一種基于fpga的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置制造方法
【專利摘要】一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，包括集成了微型加熱器和溫度傳感器的微陀螺、接口電路和FPGA處理電路，通過相互連接形成溫控回路、驅動控制回路和檢測控制回路，利用了微陀螺內部集成的溫度傳感器和微型加熱器實現(xiàn)硅微陀螺儀芯片級溫控溫補，具有靈敏度高、重復性好、慣性小、溫度信息可信度高、功耗小、控制精度高等優(yōu)點；基于FPGA的數(shù)字溫控溫補平臺，減少了模擬電路本身溫度漂移的影響，同時數(shù)字化平臺參數(shù)調整靈活，功能強大，可以靈活實現(xiàn)各種復雜的溫控溫補算法，有利于系統(tǒng)性能優(yōu)化。
【專利說明】—種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及硅微陀螺儀溫控領域，具體涉及一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置。
【背景技術】
[0002]硅微陀螺儀采用微機械加工技術和半導體集成電路制造工藝，器件體積小、功耗低、可靠性高，易于數(shù)字化和智能化，在軍事和民用領域獲得了廣泛應用。硅微陀螺儀使用環(huán)境復雜，其性能易受環(huán)境溫度變化影響。隨著硅微陀螺儀精度的不斷提高，其溫度誤差已經(jīng)顯得越來越突出。因此，校正硅微陀螺儀的溫度誤差對于提高硅微陀螺儀性能有著很重要的意義。
[0003]現(xiàn)有針對硅微陀螺儀溫度誤差的補償和校正方法較多，目前常用的有三種：第一種是通過改進硅微陀螺儀的結構來消除或抑制溫度誤差，但其結構和工藝復雜，成本較高，僅能消除少部分溫度誤差。第二種方法是通過硬件電路或軟件算法進行溫度誤差補償，但是布置在微陀螺周圍的溫度傳感器僅能近似反應微陀螺周圍溫度特性，溫度誤差較大，直接影響補償效果。第三種方法是采用一定的硬件措施盡量使MEMS陀螺儀的工作環(huán)境溫度恒定，如熱屏蔽、溫控等，常規(guī)溫控一般將整個陀螺儀作為溫控對象，升溫速度慢，功耗大，慣性大，溫控精度有限，溫度均勻性差，且一般溫控器件與MEMS工藝不兼容，不利于微陀螺小型化和集成化。
[0004]以上三種常規(guī)溫度誤差補償和校正方法都有自身的缺陷，很難達到較好的效果。針對這一問題進行研究，成為了現(xiàn)有技術的發(fā)展方向。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，該裝置在現(xiàn)有集成了微型加熱器和溫度傳感器的微陀螺基礎上，采用FPGA平臺來實現(xiàn)硅微陀螺儀的芯片級溫控溫補電路，解決了現(xiàn)有技術的問題。
[0006]技術方案：一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，包括集成了微型加熱器和溫度傳感器的微陀螺、一組A/D采樣電路、一組驅動接口電路、一組接口放大電路和一組D/A轉換電路；
[0007]所述微陀螺包括檢測諧振器、驅動諧振器、驅動檢測電極、驅動電極和敏感電極；設置有兩個輸入端和三個輸出端；其中，驅動諧振器與驅動電極構成驅動電容，驅動諧振器與驅動檢測電極構成驅動檢測電容，檢測諧振器與敏感電極構成敏感電容；
[0008]其特征在于，包括FPGA處理電路，該電路包括三個輸入端和三個輸出端；微陀螺的三個輸出端分別是溫度傳感器、檢測諧振器和驅動諧振器的輸出端，這三個輸出端分別通過接口放大電路之后,經(jīng)過A/D采樣電路接入FPGA處理電路的三個輸入端；
