CN107810385B - 对陀螺仪的基于相位的测量与控制 - Google Patents

对陀螺仪的基于相位的测量与控制 Download PDF

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Abstract

陀螺仪包括谐振器、换能器和比较器。比较器被设计为从换能器接收输入信号并将输入信号与参考信号进行比较，以产生输出信号。输出信号的上升沿变换和下降沿变换基本上与谐振器沿着换能器的感测轴的运动同步。

Description

对陀螺仪的基于相位的测量与控制
技术领域
本发明的实施例涉及基于信号相位的用于陀螺仪的感测和控制方案。
背景技术
微机电***(MEMS)是由一个或多个与集成电路(IC)耦合的机械部件组成的微型设备。MEMS陀螺仪(或陀螺仪)是被设计为测量角速率的MEMS设备。例如，足够准确的陀螺仪将能够测量地球的旋转速率(
Figure BDA0001465361700000011
度/小时)。MEMS陀螺仪在诸如手机、平板电脑，照相机等消费电子产品中越来越普遍。为了被包括在这样的应用中，陀螺仪必须遵守关于功耗、物理尺寸和性能的严格要求。
MEMS陀螺仪通常包含具有多个称为模式的振动自由度的微型机械谐振器。三轴MEMS陀螺仪可以包含一个驱动模式和三个感测模式。在这种设备中，驱动模式被利用驱动致动器在设备的特征频率处驱动至谐振，并且三个感测模式的在诸如滚动、俯仰和偏航的正交方向中定向的运动被利用感测换能器进行测量。当暴露于外部施加的角速率时，驱动模式的一些振荡运动使感测模式中的一个或多个机械振荡。因此，可以通过测量感测模式的运动来确定角速率。提供MEMS陀螺仪设计的示例可以在美国专利No.6,626,039中找到，其公开内容整体上通过引用并入本文。
MEMS陀螺仪的整体信噪比(S/N)很大程度上由模拟前端(AFE)电路的动态范围和噪声特点决定。一般而言，降低AFE噪声需要增加的功耗。因此，MEMS陀螺仪通常在功耗和性能之间表现出权衡。MEMS陀螺AFE通常由放大器前端和高阻抗反馈网络组成，从而提供高增益。电阻反馈网络提供简单的无源网络，但遭受热噪声的影响。开关电容网络必须被主动复位，并遭受在量值上类似于电阻器热噪声的噪声折叠效应的影响。不管所选择的反馈网络如何，输出都最多只限于放大器的电源电压轨(Vss，Vdd)，从而最终限制能够实现的动态范围。
发明内容
在本文给出的实施例中，描述了陀螺仪的各种感测和控制方案。感测和控制方案可以使用模拟前端(AFE)和反馈控制电路来实现。本文给出的测量和控制方案避免了功耗和性能之间的通常折衷，从而实现了低功耗和低噪声操作。这是用在低功耗、低噪声和小尺寸下操作的、基于相位的AFE电路以及大大增加S/N的基于相位的闭环操作来实现的。
在实施例中，陀螺仪包括谐振器、换能器和比较器。比较器被设计为从换能器接收输入信号并将输入信号与参考信号进行比较，以产生输出信号。输出信号的上升沿变换和下降沿变换基本上与谐振器沿着换能器的感测轴的运动同步。
在另一个实施例中，陀螺仪包括致动器、换能器、比较器和驱动模块。比较器从换能器接收输入信号并将输入信号与参考信号进行比较，以产生输出信号。驱动器模块接收输出信号并产生施加到致动器的驱动信号。
在另一个实施例中，陀螺仪包括谐振器、相位检测和反馈控制电路，并且响应于外部施加的角速率而表现出相移。反馈信号被施加到谐振器，以抵消相移，从而维持恒定(或零)相位。抵消相移所需的反馈的量值提供对从外部施加的角速率的测量。
附图说明
并入本文并构成说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例并且，与说明书一起进一步用来解释本发明的原理并使相关领域的技术人员能够制作和使用本发明。
图1图示了根据实施例的谐振器***的框图。
图2A-2E图示了根据一些实施例的、使用一个或多个比较器的基于相位的陀螺仪测量方案。
图3A图示了根据实施例的比较器的工作循环(duty-cycled)的操作。
