CN114252093B - 一种mems陀螺性能预评估片上测试系统 - Google Patents
一种mems陀螺性能预评估片上测试系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114252093B CN114252093B CN202111620711.5A CN202111620711A CN114252093B CN 114252093 B CN114252093 B CN 114252093B CN 202111620711 A CN202111620711 A CN 202111620711A CN 114252093 B CN114252093 B CN 114252093B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- driving
- detection
- signal
- level
- circuit
- 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
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 149
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 65
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 21
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 abstract 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 102000003712 Complement factor B Human genes 0.000 description 2
- 108090000056 Complement factor B Proteins 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
- G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，该测试系统包括圆片测试探卡电路、数据采集卡和上位机数据采集系统。上位机数据采集系统控制数据采集卡输出模式控制电平，以切换圆片级MEMS陀螺的驱动回路闭环或检测回路闭环。驱动回路闭环时，采集驱动检测信号、检测信号、增益控制电平，在上位机数据采集系统中进行相敏解调、耦合误差、驱动品质因数的计算；检测回路闭环时，采集检测信号、增益控制电平，在上位机程序中完成检测品质因数的计算。本发明采用电学测量的方式对圆片级MEMS陀螺进行耦合误差测试，有利于分离结构误差来源，为圆片级MEMS陀螺性能预评估提供依据；并且提供一种陀螺检测品质因数的闭环测试方案，简化测试步骤，提高测试效率。
Description
技术领域
本发明属于MEMS陀螺测试领域，特别是一种MEMS陀螺性能预评估片上测试系统。
背景技术
硅微机械陀螺仪是一种以哥氏效应为基础原理，依托MEMS加工技术的角速度传感器件，具有体积小、重量轻、低功耗、低成本以及易于实现大批量生产等突出优点，已被广泛用于微惯性导航系统、汽车安全、工业自动控制、消费类电子等领域，具有广阔的发展前景。
MEMS陀螺的耦合误差是其零偏的重要组成部分，主要来源于刻蚀、键合、封装等生产加工过程中的工艺误差。耦合误差分为同相耦合误差与正交耦合误差，同相耦合误差与输入角速度同相，是影响MEMS陀螺性能的最主要误差源；正交耦合误差与驱动位移相位相同，经相敏解调后仍有部分残余在零偏中，其影响不可忽略。MEMS陀螺的模态频率、品质因数也具有重要的物理意义，不仅是判断陀螺性能等级的指标，也广泛应用于温度表征、温度补偿中。因此，对MEMS陀螺的耦合误差、模态频率、品质因数进行实时、准确地测量，是辨识其误差来源、提高温度性能的基础。
传统的MEMS陀螺耦合误差、品质因数地测试方法是针对封装后的陀螺整表进行测试，该方法测试周期长、成本高，且引入了封装、划片等后道工艺和电路板的影响，测试结果误差较大。因此，针对圆片级MEMS陀螺进行耦合误差、品质因数测试，可以排除后道工艺的影响，测试精度高，有利于分离误差来源，且这种测试方法自动化程度高，可以节省大量测试时间、人力成本。
目前，国内外采用MEMS工艺加工制造的陀螺，可实现的片上测量参数包括模态固有频率、品质因数、带宽、阻容值等静态参数。中国专利CN204346459U公开了一种微机械陀螺的晶圆测试系统，使用扫频的方法激励圆片级MEMS陀螺，采集检测端的输出信号后进行模数转换、傅里叶变换等处理，根据其模态频率与带宽判断陀螺是否能正常起振。此方法虽然简单易行，但其测试结果只能判断陀螺是否工作，无法进一步判断陀螺的性能等级及误差来源。
目前MEMS陀螺耦合误差的研究重在产生机理、有限元仿真和各种补偿措施，针对其测试的方法较少。中国专利CN112964242A公布了一种石英音叉陀螺表头机械耦合误差测试系统及测试方法。使用外置振动单元以驱动模态固有频率激励陀螺。取检测模态实时幅值与驱动模态实时幅值的比值作为耦合误差系数，进而根据该系数确定陀螺实际工作时的耦合误差。此方法需要先进行扫频实验确定驱动模态频率，操作繁琐，不利于自动化、快速测试，且无法分离同相耦合误差与正交耦合误差。