[0009]FPGA處理電路包括濾波模塊、比較模塊、PI控制模塊、標度因數(shù)溫補模塊、幅度控制模塊、頻率控制模塊、調制控制模塊、檢測信號調理模塊和零偏溫度補償模塊；[0010]微陀螺和FPGA處理電路的連接分別構成三組回路:溫控回路、驅動控制回路和檢測控制回路；
[0011]溫控回路為溫度傳感器用于測量溫度信息，溫度信號經(jīng)過放大和A/D采樣后接入濾波模塊，濾波模塊實現(xiàn)溫度信號的濾波，濾波模塊的輸出端與比較模塊的輸入端連接實現(xiàn)設定溫度與測量溫度的比較，比較模塊的輸出端與PI控制模塊的輸入端連接實現(xiàn)校正控制，PI控制模塊的輸出端經(jīng)D/A轉換和驅動接口電路接入微型加熱器的輸入端，微型加熱器實現(xiàn)加熱；同時，濾波模塊的輸出端分別與標度因數(shù)溫補模塊和零偏溫度補償模塊的輸入端連接，為該兩個模塊提供溫度信息； [0012]驅動控制回路為驅動檢測電容信號通過驅動檢測電極與接口放大電路和A/D采樣電路連接之后輸入FPGA處理電路，分為兩路，一路接入頻率控制模塊后，進入頻率控制模塊，實現(xiàn)頻率控制和相位跟蹤；另一路進入標度因數(shù)溫補模塊，實現(xiàn)標度因數(shù)補償控制；標度因數(shù)溫補模塊輸出端和頻率控制模塊的一個輸出端接入幅度控制模塊，實現(xiàn)幅度檢測和控制；幅度控制模塊的輸出端接入調制控制模塊，頻率控制模塊的另一個輸出端也接入調制控制t旲塊，實現(xiàn)幅度調制控制；調制控制t旲塊的輸出〗而經(jīng)D/A轉換和驅動接口電路與驅動諧振器驅動電極連接，實現(xiàn)閉環(huán)驅動控制；
[0013]檢測控制回路為敏感檢測電容信號通過敏感電極經(jīng)過放大和A/D采樣后接入檢測信號調理模塊，同時頻率控制模塊的一個輸出端也接入檢測信號調理模塊，實現(xiàn)檢測信號放大、解調和濾波；檢測信號調理模塊的輸出端和濾波模塊的輸出端分別與零偏溫度補償模塊的兩個輸入端連接，實現(xiàn)零偏溫度補償；零偏溫度補償模塊的輸出端與輸出信號端口 Vout連接實現(xiàn)信號輸出；
[0014]在驅動控制回路中，所述標度因數(shù)溫補模塊為受到溫度信息控制的可變增益放大器；當溫度信息的溫度系數(shù)為正系數(shù)時，標度因數(shù)溫補模塊將采取負系數(shù)進行補償；當所述溫度系數(shù)為負系數(shù)時，標度因數(shù)溫補模塊將采取正系數(shù)進行補償；
[0015]在檢測控制回路中，所述零偏溫度補償模塊為加法電路；當所述溫度系數(shù)為正系數(shù)時，零偏溫度補償模塊的零偏溫度系數(shù)為正系數(shù)，零偏溫度補償模塊采取負系數(shù)進行補償；當所述溫度系數(shù)為負系數(shù)時，零偏溫度補償模塊的零偏溫度系數(shù)為負系數(shù)，零偏溫度補償模塊采取正系數(shù)進行補償。
[0016]述頻率控制模塊包括延時調整模塊、幅度飽和器、解調器、濾波器、PI控制器和壓控振蕩模塊；
[0017]延時調制模塊的輸入端作為頻率控制模塊的輸入端，接收驅動檢測電容信號經(jīng)過放大和A/D采樣后的信號，延時調制模塊實現(xiàn)相位調整；延時調制模塊輸出端接入幅度飽和器，實現(xiàn)幅度信息隔離，將交流信號的頻率和相位信息接入解調器，同時壓控震蕩模塊的一個輸出端也接入解調器，實現(xiàn)相位解調；解調器的輸出端與濾波器的輸入端連接，實現(xiàn)相位信息濾波；濾波器的輸出端與PI控制器的輸入端連接，實現(xiàn)相位校正控制；PI控制器的輸出端與壓控振蕩模塊的輸入端連接，實現(xiàn)輸出交流信號的頻率和相位調整；壓控振蕩模塊兩個輸出端作為頻率控制模塊的輸出端分別輸入幅度控制模塊和調制控制模塊。
