陀螺儀震動和擾動檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陀螺儀震動和擾動檢測電路。本發(fā)明涉及集成電路，更具體地，涉及集成陀螺儀感測電路的系統(tǒng)、器件和方法，所述陀螺儀感測電路具有陀螺儀，用以檢測震動或擾動，并準確區(qū)分基于旋轉(zhuǎn)的感測信號與由震動或擾動引起的噪聲。陀螺儀感測電路可以以差分或非差分解調(diào)方案來實現(xiàn)，且包括至少一個解調(diào)單元和峰值檢測器。至少一個解調(diào)單元以參考信號解調(diào)由陀螺儀提供的陀螺儀輸出信號。在經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號中，震動信號或陀螺儀擾動信號基本上與用以感測旋轉(zhuǎn)速率的感興趣的陀螺儀感測信號分離。峰值檢測器采樣經(jīng)調(diào)制的陀螺儀輸出信號，確定信號是否超過閾值電平VTH，并輸出震動標記，其指示相應的確定結(jié)果。
【專利說明】陀螺儀震動和擾動檢測電路
[0001] 相關(guān)申請的交叉參考
[0002] 本申請根據(jù)35U. S. C. § 119 (e)要求享有于2013年4月26日提交的題為 "Gyroscope Shock and Disturbance Detection Circuit，'、序列號為No. 61/816, 419 的臨 時申請的權(quán)益，其主題通過參考整體上并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及集成電路，更具體地，涉及檢測陀螺儀受到的震動（shock)或擾動 (disturbance)，以及區(qū)分基于旋轉(zhuǎn)的感測信號與由震動或擾動引起的噪聲的系統(tǒng)、器件和 方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 微機電結(jié)構(gòu)（MEMS)廣泛地用作傳感器來測量加速度、旋轉(zhuǎn)、壓力和許多其他物理 參數(shù)。通常使用顯微機械加工工藝在硅襯底上形成MEMS器件，其采用幾微米的特征尺寸， 將機械移動轉(zhuǎn)換為可以指示感興趣參數(shù)的水平的電信號。具體地，基于MEMS的陀螺儀器件 已經(jīng)被開發(fā)出來并應用于監(jiān)控器件相對于特定軸的旋轉(zhuǎn)速率，大量的消費性應用和汽車應 用已經(jīng)成功采用了這種基于MEMS的陀螺儀器件。例如，許多汽車集成了陀螺儀器件，用于 車輛穩(wěn)定性控制、導航輔助、負載均衡/懸架控制、避免碰撞和傾翻檢測。
[0005] 傳統(tǒng)的基于MEMS的陀螺儀器件使用振動機械元件（檢測質(zhì)量塊（proof mass)) 來感測旋轉(zhuǎn)速率。圖1A示出了布置在旋轉(zhuǎn)坐標系中的機械元件100。驅(qū)動機械元件100在 第一正交軸（X軸）上振蕩，隨著坐標系相對于第二正交軸（y軸）旋轉(zhuǎn)，由于科里奧利加速 度而引起了沿第三正交軸（z軸）的振動。相應的慣性科里奧利力F c可以表示為：
[0006] Fc = -2 Ω mv (1)
[0007] 其中，Ω是旋轉(zhuǎn)速率，m是機械元件100的質(zhì)量，v是沿第一正交軸的振動速度。
[0008] 圖1B示出了示例性振動陀螺儀器件150,其依靠靜電驅(qū)動和電容感測來檢測科里 奧利力。由布置在兩個相反側(cè)的梳狀驅(qū)動器154驅(qū)動檢測質(zhì)量塊152沿X軸振動。在襯底 與檢測質(zhì)量塊152之間形成電容器。響應于相對于y軸的旋轉(zhuǎn)，檢測質(zhì)量塊152朝向和遠 離設置陀螺儀器件150的襯底振動，因此，電容器的間隙距離改變，導致與科里奧利力相關(guān) 的電容變化。接口讀出電路通常與陀螺儀器件150集成在一起，以將這個電容變化轉(zhuǎn)換為 陀螺儀感測信號，其與科里奧利力的大小有關(guān)，因此與相應的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)。
[0009] 盡管陀螺儀感測信號包括與旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的感興趣的信息，但同樣由多個震動和 擾動源引起了噪聲，噪聲可以顯著損害旋轉(zhuǎn)感測的精度。特別是在汽車應用中，震動魯棒性 至關(guān)重要，并且構(gòu)成了關(guān)鍵特性，因為必須強制實行嚴格的安全性限制，以確保故障安全且 魯棒的系統(tǒng)。在這個環(huán)境下，當震動或擾動的程度超過相應旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)容許的閾值時，需 要標記震動或擾動的出現(xiàn)，并將其用于指示輸出了不可靠的和不可預測的速率信號。市場 上的許多現(xiàn)有陀螺儀器件采用了傳感器或封裝解決方案來改進器件自身的震動魯棒性。但 它們沒有一個標記相對于特定容限的震動或擾動的出現(xiàn)并警告主機采取適合的對策。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的多個實施例涉及集成電路，更具體地，涉及集成陀螺儀感測電路的系統(tǒng)、 器件和方法，所述陀螺儀感測電路具有陀螺儀，用以檢測陀螺儀器件受到的震動或擾動，并 準確區(qū)分基于旋轉(zhuǎn)的陀螺儀感測信號與由震動或擾動引起的噪聲。陀螺儀感測電路特別利 用了這些信號相對于陀螺儀的特征頻率的對稱性。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，基于差分解調(diào)方案來實現(xiàn)陀螺儀感測電路。兩個解調(diào) 單元用于解調(diào)陀螺儀輸出信號，其包括震動信號和多個陀螺儀感測信號。相對于特征頻率 對稱的兩個參考信號用于解調(diào)，所得到的經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出差分組合到減法器中，以分 離相對于特征頻率不對稱的震動信號。峰值檢測器進一步確定組合陀螺儀輸出是否超過閾 值電平，并產(chǎn)生震動標記，以警告主機異常震動或者擾動情形是否出現(xiàn)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，基于非差分解調(diào)方案實現(xiàn)陀螺儀感測電路。陀螺儀 感測電路包括解調(diào)單元和峰值檢測器。首先耦合解調(diào)單元以接收陀螺儀輸出信號，其包括 來自陀螺儀的多個陀螺儀擾動信號和震動信號的至少其中之一以及陀螺儀感測信號。使用 參考信號來解調(diào)這個陀螺儀輸出信號，以便保持所述多個陀螺儀擾動信號和震動信號的至 少其中之一，同時抑制與感興趣的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的陀螺儀感測信號。峰值檢測器確定經(jīng)解 調(diào)的陀螺儀輸出是否超過閾值電平，并產(chǎn)生震動標記，以警告主機異常震動或者擾動情形 是否出現(xiàn)。
[0013] 在此大致說明了本發(fā)明的某些特征和優(yōu)點；但對于參考了其附圖、說明書及權(quán)利 要求書的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，本文提出的另外的特征、優(yōu)點和實施例將是顯而易見 的。因此，應理解，本發(fā)明的范圍不受在本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中公開的具體實施例的限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 將參考本發(fā)明的實施例，其實例在附圖中示出。這些附圖旨在是說明性的而非限 制性的。盡管總體上在這些實施例的語境下說明了本發(fā)明，但應理解其并非旨在將本發(fā)明 的范圍局限于這些具體實施例。
