CN207095569U

CN207095569U - 振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统

Info

Publication number: CN207095569U
Application number: CN201720323314.4U
Authority: CN
Inventors: 叶泽刚; 朱红; 王浩; 张奇荣; 权海洋
Original assignee: Beijing Microelectronic Technology Institute; Mxtronics Corp
Current assignee: Beijing Microelectronic Technology Institute; Mxtronics Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-03-13
Anticipated expiration: 2027-03-30

Abstract

本实用新型公开了一种振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统，通过第一模态检测模块获取第一模态信号，通过相位提取模块获取第一模态信号的相位信息，通过时序控制模块根据提取的相位信息制定满足自激振荡的同步时钟控制信号，以实现对数模、模数转化模块、数据处理模块及驱动模块的同步控制，形成自激振荡锁相环，提高了锁相精度、相位匹配精度，节省了硬件资源、降低了成本，具有结构简单、效率高的特点；数字同步控制易实现时分多路复用，在非相关相位时刻可以引入任何模拟量的转换，也可在非相位相关时刻引入任何数字量转换，扩展灵活，为自检测、自诊断提供可能。

Description

振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统

技术领域

本实用新型涉及一种振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统，特别是微机械陀螺仪的高精度数字化单芯片闭环检测，属于测控领域。

背景技术

近年来，随着微机械技术不断发展，陀螺仪呈现出型小、质轻的发展趋势，以陶瓷、金属、硅材料制造的音叉式、圆柱式、半球式、单环结构、多环碟形陀螺仪成为主要的微机械陀螺仪类型。这些陀螺仪均基于科里奥利效应，均需外加驱动力激励振动结构在第一模态(也称驱动模态)谐振频率下稳幅振动，而当在敏感轴上有角速率输入时，产生哥氏力作用，在第二模态(也称检测模态)产生位移。这类陀螺仪以体积小、重量轻、可靠性高、适合大规模批量生产，与集成电路芯片组成小型化的器件，在军事、工业、消费类产品中应用广泛。

前期对于微机械陀螺的测控，通常都采用模拟方案在PCB(印制电路板)上实现，因PCB性能随温度变化明显，目前的微机械陀螺仪的测控方法以数字闭环检测为主。

如图1所示，是目前国内外普遍采用的陀螺仪数字检测方法。该方法基于PCB印制板通过分立元器件(AD，DA，ARM或FPGA)搭建实现，会导致体积较大，可靠性降低，不能发挥微机械陀螺仪小体积、低成本的优势。另外，目前方法采用多路模数转换器和数模转换器，硬件开销及规模较大，结构较复杂，功耗较大，成本较高。另外，现有的调制解调采用数字乘法器和滤波器，处理时间和运算量较大。其次，传统的锁相环路需要压控振荡器，其稳定度会导致锁相精度降低，带来检测误差。

发明内容

本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足之处，提供一种振动结构陀螺仪的数字同步测控装置及系统，主要解决锁相精度较差，硬件开销较大、成本高，处理时间和运算复杂，无法扩展模拟量检测及数字量转换，不方便实现自检测与自测试等问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种振动结构陀螺仪的数字同步测控装置，包括：

第一模态检测模块，与振动结构陀螺仪连接，用于获取并发送振动结构陀螺仪第一模态信号；

相位提取模块，与所述第一模态检测模块连接，用于提取所述第一模态信号的相位信息，并根据提取的相位信息发送参考时钟信号；

时序控制模块，与所述相位提取模块连接，用于根据所述参考时钟信号生成并发送同步时钟控制信号，所述同步时钟控制信号包括第一模数时钟控制信号、第一数模时钟控制信号、第一数据处理时钟控制信号及第一驱动时钟控制信号；

模数转换模块，与所述时序控制模块连接用于根据所述第一模数时钟控制信号将所述第一模态信号转换成第一数字信号；

第一数据处理模块，与所述时序控制模块连接，且与所述模数转换模块连接，用于根据所述第一数据处理时钟控制信号对所述第一数字信号进行数据处理，得到第一处理信号；

数模转换模块，与所述时序控制模块连接，且与所述第一数据处理模块连接，用于根据所述第一数模时钟控制信号将所述第一处理信号转换成第一模拟信号；

第一驱动指令模块，与所述时序控制模块连接，且与所述数模转换模块连接，用于根据所述第一驱动时钟控制信号，将所述第一模拟信号转换成第一驱动信号，以使所述振动结构陀螺仪在所述第一驱动信号的驱动下以恒定的幅度振动。

