專利名稱：微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及微機械陀螺儀驅(qū)動信號處理技術(shù)，尤其涉及一種微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路。
背景技術(shù)：
為了提高微機械振動陀螺儀輸出信號的靈敏度，通常要求驅(qū)動電壓的頻率與陀螺儀驅(qū)動模態(tài)的諧振頻率相一致。微機械陀螺儀驅(qū)動方式分為開環(huán)驅(qū)動和閉環(huán)驅(qū)動。采用開環(huán)驅(qū)動方式，存在兩個問題:一是由于加工工藝和加工誤差的影響，同一設(shè)計結(jié)構(gòu)、同一硅片上制作的陀螺儀，其驅(qū)動模態(tài)的諧振頻率各不相同，對一批陀螺必須通過掃頻方式逐一進(jìn)行諧振頻率的測量，來確定驅(qū)動電壓的頻率；二是對于某一特定陀螺儀，溫度和氣壓變化及器件老化等原因都會引起其驅(qū)動模態(tài)的諧振頻率發(fā)生變化。盡管頻率變化可能較小，但由于陀螺儀的品質(zhì)因數(shù)通常比較大，因此會造成輸出信號偏移較大，降低測量精度。而閉環(huán)驅(qū)動電路能夠?qū)崟r追蹤微機械振動陀螺儀驅(qū)動模態(tài)諧振頻率的變化，及時調(diào)整驅(qū)動電壓的頻率和幅度，從而提高陀螺儀輸出信號的靈敏度。因此，業(yè)界常用閉環(huán)驅(qū)動的方式下，陀螺儀振動頻率能夠?qū)崟r自動跟蹤驅(qū)動模態(tài)的固有頻率，陀螺儀測量精度更高，穩(wěn)定性更好，因此閉環(huán)驅(qū)動方式具有更好的發(fā)展前景。本實用新型提供一種微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動的幅度控制電路，以穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動信號幅度，提高陀螺儀測量精度。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，以穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動信號幅度，提高陀螺儀測量精度。為解決上述問題，本實用新型提供一種微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，包括:頻率檢測鎖相環(huán)路，接收并根據(jù)所述微機械陀螺儀的振動差分信號，輸出時鐘信號；幅度控制電路，接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號和參考信號，所述幅度控制電路對所述微機械陀螺儀的振動差分信號進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號，其中所述幅度控制電路依次包括峰值檢測模塊、加法模塊、增益電路模塊、差分轉(zhuǎn)單端電路及低通濾波器；其中所述峰值檢測模塊接收并根據(jù)所述微機械陀螺儀的振動差分信號和所述時鐘信號，獲得并輸出峰值差分信號；所述加法模塊接收所述峰值差分信號和參考信號，并將所述峰值差分信號和參考信號進(jìn)行比較后，獲得并輸出比較差分信號；以及所述增益電路模塊接收所述比較差分信號和所述時鐘信號，輸出增益差分信號，所述差分轉(zhuǎn)單端電路接收所述增益差分信號和所述時鐘信號，輸出具有帶外噪聲信號的增益控制信號，低通濾波器接收所述具有帶外噪聲信號的增益控制信號和所述時鐘信號，濾除噪聲信號后輸出增益控制信號；以及可變增益放大電路，接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號和所述增益控制信號，并根據(jù)所述增益控制信號輸出驅(qū)動差分信號至所述微機械陀螺儀，以使所述微機械陀螺儀保持穩(wěn)定恒幅振蕩狀態(tài)。[0007]進(jìn)一步的，所述峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路包括:兩個輸入端，兩個輸出端，由八個開關(guān)、四個電容組成的運算電路以及由一個運算放大器、兩個電容和兩個開關(guān)組成的差分電路；所述運算電路用于獲得所述振動差分信號的峰值并與所述參考信號進(jìn)行比較后，獲得峰值差分信號和比較差分信號并輸出比較差分信號；所述差分電路接收并將所述比較差分信號進(jìn)行增益處理后，輸出增益差分信號。進(jìn)一步的，在所述運算電路中:所述運算電路的第一輸入端接所述微機械陀螺儀的振動差分信號中一信號，且所述第一輸入端與共模電平分別接第一開關(guān)和第二開關(guān)后共同接第一電容，以采集所述微機械陀螺儀的振動差分信號中一信號的峰值，地線電平與所述參考信號分別接第三開關(guān)和第四開關(guān)后共同接第二電容，以采集所述參考信號的峰值，所述第一電容和所述第二電容共同接所述差分電路的第一輸入端；以及所述運算電路的第二輸入端接所述微機械陀螺儀的振動差分信號中另一信號，且所述第二輸入端與共模電平分別接第五開關(guān)和第六開關(guān)后共同接第三電容，以采集所述微機械陀螺儀的振動差分信號中另一信號的峰值，地線電平與所述參考信號分別接第七開關(guān)和第八開關(guān)后共同接第四電容，以采集所述參考的峰值，所述第三電容和所述第四電容共同接所述差分電路的第二輸入端；所述時鐘信號控制第一至第八開關(guān)的開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步的，在所述差分電路中:所述第九開關(guān)與所述第五電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第一輸入端，另一端為所述差分電路的第一輸出端，所述第一輸出端輸出所述增益差分信號中一信號；所述第十開關(guān)與所述第六電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第二輸入端，另一端為所述差分電路的第二輸出端，所述第二輸出端輸出所述增益差分信號中另一信號；以及第一運算放大器兩輸入端分別接所述差分電路的第一輸入端和第二輸入端，兩輸出端分別接所述差分電路的第一輸出端和第二輸出端；所述時鐘信號控制所述第九開關(guān)和第十開關(guān)的開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步的，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路包括兩個輸入端、一個輸出端、四個電容、四個開關(guān)以及一個運算放大器，其中:所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端接所述增益差分信號中一信號，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第七電容與第二運算放大器一輸入端連接；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第二輸入端接所述增益差分信號中另一信號，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第八電容與所述第二運算放大器另一輸入端連接；共模電平通過依次第十一開關(guān)和第九電容接于所述第七電容和所述第二運算放大器一輸入端之間，共模電平還通過并聯(lián)的第十二開關(guān)和第十電容接于所述第八電容和所述第二運算放大器另一輸入端之間；第十三開關(guān)一端接于所述第十一開關(guān)和所述第九電容之間，另一端與所述第二運算放大器的輸出端共同接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端；第十四開關(guān)接于所述第七電容和所述第二運算放大器一輸入端之間，另一端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端。進(jìn)一步的，低通濾波器的開關(guān)電容電路包括一輸入端、一輸出端、一個運算放大器、四個開關(guān)及兩個電容，其中，所述低通濾波器的輸入端依次通過第十五開關(guān)、第十一電容及第十六開關(guān)接第三運算放大器的一端，第十二電容的一端接所述第十六開關(guān)和所述第三運算放大器的一端；第十七開關(guān)的一端接所述第十一電容和所述第十六開關(guān)之間，另一端接所述第三運算放大器的另一端，共模電平接所述第三運算放大器的另一端；以及第十八開關(guān)的一端接所述第十五開關(guān)和所述第十一電容之間，另一端接所述低通濾波器的輸出端。進(jìn)一步的，所述頻率檢測鎖相環(huán)路依次包括頻率比較器、由鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器組成的環(huán)路以及相移器；其中所述頻率比較器接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號，并輸出參考比較信號；在所述鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器構(gòu)成的環(huán)路中，所述鑒頻鑒相器接收所述參考比較信號和所述分頻器輸出的分頻信號，輸出反應(yīng)頻率誤差和相位誤差的比較差分信號，所述電荷泵經(jīng)過接收所述比較差分信號，輸出調(diào)整信號，所述壓控振蕩器接收所述調(diào)整信號輸出控制電壓信號至所述分頻器，所述分頻器輸出所述分頻信號至所述鑒頻鑒相器和相移器；所述相移器接收所述分頻信號，相移90度后輸出時鐘信號。綜上所述，本實用新型所述微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路包括頻率檢測鎖相環(huán)路、幅度控制電路及可變增益放大電路，其中所述頻率檢測鎖相環(huán)路能夠提供鎖頻的時鐘信號，同時所述幅度控制電路通過接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號和參考信號，對所述微機械陀螺儀的振動差分信號進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號。故所述閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路可以通過自身頻率檢測即可自身電路檢測，并實現(xiàn)自動增益控制，無需增加外圍檢測設(shè)備，以穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動信號幅度，提高陀螺儀測量精度。進(jìn)一步的，所述幅度控制電路的開關(guān)電容電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)且制造成本低，進(jìn)而降低所述微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路的制造成本，提高所述微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路的適用范圍。
圖1為由本實用新型一實施例中閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路組成的微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)。圖2為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路示意圖。圖5為圖4所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。圖6為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路示意圖。圖7為圖6所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。圖8為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的低通濾波器的開關(guān)電容電路示意圖。圖9為圖8所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。圖10為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中頻率檢測鎖相環(huán)路的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本實用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本實用新型并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本實用新型利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本實用新型實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本實用新型的限定。圖1為由本實用新型一實施例中閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路組成的微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)。圖2為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。結(jié)合圖1和圖2，本實用新型提供一種微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，包括:頻率檢測鎖相環(huán)路103、幅度控制電路102和可變增益放大電路101。所述頻率檢測鎖相環(huán)路103接收并根據(jù)所述微機械陀螺儀的振動差分信號Vinl、Vin2，輸出時鐘信號CLK ；所述幅度控制電路102，接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號Vinl、Vin2和參考信號Vref，所述幅度控制電路102對所述微機械陀螺儀的振動差分信號Vinl、Vin2進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號Vref進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號Vctrl ;以及所述可變增益放大電路101，接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號Vinl、Vin2和所述增益控制信號Vctrl，并根據(jù)所述增益控制信號Vctrl輸出驅(qū)動差分信號Dl、D2至所述微機械陀螺儀10，以使所述微機械陀螺儀10保持穩(wěn)定恒幅振蕩狀態(tài)。圖3為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。優(yōu)選的，如圖3所示，本實用新型所述微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路的所述幅度控制電路102依次包括峰值檢測模塊201、加法模塊202、增益電路模塊203、差分轉(zhuǎn)單端電路204及低通濾波器205。其中，所述峰值檢測模塊201接收并根據(jù)所述微機械陀螺儀的振動差分信號VinU Vin2和所述時鐘信號CLK，獲得并輸出峰值差分信號la、lb。所述峰值檢測模塊201用于檢測振動差分信號Vinl和Vin2的峰值電壓。所述峰值檢測模塊201具有兩差分輸入端、第三輸入端和兩差分輸出端，其中兩差分輸入端接受振動差分信號Vinl和Vin2輸入。第三輸入端接時鐘信號CLK，時鐘信號CLK與輸入信號Vinl和Vin2相位差90°，差分輸出端la、lb接加法模塊202的差分輸入端。所述加法模塊202接收所述峰值差分信號la、Ib和參考信號Vref，并將所述峰值差分信號la、lb和參考信號Vref進(jìn)行比較后，獲得并輸出比較差分信號2a、2b。所述加法模塊202根據(jù)峰值檢測模塊201輸出的峰值差分信號la、Ib得到峰值電壓，并用參考信號Vref減去峰值電壓，從而輸出反應(yīng)峰值變化的比較差分信號2a、2b。所述加法模塊202具有兩差分輸入端、第三輸入端和兩差分輸出端，兩差分輸入端接峰值檢測模塊201的輸出端，第三輸入端接參考信號Vref，兩差分輸出端接增益電路模塊203的差分輸入端。所述增益電路模塊203用于將加法器202輸出的比較差分信號2a、2b進(jìn)行信號放大，接收所述比較差分信號2a、2b和所述時鐘信號CLK，輸出增益差分信號3a、3b，包括兩差分輸入端、第三輸入端和兩差分輸出端，兩差分輸入端接加法模塊202的輸出端，兩差分輸出端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸入端，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204接收所述增益差分信號3a、3b和所述時鐘信號CLK，輸出具有帶外噪聲信號的增益控制信號4a，低通濾波器205接收所述具有帶外噪聲信號的增益控制信號4a和所述時鐘信號CLK，濾除噪聲信號后輸出增益控制信號Vctrl，所述比較差分信號2a、2b通過調(diào)節(jié)增益電路模塊203的增益，可以調(diào)節(jié)微機械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動的環(huán)路穩(wěn)定性。所述差分轉(zhuǎn)單端電路204，將增益電路模塊203輸出的增益差分信號3a、3b轉(zhuǎn)換為單端的具有帶外噪聲信號的增益控制信號4a。差分轉(zhuǎn)單端電路204具有兩差分輸入端、第三輸入端和一個單端輸出端，兩差分輸入端接增益電路模塊203的輸出端,第三輸入端接時鐘信號CLK，單端輸出端接低通濾波器205輸入端，輸出具有帶外噪聲信號的增益控制信號4a ο所述低通濾波器205用于濾除帶外噪聲信號，輸出增益控制信號Vctrl。所述低通濾波器205具有第一信號輸入端、第二信號輸入端和一個輸出端Vctrl,所述第一信號輸入端接差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端，第二輸入端接時鐘信號CLK，輸出端接所述可變增益放大電路101的增益控制端。圖4為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路示意圖。在較佳的實施例中，所述峰值檢測模塊201、加法模塊202與增益電路模塊203組成的開關(guān)電容電路(SC電路)如圖4所示，具體包括:兩個輸入端，兩個輸出端，由八個開關(guān)SI S4、SI， S4’、四個電容Cil Ci4組成的運算電路以及由一個運算放大器0PA1、兩個電容Cfl、Cf2和兩個開關(guān)S5、S5’組成的差分電路；所述運算電路用于獲得所述振動差分信號Vinl、Vin2的峰值并與所述參考信號Vref進(jìn)行比較后，獲得峰值差分信號la、lb和比較差分信號2a、2b并輸出比較差分信號2&、213;所述差分電路接收并將所述比較差分信號2&、213進(jìn)行增益處理后，輸出增益差分信號3a、3b。進(jìn)一步的，在所述運算電路中:所述運算電路的第一輸入端接所述微機械陀螺儀的振動差分信號中一信號Vinl，且所述第一輸入端與共模電平Vc分別接第一開關(guān)S2和第二開關(guān)SI后共同接第一電容Cil,以米集所述微機械陀螺儀的振動差分信號中一信號Vinl的峰值，地線電平與所述參考信號Vref分別接第三開關(guān)S4和第四開關(guān)S3后共同接第二電容Ci2，以采集所述參考信號Vref的峰值，所述第一電容Cil和所述第二電容Ci2共同接所述差分電路的第一輸入端。所述運算電路的第二輸入端接所述微機械陀螺儀的振動差分信號中另一信號Vin2，且所述第二輸入端與共模電平Vc分別接第五開關(guān)S2’和第六開關(guān)后SI’共同接第三電容Ci3，以采集所述微機械陀螺儀的振動差分信號中另一信號Vin2的峰值，地線電平與所述參考信號Vref分別接第七開關(guān)S3’和第八開關(guān)S4’后共同接第四電容Ci4，以采集所述參考信號Vref的峰值，所述第三電容Ci3和所述第四電容Ci4共同接所述差分電路的第二輸入端；所述時鐘信號CLK控制第一至第八開關(guān)SI S4、SI’ S4’的開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步的，在所述差分電路中:所述第九開關(guān)S5與所述第五電容Cfl并聯(lián)的一端為所述差分電路的第一輸入端，另一端為所述差分電路的第一輸出端，所述第一輸出端輸出所述增益差分信號中一信號3a ;所述第十開關(guān)S5’與所述第六電容Cf2并聯(lián)的一端為所述差分電路的第二輸入端，另一端為所述差分電路的第二輸出端，所述第二輸出端輸出所述增益差分信號中另一信號3b ;以及第一運算放大器OPAl兩輸入端分別接所述差分電路的第一輸入端和第二輸入端，兩輸出端分別接所述差分電路的第一輸出端和第二輸出端；所述時鐘信號CLK控制所述第九開關(guān)S5和第十開關(guān)S5’的開啟和關(guān)閉。圖5為圖4所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。結(jié)合圖5和圖4，所述第九開關(guān)S5和第十開關(guān)S5’為峰值檢測、采樣開關(guān)。第一至第八開關(guān)SI S4、S1’ S4’實現(xiàn)加法功能，在第九開關(guān)S5和第十開關(guān)S5’斷開時，第一運算放大器OPAl、四個電容Cil Ci4和兩個電容Cfl、Cf2構(gòu)成反饋環(huán)路，從而實現(xiàn)增益放大功能。圖6為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路示意圖。在較佳的實施例中，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的開關(guān)電容電路(SC電路)如圖6所示，具體包括兩個輸入端、一個輸出端、四個電容、四個開關(guān)以及一個運算放大器。其中，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的第一輸入端接所述增益差分信號中一信號3a，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的第一輸入端通過第七電容Cs2與第二運算放大器0PA2的一輸入端(具體地，負(fù)向輸入端)連接；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第二輸入端接所述增益差分信號中另一信號3b，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的第一輸入端通過第八電容Csi與所述第二運算放大器0PA2的另一輸入端(具體地，正向輸入端)連接；共模電平Vc依次通過第十一開關(guān)Sll和第九電容Ch2接于所述第七電容Cs2和所述第二運算放大器0PA2的一輸入端之間，共模電平Vc還通過并聯(lián)的第十二開關(guān)S12和第十電容Chl接于所述第八電容Csi和所述第二運算放大器0PA2的另一輸入端之間，所述第十電容Chl起保持作用；第十三開關(guān)S13 —端接于所述第十一開關(guān)Sll和所述第九電容Ch2之間，另一端與所述第二運算放大器0PA2的輸出端共同接所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端，所述第九電容Ch2起保持作用；第十四開關(guān)S14接于所述第七電容Cs2和所述第二運算放大器0PA2 —輸入端之間，另一端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端輸出具有帶外噪聲信號的增益控制信號4a。圖7為圖 6所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。結(jié)合圖7和圖6，當(dāng)開關(guān)第十一開關(guān)S11、第十二開關(guān)S12和第十四開關(guān)S14導(dǎo)通時，差分轉(zhuǎn)單端電路204采樣輸入增益差分信號3a、3b。當(dāng)?shù)谑_關(guān)S13導(dǎo)通時，差分轉(zhuǎn)單端電路204可以實現(xiàn)減法功能，將
差分信號轉(zhuǎn)為單端信號輸出。所示差分轉(zhuǎn)單端電路204的傳遞函數(shù)為P4a =--Kd，
其中 Chl — Ch2，Cs1-Cs2。圖8為本實用新型一實施例中微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路中幅度控制電路的低通濾波器的開關(guān)電容電路示意圖。在較佳的實施例中，所述低通濾波器205的開關(guān)電容電路(SC電路)如圖8所不,包括一輸入端、一輸出端、一個運算放大器、四個開關(guān)及兩個電容，其中，所述低通濾波器205的輸入端依次通過第十五開關(guān)S15、第十一電容Ci5及第十六開關(guān)S16接第三運算放大器0PA3的一端,第十二電容Cf2的一端接所述第十六開關(guān)S16和所述第三運算放大器0PA3的一端之間；第十七開關(guān)S17的一端接所述第十一電容Ci5和所述第十六開關(guān)S16之間，另一端接所述第三運算放大器0PA3的另一端，共模電平Vc接所述第三運算放大器0PA3的另一端；以及第十八開關(guān)S18的一端接所述第十五開關(guān)S15和所述第十一電容Ci5之間，另一端接所述低通濾波器205的輸出端，所述低通濾波器205的輸出端輸出增益控制信號4a。圖9為圖8所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。結(jié)合圖9和圖8，其中，第十一電容Ci5和第十五開關(guān)至第十八開關(guān)S15、S16、S17、S18分別構(gòu)成輸入和反饋等效電阻，，所
述第十二電容Cf2起濾波作用。則低通濾波器205的-3dB帶寬為
權(quán)利要求1.一種微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，包括:頻率檢測鎖相環(huán)路，接收并根據(jù)所述微機械陀螺儀的振動差分信號，輸出時鐘信號；幅度控制電路，接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號和參考信號，所述幅度控制電路對所述微機械陀螺儀的振動差分信號進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號，其中所述幅度控制電路依次包括峰值檢測模塊、加法模塊、增益電路模塊、差分轉(zhuǎn)單端電路及低通濾波器；其中 所述峰值檢測模塊接收并根據(jù)所述微機械陀螺儀的振動差分信號和所述時鐘信號，獲得并輸出峰值差分信號； 所述加法模塊接收所述峰值差分信號和參考信號，并將所述峰值差分信號和參考信號進(jìn)行比較后，獲得并輸出比較差分信號；以及 所述增益電路模塊接收所述比較差分信號和所述時鐘信號，輸出增益差分信號，所述差分轉(zhuǎn)單端電路接收所述增益差分信號和所述時鐘信號，輸出具有帶外噪聲信號的增益控制信號，低通濾波器接收所述具有帶外噪聲信號的增益控制信號和所述時鐘信號，濾除噪聲信號后輸出增益控制信號；以及 可變增益放大電路，接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號和所述增益控制信號，并根據(jù)所述增益控制信號輸出驅(qū)動差分信號至所述微機械陀螺儀，以使所述微機械陀螺儀保持穩(wěn)定恒幅振蕩狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，所述峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路包括:兩個輸入端，兩個輸出端，由八個開關(guān)、四個電容組成的運算電路以及由一個運算放大器、兩個電容和兩個開關(guān)組成的差分電路；所述運算電路用于獲得所述振動差分信號的峰值并與所述參考信號進(jìn)行比較后，獲得峰值差分信號和比較差分信號并輸出比較差分信號；所述差分電路接收并將所述比較差分信號進(jìn)行增益處理后，輸出增益差分信號。
3.如權(quán)利要求2所述的微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，在所述運算電路中: 所述運算電路的第一輸入端接所述微機械陀螺儀的振動差分信號中一信號，且所述第一輸入端與共模電平分別接第一開關(guān)和第二開關(guān)后共同接第一電容，以米集所述微機械陀螺儀的振動差分信號中一信號的峰值，地線電平與所述參考信號分別接第三開關(guān)和第四開關(guān)后共同接第二電容，以采集所述參考信號的峰值，所述第一電容和所述第二電容共同接所述差分電路的第一輸入端；以及 所述運算電路的第二輸入端接所述微機械陀螺儀的振動差分信號中另一信號，且所述第二輸入端與共模電平分別接第五開關(guān)和第六開關(guān)后共同接第三電容，以采集所述微機械陀螺儀的振動差分信號中另一信號的峰值，地線電平與所述參考信號分別接第七開關(guān)和第八開關(guān)后共同接第四電容，以采集所述參考的峰值，所述第三電容和所述第四電容共同接所述差分電路的第二輸入端；所述時鐘信號控制第一至第八開關(guān)的開啟和關(guān)閉。
4.如權(quán)利要求2所述的微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，所述差分電路包括第九開關(guān)、 第十開關(guān)、第五電容、第六電容和第一運算放大器，在所述差分電路中: 所述第九開關(guān)與所述第五電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第一輸入端，另一端為所述差分電路的第一輸出端，所述第一輸出端輸出所述增益差分信號中一信號； 所述第十開關(guān)與所述第六電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第二輸入端，另一端為所述差分電路的第二輸出端，所述第二輸出端輸出所述增益差分信號中另一信號；以及 第一運算放大器兩輸入端分別接所述差分電路的第一輸入端和第二輸入端，兩輸出端分別接所述差分電路的第一輸出端和第二輸出端；所述時鐘信號控制所述第九開關(guān)和第十開關(guān)的開啟和關(guān)閉。
