一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备的制作方法

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备。

背景技术：

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System；简称：MEMS)结构的陀螺仪(gyroscope)具有体积小、重量轻、功耗低、易数字化等优点，广泛应用于民用、国防领域。

微机电系统陀螺仪中应用最广泛的是振动陀螺仪，振动陀螺仪主要利用科里奥利力，将输入角速度量转换为位移，然后通过电压或压电等方式将位移检测出来，位移量与施加的角速度量成正比，因此，通过检测电容值的变化可以确定出角速度。

具体的，参照图1，为微机械陀螺仪的简化模型示意图，质量块m在激励电压的驱动下，沿X轴方向(称为：驱动方向)作往复振动，称为驱动模态，与驱动方向相垂直的电容可以检测到电容值变化，进而输出驱动模态信号，根据驱动模态信号可以确定出质量块在驱动方向上的振幅。当外部施加一个绕Z轴的角速度时，质量块受到科里奥利力的作用，产生Y轴方向(称为：敏感方向)上的振动，称为敏感模态，与敏感方向相垂直的电容可以检测到电容值变化，进而输出敏感模态信号，根据敏感模态信号可以确定出质量块在敏感方向上的振幅，进而根据敏感方向上的振幅确定出角速度值。

实际情况中，由于加工精度和材料残存应力等因素的影响，振动陀螺仪的对应驱动方向的驱动轴与对应敏感方向的敏感轴不能完全垂直，导致陀螺仪在驱动方向上的振动会在敏感方向上产生分量，因此，即使在无角速度输入时， 敏感方向上的电容仍然能够检测到因该位移分量产生的输出信号。该输出信号与检测方向上的振动产生的有效信号相位相差90°，因此被称为正交误差信号。

正交误差信号随温度等外界环境而变化，是微机械陀螺仪机械耦合的主要误差信号，不仅会导致系统的零漂移不稳定，还会导致检测电路饱和，制约陀螺仪的性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备，用于解决的陀螺仪中的正交误差信号制约陀螺仪的性能的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种陀螺仪检测电路，包括：第一放大器，所述第一放大器的输入端与陀螺仪的敏感模态信号输出端相连；第二放大器，所述第二放大器的输入端与所述陀螺仪的驱动模态信号输出端相连；乘法器，所述乘法器的输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述乘法器用于将所述第二放大器的输出信号乘以系数信号作为所述乘法器的输出，所述乘法器输出信号的相位与所述驱动模态信号的相位相同；减法器，所述减法器的第一输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述减法器的第二输入端与所述乘法器的输出端相连，所述减法器用于将所述第一输入端的信号减去所述第二输入端的信号作为所述减法器的输出；其中，在所述乘法器的系数信号为第一系数信号时，所述减法器输出的信号中与所述驱动模态信号相位相同的信号的幅度小于等于设定阈值。

可选的，所述检测电路还包括：第一解调器，所述第一解调器的输入端与所述减法器的输出端相连，所述第一解调器用于将所述第一解调器的输入信号中与所述驱动模态信号相位相同的信号解调为直流信号，并输出所述直流信号；误差反馈电路，所述误差反馈电路的输入端与所述第一解调器的输出端相连，所述误差反馈电路的输出端与所述乘法器的第二输入端相连，所述误差反 馈电路用于根据所述第一解调器的输出的所述直流信号调整所述乘法器的系数信号，以使所述第一解调器的输出的所述直流信号逼近所述设定阈值。

可选的，所述误差反馈电路包括：判断单元，所述判断单元的输入端与所述第一解调器的输出端相连，用于判断所述第一解调器的输出的所述直流信号是否小于等于所述设定阈值；系数调节器，所述系数调节器的输入端与所述判断单元的输出端相连，所述系数调节器的输出端与所述乘法器的第二输入端相连，所述系数调节器的输出值作为所述乘法器的系数信号；其中，所述判断单元在所述第一解调器的输出的所述直流信号大于所述设定阈值时，指示所述系数调节器改变输出值，以使所述第一解调器输出的所述直流信号在所述系数调节器改变输出值之后变小。

可选的，所述系数调节器包括：数字信号生成器，所述数字信号生成器的输入端与所述判断单元的输出端相连，所述数字信号生成器用于根据所述判断单元的指示生成数字信号；数模转换器，所述数模转换器的输入端与所述数字信号生成器的输出端相连，所述数模转换器的输出端与所述乘法器的第二输入端相连，所述数模转换器用于将所述数字信号生成器输出的数字信号转换为所述系数信号。

