减小多功能传感器器件中偏移变化的系统及方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104034324 A (43)申请公布日 2014.09.10 CN 104034324 A (21)申请号 201410083711.X (22)申请日 2014.03.07 13/791,329 2013.03.08 US G01C 19/5776(2012.01) G01D 3/028(2006.01) (71)申请人 飞思卡尔半导体公司 地址 美国得克萨斯 (72)发明人 马克E施拉曼 方德宥 基思L克拉韦尔 迈克A马尔古莱斯 佐原裕人 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 李宝泉 周亚荣 (54) 发明名称 减小多功。

2、能传感器器件中偏移变化的系统及 方法 (57) 摘要 本发明提供了减小多功能传感器器件中偏移 变化的系统及方法。在这些实施例中， 多功能感 测器件 （100） 包括微机电 （MEMS） 陀螺仪 （110） 和 至少第二传感器 （112） 。所述 MEMS 陀螺仪 （110） 被配置为生成第一时钟信号， 以及所述第二传感 器包括第二时钟信号。所述多功能感测器件还包 括重置机构 （114） ， 所述重置机构 （114） 被配置为 生成重置信号以设置在所述第二时钟信号与所述 第一时钟信号的相对周期性相位对齐。始终设置 其它传感器器件 （112） 的时钟与所述 MEMS 陀螺仪 （110） 的时钟的相。

3、对周期性相位对齐可以通过减 小不同的输出偏移会在多个感测器件内发生的可 能性来改进器件的性能。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104034324 A CN 104034324 A 1/2 页 2 1. 一种多功能感测器件， 所述多功能感测器件包括 ： 微机电 （MEMS） 陀螺仪， 所述 MEMS 陀螺仪被配置为生成第一时钟信号 ； 重置机构， 所述重置机构被配置为响应于所述第一时钟信号的边缘而生成重置信号 。

4、； 以及 第二传感器， 所述第二传感器包括至少第二时钟信号， 所述第二传感器被配置为接收 所述重置信号以及响应于所述重置信号而设置在所述第二时钟信号与所述第一时钟信号 之间的相对周期性相位对齐。 2.根据权利要求1所述的多功能感测器件， 其中所述MEMS陀螺仪附加地生成主时钟信 号， 并且其中所述第二传感器使用所述主时钟信号来生成所述第二时钟信号使得所述主时 钟信号和所述第二时钟信号同步。 3.根据权利要求1所述的多功能感测器件， 其中所述重置信号附加地耦合于所述MEMS 陀螺仪， 并且其中所述重置信号被用于重置所述 MEMS 陀螺仪内的以比所述第一时钟信号 的速率低的速率操作的电路。 4. 。

5、根据权利要求 1 所述的多功能感测器件， 其中所述第二传感器包括从由以下组成的 组中选择的传感器 ： 惯性传感器和压力传感器、 磁传感器、 电磁辐射传感器、 光传感器、 温度 传感器、 湿度传感器、 应力传感器、 应变传感器和化学检测传感器。 5. 根据权利要求 1 所述的多功能感测器件， 其中所述多功能感测器件包括包含第三时 钟信号的第三传感器， 并且其中所述第三传感器被配置为接收所述重置信号以及响应于所 述重置信号而设置在所述第三时钟信号与所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐。 6. 根据权利要求 1 所述的多功能感测器件， 其中所述重置机构被配置为接收重置请求 信号， 并且其中所述重。

6、置机构被配置为通过响应于在所述重置请求信号之后接收的所述第 一时钟信号的所述边缘而生成所述重置信号 , 来响应于所述第一时钟信号的所述边缘而 生成所述重置信号。 7.根据权利要求1所述的多功能感测器件， 其中所述第一时钟信号被锁相到所述MEMS 陀螺仪的机械振荡。 8. 根据权利要求 1 所述的多功能感测器件， 其中所述第一时钟信号是被锁相到所述 MEMS 陀螺仪的机械振荡的时钟的分谐波。 9.根据权利要求1所述的多功能感测器件， 其中所述第二传感器是MEMS传感器并且其 中所述 MEMS 陀螺仪和所述第二传感器形成于相同的衬底上。 10. 一种感测器件 , 包括 ： 微机电 （MEMS） 陀。

