CN103175522B - 陀螺仪的读取电路 - Google Patents
陀螺仪的读取电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103175522B CN103175522B CN201210034551.0A CN201210034551A CN103175522B CN 103175522 B CN103175522 B CN 103175522B CN 201210034551 A CN201210034551 A CN 201210034551A CN 103175522 B CN103175522 B CN 103175522B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coupled
- switch
- signal
- output terminal
- reference voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 67
- 238000004148 unit process Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 230000000392 somatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
一种陀螺仪的读取电路，包括驱动单元、高通滤波器、信号处理单元以及低通滤波器。驱动单元产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号至信号处理单元。信号处理单元提供调变信号至陀螺仪的科氏加速度计。高通滤波器的输入端接收科氏加速度计的输出信号。信号处理单元依据解调信号处理与解调该高通滤波器的输出，而输出解调结果给低通滤波器。
Description
技术领域
本发明是有关于一种传感元件，且特别是有关于一种陀螺仪(gyroscope)的读取电路。
背景技术
近年来受惠于智能手机、平板电脑、体感游戏机等相关3C产品与消费性电子商品热卖的带动下，使微机电惯性元件(如加速度计、陀螺仪等)市场需求呈现爆炸性地成长。陀螺仪的设计需求走向数字输出以及高精度这两个方向，因此国际大厂无不纷纷投入大量资源开发新一代高性价比的数字惯性传感器。特别是在加速度计技术已相对成熟下，数字角速度计的性价比将决定未来惯性元件市场的竞争力。
于传统陀螺仪电路架构中，其科氏加速度计(Coriolisaccelerometer)的输出信号包含了两种信号，即角速度信号以及与共振器(resonator)的振荡频率相同但是相位不同的振荡信号，因此需要通过解调的方式才能将科氏加速度输出中的振荡信号移除进而得到角速度的输出。若科氏加速度计与共振器间有杂散电容与电感效应存在，则科氏加速度计输出信号会受到共振器信号的耦合影响，使得陀螺仪输出端出现误差。由于共振器输出信号与科氏加速度计输出信号的频率几乎相同，无法在读取电路端使用滤波器滤除共振器的干扰信号。然而，此一干扰是影响陀螺仪输出准确度一大因素，而此一问题将会是陀螺仪能否在量测角速度上更加准确的重要因素。因此，传统科氏加速度计输出信号皆存有共振器信号干扰的问题。
发明内容
本发明提供一种陀螺仪(gyroscope)的读取电路，改善共振器信号干扰科氏加速度计输出信号的问题。
本发明实施例提出一种陀螺仪的读取电路。读取电路包括驱动单元、高通滤波器(highpassfilter)、信号处理单元以及低通滤波器(lowpassfilter)。驱动单元产生共振信号至陀螺仪的共振器(resonator)，以及产生解调信号至信号处理单元。高通滤波器的输入端接收陀螺仪的科氏加速度计(Coriolisaccelerometer)的输出信号。信号处理单元耦接至驱动单元与高通滤波器。信号处理单元提供调变信号(modulationsignal)至科氏加速度计，以及依据解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果。低通滤波器耦接至信号处理单元，以接收该解调结果。
基于上述，本发明实施例在科氏加速度计输入调变信号而将科氏加速度计输出信号调变至高频带，然后利用高通滤波器滤除共振器的噪声信号。因此，本发明实施例的读取电路可以改善共振器信号干扰科氏加速度计输出信号的问题。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明实施例说明一种陀螺仪的读取电路的电路方块示意图。
图2是依照本发明实施例说明图1中信号处理单元的电路方块示意图。
图3是依照本发明另一实施例说明图1中读取电路的电路方块示意图。
图4是依照本发明实施例说明图2及/或图3中积分器的电路示意图。
图5是依照本发明又一实施例说明图1中读取电路的电路方块示意图。
图6是依照本发明实施例说明图5中共振器解调器的电路示意图。
附图标记说明
10：陀螺仪
11：共振器
12：科氏加速度计
100：读取电路
110：驱动单元
120：高通滤波器
121、142、420～440：电容
130：信号处理单元
140：低通滤波器
141、R1～R2：电阻
210：积分器
220：比较器
230：闩锁器
240：解调器
250、350、550：调变信号产生器
310：放大器
320：锁相回路
330：量化器
351、352、450～480、531～534、551～552：开关
360、510：偏压电阻
410、520：放大器
530：高频解调器
540：共振器解调器
M1～M7：晶体管
Sc：调变信号
Sfb：回授信号
Sr：共振信号
Sr’：解调信号
具体实施方式