进一步地，所述的数字同步测控装置，还包括：

第二模态检测模块和第二数据处理模块，其中，所述第二模态检测模块与所述振动结构陀螺仪连接，用于获取并发送振动结构陀螺仪第二模态信号；

相应地，所述同步时钟控制信号还包括第二模数时钟控制信号、第二数模时钟控制信号及第二数据处理时钟控制信号；

所述模数转换模块，与所述第二模态检测模块连接，还用于根据所述第二模数时钟控制信号将所述第二模态信号转换成第二数字信号；

所述第二数据处理模块，与所述时序控制模块连接，且与所述模数转换模块连接，用于根据所述第二数据处理时钟控制信号对所述第二数字信号进行数据处理，得到第二处理信号；

所述数模转换模块，与所述第二数据处理模块连接，还用于根据所述第二数模时钟控制信号将所述第二处理信号转换成第二模拟信号。

所述同步时钟控制信号还包括第二驱动时钟控制信号，所述装置还包括：

第二驱动指令模块，与所述时序控制模块连接，且与所述数模转换模块连接，用于根据所述第二驱动时钟控制信号，将所述第二模拟信号转换成第二驱动信号。

在一可选实施例中，所述相位提取模块为过零检测电路。

进一步地，所述时序控制模块，与附加模块连接，还用于根据所述参考时钟信号生成并发送非同步时钟控制信号，以控制所述附加模块按照所述非同步时钟控制信号进行工作。

具体地，所述根据所述参考时钟信号生成并发送同步时钟控制信号，包括：

根据所述参考时钟信号及预设的同步周期，生成并发送同步时钟控制信号，其中所述同步周期为谐振周期的整数倍。

具体地，所述第二处理信号包括幅度值信号和正交量信号，所述第二数据处理时钟控制信号包括第一处理控制信号和第二处理控制信号，所述第二数据处理模块包括第一子模块和第二子模块，所述第一子模块用于根据所述第一处理控制信号，对所述第二数字信号进行数据处理，得到幅度值信号，所述第二子模块用于根据所述第二控制信号，对所述第二数字信号进行数据处理，得到正交量信号。

一种振动结构陀螺仪的数字同步测控系统，包括上述数字同步测控装置及振动结构陀螺仪。

具体地，所述数字同步测控装置为集成电路单芯片。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)自激振荡锁频技术简化硬件电路，提高锁相精度：

通用锁相环技术不可避免的受到噪声与干扰的影响。陀螺仪系统中，噪声与干扰主要来自陀螺信源或检测前向通道产生的白噪声、驱动信号调制噪声以及压控振荡器控制端感应的寄生干扰，且压控振荡器内部噪声是主要噪声源，若采用数字锁相环技术，还会有模数转换、数模转换的量化噪声干扰。

随着微机械陀螺仪技术的发展，为了提高检测灵敏度，主流趋势采用圆片级真空封装技术提高陀螺仪的检测灵敏度，在这种情况下，自激振荡技术相比锁相环优势十分明显：

首先，Q＝f/(Δf)，其中Q为微机械陀螺结构的品质因素，f是其谐振频率，Δf为谐振峰的3dB带宽，随着Q值越做越大，其对数字锁相环的模数转化器与数模转换器精度提出较高要求，控制难度也加大；而Q值较大，对自激振荡更有优势，信号质量更高，环路增益更大，对噪声抑制更强，锁频更准，且无需模数、数模、压控振荡器，既简化了硬件电路，还减少了主要噪声源。

(2)数字同步技术提高相位匹配精度，保证高精度调制与解调性能：

调制与解调均会产生误差，其主要原因是参考信号的相位不匹配。采用数字同步技术，通过计数器进行精确相位分配，理论可实现(f_wn/f_osc)×360°相位匹配精度，f_wn为陀螺仪谐振频率，f_osc为片上数字系统主时钟，若f_wn为16KHz，f_osc为16MHz，那么相位匹配达到0.36°精度，且数字动态匹配，不受温度和电源噪声干扰，对调制解调性能不会产生影响。

