单片集成MEMS陀螺数字闭环接口ASIC电路设计

摘要

为提高MEMS陀螺的线性度和稳定性,设计了适用于电容式MEMS陀螺的数字式双闭环接口电路.首先,概括了接口电路的系统结构,包括电容/电压转换电路、高精度模数转换器、数字信号处理等模块.然后,设计了基于自动增益控制的陀螺驱动闭环控制系统,并分析了驱动闭环稳定性条件,为驱动闭环系统的快速调试提供理论指导.最后,提出了一种基于四阶机电结合∑△调制器原理的陀螺敏感闭环检测系统.接口电路在0.18μm高压CMOS工艺平台上完成流片,并且与MEMS陀螺结构封装在一个管壳中进行测试验证.测试结果表明本接口电路的优越性能:在±500°/s量程下陀螺非线性度达到52.8 ppm,陀螺零偏不稳定性为0.58°/h(Allan方差),角度随机游走等于0.07°/(√h),满足高性能MEMS陀螺对高线性度、高稳定性接口电路的应用需求.