7、螺仪， 所述 MEMS 陀螺仪被配置为生成被锁相到所述 MEMS 陀螺仪中的 机械振荡或被锁相到所述机械振荡的分谐波的第一时钟信号 ； 重置机构， 所述重置机构被配置为接收所述第一时钟信号和重置请求信号， 并且其中 所述重置机构被配置为响应于接收所述重置请求信号和在接收所述重置请求信号之后的 所述第一时钟信号的边缘而生成重置信号 ； 第二 MEMS 传感器， 所述第二 MEMS 传感器包括第二时钟信号， 并且其中所述第二 MEMS 传感器是从由 MEMS 惯性传感器和 MEMS 压力传感器组成的组中选择的， 并且其中所述第二 MEMS 传感器被配置为接收所述重置信号以及响应于所述重置信号而设置。

8、在所述第二时钟 信号与所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐 ； 以及 权 利 要 求 书 CN 104034324 A 2 2/2 页 3 第三 MEMS 传感器， 所述第三 MEMS 传感器包括第三时钟信号， 并且其中所述第三 MEMS 传感器是从由 MEMS 惯性传感器和 MEMS 压力传感器组成的组中选择的， 并且其中所述第三 MEMS 传感器被配置为接收所述重置信号以及响应于所述重置信号而设置在所述第三时钟 信号与所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐。 11.根据权利要求10所述的感测器件， 其中所述重置信号附加地耦合于所述MEMS陀螺 仪， 并且其中所述重置信号被用于重置所述。

9、 MEMS 陀螺仪内的以比所述第一时钟信号的速 率低的速率操作的电路。 12. 一种操作多功能感测器件的方法， 所述多功能感测器件包括微机电 （MEMS） 陀螺仪 和第二传感器， 所述方法包括 ： 在所述 MEMS 陀螺仪内生成第一时钟信号 ； 以及 设置在所述第二 MEMS 传感器中的第二时钟信号与所述第一时钟信号之间的相对周期 性相位对齐。 13. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中所述第二传感器包括从由以下组成的组中选择 的传感器 ： 惯性传感器和压力传感器、 磁传感器、 电磁辐射传感器、 光传感器、 温度传感器、 湿度传感器、 应力传感器、 应变传感器和化学检测传感器。 14. 根。

10、据权利要求 12 所述的方法， 其中所述多功能感测器件还包括第三传感器， 并且 还包括设置在所述第三传感器中的第三时钟信号与所述第一时钟信号之间的相对周期性 相位对齐的步骤。 15.根据权利要求12所述的方法， 还包括重置所述MEMS陀螺仪内的以比所述第一时钟 信号的速率低的速率操作的电路。 16. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中设置在所述第二传感器中的所述第二时钟信号 与所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐的所述步骤包括接收所述第一时钟信号 和重置请求信号， 并且响应于在所述重置请求信号之后接收的所述第一时钟信号的边缘而 生成重置信号。 17.根据权利要求12所述的方法， 其中所。

11、述第一时钟信号被锁相到所述MEMS陀螺仪的 机械振荡。 18.根据权利要求12所述的方法， 其中所述第一时钟信号是被锁相到所述MEMS陀螺仪 的机械振荡的时钟的分谐波。 19. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中设置在所述第二传感器中的所述第二时钟信号 与所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐的所述步骤包括接收主时钟信号以及使 用所述主时钟信号来生成所述第二时钟信号。 20.根据权利要求12所述的方法， 其中所述第二传感器是MEMS传感器,并且其中所述 MEMS 陀螺仪和所述第二传感器形成于相同的衬底上。 权 利 要 求 书 CN 104034324 A 3 1/7 页 4 减小多功能传。

12、感器器件中偏移变化的系统及方法 技术领域 0001 本发明通常涉及微机电系统 （MEMS） 器件。 更具体地说， 本发明涉及多功能MEMS传 感器器件。 背景技术 0002 近年来， 微机电系统 （MEMS） 技术取得了广泛的关注， 因为它提供了一种使用常规 的批量半导体加工技术制作非常小的机电结构的方法。 MEMS的一个常见的应用是传感器器 件的设计和制作。 MEMS传感器被广泛用于例如汽车、 惯性制导系统、 家用电器、 游戏器件、 各 种器件的保护系统、 以及许多其它的工业、 科学、 以及工程系统的应用中。 0003 MEMS 传感器的一个示例是 MEMS 陀螺仪。替选地被称为 “角速率传。