(3)数字同步技术使得单模数、数模转换器实现陀螺仪测控系统，节省硬件资源：

数字同步技术非常容易实现时分多路复用，节省硬件资源，通过单模数和数模转换器即可实现测控系统，节省芯片面积，进一步降低成本。

(4)数字同步技术使得解调和调制的运算简单，降低了处理时间和运算量：

传统的解调和调制多采用数字乘法器，再加低通滤波器进行调制和解调，因为引入了乘法运算，低通滤波运算会对电路的速度性能、复杂度提出较高要求，也导致处理时间和运算量增加。

数字同步解调，通过相关采样技术直接读取模数转换器的数字量，简单的加减法即可完成解调，效率高，实现简单。

(5)数字同步技术使得单模数、数模转换器可以实现更多信号的监测与数字量转换，为自检测、自诊断提供可能：

数字同步技术非常容易实现时分多路复用，在非相关相位时刻可以引入任何模拟量的转换如温度、偏置电压量、其他模拟量传感器等；

也可在非相位相关时刻引入任何数字量转换，实现模拟量输出，如模拟角速率输出等；

基于灵活的扩展功能，结合本身数字测控系统便于智能化，可以方便实现自检测与自诊断功能。

(6)数字闭环方案，方便进行误差补偿与调整，提高器件精度和环境适应性：

基于第(5)点有益效果，数字系统可以检测更多变量，如谐振频率、温度量、电压量，只要建立这些变量随温度的关系模型，即可采用数字化查表或运算功能实现陀螺仪刻度因子、零位的补偿与调整。

附图说明

图1是现有技术提供的振动结构陀螺仪的测控方法框图；

图2为本实用新型提供的振动结构陀螺仪的数字同步测控装置结构示意图；

图3为本实用新型提供的振动结构陀螺仪的数字同步测控方法流程图；

图4是本实用新型提供的一具体实施例示意图；

图5是本实用新型提供的振动结构陀螺仪的数字同步测控装置数字同步技术时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的振动结构陀螺仪的数字同步测控方法及装置做进一步说明：

参见图2，本实用新型实施例提供了一种振动结构陀螺仪的数字同步测控装置，包括：

第一模态检测模块3，用于获取并发送振动结构陀螺仪第一模态信号；

具体地，在本实用新型实施例中，当振动结构陀螺仪在驱动力作用下以第一模态谐振频率稳幅振动时，检测到的振动结构陀螺仪的电信号为第一模态信号；所述第一模态信号为模拟信号；

相位提取模块7，用于提取所述第一模态信号的相位信息，并根据提取的相位信息发送参考时钟信号；

具体地，由于过零检测电路结构简单，适合于集成电路，本实用新型实施例中，相位提取模块7为过零检测电路，在其他实施例中，所述相位提取模块7还可以包括其他能够提取信号相位信息的模块；所述参考时钟信息包含提取的相位信息，以提供同步参考相位；

时序控制模块9，用于根据所述参考时钟信号生成并发送同步时钟控制信号，所述同步时钟控制信号包括第一模数时钟控制信号、第一数模时钟控制信号、第一数据处理时钟控制信号及第一驱动时钟控制信号；所述同步时钟控制信号包含了同步采样的时刻点；

具体地，在本实用新型实施例中，时序控制模块9通过生成同步时钟控制信号调整相位，以实现自激振荡，自激振荡需满足幅度平衡与相位平衡条件：

平衡时环路的振荡频率必需使环路的增益为1；

平衡时整个环路的相移为2nπ，n为整数；

本实用新型实施例中，振动结构在谐振状态下的相移为90°，通过第一模态检测模块3移相90°，通过过零检测电路实现180°倒相，满足360°自激振荡相移条件。

模数转换模块6，用于根据所述第一模数时钟控制信号将所述第一模态信号转换成第一数字信号；

具体地，第一模数时钟控制信号中包含了模数转换模块6的同步采样时刻点，模数转换模块6根据采样时刻点对所述第一模态信号进行采样、转换；

第一数据处理模块e，用于根据所述第一数据处理时钟控制信号对所述第一数字信号进行数据处理，得到第一处理信号；

具体地，本实用新型实施例中，第一数据处理模块e将同步采样得到的第一数字信号存储后进行运算，如图5中的25所示，一个谐振周期内，将第一采样值减去第二采样值即可获得幅度量，更多的谐振周期，依此类推，以调整振动结构陀螺仪的振动幅度；