图1是依照本发明实施例说明一种陀螺仪10的读取电路100的电路方块示意图。关于陀螺仪10及其内部的共振器(resonator)11与科氏加速度计(Coriolisaccelerometer)12，其可以任何共振式陀螺仪实现之，包括公知微机电系统(Micro-electromechanicalsystem，MEMS)陀螺仪与未来新形式的陀螺仪。共振式陀螺仪内具有质量块，而共振器11依照共振信号Sr使质量块发生振荡。外力会使陀螺仪内的共振器11产生位移。为使侦测外力的效率发挥到最大，共振器11一般而言应操作在共振点，如此可使共振器11产生最大位移与速度。陀螺仪10的科氏加速度计12传感到的力量为F＝-2mΩv，其中m是质量块的质量，Ω是质量块的角速度，v代表径向速度。当陀螺仪元件转动时，科氏加速度计12即会传感到加速度。读取电路100将科氏加速度计12的输出经过解调后得到角速度的信号。
请参照图1，读取电路100包括驱动单元110、高通滤波器120、信号处理单元130以及低通滤波器140。驱动单元110产生共振信号Sr至陀螺仪10的共振器11的驱动端，以及产生解调信号Sr’至信号处理单元130。解调信号Sr’的频率与共振器11振荡频率相同但是相位不同，可以作为科氏加速度计输出的解调使用。在本实施例中，解调信号Sr’的相位与共振信号Sr的相位相差约为90°。
在其他实施例中，驱动单元110以开回路架构(没有回授路径)产生共振信号Sr至共振器11。于本实施例中，驱动单元110更从共振器11的传感端处接收回授信号Sfb。依据回授信号Sfb，驱动单元110可以调整共振信号Sr的频率至共振器11的共振频率。
高通滤波器120的输入端接收科氏加速度计12的输出信号。信号处理单元130耦接至驱动单元110与高通滤波器120。信号处理单元130提供调变信号Sc至科氏加速度计12。为了将角速度信息从科氏加速度计12的输出信号中分离出来，信号处理单元130依据解调信号Sr’处理与解调高通滤波器120的输出而输出解调结果，以便将陀螺仪10的角速度信息还原至低频带。
低通滤波器140耦接至信号处理单元130，以接收信号处理单元130的解调结果。低通滤波器140滤除解调结果的高频成份，而输出低频的角速度信息。低通滤波器140将陀螺仪10的角速度信息输出给下一级电路(例如主机处理器)。低通滤波器140可以是类比滤波器或是数字滤波器。在一些实施例中，若信号处理单元130为类比形式，则低通滤波器140是类比滤波器，则读取电路100可以依照设计需求而在低通滤波器140后再串接一个类比数字转换器，以便将角速度输出值转为数字形式。在其他实施例中，若信号处理单元130为三角积分(Sigma-Delta)或者是具有类似功能的电路架构，则低通滤波器140是数字滤波器，读取电路100无须外加类比数字转换器。
于本实施例中，调变信号Sc的频率大于共振信号Sr的频率。本实施例在科氏加速度计12输入调变信号Sc，而将科氏加速度计12的角速度信息调变至高频带。高通滤波器120接收科氏加速度计12的输出(带有角速度信息的高频信号以及来自共振器11的低频噪声)，然后滤除共振器11的噪声信号。因此，本实施例的读取电路100可以改善共振器11信号干扰科氏加速度计12输出信号的问题。
图2是依照本发明实施例说明图1中信号处理单元130的电路方块示意图。图2所示实施例可以参照图1的相关说明。于图2所示实施例中，信号处理单元130包括积分器(Integrator)210、比较器220、闩锁器230、解调器(demodulator)240以及调变信号产生器250等单元所构成的三角积分调变器(Sigma-DeltaModulator，SDM)。调变信号产生器250耦接至科氏加速度计12，以提供三角积分调变器所需要的调变信号Sc，此信号可以将角速度信息加载至调变信号Sc。此时，科氏加速度计12的输出信号主要有两个成分，一为载有角速度与共振器共振信息的调变信号的部分，另一为共振器11的共振频率的噪声耦合信号。
在其他实施例中，调变信号产生器250可以提供固定频率/相位的高频时脉信号作为调变信号Sc。于本实施例中，例如，调变信号产生器250包括第一电压源、第二电压源以及开关251。第一电压源提供第一参考电压VrefA。第二电压源提供第二参考电压VrefA’。其中，第一参考电压VrefA与第二参考电压VrefA’的准位不同。开关251的第一选择端耦接第一电压源，以接收第一参考电压VrefA。开关251的第二选择端耦接第二电压源，以接收第二参考电压VrefA’。开关251的共同端耦接至科氏加速度计12。其中，开关251依据闩锁器230的输出，而选择第一参考电压VrefA或第二参考电压VrefA’提供给科氏加速度计12作为调变信号Sc。
请参照图2，积分器210的输入端耦接至高通滤波器120的输出端。比较器220的输入端耦接至积分器210的输出端。闩锁器230的输入端耦接至比较器220的输出端，以接收并依照时脉CLK闩锁比较器220的输出。比较器220比较积分器210的输出与临界值的大小，并输出比较结果。闩锁器230闩锁比较器220的比较结果。因此，比较器220与闩锁器230可以量化(quantization，或数字化)积分器210的类比输出，而提供数字的信号给解调器240。
解调器240的第一输入端耦接至闩锁器230的输出端。解调器240的第二输入端耦接至驱动单元110，以接收解调信号Sr’。解调器240可以将科氏加速度计12输出信号中的共振信号移除。于本实施例中，例如，解调器240可以是互斥或闸(exclusive-ORgate)。解调器240的输出端输出数字的解调结果给低通滤波器140。低通滤波器140可以是数字滤波器。低通滤波器140可以将三角积分电路中调变信号成分滤除，而输出低频的角速度信息。
