DIN EN 62047-20-2015 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 20 Gyroscopes (IEC 62047-20 2014) German version EN 62047-20 2014《半导体器件 微型机电装置 第20部分 陀螺仪 (IEC 62.pdf

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1、April 2015DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDEPreisgruppe 24DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 31

2、.080.01!%?k“2285772www.din.deDDIN EN 62047-20Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 20: Gyroskope (IEC 62047-20:2014);Deutsche Fassung EN 62047-20:2014Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 20: Gyroscopes (IEC 62047-20:2014);German version EN 62047-20:2014D

3、ispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 20: Gyroscopes (CEI 62047-20:2014);Version allemande EN 62047-20:2014Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 55 SeitenDIN EN 62047-20:2015-04 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die

4、von CENELEC am 2014-07-31 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2015-04-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 62047-20:2012-07. Fr dieses Dokument ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Infor

5、mationstechnik in DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unt

6、er http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine No

7、rm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf d

8、ie in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC b

9、ernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. Das Original-Dokument enthlt Bilder in Farbe, die in der Papierversion in einer Graustufen-Darstellung wiedergegeben werden. Elektronische Versionen dieses Dokuments enthalten die Bilder in der originalen Farbdarstellung. EN 62047-20

10、 September 2014 EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 20: Gyroskope (IEC 62047-20:2014) Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 20: Gyroscopes (IEC 62047-20:2014) Dispositifs s

11、emiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 20: Gyroscopes (CEI 62047-20:2014) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2014-07-31 angenommen. CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europis

12、chen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim CEN-CENELEC Management Centre oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteh

13、t in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem CEN-CENELEC Management Centre mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die

14、 offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, der ehemaligen jugoslawischen Republik Mazedonien, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Ma

15、lta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrot

16、echnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique CEN-CENELEC Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2014 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-2

17、0:2014 DDIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:2014 Vorwort Der Text des Dokuments 47F/188/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe der IEC 62047-20, erarbeitet vom SC 47F Microelectromechanical systems“ des IEC/TC 47 Semiconductor devices“, wurde zur parallelen IEC-CENELEC-Abstimmung vorgelegt und von CENELEC als E

18、N 62047-20:2014 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem dieses Dokument auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2015-04-30 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die diesem Dok

19、ument entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2017-07-31 Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CENELEC und/oder CEN sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Anerkennung

20、snotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-20:2014 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:2014 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.5 2 Normative Verweisungen.5 3 Begriffe.5 4 Wesentliche Bemessungen und Kenngre

21、n5 4.1 Einteilung von Gyroskopen 5 4.2 Grenzwerte der Betriebsbedingungen .6 4.3 Bemessung bei blichem Betrieb.7 4.4 Kenngren8 5 Messverfahren11 5.1 Skalenfaktor .11 5.2 Querachsen-Empfindlichkeit 25 5.3 Bias 28 5.4 Rauschen des Ausgangs .39 5.5 Frequenzband 44 5.6 Auflsung .49 Anhang A (informativ)

22、 Genauigkeit der Messwerte von Gyroskop-Kenngren 52 A.1 Allgemeines52 A.2 Winkel und Winkelgeschwindigkeit 52 A.3 Beispiel fr die Winkelabweichung nach der Kalibrierung .52 Literaturhinweise 53 Bilder Bild 1 Beispiel fr einen Messaufbau 12 Bild 2 Beschaltungsbeispiel.13 Bild 3 Beispiel von Messdaten

23、 bei ausgebter Drehrate 14 Bild 4 Beispiel von Skalenfaktor-Messdaten beim jeweiligen Temperaturwert.16 Bild 5 Beispiel fr die Abhngigkeit von Skalenfaktor und Skalenfaktor-Temperaturkoeffizient bei jeder Temperatur17 Bild 6 Beispiel fr die Messung des ratiometrischen Skalenfaktor-Fehlers 18 Bild 7

24、Beispiel fr die Messung der Skalenfaktor-Stabilitt.20 Bild 8 Beispiel fr die Messung der Skalenfaktor-Symmetrie .21 Bild 9 Messaufbau (Blockschaltbild) fr die Querachsen-Empfindlichkeit 26 Bild 10 Grundlagen zur Messung fr die Querachsen-Empfindlichkeit.26 Bild 11 Messaufbau 1 fr Bias.29 Bild 12 Mes

