[发明专利]负载循环陀螺仪

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据要求于2013年3月14日提交的标题为“负载循环陀螺仪(DUTY-CYCLED GYROSCOPE)”美国临时专利申请号61/783,858的35USC.119(e)下的权益，该申请通过引用以其全文结合于此。

发明领域

本发明总体上涉及陀螺仪，并且更具体地涉及负载循环陀螺仪。

背景

通常感兴趣的是在陀螺仪系统中将功耗最小化以增强其在便携式电池供电的设备应用中的使用。在现有技术中已知的一种用于节省功耗的方法是使系统进行负载循环。在负载循环系统中，系统初始在低功率工作模式。周期性地，其过渡至正常工作模式、进行测量并随后返回至低功率工作模式。

使陀螺仪系统进行负载循环的困难起源于以下事实：某些系统状态变量对系统状态的变化响应得非常慢。例如，陀螺仪的振荡幅值(如由AGC环路所调节的)由于MEMS振荡的高品质因数而不能快速地变化。锁相环还可以具有相对低的带宽，意味着其将较慢地响应于影响其VCO调谐电压的任何干扰。

然而，令人期望的是在低功率模式和正常工作模式之间快速地过渡系统以将与模式过渡相关联的开销最小化并且由此将在负载循环时能被维持的输出数据速率最大化。本发明解决了这种需要。

概述

在此披露了一种陀螺仪系统。该陀螺仪系统包括耦接于驱动系统和感测系统的MEMS陀螺仪。该驱动系统将该MEMS陀螺仪维持在振荡状态并且该感测系统接收、放大以及解调该MEMS陀螺仪的指示旋转速率的输出信号。该陀螺仪系统进一步包括锁相环(PLL)，该锁相环接收来自该驱动系统的参考时钟(REFCLK)并产生系统时钟(CLK)。最后，该陀螺仪系统包括工作在该系统时钟下的控制器，该控制器设置该驱动系统和该感测系统的工作状态并还控制该PLL的状态。一个或多个系统状态变量在保护模式期间维持在基本上固定的状态中，由此使得在该陀螺仪系统的低功率模式和正常工作模式之间的快速过渡成为可能。

附图简要说明

图1展示了MEMS陀螺仪系统的框图。

图1a展示了MEMS陀螺仪系统的时序图。

图2是根据一个实施例的方法的流程图。

图3示出了根据一个实施例的示例性AGC系统。

图4示出了根据一个实施例的示例性PLL系统。

详细描述

本发明总体上涉及陀螺仪，并且更具体地涉及负载循环陀螺仪。呈现以下描述以使得本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明，并且以下描述是在专利申请及其要求的背景下提供的。对优选实施例的不同修改和在此描述的通用原理及特征对本领域的技术人员将是非常明显的。因此，本发明不旨在受限于所示出的实施例而是旨在符合与在此描述的原理和特征相一致的最广泛的范围。

图1展示了MEMS陀螺仪系统100的框图。在系统100中，MEMS陀螺仪110耦接于两个系统：驱动系统135和感测系统140，该驱动系统包括驱动环路120和AGC环路130，其功能是将MEMS陀螺仪110维持在振荡状态；该感测系统接收、放大以及解调MEMS陀螺仪110的输出信号185以产生解调后的指示旋转速率的输出信号190。MEMS驱动环路120接收来自MEMS的驱动感测信号195并且通过提供驱动信号196来关闭围绕MEMS陀螺仪110的反馈环路。通过关闭反馈环路，MEMS驱动环路120引起MEMS陀螺仪110振荡。AGC环路130接收驱动感测信号195并监测其振荡幅值。为了将驱动感测信号195的幅值设置为期望的水平，AGC环路130提供增益控制输出197以通过倍增136来调整驱动信号196的幅值。锁相环(PLL)150接收来自MEMS驱动系统135的参考时钟(REFCLK)并产生系统时钟(CLK)170。工作在系统时钟170下的控制器180设置该两个系统135和140的工作状态并且还控制PLL150的状态。根据各种实施例，解调后的输出信号190可以是模拟的或者数字的。在数字MEMS陀螺仪实施例中，感测系统140也接收系统时钟170并且进行A/D转换以产生解调后的输出信号190。