예 20에서, 실시예 18 또는 19의 시스템은 선택적으로, 상기 증폭기의 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로를 포함하고, 상기 피드백 경로는 기동 신호의 상태에 응답하는 피드백 스위치를 포함하며, 상기 증폭기는 상기 기동 신호가 기동 상태에 있는 경우 상기 개루프 출력 신호를 제공한다.
실시예 21에서, 실시예 18 내지 20 중 어느 하나 이상의 증폭기는 선택적으로, 상기 기동 신호가 비-기동 상태에 있는 경우 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호에 의해 변조되는 폐루프 출력 신호를 제공한다.
실시예 22에서, 실시예 18 내지 21 중 어느 하나 이상의 시스템은 선택적으로, 상기 제1 입력에 전기적으로 연결되는 제1 이득 블록 및 상기 제2 입력에 전기적으로 연결되는 제2 이득 블록을 포함하고, 상기 제1 이득 블록에 의해 상기 제1 명령 신호에 제공되는 이득은, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적이다.
실시예 23에서, 실시예 18 내지 22 중 어느 하나 이상의 시스템은 선택적으로, 상기 증폭기의 제1 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로 및 상기 증폭기의 제2 출력에 전기적으로 연결되는 제2 피드백 경로를 포함하고, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 상기 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 차동 폐루프 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치는 차동 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성된다.
실시예 24에서, 실시예 18 내지 23 중 어느 하나 이상의 제1 입력은 선택적으로, 차동 진동 명령 신호를 포함하는 제1 차동 명령 신호를 수신하도록 구성되는 차동 제1 입력이다.
실시예 25에서, 실시예 18 내지 24 중 어느 하나 이상의 시스템은 선택적으로, 상기 차동 제1 입력에 전기적으로 연결되는 제1 이득 블록 및 상기 제2 입력에 전기적으로 연결되는 제2 이득 블록을 포함하고, 상기 제1 이득 블록에 의해 상기 제1 차동 명령 신호에 제공되는 이득은, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적이다.
실시예 26에서, 실시예 18 내지 25 중 어느 하나 이상의 시스템은 선택적으로, MEMS 디바이스 및 구동기와는 별도의 컴포넌트를 포함하고, 상기 별도의 컴포넌트는 상기 구동기의 제1 입력에 기동 신호 파형을 제공하도록 구성된다.
실시예 27은, 실시예 1 내지 26 중 어느 하나 이상의 실시예 중 임의의 부분 또는 임의의 부분의 조합을 포함할 수 있거나, 선택적으로 이러한 임의의 부분 또는 임의의 부분의 조합과 조합될 수 있고, 실시예 1 내지 26의 기능 중 임의의 하나 이상의 기능을 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의해 수행될 때 기계로 하여금 실시예 1 내지 26의 기능 중 임의의 하나 이상의 기능을 수행하도록 하는 명령을 포함하는 기계 판독가능 매체를 포함한다.
상기 상세한 설명은 상세한 설명의 일부를 이루는 첨부 도면에 대한 참조를 포함한다. 도면은, 실례로서, 본 발명을 실시할 수 있는 구체적인 실시예를 나타낸다. 이들 실시예를 여기서는 "예"라고도 한다. 이러한 예는 도시되거나 기술된 것 외에도 구성요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 도시되거나 기술된 구성요소만이 제공되는 예 또한 예상하고 있다. 나아가 본 발명자들은, 특정 예(또는 이의 하나 이상의 구현예)에 대하여, 또는 도시되거나 기술된 다른 예(또는 이의 하나 이상의 구현예)에 대하여, 도시되거나 기술된 구성요소(또는 이의 하나 이상의 구현예)의 임의의 조합 또는 순열을 이용하는 예 또한 예상하고 있다.
본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허, 및 특허문헌은 원용에 의해 개별적으로 본 명세서에 포함되는 것처럼, 그 내용 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 본 명세서와 원용에 의해 포함되는 상기 문헌들 사이에서 사용에 불일치가 있는 경우, 포함된 문헌에서의 사용은 그 명세서의 부분에 대한 보충으로서 고려되어야 하며; 양립할 수 없는 모순이 있는 경우, 본 명세서의 사용이 우선한다.
