利用誤差反饋的mems傳感器濾波的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]微機電系統(tǒng)(MEMS)可以包括各種傳感器，諸如陀螺儀、加速計和磁力計。這些傳感器可以被實施在各種控制系統(tǒng)和慣性導航應用(諸如慣性測量單元(IMU))中。當受到非常高級別的震蕩或者振動時，MEMS傳感器的操作可能被干擾或者停止。結果，MEMS傳感器通常需要在振動和震蕩環(huán)境期間進行濾波以改善性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]提供了用于利用誤差反饋對微機電系統(tǒng)傳感器速率信號進行濾波的系統(tǒng)和方法。在一個示例中，提供了微機電系統(tǒng)傳感器速率信號。接下來，從該微機電系統(tǒng)傳感器速率信號減去來自反饋回路的反饋信號，以產(chǎn)生第一組合信號。該第一組合信號隨后被濾波，以產(chǎn)生經(jīng)濾波的速率輸出。隨后從該經(jīng)濾波的速率輸出減去該微機電系統(tǒng)傳感器速率信號，以產(chǎn)生誤差信號，其中該誤差信號被用在該反饋回路中以生成用于未來時間步驟的反饋信號。
【附圖說明】
[0003]要理解的是，附圖僅描繪出示例性實施例并且因此不被認為是在范圍上進行限制，將通過使用附圖，以附加的特異性和細節(jié)來描述示例性實施例，其中:
圖1A和IB是利用誤差反饋的MEMS傳感器濾波的示例方法的流程圖。
[0004]圖2是用于利用誤差反饋的MEMS傳感器濾波的示例系統(tǒng)的方框圖。
[0005]按照慣例，各種所描述的特征不是按比例繪制的，而是被繪制為強調(diào)與示例性實施例相關的具體特征。
【具體實施方式】
[0006]雖然對MEMS傳感器速率信號進行濾波可以提供許多有用的益處，但是在一些應用中，其也可能是有害的，因為誤差可能在速率信號中積累。例如，當為了導航目的而在MEMS傳感器中使用濾波器時，由于速率限制和其他類型的濾波器，大角度可能在速率信號中積累，這可能引起航向或者姿態(tài)問題。本文描述的實施例提供了對由于濾波而引起的信號誤差進行反饋以減小系統(tǒng)中的誤差積累的系統(tǒng)和方法。結果，所提出的系統(tǒng)和方法允許了具有對導航性能的減小影響的任意傳感器速率信號濾波。
[0007]圖1A和IB是用于對MEMS傳感器速率信號進行濾波的示例方法100的流程圖。在示例性實施例中，方法100接收MEMS傳感器速率信號并且對該MEMS傳感器速率信號進行操作以生成經(jīng)濾波的速率輸出101以及反饋信號103，以用于方法100的未來迭代。方法100的所給出的迭代在本文中也被稱為方法100的“時間步驟”。
[0008]通過向MEMS傳感器速率信號102應用一個或者多個濾波器來生成經(jīng)濾波的速率輸出101?；诮?jīng)濾波的速率輸出101和MEMS傳感器速率信號102之間的差異(S卩，方法100的輸入信號和輸出信號之間的差異)來生成反饋信號。MEMS傳感器速率信號102和經(jīng)濾波的速率輸出信號101之間的差異是MEMS傳感器速率信號102中的改變，其是由濾波器在方法100的當前時間步驟(迭代)中所引起的。這種改變雖然是由濾波器故意地應用到MEMS傳感器速率信號102的，但是其使得經(jīng)濾波的速率輸出101不包括由MEMS傳感器所獲得的全部的實際測量結果。因為MEMS傳感器速率信號102是積累的信號(S卩，在當前時間的MEMS傳感器速率信號表示從在先前時間所測量的MEMS傳感器速率信號的改變)，所以在由濾波器引起的MEMS傳感器速率信號102中的改變將隨著時間而積累。如果如在傳統(tǒng)MEMS傳感器中那樣忽略了由濾波器引起的改變，則該改變導致經(jīng)濾波的速率輸出信號101中的測量誤差。相應地，由濾波器應用到MEMS傳感器速率信號102的改變(S卩，MEMS傳感器速率信號102和經(jīng)濾波的速率輸出101之間的差異)是誤差信號?；谶@個誤差信號，方法100向MEMS傳感器速率信號102應用反饋信號以用于(多個)未來時間步驟，以便減小在經(jīng)濾波的速率輸出101中此誤差的積累。關于方法100的更多細節(jié)在下文中被提供。