综上所述，本实施例利用调变信号Sc将科氏加速度计12的角速度信息调变至高频带。因此，科氏加速度计12的输出可能具有来自共振器11的低频噪声成份以及带有角速度与共振器震荡信息的高频信号。高通滤波器120可以滤除其中低频噪声成份，以及将带有角速度与共振器震荡信息的高频信号传送给信号处理单元130，再通过Sr’解调后即可以得到角速度信号。因此，本实施例具有阻隔共振器11杂散信号的功能。另外，积分器210可以是交换式积分器(Switched-capacitorintegrator)或是其他积分电路。积分器210可以将科氏加速度计12的输出信号转为不归零(notreturntozero，NRZ)信号。如此，本实施例的读取电路100的信号处理单元130与低通滤波器140可以用数字的方式进行解调与滤波，并输出数字信号。因此，本实施例的读取电路100无需额外配置类比数字转换器(ADC)。
图3是依照本发明另一实施例说明图1中读取电路100的电路方块示意图。图3中绘示了陀螺仪10中共振器11与科氏加速度计12的等效电路。然而，陀螺仪10的实作方式并不以此为限。图3所示实施例可以参照图1与图2的相关说明。于图3所示实施例中，驱动单元110包括放大器(Amplifier)310以及锁相回路(phaselockedloop，PLL)320。其中放大器310可能包含自动增益控制电路(AutoGainControl，ACG)的功能。放大器310的第一输入端(例如非反相输入端)与第二输入端(例如反相输入端)分别耦接至共振器11的第一传感端与第二传感端。放大器310的第一输出端(例如非反相输出端)与第二输出端(例如反相输出端)分别耦接至共振器11的第一驱动端与第二驱动端，以提供共振信号Sr。锁相回路320的第一输入端与第二输入端分别耦接至放大器310的第一输出端与第二输出端。锁相回路320的输出端提供解调信号Sr’至信号处理单元130。
于图3所示实施例中，陀螺仪10的读取电路更包括偏压电阻(biasresistor)360。偏压电阻360的第一端耦接至高通滤波器120的输入端，而偏压电阻360的第二端耦接参考电压VP。偏压电阻360与参考电压VP可以提供预设的直流准位。
上述高通滤波器120包括电容121。电容121的第一端作为高通滤波器120的输入端。电容121的第二端作为高通滤波器120的输出端。在其他实施例中，高通滤波器120的实现方式不以图3所示实施例为限。
于图3所示实施例中，信号处理单元130包括积分器210、量化器(quantizer)330、解调器240以及调变信号产生器350。积分器210的输入端耦接至高通滤波器120的输出端。量化器330的输入端耦接至积分器210的输出端。量化器330量化积分器210的输出，并输出调变信号产生器350的控制信号，以决定调变信号Sc1与Sc2的频率。解调器240的第一输入端耦接至量化器330的输出端。解调器240的第二输入端耦接至驱动单元110，以接收解调信号Sr’。解调器240的输出端输出解调结果给低通滤波器140。
调变信号产生器350耦接至科氏加速度计12，以提供调变信号Sc1与Sc2。于本实施例中，调变信号产生器350包括电压源、第一开关351以及第二开关352。电压源可以提供第一参考电压VrefA、第二参考电压VrefA’、第三参考电压VrefB与第四参考电压VrefB’。其中，第一参考电压VrefA与第二参考电压VrefA’的准位不同，第三参考电压VrefB与第四参考电压VrefB’的准位不同。
第一开关351的第一选择端接收第一参考电压VrefA。第一开关351的第二选择端接收第二参考电压VrefA’。第一开关351的共同端耦接至科氏加速度计12的第一载波输入端。其中，第一开关351依据量化器330的输出，而选择将第一参考电压VrefA或第二参考电压VrefA’输出给科氏加速度计12的第一载波输入端作为调变信号Sc1。
第二开关352的第一选择端接收第二参考电压VrefB。第二开关352的第二选择端接收第二反相参考电压VrefB’。第二开关352的共同端耦接至科氏加速度计12的第二载波输入端。其中，第二开关352依据量化器330的输出，而选择将第二参考电压VrefB或第二反相参考电压VrefB’输出给科氏加速度计12的第二载波输入端作为调变信号Sc2。
上述图2及/或图3所述积分器210可以是任何形式的积分电路。例如，图4是依照本发明实施例说明图2及/或图3中积分器210的电路示意图。积分器210包括放大器410、第一电容420、第二电容430、第三电容440、第一开关450、第二开关460、第三开关470以及第四开关480。放大器410可以是运算放大器或是其他类型的放大电路。放大器410的第一输入端(例如非反相输入端)作为积分器210的输入端，以耦接至高通滤波器120。第一电容420的第一端耦接至共模电压Vcm。第一电容420的第二端耦接至放大器410的第二输入端(例如反相输入端)。
第二电容430的第一端耦接至放大器410的第一输入端。第三电容440的第一端耦接至放大器410的第二输入端。第二电容430与第三电容440的第二端作为积分器210的输出端，以耦接至量化器330。
第一开关450的第一端耦接至第二电容430的第一端。第一开关450的第二端耦接至放大器410的第一输出端(例如反相输出端)。第二开关460的第一端耦接至第二电容430的第二端。第二开关460的第二端耦接至放大器410的第一输出端。第三开关470的第一端耦接至第三电容440的第一端。第三开关470的第二端耦接至放大器410的第二输出端(例如非反相输出端)。第四开关480的第一端耦接至第三电容440的第二端。第四开关480的第二端耦接至放大器410的第二输出端。其中，第一开关450与第三开关470受控于时脉信号CLK，而第二开关460与第四开关480受控于反相时脉信号CLKB，如图4所示。
图5是依照本发明又一实施例说明图1中读取电路100的电路方块示意图。于图5所示实施例中，信号处理单元130包括放大器520、偏压电阻510、高频解调器(highfrequencydemodulator)530、共振器解调器(resonatordemodulator)540以及调变信号产生器550。放大器520的输入端耦接至高通滤波器120的输出端。偏压电阻510的第一端耦接至放大器520的输入端。偏压电阻510的第二端耦接参考电压，例如接地电压或是其他固定电压。偏压电阻510可以在放大器520的输入端提供预设的直流准位。
