陀螺仪的读取电路制造技术

一种陀螺仪的读取电路，包括驱动单元、高通滤波器、信号处理单元以及低通滤波器。驱动单元产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号至信号处理单元。信号处理单元提供调变信号至陀螺仪的科氏加速度计。高通滤波器的输入端接收科氏加速度计的输出信号。信号处理单元依据解调信号处理与解调该高通滤波器的输出，而输出解调结果给低通滤波器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种传感元件，且特别是有关于一种陀螺仪(gyroscope)的读取电路。
技术介绍
近年来受惠于智能手机、平板电脑、体感游戏机等相关3C产品与消费性电子商品热卖的带动下，使微机电惯性元件(如加速度计、陀螺仪等)市场需求呈现爆炸性地成长。陀螺仪的设计需求走向数字输出以及高精度这两个方向，因此国际大厂无不纷纷投入大量资源开发新一代高性价比的数字惯性传感器。特别是在加速度计技术已相对成熟下，数字角速度计的性价比将决定未来惯性元件市场的竞争力。于传统陀螺仪电路架构中,其科氏加速度计(Coriolis accelerometer)的输出信号包含了两种信号，即角速度信号以及与共振器(resonator)的振荡频率相同但是相位不同的振荡信号，因此需要通过解调的方式才能将科氏加速度输出中的振荡信号移除进而得到角速度的输出。若科氏加速度计与共振器间有杂散电容与电感效应存在，则科氏加速度计输出信号会受到共振器信号的耦合影响，使得陀螺仪输出端出现误差。由于共振器输出信号与科氏加速度计输出信号的频率几乎相同，无法在读取电路端使用滤波器滤除共振器的干扰信号。然而，此一干扰是影响陀螺仪输出准确度一大因素，而此一问题将会是陀螺仪能否在量测角速度上更加准确的重要因素。因此，传统科氏加速度计输出信号皆存有共振器信号干扰的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种陀螺仪(gyroscope)的读取电路，改善共振器信号干扰科氏加速度计输出信号的问题。本专利技术实施例提出一种陀螺仪的读取电路。读取电路包括驱动单元、高通滤波器(high pass filter)、信号处理单元以及低通滤波器(low pass filter)。驱动单元产生共振信号至陀螺仪的共振器(resonator)，以及产生解调信号至信号处理单元。高通滤波器的输入端接收陀螺仪的科氏加速度计(Coriolis accelerometer)的输出信号。信号处理单元耦接至驱动单元与高通滤波器。信号处理单元提供调变信号(modulation signal)至科氏加速度计，以及依据解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果。低通滤波器耦接至信号处理单元，以接收该解调结果。基于上述，本专利技术实施例在科氏加速度计输入调变信号而将科氏加速度计输出信号调变至高频带，然后利用高通滤波器滤除共振器的噪声信号。因此，本专利技术实施例的读取电路可以改善共振器信号干扰科氏加速度计输出信号的问题。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1是依照本专利技术实施例说明一种陀螺仪的读取电路的电路方块示意图。图2是依照本专利技术实施例说明图1中信号处理单元的电路方块示意图。图3是依照本专利技术另一实施例说明图1中读取电路的电路方块示意图。图4是依照本专利技术实施例说明图2及/或图3中积分器的电路示意图。图5是依照本专利技术又一实施例说明图1中读取电路的电路方块示意图。图6是依照本专利技术实施例说明图5中共振器解调器的电路示意图。附图标记说明10:陀螺仪11:共振器12:科氏加速度计100:读取电路110:驱动单元120:高通滤波器121、142、420 440:电容130:信号处理单元140:低通滤波器141、R1 R2:电阻210:积分器220:比较器230:闩锁器240:解调器250,350,550:调变信号产生器310:放大器320:锁相回路330:量化器351、352、450 480、531 534、551 552:开关360、510:偏压电阻410,520:放大器530:闻频解调器540:共振器解调器Ml M7:晶体管Sc:调变信号Sfb:回授信号Sr:共振信号Sr’:解调信号具体实施例方式图1是依照本专利技术实施例说明一种陀螺仪10的读取电路100的电路方块示意图。