本文關(guān)鍵詞：五階高Q值的∑-△微加速度計系統(tǒng)電路設(shè)計

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【摘要】：由于微加速度計在軍事和民用價值方面擁有巨大的優(yōu)勢,所以成為各國研究機(jī)構(gòu)和公司研究的熱門,是目前被應(yīng)用最廣泛的MEMS集成傳感器之一。其中高Q值結(jié)構(gòu)的加速度計具有較低的機(jī)械熱噪聲的特點,在高精度低噪聲信號檢測領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著集成化、智能化、數(shù)字化技術(shù)的不斷提高,高Q值Σ-Δ微加速度計電路具有非常重要的研究意義和應(yīng)用價值。在過采樣率相對較低的情況下,針對低階結(jié)構(gòu)的高Q值微加速度計電路性能受限于量化噪聲的問題,設(shè)計了一種高階結(jié)構(gòu)的高Q值閉環(huán)Σ-Δ微加速度計電路,從而大大降低了數(shù)字電路基帶內(nèi)的量化噪聲。通過比較分析了單反饋和分布式反饋兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點,本文采用分布式反饋。在Matlab中的simulink環(huán)境下對系統(tǒng)建立非理想化的行為級建模,其中包括開關(guān)噪聲模型、時鐘抖動、運(yùn)放熱噪聲等模型。并對理想化的系統(tǒng)進(jìn)行了大量的行為級仿真其目的是確定積分器的增益系數(shù)使系統(tǒng)的信噪比達(dá)到最佳,為后級電路設(shè)計提供基礎(chǔ)。同時還分析了開關(guān)噪聲、時鐘抖動、運(yùn)放噪聲等非理想因素對系統(tǒng)性能的影響。通過對二階和五階系統(tǒng)的仿真設(shè)置非理想因素模塊的參數(shù),確保系統(tǒng)對噪聲整形能力具有較好的效果。由于高階系統(tǒng)都面臨穩(wěn)定性較差的問題,為了保證該高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性,設(shè)計了一種前置相位補(bǔ)償器電路來提高電學(xué)阻尼。利用根軌跡法分析Q值以及補(bǔ)償深度?對高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性性能的影響。在理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于前置補(bǔ)償器的高Q值的Σ-Δ微加速計度計系統(tǒng)電路,其中包括前置相位補(bǔ)償電路、電荷放大器、采樣保持等關(guān)鍵電路。在250KHz采樣頻率下輸入信號幅度為-7.56dBFS,頻率為61.035Hz,帶寬為1KHz,信噪比達(dá)到了108dB。仿真結(jié)果表明,該高Q值高階結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定,相對于二階結(jié)構(gòu)而言對量化噪聲的抑制能力大大提高,完成了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：高Q值 高階 微加速度計 Σ-Δ
【學(xué)位授予單位】：齊齊哈爾大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-21
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 Σ-Δ 微加速度計系統(tǒng)的工作原理23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 微加速度計敏感結(jié)構(gòu)的等效數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.3 差分電容檢測信號的基本原理25-27
• 2.4 Σ-Δ 調(diào)制原理27-31
• 2.4.1 過采樣技術(shù)27-28
• 2.4.2 噪聲整形28-31
• 2.5 數(shù)字抽樣濾波技術(shù)31-32
• 2.6 Σ-Δ 微機(jī)械加速度計的基本結(jié)構(gòu)32-34
• 2.8 小結(jié)34-35
• 第三章 五階高Q值的 Σ-Δ 微加速度計系統(tǒng)模型的設(shè)計及仿真35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計35-36
• 3.3 Σ-Δ 加速度計系統(tǒng)的離散化36-38
• 3.4 五階高Q結(jié)構(gòu)的 Σ-Δ 微加速度計參數(shù)設(shè)計38-40
• 3.5 非理想因素對 Σ-Δ 微加速度計系統(tǒng)的分析40-49
• 3.5.1 理想情況及仿真40-43
• 3.5.2 運(yùn)放噪聲43
• 3.5.3 開關(guān)熱噪聲43-44
• 3.5.4 時鐘抖動44-46
• 3.5.5 積分器的非理想特性46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第四章 五階高Q值的 Σ-Δ 微加速度計穩(wěn)定性分析50-58
• 4.1 引言50-52
• 4.2 五階高Q Σ-Δ 微加速度計的穩(wěn)定系分析52-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 第五章 五階高Q值的 Σ-Δ 微加速度計系統(tǒng)電路設(shè)計58-73
• 5.1 引言58
• 5.2 高Q值的電路模型58-60
• 5.3 電荷放大器的設(shè)計60-62
• 5.4 相位補(bǔ)償電路設(shè)計62-63
• 5.5 采樣保持63-64
• 5.6 單位增益緩沖器64-67
• 5.7 三階 Σ-Δ 調(diào)制器67
• 5.8 時鐘產(chǎn)生電路67-69
• 5.9 五階高Q值的 Σ-Δ 微加速度計電路仿真69-72
• 5.10 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況78-79
• 致謝79-80

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本文編號：1094225