用可编程模拟电路实现MEMS陀螺仪测量系统

上升时间方程式如下：

解决方案是增加某种有源电路来稳定连接到AGND的放大器的正输入端电压。要想达到这个目的，馈入电阻底部的AGND可以用DAC代替，并在放大器的正输入端连接一个ADC。以AGND为参考的ADC可用来测量放大器输入与AGND之间的差值，如果差值是负的(放大器输入电压低于AGND)，那么DAC的输出电压将会上升；如果差值是正的，DAC的输出电压就会降低。当使用处理器时，还可以实现软件控制环路，以便显著增加系统的响应时间。

在增加ADC和DAC后，上述电路很快就变得不实用了。目前已有一些现成的器件可以用来提供实现这些电路的理想解决方案，如ADI的ADuC系列和Cypress公司的PSoC系列。采用Cypress的PSoC完成的电路实现如图5所示。

图5. 改进的启动电路。

既然上升时间问题解决了，我们可以接着进行低通滤波器的实现。要求是采用截止频率为250Hz的四极滤波器。四极滤波器极耗资源，因为它需要两个采用相同滤波器的相同通道。幸运的是，混合信号器件内部的delta-sigma (Δ-Σ) ADC通常都有内置的sinc²数字滤波器。在采用CY8C29466时，这些滤波器具有两极响应，截止频率(fc)等于采样频率的33%。因此将两极开关电容低通滤波器(LPF)与Δ-Σ ADC级联起来可以提供与四极滤波器相同的响应，这种实现方法如图6所示。

图6. 增益和滤波器实现。

最后一个还未满足的要求是陀螺仪信号需要放大100V/V倍，而可编程增益放大器(PGA)的最大增益只有48V/V。因此还需要增加一级放大器才能满足100V/V的要求，而2.1V/V或6.44dB的额外增益可以通过改变开关电容滤波器中的反馈电容值在低通滤波器中实现。增益配置同样如图6所示。

最后一步是复制这个电路，使两个通道能被交替测量。大家知道，ADC sinc²数字滤波器的截止频率取决于采样率，而采样率标准是1ksps。当每个通道采样频率为1ksps时，数字滤波器的截止频率设为330Hz，而指标要求是250Hz，这又表明了什么呢？表明了在这些应用场合，双极响应足够超出250Hz到约400Hz，因此该解决方案非常适合这种应用。

图像防抖电路的最终实现如图7所示。其中还有两部分值得提一下：在ADC前面的模拟复用器(mux)和传动控制模块。当ADC运行在单个通道上时，最高运行速度为10ksps，不过由于是复用的，因此采样率实际上要除以6。由于ADC使用两级管线式架构，因此每个通道的前两个样本没什么用，可以被丢弃。

图7. 完整的图像防抖电路。

在工作过程中，第一个通道先被采样三次，在第三次采样结束后，复用电路马上切换到第二个通道。同样，在第二个通道的第三次采样结束后，复用电路立即切换回第一个通道。另外，可以通过编程ADC时钟让输出数据速率为6ksps，这样每个通道的采样速率就是1ksps。

图7中还增加了执行器控制电路。执行器控制电路可以是：1)驱动两个马达的控制信号，或2)将抖动位移报告给图像处理器的串行通信总线。如果执行装置是马达，控制信号可以是重新定位图像传感器的脉宽调制器(PWM)。串行通信方法可能使用I2C或SPI将图像传感器偏离原始参照系的位移报告给图像处理器。图像处理器再通过改变图像处理器捕获数字照片的图像传感器面积来修正参照系的变化。