This work analyses circuit phase delay for carrier-modulation MEMS capacitive gyroscopes. The temperature-dependent circuit phase delay is a major source of gyroscope output drift, which deteriorates the gyroscope bias instability (BI) and angle random walk (ARW). Effects of both drive-mode and sense-mode circuit phase delay on gyroscope performance when using different signal extraction architectures are analyzed in detail. The online suppression method which combines the so-called modified double sideband (MDSB) extraction architecture in the gyroscope drive mode and closed-loop force-rebalance loop in the sense mode can eliminate the impact of residual fluctuation error of circuit phase delay in real time. When drive-mode circuit phase delay equivalently varies from −20 to 20, using MDSB decreases the fluctuation of the open-loop zero-rate output (ZRO) by 70% compared to using double sideband (DSB) and by 99.7% with respect to using single sideband (SSB). Meanwhile, improvement for the closed-loop ZRO using MDSB is 92.48% and 94% compared to cases using DSB and SSB, respectively. Furthermore, when the equivalent circuit phase delay of the sense-mode alters from −20 to 20, ZRO variation for the gyroscope with force rebalanced sense loop and quadrature stiffness nulling loop decreases by 80% in contrast to the case with open loop, which demonstrates the effectiveness of online suppression for circuit phase delay of both the drive-mode and sense-mode. Using the online suppression method, the gyroscope has achieved a BI of 0.16 h⁻¹ and ARW of 0.011 (√h)⁻¹. Furthermore, using the MDSB in the drive mode obtains the best stability compared to using the DSB and SSB as the temperature changes.

这项工作分析了载波调制 MEMS 电容陀螺仪的电路相位延迟。与温度相关的电路相位延迟是陀螺仪输出漂移的主要来源，它会恶化陀螺仪偏置不稳定性 (BI) 和角度随机游动 (ARW)。详细分析了使用不同信号提取架构时驱动模式和感应模式电路相位延迟对陀螺仪性能的影响。陀螺驱动模式下的所谓修正双边带(MDSB)提取架构和感测模式下的闭环力-再平衡回路相结合的在线抑制方法，可以实时消除电路相位延迟的残余波动误差的影响. 当驱动模式电路相位延迟等效地从 -20 变化到 20 时，与使用双边带 (DSB) 相比，使用 MDSB 将开环零速率输出 (ZRO) 的波动降低了 70%，与使用单边带 (SSB) 相比，降低了 99.7%。同时，与使用 DSB 和 SSB 的情况相比，使用 MDSB 的闭环 ZRO 的改进分别为 92.48% 和 94%。此外，当感测模式的等效电路相位延迟从 -20 变为 20 时，与开环情况相比，具有力重新平衡感测回路和正交刚度归零回路的陀螺仪的 ZRO 变化减少了 80%，这表明在线抑制驱动模式和检测模式电路相位延迟的有效性。使用在线抑制方法，陀螺仪实现了 0.16 h 的 BI 7% 使用单边带 (SSB)。同时，与使用 DSB 和 SSB 的情况相比，使用 MDSB 的闭环 ZRO 的改进分别为 92.48% 和 94%。此外，当感测模式的等效电路相位延迟从 -20 变为 20 时，与开环情况相比，具有力重新平衡感测回路和正交刚度归零回路的陀螺仪的 ZRO 变化减少了 80%，这表明在线抑制驱动模式和检测模式电路相位延迟的有效性。使用在线抑制方法，陀螺仪实现了 0.16 h 的 BI 7% 使用单边带 (SSB)。同时，与使用 DSB 和 SSB 的情况相比，使用 MDSB 的闭环 ZRO 的改进分别为 92.48% 和 94%。此外，当感测模式的等效电路相位延迟从 -20 变为 20 时，与开环情况相比，具有力重新平衡感测回路和正交刚度归零回路的陀螺仪的 ZRO 变化减少了 80%，这表明在线抑制驱动模式和检测模式电路相位延迟的有效性。使用在线抑制方法，陀螺仪实现了 0.16 h 的 BI 当感测模式的等效电路相位延迟从-20变为20时，与开环情况相比，具有力重新平衡感测回路和正交刚度归零回路的陀螺仪的ZRO变化减少了80％，这证明了有效性驱动模式和检测模式电路相位延迟的在线抑制。使用在线抑制方法，陀螺仪实现了 0.16 h 的 BI 当感测模式的等效电路相位延迟从-20变为20时，与开环情况相比，具有力重新平衡感测回路和正交刚度归零回路的陀螺仪的ZRO变化减少了80％，这证明了有效性驱动模式和检测模式电路相位延迟的在线抑制。使用在线抑制方法，陀螺仪实现了 0.16 h 的 BI⁻¹和 ARW 为 0.011 (√h) ⁻¹。此外，与使用 DSB 和 SSB 相比，在驱动模式下使用 MDSB 在温度变化时可获得最佳稳定性。