本文關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子式微陀螺的開關(guān)電容檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的發(fā)展,作為微機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)主要產(chǎn)品分支——陀螺儀逐漸被大家所熟知。由于陀螺儀可以廣泛的應(yīng)用在軍事、民事領(lǐng)域當(dāng)中,人們對(duì)于它的精度要求也越來(lái)越苛刻。傳統(tǒng)的磁懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺、靜電懸浮式陀螺因其精度不夠高、渦流效應(yīng)產(chǎn)生發(fā)熱問(wèn)題、加工成本高、靜電支撐所需電壓過(guò)高等缺點(diǎn)而不再成為主流。哈爾濱工業(yè)大學(xué)MEMS中心提出了一種全新的球-碟轉(zhuǎn)子式微陀螺結(jié)構(gòu),可以有效的避免上述問(wèn)題。完整的微陀螺系統(tǒng)是由機(jī)械和電學(xué)兩部分共同組成,機(jī)械部分是指陀螺的表頭部分,電學(xué)部分主要就是檢測(cè)電路部分。本論文基于哈工大MEMS中心提出的全新陀螺結(jié)構(gòu),進(jìn)行了檢測(cè)電路的分析和設(shè)計(jì),通過(guò)檢測(cè)結(jié)構(gòu)部分等效電容的微弱變化,轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出。本論文首先對(duì)球-碟轉(zhuǎn)子式微陀螺的工作原理、檢測(cè)原理、檢測(cè)方式進(jìn)行了分析,通過(guò)對(duì)比各種檢測(cè)方式來(lái)設(shè)計(jì)選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路主要由兩部分構(gòu)成,前級(jí)的開關(guān)電容檢測(cè)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,本文設(shè)計(jì)的前級(jí)開關(guān)電容檢測(cè)電路模塊部分主要包括電荷敏感放大器、次級(jí)放大器、相關(guān)雙采樣電路、低通濾波電路。通過(guò)仿真可以得到相對(duì)電容分辨率為5.12x10-8,非線性在100ppm左右,標(biāo)度因子為39.86mV/ff,標(biāo)度因子溫度系數(shù)為92.08ppm/C。并采用了一個(gè)三階單環(huán)一位量化調(diào)制器將前級(jí)檢測(cè)電路的模擬輸出進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換。調(diào)制器采用全差分開關(guān)電容電路的方式實(shí)現(xiàn),采樣時(shí)鐘頻率是100KHz,對(duì)調(diào)制器的各個(gè)模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),主要的模塊有積分器運(yùn)算放大器、鎖存器、比較器、時(shí)鐘產(chǎn)生電路。調(diào)制器的輸入信號(hào)帶寬為30Hz,輸入信號(hào)頻率為16Hz,幅度為-8dBFS,信噪比為99dB,1Hz動(dòng)態(tài)范圍約為120dB,整體電路功耗為11.856mW。然后對(duì)整體開關(guān)電容檢測(cè)電路進(jìn)行版圖繪制和后仿真,可以得到標(biāo)度因子溫度系數(shù)為95.12ppm/C,非線性可以達(dá)到200ppm左右,相對(duì)電容分辨率為5.89x10-8。調(diào)制器與前仿真條件相同,信噪比為95dB,1Hz動(dòng)態(tài)范圍為120dB。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)子式微陀螺 開關(guān)電容 相對(duì)電容分辨率 調(diào)制器
【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】：2016
【分類號(hào)】：TN96;TH-39
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 磁懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 靜電懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 電容檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀13-17
• 1.4 研究的目的和意義17-18
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 轉(zhuǎn)子式微陀螺理論基礎(chǔ)19-31
• 2.1 球-碟轉(zhuǎn)子式陀螺的工作原理19-20
• 2.2 轉(zhuǎn)子式微陀螺的電容檢測(cè)原理20-21
• 2.3 轉(zhuǎn)子式微陀螺的微弱信號(hào)檢測(cè)方法21-23
• 2.3.1 相關(guān)雙采樣技術(shù)22-23
• 2.4 整體開關(guān)電容檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-24
• 2.5 Sigma-delta調(diào)制原理24-29
• 2.5.1 過(guò)采樣24-26
• 2.5.2 噪聲整形26
• 2.5.3 一階調(diào)制器26-28
• 2.5.4 二階調(diào)制器28-29
• 2.6 調(diào)制器結(jié)構(gòu)的選擇29-30
• 2.6.1 前饋結(jié)構(gòu)29
• 2.6.2 反饋結(jié)構(gòu)29-30
• 2.7 本章小結(jié)30-31
• 第3章 開關(guān)電容檢測(cè)電路的非理想特性分析31-41
• 3.1 開關(guān)電容檢測(cè)電路的噪聲分析31-33
• 3.1.1 運(yùn)算放大器噪聲31-32
• 3.1.2 參考電壓噪聲32
• 3.1.3 積分噪聲32-33
• 3.2 開關(guān)電容電路的非理想特性33-36
• 3.2.1 溝道電荷注入33-34
• 3.2.2 時(shí)鐘饋通效應(yīng)34-35
• 3.2.3 消除或減少電荷注入和時(shí)鐘饋通的方法35-36
• 3.3 電容失配現(xiàn)象36-37
• 3.4 開關(guān)的有限電阻37-38
• 3.5 積分器泄露38-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 整體開關(guān)電容檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與分析41-58
• 4.1 前級(jí)開關(guān)電容檢測(cè)電路設(shè)計(jì)41-47
• 4.1.1 電荷檢測(cè)運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)41-44
• 4.1.2 相關(guān)雙采樣電路的設(shè)計(jì)44
• 4.1.3 二級(jí)低通濾波器的設(shè)計(jì)44-45
• 4.1.4 前級(jí)開關(guān)電容檢測(cè)電路整體仿真45-47
• 4.2 調(diào)制器電路的設(shè)計(jì)47-57
• 4.2.1 調(diào)制器系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)48-49
• 4.2.2 運(yùn)放的分析和選擇49-51
• 4.2.3 積分器運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)51-53
• 4.2.4 共模反饋電路53-54
• 4.2.5 偏置電路54
• 4.2.6 調(diào)制器時(shí)鐘產(chǎn)生電路54-55
• 4.2.7 一位量化器55-56
• 4.2.8 調(diào)制器電路整體仿真結(jié)果56-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 第5章 整體開關(guān)電容檢測(cè)電路的版圖設(shè)計(jì)與后仿真58-62
• 5.1 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則58
• 5.2 前級(jí)開關(guān)電容檢測(cè)電路版圖設(shè)計(jì)與后仿真58-59
• 5.3 調(diào)制器版圖設(shè)計(jì)與后仿真59-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-70
• 致謝70

