CN110470291B - 一种mems谐振式陀螺仪接口电路与测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，该装置利用环形振荡器采集陀螺仪表头的微小电容信号得到方波信号，将方波信号输入至主控芯片内检测方波的频率，测得表头的位移量，该信号采集方案的电路相比于模数转换器及其外围电路，大大缩减了电子元器件的数量，压缩了陀螺仪测控系统的硬件体积。该系统采用主控芯片直接产生模拟信号，进入缓冲模块电路后输出至陀螺仪表头，该信号输出方案的大部分工作均是在主控芯片内完成的，外围电路只有缓冲模块电路，与数模转换器及其外围电路相比，大大缩减了电子元器件的数量，压缩了陀螺仪测控系统的硬件体积。本发明还具有压缩成本、提高信噪比、温漂控制、能耗可控以及开机启动时间短等优势。

Description

一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统

技术领域

本发明涉及一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统。

背景技术

水下环境由于电磁波的衰减效应，导致GPS、北斗等卫星通讯系统无法使用，因此，惯性导航技术在水下环境中起着至关重要的作用。

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)谐振式陀螺仪有着功耗低、成本低、开机时间短等众多优点，因此在海洋惯导应用中有着巨大的潜力。

传统的MEMS谐振式陀螺仪多采用成熟的数据转换器芯片(包括ADC芯片和DAC芯片)来解决驱动陀螺仪表头震动(即输出信号驱动表头震动)和模拟信号采集的相关问题。

然而，上述实现方案需要数据转换器芯片及其庞大的外围电路支撑，使得整个MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的硬件体积因此增大，且有温漂严重、能量损耗大、成本高等特点，严重限制了系统的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提出一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，通过改变驱动陀螺仪表头震动和模拟信号采集的相关结构，以压缩测控装置的硬件体积，提高测量信噪比，有效控制温漂和能耗，缩短开机启动时间，压缩整体成本。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，包括：

主控芯片、缓冲模块电路和环形振荡器；

其中，主控芯片内置两组频率检测数字电路、中央处理器、双路信号发生器、两组增益模块、两组低通调制器以及两组通用输入输出端口；

两组频率检测数字电路的输出端分别与中央处理器连接；

中央处理器与双路信号发生器连接；

双路信号发生器有两路输出，且每路输出分别与一组增益模块的输入端连接；

每组增益模块的输出端分别与一组低通调制器的输入端连接；

缓冲模块电路有两组；

每组低通调制器输出端通过一组通用输入输出端口连接至一组缓冲模块电路输入端；

两组缓冲模块电路的输出端分别连接至陀螺仪表头上；

环形振荡器有两个，且每个环形振荡器的输入端分别连接至陀螺仪表头上；

每个环形振荡器的输出端分别连接至一组频率检测数字电路的输入端。

优选地，环形振荡器由M个反相器首尾连接组成，其中M为大于或等于3的奇数。

优选地，缓冲模块电路由电压跟随缓冲电路和RC滤波电路组成。

优选地，RC滤波电路包括一电阻R1、一电阻R2、一电容C1以及一电容C2；

其中，RC滤波电路的输入端、电阻R1、电阻R2和RC滤波电路的输出端依次相连；

电容C1的一端连接至电阻R1与电阻R2之间，另一端接地；

电容C2的一端连接至电阻R2与RC滤波电路的输出端之间，另一端接地。

优选地，MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的信号流向为：

双路信号发生器产生标准正弦波信号，经过增益模块进行放大处理，然后进入低通调制器进行调制，并由通用输入输出端口向主控芯片外输出方波信号；

方波信号经过缓冲模块电路进行缓冲滤波处理后得到正弦波信号，驱动陀螺仪表头有规律地震动；处于震动状态的陀螺仪表头会产生模拟信号输出；

环形振荡器采集陀螺仪表头的电容信号，并将电容信号转换为陀螺仪表头方波信号；

环形振荡器将采集到的陀螺仪方波信号反馈给主控芯片，由频率检测数字电路进行频率检测得到表头的位移量，频率检测数字电路将信号反馈至中央处理器；

中央处理器基于反馈的信号，控制双路信号发生器输出标准正弦波信号的频率。

此外，本发明还提出了另一种结构的MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，其采用如下技术方案：

