KR20180006929A

KR20180006929A - 자이로스코프의 위상 기반 측정 및 제어

Info

Publication number: KR20180006929A
Application number: KR1020177033645A
Authority: KR
Inventors: 요나 드월
Original assignee: 키오닉스, 인크.
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2018-01-19
Also published as: EP3295123B1; JP2018514785A; CN107810385B; WO2016182993A2; JP6785795B2; EP3295123A2; CN107810385A; WO2016182993A3; US20160334213A1; TW201706568A; US10030976B2; TWI744231B

Abstract

자이로스코프는 공진기, 트랜스듀서 및 비교기를 포함한다. 비교기는 트랜스듀서로부터 입력 신호를 수신하고 입력 신호를 기준 신호와 비교하여 출력 신호를 생성하도록 설계된다. 출력 신호의 상승 및 하강 에지 전이들은 트랜스듀서의 감지 축을 따르는 공진기의 동작과 실질적으로 동기화된다.

Description

자이로스코프의 위상 기반 측정 및 제어{PHASE-BASED MEASUREMENT AND CONTROL OF A GYROSCOPE}

본 발명의 실시예들은 신호 위상에 기반하는 자이로스코프에 대한 감지 및 제어 방식에 관한 것이다.

마이크로전기기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS)은 집적 회로(IC)와 결합된 하나 이상의 기계 부품으로 구성되는 소형 장치이다. MEMS 자이로스코프(또는 자이로)는 각속도를 측정하도록 설계된 MEMS 디바이스이다. 예를 들어, 충분히 정확한 자이로는 지구 회전 속도(~ 15 deg/hr)를 측정할 수 있다. MEMS 자이로는 휴대 전화, 태블릿, 카메라 등과 같은 가전 제품에서 점점 더 보편화되고 있다. 이러한 응용들에 포함되기 위해서는 자이로가 전력 소비, 물리적 크기 및 성능과 관련된 엄격한 요구 사항을 준수해야 한다.

MEMS 자이로는 일반적으로 모드라 불리는 다수의 진동 자유도가 있는 소형 기계 공진기를 포함한다. 3축 MEMS 자이로는 하나의 구동 모드와 3개의 감지 모드를 포함할 수 있다. 이러한 장치에서, 구동 모드는 구동 액추에이터에 의해 그것의 특성 주파수에서 공진 상태로 구동되고, 롤, 피치 및 헤딩과 같은 직교 방향으로 배향된 3개의 감지 모드의 동작이 감지 트랜스듀서에 의해 측정된다. 외부에서 인가된 각속도에 노출될 경우, 구동 모드의 진동 동작 중 일부는 기계적으로 진동하는 하나 이상의 감지 모드를 발생시킨다. 따라서, 감지 모드의 동작을 측정함으로써, 각속도를 결정할 수 있다. MEMS 자이로스코프의 설계를 제공하는 예를 미국 특허 제6,626,039호에서 찾을 수 있으며, 이것의 개시내용은 그 전체를 참조로서 본원에서 인용한다.

MEMS 자이로의 전체 신호 대 잡음(signal-to-noise, S/N)은 대체로 아날로그 프런트 엔드(analog front-end, AFE) 회로의 동적 범위 및 잡음 특성에 의해 결정된다. 일반적으로, AFE 잡음을 줄이려면 소비 전력의 증가가 필요하다. 따라서, MEMS 자이로는 일반적으로 전력 소비와 성능 사이의 트레이드 오프(exhibit a trade-off)을 나타낸다. MEMS 자이로 AFE는 일반적으로 높은 임피던스 피드백 네트워크를 갖춘 증폭기 프런트 엔드로 구성되어, 높은 이득을 제공한다. 저항성 피드백 네트워크는 단순한 수동 네트워크를 제공하지만, 열 잡음을 받는다. 스위치드 커패시터 네트워크는 능동적으로 리셋되어야 하며 저항 열 잡음과 크기가 비슷한 잡음 폴딩 영향을 받는다. 선택한 피드백 네트워크에 관계없이, 그 출력은 기껏해야 증폭기의 공급 전압 레일(Vss, Vdd)로 제한되며, 궁극적으로 달성 가능한 동적 범위를 제한한다.

본원에 제시한 실시예에서는, 자이로스코프의 다양한 감지 및 제어 방식을 설명한다. 이 감지 및 제어 방식은 아날로그 프런트 엔드(AFE) 및 피드백 제어 회로를 사용하여 구현할 수 있다. 본원에 제시한 측정 및 제어 방식은 저전력 및 저잡음 작동을 가능하게 하면서, 전력 소비와 성능 사이의 통상적인 트레이드 오프를 회피한다. 이는 저전력, 저잡음 및 소형 크기에서 작동하는 위상 기반 AFE 회로 및 S/N을 실질적으로 증가시키는 위상 기반 폐루프 작동으로 달성된다.

일 실시예에서, 자이로스코프는 공진기, 트랜스듀서 및 비교기를 포함한다. 비교기는 트랜스듀서로부터 입력 신호를 수신하고 입력 신호를 기준 신호와 비교하여 출력 신호를 생성하도록 설계된다. 출력 신호의 상승 및 하강 에지 전이들은 트랜스듀서의 감지 축을 따르는 공진기의 동작과 실질적으로 동기화된다.

다른 실시예에서, 자이로스코프는 액추에이터, 트랜스듀서, 비교기 및 구동 모듈을 포함한다. 비교기는 트랜스듀서로부터 입력 신호를 수신하고, 입력 신호를 기준 신호와 비교하여 출력 신호를 생성한다. 구동기 모듈은 출력 신호를 수신하여 액추에이터에 인가되는 구동 신호를 생성한다.

다른 실시예에서, 자이로스코프는 공진기, 위상 감지 및 피드백 제어 회로를 포함하고, 외부에서 인가된 각속도에 응답하여 위상 시프트를 나타낸다. 피드백 신호들이 공진기에 인가되어 위상 시프트를 상쇄함으로써, 일정한(또는 제로) 위상을 유지한다. 위상 시프트를 상쇄하기 위해 필요한 피드백의 크기는 외부적으로 인가된 각속도의 측정을 제공한다.

