CN212133679U

CN212133679U - 一种陀螺传感器模块

Info

Publication number: CN212133679U
Application number: CN202020502810.8U
Authority: CN
Inventors: 洪抆杓
Original assignee: Nanjing Tamu Semiconductor Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Tamu Semiconductor Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2030-04-09

Abstract

本实用新型提出了一种陀螺传感器模块，包括陀螺传感器、驱动电路和感应电路；所述驱动电路用于驱动陀螺传感器：使内部产生反馈电路，使陀螺传感器的质量体在指定的共振频率上产生共振；所述感应电路用于检测所述质量体的移动位移和电容并确定角速度；所述驱动电路通过驱动电极和驱动感应电极与所述陀螺传感器模块施加电力；所述感应电路和所述驱动电路都均包括至少一个电容检测电路，对于陀螺传感器的输出值，不使用改变噪音特性的信号放大器，也能测出装置移动检测值的陀螺传感器模块，陀螺传感器模块在电容检测电路上包括全差动电流转换器，可以在低电流高频率下工作，因此，可以提高感应效率及准确率。

Description

一种陀螺传感器模块

技术领域

本实用新型涉及陀螺传感器领域，尤其涉及陀螺传感器模块。

背景技术

近年来，开发的移动通信装置上安装可以测量移动的多种传感器，此时，陀螺传感器测量物体施加旋转力的信息，是一种测量角速度的传感器。目前大量研究输出陀螺传感器的移动时的微量变化，通过这种输出值检测装置准确移动的方法。专利文献US2007-0163815号提供具有输入共同模式控制电路的差动容量性传感器接口电路---共同模式控制电路32，其特点在于，对于检测电路的接口电路输入，连接第一及第二检测输入7a、7b，并连接与驱动容量性传感器-1容量不平衡(ΔCs)相关并提供输出信号(Vo)的检测放大器12及第一及第二检测输入7a、7b，并控制第一及第二检测输入7a、7b上的共同模式电量，这样，通过放大器放大陀螺传感器的数值，便于检测装置的移动，但是，信号被放大后，噪音特性变差，因此，需要一种提升噪音质量的精密装置。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种陀螺传感器模块，包括陀螺传感器、驱动电路和感应电路；

所述驱动电路用于驱动陀螺传感器：使内部产生反馈电路，使陀螺传感器的质量体在指定的共振频率上产生共振；

所述感应电路用于检测所述质量体的移动位移和电容并确定角速度；

所述驱动电路通过驱动电极和驱动感应电极与所述陀螺传感器模块施加电力；所述感应电路通过感应电极与所述陀螺传感器模块测量角速度；

所述感应电路和所述驱动电路都均包括至少一个电容检测电路。

优选的，所述电容检测电路包括电荷电压转换电路或/和带通滤波器。

优选的，所述电荷电压转换电路包括电流转换器或/和调制器或/和积分器。

优选的，所述电流转换器为全差分电流转换器。

优选的，所述驱动电路还包括与所述电荷电压转换电路连接的比较计和相位锁定回路，所述相位锁定回路可以补偿在正当其上产生的交流信号。

一种陀螺传感器模块电路的测量方法，驱动电路在内部产生反馈回路，并基于施加的电力，使得陀螺传感器的质量体在指定的共振频率上产生共振，感应电路通过电容检测电路检测对质量体的移动位移，检测电容，并确定角速度；

电容检测电路通过电流转换器检测正弦波信号，输出对应电容变化的正弦波电流信号；

调制器调制电流转化器输出的正弦波信号，通过积分器将调制后的正弦波信号进行积分运算，产生正弦电压信号；

积分器将累积积分输入的正弦和电流信号，可以提升输出电压，在积分器上输出的正弦波电压信号通过累积积分处在噪音或者白色信号消除的状态；

带通滤波器控制控制通过积分器输出的正弦波电压信号的补偿。

优选的，在陀螺传感器上质量体的共振通过由驱动电路传递的指定周期余弦波来产生，对于在质量体上施加旋转力的情形，按照余弦波承于旋转力的形式，检测共振频率的位移及电容的变化，此时，余弦波的大小以旋转力的大小进行表示。