可选的，所述第一放大器的位移等于所述第二放大器的位移。

可选的，所述第一放大器、所述第二放大器为斩波稳定放大器。

可选的，所述检测电路还包括：移相器，所述移相器的输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述移相器用于将输入信号的相位调整为所述敏感模态信号的相位；第二解调器，所述第二解调器的第一输入端与所述减法器的输出端相连，所述第二解调器的第二输入端与所述移相器的输出端相连，所述第二解调器用于根据所述移相器的输出信号，将所述第二解调器的输入信号中与所述敏感模态信号相位相同的信号解调为直流信号。

第二方面，本发明实施例提供一种陀螺仪，包括：驱动电路，用于产生驱动电压；振动传感器，所述振动传感器的输入端与所述驱动电路的输出端相连， 用于根据所述驱动电压进行振动，所述振动传感器的第一输出端用于输出所述陀螺仪的敏感模态信号，所述振动传感器的第二输出端用于输出所述陀螺仪的驱动模态信号；第一方面所述的检测电路，其中，所述第一放大器的输入端与所述振动传感器的第一输出端相连，所述第二放大器的输入端与所述振动传感器的第二输出端相连。

可选的，所述驱动电路为反馈驱动电路，所述反馈驱动电路的输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述反馈驱动电路用于根据所述第二放大器的输出值调整所述驱动电压，以使所述振荡传感器的振动件保持稳定恒幅震荡状态。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：壳体；处理器，固定在所述壳体内；陀螺仪，固定在所述壳体内，与所述处理器相连；所述陀螺仪包括：驱动电路，用于产生驱动电压；振动传感器，所述振动传感器的输入端与所述驱动电路的输出端相连，用于根据所述驱动电压进行振动，所述振动传感器的第一输出端用于输出所述陀螺仪的敏感模态信号，所述振动传感器的第二输出端用于输出所述陀螺仪的驱动模态信号；第一方面所述的检测电路，其中，所述第一放大器的输入端与所述振动传感器的第一输出端相连，所述第二放大器的输入端与所述振动传感器的第二输出端相连；其中，所述处理器根据所述第二解调器输出的所述直流信号确定所述电子设备的角速度。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中，乘法器输出的信号与正交误差信号相位相同，因此，通过合理设置乘法器103的系数信号，即乘法器的系数信号为第一系数信号时，可以使得减法器104的第二输入端输入的信号与正交误差信号的幅度相当，进而减法器104输出的信号中与驱动模态信号相位相同的信号的幅度小于等于设定阈值，甚至可以为0，实现抑制或消除敏感模态信号中的正交误差信号，提高陀螺仪的检测精度。不仅如此，本发明实施例提供的技术方案中，不会引入 新的噪声源，系统实现简单，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术中陀螺仪的工作原理的示意图；

图2为本发明实施例提供的陀螺仪的示意图；

图3为本发明实施例中数模转化器的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种陀螺仪检测电路、陀螺仪及电子设备，用于解决的陀螺仪中的正交误差信号制约陀螺仪的性能的问题。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本发明实施例在第一方面提供的陀螺仪检测电路，参照图2，检测电路包括：

第一放大器101，第一放大器101的输入端与陀螺仪的敏感模态信号输出端相连，用于对陀螺仪的振动传感器114输出的敏感模态信号进行放大。

实际情况中，用于检测敏感模态振动的电容的电容值在陀螺仪的振动件进行敏感模态振动时变化，产生检测电流，检测电流再经过电阻转化为电压，即为振动传感器114输出的敏感模态信号。由于加工精度和材料残存应力等因素的影响，敏感模态信号输出端输出的信号中包括有正交误差信号，即与驱动模 态信号相位相同的信号。

第二放大器102，第二放大器102的输入端与陀螺仪的驱动模态信号输出端相连，用于对陀螺仪的振动传感器114输出的驱动模态信号进行放大。

实际情况中，用于检测驱动模态振动的电容的电容值在陀螺仪的振动件进行驱动模态振动时变化，产生驱动电流，驱动电流再经过电阻转化为电压，即为振动传感器114输出的驱动模态信号。

