CN114353775A - 一种微机械陀螺集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微机械陀螺集成电路，应用于微机械陀螺表头，所述微机械陀螺表头包括驱动端和检测端；所述微机械陀螺集成电路包括：驱动电路，分别与驱动端等效电路的输出端和反馈端进行连接，用于根据原始正弦激励信号得到方波驱动信号和正弦波驱动信号，以采用方波驱动信号对微机械陀螺表头进行起振以及采用正弦波驱动信号驱动起振后的微机械陀螺表头振荡；检测电路，与检测端等效电路的输出端进行连接，用于根据原始高频载波信号获取待测角速度信号，以得到微机械陀螺表头的角速度。本发明可以解决单独采用模拟方波激励和模拟正弦波激励的驱动方式都存在各自缺陷的问题以及检测电路的输出级引入大量噪声及接口电路面积较大的问题。

Description

一种微机械陀螺集成电路

技术领域

本发明涉及微机械陀螺技术领域，尤其涉及一种微机械陀螺集成电路。

背景技术

微机械陀螺作为航天、国防和工业领域中重要的传感器之一，其在飞行器和武器系统中的应用已日渐广泛。随着近年来飞行器和武器系统性能的不断提升，对应用于其上的微机械陀螺的要求也越来越高；其中，微机械陀螺接口电路的低噪声、小型化、高稳定性等性能指标则决定了微机械陀螺的应用前景；微机械陀螺接口电路通常包括驱动电路和检测电路。

微机械陀螺的驱动电路普遍采用具有幅值控制功能的模拟自激驱动电路，模拟自激驱动电路从波形上来看可以分为方波驱动电路和正弦波驱动电路。由于微机械陀螺驱动模态具有极高的品质因子，则多数驱动电路采用模拟方波信号激励的驱动方式；方波激励的驱动方式在石英角速度敏感元件的起振和驱动电压幅值的调整范围方面具有明显的优势，但会在响应信号中引入相位噪声，同时也会产生驱动频率的奇次谐波分量，使驱动环路中产生较高的噪声，极大降低了驱动环路的信噪比。模拟正弦波信号激励的驱动方式在驱动环路建立起稳定的振荡后具有良好的噪声性能和较小的谐波分量，但正弦波驱动电路建立的时间较长且电压幅值的调整范围较小。

微机械陀螺的检测电路通常采用开环检测方式，具体方法为通过模拟解调和低通滤波得到待测角速度输入信号，进而确定角速度。然而上述方法会在检测电路的输出级引入大量低频噪声，影响微机械陀螺的稳定性。此外，微机械陀螺的接口电路通常采用印刷电路板级电路，极少数采用模拟集成电路，两种方式电路外围器件较多，造成接口电路面积较大，影响微机械陀螺整机的小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微机械陀螺集成电路，以解决单独采用模拟方波激励和模拟正弦波激励的驱动方式都存在各自缺陷的问题以及检测电路的输出级引入大量噪声及接口电路面积较大的问题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种微机械陀螺集成电路，应用于微机械陀螺表头，所述微机械陀螺表头包括驱动端和检测端；驱动端等效电路输出原始正弦激励信号，检测端等效电路输出包含待测角速度信号的原始高频载波信号；所述微机械陀螺集成电路包括：

驱动电路，分别与所述驱动端等效电路的输出端和反馈端进行连接，用于根据所述原始正弦激励信号得到方波驱动信号和正弦波驱动信号，以采用方波驱动信号对所述微机械陀螺表头进行起振以及采用正弦波驱动信号驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡；

检测电路，与所述检测端等效电路的输出端进行连接，用于根据所述原始高频载波信号获取待测角速度信号，以得到所述微机械陀螺表头的角速度。

优选地，所述驱动电路包括：

开关电容电路，其输入端与所述驱动端等效电路的输出端连接，用于对所述原始正弦激励信号进行放大转换处理，以得到第一交流电压驱动信号；

比较电路，其输入端与所述开关电容电路的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端连接，用于将所述第一交流电压驱动信号转换为所述方波驱动信号，以对所述微机械陀螺表头进行起振。