高频解调器530的第一输入端与第二输入端分别耦接至放大器520的第一输出端与第二输出端。共振器解调器540的第一输入端与第二输入端分别耦接至高频解调器530的第一输出端与第二输出端。共振器解调器540接收并依据解调信号Sr’解调高频解调器530的输出，以提供该解调结果给低通滤波器140。
调变信号产生器550耦接至科氏加速度计12，以提供调变信号Sc1与Sc2。于本实施例中，调变信号产生器550包括第一电压源、第二电压源、第一开关551以及第二开关552。第一电压源提供第一参考电压VrefA。第二电压源提供第二参考电压VrefB。第一开关551的第一选择端接收第一参考电压VrefA。第一开关551的第二选择端接收第二参考电压VrefB。第一开关551的共同端耦接至科氏加速度计12的第一载波输入端。其中，第一开关551依据时脉信号CL而选择将第一参考电压VrefA或第二参考电压VrefB输出给科氏加速度计12的第一载波输入端。第二开关552的第一选择端接收第一参考电压VrefA。第二开关552的第二选择端接收第二参考电压VrefB。第二开关552的共同端耦接至科氏加速度计12的第二载波输入端。其中，第二开关552依据时脉信号CL而选择将第一参考电压VrefA或第二参考电压VrefB输出给科氏加速度计12的第二载波输入端。
高频解调器530包括第一开关531、第二开关532、第三开关533以及第四开关534。第一开关531的第一端耦接至放大器520的第一输出端。第一开关531的第二端耦接至共振器解调器540的第一输入端。第二开关532的第一端耦接至放大器520的第二输出端。第二开关532的第二端耦接至共振器解调器540的第二输入端。第三开关533的第一端耦接至放大器520的第一输出端。第三开关533的第二端耦接至共振器解调器540的第二输入端。第四开关534的第一端耦接至放大器520的第二输出端。第四开关534的第二端耦接至共振器解调器540的第一输入端。其中，第一开关531与第二开关532受控于时脉信号CL，而第三开关533以及第四开关534受控于反相时脉信号CLB。因此，当第一开关531与第二开关532为导通时，第三开关533与第四开关534为截止。反之，当第一开关531与第二开关532为截止时，第三开关533与第四开关534为导通。
于本实施例中，低通滤波器140包括电阻141以及电容142。电阻141的第一端作为低通滤波器140的输入端。电阻141的第二端作为低通滤波器140的输出端。电容142的第一端耦接至电阻141的第二端。电容142的第二端耦接至参考电压，例如接地电压或是其他固定电压。
上述共振器解调器540的实现方式可以参照图6的说明。图6是依照本发明实施例说明图5中共振器解调器540的电路示意图。共振器解调器540包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6以及第七晶体管M7。第一电阻R1与第二电阻R2的第一端耦接第一电压，例如系统电压VDD。第一电阻R1与/或第二电阻R2的第二端作为共振器解调器540的输出端，以耦接至低通滤波器140。
第一晶体管M1的第一端(例如汲极)耦接至第一电阻R1的第二端。第二晶体管M2的第一端(例如汲极)耦接至第二电阻R2的第二端。第二晶体管M2的第二端(例如源极)耦接至第一晶体管M1的第二端(例如源极)。第三晶体管M3的第一端(例如汲极)耦接至第一电阻R1的第二端。第四晶体管M4的第一端(例如汲极)耦接至该第二电阻R2的第二端。第四晶体管M4的第二端(例如源极)耦接至该第三晶体管M3的第二端(例如源极)。其中，第一晶体管M1与第四晶体管M4的控制端(例如闸极)接收解调信号Sr’的第一端信号，而第二晶体管M2与第三晶体管M3的控制端(例如闸极)接收解调信号Sr’的第二端信号。
第五晶体管M5的第一端(例如汲极)耦接至第一晶体管M1与第二晶体管M2的第二端。第六晶体管M6的第一端(例如汲极)耦接至第三晶体管M3与第四晶体管M4的第二端。第六晶体管M6的第二端(例如源极)耦接至第五晶体管M5的第二端(例如源极)。第五晶体管的控制端(例如闸极)耦接至高频解调器530的第一输出端，而第六晶体管M6的控制端(例如源极)耦接至高频解调器530的第二输出端。第七晶体管M7的第一端(例如汲极)耦接至第五晶体管M5与第六晶体管M6的第二端。第七晶体管M7的控制端(例如闸极)耦接至偏压电压VB。偏压电压VB需视实际设计需求来决定。第七晶体管M7的第二端耦接参考电压，例如接地电压VSS。
综上所述，上述诸实施例在科氏加速度计12输入调变信号Sc，而将科氏加速度计12输出信号调变至高频带，然后利用高通滤波器120滤除共振器11的噪声信号。因此，上述诸实施例中陀螺仪10的读取电路可以改善共振器11信号干扰科氏加速度计12输出信号的问题。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (16)
1.一种陀螺仪的读取电路，包括：
驱动单元，产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号；
高通滤波器，其输入端接收该陀螺仪的科氏加速度计的输出；
信号处理单元，耦接至该驱动单元与该高通滤波器，该信号处理单元提供调变信号至该科氏加速度计，以及依据该解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果，该信号处理单元包括积分器、比较器、闩锁器、解调器以及调变信号产生器，该积分器的输入端耦接至该高通滤波器的输出端，该比较器的输入端耦接至该积分器的输出端，该比较器比较该积分器的输出与临界值，该闩锁器的输入端耦接至该比较器的输出端，该闩锁器依照时脉闩锁该比较器的输出，该解调器的第一输入端耦接至该闩锁器的输出端，该解调器的第二输入端耦接至该驱动单元以接收该解调信号，该解调器的输出端输出该解调结果，该调变信号产生器耦接至该科氏加速度计以提供该调变信号；以及
