[发明专利]陀螺仪双相采样前端放大器及陀螺仪信号采样控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及陀螺仪双相采样前端放大器电路及其信号控制原理。

背景技术

高精度陀螺仪和加速度计由于在精密导航、汽车电子、智能机器人、工业控制和消费电子产品中的广泛应用，而备受青睐。MEMS陀螺仪可等效为一对动态的差分变化电容，其电容变化能够反映待测物理量的变化，电容变化量一般10^-18～10^-12F，对电容读出电路的灵敏度、分辨率和线性范围都提出了较为苛刻的要求。现有陀螺仪的中间极板都是要接实地的，然而现有的陀螺仪读出电路前端电容电压转换模块一端接入电源V_dd，另一端接地，其中间极板不能直接连接地(如图1常规技术的一种实施例所示)，中间极板接入电压为V_dd/2(Vcm)，而其大多数是通过连接一个超大电阻接地的，无法实现直接连接实电源地来提高系统稳定性。

发明内容

本发明旨在解决前述缺陷，设计一种陀螺仪双相采样前端放大器，以解决现有陀螺仪传感器模型电路前端放大器中间极板不能直接连接实地的问题。本发明陀螺仪前端放大器结构通过双相开关方式，对共模电压漂移不敏感，并能够消除参考电容失配引入的误差，同时结合相关双采样技术，以降低本发明电路的失调和低频噪声。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：陀螺仪双相采样前端放大器，它连接于陀螺仪传感器模型电路，包括：连接所述陀螺仪传感器模型电路的上极板连接端、下极板连接端的运算放大器；连接于所述陀螺仪传感器模型电路与运算放大器回路之间的至少一对电源；接设于所述电源与运算放大器回路之间的第一开关对、第二开关对；以及设置于所述陀螺仪传感器模型电路与运算放大器回路中的多个充放电器件，它们连接所述电源并根据第一开关对的闭合进行充电且根据第二开关对的闭合进行放电。其进一步包括时钟源，设计所述时钟源以：设定第二时钟T₂，在此时闭合第一开关对以通过电源为充放电器件进行充电，使运算放大器采集第一采样信号；设定第一时钟T₁，在此时闭合第二开关对使得所述充放电器件对运算放大器进行放电，使运算放大器采集第二采样信号，随后通过其差分输出端输出电压信号给后续处理电路加以处理。

进一步地，陀螺仪传感器模型电路较佳地包括设于陀螺仪表头上的上极板连接端、中间极板连接端及下极板连接端，其中所述中间极板连接端连接实地。其中上极板连接端连接第一电源(V_H)或第二电源(V_L)，所述下极板同样连接端连接第一电源或第二电源。上、下极板连接端根据中间极板成对称式设置，在中间极板处电势为零。

其中，在电源(包括第一、第二电源，或者一个电源提供的两个高低电位，例如高电平设为电源电压，低电平设为电源地电压)与上极板连接端、下极板连接端之间设置有开关对，用于在第一电源时，控制开关对闭合来对第一、第二传感器等效电容充电，在第二电源时，断开其中的一部分开关对而闭合另一部分开关对，使得传感器等效电容根据第二电源提供的电位差向后级电路释放电荷，即根据陀螺仪自身感测到的惯性力偏向进行放电。

在一个实施例中，所述充放电器件包括至少一对电容器。

在一个实施例中，所述至少一对电源包括提供第一电压V_H的第一电源，及提供第二电压V_L的第二电源，其中所述第一电源通过第一开关对的闭合为所述陀螺仪传感器模型电路、充放电器件进行充电；所述第二电源通过第二开关对的闭合接入充放电器件以使之放电而使运算放大器产生控制电压。

在一个实施例中，进一步包括一对可调电源，用于为所述充放电器件提供第三电压V_U,V_D。

在一个实施例中，进一步包括第三开关对，耦合于所述充放电器件与运算放大器之间，在时钟源设定的第三时间周期T_2A内得以闭合而使运算放大器输出复位。

在一个实施例中，在所述至少一对电源与运算放大器的连接回路上设置中性接地点，即与前述中间极板的等电势位置处均接地设置。