본 명세서에 포함되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 설명하며, 그 설명과 함께 본 발명의 원리를 더 나타내어 당업자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있도록 한다.

도 1은 일 실시예에 따른, 공진기 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2e는 일부 실시예에 따른, 하나 이상의 비교기를 사용하는 위상 기반 자이로스코프 측정 방식을 나타낸다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 비교기의 듀티 사이클 동작을 나타낸다.
도 3b는 일 실시예에 따른, 듀티 사이클 비교기를 사용하는 자이로스코프 측정 및 제어 방식을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예에 따른, 피드백을 갖는 자이로스코프 제어 방식을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 일부 실시예에 따른, 위상 기반 폐루프 자이로스코프를 나타내는 도면이다.
도 5c는 일 실시예에 따른, 도 5a 내지 도 5b의 예들에 대한 예시적인 파형들을 나타낸다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

특정 구성 및 배치가 논의되지만, 이는 단지 예시적인 목적으로만 행해진 것임을 이해해야 한다. 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 구성 및 배열이 사용될 수 있는 것을 인식할 것이다. 당업자에게는 본 발명이 다양한 다른 응용에도 또한 사용될 수 있음이 명백할 것이다.

명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예" 등은 설명된 실시예가 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있음을 나타내지만, 모든 실시예가 반드시 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함하는 것은 아니다. 또한, 이러한 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하지 않는다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되는지 여부에 관계없이 다른 실시예와 관련하여 그러한 특징, 구조 또는 특성을 달성하는 것은 당업자의 지식 범위 내에 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른, 예시적인 자이로스코프 시스템(100)을 나타낸다. 자이로스코프 시스템(100)은 공진기(102), 하나 이상의 트랜스듀서(104) 및 트랜스듀서(104)와 인터페이스하는 회로(106)를 포함한다. 트랜스듀서(104)는 하나 이상의 트랜스듀서를 나타낸다. 공진기(102)는, 예를 들어, 마이크로 제조 튜닝 포크, 체적 음향 공진기(BAW), 표면 탄성파 공진기(SAW), 또는 일부 다른 유형의 공진기와 같은 MEMS 공진기일 수 있다. 여기서, 다중 자유도 MEMS 자이로 공진기는 공진기를 식별하는데 사용되지만, 다른 공진기 구조를 또한 사용할 수 있음을 이해해야 한다.

트랜스듀서(104)는 일 형태의 에너지를 다른 형태의 에너지로 변형시킬 수 있는 임의의 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서(104)는 기계적 동작에 비례하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 이러한 트랜스듀서는 센서로 공지될 수 있다. 또 다른 예에서, 트랜스듀서(104)는 수신된 전기 신호에 비례하는 힘을 생성할 수 있다. 이러한 트랜스듀서는 액추에이터로 공지될 수 있다. 전형적인 자이로스코프는 롤, 피치 및 헤딩을 측정하기 위해 직교 방향으로 배향된 다수의 감지 트랜스듀서와 함께 하나 이상의 구동 액추에이터를 포함한다. 통상적으로, 2개의 구동 액추에이터가 구동 모드 축을 따라 서로 반대 방향으로 배향되고, 2개의 감지 트랜스듀서가 각 감지 모드 축을 따라 서로 반대 방향으로 배향된다. 트랜스듀서(104)는 공진기(102)의 일체 부분으로 간주할 수 있거나, 회로(106)의 구성 요소로 간주할 수 있다.

회로(106)는 트랜스듀서(104)와 직접 상호 작용하는 프런트 엔드 회로일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 회로(106)는 트랜스듀서(104)의 감지 축을 따르는 공진기(102)의 동작을 감지하기 위한 비교기를 포함한다. 회로(106)는 아날로그-디지털 컨버터를 사용하는 모든 아날로그 구성 요소들, 아날로그 및 디지털 구성 요소들의 혼합체 또는 모든 디지털 구성 요소들을 포함할 수 있다. 공진기(102)가 MEMS 공진기인 일 예에서, 회로(106)는 공진기(102)를 제조하는데 사용된 동일한 반도체 기판에 단일체로 집적될 수 있다. 회로(106)의 신호 대 잡음비를 최대화하면 전체 공진기 시스템(100)의 성능이 향상된다. 회로(106)의 다양한 실시예를 본원에서 추가로 설명한다. 회로(106)의 출력(108)은 하나 이상의 추가 회로에 의해 수신될 수 있다. 일 예에서, 출력(108)은 공진기(102)의 액추에이터를 제어하여 폐루프 피드백을 제공하도록 공진기(102)에 피드백될 수 있다.

자이로 공진기의 경우, 감지 축 트랜스듀서에 의해 감지된 동작은 반드시 단일 모드의 동작으로 한정되는 것은 아니다. 쿼드러쳐(quadrature)는, 그것이 의도된 것인지 여부와 관계없이, 감지 축 트랜스듀서가 일반적으로 구동 모드의 구성 요소를 측정하는 사실로 인해 발생한다. 진동 구동 모드 동작을 달성 및 유지하고, 진동 감지 모드 신호를 사용 가능한 출력으로 변환하기 위해, 일부 자이로는 위상 동기 루프(phase-locked-loop, PLL)로 공지된 시스템을 사용할 수 있다. PLL은 고주파 오실레이터(또는 등가물)를 구동 모드 동작과 동기화시킨다. 동기화된 클록은 진동 감지 모드 출력의 복조뿐 아니라 구동 모드 자극 생성을 위한 시간 기준을 제공한다. 이 복조의 목적은 쿼드러쳐를 제거하고 관심 있는 주파수 대역(예를 들어, 1 kHz 미만)에서 각속도에 비례하는 출력 신호를 제공하는 것이다. 그러나, 기계적 공진기에 대한 오실레이터의 임의의 비동기는 최종 출력에서 심각한 에러를 초래할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상 기반 자이로 아키텍쳐는 PLL 또는 고주파수 동기 오실레이터에 의존하지 않는다. 대신에, 기계 공진기는 구동 및 감지 시스템 모두에 대해 자체 시간 기준을 제공하며, 전기 시스템에 대한 시간 기준을 제공하는데 필요한 모든 오실레이터는 기계 공진기의 동작과 비동기적일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상 기반 접근법을 최대한 활용하기 위해, 매우 높은 이득을 갖는 증폭기로 보통 구성되는 종래의 회로 대신에 비교기 프런트 엔드(comparator front-end, CFE) 회로를 사용할 수 있다. 이것은 임계 신호 경로에는 진폭이 아닌 위상 정보만 필요하기 때문에 가능하다. 비교기는 기준에 대해 입력 신호를 비교함으로써 혼합 신호 파형(mixed-signal waveform, MSW)을 생성하는 회로이다. 입력 신호가 기준 신호보다 클 경우에는 출력이 높고(또는 그 반대도 가능), 입력 신호가 기준 신호보다 작을 경우에는 출력이 낮다(또는 그 반대도 가능). 따라서, 비교기는 출력이 높거나 낮은 레일(Vdd 또는 Vss)인 포화에서 작동하도록 설계된 점에서 증폭기와 다르다. 또한, 피드백 루프가 없으면 잡음이 감소되고 회로가 단순해진다. 또한, 진폭 정보 대신에 위상이 사용되기 때문에, (위상을 측정하는) CFE의 동적 범위가 진폭을 측정하는 종래 회로보다 훨씬 높아질 수 있다.

