专利名称：一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路的制作方法
技术领域：
本新型属于电路，具体涉及一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路。
背景技术：
石英音叉陀螺是基于石英晶体压电效应激励和压电效应检测的微机械振动陀螺，具有体积小、质量轻、功耗小、成本低、可靠性高、抗冲击、耐恶劣环境等优点，非常适合于对体积、质量、功耗、成本、可靠性要求高而精度要求适中的应用场合，是MEMS惯性仪表的一个重要发展方向。目前在石英音叉陀螺的系统应用中，系统电路大多采用单一极性电源，而目前的石英音叉陀螺产品多采用双电源供电方式，比如±12V供电，陀螺输出信号也是双极性的，比如输出范围± 5V。这样系统在应用时，通常需要额外的调理电路，将陀螺输出范围调整到((T5)V范围，这给系统应用带来了极大的不便，因此需要提供单电源供电、单极性输出的石英音叉陀螺测控电路解决方案。常规的双电源供电双极性输出的陀螺测控电路如图1所示，为现有成熟技术，主要包括驱动电路和检测电路两部分。驱动电路的功能为使音叉的驱动叉指2在谐振频率点上实现稳幅谐振，检测电路的功能为将音叉检测叉指3产生的电荷信号4变换为电压信号，并经过放大、解调，最终输出角速度信号5。在驱动电路中，前置放大器6输出信号7经耦合电容Cl连接到比较器8的反相输入端，比较器反相输入端同时通过电阻Rl接地，同相输入端直接接地，该地为电源地，电路中其他运放的参考地也为电源地。电阻Rl起到为比较器反相输入端提供静态工作点的作用，使得反相输入端与同相输入端具有相同电位，且都为零，从而实现过零比较。将所述双电源供电双极性输出的测控电路改为单电源供电单极性输出，常规的方式为将负极性电源统一接电源地，将参考地统一接在电压为Vs/2 (Vs为电源电压)的参考虚拟地上，虚拟地可以通过虚拟地芯片产生(如TLE2426)，或者用串联电阻对电源到地分压产生。采用这种方案，由于驱动电路中比较器反相输入端的交流电压会通过电阻Rl向虚拟地注入交流电流，比如对于电阻Rl为10K，交流电流幅值通常可以达到0. 2mA，而虚拟地本身的输出阻抗往往较大，假如为I Q，则该交流电流会在虚拟地上产生0. 2mV的交流电压信号。虚拟地是电路中所有运放的参考地，因此该交流电压信号会直接耦合到检测电路通道中，同时由于该交流电压信号与驱动信号同频同相，在用驱动信号进行解调时，会直接产生零位输出，通常可超过5° /s，成为零位输出误差的重要来源。而对于双电源供电方案，由于电源地输出阻抗很小，在地线上产生的交流电压信号要小得多，导致的零位输出通常小于0. 5° /s，因此单电源供电的音叉陀螺性能往往与双电源供电陀螺有较大差距。
发明内容本新型针对现有技术的缺陷，提供一种有效抑制参考虚拟地上的交流干扰的石英音叉陀螺驱动电路。[0008]发明内容一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路，包括与驱动叉指连接的前置放大器，前置放大器输出的信号经过电容Cl后与比较器的一个输入端连接，比较器的另一个输入端与一个虚地芯片的输出端连接，该虚地芯片的电源与高电压+Vs连接，虚地芯片的地与地连接，该电路中还设置了第二个虚地芯片，该第二个虚地芯片的输出端通过电阻Rl与电容Cl和比较器的连接端连接，该第二个虚地芯片的电源与高电压+Vs连接，第二个虚地芯片的地与地连接，比较器的输出作为本电路的输出，同时该输出还与驱动叉指的另一端连接。如上所述的一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路，其中，所述的虚拟地芯片是TI公司的TLE2426型号产品。如上所述的一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路，其中，该前置放大器由运算放大器及与该运算放大器并联的电容构成。本新型的效果是由于静态工作点虚拟地与参考虚拟地分开，交流干扰只存在于静态工作点虚拟地中，有效抑制了参考虚拟地上的交流干扰，消除了交流干扰所产生的零位输出，提高了单电源供电下石英音叉陀螺的性能。

图1是常规双电源供电双极性输出石英音叉陀螺测控电路框图；图2是本新型提供的一种基于虚拟地芯片的具体实施例；图3是本新型提供的一种基于分压电阻的具体实施例。图中2.驱动叉指；3.检测叉指；4.电荷信号；5.角速度信号；6.前置放大器；7.信号；8.比较器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本新型做进一步说明。一种石英音叉陀螺驱动电路，如图2所示，驱动叉指2与前置放大器6连接，该前置放大器6可以如本申请所示由运算放大器及与该运算放大器并联的电容构成，也可以采用现有的其它放大器实现。前置放大器6输出的信号7经过电容Cl后与比较器8的一个输入端连接。比较器8可以采用任意现有比较器实现。