【摘要】：最近幾年有關(guān)微機電(MEMS)技術(shù)的更新與研究的速度正在突飛猛進�，F(xiàn)如今的MEMS陀螺擁有諸多優(yōu)點例如具有高工作精度并且越來越集成化和高速化等。因MEMS陀螺擁有如此多優(yōu)勢,從MEMS陀螺最開始被人們研發(fā)成功以來,這種系統(tǒng)就引起社會熱烈關(guān)注。在這種研發(fā)熱潮與極高的關(guān)注度下,在未來的時間里MEMS陀螺將會越來越被人們所熟知和應用。伴隨著微機電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,對微機電系統(tǒng)的探索與設(shè)計工作也在逐漸深入,這使得與MEMS數(shù)字陀螺相關(guān)的接口電路與傳感電路的研究也變得尤為重要。本文設(shè)計的頻率合成器結(jié)構(gòu)主要運用于數(shù)字陀螺,采用鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的設(shè)計首先從傳統(tǒng)頻率合成器各部分結(jié)構(gòu)的工作原理入手進而對性能較好的結(jié)構(gòu)進行深入研究與設(shè)計。在本文設(shè)計系統(tǒng)中既有模擬又有數(shù)字部分。而在陀螺傳感器的電路設(shè)計中,模擬電路占據(jù)重要位置。針對MEMS陀螺接口電路的設(shè)計,頻率合成器將在這部分電路中產(chǎn)生關(guān)鍵作用。但是目前各種系統(tǒng)應用中對MEMS陀螺的工作性能要求越來越高,模擬電路由于電路設(shè)計復雜調(diào)試困難等問題使其很難滿足設(shè)計要求。而數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合不僅兼顧兩種電路的優(yōu)點還可以更好地滿足系統(tǒng)各項設(shè)計要求。這種設(shè)計理念將顯著提高系統(tǒng)工作性能。本文電路設(shè)計主要基于無死區(qū)效應的鑒頻鑒相器、電流舵電荷泵、二階無源環(huán)路濾波器、五級延遲壓控振蕩器和多級雙模可編程分頻器結(jié)構(gòu)。通過運用這些結(jié)構(gòu)使頻率合成器產(chǎn)生的精確的輸出頻率信號。降低了噪聲干擾及電路中其他不利因素的影響。在參數(shù)設(shè)計與MOS管級電路設(shè)計完成后,對系統(tǒng)進行版圖繪制。電路設(shè)計在Cadence Spectre平臺下進行而版圖設(shè)計則使用Cadence Virtuoso。系統(tǒng)設(shè)計基于上華0.5um CMOS N阱工藝。系統(tǒng)工作于5V電源電壓并且在輸入4KHz至20KHz方波信號時輸出頻率信號可達1MHz至10MHz。經(jīng)過仿真相位噪聲在10KHz頻偏處為-145d Bc/Hz。經(jīng)仿真驗證,運用于MEMS數(shù)字陀螺的頻率合成器設(shè)計滿足要求。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN74
【圖文】：

于寬頻帶要求的系統(tǒng)。與此同時，該種設(shè)計在微電子工藝中很難集成并且具有較高的相位抖動和相位噪聲，產(chǎn)生的信號也不穩(wěn)定。圖1-1 直接式頻率合成器結(jié)構(gòu)圖這圖1-1結(jié)構(gòu)不繁瑣便于實現(xiàn)的優(yōu)點外還有轉(zhuǎn)換時間小、周期增量小的優(yōu)點。盡管具有這幾種優(yōu)點，但是它的輸出頻率范圍十分窄小不適用于寬頻帶要求的系統(tǒng)。與此同時，該種設(shè)計在微電子工藝中很難集成并且具有較高的相位抖動和相位噪聲，產(chǎn)生的信號也不穩(wěn)定。因此，該結(jié)構(gòu)已經(jīng)慢慢被采用另外兩種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)所代替[9-10]。目前以鎖相環(huán)理論為主的頻率合成器在各個領(lǐng)域的應用與研發(fā)技術(shù)中使用概率最大。運用這種設(shè)計理論的電路結(jié)構(gòu)主要是通過反饋回路進行參考方波與反饋方波之間的信號鎖定并最終得到需要的具有一定頻率值的方波。直接數(shù)字頻率合成(DDS) 技術(shù)是一種基于相位量化的頻率合成技術(shù)

路組成[24-26]。這種結(jié)構(gòu)的電路系統(tǒng)框圖如下圖 2-1 所示。在傳統(tǒng)的基本鎖中鑒

本文編號：2755787