CN111435091A - 自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，其中，自适应相位对准模块，包括一自适应相位对准环路，该自适应相位对准环路包括：可调移相模块，用于根据控制端的信息对输入的第一信号进行移相操作；锁相模块，用于对可调移相模块进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及鉴相器，用于对锁相模块进行锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息；其中，相位差信息或者相位差信息的等同信息控制第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。该模块降低特定信息的相位抖动，并实现高精度、高准确度自适应相位对准，具有较强的鲁棒性。

Description

自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路

技术领域

本公开属于惯性技术领域，涉及一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路。

背景技术

相对于传统陀螺仪，硅MEMS陀螺仪具有成本低、功耗低、尺寸小、重量轻和可靠性高等显著优势，已经在消费电子、汽车和工业控制等领域实现了广泛的应用。随着近年来研究的深入，MEMS陀螺仪的性能逐渐逼近惯导级，开始应用于惯性导航等尖端领域。

通常MEMS陀螺仪是振动式陀螺，它基于科氏效应进行角速度的感测。如果陀螺仪在X轴被驱动至稳定振荡，此时若.在Z轴再输入一个旋转角速度，那么在Y轴(检测轴)就会产生一个科氏位移，检测此位移量便可获知输入的角速度大小。为了提高抗干扰能力，MEMS陀螺仪一般工作于低通区而非模态匹配区，这就造成科氏位移极其微弱。由于微加工工艺的非理想因素，MEMS陀螺仪的驱动位移会偏离X轴一个角度，使得驱动位移的分量耦合到检测轴，形成正交误差。正交误差的相位滞后科氏位移90度，并且正交误差的幅度远大于科氏位移。通常采用相干解调法来提取科氏位移，完成角速度检测。

MEMS振动式陀螺仪的驱动位移和科氏位移之间的相位关系取决于陀螺仪驱动模态谐振频率和检测模态谐振频率之间的关系，当驱动模态谐振频率大于、小于或等于检测模态谐振频率时，驱动位移和科氏位移之间存在着不同的相位关系。

现有技术中，利用正交误差和科氏位移之间的相位关系为恒定的，不受陀螺仪两模态谐振频率之间的关系影响的性质，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***，该方案中的MEMS陀螺仪实现了正常驱动、正确检测，刻度因数为1.415mV/°/s，零偏不稳定度为108°/h，该MEMS陀螺仪***的零偏不稳定度偏高，其电路***还存在如下问题：(一)采用人工观测相位是否对准，以及人工调节移相器的相移值，非常容易引起相位对准的误差，且该误差还存在随温度和时间蠕变的问题，这必然限制了陀螺的性能；(二)检测通路的正交误差存在相位抖动，相位对准的精度不高，这必然导致解调效果不好，陀螺整体性能不高；(三)驱动环路中驱动位移幅度不稳定。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种自适应相位对准模块1，包括一自适应相位对准环路，该自适应相位对准环路包括：可调移相模块11，用于根据控制端的信息对输入的第一信号进行移相操作；锁相模块12，用于对可调移相模块11进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及鉴相器13，用于对锁相模块12进行锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；其中，所述相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准环路，还包括：相位差-误差转换模块，用于将相位差信息转换为误差信息；其中，所述误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，相位差-误差转换模块包括：电荷泵14，将相位差信息转换为误差电流；以及环路滤波器15，将误差电流转换为误差电压。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，锁相模块12为如下电路结构中的一种或几种：锁相环或数字锁相环。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，可调移相模块11为如下器件中的一种或几种：可调移相器、数字移相器或模拟移相器。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，第一信号为振动式陀螺仪的差分检测信号或单端检测信号，该差分检测信号或单端检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声，特定信息为正交误差，第二信号为振动式陀螺仪的解调载波。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，锁相模块12通过设置门限值来对进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，第一信号经过一参数转换模块转化为电压信号形式输入至可调移相模块11。

在本公开的一些实施例中，参数转换模块将变化的电容或电流转换为电压信号形式。

在本公开的一些实施例中，参数转换模块为C/V转换电路或跨阻放大电路。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，可调移相模块11、锁相模块12、鉴相器13采用数字电路或模拟电路的方式实现。