13、感器” 、“陀螺 仪” 、“陀螺测试仪” 、“振动陀螺仪” 、“陀螺仪传感器” 或 “偏航角速率传感器” ， MEMS 陀螺仪感 测围绕一个或多个轴的角旋转或速度。MEMS 陀螺仪被广泛用于各种感测应用中。例如， 车 辆或汽车应用可以使用 MEMS 陀螺仪以确定何时部署车辆安全气囊或激活稳定性和 / 或牵 引控制系统。此外， 例如视频游戏控制器、 个人媒体播放器、 移动电话以及数码相机的消费 性电子产品也使用各种应用中的 MEMS 陀螺仪以跟踪器件的旋转运动的方向和 / 或响应。 0004 MEMS传感器器件的其它示例包括MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器。 通常， MEMS 惯性传感器可。

14、以被构造和配置为感测各种不同类型的惯性变化， 包括加速度。 同样， MEMS压 力传感器可以被配置为感测不同类型的压力变化。 附图说明 0005 结合附图并参阅详细说明书以及权利要求， 对本发明可以有比较完整的理解。其 中在附图中类似的参考符号表示相同的元件， 以及 ： 0006 图 1 是根据本发明的实施例的多功能感测器件的示意图 ； 0007 图 2 是根据本发明的实施例的多功能感测器件的示意图 ； 0008 图 3 是根据本发明的另一个实施例的多功能感测器件的示意图 ； 0009 图 4 是说明了本发明的实施例的示范性时序波形的时序图 ； 以及 0010 图 5 是说明了多功能传感器器件。

15、内的各个时钟的示范性时序波形的时序图。 具体实施方式 0011 以下详细描述在本质上仅仅是说明性的， 并不旨在限定本发明主题的实施例或此 类实施例的应用和使用。此外， 不旨在被先前技术领域、 背景技术、 或以下详细描述中的任 何明示或暗示的理论所限定。 0012 以下详细描述将元件或节点或特征称为 “连接” 或 “耦合” 在一起。如本发明所使 用的， 除非明确说明并非如此，“连接” 指元件被直接接合到 （或直接互通） 另一个元件， 而不 一定是机械地连接。同样， 除非明确说明并非如此，“耦合” 指元件被直接或间接地接合到 （直接或间接地互通） 另一个元件， 而不一定是机械地连接。因此， 虽然附。

16、图中所示的原理图 说 明 书 CN 104034324 A 4 2/7 页 5 描述了元件的示范性安排， 但是附加中间元件、 器件、 特征或组件可以存在于所描述的主题 的实施例中。 0013 简便起见， 与微机电系统 （MEMS） 制作和开发、 MEMS 感测、 模拟电路设计以及系统 （以及系统的单个操作组件） 的其它功能方面相关的常规技术在本发明中可能没有描述详 细。此外， 本发明所包含的各个附图中所示的连接线旨在表示各元件之间的示范性功能关 系和 / 或物理耦合。应注意， 很多替代或附加功能关系或物理连接可以存在于本主题的实 施例中。 应了解， 本发明所描述的电路可以在硅或其它半导体材料、。

17、 或替选地通过它们的软 件代码表示来实现。此外， 仅为了参考， 某些术语也可以被用于以下描述， 因此并不旨在限 定， 并且术语 “第一” 、“第二” 以及指代结构的其它这种数字术语并不暗示顺序或次序， 除非 上下文清楚地指示。 0014 本发明所描述的各种实施例提供了用于提供改进的多功能感测的系统及方法。 在 这些实施例中， 多功能感测器件包括微机电 （MEMS） 陀螺仪和至少第二传感器。 所述MEMS陀 螺仪被配置为生成第一时钟信号， 以及所述第二传感器包括第二时钟信号。所述多功能感 测器件还包括重置机构， 所述重置机构被配置为生成重置信号以将所述第二时钟信号与所 述第一时钟信号的相对周期性。