[0018]壓控振蕩模塊兩個輸出端的輸出信號相位差90ο。
[0019]溫度傳感器包括采用恒流源的敏感接口電路。采用恒流源的溫度傳感器敏感接口電路，線性度好，電路結構簡單，消除了多余電阻溫度系數(shù)影響；輸出直接，便于后續(xù)對接口部分電阻殘余溫度系數(shù)進行校正和補償。
[0020]有益效果：
[0021]I、利用微陀螺內部集成的溫度傳感器和微型加熱器實現(xiàn)硅微陀螺儀芯片級溫控溫補靈敏度高、重復性好、慣性小、溫度信息可信度高、功耗小、控制精度高；
[0022]2、基于FPGA的數(shù)字溫控溫補平臺，減少了模擬電路本身溫度漂移的影響，同時數(shù)字化平臺參數(shù)調整靈活，功能強大，可以靈活實現(xiàn)各種復雜的溫控溫補算法，有利于系統(tǒng)性能優(yōu)化；
[0023]3、在驅動控制回路里，通過溫度控制的可變增益補償模塊實現(xiàn)驅動速度恒定控制，來完成標度因數(shù)補償，具有補償直接，線性度小，同時可以部分消除由于驅動速度溫度漂移導致零偏溫度漂移；
[0024]4、采用恒流源的溫度傳感器敏感接口電路，線性度好，電路結構簡單，消除了多余電阻溫度系數(shù)影響；輸出直接，便于后續(xù)對接口部分電阻殘余溫度系數(shù)進行校正和補償。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖I為本發(fā)明的結構示意圖。
[0026]圖2為驅動控制回路結構示意圖
[0027]圖3為檢測控制回路結構示意圖
[0028]圖4為集成微型加熱器驅動接口電路示意圖
[0029]圖5為集成溫度傳感器敏感接口放大電路示意圖
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[0031]如圖I所示，結合圖1，一種基于FPGA的硅微陀螺I儀溫控溫補電路裝置，包括集成了微型加熱器和溫度傳感器的微陀螺I、一組A/D采樣電路、一組驅動接口電路、一組接口放大電路和一組D/A轉換電路；利用微陀螺內部集成的溫度傳感器和微型加熱器實現(xiàn)硅微陀螺儀芯片級溫控溫補，具有靈敏度高、重復性好、慣性小、溫度信息可信度高、功耗小、控制精度高等優(yōu)點；同時基于FPGA的數(shù)字溫控溫補平臺，減少了模擬電路本身溫度漂移的影響，同時數(shù)字化平臺參數(shù)調整靈活，功能強大，可以靈活實現(xiàn)各種復雜的溫控溫補算法，有利于系統(tǒng)性能優(yōu)化。
[0032]微陀螺I包括檢測諧振器、驅動諧振器、微型加熱器、溫度傳感器、驅動檢測電極C、驅動電極D和敏感電極S ;設置有兩個輸入端和三個輸出端；其中，驅動諧振器與驅動電極D構成驅動電容，驅動諧振器與驅動檢測電極C構成驅動檢測電容，檢測諧振器與敏感電極S構成敏感電容。
[0033]用于控制的是FPGA處理電路2，該電路包括三個輸入端和三個輸出端；微陀螺I的三個輸出端分別是溫度傳感器、檢測諧振器和驅動諧振器的輸出端，這三個輸出端分別通過接口放大電路之后,經(jīng)過A/D采樣電路接入FPGA處理電路2的三個輸入端；
[0034]FPGA處理電路2包括濾波模塊、比較模塊、PI控制模塊、標度因數(shù)溫補模塊、幅度控制模塊、頻率控制模塊、調制控制模塊、檢測信號調理模塊和零偏溫度補償模塊；
[0035]微陀螺I和FPGA處理電路2的連接分別構成三組回路：溫控回路、驅動控制回路和檢測控制回路；
