CN204807090U - 一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备，用于解决现有技术中放大器的闪烁噪声影响陀螺仪的检测精度的问题。陀螺仪检测电路，包括：敏感模态信号检测电路，用于在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频敏感模态信号；第一放大电路，用于对所述高频敏感模态信号进行放大；第一解调电路，用于将所述第一放大电路放大后的信号中与所述高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，以及将所述第一放大电路产生的闪烁噪声调制为高频噪声信号；第一滤波电路，用于将所述第一解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出所述低频信号。

Description

一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem；简称：MEMS)结构的陀螺仪(gyroscope)具有体积小、重量轻、功耗低、易数字化等优点，广泛应用于民用、国防领域。

微机电系统陀螺仪中应用最广泛的是振动陀螺仪，振动陀螺仪主要利用科里奥利力，将输入角速度量转换为位移，然后通过电压或压电等方式将位移检测出来，位移量与施加的角速度量成正比，因此，通过检测电容值的变化可以确定出角速度。

具体的，参照图1，为微机械陀螺仪的简化模型示意图，质量块m在激励电压的驱动下，沿X轴方向(称为：驱动方向)作往复振动，称为驱动模态，通过与驱动方向相垂直的电容可以检测到驱动模态信号，根据驱动模态信号可以确定出质量块在驱动方向上的振幅。当外部施加一个绕Z轴的角速度时，质量块受到科里奥利力的作用，产生Y轴方向(称为：敏感方向)上的振动，称为敏感模态，通过与敏感方向相垂直的电容可以检测到敏感模态信号。陀螺仪的检测电路在检测到敏感模态信号后，通过放大器对信号进行放大，并将放大后的信号解调为直流信号。根据解调后的直流信号即可确定出质量块在敏感方向上的振幅，进而根据敏感方向上的振幅确定出角速度值。

参照图2，为检测电路中对敏感模态信号进行放大的放大器的示意图，其中，ΔC为感应电容变化，C_p为寄生电容，R_f为反馈电容。放大器位于检测电路的前端，其噪声水平决定了整个检测电路的检测精度。由于陀螺仪的谐振频率大多在几KHz到几十KHz范围内，在如此低的频段，检测电路中放大器的闪烁噪声非常明显，会严重制约了陀螺仪的检测精度。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备，用于解决现有技术中放大器的闪烁噪声影响陀螺仪的检测精度的问题。

第一方面，本实用新型实施例一方面提供一种陀螺仪检测电路，包括：敏感模态信号检测电路，用于在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频敏感模态信号；第一放大电路，用于对所述高频敏感模态信号进行放大；第一解调电路，用于将所述第一放大电路放大后的信号中与所述高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，以及将所述第一放大电路产生的闪烁噪声调制为高频噪声信号；第一滤波电路，用于将所述第一解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出所述低频信号。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述检测电路还包括：驱动模态信号处理单元，用于对所述陀螺仪的驱动模态信号进行放大，并将放大后的驱动模态信号进行移相，使得移相后的信号与所述高频敏感模态信号的相位相同；第二解调电路，用于根据所述驱动模态信号处理单元移相后的信号将所述第一滤波电路输出的所述低频信号解调为直流信号。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述检测电路还包括：驱动模态信号检测电路，用于在陀螺仪的振动件进行驱动模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频驱动模态信号；第二放大电路，用于对所述高频驱动模态信号进行放大；第三解调电路，用于将所述第二放大电路放大后的信号中与所述高频驱动模态信号相位相同的信号解调为第二低频信号，以及将所述第二放大电路产生的第二闪烁噪声调制为第二高频噪声信号；第二滤波电路，用于将所述第三解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出所述第二低频信号；移相器，用于将所述第二滤波电路输出的所述第二低频信号的相位，更改为与所述高频敏感模态信号相一致的相位；第二解调电路，用于根据所述移相器输出的信号将所述第一滤波电路输出的所述低频信号解调为直流信号。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一放大电路与所述第二放大电路的位移相同。

第二方面，本实用新型实施例提供一种陀螺仪，包括：驱动电路，用于产生驱动电压；振动件，用于根据所述驱动电压进行振动；第一方面所述的检测电路。

第三方面，本实用新型实施例提供一种陀螺仪，包括：驱动电路，用于产生驱动电压；振动件，用于根据所述驱动电压进行振动；第一方面的第二种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式所述的检测电路；其中，所述驱动电路为反馈驱动电路，所述反馈驱动电路的输入端与所述第二滤波电路的输出端相连，所述反馈驱动电路用于根据所述第二滤波电路的输出值调整所述驱动电压，以使所述振动件保持稳定恒幅震荡状态。