乘法器103，乘法器103的输入端与第二放大器102的输出端相连，乘法器103用于将第二放大器102的输出信号乘以系数信号作为乘法器的输出。

实际情况中，乘法器可以是α乘法器，也可以是β乘法器，乘法器103将第二放大器输出的信号与系数信号相乘，得到的信号的相位与第二放大器输出的信号相同，即乘法器输出信号的相位与驱动模态信号的相位相同。

减法器104，减法器104的第一输入端与第一放大器101的输出端相连，减法器104的第二输入端与乘法器103的输出端相连，减法器104的作用为：用减法器104的第一输入端的信号减去减法器104的第二输入端的信号，运算后的信号作为减法器104的输出；

减法器104的第一输入端输入的信号包括第一放大器放大后的敏感模态信号以及正交误差信号，减法器104的第二输入端输入的信号为与驱动模态信号相位相同的信号，亦即与正交误差信号相位相同的信号，因此，通过合理设置乘法器103的系数信号，即乘法器的系数信号为第一系数信号时，可以使得减法器104的第二输入端输入的信号与正交误差信号的幅度相当，进而减法器104输出的信号中与驱动模态信号相位相同的信号的幅度小于等于设定阈值，甚至可以为0，实现抑制或消除敏感模态信号中的正交误差信号，提高陀螺仪的检测精度。不仅如此，本发明实施例提供的技术方案中，不会引入新的噪声源，系统实现简单，成本较低。

实际情况中，设定阈值为一个较小值，甚至可以为0。另外，第一系数信号的确定可以通过多次测试予以确定，也可以通过误差反馈电路，采用渐次逼 近的方式确定。

可选的，本发明实施例中，陀螺仪的检测电路还包括：

第一解调器105，第一解调器105的输入端与减法器104的输出端相连，第一解调器105用于将第一解调器105的输入信号中与驱动模态信号相位相同的信号解调为直流信号，并输出直流信号。

实际情况中，第一解调电路将与驱动模态信号相位相同的信号解调为直流信号后，可以通过滤波电路输出该直流信号。

误差反馈电路106，误差反馈电路的输入端与第一解调器的输出端相连，误差反馈电路的输出端与乘法器的第二输入端相连，误差反馈电路用于根据第一解调器的输出的直流信号调整乘法器的系数信号，以使第一解调器的输出的直流信号逼近设定阈值。

具体的，误差反馈电路的作用为根据正交误差抵消的效果动态调节乘法器的系数信号，使得乘法器的系数调节后，第一解调器输出的直流信号更接近设定阈值，直至直流信号小于等于设定阈值，实现正交误差信号的抵消。

可选的，误差反馈电路106包括：

判断单元107，判断单元107的输入端与第一解调器105的输出端相连，用于判断第一解调器105的输出的直流信号是否小于等于设定阈值；

系数调节器108，系数调节器108的输入端与判断单元107的输出端相连，系数调节器108的输出端与乘法器103的第二输入端相连，系数调节器108的输出值作为乘法器的系数信号；

其中，判断单元在第一解调器的输出的直流信号大于设定阈值时，指示系数调节器改变输出值，以使第一解调器输出的直流信号在系数调节器改变输出值之后变小。

具体的，在判断单元107确定出第一解调器105输出的直流信号大于设定阈值时，表明正交误差信号尚未完全抵消，系数调节器108调节乘法器的系数信号，使得乘法器输出值与正交误差信号的幅度更接近，进而使得第一解调器 输出的直流信号更小，以及减法器输出值中与驱动模态信号相位相同的信号的幅度更小。通过反馈电路的多次的反馈，可以确定出第一系数信号，使得正交误差信号的幅度小于等于设定阈值，甚至将正交误差信号完全消除。

实际情况中，系数调节器108调节乘法器103的系数信号的方式包括：其一，系数调节器108直接输出系数信号；其二，系数调节器向乘法器输入一个调节变量，乘法器根据系数调节器输入的调节变量调整系数信号。

可选的，本发明实施例中，系数调节器108包括：

数字信号生成器109，数字信号生成器109的输入端与判断单元107的输出端相连，数字信号生成器109用于根据判断单元的指示生成数字信号；

数模转换器110，数模转换器110的输入端与数字信号生成器109的输出端相连，数模转换器110的输出端与乘法器的第二输入端相连，数模转换器110用于将数字信号生成器109输出的数字信号转换为系数信号。

