MEMS微機(jī)械陀螺是用于測量物體轉(zhuǎn)動角速度的器件,精度是一個重要參數(shù)。MEMS陀螺由敏感元器件和接口電路組成,其中,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度對接口電路輸出驅(qū)動信號的精度有著直接的影響。在高精度轉(zhuǎn)換的設(shè)計要求下,過采樣delta-sigma技術(shù)是目前較好的設(shè)計選擇。在此背景下,本論文針對MEMS陀螺數(shù)字化接口電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器展開研究,設(shè)計了一款適用于MEMS陀螺接口電路中的16位sigma-delta數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本論文首先從MEMS陀螺單質(zhì)量塊的動力學(xué)方程的角度出發(fā),對其工作原理進(jìn)行了闡述。接著深入分析了sigma-delta DAC的工作原理,并完成了各子模塊的系統(tǒng)級設(shè)計和電路級設(shè)計。sigma-delta DAC主要由插值濾波器、sigma-delta數(shù)字調(diào)制器以及模擬重構(gòu)級組成。插值濾波器通過三級級聯(lián)的方式實現(xiàn):半帶濾波器—1/4帶低通濾波器—采樣保持電路,共實現(xiàn)了128倍的插值功能,在10k Hz的信號帶寬下,信噪比可達(dá)到102.3d B。sigma-delta數(shù)字調(diào)制器采用3階4位量化的CIFB結(jié)構(gòu)實現(xiàn),系數(shù)采用CSD編碼方式實現(xiàn),經(jīng)仿真,數(shù)字調(diào)制器的信噪比為d B.1093,有效位... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【圖文】：

MEMS數(shù)字陀螺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[5]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文-3-1.2.2MEMS陀螺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1991年，美國CharlesStarkDraper實驗室研發(fā)出了第一代雙框架式硅微機(jī)械陀螺儀，開啟了微機(jī)械陀螺的新篇章，由于可批量的制造在硅單晶片上，被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，驅(qū)動電極通過靜電力來驅(qū)動外框架，當(dāng)z軸旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的科里奧利力將作用在質(zhì)量塊上，質(zhì)量塊電容極板間的變化即為角速度的變化。測試結(jié)果顯示，在Hz1帶寬下，檢測的角速度為s/4[6]。圖1-2美國Draper實驗室的雙框式微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)圖[6]2016年，德國RobertBoschGmbH公司報道了一款用于汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的三軸陀螺儀，芯片示意圖如圖1-3所示。該陀螺芯片的ASIC電路采用0.13μmCMOS工藝完成，將力反饋架構(gòu)和機(jī)電正交耦合消除原理相結(jié)合，實現(xiàn)了低噪聲和低失調(diào)漂移的性能要求，并在正交通道中引入正弦音，以實現(xiàn)連續(xù)的自檢測，提高了陀螺對環(huán)境的魯棒性。當(dāng)溫度范圍在-40-140℃之間變化時，在沒有任何溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，工作帶寬為80Hz，失調(diào)漂移小于±0.1o/s，零偏穩(wěn)定性1.2o/hr，噪聲密度為0.004oHz/s/[7]。圖1-3三軸陀螺儀芯片示意圖[7]國內(nèi)微機(jī)械陀螺的設(shè)計始于70年代，與國外設(shè)計和制造微機(jī)械陀螺儀成熟的工藝相比，起步較晚。然而在國家這30年的大力支持下，真空包裝技術(shù)、陀

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士論文-3-1.2.2MEMS陀螺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1991年，美國CharlesStarkDraper實驗室研發(fā)出了第一代雙框架式硅微機(jī)械陀螺儀，開啟了微機(jī)械陀螺的新篇章，由于可批量的制造在硅單晶片上，被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，驅(qū)動電極通過靜電力來驅(qū)動外框架，當(dāng)z軸旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的科里奧利力將作用在質(zhì)量塊上，質(zhì)量塊電容極板間的變化即為角速度的變化。測試結(jié)果顯示，在Hz1帶寬下，檢測的角速度為s/4[6]。圖1-2美國Draper實驗室的雙框式微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)圖[6]2016年，德國RobertBoschGmbH公司報道了一款用于汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的三軸陀螺儀，芯片示意圖如圖1-3所示。該陀螺芯片的ASIC電路采用0.13μmCMOS工藝完成，將力反饋架構(gòu)和機(jī)電正交耦合消除原理相結(jié)合，實現(xiàn)了低噪聲和低失調(diào)漂移的性能要求，并在正交通道中引入正弦音，以實現(xiàn)連續(xù)的自檢測，提高了陀螺對環(huán)境的魯棒性。當(dāng)溫度范圍在-40-140℃之間變化時，在沒有任何溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，工作帶寬為80Hz，失調(diào)漂移小于±0.1o/s，零偏穩(wěn)定性1.2o/hr，噪聲密度為0.004oHz/s/[7]。圖1-3三軸陀螺儀芯片示意圖[7]國內(nèi)微機(jī)械陀螺的設(shè)計始于70年代，與國外設(shè)計和制造微機(jī)械陀螺儀成熟的工藝相比，起步較晚。然而在國家這30年的大力支持下，真空包裝技術(shù)、陀

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于抽取濾波器多相分解的多速率采樣模塊設(shè)計[J]. 卜祥元,方金輝,范星宇,王珂.  北京理工大學(xué)學(xué)報. 2014(02)
[2]大氣下工作的微機(jī)械陀螺的設(shè)計及其噪聲特性[J]. 陳永,焦繼偉,王惠泉,金仲和,張穎,熊斌,李昕欣,王躍林.  半導(dǎo)體學(xué)報. 2005(01)

博士論文
[1]用于高精度電容式微機(jī)械加速度計的低通∑△數(shù)模轉(zhuǎn)換器研究與實現(xiàn)[D]. 陳雅雅.浙江大學(xué) 2018

碩士論文
[1]硅陀螺用16位500KHz數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計[D]. 施敏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]用于24比特音頻DAC的單環(huán)單比特Σ-Δ調(diào)制器的設(shè)計與FPGA實現(xiàn)[D]. 李笑笑.上海交通大學(xué) 2010
[3]改善DAC線性特性的方法研究[D]. 馮之因.上海交通大學(xué) 2010



本文編號：2951329