低通滤波器，耦接至该信号处理单元以接收该解调结果。
2.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该共振信号与该解调信号的频率相同，且该共振信号与该解调信号的相位不同。
3.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号的频率大于该共振信号的频率。
4.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，更包括：
偏压电阻，其第一端耦接至该高通滤波器的输入端，该偏压电阻的第二端耦接参考电压。
5.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该高通滤波器包括：
电容，其第一端作为该高通滤波器的输入端，该电容的第二端作为该高通滤波器的输出端。
6.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该低通滤波器包括：
电阻，其第一端作为该低通滤波器的输入端，该电阻的第二端作为该低通滤波器的输出端；以及
电容，其第一端耦接至该电阻的第二端，该电容的第二端耦接至参考电压。
7.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该驱动单元包括：
放大器，其第一输入端与第二输入端分别耦接至该共振器的第一传感端与第二传感端，该放大器的第一输出端与第二输出端分别耦接至该共振器的第一驱动端与第二驱动端以提供该共振信号；以及
锁相回路，其第一输入端与第二输入端分别耦接至该放大器的第一输出端与第二输出端，该锁相回路的输出端提供该解调信号至该信号处理单元。
8.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号产生器包括：
第一电压源，提供第一参考电压；
第二电压源，提供第二参考电压；以及
开关，其第一选择端耦接该第一电压源，该开关的第二选择端耦接该第二电压源，该开关的共同端耦接至该科氏加速度计，其中该开关依据该闩锁器的输出而选择该第一参考电压或该第二参考电压作为该调变信号以提供给该科氏加速度计。
9.一种陀螺仪的读取电路，其特征在于，包括：
驱动单元，产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号；
高通滤波器，其输入端接收该陀螺仪的科氏加速度计的输出；
信号处理单元，耦接至该驱动单元与该高通滤波器，该信号处理单元提供调变信号至该科氏加速度计，以及依据该解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果，该信号处理单元包括：积分器、量化器、解调器以及调变信号产生器，该积分器的输入端耦接至该高通滤波器的输出端，该量化器的输入端耦接至该积分器的输出端，该量化器量化该积分器的输出，该解调器的第一输入端耦接至该量化器的输出端，该解调器的第二输入端耦接至该驱动单元以接收该解调信号，该解调器的输出端输出该解调结果，以及该调变信号产生器耦接至该科氏加速度计以提供该调变信号；以及
低通滤波器，耦接至该信号处理单元以接收该解调结果。
10.如权利要求9所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号产生器包括：
电压源，提供第一参考电压、第二参考电压、第三参考电压与第四参考电压；
第一开关，其第一选择端接收该第一参考电压，该第一开关的第二选择端接收该第二参考电压，该第一开关的共同端耦接至该科氏加速度计的第一载波输入端，其中该第一开关依据该量化器的输出而选择将该第一参考电压或该第二参考电压输出给该科氏加速度计的第一载波输入端；以及
第二开关，其第一选择端接收该第三参考电压，该第二开关的第二选择端接收该第四参考电压，该第二开关的共同端耦接至该科氏加速度计的第二载波输入端，其中该第二开关依据该量化器的输出而选择将该第三参考电压或该第四参考电压输出给该科氏加速度计的第二载波输入端。
11.如权利要求9所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该积分器包括：
放大器，其第一输入端作为该积分器的输入端；
第一电容，其第一端耦接至共模电压，该第一电容的第二端耦接至该放大器的第二输入端；
第二电容，其第一端耦接至该放大器的第一输入端；
第三电容，其第一端耦接至该放大器的第二输入端，其中该第二电容与该第三电容的第二端作为该积分器的输出端；
第一开关，其第一端耦接至该第二电容的第一端，该第一开关的第二端耦接至该放大器的第一输出端；
第二开关，其第一端耦接至该第二电容的第二端，该第二开关的第二端耦接至该放大器的第一输出端；
第三开关，其第一端耦接至该第三电容的第一端，该第三开关的第二端耦接至该放大器的第二输出端；以及
第四开关，其第一端耦接至该第三电容的第二端，该第四开关的第二端耦接至该放大器的第二输出端。
12.一种陀螺仪的读取电路，其特征在于，包括：
驱动单元，产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号；
高通滤波器，其输入端接收该陀螺仪的科氏加速度计的输出；
信号处理单元，耦接至该驱动单元与该高通滤波器，该信号处理单元提供调变信号至该科氏加速度计，以及依据该解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果，该信号处理单元包括：放大器、高频解调器、共振器解调器以及调变信号产生器；以及
低通滤波器，耦接至该信号处理单元以接收该解调结果；