25、saufbau 2 fr Bias.30 Bild 13 Messbeispiel fr den ratiometrischen Biasfehler.32 Bild 14 Bias-Temperaturempfindlichkeit und Bias-Hysterese .34 Bild 15 Lineare Bias-Beschleunigungsempfindlichkeit35 3 DIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:2014 SeiteBild 16 Aufbau zur Rauschmessung am Ausgang . 39 Bild 17

26、Beschaltungsbeispiel zur Rauschmessung am Ausgang. 40 Bild 18 Frequenz-Leistungsspektrum . 41 Bild 19 Winkeldrift . 42 Bild 20 Bias-Instabilitt und Kurve der Allan-Varianz . 43 Bild 21 Messaufbau fr den Frequenzgang 45 Bild 22 Beispiel der Beschaltung fr den Frequenzgang . 46 Bild 23 Frequenzgang-Ke

27、nngren 47 Bild 24 Amplitudenberhhungs-Kenngren 47 Bild 25 Kalibrierung fr den Frequenzgang-Messaufbau . 48 Tabellen Tabelle 1 Kategorien fr den Gyro 6 Tabelle 2 Grenzwerte der Betriebsbedingungen 6 Tabelle 3 Bemessung bei blichem Betrieb . 8 Tabelle 4 Kenngren 9 Tabelle 5 Festzulegende Bedingungen f

28、r die Messung des Skalenfaktors . 24 Tabelle 6 Festzulegende Bedingungen fr die Bias-Messungen. 38 Tabelle 7 Festzulegende Bedingungen fr die Frequenzband-Messung. 49 Tabelle 8 Festzulegende Bedingungen fr die Frequenzband-Messung. 51 4 DIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:2014 1 Anwendungsbereich In

29、 diesem Teil der IEC 62047 sind Begriffe, Bemessungen und Kenngren sowie Messverfahren fr Gyro-skope (Drehratensensoren) festgelegt. Gyroskope werden hauptschlich in Anwendungen fr Endverbraucher, der allgemeinen Industrie und der Luftfahrt eingesetzt. Bauteile der Mikrosystemtechnik (MEMS; en: micr

30、o electro mechanical system) und Halbleiterlaser-Bauteile werden weitverbreitet fr die Bauelementetechnologie von Gyroskopen verwendet. Nachfolgend wird Gyro als Benennung fr das Gyroskop verwendet.N1)2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes

31、zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). Keine 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Do

32、kuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Drehtisch Rotationstisch rotierende Einrichtung, auf der das Gyroskop whrend der Messung beansprucht wird 3.2 Erd-Winkelgeschwindigkeit Winkelgeschwindigkeit, die im Inertialraum infolge der Erdrotation erzeugt wird Anmerkung 1 zum Begriff Wenn die Winkelge

33、schwindigkeit im Inertialraum als siderischer Tag mit 23 h und 56 min festgelegt ist, dann wird eine Referenz von 4,098 903 691 s erhalten, so wie sie durch die International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) festgelegt ist; die Winkelgeschwindigkeit der Erde in Inertialraum betrgt

34、 ungefhr 15,04 /h. Zu Einzelheiten bezglich dieser Festlegung siehe auch die Website der IERS (http:/www.iers.org). 3.3 Skalenfaktor Skalierungsfaktor Verhltnis der Gyroskop-Ausgangsspannung bzw. des digitalen Gyroskop-Ausgangssignals zur ausgebten Winkelgeschwindigkeit, welches in der Einheit V/(/s

35、) bzw. bit/(/s) angegeben wird 4 Wesentliche Bemessungen und Kenngren 4.1 Einteilung von Gyroskopen Tabelle 1 listet Gyroskop-Anwendungsflle, kategorisiert entsprechend den Einsatzbedingungen im Feld. N1)Nationale Funote: Betrifft nicht die deutsche Sprache. 5 DIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:201

36、4 Tabelle 1 Kategorien fr das Gyroskop Kategorie Merkmale 1 Vorwiegend Anwendungen im Endverbraucherbereich (Consumer-Bereich), wobei die Streuung des (Gyroskop-)Bias nicht festgelegt ist. 2 Vorwiegend Anwendungen im industriellen Bereich, wobei mit einem entsprechenden Wertebereich der Streuung des

37、 (Gyroskop-)Bias entwickelt wird. 3 Vorwiegend Anwendungen im Luftfahrtbereich, wobei mit einer ermittelbaren Funktion der Erd-Winkelgeschwin-digkeit entwickelt wird. 4.2 Grenzwerte der Betriebsbedingungen In Tabelle 2 sind die Grenzwerte der Betriebsbedingungen des Gyroskops aufgelistet. Die folgen

