[发明专利]三轴硅谐振式加速度计闭环驱动控制与频率检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种三轴硅微谐振式加速度计的闭环驱动控制与频率检测电路装置，属于微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System)和微惯性器件测控技术领域。

背景技术

加速度计的发展始于20世纪60年代，如今已经广泛应用于航天、航海、武器导航等军事领域和汽车电子、机器人等民事领域，成为微惯性器件的一个重要研究方向。随着微机电技术的快速发展，硅微加速度计逐步成为国内外研究热点，其具有体积小、质量轻、精度高、功耗低、成本地等优点，能够满足大批量生产要求，广泛应用于军民领域。目前在国外，中等精度的硅微加速度计已经接近惯导水平，零偏稳定性达20μg，标度因数稳定性达到5×10^-5ppm。硅微谐振式加速度计除了具备上述微机械加速度计的优点之外，还具有直接数字信号输出的特点，在加速度计的集成化、数字化发展趋势中占据很大优势，吸引了众多科研机构出资出力研究。自1997年美国Draper实验室提出硅微谐振式加速度计(SOA)概念以来，其研制和产品化水平一直处于世界领先，其设计的新型SOA零偏稳定性已达190ng，标度因数稳定性达0.14ppm。国内的北京大学、清华大学、东南大学、中国物理工程研究院、南京理工大学等科研单位在谐振式加速度计研究方面也取得了众多成果。

随着市场需求的不断发展，高精度、高性能的三轴加速度产品成为迫切需求。在美国Analog Devices公司1998年推出第一款三轴加速度计ADX330以后，不断有更高性能的产品出现，产品更新换代迅速，主要出现了力平衡式、电容式、压阻式、压电式三轴加速度计。三轴硅微谐振式加速度计集成了谐振式加速度计精度高、数字输出，抗干扰能力强和三轴加速度计体积小、集成度高、安装误差小等优点，有着其他加速度计无法匹配的优点，具有非凡的意义和价值。本发明是针对由解耦双轴硅微谐振式加速度计(x轴和y轴)和垂直轴硅微谐振式加速度计(z轴)组成的三轴硅微谐振式加速度计，设计实现其驱动控制与频率检测电路装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种具有闭环驱动反馈控制的三轴硅谐振式闭环驱动与频率检测电路装置。

技术方案：本发明所述的一种三轴硅微谐振式加速度计闭环驱动控制和频率检测电路，包含若干个方向上的加速度计驱动控制和频率检测电路，其中一个方向上的加速度计驱动控制和频率检测电路包括双轴硅微谐振式加速度计、第一接口放大电路、第二接口放大电路、第一幅度控制电路、第二幅度控制电路、第一相位控制电路、第二相位控制电路、第一调制控制电路、第二调制控制电路、信号频率检测电路，该双轴硅微谐振式加速度计的一路该方向上的输出信号传送至第一接口放大电路、第一接口放大电路将放大后的信号传送至第一相位控制电路和第一幅度控制电路，第一相位控制电路与第一幅度控制电路分别将相位控制信号和幅度控制信号传送至第一调制控制电路，第一调制控制电路生成驱动信号并传送至双轴微硅谐振式加速度计对应的驱动信号接口；该双轴硅微谐振式加速度计该方向上的另一路输出信号传送至第二接口放大电路、第二接口放大电路将放大后的信号传送至第二相位控制电路和第二幅度控制电路，第二相位控制电路与第二幅度控制电路分别将相位控制信号和幅度控制信号传送至第二调制控制电路，第二调制控制电路生成驱动信号传送至双轴微硅谐振式加速度计对应的驱动信号接口；其中第一相位控制电路和第二相位控制电路还分别传送信号至信号频率检测电路以测量该双轴硅微谐振式加速度计两路输出信号的频率差。

进一步地，信号频率检测电路是基于FPGA处理芯片实现的频率测量电路，采用等精度测频法，通过对时钟的上升沿和下降沿同时计数提高频率测量精度。