18、相位对齐。如下面将要更详细描述的， 将其它传感器器件的 时钟与所述 MEMS 陀螺仪的时钟之间的相对周期性相位对齐可以通过减小不同的输出偏移 会在多个感测器件内发生的可能性来改进器件的性能。 0015 在具体实施例中， 多功能感测器件包括重置机构、 MEMS 陀螺仪和至少第二 MEMS 传 感器和第三 MEMS 传感器。在该实施例中， 第一 MEMS 传感器和第二 MEMS 传感器都是从由 MEMS惯性传感器和MEMS压力传感器组成的组中选择的。 所述MEMS陀螺仪被配置为生成对 齐到所述 MEMS 陀螺仪中的振动质量块的机械振荡的至少分谐波的第一时钟信号。所述第 二 MEMS 传感器包括第二。

19、时钟信号以及所述第三 MEMS 传感器包括第三时钟信号。所述重置 机构被配置为接收所述第一时钟信号和重置请求信号。 所述重置机构被配置为响应于接收 所述重置请求信号生成在所述第一时钟信号的边缘后的重置信号， 其中所述重置信号耦合 于所述第二MEMS传感器和所述第三MEMS传感器以使所述第二时钟信号和第三时钟信号与 所述第一时钟信号相位对齐。 具体地， 设置所述第二时钟信号、 所述第三时钟信号和所述第 一时钟信号之间的相对周期性相位对齐。而且， 如下面将要更详细描述的， 设置其它 MEMS 传感器器件的时钟和 MEMS 陀螺仪的第一时钟之间的相对周期性相位对齐可以通过减小不 同的输出偏移会在多个。

20、 MEMS 感测器件内发生的可能性来改进器件的性能。 0016 例如 MEMS 传感器的传感器器件通常具有通常被称为 “偏移” 的部分。通常， 偏移 指当空值或零输入施加于传感器时生成的传感器输出。这些偏移可以由多种因素产生， 包 括在 MEMS 传感器制作期间在制作和校准过程中发生的典型变化。包括大多数 MEMS 传感器 器件的大多数传感器器件提供了机构以补偿或以其它方式 “归零” 这种偏移， 以便它们在操 作期间不会不可接受地改变传感器输出。例如， MEMS 传感器器件可能包括可编程的 “修整 值” ， 其允许偏移被减小、 消除或以其它方式在器件设置中得到补偿。编程这种值以减小或 消除偏移。

21、的过程通常被称为 “修整” 。 0017 然而， 这种技术在处理在感测操作期间或之间发生改变或以其它方式变化的偏移 方面的效果有限。发生在多功能传感器器件中的这种类型的可变偏移通常被称为 “多峰偏 移” 。由于多个器件之间的交互， 多峰偏移可以发生在多功能传感器器件中。器件之间的这 说 明 书 CN 104034324 A 5 3/7 页 6 些交互可以包括共享的功率或返回路径、 热耦合、 电磁耦合、 机械耦合以及共享的电路。当 MEMS传感器器件形成在与MEMS陀螺仪相同的衬底上的时候， 这些交互特别强。 这些交互的 结果是多功能 MEMS 传感器器件可以有在若干不同的值之间随机变化的偏移。。

22、例如， 可以从 上电变为上电、 具有在离散值集合之间随机变化的值的偏移被称为多峰。因为修整只补偿 一个可能的偏移值集合， 所以在补偿可能从上电变为上电的多峰偏移方面的效果有限。 即， 如果器件被对于一个偏移值进行修整， 并且多峰变化导致不同的偏移值， 则可以导致报告 的传感器值中的误差。这些误差可以负面地影响器件的精度。 0018 本发明所描述的各种实施例提供了用于减小多峰偏移， 从而改进多功能感测性能 的系统及方法。 该技术通过消除陀螺仪的时钟和其它传感器器件的时钟之间的相对相位变 化减小了多峰偏移的可能性。 0019 典型的 MEMS 陀螺仪采用小振动质量块， 其被驱动以在二维平面即振荡平。

23、面内谐 振。 当振荡平面旋转时， 科里奥利力使振动质量块从振荡平面位移与旋转速率成比例的量。 为了确定旋转速率， 该位移被测量并转换成与振动质量块以相同谐振频率振荡的电信号。 该电信号的同相分量与旋转速率成比例， 并且通常被称为速率信号或速度分量。速率信号 因此可以被用于提供关于陀螺仪的旋转速率的数据。 0020 典型的 MEMS 陀螺仪包括与振动质量块的机械振荡同相的至少一个时钟信号。这 可以通过使用用于将时钟信号锁相到机械振荡的锁相环 （PLL） 来实现。应注意， 由于用于 驱动质量块的振动的谐振器的长时间常数和高品质因数， 这种机械振荡本身的相位不能轻 易改变。出于这个原因， MEMS 。