常见的品质因数测试方法包括Ring-Down法、断开闭环、白噪声激励法等，本质都是使驱动梳齿或检测梳齿做衰减运动，根据其衰减时间常数计算品质因数。中国专利CN110553666A公开的一种MEMS陀螺仪品质因数的获取方法，使用信号发生器根据陀螺的固有频率产生测试信号，此时驱动电路的输出与谐振器的振幅线性相关，使用示波器采集驱动电路的输出，计算输出信号的衰减时间常数，获得其品质因数。这一类方法通常所需设备较多，操作步骤繁琐，需要对数据进行离线处理，无法获得实时的数据。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，使用电学的方式实现圆片级MEMS陀螺的耦合误差、模态频率和品质因数等关键参量的实时、快速和批量化测试，实现圆片级MEMS陀螺性能的预评估。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，包括：
圆片测试探卡电路，用于通过探针连接圆片级MEMS陀螺的驱动电极、检测电极、驱动检测电极，通过模式控制模块切换圆片级MEMS陀螺的驱动闭环、检测闭环状态，并实现驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI的读出；
数据采集卡，用于连接圆片测试探卡电路的输出端口，用于将圆片级MEMS陀螺的输出信号传递至上位机，并在上位机数据采集程序的控制下输出高电平或低电平以控制模式控制模块；
上位机数据采集系统，用于控制数据采集卡的输出模式控制信号，用于控制圆片测试探卡电路的模式控制模块的切换，并对驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI进行滤波、单频测量、相敏解调、耦合误差计算、品质因数计算，实时获得同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ、驱动频率Fd、驱动品质因数Qd、检测频率Fs、检测品质因数Qs。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)与传统的对MEMS陀螺整表进行测试的方法相比，本发明的MEMS陀螺耦合误差与品质因数在片闭环测试系统针对圆片级MEMS陀螺进行测试，能够排除封装、划片等后道工艺的影响，测试结果更加准确；与现有的圆片陀螺在片测试系统相比，本发明的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统不仅能够测试圆片级MEMS陀螺的模态频率，判断陀螺是否正常工作，还可以对同相耦合误差、正交耦合误差、驱动模态和检测模态的品质因数进行测试，为进一步判断陀螺性能等级提供依据。
(2)与现有的耦合误差振动测量方法相比，本发明的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统测试无须外置振动单元扫频激发陀螺模态，圆片测试探卡电路上电后陀螺即可进行稳幅振荡，在上位机中获得信号幅值、频率、相位、耦合误差等所需参数，测试原理简单，简化了测试设备与流程，缩短测试时间，同时将耦合误差更进一步地明确为同相耦合误差、正交耦合误差，有利于后续耦合误差辨识。
(3)与传统的断开驱动闭环、外置信号发生器以获得陀螺驱动端或检测端的衰减震荡曲线后计算模态品质因数的方式相比，本发明的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统通过模式控制模块切换驱动回路闭环或检测回路闭环，在已知一只MEMS陀螺的增益控制电平与驱动(检测)品质因数的乘积时，将其写入上位机数据采集程序，即可通过采集当前圆片级MEMS陀螺的增益控制电平PI，直接输出驱动(检测)品质因数，保证了数据的实时性与准确性，提高了测试效率。
附图说明
图1为本发明的MEMS陀螺耦合误差与品质因数在片闭环测试系统框图。
图2为本发明的圆片测试探卡功能示意图。
图3为本发明的上位机数据采集程序功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，一种MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，包括圆片测试探卡电路、数据采集卡和上位机数据采集系统；
所述圆片测试探卡电路通过探针连接圆片级MEMS陀螺的驱动电极、检测电极、驱动检测电极，使用模式控制模块切换圆片级MEMS陀螺回路闭环或检测回路闭环，并实现驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI的读出；所述数据采集卡连接圆片测试探卡电路的测试端口，在上位机数据采集程序的控制下输出模式控制电平，并将陀螺的输出信号传递至上位机；所述上位机数据采集程序用于圆片级MEMS陀螺相敏解调、耦合误差、品质因数的实时处理、计算、显示。
图2为圆片测试探卡电路功能示意图。如图所示，圆片测试探卡电路包括C/V接口电路、模式控制模块、移相电路、自动增益控制(AGC)电路、乘法器电路；