图3B图示了根据实施例的、使用工作循环的比较器的陀螺仪测量和控制方案。
图4A-4C图示了根据一些实施例的、具有反馈的陀螺仪控制方案。
图5A和5B图示了根据一些实施例的、基于相位的闭环陀螺仪的图。
图5C图示了根据实施例的、用于图5A-5B中的示例的示例波形。
将参考附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
虽然讨论了具体的配置和布置，但应当理解的是，这仅仅是为了说明的目的而进行的。相关领域的技术人员将认识到的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其它配置和布置。对于相关领域的技术人员来说显而易见的是，本发明也可以在各种其它应用中被采用。
要注意的是，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特点，但是每个实施例可能不必然包括该特定的特征、结构或特点。而且，这种短语不一定是指相同的实施例。另外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特点时，无论是否明确描述，结合其它实施例实现这种特征、结构或特点都将在本领域技术人员的知识范围内。
图1图示了根据实施例的示例陀螺仪***100。陀螺仪***100包括谐振器102、至少一个换能器104以及与换能器104对接的电路106。换能器104表示一个或多个换能器。谐振器102可以是MEMS谐振器，诸如像微制造的音叉、体声波(BAW)谐振器、表面声波(SAW)谐振器或一些其它类型的谐振器。在这里，多自由度MEMS陀螺仪谐振器被用来识别谐振器，但应该理解的是，也可以使用其它谐振器结构。
换能器104可以是能够将一种形式的能量变换成另一种形式的能量的任何部件。例如，换能器104可以产生与机械运动成比例的电信号。这种换能器可以被称为传感器。在另一个示例中，换能器104可以产生与接收到的电信号成比例的力。这种换能器可以被称为致动器。典型的陀螺仪包括一个或多个驱动致动器连同在正交方向定向的多个感测换能器，以测量滚动、俯仰和偏航。通常，两个驱动致动器沿着驱动模式轴在相反的方向上定向，并且两个感测换能器沿着每个感测模式轴在相反的方向上定向。换能器104可以被认为是谐振器102的集成的部分，或者它可以被认为是电路106的组成部分。
电路106可以是与换能器104直接交互的前端电路。根据实施例，电路106包括检测谐振器102沿着换能器104的感测轴的运动的比较器。电路106可以包括所有模拟部件、模拟和数字部件的混合，或使用模数转换器的所有数字部件。在谐振器102是MEMS谐振器的示例中，电路106可以被单片集成在用来制造谐振器102的同一个半导体基板中。最大化电路106的信噪比带来整个谐振器***100的更好性能。本文进一步描述电路106的各种实施例。电路106的输出108可以被一个或多个附加电路接收。在一个示例中，输出108可以被反馈到谐振器102，用于控制谐振器102的致动器，以提供闭环反馈。
在陀螺仪谐振器的情况下，由感测轴换能器检测到的运动不一定局限于单一模式的运动。由于感测轴换能器通常测量驱动模式的部件(无论是否是有意的)而产生正交。为了实现和维持振荡驱动模式运动并将振荡感测模式信号转换成可使用的输出，一些陀螺仪可以使用被称为锁相环(PLL)的***。PLL将高频振荡器(或等同物)与驱动模式运动同步。同步的时钟为驱动模式激励的生成以及振荡感测模式输出的解调提供时间基础。解调的目的是去除正交并提供与感兴趣的频带(例如，小于1kHz)中的角速率成比例的输出信号。但是，振荡器相对于机械谐振器的任何异步都会导致最终输出中的显著错误。
根据实施例，基于相位的陀螺仪体系架构不依赖PLL或高频同步的振荡器。相反，机械谐振器为驱动***和感测***都提供其自己的时间基础，并且为电气***提供时间基础所需的任何振荡器都可以与机械谐振器的运动异步。
