本文關(guān)鍵詞：五階高Q值高穩(wěn)定數(shù)字加速度計接口電路設計

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【摘要】：噪聲在μg級別的高分辨率加速度計有著廣泛的應用,包括慣性導航,空間微重力測量,傾斜控制,平臺穩(wěn)定,地震監(jiān)測等方面。電容式加速度計因其高靈敏度,低溫度系數(shù),低功耗,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢,所以,適合于低噪聲加速度系統(tǒng)設計。在接口電路方面,微機械ΣΔ數(shù)字接口電路由于其結(jié)構(gòu)簡單、受模擬電路部分精度的影響小、輸出數(shù)字信號等優(yōu)點得到關(guān)注。本文設計一款五階高Q值高穩(wěn)定的數(shù)字式加速度計接口電路。系統(tǒng)其等效輸入噪聲近似為0.4μg/√Hz。高Q值敏感結(jié)構(gòu)導致二階機械結(jié)構(gòu)處于欠阻尼狀態(tài),增加表頭的反應延遲。另外,根據(jù)相關(guān)文章,高階ΣΔ電路在降低量化噪聲的同時,降低了環(huán)路的穩(wěn)定性。因此本文的設計難點在于系統(tǒng)的穩(wěn)定性設計。為了解決此問題,本文主要從兩方面入手,一是在環(huán)路中增加相位補償模塊。另一方面,系統(tǒng)采用多反饋式結(jié)構(gòu)并采用掃描參數(shù)的方法獲取穩(wěn)定的環(huán)路參數(shù)。在理論分析的基礎上,采用Q值為38.9的敏感結(jié)構(gòu)結(jié)合三個開關(guān)電容積分器構(gòu)成五階的微機械ΣΔ式數(shù)字接口環(huán)路。利用Simulink建立系統(tǒng)模型完成行為級仿真,輸出信號的噪聲接近-140dB左右,信噪比為119.1dB,有效位數(shù)為19.49bits。以行為級仿真的結(jié)果為指導,采用0.5μmCMOS工藝完成相關(guān)模塊的晶體管級電路設計,包括前端電荷檢測放大器、相位補償模塊、積分器、量化器、系統(tǒng)時序控制電路和開關(guān)等,以及系統(tǒng)整體設計。對加速度計系統(tǒng)的晶體管級瞬態(tài)仿真結(jié)果處理得到的輸出信號噪聲接近-140dB,諧波為-124.6dB,信噪比為105.8dB,有效位數(shù)為17bits。版圖后仿的結(jié)果為輸出信號噪聲小于-120dB,諧波為-117.1dB,信噪比為101.4dB,有效位數(shù)為17bits。
【關(guān)鍵詞】：MEMS加速度計 ΣΔ 高Q值 穩(wěn)定性 低噪聲
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景與意義8-9
• 1.2 微機械加速度系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 國內(nèi)外加速度計研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)外加速度計接口電路研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 主要研究內(nèi)容15-16
• 第2章 數(shù)字式加速度計工作原理16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 電容式加速度計工作原理16-19
• 2.3 前端檢測電路原理19-20
• 2.4 閉環(huán)力反饋原理20-22
• 2.5 數(shù)字式接口電路原理22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第3章 數(shù)字式加速度計系統(tǒng)級分析及設計24-45
• 3.1 引言24
• 3.2 敏感結(jié)構(gòu)傳遞函數(shù)離散化24-26
• 3.3 數(shù)字加速度系統(tǒng)噪聲分析26-31
• 3.4 數(shù)字加速度系統(tǒng)穩(wěn)定性分析31-37
• 3.5 高穩(wěn)定的加速度計系統(tǒng)級設計37-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 數(shù)字式加速度計系統(tǒng)晶體管級設計45-64
• 4.1 引言45
• 4.2 機械結(jié)構(gòu)等效電學模型45-46
• 4.3 數(shù)字式接口電路設計46-60
• 4.3.1 系統(tǒng)框圖及時序分析46-47
• 4.3.2 開關(guān)設計47-49
• 4.3.3 前級電荷放大器設計49-52
• 4.3.4 相位補償器設計52-53
• 4.3.5 積分器設計53-56
• 4.3.6 量化器設計56-57
• 4.3.7 時序控制電路設計57-60
• 4.4 數(shù)字式加速度計系統(tǒng)晶體管級仿真60-62
• 4.5 版圖設計及后仿62-63
• 4.6 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-71
• 致謝71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：908290