数模转换模块13，用于根据所述第一数模时钟控制信号将所述第一处理信号转换成第一模拟信号；

第一驱动指令模块g，用于根据所述第一驱动时钟控制信号，将所述第一模拟信号转换成第一驱动信号，以使所述振动结构陀螺仪在所述第一驱动信号的驱动下以恒定的幅度振动。

本实用新型实施例提供的振动结构陀螺仪的数字同步测控装置，通过第一模态检测模块获取第一模态信号，通过相位提取模块获取第一模态信号的相位信息，通过时序控制模块根据提取的相位信息制定满足自激振荡的同步时钟控制信号，以实现对数模、模数转化模块、数据处理模块及驱动模块的同步控制，形成自激振荡锁相环；自激振荡锁相环能够简化硬件电路，提高锁相精度：数字同步控制提高了相位匹配精度，保证高精度调制与解调性能：数字同步控制非常容易实现时分多路复用，节省硬件资源，通过单模数和数模转换器即可实现测控系统，节省芯片面积，进一步降低成本；数字同步控制使得解调和调制的运算简单，降低了处理时间和运算量，效率高，实现简单；数字同步控制非常容易实现时分多路复用，在非相关相位时刻可以引入任何模拟量的转换如温度、偏置电压量、其他模拟量传感器等，也可在非相位相关时刻引入任何数字量转换，实现模拟量输出，如模拟角速率输出等；基于灵活的扩展功能，结合本身数字测控系统便于智能化，可以方便实现自检测与自诊断功能；数字闭环方案，方便进行误差补偿与调整，提高器件精度和环境适应性。

进一步地，所述的数字同步测控装置，还包括：

第二模态检测模块和第二数据处理模块，其中，所述第二模态检测模块用于获取并发送振动结构陀螺仪第二模态信号；

具体地，在本实用新型实施例中，当振动结构陀螺仪在驱动力作用下以第一模态谐振频率稳幅振动时，检测到的振动结构陀螺仪的电信号为第一模态信号；当在陀螺仪的敏感轴上有角速率输入时，产生哥氏力作用，振动结构陀螺仪在第二模态产生位移，此时检测到的电信号为第二模态信号，第二模态信号的相位与第一模态信号的相位相同；

模数转换模块6，还用于根据所述第二模数时钟控制信号将所述第二模态信号转换成第二数字信号；

所述第二数据处理模块，用于根据所述第二数据处理时钟控制信号对所述第二数字信号进行数据处理，得到第二处理信号；

具体地，在本实用新型实施例中，所述第二处理信号包括幅度值信号和正交量信号，所述第二数据处理时钟控制信号包括第一处理控制信号和第二处理控制信号，所述第二数据处理模块包括第一子模块和第二子模块，所述第一子模块用于根据所述第一处理控制信号，对所述第二数字信号进行数据处理，得到幅度值信号，所述第二子模块用于根据所述第二控制信号，对所述第二数字信号进行数据处理，得到正交量信号。

具体地，本实用新型实施例中，获得一个谐振周期内的两个同步采样值，如图5中26所示，第一采样值减去第二采样值即可获得第二模态的幅度值；获得一个谐振周期内的两个同步采样值，如图5中27所示，第一采样值加上第二采样值即可获得第二模态的正交量。

