所属技术领域
本发明涉及一种硅微机械陀螺信号处理电路，适用于微电子领域。
背景技术：
惯性技术是以牛顿惯性定律为基础，检测运动物体姿态和位置的技术科学。组成惯性导航系统的设备都安装在飞行器内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。3个角速度陀螺仪用来测量飞行器的3个轴向角速度;3个加速度计用来测量飞行器的3个轴向线加速度，计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的线速度。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性导航组合在飞行器上的安装方式，分为平台式惯性导航系统(惯性导航组合安装在惯性平台上)和捷联式惯性导航系统(惯性导航组合直接安装在飞行器上)。后者省去平台，所以结构简单、体积小、维护方便，但仪表工作条件不佳(影响精度)，计算工作量大。惯性器件如陀螺仪和加速度计，是各类惯性系统中的核心部件。
惯性系统技术的发展和惯性器件的发展是相辅相成的，惯性技术的历史始于对陀螺仪应用的探索。一般陀螺可以分为机械转子陀螺、光学陀螺、振动式陀螺三大类。陀螺的敏感原理是基于一种物理现象:运动物体受到与转动矢量方向垂直的角速度矢量作用时，则产生一惯性力(哥氏力)，哥氏力垂直于转动角速度方向，检测哥氏力可以得到运动物体的偏航或俯仰角速度。振动式陀螺包括压电陀螺、半球振动陀螺、声表面波陀螺和微机械陀螺等。
20世纪90年代，基于微米/纳米集成电路制作技术的微电子机械加工技术(memt)及微机电系统(mems)的出现，使具有体积小、重量轻、价格便宜、可靠性高、能大量生产等优点的微机电惯性器件(包括微机电加速度计、微机电陀螺仪、微机电惯性测量组合)得到发展，并在军民两方面得到应用。
技术实现要素：
本发明提供一种硅微机械陀螺信号处理电路，电路结构紧凑，体积小，具有较高的测量精度，工作稳定，适应性好，提高了工作效率,且具有良好的抗干扰性和可靠性。
本发明所采用的技术方案是。
硅微机械陀螺信号处理电路利用旋转载体自旋作为驱动力的硅微机械陀螺的相位信号处理电路。由重力加速度计电路、施密特触发器电路、电桥电路、差分仪表放大器电路和带通滤波电路组成。
所述重力加速度计电路采用max2312芯片，其是采用标准的亚微米cmos制造工艺生产出来的双轴低噪声低价格加速度传感器。内部的混合信号处理电路使它成为个完整的传感系统。max2312在250度，电源电压为+5v时的灵敏度为312mv/g,加速度传感器的测量范围可以从±lg延伸至±10g。在pcb板的布局方面，尽量将重力加速度计和硅陀螺对位的位置上，并且使两者的敏感轴平行，正中心的器件为加速度计。
所述施密特触发器电路采用nc7z14构成，施密特触发器在输入电压vin达到一定值后，便从静止状态翻转到工作状态；输入电压降到一定值之后，又从工作状态翻转到截止状态，加上一个反馈电阻r和一个充放电电容c，最后输出端输出周期性矩形波。施密特触发电路对信号触发翻转变化的时序要求严格，因此单独使用了ref195稳压电源模块为nc7z14施密特触发模块提供高精度的+5v基准参考电压。
所述电桥电路是陀螺信号处理电路的核心部分，实现陀螺信号的c-v转换。该电路是由电容-电压变换电路构成的，即电容-电压变换电桥。它由可变间距信号拾取电容和充放电二极管d1、d2和r1、r2构成。其中mems芯片输出端口2,6和9,13构成两组电容量值可变的电容cs1、cs2。该电容与r1，r2构成rc充放电回路。脉冲发生器产生一个矩形脉冲电压u，其高电平为+5v，低电平为ov。该电压加在电桥上，通过r1和r2对c1.c2,c3和c4充电，当然也会通过反向二极管充电。
所述差分仪表放大器电路具有低漂移、高共模抑制比的特点，该电路选用ad公司的精密仪表放大器构成，其为由三个独立运算放大器组成的集成运放，带宽约为800khz。因此，取ad620对uab进行预放大。由于r1、r2和r5是选定的，放大倍数g由所选器件ad620决定，t和t1由脉冲发生器及冲放电的电容和电阻决定，是一定值，um由稳压电源芯片ref195确定。