一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，包括：

主控芯片、缓冲模块电路和信号提取模块电路；

其中，主控芯片内置两组环形振荡数字电路、两组频率检测数字电路、中央处理器、双路信号发生器、两组增益模块、两组低通调制器以及四组通用输入输出端口；

每组环形振荡数字电路的输出端分别连接至一组频率检测数字电路的输入端；

两组频率检测数字电路的输出端分别与中央处理器连接；

中央处理器与双路信号发生器连接；

双路信号发生器有两路输出，且每路输出分别与一组增益模块的输入端连接；

每组增益模块的输出端分别与一组低通调制器的输入端连接；

缓冲模块电路有两组；

每组低通调制器输出端通过一组通用输入输出端口连接至一组缓冲模块电路输入端；

两组缓冲模块电路的输出端分别连接至陀螺仪表头上；

信号提取模块电路有两组，且每组信号提取模块电路的输入端分别连接至陀螺仪表头上；

信号提取模块电路被配置为用于提取陀螺仪表头的电容信号，每组信号提取模块电路的输出端通过一组通用输入输出端口连接至一组环形振荡数字电路的输入端。

优选地，MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的信号流向为：

双路信号发生器产生标准正弦波信号，经过增益模块进行放大处理，然后进入低通调制器进行调制，并由通用输入输出端口向主控芯片外输出方波信号；

方波信号经过缓冲模块电路进行缓冲滤波处理后得到正弦波信号，驱动陀螺仪表头有规律地震动；处于震动状态的陀螺仪表头会产生模拟信号输出；

信号提取模块电路采集陀螺仪表头的电容信号，然后将电容信号反馈给主控芯片，由环形振荡数字电路将采集的电容信号转换为数字信号；

环形振荡数字电路将数字信号输送至频率检测数字电路，通过频率检测得到表头的位移量，并由频率检测数字电路将信号反馈至中央处理器；

中央处理器基于反馈的信号，控制双路信号发生器输出标准正弦波信号的频率。

本发明具有如下优点：

(1)利于压缩测控系统的硬件体积，拓宽系统的应用范围

利用环形振荡器采集得到陀螺仪表头方波信号，将方波信号输入至主控芯片内检测方波的频率，测得表头的位移量，该信号采集方案的电路相比于模数转换器及其外围电路，大大缩减了电子元器件的数量，压缩了陀螺仪测控系统的硬件体积；

采用主控芯片直接产生模拟信号，进入缓冲模块电路后输出至陀螺仪表头，由于该信号输出方案的大部分工作均是在主控芯片内完成的，外围电路只有缓冲模块电路，与数模转换器及其外围电路相比，大大缩减了电子元器件的数量，压缩了陀螺仪测控系统的硬件体积；

(2)成本进一步压缩

在传统的陀螺仪测控系统中，多采用成熟的ADC和DAC解决方案，这就意味着要投入更多的成本去购买成品的ADC和DAC芯片，而陀螺仪测控系统要求的高精度ADC和DAC，其设计和制造工艺难度非常大，并长期被国外高科技公司垄断，因此采购价格一直居高不下，占测控系统整体成本很大的比重。本发明述及了一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，通过设计全新方案，能够弃用ADC和DAC，无疑会将成本大幅度压缩。

(3)利于提高信噪比

传统的陀螺仪测控系统中，包含了ADC、DAC及其外围电路等众多的模拟器件，模拟器件之间的信号流多数都是模拟信号，而模拟信号比数字信号更容易受到干扰。因此，本发明通过摒弃多数模拟器件，使得系统中的模拟信号数量进一步减少，取而代之的是抗干扰能力更强的数字信号，如此可以进一步降低测量噪声，提高系统整体信噪比。

(4)温漂得以被控制

相对于传统的陀螺仪测控系统，本发明受环境温度影响较小。传统方案当中采用的ADC、DAC等模拟器件，受环境温度影响较大，即温漂严重。而本发明中采用的数字器件对温度的敏感性较低，即温漂性能好，在极端环境温度下也能正常工作，进一步拓宽了应用范围，大大提升了实用价值。