数模转换模块13，还用于根据所述第二数模时钟控制信号将所述第二处理信号转换成第二模拟信号。

进一步地，所述同步时钟控制信号还包括第二驱动时钟控制信号，所述装置还包括：

第二驱动指令模块，用于根据所述第二驱动时钟控制信号，将所述第二模拟信号转换成第二驱动信号。

具体地，所述第二驱动信号由与角速率同相的驱动信号和与其正交的驱动信号叠加后同步调制到谐振频率；其中，与角速率同相的驱动信号用于抵消因角速率产生的哥氏力，用于检测角速率，与其正交的驱动信号用于抵消陀螺仪结构加工误差，提高陀螺仪的检测精度。

具体地，在本实用新型一可选实施例中，所述时序控制模块，还用于根据所述参考时钟信号生成并发送非同步时钟控制信号，以控制附加模块按照所述非同步时钟控制信号进行工作。

其中，所述附加模块可以包括温度、偏置电压量等模拟量传感器功能模块，还可以包括模拟角速率输出模块等通过数字量转换实现模拟量输出的功能模块；通过时序控制模块的时分多路复用，实现装置在功能上的灵活的扩展，可以方便实现自检测与自诊断功能。

在一可选实施例中，所述时序控制模块根据所述参考时钟信号及预设的同步周期，生成并发送同步时钟控制信号，其中所述同步周期为谐振周期的整数倍。

本实用新型通过多个谐振周期的计算，可以获得更多的同步采样值，通过运算后，可有效提高检测精度。

本实用新型实施例提供的振动结构陀螺仪的数字同步测控装置，适合在集成电路单芯片上实现，也可在混合集成电路中实现。

参见图3，本实用新型实施例还提供了一种振动结构陀螺仪的数字同步测控方法，包括：

步骤101：获取并发送振动结构陀螺仪第一模态信号；

步骤102：提取所述第一模态信号的相位信息，并根据提取的相位信息发送参考时钟信号；

步骤103：根据所述参考时钟信号生成并发送同步时钟控制信号，所述同步时钟控制信号包括第一模数时钟控制信号、第一数模时钟控制信号、第一数据处理时钟控制信号及第一驱动时钟控制信号；