关于陀螺仪10及其内部的共振器(resonator) 11与科氏加速度计(Coriolis accelerometer) 12,其可以任何共振式陀螺仪实现之,包括公知微机电系统(Micro-electromechanical system,MEMS)陀螺仪与未来新形式的陀螺仪。共振式陀螺仪内具有质量块，而共振器11依照共振信号Sr使质量块发生振荡。外力会使陀螺仪内的共振器11产生位移。为使侦测外力的效率发挥到最大，共振器11 一般而言应操作在共振点，如此可使共振器11产生最大位移与速度。陀螺仪10的科氏加速度计12传感到的力量为F =-2ηιΩν，其中m是质量块的质量，Ω是质量块的角速度，V代表径向速度。当陀螺仪元件转动时，科氏加速度计12即会传感到加速度。读取电路100将科氏加速度计12的输出经过解调后得到角速度的信号。请参照图1，读取电路100包括驱动单元110、高通滤波器120、信号处理单元130以及低通滤波器140。驱动单元110产生共振信号Sr至陀螺仪10的共振器11的驱动端，以及产生解调信号Sr’至信号处理单元130。解调信号Sr’的频率与共振器11振荡频率相同但是相位不同，可以作为科氏加速度计输出的解调使用。在本实施例中，解调信号Sr’的相位与驱动信号Sr的相位相差约为90°。在其他实施例中，驱动单元110以开回路架构(没有回授路径)产生共振信号Sr至共振器11。于本实施例中，驱动单元110更从共振器11的传感端处接收回授信号Sfb。依据回授信号Sfb，驱动单元110可以调整共振信号Sr的频率至共振器11的共振频率。高通滤波器120的输入端接收科氏加速度计12的输出信号。信号处理单元130耦接至驱动单元110与高通滤波器120。信号处理单元130提供调变信号Sc至科氏加速度计12。为了将角速度信息从科氏加速度计12的输出信号中分离出来，信号处理单元130依据解调信号Sr’处理与解调高通滤波器120的输出而输出解调结果，以便将陀螺仪10的角速度信息还原至低频带。低通滤波器140耦接至信号处理单元130，以接收信号处理单元130的解调结果。低通滤波器140滤除解调结果的高频成份，而输出低频的角速度信息。低通滤波器140将陀螺仪10的角速度信息输出给下一级电路(例如主机处理器)。低通滤波器140可以是类比滤波器或是数字滤波器。在一些实施例中，若信号处理单元130为类比形式，则低通滤波器140是类比滤波器，则读取电路100可以依照设计需求而在低通滤波器140后再串接一个类比数字转换器，以便将角速度输出值转为数字形式。在其他实施例中，若信号处理单元130为三角积分(Sigma-Delta)或者是具有类似功能的电路架构，则低通滤波器140是数字滤波器，读取电路100无须外加类比数字转换器。于本实施例中，调变信号Sc的频率大于共振信号Sr的频率。本实施例在科氏加速度计12输入调变信号Sc，而将科氏加速度计12的角速度信息调变至高频带。高通滤波器120接收科氏加速度计12的输出(带有角速度信息的高频信号以及来自共振器11的低频噪声)，然后滤除共振器11的噪声信号。因此，本实施例的读取电路100可以改善共振器11信号干扰科氏加速度计12输出信号的问题。图2是依照本专利技术实施例说明图1中信号处理单元130的电路方块示意图。图2所示实施例可以参照图1的相关说明。于图2所示实施例中，信号处理单元130本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陀螺仪的读取电路，包括：驱动单元，产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号；高通滤波器，其输入端接收该陀螺仪的科氏加速度计的输出；信号处理单元，耦接至该驱动单元与该高通滤波器，该信号处理单元提供调变信号至该科氏加速度计，以及依据该解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果；以及低通滤波器，耦接至该信号处理单元以接收该解调结果。

【技术特征摘要】