[0015] 圖1A示出了布置在旋轉(zhuǎn)坐標系中的機械元件。
[0016] 圖1B示出了示例性的振動陀螺儀器件，其依靠靜電驅(qū)動和電容感測來檢測科里 奧利力。
[0017] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性的旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)。
[0018] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的基于非差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路 的示例性方框圖。
[0019] 圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的耦合到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)中的輸入的第一示 例性頻譜圖。
[0020] 圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于陀螺儀感測電路中的陀螺儀輸出信 號和參考信號中的信號分量的第一示例性頻譜圖。
[0021] 圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性頻譜圖，其表明用以將陀螺儀輸 出信號中的震動信號與兩個陀螺儀感測信號分離的機制。
[0022] 圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的耦合到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)中的輸入的第二示 例性頻譜圖。
[0023] 圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于陀螺儀感測電路中的陀螺儀輸出信 號和參考信號中的信號分量的第二示例性頻譜圖。
[0024] 圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性頻譜圖，其表明用以將陀螺儀輸 出信號中的兩個陀螺儀擾動信號之一與兩個陀螺儀感測信號分離的機制。
[0025] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的基于差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路的 示例性方框圖。
[0026] 圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的耦合到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)中的輸入的第三示 例性頻譜圖。
[0027] 圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于陀螺儀感測電路中的陀螺儀輸出信 號和兩個參考信號中的信號分量的示例性頻譜圖。
[0028] 圖7C示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性頻譜圖，其表明用以將陀螺儀輸 出信號中的震動信號與陀螺儀感測和擾動信號分離的差分解調(diào)機制。
[0029] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的基于差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路的 另一個示例性方框圖。
[0030] 圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于標記旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)受到的擾動或震 動的方法的示例性流程圖。
[0031] 圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于標記旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)受到的震動的方 法的另一個示例性流程圖。

【具體實施方式】
[0032] 在以下說明中，處于解釋的目的，闡述了特定細節(jié)以提供對本發(fā)明的理解。但對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然，可以無需這些細節(jié)來實踐本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到， 可以以各種方式并使用各種手段來執(zhí)行下述的本發(fā)明實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員還會認識 至IJ，另外的修改、應用和實施例也在其范圍內(nèi)，如同本發(fā)明可以應用于其中的另外的領(lǐng)域一 樣。因此，下述實施例用于例示本發(fā)明的特定實施例，并且有意避免使得本發(fā)明難以理解。
[0033] 說明書中對"一個實施例"或"實施例"的提及表示結(jié)合所述實施例說明的特定特 征、結(jié)構(gòu)、特性或功能包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。短語"在一個實施例中"、"在實施 例中"等在說明書中多個位置的出現(xiàn)不一定全都指代相同的實施例。
[0034] 此外，附圖中部件之間或方法步驟之間的連接不局限于直接實現(xiàn)的連接。作為替 代，圖中所示的部件或方法步驟之間的連接可以通過為其增加中間部件或方法步驟來修改 或改變，而不會脫離本發(fā)明的教導。
[0035] 本發(fā)明的多個實施例涉及集成電路，更具體地，涉及集成陀螺儀感測電路的系統(tǒng)、 器件和方法，所述陀螺儀感測電路具有陀螺儀，用以檢測陀螺儀器件受到的震動或擾動，并 準確區(qū)分基于旋轉(zhuǎn)的陀螺儀感測信號與由震動或擾動引起的噪聲。除了基于旋轉(zhuǎn)的陀螺儀 感測信號以外，陀螺儀擾動信號或震動信號也可以包含在由陀螺儀器件提供給陀螺儀感測 電路的陀螺儀輸出信號中，但這些信號具有不同的頻率量值和特性。當震動信號超過閾值 電平時，陀螺儀輸出信號被破壞，從陀螺儀輸出信號得到的旋轉(zhuǎn)速率不再可靠。有時，當一 個陀螺儀擾動信號超過閾值電平時，也認為陀螺儀輸出信號受到破壞。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，按照差分或非差分解調(diào)方案來配置陀螺儀感測電路，且陀螺儀感測 電路施加至少一個參考信號以解調(diào)陀螺儀輸出信號。根據(jù)震動信號或陀螺儀擾動信號的頻 率來選擇至少一個參考信號的參考頻率，以便可以將震動或擾動信號與基于旋轉(zhuǎn)的陀螺儀 感測信號分離。不間斷地監(jiān)控震動或擾動信號，向依靠陀螺儀進行旋轉(zhuǎn)感測的主機標記出 任何異常情形?；谶@種情形的檢測，主機可以采取適合的對策，例如忽略受損陀螺儀輸出 信號，以確保旋轉(zhuǎn)感測的準確性。
