基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路的制作方法

文档序号:12265445阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:包括硅微动调陀螺仪(2)的第一力矩反馈电极(Ad)、第二力矩反馈电极(Bd)、第一信号敏感电极(As)、第二信号敏感电极(Bs)、第一闭环控制电路、第二闭环控制电路和直流升压模块(1);

第一信号敏感电极(As)的输出作为第一闭环控制电路的输入,第一闭环控制电路的输出作为第一力矩反馈电极(Ad)的输入;

第二信号敏感电极(Bs)的输出作为第二闭环控制电路的输入,第二闭环控制电路的输出作为第二力矩反馈电极(Bd)的输入;

直流升压模块(1)的输出分别作为第一力矩反馈电极(Ad)和第二力矩反馈电极(Bd)的输入。

2.如权利要求1所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一闭环控制电路包括第一检测接口模拟处理电路(3)、第一AD采样电路(4)、第一FPGA控制算法(5)、第一DA输出接口电路(6)和第一直接数字式频率合成器(7);

第一信号敏感电极(As)的输出作为第一检测接口模拟处理电路(3)的输入,第一检测接口模拟处理电路(3)的输出作为第一AD采样电路(4)的输入,第一AD采样电路(4)的输出分别作为第一DA输出接口电路(6)和第一直接数字式频率合成器(7)的输入,第一DA输出接口电路(6)和第一直接数字式频率合成器(7)的输出均作为第一力矩反馈电极(Ad)的输入,第一直接数字式频率合成器(7)的输出还作为第一检测接口模拟处理电路(3)的输入;

第二闭环控制电路包括第二检测接口模拟处理电路(8)、第二AD采样电路(9)、第二FPGA控制算法(10)、第二DA输出接口电路(11)和第二直接数字式频率合成器(12);

第二信号敏感电极(Bs)的输出作为第二检测接口模拟处理电路(8)的输入,第二检测接口模拟处理电路(8)的输出作为第二AD采样电路(9)的输入,第二AD采样电路(9)的输出分别作为第二DA输出接口电路(11)和第二直接数字式频率合成器(12)的输入,第二DA输出接口电路(11)和第二直接数字式频率合成器(12)的输出均作为第二力矩反馈电极(Bd)的输入,第二直接数字式频率合成器(12)的输出还作为第二检测接口模拟处理电路(8)的输入。

3.如权利要求2所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一检测接口模拟处理电路(3)包括第一前置放大器(13)、第一带通选频放大器(14)、第一相敏解调器(15)和第一低通滤波器(16);

第一信号敏感电极(As)的输出作为第一前置放大器(13)的输入,第一前置放大器(13)的输出作为第一带通选频放大器(14)的输入,第一带通选频放大器(14)的输出作为第一相敏解调器(15)的输入,第一相敏解调器(15)的输出作为第一低通滤波器(16)的输入,第一低通滤波器(16)的输出作为第一AD采样电路(4)的输入,第一直接数字式频率合成器(7)的输出作为第一相敏解调器(15)输入;

第二检测接口模拟处理电路(8)包括第二前置放大器、第二带通选频放大器、第二相敏解调器和第二低通滤波器;

第二信号敏感电极(Bs)的输出作为第二前置放大器的输入,第二前置放大器的输出作为第二带通选频放大器的输入,第二带通选频放大器的输出作为第二相敏解调器的输入,第二相敏解调器的输出作为第二低通滤波器的输入,第二低通滤波器的输出作为第二AD采样电路(9)的输入,第二直接数字式频率合成器(12)的输出的输出作为第二相敏解调器输入。

4.如权利要求3所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一FPGA控制算法(5)包括第一AD信号调理模块(17)、第一PI比例-积分控制器(18)、第一平滑滤波模块(19)、第一DA输出预调理模块(20)和第一控制信号产生模块(21);

第一AD信号调理模块(17)的输出作为第一PI比例-积分控制器(18)的输入,第一PI比例-积分控制器(18)的输出作为第一平滑滤波模块(19)的输入,第一平滑滤波模块(19)的输出作为第一DA输出预调理模块(20)的输入,第一DA输出预调理模块(20)的输出作为第一DA输出接口电路(6)的输入,第一控制信号产生模块(21)的输出作为第一直接数字式频率合成器(7)的输入;

第二FPGA控制算法(10)包括第二AD信号调理模块、第二PI比例-积分控制器、第二平滑滤波模块、第二DA输出预调理模块和第二控制信号产生模块;

第二AD信号调理模块的输出作为第二PI比例-积分控制器的输入,第二PI比例-积分控制器的输出作为第二平滑滤波模块的输入,第二平滑滤波模块的输出作为第二DA输出预调理模块的输入,第二DA输出预调理模块的输出作为第二DA输出接口电路的输入,第二控制信号产生模块的输出作为第二直接数字式频率合成器的输入。