两路C/V接口电路的输入端分别通过探针连接驱动检测电极、检测电极，用于将圆片级MEMS陀螺输出的驱动检测电流信号Ids、检测电流信号Is分别转换为驱动检测电压信号VDS、检测电压信号VS；
所述模式控制模块采用两路单刀双掷开关，两路控制电平IN1均连接到测试端口，其中一路的第一端S1直接连接到MEMS陀螺的驱动电极上，第二端S2连接到MEMS陀螺的检测电极正极上；另外一路的第一端S1和第二端S2分别与两路C/V接口电路相连；控制电平由上位机数据采集系统控制数据采集卡产生，两路开关的公共端同时与第一端S1连接时，则驱动回路闭环，两路开关的公共端同时与第二端S2连接时，则检测回路闭环，用于切换圆片级MEMS陀螺的驱动闭环、检测闭环；
所述移相电路与所述模式控制模块的另外一路的开关的公共端相连，用于将驱动检测信号VDS或检测信号VS移相90°；
所述自动增益控制(AGC)电路与所述移相电路输出端相连，用于控制驱动检测信号或检测信号的幅值并输出增益控制电平PI；
所述乘法器电路用于将增益控制电平PI与移相后的驱动检测信号或检测信号相乘，得到驱动信号VD(施加在驱动电极上)或VP(施加在检测电极正极上)，并通过探针分别输出至圆片级MEMS陀螺的驱动电极或检测电极正极。
进一步地，所述自动增益控制(AGC)电路包括依次相连的全波整流电路、低通滤波电路、PI控制电路；
所述全波整流电路将移相后的驱动检测信号或检测信号的负半周信号转换为正半周信号；
所述低通滤波电路用于提取全波整流电路输出信号的幅值；
所述PI控制电路用于将低通滤波电路提取出的幅值与参考电压Vref进行比较，并将比较的差值经过积分输出增益控制电平PI。
当控制电平IN1为高电平(>2V)时，第一端S1导通，圆片级MEMS陀螺的驱动回路处于闭环状态。圆片级MEMS陀螺输出驱动检测电流信号Ids、检测电流信号Is，C/V接口电路将上述电流信号分别转换为驱动检测电压信号VDS、检测电压信号VS，经移相电路移相90°后，与自动增益控制(AGC)电路的参考电压Vref比较，产生增益控制电平PI，增益控制电平PI与移相后的驱动检测信号VDSL相乘，输出驱动信号VD。当驱动检测信号VDS小于参考电压Vref时，自动增益控制电路输出的驱动信号VD增大，驱动梳齿的振动幅度增大，使得驱动检测电流信号Ids增大，从而增大驱动检测信号VDS的幅值；当驱动检测信号VDS大于参考电压Vref时，自动增益控制电路输出的驱动信号VD减小，驱动梳齿的振动幅度减小，使得驱动检测电流信号Ids减小，从而减小驱动检测信号VDS的幅值。经过一段时间后，驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI趋于稳定，使用数据采集卡采集信号，上位机数据采集系统计算同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ、驱动模态频率Fd、驱动品质因数Qd。
当模式控制模块的控制电平IN1为低电平(<0.8V)时，第二端S2导通，圆片级MEMS陀螺的检测回路处于闭环状态。与驱动回路闭环同理，圆片级MEMS陀螺的检测电极负极输出检测电流信号Is，C/V接口电路将其转换为检测电压信号VS，经移相电路移相90°后，与自动增益控制(AGC)电路的参考电压Vref比较，输出增益控制电平PI，增益控制电平PI与移相后的检测信号相乘，输出至检测电极正极。一段时间后，圆片级MEMS陀螺稳幅振荡，采集检测信号VS、增益控制电平PI，由上位机数据采集程序输出检测模态频率Fs、检测品质因数Qs。
理想情况下，没有角速度输入时，检测信号VS为零，但由于加工误差的原因，MEMS陀螺存在机械耦合误差，即输入角速度为零时，检测信号VS为一常值输出，且与驱动检测信号VDS存在相位差耦合误差分为同相耦合误差VI与正交耦合误差VQ，同相耦合误差与输入角速度同相，是影响MEMS陀螺性能的最主要误差源；正交耦合误差与驱动位移相位相同，经相敏解调后仍有部分残余在零偏中，其影响不可忽略。与驱动检测信号VDS进行解调后，可得
同相耦合误差VI：
正交耦合误差VQ：
MEMS陀螺驱动模态品质因数反比于直流测信号PI，在已知一只MEMS陀螺的增益控制电平A、驱动模态品质因数B时，可计算出其他MEMS陀螺的驱动模态品质因数Qd：
即
此时的PI为驱动回路闭环时的增益控制电平。
MEMS陀螺检测模态品质因数同理。当陀螺检测回路闭环时，根据已知陀螺的增益控制电平C、检测模态品质因数D，可计算检测品质因数Qs：
此时的PI为检测回路闭环时的增益控制电平。
使用数据采集卡采集驱动检测电压信号VDS、检测电压信号VS、增益控制电平PI至上位机数据采集程序，信号处理、计算过程如图3所示。当模式控制模块的控制电平IN1为高电平时，首先对驱动检测电压信号VDS、检测电压信号VS进行交流滤波，使用单品测量模块获取驱动检测信号幅值Vds、检测信号幅值Vs、相位差根据式(1)、式(2)计算同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ，驱动检测信号VDS的频率即为驱动模态频率Fd，对增益控制电平PI进行直流滤波后，根据式(4)计算驱动品质因数Qd；当模式控制模块的控制电平IN1为低电平时，对检测信号VS进行交流滤波，使用“单频测量”控件获取驱动检测信号频率Fs，即检测模态频率，增益控制电平PI进行直流滤波后，根据式(5)计算检测品质因数Qs。