[0037] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)200。旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng) 200包括陀螺儀器件202和陀螺儀接口電路204,其進一步包括驅(qū)動器電路206和陀螺儀感 測電路208。根據(jù)本發(fā)明的多個實施例，陀螺儀器件202是由微型制造工藝制造的MEMS器 件。驅(qū)動器電路206提供驅(qū)動信號，以靜電驅(qū)動包括在陀螺儀器件202中的檢測質(zhì)量塊，從 而驅(qū)動檢測質(zhì)量塊沿旋轉(zhuǎn)坐標系中的第一正交方向振蕩。驅(qū)動信號優(yōu)選地具有與陀螺儀器 件202的特征頻率&相一致的驅(qū)動頻率。響應于相對于第二正交方向的旋轉(zhuǎn)，檢測質(zhì)量塊 檢查沿第三正交方向的物理位移及相應的電容變化。耦合陀螺儀感測電路208以感測電容 變化，其與沿第三正交方向的相應科里奧利力相關(guān)聯(lián)。
[0038] 陀螺儀202向陀螺儀感測電路204提供陀螺儀輸出信號，這個陀螺儀輸出信號包 含從感興趣的陀螺儀202的旋轉(zhuǎn)速率得到的陀螺儀感測信號。在優(yōu)選實施例中，陀螺儀輸 出信號僅與由科里奧利力所導致的電容變化相關(guān)聯(lián)，僅包含陀螺儀感測信號。但在許多情 況下，可以包含震動或擾動，并且不可避免地影響陀螺儀輸出信號。因此，陀螺儀輸出信號 時常包括分別由震動或擾動引起的震動信號或陀螺儀擾動信號。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，當包含在陀螺儀輸出信號中的特定震動或擾動信號超過閾值電平 時，陀螺儀感測電路208除了旋轉(zhuǎn)感測以外，還檢測并標記不希望有的震動或擾動。在這種 環(huán)境下，與陀螺儀輸出信號相關(guān)的涉及旋轉(zhuǎn)速率的有用信息受到過度震動或擾動信號的損 害，并致使其不準確。因此，采用旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)200的應用主機可以依靠由陀螺儀感測電路 208產(chǎn)生的震動標記來確定陀螺儀輸出信號是否需要被忽略并與感興趣的旋轉(zhuǎn)速率分離。
[0040] 陀螺儀器件202的機械結(jié)構(gòu)理論上可以抽象地表示為混頻器202A與低通濾波器 202B的組合。混頻器202A將驅(qū)動信號與旋轉(zhuǎn)速率混頻，并產(chǎn)生中間陀螺儀輸出信號，其與 相應的科里奧利力相關(guān)聯(lián)。進一步對中間陀螺儀輸出信號進行濾波以產(chǎn)生陀螺儀輸出信 號。低通濾波器202B與轉(zhuǎn)移函數(shù)H p(s)相關(guān)聯(lián)，其在峰值頻率具有諧振峰值。低通濾波 器202B的截止頻率與峰值頻率基本上一致。陀螺儀器件202的特征頻率4小于峰值頻 率，從而陀螺儀輸出信號可以準確地保留與旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的感興趣信息。在一個特定實 施例中，特征頻率A和峰值頻率分別為20kHz和21kHz。
[0041] 可以進一步將模擬濾波器210布置在陀螺儀感測電路208的輸入端處。模擬濾波 器210是低通濾波器，用于在任何進一步的處理之前對陀螺儀輸出信號進行濾波、縮放或 放大。模擬濾波器210起到防混疊作用，不影響陀螺儀輸出信號的與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的頻譜內(nèi)容。 因此，將模擬濾波器210的截止頻率選擇為大于特征頻率4和峰值頻率。例如，當陀螺 儀202的特征頻率&和峰值頻率分別為20kHz和21kHz時，可以將模擬濾波器210的截 止頻率設定為l〇〇kHz。
[0042] 在一些實施例中，由陀螺儀202提供的陀螺儀輸出信號是模擬信號。在模擬濾波 器210內(nèi)的濾波和縮放/放大后，陀螺儀輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可以進一步在數(shù)字域中 處理所述數(shù)字信號以獲得旋轉(zhuǎn)速率并產(chǎn)生標記輸出。
[0043] 在某些實施例中，陀螺儀器件202和陀螺儀接口電路204被制造在兩個分離的襯 底上并被組裝以形成混合形式的旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)200。在一些其他實施例中，使用包括多層 材料的微型制造工藝在單一襯底上制造陀螺儀器件202與陀螺儀接口電路204。即使它們 可以占用襯底上物理分離的不同芯片區(qū)域，也可以將陀螺儀器件202集成在陀螺儀接口電 路204的上面以節(jié)省芯片區(qū)域。對于這個垂直集成，必須適當?shù)卦O置陀螺儀器件202與接 口電路204的制造工藝、材料層和結(jié)構(gòu)。
[0044] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的基于非差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路 的示例性方框圖300。陀螺儀感測電路300產(chǎn)生震動標記，其指示震動或擾動信號是否超過 閾值電平V TH，并且因此，應用主機可以依靠震動標記來確定陀螺儀輸出信號是否受損及需 要被忽略。
[0045] 陀螺儀感測電路300包括解調(diào)單元302和峰值檢測器304。解調(diào)單元302使用參 考信號來解調(diào)陀螺儀輸出信號，以便在經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號內(nèi)保持震動或擾動信號， 同時抑制陀螺儀感測信號。借助這個方法，有效地從陀螺儀感測信號分離出震動或擾動信 號。峰值檢測器304進一步檢測經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號的量值是否超過閾值電平V TH，并 產(chǎn)生相應的震動標記，以警告主機異常震動或者擾動情形是否出現(xiàn)。
[0046] 解調(diào)單元302進一步包括電子混頻器306和低通濾波器308。電子混頻器306將 參考信號與陀螺儀輸出信號組合，并相對于參考信號的參考頻率f K改變陀螺儀輸出信號的 頻譜內(nèi)容。低通濾波器308采用增益Gu和截止頻率心，將它們設計為有區(qū)別地處理陀螺 儀輸出信號中的震動或擾動信號和陀螺儀感測信號，具體地，以便保持或放大震動或擾動 信號的電平，同時抑制陀螺儀感測信號的電平。應用選擇方法以確定參考頻率f K、截止頻率 和增益k，以下在圖4A-4C和圖5A-5C中詳述了這個選擇方法的相應的基本原理。
[0047] 峰值檢測器304包括采樣電路310和比較器312。采樣電路310采樣從解調(diào)單元 302接收的經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號。比較器312將采樣信號與閾值電平V TH相比較，并根 據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生震動標記。