步骤104：根据所述第一模数时钟控制信号将所述第一模态信号转换成第一数字信号；

步骤105：根据所述第一数据处理时钟控制信号对所述第一数字信号进行数据处理，得到第一处理信号；

步骤106：根据所述第一数模时钟控制信号将所述第一处理信号转换成第一模拟信号；

步骤107：根据所述第一驱动时钟控制信号，将所述第一模拟信号转换成第一驱动信号，以使所述振动结构陀螺仪在所述第一驱动信号的驱动下以恒定的幅度振动。

在一可选实施例中，所述同步时钟控制信号还包括第二模数时钟控制信号、第二数模时钟控制信号及第二数据处理时钟控制信号，所述方法还包括：

获取并发送振动结构陀螺仪第二模态信号；

根据所述第二模数时钟控制信号将所述第二模态信号转换成第二数字信号；

根据所述第二数据处理时钟控制信号对所述第二数字信号进行数据处理，得到第二处理信号；

根据所述第二数模时钟控制信号将所述第二处理信号转换成第二模拟信号。

在一可选实施例中，所述同步时钟控制信号还包括第二驱动时钟控制信号，所述方法还包括：

根据所述第二驱动时钟控制信号，将所述第二模拟信号转换成第二驱动信号。

在一可选实施例中，所述相位提取模块为过零检测电路。

在一可选实施例中，所述的数字同步测控方法，还包括：根据所述参考时钟信号生成并发送非同步时钟控制信号，以控制附加功能模块按照所述非同步时钟控制信号进行工作。

本实用新型的方法实施例与装置实施例一一对应，方法实施例的具体内容及效果参见对装置实施例的描述，在此不再赘述。

本实用新型实施例还提供了一种振动结构陀螺仪的数字同步测控系统，包括振动结构陀螺仪及上述振动结构陀螺仪的数字同步测控装置。

其中，所述振动结构陀螺仪包括基于科里奥利效应的振动结构陀螺，如环形振动谐振陀螺仪、多环碟形陀螺仪、酒杯型陀螺仪、半球谐振陀螺仪、石英音叉陀螺仪、梳齿陀螺仪等。

具体地，所述数字同步测控装置为集成电路单芯片。

以下为本实用新型的一具体实施例：

参见图3-5，本实用新型实施例提供了一种陀螺仪片上数字同步测控系统，该系统包括振动结构陀螺仪的谐振环1和片上数字同步测控装置111：片上数字同步测控装置111包括第一模态驱动模块2、第一模态检测模块3、第二模态驱动模块4及第二模态检测模块5。若通过第一模态驱动模块2驱动控制陀螺仪谐振环1在其谐振频率下恒幅振动，即第一模态信号(S1信号)幅度稳定，代表谐振环1振动速度V恒定，频率为环结构谐振频率f_wn。那么，在陀螺仪的敏感轴上输入角速率Ω，因哥氏力的存在F＝12mΩ×v，则第二模态检测模块5会检测到第二模态信号(S2信号)。本实用新型通过第二模态驱动模块4对谐振环1施加控制力，实现闭环反馈抵消，使得第二模态检测模块5检测到的信号幅度为零(即检测不到信号)，第二模态驱动模块4施加的驱动力的大小就代表哥氏力大小，即角速率大小。

参见图4和图5，片上数字同步测控装置111还包括：模数转换模块6、数模转换模块13、相位提取模块7(过零检测电路)、时序控制模块9、第一数据处理模块、第二数据处理模块、第一驱动指令模块及第二驱动指令模块，其中第一数据处理模块包括数据处理单元101，加法器11、AGC环路控制单元12及数字补偿、滤波、串行接口19；第二数据处理模块包括数据处理单元102、加法器14、16，角速率环路单元15、正交抵消环路单元17及数字补偿、滤波、串行接口19；第一驱动指令模块包括调制器20；第二驱动指令模块包括调制器21、22及加法器23。

首先实现第一模态恒幅锁频振动：

第一模态检测模块3获得S1信号并将S1信号发送给过零检测电路，，过零检测电路提取S1信号的相位信息，并根据提取的相位信息发送参考时钟信号CF-REF至时序控制模块9，时序控制模块9根据S1信号的相位信息生成同步时钟控制信号，以调制相位同步控制模数转换模块6、数模转换模块13、第一数据处理模块、第一驱动指令模块、第二数据处理模块及第二驱动指令模块；所述同步时钟控制信号包括第一模数时钟控制信号(AD_CK1)、第一数模时钟控制信号(DA_CK1)、第一数据处理时钟控制信号(DSP_CK1、I2C_CK)、第一驱动时钟控制信号(MD_CK1)、第二模数时钟控制信号(AD_CK2_1,AD_CK2_2)、第二数模时钟控制信号(DA_CK2_1,DA_CK2_2)、第二数据处理时钟控制信号(DSP_CK2、I2C_CK)及第二驱动时钟控制信号(MD_CK2_1，MD_CK2_2)。模数转换模块6接收到S1信号，根据第一模数时钟控制信号进行多路切换，并完成采样、保持、数据转换，将转换得到的第一数字信号发送给数据处理单元101，以一个谐振周期转换两个点为例，如图5中24,25所示，所述两个点的两个数字信号在数据处理单元101中进行相减得到幅度相关值，避免了复杂的乘法运算与低通滤波运算。所述幅度相关值与参考给定值求差，获得幅度误差，经过AGC控制环路12输出幅度控制数字量，数模转换模块13根据第一数模时钟控制信号对幅度控制数字量进行数模转换，得到第一模拟信号，调制器20接收第一模拟信号并根据第一驱动时钟控制信号对所述第一模拟信号进行调制，获得如图5中29DR1波形输出，驱动陀螺仪。数据处理模块先接收目前AD转换值，输出上一拍的DA转换值，因此滞后一个谐振周期。通过自激振荡技术与AGC环路控制技术能够确保陀螺仪第一模态工作要求。

其次，实现第二模态闭环力反馈：

第二模态检测模块5检测到S2信号将S2信号发送给模数转换模块6，模数转换模块6接收到S2信号，根据第二模数时钟控制信号(AD_CK2_1,AD_CK2_2)进行多路切换，并完成采样、保持、数据转换，输出第二数字信号(AD2_1，AD2_2)，如图5中26，27所示，AD_CK2_1,AD_CK_2两路信号相差90°。