(5)能耗可控性

相对于传统的陀螺仪测控系统，本发明在设计过程中，可以根据实际应用场景控制能耗。在环形振荡电路设计过程中，振荡环的基准频率(f_o)可以通过增加或减少环数(反相器的数量)进行调整，环数(反相器)越多，基准频率越低，反之亦然。

由于陀螺仪测控系统的整体能耗很大一部分在于基准频率的高低，基准频率越低，系统能耗就越低；虽然基准频率越高，测量的准确性就越高，但如果该基准频率过高，势必会造成能耗的浪费；因此，将基准频率控制在一个合理的范围内，既能保证测量的准确性，同时又可以降低系统的功耗，适用于某些对功耗要求较高的场景，进一步提升实用价值。

(6)开机启动时间短

传统的陀螺仪测控系统采用的ADC、DAC及其外围电路的器件均为模拟器件，模拟器件在系统刚上电时需要预热，待器件内部温度和环境温度达到平衡态以后，才能正常工作。但是本发明中用数字器件代替了多数模拟器件，数字器件对自身温度和环境温度不敏感，无需预热，系统上电之后马上就可以进入工作状态，所以本发明的整体开机时间较短。

如果应用场景中供电不稳定，会出现短时间掉电的问题；传统的陀螺仪测控系统需要预热，所以重启时间过长，在漫长的重启过程中无法进行测量工作；本发明中的接口电路与测控系统无需预热，所以重启时间短，可以最大限度地保证系统的平稳运行。

附图说明

图1为本发明实施例1中MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的结构原理框图。

图2为本发明实施例1中环形振荡电路的模型简图。

图3为本发明实施例1中频率检测数字电路的原理框图。

图4为本发明实施例1中信号输出方案框图。

图5为本发明实施例1中低通调制器处理流程原理框图。

图6为本发明实施例1中缓冲模块电路的模型简图。

图7为本发明实施例2中MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的结构原理框图。

图8为本发明实施例2中信号提取模块电路的结构框图。

图9为本发明实施例2中环形振荡数字电路的结构框图。

其中，1-频率检测数字电路，2-中央处理器，3-双路信号发生器，4-增益模块，5-低通调制器，6-通用输入输出端口，7-缓冲模块电路，8-陀螺仪表头；

9、9a、9b-环形振荡器，10-晶体振荡，11-时基分频模块，12-闸门控制器，13-计数器，14-锁存器，15-信号提取模块电路，16-环形振荡数字电路。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

如图1所示，本发明实施例1述及了一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，其包括主控芯片(如图1虚线框所示)、缓冲模块电路7以及环形振荡器9。

其中，主控芯片内置两组频率检测数字电路1、中央处理器2、双路信号发生器3、两组增益模块4、两组低通调制器5以及两组通用输入输出端口(即图1中I/O端口)6。

两组频率检测数字电路1的输出端分别与中央处理器2连接。

中央处理器2与双路信号发生器3连接。

双路信号发生器3有两路输出，且每路输出分别与一组增益模块4连接。

每组增益模块4分别依次与一组低通调制器5以及一组通用输入输出端口6连接。

缓冲模块电路7有两组，每组通用输入输出端口分别与一组缓冲模块电路的输入端连接。

两组缓冲模块电路7的输出端分别连接至陀螺仪表头8上。

环形振荡器9有两个，且每个环形振荡器9的输入端分别连接至陀螺仪表头8上。

每个环形振荡器9的输出端分别连接至一组频率检测数字电路1的输入端。

其中，缓冲模块电路7以及环形振荡器9为主控芯片的外围电路。

主控芯片置于陀螺仪表头8的后端，主要作用是进行数字信号处理，而缓冲模块电路7以及环形振荡器9则置于陀螺仪表头8的前端，主要作用是进行模拟信号处理。

图1中存在两条通道CH1和CH2，即位于图1中线以上的部分以及以下的部分。

中线以上的部分为驱动通道CH1，负责陀螺仪表头8震动的驱动，相应的，该驱动通道中环形振荡器9a的作用在于采集陀螺仪表头8的驱动模态相关的信号。

中线以下的部分为检测通道CH2，当有外部转动的情况下，陀螺仪表头8的感应模态会产生振动，CH2根据振动情况，产生一个正弦波和余弦波叠加的信号，使得表头8达到力平衡的状态。