24、时钟信号的相位不能被轻易改变， 并且因此本发明所描述的 实施例将其它 MEMS 传感器器件时钟以位移锁相的 MEMS 陀螺仪时钟 （或锁相到位移的时钟 的分谐波） 的相对周期性相位对齐， 而反之不然。 0021 现在转到图5， 三个图502、 504和506说明了多功能感测器件中的示范性时钟。 具 体地， 每个图 502、 504 和 506 说明了与陀螺仪中的位移相位对齐的陀螺仪时钟 （DCLK） 。每 个图还说明了高速主时钟 （MCLK） 和第二传感器时钟以及第三传感器时钟。 如在下面将要更 详细说明的， 在典型的实施方案中， 高速主时钟 MCLK 由陀螺仪生成并传送到其它传感器， 在这里。

25、它被用于生成其它传感器中的其它时钟。 因为这些时钟都是使用相同的高速主时钟 （MCLK） 生成的， 所以整个系统将是同步的。然而， 因为各个传感器时钟都相互独立地生成， 所以陀螺仪位移时钟可以在这些时钟之间的相对周期性相位对齐存在变化。并且， 如上所 述， 相对相位对齐中的变化导致修整对其未必有效的多峰输出偏移。相对相位中这些变化 的示例在图502、 504和506之间的差别中显示。 具体地， 这些图示出了陀螺仪时钟和传感器 时钟之间的不同相对周期性相位对齐是如何发生的， 即使当它们都与高速主时钟同步。在 每种情况下， 各种传感器时钟在彼此和陀螺仪位移时钟之间具有不同的相对周期性相位关 系， 。

26、从而有可能导致不同的输出偏移。 0022 本发明所描述的各种实施例通过确保在陀螺仪的时钟和其它传感器器件的时钟 之间的一致的相对相位关系而减小了输出偏移变化。具体地， 通过将用于附加 MEMS 传感器 中的时钟和以位移或MEMS陀螺仪中的位移的分谐波锁相的MEMS陀螺仪中的第一时钟的相 位周期性相位对齐。 0023 应注意， 这些时钟信号之间的相对周期性相位对齐的设置并不意味着这些时钟的 频率是相同的。因此， 在本申请中， 短语 “周期性相位对齐” 和 “设置相对周期性相位对齐” 说 明 书 CN 104034324 A 6 4/7 页 7 并不暗示时钟的频率是相同的。相反， 设置相对周期性相。

27、位对齐简单确保了各个时钟始终 具有相同的相对周期性相位关系， 并且当器件重新启动时， 不在不同的相位关系之间切换。 例如， 在一些实施例中， 各个时钟总是具有在图 502 中所示的相对周期性相位对齐， 并且在 以后的启动中不会随机地切换到图 504 和 506 的相位对齐。因此， 时钟信号将只根据不同 的时钟频率要求而周期性地相位对齐， 但是具有根据本申请中的短语的含义的一致的相对 周期性相位对齐。 0024 现在转到图 1， 图 1 说明了多功能感测器件 100 的简化示意图。感测器件 100 包 括 MEMS 陀螺仪 110、 至少第二传感器 112（在图 1 中图示为传感器 2 到 N）。

28、 和重置机构 114。 重置机构 114 被配置为便于将第二传感器 112 的时钟信号与 MEMS 陀螺仪的第一时钟信号 的相对周期相位对齐。在典型的实现中， 重置机构 114 可以利用一个或多个数字逻辑电路 实现， 但其它实现是可能的。重置机构 114 被配置为便于在第二传感器 112 的时钟信号和 MEMS 陀螺仪的第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐的一致设置。如上所述， 设置其它 传感器 112 的时钟与 MEMS 陀螺仪 110 的时钟的相对周期性相位对齐可以通过减小不同的 输出偏移会发生的可能性来改进组合的多功能传感器器件的性能。在一个特定实施例中， 其它传感器 112 包括 ME。