도 2a는 일 실시예에 따른, 회로(200)에 결합된 공진기(204)의 예를 나타낸다. 이 도면 및 계속되는 도면들에서, 트랜스듀서는 회로의 구성 요소로 간주된다. 그러나, 트랜스듀서는 또한 공진기(204)의 구성 요소로 간주할 수도 있다.

공진기(204)는 자이로스코프 시스템의 하나의 요소일 수 있다. 일 실시예에서, 공진기(204)는 MEMS 공진기이다. 회로(200)는 비교기(201) 및 트랜스듀서(202)를 포함한다. 트랜스듀서(202)는 공진기(204)와 관련된 기계적 신호(205)를 비교기(201)에 의해 수신되는 전기 신호(206)로 변환하는데 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 트랜스듀서(202)는 공진기(204)의 감지 축을 따라 정렬되어 공진기(204)의 하나 이상의 모드의 동작(변위 또는 속도)을 감지하도록 배향된다. 비교기(201)는 수신된 전기 신호(206)를, 기준 소스(203)에 의해 생성된 기준 신호(207)(전류 또는 전압)와 비교한다. 기준 소스(203)는 전류 또는 전압 소스일 수 있다. 비교기(201)는 트랜스듀서(202)의 감지 축을 따르는 공진기(204)의 동작에 동기화되는 전이(상승 및 하강 에지)를 갖는 출력 신호(208)를 생성한다. 일 예에서, 출력 신호(208)는 혼합 신호 파형(MSW)이다. 이와 같이, 출력 신호(208)는 진폭이 디지털이고 시간이 아날로그인 것으로 간주할 수 있다.

기준 소스(203)는 기준 신호(207)가 입력 신호(206)와 공통 모드 에러를 공유하도록 선택할 수 있다. 이 시나리오에서는, 에러가 비교 동작 동안의 상쇄로 인한 출력 신호(208)로부터 실질적으로 제거될 수 있다. 일반적으로, 이러한 방식으로 상쇄된 공통 모드 에러는 전압 공급 잡음 또는 온도 변화와 같은 기타 상관된 에러를 포함한다.

도 2b는 일 실시예에 따른, 또 다른 회로(220)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 회로(220)는 단일 입력 신호(206)를 받아들이는 단일 종단 비교기(201)를 포함한다. 기준 소스(209) 및 기준 신호(210)는 비교기(201) 내부에 있다. 예를 들어, 기준 소스(209)는 내부 전압 바이어스(전압 모드 비교기용) 또는 H. Traff, "Novel approach to high speed CMOS current comparators" Electronics Letters 28.3, (1992), pp. 310-311에 기재된 바와 같은 전류 모드 비교기의 제 1 레그에서의 정지 전류를 포함할 수 있다. 비교기(201)는 기준 신호(210)와 비교된 입력 신호(206)의 전류 또는 전압 레벨에 기초하여 출력 신호(211)를 생성한다.

도 2c는 일 실시예에 따른, 또 다른 회로(230)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 일부 외부 소스로부터 기준 전압을 수신하는 대신에, 비교기(201)는 트랜스듀서 쌍(202 및 213)의 차동 쌍에 결합되며, 신호를 공칭적으로 배가시키면서 트랜스듀서에 의해 공유되는 공통 모드 에러를 상쇄하는 장점을 갖는다. 트랜스듀서(202 및 213) 각각은 공진기(204)의 다른 축을 따라서 정렬될 수 있다. 이러한 구성에서는, 트랜스듀서(202)가 입력 신호(206)를 공급하는 반면, 트랜스듀서(213)는 기준 신호(214)를 제공한다. 일 예에서, 트랜스듀서들(202 및 213)은 공칭적으로 역 평행 감지 축에 대한 동작을 감지한다. 비교기(201)는 기준 신호(214)와 비교된 입력 신호(206)의 전류 또는 전압 레벨에 기초하여 출력 신호(215)를 생성한다.

일 예에서, 트랜스듀서(202)의 감지 축을 공진기(204)의 구동 모드에 배향시키는 것은 구동 동작과 동기화된 MSW를 생성한다. 이 구동 동기화된 신호는 시스템에서 다수의 동기화/트리거링 목적으로 활용할 수 있으며, 기본적으로 시스템 클럭의 목적을 충족시킨다. 또 다른 예에서, 트랜스듀서(202)의 감지 축을 공진기(204)의 감지 모드에 배향시키는 것은 감지 동작과 동기화된 MSW를 생성한다. 이 감지 동기화된 신호는 외부에서 인가된 각속도로 인해 구동 동기화된 신호 또는 다른 감지 동기화된 신호에 대해 위상 시프트될 수 있다. 이 유도된 위상 시프트는 인가된 각속도에 비례하며, 최종 자이로스코프 출력을 생성하는데 사용된다.