[0036]在芯片級的溫控回路里，集成溫度傳感器與溫度接口放大電路的輸入端連接用于測量溫度信息，溫度接口放大電路的輸出端與A/D采樣電路的輸入端連接實現(xiàn)模數(shù)轉換，A/D采樣電路的輸出端與溫度信號濾波模塊的輸入端連接實現(xiàn)溫度信號的濾波，溫度信號濾波模塊的輸出端與比較模塊的輸入端連接實現(xiàn)設定溫度與測量溫度的比較，同時溫度信號濾波模塊的輸出端分別與標度因數(shù)溫補模塊和零偏溫度補償模塊的輸入端連接為標度因數(shù)和零偏補償提供溫度信息，比較模塊的輸出端與PI控制模塊的輸入端連接實現(xiàn)校正控制，PI控制模塊的輸出端與D/A轉換模塊的輸入端連接實現(xiàn)數(shù)模轉換，D/A轉換模塊的輸出端與溫度驅動接口電路的輸入端連接，溫度驅動接口電路的輸出端與集成微型加熱器連接實現(xiàn)加熱。其中溫度信號濾波模塊、比較模塊和PI控制模塊在FPGA處理電路2內通過硬件電路描述語言編程實現(xiàn)。
[0037]在驅動控制回路里，驅動檢測電容信號通過驅動檢測電極C與驅動接口放大電路的輸入端連接實現(xiàn)驅動檢測信號放大，驅動接口放大電路的輸出端與A/D采樣電路的輸入端連接實現(xiàn)模數(shù)轉換，A/D采樣電路的輸出端和溫度信號濾波模塊的輸出端分別與標度因數(shù)溫補模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)標度因數(shù)補償控制，A/D采樣電路的輸出端同時與頻率控制模塊的輸入端連接實現(xiàn)頻率控制和相位跟蹤，標度因數(shù)溫補模塊的輸出端和頻率控制模塊的輸出端B分別與幅度控制模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)幅度檢測和控制，同時相位控制模塊的輸出端A與檢測信號調理模塊的一個輸入端連接，相位控制模塊的輸出端A與幅度控制模塊的輸出端分別與調制控制模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)幅度調制控制，調制控制模塊的輸出端與D/A轉換電路的輸入端連接實現(xiàn)數(shù)模轉換，D/A轉換電路的輸出端與驅動接口電路的輸入端連接，驅動接口電路的輸出端與驅動電極D連接實現(xiàn)閉環(huán)驅動控制。其中，標度因數(shù)溫補模塊、幅度控制模塊、頻率控制模塊和調制控制模塊在FPGA處理電路2內通過硬件電路描述語言編程實現(xiàn)。
[0038]在檢測控制回路里，敏感檢測電容信號通過敏感電極S與敏感接口放大電路的輸入端連接實現(xiàn)敏感信號放大，敏感接口放大電路的輸出端與A/D采樣電路的輸入端連接實現(xiàn)模數(shù)轉換，A/D采樣電路的輸出端和頻率控制模塊的輸出端A分別與檢測信號調理模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)檢測信號放大、解調和濾波，檢測信號調理模塊的輸出端和溫度信號濾波模塊的輸出端分別與零偏溫度補償模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)零偏溫度補償，零偏溫度補償模塊的輸出端與輸出信號端口 Vout連接實現(xiàn)信號輸出。其中檢測信號調理模塊和零偏溫度補償模塊在FPGA處理電路2內通過硬件電路描述語言編程實現(xiàn)。
[0039]結合圖2，在標度因數(shù)補償電路里，A/D采樣電路的輸出端和溫度信息T分別與標度因數(shù)溫補模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)標度因數(shù)補償控制，A/D采樣電路的輸出端同時與頻率控制模塊的輸入端連接實現(xiàn)頻率控制和相位跟蹤。其中頻率控制模塊包括延時調整模塊，幅度飽和器，解調器，濾波器，PI控制器和壓控振蕩器DCO模塊，壓控振蕩器DCO模塊的兩個輸出端A和B相位相差90o。