进一步地，上位机数据采集程序使用软件LabVIEW建立。
所述驱动闭环回路测试，选择后控制数据采集卡输出高电平(>2V)至圆片测试探卡的IN1端口，使模式控制模块接通第一端S1，并根据已知增益控制电平A、驱动模态品质因数B计算前圆片级MEMS陀螺的驱动品质因数；
所述驱动检测回路测试，选择后控制数据采集卡输出低电平(<0.8V)至圆片测试探卡的IN1端口，使模式控制模块接通第二端S2，并根据已知增益控制电平C、检测模态品质因数D计算当前圆片级MEMS陀螺的检测品质因数。
进一步地，所述交流滤波为带通滤波器，其截止频率应在圆片级MEMS陀螺驱动频率附近，例如下截止频率为15kHz，上截止频率为20kHz；
进一步地，所述直流滤波为带通滤波器，其截止频率应远小于圆片级MEMS陀螺驱动频率，例如下截止频率为10Hz，上截止频率为200Hz。
进一步地，所述上位机数据采集程序还具有对同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ、驱动模态频率Fd、驱动品质因数Qd、检测信号频率Fs、检测品质因数Qs等参数的图形显示、刷新、数据保存、自动采集等功能。
综上，本发明针对圆片级MEMS陀螺进行测试，圆片测试探卡电路上电后圆片级MEMS陀螺即可自行起振，并通过自动增益控制(AGC)电路达到稳幅震荡，无须外置信号发生器进行扫频实验以激励陀螺；根据圆片级MEMS陀螺的驱动检测信号VDS、检测信号VS计算同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ，排除了封装、划片等后道工艺的影响，结果更为准确，有利于分离工艺误差；根据圆片级MEMS陀螺的增益控制电平PI计算驱动品质因数、检测品质因数，无须断开闭环、外置信号源激励等繁琐操作，也无需离线处理数据，简化了测试步骤，提高了测试效率，实现了圆片级MEMS陀螺性能的片上预评估。
Claims (5)
1.一种MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，其特征在于，包括：
圆片测试探卡电路，用于通过探针连接圆片级MEMS陀螺的驱动电极、检测电极、驱动检测电极，通过模式控制模块切换圆片级MEMS陀螺的驱动闭环、检测闭环状态，并实现驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI的读出；
数据采集卡，用于连接圆片测试探卡电路的输出端口，用于将圆片级MEMS陀螺的输出信号传递至上位机，并在上位机数据采集程序的控制下输出高电平或低电平以控制圆片测试探卡电路的模式控制模块；
上位机数据采集系统，用于控制数据采集卡的输出模式控制信号，用于控制圆片测试探卡电路的模式控制模块的切换，并对驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI进行滤波、单频测量、相敏解调、耦合误差计算、品质因数计算，实时获得同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ、驱动频率Fd、驱动品质因数Qd、检测频率Fs、检测品质因数Qs；
所述上位机数据采集系统计算圆片级MEMS陀螺耦合误差的过程为：
同相耦合误差VI：
正交耦合误差VQ：
其中，Vds为驱动检测信号VDS的幅值，Vs为检测信号VS的幅值，为驱动检测信号VDS、检测信号VS的相位差；
所述上位机数据采集系统计算圆片级MEMS陀螺驱动品质因数的过程为：
其中，A、B分别为已知MEMS陀螺的驱动品质因数和增益控制电平的幅值，此时的PI为驱动回路闭环时的增益控制电平；
所述上位机数据采集系统计算圆片级MEMS陀螺检测品质因数的过程为：
中，C、D分别为已知MEMS陀螺的检测品质因数和增益控制电平的幅值，此时的PI为检测回路闭环时的增益控制电平。
2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，其特征在于，所述圆片测试探卡电路包括C/V接口电路、模式控制模块、移相电路、自动增益控制电路、乘法器电路；
两路C/V接口电路的输入端分别通过探针连接驱动检测电极、检测电极，用于将驱动检测电流信号Ids、检测电流信号Is转换为驱动检测信号VDS、检测信号VS；
所述模式控制模块的控制电平IN1由上位机数据采集程序控制数据采集卡产生，公共端连接第一端S1则驱动回路闭环，连接第二端则检测回路闭环，用于切换圆片级MEMS陀螺的驱动闭环、检测闭环；
所述移相电路与所述模式控制模块相连，用于将驱动检测信号VDS或检测信号VS移相90°；
所述自动增益控制电路与所述移相电路输出端相连，用于控制驱动检测信号或检测信号的幅值，并输出增益控制电平PI；
所述乘法器电路将增益控制电平PI与移相后的驱动检测信号或检测信号相乘，输出驱动信号。
3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，其特征在于，所述自动增益控制包括依次相连的全波整流电路、低通滤波电路、PI控制电路；
