發(fā)布時(shí)間：2017-04-06 10:02

  本文關(guān)鍵詞：MEMS數(shù)字陀螺中開關(guān)電容檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：數(shù)十年來,由于微電子技術(shù)與制造工藝的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,使得IC產(chǎn)業(yè)不斷壯大。基于微機(jī)械系統(tǒng)MEMS的產(chǎn)品越來越來普遍的進(jìn)入到軍事與民用產(chǎn)品中。微機(jī)械陀螺儀作為MEMS器件中重要的分支之一,微機(jī)械陀螺儀已經(jīng)成長(zhǎng)為一種最具發(fā)展?jié)摿Φ耐勇輧x。因此,對(duì)于微機(jī)械陀螺的研究具有重要的國防價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。微機(jī)械陀螺可以分為機(jī)械部分和電學(xué)部分兩個(gè)部分構(gòu)成。機(jī)械部分是指陀螺儀的機(jī)械敏感結(jié)構(gòu),本文主要是針對(duì)電容式敏感結(jié)構(gòu)。電學(xué)部分是指陀螺接口檢測(cè)電路。陀螺接口檢測(cè)電路能夠檢測(cè)出微小電容的變化,轉(zhuǎn)化為可以被處理的電壓信號(hào),經(jīng)過后級(jí)信號(hào)處理電路,輸出和角速度同樣變化的電壓信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)角速率的檢測(cè)。本文對(duì)微機(jī)械陀螺檢測(cè)原理,檢測(cè)方式進(jìn)行了分析,建立了微機(jī)械陀螺電容敏感結(jié)構(gòu)的等效模型,并給出了開關(guān)電容檢測(cè)電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和噪聲分析。然后分模塊對(duì)整體檢測(cè)電路進(jìn)行低噪聲設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路主要包括電荷敏感放大器,次級(jí)放大器、采樣保持電路和二階低通濾波電路,并加入相關(guān)雙采樣電路來降低失調(diào)和低頻噪聲的影響。除此之外,還設(shè)計(jì)了一些輔助電路,包括前級(jí)開關(guān)電容放大電路的時(shí)鐘控制電路,兩相不交疊電路,帶隙基準(zhǔn)源電路和參考電壓產(chǎn)生電路。通過仿真可以得到帶隙基準(zhǔn)源及其參考電壓產(chǎn)生電路穩(wěn)定工作電壓范圍為4.4V-5V,輸出電壓分別為2.5V,2V和1.2V,溫度系數(shù)分別為2.14ppm/oC、1.678ppm/oC、1.477ppm/oC,對(duì)檢測(cè)電路仿真可以得到電路刻度因子為28.81m V/ff,經(jīng)補(bǔ)償后刻度因子溫度系數(shù)為86.7 ppm/oC,相對(duì)分辨率為7.76 x10-9,整體功耗為9.935m V,經(jīng)版圖后仿真,可以得到刻度因子溫度系數(shù)為88.8 ppm/oC,相對(duì)分辨率為8.96 x10-9。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)械陀螺 開關(guān)電容 相對(duì)電容分辨率 溫度系數(shù)
【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】：2015
【分類號(hào)】：TN96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 微機(jī)械陀螺的發(fā)展概述10-13
• 1.3 微機(jī)械陀螺檢測(cè)電路的發(fā)展現(xiàn)狀13-17
• 1.4 研究的目的與意義17
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 微機(jī)械陀螺系統(tǒng)分析與建模19-37
• 2.1 機(jī)械敏感單元的電容式檢測(cè)工作原理19-24
• 2.1.1 科氏效應(yīng)與科氏力19-20
• 2.1.2 微機(jī)械陀螺機(jī)械結(jié)構(gòu)分析20-21
• 2.1.3 微機(jī)械陀螺機(jī)械結(jié)構(gòu)建模與仿真21-24
• 2.2 微機(jī)械陀螺機(jī)械電容檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)分析24-25
• 2.2.1 電容檢測(cè)方式的區(qū)別24
• 2.2.2 開關(guān)電容檢測(cè)方式24-25
• 2.3 開關(guān)電容檢測(cè)電路的非理想特性25-28
• 2.3.1 溝道電荷注入效應(yīng)25-27
• 2.3.2 時(shí)鐘饋通效應(yīng)27
• 2.3.3 運(yùn)算放大器的非理想特性27-28
• 2.4 非理想特性的減少與消除28-31
• 2.4.1 開關(guān)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化28-29
• 2.4.2 相關(guān)雙采樣技術(shù)29-31
• 2.5 檢測(cè)電路噪聲分析31-36
• 2.5.1 運(yùn)算放大器噪聲32-33
• 2.5.2 開關(guān)熱噪聲與KT/C噪聲33-34
• 2.5.3 參考電壓源噪聲34-35
• 2.5.4 折疊噪聲35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 開關(guān)電容檢測(cè)電路的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)37-44
• 3.1 開關(guān)電容檢測(cè)電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-38
• 3.2 開關(guān)電容檢測(cè)電路整體電路實(shí)現(xiàn)38
• 3.3 前級(jí)開關(guān)電容放大電路38-41
• 3.4 后級(jí)信號(hào)處理電路41-43
• 3.4.1 采樣保持電路41-43
• 3.4.2 二階低通濾波43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 電路設(shè)計(jì)與仿真44-64
• 4.1 時(shí)鐘控制電路44-47
• 4.1.1 二分頻電路44-45
• 4.1.2 兩相不交疊時(shí)鐘電路45
• 4.1.3 時(shí)鐘控制時(shí)序的實(shí)現(xiàn)45-47
• 4.2 帶隙基準(zhǔn)電壓源47-51
• 4.3 電荷敏感放大器51-58
• 4.3.1 運(yùn)放結(jié)構(gòu)選擇與低噪聲設(shè)計(jì)51-53
• 4.3.2 輔助運(yùn)放的分析與設(shè)計(jì)53-54
• 4.3.3 共模反饋與偏置電路54-55
• 4.3.4 電荷敏感放大器的仿真分析55-58
• 4.4 輸入共模反饋放大器58-59
• 4.5 次級(jí)放大器59-60
• 4.6 前級(jí)開關(guān)電容放大電路整體仿真60-61
• 4.7 后級(jí)信號(hào)處理電路61-63
• 4.7.1 采樣保持電路61-62
• 4.7.2 二階低通濾波參數(shù)的確定62-63
• 4.8 本章小結(jié)63-64
• 第5章 整體電路仿真與版圖設(shè)計(jì)64-70
• 5.1 整體電路的實(shí)現(xiàn)與仿真64-67
• 5.2 版圖設(shè)計(jì)67-69
• 5.2.1 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則67-68
• 5.2.2 版圖設(shè)計(jì)與后仿真68-69
• 5.3 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：MEMS數(shù)字陀螺中開關(guān)電容檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：288658