專利名稱：微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微機(jī)械陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)，尤其涉及一種微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路。
背景技術(shù)：
為了提高微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀輸出信號(hào)的靈敏度，通常要求驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài)的諧振頻率相一致。微機(jī)械陀螺儀驅(qū)動(dòng)方式分為開環(huán)驅(qū)動(dòng)和閉環(huán)驅(qū)動(dòng)。采用開環(huán)驅(qū)動(dòng)方式，存在兩個(gè)問題:一是由于加工工藝和加工誤差的影響，同一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、同一硅片上制作的陀螺儀，其驅(qū)動(dòng)模態(tài)的諧振頻率各不相同，對(duì)一批陀螺必須通過掃頻方式逐一進(jìn)行諧振頻率的測量，來確定驅(qū)動(dòng)電壓的頻率；二是對(duì)于某一特定陀螺儀，溫度和氣壓變化及器件老化等原因都會(huì)引起其驅(qū)動(dòng)模態(tài)的諧振頻率發(fā)生變化。盡管頻率變化可能較小，但由于陀螺儀的品質(zhì)因數(shù)通常比較大，因此會(huì)造成輸出信號(hào)偏移較大，降低測量精度。而閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路能夠?qū)崟r(shí)追蹤微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀驅(qū)動(dòng)模態(tài)諧振頻率的變化，及時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和幅度，從而提高陀螺儀輸出信號(hào)的靈敏度。因此，業(yè)界常用閉環(huán)驅(qū)動(dòng)的方式下，陀螺儀振動(dòng)頻率能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)跟蹤驅(qū)動(dòng)模態(tài)的固有頻率，陀螺儀測量精度更高，穩(wěn)定性更好，因此閉環(huán)驅(qū)動(dòng)方式具有更好的發(fā)展前景。本實(shí)用新型提供一種微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)的幅度控制電路，以穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度，提高陀螺儀測量精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，以穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度，提高陀螺儀測量精度。為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，包括:頻率檢測鎖相環(huán)路，接收并根據(jù)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)，輸出時(shí)鐘信號(hào)；幅度控制電路，接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和參考信號(hào)，所述幅度控制電路對(duì)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號(hào)進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號(hào)，其中所述幅度控制電路依次包括峰值檢測模塊、加法模塊、增益電路模塊、差分轉(zhuǎn)單端電路及低通濾波器；其中所述峰值檢測模塊接收并根據(jù)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，獲得并輸出峰值差分信號(hào)；所述加法模塊接收所述峰值差分信號(hào)和參考信號(hào)，并將所述峰值差分信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較后，獲得并輸出比較差分信號(hào)；以及所述增益電路模塊接收所述比較差分信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，輸出增益差分信號(hào)，所述差分轉(zhuǎn)單端電路接收所述增益差分信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，輸出具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)，低通濾波器接收所述具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，濾除噪聲信號(hào)后輸出增益控制信號(hào)；以及可變增益放大電路，接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和所述增益控制信號(hào)，并根據(jù)所述增益控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)差分信號(hào)至所述微機(jī)械陀螺儀，以使所述微機(jī)械陀螺儀保持穩(wěn)定恒幅振蕩狀態(tài)。