CN109253725A - 一种mems陀螺仪的信号处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，包括：与检测电容电连接的第一转换模块，第一转换模块用于将检测电容的电容值转换为检测数字信号；与第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，第一数字信号处理模块用于对检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与驱动检测电容电连接的第二转换模块，第二转换模块用于将驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与第二转换模块电连接的驱动模块，驱动模块用于根据驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至驱动电容，使第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，降低功耗。

Description

一种MEMS陀螺仪的信号处理系统

技术领域

本发明涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)陀螺仪的信号处理技术领域，更为具体的说，涉及一种MEMS陀螺仪的信号处理系统。

背景技术

MEMS陀螺仪具有成本低、体积小、功耗低、可靠性高等优点，其不仅在航空航天、军事领域的应用中占据重要地位，而且在民用领域也取得了广泛的应用，如工业制造、医学、汽车等领域。MEMS陀螺仪可以分为两种类型，即电容式和电阻式。相比与电阻式的MEMS陀螺仪，电容式的MEMS陀螺仪具有高灵敏度、良好的温度特性、低功耗等优势。现有的MEMS陀螺仪的信号处理都是检测MEMS陀螺仪的电容变化，根据电容变化转换为模拟电压信号，而后将模拟电压信号进行处理，如移相、振幅控制、解调等，最终得到相应的数字信号，现有的MEMS陀螺仪的信号处理较为复杂，进而功耗较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，而后对该数字信号进行处理，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，以降低功耗。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，包括：

与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；

与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；

与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；

与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。

可选的，所述驱动电容、检测电容和驱动检测电容均由可动电极和固定电极组成，其中，所述可动电极与所述MEMS陀螺仪的质量块相连；

其中，所述第一转换模块、第二转换模块、驱动模块分别与各自相应电容的固定电极电连接，所述质量块接入一参考时钟信号，以及，所述模拟驱动信号的本征频率与所述MEMS陀螺仪的共振频率相同。

可选的，所述第一转换模块和第二转换模块均为增量积分调制器。

可选的，所述第一转换模块和第二转换模块均对应各自相应的第一固定电极和第二固定电极，其中，所述第一转换模块和第二转换模块中任意一转换模块包括：第一开关子模块、第二开关子模块、积分器、比较器、反相差分电容子模块和同相差分电容子模块；

所述第一开关子模块根据第一时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与接地端电连接，或者，根据第二时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与所述积分器的反相输入端电连接；

所述第二开关子模块根据所述第一时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与接地端电连接，或者，根据所述第二时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与所述积分器的同相输入端电连接；

所述积分器的同相输出端与所述比较器的同相输入端电连接，所述积分器的反相输出端与所述比较器的反相输入端电连接；

所述反相差分电容子模块与所述积分器的反相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的反相输入端增加或减少预设电荷；

以及，所述同相差分电容子模块与所述积分器的同相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的同相输入端增加或减少所述预设电荷。

可选的，所述第一开关子模块包括：第一可控开关和第二可控开关，所述第二开关子模块包括：第三可控开关和第四可控开关；

所述第一可控开关和第二可控开关的第一端均连接至所述第一固定电极，所述第一可控的开关的第二端连接至所述接地端，所述第二可控开关的第二端连接至所述积分器的反相输入端，所述第一可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；

所述第三可控开关和第四可控开关的第一端均连接至所述第二固定电极，所述第三可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第四可控开关的第二端连接至所述积分器的同相输入端，所述第三可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第四可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。

可选的，所述积分器包括：运算放大器、第一电容和第二电容；

所述运算放大器的反相输入端与所述第一电容的第一极板电连接作为所述积分器的反相输入端，所述运算放大器的同相输出端与所述第一电容的第二极板电连接作为所述积分器的同相输出端；

以及，所述运算放大器的同相输入端与所述第二电容的第一极板电连接作为所述积分器的同相输入端，所述运算放大器的反相输出端与所述第二电容的第二极板电连接作为所述积分器的反相输出端。

可选的，所述反相差分电容子模块包括：第五可控开关至第九可控开关和第三电容，所述同相差分电容子模块包括：第十可控开关至第十四可控开关和第四电容，所述第三电容和第四电容的电容值为所述预设电容值；

所述第五可控开关的第一端连接和所述第三电容的第一极板均连接至所述第六开关的第二端，所述第五可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第五可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端；

所述第六可控开关的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第六可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；

所述第七可控开关、第八可控开关和第九可控开关的第一端均连接至所述第三电容的第二极板，所述第七可控开关第二端连接至所述接地端，所述第七可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端，所述第八可控开关的第二端连接至负电压端，所述第九可控开关的第二端连接至正电压端，所述第八可控开关的控制端连接至第一信号端，所述第九可控开关的控制端连接至第二信号端，其中，所述第一信号端在所述比较器的输出结果为低电平时输出有效电平信号，所述第二信号端在所述比较器的输出结果为高电平时输出有效电平信号；

所述第十可控开关的第一端连接和所述第四电容的第一极板均连接至所述第十一开关的第二端，所述第十可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第十可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端；

所述第十一可控开关的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第十一可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；

所述第十二可控开关、第十三可控开关和第十四可控开关的第一端均连接至所述第四电容的第二极板，所述第十二可控开关第二端连接至所述接地端，所述第十二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端，所述第十三可控开关的第二端连接至负电压端，所述第十四可控开关的第二端连接至正电压端，所述第十三可控开关的控制端连接至第一信号端，所述第十四可控开关的控制端连接至第二信号端。

可选的，所述参考时钟信号的相位与所述第一时钟信号端输出的时钟信号的相位相同；

其中，所述信号处理系统包括：参考信号端、第十五可控开关和第十六可控开关；

所述第十五可控开关的第一端连接所述参考信号端，所述第十五可控开关的第二端和所述第十六可控开关的第二端均连接至所述质量块，所述第十五可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第十六可控开关的第一端连接至所述接地端，所述第十六可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。

可选的，所述驱动电容包括第一固定电极和第二固定电极，其中，所述驱动模块包括：第二数字信号处理模块、第五电容、第六电容、第一电阻、第二电阻和直流电源；

其中，所述第二数字信号处理模块与所述第二转换模块电连接，所述第二数字信号处理模块用于对所述驱动检测数字信号进行处理得到模拟驱动子信号；

所述第五电容和第六电容的第一极板均与所述第二数字信号处理模块电连接，所述第五电容的第二极板和第一电阻的第二端均与所述第一固定电极相连，所述第六电容的第二极板和第二电阻的第二端均与所述第二固定电极相连，所述第一电阻的第一端和第二电阻的第一端均与所述直流电源相连。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

本发明提供了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，包括：与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，而后对该数字信号进行处理，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，以降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种MEMS陀螺仪的信号处理系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种,MEMS陀螺仪的信号处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述，现有的MEMS陀螺仪的信号处理都是检测MEMS陀螺仪的电容变化，根据电容变化转换为模拟电压信号，而后将模拟电压信号进行处理，如移相、振幅控制、解调等，最终得到相应的数字信号，现有的MEMS陀螺仪的信号处理较为复杂，进而功耗较高。

基于此，本申请实施例提供了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，而后对该数字信号进行处理，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，以降低功耗。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1和图2对本申请实施例提供的技术方案进行具体的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种MEMS陀螺仪的信号处理系统的结构示意图，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容110、检测电容120和驱动检测电容130，其中，MEMS陀螺仪的信号处理系统包括：

与所述检测电容120电连接的第一转换模块200，所述第一转换模块200用于将所述检测电容120的电容值转换为检测数字信号；

与所述第一转换模块200电连接的第一数字信号处理模块300，所述第一数字信号处理模块300用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；

与所述驱动检测电容130电连接的第二转换模块400，所述第二转换模块400用于将所述驱动检测电容130的电容值转换为驱动检测数字信号；

与所述第二转换模块400电连接的驱动模块500，所述驱动模块500用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容110，以使所述第二转换模块400、驱动模块500和MEMS陀螺仪组成谐振环路。

在本申请一实施例中，所述驱动电容110、检测电容120和驱动检测电容130均由可动电极和固定电极组成，其中，所述可动电极与所述MEMS陀螺仪的质量块102相连；

其中，所述第一转换模块200、第二转换模块300、驱动模块400分别与各自相应电容的固定电极电连接，所述质量块102接入一参考时钟信号Vref，以及，所述模拟驱动信号的本征频率与所述MEMS陀螺仪的共振频率相同。

结合图1所示，图1示出了一MEMS陀螺仪的基本结构，MEMS陀螺仪包括有一衬底(未画出，其位于质量块下方)，被悬臂梁弹簧101悬挂的质量块102。梳齿驱动器的两侧梳齿103分别附加在锚点104和可动框架105上(梳齿和相应锚点组成固定电极、且梳齿和相应可动框架组成可动电极)，需要说明的是，图1只是示出的众多MEMS陀螺仪中的一种，在其他实施例中，MEMS陀螺仪还可以为其他结构，对此本申请不做具体限制，对此需要根据实际应用进行具体设计。