5.如权利要求4所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一AD采样电路(4)使用四路级联AD采样,单路采样回路包括第一信号放大模块一(22)、第一信号放大模块二(25)、第一信号放大模块三(28)、第一信号放大模块四(31)、第一偏置电路一(23)、第一偏置电路二(26)、第一偏置电路三(29)、第一偏置电路四(32)、第一AD芯片一(24)、第一AD芯片二(27)、第一AD芯片三(30)和第一AD芯片四(33);

第一信号放大模块一(22)、第一信号放大模块二(25)、第一信号放大模块三(28)和第一信号放大模块四(31)依次顺序相连,实现对输入信号的级联放大,每级放大倍数固定为E,E>2;第一信号放大模块一(22)、第一偏置电路一(23)、第一AD芯片一(24)和第一AD信号调理模块(17)顺序相接;第一信号放大模块二(25)、第一偏置电路二(26)、第一AD芯片二(27)和第一AD信号调理模块(17)顺序相接;第一信号放大模块三(28)、第一偏置电路三(29)、第一AD芯片三(30)和第一AD信号调理模块(17)顺序相接;第一信号放大模块四(31)、第一偏置电路四(32)、第一AD芯片四(33)和第一AD信号调理模块(17)顺序相接;第一低通滤波器(16)的输出作为第一信号放大模块一(22)的输入;

第二AD采样电路(9)使用四路级联AD采样,单路采样回路包括第二信号放大模块一、第二信号放大模块二、第二信号放大模块三、第二信号放大模块四、第二偏置电路一、第二偏置电路二、第二偏置电路三、第二偏置电路四、第二AD芯片一、第二AD芯片二、第二AD芯片三和第二AD芯片四;

第二信号放大模块一、第二信号放大模块二、第二信号放大模块三和第二信号放大模块四依次顺序相连,实现对输入信号的级联放大,每级放大倍数固定为E,E>2;第二信号放大模块一、第二偏置电路一、第二AD芯片一和第二AD信号调理模块顺序相接;第二信号放大模块二、第二偏置电路二、第二AD芯片二和第二AD信号调理模块顺序相接;第二信号放大模块三、第二偏置电路三、第二AD芯片三和第二AD信号调理模块顺序相接;第二信号放大模块四、第二偏置电路四、第二AD芯片四和第二AD信号调理模块顺序相接;第二低通滤波器的输出作为第二信号放大模块一的输入。

6.如权利要求4所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一AD信号调理模块(17)包括第一AD转换结果一(34)、第一AD转换结果二(37)、第一AD转换结果三(40)、第一AD转换结果四(43)、第一位数扩展模块一(35)、第一位数扩展模块二(38)、第一位数扩展模块三(41)、第一位数扩展模块四(44)、第一位数压缩模块一(36)、第一位数压缩模块二(39)、第一位数压缩模块三(42)、第一位数压缩模块四(45)、第一比较器(46)和第一多路选择器(47);

第一AD转换结果一(34)、第一AD转换结果二(37)、第一AD转换结果三(40)、第一AD转换结果四(43)分别与第一位数扩展模块一(35)、第一位数扩展模块二(38)、第一位数扩展模块三(41)、第一位数扩展模块四(44)相连,前期已经知道四路AD所采信号对应的放大倍数,四路位数扩展模块将根据前期的放大倍数对应的与相应的数字量相乘,将小的数字量放大,大的数字量不变;

第一位数扩展模块一(35)、第一位数扩展模块二(38)、第一位数扩展模块三(41)、第一位数扩展模块四(44)分别与第一位数压缩模块一(36)、第一位数压缩模块二(39)、第一位数压缩模块三(42)、第一位数压缩模块四(45)相连,将有用的数字信号量提取出来;第一位数压缩模块一(36)、第一位数压缩模块二(39)、第一位数压缩模块三(42)、第一位数压缩模块四(45)均与第一比较器(46)相连,第一位数压缩模块一(36)、第一位数压缩模块二(39)、第一位数压缩模块三(42)、第一位数压缩模块四(45)的输出量作为第一比较器(46)的输入,第一比较器(46)将四路数字信号分别与预设阈值相比较,得到选择控制量;第一位数压缩模块一(36)、第一位数压缩模块二(39)、第一位数压缩模块三(42)、第一位数压缩模块四(45)均与第一多路选择器(47)相连,第一比较器(46)与第一多路选择器(47)相连,第一比较器(46)的输出作为第一多路选择器(61)的控制信号;

第一AD信号调理模块(17)首先将四路不同放大倍数的AD采样信号进行位数扩展,然后再根据前期放大倍数的不同进行相应的压缩取位;第一AD信号调理模块(17)对四路采样信号进行超阈值判断,选择没超阈值并且放大倍数最大的一路数据作为第一AD信号调理模块(17)的输出。