为了充分利用基于相位的方法，根据实施例，可以使用比较器前端(CFE)电路来代替通常由具有非常高增益的放大器组成的传统电路。这是可能的，因为在关键信号路径中只需要相位信息而不需要振幅。比较器是通过比较输入信号与参考信号来产生混合信号波形(MSW)的电路。当输入信号大于参考信号时输出为高电平(或反过来)，当输入信号小于参考信号时输出为低电平(或反过来)。因此，比较器与放大器的不同之处在于它们被设计为在输出为高或低轨(Vdd或Vss)的情况下工作在饱和状态。而且，缺少反馈环路减少噪音并简化电路。此外，由于使用相位来代替振幅信息，因此可以使(按相位测量的)CFE的动态范围远高于测量振幅的传统电路的动态范围。
图2A图示了根据实施例的、耦合到电路200的示例谐振器204。要注意的是，在这个图和前面的图中，换能器被认为是电路的组成部分。但是，换能器也可以被认为是谐振器204的组成部分。
谐振器204可以是陀螺仪***的元件。在实施例中，谐振器204是MEMS谐振器。电路200包括比较器201和换能器202。换能器202可以被用来将与谐振器204相关联的机械信号205转换成由比较器201接收的电信号206。
在实施例中，换能器202沿着谐振器204的感测轴对准，并被定向成检测谐振器204的一个或多个模式的运动(位移或速度)。比较器201将接收的电信号206与由参考源203产生的参考信号207(电流或电压)进行比较。参考源203可以是电流源或电压源。比较器201产生具有与谐振器204沿着换能器202的感测轴的运动同步的变换(上升沿和下降沿)的输出信号208。在一个示例中，输出信号208是混合信号波形(MSW)。照此，输出信号208可以被认为在振幅上是数字的并且在时间上是模拟的。
参考源203可以被选择为使得参考信号207与输入信号206共享共模误差。在这种场景中，该误差可以由于比较操作期间的对消(cancellation)而从输出信号208中基本消除。通常以这种方式被对消的共模误差包括电压源噪声或其它相关的误差，诸如随温度的变化。
图2B图示了根据实施例的、与另一个电路220耦合的谐振器204。电路220包括接受单个输入信号206的单端比较器201。参考源209和参考信号210在比较器201内部。例如，参考源209可以是(用于电压模式比较器的)内部电压偏置或电流模式比较器的第一支路(leg)中的静态电流，诸如在
Figure BDA0001465361700000061
的“Novel approach to high speed CMOScurrent comparators”Electronics Letters 28.3，(1992)，第310-311页中描述的那样。比较器201基于与参考信号210相比较的输入信号206的电流或电压电平来产生输出信号211。
图2C图示了根据实施例的、与另一个电路230耦合的谐振器204。比较器201不是从某个外部源接收参考电压，而是耦合到变换器202和213的差分对，并且具有在标称地(nominally)使信号加倍的同时对消由换能器共享的共模误差的优点。换能器202和213中的每一个可以沿着谐振器204的不同的轴对准。在这种配置中，换能器202供给输入信号206，而换能器213提供参考信号214。在一个示例中，换能器202和213感测关于标称地反平行的感测轴的运动。比较器201基于与参考信号214相比较的输入信号206的电流或电压电平来产生输出信号215。
在一个示例中，将换能器202的感测轴定向到谐振器204的驱动模式产生与驱动运动同步的MSW。这个驱动同步的信号可以用于***中的多个同步/触发目的，基本上充当***时钟的目的。在另一个示例中，将换能器202的感测轴定向到谐振器204的感测模式产生与感测运动同步的MSW。由于外部施加的角速率，这个感测同步信号可以相对于驱动同步的信号或另一个感测同步的信号而变得具有相移。感应出的相移与所施加的角速率成比例，并且它被用来产生最终的陀螺仪输出。