优选的，驱动电路通过电荷电压转换电路或/和比较计，将输出的信号频率成份采用定相位锁定回路进行处理，可以将基于相位锁定回路的正反馈信号施加于质量体上进行共振。

优选的，通过电容检测电路检测通过驱动电路在质量体上产生的余弦波的电容及/或电容变化，感应电路的电容检测电路同步驱动电路的检测数值。

优选的，相位锁定回路(33)对于陀螺传感器模块可以补偿在一定温度、时间下在质量体上检测的共振频率变化及在陀螺传感器模块电路上发生的相位延迟，在电路上提供在一定供共振频率下需要的时钟。。

本实用新型提出的陀螺传感器模块有以下有益效果：对于陀螺传感器的输出值，不使用改变噪音特性的信号放大器，也能测出装置移动检测值的陀螺传感器模块。在陀螺传感器的输出端消除输入电容的工作则相同或者类似，但是，由于增益不大，即使未消除电容，也能检测未失真的电流信号。此外，陀螺传感器模块在电容检测电路上包括全差动电流转换器，可以在低电流高频率下工作，因此，可以提高感应效率及准确率。

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单地介绍。

图1为本实用新型的模块示意图；

图2为本实用新型的构件方框图；

图3为本实用新型的出现偏置的电荷电压变化电路输出曲线图；

图4为本实用新型的电容检测电路详细结构元件方框图；

图5为本实用新型的电容检测电路中消除积分器偏置前的积分器输出曲线图；

图6为本实用新型的电容检测电路中共同模式反馈回路积分器输出曲线图

其中，100、陀螺传感器模块；10、陀螺传感器；101、电容检测电路；30、驱动电路；50、感应电路；201、电荷电压转换电路；203、带通滤波器；31、比较器；33、相位固定环；301、电流转换器；303、调制器；305、积分器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图3所示，一种陀螺传感器模块，包括陀螺传感器10、驱动电路30和感应电路50；柯氏效应基于通过物体的质量、速度及加速度而生的科里奥利力。陀螺传感器模块100包括为了产生科里奥利力而驱动陀螺传感器模块100的驱动电路30及在测量在陀螺传感器10中输出的角速度的感应电路50中而每个电路至少包括一个完成电功能的电极，驱动电路包括在陀螺传感器(10)上施加电力的驱动电极(DRV_P,DRV_N)和共振位移及测量频率的驱动感应电极(DRVS_P,DRVS_N)，而感应电路包括通过陀螺传感器(10)测量角速度的感应电极(SEN_P,SEN_N)dl)；所述感应电路50通过感应电极与所述陀螺传感器模块100测量角速度。所述驱动电路30用于驱动陀螺传感器10：使内部产生反馈电路，使陀螺传感器10的质量体在指定的共振频率上产生共振；

优选的，所述电容检测电路101包括电荷电压转换电路201或/和带通滤波器203，所述电荷电压转换电路201包括电流转换器301或/和调制器303或/和积分器305，此处的和/或是指至少一个，所述电流转换器301为全差分电流转换器301。所述驱动电路30还包括与所述电荷电压转换电路201连接的比较计和相位锁定回路，所述相位锁定回路可以补偿在正当其上产生的交流信号。

电容检测电路101采用对应于电容变化量的电流量确定检测值，所以，不会出现大幅度的电压差，因此，通过增加频率可以提高信号值。电容检测电路101基于电流信号提供质量体移动检测值的电压信号，相比检测电压值的感应动作，对噪音的影响较小，提高信号处理效率。在电容检测电路101产生将带通滤波器203的输出值输入积分器305上的共同模式反馈回路，因此，可以消除在积分器305上产生的补偿，可以将积分器305输出范围设置大一些，感应电路50则与电容检测电路101相同或者类似的结构及可以输出消除补偿的正弦波电压信号。

陀螺传感器模块100及其构件包含在至少连接一个处理器上的电子装置。此时，所述功能及/或者动作通过包含在电子装置上的至少一个处理器来完成的。

具体的说，其测量方法为：

驱动电路30在内部产生反馈回路，并基于施加的电力，使得陀螺传感器10的质量体在指定的共振频率上产生共振，感应电路50通过电容检测电路101检测对质量体的移动位移，检测电容，并确定角速度；

