石英陀螺Sigma-Delta帶通調(diào)制器的設(shè)計(jì).pdf

1、 國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)： TN431.1 學(xué)校代碼：10213 國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)： 621.3 密級(jí)： 公開(kāi) 工程碩士學(xué)位論文 碩士學(xué)位論文 石英陀螺 Sigma-Delta 帶通調(diào)制器的設(shè)計(jì) 碩 士 研 究 生： 范凌云 導(dǎo) 師： 劉曉為教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位： 工程碩士 學(xué) 科： 集成電路工程 所 在 單 位： 微電子科學(xué)與

2、技術(shù)系 答 辯 日 期： 2017 年 6 月 授予學(xué)位單位： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 -I- 摘 要 近年來(lái)半導(dǎo)體行業(yè)迅猛發(fā)展使各類電子產(chǎn)品性能得到了質(zhì)的飛躍，使國(guó)防科技力量和人民生活質(zhì)量都有了很大的提升。雖然國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)也在突飛猛進(jìn)，但對(duì)于一些核心芯片的研究卻始終未能有突破性成果。信號(hào)鏈包括數(shù)字信號(hào)處理部分與模擬接口電路部分，隨著前者信號(hào)處理能力日益提升，后者已然成為約束信號(hào)鏈性能上升的瓶頸。當(dāng)

3、前 MEMS 傳感器在軍民兩用中都扮演著重要的角色，石英陀螺儀為其重要分支。 Sigma-Delta ADC 作為傳感器系統(tǒng)中重要的模擬接口電路組成部分，影響著整個(gè)石英陀螺儀的性能參數(shù)。其中調(diào)制器作為 ADC 中核心模塊單元，研制出高指標(biāo)的調(diào)制器有著重要意義。 調(diào)制器包括低通型與帶通型這兩種功能不同的類別。當(dāng)前在信號(hào)調(diào)制領(lǐng)域中，大部分科研工作者對(duì)低通調(diào)制器研究的針對(duì)性較強(qiáng)，而帶通調(diào)制器的研究相比之下就較為匱乏。本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室石英陀螺儀

4、傳感器的項(xiàng)目需要，以帶通型代替低通型作為 ADC 中的模擬前端調(diào)制器， 對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)研究并讓設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性有所提升。本課題中帶通型調(diào)制器基于低通轉(zhuǎn)化為帶通的理論基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)，由基本低通型轉(zhuǎn)化而來(lái)。 本文設(shè)計(jì)思路是首先將帶通型調(diào)制器在 Simulink 中完成系統(tǒng)級(jí)模型建立與仿真， 確保模型可行性后再對(duì)非理想因素研究分析。 然后在 0.35µm CMOS 制造工藝、電源電壓±2.5V 的環(huán)境下搭建系統(tǒng)整體電路、仿真驗(yàn)證、

5、版圖繪制，其主要模塊單元為諧振器、全差分運(yùn)放、一位量化器、不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路等。 該帶通調(diào)制器具有通帶中心頻率可控功能，可根據(jù)輸入的數(shù)字邏輯電平來(lái)調(diào)節(jié)，并且能夠根據(jù)數(shù)字邏輯電平的輸入值來(lái)精確地控制通帶中心頻率在采樣頻率的 1/6、1/4、1/3 處，通帶寬度為 200Hz。當(dāng)采樣頻率 fs=64kHz 時(shí)，令其具有不同通帶中心頻率并進(jìn)行仿真。前仿真結(jié)果表明，該帶通型調(diào)制器在不同通帶中心頻率下信噪比均值約 80dB， 輸入動(dòng)態(tài)范圍為 70