[发明专利]MEMS电容式陀螺仪的数字馈通取消系统

说明书

本发明提供了一种MEMS电容式陀螺仪的数字馈通取消系统，包括微陀螺仪模块、数字检波模块、数字解调模块、数字鉴相模块、数字馈通信号模拟模块以及数字驱动模块；微陀螺仪模块：在给定反馈信号下被激振或被驱动，并产生检测信号和监测信号；数字解调模块：对微陀螺仪模块输出监测信号的幅值进行检测；数字鉴相模块：对监测信号与驱动信号的相位差进行检测；数字馈通信号模拟模块：根据数字解调模块所提供的幅值信息以及数字鉴相模块提供的相位差输出近似的馈通信号。本发明通过采用数字馈通取消，实现无需检测电路的高度对称性也无需复杂的模拟参数设计的馈通取消，在保证馈通取消效果前提下使用了方便移植用于不同陀螺的数字馈通取消方法。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体地，涉及一种MEMS电容式陀螺仪的数字馈通取消系统。

背景技术

微机械电子系统(MEMS)主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分。MEMS利用各种加工工艺，尤其是微细加工技术，在电子通信以及微电子技领域最新成果的基础上，逐渐成为了高科技前沿学科。

MEMS电容式陀螺仪采用压电材料作为主体部件，采用MEMS加工工艺和技术，具有抗过载、抗冲击能力强、工作谐振频率高、分辨率高、启动时间短等优越特性，在军用导航、航空航天、制导技术以及民用消费电子等领域等具有广泛的应用前景。这种陀螺利用谐振状态和压电效应，在极化方向上获得外界相应方向上输入的角速度对应的电信号，通过检测电信号的幅值和频率，反映出外加角速度的信号。

对MEMS电容式陀螺仪的馈通信号取消是它工作的重要环节之一。目前常用的差分检测馈通取消方式高度依赖微陀螺仪和检测电路的对称性，不能有效地消除馈通信号。

在实际应用中，对不同特征的陀螺所需要配套的传统的差分式模拟馈通取消电路各项参数是不同的，对于不同的陀螺，模拟馈通取消电路需要重新进行繁琐的设计。为了应对不同陀螺的馈通信号取消需求，采用合理的数字馈通取消方案，能够在保证一定精度的情况下快速的实现馈通取消且带来的噪声较小。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种MEMS电容式陀螺仪的数字馈通取消系统。

根据本发明提供的一种MEMS电容式陀螺仪的数字馈通取消系统，包括微陀螺仪模块、数字检波模块、数字解调模块、数字鉴相模块、数字馈通信号模拟模块以及数字驱动模块；

微陀螺仪模块：在给定反馈信号下被激振或被驱动，并产生检测信号和监测信号；

数字解调模块：对微陀螺仪模块输出的监测信号的幅值进行检测；

数字鉴相模块：对监测信号与驱动信号的相位差进行检测；

数字馈通信号模拟模块：根据数字解调模块所提供的幅值信息以及数字鉴相模块提供的相位差输出近似的馈通信号；

数字驱动模块：向微陀螺仪模块输出正弦驱动信号。

优选的，所述微陀螺仪模块包括半球壳，所述半球壳上均匀分布有八个金属电极，依次为第一驱动电极、第一检测电极、第一监测电极、第一平衡电极、第二驱动电极、第二检测电极、第二监测电极和第二平衡电极。

优选的，在所述第一驱动电极和第二驱动电极上施加一个与微陀螺仪模块谐振频率同频的正弦电压信号，将微陀螺仪模块激振；所述微陀螺仪模块被激振后，在第一监测电极和第二监测电极上产生与驱动信号同频的电荷信号，在第一检测电极和第二检测电极上产生由与驱动信号同频定幅值的信号和与驱动信号同频、且幅值和微陀螺仪模块输入角速度正相关的信号所叠加的信号，在第一平衡电极和第二平衡电极上产生由与驱动信号同频定幅值的信号和与驱动信号同频、且幅值和微陀螺仪模块输入角速度正相关的信号所叠加的信号。

优选的，系统工作分为两个阶段，第一阶段为未施加驱动偏置电压，施加数字驱动阶段；第二阶段为施加驱动偏置电压和施加数字驱动即微陀螺仪起振阶段。