本文關(guān)鍵詞：低諧波失真多位ΣΔ加速度計(jì)接口電路設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 電容式加速度計(jì) ΣΔ調(diào)制器 低諧波失真 多位量化

【摘要】：目前開(kāi)關(guān)電容式微機(jī)械加速度計(jì)在國(guó)內(nèi)外具有很高的研究?jī)r(jià)值,具有眾多優(yōu)點(diǎn)的電容式加速度計(jì)在軍事和民用領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。加速度計(jì)采用ΣΔ調(diào)制器模塊可以直接得到數(shù)字輸出信號(hào),由于諧波失真對(duì)系統(tǒng)信噪比影響很大,低諧波失真的加速度計(jì)能提高系統(tǒng)精度,多位量化技術(shù)能降低量化誤差,減小量化噪聲,所以本文從降低諧波失真和采用多位量化技術(shù)兩方面出發(fā),對(duì)ΣΔ電容式加速度計(jì)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文在調(diào)研了加速度計(jì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)后,對(duì)加速度計(jì)系統(tǒng)及其各模塊的工作原理進(jìn)行了分析。然后以機(jī)械噪聲和接口電路噪聲為加速度計(jì)系統(tǒng)主要噪聲對(duì)電路噪聲進(jìn)行定量分析,并定量分析了電路中導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生諧波失真的非線性來(lái)源。加速度計(jì)表頭選擇真空封裝,明顯改善機(jī)械噪聲。接口電路噪聲受開(kāi)關(guān)電阻、運(yùn)放和參考電壓源影響較大,為減小運(yùn)放噪聲可以在設(shè)計(jì)運(yùn)放時(shí)增加輸入管跨導(dǎo);在前級(jí)檢測(cè)電路中加入CDS技術(shù)能對(duì)電路的1/f噪聲和失調(diào)進(jìn)行降低。對(duì)于系統(tǒng)非線性,優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)提高環(huán)路增益能有效降低非線性。本文設(shè)計(jì)的加速度計(jì)結(jié)構(gòu)采用具有局部負(fù)反饋的前饋結(jié)構(gòu),提高了低頻增益和線性度,系統(tǒng)中加入前置相位補(bǔ)償器彌補(bǔ)由高品質(zhì)因子的敏感結(jié)構(gòu)和高階系統(tǒng)引起的較大相移,保證系統(tǒng)穩(wěn)定。用MATLAB對(duì)敏感結(jié)構(gòu)與調(diào)制器構(gòu)成的四階加速度系統(tǒng)進(jìn)行了建模,對(duì)多位量化、單位量化和考慮失配等情況進(jìn)行仿真,通過(guò)功率譜密度有系統(tǒng)基底噪聲約為-155dB,信噪比為128.9dB,有效位數(shù)為21.11bits。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)建模優(yōu)化得到各參數(shù)后,在0.35μm CMOS工藝下,對(duì)各電路進(jìn)行晶體管級(jí)設(shè)計(jì),考慮到多位DAC中存在失配問(wèn)題,利用Modelsim工具進(jìn)行了數(shù)據(jù)加權(quán)平均技術(shù)算法的設(shè)計(jì)。最后在Cadence SpectreVerilog環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)整體的數(shù)模仿真。系統(tǒng)輸出信噪比為104.3dB,有效位數(shù)為17bits,輸出信號(hào)噪聲小于-135dBV/Hz1/2,噪聲密度約為178ng/Hz1/2,諧波失真小于-110dB。最后對(duì)模擬電路進(jìn)行版圖繪制,將模擬電路版圖和DWA模塊的數(shù)字版圖合并成整體版圖并實(shí)現(xiàn)了后仿,系統(tǒng)輸出信噪比為102.6dB,有效位數(shù)為16bits,諧波失真小于-110dB。
【關(guān)鍵詞】：電容式加速度計(jì) ΣΔ調(diào)制器 低諧波失真 多位量化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN722.75
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題背景與意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外加速度計(jì)研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外接口電路研究現(xiàn)狀外15-18
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 ΣΔ 電容式加速度計(jì)工作原理20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 敏感結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.3 前端信號(hào)檢測(cè)原理21-23
• 2.4 ΣΔ 電容式加速度計(jì)工作原理23-24
• 2.5 ΣΔ 調(diào)制器原理24-28
• 2.5.1 過(guò)采樣技術(shù)24-25
• 2.5.2 噪聲整形原理25-26
• 2.5.3 多位量化技術(shù)26
• 2.5.4 數(shù)據(jù)加權(quán)平均技術(shù)26-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第3章 加速度計(jì)系統(tǒng)級(jí)分析及建模29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 加速度計(jì)系統(tǒng)工作原理29
• 3.3 敏感結(jié)構(gòu)離散化分析29-32
• 3.4 系統(tǒng)噪聲分析32-36
• 3.5 系統(tǒng)非線性分析36-39
• 3.6 加速度計(jì)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)39-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 第4章 ΣΔ 微加速度計(jì)接口ASIC設(shè)計(jì)45-63
• 4.1 引言45
• 4.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)電學(xué)模型45-46
• 4.3 接口電路設(shè)計(jì)46-58
• 4.3.1 前級(jí)電荷敏感電路設(shè)計(jì)46-48
• 4.3.2 CMOS開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)48
• 4.3.3 相位補(bǔ)償器設(shè)計(jì)48-50
• 4.3.4 運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)50-53
• 4.3.5 調(diào)制器設(shè)計(jì)53-54
• 4.3.6 DWA模塊設(shè)計(jì)54-55
• 4.3.7 比較器設(shè)計(jì)55-56
• 4.3.8 時(shí)鐘控制電路設(shè)計(jì)56-58
• 4.4 加速度計(jì)系統(tǒng)仿真58-59
• 4.5 版圖設(shè)計(jì)59-62
• 4.5.1 布局布線設(shè)計(jì)60
• 4.5.2 匹配性設(shè)計(jì)60
• 4.5.3 可靠性設(shè)計(jì)60-61
• 4.5.4 整體版圖61-62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 于治會(huì),王阿春;關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定(1)[J];傳感器世界;2000年11期