2011.12.26 TW 1001486351.一种陀螺仪的读取电路，包括: 驱动单元，产生共振信号至陀螺仪的共振器，以及产生解调信号； 高通滤波器，其输入端接收该陀螺仪的科氏加速度计的输出； 信号处理单元，耦接至该驱动单元与该高通滤波器，该信号处理单元提供调变信号至该科氏加速度计，以及依据该解调信号处理与解调该高通滤波器的输出而输出解调结果；以及 低通滤波器，耦接至该信号处理单元以接收该解调结果。2.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该驱动信号与该解调信号的频率相同，且该驱动信号与该解调信号的相位不同。3.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号的频率大于该共振信号的频率。4.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，更包括: 偏压电阻，其第一端耦接至该高通滤波器的输入端，该偏压电阻的第二端耦接参考电压。5.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该高通滤波器包括: 电容，其第一端作 为该高通滤波器的输入端，该电容的第二端作为该高通滤波器的输出端。6.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该低通滤波器包括: 电阻，其第一端作为该低通滤波器的输入端，该电阻的第二端作为该低通滤波器的输出端；以及 电容，其第一端耦接至该电阻的第二端，该电容的第二端耦接至参考电压。7.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该驱动单元包括: 放大器，其第一输入端与第二输入端分别耦接至该共振器的第一传感端与第二传感端，该放大器的第一输出端与第二输出端分别耦接至该共振器的第一驱动端与第二驱动端以提供该共振信号；以及 锁相回路，其第一输入端与第二输入端分别耦接至该放大器的第一输出端与第二输出端，该锁相回路的输出端提供该解调信号至该信号处理单元。8.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该信号处理单元包括: 积分器，其输入端耦接至该高通滤波器的输出端； 比较器，其输入端耦接至该积分器的输出端，以及比较该积分器的输出与临界值；闩锁器，其输入端耦接至该比较器的输出端，以及依照时脉闩锁该比较器的输出；解调器，其第一输入端耦接至该R锁器的输出端，该解调器的第二输入端耦接至该驱动单元以接收该解调信号，该解调器的输出端输出该解调结果；以及调变信号产生器，耦接至该科氏加速度计以提供该调变信号。9.如权利要求8所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号产生器包括: 第一电压源，提供第一参考电压； 第二电压源，提供第二参考电压；以及 开关，其第一选择端耦接该第一电压源，该开关的第二选择端耦接该第二电压源，该开关的共同端耦接至该科氏加速度计，其中该开关依据该闩锁器的输出而选择该第一参考电压或该第二参考电压作为该调变信号以提供给该科氏加速度计。10.如权利要求1所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该信号处理单元包括: 积分器，其输入端耦接至该高通滤波器的输出端； 量化器，其输入端耦接至该积分器的输出端，以及量化该积分器的输出； 解调器，其第一输入端耦接至该量化器的输出端，该解调器的第二输入端耦接至该驱动单元以接收该解调信号，该解调器的输出端输出该解调结果；以及调变信号产生器，耦接至该科氏加速度计以提供该调变信号。11.如权利要求10所述陀螺仪的读取电路，其特征在于，该调变信号产生器包括: 电压源，提供第一参考电压、第二参考电压、第三参考电压与第四参考电压； 第一开关，其第一选择端接收该第一参考电压，该第一开关的第二选择端接收该第二参考电压，该第一开关的共同端稱接至该科氏加速度计的第一载波输入端，其中该第一开关依据该量化器的输出而选择将该第一参考电压或该第二参考电压输出给该科氏加速度计的第一载波输入端；以及 第二开关，其第一选择端接收该第三参考电压，该第二开关的第二选择端接收该第四参考电压，该第二开关的共同端耦接至该科氏加速度计的第二载波输入端，其中该第二开关依据该量化器的输出而选择将该第三参考电压或该第四参考电压输出给该科氏加速度计的第二载波输入端 。12.如权利要求10所述陀螺仪的读取电路，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许郁文，邱胜任，廖律普，林式庭，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：