[发明专利]信号处理

说明书

本发明公开一种处理载波频率F_c下的幅度调制模拟信号的方法，所述方法包括：使所述模拟信号数字化以便产生表示所述模拟信号的幅度的输入比特流；生成同相参考比特流，所述同相参考比特流与所述载波频率F_c是同步的并且表示大致上呈正弦波和/或余弦波形式的同相数字参考信号；以及使所述输入比特流与所述同相参考比特流相乘以便产生表示所述模拟信号的幅度调制的输出比特流。

技术领域

本公开涉及处理幅度调制模拟信号的方法及相关检出信号处理系统和传感器。这些方法例如可以与以下传感器结合使用：所述传感器包括振动结构陀螺仪(如科里奥利型陀螺仪)并且可以用作环形速率传感器。因为这些方法能够在标准ASIC工艺中实施，所以它们可以特定地适用于MEMS传感器。

发明背景

可以使用微机电系统(MEMS)技术、由半导体(例如，硅衬底)来制作振动结构陀螺仪和其它传感器。MEMS制造工艺经常用于以低成本来制造小型机械结构(相对于传统制造方法而言)。由于MEMS陀螺仪成本低、尺寸小以及固有稳健性质，所以在引导、导航以及平台稳定应用的范围中对利用MEMS陀螺仪存在相当大的兴趣。MEMS陀螺仪使用由电子系统所激励并控制的机械结构来操作。这些感测结构通常在约14 KHz的载波频率F_c下振动，并且具有包含在边带内的有用信息，所述边带从载波频率的任一例的0Hz的DC分量延伸至几百Hz。因为MEMS结构通常非常小，所以受关注的信号通常也非常小，且需要低噪声电路系统和信号处理来使信息恢复具有足够保真度。

振动结构陀螺仪的一些实例可以在GB 2322196、US 5,932,804以及US 6,282,958中找到。图1示出现有技术振动结构陀螺仪的实例，所述现有技术振动结构陀螺仪包括由柔性支撑梁10所安装的环形谐振器1，所述柔性支撑梁从环形谐振器1的内圆周延伸到由半导体衬底所提供的凸台11。柔性支撑梁10允许环形谐振器1响应于由驱动换能器12、13所提供的驱动信号而在大致上无阻尼振荡模式中振动，并且容许环形谐振器1响应于围绕垂直于其平面的轴所施加的环形速度而移动。环形谐振器1通常受激励而进入cos2θ谐振模式中。对于完全对称的谐振器来说，这种模式实际上由于处于45度的相互角度的一对退化的初级振动模式和次级振动模式而存在。初级模式由驱动信号激励为载波模式。当环形谐振器围绕垂直于其平面的轴旋转时，科里奥利效应导致正交方向上的次级振动，从而将能量拉动到次级模式中。次级模式的运动幅度与所施加的环形速度成比例并且由检出信号来测量。

在这种科里奥利型陀螺仪中，由于在cos2θ振动模式对中初级频率和次级频率不完全匹配，所以正交偏置可能产生。正交偏置的大小与△F.sin4α成比例，其中△F是模式频率分割并且α是相对于初级驱动轴的模式角度对准。正交偏置表示有效位误差，所述有效位误差显示为大的载波频率，但针对所期望的机械振动处于90度相位处(相位正交)。这个正交偏置信号可以比真正受关注的检出信号大约几个量级。用于检出信号的处理系统必须具有大的动态范围、良好的线性以及非常好的相位精度，以便能够实现同相分量和正交分量的精确区分。

对于振动结构陀螺仪来说，所得的检出信号可以被视为幅度调制模拟信号。处理系统必须提供调制的幅度和相位从DC到受关注带宽(几百Hz)的精确重建。处理系统也必须具有抑制大的载波分量的能力，所述大的载波分量与受关注信号(包括正交DC分量)具有正交相位关系。因此需要低噪声的、宽动态范围的但精确的相敏检测器。