發(fā)布時(shí)間：2020-07-15 01:43

【摘要】：最近幾年有關(guān)微機(jī)電(MEMS)技術(shù)的更新與研究的速度正在突飛猛進(jìn)�，F(xiàn)如今的MEMS陀螺擁有諸多優(yōu)點(diǎn)例如具有高工作精度并且越來越集成化和高速化等。因MEMS陀螺擁有如此多優(yōu)勢(shì),從MEMS陀螺最開始被人們研發(fā)成功以來,這種系統(tǒng)就引起社會(huì)熱烈關(guān)注。在這種研發(fā)熱潮與極高的關(guān)注度下,在未來的時(shí)間里MEMS陀螺將會(huì)越來越被人們所熟知和應(yīng)用。伴隨著微機(jī)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)的探索與設(shè)計(jì)工作也在逐漸深入,這使得與MEMS數(shù)字陀螺相關(guān)的接口電路與傳感電路的研究也變得尤為重要。本文設(shè)計(jì)的頻率合成器結(jié)構(gòu)主要運(yùn)用于數(shù)字陀螺,采用鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先從傳統(tǒng)頻率合成器各部分結(jié)構(gòu)的工作原理入手進(jìn)而對(duì)性能較好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究與設(shè)計(jì)。在本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)中既有模擬又有數(shù)字部分。而在陀螺傳感器的電路設(shè)計(jì)中,模擬電路占據(jù)重要位置。針對(duì)MEMS陀螺接口電路的設(shè)計(jì),頻率合成器將在這部分電路中產(chǎn)生關(guān)鍵作用。但是目前各種系統(tǒng)應(yīng)用中對(duì)MEMS陀螺的工作性能要求越來越高,模擬電路由于電路設(shè)計(jì)復(fù)雜調(diào)試?yán)щy等問題使其很難滿足設(shè)計(jì)要求。而數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合不僅兼顧兩種電路的優(yōu)點(diǎn)還可以更好地滿足系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。這種設(shè)計(jì)理念將顯著提高系統(tǒng)工作性能。本文電路設(shè)計(jì)主要基于無死區(qū)效應(yīng)的鑒頻鑒相器、電流舵電荷泵、二階無源環(huán)路濾波器、五級(jí)延遲壓控振蕩器和多級(jí)雙�？删幊谭诸l器結(jié)構(gòu)。通過運(yùn)用這些結(jié)構(gòu)使頻率合成器產(chǎn)生的精確的輸出頻率信號(hào)。降低了噪聲干擾及電路中其他不利因素的影響。在參數(shù)設(shè)計(jì)與MOS管級(jí)電路設(shè)計(jì)完成后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行版圖繪制。電路設(shè)計(jì)在Cadence Spectre平臺(tái)下進(jìn)行而版圖設(shè)計(jì)則使用Cadence Virtuoso。系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于上華0.5um CMOS N阱工藝。系統(tǒng)工作于5V電源電壓并且在輸入4KHz至20KHz方波信號(hào)時(shí)輸出頻率信號(hào)可達(dá)1MHz至10MHz。經(jīng)過仿真相位噪聲在10KHz頻偏處為-145d Bc/Hz。經(jīng)仿真驗(yàn)證,運(yùn)用于MEMS數(shù)字陀螺的頻率合成器設(shè)計(jì)滿足要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN74
【圖文】：

于寬頻帶要求的系統(tǒng)。與此同時(shí)，該種設(shè)計(jì)在微電子工藝中很難集成并且具有較高的相位抖動(dòng)和相位噪聲，產(chǎn)生的信號(hào)也不穩(wěn)定。圖1-1 直接式頻率合成器結(jié)構(gòu)圖這圖1-1結(jié)構(gòu)不繁瑣便于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)外還有轉(zhuǎn)換時(shí)間小、周期增量小的優(yōu)點(diǎn)。盡管具有這幾種優(yōu)點(diǎn)，但是它的輸出頻率范圍十分窄小不適用于寬頻帶要求的系統(tǒng)。與此同時(shí)，該種設(shè)計(jì)在微電子工藝中很難集成并且具有較高的相位抖動(dòng)和相位噪聲，產(chǎn)生的信號(hào)也不穩(wěn)定。因此，該結(jié)構(gòu)已經(jīng)慢慢被采用另外兩種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)所代替[9-10]。目前以鎖相環(huán)理論為主的頻率合成器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用與研發(fā)技術(shù)中使用概率最大。運(yùn)用這種設(shè)計(jì)理論的電路結(jié)構(gòu)主要是通過反饋回路進(jìn)行參考方波與反饋方波之間的信號(hào)鎖定并最終得到需要的具有一定頻率值的方波。直接數(shù)字頻率合成(DDS) 技術(shù)是一種基于相位量化的頻率合成技術(shù)

路組成[24-26]。這種結(jié)構(gòu)的電路系統(tǒng)框圖如下圖 2-1 所示。在傳統(tǒng)的基本鎖中鑒

本文編號(hào)：2755787