其中，该放大器的输入端耦接至该高通滤波器的输出端，该高频解调器的第一输入端与第二输入端分别耦接至该放大器的第一输出端与第二输出端，该共振器解调器的第一输入端与第二输入端分别耦接至该高频解调器的第一输出端与第二输出端，该共振器解调器接收并依据该解调信号解调该高频解调器的输出以提供该解调结果给该低通滤波器，以及该调变信号产生器耦接至该科氏加速度计以提供该调变信号。
13.如权利要求12所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该信号处理单元更包括：
偏压电阻，其第一端耦接至该放大器的输入端，该偏压电阻的第二端耦接参考电压。
14.如权利要求12所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号产生器包括：
第一电压源，提供第一参考电压；
第二电压源，提供第二参考电压；
第一开关，其第一选择端接收该第一参考电压，该第一开关的第二选择端接收该第二参考电压，该第一开关的共同端耦接至该科氏加速度计的第一载波输入端，其中该第一开关依据一时脉信号而选择将该第一参考电压或该第二参考电压输出给该科氏加速度计的第一载波输入端；以及
第二开关，其第一选择端接收该第一参考电压，该第二开关的第二选择端接收该第二参考电压，该第二开关的共同端耦接至该科氏加速度计的第二载波输入端，其中该第二开关依据该时脉信号而选择将该第一参考电压或该第二参考电压输出给该科氏加速度计的第二载波输入端。
15.如权利要求12所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该高频解调器包括：
第一开关，其第一端耦接至该放大器的第一输出端，该第一开关的第二端耦接至该共振器解调器的第一输入端；
第二开关，其第一端耦接至该放大器的第二输出端，该第二开关的第二端耦接至该共振器解调器的第二输入端；
第三开关，其第一端耦接至该放大器的第一输出端，该第三开关的第二端耦接至该共振器解调器的第二输入端；以及
第四开关，其第一端耦接至该放大器的第二输出端，该第四开关的第二端耦接至该共振器解调器的第一输入端。
16.如权利要求12所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该共振器解调器包括：
第一电阻，其第一端耦接第一电压；
第二电阻，其第一端耦接该第一电压；
第一晶体管，其第一端耦接至该第一电阻的第二端，该第一晶体管的控制端接收该解调信号的第一端信号；
第二晶体管，其第一端耦接至该第二电阻的第二端，该第二晶体管的第二端耦接至该第一晶体管的第二端，该第二晶体管的控制端接收该解调信号的第二端信号；
第三晶体管，其第一端耦接至该第一电阻的第二端，该第三晶体管的控制端接收该解调信号的第二端信号；
第四晶体管，其第一端耦接至该第二电阻的第二端，该第四晶体管的第二端耦接至该第三晶体管的第二端，该第四晶体管的控制端接收该解调信号的第一端信号；
第五晶体管，其第一端耦接至该第一晶体管与该第二晶体管的第二端，该第五晶体管的控制端耦接至该高频解调器的第一输出端；
第六晶体管，其第一端耦接至该第三晶体管与该第四晶体管的第二端，该第六晶体管的第二端耦接至该第五晶体管的第二端，该第六晶体管的控制端耦接至该高频解调器的第二输出端；以及
第七晶体管，其第一端耦接至该第五晶体管与该第六晶体管的第二端，该第七晶体管的第二端耦接参考电压，该第七晶体管的控制端耦接至偏压电压。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100148635 | 2011-12-26 | ||
| TW100148635A TWI416070B (zh) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | 陀螺儀的讀取電路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103175522A CN103175522A (zh) | 2013-06-26 |
| CN103175522B true CN103175522B (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=48635550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210034551.0A Active CN103175522B (zh) | 2011-12-26 | 2012-02-14 | 陀螺仪的读取电路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8857259B2 (zh) |
| CN (1) | CN103175522B (zh) |
| TW (1) | TWI416070B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010053022B4 (de) * | 2010-12-02 | 2014-01-09 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Vorrichtung zur Messung einer Drehrate |
| ITTO20110688A1 (it) * | 2011-07-28 | 2013-01-29 | St Microelectronics Srl | Giroscopio microelettromeccanico con funzione di autocalibrazione e metodo di calibrazione di un giroscopio microelettromeccanico |
| JP5738749B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2015-06-24 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Ｐｌｌ回路 |
| CN104426541B (zh) * | 2013-08-28 | 2018-03-30 | 京微雅格（北京）科技有限公司 | 一种扩展频谱控制的锁相环电路和方法 |
| DE102015219458A1 (de) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Schaltungsanordnung und verfahren zur digitalen korrektur von modulationseffekten bei elektromechanischen delta-sigma-modulatoren |
| CN109253725B (zh) * | 2017-07-13 | 2023-07-21 | 深迪半导体(绍兴)有限公司 | 一种mems陀螺仪的信号处理系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1145664A (zh) * | 1993-11-29 | 1997-03-19 | 霍尼韦尔公司 | 模块式激光陀螺 |
| US6311555B1 (en) * | 1999-11-17 | 2001-11-06 | American Gnc Corporation | Angular rate producer with microelectromechanical system technology |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5992233A (en) * | 1996-05-31 | 1999-11-30 | The Regents Of The University Of California | Micromachined Z-axis vibratory rate gyroscope |
| US6456939B1 (en) * | 2000-01-04 | 2002-09-24 | Mccall Hiram | Micro inertial measurement unit |
| JP2001356017A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Alps Electric Co Ltd | 振動子の駆動検出装置 |
| DE10317159B4 (de) * | 2003-04-14 | 2007-10-11 | Litef Gmbh | Verfahren zur Kompensation eines Nullpunktfehlers in einem Corioliskreisel |
| JP2008507221A (ja) | 2004-07-17 | 2008-03-06 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | シグマ・デルタ変調器 |
| EP1624286B1 (en) * | 2004-08-03 | 2017-10-04 | STMicroelectronics Srl | Micro-electro-mechanical sensor with force feedback loop |
| JP4543866B2 (ja) | 2004-10-08 | 2010-09-15 | ソニー株式会社 | 振動ジャイロ用回路、振動ジャイロユニット、振動ジャイロの出力検出方法 |
| JP2006349409A (ja) | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Denso Corp | 静電駆動・容量検出型のジャイロセンサのセンサ回路 |
| US7891245B2 (en) | 2006-11-22 | 2011-02-22 | Panasonic Corporation | Inertial force sensor including a sense element, a drive circuit, a sigma-delta modulator and a signal processing circuit |
| US7779688B2 (en) | 2006-12-20 | 2010-08-24 | Epson Toyocom Corporation | Vibration gyro sensor |
| EP1959234A1 (en) | 2007-02-13 | 2008-08-20 | STMicroelectronics S.r.l. | Microelectromechanical gyroscope with suppression of capacitive coupling spurious signals and control method of a microelectromechanical gyroscope |
| FI20095201A0 (fi) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Vti Technologies Oy | Värähtelevä mikromekaaninen kulmanopeusanturi |
| US8096179B2 (en) | 2009-04-09 | 2012-01-17 | Freescale Semiconductor, Inc. | Sensor device with reduced parasitic-induced error |
