[发明专利]一种K参数调制锁相环数字反馈的惯性传感器读出电路

说明书

本发明涉及一种K参数调制锁相环数字反馈的惯性传感器读出电路。包括K参数调制电路，微弱信号放大电路、可控振荡器电路、基准振荡器电路，鉴频鉴相电路和电‑力反馈驱动模块；K参数调制电路用于对惯性传感器的K参数进行调制；微弱信号放大电路，用于对采集的微弱信号进行放大；可控振荡器电路，用于提高整体检测信号环路增益，以提高电路系统处理信号的精度；基准振荡器电路，用于与可控振荡器输出相频相比较；鉴频鉴相电路，用于转换相位信号为电压信号；模拟滤波采样电路，用于减小由于寄生电容失配所产生的失调；电‑力反馈驱动模块，用于对惯性传感器进行反馈驱动。本发明不仅处理信号精度高，而且结构简单，使用效果好。

技术领域

本发明涉及惯性传感器信号处理技术领域，特别一种K参数调制锁相环数字反馈的惯性传 感器读出电路。

背景技术

随着加速度传感系统对处理传感器输出信号电路芯片的精度要求越来越高，加速度传感器 信号处理芯片成为工业界研究的热点。

分辨率，线性度是微惯性传感器的最主要性能指标。分辨率表征传感器所能分辨的输入信 号最小值，受限于传感器所能分辨的输入信号的最小值，受限于传感器的机械热噪声和ASIC 电路噪声，导航等高端应用需要微加速度计具有亚微g的分辨率。线性度表征传感器在输入范 围内输出信号精确反映输入的能力，ASIC电路可以达到很高的线性度，因此微惯性传感器系统 的线性度主要受MEMS器件限制。

根据静电力反馈形式的不同，闭环检测方法可以分为模拟静电力反馈和数字静电力反馈两 大类。传统模拟力反馈方法对MEMS器件匹配性要求高，MEMS的器件失配对系统线性度影响 严重。数字力反馈具有直接数字输出，线性度好的优点，通常采用DELTA-SIGMA调制方式进 行反馈信号的脉冲密度调制，近年来大量应用于微加速度计的闭环检测中，并已有研究达到亚 的分辨率。但是数字DELTA-SIGMA闭环检测系统结构复杂，反馈控制速度较慢，应用于高灵 敏度，高Q值MEMS器件时，稳定性差，补偿设计困难；而且容易过载，通常需要增加额外的 模拟力反馈启动模式。

在脉宽调制或者频控反馈中，MEMS结构的失配将表现在两个方向上加力大小的不对称 (力固定)，结构失配最终表现为输出失调，而不是非线性，即有利于避免控制反馈电压的大小 非线性大的缺点，同时保留其结构相对简单，反馈迅速，稳定性好的优点。但此种方法为了提 高滤波电路增益以增加信号处理精度，通常需要增加运放增益，所以需要设计较为复杂的运放 结构；所以，以上因素给高精度系统电路的设计提出了挑战。

另外，由于惯性传感器因绑定线的寄生电容的不匹配产生失调电压，其绑定线微笑的漂移 将会导致失调电压变化非常大。传统的方法利用额外的数字校准电路进行校准，但这种方法并 不能对输出失调电压进行实时校准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种K参数调制锁相环数字反馈的惯性传感器读出电路，该电路不 仅处理信号精度高，而且结构简单，使用效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种K参数调制锁相环数字反馈的惯性传感器读 出电路，包括：

K参数调制电路，所述K参数调制电路的两个电位端通过开关选择分别与惯性传感器的输 出端相连接，用于对惯性传感器的K参数进行调制；

微弱信号放大电路，所述微弱信号放大电路的输入端与惯性传感器的输出端相连接，输出 端与振荡器的输入端相连接，用于对采集的微弱信号进行放大；

可控振荡器电路，所述可控振荡器电路输入端与微弱信号放大电路的输出端相连接，输出 端与鉴频鉴相电路的一输入端相连接，用于提高整体检测信号环路增益，以提高电路系统处理 信号的精度；

基准振荡器电路，所述基准振荡器电路输出端与鉴频鉴相电路的另一输入端相连接，用于 与可控振荡器输出相频相比较；

鉴频鉴相电路，所述鉴频鉴相电路输出端与电-力反馈驱动模块的输入端相连接，用于转换 相位信号为电压信号；