根据本公开的另一个方面，提供了一种振动式陀螺仪测控电路，包括：检测通路，该检测通路包含本公开提到的任一种自适应相位对准模块。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，检测通路的主干道上还包括混频器16，可调移相模块11输出的移相后的差分检测信号或单端检测信号与振动式陀螺仪的解调载波在混频器16中进行相干解调。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，检测通路还包括：低通滤波器3和模数转换器4，混频器16的输出供给低通滤波器3，低通滤波器3滤除高频分量，留下直流分量，供给模数转换器4，模数转换器4对该直流分量进行量化、编码，转成数字信号。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，检测通路为开环或者闭环。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路，还包括：驱动环路，该驱动环路中包括第二锁相模块52，该第二锁相模块52能够进行锁相滤波处理，振动式陀螺仪的解调载波由该第二锁相模块52输出至混频器16。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，第二锁相模块52为如下电路结构中的一种或几种：锁相环或数字锁相环。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，驱动环路还包括：第二参数转换模块51、幅值检测器53和可变增益放大器54，其中，该第二参数转换模块51将输入信号转换为电压信号形式进行输出，幅值检测器53用于实时测量第二参数转换模块51输出的电压信号的幅值并输出幅值信号，输出的幅值信号控制该可变增益放大器54的放大倍数，从而控制激励电压的大小，实现稳定驱动。

根据本公开的再一个方面，提供了一种自适应相位对准方法，包括：根据控制端的信息对输入的第一信号进行第一移相操作；以及对第一移相操作在控制端进行自适应反馈调节，该自适应反馈调节的步骤包括：对第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及对锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；其中，所述相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准方法中，得到相位差信息的步骤之后还包括：将相位差信息转换为误差信息；其中，所述误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准方法中，误差信息包括：误差电流或者误差电压。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准方法中，第一信号为振动式陀螺仪的差分检测信号或单端检测信号，该差分检测信号或单端检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声，所述特定信息为正交误差，所述第二信号为振动式陀螺仪的解调载波。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准方法中，第一信号转化为电压信号形式进行输入。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，具有以下有益效果：

(1)自适应相位对准模块通过利用锁相模块实现相位锁定与滤波，可以通过设置锁相模块的门限值来锁定特定信息，滤除其他叠加信息和噪声，降低该特定信息的相位抖动，提升相位对准精度；另外，锁相模块、鉴相器和可调移相模块形成一个自适应反馈调节回路，利用第一信号中的特定信息与第二信号之间的相位差信息实时控制可调移相模块的相移量，实现锁定和自适应反馈调节，最终使特定信息与第二信号实现相位对准，且该自适应反馈调节回路中的锁相模块的设置不影响第一信号，进一步实现高精度、高准确度自适应相位对准，具有较强的鲁棒性和较高的对准精度。

(2)振动式陀螺仪测控电路中，检测通路中使用锁相模块(在一实例中为锁相环或数字锁相环)，锁定并滤波正交误差，然后再与解调载波进行相位对准。该电路结构充分利用了“锁相环是一个高品质因数的带通滤波器”这一特性，大幅度滤除叠加在正交误差上的噪声和杂波，从而降低正交误差的相位抖动，提升相位对准精度，改善陀螺性能。另外，锁相模块不在检测通路的主干道上，不会影响检测信号；在一实施例中，锁相模块为一包含鉴频鉴相器的锁相环，该锁相环在锁定时，输入电压和输出电压同相，不会改变正交误差的相位，在其他实施例中，锁相模块可以是一包含鉴相器的锁相环，输出电压超前或滞后输入电压90°，对应设置一相位补偿模块实现相位补偿；锁相环在捕获时，由于输入电压幅值门限设置，不会捕获科氏位移，而只捕获正交误差，保证了正确的相位对准操作。该锁相环的技术特征改善了正交误差的信号质量，提高了正交误差和载波的相位对准精度，提升了陀螺性能。

(3)振动式陀螺仪测控电路中，检测通路中包含自适应相位对准模块，在一实例中，使用鉴相器、电荷泵、环路滤波器和可调移相器，构成一个类似延迟锁相环的负反馈***。利用正交误差和解调载波(简称载波)的相位差信息，实时控制可调移相器的相移量，最终该反馈***将实现锁定。锁定时，鉴相器的两个输入信号的相位差将精确等于90度。这就完成了正交误差和载波的90度相位对准，从而也就实现了科氏位移和载波的同相或反相对准。该技术特征采用自适应而非人工方式调节可调移相器，实现了高精度的相位对准，且解决了相位对准误差随时间和温度的蠕变问题，该振动式陀螺仪测控电路形成的***将拥有更稳定的性能。