[0048] 圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的耦合到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)中的輸入的第一示 例性頻譜圖420。借助與科里奧利力相關(guān)聯(lián)的電容變化而并入了陀螺儀器件202的旋轉(zhuǎn)，其 通常具有相對低的旋轉(zhuǎn)頻率Ω。當主機是車輛時，這個旋轉(zhuǎn)與車輛運動直接相關(guān)聯(lián)，并且表 示提供者或主機用戶感興趣的有用信號。旋轉(zhuǎn)速率通常位于頻譜的較低端。在一些實施例 中，可以將旋轉(zhuǎn)頻率Ω限制為300Hz以下。
[0049] 機械震動通常由主機受到的加速度激勵或一般性振動引入到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)200。 震動無需陀螺儀器件202的機械調(diào)制而直接包含在陀螺儀輸出信號中。因此，與震動相關(guān) 聯(lián)的震動頻率f SK不受低通濾波器202B的限制，在某些實施例中，可以高于陀螺儀202的特 征頻率f〇或峰值頻率。在一個實施例中，當陀螺儀202的特征頻率&和峰值頻率分 別為20kHz和21kHz時，震動頻率f SK大致延伸達到30kHz。
[0050] 圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于陀螺儀感測電路中的陀螺儀輸出信 號和參考信號中的信號分量的第一示例性頻譜圖440。基于等式（1)，將陀螺儀202的旋轉(zhuǎn) 調(diào)制為兩個陀螺儀感測信號，它們圍繞特征頻率對稱。這兩個陀螺儀感測信號的兩個感 測頻率分別為f〇 - Ω和&+Ω，在某些實施例中，感測頻率的范圍可以從DC到15kHz。另 一方面，震動信號不受陀螺儀202調(diào)制，直接包含在陀螺儀輸出信號中。第一陀螺儀感測 信號、第二陀螺儀感測信號和震動信號構(gòu)成從陀螺儀202接收的陀螺儀輸出信號的信號分 量。
[0051] 鑒于所述信號分量，特別將參考信號的參考頻率&選擇為相比于與兩個陀螺儀感 測頻率& - Ω和&+Ω中的任意一個的接近程度而言，更接近于震動頻率fSK。另一方面， 參考頻率也需要足夠遠離陀螺儀202的峰值頻率。這尤其是由于如下事實：峰值頻率 與陀螺儀202的本征振動模式相關(guān)聯(lián)并且在這個峰值頻率周圍會產(chǎn)生不希望有的雜 散放大響應。另一方面，參考頻率距離震動頻率不會遠到以至于來自震動信號的響應也 會受影響。
[0052] 在某些實施例中，震動信號不限于單一頻率，震動頻率fSK與帶寬BWSK相關(guān)聯(lián)。仍 如上來類似地確定參考頻率，但特別選擇為接近于震動頻率f SK或在震動頻率fSK的頻帶 寬度內(nèi)。
[0053] 圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性頻譜圖460,其表明用以將震動信 號與兩個陀螺儀感測信號分離的機制。震動信號和兩個陀螺儀感測信號被相對于參考信號 進行轉(zhuǎn)換，并且在電子混頻器306中改變?yōu)榕c其原始頻率不同的頻率。將特征頻率&轉(zhuǎn)換 為經(jīng)解調(diào)的特征頻率類似地，震動信號和兩個陀螺儀感測信號的經(jīng)調(diào)制的頻率分 別為I fK_fSK I、I (fcT Ω ) |和| fK_ (V Ω ) |。使用絕對值，因為在一些實施例中，參考頻率 fK小于震動頻率fSK或陀螺儀感測頻率- Ω。
[0054] 在這個實施例中，參考頻率fK大于震動頻率fSK以及陀螺儀感測頻率& - Ω和 &+Ω?？梢詫⒄饎有盘柡蛢蓚€陀螺儀感測信號的經(jīng)調(diào)制的頻率分別簡單地表示為fK-f SK、 (f。_ Ω )和 (f〇+ Ω )。
[0055] 將低通濾波器308的截止頻率f^p控制在經(jīng)調(diào)制的震動頻率I fK_fSK|與經(jīng)調(diào)制的 陀螺儀感測頻率即|fK-(fcrQ) |和14-(4+0) I之間。保持或以增益Gu放大震動信號的 電平。相反，抑制第一和第二陀螺儀感測信號。在基于混頻和低通濾波的這種調(diào)制后，分離 了陀螺儀輸出信號中的震動信號，峰值檢測器304可以進一步確定震動信號是否超過閾值 電平V TH。
[0056] 本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，當震動信號不由陀螺儀器件202調(diào)制并且在頻譜上相對遠 離陀螺儀感測信號時，優(yōu)選地應用陀螺儀感測電路300。在震動頻率f SK與感測頻率Ω 之間的差需要足夠大，以便可以將截止頻率fu>控制在它們之間的量值。
[0057] 在圖4C中，當震動頻率fSK實質(zhì)上接近于感測頻率& - Ω和ff Ω中的任意一個 時，基于一個調(diào)制單元302的調(diào)制方法是不適用的?；谑欠窨梢栽O計低通濾波器308的 截止頻率?^ Ρ以區(qū)分相應的經(jīng)調(diào)制的頻率，來確定震動頻率與另一個頻率的足夠接近。具體 地，在與圖4C相關(guān)的一個實施例中，當經(jīng)調(diào)制的震動頻率f K_fSK與經(jīng)調(diào)制的陀螺儀感測頻 率非常接近，以至于不易于設計低通濾波器308來區(qū)分它們時，對于基于單一調(diào)制 單元302的陀螺儀感測電路300而言就會出現(xiàn)難題。
[0058] 然而，在一些實施例中，除了感興趣的主機的旋轉(zhuǎn)以外，陀螺儀202還會進一步耦 合旋轉(zhuǎn)擾動。當主機是車輛時，這種旋轉(zhuǎn)擾動可以由內(nèi)部車輛振動或陀螺儀封裝的寄生振 動引起。具體地，旋轉(zhuǎn)擾動受陀螺儀202調(diào)制，以產(chǎn)生陀螺儀擾動信號，其具有相對于特征 頻率的對稱擾動頻率。
[0059] 圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的耦合到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)中的輸入的第二示 例性頻譜圖520。除了感興趣的旋轉(zhuǎn)以外，經(jīng)由與科里奧利力相關(guān)聯(lián)的電容變化還并入了對 于陀螺儀器件202的旋轉(zhuǎn)擾動。這個旋轉(zhuǎn)擾動具有擾動頻率f KD，其通常位于中間頻率范圍 (例如l-5kHz)內(nèi)。在許多實施例中，擾動頻率fKD小于陀螺儀202的特征頻率f Q。
[0060] 圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于陀螺儀感測電路中的陀螺儀輸出信 號和參考信號中的信號分量的第二示例性頻譜圖540。類似地，將陀螺儀202的旋轉(zhuǎn)擾動 調(diào)制為兩個陀螺儀擾動信號，它們相對于特征頻率對稱。這兩個陀螺儀擾動信號的兩個 陀螺儀擾動頻率分別為fcrf DK和fo+f：*。這兩個陀螺儀擾動信號和兩個陀螺儀感測信號構(gòu) 成了從陀螺儀202接收的陀螺儀輸出信號中的信號分量。陀螺儀擾動信號相比于陀螺儀感 測信號距離特征頻率f〇更遠，因為旋轉(zhuǎn)擾動通常具有比感興趣的旋轉(zhuǎn)自身的頻率更高的頻 率。
[0061] 鑒于這些信號分量，特別將參考信號的參考頻率4選擇為相比于與兩個陀螺儀感 測頻率- Ω和4+Ω的接近程度而言，更接近于兩個陀螺儀擾動頻率和中 的任意一個。具體地，可以將參考頻率fK選擇為小于特征頻率&，因此相比于與陀螺儀感 測頻率Ω的接近程度而言，更接近于陀螺儀擾動頻率。要不然，參考頻率&可以 選擇為大于特征頻率f〇,因此相比于與陀螺儀感測頻率f〇+Ω的接近程度而言，更接近于陀 螺儀擾動頻率fo+f：*。
[0062] 然而，參考頻率需要足夠遠離陀螺儀202的峰值頻率，以避免在這個峰值頻 率處的與陀螺儀的本征振動模式相關(guān)聯(lián)的不希望有的放大。另一方面，這個參考頻率&距 離陀螺儀擾動頻率之一不會遠到以至于來自擾動信號的響應會受影響。
