[发明专利]一种硅微谐振式加速度计电路控制系统

摘要

本发明公开了一种硅微谐振式加速度计电路控制系统，包括两个对称的电路控制系统，分别用于控制上谐振器和下谐振器，其中，每个电路控制系统包括：前置读取电路、滤波放大电路、二次放大电路、峰值检波电路、模数转换电路、PID控制器、数模转换电路、比较电路、全数字锁相环、驱动电路、晶振电路、温度传感器电路、温度补偿模块和通信接口模块。电路控制环路中温度补偿措施克服了器件温度漂移因素的影响，环路峰值信号的采集降低了系统采样频率和系统时钟频率，进而降低了系统设计的难度。模拟和数字相结合的控制方法，使得本系统可以直接与PC相连，实现对加速度计的实时监测和实时修改FPGA内部控制参数，提高了系统的集成度。

主权项

一种硅微谐振式加速度计电路控制系统，其特征在于，包括两个对称的电路控制环路，分别用于控制上谐振器和下谐振器，其中，每个电路控制环路包括：前置读取电路(201)，与上谐振器或下谐振器相连，用于将上谐振器或下谐振器的检测梳齿(106)产生的微弱电容检测信号转化为微弱电压检测信号；滤波放大电路(202)，与所述前置读取电路串联，用于对微弱电压检测信号进行滤波放大；二次放大电路，与所述滤波放大电路串联，用于将所述经滤波放大的微弱电压检测信号转化为纯净的幅值合适的电压检测信号；峰值检波电路(203)，与所述二次放大电路连接，用于测量电压检测信号的幅度信息；模数转换电路，与所述峰值检波电路连接，用于将电压检测信号的幅度信息转化为数字信息输入到FPGA芯片上的PID控制器(205)中；PID控制器(205)，位于FPGA芯片上，用于对所述电压检测信号的幅度与基准幅值的偏差信号的控制；数模转换电路，与所述PID控制器连接，用于将PID的输出信号转化为模拟量传递给驱动电路，作为驱动电路的直流量；比较电路，与所述二次放大电路连接，用于将电压检测信号转化为方波信号；全数字锁相环(204)，位于FPGA芯片上，与所述比较电路连接，用于测量电压检测信号与驱动信号的相位信息，所述全数字锁相环(204)鉴相后输出的方波信号直接传递给驱动电路(206)作为驱动电路的交流量；驱动电路(206)，与所述数模转换电路和全数字锁相环(204)连接，所述驱动电路输出的两路相位相反幅度相同的交直流耦合信号施加到上谐振器或下谐振器的驱动梳齿上，形成闭环驱动；晶振电路(211)，为FPGA芯片提供全局时钟，FPGA芯片中的高频载波模块(212)对全局时钟分频为谐振器提供调制载波；温度传感器电路，与FPGA芯片连接，用于检测硅微谐振式加速度计的系统温度；温度补偿模块，位于FPGA芯片上，与所述温度传感器的输出端连接，根据外界温度变化来补偿硅微谐振式加速度计的性能特性；通信接口模块(209)，所述通信接口模块(209)通过RS232串口通信协议与上位机通信，实现对系统的实时监控与检测。