본 명세서에서는, "일" 또는 "하나의"라는 표현은, 특허 문헌에서 흔히 쓰이는 바와 같이, 다른 경우들이나 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현의 용법과 관계없이 하나 또는 하나 이상을 포함하도록 사용된다. 본 명세서에서는, 특별한 지시가 없는 이상 "A 또는 B"가 "A이나 B가 아닌", "B이나 A가 아닌" 및 "A 및 B"를 포함하도록, "또는"이라는 표현은 독점적이지 않은 것을 언급하도록 사용된다. 본 명세서에서, "포함하다(including)" 및 "~인(in which)"이라는 표현은 "구비하다(comprising)" 및 "~인, ~이고(wherein)"의 등가물로 사용된다. 또한, 이하의 청구범위에서는, "포함하다" 및 "구비하다"라는 표현이 개방형(open-eneded)의 의미를 갖고, 다시 말해서, 청구항에서 이 표현 앞에 열거된 것 이외의 요소들을 포함하는 시스템, 디바이스, 물품, 또는 프로세스 또한 여전히 그 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 더욱이, 이하의 청구범위에서, "제1", "제2" 및 "제3" 등의 표현은 단순히 표지로서 사용되며, 그러한 대상에 대한 수적 요건을 강제하려는 의도는 아니다.
여기에 기술된 방법 실시예는 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 그러한 실시예는, 상기한 예들에서 기술된 바와 같은 방법을 전자 디바이스가 실행하도록 하는 명령어가 인코딩된 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 기계 판독 가능한 매체를 포함한다. 그러한 방법의 구현예는, 마이크로코드와 같은 코드, 어셈블리 언어 코드, 상위 레벨 언어 코드 등을 포함할 수 있다. 그러한 코드는 여러 가지 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 포함할 수 있다. 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수 있다. 또한 일례에서, 코드는 하나 이상의 휘발성, 비일시적, 또는 비휘발성의 유형의 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에, 예컨대 실행 동안 또는 다른 시점에서 유형적으로 저장될 수 있다. 이러한 유형의 컴퓨터 판독 가능한 매체의 예들은, 제한되는 것은 아니지만, 하드디스크, 탈착 가능한 자기 디스크, 탈착 가능한 광 디스크(예컨대, CD, DVD), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱, RAM, ROM 등을 포함한다.
상기한 설명은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 예컨대, 전술한 예(또는 이러한 예의 하나 이상의 구현예)는 서로 조합되어 이용될 수도 있다. 통상의 기술자가 상기한 설명을 검토함으로써 다른 실시예가 이용될 수 있다. 요약서는 독자가 신속하게 기술적 개시 사항의 본질을 확인할 수 있도록 하기 위해 제공될 뿐이다. 요약서는 그것이 청구항의 범위나 의미를 해석하거나 제한하는 데에 사용되지 않을 것이라는 전제하에 제출된 것이다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 부분에서는, 여러 특징을 함께 그룹으로 묶어 개시내용을 간략화하였을 수도 있다. 이것은 청구되지 않은 공개된 특징이 임의의 청구항에 필수적인 것은 아님을 의도하는 것으로 해석되어야 한다. 오히려, 발명의 청구 대상은 특정한 공개 실시형태의 모든 특징보다 적을 수 있다. 따라서, 이하의 청구범위는 이에 의하여 상세한 설명에 포함되는 것이며, 각각의 청구항은 개별적인 실시형태를 나타내고, 이러한 실시예는 다양한 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있다는 점이 예상된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 함께 청구항으로 나타낸 등가물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (14)

  1. 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스를 위한 구동기로서,
    진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제1 입력;
    바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제2 입력;
    고전압 공급을 수신하도록 구성되는 증폭기로서, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하고, 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록(span) 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성되는, 증폭기;
    상기 제1 입력에 전기적으로 연결되는 제1 이득 블록; 및
    상기 제2 입력에 전기적으로 연결되는 제2 이득 블록을 포함하고, 상기 제1 이득 블록에 의해 상기 제1 명령 신호에 제공되는 이득은, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적인, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동기는 상기 증폭기의 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로를 포함하고, 상기 피드백 경로는 기동 신호의 상태에 응답하는 피드백 스위치를 포함하며, 상기 증폭기는 상기 기동 신호가 기동 상태에 있는 경우 상기 개루프 출력 신호를 제공하는, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증폭기는 상기 기동 신호가 비-기동 상태에 있는 경우 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호에 의해 변조되는 폐루프 출력 신호를 제공하는, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동기는 상기 증폭기의 제1 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로 및 상기 증폭기의 제2 출력에 전기적으로 연결되는 제2 피드백 경로를 포함하고, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 상기 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 차동 폐루프 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치는 차동 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성되는, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 입력은 차동 진동 명령 신호를 포함하는 제1 차동 명령 신호를 수신하도록 구성되는 차동 제1 입력인, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차동 제1 입력에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 차동 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호를 합산하도록 구성되는 제1 합산 접합부(summing junction) 및 제2 합산 접합부를 포함하는, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는 복수의 하이 사이드(high side) 전류원 및 복수의 로우 사이드(low side) 전류원을 포함하고, 상기 하이 사이드 전류원은 상기 로우 사이드 전류원보다 높은 전압을 지속시키도록 제조되는, 미세 전자 기계 시스템 디바이스를 위한 구동기.