第四方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括：壳体；处理器，设置在所述壳体内；陀螺仪，设置在所述壳体内，与所述处理器相连；所述陀螺仪包括：驱动电路，用于产生驱动电压；振动件，用于根据所述驱动电压进行振动；第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第三种可能的实现方式中任一种所述的检测电路；其中，所述处理器根据所述第二解调电路输出的直流信号确定所述电子设备的角速度。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型实施例中，敏感模态信号检测电路基于高频工作信号工作，敏感模态信号检测电路中检测陀螺仪敏感模态振动的电容的变化被调制到高频，产生高频敏感模态电流，该高频敏感模态电流流经电阻后形成高频敏感模态电压，即高频敏感模态信号。高频敏感模态信号经第一放大电路放大后，通过第一解调电路解调为低频敏感模态信号，而第一放大电路产生的高频噪声经第一解调电路调制为高频，通过第一滤波电路过滤高频信号，输出低频信号，即可抑制或者消除第一放大电路产生的高频噪声，抑制了闪烁噪声对陀螺仪检测电路的后续电路或器件的影响，提高了陀螺仪的检测精度以及工作稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术中陀螺仪的工作原理示意图；

图2为背景技术中放大器的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的陀螺仪的示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备，用于解决现有技术中放大器的闪烁噪声影响陀螺仪的检测精度的问题。

下面通过附图以及具体实施例对本实用新型技术方案做详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本实用新型技术方案的详细的说明，而不是对本实用新型技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

第一方面，本实用新型实施例提供一种陀螺仪检测电路，参照图3，该检测电路包括：敏感模态信号检测电路101、第一放大电路102、第一解调电路103以及第一滤波电路104。

其中，敏感模态信号检测电路101用于：在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频敏感模态信号。

具体的，敏感模态信号检测电路101包括：检测振动件敏感模态震动的电容以及电阻。本实用新型实施例中，敏感模态信号检测电路基于高频工作信号工作，敏感模态信号检测电路中检测陀螺仪敏感模态振动的电容的变化被调制到高频，产生高频敏感模态电流，该高频敏感模态电流流经电阻后形成高频敏感模态电压，即高频敏感模态信号。敏感模态信号检测电路的具体实现方式请参照现有技术，本实用新型实施例不予详述。

第一放大电路102用于：对高频敏感模态信号进行放大。具体的，第一放大电路102可以为斩波稳定放大器，第一放大电路102在将高频敏感模态信号进行放大时，不可避免产生闪烁噪声。

第一解调电路103用于：将第一放大电路102放大后的信号中与高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，以及将第一放大电路产生的闪烁噪声调制为高频噪声信号。

具体的，第一解调电路能够将自身输入端输入的信号中与高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，同时，将输入的信号中的低频闪烁噪声信号调制为高频噪声信号。

第一滤波电路104用于：将第一解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出低频信号。

由于第一解调电路输出的信号中，闪烁噪声信号为高频信号，通过第一滤波电路将其过滤掉，输出的信号中闪烁噪声信号被大幅消减，甚至完全消除，抑制了闪烁噪声对陀螺仪检测电路的后续电路或器件的影响，提高了陀螺仪的检测精度以及工作稳定性。

实际情况中，第一放大电路102、第一解调电路103、第一滤波电路104可以集成在一个芯片上，也可以分别在不同的芯片上。

可选的，本实用新型实施例的第一优选实施方式中，检测电路还包括：驱动模态信号处理单元和第二解调电路110。

其中，驱动模态信号处理单元用于：对陀螺仪的驱动模态信号进行放大，并将放大后的驱动模态信号进行移相，使得移相后的信号与高频敏感模态信号的相位相同；

第二解调电路110用于：根据驱动模态信号处理单元移相后的信号将第一滤波电路输出的低频信号解调为直流信号。

具体的，第一滤波电路输出的信号为低频敏感模态信号，该信号为调制了的信号，需要利用驱动模态信号对其进行解调，在解调前，先利用驱动模态信号处理单元对陀螺仪的驱动模态信号检测电路检测的驱动模态信号进行放大，并对放大后的信号进行移相，使得移相后的信号与高频敏感模态信号的相位相同。然后，第二解调电路110根据驱动模态信号处理单元移相后的信号，将第一滤波电路104输出的低频信号解调为直流信号。

实际情况中，第二解调电路110解调后的信号包括直流分量和高频信号，可以在第二解调电路的输出端增加低通滤波器滤除高频信号，最终输出直流信号，根据该直流信号即可确定陀螺仪测得的角速度的数值。

可选的，本实用新型实施例的第二优选实施方式中，继续参照图3，检测电路还包括：

驱动模态信号检测电路105，用于在陀螺仪的振动件进行驱动模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频驱动模态信号；

