[发明专利]MEMS陀螺仪测控电路

说明书

技术领域

本发明属于误差信号处理技术领域，具体涉及一种MEMS陀螺仪测控电路。

背景技术

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)，是在微电子技术基础上结合精密机械技术发展起来的一个新的学科领域。MEMS技术具有体积小、重量轻、功耗低等优点，基于此技术发展起来的微惯性器件就是一类典型的MEMS传感器，它的出现极大地扩展了惯性技术的应用范围，使得基于微惯性器件构建低成本、高性能的微惯性导航系统迅速成为当前惯性技术领域的一个研究热点。

目前，MEMS陀螺仪的性能，尤其是精度指标，与传统的陀螺还有较大差距，只能应用于低精度要求的场合。影响MEMS陀螺仪精度的因素除了敏感原件制造工艺，最大影响因子在于测控电路本身的漂移。本发明因此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种MEMS陀螺仪测控电路，解决了现有技术中MEMS陀螺仪的测控电路的漂移问题，本发明在现有MEMS陀螺仪的基础上，通过SOPC数字处理技术、电荷放大器、失调电容补偿方法来实现测控电路的高增益、低噪声，从而提高陀螺整体的稳定性和抗干扰能力的方法。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种MEMS陀螺仪测控电路，为基于IP核的SOPC数字处理电路，其特征在于所述IP核接收MEMS陀螺仪驱动轴检测信号，并输出相应的驱动信号；且所述IP核接收MEMS陀螺仪敏感轴检测信号，并输出MEMS陀螺仪的角速率；所述驱动轴检测信号作为载波信号经LMSD解调电路解调后，其正交分量经Butterworth4阶低通滤波器进行滤波处理，进行幅度设定后通过PI控制器进行幅度闭环；其同相分量经Butterworth4阶低通滤波器进行滤波处理，进行相位设定后通过PI控制器进行相位闭环；闭环后的两分量进行正弦波合成，输出驱动信号；所述敏感轴检测信号作为载波信号经LMSD解调电路解调后，其同相分量经Butterworth4阶低通滤波器进行滤波处理，进行温度补偿后输出MEMS陀螺仪的角速率。

优选的技术方案中，所述温度补偿是通过所述驱动轴检测信号作为载波信号经LMSD解调电路解调后，其同相分量经Butterworth4阶低通滤波器进行滤波处理，进行相位设定后通过PI控制器进行相位闭环并通过PI控制器向滤波处理后的载波信号进行温度补偿。

优选的技术方案中，所述测控电路还包括对MEMS陀螺仪的变化电容噪声信号进行检测的变化电容检测电路，所述变化电容检测电路包括级联设置的前级电荷放大器(CSA)电路、高通滤波器电路、同步解调电路和低通滤波器电路。

优选的技术方案中，所述测控电路还包括利用分离出的失调电容信号来控制可变增益放大器的增益的失调电容信号补偿电路，其中可变增益放大器的输出负反馈到电荷放大器的输入端，将失调电容所引起的输出电压信号从电荷放大器的输出中消除。

本发明公开了一种高稳定性MEMS陀螺仪测控电路的设计，其特征是：在现有MEMS陀螺仪的基础上，通过SOPC数字处理技术、电荷放大器、失调电容补偿来实现测控电路的高增益、低噪声，从而提高陀螺整体的稳定性和抗干扰能力的方法来提高陀螺仪的精度。本发明涉及一种MEMS陀螺仪测控电路，尤其涉及通过SOPC数字处理技术、电荷放大器、失调电容补偿来实现测控电路的高增益、低噪声，从而提高陀螺整体的稳定性和抗干扰能力的方法。

影响现有技术中MEMS陀螺仪精度的因素除了敏感原件制造工艺，最大影响因子在于测控电路本身的漂移，因此，通过SOPC数字处理技术、电荷放大器、失调电容补偿以及一套陀螺信号处理、控制算法，有效的解决了陀螺电路漂移和复杂性的问题，从而提升MEMS陀螺仪的进度和稳定性。

所谓的SOPC数字处理电路，由于MEMS陀螺在微型化的同时，带来的一个负面效应就是其信号非常微弱，因此检测电路的增益较大，进而导致其温度稳定性对其总体性能的影响较传统陀螺更大，因此必须设计高温度稳定性的测控电路。

提高测控电路稳定性的途径有三条：

(1)在电路设计上采取措施，避免温度敏感的电路形式，同时采取增益补偿等措施将温度漂移降低到尽可能低的程度；

(2)对电路进行充分的老化稳定处理，使电路的稳定性进一步提高；

(3)设计必要的补偿机制，补偿最后残余的温度漂移；

本发明采用基于IP核的SOPC数字处理电路的方式，这样一是可以实现复杂的控制方法，以达到陀螺运动的全闭环控制，二是可以数字化的输出，三是可以尽量避免模拟电路的温漂问题。