所述全波整流电路将移相后的驱动检测信号或检测信号的负半周信号转换为正半周信号；
所述低通滤波电路用于提取全波整流电路输出信号的幅值；
所述PI控制电路用于将低通滤波电路提取出的幅值与参考电压Vref进行比较，并将比较的差值经过积分输出增益控制电平PI。
4.根据权利要求2所述的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，其特征在于，当控制电平IN1为高电平时，第一端S1导通，圆片级MEMS陀螺的驱动回路处于闭环状态；圆片级MEMS陀螺输出驱动检测电流信号Ids、检测电流信号Is，C/V接口电路将上述电流信号分别转换为驱动检测电压信号VDS、检测电压信号VS，经移相电路移相90°后，与自动增益控制电路的参考电压Vref比较，产生增益控制电平PI，增益控制电平PI与移相后的驱动检测信号VDSL相乘，输出驱动信号VD；当驱动检测信号VDS小于参考电压Vref时，自动增益控制电路输出的驱动信号VD增大，驱动梳齿的振动幅度增大，使得驱动检测电流信号Ids增大，从而增大驱动检测信号VDS的幅值；当驱动检测信号VDS大于参考电压Vref时，自动增益控制电路输出的驱动信号VD减小，驱动梳齿的振动幅度减小，使得驱动检测电流信号Ids减小，从而减小驱动检测信号VDS的幅值；当驱动检测信号VDS、检测信号VS、增益控制电平PI趋于稳定，使用数据采集卡采集信号，上位机数据采集系统计算同相耦合误差VI、正交耦合误差VQ、驱动模态频率Fd、驱动品质因数Qd；
当模式控制模块的控制电平IN1为低电平时，第二端S2导通，圆片级MEMS陀螺的检测回路处于闭环状态；圆片级MEMS陀螺的检测电极负极输出检测电流信号Is，C/V接口电路将其转换为检测电压信号VS，经移相电路移相90°后，与自动增益控制(AGC)电路的参考电压Vref比较，输出增益控制电平PI，增益控制电平PI与移相后的检测信号相乘，输出至检测电极正极；当圆片级MEMS陀螺稳幅振荡，采集检测信号VS、增益控制电平PI，由上位机数据采集程序输出检测模态频率Fs、检测品质因数Qs。
5.根据权利要求1所述的MEMS陀螺性能预评估片上测试系统，其特征在于，所述上位机数据采集系统包括直流滤波模块、两路交流滤波模块、两路单频测量模块、耦合误差计算模块、品质因数测量模块；
所述直流滤波模块用于对增益控制电平PI进行滤波；
所述两路交流滤波模块用于分别对驱动检测信号VDS、检测信号VS进行滤波；
所述两路单频测量模块用于分别获得驱动检测信号VDS、检测信号VS的幅值、频率、相位；
所述耦合误差模块用于根据驱动检测信号VDS、检测信号VS的幅值与相位，按照式(1)、(2)计算同相耦合误差VI与正交耦合误差VQ；
所述品质因数计算模块用于根据增益控制电平PI，计算驱动品质因数Qd、检测品质因数Qs。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111620711.5A CN114252093B (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种mems陀螺性能预评估片上测试系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111620711.5A CN114252093B (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种mems陀螺性能预评估片上测试系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114252093A CN114252093A (zh) | 2022-03-29 |
| CN114252093B true CN114252093B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=80795391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111620711.5A Active CN114252093B (zh) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 一种mems陀螺性能预评估片上测试系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114252093B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104215232A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-17 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种mems陀螺仪及其制造工艺 |
| CN109813341A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-28 | 南京理工大学 | 一种硅微机械陀螺驱动力耦合误差在线自校准系统 |
