一种MEMS陀螺仪的信号处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，包括：与检测电容电连接的第一转换模块，第一转换模块用于将检测电容的电容值转换为检测数字信号；与第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，第一数字信号处理模块用于对检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与驱动检测电容电连接的第二转换模块，第二转换模块用于将驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与第二转换模块电连接的驱动模块，驱动模块用于根据驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至驱动电容，使第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，降低功耗。

A Signal Processing System for MEMS Gyroscope

The invention discloses a signal processing system for a MEMS gyroscope, which comprises a first conversion module electrically connected with the detection capacitance, a first conversion module for converting the capacitance value of the detection capacitance into a detection digital signal, a first digital signal processing module electrically connected with the first conversion module, and a first digital signal processing module for processing the detection digital signal to obtain angular velocity. Digital signal; the second conversion module electrically connected with the drive detection capacitor, which converts the capacitance value of the drive detection capacitor into the drive detection digital signal; the drive module electrically connected with the second conversion module, which generates the analog drive signal to the drive capacitor according to the drive detection digital signal, so as to make the second conversion module, the drive module and the MEMS gyro. The instrument consists of a resonant loop. Through the first and second conversion modules, the corresponding capacitance changes are directly converted into digital signals, which simplifies the signal processing process of the MEMS gyroscope and reduces power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS陀螺仪的信号处理系统
本专利技术涉及MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微电子机械系统)陀螺仪的信号处理
，更为具体的说，涉及一种MEMS陀螺仪的信号处理系统。
技术介绍
MEMS陀螺仪具有成本低、体积小、功耗低、可靠性高等优点，其不仅在航空航天、军事领域的应用中占据重要地位，而且在民用领域也取得了广泛的应用，如工业制造、医学、汽车等领域。MEMS陀螺仪可以分为两种类型，即电容式和电阻式。相比与电阻式的MEMS陀螺仪，电容式的MEMS陀螺仪具有高灵敏度、良好的温度特性、低功耗等优势。现有的MEMS陀螺仪的信号处理都是检测MEMS陀螺仪的电容变化，根据电容变化转换为模拟电压信号，而后将模拟电压信号进行处理，如移相、振幅控制、解调等，最终得到相应的数字信号，现有的MEMS陀螺仪的信号处理较为复杂，进而功耗较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，通过第一转换模块和第二转换模块直接将相应电容变化转换为数字信号，而后对该数字信号进行处理，简化MEMS陀螺仪的信号处理过程，以降低功耗。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，包括：与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。可选的，所述驱动电容、检测电容和驱动检测电容均由可动电极和固定电极组成，其中，所述可动电极与所述MEMS陀螺仪的质量块相连；其中，所述第一转换模块、第二转换模块、驱动模块分别与各自相应电容的固定电极电连接，所述质量块接入一参考时钟信号，以及，所述模拟驱动信号的本征频率与所述MEMS陀螺仪的共振频率相同。可选的，所述第一转换模块和第二转换模块均为增量积分调制器。可选的，所述第一转换模块和第二转换模块均对应各自相应的第一固定电极和第二固定电极，其中，所述第一转换模块和第二转换模块中任意一转换模块包括：第一开关子模块、第二开关子模块、积分器、比较器、反相差分电容子模块和同相差分电容子模块；所述第一开关子模块根据第一时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与接地端电连接，或者，根据第二时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与所述积分器的反相输入端电连接；所述第二开关子模块根据所述第一时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与接地端电连接，或者，根据所述第二时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与所述积分器的同相输入端电连接；所述积分器的同相输出端与所述比较器的同相输入端电连接，所述积分器的反相输出端与所述比较器的反相输入端电连接；所述反相差分电容子模块与所述积分器的反相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的反相输入端增加或减少预设电荷；以及，所述同相差分电容子模块与所述积分器的同相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的同相输入端增加或减少所述预设电荷。可选的，所述第一开关子模块包括：第一可控开关和第二可控开关，所述第二开关子模块包括：第三可控开关和第四可控开关；所述第一可控开关和第二可控开关的第一端均连接至所述第一固定电极，所述第一可控的开关的第二端连接至所述接地端，所述第二可控开关的第二端连接至所述积分器的反相输入端，所述第一可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；所述第三可控开关和第四可控开关的第一端均连接至所述第二固定电极，所述第三可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第四可控开关的第二端连接至所述积分器的同相输入端，所述第三可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第四可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。