[發明專利]三軸硅諧振式加速度計閉環驅動控制與頻率檢測電路

有效

• 申請號: 201410164579.5
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103901226B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 楊波;趙輝;柳小軍;戴波;王行軍;鄧允朋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P15/097
• 分類號: G01P15/097;G01P21/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明涉及一種三軸硅微諧振式加速度計的閉環驅動控制與頻率檢測電路裝置，屬于微電子機械系統(Micro?Electro?Mechanical?System)和微慣性器件測控技術領域。

背景技術

加速度計的發展始于20世紀60年代，如今已經廣泛應用于航天、航海、武器導航等軍事領域和汽車電子、機器人等民事領域，成為微慣性器件的一個重要研究方向。隨著微機電技術的快速發展，硅微加速度計逐步成為國內外研究熱點，其具有體積小、質量輕、精度高、功耗低、成本地等優點，能夠滿足大批量生產要求，廣泛應用于軍民領域。目前在國外，中等精度的硅微加速度計已經接近慣導水平，零偏穩定性達20μg，標度因數穩定性達到5×10^-5ppm。硅微諧振式加速度計除了具備上述微機械加速度計的優點之外，還具有直接數字信號輸出的特點，在加速度計的集成化、數字化發展趨勢中占據很大優勢，吸引了眾多科研機構出資出力研究。自1997年美國Draper實驗室提出硅微諧振式加速度計(SOA)概念以來，其研制和產品化水平一直處于世界領先，其設計的新型SOA零偏穩定性已達190ng，標度因數穩定性達0.14ppm。國內的北京大學、清華大學、東南大學、中國物理工程研究院、南京理工大學等科研單位在諧振式加速度計研究方面也取得了眾多成果。

隨著市場需求的不斷發展，高精度、高性能的三軸加速度產品成為迫切需求。在美國Analog?Devices公司1998年推出第一款三軸加速度計ADX330以后，不斷有更高性能的產品出現，產品更新換代迅速，主要出現了力平衡式、電容式、壓阻式、壓電式三軸加速度計。三軸硅微諧振式加速度計集成了諧振式加速度計精度高、數字輸出，抗干擾能力強和三軸加速度計體積小、集成度高、安裝誤差小等優點，有著其他加速度計無法匹配的優點，具有非凡的意義和價值。本發明是針對由解耦雙軸硅微諧振式加速度計(x軸和y軸)和垂直軸硅微諧振式加速度計(z軸)組成的三軸硅微諧振式加速度計，設計實現其驅動控制與頻率檢測電路裝置。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種具有閉環驅動反饋控制的三軸硅諧振式閉環驅動與頻率檢測電路裝置。

技術方案：本發明所述的一種三軸硅微諧振式加速度計閉環驅動控制和頻率檢測電路，包含若干個方向上的加速度計驅動控制和頻率檢測電路，其中一個方向上的加速度計驅動控制和頻率檢測電路包括雙軸硅微諧振式加速度計、第一接口放大電路、第二接口放大電路、第一幅度控制電路、第二幅度控制電路、第一相位控制電路、第二相位控制電路、第一調制控制電路、第二調制控制電路、信號頻率檢測電路，該雙軸硅微諧振式加速度計的一路該方向上的輸出信號傳送至第一接口放大電路、第一接口放大電路將放大后的信號傳送至第一相位控制電路和第一幅度控制電路，第一相位控制電路與第一幅度控制電路分別將相位控制信號和幅度控制信號傳送至第一調制控制電路，第一調制控制電路生成驅動信號并傳送至雙軸微硅諧振式加速度計對應的驅動信號接口；該雙軸硅微諧振式加速度計該方向上的另一路輸出信號傳送至第二接口放大電路、第二接口放大電路將放大后的信號傳送至第二相位控制電路和第二幅度控制電路，第二相位控制電路與第二幅度控制電路分別將相位控制信號和幅度控制信號傳送至第二調制控制電路，第二調制控制電路生成驅動信號傳送至雙軸微硅諧振式加速度計對應的驅動信號接口；其中第一相位控制電路和第二相位控制電路還分別傳送信號至信號頻率檢測電路以測量該雙軸硅微諧振式加速度計兩路輸出信號的頻率差。

進一步地，信號頻率檢測電路是基于FPGA處理芯片實現的頻率測量電路，采用等精度測頻法，通過對時鐘的上升沿和下降沿同時計數提高頻率測量精度。