29、MS 惯性传感器和 / 或 MEMS 压力传感器。然而， 应指出， 这些只是示 例， 并且其它传感器 （包括非 MEMS 传感器） 可以在多功能传感器器件 100 利用， 并且这些其 它传感器也可以包括时钟信号， 其中这些时钟信号通过重置机构 114 使其相对周期性相位 对齐到第一时钟信号。例如， 磁传感器、 电磁辐射传感器 （微辐射热测定仪） 、 光传感器、 温度 传感器、 湿度传感器、 应力传感器、 应变传感器和化学检测传感器都可以用于多功能传感器 器件。 0025 在典型的实施例中， MEMS 陀螺仪 110 包括速率陀螺仪， 其生成与测量的旋转速率 成比例的输出。然而， 在其它实施例中。

30、， MEMS 陀螺仪 110 可以包括全角陀螺仪。MEMS 陀螺 仪 110 包括第一时钟信号， 该信号与振动质量块的机械振荡或机械振荡的分谐波同相。如 上所述， 这可以完成几种方法， 包括使用 PLL 将时钟信号锁相到振荡和时钟分频器， 如果所 述第一时钟信号是机械振荡分谐波的。重置机构 114 接收这个锁相的第一时钟信号， 并使 用它来生成重置信号以对齐其它传感器 112 的时钟信号与第一时钟信号的相对周期性相 位。因此， MEMS 陀螺仪 110 和其它传感器 112 都将具有带有一致的相对周期性相位对齐的 时钟信号。如上所述， 这降低了多峰偏移的可能性， 从而可以改进多功能传感器器件 。

31、100 的 精度。 0026 在一个实施例中， 重置机构 114 接收重置请求信号， 并且被配置为响应于在重置 请求信号之后接收的第一时钟信号的边缘而生成重置信号。例如， 重置机构 114 可以被配 置为发出与第一时钟信号的边缘对齐的重置脉冲。因而， 重置脉冲可以在第一时钟信号的 下一个上升沿或第一时钟信号的下一个下降沿发出。 0027 现在转到图2， 图2说明了多功能感测器件200的示意图。 感测器件200包括MEMS 陀螺仪 210、 第二 MEMS 传感器 212、 第三 MEMS 传感器 214 和重置机构 216。MEMS 陀螺仪 210 生成被用作其它MEMS传感器212和214的。

32、时钟的高频主时钟信号 （MCLK） ， 从而使得整个系 统同步。MEMS 陀螺仪 210 也生成与机械位移 （DCLK） 同步的时钟信号和是机械位移 （GCLK） 的分谐波的时钟信号。在所示的实施例中， 分谐波时钟 （GCLK） 是被提供给重置机构 216 的 CLK 输入的第一时钟信号。然而， 在其它实施例中， 第一时钟信号可以是位移时钟信号 说 明 书 CN 104034324 A 7 5/7 页 8 （DCLK） 本身。重置机构 216 被配置为生成重置信号以一致地设置第二 MEMS 传感器 212 和 第三 MEMS 传感器 214 的时钟信号与 MEMS 陀螺仪 210 的第一时钟信。

33、号的相对周期性相位对 齐。再次应注意， 虽然由于在每一个传感器中使用 MCLK 来生成自身内部时钟， 整个系统是 同步的， 但是在没有重置机构 216 的操作来确保这些时钟发生器电路相对于彼此以及陀螺 仪的位移的一致周期性相位对齐， 相对相位对齐中的变化将发生， 并导致输出偏移中的变 化。而且， 这种在周期性相位对齐中的变化的示例在图 5 的图 502、 504 和 506 中被示出。 0028 主时钟信号和第一时钟信号都是使用与振动的机械振荡同相的位移信号生成的。 具体地， 位移信号被放大并传送到相位频率检测器 （PFD） ， 随后到环路滤波器 （LF） 和压控 振荡器 （VCO） ， 从而。

34、生成主时钟信号 （MCLK） 。主时钟信号 MCLK 通过 N 分频器被反馈到 PFD 以生成位移时钟信号 （DCLK） 。该反馈实现将位移时钟信号锁定到机械振荡的锁相环。在该 实施例中， 位移时钟信号 DCLK 也再次被 M 分频器分割以生成分谐波时钟信号 （GCLK） 。在该 所示实施例中， 分谐波时钟信号 （GCLK） 是在 CLK 输入处被提供给重置机构 216 的第一时钟 信号。在典型的实施方式中， N 具有大约是 1000 的值， 以便主时钟信号 MCLK 大约比振荡质 量的振动频率快三个量级。同样， 在典型的实施方式中， M 可以具有大于或等于 1 的值。 0029 在操作期间，。