도 2d는 일 실시예에 따른, 또 다른 회로(240)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 이 실시예에서, 회로(240)는 2개의 감지 트랜스듀서(202 및 216) 및 2개의 비교기(201 및 217)(필수적인 것은 아니지만, 단일 종단으로 도시됨)를 포함한다. 비교기 출력은 펄스 폭이 제 1 및 제 2 비교기 출력(B1 및 B2) 사이의 위상 시프트에 비례하는 출력 신호(C1 및 C2)를 생성하는 위상 감지 회로(218)에 공급된다. 도 2e에 도시된 실시예에서, 위상 감지 회로(218)는 C1의 펄스 폭이 B1 및 B2 사이의 위상에 비례하고, C2의 펄스 폭이 B2 및 B1 사이의 위상에 비례하도록 상보적인 펄스 폭 변조(pulse-width modulated, PWM) 신호들(C1 및 C2)을 생성한다. 이러한 방식으로, 일 실시예에 따르면, 상보 신호 C1 및 C2는 차동 측정을 위한 기초를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 회로(240)는 신호 처리 모듈(219)을 포함한다. 신호 처리 모듈(219)은 위상 감지 신호를 수신하고, 그 신호들에 대한 이득 및/또는 필터링 동작과 같은 신호 처리 동작을 수행하여, 인가된 각속도에 비례하는 저주파(예를 들어, 1 kHz 미만) 출력 신호를 생성하는데 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 감지 트랜스듀서(202)는 공진기(204)의 감지 축에 맞춰 정렬되고, 감지 트랜스듀서(216)는 공진기(204)의 구동 모드에 맞춰 정렬된다. 비교기(201)는 쿼드러쳐로 인한 감지 축에 따른 동작과 실질적으로 동기화된 MSW를 생성하도록 설계할 수 있으며, 비교기(217)는 구동 모드 동작과 실질적으로 동기화된 MSW를 생성하도록 설계할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인가된 각속도 하에서는, 도 2e에 도시된 바와 같이, 비교기 출력(B1 및 B2)이 위상 시프트되며, 이것이 위상 감지 회로(218)에 의해 감지된다.

또 다른 예에서, 감지 트랜스듀서(202 및 216)는 공진기(204)의 한 쌍의 역 평행 감지 축에 맞춰 정렬되며, 공통 구성 요소 구동 모드 동작을 감지하도록 부분적으로 정렬된다. 인가된 각속도 하에서, 비교기 출력(B1 및 B2)은 도 2e의 제 2 열에 도시된 바와 같이, 공칭적으로 동 위상(in phase)이다. 일 실시예에 따르면, 인가된 각속도 하에서, 비교기 출력(B1 및 B2)은 서로 반대 방향으로 위상 시프트되며, 이 위상 시프트는, 도 2e의 제 3 열에 도시된 바와 같이, 인가된 각속도에 비례한다.

프런트 엔드 회로에서 비교기를 사용하는 한 가지 이점은 전체 듀티 사이클의 대부분 동안 비교기의 출력이 일정한 값(하이(Vdd) 또는 로우(Vss))을 유지하는 것이다. 또한, 다수의 공진기의 경우, 비교기에 의해 수신된 입력 신호는 매우 안정적이며 명확한 주파수를 갖는다. 이를 통해 비교기의 동작을 듀티 사이클링할 수 있다.

도 3a는 일 실시예에 따른 비교기(201)의 예시적인 입력 신호(302) 및 생성된 출력 신호(303)를 나타낸다. 제 1 위상 신호(φa)(304)는 예상되는 제로 크로싱 근처에서 규정될 수 있으며, 제 2 위상 신호(φb)(305)는, 출력 신호(303)가 일정하게 유지될 것으로 예상되는 듀티 사이클의 부분 동안 규정될 수 있다. 제 2 위상 신호(305)가 로직 HIGH인 동안, 예를 들어, 힘-피드백 신호의 인가와 함께 임의의 필요한 동작 작동으로 전력 소비를 줄이거나 감지를 다중화하기 위해 비교기 및 관련 회로의 전원을 끄는 것과 같은 다른 동작들이 가능하다. 후자의 경우는 감지 트랜스듀서 및 피드백 액추에이터가 단일 구성 요소로 결합됨으로써, 복잡성을 줄이고 공진기의 중요한 공간을 절약하는 점에서 매력적이다.

도 3b는 일 실시예에 따른, 또 다른 회로(300)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 회로(300)는 비교기(201)의 듀티 사이클 동작을 제어하기 위한 제 1 스위치(309) 및 제 2 스위치(310)를 포함한다. 비교기(201)에 대한 기준 신호는 이 도면에 도시하지 않았음을 유의한다. 제 1 스위치(309)는 제 1 위상 신호(304)에 의해 제어될 수 있는 반면, 제 2 스위치(310)는 제 2 위상 신호(305)에 의해 제어된다. 각 스위치는 대응하는 제어 신호가 로직 HIGH 전압인 동안 폐쇄로 간주할 수 있고, 해당 제어 신호가 로직 LOW 전압인 동안 개방으로 간주할 수 있다. 제 1 위상 신호(304) 및 제 2 위상 신호(305)는 (전술한 바와 같은) 구동 동기화된 신호에 의해 트리거될 수 있고, 원하는 양만큼 지연될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따르면, 회로(300)는 센서 및 액추에이터 모두의 역할을 하는 트랜스듀서(306)를 포함한다. 트랜스듀서(306)는 기계적 에너지를 전기 에너지로 및 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환함으로써, 공진기(204)의 축을 따라 정렬된 센서 및 공진기(204)의 하나 이상의 모드를 여기시키기 위한 액추에이터 모두의 역할을 한다. 일 실시예에 따르면, 스위치들(309 및 310)의 동작은 트랜스듀서(306)의 동작 상태를 결정한다. 예를 들어, 제 1 스위치(309)가 폐쇄되고 제 2 스위치(310)가 개방될 경우, 트랜스듀서(306)는 비교기(201)에 전기 신호를 제공하는 감지 트랜스듀서의 역할을 한다. 제 1 스위치(309)가 개방되고 제 2 스위치(310)가 폐쇄될 경우, 트랜스듀서(306)는 액추에이터 역할을 하여, 트랜스듀서(306)가 공진기(204)에 부여할 기계적 에너지 레벨을 결정하는 제어 신호(308)를 수신한다. 제어 신호(308)는 회로(300)에 결합된 다른 회로로부터의 피드백 신호일 수 있다. 비교기(201)는 출력 신호(307)를 생성한다.