[0007]進(jìn)一步的，所述峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路包括:兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，由八個(gè)開關(guān)、四個(gè)電容組成的運(yùn)算電路以及由一個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)電容和兩個(gè)開關(guān)組成的差分電路；所述運(yùn)算電路用于獲得所述振動(dòng)差分信號(hào)的峰值并與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較后，獲得峰值差分信號(hào)和比較差分信號(hào)并輸出比較差分信號(hào)；所述差分電路接收并將所述比較差分信號(hào)進(jìn)行增益處理后，輸出增益差分信號(hào)。進(jìn)一步的，在所述運(yùn)算電路中:所述運(yùn)算電路的第一輸入端接所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中一信號(hào)，且所述第一輸入端與共模電平分別接第一開關(guān)和第二開關(guān)后共同接第一電容，以采集所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中一信號(hào)的峰值，地線電平與所述參考信號(hào)分別接第三開關(guān)和第四開關(guān)后共同接第二電容，以采集所述參考信號(hào)的峰值，所述第一電容和所述第二電容共同接所述差分電路的第一輸入端；以及所述運(yùn)算電路的第二輸入端接所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中另一信號(hào)，且所述第二輸入端與共模電平分別接第五開關(guān)和第六開關(guān)后共同接第三電容，以采集所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中另一信號(hào)的峰值，地線電平與所述參考信號(hào)分別接第七開關(guān)和第八開關(guān)后共同接第四電容，以采集所述參考的峰值，所述第三電容和所述第四電容共同接所述差分電路的第二輸入端；所述時(shí)鐘信號(hào)控制第一至第八開關(guān)的開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步的，在所述差分電路中:所述第九開關(guān)與所述第五電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第一輸入端，另一端為所述差分電路的第一輸出端，所述第一輸出端輸出所述增益差分信號(hào)中一信號(hào)；所述第十開關(guān)與所述第六電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第二輸入端，另一端為所述差分電路的第二輸出端，所述第二輸出端輸出所述增益差分信號(hào)中另一信號(hào)；以及第一運(yùn)算放大器兩輸入端分別接所述差分電路的第一輸入端和第二輸入端，兩輸出端分別接所述差分電路的第一輸出端和第二輸出端；所述時(shí)鐘信號(hào)控制所述第九開關(guān)和第十開關(guān)的開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步的，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路包括兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端、四個(gè)電容、四個(gè)開關(guān)以及一個(gè)運(yùn)算放大器，其中:所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端接所述增益差分信號(hào)中一信號(hào)，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第七電容與第二運(yùn)算放大器一輸入端連接；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第二輸入端接所述增益差分信號(hào)中另一信號(hào)，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第八電容與所述第二運(yùn)算放大器另一輸入端連接；共模電平通過依次第十一開關(guān)和第九電容接于所述第七電容和所述第二運(yùn)算放大器一輸入端之間，共模電平還通過并聯(lián)的第十二開關(guān)和第十電容接于所述第八電容和所述第二運(yùn)算放大器另一輸入端之間；第十三開關(guān)一端接于所述第十一開關(guān)和所述第九電容之間，另一端與所述第二運(yùn)算放大器的輸出端共同接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端；第十四開關(guān)接于所述第七電容和所述第二運(yùn)算放大器一輸入端之間，另一端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端。進(jìn)一步的，低通濾波器的開關(guān)電容電路包括一輸入端、一輸出端、一個(gè)運(yùn)算放大器、四個(gè)開關(guān)及兩個(gè)電容，其中，所述低通濾波器的輸入端依次通過第十五開關(guān)、第十一電容及第十六開關(guān)接第三運(yùn)算放大器的一端，第十二電容的一端接所述第十六開關(guān)和所述第三運(yùn)算放大器的一端；第十七開關(guān)的一端接所述第十一電容和所述第十六開關(guān)之間，另一端接所述第三運(yùn)算放大器的另一端，共模電平接所述第三運(yùn)算放大器的另一端；以及第十八開關(guān)的一端接所述第十五開關(guān)和所述第十一電容之間，另一端接所述低通濾波器的輸出端。