下面结合附图2对本申请实施例提供的信号处理系统进行详细的描述。在本申请一实施例中，本申请提供的所述第一转换模块和第二转换模块均为增量积分调制器(Sigma-Delta Modulator，SDM)。具体参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种MEMS陀螺仪的信号处理系统的结构示意，其中，

本申请实施例提供的所述第一转换模块和第二转换模块对应各自相应的第一固定电极和第二固定电极，其中，所述第一转换模块和第二转换模块中任意一转换模块包括：第一开关子模块、第二开关子模块、积分器、比较器COMP、反相差分电容子模块和同相差分电容子模块；

所述第一开关子模块根据第一时钟信号端ph1的信号，控制所述第一固定电极与接地端gnd电连接，或者，根据第二时钟信号端ph2的信号，控制所述第一固定电极与所述积分器的反相输入端电连接；

所述第二开关子模块根据所述第一时钟信号端ph1的信号，控制所述第二固定电极与接地端gnd电连接，或者，根据所述第二时钟信号端ph2的信号，控制所述第二固定电极与所述积分器的同相输入端电连接；

所述积分器的同相输出端与所述比较器COMP的同相输入端电连接，所述积分器的反相输出端与所述比较器的反相输入端电连接；

所述反相差分电容子模块与所述积分器的反相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的反相输入端增加或减少预设电荷；

以及，所述同相差分电容子模块与所述积分器的同相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的同相输入端增加或减少所述预设电荷，其中，积分器的反相输入端和同相输入端对预设电荷的变化可以相反，即，积分器的反相输入端增加预设电荷时，其同相输入端减少预设电荷；或者，积分器的反相输入端减少预设电荷时，其同相输入端增加预设电荷，对此本申请不做具体限制，需要根据实际信号处理过程进行具体设计；以及，预设电荷的多少根据积分器上电容充电量所决定。

另外，在本申请一实施例中，本申请实施例提供的所述第一时钟信号端和第二时钟信号端输出的时钟信号反相，且所述第一时钟信号端和第二时钟信号端输出的有效电平(有效电平即控制相关联的可控开关导通的电平)可以相同，以使分别与第一时钟信号端和第二时钟信号端相应的可控开关交替导通。此外，在本申请其他实施例中，第一时钟信号端和第二时钟信号端输出的时钟信号可以相同，且有效电平可以不同，对此本申请不做具体限制。

参考图2所示，本申请实施例提供的所述第一开关子模块包括：第一可控开关M1和第二可控开关M2，所述第二开关子模块包括：第三可控开关M3和第四可控开关M4；

所述第一可控开关M1和第二可控开关M2的第一端均连接至所述第一固定电极，所述第一可控M1的开关的第二端连接至所述接地端gnd，所述第二可控开关M2的第二端连接至所述积分器的反相输入端，所述第一可控开关M1的控制端连接至所述第一时钟信号端ph1，所述第二可控开关M2的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2；

所述第三可控开关M3和第四可控开关M4的第一端均连接至所述第二固定电极，所述第三可控开关M3的第二端连接至所述接地端gnd，所述第四可控开关M4的第二端连接至所述积分器的同相输入端，所述第三可控开关M3的控制端连接至所述第一时钟信号端ph1，所述第四可控开关M4的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2。

以及，参考图2所示，本申请实施例提供的所述积分器包括：运算放大器OP、第一电容C1和第二电容C2；

所述运算放大器OP的反相输入端与所述第一电容C1的第一极板电连接作为所述积分器的反相输入端，所述运算放大器OP的同相输出端与所述第一电容的第二极板电连接作为所述积分器的同相输出端；

以及，所述运算放大器OP的同相输入端与所述第二电容C2的第一极板电连接作为所述积分器的同相输入端，所述运算放大器OP的反相输出端与所述第二电容C2的第二极板电连接作为所述积分器的反相输出端。

以及，参考图2所示，本申请实施例提供的所述反相差分电容子模块包括：第五可控开关M5至第九可控开关M9和第三电容C3，所述同相差分电容子模块包括：第十可控开关M10至第十四可控开关M14和第四电容C4，所述第三电容C3和第四电容C4的电容值为所述预设电容值，以存储或释放预设电荷；