7.如权利要求6所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第二AD信号调理模块包括第二AD转换结果一、第二AD转换结果二、第二AD转换结果三、第二AD转换结果四、第二位数扩展模块一、第二位数扩展模块二、第二位数扩展模块三、第二位数扩展模块四、第二位数压缩模块一、第二位数压缩模块二、第二位数压缩模块三、第二位数压缩模块四、第二比较器和第二多路选择器;

第二AD转换结果一、第二AD转换结果二、第二AD转换结果三、第二AD转换结果四分别与第二位数扩展模块一、第二位数扩展模块二、第二位数扩展模块三、第二位数扩展模块四相连,前期已经知道四路AD所采信号对应的放大倍数,四路位数扩展模块将根据前期的放大倍数对应的与相应的数字量相乘,将小的数字量放大,大的数字量不变;

第二位数扩展模块一、第二位数扩展模块二、第二位数扩展模块三、第二位数扩展模块四分别与第二位数压缩模块一、第二位数压缩模块二、第二位数压缩模块三、第二位数压缩模块四相连,将有用的数字信号量提取出来;第二位数压缩模块一、第二位数压缩模块二、第二位数压缩模块三、第二位数压缩模块四均与第二比较器相连,第二位数压缩模块一、第二位数压缩模块二、第二位数压缩模块三、第二位数压缩模块四的输出量作为第二比较器的输入,第二比较器将四路数字信号分别与预设阈值相比较,得到选择控制量;第二位数压缩模块一、第二位数压缩模块二、第二位数压缩模块三、第二位数压缩模块四均与第二多路选择器相连,第二比较器与第二多路选择器相连,第二比较器的输出作为第二多路选择器的控制信号;

第二AD信号调理模块首先将四路不同放大倍数的AD采样信号进行位数扩展,然后再根据前期放大倍数的不同进行相应的压缩取位;第二AD信号调理模块对四路采样信号进行超阈值判断,选择没超阈值并且放大倍数最大的一路数据作为第二AD信号调理模块的输出。

8.如权利要求4所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一DA输出预调理模块(20)包括第一比较器一(48)、第一增益选择器(49)和第一乘法器(50);第一平滑滤波模块(19)的输出作为第一比较器(48)和第一乘法器(50)的输入,第一比较器(48)的输出结果作为第一增益选择器(49)的输入,第一增益选择器(49)的输出与第一平滑滤波模块(19)的输出相乘,所得结果作为第一DA输出预调理模块(20)的输出,第一DA输出预调理模块(20)的输出作为第一DA输出接口电路(6)的输入;

第二DA输出预调理模块包括第二比较器一、第二增益选择器和第二乘法器;第二平滑滤波模块的输出作为第二比较器和第二乘法器的输入,第二比较器的输出结果作为第二增益选择器的输入,第二增益选择器的输出与第二平滑滤波模块的输出相乘,所得结果作为第二DA输出预调理模块的输出,第二DA输出预调理模块的输出作为第二DA输出接口电路的输入。

9.如权利要求4所述的基于分段技术的硅微动调陀螺仪高精度数字闭环检测电路,其特征在于:第一DA输出接口电路(6)包括第一DA转换电路(51)、第一DA输出缩放电路一(52)、第一DA输出缩放电路二(53)、第一DA输出缩放电路三(54)、第一DA输出缩放电路四(55)、第一多路信号选择器(56)和第一功率放大器(57);

第一DA输出预调理模块(20)的输出信号作为第一DA转换电路(51)的输入,第一DA转换电路(51)的输出作为第一DA输出缩放电路一(52)的输入,第一DA输出缩放电路一(52)、第一DA输出缩放电路二(53)、第一DA输出缩放电路三(54)和第一DA输出缩放电路四(55)依次相连,第一DA输出缩放电路一(52)、第一DA输出缩放电路二(53)、第一DA输出缩放电路三(54)、第一DA输出缩放电路四(55)和第一DA输出预调理模块(20)分别与第一多路信号选择器(56)相连,第一多路信号选择器(56)的输出作为第一功率放大器(57)的输入,第一功率放大器(57)的输出作为第一力矩反馈电极(Ad)的输入;

第二DA输出接口电路包括第二DA转换电路、第二DA输出缩放电路一、第二DA输出缩放电路二、第二DA输出缩放电路三、第二DA输出缩放电路四、第二多路信号选择器和第二功率放大器;

第二DA输出预调理模块的输出信号作为第二DA转换电路的输入,第二DA转换电路的输出作为第二DA输出缩放电路一的输入,第二DA输出缩放电路一、第二DA输出缩放电路二、第二DA输出缩放电路三和第二DA输出缩放电路四依次相连,第二DA输出缩放电路一、第二DA输出缩放电路二、第二DA输出缩放电路三、第二DA输出缩放电路四和第二DA输出预调理模块分别与第二多路信号选择器相连,第二多路信号选择器的输出作为第二功率放大器的输入,第二功率放大器的输出作为第二力矩反馈电极(Bd)的输入。

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