進(jìn)一步的，所述頻率檢測鎖相環(huán)路依次包括頻率比較器、由鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器組成的環(huán)路以及相移器；其中所述頻率比較器接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)，并輸出參考比較信號(hào)；在所述鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器構(gòu)成的環(huán)路中，所述鑒頻鑒相器接收所述參考比較信號(hào)和所述分頻器輸出的分頻信號(hào)，輸出反應(yīng)頻率誤差和相位誤差的比較差分信號(hào)，所述電荷泵經(jīng)過接收所述比較差分信號(hào)，輸出調(diào)整信號(hào)，所述壓控振蕩器接收所述調(diào)整信號(hào)輸出控制電壓信號(hào)至所述分頻器，所述分頻器輸出所述分頻信號(hào)至所述鑒頻鑒相器和相移器；所述相移器接收所述分頻信號(hào)，相移90度后輸出時(shí)鐘信號(hào)。綜上所述，本實(shí)用新型所述微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路包括頻率檢測鎖相環(huán)路、幅度控制電路及可變增益放大電路，其中所述頻率檢測鎖相環(huán)路能夠提供鎖頻的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)所述幅度控制電路通過接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和參考信號(hào)，對(duì)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號(hào)進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號(hào)。故所述閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路可以通過自身頻率檢測即可自身電路檢測，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，無需增加外圍檢測設(shè)備，以穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度，提高陀螺儀測量精度。進(jìn)一步的，所述幅度控制電路的開關(guān)電容電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)且制造成本低，進(jìn)而降低所述微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路的制造成本，提高所述微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路的適用范圍。

圖1為由本實(shí)用新型一實(shí)施例中閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路組成的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路示意圖。圖5為圖4所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路示意圖。圖7為圖6所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的低通濾波器的開關(guān)電容電路示意圖。圖9為圖8所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。圖10為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中頻率檢測鎖相環(huán)路的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本實(shí)用新型并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。圖1為由本實(shí)用新型一實(shí)施例中閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路組成的微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。結(jié)合圖1和圖2，本實(shí)用新型提供一種微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，包括:頻率檢測鎖相環(huán)路103、幅度控制電路102和可變增益放大電路101。所述頻率檢測鎖相環(huán)路103接收并根據(jù)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)Vinl、Vin2，輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK ；所述幅度控制電路102，接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)Vinl、Vin2和參考信號(hào)Vref，所述幅度控制電路102對(duì)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)Vinl、Vin2進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號(hào)Vref進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號(hào)Vctrl ;以及所述可變增益放大電路101，接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)Vinl、Vin2和所述增益控制信號(hào)Vctrl，并根據(jù)所述增益控制信號(hào)Vctrl輸出驅(qū)動(dòng)差分信號(hào)Dl、D2至所述微機(jī)械陀螺儀10，以使所述微機(jī)械陀螺儀10保持穩(wěn)定恒幅振蕩狀態(tài)。圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。優(yōu)選的，如圖3所示，本實(shí)用新型所述微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路的所述幅度控制電路102依次包括峰值檢測模塊201、加法模塊202、增益電路模塊203、差分轉(zhuǎn)單端電路204及低通濾波器205。