优选地，所述驱动电路还包括：

模数转换电路，其输入端与所述开关电容电路的输出端连接，用于对所述第一交流电压驱动信号进行模数转换处理，以得到第二交流电压驱动信号；

数字整波电路，其输入端与所述模数转换电路的输出端连接，用于对所述第二交流电压驱动信号进行整波处理，以得到第三交流电压驱动信号；

数字控制参考电压源，用于生成参考电压信号；

数字PID控制电路，其输入端分别与所述数字整波电路的输出端和所述数字控制参考电压源进行连接，用于对所述第三交流电压驱动信号和所述参考电压信号进行叠加处理，以得到直流电压驱动信号；

数字非线性乘法电路，其输入端分别与所述模数转换电路和所述数字PID控制电路的输出端进行连接，用于对所述第二交流电压驱动信号和所述直流电压驱动信号进行非线性乘积运算，以得到第四交流电压驱动信号；以及

数字调制电路，其输入端与所述数字非线性乘法电路的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端连接，用于将所述第四交流电压驱动信号转换为1位数字的所述正弦波驱动信号，以驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡。

优选地，所述驱动控制电路还包括：

多路选择电路，其输入端分别与所述比较电路和所述数字调制电路的输出端进行连接，用于根据自身内部时钟控制选择所述方波驱动信号或所述正弦波驱动信号并输出；

相位自适应电路，其输入端与所述多路选择电路的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端进行连接，用于对所述方波驱动信号或所述正弦波驱动信号进行相位调整并输出至所述驱动端等效电路。

优选地，所述第一交流电压驱动信号为模拟信号；所述方波驱动信号、所述第二交流电压驱动信号、所述第三交流电压驱动信号、所述参考电压信号、所述直流电压驱动信号、所述第四交流电压驱动信号和所述正弦波驱动信号皆为数字信号。

优选地，所述检测电路包括：

电荷放大电路，其输入端与所述检测端等效电路的输出端连接，用于对所述原始高频载波信号进行放大处理，以得到第一高频载波信号；

可调增益放大电路，其输入端与所述电荷放大电路的输出端连接，用于对所述第一高频载波信号进行电压增益放大处理，以得到第二高频载波信号；

带通调制电路，其输入端与所述可调增益放大电路的输出端连接，用于对所述第二高频载波信号进行调制处理，以得到待解调信号；且所述待解调信号的频率与所述待测角速度信号的频率相同；

同或门解调电路，其输入端分别所述比较电路和所述带通调制电路的输出端进行连接，用于对所述方波驱动信号和所述待解调信号进行同或处理，以得到解调后信号，且所述解调后信号包括分离的待测角速度信号和高频谐振信号；以及

数字抽取滤波电路，与所述同或门解调电路的输出端连接，用于从所述解调后信号中获取所述待测角速度信号。

优选地，所述开关电容电路包括：

第一电容，其第一极板与所述驱动端等效电路的输出端连接，其第二极板分别与所述模数转换电路和所述比较电路的输入端连接；

开关，其一端与所述驱动端等效电路的输出端连接，其另一端分别与所述模数转换电路和所述比较电路的输入端连接；以及

第一运算放大器，其反相输入端与所述驱动端等效电路的输出端连接，其同相输入端接地，其输出端分别与所述模数转换电路和所述比较电路的输出端连接。

优选地，所述电荷放大电路包括：

第二电容，其第一极板与所述检测端等效电路的输出端连接，其第二极板与所述可调增益放大电路的输入端连接；

第二运算放大器，其反相输入端与所述检测端等效电路的输出端连接，其同相输入端接地，其输出端与所述可调增益放大电路的输入端连接。

本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：

本发明提供的一种微机械陀螺集成电路，驱动电路可以根据原始正弦激励信号得到方波驱动信号和正弦波驱动信号，并采用方波驱动信号对所述微机械陀螺表头进行起振以及采用正弦波驱动信号驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡，从而解决现有技术中微机械陀螺驱动电路单独采用模拟方波激励和模拟正弦波激励的驱动方式都存在各自缺陷的问题。

本发明中方波驱动信号、第二交流电压驱动信号、第三交流电压驱动信号、参考电压信号、直流电压驱动信号、第四交流电压驱动信号和正弦波驱动信号皆为数字信号，可以在保证高精度的前提下大幅度降低微机械陀螺接口集成化电路的芯片面积，从而解决现有技术中印刷电路板级电路和模拟集成电路造成的接口电路面积过大问题，具有高度集成化的优点。

本发明多路选择电路分别与比较电路和数字调制电路连接，使得多路选择电路可以根据内部时钟信号控制进行信号切换；且在起振阶段，多路选择电路选择输出方波驱动信号作为微机械陀螺表头的驱动信号；在持续振荡阶段，多路选择电路选择输出正弦波驱动信号作为微机械陀螺表头的驱动信号。

本发明可以兼顾正弦驱动和方波驱动方法的优点，具有起振速度快、振荡建立时间短的优点，并且解决了上电初期由于模数转换电路精度不够以及数字电路群延迟问题导致的不能起振问题和数字电路群延迟带来的驱动电路驱动信号相位不准带来的驱动信噪比无法最大化问题。在方波驱动信号建立起稳定振荡后切换为正弦驱动信号，可以提高噪声性能和降低谐波分量；且本发明适用于高精度高稳定性极小型化的微机械陀螺。

本发明检测电路采用带通调制电路及同或门解调电路实现高频谐振信号和低频待测角速度信号的分离，避免高带宽、高精度低通调制电路的设计，大大降低了调制电路的设计难度；同时本发明直接将待解调信号与方波驱动信号进行同或数字解调可以降低后级数字滤波电路设计的难度，且解调信号经过适当延迟可以避免由于解调信号占空比不准确造成的解调误差，提高输入信号信噪比。

本发明检测电路通过数字抽取滤波电路进行待测角速度信号的拾取，避免了传统模拟低通滤波电路的大量噪声引入和由解调方波不稳定造成的稳定性恶化问题，同时降低了检测电路外围器件的数量，实现了数字信号输出。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种微机械陀螺集成电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种微机械陀螺集成电路作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合附图1所示，本实施例提供一种微机械陀螺集成电路，应用于微机械陀螺表头，所述微机械陀螺表头包括驱动端和检测端，且所述微机械陀螺表头的等效电路100包括驱动端等效电路和检测端等效电路；所述驱动端等效电路输出原始正弦激励信号，所述检测端等效电路输出包含待测角速度信号的原始高频载波信号；所述微机械陀螺集成电路包括：驱动电路，分别与所述驱动端等效电路的输出端和反馈端进行连接，用于根据所述原始正弦激励信号得到方波驱动信号和正弦波驱动信号，以采用方波驱动信号对所述微机械陀螺表头进行起振以及采用正弦波驱动信号驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡；检测电路，与所述检测端等效电路的输出端进行连接，用于根据所述原始高频载波信号获取待测角速度信号，以得到所述微机械陀螺表头的角速度。

具体的，在本实施例中，所述驱动端等效电路包括第一电感Ld、第一电阻Rd、第三电容Cd1和第四电容Cd2；所述第一电感Ld的第一端与所述第三电容Cd1的第一极板连接，所述第三电容Cd1的第二极板与所述第一电阻Rd的第一端连接，所述第一电阻Rd的第二端与所述第四电容Cd2的第一极板连接，所述第四电容Cd2的第二极板与所述第一电感Ld的第二端连接；其中所述第一电阻Rd的第二端可以作为所述驱动端等效电路的输出端，所述第一电感Ld的第二端可以作为所述驱动端等效电路的反馈端，且所述驱动端等效电路为一环路。在电流控制电压源对所述第三电容Cd1的第一极板上电后即所述机械陀螺表头的驱动端上电后，所述机械陀螺表头的驱动端内部由噪声等微弱信号在环路中产生自激振荡作为输出，使得所述驱动端等效电路输出微弱的所述原始正弦激励信号，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述检测端等效电路包括第二电感Ls、第二电阻Rs、第五电容Cs1和第六电容Cs2；所述第二电感Ls的第一端与所述第五电容Cs1的第一极板连接，所述第五电容Cs1的第二极板与所述第二电阻Rs的第一端连接，所述第二电阻Rs的第二端与所述第六电容Cs2的第一极板连接，所述第六电容Cs2的第二极板与所述第二电感Ls的第二端连接；其中所述第二电阻Rs的第二端可以作为所述检测端等效电路的输出端，所述第二电感Ls的第二端可以接地。所述电流控制电压源对所述第五电容Cs1的第一极板和第二极板上电，使得所述检测端等效电路输出微弱的所述原始高频载波信号，但本发明不以此为限。

请继续参考图1，所述驱动电路包括：开关电容电路101，其输入端与所述驱动端等效电路的输出端连接，用于对所述原始正弦激励信号进行放大转换处理，以得到第一交流电压驱动信号；比较电路109，其输入端与所述开关电容电路101的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端连接，用于将所述第一交流电压驱动信号转换为所述方波驱动信号，以对所述微机械陀螺表头进行起振。

可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述驱动电路还包括：模数转换电路102，其输入端与所述开关电容电路101的输出端连接，用于对所述第一交流电压驱动信号进行模数转换处理，以得到第二交流电压驱动信号；数字整波电路103，其输入端与所述模数转换电路102的输出端连接，用于对所述第二交流电压驱动信号进行整波处理，以得到第三交流电压驱动信号；数字控制参考电压源V_ref，用于生成参考电压信号；数字PID控制电路104，其输入端分别与所述数字整波电路103的输出端和所述数字控制参考电压源进行连接，用于对所述第三交流电压驱动信号和所述参考电压信号进行叠加处理，以得到直流电压驱动信号；数字非线性乘法电路105，其输入端分别与所述模数转换电路102和所述数字PID控制电路104的输出端进行连接，用于对所述第二交流电压驱动信号和所述直流电压驱动信号进行非线性乘积运算，以得到第四交流电压驱动信号；以及数字调制电路106，其输入端与所述数字非线性乘法电路105的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端连接，用于将所述第四交流电压驱动信号转换为1位数字的所述正弦波驱动信号，以驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡。

在一些实施例中，所述驱动控制电路还包括：多路选择电路107，其输入端分别与所述比较电路109和所述数字调制电路106的输出端进行连接，用于根据自身内部时钟控制选择所述方波驱动信号或所述正弦波驱动信号并输出；相位自适应电路108，其输入端与所述多路选择电路107的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端进行连接，用于对所述方波驱动信号或所述正弦波驱动信号进行相位调整并输出至所述驱动端等效电路。

具体的，在本实施例中，所述开关电容电路101可以将微弱的所述原始正弦激励信号放大转换为所述第一交流电压驱动信号并分为两路进行输出，其中一路所述第一交流电压驱动信号可以输出至所述比较电路109，另外一路所述第一交流电压驱动信号则可以以差分形式输出至所述模数转换电路102，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述模数转换电路102精度为16位，则所述模数转换电路102可以将所述第一交流电压驱动信号处理成16位数字的所述第二交流电压驱动信号并分为两路输出；其中一路所述第二交流电压驱动信号可以输出至所述数字整波电路103；另一路所述第二交流电压驱动信号可以输出至所述数字非线性乘法电路105。优选地，所述模数转换电路102中所用的调制器可以为差分输入及差分输出，以降低其谐波失真；此外通过信噪比计算公式可以计算出所述模数转换电路102可分辨最小信号幅度为22nV；所述信噪比计算公式如下：

其中V_s为信号幅值，V_noise为噪声幅值，BW为调制器带宽。

具体的，在本实施例中，所述数字整波电路103可以对输入的所述第二交流电压驱动信号峰值幅值大小进行检测，并将所述第二交流电压驱动信号整形为新波形信号且以电压形式输出，即输出为所述第三交流电压驱动信号。所述第三交流电压驱动信号以所述第二交流电压驱动信号半周期波形为一个周期，则所述第三交流电压驱动信号每个周期的信号波形与整形前信号即所述第二交流电压驱动信号的负半周期信号波形相同，则输出电压值时刻为负。此时所述数字整波电路103输出电压值保持为负电压，所述第三交流电压驱动信号则为负值二倍频电压信号；但在所述微机械陀螺表头还未形成稳定振荡时所述第三交流电压驱动信号的幅值依然很小，且该信号幅值随驱动时间增加而增加，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述数字PID控制电路104可以为带有低通滤波功能的比例-积分控制电路，且所述数字PID控制电路104可以将所述数字整波电路输出103的所述第三交流电压驱动信号与所述数字控制参考电压源V_ref输出的所述参考电压信号叠加处理为所述直流电压驱动信号；所述直流电压驱动信号含有驱动信号幅值有效值信息，且所述直流电压驱动信号为近似直流信号，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述直流电压驱动信号和所述第二交流电压驱动信号经所述数字非线性乘法电路105处理后可以得到所述第四交流电压驱动信号。优选地，所述数字非线性乘法电路105具有饱和方波输出和非饱和正弦波输出两种输出方式。通过所述数字非线性乘法电路105的所述直流电压驱动信号可以控制其增益在0.1至100之间变化，达到非线性控制的目的，加强驱动电路对驱动信号的控制能力，使驱动电路快速稳定，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述数字调制电路106可以为1位数字调制电路，使得传输至所述数字调制电路106的所述第四交流电压驱动信号可以被处理成1位数字的所述正弦波驱动信号，且所述正弦波驱动信号可以为用密度表示信号幅度的高频密度信号，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述比较电路109可以直接将所述第一交流电压驱动信号无延迟地处理为所述方波驱动信号，使得所述方波驱动信号的周期与所述第一交流电压驱动信号的周期相同，但本发明不以此为限。

具体的，在起振阶段，由于所述驱动端等效电路输出的所述原始正弦激励信号幅值很小，而由所述模数转换电路102、所述数字整波电路103、所述数字PID控制电路104、所述数字非线性乘法电路105和所述数字调制电路106组成的数字信号处理电路本身存在群延迟，会造成驱动信号不能及时到达所述驱动端等效电路的反馈端，致使所述微机械陀螺表头在此期间振动幅度会有较大衰减；且驱动信号到达所述驱动端等效电路的反馈端时可能会造成所述驱动端等效电路后续输出的信号幅度过小，使得所述模数转换电路102中的调制器不能正确分辨信号幅值。因此若采用所述正弦波驱动信号对所述机械陀螺表头进行起振，则易导致驱动电路进入未知状态，不能稳定振荡。

更具体的，在本实施例中，所述多路选择电路107的输入端分别与所述比较电路109和所述数字调制电路106的输出端连接，则在起振阶段，所述多路选择电路107通过其内部时钟控制可以选择输出所述方波驱动信号，此时所述方波驱动信号可以经所述相位自适应调节电路108传输至所述驱动端等效电路的反馈端，以作为所述微机械陀螺表头的驱动信号对所述微机械陀螺表头进行驱动，从而使得所述微机械陀螺表头快速起振及驱动信号幅度迅速增加，进而减小振荡建立时间以及避免因数字信号处理电路的群延迟导致信号衰减而造成的调制器不能正确分辨信号的问题。优选地，所述比较电路109的输出端还可以与所述相位自适应调节电路108的输入端连接，使得所述多路选择电路107控制所述比较电路109输出所述方波驱动信号至所述相位自适应电路108，但本发明不以此为限。

更具体的，在本实施例中，随着所述方波驱动信号对所述微机械陀螺表头的驱动，所述驱动端等效电路输出的信号幅度不断增加，所述开关电容电路101和所述数字整波电路103输出的信号幅度也逐渐增大，所述数字PID控制电路104输出直流信号的电压值逐渐减小并最终稳定在一个数值附近，且该数值大小与V_ref值有关。此时所述数字非线性乘法电路105输出的信号波形则与所述开关电容电路101输出的信号波形相似，仅幅度略有不同，表明此时所述微机械陀螺表头已建立稳定的振荡并进入持续振荡阶段。在持续振荡阶段，所述多路选择电路107通过其内部时钟控制可以选择输出所述正弦波驱动信号，以作为所述机械陀螺表头的驱动信号维持所述微机械陀螺表头进行振荡，并提高噪声性能和降低谐波分量，但本发明不以此为限。

请继续参考图1，所述第一交流电压驱动信号为模拟信号；所述方波驱动信号、所述第二交流电压驱动信号、所述第三交流电压驱动信号、所述参考电压信号、所述直流电压驱动信号、所述第四交流电压驱动信号和所述正弦波驱动信号皆为数字信号。

具体的，在本实施例中，所述第一交流电压驱动信号、所述第二交流电压驱动信号、所述第三交流电压驱动信号、所述直流电压驱动信号、所述第四交流电压驱动信号和所述正弦波驱动信号还皆为正弦信号，但本发明不以此为限。

请继续参考图1，所述开关电容电路101包括：第一电容Cfd，其第一极板与所述驱动端等效电路的输出端连接，其第二极板分别与所述模数转换电路102和所述比较电路109的输入端连接；开关S1，其一端与所述驱动端等效电路的输出端连接，其另一端分别与所述模数转换电路102和所述比较电路109的输入端连接；以及第一运算放大器A1，其反相输入端与所述驱动端等效电路的输出端连接，其同相输入端接地，其输出端分别与所述模数转换电路101和所述比较电路109的输出端连接。

具体的，在本实施例中，所述第一电容Cfd的第一极板、所述开关S1的一端以及所述第一运算放大器A1的反相输入端的公共节点可以作为所述开关电容电路101的输入端；所述第一电容Cfd的第二极板、所述开关S1的另一端以及所述第一运算放大器A1的输出端的公共节点则可以作为所述开关电容电路101的输出端。

请继续参考图1，所述检测电路包括：电荷放大电路110，其输入端与所述检测端等效电路的输出端连接，用于对所述原始高频载波信号进行放大处理，以得到第一高频载波信号；可调增益放大电路111，其输入端与所述电荷放大电路110的输出端连接，用于对所述第一高频载波信号进行电压增益放大处理，以得到第二高频载波信号；带通调制电路112，其输入端与所述可调增益放大电路111的输出端连接，用于对所述第二高频载波信号进行调制处理，以得到待解调信号；且所述待解调信号的频率与所述待测角速度信号的频率相同；同或门解调电路113，其输入端分别所述比较电路109和所述带通调制电路112的输出端进行连接，用于对所述方波驱动信号和所述待解调信号进行同或处理，以得到解调后信号，且所述解调后信号包括分离的待测角速度信号和高频谐振信号；以及数字抽取滤波电路114，与所述同或门解调电路113的输出端连接，用于从所述解调后信号中滤出所述待测角速度信号。

具体的，在本实施例中，所述原始高频载波信号为被高频谐振信号调制的待测角速度信号，则所述原始高频载波信号包含待测角速度信息；所述原始高频载波信号通过所述电荷放大电路110和所述可调增益放大电路111共同放大，可以得到所述第二高频载波信号。所述带通调制电路112可以将所述第二高频载波信号解调至所述待测角速度信号的实际频率处，从而得到与所述待测角速度信号的频率相同的所述待解调信号，且所述待解调信号为1位数字信号。所述同或门解调电路113将所述比较电路109输出的所述方波驱动信号进行适当延迟后作为解调信号，并将所述解调信号与所述待解调信号通过同或门直接进行数字运算解调，从而得到包含被分离开的低频待测角速度信号和高频谐振信号的所述解调后信号。最后通过所述数字抽取滤波电路114可以滤除高频谐振信号和高频噪声，从而得到所述待测角速度信号，并将所述待测角速度信号转换为所需位数和采样频率的数字信号，进而得到所述微机械陀螺表头的角速度，但本发明不以此为限。

请继续参考图1，所述电荷放大电路110包括：第二电容Cfs，其第一极板与所述检测端等效电路的输出端连接，其第二极板与所述可调增益放大电路111的输入端连接；第二运算放大器A₂，其反相输入端与所述检测端等效电路的输出端连接，其同相输入端接地，其输出端与所述可调增益放大电路111的输入端连接。

具体的，在本实施例中，所述第二电容Cfs的第一极板和所述第二运算放大器A₂的反相输入端的共同节点可以为所述电荷放大电路110的输入端，所述第二电容Cfs的第二极板和所述第二运算放大器A₂的输出端的共同节点可以为所述电荷放大电路110的输出端，但本发明不以此为限。

综上所述，本实施例提供一种微机械陀螺集成电路，驱动电路可以根据原始正弦激励信号得到方波驱动信号和正弦波驱动信号，以采用方波驱动信号对微机械陀螺表头进行起振以及采用正弦波驱动信号驱动起振后的微机械陀螺表头振荡；检测电路可以根据原始高频载波信号获取待测角速度信号，以得到微机械陀螺表头的角速度。本实施例可以兼顾正弦驱动和方波驱动方法的优点，具有起振速度快、振荡建立时间短的优点，并且解决了上电初期由于模数转换电路精度不够以及数字电路群延迟问题导致的不能起振问题和数字电路群延迟带来的驱动电路驱动信号相位不准带来的驱动信噪比无法最大化问题。在方波驱动信号建立起稳定振荡后切换为正弦驱动信号，可以提高噪声性能和降低谐波分量；且本发明适用于高精度高稳定性极小型化的微机械陀螺。本实施例通过数字抽取滤波电路进行待测角速度信号的拾取，避免了传统模拟低通滤波电路的大量噪声引入和由解调方波不稳定造成的稳定性恶化问题，同时降低了检测电路外围器件的数量，实现了数字信号输出。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种微机械陀螺集成电路，应用于微机械陀螺表头，所述微机械陀螺表头包括驱动端和检测端；驱动端等效电路输出原始正弦激励信号，检测端等效电路输出包含待测角速度信号的原始高频载波信号；其特征在于，所述微机械陀螺集成电路包括：

驱动电路，分别与所述驱动端等效电路的输出端和反馈端进行连接，用于根据所述原始正弦激励信号得到方波驱动信号和正弦波驱动信号，以采用方波驱动信号对所述微机械陀螺表头进行起振以及采用正弦波驱动信号驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡；

检测电路，与所述检测端等效电路的输出端进行连接，用于根据所述原始高频载波信号获取待测角速度信号，以得到所述微机械陀螺表头的角速度。

2.如权利要求1所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，所述驱动电路包括：

开关电容电路(101)，其输入端与所述驱动端等效电路的输出端连接，用于对所述原始正弦激励信号进行放大转换处理，以得到第一交流电压驱动信号；

比较电路(109)，其输入端与所述开关电容电路(101)的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端连接，用于将所述第一交流电压驱动信号转换为所述方波驱动信号，以对所述微机械陀螺表头进行起振。

3.如权利要求2所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：

模数转换电路(102)，其输入端与所述开关电容电路(101)的输出端连接，用于对所述第一交流电压驱动信号进行模数转换处理，以得到第二交流电压驱动信号；

数字整波电路(103)，其输入端与所述模数转换电路(102)的输出端连接，用于对所述第二交流电压驱动信号进行整波处理，以得到第三交流电压驱动信号；

数字控制参考电压源，用于生成参考电压信号；

数字PID控制电路(104)，其输入端分别与所述数字整波电路(103)的输出端和所述数字控制参考电压源进行连接，用于对所述第三交流电压驱动信号和所述参考电压信号进行叠加处理，以得到直流电压驱动信号；

数字非线性乘法电路(105)，其输入端分别与所述模数转换电路(102)和所述数字PID控制电路(104)的输出端进行连接，用于对所述第二交流电压驱动信号和所述直流电压驱动信号进行非线性乘积运算，以得到第四交流电压驱动信号；以及

数字调制电路(106)，其输入端与所述数字非线性乘法电路(105)的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端连接，用于将所述第四交流电压驱动信号转换为1位数字的所述正弦波驱动信号，以驱动起振后的所述微机械陀螺表头振荡。

4.如权利要求3所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，所述驱动控制电路还包括：

多路选择电路(107)，其输入端分别与所述比较电路(109)和所述数字调制电路(106)的输出端进行连接，用于根据自身内部时钟控制选择所述方波驱动信号或所述正弦波驱动信号并输出；

相位自适应电路(108)，其输入端与所述多路选择电路(107)的输出端连接，其输出端与所述驱动端等效电路的反馈端进行连接，用于对所述方波驱动信号或所述正弦波驱动信号进行相位调整并输出至所述驱动端等效电路。

5.如权利要求3所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，

所述第一交流电压驱动信号为模拟信号；所述方波驱动信号、所述第二交流电压驱动信号、所述第三交流电压驱动信号、所述参考电压信号、所述直流电压驱动信号、所述第四交流电压驱动信号和所述正弦波驱动信号皆为数字信号。

6.如权利要求2所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，所述检测电路包括：

电荷放大电路(110)，其输入端与所述检测端等效电路的输出端连接，用于对所述原始高频载波信号进行放大处理，以得到第一高频载波信号；

可调增益放大电路(111)，其输入端与所述电荷放大电路(110)的输出端连接，用于对所述第一高频载波信号进行电压增益放大处理，以得到第二高频载波信号；

带通调制电路(112)，其输入端与所述可调增益放大电路(111)的输出端连接，用于对所述第二高频载波信号进行调制处理，以得到待解调信号；且所述待解调信号的频率与所述待测角速度信号的频率相同；

同或门解调电路(113)，其输入端分别所述比较电路(109)和所述带通调制电路(112)的输出端进行连接，用于对所述方波驱动信号和所述待解调信号进行同或处理，以得到解调后信号，且所述解调后信号包括分离的待测角速度信号和高频谐振信号；以及

数字抽取滤波电路(114)，与所述同或门解调电路(113)的输出端连接，用于从所述解调后信号中获取所述待测角速度信号。

7.如权利要求3所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，所述开关电容电路(101)包括：

第一电容，其第一极板与所述驱动端等效电路的输出端连接，其第二极板分别与所述模数转换电路(102)和所述比较电路(109)的输入端连接；

开关，其一端与所述驱动端等效电路的输出端连接，其另一端分别与所述模数转换电路(102)和所述比较电路(109)的输入端连接；以及

第一运算放大器，其反相输入端与所述驱动端等效电路的输出端连接，其同相输入端接地，其输出端分别与所述模数转换电路(101)和所述比较电路(109)的输出端连接。

8.如权利要求6所述的微机械陀螺集成电路，其特征在于，所述电荷放大电路(110)包括：

第二电容，其第一极板与所述检测端等效电路的输出端连接，其第二极板与所述可调增益放大电路(111)的输入端连接；

第二运算放大器，其反相输入端与所述检测端等效电路的输出端连接，其同相输入端接地，其输出端与所述可调增益放大电路(111)的输入端连接。

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