一种MEMS陀螺系统

本发明涉及集成电路领域，具体是涉及一种mems陀螺系统。

背景技术：

1、mems陀螺是利用微机电系统（mems）技术实现的微型机械角速度传感器。它是一种快速、精确、紧凑型的传感器，具有尺寸小、成本低、功耗小、可集成度高等优点，可用于测量和感知角加速度和角速度的变化。但mems陀螺也存在电耦合、刚度耦合和阻尼耦合等影响陀螺性能的耦合情况，其中电耦合信号会使陀螺角速率分辨率降低，并对驱动模态和检测模态产生干扰。由于电耦合是由陀螺内部结构所导致的，难以通过改进加工工艺来将其消除，所以相较其他耦合，电耦合更难以抑制。

技术实现思路

1、本发明提供一种mems陀螺系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供一种mems陀螺系统，包括上位机，变压驱动电路和驱检电路。所述上位机用于输出陀螺交流驱动信号；所述变压驱动电路用于将所述陀螺交流驱动信号进行变压，形成以时间分割的两个部分，将这两个部分再与直流驱动信号进行叠加以输出变压驱动信号；所述变压驱动信号用于对mems陀螺进行驱动；所述驱检电路用于获取mems陀螺的输出信号，并将所述输出信号进行转换，形成复用输出信号；所述上位机根据时分复用原理对所述复用输出信号进行分离，得到陀螺原本信号。

3、进一步，变压驱动电路包括直流驱动端、模拟开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一集成运算放大器、第二集成运算放大器、第三集成运算放大器；模拟开关的输出端分别与第一电阻的一端和第六电阻的一端连接；第六电阻的一端分别与第八电阻的一端、第七电阻的一端和第三集成运算放大器的反相输入端连接；直流驱动端分别与第四电阻的另一端和第七电阻的另一端连接；第三集成运算放大器的输出端分别与第八电阻的另一端和mems陀螺的驱动质量块的第一端连接；第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和第一集成运算放大器的反相输入端连接；第二电阻的另一端分别与第一集成运算放大器的输出端和第三电阻的一端连接；第三电阻的另一端分别与第二集成运算放大器的反相输入端、第四电阻的一端和第五电阻的一端连接；第二集成运算放大器的输出端分别与第五电阻的另一端、mems陀螺的驱动质量块的第二端连接；第一集成运算放大器的同相输入端、第二集成运算放大器的同相输入端和第三集成运算放大器的同相输入端均对地连接；模拟开关的输入端用于接收陀螺交流驱动信号；模拟开关的控制端用于接收陀螺驱动控制信号。

4、进一步，驱检电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第四集成运算放大器、第五集成运算放大器、第六集成运算放大器；第四集成运算放大器的反相输入端与mems陀螺的驱测质量块的第一端连接；第五集成运算放大器的反相输入端与mems陀螺的驱测质量块的第二端连接；第九电阻的一端分别与第一电容的一端、第四集成运算放大器的一端连接；第一电容的另一端分别与第九电阻的另一端、第三电容的一端、第四集成运算放大器的输出端连接；第十电阻的一端分别与第二电容的一端、第五集成运算放大器的反相输入端连接；第二电容的另一端分别与第十电阻的另一端、第五集成运算放大器的输出端、第四电容的一端连接；第三电容的另一端分别与第十一电阻的一端、第六集成运算放大器的反向输入端连接；第四电容分别与第十二电阻的一端、第六集成运算放大器的同相输入端连接；第十一电阻的另一端与第十二电阻的另一端连接并与地连接；第十三电阻与第六集成运算放大器的同相输入端和反相输入端连接；第四集成运算放大器的同相输入端、第五集成运算放大器的同相输入端、第六集成运算放大器的同相输入端均与地连接。

5、进一步，第二集成运算放大器的输出信号满足：

6、；

7、第三集成运算放大器的输出信号满足：

8、；

9、其中，为陀螺交流驱动信号，为直流驱动端所输入的信号，n为自然数，为陀螺驱动控制信号的频率，t为陀螺交流驱动信号的周期。为第二集成运算放大器的输出信号，为第三集成运算放大器的输出信号。

10、进一步，第六集成运算放大器的输出信号满足：

11、；

12、其中，为增益系数，为介电常数，为mems陀螺驱动梳齿的厚度，为相邻两个mems陀螺驱动梳齿的间距，为mems陀螺驱动梳齿位移的幅值，为直流载波信号，为mems陀螺的寄生电容的容值，为mems陀螺驱动梳齿构成电容的个数，为陀螺交流驱动信号的角速度，t为时间，为第九电阻和第十电阻的阻值。

13、进一步，=时，中的第二项耦合项为0，此时可得到陀螺无电耦合干扰的陀螺本原信号。

14、进一步，第九电阻和第十电阻的阻值相等，记为；第一电容和第二电容的容值相等，记为；第十一电阻和第十二电阻的阻值相等，记为；第三电容和第四电容的容值相等，记为。

