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ENC-03陀螺仪外围电路设计

ENC-03陀螺仪外围电路设计

湖南大学刘少雄liusxcn@https://www.wendangku.net/doc/898369214.html,

ENC-03陀螺仪简介

陀螺仪是用来测量运载体的角运动的惯性器件,其输出量是相对惯性空间的角速度(秦永元, 2006)。其中,惯性空间是指在该空间中的运动符合牛顿定律。若忽略地球自转的影响,可以认为陀螺仪的输出是运载体相对与地球表面运动的角速度。

ENC-03是一种MEMS(Microelectromechanical Systems,微机电系统)传感器,具有体积小、重量轻的特点,但其精度远不能与飞机、导弹导航系统所使用的陀螺仪相比较。

典型应用电路分析

ENC-03陀螺仪数据手册给出的典型应用电路如下图所示。

The Hiph-pass Filter’s Cut-off frequency in this circuit is approx. 0.3Hz.

The Low-pass Filter’s Cut-off frequency in this circuit is approx. 1kHz.

图 1

在电路中,使用了一个高通滤波器和一个低通滤波器对输出信号进行处理。数据手册的应用说明指出:

(1)为了减小温漂带来的影响,应当使用一个高通滤波器去除输出的直流分量。

(2)为了降低在30-33kHz的噪声(传感器的谐振频率),需要使用一个截止频率比传感器响应频率(50Hz)更高的低通滤波器。

根据手册可以知道陀螺仪的测量输出(Out 引脚)是在约1.35V 的直流电压上叠加了和角速度成比例的电压。从典型应用电路上可以进行简单分析。不考虑低通滤波器(即去除Low Pass Filter 中的电容以及通过Vref 引脚到地的电容)。

设运放输入电压分别为in V +和in V ?,输出电压为out V ,Vref 引脚输出电压为

ref V 。Out 引脚输出信号通过高通滤波器后输入到运放:

in ref V V V +

=+? 其中V ?是Out 引脚输出电压的变化量。

根据运放“虚短”:

in in V V +?≈

根据运放“虚断”:

1()09010in ref out ref V V V V k k k ???+=?

+

??

综合以上,可以得出:

10()

10out ref in ref ref V V V V V V

+=+?+?=

可以推断参考电压输出(Vref 引脚)电压应为约1.35V 的直流(数据手册上并没有说明),并成为了运放输出电压的直流部分。而Out 引脚的电压变化量被放大了10倍后叠加在了运放上。 典型应用电路的缺陷

当运载体保持恒定的角速度时(如匀速旋转),使用典型应用电路会导致输出恒定的约1.35V 电压,原因是在此状况下陀螺仪输出电压out V 为直流(但不是1.35V ),而正确的输出被高通滤波器滤除了。

为避免以上问题的发生,应当去除电路中的高通滤波器(即去除High Pass Filter 中的电阻,并短路其中的电容)。带来的负面效果是最终运放的输出会受到温漂的影响。可以考虑经A/D 采样后,由软件对采样数据进行处理来消除温漂(例如用软件实现一个截止频率非常低的高通滤波器)。 引用

秦永元. 2006. 惯性导航. 北京 : 科学出版社, 2006.

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