DE-102019209172-B4 - DIGITALE AUSLÖSCHUNG VON DURCH TAKTSCHWANKUNGEN INDUZIERTEM RAUSCHEN

Abstract

System zur Verarbeitung von Signalen von einem Gyroskop (102), umfassend: mindestens einen Antriebskanal (104), ausgelegt zum Empfangen einer Ausgabe einer Antriebsachse (110) des Gyroskops (102), wobei der mindestens eine Antriebskanal (104) Folgendes beinhaltet: einen Antriebskanal-Analog-Digital-Wandler (ADW) (112), der ein Antriebssignal von dem Antriebskanal (104) empfängt und ein digitalisiertes Antriebssignal ausgibt; einen Antriebskanal-Phasenrichtig-Demodulator (114), der das digitalisierte Antriebssignal empfängt und ein phasenrichtiges demoduliertes Antriebssignal erzeugt; mindestens ein Antriebskanalfilter (118), das das phasenrichtige demodulierte Antriebssignal empfängt und ein gefiltertes phasenrichtiges demoduliertes Antriebssignal ausgibt; und eine Phasenregelschleife (PLL); einen Erfassungskanal (106), ausgelegt zum Empfangen einer Ausgabe einer Erfassungsachse (108) des Gyroskops (102), wobei der Erfassungskanal (106) Folgendes beinhaltet: einen Erfassungskanal-ADW (124), der ein analoges Ratensignal von dem Erfassungskanal (106) empfängt und ein digitalisiertes Ratensignal ausgibt; und einen digitalen Signalprozessor (125), der Folgendes beinhaltet: einen Erfassungskanal-Phasenrichtig-Demodulator (126), der das digitalisierte Ratensignal empfängt und ein phasenrichtiges demoduliertes Ratensignal erzeugt; einen Erfassungskanal-Quadraturphasig-Demodulator (128), der das digitalisierte Ratensignal empfängt und ein quadraturphasiges demoduliertes Ratensignal erzeugt; ein erstes Erfassungskanalfilter (130), das das phasenrichtige demodulierte Ratensignal empfängt und ein gefiltertes phasenrichtiges demoduliertes Ratensignal ausgibt; und ein zweites Erfassungskanalfilter (132), das das quadraturphasige demodulierte Ratensignal empfängt und ein gefiltertes quadraturphasiges demoduliertes Ratensignal ausgibt; und eine digitale Subtraktionsschaltung (134), die das gefilterte phasenrichtige demodulierte Antriebssignal von dem gefilterten phasenrichtigen demodulierten Ratensignal subtrahiert, um ein Erfassungsachsenausgangssignal zu erzeugen.

Inventors

• Thomas Mayer
• Chinwuba Ezekwe

Assignees

• ROBERT BOSCH GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20190625

Priority Date

20190123

Claims (12)

1. System zur Verarbeitung von Signalen von einem Gyroskop (102), umfassend: mindestens einen Antriebskanal (104), ausgelegt zum Empfangen einer Ausgabe einer Antriebsachse (110) des Gyroskops (102), wobei der mindestens eine Antriebskanal (104) Folgendes beinhaltet: einen Antriebskanal-Analog-Digital-Wandler (ADW) (112), der ein Antriebssignal von dem Antriebskanal (104) empfängt und ein digitalisiertes Antriebssignal ausgibt; einen Antriebskanal-Phasenrichtig-Demodulator (114), der das digitalisierte Antriebssignal empfängt und ein phasenrichtiges demoduliertes Antriebssignal erzeugt; mindestens ein Antriebskanalfilter (118), das das phasenrichtige demodulierte Antriebssignal empfängt und ein gefiltertes phasenrichtiges demoduliertes Antriebssignal ausgibt; und eine Phasenregelschleife (PLL); einen Erfassungskanal (106), ausgelegt zum Empfangen einer Ausgabe einer Erfassungsachse (108) des Gyroskops (102), wobei der Erfassungskanal (106) Folgendes beinhaltet: einen Erfassungskanal-ADW (124), der ein analoges Ratensignal von dem Erfassungskanal (106) empfängt und ein digitalisiertes Ratensignal ausgibt; und einen digitalen Signalprozessor (125), der Folgendes beinhaltet: einen Erfassungskanal-Phasenrichtig-Demodulator (126), der das digitalisierte Ratensignal empfängt und ein phasenrichtiges demoduliertes Ratensignal erzeugt; einen Erfassungskanal-Quadraturphasig-Demodulator (128), der das digitalisierte Ratensignal empfängt und ein quadraturphasiges demoduliertes Ratensignal erzeugt; ein erstes Erfassungskanalfilter (130), das das phasenrichtige demodulierte Ratensignal empfängt und ein gefiltertes phasenrichtiges demoduliertes Ratensignal ausgibt; und ein zweites Erfassungskanalfilter (132), das das quadraturphasige demodulierte Ratensignal empfängt und ein gefiltertes quadraturphasiges demoduliertes Ratensignal ausgibt; und eine digitale Subtraktionsschaltung (134), die das gefilterte phasenrichtige demodulierte Antriebssignal von dem gefilterten phasenrichtigen demodulierten Ratensignal subtrahiert, um ein Erfassungsachsenausgangssignal zu erzeugen.
2. System nach Anspruch 1 , wobei der Erfassungskanal-ADW (124) und der Antriebskanal-ADW (112) als Delta-Sigma-Modulatoren realisiert sind.
3. System nach Anspruch 1 , wobei das mindestens eine Antriebskanalfilter (118), das erste Erfassungskanalfilter (130) und das zweite Erfassungskanalfilter (132) durch Dezimierungsfilter realisiert sind.
4. System nach Anspruch 1 , wobei die PLL eine PLL-Steuerung (120) und einen Amplitudenregler (122) beinhaltet, und wobei die PLL-Steuerung (120) das gefilterte phasenrichtige demodulierte Antriebssignal empfängt und ein Taktsteuersignal ausgibt.
5. System nach Anspruch 4 , wobei der Antriebskanal (104) ferner einen Antriebskanal-Quadraturphasig-Demodulator (116) umfasst, der das digitalisierte Antriebssignal empfängt und ein quadraturphasiges demoduliertes Antriebssignal erzeugt.
6. System nach Anspruch 5 , wobei der Amplitudenregler (122) das quadraturphasige demodulierte Antriebssignal empfängt und das Antriebssignal an die Antriebsachse (110) ausgibt.
7. System nach Anspruch 1 , wobei das gefilterte phasenrichtige demodulierte Antriebssignal in einer Multipliziererschaltung (131) mit einem Skalierungsfaktor multipliziert wird, bevor es der digitalen Subtraktionsschaltung (134) zugeführt wird, wobei der Skalierungsfaktor von dem quadraturphasigen demodulierten Ratensignal abhängt.
8. System nach Anspruch 1 , wobei der Antriebskanal-Phasenrichtig-Demodulator (114) und das mindestens eine Antriebskanalfilter (118) durch die PLL implementiert sind.
9. System nach Anspruch 1 , wobei der Antriebskanal-Phasenrichtig-Demodulator (114) und das mindestens eine Antriebskanalfilter (118) durch den digitalen Signalprozessor (125) oder einen weiteren digitalen Signalprozessor (119) implementiert sind.
10. System zur Verarbeitung von Signalen von einem Gyroskop (102), umfassend: mindestens einen Antriebskanal (104), ausgelegt zum Empfangen einer Ausgabe einer Antriebsachse (110) des Gyroskops (102), wobei der mindestens eine Antriebskanal (104) Folgendes beinhaltet: einen Antriebskanal-Analog-Digital-Wandler (ADW) (112), der ein Antriebssignal von dem Antriebskanal (104) empfängt und ein digitalisiertes Antriebssignal ausgibt; und eine Phasenregelschleife (PLL), die das digitalisierte Antriebssignal von dem Antriebskanal-ADW (112) empfängt; und einen Erfassungskanal (106), ausgelegt zum Empfangen einer Ausgabe einer Erfassungsachse (108) des Gyroskops (102), wobei der Erfassungskanal (106) Folgendes beinhaltet: einen Erfassungskanal-ADW (124), der ein analoges Ratensignal von dem Erfassungskanal (106) empfängt und ein digitalisiertes Ratensignal ausgibt; und einen digitalen Signalprozessor (125), ausgelegt zum Empfangen des digitalisierten Ratensignals von dem Erfassungskanal-ADW (124) und des digitalisierten Antriebssignals von dem Antriebskanal-ADW (112) und Subtrahieren einer phasenrichtigen Komponente des digitalisierten Antriebssignals von einer phasenrichtigen Komponente des digitalisierten Ratensignals, um ein Erfassungsachsenausgangssignal zu erzeugen.
11. System nach Anspruch 10 , wobei die PLL eine PLL-Steuerung (120) und einen Amplitudenregler (122) beinhaltet, und wobei die PLL-Steuerung das digitalisierte Antriebssignal von dem Antriebskanal-ADW (112) empfängt und ein Taktsteuersignal ausgibt.
