一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，电路包含了自激启动环路和驱动环路两大部分。其中自激启动环路包括CV转换电路、选频滤波器、移相电路、低通滤波器、驱动电路。驱动环路包括CV转换电路、ADC、数字滤波器、AGC幅度控制电路、PLL相位控制电路、DAC、环路滤波器、驱动电路。本发明专利技术采用自激振荡驱动方式与锁相环驱动方式相结合的驱动模态控制技术，既利用了自激振荡驱动方式起振速度快的优点，又避免了锁相环驱动方式需要预先设定初始频率的不足。同时还采用自适应调整与寄存器调整相结合的调整模式，针对不同陀螺表头谐振频率存在差异性的问题，快速对各个关键参数进行配置，从而使驱动环路快速跟踪陀螺表头的谐振频率，实现稳频稳幅振荡。实现稳频稳幅振荡。实现稳频稳幅振荡。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路


[0001]本专利技术涉及到一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路,属于集成电路


技术介绍

[0002]MEMS陀螺仪是一种基于柯里奥利效应的角速度传感器，具有成本低、体积小、易集成、功耗低、可靠性高等优点，在航空航天、汽车电子、消费电子、工业控制等领域都有着广泛的应用。驱动模态控制电路是MEMS陀螺仪重要的测控电路，驱动模态稳频稳幅振荡是MEMS陀螺仪稳定可靠工作的基础。当敏感轴有角速度输入时，基于柯里奥利效应，只有在驱动模态稳频稳幅振荡时，检测支路才会有与输入角速度成比例的输出。
[0003]常见的MEMS陀螺仪驱动模态控制方式分为自激振荡驱动方式和锁相环驱动方式。自激振荡驱动方式充分利用MEMS陀螺仪表头自身的谐振特性，具有起振速度快的优点，但同时也具有灵活性差、不易数字化的缺点。锁相环驱动方式设计灵活、易于数字化实现，但其缺点是需要预先设定合适的初始频率。由于MEMS加工工艺等影响因素的限制，不同陀螺表头的谐振频率存在较大的差异性，通常需要事先人工扫频来确定初始频率，陀螺的起振快慢与PL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，其特征在于：包括CV转换电路、选频滤波器、移相电路、低通滤波器、驱动电路、ADC、DAC、数字滤波器、AGC幅度控制电路以及PLL相位控制电路；其中，CV转换电路、选频滤波器、移相电路、低通滤波器以及驱动电路组成自激启动环路；自激启动环路中，CV转换电路的输入端连接MEMS陀螺仪表头驱动模态的检测电极，CV转换电路将MEMS陀螺仪的电容变化量转化为电压信号并进行放大，放大后的信号送给选频滤波器；选频滤波器将与MEMS陀螺仪表头谐振频率同频的信号提取出来并送入移相电路；移相电路用于产生90
°
相移，以抵消MEMS陀螺仪表头的驱动力与位移之间的90
°
相位差；移相后的信号经过低通滤波器滤波处理后传送到驱动电路，驱动能力得以增强后输出到MEMS陀螺仪表头的驱动电极，使得MEMS陀螺仪表头快速在其固有的谐振频率上谐振起来；CV转换电路、ADC、数字滤波器、AGC幅度控制电路、PLL相位控制电路、DAC、环路滤波器以及驱动电路组成闭环驱动环路；闭环驱动环路中，CV转换电路用于将MEMS陀螺仪的电容变化量转化为电压信号并放大，放大后的信号送给ADC电路将模拟信号转换为数字信号；数字信号再经数字滤波器滤波后将代表驱动模态幅值的信号输出到AGC幅度控制电路，同时将代表驱动模态相位的信号输出到PLL相位控制电路，两路信号经过乘法器调制后输出到DAC电路；DAC电路将数字信号转换为模拟信号，经过滤波后送入驱动电路；驱动电路用于增大信号的驱动能力，以给陀螺提供足够的驱动力；AGC幅度控制电路用于自动调节驱动电压的幅值，实现对驱动振幅的精确控制；PLL相位控制电路用于对驱动模态谐振频率和驱动模态检测信号的相位进行跟踪锁定。2.根据权利要求1所述的一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，其特征在于：还包括开关PH1、PH2和PH3；开关PH1设置在选频滤波器和移相电路之间，开关PH2设置在低通滤波器和驱动电路之间，开关PH3设置在驱动电路和环路滤波器之间。3.根据权利要求2所述的一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，其特征在于：在陀螺的启动阶段，开关PH1、PH2闭合，开关PH3断开，自激启动环路正常工作，闭环驱动环路断开；陀螺谐振起来后，开关PH1、PH2断开，开关PH3闭合，自激启动环路断开，闭环驱动环路正常工作。4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，其特征在于：还包括时钟锁相环电路，选频滤波器的输出端除了连接自激启动环路中的移相电路外，还同时连接时钟锁相环电路的输入端，为时钟锁相环电路提供参考频率信号，时钟锁相环电路用于提供系统时钟。5.根据权利要求4所述的一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，其特征在于：所述选频滤波器的中心频率、移相电路的相移、环路滤波器的带宽、锁相环的主频均为可调整设计，且通过相同的调整控制字协同控制；该调整控制字由两部分组成，其中一部分为根据陀螺表头的谐振频率自动产生的自适应调整控制字，另一部分通过寄存器进行配置；所述调整控制字通过自适应调整控制字产生电路产生。6.根据权利要求5所述的一种MEMS陀螺仪驱动模态控制电路，其特征在于：所述自适应调整控制字产生电路包括电流源I1、可变电容C1固定电容C2、可变电阻R1、开关网络、比较器和计数器；开关网络包括开关CLK1、CLK2、CLK3、CLK1N；电流源I1一端接电源电压，另一端连接开关CLK1和CLK1N的公共端，用于提供充电电流；开关网络用于闭合和断开充放电通路，CLK1为可变电容C1的充电开关，CLK2为可变电容
C1的放电开关；可变电容C1一端接地，另一端连接比较器的负输入端，用于调整充放电时间常数，改变比较器负输入端的电压值；固定电容C2一端接地，另一端连接比较器的正输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟晓娜，陈雷，张龙，赵磊，翁勋维，王仕祯，张静，单连志，
申请(专利权)人：北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：