[0063] 圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性頻譜圖560,其表明用以將兩個 陀螺儀擾動信號之一與兩個陀螺儀感測信號分離的機制。兩個陀螺儀擾動信號和兩個 陀螺儀感測信號被相對于參考信號f K轉(zhuǎn)換，并且在電子混頻器306中改變?yōu)榕c它們的 原始頻率不同的頻率。結(jié)果，兩個陀螺儀擾動信號的經(jīng)調(diào)制的頻率分別為|f K-(fcrfKD) 和| fK-沁+fJ |，而兩個陀螺儀感測信號的經(jīng)調(diào)制的頻率分別為| fK- (&- Ω ) |和 ^-(?^+Ω) |。使用絕對值，因為在一些實施例中，參考頻率fK小于陀螺儀擾動頻率 中的任一者或陀螺儀感測頻率fo± Ω中的任一者。
[0064] 在這個實施例中，參考頻率fK大于陀螺儀擾動頻率與陀螺儀感測頻率 Ω?？梢詫⑼勇輧x擾動信號和兩個陀螺儀感測信號的經(jīng)調(diào)制的頻率分別簡單地表示為 (fcTfro)和 (fci+fro)、(fci _ Ω )和 (f(i+ Ω )。
[0065] 將低通濾波器308的截止頻率L控制在經(jīng)調(diào)制的陀螺儀擾動頻率（即 fK-(fcrf KD) I和|fK-(f〇+fKD) I)中的較小頻率與經(jīng)調(diào)制的陀螺儀感測頻率（即|?·Κ-(?·〇-Ω) 和14-(4+0)1)中的較小頻率之間。保持或以增益Gu放大一個陀螺儀擾動信號的電平， 相反，抑制另一陀螺儀擾動信號和兩個陀螺儀感測信號。在基于混頻和低通濾波的這種調(diào) 制后，分離出陀螺儀輸出信號中的一個陀螺儀擾動信號，峰值檢測器304可以進一步確定 這個分離出的陀螺儀擾動信號是否超過閾值電平V TH。
[0066] 本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，當陀螺儀擾動信號在頻譜上相對遠離陀螺儀感測信號時， 優(yōu)選地應用陀螺儀感測電路300。在擾動頻率f KD與旋轉(zhuǎn)頻率Ω之間的差需要足夠大，以便 可以將截止頻率控制成它們之間的量值。因此，在圖5C中，當擾動頻率f KD實質(zhì)上接近 于感測頻率Ω時，基于一個調(diào)制單元302的調(diào)制方法是不適用的。基于是否可以設計低通 濾波器308的截止頻率以區(qū)分相應的經(jīng)調(diào)制的頻率，來確定震動頻率與另一個頻率的實 質(zhì)接近程度。具體地，在與圖5C相關(guān)的一個實施例中，當經(jīng)調(diào)制的陀螺儀擾動頻 與經(jīng)調(diào)制的陀螺儀感測頻率Ω非常接近，以至于可能不易于設計低通濾波器308來 區(qū)分它們時，對于基于單一調(diào)制單元302的陀螺儀感測電路300而言就會出現(xiàn)難題。
[0067] 在某些實施例中，震動信號也可以與陀螺儀擾動信號共存，可以應用類似的調(diào)制 方法以僅僅分離出震動信號或者分離出震動信號和一個陀螺儀擾動信號。
[0068] 但在圖5C中當震動頻率fSK實質(zhì)上接近于一個陀螺儀擾動頻率時，并且當 必須區(qū)分震動信號與陀螺儀擾動信號時，基于一個調(diào)制單元302的調(diào)制方法就不適用了。 在此情況下，基于一個調(diào)制單元302的陀螺儀感測電路300會不能輸出正確的震動標記。盡 管陀螺儀擾動信號是旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)200和主機可接受的，但陀螺儀擾動頻率f^+f^會非常 接近震動頻率f SK，以至于陀螺儀感測電路300將陀螺儀擾動信號認為是震動信號，并發(fā)出 錯誤的震動標記。
[0069] 在與圖4A-4C和圖5A-5C相關(guān)的多個實施例中，可以在單一參考頻率匕處選擇參 考信號，但與陀螺儀感測信號、陀螺儀擾動信號和震動信號相關(guān)的每一個其他信號可以與 相應的頻率帶寬相關(guān)聯(lián)。不管它們的帶寬如何，陀螺儀感測信號和震動信號都可以簡單地 表示為在它們相應的中心頻率附近。在這些附圖中，沒有以按與這些信號的實際量值成比 例的方式呈現(xiàn)相應的箭頭線的高度。
[0070] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的基于差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路的 示例性方框圖600。陀螺儀感測電路600包括兩個解調(diào)單元602A和602B，其分別以兩個參 考信號f K1和fK2解調(diào)陀螺儀輸出信號，按需要補償陀螺儀輸出信號的量值并對陀螺儀輸出 信號進行頻帶限制。具體地，兩個參考信號相對于特征頻率對稱，從而可以分別表示為 經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號由減法器604進一步差分組合。峰值檢測器 606進一步檢測組合輸出信號的量值是否超過閾值電平VTH，并產(chǎn)生相應的震動標記，以警 告主機異常震動或者擾動情形是否出現(xiàn)。
[0071] 當震動信號的震動頻率fSK接近于陀螺儀感測信號或陀螺儀擾動信號的任何頻率 時，這個差分解調(diào)方法適用于解決上述的非差分解調(diào)方案中的難題。這個方法利用陀螺儀 感測信號和陀螺儀擾動信號的對稱特性。這些對稱信號一旦由對稱的參考信號解調(diào)，就可 以借助減法器604中的差分組合而基本上彼此抵消。結(jié)果，可以以對耦合到陀螺儀輸出信 號中的振動感測或擾動信號增強的抗擾度來檢測震動信號。
[0072] 圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的耦合到旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)中的輸入的第三示 例性頻譜圖720。除了感興趣的陀螺儀202的旋轉(zhuǎn)以外，旋轉(zhuǎn)擾動和震動都可以包含在陀 螺儀輸出信號中。在多個實施例中，旋轉(zhuǎn)擾動的擾動頻率4可以位于中間頻率范圍內(nèi)，例 如l-5kHz，而震動的震動頻率f SK可以具有更高的頻率。陀螺儀202的特征頻率4可以位 于擾動頻率fKD與震動頻率f SK之間。
[0073] 圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于陀螺儀感測電路中的兩個參考信號 和陀螺儀輸出信號中的信號分量的示例性頻譜圖740。感興趣的陀螺儀202的旋轉(zhuǎn)被基于 科里奧利力而耦合，并被調(diào)制為兩個陀螺儀感測信號，它們相對于特征頻率對稱。類似 地，將對陀螺儀202的旋轉(zhuǎn)擾動也調(diào)制為兩個陀螺儀擾動信號，它們相對于特征頻率&對 稱。這兩個陀螺儀擾動信號和兩個陀螺儀感測信號構(gòu)成提供給旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)200的陀螺儀 輸出信號中的信號分量。在一些實施例中，相比于陀螺儀感測信號，陀螺儀擾動信號可以更 遠離特征頻率f(!。
[0074] 除了陀螺儀感測和擾動信號以外，陀螺儀輸出信號進一步包括震動信號，其具有 震動頻率f SK。這個震動信號不由陀螺儀202調(diào)制，并且直接包含在陀螺儀輸出信號中。因 此，震動信號相對于特征頻率不對稱。