15、本发明的有益效果是，本发明的技术方案通过利用变压驱动电路的方法来调制mems陀螺驱动信号，得到由时间分割的原始陀螺输出和带电耦合陀螺输出，之后再将其分离，最终得到无电耦合干扰的原始信号，从而实现避免电耦合干扰。与现有技术相比，本技术方案的电路简单，不需要处理高频域信号调制，不需要提前测量寄生电容的容值，对元器件的重复性没有要求。本发明主要用于mems陀螺领域。

技术特征：

1.一种mems陀螺系统，其特征在于，包括：上位机，变压驱动电路和驱检电路；所述上位机用于输出陀螺交流驱动信号；所述变压驱动电路用于将所述陀螺交流驱动信号进行变压，形成以时间分割的两个部分，将这两个部分与直流驱动信号进行叠加以输出变压驱动信号；所述变压驱动信号用于对mems陀螺进行驱动；所述驱检电路用于获取mems陀螺的输出信号，并将所述输出信号进行转换，形成复用输出信号；所述上位机根据时分复用原理对所述复用输出信号进行分离，得到陀螺原本信号。

2.根据权利要求1所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，所述变压驱动电路包括：直流驱动端、模拟开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一集成运算放大器、第二集成运算放大器、第三集成运算放大器；所述模拟开关的输出端分别与第一电阻的一端和第六电阻的一端连接；所述第六电阻的一端分别与第八电阻的一端、第七电阻的一端和第三集成运算放大器的反相输入端连接；所述直流驱动端分别与第四电阻的另一端和第七电阻的另一端连接；所述第三集成运算放大器的输出端分别与第八电阻的另一端和mems陀螺的驱动质量块的第一端连接；所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和第一季成运算放大器的反相输入端连接；所述第二电阻的另一端分别与第一集成运算放大器的输出端和第三电阻的一端连接；所述第三电阻的另一端分别与第二集成运算放大器的反相输入端、第四电阻的一端和第五电阻的一端连接；所述第二集成运算放大器的输出端分别与第五电阻的另一端与mems陀螺的驱动质量块的第二端连接；所述第一集成运算放大器的同相输入端、第二集成运算放大器的同相输入端和第三集成运算放大器的同相输入端均对地连接；所述模拟开关的输入端用于接收陀螺交流驱动信号；所述模拟开关的控制端用于接收陀螺驱动控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，所述驱检电路包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第四集成运算放大器、第五集成运算放大器、第六集成运算放大器；所述第四集成运算放大器的反相输入端与mems陀螺的驱测质量块的第一端连接；所述第五集成运算放大器的反相输入端与mems陀螺的驱测质量块的第二端连接；所述第九电阻的一端分别与第一电容的一端、第四集成运算放大器的一端连接；所述第一电容的另一端分别与第九电阻的另一端、第三电容的一端、第四集成运算放大器的输出端连接；所述第十电阻的一端分别与第二电容的一端、第五集成运算放大器的反相输入端连接；所述第二电容的另一端分别与第十电阻的另一端、第五集成运算放大器的输出端、第四电容的一端连接；所述第三电容的另一端分别与第十一电阻的一端、第六集成运算放大器的反向输入端连接；所述第四电容分别与第十二电阻的一端、第六集成运算放大器的同相输入端连接；所述第十一电阻的另一端与第十二电阻的另一端连接并与地连接；所述第十三电阻与第六集成运算放大器的同相输入端和反相输入端连接；所述第四集成运算放大器的同相输入端、第五集成运算放大器的同相输入端、第六集成运算放大器的同相输入端均与地连接。

4.根据权利要求2所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，所述第二集成运算放大器的输出信号满足：

5.根据权利要求1所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，第九电阻和第十电阻的阻值相等。

6.根据权利要求5所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，第六集成运算放大器的输出信号满足：

7.根据权利要求5所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，=时，中的第二项耦合项为0，此时可得到陀螺无电耦合干扰的陀螺本原信号。

8.根据权利要求1所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，第一电容和第二电容的容值相等。

9.根据权利要求1所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，第十一电阻和第十二电阻的阻值相等。

10.根据权利要求1所述的一种mems陀螺系统，其特征在于，第三电容和第四电容的容值相等。

技术总结本发明公开了一种MEMS陀螺系统，包括上位机，变压驱动电路和驱检电路；上位机用于输出陀螺交流驱动信号；变压驱动电路用于将陀螺交流驱动信号进行变压，形成以时间分割的两个部分，将这两个部分再与直流驱动信号进行叠加以输出变压驱动信号；变压驱动信号用于对MEMS陀螺进行驱动；驱检电路用于获取MEMS陀螺的输出信号，并将输出信号进行转换，形成复用输出信号；上位机根据时分复用原理对复用输出信号进行分离，得到陀螺原本信号。本发明通过利用变压驱动电路的方法来调制MEMS陀螺驱动信号，得到由时间分割的原始陀螺输出和带电耦合陀螺输出，之后再将其分离，最终得到无电耦合干扰的原始信号。本发明主要用于MEMS陀螺领域。技术研发人员：崔广泰,李昇平,李铃跃,蒋斌峰受保护的技术使用者：汕头大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25