35、 重置请求信号被提供给重置机构 216 的 RA 输入。作为响应， 重置机 构 216 生成在 RS 输出处与第一时钟信号的边缘对齐的重置信号。例如， RS 输出在 CLK 输 入处接收的第一时钟信号的下一个上升沿生成重置脉冲。重置脉冲被施加于其它 MEMS 传 感器器件 212 和 214。具体地， 重置脉冲被提供给传感器器件 212 和 214 的 RST 输入， 在那 里其将被用于重置那些传感器器件内的时钟发生器 213 和 215 以生成内部时钟信号， 该内 部时钟信号的周期性相位相对于陀螺仪中的振动质量的位移或彼此不发生变化。 0030 如上所述， 第一时钟信号可以是与振动质量块的机。

36、械振荡或机械振荡的分谐波相 位对齐的信号。通常， 当 MEMS 陀螺仪中存在某个在以低于驱动频率但与驱动同步的速率操 作的其它电路时， 可以使用是机械振荡的分谐波的时钟信号。 在这种情况下， 同步到该较低 频率的分谐波信号可以是优选的。例如， 在通过分割时钟信号而生成健康监测信号的应用 中， 这种分谐波自检信号可以被用于第一时钟信号 CLK。 0031 通常， 使用较低速率的分谐波时钟信号具有减少与系统的其它元件的相位变化的 优点。即， 对齐 MEMS 传感器的时钟与相对缓慢的分谐波时钟的相对周期性相位通常会导致 减少的偏移变化。 出于这个原因， 在一些实施方式中， 使用的第一时钟信号CLK可。

37、以是MEMS 陀螺仪中最慢的时钟信号， 它是锁相到位移的信号的分谐波。然而， 应注意， 使用较慢的分 谐波时钟信号可以提高对齐时钟的相对周期性相位所需的时间， 从而增加 MEMS 多功能感 测器件的启动时间。出于这个原因， 可能不总是期望将系统中最慢的分谐波时钟用作第一 时钟信号 CLK， 并且在那些情况下， 较快的分谐波时钟可以被使用。 0032 现在转到图 3， 图 3 说明了多功能感测器件 300 的示意图。在该实施例中， 较快 的位移时钟信号 DCLK 和重置信号 RS 被用于避免长启动时间的可能性。此外， 在该实施例 中， MEMS 陀螺仪 310 包括某个使用分谐波时钟以较慢的操作。

38、速率运转的内部电路 （即电路 302） 。例如， 电路 302 可以包括使较慢的时钟速度成为必要的内部健康监测电路。 0033 如同图 2 中的实施例， 重置机构 316 被配置为生成重置信号以设置第二 MEMS 传感 器和第三 MEMS 传感器的时钟信号与 MEMS 陀螺仪 310 的第一时钟信号的相对周期性相位对 齐。如上面所述的， 在这种情况下， 第一时钟信号是较快的位移时钟信号 DCLK 而不是较慢 说 明 书 CN 104034324 A 8 6/7 页 9 的分谐波 GLCK。这减小了器件启动时的长拖延的可能性。重置信号被用于重置电可重置 电路， 包括电路 302 和 MEMS 陀。

39、螺仪 310 中的 /M 分频器。因此， 使用相对快的位移时钟信号 DCLK， 整个系统被设置为具有一致的相对周期性相位对齐。相比于图 2 中的方法， 这种方法 因而会减小多峰偏移的可能性同时减小启动时间。 0034 现在转到图 4， 图 4 说明了多功能器件 200 的示范性时序图 400。时序图 400 示出 了对应于 MEMS 陀螺仪 210（标记为位移） 的振动质量块的位移的波形部分、 主时钟信号 （标 记为 MCLK） 、 第一时钟信号 （标记为 CLK） 、 重置请求信号 （标记为 RA） 以及重置信号 （标记为 RS） 。注意， 在该实施例中， 第一时钟信号 CLK 是以位移锁相。

