發(fā)布時間：2021-10-08 07:57

　　隨著現(xiàn)代電子信息工業(yè)的蓬勃發(fā)展,微慣性測量單元作為導航技術的關鍵部件,在民用、工業(yè)和軍工上有著越來越重要的價值與意義。微慣性測量單元中微加速度計與微陀螺需要不同的供電電壓,對這些電源電壓進行統(tǒng)一管理可減小芯片面積、提高器件性能。本文通過電壓轉換和穩(wěn)壓原理的分析,設計了微慣性測量單元的接口電路中的方波驅動電路所需的低壓升高壓的電源管理電路,包含升壓電路和穩(wěn)壓電路兩個部分。在微慣性測量單元的電源管理電路中,采用單端奇數(shù)級環(huán)形振蕩器減小了升壓電路的面積,利用施密特觸發(fā)器和反相不交疊時鐘轉換電路將振蕩信號整形并轉換為反向時鐘信號為后級的電荷泵提供泵壓控制信號,實現(xiàn)了5V泵壓到26V的功能。選取電壓轉換電路中的低壓差線性穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓電路部分的主體結構,輸入級采用NMOS差分對提升匹配性,而電阻反饋網(wǎng)絡與經(jīng)過補償?shù)膸痘鶞屎侠泶钆鋵崿F(xiàn)了20V的輸出,通過功率管的大尺寸設計達到了低壓差線性穩(wěn)壓器線性穩(wěn)壓在20V附近的功能,采用MOS管分壓結構得到了10V、12V、15V三種電壓,采用RC串聯(lián)濾波電路對輸出進行噪聲優(yōu)化,改善了微慣性測量單元中電源管理電路輸出端噪聲性能。電路仿真中采用5V作為輸入電壓... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

微慣性測量單元結構圖[42]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-9-參考系轉換可以算出測量單元所處空間位置；在傳感器的放置上，需要盡可能避免安裝誤差，須將三軸加速度計的測量軸線平行于同一維度內的陀螺測量軸線[42]。圖2-2捷聯(lián)慣導系統(tǒng)工作原理圖[43]圖2-2所代表的慣性導航系統(tǒng)為捷聯(lián)慣導系統(tǒng)，其主體結構是由微加速度計、微陀螺儀等慣性傳感器及其信號處理電路、計算機和導航信息顯示裝置等構成。微慣性測量單元與載體是一體的，故所得到的加速度與角速度值皆為相對載體而言的，加速度計測得相對加速度為bibf，而陀螺儀測得相對角速度為bibω。接下來由指定算法程序利用坐標轉換的牽引關系將其轉換為對應為慣性參考系下的加速度與角加速度。最終，顯示屏上顯示載體的經(jīng)緯度、高度、姿態(tài)角、方位角和速度[43]。捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的坐標計算過程：用陀螺測得載體的絕對角速度減掉計算機算出的牽引角速度bnninCω進而得到載體的相對角速度bnbω，通過角速度實施姿態(tài)矩陣的運算。姿態(tài)矩陣可以吧bibf換算成導航坐標系的nibf，隨即得到載體的經(jīng)緯度、高度與速度，也可得出載體的縱搖角θ、橫搖角γ和方位角ψ的參數(shù)[43]。在微慣性測量單元中，微陀螺儀是一種哥氏力效應的具化應用的角速度傳感器，其中微陀螺儀需要方波驅動電路，而方波驅動電路則要有一個穩(wěn)定的高電壓作為輸入?yún)⒖蓟鶞省７讲寗与娐樊a(chǎn)生的驅動信號不僅可以驅動陀螺儀質量塊平穩(wěn)振動，也可以作為解調參考信號應用在檢波電路中[44]；而微加速度計的工作原理就是依靠結構中可移動質量塊作為敏感單元，用以感知被測體的運動狀態(tài)，其運動的物理特性反映在質量塊的位移上，由此位移足可推出被測體的加速度。傳感器中一般將懸臂結構中的中間電容板做成大質量的，這樣做的優(yōu)點在于速度改變抑?

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-39-連接MOS分壓器進行分析，給出隨“LDO模塊”的輸入變化MOS管分壓得到三種所需電壓的變化曲線，以此驗證電路的功能并且將整體電路的噪聲特性和電源抑制性能給出；然后對升壓部分進行仿真分析，從振蕩器產(chǎn)生振蕩波形到將振蕩波形整形并生成反相不交疊的時鐘信號再到控制電荷泵升壓的整個過程進行級聯(lián)順序的仿真結果呈現(xiàn)與分析；最后給出穩(wěn)壓部分的LDO與帶隙基準源的模塊特性仿真結果。4.3電路仿真結果4.3.1整體電路仿真結果首先給出體現(xiàn)微慣性測量單元中電源管理電路功能的仿真結果，升壓部分至電荷泵輸出電壓，將此電壓作為LDO的輸入經(jīng)過分壓后得到輸出所需壓值，本電路的目的是實現(xiàn)升壓和穩(wěn)壓，在電荷泵將5V電壓升到足夠后級利用的情況下實施穩(wěn)壓并利用MOS管分壓結構實現(xiàn)在泵壓26V左右時，最終輸出15V、12V和10V電壓。LDO模塊的結構如第三章中的圖3-7所示。仿真結果如圖4-2所示。圖4-2LDO輸入電壓與最終輸出電壓關系曲線上圖曲線橫坐標代表LDO的輸入電壓幅值，輸出為LDO經(jīng)過MOS管分壓器的輸出電壓幅值，其中LDO輸入從24V變化到30V，MOS管分壓器的輸出結果分別線性穩(wěn)壓在10V、12V和15V附近，在輸入26V電壓時，達到預期穩(wěn)壓的目標。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3423745