| CN110482483A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-22 | 北京自动化控制设备研究所 | 用于mems器件的敏感结构贴片系统及方法 |
-
2021
- 2021-12-27 CN CN202111620711.5A patent/CN114252093B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104215232A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-17 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种mems陀螺仪及其制造工艺 |
| CN109813341A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-28 | 南京理工大学 | 一种硅微机械陀螺驱动力耦合误差在线自校准系统 |
| CN110482483A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-22 | 北京自动化控制设备研究所 | 用于mems器件的敏感结构贴片系统及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MEMS 陀螺在片自动测试系统开发;孙天玲 等;数字技术与应用;20200430;第38卷(第4期);1、2 * |
| 一种MEMS 多环谐振陀螺的品质因数在线测试方法;任静波 等;中国惯性技术学报;20210831;第29卷(第4期);516-521 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114252093A (zh) | 2022-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102353384B (zh) | 微机械陀螺带宽与标度因子的测量方法及系统 | |
| CN109813341A (zh) | 一种硅微机械陀螺驱动力耦合误差在线自校准系统 | |
| CN110108299B (zh) | 一种硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统 | |
| CN111536993B (zh) | 一种振动陀螺电极角度误差的辨识与补偿方法及系统 | |
| CN110160514A (zh) | 一种硅mems陀螺仪多回路数字化闭环控制装置 | |
| CN112556827B (zh) | 一种基于激光干涉法的高加速度振动校准方法及装置 | |
| CN111272193B (zh) | 一种基于噪声功率谱估计的mems陀螺仪在线频差识别方法 | |
| CN203534650U (zh) | 一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置 | |
| CN103528634A (zh) | 一种科里奥利质量流量计云传输数字信号处理装置及方法 | |
| CN101576383B (zh) | 双路光干涉的精密光微机电陀螺仪 | |
| CN107702731B (zh) | 一种对未知参数陀螺仪的测试方法 | |
| CN114252093B (zh) | 一种mems陀螺性能预评估片上测试系统 | |
| CN103344228A (zh) | 摇动质量体声波固体波动微陀螺驱动与检测电路 | |
| CN116592911A (zh) | 一种基于频域的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法 | |
| CN117490729B (zh) | 一种半球谐振陀螺仪的正交漂移误差检测方法 | |
| CN113607150B (zh) | 一种时分驱动和正交力反馈闭环的石英陀螺误差抑制方法 | |
| CN107449415A (zh) | 纳米光栅微机械陀螺 | |
| CN101509772A (zh) | 光学位相检测的高精度硅微机电陀螺仪 | |
| CN104678126B (zh) | 基于寄生电阻的电容式微机械加速度计相移温度补偿方法 | |
| CN100405067C (zh) | 微机械角加速度传感器 | |
| CN112964242B (zh) | 一种石英音叉陀螺表头机械耦合误差测试系统及测试方法 | |
| CN111380561B (zh) | 一种基于多参数融合的微机电陀螺标度因数补偿方法 | |
| CN111998842B (zh) | 微机械陀螺接口电路相位延迟的在线补偿方法和系统 | |
| CN116592912A (zh) | 一种基于正交解调的微机械陀螺耦合误差系数实时辨识方法 | |
| CN110440777B (zh) | 音叉敏感结构修调在线测试方法及角速率传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |