【摘要】：球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺在懸浮穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)速方面具有優(yōu)勢,在微陀螺研究領(lǐng)域倍受關(guān)注,已成為當前研究的熱點。若要進一步提高球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺的性能與集成度,則需要開展接口電路集成化研究。專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)技術(shù)對于提高傳感器接口電路性能和集成度具有重要作用。對球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺接口ASIC的研究是提高該器件性能和集成度的一個重要手段。球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺接口ASIC的研究需要解決敏感結(jié)構(gòu)電學(xué)特性、檢測系統(tǒng)噪聲特性和新型檢測技術(shù)等關(guān)鍵問題。針對上述問題,本文開展的研究內(nèi)容如下:球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺接口ASIC總體方案設(shè)計。接口ASIC設(shè)計需要集成電路仿真工具輔助設(shè)計,目前尚無球碟轉(zhuǎn)子式陀螺的結(jié)構(gòu)等效電學(xué)模型。分析球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺的非理想因素,結(jié)合能量守恒與參數(shù)等效的建模方法,建立了相應(yīng)的等效電學(xué)模型。該模型適用于接口ASIC的系統(tǒng)聯(lián)合仿真,接口ASIC系統(tǒng)的仿真結(jié)果和實測結(jié)果具有一致的響應(yīng)趨勢。建立球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺接口ASIC系統(tǒng)噪聲模型。接口ASIC拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計及器件參數(shù)設(shè)定需要陀螺系統(tǒng)噪聲模型,模型應(yīng)包含微陀螺機械噪聲、驅(qū)動干擾以及電路噪聲。然而,現(xiàn)有的系統(tǒng)噪聲模型并未考慮上述非理想因素的影響。分析了機械噪聲與檢測電路結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,并定量研究了驅(qū)動干擾和接口ASIC電路噪聲,優(yōu)化了接口ASIC的拓撲結(jié)構(gòu)。實測結(jié)果表明,根據(jù)系統(tǒng)噪聲模型的理論分析結(jié)果,優(yōu)化后的檢測電路可以有效降低系統(tǒng)噪聲水平。由于信號交叉耦合和多頻率混疊的問題,使得球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺的檢測精度受到限制。提出了一種接口ASIC中的時分頻分復(fù)用的微弱電容高精度檢測方法。該方法采用時分復(fù)用和調(diào)制解調(diào)技術(shù),降低了球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺角速度敏感結(jié)構(gòu)檢測軸間信號的交叉耦合,解決了多頻率相敏解調(diào)信號的混疊問題。仿真結(jié)果表明時分頻分復(fù)用檢測方法使信號交叉耦合減小一個數(shù)量級。基于以上研究,運用時分頻分復(fù)用技術(shù)設(shè)計低噪聲接口ASIC,采用0.5μm高壓互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工藝流片。流片測試結(jié)果表明:電容相對分辨率為1×10-8,非線性誤差為0.02%。該芯片配合球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺表頭進行了系統(tǒng)測試。系統(tǒng)測試結(jié)果表明:噪聲為0.003 o/s/Hz1/2,非線性誤差為0.05%。
【圖文】：

圖 1-2 靜電懸浮圓環(huán)轉(zhuǎn)子式微陀螺[9]ctrostatic levitated micro gyroscope with決方案方面，2000 年，英國南安普敦大微陀螺的處理電路進行改進，實現(xiàn)圓盤年，研制出靜電懸浮圓盤轉(zhuǎn)子式微陀螺

圖 1-4 上海交通大學(xué)研制的靜電懸浮微陀螺rostatic suspended micro gyroscope developed bUniversity[14]解決方案方面，2002 年，清華大學(xué)設(shè)計一在 20 kHz 以內(nèi)，且測量范圍在 20 μm 以位移，可用于三軸靜電懸浮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子微由度靜電懸浮微機械陀螺表頭，如圖 1-現(xiàn)[22-27]。2011 年，，研制出五自由度靜電懸速可達 73.3 rpm[28]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN96

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 單光寶;楊銀堂;劉佑寶;朱樟明;;硅微陀螺儀的建模[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報;2007年02期

2 吉訓(xùn)生;王壽榮;;硅微陀螺漂移數(shù)據(jù)濾波方法研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2008年02期

3 吳校生,陳文元,張衛(wèi)平;磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺及其懸浮力與穩(wěn)定性的分析[J];傳感器技術(shù);2003年12期

4 劉宗林,李圣怡,吳學(xué)忠;解耦型靜電力閉環(huán)微陀螺[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2005年02期

