一种石英振梁加速度计驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种石英振梁加速度计驱动电路，包括稳压电源模块(1)、多谐振荡驱动电路模块(2)。所述稳压电源模块(1)为多谐振荡驱动电路模块(2)提供工作电源电压，所述稳压电源模块(1)基于串联反馈原理实现稳压电路设计，当输入供电电源电压增大或减小时，输出电压通过晶体管进行负反馈调节，保持不变。所述多谐振荡驱动电路模块(2)包含移相放大(21)、限幅放大(22)、波形整形(23)以及并联驱动(24)，其中移相放大(21)、限幅放大(22)与石英振梁加速度计表头一起形成闭环正反馈谐振。本发明专利技术提高了工作电压的稳定性和振梁敏感结构的谐振稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种石英振梁加速度计驱动电路
本专利技术属于惯性仪表或惯性器件
，具体涉及一种石英振梁加速度计驱动电路。
技术介绍
近十年来，石英振梁加速度计以高精度、小体积、低功耗以及直接数字化输出等特点，在国内外得到了快速发展。以美国的SDI500加速度计、法国ONERA系列一体化振梁加速度计等为代表，精度已经达到并超越了战术级，常温零偏稳定性优于10ug。在国内，石英振梁加速度计得益于多年的石英材料研究和MEMS工艺积累，也得到了长足的发展，零偏稳定性已达到几十ug。石英振梁加速度计的性能受驱动电路的直接影响,驱动电路的供电电压稳定性、驱动敏感结构稳定谐振等直接决定了振梁加速度计频率输出的稳定度、噪声水平、全温零位变化等指标。现有石英振梁加速度计驱动电路设计中，重点存在以下三个问题：1)工作电压不稳定。工作电压受输入电源电压、负载电流干扰，谐振驱动电路模块各环节的指标也带来变化，导致加速度计输出方波波形的噪声、相位和幅值等发生变化，从而影响输入加速度的测量精度。2)驱动振梁敏感结构不稳定谐振。谐振驱动电路在激励振梁谐振时，容易发生下降沿晃动过宽、全温相位变化偏大、泛音谐振等现象，导致工作模态不稳，振荡波形不对称、振荡温漂过大等问题。3)采用石英晶体振荡器检测工作环境温度，输出为频率信号，容易干扰两路振梁谐振输出信号，导致加速度计噪声增大。
技术实现思路
本专利技术需解决的技术问题是提供一种石英振梁加速度计驱动电路，能够保持工作电压稳定，驱动敏感结构稳定谐振，提高加速度计性能。为解决上述技术问题，本专利技术的实现方式为：一种石英振梁加速度计驱动电路，包括稳压电源模块、多谐振荡驱动电路模块。所述稳压电源模块为多谐振荡驱动电路模块提供工作电源电压，所述稳压电源模块基于串联反馈原理实现稳压电路设计，当输入供电电源电压增大或减小时，输出电压通过晶体管进行负反馈调节，保持不变。所述多谐振荡驱动电路模块包含移相放大、限幅放大、波形整形以及并联驱动，其中移相放大、限幅放大与石英振梁加速度计表头一起形成闭环正反馈谐振回路。进一步地，所述稳压电源模块具体实现方式如下：输入电源电压先经过反接保护二极管和限流电阻产生集电极电源，所述集电极电源随后分为三个支路：第一支路同时连接到第一晶体管和第二晶体管的集电极；第二支路通过基极限流电阻同时连接到第一晶体管和第二晶体管的基极；第一晶体管和第二晶体管的基极连接在一起后，通过稳压管接地，稳压管并联一个滤波电容；第三支路通过去耦电容直接接地，第一晶体管和第二晶体管分别通过射极为所述的多谐振荡驱动电路模块的反相器芯片供电。进一步地，所述移相放大由反相器以及并联在反相器两端的一个一级放大电阻组成，所述一级放大电阻与振梁加速度计表头的谐振串联等效电阻一起实现信号的反相放大。进一步地，所述限幅放大由一个连接电阻、两个二级放大电阻、两个二极管、一个二级反相器组成，连接电阻两端分别连接反相器的输出和二级反相器的输入，两个二级放大电阻串联后跨接在二级反相器的输入和输出端，两个二极管反相并联后跨接在二级反相器的输入与两个二级放大电阻串联的中间点，所述中间点也是驱动信号的输出点。进一步地，所述波形整形由一级反相器组成，信号经波形整形环节后，进入并联驱动环节；所述联驱动由两个并联的反相器组成。进一步地，还包括测温电路模块，所述测温模块基于硅基敏感温度电阻设计。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：1、设计了串联电压反馈型式的稳压工作电源模块。该电源模块能够克服供电电源波动和负载变化的干扰，避免加速度计输出方波波形的噪声、相位和幅值等受电压波动的影响，从而提高石英振梁加速度计的精度。2、设计了多谐振荡驱动电路模块，提高了振梁敏感结构的谐振稳定性。避免了常规谐振驱动电路在激励振梁谐振时，容易发生的下降沿晃动过宽、全温相位变化偏大、泛音谐振等现象，以及由此导致的工作模态不稳，振荡波形不对称、振荡温漂过大等问题。进一步提高了石英振梁加速度计的性能水平。3、设计基于半导体热敏效应的温度检测模块，输出为电流形式，有效避免了对石英振梁输出频率信号的干扰，同时提高了温度检测的灵敏度。