40、的， 虽然在其它实施例中， 第一 时钟信号将是位移的分谐波。还应注意， CLK 和 MCLK 与 CLK 谐波相关， 其中 CLK 是 MCLK 的 分谐波。如图 4 所示， 重置请求信号 RA 在时间 T1 被启用。作为响应， 重置机构生成与第一 时钟信号 CLK 的下一个上升沿对齐的重置信号 RS。如上所述， 该重置信号 RS 可以被应用 于 MEMS 传感器器件， 其中它被用于将 MEMS 传感器器件中的时钟信号与第一时钟信号的相 对周期性相位对齐。具体地， 重置信号 RS 被用于设置 MEMS 传感器器件的时钟信号和第一 时钟信号之间的相对周期性相位对齐。 0035 通常， RA 输入。

41、异步地断言， 例如从主状态机。例如， 它可以根据需要在启动时或按 照命令被断言。在任一情况下， 重置机构于是在 CLK 的下一个时钟上升沿上生成重置信号 RS。 0036 因此， 在一个实施例中， 提供了多功能感测器件， 包括 ： 微机电 （MEMS） 陀螺仪， 所 述 MEMS 陀螺仪被配置为生成第一时钟信号 ； 重置机构， 所述重置机构被配置为响应于所述 第一时钟信号的边缘 , 生成重置信号 ； 以及第二传感器， 所述第二传感器包括至少第二时 钟信号， 所述第二传感器被配置为接收所述重置信号以及响应于所述重置信号而设置在所 述第二时钟信号和所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐。 003。

42、7 在另一个实施例中， 提供了一种操作多功能感测器件的方法， 其中所述多功能感 测器件包括微机电 （MEMS） 陀螺仪和第二传感器。所述方法包括在所述 MEMS 陀螺仪内生成 第一时钟信号 ； 以及设置在所述第二传感器中的第二时钟信号与所述第一时钟信号之间的 相对周期性相位对齐。 0038 在另一个实施例中， 提供了一种感测器件 . 所述感测器件包括 ： 微机电 （MEMS） 陀 螺仪， 所述 MEMS 陀螺仪被配置为生成锁相到所述 MEMS 陀螺仪中的机械振荡或锁相到所述 机械振荡的分谐波的第一时钟信号 ； 重置机构， 所述重置机构被配置为接收所述第一时钟 信号和重置请求信号， 并且其中所述。

43、重置机构被配置为响应于接收所述重置请求信号和在 接收所述重置请求信号之后的所述第一时钟信号的边缘 , 生成重置信号 ； 第二 MEMS 传感 器， 所述第二 MEMS 传感器包括第二时钟信号， 并且其中所述第二 MEMS 传感器是从由 MEMS 惯性传感器和 MEMS 压力传感器组成的组中选择的， 并且其中所述第二 MEMS 传感器被配置 为接收所述重置信号以及响应于所述重置信号而设置在所述第二时钟信号与所述第一时 钟信号之间的相对周期性相位对齐 ； 以及第三MEMS传感器， 所述第三MEMS传感器包括第三 时钟信号， 并且其中所述第三 MEMS 传感器是从由 MEMS 惯性传感器和 MEMS。

44、 压力传感器组成 的组中选择的， 并且其中所述第三 MEMS 传感器被配置为接收所述重置信号以及响应于所 述重置信号而设置在所述第三时钟信号与所述第一时钟信号之间的相对周期性相位对齐。 0039 因此本发明所描述的各种实施例提供了用于提供改进的多功能感测的系统及方 说 明 书 CN 104034324 A 9 7/7 页 10 法。在这些实施例中， 多功能感测器件包括 MEMS 陀螺仪 110 和至少第二 MEMS 传感器 112。 所述 MEMS 陀螺仪被配置为生成第一时钟信号， 以及所述第二 MEMS 传感器包括第二时钟信 号。所述多功能感测器件还包括重置机构， 所述重置机构被配置为生成重。

45、置信号以对齐所 述第二时钟信号与所述第一时钟信号的相对周期性相位。 0040 虽然已详细描述了本发明的优选实施例， 很明显对本领域技术人员来说各种修改 可以在不脱离附属权利要求中所陈述的本发明精神及范围的情况下被做出。因此， 应了解 示范性实施例仅仅是示例， 它们并不旨在限定本发明的范围、 适用性或配置。 说 明 书 CN 104034324 A 10 1/5 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 104034324 A 11 2/5 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 104034324 A 12 3/5 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 104034324 A 13 4/5 页 14 图 4 说 明 书 附 图 CN 104034324 A 14 5/5 页 15 图 5 说 明 书 附 图 CN 104034324 A 15 。