A/D采樣電路的輸出端與延時調整模塊的輸入端連接實現(xiàn)相位調整，延時調整模塊的輸出端與幅度飽和器的輸入端連接實現(xiàn)幅度信息隔離，只保留交流信號的頻率和相位信息，幅度飽和器的輸出端和壓控振蕩器DCO模塊的輸出端分別與解調器的兩個輸入端連接實現(xiàn)相位解調，解調器的輸出端與濾波器的輸入端連接實現(xiàn)相位信息濾波，濾波器的輸出端與PI控制器的輸入端連接實現(xiàn)相位校正控制，PI控制器的輸出端與壓控振蕩器DCO模塊的輸入端連接實現(xiàn)輸出交流信號的頻率和相位調整。標度因數(shù)溫補模塊的輸出端與幅度控制模塊的輸入端連接實現(xiàn)幅度控制，其中幅度控制模塊包括幅度解調模塊、濾波電路和幅度PI控制。標度因數(shù)溫補模塊的輸出端與幅度解調模塊的輸入端連接實現(xiàn)幅度信息提取，標度因數(shù)溫度補償模塊的輸出端與壓控振蕩器DCO模塊的輸出端B分別與幅度解調模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)幅度信息提取，幅度解調模塊的輸出端與濾波電路的輸入端連接信息濾波，濾波電路的輸出端與幅度PI控制的輸入端連接實現(xiàn)幅度控制，幅度PI控制的輸出端與壓控振蕩器DCO模塊的輸出端A分別與調制控制模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)幅度調制。
[0040]標度因數(shù)隨溫度變化主要原因是由于結構或電路的溫度系數(shù)導致硅微陀螺I儀的驅動速度發(fā)生變化。在驅動控制回路里，頻率和相位控制模塊與幅度控制模塊分別控制硅微陀螺I的驅動頻率和驅動幅度，因此，可以在幅度控制回路里對結構和電路的溫度系數(shù)補償。由于幅度控制模塊將幅度解調模塊的輸入電壓控制在某一恒定值，標度因數(shù)溫補模塊為受溫度信息T控制的可變增益放大器。當結構和電路的溫度系數(shù)為正系數(shù)時，標度因數(shù)的溫度系數(shù)為負系數(shù)，標度因數(shù)溫補模塊將采取負系數(shù)進行補償，同樣當結構和電路的溫度系數(shù)為負系數(shù)時，標度因數(shù)的溫度系數(shù)為正系數(shù)，標度因數(shù)溫補模塊將采取正系數(shù)進行補償。
[0041]結合圖3，在零偏補償電路，A/D采樣電路的輸出端與檢測信號調理模塊的輸入端連接實現(xiàn)檢測信號放大、解調和濾波，檢測信號調理模塊包括信號放大電路敏感信號解調模塊和濾波器，A/D采樣電路的輸出端與信號放大電路的輸入端連接實現(xiàn)信號放大，信號放大電路的輸出端和壓控振蕩器DCO模塊的輸出端Vref分別與敏感信號解調模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)敏感信號解調，敏感信號解調模塊的輸出端與濾波器的輸入端相連實現(xiàn)解調后信號濾波，濾波器的輸出端和溫度信號濾波模塊的輸出端T分別與零偏溫度補償模塊的兩個輸入端連接實現(xiàn)零偏溫度補償，零偏溫度補償模塊的輸出端與輸出信號端口 Vout連接實現(xiàn)信號輸出。
[0042]零偏隨溫度變化主要原因是由于結構或電路的溫度系數(shù)導致硅微陀螺I儀的敏感共模誤差發(fā)生變化。在檢測控制回路里，輸出信號Vout直接反應零偏溫度變化，零偏溫度補償是一個加法電路，溫度信號T和濾波器輸出的零偏信號分別輸入加法電路實現(xiàn)加減運算，當結構和電路的溫度系數(shù)為正系數(shù)時，零偏的溫度系數(shù)為正系數(shù)，零偏溫補模塊將采取負系數(shù)進行補償，同樣當結構和電路的溫度系數(shù)為負系數(shù)時，零偏的溫度系數(shù)為負系數(shù)，零偏溫補模塊將采取正系數(shù)進行補償。
