[发明专利]微机械陀螺检测模态8阶连续带通sigma-delta闭环控制电路

摘要

本发明公开了一种微机械陀螺检测模态8阶连续带通sigma-delta闭环控制电路，属于利用科氏效应的制导或控制装置领域。该电路由电荷放大器5，高通滤波器6，二极管7，低通滤波器8，全差分放大电路9，相位补偿电路10，谐振电路11，数字转换电路12，模拟开关13，带通滤波器14，解调器15，低通滤波器16组成。本发明的有益效果是：第一，谐振器a17、谐振器b18和谐振器c19与陀螺检测模态一起在整个闭环电路中对噪声具有8阶整形作用；第三，脉宽密度调制数字信号b(t)，通过带通滤波器14，解调器15，低通滤波器16的处理得到模拟角速度信号Ω(t)。

主权项

1.MEMS陀螺8阶连续带通sigma-delta闭环控制电路，其特征在于：由电荷放大器（5）、高通滤波器（6）、二极管（7）、低通滤波器（8）、全差分放大电路（9）、相位补偿电路（10）、谐振电路（11）、数字转换电路（12）、模拟开关（13）、带通滤波器（14）、解调器（15）、低通滤波器（16）组成；变化的电流信号i(t)经过频率为f₁的高频载波V_c(t)调制到高频段，V_c(t)加载到MEMS陀螺结构（4）的质量块上，也即为等效的公共电极（1）上；调制信号经过电荷放大器（5）后，将电流信号转换为电压信号V_i(t)；电荷放大器（5）的反馈电容采用可变电容用于调节两路全差分信号V_i(t)和V_i'(t)的匹配性，使得其幅值相等，相位相反；V_i(t)和V_i'(t)经过高通滤波器（6）将驱动模态耦合信号V_d'(t)滤除得到V_i2(t)和V'_i2(t)，高通滤波器（6）的截止频率f_c1满足：f_c1＞f_x,其中f_x为MEMS陀螺驱动模态的谐振频率也即耦合信号V_d'(t)的频率；V_i2(t)和V'_i2(t)再经过由二极管7和低通滤波器（8）组成的解调电路进行解调和滤波，低通滤波器（8）的截止频率f_c2满足：f_y＜f_c2＜f₁，其中，f_y为陀螺检测模态的谐振频率；解调和滤波后的信号进入增益为G₁的全差分放大电路（9）对其做进一步的全差分放大得到V_i3(t)和V'_i3(t)；相位补偿电路（10）对V_i3(t)和V'_i3(t)进行一定的相位移动使得整个闭环控制回路的相移不等于2n；移相后得到信号V_i4(t)和V'_i4(t)进入谐振电路（11），谐振电路（11）包括串联的完全相同的三个谐振器a（17）、谐振器b（18）和谐振器c（19），谐振器a（17）、谐振器b（18）和谐振器c（19）的谐振中心频率f₂等于f_x，且谐振器a（17）、谐振器b（18）和谐振器c（19）在f₂处的增益为10-20dB，在其他频率范围内的增益均小于0dB；经过谐振电路（11）之后的信号V_i5(t)和V'_i5(t)进入数字转换电路（12），其包括比较器（20）和D触发器（21），比较器（20）对V_i5(t)和V'_i5(t)两路全差分信号进行比较，产生高低电平的数字比较信号b'(t)，D触发器（21）对b'(t)进行采样和量化，最终输出数字脉宽密度调制信号b(t)；b(t)一路用于控制模拟开关（13）将反馈电压V_fb加载到陀螺检测模态的反馈电极上；另一路经过带通滤波器（14）将[f_y-BW,f_y+BW]频率范围外的量化噪声去除，其中BW为陀螺的带宽；带通滤波之后的信号进入解调器（15），与驱动信号V_d(t)进行解调，再通过低通滤波器（16）处理得到角速度信号Ω(t),低通滤波器（16）的截止频率f_c3满足：f_c3＞BW。