图2D图示了根据实施例的、与另一个电路240耦合的谐振器204。在这个示例中，电路240包括两个感测换能器202和216，以及两个比较器201和217(示为单端但不必须是单端)。比较器输出被馈送到相位检测电路218，其产生输出信号(C1和C2)，输出信号的脉冲宽度与第一比较器输出(B1)和第二比较器输出(B2)之间的相移成比例。图2E绘出了电路240内的各种信号之间的关系。在图2E绘出的实施例中，相位检测电路218生成互补的脉宽调制(PWM)信号C1和C2，使得C1的脉冲宽度与B1和B2之间的相位成比例，并且C2的脉冲宽度与B2和B1之间的相位成比例。以这种方式，根据实施例，互补信号C1和C2提供用于差分测量的基础。
根据实施例，电路240包括信号处理模块219。信号处理模块219可以被用来接收相位检测信号，对它们执行信号处理操作，诸如增益和/或滤波操作，并且产生与所施加的角速率成比例的低频(例如，<1kHz)输出信号。
在一个示例中，感测换能器202与谐振器204的感测轴对准，并且感测换能器216与谐振器204的驱动模式对准。比较器201可以被设计为产生由于正交而基本上与沿着感测轴的运动同步的MSW，并且比较器217可以被设计为产生基本上与驱动模式运动同步的MSW。在施加角速率的情况下，如图2E中所示，根据实施例，比较器输出B1和B2变得具有相移，该相移由相位检测电路218检测。
在另一个示例中，感测换能器202和216与谐振器204的一对反平行感测轴对准，并且部分对准以感测公共分量驱动模式运动。在不施加角速率的情况下，比较器输出B1和B2标称地同相，如图2E的第二列中所绘出的。根据实施例，在施加角速率的情况下，比较器输出B1和B2在相反的方向上变得具有相移，并且相移与所施加的角速率成比例，如图2E的第三列中所绘出的。
在前端电路中使用比较器的一个优点是，对于完整工作循环的大部分，比较器的输出维持恒定值(或者高(Vdd)或者低(Vss))。此外，对于许多谐振器，由比较器接收的输入信号具有非常稳定和明确的频率。这允许对比较器的操作进行工作循环。
图3A图示了根据实施例的比较器201的示例输入信号302和产生的输出信号303。可以在期望的过零点周围定义第一相位信号(
Figure BDA0001465361700000081
)304，并且可以在工作循环中预期输出信号303保持恒定的部分期间定义第二相位信号(
Figure BDA0001465361700000082
)305。虽然第二相位信号305是逻辑高电平(HIGH)，但是其它操作也是可能的，诸如关断比较器和相关联的电路以降低功耗或者通过施加力反馈信号来将检测与任何必要的运动致动进行多路复用。后一种情况是有吸引力的，因为感测换能器和反馈致动器可以组合成单个部件，因此降低了复杂性并节省了谐振器上的宝贵空间。
图3B图示了根据实施例的、与另一个电路300耦合的谐振器204。电路300包括用于控制比较器201的工作循环操作的第一开关309和第二开关310。要注意的是，用于比较器201的参考信号未在这个图中示出。第一开关309可以由第一相位信号304控制，而第二开关310由第二相位信号305控制。当其对应的控制信号是逻辑高电压时，每个开关可以被认为是闭合的，而当其对应的控制信号是逻辑低电压时，每个开关可以被认为是打开的。第一相位信号304和第二相位信号305可以由驱动同步的信号(如上所述)触发，并延迟期望的量。
根据实施例，电路300还包括充当传感器和致动器二者的换能器306。换能器306可以能够将机械能转换成电能并且将电能转换成机械能，使得其既充当沿着谐振器204的轴对准的传感器，又充当用于激励谐振器204的一个或多个模式的致动器。根据实施例，开关309和310的操作确定换能器306的操作状态。例如，当第一开关309闭合并且第二开关310打开时，换能器306充当向比较器201提供电信号的感测换能器。当第一开关309打开并且第二开关310闭合时，换能器306充当致动器并接收控制信号308，该控制信号308确定换能器306施加在谐振器204上的机械能水平。控制信号308可以是来自另一个耦合到电路300的电路的反馈信号。比较器201产生输出信号307。