[0075] 鑒于這些信號分量，施加兩個參考信號以解調(diào)陀螺儀感測電路600中的陀螺儀輸 出信號。由第一解調(diào)單元602A使用的第一參考信號具有第一參考頻率f K1，其比特征頻率 &大Λ fK，由第二解調(diào)單元602B使用的第二參考信號具有第二參考頻率fK2，其比特征頻率 &小。結(jié)果，除了震動信號以外，參考信號、陀螺儀感測信號和陀螺儀擾動信號相對于 特征頻率對稱。
[0076] 將第一參考信號的第一參考頻率fK1選擇為相比于與陀螺儀感測頻率&+Ω的 接近程度而言，更接近震動信號和陀螺儀擾動頻率f^+f?，因此相比于與陀螺儀感測頻率 fcr Ω的接近程度而言，第二參考頻率fK2更接近陀螺儀擾動頻率fcrfDK。由于在陀螺儀202 的峰值頻率處的不希望有的本征振動模式，參考頻率f K1和fK2需要足夠遠離陀螺儀202 的峰值頻率&，同時又不會遠到以至于對來自震動信號的陀螺儀擾動信號的響應有影響。
[0077] 圖7C示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的示例性頻譜圖760,其表明用以將震動信 號與陀螺儀感測和擾動信號分離的差分解調(diào)機制。由于它們相對于特征頻率f〇對稱，由第 一和第二解調(diào)單元602A和602B兩者將兩個陀螺儀感測信號解調(diào)為在相同頻率Λ fK± Ω 處的兩個感測信號，除了這兩個經(jīng)解調(diào)的感測信號的位置在兩個相應解調(diào)的頻譜760中相 反。類似地，將兩個陀螺儀擾動信號解調(diào)為在相同頻率Λ 處的兩個擾動信號， 兩個經(jīng)解調(diào)的陀螺儀擾動信號的位置在兩個相應解調(diào)的頻譜760中也相反。與陀螺儀感測 和擾動信號相反，震動信號相對于特征頻率fo不對稱，在與兩個相應解調(diào)相關(guān)的頻譜760 中，經(jīng)解調(diào)的震動信號分別以兩個不同頻率Ifo+Afff^l和IL+Afff^l為中心。
[0078] 盡管經(jīng)解調(diào)的感測或擾動信號的相應的兩個頻率匹配，但其幅度不必如此，因為 具有特征頻率和峰值頻率的陀螺儀202對相對于特征頻率&對稱的信號可以具有不 同的濾波效果。根據(jù)一些實施例，在第一和第二解調(diào)單元602A和602B中補償經(jīng)解調(diào)的陀 螺儀輸出信號，以便中和陀螺儀202的濾波效果。在一個實施例中，這種補償主要通過調(diào)整 用于在第一和第二解調(diào)單元602A和602B中濾波的增益和Gm來獲得。在另一個實施 例中，還調(diào)整第一和第二參考信號的相位和以補償陀螺儀202的濾波效果?；谶@ 種補償，經(jīng)解調(diào)的擾動信號的幅度彼此匹配并且可以通過減法抵消，在一些實施例中，經(jīng)解 調(diào)的感測信號的幅度也是這種情況。
[0079] 用于第一和第二解調(diào)單元602Α和602Β中的濾波的截止頻率^^和^^相等。由 于減法器604中的差分組合，相對較易于控制截止頻率fV P1和4Ρ2。在某些實施例中，經(jīng)解 調(diào)的擾動信號和經(jīng)解調(diào)的感測信號都被匹配，所以僅需將截止頻率fV P1和fVP2控制在兩個 經(jīng)調(diào)制的震動信號的不同頻率
[0080] | 4+Λ fK-fSK|和I 4+Λ fK-fSK|之間。在從第一經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號中減去第 二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號時，經(jīng)調(diào)制的陀螺儀擾動信號和經(jīng)調(diào)制的陀螺儀感測信號彼此 自動抵消。
[0081] 在一個實施例中，經(jīng)解調(diào)的擾動信號的幅度被匹配，而經(jīng)解調(diào)的感測信號的幅度 未被匹配。需要將截止頻率和fm更好地控制在經(jīng)解調(diào)的感測信號的頻率以下，以便可 以借助濾波來抑制未補償?shù)母袦y信號。但與將截止頻率和--ρ 2控制在震動信號與經(jīng)解 調(diào)的擾動信號之間相比，以這個方式更易于控制截止頻率和fm。
[0082] 基于兩個差分解調(diào)，分離了陀螺儀輸出信號中的一個震動信號，峰值檢測器304 可以進一步確定這個分離出的震動信號是否超過閾值電平V TH。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，陀螺 儀感測電路600有效地解決了當震動信號的頻率接近于一個陀螺儀擾動信號的頻率和/或 一個陀螺儀感測信號的頻率時的問題。
[0083] 在與圖7A-7C相關(guān)的多個實施例中，可以在兩個特定參考頻率fK1和f K2處選擇參 考信號，但與陀螺儀感測信號和震動信號相關(guān)的每一個其他信號可以與相應的頻率帶寬相 關(guān)聯(lián)。不管它們的帶寬如何，陀螺儀感測信號和震動信號都可以簡單地表示為在它們相應 的中心頻率附近。類似于圖4A-4C和圖5A-5C，沒有以按與這些信號的實際量值成比例的方 式呈現(xiàn)圖7A-7C中的相應的箭頭線的高度。
[0084] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的基于差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路的 另一個示例性方框圖800。作為陀螺儀感測電路600的實施例，解調(diào)單元602A或602B都包 括彼此耦合的電子混頻器和低通濾波器。解調(diào)單元602A或602B中的電子混頻器802A和 802B將陀螺儀輸出信號與兩個參考信號混頻，兩個參考信號分別采用兩個不同的參考頻率 (f Q+ Λ fK和fQ- Λ fK)和兩個不同的相位（φ幻和φ幻）。相應的低通濾波器804A和804B基 于兩個不同的增益和Gm但兩個一致的截止頻率和fV P2進一步對相應的混頻陀螺 儀輸出信號進行濾波。兩個一致的截止頻率^^和fm等于一個單一頻率f">。在本發(fā)明的 多個實施例中，調(diào)整參考信號的相位Φμ和Φμ和/或濾波器的增益和Gm以補償陀螺 儀202對頻率高于或低于特征頻率&的陀螺儀感測信號和擾動信號所具有的潛在的不同 濾波效果。
[0085] 在減法器604中差分組合兩個經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號，以便從第一經(jīng)解調(diào)的陀 螺儀輸出信號中減去第二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號，以產(chǎn)生組合的陀螺儀輸出信號。由于 補償，兩個經(jīng)解調(diào)的陀螺儀擾動信號在兩個經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號中彼此抵消，在一些 實施例中，兩個經(jīng)解調(diào)的陀螺儀感測信號也是這種情況。經(jīng)解調(diào)的震動信號包括在組合陀 螺儀輸出信號中，且有效地與陀螺儀感測或擾動信號分離。
[0086] 隨后的峰值檢測器606包括采樣電路806和比較器808。采樣電路806對從減法 器604接收的組合陀螺儀輸出信號進行采樣。比較器808將所采樣的信號與閾值電平V TH 相比較，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生震動標記。
[0087] 圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于標記旋轉(zhuǎn)感測系統(tǒng)所受到的擾動或 震動的方法的示例性流程圖900。圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明中多個實施例的用于標記旋轉(zhuǎn)感 測系統(tǒng)所受到的震動的方法的另一個示例性流程圖950。方法900和950分別基于非差分 解調(diào)方案和差分解調(diào)方案。