2 于治會(huì),王阿春;關(guān)于加速度計(jì)參數(shù)的選定(下)[J];傳感器世界;2000年12期

3 劉宗林,吳學(xué)忠,李圣怡;叉指式微硅加速度計(jì)的參數(shù)化設(shè)計(jì)[J];微納電子技術(shù);2003年Z1期

4 曾昭君,石進(jìn)杰;一種抗大過(guò)載微型加速度計(jì)研究[J];微納電子技術(shù);2003年Z1期

5 蔣玉齊,程迎軍,許薇,張?chǎng)H,李昕欣,羅樂(lè);高量程MEMS加速度計(jì)封裝工藝研究[J];傳感器技術(shù);2005年02期

6 ;3軸MEMS加速度計(jì)建立超低功耗標(biāo)準(zhǔn)[J];電子設(shè)計(jì)技術(shù);2006年01期

7 徐夏;馬游春;翟成瑞;熊繼軍;;三維MEMS加速度計(jì)的性能測(cè)試方法與分析[J];微計(jì)算機(jī)信息;2007年05期

8 解磊;蘇偉;陳泉根;;微電容加速度計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];傳感器與微系統(tǒng);2007年11期

9 徐葉雷;方勇;;基于MEMS加速度計(jì)的車(chē)用自動(dòng)呼救系統(tǒng)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2009年06期

10 宋麗君;秦永元;;微機(jī)電加速度計(jì)的六位置標(biāo)定(英文)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2009年11期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 曹慧丹;沈昱明;賴(lài)際舟;;微硅加速度計(jì)標(biāo)定及試驗(yàn)研究[A];第六屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2）[C];2008年

2 索智群;喬?hào)|海;;力平衡模擬反饋電容加速度計(jì)的研究[A];2010’中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

3 劉惠蘭;林恒;李莉;張春熹;;光學(xué)加速度計(jì)的技術(shù)及發(fā)展[A];慣性技術(shù)發(fā)展動(dòng)能發(fā)展方向研討會(huì)論文集[C];2004年