使用比较器的一个潜在问题是其在存在带有噪声的输入信号时的行为。更具体而言，在理想输入将产生单个变换的瞬间，输入端上噪声的存在可能导致多次错误的变换。这被称为抖动，并且它可以通过在比较器设计中引入阈值迟滞来克服。
图4A图示了根据实施例的、与另一个电路400耦合的谐振器204。电路400利用比较器201(示为单端但不必须是单端)、与谐振器204的驱动模式对准的换能器202、与驱动模式对准的致动器401以及驱动器模块402来提供正反馈驱动模式激励。在一个实施例中，驱动器模块402通过在较低电压(V1)和较高电压(V2)之间切换来产生固定振幅驱动信号406，这种切换由来自比较器201的输出信号403触发。结果产生的驱动信号404可以被施加到致动器401，从而产生与驱动模式运动同步的施加力。取决于该运动是位移还是速度，在换能器202和致动器401的设计和选择中必须小心，以实现所施加的力的正确相位和极性，以在谐振状态下驱动谐振器204。例如，如果输出信号403由向电流模式比较器进行馈送的电容式速度-电流换能器产生，那么可以实现正确的相位。当施加到电容性电压-力致动器时，结果所产生的驱动同步是正确的相位，以在谐振状态下进行驱动，只要极性是正确的以产生正的而不是负的反馈即可。此外，附加处理可以被施加到驱动信号404，诸如滤波、增益和/或延迟，如预期应用的动态特性和其它特点所要求的。
虽然基于相位的方法在关键数据路径中不需要振幅信息，但是一些辅助功能或控制可能需要振幅测量。通常，这种测量只需要针对标称的工作点的小偏差进行。因此，不需要在宽范围上的线性性(linearity)。图4B图示了根据实施例的、与也利用振幅测量的另一个电路420耦合的谐振器204。根据实施例，峰值振幅检测可以使用已经在比较器201内存在(或者容易导出)的信号来实现。例如，全波整流器可以由比较器201内部的镜像和/或导向电流来馈送。然后可以对结果进行低通滤波，以提供与比较器输入信号206的振幅成比例的信号406。
根据实施例，电路420包括用于驱动模式激励的自动增益控制(AGC)回路。与谐振器204的驱动模式对准的换能器202的输出被馈送到比较器201(示为单端但不必须是单端)的输入端。比较器201产生输出信号405和振幅信号406。将振幅信号406与AGC电路407内的目标值进行比较，以产生定义驱动信号409的振幅的AGC输出408。
比较器201连同驱动器模块402的操作可以是工作循环的，诸如图3B中的电路300所示。
图4C图示了根据实施例的、与包括比较器201和驱动器模块402的工作循环的操作的另一个电路430耦合的谐振器204。第一开关309和第二开关310可以以与上面参考图3A和3B描述的类似的方式来操作。来自比较器201的输出信号411被馈送到驱动器模块402。当第二开关310闭合时，驱动器模块402产生激励谐振器204的致动器的反馈控制信号412。
通过以类似于锁相环(PLL)的闭环方式操作***，性能可以大大提高。在这种配置中，对于每个感测轴，反馈信号被施加到感测轴致动器，以抵消响应于角速率而发生的相移。监视维持恒定相位所需的反馈的量值提供了外部施加的角速率的指示。这种基于相位的闭环操作与传统的力重新平衡闭环操作相比的优点在于，反馈信号仅影响由于速率引起的信号，而其它存在的信号(例如正交)不受影响。因此，基于相位的闭环操作避免了复杂的同步解调和/或正交归零方案，并且可以用相对简单的电路来实现。
陀螺仪的信噪比(S/N)可以通过在驱动模式和感测模式之间以小的频率间隔进行操作而大大提高。实现这一点的一种方法是用上面讨论的基于相位的闭环实现方式。类似地，这与PLL电路类似，其中MEMS谐振器代替VCO并且还产生用于同步的(一个或多个)参考信号。在基于相位的闭环陀螺仪的情况下，通过施加到谐振器的反馈来抵消由外部施加的角速率产生的相移。抵消相移所需的反馈的量值可以被用来确定所施加的速率。传统的闭环陀螺仪使用力重新平衡方法，其中施加反馈以完全使感测运动失效(null)。这种方法需要附加的功能来区分由速率引起的信号与不想要的信号(诸如正交)。相比之下，基于相位的闭环方法仅使由速率引起的信号失效，从而固有地分离由速率引起的信号与不想要的信号(诸如正交)。