38、den in der Tabelle aufgelisteten Punkte sind in der Detailspezifikation anzugeben, falls in der ent-sprechenden Lieferspezifikation nicht anders festgelegt. Beanspruchungen ber diese Grenzwerte hinaus knnen eine der Ursachen fr dauerhafte Bauelementschdigungen sein. Tabelle 2 Grenzwerte der Betriebs

39、bedingungen (1 von 2) Kate-gorie Spezifikation Nr. Grenzwerte der Betriebsbedin-gungen 1 2 3Kleinst-wert Nenn-wert Hchst-wert Ein-heit Bemerkungen 4.2.1 Lagerungstem-peraturbereich x x x x x C 4.2.2 Betriebstempe-raturbereich x x x x x C 4.2.3 Lagerungs-Luft-feuchtebereich % Feuchte-(Absorptions)Lev

40、el (siehe z. B. die Level entsprechend Tabelle 5-1 Moisture Sensitivity Levels“ auf Seite 7 in IPC/JEDEC J-STD-020C, 11) mssen fr das Reflowlten festgelegt werden. Fr Bauelemente, die nicht reflowgeltet und/oder hermetisch dicht verkappt werden, sind diese Angaben nicht erforderlich. 4.2.4 Mechanisc

41、her Schock im Betriebszustand x x x x m/s2Hchstwert des mechanischen Schocks, bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente in einem geeigneten Betriebszustand verursacht wird. Beschleunigung, Dauer und Wellenform sind festzulegen.4.2.5 Mechanischer Schock im Ruhezustand x x x x m/s2Hchstwert d

42、es mechanischen Schocks, bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente in einem geeigneten Ruhezustand verursacht wird. Beschleunigung, Dauer und Wellenform sind fest-zulegen. 4.2.6 Mechanisches Schwingen im Betriebszustand x x x x m/s2Hchstwert der mechanischen Schwingbeschleuni-gung und -freq

43、uenz, bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente in einem geeigneten Betriebszustand verursacht wird. 1)Ziffern in eckigen Klammern verweisen auf die Literaturnachweise. 6 DIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:2014 Tabelle 2 Grenzwerte der Betriebsbedingungen (2 von 2) Kate-gorie Spezifikation

44、 Nr. Grenzwerte der Betriebsbedin-gungen 1 2 3 Kleinst-wert Nenn-wert Hchst-wert Ein-heit Bemerkungen 4.2.7 Mechanisches Schwingen im Ruhezustand x x x x m/s2Hchstwert der mechanischen Schwingbeschleuni-gung und -frequenz, bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente in einem geeigneten Ruhezu

45、stand verursacht wird. 4.2.8 Drehraten-Grenzwert x x x x /s Hchstwert der Drehrate, bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente in einem geeigneten Betriebszustand verursacht wird. 4.2.9 Winkelbeschleu-nigungs-Grenzwert x x x x /s2Hchstwert der Winkelbeschleunigung, bei dem keine dauerhafte S

46、chdigung der Bauelemente in einem geeigneten Betriebszustand verursacht wird.4.2.10 Versorgungs-spannungs-Hchstwert x x x x V Hchstwert der Versorgungsspannung, bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente verursacht wird. 4.2.11 Versorgungs-strom-Hchstwert x A Hchstwert des Versorgungsstroms,

47、 bei dem keine dauerhafte Schdigung der Bauelemente verur-sacht wird. Dieser Grenzwert ist nur bei Einrichtun-gen fr konstante Stromversorgung festzulegen. ANMERKUNG x: Pflichtangabe, leer: optionale Angabe. 4.3 Bemessung bei blichem Betrieb In Tabelle 3 sind die Bemessungen bei blichem Betrieb des

48、Gyroskops aufgelistet. Die folgenden in der Tabelle aufgelisteten Punkte sollten in der Detailspezifikation angegeben werden, falls in den entsprechenden Lieferspezifikationen nicht anders festgelegt. Diese Bedingungen werden empfohlen, um die festgelegten Kenngren in einem stabilen Zustand whrend des Betriebs der eingesetzten Bauele-mente zu halten. 7 DIN EN 62047-20:2015-04 EN 62047-20:2014 Tabelle 3 Bemessung bei blichem Betrieb Kate-gorie Spezifikation Nr. Kenngre 1 2 3Kleinst-wert Nenn-wert Hchst-wert Ein-heit Bemerkungen 4.3.1 Zugesicherter Betriebstempe-raturbereich x x x x x C 4.3