数据处理单元102接收同相量AD2_1，进行基本加减运算获得第二模态检测同相量，输入到加法器14，加法器14将第二模态检测同相量与来自数字补偿、滤波、串行接口19的给定量I_REF相加，获得同相量误差信号输入到角速率环路单元15，角速率环路单元15对同相量误差信号进行处理后得到控制信号D2_1，数模转换模块13接收D2_1，在DA_CK2_1控制下，进行数字转换与保持，输出DA2_1模拟量，调制器21接收DA2_1模拟量，根据MD_CK2_1进行开关调制输入到加法器23。

同时，数据处理单元102接收正交量AD2_2，进行基本加减运算获得第二模态检测正交量，输入到加法器16，加法器16将第二模态检测正交量与来自19的给定量Q_REF相加，获得正交量误差信号输入到正交抵消环路单元17，正交抵消环路单元17对正交量误差信号进行处理后得到控制信号D2_2，数模转换模块13，在DA_CK2_2控制下，进行数字转换与保持，输出DA2_2模拟量，调制器22接收DA2_2模拟量，根据MD_CK2_2进行开关调制后输入到加法器23。

调制后的正交量DR2_2与同相量DR2_1通过加法器23相加后得到第二驱动信号，振动陀螺仪的第二模态驱动模块4接收到的第二驱动信号，波形和时序关系如图5中30，31,32所示。保证谐振环1在第二模态位移为零。

角速率检测：

因哥氏力产生的信号与第一模态检测信号是同相的，角速率环路单元15中输出的同相数字量D2_1即代表角速率。Rate_out信号从角速率环路15中输出，连接到数字补偿、滤波、串行接口19，进行补偿滤波后通过I2C接口输出数字角速率。

扩展检测量进行自检测、自诊断、自补偿：

如图5所示的时序关系，25、26、27这些相位关系用于严格的相位匹配，确保实现两个模态检测、调制、解调、输出。从图中来看，还有很多非相关的相位空间，比如在25与26之间，还有45°的相位时间可以利用，可用于一路片上温度传感器的模数转换；同样在26与27之间同样有45°的相位时间来进行其他模拟量的转换。同理，数模转换也可以实现时分多路复用，进行检测、输出量扩展。

一旦实现多变量的扩展测量与输出，便可转换成数字量，进入到片上数字处理内部，进行温度补偿、电源电压、偏置电压监测甚至是控制，因而方便实现自检测、自诊断、自补偿。

Claims

1.一种振动结构陀螺仪的数字同步测控装置，其特征在于，包括：

模数转换模块，与所述时序控制模块连接，用于根据所述第一模数时钟控制信号将所述第一模态信号转换成第一数字信号；

2.根据权利要求1所述的数字同步测控装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的数字同步测控装置，其特征在于，所述同步时钟控制信号还包括第二驱动时钟控制信号，所述装置还包括：

4.根据权利要求1-3任一项所述的数字同步测控装置，其特征在于，所述相位提取模块为过零检测电路。

5.根据权利要求1所述的数字同步测控装置，其特征在于：

所述时序控制模块，与附加模块连接，还用于根据所述参考时钟信号生成并发送非同步时钟控制信号，以控制所述附加模块按照所述非同步时钟控制信号进行工作。

6.根据权利要求1所述的数字同步测控装置，其特征在于，所述根据所述参考时钟信号生成并发送同步时钟控制信号，包括：

7.根据权利要求2所述的数字同步测控装置，其特征在于，所述第二处理信号包括幅度值信号和正交量信号，所述第二数据处理时钟控制信号包括第一处理控制信号和第二处理控制信号，所述第二数据处理模块包括第一子模块和第二子模块，所述第一子模块用于根据所述第一处理控制信号，对所述第二数字信号进行数据处理，得到幅度值信号，所述第二子模块用于根据所述第二处理控制信号，对所述第二数字信号进行数据处理，得到正交量信号。

8.一种振动结构陀螺仪的数字同步测控系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项提供的数字同步测控装置及振动结构陀螺仪。

9.根据权利要求8所述的数字同步测控系统，其特征在于，所述数字同步测控装置为集成电路单芯片。