12. System nach Anspruch 11 , wobei der Amplitudenregler (122) das digitalisierte Antriebssignal von dem Antriebskanal-ADW (112) empfängt und das Antriebssignal an die Antriebsachse (110) ausgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein gyroskopische Sensoren und insbesondere Schaltungen zur Fehlerkorrektur in einem Ausgangssignal von einem gyroskopischen Sensor. ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Gyroskope werden häufig zur Erfassung einer Rotation oder einer Lage eines Objekts entlang einer oder mehrerer Rotationsachsen verwendet. Gyroskope werden zum Beispiel seit langem in Seeschiffen, Flugzeugen und Raumfahrzeugen zum Identifizieren einer Rotation des Fahrzeugs und zur Verwendung in Stabilitätskontrollsystemen verwendet. In jüngerer Zeit wurden Gyroskope in mikroelektromechanische Vorrichtungen bzw. MEMS-Vorrichtungen aufgenommen. Während klassische Gyroskope um eine Achse herum rotieren, beinhalten MEMS-Gyroskope typischerweise vibrierende Elemente, die unter Verwendung von photolithographischen Prozessen in einer integrierten Schaltung ausgebildet werden, die dafür geeignet ist, auf einer Leiterplatte oder mit anderen elektronischen Komponenten montiert zu werden. Wenn die MEMS-Vorrichtung um eine Achse herum rotiert, tendiert die Schwingungsebene des vibrierenden Elements dazu, konstant zu bleiben und ein moduliertes elektrisches Signal von dem MEMS-Sensor entspricht der Lage der Halterung für die MEMS-Vorrichtung um die Achse herum. Manche MEMS-Vorrichtungen beinhalten mehrere vibrierende Gyroskopelemente, die Erfassen einer Rotation entlang von mehreren Achsen in einem dreidimensionalen Raum ermöglichen. Für die weitere Ausweitung von Gyroskopen in anspruchsvollere UE-Anwendungen kann eine Bewegung zu kleineren Verarbeitungsknoten für die ASIC-Implementation und eine Verschiebung zu stärker digitalzentrierten Designs beobachtet werden. Ein effizienter Weg zum Implementieren der Verschiebung zu stärker digital besteht darin, die Signale, die von dem Gyroskop kommen, gleich am Anfang zu digitalisieren. Die Ausgabe eines Vibrations-MEMS-Gyroskops weist zwei Hauptsignalkomponenten auf. Das erwünschte sogenannte Ratensignal und das sogenannte Quadratursignal. Das letztere ist ein unerwünschtes Fehlersignal, das dieselbe Frequenz aber eine 90°-Phasenverschiebung gegenüber dem Ratensignal aufweist. Dieses Quadratursignal kann um einige Faktoren größer als das volle Ratensignal sein, das von dem System gemessen werden soll. Da das Quadratursignal dieselbe Frequenz wie das Ratensignal aufweist, wird das Abtasten des Quadratursignals das Nahbereichsphasenrauschen des Oszillators in das Signalband falten und daher die Rauscheigenschaften des Systems herabsetzen. Je größer die Quadratur ist, umso größer ist der Rauschnachteil. Aufgrund der großen Quadratursignale von heutigen MEMS-Gyroskopen erfordert das direkte Abtasten der Gyroskopausgabe ein Taktsignal mit sehr geringen Taktschwankungen, um Rauschfaltung der Schwankungen bei Anwesenheit eines großen Quadratursignals zu vermeiden. Die Druckschrift US 2015 / 0 057 959 A1 beschreibt ein System und Verfahren für Nullpunktverschiebungsabdriftminderung bei einem Gyroskop durch Demodulationsphasenfehlerkorrektur. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN 1 stellt eine erste Ausführungsform einer Schaltung zum Auslöschen von durch Taktschwankungen induziertem Rauschen in einem Digitalgyroskop dar.2 stellt eine zweite Ausführungsform einer Schaltung zum Auslöschen von durch Taktschwankungen induziertem Rauschen in einem Digitalgyroskop dar.3 stellt eine dritte Ausführungsform einer Schaltung zum Auslöschen von durch Taktschwankungen induziertem Rauschen in einem Digitalgyroskop dar. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG Zum Zweck der Förderung eines Verständnisses der Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird nun auf die in den Zeichnungen veranschaulichten und in der folgenden schriftlichen Spezifikation beschriebenen Ausführungsformen Bezug genommen. Es versteht sich, dass dadurch keine Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt wird. Es versteht sich weiterhin, dass die vorliegende Erfindung jegliche Abwandlungen und Modifikationen an den veranschaulichten Ausführungsformen beinhaltet und weitere Anwendungen der Prinzipien der Erfindung beinhaltet, wie sie einem Durchschnittsfachmann des technischen Gebiets, zu welchem diese Erfindung gehört, normalerweise in den Sinn kommen würden. So wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff phasenrichtiges Signal auf ein Signal von einem Sensor, wie etwa einem Gyroskopsensor, das Informationen von dem Sensor führt, die einer Eigenschaft entsprechen, die der Sensor während des Betriebs misst. Beispielsweise ist das phasenrichtige Signal von einem Vibrationsgyroskop ein moduliertes Signal, das einer Bewegung eines vibrierenden Elements in dem Gyroskopsensor entspricht. So wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff Quadratursignal auf ein anderes Signal von dem Sensor, das eine Quadraturphase (90° Phasenversatz) gegenüber dem phasenrichtigen Signal aufweist. Das Quadratursignal wird auch als ein Quadraturfehlersignal bezeichnet. Idealerweise ist das phasenrichtige Signal vollständig v