(4)在一优选实施例中，振动式陀螺仪测控电路中，驱动环路加入幅值检测器和可变增益放大器。幅值检测器可实时测量C/V转换电路的输出电压幅度，该幅度代表着驱动位移的幅度，幅度的任何变化都会反映在幅值检测器的输出。该输出信号控制着可变增益放大器的放大倍数，进而控制着陀螺器件的激励电压的大小，从而稳定驱动位移的幅度。该技术特征使陀螺***的刻度因数更准确、更稳定。

(5)在一优选实施例中，驱动环路使用新型的锁相环(锁相模块)，比如电泵型锁相环，其锁定时输入电压与输出电压同相。使用此类锁相环，可以省去额外的相移操作和滤波操作。该技术特征降低了驱动环路的电路复杂度，降低了电学噪声，提高了***可靠性。

附图说明

图1为根据本公开第一实施例所示的自适应相位对准模块的结构示意图。

图2为根据本公开第二实施例所示的自适应相位对准方法的流程图。

图3为根据本公开第三实施例所示的振动式陀螺仪测控电路的结构示意图。

【符号说明】

1-自适应相位对准模块；

11-可调移相模块；12-锁相模块；

13-鉴相器；14-电荷泵；

15-环路滤波器；16-混频器；

2-参数转换模块；3-低通滤波器；

4-模数转换器；5-振动式陀螺仪；

51-第二参数转换模块；52-第二锁相模块；

53-幅值检测器；54-可变增益放大器。

具体实施方式

本公开提供了一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，通过在振动式陀螺仪测控电路的检测通路中设置自适应相位对准模块，能有效降低正交误差的相位抖动，提升相位对准精度，并且能够实现高精度、高准确度自适应相位对准，解决了相位对准误差随时间和温度的蠕变问题。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开中，某一个模块可以是具体实施例中的多种器件或者电路结构，附图中，结构图的方框内的文字有些是模块名称，有些是具体实施例中该模块对应的实施内容，说明书中，具体实施例中模块对应的器件或者电路结构采用与模块相同的附图标记进行表示。

第一实施例

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种自适应相位对准模块。

图1为根据本公开第一实施例所示的自适应相位对准模块的结构示意图。

参照图1所示，本公开的自适应相位对准模块1，包括一自适应相位对准环路，该自适应相位对准环路包括：可调移相模块11，用于根据控制端的信息对输入的第一信号进行移相操作；锁相模块12，用于对可调移相模块11进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及鉴相器13，用于对锁相模块12进行锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；其中，相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。

在本公开的一些实施例中，该自适应相位对准模块1中，可调移相模块11、锁相模块12、鉴相器13采用数字电路或模拟电路的方式实现。

本实施例主要介绍一种模拟电路的实现方式。

本实施例中，参照图1所示，该自适应相位对准模块1，还包括：相位差-误差转换模块，用于将相位差信息转换为误差信息；其中，该误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息控制第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。

在一实例中，相位差-误差转换模块包括：电荷泵14，将相位差信息转换为误差电流；以及环路滤波器15，将误差电流转换为误差电压，如图1所示。

本实施例中，锁相模块12为锁相环，可调移相模块11为可调移相器，第一信号为振动式陀螺仪的差分检测信号或单端检测信号，该差分检测信号或单端检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声等，特定信息为正交误差，第二信号为振动式陀螺仪的解调载波。

在一实施例中，锁相模块12为一包含鉴频鉴相器的锁相环，该锁相环在锁定时，输入电压和输出电压同相，不会改变正交误差的相位，在其他实施例中，锁相模块12可以是一包含鉴相器的锁相环，输出电压超前或滞后输入电压90°，对应设置有一相位补偿模块实现相位补偿。

本实施例中，该振动式陀螺仪为MEMS振动式陀螺仪，当然，该MEMS振动式陀螺仪也可以用非MEMS工艺或非硅基陀螺仪器件来代替。

在本公开的一些实施例中，参见图3所示，该自适应相位对准模块1中，第一信号经过一参数转换模块2转化为电压信号形式输入至可调移相模块11。

在本公开的一些实施例中，参数转换模块2将变化的电容或电流转换为电压信号形式。在一些实施例中，参数转换模块为C/V转换电路或跨阻放大电路。本实施例中，参数转换模块2为C/V转换电路，结合图1和图3所示，将差分检测信号或单端检测信号转换为电压信号形式进行输入至可调移相器11中。