图5A图示了根据实施例的基本的基于相位的闭环陀螺仪。在这个示例中，感测模块501与谐振器204的感测轴对准，并且感测模块502与谐振器204的另一个(例如，非共线)轴对准，使得外部施加的角速率在信号B1与B2(两个感测模块的输出)之间产生相移。如图5C中所绘出的，根据实施例，信号B1和B2是混合信号波形(MSW)。相位检测电路503测量信号B1与B2之间的相移，并且反馈控制电路504产生与测得的相移成比例的反馈信号。根据实施例，致动器505接收反馈信号并机械地影响谐振器，使得相移被抵消。在一个示例中，致动器产生振荡机械力以抵消由速率引起的相移。在另一个示例中，致动器产生静电阻尼，以抵消由速率引起的相移。在另一个示例中，致动器产生静电刚度，以抵消由速率引起的相移。
在实施例中，感测模块501标称地与谐振器204的感测轴对准，并且感测模块502标称地与谐振器的驱动模式对准。在没有施加角速率的情况下，感测轴的正交和由于驱动模式的运动引起的响应具有恒定(或零)相移。在施加角速率的情况下，感测模块501的输出相对于感测模块502的输出变得具有相移，并且相移与外部施加的角速率成比例。
在实施例中，感测模块501和502标称地与谐振器的反平行感测轴对准。此外，感测模块部分地与共模轴对准，使得共模响应标称地同相并且具有相似的量值。在一个示例中，感测模块与驱动模式部分地对准，这产生共模信号。在另一个示例中，感测模块与谐振器的辅助模式部分地对准，这产生共模信号。在没有施加角速率的情况下，感测模块的输出B1和B2具有恒定(或零)相移。在施加角速率的情况下，输出B1和B2变得相对于彼此具有相移，并且相移与外部施加的角速率成比例。
图5B图示了根据实施例的基于相位的闭环配置，其中辅助控制回路在驱动模式和感测模式之间维持固定的频率间隔。在这个示例中，感测模块501和502与反平行感测轴对准，相位检测电路503响应于相移而产生PWM信号D1和D2，并且反馈控制电路504产生由致动器505接收的反馈信号，以抵消相移。此外，根据实施例，第三感测模块506可以与驱动模式对准，并且第二相位检测电路507检测两个感测模式感测模块501和502的输出的逻辑联合与驱动同步的信号B3之间的相移。第二相位检测电路507的输出D3可以是其平均值与驱动模式和感测模式的运动之间的相位偏移量成比例的另一个PWM信号。反馈控制电路508接收相位检测输出D3并产生由第二致动器509接收的反馈信号。在实施例中，致动器509通过调制施加到谐振器204的感测模式的静电刚度来在驱动模式和感测模式之间维持固定的频率间隔。在另一个实施例中，致动器509通过在谐振器204的感测模式上产生振荡力来在驱动模式和感测模式之间维持固定的频率间隔。
各种感测-换能器技术适用于在微型陀螺仪中实现，包括电容式、压电式、压阻式、基于晶体管的或者产生与振荡运动(位移或速度)成比例的电信号(电流或电压)的某种其它技术。输入域(位移或速度)对输出的相位有影响。因此，应当对换能器做出选择以实现针对预期应用的正确相位。输出域(电流或电压)对使用的电路类型有影响。类似地，各种致动器技术也是可用的，诸如电容式或压电式，并且对谐振器激励的正确定相有影响。
应当认识到的是，具体实施方式部分而不是发明内容和摘要部分旨在用来解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述由(一个或多个)发明人设想的本发明的一个或多个但不是全部的示例性实施例，因此，并不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