所述第五可控开关M5的第一端连接和所述第三电容C3的第一极板均连接至所述第六开关M6的第二端，所述第五可控开关M5的第二端连接至所述接地端gnd，所述第五可控开关M5的控制端连接至所述第一时钟信号端ph1；

所述第六可控开关M6的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第六可控开关M6的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2；

所述第七可控开关M7、第八可控开关M8和第九可控开关M9的第一端均连接至所述第三电容C3的第二极板，所述第七可控开关M7第二端连接至所述接地端gnd，所述第七可控开关M7的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2，所述第八可控开关M8的第二端连接至负电压端V-，所述第九可控开关M9的第二端连接至正电压端V+，所述第八可控开关M8的控制端连接至第一信号端K1，所述第九可控开关M9的控制端连接至第二信号端K2，其中，所述第一信号端K1在所述比较器COPM的输出结果为低电平时输出有效电平信号(即控制第八可控开关M8导通)，所述第二信号端K2在所述比较器COMP的输出结果为高电平时输出有效电平信号(即控制第九可控开关M9导通)；

所述第十可控开关M10的第一端连接和所述第四电容C4的第一极板均连接至所述第十一开关M11的第二端，所述第十可控开关M10的第二端连接至所述接地端gnd，所述第十可控开关M10的控制端连接至所述第一时钟信号端ph1；

所述第十一可控开关M11的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第十一可控开关M11的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2；

所述第十二可控开关M12、第十三可控开关M13和第十四可控开关M14的第一端均连接至所述第四电容C4的第二极板，所述第十二可控开关M12第二端连接至所述接地端gnd，所述第十二可控开关M12的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2，所述第十三可控开关M13的第二端连接至负电压端V-，所述第十四可控开关M14的第二端连接至正电压端V+，所述第十三可控开关M13的控制端连接至第一信号端K1，所述第十四可控开关M14的控制端连接至第二信号端K2。

参考图2所示，本申请实施例提供的所述参考时钟信号的相位与所述第一时钟信号端ph1输出的时钟信号的相位相同；

其中，所述信号处理系统包括：参考信号端Vref、第十五可控开关M15和第十六可控开关M16；

所述第十五可控开关M15的第一端连接所述参考信号端Vref，所述第十五可控开关M15的第二端和所述第十六可控开关M16的第二端均连接至所述质量块102，所述第十五可控开关M15的控制端连接至所述第一时钟信号端ph1，所述第十六可控开关M16的第一端连接至所述接地端gnd，所述第十六可控开关M16的控制端连接至所述第二时钟信号端ph2。其中，结合图2所示，第十五可控开关M15和第十六可控开关M6的第二端通过锚点与质量块102电连接。以及，由于参考信号端Vref的信号通过第一时钟信号端ph1的时钟信号的控制传输至质量块102，故而，参考信号端Vref的信号经过第一时钟信号端ph1控制传输至质量块102时为参考时钟信号，其相位与第一时钟信号端ph1输出的时钟信号的相位相同，且参考时钟信号为方波信号。

参考图2所示，本申请实施例提供的所述驱动电容包括第一固定电极和第二固定电极，其中，所述驱动模块500包括：第二数字信号处理模块510、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第二电阻R2和直流电源Vi；

其中，所述第二数字信号处理模块510与所述第二转换模块400电连接，所述第二数字信号处理模块510用于对所述驱动检测数字信号进行处理得到模拟驱动子信号；

所述第五电容C5和第六电容C6的第一极板均与所述第二数字信号处理模块510电连接，所述第五电容C5的第二极板和第一电阻R1的第二端均与所述第一固定电极相连，所述第六电容C6的第二极板和第二电阻R2的第二端均与所述第二固定电极相连，所述第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端均与所述直流电源Vi相连。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述模拟驱动子信号为模拟信号，即通过第二数字信号处理模块中包括的数模转换子模块进行数模转换后转换为模拟信号，而后经过第五电容和第六电容后传输到驱动电容的固定电极上。

结合图2所示，本申请实施例提供的可控开关可以为晶体管，其类型可以为N型晶体管，还可以为P型晶体管，对此本申请不做具体限制。下面以可控开关为N型晶体管为例对信号处理系统的工作进行说明，本申请实施例提供的MEMS陀螺仪的信号处理系统工作时，通过第一时钟信号端、第二时钟信号端、第一信号端和第二信号端的共同配合完成角速度数字信号的解调和MEMS陀螺仪的振荡；如当第一时钟信号端ph1输出为高电平、第二时钟信号端ph2输出为低电平时，第十五可控开关M15导通、而第十六可控开关M16截止，参考信号端Vref将参考信号通过第十五可控开关M15传输至质量块102上；以及，当第一时钟信号端ph1输出为低电平、第二时钟信号端ph2输出为高电平时，第十五可控开关M15截止、而第十六可控开关M16导通，质量块102通过第十六可控开关M16连接至接地端gnd；因此，质量块102上的参考时钟信号与第一时钟信号端ph1输出的时钟信号的相位相同，而幅度为参考信号端Vref输出的参考电压；此时，在质量块102上的电压为参考信号端Vref输出的参考电压时，附在骑上的梳齿电容也被充电至该参考电压。

同时，在第一时钟信号端ph1输出为低电平、第二时钟信号端ph2输出为高电平时，由于第一转换模块和第二转换模块均连接各自相应的固定电极，故而，梳齿电容(可动电极和固定电极之间梳齿组成的电容)上的所有电荷被转移到积分电容(即第一电容C1和第二电容C2)和积分器的反相输入端和正向输入端上；并且，由于第五可控开关M5、第七可控开关M7、第十可控开关M10和第十二可控开关M12均截止，而第六可控开关M6和第十一可控开关M11均导通，因而，比较器COMP将积分器输出转换为数字信号0或1后控制第一信号端K1和第二信号端K2的输出，进而根据第一信号端K1和第二信号端K2的输出电平控制第八可控开关M8、第九可控开关M9、第十三可控开关M13和第十四可控开关M14的导通和截止，以将第三电容C3和第四电容C4接入积分器相应的反相输入端和同相输入端，同时根据比较器COMP的输出结果控制积分器的同相输入端增加或减少该第四电容C4上的电荷，以及，控制积分器的反相输入端增加或减少该第三电容C3上的电荷，进而完成增量积分调制器的工作。其中，增量积分调制器主要用于将MEMS陀螺仪的电容变换转换为1比特宽的数字信号。

需要说明的是，本申请实施例提供的MEMS陀螺仪的信号处理系统，该增量积分调制器并不局限于上述实施例所示的结构方式，其中，在高阶的调制器中还可以包括更多个的积分器。并且，增量积分调制器的输出数字信号宽度也可以大于1比特，其架构也可以采用低通或带通形式。

在与第一数字信号处理模块300相连的增量积分调制器输出检测数字信号后，第一数字信号处理模块300可以通过对检测数字信号进行放大、解调、移相等数字处理进而得到角速度数字信号。以及，在与驱动模块500相连的增量积分调制器输出驱动检测数字信号后，驱动模块500将该驱动检测数字信号进行转换后得到模拟驱动信号至驱动电容，以保持振荡；具体的，驱动检测数字信号首先可以通过第二数字信号处理模块510进行处理得到模拟驱动子信号，如移相、品均、放大、幅度控制、数模转换等，而后将该模拟驱动子信号通过第五电容C5和第六电容C6连接到驱动电容的相应的第一固定电极和第二固定电极，同时由于第一电阻R1和第二电阻R2的存在，实际施加至驱动电容的第一固定电极和第二固定电极上的信号为通过第五电容C5和第六电容C6后的交流信号和通过第一电阻R1和第二电阻R2后的直流信号的叠加信号，即模拟驱动信号实质为交流信号和直流信号的叠加信号，且叠加信号的本征频率与MEMS陀螺仪的共振频率相同；其中，为了保证交流信号不会被衰减，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值需要足够到来保证第五电容C5和第六电容C6耦合得到的交流信号不被衰减。

本申请实施例提供了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，包括：与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，而后对该数字信号进行处理，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，以降低功耗。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，其特征在于，包括：

与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；

与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；

与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；

与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述驱动电容、检测电容和驱动检测电容均由可动电极和固定电极组成，其中，所述可动电极与所述MEMS陀螺仪的质量块相连；

其中，所述第一转换模块、第二转换模块、驱动模块分别与各自相应电容的固定电极电连接，所述质量块接入一参考时钟信号，以及，所述模拟驱动信号的本征频率与所述MEMS陀螺仪的共振频率相同。

3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述第一转换模块和第二转换模块均为增量积分调制器。

4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述第一转换模块和第二转换模块均对应各自相应的第一固定电极和第二固定电极，其中，所述第一转换模块和第二转换模块中任意一转换模块包括：第一开关子模块、第二开关子模块、积分器、比较器、反相差分电容子模块和同相差分电容子模块；

所述第一开关子模块根据第一时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与接地端电连接，或者，根据第二时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与所述积分器的反相输入端电连接；

所述第二开关子模块根据所述第一时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与接地端电连接，或者，根据所述第二时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与所述积分器的同相输入端电连接；

所述积分器的同相输出端与所述比较器的同相输入端电连接，所述积分器的反相输出端与所述比较器的反相输入端电连接；

所述反相差分电容子模块与所述积分器的反相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的反相输入端增加或减少预设电荷；

以及，所述同相差分电容子模块与所述积分器的同相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的同相输入端增加或减少所述预设电荷。

5.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述第一开关子模块包括：第一可控开关和第二可控开关，所述第二开关子模块包括：第三可控开关和第四可控开关；

所述第一可控开关和第二可控开关的第一端均连接至所述第一固定电极，所述第一可控的开关的第二端连接至所述接地端，所述第二可控开关的第二端连接至所述积分器的反相输入端，所述第一可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；

所述第三可控开关和第四可控开关的第一端均连接至所述第二固定电极，所述第三可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第四可控开关的第二端连接至所述积分器的同相输入端，所述第三可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第四可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。

6.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述积分器包括：运算放大器、第一电容和第二电容；

所述运算放大器的反相输入端与所述第一电容的第一极板电连接作为所述积分器的反相输入端，所述运算放大器的同相输出端与所述第一电容的第二极板电连接作为所述积分器的同相输出端；

以及，所述运算放大器的同相输入端与所述第二电容的第一极板电连接作为所述积分器的同相输入端，所述运算放大器的反相输出端与所述第二电容的第二极板电连接作为所述积分器的反相输出端。

7.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述反相差分电容子模块包括：第五可控开关至第九可控开关和第三电容，所述同相差分电容子模块包括：第十可控开关至第十四可控开关和第四电容，所述第三电容和第四电容的电容值为所述预设电容值；

所述第五可控开关的第一端连接和所述第三电容的第一极板均连接至所述第六开关的第二端，所述第五可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第五可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端；

所述第六可控开关的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第六可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；

所述第七可控开关、第八可控开关和第九可控开关的第一端均连接至所述第三电容的第二极板，所述第七可控开关第二端连接至所述接地端，所述第七可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端，所述第八可控开关的第二端连接至负电压端，所述第九可控开关的第二端连接至正电压端，所述第八可控开关的控制端连接至第一信号端，所述第九可控开关的控制端连接至第二信号端，其中，所述第一信号端在所述比较器的输出结果为低电平时输出有效电平信号，所述第二信号端在所述比较器的输出结果为高电平时输出有效电平信号；

所述第十可控开关的第一端连接和所述第四电容的第一极板均连接至所述第十一开关的第二端，所述第十可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第十可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端；

所述第十一可控开关的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第十一可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；

所述第十二可控开关、第十三可控开关和第十四可控开关的第一端均连接至所述第四电容的第二极板，所述第十二可控开关第二端连接至所述接地端，所述第十二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端，所述第十三可控开关的第二端连接至负电压端，所述第十四可控开关的第二端连接至正电压端，所述第十三可控开关的控制端连接至第一信号端，所述第十四可控开关的控制端连接至第二信号端。

8.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述参考时钟信号的相位与所述第一时钟信号端输出的时钟信号的相位相同；

其中，所述信号处理系统包括：参考信号端、第十五可控开关和第十六可控开关；

所述第十五可控开关的第一端连接所述参考信号端，所述第十五可控开关的第二端和所述第十六可控开关的第二端均连接至所述质量块，所述第十五可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第十六可控开关的第一端连接至所述接地端，所述第十六可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。

9.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述驱动电容包括第一固定电极和第二固定电极，其中，所述驱动模块包括：第二数字信号处理模块、第五电容、第六电容、第一电阻、第二电阻和直流电源；

其中，所述第二数字信号处理模块与所述第二转换模块电连接，所述第二数字信号处理模块用于对所述驱动检测数字信号进行处理得到模拟驱动子信号；

所述第五电容和第六电容的第一极板均与所述第二数字信号处理模块电连接，所述第五电容的第二极板和第一电阻的第二端均与所述第一固定电极相连，所述第六电容的第二极板和第二电阻的第二端均与所述第二固定电极相连，所述第一电阻的第一端和第二电阻的第一端均与所述直流电源相连。