其中，所述峰值檢測模塊201接收并根據(jù)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)VinU Vin2和所述時(shí)鐘信號(hào)CLK，獲得并輸出峰值差分信號(hào)la、lb。所述峰值檢測模塊201用于檢測振動(dòng)差分信號(hào)Vinl和Vin2的峰值電壓。所述峰值檢測模塊201具有兩差分輸入端、第三輸入端和兩差分輸出端，其中兩差分輸入端接受振動(dòng)差分信號(hào)Vinl和Vin2輸入。第三輸入端接時(shí)鐘信號(hào)CLK，時(shí)鐘信號(hào)CLK與輸入信號(hào)Vinl和Vin2相位差90°，差分輸出端la、lb接加法模塊202的差分輸入端。所述加法模塊202接收所述峰值差分信號(hào)la、Ib和參考信號(hào)Vref，并將所述峰值差分信號(hào)la、lb和參考信號(hào)Vref進(jìn)行比較后，獲得并輸出比較差分信號(hào)2a、2b。所述加法模塊202根據(jù)峰值檢測模塊201輸出的峰值差分信號(hào)la、Ib得到峰值電壓，并用參考信號(hào)Vref減去峰值電壓，從而輸出反應(yīng)峰值變化的比較差分信號(hào)2a、2b。所述加法模塊202具有兩差分輸入端、第三輸入端和兩差分輸出端，兩差分輸入端接峰值檢測模塊201的輸出端，第三輸入端接參考信號(hào)Vref，兩差分輸出端接增益電路模塊203的差分輸入端。所述增益電路模塊203用于將加法器202輸出的比較差分信號(hào)2a、2b進(jìn)行信號(hào)放大，接收所述比較差分信號(hào)2a、2b和所述時(shí)鐘信號(hào)CLK，輸出增益差分信號(hào)3a、3b，包括兩差分輸入端、第三輸入端和兩差分輸出端，兩差分輸入端接加法模塊202的輸出端，兩差分輸出端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸入端，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204接收所述增益差分信號(hào)3a、3b和所述時(shí)鐘信號(hào)CLK，輸出具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)4a，低通濾波器205接收所述具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)4a和所述時(shí)鐘信號(hào)CLK，濾除噪聲信號(hào)后輸出增益控制信號(hào)Vctrl，所述比較差分信號(hào)2a、2b通過調(diào)節(jié)增益電路模塊203的增益，可以調(diào)節(jié)微機(jī)械陀螺儀閉環(huán)驅(qū)動(dòng)的環(huán)路穩(wěn)定性。所述差分轉(zhuǎn)單端電路204，將增益電路模塊203輸出的增益差分信號(hào)3a、3b轉(zhuǎn)換為單端的具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)4a。差分轉(zhuǎn)單端電路204具有兩差分輸入端、第三輸入端和一個(gè)單端輸出端，兩差分輸入端接增益電路模塊203的輸出端,第三輸入端接時(shí)鐘信號(hào)CLK，單端輸出端接低通濾波器205輸入端，輸出具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)4a ο所述低通濾波器205用于濾除帶外噪聲信號(hào)，輸出增益控制信號(hào)Vctrl。所述低通濾波器205具有第一信號(hào)輸入端、第二信號(hào)輸入端和一個(gè)輸出端Vctrl,所述第一信號(hào)輸入端接差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端，第二輸入端接時(shí)鐘信號(hào)CLK，輸出端接所述可變增益放大電路101的增益控制端。圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路示意圖。在較佳的實(shí)施例中，所述峰值檢測模塊201、加法模塊202與增益電路模塊203組成的開關(guān)電容電路(SC電路)如圖4所示，具體包括:兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，由八個(gè)開關(guān)SI S4、SI， S4’、四個(gè)電容Cil Ci4組成的運(yùn)算電路以及由一個(gè)運(yùn)算放大器0PA1、兩個(gè)電容Cfl、Cf2和兩個(gè)開關(guān)S5、S5’組成的差分電路；所述運(yùn)算電路用于獲得所述振動(dòng)差分信號(hào)Vinl、Vin2的峰值并與所述參考信號(hào)Vref進(jìn)行比較后，獲得峰值差分信號(hào)la、lb和比較差分信號(hào)2a、2b并輸出比較差分信號(hào)2&、213;所述差分電路接收并將所述比較差分信號(hào)2&、213進(jìn)行增益處理后，輸出增益差分信號(hào)3a、3b。進(jìn)一步的，在所述運(yùn)算電路中:所述運(yùn)算電路的第一輸入端接所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中一信號(hào)Vinl，且所述第一輸入端與共模電平Vc分別接第一開關(guān)S2和第二開關(guān)SI后共同接第一電容Cil,以米集所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中一信號(hào)Vinl的峰值，地線電平與所述參考信號(hào)Vref分別接第三開關(guān)S4和第四開關(guān)S3后共同接第二電容Ci2，以采集所述參考信號(hào)Vref的峰值，所述第一電容Cil和所述第二電容Ci2共同接所述差分電路的第一輸入端。