适用于单片微型定位导航授时系统的集成电路的制作方法

本发明涉及适用于单片微型定位导航授时系统，具体地，涉及适用于单片微型定位导航授时系统的集成电路。

背景技术：

微型定位导航授时(micropositioning，navigationandtiming，micro-pnt)系统由darpa(美国国防高级研究计划局)提出，其研究初衷在卫星定位系统暂时失效或短时间内无法工作的情况下，利用微惯导系统和高精度微时钟达到短时间高精度导航和定位的目的。典型的micro-pnt系统至少包含三轴微机械陀螺仪、三轴微机械加速度计和一个高精度微时钟，但由于微机械陀螺仪、加速度计和高精度微时钟等器件需要配合相关电路才能正常工作，所以micro-pnt系统中还应包含相应的电路控制和解算系统。micro-pnt系统的应用领域很广，军事领域无疑是其最重要的应用方向，也是micro-pnt技术的源动力，在单兵导航定位、智能弹药、无人战斗平台、微小型无人机等方面均对micro-pnt有显著需求。micro-pnt系统的采用了惯性导航和定位的工作原理：通过高精度微时钟获得高精度时间信息、通过高精度的三轴微机械陀螺仪获得载体空间转动角(速)度信息、通过高精度三轴微机械加速度计获得载体在空间的线加速度信息，进一步地，利用高精度时间信息对角速度求积分可得到载体的空间角度信息、利用高精度时间信息对线加速度求二次积分可得到载体的空间位移信息，最终通过相关的解算算法得到载体的位置信息以达到定位和导航的目的。

为了充分体现micro-pnt系统的小体积、低功耗、可批量生产等方面的特点，除了器件结构需要采用微机电系统工艺以外，其测控系统也应与之配合采用集成电路形式实现。基于此，有必要发明一种针对micro-pnt系统的专用集成电路，以解决现有micro-pnt系统电路集成度差的问题，使micro-pnt系统真正实现单片集成。

技术实现要素：

本发明为了解决目前micro-pnt系统电路体积大、功耗高、的问题，提供了micro-pnt系统的集成电路，以实现micro-pnt系统的单片集成。

为解决上述技术问题，本申请提供了适用于单片微型定位导航授时系统的集成电路，包括：电源管理模块电路、微机械陀螺仪测控电路、微机械加速度计测控电路、微时钟调理电路、信息解算电路；微机械陀螺仪测控电路、微机械加速度计测控电路、微时钟调理电路、信息解算电路均与电源管理模块电路连接，微机械陀螺仪测控电路、微机械加速度计测控电路、微时钟调理电路均与信息解算电路连接。

其中，所述的电源管理模块电路输入端为外接电源，其主要功能是为各集成电路模块提供所需幅值的供电电压和电流，以保证各模块能正常工作。所述的电源管理模块主要包括了外接电源的电源滤波和保护模块、多路电源发生模块、二级电路滤波模块、电源智能控制模块等。

所述的微机械陀螺仪测控电路用于为至少三个轴向的微机械陀螺仪的正常工作提供支持，同时输出三个轴向的微机械陀螺仪输出数据，用于信息解算电路使用。所述的三个轴向的微机械陀螺仪应相互正交，并分别检测载体的三轴角度信息(俯仰角、横滚角和航向角)。

所述的微机械加速度计测控电路用于为至少三个轴向的微机械加速度计的正常工作提供支持，同时输出三个轴向的微机械加速度计输出数据，用于信息解算电路使用。所述的三个轴向的微机械加速度计应相互正交，并分别检测载体壳体坐标系x、y、z三个方向的加速度。

所述的微时钟调理电路用于保证micro-pnt系统微时钟的正常工作并提取微时钟的相关信号，用于授时信号输出和信息解算电路使用。

所述的信息解算电路用于将提取到的三轴加速度信号、三轴陀螺仪信号及微时钟信号进行处理以达到为系统提供三轴位移、三轴速度、三轴加速度、三轴角速度、三轴角度、高精度时间等方面的信息。

