[发明专利]一种基于单片集成的三轴加速度计的数字化控制电路

说明书

本发明公开了一种基于单片集成的三轴加速度计的闭环数字化电路，包括五组检测电极、五组反馈电极、四个谐振器闭环控制电路、Z轴平板结构控制电路、可编程逻辑门阵列和多路测频控制电路，五组检测电极分别与三轴加速度计表头的四个谐振器和一个平板结构电连接，五组反馈电极的输入端分别与五组检测电极输出端电连接，输出端分别与四个谐振器闭环控制电路和Z轴平板结构控制电路的输入端电连接，四个谐振器闭环控制电路和Z轴平板结构控制电路的输出端与可编程逻辑门阵列和多路测频控制电路电连接。本发明可以准确读出X轴、Y轴、Z轴加速度的大小，该电路结构具有稳定性好、准确性高、精度高、体积小、易于集成等特点。

技术领域

本发明涉及微光机电系统及惯性导航器件、模拟及数字电路，特别是涉及一种基于单片集成的三轴加速度计的数字化控制电路。

背景技术

单片集成的三轴加速度计是在MEMS(微机电系统)的基础上发展出来的一种微惯性器件。通过MEMS加工技术为基础，实现单片集成的三轴加速度计。该类器件兼具了MEMS器件尺寸小、质量轻、成本低、易集成等优点，是一种非常先进的多轴加速度计。

三轴加速度计的测控电路通常都是以模拟电路为主，主要通过模拟电路输出具体的频率值，然后通过测频器得到谐振器之间的频差，最后通过计算机的计算得到具体的加速度值，由于模拟电路受到温度、湿度外部环境的干扰导致测量时存在较大的误差，这种方法在实际测量中会造成测量结果与真实值之间偏差过大，不是测量加速度的最佳方案。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于单片集成的三轴加速度计的数字化控制电路及方法。

技术方案：本发明的基于单片集成的三轴加速度计的数字化控制电路，包括五组检测电极、五组反馈电极、四个谐振器控制电路、Z轴平板结构控制电路、可编程逻辑门阵列和多路测频控制电路算法，五组检测电极和五组反馈电极分别通过三轴加速度计表头内部连线与三轴加速度计表头相连，五组检测电极分别与三轴加速度计表头的四个谐振器控制电路和Z轴平板结构控制电路连接，五组反馈电极用于将四个谐振器控制电路和Z轴平板结构控制电路的闭环回路信号反馈到三轴加速度计表头，从而使这五路控制电路形成完整的闭环电路，四个谐振器控制电路和Z轴平板结构控制电路的输出端均与可编程逻辑门阵列相连，可编程逻辑门阵列和多路测频控制算法电路连接，可编程逻辑门阵列用于将四个谐振器控制电路的模拟信号转换为数字信号并对其频率进行测量，得到频差，最后输出加速度的大小，同时可编程逻辑门阵列还将Z轴平板结构控制电路输出端输出的模拟信号转换为数字信号，计算频率求出Z轴加速度的大小，最终得到三轴加速度计每个轴的输出加速度数值；多路测频控制算法用于测量第一、第二、第三、第四谐振器闭环控制电路和Z轴平板结构控制电路信号频率的大小。

优选的，五组检测电极分别为：第一谐振器控制电路检测电极Vs1+、Vs1-，第二谐振器控制电路检测电极Vs2+、Vs2-，第三谐振器控制电路检测电极Vs3+、Vs3-，第四谐振器控制电路检测电极Vs4+、Vs4-；Z轴平板结构控制电路检测电极Vsz+、Vsz-；五组反馈电极分别为：第一谐振器控制电路反馈电极Vf1+、Vf1-，第二谐振器控制电路反馈电极Vf2+、Vf2-，第三谐振器控制电路反馈电极Vf3+、Vf3-，第四谐振器控制电路反馈电极Vf4+、Vf4-；Z轴平板结构控制电路反馈电极Vfz+、Vfz-。

优选的，第一谐振器控制电路、第二谐振器控制电路、第三谐振器控制电路和第四谐振器控制电路用于将三轴加速度计表头四个谐振器输出的微弱电压信号进行放大、滤波、调制、解调和反馈处理；