基于正交误差对准的MEMS陀螺测控电路设计

作     者：陈华 来强涛 郭桂良 郭江飞 韩荆宇 

作者机构：中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《湖南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Hunan University:Natural Sciences)

年 卷 期：2017年第44卷第10期

页      面：109-116页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(61501453) 

主　　题：相干检测 正交误差 读出系统 陀螺 MEMS传感器 

摘      要：传统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)陀螺的相干检测基于驱动位移和科氏位移的相位关系,依赖于陀螺的工作模式,解调载波相位抖动大,不易相位对准.为解决此问题,本文提出了一种基于正交误差对准的不依赖陀螺工作模式的相干解调系统.解调载波取自驱动电路的PLL(Phase-Locked Loop)输出,相位抖动小,仅作载波使用,不代表驱动位移信息.检测通路插入移相器,使正交误差相位滞后解调载波90°,则科氏位移信号与解调载波同相,完成检测.为验证该方法,本文研究了陀螺器件与接口电路之间的信号传递特性并进行建模,设计了锁相环、C/V(Capacitance/Voltage)转换、移相器等核心电路,实现了一款完整的MEMS陀螺测控电路.测试结果表明:陀螺驱动正常,检测正确,刻度因数为1.415mV/(°.s),零偏不稳定度为108°/h.结果验证了该检测方法的有效性,并为后续进一步提升性能提供了基础.该检测方法也适用于其他振动式MEMS陀螺的测控系统.