  8. 진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 생성하는 단계;
    바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 생성하는 단계;
    구동기가 제1 상태에 있을 때 상기 구동기의 출력에서, 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하는 단계;
    상기 구동기가 제2 상태에 있을 때 상기 구동기의 출력에서, 상기 구동기의 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적인 이득을 상기 제1 명령 신호에 제공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방법은 피드백 스위치를 통해 상기 구동기의 출력을 피드백하는 단계를 포함하고, 상기 피드백 스위치는 기동 신호의 상태에 응답하며, 상기 구동기는 상기 기동 신호가 기동 상태에 있는 경우 상기 개루프 출력 신호를 제공하고,
    상기 구동기는 상기 기동 신호가 비-기동 상태에 있는 경우 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호에 의해 변조되는 폐루프 출력 신호를 제공하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 방법은:
    제1 피드백 스위치를 통해 상기 구동기의 제1 출력을 피드백하고, 제2 피드백 스위치를 통해 상기 구동기의 제2 출력을 피드백하는 단계로서, 상기 제1 피드백 스위치 및 상기 제2 피드백 스위치는 기동 신호의 상태에 응답하는, 피드백 단계;
    MEMS 디바이스에, 상기 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 차동 폐루프 출력 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치는 차동 개루프 출력 신호를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 명령 신호를 생성하는 단계는, 상기 구동기의 차동 제1 입력에, 차동 진동 명령 신호를 포함하는 차동 제1 명령 신호를 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 방법은 상기 차동 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호를 합산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적인 이득을 상기 차동 제1 명령 신호에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 시스템으로서,
    MEMS 디바이스; 및
    상기 MEMS 디바이스에 출력 신호를 제공하도록 구성되는 구동기
    를 포함하고, 상기 구동기는:
    진동 명령 신호를 포함하는 제1 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제1 입력;
    바이어스 명령 신호를 포함하는 제2 명령 신호를 수신하도록 구성되는 제2 입력;
    고전압 공급을 수신하도록 구성되는 증폭기로서, 상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 폐루프 출력 신호를 제공하고, 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치도록 되어 있는 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성되는, 증폭기;
    상기 제1 입력에 전기적으로 연결되는 제1 이득 블록; 및
    상기 제2 입력에 전기적으로 연결되는 제2 이득 블록을 포함하고, 상기 제1 이득 블록에 의해 상기 제1 명령 신호에 제공되는 이득은, 상기 제2 이득 블록에 의해 상기 제2 명령 신호에 제공되는 이득과는 독립적인, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 증폭기의 제1 출력에 전기적으로 연결되는 제1 피드백 경로 및 상기 증폭기의 제2 출력에 전기적으로 연결되는 제2 피드백 경로를 포함하고,
    상기 증폭기는, 상기 MEMS 디바이스에, 상기 제1 상태에서 상기 제1 명령 신호 및 상기 제2 명령 신호 모두에 응답하는 차동 폐루프 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 상태에서 상기 고전압 공급의 전압 범위에 실질적으로 걸치는 차동 개루프 출력 신호를 제공하도록 구성되고,
    상기 제1 입력은 차동 진동 명령 신호를 포함하는 제1 차동 명령 신호를 수신하도록 구성되는 차동 제1 입력인, 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 MEMS 디바이스는 MEMS 자이로스코프 센서를 포함하는, 시스템.
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