[0043]結合圖4，集成微型加熱驅動接口電路主要將D/A輸出信號轉換成集成加熱器需要的控制電壓，D/A的輸出與電阻R4的一端連接，電阻R4另一端接運算放大器U2的反向端，U2的同向端接地，電阻R5跨接在運算放大器U2的反向端和輸出端，運算放大器U2主要實現(xiàn)輸入電壓Input的符號轉換；電阻Rl —端接+5V偏置電壓，另一端接運算放大器Ul的反向端，電阻R2 —端接地，另一端接運算放大器Ul的同向端，電阻R3跨接在接運算放大器Ul的同向端和輸出端，運算放大器Ul主要產(chǎn)生偏置電壓用于補償運算放大器U3輸入端的直流偏置；R6 —端接Ul的輸出端，另一端接運算放大器U3的反向端，R7 一端接U2的輸出端，另一端接運算放大器U3的反向端，電阻R8跨接在運算放大器U3的反向端和輸出端，集成微型加熱電阻R9 —端接地，一端接運算放大器U3的輸出端，運算放大器U3主要是實現(xiàn)信號合成，產(chǎn)生合適的信號驅動集成微型加熱電阻R9。
[0044]結合圖5，集成溫度傳感器敏感接口電路采用恒流源，優(yōu)點是線性度好，電路結構簡單，消除了多余電阻溫度系數(shù)影響；輸出直接，便于后續(xù)對接口部分電阻殘余溫度系數(shù)進行校正和補償。集成溫度傳感器敏感接口電路主要實現(xiàn)溫度傳感器的信號提取和放大，恒流源Il的一端接地，另一端接儀表放大器U4的正向輸入端，為集成溫度傳感器R13轉換成電壓信號提供恒定的電流，集成溫度傳感器R13 —端接儀表放大器U4的正向輸入端,另一端接地，恒流源12的一端接地，另一端接儀表放大器U4的反向輸入端，電阻R12 —端接儀表放大器U4的反向輸入端,另一端與電阻R14 —端連接，電阻R14的另一端接地，電阻R15跨接在儀表放大器U4的3腳和4腳實現(xiàn)增益調整。電阻R12和R14串聯(lián)支路是電阻R13的差動補償支路，主要用來消除儀表放大器的共模輸出。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，包括集成了微型加熱器和溫度傳感器的微陀螺（I)、一組A/D采樣電路、一組驅動接口電路、一組接口放大電路和一組D/A轉換電路； 所述微陀螺（I)包括檢測諧振器、驅動諧振器、驅動檢測電極（C)、驅動電極（D)和敏感電極（S);設置有兩個輸入端和三個輸出端；其中，驅動諧振器與驅動電極（D)構成驅動電容，驅動諧振器與驅動檢測電極（C)構成驅動檢測電容，檢測諧振器與敏感電極（S)構成敏感電容； 其特征在于，包括FPGA處理電路（2)，該電路包括三個輸入端和三個輸出端；微陀螺(1)的三個輸出端分別是溫度傳感器、檢測諧振器和驅動諧振器的輸出端，這三個輸出端分別通過接口放大電路之后,經(jīng)過A/D采樣電路接入FPGA處理電路（2 )的三個輸入端； FPGA處理電路（2)包括濾波模塊、比較模塊、PI控制模塊、標度因數(shù)溫補模塊、幅度控制模塊、頻率控制模塊、調制控制模塊、檢測信號調理模塊和零偏溫度補償模塊； 微陀螺（I)和FPGA處理電路（2)的連接分別構成三組回路：溫控回路、驅動控制回路和檢測控制回路； 溫控回路為溫度傳感器用于測量溫度信息，溫度信號經(jīng)過放大和A/D采樣后接入濾波模塊，濾波模塊實現(xiàn)溫度信號的濾波，濾波模塊的輸出端與比較模塊的輸入端連接實現(xiàn)設定溫度與測量溫度的比較，比較模塊的輸出端與PI控制模塊的輸入端連接實現(xiàn)校正控制，PI控制模塊的輸出端經(jīng)D/A轉換和驅動接口電路接入微型加熱器的輸入端，微型加熱器實現(xiàn)加熱；同時，濾波模塊的輸出端分別與標度因數(shù)溫補模塊和零偏溫度補償模塊的輸入端連接，為該兩個模塊提供溫度信息（T)； 