第二放大电路106，用于对高频驱动模态信号进行放大；

第三解调电路107，用于将第二放大电路放大后的信号中与高频驱动模态信号相位相同的信号解调为第二低频信号，以及将第二放大电路产生的第二闪烁噪声调制为第二高频噪声信号；

第二滤波电路108，用于将第三解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出第二低频信号；

移相器109，用于将第二滤波电路输出的第二低频信号的相位，更改为与高频敏感模态信号相一致的相位；

第二解调电路110，用于根据移相器109移相后的信号将第一滤波电路104输出的低频信号解调为直流信号。

具体的，由于需要根据放大后的驱动模态信号对处理后的敏感模态信号进行解调，才能获得用于确定角速度值的直流信号，而放大器对驱动模态信号进行放大时，同样会产生闪烁噪声，该闪烁噪声在输入第二解调电路110时，同样会影响第二解调电路输出的直流信号的准确度，影响陀螺仪的检测精度。

为了解决该问题，本实用新型实施例中，驱动模态信号检测电路105基于高频工作信号工作，驱动模态信号检测电路105中检测陀螺仪驱动振动的电容的变化被调制到高频，产生高频驱动模态电流，该高频驱动模态电流流经电阻后形成高频驱动模态电压，即高频驱动模态信号。高频驱动模态信号经第二放大电路放大后，通过第三解调电路解调为低频驱动模态信号，而第二放大电路产生的高频噪声经第三解调电路调制为高频，通过第二滤波电路108过滤高频信号，输出低频信号，即可抑制或者消除第二放大电路产生的高频噪声，提高陀螺仪的检测精度及工作稳定性。

可选的，本实用新型实施例中，第一放大电路102与第二放大电路106的位移相同，以保证信号运算的准确性。

基于相同的技术构思，本实用新型实施例在第二方面提供一种陀螺仪，继续参照图3，陀螺仪包括：驱动电路111、振动件112以及第一方面提供的检测电路。

其中，驱动电路111用于产生驱动电压；振动件112用于根据驱动电压进行振动，检测电路用于在振动件的振动时，检测获得用于计算角速度值的直流信号，即第二解调电路110输出的直流信号。

图3中振动件112与敏感模态信号检测电路101及驱动模态信号检测电路105的连接关系，指的是振动件的振动能够被敏感模态信号检测电路101及驱动模态信号检测电路105检测到，而不是振动件与敏感模态信号检测电路101及驱动模态信号检测电路105通过导线连接。

可选的，驱动电路111为反馈驱动电路，反馈驱动电路的输入端与第二滤波电路108的输出端相连，反馈驱动电路用于根据第二滤波电路的输出值调整驱动电压，以使振动件112保持稳定恒幅震荡状态。

具体的，反馈驱动电路可以包括解调器、比较电路、可变增益放大器，其具体实现方式参照现有技术，通过反馈驱动电路实现闭环的驱动环路，保证陀螺仪的振动件保持稳定恒幅震荡状态，保证陀螺仪的精度以及稳定工作。

基于相同的技术构思，本实用新型实施例在第三方面提供一种电子设备，包括：壳体、以及设置在壳体内的陀螺仪和处理器，其中，陀螺仪为本实用新型实施例在第二方面提供的陀螺仪，处理器与陀螺仪电气连接，用于根据陀螺仪中的第二解调电路110输出的直流信号确定电子设备的角速度。

具体实施时，处理器可以与陀螺仪集成在一起，二者也可以为两个不同的芯片，本实用新型实施例不予限定。

基于相同的技术构思，本实用新型实施例还提供一种抑制噪声的方法，该抑制噪声的方法包括如下步骤：

在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时，利用敏感模态信号检测电路基于高频工作信号检测获得高频敏感模态信号；

使用放大电路将高频敏感模态信号进行放大；

采用第一解调电路将放大电路放大后的信号中与高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，以及将第一放大电路产生的闪烁噪声调制为高频噪声信号；

采用第一滤波电路将第一解调电路解调后的信号中的高频噪声信号过滤掉，输出低频信号。

可选的，在本实用新型实施例提供的抑制噪声的方法的第一种优选的实施方式中，该方法还包括如下步骤：

对陀螺仪的驱动模态信号进行放大，并将放大后的驱动模态信号进行移相，使得移相后的信号与高频敏感模态信号的相位相同；

采用第二解调电路根据移相后的信号将低频信号解调为直流信号。

可选的，本实用新型实施例提供的抑制噪声的方法的第二种优选的实施方式，该方法包括如下步骤：

在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时，利用敏感模态信号检测电路基于高频工作信号检测获得高频敏感模态信号；

