[发明专利]用于MEMS谐振式陀螺仪信号解调及控制的片上系统

说明书

本发明涉及一种用于MEMS谐振式陀螺仪信号解调及控制的片上系统，其包括：处理器、专用处理模块、存储加载模块、外设、调试接口和总线；MEMS谐振式陀螺仪经A/D模块将传感器信号传输至所述处理器，所述处理器经所述总线分别与所述专用处理模块、存储加载模块、外设和调试接口进行信息交互；所述处理器将接收到的数据处理后经所述A/D模块向所述MEMS谐振式陀螺仪传输控制和反馈信号。本发明实现了数字和模拟混合电路的单片集成。本发明可以广泛应用于MEMS谐振式陀螺仪的测控领域。

技术领域

本发明涉及一种传感器检测与集成电路技术领域，特别是关于一种用于MEMS谐振式陀螺仪信号解调及控制的片上系统。

背景技术

精密测量仪器信号处理及控制是对高仪器性能表现的重要手段，也是传感器领域科学研究的重要方面。其中,MEMS谐振式陀螺仪大量存在于以惯性导航制造业为代表的工业生产和科学实践中，其具有体积小、重量轻、功耗低、价格低、环境适应性强等特点，广泛应用于航空航天、汽车等领域。

MEMS谐振式陀螺仪一般有两种工作模式：驱动模式和检测模式。驱动轴在驱动力的作用下产生谐振运动。在科式力的作用下，检测轴也会产生谐振运动。需要检测的角速度信息包含在检测轴的输出幅度。为了获得大的振幅提高分辨率时，驱动轴通常在谐振频率下振动，带宽相对较窄。在大气条件下，需要使驱动轴的信号保持振幅稳定性，这需要检测和控制陀螺驱动轴的振动相位和频率。为了防止检测轴运动的耦合，需要对检测轴添加平衡力使检测轴保持静止，这也需要对检测轴的振动相位和频率进行检测和控制。常见的检测和控制方案是使用分立器件，如AD/DA芯片，结合MCU、DSP等在软件环境中完成计算。这种方案存在信号传输损失问题，计算实时性问题和功耗问题，同时分立器件的存在限制了整个传感器测控系统集成度的进一步提高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于MEMS谐振式陀螺仪信号解调及控制的片上系统，其能够实现单个芯片完成所有数字和模拟测控电路，进行陀螺信号的处理，以实现陀螺驱动轴和检测轴信号的控制。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于MEMS谐振式陀螺仪信号解调及控制的片上系统，其包括：处理器、专用处理模块、存储加载模块、外设、调试接口和总线；MEMS谐振式陀螺仪经A/D模块将传感器信号传输至所述处理器，所述处理器经所述总线分别与所述专用处理模块、存储加载模块、外设和调试接口进行信息交互；所述处理器将接收到的数据处理后经所述A/D模块向所述MEMS谐振式陀螺仪传输控制和反馈信号。

进一步，所述总线包括用于和处理器通信的高速AHB总线、总线转接模块和用于驱动低速设备的APB总线，所述AHB总线和APB总线通过所述总线转接模块完成信号的传输；

所述专用处理模块包括挂载在所述AHB总线上的正余弦计算模块和挂载在所述APB总线上的LMSD解算模块；所述正余弦计算模块用于计算输入角度信号的正弦值和余弦值；所述LMSD解算模块用于解算陀螺信号，解算出来自陀螺驱动轴和检测轴信号的幅值和相位信息，传输至所述处理器中，用于在所述处理器中运行闭环控制程序；

所述外设包括挂载在所述APB总线上的AD/DA驱动器、PLL模块、通用GPIO、UART模块、OTP驱动模块和SPI接口模块；所述PLL模块用于配置系统时钟，所述AD/DA模块是驱动ADI的AD7690和DAC8812芯片的驱动接口电路；

所述存储加载模块包括片上一次性可编程存储OTP及片上静态随机读写存储器SRAM；所述SRAM的驱动模块挂载在所述AHB总线上，所述OTP的驱动模块挂载在所述APB总线上，同时所述APB总线上挂载片外FLASH的驱动模块，用于读写片外部FLASH存储器。

进一步，所述PLL模块是一个数字和模拟混合的电路模块，能接收外部两个晶振的时钟信号并选择其一作为输入时钟，PLL内部对时钟进行预分频，倍频和两次后分频，输出用于驱动时钟信号。