在一些实施例中，锁相模块12通过设置门限值来对进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波。例如，本实施例中，检测信号包含了科氏位移、正交误差和噪声，可调移相器11对检测信号均进行滞后移相操作。但是锁相环12只对正交误差进行捕获、锁定，这是通过合理设置锁相环的输入电压的幅度门限值来实现的。鉴于科氏位移远小于正交误差，如果将幅度门限值提高到大于科氏位移，则科氏位移不会被锁相环12捕获锁定。该锁相环12在锁定时其输入电压和输出电压保持同相关系。这样，***的锁相环可以提取并滤波正交误差，却不改变其相位，这大幅度地提高了相位对准的精度。

当然，在本公开的其它实施例中，自适应相位对准模块1中除了参数转换模块(在图3所示的检测通路中包含参数转换模块，在其它实施例中，可以不包含参数转换模块)之外，其余部分可以采用数字电路的方式来实现上述相关功能。另外，各个模块的具体实施例仅作为示例，也可以是其他能够实现该模块功能的器件或者电路结构，比如，锁相模块12也可以是数字锁相环，可调移相模块11也可以是数字移相器或模拟移相器，参数转换模块也可以是跨阻放大电路。

该自适应相位对准模块通过利用锁相模块实现相位锁定与滤波，可以通过设置锁相模块的门限值来锁定特定信息，滤除其他叠加信息和噪声，降低该特定信息的相位抖动，提升相位对准精度；另外，锁相模块、鉴相器和可调移相模块形成一个自适应反馈调节回路，利用第一信号中的特定信息与第二信号之间的相位差信息实时控制可调移相模块的相移量，实现自适应反馈调节，最终锁定时实现特定信息与第二信号的相位对准，且该自适应反馈调节回路中的锁相模块的设置不影响第一信号，进一步实现高精度、高准确度自适应相位对准，具有较强的鲁棒性和较高的对准精度。

第二实施例

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种自适应相位对准方法。

图2为根据本公开第二实施例所示的自适应相位对准方法的流程图。

参照图2所示，本公开的自适应相位对准方法，包括：

步骤S21：根据控制端的信息对输入的第一信号进行第一移相操作；

本实施例中，第一信号为振动式陀螺仪的差分检测信号，该差分检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声等。

在其他实施例中，第一信号也可以是单端检测信号，该单端检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声等。

在一些实施例中，第一信号转化为电压信号形式进行输入。

步骤S22：对第一移相操作在控制端进行自适应反馈调节；

参照图2所示，该步骤S22包含如下子步骤：

子步骤S22a：对第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；

本实施例中，特定信息为正交误差。本实施例中，通过采用设定门限值的方式来进行锁相滤波，以滤掉科氏位移和噪声，保留正交误差。

步骤S22b：对锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；

其中，该相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。

本实施例中，第二信号为振动式陀螺仪的解调载波，该解调载波与正交误差之间存在的特定的相位对准关系为：二者相差90°。

图2中以虚线箭头示意了利用相位差信息控制第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。

如图2中点划线箭头所示意的内容，在本实施例中，是通过相位差信息的等同信息控制第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准。因此，该步骤S22还包含下述子步骤S22c。

步骤S22c：将相位差信息转换为误差信息；

本实施例中，误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息包括：误差电流或误差电压。

步骤S23：自适应相位对准环路锁定时，第一信号中的特定信息与第二信号相位差恒定，相位对准完成。

本实施例中，第一信号中的特定信息与第二信号的相位差恒定在90度，实现相位对准。

当然，本实施例中，该自适应相位对准方法以处理振动式陀螺仪的正交误差和解调载波之间的相位对准进行示例，在其它的应用场景中，可以是处理两个具有相位关系的信号，实现两个信号的高精度、高准确度的自适应相位对准，相位差不局限于本场景的90°。

第三实施例

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种振动式陀螺仪测控电路。

图3为根据本公开第三实施例所示的振动式陀螺仪测控电路的结构示意图。

参照图3所示，本公开的振动式陀螺仪测控电路，包括：检测通路，该检测通路包含本公开提到的任一种自适应相位对准模块。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，检测通路为开环或者闭环。本实施例中，以开环形式的检测通路进行示例。

