微机械陀螺仪闭环驱动自动增益控制电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，频率检测锁相环路、幅度控制电路、可变增益放大电路，其中所述幅度控制电路接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和参考信号，所述幅度控制电路对所述微机械陀螺仪的振动差分信号进行峰值检测，并将峰值检测结果与参考信号进行比较并处理后，输出增益控制信号，从而稳定陀螺仪驱动信号幅度，提高陀螺仪测量精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微机械陀螺仪驱动信号处理技术，尤其涉及一种微机械陀螺仪闭环驱动自动增益控制电路。
技术介绍
为了提高微机械振动陀螺仪输出信号的灵敏度，通常要求驱动电压的频率与陀螺仪驱动模态的谐振频率相一致。微机械陀螺仪驱动方式分为开环驱动和闭环驱动。采用开环驱动方式，存在两个问题:一是由于加工工艺和加工误差的影响，同一设计结构、同一硅片上制作的陀螺仪，其驱动模态的谐振频率各不相同，对一批陀螺必须通过扫频方式逐一进行谐振频率的测量，来确定驱动电压的频率；二是对于某一特定陀螺仪，温度和气压变化及器件老化等原因都会引起其驱动模态的谐振频率发生变化。尽管频率变化可能较小，但由于陀螺仪的品质因数通常比较大，因此会造成输出信号偏移较大，降低测量精度。而闭环驱动电路能够实时追踪微机械振动陀螺仪驱动模态谐振频率的变化，及时调整驱动电压的频率和幅度，从而提高陀螺仪输出信号的灵敏度。因此，业界常用闭环驱动的方式下，陀螺仪振动频率能够实时自动跟踪驱动模态的固有频率，陀螺仪测量精度更高，稳定性更好，因此闭环驱动方式具有更好的发展前景。本技术提供一种微机械陀螺仪闭环驱动的幅度控制电路，以稳定陀螺仪驱动信号幅度，提高陀螺仪测量精度。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种微机械陀螺仪闭环驱动自动增益控制电路，以稳定陀螺仪驱动信号幅度，提高陀螺仪测量精度。为解决上述问题，本技术提供一种微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，包括:频率检测锁相环路，接收并根据所述微机械陀螺仪的振动差分信号，输出时钟信号；幅度控制电路，接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和参考信号，所述幅度控制电路对所述微机械陀螺仪的振动差分信号进行峰值检测，并将峰值检测结果与参考信号进行比较并处理后，输出增益控制信号，其中所述幅度控制电路依次包括峰值检测模块、加法模块、增益电路模块、差分转单端电路及低通滤波器；其中所述峰值检测模块接收并根据所述微机械陀螺仪的振动差分信号和所述时钟信号，获得并输出峰值差分信号；所述加法模块接收所述峰值差分信号和参考信号，并将所述峰值差分信号和参考信号进行比较后，获得并输出比较差分信号；以及所述增益电路模块接收所述比较差分信号和所述时钟信号，输出增益差分信号，所述差分转单端电路接收所述增益差分信号和所述时钟信号，输出具有带外噪声信号的增益控制信号，低通滤波器接收所述具有带外噪声信号的增益控制信号和所述时钟信号，滤除噪声信号后输出增益控制信号；以及可变增益放大电路，接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和所述增益控制信号，并根据所述增益控制信号输出驱动差分信号至所述微机械陀螺仪，以使所述微机械陀螺仪保持稳定恒幅振荡状态。进一步的，所述峰值检测模块、加法模块与增益电路模块组成的开关电容电路包括:两个输入端，两个输出端，由八个开关、四个电容组成的运算电路以及由一个运算放大器、两个电容和两个开关组成的差分电路；所述运算电路用于获得所述振动差分信号的峰值并与所述参考信号进行比较后，获得峰值差分信号和比较差分信号并输出比较差分信号；所述差分电路接收并将所述比较差分信号进行增益处理后，输出增益差分信号。进一步的，在所述运算电路中:所述运算电路的第一输入端接所述微机械陀螺仪的振动差分信号中一信号，且所述第一输入端与共模电平分别接第一开关和第二开关后共同接第一电容，以采集所述微机械陀螺仪的振动差分信号中一信号的峰值，地线电平与所述参考信号分别接第三开关和第四开关后共同接第二电容，以采集所述参考信号的峰值，所述第一电容和所述第二电容共同接所述差分电路的第一输入端；以及所述运算电路的第二输入端接所述微机械陀螺仪的振动差分信号中另一信号，且所述第二输入端与共模电平分别接第五开关和第六开关后共同接第三电容，以采集所述微机械陀螺仪的振动差分信号中另一信号的峰值，地线电平与所述参考信号分别接第七开关和第八开关后共同接第四电容，以采集所述参考的峰值，所述第三电容和所述第四电容共同接所述差分电路的第二输入端；所述时钟信号控制第一至第八开关的开启和关闭。