所述運(yùn)算電路的第二輸入端接所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中另一信號(hào)Vin2，且所述第二輸入端與共模電平Vc分別接第五開關(guān)S2’和第六開關(guān)后SI’共同接第三電容Ci3，以采集所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中另一信號(hào)Vin2的峰值，地線電平與所述參考信號(hào)Vref分別接第七開關(guān)S3’和第八開關(guān)S4’后共同接第四電容Ci4，以采集所述參考信號(hào)Vref的峰值，所述第三電容Ci3和所述第四電容Ci4共同接所述差分電路的第二輸入端；所述時(shí)鐘信號(hào)CLK控制第一至第八開關(guān)SI S4、SI’ S4’的開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步的，在所述差分電路中:所述第九開關(guān)S5與所述第五電容Cfl并聯(lián)的一端為所述差分電路的第一輸入端，另一端為所述差分電路的第一輸出端，所述第一輸出端輸出所述增益差分信號(hào)中一信號(hào)3a ;所述第十開關(guān)S5’與所述第六電容Cf2并聯(lián)的一端為所述差分電路的第二輸入端，另一端為所述差分電路的第二輸出端，所述第二輸出端輸出所述增益差分信號(hào)中另一信號(hào)3b ;以及第一運(yùn)算放大器OPAl兩輸入端分別接所述差分電路的第一輸入端和第二輸入端，兩輸出端分別接所述差分電路的第一輸出端和第二輸出端；所述時(shí)鐘信號(hào)CLK控制所述第九開關(guān)S5和第十開關(guān)S5’的開啟和關(guān)閉。圖5為圖4所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。結(jié)合圖5和圖4，所述第九開關(guān)S5和第十開關(guān)S5’為峰值檢測、采樣開關(guān)。第一至第八開關(guān)SI S4、S1’ S4’實(shí)現(xiàn)加法功能，在第九開關(guān)S5和第十開關(guān)S5’斷開時(shí)，第一運(yùn)算放大器OPAl、四個(gè)電容Cil Ci4和兩個(gè)電容Cfl、Cf2構(gòu)成反饋環(huán)路，從而實(shí)現(xiàn)增益放大功能。圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路示意圖。在較佳的實(shí)施例中，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的開關(guān)電容電路(SC電路)如圖6所示，具體包括兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端、四個(gè)電容、四個(gè)開關(guān)以及一個(gè)運(yùn)算放大器。其中，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的第一輸入端接所述增益差分信號(hào)中一信號(hào)3a，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的第一輸入端通過第七電容Cs2與第二運(yùn)算放大器0PA2的一輸入端(具體地，負(fù)向輸入端)連接；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第二輸入端接所述增益差分信號(hào)中另一信號(hào)3b，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的第一輸入端通過第八電容Csi與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的另一輸入端(具體地，正向輸入端)連接；共模電平Vc依次通過第十一開關(guān)Sll和第九電容Ch2接于所述第七電容Cs2和所述第二運(yùn)算放大器0PA2的一輸入端之間，共模電平Vc還通過并聯(lián)的第十二開關(guān)S12和第十電容Chl接于所述第八電容Csi和所述第二運(yùn)算放大器0PA2的另一輸入端之間，所述第十電容Chl起保持作用；第十三開關(guān)S13 —端接于所述第十一開關(guān)Sll和所述第九電容Ch2之間，另一端與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的輸出端共同接所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端，所述第九電容Ch2起保持作用；第十四開關(guān)S14接于所述第七電容Cs2和所述第二運(yùn)算放大器0PA2 —輸入端之間，另一端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端，所述差分轉(zhuǎn)單端電路204的輸出端輸出具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)4a。圖7為圖 6所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。結(jié)合圖7和圖6，當(dāng)開關(guān)第十一開關(guān)S11、第十二開關(guān)S12和第十四開關(guān)S14導(dǎo)通時(shí)，差分轉(zhuǎn)單端電路204采樣輸入增益差分信號(hào)3a、3b。當(dāng)?shù)谑_關(guān)S13導(dǎo)通時(shí)，差分轉(zhuǎn)單端電路204可以實(shí)現(xiàn)減法功能，將
差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)輸出。所示差分轉(zhuǎn)單端電路204的傳遞函數(shù)為P4a =--Kd，