进一步的，所述的电源管理模块电路采用模拟或数字方式，用于将外部输入电源调节成多路的适用于不同器件的电源供给，主要包括：

外接电源的电源滤波和保护模块，用于对外部输入电源进行滤波以减小外部电源干扰引起的问题和故障，同时，当外接电源出现电压突然增高或急剧波动时及时进行断电等方式的保护，进一步保证单片微型定位导航授时系统的安全。

多路电源发生模块，所述的多路电源发生模块主要用于产生不同的供电电压以满足微型定位导航授时系统不同器件和电路的供电需求。

二级电路滤波模块，所述的二级电路滤波模块主要用于对多路电源发生模块产生的电压进行再次滤波，以减小纹波等干扰对器件的影响。

电源智能控制模块，所述的电源智能控制模块主要用于控制电源对各器件和电路的供电通断，当各器件和电路由于外界和自身问题出现短路和工作异常的状态时，控制该通道的电源智能控制模块将采用断开等处理方法以保证整个电源不影响微型定位导航授时系统中其他器件的正常工作。

进一步的，所述的微机械陀螺仪测控电路主要包括：

x、y、z轴微机械陀螺仪各自的驱动回路，所述的驱动回路主要包含了驱动检测接口、放大器、锁相环电路(或90°移相电路)、幅值提取电路、驱动控制器、调制器、驱动静电力矩施加装置。

x、y、z轴微机械陀螺仪各自的检测回路，所述的检测回路包含了检测接口、放大器、解调器、低通滤波器，对于采用检测闭环方案的微机械陀螺仪还包括了调制器、检测反馈控制器、检测反馈力矩施加装置等。

进一步的，所述的微机械加速度计测控电路主要包括：

x、y、z轴微机械加速度计各自的检测回路，所述的检测回路包含了接口电路、放大器、低通滤波器等。

对于采用谐振工作方式的微机械加速度计，其测控电路包括驱动回路，和测频回路，所述的驱动回路主要包含了驱动检测接口、放大器、锁相环电路(或90°移相电路)、幅值提取电路、驱动控制器、调制器、驱动静电力矩施加装置。所述的测频回路主要包括高精度频率测试电路。

进一步的，所述的微时钟调理电路主要包括：微时钟物理系统接口电路、分频器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器等模块，同时也可采用σ-△调制器模块。

进一步的，所述的信息解算电路主要包括：卡尔曼滤波模块、高精度积分模块、惯性导航计算模块等。

本申请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：

解决目前micro-pnt系统电路体积大、功耗高、的问题，提供了micro-pnt系统的集成电路，实现了micro-pnt系统的单片集成的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是根据本发明一个实施例的一种适用于单片微型定位导航授时系统的集成电路结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的电源管理模块结构框图；

图3是根据本发明一个实施例的微机械陀螺仪测控电路结构框图；

图4是根据本发明一个实施例的微机械加速度计测控电路结构框图；

图5是根据本发明一个实施例的微时钟调理电路结构框图；

图6是根据本发明一个实施例的信息解算电路结构框图。

具体实施方式

本发明为了解决目前micro-pnt系统电路体积大、功耗高、的问题，提供了micro-pnt系统的集成电路，以实现micro-pnt系统的单片集成。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例

如图1所示，适用于微型定位导航授时系统(micro-pnt)的集成电路，该集成电路包括电源管理模块电路1、微机械陀螺仪测控电路2、微机械加速度计测控电路3、微时钟调理电路4、信息解算电路5。

其中，如图2中，电源管理模块电路1将外接输入电源经过电源滤波和保护模块11进行滤波和整理后，输入到多路电源发生模块12，多路电源发生模块12输出micro-pnt各器件模块工作需要的电压，经过各自的二级电源滤波模块13滤波后连接至电源智能控制模块14中。各路的电源智能控制模块14可判断器件是否产生短路等方面的问题并能够及时切断短路器件电源从而保护整个系统电源，经过电源智能控制模块14处理后，电源供给到各个器件的电路模块。