该检测通道中环形振荡器9b的作用在于采集陀螺仪表头8的感应模态相关的信号。

MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的信号流向为：

双路信号发生器3产生标准正弦波信号，经过增益模块4进行放大处理，然后进入低通调制器5进行调制，并由通用输入输出端口6向主控芯片外输出方波信号。

方波信号经过缓冲模块电路7进行缓冲滤波处理后得到正弦波信号，驱动陀螺仪表头有规律地震动。处于震动状态的陀螺仪表头会产生模拟信号输出。

环形振荡器9进行模拟信号采集，经过处理后将测量结果输出。

与此同时，环形振荡器9将采集到的陀螺仪方波信号反馈给主控芯片，频率检测数字电路1检测频率得到表头的位移量，频率检测数字电路1将信号反馈至中央处理器2。

中央处理器2根据反馈的情况对双路信号发生器3进行微小调整(即中央处理器2调节双路信号发生器3的输出信号的频率)，如此构成一个闭环系统。

本发明实施例1无需采用模数转换器(ADC)，而是运用电路规模很小的环形振荡器9，设计环形振荡电路，以此来采集陀螺仪表头8的微小电容信号。

环形振荡器9是由M个反相器首尾连接组成的环形电路，其中，M为大于或等于3的奇数。如图2示出了三个反相器首位相接组成的环形振荡器，其原理为：

门电路固有传输延时时间，通过将奇数个反相器首尾相接而成，任何一个反相器的输入和输出都不可能维持在高电平或者低电平状态，只能处于高电平和低电平相互转换的不稳定状态，输出即为方波信号，基于此设计的电路通常被称为环形振荡电路。

本发明实施例1基于环形振荡器技术设计了环形振荡电路，可简化为图2所示的电路模型。其中，陀螺仪表头8输出的微小电容信号C，此信号输入至环形振荡电路，可以转换输出为方波信号，其中，该方波信号的频率f₀与表头的位移量呈线性关系。

本发明实施例1直接将环形振荡器9输出的方波信号输送至主控芯片进行频率检测。具体的，将方波信号输入至主控芯片内的频率检测数字电路1检测频率即可测得表头的位移量。

其中，频率检测数字电路1的原理如图3所示：

频率检测数字电路1包括晶体振荡10、时基分频模块11、闸门控制器12、计数器13、锁存器14等部件。晶体振荡10产生标准频率信号，该标准频率信号进入时基分频模块11进行分频处理，分频后的时间基准作为频率检测数字电路1的基准时钟。

闸门控制器12以该时钟信号为基准，控制计数器13和锁存器14进行相关工作。

待测频率信号(环形振荡器9输出的方波信号)进入计数器13，闸门控制器12控制计数器13内的闸门启闭，形成脉冲信号，并计算脉冲数量，结合时间数据测得频率数据。

锁存器14减少因计数或清零引起的数据抖动，提高测量准确性。

本发明信号采集方案中的电路与传统方案相比，优势在于：

传统方案是将陀螺仪表头8的微小电容信号，先经过一个放大器进行放大，然后送到模数转换器转换成数字信号，再送到主控芯片里面进行处理。

而本发明是将陀螺仪表头8的微小电容信号直接输入到环形振荡器9，得到一个方波信号(未进行数字化处理)，然后送到主控芯片中测频率数据。

可见，本发明实施例1信号采集方案中采用的电路，与模数转换器及其外围电路相比，大大缩减了电子元器件的数量，从而压缩了陀螺仪测控系统的硬件体积。

图4示出了本发明实施例1中信号输出方案，即输出信号驱动陀螺仪表头8震动。

由图4不难看出，本发明实施例1无需采用数模转换器(DAC)，而是运用主控芯片直接产生模拟信号，进入缓冲模块电路7进行处理后，输出至陀螺仪表头8。

其中，双路信号发生器3采用数字控制振荡器。

中央处理器2控制双路信号发生器3产生两路数字信号，分别经过CH1和CH2两个通道的增益模块4做放大处理；随后分别进入各自通道的低通调制器5。

两路数字信号经低通调制器5调制后，经由主控芯片的通用输入输出端口6，不断向外围电路输出高电平或低电平信号，连续输出即为方波信号。

其中，双路信号发生器3、增益模块4、通用输入输出端口6，均按照通用方案实现。

本发明中低通调制器5的处理流程原理框图如图5所示。

双路信号发生器3输出的数字正弦波信号输入至该数字电路(即低通调制器5)，经过一阶环节后，进入数字比较器环节，并经由一个时间滞后环节z^-1负反馈到输入端，形成一个闭环系统；比较器输出的信号为一串连续的高低电平，即为有规律的方波信号。

