[发明专利]三自由度闭环陀螺数字接口电路

摘要

本发明公开了一种三自由度闭环陀螺数字接口电路，所述陀螺数字接口电路的主要功能是激励陀螺微机械敏感结构产生驱动模态的恒定幅度稳定振动以及测量科里奥利力作用下检测模态的振动状态并从中解算得出角速度信号，包含二个基本控制环路，其中幅值控制环路和相位控制环路组成驱动控制环路，速率控制环路和正交控制环路组成检测控制环路。本发明的三自由度闭环陀螺数字接口电路应用元器件的分时复用方案实现陀螺接口电路的共享设计，具有表征三维空间角速度信息的信号处理能力，有效解决三自由度闭环陀螺数字接口电路的元件共享设计问题，达到高集成度、高可靠性、低功耗、低成本的设计目的，并满足高精度陀螺的性能需求。

主权项

1.一种三自由度闭环陀螺数字接口电路，其特征在于所述陀螺数字接口电路包括驱动控制环路和检测控制环路，其中：所述驱动控制环路由幅值控制环路和相位控制环路组成；所述幅值控制环路用于在陀螺机械敏感结构的驱动方向形成闭环驱动控制，保证闭环驱动控制信号幅值稳定性，由电压转换模块A、模数转换模块A、峰值检测模块A、PI控制模块A、加减运算模块A、数模转换模块A组成；所述相位控制环路用于陀螺在工作环境变化或受到外界干扰时确保驱动控制环路中交流控制信号实时跟踪并锁定陀螺机械敏感结构的固有频率和锁定相位变化，抑制非理想特性，由锁相环模块A组成；所述检测控制环路由速率控制环路和正交控制环路组成；所述速率控制环路用于在陀螺机械敏感结构的检测方向形成闭环检测控制，抑制由于机械振动引起的误差并实现角速度信号输出，由电压转换模块B、模数转换模块B、减法运算模块B、解调模块B、低通滤波模块B、PI控制模块B、加减运算模块B、数模转换模块B组成；所述正交控制环路用于抑制由陀螺机械敏感结构加工精度误差引起的检测控制环路中角速度信号包含的正交分量，弥补工艺误差导致的陀螺整机性能降低，由解调模块C、低通滤波模块C、PI控制模块C组成；所述陀螺机械敏感结构的一对驱动检测电极分别连接电压转换模块A的一对差分输入端，电压转换模块A的交流电压信号输出端连接模数转换模块A的输入端，模数转换模块A的数字信号输出端连接峰值检测模块A和锁相环模块A的输入端，峰值检测模块A输出的幅值信息输入PI控制模块A的输入端，由PI控制模块A完成驱动信号幅度自动控制，PI控制模块A的输出端连接加减运算模块A的一个输入端，锁相环模块A的同相输出端连接加减运算模块A的另一个输入端，加减运算模块A完成信号运算操作，加减运算模块A的输出端连接数模转换模块A的输入端，数模转换模块A的一对差分输出端分别连接陀螺机械敏感结构的一对驱动电极；所述陀螺机械敏感结构的一对检测电极分别连接电压转换模块B的一对差分输入端，电压转换模块B的交流电压信号输出端连接模数转换模块B的输入端，模数转换模块B的数字信号输出端连接减法运算模块B的一个输入端和解调模块C的一个输入端，锁相环模块A的正交输出端连接解调模块C的另一个输入端，由解调模块C完成陀螺角速度信号正交分量解算操作，解调模块C的交流信号输出端连接低通滤波模块C的输入端，由低通滤波模块C滤除高频交流信号分量，低通滤波模块C的输出端连接PI控制模块C的输入端，由PI控制模块C完成检测交流信号正交分量幅度自动控制，PI控制模块C的输出端连接减法运算模块B的另一个输入端，由减法运算模块B剔除检测交流信号中的正交成分，减法运算模块B的输出端连接解调模块B的一个输入端，锁相环模块A的同相输出端连接解调模块B的另一个输入端，由解调模块B完成陀螺角速度信号解算操作，解调模块B的交流信号输出端连接低通滤波模块B的输入端，由低通滤波模块B滤除高频交流信号分量，低通滤波模块B的输出端连接PI控制模块B的输入端，由PI控制模块B完成陀螺机械敏感结构在检测方向的角速度信号幅度自动控制，PI控制模块B的输出端连接加减运算模块B的一个输入端，锁相环模块A的同相输出端连接加减运算模块B的另一个输入端，加减运算模块B完成信号运算操作，加减运算模块B的输出端连接数模转换模块B的输入端，数模转换模块B的一对差分输出端分别连接陀螺机械敏感结构的一对检测反馈电极。