本文關(guān)鍵詞：基于鎖相環(huán)原理的MEMS硅陀螺閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

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【摘要】：硅陀螺儀已經(jīng)在航天、軍事以及民用方面展現(xiàn)了其巨大的價(jià)值。近年來(lái),隨著MEMS技術(shù)的日益發(fā)展成熟,MEMS硅陀螺儀已經(jīng)成為研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。MEMS硅陀螺儀主要包括陀螺傳感器和接口電路兩部分,接口電路的性能對(duì)硅陀螺儀整體性能有非常重要的影響。本論文主要對(duì)MEMS硅陀螺閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)一種基于鎖相原理的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自激驅(qū)動(dòng),并對(duì)其相位噪聲等性能進(jìn)行分析優(yōu)化。本論文首先分析靜電驅(qū)動(dòng)電容式硅陀螺工作原理,利用其動(dòng)力學(xué)方程,建立驅(qū)動(dòng)電路等效電學(xué)模型。對(duì)該驅(qū)動(dòng)電路等效電學(xué)模型進(jìn)行分析,通過(guò)仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn):驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率與等效硅陀螺傳感器的RLC并聯(lián)等效電學(xué)模型諧振頻率相等時(shí),得到的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)敏感電流最大。硅陀螺在驅(qū)動(dòng)方向發(fā)生諧振時(shí),驅(qū)動(dòng)電壓與驅(qū)動(dòng)方向的敏感電流的相位和頻率完全一致,而鎖相環(huán)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相位和頻率的精確鎖定。基于硅陀螺接口電路的以上特性和鎖相原理,本課題設(shè)計(jì)了一種基于鎖相原理的硅陀螺閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路Matlab行為級(jí)設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證,晶體管級(jí)電路實(shí)現(xiàn),以及鎖相環(huán)電路部分版圖級(jí)實(shí)現(xiàn)以及后仿真。通過(guò)仿真驗(yàn)證基于鎖相原理的硅陀螺閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的可行性,以及對(duì)其建立時(shí)間、頻率穩(wěn)定性、相位噪聲等性能的分析和改進(jìn)。本論文主要的電路設(shè)計(jì)模塊包括C-V轉(zhuǎn)換電路,90°移相電路,三階高增益運(yùn)放,鎖相環(huán)電路。通過(guò)C-V轉(zhuǎn)換電路將陀螺檢測(cè)敏感電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),經(jīng)過(guò)90°移相電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位和幅值調(diào)整,該信號(hào)作為鎖相環(huán)電路輸入?yún)⒖夹盘?hào),經(jīng)過(guò)鎖相鎖頻,輸出同頻同相的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)對(duì)硅陀螺進(jìn)行驅(qū)動(dòng),由于頻率的一致性,驅(qū)動(dòng)電路諧振,快速實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自激振蕩。通過(guò)仿真驗(yàn)證,該驅(qū)動(dòng)電路在100ms后頻率誤差不超過(guò)1Hz,精確鎖定在硅陀螺的諧振頻率2.7739k Hz處。
【關(guān)鍵詞】：硅微機(jī)械陀螺 閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路 鎖相環(huán)電路
【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(lèi)號(hào)】：TN966
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來(lái)源及背景9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 研究目的及意義17-18
• 1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 電容式硅微機(jī)械陀螺工作原理19-28
• 2.1 科里奧利原理19-21
• 2.2 微機(jī)械陀螺傳感器結(jié)構(gòu)及原理21-23
• 2.3 電容式微機(jī)械陀螺靜電驅(qū)動(dòng)分析23-24
• 2.4 驅(qū)動(dòng)模態(tài)動(dòng)力學(xué)分析24-25
• 2.5 自激驅(qū)動(dòng)工作原理25-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第3章 微機(jī)械陀螺模型的建立及行為級(jí)仿真驗(yàn)證分析28-38
• 3.1 微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)等效電學(xué)模型28-31
• 3.2 等效電學(xué)模型仿真驗(yàn)證31-32
• 3.3 閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路Matlab行為級(jí)建模及仿真驗(yàn)證分析32-37
• 3.3.1 電荷泵鎖相環(huán)的線性模型以及環(huán)路參數(shù)確定32-34
• 3.3.2 Matlab建模及行為級(jí)仿真驗(yàn)證34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 硅微機(jī)械陀螺閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與分析38-60
• 4.1 基于鎖相原理的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路38-39
• 4.2 C-V轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)39
• 4.3 移相電路設(shè)計(jì)39-40
• 4.4 比較器設(shè)計(jì)40-42
• 4.5 鎖相電路設(shè)計(jì)42-52
• 4.5.1 鑒頻鑒相器設(shè)計(jì)42-44
• 4.5.2 電荷泵以及環(huán)路濾波設(shè)計(jì)44-46
• 4.5.3 壓控振蕩器設(shè)計(jì)46-50
• 4.5.4 分頻電路設(shè)計(jì)50-52
• 4.6 運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)52-54
• 4.7 完整閉環(huán)驅(qū)動(dòng)電路仿真驗(yàn)證54-56
• 4.8 鎖相環(huán)電路版圖設(shè)計(jì)及后仿真56-58
• 4.9 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 高雁;施文康;吉小軍;;微型振動(dòng)陀螺儀驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2007年04期

2 邱奕文;吳昌聚;王昊;金仲和;王躍林;;振動(dòng)式微機(jī)械陀螺驅(qū)動(dòng)環(huán)路數(shù)字自動(dòng)增益控制研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年08期

3 趙正平;;典型MEMS和可穿戴傳感技術(shù)的新發(fā)展[J];微納電子技術(shù);2015年01期

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本文編號(hào)：583918