4 劉惠蘭;林恒;李莉;張春熹;;光學(xué)加速度計(jì)的技術(shù)研究與發(fā)展[A];2004全國(guó)光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)、2005全國(guó)光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)、廣西光學(xué)學(xué)會(huì)成立20周年年會(huì)論文集[C];2005年

5 錢(qián)朋安;;一體化多維加速度計(jì)研究的若干問(wèn)題分析[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

6 宋長(zhǎng)福;嚴(yán)小軍;韓豐田;郭曉芳;馬高印;;硅微靜電懸浮加速度計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[A];微機(jī)電慣性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)——慣性技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)發(fā)展方向研討會(huì)文集[C];2011年

7 李建飛;薛兵;張俊峰;朱小毅;王曉蕾;;應(yīng)用于MEMS加速度計(jì)的小型恒溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[A];中國(guó)地震學(xué)會(huì)第14次學(xué)術(shù)大會(huì)專(zhuān)題[C];2012年

8 周澤兵;祝竺;;靜電懸浮加速度計(jì)研究[A];中國(guó)地球物理2013——第二十六專(zhuān)題論文集[C];2013年

9 薛旭;李丹東;劉國(guó)文;萬(wàn)蔡辛;張承亮;;MEMS加速度計(jì)工程樣機(jī)的研制[A];慣性技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)發(fā)展方向研討會(huì)文集——新世紀(jì)慣性技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用[C];2012年

10 張亮;陸秋海;;靜電懸浮式電容差分加速度計(jì)測(cè)量原理與動(dòng)特性設(shè)計(jì)[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 包秋紅;加速度計(jì)測(cè)試的加速者[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2004年

2 唐新培;“黑黢俠”再顯神威[N];中國(guó)航天報(bào);2012年

3 黃忠魁 付秀娟 本報(bào)記者 徐建華;“敏感精靈”助力嫦娥探月[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2014年

4 唐新培;搬走“三座山” 促成“太空吻”[N];中國(guó)航天報(bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 蔣玉齊;高量程MEMS加速度計(jì)封裝研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2004年

2 楊杰;無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)加速度計(jì)構(gòu)型研究與誤差分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

3 張習(xí)文;微小型加速度計(jì)的精密裝配及影響性能的因素研究[D];大連理工大學(xué);2013年

4 黃添添;氣隙磁力表征型磁懸浮加速度計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

5 劉志平;無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

6 李博;基于共振隧穿結(jié)構(gòu)介觀壓阻效應(yīng)的納機(jī)電加速度計(jì)研究[D];中北大學(xué);2008年

7 劉力;慣性傳感器扭擺測(cè)試中地面振動(dòng)和放電金絲的影響研究[D];華中科技大學(xué);2012年

8 王世明;基于離心機(jī)的慣性?xún)x表測(cè)試方法研究與誤差分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

9 武慶雅;旋轉(zhuǎn)彈藥的慣性導(dǎo)航與解耦控制方法研究[D];北京理工大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王世昌;基于角速率的加速度計(jì)陣列誤差系數(shù)標(biāo)定方法的研究[D];中北大學(xué);2009年

2 徐小麗;高過(guò)載條件下微型加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)分析[D];南京理工大學(xué);2009年

3 黎淵;三軸高g加速度計(jì)的測(cè)試?yán)碚撆c實(shí)驗(yàn)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

4 鮑路路;高g值加速度計(jì)及其檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

5 高宇;捷聯(lián)系統(tǒng)中加速度計(jì)信息處理技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

6 胡紅革;硅撓性伺服加速度計(jì)設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2002年

7 紀(jì)君寵;鈸式結(jié)構(gòu)加速度計(jì)的研究與設(shè)計(jì)[D];北京大學(xué);2008年

8 李永光;高精度加速度計(jì)標(biāo)定與補(bǔ)償技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 李園晴;懸絲支承加速度計(jì)溫度誤差建模及補(bǔ)償研究[D];上海交通大學(xué);2011年

10 王巍;高精度加速度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：787111