비교기의 사용으로 인한 한 가지 잠재적 문제점은 잡음이 있는 입력 신호가 존재할 때의 거동이다. 보다 구체적으로, 이상적인 입력이 단일 전이를 생성하는 순간에, 입력상에 잡음이 존재하면 다수의 잘못된 전이를 야기할 수가 있다. 이는 채터링(chattering)으로 알려져 있으며, 비교기 설계에 임계 히스테리시스를 도입함으로써 극복할 수 있다.

도 4a는 일 실시예에 따른, 또 다른 회로(400)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 회로(400)는 비교기(201)(필수적인 것은 아니지만, 단일 종단으로 도시됨), 공진기(204)의 구동 모드에 맞춰 정렬된 트랜스듀서(202), 구동 모드에 맞춰 정렬된 액추에이터(401) 및 구동기 모듈(402)을 사용하여 포지티브 피드백 구동 모드 여기를 제공한다. 일 실시예에서, 구동기 모듈(402)은 비교기(201)로부터의 출력 신호(403)에 의해 트리거된 저전압(V1) 및 고전압(V2) 사이에서 토글링함으로써 고정 진폭 구동 신호(406)를 생성한다. 그 결과로 나타나는 구동 신호(404)가 액추에이터(401)에 인가되어, 구동 모드 동작에 동기화된 인가력을 생성할 수 있다. 동작이 변위 또는 속도인지 여부에 따라, 공진기에서 공진기(204)를 구동시키는 인가력의 정확한 위상 및 극성을 달성하기 위해 트랜스듀서(202) 및 액추에이터(401)의 설계 및 선택에 주의를 기울여야 한다. 예를 들어, 출력 신호(403)가 전류-모드 비교기에 공급하는 용량성, 속도-전류 트랜스듀서에 의해 생성될 경우에는, 올바른 위상이 달성될 수 있다. 그 결과로 나타나는 구동 동기화는, 그 극성이 올바른 것이어서 네가티브 피드백이 아닌 포지티브 피드백을 생성하는 한, 용량성의 전압-힘 액추에이터에 인가될 때, 공진에서 구동하는 올바른 위상이다. 또한, 동역학 및 의도된 응용의 다른 특성들에 의해 요구되는 필터링, 이득 및/또는 지연과 같은 신호(404)를 구동하기 위한 추가의 처리를 적용할 수 있다.

위상 기반 접근법은 임계 데이터 경로에서 진폭 정보를 필요로 하지 않지만, 일부 보조 기능 또는 제어는 진폭 측정을 필요로 할 수도 있다. 일반적으로, 이러한 측정은 공칭 동작점에 대한 작은 편차에 대해서만 수행하면 된다. 따라서 넓은 범위의 선형성은 필요하지 않다. 도 4b는 일 실시예에 따른, 진폭 측정을 또한 이용하는 또 다른 회로(420)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 일 실시예에 따르면, 피크 진폭 감지는 비교기(201) 내에 이미 존재하는(또는 용이하게 도출되는) 신호를 사용하여 구현할 수 있다. 예를 들어, 전파-정류기(full-wave rectifier)에는, 비교기(201) 내부의 반사 및/또는 조종된 전류가 공급될 수 있다. 이어서, 그 결과값이 저역 통과 필터링됨으로써, 비교기 입력 신호(206)의 진폭에 비례하는 신호(406)를 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 회로(420)는 구동 모드 여기를 위한 자동 이득 제어(automatic gain control, AGC) 루프를 포함한다. 공진기(204)의 구동 모드에 맞춰 정렬된 트랜스듀서(202)의 출력이, 비교기(201)의 입력에 공급된다(필수적인 것은 아니지만, 단일 종단으로 도시됨). 비교기(201)는 출력 신호(405) 및 진폭 신호(406)를 생성한다. 진폭 신호(406)는 AGC 회로(407) 내의 목표 값과 비교되어, 구동 신호(409)의 진폭을 규정하는 AGC 출력(408)을 생성한다.

구동기 모듈(402)과 함께 비교기(201)의 동작은, 도 3b의 회로(300)에 의해 도시된 바와 같은 듀티 사이클이 될 수 있다.

도 4c는 일 실시예에 따른, 비교기(201) 및 구동기 모듈(402)의 듀티 사이클 동작을 포함하는 다른 회로(430)와 결합된 공진기(204)를 나타낸다. 제 1 스위치(309) 및 제 2 스위치(310)는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술한 바와 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 비교기(201)로부터의 출력 신호(411)는 구동기 모듈(402)에 공급된다. 구동기 모듈(402)은 제 2 스위치(310)가 폐쇄될 경우 공진기(204)의 액추에이터를 여기시키는 피드백 제어 신호(412)를 생성한다.

위상 동기 루프(PLL)와 유사한 폐루프 방식으로 시스템을 작동킴으로써, 성능을 크게 증가시킬 수 있다. 이 구성에서는, 각 감지 축마다에 대한, 피드백 신호가 감지 축 액추에이터에 인가되어, 각속도에 따라 발생하는 위상 시프트를 상쇄한다. 일정한 위상을 유지하기 위해 필요한 피드백 크기를 모니터링하는 것은, 외부에서 인가되는 각속도 표시를 제공한다. 위상 기반 폐루프 작동은, 피드백 신호가 속도에 기인한 신호에만 영향을 미치고 쿼드러쳐와 같은 다른 신호 존재에는 영향을 미치지 않기 때문에, 종래의 강제 재조정 폐루프 작동에 비해 장점이 있다. 따라서, 위상 기반 폐루프 작동은 복소 동기 복조 및/또는 쿼드러쳐 널링 방식을 회피하여, 상대적으로 간단한 회로로 구현할 수 있다.