关于此一阶环节的公式推导，有如下过程：

首先，标准的一阶环节公式为：

式中，Y(s)为信号的输出，U(s)为信号的输入。

而此标准公式为时间连续系统的表达式，只能表达模拟信号的连续过程。

如果想要运用计算机进行数字化计算，即输入至数字电路进行处理，则必须对连续系统进行离散化运算，常见的方法是欧拉法，公式如下：

式中，Δt表示离散化运算中的采样时间间隔。

将此公式代入标准一阶环节公式，推导过程如下：

此公式即为图5所示的一阶环节，为了便于进一步推导，令

则有如下公式：

等式两边同时乘一个时间滞后环节z^-1得到：

进一步整理得到：Y(k)＝-α·Y(k-1)+U(k)-U(k-1)。

此公式表明，每一时刻的输出，都能够由上一时刻的输出、此时刻的输入和上一时刻的输入来迭代计算得出，进一步论证了以上方案的可行性。

数字信号经过通用输入输出端口6输出至外围电路，构成一连串有规律的方波信号。

图5中两路模拟方波信号经外围电路进入缓冲模块电路7，缓冲模块电路由简单的模拟电路组成；两路方波信号分别经过缓冲滤波等处理后，变为正弦波信号输出至陀螺仪表头8。

图6示出了缓冲模块电路7的原理简图，其由电压跟随缓冲电路和RC滤波电路组成。

RC滤波电路包括一电阻R1、一电阻R2、一电容C1以及一电容C2。

其中，RC滤波电路的输入端与电阻R1、电阻R2和RC滤波电路的输出端依次相连。

电容C1的一端连接至电阻R1与电阻R2之间，另一端接地。

电容C2的一端连接至电阻R2与RC滤波电路的输出端之间，另一端接地。

通过以上缓冲模块电路7能够实现对方波信号的缓冲滤波处理，得到正弦波信号。

本发明信号输出方案中的电路与传统方案相比，优势在于：

传统方案(DAC输出信号驱动陀螺仪表头8震动)是主控芯片内的信号发生器，产生数字信号，将此数字信号输出给DAC(此时数字信号已经处于主控芯片外部)；DAC输出模拟正弦波信号给缓冲模块，在缓冲模块处理一下，输出至陀螺仪表头8。

而本发明实施例1是主控芯片内的双路信号发生器3，产生数字信号，经过低通调制器5处理，经由通用输入输出端口6输出模拟方波信号(此时信号处于主控芯片外部)，方波信号经过缓冲模块电路7处理，转换为正弦波信号，输出至陀螺仪表头8。

可见，本发明信号输出方案中大部分工作均在主控芯片平台上完成，外围电路只有缓冲模块电路7的简单模拟电路，因此与数模转换器及其外围电路相比，本发明信号输出方案大大缩减了电子元器件的数量，从而压缩了陀螺仪测控系统的硬件体积。

综上，本发明无需数据转换器的信号处理方案，通过缩减信号处理电路的数量，以压缩测控系统的硬件体积，有效拓宽了测控系统的应用范围。

实施例2

本发明实施例2也述及了一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，该系统除以下技术特征与上述实施例1不同之外，其余技术特征均可参照上述实施例1。

如图7所示，一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，包括主控芯片、缓冲模块电路7和信号提取模块电路15。

