[發明專利]微機電陀螺及用于控制微機電陀螺的方法

有效

• 申請號: 201010242008.0
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN101922934A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: L·普蘭迪;C·卡米納達
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;唐文靜

1.一種微機電陀螺，包括：

微結構(2；202)，其具有：固定結構(6)；可以相對于所述固定結構(6)以第一自由度按照驅動軸(X)運動的驅動質量塊(7)；以及檢測質量塊(8)，所述檢測質量塊(8)與所述驅動質量塊(7)機械耦合以便被帶入按照所述驅動軸(X)的運動，并且可以響應于所述微結構(2；202)的旋轉相對于所述驅動質量塊(7)以第二自由度按照檢測軸(Y)運動；

驅動裝置(3；103)，其與所述微結構(2；202)一直構成微機電環(18)，用于將所述驅動質量塊(7)保持在以驅動頻率(ωD)按照驅動軸(X)進行振動；

其特征在于，所述驅動裝置(3)包括耦合至所述微結構(2；202)并用于探測驅動質量塊(7)相對于所述驅動軸(X)的位置(x)的離散時間檢測接口(20)，以及用于根據由所述檢測接口(20)所探測的所述驅動質量塊(7)的位置(x)來控制所述微機電環(18)的振動振幅的控制裝置(21，23，24，25)。

2.根據權利要求1的陀螺，其中所述檢測接口(20)包括離散時間全差分電荷放大器。

3.根據權利要求2的陀螺，其中所述電荷放大器(20)具有連接至所述微結構(2；202)的反饋檢測端(14a，14b)的輸入，所述反饋檢測端(14a，14b)電容性地耦合至所述驅動質量塊(7)。

4.根據權利要求1的陀螺，其中所述檢測接口(20)在輸出上包括相關雙采樣(CDS)級(40)。

5.根據權利要求4的陀螺，其中所述CDS級(40)可操作為執行相關雙采樣周期，所述周期包括重置步驟、偏移采樣步驟以及檢測步驟，其中對每次相關雙采樣周期中的偏移采樣步驟的持續時間和檢測步驟的持續時間進行控制，從而使得在偏移采樣步驟中由驅動質量塊(7)按照驅動軸(X)的速度(x’)引起的第一擾動貢獻(QD1)被在檢測步驟中由驅動質量塊(7)按照驅動軸(X)的速度(x’)引起的第二擾動貢獻(QD1’)抵消。

6.根據權利要求5的陀螺，其中所述檢測接口(20)包括全差分運算放大器(37)，其具有放大電容器(38)，每個放大電容器(38)配置在所述運算放大器(37)的相應的輸入和相應的輸出之間。

7.根據權利要求6的陀螺，其中所述CDS級(40)包括兩個CDS電容器(42)，所述CDS電容器(42)具有第一端和第二端，所述第一端連接至所述運算放大器(37)的相應的輸出，以及所述第二端通過相應的CDS開關(45)選擇性地可連接至設置在參考電壓(VCM)的參考線(47)，并且其中所述CDS開關(42)被控制為在偏移采樣步驟中閉合，在檢測步驟中打開。

8.根據權利要求7的陀螺，其中所述CDS級(40)包括重置開關(43)，所述重置開關(43)連接在所述運算放大器(37)的輸出之間，并被控制為在重置步驟中閉合，在偏移采樣步驟和檢測步驟中打開。

9.根據權利要求1的陀螺，其中所述控制裝置(21，23，24，25)包括與所述檢測接口(20)串聯連接的相移模塊(21)，用于引入范圍在90°±40°中的相移。

10.根據權利要求9的陀螺，其中所述控制裝置(21，23，24，25)包括低通濾波器(22)，所述低通濾波器(22)配置在所述相移模塊(21)的下游并具有選定的截止頻率以使所述驅動頻率(ωD)包括在通帶中并且將不期望的信號分量降低至少30dB；

可變增益放大器(25)；以及

控制裝置(24)，用于控制所述可變增益放大器(25)的增益(G)，以維持所述微機電環(18)的振動條件。

11.根據權利要求1的陀螺，包括離散時間讀取裝置(5)，其耦合至所述微結構(2；202)，用于探測所述檢測質量塊(8)按照所述檢測軸(Y)的位移。

12.根據權利要求11的陀螺，包括：

同步裝置(27)，用于探測所述微機電環(18)的振動相位；以及

相位生成器級(30)，其由所述同步裝置(27)控制，用于生成頻率為所述驅動頻率(ωD)的倍數的讀取信號(VR)；

其中所述驅動質量塊(7)和檢測質量塊(8)被連接至所述相位生成器級(30)，用于接收所述讀取信號(VR)。