本文關(guān)鍵詞：石英陀螺中低諧波失真驅(qū)動電路的分析與設(shè)計

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【摘要】：隨著微電子集成技術(shù)的高速發(fā)展,分立器件及系統(tǒng)的微型化和單片化已成為一種發(fā)展趨勢,進(jìn)而促進(jìn)了微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展。微機(jī)械陀螺作為微機(jī)電系統(tǒng)的成員,它主要用于慣性系統(tǒng)角速度的測量。微機(jī)械陀螺具有體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。鑒于其在軍事和民用領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景,微機(jī)械陀螺成為國際上的研究熱點(diǎn)。目前大多研究機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域仍處于研究與實(shí)驗(yàn)階段。接口電路作為陀螺慣性系統(tǒng)的重要組成部分,其性能好壞直接影響陀螺檢測的精度,而目前接口電路的實(shí)現(xiàn)多采用分立器件。為了減小成本與體積,有必要對接口電路進(jìn)行集成化的設(shè)計。接口電路中驅(qū)動電路是微機(jī)械陀螺系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ),其驅(qū)動性能的好壞直接影響陀螺整體的性能�；谏鲜鲈�,本文結(jié)合諧波失真的相關(guān)分析,完成對石英陀螺的驅(qū)動環(huán)路的設(shè)計。本文首先結(jié)合音叉式石英陀螺的工作原理,利用其動力學(xué)方程,建立了驅(qū)動模態(tài)的等效電學(xué)模型,為后續(xù)驅(qū)動環(huán)路的設(shè)計奠定了基礎(chǔ);然后從驅(qū)動信號相位噪聲和檢測輸出穩(wěn)定性角度出發(fā),分析了諧波失真對石英陀螺性能的影響,進(jìn)而確定了低諧波失真驅(qū)動電路的驅(qū)動方式;隨后針對課題的要求,比較模塊的不同實(shí)現(xiàn)方式,完成了閉環(huán)驅(qū)動電路的系統(tǒng)級設(shè)計;接著結(jié)合相應(yīng)指標(biāo),完成了電路級驅(qū)動環(huán)路的設(shè)計及相關(guān)性能的仿真,并針對諧波失真進(jìn)行電路優(yōu)化;最后結(jié)合電路級參數(shù),完成石英陀螺驅(qū)動環(huán)路版圖的設(shè)計,提取相應(yīng)的寄生參數(shù),進(jìn)行后仿真,并與前仿結(jié)果進(jìn)行對比,兩者基本上保持一致。采用CSMC 0.5μm CMOS工藝,完成了石英陀螺的驅(qū)動電路的電路級和版圖級設(shè)計。環(huán)路穩(wěn)定振蕩后,驅(qū)動信號的頻率為118259Hz,峰峰值為5.642V,頻率抖動為4Hz,頻率穩(wěn)定度為0.036%,另外,驅(qū)動信號的諧波失真為0.8%,驅(qū)動模態(tài)敏感輸出信號的諧波失真為0.245%,滿足課題的預(yù)期要求。
【關(guān)鍵詞】：石英陀螺 接口電路 閉環(huán)驅(qū)動 諧波失真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8-9
• 1.2 石英微機(jī)械陀螺的研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 微機(jī)械陀螺驅(qū)動電路的發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.4 主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 石英陀螺的原理及等效電學(xué)模型17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 石英陀螺的工作原理17-20
• 2.2.1 壓電效應(yīng)17
• 2.2.2 哥氏力效應(yīng)17-19
• 2.2.3 石英微機(jī)械陀螺的工作原理19-20
• 2.3 石英陀螺的等效電學(xué)模型20-25
• 2.3.1 石英陀螺的機(jī)械域模型20-22
• 2.3.2 驅(qū)動模態(tài)等效電學(xué)模型的建立22-24
• 2.3.3 等效電學(xué)模型的驗(yàn)證24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 石英微陀螺中驅(qū)動環(huán)路諧波失真的分析26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 巴克豪森判據(jù)26-27
• 3.3 驅(qū)動信號類型27-28
• 3.4 驅(qū)動信號相位噪聲的分析28-33
• 3.4.1 相位噪聲的基本知識28-29
• 3.4.2 驅(qū)動環(huán)路的相位噪聲模型29-33
• 3.5 檢測電路輸出穩(wěn)定性的分析33-35
• 3.6 驅(qū)動電路諧波失真的分析與驗(yàn)證35-36
• 3.7 本章小結(jié)36-37
• 第4章 石英微機(jī)械陀螺中驅(qū)動電路的設(shè)計37-57
• 4.1 引言37
• 4.2 閉環(huán)驅(qū)動電路系統(tǒng)級設(shè)計37-41
• 4.2.1 驅(qū)動方式的選取37-38
• 4.2.2 敏感信號的讀取38-39
• 4.2.3 可變增益放大器的設(shè)計考慮39-40
• 4.2.4 驅(qū)動電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定40-41
• 4.3 閉環(huán)驅(qū)動電路電路級設(shè)計41-53
• 4.3.1 運(yùn)算放大器的設(shè)計41-45
• 4.3.2 跨阻放大器的設(shè)計45-46
• 4.3.3 自動增益控制電路46-48
• 4.3.4 可變增益放大器的設(shè)計48-50
• 4.3.5 后級功率放大器50-51
• 4.3.6 帶隙基準(zhǔn)的設(shè)計51-52
• 4.3.7 閉環(huán)驅(qū)動電路的整體仿真52-53
• 4.4 閉環(huán)驅(qū)動電路的性能優(yōu)化53-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第5章 石英微機(jī)械陀螺中驅(qū)動電路的版圖設(shè)計57-63
• 5.1 引言57
• 5.2 版圖設(shè)計的基本規(guī)則57
• 5.3 版圖的優(yōu)化設(shè)計方法57-59
• 5.3.1 匹配性設(shè)計57-59
• 5.3.2 布局布線設(shè)計59
• 5.4 閉環(huán)驅(qū)動電路的版圖設(shè)計及仿真59-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-70
• 致謝70

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1057575