附图说明图1是本专利技术实施例驱动电路原理框图；图2是本专利技术实施例的稳压电源模块与测温模块具体实现方式；图3是本专利技术实施例的多谐振荡驱动电路模块具体实现方式。具体实施方式下面结合附图和实施例来说明本专利技术的具体实施方式。本实施例提供的石英振梁加速度计驱动电路包括稳压电源模块1、多谐振荡驱动电路模块2和测温电路模块3，其原理框图如图1所示。所述稳压电源模块1为多谐振荡驱动电路模块2和测温电路模块3提供工作电源电压。稳压电源模块1基于串联反馈原理实现稳压电路，当输入供电电源电压增大或减小时，输出电压通过晶体管进行负反馈调节，保持不变。所述多谐振荡驱动电路模块2包含移相放大21、限幅放大22、波形整形23以及并联驱动24等环节，其中移相放大21、限幅放大22与石英振梁加速度计表头(即振梁敏感结构4)一起形成稳定的闭环正反馈谐振回路。在谐振状态下，振梁加速度计表头可等效为一个谐振串联等效电阻和一个静态电容的并联。所述测温模块3主要实现振梁加速度计内部的温度测量，为石英振梁加速度计频率输出提供温度补偿支撑。测温模块3基于硅基敏感温度电阻设计，输出阻抗高，抑制电源电压漂移的能力强，直接采用精密电流输出，避免了通常石英晶体温度传感器的频率输出对振动驱动电路的干扰。作为本专利技术的一个实施例，一种稳压电源模块的实现如图2所示。输入电源电压5先经过反接保护二极管6和限流电阻7产生集电极电源。该集电极电源随后分为三个支路：第一支路同时连接到第一晶体管12和第二第二晶体管13的集电极；第二支路通过基极限流电阻9同时连接到第一晶体管12和第二第二晶体管13的基极。第一晶体管12和第二第二晶体管13的基极连接在一起后，通过一个稳压管10接地，稳压管并联一个滤波电容11。第三支路通过去耦电容8直接接地。第一晶体管12和第二第二晶体管13分别通过射极为多谐振荡驱动电路模块的反相器芯片供电，即输出供电114和供电215。当输入电源电压增大或负载电阻增大时，工作电源电压随之增大，即第一晶体管12和第二第二晶体管13的射极电压升高；由于稳压管端10电压基本不变，即第一晶体管12和第二晶体管13的基极电位基本不变，所以第一晶体管12和第二晶体管13的基极-射极压降减小，导致第一晶体管12和第二晶体管13的基极和射极电流减小，从而使第一晶体管12和第二晶体管13的射极电压降低，实现了负反馈，维持射极电压不变，即为多谐振荡驱动电路模块供电的电压不变。此外，集电极电源也为测温电路供电，输出恒流源形式的温度信号16。作为本专利技术的一个实施例，一种驱动电路的多谐振荡驱动电路模块的实现如图3所示。当振梁加速度计表头被驱动信号激励时，产生输入信号给移相放大环节。移相放大环节主要由反相器17以及并联在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石英振梁加速度计驱动电路，包括稳压电源模块(1)、多谐振荡驱动电路模块(2)，其特征在于，/n所述稳压电源模块(1)为多谐振荡驱动电路模块(2)提供工作电源电压，所述稳压电源模块(1)基于串联反馈原理实现稳压电路设计，当输入供电电源电压增大或减小时，输出电压通过晶体管进行负反馈调节，保持不变；/n所述多谐振荡驱动电路模块(2)包含移相放大(21)、限幅放大(22)、波形整形(23)以及并联驱动(24)，其中移相放大(21)、限幅放大(22)与石英振梁加速度计表头一起形成闭环正反馈谐振回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种石英振梁加速度计驱动电路，包括稳压电源模块(1)、多谐振荡驱动电路模块(2)，其特征在于，
所述稳压电源模块(1)为多谐振荡驱动电路模块(2)提供工作电源电压，所述稳压电源模块(1)基于串联反馈原理实现稳压电路设计，当输入供电电源电压增大或减小时，输出电压通过晶体管进行负反馈调节，保持不变；
所述多谐振荡驱动电路模块(2)包含移相放大(21)、限幅放大(22)、波形整形(23)以及并联驱动(24)，其中移相放大(21)、限幅放大(22)与石英振梁加速度计表头一起形成闭环正反馈谐振回路。


2.如权利要求1所述的一种石英振梁加速度计驱动电路，其特征在于，所述稳压电源模块(1)具体实现方式如下：
输入电源电压(5)先经过反接保护二极管(6)和限流电阻(7)产生集电极电源，所述集电极电源随后分为三个支路：第一支路同时连接到第一晶体管(12)和第二晶体管(13)的集电极；第二支路通过基极限流电阻(9)同时连接到第一晶体管(12)和第二晶体管(13)的基极；第一晶体管(12)和第二晶体管(13)的基极连接在一起后，通过稳压管(10)接地，稳压管并联一个滤波电容(11)；第三支路通过去耦电容(8)直接接地，第一晶体管(12)和第二晶体管(13)分别通过射极为所述的多谐振荡驱动电路模块的反相器芯片供电。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马高印，张菁华，孙刚，刘晓智，丁凯，梁文华，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11