陀螺儀是用來檢測角速度的傳感器,在科學、技術(shù)、軍事等各個領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的陀螺儀相比,基于MEMS工藝和CMOS技術(shù)的硅陀螺具有低成本、小體積、低功耗、高可靠性、易批量化生產(chǎn)等特點,不僅在民用領(lǐng)域需求廣泛,在軍事領(lǐng)域也得到了大量的應(yīng)用。國外硅陀螺接口電路已經(jīng)實現(xiàn)芯片集成化,相比PCB電路可以實現(xiàn)更小的體積,與敏感結(jié)構(gòu)更好的匹配性,更高的可靠性和更好的電學特性,而國內(nèi)還沒有實現(xiàn)硅陀螺的芯片集成,因此開展硅陀螺芯片集成化接口電路的研究具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。高性能的硅陀螺芯片在研究中還存在以下關(guān)鍵問題:現(xiàn)有的驅(qū)動環(huán)路穩(wěn)定性分析方法無法分析系統(tǒng)的動態(tài)特性,對系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析不夠準確;現(xiàn)有的噪聲分析方法不夠完善,影響了陀螺噪聲性能的提高;缺乏對數(shù)字接口電路中非線性的研究,會使硅陀螺輸出中存在諧波失真;國內(nèi)硅陀螺接口電路仍使用分立器件PCB集成,接口電路的芯片集成化亟需解決。為了解決上述問題,本文對硅陀螺接口電路驅(qū)動環(huán)路穩(wěn)定性、噪聲和非線性等關(guān)鍵技術(shù)開展以下研究:首先,本文介紹了硅陀螺自激驅(qū)動的原理,并對硅陀螺接口電路驅(qū)動環(huán)路的穩(wěn)定性進行了研究,建立了硅陀螺接口電路驅(qū)動環(huán)路的線性... 

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

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 硅陀螺傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 硅陀螺敏感結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 硅陀螺接口電路國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 硅陀螺及其接口電路研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.3 研究的目的和意義
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
第2章 硅陀螺驅(qū)動原理及驅(qū)動穩(wěn)定性研究
    2.1 靜電驅(qū)動電容式硅陀螺工作原理
        2.1.1 哥氏力和硅陀螺力學運動原理
        2.1.2 硅陀螺驅(qū)動原理
        2.1.3 硅陀螺檢測原理
    2.2 硅陀螺驅(qū)動環(huán)路穩(wěn)定性理論分析及環(huán)路模型建立
    2.3 硅陀螺驅(qū)動環(huán)路模型仿真及分析
    2.4 硅陀螺驅(qū)動環(huán)路穩(wěn)定性模型實驗驗證
    2.5 本章小結(jié)
第3章 硅陀螺數(shù)字接口電路噪聲研究
    3.1 數(shù)字閉環(huán)檢測電路的噪聲分析
        3.1.1 硅陀螺機械噪聲分析
        3.1.2 數(shù)字閉環(huán)檢測電路中電路噪聲分析
        3.1.3 數(shù)字閉環(huán)檢測電路中量化噪聲分析
    3.2 包含噪聲源和其他非理想因素的硅陀螺檢測電路行為級模型
    3.3 前級電路噪聲和采樣頻率對量化噪聲的影響
        3.3.1 前級電路噪聲對量化噪聲的影響
        3.3.2 采樣頻率對量化噪聲的影響
    3.4 數(shù)字檢測電路的低噪聲優(yōu)化設(shè)計
    3.5 本章小結(jié)
第4章 硅陀螺數(shù)字接口電路非線性研究
    4.1 硅陀螺的非線性分析
        4.1.1 CV轉(zhuǎn)換中的非線性
        4.1.2 電容的非線性
    4.2 硅陀螺非線性對系統(tǒng)輸出的影響分析
    4.3 硅陀螺非線性理論分析及優(yōu)化方法的實驗驗證
    4.4 本章小結(jié)
第5章 硅陀螺數(shù)字接口ASIC設(shè)計與實現(xiàn)
    5.1 硅陀螺接口ASIC整體設(shè)計
    5.2 硅陀螺閉環(huán)自激驅(qū)動電路設(shè)計
        5.2.1 閉環(huán)自激驅(qū)動電路整體設(shè)計
        5.2.2 閉環(huán)自激驅(qū)動電路關(guān)鍵模塊設(shè)計
    5.3 硅陀螺閉環(huán)檢測電路設(shè)計
        5.3.1 閉環(huán)檢測電路整體設(shè)計
        5.3.2 閉環(huán)數(shù)字檢測電路關(guān)鍵模塊設(shè)計
        5.3.3 溫度補償設(shè)計
    5.4 接口ASIC電路仿真、版圖設(shè)計及后仿真
    5.5 本章小結(jié)
第6章 硅陀螺接口ASIC性能測試
    6.1 硅陀螺接口電路芯片測試與分析
        6.1.1 閉環(huán)自激驅(qū)動電路測試與分析
        6.1.2 前級電荷放大器噪聲測試與分析
        6.1.3 檢測電路中調(diào)制器的測試與分析
    6.2 硅陀螺傳感器系統(tǒng)測試與分析
        6.2.1 刻度因子與線性度測試與分析
        6.2.2 傳感器零位穩(wěn)定性測試與分析
        6.2.3 傳感器輸出溫度補償測試與分析
        6.2.4 傳感器輸出噪聲測試與分析
    6.3 硅陀螺及其接口ASIC測試結(jié)果分析
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Modeling and Analysis of Mechanical Quality Factor of the Resonator for Cylinder Vibratory Gyroscope[J]. XI Xiang,WU Xuezhong,WU Yulie,ZHANG Yongmeng.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(01)
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[3]對稱單質(zhì)量微機電陀螺的零偏自補償方法[J]. 劉燕鋒,陳志勇,張嶸.  中國慣性技術(shù)學報. 2016(01)
[4]電容式微機械陀螺接口電路噪聲分析[J]. 蔣慶華,苑偉政,謝建兵.  電子測量技術(shù). 2012(05)
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本文編號：3391083