[0088] 標記震動或擾動的方法900在步驟902以從陀螺儀接收陀螺儀輸出信號開始。除 了與感興趣的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的陀螺儀感測信號以外，陀螺儀輸出信號還包括震動信號或陀 螺儀擾動信號。
[0089] 為了分離震動信號或陀螺儀擾動信號，在步驟904處使用具有參考頻率的參考 信號解調(diào)這個陀螺儀輸出信號。在解調(diào)過程中，陀螺儀輸出信號與參考信號混頻，并被根據(jù) 截止頻率進一步限制頻帶。因此將包括在陀螺儀輸出信號中的震動信號或陀螺儀擾動 信號與感興趣的陀螺儀感測信號一起解調(diào)。在一個實施例中，存在震動信號，但不包括陀螺 儀擾動信號，所以將截止頻率f^p設定在經(jīng)解調(diào)的震動信號與經(jīng)解調(diào)的陀螺儀感測信號的 頻率之間。在另一個實施例中，陀螺儀擾動信號包括在陀螺儀輸出信號中，而不包含震動信 號，所以將截止頻率fVp設定在經(jīng)解調(diào)的陀螺儀感測信號與擾動信號的相應的較低頻率之 間。在某些實施例中，除了陀螺儀感測信號以外，陀螺儀擾動信號和震動信號都包括在陀螺 儀輸出信號中，將截止頻率設定在經(jīng)解調(diào)的震動信號的頻率與經(jīng)解調(diào)的陀螺儀擾動信 號的較低頻率之間，或者在經(jīng)解調(diào)的陀螺儀感測信號與擾動信號的相應的較低頻率之間。 結(jié)果，保持了經(jīng)解調(diào)的震動信號或一個經(jīng)解調(diào)的陀螺儀擾動信號，同時抑制了經(jīng)解調(diào)的陀 螺儀輸出信號中的其他信號分量。
[0090] 在步驟906處，確定經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號是否超過閾值VTH。將震動標記發(fā)送 到旋轉(zhuǎn)感測電路的主機以確認存在震動或擾動以及與感興趣的旋轉(zhuǎn)信息有關(guān)的陀螺儀感 測信號受損。
[0091] 標記震動或擾動的方法950也在步驟952處以從陀螺儀接收陀螺儀輸出信號開 始。除了與感興趣的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的陀螺儀感測信號以外，陀螺儀輸出信號還包括震動信 號，并可以進一步還包含陀螺儀擾動信號。陀螺儀感測和擾動信號相對于陀螺儀的特征頻 率&對稱，而震動信號不是如此。
[0092] 在步驟954處，使用具有第一參考頻率fK1的第一參考信號來解調(diào)這個陀螺儀輸出 信號。在步驟956處，還使用具有第二參考頻率f K2的第二參考信號來解調(diào)陀螺儀輸出信 號。在任何一個解調(diào)過程中，陀螺儀輸出信號與第一或第二參考信號混頻，并且被根據(jù)截止 頻率fV P1或fVP2進一步限制頻帶。將第一和第二參考信號選擇為相對于特征頻率對稱。 調(diào)整第一和第二參考信號的相位和/或頻帶限制的增益，以補償陀螺儀具有的對不同陀螺 儀感測信號或不同陀螺儀擾動信號的不同濾波影響。在這種補償后，經(jīng)解調(diào)的陀螺儀感測 信號具有一致的量值，如果最初包含了經(jīng)解調(diào)的陀螺儀擾動信號，它們的情況也是如此。
[0093] 在步驟958處，將來自步驟954的第一經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號與來自步驟956 的第二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出信號差分組合。在一些實施例中，基本上抵消了相對于特征頻 率f〇對稱的陀螺儀感測信號，如果在陀螺儀輸出信號中包含了陀螺儀擾動信號，它們的情 況也是如此。結(jié)果，組合的陀螺儀輸出信號包括經(jīng)解調(diào)的震動信號，其從而與陀螺儀感測信 號和/或擾動信號分離。
[0094] 在步驟960處，確定組合的陀螺儀輸出信號是否超過閾值VTH。將震動標記發(fā)送到 旋轉(zhuǎn)感測電路的主機以確認存在震動或擾動以及與感興趣的旋轉(zhuǎn)信息有關(guān)的陀螺儀感測 信號受損。
[0095] 基于非差分解調(diào)的方法900包括單一解調(diào)步驟，但在震動信號接近于陀螺儀感測 信號或陀螺儀擾動信號時難以應用。相反，方法950包括兩個互補的解調(diào)步驟，并且可以應 用于方法900難以處理的以上困難情形中。
[0096] 本發(fā)明容許多種修改和可替換的形式，在附圖中顯示并在本文中詳細說明了其特 定實例。但應理解，本發(fā)明不限于所公開的特定形式，相反，本發(fā)明旨在覆蓋屬于所附權(quán)利 要求書范圍內(nèi)的所有修改、等價物和可替換形式。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于差分解調(diào)方案的陀螺儀感測電路，包括： 第一解調(diào)單元，其被耦合以從陀螺儀接收陀螺儀輸出信號，所述第一解調(diào)單元使用第 一參考信號將所述陀螺儀輸出信號解調(diào)為第一經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出，所述陀螺儀輸出信號 包括震動信號和與感興趣的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的多個陀螺儀感測信號； 第二解調(diào)單元，其被耦合以接收所述陀螺儀輸出信號，所述第二解調(diào)單元使用第二參 考信號將所述陀螺儀輸出信號解調(diào)為第二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出，所述第一參考信號和所述 第二參考信號相對于陀螺儀的特征頻率對稱； 減法器，其被耦合到所述第一解調(diào)單元和所述第二解調(diào)單元，所述減法器對所述第一 經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出和所述第二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出進行差分組合，以分離所述震動信 號，其中所述震動信號相對于所述特征頻率不對稱；以及 峰值檢測器，其被耦合到所述減法器，所述峰值檢測器確定組合的陀螺儀輸出是否超 過閾值電平，并產(chǎn)生震動標記，以警告主機異常震動或者擾動情形是否出現(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺儀感測電路，其中，所述多個陀螺儀感測信號相對于所 述特征頻率對稱，并且受到所述減法器中的所述差分組合處理的抑制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺儀感測電路，其中，所述陀螺儀輸出信號進一步包括多 個陀螺儀擾動信號，所述多個陀螺儀擾動信號與對所述陀螺儀的機械性能的擾動有關(guān)，并 且因而相對于所述特征頻率對稱，所述多個陀螺儀擾動信號也受到所述減法器中的所述差 分組合處理的抑制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陀螺儀感測電路，其中，所述震動信號在頻譜中實質(zhì)上接近 于所述多個陀螺儀擾動信號和所述多個陀螺儀感測信號中的至少一個信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陀螺儀感測電路，其中，所述震動信號、所述多個陀螺儀感測 信號和所述多個陀螺儀擾動信號中的至少一個信號與頻帶寬度相關(guān)聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺儀感測電路，其中，所述第一參考信號和所述第二參考 信號分別與第一相位和第二相位相關(guān)聯(lián)，并且將所述第一相位和所述第二相位配置為中和 所述陀螺儀所具有的對相對于所述特征頻率對稱的信號的不同的濾波效果。