在本公开的一些实施例中，检测通路的主干道上还包括混频器16，可调移相模块11输出的移相后的差分检测信号与振动式陀螺仪的解调载波在混频器16中进行相干解调。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，检测通路还包括：低通滤波器3和模数转换器4，混频器16的输出供给低通滤波器3，低通滤波器3滤除高频分量，留下直流分量，供给模数转换器4，模数转换器4对该直流分量进行量化、编码，转成数字信号。

在本公开的一些实施例中，参见图3所示，该检测通路中，第一信号经过一参数转换模块2转化为电压信号形式输入至可调移相模块11。

在本公开的一些实施例中，参数转换模块2将变化的电容或电流转换为电压信号形式。在一些实施例中，参数转换模块为C/V转换电路或跨阻放大电路。本实施例中，参数转换模块2为C/V转换电路，结合图1和图3所示，将差分检测信号转换为电压信号形式进行输入至可调移相器11中。

该振动式陀螺仪测控电路，还包括：驱动环路，该驱动环路中包括第二锁相模块52，该第二锁相模块52能够进行锁相滤波处理，振动式陀螺仪的解调载波由该第二锁相模块52输出至混频器16。

在本公开的一些实施例中，该振动式陀螺仪测控电路中，第二锁相模块52为如下电路结构中的一种或几种：锁相环或数字锁相环。

在一实施例中，第二锁相模块52为一包含鉴频鉴相器的锁相环，该锁相环在锁定时，输入电压和输出电压同相，在其他实施例中，第二锁相模块52可以是一包含鉴相器的锁相环，输出电压超前或滞后输入电压90°，对应设置有一相位补偿模块实现相位补偿。

在本公开的一些实施例中，驱动环路还包括：第二参数转换模块51、幅值检测器53和可变增益放大器54，其中，该第二参数转换模块51将输入信号转换为电压信号形式进行输出，幅值检测器53用于实时测量第二参数转换模块51输出的电压信号的幅值并输出幅值信号，输出的幅值信号控制该可变增益放大器54的放大倍数，从而控制激励电压的大小，实现稳定驱动。

下面结合图3来对本优选实施例的振动式陀螺仪测控电路进行详细介绍。

参照图3所示，本优选实施例中，振动式陀螺仪测控电路包含两个部分，一个部分为驱动环路，一个部分为检测通路。

本实施例中，该驱动环路包括：振动式陀螺仪5、C/V转换电路51、幅值检测器53、锁相环52和可变增益放大器54。

参照图3所示，在驱动电路中，C/V转换电路51将振动式陀螺仪5的电容变化量转换成电压，再调整该电压的相位，并放大该电压到合适值，最后分别送给幅值检测器53和锁相环52。幅值检测器53获取该电压的幅度信息，并根据幅度信息控制可变增益放大器54的增益。锁相环52捕获并锁定输入电压，实现同相的输出电压，然后分别送给检测通路的混频器16和驱动环路的可变增益放大器54。可变增益放大器54接收锁相环52的输出电压，并根据幅值检测器53的输出信息，动态调整其输出电压，以此电压来激励振动式陀螺仪5。

本实施例中，通过在驱动环路加入幅值检测器和可变增益放大器，使陀螺***的刻度因数更准确、更稳定。幅值检测器可实时测量C/V转换电路的输出电压幅度，该幅度代表着驱动位移的幅度，幅度的任何变化都会反映在幅值检测器的输出。该输出信号控制着可变增益放大器的放大倍数，进而控制着陀螺器件的激励电压的大小，从而稳定驱动位移的幅度。

本实施例中，驱动环路使用新型的锁相环(锁相模块)，例如电泵型锁相环，其锁定时输入电压与输出电压同相。使用此类锁相环，可以省去额外的相移操作和滤波操作。该技术特征降低了驱动环路的电路复杂度，降低了电学噪声，提高了***可靠性。