자이로스코프의 신호 대 잡음(S/N)은 구동과 감지 모드 사이의 작은 주파수 간격으로 작동함으로써 크게 증가될 수 있다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 위에서 논의한 위상 기반 폐루프 구현을 이용하는 것이다. 유추하면, 이것은 PLL 회로와 유사하며, 여기서 MEMS 공진기는 VCO를 대신하여, 동기화에 사용되는 기준 신호(들)을 생성한다. 위상 기반 폐루프 자이로스코프의 경우, 외부에서 인가된 각속도에 의해 생성되는 위상 시프트는 공진기에 인가되는 피드백을 통해 상쇄된다. 위상 시프트를 상쇄하기 위해 필요한 피드백 크기를 사용하여 인가된 속도를 결정할 수 있다. 종래의 폐루프 자이로스코프는, 피드백이 완전히 감지되지 않은 동작에 인가되는 힘-재조정 접근법을 사용한다. 이 방법은 속도에 기인한 신호와 쿼드러쳐와 같은 원치 않는 신호를 구별하는 추가 기능이 필요하다. 대조적으로, 위상 기반 폐루프 방식은 속도에 기인한 신호만을 널링하며, 쿼드러쳐와 같은 원치 않는 신호로부터 속도에 기인한 신호를 본질적으로 분리시킨다.

도 5a는 일 실시예에 따른, 기본 위상 기반 폐루프 자이로스코프를 나타낸다. 이 예에서는, 감지 모듈(501)이 공진기(204)의 감지 축에 정렬되고, 감지 모듈(502)은 공진기(204)의 또 다른(예를 들어 비-공선) 축에 정렬됨으로써, 외부에서 인가된 각속도가 2개의 감지 모듈의 출력인 신호들(B1및 B2) 사이의 위상 시프트를 생성한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 신호들(B1 및 B2)은 혼합 신호 파형(MSW)이다. 위상 감지 회로(503)는 신호들(B1 및 B2) 사이의 위상 시프트들을 측정하며, 피드백 제어 회로(504)는 측정된 위상 시프트들에 비례하여 피드백 신호를 생성한다. 일 실시예에 따르면, 액추에이터(505)는 피드백 신호를 수신하며, 위상 시프트가 상쇄되도록 공진기에 기계적으로 영향을 준다. 일 예에서, 액추에이터는 속도에 기인한 위상 시프트를 상쇄하는 진동 기계적 힘을 생성한다. 또 다른 예에서, 액추에이터는 속도에 기인한 위상 시프트를 상쇄하는 정전기 댐핑(electrostatic damping)을 생성한다. 또 다른 예에서, 액추에이터는 속도에 기인한 위상 시프트를 상쇄하는 정전기 스티프니스(electrostatic stiffness)를 발생시킨다.

일 실시예에서, 감지 모듈(501)은 공진기(204)의 감지 축에 맞춰 공칭적으로 정렬되고, 감지 모듈(502)은 공진기의 구동 모드에 맞춰 공칭적으로 정렬된다. 인가되지 않은 각속도 하에서, 감지 축의 쿼드러쳐 및 구동 모드의 동작으로 인한 응답은 일정한(또는 제로(0)) 위상 시프트를 갖는다. 인가된 각속도 하에서, 감지 모듈(501)의 출력은 감지 모듈(502)의 출력에 대해 위상 시프트되며, 이 위상 시프트는 외부에서 인가되는 각속도에 비례한다.

일 실시예에서, 감지 모듈(501 및 502)은 공진기의 역 평행 감지 축에 맞춰 공칭적으로 정렬된다. 또한, 감지 모듈은 공통 모드 축에 부분적으로 정렬됨으로써, 공통 모드 응답이 공칭적으로 동 위상이며 비슷한 크기를 갖도록 한다. 일 예에서, 감지 모듈은 공통 모드 신호를 생성하는 구동 모드에 맞춰 부분적으로 정렬된다. 또 다른 예에서, 감지 모듈은 공통 모드 신호를 생성하는 공진기의 보조 모드에 맞춰 부분적으로 정렬된다. 인가되지 않은 각속도 하에서, 감지 모듈의 출력(B1 및 B2)은 일정한(또는 0) 위상 시프트를 갖는다. 인가된 각속도 하에서, 출력(B1 및 B2)은 서로에 대해 위상 시프트되며, 이 위상 시프트는 외부에서 인가되는 각속도에 비례한다.

도 5b는 일 실시예에 따른, 2 차 제어 루프가 구동 모드 및 감지 모드 사이에서 고정된 주파수 분리를 유지하는 위상 기반 폐루프 구성을 나타낸다. 이 예에서, 감지 모듈들(501 및 502)은 역 평행 감지 축들에 정렬되며, 위상 감지 회로(503)는 위상 시프트들에 응답하여 PWM 신호들(D1 및 D2)을 생성하고, 피드백 제어 회로(504)는 액추에이터(505)에 의해 수신되는 피드백 신호를 생성하여 위상 시프트를 상쇄시킨다. 또한, 제 3 감지 모듈(506)은 구동 모드에 정렬될 수 있으며, 제 2 위상 감지 회로(507)는 구동 동기화된 신호(B3)와, 2개의 감지 모드 감지 모듈(501 및 502)의 출력의 논리합 사이의 위상 시프트를 감지한다. 제 2 위상 감지 회로(507)의 출력(D3)은 구동 및 감지 모드들의 동작 사이의 위상 오프셋에 그 평균값이 비례하는 또 다른 PWM 신호일 수 있다. 피드백 제어 회로(508)는 위상 감지 출력(D3)을 수신하고, 제 2 액추에이터(509)에 의해 수신되는 피드백 신호를 생성한다. 일 실시예에서, 액추에이터(509)는 공진기(204)의 감지 모드에 인가되는 정전기 스티프니스를 변조함으로써, 구동 모드와 감지 모드 사이의 고정 주파수 분리를 유지한다. 또 다른 실시예에서, 액추에이터(509)는 공진기(204)의 감지 모드에 대한 진동력을 생성함으로써, 구동 모드와 감지 모드 사이의 고정 주파수 분리를 유지한다.

다양한 감지 트랜스듀서 기술들이 용량성, 압전기, 압저항, 트랜지스터 기반 또는 진동 운동(변위 또는 속도)에 비례하는 전기 신호(전류 또는 전압)를 생성하는 다른 기술을 비롯한 마이크로 자이로(micro-gyro)에서 실현이 가능하다. 입력 도메인(변위 또는 속도)은 출력 위상에 영향을 준다. 따라서, 트랜스듀서의 선택은 의도된 응용에 대한 정확한 위상을 달성하도록 이루어져야 한다. 출력 도메인(전류 또는 전압)은 사용된 회로의 클래스에 대한 영향을 준다. 마찬가지로 용량성 또는 압전기와 같은 다양한 액추에이터 기술도 사용할 수 있으며, 공진기 여기의 올바른 위상에 영향을 준다.

