MEMS微機(jī)械陀螺是用于測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的器件,精度是一個(gè)重要參數(shù)。MEMS陀螺由敏感元器件和接口電路組成,其中,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度對(duì)接口電路輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的精度有著直接的影響。在高精度轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)要求下,過(guò)采樣delta-sigma技術(shù)是目前較好的設(shè)計(jì)選擇。在此背景下,本論文針對(duì)MEMS陀螺數(shù)字化接口電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器展開(kāi)研究,設(shè)計(jì)了一款適用于MEMS陀螺接口電路中的16位sigma-delta數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本論文首先從MEMS陀螺單質(zhì)量塊的動(dòng)力學(xué)方程的角度出發(fā),對(duì)其工作原理進(jìn)行了闡述。接著深入分析了sigma-delta DAC的工作原理,并完成了各子模塊的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和電路級(jí)設(shè)計(jì)。sigma-delta DAC主要由插值濾波器、sigma-delta數(shù)字調(diào)制器以及模擬重構(gòu)級(jí)組成。插值濾波器通過(guò)三級(jí)級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn):半帶濾波器—1/4帶低通濾波器—采樣保持電路,共實(shí)現(xiàn)了128倍的插值功能,在10k Hz的信號(hào)帶寬下,信噪比可達(dá)到102.3d B。sigma-delta數(shù)字調(diào)制器采用3階4位量化的CIFB結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),系數(shù)采用CSD編碼方式實(shí)現(xiàn),經(jīng)仿真,數(shù)字調(diào)制器的信噪比為d B.1093,有效位... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

MEMS數(shù)字陀螺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[5]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文-3-1.2.2MEMS陀螺國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1991年，美國(guó)CharlesStarkDraper實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出了第一代雙框架式硅微機(jī)械陀螺儀，開(kāi)啟了微機(jī)械陀螺的新篇章，由于可批量的制造在硅單晶片上，被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，驅(qū)動(dòng)電極通過(guò)靜電力來(lái)驅(qū)動(dòng)外框架，當(dāng)z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的科里奧利力將作用在質(zhì)量塊上，質(zhì)量塊電容極板間的變化即為角速度的變化。測(cè)試結(jié)果顯示，在Hz1帶寬下，檢測(cè)的角速度為s/4[6]。圖1-2美國(guó)Draper實(shí)驗(yàn)室的雙框式微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)圖[6]2016年，德國(guó)RobertBoschGmbH公司報(bào)道了一款用于汽車(chē)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的三軸陀螺儀，芯片示意圖如圖1-3所示。該陀螺芯片的ASIC電路采用0.13μmCMOS工藝完成，將力反饋架構(gòu)和機(jī)電正交耦合消除原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低失調(diào)漂移的性能要求，并在正交通道中引入正弦音，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自檢測(cè)，提高了陀螺對(duì)環(huán)境的魯棒性。當(dāng)溫度范圍在-40-140℃之間變化時(shí)，在沒(méi)有任何溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，工作帶寬為80Hz，失調(diào)漂移小于±0.1o/s，零偏穩(wěn)定性1.2o/hr，噪聲密度為0.004oHz/s/[7]。圖1-3三軸陀螺儀芯片示意圖[7]國(guó)內(nèi)微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)始于70年代，與國(guó)外設(shè)計(jì)和制造微機(jī)械陀螺儀成熟的工藝相比，起步較晚。然而在國(guó)家這30年的大力支持下，真空包裝技術(shù)、陀

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文-3-1.2.2MEMS陀螺國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1991年，美國(guó)CharlesStarkDraper實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出了第一代雙框架式硅微機(jī)械陀螺儀，開(kāi)啟了微機(jī)械陀螺的新篇章，由于可批量的制造在硅單晶片上，被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，驅(qū)動(dòng)電極通過(guò)靜電力來(lái)驅(qū)動(dòng)外框架，當(dāng)z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的科里奧利力將作用在質(zhì)量塊上，質(zhì)量塊電容極板間的變化即為角速度的變化。測(cè)試結(jié)果顯示，在Hz1帶寬下，檢測(cè)的角速度為s/4[6]。圖1-2美國(guó)Draper實(shí)驗(yàn)室的雙框式微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)圖[6]2016年，德國(guó)RobertBoschGmbH公司報(bào)道了一款用于汽車(chē)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的三軸陀螺儀，芯片示意圖如圖1-3所示。該陀螺芯片的ASIC電路采用0.13μmCMOS工藝完成，將力反饋架構(gòu)和機(jī)電正交耦合消除原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低失調(diào)漂移的性能要求，并在正交通道中引入正弦音，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自檢測(cè)，提高了陀螺對(duì)環(huán)境的魯棒性。當(dāng)溫度范圍在-40-140℃之間變化時(shí)，在沒(méi)有任何溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，工作帶寬為80Hz，失調(diào)漂移小于±0.1o/s，零偏穩(wěn)定性1.2o/hr，噪聲密度為0.004oHz/s/[7]。圖1-3三軸陀螺儀芯片示意圖[7]國(guó)內(nèi)微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)始于70年代，與國(guó)外設(shè)計(jì)和制造微機(jī)械陀螺儀成熟的工藝相比，起步較晚。然而在國(guó)家這30年的大力支持下，真空包裝技術(shù)、陀

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于抽取濾波器多相分解的多速率采樣模塊設(shè)計(jì)[J]. 卜祥元,方金輝,范星宇,王珂.  北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(02)
[2]大氣下工作的微機(jī)械陀螺的設(shè)計(jì)及其噪聲特性[J]. 陳永,焦繼偉,王惠泉,金仲和,張穎,熊斌,李昕欣,王躍林.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2005(01)

博士論文
[1]用于高精度電容式微機(jī)械加速度計(jì)的低通∑△數(shù)模轉(zhuǎn)換器研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 陳雅雅.浙江大學(xué) 2018

碩士論文
[1]硅陀螺用16位500KHz數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)[D]. 施敏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]用于24比特音頻DAC的單環(huán)單比特Σ-Δ調(diào)制器的設(shè)計(jì)與FPGA實(shí)現(xiàn)[D]. 李笑笑.上海交通大學(xué) 2010
[3]改善DAC線性特性的方法研究[D]. 馮之因.上海交通大學(xué) 2010



本文編號(hào)：2951329