[發明專利]一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置

有效

• 申請號: 201410065841.0
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103776469A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 楊波;柳小軍;戴波;趙輝;王行軍;鄧允朋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，包括集成了微型加熱器和溫度傳感器的微陀螺（1）、一組A/D采樣電路、一組驅動接口電路、一組接口放大電路和一組D/A轉換電路；

所述微陀螺（1）包括檢測諧振器、驅動諧振器、驅動檢測電極（C）、驅動電極（D）和敏感電極（S）；設置有兩個輸入端和三個輸出端；其中，驅動諧振器與驅動電極（D）構成驅動電容，驅動諧振器與驅動檢測電極（C）構成驅動檢測電容，檢測諧振器與敏感電極（S）構成敏感電容；

其特征在于，包括FPGA處理電路（2），該電路包括三個輸入端和三個輸出端；微陀螺（1）的三個輸出端分別是溫度傳感器、檢測諧振器和驅動諧振器的輸出端，這三個輸出端分別通過接口放大電路之后，經過A/D采樣電路接入FPGA處理電路（2）的三個輸入端；

FPGA處理電路（2）包括濾波模塊、比較模塊、PI控制模塊、標度因數溫補模塊、幅度控制模塊、頻率控制模塊、調制控制模塊、檢測信號調理模塊和零偏溫度補償模塊；

微陀螺（1）和FPGA處理電路（2）的連接分別構成三組回路：溫控回路、驅動控制回路和檢測控制回路；

溫控回路為溫度傳感器用于測量溫度信息，溫度信號經過放大和A/D采樣后接入濾波模塊，濾波模塊實現溫度信號的濾波，濾波模塊的輸出端與比較模塊的輸入端連接實現設定溫度與測量溫度的比較，比較模塊的輸出端與PI控制模塊的輸入端連接實現校正控制，PI控制模塊的輸出端經D/A轉換和驅動接口電路接入微型加熱器的輸入端，微型加熱器實現加熱；同時，濾波模塊的輸出端分別與標度因數溫補模塊和零偏溫度補償模塊的輸入端連接，為該兩個模塊提供溫度信息（T）；

驅動控制回路為驅動檢測電容信號通過驅動檢測電極（C）經過放大和A/D采樣后接入FPGA處理電路（2），分為兩路，一路接入頻率控制模塊后，進入頻率控制模塊，實現頻率控制和相位跟蹤；另一路進入標度因數溫補模塊，實現標度因數補償控制；標度因數溫補模塊輸出端和頻率控制模塊的一個輸出端接入幅度控制模塊，實現幅度檢測和控制；幅度控制模塊的輸出端接入調制控制模塊，頻率控制模塊的另一個輸出端也接入調制控制模塊，實現幅度調制控制；調制控制模塊的輸出端經D/A轉換和驅動接口電路與驅動諧振器驅動電極D連接，實現閉環驅動控制；

檢測控制回路為敏感檢測電容信號通過敏感電極（S）經過放大和A/D采樣后接入檢測信號調理模塊，同時頻率控制模塊的一個輸出端也接入檢測信號調理模塊，實現檢測信號放大、解調和濾波；檢測信號調理模塊的輸出端和濾波模塊的輸出端分別與零偏溫度補償模塊的兩個輸入端連接，實現零偏溫度補償；零偏溫度補償模塊的輸出端與輸出信號端口Vout連接實現信號輸出；

在驅動控制回路中，所述標度因數溫補模塊為受到溫度信息（T）控制的可變增益放大器；當溫度信息（T）的溫度系數為正系數時，標度因數溫補模塊將采取負系數進行補償；當所述溫度系數為負系數時，標度因數溫補模塊將采取正系數進行補償；

在檢測控制回路中，所述零偏溫度補償模塊為加法電路；當所述溫度系數為正系數時，零偏溫度補償模塊的零偏溫度系數為正系數，零偏溫度補償模塊采取負系數進行補償；當所述溫度系數為負系數時，零偏溫度補償模塊的零偏溫度系數為負系數，零偏溫度補償模塊采取正系數進行補償。

2.如權利要求1所述的一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，其特征在于：所述頻率控制模塊包括延時調整模塊、幅度飽和器、解調器、濾波器、PI控制器和壓控振蕩模塊；

延時調制模塊的輸入端作為頻率控制模塊的輸入端，接收驅動檢測電容信號經過接口放大和A/D采樣后的信號，延時調制模塊實現相位調整；延時調制模塊輸出端接入幅度飽和器，實現幅度信息隔離，將交流信號的頻率和相位信息接入解調器，同時壓控震蕩模塊的一個輸出端也接入解調器，實現相位解調；解調器的輸出端與濾波器的輸入端連接，實現相位信息濾波；濾波器的輸出端與PI控制器的輸入端連接，實現相位校正控制；PI控制器的輸出端與壓控振蕩模塊的輸入端連接，實現輸出交流信號的頻率和相位調整；壓控振蕩模塊兩個輸出端作為頻率控制模塊的輸出端分別輸入幅度控制模塊和調制控制模塊。

3.如權利要求2所述的一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，其特征在于，所述壓控振蕩模塊兩個輸出端的輸出信號相位差90o。

4.如權利要求1所述的一種基于FPGA的硅微陀螺儀溫控溫補電路裝置，其特征在于，所述溫度傳感器包括敏感接口電路。