[发明专利]一种MEMS陀螺接口电路及调制方法

说明书

本发明属于MEMS谐振式陀螺仪技术领域，具体公开了一种MEMS陀螺接口电路及调制方法。其中，为了消除陀螺幅值不对称对频差校正效果的影响，本发明设计了基于模态切换技术的自动幅值再平衡方法，从而实现了对陀螺幅值不对称误差的准确辨识；随后基于这一误差，利用增量式PID方法来对两模态ADC电路的放大增益进行调节，从而将陀螺两模态的幅值调至对称。为了提高在线频差辨识及校正的精度，本发明设计了基于在线学习控制的高精度锁相环控制方法和基于精细化滤波‑最优校正控制的精细化在线频差校正方法，从而将频差辨识和校正精度提升至mHz级别。本发明消除了模态幅值不对称为频差辨识带来的误差，并提高了频差校正的准确性和精度。

技术领域

本发明属于MEMS谐振式陀螺仪技术领域，涉及一种MEMS陀螺接口电路及调制方法。

背景技术

近年来，MEMS陀螺的应用领域不断拓展，对MEMS陀螺性能的要求也随之不断提高。当前，MEMS陀螺主流发展方向为对称式结构和超高Q值，对于两个谐振模态的频率匹配程度要求极高，细微的频率不匹配(即频差)就会造成严重的陀螺测量误差。

频差作为MEMS陀螺的关键误差指标之一，已经成为了陀螺自校正技术的研究热点。现实中，由于陀螺仪管芯存在残余应力释放、周向分布不均匀等非理想因素，两个模态的谐振频率在陀螺运行状态中始终是不断变化的，即陀螺的频差是一个随时间变化的误差项。因此，要想实现良好的频差校正效果，必须采用在线式频差校正算法，对频差进行实时的补偿。

双模差分式陀螺频差自校正方案是一种应用于对称式MEMS陀螺的新型在线式频差校正方法，该方法采用双模差分式陀螺驱动方案，通过同时驱动陀螺的两个模态，从而同时获得两个模态的谐振频率信息，进而分离出独立的频差项用于实时校正。相比于传统一次性的离线式频差校正方案，此方案在频差校正的准确性和长期性能上具有无与伦比的优势。

但在双模差分式陀螺频差自校正方案的实际应用中，必须考虑其与国产MEMS陀螺的适配性问题。从现有的研究基础来看，为了保证双模差分架构独特的性能优势，该方案对陀螺本身的加工水平具有较高的要求，目前主要在高谐振频率、高对称性的陀螺上得到应用。

而国产MEMS陀螺的工艺特点多为低谐振频率、高品质因数，尤其是普遍存在较为严重的幅值不对称问题，这将为双模差分式陀螺频差自校正方案的顺利开展带来挑战。综上，目前双模差分式陀螺频差自校正方案虽然可以实现频差的在线校正，但是仅适用于对称性良好的MEMS陀螺，且校正的精度还不够高。归结起来，现有技术存在如下三方面问题：

1.国产谐振式陀螺的机械敏感结构难以做到结构完全对称，而双模差分方案对陀螺的对称性有着较高的要求，陀螺模态的不对称将会为系统引入误差，严重影响信号检测和频差校正的准确度。2.传统PID控制方案的锁相环精度有限，导致陀螺接口系统的控制频率在小范围内不断震荡，直接限制了频差辨识的精度。3.对于双模方案来说，当前的研究仅用最基本的闭环控制器实现在线频差校正的功能，没有利用良好的控制方法对性能进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提出一种MEMS陀螺接口电路，该接口电路为下述陀螺调制方法提供了硬件基础，通过与陀螺直接相连的各个机电接口以及相互配套的驱动电路以及解调电路，能够保证陀螺在正常工作时具备运行在单模或双模两种驱动方案下的能力。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种MEMS陀螺接口电路，包括谐振式陀螺、驱动电路和解调电路，其中，陀螺通过机电接口与驱动电路和解调电路相连并进行信号的传输；

机电接口包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三以及第十四机电接口；

驱动电路通过第一、第二以及第五机电接口向陀螺传输驱动信号；具体为：

驱动电路通过第一机电接口向陀螺传输X轴方向的驱动信号；