本文關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子式微陀螺ASIC接口檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺 電荷放大 電容檢測(cè) 差分電容 線性化處理

【摘要】：隨著慣性器件的發(fā)展,陀螺儀在各個(gè)領(lǐng)域尤其是軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域里扮演了越來(lái)越重要的角色,因此也驅(qū)動(dòng)了各個(gè)科研機(jī)構(gòu)對(duì)陀螺儀的研發(fā)改進(jìn)和性能的完善以滿足陀螺儀對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。哈工大MEMS中心提出了一種新型的球碟轉(zhuǎn)子式陀螺結(jié)構(gòu),其基本原理是通過(guò)對(duì)差分電容隨外界變化而變化的檢測(cè)從而確定角速度等物理量,檢測(cè)電路的性能決定最終輸出結(jié)果的精度,所以檢測(cè)電路對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的重要性不言而喻。本論文首先對(duì)陀螺系統(tǒng)的原理進(jìn)行綜述,詳細(xì)介紹檢測(cè)電路的工作原理,重點(diǎn)對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分,深入了解球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺驅(qū)動(dòng)電路和檢測(cè)電路各個(gè)模塊的工作原理與設(shè)計(jì)要求,具體完成球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺檢測(cè)電路的各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。檢測(cè)電路包括正弦發(fā)生器,高頻調(diào)制器,開(kāi)關(guān)相敏解調(diào)電路,具有放大功能的有源低通濾波器,無(wú)源低通濾波器等。具體設(shè)計(jì)思路為通過(guò)高頻載波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻載波對(duì)陀螺進(jìn)行驅(qū)動(dòng),經(jīng)過(guò)電荷放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),然后對(duì)信號(hào)二級(jí)放大防止噪聲對(duì)信號(hào)的影響。輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反相比例放大器反相得到差分信號(hào),利用開(kāi)關(guān)相敏解調(diào)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào),然后對(duì)解調(diào)出的信號(hào)進(jìn)行低通濾波濾除噪聲和高頻載波得到輸出電位。根據(jù)指標(biāo)要求對(duì)電路基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),電路基本結(jié)構(gòu)確定后利用Candence仿真軟件對(duì)電路結(jié)構(gòu)的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證,綜合電路的各個(gè)指標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的基本功能。通過(guò)系統(tǒng)整體信號(hào)輸出和性能指標(biāo)要求可以得到檢測(cè)電路的電容分辨率。對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行線性擬合并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以得到刻度因數(shù)和非線性因數(shù)。對(duì)輸出高頻載波進(jìn)行傅立葉頻譜分析得到諧波失真相關(guān)指標(biāo)。對(duì)不同溫度下電路的刻度因數(shù)的分析得到溫度系數(shù)。對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行優(yōu)化處理并基于0.35μm CMOS工藝完成系統(tǒng)整體的版圖繪制,并對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行后仿驗(yàn)證分析和完善。通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)和完善,最終設(shè)計(jì)出的高頻載波發(fā)生器的頻率為200kHz,起振時(shí)間為8.77ms,振幅為7.36V,諧波失真為-110dB,高增益多級(jí)運(yùn)算放大器的增益為115.29dB,相位裕度為80.93°,帶寬為3.3MHz,電容相對(duì)分辨率為4.5×10-9pf,非線性因子為5×10-5,檢測(cè)電容范圍是4.5×10-8pf到5×10-2pf,溫度系數(shù)為67ppm/℃,各個(gè)模塊參數(shù)滿足性能指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：球碟-轉(zhuǎn)子式陀螺 電荷放大 電容檢測(cè) 差分電容 線性化處理
【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
【分類號(hào)】：TN96;TN402
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 靜電懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺10-13
• 1.2.2 磁懸浮轉(zhuǎn)子式陀螺13-16
• 1.3 研究目的和意義16-17
• 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 球碟轉(zhuǎn)子式陀螺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其原理18-23
• 2.1 球碟轉(zhuǎn)子式陀螺的工作原理18-19
• 2.2 微轉(zhuǎn)子陀螺電容檢測(cè)工作原理19-22
• 2.2.1 檢測(cè)方向偏轉(zhuǎn)位移分析19-21
• 2.2.2 高頻信號(hào)調(diào)制原理21-22
• 2.2.3 檢測(cè)電路原理22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 球碟微轉(zhuǎn)子陀螺檢測(cè)電路設(shè)計(jì)23-52
• 3.1 基于文氏橋電路的正弦信號(hào)發(fā)生器23-29
• 3.1.1 文氏橋電路的原理23-24
• 3.1.2 文氏橋電路結(jié)構(gòu)24-25
• 3.1.3 產(chǎn)生自激振蕩的原理25-26
• 3.1.4 振蕩的建立和穩(wěn)定26-27
• 3.1.5 正弦信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)27-29
• 3.2 自舉基準(zhǔn)偏置電路的設(shè)計(jì)29-35
• 3.2.1 基準(zhǔn)源的基本原理30-33
• 3.2.2 基準(zhǔn)源的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-35
• 3.3 高性能運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)35-39
• 3.3.1 運(yùn)放的重要參數(shù)35
• 3.3.2 米勒補(bǔ)償35-37
• 3.3.3 運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和仿真37-39
• 3.4 高頻載波信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)39-42
• 3.4.1 比較器的電路原理39
• 3.4.2 比較器的特性39-41
• 3.4.3 高頻載波信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)和仿真41-42
• 3.5 接口電路干路的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證42-51
• 3.5.1 前級(jí)電荷放大器與差分放大電路的設(shè)計(jì)43-45
• 3.5.2 帶增益的低通濾波器的電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證45-47
• 3.5.3 開(kāi)關(guān)相敏解調(diào)電路的設(shè)計(jì)47-48
• 3.5.4 完整檢測(cè)接口電路仿真驗(yàn)證48-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 檢測(cè)電路版圖設(shè)計(jì)與后仿驗(yàn)證52-56
• 4.1 檢測(cè)電路整體版圖設(shè)計(jì)52-53
• 4.2 檢測(cè)電路版圖后仿與分析53-55
• 4.2.1 高頻載波發(fā)生器后仿結(jié)果53
• 4.2.2 檢測(cè)電路系統(tǒng)非線性后仿結(jié)果53-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 致謝62

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本文編號(hào)：784005