硅微陀螺機電結合帶通Sigma-delta閉環(huán)檢測方法研究.pdf

1、硅微陀螺儀(SMG)是一種利用哥氏效應來檢測物體角速度的慣性器件，廣泛應用于姿態(tài)定位、導航控制等領域。在硅微陀螺的檢測電路研究方面，基于帶通Sigma-delta調制器(SDM)所設計的閉環(huán)檢測電路可以使陀螺具有數(shù)字化輸出并且有效抑制帶寬內(nèi)的量化噪聲，而且閉環(huán)的特性可以有效消除機械加工誤差帶來的檢測輸出誤差、提高閉環(huán)檢測環(huán)路帶寬，是目前國內(nèi)外很多相關機構研究的熱點。因為其SDM環(huán)路難以明確、環(huán)路參數(shù)難以獲取，而國外對此研究比較成熟的機構

2、又對相關技術進行保密，因此有必要對硅微陀螺機電結合帶通SDM閉環(huán)檢測方法有一個比較深入的研究，對此本文作了以下工作。
　　首先對Sigma-delta調制器的基本原理進行了研究，針對陀螺的結構形式對SDM環(huán)路結構進行了初步選擇，放棄了級聯(lián)和多位量化的方式，選擇了單環(huán)和一位量化的方式來設計整個閉環(huán)檢測電路。
　　其次從陀螺敏感結構的離散化形式入手，對各種可行的離散時間SDM環(huán)路結構進行了理論分析，得出單環(huán)CRFF結構是建立硅微

3、陀螺機電結合帶通SDM閉環(huán)檢測環(huán)路最為理想的結構。再根據(jù)陀螺結構的的具體參數(shù)，以帶通、帶寬、量程、分辨率等為約束條件，結合離散時間SDM設計工具Dstoolbox，獲取了適用于陀螺的離散時間SDM閉環(huán)結構的環(huán)路參數(shù)。最終利用等價設計的原則完成了從離散時間SDM到機電結合SDM的轉換，建立了一套完整的機電結合帶通SDM閉環(huán)檢測環(huán)路的設計流程。
　　然后針對陀螺具體的結構和參數(shù)將整個機電結合帶通SDM閉環(huán)檢測環(huán)路從功能上進行了分解以及

4、對環(huán)路參數(shù)進行了調整，并在Simulink中進行了仿真，驗證了方案的可行性，對后續(xù)硬件電路的實現(xiàn)提供了設計基礎。
　　最后進行了基于Sigma-delta的陀螺閉環(huán)檢測電路的設計和實驗驗證，包括硬件電路的設計與制板，F(xiàn)PGA中的Verilog代碼的編寫以及實驗的調試、觀測與數(shù)據(jù)的采集，并對所獲取的閉環(huán)結構和參數(shù)在實際硬件中進行了驗證。最終通過對一位量化輸出結果進行功率譜密度(PSD)分析，可以看到所設計的陀螺機電結合SDM閉環(huán)檢測