5 黃曉剛;劉武;邵詩逸;陳文元;張衛(wèi)平;;磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺電容結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年01期

6 邵詩逸;黃曉剛;劉武;陳文元;;磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺旋轉(zhuǎn)驅(qū)動方式研究[J];微電子學(xué);2006年01期

7 邵詩逸;黃曉剛;劉武;陳文元;;磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路設(shè)計[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年02期

8 劉武;黃曉剛;邵詩逸;陳文元;張衛(wèi)平;;磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的電容檢測系統(tǒng)分析和實現(xiàn)[J];測控技術(shù);2006年01期

9 吳學(xué)忠;肖定邦;李圣怡;;自動增益控制在振動式微陀螺驅(qū)動中的應(yīng)用[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2006年03期

10 張潔;周百令;;一種新穎的z軸硅微陀螺儀信號檢測方案研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2007年18期

相關(guān)會議論文 前10條

1 范京;張福學(xué);;硅微陀螺自旋系統(tǒng)的盲信號處理[A];第十三屆全國信號處理學(xué)術(shù)年會（CCSP-2007）論文集[C];2007年

2 王安成;羅兵;吳美平;于化鵬;;硅微陀螺數(shù)字化雙閉環(huán)驅(qū)動控制方法[A];2010年慣性技術(shù) 發(fā)展動態(tài) 發(fā)展方向研討會文集[C];2010年

3 杜世宏;崔燕;;一種硅微陀螺儀的數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計[A];《制造業(yè)自動化與網(wǎng)絡(luò)化制造》學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2004年

4 杜世宏;崔燕;;一種硅微陀螺儀的數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計[A];先進制造技術(shù)論壇暨第三屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)交流會論文集[C];2004年

5 李明輝;高世橋;;解耦型微陀螺儀的設(shè)計、制作與性能分析[A];2007'儀表，自動化及先進集成技術(shù)大會論文集（二）[C];2007年

6 嚴平;陳穎;;振動式微陀螺驅(qū)動的自動增益控制算法研究[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

7 嚴平;陳穎;;振動式微陀螺驅(qū)動的自動增益控制算法研究[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

8 楊東升;李邦元;王奇;;角速率微陀螺儀ADXRS401的原理與接口電路設(shè)計[A];航空裝備保障技術(shù)及發(fā)展——航空裝備保障技術(shù)專題研討會論文集[C];2006年

9 謝立強;吳學(xué)忠;李圣怡;;相關(guān)檢測與自動增益控制在音叉式石英微陀螺中的應(yīng)用[A];中國微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會年會論文集（一）[C];2005年

10 孫偉;何小元;;微陀螺運動圖像識別方法的比較與選擇[A];第十三屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 見習(xí)記者 覃秘;華力創(chuàng)通 上馬硅微陀螺項目[N];上海證券報;2011年

2 云南 董平;8051系列單片機Basic開發(fā)環(huán)境[N];電子報;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 任明遠;球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺接口ASIC研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 翁睿;球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

3 謝立強;基于剪應(yīng)力檢測的新型石英微陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

4 蘇劍彬;蝶翼式硅微陀螺靜電力控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 王雄;搖擺質(zhì)量微陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

6 侯占強;蝶翼式微陀螺零偏穩(wěn)定性提升關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

7 李海;球碟轉(zhuǎn)子式微陀螺敏感特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

8 王冠石;電容式硅微陀螺接口ASIC芯片集成技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王浩旭;石英微陀螺結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制造工藝研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

2 周澤龍;四葉片微陀螺結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工工藝研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

3 柳小軍;基于FPGA的硅微陀螺儀數(shù)字測控電路關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

4 湯衛(wèi)豐;硅微陀螺接口分布參數(shù)建模及測控電路優(yōu)化設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2015年

5 范晨;GNSS/MIMU組合導(dǎo)航中微陀螺g敏感性誤差分析與補償方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

6 王譜華;硅微陀螺溫度誤差機理研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

7 戴波;新型對稱全解耦的雙質(zhì)量硅微陀螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化[D];東南大學(xué);2015年

8 盧月娟;電容檢測式硅微陀螺敏感信號讀出電路性能研究[D];蘇州大學(xué);2016年

9 張濤;參數(shù)激勵驅(qū)動微陀螺振動系統(tǒng)的非線性振動特性和時滯反饋控制研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué);2016年

10 王行軍;硅微陀螺儀信號反饋及誤差校正電路研究[D];東南大學(xué);2016年

本文編號：2543659