如图3中，微机械陀螺仪测控电路2主要包括x轴微机械陀螺仪测控电路21、y轴微机械陀螺仪测控电路22和z轴微机械陀螺仪测控电路23，三个微机械陀螺仪测控电路的电源分别由电源供给21、电源供给22和电源供给23提供。在微机械陀螺仪控制方面，以x轴微机械陀螺仪测控电路21为例，(y轴微机械陀螺仪测控电路22和z轴微机械陀螺仪测控电路23与之类似)，x轴微机械陀螺仪结构中驱动检测部分输出信号连接到x轴微机械陀螺仪测控电路21的驱动检测端，经过驱动回路处理后，驱动激励信号又作用到x轴微机械陀螺仪结构驱动端。其中驱动回路包含了检测接口、放大模块、pll锁相环(90°移相环节)、信号幅度提取模块、驱动控制器模块、调制器模块、直流和交流叠加模块。驱动回路用于保证x轴微机械陀螺仪结构驱动部分处于恒幅的谐振状态。同时，x轴微机械陀螺仪结构中检测模态部分的输出信号连接在x轴微机械陀螺仪测控电路21的检测端，依次经过检测接口、放大、相敏解调模块、低通滤波模块后输出角速率信号。当检测回路处在闭环工作条件时，x轴微机械陀螺仪测控电路21中还应包含检测控制器、低通滤波器、调制器、直流和交流叠加模块。经过x轴微机械陀螺仪测控电路21中的检测回路可得到x轴微机械陀螺仪输出信号。

同时，应强调，虽然x轴微机械陀螺仪测控电路21、y轴微机械陀螺仪测控电路22和z轴微机械陀螺仪测控电路23不存在摆放方向问题，但x轴微机械陀螺仪结构、y轴微机械陀螺仪结构和z轴微机械陀螺仪结构的敏感轴方向应相互正交，分别检测micro-pnt的航向角、横滚角和俯仰角。

在图4中，微机械加速度计测控电路3主要包括x轴微机械加速度计测控电路31、y轴微机械加速度计测控电路32和z轴微机械加速度计测控电路33，三个微机械加速度计测控电路的电源分别由电源供给31、电源供给32和电源供给33提供。在微机械加速度计控制方面，以x轴微机械加速度计测控电路31为例，(y轴微机械加速度计测控电路32和z轴微机械加速度计测控电路33与之类似)。

当微机械加速度计为谐振工作方式时，x轴微机械加速度计结构中驱动检测部分输出信号连接到x轴微机械加速度计测控电路31的驱动检测端，经过驱动回路处理后，驱动激励信号又作用到x轴微机械加速度计结构驱动端。其中驱动回路包含了检测接口、放大模块、pll锁相环(90°移相环节)、信号幅度提取模块、驱动控制器模块、调制器模块、直流和交流叠加模块。驱动回路用于保证x轴微机械加速度计结构驱动部分处于恒幅的谐振状态。同时，x轴微机械加速度计测控电路31中包含的测频模块可以稳定、准确的测量出z轴微机械加速度计驱动模态的谐振频率，该谐振频率与x轴所受加速度值有关，该频率值作为x轴微机械加速度计输出值。

当微机械加速度计为摆式工作方式时，x轴微机械加速度计结构输出与x轴微机械加速度计测控电路31接口电路相连，依次经过放大、低通滤波等环节输出。

同时，应强调，虽然x轴微机械加速度计测控电路21、y轴微机械加速度计测控电路22和z轴微机械加速度计测控电路23不存在摆放方向问题，但x轴微机械加速度计结构、y轴微机械加速度计结构和z轴微机械加速度计结构的敏感轴方向应相互正交，分别检测micro-pnt的x轴、y轴和z轴方向的加速度信号。

图5中，微时钟调理电路4包含了微时钟物理系统接口电路、分频器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器等模块，同时也可采用σ-△调制器模块，用于锁定芯片原子钟物理结构的频率，并将其输出。

图6中，信息解算电路5用于将各个器件的输出信号进行调理和解算，通过相关的滤波和算法(如卡尔曼滤波模块、高精度积分模块、惯性导航计算模块)等的处理最终输出用户需求的相关信息，如三轴位移、三轴速度、三轴加速度、三轴角速度、三轴角度、高精度时间等。需要指出的是，输出信号并不只限制于上述几种。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

解决目前micro-pnt系统电路体积大、功耗高、的问题，提供了micro-pnt系统的集成电路，实现了micro-pnt系统的单片集成的技术效果。

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。