以上已经借助图示其具体功能及其关系的实现的功能构建块描述了本发明的实施例。为了描述的方便，本文任意定义了这些功能构建块的边界。只要指定的功能及其关系被适当地执行，就可以定义替代的边界。
具体实施例的前述描述将充分揭示本发明的一般性质，在不背离本发明的一般概念的情况下，其他人可以通过应用本领域技术范围内的知识来容易地修改和/或适应这些具体实施例的各种应用，而无需过度的实验。因此，基于本文给出的教导和指导，这种适应和修改旨在在所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解的是，本文的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的，使得本说明书的术语或措辞由技术人员根据教导和指导来解释。
本发明的宽度和范围不应当被任何上述示例性实施例限制，而应当仅根据以下权利要求及其等同物来定义。

Claims (40)

1.一种陀螺仪，包括：
机械谐振器；
换能器；
比较器，被配置为：
从换能器接收输入信号，以及
将输入信号与参考信号进行比较，以产生输出信号，其中输出信号的上升沿变换和下降沿变换基本上与机械谐振器沿着换能器的感测轴的运动同步，并且其中比较器在随后的上升沿变换和下降沿变换之间的时段期间断电；以及
第一开关，被配置为打开或闭合换能器与比较器的输入端之间的电气通路。
2.如权利要求1所述的陀螺仪，其中输出信号是混合信号波形MSW。
3.如权利要求1所述的陀螺仪，其中换能器的感测轴与机械谐振器的驱动模式对准。
4.如权利要求1所述的陀螺仪，其中换能器的感测轴与机械谐振器的感测模式对准。
5.如权利要求1所述的陀螺仪，其中参考信号包括与输入信号共享的至少一个共模误差。
6.如权利要求5所述的陀螺仪，其中共模误差是电压源噪声。
7.如权利要求5所述的陀螺仪，其中共模误差由温度变化造成。
8.如权利要求1所述的陀螺仪，其中比较器从比较器外部的参考源接收参考信号。
9.如权利要求1所述的陀螺仪，其中比较器从比较器内的参考源接收参考信号。
10.如权利要求1所述的陀螺仪，还包括
第二开关，被配置为打开或闭合陀螺仪的致动器与外部信号源之间的电气通路。
11.如权利要求10所述的陀螺仪，其中第一开关经由第一控制信号被控制，使得第一开关在输出信号的上升沿变换期间和下降沿变换期间闭合，并且第一开关在输出信号具有基本上恒定的电压的时段期间打开。
12.如权利要求10所述的陀螺仪，其中第二开关经由第二控制信号被控制，使得第二开关在输出信号的上升沿变换和下降沿变换期间打开，并且第二开关在输出信号具有基本上恒定的电压的时段期间闭合。
13.如权利要求12所述的陀螺仪，其中外部信号源产生信号，该信号被配置为当第二开关闭合时经由致动器造成机械谐振器的运动。
14.如权利要求1所述的陀螺仪，其中在比较器的第二输入端处从陀螺仪的第二换能器接收参考信号。
15.如权利要求14所述的陀螺仪，其中第一换能器和第二换能器被配置为感测关于标称地反平行的感测轴的运动。
16.如权利要求1所述的陀螺仪，其中输出信号是第一输出信号，并且所述陀螺仪还包括：
第二换能器；以及
第二比较器，被配置为：
从第二换能器接收第二输入信号，
比较第二输入信号与第二参考信号，以产生第二输出信号，其中第二输出信号的上升沿变换和下降沿变换与机械谐振器沿着第二换能器的感测轴的运动基本上同步，以及
其中第一输出信号与第二输出信号之间的相移与外部施加的角速率成比例。
17.如权利要求16所述的陀螺仪，还包括相位检测模块，所述相位检测模块被配置为接收第一输出信号和第二输出信号并且产生一个或多个附加输出信号，所述一个或多个附加输出信号具有与第一输出信号与第二输出信号之间的相移成比例的脉冲宽度。
18.如权利要求17所述的陀螺仪，还包括信号处理模块，所述信号处理模块被配置为：
接收所述一个或多个附加输出信号；
对接收到的一个或多个附加输出信号执行信号处理功能；以及
产生与外部施加的角速率成比例的经处理的输出信号。