驅動控制回路為驅動檢測電容信號通過驅動檢測電極（C)經(jīng)過放大和A/D采樣后接入FPGA處理電路（2)，分為兩路，一路接入頻率控制模塊后，進入頻率控制模塊，實現(xiàn)頻率控制和相位跟蹤；另一路進入標度因數(shù)溫補模塊，實現(xiàn)標度因數(shù)補償控制；標度因數(shù)溫補模塊輸出端和頻率控制模塊的一個輸出端接入幅度控制模塊，實現(xiàn)幅度檢測和控制；幅度控制模塊的輸出端接入調制控制模塊，頻率控制模塊的另一個輸出端也接入調制控制模塊，實現(xiàn)幅度調制控制；調制控制模塊的輸出端經(jīng)D/A轉換和驅動接口電路與驅動諧振器驅動電極D連接，實現(xiàn)閉環(huán)驅動控制； 檢測控制回路為敏感檢測電容信號通過敏感電極（S)經(jīng)過放大和A/D采樣后接入檢測信號調理模塊，同時頻率控制模塊的一個輸出端也接入檢測信號調理模塊，實現(xiàn)檢測信號放大、解調和濾波；檢測信號調理模塊的輸出端和濾波模塊的輸出端分別與零偏溫度補償模塊的兩個輸入端連接，實現(xiàn)零偏溫度補償；零偏溫度補償模塊的輸出端與輸出信號端口Vout連接實現(xiàn)信號輸出； 在驅動控制回路中，所述標度因數(shù)溫補模塊為受到溫度信息（T)控制的可變增益放大器；當溫度信息（T)的溫度系數(shù)為正系數(shù)時，標度因數(shù)溫補模塊將采取負系數(shù)進行補償；當所述溫度系數(shù)為負系數(shù)時，標度因數(shù)溫補模塊將采取正系數(shù)進行補償； 在檢測控制回路中，所述零偏溫度補償模塊為加法電路；當所述溫度系數(shù)為正系數(shù)時，零偏溫度補償模塊的零偏溫度系數(shù)為正系數(shù)，零偏溫度補償模塊采取負系數(shù)進行補償；當所述溫度系數(shù)為負系數(shù)時，零偏溫度補償模塊的零偏溫度系數(shù)為負系數(shù)，零偏溫度補償模塊采取正系數(shù)進行補償。
2.如權利要求1所述的一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，其特征在于:所述頻率控制模塊包括延時調整模塊、幅度飽和器、解調器、濾波器、PI控制器和壓控振蕩模塊； 延時調制模塊的輸入端作為頻率控制模塊的輸入端，接收驅動檢測電容信號經(jīng)過接口放大和A/D采樣后的信號，延時調制模塊實現(xiàn)相位調整；延時調制模塊輸出端接入幅度飽和器，實現(xiàn)幅度信息隔離，將交流信號的頻率和相位信息接入解調器，同時壓控震蕩模塊的一個輸出端也接入解調器，實現(xiàn)相位解調；解調器的輸出端與濾波器的輸入端連接，實現(xiàn)相位信息濾波；濾波器的輸出端與PI控制器的輸入端連接，實現(xiàn)相位校正控制；PI控制器的輸出端與壓控振蕩模塊的輸入端連接，實現(xiàn)輸出交流信號的頻率和相位調整；壓控振蕩模塊兩個輸出端作為頻率控制模塊的輸出端分別輸入幅度控制模塊和調制控制模塊。
3.如權利要求2所述的一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，其特征在于，所述壓控振蕩模塊兩個輸出端的輸出信號相位差90ο。
4.如權利要求1所述的一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，其特征在于，所述溫度傳感器包括敏感接口電路。`
【文檔編號】G01C25/00GK103776469SQ201410065841
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權日:2014年2月26日
【發(fā)明者】楊波, 柳小軍, 戴波, 趙輝, 王行軍, 鄧允朋 申請人:東南大學