轉(zhuǎn)子式微陀螺ASIC接口檢測電路設(shè)計.pdf

1、隨著慣性器件的發(fā)展，陀螺儀在各個領(lǐng)域尤其是軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域里扮演了越來越重要的角色，因此也驅(qū)動了各個科研機構(gòu)對陀螺儀的研發(fā)改進和性能的完善以滿足陀螺儀對不同環(huán)境的適應(yīng)性。哈工大MEMS中心提出了一種新型的球碟轉(zhuǎn)子式陀螺結(jié)構(gòu)，其基本原理是通過對差分電容隨外界變化而變化的檢測從而確定角速度等物理量，檢測電路的性能決定最終輸出結(jié)果的精度，所以檢測電路對于整個系統(tǒng)的重要性不言而喻。
　　本論文首先對陀螺系統(tǒng)的原理進行綜述，詳細介紹檢測電

2、路的工作原理，重點對整體系統(tǒng)進行模塊劃分，深入了解球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺驅(qū)動電路和檢測電路各個模塊的工作原理與設(shè)計要求，具體完成球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺檢測電路的各個功能模塊的設(shè)計。檢測電路包括正弦發(fā)生器，高頻調(diào)制器，開關(guān)相敏解調(diào)電路，具有放大功能的有源低通濾波器，無源低通濾波器等。具體設(shè)計思路為通過高頻載波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻載波對陀螺進行驅(qū)動，經(jīng)過電荷放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后對信號二級放大防止噪聲對信號的影響。輸出信號經(jīng)過反相比例放大器反相得到差分

3、信號，利用開關(guān)相敏解調(diào)器對信號進行解調(diào)，然后對解調(diào)出的信號進行低通濾波濾除噪聲和高頻載波得到輸出電位。根據(jù)指標(biāo)要求對電路基本結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，電路基本結(jié)構(gòu)確定后利用Candence仿真軟件對電路結(jié)構(gòu)的參數(shù)指標(biāo)進行驗證，綜合電路的各個指標(biāo)要求實現(xiàn)各個模塊的基本功能。通過系統(tǒng)整體信號輸出和性能指標(biāo)要求可以得到檢測電路的電容分辨率。對輸出信號進行線性擬合并對數(shù)據(jù)進行處理可以得到刻度因數(shù)和非線性因數(shù)。對輸出高頻載波進行傅立葉頻譜分析得到諧波失真相關(guān)

4、指標(biāo)。對不同溫度下電路的刻度因數(shù)的分析得到溫度系數(shù)。對各個模塊進行優(yōu)化處理并基于0.35μm CMOS工藝完成系統(tǒng)整體的版圖繪制，并對系統(tǒng)整體進行后仿驗證分析和完善。
　　通過對電路的設(shè)計和完善，最終設(shè)計出的高頻載波發(fā)生器的頻率為200kHz，起振時間為8.77ms，振幅為7.36V，諧波失真為-110dB，高增益多級運算放大器的增益為115.29dB，相位裕度為80.93°，帶寬為3.3MHz，電容相對分辨率為4.5×10-9p