其中，电容检测电路101通过电流转换器301检测正弦波信号，输出对应电容变化的正弦波电流信号；在陀螺传感器10上质量体的共振通过由驱动电路30传递的指定周期余弦波来产生，对于在质量体上施加旋转力的情形，按照余弦波承于旋转力的形式，检测共振频率的位移及电容的变化，此时，余弦波的大小以旋转力的大小进行表示。其中，共振是通过：驱动电路30通过电荷电压转换电路201或/和比较计，将输出的信号频率成份采用定相位锁定回路进行处理，可以将基于相位锁定回路的正反馈信号施加于质量体上进行共振。而相位锁定回路对于陀螺传感器模块100可以补偿在一定温度、时间下在质量体上检测的共振频率变化及在陀螺传感器模块100电路上发生的相位延迟，在电路上提供在一定供共振频率下需要的时钟。

电容的检测是通过电容检测电路101检测通过驱动电路30在质量体上产生的余弦波的电容及/或电容变化，感应电路50的电容检测电路101同步驱动电路30的检测数值，检测质量体的电容变化，驱动电路30或者感应电路50至少可以采用一个电荷电压转换电路201。此时，通过质量体发生的电容变化非常小，为了得出可检测范围内的信号，可以放大增益。

调制器303调制上述电流转化器输出的正弦波信号，通过积分器305将调制后的正弦波信号进行积分运算，产生正弦电压信号；

积分器305将累积积分输入的正弦和电流信号，可以提升输出电压，在积分器305上输出的正弦波电压信号通过累积积分处在噪音或者白色信号消除的状态；

带通滤波器203控制通过积分器305输出的正弦波电压信号的补偿。具体的说，如图5所示，控制积分器305的补偿之前，在积分器305上输出的正弦波电压信号则输出在正弦波电压信号中消除一部分峰值的电压信号。比如，积分器305输出信号输出在正极的电压信号中部分最高值，比如，大于漏极电压(VDD)的数值(1-1,1-3)和正极的电压信号中最低值，比如，消除小于源极电压(VSS)数值(3-1,3-3)的正极电压信号及负极电压信号，通过带通滤波器203输出积分器305功率的交流(AC)信号，即，输出功率失真的正弦波电压信号。

相反，电容检测电路101采用带通滤波器203的输出值，控制积分器305的输出值的失真。带通滤波器203通过10kHz至60kHz的带宽及具有30kHz带宽的共振频率。

如图4所示，电容检测电路101向积分器305反馈在带通滤波器203上输出的电压信号。

带通滤波器203的输出值则输入积分器305，产生共同模式反馈回路。此时，首次工作时，电容检测电路101的积分器305的输出基于输入电流的补偿，可能大幅度失真，但是，带通滤波器203可以使积分器305的输出在VDD/2内的直流(DC)范围内工作，并输出积分器305的交流(AC)信号。

即，首次工作以后，带通滤波器203逆向输出则反馈为积分器305的输入值，使积分器305的输出信号在VDD/2范围内进行工作，如图6所示。

为了提高陀螺传感器10的感应度，电容检测电路101通过截波(chopping)电路的输出，均检测在输出端正边沿(positive edge)上输出的正电流和在负边沿(negativeedge)上输出的负电流，因此，可以消除具有1/f图案(pattern)的噪音。

陀螺传感器模块100通过带通滤波器203输出在积分器305上消除补偿的积分器305功率(正弦流电压信号)。

根据上述内容，陀螺传感器模块100的电容检测电路101在陀螺传感器10的输出端采用电流转换器301。

电容检测电路101相比采用电荷放大器的电路，在陀螺传感器10的输出端消除输入电容的工作则相同或者类似，但是，由于增益不大，即使未消除电容，也能检测未失真的电流信号。此外，根据多种实施例，陀螺传感器模块100在电容检测电路101上包括全差动电流转换器301，可以在低电流高频率下工作，因此，可以提高感应效率及准确率。

对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种陀螺传感器模块，其特征在于，包括陀螺传感器、驱动电路和感应电路；

2.根据权利要求1所述的陀螺传感器模块，其特征在于，所述电容检测电路包括电荷电压转换电路或/和带通滤波器。

3.根据权利要求2所述的陀螺传感器模块，其特征在于，所述电荷电压转换电路包括电流转换器或/和调制器或/和积分器。

4.根据权利要求3所述的陀螺传感器模块，其特征在于，所述电流转换器为全差分电流转换器。

5.根据权利要求2所述的陀螺传感器模块，其特征在于，所述驱动电路还包括与所述电荷电压转换电路连接的比较计和相位锁定回路，所述相位锁定回路可以补偿在正当其上产生的交流信号。