可选的，所述积分器包括：运算放大器、第一电容和第二电容；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电容的第一极板电连接作为所述积分器的反相输入端，所述运算放大器的同相输出端与所述第一电容的第二极板电连接作为所述积分器的同相输出端；以及，所述运算放大器的同相输入端与所述第二电容的第一极板电连接作为所述积分器的同相输入端，所述运算放大器的反相输出端与所述第二电容的第二极板电连接作为所述积分器的反相输出端。可选的，所述反相差分电容子模块包括：第五可控开关至第九可控开关和第三电容，所述同相差分电容子模块包括：第十可控开关至第十四可控开关和第四电容，所述第三电容和第四电容的电容值为所述预设电容值；所述第五可控开关的第一端连接和所述第三电容的第一极板均连接至所述第六开关的第二端，所述第五可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第五可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端；所述第六可控开关的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第六可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；所述第七可控开关、第八可控开关和第九可控开关的第一端均连接至所述第三电容的第二极板，所述第七可控开关第二端连接至所述接地端，所述第七可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端，所述第八可控开关的第二端连接至负电压端，所述第九可控开关的第二端连接至正电压端，所述第八可控开关的控制端连接至第一信号端，所述第九可控开关的控制端连接至第二信号端，其中，所述第一信号端在所述比较器的输出结果为低电平时输出有效电平信号，所述第二信号端在所述比较器的输出结果为高电平时输出有效电平信号；所述第十可控开关的第一端连接和所述第四电容的第一极板均连接至所述第十一开关的第二端，所述第十可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第十可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端；所述第十一可控开关的第一端连接至所述积分器的反相输入端，所述第十一可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；所述第十二可控开关、第十三可控开关和第十四可控开关的第一端均连接至所述第四电容的第二极板，所述第十二可控开关第二端连接至所述接地端，所述第十二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端，所述第十三可控开关的第二端连接至负电压端，所述第十四可控开关的第二端连接至正电压端，所述第十三可控开关的控制端连接至第一信号端，所述第十四可控开关的控制端连接至第二信号端。可选的，所述参考时钟信号的相位与所述第一时钟信号端输出的时钟信号的相位相同；其中，所述信号处理系统包括：参考信号端、第十五可控开关和第十六可控开关；所述第十五可控开关的第一端连接所述参考信号端，所述第十五可控开关的第二端和所述第十六可控开关的第二端均连接至所述质量块，所述第十五可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第十六可控开关的第一端连接至所述接地端，所述第十六可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。可选的，所述驱动电容包括第一固定电极和第二固定电极，其中，所述驱动模块包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，其特征在于，包括：与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS陀螺仪的信号处理系统，所述MEMS陀螺仪包括驱动电容、检测电容和驱动检测电容，其特征在于，包括：与所述检测电容电连接的第一转换模块，所述第一转换模块用于将所述检测电容的电容值转换为检测数字信号；与所述第一转换模块电连接的第一数字信号处理模块，所述第一数字信号处理模块用于对所述检测数字信号进行处理得到角速度数字信号；与所述驱动检测电容电连接的第二转换模块，所述第二转换模块用于将所述驱动检测电容的电容值转换为驱动检测数字信号；与所述第二转换模块电连接的驱动模块，所述驱动模块用于根据所述驱动检测数字信号生成模拟驱动信号至所述驱动电容，以使所述第二转换模块、驱动模块和MEMS陀螺仪组成谐振环路。2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述驱动电容、检测电容和驱动检测电容均由可动电极和固定电极组成，其中，所述可动电极与所述MEMS陀螺仪的质量块相连；其中，所述第一转换模块、第二转换模块、驱动模块分别与各自相应电容的固定电极电连接，所述质量块接入一参考时钟信号，以及，所述模拟驱动信号的本征频率与所述MEMS陀螺仪的共振频率相同。3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述第一转换模块和第二转换模块均为增量积分调制器。4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述第一转换模块和第二转换模块均对应各自相应的第一固定电极和第二固定电极，其中，所述第一转换模块和第二转换模块中任意一转换模块包括：第一开关子模块、第二开关子模块、积分器、比较器、反相差分电容子模块和同相差分电容子模块；所述第一开关子模块根据第一时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与接地端电连接，或者，根据第二时钟信号端的信号，控制所述第一固定电极与所述积分器的反相输入端电连接；所述第二开关子模块根据所述第一时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与接地端电连接，或者，根据所述第二时钟信号端的信号，控制所述第二固定电极与所述积分器的同相输入端电连接；所述积分器的同相输出端与所述比较器的同相输入端电连接，所述积分器的反相输出端与所述比较器的反相输入端电连接；所述反相差分电容子模块与所述积分器的反相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的反相输入端增加或减少预设电荷；以及，所述同相差分电容子模块与所述积分器的同相输入端电连接，根据所述比较器的输出结果控制所述积分器的同相输入端增加或减少所述预设电荷。5.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述第一开关子模块包括：第一可控开关和第二可控开关，所述第二开关子模块包括：第三可控开关和第四可控开关；所述第一可控开关和第二可控开关的第一端均连接至所述第一固定电极，所述第一可控的开关的第二端连接至所述接地端，所述第二可控开关的第二端连接至所述积分器的反相输入端，所述第一可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第二可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端；所述第三可控开关和第四可控开关的第一端均连接至所述第二固定电极，所述第三可控开关的第二端连接至所述接地端，所述第四可控开关的第二端连接至所述积分器的同相输入端，所述第三可控开关的控制端连接至所述第一时钟信号端，所述第四可控开关的控制端连接至所述第二时钟信号端。6.根据权利要求4所述的MEMS陀螺仪的信号处理系统，其特征在于，所述积分器包括：运算放大器、第一电容和第二电容；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电容的第一极板电连接作为所述积分器的反相输入端，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹波，罗皓，
申请(专利权)人：深迪半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31