19.如权利要求17所述的陀螺仪，其中所述一个或多个附加输出信号包括互补的输出信号，其中第一互补输出信号的脉冲宽度相对于第二输出信号的相位与第一输出信号的相位成比例，并且第二互补输出信号的脉冲宽度相对于第一输出信号的相位与第二输出信号的相位成比例。
20.如权利要求16所述的陀螺仪，其中第一换能器与机械谐振器的感测轴对准，并且第二换能器与机械谐振器的驱动模式对准。
21.如权利要求16所述的陀螺仪，其中第一换能器和第二换能器被配置为感测关于标称地反平行的感测轴的运动，并感测共模运动。
22.如权利要求21所述的陀螺仪，其中共模运动是驱动模式运动。
23.如权利要求21所述的陀螺仪，其中共模运动是辅助谐振器模式的运动。
24.一种陀螺仪，包括：
机械谐振器；
致动器；
换能器；
比较器，被配置为：
从换能器接收输入信号，以及
将输入信号与参考信号进行比较，以产生输出信号，其中输出信号的上升沿变换和下降沿变换基本上与机械谐振器沿着换能器的感测轴的运动同步，并且其中比较器在随后的上升沿变换和下降沿变换之间的时段期间断电；
驱动器模块，被配置为接收输出信号并产生施加到致动器的驱动信号；以及
第一开关，被配置为打开或闭合换能器与比较器的输入端之间的电气通路。
25.如权利要求24所述的陀螺仪，其中驱动器模块被配置为产生在第一电压和第二电压之间切换的驱动信号。
26.如权利要求24所述的陀螺仪，还包括增益控制模块，所述增益控制模块被配置为：
从比较器接收峰值振幅信号，
将峰值振幅信号与目标值进行比较，以及
产生由驱动器模块接收并被配置为控制驱动信号的振幅的驱动振幅信号。
27.如权利要求24所述的陀螺仪，还包括
第二开关，被配置为打开或闭合致动器与驱动器模块之间的电气通路。
28.一种陀螺仪，包括：
机械谐振器；
第一换能器和第二换能器，第一换能器与机械谐振器的第一轴对准，并且第二换能器与机械谐振器的第二轴对准；
相位检测电路，被配置为检测第一换能器的输出与第二换能器的输出之间的相移，其中所述相移与外部施加的角速率成比例；
反馈控制电路，被配置为基于检测到的相移产生反馈信号，其中反馈信号通过抑制机械谐振器的运动来抵消检测到的相移；以及
第一致动器，被配置为接收反馈信号并通过产生到机械谐振器上的振荡力来抵消所述相移。
29.如权利要求28所述的陀螺仪，其中第一换能器的输出是与沿着机械谐振器的第一轴的运动基本上同步的第一电信号，并且第二换能器的输出是与沿着机械谐振器的第二轴的运动基本上同步的第二电信号。
30.如权利要求29所述的陀螺仪，其中第一轴与机械谐振器的感测轴标称地对准，并且第二轴与机械谐振器的驱动模式标称地对准。
31.如权利要求29所述的陀螺仪，其中第一轴和第二轴主要与反平行感测轴对准并且部分地与机械谐振器的共模轴对准。
32.如权利要求31所述的陀螺仪，其中共模轴是机械谐振器的驱动模式。
33.如权利要求31所述的陀螺仪，其中共模轴是机械谐振器的辅助模式。
34.如权利要求28所述的陀螺仪，其中第一致动器被配置为通过在机械谐振器上产生静电阻尼来抵消相移。
35.如权利要求28所述的陀螺仪，其中第一致动器被配置为通过在机械谐振器上产生静电刚度来抵消相移。
36.如权利要求28所述的陀螺仪，还包括：
第三换能器，与机械谐振器的驱动模式对准；
第二相位检测电路，被配置为基于第一换能器和第二换能器的输出以及第三换能器的输出来检测第二相移；以及
第二反馈控制电路，被配置为基于检测到的第二相移产生第二反馈信号，其中第二反馈信号在机械谐振器的驱动模式与感测模式之间维持基本恒定的频率间隔。
37.如权利要求36所述的陀螺仪，其中第二反馈信号也在驱动模式与感测模式之间维持恒定的相移。
38.如权利要求36所述的陀螺仪，还包括被配置为接收第二反馈信号的第二致动器。
39.如权利要求38所述的陀螺仪，其中第二致动器被配置为基于第二反馈信号在机械谐振器上产生振荡力。
40.如权利要求38所述的陀螺仪，其中第二致动器被配置为基于第二反馈信号在机械谐振器上产生静电刚度。
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