微機械陀螺自激驅(qū)動電路研究.pdf

1、微機械陀螺是近十年快速發(fā)展起來的一種新型慣性器件,其敏感結(jié)構(gòu)和接口電路都主要由MEMS和微電子工藝制作而成,具有體積小,成本低,便于大批量生產(chǎn)等特點,在工業(yè)生產(chǎn)、汽車工業(yè)以及軍事應(yīng)用等方面有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。論文在分析微機械陀螺的靜電驅(qū)動和驅(qū)動模態(tài)動力學特性的基礎(chǔ)上,對其驅(qū)動方式進行了研究,對外加交流電壓驅(qū)動電路和自激驅(qū)動電路分別進行了電路原理設(shè)計、前仿真、版圖設(shè)計和后仿真。首先,根據(jù)微機械陀螺的動力學方程,建立了其驅(qū)動模態(tài)的電學

2、模型。通過對驅(qū)動模態(tài)電學模型進行交流小信號分析,得到驅(qū)動振動速度幅度隨輸入驅(qū)動力的頻率響應(yīng),最大值對應(yīng)的頻率點就是驅(qū)動的固有頻率,與理論計算的固有頻率是一致的；利用瞬態(tài)分析法對驅(qū)動電學模型進行電路模擬,可以看到阻尼力系數(shù)越小,維持振動的時間就越長；驅(qū)動振動需要一定的時間達到穩(wěn)定,阻尼力系數(shù)越大,振動達到穩(wěn)定所需要的時間越短。然后,對外加交流電壓和自激驅(qū)動這兩種驅(qū)動方式進行了研究,重點對自激驅(qū)動原理進行了分析,確定了自激驅(qū)動電路的實現(xiàn)方法

3、,并用理想器件搭建了電路模型,通過Hspice仿真,驗證了其可行性。最后,進行了電路設(shè)計,對各個模塊仿真驗證,并結(jié)合微機械陀螺的驅(qū)動模態(tài)電學模型對自激驅(qū)動電路進行了Hspice模擬,驗證了其功能；可以看到驅(qū)動信號頻率為驅(qū)動模態(tài)的固有頻率,大小為2.755kHz,得到的反饋驅(qū)動電壓幅度為1.2V,頻率穩(wěn)定度為0.029%,幅值穩(wěn)定度為0.047%,滿足了微機械陀螺敏感結(jié)構(gòu)對驅(qū)動電壓的要求。最終實現(xiàn)了自激振蕩驅(qū)動的功能,為陀螺器件實現(xiàn)角速度