参照图3，为数模转换器110的一种实现方式，将数字信号生成器输出的数字信号接入图3所示的累加器的输入电导，图3中的G_c为输入电导、G_f为反馈电阻，G_i为输入电阻。针对数模转换器的其他实现方式请参照现有技术，本发明实施例不予详述。

可选的，本发明实施例中，第一放大器101的位移等于第二放大器102的位移，进而使得乘法器103输出的信号能够与第一放大器101输出的信号中的正交误差信号相抵消。

可选的，本发明实施例中，第一放大器101、第二放大器102为斩波稳定放大器。

可选的，本发明实施例中，还包括：

移相器111，移相器111的输入端与第二放大器102的输出端相连，移相器111用于将移相器的输入信号(即，第二放大器放大后的驱动模态信号)的相位调整为敏感模态信号的相位；

第二解调器112，第二解调器112的第一输入端与减法器104的输出端相 连，第二解调器112的第二输入端与移相器111的输出端相连，第二解调器112用于根据移相器111的输出信号，将第二解调器112的输入信号中与敏感模态信号相位相同的信号解调为直流信号。

具体的，减法器输出的与敏感模态信号相位相同的信号为调制了的信号，需要根据驱动模态信号进行解调，在解调前，先要将放大后的驱动模态信号的相位调整为与敏感模态信号一致的相位。

由于通过减法器104将放大后的敏感模态信号中夹杂的正交误差信号抵消，第二解调器输出的直流信号更为准确，利用第二解调器输出的直流信号确定角速度时，精度更高，陀螺仪的工作也更稳定。

基于相同的技术构思，本发明实施例在第二方面提供一种陀螺仪，继续参照图2，陀螺仪包括：驱动电路113、振动传感器114以及第一方面提供的检测电路。

其中，驱动电路113用于产生驱动电压；振动传感器114的输入端与驱动电路113的输出端相连，用于根据驱动电压进行振动，振动传感器114的第一输出端用于输出陀螺仪的敏感模态信号，振动传感器114的第二输出端用于输出陀螺仪的驱动模态信号。而检测电路中的第一放大器的输入端与振动传感器的第一输出端相连，第二放大器的输入端与振动传感器的第二输出端相连。

实际情况中，振动传感器包括陀螺仪的振动件、检测振动件的驱动模态振动的驱动传感电路，以及检测振动件的敏感模态振动的敏感传感电路，驱动传感电路与敏感传感电路中可以包含电容和电阻，根据振动件的振动输出电压信号。

可选的，本发明实施例中，驱动电路113为反馈驱动电路，反馈驱动电路的输入端与第二放大器102的输出端相连，反馈驱动电路用于根据第二放大器102的输出值调整驱动电压，以使振荡传感器的振动件保持稳定恒幅震荡状态。

具体的，反馈驱动电路可以包括解调器、比较电路、可变增益放大器，其具体实现方式参照现有技术，通过反馈驱动电路实现闭环的驱动环路，保证陀 螺仪的振动件保持稳定恒幅震荡状态，保证陀螺仪的精度以及稳定工作。

基于相同的技术构思，本发明实施例在第三方面提供一种电子设备，该电子设备包括：壳体、第二方面提供的陀螺仪，以及处理器。其中，陀螺仪以及处理器固定在壳体内，并电气相连，处理器用于根据第二解调器112输出的直流信号确定电子设备的角速度。

具体实施时，处理器可以与陀螺仪集成在一起，二者也可以为两个不同的芯片，本发明实施例不予限定。

另外，本发明实施例中，第一解调器105与误差反馈电路106可以与陀螺仪的检测电路的其它部分集成在一起，即在片内实现。实际情况中，第一解调器105与误差反馈电路106也可以在片外实现，以降低内部电路的开销，节省陀螺仪检测电路的面积和功耗。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中，乘法器输出的信号与正交误差信号相位相同，因此，通过合理设置乘法器103的系数信号，即乘法器的系数信号为第一系数信号时，可以使得减法器104的第二输入端输入的信号与正交误差信号的幅度相当，进而减法器104输出的信号中与驱动模态信号相位相同的信号的幅度小于等于设定阈值，甚至可以为0，实现抑制或消除敏感模态信号中的正交误差信号，提高陀螺仪的检测精度。不仅如此，本发明实施例提供的技术方案中，不会引入新的噪声源，系统实现简单，成本较低。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。