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全对称微机械陀螺全差分检测ASIC设计
作 者: 周贤中
导 师: 谭晓昀
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微机械 陀螺 全差分 检测电路
分类号: TN966
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 34次
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内容摘要
由于微机械陀螺具有成本低、体积小等特点,因此微机械陀螺广泛应用于消费类电子产品中。本文首先建立全对称微机械陀螺的系统模型,分析其调制信号的特点。接着分析了高阶低通滤波器的特点,通过比较巴特沃兹滤波器和贝赛尔滤波器的性能,最终确定在二次解调方案中,第一级滤波采用六阶巴特沃兹低通滤波器,而第二级采用八阶贝赛尔低通滤波器。同时,利用Simulink建立了二次相关双采样解调电路、二次开关相敏解调电路和二次乘法器解调电路的系统仿真模型。然后利用MATLAB进行仿真分析,验证了三种解调方案的正确性。而且分析了当驱动信号频率不稳定时,三种不用解调电路的性能。通过对比发现,尽管在驱动频率漂移和抖动时,三种电调电路系统的性能都会下降,但是开关相敏解调电路的性能最稳定。在电路设计方面,首先设计出两种全差分运算放大器,并对其性能进行对比。接着利用设计好的运算放大器设计出T型电阻网络全差分积分器、六阶巴特沃兹低通滤波器和八阶贝赛尔低通滤波器,并分析其性能。利用已经设计好的电路模块,首先构造出二次相关双采样解调电路,利用HSpice对这个电路进行仿真。结果表明,当两级解调电路的采样电容都为20pF时,电路的灵敏度为0.7880mV/(°/s)。通过改变第二级解调电路的采样电容的大小,发现电路的灵敏度与采样电容的大小成正比,其比例系数为4.433μV /(°/s)/pF。同样,可以利用设计好的电路模块构造出二次开关相敏解调电路。对于利用普通全差分开关构成的二次开关相敏解调电路,利用HSpice仿真,结果表明,其灵敏度只有0.7616mV/(°/s)。为了改进电路性能,提出二次交叉耦合开关相敏解调电路,经过仿真分析,发现电路灵敏度能提高到2.697mV/(°/s)。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-18 1.1 课题背景及研究目的和意义 9-10 1.2 微机械陀螺检测技术研究现状 10-17 1.2.1 国外研究状况及分析 10-14 1.2.2 国内研究状况及分析 14-17 1.3 主要研究内容 17-18 第2章 微机械陀螺检测电路的基本原理 18-28 2.1 振动式微机械陀螺的基本工作原理 18-24 2.1.1 传感器结构工作原理 18-20 2.1.2 闭环驱动工作原理 20-21 2.1.3 二次解调的基本原理 21-24 2.2 三种解调方案的基本原理 24-27 2.2.1 开关相敏解调 24-25 2.2.2 乘法器解调 25-26 2.2.3 相关双采样解调 26-27 2.3 本章小结 27-28 第3章 微机械陀螺系统分析 28-44 3.1 微机械陀螺机械传感器结构模型 28-30 3.2 微机械陀螺二次解调电路系统分析 30-42 3.2.1 高阶低通滤波器的设计 30-35 3.2.2 二次相关双采样解调 35-37 3.2.3 二次开关相敏解调 37-39 3.2.4 二次乘法器解调 39-40 3.2.5 驱动频率的稳定性对电路性能的影响 40-42 3.3 本章小结 42-44 第4章 微机械陀螺二次解调电路设计 44-58 4.1 全差分运算放大器的设计 44-46 4.1.1 平衡输出两级运算放大器的设计 44-45 4.1.2 平衡输出折叠全差分运算放大器的设计 45 4.1.3 两种运算放大器的性能对比 45-46 4.2 全差分低通滤波器的设计 46-51 4.2.1 双二阶滤波器 47-48 4.2.2 全差分高阶低通滤波器电路 48-51 4.3 二次相关双采样解调 51-54 4.4 二次开关相敏解调 54-57 4.4.1 普通全差分开关相敏解调 54-56 4.4.2 交叉耦合开关相敏解调电路 56-57 4.5 本章小结 57-58 结论 58-59 参考文献 59-63 攻读学位期间发表的学术论文 63-65 致谢 65
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统
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