本文關(guān)鍵詞：硅微諧振式加速度計(jì)閉環(huán)振蕩系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

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【摘要】：硅微諧振式加速度計(jì)是一種基于MEMS技術(shù)的新型微慣性器件,它具有體積小、功耗低、靈敏度高、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn),是一種適用于高精度導(dǎo)航系統(tǒng)的加速度計(jì),具有廣泛的應(yīng)用前景。然而對(duì)比國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)研制的硅微諧振式加速度計(jì)在穩(wěn)定性指標(biāo)上仍與國外領(lǐng)先水平存在一定差距。為此本文圍繞硅微諧振式加速度計(jì)振蕩電路穩(wěn)定性展開研究工作,主要包括加速度計(jì)機(jī)電接口建模、基于非線性控制的閉環(huán)振蕩電路幅度控制方法、振蕩器相位穩(wěn)定性分析和電路設(shè)計(jì)等內(nèi)容。首先,分析了硅微諧振式加速度計(jì)的工作原理,闡述了加速度計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)化機(jī)制,推導(dǎo)了諧振器的等效電路參數(shù)。在分析了寄生電容對(duì)加速度計(jì)的影響的基礎(chǔ)上,使用環(huán)形二極管接口電路來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的跨阻式接口電路,對(duì)接口電路進(jìn)行改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上,完成了基于Cadence軟件的加速度計(jì)機(jī)電接口等效模型的建立,實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)和振蕩電路的閉環(huán)仿真。其次,研究了基于非線性控制理論的閉環(huán)振蕩幅度控制方法,分析了影響幅值的主要因素,針對(duì)位移控制的新型接口電路,建立整個(gè)振蕩電路關(guān)于幅度的閉環(huán)控制模型。研究了基于自動(dòng)增益控制原理的幅度控制具體實(shí)現(xiàn)方法,并分析其對(duì)幅度噪聲的影響。第三,闡述了電噪聲對(duì)載波信號(hào)相位干擾的機(jī)理,分析了由振蕩器中線性和非線性兩方面因素導(dǎo)致的相位噪聲,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了接口噪聲和諧振器振幅對(duì)相位噪聲的影響,進(jìn)一步指導(dǎo)振蕩電路的設(shè)計(jì)。最后,在上述研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上,完成硅微諧振式加速度計(jì)振蕩電路的優(yōu)化設(shè)計(jì),并根據(jù)IEEE加速度計(jì)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)加速度計(jì)整表進(jìn)行了綜合性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,整表的1σ零偏穩(wěn)定性達(dá)到51.2μg,標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性達(dá)到28.2ppm,零偏不穩(wěn)定性為4.8μg,100Hz帶寬內(nèi)加速度計(jì)的分辨率為15.9μg/Hz1/2。綜合性能測(cè)試獲取了加速度計(jì)整表的性能參數(shù),為后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：硅微諧振式加速度計(jì) 非線性 幅度控制 相位噪聲
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 硅微諧振式加速度計(jì)研究背景概述10-11
• 1.2 硅微諧振式加速度計(jì)國內(nèi)外研究概述11-14
• 1.3 硅微諧振式加速度計(jì)機(jī)電接口模型的研究概況14-15
• 1.4 硅微諧振式加速度計(jì)機(jī)測(cè)控電路的研究概況15-17
• 1.5 論文主要內(nèi)容17-18
• 2 硅微諧振式加速度計(jì)機(jī)電接口建模18-32
• 2.1 諧振式加速度計(jì)工作原理18-20
• 2.1.1 機(jī)械敏感結(jié)構(gòu)的基本原理18-19
• 2.1.2 靜電驅(qū)動(dòng)19-20
• 2.2 諧振器等效電路分析20-23
• 2.3 寄生效應(yīng)的影響23-27
• 2.4 加速度計(jì)接口電路的改進(jìn)27-29
• 2.5 基于Cadence的加速度計(jì)機(jī)電建模29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 3 閉環(huán)振蕩電路幅度控制理論的研究32-45
• 3.1 振幅擾動(dòng)因素32
• 3.2 振幅非線性對(duì)諧振頻率的影響32-34
• 3.3 控制設(shè)計(jì)概況34-35
• 3.4 幅度控制35-44
• 3.4.1 幅度的傳遞函數(shù)35-39
• 3.4.2 PI控制器的設(shè)計(jì)39-43
• 3.4.3 開環(huán)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 4 硅微諧振式加速度計(jì)振蕩電路的相位噪聲研究45-56
• 4.1 噪聲對(duì)載波信號(hào)的相位干擾45-48
• 4.2 相位噪聲的表征48-49
• 4.3 線性相位噪聲49-52
• 4.4 非線性相位噪聲52-54
• 4.5 相位噪聲性能試驗(yàn)54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 5 電路仿真和加速度計(jì)整表性能實(shí)驗(yàn)56-68
• 5.1 電路設(shè)計(jì)與仿真56-61
• 5.1.1 移相電路的優(yōu)化56-58
• 5.1.2 振蕩電路與加速度計(jì)的聯(lián)合仿真58-61
• 5.2 測(cè)試設(shè)備與儀器61
• 5.3 硅微諧振式加速度計(jì)整表性能測(cè)試61-67
• 5.3.1 標(biāo)度因數(shù)測(cè)試61-64
• 5.3.2 ±1g范圍的線性度64
• 5.3.3 1g穩(wěn)定性64-65
• 5.3.4 零偏穩(wěn)定性65
• 5.3.5 閾值65-66
• 5.3.6 測(cè)試結(jié)果匯總66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 6 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 總結(jié)68
• 6.2 展望68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74

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