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 丘東元;張波;;開關(guān)電容變換器組成原理及發(fā)展趨勢(shì)[J];電氣應(yīng)用;2007年09期

2 卡爾F.庫(kù)爾思;喬治S.摩斯西茲;王文龍;;開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分析[J];安徽工學(xué)院學(xué)報(bào);1982年01期

3 吳正國(guó);;具有K相和一般輸入的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的回路分析[J];海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào);1987年03期

4 吳忠友;開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[J];江蘇電機(jī)工程;1992年01期

5 歐陽(yáng)長(zhǎng)月,謝宜忠,陳鵬;關(guān)于開關(guān)電容四象限模擬乘法器的研究[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);1992年04期

6 徐云;趙純善;黃慧山;杜勝勇;;開關(guān)電容電路實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理;1993年04期

7 林勇，周曉雁;開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的機(jī)輔分析與設(shè)計(jì)[J];山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1996年01期

8 丘東元,張波;諧振開關(guān)電容變換器中潛電路現(xiàn)象的研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2005年21期

9 孫麗晶;胡淑君;;可調(diào)控開關(guān)電容放大器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模擬仿真[J];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

10 顧玲;金科;曹文靜;阮新波;;一族開關(guān)電容調(diào)節(jié)器[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2012年12期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 黎劍源;丘東元;張波;;n階諧振開關(guān)電容變換器潛電路圖論分析[A];2006中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2006年

2 胡冰新;張兆東;陳姝;;開關(guān)電容模擬電路原理及其應(yīng)用[A];第二十屆電工理論學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

3 袁斌;薛睿峰;梁昌洪;;新型高頻功率CMOS開關(guān)電容的研制[A];2003'全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2003年

4 明鑫;張波;;一種基于開關(guān)電容的帶隙基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)[A];四川省電子學(xué)會(huì)半導(dǎo)體與集成技術(shù)專委會(huì)2006年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

5 徐肯;王紹清;馮勇建;;用于Sigma-Delta調(diào)制器的開關(guān)電容積分器的設(shè)計(jì)[A];中國(guó)微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)論文集（一）[C];2005年

6 王春蕾;李哲英;劉翔;;一種應(yīng)用于高速流水線ADC的新的開關(guān)電容放大器[A];第十七屆全國(guó)測(cè)控計(jì)量?jī)x器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)（MCMI'2007）論文集（下冊(cè)）[C];2007年

7 張海亮;;基于嵌入式Linux處理器ARM9智能開關(guān)電容投切器及其低壓無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用[A];2011電力通信管理暨智能電網(wǎng)通信技術(shù)論壇論文集[C];2011年

8 涂文娟;丘東元;張波;黎劍源;;DC-DC諧振開關(guān)電容變換器中潛電路現(xiàn)象[A];2006中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2006年

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1 王進(jìn)紅;基于開關(guān)電容矩陣的波形數(shù)字化技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬圣全;開關(guān)電容DC-DC變換器研究[D];江南大學(xué);2015年

2 周悅;基于開關(guān)電容的三端口直流變換器的研究[D];燕山大學(xué);2015年

3 董建良;十四階開關(guān)電容帶通濾波器的研究與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 鄒志鵬;應(yīng)用于射頻LNA的開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

5 陳復(fù);基于開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的直流變換器研究[D];重慶大學(xué);2015年

6 劉福東;轉(zhuǎn)子式微陀螺的開關(guān)電容檢測(cè)電路設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 陳磊;基于開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的DC-DC變換器研究[D];江南大學(xué);2016年

8 周海龍;微傳感器中開關(guān)電容式濾波器設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

9 梅純;開關(guān)電容變換器的研究[D];華中科技大學(xué);2007年

10 楊e

本文編號(hào)：430532