本实施例中，该检测通路包括：C/V转换电路2、可调移相器11、锁相环12、鉴相器13、电荷泵14、环路滤波器15、混频器16、低通滤波器3和模数转换器4。

参照图3所示，在检测通路中，C/V转换电路2将振动式陀螺仪5的差分检测信号(含有正交误差、科氏位移和噪声等信息)转换成电压，并进行差分运算和相位调整，然后将其放大到合适的电压值。可调移相器11根据控制端的信息，负责对输入电压的相位进行滞后移相，移相后的电压信息供给锁相环12和混频器16。锁相环12锁定并滤波输入电压，输出同相的电压，供给鉴相器13。鉴相器13将经过滤波的正交误差与载波进行相位比较，其相位差信息供给电荷泵14。电荷泵14将相位差信息转换成误差电流，供给环路滤波器15。环路滤波器15将误差电流转换成误差电压。误差电压用来控制可调移相器11的移相值。实际上，可调移相器11、锁相环12、鉴相器13、电荷泵14和环路滤波器15组成了一个自适应的相位对准反馈回路，最终正交误差和载波将实现90度的相位对准。混频器16将移相后的检测信号与载波进行相干解调，输出供给低通滤波器3。低通滤波器3滤除高频分量，留下直流分量，供给模数转换器4。模数转换器4对该直流分量进行量化、编码，转成数字信号，供给后续***。

本实施例中，该振动式陀螺仪5为MEMS振动式陀螺仪，当然，该MEMS振动式陀螺仪也可以用非MEMS工艺或非硅基陀螺仪器件来代替。

将正交误差经过C/V转换电路2转成电压信号，然后通过锁相环12，实现锁相输出，得到更干净的正交误差，为后续更高精度的相位对准做好准备。该锁相环12在锁定时输入和输出电压同相，从而不改变正交误差的相位信息。另外，由于锁相环12相当于高品质因数的带通滤波器，它可有效滤除正交误差上的噪声和杂波，降低其相位抖动，有利于后续相位对准。

检测信号包含了科氏位移、正交误差和噪声。可调移相器11对检测信号均进行滞后移相操作。但是锁相环12只对正交误差进行捕获、锁定，这是通过合理设置锁相环12的输入电压的幅度门限值来实现的。鉴于科氏位移远小于正交误差，如果将幅度门限值提高到大于科氏位移，则科氏位移不会被锁相环提取锁定。该锁相环在锁定时其输入电压和输出电压保持同相关系。这样，检测通路中***的锁相环可以提取并滤波正交误差，却不改变其相位，这大幅度地提高了相位对准的精度。另外，通过将相位对准信息送入一个鉴相器13，形成相位差(或者相位误差)信息，然后通过电荷泵和环路滤波器，将该相位差信息/相位误差信息转成电压控制信号，用来控制可调移相器，调节移相值，使得正交误差的相位与载波成90度，此时反馈***保持锁定。该自适应相位对准模块形成的闭环***中的可调移相器11就类似延迟锁相环中的电压控制延迟线。由于锁定时，鉴相器13的两个输入保持严格的90度相位差的关系，并且该自适应相位对准模块能在一定程度上对抗外界干扰，具有跟踪锁定能力。因此，该自适应相位对准模块具有较强的鲁棒性和较高的对准精度。

综上所述，本公开提供了一种自适应相位对准模块和方法、及振动式陀螺仪测控电路，通过在振动式陀螺仪测控电路的检测通路中设置自适应相位对准模块，能有效降低正交误差的相位抖动，提升相位对准精度，并且能够实现高精度、高准确度自适应相位对准，具有较强的鲁棒性和较高的对准精度，解决了相位对准误差随时间和温度的蠕变问题，另外，还对驱动环路进行了优化设置，降低了驱动环路的电路复杂度，降低了电学噪声，提高了***可靠性，使陀螺***的刻度因数更准确、更稳定，总之，本公开在简化电路结构的基础上提高了振动式陀螺仪的性能、可靠性和稳定性，实现高精度、高准确度自适应相位对准。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种自适应相位对准模块(1)，其特征在于，包括一自适应相位对准环路，该自适应相位对准环路包括：