所述带通滤波电路环节使用rc滤波电路以及op27运算放大器实现滤波和放大两种功能。前置放大电路输出信号经过电容c5，实现隔离直流分量，同时c5、c6、r6、r7和精密运算放大器op27组成带通滤波电路，其中g5=luf。当载体旋转频率在户}^}13hz范围内变化时，输出信号频率也在6-13hz内变化。经过带通滤波电路滤除高频载波后，所得到的低频交流信号中含有干扰成分，例如工频电压干扰和振荡电路辐射等，这种干扰信号会造成低频信号上出现毛刺。去除这种干扰信号可以采用有源低通滤波电路，c11，r9，r11和精密运算放大器组成低通滤波器，可用于滤除干扰信号。
本发明的有益效果是：电路结构紧凑，体积小，具有较高的测量精度，工作稳定，适应性好，提高了工作效率,且具有良好的抗干扰性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的重力加速度计电路。
图2是本发明的施密特触发器电路。
图3是本发明的电桥电路。
图4是本发明的差分仪表放大器电路。
图5是本发明的带通滤波电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，重力加速度计电路采用max2312芯片，其是采用标准的亚微米cmos制造工艺生产出来的双轴低噪声低价格加速度传感器。内部的混合信号处理电路使它成为个完整的传感系统。max2312在250度，电源电压为+5v时的灵敏度为312mv/g,加速度传感器的测量范围可以从±lg延伸至±10g。在pcb板的布局方面，尽量将重力加速度计和硅陀螺对位的位置上，并且使两者的敏感轴平行，正中心的器件为加速度计。
如图2,施密特触发器电路采用nc7z14构成，施密特触发器在输入电压vin达到一定值后，便从静止状态翻转到工作状态；输入电压降到一定值之后，又从工作状态翻转到截止状态，加上一个反馈电阻r和一个充放电电容c，最后输出端输出周期性矩形波。施密特触发电路对信号触发翻转变化的时序要求严格，因此单独使用了ref195稳压电源模块为nc7z14施密特触发模块提供高精度的+5v基准参考电压。
如图3，电桥电路是陀螺信号处理电路的核心部分，实现陀螺信号的c-v转换。该电路是由电容-电压变换电路构成的，即电容-电压变换电桥。它由可变间距信号拾取电容和充放电二极管d1、d2和r1、r2构成。其中mems芯片输出端口2,6和9,13构成两组电容量值可变的电容cs1、cs2。该电容与r1，r2构成rc充放电回路。脉冲发生器产生一个矩形脉冲电压u，其高电平为+5v，低电平为ov。该电压加在电桥上，通过r1和r2对c1.c2,c3和c4充电，当然也会通过反向二极管充电。
如图4，差分仪表放大器电路具有低漂移、高共模抑制比的特点，该电路选用ad公司的精密仪表放大器构成，其为由三个独立运算放大器组成的集成运放，带宽约为800khz。因此，取ad620对uab进行预放大。由于r1、r2和r5是选定的，放大倍数g由所选器件ad620决定，t和t1由脉冲发生器及冲放电的电容和电阻决定，是一定值，um由稳压电源芯片ref195确定。
如图5，带通滤波电路环节使用rc滤波电路以及op27运算放大器实现滤波和放大两种功能。前置放大电路输出信号经过电容c5，实现隔离直流分量，同时c5、c6、r6、r7和精密运算放大器op27组成带通滤波电路，其中g5=luf。当载体旋转频率在户}^}13hz范围内变化时，输出信号频率也在6-13hz内变化。经过带通滤波电路滤除高频载波后，所得到的低频交流信号中含有干扰成分，例如工频电压干扰和振荡电路辐射等，这种干扰信号会造成低频信号上出现毛刺。去除这种干扰信号可以采用有源低通滤波电路，c11，r9，r11和精密运算放大器组成低通滤波器，可用于滤除干扰信号。