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微陀螺闭环驱动系统宽动态VGA电路设计

作　者: 乔育花
导　师: 刘晓为
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微陀螺闭环驱动等效电路模型可变增益放大器
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 36次
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内容摘要

微陀螺是近十年快速发展起来的一种新型惯性器件,具有质量轻、功耗低、启动快、可靠性高等优点,成为目前惯性传感领域的研究热点。本论文在分析微陀螺闭环驱动模态动力学特性的基础上,建立了闭环驱动等效电路模型,设计出了陀螺的闭环驱动电路。闭环驱动电路的驱动频率能够动态跟踪陀螺结构的固有驱动频率。闭环驱动是一个自动增益控制(Auto Gain Control, AGC)过程。基本的AGC系统由可变增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)和峰值检测电路组成。本文设计了一种宽动态VGA,通过改变放大器的尾电流大小,得到放大器的增益在对数域上与控制电压成线性关系。控制电压由峰值检测电路产生。利用理想动力学方程建立了振动式微陀螺驱动模态的等效电路模型。结合微陀螺的结构参数,利用电路模拟工具Hspice对陀螺的电路模型进行了模拟,分析了陀螺的交流小信号特性以及频响特性。建立了微陀螺结构的电路模型模拟驱动方向敏感电容的变化,结合理想器件搭建的闭环驱动电路模型,通过Hspice仿真,验证了其功能。通过Hspice仿真,VGA中的控制电压在1.5V~3.7V变化时,增益控制范围为-2dB~35dB ,非线性度为2.85%。最大增益时的-3dB带宽是19.045MHz。对整体电路的仿真,驱动信号频率与驱动模态的固有频率一致,大小为2.755kHz,得到的反馈驱动电压幅度为1.08V,实现了自激振荡驱动的功能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8
  1.2 微陀螺发展概述  8-10
  1.3 微陀螺驱动电路  10-16
    1.3.1 微陀螺驱动电路概述  10-11
    1.3.2 微陀螺驱动电路发展现状  11-14
    1.3.3 可变增益放大器的研究  14-16
  1.4 研究的目的和意义  16-17
  1.5 本课题主要研究内容  17-18
第2章振动式微陀螺工作原理分析  18-28
  2.1 科氏力原理  18-20
  2.2 微陀螺动力学方程  20-21
  2.3 微陀螺静电驱动原理  21-25
  2.4 微陀螺电容检测原理  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章振动式微陀螺的等效电路模型  28-36
  3.1 微陀螺闭环驱动系统模型的建立  28-31
    3.1.1 驱动模态运动分析  28-29
    3.1.2 闭环驱动中驱动模态敏感电流分析  29-30
    3.1.3 闭环驱动信号相位分析  30-31
  3.2 微陀螺驱动模态等效电路模型  31-32
  3.3 微陀螺驱动模态等效电路模型的模拟  32-35
    3.3.1 电路模型的交流小信号分析  33-34
    3.3.2 驱动振动的频响特性  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章微陀螺闭环驱动电路设计  36-53
  4.1 陀螺驱动电路  36-37
  4.2 外加交流电压驱动方式  37-38
  4.3 闭环驱动方式  38-42
    4.3.1 闭环驱动原理  38-40
    4.3.2 闭环驱动理想模型模拟  40-42
  4.4 闭环驱动电路设计  42-52
    4.4.1 可变增益放大器  42-46
    4.4.2 峰值检测电路  46-48
    4.4.3 跨阻放大器  48-50
    4.4.4 后级放大电路  50-51
    4.4.5 整体电路仿真  51-52
  4.5 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-60
致谢  60

微陀螺闭环驱动系统宽动态VGA电路设计

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