[发明专利]硅微陀螺机电结合带通sigma-delta闭环检测电路

摘要

本发明涉及一种硅微陀螺机电结合带通sigma‑delta闭环检测电路，包括依次连接的SMG的电容/电压转换电路、前置运放电路、模数转换器、数字谐振器、一位量化器和一位DAC电路；本发明的闭环检测电路可以有效消除由于机械加工误差带来的检测误差，消除检测输出对陀螺加工误差的敏感度；提高整个检测环路的带宽；可以有效地对后面的一位量化环节进行噪声整形，提高整个检测环路的信噪比。

主权项

1.一种硅微陀螺机电结合带通sigma‑delta闭环检测电路，其特征在于，包括依次连接的硅微陀螺的电容/电压转换电路(2)、前置运放电路(3)、模数转换器(4)、数字谐振器(5)、一位量化器(6)和一位DAC电路(7)；所述硅微陀螺的电容/电压转换电路(2)将接收到的电容的变化转换成两路幅值相同，相位相差180°的差分电流信号i(t)1，i(t)2输出，幅值随着角速度而变化；所述前置运放电路(3)将两路差分电流信号放大并转换成电压信号VS‑，VS+，使其输出接近于模数转换器(4)的量程，从而提高模数转换器(4)的采样精度与利用率；所述模数转换器(4)用于将电压信号VS‑，VS+转换成数字信号输入到FPGA中，所用的模数转换器(4)是一个差分输入单端输出的模数转换器(4)；所述数字谐振器(5)用于调节整个环路的零极点以及开环增益，从而达到去除后面的量化噪声的目的；所述一位量化器(6)用于将上述的数字谐振器(5)的处理信号进行和0比较，实现1，‑1的疏密相间的脉冲串输出，得到一位量化输出sgnout，其疏密程度反映了输入信号的幅值，并且反馈到一位DAC电路(7)中‑1的脉冲信号作为低电平0进行处理，而1的脉冲信号仍作为高电平1进行处理，最终得到反馈脉冲信号sgnout0；所述一位DAC电路(7)用于将一位量化器(6)的输出信号进行一位DAC转化，提供陀螺反馈极板的反馈电压；所述的一位DAC电路(7)由四通道开关芯片U15来完成功能，该四通道开关芯片U15使用的芯片型号是ADG713，使用到的引脚如下：控制电平一(IN1)、控制电平二(IN2)、控制电平三(IN3)、控制电平四(IN4)、基准输入一(S1)、基准输入二(S2)、基准输入三(S3)、基准输入四(S4)、控制输出一(D1)、控制输出二(D2)、控制输出三(D3)、控制输出四(D4)、U15供电(VDD)和U15地基准(GND1)；其中控制电平一(IN1)和控制电平二(IN2)和控制电平三(IN3)和控制电平四(IN4)一起连接到反馈脉冲信号sgnout0，作为四个通道开关的控制输入，控制输出一(D1)和控制输出二(D2)一起连接到输出负反馈端(vsa‑)，作为输出到负反馈极板(A2)的反馈电压，控制输出三(D3)和控制输出四(D4)一起连接到输出正反馈端(vsa+)，作为输出到正反馈极板(A1)的反馈电压，基准输入一(S1)和基准输入三(S3)一起连接到输入基准电压1(vsaREF)，为控制输出一(D1)和控制输出三(D3)提供基准电压，输入基准电压1(vsaREF)由外部模块的基准芯片提供，基准输入二(S2)和基准输入四(S4)一起连接到U15地基准(GND1)并一起接地；当反馈脉冲信号sgnout0为高电平+1的时候，基准输入一(S1)和控制输出一(D1)导通，基准输入三(S3)和控制输出三(D3)断开，基准输入四(S4)和控制输出四(D4)导通，基准输入二(S2)和控制输出二(D2)断开，从而使得控制输出一(D1)有效连接到输入基准电压1(vsaREF)，而控制输出四(D4)有效连接到U15地基准(GND1)，从而使得输出负反馈端(vsa‑)与输入基准电压1(vsaREF)相连，输出正反馈端(vsa+)与U15地基准(GND1)相连，从而对质量块(M)产生一个由正反馈极板(A1)向负反馈极板(A2)运动的反馈力，同样的，当反馈脉冲信号sgnout0为低电平0的时候，会对质量块(M)产生一个由负反馈极板(A2)向正反馈极板(A1)运动的反馈力,并且反馈力的维持时间都为一个采样周期的时间，从而实现对陀螺反馈极板的脉冲密度反馈。