[發明專利]陀螺儀系統及用于其的正交耦合和電耦合的補償裝置

有效

• 申請號: 201510099113.6
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104613949B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 張晰泊
• 申請（專利權）人: 北京芯動聯科微電子技術有限公司
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G01C25/00
• 代理公司: 北京中企鴻陽知識產權代理事務所(普通合伙)11487
• 代理人: 劉葛,郭鴻雁

技術領域

本發明涉及陀螺儀系統技術領域，特別涉及一種陀螺儀系統及用于其的正交耦合和電耦合的補償裝置。

背景技術

在陀螺儀系統中，一方面由于陀螺儀表頭制造工藝的偏差，陀螺儀傳感器芯片的傳感支路會受到機械正交耦合項的影響；另一方面由于陀螺儀表頭和陀螺儀表頭與集成電路的封裝中，在驅動反饋電極和傳感檢測電極之間存在著寄生電容Cp，由于該電容的影響，驅動反饋的輸出電壓信號可以耦合到傳感支路。

上述正交耦合項和電耦合項兩種非理想的耦合效應，會對有用信號產生干擾，影響陀螺儀系統整體的動態范圍和噪聲性能。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。

為此，本發明的目的在于提出一種用于陀螺儀系統的正交耦合和電耦合的補償裝置及具有其的陀螺儀系統，可以實現對表頭制造工藝引起的機械正交耦合項和寄生電容引起的電耦合項進行補償，消除這兩項對有用信號的干擾。

為了實現上述目的，本發明一方面的實施例提供一種用于陀螺儀系統的正交耦合和電耦合的補償裝置，包括：正交耦合補償模塊和電耦合補償模塊，其中，所述正交耦合補償模塊，位于陀螺儀系統中的陀螺儀傳感器芯片內且與所述陀螺儀系統的陀螺儀表頭相連，用于對所述陀螺儀傳感器芯片受到的機械正交耦合項引起的誤差進行補償，其中，所述正交耦合補償模塊包括：第一電荷敏感放大器，所述第一電荷敏感放大器的輸入端與所述陀螺儀表頭的驅動檢測電極相連，輸出第一信號，所述第一電荷敏感放大器的輸出端連接至所述陀螺儀傳感器芯片的第一可變增益放大器；第一增益放大器，所述第一增益放大器的輸入端連接至所述第一電荷敏感放大器的輸出端，對所述第一信號以預設第一增益進行放大處理，生成正交耦合項誤差補償信號；所述電耦合補償模塊位于陀螺儀系統中的陀螺儀傳感器芯片內且與所述陀螺儀系統的陀螺儀表頭相連，用于對所述陀螺儀表頭的驅動反饋電極和傳感檢測電極之間的寄生電容產生的誤差進行補償，其中，所述電耦合補償模塊包括：緩沖器，所述緩沖器的輸入端連接至所述陀螺儀傳感器芯片的第二可變增益放大器，輸出端連接至所述陀螺儀表頭的驅動反饋電極，輸出第二信號；第二增益放大器，所述第二增益放大器的輸入端連接至所述緩沖器的輸出端，對所述第二信號以預設第二增益進行放大處理，生成電耦合項誤差補償信號。

在本發明的一個實施例中，還包括：第二電荷敏感放大器、第一加法器和第二加法器，所述第二電荷敏感放大器的輸入端連接至所述陀螺儀表頭的傳感檢測電極，第一和第二加法器，所述第一加法器的輸入端連接至所述第二增益放大器的輸出端和所述第二電荷敏感放大器的輸出端，所述第二加法器的輸入端分別與所述第一增益放大器的輸出端和所述第一加法器的輸出端相連，用于將所述正交耦合項誤差補償信號和電耦合項誤差補償信號疊加到正交耦合項誤差信號和電耦合項誤差信號上，輸出補償后的傳感支路信號。

在本發明的一個實施例中，所述補償后的傳感支路信號Vsm為下式：

Vsm＝Vsig+kq1*A*sin(wt)+ke1*Vdp*cos(wt)+Nq*kq*Kd*A*sin(wt)+Ne*ke*Vdp*cos(wt)，

其中，Vsig為有用信號，當陀螺儀系統處于靜止狀態時，Vsig＝0，kq1*A*sin(wt)為正交耦合項誤差信號、ke1*Vdp*cos(wt)為電耦合項誤差信號、Nq*kq*Kd*A*sin(wt)為正交耦合項誤差補償信號、Ne*ke*Vdp*cos(wt)為電耦合項誤差補償信號，A為所述陀螺儀表頭的驅動模態的振幅、w為振動頻率、Kq1和ke1為耦合系數。

在本發明的又一個實施例中，當滿足消除所述正交耦合項誤差補償信號和電耦合項誤差補償信號的條件時，所述第一增益放大器和第二增益放大器的增益系數滿足如下關系：

Nq＝-kq1/(kq*kd)，Ne＝-ke1/ke。

本發明的另一個實施例還提出一種陀螺儀系統，包括：陀螺儀表頭、陀螺儀傳感器芯片和上述實施例所述的用于陀螺儀系統的正交耦合和電耦合的補償裝置，其中，所述用于陀螺儀系統的正交耦合和電耦合的補償裝置位于所述陀螺儀傳感器芯片內。

根據本發明實施例的用于陀螺儀系統的正交耦合和電耦合的補償裝置和陀螺儀系統，通過陀螺儀表頭和陀螺儀傳感器芯片之間引入正交耦合項補償模塊和電耦合項補償模塊，對表頭制造工藝引起的機械正交耦合項和寄生電容引起的電耦合項進行補償，消除這兩項對有用信號的干擾，從而避免對陀螺儀系統整體的動態范圍和噪聲性能的影響，提高陀螺儀系統的整體性能。