| TWI384198B (zh) * | 2009-07-09 | 2013-02-01 | Univ Nat Chiao Tung | Angle measurement gyroscope system and angle estimation method |
| TWI407700B (zh) | 2009-11-04 | 2013-09-01 | Ind Tech Res Inst | 電容式感測元件的校正裝置與方法 |
-
2011
- 2011-12-26 TW TW100148635A patent/TWI416070B/zh active
-
2012
- 2012-02-14 CN CN201210034551.0A patent/CN103175522B/zh active Active
- 2012-03-26 US US13/430,685 patent/US8857259B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1145664A (zh) * | 1993-11-29 | 1997-03-19 | 霍尼韦尔公司 | 模块式激光陀螺 |
| US6311555B1 (en) * | 1999-11-17 | 2001-11-06 | American Gnc Corporation | Angular rate producer with microelectromechanical system technology |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201326749A (zh) | 2013-07-01 |
| TWI416070B (zh) | 2013-11-21 |
| US20130160544A1 (en) | 2013-06-27 |
| US8857259B2 (en) | 2014-10-14 |
| CN103175522A (zh) | 2013-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103175522B (zh) | 陀螺仪的读取电路 | |
| US10480944B2 (en) | Microelectromechanical gyroscope with compensation of quadrature signal components | |
| CN102650522B (zh) | 信号处理电路、物理量检测装置、角速度检测装置 | |
| JP5487546B2 (ja) | 角速度センサ | |
| CN102834695B (zh) | 物理量传感器 | |
| CN105758402B (zh) | 一种硅微陀螺的闭环检测系统 | |
| TW201931774A (zh) | 用於對鎖相環進行快速收斂的增益校準的電子電路及方法 | |
| US8347715B2 (en) | Variable capacitance electronic device and microelectromechanical device incorporating such electronic device | |
| CN110426025B (zh) | 一种微机械陀螺实时自动模态匹配方法 | |
| US7805993B2 (en) | Operating method for a Coriolis gyro, and evaluation/control electronics which are suitable for this purpose | |
| CN203014748U (zh) | 微机械陀螺仪闭环驱动自动增益控制电路 | |
| CN104034348A (zh) | 用于监视陀螺仪的系统及方法 | |
| CN102650521A (zh) | 检测电路、物理量检测装置、角速度检测装置 | |
| US20130025368A1 (en) | Microelectromechanical gyroscope with improved reading stage and method | |
| CN106374873A (zh) | 九十度移相器电路以及相对应的九十度相位移动方法 | |
| CN103162681A (zh) | 用于微机械陀螺的信号检测方法及装置 | |
| CN103134484A (zh) | 调节电容式mems陀螺仪检测端谐振频率的电路和方法 | |
| CN107504964A (zh) | 自时钟数字式微机械陀螺∑△m闭环检测电路系统 | |
| JP4518461B2 (ja) | 電子評価装置の位相ロックループを調整する方法及び電子評価装置 | |
| CN115127534B (zh) | 一种基于载波调制的石英陀螺正弦波相位检测补偿方法 | |
| US10055975B2 (en) | Circuit device, physical quantity detection device, electronic apparatus, and moving object | |
| Marx et al. | An automatic MEMS gyroscope mode matching circuit based on noise observation | |
| CN107306125A (zh) | 信号生成电路以及信号生成方法 | |
| CN112747730A (zh) | 一种微机械陀螺的基于自激驱动的非线性控制系统和方法 | |
| CN102692221B (zh) | 微固体模态陀螺闭环驱动与科氏力检测电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |