[发明专利]MEMS陀螺仪的闭环锁相驱动电路

说明书

一种MEMS陀螺仪的闭环锁相驱动电路，包括：MEMS陀螺敏感器件(101)、跨阻放大器(102)、反相放大器(103)、低通滤波器(104)和电阻分压器，其中，所述MEMS陀螺敏感器件(101)包括检测端和静电驱动端，所述检测端输出连接反相放大器(103)，反相放大器(103)后端接低通滤波器(104)，低通滤波器(103)后端连接至电阻分压器，所述电阻分压器输出接所述静电驱动端。该驱动电路为MEMS陀螺仪驱动系统提供一种简单、实用、高性能的解决方案。

技术领域

本发明属于控制装置领域，进一步涉及一种MEMS(微机电系统，MicroelectroMechanical System)陀螺仪的闭环锁相驱动电路。

背景技术

MEMS技术作为21世纪的前沿技术，与传统陀螺仪技术结合，可以实现微型陀螺仪，具有成本低、尺寸小、重量轻、功耗低、可靠性高、稳定性高等优点，在工业控制、航空航天、汽车电子、消费类电子中有着广泛的应用。MEMS陀螺仪稳定可靠工作的基础是其驱动环路能稳频稳幅的振荡起来，当敏感轴有角速度输入时，基于科氏效应，检测支路就会有成比例的输出，通过标定，就可以通过测得输出电压信号来推算角速度大小。

由于开环驱动技术不能自适应跟踪MEMS谐振子频点的漂移，所以目前流行闭环驱动技术。而在闭环驱动技术中，又分为数字闭环技术和模拟闭环技术。虽然基于数字处理技术的闭环驱动可以实现复杂的控制方法、易于调试，但是模块ADC(模数转换器，AnalogDigital Convertor)和DAC(数模转换器，Digital Analog Convertor)不可避免会引入比较大的量化误差，从而恶化驱动电路的整体性能。

发明内容

为解决传统模拟闭环驱动建立时间长、噪声大、频率和相位不够稳定等问题，本发明提供了一个基于锁相技术的模拟闭环驱动电路。该电路系统能使MEMS陀螺仪的驱动环路迅速建立起来，并且保持实现稳频稳幅振荡，为后续MEMS陀螺仪高性能工作奠定基础。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种MEMS陀螺仪的闭环锁相驱动电路，包括：MEMS陀螺敏感器件、跨阻放大器、反相放大器、低通滤波器和电阻分压器，其中，

所述MEMS陀螺敏感器件包括检测端和静电驱动端，所述检测端输出连接反相放大器，反相放大器后端接低通滤波器，低通滤波器后端连接至电阻分压器，所述电阻分压器输出接所述静电驱动端。

优选的，还包括移相器和锁相环，所述低通滤波器后端经所述移相器连接锁相环，经锁相环后端连接到电阻分压器。

优选的，所述移相器包括一可变电阻，用于使移相器输出滞后激励电信号90度。

优选的，所述锁相环包括锁相环芯片，锁相环芯片用于找到并锁定MEMS器件输出的信号频率和相位，并输出与谐振频率一致的电压信号，用以驱动MEMS器件。

优选的，所述电阻分压器包括与所述闭环串联的电阻以及与闭环并联的电阻。

优选的，所述跨阻放大器包括一跨接电容，所述跨接电容跨接于跨阻放大器的反馈通路上。

优选的，所述反相放大器包括一跨接电容，所述跨接电容跨接于反向放大器的反馈通路上。

通过上述技术方案，可以看出本发明的有益效果在于

(1)MEMS陀螺仪驱动环路可以在极短时间内建立，并且稳频稳幅振荡，能自适应跟踪外界因素引起的器件谐振频率的变化；

(2)本发明采用模拟闭环方法，相对于AGC(自动增益控制环路，Automatic GainControl)加上PI(比例积分，Proportional Intergral)模拟闭环方法，基于锁相技术的模拟闭环能实现更快的启动、更快的自适应调节、更低的噪声、更高的频率稳定度和相位稳定度；