其中 Chl — Ch2，Cs1-Cs2。圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例中微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路中幅度控制電路的低通濾波器的開關(guān)電容電路示意圖。在較佳的實(shí)施例中，所述低通濾波器205的開關(guān)電容電路(SC電路)如圖8所不,包括一輸入端、一輸出端、一個(gè)運(yùn)算放大器、四個(gè)開關(guān)及兩個(gè)電容，其中，所述低通濾波器205的輸入端依次通過第十五開關(guān)S15、第十一電容Ci5及第十六開關(guān)S16接第三運(yùn)算放大器0PA3的一端,第十二電容Cf2的一端接所述第十六開關(guān)S16和所述第三運(yùn)算放大器0PA3的一端之間；第十七開關(guān)S17的一端接所述第十一電容Ci5和所述第十六開關(guān)S16之間，另一端接所述第三運(yùn)算放大器0PA3的另一端，共模電平Vc接所述第三運(yùn)算放大器0PA3的另一端；以及第十八開關(guān)S18的一端接所述第十五開關(guān)S15和所述第十一電容Ci5之間，另一端接所述低通濾波器205的輸出端，所述低通濾波器205的輸出端輸出增益控制信號(hào)4a。圖9為圖8所示的開關(guān)電容電路工作過程的波形圖。結(jié)合圖9和圖8，其中，第十一電容Ci5和第十五開關(guān)至第十八開關(guān)S15、S16、S17、S18分別構(gòu)成輸入和反饋等效電阻，，所
述第十二電容Cf2起濾波作用。則低通濾波器205的-3dB帶寬為
權(quán)利要求1.一種微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，包括:頻率檢測鎖相環(huán)路，接收并根據(jù)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)，輸出時(shí)鐘信號(hào)；幅度控制電路，接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和參考信號(hào)，所述幅度控制電路對(duì)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號(hào)進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號(hào)，其中所述幅度控制電路依次包括峰值檢測模塊、加法模塊、增益電路模塊、差分轉(zhuǎn)單端電路及低通濾波器；其中 所述峰值檢測模塊接收并根據(jù)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，獲得并輸出峰值差分信號(hào)； 所述加法模塊接收所述峰值差分信號(hào)和參考信號(hào)，并將所述峰值差分信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較后，獲得并輸出比較差分信號(hào)；以及 所述增益電路模塊接收所述比較差分信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，輸出增益差分信號(hào)，所述差分轉(zhuǎn)單端電路接收所述增益差分信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，輸出具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)，低通濾波器接收所述具有帶外噪聲信號(hào)的增益控制信號(hào)和所述時(shí)鐘信號(hào)，濾除噪聲信號(hào)后輸出增益控制信號(hào)；以及 可變增益放大電路，接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和所述增益控制信號(hào)，并根據(jù)所述增益控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)差分信號(hào)至所述微機(jī)械陀螺儀，以使所述微機(jī)械陀螺儀保持穩(wěn)定恒幅振蕩狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，所述峰值檢測模塊、加法模塊與增益電路模塊組成的開關(guān)電容電路包括:兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，由八個(gè)開關(guān)、四個(gè)電容組成的運(yùn)算電路以及由一個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)電容和兩個(gè)開關(guān)組成的差分電路；所述運(yùn)算電路用于獲得所述振動(dòng)差分信號(hào)的峰值并與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較后，獲得峰值差分信號(hào)和比較差分信號(hào)并輸出比較差分信號(hào)；所述差分電路接收并將所述比較差分信號(hào)進(jìn)行增益處理后，輸出增益差分信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，在所述運(yùn)算電路中: 所述運(yùn)算電路的第一輸入端接所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中一信號(hào)，且所述第一輸入端與共模電平分別接第一開關(guān)和第二開關(guān)后共同接第一電容，以米集所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中一信號(hào)的峰值，地線電平與所述參考信號(hào)分別接第三開關(guān)和第四開關(guān)后共同接第二電容，以采集所述參考信號(hào)的峰值，所述第一電容和所述第二電容共同接所述差分電路的第一輸入端；以及 所述運(yùn)算電路的第二輸入端接所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中另一信號(hào)，且所述第二輸入端與共模電平分別接第五開關(guān)和第六開關(guān)后共同接第三電容，以采集所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)中另一信號(hào)的峰值，地線電平與所述參考信號(hào)分別接第七開關(guān)和第八開關(guān)后共同接第四電容，以采集所述參考的峰值，所述第三電容和所述第四電容共同接所述差分電路的第二輸入端；所述時(shí)鐘信號(hào)控制第一至第八開關(guān)的開啟和關(guān)閉。