其中，主控芯片内置两组环形振荡数字电路16、两组频率检测数字电路1、中央处理器2、双路信号发生器3、两组增益模块4、两组低通调制器5以及四组通用输入输出端口6。

每组环形振荡数字电路16的输出端分别连接至一组频率检测数字电路1的输入端。

两组频率检测数字电路1的输出端分别与中央处理器2连接。

中央处理器2与双路信号发生器3连接。

双路信号发生器3有两路输出，且每路输出分别与一组增益模块4的输入端连接。

每组增益模块4的输出端分别与一组低通调制器5的输入端连接。

缓冲模块电路7有两组。

每组低通调制器5输出端通过一组通用输入输出端口6连接至一组缓冲模块电路输入端。

两组缓冲模块电路7的输出端分别连接至陀螺仪表头8上。

信号提取模块电路15有两组，且每组信号提取模块电路15的输入端分别连接至表头上。

信号提取模块电路15用于提取陀螺仪表头8的微小电容信号，每组信号提取模块电路15的输出端通过一组通用输入输出端口6连接至一组环形振荡数字电路16的输入端。

MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的信号流向为：

双路信号发生器3产生标准正弦波信号，经过增益模块4进行放大处理，然后进入低通调制器5进行调制，并由通用输入输出端口向主控芯片外输出方波信号。

方波信号经过缓冲模块电路7进行缓冲滤波处理后得到正弦波信号，驱动陀螺仪表头8有规律地震动；处于震动状态的陀螺仪表头会产生模拟信号输出。

信号提取模块电路15采集陀螺仪表头的电容信号，然后将电容信号反馈给主控芯片，由环形振荡数字电路16将采集的电容信号转换为数字信号。

环形振荡数字电路16将数字信号输送至频率检测数字电路1，通过频率检测得到表头的位移量，并由频率检测数字电路将信号反馈至中央处理器2。

中央处理器2基于反馈的信号，控制双路信号发生器3输出标准正弦波信号的频率。

基于上面叙述，可知本发明实施例2更改了模拟信号采集的方式，即利用图7中的信号提取模块电路15以及环形振荡数字电路16替代上述实施例1中的环形振荡器9。

其中，信号提取模块电路15的结构如图8所示，由图8看出，信号提取模块电路15作用与环形振荡器9下半部分的作用相同，都是用于提取陀螺仪表头8的微小电容信号。

唯一不同的地方在于，本实施例2将环形振荡器9中的模拟反相器替换为数字反相器，如图9所示，因此将环形振荡数字电路16置于主控芯片(如图7虚线框内所示)的内部。

此外，为了实现本发明实施例2中信号提取模块电路15与环形振荡数字电路16的连接，在图7中还增加了两组通用输入输出端口6。

在图8和图9中示出的信号接口均是为了实现与通用输入输出端口6的连接。本实施例2通过将环形振荡数字电路16内置到主控芯片，相比于实施例1具有如下优势：

频率检测数字电路1的输入信号有所变化，从模拟方波信号转变为数字信号，抗干扰能力增强。

频率检测数字电路1的检测过程变为：晶体振荡10产生标准频率信号，该信号进入时基分频模块11进行分频处理，分频后的时间基准作为电路的基准时钟。

闸门控制器12以该时钟信号为基准，控制计数器13和锁存器14进行相关工作。

环形振荡数字电路输出的数字信号进入计数器13，闸门控制器12控制计数器内的闸门启闭，形成脉冲信号，并计算脉冲数量，结合时间数据可以测得频率数据。

锁存器14减少了因计数或清零引起的数据抖动，提高测量准确性。

此外，实施例1环形振荡器9中的模拟反相器在主控芯片外部，实际上是在PCB板上，用几个MOS管搭建而成的模拟电路，体积较大，肉眼可见。如果后期想要修改的话，必须重新制造焊接整个PCB板，环形振荡器9的输出信号均为模拟信号。

而本实施例2中的反相器在主控芯片内部，由数字电路搭建而成，无需修改PCB板，在设计过程中或者设计完成后，均可以增加或减少“非门”来进行灵活配置。体积较小，肉眼不可见，环形振荡数字电路16的输出信号为数字信号。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，其特征在于，包括：