5.如權(quán)利要求1所述的微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路包括兩個輸入端、一個輸出端、四個電容、四個開關(guān)以及一個運算放大器，其中: 所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端接所述增益差分信號中一信號，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第七電容與第二運算放大器一輸入端連接；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第二輸入端接所述增益差分信號中另一信號，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第八電容與所述第二運算放大器另一輸入端連接； 共模電平通過依次第十一開關(guān)和第九電容接于所述第七電容和所述第二運算放大器一輸入端之間，共模電平還通過并聯(lián)的第十二開關(guān)和第十電容接于所述第八電容和所述第二運算放大器另一輸入端之間； 第十三開關(guān)一端接于所述第十一開關(guān)和所述第九電容之間，另一端與所述第二運算放大器的輸出端共同接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端； 第十四開關(guān)接于所述第七電容和所述第二運算放大器一輸入端之間，另一端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端。
6.如權(quán)利要求1所述的微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，低通濾波器的開關(guān)電容電路包括一輸入端、一輸出端、一個運算放大器、四個開關(guān)及兩個電容，其中， 所述低通濾波器的輸入端依次通過第十五開關(guān)、第十一電容及第十六開關(guān)接第三運算放大器的一端，第十二電容的一端接所述第十六開關(guān)和所述第三運算放大器的一端； 第十七開關(guān)的一端接所述第十一電容和所述第十六開關(guān)之間，另一端接所述第三運算放大器的另一端，共模電平接所述第三運算放大器的另一端；以及 第十八開關(guān)的一端接所述第十五開關(guān)和所述第十一電容之間，另一端接所述低通濾波器的輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，其特征在于，所述頻率檢測鎖相環(huán)路依次包括頻率比較器、由鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器組成的環(huán)路以及相移器；其中 所述頻率比較器接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號，并輸出參考比較信號；在所述鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器構(gòu)成的環(huán)路中，所述鑒頻鑒相器接收所述參考比較信號和所述分頻器輸出的分頻信號，輸出反應(yīng)頻率誤差和相位誤差的比較差分信號，所述電荷泵經(jīng)過接收所述比較差分信號，輸出調(diào)整信號，所述壓控振蕩器接收所述調(diào)整信號輸出控制電壓信號至所述分頻器，所述分頻器輸出所述分頻信號至所述鑒頻鑒相器和相移器； 所述相移器接收所述分頻信號， 相移90度后輸出時鐘信號。
專利摘要本實用新型提供一種微機械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動自動增益控制電路，頻率檢測鎖相環(huán)路、幅度控制電路、可變增益放大電路，其中所述幅度控制電路接收所述微機械陀螺儀的振動差分信號和參考信號，所述幅度控制電路對所述微機械陀螺儀的振動差分信號進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號，從而穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動信號幅度，提高陀螺儀測量精度。
文檔編號H03L7/099GK203014748SQ20122065521
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者鄭泉智, 潘華兵, 陳燦鋒 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司