全对称微机械陀螺全差分检测ASIC设计

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4.433°μ/s/pF V。
　　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)。

目录

全对称微机械陀螺全差分检测ASIC设计

DESIGN OF FULL DIFFERENTIAL DETECTION ASIC FOR FULL SYMMETRICAL MICRO MECHANICAL GYROSCOPE

摘 要

Abstract

目 录

　绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 微机械陀螺检测技术研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 　微机械陀螺检测电路的基本原理

2.1 振动式微机械陀螺的基本工作原理

2.2 三种解调方案的基本原理

2.3 本章小结

第3章 微机械陀螺系统分析

3.1 微机械陀螺机械传感器结构模型

3.2 微机械陀螺二次解调电路系统分析

3.3 本章小结

第4章 　微机械陀螺二次解调电路设计

4.1 全差分运算放大器的设计

4.2 全差分低通滤波器的设计

4.3 二次相关双采样解调

4.4 二次开关相敏解调

4.5 本章小结

参考文献

结 论

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