C0S(wt)。第二增益放大器22的输入端连接至缓冲器21的输出端，对第二信号Vdp*C0S(wt)以预设第二增益Ne*ke进行放大处理，生成电親合项误差补偿信号Ne*ke*Vdp*cos (wt)。
[0027]通过在陀螺仪表头20的驱动反馈电极Cdf和陀螺仪传感器芯片30之间引入电耦合补偿模块2，对电耦合项进行补偿，即将电耦合项误差补偿信号引入到传感支路加以消除电耦合项误差信号。
[0028]进一步，本发明的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置10还包括:第二电荷敏感放大器3、第一加法器4和第二加法器5，其中第二电荷敏感放大器3的输入端连接至陀螺仪表头20的传感检测电极Csm，输出端输出有用信号Vsig。第一加法器4的输入端连接至第二增益放大器22的输出端和第二电荷敏感放大器3的输出端，第二加法器5的输入端分别与第一增益放大器12的输出端和第一加法器4的输出端相连，将正交親合项误差补偿信号Nq*kq*Kd*A*sin (wt)和电親合项误差补偿信号Ne*ke*Vdp*cos (wt)叠加到有用信号Vsig、正交耦合项误差信号kql*A*sin (wt)和电耦合项误差信号kel*Vdp*cos (wt)上，输出补偿后的传感支路信号Vsm。其中，
[0029]Vsm = Vsig+kql*A*sin(wt)+kel*Vdp*cos(wt)+Nq*kq*Kd*A*sin(wt)+Ne*ke*Vdp*cos (wt)，其中，A为陀螺仪表头的驱动模态的振幅、w为振动频率、Kql和kel为耦合系数。其中，当陀螺仪系统处于静止状态时，Vsig = Oo
[0030]在本发明的一个实施例中，当满足消除正交耦合项误差补偿信号和电耦合项误差补偿信号的条件时，第一和第二增益的增益系数满足如下关系:
[0031]Nq = -kql /(kq*kd)，Ne = -kel/ke。
[0032]具体地，经过正交解调后，I/Q项均应该为0，由此可以得到Nq = _kql/(kq*kd)，Ne = -kel/ke。根据上述计算得到的Nq和Ne可以设置第一和第二增益放大器的增益系数，实现对正交耦合和电耦合的补偿。需要说明的是，Nq和Ne根据陀螺仪传感器芯片的型号有所不同。当把陀螺仪系统通过以上补偿后，可以完全消除正交/电耦合项对有用信号的干扰。
[0033]本发明还提出一种陀螺仪系统，包括:陀螺仪表头20、陀螺仪传感器芯片30和上述实施例的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置10，其中，该用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置10位于陀螺仪传感器芯片30内。
[0034]根据本发明实施例的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置和陀螺仪系统，通过陀螺仪表头和陀螺仪传感器芯片之间引入正交耦合项补偿模块和电耦合项补偿模块，对表头制造工艺引起的机械正交耦合项和寄生电容引起的电耦合项进行补偿，消除这两项对有用信号的干扰，从而避免对陀螺仪系统整体的动态范围和噪声性能的影响，提高陀螺仪系统的整体性能。
[0035]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0036]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。
【主权项】
1.一种用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，其特征在于，包括:正交耦合补偿模块和电耦合补偿模块，其中， 所述正交耦合补偿模块，位于陀螺仪系统中的陀螺仪传感器芯片内且与所述陀螺仪系统的陀螺仪表头相连，用于对所述陀螺仪传感器芯片受到的机械正交耦合项引起的误差进行补偿，其中，所述正交耦合补偿模块包括: 第一电荷敏感放大器，所述第一电荷敏感放大器的输入端与所述陀螺仪表头的驱动检测电极相连，输出第一信号，所述第一电荷敏感放大器的输出端连接至所述陀螺仪传感器芯片的第一可变增益放大器； 第一增益放大器，所述第一增益放大器的输入端连接至所述第一电荷敏感放大器的输出端，对所述第一信号以预设第一增益进行放大处理，生成正交耦合项误差补偿信号； 所述电耦合补偿模块位于陀螺仪系统中的陀螺仪传感器芯片内且与所述陀螺仪系统的陀螺仪表头相连，用于对所述陀螺仪表头的驱动反馈电极和传感检测电极之间的寄生电容产生的误差进行补偿，其中，所述电耦合补偿模块包括: 缓冲器，所述缓冲器的输入端连接至所述陀螺仪传感器芯片的第二可变增益放大器，输出端连接至所述陀螺仪表头的驱动反馈电极，输出第二信号； 第二增益放大器，所述第二增益放大器的输入端连接至所述缓冲器的输出端，对所述第二信号以预设第二增益进行放大处理，生成电耦合项误差补偿信号。
2.如权利要求1所述的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，其特征在于，还包括:第二电荷敏感放大器、第一和第二加法器，所述第二电荷敏感放大器的输入端连接至所述陀螺仪表头的传感检测电极，所述第一加法器的输入端连接至所述第二增益放大器的输出端和所述第二电荷敏感放大器的输出端，所述第二加法器的输入端分别与所述第一增益放大器的输出端和所述第一加法器的输出端相连，用于将所述正交耦合项误差补偿信号和电耦合项误差补偿信号叠加到正交耦合项误差信号和电耦合项误差信号上，输出补偿后的传感支路信号。
3.如权利要求2所述的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，其特征在于，所述补偿后的传感支路信号Vsm为下式:Vsm = Vsig+kql*A*sin (wt)+kel*Vdp*cos(wt)+Nq*kq*Kd*A*sin(wt)+Ne*ke*Vdp*cos(wt)， 其中，Vsig为有用信号，当陀螺仪系统处于静止状态时，Vsig = O，kql*A*sin(wt)为正交親合项误差信号、kel*Vdp*cos (wt)为电親合项误差信号、Nq*kq*Kd*A*sin (wt)为正交親合项误差补偿信号、Ne*ke*Vdp*cos (wt)为电親合项误差补偿信号，A为所述陀螺仪表头的驱动模态的振幅、w为振动频率、Kql和kel为耦合系数。
4.如权利2所述的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，其特征在于，当满足消除所述正交耦合项误差补偿信号和电耦合项误差补偿信号的条件时，所述第一和第二增益的增益系数满足如下关系:Nq = -kql/(kq*kd)，Ne = -kel/ke。
5.一种陀螺仪系统，其特征在于，包括:陀螺仪表头、陀螺仪传感器芯片和权利要求1-4任一项所述的用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置，其中，所述用于陀螺仪系统的正交耦合和电耦合的补偿装置位于所述陀螺仪传感器芯片内。
【专利摘要】本发明提出一种陀螺仪系统及用于其的正交耦合和电耦合的补偿装置，补偿装置包括：正交耦合补偿模块位于陀螺仪传感器芯片内且与陀螺仪表头相连，用于对陀螺仪传感器芯片受到的机械正交耦合项引起的误差进行补偿，包括：第一电荷敏感放大器和第一增益放大器；电耦合补偿模块位于陀螺仪传感器芯片内且与陀螺仪表头相连，用于对陀螺仪表头的驱动反馈电极和传感检测电极之间的寄生电容产生的误差进行补偿，其中，电耦合补偿模块包括：缓冲器和第二增益放大器。本发明对陀螺仪表头制造工艺引起的机械正交耦合项和寄生电容引起的电耦合项进行补偿，消除这两项对有用信号的干扰。
【IPC分类】G01C25-00, G01C19-00
【公开号】CN104613949
【申请号】CN201510099113
【发明人】张晰泊
【申请人】北京芯动联科微电子技术有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年3月6日