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺儀感測電路，其中，將所述第一參考信號和所述第二參 考信號的至少其中之一的頻率選擇為：相比于與所述多個陀螺儀感測信號中的每一個陀螺 儀感測信號所具有的相應頻率的接近程度而言，更接近于所述震動信號的頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺儀感測電路，其中，所述第一解調(diào)單元進一步包括： 第一電子混頻器，其組合所述第一參考信號與所述陀螺儀輸出信號，并相對于所述參 考信號的第一參考頻率改變所述陀螺儀輸出信號的頻譜內(nèi)容；以及 第一低通濾波器，其耦合到所述第一電子混頻器，所述第一低通濾波器采用第一濾波 器增益和第一截止頻率，所述第一濾波器增益和所述第一截止頻率被配置為允許所述第一 低通濾波器以不同的方式處理所述多個陀螺儀感測信號和所述震動信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的陀螺儀感測電路，其中，所述第二解調(diào)單元進一步包括： 第二電子混頻器，其組合所述第二參考信號與所述陀螺儀輸出信號，并相對于所述參 考信號的第二參考頻率改變所述陀螺儀輸出信號的頻譜內(nèi)容；以及 第二低通濾波器，其耦合到所述第二電子混頻器，所述第二低通濾波器采用第二濾波 器增益和第二截止頻率，所述第二濾波器增益和所述第二截止頻率被配置為允許所述第二 低通濾波器以不同的方式處理所述多個陀螺儀感測信號和所述震動信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的陀螺儀感測電路，其中，所述第一增益和所述第二增益被配 置為中和陀螺儀所具有的對相對于所述特征頻率對稱的信號的不同濾波效果。
11. 一種標記陀螺儀的輸出中的震動的方法，包括以下步驟： 從所述陀螺儀接收陀螺儀輸出信號，所述陀螺儀輸出信號包括震動信號和與感興趣的 旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的多個陀螺儀感測信號； 使用第一參考信號將所述陀螺儀輸出信號解調(diào)為第一經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出； 使用第二參考信號將所述陀螺儀輸出信號解調(diào)為第二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出，所述第一 參考信號和所述第二參考信號相對于陀螺儀的特征頻率對稱； 差分組合所述第一經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出和所述第二經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出，以分離所述 震動信號，其中所述震動信號相對于所述特征頻率不對稱；以及 確定組合的陀螺儀輸出是否超過閾值電平。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述陀螺儀輸出信號進一步包括多個陀螺儀 擾動信號，所述多個陀螺儀擾動信號與對所述陀螺儀的機械性能的擾動有關(guān)，并且因而相 對于所述特征頻率對稱，所述多個陀螺儀擾動信號也受到所述減法器中的所述差分組合處 理的抑制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述震動信號在頻譜中實質(zhì)上接近于所述多 個陀螺儀擾動信號和所述多個陀螺儀感測信號中的至少一個信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一參考信號和所述第二參考信號分別 與第一相位和第二相位相關(guān)聯(lián)，并且將所述第一相位和所述第二相位配置為中和所述陀螺 儀所具有的對相對于所述特征頻率對稱的信號的不同的濾波效果。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，將所述第一參考信號和所述第二參考信號的 至少其中之一的頻率選擇為：相比于與所述多個陀螺儀感測信號中的每一個陀螺儀感測信 號所具有的相應頻率的接近程度而言，更接近于所述震動信號的頻率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，兩個解調(diào)步驟中的任何一個都包括：將所述陀 螺儀輸出信號與相應的參考信號混頻的第一子步驟；以及以相應的濾波器增益對經(jīng)混頻的 陀螺儀輸出信號進行加權(quán)濾波的第二子步驟。
17. -種陀螺儀感測電路，包括： 解調(diào)單元，其被耦合以從陀螺儀接收陀螺儀輸出信號，所述陀螺儀輸出信號包括陀螺 儀感測信號以及震動信號和多個陀螺儀擾動信號的至少其中之一，所述解調(diào)單元使用參考 信號將所述陀螺儀輸出信號解調(diào)為經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出，以便保持所述震動信號和所述多 個陀螺儀擾動信號的至少其中之一，同時抑制與感興趣的旋轉(zhuǎn)速率有關(guān)的所述陀螺儀感測 信號；以及 峰值檢測器，其耦合到所述解調(diào)單元，所述峰值檢測器確定所述經(jīng)解調(diào)的陀螺儀輸出 是否超過閾值電平，并產(chǎn)生震動標記，以警告主機異常震動或者擾動情形是否出現(xiàn)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陀螺儀感測電路，其中，所述解調(diào)單元進一步包括： 電子混頻器，其組合所述參考信號與所述陀螺儀輸出信號，并相對于所述參考信號的 參考頻率改變所述陀螺儀輸出信號的頻譜內(nèi)容；以及 低通濾波器，其耦合到所述電子混頻器，所述低通濾波器采用濾波器增益和截止頻率， 所述濾波器增益和所述截止頻率被配置為允許所述低通濾波器以不同的方式處理所述陀 螺儀感測信號以及所述震動信號和所述多個陀螺儀擾動信號的至少其中之一。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陀螺儀感測電路，其中，所述陀螺儀感測信號的頻率與所 述陀螺儀的特征頻率以及使用陀螺儀檢測的旋轉(zhuǎn)速率的頻率相關(guān)聯(lián)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陀螺儀感測電路，其中，將所述參考信號的頻率選擇為：相 比于所述陀螺儀感測信號的第二頻率，更接近于所述震動信號和所述多個陀螺儀擾動信號 的至少其中之一的第一頻率，并且此外，所述參考信號的頻率需要足夠遠離所述陀螺儀的 峰值頻率。
【文檔編號】G01C19/5776GK104121899SQ201410171539
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】M·福利蒂, C·羅薩迪尼 申請人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司