[发明专利]一种基于FPGA的硅微陀螺仪温控温补电路装置

摘要

一种基于FPGA的硅微陀螺仪温控温补电路装置，包括集成了微型加热器和温度传感器的微陀螺、接口电路和FPGA处理电路，通过相互连接形成温控回路、驱动控制回路和检测控制回路，利用了微陀螺内部集成的温度传感器和微型加热器实现硅微陀螺仪芯片级温控温补，具有灵敏度高、重复性好、惯性小、温度信息可信度高、功耗小、控制精度高等优点；基于FPGA的数字温控温补平台，减少了模拟电路本身温度漂移的影响，同时数字化平台参数调整灵活，功能强大，可以灵活实现各种复杂的温控温补算法，有利于系统性能优化。

主权项

一种基于FPGA的硅微陀螺仪温控温补电路装置，包括集成了微型加热器和温度传感器的微陀螺（1）、一组A/D采样电路、一组驱动接口电路、一组接口放大电路和一组D/A转换电路；所述微陀螺（1）包括检测谐振器、驱动谐振器、驱动检测电极（C）、驱动电极（D）和敏感电极（S）；设置有两个输入端和三个输出端；其中，驱动谐振器与驱动电极（D）构成驱动电容，驱动谐振器与驱动检测电极（C）构成驱动检测电容，检测谐振器与敏感电极（S）构成敏感电容；其特征在于，包括FPGA处理电路（2），该电路包括三个输入端和三个输出端；微陀螺（1）的三个输出端分别是温度传感器、检测谐振器和驱动谐振器的输出端，这三个输出端分别通过接口放大电路之后，经过A/D采样电路接入FPGA处理电路（2）的三个输入端；FPGA处理电路（2）包括滤波模块、比较模块、PI控制模块、标度因数温补模块、幅度控制模块、频率控制模块、调制控制模块、检测信号调理模块和零偏温度补偿模块；微陀螺（1）和FPGA处理电路（2）的连接分别构成三组回路：温控回路、驱动控制回路和检测控制回路；温控回路为温度传感器用于测量温度信息，温度信号经过放大和A/D采样后接入滤波模块，滤波模块实现温度信号的滤波，滤波模块的输出端与比较模块的输入端连接实现设定温度与测量温度的比较，比较模块的输出端与PI控制模块的输入端连接实现校正控制，PI控制模块的输出端经D/A转换和驱动接口电路接入微型加热器的输入端，微型加热器实现加热；同时，滤波模块的输出端分别与标度因数温补模块和零偏温度补偿模块的输入端连接，为该两个模块提供温度信息（T）；驱动控制回路为驱动检测电容信号通过驱动检测电极（C）经过放大和A/D采样后接入FPGA处理电路（2），分为两路，一路接入频率控制模块后，进入频率控制模块，实现频率控制和相位跟踪；另一路进入标度因数温补模块，实现标度因数补偿控制；标度因数温补模块输出端和频率控制模块的一个输出端接入幅度控制模块，实现幅度检测和控制；幅度控制模块的输出端接入调制控制模块，频率控制模块的另一个输出端也接入调制控制模块，实现幅度调制控制；调制控制模块的输出端经D/A转换和驱动接口电路与驱动谐振器驱动电极D连接，实现闭环驱动控制；检测控制回路为敏感检测电容信号通过敏感电极（S）经过放大和A/D采样后接入检测信号调理模块，同时频率控制模块的一个输出端也接入检测信号调理模块，实现检测信号放大、解调和滤波；检测信号调理模块的输出端和滤波模块的输出端分别与零偏温度补偿模块的两个输入端连接，实现零偏温度补偿；零偏温度补偿模块的输出端与输出信号端口Vout连接实现信号输出；在驱动控制回路中，所述标度因数温补模块为受到温度信息（T）控制的可变增益放大器；当温度信息（T）的温度系数为正系数时，标度因数温补模块将采取负系数进行补偿；当所述温度系数为负系数时，标度因数温补模块将采取正系数进行补偿；在检测控制回路中，所述零偏温度补偿模块为加法电路；当所述温度系数为正系数时，零偏温度补偿模块的零偏温度系数为正系数，零偏温度补偿模块采取负系数进行补偿；当所述温度系数为负系数时，零偏温度补偿模块的零偏温度系数为负系数，零偏温度补偿模块采取正系数进行补偿。