[發明專利]調節電容式MEMS陀螺儀檢測端諧振頻率的電路和方法

無效

• 申請號: 201310035372.3
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103134484A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 韓國威;司朝偉;鐘衛威
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的電路，所述電容式MEMS陀螺儀包括中心質量塊、驅動端和檢測端，驅動端包括驅動端電極，檢測端包括檢測端電極，其特征在于，

所述檢測端電極具有一輸入端，該輸入端用于輸入一偏置電壓(V_i)，以在所述中心質量塊與該檢測端電極之間形成電容，其中，所述電路根據所述驅動端輸出電壓信號與檢測端輸出電壓信號的相位差別來調節該偏置電壓(V_i)，從而調節所述檢測端的諧振頻率。

2.如權利要求1所述的自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的電路，其特征在于，所述電路包括：

第一過零比較器(1)，其輸入端與所述電容式MEMS陀螺儀的驅動端連接，用于將該驅動端輸出的模擬信號轉化為數字信號；

第一鉗位電路(2)，其輸入端與所述第一過零比較器(1)的輸出端連接，用于固定所述第一過零比較器(1)輸出信號的幅度；

第二過零比較器(3)，其輸入端與所述電容式MEMS陀螺儀的檢測端連接，用于將該檢測端輸出的模擬信號轉化為數字信號；

第二鉗位電路(4)，其輸入端與所述第二過零比較器(3)的輸出端連接，用于固定所述第二過零比較器(3)輸出信號的幅度；

鑒相器(5)，其具有兩個輸入端和一個輸出端，其中一個輸入端與所述第一鉗位電路(2)的輸出端連接，另一輸入端與所述第二鉗位電路(4)的輸出端連接，用于將所述第一鉗位電路(2)的輸出信號與所述第二鉗位電路(4)的輸出信號的相位差轉化為電壓信號；

電壓基準源(7)，用于提供一個恒定的電壓信號；

PI控制器(8)，其具有兩個輸入端和一個輸出羰，其中一個輸入端與所述鑒相器(5)的輸出端連接，另一輸入端與所述電壓基準源(7)連接，用于產生與所述鑒相器(5)的輸出信號和所述電壓基準源(7)的輸出信號之間的差值有關的電壓信號，該PI控制器(8)的輸出端與所述電容式MEMS陀螺儀的檢測端電極的輸入端連接。

3.如權利要求2所述的自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的電路，其特征在于，所述電路還包括：

低通濾波器(6)，該低通濾波器(6)連接于所述鑒相器(5)與所述PI控制器(8)之間，用于將所述鑒相器(5)的輸出信號中的高頻成分濾除后輸出到所述PI控制器(8)。

4.如權利要求2或3中任一項所述的自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的電路，其特征在于，所述電壓基準源(7)提供的恒定的電壓信號的電壓值設置為：與當所述鑒相器(5)的兩路輸入信號相位差為0時，輸入到所述PI控制器(8)的未連接于所述電壓基準源的輸入端的電壓值相等。

5.如權利要求4所述的自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的電路，其特征在于，當所述鑒相器(5)輸出的信號不等于所述電壓基準源(7)提供的恒定的電壓信號時，所述PI控制器(8)輸出的信號將持續增加或者減小。

6.如權利要求5所述的自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的電路，其特征在于，所述中心質量塊(11)的頻率過高時，所述PI控制器(8)的輸出信號減小，當所述中心質量塊(11)的頻率過低時，所述PI控制器(8)的輸出信號增加。

7.一種自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的方法，所述電容式MEMS陀螺儀包括中心質量塊、驅動端和檢測端，驅動端包括驅動端電極，檢測端包括檢測端電極，其特征在于，該方法包括如下步驟：

根據所述檢測端輸出電壓信號與所述驅動端輸出電壓信號的相位差來判斷驅動端諧振頻率與檢測端諧振頻率是否一致；

將所述相位差作為誤差信號輸入至一PI控制器(8)，產生所述偏置電壓(V_i)后輸入所述檢測端電極的輸入端，以改變檢測端電極的靜態直流電位，從而改變所述中心質量塊在檢測端方向諧振的電學剛度，進而改變該中心質量塊的諧振頻率。

8.如權利要求7所述的自動調節電容式MEMS陀螺儀的檢測端諧振頻率的方法，其特征在于：

當所述中心質量塊在檢測端方向的諧振頻率大于驅動端方向的諧振頻率時，兩端口電極輸出信號的相位差控制PI控制器輸出的靜態直流電位降低，增大電學剛度，減小電學剛度與機械剛度合成的總剛度，從而降低檢測端方向的諧振頻率；

當所述中心質量塊在檢測端方向的諧振頻率小于驅動端方向的諧振頻率時，兩端口電極輸出信號的相位差控制PI控制器輸出的靜態直流電位升高，減小電學剛度，增大電學剛度與機械剛度合成的總剛度，從而提高檢測端方向的諧振頻率。