进一步的，在所述差分电路中:所述第九开关与所述第五电容并联的一端为所述差分电路的第一输入端，另一端为所述差分电路的第一输出端，所述第一输出端输出所述增益差分信号中一信号；所述第十开关与所述第六电容并联的一端为所述差分电路的第二输入端，另一端为所述差分电路的第二输出端，所述第二输出端输出所述增益差分信号中另一信号；以及第一运算放大器两输入端分别接所述差分电路的第一输入端和第二输入端，两输出端分别接所述差分电路的第一输出端和第二输出端；所述时钟信号控制所述第九开关和第十开关的开启和关闭。进一步的，所述差分转单端电路的开关电容电路包括两个输入端、一个输出端、四个电容、四个开关以及一个运算放大器，其中:所述差分转单端电路的第一输入端接所述增益差分信号中一信号，所述差分转单端电路的第一输入端通过第七电容与第二运算放大器一输入端连接；所述差分转单端电路的第二输入端接所述增益差分信号中另一信号，所述差分转单端电路的第一输入端通过第八电容与所述第二运算放大器另一输入端连接；共模电平通过依次第十一开关和第九电容接于所述第七电容和所述第二运算放大器一输入端之间，共模电平还通过并联的第十二开关和第十电容接于所述第八电容和所述第二运算放大器另一输入端之间；第十三开关一端接于所述第十一开关和所述第九电容之间，另一端与所述第二运算放大器的输出端共同接所述差分转单端电路的输出端；第十四开关接于所述第七电容和所述第二运算放大器一输入端之间，另一端接所述差分转单端电路的输出端。进一步的，低通滤波器的开关电容电路包括一输入端、一输出端、一个运算放大器、四个开关及两个电容，其中，所述低通滤波器的输入端依次通过第十五开关、第十一电容及第十六开关接第三运算放大器的一端，第十二电容的一端接所述第十六开关和所述第三运算放大器的一端；第十七开关的一端接所述第十一电容和所述第十六开关之间，另一端接所述第三运算放大器的另一端，共模电平接所述第三运算放大器的另一端；以及第十八开关的一端接所述第十五开关和所述第十一电容之间，另一端接所述低通滤波器的输出端。进一步的，所述频率检测锁相环路依次包括频率比较器、由鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器及分频器组成的环路以及相移器；其中所述频率比较器接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号，并输出参考比较信号；在所述鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器及分频器构成的环路中，所述鉴频鉴相器接收所述参考比较信号和所述分频器输出的分频信号，输出反应频率误差和相位误差的比较差分信号，所述电荷泵经过接收所述比较差分信号，输出调整信号，所述压控振荡器接收所述调整信号输出控制电压信号至所述分频器，所述分频器输出所述分频信号至所述鉴频鉴相器和相移器；所述相移器接收所述分频信号，相移90度后输出时钟信号。综上所述，本技术所述微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路包括频率检测锁相环路、幅度控制电路及可变增益放大电路，其中所述频率检测锁相环路能够提供锁频的时钟信号，同时所述幅度控制电路通过接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和参考信号，对所述微机械陀螺仪的振动差分信号进行峰值检测，并将峰值检测结果与参考信号进行比较并处理后，输出增益控制信号。故所述闭环驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，其特征在于，包括：?频率检测锁相环路，接收并根据所述微机械陀螺仪的振动差分信号，输出时钟信号；?幅度控制电路，接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和参考信号，所述幅度控制电路对所述微机械陀螺仪的振动差分信号进行峰值检测，并将峰值检测结果与参考信号进行比较并处理后，输出增益控制信号，其中所述幅度控制电路依次包括峰值检测模块、加法模块、增益电路模块、差分转单端电路及低通滤波器；其中?所述峰值检测模块接收并根据所述微机械陀螺仪的振动差分信号和所述时钟信号，获得并输出峰值差分信号；?所述加法模块接收所述峰值差分信号和参考信号，并将所述峰值差分信号和参考信号进行比较后，获得并输出比较差分信号；以及?所述增益电路模块接收所述比较差分信号和所述时钟信号，输出增益差分信号，所述差分转单端电路接收所述增益差分信号和所述时钟信号，输出具有带外噪声信号的增益控制信号，低通滤波器接收所述具有带外噪声信号的增益控制信号和所述时钟信号，滤除噪声信号后输出增益控制信号；以及?可变增益放大电路，接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和所述增益控制信号，并根据所述增益控制信号输出驱动差分信号至所述微机械陀螺仪，以使所述微机械陀螺仪保持稳定恒幅振荡状态。...