요약 및 초록 부분이 아닌 상세한 설명 부분은 청구 범위를 해석하기 위해 사용하는 것으로 의도된 것을 이해해야 한다. 요약 및 초록 부분은 본 발명자(들)이 고려하는 본 발명의 모든 예시가 아닌 하나 이상의 실시예를 나타낼 수 있으며, 따라서, 본 발명 및 첨부된 청구범위를 어떤 식으로든 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들은 특정 기능의 구현 및 그 관계를 설명하는 기능적 구성 요소들의 도움으로 이상에서 설명하였다. 이러한 기능적 구성 요소들의 경계는 설명의 편의를 위해 본원에서 임의로 규정하였다. 특정 기능과 그 관계가 적절히 수행되는 한, 대안의 경계가 규정될 수도 있다.

특정 실시예에 대해 전술한 설명은 당업자의 지식을 적용함으로써 본 발명의 일반적인 개념으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 사람들이 과도한 실험 없이, 그러한 특정 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적용할 수 있는 본 발명의 일반적인 특징을 완전하게 나타낼 것이다. 그러므로, 그러한 적용 및 수정은 본원에 제시한 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예들의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 본 명세서의 어구 또는 용어가 본 발명의 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록 하는 설명의 목적을 위한 것이지 제한의 목적을 위한 것이 아님을 이해해야 한다.

본 발명의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안되며, 다음의 청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims

자이로스코프로서,
공진기;
트랜스듀서; 및
비교기를 포함하고,
상기 비교기는,
상기 트랜스듀서로부터 입력 신호를 수신하고,
상기 입력 신호를 기준 신호와 비교하여 출력 신호를 생성하며,
상기 출력 신호의 상승 및 하강 에지 전이(transition)들은 상기 트랜스듀서의 감지 축을 따르는 상기 공진기의 동작과 실질적으로 동기화되는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 출력 신호는 혼합 신호 파형(mixed signal waveform; MSW)인 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서의 감지 축은 상기 공진기의 구동 모드에 맞춰 정렬되는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서의 감지 축은 상기 공진기의 감지 모드에 맞춰 정렬되는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 신호는 상기 입력 신호와 공유되는 하나 이상의 공통 모드 에러를 포함하는 자이로스코프.
제 5 항에 있어서,
상기 공통 모드 에러는 전압 공급 잡음인 자이로스코프.
제 5 항에 있어서,
상기 공통 모드 에러는 온도 변화에 의해 기인하는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 비교기는 상기 비교기 외부의 기준 소스로부터 상기 기준 신호를 수신하는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 비교기는 비교기 내부의 기준 소스로부터 상기 기준 신호를 수신하는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서와 상기 비교기의 상기 입력 사이의 전기 경로를 개방 또는 폐쇄하는 제 1 스위치; 및
상기 자이로스코프의 액추에이터와 외부 신호 소스 사이의 전기 경로를 개방 또는 폐쇄하는 제 2 스위치를 더 포함하는 자이로스코프.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 스위치가 제 1 제어 신호를 통해 제어됨으로써, 상기 출력 신호의 상기 상승 및 하강 에지 전이 동안 상기 제 1 스위치가 폐쇄되고, 상기 출력 신호가 실질적으로 일정한 전압을 갖는 기간 동안 상기 제 1 스위치가 개방되는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 출력 신호가 실질적으로 일정한 전압을 갖는 기간 동안, 상기 비교기는 파워 오프되는 자이로스코프.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 스위치가 제 2 제어 신호를 통해 제어됨으로써, 상기 출력 신호의 상기 상승 및 하강 에지 전이 동안 상기 제 2 스위치가 개방되고, 상기 출력 신호가 실질적으로 일정한 전압을 갖는 기간 동안 상기 제 2 스위치가 폐쇄되는 자이로스코프.
제 13 항에 있어서,
상기 외부 신호 소스는 상기 제 2 스위치가 폐쇄될 경우에 상기 액추에이터를 통해 상기 공진기의 동작을 야기하는 신호를 생성하는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 신호는 상기 비교기의 제 2 입력에서 상기 자이로스코프의 제 2 트랜스듀서로부터 수신되는 자이로스코프.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 트랜스듀서 및 상기 제 2 트랜스듀서는 공칭 역 평행 감지 축에 대한 동작을 감지하는 자이로스코프.
제 1 항에 있어서, 상기 출력 신호는 제 1 출력 신호이고,
상기 자이로스코프는,
제 2 트랜스듀서; 및
제 2 비교기를 더 포함하며,
상기 제 2 비교기는,
상기 제 2 트랜스듀서로부터 제 2 입력 신호를 수신하고,
제 2 입력 신호를 제 2 기준 신호와 비교하여 제 2 출력 신호를 생성하고,
상기 제 2 출력 신호의 상승 및 하강 에지 전이들은 상기 제 2 트랜스듀서의 감지 축을 따르는 상기 공진기의 동작과 실질적으로 동기화되고,
상기 제 1 출력 신호와 상기 제 2 출력 신호 사이의 위상 시프트는 외부적으로 인가된 각속도에 비례하는 자이로스코프.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 출력 신호 및 상기 제 2 출력 신호를 수신하고, 상기 제 1 출력 신호 및 상기 제 2 출력 신호 사이의 상기 위상 시프트에 비례하는 펄스 폭을 갖는 하나 이상의 추가 출력 신호들을 생성하는 위상 감지 모듈을 더 포함하는 자이로스코프.
제 18 항에 있어서,
상기 하나 이상의 추가 출력 신호들을 수신하고;
수신된 하나 이상의 추가 출력 신호들에 대한 신호 처리 기능을 수행하며; 또한
외부적으로 인가된 각속도에 비례하는, 처리된 출력 신호를 생성하는 신호 처리 모듈을 더 포함하는 자이로스코프.
제 18 항에 있어서,
상기 하나 이상의 추가 출력 신호들은 상보적 출력 신호들을 포함하고, 제 1 상보적 출력 신호의 펄스 폭들은 상기 제 2 출력 신호의 위상에 대한 상기 제 1 출력 신호의 위상에 비례하며, 제 2 상보적 출력 신호의 펄스 폭들은 상기 제 1 출력 신호의 위상에 대한 상기 제 2 출력 신호의 위상에 비례하는 자이로스코프.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 트랜스듀서는 상기 공진기의 감지 축에 맞춰 정렬되며, 상기 제 2 트랜스듀서는 상기 공진기의 구동 모드에 맞춰 정렬되는 자이로스코프.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 트랜스듀서들은 공칭 역 평행 감지 축에 대한 동작을 감지하고, 공통 모드 동작을 감지하는 자이로스코프.
제 22 항에 있어서,
상기 공통 모드 동작은 구동 모드 동작인 자이로스코프.
제 22 항에 있어서,
상기 공통 모드 동작은 보조 공진기 모드의 동작인 자이로스코프.
자이로스코프로서,
액추에이터;
트랜스듀서;
비교기; 및
구동기 모듈을 포함하고,
상기 비교기는,
상기 트랜스듀서로부터 입력 신호를 수신하고,
상기 입력 신호를 기준 신호와 비교하여 출력 신호를 생성하며,
상기 구동기 모듈은, 상기 출력 신호를 수신하고, 상기 액추에이터에 인가되는 구동 신호를 생성하는 자이로스코프.
제 25 항에 있어서,
상기 구동기 모듈은 제 1 전압과 제 2 전압 사이에서 토글하는(toggling) 구동 신호를 생성하는 자이로스코프.
제 25 항에 있어서,
상기 비교기로부터 최대 진폭 신호를 수신하고,
상기 최대 진폭 신호를 목표 값과 비교하고,
상기 구동기 모듈에 의해 수신되고 또한 상기 구동 신호의 진폭을 제어하는 구동 진폭 신호를 생성하는 이득 제어 모듈을 더 포함하는 자이로스코프.
제 25 항에 있어서,
상기 트랜스듀서와 상기 비교기의 상기 입력 사이의 전기 경로를 개방 또는 폐쇄하는 제 1 스위치; 및
상기 액추에이터와 상기 구동기 모듈 사이의 전기 경로를 개방 또는 폐쇄하는 제 2 스위치를 더 포함하는 자이로스코프.
자이로스코프로서,
공진기;
상기 공진기의 제 1 축에 정렬되는 제 1 트랜스듀서 및 상기 공진기의 제 2 축에 정렬되는 제 2 트랜스듀서;
상기 제 1 트랜스듀서의 출력과 상기 제 2 트랜스듀서의 출력 사이의 위상 시프트를 감지하는 위상 감지 회로로서, 상기 위상 시프트는 외부적으로 인가된 각속도에 비례하는 상기 위상 감지 회로; 및
상기 감지된 위상 시프트에 기초하여 피드백 신호를 생성하는 피드백 제어 회로로서, 상기 피드백 신호는 상기 공진기의 동작에 영향을 줌으로써 상기 감지된 위상 시프트를 상쇄시키는 피드백 제어 회로를 포함하는 자이로스코프.
제 29 항에 있어서,
상기 제 1 트랜스듀서의 출력은 상기 공진기의 제 1 축을 따르는 동작과 실질적으로 동기화된 제 1 전기 신호이고, 상기 제 2 트랜스듀서의 출력은 상기 공진기의 제 2 축을 따르는 동작과 실질적으로 동기화된 제 2 전기 신호인 자이로스코프.
제 30 항에 있어서,
상기 제 1 축은 상기 공진기의 감지 축에 맞춰 공칭적으로 정렬되고, 상기 제 2 축은 상기 공진기의 구동 모드에 맞춰 공칭적으로 정렬되는 자이로스코프.
제 30 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 축들은 주로 역 평행 감지 축에 정렬되고 상기 공진기의 공통 모드 축에 부분적으로 정렬되는 자이로스코프.
제 32 항에 있어서,
상기 공통 모드 축은 상기 공진기의 구동 모드인 자이로스코프.
제 32 항에 있어서,
상기 공통 모드 축은 상기 공진기의 보조 모드인 자이로스코프.
제 29 항에 있어서,
상기 피드백 신호를 수신하는 액추에이터를 더 포함하는 자이로스코프.
제 35 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 공진기에 진동력(oscillatory force)을 생성함으로써 상기 위상 시프트를 상쇄하는 자이로스코프.
제 35 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 공진기에 정전기 댐핑(electrostatic damping)을 생성함으로써 상기 위상 시프트를 상쇄하는 자이로스코프.
제 35 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 공진기에 정전기 스티프니스(electrostatic stiffness)를 생성함으로써 상기 위상 시프트를 상쇄하는 자이로스코프.
제 29 항에 있어서,
상기 공진기의 구동 모드에 맞춰 정렬된 제 3 트랜스듀서;
상기 제 1 및 제 2 트랜스듀서들의 출력 및 상기 제 3 트랜스듀서의 출력에 기초하여 제 2 위상 시프트를 감지하는 제 2 위상 감지 회로; 및
상기 감지된 제 2 위상 시프트에 기초하여 제 2 피드백 신호를 생성하는 제 2 피드백 제어 회로로서, 상기 제 2 피드백 신호는 상기 공진기의 상기 구동 모드와 감지 모드 사이에 실질적으로 일정한 주파수 분리를 유지시키는 제 2 피드백 제어 회로를 더 포함하는 자이로스코프.
제 39 항에 있어서,
상기 제 2 피드백 신호는 또한 상기 구동 모드와 상기 감지 모드 사이에 일정한 위상 시프트를 유지시키는 자이로스코프.
제 39 항에 있어서,
상기 제 2 피드백 신호를 수신하는 제 2 액추에이터를 더 포함하는 자이로스코프.
제 41 항에 있어서,
상기 제 2 액추에이터는 상기 제 2 피드백 신호에 기초하여, 상기 공진기에 진동력을 생성하는 자이로스코프.
제 41 항에 있어서,
상기 제 2 액추에이터는 상기 제 2 피드백 신호에 기초하여, 상기 공진기에 정전기 스티프니스를 생성하는 자이로스코프.