[0009]用于方法100的輸入信號是MEMS傳感器速率信號(方框102)。如已知的，MEMS傳感器可以被用在各種應用中來測量關于系統(tǒng)的信息，該MEMS傳感器被結合到該系統(tǒng)中。例如，MEMS傳感器可以被用在陀螺儀、加速計和磁力計中。在這些應用中，MEMS傳感器將分別測量MEMS的角旋轉、線性加速度和定向。來自MEMS傳感器的這種測量是作用于方法100中的速率信號(方框102)。雖然方法100涉及對速率信號進行濾波，但是速率信號的附加濾波可以發(fā)生在作用于方法100中之前。如果這樣的濾波存在，其將不是本文討論的方法100的一部分。因此，在一些實施例中，輸入到方法100中的速率信號102是來自MEMS傳感器的、原始未濾波的信號。在其他實施例中，MEMS速率信號102在使用于方法100中之前被濾波，并且方法100應用附加濾波來生成經(jīng)濾波的速率輸出101并且還基于該附加濾波來生成反饋信號。
[0010]如上文討論的，一個或者多個濾波器被應用到MEMS傳感器速率信號102 (方框106)，以便例如使來自MEMS傳感器的響應平滑。對MEMS傳感器速率信號102進行濾波(方框106)產(chǎn)生了經(jīng)濾波的速率輸出101。對MEMS傳感器速率信號102進行濾波可以包括應用任何合適的濾波器，其包括但不限于有限脈沖響應濾波器、無限脈沖響應濾波器、速率限制濾波器、限幅(clipping)濾波器和平滑濾波器。附加地，在一些實施例中，可以向第一組合信號應用一個以上的濾波器。所使用的濾波器類型和濾波器數(shù)量可以取決于MEMS傳感器將被用于的應用。經(jīng)濾波的速率輸出101是方法100的輸出，其可以被用于進一步的處理，諸如用來生成導航解決方案。
[0011]同樣如上文討論的，方法100包括基于通過對MEMS信號進行濾波(方框106)所引起的誤差來生成反饋信號103。反饋信號103由反饋回路來生成，該反饋回路將在下文關于方框108-114進行描述。
[0012]為了生成反饋信號103，通過對MEMS信號進行濾波(方框106)所引起的誤差被確定(方框110)。通過計算經(jīng)濾波的速率輸出101和該經(jīng)濾波的速率輸出101所對應于的MEMS傳感器速率信號102之間的差異來確定此誤差。在示例中，通過從經(jīng)濾波的速率輸出101減去MEMS傳感器速率信號102來計算此差異，以產(chǎn)生誤差信號。這兩個信號之間的差異是濾波器由于其在方框106中進行的濾波而已經(jīng)消除的信號量。也就是說，每當由濾波器做出一次速率測量，如果存在對其應用的濾波器，則可能存在一些被移除的信息，此信息如果不被計及，則其可能最終在系統(tǒng)中積累。例如，如果濾波器被應用于由MEMS傳感器所經(jīng)歷的加速，則經(jīng)濾波的輸出可以是實際加速的一部分。經(jīng)濾波的輸出和實際加速之間的差異是誤差十目號O
[0013]對應于經(jīng)濾波的速率輸出101的MEMS傳感器速率信號102是MEMS傳感器速率信號102的時間步驟或者時間步驟之一，該MEMS傳感器速率信號102在方框106中被濾波以生成經(jīng)濾波的輸出信號101。在方框108中使用的一些類型的濾波器(諸如速率限制濾波器或者限幅濾波器)不會在相對于MEMS傳感器速率信號102的經(jīng)濾波的速率輸出101中引入任何延遲。對于不引入延遲的這種濾波器而言，針對給定時間步驟與經(jīng)濾波的速率輸出101相對應的MEMS傳感器速率信號102是針對該相同時間步驟的MEMS傳感器速率信號102。在應用于方框106中的濾波器都未引入延遲的情況下，針對給定時間步驟而輸入到方法100的MEMS傳感器速率信號102可以與針對該相同時間步驟的經(jīng)濾波的速率輸出101相差分。
[0014]在方框106中使用的其他類型的濾波器(諸如有限脈沖響應濾波器或者無限脈沖響應濾波器)向經(jīng)濾波的速率輸出中引入了群延遲。在應用于方框1