【技术特征摘要】
1.一种微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，其特征在于，包括:频率检测锁相环路，接收并根据所述微机械陀螺仪的振动差分信号，输出时钟信号；幅度控制电路，接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和参考信号，所述幅度控制电路对所述微机械陀螺仪的振动差分信号进行峰值检测，并将峰值检测结果与参考信号进行比较并处理后，输出增益控制信号，其中所述幅度控制电路依次包括峰值检测模块、加法模块、增益电路模块、差分转单端电路及低通滤波器；其中 所述峰值检测模块接收并根据所述微机械陀螺仪的振动差分信号和所述时钟信号，获得并输出峰值差分信号； 所述加法模块接收所述峰值差分信号和参考信号，并将所述峰值差分信号和参考信号进行比较后，获得并输出比较差分信号；以及 所述增益电路模块接收所述比较差分信号和所述时钟信号，输出增益差分信号，所述差分转单端电路接收所述增益差分信号和所述时钟信号，输出具有带外噪声信号的增益控制信号，低通滤波器接收所述具有带外噪声信号的增益控制信号和所述时钟信号，滤除噪声信号后输出增益控制信号；以及 可变增益放大电路，接收所述微机械陀螺仪的振动差分信号和所述增益控制信号，并根据所述增益控制信号输出驱动差分信号至所述微机械陀螺仪，以使所述微机械陀螺仪保持稳定恒幅振荡状态。2.如权利要求1所述的微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，其特征在于，所述峰值检测模块、加法模块与增益电路模块组成的开关电容电路包括:两个输入端，两个输出端，由八个开关、四个电容组成的运算电路以及由一个运算放大器、两个电容和两个开关组成的差分电路；所述运算电路用于获得所述振动差分信号的峰值并与所述参考信号进行比较后，获得峰值差分信号和比较差分信号并输出比较差分信号；所述差分电路接收并将所述比较差分信号进行增益处理后，输出增益差分信号。3.如权利要求2所述的微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，其特征在于，在所述运算电路中: 所述运算电路的第一输入端接所述微机械陀螺仪的振动差分信号中一信号，且所述第一输入端与共模电平分别接第一开关和第二开关后共同接第一电容，以米集所述微机械陀螺仪的振动差分信号中一信号的峰值，地线电平与所述参考信号分别接第三开关和第四开关后共同接第二电容，以采集所述参考信号的峰值，所述第一电容和所述第二电容共同接所述差分电路的第一输入端；以及 所述运算电路的第二输入端接所述微机械陀螺仪的振动差分信号中另一信号，且所述第二输入端与共模电平分别接第五开关和第六开关后共同接第三电容，以采集所述微机械陀螺仪的振动差分信号中另一信号的峰值，地线电平与所述参考信号分别接第七开关和第八开关后共同接第四电容，以采集所述参考的峰值，所述第三电容和所述第四电容共同接所述差分电路的第二输入端；所述时钟信号控制第一至第八开关的开启和关闭。4.如权利要求2所述的微机械陀螺仪的闭环驱动自动增益控制电路，其特征在于，所述差分电路包括第九开关、 第十开关、第五电容、第六电容和第一运算放大器，在所述差分电路中:...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑泉智，潘华兵，陈灿锋，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：实用新型
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