可调移相模块(11)，用于根据控制端的信息对输入的第一信号进行移相操作；

锁相模块(12)，用于对可调移相模块(11)进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及

鉴相器(13)，用于对锁相模块(12)进行锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；

其中，所述相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。

2.根据权利要求1所述的自适应相位对准模块，其特征在于，所述自适应相位对准环路还包括：

相位差-误差转换模块，用于将相位差信息转换为误差信息；

其中，所述误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准；

可选的，所述相位差-误差转换模块包括：

电荷泵(14)，将相位差信息转换为误差电流；以及

环路滤波器(15)，将误差电流转换为误差电压。

3.根据权利要求1所述的自适应相位对准模块，其特征在于，

所述锁相模块(12)为如下电路结构中的一种或几种：锁相环或数字锁相环；和/或，

所述可调移相模块(11)为如下器件中的一种或几种：可调移相器、数字移相器或模拟移相器。

4.根据权利要求1所述的自适应相位对准模块，其特征在于，所述第一信号为振动式陀螺仪的差分检测信号或单端检测信号，该差分检测信号或单端检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声，所述特定信息为正交误差，所述第二信号为振动式陀螺仪的解调载波。

5.根据权利要求1所述的自适应相位对准模块，其特征在于，所述锁相模块(12)通过设置门限值来对进行第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的自适应相位对准模块，其特征在于，所述第一信号经过一参数转换模块转化为电压信号形式输入至可调移相模块(11)；

可选的，所述参数转换模块将变化的电容或电流转换为电压信号形式；

可选的，所述参数转换模块为C/V转换电路或跨阻放大电路；

可选的，所述可调移相模块(11)、锁相模块(12)、鉴相器(13)采用数字电路或模拟电路的方式实现。

7.一种振动式陀螺仪测控电路，其特征在于，包括：

检测通路，该检测通路包含权利要求1至6中任一项所述的自适应相位对准模块。

8.根据权利要求7所述的振动式陀螺仪测控电路，其特征在于，所述检测通路的主干道上还包括混频器(16)，所述可调移相模块(11)输出的移相后的差分检测信号或单端检测信号与所述解调载波在所述混频器(16)中进行相干解调；

可选的，所述检测通路还包括：低通滤波器(3)和模数转换器(4)，所述混频器(16)的输出供给所述低通滤波器(3)，所述低通滤波器(3)滤除高频分量，留下直流分量，供给所述模数转换器(4)，所述模数转换器(4)对该直流分量进行量化、编码，转成数字信号。

9.根据权利要求7所述的振动式陀螺仪测控电路，其特征在于，所述检测通路为开环或者闭环。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的振动式陀螺仪测控电路，其特征在于，还包括：

驱动环路，该驱动环路中包括第二锁相模块(52)，该第二锁相模块(52)能够进行锁相滤波处理，所述解调载波由该第二锁相模块(52)输出至所述混频器(16)；

可选的，所述第二锁相模块(52)为如下电路结构中的一种或几种：锁相环或数字锁相环。

11.根据权利要求10所述的振动式陀螺仪测控电路，其特征在于，所述驱动环路还包括：第二参数转换模块(51)、幅值检测器(53)和可变增益放大器(54)，

其中，该第二参数转换模块(51)将输入信号转换为电压信号形式进行输出，幅值检测器(53)用于实时测量第二参数转换模块(51)输出的电压信号的幅值并输出幅值信号，输出的幅值信号控制该可变增益放大器(54)的放大倍数，从而控制激励电压的大小，实现稳定驱动。

12.一种自适应相位对准方法，其特征在于，包括：

根据控制端的信息对输入的第一信号进行第一移相操作；

对第一移相操作在控制端进行自适应反馈调节，该自适应反馈调节的步骤包括：

对第一移相操作后的第一信号中的特定信息进行锁相滤波；以及

对锁相滤波处理后的特定信息与第二信号进行相位比较，得到相位差信息，该第二信号与特定信息之间存在特定的相位对准关系；

其中，所述相位差信息或者该相位差信息的等同信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节以及锁定，锁定时特定信息与第二信号实现相位对准。

13.根据权利要求12所述的自适应相位对准方法，其特征在于，在所述得到相位差信息的步骤之后还包括：

将相位差信息转换为误差信息；

其中，所述误差信息为相位差信息的等同信息，该误差信息控制所述第一移相操作的自适应反馈调节，使得特定信息与第二信号实现相位对准；

可选的，所述误差信息包括：误差电流或者误差电压；

可选的，所述第一信号为振动式陀螺仪的差分检测信号或单端检测信号，该差分检测信号或单端检测信号包含科氏位移、正交误差和噪声，所述特定信息为正交误差，所述第二信号为振动式陀螺仪的解调载波；

优选的，所述第一信号转化为电压信号形式进行输入。

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