[发明专利]微机械单振子三轴陀螺仪的驱动和检测装置

说明书

本发明公开了一种微机械单振子三轴陀螺仪的驱动和检测装置，包括单振子三轴陀螺仪、驱动模块和检测模块，驱动模块、检测模块和陀螺仪之间电连接，陀螺仪包括振子(1)和驱动电极(4‑7)，振子(1)可在x轴和/或y轴上进行弹性振动，驱动电极(4‑7)和振子(1)构成x轴角振动谐振器和y轴角振动谐振器，驱动模块连接陀螺仪的驱动电极(4‑7)和振子(1)，驱动模块驱动振动谐振器作振幅恒定的同频振动，检测模块用于检测出陀螺仪的角速度输出量。本发明采用单振子三轴结构，可以实现陀螺仪的结构紧凑，使得陀螺仪体积小、检测的精度高和降低陀螺仪的制造成本。

技术领域

本发明涉及一种微机械陀螺仪的驱动和检测装置，尤其涉及一种微机械单振子三轴陀螺仪的驱动和检测装置，属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

陀螺仪是一种重要的惯性传感器，在诸多领域有着广泛应用。陀螺仪按检测轴数分为单轴、双轴、三轴三种，很多应用场合中都需要三轴陀螺仪。在消费电子等低精度场合一般采用多振子单片集成实现小体积，低功耗；而在中高精度的应用场合，一般采用三个独立单轴陀螺仪机械装配的方法来实现三轴陀螺仪，但这种方式的陀螺仪体积较大，限制了其应用场合。现有的微机械三轴陀螺仪，一般采用多振子单片集成，此类陀螺仪体积小，精度低，或者采用三个单轴陀螺进行装配，此类陀螺仪的体积大，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小体积、高精度和低成本的微机械单振子三轴陀螺仪的驱动和检测装置。

本发明的微机械单振子三轴陀螺仪的驱动和检测装置，包括单振子三轴陀螺仪、驱动模块和检测模块，驱动模块、检测模块和陀螺仪之间电连接，陀螺仪包括振子(1)和驱动电极(4-7)，所述振子(1)可在x轴和/或y轴上进行弹性振动，驱动电极(4-7)和振子(1)构成x轴角振动谐振器(xResonator) 和y轴角振动谐振器(yResonator)，驱动模块连接陀螺仪的驱动电极(4-7)和振子(1)，所述驱动模块包括三个环路，其中，所述x轴角振动谐振器、跨阻放大器(TIA)和锁相环(PLL)构成第一环路，自动增益控制模块(AGC)、跨阻放大器TIA和所述x轴角振动谐振器构成的第二环路，自动增益控制(AGC)模块、跨阻放大器TIA和所述y轴角振动谐振器构成的第三环路，其中所述第一环路用于驱动所述x轴角振动谐振器和所述y轴角振动谐振器作同频振动，第二环路用于使x轴角振动谐振器和所述y轴角振动谐振器的振幅恒定，所述第一环路、第二环路和第三环路形成为闭环，所述检测模块用于检测出所述陀螺仪的角速度输出量。

进一步的，所述所述振子(1)表面上设置有多个振子电极V_dc(12)，在所述多个振子电极V_dc(12)上方排布多个固定电极(4-11)，所述多个振子电极V_dc(12)与所述多个固定电极(4-11)一一对应，所述多个固定电极(4-11) 包括四个驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)、V_y+(6)、V_y-(7)和四个检测电极V_zx+(8)、 V_zx-(9)、V_zy+(10)、V_zy-(11)，所述驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)、V_y+(6)、V_y-(7) 和所述检测电极V_zx+(8)、V_zx-(9)、V_zy+(10)、V_zy-(11)相互交替分布，所述驱动电极V_x+(4)、V_x-(5)和所述振子(1)构成所述x轴角振动谐振器，用于所述振子(1)的x轴驱动，驱动所述振子(1)在所述x轴的振动，驱动电极V_y+ (6)、V_y-(7)和振子构成一个y轴角振动谐振器，用于所述振子(1)的y轴驱动，驱动所述振子(1)在所述y轴的振动。