[发明专利]陀螺仪系统及用于其的正交耦合和电耦合的补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及陀螺仪系统技术领域，特别涉及一种陀螺仪系统及用于其的正交耦合和电耦合的补偿装置。

背景技术

在陀螺仪系统中，一方面由于陀螺仪表头制造工艺的偏差，陀螺仪传感器芯片的传感支路会受到机械正交耦合项的影响；另一方面由于陀螺仪表头和陀螺仪表头与集成电路的封装中，在驱动反馈电极和传感检测电极之间存在着寄生电容Cp，由于该电容的影响，驱动反馈的输出电压信号可以耦合到传感支路。

上述正交耦合项和电耦合项两种非理想的耦合效应，会对有用信号产生干扰，影响陀螺仪系统整体的动态范围和噪声性能。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置及具有其的陀螺仪系统，可以实现对表头制造工艺引起的机械正交耦合项和寄生电容引起的电耦合项进行补偿，消除这两项对有用信号的干扰。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，包括：正交耦合补偿模块和电耦合补偿模块，其中，所述正交耦合补偿模块，位于陀螺仪系统中的陀螺仪传感器芯片内且与所述陀螺仪系统的陀螺仪表头相连，用于对所述陀螺仪传感器芯片受到的机械正交耦合项引起的误差进行补偿，其中，所述正交耦合补偿模块包括：第一电荷敏感放大器，所述第一电荷敏感放大器的输入端与所述陀螺仪表头的驱动检测电极相连，输出第一信号，所述第一电荷敏感放大器的输出端连接至所述陀螺仪传感器芯片的第一可变增益放大器；第一增益放大器，所述第一增益放大器的输入端连接至所述第一电荷敏感放大器的输出端，对所述第一信号以预设第一增益进行放大处理，生成正交耦合项误差补偿信号；所述电耦合补偿模块位于陀螺仪系统中的陀螺仪传感器芯片内且与所述陀螺仪系统的陀螺仪表头相连，用于对所述陀螺仪表头的驱动反馈电极和传感检测电极之间的寄生电容产生的误差进行补偿，其中，所述电耦合补偿模块包括：缓冲器，所述缓冲器的输入端连接至所述陀螺仪传感器芯片的第二可变增益放大器，输出端连接至所述陀螺仪表头的驱动反馈电极，输出第二信号；第二增益放大器，所述第二增益放大器的输入端连接至所述缓冲器的输出端，对所述第二信号以预设第二增益进行放大处理，生成电耦合项误差补偿信号。

在本发明的一个实施例中，还包括：第二电荷敏感放大器、第一加法器和第二加法器，所述第二电荷敏感放大器的输入端连接至所述陀螺仪表头的传感检测电极，第一和第二加法器，所述第一加法器的输入端连接至所述第二增益放大器的输出端和所述第二电荷敏感放大器的输出端，所述第二加法器的输入端分别与所述第一增益放大器的输出端和所述第一加法器的输出端相连，用于将所述正交耦合项误差补偿信号和电耦合项误差补偿信号叠加到正交耦合项误差信号和电耦合项误差信号上，输出补偿后的传感支路信号。

在本发明的一个实施例中，所述补偿后的传感支路信号Vsm为下式：

Vsm＝Vsig+kq1*A*sin(wt)+ke1*Vdp*cos(wt)+Nq*kq*Kd*A*sin(wt)+Ne*ke*Vdp*cos(wt)，

其中，Vsig为有用信号，当陀螺仪系统处于静止状态时，Vsig＝0，kq1*A*sin(wt)为正交耦合项误差信号、ke1*Vdp*cos(wt)为电耦合项误差信号、Nq*kq*Kd*A*sin(wt)为正交耦合项误差补偿信号、Ne*ke*Vdp*cos(wt)为电耦合项误差补偿信号，A为所述陀螺仪表头的驱动模态的振幅、w为振动频率、Kq1和ke1为耦合系数。

在本发明的又一个实施例中，当满足消除所述正交耦合项误差补偿信号和电耦合项误差补偿信号的条件时，所述第一增益放大器和第二增益放大器的增益系数满足如下关系：

Nq＝-kq1/(kq*kd)，Ne＝-ke1/ke。

本发明的另一个实施例还提出一种陀螺仪系统，包括：陀螺仪表头、陀螺仪传感器芯片和上述实施例所述的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，其中，所述用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置位于所述陀螺仪传感器芯片内。

根据本发明实施例的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置和陀螺仪系统，通过陀螺仪表头和陀螺仪传感器芯片之间引入正交耦合项补偿模块和电耦合项补偿模块，对表头制造工艺引起的机械正交耦合项和寄生电容引起的电耦合项进行补偿，消除这两项对有用信号的干扰，从而避免对陀螺仪系统整体的动态范围和噪声性能的影响，提高陀螺仪系统的整体性能。