[发明专利]应用于微机电系统的电子电路

说明书

一种应用于微机电系统的电子电路，以一信号感测单元、一滤波处理单元、一相位移单元、一第一反相器、一前处理单元、以及一类比‑数位转换处理单元组成，可以应用作为陀螺仪读取电路的一电子电路。特别地，此电子电路除了可以感测陀螺仪元件的一输出信号并输出一角速度信号至微机电系统的主控制器以外，还同时可以通过对该输出信号进行信号处理之后，输出互为反相的两个类比调整信号至陀螺仪元件的两个信号检出电极，以利用该两个类比调整信号来调整陀螺仪元件内部的质量块的振动幅度，借此方式补偿动态的跨轴耦合误差。

技术领域

本发明涉及电子电路的技术领域，特别是一种应用于微机电系统的电子电路。

背景技术

随着任天堂Wii游戏机、单人双轮载具赛格威Segway、以及智能手机的热卖，运动传感器(motion sensor)达到史无前例的广泛应用。运动传感器包括加速规与陀螺仪，其中，陀螺仪为用以量测物体的转动角度(角速度)的一种微机电元件。尤其，机械式的陀螺仪，例如：线性震动式陀螺仪，还被设计用以量测柯氏加速度(Coriolis acceleration)以推算出搭载陀螺仪的物体的角速度变化。

请参阅图1，为显示现有技术的一种微机电系统的架构图。如图1所示，现有技术的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical system,MEMS)，主要包括三个部分：一陀螺仪机械结构11’、一驱动电路12’、一第一感测电路14’、一第二感测电路13’、与一控制处理电路15’、与一处理电路16’。其中，该陀螺仪机械结构11’由二框架111’、二质量块(proof mass)112’、二驱动梳(driving comb)113’、与二检出梳(pick-off comb)114’所构成，且该二质量块(proof mass)112’通过多个悬臂(cantilever)的辅助而固定于该二框架111’之间。。

并且，该驱动电路12’电性连接至该陀螺仪机械结构11’的该驱动梳113’的一驱动电极1131’，该第一感测电路14’电性连接至该驱动梳113’的一驱动状态感测电极1132’，且该第二感测电路13’电性连接至该检出梳114’的一检出电极1141’。

继续地参阅图1，并请同时参阅图2A、2B，为显示微机电系统的作动图。应用该微机电系统时，首先以控制处理电路15’输出一驱动信号至该驱动电路12’，使得该驱动电路12’根据该驱动信号而驱动该驱动梳113’沿着X轴方向进行一X轴简谐运动；此时，该质量块112’因受到驱动梳113’的牵引带动，是以也会以同样的频率进行X轴简谐运动(如图2A所示)。必须特别说明的是，为了确定质量块112’的振动频率、振幅、与相位是否正确，可以通过电性连接至该驱动状态感测电极1132’的第一感测电路14’读出X轴简谐运动所造成的一第一感测信号；并且，经由控制处理电路15’处理该第一感测信号后，可以判断是否需要提升或减少质量块112’的振动频率(或振动幅度)。

并且，如图2B所示，当质量块112’以固定频率沿着X轴进行简谐运动且微机电系统沿着XY平面转动了一个特定角度后(亦即，在Z轴方向有角速度Ω输入)，质量块112’会因为受到科氏力的作用而沿着Y轴方向进行一Y轴简谐运动；此时，便可以通过电性连接至该检出电极1141’的第二感测电路13’读出该Y轴简谐运动所造成的一第二感测信号；并且，经由该处理电路16’处理该第二感测信号后，可以计算出该特定角度。

如熟悉陀螺仪驱动与读取电路实作的工程师所熟知的，陀螺仪机械结构11’的机械结构的工艺瑕疵会导致质量块112’进行Y轴简谐运动与X轴简谐运动的时候产生一跨轴耦合误差(quadrature coupling error)。因此，工程师于设计陀螺仪驱动与读取电路时，会于电路中采用同步解调方法。基于驱动状态检测信号(亦即，第一感测信号)与检测信号(亦即，第二感测信号)会有90o的相位差，所述同步解调方法系先将第一感测信号进行相移，之后将第一感测信号与第二感测信号进行乘法运算，以解调出一误差调整信号(trimming signal)。然而，基于受到相移电路精准度以及电路噪音(noise)的影响，导致残余的跨轴耦合误差无法被精准校正。