4.如權(quán)利要求2所述的微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，所述差分電路包括第九開關(guān)、 第十開關(guān)、第五電容、第六電容和第一運(yùn)算放大器，在所述差分電路中: 所述第九開關(guān)與所述第五電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第一輸入端，另一端為所述差分電路的第一輸出端，所述第一輸出端輸出所述增益差分信號(hào)中一信號(hào)； 所述第十開關(guān)與所述第六電容并聯(lián)的一端為所述差分電路的第二輸入端，另一端為所述差分電路的第二輸出端，所述第二輸出端輸出所述增益差分信號(hào)中另一信號(hào)；以及 第一運(yùn)算放大器兩輸入端分別接所述差分電路的第一輸入端和第二輸入端，兩輸出端分別接所述差分電路的第一輸出端和第二輸出端；所述時(shí)鐘信號(hào)控制所述第九開關(guān)和第十開關(guān)的開啟和關(guān)閉。
5.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的開關(guān)電容電路包括兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端、四個(gè)電容、四個(gè)開關(guān)以及一個(gè)運(yùn)算放大器，其中: 所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端接所述增益差分信號(hào)中一信號(hào)，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第七電容與第二運(yùn)算放大器一輸入端連接；所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第二輸入端接所述增益差分信號(hào)中另一信號(hào)，所述差分轉(zhuǎn)單端電路的第一輸入端通過第八電容與所述第二運(yùn)算放大器另一輸入端連接； 共模電平通過依次第十一開關(guān)和第九電容接于所述第七電容和所述第二運(yùn)算放大器一輸入端之間，共模電平還通過并聯(lián)的第十二開關(guān)和第十電容接于所述第八電容和所述第二運(yùn)算放大器另一輸入端之間； 第十三開關(guān)一端接于所述第十一開關(guān)和所述第九電容之間，另一端與所述第二運(yùn)算放大器的輸出端共同接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端； 第十四開關(guān)接于所述第七電容和所述第二運(yùn)算放大器一輸入端之間，另一端接所述差分轉(zhuǎn)單端電路的輸出端。
6.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，低通濾波器的開關(guān)電容電路包括一輸入端、一輸出端、一個(gè)運(yùn)算放大器、四個(gè)開關(guān)及兩個(gè)電容，其中， 所述低通濾波器的輸入端依次通過第十五開關(guān)、第十一電容及第十六開關(guān)接第三運(yùn)算放大器的一端，第十二電容的一端接所述第十六開關(guān)和所述第三運(yùn)算放大器的一端； 第十七開關(guān)的一端接所述第十一電容和所述第十六開關(guān)之間，另一端接所述第三運(yùn)算放大器的另一端，共模電平接所述第三運(yùn)算放大器的另一端；以及 第十八開關(guān)的一端接所述第十五開關(guān)和所述第十一電容之間，另一端接所述低通濾波器的輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，其特征在于，所述頻率檢測鎖相環(huán)路依次包括頻率比較器、由鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器組成的環(huán)路以及相移器；其中 所述頻率比較器接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)，并輸出參考比較信號(hào)；在所述鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器及分頻器構(gòu)成的環(huán)路中，所述鑒頻鑒相器接收所述參考比較信號(hào)和所述分頻器輸出的分頻信號(hào)，輸出反應(yīng)頻率誤差和相位誤差的比較差分信號(hào)，所述電荷泵經(jīng)過接收所述比較差分信號(hào)，輸出調(diào)整信號(hào)，所述壓控振蕩器接收所述調(diào)整信號(hào)輸出控制電壓信號(hào)至所述分頻器，所述分頻器輸出所述分頻信號(hào)至所述鑒頻鑒相器和相移器； 所述相移器接收所述分頻信號(hào)， 相移90度后輸出時(shí)鐘信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種微機(jī)械陀螺儀的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)增益控制電路，頻率檢測鎖相環(huán)路、幅度控制電路、可變增益放大電路，其中所述幅度控制電路接收所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)和參考信號(hào)，所述幅度控制電路對(duì)所述微機(jī)械陀螺儀的振動(dòng)差分信號(hào)進(jìn)行峰值檢測，并將峰值檢測結(jié)果與參考信號(hào)進(jìn)行比較并處理后，輸出增益控制信號(hào)，從而穩(wěn)定陀螺儀驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度，提高陀螺儀測量精度。
文檔編號(hào)H03L7/099GK203014748SQ20122065521
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者鄭泉智, 潘華兵, 陳燦鋒 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司