使用放大电路将高频敏感模态信号进行放大；

采用第一解调电路将放大电路放大后的信号中与高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，以及将第一放大电路产生的闪烁噪声调制为高频噪声信号；

采用第一滤波电路将第一解调电路解调后的信号中的高频噪声信号过滤掉，输出低频信号。

在陀螺仪的振动件进行驱动模态振动时，利用驱动模态信号检测电路基于高频工作信号检测获得高频驱动模态信号；

使用第二放大电路将高频驱动模态信号进行放大；

采用第三解调电路将第二放大电路放大后的信号中与高频驱动模态信号相位相同的信号解调为第二低频信号，以及将第二放大电路产生的第二闪烁噪声调制为第二高频噪声信号；

采用第二滤波电路将第三解调电路解调后的信号中的高频噪声信号过滤掉，输出第二低频信号；

采用移相器将第二滤波电路输出的第二低频信号的相位，更改为与高频敏感模态信号相一致的相位；

采用第二解调电路根据移相器移相后的信号将第一滤波电路输出的低频信号解调为直流信号。

本实施例中的抑制噪声的方法与本实用新型实施例在第一方面提供的检测电路是基于同一技术构思下的两个方面，在前面已经对检测电路的实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施例中抑制噪声的方法的实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述了。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型实施例中，敏感模态信号检测电路基于高频工作信号工作，敏感模态信号检测电路中检测陀螺仪敏感模态振动的电容的变化被调制到高频，产生高频敏感模态电流，该高频敏感模态电流流经电阻后形成高频敏感模态电压，即高频敏感模态信号。高频敏感模态信号经第一放大电路放大后，通过第一解调电路解调为低频敏感模态信号，而第一放大电路产生的高频噪声经第一解调电路调制为高频，通过第一滤波电路过滤高频信号，输出低频信号，即可抑制或者消除第一放大电路产生的高频噪声，抑制了闪烁噪声对陀螺仪检测电路的后续电路或器件的影响，提高了陀螺仪的检测精度以及工作稳定性。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种陀螺仪检测电路，其特征在于，包括：

敏感模态信号检测电路，用于在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频敏感模态信号；

第一放大电路，用于对所述高频敏感模态信号进行放大；

第一解调电路，用于将所述第一放大电路放大后的信号中与所述高频敏感模态信号相位相同的信号解调为低频信号，以及将所述第一放大电路产生的闪烁噪声调制为高频噪声信号；

第一滤波电路，用于将所述第一解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出所述低频信号。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

驱动模态信号处理单元，用于对所述陀螺仪的驱动模态信号进行放大，并将放大后的驱动模态信号进行移相，使得移相后的信号与所述高频敏感模态信号的相位相同；

第二解调电路，用于根据所述驱动模态信号处理单元移相后的信号将所述第一滤波电路输出的所述低频信号解调为直流信号。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

驱动模态信号检测电路，用于在陀螺仪的振动件进行驱动模态振动时，基于高频工作信号检测获得高频驱动模态信号；

第二放大电路，用于对所述高频驱动模态信号进行放大；

第三解调电路，用于将所述第二放大电路放大后的信号中与所述高频驱动模态信号相位相同的信号解调为第二低频信号，以及将所述第二放大电路产生的第二闪烁噪声调制为第二高频噪声信号；

第二滤波电路，用于将所述第三解调电路解调后的信号中的高频信号过滤掉，输出所述第二低频信号；

移相器，用于将所述第二滤波电路输出的所述第二低频信号的相位，更改为与所述高频敏感模态信号相一致的相位；

第二解调电路，用于根据所述移相器输出的信号将所述第一滤波电路输出的所述低频信号解调为直流信号。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一放大电路与所述第二放大电路的位移相同。

5.一种陀螺仪，其特征在于，包括：

驱动电路，用于产生驱动电压；

振动件，用于根据所述驱动电压进行振动；

如权利要求1-4中任一项所述的检测电路。

6.一种陀螺仪，其特征在于，包括：

驱动电路，用于产生驱动电压；

振动件，用于根据所述驱动电压进行振动；

如权利要求3或4所述的检测电路；

其中，所述驱动电路为反馈驱动电路，所述反馈驱动电路的输入端与所述第二滤波电路的输出端相连，所述反馈驱动电路用于根据所述第二滤波电路的输出值调整所述驱动电压，以使所述振动件保持稳定恒幅震荡状态。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

壳体；

处理器，设置在所述壳体内；

陀螺仪，设置在所述壳体内，与所述处理器相连；所述陀螺仪包括：

驱动电路，用于产生驱动电压；

振动件，用于根据所述驱动电压进行振动；

如权利要求2-4中任一项所述的检测电路；

其中，所述处理器根据所述第二解调电路输出的直流信号确定所述电子设备的角速度。