主控芯片、缓冲模块电路和环形振荡器；

其中，主控芯片内置两组频率检测数字电路、中央处理器、双路信号发生器、两组增益模块、两组低通调制器以及两组通用输入输出端口；

两组频率检测数字电路的输出端分别与中央处理器连接；

中央处理器与双路信号发生器连接；

双路信号发生器有两路输出，且每路输出分别与一组增益模块的输入端连接；

每组增益模块的输出端分别与一组低通调制器的输入端连接；

缓冲模块电路有两组；

所述缓冲模块电路由电压跟随缓冲电路和RC滤波电路组成；

每组低通调制器输出端通过一组通用输入输出端口连接至一组缓冲模块电路输入端；

两组缓冲模块电路的输出端分别连接至陀螺仪表头上；

环形振荡器有两个，且每个环形振荡器的输入端分别连接至陀螺仪表头上；

每个环形振荡器的输出端分别连接至一组频率检测数字电路的输入端；

所述环形振荡器由M个反相器首尾连接组成，其中，M为大于或等于3的奇数；

MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的信号流向为：

双路信号发生器产生标准正弦波信号，经过增益模块进行放大处理，然后进入低通调制器进行调制，并由通用输入输出端口向主控芯片外输出方波信号；

方波信号经过缓冲模块电路进行缓冲滤波处理后得到正弦波信号，驱动陀螺仪表头有规律地震动；处于震动状态的陀螺仪表头会产生模拟信号输出；

环形振荡器采集陀螺仪表头的电容信号，并将电容信号转换为陀螺仪表头方波信号；

环形振荡器将采集到的陀螺仪方波信号反馈给主控芯片，由频率检测数字电路进行频率检测得到表头的位移量，频率检测数字电路将信号反馈至中央处理器；

中央处理器基于反馈的信号，控制双路信号发生器输出标准正弦波信号的频率。

2.根据权利要求1所述的MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，其特征在于，

所述RC滤波电路包括一电阻R1、一电阻R2、一电容C1以及一电容C2；

其中，RC滤波电路的输入端、电阻R1、电阻R2和RC滤波电路的输出端依次连接；

电容C1的一端连接至电阻R1与电阻R2之间，另一端接地；

电容C2的一端连接至电阻R2与RC滤波电路的输出端之间，另一端接地。

3.一种MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统，其特征在于，包括：

主控芯片、缓冲模块电路和信号提取模块电路；

其中，主控芯片内置两组环形振荡数字电路、两组频率检测数字电路、中央处理器、双路信号发生器、两组增益模块、两组低通调制器以及四组通用输入输出端口；

每组环形振荡数字电路的输出端分别连接至一组频率检测数字电路的输入端；

两组频率检测数字电路的输出端分别与中央处理器连接；

中央处理器与双路信号发生器连接；

双路信号发生器有两路输出，且每路输出分别与一组增益模块的输入端连接；

每组增益模块的输出端分别与一组低通调制器的输入端连接；

缓冲模块电路有两组；

所述缓冲模块电路由电压跟随缓冲电路和RC滤波电路组成；

每组低通调制器输出端通过一组通用输入输出端口连接至一组缓冲模块电路输入端；

两组缓冲模块电路的输出端分别连接至陀螺仪表头上；

信号提取模块电路有两组，且每组信号提取模块电路的输入端分别连接至陀螺仪表头上；

信号提取模块电路被配置为用于提取陀螺仪表头的电容信号，每组信号提取模块电路的输出端通过一组通用输入输出端口连接至一组环形振荡数字电路的输入端；

MEMS谐振式陀螺仪接口电路与测控系统的信号流向为：

双路信号发生器产生标准正弦波信号，经过增益模块进行放大处理，然后进入低通调制器进行调制，并由通用输入输出端口向主控芯片外输出方波信号；

方波信号经过缓冲模块电路进行缓冲滤波处理后得到正弦波信号，驱动陀螺仪表头有规律地震动；处于震动状态的陀螺仪表头会产生模拟信号输出；

信号提取模块电路采集陀螺仪表头的电容信号，然后将电容信号反馈给主控芯片，由环形振荡数字电路将采集的电容信号转换为数字信号；

环形振荡数字电路将数字信号输送至频率检测数字电路，通过频率检测得到表头的位移量，并由频率检测数字电路将信号反馈至中央处理器；

中央处理器基于反馈的信号，控制双路信号发生器输出标准正弦波信号的频率。