比较器8的另一个输入端与一个虚地芯片TLE2426的输出端连接，该虚地芯片TLE2426的电源与高电压+Vs连接，虚地芯片TLE2426的地与地连接。该电路中还设置了第二个虚地芯片TLE2426，该第二个虚地芯片TLE2426的输出端通过电阻Rl与电容Cl和比较器8的连接端连接。该第二个虚地芯片TLE2426的电源与高电压+Vs连接，第二个虚地芯片TLE2426的地与地连接。比较器8的输出作为本电路的输出，同时该输出还与驱动叉指2的另一端连接。在图2中，静态工作点虚拟地由虚地芯片TLE2426产生，参考虚拟地由另一虚拟地芯片TLE2426产生，TLE2426是一种精密的虚拟地发生芯片，其输出电压为输入电源电压的二分之一，可以保证两路虚拟地具有相等的电位。所述的虚拟地芯片TLE2426是TI公司的产品。另一种石英音叉陀螺驱动电路，如图3所示，驱动叉指2与前置放大器6连接，该前置放大器6可以如本申请所示由运算放大器及与该运算放大器并联的电容构成，也可以采用现有的其它放大器实现。前置放大器6输出的信号7经过电容Cl后与比较器8的一个输入端连接。比较器8可以采用任意现有比较器实现。比较器8的另一个输入端与一个虚地发生电路的输出端连接,该虚地发生电路的电源与高电压+Vs连接，虚地发生电路的地与地连接。该电路中还设置了第二个虚地发生电路，该第二个虚地发生电路的输出端通过电阻R1与电容C1和比较器8的连接端连接。该第二个虚地发生电路的电源与高电压+Vs连接，第二个虚地发生电路的地与地连接。比较器8的输出作为本电路的输出，同时该输出还与驱动叉指2的另一端连接。所述的虚地发生电路由并联的两条支路构成，其中一条支路有一个电阻构成(在第一个虚地发生电路中记为R5，在第二个虚地发生电路中记为R3)，另一条支路由并联的电阻和电容构成(在第一个虚地发生电路中记为R6和C3，在第二个虚地发生电路中记为R4和C2)，由并联的电阻和电容构成的支路与电阻构成的支路连接的一端作为虚地发生电路的输出端，电阻构成的支路的自由端与高电压+Vs连接，由并联的电阻和电容构成的支路的自由端与地连接。本申请使用的虚拟地发生电路的四只电阻阻值相同，且采用同一类型电阻，R3的一端与电源Vs连接，另一端接R4，R4的另一端接电源地，同时R4并联了一只去耦电容C2，这样R3、R4的连接点电压为Vs/2，该点与静态工作点虚拟地连接，去耦电容的作用是将静态工作点虚拟地产生的交流电流直接导入到电源地线上，以进一步抑制静态工作点虚拟地上的交流干扰。参考虚拟地发生电路与静态工作点虚拟地发生电路完全相同，这里不再重述。所述分压电阻最好采用具有同一阻值、相同温度系数的排阻。提供两路独立且相等的虚拟地的方式还有很多，比如参考虚拟地用分压电阻产生，同时将参考虚拟地连接到具有低失调电压的电压跟随器，用电压跟随器输出电压作为静态工作点虚拟地，这样既可以保证两个虚拟地分开又可以保证两者相等。其它类似方式这里不再一一列举，凡是将两路虚拟地分开的方式都在本发明的范畴，均是本申请的保护范围。
权利要求1.一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路，其特征在于包括与驱动叉指(2)连接的前置放大器(6)，前置放大器(6)输出的信号(7)经过电容Cl后与比较器(8)的一个输入端连接，比较器(8)的另一个输入端与一个虚地芯片的输出端连接，该虚地芯片的电源与高电压+Vs连接，虚地芯片的地与地连接，该电路中还设置了第二个虚地芯片，该第二个虚地芯片的输出端通过电阻Rl与电容Cl和比较器(8)的连接端连接，该第二个虚地芯片的电源与高电压+Vs连接，第二个虚地芯片的地与地连接，比较器(8)的输出作为本电路的输出，同时该输出还与驱动叉指(2)的另一端连接。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路，其特征在于所述的虚拟地芯片是TI公司的TLE2426型号产品。
3.如权利要求2所述的一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路，其特征在于该前置放大器(6)由运算放大器及与该运算放大器并联的电容构成。
专利摘要本实用新型属于电路，具体涉及一种基于虚拟地芯片的石英音叉陀螺驱动电路。它包括与驱动叉指连接的前置放大器，前置放大器输出的信号经过电容C1后与比较器的一个输入端连接，比较器的另一个输入端与一个虚地芯片的输出端连接，该虚地芯片的电源与高电压+Vs连接，虚地芯片的地与地连接，该电路中还设置了第二个虚地芯片，该第二个虚地芯片的输出端通过电阻R1与电容C1和比较器的连接端连接，该第二个虚地芯片的电源与高电压+Vs连接，第二个虚地芯片的地与地连接，比较器的输出作为本电路的输出，同时该输出还与驱动叉指的另一端连接。本新型的效果是有效抑制了参考虚拟地上的交流干扰。
文档编号G01C19/5614GK202836570SQ20122030459
公开日2013年3月27日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者廖兴才, 章敏明, 谭淞 申请人:北京自动化控制设备研究所